JPH02273596A - 微生物計測装置 - 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、＊生物を連続的に画像処理唱ｉｎ’１″（゛
る微生物計測装置に関する６ 〔従来の技術〕 下水処理場ではエア１ノージヨンタンクにおいて流入水
に空気を吹き込み（＠気）、流入水中の有機物を微生物
に摂取させることによりこの有機物を除去し、続いて微
生物を沈殿池で沈降させて上澄波を放流している。この
ため、有機物を摂取し、かつ沈降性の良い微生物を維持
することが必要である。これら微生物は凝集性微生物と
糸状性微生物とに大別される。この中で糸状性微生物が
繁殖（バルキング現象と称さｔＬでいる）しすぎると沈
降性が悪くなる。 〔発明が解決しようどする課題〕 特開昭６２−５０６０７　号、　６２−５０６１１号に
２乾されているｊ３法では、工メー噴射にてサンプル交
換と洗浄を行なっているが、下水処理場エア１ノージヨ
ンタンクの汚泥内に長時間浸漬する場合、撮像面（１察
窓）の汚れはエアー噴射だけでは除去しきｉ】、ない、
この汚れは７画像処理１！１１測値に影響を与える為、
計測値の信頼イにが下がるという問題点がある。 本発明の１的は、長Ｉｌ！間安定した微生物面ｆぐ（を
得ることで、高精度、高信頼性にて微生物を画像処理計
測する微生物１１測装置を提供する。二とにあるい この欠点を解決するため、特開昭６２−５０６０７号。 ６２−・５０６０８号においｒ、＊生物の計測方法を提
案している。これらの方法は、浸漬型撮ｍ装置にて微生
物群を撮映し画像処理技術を１δ用して糸状性微生物、
運動性微生物を計測している８〔発明が解決しようとす
る課題〕 特開昭６２−５０６０７シＬ　６２−５０６８号に記載
されている方法では、エアー噴射にてサンプル交換と洗
浄を行なっτ゛い？）が、下水処理＠−Ｘアレー、シコ
ンタンクの汚１に内に長時間浸漬ずろ場合、イ続偉１ｍ
（観ｒｓ窓）の汚れはプアー噴射だりでは除去１．きれ
ない。、−の汚ハ、は、画像処理計測値に影響Ｓニー！
７える為、計測値の信頼性がドがる＾・いう問題点があ
る。 本発明の目的は７長時間安定１．また微生物画像もｆ得
ることで、高精度、高信頼性にて微生物を画像処理計測
する微生物８１測装置をｊｐ供する二ノ・１６．′：あ
る。 （課題を解決するための手段〕 ドア記目的は、撮像面の洗浄、サンプル入換の後画像処
理を・実行というシ・−・ケンスＬ、″て両像処理を実
行するこ）：ｉ、：より達成される。 〔作用〕 本微生物計測装では、洗浄、サンブリング９画像取込み
の同期をとるタイミング回路を有する。 このタイミング回路は、洗浄指令、サンブリング指令１
画像取込及び計測ｌｉｔ令の３１信号を制御する。画像
処理計測の前に必ず洗浄、サンプル入換＾・・行５　、
？′とで常し１．安定な画像が得られる、〔実施例〕 以下１本発明の実施例を図面を用いて説明する。 第１−図に本発明を下水処理プロセスに適用したり、′
：施例を示す。 第ｔ　ｔｍ番丁おいて、丁、アトノージョンタンク】０
０には沈殿池１１０の１−澄液（汚水）を汚泥返送管１
６０から返送汚泥（＊生物）が流入する。一方、ブロワ
・−１２０は空気管］３０を介して送気し５゜散気装置
