JP2021128057A - Automatic sampling system of underwater plankton - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、海水中のプランクトンを撮像するための自動試料サンプリング装置に関する。 The present invention relates to an automatic sample sampling device for imaging plankton in seawater.
海水中のプランクトンを顕微鏡で撮像する場合、従来は、プレパラートなどに滴下した試料を顕微鏡の視野下に置いて、撮影位置を手動で移動および調整する必要があった。 When imaging plankton in seawater with a microscope, conventionally, it has been necessary to place a sample dropped on a slide or the like under the field of view of the microscope and manually move and adjust the imaging position.
海水中のプランクトンを顕微鏡で撮像する場合、従来は、プレパラートなどに滴下した試料を顕微鏡の視野下に置いて、撮影位置を手動で移動および調整する必要があった。そのため、複数の撮影位置でプランクトンを撮像する場合は、撮影位置の移動および調整に多くの作業量が必要であった。 When imaging plankton in seawater with a microscope, conventionally, it has been necessary to place a sample dropped on a slide or the like under the field of view of the microscope and manually move and adjust the imaging position. Therefore, when the plankton is imaged at a plurality of shooting positions, a large amount of work is required for moving and adjusting the shooting positions.
本発明の目的は、試料水を顕微鏡の観察視野に自動的に供給することによって、手動操作を行わずに顕微鏡にて試料水中のプランクトンを撮像可能とすることである。また、低コストで製作可能とするため、単純な機構で構成することも重要であると考えた。 An object of the present invention is to automatically supply sample water to the observation field of a microscope so that plankton in the sample water can be imaged with a microscope without manual operation. We also thought that it was important to configure it with a simple mechanism so that it could be manufactured at low cost.
試料水を顕微鏡の観察視野に自動的に供給する供給手段と、試料水の流量を制御する制御手段と、顕微鏡にて試料水中プランクトンを撮像する撮像手段を備えることを特徴とする自動試料サンプリング装置。 An automatic sample sampling device including a supply means for automatically supplying sample water to the observation field of view of a microscope, a control means for controlling the flow rate of sample water, and an imaging means for imaging plankton in sample water with a microscope. ..
本発明は、海水中のプランクトンを自動的に撮像する装置である。顕微鏡による検鏡を全て手作業で行う方法と比較すると、作業量を大幅に削減する効果および作業者によらず同様の結果が得られる効果がある。従来の発明と比較して、装置の構成が簡易な点が特長である。 The present invention is a device that automatically images plankton in seawater. Compared with the method in which all microscopic examinations are performed manually, there is an effect of significantly reducing the amount of work and an effect of obtaining the same result regardless of the operator. Compared with the conventional invention, the feature is that the configuration of the device is simple.
本発明の機器構成を図1に示す。試料水容器1、フィルタ3、チューブ4、マイクロ流路5、排水容器6は、試料水を観察手段の一例である顕微鏡10の観察視野に自動的に供給する供給手段を構成する。試料水容器1は、上部から液体を注入可能であり、下部の流出口をチューブ4に接続可能な容器である。試料水2は、撮像対象の試料として、海中から採水した海水である。フィルタ3は、ゴミなどをろ過するためのフィルタである。チューブ4は、容易に曲げたり押しつぶす変形ができる材質の中空の細長い管である。マイクロ流路5は、深さおよび幅が数μmから数百μm程度の流路構造を有する透明の板であり、チューブ4と接続可能とする。マイクロ流路の幅および高さは、流路の詰まりを回避するため、観察対象のプランクトン以上の大きさとする。排水容器6は、チューブ4から流出した海水を溜めるための容器である。試料水容器1と排水容器6の間には高さ差を設け、高さ差によってチューブ4およびマイクロ流路5の内部を試料水2が流れる構成とする。
