JP6110190B2 - Microalgae culture method and culture control apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、微細藻類の培養方法および培養制御装置に関するものである。 The present invention relates to a method for culturing microalgae and a culture control apparatus.
近年、地球温暖化を抑制するため、温室効果ガスの一つである二酸化炭素の排出量の削減が課題とされている。
二酸化炭素を削減する手段として、植物の光合成を利用する方法がある。植物の中でも、特に微細藻類は、陸生植物と比較して高い増殖力を有するため、有望な二酸化炭素の削減手段として注目されている(例えば、特許文献1参照。)。
In recent years, in order to suppress global warming, reduction of the emission amount of carbon dioxide, which is one of the greenhouse gases, has been an issue.
As a means for reducing carbon dioxide, there is a method using photosynthesis of plants. Among plants, microalgae in particular have attracted attention as a promising means for reducing carbon dioxide because they have a higher growth potential than terrestrial plants (see, for example, Patent Document 1).
例えば、油成分を内部で生成し蓄積する微細藻類を用いて、発電所や工場で二酸化炭素の排出量を抑えながら燃料を合成するプロセスが検討されているほか、微細藻類の光合成を利用した二酸化炭素の有効利用が研究されている。 For example, a process for synthesizing fuel while suppressing carbon dioxide emissions at power plants and factories using microalgae that generates and accumulates oil components internally is being studied, as well as carbon dioxide using photosynthesis of microalgae. Effective utilization of carbon has been studied.
ところで、微細藻類の培養は、培養容器に貯留した微細藻類が培地中に分散した液体(以下、「微細藻類の溶液」ということがある。)に、自然光または照明光を照射しかつ二酸化炭素を含むガスを通気させて、微細藻類に光合成をさせることにより行われている(例えば、特許文献2参照。)。この特許文献2においては、微細藻類に間欠的に太陽光を照射することで光阻害を防ぎ、効率的に培養することが開示されている。この方法では、微細藻類が所定の量まで増殖すると、微細藻類を全部回収し、再度微細藻類の培養を開始するようにしている。 By the way, in the cultivation of microalgae, a liquid in which microalgae stored in a culture vessel is dispersed in a culture medium (hereinafter sometimes referred to as “microalgae solution”) is irradiated with natural light or illumination light and carbon dioxide is irradiated. It is carried out by aerating a gas to be contained and causing photosynthesis of microalgae (see, for example, Patent Document 2). In this patent document 2, it is disclosed that light inhibition is prevented by irradiating microalgae intermittently with sunlight, thereby culturing efficiently. In this method, when the microalgae are grown to a predetermined amount, all the microalgae are collected and the culture of the microalgae is started again.
しかしながら、微細藻類は、微細藻類の溶液に対する微細藻類の量の割合(以下、「微細藻類の濃度」ということがある。)に応じて増殖速度が変化するので、従来のように所定の量まで増殖させた後に全部回収すると、その量に達するまでの増殖速度が低い時期と高い時期が混在するため、効率的に培養することができない。微細藻類の増殖速度は、微細藻類が吸収する二酸化炭素量とも関係があるので、結果として、二酸化炭素の削減も効率的に行うことができなくなってしまう。このため、二酸化炭素の吸収量が高い状態のまま微細藻類を培養することにより、二酸化炭素をより効率的に削減することが望まれている。 However, the growth rate of microalgae changes according to the ratio of the amount of microalgae to the microalgae solution (hereinafter sometimes referred to as “the concentration of microalgae”). If all of the cells are collected after they are grown, they cannot be cultured efficiently because there are both a low growth rate and a high growth rate. The growth rate of microalgae is also related to the amount of carbon dioxide absorbed by microalgae, and as a result, carbon dioxide cannot be reduced efficiently. For this reason, it is desired to reduce carbon dioxide more efficiently by culturing microalgae with a high carbon dioxide absorption.
そこで、本発明は、効率的に二酸化炭素を削減することができる微細藻類の培養方法および培養制御装置を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the culture method and culture | cultivation control apparatus of a micro algae which can reduce a carbon dioxide efficiently.
上述したような課題を解決するために、本発明に係る微細藻類の培養方法は、微細藻類が培地中に分散された溶液の画像を取得する画像取得ステップと、この画像取得ステップで取得された画像から測定方法微細藻類の溶液の色に関する情報を抽出する色情報抽出ステップと、この色情報抽出ステップで抽出された測定方法微細藻類の溶液の色に関する情報が所定の条件を満足すると、測定方法微細藻類の溶液の抜き取りと測定方法微細藻類の溶液への培地の補充を行う交換ステップとを有することを特徴とするものである。 In order to solve the problems as described above, the method for culturing microalgae according to the present invention is acquired in an image acquisition step of acquiring an image of a solution in which microalgae are dispersed in a medium, and the image acquisition step. A color information extraction step for extracting information about the color of the measurement method microalga solution from the image, and a measurement method when the information about the color of the measurement method microalga solution extracted in this color information extraction step satisfies a predetermined condition Extraction of the microalgae solution and measurement method The method comprises a replacement step of replenishing the medium to the microalgae solution.
