JP6863153B2 - Dry weight estimation program, dry weight estimation method and dry weight estimation device - Google Patents
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Description
本発明は、乾燥重量推定プログラム、乾燥重量推定方法および乾燥重量推定装置に関する。 The present invention relates to a dry weight estimation program, a dry weight estimation method and a dry weight estimation device.
近年、バイオマスとして、藻類が注目されており、培養液を貯留した培養槽による藻類の培養が行われている。藻類のバイオマス量(生物量)は、乾燥重量で示され、例えば、培養液単位容積あたりの乾燥重量として表される。一般的に、藻類の重量分析は、藻類を含む培養液をろ過、乾燥することで藻類のみを抽出し、抽出した藻類の重量を測定して、単位容積あたりの重量(例:g/L)に換算して行われる。重量分析の所要時間は、乾燥機等を用いても、乾燥時間を含め数時間の作業である。 In recent years, algae have been attracting attention as biomass, and algae are being cultivated in a culture tank in which a culture solution is stored. The biomass amount (biological amount) of algae is expressed by dry weight, for example, as dry weight per unit volume of culture solution. Generally, in the gravimetric analysis of algae, only the algae are extracted by filtering and drying the culture solution containing the algae, and the weight of the extracted algae is measured and the weight per unit volume (eg, g / L). It is converted to. The time required for gravimetric analysis is several hours including the drying time even if a dryer or the like is used.
ところで、藻類の培養状況を把握するためには、定期的、継続的な乾燥重量の測定が欠かせない。そこで、藻類の溶液の画像を撮影し、撮影した画像から色成分を抽出し、各色成分から藻類の濃度を推定する技術がある。 By the way, in order to grasp the culture status of algae, it is indispensable to measure the dry weight regularly and continuously. Therefore, there is a technique of taking an image of a solution of algae, extracting a color component from the taken image, and estimating the concentration of algae from each color component.
しかしながら、藻類の溶液を撮影した画像の色成分から藻類の濃度を推定する技術は、実用に耐えない可能性がある。藻類培養の事業化においては、藻類は屋外等、水温や光の強さ等が不安定な培養環境にて大規模に培養されると想定できる。こうした培養環境より取得した画像ひとつひとつから色成分の数値を取り出すことは、非常に煩雑な作業であり、実用に耐えない可能性がある。 However, the technique of estimating the algae concentration from the color component of the image of the algae solution may not be practical. In the commercialization of algae culture, it can be assumed that algae are cultivated on a large scale in a culture environment such as outdoors where the water temperature and light intensity are unstable. Extracting the numerical values of the color components from each image acquired from such a culture environment is a very complicated work and may not be practical.
1つの側面では、藻類の乾燥重量を簡易に推定できる乾燥重量推定プログラム、乾燥重量推定方法および乾燥重量推定装置を提供することを目的とする。 In one aspect, it is an object of the present invention to provide a dry weight estimation program, a dry weight estimation method, and a dry weight estimation device that can easily estimate the dry weight of algae.
1つの側面では、乾燥重量推定プログラムは、藻類の培養液を撮像した圧縮画像を取得すると、圧縮画像の画像容量を特定する処理をコンピュータに実行させる。乾燥重量推定プログラムは、画像容量と乾燥重量との関係を記憶した記憶部を参照し、特定した画像容量に基づいて、圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の推定値を出力する処理をコンピュータに実行させる。 In one aspect, the dry weight estimation program takes a compressed image of the algae culture and causes the computer to perform a process of identifying the image volume of the compressed image. The dry weight estimation program refers to a storage unit that stores the relationship between the image capacity and the dry weight, and outputs an estimated value of the dry weight of the algae contained in the compressed image to the computer based on the specified image capacity. Let it run.
一実施態様によれば、藻類の乾燥重量を簡易に推定できる。 According to one embodiment, the dry weight of algae can be easily estimated.
以下に、本願の開示する乾燥重量推定プログラム、乾燥重量推定方法および乾燥重量推定装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。また、以下に示す各実施例は、矛盾を起こさない範囲で適宜組み合わせても良い。 Hereinafter, examples of the dry weight estimation program, the dry weight estimation method, and the dry weight estimation device disclosed in the present application will be described in detail with reference to the drawings. The disclosed technology is not limited by the present embodiment. In addition, the examples shown below may be appropriately combined as long as they do not cause a contradiction.
