JP2014048203A - 微粒子の濃度測定方法及び測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の微粒子の濃度測定方法は、空間に光を照射し、微粒子からの散乱光を動画として取得する工程と、前記動画における異なる時刻の2枚の画像を差分処理した時間差分処理画像を生成する工程と、前記時間差分処理画像を二値化処理し、前記微粒子を白斑とする二値化画像を生成する工程と、前記二値化画像に基づいて微粒子の濃度に関連する特徴量を抽出する工程と、前記抽出した特徴量に基づいて微粒子の濃度を算出する工程と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
しかしながら、前記簡易粉じん測定器は、撮影画像がレンズの汚れや背景の影響等、周囲環境の影響を受けやすく、測定精度が安定しない問題があった。
空間に光を照射し、微粒子からの散乱光を動画として取得する工程と、
前記動画における異なる時刻の2枚の画像を差分処理した時間差分処理画像を生成する工程と、
前記時間差分処理画像を二値化処理し、前記微粒子を白斑とする二値化画像を生成する工程と、
前記二値化画像に基づいて微粒子の濃度に関連する特徴量を抽出する工程と、
前記抽出した特徴量に基づいて微粒子の濃度を算出する工程と、
を備えることを特徴とする。
空間に光を照射し、微粒子からの散乱光を動画として取得する工程と、
前記動画における異なる時刻の2枚の画像を差分処理した時間差分処理画像を生成する工程と、
前記時間差分処理画像を二値化処理し、前記微粒子を白斑とする二値化画像を生成する工程と、
前記二値化画像に基づいて微粒子の濃度に関連する特徴量を抽出する工程と、
前記抽出した特徴量に基づいて微粒子の濃度レベルを評価する工程と、
を備えることを特徴とする。
空間に光を照射する光照射手段と、
微粒子からの散乱光を動画として取得する撮像手段と、
前記撮像手段で取得した動画を入力データとし、前記動画における異なる時刻の2枚の画像を差分処理して時間差分処理画像を生成し、前記時間差分処理画像を二値化処理して前記微粒子を白斑とする二値化画像を生成する画像処理部、前記二値化画像に基づいて微粒子の濃度に関連する特徴量を抽出し、前記抽出した特徴量に基づいて微粒子の濃度を算出する演算処理部、を有するデータ処理手段と、
前記データ処理手段で算出した微粒子の濃度の算出結果を出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする。
空間に光を照射する光照射手段と、
微粒子からの散乱光を動画として取得する撮像手段と、
前記撮像手段で取得した動画を入力データとし、前記動画における異なる時刻の2枚の画像を差分処理して時間差分処理画像を生成し、前記時間差分処理画像を二値化処理して前記微粒子を白斑とする二値化画像を生成する画像処理部、前記二値化画像に基づいて微粒子の濃度に関連する特徴量を抽出し、前記抽出した特徴量に基づいて微粒子の濃度レベルを評価する演算処理部、を有するデータ処理手段と、
前記データ処理手段で評価した微粒子の濃度レベルの評価結果を出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする。
また、本発明の微粒子の濃度測定方法は、動画を利用し濃度換算処理を行うことで、微粒子の濃度の経時的な変化に追随し、該微粒子の濃度を連続的にリアルタイムで測定することが可能となる。
また、本発明の微粒子の濃度測定方法は、前記特徴量が前記微粒子に対応する画素領域の数であれば、測定精度が優れる。
また、本発明の微粒子の濃度測定装置は、前記画像処理部が、動画における異なる時刻の2枚の画像を差分処理して時間差分処理画像を生成するので、微粒子の濃度の経時的な変化に追随し、該微粒子の濃度を連続的にリアルタイムで測定することが可能となる。
また、本発明の微粒子の濃度測定装置は、前記特徴量が前記微粒子に対応する画素領域の数であれば測定精度が優れる。
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施の形態における微粒子の濃度測定装置の概略ブロック図を示す。
本発明の実施の形態における微粒子の濃度測定装置1は、光照射手段2と、撮像手段3と、データ処理手段4と、出力手段5を備える。
本実施の形態において、微粒子の濃度の測定は、以下の各処理工程を経て行われる。
(1)撮像処理:S1
トンネル内において粉じんの濃度を測定する場合等、微粒子の濃度を測定する現場において、光照射手段2によって空間に光を照射し、微粒子からの散乱光を撮像手段3により動画として取得する。
