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WO2020110411A1 - ガス流量推定装置、ガス流量推定方法、及び、ガス流量推定プログラム - Google Patents

ガス流量推定装置、ガス流量推定方法、及び、ガス流量推定プログラム Download PDF

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Publication number
WO2020110411A1
WO2020110411A1 PCT/JP2019/035312 JP2019035312W WO2020110411A1 WO 2020110411 A1 WO2020110411 A1 WO 2020110411A1 JP 2019035312 W JP2019035312 W JP 2019035312W WO 2020110411 A1 WO2020110411 A1 WO 2020110411A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
region
flow rate
image
gas region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2019/035312
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
基広 浅野
隆史 森本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
Priority to US17/297,857 priority Critical patent/US12044600B2/en
Priority to JP2019568790A priority patent/JP6693609B1/ja
Publication of WO2020110411A1 publication Critical patent/WO2020110411A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/38—Investigating fluid-tightness of structures by using light

Definitions

  • the present invention relates to a technique for estimating the flow rate of leaked gas.
  • the present inventors have studied a technique that can relatively easily estimate the gas flow rate based on the gas region included in the image, based on a principle different from the technique of Patent Document 1.
  • An object of the present invention is to provide a gas flow rate estimation device, a gas flow rate estimation method, and a gas flow rate estimation program that can relatively easily estimate a gas flow rate based on a gas region included in an image.
  • the gas flow rate estimation device that reflects one aspect of the present invention includes a first calculation unit, a second calculation unit, and a third calculation unit.
  • the first calculator calculates the gas passage time for the leaked gas to pass through the gas region by using the average movement vector of the gas region included in the image.
  • the second calculator calculates the gas amount in the gas region using the gas concentration thickness product in the gas region.
  • the third calculation unit calculates an estimated value of the flow rate of the gas using the gas passage time and the gas amount.
  • FIG. 6 is an image diagram in which four frames selected from a frame group forming moving image data of an infrared image are arranged in time series. It is an image figure which shows the image by which the image processing which makes it easy to see a gas region was carried out in time series. It is an image figure which shows an example of the image comprised by the maximum pixel value.
  • FIG. 6 is an image diagram showing an example of an image obtained by performing noise removal and binarization processing on the image shown in FIG. 5.
  • FIG. 5 is a schematic diagram in which a part of a gas region is enlarged in the image showing the optical flow of the image shown in FIG. 4. It is an image figure which shows the image which combined the gas area
  • FIG. 9 is an image diagram showing an image in which a circumscribed rectangle of a gas region is set for the image shown in FIG. 8.
  • FIG. 9 is an image diagram showing an image in which a rectangle is set in the gas region with respect to the image shown in FIG. 8.
  • FIG. 7 is an image diagram showing a state in which the entire area of the circumscribed rectangle is scanned.
  • FIG. 6 is a process chart showing a process of obtaining the maximum value of the length of the gas region along the direction of the average movement vector.
  • FIG. 9 is an image diagram showing an image in which two lines are set for the image shown in FIG. 8.
  • FIG. 16 is an image diagram showing a state in which the image shown in FIG. 15 is being scanned.
  • FIG. 16 is an image diagram showing an image in which a non-gas region found by scanning is combined with the image shown in FIG. 15. It is an image figure which shows the image which the image of the structure was added to the image shown in FIG.
  • FIG. 1A is a block diagram showing a configuration of a gas flow rate estimation system 1 according to the embodiment.
  • the gas flow rate estimation system 1 includes an infrared camera 2 and a gas flow rate estimation device 3.
  • the infrared camera 2 shoots a moving image of an infrared image of a subject including a gas leak monitoring target (for example, a place where gas transport pipes are connected), and generates moving image data MD indicating the moving image. It may be a plurality of infrared images captured in time series, and is not limited to a moving image.
  • the infrared camera 2 includes an optical system 4, a filter 5, a two-dimensional image sensor 6 and a signal processing unit 7.
  • the optical system 4 forms an infrared image of the subject on the two-dimensional image sensor 6.
  • the filter 5 is disposed between the optical system 4 and the two-dimensional image sensor 6 and allows only infrared rays having a specific wavelength to pass through the light that has passed through the optical system 4.
  • the wavelength band that passes through the filter 5 depends on the type of gas to be detected. For example, in the case of methane, the filter 5 that passes the wavelength band of 3.2 to 3.4 ⁇ m is used.
  • the two-dimensional image sensor 6 is, for example, a cooled type indium antimony (InSb) image sensor, and receives the infrared light that has passed through the filter 5.
  • the signal processing unit 7 converts the analog signal output from the two-dimensional image sensor 6 into a digital signal and performs known image processing. This digital signal becomes the moving image data MD.
  • the gas flow rate estimation device 3 is a personal computer, a smartphone, a tablet terminal, or the like, and includes an image data input unit 8, an arithmetic processing unit 9, a display control unit 10, a display 11, and an input unit 12 as functional blocks.
  • the image data input unit 8 is a communication interface that communicates with a communication unit (not shown) of the infrared camera 2.
  • the moving image data MD sent from the communication unit of the infrared camera 2 is input to the image data input unit 8.
  • the image data input unit 8 sends the moving image data MD to the arithmetic processing unit 9.
  • the arithmetic processing unit 9 obtains an estimated value of the gas flow rate using the moving image data MD.
  • the arithmetic processing unit 9 includes a storage unit 91, a region extraction unit 92, a vector calculation unit 93, a concentration/thickness product calculation unit 94, a passage time calculation unit 95, a gas amount calculation unit 96, and an estimated value calculation unit 97.
  • the storage unit 91 stores the moving image data MD, various programs necessary for calculating the estimated value of the gas flow rate, and the like.
  • the area extraction unit 92 performs image processing on the infrared image to extract a gas area from the infrared image.
  • the vector calculation unit 93 calculates the average movement vector of the gas region.
  • the average movement vector of the gas region (in other words, the image of the gas cloud) may be, for example, the average value of the movement vectors of the pixels forming the gas region, or the gas region may be a small region larger than one pixel (for example, 2 ⁇ 2). It may be divided into (pixels) and may be the average value of the movement vector of the small area. For the calculation of the average value, all of the movement vectors may be used, or the average value of the movement vectors sampled (for example, the movement vector sampled every two vertical and horizontal pixels) may be used.
  • the concentration-thickness product calculation unit 94 calculates the gas-concentration-thickness product for each pixel forming the gas region, and calculates the average value thereof. This average value is the average value of the gas concentration and thickness products in the gas region.
  • the transit time calculation unit 95 uses the average movement vector of the gas region (in other words, the gas region included in the image) extracted from the infrared image, and the leaked gas passes through the gas region. Calculate the gas passage time.
  • the gas transit time is calculated, for example, by dividing the length of the gas region along the gas flow direction by the length of the average movement vector.
  • the length of the gas region along the gas flow direction may be, for example, the length of the rectangle of the gas region (circumscribing rectangle) along the direction of the average movement vector, or the length of the gas region along the direction of the average movement vector. It may be the maximum value of the length of the area.
  • the gas amount calculation unit 96 calculates the gas amount of the gas region using the gas concentration thickness product of the gas region. Specifically, the gas amount calculation unit 96 calculates the gas amount in the gas region using the area of the gas region and the average value of the gas concentration and thickness products of the gas region.
  • the estimated value calculation unit 97 calculates the estimated value of the gas flow rate using the gas passage time and the gas amount.
  • the display control unit 10 causes the display 11 to display a moving image represented by the moving image data MD, an image processed by the processing unit 9 (for example, an image subjected to gas region extraction processing).
  • the input unit 12 receives various inputs related to gas flow rate estimation.
  • the gas flow rate estimation device 3 includes the display control unit 10, the display 11, and the input unit 12, the gas flow rate estimation device 3 that does not include these may be used.
  • FIG. 1B is a block diagram showing a hardware configuration of the gas flow rate estimation device 3 shown in FIG. 1A.
  • the gas flow rate estimation device 3 includes a CPU (Central Processing Unit) 3a, a RAM (Random Access Memory) 3b, a ROM (Read Only Memory) 3c, an HDD (Hard Disk Drive) 3d, a liquid crystal display 3e, a communication interface 3g, and a keyboard. , And a bus 3h for connecting them.
  • the liquid crystal display 3e is hardware that realizes the display 11. Instead of the liquid crystal display 3e, an organic EL display (Organic Light Emitting Diode display), a plasma display or the like may be used.
  • the communication interface 3f is hardware that realizes the image data input unit 8.
  • the keyboard 3 g is hardware that implements the input unit 12. A touch panel may be used instead of the keyboard.
  • the HDD 3d stores programs for realizing the respective functional blocks of the arithmetic processing unit 9 and the display control unit 10 and various data (for example, moving image data MD).
  • the program that realizes the arithmetic processing unit 9 is an arithmetic processing program that acquires the moving image data MD and calculates the estimated value of the gas flow rate using the moving image data MD.
  • the program that realizes the display control unit 10 is, for example, a display control program that causes the display 11 to display a moving image represented by the moving image data MD, or causes the display 11 to display an image that has been arithmetically processed by the arithmetic processing unit 9. .. These programs are stored in the HDD 3d in advance, but are not limited to this.
  • a recording medium for example, an external recording medium such as a magnetic disk or an optical disk
  • these programs may be stored in a server connected to the gas flow rate estimation device 3 via a network, and these programs may be sent to the HDD 3d via the network and stored in the HDD 3d.
  • These programs may be stored in the ROM 3c instead of the HDD 3d.
  • the gas flow rate estimation device 3 may include a flash memory instead of the HDD 3d, and these programs may be stored in the flash memory.
  • the CPU 3a reads out these programs from the HDD 3d, expands them in the RAM 3b, and executes the expanded programs, whereby the arithmetic processing unit 9 and the display control unit 10 are realized.
  • some or all of the respective functions are realized by the processing by the DSP (Digital Signal Processor) instead of or by the processing by the CPU 3a. Good.
  • a part or all of each function may be realized by a process by a dedicated hardware circuit instead of or together with the process by software.
  • the arithmetic processing unit 9 is composed of a plurality of elements shown in FIG. 1A. Therefore, the HDD 3d stores programs for realizing these elements. That is, the HDD 3d stores programs for realizing the area extracting unit 92, the vector calculating unit 93, the concentration-thickness product calculating unit 94, the passage time calculating unit 95, the gas amount calculating unit 96, and the estimated value calculating unit 97. Has been done. These programs are expressed as a region extraction program, a vector calculation program, a concentration/thickness product calculation program, a passage time calculation program, a gas amount calculation program, and an estimated value calculation program.
  • the passage time calculation unit 95 and the passage time calculation program will be described as an example.
  • the passage time calculation unit 95 calculates the gas passage time for the leaked gas to pass through the gas region using the average movement vector of the gas region included in the image.
  • the transit time calculation program is a program for calculating the gas transit time for the leaked gas to pass through the gas region by using the average movement vector of the gas region included in the image.
  • FIG. 2 A flowchart of these programs (region extraction program, vector calculation program, etc.) executed by the CPU 3a is FIG. 2 described next.
  • FIG. 3 is an image diagram in which four frames selected from the frame group forming the moving image data MD of the infrared image are arranged in time series.