[藻類培養の概略構成]
最初に、藻類を培養する際の構成を概略的に説明する。図1は、藻類を培養する際の構成の一例を示す図である。図1には、培養槽1が設けられている。培養槽1は、貯留する液体の流れをよくするため、円環状に形成され、藻類の培養に適した養分等を水に混在させた培養液が貯留されている。また、培養槽1は、側面の一部に水車2が設けられ、培養液中の藻類が滞留せずに均一となるように、水車2によって培養液が攪拌される。また、培養槽1は、培養液中にライト3が設けられている。ライト3は、培養液中で点灯している。ライト3の上部には、カメラ4が設けられている。カメラ4は、培養液を上部から撮影するように支持台5に固定されており、ライト3により照らされた培養液部分の定点観測を行う。カメラ4は、夜間に、培養液中に配置されたライト3からの光によって培養液に階調が現れる所定範囲を撮影するように配置されている。
[Outline composition of algae culture]
First, the composition when culturing algae will be briefly described. FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration when culturing algae. In FIG. 1, a culture tank 1 is provided. The culture tank 1 is formed in a ring shape in order to improve the flow of the stored liquid, and stores a culture solution in which nutrients and the like suitable for culturing algae are mixed in water. Further, in the culture tank 1, a water wheel 2 is provided on a part of the side surface, and the culture solution is agitated by the water wheel 2 so that the algae in the culture solution do not stay and become uniform. Further, in the culture tank 1, the
カメラ4は、乾燥重量推定装置10に接続されている。カメラ4は、乾燥重量推定装置10からの制御により撮影を行い、撮影した画像を所定の形式に圧縮し、圧縮した圧縮画像のデータを乾燥重量推定装置10へ出力する。例えば、カメラ4は、乾燥重量推定装置10からの制御により撮影を行い、撮影した画像を、例えば、JPEG(Joint Photographic Experts Group)などの非可逆圧縮で圧縮し、圧縮した圧縮画像のデータを乾燥重量推定装置10へ出力する。なお、圧縮の形式は、JPEGなどの非可逆圧縮に限定されず、可逆圧縮であってもよい。
The camera 4 is connected to the dry
乾燥重量推定装置10は、カメラ4から得られた圧縮画像のデータから培養槽1中の藻類の乾燥重量を推定する装置であり、例えば、パーソナルコンピュータやサーバコンピュータなどのコンピュータである。乾燥重量推定装置10は、1台のコンピュータとして実装してもよく、また、複数台のコンピュータによるクラウドとして実装することもできる。本実施例では、乾燥重量推定装置10を1台のコンピュータとした場合を例として説明する。なお、乾燥重量推定装置10は、藻類の培養を行うユーザが使用する端末装置とネットワークを介して通信可能に接続され、端末装置から各種の操作情報を受け付け、処理結果を端末装置に送信するサーバコンピュータであってもよい。
The dry
[乾燥重量推定装置の構成]
次に、実施例1に係る乾燥重量推定装置10の構成について説明する。図2は、乾燥重量推定装置の構成の一例を示す図である。
[Construction of dry weight estimation device]
Next, the configuration of the dry
図2に示すように、乾燥重量推定装置10は、操作部20と、表示部21と、外部I/F(interface)部22と、記憶部23と、制御部24とを有する。なお、乾燥重量推定装置10は、図2に示す機能部以外にも既知のコンピュータが有する各種の機能部を有してもよい。
As shown in FIG. 2, the dry
操作部20は、各種の操作の入力を受け付ける入力デバイスである。操作部20としては、マウスやキーボードなどの操作の入力を受け付ける入力デバイスが挙げられる。操作部20は、各種の情報の入力を受付ける。操作部20は、ユーザからの操作入力を受け付け、受け付けた操作内容を示す操作情報を制御部24に入力する。 The operation unit 20 is an input device that receives inputs for various operations. Examples of the operation unit 20 include an input device that receives input for operations such as a mouse and a keyboard. The operation unit 20 accepts input of various information. The operation unit 20 receives an operation input from the user, and inputs the operation information indicating the received operation content to the control unit 24.
表示部21は、各種情報を表示する表示デバイスである。表示部21としては、LCD(Liquid Crystal Display)やCRT(Cathode Ray Tube)などの表示デバイスが挙げられる。表示部21は、各種情報を表示する。例えば、表示部21は、操作画面など各種の画面を表示する。 The display unit 21 is a display device that displays various types of information. Examples of the display unit 21 include display devices such as an LCD (Liquid Crystal Display) and a CRT (Cathode Ray Tube). The display unit 21 displays various information. For example, the display unit 21 displays various screens such as an operation screen.
外部I/F部22は、例えば、USB(Universal Serial Bus)ポートや通信ポートなど、他の装置と各種の情報を送受信するインタフェースである。外部I/F部22は、カメラ4と接続されており、各種の情報を送受信する。例えば、外部I/F部22は、カメラ4に対して、撮影指示を出力する。また、外部I/F部22には、カメラ4から出力された圧縮画像のデータが入力する。
The external I /
記憶部23は、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)、光ディスクなどの記憶装置である。なお、記憶部23は、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ、NVSRAM(Non Volatile Static Random Access Memory)などのデータを書き換え可能な半導体メモリであってもよい。
The
記憶部23は、制御部24で実行されるOS(Operating System)や各種プログラムを記憶する。例えば、記憶部23は、後述する乾燥重量推定処理を実行するプログラムを記憶する。さらに、記憶部23は、制御部24で実行されるプログラムで用いられる各種データを記憶する。例えば、制御部24は、圧縮画像データ30と、予測モデルデータ31と、推定データ32とを記憶する。
The
圧縮画像データ30は、外部I/F部22を介して、カメラ4から入力した圧縮画像のデータを記憶したデータである。
The compressed image data 30 is data in which the data of the compressed image input from the camera 4 is stored via the external I /
予測モデルデータ31は、乾燥重量の予測に用いる予測モデルを記憶したデータである。例えば、予測モデルデータ31には、圧縮画像の画像容量と乾燥重量との関係から、乾燥重量を予測する予測モデルが記憶されている。予測モデルは、圧縮画像の画像容量と乾燥重量との関係を示した関係式であってもよく、圧縮画像の画像容量と乾燥重量との関係を記憶したテーブルのデータであってもよい。
The
推定データ32は、推定された藻類の乾燥重量を記憶したデータである。 The estimated data 32 is data that stores the estimated dry weight of the algae.
制御部24は、乾燥重量推定装置10を制御するデバイスである。制御部24としては、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)等の電子回路や、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の集積回路を採用できる。制御部24は、各種の処理手順を規定したプログラムや制御データを格納するための内部メモリを有し、これらによって種々の処理を実行する。制御部24は、各種のプログラムが動作することにより各種の処理部として機能する。例えば、制御部24は、取得部40と、特定部41と、生成部42と、出力部43とを有する。なお、制御部24の内部構成は、図2に示した構成に限られず、後述する乾燥重量推定処理を行う構成であれば他の構成であってもよい。
The control unit 24 is a device that controls the dry
取得部40は、各種の取得を行う。例えば、取得部40は、カメラ4を制御し、所定の計測タイミングで藻類の培養液を撮像した圧縮画像を取得する。例えば、取得部40は、計測タイミングでカメラ4に対して撮影の指示を送信する。これにより、カメラ4は、撮影を行い、撮影した画像を非可逆圧縮で圧縮し、圧縮した圧縮画像のデータを乾燥重量推定装置10へ出力する。
The
取得部40は、カメラ4から入力した圧縮画像のデータを取得し、取得した圧縮画像のデータを圧縮画像データ30として撮影日時と対応付けて記憶部23に記憶する。計測タイミングは、日光など、外部からの光の影響が少ない午後8時〜午前4時などの夜間が好ましい。計測タイミングは、例えば、操作部20からユーザにより設定される。
The
ここで、藻類の培養状況を把握するためには、定期的、継続的に乾燥重量を測定できることが好ましい。そこで、例えば、ユーザは、計測タイミングを毎日の午前0時と設定する。 Here, in order to grasp the culture status of algae, it is preferable that the dry weight can be measured regularly and continuously. Therefore, for example, the user sets the measurement timing to midnight every day.
