JPS61250540A - 上水フロツク画像認識装置 - 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〕　　□ 本発明は浄水場のフロック形成池（混和池）におけるフ
ロックの粒径およびその分布を画像処理技術を用いて計
測する上水フロック画像認識装置に関する。

〔発明の背景〕

浄水場において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（フロック）とし、このフロックを沈
降させるようになっている。このため、フロック形成池
（混和池）におけるフロックの監視が必要不可欠である
。

従来、フロッ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
手になシ、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
用いてフロック形成池内のフロッ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
とに変シない。

このような欠点を改善するため、特開昭５４−１４３２
９６号公報に記載されているように、光電変換装置を用
いてフロッ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、照度や照明
設備の異常判断などの問題があり、これらの問題を解決
しなければ、監視装置だけによる連続的に監視を行なう
無人監視装置の実用に供し得ない。

〔発明の目的〕

本発明の目的はフロッ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信頼性高く実現できる安価な上
水フロック画１象認識装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴はフロック群の認識精度を高めるためにテ
レビカメラの対向位置に設けられるパックスクリーンに
チェックポイントを備えたチェックパターン全役けるこ
とによって照明装置関係の異常を画像処理装置だけによ
って検出できるようにしたことにある。

〔発明の実施例〕

第２図は浄水場のフロック形成池の構成図である。第２
図において、１０はフロック形成池、１１は攪拌用パド
ル、１２はフロック、１３は整流壁である。フロック形
成池１０の前段にある、図示しない急速混和池から流入
した微小フロック群は、フロック形成池１０内において
、攪拌用バドル１１によって攪拌されることにより、フ
ロック１２同志が衝突し合って凝集する。すなわち、フ
ロックの粒径が増加する。通常、フロック形成池１０は
３つの池で構成され、各々済流壁１３で仕切られる。フ
ロック１２は３つの池ｆ、通過する間に、次第に粒径が
増加する。

第１図にフロック形成池１０内にお１ハてフロック群の
画像認識を行う本発明の一実施例を示す。

第１図において、２０は気密容器、２１は観察窓、２２
はワイパー、２３ｔｉワイパー駆動装置、２４はパック
スクリーン、２４Ａ及び２４Ｂはバックスクリーン固定
具、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃはそれぞれじゃま板、３０
は工業用テレビカメラ（ＩＴｖ）、３１は接写レンズ、
４ｏ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、５ｏ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ック画像認識装置はフロック形成の
最終的な度合を監視することが目的である場せには沈殿
池前段、すなわち、７ｃ！ツク形成池１０の３池目の出
口付近に配置される。またフロック形成の過程を監視す
る場合にはフロック形成池１ｏの１池目または２池目に
設置する。

第１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１ＴＶ３０は接写レンズ３
１によシ、ガラスなどの透明材料で作られた観察窓２１
を通してフロック形成池ｌｏ内にあるフロック１２の画
像を拡大認識する。ワイパー２２は観察窓２１表面の汚
れを収るために定期的に動作する。

また、パックスクリーン２４は次のようにして設置され
る。フロック群を高いコントラストで精度良く認識する
ために１気密容器２ｏにバックスクリーン固定具２４Ａ
及び２４Ｂを介して、パックスクリーン２４を観察窓２
１０対向面に設置する。パックスクリーン２４はフロッ
ク１２０色が白色系であること七考慮して、フロック群
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［４０及び遮光カバー４２について説明す
る。フロック形成池１０はフロックを常時監視する目的
で大気解放されている。このため、フロック形成池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４−を強く受ける。

フロック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内存した単なる監視を目的
とする場合には、照明装ｆｆ１４０の設置だけで充分で
あシ、また照明装置４０の設置はフロック形成池１０の
上でよい。

しかし、たとえ照明装置ｔ４０を設置したとしても、周
囲の照度変化は、フロック群の画像認Ｒｎｔ度に強く影
響する。たとえば、照度が低ければフロックを小さく認
識してしまい、逆に、照度が高ければフロックを大きく
認識してしまう。この影響を取シ除くためには、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。

