JPH05172728A

JPH05172728A - 水圏観察、監視及び浄化システム

Info

Publication number: JPH05172728A
Application number: JP3341561A
Authority: JP
Inventors: Shoji Watanabe; 昭二渡辺; Naoki Hara; 直樹原; Mikio Yoda; 幹雄依田; Fumitomo Go; 文智呉; Kenji Baba; 研二馬場; Toshio Yahagi; 捷夫矢萩; Ichirou Enbutsu; 伊智朗圓佛; Misako Oobuchi; 美砂子大淵
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1991-12-24
Publication date: 1993-07-09
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JP3148314B2

Abstract

(57)【要約】【目的】湖沼水、海水等中の植物性プランクトンを含
む懸濁物質を連続的に自動観察し効率的に水圏を浄化す
る水圏監視浄化システムを得る。【構成】サンプリングする手段３により連続的に水圏
内の液を採取し、撮像手段15により該サンプリング水の
可視画像及び400nm 前後の波長の光を照射して植物プラ
ンクトンが発色した蛍光画像を得る。映像を画像処理し
植物プランクトンの形状的構造的特性及び個数を及び他
の懸濁物質の出現量を計測手段20により計測し、その計
測手段からの情報と他の知識ベース55とに基づき診断手
段50は汚染に関する情報を提供し、該信号に基づき作動
する水圏の浄化に必要な浄化手段70を作動させる。【効果】可視画像と蛍光画像を同時に処理することに
より、植物プランクトンの種類とその出現量を正確に把
握でき、また、ゴミ状物質や動物プランクトンも精度よ
く監視できる。さらに、これらの情報の時系列変化から
水質汚染を事前に検知し、浄化手段を効果的かつ効率的
に運転できるため、赤潮やアオコの発生を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水圏観察、監視及び浄
化システム、特に、湖沼水、河川水、ダム貯留水、及び
海水等中の植物性プランクトンを含む懸濁物質を連続的
に自動観察し、効率的に水圏を浄化するシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】湖沼、ダム、及び内海等の閉鎖性水圏で
は、特定の植物性プランクトンが異常増殖し、その対策
が急務となっている。例えば、ミクロキステスに代表さ
れるアオコやウロゲレナが原因とされる赤潮の発生は水
圏の景観を損なうだけでなく、魚類等の生態系に影響を
与え、異臭味の原因となり人間の生活にも大きな障害と
なっている。特に、水道水の水源となっている湖沼やダ
ムでは異臭味や濁りの問題が深刻化している。このた
め、水圏自らを浄化する対策が講じられているが、浄水
場では生物酸化やオゾン、活性炭処理などの新たな設備
を設置して独自の対策も進められているのが実情であ
る。

【０００３】水圏の浄化法としては、水面付近の浮遊物
や底部の堆積物を採取あるいは浚渫等により物理的に直
接取除く方式、曝気装置や攪拌装置により水中への空気
供給と強制対流により浄化させる方式、清澄水を供給し
て入替える方式、さらに、汚濁液をサンプリング濾過し
て循環させる方式等が実施されている。一方、水圏の監
視は、各種水質項目の連続自動監視と、船上からサンプ
リングした特定個所の水を持ち帰り、顕微鏡による目視
観察でプランクトンの種類や量を定期的に測定している
のが一般的である。しかし、この方法は人手と労力を要
し、また、種類を見分ける専門家が必要なため、常時監
視が困難である。この課題に対処した監視法が提案され
ている。これらには、サンプリングした液を対象に、レ
−ザやＸ線、可視光の透過光及び散乱光を検出して粒子
径と粒子数を計測する方法、ディテクタ−プロ−ブの微
細孔を微粒子が通過時の電気抵抗変化を検出して粒子径
と粒子数を計測する方法、自然あるいは遠心沈降する粒
子を電磁天秤で粒径分布を測定する方法が既に市販され
ている。また、リモ−トセンシング技術を用いて広域に
水質監視をする方法、レ−ザ光をサンプリング液に照射
し、植物プランクトンが発する蛍光や散乱光を捕らえて
植物プランクトンの粒径分布を測定する方法が提案され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来監視法のう
ち、レ−ザやＸ線、可視光の透過光及び散乱光を利用し
て計測する方法や電気抵抗を利用する計測方法及び沈降
天秤法は、液中の全浮遊物質を検出対象としており、混
在する無機性及び有機性の夾雑（ゴミ状）物質とプラン
クトンを区別して計測することが困難である。また、リ
モ−トセンシング技術を用いた水質監視法は、水面に浮
遊する物質の分布監視が対象となり、液中の状態やプラ
ンクトンの定量計測は困難である。さらに、レ−ザ光に
よる蛍光や散乱光を用いた監視方法は植物プランクトン
の粒径別濃度を計測できるが、種類の判定とその出現量
を測定することが困難である。

