コークス炉壁観察方法および装置
【課題】カメラ移動の状態によらず、随時視点変換画像を更新することができ、かつ、ハードウエア資源の消費を低減できるコークス炉壁観察方法および装置を提供する。
【解決手段】カメラ３０をコークス炉１０内に挿入し、カメラ位置と対応付けながら、炉壁１１を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影するとともに、炉壁１１の斜視像を視点変換処理して、炉壁１１を正面から見た視点変換画像ＴＩを生成し、視点変換画像ＴＩのうちカメラ位置が所定の位置間隔のものを、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像ＷＩを合成する。押し詰まりによりカメラの移動が止まったり、コークス炉内の同じ位置を何度も通過したりしても、視点変換画像を所定の時間間隔で更新することができる。炉壁全体画像に必要な視点変換画像のみを扱うことができ、ハードウエア資源の消費を低減することができる。
【解決手段】カメラ３０をコークス炉１０内に挿入し、カメラ位置と対応付けながら、炉壁１１を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影するとともに、炉壁１１の斜視像を視点変換処理して、炉壁１１を正面から見た視点変換画像ＴＩを生成し、視点変換画像ＴＩのうちカメラ位置が所定の位置間隔のものを、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像ＷＩを合成する。押し詰まりによりカメラの移動が止まったり、コークス炉内の同じ位置を何度も通過したりしても、視点変換画像を所定の時間間隔で更新することができる。炉壁全体画像に必要な視点変換画像のみを扱うことができ、ハードウエア資源の消費を低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉壁観察方法および装置に関する。さらに詳しくは、コークス炉内にカメラを挿入し、その画像を用いて炉壁の状態を観察するコークス炉観察方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄に用いるコークスを製造するために、幅数十センチメートル、高さ数メートル、奥行き十数メートルのレンガ造りのコークス炉が用いられる。コークスの製造は、コークス炉の上面に設けられた石炭挿入口から炉内に石炭を挿入し、高温に熱せられた炉内で石炭を乾留することにより行われる。完成したコークスは、コークス炉両端の炉入口および炉出口を開放した後に押出機が炉入口から挿入され、炉出口側に配置されたバケットに押し出される。その際に炉内ではレンガが剥落したり、カーボンが付着したりして、炉壁が損傷する。製鉄所の主要設備であるコークス炉の安定操業と長寿命化の為には、炉壁の状態を随時観察し、損傷箇所を早期発見し、修繕する必要がある。
【０００３】
従来、コークス炉の炉壁の観察は目視観察によるものが一般的であり、作業員が操業の合間に、コークス炉の両端から、あるいは石炭挿入口から直接観察を行っていた。そのため、狭窄な炉内を観察できる範囲は限られており、特に炉壁中心部の観察は困難であった。また、高温に保たれたコークス炉の観察は作業員にとって危険な作業でもあった。
【０００４】
この問題に対する解決策として、熱対策したカメラを炉内に挿入し、炉壁を撮影した映像を観察する方法がある（例えば特許文献１）。カメラの映像により炉壁の状態を観察することができるので、炉壁中心部においても観察することができ、作業員にとっても確認作業を安全に行うことができる。
しかるに、特許文献１の方法では、図１０（Ａ）に示すようにカメラの向きを炉壁に対して正面としているため、幅が数十センチメートルのコークス炉の場合、カメラと炉壁との距離が短く、カメラで撮影できる視野が限られ、炉壁全体について迅速に観察することは困難であった。
また、カメラで撮影した映像は録画されるが、その録画された映像を観察する場合、映像をはじめから再生する必要があるため、確認作業に時間のかかるものであり、一見して炉壁全体の状況を把握できるものではなかった。
【０００５】
これに対して特許文献２のコークス炉の内壁観察方法は、図１０（Ｂ）に示すように、カメラの向きを炉壁に対して斜めとし、カメラをコークス炉内に挿入し、カメラの位置と対応付けながら炉壁の画像を斜視像として順次撮影する方法である。さらに、その斜視像を画像処理して炉壁を正面から見た視点変換画像（図１１（Ａ）参照）を生成し、カメラ位置に従って視点変換画像を張り合わせることで、炉壁全体画像（図１１（Ｂ）参照）の合成を行うようにしている。なお、カメラは押出機に取り付けられており、押出機の移動によりコークスの押出と炉壁の撮影を同時に行うことを可能としている。
図１０（Ｂ）に示すように、カメラの向きを炉壁に対して斜めとすれば、撮影できる視野を広くすることができ、炉壁全体について迅速に観察することが可能となる。また、合成された炉壁全体画像により一見して炉壁全体の状況を把握することが可能となる。
【０００６】
特許文献２における炉壁観察は、大きく分けて（１）生成した視点変換画像を押出機移動中に観察する即時観察、（２）合成した炉壁全体画像を押出機の運用とは別の時期に観察する後日観察の２種類を行う。
そのため、押出機移動中は所定の間隔で視点変換画像を生成しモニタなどに表示するとともに、その視点変換画像を一時記憶しておき、その後、一時記憶された視点変換画像から炉壁全体画像を合成する。この際、視点変換画像を生成する間隔として、カメラ位置を基準に既定の位置間隔で生成を行う方法と、撮影時間を基準に既定の時間間隔で生成を行う方法とがある。
【０００７】
しかるに、押出機でコークスを押し出す際に、コークスがコークス炉内に詰まり、押出機の移動が止まる押し詰まりの状態が発生する場合があるが、既定の位置間隔で視点変換画像の生成を行う場合、押し詰まりによりカメラ移動が中断すると、その間は視点変換画像が更新されず、即時観察ができなくなるという問題がある。
また、既定の時間間隔で視点変換画像の生成を行う場合、押し詰まりによりカメラ移動が中断すると、カメラが止まった同じ位置での視点変換画像を一時記憶し続けることとなり、炉壁全体画像の合成に必要のない視点変換画像まで記憶してしまうことでハードウエア資源を必要以上に消費してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−２５２２４２号公報
【特許文献２】特許第２６６４４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑み、カメラ移動の状態によらず、随時視点変換画像を更新することができ、かつ、ハードウエア資源の消費を低減できるコークス炉壁観察方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明のコークス炉壁観察方法は、カメラをコークス炉内に挿入し、該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置と対応付けながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影し、該撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が所定の位置間隔のものを、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成することを特徴とする。
第２発明のコークス炉壁観察方法は、カメラをコークス炉内に挿入し、該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置と対応付けながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影し、該撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が前回一時記憶した視点変換画像の位置から所定の位置間隔だけ移動したものを一時記憶し、前記一時記憶された視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成することを特徴とする。
第３発明のコークス炉壁観察方法は、第１または第２発明において、前記位置間隔が、前記視点変換画像のコークス炉炉長方向の長さに対する割合で定められることを特徴とする。
第４発明のコークス炉壁観察装置は、コークス炉内を移動しながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影するカメラと、該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置を計測する位置検出手段と、前記カメラで撮影した前記炉壁の斜視像と、前記位置検出手段で計測した前記カメラの位置とを取り込み、画像処理を行う画像処理手段とを備えるコークス炉壁観察装置であって、前記画像処理手段は、前記撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が所定の位置間隔のものを、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成することを特徴とする。
