JP6746189B2 - 火災検知装置及び火災検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、カメラで撮像した監視領域の画像から火災初期における煙を検知する火災検知装置及び火災検知方法に関する。

従来、監視カメラで撮像した監視領域の画像に対し画像処理を施すことにより、火災を検知するようにした様々な装置やシステムが提案されている。

このような火災検知装置にあっては、火災発生に対する初期消火や避難誘導の観点から火災の早期発見が重要である。

このため従来装置（特許文献１）にあっては、画像から火災に伴う煙により起きる現象として、透過率又はコントラストの低下、輝度値の特定値への収束、輝度分布範囲が狭まって輝度の分散の低下、煙による輝度の平均値の変化、エッジの総和量の低下、低周波帯域の強度増加を導出し、これらを総合的に判断して煙の検出を可能としている。

特開２００８−０４６９１６号公報 特開平７−２４５７５７号公報 特開２０１０−２３８０２８号公報 米国特許出願公開第２００９／０２４４２８０号明細書

しかしながら、このような従来の火災に伴う煙の画像から火災を検知する火災検知システムにあっては、監視カメラで撮像した画像全体を処理して煙による特徴的な変化を検知して火災を判断しており、画像全体から火災を判断するための処理負担が増加して処理に時間がかかるという問題がある。

また、夜間の無人となる時間帯に監視領域の照明を消した場合、監視カメラにより撮像する監視領域の画像が暗くなり、煙画像から火災を判断する機能が失われる問題がある。

この問題を解決するためには、夜間などに照明を消灯せずに点けたままとすればよいが、使用していない場所で照明をつけたままにするようなことは、現実的な解決にはならない。

本発明は、監視カメラで撮像した一部の領域の画像を処理して火災を判断することで処理負担を低減して処理時間を短縮すると共に夜間などに照明を消した状態であっても監視カメラで撮像した画像から火災を検知可能とする火災検知装置を提供することを目的とする。

（装置）
本発明は、火災検知装置に於いて、
監視領域の画像を撮像する撮像手段と、
撮像手段で撮像する監視領域に向けて複数のスポット光を照射するスポット光照射手段と、
撮像手段で撮像した画像から複数のスポット光が照射された領域のスポット画像を抽出するスポット画像抽出手段と、
スポット画像抽出手段で抽出した複数のスポット画像の煙による特徴的な所定の変化を検知して火災を判断する火災判断手段と、
を備え、
スポット光照射手段は、撮像手段の撮像方向となる監視領域の照射面に、自身に固有のランダムパターンで配置された複数のスポット像を形成するように、複数のスポット光を照射することを特徴とする。

（誤検出の防止）
火災判断手段は、スポット画像抽出手段で抽出したスポット画像が、スポット光照射手段により形成されたランダムパターンに基づかない場合に、誤検出を判断する。

（赤外線領域スポット光）
スポット光照射手段は、赤外線領域のスポット光を照射し、撮像手段は、赤外線光波長領域を含む撮像感度を備える。

（火災判断）
火災判断手段は、スポット画像抽出手段により煙による特徴的な変化を検出した煙スポ
ット画像の数が上昇方向に増加して行く時系列変化を検出した場合に、火災と判断する。

ここで、火災判断手段は、スポット画像で抽出したスポット画像の輝度が所定の変化をした位置を前記煙スポット画像として検出する。

（スポット照射手段の配置位置）
撮像手段とスポット光照射手段は、監視領域を見渡せる所定の位置に横に並べて配置される。

または、撮像手段は、監視領域を見渡せる所定の位置に配置され、スポット光照射手段は、撮像手段の撮像方向側の所定位置に配置される。

（方法）
本発明は、火災検知方法に於いて、
撮像手段により監視領域の画像を撮像し、
スポット光照射手段により撮像手段で撮像する監視領域に向けて複数のスポット光を照射し、
スポット画像抽出手段により撮像手段で撮像した画像から複数のスポット光が照射された領域のスポット画像を抽出し、
火災判断手段によりスポット画像抽出手段で抽出した複数のスポット画像の煙による特徴的な所定の変化を検知して火災を判断し、
スポット光照射手段は、撮像手段の撮像方向となる監視領域の照射面に、自身に固有のランダムパターンで配置された複数のスポット像を形成するように、複数のスポット光を照射することを特徴とする。

本発明の火災検知方法による他の特徴は、前述した火災検知装置の場合と基本的に同じになることから、その説明を省略する。

（基本的な効果）
本発明の火災検知装置及び火災検知方法によれば、監視領域の画像を撮像する撮像手段と、撮像手段で撮像する監視領域に向けて複数のスポット光を照射するスポット光照射手段と、撮像手段で撮像した画像から複数のスポット光が照射された領域のスポット画像を抽出するスポット画像抽出手段と、スポット画像抽出手段で抽出した複数のスポット画像の煙による特徴的な所定の変化を検知して火災を判断する火災判断手段とを設けるようにしたため、撮像手段で撮像した監視領域の画像に散在するスポット光の当たっている領域の画像を抽出して処理すれば良く、画像全体を処理する場合に比べ、処理負担を軽減し、処理時間を短縮可能とする。

