JP3529605B2 - 水棲生物の行動状態検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水棲生物の動きを
追跡しながら水棲生物の位置を検出して水棲生物の動き
の状態を正確に安定して検出することのできる水棲生物
の行動状態検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水棲生物は、生活の環境でもある水質や
光の変動に対して、種々の行動を起こすことが広く知ら
れている。このうち水質の変動としては、水棲生物の逃
避・致死・鈍化の原因となる物質が水へ混入することが
考えられるが、このような物質混入については用水事業
や養殖業および環境の保全など、多くの社会生活や生産
の能率的活動を行なう上で重大な関心が寄せられてい
る。これらの原因物質混入による水棲生物の反応行動を
監視する簡便な方法として、水棲生物の行動を視覚的に
とらえるバイオアッセイ法が広く行なわれており、その
安定した人手のかからない検出装置が望まれている。特
に昼夜、自然光や室内照明などの外乱光や、飼育水槽の
汚れおよび検水の汚れなどによる背影光の変動要因に対
して、水棲生物の背影光を安定させ正確で人手のかから
ない検出装置が望まれている。

【０００３】水棲生物を追跡しその動きの状態を検出す
る手段として従来、水棲生物をドラムのような限定した
空間に閉じ込め、空間の前後にそれぞれ投光器と受光器
を多数組配置し、各組の光路が水棲生物の通過で遮断さ
れることを測定することによって水棲生物の動きを検出
する検出装置が提案されている。

【０００４】さらに他の従来法として、飼育水槽内を動
く水棲生物の映像をＩＴＶカメラなどで撮影し、得られ
た画像を高価な画像処理装置に取り込み、その輝度情報
を種々の画像処理技術を使用して解析し、その位置と移
動方向および移動の速度や移動のパターンを検出する装
置が開発されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、多数の組の
投光器と受光器を有する装置では、限定した空間におけ
る水棲生物の動きを正確に検出することができるが、動
きの状態を正確に安定して検出するためには、非常に多
くの投光器と受光器の組を用いねばならない。

【０００６】さらにさまざまな外乱光に対する光路につ
いて清掃したり除濁したりする必要があり、そのため電
気回路や装置が複雑になる。さらに投光器と受光器の光
軸合せや校正に非常に手間がかかるなど、安定した背影
の照明を確保するためには、多くの問題がある。

【０００７】また動く水棲生物をＩＴＶカメラ等で撮影
する装置では、高価で複雑な画像処理システムを導入し
なくてはならない。また、ＩＴＶカメラで撮影した水棲
生物のビデオ信号の輝度情報をＡ／Ｄ変換器などで、デ
ジタル化して計算機に取り込み、取り込んだ２次元の画
像データを画像メモリに記録し、さらに記録は画像メモ
リを読み出し二値化や三値化や重心計算および重心移動
速度計算等々多くの画像処理工程を施すことによって、
水棲生物の動きの状態を検出する必要がある。このため
計算機内での画像メモリの読書きや各々の画像処理工程
に多大の時間を要している。そのため水棲生物の動きの
細部を正確に検出することが難しい。すなわち、この従
来技術では検出した水棲生物の動きの状態を短時間で正
確に特定できない。このため長期間に亘って画像データ
や画像解析結果のデータを蓄積し、いわゆる統計的手法
を利用することになるため、その検出には長時間要して
いる。

【０００８】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、飼育水槽の照明を適正に施すことによって
背影を安定化し、水棲生物の動きの状態を正確に安定し
て検出することのできる水棲生物の行動状態検出装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、水棲生物を収
納した水槽と、水槽内を投光する照明手段と、水槽の一
側に設けた背影板と、水槽の他側に設けられ、水棲生物
を背景板と対比させて得られた水棲生物の輝度情報と色
度情報に基づいて水棲生物の動きを追跡しながら水棲生
物のｘ方向およびｙ方向位置を検出する物体追尾手段
と、物体追尾手段からの信号に基づいて、水棲生物の動
きの状態を判定する状態検定器と、を備えたことを特徴
とする水棲生物の行動状態検出装置、および水棲生物を
収納した水槽と、水槽内の水棲生物を撮影する撮像器
と、撮像器で投影した水棲生物の影像を表示する受像器
と、受像器に表示された水棲生物の動きを水棲生物の輝
度情報と色度情報に基づいて追跡しながら水棲生物のｘ
方向およびｙ方向の位置を検出する物体追尾手段と、物
体追尾手段からの信号に基づいて水棲生物の動きの状態
を判定する状態検定器と、を備えたことを特徴とする水
棲生物行動状態検出装置である。

【００１０】本発明によれば、照明手段により水槽内の
水棲生物を背影板と比して明瞭に映し出すことができ
る。また、水槽内の水棲生物を撮像器により投像して受
像器に表示するとともに、受像器に表示された水棲生物
の位置を物体追尾手段により検出し、状態検定器により
水棲生物の動きの状態を判定することができる。このよ
うに水槽内の水棲生物を一旦撮像器により撮像して受像
器に表示し、受像器に表示された水棲生物の位置を物体
追尾手段により検出する。

【００１１】

【発明の実施の態様】第１の実施の形態 以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を説明する。
図１乃至図９は、本発明による水棲生物の行動状態検出
装置の第１の実施例の形態を示す図である。

【００１２】本実施例の水棲生物の行動状態検出装置
は、赤色から褐色範囲の反射光を発する水棲生物を飼育
した場合に適用される。

【００１３】図１に示すように、水棲生物の行動状態検
出装置は、水棲生物３を飼育して収納した飼育水槽１
と、飼育水槽１内を上方から投光する照明手段２と、飼
育水槽１の一側の設けられ照明手段２からの光を反射す
る背影板４と、飼育水槽の他側に背影板４に対向して設
けられ水棲生物の動きを追跡しながら水棲生物の位置を
検出する物体追尾手段５とを備えている。

