JPS6133370B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は製鉄原料、穀粒等、多数の粒状物の集
合の粒度分布測定、あるいは細菌の増殖過程の検
出等の用途の供される投影面積分布測定装置に関
し、特にリアルタイムでデータ処理を行えるよう
にした全く新規な投影面積分布測定装置を提案し
たものである。

多数の粒状物の集合をテレビカメラにて撮像
し、その撮像画像に基くデータ処理によつて粒状
物個々の面積及び粒状物の個数を求めて、投影面
積分布、更には粒度分布を求める装置が種々提案
されているが（特願昭52―158082、特願昭53―
22452）が、一般にはテレビカメラのビデオ信号
を一旦アナログメモリ又はデイジタルメモリに記
憶させた後、この記憶内容に基きソフトウエアで
各粒状物の同定を行う如きコンピユータによるデ
ータ処理をして粒状物個々の投影面積及び粒状物
の個数を求める方式としている。ところが斯かる
方式による場合はビデオ信号の記憶又はコンピユ
ータによるデータ処理の為に必要とされるアナロ
グ／デイジタル変換、メモリからコンピユータへ
の転送及びソフトウエアによるデータ処理に長時
間を要し、１画面のデータ処理に10数秒乃至数10
秒程度かかり、特に多数画面についてのデータ処
理を行い、統計的処理を行うような場合には多大
の時間を要する難点がある外、処理対象とする画
面のサンプリング時間間隔が長くなり、経時的変
化を追跡するような用途、例えば細菌の増殖過程
の検出等には供し得なかつた。加えてビデオ信号
の記憶のためのメモリとしては大容量のものを必
要とし、極めて高価につくという難点もあつた。
一方、リアルタイムで画像データ処理を行う装置
も存在するが、この装置は画面内の物体像の投影
面積の総和を求める程度のものであり、物体個々
の区別をすることができず、投影面積分布測定の
用途としては不適である。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであ
つて、テレビカメラにて撮像された静止画像のビ
デオ信号をハードウエアでリアルタイム処理する
構成とすることにより、投影面積分布を高速で測
定することを可能とした投影面積分布測定装置を
提供することを目的とし、以下に本発明をその実
施例を示す図面に基いて詳述する。

第１図においてＰは貯鉱槽から高炉（いずれも
図示せず）へ搬送される焼結鉱等の製鉄原料（以
下粒子という）であつて、ベルトコンベヤVC１
の終端に到つた粒子Ｐの大部分は装入コンベヤ
VC２により高炉へ搬送されていくのに対し、一
部は投影面積分布の測定又はその測定結果を利用
しての粒度分布測定のために適当な落差だけ落下
させられ、その後適宜手段により回収されて貯鉱
槽又はベルトコンベヤVC１へ戻されるようにし
てある。粒子Ｐの落下域の一側には適量の光を透
過するスクリーンSRが鉛直に張設されている。
スクリーンSRの表面（粒子落下域側の面）に
は、粒子落下域から適長離隔させて順次走査方式
のテレビカメラ１が設置され、また裏面側に適長
離隔させてストロボ等の瞬時発光器２が設置され
ている。瞬時発光器２は、テレビカメラ１からビ
デオ信号VSが入力されるタイミングコントロー
ラ３によつて、このビデオ信号中の垂直同期信号
に同期して発光するようにしてある。なお本発明
装置はリアルタイムでデータ処理を行うので、発
光周期は原則的には１垂直走査周期と一致させる
ことが可能である。瞬時発光器２は連続点灯光源
を開閉自在のシヤツタ等で覆い、このシヤツタを
瞬間的に開くように構成してもよい。このような
瞬時発光器２を発光させるスクリーンSRはその
都度照射され、その表面も明るくなるから、テレ
ビカメラ１は粒子が暗く、スクリーンSRによる
背景が明るい静止画像を次々と撮像することにな
る。４はモニタ用のCRTであつて、ラスタ中に
上記静止画像が現れる。

なお複数の粒子がスクリーンSRの前後方向に
重なるとそれらを弁別することが不可能となるの
で、ベルトコンベヤVC１から落下させる粒子の
量及び落下域の広がりは、このような重なりが生
じないように選定される。

