JP5114690B2 - 粒子測定装置および粒子測定方法 - Google Patents
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Description
本願は、2010年04月01日に、日本国に出願された特願2010−084986号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本発明は、各種の産業で生成する微粒子の分析装置および分析方法に関するものである。具体的には、本発明は、不透明な微粒子が散布された透明な基板が載置されるステージと、基板に載置された微粒子を撮像する撮像装置と、ステージの下方からステージに向けて所定の装置発光面輝度(第2の光の装置発光面輝度。以下、単純に輝度又は所定輝度と呼ぶ)の光を照射する透過光用照明装置と、ステージの上方からステージに向けて所定の装置発光面輝度(第1の光の装置発光面輝度。以下、単純に輝度又は所定輝度と呼ぶ)の光を照射する反射光用照明装置と、を有し、微粒子の位置、大きさおよび明度を測定する粒子測定装置、及び、この粒子測定装置を利用して微粒子の位置、大きさおよび明度を測定する粒子測定方法である。このような本発明の好適な実施の形態について説明する前に、まず、本発明の基本となる技術思想や本発明の優位性について説明する。
なお、本発明における「第1の光の装置発光面輝度」は、反射光用照明装置の光源発光面における輝度を意味する。同様に、本発明における「第2の光の装置発光面輝度」は、透過光用照明装置の光源発光面の輝度を意味する。
<測定対象>
本発明では、測定対象を不透明な微粒子(概ね(円相当)直径が10μm以上数百μm以下の粒子)に限定することにより、サンプルの作成や測定作業上避けることのできない汚染物質、すなわち、基板上の有色透明の汚れや、写界内だが検査面と離れた位置に存在する汚染粒子を、測定対象の粒子と誤認識する可能性を著しく低下させることができる。特に、微粒子の撮像時に存在する汚染粒子は、化学繊維屑のような半透明の物質が多いので、これらの汚染粒子についても画像処理を施すことにより、測定対象の微粒子の候補から除去することができる。このようなことが可能となるのは、汚染物質は、透明や半透明の物質が多いことから、本発明では、測定対象を不透明な微粒子に限定し、さらに、透過光照明装置によるステージ下方からの照明(透過光)のみで撮像したときに撮像画像中で粒子(透過光粒子)として認識されるのは不透明な粒子のみであり、この粒子を測定対象の真の微粒子と判断できるためである。一方、透明または不透明の汚染物質は、透過光のみで撮像した場合には、汚染物質の撮像画像の明度が背景の明度と同一となり、粒子として認識することはできない。
また、本発明では、透過光のみを用いて撮像した画像中で認識される粒子(透過光粒子)と、所定輝度の透過光の他にステージ上方からの照明(反射光)も用いて撮像した画像中で認識される粒子(反射光粒子)とを対応付けるロジックを規定している。従って、測定対象が、大きさや明度等に大きな分布を有する微粒子であっても、透過光粒子から得られる情報(主に、微粒子の形状や寸法等の情報)と、反射光粒子から得られる情報(主に、微粒子の明度の情報)とを組み合わせて、測定対象の微粒子の総合的な特性情報を算出することが可能となる。
本発明では、基板上に散布した測定対象の微粒子の位置を変えずに、2種類の照明装置(透過光用照明および反射光用照明装置)を操作するだけで、微粒子の画像の背景の明度を変更することができるので、簡便で、かつ、異なる背景明度の画像間で粒子(透過光粒子と反射光粒子)の対応を取ることが容易となる。
また、本発明に係る粒子測定装置および粒子測定方法は、特に、高炉法に基づく製鉄プラントで発生する降下煤塵の煤塵種を特定する際に有用である。高炉法に基づく製鉄プラントで発生する降下煤塵は、製鉄プラント構内に乗り入れる車両を汚損する等の問題を引き起こすが、このような降下煤塵の煤塵種を特定することができれば、降下煤塵の発生源を特定することができ、降下煤塵の発生を抑制する対策を講じることが可能となる。
(粒子測定装置)
以上、本発明の概要および先行技術に対する優位性について説明したが、続いて、図2を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る粒子測定装置について詳細に説明する。図2は、本実施形態に係る粒子測定装置の構成を模式的に示す説明図である。
ステージ101は、測定対象である不透明な微粒子Pが散布された透明な基板1が載置される透明な平板である。このステージ101の材質としては、透明で、ある程度剛性があれば特に限定はされないが、例えば、フロートガラス板や透明アクリル板等を使用することができる。また、粒子測定の操作時に、ステージ101が剛性を保持し、かつ、透明性を損なわないようにするという観点から、ステージ101の厚みは、1mm〜100mm程度であることが好ましい。
