JP6848304B2 - コークス炉の炭化室の壁面測定方法及び壁面測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉の炭化室の壁面測定方法及び壁面測定装置に関する。

鉄鋼業では室式と呼ばれるコークス炉が一般的に使われている。１０００℃以上の高温でおおよそ２０時間加熱して原料の石炭を乾留し、コークスを製造する。

石炭を乾留してコークスを生成するコークス炉は、石炭が投入される炭化室と、炭化室を高温に保持するために燃料ガスの燃焼が行われる燃焼室とからなる。炭化室と燃焼室とは、耐火煉瓦を組み合わせて形成される、床面に対して略垂直に立つ炉壁によって区切られており、交互に複数並んでいる。１つのコークス炉につき、約１００室の炭化室を有する。生成されたコークスは、押出機により押し出され、炭化室から排出される。例えば、１つの炭化室は、長さ１６ｍ、高さ６．５ｍ、幅０．４ｍ程度であり、長さと高さに比較して幅が狭い。炭化室上部の石炭装入口から石炭を落とし入れて、乾留が終了すると炭化室両端にある扉を開け長手方向（水平方向）にコークスを押出して取り出す。

コークス炉は通常３０年以上の長期間にわたって使用されるが、国内鉄鋼業のコークス炉は、高度経済成長期に建設された炉が多く、４０年以上の稼動年数を持つ炉が少なくない。また、コークス炉は、操業を中断して炉の温度を下げると、煉瓦の構造体の強度が著しく低下してしまうので、操業の有無に関わらず、常時炉内を高温に維持することが求められる。

このように長期間高温に維持されるコークス炉では、炉室（炭化室及び燃焼室）を構成する耐火煉瓦が熱的、化学的あるいは機械的要因によって劣化し、耐火煉瓦に部分的な減肉や角欠け等が生じることにより炉壁面に凹凸が発生している。コークス炉を操業する上では、乾留後にコークスを押し出す際に、押出負荷が小さいことが望ましい。押出負荷は、石炭の配合・水分、乾留状態等の様々な要因に依存するが、特に、炭化室の壁面の凹凸は、コークスと壁面との摩擦抵抗となり押出負荷に大きく影響する。押出負荷が高いと「押し詰まり」といわれる排出不能の事態が発生することがあり、この場合にはコークスの減産を余儀なくされる場合がある。また、耐火煉瓦の劣化により煉瓦壁の破壊が生じた場合には、大規模な補修作業を行わなくてはならないこともあり、このような場合コークス炉の操業に著しい影響を及ぼすことになる。

従って、炭化室の奥行方向における各点および高さ方向における各点の壁面の表面を測定して壁面に発生した凹凸の状況を定量的に把握して保守していくことは、コークス炉の操業および設備管理上極めて重要である。しかしながら、先に説明したように、炭化室の幅は、僅か４０ｃｍであり、かつ内部は常時１０００℃の高温であるため、炭化室内に人が入って煉瓦壁面を直接観察することは難しい。

例えば、炭化室内の煉瓦壁面に生じる局所的な凹凸損傷の位置や形状を認識し得る技術としては、ラインＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラの線状視野に上下斜め方向からレーザ光を照射して、高温で赤熱発光している壁面画像にレーザ光の像を重畳させて凹凸計測を行う壁面測定装置が開示されている(例えば、特許文献１)。当該壁面測定装置によれば、壁面の凹凸は画像上でレーザ光像の上下の変位（炭化室の高さ方向における変位）として観測され、レーザ光の出射角度やカメラ視野角・視野サイズといった幾何学的条件から三角測量の原理で、壁面の凹凸量を求めることができる。さらに、当該壁面測定装置によれば、複数のレーザ光を炭化室の高さ方向に沿って煉瓦の間隔とほぼ同じ間隔で投射しつつ、当該炭化室の奥行方向に移動しながら照射することにより、炭化室の全長、全高にわたって壁面の凹凸量を計測することができる。このようにして、当該壁面測定装置は、当該壁面測定装置を１回炭化炉内に入れるだけで、壁面の損傷状態を視覚的に把握できる「画像データ」と、凹凸発生状況を定量的に把握する「凹凸量」とを同時に得ることができ、コークス炉の操業を極力妨げないように短時間で炉壁を観察することが可能である。

また、炭化室の壁面には、煉瓦の部分的な減肉や角欠け等により生じる凹凸だけなく、カーボンが部分的に付着することにより凹凸が生じる場合がある。詳細には、カーボンは、石炭の乾留中に発生するガスの炭素成分が壁面に付着することにより成長し、場合によっては、壁面上に不規則な凹凸形状を形成し、コークスを押し出す際の押出負荷の原因となることもある。そこで、上述の壁面測定装置と同様に、壁面の「画像データ」を取得して、炭化室内の煉瓦壁面に付着するカーボンの状態を観察する炉壁表面状態判定装置が開示されている(例えば、特許文献２)。

