JPH0262776B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、ごみ焼却炉などにおける炎部と灰部
の境界、すなわち燃え切りレベルの検出方法に関
するものである。 背景技術 本発明に関連するごみ焼却炉では、次のように
ごみが焼却される。ごみ投入口から投入されたご
みは、燃焼室内の火格子上に導かれ、まずその下
方から供給される熱風によつて乾燥され、燃焼室
内を移動しつつ燃焼せしめられて、灰となる。 このようなごみ焼却処理では、ごみに含まれる
物質やごみの状態によつて燃焼状態がたえず変化
するので、ごみを完全燃焼するために、その燃焼
を制御する必要がある。そのためごみ焼却炉の燃
焼室が、ごみの移動する上流側から乾燥域、燃焼
域、後燃焼域というように幾つかの領域に分けら
れ、その各領域に供給される空気の量や温度を調
整して、燃焼制御が行なわれる。その燃焼制御を
行なうためのごみ焼却炉の燃焼状態の把握は、従
来では、炉内の直接目視またはテレビカメラで炉
内を撮像して得られる画像を目視して行なつてい
た。しかしこのような先行技術では、焼却炉の燃
焼状態を客観的に杷握することは困難であり、近
年では、テレビカメラで炉内を撮像して得られる
画像情報に基づいて、燃焼制御が行なわれてい
る。 発明が解決しようとする問題点 上述したような画像情報に基づく燃焼制御で
は、燃焼室における被焼却物の炎部と灰部の境
界、いわゆる燃え切りレベルの検出が極めて重要
となる。この燃え切りレベルの検出は、テレビカ
メラから得られる画像情報で、焼却炉内の燃焼状
態を輝度に対応した信号に変換し、この信号を水
平走査線毎に積分したものを平均輝度とし、その
平均輝度を燃焼室の位置に対応して一画面分の輝
度分布を求め、前記各位置の輝度値を基準値と比
較して行なわれている。このような従来の燃え切
りレベルの検出方法においては、前記基準値は定
数とするか、輝度分布の最大値に定数K₀を乗じ
て求めたり、また輝度分布の最大最小輝度差に一
定の分配比K₁を乗じて求めたりしている。 ところで、ごみは、その組成により焼却の強さ
すなわち燃焼時の温度を示す火炎輝度が大きく変
わる。その輝度分布は、炎の分布だけではなく、
炎の輝度にも依存して変化する。したがつて輝度
分布によつて燃え切りレベルの基準値を設定する
場合、基準値を燃焼の強さに応じて修正しない
と、燃え切りレベルの精度の良い検出ができない
ことがある。 第９図は、画像表示画面上の水平走査線番号で
示すごみの移動方向の燃焼室内の位置と、その位
置に対する平均輝度との関係である輝度分布を示
すグラフである。たとえば、焼却炉の燃焼制御を
考慮して低温燃焼に対応する前記分配比K₁に基
づいて基準値KMが、第９図１に示されるように
設定されると、第９図２で示される高温燃焼の状
態では、評価の１つとなつている実炉での目視に
よる燃え切りレベルＬ（以後実際の燃え切りレベ
ルと称す）より上流側の乾燥域方向に燃え切りレ
ベルL₁を検出してしまい、検出誤差E₁を生じる。
第９図２の基準値KM₁を使用した燃焼制御では、
未燃ごみの排出が発生するなどの問題が生じる。
また逆に第９図３に示されるように高温燃焼に対
する分配比K₁に基づいて基準値KMを設定する
と、第９図４に示されるように低温燃焼の状態で
は基準値KM₂が小さくなりすぎるため、炉内の
燃焼としては無視すべき局所的な小さな燃焼をも
検知し、燃え切りレベルL₂が検出され、検出誤
差E₂が生じる。あるいは、第９図５に示される
ように基準値KMとして定数K₀を用いた場合に
は、第９図６に示されるようにカメラレンズの汚
れ、撮像管の劣化などにより輝度分布が実際の分
布とずれるとき、そのつど基準値KM₃を最適に
調整しなおす必要があるという欠点を有してい
る。 本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、
焼却炉内に燃え切りレベルを容易に、しかも確実
に検出する方法を提供することにある。 問題点を解決するための手段 本発明は、焼却炉内における被焼却物の移動方
向に対して画面の走査線が垂直となるように設置
