| 【発明の名称】 |
火災監視装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】石田 憲
【氏名】根本 雅彦
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| 【要約】 |
【課題】赤外線カメラで撮像した監視区域の画像処理により火災の炎を認識して高精度で火災を監視する。
【解決手段】炎に特有のＣＯ2 共鳴放射の波長帯域（４．３μｍ付近）の赤外線を通過させる第１バンドパスフィルタ１ａと、ＣＯ2 共鳴放射の波長を含まない隣接した波長帯域（例えば３．８μｍ付近）の赤外線を通過させる第２バンドパスフィルタ１ｂを赤外線カメラ２ａ，２ｂの前方に配置し、信号処理装置５において赤外線カメラ２ａ，２ｂから出力される各画像データの画素毎の差分の絶対値を演算して差分画像を生成し、差分画像を画像処理することで火災時に発生する炎を判定する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】炎に特有のＣＯ2 共鳴放射の波長帯域の赤外線を通過させる第１バンドパスフィルタと、前記ＣＯ2 共鳴放射の波長を含まない隣接した波長帯域の赤外線を通過させる第２のバンドパスフィルタと、前記第１バンドパスフィルタ及び第２バンドパスフィルタを前方に配置し、通過した赤外線をそれぞれ撮像し画像データとして出力する赤外線カメラと、前記第１バンドパスフィルタ及び第２バンドパスフィルタをそれぞれ配置した場合に前記赤外線カメラから出力される各画像データの画素毎の差分の絶対値を演算して差分画像を生成し、該差分画像を画像処理することで火災時に発生する炎を判定する信号処理装置と、を設けたことを特徴とする火災監視装置。
【請求項２】請求項１記載の火災監視装置に於いて、前記第１バンドパスフィルタと第２バンドパスフィルタをそれぞれ別途設けた前記赤外線カメラの前方に配置したことを特徴とする火災監視装置。
【請求項３】請求項１記載の火災監視装置に於いて、前記第１バンドパスフィルタ及び第２バンドパスフィルタとして、光の透過波長帯域を変化することができる波長可変干渉フィルタを１台の前記赤外線カメラの前方に配置し、前記信号処理装置は、該波長可変干渉フィルタの透過波長帯域を第１バンドパスフィルタの波長帯域と第２バンドパスフィルタの波長帯域とに周期的に変化させた場合の前記赤外線カメラから出力される画像データをそれぞれ記憶し、記憶した各画像データの画素毎の差分の絶対値を演算して差分画像を生成し、該差分画像を画像処理することで火災時に発生する炎を判定することを特徴とする火災監視装置。
【請求項４】請求項１記載の火災監視装置に於いて、更に、前記第１バンドパスフィルタと第２バンドパスフィルタを順次切り替えて１台の前記赤外線センサの前方に配置するフィルタ切替部を設け、前記信号処理装置は、前記フィルタ切替部の切替制御により第１バンドパスフィルタと第２バンドパスフィルタを１台の前記赤外線センサの前方に順次配置した場合の前記赤外線カメラからの画像データをそれぞれ記憶し、記憶した各画像データの画素毎の差分の絶対値を演算して差分画像を生成し、該差分画像を画像処理することで火災時に発生する炎を判定することを特徴とする火災監視装置。
【請求項５】請求項１記載の火災監視装置に於いて、前記信号処理装置は、前記差分画像から炎部分を画像処理により切り出し、該切り出し部分の重心変化や面積変化等の変化を検出することで火災時に発生する炎を判定することを特徴とする火災監視装置。
【請求項６】請求項１記載の火災監視装置に於いて、前記信号処理装置は、前記差分画像に所定レベル以上の輝度領域が所定領域以上あった場合に火災時に発生する炎と判定することを特徴とする火災監視装置。
【請求項７】請求項１記載の火災監視装置に於いて、前記信号処理装置は、前記差分画像に所定レベル以上の輝度領域が予め設定した安全領域以外にあった場合に火災時に発生する炎と判定することを特徴とする火災監視装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、監視区域を赤外線カメラで撮像して画像処理することにより火災時の炎を判別して火災を監視する火災監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、火災時に発生する炎から発せられる赤外線を検出することで火災を監視するものとしては、炎に特有なスペクトル分布を検知するものがある。炎を伴う赤外線放射物体から放射される赤外線のスペクトル分布は、ＣＯ2 共鳴放射として知られる現象により、４．３μｍ付近に高いピークが現れる。