取得部40は、設定された計測タイミングとなると、カメラ4に対して撮影の指示を送信して、培養槽1を撮影した圧縮画像のデータを取得し、取得した圧縮画像のデータを圧縮画像データ30として撮影日時と対応付けて記憶部23に記憶する。
When the set measurement timing is reached, the
ここで、培養槽1を撮影した画像の例を説明する。図3Aは、藻類の濃度が低い状態の培養槽を撮影した画像を模式的に示した図である。図3Bは、藻類の濃度が高い状態の培養槽を撮影した画像を模式的に示した図である。図3Aおよび図3Bの画像には、培養液中で点灯しているライト3が写っており、写真に写る培養液の変化を、パターンを変えて模式的に示している。ライト3の近傍は、ライト3からの光により明るく培養液が写り、ライト3から遠い画像の周辺は、培養液が暗く写っている。ここで、図3Aと図3Bを比較した場合、図3Aの方が、ライト3からの光により明るく写る領域が多い。これは、ライト3の光は、培養液中の藻類によって吸収されるためであり、藻類の濃度が薄くなるほど、培養液中で光が遠くまで届くため、明るい領域が広くなる。藻類の乾燥重量は、藻類の濃度が低いと少なく、藻類の濃度が高いと多い。このように、培養液を撮影した画像は、乾燥重量の値が低い培養液ほど画像全体の輝度の分散が大きくなる。このような画像を圧縮した場合、輝度の分散が大きいほど画像圧縮率が低くなることから画像ファイルの容量が大きくなる。すなわち、圧縮画像データ30は、乾燥重量の値が低い培養液を撮影した画像ほど、画像圧縮率が低くなるため、画像容量が大きくなる。
Here, an example of an image of the culture tank 1 will be described. FIG. 3A is a diagram schematically showing an image of a culture tank in a state where the concentration of algae is low. FIG. 3B is a diagram schematically showing an image of a culture tank in a state where the concentration of algae is high. The images of FIGS. 3A and 3B show the light 3 lit in the culture solution, and the changes in the culture solution shown in the photograph are schematically shown by changing the pattern. In the vicinity of the
また、圧縮画像は、圧縮に関するパラメータの値によってもデータのサイズが変化する。例えば、JPEGでは、パラメータの1つである品質によってもデータのサイズが変化する。しかし、圧縮に関するパラメータの値が何れの設定であっても、同じ値が設定されて撮影された場合、輝度の分散が大きいほど画像圧縮率が低くなり、画像ファイルの容量が大きくなる。すなわち、圧縮画像データ30は、設定されたパラメータが何れであっても、一定のパラメータが設定されて撮影された場合、乾燥重量の値が低い培養液を撮影した画像ほど、画像圧縮率が低くなるため、画像容量が大きくなる。本実施例では、カメラ4による画像の圧縮のパラメータについて、特定の設定は行っておらず、デフォルトの設定を用いている。 In addition, the size of the data of the compressed image changes depending on the value of the parameter related to compression. For example, in JPEG, the size of data changes depending on the quality, which is one of the parameters. However, regardless of the value of the parameter related to compression, when the same value is set for shooting, the larger the variance of the brightness, the lower the image compression rate and the larger the capacity of the image file. That is, the compressed image data 30 has a lower image compression rate as the image of the culture solution having a lower dry weight value is photographed when a certain parameter is set and photographed regardless of the set parameter. Therefore, the image capacity becomes large. In this embodiment, no specific setting is made for the parameter of image compression by the camera 4, and the default setting is used.
本実施例に係る乾燥重量推定装置10は、このような画像容量と乾燥重量との関係を用いて、圧縮画像データ30に含まれる藻類の乾燥重量を推定する。
The dry
特定部41は、取得部40により取得された圧縮画像データ30の画像容量を特定する。例えば、特定部41は、圧縮画像データ30のファイルのサイズを画像容量と特定する。なお、特定部41は、圧縮画像データ30を解析し、ヘッダやフッタなどの画像以外の部分を除いて、圧縮画像に関する部分のデータを画像容量と特定してもよい。
The identification unit 41 specifies the image capacity of the compressed image data 30 acquired by the
生成部42は、圧縮画像の画像容量と乾燥重量との関係から、乾燥重量を予測する予測モデルを生成する。例えば、ユーザは、複数の圧縮画像データ30について、それぞれを撮影した計測タイミングで培養液を取り出し、培養液に対して藻類の重量分析を行い、圧縮画像データ30を撮影した際の培養液の乾燥重量を測定する。ユーザは、測定した培養液の乾燥重量と培養液を取得した日付を操作部20から入力する。なお、培養液の乾燥重量は、外部の計測装置から入力されてもよい。生成部42は、乾燥重量が測定済みの複数の圧縮画像データ30について、圧縮画像データ30の画像容量と、測定された乾燥重量を用いて、予測モデルを生成する。例えば、生成部42は、画像容量と乾燥重量との間に、以下の式(1)に示す一次的な相関があるものとして、乾燥重量を予測する予測モデルを生成する。 The generation unit 42 generates a prediction model for predicting the dry weight from the relationship between the image capacity of the compressed image and the dry weight. For example, the user takes out the culture solution from each of the plurality of compressed image data 30 at the measurement timing at which each image is taken, performs gravimetric analysis of the algae on the culture solution, and dries the culture solution when the compressed image data 30 is photographed. Weigh. The user inputs the dry weight of the measured culture solution and the date when the culture solution was acquired from the operation unit 20. The dry weight of the culture solution may be input from an external measuring device. The generation unit 42 generates a prediction model for a plurality of compressed image data 30 whose dry weight has already been measured, using the image capacity of the compressed image data 30 and the measured dry weight. For example, the generation unit 42 generates a prediction model for predicting the dry weight, assuming that there is a primary correlation represented by the following equation (1) between the image capacity and the dry weight.