  • the test place has a point SP where the gas can be ejected. Gas is blowing out at the point SP.
  • the image Im1-1 is an infrared image (frame) captured at time T1.
  • the image Im1-2 is an infrared image (frame) captured at time T2, which is 0.2 seconds after the time T1.
  • Images Im1-3 are infrared images (frames) captured at time T3, which is 0.4 seconds after time T1.
  • Images Im1-4 are infrared images (frames) captured at time T4, which is 0.6 seconds after time T1.
  • the region extraction unit 92 extracts the gas region included in the image Im1 (step S1 in FIG. 2). explain in detail.
  • the region extraction unit 92 performs image processing to make it easier to see the gas region included in each image Im1.
  • FIG. 4 is an image diagram showing the image Im2 subjected to the image processing in time series.
  • the image Im2-1 is an image that has been subjected to image processing to make it easier to see the gas region included in the image Im1-1.
  • the image Im2-2 is an image that has been subjected to image processing to make it easier to see the gas region included in the image Im1-2.
  • the image Im2-3 is an image that has been subjected to image processing to make it easier to see the gas region included in the image Im1-3.
  • the image Im2-4 is an image that has been subjected to image processing to make it easier to see the gas region included in the image Im1-4.
  • the white region extending to the center of the image Im2 is the gas region. It can be seen that the gas flows from right to left starting from the point SP. In the image Im2, the right side is upwind and the left side is downwind.
  • the gas region is, in other words, an image of the gas cloud.
  • Known techniques can be applied to image processing that makes it easier to see the gas region.
  • this known technique is disclosed in International Publication WO201773430.
  • This internationally disclosed technology is a technology invented by the present inventors, and specifically, a gas detection image in which image processing is performed on an infrared image obtained by photographing a gas leak monitoring target at a plurality of times.
  • the second frequency component data having a lower frequency than the first frequency component data showing the temperature change due to the leaked gas and showing the temperature change of the background of the monitoring target is shown in the infrared image.
  • an image processing apparatus for gas detection which includes an image processing unit that performs processing for removing image data.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2012-58093 discloses a gas leak detection device for detecting a gas leak in an inspection target area, an infrared camera for photographing the inspection target area, and An image processing unit that processes an infrared image captured by an infrared camera, and the image processing unit includes a fluctuation extraction unit that extracts dynamic fluctuations due to gas leakage from a plurality of infrared images arranged in time series.
  • a gas leak detection device characterized by having.
  • the area extraction unit 92 selects an image Im2 forming a moving image for a predetermined period (for example, 1 second) from the images Im2 arranged in time series.
  • the region extraction unit 92 may, for example, image Im2-1 at time T1, image Im2-2 at time T2 0.2 seconds after time T1, image Im2-3 at time T3 0.4 seconds after time T1, An image Im2-4 at time T4 0.6 second after time T1 and an image Im2-5 (not shown) at time T5 0.8 second after time T1 are selected.
  • the area extracting unit 92 uses these images Im2 (images Im2-1 to Im2-5) to generate an image Im3 including the maximum pixel value.
  • FIG. 5 is an image diagram showing an example of the image Im3. The generation of the image Im3 will be described in detail.
  • the region extraction unit 92 determines the maximum value of the values indicated by the pixels from the pixels located in the same order in these images Im2.
  • the area extraction unit 92 sets the maximum value as the value of the pixels located in the above order of the image Im3. More specifically, the region extraction unit 92 determines the maximum value of the values indicated by the first pixel in these images Im2, and sets this value as the value of the first pixel in the image Im3.
  • the area extraction unit 92 determines the maximum value of the values indicated by the second pixel in these images Im2, and sets this value as the value of the second pixel in the image Im3.
  • the area extraction unit 92 performs the same process for the third and subsequent pixels.
  • the area extraction unit 92 generates an image Im4 by performing noise removal and binarization processing on the image Im3.
  • FIG. 6 is an image diagram showing an example of the image Im4.
  • the image Im4 is an image in which the gas region 21 is extracted.
  • the method of extracting the gas region 21 is not limited to the above method.
  • the user may also specify the gas region 21. According to this, extraction of the gas region 21 becomes unnecessary.
  • the vector calculation unit 93 calculates the average movement vector of the gas region 21 extracted by the region extraction unit 92 (step S2 in FIG. 2). explain in detail.
  • the vector calculation unit 93 uses two images Im2 (FIG. 4) at different times to generate an optical flow.
  • FIG. 7 is a schematic diagram in which a part of the gas region 21 is enlarged in the image Im5 showing the optical flow of the image Im2 shown in FIG.
  • the arrow included in each pixel indicates the movement vector of each pixel.
  • the movement vector indicates the movement direction and movement amount of each pixel.
  • the movement vector calculation is not limited to the optical flow.
  • the movement vector may be calculated using template matching, for example.
  • Template matching includes, for example, SAD (Sum of Absolute Difference) and NCC (Normalized Cross-Correlation).
  • SAD Sud of Absolute Difference
  • NCC Normalized Cross-Correlation
  • the calculation of the movement vector using the template matching will be described in detail by taking the image Im2-1 at time T1 and the image Im2-2 at time T2 shown in FIG. 4 as an example.
  • the vector calculation unit 93 template-matches a large number of feature points (for example, edges) included in the image Im2-1 at time T1 using the image Im2-2 at time T2, and obtains the movement vectors of these feature points. calculate.
  • the feature point is an area formed of a plurality of pixels instead of one pixel (for example, 5 pixels ⁇ 5 pixels).
  • the movement vector of the characteristic point A becomes the movement vector of each of the plurality of pixels forming the characteristic point A.
  • the movement vector of each pixel forming the image Im2-1 is calculated. It should be noted that the region formed by the pixels in FIG. 4 may be directly processed without using the feature points such as edges.
  • the vector calculation unit 93 calculates the average value of the movement vector for the pixels forming the region corresponding to the gas region 21 (FIG. 6) in the image Im5. This value indicates the average movement vector of the gas region 21.
  • the average movement vector is 25.5 pix/sec (2.4 m/sec).
  • FIG. 8 is an image diagram showing an image Im6 in which the gas region 21 and the average movement vector 22 are combined with the infrared image Im1.
  • the concentration/thickness product calculation unit 94 calculates the average value of the gas concentration/thickness product of the gas region 21 shown in FIG. 6 (step S3 in FIG. 2). explain in detail. First, the concentration-thickness product calculation unit 94 calculates the concentration-thickness product of gas for each pixel forming the gas region 21 (FIG. 6) based on the image Im2 (FIG. 4). When a gas leak is detected, it is necessary to determine the danger level of the gas (eg, the possibility of explosion). The risk of gas can be determined by the gas concentration in the space in which the gas drifts.
  • the gas concentration-thickness product means a value obtained by integrating the gas concentration along the depth direction of the space in which the gas drifts.
  • Known techniques can be applied to calculate the concentration-thickness product of gas.
  • this known technique is disclosed in International Publication WO2017104607 (FIG. 37, FIG. 38).
  • This internationally disclosed technology is a technology invented by the present inventors.
  • the gas concentration/thickness product for measuring the gas concentration/thickness product is measured by using an infrared image composed of a plurality of pixels.
  • the infrared image of the gas leak monitoring target obtained by being photographed at a plurality of times, an image data input unit to which image data indicating the plurality of infrared images is input, In the plurality of infrared images input from the image data input unit, time-series pixel data in which pixel data of the pixels at the same position are arranged in time series is generated, and a predetermined pixel of the plurality of pixels is generated. Based on the time-series pixel data, there is a gas indicating the background temperature when gas is present in the region corresponding to the predetermined pixel, and a background temperature when there is no gas in the predetermined region and no gas indicating the background temperature.
  • a gas concentration/thickness product measuring device including a first determining unit that determines a background temperature.
  • the background temperature with gas and the background temperature without gas are parameters for obtaining the concentration-thickness product of gas
  • FIGS. 37 and 38 attached to the above-mentioned international specification are the formulas for calculating the gas-concentration-thickness product. Is shown. By substituting the background temperature with gas and the background temperature without gas into these equations, the gas concentration/thickness product can be calculated.
  • the concentration-thickness product calculation unit 94 does not calculate the gas-concentration-thickness product for this pixel if there is a pixel that makes it difficult to calculate the gas-concentration-thickness product due to edge noise or the like among the pixels forming the gas region 21. This is because the average value of the gas concentration-thickness product can be calculated for some pixels forming the gas region 21 even if the gas concentration-thickness product cannot be calculated.
  • the concentration-thickness product calculation unit 94 calculates the average value of these by using the calculated concentration-thickness product of the gas. This is the average value of the gas concentration/thickness product for the gas region 21.
  • the average value of the gas concentration and thickness products is, for example, 0.285% LELm.
  • LEL Lower Explosive Limit
  • the lower explosive limit is the lowest concentration at which a flammable gas mixed with air will explode on ignition. 100% LEL means that the lower explosion limit has been reached. In the case of methane, when the concentration reaches 5%, it becomes 100% LEL.
  • the concentration-thickness product of gas is indicated by LELm. m is a distance in the depth direction.
  • FIG. 9 is an image diagram showing an image Im7 in which the circumscribing rectangle 23 of the gas region 21 is set with respect to the image Im6 shown in FIG.
  • the gas leaking from the leak source (here, the gas ejected from the point SP) diffuses while passing through the gas region 21, and passes through the gas region 21.
  • the time taken for the gas leaked from the leak source to pass through the gas region 21 is referred to as the gas passage time.
  • 6.75 seconds is shown as an example of the gas passage time.
  • FIG. 10 is an image diagram showing an image Im8 in which a rectangle 24 is set in the gas region 21 with respect to the image Im6 shown in FIG.
  • the circumscribed rectangle 23 becomes a rectangle 24 when its longitudinal direction is sized to correspond to one second.
  • a rectangle 24 indicates the gas amount for one second (that is, the gas flow rate).
  • the gas amount calculation unit 96 calculates the gas amount in the gas region 21 using the average value of the gas concentration/thickness product and the area of the gas region 21 (step S4 in FIG. 2).
  • the area of the gas region 21 is 5032 (pix) 2 in terms of the number of pixels.
  • the area corresponding to one pixel is [0.09219 m/pix] 2 .
  • the area of the gas region 21 is 42.77 m 2 .
  • 5032(pix) 2 ⁇ [0.09219 m/pix] 2 42.77 m 2
  • the length corresponding to one pixel may be fixed or may be changed according to the distance from the infrared camera 2 to the gas cloud in the gas region 21. According to the latter, the area of the gas region 21 can be calculated more accurately.
  • the average value of the gas concentration thickness product is 0.285% LELm as described above. %LEL is removed from 0.285%LELm to align units.
  • All of the gas concentration thickness products of the pixels forming the gas region 21 may be used for the calculation of the average value of the gas concentration thickness products, or an abnormal value among the gas concentration thickness products of the pixels forming the gas region 21 may be used. May be omitted.
  • the passage time calculation unit 95 calculates the gas passage time (step S5 in FIG. 2). explain in detail.
  • the passage time calculation unit 95 calculates the gas passage time using the number of pixels of the circumscribing rectangle 23 in the direction parallel to the average movement vector 22 and the length of the average movement vector 22.
