JPS6253791A - 微生物検出装置 - 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、微生物相の出現種類及び出現量を画像処理技
術を用いて検出する微生物検出装置に関する。

〔発明の背景〕

大量の微生物を利用する代表的な例として、生物学的下
水処理法が知られている。活性汚泥法は生物学的下水処
理法の１つで、好気性微生物の酸化分解作用を利用して
下水中の有機物を処理する方法である。プロセスは好気
性状態に維持される曝気槽と、微生物を重力沈降させる
沈降池とから構成される。このプロセスの運転管理上、
特に重要なことは沈降性の良好な微生物を育成すること
である。これは、沈降性の悪い微生物が出現すると、沈
降池から流出して処理水質を悪化させるだけでなく、プ
ロセス系内のｌ１ｌＶａ生物量の低下を招いて処理不能
に陥らせるためである。

ところで、一般に活性汚泥法でよく出現する微生物のｌ
１１ｍは５０種程度と云われている。これらの微生物群
の総称である活性汚泥を大別すると、２つのタイプの微
生物に分類できる。１つは凝集性の有るズーグレア（Ｚ
ｏｏ＠１ｏｅａ）タイプの微生物で、良好なフロックを
形成するための沈降性に優れている。他方は糸状性の微
生物で、フロック相互の接近を妨害し、沈降性及び圧密
性に劣っているにの糸状性微生物が異常に増殖すると、
バルキング状態（汚泥膨化）を引き起こし、沈殿池での
固液分離ができず、活性汚泥が流出する。

ズーグレア性微生物と糸状性微生物の増殖は曝気槽にお
ける有機物負荷（単位活性汚泥重量当りの有機物量）や
曝気条件等により異なる。したがって、流入条件が一日
単位あるいは季節等で大きく変化する下水処理場では安
定したフロックを形成する微生物相の維持管理が大切で
ある。そのためには、活性汚泥の状態を把握することが
必要となる。

活性汚泥の状態を把握するには通常光学顕微鏡が用いら
れている。顕微鏡像は多くの情報を含んでおり、出現し
ている微生物の種類やその数を観察することにより活性
汚泥の状態を知ることができる。従来、微生物の種類や
数を測定するには顕微鏡像そのものを目視で観察するか
、あるいは写真撮影してその撮影結果を目視で観察する
方法が採られている。しかし、この情報を読みとるには
熟練を要し、また、微生物に詳しい熟練オペレータでも
長時間を費し頻度高いｍ祭が困難である。

特に、糸状性微生物の出現数は撮像結果から個々の長さ
を手分析により割り出し、総長を求めるという苦労があ
る。したがって、顕微鏡像による微生物相の解析には専
門知識を持ち熟練オペレータでも長時間を要し、頻繁に
ｗｔ察をすることができず有効な情報が十分に生かされ
ていないのが実状である。

一方、適用対象が他の微生物培養プロセスでは、ペニシ
リンなどの抗生物質を生産する糸状性微生物を培養した
り、また糸状性微生物を利用して発酵させるようにして
いる。これらのプロセスでは、糸状性微生物を増殖させ
て、糸状性微生物から代謝される抗生物質を得るのが目
的であるが、抗生物１！ｊ量を短時間で測定できないの
で、糸状性微生物が増殖しているかを監視する必要があ
る。

従来は糸状性微生物をサンプリングしてこれを乾燥し、
この重量を計るようにしている。しかしながらこの測定
方法は下水処理プロセスと同様に監視員によるマニアル
操作のため、熟練した監視員が測定しても１回の測定に
数時間を要する。

一方最近は、特開昭６０−３１８８９号公報に記載され
ているように、撮像装置として工業用テレビカメラ（Ｉ
ＴＶ）で微生物を画像情報として捕え、画像処理技術に
より微生物を流量的に検出する方法も考案されている。

しかし、微生物の輝度と背景の輝度の差が小さい場合、
光学系による背景輝度は完全に均一にはできず光ムラが
生じ、微生物のみを検出するのは困難である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、微生物の顕微鏡像を画像処理して、微
生物量を短時間に解析し、自動的に検出できる微生物検
出装置を提供することにある。

（発明の概要〕 本発明の特徴は、顕微鏡像を輝度情報に変換し微生物サ
ンプル前の背景輝度情報をサンプル後の輝度情報から差
引くと、微生物のみの輝度情報が得られる点に着目し、
その輝度情報に任意の輝度レベルを設定することで、目
的とする微生物に対応した画素数を抽出し、Ｗｊ生物相
の状態を自動的に検出できるようにしたことにある。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す。

活性汚泥などの検液をサンプリング管１０１を介して採
集し、ポンプ１０３によりスライドグラス１に導く、検
液はａ祭された後排液管１０２から排出する。スライド
グラス１の上には、わずかなすき間を有して、例えば光
学顕微鏡のような像拡大光学装置２が配置されている。

スライドグラス１は光学顕微鏡の焦点が合うような厚さ
の薄いものが望ましい。なお、光学顕微鏡の定法に従っ
て検液をプレパラートに定量採集し検鏡することもでき
る。採集した検液を、光学顕微鏡２により微生物相を拡
大すると、コントラストのある原画像を作製できる。光
学顕１１１［１ｍが明視野のときは検鏡対象は暗く、背
景は明るくうつる。

