JP2007078483A - 液面測定方法及び液量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像により液面の位置を測定する液面位置の測定方法において、画像の１画素よりも高い精度で液面の位置を測定することのできる液面位置測定方法を提供する。
【解決手段】液面に対して、撮像素子を光軸を中心として少し回転させた状態で撮影し、得られた画像において、液体の存在しうる範囲で列毎に加算し、求められた各列の加算値を利用して、液体上部空間の加算値と液体内部の加算値の中央値を示す位置を補間により求めることで、撮像素子の画素よりも細かい精度で液面の位置を測定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液面の位置測定に画像を用いて行う液面測定方法及び該液面測定方法を用いた液量測定方法に関する。

従来の液面測定方法は、液面近傍画像をカメラ等で画像データとして入力し、その画像を２値化することにより、液体上部の空間部分と液体内部に分離し、両者の境界部分を液面位置としている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−９９６９４号公報

しかしながら、従来の液面測定方法においては、液面位置を２値化された画像の境界部分としていることから、液面の位置精度が画像データの画素ピッチ以上に細かくすることができず、高精度に液面の位置を求めるためには、カメラのレンズ倍率上げるか、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)等のカメラの撮像素子の画素数が多いものを用いる必要があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ハードウェアの追加等を行うことなく、高い精度で液面の位置及び液量の測定を行うことができる液面測定方法及び液量測定方法を提供することを目的とする。

上述した従来の課題を解決するために、本発明の液面測定方法は、容器に注入された液体の液面に対して水平な方向に位置し、撮像素子が平面に等間隔で整列して配置された撮影手段により得られた複数の階調を持つ画像データから液面の位置を測定する液面測定方法において、前記液面の水平方向に相当する撮像素子の並びの両端が、前記液面の垂直方向に１画素以上ずれるように前記撮影手段を傾けて配置し、前記撮影手段を用いて前記液面を撮影してデジタル画像データを取得し、前記撮影手段の左右方向の撮像素子が前記液面と平行に近くなるように配置した場合に、前記デジタル画像データから左右方向に並ぶ複数の画素の輝度値の累積加算を行い、この加算値を上下方向に複数個求め、これらの加算値を用いて前記液面近傍の列を判定し、前記液面近傍の列と前記液面近傍の列周辺の加算値の変化量から前記液面の垂直方向の高さを測定する。

さらに、本発明の液面測定方法は、液体上部の空間位置における加算値を上部加算値として求め、液体内部位置における加算値を内部加算値として求め、上部加算値と内部加算値の平均値を中央値としたとき、求めた上下方向の個別の加算値のうち、中央値に最も近い値を持つ加算値の位置を液面近傍位置とする。

さらに、本発明の液面測定方法は、液面近傍位置における加算値と、液面近傍位置に上下に接する位置における加算値をそれぞれ求めて、これらの値に基づき、液面位置を測定する。

さらに、本発明の液面測定方法は、各列の輝度の累積加算を行う際に、先ず撮像素子の上下方向において累積加算を行う範囲の上限列及び下限列を決定し、前記上限における加算値を求めて上加算値、前記下限における加算値を求めて下加算値とし、前記上加算値と前記下加算値の平均を中央値とし、前記上限列と上記下限列の中間に位置する列の加算値を注目点加算値とし、前記中央値と前記注目点加算値とを比較し、前記中央値が前記注目点加算値よりも小さい場合には前記上限列と上記下限列の中間に位置する列を新たな上限列とし、逆に、前記中央値が前記前記注目点加算値よりも大きい場合には前記上限列と上記下限列の中間に位置する列を新たな下限列と更新し、更新された上限列と下限列が隣接する列となるまで上記動作を繰り返し、更新された上限と下限が隣接する列となった際に前記中央値により近い輝度の値を有する列を前記液面近傍の列と判定する。

さらに、液面測定方法は、前記液面近傍の列に両隣接する列間の加算値の変化量から１列あたりの輝度の変化量を求め、前記液面近傍の列の加算値と前記中央値の差分を求め、前記差分を前記変化量で除算することで１列の間隔よりも小さい距離を求め、前記距離を前記液面近傍の列の位置に加算することで前記液面の垂直方向の高さを測定する。

さらに、液面測定方法は、前記液面近傍の列の加算値と、前記液面近傍の列から前記中央値をはさんで位置する列の加算値の差から１列あたりの輝度の変化量を求め、前記液面近傍の列の加算値と前記中央値の差分を求め、前記差分を前記変化量で除算することで１列の間隔よりも小さい距離を求め、前記距離を前記液面近傍の列の位置に加算することで前記液面の垂直方向の高さを測定する。

さらに、液面測定方法は、容器上部の液体が存在しない位置と、容器下部の液体が存在する位置を予め定義し、それぞれの位置における前記加算値を基準値として記憶しておき、液面を測定する際に、前記容器上部の位置における加算値と前記容器下部の位置における加算値のどちらかが、それぞれの前記基準値よりも一定値以上異なる場合に、異常処理を行う。

さらに、液面測定方法は、時間に対応した画像データをフレームとして取得し、液面の時間変化を計測する場合に、前回に撮影されたフレームにおける液面位置に隣接する列の加算値から今回のフレームおける液面近傍位置の探索を開始する。

さらに、液面測定方法は、前回に撮影フレームにおいて求められた液面近傍位置から上下方向のうち液面が変化して行く向きの列でのみ加算値を求めて、液面位置を決定する。

さらに、液面測定方法は、液体が注入される容器の画像を利用して、前記撮像素子１列の左右方向の撮像素子の輝度の加算範囲を決定する。

さらに、液面測定方法は、前記液体が注入される容器の画像から、容器の幅と前記撮影手段の垂直方向に対する傾きの角度を求め、これらを用いて前記加算範囲を決定する。

さらに、液面測定方法は、前記液体が注入される容器の画像から、容器外形状のエッジを抽出した画像を生成し、前記画像を少しずつ回転させながら、各々の角度における前記画像を固定直線へ射影し、容器外形状のエッジが射影された幅が最少となる角度を前記撮影手段の垂直方向に対する角度とする。

