JP7360853B2 - 浮遊物撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体中の浮遊物を撮影するための浮遊物撮影装置に関するものであり、例えば処理水中の凝集フロック等を撮影するために用いられるものである。

従来、この種の浮遊物撮影装置としては、例えば図９に示すように、浄水場のフロック形成池内の原水中のフロックを撮影する撮影装置１０１がある。この撮影装置１０１は、工業用のテレビカメラ１０２（ＩＴＶ）を気密容器１０３内に収納し、フロック形成池内の原水１０４の水面１０９下に没したものである。気密容器１０３には透明な観察窓１０５が設けられ、観察窓１０５を通してテレビカメラ１０２で原水１０４中のフロック１０６を撮影し、撮影した画像に基づいてフロック１０６の大きさの分布や個数等を観測している。

気密容器１０３には、観察窓１０５の表面の汚れを取り除くためのワイパー１０７が設けられている。また、観察窓１０５の上方には、フロック１０６を照射するランプ１０８が配置されている。このランプ１０８は原水１０４の水面１０９下に没している。

尚、上記のような浮遊物撮影装置は例えば下記特許文献１に記載されている。

特公平６－４０９２８

しかしながら上記の従来形式では、テレビカメラ１０２を内蔵した気密容器１０３が原水１０４の水面１０９下に没した状態でフロック１０６を撮影するため、観察窓１０５の表面に汚れが付着し易く、正確な撮影データを得ることができなくなる虞がある。このため、ワイパー１０７を作動して、頻繁に観察窓１０５を清掃する必要があるが、このようなワイパー１０７等の清掃手段が必要になるため、撮影装置の構造が複雑化し、ワイパー１０７と観察窓１０５との間に異物が挟まってワイパー１０７が破損したり、観察窓１０５に傷が付くといった不具合が発生し易い。

また、ランプ１０８は水面下に没した状態で使用されるため、ランプ１０８に防水機能を要した。

本発明は、簡素な構造で、安定した画像を得ることが可能な浮遊物撮影装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、液体中の浮遊物を撮影するための浮遊物撮影装置であって、
上端が閉口し、下端が開口する筒部材と、
筒部材内の液面を撮影可能な撮影手段とを有し、
筒部材の下端部が撮影対象である液体中に浸漬されることで、筒部材内の液面が筒部材外の液面よりも下方に位置し、
撮影手段は、筒部材の上部に設けられて、筒部材内の液面よりも上方に位置するものである。

これによると、撮影手段で筒部材内の液面を撮影することにより、液体中の浮遊物の画像が得られる。この際、筒部材の下端部が液体中に浸漬されているため、筒部材の周囲の液面が波打っていても、この波は筒部材に当って遮断され、筒部材内の液面は波立ちの少ない平穏な状態に保たれる。これにより、安定した画像を得ることができる。

また、撮影手段は、液面下に没せず、筒部材内の液面よりも上方に位置するため、液体中の汚れが撮影手段に付着することはなく、観察窓を清掃する等の清掃手段が不要になる。これにより、浮遊物撮影装置の構造が簡素化され、不具合の発生が抑制される。

また、筒部材内は大気圧よりも高い正圧で水封された状態となり、筒部材内の液面の変動と波立ちが抑制される。
本第２発明における浮遊物撮影装置は、筒部材に、内外に貫通する通気孔が形成され、筒部材内の液面が通気孔と同じ高さに保たれるものである。

本第３発明における浮遊物撮影装置は、筒部材内に、筒部材内の液面よりも上方位置から筒部材内の液面を照射可能な第１照明装置が設けられているものである。

これによると、第１照明装置に防水機能は必要無いため、コスト低減を図ることができる。

本第４発明における浮遊物撮影装置は、筒部材内の液面よりも上方から筒部材内に気体を供給する給気装置が備えられているものである。

これによると、給気装置によって気体が筒部材内に供給されるとともに、筒部材内の気体が筒部材の下部から筒部材の外側の液面下に排出されるため、撮影時には、給気装置から供給された新しい気体が筒部材内に充満している。これにより、撮影手段の結露を防止することができ、鮮明な撮影画像を得ることができる。

本第５発明における浮遊物撮影装置は、筒部材内の液面よりも下方の所定深さ位置に、撮影深さを制限するための背景板が備えられるものである。

これによると、背景板によって撮影深さが制限されるため、液体中の複数個の浮遊物が上下方向において重なった場合に１個の大きな浮遊物として撮影されてしまう頻度を大幅に低減することができる。これにより、得られた画像から浮遊物の個数や大きさを正確に観測することができる。