第５発明のコークス炉壁観察装置は、コークス炉内を移動しながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影するカメラと、該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置を計測する位置検出手段と、前記カメラで撮影した前記炉壁の斜視像と、前記位置検出手段で計測した前記カメラの位置とを取り込み、画像処理を行う画像処理手段とを備えるコークス炉壁観察装置であって、前記画像処理手段は、前記撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が前回一時記憶した視点変換画像の位置から所定の位置間隔だけ移動したものを一時記憶し、前記一時記憶された視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成することを特徴とする。
第６発明のコークス炉壁観察装置は、第４または第５発明において、前記画像処理手段は、前記炉壁全体画像の合成に際し、前記位置間隔が、前記視点変換画像のコークス炉炉長方向の長さに対する割合で定められることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１発明によれば、所定の時間間隔ごとに視点変換画像を生成するので、押し詰まりによりカメラの移動が止まったり、コークス炉内の同じ位置を何度も通過したりしても、視点変換画像を所定の時間間隔で更新することができる。そして、所定の位置間隔の視点変換画像から壁全体画像を合成するので、炉壁全体画像に必要な視点変換画像のみを扱うことができ、ハードウエア資源の消費を低減することができる。
第２発明によれば、所定の時間間隔ごとに視点変換画像を生成するので、押し詰まりによりカメラの移動が止まったり、コークス炉内の同じ位置を何度も通過したりしても、視点変換画像を所定の時間間隔で更新することができる。そして、所定の位置間隔の視点変換画像のみを一時記憶するので、一時記憶する視点変換画像の数を抑えることができる。また、炉壁全体画像に必要な視点変換画像のみが一時記憶されているので、炉壁全体画像を合成する処理の時間を低減できる。
第３発明によれば、位置間隔が、視点変換画像の炉長方向の長さに対する割合で定められ、その割合を調整することにより、炉壁全体画像を合成する隣り合う視点変換画像の重なり幅が変わるため、炉壁全体画像の解像度と、一時記憶する視点変換画像の数を設定することができる。
第４発明によれば、所定の時間間隔ごとに視点変換画像を生成するので、押し詰まりによりカメラの移動が止まったり、コークス炉内の同じ位置を何度も通過したりしても、視点変換画像を所定の時間間隔で更新することができる。そして、所定の位置間隔の視点変換画像から壁全体画像を合成するので、炉壁全体画像に必要な視点変換画像のみを扱うことができ、ハードウエア資源の消費を低減することができる。
第５発明によれば、所定の時間間隔ごとに視点変換画像を生成するので、押し詰まりによりカメラの移動が止まったり、コークス炉内の同じ位置を何度も通過したりしても、視点変換画像を所定の時間間隔で更新することができる。そして、所定の位置間隔の視点変換画像のみを一時記憶するので、視点変換画像を一時記憶する領域の消費を抑えることができる。また、炉壁全体画像に必要な視点変換画像のみが一時記憶されているので、炉壁全体画像を合成する処理時間を低減できる。
第６発明によれば、位置間隔が、視点変換画像の炉長方向の長さに対する割合で定められ、その割合を調整することにより、炉壁全体画像を合成する隣り合う視点変換画像の重なり幅が変わるため、炉壁全体画像の解像度と、一時記憶する領域の大きさを設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るコークス炉壁観察装置の構成図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２】炉壁画像の一例の説明図である。
【図３】視点変換画像の座標から炉壁画像の座標への座標変換の説明図である。
【図４】カメラ、その光学系および炉壁の位置関係の説明図である。
【図５】カメラ、その光学系および炉壁の位置関係の説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図６】視点変換画像の一例の説明図である。
【図７】炉壁全体画像の一例の説明図である。
【図８】視点変換画像の一時記憶のタイミングの説明図である。
【図９】視点変換画像の炉長方向の長さおよび位置間隔の説明図である。
【図１０】従来技術のカメラの取り付け向きの説明図である。
【図１１】従来技術の（Ａ）視点変換画像および（Ｂ）炉壁全体画像の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１に示すように、コークス炉１０は高さ数メートル、奥行き十数メートルの対となるレンガ造りの炉壁１１が数十センチメートルの間隔を隔てて設けられた、狭窄な炉である。コークス炉１０内で製造されたコークスＣは、コークス炉１０の片側の炉入口１２から押出機２０が挿入されることにより反対側の炉出口１３へと押し出される。
押出機２０は、押板２１とビーム２２とからなり、ビーム２２が図示しない駆動装置に接続されており、この駆動装置の動作により押板２１がコークス炉１０の炉入口１２から炉出口１３まで移動自在となっている。押板２１がコークス炉１０の断面と同形状をしているため、押板２１の移動によりコークスＣを押し出すことができる。
【００１４】
本発明の一実施形態に係るコークス炉壁観察装置は、押出機２０の押板２１に取り付けられたカメラ３０と、押出機２０のビーム２２の移動量から、カメラ位置を計測するエンコーダ４０と、カメラ３０からの炉壁画像とエンコーダ４０からのカメラ位置情報を取り込み、画像処理を行うコンピュータ５０とからなる。
【００１５】
カメラ３０は、押板２１の背面に取り付けられており、コークスＣの押出方向と逆方向（図１の右方向）を向くように取り付けられている。これは、カメラ３０を押板２１の前面に取り付けるとコークスＣに阻まれて炉壁１１の撮影ができないからである。カメラ３０には、１台のカメラで両側の炉壁を撮影できるように、広角のレンズが取り付けられている。また、押出機２０は赤熱したコークス炉１０内（1000℃程度）に挿入されるため、カメラ３０には冷却ボックスの中に設置するなどの熱対策が施されている。
【００１６】
エンコーダ４０は、ビーム２２の挿入距離を計測することが可能な位置検出装置であり、ビーム２２の挿入距離から、カメラ３０のコークス炉１０内の炉長方向の挿入位置を計測するものである。
【００１７】
カメラ３０およびエンコーダ４０はコンピュータ５０とケーブル３１、４１を介して接続されており、カメラ３０で撮影された炉壁画像、およびエンコーダ４０で計測されたカメラ位置情報はコンピュータ５０に取込可能となっている。
コンピュータ５０は主に、ＣＰＵ５１、メモリ５２、ハードディスク５３、モニタ５４からなり、炉壁画像とカメラ位置情報から後述する画像処理を行い、その結果をモニタ５４に表示する。
【００１８】
つぎに、本発明の一実施形態に係るコークス炉壁観察装置を用いた炉壁観察について説明する。
炉壁観察は大きく分けて、（１）炉壁画像から視点変換画像を生成し、その視点変換画像を押出機移動中に観察する即時観察、（２）視点変換画像から炉壁全体画像を合成、保存し、その炉壁全体画像を押出機の運用とは別の時期に観察する後日観察の２種類を行う。
【００１９】
（１）即時観察
即時観察は、押出機２０の運転者などが、コークス押出のための押出機の通常運用を行う際に同時に行う観察である。
【００２０】
まず、押出機２０とともにカメラ３０をコークス炉１０内に挿入し、カメラ３０で撮影した炉壁画像ＯＩ（図２参照）を、ケーブル３１を介してコンピュータ５０のメモリ５２に取り込む。
この際に得られる炉壁画像ＯＩは、図２に示すように、カメラ３０はコークスＣの押出方向と逆方向を向くように取り付けられているため、炉壁画像ＯＩの中央には炉入口１２が映し出される。また、カメラ３０には広角レンズが取り付けられているため左右の炉壁１１が、炉壁画像ＯＩの左右に映し出される。なお図中、１４はコークス炉の天井、１５はコークス炉の底である。実際には、押出機２０のビーム２２も映し出されるが、説明のため省略してある。
【００２１】
炉壁画像ＯＩにより炉壁１１の状態を観察することが可能であるが、炉壁画像ＯＩにおいて炉壁１１は斜視像として映し出されるため、これを炉壁１１の正面から見た画像とした方が、観察が行いやすい。
そこで、ＣＰＵ５１によりメモリ５２に記憶された炉壁画像ＯＩを視点変換処理して、炉壁１１を正面から見た視点変換画像ＴＩを生成する。
