JPH0765152A - 監視装置および監視方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 プラント装置等に取り付けられた現場計器
を、撮影装置と画像処理装置とで監視する監視装置およ
び監視方法を提供する。 【構成】 圧力、温度等の検出値を表示する円形計器盤
および水位、流量等の検出値を表示する矩形表示盤等の
度量計の表示面をカメラ等の撮影手段により撮影し、撮
影した画像をコンピュータ内の画像処理装置に入力し、
度量計の表示面の形状的特徴量に基いて入力した画像中
から度量計の表示面領域を求め、求めた領域内の画像の
輝度分布を求め、この輝度分布に基いて度量計の指針等
の指示手段の位置を求め、この位置に基づき度量計の示
す情報が正常範囲にあるか否かを判断し、この判断結果
を出力するようにした度量計の監視方法。 【効果】 現場巡視員の業務を代行させることができ、
事故時の事故分析において記録されたデータを活用する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、監視装置および監視方
法に係り、特に火力発電プラントなどの装置内における
圧力、温度、流量、濃度、ｐＨ値などを計測して表示す
る度量計の表示値を異常監視の対象として読み取り監視
を行う監視装置および監視方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所等のプラントにおいては、設
備の長寿命化、パトロールの省力化等の要請により、設
備監視の自動化に対する要求が高まっている。そのため
重要機器（例えば、ボイラにおける燃料供給装置、バー
ナ部、主要バルブ類等）を監視テレビカメラを用いて、
モニターテレビ上で集中的に監視する方法が広く用いら
れている。また、近年の画像処理技術の進展に伴い、監
視テレビカメラの画像を画像処理することによって、異
常の有無判断に使用するケースがＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ
Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）の分野からの波及として増加
する傾向にある。

【０００３】しかしながら、テレビカメラでは監視領域
が限られ、ボイラプラント全体をカバーできず、実際に
はプラント各部に対する巡視員による１日６〜７回の目
視、または聴覚による巡視点検が行われている。この巡
視点検業務は異常発見に対して熟練を要するものであ
り、かなりの負担となっている。また発電所のニーズと
して監視の中央集中化、または省力化に伴う人的な制約
があり、現在、巡視員に代わって現場を巡視点検するロ
ボットが開発されている。

【０００４】人間の巡視に対する機能を分析すると、
（１）状況把握、（２）移動、（３）状況判断（正常ま
たは異常）、（４）処理機能に大別され、これに相当す
るシステム機能は、（１）センサー技術、（２）移動機
能、（３）コンピュータ技術、（４）運転ガイダンス表
示となる。

【０００５】これらのシステムを具体化し、ロボットに
よる点検システムを実現させると、この概略は図２に示
すように次の３つの部分、すなわち、（１）現場を巡回
点検する監視ロボット１、（２）監視ロボットからの情
報を処理し、異常の有無を判断する異常判断装置４、
（３）現場からの生画像、生音響を提示し、異常判断装
置から”異常あり”の判断があれば、異常内容の提示を
行うマン・マシン・インターフェース５から構成され
る。

【０００６】監視ロボット１には人間の五感のうち視
覚、聴覚、嗅覚および触覚に匹敵するＩＴＶカメラ２、
マイクロフォン３、ガスセンサーおよび非接触型の温度
計を搭載している。これらのセンサーを用い、現場内を
移動し、各情報を収集する。この情報を異常判断装置に
て、画像データであれば画像処理、音響データであれば
音響処理といったように処理し、異常の有無を判断す
る。

【０００７】ここで異常の検出例を述べる。異常検出対
象項目は監視対象、監視場所によって異なるが、ボイラ
プラントを例にとると主に油のリーク、蒸気リークに絞
られる。これらのリークは放っておくと重大事故につな
がり、早期発見が要求されている項目である。油リーク
は画像変化のみを伴うもので、画像変化のみに注目した
画像処理を行い、異常を抽出する。以下に、現在行われ
ている異常検出画像処理手順を、油リーク検出を例にと
り説明する。