したカラーテレビカメラで炉内の燃焼部を撮像
し、前記カラーテレビカメラから得られたカラー
画像信号に含まれる赤色成分の信号を赤色の強さ
に対応した多値化信号に変換し、これを水平走査
線毎に積算し、この積算値を基準値と比較して燃
え切りレベルを検出することを特徴とする燃え切
りレベル検出方法である。 作 用 本発明に従えば、カラーテレビカメラによつて
炉内の燃焼部を撮像し、そのカラー画像情報から
赤色成分の情報を分離し、この赤色成分の情報を
用いて焼却炉の燃え切りレベルを検出するので、
燃え切りレベルの検出を確実にしかも容易に行な
うことができる。 実施例 第１図は、本発明に関連して実施されるごみ焼
却炉Ｓの系統図である。ごみ焼却炉Ｓに設けられ
ているごみ投入口１より投入されたごみ２は、自
由に下降し、燃焼室入口３を経て燃焼室４内に入
る。乾燥段火格子５上に移動したごみ２は、乾燥
段火格子５の下方から供給される熱風によつて乾
燥され、燃焼上段火格子６およびその下流側に位
置する燃焼下段火格子７において燃焼せしめられ
る。燃焼下段火格子７において燃え残つたごみ２
は、さらに後燃焼段火格子８で燃焼されて残灰９
として定期的に灰送り手段１０に落とされる。燃
焼によつて発生した高温ガスは、ボイラBLによ
つて熱交換された後、外部に排出される。ボイラ
BLからの蒸気は、管路PLを経てタービンなどに
供給される。管路PLに介在される検出器DTは、
前記蒸気の流量を検出するために設けられてい
る。 焼却炉Ｓの炉壁に設けられた窓１４に臨んで、
カラー工業用テレビカメラ１５が燃焼室４内を撮
像するように設置されている。テレビカメラ１５
は、燃焼上段火格子６と、燃焼下段火格子７との
境界部１１付近に光学中心軸１２を持ち、燃焼室
４内の火炎１３の全体を撮像する。本発明は、カ
メラ１５によつて燃焼室４内を撮像し、そのカラ
ー画像信号Ｓ１を画像信号処理装置１６によつて
処理し、ごみ焼却炉Ｓ内の燃え切りレベルを検出
するものである。表示処理装置Ｍおよびモニタテ
レビ１７は、燃焼室４内の燃焼状態を画像表示す
るために設けられている。表示処理装置Ｍは、テ
レビカメラ１５からの信号Ｓ１と、画像信号処理
装置１６から得られる信号Ｓ４とを合わせてモニ
タテレビ１７に再生する機能を持つ。画像信号処
理装置１６から出力される信号Ｓ８は、焼却炉の
燃焼制御機構に与えられる。 まず本発明によるごみ焼却炉Ｓ内の燃え切りレ
ベルの検出原理について説明する。一般に物体
は、700℃以上の温度になると発光し始め、火炎
の色と温度との間には第１表に示す関係が成立す
ることが知られている。

【表】 即ち、温度が高くなるにつれ火炎の色が赤色か
ら赤黄色さらに青みを帯びたまぶしい白色になる
ことが知られている。これは温度が高くなるに従
つて、光の中に含まれる短波長である青色波長の
成分が相対的に多くなるためである。 ごみ焼却炉において、ごみが燃焼している状態
では、高温燃焼の状態から低温燃焼の状態に至る
まで炉内の炎に含まれる赤色成分の強さには大き
な変化はない。それに対して、緑色あるいは青色
成分の強さは、低温燃焼の場合に比べ、高温燃焼
の場合に非常に強くなる。赤色、緑色および青色
成分の強さの成分の和である輝度を用いて炎の分
布を求めると、単に炎の分布だけではなく、燃焼
温度を示す炎の強さをも加味した分布を求める事
になる。そこで、本発明によれば、炎と灰の境界
である燃え切りレベルを検出するために焼却炉内
の炎の分布を求めるときに、炎の赤色成分の強さ
だけを用いて炎の分布を求めると、高温燃焼の状
態から低温燃焼の状態まで炎の分布が精度よく求
まる。 上述のことを踏まえ、本発明を実施すると次の
ようになる。ごみ焼却炉をカラーテレビカメラで
撮像し、カラー画像信号を赤色、緑色、青色の３
原色の信号に分離し、それらの信号をそれぞれの
強さに対応した多値化信号に変換し、各多値化信
号を１水平走査線毎に積算し、この積算値を基準
値と比較して、燃え切りレベルを検出する。 第２図は、第１図に示されているような構成を
有するごみ焼却炉を用いた本発明者の実験によつ
て得られた前記多値化信号の積算値の分布を示す
グラフである。この実験では、家庭から出される