特許３８９５９２８号公報 特開２０１４−１８７９４７号公報

従来技術においては、先に説明したように、壁面の画像上に高輝度に表示されるレーザ光像を追跡し、その上下の変位量を検出することにより、壁面の凹凸量を求めている。しかしながら、最近では以前に比べ炭化室の煉瓦の損傷が進行し、煉瓦損傷による壁面上の大きな段差に起因して、レーザ光像が急激に上下に変位するといった箇所が増加している。このような状況を加味して、レーザ光像の追跡を行った場合、レーザ光像ではなく、画像上に高輝度に表示される煉瓦の目地を追跡してしまうことがある。さらには、壁面測定装置の汚れ等に起因して、適切にレーザ光像が追跡できないことがある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、壁面の画像上のレーザ光像を適切に追跡することが可能なコークス炉の炭化室の壁面測定方法及び壁面測定装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、コークス炉の炭化室の壁面測定方法において、前記コークス炉の炭化室の壁面に対して、前記炭化室の奥行方向に移動しながら、複数のレーザ光をミラーで折り曲げて照射する照射工程と、前記ミラーに映る、前記複数のレーザ光の像が重畳された前記壁面を連続的に撮影して、奥行方向に延びる前記複数のレーザ光像が現れた原画像を取得する原画像取得工程と、前記原画像を処理して追跡処理用画像を取得する画像処理工程と、前記追跡処理用画像に含まれる、前記レーザ光像を追跡する追跡工程と、追跡された前記レーザ光像の、前記炭化室の高さ方向における位置情報に基づいて、前記壁面の凹凸を検出する検出工程と、を有し、前記照射工程は、前記レーザ光を、前記レーザ光像の前記炭化室の高さ方向の幅が、前記壁面を構成する煉瓦の目地の前記炭化室の高さ方向の幅よりも細くなるように照射し、前記画像処理工程は、前記原画像に対して、前記原画像に含まれる前記複数のレーザ光像又は前記目地の像に対応する複数の輝線像を収縮させ、前記複数の輝線像から前記レーザ光像の幅以下の幅を有する前記輝線像を消失させて、収縮処理画像を取得し、前記収縮処理画像に対して、前記収縮処理画像に含まれる輝線像を膨張させて、膨張処理画像を取得し、前記原画像と前記膨張処理画像との差分を抽出して、抽出画像を取得し、前記抽出画像について、前記炭化室における高さ方向の各位置について、前記炭化室の奥行方向に沿って存在する輝度の総和を算出し、得られた輝度の総和を用いて前記炭化室の奥行方向における平均輝度を取得し、あらかじめ設定した閾値以上の高い前記平均輝度を有する高さに位置する輝線像を、前記抽出画像に含まれる輝線像から除外することにより、前記追跡処理用画像を取得する、コークス炉の炭化室の壁面測定方法が提供される。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、コークス炉の炭化室の壁面測定方法において、前記コークス炉の炭化室の壁面に対して、前記炭化室の奥行方向に移動しながら、複数のレーザ光をミラーで折り曲げて照射する照射工程と、前記ミラーに映る、前記複数のレーザ光の像が重畳された前記壁面を連続的に撮影して、奥行方向に延びる前記複数のレーザ光像が現れた原画像を取得する原画像取得工程と、前記原画像を処理して追跡処理用画像を取得する画像処理工程と、前記追跡処理用画像に含まれる、前記レーザ光像を追跡する追跡工程と、追跡された前記レーザ光像の、前記炭化室の高さ方向における位置情報に基づいて、前記壁面の凹凸を検出する検出工程と、を有し、前記照射工程は、前記レーザ光を、前記レーザ光像の前記炭化室の高さ方向の幅が、前記壁面を構成する煉瓦の目地の前記炭化室の高さ方向の幅よりも細くなるように照射し、前記画像処理工程は、前記原画像に対して、前記原画像に含まれる前記複数のレーザ光像又は前記目地の像に対応する複数の輝線像を収縮させ、前記複数の輝線像から前記レーザ光像の幅以下の幅を有する前記輝線像を消失させて、収縮処理画像を取得し、前記収縮処理画像に対して、前記収縮処理画像に含まれる輝線像を膨張させて、膨張処理画像を取得し、前記原画像と前記膨張処理画像との差分を抽出して、抽出画像を取得し、前記抽出画像について、前記炭化室における高さ方向の各位置について、前記炭化室の奥行方向に沿って存在する輝度の総和を算出し、得られた輝度の総和を用いて前記炭化室の奥行方向における平均輝度を取得し、前記炭化室の高さ方向に隣り合う前記平均輝度の変化量を算出し、あらかじめ設定した閾値以上の高い前記変化量を有する高さに位置する輝線像を、前記抽出画像に含まれる輝線像から除外することにより、前記追跡処理用画像を取得する、コークス炉の炭化室の壁面測定方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コークス炉の炭化室の壁面測定装置において、前記コークス炉の炭化室の壁面に対して、前記炭化室の奥行方向に移動しながら、複数のレーザ光をミラーで折り曲げて照射する照射部と、前記ミラーに映る、前記複数のレーザ光の像が重畳された前記壁面を連続的に撮影して、奥行方向に延びる前記複数のレーザ光像が現れた原画像を取得する撮影部と、前記原画像を処理して追跡処理用画像を取得する画像処理部と、前記追跡処理用画像に含まれる、前記レーザ光像を追跡する追跡部と、追跡された前記レーザ光像の、前記炭化室の高さ方向における位置情報に基づいて、前記壁面の凹凸を検出する検出部と、を有し、前記照射部は、前記レーザ光を、前記レーザ光像の前記炭化室の高さ方向の幅が、前記壁面を構成する煉瓦の目地の前記炭化室の高さ方向の幅よりも細くなるように照射し、前記画像処理部は、前記原画像に対して、前記原画像に含まれる前記複数のレーザ光像又は前記目地の像に対応する複数の輝線像を収縮させ、前記複数の輝線像から前記レーザ光像の幅以下の幅を有する前記輝線像を消失させて、収縮処理画像を取得し、前記収縮処理画像に対して、前記収縮処理画像に含まれる輝線像を膨張させて、膨張処理画像を取得し、前記原画像と前記膨張処理画像との差分を抽出して、抽出画像を取得し、前記抽出画像について、前記炭化室における高さ方向の各位置について、前記炭化室の奥行方向に沿って存在する輝度の総和を算出し、得られた輝度の総和を用いて前記炭化室の奥行方向における平均輝度を取得し、あらかじめ設定した閾値以上の高い前記平均輝度を有する高さに位置する輝線像を、前記抽出画像に含まれる輝線像から除外することにより、前記追跡処理用画像を取得する、コークス炉の炭化室の壁面測定装置が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コークス炉の炭化室の壁面測定装置において、前記コークス炉の炭化室の壁面に対して、前記炭化室の奥行方向に移動しながら、複数のレーザ光をミラーで折り曲げて照射する照射部と、前記ミラーに映る、前記複数のレーザ光の像が重畳された前記壁面を連続的に撮影して、奥行方向に延びる前記複数のレーザ光像が現れた原画像を取得する撮影部と、前記原画像を処理して追跡処理用画像を取得する画像処理部と、前記追跡処理用画像に含まれる、前記レーザ光像を追跡する追跡部と、追跡された前記レーザ光像の、前記炭化室の高さ方向における位置情報に基づいて、前記壁面の凹凸を検出する検出部と、を有し、前記照射部は、前記レーザ光を、前記レーザ光像の前記炭化室の高さ方向の幅が、前記壁面を構成する煉瓦の目地の前記炭化室の高さ方向の幅よりも細くなるように照射し、前記画像処理部は、前記原画像に対して、前記原画像に含まれる前記複数のレーザ光像又は前記目地の像に対応する複数の輝線像を収縮させ、前記複数の輝線像から前記レーザ光像の幅以下の幅を有する前記輝線像を消失させて、収縮処理画像を取得し、前記収縮処理画像に対して、前記収縮処理画像に含まれる輝線像を膨張させて、膨張処理画像を取得し、前記原画像と前記膨張処理画像との差分を抽出して、抽出画像を取得し、前記抽出画像について、前記炭化室における高さ方向の各位置について、前記炭化室の奥行方向に沿って存在する輝度の総和を算出し、得られた輝度の総和を用いて前記炭化室の奥行方向における平均輝度を取得し、前記炭化室の高さ方向に隣り合う前記平均輝度の変化量を算出し、あらかじめ設定した閾値以上の高い前記変化量を有する高さに位置する輝線像を、前記抽出画像に含まれる輝線像から除外することにより、前記追跡処理用画像を取得する、コークス炉の炭化室の壁面測定装置が提供される。

以上説明したように本発明によれば、壁面の画像上のレーザ光像を適切に追跡することが可能である。

本発明の一実施形態に係る壁面測定装置１００の外観の一例を示す説明図である。 同実施形態に係る垂直柱１０２とミラー管１０４と壁面１２との配置関係の一例を示す説明図である。 同実施形態に係る壁面測定装置１００による壁面１２の凹凸量を測定する手法を説明するための説明図である。 同実施形態に係る壁面測定装置１００により得られる壁面画像（原画像）６００の一例を示す図（画像）である。 図４の壁面画像（原画像）６００の一部を拡大した図（画像）である。 従来の壁面測定装置により得られるレーザ光像７００の追跡結果６２０の一例を示す図（画像）である。 同実施形態に係る壁面測定装置１００の処理ユニット１１０の機能構成の一例を示すブロック図である。 同実施形態に係るトップハット処理の一例を説明するための説明図である。 同実施形態に係る偽レーザ光像７０４の検出処理の一例を説明するための説明図である。 同実施形態に係る偽レーザ光像７０４の検出処理の他の一例を説明するための説明図である。 同実施形態に係る壁面測定方法の一例を示すフローチャート図である。 同実施形態に係るトップハット処理より得られる抽出画像６０４の一例を示す図（画像）である。 比較例として、図１２のトップハット処理による抽出画像６０４に対してレーザ光像７００の追跡を行った追跡結果６２２の一例を示す図（画像）である。 同実施形態に係る偽レーザ光像７０４の検出により得られる結果６２４の一例を示す図（画像）である。 図１５は、図１４の結果６２４に基づいて、レーザ光像７００の追跡を行った追跡結果６２６の一例を示す図（画像）である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成または論理的意義を有する複数の構成を、必要に応じて透光板１０６ａ及び透光板１０６ｂのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、透光板１０６ａ及び透光板１０６ｂを特に区別する必要が無い場合には、単に透光板１０６と称する。

＜＜壁面測定装置１００及び壁面測定方法の概要＞＞
本発明の実施形態に係る壁面測定装置１００及び壁面測定方法は、コークス炉の炭化室１０の壁面１２の凹凸を測定する装置及び方法である。本実施形態においては、先に説明したように、当該壁面測定装置１００の有するラインＣＣＤカメラ２００の線状視野に含まれる壁面１２上に、同じく当該壁面測定装置１００の有するレーザ投光器３００によりレーザ光を照射する。さらに、レーザ光の像が重畳する、高温で赤熱発光している壁面１２の画像（原画像）を取得する。そして、本実施形態においては、取得した原画像上でのレーザ光像の炭化室の高さ方向における上下の変位を観測し、変位量により壁面１２の凹凸量を求めることができる。

まずは、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る壁面測定装置１００の概要について説明する。図１は、本実施形態に係る壁面測定装置１００の外観構成の一例を示す説明図である。詳細には、図１には、炭化室１０の一方の側から、炭化室１０の奥行方向に沿って、壁面測定装置１００が挿入されたときの様子を示している。なお、図１中に示される、透光板１０６ａ〜１０６ｄから伸びる直線は、壁面測定装置１００の内部に設けられたラインＣＣＤカメラ（撮影部）２００ａ〜２００ｄのそれぞれの、透光板１０６ａ〜１０６ｄを介した視野範囲を示す。また、図１中に示される透光板１０８ａ〜１０８ｂから伸びる直線は、壁面測定装置１００の内部に設けられたレーザ投光器（照射部）３００ａ〜３００ｂから、透光板１０８ａ〜１０８ｂを介して照射されたレーザ光の光路の一部を示す。また、図２は、本実施形態に係る垂直柱１０２とミラー管１０４と壁面１２との配置関係の一例を示す説明図であり、詳細には、垂直柱１０２とミラー管１０４とを、それらの軸に垂直な方向に沿って切ったときの断面の概略を示す説明図である。なお、垂直柱１０２からミラー管１０４を介して壁面１２ｂまで到達する矢印は、レーザ投光器３００から照射されるレーザ光の光路を示す。