【０００３】例えば、特公昭５５−３３１１９号、特公昭５９−３４２５２号にあっては、４．３μｍの波長を通過するバンドパスフィルタと、４．３μｍを含まない波長を通過するバンドパスフィルタの出力を１個の光電変換素子に受光し、それぞれのバンドパスフィルタを通過した赤外線の強度の差が所定値以上の場合に炎と判断するようにして、太陽光やランプなどによる非火災要因による誤報をなくしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような従来の火災監視装置にあっては、１個の光電変換素子に受光した赤外線の強度の差を捕らえているだけなので、炎であることは検出できるものの、その炎が火災によって発生しているものなのか、火災以外の炎、例えばガスストーブ、ガスレンジなどの炎なのかは判別できず、誤報の要因となっていた。
【０００５】本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、赤外線カメラで撮像した監視区域の画像信号を画像処理することで火災による炎を認識して高精度で火災を監視する火災監視装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために本発明の火災監視装置は次のように構成されている。即ち、本発明の火災監視装置は、炎に特有のＣＯ2 共鳴放射の波長帯域（４．３μｍ付近）の赤外線を通過させる第１バンドパスフィルタと、ＣＯ2 共鳴放射の波長を含まない隣接した波長帯域（例えば３．８μｍ付近）の赤外線を通過させる第２バンドパスフィルタと、第１バンドパスフィルタ及び第２バンドパスフィルタを前方に配置し、通過した赤外線をそれぞれ撮像し画像データとして出力する赤外線カメラと、第１バンドパスフィルタと第２のバンドパスフィルタをそれぞれ配置した場合に赤外線カメラから出力される各画像データの画素毎の差分の絶対値を演算して差分画像を生成し、差分画像を画像処理することで火災時に発生する炎を判定する信号処理装置とを設けたことを特徴としている。
【０００７】このように構成することで、差分画像の生成で監視画像の中に存在する太陽光やランプ等の非火災要因の画像を除去して炎の画像領域のみを抽出することができ、更に抽出された炎の画像領域につき火災によるガスストーブ、ガスレンジ等の非火災要因による炎かを判定する信号処理を行うことで、火災時に発生する炎を確実に判定することができ、炎の位置と大きさも特定できる。
【０００８】本発明における第１バンドパスフィルタ、第２バンドパスフィルタ及び赤外線カメラの構成としては、第１バンドパスフィルタと第２バンドパスフィルタをそれぞれ別途設けた赤外線カメラの前方に配置する。即ちバンドパスフィルタが２つ、赤外線カメラが２台の構成とする。また第１バンドパスフィルタと第２バンドパスフィルタとして光の透過波長帯域を変化することができる波長可変干渉フィルタを１台の赤外線カメラの前方に配置する。この場合、信号処理装置は、波長可変干渉フィルタの透過波長帯域を第１バンドパスフィルタの波長帯域と第２バンドパスフィルタの波長帯域に周期的に変化させた場合の赤外線カメラからの画像データをそれぞれ記憶し、記憶した各画像データの画素毎の差分の絶対値を演算して差分画像を生成し、差分画像を画像処理することで火災時に発生する炎を判定する。
【０００９】このように波長可変干渉フィルタを使うことで、赤外線カメラを１台にすることができ、構成を簡略化し小型化を図ることができる。また第１バンドパスフィルタと第２のバンドパスフィルタを切り替えて１台の赤外線センサの前方に順次配置するフィルタ切替部を設ける。この場合、信号処理装置は、フィルタ切替部の切替制御により第１バンドパスフィルタと第２のバンドパスフィルタを１台の赤外線カメラの前方に順次配置した場合の赤外線カメラからの画像データをそれぞれ記憶し、記憶した各画像データの画素毎の差分の絶対値を演算して差分画像を生成し、該差分画像を画像処理することで火災時に発生する炎を判定する。