【００２２】
視点変換処理は例えば以下のように行われる。
一般に、画像処理により画像を変換して新たな画像を生成する場合、変換後の画像の各画素が変換前の画像のどの画素を参照すればよいかが分かればよい。すなわち、本実施形態の場合、視点変換画像ＴＩの各画素が炉壁画像ＯＩのどの画素を参照すればよいかが分かればよい。そのためには、図３に示すように、視点変換画像ＴＩ上の座標から炉壁画像ＯＩ上の座標を参照するための座標変換を導くことが必要である。
ここで、カメラ３０がＣＣＤカメラである場合、視点変換画像ＴＩ上の座標から炉壁画像ＯＩ上の座標への座標変換とは、炉壁１１上のある点から出た光がカメラ３０のＣＣＤ上のどこへ到達するか、という問題に置き換えることができる。つまり、カメラ３０、その光学系および炉壁１１の特性値および位置関係から座標変換を導くことができる。
【００２３】
図４において、sx はカメラ３０のＣＣＤの幅[mm]、sy はＣＣＤの高さ[mm]、f はＣＣＤ面から光学中心までの距離[mm]、d はカメラ３０と炉壁１１との距離[mm]、A は光学中心から炉壁１１上へ垂線を下ろした時の交点、B はカメラ３０で撮影可能な炉壁１１上の最近接位置、D は点A から点B までの距離（最近接距離）である。
以上の通りに定義した場合、最近接距離 D[pixel] は、炉壁画像ＯＩ上での画素スケールを k[mm/pixel]とすると次式で与えられる（図５（Ａ）参照）。
【数１】
【００２４】
炉壁１１上（すなわち視点変換画像ＴＩ上）のある点(x,y)[pixel]を出た光は、光学中心を通り、ＣＣＤ面上（すなわち炉壁画像ＯＩ上）の点(u,v)[pixel]に到達する。
このように、光学中心を通る光線のみで撮像系をモデル化する手法をピンホールカメラモデルによるモデル化という。
図５（Ａ）より、x から u への変換は以下の通りに記述できる。
【数２】
ここで、nx はＣＣＤの幅方向の画素数であり、k’=sx/nx である。
また、図５（Ｂ）より、y から v への変換は以下の通りに記述できる。
【数３】
ここで、ny はＣＣＤの高さ方向の画素数であり、k’’=sy/ny である。
これら数２、数３が視点変換画像ＴＩ上の座標から炉壁画像ＯＩ上の座標への座標変換となる。
【００２５】
数２、数３で表わされる座標変換を、視点変換画像ＴＩの全画素について計算し、求めた座標から炉壁画像ＯＩ上の色情報を参照して視点変換画像ＴＩの色情報とすることで、視点変換画像ＴＩを生成することができる。
しかしながら、この座標変換に要する計算コストは非常に大きい。またカメラ３０などのハードウエアや、カメラ３０と炉壁１１との距離が変化しない限り、座標変換のためのパラメータも変化しないため、視点変換画像ＴＩを生成するたびに同じ計算を繰り返すことは無駄である。
そこで、視点変換画像ＴＩの全画素について一度だけ座標変換の演算を行い、その結果を保存しておくことが好ましい。より具体的には、視点変換画像ＴＩの各画素に対応する炉壁画像ＯＩ上の座標をテーブル（以下、座標変換テーブルとする。）として生成し、ハードディスク５３に保存しておく。通常運用時の視点変換処理においてはこの座標変換テーブルを参照し、視点変換画像ＴＩの各画素の色情報を炉壁画像ＯＩの対応する画素の色情報とすることで、視点変換処理を高速に行うことができる。
【００２６】
なお、座標変換テーブルにサブピクセル単位（画素をより細分化した単位）での座標を格納しておけば、その座標の４近傍画素の色情報を内挿することにより、より鮮明な視点変換画像ＴＩを生成することができる。
【００２７】
以上の視点変換処理で生成された視点変換画像ＴＩは図６に示すようになる。図６は片方の炉壁１１に対する視点変換画像ＴＩであるが、同様の視点変換画像ＴＩを、左右の炉壁１１それぞれに対して１枚得ることができる。図６に示される視点変換画像ＴＩとして映し出される炉壁１１の範囲は、図４に示す視野Ｖに対応する。カメラ３０の手前側の手前側画像では、カメラ３０の上下の視野角の範囲外となる視野範囲外領域Ｏ（上下一対の三角形の領域）が現れる。そのため、視点変換画像ＴＩは、その手前側画像は高さ方向の視野が狭く、カメラ３０から奥側の奥側画像は高さ方向の視野が広くなる。
【００２８】
以上の炉壁画像ＯＩの撮影と、視点変換画像ＴＩの生成は、押出機２０の移動中に一定の時間間隔で行われ、それにより得られる炉壁画像ＯＩと視点変換画像ＴＩはコンピュータ５０のモニタ５４に随時表示される。押出機２０の運転者は、押出機２０を運転しながら、モニタ５４に映し出される画像から炉壁１１の状態を観察する。
【００２９】
なお、後述の通り、押出機２０を移動する間、一定の時間間隔で生成される視点変換画像ＴＩの全てもしくは一部は、炉壁全体画像ＷＩの合成のために、エンコーダ４０から得られるカメラ位置情報とともにメモリ５２に一時記憶されていく。
【００３０】
（２）後日観察
後日観察は、視点変換画像ＴＩから炉壁１１全体の画像を合成し、それを炉壁全体画像ＷＩとして保存しておき、押出機の運用とは別の時期にその炉壁全体画像ＷＩを用いて行う観察である。炉壁全体画像ＷＩは、一見して炉壁１１全体の状況を把握することを容易にするために生成される。
【００３１】
前述の即時観察において、押出機２０の移動が炉入口１２から炉出口１３まで完了すると、コークス炉１０の全長にわたり、炉長方向の所定間隔ごとに視点変換画像ＴＩが生成され、その視点変換画像ＴＩに対応するカメラ位置情報とともにメモリ５２に一時記憶された状態となる。
ＣＰＵ５１は、このメモリ５２に一時記憶された視点変換画像ＴＩを、それに対応するカメラ位置情報をもとに適当な位置に配置し、つなぎ合せることで、炉壁全体画像ＷＩを合成する。
【００３２】
合成された炉壁全体画像ＷＩは図７に示すようになる。炉壁全体画像ＷＩは、複数の視点変換画像ＴＩがそれ対応するカメラ位置情報にもとづいて配置され、つなぎ合わされることで、コークス炉１０の全長にわたった、炉壁１１全体の画像となる。
【００３３】
また、炉壁全体画像ＷＩは、ハードディスク５３に記憶され、押出機の運用とは別の時期に炉壁１１の状態を観察する際に、モニタ５４に表示され、観察が行われる。
【００３４】
ところで、即時観察において、視点変換画像ＴＩは一定の時間間隔で生成されるので、押出機２０が一定の速度で移動する場合は、一定の位置間隔ごとに生成されることになる。この場合、図７に示すように、炉壁全体画像ＷＩは視点変換画像ＴＩが一定の位置間隔ごとに配置されることにより合成される。
ところが、押出機２０でコークスＣを押し出す際に、コークスＣがコークス炉１０内に詰まり、押出機２０の移動が止まる押し詰まりの状態が発生する場合があり、また、この押し詰まりを解消するため、押出機２０を引き戻してから再度押し出しを行う場合がある。この場合、押出機２０は一定の速度で移動することはできない。
【００３５】
押し詰まりが発生しているにもかかわらず、炉壁全体画像ＷＩの合成のために、一定の時間間隔で生成される視点変換画像ＴＩを全てメモリ５２に一時記憶していくと、カメラ３０が止まった同じ位置、もしくはほとんど変わらない位置での視点変換画像ＴＩが一時記憶されることになる。これらの視点変換画像ＴＩは、その大部分が他の視点変換画像ＴＩと重なるので炉壁全体画像ＷＩの合成に必要のない画像であり、この不要な視点変換画像ＴＩをメモリ５２に一時記憶することは、メモリ５２領域を必要以上に消費してしまうことになる。
また、押出機２０が一定の速度で移動する場合でも、押出機２０の移動速度に比べて視点変換画像ＴＩ生成の時間間隔が短い場合は、カメラ位置がほとんど変わらない視点変換画像ＴＩが生成されるため、それらをメモリ５２に一時記憶することは、メモリ５２領域を必要以上に消費してしまうことになる。
【００３６】
そこで、一定の時間間隔で生成される視点変換画像ＴＩを全てメモリ５２へ一時記憶するのではなく、そのうちの炉壁全体画像ＷＩの合成に必要な視点変換画像ＴＩのみを一時記憶する。
より具体的には、一定の時間間隔で視点変換画像ＴＩを生成しつづけ、そのうちカメラ位置が前回一時記憶した視点変換画像ＴＩの位置から既定の位置間隔 d だけ移動した視点変換画像ＴＩのみをメモリ５２に一時記憶する。そして、メモリ５２に一時記憶された視点変換画像ＴＩを用いて炉壁全体画像ＷＩを合成する。
【００３７】
視点変換画像ＴＩのメモリ５２への一時記憶のタイミングを、押出機２０の動きを例示して説明すると以下の通りとなる。
図８（Ａ）に示すように、押出機２０の移動が一定の速度であり、視点変換画像ＴＩ生成の時刻およびその時刻のカメラ位置が、(時刻,位置)として、(T,X0)、(T+t,X1)、 (T+2t,X2)、(T+3t,X3)、(T+4t,X4)であるとし、また、それぞれの時刻で生成された視点変換画像が TI0、TI1、TI2、TI3、TI4であるとする。