！ｌ　１．４　Ｏからエアレージコンタンク１００に空
気も供給する、エアレーションタンク１００内に供給さ
ＪＴ、た返送汚泥と汚水は撹拌混合さ力、る１、返送汚
泥季なわち活性汚泥は微生物のｉｌｆ集した。 粒径０　、１．、　ｗｌないし２１゜□ｍ＠後の塊（）
月ツク）Ｐ数十種の微生物を含むが、大別すると凝集性
微生物ど糸状性微生物とから成る。活性汚泥は、供給さ
ｉた空気中の酸素を吸収して、汚水中の有機物を分解し
、て炭酸ガスと水にする。有機物の−・部は活性汚泥の
菌体ｊＩＩ殖に当てられる。活性汚泥と汚水との混合液
は沈殿池１５０に導かれ、ご９：で活性汚泥がセリ沈降
４″る。１、澄液は通常塩素８）・１宥処理した後に放
流されろ。一方、沈降汚泥は、汚泥返送管１６０から返
送汚泥とＬ２てエア１ノージヨンタンク１００に返送さ
れる。 撮像装置２００はエア１ノージヨンタンク１００の液中
に浸漬配置さｔｌｌ、エア１ノージヨンタンク１００内
の微生物の拡大画像を得る機能を有する。 撮像制＃４装置３００は撮像装置２００内のＴ実用テレ
ビカメラ（ＩＴＶ）、照明、洗浄、サンプリングの各機
能を制御する。撮像制ｊｓ装置３００は撮像装ｅ；＞ｏ
ｏで得た混合液（水と微生物を含む）の拡大画像（ｆｉ
淡画ａ）を画像処理装置４００に伝送する、又、画像処
理装置４００から、洗浄ＪＨ令を受信した場合撮像装置
２００に対し、超音波洗浄指令を出力し、サンプル指令
を受信しまた場合、プランジャ駆動指令並び番：゛コン
ブレラ４ｔ　３１０１こより送気を行なう。 画像処理装置４００は、撮像制御袋口３００　ｉ：ｌ：
撮ａ装置２００のコンｉ・ロール信号を出力すると供に
、受信した′ａ淡画像を画像処理して、糸状性ＷＩ’ｌ
、物の蚤′：に、訝隼性蝕生物の大きさ等をコト測１゛
る７ キーボ・−ド９００は画像処理装置４００で用いて）両
＊ケト理のバラメー・夕などの数値を入力する。 −】ンソールデ、イスプレイ！１１０は、キーボ　ド≦
！　ＯＯＰ入力！、、、　ノ：−数値や画像処理計測値
を数値で表示する・・ ′（モーターブレビ１：＋　２　ｏは撮像装「２００の
画像右表示１．ｌす（９画像処理開始館びに画像ｐ・理
結果を表示する。 第２図番、′８微生物画像の概略図を示４″、活性汚訴
Ｉ中の微生物は、凝集性微生物「１と糸状性微生物ｆと
かｌへ成る。 第３図に撮像装置２００の詳細構成を示す。 第：３図においてサンプル室２２０内に満へさ左ｌ。 でいる活性汚泥と汚水を含む混合液に、照明装ｒ２０７
の光が投光窓２０４本・介して照射す九ろ。 照射光は、ＩＲ察窓２０　：）　、光学的拡大装置２０
９に経て】二業用デレビカメラ（ＩＴＶ）２１０に導か
れ、こごで混合液の濃淡画像を認！！ＩＩＩ、１［！気
信号に変換する、］：ＴＶ２１０内の撮像、１子は、９
″、光した明るさ（１１度）の程度に応じて出力電圧の
異なる信号（映ａ信号）を発生する８、″のよ・）に１
．・丁Ｉ　′Ｉ’　Ｖ　２１．　Ｏかｌ）は映像信号が
出力される。 照明装置２Ｃ）７は、撮像制御装置３００にＪｌ：　ｉ
、、１ぞの照度を必要＆：ｌ　ｔじ操作される、超音波
洗浄用圧電素子２０（＄は、撮像制御装置３００からの
洗浄指令信号にて超音波を発生１，２゜投光窓２．０２
及び観格窓２０３の＝表面を超音波洗浄する。 撮像制御装−；」１、次の手順（Ｊ、て４Ｊ゛ノブル′