テレビカメラ１が出力するビデオ信号VSはタ
イミングコントローラ３、CRT４へ入力される
外に、波形整形回路等からなる２値化回路５へ入
力される。ビデオ信号VSは負極性のものである
ので粒子像に対応する部分が高い黒レベル、明る
い背景に対応する部分が低い白レベルとなつてい
る〔第２図ａ参照〕が、粒子像に対応する黒レベ
ルの信号波形はデイジタルのデータ処理には不適
当な不整形状を有しているので、粒子像部分と、
そうでない部分とを明確に区別するためにこの２
値化回路５で、粒子像部分に対応する、立上り、
立下りの鋭い像パルスPP₁₁等〔第２図ｂ参照〕に
整形する。伴せて水平同期信号HS及び図示しな
い垂直同期信号は消滅させる。従つて２値化回路
５から出力される２値化信号BSは撮像静止画像
中の粒子像を電子ビームが走査している間にハイ
レベルとなり、即ち像パルスが現れ、他の期間は
ローレベルとなる信号となる。

さて説明を簡単にするために撮像静止画像が第
３図に示す如く比較的大きな粒子像P₁と、これよ
り小さい粒子像P₂とを有するものであつたとす
る。そして粒子像P₁を最初に過つた走査線Ｓ１
が、同じく粒子像P₂を最初に過り、後続の走査線
SC２，SC３が粒子像P₁のみを過るものとする
と、この画像に対応するビデオ信号VSは第２図
ａのようになる。従つてこのビデオ信号VSを２
値化回路５へ入力して得られる２値化信号BSは
第２図ｂに示すように走査線SC１の粒子像P₁，
P₂部分に各対応して像パルスPP₁₁，PP₂₁が、走査
線SC２の粒子像P₁部分に対応して像パルスPP₁₂
が、また走査線SC３の粒子像P₁部分に対応して
像パルスPP₁₃が現れる信号となる。

而して上記２値化信号BSはタイミングコント
ローラ３中の粒子像同定回路３１へ入力される。
この粒子像同定回路３１は各走査線に対応する期
間毎に現れる像パルスを各粒子像毎に関連づけて
処理するための制御を行うものであり、ｎ個（ｎ
は複数）の単位像面積測定回路６１，６２…６ｎ
の制御を司つている。

単位像面積測定回路３１，６２…６ｎは夫々１
粒子像の面積を測定するものであつて、いずれも
同構造を有しているので単位像面積測定回路６１
につき、粒子像同定回路３１と併せて説明する。
単位像面積測定回路６１は像パルスPP₁₁等の時間
幅を計測する計時回路６０ａと、粒子像同定のた
めのゲートパルスを発するパルス発生回路６０ｂ
と、計時回路６０ａの計測値を面積に関するデー
タに換算するコンバータ６０ｃとからなる。

さて粒子像同定回路３１は２値化信号BSに像
パルスが現れるとまずビジー信号BSYが発せられ
ており、しかも前記ゲートパルスを発していない
単位像面積測定回路６１から６ｎまでを順に探し
ていき、該当するものがない場合は、次に後述す
るビジー信号BSYが発せられていない単位像面積
測定回路を６１から６ｎまで順に探していき、最
も早く探知された単位像面積測定回路の計時回路
６０ａへ当該像パルスと立上り、立下りともに同
期する計時指令パルスTCS〔第２図ｄ参照〕を
発する。計時回路６０ａはカウンタ等からなり、
全ての単位像面積測定回路に共通のクロツクジエ
ネレータ７から入力されクロツク信号CLK〔第
２図ｃ参照〕のパルス数を計時指令パルスTCS
が発せられている間、即ち計時指令パルスTCS
の立上りから立下り迄の間だけ計数する。従つて
この計数値は前記像パルスの時間幅の計測値とな
る。一方、計時回路６０ａは計時指令パルス
TCSの入力時点、即ちその立上り時点に同期し
てビジー信号BSY〔第２図ｅ参照〕を発し、該ビ
ジー信号BSYは粒子像同定回路３１及びパルス発
生回路６０ｂへ入力される。このビジー信号BSY
は１水平走査周期（相前後する水平同期信号HS
相互間の時間）Ｈよりも長い時間発せられるよう
にしてあり、その消滅に先立つて再び計時指令パ
ルスTCSが入力されると消滅することなくその
まま発し続けられるように、例えばリトリガラブ
ルなフリツプフロツプ等を用いてその発生回路が
構成されている。

