JP2003270037A

JP2003270037A - 炎検知装置

Info

Publication number: JP2003270037A
Application number: JP2002360308A
Authority: JP
Inventors: Hidenari Matsukuma; 秀成松熊; Masahiko Nemoto; 雅彦根本; Yasushi Shima; 裕史島
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＣＤ撮像素子を用いて精度よく炎を判定する
小型かつ安価な炎検知装置を得る。【解決手段】炎から放射される可視帯域の波長光を減光
フィルタ（ＮＤフィルタ１２と可視光カットフィルタ１
４）により９０％以上減光させ、この減光フィルタによ
り減光された可視帯域の波長光をＣＣＤ撮像素子２２に
入射して撮像する。ＣＣＤ撮像素子２２で撮像された画
像を処理部２８で処理し、対象物の時間的な拡大と縮小
の変化及び又はゆらぎ周波数から炎を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像素子により監
視対象を撮像して得られた画像から炎を判定する炎検知
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、監視カメラにより撮像された画像
を処理して火災による炎の判定する方法としては、
（１）炎から放射される特有の波長光であるＣＯ₂共鳴
放射帯の赤外線を抽出する方法、（２）ＣＯ₂共鳴放射
帯の赤外線における光強度の時間的変化となる炎固有の
ゆらぎ周波数を抽出する方法、（３）燃焼炎の像の空間
的な振る舞いである時間的な拡大と縮小の検出を抽出す
る方法、などが知られている。

【０００３】このため、従来の画像処理を行う炎検知装
置は、埃や露滴等から装置内部を保護する入射窓、ＣＯ
₂共鳴放射帯の赤外線を抽出するバンドパスフィルタ、
選択抽出された波長光の像を撮像する撮像素子、撮像素
子へ監視空間の像を結像するレンズ機構と、撮像素子か
らの画像信号を処理して火災炎を判定する処理部を備え
ている。

【０００４】

【特許文献１】特平２０００−３５６５４７号公報

【特許文献２】特平２０００−０９９８４８号公報

【特許文献３】特願平１１−１６０１５８号公報

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炎特有
の波長光である４．５μｍを中心としたＣＯ₂共鳴放射
帯は、炎以外の外光に対するＳ／Ｎの良い波長帯である
点で炎の判定に最適であるが、このＣＯ₂共鳴放射帯を
撮影する赤外線撮像素子は、冷却構造など複雑な構成を
要する上、非常に高価で大型のものであった。

【０００６】一方、ＣＯ₂共鳴放射帯の赤外線から炎を
検出する方法として、従来より赤外線撮像素子の代わり
に焦電素子などを用いた炎検知器が知られている。この
焦電素子を用いた炎検知器は、簡易かつ安価であるが、
画像処理でないために燃焼炎の像の空間的な振る舞いで
ある時間的な拡大と縮小の検出を捉えることができず、
炎検出の精度としては赤外線撮像素子を用いた画像処理
方法に対し劣る。また安価な撮像素子として通常のビデ
オ撮影機等に用いられているＣＣＤ撮像素子がある。し
かし、ＣＣＤ撮像素子は比較的安価で性能の良い撮像素
子であるが、撮像可能な感度波長帯域は可視光帯域から
１．２μｍ程度の近赤外線までと狭く、炎の最も特徴的
とされるＣＯ₂共鳴放射帯の波長帯域に届かない。更
に、炎からの光エネルギーはＣＣＤ撮像素子のダイナミ
ックレンジからみると極端に高いレベルにあり、ＣＣＤ
撮像素子を用いた監視カメラで監視中に火災により発生
した炎を捉えると、ハレーション（信号飽和）を起こし
てしまう。

【０００７】また、赤外線撮像素子の時も同様に、炎を
撮影した場合にはダイナミックレンジを超えてハレーシ
ョンを起こしてしまい、前述のＣＣＤ撮像素子の場合と
同様の問題があった。このハレーションは、絞りやゲイ
ンコントロールによっても抑えることができず、このた
めＣＣＤ撮像素子では炎の空間的振る舞いを把握するこ
とができず、炎検知には不適であり、火災などによる炎
の監視には向かないとされていた。本発明は、ＣＣＤ撮
像素子を用いて精度よく炎を判定する小型かつ安価な炎
検知装置を提供することを目的とする。また本発明は、
撮像素子を用いた場合に炎画像の階調分解能を簡単に高
められるようにした炎検知装置を提供することを目的と
する。更に本発明は、ＣＣＤ撮像素子に焦電素子等の赤
外線センサを組み合わせて高精度な炎の判定を可能とす
る小型かつ安価な炎検知装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は次のように構成する。

【０００９】本発明は、火災時などに発生する炎を検知
する炎検知装置であって、炎から放射される可視〜近赤
外帯域の波長光を９０％以上減光させる減光フィルタ
と、減光フィルタにより減光された可視〜近赤外帯域の
波長光を入射して撮像する撮像素子と、撮像素子で撮像
された画像から炎を判定する処理部とを備えたことを特
徴とする。

