特開 2024-53816 液体の定容方法、定容システム、及び定容プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024053816

(43)【公開日】2024-04-16

(54)【発明の名称】液体の定容方法、定容システム、及び定容プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/292 20060101AFI20240409BHJP

【ＦＩ】

G01F23/292 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022160257

(22)【出願日】2022-10-04

(71)【出願人】

【識別番号】306017014

【氏名又は名称】地方独立行政法人 岩手県工業技術センター

(71)【出願人】

【識別番号】503366841

【氏名又は名称】株式会社アイカムス・ラボ

(71)【出願人】

【識別番号】520006148

【氏名又は名称】株式会社アイ・モーションテクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100142734

【弁理士】

【氏名又は名称】安 裕 希

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 辰雄

(72)【発明者】

【氏名】箱崎 義英

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 英直

(72)【発明者】

【氏名】岡田 靖

【テーマコード（参考）】

2F014

【Ｆターム（参考）】

2F014AB02

2F014FA04

2F014GA01

(57)【要約】

【課題】容器を写した画像に基づいて、定容判定を確実に実行することができる液体の定容方法等を提供する。
【解決手段】液体の定容方法は、標線が記された容器に注入される液体を定容する方法であって、容器の標線を含む領域をカメラで撮影することにより、画像を生成する画像生成ステップと、上記画像において、標線の領域を認識する標線認識ステップと、上記画像において、容器に注入された液体の液面を認識し、該液面を表す曲線を取得する液面認識ステップと、標線の領域と曲線とが交差している状態に基づいて、液体が定容されたか否かを判定する定容判定ステップと、を含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

標線が記された容器に注入される液体を定容する方法であって、
前記容器の前記標線を含む領域をカメラで撮影することにより、画像を生成する画像生成ステップと、
前記画像において、前記標線の領域を認識する標線認識ステップと、
前記画像において、前記容器に注入された液体の液面を認識し、該液面を表す曲線を取得する液面認識ステップと、
前記標線の領域と前記曲線とが交差している状態に基づいて、前記液体が定容されたか否かを判定する定容判定ステップと、
を含む液体の定容方法。

【請求項2】

前記曲線は、下に凸の２次曲線であり、
前記標線の領域の上端線と前記曲線との交点を検出し、前記交点が２点検出された場合に、該２点の交点間距離を算出する交点検出ステップをさらに含み、
前記定容判定ステップは、前記交点間距離が閾値を下回った際に、液体が定容されたと判定する、
請求項１に記載の液体の定容方法。

【請求項3】

前記交点検出ステップの前に、前記標線の領域と前記曲線とが交差する前の状態で、前記容器に注入された液体の液面を近似する２次曲線の近似式を取得し、該近似式に基づいて、該２次曲線の最小点が前記標線の領域内の所定位置と一致した場合に前記標線の領域の上端線と該２次曲線とが交差することになる２つの交点の交点間距離を、前記閾値として算出する閾値算出ステップをさらに含む、請求項２に記載の液体の定容方法。

【請求項4】

前記画像において液面の底部が前記標線の領域に隠れたか否かを判定するステップをさらに含み、
前記定容判定ステップは、前記画像において液面の底部が前記標線の領域に隠れたと判定された後で判定を開始する、請求項２又は３に記載の液体の定容方法。

【請求項5】

前記曲線は、下に凸の２次曲線であり、
前記標線の領域の上端線及び下端線と前記曲線との交点を検出する交点検出ステップをさらに含み、
前記定容判定ステップは、前記標線の領域の上端線と前記曲線との交点が２点検出され、且つ、前記標線の領域の下端線と前記曲線との交点が検出されない場合に、前記液体が定容されたと判定する、
請求項１に記載の液体の定容方法。

【請求項6】

標線が記された容器に注入される液体を定容する定容システムであって、
前記容器の前記標線を含む領域を撮影し、画像信号を出力するカメラと
前記カメラから出力された画像信号に基づいて画像を生成する画像生成部と、
前記画像において、前記標線の領域を認識する標線認識部と、
前記画像において、前記容器に注入された液体の液面を認識し、該液面を表す曲線を取得する液面認識部と、
前記標線の領域と前記曲線とが交差している状態に基づいて、前記液体が定容されたか否かを判定する定容判定部と、
を備える定容システム。

【請求項7】

標線が記された容器に注入される液体を定容する定容システムにおいてコンピュータに実行させる定容プログラムであって、
前記容器の前記標線を含む領域をカメラに撮影させることにより、画像を生成する画像生成ステップと、
前記画像において、前記標線の領域を認識する標線認識ステップと、
前記画像において、前記容器に注入された液体の液面を認識し、該液面を表す曲線を取得する液面認識ステップと、
前記標線の領域と前記曲線とが交差している状態に基づいて、前記液体が定容されたか否かを判定する定容判定ステップと、
を実行させる定容プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体の定容方法、定容システム、及び定容プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

メスフラスコ等の容器を用いて液体を定容する場合、標線及び液面を目視観察しながら容器に液体を注入し、液面が標線に一致した時点で定容完了とする。容器内において液面は、液体と容器の表面状態との組み合わせにより、凹状又は凸状に屈曲した面（メニスカス）となる。そのため、液面が凹状の場合には下端を標線に合わせ、液面が凸状の場合には上端を標線に合わせることで定容を行う。