【００１０】この場合にも、第１バンドパスフィルタ及び第２バンドパスフィルタを順次切り替えることで、赤外線カメラを１台にすることができ、構成を簡略化し小型化を図ることができる。信号処理装置は、差分画像から炎部分を画像処理により切り出し、その後切り出した部分の重心変化や面積変化等の変化を検出することで火災時に発生する炎を判定する。また信号処理装置は、差分画像に所定レベル以上の輝度領域が所定領域以上あった場合に火災時に発生する炎と判定する。
【００１１】更に、信号処理装置は、差分画像に所定レベル以上の輝度領域が予め設定した安全領域以外にあった場合に、火災時に発生する炎と判定することができる。このような画像処理を使った炎判定の処理を行うことで、火災時に発生する炎をより高精度で検出することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明の火災監視装置の第１実施形態であり、この実施形態にあっては２台のバンドパスフィルタと２台の赤外線カメラを用いたことを特徴とする。図１において、警戒区域を撮像するため第１バンドパスフィルタ１ａを前方に配置した赤外線カメラ２ａと、第２バンドパスフィルタ１ｂを前方に配置した赤外線カメラ２ｂが設けられる。第１バンドパスフィルタ１ａは、炎に特有のＣＯ2 の共鳴放射の波長帯域である中心波長４．３μｍをもつ波長帯域の赤外線を通過させる。
【００１３】これに対し第２バンドパスフィルタ１ｂは、第１バンドパスフィルタ１ａを通過するＣＯ2 共鳴放射の波長帯域の中心波長４．３μｍを含まない隣接した波長帯域、例えば３．８μｍを中心波長とする波長帯域の赤外線を通過させる。赤外線カメラ２ａ，２ｂは、光学レンズ３ａ，３ｂとＰｉＳｉ、ＨｇＣｄＴａ、ボロメータ等の撮像素子４ａ，４ｂを備え、第１，２バンドパスフィルタ１ａ，１ｂを通過した赤外線のそれぞれの画像を撮像し、画像データとして信号処理装置５に出力する。
【００１４】信号処理装置５は、ＭＰＵ６、ＡＤ変換器７ａ，７ｂ、画像メモリ８及び出力インタフェース９を備え、それぞれＭＰＵ６に対しバス１１で接続している。ＡＤ変換器７ａは、第１バンドパスフィルタ１ａの中心波長４．３μｍの波長帯域を通過した赤外線の画像信号をデジタルデータに変換し、画像メモリ８に画像データＡとして記憶する。
【００１５】またＡＤ変換器７ｂは、炎特有の中心波長４．３μｍを含まない隣接した中心波長３．８μｍの波長帯域を通過した赤外線の画像信号をデジタルデータに変換し、画像メモリ８に画像データＢとして記憶する。更に出力インタフェース９にはモニタ１０が接続され、画像メモリ８の画像を必要に応じて表示できるようにしている。
【００１６】図２は図１に設けた第１バンドパスフィルタ１ａと第２バンドパスフィルタ１ｂの赤外線通過帯域特性である。図２（Ａ）は火災による炎の波長スペクトラムであり、炎に固有のＣＯ2 共鳴放射により波長４．３μｍに高いピークを持つ波長スペクトラムの分布が得られる。図２（Ｂ）は図１の第１バンドパスフィルタ１ａと第２バンドパスフィルタ１ｂの通過波長帯域である。第１バンドパスフィルタ１ａは実線のように、中心波長λ１＝４．３μｍの波長帯域を持っている。これに対し第２バンドパスフィルタ１ｂの通過波長帯域は、破線のようにλ１＝４．３μｍを含まない、例えばλ２＝３．８μｍを中心とした波長帯域の通過特性を設定している。
【００１７】図３は図１の信号処理装置５に設けたＭＰＵ６のプログラム制御により実現される信号処理装置としての処理機能のブロック図である。図３において、画像メモリ８には赤外線カメラ２ａから出力された画像信号のＡＤ変換器７ａによる変換で得られた画像データＡと、赤外線カメラ２ａからの画像信号をＡＤ変換器７ｂで変換して得た画像データＢが格納される。
【００１８】即ち、ＭＰＵ６は所定の監視周期ごとにＡＤ変換器７ａによる赤外線カメラ２ａからの画像信号の画像メモリ８への取り込みと、ＡＤ変換器７ｂによる赤外線カメラ２ｂからの画像信号の画像メモリ８への取り込みを順次繰り返し行っている。差分画像生成部１２は、画像メモリ８に画像データＡと画像データＢが得られた段階で画像データＡと画像データＢの画素ごとの差分の絶対値を演算して差分画像データＳを生成する。