【００１０】このため本発明にあっては、減光フィルタ
によって、撮像素子に入射する光量を、通常の撮影環境
では考えられない９０％以上減光させることにより、炎
を撮像した際の入射光利用を撮像素子のダイナミックレ
ンジに入れ、炎の撮影時に起きていたハレーションを抑
え、撮像素子により撮像した画像から炎の空間的振る舞
いを把握可能とし、従来、ほとんど不可能と考えられて
いた撮像素子による炎検知を可能とする。

【００１１】ここで撮像素子としてはＣＣＤ撮像素子を
用いる。ＣＣＤ撮像素子は、感度波長域が可視光から
１．２μｍ程度と狭く、炎の最も特徴的とされる４．５
μｍの炎のＣＯ₂共鳴放射帯に届かないが、炎からは紫
外〜可視〜近赤外〜赤外と広範囲の光が放射されてお
り、ＣＣＤ撮像素子で炎を撮影することは十分に可能で
ある。

【００１２】さらに、炎の揺らぎ（ちらつき）や空間的
な振る舞いはＣＣＤ撮像素子の感度帯域においても、Ｃ
Ｏ₂共鳴放射帯と類似することも知られており、ＣＣＤ
撮像素子の撮影画像から高精度に炎を判定することが十
分に可能である。

【００１３】また、ここで減光フィルタは、例えば可視
〜近赤外帯域の波長光を９０％以上減光させるＮＤフィ
ルタと、所定の波長以下の可視帯域の波長光をカットす
る可視光カットフィルタで構成される。ここで所定の波
長とは例えば８００ｎｍであり、可視光カットフィルタ
は８００ｎｍ以下の可視帯域の波長光をカットする。

【００１４】本発明の別の形態にあって、火災時などに
発生する炎を検知する炎検知装置において、炎から放射
される赤外領域の波長光を９０％以上減光して通過させ
る赤外帯域フィルタと、赤外帯域フィルタにより減光さ
れた赤外帯域の波長光を入射して撮像する赤外線撮像素
子と、赤外線撮像素子で撮像された画像から炎を判定す
る処理部とを備えたことを特徴とする。

【００１５】この形態をとる本発明にあっては、撮像素
子として炎からのＣＯ₂共鳴波長帯域に感度をもつ赤外
線撮像素子を使用しているが、この赤外線撮像素子に入
射する光量を赤外線帯域フィルタによって９０％以上減
光させることで、赤外線撮像素子のダイナミックレンジ
をフルに使って炎からの光エネルギーに対応した階調値
を持つ画像信号（画素信号）がえられ、画像信号の分解
能を簡単に高めて精度の高い画像処理による炎の判定が
できる。

【００１６】本発明の別の形態にあっては、火災時など
に発生する炎を検知する炎検知装置において、炎から放
射される可視〜近赤外帯域の波長光を９０％以上減光さ
せる減光フィルタと、減光フィルタにより減光された可
視〜近赤外帯域の波長光を入射して撮像する撮像素子
と、ＣＯ₂共鳴放射帯の波長光を透過させる特定周波数
透過フィルタと、特定周波数透過フィルタを透過した波
長光を受光して電気信号に変換する赤外線センサと、撮
像素子で撮像された対象画像の時間的な拡大と縮小の変
化及び赤外線センサから出力された電気信号のゆらぎ周
波数から炎を判定する処理部とを備えたことを特徴とす
る。

【００１７】更に、この形態をとる本発明にあっては、
撮像素子としてＣＣＤ撮像素子を用いており、ＣＣＤ撮
像素子を用いた画像処理による炎の判定に、特定周波数
透過フィルタと赤外線センサ（焦電素子など）を用いて
炎固有のＣＯ₂共鳴放射帯の赤外線検出を組み合わせる
ことで、ＣＣＤ撮像素子による利点に加え、炎判定の精
度を簡単に向上させることができる。

【００１８】本発明の別の形態にあっては、火災時など
に発生する炎を検知する炎検知装置において、炎から放
射される可視帯域の波長光を９０％以上減光させる減光
フィルタと、減光フィルタにより減光された可視〜近赤
外帯域の波長光を入射して撮像するＣＣＤ撮像素子と、
第１特定周波数透過フィルタを透過したＣＯ₂共鳴放射
帯の中心波長直前の波長光を受光して電気信号に変換す
る第１赤外線センサと、第２特定周波数透過フィルタを
透過したＣＯ₂共鳴放射帯のの中心波長光を受光して電
気信号に変換する第２赤外線センサと、第３特定周波数
透過フィルタを透過したＣＯ₂共鳴放射帯の中心波長直
後の波長光を受光して電気信号に変換する第３赤外線セ
ンサと、ＣＣＤ撮像素子で撮像された対象画像の時間的
な拡大と縮小の変化及び前記第１乃至第３赤外線センサ
から出力された電気信号のピーク分布から炎を判定する
処理部とを備えたことを特徴とする。この形態をとった
本発明の炎検知装置にあっては、ＣＣＤ撮像素子により
画像処理に加え、第１乃至第３赤外線センサによってＣ
Ｏ₂共鳴放射帯の光エネルギーの強さを波長軸上の３点
のピーク分布を捉え、より高い精度で炎を判定可能とす
る。本発明の炎検知装置のいずれの形態においても、更
に、入射する光量を調整する絞り機構を備え、９０％以
上の減光フィルタで調整しきれなかった範囲についての
光量の増減を可能とする。この調整は、処理部に入力す
る信号を増幅する増幅部に利得制御部を設けて行っても
良い。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は撮像素子としてＣＣＤ撮像
素子を用いた本発明による炎検知装置の第１実施形態の
説明図である。