【０００５】本発明は上記従来技術の問題点に対処した
もので、その目的とするところは無機性及び有機性の夾
雑（ゴミ状) 物質と植物プランクトンを区別して自動的
に連続計測し、さらに、植物プランクトンの種別判定で
きる監視装置と、この監視情報に基づいて浄化設備を効
率的に運用する水圏監視浄化システムを提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、水圏内の液の可視画像を撮像する手段
と、同一液に特定波長の光を照射して植物プランクトン
が発色した蛍光画像を撮像する手段と、該それぞれの手
段により得られた映像を画像処理し植物プランクトン及
び他の懸濁物質とを区別して認識する手段と、認識した
植物プランクトンの形状的構造的特性及び個数を計測す
る計測手段と、該他の懸濁物質の出現量を計測する計測
手段と、該各計測手段からの計測情報を他の知識ベース
と比較し汚染に関する情報を提供する診断手段と、該診
断手段からの信号に基づき作動する水圏の浄化に必要な
浄化手段と、及び、それぞれの手段により得られた情報
を必要に応じ同時あるいは区別して視覚的に表示する表
示手段、とを具備することを特徴とする水圏観察、監視
及び浄化システム、を開示する。

【０００７】なお、前記の手段はすべて同時的に使用す
ることは必ずしも必要でなく、目的に応じて、適宜選択
してシステムを構成することも可能である。また、水圏
内の液を連続的にサンプリングする手段をさらに有する
ようにしてもよく、また、撮像手段を直接貯溜水中に浸
漬してデータを得るようにしてもよい。

【０００８】さらに、該可視画像の撮像と蛍光画像の撮
像とは、特定波長帯の光を選択的に照射しうる手段を持
つ一の撮像装置内で選択的に行うようにすることによ
り、システム全体をより簡素化することができる。

【０００９】

【作用】湖沼や河川中のプランクトン数は、通常、高々
数万（細胞数/ml)と希薄である。従って、本発明のシス
テムを稼働するに際し、調査の対象となる閉鎖水圏の液
を後述するサンプリング手段によりサンプリングし、さ
らに同様に後述する濃縮手段により希薄な懸濁浮遊物質
を濃縮することにより、画像認識の効率を高めるように
することはきわめて好ましい。撮像手段としては、拡大
手段と光照射手段及び撮像装置で構成されるものを用い
ることが好ましく、一例として、本出願と同一人の出願
に係る、特願平2-182630号に開示した作動原理を応用し
たものを用い、移送流動する液中の浮遊物質を完全に保
持し、静止画面を得るようにする。

【００１０】この撮像装置において、光照射手段は種々
の波長を有する光を発生することができ、特定波長帯光
の選択手段により特定波長の光を撮像装置の静止液に照
射できる。選択手段は少なくとも２段階の波長切替が可
能である。１つは可視光を照射するもので、他方は400n
m 近傍の波長のみを選択照射する。選択手段は拡大手段
の拡大光像の波長帯をも同期して選択する。前者の場合
は可視光を、後者の場合は照射波長以上の光を選択的に
撮像手段へ導く。この操作により可視画像、すなわち、
懸濁浮遊物質の全てを撮像対象とした画像と、植物プラ
ンクトンのみが発色した蛍光画像を同じ静止画面で得る
ことができる。

【００１１】これら可視画像と蛍光画像を画像処理手段
に入力して懸濁浮遊物質と植物プランクトンの形状を認
識する。なお、時間の異なる可視画像を入力することに
より可動性の動物プランクトンを認識できる。出現量計
測手段は形状認識画像を基に、画像間の座標や形状の特
徴量などを考慮してプランクトンの種類や個数、浮遊物
質の面積や粒径分布、ゴミ状物質量を計測する。これら
の計測情報により水質の汚染状態と原因を診断手段で判
断し、浄化手段の選定や運転計画を提示する。

