WO2016181854A1 - ガス濃度測定装置 - Google Patents

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light
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light source
concentration measuring
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久一郎 今出
将史 影山
亮太 石川
光 長澤
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コニカミノルタ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a gas concentration measuring apparatus.
  • the background is divided into a grid-like region in the horizontal direction and the vertical direction, and irradiation and reception of laser infrared light are synchronized for each of the divided regions.
  • Gas detection is attempted more accurately than in the case of irradiating the entire measurement object in the background (paragraphs 0023-0024, FIG. 2).
  • the gas concentration image of the gas leakage part is displayed on a display unit such as a CRT for visualization, or superimposed on a normal thermal infrared image obtained by an infrared camera. (Paragraphs 0035-0036).
  • a main object of the present invention is to provide a gas concentration measuring apparatus capable of accurately superimposing and displaying a gas concentration image and a background image and grasping a gas concentration distribution in the background image at a glance.
  • An imaging camera for imaging the background; A light source that emits constant light toward the background; A light receiver for receiving light from the light source; A position detector for detecting a light irradiation spot of the light source; A background image is generated based on an imaging result of the imaging camera, a gas concentration distribution is created based on a light reception result of the light receiver and a detection result of the position detector, and the gas concentration distribution is superimposed on the background image.
  • a gas concentration measuring device having a control device for superimposing the gas concentration distribution on at least a background image, An imaging camera for imaging the background; A light source that emits a certain amount of light toward a certain position on the background; A light receiver for receiving light from the light source; And having The light source irradiates a plurality of irradiation spots with light, The control device generates a background image based on the imaging result of the imaging camera each time the imaging camera captures a background including the light irradiation spot of the light source, and gas concentration distribution based on the light reception result of the light receiver And a gas concentration measurement device is provided, wherein a plurality of the background images are connected to superimpose the gas concentration distribution.
  • the imaging camera and the position detector are provided, a background image that can be recognized by human vision is generated, and the initial measurement position of the gas concentration and the subsequent measurement of the gas concentration are performed. A gas concentration distribution is created while calculating the amount of deviation from the position. Therefore, the gas concentration image and the background image can be accurately superimposed and displayed, and the gas concentration distribution in the background image can be grasped at a glance.
  • the imaging camera since the imaging camera is provided, a background image that can be recognized by human vision is generated, and the gas concentration at a certain position of the background is measured every time the background is captured. A gas concentration distribution is created. Therefore, the gas concentration image and the background image can be accurately superimposed and displayed, and the gas concentration distribution in the background image can be grasped at a glance.
  • Schematic diagram of gas concentration measuring device 6 is a flowchart schematically illustrating a gas concentration measurement method, and shows a processing process of a control device over time. Schematic explaining the processing content of FIG. Schematic showing a display example with a gas concentration distribution superimposed on a background image Schematic explaining the processing content of the modification Schematic of the light projecting / receiving system of the gas concentration measuring apparatus according to the second embodiment Schematic of the gas concentration measuring apparatus according to the third embodiment Schematic explaining the process of identifying the light irradiation spot of the light source Schematic of the gas concentration measuring apparatus according to the fourth embodiment Schematic explaining the relationship between generation of background image and measurement of gas concentration Schematic configuration diagram of a gas concentration measuring apparatus according to a fifth embodiment It is a figure which shows the relationship between a gas concentration measuring apparatus and a background, Comprising: The front view (upper part) of the background seen from the gas concentration measuring apparatus, and the schematic (lower part) which looked down between gas concentration measuring apparatus and the background ) Schematic diagram showing an example of superimposed display of background
  • FIG. 12 is a schematic view showing an example of superimposed display of a background image and a gas concentration distribution when viewed in cross section 1 in FIG.
  • FIG. 12 is a schematic view showing an example of superimposed display of a background image and a gas concentration distribution when viewed in cross section 2 in FIG.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing an example of a superimposed display of a background image and a gas concentration distribution when viewed in cross section 3 in FIG. Table showing an example of the relationship between the operation speed and measurement distance when a limit value is set for the scanning speed of the light projecting / receiving system according to the measurement distance from the gas concentration measuring device to the background or object.
  • the gas concentration measuring apparatus 1 includes a light projecting / receiving system 10, an imaging camera 20, a gyro sensor 30, a control device 40, and a display device 50.
  • the light projecting / receiving system 10 is a mechanism for projecting and receiving light for measuring the gas concentration, and includes a light source 12 and a light receiver 14.
  • the light source 12 emits constant light toward the background 100.
  • a laser diode (LD) that can emit laser light at a variable wavelength is used.
  • the LD is an example of the light source 12, and another light source may be used instead of the LD.
  • the light receiver 14 is a so-called light receiving sensor, and receives light emitted from the light source 12 and reflected by the background 100.
  • the wavelength of the light emitted from the light source 12 is an infrared wavelength, and specifically, it is preferably 0.7 ⁇ m or more.
  • the “constant light” according to the present invention is light including a wavelength that causes absorption by gas, and may be continuous light, pulse light, or modulated light.
  • the imaging camera 20 is a camera that images the background 100.
  • the imaging camera 20 images the background 100 including a gas concentration measurement spot (light irradiation spot of the light source 12).
  • the gyro sensor 30 is a measuring instrument that detects the angle and angular velocity of an object (in the present embodiment, the light source 12).
  • the gyro sensor 30 is a gas concentration measurement position by the gas concentration measurement device 1 and is used to detect the light emission position of the light source 12 in detail.
  • Such a gyro sensor 30 detects the light emission position (light source position, angle, etc.) of the detected light source 12. Based on the light emission position, a light irradiation spot (gas concentration measurement spot described later) of the light source 12 is detected. That is, the gyro sensor 30 can be regarded as an example of a position detector for detecting an irradiation spot of light from the light source 12. In the present invention, other position detectors may be used instead of the gyro sensor 30.
  • the control device 40 is connected to the light source 12, the light receiver 14, the imaging camera 20, and the gyro sensor 30, and controls these operations.
  • the control device 40 can emit light having a gas-absorbing wavelength from the light source 12 (light having a specific wavelength that is absorbed by the gas to be measured), and calculate the gas concentration based on the light reception result of the light receiver 14.
  • the control device 40 can cause the imaging camera 20 to capture the background 100 and generate a background image based on the imaging result.
  • the control device 40 can specify the light emission position of the light source 12 based on the detection result of the gyro sensor 30.
  • the display device 50 is connected to the control device 40.
  • the control device 40 displays the generated background image on the display device 50, or displays the gas concentration distribution based on the light reception result of the light receiver 14 and the detection result of the gyro sensor 30.
  • the generated background image is a visible image.
  • the gas concentration measuring method it is assumed that the user fixes the gas concentration measuring device 1 with a tripod or the like, and sequentially measures the gas concentration in the vicinity of the background 100 while scanning the light projecting / receiving system 10 in a certain direction. (Of course, the user may manually operate the gas concentration measuring device 1 without fixing it to a tripod or the like, and sequentially measure the gas concentration in the vicinity of the background 100 while scanning the light projecting / receiving system 10 in a certain direction).
  • the gas concentration measurement by the gas concentration measuring device 1 is basically performed through the processing of steps S1 to S3 by the control device 40.
  • step S1 as shown in FIG. 3, the control device 40 causes the imaging camera 20 to image the background 100, and generates a background image based on the imaging result.
  • control device 40 emits gas-absorbing light from the light source 12, specifies the initial emission position P0 of the light from the light source 12 based on the detection result of the gyro sensor 30, and sets the initial irradiation spot IS0 in the background image.
  • the gas concentration at the initial irradiation spot IS0 is calculated based on the result of light reception by the light receiver 14.
  • step S2 the control device 40 emits gas-absorbing light from the light source 12 at the gas concentration measurement position after scanning, and sets the first emission position P1 of the light from the light source 12 based on the detection result of the gyro sensor 30.