【００１９】図４は図３の信号処理における処理画像の具体例を示している。図４（Ａ）は、図１のように第１バンドパスフィルタ１ａまたは第２バンドパスフィルタ１ｂを通さないで撮像した可視画像であり、可視画像には高温物体の例として電球３０、火災による炎３１及び室温と同じ物体の例として家具３２が含まれている。このような可視画像について、図１の第１バンドパスフィルタ１ａのもつ炎に固有のＣＯ2 共鳴放射の中心波長λ１＝４．３μｍをもつ波長帯域の赤外線を通過させて赤外線カメラ２ａで撮像して得られた出力画像Ａは、図４（Ｂ）のようになる。この出力画像Ａにあっては、λ１＝４．３μｍを中心波長とした波長帯域に波長スペクトラムをもつ電球３０及び火災による炎３１の画像が明瞭に得られ、家具３２は画像としてほとんど得られない。
【００２０】一方、図１の第２バンドパスフィルタ１ｂのもつ炎固有の中心波長λ１＝４．３μｍを含まない隣接した中心波長λ２＝３．８μｍの波長帯域を通過した赤外線カメラ２ａで撮像した画像の出力画像Ｂは図４（Ｃ）のようになる。この出力画像Ｂは、中心波長λ２＝３．８μｍを含む広い波長帯域に亘り分布する電球３０の画像は明瞭に得られる。この波長帯域にあっては、炎による赤外線の強度は炎固有の中心波長λ１に比べると少ないことから不明瞭な画像として得られる。家具３２は画像としてほとんど得られない。
【００２１】そして、このような出力画像Ａと出力画像Ｂについて、図３の差分画像生成部１２が画素ごとの差分の絶対値を演算することで、図４（Ｄ）のような差分画像Ｓを生成する。即ち、出力画像Ａから出力画像Ｂを画素ごとに差し引いて絶対値を求めることで、出力画像Ａ，Ｂの両方で同様な出力がある電球３０及び家具３２の画像は除去され、出力画像Ａと出力画像Ｂの差分による絶対値が大きい炎３１は、その画像を差分画像Ｓの中に出力画像Ａより若干劣るが、明瞭に得ることができる。
【００２２】再び図３を参照するに、差分画像生成部１２で生成された差分画像データＳは火災判定処理部１３に与えられ、火災による炎か否かの判定処理が行われる。この火災の判定処理は、図５のように差分画像データに含まれる１または複数の画像部分についてラベリング処理を行ってオブジェクトを特定し、特定された１または複数のオブジェクトについて、火災による炎か否かの判定処理を行っている。
【００２３】図５は図４（Ａ）の可視画像を例にとってオブジェクトを特定するためのラベリング処理である。図５（Ａ）の元画像には、電球３０、炎３１及び家具３２が含まれており、この元画像の各画素ごとに所定の閾値を設定して輝度レベルを２値化してビット０，１を割り付け、図５（Ｂ）のオブジェクトの切出しを行う。続いて図５（Ｂ）のビット１の領域を対象に番号１，２，３を割付けるラベリングを行う。このラベリングにより、電球３０、炎３１及び家具３２に対応するオブジェクト１，２，３が図５（Ｃ）のように特定できる。
【００２４】火災判定処理部１３は、図５のようなラベリング処理によるオブジェクトの特定を、図４（Ｄ）の差分画像Ｓに対し行って炎と推定される１又は複数の炎候補としてのオブジェクトを抽出する。そしてオブジェクト毎に火災による炎か否かの判定処理を行い、火災による炎を判定する。オブジェクトに対する炎か否かの判定は、■重心位置の変化を判定■面積の変化を判定を基本とする。例えば重心位置の変化による判定にあっては、火災による炎は画面の上下方向に炎が燃え上がる変化をすることから、オブジェクトを対象に縦方向の重心変動の有無を判定し、縦方向に重心変動があれば火災の炎と判定する。
【００２５】また面積の変化については、火災による炎の場合には炎が燃え上がることによりそのオブジェクト領域が変化しており、特に上下方向に変動することにより面積が変化することから、所定範囲の面積の変動があったときに火災による炎と判定する。このような重心位置及び面積の変化に加え、更にオブジェクトの形状の複雑度が炎固有の所定の範囲かどうか判定するようにしてもよい。
【００２６】図３の火災判定処理部１３は、オブジェクトの重心位置、面積、更には形状の複雑さ等の判定処理を行い、火災による炎か否かを判定し、火災による炎を判定した場合には、判定結果を出力して火災の警報処理を行わせる。また監視画像から炎を判定した場合には、監視区域における炎の位置が分かることから火災の位置情報も出力することができる。更に炎の面積から火災の規模がどの程度であるかの判定も可能である。