【００１２】このように、可視画像と蛍光画像を同時に
処理することにより、植物プランクトンの種類とその出
現量を正確に把握でき、また、ゴミ状物質や動物プラン
クトンも精度よく監視できる。さらに、これらの情報の
時系列変化から水質汚染を事前に検知し、浄化手段を効
果的かつ効率的に運転できるため、赤潮やアオコの発生
を抑制できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図示する一実施例に基づきよ
り詳細に説明する。図１は、本発明による水圏の観察、
監視及び浄化のそれぞれのシステムを一つのシステムに
連携させた場合の構成図であり、図において、１は監視
の対象となる湖沼、河川、ダム、池及び海域等の貯留
水、３はサンプリング装置、５は濃縮装置、７は移送装
置、10は観察装置、15は撮像装置、20は画像処理装置、
25は判定回路、30は調節回路、40は計測回路、45はデ−
タベ−ス、50は診断回路、55は知識ベ−ス、65は制御回
路、35及び60は表示装置、70は浄化装置をそれぞれ示し
ている。以下、各装置及びそれらの連携作用について詳
細を順次説明する。

【００１４】貯留水１はサンプリング装置３により濃縮
装置５へ導入される。サンプリング装置の幾つかの例を
図２ａ，ｂ，ｃに示す。懸濁浮遊物質、特に、植物プラ
ンクトンは位置や時間、季節により時々刻々変化するた
め、この変化に対処したサンプリングを実施する必要が
ある。図2aは位置調節装置301 で導通管310 を上下方向
に操作し、導入口302 の水深位置を変化(h₁-h₂) させ
る。図2bは導通管310 をサンプリング対象とする水深位
置まで設置し、その途中に複数の導入口302 〜306 を設
ける。図2aの水深位置及び図2bの導入口302 〜306 の開
閉操作は時間帯、季節等を考慮して自動的、あるいは遠
隔地より調節する。図2cは、サンプリング方式の他の例
を示すもので、伸縮自在の導通管310 に導入口302 を水
面方向に配置する。導入口302 は常に水面に浮上する浮
子308 と連結棒309 で固定され、貯留水１の水位が変化
しても水深位置が常時一定に保たれる。このように、導
入口302 を水面近傍に配設することにより、アオコや赤
潮の発生原因とされる浮上性の植物プランクトンのサン
プリングが可能となる。なお、図2bと図2cの形式のもの
を組み合わせて用いることもでき、また図2aの導入口30
2 を固定した形で用いてもよい。

【００１５】サンプリング装置３からの採取液は濃縮装
置５へ導かれ、懸濁浮遊物質が濃縮される。湖沼やダム
の貯留水１は、雨天時には数千ppm の濁質となる場合も
あるが、通常は数十ppm 以下と清澄である。また、植物
プランクトンは大量発生でも数万（細胞数/ml ）で、平
均数百（細胞数/ml ) とされている。これを対物レンズ
４倍の顕微鏡で観察しても１画面（観察容積約0.2mm³)
に１細胞あるか否かで、効率的な監視を行うには濃縮が
必要となる。図3a,bに濃縮装置５の例を示す。図3aに示
す濃縮装置は、容器内部に網状の分離膜501 を設けると
ともに上方部に該分離膜501 を挟んで採取液流入口502
及び返送液出口503 、下方部に濃縮液取り出し口504 を
形成したものであり、分離膜501で採取液の懸濁物質が
濃縮分離される。採取液量と濃縮液量の比で濃縮倍率が
決まり、懸濁物質が分離された濾過液は返送液となる。
この図において、濃縮液の取り出し口504 の近傍は網状
の分離膜501 構造とせずに、分離液が流れ込まないよう
に液が透過しない形状の仕切505 とするとよい。また、
この構造とは逆の構造、すなわち採取液を下方から流入
させ、濃縮液を上方から引抜くようにしてもよく、この
形式のものは浮上性の植物プランクトンの濃縮に有効で
ある。

【００１６】図2bは遠心力を利用して分離する形式の濃
縮装置であり、容器内の回転瀘材510 に採取液を導入
し、分離液を遠心方向に飛ばし、濃縮液を得る。濃縮装
置としては、この他に、密度差や重量差を利用した遠心
分離、あるいは遠心沈降方式を用いたものでもよく、さ
らに、図3bに示す濃縮装置の場合には、横型にしてもよ
い。

【００１７】濃縮装置からの濃縮液は移送装置７により
観察装置10に導かれる。観察装置10の構造の一例を図
４、５に示す。観察装置10は濃縮液の導入管101 に対し
て第１筐体10A と第２筐体10B で構成される。各々の筐
体が対向する導入管101 の一部に透明ガラス製の接液窓
102 と103 が配設されている。接液窓は一方を平型102
に、他方を凹形103 とし、一方の接液窓103 は後記する
駆動手段106 により図において上下方向に移動可能とな
っている。接液窓103 はその上方移動位置において、他
方の接液窓102 と密接するようになっており、両者が接
したときに形成される空間部がサンプル室ｓとなり、濃
縮液の一部が保持される。図５はその状態を示してい
る。