  • the first irradiation spot IS1 in the background image is specified, and the gas concentration in the first irradiation spot IS1 is calculated based on the light reception result of the light receiver 14.
  • the control device 40 determines the initial emission position P0 and the first emission based on the detection result of the gyro sensor 30 at the initial emission position P0 and the detection result of the gyro sensor 30 at the first emission position P1.
  • the amount of deviation of the light emission position of the light source 12 from the position P1 is calculated, and the first irradiation spot IS1 is specified based on the amount of deviation.
  • the control device 40 repeats the same processing as in step S2.
  • the control device 40 calculates the shift amount of the light emission position of the light source 12 between the initial emission position P0 and the nth emission position Pn (n is an integer equal to or greater than 2), while the nth irradiation.
  • a spot ISn is specified, and a gas concentration distribution is created by mapping the gas concentration to the light irradiation spot ISn of the light source 12 specified accurately.
  • the control device 40 calculates the deviation amount of the light emission position of the light source 12 between the initial emission position P0 and the mth emission position Pm (m is an integer equal to or greater than 1), the deviation amount is calculated. Exceeds a certain value, and when it is determined that the m-th irradiation spot ISm is out of the background 100 (see FIG. 3), the fact is displayed on the display device 50. A horn may be used instead of the display.
  • step S3 the control device 40 superimposes the gas concentration distribution created by repeating step S2 on the background image generated in step S1, and displays it on the display device 50 (see FIG. 4).
  • FIG. 4 shows an example in which the gas concentration distribution centered on the gas stove is superimposed on the background image around the kitchen.
  • the gas concentration distribution is an example of a gas concentration image, and other gas concentration images may be created and superimposed.
  • the imaging camera 20 and the gyro sensor 30 are mounted on the gas concentration measuring apparatus 1 to generate a background image that can be recognized by human vision, and the detection result of the gyro sensor 30 is displayed. Based on this, the gas concentration distribution is created while calculating the deviation amount between the initial measurement position of the gas concentration and the subsequent measurement position of the gas concentration. Therefore, the gas concentration image and the background image can be accurately superimposed and displayed, and the gas concentration distribution in the background image can be grasped at a glance.
  • the user may sequentially measure the gas concentration in the vicinity of the background 100 while moving the gas concentration measuring device 1 itself.
  • the acceleration sensor 60 is mounted on the gas concentration measuring apparatus 1.
  • the acceleration sensor 60 is a measuring instrument that detects the acceleration of an object.
  • the acceleration sensor 60 is an example of a position detector for detecting an irradiation spot of light from the light source 12.
  • the control device 40 determines the initial emission position P0 and the nth emission position based on the detection result of the acceleration sensor 60 at the initial emission position P0 and the detection result of the acceleration sensor 60 at the nth emission position Pn.
  • a deviation amount of the light emission position of the light source 12 from Pn may be calculated, and the nth irradiation spot ISn may be specified based on the deviation amount.
  • the gyro sensor 30 and the acceleration sensor 60 are used together, and the control device 40 detects the detection result of the gyro sensor 30 and the acceleration sensor 60 at the initial emission position P0 and the gyro sensor 30 and the acceleration sensor at the nth emission position Pn. Based on the 60 detection results, a deviation amount of the light emission position of the light source 12 between the initial emission position P0 and the nth emission position Pn is calculated, and the nth irradiation spot ISn is specified based on the deviation amount. Also good.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in the following points, and other than that (including modifications) is the same as the first embodiment.
  • the light projecting / receiving system 10 includes a reflection mirror 80, a polygon mirror 82, a stepping motor 84, and a rotary encoder 86 in addition to the light source 12 and the light receiver 14.
  • the reflection mirror 80 has a transmission hole through which light from the light source 12 is transmitted.
  • the polygon mirror 82 is a so-called rotating polygon mirror.
  • the polygon mirror 82 has a plurality of reflecting surfaces, and reflects the light from the light source 12 while rotating and scans in a line shape.
  • a stepping motor 84 is connected to the polygon mirror 82.
  • the stepping motor 84 incorporates a rotary encoder 86.
  • the rotary encoder 86 is an example of a rotation detector that detects the rotation of the polygon mirror 82.
  • the stepping motor 84 and the rotary encoder 86 are connected to the control device 40.
  • the control device 40 controls the stepping motor 84 based on the detection result of the rotary encoder 86 to control the rotation of the polygon mirror 82.
  • step S1 the control device 40 emits gas-absorbing light from the light source 12, specifies the initial emission position P0 of the light from the light source 12 based on the detection result of the rotary encoder 86, and sets the initial irradiation spot IS0 in the background image.
  • the gas concentration at the initial irradiation spot IS0 is calculated based on the result of light reception by the light receiver 14.
  • step S ⁇ b> 1 the light from the light source 12 passes through the transmission hole of the reflection mirror 80, is reflected by the polygon mirror 82 ⁇ the background 100 ⁇ the polygon mirror 82 ⁇ the reflection mirror 80, and is received by the light receiver 14.
  • step S ⁇ b> 2 the control device 40 emits gas-absorbing light from the light source 12 at the gas concentration measurement position after the reflection angle of the polygon mirror 82 is switched, and the light from the light source 12 is based on the detection result of the rotary encoder 86.
  • the first emission position P1 is specified
  • the first irradiation spot IS1 in the background image is specified
  • the gas concentration in the first irradiation spot IS1 is calculated based on the light reception result of the light receiver 14.
  • step S2 the control device 40 determines the initial emission position P0 and the first emission position based on the detection result of the rotary encoder 86 at the initial emission position P0 and the detection result of the rotary encoder 86 at the first emission position P1.
  • the amount of deviation of the light emission position of the light source 12 from the position P1 is calculated, and the first irradiation spot IS1 is specified based on the amount of deviation.
  • the control device 40 calculates the shift amount of the light emission position of the light source 12 between the initial emission position P0 and the nth emission position Pn (n is an integer equal to or greater than 2), while the nth irradiation.
  • a spot ISn is specified, and a gas concentration distribution is created by mapping the gas concentration to the light irradiation spot ISn of the light source 12 specified accurately.
  • the gas concentration measuring apparatus 1 includes the polygon mirror 82, the stepping motor 84, and the rotary encoder 86. Based on the detection result of the rotary encoder 86, the initial measurement position of the gas concentration and the subsequent gas concentration Since the gas concentration distribution is created while the amount of deviation from the measurement position is calculated, the gas concentration image and the background image can be accurately superimposed and displayed, and the gas concentration distribution in the background image can be grasped at a glance.
  • the acceleration sensor 60 is mounted on the gas concentration measurement device 1, and the rotary encoder 86 and the acceleration sensor 60 are used together.
  • the control device 40 detects the rotary encoder 86 and the acceleration sensor 60 at the initial emission position P0. Based on the result and the detection results of the rotary encoder 86 and the acceleration sensor 60 at the nth emission position Pn, the amount of deviation of the light emission position of the light source 12 between the initial emission position P0 and the nth emission position Pn is calculated.
  • the nth irradiation spot ISn may be specified based on the deviation amount.
  • the gas concentration measuring apparatus 1 includes a position detector 70 instead of the gyro sensor 30.
  • the position detector 70 includes a light source 72 and a tracking camera 74.
  • the light source 72 emits visible light toward the background 100.
  • the light source 72 is installed on the same axis as the light source 12 of the light projecting / receiving system 10, and the light locus of the light source 12 and the light locus of the light source 72 are matched.
  • the tracking camera 74 is a camera that tracks the light from the light source 72.
  • the light source 72 and the tracking camera 74 are connected to the control device 40. As shown in FIG. 8, the control device 40 causes the tracking camera 72 to track the light while emitting the light from the light source 72, performs image processing on the detection result of the tracking camera 74, and identifies the light irradiation spot IS of the light source 12. It can be done.
