JPH01217265A - 水質異常検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、浄水場や下水処理場の流入水及び処理水を用
いて飼育している複数の水棲動物を画像認識して、前記
水棲動物の行動パターンから、被検水中の毒物の有無を
検出する水質異常検知装置に関する。

〔従来の技術〕

浄水場などでは、取水した原水の水質安全性を確保する
ため、原水の一部を水槽に導きこの水槽でフナ、コイ、
ウグイ、タナゴ、オイカワ及び金魚などの魚類を飼育し
ている。同様に、下水処理場の処理水や放流水及び河川
水並びに湖沼について水中の毒物の有無を監視するため
に、魚類を飼育する場合がある。

水中に毒物が混入した場合には、これらの飼育魚類が異
常行動を示したり死んだりすることがら毒物混入の検出
を行うが、この異常行動の監視は以前には目視て行われ
てきた。しかしこれでは、人が監視していないときに検
出できないから、自動監視装置が開発された。その従来
例には、特開昭６１年４．６２９４号に開示されたもの
があり、水質監視を、複数生物の行動パターンの監視に
より行っている。即ち、水質センサにより温度や水質を
計測し、この計測値を参考にして行動パターンの正常異
常を判定する。このときの行動パターンとしては、速度
や位置も含むことが記載されている。

別の先願例には次のものがある。水質異常時、特に毒物
に対しての魚の異常行動は、水面に口を出す鼻上げ現象
や、急激に速い移動速度を示すこと等が一般的に知られ
ている。発明者らは、これらの異常行動を信頼性高く検
出するため、魚群の行動パターンを画像処理装置により
認識する手法を、特願昭６２年４５３００号にて既に考
案している。これは、魚の行動パターンを水槽中の水深
方向の位置及び移動速度から認識する手法である３また
、その後の研究の結果、魚の異常行動を水深方向位置分
布である程度精度よく検出できることが分った。

また、特願昭６２年４３５号では、魚に対し強制的な水
流を与えた中で、水流に耐えきれなくなった魚の位置か
ら異常を検知する方法を述べている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の特開昭６１年４−６２９４号に開示されたものは
、行動パターンの検出法が不明確である。

また特願昭６２年５８４号に開示されたものは、魚の鼻
上げ行動が、毒物混入がなくても、餌の投入により起こ
ることがあり、検出が不完全となる。

もう１つの特願昭６２年４３５号に開示されたものは、
毒物混入以外の原因で魚が下流側に位置することがあり
、やはり検出が不完全になる。又この方法は、水槽を三
分割してその中にそれぞれ魚髪−尾ずつ飼育し、その魚
の重心位置を求め位置認識して異常を検出するものであ
って、−水槽中で複数圧の魚を認識する方法については
具体的に述べられていなかった。

本発明の目的は、−水槽中の複数圧の魚の位置を自動的
に検出して、より確実に水質異常を検知することのでき
る水質異常検知装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、水槽内に水流を与え、水槽内に均等な水
が流れた状態で飼育する魚群を、水平方向に設置したカ
メラで横から捉え、水深方向および水流方向の魚群の分
布を解析する手段を設けることにより達成される。

〔作用〕

水流方向の位置分布は水流に対しての魚の行動力低下を
、水深方向の位置分布は魚の鼻上げ行動の有無を示すか
ら、これらがともに異常を示したときに水質異常と判定
すれば、曖昧さがなく確実な判定を行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の装置の一実施例を示すブロック図であ
る。同図において、給水管１の一部に取り付けられた調
整弁２によって流入制御された被検水は、給水管３Ａ、
３Ｂ、３Ｃを通り水槽５へ導かれる。ここで水槽５へ均
一な水が流れるように、給水管を３本とし、さらに、多
孔板のしきい板４Ａを設置した。また、本実施例では、
流入制御を調整弁で行っているが、給水ポンプの回転数
を変える方法を用いても目的は達成できる。水槽５に導
かれた被検水は、しきい板４Ｂを介して排水管８から排
水される。水槽５内には、仕切板４Ａ。