撮像装置110は、ステージ101の上方、すなわち、ステージ101に対して、スライドグラス等の透明な基板1が載置される面(載置面。以下、「基板載置面」とも記載する。)側に設けられ、微粒子Pを撮像する。この撮像装置110は、例えば、透過光用照明装置123から微粒子Pに向けて照明を照射した際の微粒子Pからの透過光や、反射光用照明装置121から微粒子Pに向けて照明を照射した際の微粒子Pからの反射光を受光し、撮像画像(透過光画像及び反射光画像)を生成する。
反射光用照明装置121は、ステージ101の上方、すなわち、ステージ101に対して、ステージ101の基板載置面側に設けられ、ステージ101に向けて所定輝度の光を照射する。この反射光用照明装置121としては、例えば、市販の顕微鏡用のリング状照明(ハロゲン電球)、LED照明、蛍光管等を用いることができる。また、適宜、拡散板、偏向フィルタ(何れも図示せず。)等を透過して反射光用照明装置121から照明してもよい。さらに、反射光用照明装置121を複数設け、ここの反射光用照明装置121を平面配列して、平面照明としてもよい。このような平面照明は、鏡面反射光による画像品質の劣化(ハイライト等)を避けるために有効である。なお、本実施形態に係る粒子測定装置100では、粒子画像の明度測定を行うために、微粒子Pの撮像時の照明条件は、撮像面上で常に一定の照度となるように設定することが好ましい。
透過光用照明装置123は、ステージ101の下方、すなわち、ステージ101に対して、ステージ101の基板載置面と反対側に設けられ、ステージ101に向けて所定輝度の光を照射する。この反射光用照明装置121としては、例えば、市販のハロゲン電球(単灯式、複数灯式のいずれも可)、LED照明、蛍光管等を用いることができる。また、適宜、拡散板、偏向フィルタ103等を透過して透過光用照明装置123から照明してもよい。さらに、透過光用照明装置123を複数設け、ここの透過光用照明装置123を平面配列して、平面照明としてもよい。このような平面照明は、鏡面反射光による画像品質の劣化(ハイライト等)を抑制するために有効である。なお、本実施形態に係る粒子測定装置100では、粒子画像の明度測定を行うために、微粒子Pの撮像時の照明条件は、撮像面上で常に一定の照度となるように設定することが好ましい。
照明制御装置125は、反射光用照明装置121の輝度と透過光用照明装置123の輝度とをそれぞれ独立に設定するように、反射光用照明装置121及び透過光用照明装置123を制御する。この照明制御装置125としては、市販のものを使用できる。具体的には、照明制御装置125として、例えば、外部信号によって、反射光用照明装置121及び透過光用照明装置123を独立にON/OFFできるものや、さらに、反射光用照明装置121及び透過光用照明装置123の輝度をそれぞれ独立に変更できるものを使用することができる。
画像処理装置130は、透過光画像生成部113により生成された透過光画像中で微粒子Pの撮像画像の候補として識別される1または2以上の透過光粒子の位置および大きさと、反射光画像生成部115により生成された反射光画像中で微粒子Pの撮像画像の候補として識別される1または2以上の反射光粒子の位置および大きさとを比較することにより、位置および大きさの差が所定範囲以内である透過光粒子と反射光粒子とを対応付け、当該対応付け結果に基づいて、透過光粒子の位置および大きさを微粒子Pの位置および大きさとして算出するとともに、反射光粒子または透過光粒子の代表明度を微粒子Pの明度として算出する。
また、本実施形態に係る粒子測定装置100は、必要に応じて、遮光板127をさらに備えていてもよい。遮光板127は、例えば、ステージ101の下面(基板載置面と反対側)に上端が接し、かつ、透過光用照明装置123の周囲を覆うように配置すればよい。また、遮光板127の下端は、開放されていてもよく、閉塞されていてもよい。この遮光板127の役割は、透過光用照明装置123による照明を消灯したときに、透過光用照明装置123の周囲からの入光を防止して、ステージ101の背面が暗色になるようにすることである。従って、微粒子Pの位置、大きさ及び明度等の測定における全作業を暗室内で実施する場合には、遮光板127を設ける必要はない。
以上、本実施形態に係る粒子測定装置100について詳細に説明したが、続いて、図4を参照しながら、上述した粒子測定装置100を用いた本実施形態に係る粒子測定方法について詳細に説明する。図4は、本実施形態に係る粒子測定方法における処理の流れを示すフローチャートである。