【００２７】図６は、図３に示した図１の信号処理装置５による火災監視処理のフローチャートである。まずステップＳ１でＡＤ変換器７ａを指定し、赤外線カメラ２ａで撮像している第１バンドパスフィルタ１ａを通過した中心波長λ１＝４．３μｍの波長帯域の画像を選択し、ステップＳ２で赤外線カメラ２ａからの画像信号をデジタル信号に変換し、画像メモリ８に画像データＡとして記憶する。
【００２８】次にステップＳ３で中心波長λ２＝３．８μｍを中心とした第２バンドパスフィルタ１ｂを選択し、ステップＳ４で第２バンドパスフィルタ１ｂを通過した赤外線の画像を赤外線カメラ２ｂで撮像し、ＡＤ変換器７ｂでデジタルデータに変換した後、画像メモリ８に画像データＢとして記憶する。次に図５の差分画像生成部１２により、画像メモリ８に記憶している中心波長λ１，λ２の波長帯域を持つ画像データＡ，Ｂの画素ごとの差分の絶対値により差分画像データＳを生成する。次にステップＳ６で、火災判定処理部１３が差分画像データＳに基づく火災判定処理を行う。ステップＳ７で判定結果から火災判定であれば、ステップＳ８で火災警報を出力する。
【００２９】図７は図６のステップＳ６の差分画像データに基づく火災判定処理のフローチャートである。この火災判定処理にあってはステップＳ１で、例えば図４（Ｄ）のような差分画像Ｓを対象に、各画素データが所定範囲値以上だった場合にビット１（白画素）、それ以外の時にビット０（黒画素）を割り当て、２値化データを作成する。
【００３０】図４（Ｄ）のような差分画像Ｓの場合ならば炎だけがビット１に割り当てられるが、２値化データに図５（Ｂ）のように炎以外の要因が含まれていても以下の判断処理で取り除くことができる。ステップＳ２で２値化データを対象にビット１を持つ画素領域、すなわちオブジェクトごとに固有の番号付けすなわちラベリングを行って１つまたは複数の判別できるオブジェクトとする。
【００３１】続いてステップＳ３で１つのオブジェクトに着目し、ステップＳ４でオブジェクトのパラメータとしてオブジェクトの重心位置（縦、横）、面積（画素数）、高さ、幅、複雑度を求める。ここで複雑度は、図形の複雑さの尺度であり、周囲長Ｌｓと面積Ａから複雑度＝Ｌｓ2 ／Ａとして求める。
【００３２】続いてステップＳ５で所定の時間間隔Δｔごとに取得した過去のオブジェクトについて格納しているパラメータ相互間での照らし合わせを行う。具体的には、まず図８（Ａ）に示すような新しくラベリング処理を行った結果から、着目したオブジェクトの重心位置に最も近い位置の過去のオブジェクトを、図８（Ｂ）に示すような過去のラベリング処理を行った結果から探しだし、ラベルを図８（Ｃ）のように付け直し、その後、着目したオブジェクトについてパラメータ相互間での照らし合わせを行う。
【００３３】パラメータの照らし合わせは、つけ直されたオブジェクトのラベルごとに前回のパラメータ１個との単純比較、もしくは過去のオブジェクトのパラメータ任意個数を保存しておいて、複数個のパラメータの平均や時間的な変動を見るために分散率などを算出する。次に、ステップＳ６〜Ｓ１０で火災であるかどうかの判定を行う。判定の順番はその重要度に応じて入れ替わってもよい。また火災判断の対象映像によっては判定のステップ数が減ることも有り得る。ステップＳ６では縦方向の重心位置の変動があるかどうかをチェックする。炎の場合には炎が上方に燃え上がることから縦方向に重心位置の変動が起こる。縦の重心変動があれば火災による炎の可能性があると見なし、ステップＳ７に進む。
【００３４】ステップＳ７では面積値の変動が所定の範囲内かどうかをチェックする。電球やその他の物体の場合面積はほとんど変化しない。また点滅灯や回転灯の場合、最大面積（点滅灯：全灯、回転灯：反射板がカメラ側）、面積ほぼ０（点滅灯：消灯、回転灯：反射板がカメラ以外向き）と変動が激しい。炎の場合は面積の変化があり、最も面積が小さくなったときでもある程度の火炎面積があるため変動が所定の範囲に収まっていれば火災による炎と見なしてステップＳ８に進む。