【0003】

近年では、目視観察の代わりに、容器をカメラで撮影することにより得られた画像に基づき、自動で定容判定を行う技術も提案されている。例えば、特許文献１には、撮影装置が撮影する画像のうちの標線を含む範囲である第１フレームにおいて容器に注入される液体の液面を認識し、液面および標線の高さの差を検出し、液面および標線の高さの差が予め設定された閾値より小さいと判定された後、上記撮影装置が撮影する画像のうちの標線を含み第１フレームより狭い範囲である第２フレームにおいて容器に注入される液体の液面を認識し、液面の高さが標線に達するかを判定する液量検出装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－４３７３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１においては、画像に写った標線と液面の高さとの差に基づいて定容判定を行っている。この液面の高さとして、引用文献１においては、液面の形状が凸状であれば液面の最高点、液面の形状が凹状であれば液面の最低点、そのいずれでもない場合には液面の中間点を検出している。

【0006】

しかしながら、実際の画像において、標線は、１次元的な線ではなく、幅のある帯状の面として表示される。そのため、画像において液面が標線の領域と重なった場合、液面の一部が標線の領域に隠れ、画像内において液面の高さを認識することができない状況が発生する。それにより、液体が定容されたか否かを判定できなくなってしまうおそれがある。

【0007】

本発明は、容器を写した画像に基づいて、定容判定を確実に実行することができる液体の定容方法、定容システム、及び定容プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の一態様である液体の定容方法は、標線が記された容器に注入される液体を定容する方法であって、前記容器の前記標線を含む領域をカメラで撮影することにより、画像を生成する画像生成ステップと、前記画像において、前記標線の領域を認識する標線認識ステップと、前記画像において、前記容器に注入された液体の液面を認識し、該液面を表す曲線を取得する液面認識ステップと、前記標線の領域と前記曲線とが交差している状態に基づいて、前記液体が定容されたか否かを判定する定容判定ステップと、を含むものである。

【0009】

上記液体の定容方法において、前記曲線は、下に凸の２次曲線であり、前記標線の領域の上端線と前記曲線との交点を検出し、前記交点が２点検出された場合に、該２点の交点間距離を算出する交点検出ステップをさらに含み、前記定容判定ステップは、前記交点間距離が閾値を下回った際に、液体が定容されたと判定しても良い。

【0010】

上記液体の定容方法は、前記交点検出ステップの前に、前記標線の領域と前記曲線とが交差する前の状態で、前記容器に注入された液体の液面を近似する２次曲線の近似式を取得し、該近似式に基づいて、該２次曲線の最小点が前記標線の領域内の所定位置と一致した場合に前記標線の領域の上端線と該２次曲線とが交差することになる２つの交点の交点間距離を、前記閾値として算出する閾値算出ステップをさらに含んでも良い。

【0011】

上記液体の定容方法は、前記画像において液面の底部が前記標線の領域に隠れたか否かを判定するステップをさらに含み、前記定容判定ステップは、前記画像において液面の底部が前記標線の領域に隠れたと判定された後で判定を開始しても良い。

【0012】

上記液体の定容方法において、前記曲線は、下に凸の２次曲線であり、前記標線の領域の上端線及び下端線と前記曲線との交点を検出する交点検出ステップをさらに含み、前記定容判定ステップは、前記標線の領域の上端線と前記曲線との交点が２点検出され、且つ、前記標線の領域の下端線と前記曲線との交点が検出されない場合に、前記液体が定容されたと判定しても良い。

【0013】

本発明の別の態様である定容システムは、標線が記された容器に注入される液体を定容する定容システムであって、前記容器の前記標線を含む領域を撮影し、画像信号を出力するカメラと前記カメラから出力された画像信号に基づいて画像を生成する画像生成部と、前記画像において、前記標線の領域を認識する標線認識部と、前記画像において、前記容器に注入された液体の液面を認識し、該液面を表す曲線を取得する液面認識部と、前記標線の領域と前記曲線とが交差している状態に基づいて、前記液体が定容されたか否かを判定する定容判定部と、を備えるものである。

【0014】

本発明のさらに別の態様である液体の定容プログラムは、標線が記された容器に注入される液体を定容する定容システムにおいてコンピュータに実行させる定容プログラムであって、前記容器の前記標線を含む領域をカメラに撮影させることにより、画像を生成する画像生成ステップと、前記画像において、前記標線の領域を認識する標線認識ステップと、前記画像において、前記容器に注入された液体の液面を認識し、該液面を表す曲線を取得する液面認識ステップと、前記標線の領域と前記曲線とが交差している状態に基づいて、前記液体が定容されたか否かを判定する定容判定ステップと、を実行させるものである。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、画像において認識された標線の領域と液面を表す曲線とが交差している状態に基づいて液体が定容されたか否かを判定するので、画像において液面の一部が標線の領域に隠れている場合であっても、画像に基づいて定容判定を確実に実行することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る定容システムの概略構成を示す図である。

【図2】図１に示す定容システムの概略構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る定容システムの動作を示すフローチャートである。

【図4】表示部に表示される画像を例示する模式図である。

【図5】標線とカメラとの位置合わせ処理を示すフローチャートである。

【図6】標線とカメラとの位置合わせ処理を説明するための模式図である。

【図7】閾値の取得処理を示すフローチャートである。

【図8】閾値の取得処理を説明するための模式図である。

【図9】閾値の取得処理を説明するための模式図である。

【図10】関心領域（ＲＯＩ）が設定された画像を示す模式図である。

【図11】液面の底部に対する第１の判定処理を説明するための模式図である。

【図12】液面の底部に対する第１の判定処理を説明するための模式図である。

【図13】液面の底部に対する第２の判定処理を説明するための模式図である。

【図14】液面の底部に対する第２の判定処理を説明するための模式図である。

【図15】定容の判定処理を説明するための模式図である。

【図16】本発明の第２の実施形態に係る定容システムの動作を示すフローチャートである。

【図17】本発明の第２の実施形態における定容の判定処理を説明するための模式図である。

【図18】本発明の第２の実施形態における定容の判定処理を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態に係る液体の定容方法、定容システム、及び定容プログラムについて、図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