上記微細藻類の培養方法において、所定の条件は、微細藻類の溶液における単位時間当たりの二酸化炭素の吸収量が最大のときの色に関する情報からなることを示すことであるようにしてもよい。 In the method for culturing microalgae, the predetermined condition may be to indicate that the microalgae solution includes information regarding a color when the amount of carbon dioxide absorbed per unit time in the microalgae solution is maximum.
また、本発明に係る微細藻類の培養制御装置は、微細藻類が培地中に分散された溶液の画像を取得する画像取得部と、この画像取得部で取得された画像から測定方法微細藻類の溶液の色に関する情報を抽出する色情報抽出部と、この色情報抽出部で抽出された情報が所定の条件を満足すると、測定方法微細藻類の溶液の抜き取りと測定方法微細藻類の溶液への培地の補充を指示する交換部とを備えることを特徴とするものである。 Further, the culture control apparatus for microalgae according to the present invention includes an image acquisition unit that acquires an image of a solution in which microalgae is dispersed in a medium, and a measurement method microalgae solution from the image acquired by the image acquisition unit. When the information extracted by the color information extraction unit and the information extracted by the color information extraction unit satisfy a predetermined condition, the measurement method extracts the microalgae solution and the measurement method extracts the medium from the microalgae solution. And an exchange unit for instructing replenishment.
本発明によれば、所定の条件を満足した状態で微細藻類を培養し続けることができるので、二酸化炭素を所定の割合で微細藻類に吸収させ続けることができ、結果として、二酸化炭素をより効率的に削減することもできる。 According to the present invention, since the microalgae can be continuously cultured in a state where predetermined conditions are satisfied, carbon dioxide can be continuously absorbed by the microalgae at a predetermined rate, and as a result, carbon dioxide can be more efficiently produced. Can also be reduced.
また、本発明によれば、微細藻類の溶液における二酸化炭素固定量の時間変化が最大の状態で微細藻類を培養し続けることができるので、二酸化炭素を最も高い割合で微細藻類に吸収させ続けることができ、結果として、最も効率的に二酸化炭素を削減することができる。 In addition, according to the present invention, since the microalgae can be continuously cultured in a state in which the time change of the carbon dioxide fixation amount in the microalgae solution is maximum, carbon dioxide is continuously absorbed by the microalgae at the highest rate. As a result, carbon dioxide can be reduced most efficiently.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
なお、「藻類」とは、一般に、光合成を行う生物のうち、陸上植物(コケ植物、シダ植物、種子植物)を除いたものの総称であり、このうち拡大鏡を使わなければ見えないような小さな藻類を「微細藻類」と呼ぶ。本明細書においては、「微細藻類」は、水等の培地に分散可能な大きさを有する藻類を指すものとする。いわゆる植物プランクトンは微細藻類の一例である。また、微細藻類が培地中に分散したものを「微細藻類の溶液」と呼ぶ。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, “algae” is a general term for organisms that perform photosynthesis, excluding terrestrial plants (moss plants, fern plants, seed plants). Of these, small algae that cannot be seen without using a magnifying glass. Algae are called “microalgae”. In the present specification, “microalgae” refers to algae having a size that can be dispersed in a medium such as water. So-called phytoplankton is an example of microalgae. A microalgae dispersed in a medium is called a “microalgae solution”.
また、微細藻類の溶液(サンプル)は、例えばフラスコなど透明な材料からなる培養容器に貯留されている。この培養容器に自然光または照明光を照射しかつ二酸化炭素を含むガスを通気させて、微細藻類に光合成をさせることにより、微細藻類は培養されている。本発明の各実施の形態は、そのように培養された状態の微細藻類の溶液を対象としている。 The microalgae solution (sample) is stored in a culture vessel made of a transparent material such as a flask. The microalgae are cultured by irradiating the culture vessel with natural light or illumination light and allowing a gas containing carbon dioxide to pass through to cause photosynthesis of the microalgae. Each embodiment of the present invention is directed to a solution of microalgae in such a cultured state.
また、微細藻類の培養の方式としては回分式と連続式が知られているが、本発明の各実施の形態では、連続式を採用する。この理由について以下に説明する。 In addition, as a method for culturing microalgae, a batch method and a continuous method are known, but in each embodiment of the present invention, a continuous method is adopted. The reason for this will be described below.