この場合、時刻 T において位置 X0 での視点変換画像 TI0 をメモリ５２に一時記憶すると、時刻 T+t では、位置 X1 と前回一時記憶した視点変換画像 TI0 の位置 X0 との間隔、すなわち X1-X0 が既定の位置間隔 d よりも短いので、視点変換画像 TI1 を一時記憶しない。時刻 T+2t では、X2-X0 が d よりも長くなるので、視点変換画像 TI2 を一時記憶する。つぎに、位置間隔 d の基点が X0 から X2 へと変わり、時刻 T+3t では、X3-X2 が d よりも短いので、視点変換画像 TI3 を一時記憶せず、時刻 T+4t では、X4-X2 が d よりも長いので、視点変換画像 TI4 を一時記憶する。
ここで、視点変換画像ＴＩを一時記憶する位置間隔は、X2-X0 もしくは X4-X2 であり、これらは位置間隔 d よりも長い間隔となる。しかし、押出機２０の移動速度に比べて視点変換画像ＴＩ生成の時間間隔が短い場合は、X2-X0 および X4-X2 と位置間隔 d はほぼ同じ長さとなる。
【００３８】
押し詰まりが発生する例として、図８（Ｂ）に示すように、視点変換画像ＴＩ生成の時刻およびその時刻のカメラ位置が、(時刻,位置)として、(T,X0)、(T+t,X1)、(T+2t,X2)、(T+3t,X3)、(T+4t,X4)、(T+5t,X5)であるとし、また、それぞれの時刻で生成された視点変換画像が TI0、TI1、TI2、TI3、TI4、TI5であるとする。また、時刻 T+2t で押し詰まりが発生し押出機２０の移動が止まり、時刻 T+3t にかけて押出機２０を引き戻しているとする。
この場合、時刻 T において位置 X0 での視点変換画像 TI0 をメモリ５２に一時記憶すると、時刻 T+t では、位置 X1 と前回一時記憶した視点変換画像 TI0 の位置 X0 との間隔、すなわち X1-X0 が既定の位置間隔 d よりも短いので、視点変換画像 TI1 を一時記憶しない。時刻 T+2t においても、押し詰まりにより、まだ X2-X0 が d よりも短いので、視点変換画像 TI2 を一時記憶しない。時刻 T+3t においても、引き戻しにより、まだ X3-X0 が d よりも短いので、視点変換画像 TI3 を一時記憶せず、時刻 T+4t において、押出機２０は押出方向に移動するが、まだ X4-X0 が d よりも短いので、視点変換画像 TI4 を一時記憶しない。時刻 T+5t では、X5-X0 が d よりも長くなるので、視点変換画像 TI5 を一時記憶する。
【００３９】
以上のようにすることで、一定の時間間隔ごとに視点変換画像ＴＩを生成するので、カメラ３０が一定の速度で移動する場合でも、押し詰まりによりカメラ３０の移動が止まったり、押出機２０を引き戻してから再び押し出すことによりコークス炉１０内の同じ位置を何度も通過したりしても、モニタ５４に表示する視点変換画像ＴＩを一定の時間間隔で更新することができる。また、一定の位置間隔の視点変換画像ＴＩのみをメモリ５２に一時記憶するので、メモリ５２領域の消費を抑えることができる。さらに、炉壁全体画像ＷＩに必要な視点変換画像ＴＩのみが一時記憶されているので、不要な視点変換画像ＴＩまで扱う場合に比べて、炉壁全体画像ＷＩを合成する際のＣＰＵ５１の処理時間を低減できる。すなわち、カメラ３０の移動の状態によらず、随時視点変換画像ＴＩを更新することができ、かつ、ハードウエア資源の浪費を低減することができる。
【００４０】
なお、図９に示すように、位置間隔 d は、視点変換画像ＴＩの炉長方向の長さ D を基準に、その割合から定めればよい。
視点変換画像ＴＩは、元が斜視像であるため、カメラ３０の手前側（図９の左側）の領域の方が奥側（図９の右側）の領域に比べて解像度が高くなる。炉壁全体画像ＷＩを合成する場合には、このカメラ３０手前側の領域を使用することになるが、位置間隔 d の設定により、隣り合う視点変換画像ＴＩ同士の重なり幅が変わるため、どこまで解像度の高い領域を使用するかが決定されることになる。すなわち、長さ D に対する位置間隔 d の割合が小さい場合は、高解像度の炉壁残体画像ＷＩを合成することができるが、その場合、メモリ５２に一時記憶する視点変換画像ＴＩの数が多くなるので、メモリ５２領域を多く使用することになる。逆に、長さ D に対する位置間隔 d の割合が大きい場合は、メモリ５２に一時記憶する視点変換画像ＴＩの数が少なくなるので、メモリ５２領域の使用を少なくできるが、低解像度の領域まで用いて炉壁残体画像ＷＩを合成することになる。すなわち、位置間隔 d により炉壁全体画像ＷＩの解像度と、使用するメモリ５２領域を設定することができるので、位置間隔 d はこれらを勘案し、設定する必要がある。
【００４１】
（他の実施形態）
前述の実施形態おいて、カメラ３０には広角レンズが取り付けられているが、これに代えて、２台のカメラで左右の炉壁を斜視像として撮影する実施形態としてもよい。さらに必要であれば、カメラを高さ方向に複数台取り付け、高さ方向の撮影可能範囲を広くしてもよい。
また、前述の実施形態おいて、すべての視点変換画像ＴＩを生成した後に炉壁全体画像ＷＩを合成するとしたが、これに限られず、視点変換画像ＴＩを生成しながら炉壁全体画像ＷＩを合成する実施形態としてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
ＯＩ 炉壁画像
ＴＩ 視点変換画像
ＷＩ 炉壁全体画像
Ｖ 視野
Ｏ 視野範囲外領域
１０ コークス炉
１１ 炉壁
２０ 押出機
３０ カメラ
４０ エンコーダ
５０ コンピュータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉壁観察方法および装置に関する。さらに詳しくは、コークス炉内にカメラを挿入し、その画像を用いて炉壁の状態を観察するコークス炉観察方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄に用いるコークスを製造するために、幅数十センチメートル、高さ数メートル、奥行き十数メートルのレンガ造りのコークス炉が用いられる。コークスの製造は、コークス炉の上面に設けられた石炭挿入口から炉内に石炭を挿入し、高温に熱せられた炉内で石炭を乾留することにより行われる。完成したコークスは、コークス炉両端の炉入口および炉出口を開放した後に押出機が炉入口から挿入され、炉出口側に配置されたバケットに押し出される。その際に炉内ではレンガが剥落したり、カーボンが付着したりして、炉壁が損傷する。製鉄所の主要設備であるコークス炉の安定操業と長寿命化の為には、炉壁の状態を随時観察し、損傷箇所を早期発見し、修繕する必要がある。
【０００３】
従来、コークス炉の炉壁の観察は目視観察によるものが一般的であり、作業員が操業の合間に、コークス炉の両端から、あるいは石炭挿入口から直接観察を行っていた。そのため、狭窄な炉内を観察できる範囲は限られており、特に炉壁中心部の観察は困難であった。また、高温に保たれたコークス炉の観察は作業員にとって危険な作業でもあった。
【０００４】
この問題に対する解決策として、熱対策したカメラを炉内に挿入し、炉壁を撮影した映像を観察する方法がある（例えば特許文献１）。カメラの映像により炉壁の状態を観察することができるので、炉壁中心部においても観察することができ、作業員にとっても確認作業を安全に行うことができる。
しかるに、特許文献１の方法では、図１０（Ａ）に示すようにカメラの向きを炉壁に対して正面としているため、幅が数十センチメートルのコークス炉の場合、カメラと炉壁との距離が短く、カメラで撮影できる視野が限られ、炉壁全体について迅速に観察することは困難であった。
また、カメラで撮影した映像は録画されるが、その録画された映像を観察する場合、映像をはじめから再生する必要があるため、確認作業に時間のかかるものであり、一見して炉壁全体の状況を把握できるものではなかった。
【０００５】
これに対して特許文献２のコークス炉の内壁観察方法は、図１０（Ｂ）に示すように、カメラの向きを炉壁に対して斜めとし、カメラをコークス炉内に挿入し、カメラの位置と対応付けながら炉壁の画像を斜視像として順次撮影する方法である。さらに、その斜視像を画像処理して炉壁を正面から見た視点変換画像（図１１（Ａ）参照）を生成し、カメラ位置に従って視点変換画像を張り合わせることで、炉壁全体画像（図１１（Ｂ）参照）の合成を行うようにしている。なお、カメラは押出機に取り付けられており、押出機の移動によりコークスの押出と炉壁の撮影を同時に行うことを可能としている。
図１０（Ｂ）に示すように、カメラの向きを炉壁に対して斜めとすれば、撮影できる視野を広くすることができ、炉壁全体について迅速に観察することが可能となる。また、合成された炉壁全体画像により一見して炉壁全体の状況を把握することが可能となる。
【０００６】
特許文献２における炉壁観察は、大きく分けて（１）生成した視点変換画像を押出機移動中に観察する即時観察、（２）合成した炉壁全体画像を押出機の運用とは別の時期に観察する後日観察の２種類を行う。