The device configuration of the present invention is shown in FIG. The sample water container 1, the filter 3, the tube 4, the microchannel 5, and the drainage container 6 constitute a supply means for automatically supplying the sample water to the observation field of the
画像入力装置7、制御装置8、ソレノイド弁9、流量計測装置13、表示装置14は、試料水の流量を制御する制御手段を構成する。画像入力装置7は、画像入力に関する処理を実行する計算機である。制御装置8は、電気機器の動作を制御する装置である。ソレノイド弁9は、制御装置8によって制御される電気機器である。ソレノイド弁9の動作位置にチューブ4を配置し、ソレノイド弁9が動作するとチューブ4が押しつぶされるように構成する。流量計測装置13は、チューブ4から流出する排水流量を一定時間計測して積算流量を制御装置8に入力する装置である。表示装置14は、画像入力装置7の画面表示出力先であり、制御装置8で検出した流量の異常状態を表示する装置である。
The image input device 7, the control device 8, the
画像入力装置7、顕微鏡10およびカメラ11は、顕微鏡にて海水中プランクトンを撮像する撮像手段を構成する。顕微鏡10は、観察領域下に設置されたマイクロ流路5の内部を流れる海水の光学入力をレンズで拡大して取り込む。カメラ11は、顕微鏡10で取り込まれる光学入力を撮像して画像データに変換可能とする。カメラ11と画像入力装置7はケーブルで接続されており、信号を送受信可能である。外部記憶装置12は、画像入力装置7で作成する画像ファイルの保存先となる記憶装置である。
The image input device 7, the
本発明の実施例を図1にて説明する。試料水容器1に試料水2を注入する。試料水2を注入する際、観察対象のプランクトンのサイズ以上のメッシュのフィルタ3を通してろ過し、ゴミなどを除去する。試料水容器1と排水容器6の高さ差によって、チューブ4およびマイクロ流路5の内部を試料水2が流れる。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
試料水の通水中に、画像入力装置7は制御装置6に対して開始指令を行い、制御装置8からの指令信号によってソレノイド弁9を動作させる。ソレノイド弁9が押さえ付けることでチューブ4が閉塞し、チューブ4およびマイクロ流路5の内部の試料水2が静止する。試料水2が静止した状態で、顕微鏡10を通してカメラ11にてマイクロ流路5の内部が撮像される。試料水2を静止させることによって、撮像した画像内の残像を抑制できる。撮像結果の画像データは、画像入力装置7に入力され、外部記憶装置12に画像ファイルとして保存される。
The image input device 7 issues a start command to the control device 6 during the passage of the sample water, and operates the
チューブ4に設置した流量計測装置13の流量計測結果が制御装置8に入力され、試料水の流量制御および監視に使用される。画像入力装置7は監視の結果を表示装置14に表示する。
The flow rate measurement result of the flow rate measuring device 13 installed in the tube 4 is input to the control device 8 and used for the flow rate control and monitoring of the sample water. The image input device 7 displays the monitoring result on the
制御装置8によるソレノイド弁9の制御動作を図2に示す。チューブ4を通って排水容器6に流れ込む積算流量101は流量計測装置13で計測される。ソレノイド弁9の動作によって積算流量101を制御する。
FIG. 2 shows the control operation of the
流量計測装置13で計測した積算流量101と目標積算流量102の差103を積算流量偏差εとして演算器104に入力し、下記の式1を用いて、出力ΔT1 = f(ε)を得る。式1のグラフを図4に示す。
f(ε) = ΔT1’ + p × [ε/a]… (式1)
ただし、ΔT1’はΔT1の初期値、aは偏差の基準値、pは制御用係数とする。[]は床関数を示すガウス記号であり、下記の式2で定義される。
[x] = max{n∈Z|n≦x} … (式2)
ただし、Zは整数の集合、nは任意の整数、xは任意の実数とする。
The
f (ε) = ΔT1'+ p × [ε / a]… (Equation 1)
However, ΔT1'is the initial value of ΔT1, a is the reference value of deviation, and p is the control coefficient. [] Is a Gaussian symbol indicating the floor function, which is defined by
[x] = max {n ∈ Z | n ≤ x}… (Equation 2)
However, Z is a set of integers, n is an arbitrary integer, and x is an arbitrary real number.
