(57)【要約】  ガス検知用画像処理装置は、検知したいガス濃度レベルの指標として用いるガスの流量が入力される操作によって、この流量が入力される第１入力部と、撮像装置によって撮像された、撮像対象が写された画像が入力される第２入力部と、撮像装置の撮像範囲において上記流量のガスが出現している状態で、上記画像が撮像されたとき、撮像範囲においてガスを可視化できる領域を算出する第１算出部と、を備える。
2019138873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知したいガス濃度レベルの指標として用いるガスの流量が入力される操作によって、前記流量が入力される第１入力部と、
撮像装置によって撮像された、撮像対象が写された画像が入力される第２入力部と、
前記撮像装置の撮像範囲において前記流量の前記ガスが出現している状態で、前記画像が撮像されたとき、前記撮像範囲において前記ガスを可視化できる領域を算出する第１算出部と、を備えるガス検知用画像処理装置。
【請求項２】
前記流量を用いて前記ガスの濃度厚み積を算出する第２算出部をさらに備え、
前記第１算出部は、前記濃度厚み積を用いて、前記領域を算出する、請求項１に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項３】
前記第２算出部は、前記撮像装置が前記画像を撮像したときに前記撮像対象が位置する場所の風速と、前記撮像対象から前記撮像装置までの距離と、前記流量と、を用いて、前記濃度厚み積を算出する、請求項２に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項４】
前記撮像範囲での前記領域の位置を示す情報を出力する出力部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス検知用画像処理装置。
【請求項５】
検知したいガス濃度レベルの指標として用いるガスの流量が入力される操作によって、前記流量が入力される第１入力ステップと、
撮像装置によって撮像された、撮像対象が写された画像が入力される第２入力ステップと、
前記撮像装置の撮像範囲において前記流量の前記ガスが出現している状態で、前記画像が撮像されたとき、前記撮像範囲において前記ガスを可視化できる領域を算出する第１算出ステップと、を備えるガス検知用画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を利用してガスを検知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
操業時に大量のガスを取り扱う施設として、例えば、ガスプラント、石油化学プラント、火力発電所、製鉄関連施設がある。これらの施設では、施設の経年劣化、施設の運転ミス等により、ガス漏れが発生する可能性があるので、ガス検知装置が使用されている。これにより、ガス漏れが少ない状態でガス漏れを発見することができるので、大事故を防止することができる。【０００３】
ガス検知装置として、プローブ式のガス検知装置が広く使用されているが、最近、赤外画像式のガス検知装置が使用されるようになってきている。前者は、検知プローブにガス分子が接触したとき、このプローブの電気的特性が変化することを基にしてガスを検知する。後者は、ガスが光吸収または光放射する性質を基にしてガスを検知する。【０００４】
赤外画像式のガス検知装置について詳しく説明する。ガスが存在すると、絶対温度が０Ｋ以上の背景物体が黒体放射することにより生じる電磁波（主に赤外線領域の電磁波）の一部がガスによって吸収され、また、ガス自身が黒体放射によって電磁波を放射するため、電磁波の量が変化する。従って、赤外画像の撮像範囲にガスが存在するとき、赤外画像のうち、ガスが存在する領域に対応する画素の画素値（輝度値）は、電磁波の量の変化を反映した値となる。よって、ガスを検知することが可能となり、また、ガスを可視化することが可能となる。赤外画像式のガス検知装置によれば、赤外線カメラを撮像対象（例えば、プラント内のガス輸送管）に接近させなくても、ガス検知をすることができる。【０００５】
赤外画像式のガス検知装置は、ガスが存在することによって生じる電磁波の量の変化を検知する。電磁波の変化の量は、ガスの濃度をガスが漂っている空間の奥行方向に沿って積分した値である、濃度厚み積に依存するので、赤外画像式のガス検知装置では、ガス濃度レベルの指標として、濃度厚み積が用いられる。【０００６】
赤外画像式のガス検知装置の検知能力は、その原理上、天候、気温、風速の影響を受ける。天気が曇または雨の場合、気温が低い場合、風速が大きい場合、検知能力が低下し、撮像範囲にガスが存在していても、ガスを可視化できないことがある。これは、天気が曇または雨の場合、背景とガスの温度差が小さくなり、ガスが存在する領域での電磁波の変化量が小さくなるためであり、気温が低い場合、電磁波量そのものが小さくなるためであり、風速が大きい場合、ガスが急速に拡散し薄まってしまうためである。また、背景、日陰等が原因でガスを可視化できない領域が撮像範囲に部分的に存在することがある。例えば、撮像範囲の一部が日陰の場合、日陰の領域は、検知能力が低下し、ガスを可視化できないことがある。【０００７】
