JPS63175766A - 異常水質検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は浄水場の原水中や下水処理場などの流入水中に
毒物混入の有無を判定する異常水質検出装置に関する。

〔従来の技術〕

浄水場では原水中に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に流入した
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。同様に、浄水場や下水処理場では処理水
中の毒物の有無も監視する必要がある。

このように、水中の毒物監視は現状では人間の目視や繁
雑な手分析に依存している。このため連続監視と早期検
出が出来ない。

魚の監視方法として、制御コンピュータを具備したビデ
オ装置を用いて予期される生物の運動パターンの統計的
分布に対応する予測パラメータを得る方法（例えば、特
開昭６１−４６２９４号公報）が提案されている。しか
し、水質異常判定手法について異常時の運動パラメータ
を用いて評価するとだけ記載されているだけで具体的に
どのように評価するかについて何ら開示されていない０
例えば。

異常時に評価する運動パラメータとして、生物の移動距
離、その割合、角運動、移動速度、生物の水に対する向
き、タンク内の生物の位置が挙げられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来知られている方法はどの様な時に生物が異常行動を
行ったと判定する点について、単に予期される運動パタ
ーンと比較するとあるだけである。

このため、毒物が水中に混入した非常事態に対し早急な
対応が薙しいという実用上解決しなければならない問題
点を有している。

本発明の目的は被測定水に毒物が混入していることを魚
の狂奔行動によって速やかに検出できる異常水質検出装
置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は魚の移動速度変化を検出することにより魚の狂
奔行動を早期に検知するようにする。

〔作用〕

被測定水中に毒物が混入すると魚の加速度を増大する。

この加速度値を用いることによって毒物流入を早期かつ
容易検出できる。

〔実施例〕

以下に図面を用いて実施例を説明する。

第１図を用いて実施例の構成を説明する。１０は水槽で
給水管１１と給水ポンプ１２によって水が供給される。

水槽１０は上板を取外した直方体形状であって、側面の
材料はガラスや透明アクリルのような透明物質である。

水槽１０内に導かれた水は排水管１３によって排水され
る。水槽１０内には金網や多孔板などの仕切板１８Ａ及
び１８Ｂによって仕切られた部屋１９に魚１４を飼育す
る。

部屋１９の底には底部板１８Ｇを設置する。照明装置１
５は水槽１０内の魚１４を照らす、照明装置１５と水槽
１０との間にはスリガラスや紙などの半透明物質を材質
とする半透明板１６を設ける。

照明装置ｉ！１５からみて水槽１０の反対側に工業用テ
レビカメラ（ＩＴＶ）などの撮像装置２０を配置する。

撮像装置１Ｗ２０はＡで示す領域の内側にある水と魚と
を撮像する。撮像装置！２０の信号は画像処理装置３０
に導かれて魚を画像認識する。警報装置５ｏは画像処理
装置３０で得られた魚の画像から魚の行動を評価して異
常の場合には警報を発する。モニタテレビ６０は、撮像
画像や画像認識結果並びに魚の挙動状態の評価結果を表
示する。

続いて、本実施例の構成の詳細並びに動作を以下に説明
する。

給水ポンプ１２は被検水をサンプリングして給水管１１
によって水槽１０に供給する。被検水は浄水場では河川
、沼及び浄水場内の水など（図示せず）であり、下水処
理場では流入下水や処理水であり、また、河川の毒物を
監視する場合では河川水である。水槽１０内の水は排水
管１３によって排水される。水槽１０内は水を通過させ
るが魚を通過させないような金網や多孔板などの仕切板
１８Ａ及び１８Ｂを設置する。仕切板１８Ａは、給水管
１１によって供給する水が水槽１０内で泡を形成するの
でこれを画像認識しないようにするために設置する。ま
た、仕切板１８Ｂは、同様に排水口近くに泡ができたり
、魚が小さい場合には流出する恐れがあるので、これを
防ぐために設置する０部屋１９の底部にある底部板１８
Ｃは撮像装置１（２０の搬像角度により魚が底と重なっ
て認識されるのを防ぐために設置する。このようにして
、部屋１９は左右の側面を仕切板１８Ａ及び１８Ｂによ
って区切られ、一方、照明装置１５と撮像装置２０とに
面する側面は透明の板で区切られる。