本災施例では、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。

次にＩ’ｆ’Ｖ３０によシ、取シ込まれたフロック画１
Ｍ！情報を処理する画１戚認ａ装置５０の洋書について
説明する。

第４図に画像処理装置５０の詳細を示す。画像処理装置
１ｔ、５０はＩ’ｌ：’Ｖ３０から得らルた画１ボ情報
によって水質管理に役立つ情４を抽出するために、フロ
ック群の粒径や分布など、イＩ々の演算を実施する。

第４図に２いて、１００は認識タイミング制御回路、１
０１はＡ／Ｄ変換回路、１０２は閾値入力回路、１０３
は２値化回路、１０４はラベリング回路、１０５は粒径
演算モード指定回路、１０６は粒径計測回路、１０７は
粒径比較回路、１０８Ａ。

１０８Ｂ、１０８Ｃ，・・・・・・、１０８Ｚは缶々個
数記憶回路、１０９は認識回数制御回路、１１０は粒径
分布演算表示回路である。

第５図にＩＴＶ３０によシ認識されたフロック群の画像
面を示す。フロック群は濃淡画像であるので、実際には
フロック１２と水との境界は明確ではないが、簡単のた
め、フロック群の輪郭のみ図示した。フロック群の輝度
レベルは高く白色で、一方、背景にバックスクリーン２
４が配置されているので、水の輝度レベルは低く黒色で
ある。

第４図においてｉ！！！識タイミング制御回路１００は
、第１図に示すＩＴＶ３０とＩＴＶコントローラー３２
を介して得られたフロック画像を認識し、画像情報を取
シ込む時間間隔（周波数）を制御する。取シ込む時間間
隔は、前回ＩＴＶ３０によって取シ込まれたフロックが
処理範囲外に移動するのに十分な時間であればよい。次
に、Ａ／Ｄ変換回路１０１は、得ら扛た輝度情報のアナ
ログ信号、例えば第５図の画面信号を受けて、該信号を
逐一デジタル信号に変換する。変換されたデジタル信号
は、閾値入力回路１０２で指定される閾値に基づいて、
２値化回路１０３において２値化される。

例えば、第５図の画面において、ＡＡ’線で走査して輝
度レベルの分布を表示した場合を第６図に示す。ここで
輝度レベルは８ビツト（２５６段階）で表示されておシ
、縦軸の上方向が輝度が低く、下方向が輝度が高い。フ
ロック１２は白系なので輝度が高くなる。すなわち、下
方に谷となる部分がフロックを表す。

この輝度分布において、閾値入力回路１０２で、　指定
される閾値、例えば、ＢＢ′線で指定される輝度に基づ
いて、各画素が２値化回路１０３で２値化処理される。

閾値入力回路１０２で指定する閾値は、一定照度下では
一定に維持するが、オペレータも操作可能である。

２値化回路１０３では、閾値よりも高い輝度レベルにあ
る画素を′１”レベルとし、一方、所定値以上の輝度レ
ベルにある画素を“０″レベルとする。第７図に示すよ
うに、フロックに対応する部分が″１′″レベルとなシ
、水に対応する部分が＠θ″レベルとなる。

このようにして、フロックの認識を実施した結果の例を
第８図に示す。

フロックが認識されたら、次にフロックの代表粒径を演
算するが、その前に各フロックにナンノ（−を付ける。

すなわち、ラベリング回路１０４ではフロックを一つず
つ独立に認識し、各フロックにナンバーを付ける。そし
て、そのナンノ（−順に各フロックを粒径計測回路１０
６において代表粒径を計算する。

代表粒径としては、定方向径ＤＣＳ最大径Ｄｍａｘｓ最
小径Ｄｍｉｎｓ面積円等価径Ｄｃｉｒ及び等価周辺長径
Ｄｅｌなどがある。粒径演算モード指定回路１０５では
これらの代表粒径の中から採用する代表粒径を指定する
。このようにして、指定された代表粒径の基準に沿って
、各々のフロック毎に七の粒径を演算する。粒径比較回
路１０７では各々のフロックの粒径を比較して、各粒径
を持つフロックの個数を該当する記憶場所、すなわち、
個数記憶回路１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ。

