JP2010038711A - 粒状体計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計測誤差を低減することができる粒状体計測方法を提供する
【解決手段】（Ａ）放散状態にされた前記粒状体を撮像して画像を取得する。次に、（Ｂ）取得した画像に含まれる粒状体群のうち、単一で最大の粒状体の大きさと単一で最も扁平した粒状体の扁平度をそれぞれ求める。次に、（Ｃ）粒状体の画像から粒状体を認識する画像解析装置により、（ｉ）画像に含まれる粒状体を画像解析によって認識する処理と、（ｉｉ）上記（ｉ）の段階で粒状体であると認識した計測データのうち、大きさが上記（Ｂ）で求めた最大の粒状体の大きさより大きいものと、扁平度が上記（Ｂ）で求めた最も扁平した粒状体の扁平度より大きいものを、計測データから除外する処理とを実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、気泡、液滴又は固体粒子からなる粒状体の画像から粒状体の特徴量を計測する粒状体計測方法において、画像中の奥行き方向に重なった複数の粒状体を計測データから除外することで計測誤差を低減することができる方法に関する。

気泡、液滴又は固体粒子からなる粒状体を扱う各種プロセス装置において、装置の最適設計を行うために、計測対象領域の数値解析が用いられている。このような数値解析では粒状体の大きさ（径）等を入力条件とすることが多いため、数値解析に先立ち、対象流れ場における粒状体の大きさ等の計測が必要となる。

水中の気泡径を計測する従来技術を開示するものとして例えば下記特許文献１がある。
図５は、特許文献１に開示されたオゾン気泡径計測方法を説明する概要図である。このオゾン気泡径計測方法は、オゾン接触槽３０に取水して、オゾン接触槽３０の内方底部に配置された散気管３１からオゾンガスを放散処理しながら、水中カメラ３２でオゾンガスの気泡３３を撮影し、撮影された画像信号に基づいて画像計測演算手段３４により、気泡についての各種特徴量（平均気泡径など）を出力する、というものである。なお、符号３５はオゾン発生器、符号３６は光源ボックス、符号３７は中継制御盤である。

特開平６−１９４２９６号公報

特許文献１の画像計測演算手段３４は、画像解析ソフトがインストールされた画像解析装置であり、この画像解析装置を用いることにより大量のデータ処理が容易となる。しかしながら、画像解析装置を用いた場合、図６に模式的に示すように重なって写った気泡を一つの気泡として認識し、実際より大きな気泡径を計測してしまうことがある。このため、計測誤差が大きくなるという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、計測誤差を低減することができる粒状体計測方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の粒状体計測方法は、以下の技術的手段を採用する。
（１）本発明は、気泡、液滴又は固体粒子からなる粒状体の画像から該粒状体の特徴量を計測する粒状体計測方法であって、（Ａ）放散状態にされた前記粒状体を撮像して画像を取得し、（Ｂ）取得した画像に含まれる粒状体群のうち、単一で最大の粒状体の大きさと単一で最も扁平した粒状体の扁平度をそれぞれ求め、（Ｃ）粒状体の画像から粒状体を認識する画像解析装置により、（ｉ）前記画像に含まれる粒状体を画像解析によって認識する処理と、（ｉｉ）前記（ｉ）の段階で粒状体であると認識した計測データのうち、大きさが前記（Ｂ）で求めた最大の粒状体の大きさより大きいものと、扁平度が前記（Ｂ）で求めた最も扁平した粒状体の扁平度より大きいものを、計測データから除外する処理とを実行する、ことを特徴とする。

本発明によれば、取得した画像に含まれる粒状体群のうち、単一で最大の粒状体の大きさと単一で最も扁平した粒状体の扁平度とをそれぞれを求め、画像解析装置において大きさと扁平度の閾値を設定しておくことで、画像の奥行き方向に重なった気泡は、大きさ又は扁平度の閾値を超えるため、計測対象から除外される。これにより、粒状体の重なりによる計測誤差を低減することができる。

（２）また、前記（Ｂ）の段階において、取得した前記画像に含まれる粒状体群から、単一で最大と思われる粒状体と、単一で最も扁平していると思われる粒状体とを、それぞれ複数個ずつ抽出し、それらについて寸法を測り、該寸法に基づいて、単一で最も大きい粒状体の大きさと単一で最も扁平した粒状体の扁平度を特定する。

