JPS6283663A - 水棲生物監視装置 - 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〕 本発明は浄水場の原水中や下水処理場の流入下水中の毒
物の有無を判定する毒物流入監視装置に関する。

〔発明の背景〕

浄水場では原水中の毒物が混入したか否かを判定するた
めに、原水の一部を水槽に導きこの水槽でフナ、コイ、
ウグイ、タナゴ、ハヤ及びオイカワなどの水棲動物を飼
育している。すなわち、原水中に毒物が混入した場合に
は、前記魚類が異常に行動したり死んだりする現象を利
用して原水中の毒物流入を監視している。また、下水処
理場では法律で禁止された毒物が流入下水中１３流入し
たか否かを知る必要があり、人手による間欠的な水質分
析に頼っている。

このように、水中の毒物監視は現状では人間の目視や分
析に依存している。このため連続監視と早期検出が出来
ず、需要家への配水停止など、対策が後手になる欠点が
あった。

魚の監視方法としては、水槽中の魚を水槽上部から工業
テレビカメラ（ＩＴＶ）で検出し１画像処理する方法（
文献：第３６口金国水道研究発表会、演算集ｐ４６４−
４６６）が考慮されている。

この方法によれば、魚が水面を復を横にして漂う場合に
、その魚が［ある大きさ以上の独立した明点」として認
識でき、水面近傍に存在する魚の高明度部および水面上
の凹凸による光の変化のみを抽出することにより、背景
を整理し魚の行動を求めることができる。しかし、この
方法を実用化する場合水槽に流入する原水が濁っている
時に閾値を固定した２値化で魚を認識することは出来な
い。

そのため、原水が濁った時には魚の画像を認識出来なく
なる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、魚類の動きを客観的かつ連続的に監視
することにより水中の毒物の有無を判定する毒物流入監
視装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、撮像装置によって、異なる時間に撮像
した画像の差分画像を求め、この差分画像により水棲動
物を認識し、て水棲動物の移動速度によって被検水への
毒物流入を検出するようにしたことにある。

［発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例を示す。水槽１００に′は水管
１１０と給水ポンプ１２０によって被検水が供給される
。被検水は、浄水場では原水であり、下水処理場では流
入下水であり、また、河川の毒物を監視する場合では河
川水である。水槽１００は、有底で上部開放型の直方体
形状であり、底には河川に習ってじやり石１０１が敷き
詰められている。水槽１００内に導かれた水は排水管１
３０によって排水される。水槽１００内には魚１４０が
飼育されている。魚は通常複数匹飼育されているが、本
実施例では説明を簡単にするために、魚が一匹の場合を
説明する。魚１４０は給水される被検水に棲息する魚が
飼育される。′例えば、フナ。

コイ、ウグイ、タナゴ及びオイカワなどである。

照明装置１５０Ａ、１５０Ｂは水槽１００上部に設置さ
れ、魚１４０を照らす。均一な照明が必要であるので照
明装置１５０Ａ、１５０Ｂと水槽１００との間にはスリ
ガラスなどを材質とする光散乱板１６０を設ける。バッ
クスクリーン１７０は魚１４０をコストラスト良く認識
するために設置される。バックスクリーン１７０は魚１
４０の背面の色が黒い場合には白色系のものが、逆に、
魚１４０の背面の色が白い場合には黒色系のものが良い
。

撮像袋＠２００は、水槽１００内の魚１４０の画像を撮
像し電気信号に変換するもので、工業用テリビカメラ（
ＩＴＶ）が用いられる。すなわち。

撮像する画素の明るさく輝度）の程度に応じて出力電圧
の異なる電気信号を出す。撮像装置２００から出た電気
信号は、移動速度検出手段３００に送信される。また、
撮像装置２００は撮像制御回路２１０から水平方向の同
期信号と垂直方向の同期信号を受けて撮像タイミングが
制御される。