そこで、赤外画像式のガス検知装置を用いて得られたガス漏れ調査が、有効か無効かを判定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００８】
撮像範囲の全体がガスを可視化できる領域であることもあるし、撮像範囲の全体がガスを可視化できない領域であることもあるし、撮像範囲にガスを可視化できる領域とガスを可視化できない領域とが混在することもある（例えば、撮像範囲の一部が日陰）。従って、ガス検知装置（言い換えれば、ガス検知をする者）は、撮像範囲において、検知したいガス濃度レベルのガスを可視化できる領域を予め把握する必要がある。ガスを可視化できる領域を算出するためには、検知したいガス濃度レベルのパラメータとして、ガスの濃度厚み積が必要となる。特許文献１には、ガスを可視化できる領域を算出するために、ガスの濃度、厚みによって決められる値が用いられることが開示されている（特許文献１の段落００３６）。【０００９】
ガスの濃度厚み積は、一般的に知られた単位ではない。プラント等の施設において、ガス検知に赤外画像式のガス検知装置が用いられ始めたのは、最近なので、多くの作業員は、ガスの濃度厚み積に馴染みがない。このため、ガス検知をする作業員が、ガス検知の現場で、検知したいガス濃度レベルの指標として、ガスの濃度厚み積の適切な値を決定することが難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０２３８４５１号明細書
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、ガス検知をする者がガスの濃度厚み積の知識がなくても、ガスを可視化できる領域を算出することができるガス検知用画像処理装置およびガス検知用画像処理方法を提供することを目的とする。
【００１２】
上述した目的を実現するために、本発明の一側面を反映したガス検知用画像処理装置は、第１入力部と、第２入力部と、第１算出部と、を備える。前記第１入力部は、検知したいガス濃度レベルの指標として用いるガスの流量が入力される操作によって、前記流量が入力される。前記第２入力部は、撮像装置によって撮像された、撮像対象が写された画像が入力される。前記第１算出部は、前記撮像装置の撮像範囲において前記流量の前記ガスが出現している状態で、前記画像が撮像されたとき、前記撮像範囲において前記ガスを可視化できる領域を算出する。
【００１３】
発明の１又は複数の実施形態により与えられる利点及び特徴は以下に与えられる詳細な説明及び添付図面から十分に理解される。これら詳細な説明及び添付図面は、例としてのみ与えられるものであり本発明の限定の定義として意図されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】実施形態に係るガス検知用画像処理装置が適用されるガス検知システムのブロック図である。
【図１Ｂ】実施形態に係るガス検知用画像処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】画像処理部に含まれる第１算出部と、第２算出部と、合成部との関係を示すブロック図である。
【図３】合成画像の一例を示す模式図である。
【図４】実施形態を用いたガスを可視化できる領域の算出について説明するフローチャートである。
【図５】変換テーブルの作成に利用される実験設備の一例を示す模式図である。
【図６】変換テーブルを作成する方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の１又は複数の実施形態が説明される。しかし、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。
【００１６】
各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。
【００１７】
図１Ａは、実施形態に係るガス検知用画像処理装置３が適用されるガス検知システム１のブロック図である。ガス検知システム１は、監視装置２と、ガス検知用画像処理装置３と、操作部４と、表示部５と、を備える。
【００１８】
監視装置２は、赤外線カメラ２１と、温度センサー２２と、風速センサー２３と、を備える。
【００１９】
赤外線カメラ２１（撮像装置の一例）は、ガス検知用画像処理装置３に接続され、この装置の制御に従って、撮像対象Ｔの赤外画像Ｉｍ１を撮像し、赤外画像Ｉｍ１をガス検知用画像処理装置３に送信する。実施形態では、撮像対象Ｔとして、ガス漏れの監視対象（例えば、ガス輸送管）を例にして説明する。赤外線カメラ２１は、動画を撮像することもできるし、静止画を撮像することもできる。赤外線カメラ２１の撮像範囲Ｒに撮像対象Ｔが含まれるように、赤外線カメラ２１の角度が設定されている。