まず、分析(粒子測定)用のサンプルを加工する。具体的には、検体となる微粒子P(例えば、製鉄所内の特定の場所で捕集された降下煤塵粒子)を基板1上に散布して、この基板1をステージ101上に載置するか、または、微粒子Pをステージ101上に直接散布する(S101)。この際、各粒子同士がなるべく接触しないように、散布量を調整し、さらに、適宜、ヘラ等により散布された微粒子Pをならす。なお、基板1上に散布する微粒子Pの個数は特に限定されない(捕集された降下煤塵を用いる場合にはその全量を分析用サンプルとして加工する必要はない)が、試料のばらつきの影響を評価するためには、少なくとも100個以上の微粒子Pを分析用サンプルとして供用することが好ましい。
透過光画像生成工程では、図4に示すように、透過光用照明装置123の輝度を0ではない所定輝度とし、かつ、反射光用照明装置121の輝度を0とする(反射光照明装置121による照明を消灯する)ように、照明制御装置125により設定する(S103)。そして、このように照明が設定された状態で、撮像装置110により微粒子Pを撮像し、撮像装置110の透過光画像生成部113が透過光画像を生成する(S105)。なお、透過光画像生成部113は、生成した透過光画像を画像処理装置130に伝送する。
反射光画像生成工程では、図4に示すように、透過光用照明装置123の輝度を1または2以上の条件で設定された所定輝度とし、かつ、反射光用照明装置121の輝度を0ではない所定輝度とするように、照明制御装置125により設定する(S107)。そして、このように照明が設定された状態で、撮像装置110により微粒子Pを撮像し、撮像装置110の反射光画像生成部115が反射光画像を生成する(S109)。なお、反射光画像生成部115は、生成した反射光画像を画像処理装置130に伝送する。
以下に説明する画像処理工程の各工程は、図3に例示した画像処理装置130の各処理部によりそれぞれ実行される。この点は、後述する他の実施形態でも同様である。
以上説明した本実施形態に係る粒子測定装置100およびこれを用いた粒子測定方法によれば、反射光照明装置121により微粒子Pの上方から照明し、この微粒子Pからの反射光を用いて微粒子Pを撮像した粒子画像に、主に、明度の高い外乱が多数予測される場合に、精度の高い粒子画像処理計測を行うことができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る粒子測定装置および粒子測定方法について説明するが、主に、上述した第1の実施形態と異なる構成について詳細に説明する。
本実施形態に係る粒子測定装置は、上述した第1の実施形態に係る粒子測定装置100と、反射光画像生成部、反射光粒子検出部および粒子情報算出部の機能が異なる。
以上、本実施形態に係る粒子測定装置について説明したが、続いて、図9を参照しながら、本実施形態に係る粒子測定方法のうち、反射光粒子の検出方法について説明する。図9は、本実施形態における反射光画像を用いた画像処理方法の一例を示す説明図である。
以上説明した本実施形態に係る粒子測定装置およびこれを用いた粒子測定方法によれば、反射光照明装置により測定対象の微粒子の上方から照明し、この微粒子からの反射光を用いて微粒子を撮像した粒子画像に、主に、明度の低い外乱が多数予測される場合に、精度の高い粒子画像処理計測を行うことができる。
次に、本発明の第3の実施形態に係る粒子測定装置および粒子測定方法について説明するが、主に、上述した第1および第2の実施形態と異なる構成について詳細に説明する。
本実施形態に係る粒子測定装置は、上述した第1および第2の実施形態に係る粒子測定装置100と、反射光画像生成部、反射光粒子検出部および粒子情報算出部の機能が異なる。より詳細には、本実施形態に係る反射光画像生成部および反射光粒子検出部は、上述した第1の実施形態と第2の実施形態の双方の機能を有しており、これにより、本実施形態に係る粒子情報算出部は、第1および第2の実施形態とは異なり、測定対象の微粒子の明度を、明色粒子、暗色粒子に加えて、中間色粒子の3種類に識別することができる。以下、詳細を説明する。
以上、本実施形態に係る粒子測定装置について説明したが、続いて、図10を参照しながら、本実施形態に係る粒子測定方法のうち、反射光粒子の検出方法について主に説明する。図10は、本実施形態における反射光画像を用いた画像処理方法の一例を示す説明図である。
以上説明した本実施形態に係る粒子測定装置およびこれを用いた粒子測定方法によれば、第1に、反射光照明装置により測定対象の微粒子の上方から照明し、この微粒子からの反射光を用いて微粒子を撮像した粒子画像に、主に、上述した各実施形態で説明したように、明度の高い外乱や明度低い外乱が多数予測される場合に、精度の高い粒子画像処理計測を行うことができる。
次に、本発明の第4の実施形態に係る粒子測定装置および粒子測定方法について説明するが、主に、上述した各実施形態と異なる構成について詳細に説明する。
