JPH0363699B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、たとえば浄水場のフロツク形成池
（混和池）におけるフロツクなどのように水中に
懸濁する物質を監視する装置に係り、特に、画像
処理技術を用いて懸濁物質の粒径およびその分布
を計測する画像認識装置に関する。

〔発明の背景〕

たとえば浄水場では、原水の濁質粒径が小さい
ので、これらを凝集させて、凝集塊（フロツク）
とし、このフロツクを沈降させるプロセスになつ
ている。このため、フロツク形成池（混和池）に
おけるフロツクの監視が必要不可欠である。

従来、フロツクの監視は、浄水場の維持管理者
が、１日数回、目視により監視していた。目視に
依存するため、判断基準が主観的かつ定性的であ
り、監視結果が運転操作に反映されにくい欠点が
あつた。さらに、監視頻度が不連続的なため、凝
集不良時の対策が後手になり、トラブルが大きく
なる欠点があつた。

これに対して、最近は、工業用テレビカメラ
（ITV）を用いて、フロツク形成池内のフロツク
群を監視する方法が採用される例があるが、この
場合でも、監視法は人間の視覚に依存するため、
主観的かつ不連続的であるという欠点は同じであ
る。

また、特開昭54−143296号公報にあるように、
光電変換装置を用いてフロツクの形状に応じた電
気信号を取りだす方法があるが、具体的な実施例
が記載されていないので、適用不可能である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、浄水場におけるフロツクなど
のように水中に懸濁する物質の粒径およびその分
布を、画像処理技術を用いて定量的かつ連続的に
計測するための画像認識装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明は、水中に懸濁する物質の状態を撮像し
その画像情報を電気信号に変換する撮像手段と、 該電気信号を画像処理し２値化情報に変換する
手段を有するものにおいて、該撮像手段の前方に
該物質とコントラストの高い背景を設置すること
を特徴とする画像認識装置にある。

水中懸濁物質の撮像に際しては、水中に懸濁す
る物質の一部と水とともに観察場所に運ぶように
することが望ましい。特に水中懸濁物質を一時的
に静止させて撮像するることが望ましい。

更に撮像手段の前方に設置された水中懸濁物質
に対してコントラストの高い背景と水中懸濁物質
とに所定の明るさを与える照明手段を備えること
が望ましい。

ITVによる水中懸濁物質の監視において、水
中懸濁物質のITV画像を画像処理すれば、定量
的かつ連続的な監視が可能になると思われる。そ
こで、発明者らは浄水場のフロツクのITV画像
を画像処理する実験を実施した。その結果、
ITVによる撮像に当たつては、フロツク群を精
度良く認識することが重要であり、このために撮
像手段の前方にフロツク群とコントラストの高い
背景を設置すべきであることを確認した。又、通
常の画像処理速度ではフロツクの画像を認識でき
ない問題点であることを見出した。

具体的には、512×480画素を対象とし、情報処
理速度が0.1ms／step、画像情報取り込み速度が
9600bit／秒程度のコンピユーター（通常のパソ
コンレベル）を用いた場合には、１画面の画像情
報認識時間は、約205秒となつた。このため、
ITVが捕えたフロツク群の画像情報を、コンピ
ユータが認識している間に、フロツク群が移動し
てしまい、事実上フロツク群を認識できない。

この問題点を解決するために、本発明では画像
処理技術を適用してフロツクの画像を認識する際
に、フロツク群を一時的に静止させる機構を設置
することが望ましい。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図により説明す
る。第１図において、１０はフロツク形成池、１
１は撹拌用パドル、１２はフロツク、２０はフロ
ツク受け皿、２１はアーム、２２はフロツク受け
皿作動装置、３０は工業用テレビカメラ
（ITV）、３１は接写レンズ、４０は照明装置、
３２はITVコントローラー、４１は照明装置コ
ントローラー、５０は画像認識装置、６０は画像
認識制御装置、７０は遮光カバーである。

本実施例の動作は以下の通りである。まず、フ
ロツク形成池１０内のフロツク１２は、撹拌用パ
ドル１１によつて撹拌されて大きくなる。これら
フロツク群を、第２図に示すようにして、水中で
フロツク受け皿２０に受ける。次に、第３図に示
すようにして、フロツク受け皿作動装置２２がア
ーム２１を介してフロツク受け皿２０を、フロツ
ク同志が再凝集しない程度に静かに空中に引き上
げる。フロツク受け皿作動装置２２は、フロツク
受け皿２０を内部のフロツク群が沈降するまで、
そのまま静置させる。この時間は、数秒から数分
必要である。

次に、第４図に示すようにして、フロツク受け
皿２０内で沈降したフロツク群の画像を、接写レ
ンズ３１を装着したITV３０により拡大認識す
る。フロツク群を高いコントラストで精度良く認
識するために、フロツクの色が白色系であること
を考慮して、フロツク受け皿２０の底部は黒色系
とすることが望ましい。このように撮像手段の前
方にフロツク群とコントラストの高い背景を設置
することによつて、フロツク群を精度良く画像認
識することができる。