原画像は、明るい背景である液相部の中に暗い微生物相
部が存在する。原画像は例えば工業用テレビカメラ（以
下ＩＴＶと称する）のような撮像装置３により輝度情報
に変換される。ＩＴＶ３で得た輝度情報は、情報処理装
置４で処理されモニタ５に表示される。第３図にＩＴＶ
３よりの輝度情報に変換された活性汚泥の画像例を示す
。Ｚは活性汚泥フロックのうち凝集性及び沈降性に優れ
た、例えばズーグレア性微生物塊で、Ｆは沈降性の悪い
糸状菌を示す。Ｂは背景の液相部である。

なお、微生物塊Ｚにおいてハツチングを施した部分は黒
く見えることを意味している。ここでＮは例えば光学系
やスライドグラスに付着した汚れまたは傷によるノイズ
である。

情報処理装置４の詳細を第２図に示す。

第２図において、ＩＴＶ３からの輝度情報は。

Ａ／Ｄ変換器４０でデジタル信号に変換され画像メモリ
４１に記憶される。微生物が存在しない真水を検液とし
た場合、ＩＴＶ３による撮像画像は第４図のように背景
のみになる。背景は液相部Ｂ。

ノイズＮからなる。背景画像情報はＡ／Ｄ変換され背景
輝度情報として画像メモリ４１を介して。

補助画像メモリ４２に記憶される。補助メモリ４１は活
性汚泥中の微生物検出処理の前処理として、スライドグ
ラス１．顕微鏡２の状態を記憶することになる。

第５１３１は、第３図のＡ−Ａ’縁線上輝度分布を示し
たものである。ＭＡＸは輝度の最大値を表わす。液相部
Ｂの輝度は高く、フロック部Ｚの輝度は低い値を示す。

両者の中間が糸状菌Ｆの輝度である。

糸状菌Ｆを輝度情報を用いて抽出するためにはあらかじ
め液相部Ｂ及びフロック部Ｚの輝度レベルを判定する必
要がある。

第６図に示すように、液相部Ｂの輝度は光ムラのため不
均一であり、第５図に示す糸状菌Ｆの輝度レベルも不均
一となる。又ノイズＮの輝度ＳＮは糸状菌と類似してい
るため、糸状菌として抽出される可能性が大きい。

ｉ行ｊ列の画素の輝度信号を、第３図、４図の各々につ
いてＳＩａ、Ｗｔａとする。第２図において、ＳＩＪは
画像メモリ４１に対応し、Ｗ　Ｉａは補助Ｓ像メモリ４
２に対応している。輝度補正回路４３は、輝度レベルの
最大値ＭＡＸを用いて（１）式に示す背景輝度の影響を
除去した補正輝度情報ＣＩ　Ｊを計算する。

ＣＩ　Ｊ　＝　Ｓ　Ｉ　Ｊ　＋　（Ｍ　Ａ　Ｘ　　Ｗ　
Ｉ　Ｊ　）　　　　・・・（１）第７図に補正輝度情報
Ｃ１Ｊで表わされる画像を示し、第８図には、第７図面
像のＡ−Ａ’縁線上輝度分布を示す。補正輝度分布では
、背景輝度がＭＡＸで均一となり、ノイズＮも除去され
る。

輝度レベル判定回路４４は、第８図輝度分布より、輝度
レベルの最大値ＳＢと最小値Ｓｚを取り出す回路である
。最大値Ｓｎは背景輝度が対象となり（２）式 ％式％（２） で表わされ、最小値Ｓ３Ｃはフロック部Ｚの平均値が対
象となる。

閾値設定回路４５はフロック部Ｚよりも高い輝度でかつ
糸状菌Ｆよりも低い輝度レベルＳ、と糸状菌Ｆよりも高
い輝度で背景輝度Ｓｅよりも低い輝度レベルＳｈ　を設
定する。設定レベルＳａ。

Ｓｈの範囲は（３）式で示される。

Ｓ　ｎ　＞　Ｓ　ｍ　＞　Ｓ　ｈ　＞　Ｓ　ｚ　　　　
　　　　　・・・（３）２値化回路４６は、糸状菌Ｆを
補正輝度情報より抽出する。すなわち、ｉ行ｊ列の画素
の持つ輝、度情報ＣＩ　Ｊを（４）、（５）式により２
値化し糸状菌Ｆに対応する画素のみを抽出する。