ここで、回分式とは、培地に少量の微細藻類の分散させた微細藻類の溶液を用意して培養し、微細藻類の溶液に対する微細藻類の量の割合(以下、「微細藻類の濃度」ということがある。)が十分に高い状態または目的の濃度になると培養容器から微細藻類の溶液を全部抜き取り、培地に少量の微細藻類の分散させた微細藻類の溶液を再度投入することにより、微細藻類の溶液の培養を1回毎に行うものである。
一方、連続式とは、微細藻類の溶液を培養し、微細藻類の濃度が所定の濃度になると、培養容器から微細藻類の溶液の一部を抜き取るとともに抜き取った微細藻類の溶液と同様の培地を培養容器に補充することにより、同程度の微細藻類の濃度を維持しながら培養を連続的に行うものである。
Here, the batch type refers to the ratio of the amount of microalgae to the microalgae solution (hereinafter referred to as “the concentration of microalgae”) by preparing and culturing a microalgae solution in which a small amount of microalgae is dispersed in a medium. If the microalgae is sufficiently high or the target concentration is reached, all the microalgae solution is extracted from the culture vessel, and the microalgae solution in which a small amount of microalgae is dispersed is re-introduced into the culture medium. The solution is cultured every time.
On the other hand, the continuous type means that a microalgae solution is cultured, and when the microalgae concentration reaches a predetermined concentration, a part of the microalgae solution is extracted from the culture vessel and the same medium as the microalgae solution is extracted. By replenishing the culture vessel, the culture is continuously performed while maintaining the same level of microalgae.
微細藻類は、図1に示すように、微細藻類の濃度が低い時期は対数増殖期と呼ばれて指数関数的に微細藻類が増殖するが、微細藻類の濃度が上がるにつれてその増殖速度は鈍化し、ある濃度で微細藻類の増殖が停止する。このため、回分式では、1回の培養で微細藻類に一定量の二酸化炭素を吸収させることができるが、微細藻類の増殖速度が一定量に達するまでに変化する。後述するように、微細藻類の濃度は微細藻類の二酸化炭素の吸収量と関係があるので、二酸化炭素を吸収する量も培養の過程で変化し、結果として、微細藻類に二酸化炭素を効率的に吸収させることが困難となってしまう。一方、連続式では、一定の濃度など一定の状態で微細藻類を培養を続けることができるので、微細藻類を一定の増殖速度で培養することができ、結果として、二酸化炭素も所定の割合で吸収させ続けることができる。このとき、微細藻類の状態を検出し、二酸化炭素の吸収率が最も高い状態が維持されるように微細藻類の溶液の抜き取りと培地の補充を行うことにより、最も効率的に二酸化炭素を微細藻類に吸収させることが可能となる。 As shown in FIG. 1, the microalgae are called the logarithmic growth phase when the microalgae concentration is low, and the microalgae grow exponentially. However, as the microalgae concentration increases, the growth rate slows down. At a certain concentration, the growth of microalgae stops. For this reason, in the batch system, a certain amount of carbon dioxide can be absorbed by the microalgae in one culture, but changes until the growth rate of the microalgae reaches a certain amount. As will be described later, since the concentration of microalgae is related to the amount of carbon dioxide absorbed by microalgae, the amount of carbon dioxide absorbed also changes during the cultivation process. As a result, carbon dioxide is efficiently absorbed into microalgae. It will be difficult to absorb. On the other hand, in the continuous type, since the microalgae can be continuously cultured in a constant state such as a constant concentration, the microalgae can be cultured at a constant growth rate, and as a result, carbon dioxide is also absorbed at a predetermined rate. Can continue to. At this time, the state of microalgae is detected, and the microalgae is extracted most efficiently by extracting the microalgae solution and replenishing the medium so that the state of highest carbon dioxide absorption is maintained. Can be absorbed.
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態に係る微細藻類の培養方法について説明する。本実施の形態に係る微細藻類の培養方法は、上述したように培養容器に貯留された微細藻類の溶液を連続式によって培養するものであり、図1に示すように、(1)微細藻類の溶液の画像を取得する画像取得ステップS1と、(2)取得された画像から微細藻類の溶液の色に関する情報を抽出する色情報抽出ステップS2と、(3)抽出された微細藻類の溶液の色に関する情報が所定の条件を満足しているかを判定する判定ステップS3と、(4)抽出された微細藻類の溶液の色に関する情報が所定の条件を満足していると判定されると微細藻類の溶液の交換を行う交換ステップS4とからなる。
[First Embodiment]
A method for culturing microalgae according to the first embodiment of the present invention will be described. As described above, the method for culturing microalgae according to the present embodiment cultivates the microalgae solution stored in the culture vessel in a continuous manner. As shown in FIG. An image acquisition step S1 for acquiring an image of the solution; (2) a color information extraction step S2 for extracting information on the color of the microalgae solution from the acquired image; and (3) a color of the extracted microalgae solution. Determination step S3 for determining whether the information regarding the predetermined condition is satisfied, and (4) if it is determined that the information regarding the color of the extracted microalgal solution color satisfies the predetermined condition, It comprises an exchange step S4 for exchanging the solution.