【００２０】図１において、この実施形態の炎検知装置
は、埃や露滴等を防ぐための例えばサファイアガラスを
用いた入射窓１０に続いて、監視区域からの光量を９０
％以上減光する減光フィルタを構成するＮＤフィルタ１
２と可視光カットフィルタ１４を配置している。NDフィ
ルタ１２は可視〜近赤外光域の減衰フィルタとして知ら
れており、例えば図２のような波長に対する透過係数
（０〜１の範囲の値）を持っている。本発明の炎検知装
置で使用するＮＤフィルタ１２は透過率が０．１以下
（１０％以下）のフィルタ特性を必要とすることから、
図２における透過率１３％のＮＤ−１３と透過率０％の
ＮＤ−０の間に設定されるＮＤ−５（図示せず）として
のフィルタ特性を例えば用いたものを使用すればよい。

【００２１】可視光カットフィルタ１４は、ＮＤフィル
タ１２で９０％以上減光された波長光に含まれている所
定の波長以下の可視光の波長帯域をカットする。この所
定波長は例えば８００ｎｍであり、可視光カットフィル
タ１４は、８００ｎｍ以下の可視光の波長帯域をカット
する。可視光カットフィルタ１４に続いては、レンズ１
６、絞り機構１８及びレンズ２０でなる結合光学系が設
けられ、レンズ２０からの光をＣＣＤ撮像素子２２の撮
像面に結像している。絞り機構１８はＮＤフィルタ１２
で９０％以上減光され且つ可視光カットフィルタ１４で
可視光帯域がカットされた波長光を、更に絞りの開閉で
光量調整可能としている。

【００２２】ＣＣＤ撮像素子２２は、ＣＣＤ画素を所定
ドット数、縦横に並べて２次元配置しており、所定周期
による素子駆動で入射した光量の蓄積電荷に応じた各画
素信号を２次元走査して映像信号として読み出す。この
ＣＣＤ撮像素子２２の入射光に対する撮像感度は、可視
光帯域から近赤外線帯域の１．２μｍくらいまでであ
り、炎に固有なＣＯ₂共鳴放射帯域となる４．５μｍ付
近の赤外線帯域までの撮像感度は持っていない。

【００２３】ＣＣＤ撮像素子２２で撮像された画像信号
は、増幅部２４で増幅された後、処理部２８に与えられ
る。増幅部２４には利得制御部２６が設けられており、
処理部２８に対するＣＣＤ撮像素子２２から読み出した
画像信号のレベル調整を可能としている。このため図１
の実施形態にあっては、絞り機構１８による光学的な光
量調整と利得制御部２６による電気的なレベル調整の両
方を行うことができる。

【００２４】処理部２８は、増幅部２４を介して増幅さ
れたＣＣＤ撮像素子２２からの画像信号を対象に（１）炎固有のゆらぎ周波数（ちらつき周波数）の抽出（２）炎の像の時間的な拡大と縮小の抽出に基づいて、撮像された画像信号から炎の有無を判定す
る。

【００２５】炎固有の揺らぎ周波数の抽出は、炎の揺ら
ぎ中心周波数が４．０〜５．０Ｈｚ以下の例えば２〜３
Ｈｚ付近にあることが知られており、ＣＣＤ撮像素子２
２の画像信号について、各画素の階調値の総和を時間の
経過と共に求め、この時間的な画素総和の値を高速フー
リエ変換（ＦＦＴ）することでピーク周波数を検出し、
このピーク周波数が炎固有の例えば２〜３Ｈｚにあれば
炎と判定する。

【００２６】また炎画像の時間的な拡大と縮小の検出に
ついては、ＣＣＤ撮像素子２２で撮像された画像信号を
２値化した後にラベリングにより炎領域を抽出し、抽出
した炎領域の面積を求めることで、炎固有の時間的な拡
大と縮小を抽出して炎を判定する。

【００２７】処理部２８における炎の判定は、ゆらぎ周
波数の抽出と炎の時間的な拡大と縮小の抽出のいずれか
一方で行ってもよいし、両方を用いて判定精度を高める
ようにしてもよい。