４Ｂによって仕切られた飼育空間９があり、ここで魚１
０Ａ、ＩＯＢ、ＩＯＣを飼育する。なお本実施例では、
魚が３尾の場合を説明するが、さらに多数の場合でも同
様の実施例となる。

照明装置６Ａ、６Ｂは水槽Ｓ内の魚１０（魚１０Ａ〜１
０　Ｃをまとめて魚、または魚群１０という）を照す。

照明装置６Ａ、６Ｂと水槽５との間にはすりガラスや紙
などの半透明物質を材質とする半透明板７を設ける。照
明装置６Ａ、６Ｂの光を受けて半透明板７は光を散乱さ
せて、半透明板７から発する光は水槽５を照らす。

照明装置６Ａ、６Ｂから見て水槽５の反対側に工業用テ
レビカメラ（ＩＴＶ）などの撮像装置２０を配置する。

即ち、照明装置６Ａ、６Ｂから発して半透明板７を通っ
た光は、飼育空間９を通って撮像装置２０へ入力される
。この撮像例を第２図（ａ）、（ｂ）に示した。

撮像装置２０の信号は画像監視装置３ｏに導かれる。画
像監視装置３０の構成と動作の詳細は後述するが、その
概要は、予め設定された時間間隔り毎に撮像画像を取り
込んで魚体を画像認識し、その水深方向および水流方向
の位置分布を求めて魚１０の行動を監視し、この監視結
果にもとづいて異常の場合には警報を発するものである
。

モニターテレビ５０は撮像した画像を表示する。

画像モニター６０は画像監視装置３０の信号を受けて、
画像認識結果並びに魚の水深方向位置分布や水流方向位
置分布などの監視結果を表示する。

キーボード７０は、画像監視装置３ｏの監視条件やＣＲ
Ｔ８０の表示を制御する情報を入力する。

次に、画像監視装置３０の動作を詳細に説明する。タイ
マ３１Ｓはキーボード７０によって入力されて初期設定
された時間間隔り毎に、Ａ／Ｄ変換器３１にＡ／Ｄ変換
のトリガ信号を出力する。

このｈは０．１秒ないし２秒程度であり、この時間間隔
で以下に画像処理を実行する。また、タイマ３１Ｓでは
１回の画像処理時間りとこの画像処理の繰り返し回数ｎ
を設定して、計測時間Ｔ（１回の画像処理時間がｈであ
るからｎ回の画像処理を繰り返すとＴ＝ｎｈとなる）を
設定して、この間の魚群の統計的な行動パターンを計算
できるようにする。計測時間Ｔは１０秒ないし１時間程
度である。Ａ／Ｄ変換器３２はタイマ３１Ｓから出力さ
れたトリガ信号に同期して撮像装置２０からの多値画像
信号をアナログ値からデジタル値に変換し、デジタルの
多値画像信号を多値画像メモリ３２Ｍに記憶する。多値
画像メモリ３２Ｍには縦が２５６個、横が２５６個の記
憶場所があり、６各の記憶場所に対応する画素の輝度信
号がデジタル値で格納される。この記憶場所の１行ｊ列
（ｉ＝１〜２５６．ｊ＝１〜２５６）目の信号（輝度）
をＧ（ｉ、ｊ）と表すものとする。Ａ／Ｄ変換器３２が
アナログ値を７ビツトのデジタル値に変換するものであ
ればＧ（ｊ＋　ｊ）は１２８段階のデジタル値をもつ、
多値画像メモリ３２Ｍに格納された多値画像の例を第３
図（ａ）、（ｂ）に示す。第２図は多値の輝度をもつ画
像を表す。輝度頻度分布計算回路３３は多値画像の輝度
頻度分布を計算する。第３図（ａ）の輝度頻度分布を第
３図（ｂ）に示す。閾値決定回路３４は輝度頻度分布の
計算結果を受けて閾値■を決定する。次に、閾値■の設
定法について説明する。