<培養方法>
次に、本実施の形態に係る培養方法の各工程について詳細に説明する。
<Culture method>
Next, each step of the culture method according to the present embodiment will be described in detail.
(1)画像取得ステップS1
画像取得ステップS1は、培養容器内で培養されている微細藻類の溶液を、デジタルカメラ等の撮像機器によって撮影された画像を取得するステップである。
(1) Image acquisition step S1
The image acquisition step S1 is a step of acquiring an image obtained by imaging a microalgae solution cultured in a culture vessel with an imaging device such as a digital camera.
(2)色情報抽出ステップ
色情報抽出ステップS2は、画像取得ステップS1において取得した画像の色に関する情報(色情報)を抽出するステップである。
(2) Color information extraction step The color information extraction step S2 is a step of extracting information (color information) relating to the color of the image acquired in the image acquisition step S1.
画像の色情報としては、様々な色空間を構成するパラメータの値を用いることができる。本実施の形態においては、RGB(またはRGBカラーモデル)の「赤(R:Red)」、「緑(G:Green)」、「青(B:Blue)」のうちRとGが用いられる。このような色情報は、例えばフォトショップ(登録商標)などの画像処理用ソフトウエアをインストールすることによって画像処理装置として機能するコンピュータで、撮像機器によって撮影された画像データに画像処理を行うことにより得ることができる。 As the color information of the image, parameter values constituting various color spaces can be used. In the present embodiment, R and G of RGB (or RGB color model) “red (R: Red)”, “green (G: Green)”, and “blue (B: Blue)” are used. Such color information is obtained by performing image processing on image data captured by an imaging device by a computer that functions as an image processing device by installing image processing software such as Photoshop (registered trademark). Can be obtained.
色情報の抽出は、まず、モニタ上で、取得された画像のうち微細藻類の溶液が写っている所定の領域(微細藻類の溶液が写っている部分の一部または全部)を指定し、この指定された領域内の画素ごとに、RまたはGそれぞれの色成分の階調(例えば0から255の256段階)を取得する。次に、その領域内の画素の、RまたはGそれぞれの階調のヒストグラムを取得する。そして、RまたはGそれぞれの色成分の階調の平均値を画像の色情報として計算する。
本実施の形態においては、平均値を求めて後述する微細藻類の濃度の決定に用いるものとする。しかしながら、平均値に限らず、中央値や最大値等を色情報として用いてもよいことは言うまでもない。
To extract color information, first, on the monitor, specify a predetermined area (part or all of the part where the microalgae solution is reflected) in the acquired image. For each pixel in the designated area, the gradation of each R or G color component (for example, 256 levels from 0 to 255) is acquired. Next, R or G gradation histograms of pixels in the area are acquired. Then, the average value of the gradations of the R or G color components is calculated as the color information of the image.
In the present embodiment, the average value is obtained and used to determine the concentration of microalgae described later. However, it goes without saying that not only the average value but also the median value, the maximum value, or the like may be used as the color information.
(3)判定ステップ
判定ステップS3は、色情報抽出ステップS2において抽出した画像の色に関する情報(色情報)から培養容器内で培養されている微細藻類の溶液が所定の条件を満たしているか否かを判定するステップである。
この判定ステップS3に先だち、所定の条件を後述する方法によって予め求めておく。本実施の形態において、所定の条件とは、後述するように、色情報抽出ステップS2において抽出した色情報と同様、RまたはGの色成分の階調の値からなる。
判定は、色情報抽出ステップS2において抽出された色情報と所定の条件を比較することにより行われる。色情報が所定の条件に達していると、培養容器内で培養されている微細藻類の溶液が所定の条件を満たしていると判定され、交換ステップS4が実行される。一方、色情報が所定の条件に達していないと、培養容器内で培養されている微細藻類の溶液が所定の条件を満たしていないと判定され、画像取得ステップS1の処理に戻ることとなる。
(3) Determination Step The determination step S3 determines whether or not the microalgae solution cultured in the culture vessel satisfies a predetermined condition from the information (color information) regarding the color of the image extracted in the color information extraction step S2. It is a step which determines.