【０００８】画像処理フローチャートを図３に示す。ロ
ボットは基準画面として対象となる機器や場所の正常時
の状態を画像としてメモリー１に記憶しておく。ボイラ
ーでいえば、油リークの発生確率が高い場所（油配管の
フランジ部、バーナ前のオイルパン等）の正常時の画像
である。図３に示した二値化処理とは、画像を画素単位
でとらえ、あるしきい値を基準に輝度の高いものを白、
低いものを黒とする処理であり、一般に画像処理の前処
理として行われているものである。図３において、ロボ
ットが巡回を行い、基準画像を記憶した場所に再度停止
すると、図中のフローチャートのような処理を行う。す
なわち、基準画像として取り込んだ同じ対象について対
象画像としてメモリー２に取り込み、画像と画像の減算
を行い、変化分（差画像）を抽出し、この変化分がある
しきい値より大きければその画素を白、小さいものを黒
となるように二値化処理を行う。ここで、例えば白とな
ったものについてのみ面積計算を行い、異常かどうかを
判定する。この面積計算を行う理由は以下のとおりであ
る。

【０００９】画像と画像のマッチングは、一般的に固定
カメラで同一場所を取り込んだ画像同士でも、必ず１画
素分程度のズレを生じる。これは対象機器の振動等、人
間には変化がわからないような微小な変化分のためであ
る。まして現在行っている監視システムにおいては、固
定カメラではなく、ロボットによる移動カメラを利用し
た画像であり、位置決め再現性は常識的に限界がある。
このズレによる変化分を誤判断しないために、判定基準
にしきい値を設けている。この基準は現在３％としてい
る。すなわち面積計算を行い、変化分が例えば３％以内
であるとズレによる画像変化であるとみなし、異常なし
と判定し、３％以上であると異常と判定する。

【００１０】異常の処理を行った実例を図４に示す。こ
れは油配管のフランジ部を点検した場合の例であり、図
中において基準画像は正常時の画像であり、対象画像は
油がフランジよりリークした場合の画像である。この２
つの画像に対しノイズ除去、二値化処理を行うと、リー
クした油のみが検出された画像を得ることができる。こ
の種の異常検知手法は一般的であり、製品としては無人
監視用デジタル画像センサー等の異常判断ロジックで使
用されている。

【００１１】以上、プラントにおけるロボットによる監
視システムの構成および画像処理手法を利用した異常検
知判定例を述べた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術によ
り、プラント内のオイル・水蒸気・微粉炭等のリークの
検知が行えるため、プラント内の巡視員の監視作業の負
担は大幅に軽減されるが、通常、巡視員は上記リーク等
の検知のほか、いまだ中央監視化されていない圧力計、
温度計、流量計などの現場計器のチェックも並列して行
っている。この現場計器の監視を監視装置により行うこ
とによって、現場の無人化をさらに推進することが望ま
れている。また、プラントで大小いずれかの事故が発生
した場合、事故分析や事故原因の解明には中央監視装置
に取り込まれていない現場計器の事故当時の計量値が正
常であったか否かが欠かせない場合があり、これら現場
計器の監視の必要性が増している。

【００１３】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決し、プラント装置等に取り付けられた現場計器を、撮
影装置と画像処理装置とで監視する監視装置および監視
方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願で特許請求する発明は次のとおりである。 （１）監視対象物を撮影しその画像を入力する撮影装置
と、入力された画像に基づき監視対象物を備えた装置本
体が正常か異常かを判断する画像処理判断装置と、該装
置の判断結果を表示する装置とを備えた監視装置におい
て、プラント装置に設けられた度量計の表示面を含む領
域を撮影しその画像を入力する撮影手段と、入力された
画像を二値化処理する手段と、上記処理後の画像中より
度量計表示面形状の特徴量に基づき度量計表示面画像を
抽出する手段と、抽出された度量計表示面画像の情報と
二値化処理前の原画像とに基づき原画像中の度量計表示
面画像上の指針位置を検出する手段と、検出された指針
位置と正常時の指針位置とを比較し異常の有無を判断し
てそれを表示する手段とを設けたことを特徴とする監視
装置。