【００２０】
赤外線カメラ２１は、検知したいガスの光吸収波長に感度を有する二次元イメージセンサーを備える。例えば、炭化水素系のガスの場合、約３μｍの波長帯に感度を有する二次元イメージセンサーが用いられる。このようなセンサーとして、例えば、冷却型インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）イメージセンサーがある。
【００２１】
検知したいガスが吸収または放射する電磁波の波長帯が、赤外線の波長帯以外の場合（例えば、紫外線の波長帯）、この波長帯に感度を有するカメラが用いられる。
【００２２】
温度センサー２２は、赤外線カメラ２１が撮像対象Ｔを撮像したとき、撮像対象Ｔが位置する場所の気温を測定し（動画の場合、撮像期間中の気温が測定される）、測定した気温を示す気温データＤ１をガス検知用画像処理装置３に送信する。実施形態では、監視装置２が設置されている場所を撮像対象Ｔが位置する場所と見なし、監視装置２が設置されている場所の気温が温度センサー２２によって測定される。なお、温度センサー２２の測定プローブだけが、撮像対象Ｔが位置する場所の近辺に設置され、有線あるいは無線で測定温度データを監視装置２に伝送することで、撮像対象Ｔが位置する場所の温度を測定してもよい。また、ガス検知用画像処理装置３は、撮像対象Ｔが位置する場所の気温を、気象に関するＷｅｂサイトから取得してもよい。この場合、温度センサー２２が不要となる。
【００２３】
風速センサー２３は、赤外線カメラ２１が撮像対象Ｔを撮像したとき、撮像対象Ｔが位置する場所の風速を測定し（動画の場合、撮像期間中の風速が測定される）、測定した風速を示す風速データＤ２をガス検知用画像処理装置３に送信する。実施形態では、監視装置２が設置されている場所を撮像対象Ｔが位置する場所と見なし、監視装置２が設置されている場所の風速が風速センサー２３によって測定される。なお、風速センサー２３の測定プローブだけが、撮像対象Ｔが位置する場所の近辺に設置され、有線あるいは無線で測定風速データを監視装置２に伝送することで、撮像対象Ｔが位置する場所の風速を測定してもよい。また、ガス検知用画像処理装置３は、撮像対象Ｔが位置する場所の風速を、気象に関するＷｅｂサイトから取得してもよい。この場合、風速センサー２３が不要となる。
【００２４】
ガス検知用画像処理装置３は、パーソナルコンピューター、スマートフォン、タブレット端末等に備えられ、機能ブロックとして、制御処理部３１と、インターフェース部３２と、画像処理部３３と、記憶部３４と、表示制御部３５と、を備える。
【００２５】
制御処理部３１は、ガス検知用画像処理装置３の各部（インターフェース部３２、画像処理部３３、記憶部３４、表示制御部３５）を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するための装置である。
【００２６】
インターフェース部３２は、制御処理部３１に接続され、制御処理部３１の制御に従って、ガス検知用画像処理装置３とこの装置の外部の装置（赤外線カメラ２１、温度センサー２２、風速センサー２３、操作部４、表示部５）との間で通信をするためのインターフェースである。インターフェース部３２と外部の装置とは、直接接続されていてもよいし、ＬＡＮを介して接続されていてもよい。
【００２７】
画像処理部３３は、制御処理部３１に接続され、制御処理部３１の制御に従って、赤外画像Ｉｍ１を用いたガス検知に必要な各種の画像処理をする。ガス検知をする者（以下、「ガス検査者」と記載する）が操作部４を用いて、ガス検知を実行する命令をガス検知用画像処理装置３に入力することにより、画像処理部３３は、赤外線カメラ２１が撮像した動画を構成するフレームに対して、ガスが出現している領域（以下、簡単に「ガス領域」と記載することもある）を抽出する画像処理をする。撮像対象Ｔからガスが漏れることにより、撮像範囲Ｒにガスが出現していれば、ガス領域が抽出される。
【００２８】
また、ガス検査者が操作部４を用いて、ガスを可視化できる領域を算出する命令をガス検知用画像処理装置３に入力することにより、画像処理部３３は、撮像範囲Ｒにおいて、ガスを可視化できる領域を算出する処理をする。画像処理部３３は、その処理をするために、第１算出部３３１と、第２算出部３３２と、合成部３３３と、を備える。これらの機能ブロックについては、後で説明する。
【００２９】
記憶部３４は、制御処理部３１に接続され、制御処理部３１の制御に従って、ガスを可視化できる領域の算出に必要な各種の画像、データ、情報を記憶する。
【００３０】