また、スポット光を照射していることから、照明が消えた夜間等であっても、処理対象とするスポット光の当たっている場所の画像は捉えることができ、照明を消した状態であっても、煙による画像の変化から火災を確実に判断可能とする。また消灯した場合、壁面などにスポット光が分散して当るにすぎないことから、消灯状態に与える影響は少ない。

（赤外線領域スポット光による効果）
また、スポット光照射手段は赤外線領域のスポット光を照射し、撮像手段は赤外線領域を含む撮像感度を備えるようにしたため、夜間等に照明を消しても、人が見ることのできない赤外線領域のスポット光の照射であることから、消灯を妨げることなく煙による変化するスポット光の照射領域の画像から火災を判断可能とする。

（火災判断による効果）
また、火災判断手段は、スポット画像検出手段により煙による特徴的な変化を検出した煙スポット画像の数が上昇方向に増加して行く時系列変化を検出した場合に、火災と判断するようにしたため、人や小動物等の移動に伴う変化から区別して確実に火災の煙による変化から火災を判断可能とする。

（撮像画像の分割による火災判断の効果）
また、火災判断手段は、撮像画像を所定の高さと幅をもつ複数の矩形領域に分割して、矩形領域毎に煙による特徴的な変化をもつ煙スポット画像を検出して、矩形領域の高さ方向又は幅方向に設定した煙伝搬方向に整列し、各矩形領域の整列した煙スポット画像の時系列変化から煙を検知して火災を判断するようにしたため、揺らぎながら上昇する火災の煙に対応した煙スポット画像の動きに対し、横方向の揺らぎに影響されることなく、上方向への煙の伝搬を確実に捉えて火災を判断することを可能とする。

また、火災による煙以外の要因による輝度の変化で動きのないノイズ的な煙スポット画像が検出されても、時系列的な変化がないことから煙の伝搬は検知されず、ノイズ的なスポット画像の濃度変化に影響されることなく、火災による煙を確実に検知可能とする。

（伝搬監視範囲と揺らぎ許容範囲の設定による効果）
また、火災判断手段は、矩形領域の高さと幅の何れか一方を煙の伝搬を監視する範囲に設定し、他方を煙の揺らぎを許容する範囲に設定し、また、煙の上方向への伝搬を監視する場合は、矩形領域の高さを幅より長く設定し、煙の横方向への伝搬を監視する場合は、矩形領域の幅を高さより長く設定するようにしたため、矩形領域の高さと幅を煙伝搬の監視範囲（伝搬方向）と煙の揺らぎ許容範囲に対応して適切に設定することで、煙伝搬の監視方向に対し煙の動きに揺らぎがあっても、揺らぎに影響されることなく、煙の伝搬を確実に検知可能とする。

本発明の火災検知装置を設置した監視領域を示した説明図 図１の監視領域に対するスポット光の照射を側面、平面、照射面について示した説明図 煙により輝度が変化するスポット画像の時系列変化を示した説明図 画像処理装置の機能構成の概略を示したブロック図 監視カメラの手前にスポット光照射装置を配置した本発明の火災検知装置を設置した監視領域の他の例を示した説明図 図５の監視領域に対するスポット光の照射を側面、平面、照射面について示した説明図 縦方向を煙の伝搬を監視する範囲とし横方向を煙の揺らぎを許容する範囲とした複数の矩形領域に分割した監視領域の撮像画像を示した説明図 図７の矩形領域に分割した撮像画像について上方向に伝搬する煙から検知した煙スポット画像の時間変化を示した説明図 図８に続く煙スポット画像の時間変化を示した説明図 図８に示した矩形領域毎の煙スポット画像を上方向となる伝搬方向に整列した状態を示した説明図 図９に示した矩形領域毎の煙スポット画像を上方向となる伝搬方向に整列した状態を示した説明図 図１０及び図１１に示した矩形領域毎の煙スポット画像の数を行列で示した説明図 図１２に示した矩形領域毎の煙スポット画像の上方向への伝搬の有無を２値化した２値行列として示した説明図 幅方向を煙の伝搬を監視する範囲とし高さ方向を煙の揺らぎを許容する範囲とした複数の矩形領域に分割した監視領域の撮像画像を示した説明図 図１４の矩形領域に分割した撮像画像について天井に沿って伝搬とする煙から検知した煙スポット画像の時間変化を示した説明図 図１５に続く煙スポット画像の時間変化を示した説明図 図１５及び図１６に示した矩形領域毎の煙スポット画像を横方向となる伝搬方向に整列した状態を示した説明図 図１７に示した矩形領域毎の煙スポット画像の数を行列で示した説明図 図１８に示した矩形領域毎の煙スポット画像の横方向への伝搬の有無を２値化した２値行列として示した説明図