通常ごみの焼却を行い、その焼却条件を変えて、
ボイラで蒸気を発生し、その蒸気流量の検出を行
なつた。第２図１はごみ発熱量が約1000kcal／Kg
で蒸気流量が16t／Ｈの低温燃焼を示し、第２図
２はごみ発熱量が約1500kcal／Kgで蒸気流量が
19t／Ｈの通常燃焼を示し、第２図３はごみ発熱
量が約2200kcal／Kgで蒸気流量が24t／Ｈの高温
燃焼を示す。ごみ焼却炉において、ごみは、燃焼
室の乾燥段火格子から後燃焼段火格子へ移動す
る。そのごみの移動方向に対して、画像表示画面
の水平走査の方向が垂直になるように、燃焼室内
が撮像かれた。したがつて、画像表示画面の走査
線番号が、ごみの移動方向の燃焼室内の位置を示
す。また各色成分の強さを16階調とし、１水平走
査線に含まれる画素数を128として、上述したよ
うな多値化信号の積算値が求められた。第２図の
縦軸である積算値は、１水平走査線毎に赤色成分
レベルWR、緑色成分レベルWGおよび青色成分
レベルWBを積算した値である。第２図の横軸
は、ごみの移動方向の燃焼室内の位置に対応する
走査線番号を示す。ラインl1は赤色成分を示し、
ラインl2は赤色成分と緑色成分との和の分布を示
し、ラインl3は赤色成分と緑色成分と青色成分と
の和である輝度の分布を示す。また参照符Ｌは基
準値KMに対する実際の燃え切りレベルおよび本
発明に従つて検出された燃え切りレベルを示し、
参照符La〜Lcは第９図を参照して述べた従来技
術における基準値KMa〜KMcに対する検出燃え
切りレベルを示し、参照符Ea〜Ecはその検出誤
差を示す。実際の燃え切りレベルＬがほぼ同じ場
合であつても、前記積算値の分布は、低温燃焼時
には第２図１に示されるようになり、通常燃焼時
には第２図２に示されるようになり、高温燃焼時
には第２図３に示されるようになる。 すなわちカラー画像信号の中で赤色の成分の分
布は、図に斜線を施して示すように、燃焼状態に
依存せずほぼ同一となる。これに対して緑および
青色成分の分布は、赤色成分、緑色成分および青
色成分の和すなわち輝度である積算成分に占める
割合が、低温燃焼から高温燃焼になるに従つて大
きくなるので、燃焼状態によつて変化する。した
がつて、特開昭59−107112に示される従来技術の
ように、輝度の分布に基づいて輝度の積算値と基
準値を比較して燃え切りレベルLa〜Lcを検出す
る方法では、第２図１〜第２図３に示されるよう
に、各燃焼状態において実際の燃え切りレベルＬ
に対する検出誤差Ea〜Ecが生じる。この検出誤
差Ea〜Ecを小さくするためには、基準値KMa〜
KMcを燃焼の強さに応じて修正するなどの必要
がある。一方、本発明に従つて、ラインl1で示さ
れる赤色成分の分布に基づいて赤色成分レベル
WRと基準値KMとを比較して燃え切りレベルＬ
の検出を行う方法では、第２図１〜第２図３に示
すように赤色成分の分布の変動が緑色成分や青色
成分の分布に比べて極めて小さい。したがつて低
温燃焼から高温燃焼の広範囲にわたつて精度の良
い炎部と灰部の境界である燃え切りレベルＬの検
出を行なうことができる。 本発明者の実験によれば、さらに第３図に示さ
れるように燃焼室４で局所的な高温燃焼部Ｈが生
じることもある。この場合もラインl1で示される
赤色成分の分布は、高温燃焼部Ｈでも他の部分で
も大差は存在しないので、本発明に従つて赤色成
分の分布に基づいて燃え切りレベルＬを検出する
と、局所的な高温燃焼部Ｈの有無にかかわらず精
度よくその検出を行なうことができる。従来の輝
度の分布を用いて燃え切りレベルLdを検出する
方法では、緑色成分あるいは青色成分が局所的な
高温燃焼部Ｈで大きく増加するので、実際の燃え
切りレベルＬに対して検出誤差Edが生じる。し
たがつて従来の輝度の分布を用いた燃え切りレベ
ルLdの検出においては、基準値KMdを局所的な
燃焼の強さに応じて修正するなどの必要がある。
本発明は、上述のようにこの問題を解決する。 第４図は、ごみ焼却炉Ｓ内の燃え切りレベルを
検出するために必要とされる画像信号処理装置１
６の一実施例の構成を示すブロツク図である。第
４図に示された画像信号処理装置１９の構成を示