さらに、液面測定方法は、液面の状態によって生じる前記液面付近の加算値の特定パターンに基づいて前記液面の垂直方向の高さを求める。

さらに、液面測定方法は、前記特定パターンの中で最も長い単調増加又は単調減少を示す範囲内に液面があるものと特定する。

さらに、液面測定方法は、加算値が大きく変化する範囲において、加算値の変化を関数で近似し、この関数上の点を用いて液面位置を求める。

さらに、液面測定方法は、前記加算値の変化を一次関数で最小二乗近似し、この関数が基準となる輝度を示す垂直方向の高さを液面位置とする。

さらに、液面測定方法は、液体上部の空間位置における加算値を上部加算値として求め、液体内部位置における加算値を内部加算値として求め、求めた上下方向の個別の加算値のうち、上部加算値と内部加算値の平均値を前記基準となる輝度とする。

さらに、液面測定方法は、液体の入っていない状態の容器の撮影画像と、液体の入っている状態の容器の撮影画像との画素毎の差分をとることにより撮影画像に生じる外的影響要素を抽出する。

さらに、液面測定方法は、前記撮像素子１列の左右方向の撮像素子の輝度の加算から前記外的影響要素を除去して液面の垂直方向の高さを測定する。

さらに、液面測定方法は、前記液面位置の輝度値を、あらかじめ与えた値とし、液面位置を測定する。

さらに、液面測定方法は、液体上部の空間位置における加算値を上部加算値として求め、液体内部位置における加算値を内部加算値として求め、前記上部加算値と前記内部加算値の平均値を中央値としたとき、液面位置の輝度値を、中央値とし、液面位置を測定する。

さらに、液面測定方法は、液面近傍位置における加算値から液面近傍位置に上下に接する位置における加算値との差を取り一列当たりの加算値の変化量を求め、前記液面近傍位置における加算値から前記液面位置の輝度値との差分を求め、前記差分を前記変化量で除した除算値を求め、前記除算値を前記液面近傍位置に相当する列の位置に加算した値を液面位置とすることにより液面位置を測定する。

さらに、液量測定方法は、一定時間間隔で画像データをフレームとして取得し、各フレームにおいて上述に示す方法により液面の位置を求め、求めた液面の位置を各フレーム間で差分を求めることにより、前記一定時間間隔における液体体積の変化量を求めることを特徴としたものである。

本発明の液面測定方法によれば、画像データの画素ピッチよりも細かい精度で液面の位置を測定することができるため、ハードウェアの追加等を行うことなく、高い精度で液面の位置測定を行うことができる。

以下に、本発明の液面測定方法及び液量測定方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

本発明の実施例において、先ず液面を横から撮影した画像データから、液面の位置を求める手順について示す。
図１は、本発明の実施例１における液面測定方法を実現する装置のブロック図である。図１において、１３０は断面が円形のガラス管であり、ここではキャピラリと称する。キャピラリ１３０には液体１３１が入っている。液体１３１の液面３０３を撮影するために、液面３０３を照明１３３で照らし、カメラ１３４で撮影する。カメラ１３４は必ず液面を捉えるように配置しておくため、カメラ１３４に写ったキャピラリ１３０の上部には必ず空間があり、下部には液体があるものとする。撮影した画像は、液面測定装置１３５に取り込んで、本発明の特徴であるところの方法により処理を行うことにより、液面の位置を求める。

次に、液面測定装置１３５における処理内容について示すが、それに先だって、キャピラリ１３０とカメラ１３４内の撮像素子（例えばＣＣＤ）の位置関係について、図２を用いて説明する。図２は、カメラ１３４内の撮像素子上に液面近傍がどのように投影されているかを示す配置図である。３０１はキャピラリ１３０の左端であり、３０２はキャピラリ１３０の右端である。また、３０４はカメラ１３４内の撮像素子であり、３０５〜３２８の画素を持ち、これら各画素に２５６階調の輝度値を検出することができるものとする。実際には、撮像素子３０４は図示したものよりも広い範囲を撮影でき且つ各画素の大きさもより小さなものを用いるが、ここでは説明を簡単にするため、６×４画素のものにより説明を行う。図２において、液面３０３に対して、撮像素子３０４は傾けて配置しているが、これは撮像素子３０４の画素と画素の間にある不感帯が測定精度に影響を与えることを防止するものであり、液面の測定範囲となるキャピラリ左端３０１とキャピラリ右端３０２の間で、撮像素子３０４の画素が垂直方向に１画素以上ずれるよう傾けて配置している。

液面測定装置１３５においては、左右における測定範囲において撮像素子３０４の左右方向の画素の輝度値の加算を行い、この加算値を順次求めて行く。まず、最初の加算値は、撮像素子３０４の最も上の１列の分、すなわち、画素３０５〜３１０における加算値を求めるが、このなかで液面の測定範囲に含まれるものは画素３０７〜３０９であるため、この３つの画素を加算したものを、この列の加算値とする。ここでは、画素３０７〜３０９の全ては液面上部の空間に位置するため、本加算値は空間部分の輝度値を持つ。次の列の加算値は、画素３１１〜３１６における加算値を求めるが、このなかで液面の測定範囲に含まれるものは画素３１２〜３１４であるため、この３つの画素を加算したものを、この列の加算値とする。このなかで、画素３１２のみが少し液の持つ輝度の影響を受け、画素３１３と画素３１４は液面上部の空間に位置するため、本加算値は空間部分の輝度値から僅かに液の輝度値にふれた値を持つ。

この次の列の加算値は、画素３１７〜３２２における加算値を求めるが、このなかで液面の測定範囲に含まれるものは画素３１８〜３２０であるため、この３つの画素を加算したものをこの列の加算値とする。このなかで、画素３１８は液内部に位置し、画素３１９と画素３２０は液と上部の空間の両方の影響を受けるため、本加算値は空間部分の輝度値よりも液の輝度値に近い値を持つ。さらに次の列の加算値は、画素３２３〜３２８における加算値を求めるが、このなかで液面の測定範囲に含まれるものは画素３２４〜３２６であるため、この３つの画素を加算したものをこの列の加算値とする。ここでは、画素３２４〜３２６の全ては液内部に位置するため、本加算値は液部分の輝度値を持つ。以上により全ての加算値を求めたが、実際の処理においては、列毎に加算する画素の数が異なるような場合には、加算値を加算した画素の数で割った平均値を以下の処理に用いるものとする。

図２においては説明を簡単にするため極めて少ない画素数での説明を行ったが、もう少し画素が多い場合には、列毎の加算値は図３のようになる。図３は撮像素子の各列における加算値を全て求めた結果を示したものである。ここでは加算値は平均値で示している。図３において、４０１は撮像素子の第０列における加算値で、「２１０」という値を持つ。４０２は撮像素子の第１列における加算値で、「２１１」という値を持つ。４０３は撮像素子の第２列における加算値で、「２０９」という値を持つ。４０４は撮像素子の第３列における加算値で、「２１１」という値を持つ。４０５は撮像素子の第４列における加算値で、「１６０」という値を持つ。