そのため、押出機移動中は所定の間隔で視点変換画像を生成しモニタなどに表示するとともに、その視点変換画像を一時記憶しておき、その後、一時記憶された視点変換画像から炉壁全体画像を合成する。この際、視点変換画像を生成する間隔として、カメラ位置を基準に既定の位置間隔で生成を行う方法と、撮影時間を基準に既定の時間間隔で生成を行う方法とがある。
【０００７】
しかるに、押出機でコークスを押し出す際に、コークスがコークス炉内に詰まり、押出機の移動が止まる押し詰まりの状態が発生する場合があるが、既定の位置間隔で視点変換画像の生成を行う場合、押し詰まりによりカメラ移動が中断すると、その間は視点変換画像が更新されず、即時観察ができなくなるという問題がある。
また、既定の時間間隔で視点変換画像の生成を行う場合、押し詰まりによりカメラ移動が中断すると、カメラが止まった同じ位置での視点変換画像を一時記憶し続けることとなり、炉壁全体画像の合成に必要のない視点変換画像まで記憶してしまうことでハードウエア資源を必要以上に消費してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−２５２２４２号公報
【特許文献２】特許第２６６４４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑み、カメラ移動の状態によらず、随時視点変換画像を更新することができ、かつ、ハードウエア資源の消費を低減できるコークス炉壁観察方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明のコークス炉壁観察方法は、カメラをコークス炉内に挿入し、該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置と対応付けながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影し、該撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が所定の位置間隔のものを、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成することを特徴とする。
第２発明のコークス炉壁観察方法は、カメラをコークス炉内に挿入し、該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置と対応付けながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影し、該撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が前回一時記憶した視点変換画像の位置から所定の位置間隔だけ移動したものを一時記憶し、前記一時記憶された視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成することを特徴とする。
第３発明のコークス炉壁観察方法は、第１または第２発明において、前記位置間隔が、前記視点変換画像のコークス炉炉長方向の長さに対する割合で定められることを特徴とする。
第４発明のコークス炉壁観察装置は、コークス炉内を移動しながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影するカメラと、該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置を計測する位置検出手段と、前記カメラで撮影した前記炉壁の斜視像と、前記位置検出手段で計測した前記カメラの位置とを取り込み、画像処理を行う画像処理手段とを備えるコークス炉壁観察装置であって、前記画像処理手段は、前記撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が所定の位置間隔のものを、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成することを特徴とする。
第５発明のコークス炉壁観察装置は、コークス炉内を移動しながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影するカメラと、該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置を計測する位置検出手段と、前記カメラで撮影した前記炉壁の斜視像と、前記位置検出手段で計測した前記カメラの位置とを取り込み、画像処理を行う画像処理手段とを備えるコークス炉壁観察装置であって、前記画像処理手段は、前記撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が前回一時記憶した視点変換画像の位置から所定の位置間隔だけ移動したものを一時記憶し、前記一時記憶された視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成することを特徴とする。
第６発明のコークス炉壁観察装置は、第４または第５発明において、前記画像処理手段は、前記炉壁全体画像の合成に際し、前記位置間隔が、前記視点変換画像のコークス炉炉長方向の長さに対する割合で定められることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１発明によれば、所定の時間間隔ごとに視点変換画像を生成するので、押し詰まりによりカメラの移動が止まったり、コークス炉内の同じ位置を何度も通過したりしても、視点変換画像を所定の時間間隔で更新することができる。そして、所定の位置間隔の視点変換画像から壁全体画像を合成するので、炉壁全体画像に必要な視点変換画像のみを扱うことができ、ハードウエア資源の消費を低減することができる。
第２発明によれば、所定の時間間隔ごとに視点変換画像を生成するので、押し詰まりによりカメラの移動が止まったり、コークス炉内の同じ位置を何度も通過したりしても、視点変換画像を所定の時間間隔で更新することができる。そして、所定の位置間隔の視点変換画像のみを一時記憶するので、一時記憶する視点変換画像の数を抑えることができる。また、炉壁全体画像に必要な視点変換画像のみが一時記憶されているので、炉壁全体画像を合成する処理の時間を低減できる。
第３発明によれば、位置間隔が、視点変換画像の炉長方向の長さに対する割合で定められ、その割合を調整することにより、炉壁全体画像を合成する隣り合う視点変換画像の重なり幅が変わるため、炉壁全体画像の解像度と、一時記憶する視点変換画像の数を設定することができる。
第４発明によれば、所定の時間間隔ごとに視点変換画像を生成するので、押し詰まりによりカメラの移動が止まったり、コークス炉内の同じ位置を何度も通過したりしても、視点変換画像を所定の時間間隔で更新することができる。そして、所定の位置間隔の視点変換画像から壁全体画像を合成するので、炉壁全体画像に必要な視点変換画像のみを扱うことができ、ハードウエア資源の消費を低減することができる。
第５発明によれば、所定の時間間隔ごとに視点変換画像を生成するので、押し詰まりによりカメラの移動が止まったり、コークス炉内の同じ位置を何度も通過したりしても、視点変換画像を所定の時間間隔で更新することができる。そして、所定の位置間隔の視点変換画像のみを一時記憶するので、視点変換画像を一時記憶する領域の消費を抑えることができる。また、炉壁全体画像に必要な視点変換画像のみが一時記憶されているので、炉壁全体画像を合成する処理時間を低減できる。
第６発明によれば、位置間隔が、視点変換画像の炉長方向の長さに対する割合で定められ、その割合を調整することにより、炉壁全体画像を合成する隣り合う視点変換画像の重なり幅が変わるため、炉壁全体画像の解像度と、一時記憶する領域の大きさを設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るコークス炉壁観察装置の構成図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２】炉壁画像の一例の説明図である。
【図３】視点変換画像の座標から炉壁画像の座標への座標変換の説明図である。
【図４】カメラ、その光学系および炉壁の位置関係の説明図である。
【図５】カメラ、その光学系および炉壁の位置関係の説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図６】視点変換画像の一例の説明図である。
【図７】炉壁全体画像の一例の説明図である。
【図８】視点変換画像の一時記憶のタイミングの説明図である。
【図９】視点変換画像の炉長方向の長さおよび位置間隔の説明図である。
【図１０】従来技術のカメラの取り付け向きの説明図である。
【図１１】従来技術の（Ａ）視点変換画像および（Ｂ）炉壁全体画像の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１に示すように、コークス炉１０は高さ数メートル、奥行き十数メートルの対となるレンガ造りの炉壁１１が数十センチメートルの間隔を隔てて設けられた、狭窄な炉である。コークス炉１０内で製造されたコークスＣは、コークス炉１０の片側の炉入口１２から押出機２０が挿入されることにより反対側の炉出口１３へと押し出される。