【００１５】（２）監視対象物を撮影しその画像を入力
する工程と、入力された画像に基づき監視対象物の示す
情報が正常か否かを判断する工程と、上記判断結果を表
示する工程とを有する監視方法において、プラント装置
に取付けられた度量計の表示面を含む領域を撮影しその
画像を入力する工程と、入力された画像を二値化処理す
るとともに二値化処理された画像よりノイズを除去する
工程と、上記処理後の画像中に含まれる形状物体ごとに
ラベリングし、ラベリングした形状物体ごとにそれが対
象とする度量計の表示面形状に該当するか否かを判定し
て、二値化処理後の画像中より度量計表示面画像を抽出
する工程と、抽出された度量計表示面画像の情報に基づ
き二値化処理前の画像中より度量計表示面の領域を決定
する工程と、決定されたこの全領域につき、領域中の小
領域ごとの平均輝度を求める工程と、上記平均輝度に基
づき度量計の指示手段の位置を検出する工程と、検出さ
れた指示手段の位置と正常時の指示位置とに基づき異常
の有無を判断してそれを表示する工程とからなることを
特徴とする監視方法。

【００１６】（３）監視対象物を撮影しその画像を入力
する撮影装置と、入力された画像に基づき監視対象物の
示す情報が正常か否かを判断する画像処理判断装置とを
設けた監視装置において、プラント装置に設けられた度
量計の表示面を含む領域を撮影してその画像を入力する
手段と、度量計の表示面の形状的特徴量に基づき上記入
力された画像中より度量計の表示面領域を求める手段
と、求めた上記領域内の画像の輝度分布を求める手段
と、上記輝度分布により度量計の指示手段の位置を求め
る手段と、上記指示手段の位置に基づき度量計の示す情
報が正常範囲か否かを判断する手段とを設けたことを特
徴とする監視装置。

【００１７】（４）監視対象物を撮影しその画像を入力
する工程と、入力された画像に基づき監視対象物の示す
情報が正常か否かを判断する工程と、上記判断結果を出
力する工程とを備えた監視方法において、プラント装置
に取付けられた度量計の表示面を含む領域を撮影しその
画像を入力する工程と、入力された画像を二値化処理す
る工程と、二値化処理された画像に基づき前記入力され
た原画像中の度量計表示面についてのサーチ範囲を決定
する工程と、このサーチ範囲を複数個の小領域に分割し
て小領域ごとの平均輝度を求める工程と、求められた上
記平均輝度に基づき度量計の指示手段の位置を求める工
程と、この指示手段の位置情報に基づき度量計の示す情
報が正常か否かを判断する工程と、判断結果を出力する
工程とを備えたことを特徴とする監視方法。

【００１８】

【作用】画像処理によって取出すことのできる対象画像
の、例えば円形、帯形の度量計における指示針の位置
を、それぞれの度量計につけられているマークや、水平
面からの相対的な角度から求めることができ、個々の度
量計の示す値を演算できるので、現在巡視にて確認され
ているような計器の値を充分な精度にて確認することが
できる。

【００１９】

【実施例】このシステム全体の構成を図１に示す。カメ
ラなどの撮影装置３から取り込まれた円形計器１や水位
計２の画像は、画像情報処理装置４およびそれに準ずる
装置に送られ、スムージング等のノイズ除去や、その他
の前処理を施される。この前処理によって、計器の示す
値の読み取りに必要な計器の針およびその周辺の像を抽
出する。その後、画像処理装置は計器の指針の位置と指
針読み取りのために計器につけられているマークとの相
対的な位置から、計器の示す値を演算する。

【００２０】具体的実施例として、この円形計器盤の読
み取り画像処理の工程を図５、図６、図７に、また同様
に水位計のフロート（浮子）の高さを読み取る画像処理
工程を図８、図９、図１０に示す。まず、図５、図６、
図７によって第１の実施例を詳細に説明する。監視カメ
ラによってとらえられた監視対象機器の画像は、画像処
理装置によって取り込まれる（５１）。