４０６は撮像素子の第５列における加算値で、「１０５」という値を持つ。４０７は撮像素子の第６列における加算値で、「５１」という値を持つ。４０８は撮像素子の第７列における加算値で、「３２」という値を持つ。４０９は撮像素子の第８列における加算値で、「３０」という値を持つ。ここで、カメラ１３４は必ず液面を捉えるように配置しておくという前提条件から、本画像においては、一番上の列における加算値４０１は液体上部の空間位置における加算値であり、これを上部加算値と称し、「２１０」という値を持つ。また、本画像においては、一番下の列における加算値４０９は液体内部位置における加算値であり、これを内部加算値と称し、「３０」という値を持つ。上部加算値４０１と内部加算値４０９を平均化したものを中央値と称し、（２１０＋３０）／２＝１２０という値を持つ。この中央値は液面位置における輝度値（加算値）を意味する。この値を全ての加算値４０１〜４０９と比較し、「１２０」という値に最も近い「１０５」という値を持つ加算値４０６の高さ位置、すなわち撮像素子の列番号５の位置が液面近傍位置となる。

このままの処理では、液面の高さが撮像素子の画素高さと同じ精度でしか求められていないため、次に示す処理により、それ以上の精度にて液面の位置を求める。中央値の値１２０から見ると、これに最も近い加算値４０６の値１０５は、内部加算値の値３０よりも上部加算値の値２１０に近いことから、仮想的に加算値が「１２０」という値を持つ列位置は、撮像素子の列番号５よりも上にあることが分かる。実際、中央値の値１２０は、加算値４０６の値１０５と加算値４０５の値１６０の間の値となっている。加算値が「４０５」と「４０６」の間で仮想的に線形に変化しているものとすると、中央値の値１２０と等しい加算値を持つ位置は（１２０−１０５）／（１６０−１０５）＝０．２７であり、加算値４０６を持つ撮像素子の列番号５より０．２７分だけ上、すなわち、列番号４．７３の位置に液面があるものとして求めることができる。上記実施例では、上部加算値と内部加算値の平均を計算して液面位置における輝度値としての中央値を求めたが、これに限るものではなく、経験により求めた固定値（あらかじめ与えた値）を中央値として使用しても良い。例えば、経験により、液面位置における中央値が常に「１２０」であれば、この「１２０」という値を用いて、上記方法により液面の位置を求めても良い。

ここでは撮像素子の列数は９列で示したが、実際の撮像素子では非常に多くの列数を持つため、全ての列に対して加算値を求めるには大きな演算量が必要となる。このため、ここでは次のように加算値を求めて行くものとする。

先ず、探索範囲の上限と下限を決める。ここでは、上限は最も上に位置する第０列とし、下限は最も下に位置する第８列とする。次に、上限と下限において加算値を求める。ここでは、上限の加算値は第０列の加算値４０１で、「２１０」という値となり、下限の加算値は第８列の加算値４０９であり、「３０」という値を持つ。ここで、最も上に位置する第０列の加算値と、最も下に位置する第８列の加算値の平均値を求め、これを中央値とする。ここでは、中央値は（２１０＋３０）／２＝１２０となる。次に、求めた２つの列番号の中央に位置する列を注目点とし、注目点における加算値を求める。ここでは、第０列と第８列の中央の第４列が注目点となるため、第４列の加算値４０５を求め、「１６０」という値となる。

次に、注目点における加算値と中央値を比較し、注目点における加算値が中央値よりも大きい場合は、注目点より下側に中央値により近い値があるため、中央点を探索範囲の上限として探索を続ける。また逆に、注目点における加算値が中央値よりも小さい場合は、注目点より上側に中央値により近い値があるため、中央点を探索範囲の下限として探索を続ける。この場合、注目点における加算値は「１６０」であり、中央値の「１２０」より大きいため、注目点の第４列を改めて上限の位置とする。次にこれまでと同様に、第４列と第８列の中央に位置する列を新たな注目点とし、この場合、第６列を注目点とする。注目点における加算値は第６列の加算値４０７であり、値は「５１」となる。次に、注目点における加算値と中央値を比較するが、この場合、注目点における加算値は「５１」であり、中央値の「１２０」より小さいため、注目点の第６列を改めて下限の位置とする。ここで、探索の上限は第４列であり、下限は第６列であるため、次の注目点は第５列となる。注目点における加算値は、第５列の加算値４０６であり、値は「１０５」となる。

次に、注目点における加算値と中央値を比較するが、この場合、注目点における加算値は「１０５」であり、中央値の「１２０」より小さいため、注目点の第５列を改めて下限の位置とする。この状態では、探索範囲の上限は第４列であり、下限は第５列であることから、この間には列は存在しないこととなる。したがって、求める列は第４列か第５列であり、この場合、中央値の「１２０」により近い加算値を持つ第５列を液面近傍位置とする。さらに、液面は中央値の「１２０」の輝度を示す位置に存在するものと仮定すると、液面は第５列よりも少し上方向にずれた位置に存在することとなる。この位置を求めるために次の計算を行う。

第４列の近傍において、加算値の変動は、２画素の間で加算値４０５から加算値４０７へと変化している。その値の変化は、「１６０」から「５１」であり、１画素当たりの変化率は（５１−１６０）／２＝−５４．５である。液面近傍の加算値４０６の値は「１０５」であり、中央値の値（液面における想定加算値）は「１２０」であることから、その差は１２０−１０５＝１５である。これが何画素分に相当するかを計算すると、１５／（−５４．５）≒−０．２８であることから、第５列より−０．２８ずれた位置、すなわち、第４．７２列の位置が液面の位置となる。

以上により、撮像素子のもつ画素のピッチよりも細かい精度で、液面の位置を求めることができる。なお、ここでは液面近傍における１画素当たりの変化率を求めるために、液面近傍位置の上下の列における加算値の平均（−５４．５）を用いたが、別の方法として、液面近傍位置の加算値とこの次に中央値に近い加算値を用いても良い。この場合は、液面近傍位置の加算値は「１０５」であり、この次に中央値に近い加算値は第４列の加算値で「１６０」である。したがって、両者の差をとると、１０５−１６０＝−５５であり、５＋１５／−５５≒−４．７３から、第４．７３列の位置が液面の位置となる。