また、底面には底部板１８Ｇが設置され上部が大気開放
の構造である。魚１４は部屋１９内に１匹飼育する。な
お、魚１４が外へ飛び出しを防ぐために網を設置するこ
ともある。魚１４は通常給水される水に棲息する種類の
ものが飼育される１例えは、フナ、コイ、ウグイ、タナ
ゴ及びオイカワなどである。また、場合によってはヤマ
メやイワナ、マス、金魚及びメダカなどを飼育してもよ
い。

浄水場の水を検出する場合には塩素が魚に及ぼす影響が
無視できないので脱塩素剤などを前もって投与しておく
のが望ましい。

照明装置１５と撮像装置２０とは水槽１０をはさんで反
対方向に配置する。照明装置１５と水槽１０との間には
スリガラスや紙などの半透明物質を材質とする半透明板
１６を設ける。照明装置１５の光は半透明板１６に照射
されるので、半透明板１６全体が明るく輝く、このため
、照明装置１５は１基でよい、勿論、複数の照明装置を
設置して照明をさらに一様にして良いことは言うまでも
ない、また、一様な光を照射できる照明装置であれば、
半透明板１６を省略してもよい、半透明板１６全体から
発する光は水槽１０を照射し５通過した光を撮像装置２
０で検出する。このため、水の部分は光が透過して明る
く検出され一方、魚１４は光を透過させないので暗く検
出される。すなわち、魚１４は暗い部分として認識でき
る。工業用テレビカメラ（ＩＴＶ）などの撮像装置２０
は領域Ａ内の画像を横方向に順次走査していき、各々の
点での明るさをその程度に応じて逐次電気信号に変換す
る。つまり、領域Ａの画像を縦横に細かく分割し、この
分割した各画素の明るさをその程度に応じて出力電圧の
異なる電気信号に変換する。撮像装置２０から出た電気
信号は電圧などのアナログ信号である。撮像装置２０か
ら出た電気信号は画像処理装置３０に送信される。画像
処理装置３０は撮像装置２０で得た領域Ａの画像に基づ
いて魚１４を画像認識すると共に、この認識結果に基づ
き魚１４の行動が正常か否かを判定する。

画像処理装置３０の構成を第５図に示す。

第５図において、Ａ／Ｄ変換器３１は撮像装置２０の信
号を受けてデジタルに変換された濃淡画像信号を濃淡画
像メモリ３１Ｍに入力する。濃淡画像メモリ３１Ｍに格
納された濃淡画像はタイマ３０Ｔから指令されたタイミ
ングに基づいて２値化回路３２に送られる。タイマ３０
Ｔにはフラグ設定回路Ｆからフラグの値が設定される。

また、タイマ３０Ｔでは画像処理の繰り返しのタイミン
グや計測時間を制御する。２値化回路３２では濃淡画像
メモリ３１Ｍの信号を受けて２値化しフラグの値を判定
して２値化した画像の重心の位置を２値化メモリ３３Ｍ
１に、または２値化メモリ３３Ｍ１と３３Ｍ２に格納す
る。速度算出回路３４は２値化メモリ３３Ｍ１と３３Ｍ
２の魚１４における重心の位置から重心の移動距離を計
算し。

１回の画像処理時間内の魚１４が移動した移動速度を計
算する。速度フラグ判定回路３５でフラグの値を判定し
て計算した魚１４の移動速度を速度メモリ３５Ｍ１に、
または速度オモリ３５Ｍ１と３５Ｍ２に格納する。加速
度算出回路３６は速度メモリ３５Ｍ１と３５Ｍ２から１
回の画像処理時間における魚１４の示した移動速度の差
によって魚１４の加速度を計算する。計算した加速度の
値を加速度メモリ３６Ｍに格納する。２値化メモリ変更
回路３７は２値化メモリ３３Ｍ２の値をメモリ３３Ｍ１
に移送し、また速度メモリ変更回路３８は速度メモリ３
５Ｍ２の値をメモリ３５Ｍ１に移送する。フラグ設定回
路３９はフラグの値を再度設定してタイマ３０Ｔに戻る
。タイマ３０Ｔは画像処理の積算時間Ｔが１回の計測時
間Ｔａを越えるまで、前述した動作を繰り返す、積算時
間Ｔが１回の計測時間Ｔａを越えたら、タイマ３０Ｔは
加速度メモリ３６Ｍの値を加速度判定回路４０へ送信す
る。加速度判定回路４０は加速度メモリ３６Ｍの値と加
速度上限値設定器４ＯＡの値によって魚１４のの示した
加速度が異常であるか判定する。この判定信号は警報袋
［１５０に送信される。