移動速度検出手段３００は撮像袋［２００で得た魚１４
０の画像に基づいて魚１４０の移動速度ＶＷを検出する
。

移動速度Ｖとしては瞬間的な外乱によるノイズを小さく
するため平均移動速度が用いられる。移動速度検出手段
３００内の詳細な構成と動作は後で説明する。移動速度
検出手段３００で求めた魚１４０１の平均移動速度の信
号Ｖは、移動速度判定器４００に送信される。一方、移
動速度判定器５００へは第１移動速度設定器５１０と第
２移動速度設定器５２０とから第１．第２移動速度Ｖ　
ｍ　ａ　ｘとＶ、□とが入力される。第１移動速度設定
器５１０と第２移動速度設定器５２０での値Ｖ　ｍ　ａ
　ｘと値Ｖ　ｍ　ａ　ｎ　との設定は魚の種類や水温な
どの環境条件に応じて変更できることはいうまでもない
。

この変更操作は手動または自動で行う。例えば水温変化
に対して第１移動速度ｖ　ｍａＸと第２移動速度Ｖヨｌ
□とを自動変更する場合は、まず、水槽中の水温を水温
計１０２で計測する。この計測値を設定値変更回路１０
３に送り、第１移動速度Ｖ＋ａａｘと第２移動速度■□
。とを変更する。

第１移動速度Ｖｍａｘは魚１４０の動きが異常に活発で
あると見なさせる移動速度に設定ｔノ、ｖｂアより大き
い値は毒物流入による異常行動であることを示す。第２
移動速度Ｖ　ｍ　ｉ　ｎは魚１４０の動きが異常な少な
いと見なせる移動速度に設定され、■□。より小さい値
は毒物流入により魚１４０の動きが極端に少ないとまた
死んだことを示す。

移動速度判定器５００では、移動速度検出手段３００で
求めた魚３．．４０の平均移動速度Ｖと、第１移動速度
設定器５１０と第２移動速度設定器移動速度ＶＩＩＩＬ
Ｘより大きい時または第２移動速度Ｖ　ｍ　ｔ　ｎより
小さい時は、魚１４０の動きが異常であると判定する。

判定結果は、オン／オフ信号で出力される。

図示しないが、異常状態がオンで示されるとすると、こ
のとき警報を鳴らしたり、監視者に水質調査を促すため
のメツセージを音声で出力したりする。

第２図に移動速度検出手段３００の構成を示し、その構
成と動作を説明する。移動速度検出手段としては画像処
理装置が使用される。

移動速度検出手段３００は撮像装置２００で得た魚１４
０の画像から魚１４０の平均移動速度Ｖを検出する。撮
像装置２００は第３図に示すような縦Ｍ行、横Ｎ行の撮
像素子を内部に有し、時間先において各々の撮像素子に
対応したｉ行ｊ行の画素の明るさの濃度Ｇ　（ＩＦ　Ｊ
　ｒ　ｊ）を出力する。

３１０は画像メモリで各種の画像を記憶する。

画像メモリ３１０は５時系り大において撮像装置２００
からの濃度信号ａ　（ｉ、ｊ＋　　ｔ）を記憶する。３
２０は画像プロセッサで、特徴量プロセッサ、ラベリン
グプロセッサ、ヒストグラムプロセッサ、コンポリュー
ショップロセッサなどで構成される（図示しない）。３
６０はアト１ノスプロセツサで画像メモリの読み出し／
書き込み及び撮像袋［２００からの画像取り込み並びに
モニター３７０の表示制御を行う。３８０はシステムプ
ロセッサで画像メモリ３１０とアドレスプロセッサ３６
０と画像プロセッサ３２０とを管理制御する。

３９０はコンソールディスプレイでシステムプロセッサ
３８０の管理制御情報を入力及び表示する。

４００はフロッピディスクで画像情報や′ｆＪ像処理プ
ログラムを記憶する。

第２図において、画像メモリ３１０Ａはまず撮像装置２
００の時間しにおける濃淡画像Ｇ（ｉ。

Ｊｌｔ）を記憶する。次に、アドレスプロセッサ３６０
はシステムプロセッサ３８０に制御されて時間り後の濃
淡画像Ｇ　（ｉ、ｊ、ｔ＋ｈ）を別の画像メモリ３１０
Ｂに取り込む。時間りは０．１秒ないし１０秒程度であ
る。

