JPH06102165A - 水中画像検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水中の懸濁物の自然な形態の画像と、その微
細な画像とを自動的に、かつ連続的に撮像できるように
する。 【構成】 鐘形の外筒と画像検出プローブを常時、水中
に没しさせておき、画像検出プローブの検体皿内に検水
が開口を通して流れ込める高水位まで外筒の内部の空気
を排出し、その後、圧縮空気を送り込んで外筒の水位を
検体皿の開口よりも下方の低水位まで低下させ、照明器
により検水を明るく照らしながらテレビカメラにより検
体皿の上下幅の広い第１の空間と上下幅の狭い第２の空
間とに溜まっている検水をそれぞれ低倍率、高倍率で撮
像するように撮像手段を制御する。この撮像の後、噴気
管の噴気口から検体皿内に空気を噴き出させて検水を吹
き飛ばして空にし、この後、再び、高水位になるまで外
筒内の空気を排出させるように空気調整装置を制御する
シーケンス制御を繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水中に懸濁している
物体の特徴を解析するために、水中に懸濁している状態
のままの原画像を撮像し、同時にその微細な特徴も検出
する水中画像検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水中、特に河川や海洋、さらには浄水場
や下水処理場における工程水中の懸濁物の浮遊している
形状の特徴は、従来から多く自動化されている水質化学
分析装置では得られない水質特性の情報を有しており、
水環境解析や管理および水処理運転や制御の重要な指標
である。それにもかかわらず、従来、これらの懸濁物の
浮遊形状の特徴判定は、時間と労力のかかる煩雑な画像
検出処理工程で人の手によってしか行なうことができ
ず、そのために、自由に利用するということができず、
画像検出工程について自動化する技術を確立する要求が
高くなってきている。

【０００３】また、水中に懸濁している物質の大きさは
大小さまざまであり、数ｍｍから数ミクロンに亘る。し
たがって、大きな物質や自然の形の懸濁物の特性を見よ
うとして低倍率の光学系のカメラを用いると、小さな物
質は写らず、逆に小さな物質を見ようとして高倍率の光
学系のカメラを用いると、大きな物質が視野から外れて
しまったり、自然の形を壊してしまったりする問題があ
り、懸濁物質の大小にかかわらずその画像が検出できる
技術を確立する要求が高まってきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような要望に応え
るものとして、従来、高倍率の光学系のカメラを用い
て、ポンプで汲み上げた検水を動力で薄いスリット内に
固定して撮像する画像検出装置が知られている。これ
は、検水をポンプによって汲み上げて薄いスリットに固
定するために、磁力やモータなどの動力で検水を壊して
しまい、自然の形の懸濁物の特性を観察することができ
ない問題点があった。

【０００５】また他の従来の要望に応えるものとして、
低倍率の光学系のカメラを用いて、検水をポンプなどで
導水せずに、検水中に浸漬して自然の形の懸濁物の特性
を撮像する画像検出装置が知られている。ところが、こ
の場合には、小さな物質については観察することができ
ない問題点があった。

