JPH11108821A - 汚泥の画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像処理により反応槽の汚泥の粒径を自動的
に連続的にオンラインで計測可能とするために、気泡が
存在していても汚泥粒径を精度よく計測することができ
る汚泥の画像処理装置を提供する。 【解決手段】 この汚泥の画像処理装置は、反応槽１の
中を上下動して汚泥相３を撮影する撮像部６と、撮像部
が撮影した画像を構成する画素に対し、汚泥と水の画素
の輝度レベルから逸脱する輝度レベルの画素を除いて２
値化処理を行う演算部１０とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は汚泥の画像処理装置
に関し、更に詳しくは、嫌気性生物反応槽、とりわけＵ
ＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）方式で運
転される反応槽内における汚泥の粒径を精度よくかつ連
続的にオンラインで計測することを可能とする汚泥の画
像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】好気性の活性汚泥処理から生ずる余剰汚
泥の処理、し尿処理、高濃度有機性排水の処理などに嫌
気性の生物処理が適用されている。例えば、ＵＡＳＢ方
式の嫌気性生物処理の場合、反応槽内は、粒径0.５〜３
mm程度のグラニュール汚泥が２０００〜５００００mg/L
に濃縮された状態で存在する高濃度の汚泥相と、原水中
の微細なＳＳ成分やグラニュール汚泥が破砕して粒径0.
５mm以下になっている比較的低濃度の上澄み相とに大別
され、両者の間には界面（以後、汚泥界面という）が存
在している。そして、この汚泥界面の反応槽内における
位置は当該反応槽の運転条件の変化に対応して常時変動
している。

【０００３】そして、この反応槽を適正に運転管理する
ためには、当該反応槽の汚泥保有量、すなわち、汚泥濃
度の正確な把握が必要になる。従来、この汚泥濃度は、
当該反応槽の汚泥相から汚泥をサンプリングし、それを
分析して測定されていた。しかしながら、この方法は、
人手を要するとともに、汚泥サンプルの乾燥処理も含め
て濃度分析に多大の時間を必要とする。

【０００４】このようなことから、最近では、反応槽の
中に撮像装置を配置して汚泥粒と水とから成る汚泥相を
撮影し、得られたそれぞれの画像信号から撮影個所にお
ける汚泥濃度を算出し、それらを平均化して反応槽内の
汚泥濃度とすることが試みられている。この方法によれ
ば、サンプリング作業も不要であり、また撮像装置を移
動させながら画像処理を行うことにより汚泥濃度を計測
できるので、オンラインで反応槽の動態を把握できると
いう利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した方法の場合、
それぞれの撮影個所における汚泥濃度を算出しようとす
るときには、撮影個所の汚泥相の体積とそこに存在する
汚泥単体の体積を計測することが必要になる。そのこと
は、撮影個所の汚泥相の体積を一定と仮定し、そのうえ
で汚泥の体積を計測することによって可能となる。別言
すれば、前記汚泥相内に分散する汚泥の粒径を把握する
ことによって汚泥の体積が計測可能となる。

【０００６】ところで、汚泥相を撮影して得られる画像
は、ある輝度レベルの画素が集合して成る汚泥画像と、
別の輝度レベルの画素が集合して成る水画像とで構成さ
れている。したがって、得られた画像に対し、輝度レベ
ルのしきい値を求めて暗輝度レベルと明輝度レベルへの
２値化処理を行なうことにより、汚泥画像と水画像の分
離が可能となり、その処理結果から汚泥粒径を計測する
ことができる。

【０００７】上記した２値化処理は、輝度レベルが異な
る分離対象を形として抽出する画像処理の基本的な手法
であり、形状解析などの分野で広く採用されている。そ
して、それぞれの輝度レベルにむらがある場合には、一
般に、動的２値化処理が行われ、そのときのしきい値を
求める方法としては大津の方法が知られている。しかし
ながら、汚泥相の画像に対して大津の方法で輝度レベル
のしきい値を求めて２値化処理を行うと、画像には汚泥
相中の気泡の映像が混入していることが多いため次のよ
うな問題が生じてくる。

【０００８】例えば、図６で示したように、画像中に気
泡が存在する場合、この気泡の輝度レベルは汚泥や水の
輝度レベルに比べて非常に高いので、この画像に対して
大津の方法でしきい値を求めて２値化処理を行うと、得
られた処理画像では、図７で示したように、気泡の周囲
が抜け落ちて気泡と接する汚泥の輝度レベルは計測され
ないことになり、その結果、算出される汚泥粒径は実際
よりも小さい値となってしまう。このことは、大津の方
法で演算される分離対象（汚泥と水）における輝度レベ
ルのしきい値が目的とする汚泥の輝度レベルと水の輝度
レベルとの間ではなく、気泡の輝度レベルと水（または
汚泥）の輝度レベルとの間に位置してしまうことであ
る。