４（器Ｏの混合液ちＳ入れ換λる。Ｊ汐ｒプランジャ駆
動装け２０８にプランジャ駆動信号送信１、サンプル室
のスリット・幅を広げろ、次轟ご５コンブｌノツサ：３
１０を制御し空気管２．０５を介し２てサンプル室２２
０内に、空り、、を送気１．１混合液を入ｉ］、換えろ
。 第４図に画４ａＡ処理装［４ＱＱの詳細構成各型す。 尚、本実施例は糸状性微生物の嗣像処理唱測例である。 第４図１．二おいて、画像処理装［４０Ｃ目４１、タイ
ミング回路４０１．Ａ／Ｄ変換器５００．画像メモリ６
０　Ｏ、画像処理プロセッサ７００及び、演算装置１ｆ
ｆ８００から構成されている。 タイミング回路４０１は、撮像装置２００の洗浄、サン
プル交換及び画像処理開始のタイミングを制御する。タ
イミングの詳細は後述する。 画像メモリ６００は濃淡画像メモリ６］０と２個の２゜
値メモリ６２０，６３０からなる。Ｖ＠像処叩プロセッ
サ′７００は、Ｓ淡画像から糸状性微生物５・認識する
ためのもので、ビスｉ−ダラム処理回路７］０．２値化
回路７２０及び細線化回路７３０かｊ：′１、−ネ・イ
ｈ演算’ｊＡｊＴ８００は、画像処理ブ「〕セッサ゛７
００で認識された糸状性微生物からその長さへ、演田す
るためのもので、糸状性微生物積算回路８１０　、糸状
性微生物長演Ｗ回路８２０．平均長演算トｌ］路８３０
並びに濃度演算回路８４０からな机 二の構成において、Ａ／Ｄ変換器５］０のアナログの映
像信号ＶをＡ／

【〕変換してディジタル信号に変換する
ａＡ／［）変換器５１０によって画面の各画素の明るさ
がディジタルの値ｊ１；゛変換さ第１６る１、ディジタ
ル値は、例えば１２８１ノベルである。濃淡画像メモリ
６］０は名ｒ１７ｉｉ素に対応１・た明るデ５のディジ
タル信号（混合液の濃淡画像情報）を全で記憶する。映
像イバ号■をＡ／Ｄ変換して、′：、のＩＰＡ　’４’
＜画像情報を濃淡画像メモリ６１０に記憶する頻度は、
サンプル室２２０への送気頻度と同じである、すなわち
、混合液が入れ替わって新）、、い混合油が・サンプル
室２２０へはいり静止してから、−の；１１１淡画像が
濃淡画像メモリ６１．　Ｏ＆、−格納さ肛る１、このよ
うにして、メモリ６１０に格納され４た（淡側イぐ（情
報を基にして糸状性微生物の長さが画像処理により計算
される。 次に、画像処理ブ■」セッサ７００１．、′、ｔ；ける
両像処理動作を説明する、 ヒストグラム処理１１．！１路７１０８求濃淡画像メモ
リ６１０に格納された濃淡画像情報のヒストグラム、ず
なわちａ度頻度分布を計算する。ヒスＩ・ダラムとは、
所定の濃度（輝度）の画素がいくつあったかを示す特性
図であって、第６図に、示すように、４＊軸に濃度（輝
度）、縦絆］、−千の頻度（画素数）をとる、ｓｉｌ像
メモリ６］０の濃淡画像は、第５２図に示ずＪ、うに明
るい背景（水）ｂと、これより暗い凝集性微生物Ｃ２糸
状性微生物ｆ、並びにノイズｎを含んでいる、濃淡画像
の劃−ストゲラムは第６同に示すように、明るい背景に
相当する部分ｌ）と、Ｗ／：集性微生物、糸状性微生物
並びにノイズに相当する部分（ｅ−１−ｆ−１−ｎ）に
分けら肛る。 ２値化回路′７２０は（でスト・ダラム処理回路７１０
で得た濃淡画像の（ストダラムを基に２値化の閾値１゛
を決定して、　ｆＪｉ々の明るさ（例えば、１２８階調