【０００６】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みなされたもので、低倍率の光学系で流動する水に懸濁
している大きな物体の浮遊している形状をその自然の形
を壊さずに、かつ水による揺動を防止して鮮明に画像検
出することができ、同時に、高倍率の光学系で大きな物
体の細部や小さな物体の形状を鮮明に検出することがで
き、その後の画像解析による特徴判定をスムーズに行な
わせることができる水中画像検出装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の水中画像検出
装置は、底面に透明窓が形成され、この透明窓の下方に
取り付けられ、周囲の一部が開口して外部と連通し、前
記透明窓との間に上下幅の広い第１の空間と上下幅の狭
い第２の空間とが形成され、これらの空間に噴気口が開
口するように噴気管が接続された検体皿と、前記透明窓
の上方に、前記検体皿の各空間に導入された検水をそれ
ぞれ異なる倍率で択一的に撮像する撮像手段が内装され
た容器で構成される画像検出プローブと、検水中に設け
られ、下部のみが開放された鐘形をなし、内部に前記画
像検出プローブが収容固定され、かつ内部に送気管の送
気口が開口し、内部の水位が前記検体皿の開口よりも高
い所定の高水位か、検体皿の開口よりも低い所定の低水
位かを検出する水位検出器が取り付けられた外筒と、前
記送気管への加圧空気供給路に設けられた送気バルブ、
前記送気管内の加圧空気を排気させる排気バルブ、およ
び前記空間に接続された噴気管への加圧空気供給路に設
けられた噴気バルブを有する空気系統と、前記外筒内の
水位が前記所定の高水位にあることを条件に送気バルブ
を開動作させ、前記外筒内の水位が所定の低水位まで低
下したことを条件に送気バルブを閉動作させると共に、
前記撮像手段に撮像指令を与える検出制御手段と、前記
撮像手段の撮像が完了したことを条件に前記噴気バルブ
を開閉し、空間内にたまっている検水を吹き飛ばして除
去する噴気制御手段と、前記噴気バルブの動作終了後
に、前記排気バルブを開動作させて前記外筒内の空気を
排出し、この外筒内の水位が所定の高水位に上昇するこ
とにより排気バルブを閉動作させる排気手段とを備えた
ものである。

【０００８】

【作用】この発明の水中画像検出装置では、鐘形の外筒
と画像検出プローブを常時、検水中に没しさせておき、
水位検出器が画像検出プローブの検体皿内に検水が開口
を通して流れ込める高水位を検出するまで送気管によっ
て外筒の内部の空気を排出し、その後、送気管から圧縮
空気を送り込んで外筒の水位を検体皿の開口よりも下方
の低水位まで低下させるように空気系統を制御する。

【０００９】そして、水位検出器がこの低水位を検出す
れば、容器内の撮像手段により検体皿の上下幅の広い第
１の空間と上下幅の狭い第２の空間とに溜まっている検
水を容器底部の透明窓を通してそれぞれ低倍率、高倍率
で撮像するように制御する。

【００１０】この撮像の後、前記噴気管の噴気口から当
該検体皿内の２つの空間それぞれに空気を噴き出させて
検水を開口より噴き出させて空にするように空気系統を
制御し、この後、再び、水位検出器が高水位を検出する
まで送気管を通して外筒内の空気を排出させるように空
気系統を制御する。

【００１１】さらに、水位検出器が高水位を検出した
後、噴気管を通して前記検体皿内の幅の広い第１の空間
と幅の狭い第２の空間内の空気を排出させることによっ
て、外部より新たな検水をこれらの空間に導入するよう
に空気系統を制御する。

【００１２】以上の制御を繰り返すことにより、検体皿
の幅の広い第１の空間に検水をその中に浮遊する懸濁物
を破壊するような外力を加えずに取り込み、かつ検体皿
の幅の狭い第２の空間にはより細かな懸濁物を取り込
み、撮像手段によって撮像して水中画像を得ることがで
き、懸濁物の巨視的な形状特徴と微細な形状特性とを正
確に撮像した画像を同一の装置によって同時に、自動的
に、かつ連続的に得ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。

【００１４】この発明の一実施例の水中画像検出装置は
大きく分けて、図３に示すように画像検出プローブ１
と、これを収容固定する外筒２と、これらの収容されて
いる各種機器を制御する制御室３と、これらの間を接続
する支持管４とから構成されている。

【００１５】図１（ａ）は画像検出プローブ１の断面図
を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ側面図を示
している。この画像検出プローブ１は、気密的な容器１
１の内部に各種機器を収容した構成である。そして、こ
の容器１１内には、テレビカメラとして先端に倍率の異
なるレンズ１２ａ，１２ｂと光路変換器１３を取り付け
たＩＴＶカメラ１４と照明器１５，１５が支持されてい
る。光路変換器１３は、位置設定器１６によって作動さ
せられるようになっている。