【００１４】このうち背影板４の色は、飼育される水棲
生物３の反射光の概略補色に近い青〜緑系統の色となっ
ている。この物体追尾手段５からの位置信号（ｘ，ｙ）
は状態検定器６に送られ、その動きの状態が判定され、
判定の結果が表示器７で表示される。

【００１５】飼育水槽１は図２の平面図で示すように、
図２の右側の正面と、図２の左側の背面と、図２の上下
方の両側面の４面は透明体からなり、両側面にも外側か
ら背影板４と同色の反射板８が密着して設けられてい
る。

【００１６】また照明手段２は図３に示すように、色調
の異なる２種の蛍光管からなる光源９ａ，９ｂと、光源
９ａ，９ｂの背後に設けられた反射板１０ａ，１０ｂと
を有している。このうち光源９ａは赤系、光源９ｂは白
系となっている。また光源９ａ，９ｂの下方には、細隙
による光量調節器１１ａ，１１ｂが各々設けられ、光量
調節器１１ａ，１１ｂの細隙を通った光は、最下部に設
けられた散光板１２により均一な光速となるように調整
される。

【００１７】また物体追尾手段５は、物体の動きを輝度
情報と色度情報で追跡しながらその位置を検出して出力
するテレビカメラ等からなり、本実施の形態においては
飼育水槽１の正面（図１および図２の右側）に配置され
ている。さらに、この物体追尾手段５からの出力である
位置信号（ｘ，ｙ）は、図４に示す状態検定器６に送ら
れる。この状態検定器６は、位置信号（ｘ，ｙ）を速度
信号（ｘ′，ｙ′）に変換する第１の演算回路１３と、
所定以上の速度信号（ｘ′，ｙ′）の計数値Ｎを求める
第２の演算回路１４と、この計数値Ｎを分析する第３の
演算回路１５からなり、水棲生物３の行動状態を判定す
るものである。

【００１８】次にこのような構成からなる本実施の形態
の作用について説明する。

【００１９】本実施の形態の物体追尾手段５は、水棲生
物３と背影板４の十分な輝度情報と、それら相互の色度
情報の十分な差異を追尾するのが原理となっている。そ
のため本実施の形態では、飼育する赤色ないし褐色の水
棲生物３の赤味を極立てることによってより効果的な水
棲生物３の追尾が期待できる。

【００２０】この理由から本実施の形態では、十分な輝
度情報を得るために、白色系の光源９ａと、色合情報の
十分な差異を得るために赤系の光源９ｂの２種の光源が
用いられ、これらの光源９ａ，９ｂにより飼育水槽１が
投光される。さらに輝度情報と色度情報と色度情報を適
正化するために、これら各光源９ａ，９ｂに対応して設
けられた光量調節器１１ａ，１１ｂにより随時調整し、
自然光や室内照明の変動、および飼育水槽の汚れや流入
する検水の水質変動などの外乱光の妨害を修正する。こ
の場合、光量調節器１１ａ，１１ｂは細隙の幅が可変な
細長のスリットで構成されており、その幅を変更するこ
とにより光量を調節することができる。

【００２１】また照明手段２の光源９ａ，９ｂは色調が
異なる２種の球管である場合には、上記光量調節器１１
ａ，１１ｂの細隙を概略円型の絞り機構で構成する。

【００２２】次に飼育水槽１内の水棲生物３が物体追尾
手段５により撮影される。このようにして物体追尾手段
５により水棲生物３の動きが追跡されて、その位置が検
出される。

【００２３】物体追尾手段５による飼育水槽１内の水棲
生物３の位置信号（ｘ，ｙ）は、次に状態検定器６に取
り込まれ、図４の第１の演算回路１３と第２の演算回路
１４と第３の演算回路１５とによって下記の計算が行な
われる。

【００２４】第１の演算回路１３内では、図５で示した
フロー図に従って以下の計算が行なわれる。すなわち図
５において、水棲生物３の位置信号（ｘ，ｙ）は、フィ
ルター回路１６内のローパスフィルターでそのノイズが
消去される。フィルター回路１２のしきい値は（ｘ₀ ，
ｙ₀ ）となっている。

【００２５】ついで微分器１７により下式（１）（２）
より位置信号（ｘ，ｙ）の時間変化である速度信号
（ｘ′，ｙ′）に変換される。 ｘ′＝ＤＩＦ［ｘ(t) ］ （１） ｙ′＝ＤＩＦ［ｙ(t) ］ （２） ここでＤＩＦ［ ］は微分器の値を表わす。

【００２６】次に第２の演算回路１４内では、第１の演
算回路１３で求めた速度信号（ｘ′，ｙ′）を取り込
み、図６に示したフロー図に従って以下の計算が行なわ
れる。すなわち、図６において上記変換された水棲生物
の速度信号（ｘ′，ｙ′）は積分器１８で下式（３）
（４）より所定の周期でその積分値（Ｘ，Ｙ）に変換さ
れる。 Ｘ＝ＩＮＴ［ｘ′］ （３） Ｙ＝ＩＮＴ［ｙ′］ （４） ここでＩＮＴ［ ］は積分器１８の出力である積分値を
表わす。さらに第２の演算回路１４では、積分値（Ｘ，
Ｙ）がそれぞれ比較器１９で下記の条件式（５）（６）
に従って所定の値Ｄ_x ，Ｄ_y と比較され、下記の条件式
が成立した時それぞれ＋１のパルス信号（ｄ_x ，ｄ_y ）
が発生する。このパルス信号（ｄ_x ，ｄ_y）は次の計算
器２９で式（７）より計数され、所定の計数周期Ｔ_c の
計数値Ｎとして出力される。

