JP2786766B2 - 水中画像検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水中に懸濁している
物体の浮遊している特徴を解析するために、水中に懸濁
している物質の原画像を安定した検出する水中画像検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水中、特に河川や海洋、さらには浄水場
や下水処理場における工程水中の懸濁物の浮遊している
形状の特徴は、従来から多く自動化されている水質化学
分析装置では得られない水質特性の情報を有しており、
水環境解析や管理および水処理運転や制御の重要な指標
である。それにもかかわらず、従来、これらの懸濁物の
浮遊形状の特徴判定は、時間と労力のかかる煩雑な画像
検出処理工程で人の手によってしか行なうことができ
ず、そのために、自由に利用するということができず、
画像検出工程について自動化する技術を確立する要求が
高くなってきている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の要望
に応えるものとして、水の流動による浮遊懸濁物の揺動
による検出画像のぶれを防ぐために、いわゆる導水型の
画像検出装置が知られているが、これは、検水をポンプ
によって汲み上げるために、懸濁物が破壊されてしまっ
て自然な形の懸濁物の特性を観察することができない問
題点があった。

【０００４】また、画像検出装置に導入した検水を約
０．１mmの狭いスリットに閉じ込め、揺動を止めて画像
検出を行なう方式のものも提案されているが、この場合
にも、閉じ込めによって検水中の懸濁物の形状が変形し
てしまう問題点があった。

【０００５】また、検水を暗室に導入し、ストロボ照明
によって静止画像として検出する方式の画像検出装置も
知られているが、この場合には、ストロボ照明の時間は
きわめて短く、そのためにＩＴＶカメラを利用する自動
化された画像検出装置とするには画面ノイズが多く、こ
れを画像処理によって懸濁物の特徴判定に用いる原画像
とするには、不適当である問題点があった。

【０００６】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みなされたもので、流動する水に懸濁している物体の浮
遊している形状を、壊さずに、かつ水による揺動を防止
して鮮明な画像検出を行なうことができ、その後の画像
解析による特徴判定をスムーズに行なわせることができ
る水中画像検出装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の水中画像検出
装置は、テレビカメラと照明器とが内装され、底面に透
明窓が形成され、前記照明器がこの透明窓を通して光を
透過させ、かつ前記テレビカメラがこの透明窓を通して
撮像するようにした容器と、この容器の下方に一体的に
取り付けられ、最低部より高い位置にある周囲の一部が
開口して外部と連通し、前記容器の透明窓との間に薄い
空間を形成し、かつこの空間に向かって噴気管の噴気口
が開口した検体皿とで構成される画像検出プローブと、
前記画像検出プローブを内部に収容固定し、下部のみが
開放され、内部に送気管の送気口が開口し、かつ当該外
筒内の水位が、前記検体皿の開口より高い所定の高水位
か、検体皿より低い所定の低水位かを検出する水位検出
器が取り付けられている鐘形の外筒と、前記画像検出プ
ローブを有する外筒を被検水中に支持する支持管と、前
記送気管への加圧空気供給路に設けられた送気バルブ、
この送気管内の加圧空気を排気させる排気バルブ、前記
噴気管への加圧空気供給路に設けられた噴気バルブを有
する空気系統と、前記外筒内の水位が前記所定の高水位
にあることを条件に送気バルブを開動作させ、外筒内の
水位が所定の低水位に低下したことを条件に送気バルブ
を閉動作させると共に、前記テレビカメラに撮像指令を
与える検出制御手段と、前記外筒内の水位が所定の低水
位にあり、かつテレビカメラによる撮像が完了したこと
を条件に一定時間噴気バルブを開く噴気制御手段と、こ
の噴気バルブの閉動作後に前記排気バルブを開動作さ
せ、外筒内の水位が所定の高水位に上昇することにより
排気バルブを閉動作させる排気制御手段とを備えたもの
である。