また、上記の実施例から分かるように、第０列に液体内部を撮影した画素が含まれる場合や、第８列に液体上部の空間を撮影した画素が含まれる場合は、加算値４０１又は加算値４０９が本来と異なる値を持ち、液面の位置が正確に求められないこととなる。したがって、実際の処理においては、測定に先だって、第０列の加算値４０１の値が「２００」以上であり、且つ、第８列の加算値４０９が「４０」以上であることをチェックし、もしこれらの値に異常がある場合は、警告音を出すとか、警告表示をするなどの異常表示を行うようにする。

次に、図３における状態から、０．１秒後に撮影した画像において加算値を求めたものを図４に示す。図４は０．１秒後における撮像素子の各列における加算値を示したものである。ここでは加算値は平均値で示している。図４において、５０１は撮像素子の第０列における加算値で、「２１１」という値を持つ。５０２は撮像素子の第１列における加算値で、「２１０」という値を持つ。５０３は撮像素子の第２列における加算値で、「２０９」という値を持つ。５０４は撮像素子の第３列における加算値で、「２１０」という値を持つ。５０５は撮像素子の第４列における加算値で、「１８１」という値を持つ。５０６は撮像素子の第５列における加算値で、「１２６」という値を持つ。５０７は撮像素子の第６列における加算値で、「７３」という値を持つ。５０８は撮像素子の第７列における加算値で、「３３」という値を持つ。５０９は撮像素子の第８列における加算値で、「３１」という値を持つ。これら加算値を全て求めるためには時間がかかるため、ここでは必要な部分の加算値のみを求めて、液面位置を求める方法を示す。

図４に示す０．１秒前の状態が図３の状態であり、そのときの液面位置は「４．７２」である。本システムにおいて、液面は下がっているものとした場合、液面の位置は「４．７２」よりも下となり、撮像素子の列番号では図３における液面近傍位置であった第５列以上の列番号となる。このため、先ず第５列における加算値５０６を求める。ここでは「１２６」という値を持つ。一方、中央値を求めるため、列番号０の加算値５０１と列番号８の加算値５０９を求め、これらの平均値（２１１＋３１）／２＝１２１を中央値とする。

次に、第５列における加算値５０６の値１２６と中央値１２１を比較する。この状態では、加算値は中央値に比べるとまだ大きいため、さらに中央値に近い加算値を持つ列がある可能性があるため、第６列における加算値５０７を求める。この値は「７３」であり、中央値と比べると小さいため、これ以上先には中央値に近い加算値を持つ列は存在しないことが分かる。ここで、第５列の加算値５０６の値１２６と第６列における加算値５０７の値７３とを比較すると、第５列の加算値５０６の値１２６の方が中央値１２１に近いため、ここでの液面近傍位置は第５列となる。以上の手順により、加算値をごく一部計算するだけで、液面近傍位置を求めることができる。

次に、実際の液面位置を求めるには、図３の場合と同様に、まず、液面近傍位置の上下の列における加算値を求める。この場合、第４列の加算値５０５と、第６列の加算値５０７である。これらの値から１画素当たりの変化率を求めると、（７３−１８１）／２＝−５４となる。また、液面近傍の加算値５０６の値は「１２６」であり、中央値は「１２１」であることから、その差は１２１−１２６＝−５である。これが何画素分に相当するかを計算すると、−５／（−５４）≒０．０９であることから、第５列より「０．０９」ずれた位置、すなわち、第５．０９列の位置が液面の位置となる。このことから、０．１秒の間に（５．０９−４．７２）＝０．３７画素分の液面の変動があったことが分かる。予め１画素当たりの溶液の体積を求めておくことにより、これを体積に換算することは容易に可能である。

次に、上記の処理方法を実現するための回路構成の一例を図１に示す。図５は、本発明の実施例１の液面測定方法を利用した装置の回路ブロック図である。図５において、１０１は画像信号であり、カメラ１３４（図１参照）により撮影された画像をデジタルデータとして取り込んだものである。画像信号は、左右方向加算回路１０２により列毎に加算されて、列数の加算値を全て求めるものとする。例えば、図４の例においては、「５０１」〜「５０９」の全ての加算値を計算する。信号１０３は最も上に位置する列における加算値であり、図４の「５０１」に相当する。また、信号１０４は最も下に位置する列における加算値であり、図４の「５０９」に相当する。中央値算出回路１０５では、信号１０３と信号１０４の平均値を求め、中央値１０６を出力する。図４の例では、中央値１０６は「１２１」という値を持つ。

比較回路１０７では、左右方向加算回路１０２より全ての加算値１０８を受け取り、これらを逐次、中央値１０６と比較して、中央値１０６に最も近い加算値を液面近傍位置における加算値とし、これを信号１０９として出力する。信号１０９は、図４の例では、第５列の加算値であり、「１２６」という値を持つ。減算回路１１０においては、中央値１０６から液面近傍位置における加算値１０９を減じ、その差分を信号１１１として出力する。信号１１１の値は、図４の例においては、「−５」である。

一方、比較回路１０７においては、既に求めた液面近傍位置に上下の列における加算値を信号１１２、信号１１３として出力する。信号１１２は、上列の加算値であり、図４の例では「１８１」という値を持ち、信号１１３は、下列の加算値であり、図４の例では「７３」という値を持つ。減算回路１１４では、信号１１３から信号１１２を減じ、２列における加算値の変化量１１５を出力する。２列における加算値の変化量１１５は「１１６」にて１／２倍され、１列当たりの加算値の変化量１１７となる。１列当たりの加算値の変化量１１７は、図４の例においては、「−５４」という値となる。

除算回路１１８では、信号１１１を１列当たりの加算値の変化量１１７で割ることにより、液面位置の小数部１１９を出力する。液面位置の小数部１１９は、図４の例においては、「０．０９」という値となる。一方、比較回路１０７からは、液面近傍位置の列番号１２０が出力され、これに、液面位置の小数部１１９を、加算回路１２１において足すことにより、液面位置１２２が求められる。図４の例においては、液面近傍位置の列番号１２０は「５」という値を持つため、求められた液面位置の値は「５．０９」となる。

以上、図２のように、撮像素子３０４の画素とキャピラリの位置関係がわかっている場合における、液面位置の求め方について示したが、次に、撮像素子３０４の画素とキャピラリの位置関係を求めるための手順について、図６を用いて説明する。図６は、液面付近の画像を示したものである。図６において、６０１は液面付近の画像であり、その中において、３０１はキャピラリ２０１の左端であり、３０２はキャピラリ２０１の右端であり、３０３は液面であり、２０３は溶液につけられた電極である。画像６０１は多値階調であるため、キャピラリの外側は明るく、キャピラリ内部の空間部分は中間の明るさで、キャピラリ内部の液体部分は暗くなっている。この画像を微分し、２値化することにより、界部分のみを抽出することができる。