【００３５】ステップＳ８においては、重心の移動について縦方向と横方向に分解して比較する。縦方向の変動は炎が燃え上がる現象によって、横方向の変動は炎の燃え広がりや風の影響によって発生する。また、縦・横の変動の違いを判断するためには単純にオブジェクトの幅の変動と高さの変動を比較しても良い。炎の周期変動のちらつきは縦方向だけに絞られるので横の変動よりも縦の変動の方が大きい場合に炎と見なしステップＳ９に進む。
【００３６】ステップＳ９においては、重心の移動距離を横成分と縦成分に分解し、それぞれオブジェクトの幅と高さと比較する。炎の場合、その根元には必ず可燃物があり可燃物自体は移動しない。すなわち、走行中の自動車のヘッドランプ等、移動物体を火災と判断しない。移動距離がオブジェクトの大きさの範囲内だった場合は炎と見なしステップＳ１０に進む。
【００３７】ステップＳ１０においては物体の複雑度を判断する。炎の場合、他の物体に比べ、輪郭に凹凸が多く面積に比べ周囲長が長く形状が複雑である。実験映像を実際に処理した場合、炎はその大きさによって複雑度自身が変動するが、その値のばらつきは比較的小さい範囲に収まる。これに対し、電灯やその他の物体は全く変動しない。そこで複雑度の範囲やその時間的変動が所定の範囲であれば炎と判断する。このようなステップＳ６〜Ｓ１０の全ての判定結果をパスすると最終的にステップＳ１１で火災と判定し図６のルーチンに戻る。
【００３８】一方、ステップＳ６〜Ｓ１０のいずれかの条件も満足しなかった場合には、火災ではないことからステップＳ１２に進み、全てのオブジェクトについての判定が終了したか否かチェックし、判定を終了していなければ、再びステップＳ３に戻って次のオブジェクトに着目して同様な処理を行う。全てのオブジェクトの判定が終了した場合には、ステップＳ３で非火災判定を行って図６のメインルーチンにリターンする。
【００３９】尚、図７の火災判定処理にあっては、重心、面積及び位置的な変化をチェックして火災による炎か否か判定しているが、これ以外に面積変化で検出する場合、面積変化から周波数成分を解析し、この周波数成分の解析結果から炎がちらつくことによって発生する炎特有の周波数、即ち１５Ｈｚ以下の判定結果が得られれば炎とする判定処理を加えるようにしてもよい。
【００４０】また差分画像の中にガスストーブやガスレンジ等のオブジェクトが存在する場合、このようなガスストーブやガスレンジの大きさ以上の輝度領域が判定された場合に真の火災と判定することもできる。更に、差分画像の中のガスストーブやガスレンジ等の炎が使用されるものが配置してある領域を予め安全領域として指定し、安全領域で炎が判定される場合には非火災と判定し、これに対し安全領域以外の場所で炎が判定された場合は真の火災と判定するようにしてもよい。
【００４１】図９は本発明の第２実施形態であり、この実施形態にあっては、第１バンドパスフィルタ及び第２バンドパスフィルタとして光の透過波長帯域を変化することのできる波長可変干渉フィルタを用いたことを特徴とする。図９において、信号処理装置５に対しては１台の赤外線カメラ２が設けられており、赤外線カメラ２の前方に波長可変干渉フィルタ１４を設置している。波長可変干渉フィルタ１４は、信号処理装置５の出力インタフェース１５を介して接続した駆動部１６による駆動電圧の印加により、炎に固有のＣＯ2 共鳴放射の中心波長λ１＝４．３μｍの波長をもつ第１バンドパスフィルタとしての機能と、中心波長λ１＝４．３μｍを含まない中心波長λ２＝３．８μｍの波長帯域の通過特性を持つ第２バンドパスフィルタとしての機能を切替設定できる。
【００４２】図１０は図９の波長可変干渉フィルタ１４の構造説明図である。波長可変干渉フィルタ１４は、Ａｕ等の金属膜１８，２０を蒸着した一対のガラス基板１７，１９を上下に配置した圧電素子２１を介して対向配置し、その間にｄ１の空間を形成している。圧電素子２１は駆動電圧源２２による直流電圧の印加を受けて間隔ｄ１を変化させることができる。
【００４３】この波長可変干渉フィルタ１４は、ガラス基板１９側からの入射光に対し金属膜１８，２０を光が透過することによって生ずる多重干渉に起因して、複数種類のスペクトルを有する光が間隔ｄ１に対応して選択的に透過される。このような波長可変干渉フィルタ１４としては、例えば特開平８−２８５６８８号のものが使用できる。
