JP2009294178A - Apparatus and method for measuring sand - Google Patents

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Makoto Suzuki
鈴木  誠
Haruhisa Saito
晴久 齋藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sand measuring apparatus and a sand measuring method capable of measuring a ratio of labelled sand particles slightly included in a large amount of earth and sand. <P>SOLUTION: Sand is collected at a measuring site, and labelled sand is arranged at an initial location in this method. Sand at a location separated from the initial location is collected after a prescribed period has passed, and collected sand is transferred and imaged during its transfer. The labeled sand is counted on the basis of images obtained by imaging. Imaging is performing by simultaneously measuring sand images each transmitted through two filters having different transmission wavelength bands. When images transmitted through each filter are obtained as a first image and a second image, it is determined that pixels have been receiving light from labelled sand particles when a ratio between the intensity of pixels in the first image and the intensity of pixels in the second image is equal to a prescribed value or greater. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、砂の測定装置及び砂の測定方法に関する。   The present invention relates to a sand measuring device and a sand measuring method.

各種の土木工事をする際に、土砂の移動を精密に測定し、測定結果を考慮して、最適な土木設計を行うことが行われようとしている。また、土木工事後に土砂の移動を測定し、土木工事の検証に役立てることもできる。純粋に科学的な調査を目的として、土砂の移動を測定することは、海岸線や河岸線或いは砂丘の経年的な変化を予測することにも役立てることが可能である。日本国内における土木工事技術は世界的にも進んでいるが、土砂の移動を精密に測定することができれば、日本国内のみならず、他の土木工事が必要とされる国において、更に先進的で効率的な工事や研究を行うことができるものと期待されている。海岸の浸食状態や、養浜後の土砂の流出状態を把握するためには、砂移動の計測法(モニタリング)の活用が期待されている。このような計測方法として、(1)現地砂の物理・化学分析による砂移動の計測、(2)カラーサンドや蛍光砂をトレーサに用いた砂移動の計測が考えられる。   In various civil engineering works, the movement of earth and sand is precisely measured, and the optimum civil engineering design is being performed in consideration of the measurement results. In addition, the movement of earth and sand can be measured after civil engineering work, which can be used for verification of civil engineering works. Measuring the movement of sediment for purely scientific investigations can also help predict aging of coastlines, riverlines or dunes. Civil engineering technology in Japan is advancing worldwide, but if it can accurately measure the movement of earth and sand, it will be more advanced not only in Japan but also in other countries where civil engineering works are required. It is expected to be able to conduct efficient construction and research. In order to grasp the erosion state of the coast and the runoff state of sand and sand after beach nourishment, it is expected to utilize the sand movement measurement method (monitoring). As such a measuring method, (1) sand movement measurement by physical / chemical analysis of local sand, (2) sand movement measurement using color sand or fluorescent sand as a tracer can be considered.

土砂の移動を計測するには、標識を付けた土砂を特定の地点に配置し、所定期間の経過後に、この地点から離れた複数の計測地点の土砂を採集し、各計測地点の土砂を分析して、その土砂中に含まれる標識された砂粒の数をカウントする。各計測地点のカウント数や砂粒の寸法が分かれば、特定の初期地点からどのような寸法の砂粒が、どのように拡散して移動したのかが判明するはずである。   To measure the movement of earth and sand, place the marked earth and sand at a specific point, collect the earth and sand at multiple measurement points away from this point, and analyze the earth and sand at each measurement point. Then, the number of labeled sand particles contained in the earth and sand is counted. If the count number and the size of the sand particles at each measurement point are known, it should be understood what size of the sand particles have been diffused and moved from the specific initial point.

しかしながら、海岸などに存在する砂粒の数は膨大であり、その中に僅かに存在する標識された砂を正確にカウントするのは、不可能であるか、可能であっても、大量の作業者を必要とする。従来、大量の土砂に含まれる砂粒を精密に測定することは、行われていなかった。本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、大量の土砂の中に僅かに含まれる標識された砂粒の割合を計測することが可能な砂の測定装置及び砂の測定方法を提供することを目的とする。   However, the number of sand grains present on the beach etc. is enormous, and it is impossible or even possible to accurately count the labeled sand that is slightly present in it. Need. Conventionally, precise measurement of sand particles contained in a large amount of earth and sand has not been performed. The present invention has been made in view of such problems, and provides a sand measuring device and a sand measuring method capable of measuring the proportion of labeled sand particles slightly contained in a large amount of earth and sand. The purpose is to provide.

上述の課題を解決するため、本発明に係る砂の測定装置は、標識された砂粒を含有する砂の測定装置において、砂を搬送する搬送手段と、搬送手段によって搬送中の砂を撮像する撮像手段と、撮像手段によって撮像された砂の画像から、標識された砂粒を判別してカウントする演算手段とを備えることを特徴とする。なお、「砂」は「砂粒」の集合体を意味するものとする。標識の手法としては、顔料や蛍光塗料によって砂粒の表面を塗装する方法がある。   In order to solve the above-described problems, a sand measuring device according to the present invention is a sand measuring device containing labeled sand particles. And a calculating means for discriminating and counting the labeled sand particles from the sand image picked up by the image pickup means. “Sand” means an aggregate of “sand grains”. As a labeling method, there is a method of painting the surface of sand particles with a pigment or a fluorescent paint.

標識された砂粒は、そうでない周囲の砂粒とは異なる拡散反射光スペクトルを有している。したがって、撮像手段によって撮像された画像内において、標識された砂粒を示す画素群は、周囲の砂を示す画素群とは区別しうる。したがって、演算手段は標識された砂粒を判別して、これをカウントする。   The labeled sand grains have a diffuse reflectance spectrum that is different from the surrounding sand grains that are not. Therefore, in the image picked up by the image pickup means, the pixel group indicating the labeled sand particles can be distinguished from the pixel group indicating the surrounding sand. Therefore, the computing means discriminates the labeled sand particles and counts them.

1フレームの画像内に含まれる全ての砂粒の総数は、これらを画素に換算すると画像内の画素数であるため、1フレーム内の総画素数内において、標識された砂粒の画素数の占める割合が判明する。これは間接的には、測定対象となる砂に含まれる標識された砂粒の割合を概ね示している。また、画像中の砂粒は、複数の画素によって示されるものとすると、複数個の画素から構成される砂粒の1フレーム内の数は、1フレーム内の総砂粒数に対してある割合を占めている。すなわち、総砂粒数に対する標識された砂粒数の割合が判明する。なお、総砂粒数は、1フレームの総画素数を1つの砂粒を構成する画素数で割ったときの値とすることができる。砂粒の大きさ(画素数換算値)としては、砂粒の大きさの平均値を用いることができる。   Since the total number of all sand grains contained in one frame image is the number of pixels in the image when these are converted into pixels, the proportion of the number of labeled sand grains in the total number of pixels in one frame Becomes clear. This indirectly indicates the ratio of labeled sand particles contained in the sand to be measured. Also, if the sand grains in the image are indicated by a plurality of pixels, the number of sand grains composed of a plurality of pixels in one frame occupies a certain ratio to the total number of sand grains in one frame. Yes. That is, the ratio of the number of labeled sand grains to the total number of sand grains is determined. Note that the total number of sand grains can be a value obtained by dividing the total number of pixels in one frame by the number of pixels constituting one sand grain. As the size of the sand particles (converted value of the number of pixels), an average value of the size of the sand particles can be used.

また、この割合は、複数のフレーム数Fにおいて検出した砂粒の総数Nを単位フレーム当たりの数に換算した値、すなわちN/F(個/フレーム)として取り扱うこともでき、1フレーム内に含まれる砂粒数を必要に応じてNの値と置換することもできる。   This ratio can also be handled as a value obtained by converting the total number N of sand grains detected in a plurality of frames F into a number per unit frame, that is, N / F (pieces / frame), and is included in one frame. The number of sand grains can be replaced with the value of N as required.

このように、本発明では、測定対象の砂に含まれる砂粒の割合を概ね計測することが可能となる。   Thus, in the present invention, it is possible to roughly measure the proportion of sand particles contained in the sand to be measured.

また、撮像手段は、第1の透過波長帯域を有する第1フィルタと、第1フィルタと異なる第2の透過波長帯域を有する第2フィルタと、第1フィルタを透過した搬送中の特定領域内の砂の画像を撮像する第1カメラと、第2フィルタを透過した搬送中の上記特定領域内の砂の画像を、第1カメラと同時に撮像する第2カメラとを備えており、演算手段は、第1カメラから出力された第1画像内の画素の強度と、第2カメラから出力された第2画像内の画素の強度の比率が、所定値以上の場合に、その画素が標識された砂粒からの光を受光しているものと判別することが好ましい。なお、画素の強度比率の算出においては、低い方の強度を分母にしておく。   In addition, the imaging means includes a first filter having a first transmission wavelength band, a second filter having a second transmission wavelength band different from the first filter, and a specific region being conveyed that has passed through the first filter. A first camera that picks up an image of sand, and a second camera that picks up an image of sand in the specific area being conveyed that has passed through the second filter at the same time as the first camera. When the ratio of the intensity of the pixel in the first image output from the first camera and the intensity of the pixel in the second image output from the second camera is equal to or greater than a predetermined value, the sand particle labeled with the pixel It is preferable to determine that the light from the light is received. In the calculation of the pixel intensity ratio, the lower intensity is used as the denominator.

標識された砂粒は、標識されていない砂粒とは拡散反射光スペクトルが異なる。したがって、異なる波長帯域で砂の撮像を行い、これらの画像を構成するそれぞれの対応画素の強度の比率が所定値以上の場合には、この画素が、標識された砂粒を示すものであると、正確に判別することができる。   Labeled sand grains have a diffuse reflectance spectrum different from that of unlabeled sand grains. Therefore, when the sand is imaged in different wavelength bands, and the ratio of the intensity of each corresponding pixel constituting these images is equal to or greater than a predetermined value, this pixel indicates a labeled sand particle, It can be determined accurately.

また、演算手段は、撮像手段によって撮像され強度の比率が演算された画素群からなる1フレーム画像内において、所定値以上の画素が連続している場合、連続している画素の分布する領域の画素数を、標識された砂粒の大きさの指標として計測し、砂粒の大きさ毎の砂粒の数をカウントし、更に、撮像手段によって撮像された複数フレームの画像に含まれる砂粒の大きさ毎の砂粒の数を積算して出力することが好ましい。   In addition, in the case where pixels having a predetermined value or more are consecutive in one frame image composed of a group of pixels that are imaged by the imaging unit and the intensity ratio is calculated, the calculation unit calculates the region where the continuous pixels are distributed. The number of pixels is measured as an index of the size of the labeled sand particles, the number of sand particles for each size of the sand particles is counted, and further, for each size of the sand particles included in the multi-frame image captured by the imaging means. It is preferable to integrate and output the number of sand grains.

すなわち、多量の砂に含まれる標識された砂粒の数は非常に少ない場合が多い。その数は100万個当たり1個ということもあり得る。また、そのような状態で標識された砂粒の大きさが判明すれば、砂粒の大きさに応じた砂の拡散分布を解析することも可能となる。そこで、上述のように複数フレームの画像から得られる砂粒を大きさ毎に積算して出力することとした。測定データは、全ての砂粒を測定したデータでないため、真値に対してバラツキを有するものであるが、積算数を増加させるに従って、データは真値に近づくことになる。   That is, the number of labeled sand grains contained in a large amount of sand is often very small. The number can be one per million. Also, if the size of the sand particles labeled in such a state is found, it is possible to analyze the sand diffusion distribution according to the size of the sand particles. Therefore, as described above, sand particles obtained from a plurality of frames of images are integrated for each size and output. Since the measurement data is not data obtained by measuring all the sand grains, it has a variation with respect to the true value. However, as the integration number is increased, the data approaches the true value.

また、測定データには、標識された砂粒と誤判定することによって生じる誤差も含まれるが、標識された砂粒を含まない砂の画像を同様に積算しておくことにより、誤差成分のカウント数は予め演算できるため、得られたカウント数から誤差成分のカウント数を減じることにより、データを真値に近づけることができる。   In addition, the measurement data includes errors caused by misjudging as labeled sand particles, but by counting the number of sand images that do not include labeled sand particles in the same way, the count number of error components is Since the calculation can be performed in advance, the data can be brought close to a true value by subtracting the error component count from the obtained count.

また、搬送手段は、砂搬送方向に平行に延びた一対の側壁を有し砂を搬送するベルトコンベアと、ベルトコンベア上に砂を流入させる砂供給手段とを備え、ベルトコンベア上に砂供給手段から単位時間に流入する砂の見かけ体積V、砂粒の平均粒径D、ベルトコンベアが単位時間に進む移動量L、及び一対の側壁の間の距離Wは、W×L×D<Vなる関係式を満たしていることが好ましい。なお、見かけ体積(カサ体積)とは、砂で全て充填される大きさの容器の容積のことであり、砂の間の空隙も含んだ見かけ上の体積のことである。   The conveying means includes a belt conveyor having a pair of side walls extending in parallel with the sand conveying direction and conveying sand, and a sand supplying means for flowing sand onto the belt conveyor, and the sand supplying means on the belt conveyor. The apparent volume V of sand that flows in from unit time to time, the average particle size D of sand grains, the amount of movement L that the belt conveyor advances in unit time, and the distance W between the pair of side walls are W × L × D <V It is preferable that the formula is satisfied. It should be noted that the apparent volume (the bulk volume) is a volume of a container having a size that is completely filled with sand, and is an apparent volume including a gap between the sands.