演算器104の出力ΔT1をPWM105に入力する。PWM105はPulse Width Modulationを意味し、ソレノイド弁9の動作時間を制御する。また、演算器104の出力ΔT1を安定させるため、演算器104に対してデッドバンドやフィルタなどを適用する。
The output ΔT1 of the
図3に制御装置8および画像入力装置7の処理のタイムチャートを示す。制御装置8ではPWM105が実行周期ΔT1(201)、On状態の継続時間ΔT2(202)をパラメータとしてOn状態とOff状態の切り替えを行っている。On状態の間にソレノイド弁9が動作する。
FIG. 3 shows a time chart of processing of the control device 8 and the image input device 7. In the control device 8, the
制御装置でのPWM105のOn状態開始と同時に、画像入力装置7に指令信号が渡され、一定時間ΔT3(205)経過後に画像入力処理203が実行される。画像入力処理203完了後に、画像保存処理204が実行される。
A command signal is passed to the image input device 7 at the same time as the
PWM105を起点とした一連の処理が実行された結果、ソレノイド弁9の動作によって試料水の流れを静止させた状態で、画像入力処理203による撮像が行われ、その後、画像保存処理204によって撮像データが画像ファイルとして保存される。PWM105がOff状態の時は、試料水の流れが再開する。一連の動作が繰り返されることによって、自動的に試料水を供給し、撮像する装置が実現できる。
As a result of executing a series of processes starting from the
制御装置8および画像入力装置7による処理のパラメータとなるΔT1(201)、ΔT2(202)、ΔT3(205)について示す。PWM105の実行周期をΔT1秒とする。ΔT1は初期状態ΔT1’を基準値として、積算流量偏差103に基いて演算器104によって調整される。PWM105のOn状態の継続時間をΔT2秒とする。ソレノイド弁動作がOn状態となってから画像入力処理がOn状態となるまでの待機時間をΔT3秒とする。ΔT1’、ΔT2、ΔT3は、試料水の流速やカメラの露光時間など実際の動作によって適宜手動調整可能とする。ΔT1は実行時に流量によって自動的に調整される。
ΔT1 (201), ΔT2 (202), and ΔT3 (205), which are parameters for processing by the control device 8 and the image input device 7, are shown below. The execution cycle of
図2の流量監視部106は2つの機能を持つ。1つ目の機能は、完了判定である。通水開始から積算流量101を合計した流量を算出し、総流量とする。総流量が規定値以上となった場合、完了と判定し、制御装置8および画像入力装置7に完了指令を発行する。完了指令によって、制御装置8はPWM105の動作および一連の制御処理を停止し、画像入力装置7は画像入力処理203および画像保存処理204を停止する。
The flow
2つ目の機能は、警報表示である。通水開始後、流量を監視し、一定時間流量が規定値以下だった場合、図1の表示装置14に流れが止まっている旨を警報表示し、それ以外の場合は警報表示を解除する。
The second function is an alarm display. After the start of water flow, the flow rate is monitored, and if the flow rate is below the specified value for a certain period of time, an alarm is displayed on the
図1の画像入力装置7において、撮像分の試料水の総体積を算出し、表示装置14に状態表示する。撮像1回あたりの試料水の体積を定義して、撮像回数を乗ずることによって撮像分の総体積を算出可能である。なお、上記の撮像回数は、試料水の観測部分の数と等しく、ソレノイド弁9の動作の回数と等しいものとする。つまり、ソレノイド弁9の1回の動作で試料水を静止させている間に複数枚の画像を連続で撮像する場合も、撮像回数は1回として扱う。撮像分の総体積は、撮像完了の判定およびソレノイド弁9による試料水の流量制御の調整に利用可能である。
In the image input device 7 of FIG. 1, the total volume of the sample water for imaging is calculated, and the state is displayed on the
本発明を利用すると、海水中のプランクトンを撮像した画像ファイルを保存できる。画像ファイルは計算機による様々な処理に利用可能である。例えば、画像ファイルを入力として画像認識処理を行い、画像中のプランクトンの種類を分類できる。さらに、プランクトンを種類ごとに計数して密度を算出できる。この利用方法は、海洋での赤潮時のプランクトン発生状況の把握や海洋の生態系の調査、プランクトン培養の状態把握などの分野で利用可能である。 By using the present invention, it is possible to save an image file in which plankton in seawater is imaged. Image files can be used for various processing by a computer. For example, an image recognition process can be performed by inputting an image file to classify the types of plankton in the image. Furthermore, the density can be calculated by counting plankton for each type. This usage method can be used in fields such as grasping the state of plankton generation during red tide in the ocean, investigating marine ecosystems, and grasping the state of plankton culture.
1 試料水容器
2 試料水
3 フィルタ
4 チューブ
5 マイクロ流路
6 排水容器
7 画像入力装置
8 制御装置
9 ソレノイド弁
10 顕微鏡
11 カメラ
12 外部記憶装置
13 流量計測装置
14 表示装置
101 積算流量
102 目標積算流量
103 積算流量偏差
104 演算器
105 PWM(Pulse Width Modulation)
106 流量監視部
201 ソレノイド弁動作実行周期ΔT1[秒]
202 ソレノイド弁動作On状態継続時間ΔT2[秒]
203 画像入力処理待機時間ΔT3[秒]
1
106 Flow
202 Solenoid valve operation On state Duration ΔT2 [sec]
203 Image input processing standby time ΔT3 [seconds]
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020022666A JP2021128057A (en) | 2020-02-13 | 2020-02-13 | Automatic sampling system of underwater plankton |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7335011B1 (en) | 2022-03-28 | 2023-08-29 | 株式会社Iddk | Microscopic observation device and cartridge |
-
2020
- 2020-02-13 JP JP2020022666A patent/JP2021128057A/en active Pending
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