  • step S ⁇ b> 1 the control device 40 emits non-absorbable visible light from the light source 72, specifies the initial irradiation spot IS ⁇ b> 0 of the light from the light source 12 based on the detection result of the tracking camera 72, and gas from the light source 12. Absorbing light is emitted, and the gas concentration at the initial irradiation spot IS0 is calculated based on the light reception result of the light receiver.
  • step S1 the control device 40 emits gas non-absorbing visible light from the light source 72 and tracks the light with the tracking camera 72, performs image processing on the detection result of the tracking camera 72, and sets the initial irradiation spot IS0. I have identified.
  • step S2 at the gas concentration measurement position after scanning, the control device 40 emits non-absorbable visible light from the light source 72, and the first irradiation spot of the light from the light source 12 based on the detection result of the tracking camera 72.
  • IS1 is specified, gas-absorbing light is emitted from the light source 12, and the gas concentration at the first irradiation spot IS1 is calculated based on the light reception result of the light receiver 14.
  • the control device 40 emits gas non-absorbing visible light from the light source 72 and causes the tracking camera 72 to track the light, performs image processing on the detection result of the tracking camera 72, and performs the first irradiation spot IS1. Has been identified.
  • control device 40 repeats the same processing as in step S2. As a result, the control device 40 creates a gas concentration distribution in which the gas concentration is mapped with respect to the irradiation spot IS of the light of the light source 12 accurately specified by the position detector 70.
  • the gas concentration measuring apparatus 1 is equipped with the light source 72 and the tracking camera 74 as the position detector 70, and the light irradiation spot IS of the light source 12 is directly based on the detection result of the tracking camera 74. Since the gas concentration distribution is created while being specified, the gas concentration image and the background image can be accurately superimposed and displayed, and the gas concentration distribution in the background image can be grasped at a glance.
  • the imaging camera 20 is used instead of the tracking camera 74, and the control device 40 causes the imaging camera 20 to track the light from the light source 72. Based on the detection result of the imaging camera 20, the light from the light source 12 is used.
  • the irradiation spot IS may be specified. According to such a configuration, the tracking camera 74 is not required, so that the parts of the gas concentration measuring device 1 can be made compact.
  • the acceleration sensor 60 is mounted on the gas concentration measurement device 1, and the position detector 70 and the acceleration sensor 60 are used together.
  • the control device 40 uses the tracking camera 74 and the acceleration sensor 60 at the initial emission position P0. , And the detection result of the tracking camera 74 and the acceleration sensor 60 at the nth emission position Pn, the amount of deviation of the light emission position of the light source 12 between the initial emission position P0 and the nth emission position Pn is calculated.
  • the nth irradiation spot ISn may be specified based on the calculated amount of deviation.
  • the fourth embodiment is different from the first embodiment in the following points, and other than that (including modifications) is the same as the first embodiment.
  • the gas concentration measuring device 1 does not have the gyro sensor 30.
  • the arrangement of the light source 12 and the imaging camera 20 of the light projecting / receiving system 10 is fixed, and the light of the light source 12 is always at a certain position on the background 100 (that is, the position where the gas concentration to be measured is to be measured, The light is emitted only at a specific distance).
  • the light from the light source 12 is emitted toward the center of the background 100.
  • the control device 40 causes the imaging camera 20 to image the background 100 including the light irradiation spot IS of the light source, and generates a background image based on the imaging result.
  • the control device 40 emits gas-absorbing light from the light source 12 and calculates the gas concentration at the irradiation spot IS at the center of the background image based on the light reception result of the light receiver 14.
  • step S2 in the gas concentration measurement apparatus after movement, the control device 40 causes the imaging camera 20 to image the background 100, generates a background image based on the imaging result, and emits gas-absorbing light from the light source 12. Based on the light reception result of the light receiver 14, the gas concentration at the irradiation spot IS at the center of the background image is calculated. Thereafter, each time the user moves the gas concentration measuring device 1, the control device 40 repeats the same processing as in step S2. As a result, as shown in FIG. 10, the control device 40 generates a background image every time the background 100 is imaged, and measures the gas concentration at the irradiation spot IS at the center of each background image, for each background image. Create a gas concentration distribution mapping the gas concentration.
  • step S3 the control device 40 joins a plurality of background images generated by repeating step S1 and step S2, and superimposes the gas concentration distribution created by repeating step S1 and step S2 on the joined background image. This is displayed on the display device 50.
  • a background image is generated and a gas concentration is measured, and they are connected to create a gas concentration distribution. Can be accurately superimposed and the gas concentration distribution in the background image can be grasped at a glance.
  • the acceleration sensor 60 is mounted on the gas concentration measurement device 1, and the control device 40 detects the detection result of the acceleration sensor 60 at the initial emission position P0 and the detection result of the acceleration sensor 60 at the nth emission position Pn. Based on the above, the deviation amount of the light emission position of the light source 12 between the initial emission position P0 and the nth emission position Pn may be calculated, and the nth irradiation spot ISn may be specified based on the deviation amount.
  • the gas concentration measuring apparatus 1 includes a laser radar 90 having a light source that emits laser light having a gas non-absorption band wavelength.
  • the laser radar 90 is an example of a distance measuring device that measures the distance to the background 100 or an object in front of the background 100, and another distance measuring device may be used instead.
  • the laser radar 90 is connected to the control device 40.
  • the control device 40 can spatially measure the distance to the background 100 or an object in front of the background 100 based on the detection result of the laser radar 90.
  • the control device 40 determines the gas concentration based on the detection result of the laser radar 90.
  • a bird's-eye view between the measuring apparatus 1 and the background 100 can measure the distance L0 to the background 100, the distance L1 to the object 110, the distance L2 to the objects 112 and 114, and the distance L3 to the object 116, respectively. It is like that.
  • the gas concentration measuring apparatus 1 is equipped with the laser radar 90, and based on the detection result of the laser radar 90, the distances L0, L1 to the background 100 or the objects 110, 112, 114, 116 are obtained. Since L3 is measured, distance information from the gas concentration measurement device 1 to the background 100 or the objects 110, 112, 114, and 116 can be additionally displayed on the superimposed image of the gas concentration image and the background image. it can.
  • FIG. 13B is a superimposed image when viewed in cross section 1 in FIG. 12, and shows an example in which the gas concentration near the object 110 is superimposed on the background image including the object 110.
  • FIG. 13B is a superimposed image when viewed in cross section 1 in FIG. 12, and shows an example in which the gas concentration near the object 110 is superimposed on the background image including the object 110.
  • FIG. 13C is a superimposed image when viewed in cross section 2 in FIG. 12, and shows an example in which the gas concentrations near the objects 112 and 114 are superimposed on the background image including the objects 112 and 114.
  • FIG. 13D shows a superimposed image when viewed in cross section 3 in FIG. 12 and shows an example in which the gas concentration near the object 116 is superimposed on the background image including the object 116.
  • a TOF (Time Of Flight) type image sensor 92 may be used instead of the imaging camera 20 and the laser radar 90.
  • the TOF type image sensor 92 measures the time in which the projected light hits the target and returns in real time to acquire a distance image.
  • the functions of the imaging camera 20 and the laser radar 90 can be realized at the same time, so that the components of the gas concentration measuring device 1 can be made compact.
  • the second to fourth embodiments may be partially applied to the fifth embodiment.
  • the light projecting / receiving system 10 including the polygon mirror 82 is used as the light projecting / receiving system 10 as in the second embodiment, and irradiation is performed based on the detection result of the rotary encoder 86.
  • the spot IS may be specified, or the position detector 70 including the light source 72 and the tracking camera 74 is used as a position detector as in the third embodiment, and the irradiation spot IS is based on the detection result of the tracking camera 74.
  • the center part of the background image may be specified as the irradiation spot IS each time the background 100 is imaged without mounting the gyro sensor 30 as in the fourth embodiment.