【００２７】

【数１】 ここで計数周期Ｔ_c は積分周期ｔ_s より大きな値であ
る。

【００２８】ついで第３の演算回路１５内では、上記第
２の演算回路１４で求めたカウント数Ｎが伝送され、図
７に示したフロー図に従って以下の計算が行なわれ、水
棲生物３の追尾の状態が判定される。すなわち図７にお
いて、上記カウント数Ｎは検定回路２１と分級器２２と
に取り込まれる。この検定回路２１では、まず下式
（８）により積算器２３で計数値Ｎが所定の検定周期Ｔ
_M 毎に積算され、積算計数値Ｎ_N が求められ、ついで比
較器２４で所定の値Ｎ_O と比較され、下記の条件式
（９）（１０）で追尾の状態Ｓｔａｔｅが決められる。

【００２９】

【数２】 ここで検定周期Ｔ_M は前記計数周期Ｔ_c より大きな値で
ある。さらに追尾の状態ＳｔａｔｅがＦＡＬＳＥの場
合、第３の演算回路からの出力はこのＦＡＬＳＥ信号の
みが出力される。また追尾の状態ＳｔａｔｅがＴＲＵＥ
の場合は分級器２２に作動信号が発生される。分級器２
２では、あらかじめ設定しておいた級間△Ｎと級数ｎと
によって計数値Ｎが分級計算され、その分級値Ｍが追尾
の状態としてＳｔａｔｅに代入され、この第３の演算回
路１５の出力値となる。

【００３０】つぎに表示器７において、図８に示すよう
に、物体追尾手段５からの位置信号（ｘ，ｙ）の時間経
過が２次元的に軌跡ディスプレー装置２５によって表示
される。また位置信号（ｘ，ｙ）と速度信号（ｘ′，
ｙ′）と、状態Ｓｔａｔｅの数値とが数値ディスプレー
装置２６によって表示され、さらに状態Ｓｔａｔｅの級
数が状態インジケータ２７によって段階的に色調表示さ
れる。また、物体追尾手段５などのビデオ信号はディス
プレー装置２８によって表示され、この表示器７によっ
て飼育水槽１内の水棲生物３の行動状態が常時理解でき
るようになっている。

【００３１】さらに、第３の演算回路１５の出力である
Ｓｔａｔｅ＝ＦＡＬＳＥの場合は、表示器７の状態イン
ジケータ２７が、フリッカー（点滅）するようになって
いる。この場合、監視員は照明手段２の光量調節器１１
ａ，１１ｂを調節することにより、ＳｔａｔｅがＴＲＵ
Ｅになるようにする。

【００３２】なお図９に示すように、状態検定器６に接
続された光量調節制御回路２９と、この光量調節制御回
路２９に接続された細隙駆動材３０を用いて、照明手段
２の光量調節器１１ａ，１１ｂを調整してもよい。

【００３３】また式（１１）で示した計数値Ｎは水平方
向と垂直方向のパルス信号の和（ｄｘ＋ｄｙ）より求め
たが、飼育する水棲生物３の種類や飼育水槽の形状によ
って、そのｄｘ，ｄｙのどちらかの一方のみを用いて求
めてもよい。

【００３４】また、式（５）（６）（７）で示した式は
それぞれ下式でもよい。

【００３５】

【数３】 第２の実施の形態 図１０乃至図１７は本発明による水棲生物の行動状態検
出装置の第２の実施の形態を示す図である。本実施の形
態は、可視光のストレスを受けやすくかつ色調のとぼし
い水棲生物を飼育するとともに、汚れやすい飼育槽を用
いかつ検水の色濁度が頻繁に変動する場合に適用された
ものである。

【００３６】図１０に示すように飼育水槽３１の背面Ｂ
に、散光板である半透明性背影板３４が設けられ、背影
板３４の背後に照明手段３２が配置されている。飼育水
槽３１の背面Ｂと正面Ａは透明体からなり、その底面Ｄ
と両側面は不透明体からなり、かつ上面側には不透明な
板Ｄが設けられている。

【００３７】水棲生物３３はいわゆる背影照明を受け、
シルエットとして物体追尾手段３５によって追尾されて
いるが、図示しない室内照明や自然光の外乱光により輝
度及び色度を有している。物体追尾手段３５は水棲生物
３３の位置信号（ｘ，ｙ）を出力するとともに、追尾し
ている場合には追尾中信号（Ｓｔａｔｅ）をも出力する
ようになっている。物体追尾手段３５の出力である水棲
生物３３の位置信号（ｘ，ｙ）と、追尾中信号（Ｓｔａ
ｔｅ）は状態検出器３６に送られ、行動状態が判定され
て表示器３７に表示される。

【００３８】この第２の実施の形態において、照明手段
３２は図１１に示すように、赤外ランプからなる光源３
８を有し、光源３８の背後に集光反射板３９が設けら
れ、光源３８の前方には一様で均一な光速を照射する光
学系４０が設けられている。さらにこの照明手段３２
は、光源３８の光量を外部からの電気信号によって調整
する光量調節器４１を有している。

【００３９】また物体追尾手段３５は、水棲生物３３の
動きを輝度情報と色相情報で追跡しながらその位置
（ｘ，ｙ）を検出しかつ追尾の正誤信号Ｓｔａｔｅをも
出力しかつ赤外線をも感じるビデオカメラ等からなり、
飼育水槽３１の正面Ａ側に配置されている。

