JPS60260827A - 上水フロツク画像認識装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は浄水場のフロック形成池（混和池）におけるフ
ロックの粒径およびその分布を画像処理技術を用いて計
測する上水フロック画像認識装置に関する。

〔発明の背景〕

浄水場では、原水の濁質粒径が小さいので、これらを凝
集させて凝集塊（フロック）とし、このフロックを沈降
させるプロセスになっているうこのため、フロック形成
池（混和池）におけるフロックの監視が必要不可欠であ
る。

従来、フロックの監視は浄水場の維持管理者が１日数回
、目視により監視していた。目視に依存するため、判断
基準が主観的かつ定性的であり、監視結果が運転操作に
反映されにくい欠点がある。

さらに、監視頻度が不連続的なため、凝集不良時の対策
が後手になり、トラブルが大きくなるという欠点もある
。

これに対して、最近は、工業用テレビカメラ（ＩＴＶ）
を用いて、フロック形成池内のフロック群を監視する方
法が採用されている。しかし、この場合でも、監視は人
間の視覚に依存するため、主観的かつ不連続的であると
いうことに変シない。

このように欠点を改善するため、特開昭５４−１４３２
９６号に記載されているように、光電変換装置を用いて
フロックの形状に応じた電気信号を取りだす方法も提案
されている。しかし、実用に際しては照度や流速などの
問題があり、これらの問題を解決しないと実用に供し得
ない。

〔発明の目的〕

本゛発明の目的はフ・ツク形成池（混和帖にお゛けるフ
ロック群の粒径や分布などを客観的かつ連続的に計測す
るのを高精度で実現できる上水フロック画像認識装置を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明者らは、１１７画像を画像処理する実験を実施し
た結果、通常の画像処理速度ではフロックの画像を認識
できないことを見出した。超高速の画像処理装置、すな
わち、５１２Ｘ４８０画素を対象に１１ミリ秒（ＩＩＸ
ＩＯ−”秒）で画像認識できる画像処理装置を用いて実
験したところフロック群の画像を高精度で認識できなか
った。これは７０ツク形成池内が攪拌されているためフ
ロック群が流動状態にあり、フロック群が移動している
ためである。フロックの移動速度は５ないし５０ｃｒｎ
／秒程度なので、フロックが１１ミリ秒（１１×１０“
３秒）で移動する距離は０．５５ないし５．５ｍとなる
。フロックの粒径は０．０１ないし１．０鱈程度である
ので、フロック群の画像を高精度で認識できなくなる。

フロックの移動速度を低下さ′せるためには水の流線を
さえぎるようじゃま板を設け、観察する領域にあるフロ
ック群の移動速度が小さくなるようにすることが考えら
れる。

しかし、じゃま板を単に、周囲に配置しただけでは、照
明装置による光がフロック群にあたらないことになり、
フロック群の画像を安定して高精度で認識することは出
来ない。本発明は照明装置による光がフロック群にあた
るようじゃま板と照明装置を配置して、画像を高精度で
認識できるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第１図は浄水場のフロック形成池の構成図でおる。第１
図において、１０はフロック形成池、１１は攪拌用パド
ル、１２はフロック、１３は整流壁である。フロック形
成池１０の前段に゛ある、図示しない急速混和池から流
入した微小フロック群は、フロック形成池１０内におい
て、攪拌用パドル１１によって攪拌されることにより、
フロック１２同志が衝突し合って凝集するっすなわち、
フロックの粒径が増加する。通常、フロック形成池１０
は３池で構成され、各々整流壁１３で仕切られる。フロ
ック１２は３つの池を通過する間に、次第に粒径が増加
する。

第２図にフロック形成池１・０内に卦いてフロック群の
画像を認識する本発明の一実施例を示す。

第２図において、２０は気密容器１．２１は観察窓、２
２はワイパー、２３はワイパー駆動装置、２４はバック
スクリーン、２４Ａ及び２４ＢＵバツクスクリーン固定
具、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｇはそれぞれじゃま板、３ｏ
は工業用テレビカメラ（ＩＴＶ）、３１は接写レンズ、
４ｏは照明装置、３２はＩＴＶコントローラー、４１は
照明装置コントローラー、４２は遮光カバー、５ｏは画
像認識装置、６０は画像認識制御装置である。