【００１８】第１筐体10A にはサンプル室に焦点を合わ
せた拡大光学レンズ104 と拡大光像を通す鏡筒110 、及
び鏡筒110 の特定位置に光学フィルタ112 とその駆動装
置111 を内蔵している。一方、第２筐体10B には集光レ
ンズを有する照明装置105 と、接液窓103 の位置を調節
する駆動装置106 、及び照明装置105 と接液窓103 の間
に光学フィルタ109 とその駆動装置108 を内蔵してい
る。

【００１９】このような構成において、駆動装置106 は
後述の画像処理装置20からの指令、あるいは外部からの
タイマ−で制御され、接液窓103 を上下動操作する。図
５は上昇動作時で、サンプル室の濃縮液を透過光方式で
撮像し、撮像装置15で受光して電気信号に変換される。
この時、サンプル室内の保持液は、導入管101 流通する
濃縮液の影響を受けずに静止状態にある。図４は、接液
窓103 を下降させた状態で、サンプル室の液は濃縮液の
流れにより入れ替えられ、接液窓103 を再び上昇させる
ことにより、新たな濃縮液が保持される。これらの操作
は連続的に行われ、自動的に画面が更新される。なお、
図４の段階で、導入管101内にワイパ-(図示せず) を設
置し、両接液窓面の洗浄と、サンプル室保持液の強制的
に入れ替えることもできる。

【００２０】一方、駆動装置108 、及び111 は後述の判
定装置25と調節装置30の指令により動作し、光学フィル
タ109 と112 を光路へ出し入れ操作する。図５は、光学
フィルタ109 と112 が光路に設置された状態で、光学フ
ィルタ109 により特定波長帯の光が選択され、サンプル
室の保持液に照射される。ここでは400nm 近傍の波長の
みを選択照射する。この照射により、クロロフィルを細
胞内に有する植物プランクトンのみが発光し、蛍光像が
得られる。光学フィルタ112 は蛍光像のうち照射波長以
上の光を選択的に撮像装置15へ導くもので、植物プラン
クトンのみが発する光が通過し、蛍光画像が得られる。
光学フィルタ109 と112 が光路部にない状態では、照明
装置105 からの全波長帯の光、すなわち可視光がサンプ
ル室の保持液に照射される。この可視光照射により、保
持液中の全懸濁浮遊物質が観察でき、撮像装置15に可視
光画像として撮像され、電気信号に変換される。

【００２１】なお、上記の例では、図４、５に示ような
透過照明方式を用いた観察装置10を説明したが、本発明
はそれに限るものではなく、可視光画像と蛍光画像が得
られる観察装置であれば任意のものを使用することがで
きる。例えは、図６は透過照明方式と落射照明方式を組
み合わせたものを示しており、この装置は、照明装置10
5'、２波長選択ハ−フミラ−115 、及びその駆動装置11
4 を設置しており、ハ−フミラ−115 はフィルタ109 で
の選択波長のみ45度反射させる。従って、フィルタ109
での波長を例えば400nm 近傍の波長に選択することによ
り、植物プランクトンから発生した光のみをハ−フミラ
−115 を直通させ、撮像装置15により蛍光画像を得るこ
とができる。この場合、照明装置105 と105'は調節装置
30によりいづれか一方を動作させる。照明装置105 の動
作は可視光画像が対象となる。なお、接液窓102 と103
を無蛍光ガラスとすれば、より明確な蛍光画像が得られ
る効果がある。

【００２２】撮像装置15で電気信号に変換された可視光
画像及び蛍光画像は画像処理装置20に入力され、懸濁浮
遊物質と植物プランクトンの形状を認識する。また、画
像処理装置20からの情報に基づいて判定回路25が画像の
取り込み指令を行い、この指令に対応して調節回路30が
照射光の選択制御と観察装置10の動作制御を実施する。
図７にその一実施例を示す。画像処理装置20は撮像装置
15からの可視光画像をまず取り込み、懸濁浮遊物質を抽
出する。判定回路25では取り込んだ可視光画像に懸濁浮
遊物質が存在すれば、蛍光画像の取り込み指令を調節回
路30に出力する。調節回路30は、この指令により観察装
置10の駆動装置108(図６では駆動装置114)及び111 を作
動させて光学フィルタ109(図６ではハーフミラ-115) と
112 を操作し、先に取り込んだ可視光画像と同じ画面の
蛍光画像を撮像装置15に撮像する。