・・・・・・１０８ｚにそれらの個数を記憶する。フロ
ックの画像は２値化されているので、粒径を計測する最
小単位は１画素である。したがって、各粒径に対応する
フロックの個数ｔｌ−Ｎｉとすると、例えば、個数記憶
回路１０８人は粒径が画素１個に相当するフロックの個
数Ｎ１が記憶され、個数記憶回路１０８Ｂは粒径が画素
２個に相当するフロックの個数Ｎ２が記憶される。

ところで、フロックの粒径分布を精度良く求めるには、
複数回画面ｔ−取シ込んで多くの情報から粒径分布を求
めた方が良い。認識回数制御回路１０９はフロック画像
を認識する回数が指定されており、認識回数未満の場合
には認識タイミング制御回路１００に戻る。認識タイミ
ング制御回路は指定されたタイミングで画像を取υ込み
これまで説明した動作を繰返して、フロックの粒径を計
算し、各々のフロックの個数を個数記憶回路１０８Ａ、
１０８Ｂ、１０８Ｃ，・・・・・・１０８Ｚに記憶する
。一方、認識回数制御回路１０９で指定された回数にな
ったら、粒径分布演算表示回路１１０では個数記憶回路
１０８Ａ、１０８Ｂ。

１０８０、・山・・１ｏｓｚＯ値に基づいて各々の粒径
に対する個数濃度分布を演算し結果を出力する。

次に照明設備の異常検出について説明する。照明設備の
異常としては、照明電源の電源断、断線、ランプ切れ、
ランプ自体に照明をさえぎるものが付着した場合などが
考えられる。

まず、説明を簡単にする為に、遮光六Ｉ＜−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。異常が発生した場合、照度が無くなる為ＩＴ
Ｖ３０より＊υ込まれた画イ象情報は、全体が黒と判断
される。つ＊、り２値化回路１０３により処理された画
像情報は第９図の様になる。一方照明装置が正常であっ
てもＩ’Ｉ’Ｖ３０の取り込んだ画像情報の中に１画素
で認識できる大きさよシ大きいフロックが存在していな
ｄ−りた場合も画像情報は、全体が黒と判断される。

この為２値化回路１０３によって処理された画１象情報
は第９図の様になる。なぜなら、フロック１２の色が白
色系であることを考慮して、フロッ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している為であ
る。

以上より、全体が黒であるという画像情報だけでは、照
明設備が異常であると判断することは出来ない。本発明
では第３図に示す様なノ（ツクボード２４を使用する。

バックボード２４の中でＩＴＶ３０から取込まれる画像
情報全体１の中にチェックノくターン２をｆｆケる。チ
ェツクノくターン２は、白系の色で面積は、１画素でＩ
ＴＶ３０がＭ＃できる面積以上であれば良い。

第３図の様なチェックノくターン２を備えた）くツクボ
ードを吏用することによって、照明装置Ｊｌｆ正常でめ
ってＩＴＶ３０の取υ込んだ画像情報の中に１画素で認
識できる大きさより大きいフロックが存在しなかった場
合、画像情報は、全体力を黒と判断されず、チェック／
くターンの部分だけが白と判断される。この為第３図の
様なチェツクノくター／を用いた時２埴化回路１０３に
よって処理された画像情報は第１０図の様になる。しか
し、照明設備が異常である場合は、画像情報は、全体力
（黒と判断される為、２値化回路１０３によって処理さ
れた画像情報は、第９図の様になることから画像情報全
体が黒であるならば照明設備に異常があるという判断が
出来る。

出は、画像情報全体が黒であれば異常であると判断でき
る。画像情報全体が黒であるという判断はいろいろある
が一例を示すと画像認識装置５０の中の２値化回路の次
段の照明設備異常検出回路３で行われる。照明設備異常
検出回路３ではラベリ　　。

ング回路１０４と同様に各フロックにナンバーを付はフ
ロックの個数Ｎを抽出する。ここでは、チェックパター
ン２もフロックとしてラベリングを行なう。ラベリング
の結果フロックの個数Ｎｔ−零と判断したときは、照明
設備が異常であると判断し、警報出力判断回路４へ処理
が移る。もしラベリングの結果フロックの個数Ｎが１以
上の場合は、照明設備が正常であると判断し、ラベリン
グ回路１０４へ処理が移る。ただしラベリング回路１０
４においては、チェックパターン２０部分をラベリング
の対象から除いて処理を行なう。