【０００９】このように、汚泥相の画像に対して大津の
方法でしきい値を求めて２値化処理を行うことにより汚
泥粒径を計測しようとしても、画像に混入する明るい気
泡の影響で汚泥と水に関する輝度レベルのしきい値を正
確に求めることができず、汚泥粒径は実際よりも小さく
計測されるという問題がある。本発明は、汚泥相の画像
を大津の方法でしきい値を求めて２値化処理することに
より汚泥粒径を求める際の上記した問題を解決し、画像
内に明るい気泡が混入していても高精度で汚泥粒径を計
測することを可能とする汚泥の画像処理装置の提供を目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、槽内を上下動して汚泥相を
撮影する撮像部と、前記撮像部が撮影した画像を構成す
る画素に対し、汚泥と水の画素の輝度レベルから逸脱す
る輝度レベルの画素を除いて２値化処理を行う演算部と
を備えていることを特徴とする汚泥の画像処理装置が提
供される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の装置およびその
機能を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明
の装置例を示す基本構成図である。図１において、反応
槽１には汚泥が保有され、ここに配管２から処理対象の
原水が上向流となって流入するようになっている。原水
の流入により、反応槽１には、汚泥濃度が高い汚泥相３
と、流入ＳＳ成分や破砕汚泥から成る汚泥濃度の低い上
澄み相４が形成され、両者の間には汚泥界面５が形成さ
れている。そして、この汚泥界面５は、反応槽１内の発
生ガス量や原水の流入量により常時上下方向で位置変動
している。

【００１２】図１の装置において、撮像部６は例えば通
信ケーブル７で昇降手段８から吊り下げられた状態で反
応槽１の中に配置され、昇降手段８で通信ケーブル７を
巻き上げることにより反応槽内を上昇し、逆に昇降手段
８で通信ケーブル７を巻き戻すことにより反応槽内を下
降できるようになっている。この撮像部としては、透視
度の低い汚泥相３の中にあっても汚泥や水の輝度レベル
に感応してその画像信号を発信できる例えばＣＣＤカメ
ラを採用することが好ましい。

【００１３】撮像部６の反応槽内における位置は、例え
ば汚泥相１の底部１ａを基準点にしたときの通信ケーブ
ル７の巻き上げ長さ量で把握することができ、その長さ
信号は位置計測部９において、撮像部６の位置信号とし
て格納される。そしてこの位置信号は演算部１０に入力
される。一方、撮像部８が撮影した汚泥相は画像信号と
なって演算部１０に入力される。

【００１４】この演算部１０は、撮像部６が撮影した画
像に対して大津の方法でしきい値を求めて２値化処理を
行い、汚泥粒径を計測してその結果を表示部１１に出力
する。この演算部１０では、画像を構成する各種輝度レ
ベルの画素に対して大津の方法でしきい値を求め、２値
化処理が行われ、明輝度レベルに属する画素の度数と暗
輝度レベルに属する画素の度数がそれぞれ計測される。

【００１５】その場合、前記したように、気泡の画素は
汚泥や水の画素に比べて非常に明るいので、本発明装置
の演算部１０では、分離対象の汚泥や水の輝度レベルか
ら逸脱する輝度レベル、具体的には汚泥や水の輝度レベ
ルより高いある設定輝度レベル以上の画素の度数を計測
せず、上記設定輝度レベルより低い輝度レベルの画素に
対してしきい値を求め、２値化処理を行う。

【００１６】したがって、得られた演算結果は、明るい
気泡の輝度レベルの影響は排除され、分離対象である汚
泥と水の輝度レベルに関する２値化処理結果となり、そ
れは汚泥の画素が集合したヒストグラムと水の画素が集
合したヒストグラムを表すことになる。そして、この演
算結果に基づいて汚泥粒径が演算される。なお、気泡の
輝度レベルは、汚泥や水の輝度レベルよりも明るいが、
特定の値になることはない。すなわち、原水の性状に応
じて汚泥や水の輝度レベルが変化することにより、気泡
の輝度レベルは変化する。したがって、気泡の輝度レベ
ルは、処理現場に応じて予め机上試験などによって求め
ておく。

【００１７】また、この演算結果を表示部１１に出力
し、そこで濃淡が２値化した画像として表示することも
できる。例えば図７で示した画像に対して上記した２値
化処理を行った場合に得られる画像例を図２に示す。図
２で明らかなように、輝度レベルの計測を除外した気泡
の部分が水の処理画像と同じになる。そして、この処理
画像から汚泥粒径の計測を行うことができる。