  • the number of pixels of the circumscribed rectangle 23 in the direction parallel to the average movement vector 22 is expressed by the length of the average movement vector 22.
  • the divided value is the gas passage time (the time when the gas leaked from the leak source passes through the gas region 21). Therefore, the gas passage time is represented by the following Equation 3.
  • Gas passage time number of pixels of circumscribing rectangle in parallel to average movement vector/length of average movement vector...Equation 3
  • the estimated value calculation unit 97 calculates the estimated value of the gas flow rate (step S6 in FIG. 2). explain in detail.
  • the gas flow rate estimation device 3 As described above, according to the gas flow rate estimation device 3 according to the embodiment, the gas flow rate can be estimated relatively easily based on the gas region 21 included in the image.
  • the actual value of the gas flow rate is 78 L/min.
  • the gas flow rate can be estimated to some extent.
  • the estimated value of the gas flow rate is slightly different from the actual value of the gas flow rate because the gas region 21 is missing. Conversely, if the gas region 21 is not missing, the estimated gas flow rate will be closer to the actual gas flow rate.
  • Deficiency in the gas region 21 occurs due to various causes. For example, when the gas flows over the lawn while the lawn is swaying by the wind, the gas above the lawn cannot be extracted as the gas region 21. This is because the fluctuation of the lawn becomes noise and is removed as noise when the region extraction unit 92 extracts the gas region 21. Gas flowing behind pipes, buildings, etc., cannot be extracted as the gas region 21 because it is not shown in the infrared image Im1.
  • the gas region 21 in the circumscribed rectangle 23 is interrupted and the non-gas region 25 exists on the downstream side of the gas flow.
  • This interruption is unnatural because the gas flows in the direction indicated by the average movement vector 22 as a whole.
  • the non-gas region 25 existing on the downstream side of the gas flow is regarded as a region where the gas region 21 is deficient (defective region), and the estimated value of the gas flow rate is calculated in consideration of the non-gas region 25. To do.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a gas flow rate estimation system 1a according to a modification.
  • the gas flow rate estimation system 1a differs from the gas flow rate estimation system 1a shown in FIG. 1A in the following points.
  • the arithmetic processing unit 9 includes a non-gas region determination unit 98 (determination unit) as a functional block. If the estimated value of the gas flow rate is calculated without considering the non-gas region 25, the estimated value may be significantly different from the actual gas flow rate. Therefore, the non-gas region determination unit 98 determines whether or not there is the non-gas region 25 on the downstream side of the gas flow.
  • the non-gas region 25 may be found by the non-gas region determination unit 98 or the user.
  • the case where the non-gas region determination unit 98 finds the non-gas region 25 will be briefly described.
  • the non-gas region determination unit 98 sets the direction of the average movement vector 22 as the gas flow direction, and within the circumscribed rectangle 23, the downstream side of the gas region 21 (the left side of the gas region 21 in FIG. 9). ) In the non-gas region 25 is searched.
  • the non-gas region determination unit 98 determines that the non-gas region 25 exists.
  • the user finds the non-gas area 25 When the user looks at the image Im7 displayed on the display 11 and finds that there is a non-gas region 25 on the downstream side of the gas region 21 in the circumscribed rectangle 23, the user uses the input unit 12 to display the image Im7. The range of the non-gas region 25 is set. Accordingly, the non-gas region determination unit 98 determines that the non-gas region 25 is present.
  • FIG. 12 is an image diagram showing a state where the entire area of the circumscribed rectangle 23 is scanned.
  • FIG. 13 is an image diagram showing an image Im9 in which the non-gas region 25 found by the scan is combined with the image Im7 shown in FIG. In FIG. 13, the non-gas region 25 is shown by one pixel value in order to clarify the non-gas region 25.
  • the non-gas region determination unit 98 (FIG. 11) cuts out a portion in which the circumscribed rectangle 23 is set from the image Im7 shown in FIG.
  • the non-gas region determination unit 98 scans the entire area of the circumscribed rectangle 23 along the direction of the average movement vector 22, and determines whether the non-gas region 25 exists in the circumscribed rectangle 23 on the downstream side of the gas region 21.
  • the scanning lines SL1, SL2, SL3 pass through a region other than the gas region, the gas region 21, and a region other than the gas region.
  • the scanning lines SL1, SL2, and SL3 pass through the gas region 21 and then pass through regions other than the gas region, and this region is the non-gas region 25 located on the downstream side of the gas flow (FIG. 13). ..
  • the non-gas region 25 is regarded as a part of the gas region 21, the non-gas region 25 is included in the gas region 21, and the gas amount is calculated.
  • the area of the non-gas region 25 is 2300 (pix) 2 in terms of the number of pixels.
  • the area of the gas region 21 extracted by the region extracting unit 92 is 5032 (pix) 2 in terms of the number of pixels. Therefore, the area of the gas region 21 is 7332(pix) 2 in terms of the number of pixels.
  • the gas amount calculation unit 96 (second calculation unit) substitutes 62.31 m 2 and 1.425 ⁇ 10 ⁇ 4 m into the equation 2. As a result, the gas amount is calculated to be 8.880L.
  • 1.425 ⁇ 10 ⁇ 4 m is a value obtained by removing %LEL from the average value of gas concentration/thickness product (0.285% LELm), as described above.
  • the gas passage time is the same as the value obtained in the above embodiment (6.75 sec).
  • the estimated value of the gas flow rate is extremely close to the actual value of the gas flow rate.
  • the length of the gas region 21 along the direction of the average movement vector 22 is defined as the number of pixels of the circumscribed rectangle 23 in the direction parallel to the average movement vector 22. I am trying. Then, in the embodiment and the first modification, the gas passage time is calculated by substituting the number of pixels of the circumscribing rectangle 23 in the direction parallel to the average movement vector 22 and the length of the average movement vector 22 into Expression 3. However, since there is a non-gas region 25 (defective region), the length of the gas region 21 along the direction of the average movement vector 22 is larger than the length indicated by the number of pixels of the circumscribed rectangle 23 in the direction parallel to the average movement vector 22. small. In the second modified example, the maximum length of the gas region 21 along the direction of the average movement vector 22 is calculated, and the maximum length and the average movement vector 22 are substituted into Equation 3 to calculate the gas passage time.
  • FIG. 14 is a process diagram showing a process of obtaining the maximum value of the length of the gas region 21 along the direction of the average movement vector 22.
  • the passage time calculation unit 95 (FIG. 11) cuts out a portion in which the circumscribed rectangle 23 is set from the image Im9 shown in FIG. 13 (FIG. 14A).
  • the passage time calculation unit 95 scans the cut out portion and calculates the number of pixels of the gas region 21 along the scanning direction (FIG. 14(B)).
  • the scan direction is the direction of the average movement vector 22.
  • the transit time calculation unit 95 moves the scan start point in a direction orthogonal to the direction of the average movement vector 22, and repeats the scan.
  • the passage time calculation unit 95 sets the maximum value of the number of pixels of the gas region 21 along the scan direction as the length of the gas region 21 along the direction of the average movement vector 22 (FIG. 14C).
  • 138 pix is the maximum value.
  • the directions of two sides are the same as the direction of the average movement vector 22, and the directions of the remaining two sides are perpendicular to the direction of the average movement vector 22.
  • the directions of the four sides forming the circumscribed rectangle 23 are not limited to this, and may be arbitrary.
  • the scanning direction may be the direction of the average movement vector 22.
  • the passage time calculation unit 95 may rotate the image shown in FIG. 14 and set the vertical direction or the horizontal direction of this image to be the same as the scan direction.
  • the amount of gas is the same as the value obtained in the above embodiment (6.095L).
  • the estimated value of the gas flow rate is extremely close to the actual value of the gas flow rate according to the second modification.
  • the first modification and the second modification, the circumscribing rectangle 23 of the gas region 21 is used, but a rectangle corresponding to the gas region 21 may be used.
  • the rectangle is composed of a first side and a second side that are parallel to the direction of the average movement vector 22, and a third side and a fourth side that are perpendicular to the direction of the average movement vector 22.
  • the first side and/or the second side may be located outside the gas region 21, but it is not preferable to be located inside the gas region 21. This is because a part of the gas region 21 is not considered in the calculation of the estimated value of the gas flow rate, and the estimated value smaller than the actual value of the gas flow rate is calculated.
  • the third side and/or the fourth side may be located inside the gas region 21, but it is not preferable to be located outside the gas region 21.
  • the distance between the third side and the fourth side is related to the gas passage time, the longer the distance, the longer the gas passage time.
  • the gas passage time is shorter than the actual gas passage time. Since the gas amount is calculated based on the pixels in the rectangle, the estimated value can be brought close to the actual gas flow rate value.
  • FIG. 13 in the first modified example and the second modified example, the circumscribed rectangle 23 is set to find the non-gas region 25, but the present invention is not limited to this.
  • two lines L1 and L2 that are orthogonal to the direction of the average movement vector 22 and that are in contact with the gas region 21 may be set.
  • FIG. 15 is an image diagram showing an image Im10 in which two lines L1 and L2 are set with respect to the image Im6 shown in FIG.
  • FIG. 16 is an image diagram showing a state where the image Im10 shown in FIG. 15 is being scanned.
  • FIG. 17 is an image diagram showing an image Im11 in which the non-gas region 25 found by scanning is combined with the image Im10 shown in FIG. In FIG.
  • the non-gas region 25 is shown by one pixel value.
  • the gas amount calculation unit 96 (FIG. 11) calculates the area of the gas region 21 by using the above equation 4 with the number of pixels of the non-gas region 25 as the area of the non-gas region 25.
  • the non-gas area 25 may be found by the non-gas area determining unit 98 (FIG. 11) or by the user. The former will be explained first. Referring to FIG. 15, the non-gas region determination unit 98 sets lines L1 and L2 for the image Im6 shown in FIG. With reference to FIG. 16, the non-gas region determination unit 98 scans the region defined by the line L1 and the line L2 along the direction of the average movement vector 22, and within this region, is downstream of the gas region 21. It is searched whether or not the non-gas region 25 exists on the side. For example, the scan line SL4 and the scan line SL5 do not pass through the gas region 21. Therefore, the non-gas region 25 does not exist on the scan lines SL4 and SL5.
  • the scanning line SL6 passes through a region other than the gas region, the gas region 21, and a region other than the gas region. After passing through the gas region 21, the scan line SL6 passes through a region other than the gas region, and this region is the non-gas region 25 located on the downstream side of the gas flow.
  • the non-gas region determination unit 98 determines that the non-gas region 25 exists.
  • the non-gas region determination unit 98 determines that the non-gas region 25 is present.
  • the non-gas region 25 exists outside the gas region 21 (for example, FIG. 9 ).
  • the non-gas region 25 may be present in the gas region 21.
  • an object for example, a structure
  • FIG. 18 is an image diagram showing an image Im12 in which the image 26 of the structure is added to the image Im7 shown in FIG. Since there is a structure between the leaked gas and the infrared camera 2, a part of the gas region 21 overlaps the image 26 of the structure. This part becomes the non-gas region 25 on the downstream side in the gas flow direction 27.