  • a limit value may be set for the scanning speed of the light projecting / receiving system 10 in accordance with the measurement distance from the gas concentration measuring apparatus 1 to the background 100 or the object. That is, when the measurement distance is small (close), high-speed scanning may be permitted, and when the measurement distance L is large (far), only low-speed scanning may be permitted.
  • the distance L1 from the gas concentration measuring device 1 to the object 110 is smaller than the distance L3 from the gas concentration measuring device 1 to the object 116. High-speed scanning is allowed, and only low-speed scanning is allowed near the object 116.
  • the gas concentration measuring device 1 is equipped with a braking mechanism 94 that regulates scanning of the light projecting / receiving system 10, and the control device 40 controls the braking mechanism 94 to control the scanning speed of the light projecting / receiving system 10. What is necessary is just to restrict
  • the control device 40 may control the stepping motor 84 to limit the scanning speed of the light projecting / receiving system 10 to a certain value or less. In such a case, the stepping motor 84 serves as a braking mechanism that regulates scanning of the light projecting / receiving system 10.
  • the smaller the measurement distance the faster scanning is allowed and the gas concentration can be measured quickly.
  • the measurement distance is larger, only low-speed scanning is allowed and the gas concentration measurement spot can be increased, so that the gas concentration distribution can be made finely.
  • the gas concentration (reference concentration) in the atmosphere not including the gas to be measured is measured in advance and stored in the control device 40.
  • the control device 40 may calculate the gas concentration based on the reference concentration and the light reception result of the light receiver 14. According to this configuration, an accurate gas concentration distribution can be created according to the measurement distance from the gas concentration measuring device 1 to the background 100 or the object.
  • the present invention is suitable for providing a gas concentration measuring apparatus that can accurately display a gas concentration image and a background image so that the gas concentration distribution in the background image can be grasped at a glance.

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Abstract

本発明の課題は、ガス濃度画像と背景画像とを正確に重畳表示し、背景画像におけるガス濃度分布を一目で把握することができるガス濃度測定装置を提供することである。本発明のガス濃度測定装置１は、背景１００を撮像する撮像カメラ２０と、一定の光を背景に向けて出射する光源１２と、光源１２の光を受光する受光器１４と、光源１２の光の照射スポットを検出するためのジャイロセンサー３０と、撮像カメラ２０の撮像結果に基づき背景画像を生成し、受光器１４の受光結果とジャイロセンサー３０の検出結果とに基づきガス濃度分布を作成し、前記背景画像に対しガス濃度分布を重畳させる制御装置４０と、を備えることを特徴とする。

Description

ガス濃度測定装置
　本発明はガス濃度測定装置に関する。
　メタンなどのガスは赤外線領域の特定波長に対して吸収特性を持つことが一般に知られており、赤外線の照射波長に対する受光信号の出力変化量を検出することでガス濃度を測定する装置が数多く存在する（たとえば特許文献１参照）。
　特許文献１の装置では特に、背景を水平方向および垂直方向に格子状の領域に分画し、その分割領域ごとにレーザー赤外光の照射と受光とを同期させており、レーザー赤外光を背景の測定対象全体に照射する場合に比べてガス検出をより正確に行おうとしている（段落００２３－００２４、図２）。その結果、特許文献１の装置では、ガス漏洩部のガス濃度画像を、ＣＲＴなどの表示部に表示させ可視化したり、赤外線カメラで得た通常の熱赤外画像に重畳表示したりしようとしている（段落００３５－００３６）。
特許第4286970号公報
　しかしながら、特許文献１の装置では、ガス濃度画像が可視化されるにすぎず、これを赤外線カメラで得た熱赤外画像に重畳表示しても、現実に測定対象エリアのどの部分でガス漏洩しているのかが直感的にわかりにくく、人間の視覚で認識しうる可視画像（背景画像）におけるガス濃度分布を一目で把握することはできない。
　したがって本発明の主な目的は、ガス濃度画像と背景画像とを正確に重畳表示し、背景画像におけるガス濃度分布を一目で把握することができるガス濃度測定装置を提供することにある。
　上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
　背景を撮像する撮像カメラと、
　一定の光を背景に向けて出射する光源と、
　前記光源の光を受光する受光器と、
　前記光源の光の照射スポットを検出するための位置検出器と、