Ｓ、≦Ｃ１Ｊ≦Ｓ、ｌのときｆ＋、＝１　　　　・・・
（４）Ｃ、ａ　＜　Ｓ　ｍまたはＣＩ　Ｊ　＞　Ｓ　ｈ
のときｆｉ□＝０　　　　　　　・・・（５）ここでｆ
ＩＪは糸状菌に対応する画素を表わす。２値化回路４６
により糸状菌Ｆに対応する画素のみ信号を゛１″レベル
とする。第８図の糸状菌Ｆを２値化抽出処理例を第９図
に、第７図微生物相から糸状菌Ｆを抽出した例を第１０
図にそれぞれ示す。第１０１！Ｊのように抽出された糸
状菌Ｆは、！ｌ＆算回路４７で、細線化処理を施され、
幅が１画素の線に処理される。以上の処理を行った後、
画素信号が“１”レベルのｆ目をｉ行、ｊ列の各々にお
いて繰返し加算し、一画面全体における糸状菌Ｆの長さ
ｆｖを求める。画素ｆ目の加算は加算回路４８において
（６）式に従い求める。

ｆｖ＝ΣΣｆＩ□　　　　　　　　　　・・・（６）一
画面のみにおける糸状苗長ｆｖだけでは、ばらつきが出
るので、複数の画面について糸状菌長ｆｖを演算し、そ
の平均値で評価する。加算回路４９は（７）式に従いＮ
画面の平均値石を求める。

７τ＝Σｆｖｋ／Ｎ　　　　　　　　　　　　・・・（
７）ｋ＝１ 糸状苗長平均値下７は糸状菌の一画面当りの画素数を表
わしている。画面の等分割で形成される各々の画素は一
定の長さを持つことから（７）式で得た画素数を用いて
サンプルの糸状菌長りを求めることができる。

Ｌ＝Ω・ｆｖ　　　　　　　　　　　　・・・（８）た
だし、Ｑは画素長さ加算回路４１４は糸状菌の総長を求
める。

一方、フロックすなわちズーグレア微生物が存在する画
＄２＋−の２値化抽出は次式に従い、２値化回路４１０
によって求められる。

ＣＩＪ≦Ｓ露のときＺ目＝１　　　　　・・・（８）Ｃ
ＩＪ＞Ｓ、のときＺＩＪ＝０　　　　　・・・（９）加
算回路４１１ではＺＩＪがＩｔ　１１ｊレベルの画素を
ｉ行、ｊ列の各々で繰返し行い、１画面全体について加
算することで、フロック部の面積Ｚｖを（１０）式に従
い求める。

Ｚｖ＝ΣΣＺ　Ｉ　Ｊ　　　　　　　　　　　・（１０
）さらにＮ画面のフロック部画素数の平均値Ｚｖは（１
１）式に従い、加算回路４１２で求める。

□　Ｎ Ｚｖ＝ΣＺ　ｖｈ　／　Ｎ　　　　　　　　・・・（１
１）ｍｌ 積算回路４１３は（１１）式で得た画素数に１画素面積
を積算する回路であり、これによりサンプルのスーブレ
ア性徴生物面積Ａを求めることができる。

Ａ＝　ａ−Ｚｖ　　　　　　　　　　　　−（１２）こ
こでａは画素面積である。

表示制御回路４１５は、原画像、ｆｉａｇ　ｆｖ＊ｆｖ
　、Ｌ、ＺｓＪ、Ｚｖ、Ｚｖ　、Ａの各信号から必要な
信号のみを選択する回路である。表示制御回路４１５で
選択された画像はＤ／Ａ変換器４１６でアナログ信号に
変換されモニタ１５に送られ表示される。

以上のように本発明は、微生物画像を輝度情報に変換し
、その輝度情報より微生物を検出する場合、微生物の存
在しない背景輝度情報を微生物輝度情報から差引くよう
にしているので処理を行うことで拡大光学装置やスライ
ドグラスなど検出部に生ずる光ムラ、汚れ、傷などの諸
障害を除去することができ、糸状菌がズーグレア性微生
物の量を高精度で測定することが可能になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、顕微鏡のような像拡大光学装置により
拡大された微生物相を簡単な処理で自動的に解析でき、
特に透明度の高い糸状菌とズークレア性微生物の検出に
有効である６従来用いられていた画像処理法に比べ信頼
性が高く、微生物検出部の洗浄などのメンテナンスの回
数も大幅に低減できる。

なお、以上の実施例は下水処理プロセスに適用した例を
説明したが、本発明は糸状性微生物を培養する他のバイ
オプロセスにおける糸状性微生物濃度の測定にも応用で
きるのは勿論である６

【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図は実施
例の詳細図、第３図は微生物画像の一例図、第４図は背
景の画像の一例図、第５図は微生物画像の輝度分布図、
第６図は背景画像の輝度分布図、第７図は微生物画像の
一例図、第８図は微生物画像輝度分布図、第９図は糸状
菌２値化例、第１０図は糸状菌画像。 １・・・スライドグラス、２・・・像拡大光学装置、３
・・・撮像装置、４・・・情報処理装置、５・・・モニ
タ、１０３・・・ポンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、微生物画像を輝度情報に変換する撮像装置と、該撮
   像装置によつて輝度情報に変換された微生物輝度情報を
   記憶する第１記憶手段と、微生物の存在しない背景輝度
   情報を記憶する第２記憶手段と、微生物輝度情報から背
   景輝度情報を差引く演算手段と、背景輝度情報を差引い
   た微生物輝度情報から微生物量を検出する微生物検出手
   段を具備することを特徴とする微生物検出装置。