壁面測定装置１００は、図１に示すように、複数のラインＣＣＤカメラ２００及び複数のレーザ投光器３００が内蔵された垂直柱１０２と、側面にミラー４００を有するミラー管１０４とを主に有している。垂直柱１０２及びミラー管１０４は、２重管構造を持ち、２重管構造を構成する内管と外管との間に冷却水を流すことにより、垂直柱１０２及びミラー管１０４のそれぞれの内部が高熱に曝されないようにしている。また、垂直柱１０２及びミラー管１０４は、一体で形成されており、炭化室１０の内部を炭化室１０の奥行方向に沿ってともに移動することができる。さらに、壁面測定装置１００は、図１には図示されない処理ユニット（画像処理部）１１０（図７参照）を有する。当該処理ユニット１１０は、壁面測定装置１００により取得された画像を処理等するための複数の機能部を有するユニットであり、その詳細は後で説明する。

図１に示すように、垂直柱１０２の前面には、透光板１０６ａ〜１０６ｄが、所定の間隔で高さ方向に設けられている。垂直柱１０２の内部に設けられた複数のラインＣＣＤカメラ２００ａ〜２００ｄは、それぞれ透光板１０６ａ〜１０６ｄを介して、ミラー管１０４のミラー４００に映し出された像を撮影し、壁面１２の原画像を取得する。ラインＣＣＤカメラ２００は、ミラー４００に映し出される像を撮影することにより、極端に狭い幅を有する炭化室１０の壁面１２の画像を高精度に取得することができる。なお、本実施形態においては、炉壁の高さ方向に一列に投光した複数のレーザ光の像を撮像するため、撮影装置としては、エリアカメラではなくラインＣＣＤカメラを用いることが好ましい。さらに、ラインＣＣＤカメラ２００は、壁面測定装置１００が炭化室１０の内部を炭化室１０の奥行方向に沿って移動することで、壁面１２の二次元画像を得ることができる。

また、図１に示すように、透光板１０６ａと透光板１０６ｂとの間と、透光板１０６ｃと透光板１０６ｄとの間には、それぞれ透光板１０８ａ、１０８ｂが設けられている。さらに、垂直柱１０２の内部に設けられたレーザ投光器３００ａ、３００ｂのそれぞれは、例えば複数の半導体レーザ３０２（図３参照）を有する。当該レーザ投光器３００ａ、３００ｂは、透光板１０８ａ、１０８ｂを介して、垂直柱１０２の外部へ、例えば６９０ｎｍ程度の波長を有する複数のレーザ光を、炭化室１０の床面（図示省略）に対して傾く光路となるように、照射する（図３参照）。外部へと照射されたレーザ光は、ミラー管１０４のミラー４００での反射によってその光路は折り曲げられ、炭化室１０の壁面１２上のラインＣＣＤカメラ２００ａ〜２００ｄの視野に到達する。このような照射により、壁面１２上には、高さ方向に沿って概ね等間隔に位置する複数のレーザ光像が現れる。例えば、レーザ投光器３００ａは、その上方にあるラインＣＣＤカメラ２００ａで撮影される複数のレーザ光像を、壁面１２上につくりだすことができる。また、レーザ投光器３００ｂは、その下方にあるラインＣＣＤカメラ２００ｂで撮影される複数のレーザ光像を、壁面１２上につくりだすことができる。

なお、レーザ投光器は、壁面１２がほぼ平らである場合に、複数のレーザ光像が、耐火煉瓦の壁面１２の高さ方向の間隔（例えば１３０ｍｍ）にほぼ等しい間隔で、耐火煉瓦の目地と目地との間に現れるように、レーザ光の照射角度を調整することができる。

また、本実施形態においては、ラインＣＣＤカメラ２００とレーザ投光器３００とは、垂直柱１０２の管軸を回転軸としてともに旋回することができる構成を有する。ラインＣＣＤカメラ２００とレーザ投光器３００とをともに旋回させることにより、炭化室１０の一方の壁面１２ａと他方の壁面１２ｂとを観察することができる。さらに、図２に示すように、ミラー管１０４には、炭化室１０の一方の壁面１２ａを正面から観察するためのミラー４００ａと、炭化室１０の他方の壁面１２ｂを正面から観察するためのミラー４００ｂとが設けられている。これらのミラー４００ａ、４００ｂは、例えば、ミラー管１０４のステンレス製の外管の表面を鏡面研磨して鏡面化した後、クロムメッキを施すことにより形成することができる。また、これらのミラー４００ａ、４００ｂは、レーザ投光器３００から照射されるレーザ光線の光軸に対してほぼ４５°の角度を持って設置される。

次に、図２から図４を参照して、本実施形態に係る壁面測定方法の概要について説明する。図３は、本実施形態に係る壁面測定装置１００による壁面１２の凹凸量を測定する手法を説明するための説明図であり、詳細には、垂直柱１０２とミラー管１０４とを、それらの軸の方向に沿って切ったときの断面の概略を示す説明図である。さらに、図４は、本実施形態に係る壁面測定装置１００により得られる壁面画像（原画像）６００の一例を示す図（画像）である。

例えば、図２及び図３に示すように、ラインＣＣＤカメラ２００とレーザ投光器３００とを、壁面１２ｂをねらう位置に旋回させた場合、レーザ投光器３００から出射される複数のレーザ光は、ミラー４００ｂにおいて反射され、壁面１２ｂに到達する。これにより、壁面１２ｂ上にレーザ光像が現れる。例えば、本実施形態では、ラインＣＣＤカメラ２００の線状視野の上で幅が２ｍｍ程度の複数のレーザ光像が現われる。先に説明したように、各レーザ投光器３００は、複数の半導体レーザ３０２からなり、各レーザ投光器３００の照射により、半導体レーザ３０２の個数分だけのレーザ光像が壁面１２ｂ上に炭化室１０の高さ方向に沿って現われる。先に説明したように、レーザ光像の幅が２ｍｍ程度であるのに対し、炭化室１０を構成する耐火煉瓦の目地の、炭化室１０の高さ方向に沿った幅は、４ｍｍ〜５ｍｍ程度である。このように本実施形態においては、壁面１２に現れるレーザ光像と耐火煉瓦の目地の、幅の差が１ｍｍを超えるように設定されている。詳細については後述するが、このようにすることにより、レーザ光像と耐火煉瓦の目地の画像とを画像上で区別することができる。

以上のようにして、レーザ光像が重畳された壁面１２の画像を、ラインＣＣＤカメラ２００により撮影する。この際、壁面測定装置１００を奥行き方向に沿って一定の速度（例えば、７．５ｍ／分）で移動させる。詳細には、壁面測定装置１００が所定の距離（例えば１ｍｍ）だけ移動するごとに、ラインＣＣＤカメラ２００により撮影し、撮影した画像を壁面測定装置１００内の記憶部（図示省略）に格納する。これを繰り返すことにより、炭化室１０の奥行方向の略全長に亘る壁面１２の原画像を取得することができる。例えば、図４のような壁面１２の原画像６００を取得することができる。図４においては、その原画像６００上には、炭化室１０の奥行き方向に延びるレーザ光像７００が表れている。また、当該原画像６００上には、奥行き方向に伸びる耐火煉瓦の目地の像７０２等が含まれている。原画像６００上に現れる像については、後で詳細を説明する。

ここで、取得した画像上でのレーザ光像７００の、炭化室１０の高さ方向における上下の変位を観測し、当該変位量により壁面１２の凹凸量を求める手法について、図３を参照して説明する。例えば、壁面１２に凹部が存在していると、壁面１２が平らな場合に比べて、ミラー４００と壁面１２との間の距離が増大する（例えば、図３中Ａ地点）。この場合、取得した画像上では、レーザ光像７００は上方向に長さＢだけシフトする。これは、レーザ投光器３００により、ラインＣＣＤカメラ２００の下方から、炭化室１０の床面（図示省略）に対して斜めにレーザ光が照射されているためである。一方、例えば、壁面１２に凸部が存在していると、壁面１２が平らな場合に比べてミラー４００と壁面１２との間の距離が減少する。したがって、取得した画像上では、レーザ光像７００は下方向にシフトする。なお、レーザ光像７００のシフトする方向は、レーザ投光器３００が照射するレーザ光の照射角度に応じて決定される。例えば、図３のように照射角度が炭化室１０の床面の方向に対して上方に傾いている場合には、レーザ光像７００は凹部の存在により上方向にシフトし、凸部の存在により下方向にシフトする。一方、照射角度が炭化室１０の床面の方向に対して下方に傾いている場合には、レーザ光像７００は凹部の存在により下方向にシフトし、凸部の存在により上方向にシフトする。