　前記撮像カメラの撮像結果に基づき背景画像を生成し、前記受光器の受光結果と前記位置検出器の検出結果とに基づきガス濃度分布を作成し、前記背景画像に対し前記ガス濃度分布を重畳させる制御装置と、
　を備えることを特徴とするガス濃度測定装置が提供される。
　本発明の他の態様によれば、
　少なくとも背景画像に対し前記ガス濃度分布を重畳させる制御装置を有するガス濃度測定装置であって、
　背景を撮像する撮像カメラと、
　一定の光を背景の一定の位置に向けて出射する光源と、
　前記光源の光を受光する受光器と、
　を備え、かつ、
　前記光源が、複数の照射スポットに光を照射し、
　前記制御装置が、前記撮像カメラが前記光源の光の照射スポットを含む背景を撮像するごとに、前記撮像カメラの撮像結果に基づき背景画像を生成し、前記受光器の受光結果に基づきガス濃度分布を作成し、複数の前記背景画像を繋ぎ合わせて前記ガス濃度分布を重畳させることを特徴とするガス濃度測定装置が提供される。
　本発明の一態様によれば、撮像カメラと位置検出器とを備えているため、人間の視覚で認識しうる背景画像が生成されるとともに、ガス濃度の初期測定位置とその後のガス濃度の測定位置とのずれ量が算出されながらガス濃度分布が作成される。そのため、ガス濃度画像と背景画像とを正確に重畳表示し、背景画像におけるガス濃度分布を一目で把握することができる。
　本発明の他の態様によれば、撮像カメラを備えているため、人間の視覚で認識しうる背景画像が生成されるとともに、背景を撮像するごとに背景の一定の位置のガス濃度が測定されガス濃度分布が作成される。そのため、ガス濃度画像と背景画像とを正確に重畳表示し、背景画像におけるガス濃度分布を一目で把握することができる。
ガス濃度測定装置の概略図 ガス濃度測定方法を概略的に説明するフローチャートであって、制御装置の処理工程を経時的に示すフローチャート 図２の処理内容を説明する概略図 背景画像にガス濃度分布を重畳させた表示例を示す概略図 変形例の処理内容を説明する概略図 第２の実施形態にかかるガス濃度測定装置の投受光系の概略図 第３の実施形態にかかるガス濃度測定装置の概略図 光源の光の照射スポットを特定する処理を説明する概略図 第４の実施形態にかかるガス濃度測定装置の概略図 背景画像の生成とガス濃度の測定との関係を説明する概略図 第５の実施形態にかかるガス濃度測定装置の概略構成図 ガス濃度測定装置と背景との間の関係を示す図であって、ガス濃度測定装置から見た背景の正面図（上部）、およびガス濃度測定装置と背景との間を俯瞰した概略図（下部） 距離情報を得た場合の背景画像とガス濃度分布との重畳表示例を示す概略図 図１２の断面１で断面視した場合の背景画像とガス濃度分布との重畳表示例を示す概略図 図１２の断面２で断面視した場合の背景画像とガス濃度分布との重畳表示例を示す概略図 図１２の断面３で断面視した場合の背景画像とガス濃度分布との重畳表示例を示す概略図 ガス濃度測定装置から背景または物体までの測定距離に応じて、投受光系の走査速度に限界値を設定する場合の操作速度と測定距離との関係の一例を示す表 ガス濃度測定装置から背景または物体までの測定距離に応じて、投受光系の走査速度に限界値を設定する場合の操作速度と測定距離との関係の一例を説明する模式図
　以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
　図１に示すとおり、ガス濃度測定装置１は投受光系１０、撮像カメラ２０、ジャイロセンサー３０、制御装置４０および表示装置５０を備えている。
　投受光系１０はガス濃度を測定するための光を投受光する機構であり、光源１２および受光器１４を備えている。
　光源１２は一定の光を背景１００に向けて出射するものである。光源１２としては可変波長にレーザー光を出射しうるレーザーダイオード（ＬＤ；Laser Diode）が使用される。ＬＤは光源１２の一例であり、ＬＤに代えて他の光源が使用されてもよい。
　受光器１４はいわゆる受光センサーであって、光源１２から出射され背景１００で反射された光を受光するものである。
　なお、光源１２から出射される光の波長は、赤外の波長であり、具体的には、０．７μｍ以上であることが好ましい。
　また、本発明に係る「一定の光」とは、ガスによる吸収を生じる波長を含んだ光であって、連続光でも良いし、パルス光や変調光であっても良い。
　撮像カメラ２０は背景１００を撮像するカメラである。撮像カメラ２０はガス濃度測定スポット（光源１２の光の照射スポット）を含む背景１００を撮像するようになっている。
　ジャイロセンサー３０は物体（本実施形態では、光源１２）の角度や角速度を検出する計測器である。ジャイロセンサー３０はガス濃度測定装置１によるガス濃度測定位置であって、詳しくは光源１２の光の出射位置を検出するのに使用される。このようなジャイロセンサー３０によって、検出された光源１２の光の出射位置（光源の位置、角度など）を検出する。この光の出射位置に基づき、光源１２の光の照射スポット（後述のガス濃度測定スポット）が検出される。すなわち、ジャイロセンサー３０は、光源１２の光の照射スポットを検出するための位置検出器の一例とみなすことができる。なお、本発明においては、ジャイロセンサー３０に代えて他の位置検出器が使用されてもよい。
　制御装置４０は光源１２、受光器１４、撮像カメラ２０およびジャイロセンサー３０と接続され、これらの動作を制御するものである。
　たとえば、制御装置４０は光源１２からガス吸収性の波長の光（被測定対象のガスが吸収する特定波長の光）を出射させ、受光器１４の受光結果に基づきガス濃度を算出しうる。制御装置４０は撮像カメラ２０に背景１００を撮像させ、その撮像結果に基づき背景画像を生成しうる。制御装置４０はジャイロセンサー３０の検出結果に基づき、光源１２の光の出射位置を特定しうる。
　表示装置５０は制御装置４０と接続されている。制御装置４０は生成した背景画像を表示装置５０に表示させたり、受光器１４の受光結果とジャイロセンサー３０の検出結果とに基づくガス濃度分布を表示させたりするようになっている。なお、生成した背景画像は可視画像である。
　続いて、ガス濃度測定装置１によるガス濃度測定方法について説明する。
　当該ガス濃度測定方法では、ユーザーがガス濃度測定装置１を三脚などで固定し、投受光系１０を一定方向に走査しながら背景１００近傍のガス濃度を順次測定していくことを想定している（もちろん、ユーザーがガス濃度測定装置１を三脚などに固定せずに手動で操作し、投受光系１０を一定方向に走査しながら背景１００近傍のガス濃度を順次測定してもよい。）。
　図２に示すとおり、ガス濃度測定装置１によるガス濃度測定は基本的に、制御装置４０によるステップＳ１～Ｓ３の処理を経て行われる。
　ステップＳ１では、図３に示すとおり、制御装置４０が、撮像カメラ２０に背景１００を撮像させ、その撮像結果に基づき背景画像を生成する。
　これと同時に、制御装置４０が、光源１２からガス吸収性の光を出射させ、ジャイロセンサー３０の検出結果に基づき光源１２の光の初期出射位置Ｐ０を特定するとともに背景画像における初期照射スポットＩＳ０を設定し、かつ、受光器１４の受光結果に基づき初期照射スポットＩＳ０におけるガス濃度を算出する。
　ステップＳ２では、走査後のガス濃度測定位置において、制御装置４０が、光源１２からガス吸収性の光を出射させ、ジャイロセンサー３０の検出結果に基づき光源１２の光の第１の出射位置Ｐ１を特定するとともに背景画像における第１の照射スポットＩＳ１を特定し、かつ、受光器１４の受光結果に基づき第１の照射スポットＩＳ１におけるガス濃度を算出する。
　特にステップＳ２では、制御装置４０は、初期出射位置Ｐ０でのジャイロセンサー３０の検出結果と第１の出射位置Ｐ１でのジャイロセンサー３０の検出結果とに基づき、初期出射位置Ｐ０と第１の出射位置Ｐ１との光源１２の光の出射位置のずれ量を算出し、そのずれ量に基づき第１の照射スポットＩＳ１を特定している。
　その後、ユーザーがガス濃度測定装置１を走査するたびに、制御装置４０がステップＳ２と同様の処理を繰り返す。図３の横方向の１ライン分の走査が終了したら、ユーザーが三脚の高さや投受光系１０の縦方向の向きを切り替え、それに伴い制御装置４０がステップＳ２と同様の処理を実行すればよい。