ビジー信号BSYがパルス発生回路６０ｂへ入力
されるとパルス発生回路６０ｂはビジー信号BSY
の立上りより僅かに遅れた時点、即ち計時回路６
０ａが計時指令信号TCSの時間幅、又は対応す
る像パルスの時間幅計測を開始した後であつて、
且つこの計測を停止する前の時点から１水平走査
周期Ｈよりも少し短い時間ｔだけ持続する（ハイ
レベルとなる）ゲートパルスGTP〔第２図ｆ参
照〕を発する。このゲートパルスGTPは粒子像
同定回路３１へ、計時指令信号TCSの出力可否
を判断する為の情報として入力される。ゲートパ
ルスGTPはその立上りから時間ｔだけ経過する
と一旦消滅し、消滅時点から時間ｔよりも十分短
い時間△ｔだけ経過すると再び現れる。そして消
滅している時間△ｔの間において２値化信号BS
に像パルスが現れて、計時指令信号TCSが与え
られたときは、更に時間ｔだけ持続するが、像パ
ルスが現れないときには次の水平同期信号HSの
タイミングで消滅する。前記時間ｔ，△ｔの値は
後述するように粒子Ｐの形状を考慮して予め設定
されたものが選択されるが、これらの時間ｔ及び
△ｔの計時は、パルス発生回路６０ｂにも入力さ
れるクロツク信号CLKの計数を、ゲートパルス
GTPの発生時点及び当該ゲートパルスの消滅時
点（立下り時点）から行うことによつて実現され
る。

前述のように像パルスが現れると粒子像同定回
路３１はビジー信号BSYを発し、ゲートパルス
GTPが消滅した状態にある単位像面積測定回路
６１，６２…６ｎに対し計時指令信号TCSを発
し、その計時回路６０ａに再びその計時を行わせ
る。これは前記像パルスが先に現れてゲートパル
スGTPを発せしめた像パルスと同一の像から得
られたものであると判断できるからである。

そしてその像からの像パルスが得られなくなる
と前述の如くゲートパルスGTPは次の水平同期
信号HSの発生タイミングで消滅する。そしてこ
の水平同期信号HSの発生タイミングで計時回路
６０ａの計測結果、即ちそのカウンタの積算計数
値をコンバータ６０ｃに読込ませると共に、計時
回路６０ａを零リセツトし、ビジー信号を消滅さ
せる。

以上のような粒子像同定回路３１及び単位像面
積測定回路６１，６２…の動作を第３図の例によ
つて説明すると、まず走査線SC１のタイミング
で像パルスPP₁₁が現れる。このときにはいずれの
単位像面積測定回路もビジー信号を発していない
ので、第１番目の単位像面積測定回路６１の計時
回路６０ａに対して第２図ｄに示す如き計時指令
信号TCS１１を発することになる。この計時指
令信号TCS１１の実体は像パルスPP₁₁そのもの
である。

計時回路６０ａはTCS１１が入力されている
間、第２図ｄに示すクロツク信号CLKのパルス
数を計数する。TCS１１の時間幅を表わすその
計数値をt₁₁とする。

さて、TCS１１の入力により計時回路６０ａ
は第２図ｅに示すようにTCS１１の立上りに同
期してビジー信号BSYを発し、またこれより稍々
遅れてパルス発生回路６０ｂはゲートパルス
GTPを時間ｔに亘つて発する。

次に粒子像P₂に対応する像パルスPP₂₁が入力さ
れてくると、既に単位像面積測定回路６１はビジ
ー信号BSY及びゲートパルスGTPを発している
ので、次の回路６２が選択され、その計時回路６
０ａへ第２図ｉに示す如き計時指令信号TCS２
１（実は像パルスPP₂₁）が出力され、その時間幅
がクロツクパルスの数t₂₁として計数されたとす
る。またこの回路６２からも第２図ｊ，ｋに示す
ようにビジー信号BSY及びゲートパルスGTPが
発せられることになる。なお、走査線SC１のタ
イミングでもう１つ像パルスが存在する場合に
は、この像パルスは第３番目の単位像面積測定回
路６３へ入力されることになる。従つて単位像面
積測定回路としては静止画像中において１本の走
査線が過る粒子像の最大個数分用意する必要があ
るが、静止画像１画面中の全粒子像数が100〜300
個の場合にはｎ＝20程度で十分である。

さて、面積測定回路６１のパルス発生回路６０
ｂが出力するゲートパルスGTPは走査線SC２の
タイミングにおける粒子像P₁に対応する像パルス
PP₁₂が立上る直前に消滅し、時間△ｔに亘つて消
滅した状態にあるので、この像パルスPP₁₂につい
ては対応する計時指令信号TCS１２の時間幅を
この回路６１の計時回路６０ａによる加算を行
う。ここで積算計数値はt₁₁＋t₁₂となる。計時指
令信号TCS１２が立上ることによりゲートパル
スGTPが再び現れる。

