JPS6328680B2 - - Google Patents

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自動
的に検出する微生物相検出装置に関する。

〔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殿池とから
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、沈殿池から流出して処理水質を悪化させるだ
けでなく、プロセス系内の総微生物量の低下を招
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
生物の種類は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つは擬集性
の有るズーグレア（Zoogloea）タイプの微生物
で、良好なフロツ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、フロツク相
互の接近を妨害し、沈降性及び圧密性に劣つてい
る。こ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性物の増殖は曝
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
つて、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ツクを形
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
真撮影してその撮像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観察が困難である。
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
いう労苦がある。したがつて、顕微鏡像による微
生物相の解析には専門知識を持つ熟練オペレータ
でも長時間を要し、頻繁に観察をすることができ
ず有効な情報が十分に生かせれていないのが実状
である。

〔発明の目的〕

本発明は従来の問題点に対処して成されたもの
で、その目的とするところは顕微鏡像の情報を短
時間で解析し、特に、ズーグレア性微生物と糸状
性微生物の出現状況を自動的に検出できる微生物
相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する
とズーグレア性微生物と糸状性微生物とで輝度ヒ
ストグラムが相違することに着目し、任意の輝度
レベルを設定することによりそれぞれの微生物に
対応した画素数を積分し、微生物相の状態を自動
的に検知できるようにしたことにある。

〔発明の実施例〕

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。

第１図に本発明の一実施例を示す。

像拡大装置２は光学顕微鏡のように微生物相を
拡大する。活性汚泥を含む検液をプレパラート１
上に一定量を採り、光学顕微鏡２の明視野で検鏡
すると第２図に示すようにコントラストのある原
画像を作製できる。原画像は明るい背景である液
相部Ｂの中に暗い部分が存在する。暗い部分はフ
ロツク部Ｚと糸状性微生物Ｆである。３は例えば
ビジコンカメラのような順次走査型撮像装置で、
原画像を輝度情報に変換する。ビジコンカメラ３
によつて得られた画像情報は、情報処理装置４で
処理されて、糸状性微生物量とズーグレア性微生
物量とを表示する。情報処理装置４の詳細を第３
図に示す。

第３図において、輝度情報処理回路５はビジコ
ンカメラ３からの輝度情報をＡ／Ｄ変換してデイ
ジタル信号に変換する。第４図は第２図のＡ―Ａ
線上を走査した場合の輝度情報処理による輝度ヒ
ストグラムである。第４図では８ビツト（256目
盛）処理している。液相部Ｂの輝度は高く、フロ
ツク部Ｚの輝度は低い値を示す。両者の中間が糸
状性微生物部Ｆの輝度値になる。

液相部Ｂの輝度レベル及びフロツク部Ｚの輝度
レベルは、像拡大装置２及びビジコンカメラ３の
計測条件によつて変化するので、液相部Ｂ及びフ
ロツク部Ｚの輝度レベルの中間に位置する糸状性
微生物Ｆを抽出するためには、あらかじめ液相部
Ｂ及びフロツク部Ｚの輝度レベルを判定する必要
がある。

輝度レベル判定回路６は輝度ヒストグラムから
輝度レベルの最大値S_hと最低値S_lを取り出す回路
である。最大値S_hは液相部Ｂが対象となり、最小
値S_lはフロツク部Ｚが対象となり、それぞれ平均
値を用いる。閾値設定回路７は、S_hとS_lの中間に
２つの閾値S₁，S₂を選ぶ回路である。ここで、S₁
＞S₂の条件設定を行い、輝度レベル設定値S₁を液
相部Ｂの輝度レベル変動範囲以下に設定し、輝輝
レベル設定値S₂をフロツク部Ｚの輝度レベル変動
範囲以上に設定する。このように設定すると糸状
性微生物部Ｆの輝度レベルは設定値S₁とS₂の間に
存在することになる。レベル比較回路８は走査線
方向のｉ行ｊ列の各画素が持つ輝度情報S_ijを(1)
式によつて２値化 f_ij＝“１”レベル：S₁≧S_ij≧S₂ f_ij＝“０”レベル：S_ij＞S₁，S_ij＜S₂ ……(1) して糸状菌のみに対応する画素を抽出する。ここ
でf_ijは糸状菌に対応する画素を表す。レベル比較
回路８より糸状性微生物が存在する画素の抽出が
行える。一方、レベル比較回路９は(2)式に基づい
て２値化する。