上記の方法によれば、単一で最大と思われる粒状体と、単一で最も扁平していると思われる粒状体とを、それぞれ複数個ずつ抽出し、これらの寸法に基づいて最大の粒状体と最も扁平した粒状体を特定するので、大きさと扁平度の最大値を精度よく求めることができる。

本発明の粒状体計測方法によれば、画像の奥行き方向に重なった粒状体を計測対象から除外することで、粒状体の重なりによる計測誤差を低減することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の粒状体計測方法に使用する粒状体計測装置１の概要図である。以下では、測定対象となる粒状体が液中の気泡７である場合を説明するが、本発明はこれに限定されず、気中の液滴や、固体粒子を測定対象としてもよい。

図１において、攪拌槽２は例えばアクリル材からなる透明な円筒型の水槽であり、その中に水３が入れられている。攪拌槽２の内壁には上下方向に延びるバッフル板４が所定間隔（この例では９０度間隔）で設けられている。

攪拌槽２の内方底部には、気泡発生器としてエアストーン５が設置されている。空気供給管６によってエアストーン５に空気が供給されることで、攪拌槽２内に多数の気泡７を発生させ、攪拌槽２内に水３と気泡７からなる気液二相流を形成するようになっている。

攪拌装置８は、駆動装置８ａと、駆動装置８ａによって駆動される回転軸８ｂと、回転軸８ｂの先端部に取り付けられた複数の攪拌翼８ｃとを有し、攪拌翼８ｃが回転することで、攪拌槽２内の気液二相流を攪拌する。

攪拌槽２の円筒壁面における光の屈折を軽減するため、攪拌槽２は水を満たした角水槽９に入れられている。角水槽９の外側には照明装置１１が設置され、この照明装置１１により攪拌槽２に光を照らす。照明装置１１としては、例えば面発光照明装置を用い、これを角水槽９の外壁面に取り付けてもよい。

攪拌槽２を間に挟んで照明装置１１の反対側には、撮像装置としてのカメラ１２が設置され、このカメラ１２で攪拌槽２内の気液二相流を撮像するようになっている。このカメラ１２はデジタルスチルカメラであるのがよい。

カメラ１２で撮像された画像は、画像解析装置１４により処理される。画像解析装置１４は、気泡群の画像から気泡７を認識し、気泡７の各種特徴量（気泡径、面積、周長、面積等価直径、真球度など）を算出する画像解析ソフトがインストールされている。画像解析装置１４には、キーボードやマウスなどの入力装置１５と、ディスプレイなどの表示装置１６が接続されている。

上記の計測装置１を用い、本発明の粒状体計測方法は、以下のように実施する。
まず、放散状態にされた気泡をカメラ１２で撮像し、気泡群の画像を取得する。この気泡群の画像は、攪拌槽２内の気泡計測領域を複数に分割したうちの一つの領域の画像であってもよい。この場合、各領域で複数枚の画像を取得してもよい。カメラ１２での撮像により、図２に模式的に示すような気泡群の画像が得られたとする。

次に、取得した画像に含まれる気泡群から、単一で最も大きい気泡の大きさと単一で最も扁平した気泡の扁平度とをそれぞれを求める。この作業は、表示装置１６の画面上で気泡群を人の目で見て確認する人為的な作業でもよく、画像処理による機械的な作業でもよい。

具体的には、取得した画像に含まれる気泡群から、単一で最も大きいと思われる気泡と、単一で最も扁平していると思われる気泡とを、それぞれ複数個ずつ抽出し、それらについて寸法を測り、この寸法に基づいて、単一で最も大きい気泡の大きさと単一で最も扁平した気泡の扁平度を特定する。

ここで、気泡７の大きさは、例えば、図２に示すように、単一気泡の最大幅とその方向に直角な方向の最大幅をそれぞれ長径ａ、短径ｂとする楕円の面積で比較することができる。あるいは、気泡７の大きさは、長径寸法のみで比較してもよく、面積等価直径で比較してもよい。

また、気泡７の扁平度は、例えば、短径／長径から求められる真球度で比較することができる。図３に、短径／長径と真球度との相関を示す。この真球度は、低いほど扁平している（扁平度が高い）ことを示し、高いほど真球に近い（扁平度が低い）ことを示す指標であり、したがって、真球度が低いとは扁平度が高いことを意味し、真球度が高いとは扁平度が低いことを意味する。なお、気泡の扁平度は、上記の真球度ではなく、長径と短径の比（短径／長径）で比較してもよい。