前記撮像手段3により取得した動画がデータ処理手段4の画像処理部41に送られ、差分処理部42において、2枚の連続画像を差分処理し、輝度差が発生した部分を微粒子として抽出することで、レンズの汚れや背景の影響等、周囲環境の影響を除去した時間差分処理画像を生成する。
ここで、前記差分処理に用いる画像は、異なる時刻の2枚の画像であればよく、必ずしも連続画像である必要はない。
前記時間差分処理画像を二値化処理し、前記微粒子を白斑とする二値化画像を生成する。
ここで、カラー動画の場合、前記時間差分処理画像をグレースケールに変換した後に二値化処理を行う。その際、事前に暗環境下において各画素の輝度値を調査し、白黒変換の閾値を設定しておけば、二値化処理の精度が向上する。
前記二値化画像に存在する微小な白点をノイズ処理により除去する。
前記白点は、微粒子の白斑よりも小さいため、所定面積(所定画素数)以下の小さな白斑の画素領域(連続画素又は独立した1つの画素)をノイズとして除去する。
前記ノイズとして除去する画素領域の面積(画素数)は、事前に暗環境下において取得した二値化画像から決定することができる。
前記二値化画像に収縮・膨張を順に施してモルフォロジー処理を行う。
これにより、微粒子の白斑中に存在する微小な黒点を除去するとともに、前記白斑の輪郭を明確にすることができる。
前記二値化画像において距離変換を行い前記画像に勾配をつけた後、該画像の勾配に基づいてウォータージェット処理を行うことで連続した白斑の画素領域を分割する。
これにより、前記撮像手段3におけるレンズの極近傍に存在する微粒子が、画面上に大きな白斑として写り込む場合でも、微粒子の濃度を誤って高く測定することがない。
前記セグメンテーション処理の施された二値化画像に基づいて、白斑の画素領域(連続画素又は独立した1つの画素)の数を微粒子の濃度に関連する特徴量として抽出する。
ここで、図3は、本実施の形態における微粒子の濃度測定装置において抽出された白斑の画素領域の数と、同条件下においてデジタル粉じん計で測定した粉じん濃度の相関図を示す。
図3から、前記セグメンテーション処理の施された二値化画像から抽出される白斑の画素領域の数は、デジタル粉じん計で測定した粉じん濃度と強い相関関係を有することが分かる。
前記抽出した白斑の画素領域の数に基づいて、微粒子の濃度を算出する。
例えば、図3に示す相関図に基づいて、事前に直線回帰式等の粉塵算出式を導出し、本実施の形態における微粒子の濃度測定装置において抽出される白斑の画素領域の数と、デジタル粉じん計で測定した微粒子の濃度との間に関連づけを行っておけば、前記抽出した白斑の画素領域の数を前記粉塵導出式に導入することで、微粒子の濃度を算出することが可能となる。
この場合も、図4に示す相関図に基づいて、事前に直線回帰式等の粉塵算出式を導出しておけば、前記抽出した白斑の画素領域の合計面積を前記粉塵算出式に導入することで微粒子の濃度を算出することが可能となる。
また、本発明の実施の形態によれば、動画を利用し濃度換算処理を行うことで、微粒子の濃度の経時的な変化に追随し、該微粒子の濃度を連続的にリアルタイムで測定することが可能となる。特に、動画の連続画像を差分処理すれば、短い時間間隔で微粒子の濃度の変化を測定することが可能となる。
上記本発明の実施の形態では、前記特徴量抽出処理(S7)で抽出された特徴量に基づいて、前記濃度算出処理(S8)で微粒子の濃度を算出することとしたが、図1に示す装置ブロック図において、濃度算出処理部49を濃度レベル評価処理部に置き換えることで、前記特徴量に基づいて、微粒子の濃度レベルを評価することもできる。
ここでは、上記本発明の実施の形態と異なる点についてのみ説明する。
本実施の形態において、微粒子の濃度の測定は、以下の各処理工程を経て行われる。
(1)撮像処理:S1
(2)時間差分処理:S2
(3)二値化処理:S3
(4)ノイズ処理:S4
(5)モルフォロジー処理:S5
(6)セグメンテーション処理:S6
(7)特徴量抽出処理:S7
上記撮像処理(S1)〜特徴量抽出処理(S7)は、図2に示すフローと同じであり、ここでの説明は省略する。
前記特徴量抽出処理(S7)で抽出した特徴量に基づいて、微粒子の濃度レベルを評価する。
例えば、事前に特徴量の値に対応させて微粒子の濃度レベル(高・中・低等)を設定しておけば、前記抽出された特徴量に基づいて微粒子の濃度レベルを評価することができる。