上述の条件を満たす場合、側壁によって囲まれたベルトコンベア上の領域に1層以上の砂粒が積層するだけの砂が供給されている。すなわち、ベルトコンベア上に砂供給手段から流入した砂が、ベルトコンベア上において単層以上に積層する。この場合、ベルトコンベア上に砂粒が敷き詰められることになるため、標識された砂粒の全体に対する割合を正確に測定することが可能となる。   When the above-mentioned conditions are satisfied, the sand is supplied so that one or more layers of sand particles are stacked in the region on the belt conveyor surrounded by the side walls. That is, the sand flowing from the sand supply means onto the belt conveyor is laminated in a single layer or more on the belt conveyor. In this case, since the sand particles are spread on the belt conveyor, the ratio of the labeled sand particles to the whole can be accurately measured.

上述のように砂粒を敷き詰めるため、砂を平坦にならす手段があることが好ましい。すなわち、搬送手段は、ベルトコンベアの表面から離隔した平面状の底面と、ベルトコンベアの搬送方向とは逆側に向かって幅が狭くなった凸部とを有する第1平坦化部材を備え、第1平坦化部材と上記側壁との間には隙間が存在することが好ましい。   In order to spread sand grains as described above, it is preferable to have means for leveling the sand. That is, the conveying means includes a first flattening member having a planar bottom surface separated from the surface of the belt conveyor and a convex portion whose width becomes narrower in the direction opposite to the conveying direction of the belt conveyor, It is preferable that a gap exists between the flattening member and the side wall.

この場合、搬送に伴って、第1平坦化部材の先頭側(凸部先端)から当該凸部に砂が衝突してくるが、この砂は、一部が第1平坦化部材の底面とベルトコンベアの表面との間の空間に潜り込み、残りが凸部によって幅方向にかき分けられながら、やはり第1平坦化部材の底面とベルトコンベアの表面との間の空間に潜り込んで平坦化される。更に余った砂は、ベルトコンベアの側壁と第1平坦化部材との間の隙間を通って搬送されるので、ベルトコンベアから砂が溢れることがない。   In this case, the sand collides with the convex portion from the leading side (protruding tip end) of the first flattening member along with the conveyance, and a part of the sand is in contact with the bottom surface of the first flattening member and the belt. It sinks into the space between the surfaces of the conveyor, and the remainder is scraped in the width direction by the projections, but also sinks into the space between the bottom surface of the first flattening member and the surface of the belt conveyor and is flattened. Furthermore, since excess sand is conveyed through the gap between the side wall of the belt conveyor and the first flattening member, the sand does not overflow from the belt conveyor.

また、搬送手段は、第1平坦化部材のベルトコンベアの搬送方向側に配置され、ベルトコンベアの表面から離隔した弾性体からなるヘラ状の第2平坦化部材を更に備えていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that a conveyance means is further provided with the spatula-shaped 2nd planarization member which is arrange | positioned at the conveyance direction side of the belt conveyor of a 1st planarization member, and consists of an elastic body spaced apart from the surface of a belt conveyor.

第1平坦化部材によって平坦化された砂は、第2平坦化部材によって更に平坦化される。すなわち、第2平坦化部材の形状は、ゴムなどの弾性体からなるヘラ状であり、搬送に伴って、この弾性体が砂の表面を掃くことで、第1平坦化部材によって与えられた圧力によって若干押し込められた砂を、自然な状態で分散させ、また、砂の平坦度を更に高くする。
更に、砂供給手段は、底部に砂出力口を有する容器と、砂出力口内から延びてベルトコンベア上に砂を排出するスクリューコンベアと、を備え、スクリューコンベアのスクリューのブレードに刷毛が取り付けられていることが好ましい。
The sand flattened by the first flattening member is further flattened by the second flattening member. That is, the shape of the second flattening member is a spatula shape made of an elastic body such as rubber, and the pressure applied by the first flattening member as the elastic body sweeps the surface of the sand as it is conveyed. The sand that has been slightly pushed in by is dispersed in a natural state, and the flatness of the sand is further increased.
The sand supply means further includes a container having a sand output port at the bottom, and a screw conveyor extending from the sand output port and discharging the sand onto the belt conveyor, and a brush is attached to a screw blade of the screw conveyor. Preferably it is.

ベルトコンベア上に砂を積層する場合には、砂が十分に攪拌されていないと更に正確な測定ができない。すなわち、標識された砂が、砂の積層によって撮像できない位置に常に埋もれている確率が高くなると、測定データが正確ではなくなる可能性がある。そこで、上記では、スクリューコンベアで砂を搬送することで、砂粒を攪拌し、より正確なデータが得られるようにしている。なお、撮像回数が複数に及ぶ場合には、通常のスクリューブレードで何度も搬送しているうちに、ブレードの表面で砂自体の表面が削られる。すなわち、砂の大きさなどの測定対象の状態が変化し、正確な測定ができなくなる。そこで、ブレードに刷毛を取付け、この刷毛が砂に当たるようにしたので、砂粒の磨耗が低減され、正確な測定が可能となる。   When sand is laminated on a belt conveyor, more accurate measurement cannot be performed unless the sand is sufficiently stirred. That is, if the probability that the labeled sand is always buried in a position where it cannot be imaged due to the layer of sand increases, the measurement data may not be accurate. Therefore, in the above description, sand is conveyed by a screw conveyor to agitate the sand grains so that more accurate data can be obtained. In addition, when the number of times of imaging reaches a plurality, the surface of the sand itself is shaved on the surface of the blade while being conveyed many times by a normal screw blade. That is, the state of the object to be measured, such as the size of sand, changes, and accurate measurement cannot be performed. Therefore, since the brush is attached to the blade so that the brush hits the sand, the wear of the sand particles is reduced, and accurate measurement is possible.

更に、搬送手段は、ベルトコンベアで搬送された砂を、砂供給手段内に帰還させる砂運.搬装置を備えていることが好ましい。砂運搬装置があると、一度撮像した後の砂を砂運搬装置が砂供給手段内に運搬することができるため、何度も砂を撮像し、測定精度を向上させることができる。   Further, the transport means is a sand transporter for returning the sand transported by the belt conveyor into the sand supply means. It is preferable to provide a carrying device. If there is a sand transporting device, the sand transporting device can transport the sand once imaged into the sand supply means, so that the sand can be imaged many times and the measurement accuracy can be improved.

もちろん、ベルトコンベアは環状に延びていることとしてもよい。ベルトコンベアが環状に搬送されると、一度撮像された砂も、ベルトコンベアが環状に移動することで、同じ位置に帰ってくるため、もう一度、撮像することができる。この撮像は、必要な回数だけ繰り返すことができる。   Of course, the belt conveyor may extend annularly. When the belt conveyor is conveyed in an annular shape, the sand once imaged can be imaged again because it returns to the same position as the belt conveyor moves in an annular shape. This imaging can be repeated as many times as necessary.

また、本発明に係る砂の測定方法は、測定現場の砂を採取する第1工程と、標識された砂を初期地点に配置する第2工程と、所与の期間経過後に初期地点から離れた地点の砂を採取する3工程と、第3工程で採取された砂を搬送しながら撮像する第4工程と、撮像した画像から標識された砂をカウントする第5工程と、を備えることを特徴とする。   Moreover, the sand measuring method according to the present invention includes a first step of collecting sand at a measurement site, a second step of placing labeled sand at an initial point, and a distance from the initial point after a given period of time. 3 steps of collecting the sand at the point, a fourth step of imaging while conveying the sand collected in the third step, and a fifth step of counting the labeled sand from the captured image. And

環境アセスメントや土木建築工事の調査のため、砂の挙動を計測する場合、測定現場の砂を採取し、標識をつけ、基準となる初期地点に標識された砂を配置する。例えば1ヶ月後などの予め決めておいた期間の経過後、初期地点から離れた地点の砂を採取して撮像し、標識された砂のカウントを行うと、砂の拡散の状態がわかる。   When measuring the behavior of sand for environmental assessment and civil engineering construction surveys, the sand at the measurement site is collected, marked, and placed at the initial reference point. For example, when a predetermined period of time such as one month later has elapsed, sand at a point away from the initial point is sampled and imaged, and the number of labeled sand is counted to determine the state of sand diffusion.

また、第4工程の撮像は、異なる透過波長帯域を有する2つのフィルタをそれぞれ透過した砂の像を同時に測定することによって行われ、それぞれのフィルタを透過した画像を第1画像及び第2画像とすると、第5工程では、第1画像内の画素の強度と、第2画像内の画素の強度の比率が、所定値以上の場合に、その画素が標識された砂粒からの光を受光しているものと判別することが好ましい。   The imaging in the fourth step is performed by simultaneously measuring sand images that have passed through two filters having different transmission wavelength bands, and the images that have passed through the filters are referred to as a first image and a second image. Then, in the fifth step, when the ratio of the intensity of the pixel in the first image and the intensity of the pixel in the second image is equal to or greater than a predetermined value, the light from the sand grain labeled with the pixel is received. It is preferable to discriminate them from those.

この場合、標識された砂粒は、標識されていない砂粒とはスペクトルが異なるため、第1画像及び第2画像を構成するそれぞれの対応画素の強度の比率が所定値以上の場合には、この画素が、標識された砂粒を示すものとすることができ、正確に判別することができる。   In this case, since the labeled sand particles have a spectrum different from that of the unlabeled sand particles, when the intensity ratio of the corresponding pixels constituting the first image and the second image is equal to or greater than a predetermined value, this pixel Can indicate labeled sand particles and can be accurately determined.

また、本発明に係る砂の測定方法では、撮像され前記強度の比率が演算された画素群からなる1フレーム画像内において、前記所定値以上の画素が連続している場合、連続している画素の分布する領域の画素数を、標識された砂粒の大きさの指標として計測し、砂粒の大きさ毎の砂粒の数をカウントし、更に、撮像された複数フレームの画像に含まれる砂粒の大きさ毎の砂粒の数を積算して出力することが好ましい。   Further, in the sand measuring method according to the present invention, in the case where pixels that are equal to or greater than the predetermined value are consecutive in one frame image that is a group of pixels that are imaged and the ratio of the intensity is calculated, The number of pixels in the area where the particles are distributed is measured as an indicator of the size of the labeled sand particles, the number of sand particles for each size of the sand particles is counted, and the size of the sand particles included in the captured multiple frame images It is preferable to integrate and output the number of sand grains for each thickness.

標識された砂粒の大きさが判明すれば、砂粒の大きさに応じた砂の拡散分布を解析することも可能となる。また、測定データは、全ての砂粒を測定したデータでないため、真値に対してバラツキを有するものであるが、積算数を増加させるに従って、データは真値に近づくことになる。なお、標識された砂を得るため、上述の測定方法は、砂に標識をする工程を更に備えることとしてもよい。   If the size of the labeled sand particles is known, it is possible to analyze the sand diffusion distribution according to the size of the sand particles. Further, since the measurement data is not data obtained by measuring all sand grains, the measurement data has a variation with respect to the true value, but the data approaches the true value as the integration number is increased. In addition, in order to obtain labeled sand, the above-described measurement method may further include a step of marking sand.

本発明に係る砂の測定装置および測定方法によれば、標識された砂粒の割合を計測することが可能となる。   According to the sand measuring apparatus and measuring method of the present invention, it is possible to measure the ratio of labeled sand particles.

以下、実施の形態に係る砂の測定装置及び測定方法について説明する。同一要素には同一符合を用いることとし、重複する説明は省略する。   Hereinafter, the sand measuring device and the measuring method according to the embodiment will be described. The same reference numerals are used for the same elements, and redundant description is omitted.

図1は、砂の測定装置のブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram of a sand measuring device.

この測定装置で測定される砂3は、標識された砂粒(以下、「標識砂粒」とする)を含有している。なお、「砂」は「砂粒」の集合体を意味するものとする。標識の手法としては、顔料や蛍光塗料によって砂粒の表面を塗装する方法があるが、以下では、赤色や青色の顔料を用いて塗装された色砂の例について説明する。   The sand 3 measured by this measuring apparatus contains labeled sand particles (hereinafter referred to as “labeled sand particles”). “Sand” means an aggregate of “sand grains”. As a method of labeling, there is a method of painting the surface of sand particles with a pigment or a fluorescent paint. Hereinafter, an example of colored sand coated with a red or blue pigment will be described.

砂3は、砂ホッパ(砂供給手段)1から落下し、ベルトコンベア2上に排出される。ベルトコンベア2は、ベルトコンベア2のベルトに係合したモータ20及びを回転させることにより、移動する。ベルトコンベア2のベルトは1つ以上の搬送ローラ21の外表面上を移動する。ベルトコンベア2は搬送装置(搬送手段)の一部であり、砂3を搬送する。ベルトコンベア2上を搬送中の砂3は、デジタルビデオカメラからなるカメラ5,6を含む撮像装置(撮像手段)によって撮像される。   The sand 3 falls from the sand hopper (sand supply means) 1 and is discharged onto the belt conveyor 2. The belt conveyor 2 moves by rotating the motor 20 engaged with the belt of the belt conveyor 2. The belt of the belt conveyor 2 moves on the outer surface of one or more transport rollers 21. The belt conveyor 2 is a part of a conveying device (conveying means) and conveys the sand 3. The sand 3 being conveyed on the belt conveyor 2 is imaged by an imaging device (imaging means) including cameras 5 and 6 formed of digital video cameras.