本発明の照明法では、魚群１０は必ず暗い物体として撮
像されるので、第３図に示すように輝度が低いところか
ら魚群１０の面積（ハツチングで示し、この面積をｆと
する）だけ行ったところに第１の域値工１を設定する。

この面積ｆは、魚体面積設定回路３４Ｓにより設定され
るが、この面積ｆは状態によって異なるので、最小の面
積とされる。この域値設定法は水が濁ったときに特に有
効である。しかし、水が濁っていない場合には第２の閾
値を使用するほうがよい。第３図（ｂ）においてピーク
Ｐｆは魚体を、ピークｐｂは背景を、Ｐｅで表す部分は
魚のえらと輪郭を表す。魚体のみを抽出するにはＰｆと
Ｐｅとの境界に第２の閾値■２を設定する。第３図に示
すように、あらかじめ閾値を少なくとも輝度■１として
おき、輝度が高くなる方向に各頻度を検索しながらさら
にＰｆとＰｅとの境界（最小値）があればこの輝度に１
２を選ぶ。

次に、２値化回路３５は多値画像メモリ３２Ｍの信号と
域値決定回路３４の信号Ｉ　（１１またはＩ２．）を受
け、多値画像を２値化して２値メモリ３５Ｍに記憶する
。この２値化は、多値画像メモリ３２Ｍの輝度Ｇ（ｌ＋
　Ｊ）が城値工よりも明るい画素をすべて“Ｏ”レベル
とし、逆に域値■よりも暗い画素をすへて１１”レベル
とするもので、これを各画素についてすべて計算するこ
とによって、背景をＩＩ　ＯＩ＋レベル、魚群１０をＮ
　Ｉ　Ｉ＋レベルとすることができる。第３図を２値化
した結果（］０） を第４図に示す。

位置分布Ｍ］算回路３６は２値メモリ３５Ｍの信号を受
けて魚群１０の位置分布を計算する。第４図の位置分布
は第５図に示すように、第４図の画像を水平方向に投影
した分布で定義する。すなわち、第５図の位置分布は魚
群が水深方向についてどの水深に居たかを表す。つまり
、得られた位置分布は魚群の水深方向位置を代表する分
布である。

水深方向位置分布加算回路３７は水深方向位置分布計算
回路３６の結果を受けて時間り毎に計測した位置分布を
累積していき、平均的な位置分布を計算できるようにす
る。この繰り返しはタイマ３１Ｓの指令に基づいて前述
した一連の処理を決められた回数ｎだけ行なう。このよ
うにして得られた位置分布は、正常時には第６図（ａ）
に示すように水槽の底部にピークを持つ分布となる。異
常時の位置分布は第６図（ｂ）に示すように水面付近に
ピークを持つ分布となる。この分布は、いわゆる鼻上げ
行動を表す。

水深方向位置分布比較回路３８には、予め得られだ正常
時の位置分布が正常分布設定回路３８Ｓに入力され、水
深方向位置分布加算回路３７から入力された位置分布と
比較される。異常と判定されたら警報信号を警報装置３
８Ａに入力する。

水深方向位置分布比較回路３８における位置分布の比較
方法について次に説明する。水面近くに魚がいる頻度を
評価するために、第６図において、分布の全面積Ｌｔに
対する水面近くの面積Ｌｓ（ハツチングで示す）の比Ｌ
　ｓ　／　Ｌ　ｔを計算する。

水深方向位置分布比較回路３８ではＬ　ｓ　／　Ｌ　ｔ
が所定値より大きくなったら、魚１０が水面近くに鼻上
げ行動をとっていることを表すので、行動異常と判定す
る。すなわち水質が異常であると判定する。例えば、Ｌ
　ｓ　／　Ｌ　ｔが０．２　以上になれば異常と見なす
。異常と判定されたら信号を警報装置３８Ａに入力する
。