【００２８】図３は図１の実施形態における炎からの光
の入射に対するフィルタ減光量とＣＣＤ出力範囲の関係
を示している。

【００２９】図３において、ＣＣＤの出力範囲２００が
図示の矢印の範囲であったとすると、これに対し検出対
象規模の炎からの信号範囲１００は、ＣＣＤ出力範囲の
上限に近いレベルから遥かに高いレベルまで存在するこ
とになる。

【００３０】このＣＣＤの出力範囲２００に対し、絞り
や利得制御によって左側に示すＣＣＤの拡大可能な仮想
範囲３００を持つが、このように絞り及び利得制御を行
っても、この拡大可能な仮想範囲３００を超える検出対
象規模の炎からの信号範囲１００に対応した部分につい
ては破線のように、ハレーションを起こす範囲４００と
して存在している。このため従来の炎検知装置にあって
は、ＣＣＤ撮像素子を使用した場合、炎からの光エネル
ギーがかなり高いため、ハレーションを起こして炎の挙
動を捉えることができなかった。

【００３１】そこで本発明にあっては、図１のＮＤフィ
ルタ１２により、入射する光量を９０％以上減光するよ
うにしたため、炎からの光エネルギーにあってもＮＤフ
ィルタ１２により９０％以上減光され、これによってＣ
ＣＤ出力範囲２００の上限側から遥かに高い領域に存在
している検出対象規模の炎からの信号範囲１００を、Ｃ
ＣＤ出力範囲２００に入る検出対象規模の炎からの信号
範囲５００に減衰している。

【００３２】このため、ＣＣＤの出力範囲２００をその
まま使用して、検出対象規模の炎からの信号範囲５００
の設定によりハレーションを起こすことなく、ＣＣＤ撮
像素子によって炎の画像を撮像することができる。この
フィルタ減衰された検出対象規模の炎からの信号範囲５
００については、図１に示している絞り機構１８や利得
制御部２６による調整で、絞り及び利得制御で拡大可能
な仮想範囲６００まで調整することができる。

【００３３】またＣＣＤ撮像素子から読み出される画像
信号を構成している各画素の階調レベルによる分解能を
見ると、次のようになる。ＣＣＤ撮像素子２２に設けて
いる各ＣＣＤ画素からの画像信号が例えば１０ビットデ
ータであったとすると、図３のＣＣＤ出力範囲２００を
１０ビットデータで表現できることから、１０２４階調
の分解能を持つことになる。これに対し減衰前の検出対
象規模の炎からの信号範囲１００にあっては、ＣＣＤ出
力範囲２００の上限部分の一部でしか有効に撮像できな
いため、このＣＣＤ出力範囲２００に入る検出対象規模
の炎からの信号範囲１００に対する炎解析のための分解
能は、１０ビットのうちの例えば４ビットに対応した１
６階調という低い分解能しか持たない。

【００３４】これに対し図１の本発明の第１実施形態に
あっては、検出対象規模の炎からの信号範囲１００を９
０％以上減光してＣＣＤ出力範囲２００に合わせた検出
対象規模の炎からの信号範囲５００としているため、炎
の解析にＣＣＤ出力範囲２００と同じ１０ビットに基づ
く１０２４階調の分解能を実現でき、これによって図１
の処理部２８における炎判定のための揺らぎ周波数の抽
出や時間的な拡大と縮小変化の検出などの画像処理を高
精度に行うことができる。

【００３５】次に図１の第１実施形態の動作を、例えば
火災による炎監視を例にとって説明する。図１の第１実
施形態による炎検知装置は、入射窓１０からＣＣＤ撮像
素子２２までを監視用のカメラ装置として構成してお
り、ＣＣＤ撮像素子２２に続く増幅部２４については少
なくともカメラ装置側に組み込んでいる。処理部２８
は、カメラ側に組み込んでもよいし、信号線で接続され
たパーソナルコンピュータや適宜の簡易装置側に監視カ
メラからの画像信号を取り込んで処理する機能を実現す
る例えば処理プログラムのインストールなどにより実現
してもよい。

【００３６】このようなカメラ装置として実現された炎
検知装置により警戒区域を監視している場合、火災のな
い通常の監視状態にあっては監視領域からの光はＮＤフ
ィルタ１２で９０％以上減光されるため、ＣＣＤ撮像素
子２２に入射される光量は監視区域からの光の１０％以
下であり、そのため通常監視状態で得られたＣＣＤ撮像
素子２２からの画像信号のレベルはほとんどゼロレベル
にあり、例えばこの画像信号をモニタなどにより映し出
して見てもモニタ画面はほとんど真っ暗であり、監視区
域の状況は肉眼で見ることはできない。