【0018】

以下の説明において参照する図面は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示しているに過ぎない。即ち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

【0019】

（第１の実施形態）
＜定容システムの構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る定容システムの概略構成を示す図である。図２は、同定容システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る定容システム１は、標線２ａが記された容器であるメスフラスコ２に注入される液体３を定容するシステムである。定容システム１は、メスフラスコ２の標線２ａを含む領域を撮影し、画像信号を出力するカメラ２０と、カメラ２０から出力された画像信号を取り込み、該画像信号から生成される画像に基づいて定容判定を行う情報処理装置１０とを備える。

【0020】

カメラ２０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を有し、所定のフレームレートでの動画撮影が可能な撮影装置である。撮像素子は、カメラ２０に入射し、光学系により結像させられた光（被写体像）を受光面において受光し、光電変換を行うことにより電気信号を生成する。カメラ２０は、この電気信号に対し、増幅、Ａ／Ｄ変換等の所定の信号処理を施すことにより画像信号を生成して出力する。

【0021】

カメラ２０は、ホルダー３０を介してスタンド４に取り付けられている。ホルダー３０には、該ホルダー３０をスタンド４に沿って上下方向（鉛直方向）に移動させるホルダー駆動部３１が設けられている。ホルダー駆動部３１は、情報処理装置１０の制御の下で動作し、メスフラスコ２に対するカメラ２０の高さを調整する。

【0022】

もっとも、メスフラスコ２に対するカメラ２０の高さは、カメラ２０を上下方向に移動させる代わりに、メスフラスコ２を上下方向に移動させることにより調整しても良い。この場合、メスフラスコ２が載置される載置台５に、情報処理装置１０の制御の下で動作する駆動機構を設けても良い。或いは、メスフラスコ２及びカメラ２０双方の高さを変化させることにより、両者の相対位置を調整しても良い。

【0023】

さらに、カメラ２０及びメスフラスコ２のいずれか一方又は両方に、水平方向に移動させるための駆動機構を設け、この駆動機構を情報処理装置１０の制御の下で動作させることにより、カメラ２０とメスフラスコ２との間の距離、及び、カメラ２０の視野の左右方向における両者の相対位置を調整しても良い。

【0024】

メスフラスコ２の上方には、メスフラスコ２に液体３を注入する自動分注装置４０が配置されている。自動分注装置４０は、電気的な制御の下で所定量の液体をノズル４１の先端から滴下する装置である。本実施形態において、自動分注装置４０は、情報処理装置１０の制御の下で、液体３をメスフラスコ２に注入する。なお、メスフラスコ２に液体を注入する手段は自動分注装置４０に限定されるものではない。例えば、手動式ピペット又は電動式ピペットをユーザが操作することにより、メスフラスコ２に液体３を注入することとしても良い。

【0025】

また、定容システム１は、カメラ２０の視野を含む領域を照明する照明装置５０を備えても良い。照明装置５０としては、例えば、白色ＬＥＤ光源を用いることができる。

【0026】

図２に示すように、情報処理装置１０は、外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）１１と、表示部１２と、入力部１３と、記憶部１４と、演算部１５とを備える。
外部インタフェース１１は、情報処理装置１０に接続されたカメラ２０、ホルダー駆動部３１、自動分注装置４０等の外部機器との間において、制御信号の出力や画像信号の入力など各種信号の入出力を行うインタフェースである。

【0027】

表示部１２は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスである。
入力部１３は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、入力ボタン等の入力デバイスであり、ユーザによりなされた操作に応じた信号を演算部１５に入力する。

【0028】

記憶部１４は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリやディスクドライブなどのコンピュータ読取可能な記憶媒体を用いて構成される。記憶部１４は、オペレーティングシステムプログラムやドライバプログラムの他、演算部１５に所定の動作を実行させるためのプログラムや、該プログラムの実行中に使用される各種データ及びパラメータ等を記憶する。具体的には、記憶部１４は、メスフラスコ２の標線２ａを含む領域を写した画像に基づいて液体３が定容されたか否かを判定する定容プログラムを記憶するプログラム記憶部１４１と、定容判定において用いられる閾値を記憶する閾値記憶部１４２とを含む。

【0029】

演算部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のハードウェアを用いて構成され、プログラム記憶部１４１に記憶されているプログラムを読み込んで実行することにより、情報処理装置１０の各部へのデータ転送や指示を行い、情報処理装置１０の動作を統括的に制御する。また、演算部１５は、カメラ２０から出力された画像信号に基づいて画像を生成し、該画像に基づいて、メスフラスコ２に注入された液体３が定容されたか否かを判定する処理を実行する。演算部１５が定容プログラムを実行することにより実現される機能部には、撮影制御部１５１と、ホルダー制御部１５２と、分注制御部１５３と、表示制御部１５４と、画像処理部１５５と、液底判定部１５６と、定容判定部１５７とが含まれる。

【0030】

撮影制御部１５１は、カメラ２０に対する撮影の開始及び終了を制御すると共に、所定の撮影フレームレートで撮影を実行するようにカメラ２０の動作を制御する。
ホルダー制御部１５２は、ホルダー駆動部３１の動作を制御してホルダー３０をスタント４に沿って移動させることにより、カメラ２０とメスフラスコ２との相対的な位置関係を調整する。

【0031】

分注制御部１５３は、メスフラスコ２に液体３を注入する自動分注装置４０の動作を制御する。
表示制御部１５４は、カメラ２０により撮影された画像や、該画像に基づいて行われる定容判定などの所定の画面を表示部１２に表示させる。

