JPH0789115B2

JPH0789115B2 - 魚類による毒物検出装置

Info

Publication number: JPH0789115B2
Application number: JP62009878A
Authority: JP
Inventors: 高士飯田; 隆香取; 研二馬場; 捷夫矢萩; 直樹原; 幹雄依田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-01-21
Filing date: 1987-01-21
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPS63179252A

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
混入した毒物の有無を判定する水棲動物による毒物検出
装置に関する。

〔従来の技術〕

浄水場など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
析を行なつている。同様に、浄水場や下水処理場の処理
水や放流水及び河川水並びに湖沼について水中の毒物の
有無を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繁
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つた。

そこで、特開昭61−46294号公報に記載されているよう
に、毒物の監視方法として、ビデオ装置で観測した生物
の行動パターンを、同一生物の予期される運動パターン
の統計的分析に対応する予測パラメータと比較し、水質
の異常を判定する方式が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の技術では、生物の運動パラメータを用いて、予期
される運動パターンの統計的分布と観測したデータとを
比較し、偏差が著しければ水質異常のために、生物が通
常と異なつた行動をとつていると判断し警報を出してい
る。これらの運動パラメータは、観測期間中に移動した
全体の距離，全体の移動距離に対し移動する純粋な距離
の割合，角運動，移動速度，流入する水に対する生物の
向き，生物を飼育するタンクにおける生物の位置、とい
つた項目であり、また、これらの運動パラメータは、選
択されて異常行動を検出している。しかし、前述の従来
の技術では、生物の異常を検出する運動パラメータが多
数存在するので水質異常判定が、非常に複雑である問題
点が挙げられる。運動パラメータは選択して使用できる
が、どのパラメータを用いて又は、どのパラメータに重
みをつけて判断するのか特開昭61−46294には明記され
ていないため、実施は困難である。

本発明の目的は、多数の運動パラメータを用いず、容易
に異常状態の生物を検出し、毒物流入の早期にその事態
を把握できる魚類による毒物検出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、水中の毒物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、該撮像装置から得られる画像情報を２値化して魚類
を認識する画像処理装置とを具備し、魚類の状態により
毒物の流入を検出するものにおいて、前記画像処理装置
の中に、前記２値化した画像から魚類の重心位置座標を
計算する手段と、該重心位置座標の値を予め設定された
水面位置座標の値と比較して魚類が水槽水面付近にいる
か否かを判定する位置判定手段と、該位置判定の結果、
魚類の位置座標値が水槽水面付近である場合に前記２値
化された画像より魚類を細線化する細線化処理手段と、
該魚類の細線化画像と水槽水面とのなす角度を計算する
手段と、魚類が鼻上げ行動を起すときの該角度と毒物が
流入したときに魚類が鼻上げ行動を起す回数を予め設定
する手段と、前記魚類の水槽水面とのなす角度とその回
数の実測値を予め設定した値と比較して水質の異常の有
無を判定する手段とを備えたことにある。

〔作用〕

本発明では、魚類が毒物の飼育水流入によつて、鼻上げ
行動と一般に呼ばれている飼育水槽水面に口を出す行動
を以下の様にして検知する。魚を飼育水槽側面より画像
処理装置を用いて、その重心を連続して観測する。この
魚の重心が水面付近であつた場合のみ魚の画像を細線化
処理し、飼育水槽水面とこの細線化処理した画像とのな
す角度を計算する。これは、前述した魚の鼻上げ行動は
飼育水槽水面に対し、ほぼ90゜近くで行われることを利
用して、正常な状態で飼育水槽水面付近を泳いでいる時
と区別するためである。以上により、水中に毒物が流入
した場合、容易に前記鼻上げ行動を検出できる。

〔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水
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。

本発明の動作を説明する。

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の仕切板18A及び18Bを設
置する。仕切板18Aは、給水管11によつて供給する水が
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と撮影装置20とは水槽10をはさんで反対方向
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は言うまでもない。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。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、各々の点での明るさをその程度に応じて逐次電気信
号に変換する。つまり、領域Ａの画像を縦軸に細かく分
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
出た電圧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、その認識結果に基づ
き魚14の行動が正常か否かを判定する。

画像処理装置30の構成を第２図に示す。

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30Tから指令されたタイミングに基づいて２値化回路3
2に送信される。タイマ30Tにはフラグ設定回路30F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。重心位置座標
計算回路33では、２値化メモリ32Mに格納した２値化処
理画像から、魚14の部分における重心の位置座標を計算
し、魚14の位置座標が飼育水槽水面に近いか否かを判定
するために、位置判定回路34へ送信する。位置判定回路
34は、水面の位置座標の値を水面位置設定器34Aより得
て、魚14の位置座標値と比較，判定する。判定の結果、
魚14の位置座標値が水面付近でない場合はタイマ30Tに
戻り、画像処理の繰り返しのタイミングに応じて、濃淡
画像信号を濃淡画像メモリ31Mに入力し、以下、前記ま
での動作を同様に行なう。位置判定回路34の判定の結
果、魚14の位置座標値が飼育水槽水面付近である場合
は、フラグの値を設定した後、タイマ30Tに戻り、２値
化メモリ32Mに格納した魚14の画像を細線化処理回路35
へ送信する。細線化処理回路35では、２値化メモリ32M
より送信された魚14の画像を細線化処理し、細線化処理
した画像を角度算出回路36へ送信する。魚14と水槽水面
とのなす角度θが角度算出回路36で計算された後、その
値は、異常判定回路37へ送信される。異常判定回路37に
は、角度，異常頻度設定器37Aより、水槽水面と魚14の
なす角がいくつ以上で異常とするか、また、異常と判断
した数の上限値が送信される。異常判定回路37では、魚
14が鼻上げ行動を行つているとみなされる回数の上限値
を超えた時点で警報装置50へ信号が送信され、それ以外
は、タイマ30Tに戻り、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、前述の動作を繰り返す。