乾燥重量Y(g/L)=a×画像容量X+b (1) Dry weight Y (g / L) = a × image capacity X + b (1)
ここで、パラメータaは、一次関数の傾きを表すパラメータである。パラメータbは、一次関数の切片を表すパラメータである。 Here, the parameter a is a parameter representing the slope of the linear function. Parameter b is a parameter representing the intercept of the linear function.
例えば、生成部42は、乾燥重量が測定済みの複数の圧縮画像データ30について、圧縮画像データ30の画像容量と、測定された乾燥重量を用いて、回帰分析を行い式(1)のパラメータa、パラメータbを求める。生成部42は、生成した予測モデルを予測モデルデータ31として記憶部23に記憶させる。例えば、生成部42は、求めたパラメータa、bを代入した式(1)または、パラメータa、bを予測モデルデータ31として記憶部23に記憶させる。なお、生成部42は、式(1)から所定の画像容量ごとに、乾燥重量を算出し、画像容量と乾燥重量の関係を示すテーブルを予測モデルデータ31として記憶部23に記憶させてもよい。
For example, the generation unit 42 performs regression analysis on a plurality of compressed image data 30 whose dry weight has already been measured, using the image capacity of the compressed image data 30 and the measured dry weight, and the parameter a of the formula (1). , Find the parameter b. The generation unit 42 stores the generated prediction model as the
ここで、予測モデルによる推定の一例を示す。図4Aは、回帰分析に用いたデータと推定結果の一例を示す図である。図4Aには、「実測」と、「ファイル」と、「推定」とが示されている。実測の値は、圧縮画像データ30を撮影した際の培養液の乾燥重量の測定結果を示す。ファイルBの値は、圧縮画像データ30の画像容量のバイト数を示す。推定の値は、圧縮画像データ30の画像容量から式(1)の予測モデルを用いて算出した乾燥重量の推定結果である。図4Aの例は、9個の圧縮画像データ30について、実測の値と、圧縮画像データ30の画像容量を用いて回帰分析を行って、式(1)の予測モデルを生成し、生成した予測モデルを用いて、圧縮画像データ30の画像容量から乾燥重量の推定した結果である。図4Bは、回帰統計の算出結果を示す図である。図4Bは、図4Aに示した予測モデルについての回帰統計を算出した結果を示している。例えば、重相関Rは、0.88079であり、画像容量と乾燥重量の関係に強い相関があることがわかる。 Here, an example of estimation by the prediction model is shown. FIG. 4A is a diagram showing an example of the data used for the regression analysis and the estimation result. In FIG. 4A, "actual measurement", "file", and "estimation" are shown. The measured value indicates the measurement result of the dry weight of the culture solution when the compressed image data 30 was taken. The value of the file B indicates the number of bytes of the image capacity of the compressed image data 30. The estimated value is the estimation result of the dry weight calculated from the image capacity of the compressed image data 30 using the prediction model of the equation (1). In the example of FIG. 4A, nine compressed image data 30 are subjected to regression analysis using the actually measured values and the image capacitance of the compressed image data 30 to generate a prediction model of the equation (1), and the generated prediction. This is the result of estimating the dry weight from the image capacity of the compressed image data 30 using the model. FIG. 4B is a diagram showing a calculation result of regression statistics. FIG. 4B shows the result of calculating the regression statistics for the prediction model shown in FIG. 4A. For example, the multiple correlation R is 0.88079, and it can be seen that there is a strong correlation between the image capacity and the dry weight.
出力部43は、各種の出力を行う。例えば、出力部43は、記憶部23に記憶された予測モデルデータ31を参照し、圧縮画像データ30の画像容量に基づいて、圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の推定値を出力する。例えば、記憶部23に式(1)の演算式が記憶されている場合、出力部43は、式(1)を読み出す。また、記憶部23にパラメータa、bが記憶されている場合、出力部43は、パラメータa、bを読み出し式(1)に設定する。そして、出力部43は、式(1)の演算式を用いて、圧縮画像データ30の画像容量から当該圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の推定値を算出する。そして、出力部43は、算出した藻類の乾燥重量の推定値を圧縮画像データ30の撮影日時と対応付けて推定データ32へ出力して記憶させる。なお、出力部43は、藻類の乾燥重量の推定値を外部の装置へ出力してもよい。
The output unit 43 performs various outputs. For example, the output unit 43 refers to the
出力部43は、推定データ32に記憶された藻類の乾燥重量の推定値を出力する。例えば、出力部43は、操作部20からの指示に応じて、推定データ32に記憶された乾燥重量の推定値を撮影日に対応付けて表示部21に出力する。なお、出力部43は、操作部20からの指示に応じて、記憶部23に記憶された各圧縮画像データ30の画像容量から当該圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の推定値をそれぞれ算出してもよい。そして、出力部43は、各圧縮画像データ30から算出した乾燥重量の推定値を撮影日に対応付けて表示部21に出力してもよい。
The output unit 43 outputs an estimated value of the dry weight of the algae stored in the estimated data 32. For example, the output unit 43 outputs the estimated value of the dry weight stored in the estimation data 32 to the display unit 21 in association with the shooting date in response to the instruction from the operation unit 20. In addition, the output unit 43 calculates an estimated value of the dry weight of the algae contained in the compressed image from the image capacity of each compressed image data 30 stored in the
次に、乾燥重量推定装置10を用いて藻類の乾燥重量の推定を行う場合の一例を説明する。藻類の培養状況を把握するためには、定期的、継続的に乾燥重量を測定できることが好ましい。そこで、例えば、ユーザは、計測タイミングを毎日の午前0時と設定する。乾燥重量推定装置10は、計測タイミングとなると、カメラ4に対して撮影の指示を送信して、培養槽1を撮影した圧縮画像のデータを取得し、取得した圧縮画像のデータを圧縮画像データ30として撮影日時と対応付けて記憶部23に記憶する。
Next, an example of a case where the dry weight of algae is estimated by using the dry
ユーザは、定期的に、計測タイミングに合わせて培養槽1から培養液を取り出し、一般的な藻類の重量分析を行って藻類の乾燥重量を測定する。ユーザは、測定した培養液の乾燥重量と培養液を取得した日付を操作部20から入力する。 The user periodically takes out the culture solution from the culture tank 1 at the measurement timing, performs a general weight analysis of the algae, and measures the dry weight of the algae. The user inputs the dry weight of the measured culture solution and the date when the culture solution was acquired from the operation unit 20.