記憶部３４は、赤外線カメラ２１から送られてきた赤外画像Ｉｍ１を、赤外画像Ｉｍ１が撮像された日付時刻と紐付けて記憶し、温度センサー２２から送られてきた気温データＤ１を、気温が測定された日付日時（言い換えれば、赤外画像Ｉｍ１が撮像された日付時刻）と紐付けて記憶し、風速センサー２３から送られてきた風速データＤ２を、風速が測定された日付日時（言い換えれば、赤外画像Ｉｍ１が撮像された日付時刻）と紐付けて記憶する。
【００３１】
記憶部３４は、ガス検査者が操作部４を操作して入力したガスの流量を示す流量データＤ３を記憶する。
【００３２】
記憶部３４は、赤外線カメラ２１と撮像対象Ｔとの距離を示す距離データを予め記憶し、赤外線カメラ２１の特性情報（例えば、赤外線カメラ２１の感度、ノイズ）を予め記憶し、Ｓ／Ｎ比のしきい値を予め記憶している。
【００３３】
表示制御部３５は、各種画像を表示部５に表示させる。例えば、表示制御部３５は、画像処理部３３によってガス領域を抽出する処理がされた動画を表示部５に表示させたり、ガスを可視化できる領域が赤外画像Ｉｍ１に合成された合成画像Ｉｍ２を表示部５に表示させたりする。
【００３４】
操作部４は、インターフェース部３２に接続されており、ガス検査者が、ガス検知用画像処理装置３に各種の命令、各種のデータを入力する装置である。命令は、例えば、ガス検知を実行する命令、ガス検知を停止する命令、ガスを可視化できる領域を算出する命令である。データは、例えば、ガスの流量を示す流量データＤ３である。これは、ガスを可視化できる領域の算出に用いられる。この流量は、例えば、ガス漏れによる危険性（ガス爆発）が発生する流量の最低値である。
【００３５】
表示部５は、上述した各種画像を表示する。
【００３６】
図１Ｂは、実施形態に係るガス検知用画像処理装置３のハードウェア構成を示すブロック図である。ガス検知用画像処理装置３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）３ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）３ｂ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）３ｃ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）３ｄ、液晶ディスプレイ３ｅ、通信インターフェイス３ｆ、キーボード等３ｇ、及び、これらを接続するバス３ｈを備える。液晶ディスプレイ３ｅは、表示部５を実現するハードウェアである。液晶ディスプレイ３ｅの替わりに、有機ＥＬディスプレイ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ  ｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイ等でもよい。通信インターフェイス３ｆは、インターフェース部３２を実現するハードウェアであり、例えば、有線通信用又は無線通信用の通信カードである。キーボード等３ｇは、操作部４を実現するハードウェアである。キーボードの替わりに、タッチパネル、マウスでもよい。
【００３７】
ＨＤＤ３ｄには、制御処理部３１、画像処理部３３および表示制御部３５について、これらの機能ブロックをそれぞれ実現するためのプログラム、及び、各種データ（例えば、赤外画像Ｉｍ１、気温データＤ１、風速データＤ２）が格納されている。プログラムは、ＨＤＤ３ｄの替わりにＲＯＭ３ｃに記憶してもよい。ガス検知用画像処理装置３は、ＨＤＤ３ｄの替わりに、フラッシュメモリを備え、これらのプログラムおよびデータは、フラッシュメモリに記憶してもよい。ＨＤＤ３ｄは、記憶部３４を実現するハードウェアである。ＨＤＤ３ｄの替わりに、フラッシュメモリでもよい。
【００３８】
ＣＰＵ３ａは、ハードウェアプロセッサの一例であり、上述したプログラムを、ＨＤＤ３ｄから読み出してＲＡＭ３ｂに展開させ、展開されたプログラムを実行することによって、制御処理部３１、画像処理部３３および表示制御部３５が実現される。但し、これらの機能について、各機能の一部又は全部は、ＣＰＵ３ａによる処理に替えて、又は、これと共に、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）による処理によって実現されてもよい。又、同様に、各機能の一部又は全部は、ソフトウェアによる処理に替えて、又は、これと共に、専用のハードウェア回路による処理によって実現されてもよい。
【００３９】
図２は、画像処理部３３に含まれる第１算出部３３１と、第２算出部３３２と、合成部３３３との関係を示すブロック図である。第１算出部３３１は、赤外画像Ｉｍ１を基にして、撮像範囲Ｒにおいて、ガスを可視化できる領域を算出する。
【００４０】
第２算出部３３２は、検知したいガス濃度レベルの指標として入力されるガスの流量をパラメータとして、ガスの濃度厚み積（以下、簡単に「濃度厚み積」と記載することもある）を算出する。濃度厚み積は、撮像対象Ｔが位置する場所の風速、撮像対象Ｔと赤外線カメラ２１との距離、撮像対象Ｔから漏れているガスの流量をパラメータとして算出される。