カメラ5,6は、ベルトコンベア2上の同一撮像領域内の砂3を同時に撮像する。カメラ5は、第1透過波長帯域λ1を有するフィルタFL1を透過した砂の画像(第1画像)を取得し、カメラ6は、第2透過波長帯域λ2を有するフィルタFL2を透過した砂の画像(第2画像)を取得する。この撮像装置によって撮像された同一撮像領域内の砂3の第1及び第2画像は、画像処理装置9に入力される。画像処理装置9は、対応する画素毎に輝度の比率を演算し、演算結果としての合成画像(各画素が輝度比率を示す値を有する)をコンピュータ11に出力する。なお、画像処理回路9は、コンピュータ11に内蔵することとしてもよい。   The cameras 5 and 6 simultaneously image the sand 3 in the same imaging area on the belt conveyor 2. The camera 5 acquires an image (first image) of sand that has passed through the filter FL1 having the first transmission wavelength band λ1, and the camera 6 has an image of sand that has passed through the filter FL2 having the second transmission wavelength band λ2 ( 2nd image) is acquired. The first and second images of the sand 3 in the same imaging area captured by this imaging device are input to the image processing device 9. The image processing device 9 calculates a luminance ratio for each corresponding pixel, and outputs a composite image (each pixel has a value indicating the luminance ratio) as a calculation result to the computer 11. The image processing circuit 9 may be built in the computer 11.

また、撮像された砂3は、砂受けカップなどの砂受取装置4上に落下する。   Moreover, the imaged sand 3 falls on a sand receiving device 4 such as a sand receiving cup.

コンピュータ(演算手段)11は、上記合成画像内において、所定値以上の値を有する画素を標識砂粒の画像であると判定し、このように標識砂粒を判別して、その数をカウントし、カウントした結果を標識砂粒の大きさ毎にモニタ10に表示する。   The computer (arithmetic unit) 11 determines that a pixel having a value equal to or greater than a predetermined value in the composite image is an image of the labeled sand particle, discriminates the labeled sand particle in this way, counts the number, The results are displayed on the monitor 10 for each size of the marked sand particles.

撮像装置について詳説すると、ベルトコンベア2の表面に垂直な直線上には撮影レンズLSの光軸が位置しており、撮影レンズLSの後段にはプリズムなどからなるハーフミラーHMが配置され、ハーフミラーHMの透過光がフィルタFL1を介してカメラ5に入射し、ハーフミラーHMの反射光がフィルタFL2を介してカメラ6に入射する。カメラ5,6は同一の構造を有しているが、撮影レンズLSからの距離は異なる。すなわち、フィルタFL1,FL2の透過波長帯域が異なるため、それぞれの透過光の結像位置が異なるため、カメラ5,6の位置をそれぞれの透過光の結像位置に合わせている。   The imaging device will be described in detail. The optical axis of the photographing lens LS is positioned on a straight line perpendicular to the surface of the belt conveyor 2, and a half mirror HM made of a prism or the like is disposed behind the photographing lens LS. The transmitted light of HM enters the camera 5 through the filter FL1, and the reflected light of the half mirror HM enters the camera 6 through the filter FL2. The cameras 5 and 6 have the same structure, but the distance from the taking lens LS is different. In other words, since the transmission wavelength bands of the filters FL1 and FL2 are different, the imaging positions of the transmitted lights are different, and the positions of the cameras 5 and 6 are adjusted to the imaging positions of the transmitted lights.

なお、カメラ5,6の光軸は、ハーフミラーHMの表面に対して45度の角度を成しており、互いに直交している。カメラ6は三次元移動ステージに固定されており、このステージは光軸の回転方向にも移動させることができる。撮像レンズLSとしては、ペンタックス株式会社製のFA645,45mm,F2.8、光学バンドパスフィルタFL1,FL2として、朝日分光株式会社製のフィルタ(透過波長帯域λ1=400〜540nm、λ2=580〜700nm)を用い、動体としての砂の計測用のカメラ5,6として、ソニー株式会社製のプログレッシブVGA、XC−HR57を用いることができる。撮像レンズLSからベルトコンベア2の表面までの距離は約30cmである。   The optical axes of the cameras 5 and 6 form an angle of 45 degrees with respect to the surface of the half mirror HM and are orthogonal to each other. The camera 6 is fixed to a three-dimensional moving stage, and this stage can also be moved in the rotation direction of the optical axis. The imaging lens LS is FA645, 45 mm, F2.8 manufactured by Pentax Corporation, and the optical bandpass filters FL1, FL2 are filters manufactured by Asahi Spectroscopy (transmission wavelength band λ1 = 400-540 nm, λ2 = 580-700 nm. The progressive VGA and XC-HR57 manufactured by Sony Corporation can be used as the cameras 5 and 6 for measuring sand as a moving object. The distance from the imaging lens LS to the surface of the belt conveyor 2 is about 30 cm.

CCDを内蔵するカメラ5,6のシャッターを開けるタイミングに同期して、光源LP1,LP2が発光する。本例の光源LP1,LP2は、キセノンフラッシュランプからなり、光源LP1,LP2とベルトコンベア2の撮像領域との間に拡散板DF1,DF2がそれぞれ介在している。拡散板DF1、DF2は、光源LP1,LP2を内蔵したパネルストロボの光出射板であることが好ましい。この装置では、砂の状態が乱れないように、ベルトコンベア2が一定速度で連続移動しながら撮像を行うため、カメラ5,6のシャッタースピードは例えば1/4000(秒)に設定されている。   The light sources LP1 and LP2 emit light in synchronization with the timing of opening the shutters of the cameras 5 and 6 incorporating the CCD. The light sources LP1 and LP2 in this example are xenon flash lamps, and diffusion plates DF1 and DF2 are interposed between the light sources LP1 and LP2 and the imaging area of the belt conveyor 2, respectively. The diffusion plates DF1 and DF2 are preferably light emission plates of a panel strobe with built-in light sources LP1 and LP2. In this apparatus, the shutter speed of the cameras 5 and 6 is set to 1/4000 (seconds), for example, because the belt conveyor 2 performs imaging while continuously moving at a constant speed so as not to disturb the sand state.

タイミング回路7から撮像トリガー信号が、カメラ5,6及びランプ駆動回路8に入力されると、ランプ駆動回路8はストロボの駆動信号を出力し、カメラ5,6はシャッターを開ける。このときの画像取得のタイミングから僅かに遅延した時間の経過後に、画像処理回路9にカメラ5,6の取得画像が転送され、合成画像が演算される。演算された合成画像及び/又はその二値化処理画像は、画像処理回路9又はコンピュータ9内の記憶装置(図示せず)内に逐次格納される。なお、タイミング回路7は、コンピュータ11から制御されている。   When an imaging trigger signal is input from the timing circuit 7 to the cameras 5 and 6 and the lamp driving circuit 8, the lamp driving circuit 8 outputs a strobe driving signal, and the cameras 5 and 6 open the shutter. After a lapse of time slightly delayed from the image acquisition timing at this time, the acquired images of the cameras 5 and 6 are transferred to the image processing circuit 9 and a composite image is calculated. The calculated composite image and / or its binarized image is sequentially stored in the image processing circuit 9 or a storage device (not shown) in the computer 9. The timing circuit 7 is controlled from the computer 11.

なお、撮像タイミングの間隔tINTERVALは、撮像領域内の砂が全て撮像領域外へ移動するまでの期間よりも長く設定され、前回の砂の画像と、今回の砂の画像とが重ならないようにされている。すなわち、ベルトコンベア2上に設定されている撮像領域の搬送方向の距離をLIMとし、ベルトコンベア2の搬送速度をSBELTとすると、tINTERVAL>LIM/SBELTを満たしている。 Note that the imaging timing interval t INTERVAL is set longer than the period until all the sand in the imaging area moves outside the imaging area, so that the previous sand image and the current sand image do not overlap. Has been. That is, the distance in the conveying direction of the imaging area set on the belt conveyor 2 and L IM, when the conveying speed of the belt conveyor 2 and S BELT, meets t INTERVAL> L IM / S BELT .

具体的には、ベルトコンベア2上の撮像領域の寸法を3cm×4cmとし、この撮像領域内の範囲を連続して撮影しているものとする。この撮像領域の面積内の砂粒数は、粒径を0.04cmと仮定すると、約1万粒(但し表層の砂粒のみ)である。その際、ベルトコンベアが可動する方向で視野が重複しないように、カメラ5,6における撮像は、4フレーム/1秒で行われ、ベルトコンベア2の搬送速度は16cm/秒以上に設定されている。   Specifically, it is assumed that the size of the imaging area on the belt conveyor 2 is 3 cm × 4 cm, and the range in the imaging area is continuously photographed. The number of sand grains in the area of the imaging region is approximately 10,000 grains (however, only sand grains on the surface layer) assuming that the grain size is 0.04 cm. At that time, in order to prevent the field of view from overlapping in the direction in which the belt conveyor moves, the imaging by the cameras 5 and 6 is performed at 4 frames / second, and the conveyance speed of the belt conveyor 2 is set to 16 cm / second or more. .

なお、測定前の砂は乾燥させておく。以下では、砂の乾燥方法について若干の説明をしておく。静岡県浜松市中田島砂丘の砂3リットルに、水0.5リットルを良く混ぜて乾燥ドラム内に導入し、これを5秒間当り1回の回転速度で回転させた。砂乾燥機の排気口の熱風温度は120℃であり、運転開始後30分間の経過後、中田島砂丘の砂を評価すると、この砂は完全に乾燥していた。なお、水の量を0.6リットルに増加させた場合、30分の乾燥後には砂が完全には乾燥しなかったが、40分後には完全に乾燥した。なお、中田島砂丘の砂のカサ比重は約1.44であり、3リットルの重量は4.32kgとなる。当初供給される砂は、このような乾燥した砂とする。   In addition, the sand before measurement is dried. Below, the sand drying method will be described briefly. 0.5 liters of water was mixed well with 3 liters of sand from the Nakatajima dunes in Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture, and the mixture was introduced into a drying drum and rotated at a rotational speed of once per 5 seconds. The hot air temperature at the exhaust port of the sand dryer was 120 ° C. After 30 minutes from the start of operation, the sand of the Nakatajima dune was evaluated, and this sand was completely dry. When the amount of water was increased to 0.6 liter, the sand was not completely dried after drying for 30 minutes, but was completely dried after 40 minutes. In addition, the specific gravity of the sand of the Nakatajima dune is about 1.44, and the weight of 3 liters is 4.32 kg. The sand supplied initially is such dry sand.

次に、合成画像の生成と標識砂粒のカウントについて説明する。   Next, generation of the composite image and counting of the marked sand particles will be described.

図2は、各種の砂からの反射スペクトルを示すグラフであり、横軸は波長λ(nm)、縦軸は反射光強度R(任意定数)を示している。   FIG. 2 is a graph showing reflection spectra from various types of sand. The horizontal axis represents wavelength λ (nm), and the vertical axis represents reflected light intensity R (arbitrary constant).

D0は、静岡県浜松市の中田島砂丘から採取した砂の反射スペクトルを示しており、D1は、この砂を赤色に塗装した赤砂の反射スペクトル、D2は、この砂を黄色に塗装した黄砂の反射スペクトル、D3は、この砂を緑色に塗装した緑砂の反射スペクトル、D4は、この砂を青色に塗装した青砂の反射スペクトルを示している。また、D5は、伊豆スコリア(溶岩石)の砂の反射スペクトル、D6は輝緑岩の砂の反射スペクトルを示している。   D0 indicates the reflection spectrum of sand collected from Nakatajima dune in Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture, D1 is the reflection spectrum of red sand painted in red, and D2 is yellow sand coated in yellow. , D3 represents the reflection spectrum of green sand obtained by painting this sand in green, and D4 represents the reflection spectrum of blue sand obtained by painting this sand in blue. Moreover, D5 shows the reflection spectrum of sand of Izu scoria (lava stone), and D6 shows the reflection spectrum of sand of diorite.

このように、D1〜D4で示される標識砂粒は、塗装前の中田島砂丘の砂とは異なる反射スペクトルを有している。ベルトコンベア上では、塗装してない中田島砂丘の砂に、標識砂粒が交じることになる。すなわち、塗装した中田島砂丘の砂粒の反射スペクトルは、この砂粒の周囲の砂粒とは異なる反射光スペクトルを有している。したがって、撮像装置によって撮像された画像内において、標識砂粒を示す画素群は、周囲の砂を示す画素群とは区別しうる。したがって、コンピュータ11は、この標識砂粒を判別して、これをカウントしている。   Thus, the labeled sand grains indicated by D1 to D4 have a reflection spectrum different from that of the sand of the Nakatajima dune before painting. On the belt conveyor, marked sand particles will be mixed with the sand of the unpainted Nakatajima dune. That is, the reflection spectrum of the sand particles of the painted Nakatajima dune has a reflected light spectrum different from the sand particles around the sand particles. Accordingly, in the image captured by the imaging device, the pixel group indicating the marked sand particles can be distinguished from the pixel group indicating the surrounding sand. Therefore, the computer 11 discriminates the count sand particles and counts them.

本発明では、標識砂粒と、周囲の砂粒との比較が重要である。そこで、図2に示したグラフにおいて、D1〜D6で示される砂の各波長における強度を、この波長における中田島砂丘のデータD0の強度で除した値を、基準データD0を示す反射スペクトルに対する相対反射スペクトルとして求める。   In the present invention, it is important to compare the marked sand grains with the surrounding sand grains. Therefore, in the graph shown in FIG. 2, the value obtained by dividing the intensity at each wavelength of the sand indicated by D1 to D6 by the intensity of the data D0 of the Nakatajima dune at this wavelength is relative to the reflection spectrum indicating the reference data D0. Obtained as a reflection spectrum.