【0032】

画像処理部１５５は、カメラ２０から出力された画像信号に対して画像処理を実行することにより画像を生成すると共に、該画像に対して画像認識処理などの所定の処理を実行する。詳細には、画像処理部１５５は、画像生成部１５５ａと、標線認識部１５５ｂと、液面認識部１５５ｃと、閾値取得部１５５ｄと、交点検出部１５５ｅとを含む。

【0033】

画像生成部１５５ａは、カメラ２０から順次入力される画像信号に対してデモザイキング、ホワイトバランス処理、ガンマ補正等の所定の画像処理を施すことにより、カメラ２０の視界に入るメスフラスコ２が写った画像を生成する。

【0034】

標線認識部１５５ｂは、画像生成部１５５ａにより生成された画像において、メスフラスコ２の標線２ａの領域を認識し、該領域の輪郭を抽出する。
液面認識部１５５ｃは、画像生成部１５５ａにより生成された画像において、メスフラスコ２に注入された液体３の液面３ａを認識すると共に、該液面３ａの輪郭を抽出し、液面３ａを示す曲線を取得する。

【0035】

閾値取得部１５５ｄは、画像において認識された液面３ａを示す曲線の近似式を取得し、該近似式と、画像における標線の領域の上端線と下端線との間隔とに基づいて、定容判定に用いられる閾値を算出する。
交点検出部１５５ｅは、画像において認識された標線２ａの領域と液面３ａを示す曲線との交点を検出する。

【0036】

液底判定部１５６は、画像において、液面３ａの底部が標線２ａの領域に隠れているか否かを判定する。

【0037】

定容判定部１５７は、画像に写った標線２ａの領域と液面３ａを示す曲線とが交差している状態に基づいて、液体３が定容されたか否かを判定する。本実施形態において、定容判定部１５７は、画像に写った標線２ａの領域の上端線と液面３ａを示す曲線との交点間の距離に基づいて定容判定を行う。

【0038】

＜液体の定容方法＞
図３は、本発明の第１の実施形態に係る定容システム１の動作を示すフローチャートである。以下においては、液面３ａが凹状のメニスカスとなる液体３をメスフラスコ２に注入するものとして説明する。

【0039】

まず、定容システム１は、カメラ２０に撮影を開始させる（ステップＳ１０）。それにより、カメラ２０から順次出力される画像信号に基づいて、情報処理装置１０において画像が生成される。

【0040】

図４は、カメラ２０から順次出力される画像信号に基づいて生成され、表示部１２に表示される画像を例示する模式図である。図１に示すメスフラスコ２及びカメラ２０は、図４に示すように、メスフラスコの像ｍ１０（標線近傍の首部の像）が画像Ｍ１の概ね中央に写るように、事前に位置合わせされている。以下においては、画像Ｍ１の水平方向をｘ軸（右向き正）、垂直方向をｙ軸（下向き正）とする。

【0041】

ここで、画像Ｍ１には、画像Ｍ１の垂直方向の中心座標（ｙ＝Ｃ₀）を中心とする帯状の領域（設定範囲ｍ１１）が設定されている。この設定範囲ｍ１１の上端の座標をｙ＝Ｃ_min、下端の座標をｙ＝Ｃ_maxとする。つまり、Ｃ_max－Ｃ₀＝Ｃ₀－Ｃ_minである。設定範囲ｍ１１の幅Δｙ₀（ｍｍ又はピクセル数）は、メスフラスコ２とカメラ２０との距離に応じて、画像Ｍ１における標線の領域ｍ１２の幅Δｙ_m（同上）よりも、若干（例えば数ｍｍ又は数ピクセル程度）大きくなるように、事前に設定されている。

【0042】

続いて、定容システム１は、メスフラスコ２の標線２ａとカメラ２０との位置合わせを行う（ステップＳ１１）。図５は、標線２ａとカメラ２０との位置合わせ処理を示すフローチャートである。図６は、標線２ａとカメラ２０との位置合わせ処理を説明するための模式図である。

【0043】

まず、標線認識部１５５ｂは、図６の（ａ）に示すように、色抽出の閾値に基づいて、画像Ｍ１における標線の領域ｍ１２を抽出する（ステップＳ１１１）。詳細には、標線認識部１５５ｂは、標線の色を表す画素値の範囲を事前に調整した閾値を、閾値記憶部１４２から取得し、この範囲内の画素値を有する画素の領域を画像Ｍ１から抽出する。なお、この画素抽出処理は、ＲＧＢ色空間において行っても良いし、ＲＧＢ色空間を他の色空間（例えば、ＨＳＩ色空間、ＨＳＶ色空間など）に変換した当該他の色空間において行っても良い。また、閾値は、メスフラスコ２の色（例えば無色透明又は褐色透明）及び標線２ａの色に基づいて設定することができる。

【0044】

続いて、標線認識部１５５ｂは、抽出された標線の領域ｍ１２の輪郭を抽出する（ステップＳ１１２）。これにより、抽出された標線の領域ｍ１２の上端のｙ座標Ｙ_min、下端のｙ座標Ｙ_max、及び、水平方向の長さｗ（ｍｍ又はピクセル数）が特定される。

【0045】

続いて、標線認識部１５５ｂは、標線の領域ｍ１２の水平方向の長さｗが、閾値ＬＥＮ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１３）。閾値ＬＥＮの長さ（ｍｍ又はピクセル数）は、メスフラスコ２の首部の径及びメスフラスコ２とカメラ２０との距離に応じて、画像において検出され得る標線の長さの例えば５０％というように、適宜設定することができる。このような判定を行うことにより、標線の誤検出を抑制することができる。