【００４０】さらにこの物体追尾手段３５からの出力で
ある位置信号（ｘ，ｙ）と追尾中信号（Ｓｔａｔｅ）
は、図１２で示す状態検出器３６に送られる。状態検出
器３６は追尾中信号が正（ＴＲＵＥ）の時、物体追尾手
段３５からの位置信号（ｘ，ｙ）を速度信号（ｘ′，
ｙ′）に変換する第１の演算回路４２と、位置信号
（ｘ，ｙ）について所定の時間Ｔ_F の水棲生物３５の位
置頻度ｆ（ｘ，ｙ）を計算する第２の演算回路４３と、
上記位置信号（ｘ，ｙ）と速度信号（ｘ′，ｙ′）とに
もとづいて、上記位置頻度ｆ（ｘ，ｙ）の逆数の値を所
定の時間Ｔ_S で積算する第３の演算回路４４とを有し、
水棲生物３３の行動状態を判定するようになっている。

【００４１】さらに状態検出器３６は、前記追尾中信号
が誤（ＦＡＬＳＥ）の時、あらかじめ設定した計画法に
従って光量調節器４１の光量を変化させるための補正信
号を算出する第４の演算回路を有している。

【００４２】上記状態検出器３６の出力は、表示器３７
に表示されるとともに、光量補正信号は照明手段３２の
光量調節器４１に出力される。

【００４３】次にこのような構成からなる実施の形態の
作用について説明する。

【００４４】本実施例は水棲生物３３の背影でなる背影
板３４の十分な情報と水棲生物３３と背影の相互の色度
情報の十分な差異を、自然光や室内照明などの外乱光や
飼育水槽内に発生する汚れおよび検水の濁色度の変動を
補償するために、光量が調節できる照明手段３２を用い
る。

【００４５】この理由から本実施の形態においては、水
棲生物の視覚に感じにくくかつ検水の濁色度に対して透
過性の良い赤外光を光源とする図１１に示す照明手段３
２により、まず飼育水槽３１内を投光する。この場合、
図１１の光量調節器４１は、図示しない電気的接点を有
しており、状態検出器３６からの光量補正信号に基づい
て光源３８の光量を調節する。また図１１に示す光源３
９は複数の２次元点に配置した赤外線発光ダイオード
（図示せず）からなり、この赤外線発光ダイオードの点
灯数を変化させることにより光量の調節が行なわれる。
また光源３８が赤外ランプやハロゲンランプからなる場
合は、その印加電圧を調節することにより光量を調節す
る。

【００４６】この状態で飼育水槽３１内の水槽生物３３
の位置と動きが物体追尾手段３５により検出される。次
に、物体追尾手段３５による水棲生物３３の位置信号
（ｘ，ｙ）と追尾中信号（Ｓｔａｔｅ）は、状態検出器
３６に入力され、状態検出器３６の第１の演算回路４３
では、前記追尾中信号Ｓｔａｔｅが正（ＴＲＵＥ）のと
き図１３で示すフロー図に従って以下の計算がおこなわ
れる。

【００４７】すなわち図１３において、水棲生物の位置
信号（ｘ，ｙ）は第１の演算回路４３のフィルター回路
４８内に設けられたローパスフィルターによりそのノイ
ズが消去され、ついて微分器４９で式（１）（２）によ
り位置信号（ｘ，ｙ）の時間変化である速度信号
（ｘ′，ｙ′）に変換される。

【００４８】第２の演算回路４４では、前記追尾中信号
Ｓｔａｔｅが正（ＴＲＵＥ）のとき、前記物体追尾手段
３５の出力である水棲生物３７の位置信号（ｘ，ｙ）が
入力され、図１４で示したフロー図に従って以下の計算
が行われる。すなわち図１４において、水棲生物の位置
信号（ｘ，ｙ）は第２の演算回路４４の度数計数器５０
に入力され、位置信号（ｘ，ｙ）の変化全域（Ｘ，Ｙ）
を水平方向と垂直方向をそれぞれ（Ｉ，Ｊ）個に分割し
た２次元マトリックスの各要素（ｉ，ｊ）について所定
時間Ｔ_F 、式（１１）（１２）（１３）に従って度数マ
トリックスＦ（ｉ，ｊ）と計数値Ｎ_F が計算される。

【００４９】

【数４】 Ｅ（ｉ，ｊ）＝Ｆ（ｉ，ｊ）＋１．００ ………（１２）（計数値） Ｎ_F ＝Ｎ_F ＋１ ………（１３） さらに上記のように計算された度数マトリックスＦ
（ｉ，ｊ）は除算器５１で要素（ｉ，ｊ）すべてについ
て計数値Ｎ_F で除算され、頻度マトリックスｆ（ｉ，
ｊ）に変換される。

【００５０】ついでこの頻度マトリックスｆ（ｉ，ｊ）
は平滑器５２において、前回の度数計数周期（Ｔ_F ）で
すでに求められた平均頻度マトリックスｆ_o （ｉ，ｊ）
を用いて式（１４）に従って計算され、計算結果は重み
付平均値である平滑頻度マトリックスｆ（ｉ，ｊ）とし
て第２の演算回路４４より出力される。

【００５１】

【数５】 さらに第３の演算回路４５においては、第１の演算回路
４５で求めた速度信号（ｘ′，ｙ′）と上記第２の演算
回路４４の出力である平滑頻度マトリックスｆ（ｉ，
ｊ）が位置信号（ｘ，ｙ）とともに入力され、所定の時
間Ｔ_S 間の行動度Ｅが図１５のフロー図に従って求めら
れる。

【００５２】すなわち図１５において、まず第３の演算
回路４５の除算器５３で位置信号（ｘ，ｙ）から上述し
た第２の演算回路と同様に、２次元マトリックスの各要
素（ｉ，ｊ）について、式（１５）に基づいて条件式
（１１）の（ｉ，ｊ）について速度信号（ｘ′，ｙ′）
の平方和の根（ｘ¹²＋ｙ¹²）1/2 と平滑頻度マトリック
スの要素（ｉ，ｊ）の値ｆ（ｉ，ｊ）で除した要素行動
頻度ｅ（ｉ，ｊ）が求められる。