【０００８】

【作用】この発明の水中画像検出装置では、鐘形の外筒
と画像検出プローブを常時、水中に没しさせて支持管に
よって固定しておき、シーケンス制御によって、水位検
出器が画像検出プローブの検体皿内に検水が開口を通し
て流れ込める高水位を検出するまで送気管によって外筒
の内部の空気を排出し、その後、送気管から圧縮空気を
送り込んで外筒の水位を検体皿の開口よりも下方の低水
位まで低下させるように空気系統を制御する。

【０００９】そして、水位検出器がこの低水位を検出す
れば、照明制御器により容器内の照明器が明るくなるよ
うに制御し、同時に容器内のテレビカメラにより前記検
体皿内に溜まっている検水を容器底部の透明窓を通して
撮像するようにテレビカメラを制御する。

【００１０】この撮像の後、前記噴気管の噴気口から当
該検体皿内の薄い空間に空気を噴き出させて検水を開口
より噴き出させて空にするように空気系統を制御し、こ
の後、再び、水位検出器が高水位を検出するまで送気管
を通して外筒内の空気を排出させるように空気系統を制
御する。

【００１１】以上の制御シーケンスを繰り返すことによ
り、検体皿に検水をその中に浮遊する懸濁物を破壊する
ような外力を加えずに取り込み、テレビカメラによって
撮像して水中画像を得ることができ、懸濁物の形状特徴
を正確に撮像した画像を自動的に、かつ連続的に得るこ
とができる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。

【００１３】この発明の一実施例の水中画像検出装置は
大きく分けて、図３に示すように画像検出プローブ１
と、これを収容固定する鐘形外筒２と、これらの収容さ
れている各種機器を制御する制御室３と、これらの間を
接続する支持管４とから構成されている。

【００１４】図１は画像検出プローブ１の断面図を示し
ている。この画像検出プローブ１は、気密的な容器１１
の内部に各種機器を収容した構成であり、容器１１は、
容器下部１１−１と容器中間部１１−２と容器上部１１
−３に３分割され、各々の接合縁部にパッキング１２を
介在させ、ボルト・ナットのような締着手段（図示せ
ず）によって気密的に堅締して一体化されている。

【００１５】そして、この容器１１内には、先端にテレ
ビカメラとしてレンズ１３を取り付けたＩＴＶカメラ１
４と照明器１５が支持板１６で固定支持されている。

【００１６】照明器１５の光軸先には反射鏡１７が備え
られている。また、容器下部１１−１の底部にはガラス
のような透明窓１８が設けられていて、容器下部１１−
１の下方に取り付けられている検体皿１９上の検水１１
０の画像をＩＴＶカメラ１４によって撮像できるように
なっている。

【００１７】この検体皿１９は、一部が開放してあり、
他の部分は気密的に容器１１の下面に接合されており、
容器１１に通された噴気管１１１の噴気口１１２がこの
内部に連通させられている。

【００１８】ＩＴＶカメラ１４に対する制御信号を伝送
するための信号ケーブル１１３および照明器１５に対す
る光ファイバケーブル１１４が容器上部１１−３の中央
部を通して外部に導出されている。噴気管１１１の上部
も同じである。

【００１９】図２は画像検出プローブ１を収容固定する
鐘形の外筒２の構造を示しており、この外筒２は、下部
が開放し、その他の部分は気密的な釣り鐘状の構造とな
り、その中に画像検出プローブ１が収容されている。ま
た、この外筒２の内部上方には、水位検出器２１が備え
られている。

【００２０】この鐘形の外筒２と画像検出プローブ１
は、支持管４で共に吊り下げられて固定し支持されてい
る。すなわち、支持管４は容器上部１１−３と一体とな
り、また外筒２はこの支持管４に溶接固着されているの
である。

【００２１】支持管４の内部には、図１に示したように
画像検出プローブ１のＩＴＶカメラ１４に対する信号ケ
ーブル１１３と、照明器１５に対する光ファイバケーブ
ル１１４が通されていると共に、外筒２の内部の空気を
出し入れする送気管２２と、水位検出器２１の信号線２
３とが通されている。