次に、画像処理袋ｆｉ３０の動作を詳細に説明する。

Ａ／Ｄ変換器３１は撮像装置１ｆ２０の信号を受けて濃
淡画像信号をアナログ値からデジタル値に変換し、デジ
タルの濃淡画像信号を濃淡画像メモリ３１Ｍに入力する
。撮像装置２０では濃淡画像を細かい升目の画素に分割
して撮像されており、各画素の明るさが信号となって出
力されている。本実施例では縦を２５６分割、横を２５
６分割する。

Ａ／Ｄ変換器３１は各画素の明るさのアナログ信号をデ
ジタル値に順次変換して、デジタル値を濃淡画像モリ３
１．　Ｍに格納する。濃淡画像メモリ３１Ｍには縦が２
５６個、横が２５６個の記憶場所があり、各々の記憶場
所に対応する画素の輝度信号がデジタル値で格納される
。駒の記憶場所のｉ行ｊ列（ｉ＝１〜２５６．ｊ＝１〜
２５６）目の信号すなわち輝度をＧ（ｉ＊　ｊ）と表す
ものとする。Ａ／Ｄ変換器３１がアナログ値を７ビツト
のデジタル値に変換するものであればに（ｉ、ｊ）は１
２８レベルのデジタル値をもっている。

濃淡画像メモリ３１Ｍに格納された濃淡画像の輝度ａ（
ｉ＋＋ｊ）はタイマ３０Ｔから指令されたタイミングに
基づいて２値化回路３２に送信される。

なお、タイマ３０Ｔにはフラグ設定回路３９がらフラグ
の値として０が設定される。なお、後で説明する一連の
画像処理を実行するタイミングはタイマ３０Ｔにより与
えられる１画像処理を実行する時間間隔をｈとすると、
このｈは１秒ないし２秒間に１回程度であり、この時間
間隔で以下の画像処理を実行する。また、タイマ３０Ｔ
では積算時間Ｔ（１回の画像処理時間がｈであるからｎ
回の画像処理ではＴ＝ｎｈとなる）を計算すると共に、
積算時間Ｔが１回の計測時間Ｔａを越えるまで次に説明
する画像処理動作を繰り返す。１回の計測時間Ｔａは１
０分ないし１時間程度である。

２値化回路３２では濃淡画像メモリ３１Ｍの輝度Ｇ　（
ｘ　＋　ｊ）を受けて閾値りよりも明るい画素を全て“
０”レベルとし、逆に閾値りよりも暗い画素を全て“１
”レベルとして、この信号を２値化メモリ３２Ｍに格納
する。この２値化された信号の集合をＢ（１＋ｊ）とす
ると、２値化の計算は次式で表わされる。

Ｇ　（ｘ　ｐ　、ｙ　）≧Ｌならば、Ｂ（ｉ、ｊ）二〇
・・・（１）Ｇ（ｉＩＪ）＜ｒ、ならば、Ｂ（ＩＩＪ）
”１・・・（２）（１）、（２）式を各画素について全
て計算することにより、背景を１′０”レベル、魚１４
を“１″レベルとすることができる。この結果、“１”
レベルの部分が魚を表し、１１０１ルベルの部分が背景
を表す、フラグ判定回路３３は計測が１回目か否かを判
定し、フラグの値が“０”レベルであれば２値化した画
像中の物体（魚１４）の重心位置を２値化メモリ３３Ｍ
１と３３Ｍ２に同じ物体の重心位置を格納する。最初の
画像処理ではフラグの設定回路３０Ｆでフラグの値はあ
らかじめ“０″レベルと設定されているので、物体の重
心位置の値は２値化メモリ３３Ｍ１と３３Ｍ２に格納さ
れる。後で詳述するが、２値化メモリ３３Ｍ２に格納し
た値は後で２値化メモリ３３Ｍ１に移送されるので、２
回目の画像処理以降は物体の重心位置を常に２値化メモ
リ３３Ｍ２にのみ格納する。第６図に示すように、速度
算出回路３４は魚１４の２値化メモリ３３Ｍ１　（１４
Ａ）。