【００５３】

【数６】 さらにこの要素行動頻度ｅ（ｉ，ｊ）は、積算器５４に
より所定の積算時間Ｔ_S の積算値が式（１６）に従って
求められ、行動度Ｅとして第３の演算回路４５から出力
される。

【００５４】

【数７】 一方、追尾中信号Ｓｔａｔｅが誤（ＦＡＬＳＥ）の時
は、第１の演算回路４３と、第２の演算回路４４と、第
３の演算回路４５での計算は行なわれず、かつ後者の第
３の演算回路４５から行動頻度Ｅは出力されない。その
替わりに第４の演算回路４６の計算がおこなわれる。す
なわち第４の演算回路４６では、まず時間計測器５５に
おいて、追尾中信号が誤（ＦＡＬＳＥ）の継続時間であ
る追尾中断時間ＤＥが測定される。同時にその値が比較
器５６で所定の設定の時間長ＤＥ_oと比較される。この
比較の結果がＮＯ（擬）であれば、時間計測器５５の開
始時刻ｔ_staet と終了時刻ｔ_end の差が追尾中断時間Ｄ
Ｅとして時系列データとして記憶器５７に記録される。

【００５５】反対にこの比較の結果が真（ＹＥＳ）の場
合は、記憶器５７に記録されている追尾中断時間ＤＥの
時系列と、光量補正信号ΔＬの前回値とから図１７
（ａ）の表に従って今回の光量補正信号が選定され、記
憶器５７に記録される。

【００５６】すなわち、図１７（ｂ）のグラフに示す曲
線ａのように、前回の光量では領域内に入るため追尾
中断時間が所定の値ＤＥ_SET 以下であり、追尾中での飼
育水槽３１の照明は適正である。しかしながら、飼育水
槽３１内の照明が外乱光や飼育水槽３１の汚れや検水の
濁色度の変動で変化し、曲線ｂに移動した場合、追尾中
断時間が所定の値Ｄ_SET 以下となるようにするためには
増加させた光量（領域内）に変化させねばならない。
すなわち、光量と追尾中断時間ＤＥとは曲線ａ，ｂの関
係があり、光量最適化回路５８は二原理に基づいて作用
するようになっている。

【００５７】次に状態検出器３６の出力である光動頻度
Ｅと光量補正信号ΔＬは、表示器３７に伝送されて表示
される。

【００５８】なお、本実施例において、光源３８を所定
の周波数で点滅させ、光量の強弱を発生させるととも
に、光量が強の時の追尾中断時間と、光量が弱の時の追
尾中断時間を比較して、光量の増加を判定することもで
きる。

【００５９】また、光源３８としてナトリウムランプの
ような透過性の良い輝線スペクトルを発生する光源を用
いてもよい。この場合は光量の調節は細隙の幅を調節す
る光量補正信号を状態検出器３６から出力する。第３の実施の形態 図１８から図２５（ａ）（ｂ）は本発明による水棲生物
の行動状態検出装置の第３の実施の形態を説明する図で
ある。

【００６０】本実施の形態は、背影の水平方向の動きに
対して一定した視覚行動をする水棲生物を飼育した場合
に適用される。

【００６１】図１８において飼育水槽６１の上部に照明
手段６２が設けられ、この照明手段６２によって飼育水
槽６１内に飼育された水棲生物６３と、飼育水槽６１の
背後に水平可動に設けられた背影板６４を投光してい
る。

【００６２】また飼育水槽６１の前方に物体追尾手段６
５が設けられ、この物体追尾手段６５によって水棲生物
６３が撮影追跡されて、その位置信号（ｘ，ｙ）が出力
される。この位置信号（ｘ，ｙ）は状態検出器６６に伝
送される。そして下記に示す演算方法によって背影板６
４の動きが調節されるとともに、水棲生物６３の動きの
状態が判定され、その判定結果が表示器６７により表示
される。

【００６３】照明手段６２は、図２０に示すように螢光
管からなる光源６９を有し、この光源６９は反射板７０
と細隙の光量調節器７１で囲まれている。光源６９から
発光して光量調節器７１の細隙を通った光は最下部の散
光板７２によって均一な光速となるように調整される。

【００６４】また図１８に示すように、飼育水槽６１の
背後に設けられた背影板６４は図２１に示すように、エ
ンドレス状に構成された模様シート７３を有し、この模
様シート７３はローラ７４と７５に掛け渡されている。
このうちローラ７４は、外部入力接点７６を有し、可変
の駆動装置７６によって自在の方向と速さで回転するよ
うになっている。

【００６５】なお物体追尾手段６５は、物体の動きを輝
度情報と色度情報で追跡しながらその位置を検出して出
力するビデオカメラであり、容易に入手できるものであ
る。

【００６６】また状態検出器６６は図２２に示したよう
に、物体追尾手段６５からの位置信号（ｘ，ｙ）を速度
信号（ｘ′，ｙ′）に変換する第１の演算回路７８と、
位置信号（ｘ，ｙ）について水棲生物６３の行動頻度ｆ
（ｘ，ｙ）があらかじめ設定されている記憶回路７９
と、位置信号（ｘ，ｙ）と速度信号（ｘ′，ｙ′）にも
とづいて上記のあらかじめ設定された行動頻度の逆数の
値を所定の時間Ｔ_S で積算して視覚行動頻度Ｅとして出
力する第２の演算回路８０とを有し、水棲生物６３の視
覚行動状態を判定するものである。さらに第３の演算回
路８０の出力値である視覚行動頻度Ｅは、背影板制御回
路８１に送られる。