【００４１】
第２算出部３３２は、これら３つのパラメータの組み合わせを濃度厚み積に変換する変換テーブル３３４を予め記憶している。第２算出部３３２は、これら３つのパラメータの組み合わせに対応する濃度厚み積が、変換テーブル３３４にない場合、直線補間やスプライン補間をして、ガスの濃度厚み積を算出する。なお、第２算出部３３２は、これら３つのパラメータを用いる三次元補間でガスの濃度厚み積を算出してもよい。
【００４２】
合成部３３３は、第１算出部３３１が算出した、ガスを可視化できる領域の境界線を生成し、この境界線を、その領域を算出するために用いられた赤外画像Ｉｍ１に合成した合成画像Ｉｍ２を生成する。図３は、合成画像Ｉｍ２の一例を示す模式図である。境界線の内側がガスを可視化できる領域であり、境界線の外側がガスを可視化できない領域である。例えば、合成部３３３は、境界線の内側（ガスを可視化できる領域）を青色にし、境界線の外側（ガスを可視化できない領域）を赤色にする処理をする。
【００４３】
次に、実施形態を用いたガスを可視化できる領域の算出について説明する。図４は、これを説明するフローチャートである。ガスを可視化できる領域の算出について、赤外画像Ｉｍ１の静止画を例にして説明するが、動画でもよい。動画の場合、各フレームが静止画と同様の処理がされる。
【００４４】
図１Ａ、図２および図４を参照して、ガス検査者は、ガス検知を実行する前に、操作部４を操作して、検知対象となるガスの流量を指定する。この流量は、ガス漏れによる危険性が発生する流量の最低値である。指定された流量を示す流量データＤ３がインターフェース部３２（第１入力部）に入力され、制御処理部３１は、入力された流量データＤ３を記憶部３４に記憶させる（ステップＳ１）。
【００４５】
ガス検査者は、操作部４を操作して、ガスを可視化できる領域を算出する命令をする（ステップＳ２）。この命令は、インターフェース部３２に入力される。これにより、制御処理部３１は、赤外線カメラ２１、温度センサー２２、風速センサー２３をそれぞれ制御し、赤外線カメラ２１に撮像対象Ｔの赤外画像Ｉｍ１を撮像させ、温度センサー２２に監視装置２が設置されている場所（撮像対象Ｔが位置する場所）の気温を測定させ、風速センサー２３に監視装置２が設置されている場所（撮像対象Ｔが位置する場所）の風速を測定させる。
【００４６】
赤外線カメラ２１は、撮像した赤外画像Ｉｍ１をガス検知用画像処理装置３に送り、温度センサー２２は、測定した気温を示す気温データＤ１をガス検知用画像処理装置３に送り、風速センサー２３は、測定した風速を示す風速データＤ２をガス検知用画像処理装置３に送る。これにより、赤外画像Ｉｍ１、気温データＤ１、および、風速データＤ２がインターフェース部３２に入力される。このように、インターフェース部３２（第２入力部）には、赤外線カメラ２１によって撮像された、撮像対象Ｔが写された画像が入力される。制御処理部３１は、インターフェース部３２に入力された赤外画像Ｉｍ１、気温データＤ１、および、風速データＤ２を記憶部３４に記憶させる（ステップＳ３）。
【００４７】
第２算出部３３２は、ガスの濃度厚み積を算出する（ステップＳ４）。詳しく説明すると、第２算出部３３２は、記憶部３４に記憶されている流量データＤ３（ステップＳ１）を読み出し、記憶部３４に記憶されている風速データＤ２（ステップＳ３）を読み出し、記憶部３４に予め記憶されている距離データ（撮像対象Ｔと赤外線カメラ２１との距離）を読み出す。そして、第２算出部３３２は、変換テーブル３３４を参照して、これら３つのパラメータの組み合わせに割り当てられた濃度厚み積を算出する。
【００４８】
第１算出部３３１は、記憶部３４に記憶された気温データＤ１（ステップＳ３）を読み出し、この気温データＤ１が示す気温に対応する輝度値を算出する（ステップＳ５）。詳しくは、第１算出部３３１は、記憶部３４に予め記憶されている赤外線カメラ２１の特性情報（例えば、赤外線カメラ２１の感度、ノイズ）をパラメータとして、気温データＤ１で示される気温を、赤外画像Ｉｍ１の輝度値に変換する。この輝度値は、赤外線カメラ２１が、この気温と同じ物体を撮像した時に得られる物体の像の輝度値である。
【００４９】
第１算出部３３１は、記憶部３４に記憶された赤外画像Ｉｍ１（ステップＳ３）を読み出し、赤外画像Ｉｍ１の各画素の値を輝度値に変換した第１画像を生成する（ステップＳ６）。
【００５０】
第１算出部３３１は、第１画像の各画素の値（輝度値）と気温に対応する輝度値（ステップＳ５）との差分を示す第２画像を生成する（ステップＳ７）。
【００５１】
第１算出部３３１は、第２算出部３３２が算出したガスの濃度厚み積（ステップＳ４）を用いて、このガスによる光吸収率を算出する（ステップＳ８）。
【００５２】
第１算出部３３１は、第２画像の各画素について、画素の値に光吸収率を掛け算した第３画像を生成する（ステップＳ９）。
【００５３】