押出機２０は、押板２１とビーム２２とからなり、ビーム２２が図示しない駆動装置に接続されており、この駆動装置の動作により押板２１がコークス炉１０の炉入口１２から炉出口１３まで移動自在となっている。押板２１がコークス炉１０の断面と同形状をしているため、押板２１の移動によりコークスＣを押し出すことができる。
【００１４】
本発明の一実施形態に係るコークス炉壁観察装置は、押出機２０の押板２１に取り付けられたカメラ３０と、押出機２０のビーム２２の移動量から、カメラ位置を計測するエンコーダ４０と、カメラ３０からの炉壁画像とエンコーダ４０からのカメラ位置情報を取り込み、画像処理を行うコンピュータ５０とからなる。
【００１５】
カメラ３０は、押板２１の背面に取り付けられており、コークスＣの押出方向と逆方向（図１の右方向）を向くように取り付けられている。これは、カメラ３０を押板２１の前面に取り付けるとコークスＣに阻まれて炉壁１１の撮影ができないからである。カメラ３０には、１台のカメラで両側の炉壁を撮影できるように、広角のレンズが取り付けられている。また、押出機２０は赤熱したコークス炉１０内（1000℃程度）に挿入されるため、カメラ３０には冷却ボックスの中に設置するなどの熱対策が施されている。
【００１６】
エンコーダ４０は、ビーム２２の挿入距離を計測することが可能な位置検出装置であり、ビーム２２の挿入距離から、カメラ３０のコークス炉１０内の炉長方向の挿入位置を計測するものである。
【００１７】
カメラ３０およびエンコーダ４０はコンピュータ５０とケーブル３１、４１を介して接続されており、カメラ３０で撮影された炉壁画像、およびエンコーダ４０で計測されたカメラ位置情報はコンピュータ５０に取込可能となっている。
コンピュータ５０は主に、ＣＰＵ５１、メモリ５２、ハードディスク５３、モニタ５４からなり、炉壁画像とカメラ位置情報から後述する画像処理を行い、その結果をモニタ５４に表示する。
【００１８】
つぎに、本発明の一実施形態に係るコークス炉壁観察装置を用いた炉壁観察について説明する。
炉壁観察は大きく分けて、（１）炉壁画像から視点変換画像を生成し、その視点変換画像を押出機移動中に観察する即時観察、（２）視点変換画像から炉壁全体画像を合成、保存し、その炉壁全体画像を押出機の運用とは別の時期に観察する後日観察の２種類を行う。
【００１９】
（１）即時観察
即時観察は、押出機２０の運転者などが、コークス押出のための押出機の通常運用を行う際に同時に行う観察である。
【００２０】
まず、押出機２０とともにカメラ３０をコークス炉１０内に挿入し、カメラ３０で撮影した炉壁画像ＯＩ（図２参照）を、ケーブル３１を介してコンピュータ５０のメモリ５２に取り込む。
この際に得られる炉壁画像ＯＩは、図２に示すように、カメラ３０はコークスＣの押出方向と逆方向を向くように取り付けられているため、炉壁画像ＯＩの中央には炉入口１２が映し出される。また、カメラ３０には広角レンズが取り付けられているため左右の炉壁１１が、炉壁画像ＯＩの左右に映し出される。なお図中、１４はコークス炉の天井、１５はコークス炉の底である。実際には、押出機２０のビーム２２も映し出されるが、説明のため省略してある。
【００２１】
炉壁画像ＯＩにより炉壁１１の状態を観察することが可能であるが、炉壁画像ＯＩにおいて炉壁１１は斜視像として映し出されるため、これを炉壁１１の正面から見た画像とした方が、観察が行いやすい。
そこで、ＣＰＵ５１によりメモリ５２に記憶された炉壁画像ＯＩを視点変換処理して、炉壁１１を正面から見た視点変換画像ＴＩを生成する。
【００２２】
視点変換処理は例えば以下のように行われる。
一般に、画像処理により画像を変換して新たな画像を生成する場合、変換後の画像の各画素が変換前の画像のどの画素を参照すればよいかが分かればよい。すなわち、本実施形態の場合、視点変換画像ＴＩの各画素が炉壁画像ＯＩのどの画素を参照すればよいかが分かればよい。そのためには、図３に示すように、視点変換画像ＴＩ上の座標から炉壁画像ＯＩ上の座標を参照するための座標変換を導くことが必要である。
ここで、カメラ３０がＣＣＤカメラである場合、視点変換画像ＴＩ上の座標から炉壁画像ＯＩ上の座標への座標変換とは、炉壁１１上のある点から出た光がカメラ３０のＣＣＤ上のどこへ到達するか、という問題に置き換えることができる。つまり、カメラ３０、その光学系および炉壁１１の特性値および位置関係から座標変換を導くことができる。
【００２３】
図４において、sx はカメラ３０のＣＣＤの幅[mm]、sy はＣＣＤの高さ[mm]、f はＣＣＤ面から光学中心までの距離[mm]、d はカメラ３０と炉壁１１との距離[mm]、A は光学中心から炉壁１１上へ垂線を下ろした時の交点、B はカメラ３０で撮影可能な炉壁１１上の最近接位置、D は点A から点B までの距離（最近接距離）である。
以上の通りに定義した場合、最近接距離 D[pixel] は、炉壁画像ＯＩ上での画素スケールを k[mm/pixel]とすると次式で与えられる（図５（Ａ）参照）。
【数１】
【００２４】
炉壁１１上（すなわち視点変換画像ＴＩ上）のある点(x,y)[pixel]を出た光は、光学中心を通り、ＣＣＤ面上（すなわち炉壁画像ＯＩ上）の点(u,v)[pixel]に到達する。
このように、光学中心を通る光線のみで撮像系をモデル化する手法をピンホールカメラモデルによるモデル化という。
図５（Ａ）より、x から u への変換は以下の通りに記述できる。
【数２】
ここで、nx はＣＣＤの幅方向の画素数であり、k’=sx/nx である。
また、図５（Ｂ）より、y から v への変換は以下の通りに記述できる。
【数３】
ここで、ny はＣＣＤの高さ方向の画素数であり、k’’=sy/ny である。
これら数２、数３が視点変換画像ＴＩ上の座標から炉壁画像ＯＩ上の座標への座標変換となる。
【００２５】
数２、数３で表わされる座標変換を、視点変換画像ＴＩの全画素について計算し、求めた座標から炉壁画像ＯＩ上の色情報を参照して視点変換画像ＴＩの色情報とすることで、視点変換画像ＴＩを生成することができる。
しかしながら、この座標変換に要する計算コストは非常に大きい。またカメラ３０などのハードウエアや、カメラ３０と炉壁１１との距離が変化しない限り、座標変換のためのパラメータも変化しないため、視点変換画像ＴＩを生成するたびに同じ計算を繰り返すことは無駄である。
そこで、視点変換画像ＴＩの全画素について一度だけ座標変換の演算を行い、その結果を保存しておくことが好ましい。より具体的には、視点変換画像ＴＩの各画素に対応する炉壁画像ＯＩ上の座標をテーブル（以下、座標変換テーブルとする。）として生成し、ハードディスク５３に保存しておく。通常運用時の視点変換処理においてはこの座標変換テーブルを参照し、視点変換画像ＴＩの各画素の色情報を炉壁画像ＯＩの対応する画素の色情報とすることで、視点変換処理を高速に行うことができる。
【００２６】
なお、座標変換テーブルにサブピクセル単位（画素をより細分化した単位）での座標を格納しておけば、その座標の４近傍画素の色情報を内挿することにより、より鮮明な視点変換画像ＴＩを生成することができる。
【００２７】
以上の視点変換処理で生成された視点変換画像ＴＩは図６に示すようになる。図６は片方の炉壁１１に対する視点変換画像ＴＩであるが、同様の視点変換画像ＴＩを、左右の炉壁１１それぞれに対して１枚得ることができる。図６に示される視点変換画像ＴＩとして映し出される炉壁１１の範囲は、図４に示す視野Ｖに対応する。カメラ３０の手前側の手前側画像では、カメラ３０の上下の視野角の範囲外となる視野範囲外領域Ｏ（上下一対の三角形の領域）が現れる。そのため、視点変換画像ＴＩは、その手前側画像は高さ方向の視野が狭く、カメラ３０から奥側の奥側画像は高さ方向の視野が広くなる。
【００２８】
以上の炉壁画像ＯＩの撮影と、視点変換画像ＴＩの生成は、押出機２０の移動中に一定の時間間隔で行われ、それにより得られる炉壁画像ＯＩと視点変換画像ＴＩはコンピュータ５０のモニタ５４に随時表示される。押出機２０の運転者は、押出機２０を運転しながら、モニタ５４に映し出される画像から炉壁１１の状態を観察する。
【００２９】
なお、後述の通り、押出機２０を移動する間、一定の時間間隔で生成される視点変換画像ＴＩの全てもしくは一部は、炉壁全体画像ＷＩの合成のために、エンコーダ４０から得られるカメラ位置情報とともにメモリ５２に一時記憶されていく。
【００３０】
（２）後日観察
後日観察は、視点変換画像ＴＩから炉壁１１全体の画像を合成し、それを炉壁全体画像ＷＩとして保存しておき、押出機の運用とは別の時期にその炉壁全体画像ＷＩを用いて行う観察である。炉壁全体画像ＷＩは、一見して炉壁１１全体の状況を把握することを容易にするために生成される。
【００３１】
前述の即時観察において、押出機２０の移動が炉入口１２から炉出口１３まで完了すると、コークス炉１０の全長にわたり、炉長方向の所定間隔ごとに視点変換画像ＴＩが生成され、その視点変換画像ＴＩに対応するカメラ位置情報とともにメモリ５２に一時記憶された状態となる。