２値化された画像を図７に示す。図７において、２値化画像７０１中に、キャピラリ２０１の左端のエッジが「７０２」であり、キャピラリ２０１の右端のエッジが「７０３」であり、液面のエッジが「７０４」であり、電極のエッジが「７０５」で示されている。この画像において、画像７０１に対して水平方向におけるエッジの存在範囲は「７０６」であり、キャピラリの軸に対して垂直方向におけるエッジの存在範囲は「７０７」である。存在範囲７０７の長さは、存在範囲７０６よりも短く、且つ、この射影角をさまざまに変えたときのエッジの存在範囲の長さの中でも存在範囲７０７の長さが最も短くなる。この性質を利用して、キャピラリの位置と角度を求めるものとする。ここで、図７においては、２値化画像７０１の原点を画像左下の点とし、水平右方向にｘ軸、垂直上方向にｙ軸をとることとする。

以下、図８を用いて、キャピラリの位置と角度を求める手順を説明する。図８は、キャピラリの角度を求めるためのフローチャートを示す。これは、画像全体を少しずつ回転させて、画像を直線状に射影し、そのときのエッジの存在範囲逐次求めて、最もエッジの存在範囲が短い時の角度を、キャピラリの軸に対して垂直な角度とするものである。ステップＳ８０１で画像の回転角θの初期値を設定する。ここでは、キャピラリの角度は５度から１０度までの範囲で取り付けられているものとし、これを０．１度刻みに調べていくものとするため、回転角θの初期値は５度とする。

ステップＳ８０２では、射影格納エリアをクリアする。射影格納エリアは１次元の配列であり、これを全て「０」にする。ステップＳ８０３では、処理すべき画素として、まず画像の先頭画素を選択する。ステップＳ８０４では、現在選択されている画素がエッジ部分（図７において、黒く示されている部分）であるかどうかを判定する。現在選択されている画素がエッジ部分である場合は、ステップＳ８０５において、その画素のｘ位置とｙ位置から図中に示す演算を行い、射影される位置を求める。ここで、図中のｉｎｔは小数部分の切り捨てを意味し、射影位置の整数成分即ち射影格納エリアの配列番号を求める。ステップＳ８０６では、射影格納エリアのｎ番目の要素を１つ増やすことにより、エッジの射影位置の要素を１つ増やすことができる。

ステップＳ８０７では、画像の全ての画素において処理を終えたかどうか判定し、まだの場合は、処理すべき画素を１つずらして、ステップＳ８０４〜ステップＳ８０７の処理を繰り返す。ステップＳ８０７において、全画像について処理を終えたと判定した場合は、ステップＳ８０８において、射影格納エリアを調べ、「０」以外の値が入っている範囲を求める。この値がエッジの存在範囲である。ステップＳ８０９において全ての角度で処理を終了したかどうか判定する。ここでは、θが１０度まで繰り返して調べるため、θが１０度以下の場合は、ステップＳ８１０によりθを０．１度増やして、ステップＳ８０２〜ステップＳ８０９を繰り返す。ステップＳ８０９において、θが１０度のときは、全ての角度で処理が終了したため、ステップＳ８１１において、最もエッジの存在範囲が短い時のθをキャピラリに対する撮像素子の角度φとする。

次に、上記により求めた情報を元に、加算値を求めるために加算を行う領域（液面の測定範囲）を求めるための手段について、図９を用いて説明する。図９は図７に示した２値化画像を元に、加算を行う領域を求めるための説明図である。図９において、９０１は上記手順で求められたキャピラリの傾き角φである。また、θがφの時の射影格納エリアが０でない領域がエッジの存在範囲９０２であり、射影格納エリア内において、最初に「０」でない要素を探索することにより、キャピラリ左端のエッジ７０２の原点からの距離９０３が求められる。ここでは、距離９０３は「Ｓ」であったものとする。同様に、射影格納エリア内において、最後に「０」でなくなる要素を探索することにより、キャピラリ右端のエッジ７０３の原点からの距離９０４が求められる。ここでは距離９０４は「Ｔ」であったものとする。また、距離９０３と距離９０４の平均を取ることにより、キャピラリ中心軸９０５の原点からの距離９０６を求めることができる。すなわち、距離９０６を「Ｌ」とすると、以下の式（１）で求められる。

このとき、キャピラリ中心軸９０５は、以下の１次関数数（式（２））で表わされる。なお、加算を行う領域については、キャピラリ周辺部の光の屈折等の影響を除去するために、キャピラリの径の半分より内側に限定するものとする。

このとき、加算を行う領域左側の境界は９０７であり、これはキャピラリの中心軸９０５とキャピラリ左端のエッジ７０２の中央に位置する。また、加算を行う領域右側の境界は「９０８」であり、これはキャピラリの中心軸９０５とキャピラリ右端のエッジ７０３の中央に位置する。このことから、加算を行う領域左側の境界９０７を１次関数で表現すると、以下の式（３）となり、加算を行う領域右側の境界９０８を１次関数で表現すると、以下の式（４）となる。

加算を行う領域は、「９０７」と「９０８」に囲まれる範囲となるため、列毎の加算値を求める際に、以下の式（５）が成立する場合にのみ、加算値演算の対象とするものである。

以上の方法により、加算を行う領域を自動的に求め、これに基づいて高い精度で液面の位置を測定することが可能となる。特に、画像データの画素ピッチよりも細かい精度で液面の位置を測定することができる。

実際の画像においては、液面付近は表面張力による散乱反射により、加算値が上下方向に対して線形に変化しない場合がある。このような場合は、実施例１の方法では正確に液面の位置を求められない可能性がある。図１０に、現実的な液面近傍の状態を示している。図１０において、１００１は画像データであり、キャピラリ１００２中に液面１００３が映っている。この画像において、「１００４」を、加算を行う領域とし、画像データ１００１の列毎の加算値を図示したものが「１００５」である。加算値１００５においては、縦軸が画像データ１００１の列位置であり、画像データ１００１の高さに対応付けたものである。また、横軸は各列毎の加算値の大きさである。加算値は液面上部の空間においては、「１００６」のように一定値となり、液面内部においても、「１００７」のように一定値となる。しかし、液面付近においては、表面張力とその散乱反射により、「１００８」に示すような形状となる。液面の位置が変化した場合は、「１００８」に示す形状を保ったまま、これが上下へ移動する。