【0046】

抽出された標線の領域ｍ１２の水平方向の長さｗが閾値ＬＥＮ未満である場合（ステップＳ１１３：Ｎｏ）、色抽出の閾値を再調整し（ステップＳ１１４）、再調整された閾値を用いて再び標線の領域ｍ１２を抽出する（ステップＳ１１１）。これらのステップＳ１１１～Ｓ１１４は、水平方向の長さｗが閾値ＬＥＮ以上となる標線の領域が抽出されるまで繰り返される。色抽出の閾値の再調整は、情報処理装置１０が自動で行っても良いし、ユーザが情報処理装置１０を操作することにより手動で行っても良い。

【0047】

抽出された標線の領域ｍ１２の水平方向の長さｗが閾値ＬＥＮ以上である場合（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、続いて、ホルダー制御部１５２がホルダー駆動部３１を制御することにより、画像Ｍ１から抽出された標線の領域ｍ１２が設定範囲ｍ１１に入るように、カメラ２０の高さを調整する（ステップＳ１１５）。

【0048】

標線認識部１５５ｂは、標線の領域ｍ１２が設定範囲ｍ１１内に収まったか否かを判定する（ステップＳ１１６）。即ち、標線の領域ｍ１２の下端のｙ座標Ｙ_maxが設定範囲ｍ１１の下端のｙ座標Ｃ_max以下、且つ、標線の領域ｍ１２の上端のｙ座標Ｙ_minが設定範囲ｍ１１の上端のｙ座標Ｃ_min以上となったか否かを判定する。標線の領域ｍ１２が設定範囲ｍ１１内に収まっていない場合（ステップＳ１１６：Ｎｏ）、処理はステップＳ１１５に戻る。

【0049】

図６の（ｂ）に示すように、標線の領域ｍ１２が設定範囲ｍ１１内に収まった場合（ステップＳ１１６：Ｙｅｓ）、ホルダー制御部１５２はホルダー駆動部３１の動作を停止させ、カメラ２０の位置を確定させる（ステップＳ１１７）。これにより標線２ａがカメラ２０の光軸上に位置し、画像Ｍ１の中心に標線の領域ｍ１２が写った状態となる。

【0050】

続いて、表示制御部１５４は、標線を表す矩形状の枠線ｍ１５を画像Ｍ１に表示する（ステップＳ１１８）。枠線ｍ１５は、ステップＳ１１２において抽出された輪郭を矩形状に近似したものであっても良い。また、枠線ｍ１５の水平方向の長さは、標線の領域ｍ１２と一致させても良いし、後述する関心領域（ＲＯＩ）に収まるように短縮させても良い。このように枠線ｍ１５を表示することで、ユーザは、標線の認識が確定したことを確認することができる。その後、処理はメインルーチンに戻る。なお、標線２ａに対するカメラ２０の位置が確定して関心領域（ＲＯＩ）が設定された後は、枠線ｍ１５は非表示とされる。

【0051】

標線２ａとカメラ２０との位置合わせが完了すると（図３のステップＳ１１）、定容システム１は、定容判定に用いられる閾値を取得する（ステップＳ１２）。図７は、閾値の取得処理を示すフローチャートである。図８及び図９は、閾値の取得処理を説明するための模式図である。

【0052】

まず、メスフラスコ２に液体３を、液面３ａがカメラ２０の視界に入るまで注入する（ステップＳ１２１）。この際、液体３の量は、液面３ａの全体が画像Ｍ１に写っている状態（即ち、液面３ａの一部が標線２ａと重なっていない状態）となるように留めておく。なお、液体３は、ステップＳ１０の段階で予め注入しておいても良い。

【0053】

続いて、液面認識部１５５ｃは、画像Ｍ１における液面の領域ｍ１３を認識する（ステップＳ１２２）。詳細には、液面認識部１５５ｃは、液面の色を表す画素値の範囲を示す閾値を閾値記憶部１４２から取得し、この範囲内の画素値を有する画素の領域を画像Ｍ１から抽出する。なお、この色抽出処理は、ＲＧＢ色空間において行っても良いし、ＲＧＢ色空間を他の色空間（例えば、ＨＳＩ色空間、ＨＳＶ色空間など）に変換した当該他の色空間において行っても良い。また、閾値は、メスフラスコ２の色及び液体３の色に基づいて設定することができる。

【0054】

続いて、液面認識部１５５ｃは、液面の領域ｍ１３の輪郭を抽出し、液面Ｐを近似する２次曲線の式を取得する（ステップＳ１２３）。本実施形態において、この曲線は下に凸の曲線となる。詳細には、液面認識部１５５ｃは、まず、液面の領域ｍ１３の輪郭線ｍ１６，ｍ１７のうち下部の輪郭線ｍ１６上の複数の点ｐ１，ｐ２，…の座標を取得する。点ｐ１，ｐ２，…としては、輪郭線ｍ１６上から間欠的に抽出しても良いし、輪郭線ｍ１６上の全ての点を取得しても良い。そして、これらの点ｐ１，ｐ２，…の座標を用いて２次の回帰分析を行うことにより、近似式ｙ１（ｘ）＝ａｘ²＋ｂｘ＋ｃを求める。もちろん、近似式は２次式に限定されず、多項式など液面に適合する最適な近似式を用いてもよい。なお、図８において、液面として認識された領域ｍ１３の輪郭のうち、上部の輪郭線ｍ１７（概ね水平な輪郭部分）は、メスフラスコ２の内壁と液体３との境界線を表している。