図3(a)、図3(b)は、相対反射スペクトルを示すグラフであり、図4は、各砂の反射スペクトルの最大値を与える波長(最大波長)、最小値を与える波長(最小波長)を示す表である。なお、最大値及び最小値は、同表に示すように、赤フィルタ、緑フィルタ又は青フィルタを用いたときに得ることができる。図3(a)は、青フィルタと赤フィルタを用いて判定を行う場合のグラフであり、図3(b)は、緑フィルタと赤フィルタを用いて判定を行う場合のグラフである。図3(a)における赤フィルタの透過波長帯域λ1(RED)は、560nm〜700nm、青フィルタの透過波長帯域λ2(BLUE)は400nm〜540nmである。図3(b)における赤フィルタの透過波長帯域λ1(RED)は、580nm〜700nm、緑フィルタの透過波長帯域λ2(GREEN)は440nm〜560nmである。   3 (a) and 3 (b) are graphs showing relative reflection spectra, and FIG. 4 is a wavelength (maximum wavelength) that gives the maximum value of the reflection spectrum of each sand, and a wavelength (minimum wavelength) that gives the minimum value. ). The maximum value and the minimum value can be obtained when a red filter, a green filter, or a blue filter is used, as shown in the table. FIG. 3A is a graph when the determination is performed using the blue filter and the red filter, and FIG. 3B is a graph when the determination is performed using the green filter and the red filter. In FIG. 3A, the transmission wavelength band λ1 (RED) of the red filter is 560 to 700 nm, and the transmission wavelength band λ2 (BLUE) of the blue filter is 400 to 540 nm. In FIG. 3B, the transmission wavelength band λ1 (RED) of the red filter is 580 nm to 700 nm, and the transmission wavelength band λ2 (GREEN) of the green filter is 440 nm to 560 nm.

なお、基準となる中田島砂丘の反射スペクトルの強度Rを100(任意定数)とする。   In addition, let the intensity | strength R of the reflection spectrum of the reference | standard Nakatajima dune be 100 (arbitrary constant).

また、最大値と最小値の比を同表の右端に示す。   The ratio between the maximum and minimum values is shown at the right end of the table.

赤砂(D1)の反射スペクトルを測定した場合には、これらの比(最大値/最小値)=198.4/49.1=4.04が得られる。黄砂(D2)の反射スペクトルを測定した場合には、これらの比(最大値/最小値)=151.3/45.6=3.32が得られる。緑砂(D3)の反射スペクトルを測定した場合には、これらの比(最大値/最小値)=98.2/36.8=2.67が得られる。青砂(D4)の反射スペクトルを測定した場合には、これらの比(最大値/最小値)=226.3/49.1=4.61が得られる。伊豆スコリア(D5)の反射スペクトルを測定した場合には、これらの比(最大値/最小値)=68.6/31.5=2.18が得られる。輝緑砂(D6)の反射スペクトルを測定した場合には、これらの比(最大値/最小値)=124.2/99.6=1.25が得られる。なお、中田島砂丘の反射スペクトル強度は一定であるため、最大値/最小値=1.00である。   When the reflection spectrum of red sand (D1) is measured, these ratios (maximum value / minimum value) = 198.4 / 49.1 = 4.04 are obtained. When the reflection spectrum of yellow sand (D2) is measured, these ratios (maximum value / minimum value) = 151.3 / 45.6 = 3.32. When the reflection spectrum of green sand (D3) is measured, these ratios (maximum value / minimum value) = 98.2 / 36.8 = 2.67 are obtained. When the reflection spectrum of blue sand (D4) is measured, these ratios (maximum value / minimum value) = 226.3 / 49.1 = 4.61 are obtained. When the reflection spectrum of Izu scoria (D5) is measured, the ratio (maximum value / minimum value) = 68.6 / 31.5 = 2.18 is obtained. When the reflection spectrum of bright green sand (D6) is measured, these ratios (maximum value / minimum value) = 124.2 / 99.6 = 1.25 are obtained. Since the reflection spectrum intensity of the Nakatajima dunes is constant, the maximum value / minimum value is 1.00.

このように、相対反射スペクトルの最大値と最小値の比率を取ることにより、各種類の砂の特性を判別することが可能となる。例えば、青砂(D4)を用い、中田島砂丘の砂に青砂を混ぜた場合には、閾値THを4に設定しておき、上記比率が4以上の値を有する砂粒を青砂と認定し、4未満の砂を中田島砂丘の砂(D0)と認定することも可能である。なお、上記の最大値と最小値は、それぞれ、最大値を含むフィルタの透過波長帯域内のスペクトル強度の積分値、最小値を含むフィルタの透過波長帯域内のスペクトル強度の積分値とすることができる。このように波長帯域を広く設定することで、受光光量を増加させ、測定精度を向上させることができる。   Thus, by taking the ratio between the maximum value and the minimum value of the relative reflection spectrum, it is possible to determine the characteristics of each type of sand. For example, when blue sand (D4) is used and blue sand is mixed with sand of the Nakatajima dune, the threshold TH is set to 4 and sand particles having the above ratio of 4 or more are recognized as blue sand. It is also possible to certify sand less than 4 as sand (D0) of the Nakatajima dune. Note that the maximum value and the minimum value are the integral value of the spectrum intensity in the transmission wavelength band of the filter including the maximum value and the integral value of the spectrum intensity in the transmission wavelength band of the filter including the minimum value, respectively. it can. Thus, by setting a wide wavelength band, the amount of received light can be increased and the measurement accuracy can be improved.

なお、同表に示されるように、青系の砂を用いると、中田島砂丘の砂に対して高い比率(判別率)を得ることができる。続いて、赤系、黄系、緑系の順番に高い比率を有する。
第1画像における座標(x,y)における各画素の強度をI1(x,y)とし、第2画像における座標(x,y)における各画素の強度をI2(x,y)とすると、合成画像の座標(x,y)における各画素の値C(x,y)=I1/I2(x,y)であり、I1>I2である。C(x,y)≧THを満たす場合には標識砂粒からの光であると認定し、C(x,y)<THを満たす場合には、標識していない周囲の砂粒からの光であると認定する。すなわち、本実施形態では、画像処理回路又はコンピュータにおいて、判別閾値THを基準として、上記比の値からなる合成画像を二値化処理する。
As shown in the table, when blue sand is used, a high ratio (discrimination rate) with respect to sand of Nakatajima dune can be obtained. Subsequently, it has a high ratio in the order of red, yellow, and green.
If the intensity of each pixel at the coordinates (x, y) in the first image is I1 (x, y) and the intensity of each pixel at the coordinates (x, y) in the second image is I2 (x, y) The value C (x, y) of each pixel at the coordinates (x, y) of the image = I1 / I2 (x, y), and I1> I2. When C (x, y) ≧ TH is satisfied, it is recognized that the light is from the labeled sand particles, and when C (x, y) <TH is satisfied, the light is from surrounding sand particles that are not labeled. Certify. In other words, in the present embodiment, the image processing circuit or the computer performs binarization processing on the composite image having the ratio value with reference to the discrimination threshold TH.

二値化処理画像は、砂粒のみからの光を特定的に示している。1フレームの画像内に含まれる全ての砂粒の総数は、これらを画素に換算すると、画像内の総画素数である。したがって、1フレーム内の標識砂粒の占める画素数を1フレーム内の総画素数で除すると、標識砂粒の画素数の占める割合が判明する。   The binarized image specifically shows light from only sand particles. The total number of all sand particles contained in one frame image is the total number of pixels in the image when these are converted into pixels. Therefore, when the number of pixels occupied by the marked sand particles in one frame is divided by the total number of pixels in one frame, the proportion of the number of pixels of the marked sand particles is found.

これは間接的には、測定対象となる砂に含まれる標識砂粒の割合を概ね示している。また、画像中の砂粒は、複数の画素によって示されており、複数個の画素から構成される砂粒の1フレーム内の数は、1フレーム内の総砂粒数に対してある割合を占めている。すなわち、総砂粒数に対する標識砂粒数の割合が判明する。なお、総砂粒数は、1フレームの総画素数を1つの砂粒を構成する画素数で割ったときの値とすることができる。砂粒の大きさ(画素数換算値)としては、砂粒の大きさの平均値を用いることができる。この平均値は予め求めておいてもよいが、最終的に測定された標識砂粒の大きさの平均をとることによって求めることもできる。   This indirectly indicates the ratio of labeled sand particles contained in the sand to be measured. The sand grains in the image are indicated by a plurality of pixels, and the number of sand grains composed of the plurality of pixels in one frame occupies a certain ratio to the total number of sand grains in one frame. . That is, the ratio of the number of labeled sand grains to the total number of sand grains is determined. Note that the total number of sand grains can be a value obtained by dividing the total number of pixels in one frame by the number of pixels constituting one sand grain. As the size of the sand particles (converted value of the number of pixels), an average value of the size of the sand particles can be used. This average value may be obtained in advance, but can also be obtained by taking the average of the size of the marked sand particles finally measured.

また、この割合は、複数のフレーム数Fにおいて検出した砂粒の総数Nを単位フレーム当たりの数に換算した値、すなわちN/F(個/フレーム)として取り扱うこともでき、1フレーム内に含まれる砂粒数を必要に応じてNの値と置換することもできる。このように、上述の測定手法によれば、測定対象の砂に含まれる砂粒の割合を概ね計測することが可能となる。   This ratio can also be handled as a value obtained by converting the total number N of sand grains detected in a plurality of frames F into a number per unit frame, that is, N / F (pieces / frame), and is included in one frame. The number of sand grains can be replaced with the value of N as required. Thus, according to the measurement method described above, it is possible to roughly measure the proportion of sand particles contained in the sand to be measured.

また、撮像装置は、第1の透過波長帯域を有する第1フィルタFL1と、第1フィルタFL1と異なる第2(又は第3)の透過波長帯域を有する第2フィルタFL2と、第1フィルタFL1を透過した搬送中の特定領域内の砂の画像を撮像する第1カメラ5と、第2フィルタFL2を透過した搬送中の上記特定領域内の砂の画像を、第1カメラ5と同時に撮像する第2カメラ6とを備えており、コンピュータ11は、第1カメラ5から出力された第1画像内の画素の強度I1(x,y)と、第2カメラ6から出力された第2画像内の画素の強度I2(x,y)の比率C(x,y)が、所定値以上の場合に(C(x,y)≧TH)、その画素が標識砂粒からの光を受光しているものと判別する。なお、画素の強度比率の算出においては、低い方の強度I2を分母にしておく。   In addition, the imaging apparatus includes a first filter FL1 having a first transmission wavelength band, a second filter FL2 having a second (or third) transmission wavelength band different from the first filter FL1, and a first filter FL1. A first camera 5 that captures the image of the sand in the specific area that is being transmitted and the sand camera that is in the specific area that is being transmitted that has passed through the second filter FL2 simultaneously with the first camera 5. And the computer 11 includes a pixel intensity I1 (x, y) in the first image output from the first camera 5 and a second image in the second image output from the second camera 6. When the ratio C (x, y) of the intensity I2 (x, y) of the pixel is equal to or greater than a predetermined value (C (x, y) ≧ TH), the pixel receives light from the marked sand particles. Is determined. In the calculation of the pixel intensity ratio, the lower intensity I2 is used as the denominator.

なお、上記強度I1,I2は、周囲の砂の反射光スペクトルに対する相対反射スペクトルの強度I1(=i1(λMAX)/i0(λMAX))、I2(=i2(λMIN)/i0(λMIN))である。i1(λMAX)は、最大波長λMAXにおける標識砂粒からの反射スペクトル強度(相対値への変換前の生データ)、i0(λMAX)は、最大波長λMAXにおける周囲の砂(中田島砂丘の砂)からの反射スペクトル強度(相対値への変換前の生データ)、i2(λMIN)は、最小波長λMINにおける標識砂粒からの反射スペクトル強度(相対値への変換前の生データ)、i0(λMIN)は、最小波長λMINにおける周囲の砂(中田島砂丘の砂)からの反射スペクトル強度(相対値への変換前の生データ)である。なお、この生データは、16チャンネルのリニア光電子増倍管(短冊状のカソードが直線的に1〜16チャンネル分並んでおり、チャンネルごとに400〜700nmまで20nmおきの干渉フィルタが取り付けられている光電子増倍管)を用いて取得したものである。 The intensities I1 and I2 are relative reflection spectrum intensities I1 (= i1 (λ MAX ) / i0 (λ MAX )) and I2 (= i2 (λ MIN ) / i0 (λ MIN )). i1 (λ MAX ) is the intensity of the reflected spectrum from the labeled sand grains at the maximum wavelength λ MAX (raw data before conversion to relative values), i0 (λ MAX ) is the surrounding sand at the maximum wavelength λ MAX (Nakatajima dune Reflection spectrum intensity from raw sand) (raw data before conversion to relative value), i2 (λ MIN ) is reflection spectral intensity from labeled sand grains at minimum wavelength λ MIN (raw data before conversion to relative value) , I0 (λ MIN ) is a reflection spectrum intensity (raw data before conversion to a relative value) from surrounding sand (sand of Nakatajima dune) at the minimum wavelength λ MIN . The raw data includes 16-channel linear photomultiplier tubes (a strip-shaped cathode is linearly arranged for 1 to 16 channels, and an interference filter every 20 nm from 400 to 700 nm is attached to each channel. It was obtained using a photomultiplier tube.

すなわち、C(x,y)=I1/I2(x,y)=[(i1(λMAX)/i0(λMAX))/(i2(λMIN)/i0(λMIN))](x,y)である。 That is, C (x, y) = I1 / I2 (x, y) = [(i1 (λ MAX ) / i0 (λ MAX )) / (i2 (λ MIN ) / i0 (λ MIN ))] (x, y).