［火災検知装置の概要］
図１は本発明による火災検知装置を設置した監視領域を透視して示した説明図である。

図１に示すように、監視領域１８には撮像手段として機能する監視カメラ１０とスポット光照射手段として機能するスポット光照射装置１２を設置し、スポット光照射装置１２から複数のスポット光を監視領域１８に照射した状態で監視カメラ１０により撮像している。

監視カメラ１０は、上下、左右及び前後に仕切られた監視領域（監視空間）１８の例えば上部コーナの中央に設置し、その撮像光軸１０ａを相対する照射面２２の中心付近に向うように斜め下向きに設定して監視領域１８を全体的に撮像可能としている。

スポット光照射装置１２は、監視カメラ１０を設置したと同じ上部コーナに、監視カメラ１０の横に並べて配置し、例えば縦横７列の合計４９個のスポット発光部を二次元配置し、相対する壁面である照射面２２に向うように斜め下向きに複数本のスポット光を照射し、照射面２２上に縦横７列の合計４９個のスポット像２０を形成している。なお、以下の説明では、監視カメラ１０でスポット像２０を撮像した場合の画像部分をスポット画像という。

スポット光照射装置１２は、所定の赤外線光波長帯域の赤外線光、例えば波長８２０ナノメートル又は波長９４０ナノメートルの赤外線光を照射する。このためスポット光照射装置１２は、例えばマイクロ集光レンズを備えた複数の赤外線ＬＥＤをマトリクス状に配置し、複数本の赤外線ビーム光を照射する。

また、スポット光照明装置１２の他の例として、照射距離が短くても良い場合には、複数の赤外線ＬＥＤにより発光する面光源の前に、縦横７列にスリット穴を形成したスリット板を配置し、複数のスポット光を照射するようにしても良い。

これに対応して監視カメラ１０は可視光の波長範囲で撮像感度を有すると共に、スポット光照射装置１２による波長８２０ナノメートル又は波長９４０ナノメートルの赤外線光波長を含む波長範囲に撮像感度を有する撮像素子を使用している。

このようにスポット光照射装置１２により監視領域１８に複数のスポット光を照射した状態で、監視領域１８に置かれたごみ入れ等の火源２４の可燃物が何らかの原因で火災が発生する状況となり、火源２４から煙２５が立ち上る。

監視カメラ１０は、監視領域１８に煙２５が存在した場合に、煙２５によって撮像画面上で輝度が変化するスポット像２０が存在する照射面２２を含む赤外線画像を撮像し、監視カメラ１０で撮像した画像は伝送路を介して管理人室などに設置した画像処理装置１４に伝送し、画像処理によりごみ入れなどの火源２４から立ち上がっている煙２５を検知して火災を判断し、火災検知信号を火災報知設備１６に出力して火災警報を出力する。

［検出原理］
本発明により煙を検知する原理を説明すると次のようになる。図２は図１の監視領域に対するスポット光の照射を側面（図２（Ａ））、平面（図２（Ｂ））、照射面（図２（Ｃ））について示した説明図である。

図２に示すように、スポット光照射装置１２からは斜め下向きに複数のスポット光が一点鎖線で示すように照射され、照射面２２に縦横７列に４９個のスポット像２０を形成しており、この照射面２２のスポット像２０を監視カメラ１０は撮像し、スポット画像を含む監視領域の赤外線画像を取得している。

このとき火源２４から煙２５が立ち上ったとすると、スポット光照射装置１２から照射している複数のスポット光の一部の通過位置を煙２５が横切り、監視カメラ１０で撮像しているスポット像２０の一部が煙２５により妨げられ、同時に、煙２５にスポット光が当たるため、煙による散乱現象を起こし、赤外線光波長領域で見ると明るさが低下するようになる。

このため監視カメラ１０で撮像している画像を見ると、煙２５に対応した位置のスポット画像の輝度が低下する。また、火災による煙２５は火源２４から熱気流により上昇する時系列な動きを起こすことから、散乱光により輝度の低下したスポット画像の数が上昇方向に増加する時系列変化を起こすことになる。

図３は煙にスポット光が当たって輝度が低下するスポット画像を含む撮像画像の時系列変化を示している。

図３（Ａ）の撮像画像４２ａは火災の初期であり、煙が立ち上がり始めることから、煙による特徴的な変化としてスポット画像の輝度が低下した煙スポット画像４０は、照射面の下側に存在している。

これに続く図３（Ｂ）の撮像画像４２ｂでは、火災の拡大に伴う煙の上昇により煙スポット画像４０は縦に伸びるように数が増加し、更に時間が経過すると図３（Ｃ）の撮像画像４２ｃに示すように、煙スポット領域４０の数は更に縦に伸びるように増加する。

このため本発明にあっては、煙による特徴的な所定の変化として、煙にスポット光が当たることによる散乱光の発生で輝度の低下した複数の煙スポット画像の数が上昇方向に増加して行く時系列変化を検出した場合に、火災と判断する。これにより火災による煙を確実に検知すると共に、人や小動物等の移動に伴うスポット画像の輝度の変化から区別し火災の煙による変化から火災を確実に判断可能とする。