図１１は、液面付近における加算値の曲線の拡大図である。図１１において、液面付近における加算値は「１００８」に示すように、３つのピークを持つものとする。ここで、ピーク１１０１を基準とし、その上に位置するピークを１１０２、下に位置するピークを１１０３とする。このとき、ピーク１１０２とピーク１１０１の距離１１０４は、ここでは４列程度あるものとし、両者の値の差１１０５は、ここでは３０程度あり、ピーク１１０１の方が大きいものとする。同様に、ピーク１１０３とピーク１１０１の距離１１０６は、ここでは６列程度あるものとし、両者の値の差１１０７は、ここでは４０程度あり、ピーク１１０１の方が大きいものとする。

このような条件において、ピーク１１０１を探索するためには、列毎の加算値において、注目列をずらしながら、注目列より４列上の加算値の値が、注目列の加算値より３０程度少なく、且つ、注目列より６列下の加算値の値が、注目列の加算値より４０程度少なくなるような位置を探せば良い。実際の処理においては、加算値は多少変化するため、注目列より４列上の加算値の値が、注目列の加算値より「２５」以下であり、且つ、注目列より６列下の加算値の値が、注目列の加算値より「３５」以下となるような位置を探すものとする。この処理により、ピーク１１０１を±１列程度の誤差で見つけることができる。

ここで、厳密な意味において、液面の位置が「１００８」のいずれの部分にあるかを求めるのは困難であるが、本発明の本来の目的は、液面の位置そのものを求めることではなく、液面の変化量に基づく体積変化を捉えることである。このため、各画像において、「１００８」における特定の部分を仮想液面としてその位置を高精度に検出し、それらの位置の変化を求めることで、液面の変化量を求めることが可能となる。ここでは、仮想液面として、「１００６」と同じ値を持つ点１１０８とし、この位置を仮想液面とする。以下、点１１０８の位置を求める手順を説明する。

まず、上で求めたピーク１１０１の位置から８列下の点から探索を開始する。ピーク１１０１の位置から８列下の点は、ピーク１１０３より下にあることが保証されるため、ここから下に向けて探索した場合、加算値は単調増加している。このため、これら各列における加算値と、「１００６」における加算値を順次比較し、「１００６」における加算値を超えた列と、その直前の列を求める。この２つの列が、点１１０８をはさむ２つの列である。ここでは、例えばこの２つの列として、第３１０列と第３１１列であったものとし、第３１０列の加算値を「１５０」、第３１１列の加算値を「１７５」とする。また、「１００６」における加算値の平均値は「１６９」であったものとする。このとき、点１１０８の位置を補間により求めると、（１６９−１５０）／（１７５−１５０）＋３１０＝３１０．７６であり、仮想液面は３１０．７６列の位置にあることとなる。同様の手段で、一定時間後の画像における仮想液面の位置を求め、これらの差を取ることにより、その時間における液面の変化量を正確に求めることができる。

以下、図１２を用いて、さらに別の液面位置測定方法を示す。図１２は撮像素子の各列における加算値を示したものである。図１２において、「１２０１」〜「１２１２」は撮像素子の第０〜第１１列における加算値を示したものである。本図は図３と比べると、キャピラリに対する撮像素子の角度がより大きくなるように配置した結果である。このことにより、図３に比べると中間的な加算値を持つ列数が多くなっている。以下、これら加算値を用いて液面位置を求める手順について説明する。

最上部第０列の加算値１２０１の値は液面上部空間における加算値を示しているが、この値からある程度離れた加算値を持つものは液体内部を撮影した画素を含むこととなる。ここでは、加算値１２０１より固定値分少ない値を「１２１３」とすると、値１２１３以下の加算値は液体内部を撮影した画素を含む列となる。図１２においては、加算値１２０４〜１２１２は液体内部を撮影した画素を含むものと特定できる。同様に、最下部第１１列の加算値１２１２の値は液体内部における加算値を示しているが、この値からある程度離れた加算値を持つものは液面上部空間を撮影した画素を含むこととなる。ここでは、加算値１２１２より固定値分大きい値を「１２１４」とすると、値１２１４以上の加算値は液面上部空間を撮影した画素を含む列となる。

図１２においては、加算値１２０１〜１２０７は液面上部空間を撮影した画素を含むものと特定できる。これらから、液体内部と液面上部空間の両方、すなわち液面を撮影した画素を含む列は、両者の共通部分をとることにより、加算値１２０４〜１２０７が特定できる。ここで、加算値１２０４〜１２０７の範囲において、列番号に対する加算値を最小二乗１次近似することにより、直線１２１５を得ることができる。この直線１２１５は、列番号が整数のみならず実数の場合においても、その列位置において想定される加算値を示している。すなわち、液面位置における加算値がわかれば、逆算することで液面の列位置を求めることができる。

液面位置における加算値は、最上部第０列の加算値１２０１と最下部第１１列の加算値１２１２の中央値１２１６とすることにより、この値における直線１２１５との交点１２１７を求めることができ、この列位置が求める液面位置である。以上の方法によれば、画像に多少ノイズが乗っていた場合にも、回帰直線を用いていることから、安定した液面位置を求めることが可能となる。

本手法は図１１のような場合においても適用可能である。実施例２に示す方法により、ピーク１１０１の大体の列位置は求められているため、例えば、ピーク１１０１の大体の列位置より８列下〜１５列下における加算値は全て、ピーク１１０３より下部の曲線１００８に乗るものと考えられる。したがって、これらの加算値を最小二乗法により２次関数で近似した後、この関数と１００６の延長線上との交点を求めることにより、仮想液面位置を高精度に求めることができる。

実際の用途においては、キャピラリのガラス管の不均一性や、背景の影響などにより、位置によっては加算値にムラが生じることがあり、そのような場合、液面の位置が正確に求められない場合がある。このため、本実施例においては、このような場合においても精度よく液面を求めることのできる処理について図１３を用いて説明する。図１３は本処理の原理を示す説明図である。システム構成については、実施例１と同じものであるが、本処理においては、液体をキャピラリに入れる前の画像を撮影し、これを記憶しておく。