そこで、本実施形態においては、取得した画像上のレーザ光像７００を追跡し、追跡結果に基づいて、レーザ光像７００の位置情報、すなわち高さ方向における上下変位を測定する。さらに、当該測定によって得られた位置情報と、レーザ光像７００に対応するレーザ光の出射角度、及びラインＣＣＤカメラ２００の視野角・視野サイズ等の幾何学的条件とに基づいて、三角測量の原理で、壁面１２の凹凸量を求めることができる。

＜＜本発明の実施形態を創作するに至った背景＞＞
しかしながら、最近では以前に比べ炭化室１０の炉壁煉瓦の損傷が進行し、煉瓦欠損による壁面１２の大きな段差でレーザ光像７００が急激に上下変位するといった箇所が増加している。このような状況において、画像上でのレーザ光像７００の逐次追跡の際、レーザ光像７００ではなく、誤って目地等の像を追跡してしまうことがある。以下に、その詳細を図５及び図６を用いて説明する。図５は、図４の壁面画像（原画像）６００の一部を拡大した図（画像）である。さらに、図６は、従来の壁面測定装置により得られるレーザ光像７００の追跡結果の一例を示す図（画像）である。

詳細には、図５に示される原画像６０２には、壁面１２の凹凸量を測定するために用いられるレーザ光像７００が３本含まれている（図５中の奥行き方向に沿って伸びる細い輝線像）。また、これらレーザ光像７００の一部分は、壁面１２の凹部により下にシフトしている（図５中の領域Ｃ）。さらに、当該原画像６０２には、レーザ光像７００と同様に奥行き方向に沿って伸びる複数の太い輝線像が含まれている。この太い輝線像は、炉壁煉瓦の目地の像７０２である。目地の像７０２は、目地に付着したカーボン成分により煉瓦の地肌の像よりも明るい像となり、図５に示すような輝線像として現れる。

さらに、図５の画像には、左右に伸びる細い輝線像７０４が含まれている（図５中の下方に位置する左右に伸びる細い輝線像）。以下の説明においては、当該輝線像を「偽レーザ光像」７０４と呼ぶ。この偽レーザ光像７０４は、壁面測定装置１００のミラー管１０４のミラー４００にわずかな汚れや粉塵の付着等があると、ミラー４００自体にレーザ光が写りこんでしまうことにより、原画像に現れる。このようにして画像に現れる偽レーザ光像７０４は、本来の測定に用いるレーザ光像７００ではなく、不要な光の像である。しかしながら、コークス炉の炭化室１０の内部は、１０００℃の高温で、発塵が浮遊している環境であることから、ミラー４００の表面が徐々に酸化したり、ミラー４００にダストが付着したりすることを避けることは難しく、上述のような原画像６０２上の偽レーザ光像７０４は頻繁に発生する。

このような原画像６０２に対して、当該原画像上でのレーザ光像７００の追跡を行う。例えば、オペレータは原画像６０２の左側の端において追跡を開始する開始点を設定し、設定した開始点から原画像６０２上の左から右に向かって、炭化室１０の奥行方向に沿って輝線像を追跡する。具体的には、まず開始点の右側の所定の高さ範囲にある最も輝度が高い画素を選択し、次に、選択した画素を新たな起点として同様に右側にある輝度が最も高い画素を探索する。この処理を右方向（炭化室の奥行方向）に逐次進め、高輝度画素を追跡する。この際、次の高輝度画素を探索する高さ方向の範囲は、炉壁上の段差である凹凸でレーザ光像が不連続に変位してもレーザ光像を追従できるように設定する。このような従来の壁面測定装置を用いて、目地の像７０２や偽レーザ光像７０４をも含む図５の原画像６０２に対してレーザ光像７００の追跡を行うと、例えば、図６に示すような追跡結果６２０が得られることがあった。

詳細には、図６に示される追跡結果６２０においては、図５の原画像上でレーザ光像７００の追跡処理を行った結果を示す３本の追跡線７０６ａ、７０６ｂ、７０６ｃが原画像６０２に重ねられるように示されている。具体的には、図６中の一番上に位置する追跡線７０６ａが図６中の一番上に位置するレーザ光像７００ａに重なっていることから、レーザ光像７００ａに対しては適切に追跡がなされていることがわかる。それに対して、図６中の中段に位置する追跡線７０６ｂは、図６中の中段に位置するレーザ光像７００ｂに一部は重なっているものの、図６中の右側に位置する領域Ｄ（白い枠に囲まれている領域）においてはレーザ光像７００に重なっていないことから、レーザ光像７００ｂに対しては適切に追跡がなされていないことがわかる。さらに、当該領域Ｄでは追跡線７０６ｂは目地の像７０２と重なっていることから、目地の像７０２をレーザ光像７００として追跡してしまっていることがわかる。以下の説明においては、この領域Ｄのように、本来追跡すべきレーザ光像７００から外れて他の輝線像（目地の像７０２等）を追跡した場合を「追跡はずれ」と称する。また、図６中の一番下に位置する追跡線７０６ｃは、図６中の一番下に位置するレーザ光像７００ｃに一部は重なっているものの、図６中の右側に位置する領域Ｅ（白い枠に囲まれている領域）においてはレーザ光像７００ｃに重なっていないことから、「追跡はずれ」が生じており、レーザ光像７００ｃに対しては適切に追跡がなされていないことがわかる。さらに、当該領域Ｅでは追跡線７０６ｃは偽レーザ光像７０４と重なっており、偽レーザ光像７０４をレーザ光像７００として追跡してしまっていることがわかる。

このように、従来の壁面測定装置を用いてレーザ光像７００の追跡を行った場合、「真の」レーザ光像７００と、目地の像７０２もしくは偽レーザ光像７０４とが近接している箇所においては「追跡はずれ」が生じることがある。すなわち、「真の」レーザ光像７００の近くに僅かにでも輝度の高い輝線像が存在すれば、従来の壁面測定装置においては、その存在箇所において、目地の像７０２もしくは偽レーザ光像７０４を追跡対象であるレーザ光像７００と認識することがある。その結果、従来の壁面測定装置においては、画像上でのレーザ光像７００の逐次追跡の際、本来追跡すべきレーザ光像７００以外の輝線像を誤って追跡してしまうことから、適切にレーザ光像７００の追跡ができないことがある。このような場合、適切にレーザ光像７００の追跡ができていないことから、壁面１２の凹凸量を適切に測定することができない。

そこで、本発明者は、上記事情を鑑みて本発明の実施形態を創作するに至った。本発明の実施形態によれば、壁面の画像上のレーザ光像７００を適切に追跡することができる。以下、このような本発明の実施形態に係る壁面測定装置１００及び壁面測定方法を順次詳細に説明する。

＜＜本発明の実施形態＞＞
＜処理ユニット１１０の詳細＞
先に説明したように、本実施形態に係る壁面測定装置１００は、壁面測定装置１００により取得された画像を処理等するための複数の機能部からなる処理ユニット（画像処理部）１１０を有する。以下に、図７を参照して本実施形態に係る処理ユニット１１０を説明する。図７は、本発明の実施形態に係る壁面測定装置１００が有する処理ユニット１１０の機能構成の一例を示すブロック図である。なお、処理ユニット１１０以外の壁面測定装置１００の各構成要素については、先に説明したため、ここでは説明を省略する。

処理ユニット１１０は、例えば、パーソナルコンピュータ等、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）、画像入出力ボード、及び各種のインターフェースを有した装置である。図７に示すように、壁面測定装置１００の処理ユニット１１０は、機能ブロックとして、原画像取得部５００と、抽出画像取得部５１０と、追跡処理用画像取得部５２０と、追跡部５３０と、凹凸量算出部（検出部）５４０と、凹凸量表示部５５０とを主に有する。

（原画像取得部５００）
原画像取得部５００は、先に説明した壁面１２の原画像をラインＣＣＤカメラ２００から取得し、取得した原画像を記憶する。例えば、原画像取得部５００の動作は、処理ユニット１１０の通信インターフェース（図示省略）を介して、ラインＣＣＤカメラ２００から原画像のデータを受信し、処理ユニット１１０のＣＰＵ（図示省略）が、コンピュータプログラムに従って、受信された原画像のデータを処理ユニット１１０のＨＤＤ（図示省略）等に記憶することにより実現できる。