このような上水フロック画像認識装置はフロック形成の
最終的な度合を監視することが目的である場合には沈殿
池前段、すなわち、７０ツク形成池１０の３池目の出口
付近に配置される。またフロック形成の過程を監視する
場合にはフロック形成池１０の１池目または２池目に設
置する。

第２図の構成を更に詳細に説明する。

気密容器２０内に固定されたＩＴＶ３０は接写レンズ３
１によシ、ガラスなどの透明材料で作られた観察窓２１
を通してフロック形成池１０内にあるフロック１２の画
像を拡大認識する。ワイパー駆動装置２３によって駆動
されるワイパー２２は観察窓２１表面の汚れを取るため
に定期的に作動する。

また、バックスクリーン２４は次のようにして設置され
る。フロック群を高いコントラストで精度良く認識する
ために、気密容器２０にバックスクリーン固定具２４Ａ
及び２４Ｂを介して、バックスクリーン２４を観察窓２
１の前面に設置する。

バックスクリーン２４はフロック１２０色が白色系であ
ることを考慮して、フロック群を高いコントラストで精
度良く認識するために、黒色系にすることが望ましい。

次に、照明装置４０及び遮光カバー４２について説明す
る。フロック形成池１０はフロックを常時監視する目的
で大気解放されている。このため、フロック形成池１０
に入射する光の量は時間の経過と共に変化し、また天候
の影響を強く受ける。

フロックを常時監視するために通常照明装置４０が設置
される。維持管理者の視覚に依存した単なる監視を目的
とする場合には、照明装置４０の設置だけで充分であり
、また照明装置４０の設置はフロック形成池１０の上で
よいことは言うまでもない。

しかし、たとえ照明装置４０を設置したとしても、周囲
の照度変化は、フロック群の画像認識精度に強く影響す
る。たとえば、照度が低ければフロックを小さく認識し
てしまい、逆に、照度が高ければフロックを大きく認識
してしまう。この影響を取シ除くだめには、自然現象と
しての照度変化に左右されないようにすることが必要で
ある。゛本実施例では、遮光カバー４２を設け、周囲を
暗くして、照明装置４０のみによる一定条件の照度とす
る。なお、遮光カバー４２がない場合には、照明装置コ
ントローラー４１を用い、周囲の照度変化に応じて適時
照明条件を制御すればよい。また、事情が許せば、照明
装置４ｏは複数台設置して、フロック群に多面的に照射
したほうが良い。

次に、フロック監視上の課題について説明する前述した
ようにフロック形成池ｌｏ内は攪拌用パドルｘｘｉよっ
て攪拌されているので、フロック群は流動状態にある。

フロックの移動速度はフロック形成池ｌｏ内で異なるが
、５ないし５ｏｃｒＩｔ／秒程度である。このため、フ
ロック群の画像認識は高速で実施する必要がある。しか
し、５１２Ｘ４８０の画素の場合、高速画像認識装置を
適用しても；画素の認識には１１ミリ秒を要する。した
がって、現在の画像認識装置のスピードで画像を精度よ
く認識するためには、フロック群の移動速度を出来るだ
け小さくすることが必要である。

そこで、本発明では７ａツク形成池１０内において、水
の移動をできるだけ抑制するために、水流の移動方向を
遮るように、じゃま板を配置する。

しかし、この場合、じゃま板を、フロック群を観察する
領域の周囲に単に配置したのでは、照明装置４０からの
光をさえぎってしまう。したがって、じゃま板は、水流
の移動方向を遮るように配置するとともに、照明装置４
ｏがらの光をさえぎらないように構成しなければな（な
い。その際には、フロック形成池１０では攪拌用パドル
１１による攪拌により、一定方向に水が動いていること
を考慮する。

