JPH0785081B2

JPH0785081B2 - 異常水質監視装置

Info

Publication number: JPH0785081B2
Application number: JP28180886A
Authority: JP
Inventors: 高士飯田; 隆香取; 直樹原; 研二馬場; 捷夫矢萩; 幹雄依田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-11-28
Filing date: 1986-11-28
Publication date: 1995-09-13
Anticipated expiration: 2010-09-13
Also published as: JPS63135859A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、浄水場の原水中や下水処理場の流入下水中に
おいて、毒物の有無を判定する水質異常監視装置に関す
る。

〔従来の技術〕

浄水場では、原水中に毒物が混入したか否かを判定する
ために、原水の一部を水槽に導き、この水槽でフナ，コ
イ，ウグイ，タナゴ，ハヤ及びオイカワなどの水棲動物
を飼育している。すなわち、原水中に毒物が混入した場
合には、前記魚類が異常に行動したり死んだりする現象
を利用して、原水中の毒物流入を監視している。また、
下水処理場では法律で禁止された毒物が流入下水中に流
入したか否かを知る必要があり、人手による間欠的な水
質分析に頼つている。同様に浄水場や下水処理場では処
理水中の毒物の有無も監視する必要がある。

このように、水中の毒物監視は現状では人間の目視や煩
雑な手分析に依存している。このため連続監視と早期検
出が出来ない欠点があった。

魚の監視方法としては、水槽中の魚を水槽上部から工業
用テレビカメラ（ITV）で検出し、画像処理する方法
（文献：第36回全国水道研究発表会．講演集P464−46
6）が提案されている。この方法では、水槽の上部から
魚を照明し、水槽上部から撮像する方法が示されてい
る。魚が水面上を腹を上にして漂う場合に、その魚が
「ある大きさ以上の独立した明点」として認識でき、水
面近傍に存在する魚の高明度部および水面上の凹凸によ
る光の変化のみを抽出することにより、背景を整理し、
魚の行動を求めることが述べられている。しかし、この
方法では、魚が水面上に浮上しないと検出できないの
で、魚の行動異常を早期に検出することは困難である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術の問題点を以下にする説明する。従来の技術で
は、第２図に示すように、死んで腹部を上にした状態の
魚を認識することにより、水質異常の警報を出してい
た。即ち、水槽10の上部に配置した撮像装置20は、照明
装置15で照明を施した魚を14を撮像していた。これで
は、魚が死んだ後、警報を出すため、毒物流入の早期検
出は困難であつた。

本発明の目的は、魚類の動きを客観的にかつ連続的に監
視することにより、毒物流入によつて生じる魚の異常行
動の有無を判定する異常水質監視装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、異常水質時に図３に示す魚14Aが、14Bの様に
泳ぐ時、魚の面積がS1からS2に変化することを利用し
て、その認識画像面積の変化を計算する魚体面積解析装
置により、異常水質を検出可能にした事に特徴がある。

〔作用〕

魚が示す体をひねつて苦しむ状態は、有毒物質流入後、
早期にみられるため、この行動を抽出することで、魚の
死を待たずに早期に水質の異常を検出できるようにし
た。

〔実施例〕

以下に図面を用いて実施例を説明する。

第１図を用いて実施例の構成を説明する。10は水槽で給
水管11と給水ポンプ12によつて水が供給される。水槽10
は矩形形状であつて、側面の材料はガラスや透明アクリ
ルのような透明物質である。水槽10内に導かれた水は、
排出管13によつて排水される。水槽10内には金網や多孔
板などの仕切板18A及び18Bによつて仕切られた部屋19に
魚14を飼育する。部屋19の底には底部板18Cを設置す
る。照明装置15は水槽10内の魚14を照らす。照明装置15
と水槽10との間には、スリガラスや紙などの半透明物質
を材質とする半透明板16を設ける。照明装置15からみて
水槽10の反対側に工業用テレビカメラ（ITV）などの撮
像装置20を配置する。撮像装置20はＡで示す領域の内側
にある水と魚とを撮像する。撮像装置20の信号は画像処
理装置30に導かれて魚を画像認識する警報装置50は画像
処理装置30で得られた魚の画像から魚の行動を評価し
て、異常の場合には警報を発する。モニタテレビ60は、
撮像画像や画像認識結果並びに魚の挙動状態の評価結果
を表示する。