図１３において、１３０１は液体をキャピラリに入れる前の画像であり、画像中にはキャピラリ１３０２と電極１３０３が写っている。次に、実際に液面を測定するときに撮影した画像が１３０４である。画像１３０１と比べると、液体１３０５の部分だけが異なっている。このため、画像１３０１と画像１３０４を減算回路１３０６において、画素毎の差をとることにより、液体の存在部分のみが１３０８として表示された画像１３０７を得ることができる。以下、画像１３０７を画像データとして、以下実施例１と同様の処理を行うことにより、画像の局所的特徴に左右されない精度で液面の位置を求めることができる。また、本方法によれば、画像１３０７においては液体部分以外の画素が持つ輝度が「０」となっているため、加算を行う領域として画像全体を用いることができる。このため、キャピラリ１３０２の中心に近い部分に電極１３０３があるような場合にも、これを気にすることなく、液体の存在範囲全てを含めた加算値が求められるため、加算値のＳ／Ｎレベルが高く取ることができ、このことからも、液面の測定精度はさらに高くなる。

以上で示した方法においては、液体をキャピラリに入れる前の画像１３０１と液面測定時の画像１３０４を画素毎に減算した。ここで、画像の大きさが、横６４０画素、縦４８０画素の場合は、６４０×４８０回の減算が必要である。この演算量を少なくするため、液体をキャピラリに入れる前の画像１３０１の各列における加算値を予め求めて記憶しておき、液面測定時の画像１３０４についても各列における加算値を求めた後、各加算値毎に減算してもよい。この場合は、減算回数を４８０回にすることが可能である。

以下、図１４を用いて、本発明の液量測定方法を利用したエレクトロスプレーデポジション法（以下、ＥＳＤと称する）によりタンパク質の薄膜を生成する装置の例を示す。図１４は、本発明の実施例５におけるＥＳＤ装置のブロック図である。図１４において、２０１はキャピラリと呼ばれる先細となったガラス管であり、ここにタンパク質を溶媒に溶かしたタンパク質溶液２０２を入れておく。タンパク質溶液２０２には電極２０３が入っており、高電圧発生源２０４により、ベース２０５に対して高い電圧をかけている。

ベース２０５の上には基板２０６が乗っている。この状態のとき、タンパク質溶液２０２にはプラスの電荷が乗っており、マイナスの電位を持ったベース２０５に向けて霧状になって射出されるため、ベース２０５上の基板２０６の上に吹きつけられ、溶媒が乾燥することにより、基板２０６の上にタンパク質の薄膜を形成することができる。薄膜の膜厚を調整するためには、タンパク質溶液２０２の使用量を調整すればよいため、これを測定するためにタンパク質溶液２０２の液面を測定する。このため、光源２０７によりタンパク質溶液２０２の液面を照射し、これをカメラ２０８で撮影する。

カメラ２０８は必ず液面を捉えるように配置しておくため、カメラ２０８に写ったキャピラリの上部には必ず空間があり、下部には液体があるものとする。撮影した画像は、液量測定装置２０９に取り込んで、本発明の特徴であるところの方法により処理を行うことにより、液面の位置から液量を求め、所望の液量を噴霧した時にスイッチ２１０を遮断し、薄膜の形成を停止させることで、薄膜の膜圧をコントロールすることが可能となる。ＥＳＤ装置においては、タンパク質の膜厚の制御が極めて重要であるが、本手法により、極めて高精度での薄膜作成が可能となる。

本発明は、画像で液面の位置を検出する際に、画像の持つ解像度よりも高い位置精度にて液面位置を検出することが可能であり、液体吐出の制御装置などへの適用が可能である。

本発明の実施例１における液面測定装置の構成図 本発明の実施例１における画素と液面の位置関係を示した図 本発明の実施例１における列毎の加算値の一覧図 本発明の実施例１における列毎の加算値の一覧図 本発明の実施例１における液面測定装置の信号処理ブロック図 本発明の実施例１における液面付近の実画像イメージ図 本発明の実施例１における液面付近の２値化画像イメージ図 本発明の実施例１における加算範囲探索処理フローチャート 本発明の実施例１における液面付近の位置関係図 本発明の実施例２における液面付近の加算値の分布図 本発明の実施例２における液面付近の加算値の拡大図 本発明の実施例３における列毎の加算値の一覧図 本発明の実施例４における画像間処理の説明図 本発明の実施例１における液面測定装置を利用したＥＳＤ装置の構成図

符号の説明

１０２ 左右方向加算回路
１０５ 中央値算出回路
１０７ 比較回路
１１０、１１４、１３０６ 減算回路
１１６ １／２回路
１１８ 除算回路
１２１ 加算回路
１３０、２０１、１００２、１３０２ キャピラリ
１３１ 液体
１３３ 照明
１３４ カメラ
１３５ 液面測定装置
２０２ タンパク質溶液
２０３、１３０３ 電極
２０４ 高電圧発生源
２０５ ベース
２０６ 基板
２０７ 光源
２０９ 液量測定装置
２１０ スイッチ
３０１ キャピラリの左端
３０２ キャピラリの右端
３０３、１００３ 液面
３０４ 撮像素子
３０５〜３２８ 撮像素子の画素
６０１ 液面付近の画像
７０１ ２値化画像
７０２ キャピラリの左端のエッジ
７０３ キャピラリの右端のエッジ
７０４ 液面のエッジ
７０５ 電極のエッジ

Claims (23)