すブロツク図を参照して、上述の処理動作を具体
的に説明する。テレビカメラ１５からの画像信号
Ｓ１は赤、緑、青の３原色の信号を分離する色分
離回路およびクロツク同期信号発生回路９６に入
力される。画像信号Ｓ１に基づいてクロツク同期
信号発生回路９６はカラー画像信号Ｓ１をサンプ
リングするためのクロツク信号Ｃ０、垂直同期信
号Ｃ１および水平同期信号Ｃ２を発生する。色分
離回路９５によつて分離された赤色波長成分の信
号Ｓ９は、多値化回路９７に入力される。多値化
回路９７はクロツク信号Ｃ０に同期して、赤色波
長成分の信号Ｓ９をアナログ／デジタル変換し、
多値化された赤色波長成分の信号Ｓ１２を画像メ
モリ回路９８に出力する。 第５図には、画像処理装置１６に関連した信号
波形が示されている。第５図１は、カラー画像信
号Ｓ１の信号波形である。多値化回路９７は前記
信号Ｓ１２を出力すると同時に第５図２示されて
いるようなアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）出力タ
イミング信号Ｓ１０を出力する。Ａ／Ｄ出力タイ
ミング信号Ｓ１０は、画像メモリ制御回路９９に
入力される。演算処理回路１００によつて第５図
３に示されているような画像メモリ書き込み要求
信号Ｓ１３がセツトされているとき、画像メモリ
制御回路９９は、第５図４に示されているような
画像メモリ書き込みクロツク信号Ｓ１１を出力す
る。一方画像メモリ回路９８に入力された信号Ｓ
１２は、画像メモリ書き込みクロツク信号Ｓ１１
に同期して画像メモリ回路９８内の画像メモリに
書き込まれる。一画面分の画像が画像メモリに書
き込まれると画像メモリ回路９８は、第５図５に
示されているような画像入力終了信号Ｓ１４を画
像メモリ制御回路９９に出力する。入力された前
記信号Ｓ１４に同期して画像メモリ制御回路９９
は、第５図６に示されているような画像メモリセ
ツト信号Ｓ１５を演算処理回路１００に出力す
る。前記信号Ｓ１５に同期して演算処理回路１０
０は画像メモリ書き込み要求信号Ｓ１３をリセツ
トした後、画像メモリ回路９８からの多値化され
た赤色波長成分の画像データＳ１６を呼び込む。 第６図はモニタカラーテレビにおける走査状態
を示す図であり、第７図は画像メモリにおいてデ
ータがストアされる状態を示す図である。第６図
に示すようにモニタテレビの１走査線におけるサ
ンプル数がｎのとき、走査線１のｍ番目のサンプ
ル点は第７図に示されている画像メモリのln＋ｍ
番目に書き込まれている。このようにして画像メ
モリに書き込まれた前記画像データＳ１６は、演
算処理回路１００によつて順次呼び込まれ演算処
理が行われる。このとき、演算処理回路１００は
画像データＳ１６を第６図に示されているモニタ
テレビの画面に対応させ、第８図に示されている
ように多値化された赤色成分画像データを配置
し、多値化された赤色波長成分のデジタル画像と
して処理を行う。 演算処理回路１００では第８図のように配置さ
れた赤色成分の画像データを横方向に積算し、１
水平走査線毎の赤色成分の積算値を求める。次に
１画面における各水平走査線毎の赤色成分の積算
値LLから最大の積算値L_naxを求める。この最大
値L_naxに対し一定比率αを乗じた基準値LTを次
の第１式のように求める。 LT＝α・L_nax ……(1) 各走査線毎に積算値LLと基準値LTを比較し
て、LL≧LTならば燃焼部（炎部）、LL＜LTな
らば灰部なる判別を行う。次に画面上方から、す
なわち走査線番号の小さい順に各走査線の特徴を
調べ、炎部の相当する走査線が連続してN₁回以
上存在した後、灰部に相当する走査線が連続して
N₂回以上生じた場合、その境界点の走査線番号
Liを燃え切りレベルに対応させる。なお、１画面
において、複数の燃え切りレベルLi₁、Li₂、…
Linが検出された場合、その中で走査線番号が最
も大きいものを最終的な燃え切りレベルとする。
ふたたび第４図を参照して、上述したような位置
検出が行われた後、演算処理回路１００は燃え切
りレベル情報信号Ｓ１７および燃え切りレベル情
報信号出力タイミング信号Ｓ１８をラツチ回路１
