JPH1024283A - ろ過障害微生物監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 浄水処理のろ過性微生物の出現個数を自動計
測する。 【解決手段】 検水の標本を観察するマイクロスコープ
６と、マイクロスコープの像を撮るＩＴＶカメラ７と、
カメラ７からの画像信号を受けてろ過性障害微生物であ
る珪藻類を同定し、計数を行う、モデルベーストマッチ
ング方式を採用した画像認識装置９と、標本が載置され
るステージ２をＸＹ方向に自動的に動かしてマイクロス
コープの視野像を自動的に変えるシーケンサ３で構成す
る。シーケンサによりステージがＸＹ方向に制御される
ことでＩＴＶカメラで所定数の視野数の画像が収集でき
る。画像認識装置９は、各視野画像毎に、濃淡画像から
輝度が大きく変化する点の集合（エッジ）を抽出し、予
め登録された特徴モデルとの照合処理を行い入力画像中
の微生物種を特定し、その個数を認識する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浄水処理プロセス
で、ろ過閉塞原因微生物を画像処理を利用して認識し、
出現個数を計数するろ過障害微生物監視装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】貯水池や湖沼で繁殖した珪藻が浄水場に
取り込まれ、ろ過閉塞を起こす例が多く報告されてい
る。流入水中の珪藻の数が増えると通常５０時間以上の
ろ過継続時間が深刻な場合は５〜６時間程度まで低下す
る。障害を生じる珪藻として報告例が最も多いものはＳ
ｙｎｅｄｒａ ａｃｕｓ（シネドラアクス）である。こ
の珪藻は長さが１００〜３００μｍ，幅が４．５〜６μ
ｍで中心がわずかに膨らんだ針状の形状をしている。そ
の他、中心が膨らんだ葉状のものや円筒状の珪藻が障害
の原因生物として良く知られている。このため流入水中
の珪藻の数を測定することが浄水プロセスの重要な管理
作業となっている。

【０００３】浄水場では１回／月以上の頻度で顕微鏡を
使って水源水中の微生物の種類と数を調べている。そし
て障害微生物が増えてくると検鏡の頻度を上げるのが一
般的である。しかしながら煩雑な上に専門的な知識も要
求されるため、この作業の回数を増やすことにも限界が
ある。また微生物の増加が操作員の不在となる休日等に
重なった場合は、その対応が遅れ被害もさらに深刻にな
る。このような状況からろ過障害微生物計測の自動化が
望まれている。

【０００４】顕微鏡の画像を基に自動的に微生物の計測
をするには画像処理手法が利用されている（特願平７−
１０２３８号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ろ過閉塞の
原因となる珪藻は針状や円筒状や中心が膨らんだ形状の
もの等が対象となることと、入力画像の明るさ等の計測
条件の変化の影響を受けやすいことから、画像処理手法
としては従来から一般に用いられている二値化手法の適
用は困難である。また、パターンマッチング手法では背
景の変化に影響されるのに加えて長さや形状の異なる場
合の認識が困難である。

【０００６】また、微生物検鏡画像データの収集は、検
水の一定量を界線入スライドガラス上に採り、カバーグ
ラスで覆った後１００〜２００倍で検鏡する。界線入ス
ライドガラスは長さ７６〜８０ｍｍ，幅４０ｍｍ，厚さ
３ｍｍのガラス板上に１ｍｍ又は０．５ｍｍ間隔に平行
線あるいは基盤目を刻んだものである。この界線にそっ
て視野を移動させながらカバーグラス内の生物名とその
数を調べる。例えば０．０５ｍｌを分取して１８×１８
ｍｍのカバーグラスをかけて１ｍｍ間隔で検鏡した場合
は、全視野を調べるとその数は３２４個になる。ここで
目的とする生物が１ｍｌ当たり１００個出現していると
すると（通常の場合この程度出現し、障害を起こす場合
はこの１０倍程度以上となる）３２４個の視野で平均５
個検出されることになる。従って一般には検水はプラン
クトンネットや遠心分離等を使って濃縮して出現頻度を
上げて検鏡している。

【０００７】一方、光源を備えたハンディタイプのマイ
クロスコープを用いると、透明のガラス水槽の外側から
直接水槽内の微生物を観察することが可能である。しか
しながら珪藻等の針状や円筒状や中心が膨らんだ形状の
ものに対しては、見る方向で円になったり楕円状になっ
たりするため、同定することは困難である。水槽内で二
枚のプレパラートで検水を挟み込んだり、一枚のプレパ
ラートをガラス壁に挟み込む等の動作を行う必要があ
る。このようにして珪藻の画像を得ることはできるが、
上記の例ではこのような動作を３２４回行って平均５個
検出されるに過ぎない。そこで１回のプレパラート作成
でプレパラートを動かして多くの視野の画像を得る方法
が考えられる。この場合水槽内で決まった間隔で正確に
プレパラートを移動させる装置を制作することは実用上
困難である。