画像メモリ３１０Ａと３１０Ｂに取り込まれた画像濃度
情報Ｇ　（１＊　ｊ＊　ｔ）とＧ　（１＋　、）＋　ｊ
＋ｂ、）は画像プロセッサ３２０で情報処理されて最終
的には魚コ、４０の平均移動速度Ｖを演算する。

画像プロセッサ３２０における情報処理フローの詳細を
第４図に示す。

第４図において、画像差分回路３４０は画像メモリ３１
０Ａと３１０Ｂに取り込まれた画像輝度情報ａ　（ｉ、
ｊ＋　ｔ）とＧ　（ｉ、、ｊ、ｔ＋ｈ）とからその差分
を演算する。すなわち、全ての画素について（１）式で
差分画像ｓ　（ｉ、、Ｌ　ｔ）を計算する。

ｓ（ｊ＋、Ｌｔ）＝ａ（ｉ＋ｊｔｔ＋ｈ）−ａ（Ｌｊ、
ｔ）・・・（１） 差分画像により動いた物体を抽出する。輝度の高い値は
明るい物体を表し、低い値は暗い物体を表すが、魚が黒
く、水部分の背景が白い場合を考える。第５図は時間ｔ
の魚の画像を表し、第６図は時間ｔ＋ｈの魚の画像を表
し、第７図は両者の差分画像を表す。第７図において、
Ａは水の部分を表し、Ｂは動く前の魚の画像を表し、Ｃ
は動いた後の魚の画像を表す。輝度は図示しないが、各
々の輝度はＡが０近傍、Ｂは負、Ｃが正の値をとる。こ
の理由を以下に説明する。

魚の輝度をｆ、水の輝度をＷとすると、差分画像では同
じ輝度Ｗを持つ水の部分は差し引かれてＷ−Ｗ＝Ｏとな
るので、輝度がＯに近い値をとる水が濁っていたとして
も、その輝度ＷはＷ−Ｗ＝Ｏとなるので、水の部分はＯ
に近くなる０時間ｔ＋ｈにおける魚の画像の部分は、時
刻大（第５図）において水であったので、魚の暗い輝度
ｆから水の明るい輝度Ｗが引かれるのでｆ−ｗ＜Ｏとな
り負の値をとる。一方、時間ｔにおける動く前の魚の画
像は、逆に時間ｔ＋ｈにおける水の明るい輝度Ｗから時
間ｔにおける魚の暗い輝度ｆが引くのでｗ　−ｆ　＞　
Ｏとなり正の値をとる。水が濁っている場合であっても
水の輝度Ｗと魚の輝度ｆとに差があれば、魚の部分が正
又は負になる。

画像差分回路３４０は、時間ｔの魚の画像（第５図）、
時間ｔ＋ｈの魚の画像（第６図）及び両者の差分画像（
第７図）を出力する。

続いて、移動物体３値化工程３４２では全ての画素につ
いて次の式にしたがって差分画像を３値化する。３値化
のための閾値Ｌｓとする。

５（ｉｌ、ｊ！ｔ）＜−Ｌ！ｌ　；　ｓ（ｉ、ｊ、ｔ）
＝ｉ−（２）Ｓ（ｉｌｊ　＋　ｔ）＞Ｌ　ｓ　；　Ｓ（
ｉ、ｊ　、ｔ）　＝＝　１　−（３）−Ｌｓ＜Ｓ（ｉ、
ｊ、ｔ）＜Ｌｓ　； Ｓ（ｉ、ｊ、ｔ）＝０・・・（４） 閾値丁、ｓの設定は、水の輝度Ｗと魚の輝度ｆとの差ｗ
−ｆ以上に選択する。閾値ＬｓがＯに近いとノイズを拾
いやすいのである程度（３輝度レベル）以上にする。