なお、最大波長λMAXは、対応するフィルタを透過したスペクトルの最大値を与える波長を中心波長とする波長帯域とし、最大波長λMINは、対応するフィルタを透過したスペクトルの最小値を与える波長を中心波長とする波長帯域とする。すなわち、上記強度I1、I2、i1(λMAX)、i0(λMAX)、i2(λMIN)、i0(λMIN)は、各波長帯域におけるスペクトル強度の積算値を意味する。 The maximum wavelength λ MAX is a wavelength band whose central wavelength is the wavelength that gives the maximum value of the spectrum transmitted through the corresponding filter, and the maximum wavelength λ MIN is the wavelength that gives the minimum value of the spectrum that has passed through the corresponding filter. The wavelength band is the center wavelength. That is, the intensities I1, I2, i1 (λ MAX ), i0 (λ MAX ), i2 (λ MIN ), and i0 (λ MIN ) mean integrated values of spectrum intensities in each wavelength band.

上述のように、標識砂粒は、標識されていない砂粒とはスペクトルが異なるため、異なる波長帯域で砂の撮像を行い、これらの画像を構成するそれぞれの対応画素の強度の比率が所定値以上の場合には、この画素が、標識砂粒を示すものであるとすると、標識砂粒を正確に判別することができる。   As described above, the labeled sand grains have a spectrum different from that of the unlabeled sand grains. Therefore, the sand is imaged in different wavelength bands, and the intensity ratio of each corresponding pixel constituting these images is equal to or greater than a predetermined value. In this case, if this pixel indicates a marked sand particle, the marked sand particle can be accurately identified.

次に、上述の測定装置の詳細な構造について説明する。   Next, the detailed structure of the above-described measuring apparatus will be described.

図5は、砂の測定装置の斜視図である。   FIG. 5 is a perspective view of the sand measuring device.

パネルストロボを構成する光源LP1,LP2は、撮像領域IMを臨むように配置されている。これらのパネルストロボは、支持フレーム(ラック)100の側面から延びたアーム101,102に固定されている。ベルトコンベア2の終点の下部には、砂受取装置4としての第2のベルトコンベアが配置されており、第2のベルトコンベアは表面から立設した搬送ブレード4aを有する。第2のベルトコンベア上に落下した砂は、その表面と搬送ブレード4aの側面によって支持された状態で、砂を斜め上方に搬送し、搬送の終点において、第3のベルトコンベア103の表面上に、砂を落下させる。   The light sources LP1 and LP2 constituting the panel strobe are arranged so as to face the imaging region IM. These panel strobes are fixed to arms 101 and 102 extending from the side surface of a support frame (rack) 100. A second belt conveyor as a sand receiving device 4 is disposed below the end point of the belt conveyor 2, and the second belt conveyor has a conveying blade 4 a erected from the surface. The sand that has fallen on the second belt conveyor is transported diagonally upward while being supported by the surface and the side surface of the transport blade 4a, and on the surface of the third belt conveyor 103 at the end point of transport. Drop the sand.

第3のベルトコンベア103には、その表面から立設した搬送ブレード103aが設けられており、第3のベルトコンベア103上に落下した砂は、第3のベルトコンベア103の表面と搬送ブレード103aの側面で支持された状態で、斜め上方へ搬送される。第3のベルトコンベア103aの搬送の終点の下部には、第4のベルトコンベア104が配置されており、第3のベルトコンベア103から落下した砂は、第4のベルトコンベア104の表面上に落下する。   The third belt conveyor 103 is provided with a conveying blade 103a erected from the surface thereof, and the sand dropped on the third belt conveyor 103 is separated from the surface of the third belt conveyor 103 and the conveying blade 103a. It is conveyed obliquely upward while being supported on the side. A fourth belt conveyor 104 is arranged below the end point of conveyance of the third belt conveyor 103a, and the sand that has fallen from the third belt conveyor 103 falls on the surface of the fourth belt conveyor 104. To do.

第4のベルトコンベア104は、その上の砂を水平方向に搬送するが、その終点の下部には砂供給手段としての砂ホッパ1が配置されており、第4のベルトコンベア104から落下した砂は、砂ホッパ1の開口内に入る。砂ホッパ1の下部には砂攪拌装置SDFが取り付けられており、砂攪拌装置SDFは、砂ホッパ1の下部に位置する砂出力口から排出された砂を攪拌して水平方向に搬送し、その下部に位置する砂排出口から、ベルトコンベア2の表面上に、その排出量が周期的に変動するように、排出する。   The fourth belt conveyor 104 conveys the sand on it in the horizontal direction, and the sand hopper 1 as sand supply means is disposed below the end point of the sand, and the sand that has fallen from the fourth belt conveyor 104 is disposed. Enters into the opening of the sand hopper 1. A sand agitator SDF is attached to the lower part of the sand hopper 1, and the sand agitator SDF agitates the sand discharged from the sand output port located at the lower part of the sand hopper 1 and conveys it in the horizontal direction. It discharges from the sand discharge port located in the lower part on the surface of belt conveyor 2 so that the amount of discharge may change periodically.

このように、搬送手段は、ベルトコンベア2で搬送された砂3を、砂ホッパ1内に帰還させる砂運搬装置4,103,104を備えている。砂運搬装置があると、一度撮像した後の砂3を砂運搬装置が砂ホッパ1内に運搬することができるため、何度も砂3を撮像し、測定精度を向上させることができる。   As described above, the transport means includes the sand transport devices 4, 103, and 104 that return the sand 3 transported by the belt conveyor 2 into the sand hopper 1. If there is a sand transporting device, the sand transporting device can transport the sand 3 once imaged into the sand hopper 1, so that the sand 3 can be imaged many times and the measurement accuracy can be improved.

なお、各ベルトコンベアの終点近傍には、砂の飛散等を抑制するための整形板105等が設けられ、各ベルトコンベアを包囲している。   In addition, the shaping board 105 etc. for suppressing scattering of sand etc. are provided in the end point vicinity of each belt conveyor, and each belt conveyor is surrounded.

第1のベルトコンベア2において、砂ホッパ1と撮像領域IMとの間には、第1平坦化部材110と、第2平坦化部材111が設けられている。撮像領域IMの鉛直上方には撮像レンズLSが位置しており、図1に示したハーフミラーHM、フィルタFL1,FL2、カメラ5,6、タイミング回路7、ランプ駆動回路8、画像処理回路9を内蔵した撮像装置IPDが支持フレーム100の中央の棚上に固定されている。また、各種ベルトコンベアは、複数の支持脚200によって支えられている。   In the first belt conveyor 2, a first flattening member 110 and a second flattening member 111 are provided between the sand hopper 1 and the imaging region IM. An imaging lens LS is positioned vertically above the imaging area IM. The half mirror HM, the filters FL1 and FL2, the cameras 5 and 6, the timing circuit 7, the lamp driving circuit 8, and the image processing circuit 9 shown in FIG. The built-in imaging device IPD is fixed on the central shelf of the support frame 100. Various belt conveyors are supported by a plurality of support legs 200.

図1に示した画像処理回路9からの信号が入力されるコンピュータ11は、制御塔(ラック)300内に配置されている。制御塔300内には、モニタ10の他、ベルトコンベアや撮像装置の制御ボタンを備えた制御パネル12、キーボードなどの入力装置13が配置されている。制御パネル12には、ホッパと計測用のベルトコンベアの運転と停止、スピードを制御するボタンが配置されている。すなわち、制御パネル12には、運転モードの切替スイッチ(自動運転、試験運転)、自動運転モードにおける運転と停止、砂供給と回収のスイッチ、試験運転モードにおけるホッパとベルトコンベアの運転と停止切替スイッチ、これらのスピードの調整つまみ等を設けることができる。   A computer 11 to which a signal from the image processing circuit 9 shown in FIG. 1 is input is arranged in a control tower (rack) 300. In the control tower 300, in addition to the monitor 10, a control panel 12 having control buttons for a belt conveyor and an imaging device, and an input device 13 such as a keyboard are arranged. On the control panel 12, buttons for controlling the operation, stop and speed of the hopper and the belt conveyor for measurement are arranged. That is, the control panel 12 includes an operation mode changeover switch (automatic operation, test operation), an operation and stop in the automatic operation mode, a sand supply and recovery switch, and a hopper and belt conveyor operation and stop changeover switch in the test operation mode. These speed adjusting knobs can be provided.

図6は、砂攪拌装置SDFを一部破断して示す砂攪拌装置近傍部分の斜視図である。   FIG. 6 is a perspective view of the vicinity of the sand agitating device, with the sand agitating device SDF partially broken away.

砂供給手段を構成する砂ホッパ1を構成する垂直断面が逆さ台形の容器の下部には、水平方向に交差する側面が開口した砂出力口1Eが設けられており、砂出力口1Eには、攪拌装置SDFを構成するスクリューコンベアの筒体1Aが連続して固定されている。筒体1Aはベルトコンベア2の搬送方向TDに沿って延びており、その中心軸Xに沿ってスクリュー軸1Sが延びている。スクリュー軸1Sの周囲にはスクリューブレード1Bが螺旋状に設けられており、ブレード1Bの先端部には刷毛1Fが取り付けられている。   A sand output port 1E having a side surface that intersects in the horizontal direction is provided at the bottom of a container having a trapezoidal vertical cross section constituting the sand hopper 1 constituting the sand supply means. A cylinder 1A of a screw conveyor constituting the stirring device SDF is fixed continuously. The cylindrical body 1A extends along the conveying direction TD of the belt conveyor 2, and the screw shaft 1S extends along the central axis X thereof. A screw blade 1B is spirally provided around the screw shaft 1S, and a brush 1F is attached to the tip of the blade 1B.

このように、砂供給手段は、底部に砂出力口1Eを有する砂ホッパ(容器)1と、砂出力口1E内から延びてベルトコンベア2上に砂を排出するスクリューコンベアSDFと、を備えており、スクリューコンベアSDFのスクリューのブレード1Bに刷毛1Fが取り付けられている。   Thus, the sand supply means includes a sand hopper (container) 1 having a sand output port 1E at the bottom, and a screw conveyor SDF that extends from the sand output port 1E and discharges sand onto the belt conveyor 2. The brush 1F is attached to the blade 1B of the screw of the screw conveyor SDF.

ベルトコンベア2上に砂3を積層する場合には、砂3が十分に攪拌されていないと更に正確な測定ができない。すなわち、標識された砂が、砂の積層によって撮像できない位置に常に埋もれている確率が高くなると、測定データが正確ではなくなる可能性がある。そこで、本例では、スクリューコンベアSDFで砂3を搬送することで、砂粒を攪拌し、より正確なデータが得られるようにしている。なお、撮像回数が複数に及ぶ場合には、通常のスクリューブレード1Bで何度も砂を搬送しているうちに、ブレード1Bの表面で砂自体の表面が削られる。すなわち、砂の大きさなどの測定対象の状態が変化し、正確な測定ができなくなる。そこで、ブレード1Bに刷毛1Fを取付け、この刷毛1Fが砂に当たるようにしたので、砂粒の磨耗が低減され、正確な測定が可能となる。   When the sand 3 is laminated on the belt conveyor 2, more accurate measurement cannot be performed unless the sand 3 is sufficiently stirred. That is, if the probability that the labeled sand is always buried in a position where it cannot be imaged due to the layer of sand increases, the measurement data may not be accurate. Therefore, in this example, the sand 3 is conveyed by the screw conveyor SDF, whereby the sand particles are agitated so that more accurate data can be obtained. In addition, when the number of times of imaging reaches a plurality, while sand is conveyed many times by the normal screw blade 1B, the surface of the sand itself is shaved on the surface of the blade 1B. That is, the state of the object to be measured, such as the size of sand, changes, and accurate measurement cannot be performed. Therefore, since the brush 1F is attached to the blade 1B and the brush 1F hits the sand, the wear of the sand particles is reduced, and accurate measurement is possible.

筒体1Aの終端部は開口しており、ブレード1Bの回転によって間欠的に砂3がベルトコンベア2の表面上に排出される。   The terminal portion of the cylinder 1A is open, and the sand 3 is intermittently discharged onto the surface of the belt conveyor 2 by the rotation of the blade 1B.

図7は、平坦化部材110,111の近傍のベルトコンベアの平面図であり、図8は図7に示した装置のVIII−VIII矢印断面図である。   FIG. 7 is a plan view of the belt conveyor in the vicinity of the flattening members 110 and 111, and FIG. 8 is a cross-sectional view of the apparatus shown in FIG.

砂の流れF3は、搬送方向TDと概ね同一であるが、第1平坦化部材110に砂が衝突すると、砂が平坦化され、第2平坦化部材111に砂が衝突すると、更に平坦化される。第1平坦化部材110は、支持部材110Aに固定されており、支持部材110Aの幅方向両端は、ベルトコンベア2の幅方向の両端部に併設された固定部材S1,S2にそれぞれ固定されている。また、第2平坦化部材111は、支持部材111Aに固定されており、支持部材111Aの幅方向両端は、固定部材S1,S2にそれぞれ固定されている。   The sand flow F3 is substantially the same as the transport direction TD, but when the sand collides with the first flattening member 110, the sand is flattened, and when the sand collides with the second flattening member 111, the sand is further flattened. The The first flattening member 110 is fixed to the support member 110A, and both ends in the width direction of the support member 110A are fixed to fixing members S1 and S2 provided at both ends in the width direction of the belt conveyor 2, respectively. . The second planarizing member 111 is fixed to the support member 111A, and both ends of the support member 111A in the width direction are fixed to the fixing members S1 and S2, respectively.