Prior to this determination step S3, predetermined conditions are obtained in advance by a method described later. In the present embodiment, the predetermined condition includes a gradation value of an R or G color component as in the color information extracted in the color information extraction step S2, as will be described later.
The determination is made by comparing the color information extracted in the color information extraction step S2 with a predetermined condition. If the color information reaches a predetermined condition, it is determined that the microalgae solution cultured in the culture vessel satisfies the predetermined condition, and the exchange step S4 is executed. On the other hand, if the color information does not reach the predetermined condition, it is determined that the microalgae solution cultured in the culture container does not satisfy the predetermined condition, and the process returns to the image acquisition step S1.
≪所定の条件の求め方≫
所定の条件とは、色情報集出ステップS2において抽出した色情報と同様、色に関する情報から構成される。
≪How to obtain a predetermined condition≫
The predetermined condition is composed of information relating to the color as in the color information extracted in the color information collecting step S2.
図3は、図1に対応する微細藻類の全有機炭素量(TOC:Total Organic Carbon)の時間変化を示すグラフである。ここで、TOCとは、水中の酸化されうる有機物の全量を炭素の量で示したものであり、微細藻類が吸収した二酸化炭素の量に対応する。
図3のグラフの傾き、すなわち、微細藻類による単位時間当たりの二酸化炭素の吸収量は、符号aの時点から符号bの時点にかけて徐々に増加し、符号bの時点において最大値となり、符号cの時点以降は徐々に減少している。このように、微細藻類の単位時間値の二酸化炭素の吸収量は、微細藻類の増殖量と同様、微細藻類の濃度に応じて変化する。図3によれば、符号bの時点が、微細藻類による二酸化炭素の吸収量が最大であることが分かる。
なお、図1,図3,図4に示す符号a〜cはそれぞれ同時点を示している。
FIG. 3 is a graph showing the time change of the total organic carbon (TOC) of the microalgae corresponding to FIG. Here, the TOC indicates the total amount of organic matter that can be oxidized in water in the amount of carbon, and corresponds to the amount of carbon dioxide absorbed by the microalgae.
The slope of the graph of FIG. 3, that is, the amount of carbon dioxide absorbed by the microalgae per unit time gradually increases from the time point a to the time point b, reaches a maximum value at the time point b, and Since then, it has gradually decreased. As described above, the amount of carbon dioxide absorbed per unit time value of microalgae varies according to the concentration of microalgae, as does the amount of microalgae grown. According to FIG. 3, it is understood that the amount of carbon dioxide absorbed by the microalgae is the maximum at the point “b”.
1, 3, and 4 indicate simultaneous points.
図4に、図1に対応する微細藻類の溶液の画像から抽出した色情報の時間変化を示すグラフを示す。ここで、図4に示す色情報は、上述した色情報抽出ステップS2で説明した手順と同等の手順により抽出した、RとGそれぞれの色成分の階調の平均値である。
図4によれば、RとGの階調は時間の経過とともに0に近づくことがわかる。このように、微細藻類の画像の色情報は、微細藻類の増殖量や二酸化炭素の吸収量と同様、微細藻類の濃度に応じて変化する。そこで、所望する状態の微細藻類の溶液の色情報を所定の条件として予め取得し、培養容器中の微細藻類の溶液の色情報がその所定の条件に達すると、後述する交換ステップS4により培養容器内の溶液の抜き取りと培地の補充を行うようにする。これにより、二酸化炭素を所定の割合で微細藻類に吸収させ続けることができる。
本実施の形態においては、所定の条件を、図3に示す符号bの時点における微細藻類の溶液の色情報とする。その符号bの時点は、上述したように微細藻類による二酸化炭素の吸収量が最大である。したがって、二酸化炭素を最も高い割合で微細藻類に吸収させることができるので、結果として、二酸化炭素を最も効率的に削減することができる。
FIG. 4 is a graph showing temporal changes in color information extracted from the image of the microalgae solution corresponding to FIG. Here, the color information shown in FIG. 4 is an average value of the gradations of the R and G color components extracted by the same procedure as that described in the color information extraction step S2.
According to FIG. 4, it can be seen that the gradations of R and G approach 0 as time passes. Thus, the color information of the image of a microalga changes according to the density | concentration of a microalgae similarly to the growth amount of a microalgae and the absorption amount of a carbon dioxide. Therefore, when the color information of the microalgae solution in a desired state is acquired in advance as a predetermined condition and the color information of the microalgae solution in the culture container reaches the predetermined condition, the culture container is replaced by an exchange step S4 described later. Remove the solution and replenish the medium. Thereby, carbon dioxide can be continuously absorbed by the microalgae at a predetermined ratio.