【００１８】その計測方法の１例を、図２で示した汚泥
粒子ａの場合について説明する。今、画面上の粒子ａ
は、図３で示したｘ−ｙ座標系におけるドットの点滅で
構成されているものとする。この座標系は、左上点
（０，０），右上点（１０，０），左下点（０，１
０），右下点（１０，１０）で囲まれ、全体が１００個
のドットで構成されている。そして、座標系の（ｘ，
ｙ）点が点滅することによりそれらの集合として粒子ａ
が表現される。

【００１９】ここで、１ドットが１mm×１mmの大きさで
あり、これらの集合として図３で示したように粒子ａが
表現されているものとする。このとき、本発明において
は、粒子ａの粒径が、次式： 最大のｘ値−最小のｙ値＋１ に基づいて計算される。

【００２０】図３の場合には、最大のｘ値は１０（m
m）、最小のｙ値は２（mm）である。したがって、粒子
ａの粒径は、１０−２＋１＝９（mm）と計算される。な
お、１ドットの大きさは、画面に上記したようなｘ−ｙ
座標系を表示し、その表示座標から予め測定しておけば
よい。

【００２１】

【実施例】図１で示した装置において、汚泥相３のある
深さの位置にＣＣＤカメラ６をセットし、汚泥相３の撮
影を行った。このＣＣＤカメラは、縦４８０個、横６４
０個の画素信号を発信するものである。演算部１０で
は、輝度レベル０〜２００の画素の度数を計測し、それ
を公知の大津の式に代入する演算を行う２値化処理を進
めた。その結果を図４に示した。

【００２２】一方、比較のために、演算部１０では、輝
度レベル０〜２５５の画素の度数を計測し、それを大津
の式に代入する演算を行う２値化処理を進めた。その結
果を図５に示した。図４と図５から明らかなように、輝
度レベルを０〜２００にした本発明装置で２値化処理を
行うと、汚泥と水の間にしきい値が位置する。しかし、
輝度レベルを０〜２５５に設定すると、気泡と水の間に
しきい値が位置してしまい、分離対象（汚泥と水）の間
にしきい値は位置しないことになる。

【００２３】次に、１日１回、上記した条件で本発明装
置を作動することにより、処理画像から画像全面におけ
る個々の汚泥の粒径を測定し、その平均値を求めた。そ
の結果を−○−印として図６に示した。なお、比較のた
めに、計測する輝度レベルが０〜２５５の場合について
も汚泥粒径を求め、その結果を−×−印として図６に示
した。

【００２４】図６から明らかなように、比較例の場合に
は、汚泥粒径が全体として小さい値で計測されている。
これは、気泡の輝度レベルまで計測しているからであ
る。このようなことから、気泡の輝度レベルを計測の対
象から除外して画像処理することは、汚泥粒径を精度よ
く計測することによって必要であることがわかる。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
装置を用いれば、汚泥中に気泡が存在していても、精度
よく汚泥の画像処理を行うことができる。これにより、
自動的かつ連続的にオンラインで汚泥粒径を計測するこ
とが可能となる。したがって、本発明の装置は反応槽の
保有汚泥量を適正に管理するために有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置例を示す基本構成図である。

【図２】本発明装置の演算部で２値化処理された画像を
示す模式図である。

【図３】図２の汚泥粒子ａの粒径の計測方法を説明する
ための模式図である。

【図４】本発明装置の演算部において輝度レベルを０〜
２００に設定し、大津の方法によって２値化処理され
た、輝度レベルと画素度数の関係を示すグラフである。

【図５】輝度レベルを０〜２５５に設定した状態で大津
の方法によって２値化処理された、輝度レベルと画素度
数の関係を示すグラフである。

【図６】汚泥粒径の計測値の経時変化を示すグラフであ
る。

【図７】撮像部が撮影した汚泥相を示す模式図である。

【図８】図６の画像を大津の方法で２値化処理した画像
を示す。

【符号の説明】

１ 反応槽 １ａ 反応槽１の底 ２ 配管 ３ 汚泥相 ４ 上澄み相 ５ 汚泥界面 ６ 撮像部 ７ 通信ケーブル ８ 昇降手段 ９ 位置計測部 １０ 演算部 １１ 表示部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 槽内を上下動して汚泥相を撮影する撮像
   部と、前記撮像部が撮影した画像を構成する画素に対
   し、汚泥と水の画素の輝度レベルから逸脱する輝度レベ
   ルの画素を除いて２値化処理を行う演算部とを備えてい
   ることを特徴とする汚泥の画像処理装置。