【００１６】照明器１５の光軸先には反射鏡１７が備え
られている。また、容器１１の底部にはガラスのような
透明窓１８が設けられていて、容器１１の下方に取り付
けられている検体皿１９上の検体１１０の画像を背景板
１９ａ，１９ｂを背景にＩＴＶカメラ１４によって撮像
できるようになっている。

【００１７】この検体皿１９は一部が開放してあり、他
の部分は気密的に容器１１の下面に接合されており、上
下幅の広い第１の空間１９−１と上下幅の狭い第２の空
間１９−２とが２段に形成されていて、第１の空間１９
−１に第１噴気管１１１の噴気口１１２が連通させら
れ、第２の空間１９−２に第２噴気管１１３の噴気口１
１４が連通させられている。

【００１８】ＩＴＶカメラ１４に対する制御信号を伝送
するための信号ケーブル１１５および照明器１５に対す
る光ファイバケーブル１１６が容器１１の上部の中央部
を通して外部に導出されている。噴気管１１１の上部も
同じである。

【００１９】図２は画像検出プローブ１を収容固定する
鐘形の外筒２の構造を示しており、この外筒２は下部が
開放し、その他の部分は気密的な釣り鐘状の構造とな
り、その中に画像検出プローブ１が収容されている。ま
た、この外筒２の内部上方には水位検出器２１が備えら
れている。画像検出プローブ１の第１噴気管１１１と第
２の噴気管１１３は外筒２の上底部の接合部（図示せ
ず）を通して、図３に詳しく示す制御室３に通じてい
る。

【００２０】この外筒２と画像検出プローブ１とは、支
持管４で共に吊り下げられて固定支持されている。すな
わち、支持管４は容器１１の上部と一体となり、また外
筒２はこの支持管４に溶接固着されているのである。

【００２１】支持管４の内部には、図１に示したように
画像検出プローブ１のＩＴＶカメラ１４に対する信号ケ
ーブル１１５と、照明器１５に対する光ファイバケーブ
ル１１６が通されていると共に、外筒２の内部の空気を
出し入れする送気管２２と、水位検出器２１の信号線２
３とが通されている。

【００２２】水位検出器２１には、高水位（Ｈ）検出棒
２１−Ｈと低水位（Ｌ）検出棒２１−Ｌとが設けられて
おり、画像検出プローブ１の下部にある検体皿１９はそ
の高水位Ｈ近くに位置するように設定されている。

【００２３】図３は、画像検出プローブ１の内部のＩＴ
Ｖカメラ１４、照明器１５および第１、第２噴気管１１
１，１１３を通って検体皿１９上の検水１１０を外部に
排除する空気量や、外筒２の内部の水位を調節するため
の送気量の制御を行なうために、支持管４の上端部に設
けられている制御室３の構成を示している。

【００２４】この制御室３には、ＩＴＶカメラ制御器３
１と、光を照明器１５に送る照明制御器３２と、図４で
詳しく説明する空気調整装置３３とが内蔵されている。

【００２５】図４に示すように空気調整装置３３は、シ
ーケンス制御装置３３１を備えており、このシーケンス
制御装置３３１は、エアタンク３３２に取り付けられた
圧力スイッチ３３３の信号と図２に示された外筒２内の
水位検出器２１の信号とシーケンス制御装置３３１の内
部の設定可能なタイマとによって、エアポンプ３３４と
８つのバルブＶ１〜Ｖ８を制御し、送気管２２を通して
外筒２の内部の空気量と、第１噴気管１１１と第２噴気
管１１３を通して検体皿１９内の検水１１０を交換する
ための空気量とを図５に例示するシーケンスに従って制
御するようになっている。

【００２６】次に、上記の構成の水中画像検出装置の動
作について説明する。

【００２７】水中の浮遊懸濁物の画像検出を行なうため
に、まず検出対象とする水処理設備の水中に図３に示す
ように画像検出プローブ１と外筒２とが完全に没する状
態に設置する。