【００２３】可視光画像に懸濁浮遊物質が存在しない場
合、及び蛍光画像の処理が画像処理装置20で完了した場
合は、新たな可視光画像の取り込み指令を調節回路30に
出力する。この指令に対応して、調節回路30では光学フ
ィルタ109 と112 を光路部から除くように観察装置10の
駆動装置108 及び111 を作動させ、さらに、駆動装置10
6 を駆動させて接液窓103 を下降、上昇動作させる。こ
の下降、上昇動作により、サンプル室の濃縮液が交換さ
れて新たな可視光画像が撮像装置15に取り込まれる。こ
れらの操作を連続的に実行することにより、同じ画面を
対象とした可視光画像と蛍光画像を対で得ることができ
る。

【００２４】次ぎに、画像処理装置20の処理手順の一実
施例を図８、その１、２に示す場合を例に取り説明す
る。可視光画像(a) は輝度（明るさ) に応じた濃淡情報
G₁(i,j) を持ち、特定の輝度レベルh₁を基準にして懸濁
物質Ａ、Ｂ、Ｃの領域(B₁(i,j)＝１) と液相部Ｚの領域
(B₁(i,j)＝０) を分離抽出する。すなわち、輝度レベル
h₁より低輝度の領域を０、輝度レベルh₁より高輝度の領
域を１にする２値化処理を実行する。２値化処理は、低
輝度領域を１、高輝度領域を０とし、さらに画像を反転
（０を１に、１を０に入変える）させても前述と同様の
画像を得ることができる。この〔０、１〕情報に変換さ
れた抽出画像を(c) に示す。画像(c) は、液相部輝度と
懸濁物質の輝度間に２値化の輝度レベルh₁を設定し、懸
濁物質（黒色部）を１に、液相部を０にしている。

【００２５】一方、画像(b) は可視光画像(a) と同じ画
面に特定の波長帯の光を照射し、その光像を撮像装置15
で撮像した画像である。具体的には400nm 近傍の波長光
を照射し、400nm 以上の波長光を撮像装置15に取り込ん
だ蛍光画像である。この波長帯の光を照射すると、クロ
ロフィルを細胞内に持つ植物プランクトンが赤色系統の
光を発し、濃淡情報G₂(i,j)を持つ。可視光画像(a)と同
じ画面を対象とした蛍光画像(b)では、懸濁物質Ａと可
視光画像(a) では懸濁物質Ｃに隠れて観察できなかった
物体Ｄ，Ｅ，Ｆの３個が現われ、また、可視光画像(a)
で見られた懸濁物質ＢとＣの存在が見られない。このこ
とから、懸濁物質ＢとＣはゴミ状の物質あるいはクロロ
フィルを持たない生体と判定できる。このように、蛍光
画像(b)は、可視光画像(a) でゴミ状の物質内に含まれ
可視できなかった植物プランクトンも観察できる特徴を
有する。この蛍光画像を特定の輝度レベルＨを基準に２
値化処理して植物プランクトンＡ、Ｄ、Ｅ、Ｆの領域(B
(i,j) ＝１) と液相部Ｚの領域(B(i,j) ＝０) を分離抽
出する（図８(d))。

【００２６】次に、懸濁物質の抽出画像(c) と植物プラ
ンクトンのみの抽出画像(d) を差分演算する。この演算
処理により、図８(f) に示すように、植物プランクトン
領域が消去され、懸濁物質の領域のみが抽出される。し
かし、この差分画像(f) では植物プランクトンを含んだ
懸濁物質が不完全な形で認識される。ところで、本発明
者らの観察によれば、可視光画像(a) において、植物プ
ランクトンは一部光が透過して輝度が高く、これに比べ
てゴミ状の物質は全体的に輝度が低い。図８(e)は輝度
レベルh₁より所定値低い輝度レベルh₂で可視光画像(a)
を２値化処理した画像である。この処理により、輝度の
低いゴミ状物質は形を殆ど変えることなく抽出され、ま
た、植物プランクトンは一部低輝度部が抽出されるもの
の大部分が消去され、液相部Ｚの領域(B(i,j) ＝０) と
なる。この抽出画像(e) と植物プランクトンの抽出画像
(d) を加算演算、すなわち、両画像間で情報" １" が入
力されている領域の抽出処理を実行する。この結果、植
物プランクトンＡの一部と懸濁物質Ｃ中に存在している
プランクトンが抽出される（図８(g))。さらに、抽出画
像(g) と差分画像(f) を加算演算する。ここでの加算演
算は、加算して情報" １" あるいは" ２" となる領域の
情報を全て情報" １" とするもので、図８(h) のよう
に、植物プランクトンＡの一部とゴミ状の物質Ｂ及びＣ
の全体像を抽出できる。