In the present embodiment, the predetermined condition is the color information of the microalgae solution at the time point b shown in FIG. At the time of the symbol b, the amount of carbon dioxide absorbed by the microalgae is the maximum as described above. Therefore, since carbon dioxide can be absorbed by microalgae at the highest rate, carbon dioxide can be reduced most efficiently as a result.
(4)交換ステップ
交換ステップS4は、判定ステップS3において培養容器内で培養されている微細藻類の溶液が所定の条件を満たしていると判定されると、培養容器内の微細藻類の溶液を交換するステップである。
微細藻類の溶液の交換は、培養容器から所定の量の微細藻類の溶液を抜き取るとともに、その所定の量と同量の培地を培養容器に補充することにより行われる。微細藻類の溶液を抜き取る量は、培養容器の大きさや形状、微細藻類の成長速度等により適宜設定される。
(4) Exchange step
The replacement step S4 is a step of replacing the microalgae solution in the culture container when it is determined in the determination step S3 that the microalgae solution cultured in the culture container satisfies a predetermined condition.
The exchange of the microalgae solution is performed by extracting a predetermined amount of the microalgae solution from the culture vessel and replenishing the culture vessel with the same amount of the medium as the predetermined amount. The amount of the microalgae solution to be extracted is appropriately set depending on the size and shape of the culture vessel, the growth rate of the microalgae, and the like.
以上説明したように、本実施の形態によれば、所定の条件を満足した状態で微細藻類を培養し続けることができるので、効率的に微細藻類を培養することができる。この結果、二酸化炭素を所定の割合で微細藻類に吸収させ続けることができので、二酸化炭素をより効率的に削減することもできる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to continue culturing microalgae in a state where predetermined conditions are satisfied, so that microalgae can be efficiently cultured. As a result, carbon dioxide can be continuously absorbed by the microalgae at a predetermined rate, so that carbon dioxide can be reduced more efficiently.
[第2の実施の形態]
次に本発明の第2の実施の形態に係る微細藻類の培養制御装置について図5を参照して説明する。
[Second Embodiment]
Next, a microalgae culture control apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
<装置の構成>
本実施の形態に係る微細藻類の培養制御装置は、カメラによって撮影した培養容器に貯留された微細藻類の溶液の画像に基づいて、その溶液の交換の指示を出力する装置である。この装置は、CPU(中央処理装置)や記憶装置とからなるコンピュータ・ハードウェア装置と、各種ハードウェア装置を制御するコンピュータ・プログラムとによって構成される。
<Device configuration>
The culture control apparatus for microalgae according to the present embodiment is an apparatus that outputs an instruction to replace the solution based on an image of the microalgae solution stored in a culture vessel photographed by a camera. This device includes a computer hardware device including a CPU (Central Processing Unit) and a storage device, and a computer program for controlling various hardware devices.
図5に、本実施の形態に係る微細藻類の培養制御装置の機能ブロック図を示す。
本実施の形態に係る制御装置は、カメラ10と直接またはネットワークを介して接続可能なインターフェース部20と、装置の動作を制御する制御部21と、キーボードやマウス、モニタ等から構成される入出力部30と接続されるインターフェース部22と、コンピュータを微細藻類の培養制御装置として動作させるコンピュータ・プログラムを記憶したプログラム記憶部23と、カメラ10によって撮影され、インターフェース部20を介して取り込まれた画像を記憶する画像記憶部24と、後述する色情報抽出部21aによって抽出された画像の色情報を記憶する色情報記憶部25と、所定の条件を記憶した条件記憶部26と、これらの構成要素間におけるデータおよび制御情報の通り道となるバス27とを備えている。
In FIG. 5, the functional block diagram of the culture control apparatus of the micro algae concerning this Embodiment is shown.
The control device according to the present embodiment includes an interface unit 20 that can be connected to the camera 10 directly or via a network, a control unit 21 that controls the operation of the device, and an input / output composed of a keyboard, a mouse, a monitor, and the like. An interface unit 22 connected to the unit 30, a program storage unit 23 storing a computer program for operating the computer as a culture control device for microalgae, and an image captured by the camera 10 and captured via the interface unit 20 An image storage unit 24 for storing the color information, a color information storage unit 25 for storing the color information of the image extracted by the color information extraction unit 21a described later, a condition storage unit 26 for storing predetermined conditions, and these components And a bus 27 as a path for data and control information between them.