照明設備異常検出回路３の１回だけの異常検出で処理を
終了するのは誤検出する慣れがある。例えば、チェック
パターン２に黒い物体が重なった４４１ム噂ｌ＋開１日
めｌ厳肯蓚ハ思告ｌ信眉餅　肝誼　→ンブ切れなど）で
ない場合が考えられる。この為にワイパーなどを動作さ
せてから画像を取り込み新しい画１象情報で再判断する
必要がある。警報出力判断回路４は異常検出回数を記憶
しりトライ回数設定値を越えた場合は異常警報出力回路
５に処理を移す。リトライ回数設定値以内であればワイ
ぢン、叫駆動回路６に処理を移し、ワイノ（−駆動回路
は、ワイパー駆動装置２３によりワイノ＜−２２を動作
させる。ここでは図示しなかった力；照明装置にワイパ
ーを取り付は動作させる。その後処理を認識タイミング
制御回路１００に移し新しい画像を取り込み前記の処理
を行なう。以上説明した異常処理のフローを第１１図に
示す。

なお、照明設備の異常検出の説明を簡単にする為に遮光
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で説明したが、遮光カバー４２を
設けなくて外部の光の影響がある場合でも、照明設備が
正常な場合と異常な場合では、ＩＴｖ３０から取込まれ
るチェツクノくターン２０部分の輝度レベルに差がある
ことは当。

然のことである。閾値入力回路１０２よυ適切な閾値を
設定することによシ照明設備が異常な場合チェックパタ
ーン２０部分子：　２　（ｆｉ化回路１０３で取り除く
ことが出来る。つまシ２値化回路１０３で２値化された
画像情報は第９図の様になる。この２値情報を元にすれ
ば、外部の光の影４を受けても照明設備異常検出回路３
で異常を検出することが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば画像処理装置の照明
設備の異常を検出する為の専用設備を設けることなくし
て異常を検出できるので安価な装置ｔ−提供できると伴
にすみやかに異常処理が行なえ信頼性の高い画像処理が
行なえ無人での連続的な処理を可能となる。

【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図は浄水
場のフロック形成池の構成図、第３図はチェックパター
ン付きバックボードの斜視図、第４図は第１図における
画像処理装置の詳細構成図、第５〜７図は信号処理過程
を示す波形図、第８図は本発明を実施して得られた２値
画像図、第９図は異常時における２値画像図、第１０図
は正常時における２値画像図、＠１１図は本発明の異常
処理７０−図である。 ２・・・チェックパターン、３・・・照明設備異常検出
回路、４・・・清報出力判断回路、５・・・異常ｊ報出
力回路、６・・・ワイパー駆動回路、１０・・・フロッ
ク形成池、１１・・・・攪拌用パドル、１２・・・フロ
ック、２０・・・気密容器、２１・・・観察窓、２４・
・・バックスクリーン、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ・・・
じゃま板、３０・・・工業用テレビカメラ、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、１００・・・認識
タイミング制御回路、１０１・・・Ａ／Ｄ変換回路、１
０２・・・閾値入力回路、１０３・・・２値化回路、１
０４・・・ラベリング回路、１０５・・・粒径演算モー
ド指定回路、１０６・・・粒径計測回路、１０７・・・
粒径比較回路、１０８Ａ。 １０８Ｂ、１０８Ｃ，・・・・・・１０８Ｚ・・・各々
個数記憶回路、１０９・・・認識回数制御回路、１１ｏ
・・・粒径分布演算表示回路、２００，２０１・・・２
値画像、２０３・・・チェックパターン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、浄水場のフロック形成池内におけるフロック群に光
   を照射する照明装置と、該照明装置により光を受けたフ
   ロック群をテレビカメラで撮像した画像情報を光電変換
   し画像処理する画像認識装置と、前記テレビカメラと対
   向配置されるバックスクリーンとを具備し、該バックス
   クリーンにチェックパターンを設けたことを特徴とする
   上水フロック画像認識装置。