［火災検知装置］
（火災検知装置の機能構成）
図４は本発明による火災検知装置の機能構成の概略を示したブロック図である。図４に示すように、火災検知装置は、監視カメラ１０、スポット光照射装置１２及び画像処理装置１４で構成され、画像処理装置１４は、そのハードウェアとしてＣＰＵ、メモリ、各種の入出力ポート等を備えたコンピュータ回路等で構成され、ＣＰＵによるプログラムの実行により実現される機能として、制御部２６、スポット画像抽出手段として機能するスポット画像抽出部３２、画像変化検出手段として機能する画像変化検出部３４、火災判断手段として機能する火災判断部３６を備える。

また、火災を判断した場合に警報を報知するため警報表示部３７と音響警報部３８を設けている。

伝送部３０は監視カメラ１０で撮像した画像データを受信する適宜の伝送インタフェースが使用され、照射駆動部２８はスポット光照射装置１２を点灯駆動する。

制御部２６は、監視カメラ１０、スポット光照射装置１２及び画像処理装置１４に設けた各機能の全体的な制御を行う。

制御部２６によるスポット光照射装置１２の制御は、運用中に連続して点灯駆動を原則とするが、例えば無人となる時間帯をタイマ設定により決めて点灯駆動しても良い。

また、制御部２６によるスポット光照射装置１２の他の制御として、監視空間の照度を照度計で測定するか、又は、監視カメラ１０で撮像した画像の総輝度を測定などして、室内の明るさを監視し、照度が低下した場合、又は画像の総輝度が所定閾値以下となった場合に、スポット光照射装置１２を駆動するようにしても良い。

また、スポット光照射装置１２によるスポット光照射は、パルス的に駆動(照射)し、これに同期して監視カメラ１０により画像を撮像するようにしても良い。

撮像手段として機能する監視カメラ１０は、制御部２６からの指示を受けて動作し、伝送部３０の伝送制御により動画像データとして、例えば毎秒３０フレームとなる監視領域の画像データを伝送し、画像処理装置１４に設けた図示しないメモリに記憶する。

スポット画像抽出部３２は、メモリに記憶したフレーム単位の画像から図３に示したように、スポット光が当たっている複数のスポット画像を抽出する。スポット画像抽出部３２におけるスポット画像の抽出範囲の設定は、装置の運用開始に先立ち、モニタ画面に監視画面を表示し、その中のスポット画像のそれぞれに円形の抽出領域を設定する操作を行い、これをスポット画像抽出用のテンプレートとして準備し、テンプレートを使用した自動抽出（画像切出し）を行う。

画像変化検出部３４は、スポット画像抽出部３２で抽出したスポット画像毎に、例えばスポット画像を構成する画素の輝度の総和を求め、例えば移動平均等により基準値として記憶し、また、新たなスポット画像の輝度総和を求める毎に、基準値との差（絶対値）を求め、この差が所定の閾値を超えた場合に煙による輝度変化（散乱光による輝度変化）が起きたものと推定し、煙スポット画像として検出する。

火災判断部３６は、画像変化検出部３４で検出した煙スポット画像を記憶して、その時系列変化を検出し、煙による特徴的な時系列変化を検出した場合に火災と判断し、火災検出信号を図１に示した火災報知設備に出力して火災警報を行わせる。本実施形態にあっては、火災判断部３６は、図３に示すように、複数の煙スポット画像の数が上昇方向に増加して行く時系列変化を検出した場合に、火災と判断する。

（火災検知動作）
図４の画像処理装置による火災検知動作は次のようになる。運用中において、スポット光照射装置１２は常時点灯して監視領域に複数のスポット光を照射し、監視カメラ１０で多数のスポット画像を含む監視領域の画像を撮像している。

画像処理装置１４は監視カメラ１０から動画画像として例えば３０フレーム／秒で撮像した監視領域の画像を取得してメモリに記憶し、スポット画像抽出部３２によりスポット画像を切り出した後に、画像変化検出部３４で各スポット画像の輝度総和も求め、基準値との差が所定値以上の場合に、煙により輝度の変化した煙スポット画像として検出する。

続いて、火災判断部３６で画面毎に検出した煙スポット画像の時系列変化として、複数の煙スポット画像の数が上昇方向に増加して行く時系列変化を検知した場合に、火災と判断して火災検出信号を図１の火災報知設備１６に出力して火災警報を出力させる。

また、警報表示部３７を動作して火災警報表示を行うと共に、音響警報部３８を動作して火災警報音を出力させる。

［監視カメラとスポット光照射装置の他の配置］
図５は監視領域における監視カメラとスポット光照射装置の他の配置を示した説明図、図６は図５の監視領域に対するスポット光の照射を側面（図６（Ａ））、平面（図６（Ｂ））、照射面（図６（Ｃ））について示した説明図である。

図５に示すように、監視カメラ１０は、監視領域１８の所定の上部コーナの中央に設置し、その撮像光軸１０ａを相対する照射面２２の中心付近に向うように斜め下向きに設定して監視領域１８を撮像可能としている。