  • the gas flow rate estimation device uses a first calculation unit that calculates a gas passage time during which the leaked gas passes through the gas region by using an average movement vector of the gas region included in the image. , A second calculation unit that calculates the gas amount of the gas region using the gas concentration thickness product of the gas region, and an estimated value of the flow rate of the gas using the gas passage time and the gas amount. A third calculating unit for calculating.
  • the average movement vector of the gas region may be, for example, the average value of the movement vectors of the pixels forming the gas region, or the gas region may be a small region larger than one pixel (for example, 2 ⁇ 2). It may be divided into (pixels) and the average value of the movement vector of the small area may be used. For the calculation of the average value, all of the movement vectors may be used, or the average value of the movement vectors sampled (for example, the movement vector sampled every two vertical and horizontal pixels) may be used.
  • the gas transit time is calculated, for example, by dividing the length of the gas region along the gas flow direction by the length of the average movement vector.
  • the length of the gas region along the direction in which the gas flows may be, for example, the length of a rectangle of the gas region along the direction of the average movement vector, or the length of the gas region along the direction of the average movement vector. May be the maximum value of.
  • the gas amount is calculated, for example, by multiplying the area of the gas region and the average value of the gas concentration and thickness products of the gas region. All of the gas concentration-thickness products of the pixels forming the gas region may be used to calculate the average value of the gas-concentration-thickness product. You may be taken.
  • the estimated value of the gas flow rate is calculated, for example, by dividing the gas amount by the gas passage time.
  • the gas flow rate estimation device can be estimated relatively easily based on the gas region included in the image.
  • a determination unit that determines whether or not there is a non-gas region on the downstream side of the gas flow is further provided.
  • the gas region may be interrupted on the downstream side of the gas flow, and a non-gas region may exist.
  • This non-gas region can be regarded as a defect of the gas region. If the estimated value of the gas flow rate is calculated without considering the non-gas region, the estimated value may be significantly different from the actual gas flow rate. This configuration determines whether or not there is a non-gas region downstream of the gas flow within the rectangle of the gas region.
  • the determining unit may find the non-gas region by performing image processing on the image including the gas region in which the rectangle is set, or the user sees the image including the gas region in which the rectangle is set. May find a non-gas region.
  • the determining unit finds the non-gas region
  • the determining unit determines that the non-gas region exists when the determining unit finds the non-gas region.
  • the determination unit determines that there is the non-gas region.
  • the second calculating unit calculates the gas amount by including the non-gas region in the gas region.
  • the second calculating unit calculates the gas amount by including the non-gas region in the gas region (in other words, by considering the non-gas region as a part of the gas region). Therefore, according to this configuration, the estimated value of the gas flow rate can be calculated in consideration of the non-gas region.
  • the first calculation unit determines the maximum value of the length of the gas region along the direction of the average movement vector and the average.
  • the gas transit time is calculated using the movement vector.
  • the gas passage time is calculated without including the non-gas region in the gas region. Therefore, the estimated value of the gas flow rate can be close to the actual gas flow rate.
  • a gas flow rate estimation method includes a first calculation step of calculating a gas passage time during which the leaked gas passes through the gas region by using an average movement vector of the gas region included in the image. , A second calculation step of calculating the gas amount of the gas region using the gas concentration thickness product of the gas region, and an estimated value of the flow rate of the gas using the gas passage time and the gas amount. A third calculation step of calculating.
  • the gas flow rate estimation method according to the second aspect of the embodiment defines the gas flow rate estimation apparatus according to the first aspect of the embodiment from the viewpoint of the method, and is similar to the gas flow rate estimation apparatus according to the first aspect of the embodiment. Has the effect of.
  • a gas flow rate estimation program uses a first calculation step of calculating a gas passage time for a leaked gas to pass through the gas region by using an average movement vector of the gas region included in an image. , A second calculation step of calculating the gas amount of the gas region using the gas concentration thickness product of the gas region, and an estimated value of the flow rate of the gas using the gas passage time and the gas amount.