以下、じゃま板２５と照明装置４ｏとの配置について説
明する。

第３図は第２図の要部斜視図であシ、フロック形成池内
において、水が、白抜き矢印Ａで示したように上部から
下部に向かって移動している場合のじゃま板２５Ａ、２
５Ｂ及び２５Ｃの配置例を示しているう上部のしゃ−ま
板２５Ｂ及び２５Ｇとパックスクリ−コン２４と気密槽
２ｏとの間から流入−した水はバックスクリーン２４と
気密槽２ｏとの間の横両脇及び下部のじゃま板２５Ａの
隙間から流出する。このとき、じゃま板２５］３と２５
Ｃは照明装置４ｏからの光線を妨害しないように、しか
も光線が平面状に入射するように構成する。

第４図は第３図のＡ−Ａ’断面図を示す。ただし、ワイ
パー２２とワイパー駆動装置２３とは図示してしない。

じゃま板２５Ｂと２５Ｃとの間を通過して平面状に入射
した光は一点鎖線の内側で示される領域７０を照射する
。領域７ｏは奥行に広がりを持つ平面状の空間である。

この領域７゜のうち、観察窓２１を通して気密槽２ｏ内
にあるＩＴＶ３０及び接写レンズ３１によって認識され
る領域７１が画像認識の対象となる。すなわち、接写レ
ンズ３１と観察窓２１とを結ぶ線（破線で示す）と領域
７ｏと共通領域である。ハツチングで示される領域７１
である。この観察対象となる領域７１では水の流れは緩
やかＫなり、フロック群の移動速度は小さくなる。具体
的には、フロック群の移動速度は１ないし１ｏｃｒｎ／
秒程度にすることができる。これらフロック群には照明
が平面上に照射されるので、フロック群は、照明により
浮びあがり、鮮明に認識することができる。一方、領域
７１以外の領域（観察対象とならない領域）仲光線が照
射されないため照度が低い。このため、ＩＴＶ３０及び
接写レンズ３１によって認識されにくい。このように、
じゃま板２５を、照明光をさえぎらないように配置する
ことによってフロック形成池１０内のフロック群を高精
度でオンライン計測することができる。

以上のような構成にてＩＴＶ３０により取り込まれたフ
ロック画像情報はＩＴＶコントローラー３２を介して画
像認識装置５０に送信される。画像認識装置５０では得
られた画像情報から、浄水場の水質管理に役立つ情報を
抽出するために、フロック群の特性、例えば、粒径や分
布など、種々の演算を実施する。具体的方法は記載しな
いが、例えば、公知技術として知られている２値化処理
演算を施して、フロック群における個々のフロックの代
表粒径を演算し、フロック群の粒径分布をめる。

２値化処理演算を施して、フロック群の画像認識を実施
した例を第１０〜１２図に示す。第１゜図はフロック形
成池１０の第１池におけるフロック群を認識して２値化
した図、第１１図はフロック形成池１０の第２池におけ
るフロック群を認識して２値化した図、第１２図はフロ
ック形成池１０の第３池におけるフロック群を認識して
２値化した図である。これらの図から、フロック粒径を
精度良く判断でき、この結果、フロック群の成長過程が
明確にオンライン監視できることがわかる、 フロック形成池１０の場合、水が攪拌用パドル１１によ
シ攪拌されているので、ＩＴｖ３０の前面にある領域７
１は、常に新しいフロックを含む水が流動している。そ
こで、一定時間間隔毎に、フロック画像を認識、取り込
んで、これを複数回実施して、これらの情報に基づいて
、フロックの粒径分布をめると、計測精度を向上させる
ことができる。

画像認識制御装置６０はこの際の画像認識サイクルのタ
イムジ−タンスを制御する。すなわち、画像認識制御装
置６０は画像認識装置５０及びＩＴＶ３０によるフロッ
ク画像情報の認識時間や認識回数などを調整する。一般
に、フロック形成状況は、短時間で急激に変化すること
が少ないので、フロック群の画像認識によるフロック形
成の監視操作は、１分ないし１時間に１同根度実施すれ
ば充分である。