乾燥重量推定装置10は、測定された乾燥重量と、乾燥重量を測定した際の圧縮画像データ30の画像容量を用いて予測モデルを生成する。乾燥重量推定装置10は、生成した予測モデルを用いて、日々取得される圧縮画像データ30の画像容量から乾燥重量を推定する。
The dry
図5は、所定期間の藻類の乾燥重量の推定結果の一例を示すグラフである。図5には、2016年12月の藻類の乾燥重量を推定した結果が「推定」として示されている。また、図5には、例えば、定期的に藻類の乾燥重量を測定した結果が「実測」として示されている。なお、図5の例では、藻類の乾燥重量の測定を1週間程度の期間に続けて2日行っているが、これに限定されるものではなく、培養を行う環境等の条件に合わせて定めればよい。図5の例では、精度を検証するため、計測タイミングで複数の画像を撮影し、それぞれの圧縮画像データ30から藻類の乾燥重量の測定している。また、図5の例では、一部の日について画像の撮影を行っていない。 FIG. 5 is a graph showing an example of the estimation result of the dry weight of algae for a predetermined period. In FIG. 5, the result of estimating the dry weight of algae in December 2016 is shown as "estimation". Further, in FIG. 5, for example, the result of periodically measuring the dry weight of algae is shown as "actual measurement". In the example of FIG. 5, the dry weight of the algae is measured for 2 days continuously for a period of about 1 week, but the present invention is not limited to this, and it is determined according to the conditions such as the environment in which the algae are cultured. Just do it. In the example of FIG. 5, in order to verify the accuracy, a plurality of images are taken at the measurement timing, and the dry weight of the algae is measured from each compressed image data 30. Further, in the example of FIG. 5, the image was not taken on some days.
乾燥重量推定装置10は、測定された乾燥重量と、乾燥重量を測定した際の圧縮画像データ30の画像容量を用いて予測モデルを生成する。例えば、生成部42は、直近の所定回(例えば、直近の10回)または直近の所定期間(例えば、直近の2か月)の乾燥重量の測定値と、圧縮画像データ30の画像容量とを用いて、予測モデルを生成する。予測モデルは、乾燥重量の新たな測定結果が得られるごとに生成されてもよい。例えば、生成部42は、乾燥重量の測定結果が得られるごとに、予測モデルを生成し直してもよい。また、予測モデルは、予測モデルの予測精度が所定の許容範囲を超えた場合に生成されてもよい。例えば、生成部42は、乾燥重量の測定結果が得られるごとに推定結果と比較し、予測精度が所定の許容範囲を超えた場合に、予測モデルを生成し直してもよい。また、予測モデルは、定期的に生成されてもよい。例えば、生成部42は、1ヶ月毎や、季節が変わるタイミング(例えば、1月、4月、7月、10月)で、予測モデルを生成し直してもよい。また、予測モデルは、ユーザが指示したタイミングで生成されてもよい。例えば、生成部42は、操作部20から予測モデルの生成の指示を受け付けたタイミングで、予測モデルを生成し直してもよい。
The dry
乾燥重量推定装置10は、生成した予測モデルを用いて、日々取得される圧縮画像データ30の画像容量から乾燥重量を推定する。図5に示すように、乾燥重量を推定結果は、乾燥重量の測定結果に近い結果が得られており、乾燥重量が測定されていない日についても推定結果が十分な精度であると推測できる。
The dry
藻類の培養状況を把握するためには、日々乾燥重量を測定できることが好ましいが、一般的な藻類の重量分析で乾燥重量を測定した場合、事業にかかるコストの増大を招く。また、一般的な藻類の重量分析は、ある時点の培養液をサンプリングして測定を行うため、現時点の乾燥重量をリアルタイムで知ることができない。一方、本実施例に係る乾燥重量推定装置10は、藻類の培養液をカメラ4で撮像するという簡易な構成で、リアルタイムに日々の藻類の乾燥重量を測定できる。また、乾燥重量推定装置10は、乾燥重量を測定する回数を減らすことができ、事業にかかるコストの増大を抑制できる。また、乾燥重量推定装置10は、圧縮画像の画像容量を特定するという簡易な手法で、藻類の乾燥重量を簡易に推定できる。
In order to grasp the culture status of algae, it is preferable to be able to measure the dry weight on a daily basis, but if the dry weight is measured by general algae weight analysis, the cost of the business will increase. Further, in general algae weight analysis, since the culture solution at a certain point in time is sampled and measured, the current dry weight cannot be known in real time. On the other hand, the dry
[処理の流れ]
次に、乾燥重量推定装置10が、乾燥重量を推定する乾燥重量推定処理の流れについて説明する。図6は、乾燥重量推定処理の一例を示すフローチャートである。この乾燥重量推定処理は、所定のタイミング、例えば、カメラ4から取得した圧縮画像のデータが圧縮画像データ30として記憶部23に記憶されたタイミングで実行される。
[Processing flow]
Next, the flow of the dry weight estimation process in which the dry
特定部41は、取得された圧縮画像データ30の画像容量を特定する(ステップS10)。 The identification unit 41 specifies the image capacity of the acquired compressed image data 30 (step S10).