【００６７】次にこのような構成からなる本実施の形態
の作用について説明する。

【００６８】本実施の形態は、水棲生物６１の視覚行動
の情報を利用してその行動の状態を判定するようにした
ものである。この場合、水棲生物６１の視覚行動を発現
させるように、背影板６２の模様シート７３を移動させ
ながら、物体追尾手段６５の出力である位置信号（ｘ，
ｙ）から状態検出器６６によって、その視覚行動の状態
を判定する。

【００６９】具体的には、飼育水槽６１内が照明手段６
２により投光され、飼育水槽６１内の水棲生物６３が物
体追尾手段６５により検出され、検出信号は状態検出器
６６に送られる。状態検出器６６の第１の演算回路７８
では、図２３のフロー図のように水棲生物６３の位置信
号（ｘ，ｙ）がフィルター回路８２内のローパスフィル
ターでそのノイズが消去され、ついで位置信号（ｘ，
ｙ）が微分器８３により式（１）（２）を用いてその時
間変化である速度信号（ｘ′，ｙ′）に変換される。

【００７０】記憶回路７９においては、位置信号（ｘ，
ｙ）の変化領域（Ｘ，Ｙ）を水平方向と垂直方向をそれ
ぞれ（Ｉ，Ｊ）に等分割した２次元マトリックスの各素
（ｉ，ｊ）についての行動頻度ｆ_o （ｘ，ｙ）があらか
じめ設定されている。この行動頻度ｆ_o （ｘ，ｙ）は事
前の検討によって統計的に決めておくことができる。

【００７１】第２の演算回路８０においては、第１の演
算回路７８で求めた速度信号（ｘ′，ｙ′）と記憶回路
７９にあらかじめ設定した行動頻度マトリックスｆ
_o （ｉ，ｊ）が位置信号（ｘ，ｙ）とともに入力され、
所定の時間Ｔ_S の行動度Ｅが図２４のフロー図に従って
求められる。すなわち図２４において、まず位置信号
（ｘ，ｙ）は、変化領域（ｘ，ｙ）とその水平方向と垂
直方向の均等分割級数（Ｉ，Ｊ）によって分級されるマ
トリックス要素（ｉ，ｊ）に変換される。

【００７２】ついで除算器８５において、マトリックス
要素（ｉ，ｊ）について、速度信号（ｘ′，ｙ′）の
ｘ′，ｙ′それぞれを行動頻度マトリックスｆ_o （ｉ，
ｊ）で除すことにより、下式（１６）（１７）より要素
行動頻度ｅ_x （ｉ，ｊ），ｅ_y（ｉ，ｊ）が求められ
る。

【００７３】

【数８】 さらに、この要素行動頻度ｅ_x （ｉ，ｊ），ｅ_y （ｉ，
ｊ）は積算器８６で所定の積算時間Ｔ_S の積算値が式
（１９）（２０）（２１）に従って求められ行動度
Ｅ_x ，Ｅ_y ，Ｅとしての演算回路８０が出力される。

【００７４】

【数９】 Ｅ＝Ｅ_x ＋Ｅ_y ………（２１） 第２の演算回路８０の出力Ｅ_x ，Ｅ_y は、背影板制御回
路８１に送られ図２５（ａ）のフロー図に従って背影板
６４の駆動装置の外部入力接点７６を通して模様シート
７３の動作を制御する。すなわち図２５において、行動
度Ｅ_x とＥ_y はそれぞれの閾値Ｅ_x1，Ｅ_x2とＥ_y1，Ｅ_y2
により分級器８７で分級される。分級された結果は判定
回路８８に送られ、図２５（ｂ）に示すように、制御信
号Ｓが所定の判定周期Ｔ_d 毎に選択される。

【００７５】さらに状態検出器６６の計算結果である活
動度Ｅ_x ，Ｅ_y ，Ｅと制御信号Ｓとが、表示器６７に表
示される。

【００７６】なお、図１９に示すように、飼育水槽６１
の背後に背影板としてスクリーン９０を設け、スクリー
ン９０の背後にさらに照明ドラム８９を設けてもよい。
この照明ドラム８９はいわゆる走馬灯と呼ばれるもので
あり、模様フィルムのドラム９１と、ドラム９１の中央
に設けられた光源９２とを有し、ドラム９１は駆動装置
９４により正負回転したり停止したりする。駆動装置９
４への外部信号は、接点９４から入力される。第４の実施の形態 図２６から図３１は本発明による水棲生物の行動状態検
出装置の第４の実施の形態を説明する図である。

【００７７】図２６に示す実施の形態は、比較的輝度の
高い水棲生物であって、かつ自然光や周囲の景色の色変
動を受けやすく、またかなり遠方で飼育されており、そ
の映像信号の伝送手段が利用できる場合に適用されたも
のである。

【００７８】図２６に示すように飼育水槽９０内の水棲
生物９１がＩＴＶカラーカメラである撮像器９２によっ
て撮影される。撮像器９２によって撮影した水棲生物９
２の影像は、画像伝送線９３によって遠方の受像器９４
に送信される。受像器９４で映し出された水棲生物の影
像は、物体追尾手段９５によって検出され、物体追尾手
段９５から受像器９４の表示画面での位置信号が状態検
出器９６に送られる。