  • the computer is caused to execute a third calculation step of calculating.
  • the gas flow rate estimation program according to the third aspect of the embodiment defines the gas flow rate estimation device according to the first aspect of the embodiment from the viewpoint of the program, and is similar to the gas flow rate estimation device according to the first aspect of the embodiment. Has the effect of.

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Abstract

ガス流量推定装置は、画像に含まれるガス領域の平均移動ベクトルを用いて、漏洩したガスが前記ガス領域を通過するガス通過時間を算出する第１の算出部と、前記ガス領域のガス濃度厚み積を用いて、前記ガス領域のガス量を算出する第２の算出部と、前記ガス通過時間と前記ガス量とを用いて、前記ガスの流量の推定値を算出する第３の算出部と、を備える。

Description

ガス流量推定装置、ガス流量推定方法、及び、ガス流量推定プログラム
　本発明は、漏洩したガスの流量を推定する技術に関する。
　ガス漏洩が発生したとき、漏洩したガスの流量が推定できれば、危険度（例えば、ガス爆発）の判定の目安にすることができる。カメラで撮影された画像に含まれるガス領域を基にして、ガス雲の深さ（撮影方向に関するガス雲の厚さ）を推定し、ガス雲の移動方向と垂直な仮想平面を設定し、所定時間内に仮想平面を通過するガス雲の質量、およびガス雲の移動速度から、漏れたガスの時間当たりの質量漏れ量を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　本発明者らは、特許文献１の技術とは異なる原理で、画像に含まれるガス領域を基にして、ガス流量を比較的簡単に推定することができる技術を検討した。
米国特許第９２２５９１５号明細書
　本発明は、画像に含まれるガス領域を基にして、ガス流量を比較的簡単に推定することができるガス流量推定装置、ガス流量推定方法及びガス流量推定プログラムを提供することを目的とする。
　上述した目的を実現するために、本発明の一側面を反映したガス流量推定装置は、第１算出部と、第２算出部と、第３算出部と、を有する。前記第１算出部は、画像に含まれるガス領域の平均移動ベクトルを用いて、漏洩したガスが前記ガス領域を通過するガス通過時間を算出する。前記第２の算出部は、前記ガス領域のガス濃度厚み積を用いて、前記ガス領域のガス量を算出する。前記第３の算出部は、前記ガス通過時間と前記ガス量とを用いて、前記ガスの流量の推定値を算出する。
　発明の１又は複数の実施形態により与えられる利点及び特徴は以下に与えられる詳細な説明及び添付図面から十分に理解される。これら詳細な説明及び添付図面は、例としてのみ与えられるものであり本発明の限定の定義として意図されるものではない。
実施形態に係るガス流量推定システムの構成を示すブロック図である。 図１Ａに示すガス流量推定システムのハードウェア構成を示すブロック図である。 実施形態に係るガス流量推定装置の動作を説明するフローチャートである。 赤外画像の動画データを構成するフレーム群の中から選択された４つのフレームを時系列に並べた画像図である。 ガス領域を見やすくする画像処理がされた画像を時系列で示す画像図である。 最大画素値で構成される画像の一例を示す画像図である。 図５に示す画像に対してノイズ除去および二値化処理をした画像の一例を示す画像図である。 図４に示す画像のオプティカルフローを示す画像において、ガス領域の一部を拡大した模式図である。 図３に示す赤外画像にガス領域と平均移動ベクトルとを合成した画像を示す画像図である。 図８に示す画像に対して、ガス領域の外接矩形が設定された画像を示す画像図である。 図８に示す画像に対して、ガス領域に矩形が設定された画像を示す画像図である。 変形例に係るガス流量推定システムの構成を示すブロック図である。 外接矩形内の全域がスキャンされている状態を示す画像図である。 スキャンによって見つけられた非ガス領域を、図９に示す画像に合成した画像を示す画像図である。 平均移動ベクトルの向きに沿ったガス領域の長さの最大値を求める工程を示す工程図である。 図８に示す画像に対して、２つの線が設定された画像を示す画像図である。 図１５に示す画像に対してスキャンされている状態を示す画像図である。 スキャンによって見つけられた非ガス領域を、図１５に示す画像に合成した画像を示す画像図である。 図９に示す画像に対して、構造物の像が追加された画像を示す画像図である。
　以下、図面を参照して、本発明の１又は複数の実施形態が説明される。しかし、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。
　各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合にはハイフンを省略した参照符号で示し（例えば、画像Ｉｍ２）、個別の構成を指す場合にはハイフンを付した参照符号で示す（例えば、画像Ｉｍ２－１）。
　図１Ａは、実施形態に係るガス流量推定システム１の構成を示すブロック図である。ガス流量推定システム１は、赤外線カメラ２とガス流量推定装置３とを備える。
　赤外線カメラ２は、ガス漏れの監視対象（例えば、ガス輸送管どうしが接続されている箇所）を含む被写体について、赤外画像の動画を撮影し、動画を示す動画データＭＤを生成する。時系列に撮像された複数の赤外画像であればよく、動画に限定されない。赤外線カメラ２は、光学系４、フィルター５、二次元イメージセンサー６及び信号処理部７を備える。
　光学系４は、被写体の赤外画像を二次元イメージセンサー６上で結像させる。フィルター５は、光学系４と二次元イメージセンサー６との間に配置され、光学系４を通過した光のうち、特定波長の赤外線のみを通過させる。赤外の波長帯のうち、フィルター５を通過させる波長帯は、検知するガスの種類に依存する。例えばメタンの場合、３．２～３．４μｍの波長帯を通過させるフィルター５が用いられる。二次元イメージセンサー６は、例えば、冷却型インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）イメージセンサーであり、フィルター５を通過した赤外線を受光する。信号処理部７は、二次元イメージセンサー６から出力されたアナログ信号を、デジタル信号に変換し、公知の画像処理をする。このデジタル信号が、動画データＭＤとなる。
　ガス流量推定装置３は、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末等であり、機能ブロックとして、画像データ入力部８、演算処理部９、表示制御部１０、ディスプレイ１１及び入力部１２を備える。
　画像データ入力部８は、赤外線カメラ２の通信部（不図示）と通信する通信インターフェイスである。画像データ入力部８には、赤外線カメラ２の通信部から送られてきた動画データＭＤが入力される。画像データ入力部８は、動画データＭＤを演算処理部９へ送る。
　演算処理部９は、動画データＭＤを用いて、ガス流量の推定値を求める。演算処理部９は、記憶部９１と、領域抽出部９２と、ベクトル算出部９３と、濃度厚み積算出部９４と、通過時間算出部９５と、ガス量算出部９６と、推定値算出部９７と、を備える。
　記憶部９１は、動画データＭＤ、ガス流量の推定値の算出に必要な各種のプログラム等を記憶する。領域抽出部９２は、赤外画像に対して画像処理をして、赤外画像からガス領域を抽出する。
　ベクトル算出部９３は、ガス領域の平均移動ベクトルを算出する。ガス領域（言い換えれば、ガス雲の像）の平均移動ベクトルは、例えば、ガス領域を構成する画素の移動ベクトルの平均値でもよいし、ガス領域を１画素より大きい小領域（例えば、２×２画素）に分割し、小領域の移動ベクトルの平均値でもよい。平均値の算出には、移動ベクトルの全てが用いられてもよいし、サンプリングされた移動ベクトル（例えば、縦横２画素毎にサンプリングされた移動ベクトル）の平均値でもよい。
　濃度厚み積算出部９４は、ガス領域を構成する各画素について、ガス濃度厚み積を算出し、これらの平均値を算出する。この平均値がガス領域のガス濃度厚み積の平均値となる。
　通過時間算出部９５（第１の算出部）は、赤外画像から抽出されたガス領域（言い換えれば、画像に含まれるガス領域）の平均移動ベクトルを用いて、漏洩したガスがガス領域を通過するガス通過時間を算出する。
　ガス通過時間は、例えば、ガスが流れる方向に沿ったガス領域の長さを、平均移動ベクトルの長さで割り算することにより算出される。ガスが流れる方向に沿ったガス領域の長さは、例えば、平均移動ベクトルの向きに沿った、ガス領域の矩形（外接矩形）の長さでもよいし、平均移動ベクトルの向きに沿った、ガス領域の長さの最大値でもよい。
　ガス量算出部９６（第２の算出部）は、ガス領域のガス濃度厚み積を用いて、ガス領域のガス量を算出する。詳しくは、ガス量算出部９６は、ガス領域の面積とガス領域のガス濃度厚み積の平均値とを用いて、ガス領域のガス量を算出する。
　推定値算出部９７（第３の算出部）は、ガス通過時間とガス量とを用いて、ガス流量の推定値を算出する。
　表示制御部１０は、動画データＭＤで示される動画、演算処理部９で演算処理された画像（例えば、ガス領域の抽出処理がされた画像）をディスプレイ１１に表示させる。
　入力部１２は、ガス流量の推定に関連する各種入力がされる。実施形態に係るガス流量推定装置３は、表示制御部１０、ディスプレイ１１及び入力部１２を備えるが、これらを備えないガス流量推定装置３でもよい。
　図１Ｂは、図１Ａに示すガス流量推定装置３のハードウェア構成を示すブロック図である。ガス流量推定装置３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）３ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）３ｂ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）３ｃ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）３ｄ、液晶ディスプレイ３ｅ、通信インターフェイス３ｆ、キーボード等３ｇ、及び、これらを接続するバス３ｈを備える。液晶ディスプレイ３ｅは、ディスプレイ１１を実現するハードウェアである。液晶ディスプレイ３ｅの替わりに、有機ＥＬディスプレイ（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ　ｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイ等でもよい。通信インターフェイス３ｆは、画像データ入力部８を実現するハードウェアである。キーボード等３ｇは、入力部１２を実現するハードウェアである。キーボードの替わりに、タッチパネルでもよい。
　ＨＤＤ３ｄには、演算処理部９及び表示制御部１０について、これらの機能ブロックをそれぞれ実現するためのプログラム、及び、各種データ（例えば、動画データＭＤ）が格納されている。演算処理部９を実現するプログラムは、動画データＭＤを取得し、動画データＭＤを用いてガス流量の推定値を算出する演算処理プログラムである。表示制御部１０を実現するプログラムは、例えば、動画データＭＤで示される動画をディスプレイ１１に表示させたり、演算処理部９で演算処理された画像をディスプレイ１１に表示させたりする表示制御プログラムである。これらのプログラムは、ＨＤＤ３ｄに予め記憶されているが、これに限定されない。例えば、これらのプログラムを記録している記録媒体（例えば、磁気ディスク、光学ディスクのような外部記録媒体）が用意されており、この記録媒体に記憶されているプログラムがＨＤＤ３ｄに記憶されてもよい。また、これらのプログラムは、ガス流量推定装置３とネットワーク接続されたサーバに格納されており、ネットワークを介して、これらのプログラムがＨＤＤ３ｄに送られ、ＨＤＤ３ｄに記憶されてもよい。これらのプログラムは、ＨＤＤ３ｄの替わりにＲＯＭ３ｃに記憶してもよい。ガス流量推定装置３は、ＨＤＤ３ｄの替わりに、フラッシュメモリを備え、これらのプログラムはフラッシュメモリに記憶してもよい。