【００２７】一方、差分画像(f) を膨張処理、すなわ
ち、外側へ情報" １" 領域を拡げる処理を実行すること
により、ゴミ状の懸濁物質が全体的に膨らむと共に内部
の空白領域がなくなる（図８(i))。この処理は、植物プ
ランクトンの大きさを考慮して数回実行してもよい。最
後に、抽出画像(h) と膨張画像(i) を加算演算する。こ
の演算は(g) の場合と同様に情報" １" が重複している
領域のみ抽出するもので、図13(j) に示すように、植物
プランクトンＡの一部が消去され、ゴミ状の懸濁物質Ｂ
及びＣが正確に抽出することができる。懸濁物質全体の
抽出画像(c) と植物プランクトンのみの抽出画像(d) 及
びゴミ状物質のみの抽出画像(j) は計測回路40に入力さ
れる。

【００２８】なお、上記画像処理手順において、可視光
画像(a) 及び蛍光画像(b) を直接処理したが、各画像の
背景画像を予め撮像し、その画像と差分処理した画像を
対象に画像処理を実行しても良い。この前処理を実行す
ることにより画像全体の輝度ムラ、すなわち照明光によ
る明るさの影響をなくし、良好な抽出画像を得ることが
できる。また、２値化処理のための輝度レベルの設定は
固定値、並びに各画像の輝度分布（ヒストグラム）を考
慮して変化させる自動２値化法を用いることができる。
さらに、最終的な抽出画像(j) は抽出画像(e) と膨張画
像(i) から得ることもできる。

【００２９】これらの処理画像及び撮像装置15の撮像画
像は表示装置35、35' にそれぞれ別個に出力し、直接監
視することができる。それにより、サンプリングした水
質の状況を視覚的に判断することが可能となる。計測回
路40ではまず、入力された画像全体の物体総個数、全面
積、粒径分布、平均粒径等を計測する。これらは各入力
画面毎に実行するもので、懸濁物質、植物プランクト
ン、及びゴミ状物質毎の計測値が求められる。さらに、
各物体ごと、すなわち懸濁物質、植物プランクトン、及
びゴミ状物質の１個１個に対しての面積、周囲長、穴
数、円形状係数、長軸・短軸の長さ、端点数、交点数、
穴を考慮した面積比、長軸・短軸比等を計測する。これ
ら各種計測値はデ−タベ−ス45に出力、格納される。

【００３０】診断回路50は計測回路40の計測情報、並び
に知識ベ−ス55の格納ル−ルに基づいて水域の汚染状況
とその要因、並びに浄化対策を診断する。まず、計測情
報を用いて懸濁物質の増減傾向を把握し、増減の原因が
植物プランクトンかゴミ状物質に由来するものかを判定
する。植物プランクトンが影響要因であれば、その種類
を同定し、知識ベ−ス55のル−ルから増殖要因を診断す
る。種類の同定は、形状の特徴を計測回路40の計測情報
から求めて実行する。例えば、アオコや赤潮の原因とな
るミクロキスチスやウロゲレナは円形状係数や粒径、さ
らに細胞と中空（穴）部の面積比等の計測情報を用いて
同定する。また、糸状や矩形状のプランクトンは長軸・
短軸長比、面積と周囲長比、端点や交点数等から同定で
きる。さらに、星形状や連環状のプランクトンは端点や
交点数、細胞と中空（穴）部の面積比、穴数、細胞と中
空（穴）部の面積比、面積と周囲長比等から判定でき
る。これらの判定にはクリスプル−ルやファジ−ル−ル
による知識工学的手法、並びに各種計測情報を入力層
に、計測情報に対応する特徴値を教師デ−タとするニュ
−ラルネットワ−ク手法を用いることもできる。プラン
クトン同定情報はデ−タベ−ス45に格納することがで
き、また、各種ル−ルや特徴値及びそれに対応するプラ
ンクトン名は知識ベ−ス55に格納し、必要に応じて呼出
して推論を実行する。この結果、懸濁物質全体並びにゴ
ミ状物質と植物プランクトンの個数や大きさ及び形状、
さらに、植物プランクトンの種類やその出現数が連続的
かつ自動的に定量化され、その時間的変化を求めること
により汚れの状態を診断できる。汚染状況の診断は、例
えば、懸濁物質の大部分がゴミ状物質であれば雨あるい
は水域の対流の影響が原因と判断する。また、植物プラ
ンクトンの場合は栄養塩濃度、水温、水流の停滞、ある
いは日射量の影響かを判断する。これらの汚染要因の診
断には水域の水質情報や天候等の気象情報を考慮して行
なう。さらに、判断された汚染要因、及び植物プランク
トンの出現種類と発生量に応じて、複数の設備を有する
場合は運転設備の選定、運転時期等の浄化対策を支援す
る。以上のプランクトン同定情報や汚染状況の診断結
果、並びに浄化対策の支援結果は表示装置60に出力でき
る。また、表示装置60は懸濁物質量に対応して警報発
生、及び診断回路50の実行支援や診断結果に対するマン
マシン操作が可能である。

