JPH0322936B2 - - Google Patents

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ツク形成池（混和池）に
おけるフロツ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ツク画像認識装置
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（フロツク）とし、この
フロツクを沈降させるプロセスになつている。こ
のため、フロツク形成池（混和池）におけるフロ
ツクの監視が必要不可欠である。

従来、フロツ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、フロツク形成池内のフロツク
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りな
い。

このように欠点を改善するため、特開昭54−
143296号に記載されているように、光電変換装置
を用いてフロツ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〕

本発明の目的はフロツク形成池（混和池）にお
けるフロツ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
ツ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、ITV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ツ
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、512×480画素を付対
象に11ミリ秒（11×10^-3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ツク群の
画像を高精度で認識できなかつた。これはフロツ
ク形成池内が撹拌されているためフロツク群が流
動状態にあり、フロツク群が移動しているためで
ある。フロツクの移動速度は５ないし50cm／秒程
度なので、フロツクが11ミリ秒（11×10^-3秒）で
移動する距離は0.55ないし5.5mmとなる。フロツ
クの粒径は0.01ないし1.0mm程度であるので、フ
ロツク群の画像を高精度で認識できなくなる。フ
ロツクの移動速度を低下させるためには水の流線
をさえぎるようじやま板を設け、観察する領域に
あるフロツ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、じやま板を単に、
周囲に配置しただけでは、照明装置による光がフ
ロツク群にあたらないことになり、フロツク群の
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ツク群にあ
たるようじや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図は浄水場のフロツク形成池の構成図であ
る。第１図において、１０はフロツク形成池、１
１は撹拌用パドル、１２はフロツク、１３は整流
壁である。フロツク形成池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ツク群
は、フロツク形成池１０内において、撹拌用パド
ル１１によつて撹拌されることにより、フロツク
１２同志が衝突し合つて凝集する。すなわち、フ
ロツクの粒径が増加する。通常、フロツク形成池
１０は３池で構成され、各々整流壁１３で仕切ら
れる。フロツク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図にフロツク形成池１０内においてフロツ
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、２１は観察
窓、２２はワイパー、２３はワイパー駆動装置、
２４はバツクスクリーン、２４Ａ及び２４Ｂはバ
ツクスクリーン固定具、２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ
はそれぞれじやま板、３０は工業用テレビカメラ
（ITV）、３１は接写レンズ、４０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、５０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ツク画像認識装置はフロツ
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、フロツク形成
池１０の３池目の出口付近に配置される。またフ
ロツク形成の過程を監視する場合にはフロツク形
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３１により、ガラスなどの透明材料で作ら
れた観察窓２１を通してフロツク形成池１０内に
あるフロツク１２の画像を拡大認識する。ワイパ
ー駆動装置２３によつ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、バツクスクリーン２４は次のようにして
設置される。フロツ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にバツクス
クリーン固定具２４Ａ及び２４Ｂを介して、バツ
クスクリーン２４を観察窓２１の前面に設置す
る。バツクスクリーン２４はフロツク１２の色が
白色系であることを考慮して、フロツク群を高い
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。フロツク形成池１０はフロツクを常
時監視する目的で大気解放されている。このた
め、フロツク形成池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。フロツク群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４
０の設置だけで充分であり、また照明装置４０の
設置はフロツク形成池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、フロツク群の画像認識精
度に強く影響する。たとえば、照度が低ければフ
ロツクを小さく認識してしまい、逆に、照度が高
ければフロツクを大きく認識してしまう。この影
響を取り除くためには、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４０は複数台設置し
て、フロツク群に多面的に照射したほうが良い。

次に、フロツク監視上の課題について説明す
る。前述したようにフロツク形成池１０内は撹拌
用パドル１１によつて撹拌されているので、フロ
ツク群は流動状態にある。フロツクの移動速度は
フロツク形成池１０内で異なるが、５ないし50
cm／秒程度である。このため、フロツク群の画像
認識は高速で実施する必要がある。しかし、512
×480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
つて、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、フロツク群の移動速度
を出来るだけ小さくすることが必要である。

そこで、本発明ではフロツク形成池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、じやま板を配置す
る。しかし、この場合、じやま板を、フロツク群
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からの光をさえぎつてしまう。したが
つて、じやま板は、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４０からの光をさえ
ぎらないように構成しなければならない。その際
には、フロツク形成池１０では撹拌用パドル１１
による撹拌により、一定方向に水が動いているこ
とを考慮する。