）を持つｉｌ！淡百像を白と黒とに２値イしする。 閾値゛Ｊ′より明るい画素を白（１／　Ｉ　ＩＩレベル
）に、逆に暗い画素を・黒（１１０１１レベル）にする
。閾値′〕”はず）ｆ爪部分すの１″−りｌ）から所定
値だけ低い値に設定したり、あるいは第５図の変曲点ｑ
番Ｊ設定する。 このようにして、閾値Ｔを選んで２値化した画像の例を
第６図に示す。第６図において、背景ｔ）は白（”　ｌ
　”　１ノベル）で、凝集性微生物Ｃ１糸状性微生物ｆ
並びにノイズ！１は黒（”Ｏ”１ノベル）である。ｒｒ
ｏ＊＋１ノベルはハツチングで示１．ている。 得られた２値化画像は２値メモリ（Ｅ２０に格納される
。 ２値メモリ６２０内の２値化画俊信号は、８１１線化回
路７３０に加えられる。細線化回路７３０は、２値メモ
リ６２０内の２値化画像を複数回細線化Ｉ、て糸状性微
生物を抽出する３、第２図に示すように、糸状性微生物
ｆは凝集性微生物Ｃの骨格に相当し７凝集性微生物（］
の内部に含まれている。凝集性微生物Ｃの内部に含まれ
る糸状性微生物ｆは凝集性徴イ！ミ物Ｃ】と重なってい
るので第６図の２値化画像では、糸状性微生物ｆと凝集
性微生物を含んだものとなる。第６図の２値化画像かｒ
、糸状性微生物ｆのみを抽出するＩ・−めに複数回の細
線化処理前後行する、細線化処理は２値化メモリ６２０
の２値化画像データが更新されたときに行わオしる。 第６図の２値化画像を１７回だけ細線化すると第７図の
ようになる。細線化１ＯＮ路７３０は公知の契１線化手
法によって細線化処理を行う８１１線化処理によって糸
状性１１１ｆｔ！、’、：物ｆと凝集性微生物Ｃとの肖
像（第１３図のハツチング部分）の輪郭から１２画素ず
つ削りとる。この際、１ｌｉｉ索が１画素のみ存在する
所では削除しない。例えば、太さが３画素のものは両側
から】２画素ずつ削られて太さが】画素となり、また２
画素Ｑ・）ものは−右側の〕１画素が削られて】画素に
なる。 このような細線化処理によって糸状性微生物は太さが１
ないし３画素のものは］画素になり５また。太さが４画
素以上の所は２画素以上になる。 このように１回目の細線化りまた２！Ｉ化画像髪２値化
画像メモリ６３（〉に格納する。」回目の細線化処理で
２画素以上あるところを１１素とするため２値化！！Ｉ
ｌｊ像メモリに３０に格納された２値化画像をさｉ；に
複数回純綿化処理する。この繰返しによって、糸状性微
生物ｆは太さが全て１画素の両像ｊ、、：なる。その際
、凝集性微生物Ｃと重なっている糸状性微生物ｆは細線
化処理で１画素以上には削られないので、結月第８図１
・こ示すような画像となる。このようにして、太さが２
ないし３画素の糸状性微生物でも、太さを全て１画素と
１．て抽出することができる。細線化Ｓ理の繰返し回数
は凝集性微生物の径の画素数によって決める二とができ
る１例えば、直径が５００画素凝集性微生物に対しては
２５回細線化すれば１画素にまでできる８しかし、細線
化処理では対象物を・１画素以下にＩ屯、細くしないの
で、２５回以上でも問題はない。ただし、必要以トに繰
り返さないためには、細線化処理前後の２値化画像を比
較（差分）して同じか否かを判定し、同じ（これ以」、
細線化できない画像）になったどきに細線化をやめるよ