一方、スポット光照射装置１２は、監視カメラ１０より手前の照射面２２に近い上部に設置しており、例えば縦横７列の合計４９個のスポット発光部を二次元配置し、相対する照射面２２に向うように斜め下向きに複数本のスポット光を照射し、照射面２２上に縦横７列の合計４９個のスポット像２０を形成している。

このように監視カメラ１０の手前にスポット光照射装置１２を配置した場合には、図６に示すように、スポット光が通過している監視領域の空間は、図示で右側の狭い領域に限定され、監視カメラ１０とスポット光照射装置１２の間の空間に例えば火源２４から煙２５が立ち上がっても、スポット光照射装置１２からの光が煙２５により遮られることはなく、監視カメラ１０で撮像している照射面２２のスポット像２０からの光が煙２５により妨げられることになる。

このため煙２５が発生した場合、煙２５に対応したスポット像２０から監視カメラ１０に向かう光が煙により遮られ、監視カメラ１０で撮像した照射面２２の画像の中の煙２５に対応した位置のスポット画像の輝度が低下する変化を起す。そこで、図４の画像変化検出部３４は、煙により輝度が低下したスポット画像を煙スポット画像として検出することになる。それ以外の構成及び機能は図１の実施形態と同様になる。

なお、監視カメラ１０とスポット光照射装置１２の配置位置は必要に応じて様々な形態をとることができる。この場合、監視領域における煙の発生位置により、監視カメラ１０により撮像した画像の中のスポット画像の煙による変化が、煙に当ったスポット光による散乱光の発生で輝度が増加する場合と、煙により照射面のスポット像からの光が減衰してスポット画像の輝度が低下する場合とがある。これに対し図４の画像変化検出部３４は、いずれの場合についても輝度変化スポット画像として検出することができ、火災判断部３６は輝度変化スポット画像の上昇方向に数が増加する時系列変化から火災を確実に判断できる。

［撮像画像の分割による火災判断］
（高さ方向に伝搬する煙の検出に基づく火災判断の概要）
図７は縦方向を煙の伝搬を監視する範囲とし横方向を煙の揺らぎを許容する範囲とした複数の矩形領域に分割した監視領域の撮像画像を示した説明図である。

図４に示した画像処理装置１４による煙スポット画像に基づく火災判断の他の実施形態として、画像処理装置１４に設けた火災判断部３６は、図７に示すように、監視カメラ１０で撮像した監視領域の撮像画像４２を、所定の高さＨ１と幅Ｗ１をもつ例えば１０区画の矩形領域Ａ１１〜Ａ２５に分割して、矩形領域Ａ１１〜Ａ２５毎に煙による特徴的な変化をもつ煙スポット画像を検出し、続いて、煙スポット画像を矩形領域の上方向に設定した煙伝搬方向に整列し、各矩形領域Ａ１１〜Ａ２５の整列した煙スポット画像の時系列的な変化から、煙伝搬方向への煙の伝搬を検知して火災を判断する。

ここで、図７の撮像画像４２は、高さＨで幅Ｗのサイズであり、所定の高さＨ１と幅Ｗ１をもつ例えば１０区画の矩形領域Ａ１１〜Ａ２５に分割しているが、この場合、上方向に伝搬する煙を検出するためには、矩形領域Ａ１１〜Ａ２５の高さＨ１を幅Ｗ１より長く設定する。なお、撮像画像４２の高さ及び幅はピクセル数で定められる。

（煙スポット画像の検出）
図８及び図９は図７の矩形領域に分割した撮像画像について上方向に伝搬する煙から検知した煙スポット画像の時間変化を示した説明図である。

監視領域で火災による煙が立ち上り始めた状態で撮像した図８（Ａ）に示す撮像画像４２ａについて、丸で示すスポット画像について煙による輝度の低下を検出することにより、黒丸で示す煙スポット画像４０が検出される。図８（Ａ）の時点では、矩形領域Ａ２３の中に横方向に揺らぎながら上昇する煙により８個の煙スポット画像４０が存在している。

また、それ以外の矩形領域にも少数の煙スポット画像４０が存在するが、これは煙により輝度が低下したものではなく、煙以外の要因により輝度が低下することで検出されたノイズ的な煙スポット画像４０が大部分となる。

図８（Ｂ）に示す次の時点の撮像画像４２ｂについては、矩形領域Ａ２３に存在していた煙スポット画像４０がその上の矩形領域Ａ１３に伝搬し、また、矩形領域Ａ２３に引き続き煙スポット画像４０が現れている。また、図９（Ｃ）の時点になると、矩形領域Ａ２３に伝搬した煙スポット画像４０は天井面に当って横に広がる動きとなっている。

（煙の伝搬方向の判断）
図８及び図９に示した矩形領域Ａ２３、Ａ１３における複数の煙スポット画像４０にあっては、上方向の動きと同時に横方向の動きがランダムにあり、全ての煙スポット画像４０の動きを時系列的に追跡して煙の動きを判断するには、画像処理装置１４の処理負担が増加し、処理に時間がかかる可能性がある。