（抽出画像取得部５１０）
抽出画像取得部５１０は、原画像上で、レーザ光像７００の、炭化室１０の高さ方向に沿った幅と、耐火煉瓦の目地の像７０２の、炭化室１０の高さ方向に沿った幅とが異なることを利用して、レーザ光像７００の幅以下の幅を持つ輝線像を抽出する。抽出された輝線像には、耐火煉瓦の目地の像７０２の幅よりも狭い幅を持つレーザ光像７００が含まれる。抽出画像取得部５１０がレーザ光像７００を抽出することにより、追跡に供される画像においては目地の像７０２を除外することができることから、誤って目地の像７０２を追跡することを避けることができる。例えば、抽出画像取得部５１０の動作は、上記ＣＰＵ（図示省略）が、コンピュータプログラムに従って、原画像取得部５００が取得した原画像を上記ＨＤＤ（図示省略）から読み出すと共に、読み出した原画像に対して処理を行うことで実現される。

なお、ここで、レーザ光像７００の幅と耐火煉瓦の目地の像７０２の幅とが異なるとは、これらの幅に対応する画素数が異なることを示す。例えば、レーザ光像７００の幅と耐火煉瓦の目地の像７０２の幅との差が、画素数として「１」であればよい。しかしながら、レーザ光像７００の幅や耐火煉瓦の目地の像７０２の幅が厳密には一定でないことを考慮すると、当該差は、画素数として「２」又は「３」又はそれ以上であることが好ましい。具体的には、耐火煉瓦の目地の像７０２の幅は、実際には４〜５ｍｍ程度であり、画像上では５〜７程度の画素数にあたる。一方、レーザ光像７００の幅は、実際には２ｍｍ程度であり、画像上では２〜３程度の画素数にあたる。また、本実施形態においては、画像の分解能は、例えば、奥行方向で約１ｍｍ、高さ方向で約０．７ｍｍとなっている。

−トップハット処理−
ここで、抽出画像取得部５１０による、レーザ光像７００の幅以下の幅を持つ輝線像を抽出する抽出処理の一例を説明する。抽出画像取得部５１０は、例えば、原画像に対してトップハット処理を行うことにより、レーザ光像７００の幅以下の幅を持つ輝線像を抽出し、抽出画像を取得する。以下に、図８を参照してトップハット処理を説明する。図８は、本実施形態に係るトップハット処理の一例を説明するための説明図であり、詳細には、図８には、図８（ａ）から順に図８（ｆ）までが含まれており、それぞれ、トップハット処理における各段階における画像の状態を示している。

トップハット処理では、所定の規則に基づいて画像に対して収縮処理及び膨張処理等を行うことにより、特定の線状の像のみを抽出する。本実施形態においては、収縮処理と膨張処理とを順次実行して、レーザ光像７００の幅以下の幅を持つ輝線像を抽出する。先に説明したように、レーザ光像７００の幅は、画像上で２〜３画素の太さになるように設計している。一方、目地の像７０２の幅は、画像上で５〜７画素以上である。抽出画像取得部５１０は、このような幅の差に着目して処理を行う。

トップハット処理前の状態である図８（ａ）に示されるように、原画像８００は、６画素の幅の輝線像８２０、８２２、８２４と、３画素の幅の輝線像８３０とを含む。なお、輝線像８２０、８２２、８２４は、目地の像７０２に対応し、輝線像８３０は、レーザ光像７００に対応する。

次に、この原画像８００に対して、レーザ光像７００の幅以下の輝線像を収縮させて、消失させる収縮処理を行う。例えば、３×３画素の矩形カーネルによる収縮処理（３×３画素の最も暗い輝度の画素値を選択する処理を原画像８００の全ての画素を注目画素として行う処理）を２回実行する（図８（ｂ）及び図８（ｃ））。その結果、図８（ｃ）の画像８０４として示すような収縮処理画像を得ることができる。図８（ｃ）からわかるように、画像８０４においては、幅が３画素の輝線像８３０が消失しているのに対し、幅が６画素の輝線像８２０、８２２、８２４は２画素の幅の細い輝線像として残存する。

次に、画像８０４に対して、輝線像を膨張させる膨張処理を行う。例えば、３×３画素の矩形カーネルによる膨張処理（上述の収縮処理とは逆の処理。ここでは、３×３画素の最も明るい輝度の画素値を選択する処理を画像８０４の全ての画素を注目画素として行う処理）を２回実行する（図８（ｄ）及び図８（ｅ））。すると、図８（ｅ）の画像８０８として示すような膨張処理画像を得ることができる。図８（ｅ）からわかるように、原画像８００における幅が６画素の輝線像８２０、８２２、８２４は元の幅の輝線像に復元されるのに対し、収縮処理で消失した幅が３画素の輝線像８３０は復元されない。

次に、原画像８００の画素値と、収縮処理と膨張処理とを行った後に得られる膨張処理画像８０８（図８（ｅ）参照）の画素値であって、当該原画像８００の画素に対応する画素の画素値との差分を求める。すると、図８（ｆ）に示すような抽出画像８１０を得ることができる。図８（ｆ）からわかるように、抽出画像８１０においては、原画像８００における幅が３画素の輝線像８３０のみが抽出されている。

以上の処理において、原画像８００において幅が３画素よりも細い輝線像があったとしても、トップハット処理により、当該輝線像が抽出されることは明らかである。このように、トップハット処理により、特定の幅以下の輝線像だけを抽出することが可能である。なお、上述の説明においては、収縮処理及び膨張処理は、それぞれ２段階ずつ実施するものとして説明したが、本実施形態においては、これに限定されるものではなく、１段階でもよく、３段階以上でもよく、カーネルの大きさと抽出したい輝線像の幅等に応じて適宜選択される。また、本実施形態においては、収縮処理及び膨張処理の処理規則についても、同様に、抽出したい輝線像の幅等に応じて適宜選択される。

（追跡処理用画像取得部５２０）
次に、処理ユニット１１０の機能構成の一例を示すブロック図である図７に戻って、追跡処理用画像取得部５２０を説明する。追跡処理用画像取得部５２０は、画像に含まれる、炭化室１０の奥行方向に延びる複数の輝線像に対して、その直線性を判断し、直線性の判断に基づいて当該画像を処理し、追跡処理用画像を取得する。詳細には、追跡処理用画像取得部５２０は、直線性の高い輝線像であると判断した輝線像を検出し、検出した輝度像を画像から削除することにより、偽レーザ光像７０４の検出、削除処理を実施する。追跡処理用画像取得部５２０がこのような処理を行うことにより、追跡に供される画像においては偽レーザ光像７０４を除外されていることから、誤って偽レーザ光像７０４を追跡することを避けることができる。ここで、直線性の高い輝線像とは、画像上において、炭化室１０の高さ方向に沿って上下変動が全くない、もしくは、非常に少ない輝線像のことをいう。また、追跡処理用画像取得部５２０の動作は、上記ＣＰＵ（図示省略）が、コンピュータプログラムに従って、抽出画像取得部５１０が処理した画像を上記ＨＤＤ（図示省略）から読み出すと共に、読み出した画像に対して上記の処理を行うことで実現される。

−偽レーザ光像の検出、削除処理−
ここで、追跡処理用画像取得部５２０による、偽レーザ光像７０４の検出、削除処理の一例を図９及び図１０を参照して説明する。図９及び図１０は、本実施形態に係る偽レーザ光像７０４の抽出処理の一例を説明するための説明図であり、詳細には、横軸が炭化室１０の高さ方向に対応し、図中左から右に行くにしたがって、炭化室１０の上方から床面（図示省略）に進むこととなる。また、図９及び図１０の縦軸は、それぞれ、横軸の高さ方向の各位置における水平方向の平均輝度と、水平方向の平均輝度の変化量の大きさに対応する。

まず、偽レーザ光像７０４の検出、削除処理を説明する前に、偽レーザ光像７０４の特徴を説明する。本実施形態に係る壁面測定装置１００においてはラインＣＣＤカメラ２００とミラー４００との位置関係は不変であるため、ミラー４００に付着した汚れ等に起因してミラー４００自体にレーザ光が写りこむことにより生じる偽レーザ光像７０４は、画像上で、高さ方向に沿って上下変動が全くない、もしくは、上下変動が非常に少ない直線性の高い像となる特徴がある。一方、画像上の「真の」レーザ光像７００は、壁面１２の凹凸や、炭化室１０内を移動する壁面測定装置１００の蛇行、揺れ等によって、炭化室１０の高さ方向に沿って上下方向に変位する。そこで、本発明者は、このような偽レーザ光像７０４の特徴を利用して、画像上にて上下変動が全くない直線性の高い輝線像を検出することにより、偽レーザ光像７０４を検出する方法を独自に考案した。そして、追跡処理用画像取得部５２０により、偽レーザ光像７０４を検出し、検出した偽レーザ光像７０４を除外することにより、偽レーザ光像７０４を含まない追跡処理用画像が取得できることから、誤って偽レーザ光像７０４を追跡することを避けることができる。