ここで制御部21は、プログラム記憶部23に記憶されたコンピュータ・プログラムによって、画像記憶部24に取り込まれた画像の色情報を抽出して色情報記憶部25に記憶する色情報抽出部21aと、色情報記憶部25に記憶された色情報と条件記憶部26に記憶された所定の条件に基づいて、カメラ10によって撮影された微細藻類の溶液の交換の指示を行う交換部21bとを含んでいる。 Here, the control unit 21 extracts the color information of the image captured in the image storage unit 24 by the computer program stored in the program storage unit 23 and stores it in the color information storage unit 25. An exchange unit 21b for instructing the exchange of the microalgae solution photographed by the camera 10 based on the color information stored in the color information storage unit 25 and the predetermined condition stored in the condition storage unit 26. It is out.
<装置の動作>
上述した制御装置3を用いて、次のようにして培養容器に貯留された微細藻類の溶液の培養を制御することができる。
<Operation of the device>
Using the control device 3 described above, the culture of the microalgae solution stored in the culture vessel can be controlled as follows.
まず、カメラ10によって、微細藻類を培養している貯留槽を撮影する。このカメラ10は、各画素について、色空間を構成するパラメータの値(例えば、RGBそれぞれの輝度信号)を画像データとして出力する装置である。
このようなカメラ10は、微細藻類濃度決定装置に内蔵され、インターフェース部20と常時接続されていてもよいし、市販のデジタルカメラのように、微細藻類濃度決定装置と別体であってもよい。別体の場合、画像データは、ケーブルやインターネットなどのネットワークを介して、インターフェース部20に送信される。
カメラ10によって撮影された画像のデータは、インターフェース部20を介して、画像記憶部24に転送される。
First, the camera 10 photographs a storage tank in which microalgae are cultured. The camera 10 is a device that outputs, as image data, parameter values (for example, luminance signals for RGB) constituting a color space for each pixel.
Such a camera 10 may be built in the microalga concentration determination device and may be always connected to the interface unit 20, or may be separate from the microalga concentration determination device, such as a commercially available digital camera. . In the case of a separate body, the image data is transmitted to the interface unit 20 via a network such as a cable or the Internet.
Data of an image photographed by the camera 10 is transferred to the image storage unit 24 via the interface unit 20.
次に、色情報抽出部21aは、画像記憶部23に記憶された画像から色情報を抽出する。この色情報としては、様々な色空間を構成するパラメータの値を用いることができるが、本実施の形態においては、第1の実施の形態と同様に、RGB色空間モデルのRGBパラメータのうち、RまたはGの階調からその平均値を抽出するものとして、詳細な説明は省略する。
なお、色情報は、画像記憶部24に記憶された画像をモニタ(入出力部)30に表示して、色情報を抽出すべき領域を利用者に指定させ、この領域から抽出するようにしてもよい。この場合、利用者は、入出力部30を構成するマウス等を操作して、画像のうち微細藻類が写っている領域を色情報を抽出すべき領域として指定する。
このようにして抽出された色情報は、色情報記憶部25に記憶される。
Next, the color information extraction unit 21 a extracts color information from the image stored in the image storage unit 23. As this color information, values of parameters constituting various color spaces can be used. In the present embodiment, as in the first embodiment, among the RGB parameters of the RGB color space model, The detailed description is omitted as the average value is extracted from the R or G gradation.
The color information is extracted by displaying an image stored in the image storage unit 24 on the monitor (input / output unit) 30, allowing the user to specify an area from which the color information is to be extracted, and extracting the color information from this area. Also good. In this case, the user operates a mouse or the like constituting the input / output unit 30 to designate an area in which microalgae appear in the image as an area where color information should be extracted.
The color information extracted in this way is stored in the color information storage unit 25.
このようにして色情報が抽出されると、交換部21bは、色情報記憶部25に記憶された色情報と、条件記憶部に記憶された所定の条件とを比較し、色情報が所定の条件に達しているか否かを検出する。
色情報が所定の条件に達していると、交換部21bは、培養容器から所定の量の微細藻類の溶液を抜き取るとともに、その所定の量と同量の培地を培養容器に補充するよう指示を出す。この指示は、例えば、その指示を示すメッセージをモニタ(入出力部)30に表示させたり、交換を自動的に行う装置にその指示を示す制御信号を出力させたりすることにより行うようにしてもよい。メッセージを表示させる場合には、利用者が、そのメッセージに基づいて微細藻類を交換する。制御信号を出力させる場合には、装置が、その制御信号に基づいて自動的に微細藻類を交換する。
一方、色情報が所定の条件に達していないと、交換部21bは、微細藻類の交換の指示を出力しない。
When the color information is extracted in this way, the exchange unit 21b compares the color information stored in the color information storage unit 25 with the predetermined condition stored in the condition storage unit, and the color information is determined to be predetermined. Detect whether the condition is reached.