出力部43は、記憶部23に記憶された予測モデルデータ31を参照し、圧縮画像データ30の画像容量に基づいて、圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の推定値を算出する(ステップS11)。出力部43は、算出した藻類の乾燥重量の推定値を圧縮画像データ30の撮影日時と対応付けて推定データ32へ出力し(ステップS12)、処理を終了する。
The output unit 43 refers to the
このように、本実施例に係る乾燥重量推定装置10は、藻類の培養液を撮像した圧縮画像を取得すると、圧縮画像の画像容量を特定する。乾燥重量推定装置10は、画像容量と乾燥重量との関係を記憶した記憶部23を参照し、特定した画像容量に基づいて、圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の推定値を出力する。これにより、乾燥重量推定装置10は、藻類の乾燥重量を簡易に推定できる。
As described above, the dry
また、本実施例に係る乾燥重量推定装置10は、画像容量から乾燥重量を算出する演算式、または、画像容量から乾燥重量を算出する演算式に使用するパラメータの値を記憶部23に記憶する。乾燥重量推定装置10は、記憶部23に記憶された演算式、または、記憶部23に記憶されたパラメータの値を設定した演算式を用いて、特定した画像容量から当該圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の推定値を算出し、算出した推定値を出力する。これにより、乾燥重量推定装置10は、藻類の乾燥重量を簡易に推定できる。
Further, the dry
さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。 By the way, although the examples of the present invention have been described so far, the present invention may be implemented in various different forms other than the above-mentioned examples.
例えば、上記の実施例では、計測タイミングでカメラ4により画像を1枚撮影し、撮影された1枚の圧縮画像の画像容量から藻類の乾燥重量を推定する場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、藻類が屋外等で培養される場合、培養液に浮遊する浮遊物等が画像に写る場合があり、浮遊物等がノイズとなる場合がある。そこで、次のように構成してもよい。例えば、取得部40は、計測タイミングでカメラ4に対して複数枚の画像を撮影するように制御して、藻類の培養液を所定の期間内で撮像した複数の圧縮画像を取得する。所定の期間は、藻類の培養液の藻類の乾燥重量が同じと見なせる期間であればよい。例えば、所定の期間は、1分から数十分程度とする。例えば、取得部40は、計測タイミングで、カメラ4に対して1分間の間に所定間隔(例えば、10秒間隔)で複数枚の画像を撮影するように制御する。特定部41は、取得部40により取得された複数の圧縮画像のデータの画像容量をそれぞれ特定する。出力部43は、記憶部23に記憶された予測モデルデータ31を参照して、複数の圧縮画像のそれぞれの画像容量から乾燥重量の推定値を求め、求めた乾燥重量の推定値の平均値を算出する。そして、出力部43は、乾燥重量の推定値の平均値を、撮影を行った計測タイミングの日時と対応付けて推定データ32へ出力して記憶させてもよい。培養槽1は、水車2によって培養液が攪拌されており、浮遊物は流れている。よって、撮影された複数の圧縮画像のデータの画像容量から乾燥重量を算出することで、浮遊物等によるノイズの影響を抑えて藻類の乾燥重量の推定できる。なお、乾燥重量推定装置10は、撮影された画像から浮遊物等の写った画像として除き、浮遊物等の写っていない圧縮画像を取得し、取得した圧縮画像の画像容量から藻類の乾燥重量を推定してもよい。例えば、乾燥重量推定装置10は、撮影された画像を互いに比較して、他の画像との変化量を求め、変化量が所定の許容量以上の画像を浮遊物等が写った画像として除いてもよい。また、乾燥重量推定装置10は、撮影された画像から培養液の領域に対して浮遊物等の物体の検出を行い、物体が検出された画像を浮遊物等が写った画像として除いてもよい。
For example, in the above embodiment, the case where one image is taken by the camera 4 at the measurement timing and the dry weight of the algae is estimated from the image capacity of the one compressed image taken has been described, but the present invention is limited to this. It's not something. For example, when algae are cultivated outdoors or the like, suspended matter or the like floating in the culture solution may appear in the image, and the suspended matter or the like may become noise. Therefore, it may be configured as follows. For example, the
また、上記の実施例では、カメラ4が撮影した画像を所定の形式に圧縮し、圧縮した圧縮画像のデータを出力する場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、カメラ4は、撮影した画像のデータをそのまま出力し、乾燥重量推定装置10が、画像を所定の形式に圧縮してもよい。
Further, in the above embodiment, the case where the image captured by the camera 4 is compressed into a predetermined format and the data of the compressed compressed image is output is described, but the present invention is not limited to this. For example, the camera 4 may output the data of the captured image as it is, and the dry
また、上記の実施例では、予測モデルとして、式(1)の1次の演算式を用いた場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、画像容量から乾燥重量を予測可能であれば、予測モデルとして、既存の何れのモデルの演算式を用いてもよい。 Further, in the above embodiment, the case where the first-order arithmetic expression of the equation (1) is used as the prediction model has been described, but the present invention is not limited to this. For example, if the dry weight can be predicted from the image capacity, any existing model calculation formula may be used as the prediction model.
また、上記の実施例では、実施例では藻類の乾燥重量を推定することを例に挙げたが、それだけに限られるものではない。乾燥重量推定装置10は、例えば、輝度等色成分変化を伴う水溶液の濃度の推定に応用できることから、他の生物の生物量の推定しも適用することができる。
Further, in the above-mentioned examples, the dry weight of algae is estimated as an example in the examples, but the present invention is not limited to this. Since the dry
また、本実施例において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行うこともできる。あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。 In addition, among the processes described in this embodiment, all or part of the processes described as being automatically performed can also be performed manually. Alternatively, all or part of the processing described as being performed manually can be automatically performed by a known method. In addition, the processing procedure, control procedure, specific name, and information including various data and parameters shown in the above document and drawings can be arbitrarily changed unless otherwise specified.