上記本発明の他の実施の形態では、図1に示す装置ブロック図において、濃度算出処理部49を濃度レベル評価処理部に置き換えることとしたが、濃度算出処理部49と濃度レベル評価処理部の両方を備えるものとすることもできる。
その他の構成は、上記各実施の形態と異なるところはなく、ここでの説明は省略する。
2 光照射手段
3 撮像手段
4 データ処理手段
5 出力手段
41 画像処理部
42 差分処理部
43 二値化処理部
44 ノイズ処理部
45 モルフォロジー処理部
46 セグメンテーション処理部
47 演算処理部
48 特徴量抽出処理部
49 濃度算出処理部
Claims (11)
- 空間に光を照射し、微粒子からの散乱光を動画として取得する工程と、
前記動画における異なる時刻の2枚の画像を差分処理した時間差分処理画像を生成する工程と、
前記時間差分処理画像を二値化処理し、前記微粒子を白斑とする二値化画像を生成する工程と、
前記二値化画像に基づいて微粒子の濃度に関連する特徴量を抽出する工程と、
前記抽出した特徴量に基づいて微粒子の濃度を算出する工程と、
を備えることを特徴とする微粒子の濃度測定方法。 - 空間に光を照射し、微粒子からの散乱光を動画として取得する工程と、
前記動画における異なる時刻の2枚の画像を差分処理した時間差分処理画像を生成する工程と、
前記時間差分処理画像を二値化処理し、前記微粒子を白斑とする二値化画像を生成する工程と、
前記二値化画像に基づいて微粒子の濃度に関連する特徴量を抽出する工程と、
前記抽出した特徴量に基づいて微粒子の濃度レベルを評価する工程と、
を備えることを特徴とする微粒子の濃度測定方法。 - 前記動画における異なる時刻の2枚の画像は連続画像である請求項1又は2記載の微粒子の濃度測定方法。
- 前記二値化画像において距離変換を行い前記画像に勾配をつけた後、該画像の勾配に基づいてウォータージェット処理を行うことで連続した白斑の画素領域を分割し、その後、前記特徴量を抽出する請求項1乃至3の何れか一項記載の微粒子の濃度測定方法。
- 前記特徴量は、前記微粒子に対応する画素領域の数である請求項4記載の微粒子の濃度測定方法。
- 空間に光を照射する光照射手段と、
微粒子からの散乱光を動画として取得する撮像手段と、
前記撮像手段で取得した動画を入力データとし、前記動画における異なる時刻の2枚の画像を差分処理して時間差分処理画像を生成し、前記時間差分処理画像を二値化処理して前記微粒子を白斑とする二値化画像を生成する画像処理部、前記二値化画像に基づいて微粒子の濃度に関連する特徴量を抽出し、前記抽出した特徴量に基づいて微粒子の濃度を算出する演算処理部、を有するデータ処理手段と、
前記データ処理手段で算出した微粒子の濃度の算出結果を出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする微粒子の濃度測定装置。 - 空間に光を照射する光照射手段と、
微粒子からの散乱光を動画として取得する撮像手段と、
前記撮像手段で取得した動画を入力データとし、前記動画における異なる時刻の2枚の画像を差分処理して時間差分処理画像を生成し、前記時間差分処理画像を二値化処理して前記微粒子を白斑とする二値化画像を生成する画像処理部、前記二値化画像に基づいて微粒子の濃度に関連する特徴量を抽出し、前記抽出した特徴量に基づいて微粒子の濃度レベルを評価する演算処理部、を有するデータ処理手段と、
前記データ処理手段で評価した微粒子の濃度レベルの評価結果を出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする微粒子の濃度測定装置。 - 前記画像処理部において前記時間差分処理画像を生成するための前記動画における異なる時刻の2枚の画像は連続画像である請求項6又は7記載の微粒子の濃度測定装置。
- 前記画像処理部は、前記二値化画像において距離変換を行い前記画像に勾配をつけた後、該画像の勾配に基づいてウォータージェット処理を行うことで連続した白斑の画素領域を分割し、前記演算処理部は、前記連続した白斑の画素領域を分割した後の二値化画像に基づいて前記特徴量を抽出する請求項6乃至8の何れか一項記載の微粒子の濃度測定装置。
- 前記特徴量は、前記微粒子に対応する画素領域の数である請求項9記載の微粒子の濃度測定装置。
- 前記撮像手段、前記データ処理手段及び前記出力手段として、ビデオカメラとコンピュータの組み合わせ、又はスマートフォンを利用する請求項6乃至10の何れか一項記載の微粒子の濃度測定装置。
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