【００３７】監視区域で火災による炎が燃え上がったと
すると、この炎からの光は図３の検出対象規模の炎から
の信号範囲１００のように、ＣＣＤの出力範囲の上限か
これを遥かに上回った範囲の強い光量として入射する。
しかしながら、炎からの光はＮＤフィルタ１２で９０％
以上減光され、続いて可視光カットフィルタ１４で例え
ば８００ｎｍ以下の可視光領域がカットされた後に、レ
ンズ１６、絞り機構１８、レンズ２０を通ってＣＣＤ撮
像素子２２に結像される。

【００３８】このため、図３のようにフィルタ減衰によ
ってＣＣＤ出力範囲２００にほぼ対応した検出対象規模
の炎からの信号範囲５００に入っており、炎を撮像して
もハレーションを起こすことなく、ＣＣＤ出力範囲２０
０の画像信号のビット数で決まる高い分解能で炎の画像
信号を撮像することができる。

【００３９】ＣＣＤ撮像素子２２からの画像信号は、増
幅部２４でそのときの利得制御部２６による制御状態で
の増幅を受けた後、処理部２８に読み込まれる。処理部
２８にあっては、読み込んだ炎画像の輝度変化の高速フ
ーリエ変換によってちらつき周波数の抽出及びまたは炎
画像の時間的な拡大と縮小の変化を抽出することによ
り、炎であることを判定する。

【００４０】もちろん本発明の炎検知装置は、火災監視
以外に燃焼監視などの分野でも適用できる。

【００４１】図４は本発明による炎検知装置の第２実施
形態の説明図であり、この実施形態にあっては撮像素子
として赤外線撮像素子を用いたことを特徴とする。

【００４２】図４において、この第２実施形態の炎検知
装置は入射窓１０に続いて、減光フィルタとして使用す
る赤外線帯域通過フィルタ３０を設けている。この赤外
線帯域通過フィルタ３０は赤外線帯域の通過特性を持
ち、且つ通過する赤外線帯域の光量を９０％以上減光さ
せる透過率１０％以下のフィルタを使用する。もちろん
帯域通過フィルタと減光フィルタを別々に設けても良
い。

【００４３】赤外線帯域通過フィルタ３０に続いて、レ
ンズ１６、絞り機構１８、レンズ２０でなる結像光学系
が設けられ、続いて赤外線撮像素子３２を設けている。
赤外線撮像素子３２は、炎に特有なＣＯ₂共鳴放射帯と
なる４．５μｍに撮像感度を持っている。このような赤
外線撮像素子３２としては、例えばＰｂｓやＰｂｓｅア
レイが使用され、この場合には冷却機構３４を用いた電
子冷却とその排熱構造を備えることになる。また赤外線
撮像素子３２として非冷却型のものもあり、非冷却型と
してはサーミスタやボロメータを画素アレイとして配列
している。赤外線撮像素子３２で撮像された画像信号は
増幅部２４で増幅された後、処理部２８に取り込まれ
る。増幅部２４には利得制御部２６が設けられ、赤外線
撮像素子３２からの画像信号の階調レベルを調整でき
る。

【００４４】処理部２８は赤外線撮像素子３２からの赤
外線波長帯域の画像を読み込み、（１）炎特有のＣＯ₂共鳴放射帯の赤外線抽出（２）ＣＯ₂共鳴放射帯の赤外線による炎固有の揺らぎ
周波数の抽出（３）炎の時間的な拡大と縮小の抽出のいずれかまたはその組合せによる炎の判定処理を行
う。

【００４５】この場合、赤外線撮像素子３２の画像信号
から、炎から放射される特有の波長光であるＣＯ₂共鳴
放射帯の赤外線が直接得られるため、ＣＯ₂共鳴放射帯
の中心周波数４．５μｍの検出だけをもって炎と判定す
ることもできるし、ゆらぎ周波数についてもＣＯ₂共鳴
放射帯の赤外線のレベル変化の高速フーリエ変換から直
接求めるため、より正確に炎を抽出することができる。

【００４６】このような特徴は従来の赤外線撮像素子を
用いた炎検知装置と同じであるが、本発明にあっては赤
外線帯域通過フィルタ３０によって赤外線撮像素子３２
に入射する赤外線の光量を９０％以上減光させているこ
とにより、炎から光量の大きな赤外線エネルギーを受け
ても、赤外線帯域通過フィルタ３０による減衰で赤外線
撮像素子３２の出力範囲に赤外線の光量を抑え込み、こ
れによって赤外線撮像素子３２の出力範囲を与えている
例えば１０ビットの分解能をフルに使って赤外線画像信
号を得ることができる。

【００４７】即ち、炎からの赤外線の波長帯域を通過し
て赤外線撮像素子３２で撮像する場合にも、図３のＣＣ
Ｄ撮像素子の場合と同様、検出対象規模の炎からの信号
範囲は赤外線撮像素子の出力範囲の上限から更に大きく
超えており、ハレーションを起こす可能性がある。これ
に対し図４の実施形態にあっては、赤外線の光エネルギ
ーを９０％以上減衰させることで赤外線撮像素子の出力
範囲に検出対象規模の炎からの信号範囲を減衰させ、こ
れによって例えば赤外線撮像素子における１０ビットの
分解能をフルに使用して炎からの赤外線画像の信号処理
を行うことができる。