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られない。つまり、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、乾燥重量推定装置10の機能を複数のサーバに分散して実装させるような構成であってもよい。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、CPU及び当該CPUにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
Further, each component of each of the illustrated devices is a functional concept, and does not necessarily have to be physically configured as shown in the figure. That is, the specific form of distribution / integration of each device is not limited to the one shown in the figure. That is, all or a part thereof can be functionally or physically distributed / integrated in an arbitrary unit according to various loads, usage conditions, and the like. For example, the function of the dry
[システム]
さて、これまで開示のシステムに関する各実施例について説明したが、各実施例における乾燥重量推定装置10のハードウェア構成の一例について説明する。各装置で行われる各種処理機能は、CPU(又はMPU、MCU(Micro Controller Unit)等のマイクロ・コンピュータ)上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしてもよい。また、各種処理機能は、CPU(又はMPU、MCU等のマイクロ・コンピュータ)で解析実行されるプログラム上、又はワイヤードロジックによるハードウェア上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしてもよいことは言うまでもない。上記の各実施例で説明した各種の処理は、予め用意されたプログラムをコンピュータで実行することで実現できる。そこで、以下では、ハードウェア構成の一例として、上記の各実施例と同様の機能を有するプログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。
[system]
Although each embodiment of the disclosed system has been described so far, an example of the hardware configuration of the dry
図7は、ハードウェア構成の一例を示す図である。乾燥重量推定装置10は、図7に示すコンピュータ7000と同様のハードウェア構成により実現できる。図7に示すように、コンピュータ7000は、各種演算処理を実行するプロセッサ7001と、入出力装置7002と、通信装置7003とを有する。また、コンピュータ7000は、各種情報を一時記憶するRAM7004と、ハードディスク装置7005とを有する。また、各装置7001〜7005は、バス7006に接続される。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a hardware configuration. The dry
ハードディスク装置7005には、上記各実施例で示した取得部40、特定部41、生成部42および出力部43の各処理部と同様の機能を有する部品位置検出プログラムが記憶される。ハードディスク装置7005には、部品位置検出プログラムを実現するための各種データが記憶される。例えば、ハードディスク装置7005には、圧縮画像データ30、予測モデルデータ31および推定データ32が記憶される。
The
プロセッサ7001は、ハードディスク装置7005に記憶された各プログラムを読み出して、RAM7004に展開して実行することで、各種の処理を行う。また、これらのプログラムは、コンピュータ7000を上記各実施例で示した取得部40、特定部41、生成部42および出力部43として機能させることができる。なお、上記の各プログラムは、必ずしもハードディスク装置7005に記憶されている必要はない。例えば、コンピュータ7000が読み取り可能な記憶媒体に記憶されたプログラムを、コンピュータ7000が読み出して実行するようにしてもよい。
The processor 7001 reads each program stored in the
以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。 The following additional notes will be further disclosed with respect to the embodiments including the above embodiments.
(付記1)藻類の培養液を撮像した圧縮画像を取得すると、前記圧縮画像の画像容量を特定し、
画像容量と乾燥重量との関係を記憶した記憶部を参照し、特定した前記画像容量に基づいて、前記圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の推定値を出力する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする乾燥重量推定プログラム。
(Appendix 1) When a compressed image of an algae culture solution is acquired, the image capacity of the compressed image is specified.
With reference to a storage unit that stores the relationship between the image capacity and the dry weight, an estimated value of the dry weight of the algae contained in the compressed image is output based on the specified image capacity.
A dry weight estimation program characterized by having a computer perform the process.
(付記2)前記記憶部に記憶された前記関係は、画像容量から乾燥重量を算出する演算式、または、画像容量から乾燥重量を算出する演算式に使用するパラメータであり、
前記出力する処理は、前記記憶部に記憶された演算式、または、前記記憶部に記憶されたパラメータの値を設定した演算式を用いて、特定した前記画像容量から当該圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の前記推定値を算出する処理を含む、
ことを特徴とする付記1に記載の乾燥重量推定プログラム。
(Appendix 2) The relationship stored in the storage unit is a parameter used in a calculation formula for calculating the dry weight from the image capacity or a calculation formula for calculating the dry weight from the image capacity.
The output process uses an arithmetic expression stored in the storage unit or an arithmetic expression in which the value of the parameter stored in the storage unit is set, and the algae contained in the compressed image from the specified image capacity. Including the process of calculating the estimated value of the dry weight of
The dry weight estimation program according to Appendix 1, wherein the dry weight estimation program is described.
(付記3)前記特定する処理は、藻類の培養液を所定の期間内で撮像した複数の圧縮画像を取得すると、前記複数の圧縮画像の画像容量をそれぞれ特定し、
前記出力する処理は、前記記憶部を参照して、前記複数の圧縮画像のそれぞれの画像容量から乾燥重量の推定値を求め、出力する前記推定値として、求めた乾燥重量の推定値の平均値を出力する、
ことを特徴とする付記1または2に記載の乾燥重量推定プログラム。
(Appendix 3) In the specifying process, when a plurality of compressed images obtained by capturing a plurality of compressed images of algae culture solution within a predetermined period are acquired, the image capacities of the plurality of compressed images are specified.
In the output process, the estimated value of the dry weight is obtained from the image capacitance of each of the plurality of compressed images with reference to the storage unit, and the average value of the obtained estimated dry weight is obtained as the output estimated value. To output,
The dry weight estimation program according to Appendix 1 or 2, wherein the dry weight estimation program is described.
(付記4)藻類の培養液を撮像した圧縮画像を取得すると、前記圧縮画像の画像容量を特定し、
画像容量と乾燥重量との関係を記憶した記憶部を参照し、特定した前記画像容量に基づいて、前記圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の推定値を出力する、
処理をコンピュータが実行することを特徴とする乾燥重量推定方法。
(Appendix 4) When a compressed image of the algae culture solution is acquired, the image capacity of the compressed image is specified.
With reference to a storage unit that stores the relationship between the image capacity and the dry weight, an estimated value of the dry weight of the algae contained in the compressed image is output based on the specified image capacity.