移動体３値化回路３４２では１画像部分回路３４０で出
力された画像を３値化する。つまり、−４（２）　、　
（３）　、　（４）の計算により、時間ｔにおける魚：
へ ′ｌ′４０は輝度−１の値をとり、時間ｔ＋ｈにおける
魚１４０は輝度“１″の値をとり、水の部分は輝度１１
０　ＩＩの値をとる。この結果を第８図に示す。

輝度“′−１′と１″とを黒色で、輝度１１０　＋１を
白色で示した図を第９図に示す。図中の数字は各々輝度
の値である。

重心演算回路３４４では′″−１″と１１１１＋の値を
持つ画像の各々の重心を計算する。各々の計算結果をＧ
−（１＋ｊ＋ｔ）、”（１＋Ｊ＋ｔ）とし、この値を移
動速度演算回路３４６に入力する。移動速度演算回路３
４６は魚１４０の移動速度を次式で演算する。

Ｖｗ（ｔ）＝ＩＧ＋（ｉｌｊ、ｔ）−Ｇ−（ｉｌｊ、ｔ
）１／ｈ・・（９）このようにして、時間ｔ、ｔ＋ｈ、
ｔ＋２ｈ＋・・・ｔ＋ｋｈにおける各々の重心移動速度
ＶＷ（ｔ）。

Ｖ、（ｔ＋ｈ）、Ｖｗ　（ｔ＋２ｈ）、−Ｖｗ（ｔ、　
＋　Ｋ　ｈ　）が次々に計算される。

重心移動速度メモリ３３４は重心移動速度の値Ｖｗ　（
ｔ）、Ｖｗ　（ｔ＋ｈ）、Ｖｗ　（ｔ＋２ｈ）、　　・
・ら重心座標の平均移りＪ速度Ｖを次式で演算する。

ここで、Ｋ＋１は平均回数であり、３ないし１０００回
程度７ある。平均移動速度演算回路３３６で得られた平
均移動速度■が画像プロセッサ３２０から出力される。

このようにして、移動速度検出手段３００で求めた魚１
４０の移動速度Ｖは、第１図ら示すように移動速度判定
器５００に送信される。移動速度判定器４００では、移
動速度検出手段３００で求めた魚１４０の平均移動速度
■と、第１移動速度設定器５１０と第２移動速度設定器
５２０とから送信されたＶ　ｍ　ａ　ｘ及びＶ□。とを
各々比較する。すなわち、移動速度判定器５００は、魚
１４０の移動速度Ｖが第１移動速度Ｖ　ＩＩ　ｎ　Ｘよ
り大きい時または第２移動速度Ｖ　ＩＩ　Ｉ　ｎ　より
／ｈさい時は、魚１４０の動きが異常であると判定する
。

このように、第１図に示す。実施例は、画像の差分によ
り魚の動きを認識しているので、水が濁っている場合に
も魚を認識できる。この結果、魚の移動速度を常に安定
して検出することができる。

本発明の水槽の他の例を第１０図に示す。第１０図は魚
の画像抽出をより効果的に行うことができる。第１０図
は、バッグスクリーン１７０゜１７０　Ａ及び１７０Ｂ
を背景に水槽１００をＩＴＶ２００で監視する。

この実施例では、背景を一定の輝度にする。すなわち、
まずバックスクリーン１７０に加えて側囲にバックスク
リーン１７０Ａ及び１７０Ｂを配置し、さらに水槽］−
ｏＯの枠１０５をバックスクリーンに近い輝度（出来る
だけ同じ輝度）に塗装する。これにより魚と背景とを常
にコントラストよく分離できる。

