JPH06102166A - 水中粉体画像検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水中粉体の浮遊状態を自然な形態のまま、自
動的にかつ連続的に撮像できるようにする。 【構成】 この発明の水中粉体画像検出装置は、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セル内に検水が流れ込める
高水位まで外筒の内部の空気を排出し、その後、圧縮空
気を外筒内に送り込んで外筒の水位を検体セルよりも下
方の低水位まで低下させ、この低水位において、照明容
器内の照明ランプで暗視野コンデンサを照らし、暗視野
コンデンサから出る光によって検体セル内に存在する水
中粉体を明るく輝くように光らせ、同時に撮像容器内の
テレビカメラにより明るく光っている水中粉体を撮像す
るようにテレビカメラを制御する。

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
微かな粉体の特徴を解析するために、水中に懸濁してい
る状態そのままに、微細な構造まで画像として検出する
水中粉体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微粉体の浮遊している
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、これらの水中粉体
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】

【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、微粉体に光を照射し、その発射光
で撮像し、かつ水の流動による水中粉体の揺動による検
出画像のぶれを防ぐために、いわゆる導水形の画像検出
装置が知られているが、これは反射光を利用するため
に、検出倍率を高くすると画像がぼやけることがあり、
また検水をポンプによって汲み上げるために、粉体の形
を壊してしまって自然の形の水中粉体の特性を観察する
ことができない問題点があった。

【０００４】また、検水を暗室に導入し、ストロボ照明
によって静止画像として検出する方式の画像検出装置も
知られているが、この場合には、ストロボ照明の時間が
きわめて短く、そのためにテレビカメラを利用する自動
化された画像検出装置とするには画面ノイズが多く、こ
れを画像処理によって水中粉体の特徴判定に用いる原画
像とするには不適当である問題点もあった。

【０００５】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、検出倍率を上げても画像のボケが少
なく、また流動する水に懸濁している粉体の浮遊してい
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、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
きる水中粉体画像検出装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の水中粉体画像
検出装置は、テレビカメラが内装され、底面に透明窓が
形成され、前記テレビカメラがこの透明窓を通して撮像
するようにした撮像容器と、前記撮像容器の底面と対向
する状態で一体的に取り付けられ、その内部に前記撮像
容器の底面との対向面に向って照明ランプが収容され、
この照明ランプと前記対向面との間に暗視野コンデンサ
が内装され、前記対向面に透明窓が取り付けられた照明
容器と、前記撮像容器と照明容器との間に設けられ、少
なくとも一部が外部と連通するように開口した検体セル
であって、スリットを形成する２枚の透明板を前記各透
明窓に沿うように配置し、かつこのスリットに噴気管を
その噴気口が開口するように接続したものとによって構
成される画像検出プローブと、検水中に設けられ、前記
画像検出プローブを内部に収容固定し、この画像検出プ
ローブが設けられた内部の検水水位を変化させて検水を
前記検体セルに導く導水手段を有する外筒とを備えたも
のである。

【０００７】また上記の水中粉体画像検出装置におい
て、照明容器内の光源として水銀灯を用い、これから紫
外線を取り出すフィルタを暗視野コンデンサに代えて設
け、テレビカメラの対物レンズと共に蛍光顕微鏡を構成
し、この蛍光顕微鏡の拡大像を前記テレビカメラで撮像
するようにすることができる。

【０００８】また上記の水中粉体画像検出装置におい
て、照明容器内の暗視野コンデンサに代えて位相差板を
設け、テレビカメラの対物レンズに位相差レンズを用い
ることにより位相差顕微鏡を構成し、この位相差顕微鏡
の拡大像を前記テレビカメラで撮像するようにすること
もできる。

【０００９】

【作用】この発明の水中粉体画像検出装置では、導水手
段によって外筒内の水位を変化させることにより検体セ
ル内に検水を導入し、照明容器内の照明ランプで暗視野
コンデンサを照らし、暗視野コンデンサから出る光によ
って検体セル内のスリットに存在する水中粉体を明るく
輝くように光らせ、同時に撮像容器内のテレビカメラに
より明るく光っている水中粉体を撮像するように制御す
る。

【００１０】こうして、検体セルのスリットに検水をそ
の中に浮遊する水中粉体を破壊するような外力を加えず
に取り込み、テレビカメラによって撮像して水中画像を
得ることができ、水中粉体の微細な形状特徴を正確に撮
像した画像を自動的に、かつ連続的に得ることができ
る。

【００１１】また暗視野コンデンサに代えて、蛍光顕微
鏡または位相差顕微鏡を用いることによっても、通常の
光学顕微鏡よりも１０〜１００倍の拡大率で水中粉体の
画像を撮像することができる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。

【００１３】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鐘形の外筒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。

【００１４】図１は画像検出プローブ１の断面図を示し
ている。この画像検出プローブ１は、気密的な撮像容器
１１と照明容器１２の内部に各種機器を収容し、かつ撮
像容器１１と照明容器１２との間に検体セル１３を設
け、これらを気密的に堅締して一体化した構成である。