A dry weight estimation method characterized in that the processing is performed by a computer.
(付記5)藻類が培養される培養液を撮影し、撮影した画像の圧縮画像を生成する撮影部から前記圧縮画像を取得する取得部と、
前記取得部により取得した前記圧縮画像の画像容量を特定する特定部と、
画像容量と乾燥重量との関係を記憶した記憶部を参照し、特定した前記画像容量に基づいて、前記圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の推定値を出力する出力部と、
を有する乾燥重量推定装置。
(Appendix 5) An acquisition unit that photographs a culture solution in which algae are cultured and acquires the compressed image from an imaging unit that generates a compressed image of the captured image.
A specific unit that specifies the image capacity of the compressed image acquired by the acquisition unit, and
An output unit that outputs an estimated value of the dry weight of algae contained in the compressed image based on the specified image capacity by referring to a storage unit that stores the relationship between the image capacity and the dry weight.
A dry weight estimator with.
(付記6)前記撮影部は、前記培養液中に配置された光源からの光によって前記培養液に階調が現れる所定範囲を含む前記画像を撮影する、
ことを特徴とする付記5に記載の乾燥重量推定装置。
(Appendix 6) The photographing unit captures the image including a predetermined range in which gradation appears in the culture solution by light from a light source arranged in the culture solution.
The dry weight estimation device according to Appendix 5, wherein the dry weight is estimated.
(付記7)前記撮影部は、夜間の所定のタイミングで、藻類が培養される培養液を撮影する
ことを特徴とする付記5または6に記載の乾燥重量推定装置。
(Appendix 7) The dry weight estimation device according to Appendix 5 or 6, wherein the photographing unit photographs a culture solution in which algae are cultured at a predetermined timing at night.
(付記8)前記撮影部は、圧縮に関するパラメータを一定として、藻類が培養される培養液を撮影し、撮影した画像の圧縮画像を生成する
ことを特徴とする付記5〜7の何れか1つに記載の乾燥重量推定装置。
(Appendix 8) The photographing unit is any one of Appendix 5 to 7, characterized in that the imaging unit photographs a culture solution in which algae are cultured and generates a compressed image of the photographed image, with a constant compression parameter. The dry weight estimator according to.
1 培養槽
2 水車
3 ライト
4 カメラ
10 乾燥重量推定装置
20 操作部
21 表示部
22 外部I/F部
23 記憶部
24 制御部
30 圧縮画像データ
31 予測モデルデータ
32 推定データ
40 取得部
41 特定部
42 生成部
43 出力部
1 Culture tank 2
Claims (6)
画像容量と乾燥重量との関係を記憶した記憶部を参照し、特定した前記画像容量に基づいて、前記圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の推定値を出力する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする乾燥重量推定プログラム。 When a compressed image of the algae culture solution is acquired, the image capacity of the compressed image is specified.
With reference to a storage unit that stores the relationship between the image capacity and the dry weight, an estimated value of the dry weight of the algae contained in the compressed image is output based on the specified image capacity.
A dry weight estimation program characterized by having a computer perform the process.
前記出力する処理は、前記記憶部に記憶された演算式、または、前記記憶部に記憶されたパラメータの値を設定した演算式を用いて、特定した前記画像容量から当該圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の前記推定値を算出する処理を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の乾燥重量推定プログラム。 The relationship stored in the storage unit is a parameter used in the calculation formula for calculating the dry weight from the image capacity or the calculation formula for calculating the dry weight from the image capacity.
The output process uses an arithmetic expression stored in the storage unit or an arithmetic expression in which the value of the parameter stored in the storage unit is set, and the algae contained in the compressed image from the specified image capacity. Including the process of calculating the estimated value of the dry weight of
The dry weight estimation program according to claim 1.
前記出力する処理は、前記記憶部を参照して、前記複数の圧縮画像のそれぞれの画像容量から乾燥重量の推定値を求め、出力する前記推定値として、求めた乾燥重量の推定値の平均値を出力する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の乾燥重量推定プログラム。 In the specifying process, when a plurality of compressed images obtained by capturing a plurality of compressed images of algae culture solution within a predetermined period are acquired, the image capacities of the plurality of compressed images are specified.
In the output process, the estimated value of the dry weight is obtained from the image capacitance of each of the plurality of compressed images with reference to the storage unit, and the average value of the obtained estimated dry weight is obtained as the output estimated value. To output,
The dry weight estimation program according to claim 1 or 2.
画像容量と乾燥重量との関係を記憶した記憶部を参照し、特定した前記画像容量に基づいて、前記圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の推定値を出力する、
処理をコンピュータが実行することを特徴とする乾燥重量推定方法。 When a compressed image of the algae culture solution is acquired, the image capacity of the compressed image is specified.
With reference to a storage unit that stores the relationship between the image capacity and the dry weight, an estimated value of the dry weight of the algae contained in the compressed image is output based on the specified image capacity.
A dry weight estimation method characterized in that the processing is performed by a computer.
前記取得部により取得した前記圧縮画像の画像容量を特定する特定部と、
画像容量と乾燥重量との関係を記憶した記憶部を参照し、特定した前記画像容量に基づいて、前記圧縮画像に含まれる藻類の乾燥重量の推定値を出力する出力部と、
を有する乾燥重量推定装置。 An acquisition unit that photographs the culture solution in which algae are cultured and acquires the compressed image from an imaging unit that generates a compressed image of the captured image.
A specific unit that specifies the image capacity of the compressed image acquired by the acquisition unit, and
An output unit that outputs an estimated value of the dry weight of algae contained in the compressed image based on the specified image capacity by referring to a storage unit that stores the relationship between the image capacity and the dry weight.
A dry weight estimator with.
ことを特徴とする請求項5に記載の乾燥重量推定装置。 The photographing unit captures the image including a predetermined range in which gradation appears in the culture solution by light from a light source arranged in the culture solution.
The dry weight estimation device according to claim 5.
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