本第６発明における浮遊物撮影装置は、背景板に映る浮遊物の影を消すための第２照明装置が備えられているものである。

これによると、背景板に映る浮遊物の影を実在する浮遊物と誤認してしまうのを防止することができる。これにより、得られた画像から浮遊物の個数や大きさを正確に観測することができる。

本第７発明における浮遊物撮影装置は、下端部が液体中に浸漬される下降位置と下端部が液面の上方に離間する上昇位置との間で筒部材を昇降可能な昇降装置が備えられているものである。

これによると、浮遊物を撮影する場合、筒部材を下降位置まで下降して、筒部材の下端部を液体中に浸漬させる。また、浮遊物を撮影しない場合、筒部材を上昇位置まで上昇して、筒部材の下端部を液面の上方に離間させておく。これにより、液体中の汚れが筒部材の下端部に付着して堆積し難くなる。
本第８発明は、液体中の浮遊物を撮影するための浮遊物撮影装置であって、
下端が開口する筒部材と、
筒部材内の液面を撮影可能な撮影手段とを有し、
筒部材の下端部が撮影対象である液体中に浸漬され、
撮影手段は筒部材内の液面よりも上方に位置し、
筒部材内の液面よりも下方の所定深さ位置に、撮影深さを制限するための背景板が備えられるものである。
本第９発明における浮遊物撮影装置は、背景板に映る浮遊物の影を消すための第２照明装置が備えられているものである。

以上のように本発明によると、安定した画像を得ることができ、また、簡素な構造で、不具合の発生を抑制することができる。

本発明の第１の実施の形態における浮遊物撮影装置を備えた処理槽の図である。 同、浮遊物撮影装置の断面図である。 図２におけるＸ－Ｘ矢視図である。 本発明の第２の実施の形態における浮遊物撮影装置の断面図である。 図４におけるＸ－Ｘ矢視図であり、第２照明装置を点灯した状態を示す。 第１の実施の形態における浮遊物撮影装置の筒部材の下端部の拡大断面図である。 第２の実施の形態における浮遊物撮影装置の筒部材の下端部の拡大断面図である。 図４におけるＸ－Ｘ矢視図であり、第２照明装置を点灯しない（消灯した）状態を示す。 従来の浮遊物撮影装置の断面図である。

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、図１～図３に示すように、１は、汚泥凝集処理システムにおいて、凝集剤が混合され攪拌された汚泥２（液体の一例）を貯留する処理槽である。汚泥２中には多数の凝集フロック３（浮遊物の一例）が存在している。

１０は汚泥２中の凝集フロック３を撮影するための撮影装置（浮遊物撮影装置）である。この撮影装置１０は、上端が閉口し下端が開口する円形の筒部材１１と、筒部材１１の上端部に設けられて筒部材１１内の液面１２を撮影可能なカメラ１３（撮影手段の一例）と、第１照明装置１４と、筒部材１１内の液面１２よりも上方から筒部材１１内に空気１５（気体の一例）を供給する給気装置１６と、昇降装置１７とを有している。

筒部材１１は、金属製又は樹脂製の遮光体からなり、円筒状の周壁部２０と、周壁部２０の上端に設けられた天井部２１とを有している。尚、筒部材１１の内面は艶消し加工されている。また、周壁部２０の下部の周方向における一箇所には、内外に貫通する通気孔２２が形成されている。

カメラ１３は、筒部材１１の天井部２１に取り付けられて、筒部材１１内の液面１２よりも上方に位置している。尚、カメラ１３にはケーブル２４を介して画像処理装置２３が接続されている。

第１照明装置１４は、円環状の照明であり、カメラ１３のレンズ部分の周囲を取り囲むようにして筒部材１１の天井部２１に取り付けられており、筒部材１１内の液面１２よりも上方位置から筒部材１１内の液面１２を照射する。第１照明装置１４の光源には例えばＬＥＤ等が使用されている。

給気装置１６は、エアポンプ２５と、エアポンプ２５から筒部材１１内に送られる空気１５を除湿する除湿機２６とを有している。エアポンプ２５と除湿機２６と筒部材１１とは屈曲自在なホース等の配管２７を介して接続されている。

昇降装置１７は、筒部材１１を下降位置Ｐ１と上昇位置Ｐ２との間で昇降させるものであり、処理槽１の外側面に立設された案内レール３０と、案内レール３０に支持案内されて上下方向へ移動自在な移動部材３１と、移動部材３１を上下に移動させるシリンダ等の駆動装置３２とを有している。