【００２１】この画像は直ちに複写を行い（５２ａ）、
あらかじめ決められた初期しきい値（ｔｈ）（５２ｃ）
により二値化処理され（５２ｂ）、その境界線を明瞭に
するため、およびノイズ除去のため収縮・膨脹処理を施
される（５３）。ここで、収縮処理とは図１１に示すよ
うに、二値化された画面において、白の画素について、
その画素の周囲８方向がすべて白でない場合、その画素
を黒に変換することをいい、膨脹処理とは図１２に示す
ように、二値化された画面において黒の画素について、
その画素の周囲８方向の画素のうちどれかに白があった
場合その画素を白に変換することをいい、これら処理を
行うことによりある大きさよりも小さいもの（ノイズ）
は消え、それより大きいものは残ることになる。続い
て、この画像の中から円形計器盤を見つけるために、画
像内の物体についてラベリングを行い（５４）、ラベリ
ングされた多くの物体の中から、円形らしき物体を見つ
ける。この際、ラベル付けされた物体一つ一つについて
円形形状係数を測定する（５５ａ）。

【００２２】この円形形状係数とは、画像内の物体が全
くの円であれば１となり、それから遠ざかるごとに０に
近づいていく係数である。ここで、円形形状係数とは、

【００２３】

【数１】

【００２４】で求めた値をいう。この値が、例えば０．
９より大きければ、これをもって前処理を終わり、二値
化された画像を次の過程へと送る（５５ｂ）。この値が
０．９以下であり、かつ画像処理装置のラベリング個数
限界を超えていなければ、取り込んだ画像の照度の変調
をして、再度画像を取り込み、ここまで行った処理を繰
返す（５５ｃ）。

【００２５】この値が０．９以下であり、かつ画像処理
装置のラベリング個数限界を超えていれば、取り込んだ
画像の二値化しきい値を変化させ二値化を行い、それ以
降の処理を繰返す（５５ｃ）。ここまでで述べたフロー
チャートの内容は、取り込んだ画像中の、最も円らしい
物体が円形計器盤であるとし、その物体をサーチするた
めのものである（５５ｄ）。よって、円形計器盤をカメ
ラでとらえる際には、そのためのカメラ位置、角度を選
ぶ必要がある。

【００２６】ここまでの処理を終えた画像には、円形計
器盤を白、指針を黒とした画像が示されている（図
７）。この画像の中から、指針が画面の上下・左右方向
に対してどのような角度をなしているかを確認する。こ
の過程を図５と図７を参照して以下に説明する。まず、
この二値化画像に対して重心の検索を行い、その座標を
（ｘ，ｙ）として保存する（５６ａ）。

【００２７】その（ｘ，ｙ）から最も近い円周の部分ま
での距離を求め、その距離をｄとして保存する（５６
ｂ）。これらの値を求めた後に、ここまで処理してきた
画像の元画面（二値化する前の画面）について以下の処
理を行っていく。先ほど求めた（ｘ，ｙ）、ｄの値をも
とにして、重心の位置を含んだ横長のウィンドウ（処理
領域）を設定する（５７ａ）。

【００２８】その後、指針の軸部とほぼ一致する円形計
器盤の重心を中心として、もとの画像を微小角度ずつ回
転させながら（５７ｂ）、処理領域（ウィンドウ）の平
均輝度を測定する（５７ｃ）。一般に、円形計器盤の文
字盤は白色であり、指針はそれとのコントラストがよい
ような赤や黒に着色されている。このため、このように
平均輝度を測定していけば、赤、黒に着色された針のあ
る部分がそうでない部分（白色の計器盤）に較べて、処
理領域の平均輝度が低くなる。平均輝度が最低を示す回
転角度より計器盤の指針が水平方向または直方向となす
角度が求まる。

【００２９】上記の処理を１回転分（３６０°）行い
（５７ｄ）、指針の位置が計器盤の映っている画像の上
下・左右方向に対してなす角度を得ることができる（５
８）。その後、画像処理装置は、あらかじめ各計器ごと
に設定されている計器の示すであろう正常値の角度範囲
と比較を行い、計器の示す値がその範囲中であれば、そ
の値と”正常”信号を、範囲から外れていればその値
と”異常”信号を警報盤に送信し、警報盤はそれらの信
号を受信し警報およびその記録を行う（５９）。