本実施形態に係る粒子測定装置は、上述した第3の実施形態に係る粒子測定装置と、反射光画像生成部、反射光粒子検出部および粒子情報算出部の機能が類似している。より詳細には、上述した第3の実施形態では、明背景用明度しきい値Tr3(B)が、暗背景用明度しきい値Tr3(D)よりも低い明度であったが、本実施形態では、明背景用明度しきい値が、暗背景用明度しきい値よりも高い明度を有している点が大きく異なる。一方、本実施形態に係る粒子情報算出部も、第3の実施形態と同様に、測定対象の微粒子の明度を、明色粒子、暗色粒子に加えて、中間色粒子の3種類に識別することができる。以下、詳細を説明する。
以上、本実施形態に係る粒子測定装置について説明したが、続いて、図11を参照しながら、本実施形態に係る粒子測定方法のうち、反射光粒子の検出方法について主に説明する。図11は、本実施形態における反射光画像を用いた画像処理方法の一例を示す説明図である。
以上説明した本実施形態に係る粒子測定装置およびこれを用いた粒子測定方法には、上述した第3の実施形態と同様の利点があるが、特に、下記の点で第3の実施形態よりも有利となる。即ち、暗背景画像中での背景明度の変動(バラツキ)が特に大きい場合に、第3の実施形態と同様の方法を適用する際には、背景明度バラツキの最大値を確実に超えるように明度しきい値Tr3(D)を極端に高く設定することが考えられる。さもなくば、中間明度の粒子画像に明度バラツキが重畳した際に、この粒子を明色粒子と誤認識する可能性があるからである。この場合、同様に明背景画像中でのTr3(B)も極端に低く設定されなければならない。その結果、Tr3(D)とTr3(B)の明度差が極端に大きくなり、大半の粒子が中間色に分類されてしまうため、明度分類の観点から好ましくない。また、このように高いしきい値Tr3(D)設定の場合、本来、明色粒子であっても、当該粒子のうち明色と認識される面積が著しく減少する場合があり、透過光粒子との対応付け処理において、粒子面積が許容範囲を逸脱して、当該粒子を明色粒子として認識できない危険性を生じる。この現象は、明色粒子に明度バラツキが重畳した場合に特に顕著となる。従って、これらの観点から、Tr3(D)はより低い明度に設定されることが望ましい。同様に、明背景画像中での背景明度バラツキの極端に大きい場合には、Tr3(B)は、より高い明度に設定されることが好ましい。しかし、第3の実施形態の方法では、明度について、Tr3(D)>Tr3(B)という制約があり、これらのニ−ズを十分に満足させることはできない。また、Tr3(D)を低く設定する、または、Tr3(B)を高く設定する場合には、明度バラツキにより一部の背景画像を虚偽の粒子と認識する場合が広く発生する。従って、背景明度のバラツキが極端に大きい場合には第3の実施形態の方法では適当ではない。
<Tr3(B)であっても問題ないので、背景明度のバラツキが極端に大きい場合であっても、前述の、過度に厳しいしきい値設定によって識別粒子面積が減少する問題を回避できる。また、本実施形態では、中間色粒子の大きさを二度、認識しているので、特定の粒子が明度バラツキの重畳等によって一方の背景画像で誤認識されたとしても、もう一方の背景画像で正常な粒子認識が行われていれば、粒子判定の誤差をより限定化できる。
次に、本発明の第5の実施形態に係る粒子測定装置および粒子測定方法について説明するが、主に、上述した各実施形態と異なる構成について詳細に説明する。
次に、本発明の第6の実施形態に係る粒子測定装置および粒子測定方法について説明するが、主に、上述した各実施形態と異なる構成について詳細に説明する。
本実施形態に係る粒子測定装置は、上述した第1の実施形態に係る粒子測定装置100と、照明制御装置、反射光画像生成部、反射光粒子検出部、対応付け処理部および粒子情報算出部の機能が異なる。
以上、本実施形態に係る粒子測定装置について説明したが、続いて、本実施形態に係る粒子測定方法のうち、反射光粒子の検出方法について主に説明する。
以上説明した本実施形態に係る粒子測定装置およびこれを用いた粒子測定方法によれば、第1に、反射光照明装置により測定対象の微粒子の上方から照明し、この微粒子からの反射光を用いて微粒子を撮像した粒子画像に、主に、上述した各実施形態で説明したように、明度の高い外乱や明度低い外乱が多数予測される場合に、精度の高い粒子画像処理計測を行うことができる。
上述した各実施形態を含む本発明における測定対象としては、様々な明度の微粒子を含む微粒子群であって、ここの微粒子の明度を識別することが必要なものであれば特に限定されるものではないが、代表的な例として下記のような例が挙げられる。
本発明に係る粒子測定装置および粒子測定方法における測定対象の第1の例としては、高純度アルミナ粉が挙げられる。