まず、追跡処理用画像取得部５２０は、抽出画像取得部５１０によるトップハット処理後の画像に対して炭化室１０の奥行方向に沿ったプロジェクション処理（炭化室１０における高さ方向の各位置において、奥行方向に沿って分布する画像の輝度の総和を算出する）を行い、算出された輝度の総和を用いて奥行方向における平均値を算出し、高さ方向の各位置での平均輝度を取得する。例えば、上述の奥行方向のプロジェクション処理等によって算出された、高さに対する平均輝度の遷移の結果は図９のように示される。なお、図９の横軸は、先に説明したように、炭化室１０の高さ方向に対応し、図中左から右に行くにしたがって、炭化室１０の上方から床面（図示省略）に進むこととなる。

図９には、複数のピーク９００、９０２、９０４、９１０が含まれているが、ピーク９１０の高さは、他のピーク９００、９０２、９０４に比べて極端に高く、鋭い。当該ピーク９１０は、偽レーザ光像７０４に起因したピークであり高い平均輝度を示す。先に説明したように、偽レーザ光像７０４は上下変位のない直線性の高い輝線像であるため、偽レーザ光像７０４に対応する高さにおいては、平均輝度は高い値を持ち、且つ、急峻なピークを持つこととなる。一方、他のピーク９００、９０２、９０４は、「真の」レーザ光像７００に起因したピークであり、「真の」レーザ光像７００は上下変位を持つため、偽レーザ光像７０４に起因したピーク９１０に比べて低く、且つ、広がったピークとなる。従って、このように算出された平均輝度から、あらかじめ設定した閾値（所定の値）以上の高い数値の平均輝度を有するピークを検出することにより、直線性の高い偽レーザ光像７０４の位置を特定することができる。さらに、追跡処理用画像取得部５２０によって、特定した位置に基づいて当該位置に存在する輝線像を画像から除外することにより、偽レーザ光像７０４を含まない追跡処理用画像を取得することができる。

また、本実施形態においては、より確実に偽レーザ光像７０４の位置を特定するため、図９の平均輝度の結果に対して、微分処理を行い（図９における隣り合う２つの平均輝度値の差分（変化量）を算出する）平均輝度の変化量の絶対値を算出し、さらに、算出した絶対値を図９の全データの標準偏差で規格化してもよい。例えば、上述の微分処理等によって算出された、高さに対する平均輝度の変化量の遷移の結果は図１０のように示される。なお、図１０の横軸は、先に説明したように、炭化室１０の高さ方向に対応し、図中左から右に行くにしたがって、炭化室１０の上方から床面（図示省略）に進むこととなる。

図１０には、複数のピーク９２０、９２２、９３０が含まれているが、ピーク９３０の高さは、他のピーク９２０、９２２に比べて極端に高く、鋭い。図９の結果と同様に、当該ピーク９３０は、偽レーザ光像７０４に起因したピークであり、急激に変化する輝度の変化量のために、図９における偽レーザ光像７０４に起因したピーク９１０に比べて、より顕著な急峻なピークとなる。上述のような処理を行うことにより偽レーザ光像７０４に起因したピークをより急峻なピークとして強調することができ、さらに規格化により画像の全体的な明るさに左右されることなく、より確実に偽レーザ光像７０４の位置を特定することができる。そして、このように算出された変化量から、あらかじめ設定した閾値（所定の値）以上の高い数値の変化量を有するピークを検出することにより、偽レーザ光像７０４の高さ方向における位置を特定することができる。さらに、図９と同様に、追跡処理用画像取得部５２０によって、特定した位置に基づいて当該位置に存在する輝線像を画像から除外することにより、偽レーザ光像７０４を含まない追跡処理用画像を取得することができる。

すなわち、本実施形態においては、追跡処理用画像取得部５２０が、高さに対する輝度に関する値を用いて、画像に含まれる奥行方向に延びる複数の輝線像に対してその直線性を判断し、直線性の判断に基づいて、高い直線性を持つ輝度像を偽レーザ光像７０４として検出し、検出した偽レーザ光像７０４を画像から除外する処理を行う。従って、本実施形態においては、偽レーザ光像７０４を含まない追跡処理用画像を取得することができる。その結果、追跡に供される画像においては偽レーザ光像７０４が除外されていることから、誤って偽レーザ光像７０４を追跡することを避けることができる。

なお、上述の説明においては、図９の例では輝度の平均値を算出し、閾値（所定の値）以上の高い数値の平均輝度を有するピークを検出することにより、直線性の高い偽レーザ光像７０４を検出するとしていたが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、輝度の総和値を直接用いて、偽レーザ光像７０４を検出してもよい。また、本実施形態においては、例えば、画像に含まれる複数の輝線像に対してそれぞれの自己相関値を数学的に算出することにより、偽レーザ光像７０４を検出してもよい。具体的には、各輝度像に対して、ある領域における輝度像の形状と、当該領域から所定の距離だけ奥行方向にシフトさせた領域における当該輝度像の形状とが、どれだけ良く整合しているかを示す尺度としての自己相関を算出する。偽レーザ光像７０４は、レーザ光像７００に比べて直線性が高いことから、どのようにシフトさせた場合であっても、その形状は整合し、レーザ光像７００に比べて高い自己相関値を持つこととなる。従って、自己相関値を算出し、高い相関値を有する輝度像を検出することにより、直線性の高い偽レーザ光像７０４を検出することができる。また、本実施形態においては、このような数学的処理の他にも、パターンマッチング等を用いて偽レーザ光像７０４を検出してもよい。すなわち、本実施形態においては、各輝度像の直線性の判断に基づいて高い直線性の輝度像を検出することにより、偽レーザ光像７０４を検出する方法については、上述の方法に限定されるものではなく、画像上のレーザ光像７００や偽レーザ光像７０４の状態や、所望する検出の精度等に応じて、適宜選択することができる。

（追跡部５３０）
次に、処理ユニット１１０の機能構成の一例を示すブロック図である図７に戻って、追跡部５３０を説明する。追跡部５３０は、上述の抽出画像取得部５１０及び追跡処理用画像取得部５２０によって処理がなされた後の画像においてレーザ光像７００を追跡する追跡処理を行う。本実施形態では、例えば、上述の処理後の壁面１２の画像を液晶ディスプレイ等の表示装置（図示省略）に表示し、その表示を参照して、オペレータが、ユーザインターフェースを操作して、追跡を開始する開始点を当該画像上に指定する。追跡部５３０は、指定された開始点から当該画像上に輝線像を奥行方向に沿って追跡する。なお、開始点の指定は、オペレータの手動によるものに限定されるものではなく、処理ユニット１１０が当該画像等を解析して自動的に指定してもよい。また、追跡部５３０の動作は、例えば、上記ＣＰＵ（図示省略）が、コンピュータプログラムに従って、抽出画像取得部５１０及び追跡処理用画像取得部５２０によって処理がなされた後の画像を上記ＨＤＤ（図示省略）から読み出すと共に、レーザ光像７００の追跡に用いる条件等を上記ＨＤＤから読み出し、読み出した画像に対して追跡処理を行うことで実現される。

（凹凸量算出部５４０）
凹凸量算出部５４０は、追跡部５３０により得られたレーザ光像７００の追跡結果と、レーザ光の出射角度、及びラインＣＣＤカメラ２００の視野角・視野サイズ等の幾何学的条件とに基づいて、三角測量の原理で壁面１２の凹凸量を算出する。先に説明したように、壁面１２に凹凸部が存在した場合には、レーザ光像７００は、炭化室１０の高さ方向において上下にシフトする。したがって、レーザ光像７００の追跡結果を用いることにより、壁面１２の全体に亘って凹凸量を検出することができる。例えば、凹凸量算出部５４０の動作は、上記ＣＰＵ（図示省略）が、コンピュータプログラムに従って、追跡部５３０のレーザ光像７００の追跡結果を上記ＲＡＭ（図示省略）等から読み出すと共に、幾何学的条件を上記ＨＤＤ（図示省略）等から読み出し、処理を行うことで実現される。

（凹凸量表示部５５０）
凹凸量表示部５５０は、凹凸量算出部５４０によって算出された壁面１２の凹凸量を示すデータを液晶ディスプレイ等の表示装置（図示省略）に表示させる。例えば、凹凸量表示部５５０の動作は、上記ＣＰＵ（図示省略）が、コンピュータプログラムに従って、壁面１２の凹凸量を上記ＲＡＭ（図示省略）等から読み出して当該凹凸量の表示データを生成し、上記表示装置に出力することによって実現される。