ところで、フロツク形成池１０に入射する光の
量は、時間の経過と共に変化し、また天候の影響
を強く受ける。周囲の照度変化は、フロツク群の
画像認識精度に強く影響するので、この影響を取
り除くためには、自然現象としての照度変化に左
右されないようにすることが必要である。そのた
めの一手段として、本実施例では、遮光カバー７
０を設け、周囲を暗くして、照明装置４０のみに
よる一定条件の照度とする。なお、遮光カバー７
０がない場合には、照明装置コントローラー４１
を用いて、適時照明条件を制御すればよい。

この様にして、遮光カバー７０内で、ITV３
０と照明装置４０とを用いて、フロツク群画像を
認識する。この画像認識時間は、数分程度でよ
い。ITV３０により取り込まれたフロツク画像
情報は、ITVコントローラー３２を介して、画
像認識装置５０に送信される。

一方、ITV３０により、画像の認識を終えた、
フロツク受け皿２０内のフロツク群を含む水は、
再びフロツク形成池１０に戻される。すなわち、
フロツク受け皿作動装置２２は、フロツク受け皿
２０をフロツク形成池１０内に降ろし、第２図に
示す状態に戻る。このとき、フロツク受け皿２０
内に残留するフロツク群を、フロツク形成池１０
内に確実に戻すため、第５図に示すようにして、
水中で１回転させて、第２図の状態に戻すとよ
い。

この動作により、残留フロツク群は水中に拡散
される。画像認識装置５０では、得られた画像情
報から、浄水場の水質管理に役立つ情報を抽出す
るために、フロツク群の粒径や分布など、種々の
演算を実施する。例えば、２値化処理して、フロ
ツク群における個々のフロツクの粒径を演算し、
フロツク群の代表粒径を求める。

ここまでの動作が、フロツク群を一時的に静止
させる操作の一周期であり、この操作を繰り返し
て行う。画像認識制御装置６０は、このタイムシ
ーケンスを制御する。すなわち、画像認識制御装
置６０は、フロツク受け皿作動装置２２の動作時
間と、画像認識装置５０及びITV３０によるフ
ロツク画像情報の認識時間とを調整する。一般
に、フロツク形成状況は、短時間で急激に変化す
ることが少ないので、前述した一連のフロツク監
視操作は、10分ないし１時間に１回程度実施すれ
ば充分である。

第６図に示す実施例は、第１図に示す実施例と
方式は異なるが、ほぼ同等の効果が得られる例で
ある。第６図に示す実施例では、フロツク群の一
時的静止機構として、フロツク形成池１０内から
フロツク群を含む水をポンプで周期的に採取及び
循環する例を示している。

２３は取水管、２４はフロツク群観察槽、２５
はポンプ、２６は排水管、２７はワイパー、２８
はワイパー駆動装置である。

ポンプ２５を間欠的に操作して、フロツク群を
含む水をフロツク形成池から取水管２３により採
取し、フロツク群観察槽２４に導く。フロツク群
を含む水がフロツク群観察槽２４に導かれたら、
ポンプ２５を一旦停止させる。採取された水を一
時的に静止させる時間、すなわち、ポンプ２５を
一旦停止する時間は、フロツク群が、フロツク群
観察槽２４内で沈澱する間での時間である。この
時間は前実施例同様、数秒から数分でよい。

フロツク群観察槽２４は、前実施例と同様の理
由で底部を黒色系とし、さらに上部はガラスなど
の透明材料とする。また、照明装置４０による放
射熱のため、ガラスなどに微小気泡が発生するの
で、この気泡を除去するために、ワイパー２７を
設けワイパー駆動装置２８によりワイパー２７を
間欠的に操作することが望ましい。

フロツク群観察槽２４では、採取された水が一
時的に静止するので、ここでITV３０を用いて
フロツク群の画像を認識する。すなわち、画像情
報を取り込む。画像情報の認識、伝送及び演算
は、前の実施例と同様である。

フロツク群の画像認識が終了したら、ポンプ２
５を操作して、フロツク群観察槽２４内の水を排
水管２６から形成池１０へ戻す。

ここまでの動作が、フロツク群を一時的に静止
させる操作の一周期であり、この操作を繰り返し
て行う。画像認識制御装置６０は、このタイムシ
ーケンスを制御する。すなわち、画像認識制御装
置６０は、ポンプ２５の動作時間と、画像認識装
置５０及びITV３０によるフロツク画像情報の
認識時間とを調整する。

第７図から第１０図までに示す実施例は、第１
図または第６図の実施例とほぼ同等の効果が得ら
れる例である。第７図から第１０図までに示す実
施例では、フロツク群の採取及び一時的静止機構
として、撹拌用パドル１１に連動するフロツク受
け皿２０を用いて、フロツク形成池１０内からフ
ロツク群を含む水を採取及び静止するようにした
例である。