　ＣＰＵ３ａは、これらのプログラムを、ＨＤＤ３ｄから読み出してＲＡＭ３ｂに展開させ、展開されたプログラムを実行することによって、演算処理部９及び表示制御部１０が実現される。但し、演算処理部９の機能及び表示制御部１０の機能について、各機能の一部又は全部は、ＣＰＵ３ａによる処理に替えて、又は、これと共に、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）による処理によって実現されてもよい。又、同様に、各機能の一部又は全部は、ソフトウェアによる処理に替えて、又は、これと共に、専用のハードウェア回路による処理によって実現されてもよい。
　なお、演算処理部９は、図１Ａに示す複数の要素によって構成される。従って、ＨＤＤ３ｄには、これらの要素を実現するためのプログラムが格納されている。すなわち、ＨＤＤ３ｄには、領域抽出部９２、ベクトル算出部９３、濃度厚み積算出部９４、通過時間算出部９５、ガス量算出部９６、推定値算出部９７のそれぞれを実現するためのプログラムが格納されている。これらのプログラムは、領域抽出プログラム、ベクトル算出プログラム、濃度厚み積算出プログラム、通過時間算出プログラム、ガス量算出プログラム、推定値算出プログラムと表現される。
　これらのプログラムは、要素の定義を用いて表現される。通過時間算出部９５および通過時間算出プログラムを例にして説明する。通過時間算出部９５は、画像に含まれるガス領域の平均移動ベクトルを用いて、漏洩したガスがガス領域を通過するガス通過時間を算出する。通過時間算出プログラムは、画像に含まれるガス領域の平均移動ベクトルを用いて、漏洩したガスがガス領域を通過するガス通過時間を算出するプログラムである。
　ＣＰＵ３ａによって実行されるこれらのプログラム（領域抽出プログラム、ベクトル算出プログラム等）のフローチャートが、次に説明する図２である。
　赤外線カメラ２を用いて屋外の試験場所を撮影して得られた赤外画像の動画データＭＤを例にして、ガス流量推定装置３の動作を説明する。図２は、この動作を説明するフローチャートである。図３は、赤外画像の動画データＭＤを構成するフレーム群の中から選択された４つのフレームを時系列に並べた画像図である。試験場所には、ガスを噴出させることができる地点ＳＰがある。地点ＳＰではガスが噴出している。画像Ｉｍ１－１は、時刻Ｔ１に撮影された赤外画像（フレーム）である。画像Ｉｍ１－２は、時刻Ｔ１から０．２秒後の時刻Ｔ２に撮影された赤外画像（フレーム）である。画像Ｉｍ１－３は、時刻Ｔ１から０．４秒後の時刻Ｔ３に撮影された赤外画像（フレーム）である。画像Ｉｍ１－４は、時刻Ｔ１から０．６秒後の時刻Ｔ４に撮影された赤外画像（フレーム）である。
　画像Ｉｍ１（赤外画像）からは、ガス領域（ここでは、ガス領域とは、地点ＳＰから噴出し、試験場所に漂っているガスを示す領域である）が明確に分からない。そこで、領域抽出部９２（図１Ａ）は、画像Ｉｍ１に含まれるガス領域を抽出する（図２のステップＳ１）。詳しく説明する。領域抽出部９２は、各画像Ｉｍ１に含まれるガス領域を見やすくする画像処理をする。図４は、この画像処理がされた画像Ｉｍ２を時系列で示す画像図である。
　図３及び図４を参照して、画像Ｉｍ２－１は、画像Ｉｍ１－１に含まれるガス領域を見やすくする画像処理がされた画像である。画像Ｉｍ２－２は、画像Ｉｍ１－２に含まれるガス領域を見やすくする画像処理がされた画像である。画像Ｉｍ２－３は、画像Ｉｍ１－３に含まれるガス領域を見やすくする画像処理がされた画像である。画像Ｉｍ２－４は、画像Ｉｍ１－４に含まれるガス領域を見やすくする画像処理がされた画像である。画像Ｉｍ２の中心部に拡がっている白い領域がガス領域である。ガスは、地点ＳＰを起点にして、右から左へ流れていることが分かる。画像Ｉｍ２において、右側が風上であり、左側が風下となる。ガス領域は、言い換えれば、ガス雲の像である。
　ガス領域を見やすくする画像処理は、公知技術を適用することができる。例えば、この公知技術は、国際公開ＷＯ２０１７０７３４３０に開示されている。この国際公開された技術は、本発明者らが発明した技術であり、具体的には、ガス漏れの監視対象を複数の時刻で撮影した赤外画像に対して画像処理をするガス検知用画像処理装置であって、漏れたガスによる温度変化を示す第１の周波数成分データよりも周波数が低く、前記監視対象の背景の温度変化を示す第２の周波数成分データを、前記赤外画像を示す画像データから除く処理をする画像処理部を備えるガス検知用画像処理装置を開示している。
　また、本発明者らが発明した技術ではないが、例えば、特開２０１２－５８０９３号公報は、検査対象領域におけるガス漏れを検出するガス漏れ検出装置において、検査対象領域を撮影する赤外線カメラと、赤外線カメラにより撮影された赤外線画像を処理する画像処理部と、を有し、画像処理部は、時系列に並べられた複数の赤外線画像からガス漏れによる動的なゆらぎを抽出するゆらぎ抽出部を有する、ことを特徴とするガス漏れ検出装置を開示している。
　領域抽出部９２は、時系列に並ぶ画像Ｉｍ２の中から所定期間（例えば１秒間）の動画を構成する画像Ｉｍ２を選択する。領域抽出部９２は、例えば、時刻Ｔ１の画像Ｉｍ２－１、時刻Ｔ１から０．２秒経過した時刻Ｔ２の画像Ｉｍ２－２、時刻Ｔ１から０．４秒経過した時刻Ｔ３の画像Ｉｍ２－３、時刻Ｔ１から０．６秒経過した時刻Ｔ４の画像Ｉｍ２－４、時刻Ｔ１から０．８秒経過した時刻Ｔ５の画像Ｉｍ２－５（不図示）を選択する。
　領域抽出部９２は、これらの画像Ｉｍ２（画像Ｉｍ２－１～画像Ｉｍ２－５）を用いて、最大画素値で構成される画像Ｉｍ３を生成する。図５は、画像Ｉｍ３の一例を示す画像図である。画像Ｉｍ３の生成について詳しく説明する。領域抽出部９２は、これらの画像Ｉｍ２において、同じ順番に位置する画素の中から、画素が示す値の最大値を決定する。領域抽出部９２は、この最大値を、画像Ｉｍ３の上記順番に位置する画素の値とする。具体的に説明すると、領域抽出部９２は、これらの画像Ｉｍ２において、１番目の画素が示す値の最大値を決定し、この値を、画像Ｉｍ３の１番目の画素の値とする。領域抽出部９２は、これらの画像Ｉｍ２において、２番目の画素が示す値の最大値を決定し、この値を、画像Ｉｍ３の２番目の画素の値とする。領域抽出部９２は、３番目以降の画素についても同様の処理をする。
　領域抽出部９２は、画像Ｉｍ３に対してノイズ除去および二値化処理をした画像Ｉｍ４を生成する。図６は、画像Ｉｍ４の一例を示す画像図である。画像Ｉｍ４は、ガス領域２１が抽出された画像である。
　なお、ガス領域２１の抽出方法は、上述した方法に限定されない。また、ユーザがガス領域２１を指定してもよい。これによれば、ガス領域２１の抽出が不要となる。
　ベクトル算出部９３（図１Ａ）は、領域抽出部９２によって抽出されたガス領域２１の平均移動ベクトルを算出する（図２のステップＳ２）。詳しく説明する。まず、ベクトル算出部９３は、異なる時刻の２つの画像Ｉｍ２（図４）を用いて、オプティカルフローを生成する。図７は、図４に示す画像Ｉｍ２のオプティカルフローを示す画像Ｉｍ５において、ガス領域２１の一部を拡大した模式図である。ここでは、時刻Ｔ１の画像Ｉｍ２－１から時刻Ｔ４の画像Ｉｍ２－４へ進む場合のオプティカルフローが生成されたとする。各画素に含まれる矢印は、各画素の移動ベクトルを示す。移動ベクトルは、各画素の移動方向と移動量を示す。
　なお、移動ベクトルの算出は、オプティカルフローに限定されない。移動ベクトルは、例えば、テンプレートマッチングを用いて算出されてもよい。テンプレートマッチングは、例えば、ＳＡＤ（Ｓｕｍ　ｏｆ　Ａｂｓｏｌｕｔｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）、ＮＣＣ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ　Ｃｒｏｓｓ－Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）がある。テンプレートマッチングを用いた移動ベクトルの算出について、図４に示す時刻Ｔ１の画像Ｉｍ２－１と時刻Ｔ２の画像Ｉｍ２－２を例にして詳しく説明する。ベクトル算出部９３は、時刻Ｔ１の画像Ｉｍ２－１に含まれる多数の特徴点（例えば、エッジ）について、時刻Ｔ２の画像Ｉｍ２－２を用いて、テンプレートマッチングし、これらの特徴点の移動ベクトルを算出する。特徴点は、１画素でなく複数の画素で構成される領域である（例えば、５画素×５画素）。従って、例えば、特徴点Ａの移動ベクトルが、特徴点Ａを構成する複数の画素のそれぞれの移動ベクトルとなる。以上のようにして、画像Ｉｍ２－１を構成する各画素の移動ベクトルが算出される。なお、エッジ等の特徴点を用いずに、図４の画素で構成される領域をそのまま処理してもよい。
　ベクトル算出部９３は、画像Ｉｍ５のうち、ガス領域２１（図６）と対応する領域を構成する画素について、移動ベクトルの平均値を算出する。この値が、ガス領域２１の平均移動ベクトルを示す。ここでは、平均移動ベクトルが、２５．５ｐｉｘ／ｓｅｃ（２．４ｍ／ｓｅｃ）とする。図８は、赤外画像Ｉｍ１にガス領域２１と平均移動ベクトル２２とを合成した画像Ｉｍ６を示す画像図である。
　濃度厚み積算出部９４（図１Ａ）は、図６に示すガス領域２１のガス濃度厚み積の平均値を算出する（図２のステップＳ３）。詳しく説明する。まず、濃度厚み積算出部９４は、ガス領域２１（図６）を構成する各画素について、画像Ｉｍ２（図４）を基にして、ガスの濃度厚み積を算出する。ガス漏れが検知されたとき、ガスの危険度（例えば、爆発の可能性）を判定する必要がある。ガスの危険度は、ガスが漂っている空間のガス濃度で判定することができる。しかし、赤外線カメラ２を利用した遠隔からのガス検知では、ガスが漂っている空間のガスの濃度を直接測定することができず、ガスの濃度厚み積を算出する。ガスの濃度厚み積とは、ガスの濃度を、ガスが漂っている空間の奥行き方向に沿って積分した値を意味する。
　ガスの濃度厚み積の算出には、公知技術を適用することができる。例えば、この公知技術は、国際公開ＷＯ２０１７１０４６０７（図３７、図３８）に開示されている。この国際公開された技術は、本発明者らが発明した技術であり、具体的には、複数の画素により構成される赤外画像を用いて、ガスの濃度厚み積を測定するガス濃度厚み積測定装置であって、ガス漏れの監視対象の前記赤外画像が複数の時刻で撮影されることにより得られた、前記複数の赤外画像を示す画像データが入力される画像データ入力部と、前記画像データ入力部から入力される前記複数の赤外画像において、同じ位置にある前記画素の画素データを時系列に並べた時系列画素データを生成し、前記複数の画素のうち所定の画素の前記時系列画素データを基にして、前記所定の画素に対応する領域にガスが有る場合の背景温度を示すガス有り背景温度と、前記所定の領域にガスが無い場合の背景温度を示すガス無し背景温度とを決定する第１の決定部と、を備えるガス濃度厚み積測定装置を開示している。
　ガス有り背景温度とガス無し背景温度は、ガスの濃度厚み積を求めるためのパラメータであり、上記国際公開された明細書に添付された図３７や図３８は、ガス濃度厚み積を算出する式を示している。これらの式に、ガス有り背景温度およびガス無し背景温度が代入されることにより、ガス濃度厚み積を算出することができる。
　濃度厚み積算出部９４は、ガス領域２１を構成する画素のうち、エッジノイズ等が原因でガス濃度厚み積の算出が困難な画素がある場合、この画素について、ガス濃度厚み積を算出しない。ガス領域２１を構成する一部の画素について、ガス濃度厚み積が算出できなくても、ガス濃度厚み積の平均値は算出できるからである。
　なお、ガス濃度厚み積を算出する技術は、上記国際公開に開示された技術に限定されない。
　濃度厚み積算出部９４は、算出できたガスの濃度厚み積を用いて、これらの平均値を算出する。これがガス領域２１に対するガス濃度厚み積の平均値とされる。ここでは、ガス濃度厚み積の平均値が、例えば、０．２８５％ＬＥＬｍとする。ＬＥＬ（Ｌｏｗｅｒ　Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ　Ｌｉｍｉｔ）は、爆発下限界を示す。爆発下限界は、空気と混合した可燃性ガスが着火によって爆発を起こす最低濃度である。１００％ＬＥＬは、爆発下限界に到達したことを意味する。メタンの場合、濃度５％に到達したとき、１００％ＬＥＬとなる。ガスの濃度厚み積は、ＬＥＬｍで示される。ｍは、奥行き方向の距離である。