第1平坦化部材110の形状は、船の舳先のような形状をしており、搬送方向TDとは逆側に突出している。   The shape of the first flattening member 110 is a shape like the tip of a ship, and protrudes on the opposite side to the transport direction TD.

すなわち、ベルトコンベア2上には、測定精度の観点から、砂粒を敷き詰めることが好ましいが、かかる敷き詰めを実行するために砂を平坦にするのが好ましい。すなわち、搬送手段は、第1平坦化部材110を備えているが、第1平坦化部材110は、ベルトコンベア2の表面から距離d1だけ離隔した平面状の底面110Bと、ベルトコンベア2の搬送方向TDとは逆側に向かって幅が狭くなった凸部110Pとを有している。また、第1平坦化部材110とベルトコンベア2の幅方向の両端に位置する側壁2Wとの間には隙間が存在している。   That is, it is preferable to spread sand particles on the belt conveyor 2 from the viewpoint of measurement accuracy, but it is preferable to flatten the sand in order to perform such spreading. In other words, the transport means includes the first flattening member 110, and the first flattening member 110 includes a flat bottom surface 110 </ b> B that is separated from the surface of the belt conveyor 2 by a distance d <b> 1 and the transport direction of the belt conveyor 2. It has the convex part 110P which became narrow toward the opposite side to TD. Further, there is a gap between the first flattening member 110 and the side walls 2W located at both ends of the belt conveyor 2 in the width direction.

この場合、搬送に伴って、第1平坦化部材110の先頭側(凸部110Pの先端)から当該凸部110Pに砂が衝突してくるが、この砂3は、一部が第1平坦化部材110の底面110Bとベルトコンベア2の表面との間の空間に潜り込み(図9参照)、残りが凸部110Pによって幅方向にかき分けられながら、やはり第1平坦化部材110の底面110Bとベルトコンベア2の表面との間の空間に潜り込んで平坦化される。更に余った砂は、ベルトコンベア2の側壁2Wと第1平坦化部材110との間の隙間G1を通って搬送されるので、ベルトコンベア2から砂が溢れることがない。   In this case, the sand collides with the convex portion 110P from the leading side of the first flattening member 110 (the tip of the convex portion 110P) with the conveyance, but a part of the sand 3 is the first flattening. While sinking into the space between the bottom surface 110B of the member 110 and the surface of the belt conveyor 2 (see FIG. 9), the remainder is scraped in the width direction by the convex portion 110P, and again, the bottom surface 110B of the first flattening member 110 and the belt conveyor It sunk into the space between the two surfaces and flattened. Furthermore, since excess sand is conveyed through the gap G1 between the side wall 2W of the belt conveyor 2 and the first flattening member 110, the sand does not overflow from the belt conveyor 2.

また、搬送手段は、第1平坦化部材110のベルトコンベア2の搬送方向TD側に配置され、ベルトコンベア2の表面から距離d2だけ離隔した弾性体からなるヘラ状の第2平坦化部材111を更に備えている。d1>d2であり、本例ではd2=2mmに設定する。第1平坦化部材110によって平坦化された砂3は、第2平坦化部材111によって更に平坦化される。すなわち、第2平坦化部材111の形状は、ゴムなどの弾性体からなるヘラ状であり、搬送に伴って、この弾性体の底面111Bが砂3の表面を弾性的に掃くことで、第1平坦化部材110によって与えられた圧力によって若干押し込められた砂3を、自然な状態で分散させ、また、砂3の平坦度を更に高くする。第2平坦化部材111の形状は長方形の板状であり、その一側面がベルトコンベア2の表面に平行に配置されている。なお、第2平坦化部材111と側壁2Wとの間にも隙間G2が設けられており、最終的に余った砂はこの隙間G2を通って撮像領域IM側へ流れていく。   The conveying means is arranged on the conveying direction TD side of the belt conveyor 2 of the first flattening member 110 and has a spatula-shaped second flattening member 111 made of an elastic body separated from the surface of the belt conveyor 2 by a distance d2. In addition. d1> d2, and d2 = 2 mm is set in this example. The sand 3 flattened by the first flattening member 110 is further flattened by the second flattening member 111. That is, the shape of the second flattening member 111 is a spatula shape made of an elastic body such as rubber, and the bottom surface 111B of the elastic body elastically sweeps the surface of the sand 3 as it is transported. The sand 3 slightly pushed in by the pressure applied by the flattening member 110 is dispersed in a natural state, and the flatness of the sand 3 is further increased. The shape of the second flattening member 111 is a rectangular plate shape, and one side surface thereof is arranged in parallel to the surface of the belt conveyor 2. Note that a gap G2 is also provided between the second planarizing member 111 and the side wall 2W, and finally the surplus sand flows through the gap G2 toward the imaging region IM.

次に、砂の導入量とベルトコンベア2の側壁構造について説明する。   Next, the amount of sand introduced and the side wall structure of the belt conveyor 2 will be described.

図6に示したように、搬送手段としてのベルトコンベア2は、砂搬送方向TDに平行に延びた一対の側壁2Wを有しており砂を搬送している。砂供給手段としての砂ホッパ1はベルトコンベア2上に砂を流入させるが、ベルトコンベア2上に砂ホッパ1(図6参照)から単位時間に流入する砂の見かけ体積V、砂粒の平均粒径D、ベルトコンベア2が単位時間に進む移動量L、及び一対の側壁の間の距離Wは、W×L×D<Vなる関係式を満たしている。なお、見かけ体積(カサ体積)とは、砂で全て充填される大きさの容器の容積のことであり、砂の間の空隙も含んだ見かけ上の体積のことである。   As shown in FIG. 6, the belt conveyor 2 as a conveying means has a pair of side walls 2W extending parallel to the sand conveying direction TD, and conveys sand. The sand hopper 1 as the sand supply means allows sand to flow into the belt conveyor 2, but the apparent volume V of sand flowing into the belt conveyor 2 from the sand hopper 1 (see FIG. 6) per unit time, and the average particle diameter of the sand particles D, the amount L of movement of the belt conveyor 2 per unit time, and the distance W between the pair of side walls satisfy the relational expression W × L × D <V. It should be noted that the apparent volume (the bulk volume) is a volume of a container having a size that is completely filled with sand, and is an apparent volume including a gap between the sands.

上述の条件を満たす場合、側壁2Wによって囲まれたベルトコンベア2上の領域に1層以上の砂粒が積層するだけの砂3が供給されている。すなわち、ベルトコンベア2上に砂ホッパ1(スクリューコンベアSDF)から流入した砂3が、ベルトコンベア2上において単層以上に積層する。この場合、ベルトコンベア2上に砂粒が敷き詰められることになるため、標識砂粒の全体に対する割合を正確に測定することが可能となる。   When the above-described conditions are satisfied, the sand 3 is supplied in such a manner that one or more layers of sand particles are stacked on the region on the belt conveyor 2 surrounded by the side walls 2W. That is, the sand 3 flowing from the sand hopper 1 (screw conveyor SDF) onto the belt conveyor 2 is laminated on the belt conveyor 2 in a single layer or more. In this case, since the sand particles are spread on the belt conveyor 2, the ratio of the marked sand particles to the whole can be accurately measured.

ここで、合成画像に含まれる標識砂粒(又はその画素)数の積算について説明する。   Here, integration of the number of marker sand particles (or pixels thereof) included in the composite image will be described.

多量の砂に含まれる標識砂粒の数は非常に少ないが、その標識砂粒の大きさが判明すれば、砂粒の大きさに応じた砂の拡散分布を解析することも可能となる。そこで、撮像装置では、複数フレームの画像を撮像し、これらの画像から得られる砂粒を大きさ毎に、合成画像に含まれる閾値以上の値を有する画素(又は複数画素からなる標識砂粒)数を積算して出力することとした。測定データは、全ての砂粒を測定したデータでないため、真値に対してバラツキを有するものであるが、積算数を増加させるに従って、データは真値に近づくことになる。   Although the number of labeled sand grains contained in a large amount of sand is very small, if the size of the marked sand grains is known, it is possible to analyze the sand diffusion distribution according to the size of the sand grains. Therefore, in the imaging device, images of a plurality of frames are captured, and the number of pixels (or marker sand particles composed of a plurality of pixels) having a value equal to or greater than the threshold value included in the composite image is determined for each size of the sand particles obtained from these images. Integrated and output. Since the measurement data is not data obtained by measuring all the sand grains, it has a variation with respect to the true value. However, as the integration number is increased, the data approaches the true value.

また、測定データには、標識砂粒と誤判定することによって生じる誤差も含まれるが、標識砂粒を含まない砂の画像を同様に積算しておくことにより、誤差成分のカウント数は予め演算できるため、得られたカウント数から誤差成分のカウント数を減じることにより、データを真値に近づけることができる。これらの演算はコンピュータ11が行うことができる。   In addition, the measurement data includes errors caused by misjudgment as marked sand particles, but the count number of error components can be calculated in advance by accumulating sand images that do not contain marked sand particles. By subtracting the error component count from the obtained count, the data can be brought closer to the true value. These calculations can be performed by the computer 11.

また、コンピュータ11は、カメラ5,6によって撮像され強度の比率C(x,y)を演算した画素群からなる1フレームの合成画像内において、所定値以上の画素が連続している場合、連続している画素の分布する領域の画素数を、標識砂粒の大きさの指標として計測し、砂粒の大きさ毎の砂粒の数をカウントし、更に、撮像装置によって撮像された複数フレームの画像に含まれる砂粒の大きさ毎の砂粒の数を積算してモニタ10に出力する。   In addition, the computer 11 is continuous when pixels of a predetermined value or more are continuous in a composite image of one frame including a pixel group that is imaged by the cameras 5 and 6 and that calculates the intensity ratio C (x, y). The number of pixels in the area where the pixels are distributed is measured as an index of the size of the marked sand particles, the number of sand particles for each size of the sand particles is counted, and further, an image of a plurality of frames captured by the imaging device is displayed. The number of sand particles for each size of the contained sand particles is integrated and output to the monitor 10.

ここで、中田島砂丘の砂について述べておく。中田島砂丘の粒子径は0.3〜0.5mmの物が最も多いとされており、中田島砂丘の汀線付近で採集した砂をふるいに掛けて粒子径の分布を調べると、0.3〜0.5mmの砂粒が90%近くを占める。例えば、平均の粒子直径が0.04cm(仮定)の砂1リットルを、8cm×0.2cmの幅に均一に均すと、コンベアの長手方向L=1.000/8/0.2=625cmとなる。だが、この値は砂が隙間なく敷き詰められた状態の長さなので、実際は、隣り合う砂粒の隙間が生じるため、砂粒の間隙を考慮した長手方向Lは、真比重/カサ比重=2.5/1.44=1.74倍を掛けて、砂粒の間隙を考慮した長手方向L’=625×1.74=1,088cmとなる。   Here, I will describe the sand of the Nakatajima dunes. The particle size of Nakatajima sand dunes is said to be most often from 0.3 to 0.5 mm, and when the particle size distribution is examined by screening the sand collected near the shoreline of Nakatajima dunes, The sand particles of ˜0.5 mm account for nearly 90%. For example, when 1 liter of sand having an average particle diameter of 0.04 cm (assumed) is uniformly leveled to a width of 8 cm × 0.2 cm, the longitudinal direction of the conveyor L = 1.000 / 8 / 0.2 = 625 cm It becomes. However, since this value is the length of the state in which the sand is spread without any gaps, the gap between adjacent sand grains is actually generated. Therefore, the longitudinal direction L considering the gap between the sand grains is true specific gravity / mass specific gravity = 2.5 / Multiplying by 1.44 = 1.74 times, the longitudinal direction L ′ = 625 × 1.74 = 1,088 cm in consideration of the gap between the sand grains.

砂1リットルの総砂粒数は、砂粒が0.04cmの真球と仮定すると、その体積は、v=4/3×π(0.02)の3乗=0.000033cmなので、1リットルの砂の総粒数N=1,000/0.000033=約3,000万粒となるが、ここでも砂のカサ比重/真比重=1.44/2.5=0.58を考慮すると、1リットルの砂粒数N1’=3,000万粒×0.58=1,740万粒、3リットルの砂粒数N3’=9000万粒×0.58=5,220万粒となる。 Assuming that the total number of sand grains in 1 liter of sand is a true sphere with a sand grain of 0.04 cm, the volume is 3rd power of v = 4/3 × π (0.02) = 0.000033 cm 3. The total number of grains of sand N = 1,000 / 0.000033 = about 30 million grains, but here again considering sand specific gravity / true specific gravity = 1.44 / 2.5 = 0.58, The number of sand grains of 1 liter is N1 ′ = 30 million grains × 0.58 = 17.4 million grains, and the number of sand grains of 3 liters N3 ′ = 90 million grains × 0.58 = 52.2 million grains.

上述のように、砂粒の数は膨大である一方で、標識砂粒の量は少ない。   As described above, while the number of sand particles is enormous, the amount of labeled sand particles is small.

以下、実際に得られた標識砂粒の数のデータについて説明する。   Hereinafter, data on the number of labeled sand grains actually obtained will be described.

まず、上述の測定装置において、撮像領域を3cm×4cmに設定する。砂粒の粒径を0.04cmと仮定すると、約1万粒の砂が表層に存在することになる。1秒間に4フレームの撮像を行う。ベルトコンベア2の搬送速度は16cm/秒以上である。   First, in the above-described measuring apparatus, the imaging area is set to 3 cm × 4 cm. Assuming that the grain size of the sand grains is 0.04 cm, about 10,000 grains of sand are present in the surface layer. 4 frames are captured per second. The conveying speed of the belt conveyor 2 is 16 cm / second or more.