本発明に係る粒子測定装置および粒子測定方法における測定対象の第2の例としては、高炉法による製鉄プラント由来の降下煤塵が挙げられる。
<分析サンプルの作成>
まず、煤塵種が既知の標準試料として、鉄鉱石、石炭、高炉水砕スラグ及び転炉スラグを準備し、各々の試料500μgを匙ですくって、白色アルマイト処理した第1の透明カバーグラス上に匙で散布し、ステンレス製のへらを用いて、各粒子が互いに重ならないように透明カバーグラスに拡げた。拡げた粒子群は、直径約10mmの範囲に存在していた。
次に、市販の三眼式実体顕微鏡(対物レンズ倍率:0.5倍)に、市販のリング状白色LED照明(以下、「反射光用照明装置」と称する。)をレンズ鏡筒に装着し、また、市販の白色LED平面配列照明(以下、「透過光用照明装置」と称する。)をステージの下方に配置した。また、市販のモノクロディジタルカメラ(CCD600万画素、画素寸法は3μm角)をカメラ装着口に装着した。また、反射光用照明装置及びレンズとステージとの間に円偏向フィルタ板を設置するとともに、鉄板を板金加工してステージの下面に上端が接し、かつ、透過光用照明装置の周囲を覆うように、遮光板を配置した。また、反射光用照明装置と透過光用照明装置とを制御する照明制御装置としては、市販の装置で、外部信号によって、反射光用照明装置と透過光用照明装置とを独立にON/OFFできるものを用いた。次いで、透明フロートガラス板(10mm厚)のステージ上に顕微鏡用スライドグラスを基板として配置し、当該基板上に、上記のようにして得られた非着磁性降下煤塵のサンプルと着磁性降下煤塵のサンプルとを、それぞれ散布し、照明条件を同一にするとともに、カメラの絞り及び露出を同一条件として順に撮影し、着磁性煤塵と非着磁性煤塵のそれぞれについて、透過光画像および反射光画像を得た。
上述したようにして得られた着磁性煤塵画像と非着磁性煤塵画像に対し、市販の粒子画像処理ソフトであるImage-Pro Plus(登録商標)のVER.5を用いて粒子画像処理計測を行った。このとき、計測の対象としては、各粒子の中心位置、各粒子の円等価直径及び各粒子の平均明度(粒子として認識される画素領域に存在する各画素の明度の平均値)とした。
鉄鉱石:<φ30μm:20% <φ100μm:70% ≧φ100μm:10%
次に、高炉法による製鉄プラントの敷地内で降下煤塵を市販のデポジットゲージで1週間捕集し、100mgの降下煤塵を得た。この降下煤塵を屋内で3日間自然乾燥した後、降下煤塵の全量のうち500μgを用いて、上述した標準試料と同様の方法により処理して、降下煤塵粒子の煤塵特性を得た。その結果を下記の表2に示す。
降下煤塵:<φ30μm:50% <φ100μm:45% ≧φ100μm:5%
本実施例では、識別対象の粒子として高純度アルミナ粉(不純物粒子を含む。)を用い、実施例1と同様の撮像装置を用いて撮像し、高純度アルミナ粉について、透過光画像および反射光画像を得た。
本実施例3では、実施例2と同一の試料を用い、明色粒子の識別方法は、実施例2と同様の方法とした。暗色粒子の識別方法として、撮像に関しては、マンセル値N7.0の色見本を撮影した際の平均明度が200となるような輝度となるように設定して明背景画像を得た。明度しきい値を90として実施形態1と同様の方法で、暗色粒子を識別した。その際用いた、透過光粒子と反射光粒子との中心位置間限界距離や限界面積比率範囲については、実施例2と同様にした。また、粒子の対応づけの方法には、実施形態3の方法を用いた。
本実施例4では、実施例3と同様の試料と同様の撮影を行い、粒子識別のみ実施形態4の方法を用いて、粒子識別を行った。明度しきい値として、暗背景画像に対しては明度90を、明背景画像に対しては明度160を用いた。その結果、個数比率で0.2%の暗色粒子と0.3%の中間色粒子を識別した(残りは明色粒子)。
100 粒子測定装置
101 ステージ
110 撮像装置
111 撮像素子
113 透過光画像生成部
115 反射光画像生成部
119 レンズ
121 反射光用照明装置
123 透過光用照明装置
125 照明制御装置
127 遮光板
130 画像処理装置
131 透過光粒子検出部
133 透過光粒子情報算出部
135 反射光粒子検出部
137 反射光粒子情報算出部
139 対応付け処理部
141 粒子情報算出部
P(P1,P2,P3) 測定対象の微粒子
P1p、P2p、P3p 透過光粒子
P1r、P2r、P3r 反射光粒子
Claims (11)
- 不透明な微粒子が散布された透明な基板が載置されるか、または、前記微粒子が直接散布される載置面を有するステージと;
このステージの、前記載置面の側に設けられ、このステージに向けて所定の装置発光面輝度を有する第1の光を照射する反射光用照明装置と;