　ガス流量の推定値を算出するには、ガス領域２１（図６）のガス量の算出とガス通過時間の算出が必要となる。これについて説明する。図９は、図８に示す画像Ｉｍ６に対して、ガス領域２１の外接矩形２３が設定された画像Ｉｍ７を示す画像図である。漏洩源から漏れたガス（ここでは地点ＳＰから噴出したガス）は、ガス領域２１を通過しながら拡散し、ガス領域２１を通過する。漏洩源から漏れたガスがガス領域２１を通過する時間を、ガス通過時間とする。図９において、ガス通過時間の一例として、６．７５秒が示されている。
　図１０は、図８に示す画像Ｉｍ６に対して、ガス領域２１に矩形２４が設定された画像Ｉｍ８を示す画像図である。図９及び図１０を参照して、外接矩形２３が、その長手方向を１秒分に相当するサイズにされると、矩形２４となる。矩形２４は、１秒分のガス量（すなわち、ガス流量）を示している。ガス領域２１のガス量をガス通過時間で割った値が、ガス流量と見なすことができる（ガス流量の推定値）。よって、ガス流量の推定値は、以下の式１で示される。
　ガス流量の推定値＝ガス量÷ガス通過時間・・・式１
　ガス量算出部９６（図１Ａ）は、ガス濃度厚み積の平均値とガス領域２１の面積とを用いて、ガス領域２１のガス量を算出する（図２のステップＳ４）。ガス量は、以下の式２で示される。
　ガス量＝ガス領域の面積×ガス濃度厚み積の平均値・・・式２
　ガス領域２１の面積は、画素数で示すと、５０３２（ｐｉｘ）２とする。１画素に相当する面積は、[０．０９２１９ｍ／ｐｉｘ]２とする。この場合、ガス領域２１の面積は、４２．７７ｍ２となる。
　５０３２（ｐｉｘ）２×[０．０９２１９ｍ／ｐｉｘ]２＝４２．７７ｍ２
　１画素に相当する長さ（ここでは、０．０９２１９ｍ）は、固定してもいし、赤外線カメラ２からガス領域２１のガス雲までの距離に応じて変えてもよい。後者によれば、ガス領域２１の面積をより正確に算出することができる。
　ガス濃度厚み積の平均値は、上述したように、０．２８５％ＬＥＬｍである。単位を揃えるために、０．２８５％ＬＥＬｍから％ＬＥＬが除かれる。メタンを例にして説明する。メタンの場合、濃度５％、すなわち、０．０５が１００％ＬＥＬとなるので、１％ＬＥＬは、０．０００５となる。従って、０．２８５％ＬＥＬｍから％ＬＥＬが除かれると、１．４２５×１０－４ｍとなる。
　０．２８５％ＬＥＬｍ×０．０００５＝１．４２５×１０－４ｍ
　ガス濃度厚み積の平均値の算出には、ガス領域２１を構成する画素のガス濃度厚み積の全てが用いられてよいし、ガス領域２１を構成する画素のガス濃度厚み積のうち異常な値が省かれてもよい。
　ガス量算出部９６は、４２．７７ｍ２と１．４２５×１０－４ｍを式２に代入する。これにより、ガス量が６．０９５Ｌと算出される。
　４２．７７ｍ２×１．４２５×１０－４ｍ＝６．０９５×１０－３ｍ３
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝６．０９５Ｌ
　通過時間算出部９５（図１Ａ）は、ガス通過時間を算出する（図２のステップＳ５）。詳しく説明する。図９を参照して、通過時間算出部９５は、平均移動ベクトル２２と平行方向における外接矩形２３の画素数と、平均移動ベクトル２２の長さと、を用いて、ガス通過時間を算出する。外接矩形２３において、前記平行方向に並ぶ画素が平均移動ベクトル２２の向きに沿っていると見なすと、平均移動ベクトル２２と平行方向における外接矩形２３の画素数を、平均移動ベクトル２２の長さで割った値が、ガス通過時間（漏洩源から漏れたガスがガス領域２１を通過する時間）となる。従って、ガス通過時間は、以下の式３で示される。
　ガス通過時間＝平均移動ベクトルと平行方向における外接矩形の画素数÷平均移動ベクトルの長さ・・・式３
　平均移動ベクトル２２と平行方向における外接矩形２３の画素数が、１７２とする。通過時間出部は、１７２ｐｉｘと２５．５ｐｉｘ／ｓｅｃ（平均移動ベクトル２２の長さ）を式３に代入する。これにより、ガス通過時間が６．７５ｓｅｃと算出される。
　１７２ｐｉｘ÷２５．５ｐｉｘ／ｓｅｃ＝６．７５ｓｅｃ
　推定値算出部９７（図１Ａ）は、ガス流量の推定値を算出する（図２のステップＳ６）。詳しく説明する。推定値算出部９７は、６．０９５Ｌ（ガス量）と６．７５ｓｅｃ（ガス通過時間）を式１に代入する。これにより、ガス流量の推定値が５４．２Ｌ／ｍｉｎと算出される。
　６．０９５Ｌ÷６．７５ｓｅｃ×６０＝５４．２Ｌ／ｍｉｎ
　以上説明したように、実施形態に係るガス流量推定装置３によれば、画像に含まれるガス領域２１を基にして、ガス流量を比較的簡単に推定することができる。
　ガス流量の実際の値は、７８Ｌ／ｍｉｎである。ある程度、ガス流量の推定ができている。ガス流量の推定値がガス流量の実際の値と少し離れているのは、ガス領域２１が欠損しているからである。逆に言えば、ガス領域２１が欠損していなければ、ガス流量の推定値は、ガス流量の実際の値にもっと近くなる。
　ガス領域２１の欠損は、様々な原因で生じる。例えば、芝生が風で揺らいでいる状態で、ガスが芝生の上方を流れたとき、芝生の上方にあるガスはガス領域２１として抽出することができない。芝生のゆらぎがノイズとなり、領域抽出部９２がガス領域２１を抽出する際に、ノイズとして除去されるからである。配管、建物等の後ろを流れているガスは、赤外画像Ｉｍ１に写らないので、ガス領域２１として抽出することができない。
　例えば、図９を参照して、ガスの流れの下流側において、外接矩形２３内のガス領域２１が途切れており、非ガス領域２５が存在する。ガスは全体として平均移動ベクトル２２で示す方向に流れているので、この途切れは不自然である。変形例では、ガスの流れの下流側に存在する非ガス領域２５を、ガス領域２１が欠損している領域（欠損領域）と見なし、非ガス領域２５を考慮してガス流量の推定値を算出する。
　図１１は、変形例に係るガス流量推定システム１ａの構成を示すブロック図である。ガス流量推定システム１ａが図１Ａに示すガス流量推定システム１ａと相違するのは、以下の点である。演算処理部９は、機能ブロックとして、非ガス領域決定部９８（決定部）を備える。非ガス領域２５が考慮されずに、ガス流量の推定値が算出されれば、推定値が実際のガス流量と大きく異なるおそれがある。そこで、非ガス領域決定部９８は、ガスの流れの下流側に非ガス領域２５があるか否かを決定する。
　非ガス領域２５（図９）は、非ガス領域決定部９８が見つけてもよいし、ユーザが見つけてもよい。非ガス領域決定部９８が、非ガス領域２５を見つける場合について簡単に説明する。図９を参照して、非ガス領域決定部９８は、平均移動ベクトル２２の向きをガスの流れの方向とし、外接矩形２３内において、ガス領域２１より下流側（図９ではガス領域２１の左側）に非ガス領域２５が存在するか否かをサーチする。サーチの結果、非ガス領域決定部９８が非ガス領域２５を見つけることができた場合、非ガス領域決定部９８は、非ガス領域２５があると決定する。
　ユーザが非ガス領域２５を見つける場合について簡単に説明する。ユーザは、ディスプレイ１１に表示された画像Ｉｍ７を見て、外接矩形２３内において、ガス領域２１より下流側に非ガス領域２５があることを見つけたとき、入力部１２を用いて、画像Ｉｍ７に非ガス領域２５の範囲を設定する。これにより、非ガス領域決定部９８は、非ガス領域２５があると決定する。
　変形例は、第１変形例と第２変形例とがある。第１変形例から説明する。図１２は、外接矩形２３内の全域がスキャンされている状態を示す画像図である。図１３は、スキャンによって見つけられた非ガス領域２５を、図９に示す画像Ｉｍ７に合成した画像Ｉｍ９を示す画像図である。図１３において、非ガス領域２５を明確にするために、非ガス領域２５を１つの画素値で示している。
　図１２を参照して、非ガス領域決定部９８（図１１）は、図９に示す画像Ｉｍ７から外接矩形２３が設定された部分を切り出す。非ガス領域決定部９８は、平均移動ベクトル２２の向きに沿って、外接矩形２３内の全域をスキャンし、外接矩形２３内において、ガス領域２１より下流側に非ガス領域２５が存在するか否かをサーチする。例えば、走査線ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３は、ガス領域以外の領域、ガス領域２１、ガス領域以外の領域を通過する。走査線ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３は、ガス領域２１の通過後、ガス領域以外の領域を通過しており、この領域が、ガスの流れの下流側に位置する非ガス領域２５である（図１３）。
　第１変形例は、非ガス領域２５をガス領域２１の一部と見なし、非ガス領域２５をガス領域２１に含めて、ガス量を算出する。第１変形例では、ガス領域２１の面積は以下の式４で示される。
　ガス領域の面積＝領域抽出部が抽出したガス領域の面積＋非ガス領域の面積・・・式４
　非ガス領域２５の面積は、画素数で示すと、２３００（ｐｉｘ）２とする。上述したように、領域抽出部９２が抽出したガス領域２１の面積は、画素数で示すと、５０３２（ｐｉｘ）２である。従って、ガス領域２１の面積は、画素数で示すと、７３３２（ｐｉｘ）２となる。上述したように、１画素に相当する面積は、[０．０９２１９ｍ／ｐｉｘ]２である。よって、ガス領域２１の面積は、６２．３１ｍ２となる。
　７３３２（ｐｉｘ）２×[０．０９２１９ｍ／ｐｉｘ]２＝６２．３１ｍ２
　ガス量算出部９６（第２の算出部）は、６２．３１ｍ２と１．４２５×１０－４ｍを式２に代入する。これにより、ガス量が８．８８０Ｌと算出される。１．４２５×１０－４ｍは、上述したように、ガス濃度厚み積の平均値（０．２８５％ＬＥＬｍ）から％ＬＥＬが除かれた値である。
　６２．３１ｍ２×１．４２５×１０－４ｍ＝８．８８０×１０－３ｍ３
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝８．８８０Ｌ
　ガス通過時間は、前記実施形態で求められた値と同じである（６．７５ｓｅｃ）。
　推定値算出部９７は、８．８８０Ｌ（ガス量）と６．７５ｓｅｃ（ガス通過時間）を式１に代入する。これにより、ガス流量の推定値が７８．９Ｌ／ｍｉｎと算出される。
　８．８８０Ｌ÷６．７５ｓｅｃ×６０＝７８．９Ｌ／ｍｉｎ
　ガス流量の実際の値は、７８Ｌ／ｍｉｎであるので、第１変形例によれば、ガス流量の推定値がガス流量の実際の値に極めて近くなる。
　第２変形例を説明する。図９および図１３を参照して、実施形態および第１変形例は、平均移動ベクトル２２の向きに沿ったガス領域２１の長さを、平均移動ベクトル２２と平行方向における外接矩形２３の画素数としている。そして、実施形態および第１変形例は、平均移動ベクトル２２と平行方向における外接矩形２３の画素数と、平均移動ベクトル２２の長さとを式３に代入して、ガス通過時間を算出する。しかし、非ガス領域２５（欠損領域）があるので、平均移動ベクトル２２の向きに沿ったガス領域２１の長さは、平均移動ベクトル２２と平行方向における外接矩形２３の画素数が示す長さよりも小さい。第２変形例は、平均移動ベクトル２２の向きに沿ったガス領域２１の最大の長さを算出し、最大の長さと平均移動ベクトル２２を式３に代入して、ガス通過時間を算出する。
　図１４は、平均移動ベクトル２２の向きに沿ったガス領域２１の長さの最大値を求める工程を示す工程図である。まず、通過時間算出部９５（図１１）は、図１３に示す画像Ｉｍ９から外接矩形２３が設定された部分を切り出す（図１４（Ａ））。通過時間算出部９５は、切り出した部分に対して、スキャンし、スキャン方向に沿ったガス領域２１の画素数を算出する（図１４（Ｂ））。スキャンの方向は、平均移動ベクトル２２の向きである。通過時間算出部９５は、スキャンの始点を平均移動ベクトル２２の向きと直交する方向に移動させて、スキャンを繰り返す。通過時間算出部９５は、スキャン方向に沿ったガス領域２１の画素数のうち、最大値を、平均移動ベクトル２２の向きに沿ったガス領域２１の長さとする（図１４（Ｃ））。ここでは、１３８ｐｉｘが最大値とする。
　図１４は、外接矩形２３を構成する四辺のうち、二辺の向きが平均移動ベクトル２２の向きと同じにされ、残り二辺の向きが平均移動ベクトル２２の向きと直角にされている。しかしながら、外接矩形２３を構成する四辺の向きはこれに限定されず、任意でよい。スキャンの方向が、平均移動ベクトル２２の向きであればよい。
　スキャンの方向が、図１４に示す画像の縦方向または横方向と同じとき、画素数の算出処理が簡単となる。そこで、通過時間算出部９５は、図１４に示す画像を回転させて、この画像の縦方向または横方向をスキャン方向と同じに設定してもよい。
　通過時間算出部９５は、１３８ｐｉｘと２５．５ｐｉｘ／ｓｅｃ（平均移動ベクトル２２の長さ）を式３に代入する。これにより、ガス通過時間が４．５８ｓｅｃと算出される。
　１３８ｐｉｘ÷２５．５ｐｉｘ／ｓ＝４．５８ｓｅｃ
　ガス量は、前記実施形態で求められた値と同じである（６．０９５Ｌ）。