【００２８】そして、シーケンス制御装置３３１により
次に示すようにシーケンス制御を行なうことにより、水
中の懸濁物の浮遊状態を繰り返し画像検出する。すなわ
ち、図５のシーケンス図において、まずタイミングＡで
は、水位検出器２１の水位ＬＣは高水位Ｈであり、ここ
で、バルブＶ６とＶ８を開（オン）とすることにより、
検体皿１９の幅の広い第１の空間１９−１に、続いて幅
の狭い第２の空間１９−２に検体皿１９内の開口から検
水１１０を導入する。

【００２９】続いて、バルブＶ２とバルブＶ４を開（Ｏ
Ｎ）とすることにより、送気管２２を通して圧縮空気を
外筒２に送り込み、この外筒２の内部の水を空気の圧力
によって押し下げることにより低水位Ｌまで低下させ
る。

【００３０】なお、この撮像中、エアタンク３３２の圧
力が低下し、圧力スイッチ３３３がタイミングＣに示す
ように低圧（Ｌ）を検出すれば、シーケンス制御装置３
３１はバルブＶ１とバルブＶ２を開とし、エアポンプ３
３４を起動することによりエアタンク３３２内の圧力を
圧力スイッチ３３２の高圧（Ｈ）に設定する。

【００３１】この結果、画像検出プローブ１は水中から
空気中に露出することになるが、このときには検体皿１
９内の第１の空間１９−１と第２の空間１９−２には検
水１１０が残留し、すぐに静止する。

【００３２】そこで、タイミングＤでＩＴＶカメラ制御
器３１と照明制御器３２を起動することにより、照明器
１５により反射鏡１７と透明窓１８を通して検水１１０
を明るく照らさせ、ＩＴＶカメラ１４により透明窓１８
を通して検水１１０を撮像する。この場合、まず位置設
定器１６によって光路変換器１３の光路を検体皿１９の
幅の広い第１の空間１９−１に存在する検水を撮像する
倍率の小さい方のレンズ１２ａ側に設定しておき、幅の
広い第１の空間１９−１に存在する検水を、その中に懸
濁物が浮遊した状態のまま撮像する。次いで、位置設定
器１６を再び作動させ、光路変換器１３の光路を検体皿
１９の幅の狭い第２の空間１９−２に存在する検水を撮
像する倍率の大きい方のレンズ１２ｂ側に設定し、幅の
狭い第２の空間１９−２に存在する検水を、その中に懸
濁物が浮遊した状態のまま撮像する。こうして、幅の広
い第１の空間１９−１に存在する検水についてはその中
に浮遊する比較的大きな懸濁物を、その自然の形態を破
壊することなく撮像し、また幅の狭い第２の空間１９−
２に存在する検水についてはその中に浮遊する物体の細
部の特徴あるいは微細な懸濁物を高倍率で撮像すること
ができる。

【００３３】タイミングＥでＩＴＶカメラ１４による撮
像が終了した後、バルブＶ２を開（オン）とし、続いて
バルブＶ５とＶ７をこの順で開（オン）とし、第１、第
２噴気管１１１，１１３に圧縮空気を送り込み、噴気口
１１２，１１４から第１、第２の空間１９−１，１９−
２に空気を勢い良く噴き出させ、検体皿１９の中の検水
１１０を外部に排出させ、検体皿１９内を空にする。

【００３４】その後、タイミングＦでバルブＶ４を開と
し、外筒２内の空気を送気管２２を通して逆流させて排
出し、タイミングＡ′で外筒２内の水位を再び高水位Ｈ
とし、検体皿１９内に開口から再び検水１１０を導入す
る。

【００３５】以後、再び水位を低下させて検水を検体皿
１９中に残留させ、撮像するという操作を繰り返すこと
により、Ａ〜Ａ′という一定周期で水中の懸濁物の浮遊
状態を自動的に画像検出する。