【００３０】次に、上下方向に移動する浮子の位置によ
り水面の位置を示す浮子式水位計の監視につき、図８、
図９、図１０を使って詳細に説明する。可視カメラによ
ってとらえられた監視対象機器（浮子式水位計）の画像
は、画像処理装置によって取り込まれる（６１）。この
画像は直ちに複写を行い（６２）、ノイズ除去を施され
る（６３）。

【００３１】その後、決められた初期しきい値（ｔｈ）
（６４）により二値化処理され（６５）、その境界線を
明瞭にするため、およびノイズ除去のため収縮・膨脹処
理（６６）を施される。続いて、この画像の中から水位
計（図９の２２）のフロート（図９の２１）の位置およ
びそれのあるべき適正な高さを見つけるために、画像内
の物体についてラベリングを行い（６７）、ラベリング
された多くの物体の中から、水位計に取付けられたマー
クを見つける。

【００３２】この際、ラベル付けされた物体一つ一つに
ついてその面積（ａ）とその周囲長（ｃ）を測定する
（６８）。これらの値が、それぞれあらかじめ設定され
ている値（ａ₀ 、ｃ₀ ）と照合し（６９）、その範囲に
あれば以下に述べるような処理を行い、そうでなければ
二値化のしきい値を所期値から順次変えて二値化処理を
行い、再度ラベリングを行う（７０）。

【００３３】こののち、上記条件を満たしたパターンに
対して、それらの慣性主軸が画面の上下・左右方向に対
してなす角θや、その形状に関する調査を行い（７１、
７２、７３）、あらかじめ設定されているマークを特定
する（７４）。それにここまでで述べたフローチャート
の内容は、取り込んだ画像中にある水位計のマークを探
し出すための工程であり、よって水位計をカメラでとら
える際には、そのためのカメラ位置、角度を選ぶ必要が
ある。

【００３４】ここまでの処理を終えた画像には、水位計
に取付けられたマークが白、それ以外が黒で示された画
像が示されている。このマークは、水位計によって測定
される水位が示されるフロート（浮子）の位置の適正値
の範囲（図１０のｙ₀ 、ｙ₁、ｘ₀ 、ｘ₁ ）を示してい
るので、このマークを基準とした処理領域を設定する。

【００３５】まず、この二値化画像に対しての白の画素
の上下・左右の存在する最大、最小位置（ｘ₀ 、ｘ₁ 、
ｙ₀ 、ｙ₁ ）を検索する（７５）。ここで得られた座標
をもとにして、ここまで処理してきた画像の元画面（二
値化する前の画面）にウィンドウを設定する。検知対象
のフロートは、画面上では暗く映り、一般には上方が大
きく下方が小さいので、マークの指定したウィンドウ領
域を浮子の移動する上下方向に垂直な分割線により同一
の小区域に分割し、各小区域について画面上方から順次
平均輝度を計測し（７６）、その差が最も大きい個所を
フロートの上面位置として検知する（７７）。

【００３６】この位置は、マークの位置情報から得られ
るフロートの適正値の上限・下限位置と対比され、それ
に対応する水位の高さを出力する。その後画像処理装置
は、あらかじめ各水位計ごとに設定されている計器の示
すであろう正常値の高さ範囲と比較を行い、計器の示す
値がその範囲中であればその値と”正常”信号とを、範
囲から外れていればその値と”異常”信号とを警報盤に
送信し、警報盤はそれらの信号を受信し警報およびその
記録を行う（７８）。

【００３７】

【発明の効果】本発明の監視装置および監視方法を従来
の、例えば異常監視ロボットに併用、または適用するこ
とにより、従来行われている巡視員による現場計器の確
認作業を異常監視ロボットに代替させることができ、事
故防止に有効である。また、事故発生後の事故分析にお
いても、本発明装置によって得られる各種度量計の事故
時の検出値が有効に活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体構成図。