【０００８】本発明は、従来のこのような問題点を鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、浄水
処理において、ろ過障害微生物である珪藻類の出現個数
を自動計測できるろ過障害微生物監視装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のろ過障害微生物
監視装置は、浄水場の検水の標本を観察するマイクロス
コープと、マイクロスコープの像を撮るＩＴＶカメラ
と、ＩＴＶカメラからの画像信号を受けろ過障害微生物
である珪藻類を同定し、計数を行う、モデルベーストマ
ッチング方式を採用した画像認識装置と、前記マイクロ
スコープの視野画像を自動的に変える手段とからなり、
浄水処理のろ過障害微生物である珪藻類の出現個数を自
動計数できるようにしたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１ 図１に一般マイクロスコープを用いた半自動のろ過障害
微生物監視装置の構成を示す。

【００１１】図１において、１（２〜７）は半自動微生
物画像収集装置で、２はサンプリングした試料水から作
成したプレパラート（顕微鏡標本）が載置されるＸ−Ｙ
ステージ、３はステージ２の位置を予め定められた順序
で自動的に移動させるシーケンサ、６はステージ３上の
プレパラートを観察するマイクロスコープ（生物顕微
鏡）、７はマイクロスコープの像を写すＩＴＶカメラで
ある。８及び９はＩＴＶカメラ７に接続された画像記録
装置及び画像認識装置である。

【００１２】次に、この装置の動作について説明する。
この例では、検水のサンプリングとサンプリングした検
水からのプレパラートの作成、及びＸＹステージ２への
プレパラートのセットは手作業で行い、その後シーケン
サ３によりステージ２を自動で移動させ、マイクロスコ
ープ６を介してＩＴＶカメラ７で所定の視野数の画像を
収集し、画像信号を画像記録装置８及び画像認識装置９
に出力する。画像認識装置９は各視野画像毎に、注目の
微生物の同定をし、その出現個数を出力する。

【００１３】上記画像認識装置９の画像処理手法として
モデルベーストマッチング方式を使用する。この手法の
処理フローを図２に示す。

【００１４】画像入力処理（Ｓ１）ではＩＴＶカメラ６
からのモノクロ濃淡画像を取り込む。エッジ検出処理
（Ｓ２）では、入力画像から輝度が大きく変化する点の
集合（エッジ）を抽出する。エッジ抽出法として、例え
ばガウス分布関数で重み付けした平滑化二次微分法を使
用するとノイズに強く、入力画像の輝度の変化に影響さ
れないエッジ検出が可能である。次に、エッジ画像の特
徴抽出処理（Ｓ３）では、抽出したエッジ画像から直線
成分と同弧成分を抽出し、これら成分の集合をエッジ画
像の特徴データとする。

【００１５】特徴マッチング処理（Ｓ４）では、予め登
録された微生物種の特徴モデル（内部モデル）と特徴抽
出処理（Ｓ３）で抽出した特徴データとの照合（マッチ
ング）を行い、入力画像中に撮影された微生物種を特定
し、その個数を認識する。

【００１６】モデル作成処理（Ｓ５）は、既知の微生物
種を対象として処理（Ｓ１〜Ｓ３）の処理を予め行い、
当該微生物種を円弧の成分の集合になる内部モデルとし
てそれぞれ作成・登録しておく。

【００１７】以上の処理になるモデルベーストマッチン
グ方式による微生物種の同定は、直線と同弧の集合とな
る特徴データと内部モデルとの照合になり、微生物種の
移動に際しての変形等がある場合等においても認識が可
能となる。

【００１８】図３と図４に珪藻の一種であるＳｙｎｅｄ
ｒａ ａｃｕｓの原画像と認識例の写真を示す。

【００１９】実施の形態２ 図５に光源を備えたハンディタイプのマイクロスコープ
を用いた全自動のろ過障害微生物監視装置の構成を示
す。

【００２０】図１において、１は自動微生物画像収集装
置、４は試料水を自動採水するサンプリングポンプ、５
は採水から標本を作るサンプリング水槽、６は水槽内の
標本を観察する光源を備えたハンディタイプのマイクロ
スコープ、７はマイクロスコープの像を写すＩＴＶカメ
ラ、８及び９はＩＴＶカメラ７に接続された画像記録装
置及び画像認識装置である。