【００１５】そして、撮像容器１１の底部には透明窓１
１ａが形成され、その内部には、テレビカメラとしてレ
ンズ１４を取り付けたＩＴＶカメラ１５が支持板１６に
よって固定支持されている。また照明容器１２の上底部
には透明窓１２ａが形成され、その内部には、底部から
上方に順に、照明ランプとしてのハロゲンランプ１７、
熱吸収フィルタ１８、減光フィルタ１９、および暗視野
コンデンサ２０が固定支持されている。なお、この暗視
野コンデンサ２０は、透明レンズの上面側の周囲を残し
て中央部が黒く塗られ、下方のランプ１７からの光を周
囲の透明部分からのみ斜め上方に出射するようにした
（これを暗視野光と称する）ものである。したがって、
この暗視野コンデンサ２０によれば、その前に粒子が存
在しなければ真っ暗となり、暗視野コンデンサ２０の前
に何らかの粒子が存在すれば、その粒子を黒い背景の前
方に暗視野光によって明るく照らし出してくっきりと見
せることができる。

【００１６】撮像容器１１と照明容器１２との間に設け
られた検体セル１３は、上側から順に上部透明板として
の上側ガラス板２１、スリット２２を形成するためのス
ペーサとしてのステンレスフィルム２３、下部透明板と
しての噴気口２４の形成された下側ガラス板２５によっ
て構成されている。そして、噴気口２４は噴気管２６に
接続されている。

【００１７】前述の照明容器１２のハロゲンランプ１７
の電源コード２７は気密的に導管２８内を通されてい
る。また前述の暗視野コンデンサ２０の暗視野光の焦点
は、スペーサであるステンレスフィルム２３が形成する
スリット２２に合わされている。

【００１８】ＩＴＶカメラ１５に対する制御信号を伝送
するための信号ケーブル２９が撮像容器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２６と電源
コード２７を収めた導管２８も同様に外部に導出されて
いる。

【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３０が備えら
れている。

【００２０】図３に詳しいように、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は撮像容器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１５に対する信号ケ
ーブル２９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３１と、水位検出器３０の信号線
３２とが通され、さらに噴気管２６と電源コード２７が
通されている。

【００２２】水位検出器３０には、高水位（Ｈ）検出棒
３０−Ｈと低水位（Ｌ）検出棒３０−Ｌとが設けられて
おり、画像検出プローブ１の下部にある検体セル１３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１５ 、ハロゲンランプ１７、および噴気管２
６の噴気口２４を通って検体セル１３上のスリット２２
の中の検水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
３と、電源をハロゲンランプ１７に送る照明制御器３４
と、図４で詳しく説明する空気調整装置３５とが内蔵さ
れている。

【００２５】図４に示すように空気調整装置３５は、シ
ーケンス制御装置３６を備えており、このシーケンス制
御装置３６は、エアタンク３７に取り付けられた圧力ス
イッチ３８の信号と図２に示された外筒２内の水位検出
器３０の信号とシーケンス制御装置３６の内部の設定可
能なタイマとによって、エアポンプ３９と５つのバルブ
Ｖ１〜Ｖ５を制御し、送気管３１を通して外筒２の内部
の空気量と、噴気管２６を通して検体セル１３のスリッ
ト２２内の検水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、上記の構成の水中粉体画像検出装置
の動作について説明する。

【００２７】水中の浮遊する粉体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３６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
粉体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３０の水位ＬＣは高水位Ｈであり、ここでバル
ブＶ２とバルブＶ４を開（ＯＮ）とすることにより、送
気管３１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。

【００２９】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、このときには検体セル
１３のスリット２２内には検水が残留し、すぐに静止す
る。

【００３０】そこで、タイミングＢでＩＴＶカメラ制御
器３３と照明制御器３４を起動することにより、ハロゲ
ンランプ１７により透明窓１２ａを通してスリット２２
内の検水を明るく照らさせ、ＩＴＶカメラ１５により透
明窓１１ａを通して検水を撮像する。この撮像によっ
て、検水中に粉体が存在していれば、暗視野コンデンサ
２０からの暗視野光がその粉体を暗い背景の中に明るく
大きく浮き上がるように撮像でき、検水中の粉体の浮遊
状態を自然のままの映像として得ることができる。

【００３１】なお、この撮像中、エアタンク３７の圧力
が低下し、圧力スイッチ３８がタイミングＣに示すよう
に低圧を検出すれば、シーケンス制御装置３６はバルブ
Ｖ１を開とし、エアポンプ３９を起動することによりエ
アタンク３７内の圧力を圧力スイッチ３８の高圧（Ｈ）
に設定する。

【００３２】タイミングＢでＩＴＶカメラ１５による撮
像が終了した後、タイミングＤでバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ
３を開（オン）とすることにより、エアタンク３７内の
空気を噴気管２６を通して噴気口２４から検体セル１３
のスリット２２内に噴き出させ、このスリット２２内に
貯溜されていた検水を開口から噴き出させ、スリット２
２内を空にする。

【００３３】この後、タイミングＥでバルブＶ５を開
（オン）とし、外筒２内の空気を送気管３１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、検体セル１３のスリット２２内に開口
から再び検水を導入する。