【００３６】こうして、定期的に水中の懸濁物の自然の
浮遊状態の特徴とその微細な特徴とを同時に画像として
検出し、後の水質解析に供することができる。

【００３７】なお、この発明は上記の実施例に限定され
ることはなく、特にシーケンス制御の手順は必要に応じ
て適宜に変更することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、流動す
る水中に浮遊する懸濁物を鐘形の外筒内で流動する検水
中から遮断するようにして画像検出プローブの検体皿の
幅の広い第１の空間と幅の狭い第２の空間とに導入して
静止状態で画像検出することができ、比較的大きな形状
の浮遊物体の全体的な画像と同時にその微細な構造の画
像、あるいは微細な浮遊物体の画像をも検出することが
でき、画像処理用の鮮明な原画像を自動的、かつ連続的
に検出することができる。そして、これによって、河川
や海洋、下水処理場や浄水場の工程水中に浮遊している
懸濁物の水質的情報が容易に得られるようになり、環境
監視およびその管理や水処理運転の支援ツールとして利
用でき、安全な運転を自動的に行なうことができるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の画像検出プローブの断面
図および側面図。

【図２】上記実施例の鐘形の外筒と画像検出プローブの
断面図。

【図３】上記実施例の全体的な構成を示すブロック図。

【図４】上記実施例の空気調整装置のブロック図。

【図５】上記実施例のシーケンス制御装置のシーケンス
動作を示すタイミングチャート。

【符号の説明】

１ 画像検出プローブ ２ 外筒 ３ 制御室 ４ 支持管 １１ 容器 １２ａ，１２ｂ レンズ １３ 光路変換器 １４ ＩＴＶカメラ １５ 照明器 １６ 位置設定器 １７ 反射鏡 １８ 透明窓 １９ 検体皿 １９−１ 第１の空間 １９−２ 第２の空間 ２１ 水位検出器 ２２ 送気管 ３１ ＩＴＶカメラ制御器 ３２ 照明制御器 ３３ 空気調整装置 １１０ 検水 １１１ 第１噴気管 １１２ 噴気口 １１３ 第２噴気管 １１４ 噴気口 １１５ 信号ケーブル ３３１ シーケンス制御装置 ３３２ エアタンク ３３３ 圧力スイッチ ３３４ エアポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ０１Ｄ 21/30 Ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底面に透明窓が形成され、この透明窓の
   下方に取り付けられ、周囲の一部が開口して外部と連通
   し、前記透明窓との間に上下幅の広い第１の空間と上下
   幅の狭い第２の空間とが形成され、これらの空間に噴気
   口が開口するように噴気管が接続された検体皿と、 前記透明窓の上方に、前記検体皿の各空間に導入された
   検水をそれぞれ異なる倍率で択一的に撮像する撮像手段
   が内装された容器で構成される画像検出プローブと、 検水中に設けられ、下部のみが開放された鐘形をなし、
   内部に前記画像検出プローブが収容固定され、かつ内部
   に送気管の送気口が開口し、内部の水位が前記検体皿の
   開口よりも高い所定の高水位か、検体皿の開口よりも低
   い所定の低水位かを検出する水位検出器が取り付けられ
   た外筒と、 前記送気管への加圧空気供給路に設けられた送気バル
   ブ、前記送気管内の加圧空気を排気させる排気バルブ、
   および前記空間に接続された噴気管への加圧空気供給路
   に設けられた噴気バルブを有する空気系統と、 前記外筒内の水位が前記所定の高水位にあることを条件
   に送気バルブを開動作させ、前記外筒内の水位が所定の
   低水位まで低下したことを条件に送気バルブを閉動作さ
   せると共に、前記撮像手段に撮像指令を与える検出制御
   手段と、 前記撮像手段の撮像が完了したことを条件に前記噴気バ
   ルブを開閉し、空間内にたまっている検水を吹き飛ばし
   て除去する噴気制御手段と、 前記噴気バルブの動作終了後に、前記排気バルブを開動
   作させて前記外筒内の空気を排出し、この外筒内の水位
   が所定の高水位に上昇することにより排気バルブを閉動
   作させる排気手段とを備えて成る水中画像検出装置。