【図２】、

【図３】、

【図４】従来技術の説明図。

【図５】、

【図６】、

【図７】本発明を円形計器盤の読み取り画像処理に適用
した実施例説明図。

【図８】、

【図９】、

【図１０】本発明を水位計のフロート（浮子）の高さ読
み取り画像処理に適用した実施例説明図。

【図１１】収縮処理の説明図。

【図１２】膨張処理の説明図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｔ 7/20 Ｇ０８Ｂ 25/00 ５１０ Ｍ 7323−5Ｇ Ｇ０８Ｃ 19/36 6964−2Ｆ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 監視対象物を撮影しその画像を入力する
   撮影装置と、入力された画像に基づき監視対象物を備え
   た装置本体が正常か異常かを判断する画像処理判断装置
   と、該装置の判断結果を表示する装置とを備えた監視装
   置において、プラント装置に設けられた度量計の表示面
   を含む領域を撮影しその画像を入力する撮影手段と、入
   力された画像を二値化処理する手段と、上記処理後の画
   像中より度量計表示面形状の特徴量に基づき度量計表示
   面画像を抽出する手段と、抽出された度量計表示面画像
   の情報と二値化処理前の原画像とに基づき原画像中の度
   量計表示面画像上の指針位置を検出する手段と、検出さ
   れた指針位置と正常時の指針位置とを比較し異常の有無
   を判断してそれを表示する手段とを設けたことを特徴と
   する監視装置。
2. 【請求項２】 監視対象物を撮影しその画像を入力する
   工程と、入力された画像に基づき監視対象物の示す情報
   が正常か否かを判断する工程と、上記判断結果を表示す
   る工程とを有する監視方法において、プラント装置に取
   付けられた度量計の表示面を含む領域を撮影しその画像
   を入力する工程と、入力された画像を二値化処理すると
   ともに二値化処理された画像よりノイズを除去する工程
   と、上記処理後の画像中に含まれる形状物体ごとにラベ
   リングし、ラベリングした形状物体ごとにそれが対象と
   する度量計の表示面形状に該当するか否かを判定して、
   二値化処理後の画像中より度量計表示面画像を抽出する
   工程と、抽出された度量計表示面画像の情報に基づき二
   値化処理前の画像中より度量計表示面の領域を決定する
   工程と、決定されたこの全領域につき、領域中の小領域
   ごとの平均輝度を求める工程と、上記平均輝度に基づき
   度量計の指示手段の位置を検出する工程と、検出された
   指示手段の位置と正常時の指示位置とに基づき異常の有
   無を判断してそれを表示する工程とからなることを特徴
   とする監視方法。
3. 【請求項３】 監視対象物を撮影しその画像を入力する
   撮影装置と、入力された画像に基づき監視対象物の示す
   情報が正常か否かを判断する画像処理判断装置とを設け
   た監視装置において、プラント装置に設けられた度量計
   の表示面を含む領域を撮影してその画像を入力する手段
   と、度量計の表示面の形状的特徴量に基づき上記入力さ
   れた画像中より度量計の表示面領域を求める手段と、求
   めた上記領域内の画像の輝度分布を求める手段と、上記
   輝度分布により度量計の指示手段の位置を求める手段
   と、上記指示手段の位置に基づき度量計の示す情報が正
   常範囲か否かを判断する手段とを設けたことを特徴とす
   る監視装置。
4. 【請求項４】 監視対象物を撮影しその画像を入力する
   工程と、入力された画像に基づき監視対象物の示す情報
   が正常か否かを判断する工程と、上記判断結果を出力す
   る工程とを備えた監視方法において、プラント装置に取
   付けられた度量計の表示面を含む領域を撮影しその画像
   を入力する工程と、入力された画像を二値化処理する工
   程と、二値化処理された画像に基づき前記入力された原
   画像中の度量計表示面についてのサーチ範囲を決定する
   工程と、このサーチ範囲を複数個の小領域に分割して小
   領域ごとの平均輝度を求める工程と、求められた上記平
   均輝度に基づき度量計の指示手段の位置を求める工程
   と、この指示手段の位置情報に基づき度量計の示す情報
   が正常か否かを判断する工程と、判断結果を出力する工
   程とを備えたことを特徴とする監視方法。