そこで本実施形態にあっては、図１０及び図１１に示すように、図８及び図９に示した矩形領域Ａ１１〜Ａ２５毎の煙スポット画像４０を上方向となる伝搬方向に１列に並べて整列した整列画像４４ａ〜４４ｃを生成する。

整列画像４４ａ〜４４ｃの生成は、例えば整列画像４４ａを例にとると、図８（Ａ）に示した例えば矩形領域Ａ２３の８個の煙スポット画像４０に、上から順番に番号１〜８を付し、続いて番号順に並べるソート処理を行うことで、図１０の矩形領域Ａ２３に示すように縦１列に並べた整列画像４４ａを生成することができる。

このような矩形領域Ａ１１〜Ａ２５の煙スポット画像４０を上方向となる伝搬方向に並べた整列画像４４ａ〜４４ｃを生成することで、図８及び図９の撮像画像４２ａ〜４２ｃの矩形領域Ａ１１〜Ａ２５の煙スポット画像４０が横方向に伝搬する揺らぎが除去され、煙の伝搬方向となる高さ方向のみの動きを抽出することができる。

図１２は図１０及び図１１に示した矩形領域Ａ１１〜Ａ２５毎の煙スポット画像４０の数を示した行列４６ａ〜４６ｃを示しており、上下関係に位置する矩形領域Ａ２３、Ａ１３に対応した行列部分の煙スポット数が、時間の経過に伴い太枠で示すように（０，８）（６，１０）（１１，９）と変化しており、それ以外の矩形領域は煙の存在を示すに十分な数の煙スポット画像が存在せず、ノイズ的な煙スポット数と判断できる。

そこで、図１２の煙スポット数の行列４６ａ〜４６ｃに対し、例えば所定の閾値ＴＨ＝５を設定し、閾値ＴＨ未満で０、閾値ＴＨ以上で１となるように２値化すると、図１３に示す時間的に変化する２値行列４８ａ〜４８ｃが生成される。この２値行列４８ａ〜４８ｃにおける矩形領域Ａ２３，Ａ１３の値は、太枠で示すように（１，０）（１，１）（１，１）と時系列的に変化し、矩形領域Ａ２３，Ａ１３に煙が存在し、且つ上方向に伝搬していることが分かり、これに基づき煙を検知して火災を判断することができる。

（横方向に伝搬する煙の検出に基づく火災判断）
図１４は横方向を煙の伝搬を監視する範囲とし縦方向を煙の揺らぎを許容する範囲とした複数の矩形領域に分割した監視領域の撮像画像を示した説明図である。

図１４に示すように、高さＨで幅Ｗの撮像画像４２は、天井面に沿って横方向に伝搬する煙を検知するため、矩形領域Ａ１１〜Ａ５２の幅Ｗ２を高さＨ２より長く設定している。

（煙スポット画像の検出）
図１５及び図１６は図１４の矩形領域に分割した撮像画像について横方向に伝搬する煙から検知した煙スポット画像の時間変化を示した説明図である。

監視領域で火災による煙が天井面に当って横に広がり始めた状態で撮像した図１５（Ａ）に示す撮像画像４２ａについて、丸で示すスポット画像について煙による輝度の低下を検出することにより、黒丸で示す煙スポット画像４０が検出される。図１５（Ａ）の時点では、天井面に近い矩形領域Ａ１１の中に高さ方向に揺らぎながら伝搬する煙により５個の煙スポット画像４０が存在している。

また、それ以外の矩形領域にも少数の煙スポット画像４０が存在するが、これは煙により輝度が低下したものではなく、煙以外の要因により輝度が低下することで検出されたノイズ的な煙スポット画像４０が大部分となる。

図１５（Ｂ）に示す次の時点の撮像画像４２ｂについては、矩形領域Ａ１１に煙スポット画像４０が引き続き現れて右方向に数が増加することで伝搬し、その横の矩形領域Ａ１２にも一部が伝搬している。また、図１６（Ｃ）の時点になると、矩形領域Ａ１２に伝搬した煙スポット画像４０は更に右方向に広がって数が増加する動きとなっている。

（煙の横方向伝搬の判断）
図１５及び図１６に示した矩形領域Ａ１１、Ａ１２における複数の煙スポット画像４０にあっては、横方向の動きと同時に高さ方向の動きがランダムにあり、全ての煙スポットの動きを時系列的に追跡して煙の動きを判断することは、画像処理装置１４の処理負担が増加し、処理に時間がかかる可能性がある。

そこで本実施形態にあっては、図１７に示すように、図１５及び図１６に示した矩形領域Ａ１１〜Ａ５２毎の煙スポット画像４０を横方向となる伝搬方向に１列に並べて整列した整列画像４４ａ〜４４ｃを生成する。

整列画像４４ａ〜４４ｃの生成は、例えば整列画像４４ａを例にとると、図１５（Ａ）に示した例えば矩形領域Ａ１１の５個の煙スポット画像４０に、左から順番に番号１〜５を付し、続いて番号順に並べるソート処理を行うことで、図１７の矩形領域Ａ１１に示すように横１列に並べた整列画像４４ａを生成することができる。