【００４４】図９の駆動部１６にあっては、図１０のような波長可変干渉フィルタ１４について、その赤外線通過の波長帯域を炎特有のＣＯ2 の共鳴放射の中心波長λ１＝４．３μｍを持つ波長帯域と中心波長λ１＝４．３μｍを含まない中心波長λ２＝３．８μｍの波長帯域の赤外線通過特性に切り替える。具体的には、駆動電圧源２２に対する駆動電圧の可変により通過波長帯域の切替えを行う。
【００４５】図１１（Ａ）は火災による炎の波長スペクトラムであり、中心波長λ１＝４．３μｍ付近に炎に特有のＣＯ2 の共鳴放射によるピークを持っている。図１１（Ｂ）は図８の波長可変干渉フィルタ１４の帯域通過特性であり、例えば駆動電圧０ボルトの状態で実線のように中心波長λ１＝４．３μｍの帯域波長をもつ多重干渉による狭帯域通過波長特性を設定し、図１の第１バンドパスフィルタ１ａと同じ波長帯域特性を設定する。
【００４６】これに対し、駆動電圧源２２による圧電素子２１に対する駆動電圧を変化させることで、図１１（Ｂ）の破線のように中心波長λ２＝３．８μｍの波長帯域の通過特性となるように波長軸上でシフトさせた多重干渉による複数の狭帯域波長透過帯域を持つ特性に切り替え、図１の第２バンドパスフィルタ１ｂとしての機能を実現する。さらに、長波長透過フィルタ、短波長透過フィルタと組み合わせることにより、波長選択性をより高めることができる。
【００４７】図９の信号処理装置５は、駆動部１６により図１１（Ｂ）のように、可変値を干渉フィルタ１４の波長通過帯域を順番に切り替える点以外は、図１の信号処理装置５と同じである。この図９の実施形態によれば、波長可変干渉フィルタ１４を用いたことで赤外線カメラ２を１台にすることができ、その分、装置構成が簡略化でき、コストダウンできる。
【００４８】図１２は本発明の第３実施形態であり、この実施形態にあっては、フィルタ切替えにより１台の赤外線カメラで済むようにしたことを特徴とする。図１２において、信号処理装置５に対しては１台の赤外線カメラ２が設けられており、赤外線カメラ２の前面にフィルタ切替部２４が設けられる。フィルタ切替部２４は、第１バンドパスフィルタ１ａと第２バンドパスフィルタ１ｂを、例えば円板の回転軸により回転自在に設置しており、駆動部２３により赤外線カメラ２の前方にフィルタ切替部２４の駆動で第１バンドパスフィルタ１ａまたは第２バンドパスフィルタ１ｂを切替配置できるようにしている。この場合にも、信号処理装置５は図１の実施形態と基本的に同じである。
【００４９】図１３は本発明の第４実施形態であり、図９の波長可変干渉フィルタ１４を用いた第２実施形態について、差分画像の生成をアナログ的に行うようにしたことを特徴とする。図１３において、赤外線カメラ２、信号処理装置５、波長可変干渉フィルタ１４及び駆動部１６の構成は図８の第２実施形態と同じであるが、これに加えて新たに差分画像生成回路２５を設けている。差分画像生成回路２５は、遅延回路２６と差分回路２７を備える。遅延回路２６は撮像素子４から出力される画像信号を１画像分遅延して差分回路２７に出力する。
【００５０】差分回路２７は遅延回路２６で１画像分遅延された画素信号と撮像素子４よりリアルタイムで出力される画素信号との差分の絶対値を求め、ＡＤ変換器７でデジタルデータに変換して画像メモリ８に格納して差分画像データを生成させる。即ち、ＭＰＵ６による指示で出力インタフェース１５を介して駆動部１６により波長可変干渉フィルタ１４に第１バンドパスフィルタ１ａの中心波長λ１＝４．３μｍの波長帯域を設定して、透過した赤外線の画像を赤外線カメラ２より出力させて、まず遅延回路２６に入力して１画像分遅延させる。
【００５１】次に出力インタフェース１５により駆動部１６を切り替え、波長可変干渉フィルタ１４の通過帯域を波長λ２＝３．８μｍの波長帯域とし、この波長帯域の通過で得られた赤外線の画像信号を出力する際に遅延回路２６で遅延された１画像分前の画素と赤外線カメラ２よりリアルタイムで出力される画素の差分の絶対値を差分回路２７で求め、ＡＤ変換器７でデジタルデータに変換して画像メモリ８の差分画像の画素データとして格納する。