【００３４】以後、再び水位を低下させて検水を検体セ
ル１３のスリット２２内に残留させ、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
中の懸濁粉体を自然の浮遊状態のまま自動的に画像検出
する。

【００３５】こうして、定期的に水中の微粉体の自然の
浮遊状態の特徴を画像として検出し、後の水質解析に供
することができる。

【００３６】そして、この実施例の場合には、暗視野コ
ンデンサ２０を利用した光学系によって水中粉体を拡大
撮像するようにしているため、単なる光学顕微鏡による
拡大率よりも１０〜１００倍の拡大率で拡大した水中粉
体の画像を得ることができる。

【００３７】また、この発明では、照明容器１２側の光
源として水銀ランプを用い、これから紫外線を取り出す
フィルタを暗視野コンデンサに代えて設け、撮像容器１
１側のテレビカメラ１５の対物レンズ１４と共に蛍光顕
微鏡を構成し、あるいは暗視野コンデンサ２０に代えて
位相差板を設け、撮像容器ぬぬ側のテレビカメラ１５の
対物レンズ１４と共に位相差顕微鏡を構成し、この顕微
鏡の拡大像をテレビカメラで撮像するようにすることも
でき、その場合にも、通常の光学顕微鏡による拡大像よ
りも１０〜１００倍の拡大率で水中粉体の拡大像を得る
ことができるようになる。

【００３８】なお、上記実施例におけるシーケンス制御
の手順は特に限定されるものではなく、適宜に変更でき
る。

【００３９】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、流動す
る水中に浮遊する微粉体を鐘形の外筒内で流動する水中
から遮断するようにして画像検出プローブの検体セルの
スリッド内に導入して静止状態で画像検出することがで
き、しかもこの場合に、暗視野コンデンサによってスリ
ット部分を照明するようにしているために、暗黒の背景
に水中粉体を輝いているようにくっきりと浮かび上がら
せて見せることができ、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。

【００４０】またこの発明によれば、照明容器内の光源
として水銀灯を用い、これから紫外線を取り出すフィル
タを暗視野コンデンサに代えて設け、テレビカメラの対
物レンズと共に蛍光顕微鏡を構成し、この蛍光顕微鏡の
拡大像を前記テレビカメラで撮像するようにし、あるい
は照明容器内の暗視野コンデンサに代えて位相差板を設
け、テレビカメラの対物レンズに位相差レンズを用いる
ことにより位相差顕微鏡を構成し、この位相差顕微鏡の
拡大像を前記テレビカメラで撮像するようにすることに
より、暗視野コンデンサを用いた場合と同等以上の解像
度が得られ、通常の光学顕微鏡により拡大した像よりも
１０〜１００倍も拡大率の高い水中粉体の自然像を撮像
することができる。

【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 撮像容器 １１ａ 透明窓 １２ 照明容器 １２ａ 透明窓 １３ 検体セル １５ ＩＴＶカメラ １７ ハロゲンランプ ２０ 暗視野コンデンサ ２２ スリット ２４ 噴気口 ２６ 噴気管 ３０ 水位検出器 ３１ 送気管 ３３ ＩＴＶカメラ制御器 ３４ 照明制御器 ３５ 空気調整装置 ３６ シーケンス制御装置 ３７ エアタンク ３８ 圧力スイッチ ３９ 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 テレビカメラが内装され、底面に透明窓
   が形成され、前記テレビカメラがこの透明窓を通して撮
   像するようにした撮像容器と、前記撮像容器の底面と対
   向する状態で一体的に取り付けられ、その内部に前記撮
   像容器の底面との対向面に向って照明ランプが収容さ
   れ、この照明ランプと前記対向面との間に暗視野コンデ
   ンサが内装され、前記対向面に透明窓が取り付けられた
   照明容器と、前記撮像容器と照明容器との間に設けら
   れ、少なくとも一部が外部と連通するように開口した検
   体セルであって、スリットを形成する２枚の透明板を前
   記各透明窓に沿うように配置し、かつこのスリットに噴
   気管をその噴気口が開口するように接続したものとによ
   って構成される画像検出プローブと、 検水中に設けられ、前記画像検出プローブを内部に収容
   固定し、この画像検出プローブが設けられた内部の検水
   水位を変化させて検水を前記検体セルに導く導水手段を
   有する外筒とを備えて成る水中粉体画像検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の水中粉体画像検出装置
   において、照明容器内の光源として水銀灯を用い、これ
   から紫外線を取り出すフィルタを暗視野コンデンサに代
   えて設け、テレビカメラの対物レンズと共に蛍光顕微鏡
   を構成し、この蛍光顕微鏡の拡大像を前記テレビカメラ
   で撮像するようにしたことを特徴とする水中粉体画像検
   出装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の水中粉体画像検出装置
   において、照明容器内の暗視野コンデンサに代えて位相
   差板を設け、テレビカメラの対物レンズに位相差レンズ
   を用いることにより位相差顕微鏡を構成し、この位相差
   顕微鏡の拡大像を前記テレビカメラで撮像するようにし
   たことを特徴とする水中粉体画像検出装置。