【００３１】制御回路65は、診断回路50の浄化対策の出
力結果に基づいて浄化装置70の運転を調節する。浄化装
置70は、懸濁物質が植物プランクトンの場合に稼動指令
が出力され、大部分がゴミ状物質の場合は稼動指令の出
力はなされない。また、植物プランクトンの出現量ある
いは増殖速度に対応して稼動のタイミングを決定する。
このタイミングは出現量あるいは増殖速度が設定値以上
であれば即時稼動となり、設定値以下で継続的な増殖傾
向にあればその推移を監視し、例えば継続期間が設定値
を越えたときに稼動させる。運転の停止指令は植物プラ
ンクトンの出現量が第２の設定値以下に低減したことに
より出力される。出現量の第２の設定値と前記設定値
は、対象水域に応じて決められるもので、同値でも相違
しても良い。

【００３２】浄化装置70は１つの水域に複数個設備され
ているのが一般的で、また、様々な方式の浄化法が適用
されている。図１は、サンプリング液すなわち懸濁物質
を含む汚濁液を直接採取し、濾過により懸濁物質のみを
分離除去したのち濾液を浄化液として水域に返送する浄
化方式である。汚濁液は、船あるいは懸濁物質が滞留す
る領域に固定した導水管からポンプで採取しても良い。
さらに、浄化方式としては、水域内に設置した浄化装置
70を直接稼動させる方法も適用できる。この方法には、
水面近くの液を攪拌して水流を起こすとともに酸素を供
給する攪拌方式や、水域の底部近傍に中空筒を設けて連
続的あるいは間欠的に空気を流通させて水流を強制的に
発生させる方式がある。これらの浄化方式は異常出現し
た植物プランクトンの直接浄化、さらに、汚染要因が水
温、水流停滞や日射量が影響している場合に有効であ
る。

【００３３】また、汚染要因が有機物、窒素やりん等の
富栄養塩の場合、活性汚泥法などの微生物を利用して富
栄養塩を選択的に分解除去する方式、凝集剤などの薬剤
を添加して沈殿除去する方式、活性炭や膜で物理的に除
去する方式、さらに、オゾン注入や紫外線照射による分
解除去方式が適用できる。これらの方式は水域からサン
プリングした汚濁液や、水域への流入水を対象に処理し
ても良い。

【００３４】上記実施例では特定箇所の懸濁物質を観察
する方式で説明したが、観察装置10、撮像装置15、及び
画像処理装置20は水域の複数箇所に設置しても良く、ま
た、複数箇所の撮像装置15からの映像を画像処理装置20
に伝送して映像や処理画像を表示装置35に表示しても良
い。さらに、貯留水１をサンプリングして撮像する方式
を採用したが、観察装置10を直接貯留水１に浸漬する方
式も適用できる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、水域の汚染状態を連続
的に、かつ自動的に監視できる。さらに、ゴミ状物質と
この物質に含まれる植物プランクトンの種類や出現量が
精度良く定量化できるため、汚染の要因が植物プランク
トンであるか否かを正確に判定できる。この判定結果に
基づいて浄化手段を効果的かつ効率的に運転するため、
水域の汚染を防止できるとともに、汚染がひどくなる前
に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明する構成図。

【図２】貯留水のサンプリング手段を説明する構成図。

【図３】サンプリングした貯留水の懸濁物質を濃縮する
手段を示す図。

【図４】撮像装置の構造と機能を説明する構成図。

【図５】撮像状態にある撮像装置を示す図。

【図６】他の撮像装置を示す説明図。

【図７】撮像画像の設定方式を説明する機構図。

【図８】懸濁物質の画像処理方式の一例を説明する構成
図。

【符号の説明】

１・・・貯留水、３・・・サンプリング装置、５・・・濃縮装
置、７・・・移送装置、10・・・観察装置、15・・・撮像装
置、20・・・画像処理装置、25・・・判定回路、30・・・調節
回路、40・・・計測回路、45・・・デ−タベ−ス、50・・・診
断回路、55・・・知識ベ−ス、65・・・制御回路、35及び60
・・・表示装置、70・・・浄化装置