３３Ｍ２　（１４Ｂ）に格納された物体の重心位置（３
３Ｍ１＝　（ｘｔ、ｙｚ）、３３Ｍ２＝　（ｘｚ。

ｙｚ））と画像処理を実行する時間間隔りとを用いて、
物体（魚１４）の時間りにおける移動速度Ｖを計算する
。この計算式は、次式で定義する。

Ｖ：　　（（ＸＩ−ｘｚ）”＋（ｙｔ　　ｙｚ）Ｑ／ｈ
−（３）（３）式中のｘ、ｙは物体の重心座標を示し、
又は水槽１ｏの水平方向、ｙは水槽１０の鉛直方向を示
す、速度算出回路３４で速度を算出した後、速度フラグ
判定回路３５で速度Ｖが１回目と２回目の画像計測で得
たものか否かを判定し、フラグの値が“Ｏ”レベルであ
れば、計算した速度Ｖを速度メモリ３５Ｍ１と３５Ｍ２
に同じ速度を格納する。最初に速度Ｖを求めた時には、
フラグ設定回路３０Ｆでフラグの値はあらかじめ゛′０
″レベルと設定されているので、速度Ｖの値は速度メモ
リ３５Ｍ１と３５Ｍ２に格納される。物体の重心位置を
格納した２値化メモリ３３Ｍ１．３３Ｍ２と同様に、速
度メモリ３５Ｍ２に格納した値は後で速度メモリ３５Ｍ
１に移送されるので、３回目の画像処理以降は、物体の
移動速度を常に速度メモリ３５Ｍ２のみに格納する。加
速度算出回路３６は速度メモリ３５Ｍ１（ｖｚ）と３５
Ｍ２（ｖｚ）と画像処理を実行する時間間隔りとを用い
て、物体の時間りにおける移動加速度ａを計算する。こ
の計算式は次式で定義する。

ａ”ｌ　　（Ｍｌ−ｖｚ）　　ｌ／ｈ　　　　　　　　
　　・＝（４）（４）式で求める加速度ａは正の加速度
だけでなく、負の加速度、つまり急激な魚１４の移動だ
けでなく、急激な減速をも評価するために絶対値を用い
る。加速度算出回路３６で求めた加速度ａは、加速度メ
モリ３６Ｍに格納される。加速度ａを求めた後に、２値
化メモリ変更回路３７で２値化メモリ３３Ｍ２に格納し
た物体の重心位置を２値化メモリ３３Ｍ１に移す。次に
速度メモリ変更回路３８で速度メモリ３５Ｍ２に格納し
た物体の移動速度を速度メモリ３５Ｍ１に移す。

次にフラグ設定回路３９が動作して、フラグの値を“１
″レベルに設定してタイマ３０Ｔに戻る。

タイマ３０Ｔでは積算時間Ｔが１回の計測時間Ｔａを越
えるまで前述した画像処理動作を繰り返す、積算時間Ｔ
が１回の計測時間Ｔａを越えるとタイマ３０Ｔは加速度
メモリ３６Ｍの加速度値ａを加速度判定回路４０へ送信
する。加速度判定回路４０には加速度上限値設定器４０
Ａから加速度の上限値Ｈと上限頻度数Ｎが入力される。

加速度判定回路４０は第３図に示す斜線部分（加速度上
限値設定器４０Ａで設定した範囲を超えた部分であり、
魚が毒物流入による異常行動を示したことを表わしてい
る。）を認識した時点で、魚の動きが異常であると判断
する。