続いて、本実施例の構成の詳細並びに動作を以下に説明
する。

給水ポンプ12は被検水をサンプリングして給水管11によ
つて水槽10に供給する。被検水は浄水場では河川，沼及
び浄水場内の水など（図示せず）であり、下水処理場で
は流入下水や処理水であり、また、河川の毒物を監視す
る場合では河川水である。水槽10内の水は排水管13によ
つて排水される。水槽10内は水を通過させるが、魚を通
過させないような金網や多孔板など仕切板18A及び18Bを
設置する。仕切板18Aは、給水管11によつて給水する水
が水槽10内で泡を形成するので、これを画像認識しない
ようにするために設置する。また、仕切板18Bは、同様
に排水口近くに泡ができたり、魚が小さい場合には流出
する恐れがあるので、これを防ぐために設置する。部屋
19の底部にある底部板18Cは、撮像装置20の撮像角度に
より魚が底と重なつて認識されるのを防ぐために設置す
る。このようにして、部屋19は左右の側面を仕切板18A
及び18Bによつて区切られ、一方、照明装置15と撮像装
置20とに面する側面は、透明の板で区切られる。また、
底には底部板18Cが設置され、上部が大気開放の構造で
ある。魚14は、部屋19内に１匹飼育し、外への飛び出し
を防ぐために網を設置することもある。

魚14は、通常給水される水に棲息する種類のものが飼育
される。例えば、フナ，コイ，ウグイ，タナゴ及びオイ
カワなどである。また、場合によつてはヤマメやイワ
ナ，マス，金魚及びメダカなどを飼育してもよい。浄水
場の水を検出する場合には、塩素が魚に及ぼす影響が無
視できないので、脱塩素剤などを前もつて投与してお
く。

照明装置15と撮像装置20とは水槽10を挟んで反対方向に
配置する。照明装置15と水槽10との間には、スリガラス
や紙などの半透明物質を材質とする半透明板16を設け
る。照明装置15の光は半透明板16に照射されるので、半
透明板16全体が明るく輝く。このため、照明装置15は１
基でよい。勿論、複数の照明装置を設置して照明をさら
に一様にして良いことを言うまでもない。また、一様な
光を照射できる照明装置であれば、半透明板16を省略し
てもよい。

半透明板16全体から発する光は水槽10を照射し、通過し
た光を撮像装置20で検出する。このため、水の部分は光
が透過して明るく検出され、一方、魚14は光を透過させ
ないので暗く検出される。すなわち、魚14は暗い部分と
して認識できる。

続いて、撮像方法について説明する。工業用テレビカメ
ラ（ITV）などの撮像装置20では領域Ａ内の画像を横方
向に順次走査していき、各々の点で明るさをその程度に
応じて遂次電気信号に変換する。つまり、領域Ａの画像
を縦横に細かく分割し、この分割した各画素の明るさを
その程度に応じて出力電圧の異なる電気信号に変換す
る。撮像装置20から出た電気信号は電圧などのアナログ
信号である。撮像装置20から出た電気信号は画像処理装
置30に送信される。画像処理装置30は撮像装置20で得た
領域Ａの画像に基づいて、魚14を画像認識すると共に、
この認識結果に基づき、魚14の行動が正常か否かを判定
する。

次に、画像処理装置30の構成を第４図に示して、この構
成を説明する。

A/D変換器31は撮像装置20の信号を受けて、デジタルに
変換された濃淡画像信号を濃淡画像メモリ31Mに入力す
る。濃淡画像メモリ31Mに格納された濃淡画像はタイマ3
0Tから指令されたタイミングに基づいて、２値化回路32
に送信される。タイマ30Tにはフラグ設定回路Ｆからフ
ラグの値が設定される。また、タイマ30Tでは画像処理
の繰り返しのタイミングや計測時間を制御する。２値化
回路32では濃淡画像メモリ31Mの信号を受けて２値化
し、これを２値化メモリ32Mに格納する。認識画像計算
回路33は、魚14の撮像面積を計算する。フラグ判定回路
34では、フラグの値を判定して撮像面積の値を撮像面積
メモリ33M2に、または、33M1と33M2に格納する。面積変
化計算回路35は、魚14の１回の画像処理時間ｈにおける
撮像面積の差の絶対値を計算して、この値を面積判定回
路36に送信する。面積判定回路36では、面積変化の絶対
値△Ｓを判定し、面積変化分布メモリ36Mに格納する。
撮像面積変化回路37は、撮像面積メモリ33M2に格納され
た撮像面積の値を撮像面積メモリ33M1に移す。フラグ設
定回路38は、フラグの値を再度設定してタイマ30Tに戻
る。タイマ30Tでは、画像処理の積算時間Ｔが１回の計
測時間Taを越えるまで、前述した動作を繰り返す。積算
時間Ｔが１回の計測時間Taを越えたら、タイマ30Tは、
面積変化分布メモリ36Mの値を面積変化判定回路39に送
信する。面積変化判定回路39では、面積変化分布メモリ
36Mの値と上限値設定器39Aの値を受けて、魚14の面積変
化を判定する。この判定信号は警報装置50に送信され
る。