　その結果、制御装置４０は、初期出射位置Ｐ０と第ｎの出射位置Ｐｎ（ｎは２以上の整数である。）との光源１２の光の出射位置のずれ量を算出しながら第ｎの照射スポットＩＳｎを特定し、正確に特定した光源１２の光の照射スポットＩＳｎに対しガス濃度をマッピングしたガス濃度分布を作成する。
　なお、制御装置４０は、初期出射位置Ｐ０と第ｍの出射位置Ｐｍ（ｍは１以上の整数である。）との光源１２の光の出射位置のずれ量を算出した場合に、そのずれ量が一定値を超え、第ｍの照射スポットＩＳｍが背景１００から外れていると判断したときは（図３参照）、その旨を表示装置５０に表示させる。当該表示に代えて警笛が鳴るようにしてもよい。
　ステップＳ３では、制御装置４０は、ステップＳ１で生成した背景画像に対し、ステップＳ２の繰返しで作成したガス濃度分布を重畳させ、これを表示装置５０に表示させる（図４参照）。図４では、キッチン周辺の背景画像に対しガスコンロを中心とするガス濃度分布が重畳された例を示している。ガス濃度分布はガス濃度画像の一例であり、他のガス濃度画像が作成され重畳されてもよい。
　以上の本実施形態によれば、ガス濃度測定装置１には撮像カメラ２０とジャイロセンサー３０とが搭載され、人間の視覚で認識しうる背景画像が生成されるとともに、ジャイロセンサー３０の検出結果に基づき、ガス濃度の初期測定位置とその後のガス濃度の測定位置とのずれ量が算出されながらガス濃度分布が作成される。そのため、ガス濃度画像と背景画像とを正確に重畳表示し、背景画像におけるガス濃度分布を一目で把握することができる。
［変形例］
　図５に示すとおり、ユーザーがガス濃度測定装置１そのものを移動させながら背景１００近傍のガス濃度を順次測定してもよい。
　かかる場合、図１に示すとおり、ガス濃度測定装置１に加速度センサー６０を搭載させる。加速度センサー６０は物体の加速度を検出する計測器である。加速度センサー６０もジャイロセンサー３０と同様に光源１２の光の照射スポットを検出するための位置検出器の一例である。
　かかる構成では、制御装置４０が、初期出射位置Ｐ０での加速度センサー６０の検出結果と第ｎの出射位置Ｐｎでの加速度センサー６０の検出結果とに基づき、初期出射位置Ｐ０と第ｎの出射位置Ｐｎとの光源１２の光の出射位置のずれ量を算出し、そのずれ量に基づき第ｎの照射スポットＩＳｎを特定すればよい。
　もちろん、ジャイロセンサー３０と加速度センサー６０とを併用し、制御装置４０が、初期出射位置Ｐ０でのジャイロセンサー３０および加速度センサー６０の検出結果と第ｎの出射位置Ｐｎでのジャイロセンサー３０および加速度センサー６０の検出結果とに基づき、初期出射位置Ｐ０と第ｎの出射位置Ｐｎとの光源１２の光の出射位置のずれ量を算出し、そのずれ量に基づき第ｎの照射スポットＩＳｎを特定してもよい。
［第２の実施形態］
　第２の実施形態は下記の点で第１の実施形態と異なっており、それ以外（変形例を含む。）は第１の実施形態と同様となっている。
　図６に示すとおり、投受光系１０は、光源１２および受光器１４のほかに、反射ミラー８０、ポリゴンミラー８２、ステッピングモーター８４およびロータリーエンコーダー８６を備えている。
　反射ミラー８０には光源１２の光を透過させる透過孔が形成されている。
　ポリゴンミラー８２はいわゆる回転多面鏡である。ポリゴンミラー８２は、複数の反射面を有しており、光源１２の光を、回転しながら反射しライン状に走査するものである。
　ポリゴンミラー８２にはステッピングモーター８４が接続されている。ステッピングモーター８４にはロータリーエンコーダー８６が内蔵されている。ロータリーエンコーダー８６はポリゴンミラー８２の回転を検出する回転検出器の一例である。ステッピングモーター８４およびロータリーエンコーダー８６は制御装置４０と接続されている。制御装置４０はロータリーエンコーダー８６の検出結果に基づきステッピングモーター８４を制御し、ポリゴンミラー８２の回転を制御するようになっている。
　続いて、ガス濃度測定装置１によるガス濃度測定方法について説明する。
　当該ガス濃度測定方法では、制御装置４０がポリゴンミラー８２を回転させながら（反射角度を切り替えながら）光源１２の光を走査し、背景１００近傍のガス濃度を順次測定していくことを想定している。
　ステップＳ１では、制御装置４０が、光源１２からガス吸収性の光を出射させ、ロータリーエンコーダー８６の検出結果に基づき光源１２の光の初期出射位置Ｐ０を特定するとともに背景画像における初期照射スポットＩＳ０を設定し、かつ、受光器１４の受光結果に基づき初期照射スポットＩＳ０におけるガス濃度を算出する。
　ステップＳ１では、光源１２の光は、反射ミラー８０の透過孔を通過してポリゴンミラー８２→背景１００→ポリゴンミラー８２→反射ミラー８０でそれぞれ反射され、受光器１４で受光される。
　ステップＳ２では、ポリゴンミラー８２の反射角度の切替わり後のガス濃度測定位置において、制御装置４０が、光源１２からガス吸収性の光を出射させ、ロータリーエンコーダー８６の検出結果に基づき光源１２の光の第１の出射位置Ｐ１を特定するとともに背景画像における第１の照射スポットＩＳ１を特定し、かつ、受光器１４の受光結果に基づき第１の照射スポットＩＳ１におけるガス濃度を算出する。
　特にステップＳ２では、制御装置４０は、初期出射位置Ｐ０でのロータリーエンコーダー８６の検出結果と第１の出射位置Ｐ１でのロータリーエンコーダー８６の検出結果とに基づき、初期出射位置Ｐ０と第１の出射位置Ｐ１との光源１２の光の出射位置のずれ量を算出し、そのずれ量に基づき第１の照射スポットＩＳ１を特定している。
　その後、制御装置４０がポリゴンミラー８２の反射角度を切り替えるたびに、制御装置４０がステップＳ２と同様の処理を繰り返す。
　その結果、制御装置４０は、初期出射位置Ｐ０と第ｎの出射位置Ｐｎ（ｎは２以上の整数である。）との光源１２の光の出射位置のずれ量を算出しながら第ｎの照射スポットＩＳｎを特定し、正確に特定した光源１２の光の照射スポットＩＳｎに対しガス濃度をマッピングしたガス濃度分布を作成する。
　以上の本実施形態によっても、ガス濃度測定装置１にはポリゴンミラー８２、ステッピングモーター８４およびロータリーエンコーダー８６が搭載され、ロータリーエンコーダー８６の検出結果に基づき、ガス濃度の初期測定位置とその後のガス濃度の測定位置とのずれ量が算出されながらガス濃度分布が作成されるため、ガス濃度画像と背景画像とを正確に重畳表示し、背景画像におけるガス濃度分布を一目で把握することができる。
　本実施形態でも、ガス濃度測定装置１に加速度センサー６０を搭載させ、ロータリーエンコーダー８６と加速度センサー６０とを併用し、制御装置４０が、初期出射位置Ｐ０でのロータリーエンコーダー８６および加速度センサー６０の検出結果と第ｎの出射位置Ｐｎでのロータリーエンコーダー８６および加速度センサー６０の検出結果とに基づき、初期出射位置Ｐ０と第ｎの出射位置Ｐｎとの光源１２の光の出射位置のずれ量を算出し、そのずれ量に基づき第ｎの照射スポットＩＳｎを特定してもよい。
［第３の実施形態］
　第３の実施形態は下記の点で第１の実施形態と異なっており、それ以外（変形例を含む。）は第１の実施形態と同様となっている。
　図７に示すとおり、ガス濃度測定装置１は、ジャイロセンサー３０に代えて位置検出器７０を備えている。
　位置検出器７０は光源７２および追跡カメラ７４を備えている。
　光源７２は可視光を背景１００に向けて出射するものである。光源７２は投受光系１０の光源１２と同軸上に設置され、光源１２の光の軌跡と光源７２の光の軌跡は一致するようになっている。
　追跡カメラ７４は光源７２の光を追跡するカメラである。
　光源７２および追跡カメラ７４は制御装置４０と接続されている。制御装置４０は、図８に示すとおり、光源７２から光を出射させながら追跡カメラ７２でその光を追跡させ、追跡カメラ７４の検出結果を画像処理し、光源１２の光の照射スポットＩＳを特定しうるようになっている。
　続いて、ガス濃度測定装置１によるガス濃度測定方法について説明する。