このような矩形領域Ａ１１〜Ａ５２の煙スポット画像４０を横方向となる伝搬方向に並べた整列画像４４ａ〜４４ｃを生成することで、図１５及び図１６の撮像画像４２ａ〜４２ｃの矩形領域Ａ１１〜Ａ５２の煙スポット画像４０の高さ方向の揺らぎが除去され、煙の伝搬方向となる横方向のみの動きを抽出することができる。

図１８は図１７に示した矩形領域Ａ１１〜Ａ５２毎の煙スポット画像４０の数を示した行列４６ａ〜４６ｃを示しており、左右関係に位置する矩形領域Ａ１１、Ａ１２に対応した行列部分の煙スポット数が、時間の経過に伴い太枠で示すように（５，１）（１０，２）（８，９）と変化しており、それ以外の矩形領域は煙の存在を示すに十分な数の煙スポット画像が存在せず、ノイズ的な煙スポット数と判断できる。

そこで、図１８の煙スポット数の行列４６ａ〜４６ｃに対し、例えば所定の閾値ＴＨ＝５を設定し、閾値ＴＨ未満で０、閾値ＴＨ以上で１となるように２値化すると、図１９に示す時間的に変化する２値行列４８ａ〜４８ｃが生成される。

この２値行列４８ａ〜４８ｃにおける矩形領域Ａ１１，Ａ１２の値は、太枠で示すように（１，０）（１，０）（１，１）と時系列的に変化し、矩形領域Ａ１１に煙が存在し、その横の領域Ａ１２に広がって横方向に伝搬していることが分かり、これに基づき煙を検知して火災を判断することができる。

（高さ方向と横方向に伝搬する煙判断の並列処理）
本発明の他の実施形態として、図７乃至図１３に示した高さ方向に伝搬する煙の判断処理と、図１４乃至図１９に示した横方向に伝搬する煙の判断処理の両方の機能を図４に示した画像処理装置１４の火災判断部３６に設け、１台の画像処理装置１４の並列処理により高さ方向に伝搬する煙または横方向に伝搬する煙を検出して火災を判断するようにしても良い。

〔本発明の変形例〕
(複数台設置)
上記の実施形態は、監視カメラ１台に対しスポット光照射装置を１台設置して照射装置を１台設置しているが、スポット光照射装置を複数台設置してしても良い。これにより１台の照射装置ではカバーできない広いエリアを複数台のスポット光照射装置を設置してカバーできる。この場合、監視カメラは広角タイプとするか、自動旋回動作を行うことで広いエリアを監視できる。

また、スポット光照射装置１台に対して監視カメラを複数台設置しても良い。

（照射パターン）
スポット光照射装置による照射パターンとしては、スポット光照射装置毎に固有のランダムな照射パターンでもよい。これによりスポット光照射装置から照射したスポット光であるか否かを判断して、誤検出を防止することを可能とする。

（スポット光照射装置）
上記の実施形態は、スポット光照射装置から赤外線光波長のスポット光を照射する場合を例にとっているが、可視光のスポット光を照射するようにしても良い。

また、スポット光照射装置は、特定の方向に複数のスポット光を照射するものに限定されず、例えば球体面にスポット孔を開口し、内部の光源からの光を３６０°方向に照射するようにしても良い。この場合には監視カメラを複数台設置するか、ドーム型の視野をもつ全方位監視カメラを設置して監視することも可能である。

（火災検知）
また、上記の実施形態は、煙による特徴的な時系列変化として、複数の輝度変化スポット画像の数が上昇方向に増加して行く時系列変化を検出した場合に火災と判断しているが、これ以外の適宜の煙による特徴的な時系列変化を検知して火災を判断するようにしても良い。

（撮像画像の分割領域）
上記の実施形態にあっては、撮像画像を水平方向（ｘ軸方向）に所定の幅をもち垂直方向（ｙ軸方向）に所定の高さもつ複数の矩形領域に分割しているが、他の実施形態として、撮像画像の垂直方向又は水平方向に対し所定の角度となるとように傾斜した複数の矩形領域に分割しても良い。

また、分割領域の他の実施形態として、例えば撮像画像の水平方向に所定の幅をもち、撮像画像の垂直方向に対し所定の角度に傾斜させた方向に所定の高さをもつ複数の平行四辺形に分割しても良い。逆に、撮像画像の垂直方向に所定の高さをもち、撮像画像の水平方向に対し所定の角度に傾斜させた方向に所定の幅をもつ複数の平行四辺形に分割しても良い。

このように撮像画像を斜め方向に分割することにより、揺らぎながら斜めに上昇する火災の煙に対応した煙スポット画像の動きに対し、移動方向に対する横方向の揺らぎに影響されることなく、斜め上方向への煙の伝搬を確実に捉えて火災を判断することを可能とする。