次に、画像処理装置30の動作を第４図を用いて説明す
る。A/D変換器31は、撮像装置20の信号を受けて濃淡画
像信号をアナログ値からデジタル値に変換し、デジタル
の濃淡画像信号を濃淡画像メモリ31Mに入力する。撮像
装置20で濃淡画像を細かい升目の画素に分割して撮像さ
れており、各画素の明るさが信号となつて出力されてい
る。本実施例では、縦を256分割、横を256分割する。A/
D変換器31は各画素の明るさのアナログ信号をデジタル
値に順次変換して、デジタル値を濃淡画像メモリ31Mに
格納する。濃淡画像メモリ31Mには、縦が256個，横が25
6個の記憶場所があり、各々の記憶場所に対応する画素
の輝度信号がデジタル値で格納される。この記憶場所の
ｉ行ｊ列（ｉ＝１〜256,j＝１〜256）目の信号すなわち
輝度をＧ（i,j）と表すものとする。A/D変換器31がアナ
ログ値を７ビツトのデジタル値に変換するものであれ
ば、Ｇ（i,j）は128レベルのデジタル値をもつ。

濃淡画像メモリ31Mに格納された濃淡画像の輝度Ｇ（i,
j）は、タイマ30Tから指令されたタイミングに基づいて
２値化回路32に送信される。なお、タイマ30Tには、フ
ラグ設定回路Ｆからフラグの値として０が設定される。
後で説明する一連の画像処理を実行するタイミングは、
タイマ30Tにより与えられる。画像処理を実行する時間
間隔をｈとすると、このｈは0.1秒ないし２秒に１回程
度であり、この時間間隔で以下の画像処理を実行する。
またタイマ30Tでは、積算時間Ｔ（１回の画像処理時間
がｈであるから、ｎ回の画像処理ではＴ＝nhとなる）を
計算すると共に、積算時間Ｔが１回の計測時間Taを越え
るまで、次に説明する画像処理動作を繰り返す。１回の
計測時間Taは10秒ないし１時間程度である。

２値化回路32では、濃淡画像メモリ31Mの輝度Ｇ（i,j）
を受けて閃値Ｌよりも明るい画素を全て“0"レベルと
し、逆に閃値Ｌよりも暗い画素を全て“1"レベルとし
て、この信号を２値化メモリ32Mに格納する。この２値
化された信号の集合をＢ（i,j）とすると、２値化の計
算は次式で表される。

Ｇ（i,j）≧Ｌならば、Ｂ（i,j）＝０（１）Ｇ（i,j）＜Ｌならば、Ｂ（i,j）＝１（２）（１），（２）式を各画素について全く計算することに
より、背景を“0"レベル、魚14を“1"レベルとすること
ができる。この結果、“1"レベルの部分が魚を表し、
“0"レベルの部分が背景を表す。

認識画像面積計算回路33は、２値化メモリ32Mの信号を
受けて、魚14の撮像面積を計算する。２値化メモリ32M
において、“1"レベルの画素の個数の総和が求める面積
の値である。計算された撮像面積は、フラグ判定回路34
に送信される。フラグ判定回路34では、計測が１回目か
否かを判定し、フラグの値が“0"であれば、撮像面積の
値は、撮像面積メモリ33M1及び33M2に同じ撮像面積を格
納する。最初の画像処理では、フラグ設定回路30Fでフ
ラグの値はあらかじめ“0"と設定されているので、撮像
面積の値は撮像面積メモリ33M1及び33M2に格納される。
後述するが、撮像面積メモリ33M2に格納された値は、後
で撮像面積メモリ33M1に移動されるので、２回目の画像
処理以降は撮像面積を常に撮像面積メモリ33M2のみに格
納する。

撮像面積メモリ33M1及び33M2に格納された撮像面積を各
々S1,S2とすると、これらの値は、面積変化計算回路35
に入力されて、魚14の面積変化量を次式で定義する。

ΔＳ＝|S2−S1| （３）１回目は、S2の値が存在しないので、（３）式による計
算は行わず、S2の値が得られた後に、計算を行つてΔＳ
を求める。面積変化の絶対値ΔＳが計算されたら、この
値ΔＳは面積判定回路36に送信される。面積判定回路36
では、１回の計測時間Taと１回の画像処理時間ｈから、
その画像処理回数Ta/hを求め、面積変化の絶対値ΔＳを
いくつか加えて平均するか求め、求められた回数の平均
ΔSaを面積分布メモリ36Mへ格納する。ここで言う面積
分布とは、ある時間における面積変化量として定義する
もので、図５に示すように、横軸が時間Ｔ、縦軸が面積
変化量であるΔSaを表す。面積分布メモリ36Mには、Ｋ
個の記憶場所があり、これらのｉ番目の値をΔSa（ｉ）
とする。面積判定回路36では、まず、１回の計測時間内
Ta、１回の画像処理時間ｈでの画像処理回数ｎを求め
る。