前記ステージの、前記載置面とは反対側に設けられ、前記ステージに向けて所定の装置発光面輝度を有する第2の光を照射する透過光用照明装置と;
前記第1の光の装置発光面輝度と前記第2の光の装置発光面輝度とをそれぞれ個別に制御する照明制御装置と;
前記第2の光の装置発光面輝度を0ではない所定輝度とし、かつ、前記第1の光の装置発光面輝度を0とするように、前記照明制御装置により制御された状態で前記微粒子を撮像して得られる透過光画像を生成する透過光画像生成部と、前記第2の光の装置発光面輝度を1または2以上の条件で設定された所定輝度とし、かつ、前記第1の光の装置発光面輝度を0ではない所定輝度とするように前記照明制御装置により制御された状態で前記微粒子を撮像して得られる反射光画像を生成する反射光画像生成部と、を有し、前記ステージに対して前記載置面の側に設置される撮像装置と;
前記透過光画像中で前記微粒子の撮像画像の候補として識別される1または2以上の透過光粒子の位置および大きさと、前記反射光画像中で前記微粒子の撮像画像の候補として識別される1または2以上の反射光粒子の位置および大きさとを比較することにより、位置および大きさの差が所定範囲以内である前記透過光粒子と前記反射光粒子とを対応付け、当該対応付け結果に基づいて、前記透過光粒子の位置および大きさを前記微粒子の位置および大きさとして算出するとともに、前記反射光粒子または前記透過光粒子の代表明度を前記微粒子の明度として算出する画像処理装置と;
を備えることを特徴とする粒子測定装置。 - 前記画像処理装置が、
所定の明度しきい値を用いて前記透過光画像を二値化して得られる画像の明度分布に基づいて、前記透過光画像の画素座標中において所定明度よりも低明度の画素が集合している画素領域を、前記透過光粒子が存在する領域として特定し、当該透過光粒子の存在領域内の画素の位置座標を検出する透過光粒子検出部と;
この透過光粒子検出部での検出結果に基づいて、少なくとも前記透過光粒子の位置および大きさを算出する透過光粒子情報算出部と;
前記反射光画像の明度分布に基づいて、前記反射光画像の画素座標中において周囲の画素との明度差が所定値以上の画素が集合している画素領域を、前記反射光粒子が存在する領域として特定し、当該反射光粒子の存在領域内の画素の位置座標を検出する反射光粒子検出部と;
前記反射光粒子検出部での検出結果に基づいて、少なくとも前記反射光粒子の位置および大きさを算出する反射光粒子情報算出部と;
前記透過光粒子情報算出部の算出結果および前記反射光粒子情報算出部の算出結果に基づいて、前記反射光粒子の位置および大きさを、全ての前記透過光粒子の位置および大きさと比較し、位置および大きさの差がそれぞれ所定範囲以内である前記透過光粒子と前記反射光粒子とを対応付けるとともに、いずれの前記透過光粒子とも対応付けられなかった前記反射光粒子を前記微粒子の撮像画像の候補から除外する対応付け処理部と;
前記透過光粒子の位置および大きさを前記微粒子の位置および大きさとして算出し、前記透過光粒子に対応付けられた前記反射光粒子の代表明度を前記微粒子の明度として算出するとともに、いずれの前記反射光粒子とも対応付けられなかった前記透過光粒子の明度を、所定明度として算出する粒子情報算出部と;
を有することを特徴とする請求項1に記載の粒子測定装置。 - 前記反射光画像生成部は、前記反射光画像上における前記反射光粒子の背景の明度が、粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも高い明度となるように、前記照明制御装置により前記第2の光の装置発光面輝度が設定された状態で、前記反射光画像を生成し;
前記反射光粒子検出部は、前記粒子の明暗を区別するための明度しきい値を用いて前記反射光画像を二値化して得られる画像の明度分布に基づいて、前記反射光画像の画素座標中において所定明度よりも低明度の画素が集合している画素領域を、前記反射光粒子が存在する領域として特定し、前記反射光粒子の存在領域内の画素の位置座標を検出し;
前記粒子情報算出部は、前記反射光粒子に対応付けられた前記透過光粒子に対応する前記微粒子を、前記粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも低い明度を有する暗色粒子と識別し、いずれの前記反射光粒子とも対応付けられなかった前記透過光粒子に対応する前記微粒子を、前記粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも高い明度を有する明色粒子と識別する;
ことを特徴とする請求項2に記載の粒子測定装置。 - 前記反射光画像生成部は、前記反射光画像上における前記反射光粒子の背景の明度が、粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも低い明度となるように、前記照明制御装置により前記第2の光の装置発光面輝度が設定された状態で、前記反射光画像を生成し;