第１算出部３３１は、第３画像の各画素について、画素の値Ｓと、赤外線カメラ２１のノイズＮとの比であるＳ／Ｎ比を算出する（ステップＳ１０）。赤外線カメラ２１のノイズＮは、記憶部３４に予め記憶されている。
【００５４】
第１算出部３３１は、第３画像の各画素について、Ｓ／Ｎ比の絶対値が、予め定められたしきい値（以下、Ｓ／Ｎ比のしきい値）より大きいか否かを判定する。Ｓ／Ｎ比のしきい値は、記憶部３４に予め記憶されている。Ｓ／Ｎ比の絶対値としたのは、第３画像の各画素の値Ｓが、背景と気温との大小関係に依存して、正の値になる場合と負の値になる場合とがあるからである。第１算出部３３１は、Ｓ／Ｎ比の絶対値がＳ／Ｎ比のしきい値より大きい画素で示される領域を、ガスを可視化できる領域と判定し（ステップＳ１１）、これ以外をガスを可視化できない領域と判定する。このように、第１算出部３３１は、赤外線カメラ２１の撮像範囲Ｒにおいて前記流量（検査員が操作部４を操作して入力したガスの流量）のガスが出現している状態で、赤外画像Ｉｍ１が撮像されたとき、撮像範囲Ｒにおいてガスを可視化できる領域を算出する。
【００５５】
合成部３３３は、第１算出部３３１が算出した、ガスを可視化できる領域の境界線を生成し、記憶部３４から赤外画像Ｉｍ１（ステップＳ３）を読み出し、この赤外画像Ｉｍ１上において、その領域が位置する箇所に境界線を合成し、境界線内外で色を異ならせた合成画像Ｉｍ２を生成する（ステップＳ１２）。合成画像Ｉｍ２は、ガスを可視化できる領域の位置を示す情報となる。
【００５６】
表示制御部３５は、合成画像Ｉｍ２を表示部５（出力部）に表示させる（ステップＳ１３）。これにより、ガス検査者は、赤外線カメラ２１の撮像範囲Ｒにおいて、ガスを可視化できる領域を把握することができる。
【００５７】
ガスの流量は一般的に知られた単位なので、ガス検査者に馴染みがある。実施形態によれば、ガス検査者が入力するパラメータをガスの濃度厚み積でなく、ガスの流量にしている。従って、実施形態によれば、ガス検査者がガスの濃度厚み積の知識がなくても、ガスを可視化できる領域を算出することができる。
【００５８】
実施形態では、ガス検知システム１によってガス検知が実行される前に、ガスを可視化できる領域を算出しているが、ガス検知が実行された後に、ガスを可視化できる領域を算出してもよい。これは、ガス検査者がガス検知の有効性を後で検証するために行われる。記憶部３４は、過去に撮像された赤外画像Ｉｍ１、この赤外画像Ｉｍ１が撮像されたときの気温データＤ１および風速データＤ２を記憶している。ガス検査者は、操作部４を操作して、ガスを可視化できる領域を算出したい赤外画像Ｉｍ１を指定し、ステップＳ１で説明したガスの流量を指定し、ステップＳ２で説明した命令をする。後は、ステップＳ３からステップＳ１３と同様の処理がされる。
【００５９】
変換テーブル３３４の作成方法の一例について説明する。図５は、変換テーブル３３４の作成に利用される実験設備１００の一例を示す模式図である。実験設備１００は、ガス吐出装置１０１と、赤外線カメラ２１と、背景板１０２と、ファン１０３と、濃度厚み積算出装置１０４と、を備える。
【００６０】
ガス吐出装置１０１には、検知したいガス１１０が充填されたガスボンベ（不図示）が接続されており、実験者がガス吐出装置１０１の流量調節バルブを調節することにより、ガス吐出装置１０１が放出するガス１１０の流量を調節することができる。
【００６１】
赤外線カメラ２１は、ガス吐出装置１０１の前方に配置され、ガス吐出装置１０１が放出するガス１１０を撮像する。
【００６２】
背景板１０２は、ガス吐出装置１０１の後方に配置され、ガス吐出装置１０１が放出するガス１１０の背景となる。背景板１０２の表面は、黒体放射の効率をよくするために、表面加工がなされている（例えば、艶消し塗装）。背景板１０２には、ヒータが内蔵され、このヒータにより背景板１０２の全体の温度を一定の値に調節することができる。
【００６３】
ファン１０３は、ガス吐出装置１０１が放出するガス１１０に風を送る。ファン１０３の回転速度は、調節することができる。ファン１０３の回転速度を基にして、風速が定められる。
【００６４】
濃度厚み積算出装置１０４は、ガスの濃度厚み積を算出するプログラムが格納されているコンピュータ装置である。
【００６５】
ガスの濃度厚み積の算出理論は、以下の通りである。濃度厚み積は、式１で示すガスの光吸収率を基にして算出される。
【００６６】
【数１】
2019138873.tif 000003
【００６７】
αgas（gasは下付き文字）は、ガスの光吸収率である。Ｉ０（０は下付き文字）は、ガス吐出装置１０１からガスが放出されていない状態で撮像された背景板１０２の赤外画像Ｉｍ１の輝度値である。Ｉ１（１は下付き文字）は、ガス吐出装置１０１からガスが放出されている状態で撮像された背景板１０２の赤外画像Ｉｍ１の輝度値である。これらの赤外画像Ｉｍ１の撮像時、背景板１０２の全体の温度は、予め定められた一定値に制御されている。ＩＡ（Ａは下付き文字）は、赤外線カメラ２１の特性情報（感度、ノイズ等）をパラメータとして、ガスの温度を、赤外画像Ｉｍ１の輝度値に変換した値である。なお、ガス吐出装置１０１から放出されたガスの温度が気温と近似できれば（ガス吐出装置１０１内のガス１１０の温度が、気温と等しい又はほぼ等しい）、ガスの温度の替わりに、気温を赤外画像Ｉｍ１の輝度値に変換してもよい。この場合は、ガスの温度の測定が不要となる。