【0055】

続いて、閾値取得部１５５ｄは、定容判定の基準位置を設定する（ステップＳ１２４）。ここで、定容判定の基準位置とは、液面の底部（曲面の最下点）が達した場合に液体が定容されたと判断される位置のことである。詳細には、閾値取得部１５５ｄは、図９に示すように、標線を表す枠線ｍ１５内の上端線と下端線との間の任意の位置（例えば、中心位置）に基準位置を設定する。

【0056】

続いて、閾値取得部１５５ｄは、近似式ｙ１（ｘ）が示す２次曲線の最小点が定容判定の基準位置と一致した場合に、標線の領域の上端線と２次曲線とが交差することになる２つの交点を求める（ステップＳ１２５）。詳細には、閾値取得部１５５ｄは、図９に示すように、定容判定の基準位置を基準（ｙ＝０）とした場合の枠線ｍ１５の上端線の相対座標ｙ＝Ｈを取得し、最小点に対する相対高さがＨの位置における２次曲線上の２つの点（ｘ１，Ｈ），（ｘ２，Ｈ）の座標を算出する。

【0057】

続いて、閾値取得部１５５ｄは、２つの点（ｘ１，Ｈ），（ｘ２，Ｈ）の交点間距離｜ｘ２－ｘ１｜を算出し、この距離を閾値Ｔｈとする（ステップＳ１２６）。その後、処理はメインルーチンに戻る。

【0058】

閾値が取得されると（図３のステップＳ１２）、定容システム１は、画像Ｍ１内の標線を含む領域に関心領域（ＲＯＩ）を設定する（ステップＳ１３）。図１０は、関心領域Ｒが設定された画像Ｍ１を示す模式図である。図１０に示すように、関心領域Ｒは、標線を表す枠線ｍ１５を含み、且つ、枠線ｍ１５の上下方向に十分な領域を確保できる範囲に設定される。

【0059】

続いて、定容システム１は、自動分注装置４０によりメスフラスコ２内に液体３を注入する（ステップＳ１４）。液体３は、予め設定された量（例えば１滴）だけ注入される。なお、定容システム１に自動分注装置４０が設けられていない場合には、液体３の注入を指示するメッセージ等を表示部１２に表示し、ピペット等によりユーザに手動で液体３を注入させるようにしても良い。

【0060】

続いて、定容システム１は、関心領域Ｒ内に写った液面の領域ｍ１３を認識する（ステップＳ１５）。詳細には、液面認識部１５５ｃが、液面の色を表す画素値の範囲を示す閾値に基づいて、この範囲内の画素値を有する画素の領域ｍ１３を関心領域Ｒから抽出する。

【0061】

続いて、定容システム１は、関心領域Ｒにおいて液面Ｐの底部が標線に隠れたか否かを判定する（ステップＳ１６）。詳細には、液底判定部１５６が、関心領域Ｒにおいて認識された液面の領域ｍ１３の輪郭線のうち下部の輪郭線が、標線に該当するＹ_min≦ｙ≦Ｙ_maxの領域と重なっているか否かを判定する。この判定には、以下に説明する第１又は第２の判定処理を適用することができる。

【0062】

図１１及び図１２は、液面Ｐの底部に対する第１の判定処理を説明するための模式図である。このうち、各図の（ａ）はカメラ２０により撮影された画像を示し、各図の（ｂ）は当該画像の関心領域Ｒから液面の領域ｍ１３が抽出された状態を示している。

【0063】

液底判定部１５６は、まず、液面の領域ｍ１３の輪郭線のうち下部の輪郭線上の複数の点の座標を取得する。例えば、図１１の（ａ）の場合には、図１１の（ｂ）に示すように、一番下の輪郭線ｍ２１上の点ｐ１１，ｐ１２，…の座標が取得される。そして、これらの点ｐ１１，ｐ１２，…の座標を用いて２次の回帰分析を行うことにより、近似式ｙ２（ｘ）＝ａ'ｘ²＋ｂ'ｘ＋ｃ'を求める。もちろん、近似式は２次式に限定されず、多項式など液面に適合する最適な近似式を用いてもよい。

【0064】

図１０に示すように、液面の領域ｍ１３全体が関心領域Ｒに現れている場合や、図１１の（ａ）に示すように、液面の領域ｍ１３の一部が標線の領域（Ｙ_min≦ｙ≦Ｙ_max）の下方に写っている場合、領域ｍ１３の下部の輪郭は全体として湾曲した状態となる。そのため、近似式ｙ２（ｘ）の２次係数ａ'及び１次係数ｂ'は、それぞれ、ステップＳ１２３において取得した近似式ｙ１（ｘ）の２次係数ａ及び１次係数ｂと概ね一致することになる。

【0065】

一方、図１２の（ａ）のように液面Ｐの底部が標線に隠れている場合、図１２の（ｂ）に示すように、液面の領域ｍ１３の下部の輪郭線ｍ２２は一部が直線状となる。そのため、輪郭線上の点ｐ１１'，ｐ１２'，…，ｐ１５'，…の座標に基づいて取得された近似式ｙ２（ｘ）の２次係数ａ'及び１次係数ｂ'は、それぞれ、近似式ｙ１（ｘ）の２次係数ａ及び１次係数ｂとは大きく異なることになる。

【0066】

従って、液底判定部１５６は、今回取得された近似式ｙ２（ｘ）の２次係数及び１次係数と、ステップＳ１２３において取得された近似式ｙ１（ｘ）の２次係数及び１次係数とを対比することにより、液面Ｐの底部が標線に隠れたか否かを判定することができる。具体的には、近似式ｙ１（ｘ）と近似式ｙ２（ｘ）との間で、１次係数同士の差分及び２次係数同士の差分がそれぞれ、所定の閾値よりも大きい場合に、液面Ｐの底部が標線に隠れたと判定することができる。