ＣＰＵ５１は、このメモリ５２に一時記憶された視点変換画像ＴＩを、それに対応するカメラ位置情報をもとに適当な位置に配置し、つなぎ合せることで、炉壁全体画像ＷＩを合成する。
【００３２】
合成された炉壁全体画像ＷＩは図７に示すようになる。炉壁全体画像ＷＩは、複数の視点変換画像ＴＩがそれ対応するカメラ位置情報にもとづいて配置され、つなぎ合わされることで、コークス炉１０の全長にわたった、炉壁１１全体の画像となる。
【００３３】
また、炉壁全体画像ＷＩは、ハードディスク５３に記憶され、押出機の運用とは別の時期に炉壁１１の状態を観察する際に、モニタ５４に表示され、観察が行われる。
【００３４】
ところで、即時観察において、視点変換画像ＴＩは一定の時間間隔で生成されるので、押出機２０が一定の速度で移動する場合は、一定の位置間隔ごとに生成されることになる。この場合、図７に示すように、炉壁全体画像ＷＩは視点変換画像ＴＩが一定の位置間隔ごとに配置されることにより合成される。
ところが、押出機２０でコークスＣを押し出す際に、コークスＣがコークス炉１０内に詰まり、押出機２０の移動が止まる押し詰まりの状態が発生する場合があり、また、この押し詰まりを解消するため、押出機２０を引き戻してから再度押し出しを行う場合がある。この場合、押出機２０は一定の速度で移動することはできない。
【００３５】
押し詰まりが発生しているにもかかわらず、炉壁全体画像ＷＩの合成のために、一定の時間間隔で生成される視点変換画像ＴＩを全てメモリ５２に一時記憶していくと、カメラ３０が止まった同じ位置、もしくはほとんど変わらない位置での視点変換画像ＴＩが一時記憶されることになる。これらの視点変換画像ＴＩは、その大部分が他の視点変換画像ＴＩと重なるので炉壁全体画像ＷＩの合成に必要のない画像であり、この不要な視点変換画像ＴＩをメモリ５２に一時記憶することは、メモリ５２領域を必要以上に消費してしまうことになる。
また、押出機２０が一定の速度で移動する場合でも、押出機２０の移動速度に比べて視点変換画像ＴＩ生成の時間間隔が短い場合は、カメラ位置がほとんど変わらない視点変換画像ＴＩが生成されるため、それらをメモリ５２に一時記憶することは、メモリ５２領域を必要以上に消費してしまうことになる。
【００３６】
そこで、一定の時間間隔で生成される視点変換画像ＴＩを全てメモリ５２へ一時記憶するのではなく、そのうちの炉壁全体画像ＷＩの合成に必要な視点変換画像ＴＩのみを一時記憶する。
より具体的には、一定の時間間隔で視点変換画像ＴＩを生成しつづけ、そのうちカメラ位置が前回一時記憶した視点変換画像ＴＩの位置から既定の位置間隔 d だけ移動した視点変換画像ＴＩのみをメモリ５２に一時記憶する。そして、メモリ５２に一時記憶された視点変換画像ＴＩを用いて炉壁全体画像ＷＩを合成する。
【００３７】
視点変換画像ＴＩのメモリ５２への一時記憶のタイミングを、押出機２０の動きを例示して説明すると以下の通りとなる。
図８（Ａ）に示すように、押出機２０の移動が一定の速度であり、視点変換画像ＴＩ生成の時刻およびその時刻のカメラ位置が、(時刻,位置)として、(T,X0)、(T+t,X1)、 (T+2t,X2)、(T+3t,X3)、(T+4t,X4)であるとし、また、それぞれの時刻で生成された視点変換画像が TI0、TI1、TI2、TI3、TI4であるとする。
この場合、時刻 T において位置 X0 での視点変換画像 TI0 をメモリ５２に一時記憶すると、時刻 T+t では、位置 X1 と前回一時記憶した視点変換画像 TI0 の位置 X0 との間隔、すなわち X1-X0 が既定の位置間隔 d よりも短いので、視点変換画像 TI1 を一時記憶しない。時刻 T+2t では、X2-X0 が d よりも長くなるので、視点変換画像 TI2 を一時記憶する。つぎに、位置間隔 d の基点が X0 から X2 へと変わり、時刻 T+3t では、X3-X2 が d よりも短いので、視点変換画像 TI3 を一時記憶せず、時刻 T+4t では、X4-X2 が d よりも長いので、視点変換画像 TI4 を一時記憶する。
ここで、視点変換画像ＴＩを一時記憶する位置間隔は、X2-X0 もしくは X4-X2 であり、これらは位置間隔 d よりも長い間隔となる。しかし、押出機２０の移動速度に比べて視点変換画像ＴＩ生成の時間間隔が短い場合は、X2-X0 および X4-X2 と位置間隔 d はほぼ同じ長さとなる。
【００３８】
押し詰まりが発生する例として、図８（Ｂ）に示すように、視点変換画像ＴＩ生成の時刻およびその時刻のカメラ位置が、(時刻,位置)として、(T,X0)、(T+t,X1)、(T+2t,X2)、(T+3t,X3)、(T+4t,X4)、(T+5t,X5)であるとし、また、それぞれの時刻で生成された視点変換画像が TI0、TI1、TI2、TI3、TI4、TI5であるとする。また、時刻 T+2t で押し詰まりが発生し押出機２０の移動が止まり、時刻 T+3t にかけて押出機２０を引き戻しているとする。
この場合、時刻 T において位置 X0 での視点変換画像 TI0 をメモリ５２に一時記憶すると、時刻 T+t では、位置 X1 と前回一時記憶した視点変換画像 TI0 の位置 X0 との間隔、すなわち X1-X0 が既定の位置間隔 d よりも短いので、視点変換画像 TI1 を一時記憶しない。時刻 T+2t においても、押し詰まりにより、まだ X2-X0 が d よりも短いので、視点変換画像 TI2 を一時記憶しない。時刻 T+3t においても、引き戻しにより、まだ X3-X0 が d よりも短いので、視点変換画像 TI3 を一時記憶せず、時刻 T+4t において、押出機２０は押出方向に移動するが、まだ X4-X0 が d よりも短いので、視点変換画像 TI4 を一時記憶しない。時刻 T+5t では、X5-X0 が d よりも長くなるので、視点変換画像 TI5 を一時記憶する。
【００３９】
以上のようにすることで、一定の時間間隔ごとに視点変換画像ＴＩを生成するので、カメラ３０が一定の速度で移動する場合でも、押し詰まりによりカメラ３０の移動が止まったり、押出機２０を引き戻してから再び押し出すことによりコークス炉１０内の同じ位置を何度も通過したりしても、モニタ５４に表示する視点変換画像ＴＩを一定の時間間隔で更新することができる。また、一定の位置間隔の視点変換画像ＴＩのみをメモリ５２に一時記憶するので、メモリ５２領域の消費を抑えることができる。さらに、炉壁全体画像ＷＩに必要な視点変換画像ＴＩのみが一時記憶されているので、不要な視点変換画像ＴＩまで扱う場合に比べて、炉壁全体画像ＷＩを合成する際のＣＰＵ５１の処理時間を低減できる。すなわち、カメラ３０の移動の状態によらず、随時視点変換画像ＴＩを更新することができ、かつ、ハードウエア資源の浪費を低減することができる。
【００４０】
なお、図９に示すように、位置間隔 d は、視点変換画像ＴＩの炉長方向の長さ D を基準に、その割合から定めればよい。
視点変換画像ＴＩは、元が斜視像であるため、カメラ３０の手前側（図９の左側）の領域の方が奥側（図９の右側）の領域に比べて解像度が高くなる。炉壁全体画像ＷＩを合成する場合には、このカメラ３０手前側の領域を使用することになるが、位置間隔 d の設定により、隣り合う視点変換画像ＴＩ同士の重なり幅が変わるため、どこまで解像度の高い領域を使用するかが決定されることになる。すなわち、長さ D に対する位置間隔 d の割合が小さい場合は、高解像度の炉壁残体画像ＷＩを合成することができるが、その場合、メモリ５２に一時記憶する視点変換画像ＴＩの数が多くなるので、メモリ５２領域を多く使用することになる。逆に、長さ D に対する位置間隔 d の割合が大きい場合は、メモリ５２に一時記憶する視点変換画像ＴＩの数が少なくなるので、メモリ５２領域の使用を少なくできるが、低解像度の領域まで用いて炉壁残体画像ＷＩを合成することになる。すなわち、位置間隔 d により炉壁全体画像ＷＩの解像度と、使用するメモリ５２領域を設定することができるので、位置間隔 d はこれらを勘案し、設定する必要がある。
【００４１】
（他の実施形態）
前述の実施形態おいて、カメラ３０には広角レンズが取り付けられているが、これに代えて、２台のカメラで左右の炉壁を斜視像として撮影する実施形態としてもよい。さらに必要であれば、カメラを高さ方向に複数台取り付け、高さ方向の撮影可能範囲を広くしてもよい。
また、前述の実施形態おいて、すべての視点変換画像ＴＩを生成した後に炉壁全体画像ＷＩを合成するとしたが、これに限られず、視点変換画像ＴＩを生成しながら炉壁全体画像ＷＩを合成する実施形態としてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
ＯＩ 炉壁画像
ＴＩ 視点変換画像
ＷＩ 炉壁全体画像
Ｖ 視野
Ｏ 視野範囲外領域
１０ コークス炉
１１ 炉壁
２０ 押出機
３０ カメラ
４０ エンコーダ
５０ コンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラをコークス炉内に挿入し、