z_ij＝“１”レベル：S_ij≦S₂ z_ij＝“０”レベル：S_ij＞S₂ ……(2) レベル比較回路９よりフロツクすなわち、ズー
グレア性微生物が存在する画素の抽出が可能とな
る。ここでz_ijはフロツクに対応する画素を表す。
加算回路１０，１１は２値化された情報に基づい
て１操作線当りの、つまりｉ行における糸状菌あ
るいはフロツタの画素数の和を演算する。加算回
路１０は、(1)式で２値化された糸状性微生物に対
して、１操作線当りの、つまりｉ行での画素数の
和e_pi（Ｆ）を次式に従つて求める。加算回路１１
は(2)式で２値化されたフロツク部Ｚの画素数に対 e_pi（Ｆ）＝ 〓^j f_ij ……(3) して、１操作線当りの、つまりｉ行におけるフロ
ツク画素の和e_pi（Ｚ）を次式に従つて求める。

e_pi（Ｚ）＝ 〓^j z_ij ……(4) 積分回路１２，１３は以上の操作を縦方向の走
査線、つまり各ｉ行について繰り返し行い、１画
面全体における糸状性微生物の画素数e_p（Ｆ）及
びフロツク部Ｚの画素数e_p（Ｚ）を次式に従つて
求める。ここでｎは走査線数である。

e_p（Ｆ）＝_o 〓ⁱ⁼¹ e_pi（Ｆ） ……(5) e_p（Ｚ）＝_o 〓ⁱ⁼¹ e_pi（Ｚ） ……(6) ところで、顕微鏡２による原画像はプレパラー
ト１上の一部であり、全体を網羅するには、複数
の各画面について上述の処理を行う。したがつ
て、プレパラートの全画面の糸状菌及びフロツク
の各画素数の和を求めるには上述の処理を全面画
数Ｎについて行う必要がある。加算回路１４，１
５は各画面ごとの画素数の和e_p（Ｆ）及びe_p（Ｚ）
をさらに積分する。加算回路１４は糸状性微生物
の画素数の総和Ｅ（Ｆ）を次式に従つて求める。
一方、 Ｅ（Ｆ）＝_N 〓^P=1 e_p（Ｆ） ……(7) 加算回路１５ではフロツク部Ｚの画素数の総和Ｅ
（Ｚ）を求める。

Ｅ（Ｚ）＝_N 〓^P=1 e_p（Ｚ） ……(8) 画面の等分割で形成される各々の画素は一定の
長さと面積を持つことから(7)式及び(8)式で得た全
画素数を用いてサンプルの糸状性微生物の長さと
フロツク部の面積を求めることができる。

長さ演算回路１６は糸状性微生物の総長Ｌを求
める。本発明者らは全画面の原画像を写真撮影し
てキルビメータを用いて糸状性微生物の長さを測
定した結果と(7)式で得た糸状性微生物の全画素数
と比較したところ第５図の関係が得られた。第５
図の丸印が(7)式で求めた糸状性微生物の総長であ
る。第５図から、全画素数と糸状性微生物の総長
との間には比例関係があり、画素数から総長を求
められることがわかる。長さ演算回路１６は次式
によりサンプルの糸状性微生物長さL′を求め、 L′＝K₁・Ｅ（Ｆ）＋ｂ ……(9) K₁，ｂ：定数 さらに、単位検液量の総長Ｌを(10)式で得ることが
できる。