なお、得られ九粒径分布などを用いて、凝集剤注入量、
アルカリ剤注入量などの制御、並びに、攪拌用パドルの
回転数制御が実施可能である。

第５図に本発明の他の実施例の要部構成を示す。

第５図はじゃま板２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｇ、２５Ｄ及び
２５Ｅと照明装置４０を示している。

第５図は水が白抜き矢印Ｂで示したように、横方向から
バックスクリーン２４に平行に移動している場合に好適
な実施例である。横方向からじゃま板２５Ｄに向かって
流入した水はじゃま板２５Ｄとバックスクリーン２４と
気密槽２０との間からバックスクリーン２４と気密槽２
０との間に流入するうこの水はじゃま板２５Ａとじゃま
板２５Ｅとバックスクリーン２４と気密槽２ｏとの間か
ら流出する。このため、観察対象となる領域７１（図示
しない）では水の流れが緩やかになる。

第６図に本発明の他の実施例の要部構成図を示す。

第６図はＩＴＶ３０がフロック形成池１０の壁面１０Ａ
を隔てて配置されたときのじゃま板２５Ａ。

２５Ｂの配置状態を示すものである。また、第７図はス
クリーン２４と、じゃま板２５Ａ、２５Ｂの斜視図であ
る。第６図及び第７図は白抜き矢印Ｃで示したように上
部から下部へと水の流れがある場合のじゃま板２５Ａと
２５Ｂ並びに照明装置４０の配置を示している。

第８図に本発明の他の実施例の要部構成を示す。

第８図は横両脇方向に照明装置４０Ａ、４０Ｂ。

４０Ｃ及び４０Ｄを設置して照明光を均一化した例であ
る。ｌれら照明装置の光を通すために１、じゃま板２５
Ｃ，２５Ｄ、２５Ｅ及び２５Ｆを配置する。

第９図は第８図のＢ−Ｂ’断面図（じゃま板２５Ａ及び
２５Ｂは図示視ない）を示す。この例では、横両脇方向
から、各々２台の照明装置により照明しているので、Ｉ
ＴＶ３０の観察対象となる領域７１の照度が均一化され
ている。とのことは、フロック群の画像認識精度を高め
る効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フロック群の移動速度を低下させると
同時に、これらフロック群に照明を均一に照射できるの
で、上水フロック形成過程におけるフロック画像を、客
観的、定量的かつ高精度で、オンライン自動計測出来る
。このため、浄水場維持管理の省力化と信頼性の向上、
ひいては制御システムへの応用などが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は浄水場のフロック形成池の概略構成図、第２図
は本発明の実施例を示す構成図、第３図は第２図の要部
斜視図、第４図は第３図のＡ−Ａ’断面図、第５図、第
６図はそれぞれ本発明の他の実施例の要部構成図、第７
図は第６図の要部斜視図、第８図は本発明の他の実施例
の要部構成図、第９図は第８図はＢ−Ｂ’断面図、第１
０〜１２図は本発明・を実施して得られたｚ値化画像を
示す図である。 １０・・・フロック形成池、１１・・・攪拌用パドル、
１２・・・フロック、２０・・・気密容器、２１・・・
観察窓、２４・・・バックスクリーン、２５Ａ、２５Ｂ
、２５Ｃ・・・各々じゃま板、３０・・・工業用テレビ
カメラ（ＩＴＶ）、４０・・・照明装置、４２・・・遮
光カバー、第４図 千　ｌ 第　２　図 ０°　革７図 ５ｈ 第１頁の続き ［相］発　明　者　１）中　昭　裕　日立重大みか町か
工場内 ［相］発　明　者　森　俊　二　日立重大みか町か工場
内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、浄水場フロック形成池内におけるフロック群に照明
   を照射する照明装置を具備し、該照明装置によシ光を受
   けたフロック群の画像情報を、光電変換装置により取り
   込み、変換された電気信号を画像処理する上水フロック
   画像ｇ識装置において、前記画像処理の対象となる領域
   に流入するフロック群の流れをさえぎり、かつ前記照明
   の光を通すようにじゃま板を配置したことを特徴とする
   上水フロック画像認識装置。