　ステップＳ１では、制御装置４０が、光源７２からガス非吸収性の可視光を出射させ、追跡カメラ７２の検出結果に基づき光源１２の光の初期照射スポットＩＳ０を特定し、かつ、光源１２からガス吸収性の光を出射させ、受光器１４の受光結果に基づき初期照射スポットＩＳ０におけるガス濃度を算出する。
　特にステップＳ１では、制御装置４０が、光源７２からガス非吸収性の可視光を出射させかつ追跡カメラ７２でその光を追跡させ、追跡カメラ７２の検出結果を画像処理し、初期照射スポットＩＳ０を特定している。
　ステップＳ２では、走査後のガス濃度測定位置において、制御装置４０が、光源７２からガス非吸収性の可視光を出射させ、追跡カメラ７２の検出結果に基づき光源１２の光の第１の照射スポットＩＳ１を特定し、かつ、光源１２からガス吸収性の光を出射させ、受光器１４の受光結果に基づき第１の照射スポットＩＳ１におけるガス濃度を算出する。
　ステップＳ２でも、制御装置４０は、光源７２からガス非吸収性の可視光を出射させかつ追跡カメラ７２でその光を追跡させ、追跡カメラ７２の検出結果を画像処理し、第１の照射スポットＩＳ１を特定している。
　その後、ユーザーがガス濃度測定装置１を走査するたびに、制御装置４０がステップＳ２と同様の処理を繰り返す。
　その結果、制御装置４０は、位置検出器７０で正確に特定した光源１２の光の照射スポットＩＳに対しガス濃度をマッピングしたガス濃度分布を作成する。
　以上の本実施形態によっても、ガス濃度測定装置１には位置検出器７０として光源７２および追跡カメラ７４が搭載され、追跡カメラ７４の検出結果に基づき、光源１２の光の照射スポットＩＳが直接的に特定されながらガス濃度分布が作成されるため、ガス濃度画像と背景画像とを正確に重畳表示し、背景画像におけるガス濃度分布を一目で把握することができる。
　なお、本実施形態では、追跡カメラ７４に代えて撮像カメラ２０を使用し、制御装置４０が、光源７２の光を撮像カメラ２０で追跡させ、撮像カメラ２０の検出結果に基づき、光源１２の光の照射スポットＩＳを特定してもよい。
　かかる構成によれば、追跡カメラ７４が不要となるため、ガス濃度測定装置１の部品のコンパクト化を図ることができる。
　また本実施形態でも、ガス濃度測定装置１に加速度センサー６０を搭載させ、位置検出器７０と加速度センサー６０とを併用し、制御装置４０が、初期出射位置Ｐ０での追跡カメラ７４および加速度センサー６０の検出結果と第ｎの出射位置Ｐｎでの追跡カメラ７４および加速度センサー６０の検出結果とに基づき、初期出射位置Ｐ０と第ｎの出射位置Ｐｎとの光源１２の光の出射位置のずれ量を算出し、そのずれ量に基づき第ｎの照射スポットＩＳｎを特定してもよい。
［第４の実施形態］
　第４の実施形態は下記の点で第１の実施形態と異なっており、それ以外（変形例を含む。）は第１の実施形態と同様となっている。
　図９に示すとおり、ガス濃度測定装置１は、ジャイロセンサー３０を有していない。
　投受光系１０の光源１２と撮像カメラ２０との配置が固定され、光源１２の光は常に背景１００の一定の位置（すなわち、被測定対象であるガス濃度を測定したい位置であって、光源から特定距離の位置）にのみ向けて出射するようになっている。ここでは図１０に示すとおり、光源１２の光は背景１００の中央部に向けて出射するようになっている。
　続いて、ガス濃度測定装置１によるガス濃度測定方法について説明する。
　当該ガス濃度測定方法では、ユーザーがガス濃度測定装置１を移動させながら、その移動のたびに撮像カメラ２０で、背景１００を撮像し、背景１００近傍のガス濃度を順次測定していくことを想定している。このように、ガス濃度測定装置１を移動させることにより、本実施形態に係る光源は、複数の照射スポットに光を照射できる。
　ステップＳ１では、制御装置４０が、撮像カメラ２０に光源の光の照射スポットＩＳを含む背景１００を撮像させ、その撮像結果に基づき背景画像を生成する。
　これと同時に、制御装置４０が、光源１２からガス吸収性の光を出射させ、受光器１４の受光結果に基づき背景画像の中央部の照射スポットＩＳにおけるガス濃度を算出する。
　ステップＳ２では、移動後のガス濃度測定装置において、制御装置４０が、撮像カメラ２０に背景１００を撮像させ、その撮像結果に基づき背景画像を生成するとともに、光源１２からガス吸収性の光を出射させ、受光器１４の受光結果に基づき背景画像の中央部の照射スポットＩＳにおけるガス濃度を算出する。
　その後、ユーザーがガス濃度測定装置１を移動させるたびに、制御装置４０がステップＳ２と同様の処理を繰り返す。
　その結果、制御装置４０は、図１０に示すとおり、背景１００を撮像するごとに、背景画像を生成するとともに、背景画像それぞれの中央部の照射スポットＩＳにおけるガス濃度を測定し、背景画像ごとにガス濃度をマッピングしたガス濃度分布を作成する。
　ステップＳ３では、制御装置４０は、ステップＳ１およびステップＳ２の繰返しで生成した複数の背景画像を繋ぎ合わせ、その繋ぎ合わせた背景画像に対しステップＳ１およびステップＳ２の繰返しで作成したガス濃度分布を重畳させ、これを表示装置５０に表示させる。
　以上の本実施形態によれば、背景１００を撮像するごとに、背景画像が生成されるとともにガス濃度が測定され、それらが繋ぎ合わされガス濃度分布が作成されるため、ガス濃度画像と背景画像とを正確に重畳表示し、背景画像におけるガス濃度分布を一目で把握することができる。
　本実施形態でも、ガス濃度測定装置１に加速度センサー６０を搭載させ、制御装置４０が、初期出射位置Ｐ０での加速度センサー６０の検出結果と第ｎの出射位置Ｐｎでの加速度センサー６０の検出結果とに基づき、初期出射位置Ｐ０と第ｎの出射位置Ｐｎとの光源１２の光の出射位置のずれ量を算出し、そのずれ量に基づき第ｎの照射スポットＩＳｎを特定してもよい。
［第５の実施形態］
　第５の実施形態は下記の点で第１の実施形態と異なっており、それ以外（変形例を含む。）は第１の実施形態と同様となっている。
　図１１に示すとおり、ガス濃度測定装置１は、ガス非吸収帯波長のレーザー光を出射する光源を有するレーザーレーダー９０を備えている。レーザーレーダー９０は背景１００または背景１００の手前の物体までの距離を測定する測距器の一例であり、これに代えて他の測距器が使用されてもよい。
　レーザーレーダー９０は制御装置４０と接続されている。制御装置４０はレーザーレーダー９０の検出結果に基づき、背景１００または背景１００の手前の物体までの距離を空間測距しうるようになっている。
　すなわち、図１２に示すとおり、ガス濃度測定装置１と背景１００との間に物体１１０、１１２、１１４、１１６が存在している場合、制御装置４０はレーザーレーダー９０の検出結果に基づき、ガス濃度測定装置１と背景１００との間を俯瞰して、背景１００までの距離Ｌ０、物体１１０までの距離Ｌ１、物体１１２、１１４までの距離Ｌ２、および物体１１６までの距離Ｌ３を、それぞれ測定しうるようになっている。
　以上の本実施形態によれば、ガス濃度測定装置１にはレーザーレーダー９０が搭載され、レーザーレーダー９０の検出結果に基づき、背景１００または物体１１０、１１２、１１４、１１６までの距離Ｌ０、Ｌ１～Ｌ３が測定されるため、ガス濃度画像と背景画像との重畳画像には、ガス濃度測定装置１から背景１００または物体１１０、１１２、１１４、１１６までの距離情報も、追加的に表示することができる。
　かかる場合、ガス濃度測定装置１から背景１００までの距離Ｌ０に加え、ガス濃度測定装置１から物体１１０、１１２、１１４、１１６までの距離Ｌ１～Ｌ３が測定されるため、図１３Ａに示すとおり、背景１００および物体１１０、１１２、１１４、１１６をすべて含む背景画像に対しガス濃度分布を重畳表示しうるのに加え、図１３Ｂ～図１３Ｄに示すとおり、物体１１０、１１２、１１４、１１６までの距離Ｌ１～Ｌ３ごとにも重畳表示しうる。
　図１３Ｂは図１２の断面１で断面視した場合の重畳画像であって、物体１１０を含む背景画像に対し物体１１０近傍のガス濃度が重畳された例を示している。図１３Ｃは図１２の断面２で断面視した場合の重畳画像であって、物体１１２、１１４を含む背景画像に対し物体１１２、１１４近傍のガス濃度が重畳された例を示している。図１３Ｄは図１２の断面３で断面視した場合の重畳画像であって、物体１１６を含む背景画像に対し物体１１６近傍のガス濃度が重畳された例を示している。