尚、筒部材１１は支持アーム３３を介して移動部材３１に連結されている。また、図１の仮想線および図２に示すように、下降位置Ｐ１において、筒部材１１の下端部および通気孔２２が汚泥２中に浸漬されて液面３５下に没する。また、図１の実線で示すように、上昇位置Ｐ２において、筒部材１１の下端部が液面３５の上方に離間する。

以下、上記構成における作用を説明する。

撮影装置１０を用いて処理槽１内の汚泥２中の凝集フロック３を撮影する場合、給気装置１６のエアポンプ２５を作動して、エアポンプ２５から筒部材１１内に空気１５を供給しながら、昇降装置１７の駆動装置３２を駆動して、移動部材３１を下降させ、図１の仮想線および図２に示すように、筒部材１１を上昇位置Ｐ２から下降位置Ｐ１まで下降する。

これにより、筒部材１１の下端部および通気孔２２が汚泥２中に浸漬されて液面３５下に没する。この状態で、空気１５は、連続的に、エアポンプ２５から筒部材１１内に供給されながら筒部材１１内から通気孔２２を通って筒部材１１の外部へ排出されている。第１照明装置１４を点灯し、カメラ１３で筒部材１１内の液面１２を撮影することにより、汚泥２中の凝集フロック３の画像が得られる。
この際、筒部材１１の下端部が汚泥２中に浸漬されているため、筒部材１１の周囲の液面３５が波打っていても、この波は筒部材１１に当って遮断される。また、筒部材１１内の液面１２は、通気孔２２と同じ高さに保たれるため、筒部材１１の周囲（外部）の液面３５よりも下方に位置する。このように筒部材１１内の液面１２と筒部材１１の周囲の液面３５との間に上下方向の段差が発生するため、筒部材１１内は大気圧よりも高い正圧に保たれ、筒部材１１の周囲の液面３５が波打っていても、この波のエネルギーは上記段差の存在によって筒部材１１内の液面１２に伝播し難くなる。このようなことから、筒部材１１内の液面１２は波立ちの少ない平穏な状態に保たれ、これにより、安定した画像を得ることができ、画像処理装置２３で処理された画像に基づいて凝集フロック３の大きさの分布や個数等を正確に観測することができる。

また、カメラ１３は、液面１２，３５下に没せず、液面１２，３５よりも上方に位置するため、汚泥２中の汚れがカメラ１３に付着することはなく、観察窓を清掃する等の清掃手段が不要になる。これにより、撮影装置１０の構造が簡素化され、不具合の発生が抑制される。

また、筒部材１１は不透明な遮光体からなるため、外部から筒部材１１内に入射しようとする光が遮断され、これにより、外部からの光が筒部材１１内の液面１２で反射する等の悪影響を防止することができる。さらに、筒部材１１の内面は艶消し加工されているため、第１照明装置１４の照射光が筒部材１１の内面に当って反射するのを抑制することができる。

尚、第１照明装置１４の照射光が筒部材１１内の液面１２に反射してカメラ１３に入射することで、凝集フロック３の観測に悪影響を及ぼす可能性がある場合は、スリット方向が異なる偏光フィルターを第１照明装置１４側とカメラ１３側に配置して、上記照射光の反射による影響を低減してもよい。

また、第１照明装置１４は液面１２，３５よりも上方に位置するため、第１照明装置１４に防水機能は必要無く、コスト低減を図ることができる。

また、図２に示すように、第１照明装置１４はカメラ１３のレンズ部分の周囲を取り囲むようにして筒部材１１の天井部２１に取り付けられているため、筒部材１１内の液面１２を全体的に明るく照らすことができ、均一な明るさの画像を得ることができる。

また、筒部材１１内の液面１２はエアポンプ２５から筒部材１１内に供給される空気１５の圧力によって下向きに均一に押えられ、これによっても筒部材１１内の液面１２を波立ちの少ない平穏な状態に保つことができる。

また、エアポンプ２５から筒部材１１内に供給される空気１５は除湿機２６によって除湿されているため、カメラ１３のレンズが結露するのを防止することができる。

また、図２に示すように、筒部材１１の周壁部２０に通気孔２２を形成したため、筒部材１１内の液面１２は通気孔２２と同じ高さに保たれ、これにより、カメラ１３と筒部材１１内の液面１２との距離が一定に保たれるので、ピント（焦点）の合った鮮明な画像が得られる。

また、上記のようにして汚泥２中の凝集フロック３の撮影を行った後、撮影装置１０を使用しない場合は、昇降装置１７の駆動装置３２を駆動して、移動部材３１を上昇させ、図１の実線で示すように、筒部材１１を下降位置Ｐ１から上昇位置Ｐ２まで上昇する。