【００２１】上記サンプリング水槽５の構成を図６に示
す。図６において、５１は水槽（本体）、６１はマイク
ロスコープ６のホルダで、先端部（下部）が水の中に入
っており、先端面は透面ガラスでできている。３は標本
を乗せるステージで、ホルダ６の先端面と対向するよう
に水槽５の底部に設けられ、その上面にリング状又は額
縁状のスペーサ３２を有し、水槽５１の外底部に設けら
れたステージ駆動装置３１により上下方向に移動できる
ようになっている。５２は水槽５１内の検水を撹拌する
撹拌装置、５３はステージ３、ホルダ６１等を洗浄する
ための超音波洗浄装置である。

【００２２】この微生物監視装置の動作について説明す
る。サンプリングポンプ４は検水を水槽５１内にサンプ
リングする。撹拌装置５２は常時水槽内の水を撹拌す
る。

【００２３】まず、標本作成のため、ステージ駆動装置
３１が動作してステージ３を上昇させてスペーサ３２を
ホルダ６１の下面に当接させる。これによりステージ３
とスペーサ３２及びホルダ６１により囲まれる空間に検
水が捕捉され標本が得られる。

【００２４】この標本はステージ３の上にセットされた
状態となっているので、マイクロスコープ６により標本
の画像が得られる。この画像はＩＴＶカメラで撮像さ
れ、その画像信号が画像記録装置８及び画像認識装置９
に出力される。画像認識装置９は上記図２のフローによ
り注目の微生物の同定をし、その出現個数を出力する。

【００２５】標本の観察が終わると、ステージ駆動装置
３１が前記と逆に動作してステージ３を元の位置まで下
げる。ステージ３が下がると上記観察の終わった標本が
撹拌されている検水により流されると共にホルダ６１，
ステージ３などが超音波洗浄される。

【００２６】再びステージ駆動装置３１が動作してステ
ージ３を上昇させてステージ３，スペーサ３２及びホル
ダ６１の間に検水を捕捉し、新たな標本として上記同様
に画像認識を行う。このように、標本を自動的に変えて
所定数の視野像の画像認識を自動的に行う。

【００２７】この実施の形態によれば、ステージ３を上
下させることにより必要とする数のデータをステージ上
にセット状態で得ることができる。また超音波洗浄装置
が設けられているため、ホルダ６１のガラス部分の汚れ
が自動で洗浄され、このことにより自動による連続使用
が可能となる。

【００２８】実施の形態３ 上記図６のサンプリング水槽を用いた場合、ステージ３
の１移動がマイクロスコープ６から１視野像しか得られ
ない。そこで、図７に示すように、マイクロスコープ６
をＸ軸方向に動かすことのできるマイクロスコープ駆動
装置６２を設けて、マイクロスコープ６を決まった間隔
でＸ軸方向に移動させることで１度に多くの視野像を得
ることができるようにした。この場合マイクロスコープ
は１軸移動なので装置が簡単にできる。

【００２９】実施の形態４ 上記図７のサンプリング水槽を用いた場合、マイクロス
コープ６による視野の数を増やそうとすると、マイクロ
スコープの移動距離が大きくなり、マイクロスコープ６
とステージ３間の距離に微妙な違いが生じマイクロスコ
ープのピントがずれる可能性がある。

【００３０】そこで、図８に示すように、マイクロスコ
ープ６にＸ軸方向に駆動できる駆動装置６２に加えてＹ
軸方向に駆動できるマイクロスコープ駆動装置６３を設
けてマイクロスコープを２軸の方向に移動させることに
より移動距離を少なくして多くの視野の画像を得ること
ができるようにした。

【００３１】実施の形態５ 上記図６〜８のものでは、マイクロスコープ６の先端部
分がホルダ６１を介して水中に浸るため、防水対策が必
要であるが、更にホルダ６１内の湿気対策も必要とな
る。

【００３２】そこで、図９に示すように、マイクロスコ
ープ６を透明ガラス製の水槽５１の外壁に水槽内に向け
て設置し、水槽内のステージ３をマイクロスコープ６に
向けて横向きに設け、ステージ駆動装置３１を水槽の水
面より上に設置した。

【００３３】しかして、駆動装置３１によりステージ３
をマイクロスコープ６の方向に移動させて水槽の内側面
にスペーサ３２を当接させてステージ，スペーサ，水槽
の内側面の間にできる空間に検水を捕捉して標本とし、
マイクロスコープ６は水槽５１のガラス越しに標本を観
察するようにした。