０１にそれぞれ出力する。また演算処理回路１０
０は、新たな多値化された赤色波長成分の信号Ｓ
１２を画像メモリ回路９８に呼び込むために第５
図１に示されているような垂直同期信号に同期し
て、画像メモリ書き込み要求信号Ｓ１３をセツト
する。画像メモリ制御回路９９は第６図３および
第６図６に示されるように、画像メモリ書き込み
要求信号Ｓ１３がセツトされると同時に画像メモ
リセツト信号Ｓ１５をリセツトする。一方、前記
燃え切りレベルをも示す信号Ｓ１７および燃え切
りレベル信号出力タイミング信号Ｓ１８が入力さ
れたラツチ回路１０１は前記信号Ｓ１８に同期し
て燃え切りレベル情報信号Ｓ１７を保持し、次に
信号Ｓ１８が入力されるまで燃え切りレベルを示
すレベル信号Ｓ４およびＳ８として出力する。以
上のようにしてごみ焼却炉１における燃え切りレ
ベル信号Ｓ４およびＳ８が画像処理装置１６から
出力され、それぞれ表示処理装置Ｍおよび焼却炉
の燃焼制御機構へ入力される。 上述の実施例における基準値は、適宜変更する
ことができる。 上述の実施例では、本発明がごみ焼却炉に実施
される場合について述べたが、本発明はストーカ
式石炭燃焼炉などにおける最終燃え切りレベルの
検出にも実施されることができる。 また上述の実施例では、多値化信号を１水平走
査線毎に積算したが、本発明の他の実施例とし
て、多値化信号を複数の走査線毎に積算してもよ
い。 発明の効果 以上のように本発明によれば、燃焼の激しさ、
弱さにあまり影響されない赤色成分の信号に注目
し、水平走査線毎に積算することによつて、燃焼
状態が絶えず変化しても、正確に燃焼炉の燃え切
りレベルを検出することができる。すなわち、画
像信号の輝度は、燃焼の強弱によつて大きく変化
するが、赤色成分の信号のレベルは殆ど変化しな
いので、１水平走査線毎に赤色成分のレベルを積
算することによつて、その積算した値は、燃焼し
ている領販の広がりに対応しており、強く燃えて
いるところも弱く燃えているところも含めて燃焼
している領域として捕られることができる。した
がつて、燃焼状態に応じた定数の変更の必要もな
く、燃え切りレベルを求める処理を簡単に行うこ
とができる。 また本発明によれば、カラーテレビカメラから
得られたカラー画像信号を色分離回路に与えて赤
色成分信号を分離するので、市販のカラーテレビ
カメラを使用して、燃え切りレベルの検出を安価
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関連して実施されるごみ焼却
炉Ｓの構成を示すの系統図、第２図は本発明者の
実験による赤色成分、緑色成分および青色成分の
積算値の分布状態を示すグラフ、第３図は局所的
な高温燃焼部Ｈが生じる場合の赤色成分、緑色成
分および青色成分の積算値の分布状態を示すグラ
フ、第４図は本発明に関連して実施される画像信
号処理装置１６の構成を示すブロツク図、第５図
は画像処理装置１６に関連して出力される信号波
形を示す図、第６図は撮像された画像の走査を説
明するための図、第７図は画像メモリ回路９８に
含まれる画像メモリにおけるデータを説明するた
めの図、第８図は画像メモリ回路９８に含まれる
画像メモリとモニタテレビ１７の画面との対応を
説明するための図、第９図は輝度の積算値の分布
状態を示すグラフである。 ２……ごみ、４……燃焼室、５……乾燥段火格
子、６……燃焼上段火格子、７……燃焼下段火格
子、８……後燃焼段火格子、１５……テレビカメ
ラ、１６……画像信号処理装置、Ｓ……ごみ焼却
炉。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 焼却炉内における被焼却物の移動方向に対し
   て画面の走査線が垂直となるように設置したカラ
   ーテレビカメラで炉内の燃焼部を撮像し、前記カ
   ラーテレビカメラから得られたカラー画像信号を
   色分離回路に与えて赤色成分の信号を分離し、こ
   の赤色成分の信号を赤色の強さに対応した多値化
   信号に変換し、これを水平走査線毎に積算し、こ
   の積算値を基準値と比較して燃え切りレベルを検
   出することを特徴とする燃え切りレベル検出方
   法。