中田島砂丘を含めた遠州灘の砂は、主に、天竜川の土砂によって形成される。したがって、遠州灘の砂は、領家帯や四万十帯の鉱物は元より、秩父帯、三波川帯の鉱物も含まれ、様々な色の鉱物が混入している。
(青砂の測定)
The sands of Enshu Pass, including the Nakatajima dunes, are mainly formed from the earth and sand of the Tenryu River. Therefore, the sand of Enshu Pass includes minerals from the Ryoke and Shimanto belts, as well as minerals from the Chichibu and Sanbagawa belts, and contains various colored minerals.
(Measurement of blue sand)

まず、図4の青砂(青色の顔料で着色した中田島砂丘の砂)を測定するのと同じ条件で、着色前の中田島砂丘の砂を測定した(図10)。図10は、合成画像に含まれる閾値以上の値を有する画素の一群(=標識砂粒)と、このような面積Sの標識砂粒の粒子数Nとを示すグラフである。青砂はサンプルには混入していないが、40分間、10000回の撮像を行って、青砂であると誤判定された砂粒が2個、バックグラウンドノイズとして確認された。すなわち、バックグラウンドノイズは0.01cpf(count per frame:カウント/撮像視野)である。   First, the sand of the Nakatajima dune before coloring was measured under the same conditions as those for measuring the blue sand of FIG. 4 (the sand of the Nakatajima dune colored with a blue pigment) (FIG. 10). FIG. 10 is a graph showing a group of pixels (= labeled sand particles) having a value equal to or larger than the threshold value included in the composite image and the number N of the marked sand particles having such an area S. Although the blue sand was not mixed in the sample, 10000 times of imaging were performed for 40 minutes, and two sand grains erroneously determined to be blue sand were confirmed as background noise. That is, the background noise is 0.01 cpf (count per frame: count / imaging field of view).

まず、図4の赤砂(赤色の顔料で着色した中田島砂丘の砂)を測定するのと同じ条件で、着色前の中田島砂丘の砂を測定した(図11)。図11は、合成画像に含まれる閾値以上の値を有する画素の一群(=標識砂粒)と、このような面積Sの標識砂粒の粒子数Nとを示すグラフである。赤砂はサンプルには混入していないが、40分間、10000回の撮像を行って、赤砂であると誤判定された砂粒が4個、バックグラウンドノイズとして確認された。すなわち、バックグラウンドノイズは0.04cpfである。   First, the sand of the Nakatajima dune before coloring was measured under the same conditions as those for measuring the red sand of FIG. 4 (the sand of the Nakatajima dune colored with a red pigment) (FIG. 11). FIG. 11 is a graph showing a group of pixels (= labeled sand particles) having a value equal to or greater than the threshold value included in the composite image and the number N of labeled sand particles of such area S. Although red sand was not mixed in the sample, it was confirmed that four sand grains erroneously determined to be red sand were detected as background noise after 10,000 times of imaging for 40 minutes. That is, the background noise is 0.04 cpf.

次に、青色に着色された砂粒の検出効率は、天然砂1リットル(約1,440g)に対して、約0.14g(約500粒)の青色の砂粒(粒子径0.5mm以下)を混ぜて確認した。なお、厳密には追加した青色の砂粒を天然砂の重量に加えなければならないが、最大でも0.42gと少ないため無視した。   Next, the detection efficiency of blue colored sand particles is about 0.14 g (about 500 particles) of blue sand particles (particle diameter of 0.5 mm or less) with respect to 1 liter of natural sand (about 1,440 g). Confirmed by mixing. Strictly speaking, the added blue sand grains must be added to the weight of the natural sand, but it was neglected because it was as small as 0.42 g at the maximum.

図12は、砂粒の面積S(画素数)と砂粒のカウント値Nの関係を示すグラフである。天然砂と青色の砂の比率は、10000:1(重量比)である。このグラフから、大きさが50画素よりも小さな砂が数百個分布していることが分かる。計測された砂粒の総数は1911個であり、計測回数は10000回である。この場合、0.19cpfの値が得られている。   FIG. 12 is a graph showing the relationship between the sand grain area S (number of pixels) and the sand grain count value N. The ratio of natural sand to blue sand is 10000: 1 (weight ratio). From this graph, it can be seen that several hundred sand having a size smaller than 50 pixels are distributed. The total number of sand grains measured is 1911, and the number of measurements is 10,000. In this case, a value of 0.19 cpf is obtained.

図13は、砂粒の面積S(画素数)と砂粒のカウント値Nの関係を示すグラフである。天然砂と青色の砂の比率は、10000:2(重量比)である。計測された砂粒の総数は3881個であり、計測回数は10000回である。この場合、0.39cpfの値が得られている。   FIG. 13 is a graph showing the relationship between the sand grain area S (number of pixels) and the sand grain count value N. The ratio of natural sand to blue sand is 10000: 2 (weight ratio). The total number of sand grains measured is 3881, and the number of measurements is 10,000. In this case, a value of 0.39 cpf is obtained.

図14は、砂粒の面積S(画素数)と砂粒のカウント値Nの関係を示すグラフである。天然砂と青色の砂の比率は、10000:3(重量比)である。計測された砂粒の総数は5854個であり、計測回数は10000回である。この場合、0.59cpfの値が得られている。   FIG. 14 is a graph showing the relationship between the sand grain area S (number of pixels) and the sand grain count value N. The ratio of natural sand to blue sand is 10000: 3 (weight ratio). The total number of sand grains measured is 5854, and the number of measurements is 10,000. In this case, a value of 0.59 cpf is obtained.

図15は、青砂の濃度CBLUE(ppm)とカウント値Nの平均である平均カウント値NAVEの関係を示すグラフである。平均カウント数は、青砂の濃度に対して略線形に変化していることがわかる。青砂の濃度(重量比)はその平均カウント値と相関がある。
(赤砂の測定)
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the blue sand concentration C BLUE (ppm) and the average count value NAVE, which is the average of the count values N. It can be seen that the average count varies substantially linearly with the blue sand concentration. The concentration (weight ratio) of blue sand correlates with the average count value.
(Measurement of red sand)

赤砂の検出では、天然の砂に含まれるバックグラウンドノイズの影響が無視出来ない。これは、赤砂と同様の拡散反射スペクトルを有する赤チャートが天然砂に比較的に多く含まれているからである。その上、広帯域で照明光を強く反射する長石等も混入しているためである。   In the detection of red sand, the influence of background noise contained in natural sand cannot be ignored. This is because a relatively large amount of red chart having a diffuse reflection spectrum similar to that of red sand is contained in natural sand. In addition, feldspar that strongly reflects the illumination light in a wide band is also mixed.

赤砂の検出効率も、天然砂1リットル(約1440g)に約0.14g(約120粒)の赤砂(粒子径1mm)を混ぜて確認した。この時も、赤砂の重量を考慮せずに、無視した。   The detection efficiency of red sand was also confirmed by mixing about 0.14 g (about 120 grains) of red sand (particle diameter: 1 mm) with 1 liter of natural sand (about 1440 g). At this time, it was ignored without considering the weight of red sand.

図16は、砂粒の面積S(画素数)と砂粒のカウント値Nの関係を示すグラフである。天然砂と赤色の砂の比率は、10000:1(重量比)である。計測された砂粒の総数は546個であり、計測回数は10000回である。この場合、0.05cpfの値が得られている。   FIG. 16 is a graph showing the relationship between the sand grain area S (number of pixels) and the sand grain count value N. The ratio of natural sand to red sand is 10000: 1 (weight ratio). The total number of sand grains measured is 546, and the number of measurements is 10,000. In this case, a value of 0.05 cpf is obtained.

図17は、砂粒の面積S(画素数)と砂粒のカウント値Nの関係を示すグラフである。天然砂と赤色の砂の比率は、10000:2(重量比)である。計測された砂粒の総数は788個であり、計測回数は10000回である。この場合、0.08cpfの値が得られている。   FIG. 17 is a graph showing the relationship between the sand grain area S (number of pixels) and the sand grain count value N. The ratio of natural sand to red sand is 10000: 2 (weight ratio). The total number of sand grains measured is 788, and the number of measurements is 10,000. In this case, a value of 0.08 cpf is obtained.

図18は、砂粒の面積S(画素数)と砂粒のカウント値Nの関係を示すグラフである。天然砂と赤色の砂の比率は、10000:3(重量比)である。計測された砂粒の総数は957個であり、計測回数は10000回である。この場合、0.10cpfの値が得られている。   FIG. 18 is a graph showing the relationship between the sand grain area S (number of pixels) and the sand grain count value N. The ratio of natural sand to red sand is 10000: 3 (weight ratio). The total number of sand grains measured is 957, and the number of measurements is 10,000. In this case, a value of 0.10 cpf is obtained.

図19は、赤砂の濃度CRED(ppm)とカウント値Nの平均である平均カウント値NAVEの関係を示すグラフである。平均カウント数は、赤砂の濃度に対して略線形に変化していることがわかる。赤砂の濃度(重量比)はその平均カウント値と相関がある。 FIG. 19 is a graph showing the relationship between the red sand concentration C RED (ppm) and the average count value NAVE, which is the average of the count values N. It can be seen that the average count varies substantially linearly with the red sand concentration. The concentration (weight ratio) of red sand correlates with the average count value.

なお、上述の撮像時の光源の発光タイミングについて説明しておく。   The light emission timing of the light source at the time of imaging will be described.

図20は、各種信号のタイミングチャートである。   FIG. 20 is a timing chart of various signals.

光源駆動信号S1、CCD起動トリガー信号S2、CCDシャッター開放信号S3、光源発光タイミングS4が示されている。   A light source driving signal S1, a CCD activation trigger signal S2, a CCD shutter opening signal S3, and a light source emission timing S4 are shown.

まず、それぞれCCDを内蔵するカメラ5,6において、CCD起動トリガー信号S2が立ち上がると(時刻t1)、CCDにおける撮像が開始される。トリガーは速やかにたち下がる(時刻t2)。時刻t1以降、CCDシャッターを開放し、続いて、光源駆動信号S1が立ち上がると(時刻t3)、S4で示されるように光源駆動信号S1に同期して、光源が実際に発光し、撮像が行われる。しかる後、光源駆動信号S1が立ち下がり、光源が消灯した後(時刻t4)、CCDシャッターが閉じる(時刻t5)。以上のようにして、撮像が行われる。シャッター機能は、CCDが有していてもよいが、光源の発光期間が撮像期間を制限している。   First, in the cameras 5 and 6 each incorporating a CCD, when the CCD activation trigger signal S2 rises (time t1), imaging in the CCD is started. The trigger falls quickly (time t2). After time t1, the CCD shutter is opened, and subsequently, when the light source drive signal S1 rises (time t3), the light source actually emits light in synchronization with the light source drive signal S1, as shown by S4, and imaging is performed. Is called. Thereafter, the light source drive signal S1 falls, the light source is turned off (time t4), and the CCD shutter is closed (time t5). Imaging is performed as described above. Although the CCD may have a shutter function, the light emission period of the light source limits the imaging period.

更に、上述の砂の測定方法について説明する。   Furthermore, the above-mentioned sand measuring method will be described.

また、砂の測定方法は、測定現場の砂を採取する第1工程と、標識された砂を初期地点に配置する第2工程と、所与の期間経過後に初期地点から離れた地点の砂を採取する3工程と、第3工程で採取された砂を搬送しながら撮像する第4工程と、撮像した画像から標識された砂をカウントする第5工程とを備えている。   In addition, the sand measurement method includes a first step of collecting sand at a measurement site, a second step of placing labeled sand at an initial point, and sand at a point away from the initial point after a given period. 3 steps of sampling, a fourth step of imaging while conveying the sand collected in the third step, and a fifth step of counting the sand labeled from the captured image.

環境アセスメントや土木建築工事の調査のため、砂の挙動を計測する場合、測定現場の砂を採取し、標識をつけ、基準となる初期地点に標識された砂を配置する。例えば1ヶ月後などの予め決めておいた期間の経過後、初期地点から離れた地点の砂を採取して撮像し、標識された砂のカウントを行うと、砂の拡散の状態がわかる。   When measuring the behavior of sand for environmental assessment and civil engineering construction surveys, the sand at the measurement site is collected, marked, and placed at the initial reference point. For example, when a predetermined period of time such as one month later has elapsed, sand at a point away from the initial point is sampled and imaged, and the number of labeled sand is counted to determine the state of sand diffusion.

また、第4工程の撮像は、上述の測定装置を用い、異なる透過波長帯域を有する2つのフィルタFL1,FL2をそれぞれ透過した砂の像を同時に測定することによって行われ、それぞれのフィルタFL1,FL2を透過した画像を第1画像及び第2画像とすると、第5工程では、第1画像内の画素の強度と、第2画像内の画素の強度の比率が、所定値以上の場合に、その画素が標識砂粒からの光を受光しているものと判別する。   The imaging in the fourth step is performed by simultaneously measuring the sand images transmitted through the two filters FL1 and FL2 having different transmission wavelength bands using the above-described measuring apparatus, and the respective filters FL1 and FL2 are measured. In the fifth step, when the ratio of the intensity of the pixel in the first image and the intensity of the pixel in the second image is a predetermined value or more, It is determined that the pixel receives light from the marker sand particles.