前記反射光粒子検出部は、前記粒子の明暗を区別するための明度しきい値を用いて前記反射光画像を二値化して得られる画像の明度分布に基づいて、前記反射光画像の画素座標中において所定明度よりも高明度の画素が集合している画素領域を、前記反射光粒子が存在する領域として特定し、前記反射光粒子の存在領域内の画素の位置座標を検出し;
前記粒子情報算出部は、前記反射光粒子に対応付けられた前記透過光粒子に対応する前記微粒子を、前記粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも高い明度を有する明色粒子と識別し、いずれの前記反射光粒子とも対応付けられなかった前記透過光粒子に対応する前記微粒子を、前記粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも低い明度を有する暗色粒子と識別する;
ことを特徴とする請求項2に記載の粒子測定装置。 - 前記反射光画像生成部は、
前記反射光画像上における前記反射光粒子の背景の明度が、粒子の明暗を区別するための第1の明度しきい値よりも低い明度となるように、前記照明制御装置により前記第2の光の装置発光面輝度が設定された状態で、前記微粒子を撮像して得られる暗背景時反射光画像を生成するとともに、
前記反射光画像上における前記反射光粒子の背景の明度が、前記第1の明度しきい値よりも低い明度しきい値である、粒子の明暗を区別するための第2の明度しきい値よりも高い明度となるように、前記照明制御装置により前記第2の光の装置発光面輝度が設定された状態で、前記微粒子を撮像して得られる明背景時反射光画像を生成し;
前記反射光粒子検出部は、
前記第1の明度しきい値を用いて前記暗背景時反射光画像を二値化して得られる画像の明度分布に基づいて、前記反射光画像の画素座標中において高明度の画素が集合している画素領域を前記反射光粒子が存在する領域として特定し、前記反射光粒子の存在領域内の画素の位置座標を検出するとともに、
前記第2の明度しきい値を用いて前記明背景時反射光画像を二値化して得られる画像の明度分布に基づいて、前記反射光画像の画素座標中において低明度の画素が集合している画素領域を前記反射光粒子が存在する領域として特定し、前記反射光粒子の存在領域内の画素の位置座標を検出し;
前記粒子情報算出部は、
前記暗背景時反射光画像中に存在する前記反射光粒子に対応付けられた前記透過光粒子に対応する前記微粒子を、前記第1の明度しきい値よりも高い明度を有する明色粒子と識別し、前記明背景時反射光画像中に存在する前記反射光粒子に対応付けられた前記透過光粒子に対応する前記微粒子を、前記第2の明度しきい値よりも低い明度を有する暗色粒子と識別し、いずれの前記反射光粒子とも対応付けられなかった前記透過光粒子に対応する前記微粒子を、前記明色粒子と前記暗色粒子の中間の明度を有する中間色粒子と識別する;
ことを特徴とする請求項2に記載の粒子測定装置。 - 前記反射光画像生成部は、
前記反射光画像上における前記反射光粒子の背景の明度が、粒子の明暗を区別するための第1の明度しきい値よりも低い明度となるように、前記照明制御装置により前記第2の光の装置発光面輝度が設定された状態で、前記微粒子を撮像して得られる暗背景時反射光画像を生成するとともに、
前記反射光画像上における前記反射光粒子の背景の明度が、前記第1の明度しきい値よりも高い明度しきい値である粒子の明暗を区別するための第2の明度しきい値よりも高い明度となるように、前記照明制御装置により前記第2の光の装置発光面輝度が設定された状態で、前記微粒子を撮像して得られる明背景時反射光画像を生成し;
前記反射光粒子検出部は、
前記第1の明度しきい値を用いて前記暗背景時反射光画像を二値化して得られる画像の明度分布に基づいて、前記反射光画像の画素座標中において所定明度よりも高明度の画素が集合している画素領域を前記反射光粒子が存在する領域として特定し、前記反射光粒子の存在領域内の画素の位置座標を検出するとともに、
前記第2の明度しきい値を用いて前記明背景時反射光画像を二値化して得られる画像の明度分布に基づいて、前記反射光画像の画素座標中において所定明度よりも低明度の画素が集合している画素領域を前記反射光粒子が存在する領域として特定し、前記反射光粒子の存在領域内の画素の位置座標を検出し;
前記粒子情報算出部は、