次に、上記のようにして求めた大きさと扁平度を、閾値として、画像解析装置１４に設定する。そして、画像解析装置１４により、以下の（ｉ）及び（ｉｉ）の処理を実行する。
（ｉ）画像に含まれる気泡を画像解析によって認識する処理。
（ｉｉ）上記（ｉ）の段階で気泡であると認識した計測データのうち、大きさが手動で求めた最大の気泡の大きさより大きいものと、扁平度が手動で求めた最も扁平した気泡の扁平度より大きいものを、計測データから除外する処理。

上述した本発明の粒状体計測方法によれば、画像解析装置１４において上記のような閾値を設定しておくことで、画像の奥行き方向に重なった気泡は、大きさ又は扁平度の閾値を超えるため、計測対象から除外される。これにより、粒状体の重なりによる計測誤差を低減することができる。

また、単一で最も大きいと思われる粒状体と、単一で最も扁平していると思われる粒状体とを、それぞれ複数個ずつ抽出し、これらの寸法に基づいて最も大きい粒状体と最も扁平した粒状体を特定するので、大きさと扁平度の最大値を精度よく求めることができる。

本発明の方法の効果を確認するため、通気量０．５ＮＬ／ｍｉｎ、攪拌なしの画像を対象に気泡径を計測した。本試験では、画像中で重なって写った気泡を手作業による画像処理で極力分離した場合を、最も真値に近い計測結果として考えた。このとき、最大面積等価直径は４ｍｍ、最小真球度は０．６７であった。計測結果を図４に示す。

図４の計測結果において、閾値を設定した場合は、気泡径分布が手動分離した場合に近く、ザウタ平均径（ＳＭＤ）の差は８％であった。一方、閾値を設定しない場合は、大きな気泡の割合が多く、気泡を手動分離した場合に比べてザウタ平均径は３４％大きくなった。なお、ザウタ平均径とは、全粒子（この例で気泡）の全表面積に対する全粒子の全体積と同じ表面積対体積率を有する粒子径を指す。

このように本試験において、気泡の大きさ及び扁平度の閾値を設定した場合は、真値に近い計測結果が得られた。よって、本発明の方法により、気泡の重なりによる計測誤差を低減できることが分かった。

なお、上記において、本発明の実施形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の粒状体計測方法に使用する試験装置の概要図である。 気泡画像の模式図である。 短径／長径と真球度との相関図である。 本発明の方法の効果を確認するための試験結果を確認する図である。 特許文献１に開示されたオゾン気泡径計測方法を説明する概要図である。 従来技術の問題点を説明する図である。

符号の説明

１ 粒状体計測装置
２ 攪拌槽
３ 水
４ バッフル板
５ エアストーン
６ 空気供給管
７ 気泡
８ 攪拌装置
８ａ 駆動装置
８ｂ 回転軸
８ｃ 攪拌翼
９ 角水槽
１１ 照明装置
１２ カメラ
１４ 画像解析装置
１５ 入力装置
１６ 出力装置

Claims (2)

1. 気泡、液滴又は固体粒子からなる粒状体の画像から該粒状体の特徴量を計測する粒状体計測方法であって、
   （Ａ）放散状態にされた前記粒状体を撮像して画像を取得し、
   （Ｂ）取得した画像に含まれる粒状体群のうち、単一で最大の粒状体の大きさと単一で最も扁平した粒状体の扁平度をそれぞれ求め、
   （Ｃ）粒状体の画像から粒状体を認識する画像解析装置により、
   （ｉ）前記画像に含まれる粒状体を画像解析によって認識する処理と、
   （ｉｉ）前記（ｉ）の段階で粒状体であると認識した計測データのうち、大きさが前記（Ｂ）で求めた最大の粒状体の大きさより大きいものと、扁平度が前記（Ｂ）で求めた最も扁平した粒状体の扁平度より大きいものを、計測データから除外する処理とを実行する、ことを特徴とする粒状体計測方法。
2. 前記（Ｂ）の段階において、取得した前記画像に含まれる粒状体群から、単一で最大と思われる粒状体と、単一で最も扁平していると思われる粒状体とを、それぞれ複数個ずつ抽出し、それらについて寸法を測り、該寸法に基づいて、単一で最大の粒状体の大きさと単一で最も扁平した粒状体の扁平度を特定する、請求項１記載の粒状体計測方法。

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