1. 容器に注入された液体の液面に対して水平な方向に位置し、撮像素子が平面に等間隔で整列して配置された撮影手段により得られた複数の階調を持つ画像データから液面の位置を測定する液面測定方法において、
   前記液面の水平方向に相当する撮像素子の並びの両端が、前記液面の垂直方向に１画素以上ずれるように前記撮影手段を傾けて配置し、
   前記撮影手段を用いて前記液面を撮影してデジタル画像データを取得し、
   前記撮影手段の左右方向の撮像素子が前記液面と平行に近くなるように配置した場合に、前記デジタル画像データから左右方向に並ぶ複数の画素の輝度値の累積加算を行い、この加算値を上下方向に複数個求め、これらの加算値を用いて前記液面近傍の列を判定し、
   前記液面近傍の列と前記液面近傍の列周辺の加算値の変化量から前記液面の垂直方向の高さを測定する液面測定方法。
2. 請求項１記載の液面測定方法であって、
   液体上部の空間位置における加算値を上部加算値として求め、液体内部位置における加算値を内部加算値として求め、前記上部加算値と前記内部加算値の平均値を中央値としたとき、求めた上下方向の個別の加算値のうち、中央値に最も近い値を持つ加算値の位置を液面近傍位置とする液面測定方法。
3. 請求項１記載の液面測定方法であって、
   液面近傍位置における加算値と、液面近傍位置に上下に接する位置における加算値をそれぞれ求めて、これらの値に基づき、液面位置を測定する液面測定方法。
4. 請求項１記載の液面測定方法であって、
   各列の輝度の累積加算を行う際に、
   先ず撮像素子の上下方向において累積加算を行う範囲の上限列及び下限列を決定し、
   前記上限における加算値を求めて上加算値、前記下限における加算値を求めて下加算値とし、
   前記上加算値と前記下加算値の平均を中央値とし、
   前記上限列と上記下限列の中間に位置する列の加算値を注目点加算値とし、
   前記中央値と前記注目点加算値とを比較し、前記中央値が前記注目点加算値よりも小さい場合には前記上限列と上記下限列の中間に位置する列を新たな上限列とし、逆に、前記中央値が前記前記注目点加算値よりも大きい場合には前記上限列と上記下限列の中間に位置する列を新たな下限列と更新し、
   更新した上限列と下限列が隣接する列となるまで上記動作を繰り返し、
   更新した上限と下限が隣接する列となった際に前記中央値により近い輝度の値を有する列を前記液面近傍の列と判定する液面測定方法。
5. 請求項４記載の液面測定方法であって、
   前記液面近傍の列に両隣接する列間の加算値の変化量から１列あたりの輝度の変化量を求め、
   前記液面近傍の列の加算値と前記中央値の差分を求め、
   前記差分を前記変化量で除算することで１列の間隔よりも小さい距離を求め、
   前記距離を前記液面近傍の列の位置に加算することで前記液面の垂直方向の高さを測定する液面測定方法。
6. 請求項２記載の液面測定方法であって、
   前記液面近傍の列の加算値と、前記液面近傍の列から前記中央値をはさんで位置する列の加算値の差から１列あたりの輝度の変化量を求め、
   前記液面近傍の列の加算値と前記中央値の差分を求め、
   前記差分を前記変化量で除算することで１列の間隔よりも小さい距離を求め、
   前記距離を前記液面近傍の列の位置に加算することで前記液面の垂直方向の高さを測定する液面測定方法。
7. 請求項１記載の液面測定方法であって、
   容器上部の液体が存在しない位置と、容器下部の液体が存在する位置を予め定義し、それぞれの位置における前記加算値を基準値として記憶しておき、液面を測定する際に、前記容器上部の位置における加算値と前記容器下部の位置における加算値のどちらかが、それぞれの前記基準値よりも一定値以上異なる場合に、異常処理を行う液面測定方法。
8. 請求項１記載の液面測定方法であって、
   時間に対応した画像データをフレームとして取得し、液面の時間変化を計測する場合に、前回に撮影されたフレームにおける液面位置に隣接する列の加算値から今回のフレームおける液面近傍位置の探索を開始する液面測定方法。
9. 請求項８記載の液面測定方法であって、
   前回に撮影フレームにおいて求められた液面近傍位置から上下方向のうち液面が変化して行く向きの列でのみ加算値を求めて、液面位置を決定する液面測定方法。
10. 請求項１記載の液面測定方法であって、
    液体が注入される容器の画像を利用して、前記撮像素子１列の左右方向の撮像素子の輝度の加算範囲を決定する液面測定方法。
11. 請求項１０記載の液面測定方法であって、
    前記液体が注入される容器の画像から、容器の幅と前記撮影手段の垂直方向に対する傾きの角度を求め、これらを用いて前記加算範囲を決定する液面測定方法。
12. 請求項１１記載の液面測定方法であって、
    前記液体が注入される容器の画像から、容器外形状のエッジを抽出した画像を生成し、
    前記画像を少しずつ回転させながら、各々の角度における前記画像を固定直線へ射影し、
    容器外形状のエッジが射影された幅が最少となる角度を前記撮影手段の垂直方向に対する角度とする液面測定方法。
13. 請求項１記載の液面測定方法であって、
    液面の状態によって生じる前記液面付近の加算値の特定パターンに基づいて前記液面の垂直方向の高さを求める液面測定方法。
14. 請求項１３記載の液面測定方法であって、
    前記特定パターンの中で最も長い単調増加又は単調減少を示す範囲内に液面があるものと特定する液面測定方法。
15. 請求項１記載の液面測定方法であって、
    加算値が大きく変化する範囲において、加算値の変化を関数で近似し、この関数上の点を用いて液面位置を求める液面測定方法。
16. 請求項１５記載の液面測定方法であって、
    前記加算値の変化を一次関数で最小二乗近似し、この関数が基準となる輝度を示す垂直方向の高さを液面位置とする液面測定方法。
17. 請求項１６記載の液面測定方法であって、
    液体上部の空間位置における加算値を上部加算値として求め、液体内部位置における加算値を内部加算値として求め、求めた上下方向の個別の加算値のうち、前記上部加算値と前記内部加算値の平均値を前記基準となる輝度とする液面測定方法。
18. 請求項１記載の液面測定方法であって、
    液体の入っていない状態の容器の撮影画像と、液体の入っている状態の容器の撮影画像との画素毎の差分をとることにより撮影画像に生じる外的影響要素を抽出する液面測定方法。
19. 請求項１８記載の液面測定方法であって、
    前記撮像素子１列の左右方向の撮像素子の輝度の加算から前記外的影響要素を除去して液面の垂直方向の高さを測定する液面測定方法。
20. 請求項３記載の液面測定方法であって、
    前記液面位置の輝度値を、あらかじめ与えた値とし、液面位置を測定する液面測定方法。
21. 請求項３記載の液面測定方法であって、
    液体上部の空間位置における加算値を上部加算値として求め、液体内部位置における加算値を内部加算値として求め、前記上部加算値と前記内部加算値の平均値を中央値としたとき、液面位置の輝度値を、中央値とし、液面位置を測定する液面測定方法。
22. 請求項３又は請求項２１記載の液面測定方法であって、
    液面近傍位置における加算値から液面近傍位置に上下に接する位置における加算値との差を取り一列当たりの加算値の変化量を求め、
    前記液面近傍位置における加算値から前記液面位置の輝度値との差分を求め、
    前記差分を前記変化量で除した除算値を求め、
    前記除算値を前記液面近傍位置に相当する列の位置に加算した値を液面位置とすることにより液面位置を測定する液面測定方法。
23. 一定時間間隔で画像データをフレームとして取得し、各フレームにおいて請求項１乃至４、７、８、１０、１３、１５及び１８のいずれか１項記載の方法により液面の位置を求め、求めた液面の位置を各フレーム間で差分を求めることにより、前記一定時間間隔における液体体積の変化量を求める液量測定方法。

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