第１１図は水槽】−００を水平方向から見た図であり、
点線で示す内側の領域がＩＴＶ２００により撮像される
。第１１図には５図示ないが、撮像した領域で魚１４０
以外の部分は同じ輝度になっている。すなわち、水槽枠
１０５、水槽の背面１００Ｃ１側面１．０　ＯＡ及び１
００Ｂの輝度が一定であり、魚の輝度と背景の輝度が常
に一定の輝度差であるので、魚と背景との差分により魚
を精度よく抽出することができる。第１０図、第１１図
に示す水槽を用いると精度良く魚を背景と正則して認識
できる。

第１２図の水槽の他の構成を示す。照明装置１５０Ａ、
１５０Ｂｌｔ撮像装置２００から見て水槽１００の後方
に配置される。照明装置１５０Ａ。

１５０Ｂと水槽１．　ＯＯとの間には光散乱板１６０が
配置される。この配置により水槽１００が均一な照明ま
た魚１４０には後ろから照明があたるので魚１４０が光
を遮り黒く見える。このため、水槽１００に流入する水
が濁った時にも魚１４０を背景と区別してコントラスト
良く識別することができる。

〔ワンステップ追加実施例〕

本発明の他の実施例を第１３図に示す。

この実施例は、第１移動速度設定器５１０と第２移動速
度設定器５２０とにおける値Ｖ　＊　ａ　ｘと値Ｖ　Ｉ
Ｉ　１　ｎ　との設定を水温に応じて変更できる。まず
、１００の中の水温を水温計１０２で計測し、この計測
値を設定値変更回路１０３に送る。設定値変更回路１０
３は水温が高ければ、Ｒ値Ｖ　＊　ａ　Ｘと値Ｖ　ｍ　
ｉ　ｎ　とが高くなるように設定し、逆に、水温が低け
れば値Ｖ　＊　ａ　ｘと値Ｖ　ｍ　ｉ　ｎとが低くなる
ように設定する。

魚の動きは水温が高ければ活発で、逆に、水温が低けれ
ば鈍くなる。従って、この実施例では、水温の影響を考
慮して、年間を通じて、魚の動きから原水中の毒物の有
無を監視することができる。

〔発明の効果〕

本発明は画像の差分より魚を認識しているので、水が濁
った時にも魚も認識できる。例えば、水の部分は降水時
などに濁った場合には明るさく輝度）が変化する。画像
の差分間隔りは、０．１秒であるので、この時間以内で
水の輝度変化がなければ、充分により魚と水とを区別す
ることができる。

以上のように本発明によれば水の濁りにかかわらず魚の
動き及びその異常を客観的かつ連続的に監視できるので
、水中に毒物が流入したか否かを迅速かつ自動的に判定
することができる。この結果、浄水場や下水処理場にお
ける流入水の毒物監視を省力的かつ正確に実施でき、水
の安全性体確保に資することができる。

【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図は第１
図における移動速度検出手段の一例詳細構成図、第３図
は撮像装置における撮像素子の配列図、第４図の配像処
理フロー図、第５〜９図は差分画像の説明図、第１０図
、第１１図は他の水槽の構成図、第１２図は水槽の他の
構成図、第１３図は本発明の他の実施例を示す構成図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検水を導入し水棲動物を飼育する水槽と、該水槽
   を撮影し前記水棲動物の画像情報を出力する撮像装置と
   、該撮像装置から得られる画像情報の撮像時間の異なる
   画像を差分することによつて得られる差分画像に基づい
   て前記水棲動物の移動速度を検出する移動速度検出手段
   と、前記水槽動物の移動速度が第１設定速度以上ある・
   ・・は第２設定速度以下であるかを検出する移動速度判
   定手段とを具備し、該移動速度判定器が前記水槽動物の
   移動速度検が前記第１設定速度以上あるいは前記第２設
   定速度以下のときに被検水中に毒物が流入したと判定す
   ることを特徴とする毒物流入監視装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記水槽は前記撮
   像と対向する位置にバックスクリーンを有し、水槽内面
   が同一輝度に、なるようにしたことを特徴とする毒物流
   入監視装置。