而してビジー信号BSYが発せられている間にお
いてゲートパルスGTPが現れている場合には像
パルスを計時指令信号TCSとしてその単位像面
積測定回路へ与えることがない。即ちゲートパル
スGTPの立下り時点の直後△ｔの間に現れる像
パルスのみが当該ゲートパルスを発生させるのに
関与した像パルスと同じ粒子像から得られたもの
として処理するのである。これをラスタでの粒子
像を拡大して示す第４図に基いて説明すると走査
線がこの粒子像を点○イから初めて過り出したも
のとすると、○イの直ぐ右横の〓〓点の走査時点か
らゲートパルスGTPが発せられる。走査線が
右方へ移動していく間に他の粒子像を過つても、
このゲートパルスGTPを発している単位像面積
測定回路の計時回路６０ａは計時動作を行わな
い。これは次順の走査線の点○ロ（点〓〓より時
間にしてｔだけ離れた点）に到る迄同様である。
この○ロにおいてゲートパルスGTPが消滅するか
ら、走査線が点○ロの直ぐ右横の〓〓点（粒子像
との交点）から、粒子像を出る点〓〓までの間に
発せられる像パルスの計時を行うことになる。

さて点〓〓と、その直下の走査線上の点〓〓
との時間差は１水平走査周期Ｈである。Ｈ―ｔの
値、即ち○ロ―〓〓間寸法の決定は極めて重要であ
る。即ち○ロ―〓〓間に現れる粒子像の縁線（ビデ
オ信号上は黒レベルへの立上り）をそれ以前に捉
えたものと同じ粒子像に関するものか否かの判定
基準となるからである。最適値は粒子形状、画像
中の粒子密度によつて区々に異るが、本発明者等
の実測経験によれば数百nsとしておけば殆んど
の粒子の測定に支障がない。従つて時間ｔはＨ―
数百nsとして定められるる。

さて再び第２図に戻つて、走査線SC３のタイ
ミングでもゲートパルスGTPが消滅した後にお
いて像パルスPP₁₃が入力されるからこれに対応す
る計時指令信号TCSの時間幅もクロツクパルス
数t₁₃と計数され、計時回路の積算計数値はt₁₁＋
t₁₂＋t₁₃となる。

これに対して単位像面積測定回路６２において
は計時指令信号TCS２に因り発せられた第２図
ｋに示すゲートパルスGTPが消滅した後、走査
線SC２のタイミングでは像パルスが現れないの
で、走査線SC２，SC３間の水平同期信号HSに
より、面積測定回路６２の計時回路６０ａのビジ
ー信号BSYを第２図ｊの如く消滅させ、また第２
図ｌに示すように計時回路６０ａの計数値、この
場合はt₂₁をコンバータ６０ｃへ読出させると共
に、第２図ｍに示すように計時回路６０ａをリセ
ツトする。

面積測定回路６１においても走査線SC３の次
のSC４のタイミングにおいては同様にゲートパ
ルスが消滅したままとなり、このために走査線
SC４の末尾の水平同期信号HSにて、第２図ｅ，
ｇ，ｈに各示すように、ビジー信号の消滅、計時
回路６０ａの計数値t₁₁＋t₁₂＋t₁₃の読出し及びそ
のリセツトが行われる。

このようにして計時回路６０ａがリセツトさ
れ、ビジー信号BSYを出していない状態に戻つた
面積測定回路６１，６２は同一画面の、又は次順
の画面の他の粒子像に対応する像パルスの処理を
行い得ることになる。

さて、前記計時回路６０ａの計数値は走査線の
粒子像を過る部分の長さ、あるいはその累計値で
あるからこれに垂直方向の寸法（走査線の垂直方
向離間寸法）を乗じて面積のデイメンジヨンと
し、更に光学的倍率を乗ずれば各計時回路６０ａ
にての計測対象とした粒子の真の投影面積が得ら
れることになる。コンバータ６０ｃはこのような
演算を行うものである。各単位像面積測定回路６
１，６２…６ｎのコンバータ６０ｃの出力信号は
演算終了後直ちに分類装置８へ入力される。

分類装置８はミニコンピユータ等の小型電子計
算機からなり、投影面積に応じて分級した各級
夫々に属する粒子の個数、あるいは各級夫々に属
する粒子の投影面積累算値を求めるためのデータ
処理を行う。