この場合、標識砂粒は、標識されていない砂粒とはスペクトルが異なるため、第1画像及び第2画像を構成するそれぞれの対応画素の強度の比率が所定値以上の場合には、この画素が、標識砂粒を示すものとすることができ、正確に判別することができる。
また、本形態の砂の測定方法では、撮像され強度の比率が演算された画素群からなる1フレーム画像内において、上記所定値以上の画素が連続している場合、連続している画素の分布する領域の画素数を、標識砂粒の大きさの指標として計測し、砂粒の大きさ毎の砂粒の数をカウントし、更に、撮像された複数フレームの画像に含まれる砂粒の大きさ毎の砂粒の数を積算して出力する。
In this case, since the labeled sand particles have a spectrum different from that of the unlabeled sand particles, when the intensity ratio of the corresponding pixels constituting the first image and the second image is equal to or greater than a predetermined value, It can indicate the marked sand particles and can be accurately discriminated.
Further, in the sand measuring method of the present embodiment, in the case where pixels having a predetermined value or more are consecutive in one frame image composed of a group of pixels that are imaged and the intensity ratio is calculated, the distribution of the continuous pixels The number of pixels in the area to be measured is measured as an index of the size of the marked sand particles, the number of sand particles for each size of the sand particles is counted, and further, the sand particles for each size of the sand particles included in the captured multiple frame image Is accumulated and output.

標識砂粒の大きさが判明すれば、砂粒の大きさに応じた砂の拡散分布を解析することも可能となる。また、測定データは、全ての砂粒を測定したデータでないため、真値に対してバラツキを有するものであるが、積算数を増加させるに従って、データは真値に近づくことになる。   If the size of the marked sand particles is known, it is possible to analyze the sand diffusion distribution according to the size of the sand particles. Further, since the measurement data is not data obtained by measuring all sand grains, the measurement data has a variation with respect to the true value, but the data approaches the true value as the integration number is increased.

砂の測定装置のブロック図である。It is a block diagram of a sand measuring device. 各種の砂からの反射スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the reflection spectrum from various sand. 相対反射スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows a relative reflection spectrum. 各砂の反射スペクトルの最大値を与える波長(最大波長)、最小値を与える波長(最小波長)を示す表である。It is a table | surface which shows the wavelength (maximum wavelength) which gives the maximum value of the reflection spectrum of each sand, and the wavelength (minimum wavelength) which gives the minimum value. 砂の測定装置の斜視図である。It is a perspective view of the sand measuring device. 砂攪拌装置SDFを一部破断して示す砂攪拌装置近傍部分の斜視図である。It is a perspective view of a sand agitator vicinity part showing a sand agitator SDF partially broken. 平坦化部材110,111の近傍のベルトコンベアの平面図である。It is a top view of the belt conveyor of the vicinity of the planarization members 110 and 111. FIG. 図7に示した装置のVIII−VIII矢印断面図である。It is VIII-VIII arrow sectional drawing of the apparatus shown in FIG. 砂を搬送中のベルトコンベアを示す図である。It is a figure which shows the belt conveyor which is conveying sand. 合成画像に含まれる閾値以上の値を有する画素の一群(=標識砂粒)と面積Sの標識砂粒の粒子数Nとを示すグラフである。5 is a graph showing a group of pixels (= labeled sand particles) having a value equal to or greater than a threshold included in a composite image and the number N of labeled sand particles of area S 合成画像に含まれる閾値以上の値を有する画素の一群(=標識砂粒)と面積Sの標識砂粒の粒子数Nとを示すグラフである。5 is a graph showing a group of pixels (= labeled sand particles) having a value equal to or greater than a threshold included in a composite image and the number N of labeled sand particles of area S 砂粒の面積S(画素数)と砂粒のカウント値Nの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the area S (number of pixels) of a sand grain, and the count value N of a sand grain. 砂粒の面積S(画素数)と砂粒のカウント値Nの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the area S (number of pixels) of a sand grain, and the count value N of a sand grain. 砂粒の面積S(画素数)と砂粒のカウント値Nの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the area S (number of pixels) of a sand grain, and the count value N of a sand grain. 青砂の濃度CBLUE(ppm)と平均カウントNAVEの関係を示すグラフである。Blue sand concentration C BLUE (ppm) and is a graph showing the relationship between the average count NAVE. 砂粒の面積S(画素数)と砂粒のカウント値Nの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the area S (number of pixels) of a sand grain, and the count value N of a sand grain. 砂粒の面積S(画素数)と砂粒のカウント値Nの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the area S (number of pixels) of a sand grain, and the count value N of a sand grain. 砂粒の面積S(画素数)と砂粒のカウント値Nの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the area S (number of pixels) of a sand grain, and the count value N of a sand grain. 赤砂の濃度CRED(ppm)と平均カウントNAVEの関係を示すグラフである。Is a graph showing the average count NAVE relationship between red sand concentration C RED (ppm). 各種信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of various signals.

符号の説明Explanation of symbols

2・・・ベルトコンベア(搬送手段)、5,6・・・カメラ、FL1,FL2・・・フィルタ、11・・・コンピュータ(演算手段)。   2 ... belt conveyor (conveying means), 5, 6 ... camera, FL1, FL2 ... filter, 11 ... computer (calculating means).

Claims (11)

標識された砂粒を含有する砂の測定装置において、
砂を搬送する搬送手段と、
前記搬送手段によって搬送中の砂を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された砂の画像から、標識された砂粒を判別してカウントする演算手段と、
を備えることを特徴とする砂の測定装置。
In a sand measuring device containing labeled sand particles,
Conveying means for conveying sand;
Imaging means for imaging sand being conveyed by the conveying means;
From the sand image picked up by the image pickup means, computing means for discriminating and counting the labeled sand particles,
An apparatus for measuring sand, comprising:
前記撮像手段は、
第1の透過波長帯域を有する第1フィルタと、
前記第1フィルタと異なる第2の透過波長帯域を有する第2フィルタと、
前記第1フィルタを透過した搬送中の特定領域内の砂の画像を撮像する第1カメラと、
前記第2フィルタを透過した搬送中の前記特定領域内の砂の画像を、前記第1カメラと同時に撮像する第2カメラと、
を備えており、
前記演算手段は、
前記第1カメラから出力された第1画像内の画素の強度と、前記第2カメラから出力された第2画像内の画素の強度の比率が、所定値以上の場合に、その画素が標識された砂粒からの光を受光しているものと判別する、
ことを特徴とする請求項1に記載の砂の測定装置。
The imaging means includes
A first filter having a first transmission wavelength band;
A second filter having a second transmission wavelength band different from the first filter;
A first camera that captures an image of sand in the specific area being conveyed that has passed through the first filter;
A second camera that captures an image of sand in the specific area being conveyed that has passed through the second filter simultaneously with the first camera;
With
The computing means is
If the ratio of the intensity of the pixel in the first image output from the first camera and the intensity of the pixel in the second image output from the second camera is equal to or greater than a predetermined value, the pixel is marked. Discriminate that it is receiving light from the sand particles,
The sand measuring apparatus according to claim 1.
前記演算手段は、
前記撮像手段によって撮像され前記強度の比率が演算された画素群からなる1フレーム画像内において、前記所定値以上の画素が連続している場合、連続している画素の分布する領域の画素数を、標識された砂粒の大きさの指標として計測し、砂粒の大きさ毎の砂粒の数をカウントし、更に、前記撮像手段によって撮像された複数フレームの画像に含まれる砂粒の大きさ毎の砂粒の数を積算して出力する、
ことを特徴とする請求項2に記載の砂の測定装置。
The computing means is
In a single frame image composed of a group of pixels that are imaged by the imaging means and for which the intensity ratio has been calculated, if pixels of the predetermined value or more are consecutive, the number of pixels in the region where the continuous pixels are distributed is determined. Measured as an index of the size of the labeled sand particles, counted the number of sand particles for each size of the sand particles, and further sand particles for each size of the sand particles included in the image of a plurality of frames imaged by the imaging means The number of
The sand measuring apparatus according to claim 2.
前記搬送手段は、
砂搬送方向に平行に延びた一対の側壁を有し砂を搬送するベルトコンベアと、
前記ベルトコンベア上に砂を流入させる砂供給手段と、
を備え、
前記ベルトコンベア上に前記砂供給手段から単位時間に流入する砂の見かけ体積V、砂粒の平均粒径D、前記ベルトコンベアが単位時間に進む移動量L、及び一対の前記側壁の間の距離Wは、W×L×D<Vなる関係式を満たしていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の砂の測定装置。
The conveying means is
A belt conveyor having a pair of side walls extending parallel to the sand conveying direction and conveying sand;
Sand supply means for flowing sand onto the belt conveyor;
With
The apparent volume V of sand flowing from the sand supply means on the belt conveyor per unit time, the average particle size D of sand grains, the amount of movement L that the belt conveyor advances per unit time, and the distance W between the pair of side walls 4 satisfies the relational expression W × L × D <V. 4. The sand measuring apparatus according to claim 1, wherein:
前記搬送手段は、
前記ベルトコンベアの表面から離隔した平面状の底面と、前記ベルトコンベアの搬送方向とは逆側に向かって幅が狭くなった凸部とを有する第1平坦化部材を備え、前記第1平坦化部材と前記側壁との間には隙間が存在することを特徴とする請求項4に記載の砂の測定装置。
The conveying means is
A first flattening member having a flat bottom surface separated from the surface of the belt conveyor and a convex portion having a width narrowed toward the opposite side to the conveying direction of the belt conveyor; The sand measuring device according to claim 4, wherein a gap exists between the member and the side wall.
前記搬送手段は、
前記第1平坦化部材の前記ベルトコンベアの搬送方向側に配置され、前記ベルトコンベアの表面から離隔した弾性体からなるヘラ状の第2平坦化部材を更に備えていることを特徴とする請求項5に記載の砂の測定装置。
The conveying means is
The spatula-shaped 2nd planarization member which is arrange | positioned at the conveyance direction side of the said belt conveyor of the said 1st planarization member, and consists of an elastic body spaced apart from the surface of the said belt conveyor is further provided. 5. The sand measuring apparatus according to 5.
前記砂供給手段は、
底部に砂出力口を有する容器と、
前記砂出力口内から延びて前記ベルトコンベア上に砂を排出するスクリューコンベアと、
を備え、
前記スクリューコンベアのスクリューのブレードに刷毛が取り付けられている、
ことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の砂の測定装置。
The sand supply means
A container having a sand output port at the bottom;
A screw conveyor extending from the sand output port and discharging sand onto the belt conveyor;
With
The brush is attached to the blade of the screw of the screw conveyor,
The sand measuring device according to any one of claims 4 to 6, wherein
前記搬送手段は、
前記ベルトコンベアで搬送された砂を、前記砂供給手段内に帰還させる砂運搬装置を備えていることを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項に記載の砂の測定装置。
The conveying means is
The sand measuring device according to any one of claims 4 to 7, further comprising a sand transporting device for returning the sand transported by the belt conveyor into the sand supply means.
測定現場の砂を採取する第1工程と、
標識された砂を初期地点に配置する第2工程と、
所与の期間経過後に初期地点から離れた地点の砂を採取する3工程と、
前記第3工程で採取された砂を搬送しながら撮像する第4工程と、
撮像した画像から標識された砂をカウントする第5工程と、
を備えることを特徴とする砂の測定方法。
A first step of collecting sand at the measurement site;
A second step of placing the labeled sand at the initial point;
3 steps to collect sand at a point away from the initial point after a given period of time;
A fourth step of imaging while conveying the sand collected in the third step;
A fifth step of counting the labeled sand from the captured image;
A method for measuring sand, comprising:
前記第4工程の前記撮像は、異なる透過波長帯域を有する2つのフィルタをそれぞれ透過した砂の像を同時に測定することによって行われ、
それぞれのフィルタを透過した画像を第1画像及び第2画像とすると、前記第6工程では、前記第1画像内の画素の強度と、前記第2画像内の画素の強度の比率が、所定値以上の場合に、その画素が標識された砂粒からの光を受光しているものと判別する、
ことを特徴とする請求項9に記載の砂の測定方法。
The imaging in the fourth step is performed by simultaneously measuring sand images respectively transmitted through two filters having different transmission wavelength bands,
Assuming that the images transmitted through the respective filters are the first image and the second image, in the sixth step, the ratio of the intensity of the pixel in the first image and the intensity of the pixel in the second image is a predetermined value. In the above case, it is determined that the pixel receives light from the labeled sand particles.
The method for measuring sand according to claim 9.
撮像され前記強度の比率が演算された画素群からなる1フレーム画像内において、前記所定値以上の画素が連続している場合、連続している画素の分布する領域の画素数を、標識された砂粒の大きさの指標として計測し、砂粒の大きさ毎の砂粒の数をカウントし、更に、撮像された複数フレームの画像に含まれる砂粒の大きさ毎の砂粒の数を積算して出力することを特徴とする請求項10に記載の砂の測定方法。   In a single frame image composed of a group of pixels that have been imaged and the ratio of the intensity calculated, when pixels of the predetermined value or more are consecutive, the number of pixels in the region where the continuous pixels are distributed is marked. Measured as sand particle size index, counts the number of sand particles for each sand particle size, and further adds and outputs the number of sand particles for each sand particle size included in the captured multiple frame images The method for measuring sand according to claim 10.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012037296A (en) * 2010-08-05 2012-02-23 Taisei Corp Particle size distribution measurement system and diffusion apparatus
CN111077047A (en) * 2020-02-10 2020-04-28 中铁西北科学研究院有限公司 Quality detection method for fine machine-made sand
CN111931817A (en) * 2020-07-10 2020-11-13 首钢集团有限公司 Pellet ore phase identification method and device

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