【００６８】
ガスの光吸収率は、ガスの濃度厚み積の関数である。この関数は、一般的に、式２で表すことができる。
【００６９】
【数２】
2019138873.tif 000004
【００７０】
α（λ）は、ガスの光吸収係数である。ｃｔは、ガスの濃度厚み積である。λ１とλ２とは、積分の対象となる波長範囲である。この波長範囲は、赤外線カメラ２１の感度波長範囲である。
【００７１】
関数ｆ（ｃｔ）の逆関数が、ガスの濃度厚み積となる。以上より、式１に示す輝度値Ｉ０、Ｉ１、ＩＡから、ガスの濃度厚み積が算出される。なお、関数ｆ（ｃｔ）の逆関数を求めることが難しい場合（例えば、関数ｆ（ｃｔ）が１つの多項式で表されない）、濃度厚み積とガスの光吸収率との関係を示すテーブルが用いられてもよい。式１を用いてガスの光吸収率が算出されると、このテーブルを基にして濃度厚み積が算出される。式１を用いて算出されたガスの光吸収率に対応する濃度厚み積が、テーブルに含まれないとき、補間を用いて、濃度厚み積が算出される。
【００７２】
以上が、ガスの濃度厚み積の算出理論である。この理論を基にして、変換テーブル３３４を作成する方法について詳しく説明する。図６は、変換テーブル３３４を作成する方法を説明するフローチャートである。
【００７３】
図５および図６を参照して、赤外線カメラ２１とガス吐出装置１０１との距離がｄ１とする。背景板１０２の全体の温度は、予め定められた一定値に制御されている。実験者は、赤外線カメラ２１を用いて、背景板１０２の赤外画像Ｉｍ３を撮像する（ステップＳ２１）。この撮像時、ガス吐出装置１０１からガス１１０は放出されておらず、ファン１０３は停止している。
【００７４】
実験者は、赤外画像Ｉｍ３を、濃度厚み積算出装置１０４に保存する。濃度厚み積算出装置１０４は、赤外画像Ｉｍ３の各画素について、画素値を輝度値に変換する。これにより、画素値が輝度値に変換された画像Ｉｍ４が生成される（ステップＳ２２）。
【００７５】
実験者は、ガス吐出装置１０１からガス１１０を放出させ、ファン１０３を作動させて、ガス１１０に風を送る（ステップＳ２３）。ガス１１０の流量は、ｆ１とし、ファン１０３からガス１１０に送られる風の速度（風速）は、ｗ１とする。背景板１０２の全体の温度は、上記一定値に制御されている。距離ｄ１、流量ｆ１、風速ｗ１のパラメータの下で、実験者は、ガス吐出装置１０１が放出するガス１１０の動画Ｖ１を、赤外線カメラ２１を用いて撮像する（ステップＳ２４）。
【００７６】
実験者は、動画Ｖ１を、濃度厚み積算出装置１０４に保存する。濃度厚み積算出装置１０４は、動画Ｖ１を構成する各フレーム（赤外画像）の各画素について、画素値を輝度値に変換する。これにより、画素値が輝度値に変換された動画Ｖ２が生成される（ステップＳ２５）。
【００７７】
濃度厚み積算出装置１０４は、ステップＳ２２で生成された画像Ｉｍ４とステップＳ２５で生成された動画Ｖ２とを用いて、動画Ｖ２を構成する各フレームの各画素について、濃度厚み積を算出する（ステップＳ２６）。濃度厚み積を算出方法は、上述した通りである。
【００７８】
濃度厚み積算出装置１０４は、濃度厚み積の代表値を算出する（ステップＳ２７）。代表値の算出方法として、第１方法と第２方法とがある。第１方法は、動画Ｖ２を構成する各フレームについて、ガス領域を抽出し、これらのガス領域のそれぞれについて、ガス領域を構成する各画素が示す濃度厚み積の平均値を算出し、これらの平均値を平均した値を代表値とする。第２方法は、動画Ｖ２を構成する各フレームについて、濃度厚み積が最大値を示す画素を特定し、これらの画素が示す濃度厚み積を平均した値を代表値とする。第１方法は、第２方法と比べて、代表値の精度が高くなる。第２方法は、第１方法と比べて、ガス領域の抽出が不要なので、代表値を簡単に算出することができる。
【００７９】
濃度厚み積算出装置１０４は、ステップＳ２７で算出された代表値を、風速ｗ１、流量ｆ１の組み合わせ対応する濃度厚み積として記録する（ステップＳ２８）。
【００８０】
風速と流量との組み合わせは、予め複数用意されている。実験者は、全ての組み合わせについて、ステップＳ２１〜ステップＳ２８の処理がされたか否かを判断する（ステップＳ２９）。
【００８１】
実験者は、全ての組み合わせについて、ステップＳ２１〜ステップＳ２８の処理がされていないと判断したとき（ステップＳ２９でＮｏ）、風速と流量との組み合わせを変えて、ステップＳ２３を実行する。そして、ステップＳ２４からステップＳ２８が実行される。
【００８２】