ここで、１３はパドル駆動装置、１４はシヤフ
ト、８０はシヤフトギヤー、８１は動力伝達ベル
ト、８２はフロツク受け皿駆動用ギヤーである。
ここで、第９図と第１０図とは、各々第７図と第
８図とをフロツク受け皿駆動用ギヤー８２の前面
から見た図である。

これらの図において、撹拌用パドル１１は、パ
ドル駆動装置１３によりシヤフト１４を介して回
転される。シヤフト１４に取付けられたシヤフト
ギヤー８０から、動力伝達ベルト８１を介してフ
ロツク受け皿駆動用ギヤー８２へ回転力が伝達さ
れる。したがつて、シヤフトギヤー８０とフロツ
ク受け皿駆動用ギヤー８１とは同時に回転する。

フロツク受け皿駆動用ギヤー８１には、該ギヤ
ー８１の回転面に垂直に取り付けられたアーム２
１を介して、フロツク受け皿２０が取り付けられ
る。撹拌用パドル１１とシヤフトギヤー８０との
動きに伴つて、フロツク受け皿駆動用ギヤー８１
が回転するので、フロツク受け皿２０は、第８図
または第１０図に示すようにして、フロツク形成
池１０内にあるフロツク群含有水をすくい、第７
図または第９図に示すようにして、フロツク受け
皿２０を水面に対して常に水平に保持してITV
３０の前面に持つていく。

フロツク受け皿２０が水面上にあるときに、内
部のフロツク群が沈降するので、フロツク受け皿
２０がITV３０の前面に持つていかれた時（第
７図及び第９図）には、すでにフロツク群は静止
している。このため、ITV３０によるフロツク
群の画像認識が容易に実施される。つぎに画像認
識を終了した水は、フロツク形成池１０に戻さ
れ、再度フロツク群含有水をすくう（第８図及び
第１０図）。

ここまでの動作が、フロツク群を一時的に静止
させる操作の一周期であり、この操作を繰り返し
て行う。

なお、本実施例では説明を省略したが、第１図
の実施例で説明したように、フロツク受け皿２０
がフロツク形成池１０の水中にきたときに、１回
転して内部の水を戻し、新しい水をサンプリング
するようにすると計測精度上よい。さらに、フロ
ツク受け皿駆動用ギヤー８１を、シヤフトギヤー
８０が複数回回転する間に１回転するように調整
すれば、サンプリング及び画像認識頻度を調整す
ることができる。

第７図から第１０図までに示す実施例では、フ
ロツク受け皿作動装置２２が不要であり、経済的
であるばかりでなく、メルテナンスが容易である
特長がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、撮像手段の前方に水中の懸濁
物質とコントラストの高い背景を設置するので懸
濁物質を精度良く画像認識することができる。さ
らに懸濁物質を観察場所に運んで画像認識するこ
とにより、懸濁物質が流動状態にあつて動いてい
る池内においても、画像情報の取り込みを低速で
実施でき、信頼性の高い懸濁物質の監視システム
を提供出来るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す概略図、第２
図，第３図，第４図及び５図は第１図に示す実施
例の動作を具体的に示す概略図、第６図は本発明
の他の実施例を示す概略図、第７図から第１０図
は本発明の更に他の実施例を示す概略図である。 １０……フロツク形成池、１１……撹拌用パド
ル、１２……フロツク、２０……フロツク受け
皿、２１……アーム、２２……フロツク受け皿作
動装置、３０……工業用テレビカメラ（ITV）、
４０……照明装置、５０……画像認識装置、６０
……画像認識制御装置、７０……遮光カバー、２
４……フロツク群観察槽、２５……ポンプ、２７
……ワイパー、２８……ワイパー駆動装置、８０
……シヤフトギヤー、８１……動力伝達ベルト、
８２……フロツク受け皿駆動用ギヤー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水中に懸濁する物質の一部を水とともに観察
   場所に運ぶ手段と、運ばれた該物質の状態を撮像
   しその画像情報を電気信号に変換する撮像手段
   と、 該電気信号を画像処理し２値化情報に変換する
   手段を有するものであつて、該撮像手段の前方に
   該物質とコントラストの高い背景を設置すること
   を特徴とする画像認識装置。 ２ 水中に懸濁する物質の一部を水とともに観察
   場所に運ぶ手段と、運ばれた該物質の状態を撮像
   しその画像情報を電気信号に変換する撮像手段
   と、該撮像手段の前方に設置された該物質とコン
   トラストの高い背景と、 該背景及び該物質に所定の明るさを与える照明
   手段と、 前記電気信号を画像処理し２値化情報に変換す
   る手段と、 を有することを特徴とする画像認識装置。 ３ 水中に懸濁する物質の一部を水とともに観察
   場所に運ぶ手段と、運ばれた該物質の状態を撮像
   しその画像情報を電気信号に変換する撮像手段
   と、 該撮像手段の前方に設置された該物質とコント
   ラストの高い背景と、 該背景及び該物質に所定の明るさを与える照明
   手段と、 前記電気信号を画像処理し２値化情報に変換す
   る手段と、 前記照明手段の明るさを調整する手段と、 を有することを特徴とする画像認識装置。