【００７９】受像器９４は、その表示画面の輝度（明る
さ）と色度（色あい）を外部より変更できる図示しない
入力接点を有している。また物体追尾手段９５は、上記
受像器９４の表示画面に映し出された水棲生物６１の動
きを輝度情報と色度情報で追跡しながらその位置信号
（ｘ，ｙ）を求めるとともに、輝度値Ｙ_TSを求める明る
さ検出回路と、Ｒ（赤色）値Ｒ_TSとＢ（青色）値Ｂ_TSを
求める色相検出回路とを有するカラービデオカメラから
なっている。さらに状態検出器９６は、図２７に示すよ
うに上記位置信号（ｘ，ｙ）を点（ｘ，ｙ）に変換する
第１の演算回路１０２と、所定の時間Ｔ_S でこの点
（ｘ，ｙ）を計数する第２の演算回路１０３と、この計
数した点数Ｎ_xyを分級して受像器９４の表示画面上での
水棲生物９１の動きの状態信号Ｓｔａｔｅを判定して出
力する第３の演算回路１０４とを有している。

【００８０】さらに状態検出器９６からの出力である動
きの状態Ｓｔａｔｅは、物体追尾手段９５の出力である
輝度値Ｙ_TSと、Ｒ値Ｒ_TSおよびＢ値Ｂ_TSと同時に図２８
に示す受像調節器９８に入力される。図２８に示すよう
に、受像調節器９８は増幅回路９９と、輝度値Ｙ_TSとＲ
値Ｒ_TSとＢ値Ｂ_TSの出力偏差を求める第４の演算回路１
００とを有している。さらに状態検出器９６の出力信号
は、表示器９７で表示される。

【００８１】次にこのような構成からなる本実施の形態
の作用について説明する。まず、飼育水槽９０内の水棲
生物９１が撮像器９２により撮像され、撮像器９２から
の撮像は受像器９４により、表示される。次に受像器９
４で表示された画面は物体追尾手段９５により検出され
物体追尾手段９５の出力である位置信号は、図２７の第
１の演算回路１０２で点信号（ｘ，ｙ）に変換される。

【００８２】第１の演算回路１０２において、受像器９
４の表画画面の追尾の全領域（Ｘ，Ｙ）をその水平方向
と垂直方向にそれぞれ均等な分画数（Ｉ，Ｊ）によって
分画した２次元マトリックスの各点（ｉ，ｊ）について
図２９のフロー図に従って位置信号（ｘ，ｙ）の通過す
る点Ｎ（ｉ，ｊ）を検出する。すなわち図２９に示すよ
うに、第１演算回路１０２の検出器１０５では下式の条
件式（２２）で通過点（ｘ，ｙ）が検出される。

【００８３】

【数１０】 Ｎ（ｉ，ｊ）＝１ ………（２３） その後、記憶器１０６において、マーク１が記入され
る。

【００８４】また第２の演算回路１０３では図３０のフ
ロー図に示すように、積算器１０７によって式（２４）
より通過点数Ｎ_TSが求められる。

【００８５】

【数１１】 さらに第３の演算回路１０４においては、図３１に示す
フローに従って、上記通過点の値に基づいて動きの状態
Ｓｔａｔｅが判定される。すなわち図３１において、第
３の演算回路１０４の比較器１０８において通過点数Ｎ
_TSが所定の値Ｎ_TS0 と比較され、Ｎ_TS＜Ｎ_TS0 が成立
（ＹＥＳ）の場合は、Ｓｔａｔｅ＝０として出力され
る。一方、Ｎ_TS ＞Ｎ_TS0 の場合は分級器１０９で下式
（２５）により分級値Ｎが計算されＳｔａｔｅ＝Ｎとな
って出力される。

【００８６】

【数１２】 ここでＮ_N は級間値であり水棲生物９１の行動する広さ
によってあらかじめ決められるものである。

【００８７】また図２８に示すように受像調節器９８内
では、物体追尾手段９５からの信号である輝度値Ｙ
_TSと、Ｒ値Ｒ_TSと、Ｂ値Ｂ_TSが増幅回路９９で所定の倍
率に増幅され、それらの変更値であるそれぞれの出力偏
差値Ｆ_Y ，Ｆ_R ，Ｆ_B が第４の演算回路１００で下式
（２６）（２７）（２８）に従って求められる。

【００８８】 Ｆ_Y ＝ｆ_b （Ｙ_TS，Ｙ_TS0 ） ………（２６） Ｆ_R ＝ｆ_b （Ｒ_TS，Ｒ_TS0 ） ………（２７） Ｆ_B ＝ｆ_b （Ｂ_TS，Ｂ_TS0 ） ………（２８） ここで、ｆ_b はフィードバック制御関数であって一般的
に下式（２９）（３０）で定義してある。

【００８９】 ｅ＝ＰＶ−ＳＶ ………（２９）

【００９０】

【数１３】 ここで、ｅは入力偏差で関数ｆ_b の第１引数ＰＶとその
目標値の第２引数ＳＶの差であり、Ｋ_p は比例ゲイン、
Ｔ_i は積分定数、ｎは今回の積算周期、ｎ−１は前回の
積算周期を表わし、ΔＳは出力偏差である。これら求め
られた出力偏差のＦ_Y ，Ｆ_R ，Ｆ_B は、この受像調節器
９８にすでに入力されている状態検出器の出力がＳｔａ
ｔｅ＝０の場合、それぞれ受像器９４に内蔵された輝度
ドライブと、赤ドライブと、青ドライブとに伝達され、
受像器９４の表示画面の輝度（明るさ）と色相（赤と
青）が変更される。

【００９１】また撮像器９２からのビデオ信号と、行動
状態検出器９６からの判定結果は、表示器９７に送られ
表示される。

【００９２】

【数１４】 また、上記各実施の形態において、状態検出器６（第１
の実施の形態）、状態検出器３６（第２の実施の形
態）、状態検出器６６（第３の実施の形態）および状態
検出器９６（第４の実施の形態）を示したが、これら各
状態検出器６、３６、６６、９６はいずれの実施の形態
においても用いることができる。