（その他）
また、本発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

１０ａ：撮像光軸
１２：スポット光照射装置
１４：画像処理装置
１６：火災報知設備
１８：監視領域
２０：スポット像
２２：照射面
２４：火源
２５：煙
２６：制御部
２８：照射駆動部
３０：伝送部
３２：スポット画像抽出部
３４：画像変化検出部
３６：火災判断部
３７：警報表示部
３８：音響警報部
４０：煙スポット画像
４２，４２ａ〜４２ｃ：撮像画像
４４ａ〜４４ｃ：整列画像
４６ａ〜４６ｃ：煙スポット数の行列
４８ａ〜４８ｃ：２値行列

Claims (14)

1. 監視領域の画像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段で撮像する監視領域に向けて複数のスポット光を照射するスポット光照射手段と、
   前記撮像手段で撮像した画像から前記複数のスポット光が照射された領域のスポット画像を抽出するスポット画像抽出手段と、
   前記スポット画像抽出手段で抽出した複数のスポット画像の煙による特徴的な所定の変化を検知して火災を判断する火災判断手段と、
   を備え、
   前記スポット光照射手段は、前記撮像手段の撮像方向となる前記監視領域の照射面に、自身に固有のランダムパターンで配置された複数のスポット像を形成するように、前記複数のスポット光を照射することを特徴とする火災検知装置。
   
2. 請求項１記載の火災検知装置に於いて、前記火災判断手段は、前記スポット画像抽出手段で抽出したスポット画像が、前記スポット光照射手段により形成されたランダムパターンに基づかない場合に、誤検出を判断することを特徴とする火災検知装置。
   
3. 請求項１記載の火災検知装置に於いて、
   前記スポット光照射手段は、赤外線領域のスポット光を照射し、
   前記撮像手段は、前記赤外線領域を含む撮像感度を備えたことを特徴とする火災検知装置。
   
4. 請求項１記載の火災検知装置に於いて、前記火災判断手段は、前記スポット画像抽出手段により煙による特徴的な変化を検出した煙スポット画像の数が上昇方向に増加して行く時系列変化を検出した場合に、火災と判断することを特徴とする火災検知装置。
   
5. 請求項４記載の火災検知装置に於いて、前記火災判断手段は、前記スポット画像で抽出したスポット画像の輝度が所定の変化をした位置を前記煙スポット画像として検出することを特徴とする火災検知装置。
   
6. 請求項１記載の火災検知装置に於いて、前記撮像手段と前記スポット光照射手段は、前記監視領域を見渡せる所定の位置に横に並べて配置されたことを特徴とする火災検知装置。
   
7. 請求項１記載の火災検知装置に於いて、
   前記撮像手段は、前記監視領域を見渡せる所定の位置に配置され、
   前記スポット光照射手段は、前記撮像手段の撮像方向側の所定位置に配置されたことを特徴とする火災検知装置。
   
8. 撮像手段により監視領域の画像を撮像し、
   スポット光照射手段により前記撮像手段で撮像する監視領域に複数のスポット光を照射し、
   スポット画像抽出手段により前記撮像手段で撮像した画像から前記複数のスポット光が照射された領域の画像を抽出し、
   火災判断手段により前記スポット画像抽出手段で抽出した複数のスポット画像の煙による特徴的な所定の変化を検知して火災を判断し、
   前記スポット光照射手段は、前記撮像手段の撮像方向となる前記監視領域の照射面に、自身に固有のランダムパターンで配置された複数のスポット像を形成するように、前記複数のスポット光を照射することを特徴とする火災検知方法。
   
9. 請求項８記載の火災検知方法に於いて、前記火災判断手段は、前記スポット画像抽出手段で抽出したスポット画像が、前記スポット光照射手段により形成されたランダムパターンに基づかない場合に、誤検出を判断することを特徴とする火災検知方法。
   
10. 請求項８記載の火災検知方法に於いて、
    前記スポット光照射手段は、赤外線領域のスポット光を照射し、
    前記撮像手段は、前記赤外線領域を含む撮像感度により前記スポット光を含む監視領域の画像を撮像することを特徴とする火災検知方法。
    
11. 請求項８記載の火災検知方法に於いて、前記火災判断手段は、前記スポット画像抽出手段により煙による特徴的な変化を検出した煙スポット画像の数が上昇方向に増加して行く時系列変化を検出した場合に、火災と判断することを特徴とする火災検知方法。
    
12. 請求項１１記載の火災検知方法に於いて、前記火災判断手段は、前記スポット画像で抽出したスポット画像の輝度が所定の変化をした位置を前記煙スポット画像として検出することを特徴とする火災検知方法。
    
13. 請求項８記載の火災検知方法に於いて、前記撮像手段と前記スポット光照射手段は、前記監視領域を見渡せる所定の位置に横に並べて配置されたことを特徴とする火災検知方法。
    
14. 請求項８記載の火災検知方法に於いて、
    前記撮像手段は、前記監視領域を見渡せる所定の位置に配置され、
    前記スポット光照射手段は、前記撮像手段の撮像方向側の所定位置に配置されたことを特徴とする火災検知方法。
    

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