これにより、筒部材１１の下端部が液面３５の上方に離間するため、汚泥２中の汚れが筒部材１１の下端部に付着して堆積し難くなる。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、図４，図５に示すように、筒部材１１内の液面１２よりも下方の所定深さ位置に、撮影深さを制限するための背景板４１が備えられている。背景板４１は、光が透過し易い（透光性を有する）半透明の樹脂製或いはガラス製の円板であり、周方向の複数箇所に設けられたサポート部材４２を介して、筒部材１１内の下部に水平に取り付けられている。尚、背景板４１は通気孔２２よりも所定距離だけ下方に位置している。

また、背景板４１の下方には、背景板４１に映る凝集フロック３の影を消すための第２照明装置４５が備えられている。第２照明装置４５は筒部材１１の下部内周に取り付けられ、例えば防水機能を備えたＬＥＤ等が使用されている。

以下、上記構成における作用を説明する。

背景板４１を設けることにより撮影深さが制限され、背景板４１よりも深い箇所の凝集フロック３はカメラ１３で撮影されることはなく、背景板４１よりも浅い箇所の凝集フロック３のみがカメラ１３で撮影される。このように、背景板４１よりも深い箇所の凝集フロック３を間引いて撮影することができるため、汚泥２中の複数個の凝集フロック３が上下方向において重なった場合に１個の大きな凝集フロック３として撮影されてしまう頻度を大幅に低減することができる。これにより、得られた画像から凝集フロック３の個数や大きさを正確に観測することができる。

さらに、背景板４１の取付位置を上下方向に調節可能な構造にすれば、撮影対象又は撮影条件に応じて最適な深さで撮影することができるため、好適である。

また、第２照明装置４５を点灯することにより、第２照明装置４５の照射光の一部が下方から上方へ背景板４１を透過するため、背景板４１の上面に映る凝集フロック３の影が消去される。これにより、背景板４１の上面に映る凝集フロック３の影を実在する凝集フロック３と誤認してしまうのを防止することができ、得られた画像から凝集フロック３の個数や大きさを正確に観測することができる。

上記のような作用および効果をもう少し詳しく説明すると、例えば、先述した第１の実施の形態では、図６に示すように、汚泥２中の複数個の凝集フロック３が上下方向において重なった場合、１個の大きな凝集フロック３として撮影されてしまう可能性がある。これに対して、第２の実施の形態では、図７に示すように、汚泥２中の複数個の凝集フロック３が上下方向において重なった場合でも、背景板４１よりも深い箇所の凝集フロック３を間引いて撮影することができるため、得られた画像から凝集フロック３の個数や大きさを正確に観測することができる。

また、第２の実施の形態では、図８に示すように、第２照明装置４５を点灯しない場合、第１照明装置１４からの照射光によって、背景板４１の上面に凝集フロック３の影４６が映り、この影４６を実在する凝集フロック３と誤認してしまう可能性がある。これに対して、図５に示すように、第２照明装置４５を点灯することにより、この影４６が背景板４１の上面から消去され、得られた画像から凝集フロック３の個数や大きさを正確に観測することができる。

上記第２の実施の形態では、背景板４１に半透明の板を使用しているが、不透明な板であってもよく、上からの照射光の影響を軽減するために低反射率や高拡散反射率を有する板であってもよい。
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態として、カメラ１３に偏光フィルターを取り付けてもよい。尚、偏光フィルターは複数の狭いスリットを有するものである。これによると、カメラ１３で筒部材１１内の液面１２を撮影する際、第１照明装置１４の照射光が上方から筒部材１１内の液面１２に反射し偏光フィルターを通過してカメラ１３に入射するため、液面１２がキラキラと輝いてしまうのを防止することができる。これにより、鮮明な画像を得ることができる。

上記各実施の形態では、筒部材１１を不透明な遮光体で構成しているが、外乱光の影響が少ない場合は、筒部材１１を透明又は半透明の部材で構成してもよい。

上記各実施の形態では、筒部材１１を、円筒状に構成しているが、四角形や六角形等の多角形筒状、或いは、楕円筒状に構成してもよい。また、筒部材１１は、遮光性を有していれば、金属製に限るものではなく、樹脂製、或いは、透明な樹脂やガラスに塗装したものでもよい。

上記各実施の形態では、円環状の第１照明装置１４を用いて筒部材１１内を全体的に照射しているが、円環状に限定されるものではなく、直進性の強い光を筒部材１１の周壁部２０又は天井部２１から照射し、カメラ１３によって撮影可能な筒部材１１内の液面１２における撮影範囲のみをピンポイントで照らすものであってもよい。また、第１照明装置１４を、筒部材１１の天井部２１に取り付けているが、筒部材１１の周壁部２０に斜め下向きに取り付けてもよい。