【００９３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、水槽内
の水棲生物を背影板と対比して明瞭に映し出すことがで
きるので、水棲生物の位置を物体追尾手段により明瞭に
検出して、状態検出器により水棲生物の動きの状態を確
実に判定することができる。

【００９４】さらにまた、水槽内の水棲生物を一旦撮像
器により撮像して受像器に表示し、受像器に表示された
水棲生物の位置を物体追尾手段により検出するので、遠
方に位置する水槽内の水棲生物についても、確実にその
動きの状態を判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による水棲生物の行動状態検出装置の第
１の実施の形態を示す構成図。

【図２】飼育水槽を示す平面図。

【図３】照明手段を示す構成図。

【図４】状態検出器を示すブロック図。

【図５】第１の演算回路のフロー図。

【図６】第２の演算回路のフロー図。

【図７】第３の演算回路のフロー図。

【図８】表示器を示す構成図。

【図９】表示器の変形例を示す図。

【図１０】本発明による水棲生物の行動状態検出装置の
第２の実施の形態を示す構成図。

【図１１】照明手段を示す構成図。

【図１２】状態検出器を示すブロック図。

【図１３】第１の演算回路のフロー図。

【図１４】第２の演算回路のフロー図。

【図１５】第３の演算回路のフロー図。

【図１６】第４の演算回路のフロー図。

【図１７】光量最適化の動作原理を示す図。

【図１８】本発明による水棲生物の行動状態検出装置の
第３の実施の形態を示す構成図。

【図１９】図１８に示す水棲生物の行動状態の変形例を
示す図。

【図２０】照明手段を示す構成図。

【図２１】背影板を示す構成図。

【図２２】状態検出器を示すブロック図。

【図２３】第１の演算回路のフロー図。

【図２４】第２の演算回路のフロー図。

【図２５】背影板制御回路の動作説明図。

【図２６】本発明による水棲生物の行動状態検出装置の
第４の実施の形態を示す構成図。

【図２７】状態検出器を示すブロック図。

【図２８】受像調節器を示す構成図。

【図２９】第１の演算回路のフロー図。

【図３０】第２の演算回路のフロー図。

【図３１】第３の演算回路のフロー図。

【符号の説明】

１，３１，６１，９０ 飼育水槽 ２，３２，６２ 照明手段 ３，３３，６３，９１ 水棲生物 ４，３４，６４ 背影板 ５，３５，６５，９５ 物体追尾手段 ６，３６，６６，９６ 状態検出器 ７，３７，６７，９７ 表示器 ９ａ，９ｂ，３８，６９ 光源 １０ａ，１０ｂ，３９，７０ 反射板 １３，４３，７８，１０２ 第１の演算回路 １４，４４，８０，１０３ 第２の演算回路 １５，４５，１０４ 第３の演算回路

フロントページの続き (72)発明者 島 崎 輝 之 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝 府中工場内 (56)参考文献 特開 平１−217265（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−126546（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−29763（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 33/18 G01C 15/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水棲生物を収納した水槽と、 水槽内を投光する照明手段と、 水槽の一側に設けた背影板と、 水槽の他側に設けられ、水棲生物を背景板と対比させて
   得られた水棲生物の輝度情報と色度情報に基づいて水棲
   生物の動きを追跡しながら水棲生物のｘ方向およびｙ方
   向位置を検出する物体追尾手段と、 物体追尾手段からの信号に基づいて、水棲生物の動きの
   状態を判定する状態検定器と、 を備えたことを特徴とする水棲生物の行動状態検出装
   置。
2. 【請求項２】背影板は、水槽の照明手段とは異なる側に
   配置され、照明手段からの光を反射するものであること
   を特徴とする請求項１記載の水棲生物の行動状態検出装
   置。
3. 【請求項３】背影板は一対のローラ間に掛け渡された模
   様シートからなることを特徴とする請求項１記載の水棲
   生物の行動状態検出装置。
4. 【請求項４】照明手段は色調の異なる複数の光源を有す
   ることを特徴とする請求項１記載の水棲生物の行動状態
   検出装置。
5. 【請求項５】状態検定器は水平方向の位置信号（ｘ）の
   時間変化（ｘ′）と、垂直方向の位置信号（ｙ）の時間
   変化（ｙ′）の平方和の根を位置頻度で除算した値につ
   いて所定の時間（Ｔｓ）の積算値を求め、この積算値か
   ら水棲生物の動きの状態を判定することを特徴とする請
   求項１記載の水棲生物の行動状態検出装置。
6. 【請求項６】状態検定器は水平方向の位置信号（ｘ）の
   時間変化（ｘ′）を行動頻度で除算した値の積算値と、
   垂直方向の位置信号（ｙ）の時間変化（ｙ′）を行動頻
   度で除算した値の積算値とに基づいて水棲生物の動きの
   状態を判定することを特徴とする請求項１記載の水棲生
   物の行動状態検出装置。
7. 【請求項７】状態検定器は物体追尾手段からの信号の全
   領域をその水平方向と垂直方向に各々均等な分画数
   （Ｉ，Ｊ）によって分画した二次元マトリックスの各点
   について位置信号（ｘ，ｙ）が通過する点の積算値に基
   づいて水棲生物の動きの状態を判定することを特徴とす
   る請求項１記載の水棲生物の行動状態検出装置。
8. 【請求項８】水棲生物を収納した水槽と、 水槽内の水棲生物を撮影する撮像器と、 撮像器で投影した水棲生物の影像を表示する受像器と、 受像器に表示された水棲生物の動きを水棲生物の輝度情
   報と色度情報に基づいて追跡しながら水棲生物のｘ方向
   およびｙ方向の位置を検出する物体追尾手段と、 物体追尾手段からの信号に基づいて水棲生物の動きの状
   態を判定する状態検定器と、 を備えたことを特徴とする水棲生物行動状態検出装置。