一方、水流方向位置分布ｆｌ算回路３９は、２値メモリ
３５Ｍの信号を受けて魚群１ｏの水流方向位置分布を計
算する。第７図の水流方向位置分布は、第８図に示すよ
うに、第７図の画像を水流力向に撮影した分布で定義す
る。すなわち、第８図の水流方向位置分布は魚群が水流
方向についてどの位置に居たかを表す。水流方向位置分
布加算回路４０は、水流方向位置分布計算回路３９の結
果を受けて時間り毎に計測した位置分布を累積していき
、平均的な位置分布を計算する。この繰り返しをタイマ
３１．３の指令に基づいて前述した一連の処理を決めら
れた回数ｎだけ行う。このように得られた水流方向位置
分布は、正常時には第９図（ａ）に示すように水流上流
側にピークをもつ分布となる。異常時の位置分布は第９
図（ｂ）に示すように下流側にピークをもつ分布となる
。この分布は、魚群１０が水流に耐えられなくなった弱
り具合を表す。水流方向位置分布比較回路４１は予め得
られた正常時の位置分布が、正常分布設定回路４−　Ｉ
　Ｓに入力され、水流方向位置分布加算回路４０から入
力された位置分布と比較される。異常と判定されたら警
報装置４２Ａに入力する。

水流方向位置分布比較回路４１における位置分布の比較
方法について次に説明する。前述した水深方向分布の場
合と同様の考え方で、下流域に魚がいる頻度を評価する
。第９図において、分布全体面積Ｌｔに対する下流域の
面積Ｌ　ｓの比Ｌｓ／Ｌｔが所定値より大きくなったら
魚１０が弱まってきたことを表し、行動異常と判定する
。例えば、Ｌｓ／Ｌｔが、０．２　以上となれば異常と
見なす。

異常と判定されたら信号を警報装置４．２　Ａに入力す
る。

警報装置４３Ａは、警報装置４２Ａと警報装置３８Ａと
の信号を受けて、これらの信号がＯＮである場合には魚
群の行動が異常であると判定する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、毒物流入時の魚群の異常行動を水深方
向の位置および水流方向の位置で判断するため、従来法
に比べて曖昧さがなく、高い信頼度で検出できるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、第２図は魚群を撮像
した図、第３図は輝度頻度分布を表す図、第４図及び第
７図は２値画像の図、第５図及び第６図は水深方向の魚
の位置を表す図、第８図及び第９図は水流方向の魚の位
置を表す図である。 ２・・調整弁、３・給水管、５・水槽、６　照明装置、
１０・・・魚、２０　撮像装置、３０・・・画像処理装
置、３２・・Ａ／Ｄ変換器、３５　・２値化回路、３６
・・水深方向位置分布計算回路、３９　・水流方向位置
分布計算回路、３８Ａ、４２Ａ、４３Ａ・・警報装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、水棲動物を飼育する水槽と、この水槽内の給水量を
   調整するための水量制御手段および水槽内に均等に水流
   を与える分流手段と、上記水槽内および水棲動物を横か
   ら見た像を一定時間間隔で撮像して電気信号に変換する
   撮像手段と、該撮像手段により撮像された画像情報を、
   水棲動物の像を背景部分の像と区別できるように設定し
   た域値でもつて２値化する２値化手段と、該手段により
   得られた水棲動物を示す２値画像の水深方向および水流
   方向の頻度分布を計算する水深方向位置分布計算手段お
   よび水流方向位置分布計算手段と、該水深方向および水
   流方向位置分布計算手段の計算結果を用いて予め定めた
   水深の浅い領域及び下流の領域に含まれる水深方向およ
   び水流方向の位置分布の累積量の各各が、各方向の全領
   域の位置分布の各累積量に対して所定の割合を越えたと
   きに水質異常と判定する判定手段とを設けたことを特徴
   とする水質異常検知装置。