【００３４】この場合も、実施の形態３又は４のように
マイクロスコープ駆動装置６２又は６２，６３を設けて
多くの視野像が得られるようにすることができる。

【００３５】実施の形態６ 図９のようにステージを横向きにして検水の標本を作る
と比重の大きく沈降性がある微生物等を観察することが
できない。そこで、図１０に示すように、マイクロスコ
ープ６を透明ガラス製の水槽５１の外底壁に水槽に向け
て設置し、水槽内のステージ３をマイクロスコープ６に
向けて逆さに設け、ステージ駆動装置３１を水槽の水面
より上に設置した。

【００３６】しかして、駆動装置３１によりステージ３
をマイクロスコープ６の方向に下方に移動させて水槽５
１の内底面にスペーサ３２を当接させてステージ，スペ
ーサ，水槽の内底面の間にできる空間で検水を捕捉して
標本とし、マイクロスコープ６で水槽５１のガラス越し
に標本を観察するようにした。

【００３７】この場合も、実施の形態３又は４のように
マイクロスコープ駆動装置を設けることで多くの視野像
を得ることができる。

【００３８】なお、実施の形態３〜６においても、実施
の形態１の場合と同様に、マイクロスコープ６の画像を
ＩＴＶカメラ７で画像信号に変えて、画像認識装置９で
微生物種を特定し、その個数を認識する。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次に記載する効果を奏する。

【００４０】（１）浄水処理においてろ過障害微生物で
ある珪藻類の出現個数を自動計数できる。

【００４１】（２）自動により計測回数を増やすことが
できるため、ろ過障害の前兆をタイムリーに検出でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１にかかるろ過障害微生物監視装置
の構成説明図。

【図２】モデルベーストマッチング方式の処理フロー
図。

【図３】サンプル原画像を示す写真。

【図４】サンプル画像にエッジ検出処理を施した写真。

【図５】実施の形態２にかかるろ過障害微生物監視装置
の構成説明図。

【図６】実施の形態２にかかるサンプリング水槽の構成
説明図。

【図７】実施の形態３にかかるサンプル水槽の構成説明
図。

【図８】実施の形態４にかかるサンプル水槽の構成説明
図。

【図９】実施の形態５にかかるサンプル水槽の構成説明
図。

【図１０】実施の形態６にかかるサンプル水槽の構成説
明図。

【符号の説明】

１…微生物画像収集装置 ２…標本がセットされるステージ ３…ステージの位置を順次自動調整するシーケンサ ４…サンプリングポンプ ５…標本の作成とセットを同時に行うサンプリング水槽 ６…マイクロスコープ ７…ＩＴＶカメラ ８…画像記録装置 ９…画像認識装置 ３１…ステージ駆動装置 ３２…スペーサ ５１…水槽（本体） ５２…撹拌装置 ５３…超音波洗浄装置 ６１…マイクロスコープのホルダ ６２，６３…マイクロスコープ駆動装置

【手続補正書】

【提出日】平成８年８月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】生物シネドラアクスの形態を示す顕微鏡写真。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】生物シネドラアクスの形態を示す顕微鏡写真を
画像処理してディスプレー上に表示した中間調画像。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 浄水場の検水の標本を観察するマイクロ
   スコープと、 マイクロスコープの像を撮るＩＴＶカメラと、 ＩＴＶカメラからの画像信号を受けろ過障害微生物であ
   る珪藻類を同定し、計数を行う、モデルベーストマッチ
   ング方式を採用した画像認識装置と、 前記マイクロスコープの視野画像を自動的に変える手段
   と、からなることを特徴とするろ過障害微生物監視装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 検出が導入される水槽を設け、 マイクロスコープの先端部を先端部が透明なホルダを介
   して水槽の水中に設け、 ステージをホルダの先端部と対向しホルダ方向に移動可
   能に水槽内に設け、ホルダの先端面とステージの上面と
   の間に検水を捕捉して標本とすることを特徴とするろ過
   障害微生物監視装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、 検出が導入され撹拌される透明な水槽を設け、 マイクロスコープを水槽の外壁に水槽内に向けて設置
   し、 ステージを水槽内にマイクロスコープと対向しマイクロ
   スコープ方向に移動可能に設け、ステージをマイクロス
   コープ方向に移動させて水槽の内壁面とステージの上面
   との間に検水を捕捉して、標本とすることを特徴とする
   ろ過障害微生物監視装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１つにおい
   て、マイクロスコープをステージ面と平行に移動させる
   マイクロスコープ駆動装置を設けたことを特徴とするろ
   過障害微生物監視装置。