上記各実施の形態では、第１照明装置１４から白色光を照射しているが、汚泥２の色に応じて、第１照明装置１４の照射光の色を調節してもよい。この場合、第１照明装置１４の照射光の色を汚泥２の色の補色にするのが好ましく、例えば、赤味がかった汚泥２に対しては第１照明装置１４の照射光を青色にしたり、青味がかった汚泥２に対しては第１照明装置１４の照射光を黄色に調節してもよい。

さらには、第１照明装置１４の照射光は可視光でなくてもよく、撮影対象物の特性や種類に応じて、赤外線や紫外線等を照射してもよい。この場合、赤外線や紫外線等の照射光に適応した感度を有するカメラ１３を用いればよい。

上記各実施の形態では、通気孔２２を、筒部材１１の周壁部２０の下部の周方向における一箇所に形成しているが、複数箇所に同じレベルで形成してもよい。

上記各実施の形態では、図２，図４に示すように、筒部材１１の上端が閉口しているが、筒部材１１の上端が開口していてもよい。この場合、筒部材１１内の液面１２と筒部材１１の周囲（外部）の液面３５とが同じ高さになる。

上記各実施の形態では、撮影装置１０を用いて汚泥２中の凝集フロック３を撮影しているが、撮影対象は、汚泥２と凝集フロック３に限定されるものではなく、汚泥２以外の液体であってもよく、凝集フロック３以外の濁質等の浮遊物であってもよい。撮影対象が濁質の場合には、凝集フロック３のように浮遊物を個別に観察することは困難であるため、第１照明装置１４からの照射光が濁質表面で反射した散乱光の強度を測定したり、上記第２の実施の形態における背景板４１に代えて、透視度の測定で使用される標識板を筒部材１１内の液体中に浸漬配置して、標識板の視認の可否を判断するなど、既知の方法で液体の濁度を測定又は評価すればよい。

２ 汚泥（液体）
３ 凝集フロック（浮遊物）
１０ 撮影装置
１１ 筒部材
１２ 筒部材内の液面
１３ カメラ（撮影手段）
１４ 第１照明装置
１５ 空気（気体）
１６ 給気装置
１７ 昇降装置
３５ 液面（筒部材外の液面）
４１ 背景板
４５ 第２照明装置
４６ 凝集フロックの影
Ｐ１ 下降位置
Ｐ２ 上昇位置

Claims (9)

1. 液体中の浮遊物を撮影するための浮遊物撮影装置であって、
   上端が閉口し、下端が開口する筒部材と、
   筒部材内の液面を撮影可能な撮影手段とを有し、
   筒部材の下端部が撮影対象である液体中に浸漬されることで、筒部材内の液面が筒部材外の液面よりも下方に位置し、
   撮影手段は、筒部材の上部に設けられて、筒部材内の液面よりも上方に位置することを特徴とする浮遊物撮影装置。
2. 筒部材に、内外に貫通する通気孔が形成され、
   筒部材内の液面が通気孔と同じ高さに保たれることを特徴とする請求項１に記載の浮遊物撮影装置。
3. 筒部材内に、筒部材内の液面よりも上方位置から筒部材内の液面を照射可能な第１照明装置が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の浮遊物撮影装置。
4. 筒部材内の液面よりも上方から筒部材内に気体を供給する給気装置が備えられていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の浮遊物撮影装置。
5. 筒部材内の液面よりも下方の所定深さ位置に、撮影深さを制限するための背景板が備えられることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の浮遊物撮影装置。
6. 背景板に映る浮遊物の影を消すための第２照明装置が備えられていることを特徴とする請求項５に記載の浮遊物撮影装置。
7. 下端部が液体中に浸漬される下降位置と下端部が液面の上方に離間する上昇位置との間で筒部材を昇降可能な昇降装置が備えられていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の浮遊物撮影装置。
8. 液体中の浮遊物を撮影するための浮遊物撮影装置であって、
   下端が開口する筒部材と、
   筒部材内の液面を撮影可能な撮影手段とを有し、
   筒部材の下端部が撮影対象である液体中に浸漬され、
   撮影手段は筒部材内の液面よりも上方に位置し、
   筒部材内の液面よりも下方の所定深さ位置に、撮影深さを制限するための背景板が備えられることを特徴とする浮遊物撮影装置。
9. 背景板に映る浮遊物の影を消すための第２照明装置が備えられていることを特徴とする請求項８に記載の浮遊物撮影装置。

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