実験者は、全ての組み合わせについて、ステップＳ２１〜ステップＳ２８の処理がされたと判断したとき（ステップＳ２９でＹｅｓ）、これにより、距離ｄ１の下で、風速と流量との様々な組み合わせについて、濃度厚み積の算出が終了する（ステップＳ３０）。
【００８３】
赤外線カメラ２１とガス吐出装置１０１との距離と、動画Ｖ１の各フレームに写るガス像のサイズとは、相関関係を有する。すなわち、距離ｄ１がＮ倍になると、距離ｄ１のときのガス像と比べて、ガス像は、縦横それぞれＮ分の１となる。赤外線カメラ２１とガス吐出装置１０１との距離が変わっても、ガス像の輝度は同じと見なすことができる。このため、距離ｄ１以外の赤外線カメラ２１とガス吐出装置１０１との距離の場合について、実験者が赤外線カメラ２１を用いて画像Ｉｍ３および動画Ｖ１を撮像する必要がない。濃度厚み積算出装置１０４は、距離ｄ１で得られた動画Ｖ２および画像Ｉｍ４を用いて、画像の拡大縮小処理を実施することで、距離ｄ１以外の距離について、濃度厚み積を算出することができる（ステップＳ３１）。以上により、風速、距離、流量の組み合わせが様々な場合について、濃度厚み積が求まるので、変換テーブル３３４を完成することができる。
【００８４】
（実施形態の纏め）
実際形態の第１局面に係るガス検知用画像処理装置は、検知したいガス濃度レベルの指標として用いるガスの流量が入力される操作によって、前記流量が入力される第１入力部と、撮像装置によって撮像された、撮像対象が写された画像が入力される第２入力部と、前記撮像装置の撮像範囲において前記流量の前記ガスが出現している状態で、前記画像が撮像されたとき、前記撮像範囲において前記ガスを可視化できる領域を算出する第１算出部と、を備える。
【００８５】
ガスの流量は一般的に知られた単位なので、ガス検知をする者に馴染みがある。本発明者は、これに着目し、ガス検知をする者が入力するパラメータをガスの濃度厚み積でなく、ガスの流量にした（例えば、ガス漏れによる危険性（ガス爆発）が発生する流量の最低値）。従って、実施形態の第１局面に係るガス検知用画像処理装置によれば、ガス検知をする者がガスの濃度厚み積の知識がなくても、ガスを可視化できる領域を算出することができる。
【００８６】
ガス検知用画像処理装置は、例えば、ガス漏れの検知に用いることができる。
【００８７】
上記構成において、前記流量を用いて前記ガスの濃度厚み積を算出する第２算出部をさらに備え、前記第１算出部は、前記濃度厚み積を用いて、前記領域を算出する。
【００８８】
例えば、前記第２算出部は、前記撮像装置が前記画像を撮像したときに前記撮像対象が位置する場所の風速と、前記撮像対象から前記撮像装置までの距離と、前記流量と、を用いて、前記濃度厚み積を算出する。
【００８９】
上記構成において、前記撮像範囲での前記領域の位置を示す情報を出力する出力部をさらに備える。
【００９０】
出力部は、例えば、ガスを可視化できる領域の境界線を生成し、撮像装置によって撮像された、撮像対象（例えば、ガス輸送管）が写された画像上において、その領域が位置する箇所に境界線を合成した合成画像を生成し、この合成画像を、ガスを可視化できる領域の位置を示す情報として出力する。この情報は、ディスプレイに表示されてもよいし、紙に印刷されてもよい。
【００９１】
この構成によれば、撮像範囲でのガスを可視化できる領域を示す情報が出力されるので、ガス検知する者は、撮像範囲のどの位置がガスを可視化できる領域であるかを容易に認識することができる。
【００９２】
実施形態の第２局面に係るガス検知用画像処理方法は、検知したいガス濃度レベルの指標として用いるガスの流量が入力される操作によって、前記流量が入力される第１入力ステップと、撮像装置によって撮像された、撮像対象が写された画像が入力される第２入力ステップと、前記撮像装置の撮像範囲において前記流量の前記ガスが出現している状態で、前記画像が撮像されたとき、前記撮像範囲において前記ガスを可視化できる領域を算出する第１算出ステップと、を備える。
【００９３】
実施形態の第２局面に係るガス検知用画像処理方法によれば、実施形態の第１局面に係るガス検知用画像処理装置と同様の作用効果を有する。
【００９４】
本発明の実施形態が詳細に図示され、かつ、説明されたが、それは単なる図例及び実例であって限定ではない。本発明の範囲は、添付されたクレームの文言によって解釈されるべきである。
【００９５】
２０１８年１月９日に提出された日本国特許出願特願２０１８−００１２２３は、その全体の開示が、その全体において参照によりここに組み込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明によれば、ガス検知用画像処理装置およびガス検知用画像処理方法を提供することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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