【００４８】図５は本発明による炎検知装置の第３実施
形態であり、この第３実施形態にあっては、図１の第１
実施形態にＣＯ₂共鳴放射帯域の赤外線を検知する赤外
線検知素子を組み合わせたことを特徴とする。

【００４９】図５において、入射窓１０、ＮＤフィルタ
１２、可視光カットフィルタ１４、レンズ１６、絞り機
構１８、レンズ２０、ＣＣＤ撮像素子２２及び増幅部２
４の構成は、図１の第１実施形態と同じである。これに
加えて図５の第３実施形態にあっては新たに、入射窓３
６、赤外線狭帯域通過フィルタ３８、赤外線検出素子４
０、周波数フィルタ４２、利得制御部４６を備えた増幅
部４４を設けている。入射窓３６は埃や露滴等を防ぐた
めに設けたサファイヤガラスを使用しており、図５にあ
っては説明を簡単にするため入射窓１０と別に設けてい
るが、入射窓１０と入射窓３６を共通にしてプリズムな
どによる分光系で組み合わせてもよい。赤外線狭帯域通
過フィルタ３８は特定波長選択フィルタとして機能し、
具体的には炎から放射される特有の波長光であるＣＯ₂
共鳴放射帯の中心波長となる４．５μｍの帯域通過特性
を備えたフィルタを使用する。

【００５０】赤外線検出素子４０はＣＯ₂共鳴放射帯の
波長４．５μｍに検出感度を持つ素子であり、例えば焦
電センサーなどを用いることができる。なお赤外線検出
素子４０には赤外線通過帯域フィルタが一体にパッケー
ジされているものがあることから、この場合には赤外線
狭帯域通過フィルタ３８は不要となる。

【００５１】赤外線検出素子４０からの検出信号は周波
数フィルタ４２に与えられる。周波数フィルタ４２は炎
のゆらぎ周波数帯域を選択して抽出する。即ち、炎のち
らつき中心周波数は例えば２〜３Ｈｚ付近にあることか
ら、例えば２〜３Ｈｚを効率よく通過させる特性を持つ
フィルタを使用すればよい。周波数フィルタ４２からの
出力信号は増幅部４４で増幅された後、処理部２８に入
力される。増幅部４４には利得制御部４６が設けられて
おり、周波数フィルタ４２からのゆらぎ周波数帯域の抽
出信号をレベル調整できる。

【００５２】処理部２８は、ＣＣＤ撮像素子２２からの
画像信号については画像処理により炎の時間的な拡大と
縮小を抽出し、一方、赤外線検出素子４０からの周波数
フィルタ４２で抽出された信号については、増幅部４４
より所定レベルの信号が得られれば炎固有のちらつき周
波数の検出と判定できる。即ち、赤外線検出素子４０、
周波数フィルタ４２及び増幅部４４を介して得られた検
出信号が所定レベル以上であれば、ＣＯ₂共鳴放射帯の
赤外線が抽出されており且つ炎固有の揺らぎ周波数が抽
出されており、これにより炎が判定できる。更に、ＣＣ
Ｄ撮像素子２２の画像信号から炎固有の時間的な拡大と
縮小の抽出による炎判定を組み合わせることで、より高
精度な炎検知が実現できる。

【００５３】またＣＣＤ撮像素子２２による炎画像の検
出が簡単で安いコストで実現できるが、炎から放射され
る特有の波長光であるＣＯ₂共鳴放射帯の赤外線検出に
ついても、簡単な赤外線検出素子４０を用いるだけでよ
いことから、低コストで実現できる。

【００５４】図６は、図５の赤外線検出素子４０により
検出される炎固有の波長光であるＣＯ₂共鳴放射帯にお
ける光エネルギーの強度分布である。即ちＣＯ₂共鳴放
射帯の中心周波数となる４．５μｍでピーク強度が得ら
れ、その両側で落ち込んだ固有の波長特性が得られ、こ
の波長ピークを捉えることで炎であることを確実に判定
できる。

【００５５】図７は本発明による炎検知装置の第４実施
形態である。この第４実施形態にあっては、炎固有のＣ
Ｏ₂共鳴放射帯の赤外線におけるピーク強度の分布を複
数の赤外線検出素子を用いて検出するようにしたことを
特徴とする。