＜壁面測定方法＞
次に、本実施形態に係る壁面測定方法を、図５、図１１から図１５を用いて説明する。図１１は、本実施形態に係る壁面測定方法の一例を示すフローチャート図である。図１２は、本実施形態に係るトップハット処理より得られる抽出画像６０４の一例を示す図（画像）である。図１３は、比較例として、図１２のトップハット処理による抽出画像６０４に対してレーザ光像７００の追跡を行った追跡結果６２２の一例を示す図（画像）である。図１４は、本実施形態に係る偽レーザ光像７０４の検出により得られる結果６２４の一例を示す図（画像）である。図１５は、図１４の結果６２４に基づいて、レーザ光像７００の追跡を行った追跡結果６２６の一例を示す図（画像）である。

図１１に示すように、本実施形態に係る壁面測定方法は、ステップＳ１００からＳ１５０までの主に６つのステップを含む。

（ステップＳ１００）
壁面測定装置１００が、炭化室１０の壁面１２に対して、奥行方向に移動しながらレーザ光を照射し（照射工程）、レーザ光像７００が重畳された壁面１２を連続的に撮影した後に、原画像取得部５００は、壁面測定装置１００で得られた壁面１２の原画像を取得する（原画像取得工程）。例えば、ステップＳ１００で取得される原画像は、図５に示されるような原画像６０２のようになる。この原画像６０２には、レーザ光像７００、目地の像７０２、及び偽レーザ光像７０４が含まれている。

（ステップＳ１１０）
抽出画像取得部５１０は、ステップＳ１００で取得された原画像６０２に対して、上述したようなトップハット処理を行う。トップハット処理を行うことにより、レーザ光像７００の幅以下の幅を持つ輝線像を抽出する。例えば、ステップＳ１１０における処理により、図１２に示すような抽出画像６０４を取得することができる。この抽出画像６０４には、レーザ光像７００及び偽レーザ光像７０４が含まれているものの、レーザ光像７００の幅よりも広い幅を持つ目地の像７０２は含まれていない。

ところで、本実施形態に対する比較例として、ステップＳ１１０で得られた抽出画像６０４に対してレーザ光像７００の追跡処理を行った場合には、ステップＳ１１０で得られた抽出画像には偽レーザ光像７０４が含まれているため、適切にレーザ光像７００の追跡ができないことがある。例えば、図１３に示される比較例の追跡結果６２２においては、図１２の抽出画像６０４に基づいてレーザ光像７００の追跡処理を行った結果である３本の追跡線７０６ｄ、７０６ｅ、７０６ｆが原画像６０２に重ねられるように示されている。具体的には、図１３中の一番上及び中段に位置する追跡線７０６ｄ、７０６ｅは、図１３中の一番上に位置するレーザ光像７００ｄ及び図１３の中段に位置するレーザ光像７００ｅにそれぞれ重なっており、適切にレーザ光像７００ｄ、７００ｅの追跡がなされていることがわかる。それに対して、また、図１３中の一番下に位置する追跡線７０６ｆは、図１３中の一番下に位置するレーザ光像７００ｆに一部は重なっているものの、図１３中の右側に位置する領域Ｆ（白い枠に囲まれている領域）においては、レーザ光像７００ｆに重なっていないことから、「追跡はずれ」が生じており、レーザ光像７００ｆに対しては適切に追跡がなされていないことがわかる。さらに、当該領域Ｆでは、追跡線７０６ｆは偽レーザ光像７０４ａに重なっており、すなわち、偽レーザ光像７０４ａをレーザ光像７００として追跡してしまっていることがわかる。そこで、本実施形態においては、適切にレーザ光像７００の追跡を行うために、次のステップＳ１２０を行うこととなる。

（ステップＳ１２０）
追跡処理用画像取得部５２０は、ステップＳ１１０で得られたトップハット処理後の抽出画像６０４に対して、抽出画像６０４に含まれる奥行方向に延びる複数の輝線像に対してその直線性を判断し、直線性の判断に基づいて偽レーザ光像７０４を検出する。例えば、ステップＳ１２０における処理により、図１４に示すような結果６２４を取得することができる。詳細には、追跡処理用画像取得部５２０は、直線性の高い輝線像を偽レーザ光像７０４ａとして検出し、検出した偽レーザ光像７０４ａを図１４の下側に位置する枠９４０で囲むことにより、当該検出結果を示す。そして、追跡処理用画像取得部５２０は、検出した偽レーザ光像７０４ａを抽出画像６０４から除外して、次のステップＳ１３０での追跡処理のための追跡処理用画像を取得する。

（ステップＳ１３０）
追跡部５３０は、ステップＳ１２０で得られた追跡処理用画像に対してレーザ光像７００を追跡する追跡処理を行う（追跡工程）。例えば、ステップＳ１３０における処理により、図１５に示すような追跡結果６２６を取得することができる。詳細には、図１５に示される追跡結果６２６においては、ステップＳ１２０で得られた追跡処理用画像に基づいてレーザ光像７００の追跡処理を行った結果である３本の追跡線７０６ｇ、７０６ｈ、７０６ｉが原画像６０２に重ねられるように示されている。これら３本の追跡線７０６ｇ、７０６ｈ、７０６ｉは、それぞれ図１５中のレーザ光像７００ｇ、７００ｈ、７００ｉと重なっており、適切にレーザ光像７００ｇ、７００ｈ、７００ｉの追跡がなされていることがわかる。本実施形態によれば、上述のステップＳ１１０及びステップＳ１２０での処理を経た追跡処理用画像に対して追跡処理を行うことにより、「追跡はずれ」が生ずることなく、「真の」レーザ光像７００を追跡することができる。

（ステップＳ１４０）
凹凸量算出部５４０は、ステップＳ１３０で得られたレーザ光像７００の追跡結果に基づいて、壁面１２の凹凸を検出し、凹凸量を算出する（検出工程）。

（ステップＳ１５０）
凹凸量表示部５５０は、ステップＳ１４０で算出された壁面１２の凹凸量を示すデータを表示装置（図示省略）に表示させる。

以上、本発明の実施形態について説明した。本実施形態においては、トップハット処理を行うことにより、レーザ光像７００の幅以下の幅を持つ輝線像を抽出することができるため、追跡処理用画像から目地の像７０２を除外することができる。さらに、本実施形態においては、画像に含まれる奥行方向に延びる複数の輝線像に対してその直線性を判断し、直線性の判断に基づいて偽レーザ光像７０４を検出することにより、追跡処理用画像から偽レーザ光像７０４ａを除外することができる。従って、本実施形態によれば、目地の像７０２及び偽レーザ光像７０４が除外された追跡処理用画像に対して、レーザ光像７００の追跡を行うことができることから、「追跡はずれ」が生ずることなく、「真の」レーザ光像７００を適切に追跡することができる。その結果、本実施形態によれば、壁面１２の凹凸量を適切に測定することができる。

＜＜補足＞＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

また、上述した実施形態の方法における各ステップは、必ずしも記載された順序に沿って処理されなくてもよい。例えば、各ステップは、適宜順序が変更されて処理されてもよい。また、各ステップは、時系列的に処理される代わりに、一部並列的に又は個別的に処理されてもよい。さらに、各ステップの処理の方法についても、必ずしも記載された方法に沿って処理されなくてもよく、例えば、他の機能部によって処理されていてもよい。

さらに、上述した実施形態にかかる方法の少なくとも一部は、コンピュータを機能させる情報処理プログラムとして、ソフトウェアで構成することが可能であり、ソフトウェアで構成する場合には、これらの方法の少なくとも一部を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ（Ｃｏｎｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、壁面測定装置１００等、もしくは、壁面測定装置１００以外の他の装置に読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。さらに、これらの方法の少なくとも一部を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。

１０ 炭化室
１２、１２ａ、１２ｂ 壁面
１００ 壁面測定装置
１０２ 垂直柱
１０４ ミラー管
１０６、１０６ａ〜１０６ｄ、１０８、１０８ａ〜１０８ｂ 透光板
１１０ 処理ユニット
２００、２００ａ〜２００ｄ ラインＣＣＤカメラ
３００、３００ａ〜３００ｂ レーザ投光器
３０２ 半導体レーザ
４００、４００ａ、４００ｂ ミラー
５００ 原画像取得部
５１０ 抽出画像取得部
５２０ 追跡処理用画像取得部
５３０ 追跡部
５４０ 凹凸量算出部
５５０ 凹凸量表示部
６００、６０２、６０４ 画像
６２０、６２２、６２４、６２６ 結果
７００、７００ａ〜７００ｆ レーザ光像
７０２ 目地の像
７０４、７０４ａ 偽レーザ光像
７０６、７０６ａ〜７０６ｉ 追跡線
８００、８０２、８０４、８０６、８０８、８１０ 画像
８２０、８２２、８２４、８３０ 輝線像
９００、９０２、９０４、９１０、９２０、９２２、９３０ ピーク
９４０ 枠