該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置と対応付けながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影し、
該撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、
前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が所定の位置間隔のものを、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成する
ことを特徴とするコークス炉壁観察方法。
【請求項２】
カメラをコークス炉内に挿入し、
該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置と対応付けながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影し、
該撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、
前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が前回一時記憶した視点変換画像の位置から所定の位置間隔だけ移動したものを一時記憶し、
前記一時記憶された視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成する
ことを特徴とするコークス炉壁観察方法。
【請求項３】
前記位置間隔が、前記視点変換画像のコークス炉炉長方向の長さに対する割合で定められる
ことを特徴とする請求項１または２記載のコークス炉壁観察方法。
【請求項４】
コークス炉内を移動しながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影するカメラと、
該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置を計測する位置検出手段と、
前記カメラで撮影した前記炉壁の斜視像と、前記位置検出手段で計測した前記カメラの位置とを取り込み、画像処理を行う画像処理手段とを備えるコークス炉壁観察装置であって、
前記画像処理手段は、
前記撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、
前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が所定の位置間隔のものを、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成する
ことを特徴とするコークス炉壁観察装置。
【請求項５】
コークス炉内を移動しながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影するカメラと、
該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置を計測する位置検出手段と、
前記カメラで撮影した前記炉壁の斜視像と、前記位置検出手段で計測した前記カメラの位置とを取り込み、画像処理を行う画像処理手段とを備えるコークス炉壁観察装置であって、
前記画像処理手段は、
前記撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、
前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が前回一時記憶した視点変換画像の位置から所定の位置間隔だけ移動したものを一時記憶し、
前記一時記憶された視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成する
ことを特徴とするコークス炉壁観察装置。
【請求項６】
前記画像処理手段は、
前記炉壁全体画像の合成に際し、
前記位置間隔が、前記視点変換画像のコークス炉炉長方向の長さに対する割合で定められる
ことを特徴とする請求項４または５記載のコークス炉壁観察装置。
【請求項１】
カメラをコークス炉内に挿入し、
該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置と対応付けながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影し、
該撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、
前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が所定の位置間隔のものを、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成する
ことを特徴とするコークス炉壁観察方法。
【請求項２】
カメラをコークス炉内に挿入し、
該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置と対応付けながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影し、
該撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、
前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が前回一時記憶した視点変換画像の位置から所定の位置間隔だけ移動したものを一時記憶し、
前記一時記憶された視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成する
ことを特徴とするコークス炉壁観察方法。
【請求項３】
前記位置間隔が、前記視点変換画像のコークス炉炉長方向の長さに対する割合で定められる
ことを特徴とする請求項１または２記載のコークス炉壁観察方法。
【請求項４】
コークス炉内を移動しながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影するカメラと、
該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置を計測する位置検出手段と、
前記カメラで撮影した前記炉壁の斜視像と、前記位置検出手段で計測した前記カメラの位置とを取り込み、画像処理を行う画像処理手段とを備えるコークス炉壁観察装置であって、
前記画像処理手段は、
前記撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、
前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が所定の位置間隔のものを、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成する
ことを特徴とするコークス炉壁観察装置。
【請求項５】
コークス炉内を移動しながら、コークス炉内の炉壁を斜視像として所定の時間間隔ごとに順次撮影するカメラと、
該カメラのコークス炉内におけるカメラ位置を計測する位置検出手段と、
前記カメラで撮影した前記炉壁の斜視像と、前記位置検出手段で計測した前記カメラの位置とを取り込み、画像処理を行う画像処理手段とを備えるコークス炉壁観察装置であって、
前記画像処理手段は、
前記撮影とともに前記炉壁の斜視像を視点変換処理して、炉壁を正面から見た視点変換画像を生成し、
前記視点変換画像のうち前記カメラ位置が前回一時記憶した視点変換画像の位置から所定の位置間隔だけ移動したものを一時記憶し、
前記一時記憶された視点変換画像を、対応する前記カメラ位置をもとにつなぎ合せることで炉壁全体画像を合成する
ことを特徴とするコークス炉壁観察装置。
【請求項６】
前記画像処理手段は、
前記炉壁全体画像の合成に際し、
前記位置間隔が、前記視点変換画像のコークス炉炉長方向の長さに対する割合で定められる
ことを特徴とする請求項４または５記載のコークス炉壁観察装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１２６９８９（Ｐ２０１１−１２６９８９Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８６４２２（Ｐ２００９−２８６４２２）
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（５０２３６９７４６）住友重機械プロセス機器株式会社 (29)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（５０２３６９７４６）住友重機械プロセス機器株式会社 (29)
【Ｆターム（参考）】
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