【0067】

図１３及び図１４は、液面Ｐの底部に対する第２の判定処理を説明するための模式図であり、図１１の（ａ）及び図１２の（ａ）に示す画像それぞれの関心領域Ｒから液面の領域ｍ１３が抽出された状態を示している。

【0068】

第２の判定処理において、液底判定部１５６は、関心領域Ｒ内における液面の領域ｍ１３の輪郭線の数をカウントし、輪郭線の数の変化に基づいて、液面Ｐの底部が標線に隠れているか否かを判定する。例えば、図１０の場合、領域ｍ１３の上部と下部の２本の輪郭線ｍ３１，ｍ３２が検出される。また、液面がやや上昇した図１１の（ａ）の場合には、図１３に示すように、３本の輪郭線ｍ３３，ｍ３４，ｍ３５が検出される。さらに液面が上昇した図１２の（ａ）の場合には、図１４に示すように、２本の輪郭線ｍ３６，ｍ３７が検出される。そこで、液底判定部１５６は、輪郭線の数が一旦増加し、その後減少に転じた際に、液面Ｐの底部が標線に隠れたものと判定する。或いは、図１１の（ａ）のように、液面の領域ｍ１３の一部が標線の領域ｍ１２に重なった状態から判定を開始することとし、輪郭線の数が２本になった際に、液面Ｐの底部が標線に隠れたものと判定しても良い。

【0069】

液面Ｐの底部がまだ標線に隠れていない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、処理はステップＳ１４に戻る。一方、液面Ｐの底部が標線に隠れた場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１７に移行する。

【0070】

続いて、定容システム１は、関心領域Ｒから抽出された液面の領域ｍ１３の輪郭に基づいて、液面Ｐを近似する２次曲線の式を取得する（ステップＳ１７）。図１５は、定容の判定処理を説明するための模式図である。このうち図１５の（ｂ）は、図１５の（ａ）に示す画像の関心領域Ｒから液面の領域ｍ１３が抽出された状態を示している。

【0071】

まず、定容判定部１５７は、液面の領域ｍ１３の輪郭線のうち下側の輪郭線ｍ４１上の複数点ｐ２１，ｐ２２，…の座標を取得する。点ｐ２１，ｐ２２，…としては、輪郭線ｍ４１上から間欠的に抽出しても良いし、輪郭線ｍ４１上の全ての点を取得しても良い。また、下側の輪郭線ｍ４１のうち直線部分（即ち、標線の領域ｍ１２との境界線）を除く部分から座標を取得することが好ましい。そのために、下側の輪郭線ｍ４１のうち、標線の上端のラインｙ＝Ｙ_minから所定距離（ピクセル数）以上離れた部分から座標を取得することとしても良い。或いは、下側の輪郭線ｍ４１の全てのｙ座標とラインｙ＝Ｙ_minとを比較し、この差が所定距離（ピクセル）以上ある座標を取得することとしても良い。そして、定容判定部１５７は、これらの点ｐ２１，ｐ２２，…の座標を用いて回帰分析を行うことにより、２次の近似式ｙ３（ｘ）＝αｘ²＋βｘ＋γを求める。

【0072】

或いは、定容判定部１５７は、ステップＳ１２３において取得された近似式ｙ１（ｘ）の２次係数ａ及び１次係数ｂを利用して近似式ｙ３（ｘ）を求めても良い。この場合、定容判定部１５７は、複数の点ｐ２１，ｐ２２，…の座標を、式ｙ（ｘ）＝ａｘ²＋ｂｘ＋ｃ（ｐ）に代入することにより、０次の係数ｃ（ｐ）を求め、これらの係数（ａ，ｂ，ｃ（ｐ））を、上記近似式ｙ３（ｘ）の係数（α，β，γ）として用いる。

【0073】

続いて、定容判定部１５７は、液面Ｐを近似する２次曲線と標線の上端線との交点を検出する（ステップＳ１８）。詳細には、上記近似式ｙ３（ｘ）＝αｘ²＋βｘ＋γにおいて、ｙ座標がＹ_minとなる２つのｘ座標Ｘ１，Ｘ２を算出する。

【0074】

或いは、定容判定部１５７は、液面Ｐの輪郭線ｍ４１上の微小区間（２点間）の傾きを算出し、傾きが０となる位置のｘ座標Ｘ１，Ｘ２を求めることより、交点を検出しても良い。この場合、近似式ｙ３は算出しなくても良い。

【0075】

続いて、定容判定部１５７は、２つの交点の交点間距離Ｄ＝｜Ｘ２－Ｘ１｜を算出し、この交点間距離Ｄが閾値Ｔｈよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１９）。

【0076】

交点間距離Ｄが閾値Ｔｈ以上である場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）、処理はステップＳ１４に戻る。一方、交点間距離Ｄが閾値Ｔｈよりも小さい場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、定容判定部１５７は、液体の定容が完了したと判断する（ステップＳ２０）。この際、表示制御部１５４は、定容が完了した旨を表示部１２に表示させても良い。これにより、定容システム１の動作は終了する。

【0077】

なお、ステップＳ１８において交点が１つしか検出されない場合（即ち、２次曲線と標線の上端線とが接している場合）には、定容判定部１５７はエラーと判断し、液体３の注入を中止することしても良い。この場合、表示制御部１５４は、エラー及び定容のやり直しを指示するメッセージ等を表示部１２に表示させても良い。

【0078】

以上説明したように、本実施形態によれば、液面を表す曲線と標線の上端線との交点の交点間距離に基づいて、液体が定容されたか否かを判定するので、液面の底部が標線に隠れている状態であっても、定容判定を確実に実行することができる。