【００２２】水位検出器２１には、高水位（Ｈ）検出棒
２１−Ｈと低水位（Ｌ）検出棒２１−Ｌとが設けられて
おり、画像検出プローブ１の下部にある検体皿１９はそ
の高水位Ｈ近くに位置するように設定されている。

【００２３】図３は、画像検出プローブ１の内部のＩＴ
Ｖカメラ１４、照明器１５および噴気管１１１の噴気口
１１２を通って検体皿１９上の検水１１０を外部に排除
する空気量や、外筒２の水位を調節するための送気量の
制御を行なうために、支持管４の上端部に設けられてい
る制御室３の構成を示している。

【００２４】この制御室３には、ＩＴＶカメラ制御器３
１と、光を照明器１５に送る照明制御器３２と、図４で
詳しく説明する空気調整装置３３とが内蔵されている。

【００２５】図４に示すように空気調整装置３３は、シ
ーケンス制御装置３３１を備えており、このシーケンス
制御装置３３１は、エアタンク３３２と取り付けられた
圧力スイッチ３３３の信号と図２に示された外筒２内の
水位検出器２１の信号とシーケンス制御装置３３１の内
部の設定可能なタイマとによって、エアポンプ３３４と
５つのバルブＶ１〜Ｖ５を制御し、送気管２２を通して
外筒２の内部の空気量と、噴器管１１１を通して検体皿
１９内の検水１１０を交換するための空気量とを図５に
例示するシーケンスに従って制御するようになってい
る。

【００２６】次に、上記の構成の水中画像検出装置の動
作について説明する。

【００２７】水中の浮遊懸濁物の画像検出を行なうため
に、まず検出対象とする水処理設備の水中に図３に示す
ように画像検出プローブ１と外筒２とが完全に没する状
態に設置する。

【００２８】そして、シーケンス制御装置３３１により
次に示すようなシーケンス制御を行なうことにより、水
中の懸濁物の浮遊状態を繰り返し画像検出する。すなわ
ち、図５のシーケンス図において、まず時刻Ａでは、水
位検出器２１の水位ＬＣは高水位Ｈであり、ここで、バ
ルブＶ２とバルブＶ４を開（ＯＮ）とすることにより、
送気管２２を通して圧縮空気を外筒２に送り込み、この
外筒２の内部の水を空気の圧力によって押し下げること
により低水位Ｌまで低下させる。

【００２９】この結果、画像検出プローブ１は水中から
空気中に露出することになるが、このときには検体皿１
９内には検水１１０が残留し、すぐに静止する。

【００３０】そこで、ＩＴＶカメラ制御器３１と照明制
御器３２を起動することにより、照明器１５により反射
鏡１７と透明窓１８を通して検水１１０を明るく照らさ
せ、ＩＴＶカメラ１４により透明窓１８を通して検水１
１０を撮像する。この撮像により、検水中に懸濁物が浮
遊した状態のままの映像を得ることができる。

【００３１】さらに、この撮像中の時刻ＢでバルブＶ１
を開とし、エアポンプ３３４を起動することによりエア
タンク３３２内の圧力を圧力スイッチ３３３の高圧
（Ｈ）に設定する。

【００３２】その後、時刻ＣでバルブＶ１とバルブＶ２
とバルブＶ３を開とすることにより、エアタンク３３２
内の空気を噴気管１１１を通して噴気口１１３から検体
皿１９内に噴き出させ、この検体皿１９に貯溜されてい
た検水１１０を開口から噴き出させ、検体皿１９を空に
する。

【００３３】この後、時刻ＤでバルブＶ５を開とし、外
筒２内の空気を送気管２２を通して逆流させて排出し、
時刻Ａ′で外筒２内の水位を再び高水位Ｈとし、検体皿
１９内に開口から再び検水１１０を導入する。