　さらにガス濃度測定装置１から物体１１０、１１２、１１４、１１６までの距離Ｌ１～Ｌ３が測定されると、たとえば図１２に示すとおり、物体１１２の背後のガス濃度測定を行った場合でも、物体１１２までの距離情報がすでに取得されているため、ガス濃度分布を表示するときは、図１３Ａ、図１３Ｃに示すとおり、物体１１２近傍のガス濃度分布が表示される。
　なお、図１１に示すとおり、撮像カメラ２０およびレーザーレーダー９０に代えてＴＯＦ（Time Of Flight）方式イメージセンサー９２が用いられてもよい。ＴＯＦ方式イメージセンサー９２とは、投光した光がターゲットに当たって戻る時間をリアルタイムで測定し距離画像イメージを取得するものである。
　ＴＯＦイメージセンサー９２によれば、撮像カメラ２０とレーザーレーダー９０との機能を同時に実現しうるため、ガス濃度測定装置１の部品のコンパクト化を図ることができる。
　また、第５の実施形態には第２～第４の実施形態が部分的に適用されてもよい。
　たとえば光源１２の光の照射スポットＩＳの特定にあたって、第２の実施形態のように、投受光系１０としてポリゴンミラー８２などを含む投受光系１０が用いられ、ロータリーエンコーダー８６の検出結果に基づき照射スポットＩＳが特定されてもよいし、第３の実施形態のように、位置検出器として光源７２および追跡カメラ７４を含む位置検出器７０が用いられ、追跡カメラ７４の検出結果に基づき照射スポットＩＳが特定されてもよいし、第４の実施形態のように、ジャイロセンサー３０を搭載せずに、背景１００を撮像するごとに、背景画像の中央部が照射スポットＩＳとして特定されてもよい。
　さらに、図１４Ａに示すとおり、ガス濃度測定装置１から背景１００または物体までの測定距離に応じて、投受光系１０の走査速度に限界値を設定してもよい。すなわち、測定距離が小さい（近い）場合は高速走査を許容し、測定距離Ｌが大きい（遠い）場合は低速走査のみを許容してもよい。
　たとえば、図１２の例で説明すると、図１４Ｂに示すとおり、ガス濃度測定装置１から物体１１０までの距離Ｌ１は、ガス濃度測定装置１から物体１１６までの距離Ｌ３より小さいため、物体１１０近傍では高速走査を許容し、物体１１６近傍では低速走査のみを許容する。
　かかる構成では、図１１に示すとおり、ガス濃度測定装置１に投受光系１０の走査を規制する制動機構９４を搭載し、制御装置４０が制動機構９４を制御し投受光系１０の走査速度を一定値以下に制限すればよい。投受光系１０として、第２の実施形態にかかる投受光系１０が用いられる場合は、制御装置４０がステッピングモーター８４を制御し投受光系１０の走査速度を一定値以下に制限すればよい。かかる場合、ステッピングモーター８４が投受光系１０の走査を規制する制動機構となる。
　かかる構成によれば、測定距離が小さいほど高速走査が許容され、ガス濃度を迅速に測定することができる。その一方で、測定距離が大きいほど低速走査のみが許容され、ガス濃度測定スポットを増大させうるため、ガス濃度分布を細かに作成することができる。
　さらに、ガス濃度測定装置１から背景１００または物体までの測定距離ごとに、被測定対象のガスを含まない大気中のガス濃度（基準濃度）をあらかじめ測定しこれを制御装置４０に記憶させておき、ガス濃度測定の際に、制御装置４０が、当該基準濃度と受光器１４の受光結果とに基づきガス濃度を算出してもよい。
　かかる構成によれば、ガス濃度測定装置１から背景１００または物体までの測定距離に応じて、正確なガス濃度分布を作成することができる。
　以上のように、本発明は、ガス濃度画像と背景画像とを正確に重畳表示し、背景画像におけるガス濃度分布を一目で把握することができるガス濃度測定装置を提供することに適している。
　１　ガス濃度測定装置
　１０　投受光系
　　１２　光源
　　１４　受光器
　２０　撮像カメラ
　３０　ジャイロセンサー
　４０　制御装置
　５０　表示装置
　６０　加速度センサー
　７０　位置検出器
　７２　光源
　７４　追跡カメラ
　８０　反射ミラー
　８２　ポリゴンミラー
　８４　ステッピングモーター
　８６　ロータリーエンコーダー
　９０　レーザーレーダー
　９２　ＴＯＦ方式イメージセンサー
　９４　制動機構
　１００　背景
　１１０、１１２、１１４、１１６　物体

Claims (8)

  1. 　背景を撮像する撮像カメラと、
    　一定の光を背景に向けて出射する光源と、
    　前記光源の光を受光する受光器と、
    　前記光源の光の照射スポットを検出するための位置検出器と、
    　前記撮像カメラの撮像結果に基づき背景画像を生成し、前記受光器の受光結果と前記位置検出器の検出結果とに基づきガス濃度分布を作成し、前記背景画像に対し前記ガス濃度分布を重畳させる制御装置と、
    　を備えることを特徴とするガス濃度測定装置。
  2. 　請求項１に記載のガス濃度測定装置において、
    　前記位置検出器がジャイロセンサーであることを特徴とするガス濃度測定装置。
  3. 　請求項１に記載のガス濃度測定装置において、
    　前記光源の光を反射するポリゴンミラーを備え、
    　前記位置検出器が前記ポリゴンミラーの回転を検出する回転検出器であることを特徴とするガス濃度測定装置。
  4. 　請求項１に記載のガス濃度測定装置において、
    　前記位置検出器が、可視光を背景に向けて出射する第２の光源と、前記第２の光源の光を追跡する追跡カメラとを有することを特徴とするガス濃度測定装置。
  5. 　少なくとも背景画像に対し前記ガス濃度分布を重畳させる制御装置を有するガス濃度測定装置であって、
    　背景を撮像する撮像カメラと、
    　一定の光を背景の一定の位置に向けて出射する光源と、
    　前記光源の光を受光する受光器と、
    　を備え、かつ、
    　前記光源が、複数の照射スポットに光を照射し、
    　前記制御装置が、前記撮像カメラが前記光源の光の照射スポットを含む背景を撮像するごとに、前記撮像カメラの撮像結果に基づき背景画像を生成し、前記受光器の受光結果に基づきガス濃度分布を作成し、複数の前記背景画像を繋ぎ合わせて前記ガス濃度分布を重畳させることを特徴とするガス濃度測定装置。
  6. 　請求項１～４のいずれか一項に記載のガス濃度測定装置において、
    　背景または物体までの距離を測定する測距器と、
    　前記光源の走査を規制する制動機構とを備え、
    　前記制御装置が、前記測距器の検出結果に基づく測定距離に応じて、前記制動機構を制御して前記光源の走査速度を制限することを特徴とするガス濃度測定装置。
  7. 　請求項６に記載のガス濃度測定装置において、
    　前記制御装置には、背景または物体までの測定距離ごとに、被測定対象のガスを含まない大気中のガス濃度であってあらかじめ測定された基準濃度が記憶され、
    　前記制御装置が、前記基準濃度と前記受光器の受光結果とに基づきガス濃度を算出することを特徴とするガス濃度測定装置。
  8. 　請求項１に記載のガス濃度測定装置によるガス濃度測定方法であって、少なくとも、下記ステップＳ１からステップＳ３を有し、
    　前記ガス濃度測定装置が、投受光系としてガス吸収性の光を背景に向けて出射する光源と、前記光源の前記光を受光する受光器と、を備えることを特徴とするガス濃度測定方法。
    　ステップＳ１：背景を撮像させ、前記撮像結果に基づき背景画像を生成すると同時に、ガス吸収性の光を出射させつつ、前記背景画像における初期照射スポットを設定し、かつ、前記背景で反射された前記光を受光し、当該受光結果に基づき前記初期照射スポットにおけるガス濃度を算出するステップ
    　ステップＳ２：前記投受光系を走査後、前記ガス吸収性の光を出射させつつ、前記走査後の照射スポットを特定し、かつ、前記背景で反射された前記光を受光し、当該受光結果に基づき前記走査後の照射スポットにおけるガス濃度を算出するステップ
    　ステップＳ３：前記ステップＳ２を繰返すことでガス濃度分布を作成し、前記ステップＳ１で生成した前記背景画像に対し、前記ガス濃度分布を重畳させ、表示させるステップ
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