【0079】

（変形例）
上記第１の実施形態においては、画像に写った液面を近似する２次曲線に基づいて、定容判定に用いられる閾値Ｔｈを算出した（ステップＳ１２参照）。しかしながら、液面の形状は、液体３の種類（粘性）、メスフラスコ２の首部の内径や表面状態等の条件により決定されるため、閾値Ｔｈを予め算出しておくことも可能である。この場合、各種条件に応じて決定された液面を近似する曲線を用いて、複数の閾値を予め算出し、閾値記憶部１４２に記憶させておき、図３のステップＳ１２においては、入力部１３から入力された各種条件に適合する閾値を閾値記憶部１４２から読み出すこととしても良い。

【0080】

（第２の実施形態）
図１６は、本発明の第２の実施形態に係る定容システムの動作を示すフローチャートである。図１７及び図１８は、本発明の第２の実施形態における定容の判定処理を説明するための模式図である。本実施形態においては、液面を表す曲線と標線の上端線及び下端線との交点の数に基づいて判定を行う。なお、本実施形態に係る定容システムの概略構成は、図１及び図２に示すものと概ね同様であるが、図２に示す閾値取得部１５５ｄ及び液底判定部１５６は省略しても良い。

【0081】

図１６に示すステップＳ３０，Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ３３，Ｓ３４の動作は、図３に示すＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５における動作と同様である。

【0082】

定容システム１は、関心領域Ｒ内に写った液面の領域ｍ１３が認識されると（ステップＳ３４）、続いて、液面を近似する２次曲線の式を取得する（ステップＳ３５）。詳細には、液面認識部１５５ｃが、液面の領域ｍ１３の輪郭線のうち下側の輪郭線を抽出し、該輪郭線上の複数点の座標を用いて２次の回帰分析を行うことにより近似式を求める。或いは、液面の領域ｍ１３がカメラの視野に入った段階で（例えば、図１７の（ａ）に示す状態）、液面を近似する２次曲線の式を取得しておき、この２次曲線の式の１次及び２次の係数を利用して、画像における現在の液面を近似する２次曲線の式を求めても良い（図３のステップＳ１７参照）。

【0083】

続いて、交点検出部１５５ｅは、液面を近似する２次曲線と標線の上端線及び下端線との交点を取得する（ステップＳ３６）。即ち、図１７及び図１８に示すように、２次曲線ｍ５０を表す近似式において、標線の上端のラインｙ＝Ｙ_min及び下端のラインｙ＝ｙ_maxにおけるｘ座標を算出する。関心領域Ｒにおいて、交点を一切取得できなかった場合（ステップＳ３７：Ｎｏ、図１７の（ａ）参照）、処理はステップＳ３３に戻る。一方、交点が取得できた場合（ステップＳ３７：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３８に移行する。

【0084】

続いて、定容判定部１５７は、２次曲線ｍ５０と標線の下端線との交点が存在するか否かを判定する（ステップＳ３８）。ここで、交点が存在するとは、交点が１点の場合（即ち、曲線と直線が接している場合）も含む。

【0085】

図１７の（ｂ）において、２次曲線ｍ５０は、ラインｙ＝Ｙ_maxと、点ｐ３１，ｐ３２の２点において交わっている。このように、２次曲線ｍ５０と標線の下端線との交点が存在する場合（ステップＳ３８：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３３に戻る。一方、図１８の（ａ）において、２次曲線ｍ５０は、ラインｙ＝Ｙ_maxとは交わっていない。このように、２次曲線ｍ５０と標線の下端線との交点が存在しない場合（ステップＳ３８：Ｎｏ）、処理はステップＳ３９に移行する。

【0086】

続いて、定容判定部１５７は、２次曲線ｍ５０と標線の上端線との交点が２つであるか否か判定する（ステップＳ３９）。例えば、図１８の（ａ）において、２次曲線ｍ５０は、ラインｙ＝Ｙ_minと点ｐ４１，ｐ４２の２点において交わっている。このように、２次曲線ｍ５０と標線の上端線との交点が２つである場合（ステップＳ３９：Ｙｅｓ）、定容判定部１５７は、液体の定容が完了したと判断する（ステップＳ４０）。一方、図１８の（ｂ）において、２次曲線ｍ５０は、ラインｙ＝Ｙ_minと、点ｐ４３の１点において交わっている。このように、２次曲線ｍ５０と標線の上端線との交点が２つでない場合（ステップＳ３９：Ｎｏ）、定容判定部１５７はエラーと判断する（ステップＳ４１）。

【0087】

以上説明した本発明は、上記第１及び第２の実施形態並びに変形例に限定されるものではなく、上記第１及び第２の実施形態並びに変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。また、上記第１及び第２の実施形態並びに変形例に示した全構成要素からいくつかの構成要素を除外して形成しても良いし、上記第１及び第２の実施形態並びに変形例に示した構成要素を適宜組み合わせて形成しても良い。

【符号の説明】

【0088】

１…定容システム、２…メスフラスコ、３…液体、３ａ…液面、４…スタンド、５…載置台、１０…情報処理装置、１１…外部インタフェース、１２…表示部、１３…入力部、１４…記憶部、１５…演算部、２０…カメラ、３０…ホルダー、３１…ホルダー駆動部、４０…自動分注装置、４１…ノズル、５０…照明装置、１４１…プログラム記憶部、１４２…閾値記憶部、１５１…撮影制御部、１５２…ホルダー制御部、１５３…分注制御部、１５４…表示制御部、１５５…画像処理部、１５５ａ…画像生成部、１５５ｂ…標線認識部、１５５ｃ…液面認識部、１５５ｄ…閾値取得部、１５５ｅ…交点検出部、１５６…液底判定部、１５７…定容判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】