うにすることもできる。 このような細線化列・理で抽出した２値化画像には第８
図にｎで示すように、糸状性微生物を含まない小さな凝
集性微生物（量的には少ない）も含むことになる、そこ
で、認識された糸状性微生物から長さを計算する時には
微生物Ｉｎを除去するのが望ましい。 第４図に戻り、糸状性微生物の画素数から長さを計算す
る演算装置８００の動作を説明する。 糸状性微生物積算回路８］０は時刻１、における濃淡画
像に−）い′Ｔ、５太さ１画素と１．２て抽出さ第１、
た糸状性微生物の画素数を積算する。具体的には第８図
で得られｉ：　２．値化画像においてハツチング部分（
″０°ルベルの値をとる画素）のみの画素数を積算する
。この積算された画素数をＦ（ｔ、）とする。糸状性微
生特長演算回路８２０は積算された糸状性微生物の画素
数Ｆ＠）から糸状性微生物の長さ■、（１）を次式で計
算する。 ■、（ｔ）＝Ａ　　−Ｆ（ｔ）−Ｂ　　　　　　　　　
　　　　　・・・（１）ごごで、Ａ、Ｂは係数であり、
Ｂが誤差として差し引く第８図の微生物＃＊［１分に相
当する。また、係数Ａは１画素の一辺の長さが例えば］
−〇μｍ（０，Ｏｌｍ）に相当する場合には０．０　］
になる。ところで、糸状性微生物が第９図（ａ）。 （１〕）のように水平または垂直に並んでいるときの係
数ＡはＯ，Ｏ，ｉ　　どなるが、第１０図（ａ）。 （ｂ）に示すように、右上がり、左」―かり斜め４５度
の方向に並んでいるときは、係数Ａの値は０．０１　Ｘ
　５二０．０１４になる。糸状性微生物が水平垂直、及
び右−１−、かり、左上がりに斜め４５度に一様に分布
し、τいる場合には、水平垂直の１：カ１素数と、右」
−がり、左」−がりに斜め４５度の画７泊数とが同じと
考えられる。この場合にはＡの値ｌ、（：、０．０］ど
０．０１　／１　ｃ＝　０．０１　Ｘ　ｉ＞の１Ｖ均値
のＯｏｏ】２　になる。 このように１．・丁、１画面のａ淡画像１．、一対１．
／　ｉ’Ｔの計測が終了した後２回目のサンプリングタ
イミングを、タイミング回路４０］を受４’Ｒした場合
、前述した同じ操作により（淡画像をＡｌ１）変換ｌ、
２で、時刻ｔ＋１１（ただし、ｈはサンプル周期）にお
いて濃淡画像メモリ６１０に格納して、画像処理プロセ
ッサ７００において同様な処理を繰り返す。 この２回目の処理で得られた糸状性微生物長を１、（ｔ
＋ｈ）どする、このようにして、糸状性微生特長演算回
路８２０では逐次１時間ｔ、、ｔ＋ｂ。 ｔ＋２ｈ、・・・・・・ｔ　＋　Ｋ　ｂにおける各々の
画像の糸状性微生物の長さＬ（倉、＋１１）　、　Ｉ、
　（ｔ、＋２ｈ）。 ・・・・・・Ｌ（ｔ−１＝Ｋｈ）を時間り毎に次々に計
算する。 なお、撮像制御装置１１３００による撮像装匠２００の
タイミング制御は５画像処理装置４００と連動し２て行
オ〕れる。 糸状性微生特長演算回路８２０の信号を受けて、平均演
算回路８３０では糸状性微生物の１画面当りの平均長を
演算する。平均長演算回路８３０では、糸状性微生特長
演算回路８２０で出力される信号である。Ｌ　（ｔ＋ｈ
）、Ｌ　（ｔ＋２ｈ）、・・・１、−（ｔ、＋Ｋｈ）か
ら１画面当りの糸状性微生物のｉＴ’均長さ１４ｍを次
式で演算する。 二二で、（Ｋ＋、ｌ）は平均回数であり、１０ないし１
．０００回程度であるや 平均長演算回路８３０の信号Ｔ、ｍを受けて、濃度演算