ｎ＝｛（Ta/h）−dn｝／（Ｋ−Cn）（４）ここで、面積分布メモリ36M中のＫ個の記憶場所の内、
１つの記憶場所に相当するΔSaの数をデータ数dn、ここ
で言う記憶場所No.をカウント数Cnとして定義する。ま
ず、これらdn,Cnの初期値は各々０である。この式
（４）を用いて、画像処理回数ｎを求め、ここ数だけΔ
Ｓを遂次加算した後、ｎで除した面積変化平均値ΔSa
（ｉ）を面積分布メモリ36Mに格納する。

例えば、最初の面積変化平均値ΔSa（１）を求める場合
は、次の通り行われる。まず、画像処理回数ｎをdn＝0,
Cn＝０として求める。その回数ｎ内は、ΔＳの値を次々
に加算していくだけで加算した後は、撮像面積変更回路
37へ進む。その回数がｎに達した時、ΔＳの累積値をｎ
で除算を行い、面積変化平均値ΔSa（１）が得られる。
この値を面積分布メモリ36Mへ格納して、次のΔSa
（２）を求めるために、データ数dn＝n,カウンタ数Cnに
１を加え、撮像面積変更回路37へ進む。

撮像面積変更回路37は、撮像面積メモリ33M2に格納され
た撮像面積の値を撮像面積メモリ33M1に移す。次に、フ
ラグ設定回路38が動作して、フラグの値を“1"に設定し
て、タイマ30Tにもどる。タイマ30Tでは積算時間Ｔが１
回の計測時間Taを越えるまで、前述した画像処理動作を
繰り返す。

積算時間Ｔが１回の計測時間Taを越えたら、タイマ30T
は面積分布メモリ36Mの値ΔSa（ｉ）を面積変化判定回
路39に送信する。面積変化判定回路39には、上限値設定
器39Aから面積変化の上限値Ｈが入力される。図６は、
面積変化分布と上限値Ｈとを図示してある。上限値Ｈ
は、魚14の面積変化量が異常に大きすぎると見なせる面
積変化値に設定され、Ｈより大きい値が計測時間Taの間
に頻繁に出ると、毒物流入による異常行動であることを
示す。面積変化判定回路39は、魚14の動きが正常である
と判定したら、タイマ30Tに戻り、次の計測を開始させ
るが、異常であると判定したら警報装置50に信号を送信
して、警報を出力させる。例えば、異常状態が信号オン
で示されるとすると、警報装置50は警報を鳴らしたり、
監視者に水質調査を促すためのメツセージを音声で出力
したりする。

なお、上限値設定器39Aから設定する上限値Ｈは、魚の
種類，大きさなどの魚の形状に応じて、変更できる。

また、モニターテレビ60は、撮像装置20の画像を表示し
たり、２値化メモリ32Mの画像や図６に示すような面積
分布メモリ36Mのグラフなどを表示する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、毒物流入によつて魚に最も顕著に現わ
れる異常遊泳を簡単に検出，判定できる。このため、浄
水場などの原水に異常が生じた場合、早期に、その事態
を知ることができ、水質の安全を確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は従来の照
明並びに認識方法を表す図、第３図は本発明による認識
方法を表す図、第４図は第１図の実施例における画像処
理装置の構成の説明図、第５図並びに第６図は画像処理
動作を詳細に説明するための線図である。 10……水槽、14……魚、15……照明装置、16……半透明
板、18A,B……仕切板、18C……底部板、20……撮像装
置、30……画像処理装置、50……警報装置、60……モニ
ターテレビ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原直樹茨城県日立市大みか町５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)発明者依田幹雄茨城県日立市大みか町５丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (56)参考文献特開昭61−59260（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−19765（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水中の毒物流入検知のために魚類を飼育す
る水槽と、該魚類の画像情報を電気信号に変換する撮像
装置と、該魚類を撮像するための照明装置と、該撮像装
置から得られる画像情報による前記魚類を画像認識する
画像認識手段と、画像認識された前記魚類の体の面積変
化を解析する魚類面積解析装置を具備した異常水質監視
装置において、前記魚類面積解析装置が毒物流入時、魚
類の体をひねって苦しむ状態を該認識画像面積の変化増
大として検出し、水質異常警報を発する事を特徴とした
異常水質監視装置。