When the color information reaches a predetermined condition, the exchanging unit 21b instructs to remove a predetermined amount of the microalgae solution from the culture container and to replenish the culture container with the same amount of the medium. put out. This instruction may be performed by, for example, displaying a message indicating the instruction on the monitor (input / output unit) 30 or outputting a control signal indicating the instruction to a device that automatically performs the replacement. Good. When displaying a message, a user exchanges microalgae based on the message. When outputting the control signal, the apparatus automatically changes the microalgae based on the control signal.
On the other hand, if the color information does not reach a predetermined condition, the exchanging unit 21b does not output an instruction for exchanging microalgae.
以上説明したように、本実施の形態によれば、所定の条件を満足した状態で微細藻類を培養し続けることができるので、微細藻類の効率的に培養することができる。結果として、二酸化炭素を所定の割合で微細藻類に吸収させ続けることもできるので、二酸化炭素を効率的に削減することも可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to continue culturing microalgae in a state where predetermined conditions are satisfied, so that microalgae can be efficiently cultured. As a result, carbon dioxide can be continuously absorbed by the microalgae at a predetermined ratio, so that carbon dioxide can be efficiently reduced.
なお、上述した第1,第2の実施の形態において、色情報および所定の条件がRおよびGの何れか一方の階調値の平均値からなる場合を例に説明したが、RおよびGの両方からなるようにしてもよい。 In the first and second embodiments described above, the case where the color information and the predetermined condition are composed of an average value of any one of R and G is described as an example. You may make it consist of both.
また、本実施の形態においては、色情報として、RGB色空間モデルのRGBパラメータ値を例に説明したが、RGB色空間に代えて他の色空間モデルを用いるようにしてもよい。 In the present embodiment, the RGB parameter value of the RGB color space model has been described as an example of color information. However, another color space model may be used instead of the RGB color space.
本発明は、微細藻類など溶液に分散された植物を培養する各種システムに適用することができる。 The present invention can be applied to various systems for culturing plants dispersed in a solution such as microalgae.
10…カメラ、20…インターフェース部、21…制御部、21a…色情報抽出部、21b…交換部、22…インターフェース部、23…プログラム記憶部、24…画像記憶部、25…色情報記憶部、26…条件記憶部、27…バス、30…入出力部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Camera, 20 ... Interface part, 21 ... Control part, 21a ... Color information extraction part, 21b ... Exchange part, 22 ... Interface part, 23 ... Program storage part, 24 ... Image storage part, 25 ... Color information storage part, 26 ... Condition storage unit, 27 ... Bus, 30 ... Input / output unit.
Claims (2)
前記画像取得ステップで取得された画像から前記微細藻類の溶液の色成分の階調値を抽出する色情報抽出ステップと、
前記色情報抽出ステップで抽出された前記微細藻類の溶液の前記色成分の階調値が、予め取得した前記微細藻類の溶液における単位時間当たりの二酸化炭素の吸収量が最大のときの色成分の階調値に達すると、前記微細藻類の溶液の抜き取りと前記微細藻類の溶液への培地の補充を行う交換ステップと
を有することを特徴とする微細藻類の培養方法。 An image acquisition step of acquiring an image of a microalgae solution, which is a solution in which microalgae are dispersed in a medium;
A color information extraction step of extracting gradation value of the color component of the solution of the microalgae from the image acquired in the image acquisition step,
Gradation values of the color components of the solution of the microalgae extracted by the color information extraction step, a color component when the absorption amount of carbon dioxide per unit time in the previously obtained solution of the microalgae has is maximum reach the gradation value Then, the method for culturing microalgae, characterized in that it comprises an interchangeable performing a replenishment of the medium with the extraction of a solution of microalgae to a solution of the microalgae.
前記画像取得部で取得された画像から前記微細藻類の溶液の色成分の階調値を抽出する色情報抽出部と、
前記色情報抽出部で抽出された前記微細藻類の溶液の前記色成分の階調値が、予め取得した前記微細藻類の溶液における単位時間当たりの二酸化炭素の吸収量が最大のときの色成分の階調値に達すると、前記微細藻類の溶液の抜き取りと前記微細藻類の溶液への培地の補充を指示する交換部と
を備えることを特徴とする微細藻類の培養制御装置。 An image acquisition unit for acquiring an image of a microalgae solution, which is a solution in which microalgae are dispersed in a medium;
A color information extraction unit that extracts gradation value of the color component of the solution of the microalgae from the image acquired by the image acquisition unit,
Gradation values of the color components of the solution of the microalgae extracted by the color information extraction unit, a color component when the absorption amount of carbon dioxide per unit time in the previously obtained solution of the microalgae has is maximum reach the gradation value Then, the culture control apparatus of microalgae, characterized in that it comprises an interchangeable unit for instructing the replenishment of the medium to the solution of the microalgae and extraction of the solution of the microalgae.
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