前記暗背景時反射光画像中に存在する前記反射光粒子に対応付けられた前記透過光粒子に対応する前記微粒子を、前記第1の明度しきい値よりも高い明度を有する明色粒子の候補とし、前記明背景時反射光画像中に存在する前記反射光粒子に対応付けられた前記透過光粒子に対応する前記微粒子を、前記第2の明度しきい値よりも低い明度を有する暗色粒子の候補とするとともに、前記暗背景時反射光画像中に存在する前記反射光粒子と前記明背景時反射光画像中に存在する前記反射光粒子の双方に対応付けられた前記透過光粒子に対応する前記微粒子を、前記明色粒子と前記暗色粒子の中間の明度を有する中間色粒子と識別し、前記明色粒子の候補のうち前記中間色粒子と識別されなかったものを前記明色粒子と識別し、前記暗色粒子の候補のうち前記中間色粒子と識別されなかったものを前記暗色粒子と識別する;
ことを特徴とする請求項2に記載の粒子測定装置。 - 前記照明制御装置は、前記反射光画像上における前記反射光粒子の背景の明度が、粒子の明暗を区別するための明度しきい値よりも高い明度であり、かつ、Nを自然数とした場合に、第1の明度<第2の明度<・・・<第Nの明度となる第1〜第Nの装置発光面輝度を前記第2の光に設定可能であり;
前記反射光画像生成部は、前記第2の光の装置発光面輝度が前記第1〜第Nの装置発光面輝度に設定された状態で、それぞれ、第1〜第Nの反射光画像を生成し;
前記反射光粒子検出部は、前記粒子の明暗を区別するための明度しきい値を用いて前記第1〜第Nの反射光画像をそれぞれ二値化して得られる画像の明度分布に基づいて、前記第1〜第Nの反射光画像の画素座標中において所定明度よりも低明度の画素が集合している画素領域を前記反射光粒子が存在する領域として特定し、前記反射光粒子の存在領域内の画素の位置座標を検出し;
前記対応付け処理部は、n=1〜Nとした場合に、第nの反射光画像で検出された前記反射光粒子の位置および大きさを、第(n−1)以前の反射光画像で検出された前記反射光粒子と対応付けられていない前記透過光粒子(n=1の場合は、全ての前記透過光粒子)の位置および大きさと比較し、位置および大きさの差がそれぞれ所定範囲以内である前記透過光粒子と前記反射光粒子とを対応付け;
前記粒子情報算出部は、前記第1〜第Nの反射光画像中に存在する前記反射光粒子に対応付けられたそれぞれの前記透過光粒子に対応する前記微粒子の明度を、第1〜第Nの明度(第1の明度<第2の明度<・・・<第Nの明度)と識別するとともに、いずれの前記反射光粒子とも対応付けられなかった前記透過光粒子に対応する前記微粒子を最も明度の高い粒子と識別する;
ことを特徴とする請求項2に記載の粒子測定装置。 - 前記微粒子は、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の粒子測定装置。
- 前記透過光粒子情報算出部は、さらに、前記透過光粒子の直径を算出し;
前記粒子情報算出部は、さらに、前記透過光粒子の直径を前記微粒子の粒径として算出する;
ことを特徴とする請求項2〜7のいずれか1項に記載の粒子測定装置。 - 不透明な微粒子が散布された透明な基板が載置されるか、または、前記微粒子が直接散布される載置面を有するステージと;
このステージの前記載置面の側に設けられて前記微粒子を撮像する撮像装置と;
前記ステージの、前記載置面の側に設けられて前記ステージに向けて所定の装置発光面輝度を有する第1の光を照射する反射光用照明装置と;
前記ステージの、前記載置面とは反対側に設けられて前記ステージに向けて所定の装置発光面輝度を有する第2の光を照射する透過光用照明装置と;
を有する粒子測定装置を用いて、前記微粒子の位置、大きさおよび明度を測定する方法であって、
前記第2の光の装置発光面輝度を0ではない所定輝度とし、かつ、前記第1の光の装置発光面輝度を0とするようにした状態で、前記撮像装置により前記微粒子を撮像して得られる透過光画像を生成する透過光画像生成工程と;
前記第2の光の装置発光面輝度を1または2以上の条件で設定された所定輝度とし、かつ、前記第1の光の装置発光面輝度を0ではない所定輝度とするようにした状態で、前記撮像装置により前記微粒子を撮像して得られる反射光画像を生成する反射光画像生成工程と;
前記透過光画像中で前記微粒子の撮像画像の候補として識別される1または2以上の透過光粒子の位置および大きさと、前記反射光画像中で前記微粒子の撮像画像の候補として識別される1または2以上の反射光粒子の位置および大きさとを比較することにより、位置および大きさの差が所定範囲以内である前記透過光粒子と前記反射光粒子とを対応付け、当該対応付け結果に基づいて、前記透過光粒子の位置および大きさを前記微粒子の位置および大きさとして算出するとともに、前記反射光粒子または前記透過光粒子の代表明度を前記微粒子の明度として算出する画像処理工程と;
を含むことを特徴とする粒子測定方法。 - 前記微粒子は、高炉法による製鉄プラントに由来する降下煤塵であることを特徴とする請求項10に記載の粒子測定方法。
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