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１２月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】次ぎに、画像処理装置20の処理手順の一実
施例を図８に示す場合を例に取り説明する。可視光画像
(a) は輝度（明るさ）に応じた濃淡情報G₁(i,j) を持
ち、特定の輝度レベルh₁を基準にして懸濁物質Ａ、Ｂ、
Ｃの領域(B₁(i,j)＝１）と液相部Ｚの領域(B₁(i,j)＝
０）を分離抽出する。すなわち、輝度レベルh₁より低輝
度の領域を０、輝度レベルh₁より高輝度の領域を１にす
る２値化処理を実行する。２値化処理は、低輝度領域を
１、高輝度領域を０とし、さらに画像を反転（０を１
に、１を０に入変える）させても前述と同様の画像を得
ることができる。この〔０、１〕情報に変換された抽出
画像を(c）に示す。画像(c）は、液相部輝度と懸濁物質
の輝度間に２値化の輝度レベルh₁を設定し、懸濁物質
（黒色部）を１に、液相部を０にしている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者呉文智茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者馬場研二茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者矢萩捷夫茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者圓佛伊智朗茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者大淵美砂子茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水圏内の液の可視画像を撮像する手段、同一液に特定波長の光を照射して植物プランクトンが発
色した蛍光画像を撮像する手段、該撮像手段により得られた映像を画像処理し植物プラン
クトン及び他の懸濁物質とを区別して認識する手段、及
び、それぞれの手段により得られた情報を必要に応じ同時あ
るいは区別して視覚的に表示する表示手段、とを具備することを特徴とする水圏観察、監視及び浄化
システム。
【請求項２】水圏内の液の可視画像を撮像する手段、同一液に特定波長の光を照射して植物プランクトンが発
色した蛍光画像を撮像する手段、該撮像手段により得られた映像を画像処理し植物プラン
クトン及び他の懸濁物質とを区別して認識する手段、認識した植物プランクトンの形状的構造的特性及び個数
を計測する計測手段、該他の懸濁物質の出現量を計測する計測手段、及び、それぞれの手段により得られた情報を必要に応じ同時あ
るいは区別して視覚的に表示する表示手段、を具備することを特徴とする水圏観察、監視及び浄化シ
ステム。
【請求項３】水圏内の液の可視画像を撮像する手段、同一液に特定波長の光を照射して植物プランクトンが発
色した蛍光画像を撮像する手段、該撮像手段により得られた映像を画像処理し植物プラン
クトン及び他の懸濁物質とを区別して認識する手段、認識した植物プランクトンの形状的構造的特性及び個数
を計測する計測手段、該他の懸濁物質の出現量を計測する計測手段、該各計測手段からの計測情報を他の知識ベースと比較し
汚染に関する情報を提供する診断手段、及び、それぞれの手段により得られた情報を必要に応じ同時あ
るいは区別して視覚的に表示する表示手段、を具備することを特徴とする水圏観察、監視及び浄化シ
ステム。
【請求項４】水圏内の液の可視画像を撮像する手段、同一液に特定波長の光を照射して植物プランクトンが発
色した蛍光画像を撮像する手段、該撮像手段により得られた映像を画像処理し植物プラン
クトン及び他の懸濁物質とを区別して認識する手段、認識した植物プランクトンの形状的構造的特性及び個数
を計測する計測手段、該他の懸濁物質の出現量を計測する計測手段、該各計測手段からの計測情報を他の知識ベースと比較し
汚染に関する情報を提供する診断手段、該診断手段からの信号に基づき作動する水圏の浄化に必
要な浄化手段、及び、それぞれの手段により得られた情報を必要に応じ同時あ
るいは区別して視覚的に表示する表示手段、を具備することを特徴とする水圏観察、監視及び浄化シ
ステム。
【請求項５】水圏内の液を連続的にサンプリングする
手段、及び該サンプリング液を濃縮する濃縮手段をさら
に有することを特徴とする請求項１ないし４いずれか記
載の水圏観察、監視及び浄化システム。
【請求項６】該可視画像の撮像と蛍光画像の撮像と
は、特定波長帯の光を選択的に照射しうる手段を持つ一
の撮像装置内で行われることを特徴とする、請求項１な
いし５いずれか記載の水圏観察、監視及び浄化システ
ム。
【請求項７】該撮像及び計測とを、所要期間にわたり
連続的に行い、該診断手段に入力することを特徴とす
る、請求項１ないし６いずれか記載の水圏観察、監視及
び浄化システム。