Ｌ＝L′／ｖ ……(10) ｖ：検液量 一方、面積演算回路１７はフロツク部Ｚすなわ
ちズーグレア性微生物の出現量を求める。(8)式で
求めた画素数Ｅ（Ｚ）に画素面積ａを乗ずれば、
ズ Ａ（Ｚ）＝ａ・Ｅ（Ｚ） ……(11) ーグレア性微生物の全面積Ａ（Ｚ）が得られる。
ところで、第４図に示す輝度ヒストグラムにおい
て、液相部Ｂの輝度レベルS_hは微生物による光吸
収のない状態での輝度情報であり、フロツク部Ｚ
の輝度レベルS_lはズーグレア性微生物を透過した
時の輝度情報である。また、輝度レベルS_lは比較
的安定していることから、ズーグレア性微生物に
特定の吸収係数k₂が存在していることがわかる。
したがつて、プレパラート１上のズーグレア性微
生物厚さｔは輝度レベルS_h，S_lを用いて ｔ＝１／k₂loge（S_h／S_l） ……(12) 次式で表わすことができる。また、S_hが画像処理
条件で変化する場合、厚さｔは次式の形で表わ ｔ＝１／k₂′ln（S_h−S_l） ……（13） しても良い。したがつて、面積演算回路１７は次
式によりサンプルのズーグレア性微生物量
V′（Ｚ） V′（Ｚ）＝ｔ・Ａ（Ｚ） ……（14） を求め、さらに、単位検液量の微生物量Ｖ（Ｚ）
を Ｖ（Ｚ）＝V′（Ｚ）／ｖ ……（15） （15）式で求めることができる。また、重量単位
Ｗ（Ｚ）に変換するには次式に示すように、密度
ρを乗ずることにより行える。このような操作に
お Ｗ（Ｚ）＝ρ・Ｖ（Ｚ） ……（16） いて、走査線あるいは微少領域ごとに輝度レベル
S_h，Ｓが変化する場合は、例えば（17）式のよう V′（Ｚ）＝_N 〓^P=1 _o 〓ⁱ⁼¹ t_pi・A_pi（Ｚ） ……（17） に微生物量を求める。ところで、プレパラート作
製には第６図に示すプレパラート１ａ，カバーグ
ラス１ｂの間の検液Ａ中のフロツクZ₁のように押
し潰した形、及び第７図に示すプレパラート１
ａ，カバーグラス１ｂの間の検液Ａ中のフロツク
Z₂のように浮遊させる形がある。第７図の形式に
おけるズーグレア性微生物量V′（Ｚ）は、フロツ
クが球状であると仮定し、単位フロツクの最大長
さを画素の積分により求め、これをフロツク径r_n
として次式で算出することができる。ここで、Ｍ
は全フ V′（Ｚ）＝_M 〓ⁱ⁼¹ （１／６πr_n ³） ……（18） ロツク数である。

表示制御回路１８は、各種画像情報をCRT１
９に表示する際の表示情報を選択する。すなわ
ち、表示制御回路１８はf_ij，e_pi（Ｆ），e_p（Ｆ），Ｅ
（Ｆ），Ｌ，z_ij，e_pi（Ｚ），e_p（Ｚ），Ｅ（Ｚ）及び
Ｖ
（Ｚ）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１８で選択された画像
は、CRT１９に送られて表示される。

以上、本発明により糸状性微生物及びズーグレ
ア性微生物を容易に計測可能である。また、実施
例では画像処理技法を詳細に説明しなかつたが、
本発明は入力画像の輝度修正や鮮鋭化によるコン
トラスト強調、あるいは平滑化による雑音除去等
の前処理、さらに、閾値設定に関する従来技術の
適用を阻むものではない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、顕微鏡像のような複雑な微生
物相を短時間で自動的に解析し、糸状性微生物量
とズーグレア性微生物量の検出に有効である。検
出時間はLSI等の利用により数分ですみ、日単位
で処理していた従来法を大幅に改善できる。さら
に、検液は稀釈する必要がなく、計測の簡便化が
行える。

【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
図は活性汚泥を対象とした顕微鏡像の模式図、第
３図は実施例の詳細を示す図、第４図は第２図の
Ａ―A′線で走査したときの輝度ヒストグラム、
第５図は糸状性微生物の画素数と総長との関係を
示す実験結果の一例、第６図は密着型プレパラー
トのフロツク状態を示す図、第７図は隔離型プレ
パラートのフロツク状態を示す図である。 １…プレパラート、２…像拡大装置、３…ビジ
コンカメラ、４…情報処理装置、５…輝度情報処
理回路、６…輝度レベル判定回路、７…閾値設定
回路、８，９…レベル比較回路、１０，１１…加
算回路、１２，１３…積分回路、１４，１５…加
算回路、１６…長さ演算回路、１７…面積演算回
路、１８…表示制御回路、１９…CRT。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 微生物像を輝度情報に変換する情報変換手段
   と、輝度情報に変換された微生物画像を走査し各
   画素毎の輝度レベル信号を発生する画像輝度信号
   発生手段と、微生物の存在しない画素の液相輝度
   レベルとフロツクとして存在する画素のフロツク
   輝度レベルとの間であつて、液相輝度レベルより
   所定値だけ小さい第１輝度レベルとフロツク輝度
   レベルより所定値だけ大きい第２輝度レベルを設
   定する輝度レベル設定手段と、前記第１輝度レベ
   ルと第２輝度レベル間の輝度レベルである画素を
   抽出し、この画素数から糸状性微生物量を求める
   糸状菌量検出手段と、前記第２輝度レベル以下の
   輝度レベルである画素を抽出し、この画素数から
   フロツク状微生物量を求めるフロツク状菌量検出
   手段とを具備した微生物相検出装置。