Claims (4)

1. コークス炉の炭化室の壁面測定方法において、
   前記コークス炉の炭化室の壁面に対して、前記炭化室の奥行方向に移動しながら、複数のレーザ光をミラーで折り曲げて照射する照射工程と、
   前記ミラーに映る、前記複数のレーザ光の像が重畳された前記壁面を連続的に撮影して、奥行方向に延びる前記複数のレーザ光像が現れた原画像を取得する原画像取得工程と、
   前記原画像を処理して追跡処理用画像を取得する画像処理工程と、
   前記追跡処理用画像に含まれる、前記レーザ光像を追跡する追跡工程と、
   追跡された前記レーザ光像の、前記炭化室の高さ方向における位置情報に基づいて、前記壁面の凹凸を検出する検出工程と、
   を有し、
   前記照射工程は、前記レーザ光を、前記レーザ光像の前記炭化室の高さ方向の幅が、前記壁面を構成する煉瓦の目地の前記炭化室の高さ方向の幅よりも細くなるように照射し、
   前記画像処理工程は、
   前記原画像に対して、前記原画像に含まれる前記複数のレーザ光像又は前記目地の像に対応する複数の輝線像を収縮させ、前記複数の輝線像から前記レーザ光像の幅以下の幅を有する前記輝線像を消失させて、収縮処理画像を取得し、
   前記収縮処理画像に対して、前記収縮処理画像に含まれる輝線像を膨張させて、膨張処理画像を取得し、
   前記原画像と前記膨張処理画像との差分を抽出して、抽出画像を取得し、
   前記抽出画像について、前記炭化室における高さ方向の各位置について、前記炭化室の奥行方向に沿って存在する輝度の総和を算出し、得られた輝度の総和を用いて前記炭化室の奥行方向における平均輝度を取得し、あらかじめ設定した閾値以上の高い前記平均輝度を有する高さに位置する輝線像を、前記抽出画像に含まれる輝線像から除外することにより、前記追跡処理用画像を取得する、コークス炉の炭化室の壁面測定方法。
2. コークス炉の炭化室の壁面測定方法において、
   前記コークス炉の炭化室の壁面に対して、前記炭化室の奥行方向に移動しながら、複数のレーザ光をミラーで折り曲げて照射する照射工程と、
   前記ミラーに映る、前記複数のレーザ光の像が重畳された前記壁面を連続的に撮影して、奥行方向に延びる前記複数のレーザ光像が現れた原画像を取得する原画像取得工程と、
   前記原画像を処理して追跡処理用画像を取得する画像処理工程と、
   前記追跡処理用画像に含まれる、前記レーザ光像を追跡する追跡工程と、
   追跡された前記レーザ光像の、前記炭化室の高さ方向における位置情報に基づいて、前記壁面の凹凸を検出する検出工程と、
   を有し、
   前記照射工程は、前記レーザ光を、前記レーザ光像の前記炭化室の高さ方向の幅が、前記壁面を構成する煉瓦の目地の前記炭化室の高さ方向の幅よりも細くなるように照射し、
   前記画像処理工程は、
   前記原画像に対して、前記原画像に含まれる前記複数のレーザ光像又は前記目地の像に対応する複数の輝線像を収縮させ、前記複数の輝線像から前記レーザ光像の幅以下の幅を有する前記輝線像を消失させて、収縮処理画像を取得し、
   前記収縮処理画像に対して、前記収縮処理画像に含まれる輝線像を膨張させて、膨張処理画像を取得し、
   前記原画像と前記膨張処理画像との差分を抽出して、抽出画像を取得し、
   前記抽出画像について、前記炭化室における高さ方向の各位置について、前記炭化室の奥行方向に沿って存在する輝度の総和を算出し、得られた輝度の総和を用いて前記炭化室の奥行方向における平均輝度を取得し、前記炭化室の高さ方向に隣り合う前記平均輝度の変化量を算出し、あらかじめ設定した閾値以上の高い前記変化量を有する高さに位置する輝線像を、前記抽出画像に含まれる輝線像から除外することにより、前記追跡処理用画像を取得する、コークス炉の炭化室の壁面測定方法。
3. コークス炉の炭化室の壁面測定装置において、
   前記コークス炉の炭化室の壁面に対して、前記炭化室の奥行方向に移動しながら、複数のレーザ光をミラーで折り曲げて照射する照射部と、
   前記ミラーに映る、前記複数のレーザ光の像が重畳された前記壁面を連続的に撮影して、奥行方向に延びる前記複数のレーザ光像が現れた原画像を取得する撮影部と、
   前記原画像を処理して追跡処理用画像を取得する画像処理部と、
   前記追跡処理用画像に含まれる、前記レーザ光像を追跡する追跡部と、
   追跡された前記レーザ光像の、前記炭化室の高さ方向における位置情報に基づいて、前記壁面の凹凸を検出する検出部と、
   を有し、
   前記照射部は、前記レーザ光を、前記レーザ光像の前記炭化室の高さ方向の幅が、前記壁面を構成する煉瓦の目地の前記炭化室の高さ方向の幅よりも細くなるように照射し、
   前記画像処理部は、
   前記原画像に対して、前記原画像に含まれる前記複数のレーザ光像又は前記目地の像に対応する複数の輝線像を収縮させ、前記複数の輝線像から前記レーザ光像の幅以下の幅を有する前記輝線像を消失させて、収縮処理画像を取得し、
   前記収縮処理画像に対して、前記収縮処理画像に含まれる輝線像を膨張させて、膨張処理画像を取得し、
   前記原画像と前記膨張処理画像との差分を抽出して、抽出画像を取得し、
   前記抽出画像について、前記炭化室における高さ方向の各位置について、前記炭化室の奥行方向に沿って存在する輝度の総和を算出し、得られた輝度の総和を用いて前記炭化室の奥行方向における平均輝度を取得し、あらかじめ設定した閾値以上の高い前記平均輝度を有する高さに位置する輝線像を、前記抽出画像に含まれる輝線像から除外することにより、前記追跡処理用画像を取得する、コークス炉の炭化室の壁面測定装置。
4. コークス炉の炭化室の壁面測定装置において、
   前記コークス炉の炭化室の壁面に対して、前記炭化室の奥行方向に移動しながら、複数のレーザ光をミラーで折り曲げて照射する照射部と、
   前記ミラーに映る、前記複数のレーザ光の像が重畳された前記壁面を連続的に撮影して、奥行方向に延びる前記複数のレーザ光像が現れた原画像を取得する撮影部と、
   前記原画像を処理して追跡処理用画像を取得する画像処理部と、
   前記追跡処理用画像に含まれる、前記レーザ光像を追跡する追跡部と、
   追跡された前記レーザ光像の、前記炭化室の高さ方向における位置情報に基づいて、前記壁面の凹凸を検出する検出部と、
   を有し、
   前記照射部は、前記レーザ光を、前記レーザ光像の前記炭化室の高さ方向の幅が、前記壁面を構成する煉瓦の目地の前記炭化室の高さ方向の幅よりも細くなるように照射し、
   前記画像処理部は、
   前記原画像に対して、前記原画像に含まれる前記複数のレーザ光像又は前記目地の像に対応する複数の輝線像を収縮させ、前記複数の輝線像から前記レーザ光像の幅以下の幅を有する前記輝線像を消失させて、収縮処理画像を取得し、
   前記収縮処理画像に対して、前記収縮処理画像に含まれる輝線像を膨張させて、膨張処理画像を取得し、
   前記原画像と前記膨張処理画像との差分を抽出して、抽出画像を取得し、
   前記抽出画像について、前記炭化室における高さ方向の各位置について、前記炭化室の奥行方向に沿って存在する輝度の総和を算出し、得られた輝度の総和を用いて前記炭化室の奥行方向における平均輝度を取得し、前記炭化室の高さ方向に隣り合う前記平均輝度の変化量を算出し、あらかじめ設定した閾値以上の高い前記変化量を有する高さに位置する輝線像を、前記抽出画像に含まれる輝線像から除外することにより、前記追跡処理用画像を取得する、コークス炉の炭化室の壁面測定装置。
   

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