【００５２】このような差分画像生成回路２５によるアナログ的な差分画像の生成により、リアルタイムで差分画像を信号処理装置５に取り込むことができ、信号処理装置５における差分画像の生成処理の負担が低減し、処理時間と処理負荷の低減を図ることができる。図１４は図１２の差分画像生成回路２５を外部に設けた信号処理装置５による火災監視処理のフローチャートである。まずステップＳ１で中心波長λ１＝４．３μｍの波長帯域を波長可変干渉フィルタ１４に設定し、ステップＳ２で中心波長λ１＝４．３μｍの波長帯域を通過した赤外線の画像を撮像し、この画像信号を差分画像生成回路２５の遅延回路２６に出力して遅延させる。
【００５３】次にステップＳ３で中心波長λ２＝３．８μｍの波長帯域を波長可変干渉フィルタ１４に設定し、ステップＳ４でそのときの波長可変干渉フィルタ１４を通過した赤外線画像の撮像による画像信号を差分画像作成回路２５の差分回路２７に出力し、ステップＳ２で入力して遅延回路２６で遅延されている中心波長λ１の波長帯域の画像信号との差分の絶対値を各画素ごとに求めてＡＤ変換した後に、画像メモリ８に差分画像データＳとして記憶する。
【００５４】続いてステップＳ５で図７のフローチャートに従った火災判定処理を行い、ステップＳ６で火災であれば、ステップＳ７で火災警報出力を行うことになる。図１５はアナログ的な差分画像の生成を行う本発明の実施形態であり、この実施形態については、図１２のフィルタ切替部２４を備えた第３実施形態についてアナログ的な差分画像生成を適用したことを特徴とする。即ち図１５において、図１２と同じ構成を持つ赤外線カメラ２、駆動部２３、フィルタ切替部２４及び信号処理装置５に対し、新たに差分画像生成回路２５を設け、差分画像生成回路２５は遅延回路２６と差分回路２７で構成される。
【００５５】この差分画像生成回路２５は図１３の実施形態と同じであり、信号処理装置５に設けた出力インタフェース１５による駆動部２３で、フィルタ切替部２４の第１バンドパスフィルタ１ａを赤外線カメラ２の前部に図示のように配置した状態で、その画像信号を遅延回路２６に入力して遅延する。次に駆動部２３によりフィルタ切替部２４の第２バンドパスフィルタ１ｂを赤外線カメラ２の前方に切り替え、この状態で得られる画像信号を差分回路２７に入力し、遅延回路２６で既に遅延された画像信号との差分の絶対値を各画素ごとに求め、ＡＤ変換器７でデジタルデータに変換し、画像メモリ８の差分画像の画素データとして記憶する。
【００５６】尚、上記の実施形態にあっては、炎に特有のＣＯ2 共鳴放射の中心波長λ１＝４．３μｍの波長帯域の赤外線を通過させる第１バンドパスフィルタ１ａに対し、第２バンドパスフィルタ１ｂとして、低い中心波長λ２＝３．８μｍの波長帯域をもつように設定しているが、λ１＝４．３μｍに対し高い波長帯域、例えばλ３＝４．５μｍの波長帯域を持つフィルタを第２バンドパスフィルタとしてもよいことはもちろんである。
【００５７】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれば、炎特有の波長帯域を持つ画像と炎特有の波長帯域を外れる画像との差分画像の生成で、監視画像の中に存在する太陽光やランプなどの非火災要因の画像を除去して炎の画像領域のみを抽出することができ、更に抽出された炎の画像領域について火災による炎かガスストーブやガスレンジ等の非火災要因による炎かを判定することで、火災時に発生する炎を確実に判定することができ、高精度で火災を監視することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３４０３
【氏名又は名称】ホーチキ株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月２８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 進 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１６０１５８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）６月１８日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３２７３３９ |
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