次に、画像処理装置30の動作を詳細に説明する。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。撮影装置20では濃
淡画像を細かい升目の画素に分割して撮像されており、
各画像の明るさが信号となつて出力されている。本実施
例では縦は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256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から指定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30
T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T_a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T_a
は10分ないし、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
受けて閾値Ｌよりも明るい画素を全て“0"レベルとし、
逆に閾値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て計算することに
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。

重心位置座標計算回路33は、２値化メモリ32Mの信号を
受けて魚14の撮影画像の重心位置を計算する。２値化メ
モリ32Mにおいて、“1"レベルの画素各々について座標
（x,y）の水平方向成分（ｘ），鉛直方向成分（ｙ）の
それぞれの総和の平均値により魚14の位置座標は計算さ
れる。例えば、２値化メモリ32Mの画像中の魚14の部分
を表わす“1"レベルの画素数が、Ｎ個あつた場合、計算
される魚14の重心座標（x_a,y_b）は次式で表される。

（３）式により計算された魚14の重心位置は、位置判定
回路34に送信される。位置判定回路34には、水面位置設
定器34Aより水面の位置座標の鉛直成分（ｙ）の値と、
どこまでを水面付近と判定するがその範囲が同時に送信
され、前記範囲内に入つていない場合はタイマ30Tに戻
り、画像処理のタイミングに応じて以上の動作を繰り返
す。しかし位置判定回路34で前記水槽水面付近と判定さ
れた場合は、フラグの値を“1"に設定し、タイマ30Tに
戻り、２値化メモリ32Mから魚14の画像を細線化する処
理へと進む。細線化処理回路35では、魚14の画像を第３
図に示す様に１本の棒の形に変換する。細線化処理が終
了した時点でその画像を角度算出回路36へ送信する。角
度算出回路36では、第４図に示す様にして水面と魚14と
のなす角θを求めている。まず、細線化された重心位置
（x_a,y_a）の魚14の画像の位置座標で水平方向，鉛直方
向成分でそれぞれ最大の値x₁,y₂を決定し、また同様に
魚14の画像の位置座標で水平方向，鉛直方向成分でそれ
ぞれ最小の値x₂,y₁を決定する。これでＬ（x₁,y₁）,H
（x₂,y₂）という細線化された魚14の画像の端点座標を
検出したことになる。次にこれらL,Hの２つの端点から
水面となす角θは次式の通りに定義する。

角度θが求まつた後、この値は異常判定回路37へ送信さ
れる。角度、異常頻度設定器37Aから異常判定回路37
へ、魚14が鼻上げ行動を行つているか否か、またその状
態が計測開始後累計の許容範囲内であるか否かを判定す
る基準を送信する。異常判定回路37では、角度、異常頻
度設定器37Aにより送信された値、例えばθ′＝60゜ま
での場合であるので、計測した値tanθがを超える場合魚14の鼻上げ行動を行なつたとして数えら
れる。第５図に示す通り、計測時間T_a内で前記魚14の鼻
上げ行動の許容回数Ｎを超えた時間T_a′に、警報装置50
へ信号が送信され、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。また、計測時間T_a内に前記魚
14の鼻上げ行動が許容回数を超えなかつた場合は、タイ
マ30Tに戻る。

尚、水面位置設定器34A,角度・異常頻度設定器37Aで設
定する値は、魚の種類，大きさなど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、第５図に示すような魚が異常行動（鼻上げ行動）
を行つた頻度を表すグラフなどを表示する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、水中における毒物流入を魚の鼻上げ行
動の検出により容易に判定することが可能となり、異常
水質状態を早期に検知できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図における画像処理装置の構成を詳細に説明する図、第
３図，第４図は画像処理動作を詳細に説明する図、第５
図は画像処理結果についての評価を詳細に説明するため
の図である。 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62−83663（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−80557（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、該撮像装置から得られる画像情報を２値化して魚類
を認識する画像処理装置とを具備し、魚類の状態により
毒物の流入を検出するものにおいて、前記画像処理装置の中に、前記２値化した画像から魚類
の重心位置座標を計算する手段と、該重心位置座標の値
を予め設定された水面位置座標の値と比較して魚類が水
槽水面付近にいるか否かを判定する位置判定手段と、該
位置判定の結果、魚類の位置座標値が水槽水面付近であ
る場合に前記２値化された画像より魚類を細線化する細
線化処理手段と、該魚類の細線化画像と水槽水面とのな
す角度を計算する手段と、魚類が鼻上げ行動を起すとき
の該角度と毒物が流入したときに魚類が鼻上げ行動を起
す回数を予め設定する手段と、前記魚類の水槽水面との
なす角度とその回数の実測値を予め設定した値と比較し
て水質の異常の有無を判定する手段とを備えたことを特
徴とする魚類による毒物検出装置。