　推定値算出部９７（図１１）は、６．０９５Ｌ（ガス量）と４．５８ｓｅｃ（ガス通過時間）を式１に代入する。これにより、ガス流量の推定値が７９．８Ｌ／ｍｉｎと算出される。
　６．０９５Ｌ÷４．５８ｓｅｃ×６０＝７９．８Ｌ／ｍｉｎ
　ガス流量の実際の値は、７８Ｌ／ｍｉｎであるので、第２変形例によれば、ガス流量の推定値がガス流量の実際の値に極めて近くなる。
　実施形態、第１変形例および第２変形例は、ガス領域２１の外接矩形２３を用いているが、ガス領域２１に相当する矩形でもよい。詳しく説明する。矩形は、平均移動ベクトル２２の方向と平行である第１の辺および第２の辺、並びに、平均移動ベクトル２２の方向に対して直角である第３の辺および第４の辺により構成されるとする。第１の辺および／または第２の辺は、ガス領域２１より外側に位置していてもよいが、ガス領域２１の内側に位置するのは好ましくない。ガス領域２１の一部がガス流量の推定値の算出に考慮されず、実際のガス流量の値より小さい推定値が算出されるからである。
　第３の辺および／または第４の辺は、ガス領域２１より内側に位置していてもよいが、ガス領域２１の外側に位置するのは好ましくない。第３の辺と第４の辺との間の距離は、ガス通過時間と関係しており、その距離が長くなるとガス通過時間が長くなる。第３の辺および／または第４の辺が、ガス領域２１の外側に位置したとき、ガス領域２１と第３の辺（第４の辺）との間の領域はガスが通過していないにもかかわらず、ガス通過時間に考慮される。従って、ガス通過時間が長くなり、実際のガス流量の値より小さい推定値が算出される。
　第３の辺および第４の辺が、ガス領域２１より内側に位置する矩形の場合、ガス通過時間は、実際のガス通過時間より短くなる。ガス量は、矩形内の画素を基にして算出されるので、推定値は、実際のガス流量の値に近づけることが可能となる。
　図１３を参照して、第１変形例および第２変形例では、非ガス領域２５を見つけるために、外接矩形２３が設定されているが、これに限定されない。例えば、平均移動ベクトル２２の方向と直角であり、かつ、ガス領域２１と接する２つの線Ｌ１，Ｌ２が設定されてもよい。図１５は、図８に示す画像Ｉｍ６に対して、２つの線Ｌ１，Ｌ２が設定された画像Ｉｍ１０を示す画像図である。図１６は、図１５に示す画像Ｉｍ１０に対してスキャンされている状態を示す画像図である。図１７は、スキャンによって見つけられた非ガス領域２５を、図１５に示す画像Ｉｍ１０に合成した画像Ｉｍ１１を示す画像図である。図１７において、非ガス領域２５を明確にするために、非ガス領域２５を１つの画素値で示している。第１変形例の場合、ガス量算出部９６（図１１）は、非ガス領域２５の画素数を非ガス領域２５の面積として、上記式４を用いて、ガス領域２１の面積を算出する。
　非ガス領域２５は、非ガス領域決定部９８（図１１）が見つけてもよいし、ユーザが見つけてもよい。前者から説明する。図１５を参照して、非ガス領域決定部９８は、図８に示す画像Ｉｍ６に対して、線Ｌ１，Ｌ２を設定する。図１６を参照して、非ガス領域決定部９８は、平均移動ベクトル２２の向きに沿って、線Ｌ１と線Ｌ２とで規定される領域をスキャンし、この領域内において、ガス領域２１より下流側に非ガス領域２５が存在するか否かをサーチする。例えば、走査線ＳＬ４および走査線ＳＬ５は、ガス領域２１を通過していない。従って、走査線ＳＬ４および走査線ＳＬ５上には、非ガス領域２５が存在しない。走査線ＳＬ６は、ガス領域以外の領域、ガス領域２１、ガス領域以外の領域を通過する。走査線ＳＬ６は、ガス領域２１の通過後、ガス領域以外の領域を通過しており、この領域が、ガスの流れの下流側に位置する非ガス領域２５である。サーチの結果、非ガス領域決定部９８が非ガス領域２５を見つけることができた場合、非ガス領域決定部９８は、非ガス領域２５があると決定する。
　ユーザが非ガス領域２５を見つける場合について説明する。図１５を参照して、ユーザは、ディスプレイ１１に表示された画像Ｉｍ１０を見て、線Ｌ１と線Ｌ２とで規定される領域内において、ガス領域２１より下流側に非ガス領域２５があることを見つけたとき、入力部１２を用いて、画像Ｉｍ１０に非ガス領域２５の範囲を設定する。これにより、非ガス領域決定部９８は、非ガス領域２５があると決定する。
　実施形態、第１変形例および第２変形例では、非ガス領域２５がガス領域２１の外側に存在する場合で説明している（例えば、図９）。しかしながら、非ガス領域２５は、ガス領域２１内に存在することがある。例えば、漏洩したガスと赤外線カメラ２との間に、物（例えば、構造物）が存在する場合である。これについて説明する。図１８は、図９に示す画像Ｉｍ７に対して、構造物の像２６が追加された画像Ｉｍ１２を示す画像図である。漏洩したガスと赤外線カメラ２との間に、構造物が存在しているので、ガス領域２１の一部分が構造物の像２６と重なっている。この一部分は、ガスの流れ方向２７の下流側にある非ガス領域２５となる。
（実施形態の纏め）
　実施形態の第１局面に係るガス流量推定装置は、画像に含まれるガス領域の平均移動ベクトルを用いて、漏洩したガスが前記ガス領域を通過するガス通過時間を算出する第１の算出部と、前記ガス領域のガス濃度厚み積を用いて、前記ガス領域のガス量を算出する第２の算出部と、前記ガス通過時間と前記ガス量とを用いて、前記ガスの流量の推定値を算出する第３の算出部と、を備える。
　ガス領域（言い換えれば、ガス雲の像）の平均移動ベクトルは、例えば、ガス領域を構成する画素の移動ベクトルの平均値でもよいし、ガス領域を１画素より大きい小領域（例えば、２×２画素）に分割し、小領域の移動ベクトルの平均値でもよい。平均値の算出には、移動ベクトルの全てが用いられてもよいし、サンプリングされた移動ベクトル（例えば、縦横２画素毎にサンプリングされた移動ベクトル）の平均値でもよい。
　ガス通過時間は、例えば、ガスが流れる方向に沿ったガス領域の長さを、平均移動ベクトルの長さで割り算することにより算出される。ガスが流れる方向に沿ったガス領域の長さは、例えば、平均移動ベクトルの向きに沿った、ガス領域の矩形の長さでもよいし、平均移動ベクトルの向きに沿った、ガス領域の長さの最大値でもよい。
　ガス量は、例えば、ガス領域の面積とガス領域のガス濃度厚み積の平均値とを掛け算することにより算出される。ガス濃度厚み積の平均値の算出には、ガス領域を構成する画素のガス濃度厚み積の全てが用いられてよいし、ガス領域を構成する画素のガス濃度厚み積のうち異常な値が省かれてもよい。
　ガス流量の推定値は、例えば、ガス量をガス通過時間で割り算することにより算出される。
　以上説明したように、実施形態の第１局面に係るガス流量推定装置によれば、画像に含まれるガス領域を基にして、ガス流量を比較的簡単に推定することができる。
　上記構成において、前記ガスの流れの下流側に非ガス領域があるか否かを決定する決定部をさらに備える。
　ガス領域の矩形内において、ガスの流れの下流側でガス領域が途切れ、非ガス領域が存在することがある。この非ガス領域は、ガス領域の欠損と見なすことができる。非ガス領域が考慮されずに、ガス流量の推定値が算出されれば、推定値が実際のガス流量と大きく異なるおそれがある。この構成は、ガス領域の矩形内において、ガスの流れの下流側に非ガス領域があるか否かを決定する。
　決定部が、矩形が設定されたガス領域を含む画像に対して画像処理をすることにより、非ガス領域を見つけてもよいし、ユーザが、矩形が設定されたガス領域を含む画像を見ることにより、非ガス領域を見つけてもよい。決定部が非ガス領域を見つける場合、決定部が非ガス領域を見つけたとき、決定部は、非ガス領域があると決定する。ユーザが非ガス領域を見つける場合、ユーザが非ガス領域を見つけ、ガス流量推定装置に非ガス領域を設定したとき、決定部は、非ガス領域があると決定する。
　上記構成において、前記決定部が、前記非ガス領域があると決定したとき、前記第２の算出部は、前記非ガス領域を前記ガス領域に含めて、前記ガス量を算出する。
　第２の算出部は、非ガス領域をガス領域に含めて（言い換えれば、非ガス領域をガス領域の一部と見なして）、ガス量を算出する。従って、この構成によれば、非ガス領域を考慮して、ガス流量の推定値を算出することができる。
　上記構成において、前記決定部が、前記非ガス領域があると決定したとき、前記第１の算出部は、前記平均移動ベクトルの向きに沿った前記ガス領域の長さの最大値と、前記平均移動ベクトルとを用いて、前記ガス通過時間を算出する。
　この構成によれば、ガス領域に非ガス領域を含めないで、ガス通過時間を算出している。よって、ガス流量の推定値は、実際のガス流量に近くすることができる。
　実施形態の第２局面に係るガス流量推定方法は、画像に含まれるガス領域の平均移動ベクトルを用いて、漏洩したガスが前記ガス領域を通過するガス通過時間を算出する第１の算出ステップと、前記ガス領域のガス濃度厚み積を用いて、前記ガス領域のガス量を算出する第２の算出ステップと、前記ガス通過時間と前記ガス量とを用いて、前記ガスの流量の推定値を算出する第３の算出ステップと、を備える。
　実施形態の第２局面に係るガス流量推定方法は、実施形態の第１局面に係るガス流量推定装置を方法の観点から規定しており、実施形態の第１局面に係るガス流量推定装置と同様の作用効果を有する。
　実施形態の第３局面に係るガス流量推定プログラムは、画像に含まれるガス領域の平均移動ベクトルを用いて、漏洩したガスが前記ガス領域を通過するガス通過時間を算出する第１の算出ステップと、前記ガス領域のガス濃度厚み積を用いて、前記ガス領域のガス量を算出する第２の算出ステップと、前記ガス通過時間と前記ガス量とを用いて、前記ガスの流量の推定値を算出する第３の算出ステップと、をコンピュータに実行させる。
　実施形態の第３局面に係るガス流量推定プログラムは、実施形態の第１局面に係るガス流量推定装置をプログラムの観点から規定しており、実施形態の第１局面に係るガス流量推定装置と同様の作用効果を有する。
　本発明の実施形態が詳細に図示され、かつ、説明されたが、それは単なる図例及び実例であって限定ではない。本発明の範囲は、添付されたクレームの文言によって解釈されるべきである。
　２０１８年１１月２８日に提出された日本国特許出願特願２０１８－２２２１２６は、その全体の開示が、その全体において参照によりここに組み込まれる。
　本発明によれば、ガス流量推定装置、ガス流量推定方法、及び、ガス流量推定プログラムを提供することができる。

Claims (7)

  1. 　画像に含まれるガス領域の平均移動ベクトルを用いて、漏洩したガスが前記ガス領域を通過するガス通過時間を算出する第１の算出部と、
    　前記ガス領域のガス濃度厚み積を用いて、前記ガス領域のガス量を算出する第２の算出部と、
    　前記ガス通過時間と前記ガス量とを用いて、前記ガスの流量の推定値を算出する第３の算出部と、を備える、ガス流量推定装置。
  2. 　前記第２の算出部は、前記ガス領域の面積と前記ガス領域の前記ガス濃度厚み積の平均値とを用いて、前記ガス量を算出する、請求項１に記載のガス流量推定装置。
  3. 　前記ガスの流れの下流側に非ガス領域があるか否かを決定する決定部をさらに備える、請求項１または２に記載のガス流量推定装置。
  4. 　前記決定部が、前記非ガス領域があると決定したとき、前記第２の算出部は、前記非ガス領域を前記ガス領域に含めて、前記ガス量を算出する、請求項３に記載のガス流量推定装置。
  5. 　前記決定部が、前記非ガス領域があると決定したとき、前記第１の算出部は、前記平均移動ベクトルの向きに沿った前記ガス領域の長さの最大値と、前記平均移動ベクトルとを用いて、前記ガス通過時間を算出する、請求項３に記載のガス流量推定装置。
  6. 　画像に含まれるガス領域の平均移動ベクトルを用いて、漏洩したガスが前記ガス領域を通過するガス通過時間を算出する第１の算出ステップと、
    　前記ガス領域のガス濃度厚み積を用いて、前記ガス領域のガス量を算出する第２の算出ステップと、
    　前記ガス通過時間と前記ガス量とを用いて、前記ガスの流量の推定値を算出する第３の算出ステップと、を備える、ガス流量推定方法。
  7. 　画像に含まれるガス領域の平均移動ベクトルを用いて、漏洩したガスが前記ガス領域を通過するガス通過時間を算出する第１の算出ステップと、
    　前記ガス領域のガス濃度厚み積を用いて、前記ガス領域のガス量を算出する第２の算出ステップと、
    　前記ガス通過時間と前記ガス量とを用いて、前記ガスの流量の推定値を算出する第３の算出ステップと、をコンピュータに実行させるガス流量推定プログラム。
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