【００５６】図７において、ＣＣＤ撮像素子２２側の構
成は、図５の第３実施形態と同様、図１の第１実施形態
をそのまま採用している。これに対しＣＯ₂共鳴放射帯
の赤外線を検出する入射窓３６側にあっては、３つの赤
外線検出素子４０ａ，４０ｂ，４０ｃを設けている。赤
外線検出素子４０ａ〜４０ｃのそれぞれは検出素子の前
面となる入射窓に赤外線狭帯域通過フィルタを備えてお
り、このフィルタの通過帯域、中心波長は図８のＣＯ₂
共鳴放射帯による波長スペクトラムに示すように、赤外
線検出素子４０ａのフィルタ中心周波数λ１を例えば
３．９μｍとし、赤外線検出素子４０ｂのフィルタ帯域
波長λ２をＣＯ₂共鳴放射帯の中心波長４．５μｍと
し、更に赤外線検出素子４０ｃのフィルタ中心波長λ３
をλ２＝４．５μｍより高い５．０μｍとしている。こ
のような赤外線検出素子４０ａ〜４０ｃに内蔵した３つ
の通過波長が、λ１〜λ３と異なる赤外線狭帯域通過フ
ィルタによって、ＣＯ₂共鳴放射帯の波長スペクトラム
におけるλ１が低レベル、λ２がピークレベル、λ３が
低レベルとなるピーク分布を直接捉えるようにしてい
る。

【００５７】赤外線検出素子４０ａ〜４０ｃの出力は、
周波数フィルタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃに与えられ、そ
れぞれにおいて炎固有のゆらぎ周波数の抽出、例えば２
〜３Ｈｚの周波数帯域の抽出が行われる。周波数フィル
タ４２ａ〜４２ｃの出力は、利得制御部４６ａ〜４６ｃ
を備えた増幅部４４ａ〜４４ｃでそれぞれ増幅された
後、処理部２８に与えられる。したがって処理部２８
は、増幅部４４ａ〜４４ｃの入力信号から炎のちらつき
周波数の抽出と同時に、図８に示したようなＣＯ₂共鳴
放射帯におけるピーク分布を抽出して炎を判定できる。
もちろん、この炎判定にはＣＣＤ撮像素子２２からの画
像信号による炎の時間的な拡大と縮小の変化を組み合わ
せることもできる。

【００５８】また図７の実施形態にあっては、赤外線検
出素子４０ａ〜４０ｃに続いてちらつき周波数を抽出す
る周波数フィルタ４２ａ〜４２ｃを設けているが、図８
に示したようなＣＯ₂共鳴放射帯におけるピーク分布の
みを抽出して炎を判定した場合には、ちらつき周波数を
検出するための周波数フィルタ４２ａ〜４２ｃを取り除
いても良い。

【００５９】この図７の実施形態の場合にも、炎の画像
処理についてはＣＣＤ撮像素子を使用し、ＣＯ₂共鳴放
射帯の赤外線検出については赤外線検出素子を複数使用
するだけでよいことから、赤外線撮像素子を用いた場合
に比べると構成が簡単でコスト的にも安価にできる。

【００６０】なお本発明は、その目的と利点を損なうこ
とのない適宜の変形を含み、また上記の実施形態に示し
た数値による限定は受けない。

【００６１】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、減光フィルタによってＣＣＤ撮像素子に入射する光
量を９０％以上減光させることにより、炎を撮像した際
の入射光量をＣＣＤ撮像素子のダイナミックレンジに入
れ、従来、炎の撮影時に起きていたハレーションを抑
え、簡単でコスト的に安価なＣＣＤ撮像素子からの画像
信号の処理で確実に炎を判定することができる。

【００６２】また本発明の別の形態にあっては、赤外線
撮像素子に入射する赤外線の光量を９０％以上減光させ
ることで、赤外線撮像素子のダイナミックレンジをフル
に使って炎からの赤外線に対応した階調値を持つ画像信
号が得られ、画像信号の分解能を簡単に高めて精度の高
い炎検知のための画像処理ができる。

【００６３】また本発明の別の形態にあっては、ＣＣＤ
撮像素子による炎からの画像の撮像による判定に加え、
特定帯域通過フィルタと赤外線センサーを用いて炎固有
のＣＯ₂共鳴放射帯の赤外線検出を組み合わせること
で、ＣＣＤ撮像素子による利点に加え、ＣＯ₂共鳴放射
帯の赤外線の直接検出で炎の判定精度を簡単且つ低コス
トで向上させることができる。

【００６４】更に本発明の別の形態にあっては、複数の
特定帯域通過フィルタと赤外線センサーを組み合わせる
ことによりＣＯ₂共鳴放射帯の赤外線エネルギーのピー
ク分布を捉えることで、ＣＣＤ撮像素子の画像処理によ
る炎判定に加え、より高い精度で炎を判定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＣＤ撮像素子を用いた本発明の第１実施形態
を示した説明図