【００３４】以後、再び水位を低下させて検水を検体皿
中に残留させ、撮像するという操作を繰り返すことによ
り、Ａ〜Ａ′という一定周期で水中の懸濁物の浮遊状態
を自動的に画像検出する。

【００３５】こうして、定期的に水中の懸濁物の自然の
浮遊状態の特徴を画像として検出し、後の水質解析に供
することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、流動す
る水中に浮遊する懸濁物を鐘形の外筒内で流動する水中
から遮断するようにして画像検出プローブの検体皿内に
導入して静止状態で画像検出することができ、画像処理
用の鮮明な原画像を自動的、かつ連続的に検出すること
ができる。そして、これによって、河川や海洋、下水処
理場や浄水場の工程水中に浮遊している懸濁物の水質的
情報が容易に得られるようになり、環境監視およびその
管理や水処理運転の支援ツールとして利用でき、安全な
運転を自動的に行なうことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の画像検出プローブの断面
図。

【図２】上記実施例の鐘形の外筒と画像検出プローブの
断面図。

【図３】上記実施例の全体的な構成を示すブロック図。

【図４】上記実施例の空気調整装置のブロック図。

【図５】上記実施例のシーケンス制御装置のシーケンス
動作を示すタイミングチャート。

【符号の説明】

１ 画像検出プローブ ２ 外筒 ３ 制御室 ４ 支持管 １１ 容器 １４ ＩＴＶカメラ １５ 照明器 １８ 透明窓 １９ 検体皿 １１０ 検水 １１１ 噴気管 １１２ 噴気口 ２１ 水位検出器 ２２ 送気管 ３１ ＩＴＶカメラ制御器 ３２ 照明制御器 ３３ 空気調整装置 ３３１ シーケンス制御装置 ３３２ エアタンク ３３３ 圧力スイッチ ３３４ エアポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−40340（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−17938（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−260827（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−205235（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01N 15/06,15/10 - 15/14 C02F 1/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 テレビカメラと照明器とが内装され、底
   面に透明窓が形成され、前記照明器がこの透明窓を通し
   て光を透過させ、かつ前記テレビカメラがこの透明窓を
   通して撮像するようにした容器と、この容器の下方に一
   体的に取り付けられ、最低部より高い位置にある周囲の
   一部が開口して外部と連通し、前記容器の透明窓との間
   に薄い空間を形成し、かつこの空間に向かって噴気管の
   噴気口が開口した検体皿とで構成される画像検出プロー
   ブと、 前記画像検出プローブを内部に収容固定し、下部のみが
   開放され、内部に送気管の送気口が開口し、かつ当該外
   筒内の水位が、前記検体皿の開口より高い所定の高水位
   か、検体皿より低い所定の低水位かを検出する水位検出
   器が取り付けられている鐘形の外筒と、 前記画像検出プローブを有する外筒を被検水中に支持す
   る支持管と、 前記送気管への加圧空気供給路に設けられた送気バル
   ブ、この送気管内の加圧空気を排気させる排気バルブ、
   前記噴気管への加圧空気供給路に設けられた噴気バルブ
   を有する空気系統と、 前記外筒内の水位が前記所定の高水位にあることを条件
   に送気バルブを開動作させ、外筒内の水位が所定の低水
   位に低下したことを条件に送気バルブを閉動作させると
   共に、前記テレビカメラに撮像指令を与える検出制御手
   段と、 前記外筒内の水位が所定の低水位にあり、かつテレビカ
   メラによる撮像が完了したことを条件に一定時間噴気バ
   ルブを開く噴気制御手段と、 この噴気バルブの閉動作後に前記排気バルブを開動作さ
   せ、外筒内の水位が所定の高水位に上昇することにより
   排気バルブを閉動作させる排気制御手段とを備えて成る
   ことを特徴とする水中画像検出装置。