以下、じやま板２５と照明装置４０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り、フロツク
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つて移動している場合
のじやま板２５Ａ，２５Ｂ及び２５Ｃの配置例を
示している。上部のじやま板２５Ｂ及び２５Ｃと
バツクスクリーコン２４と気密槽２０との間から
流入した水はバツクスクリーン２４と気密槽２０
との間の横両脇及び下部のじやま板２５Ａの隙間
から流出する。このとき、じやま板２５Ｂと２５
Ｃは照明装置４０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
示していない。じやま板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７０は奥行に
広がりを持つ平面状の空間である。この領域７０
のうち、観察窓２１を通して気密槽２０内にある
ITV３０及び接写レンズ３１によつて認識され
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７０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になり、フロツク
群の移動速度は小さくなる。具体的には、フロツ
ク群の移動速度は１ないし10cm／秒程度にするこ
とができる。これらフロツク群には照明が平面上
に照射されるので、フロツク群は、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）
は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によつて認識
されにくい。このように、じやま板２５を、照明
光をさえぎらないように配置することによつてフ
ロツク形成池１０内のフロツ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
まれたフロツク画像情報は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
ロツク群の特性、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、フロツク群における個々のフロツ
クの代表粒径を演算し、フロツク群の粒径分布を
求める。

２値化処理演算を施して、フロツク群の画像認
識を実施した例を第１０〜第１２図に示す。第１
０図はフロツク形成池１０の第１池におけるフロ
ツク群を認識して２値化した図、第１１図はフロ
ツク形成池１０の第２池におけるフロツク群を認
識して２値化した図、第１２図はフロツク形成池
１０の第３池におけるフロツク群を認識して２値
化した図である。これらの図から、フロツク粒径
を精度良く判断でき、この結果、フロツク群の成
長過程が明確にオンライン監視できることがわか
る。

フロツク形成池１０の場合、水が撹拌用パドル
１１により撹拌されているので、ITV３０の前
面にある領域７１は、常に新しいフロツクを含む
水が流動している。そこで、一定時間間隔毎に、
フロツク画像を認識、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、フロツクの
粒径分布を求めると、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
クルのタイムシーケンスを制御する。すなわち、
画像認識制御装置６０は画像認識装置５０及び
ITV３０によるフロツ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、フロツク形成
状況は、短時間で急激に変化することが少ないの
で、フロツク群の画像認識によるフロツク形成の
監視操作は、１分ないし１時間に１回程度実施す
れば充分である。

なお、得られた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、
撹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図はじやま板２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，
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
方向からバツクスクリーン２４に平行に移動して
いる場合に好適な実施例である。横方向からじや
ま板２５Ｄに向かつて流入した水はじやま板２５
Ｄとバツクスクリーン２４と気密槽２０との間か
らバツクスクリーン２４と気密槽２０との間に流
入する。この水はじやま板２５Ａとじやま板２５
Ｅとバツクスクリーン２４と気密槽２０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がフロツク形成池１０の壁
面１０Ａを隔てて配置されたときのじやま板２５
Ａ，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とじやま板２５Ａ，２５
Ｂ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
ある場合のじやま板２５Ａと２５Ｂ並びに照明装
置４０の配置を示している。

第８図は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，４０
Ｂ，４０Ｃ及び４０Ｄを設置して照明光を均一化
した例である。これら照明装置の光を通すため
に、じやま板２５Ｃ，２５Ｄ，２５Ｅ及び２５Ｆ
を配置する。

第９図は第８図のＢ−B′断面図（じやま板２
５Ａ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、ITV３０の観察対象となる
領域７１の照度が均一化されている。このこと
は、フロツ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、フロツク群の移動速度を低下
させると同時に、これらフロツク群に照明を均一
に照射できるので、上水フロツク形成過程におけ
るフロツク画像を、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図は浄水場のフロツ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１０〜
１２図は本発明を実施して得られた２値化画像を
示す図である。 １０……フロツク形成池、１１……撹拌用パド
ル、１２……フロツク、２０……気密容器、２１
……観察窓、２４……バツクスクリーン、２５
Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ……各々じやま板、３０……
工業用テレビカメラ（ITV）、４０……照明装
置、４２……遮光カバー、５０……画像認識装
置、６０……画像認識制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 浄水場フロツク形成池内におけるフロツク群
   に照明を照射する照明装置を具備し、該照明装置
   により光を受けたフロツク群の画像情報を、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ツク画像認識装置におい
   て、前記画像処理の対象となる領域に流入するフ
   ロツク群の流れをさえぎり、かつ前記照明の光を
   通すようにじやま板を配置したことを特徴とする
   上水フロツク画像認識装置。