回路８４０は単位容積当りの糸状性微生物長さくつまり
糸状性微生物濃度）１．、ｖを次式で演算する。 ｒ、ｖ＝Ｌｍ／　（Ｋ＋１）／ｖ　　　　　・・・（３
）ここで、■は撮像した混合液の容積である。 以十のＳ理によって、単位容積当りの糸状性微生物長さ
（′ｌＳ度）を求めることができて）。 以上のようにして、糸状性微生物の濃度（、ｔ）を求め
るのであるが、本発明は、濃度画像のヒストグラムに基
づいて２値化し、この２値化画像Δ・ｍ線化した上で糸
状性微生物の長さを演算するので、凝集性微生物に含ま
れる糸状性微生物も長さを正確に測定することができる
５ 第１１図にタイミング回路４０１による。洗浄タイミン
グ、サンプル変換タイミング、濃淡画像のＡ／Ｄ変換及
び画像処理タイミングのタイムチャー１・を示す。第１
１図はこれらのＪ、サイクルを時間りで行なう例である
。計測ｊサイクルは、洗浄、プランジャ駆動と送気によ
るサンプリング、及びＡ／１〕変換ど画像処理の順に実
行さか４る。このサイクルが繰返し行なわれる。尚、洗
浄、サンプル交換、及び画像処理開始タイミングの設定
は、キーボード９００により容易に変更できる。 〔発明の効果〕 本発明は１画像処理実行前番、゛−撮像面の洗浄を行な
っているので連続して安定な画像が得られる。 、しって、微生物を高精度で計測できる。 なお、以上の実施例は下水処理プロセスに適用した例を
説明したが、本発明は微生物を培養する他のバイオブ［
１セスにｊ′３ける微生物計測にも応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２１（は、
１［淡側像を表す図、第３同はｗｉ像装置２００の詳細
説明図、第４図は画像処理装置４００の詳細説明図、第
５図から第１１図は画像処理動作の説明図である。 １００・・・エアレーションタンク、２００・・・撮像
装ぼ、３００・・・ｖｌｉ像制御装瞠、４００・・・画
像処理装置、４０】・・・タイミング回路、２０６・・
・超音波洗ギ ？ 幻 ＄４− １〕 手 乙 ／ ６７刀 慕　５ 困 ↑ 晴−一濃慶＝−明 凶 チ 第・９ ｌ１１ （、“ス、） （ｒ）） ネ ／、り 詔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、微生物を含む液体と、該微生物画像の輝度信号を電
   気信号に変換する撮像装置と、該撮像装置の撮像面を洗
   浄する手段と、前記撮像装置から出力される画像信号に
   基づき微生物を認識する画像処理計測装置を具備し、前
   記撮像面洗浄手段により撮像面を洗浄した後に、前記撮
   像装置にて微生物画像を取込み画像処理計測することを
   特徴とする微生物計測装置。 ２、請求の範囲第１項において、撮像面洗浄手段は超音
   波を用いることを特徴とする微生物計測装置。 ３、請求の範囲第１項において、微生物含有液を自動的
   に入れ換える自動サンプリング手段を具備し撮像面洗浄
   後、自動サンプリング手段にて微生物含有液を入れ換え
   た後、微生物画像を取込み画像計測することを特徴とす
   る微生物計測装置。 ４、請求の範囲第３項において、自動サンプリング手段
   は、エアー噴射方式であることを特徴とする微生物計測
   装置。