【図２】図１で使用しているＮＤフィルタの周波数特性
の説明図

【図３】図１の実施形態における炎からの光の入射に対
するフィルタ減光量とＣＣＤ出力範囲の説明図

【図４】赤外線撮像素子を用いた本発明の第２実施形態
を示した説明図

【図５】ＣＣＤ撮像素子に赤外線センサを組み合わせた
本発明の第３実施形態を示した説明図

【図６】炎と特有のＣＯ₂共鳴波長帯域の特性説明図

【図７】異なる赤外線帯域通過フィルタを複数用いてピ
ーク分布を判定する本発明の第４実施形態を示した説明
図

【図８】炎と特有のＣＯ₂共鳴波長帯域のピーク分布に
対する検出波長の説明図

【符号の説明】

１０，３６：入射窓１２：ＮＤフィルタ１４：可視光カットフィルタ１６，２０：レンズ１８：絞り機構２２：ＣＣＤ撮像素子２４，４４，４４ａ〜４４ｃ：増幅部２６，４６，４６ａ〜４６ｃ：利得制御部２８：処理部３０：赤外線帯域通過フィルタ３２：赤外線撮像素子３４：冷却機構３８：赤外線狭帯域通過フィルタ４０，４０ａ〜４０ｃ：赤外線検出素子４２，４２ａ〜４２ｃ：周波数フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者島裕史東京都品川区上大崎２丁目10番43号ホーチキ株式会社内Ｆターム(参考） 2G065 AB02 AB04 BA02 BA05 BA12 BA13 BA14 BA15 BA34 BB20 BB24 BB27 BC03 BC10 BC11 BC14 BC28 CA08 CA19 CA30 DA06 5C054 CA05 CD01 ED02 FC05 FC15 HA20 5C085 AA12 AA13 CA30 EA04 EA05 FA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】火災時などに発生する炎を検知する炎検知
装置に於いて、炎から放射される可視〜近赤外帯域の波長光を９０％以
上減光させる減光フィルタと、前記減光フィルタにより減光された可視〜近赤外帯域の
波長光を入射して撮像する撮像素子と、前記撮像素子で撮像された画像から炎を判定する処理部
と、を備えたことを特徴とする炎検知装置。
【請求項２】請求項１記載の炎検知装置に於いて、前記
撮像素子がＣＣＤ撮像素子であることを特徴とする炎検
知装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の炎検知装置に於い
て、前記減光フィルタは、可視〜近赤外帯域の所定の波
長光を９０％以上減光させるＮＤフィルタと、所定の波
長以下の可視帯域の波長光をカットする可視光カットフ
ィルタで構成されたことを特徴とする炎検知装置。
【請求項４】請求項３記載の炎検知装置に於いて、前記
所定の波長とは８００ｎｍであることを特徴とする炎検
知装置。
【請求項５】火災時などに発生する炎を検知する炎検知
装置に於いて、炎から放射される赤外領域の波長光を９０％以上減光し
て通過させる赤外帯域フィルタと、前記赤外帯域フィルタにより減光された赤外の波長光を
入射して撮像する赤外線撮像素子と、前記赤外線撮像素子で撮像された画像から炎を判定する
処理部と、を備えたことを特徴とする炎検知装置。
【請求項６】火災時などに発生する炎を検知する炎検知
装置において、炎から放射される可視〜近赤外帯域の波長光を９０％以
上減光させる減光フィルタと、前記減光フィルタにより減光された可視〜近赤外帯域の
波長光を入射して撮像する撮像素子と、ＣＯ₂共鳴放射帯領域の波長光を透過させる特定周波数
透過フィルタと、前記特定周波数透過フィルタを透過した波長光を受光し
て電気信号に変換する赤外線センサと、前記撮像素子で撮像された対象画像の時間的な拡大と縮
小の変化及び前記赤外線センサから出力された電気信号
のゆらぎ周波数から炎を判定する処理部と、を備えたこ
とを特徴とする炎検知装置。
【請求項７】請求項６記載の炎検知装置に於いて、前記
撮像素子がＣＣＤ撮像素子であることを特徴とする炎検
知装置。
【請求項８】火災時などに発生する炎を検知する炎検知
装置において、炎から放射される可視〜近赤外帯域の波長光を９０％以
上減光させる減光フィルタと、前記減光フィルタにより減光された可視〜近赤外帯域の
波長光を入射して撮像するＣＣＤ撮像素子と、第１特定周波数透過フィルタを透過したＣＯ₂共鳴放射
帯前の波長光を受光して電気信号に変換する第１赤外線
センサと、第２特定周波数透過フィルタを透過したＣＯ₂共鳴放射
帯の中心波長の波長光を受光して電気信号に変換する第
２赤外線センサと、第３特定周波数透過フィルタを透過したＣＯ₂共鳴放射
帯の中心波長直直後の波長光を受光して電気信号に変換
する第３赤外線センサと、前記ＣＣＤ撮像素子で撮像された対象画像の時間的な拡
大と縮小の変化及び前記第１乃至第３赤外線センサから
出力された電気信号のピーク分布から炎を判定する処理
部と、を備えたことを特徴とする炎検知装置。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の炎検知
装置に於いて、更に、入射する光量を調整する絞り機構
を備えたことを特徴とする炎検知装置。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれかに記載の炎検
知装置に於いて、更に、前記処理部に入力する信号を増
幅する増幅部に利得制御部を設けたことを特徴とする炎
検知装置。