また、第４図に示すように、毒物混入の有無による加速
度頻度分布グラフは、毒混入のない場合点線で示すよう
な形をとり、−見して正常分布か異常分布か知ることが
でき、加速度上限値Ｈ以上を示した頻度数の累計（斜線
部分）により、異常な加速度を示した回数も明確に知る
ことができる。

魚の動きが異常であると判断すると、警報装置５ｏに信
号を送信して警報を出力させ、また正常であると判断し
たらタイマ３０Ｔに戻り次の計測を開始させる。警報装
置Ｗ５０に例えば信号オンで異常状態が示されるとする
と、警報装置５０は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６ なお、加速度上限値設定器４０Ａから設定する加速度上
限値Ｈと上限頻度数Ｎは、魚の種類、大きさなど魚の形
状に応じて変更できる。

また、モニターテレビ６０は撮像装置！２０の画像を表
示したり、２値化メモリ３２Ｍの画像や第２〜４図に示
すような速度メモリ３５Ｍ、加速度メモリ３６Ｍのグラ
フなどを表示する。

以上のようにして水質監視を行うのであるが。

魚の移動加速度を検出している。移動速度の変化で異常
行動を検出する場合毒物に対して毒物流入早期に魚が示
す典型的な例に狂奔行動と呼ばれる急激な移動があるが
、その頻度検出については。

その移動速度の検出でこの行動をある程度とらえること
もできる。この例が第２図である。第２図は移動速度を
横軸に、その頻度を縦軸にとっている。第２図は毒物が
水中に混入したために速く泳いでいることを表すが、毒
物の混入とは関係なしに速く泳ぐ場合も全くないわけで
はない、このように、速度パラメータだけでは誤動作の
可能性かのこる。そこで本発明は移動加速度を考慮して
いるので誤動作することなく毒物の混入を検出できる。

本発明によれば、毒物流入によって魚が示す最も顕著な
動作である狂奔行動を簡単に検出可能である。このため
、浄水場施設などの原水に異常が生じた場合、魚の異常
行動の検出により容易に、また、毒物流入の早期にその
事態を把握でき、水質の安全の確保に効果がある。

【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２〜４図は
画像処理結果を評価する特性を示す特性図、第５図は第
１図における画像処理装置の一例を示す詳細構成図、第
６図は魚の移動によって画像処理装置が魚を認識する過
程を表す図である。 １ｏ・・・水槽、１４・・・魚、１５・・・照明装置、
１６・・・半透明板、１８Ａ、Ｂ・・・仕切板、１８Ｃ
・・・底部板、２０・・・撮像装置、３０・・・画像処
理装置、５０・・・警報装置、６０・・・モニターテレ
ビ、′°ゝマ】 、−１１２，？ 代理人　弁理士　小川勝馬　−′ 第　１　目 １４　　品・ １５−ぎＥＡＡｌ １６　　手Ｖ目根 ｚｏ−撮凛褒１ ３ｏ−７−ンイ１（（メジし埋装ｌ ５ｏ−τ様装置 ≦θ　　屯二ターテＬヒ゛ 速度　（ζ第１５） 力口Ｌ＆　（（領／ｓ２ジ 第４　囚 θ　　　　　　　Ｈ加速度 （人） 第５　口 ￥飯表’ｌ、　ｓｏへ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被測定水を導入して水棲動物を飼育する水槽と、前
   記水棲動物を撮像してその画像情報を電気信号に変換す
   る撮像装置と、該撮像装置から得られる画像情報による
   前記水棲動物の画像認識を行う画像認識手段と、該画像
   認識手段で認識した画像に基づき前記水棲動物の移動速
   度を求め解析する速度解析手段と、前記水棲動物の移動
   速度から移動加速度を求め解析する加速度解析手段と、
   前記水棲動物の異常行動を前記速度解析手段と前記加速
   度解析手段で解析した解析情報により前記水棲動物の異
   常行動を判定する異常行動判定手段とを具備し、前記異
   常行動判定手段が前記水棲動物の異常行動を検出したと
   きに前記被測定水の水質に異常があることを検知するよ
   うにしたことを特徴とした異常水質検出装置。