なお前述したように、１静止画面の粒子像数が
100〜300個、また単位像面積測定回路ｎ＝20とす
ると１静止画面につき１回路が５〜15回投影面積
データを分類装置８へ出力することになる。この
ようにして分類装置８が１静止画面につき100〜
300の投影面積データを得て上述の如き分類処理
を終えるとタイミングコントローラ３へ処理完了
信号を発し、次順の静止画面を得るために瞬時発
光器２の発光を許可する。

上述した如き１静止画像についての処理は必要
に応じて、即ち所望精度、粒子形状のばらつき程
度等に応じて複数回、例えば30〜100回程度行わ
れ、分類装置８は全画面について区別することな
く同様の手順で次々と分類処理していく。従つて
上述の数値例によれば3000〜30000個程度の粒子
についての投影面積分布が極めて短時間に得られ
ることになる。投影面積分布が必要である場合は
分類装置８の、上述の如きデータ処理結果をその
まま出力装置に表示させればよい。また粒度分布
等を必要とする場合はこの分類装置８の計算機、
又は上位の計算機にて前記投影面積分布に基く演
算処理を行えばよい。

以上のように本発明装置はビデオ信号をメモリ
を用いることなくリアルタイムで、またハードウ
エア的に処理していくので投影面積分布を高速に
得ることができ、また大容量のメモリ装置を用い
ないことにより安価に提供できる。そして本発明
装置のテレビカメラを顕微鏡と光学的に結合する
場合はバクテリアの増殖過程の状況の検出がリア
ルタイムで行えることとなり、従来この種装置で
は適用し得なかつた新たな用途にも供し得る。更
に第１図の実施例の如く被測定物の搬送過程でサ
ンプル集合を抽出する場合、従来では１画面の撮
像に1/30秒、処理に例えば30秒を要し、サンプル
利用率が1/900と極めて低かつたのに対し、本発
明では殆んど１に近く極めて無駄のない測定が行
える。

このように本発明は幾多の優れた効果を奏し、
この種測定技術の向上に寄与する処は多大であ
る。

なお、単位像面積測定回路の構成は前述のもの
に限定されるものではない。即ち計時回路は１つ
の像パルスに対応する計時指令信号の時間幅を計
測する都度、他のカウンタへ出力して積算させ、
それ自体はリセツトされる構成としてもよい。ま
た計時回路のみは積分形のアナログタイプのもの
を用いることも可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
１図はその全体を略示するブロツク図、第２図ａ
〜ｍは動作説明のためのタイムチヤート、第３図
は静止画像の一例を示す部分図、第４図はゲート
パルスの説明図である。 １……テレビカメラ、２……瞬時発光器、３…
…タイミングコントローラ、７……クロツクジエ
ネレータ、８……分類装置、３１……粒子同定回
路、６０ａ……計時回路、６０ｂ……パルス発生
回路、６１，６２…６ｎ……単位像面積測定回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多数の物体の集合の投影面積分布を測定する
   装置において、 測定対象の物体の集合を撮像する順次走査方式
   のテレビカメラと、 該テレビカメラが前記物体の集合を撮像して出
   力するビデオ信号を、撮像画像における物体像の
   存在部分と不在部分とに対応させて２値化する２
   値化回路と、 ２値化回路が出力する２値化信号のうち物体像
   存在部分に対応する像パルスの時間幅を計測すべ
   く設けられ、像パルスに応答して計測開始後１水
   平走査周期よりも長い期間持続するビジー信号を
   発する計時回路、像パルスに応答して１水平走査
   周期よりも少し短い期間持続し、その後所定時間
   経過した時点からその水平走査終了時点迄再度現
   れるゲートパルスを発するパルス発生回路を備え
   た、複数の単位像面積測定回路と、 前記ビジー信号を発し、また前記ゲートパルス
   が消滅している状態にある単位像面積測定回路又
   はビジー信号を発していない単位像面積測定回路
   をこの順序で優先的に選択し、選択した単位像面
   積測定回路の計時回路に像パルスの時間長の計測
   を行わしめ、該像パルスの消滅後において、前記
   ゲートパルスが消滅している間に像パルスが現れ
   た場合には該計時回路による計測を再開させるよ
   うにした像同定回路とを具備し、 前記像パルスの消滅後において、ゲートパルス
   が消滅した後、像パルスが現れなかつた場合に
   は、水平同期信号に同期させてビジー信号を消滅
   させ、また計時回路の積算計測値に関係するデー
   タを出力させると共に計時回路をリセツトするよ
   うに構成したことを特徴とする投影面積分布測定
   装置。