特許 7445581 フロック評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-28

(45)【発行日】2024-03-07

(54)【発明の名称】フロック評価方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/06 20240101AFI20240229BHJP

   B01D 21/00 20060101ALI20240229BHJP

   G01N 15/0227 20240101ALI20240229BHJP

   G01N 15/075 20240101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

G01N15/06 E

B01D21/00 G

G01N15/0227 110

G01N15/075

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020190589

(22)【出願日】2020-11-17

(65)【公開番号】P2022079796

(43)【公開日】2022-05-27

【審査請求日】2023-06-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】110001298

【氏名又は名称】弁理士法人森本国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉崎 耕大

(72)【発明者】

【氏名】冨田 麻未

(72)【発明者】

【氏名】池田 俊一

【審査官】鴨志田 健太

(56)【参考文献】

【文献】特公平０６－０１４００６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開昭６１－２１７７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０９８３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８１３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２２３７１９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １５／０６

Ｇ０１Ｎ １５／０７５

Ｇ０１Ｎ １５／０２２７

Ｂ０１Ｄ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

間隙水中に浮遊するフロックを撮像してフロック画像を得るフロック撮像工程と、
フロック画像を異なる第１および第２の閾値でそれぞれ二値化処理して第１および第２の二値化フロック画像を得る二値化処理工程と、
第１の二値化フロック画像から所定領域におけるフロックの面積を求め、第２の二値化フロック画像から所定領域におけるフロックの個数を求める第１の評価工程と、
を備えることを特徴とするフロック評価方法。

【請求項2】

第１の評価工程で得られたフロックの面積とフロックの個数とに基づいて、フロック１個当たりの平均面積および平均粒径の少なくともいずれかを求める第２の評価工程を備えることを特徴とする請求項１記載のフロック評価方法。

【請求項3】

二値化する閾値を変化させてフロック画像を二値化処理することにより、複数の二値化フロック画像を作成し、
目視によって認識したフロック画像中のフロックの輪郭に最も良く合致する二値化フロック画像を、複数の二値化フロック画像の内から選んで、標準二値化フロック画像とし、
二値化処理工程において、標準二値化フロック画像を作成する際に用いた閾値を第１の閾値として、第１の二値化フロック画像を得ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフロック評価方法。

【請求項4】

二値化する閾値を変化させてフロック画像を二値化処理して得られた二値化フロック画像中のフロックの個数が最大となる閾値を第２の閾値として、第２の二値化フロック画像を得ることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のフロック評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば下水や廃水等の被処理水を処理する際、凝集剤を被処理水に注入してフロックを形成し、間隙水中に浮遊するフロックを撮像した画像に基づいて、フロックの面積や個数を求めるフロック評価方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種のフロック評価方法としては、例えば、間隙水中に浮遊するフロックを撮像してフロック画像を得た後、このフロック画像を所定の閾値で二値化処理して二値化フロック画像を得る。そして、この二値化フロック画像から所定領域におけるフロックの面積および個数を求めていた。

【0003】

上記所定の閾値は例えば以下のようにして求められる。すなわち、二値化する閾値を変化させて二値化フロック画像中のフロックの個数が最大となり且つフロックの平均面積が最大となる閾値を、上記所定の閾値としている。

【0004】

尚、上記のようなフロック評価方法は例えば下記特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特公平６－１４００６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら上記の従来形式では、１つの閾値（所定の閾値）を用いてフロック画像を二値化処理しているため、求められたフロックの面積および個数のいずれかの精度が低下する虞がある。

【0007】

本発明は、フロックの面積と個数とを共に精度良く求めることが可能なフロック評価方法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】

上記目的を達成するために、本第１発明におけるフロック評価方法は、間隙水中に浮遊するフロックを撮像してフロック画像を得るフロック撮像工程と、
フロック画像を異なる第１および第２の閾値でそれぞれ二値化処理して第１および第２の二値化フロック画像を得る二値化処理工程と、
第１の二値化フロック画像から所定領域におけるフロックの面積を求め、第２の二値化フロック画像から所定領域におけるフロックの個数を求める第１の評価工程と、
を備えるものである。

【0009】

これによると、フロックの面積を求めるのに最適な閾値を第１の閾値とし、フロックの個数を求めるのに最適な閾値を第２の閾値とすることにより、フロックの面積と個数とを共に精度良く求めることができる。

【0010】

本第２発明におけるフロック評価方法は、第１の評価工程で得られたフロックの面積とフロックの個数とに基づいて、フロック１個当たりの平均面積および平均粒径の少なくともいずれかを求める第２の評価工程を備えるものである。

【0011】

これによると、フロック１個当たりの平均面積および平均粒径を精度良く求めることができる。

【0012】

本第３発明におけるフロック評価方法は、二値化する閾値を変化させてフロック画像を二値化処理することにより、複数の二値化フロック画像を作成し、
目視によって認識したフロック画像中のフロックの輪郭に最も良く合致する二値化フロック画像を、複数の二値化フロック画像の内から選んで、標準二値化フロック画像とし、
二値化処理工程において、標準二値化フロック画像を作成する際に用いた閾値を第１の閾値として、第１の二値化フロック画像を得るものである。

【0013】

これによると、第１の閾値を、フロックの面積を求めるのに最適な閾値に設定することができる。

【0014】

本第４発明におけるフロック評価方法は、二値化する閾値を変化させてフロック画像を二値化処理して得られた二値化フロック画像中のフロックの個数が最大となる閾値を第２の閾値として、第２の二値化フロック画像を得るものである。

【0015】

これによると、第２の閾値を、フロックの個数を求めるのに最適な閾値に設定することができる。

【発明の効果】

【0016】

以上のように本発明によると、フロックの面積を求めるのに最適な閾値を第１の閾値とし、フロックの個数を求めるのに最適な閾値を第２の閾値とすることにより、フロックの面積と個数とを共に精度良く求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施の形態におけるフロックの撮像装置を備えた処理槽の図である。

【図2】同、撮像装置の断面図である。

【図3】同、撮像装置を用いたフロック評価方法の各工程を示す図である。

【図4】同、フロック評価方法のフロック撮像工程で得られるフロック画像の図である。

【図5】同、フロック評価方法の二値化処理工程で得られる第１の二値化フロック画像の図である。

【図6】同、フロック評価方法の二値化処理工程で得られる第２の二値化フロック画像の図である。

【図7】同、フロック評価方法において用いられる第１の閾値を求める際に使用されるサンプル用フロック画像の図である。

【図8】同、サンプル用フロック画像中のフロックの輪郭を描いた図である。

【図9】同、サンプル用フロック画像に基づいて作成されたフロック輪郭抽出画像の図である。

【図10】同、サンプル用フロック画像を二値化処理して得られるサンプル用二値化フロック画像の図である。

【図11】同、サンプル用フロック画像を二値化処理して得られるサンプル用二値化フロック画像の図である。

【図12】同、サンプル用フロック画像を二値化処理して得られるサンプル用二値化フロック画像の図である。

【図13】同、フロック評価方法において用いられる第２の閾値を求める際に使用されるサンプル用フロック画像を二値化処理して得られるサンプル用二値化フロック画像中のフロックの個数と二値化処理の閾値との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。

【0019】

図１，図２に示すように、１は、汚泥凝集処理システムにおいて、凝集剤が混合され攪拌された汚泥２（液体の一例）を貯留する処理槽である。汚泥２には、その間隙水３中に浮遊する多数のフロック４が存在している。

【0020】

１０は汚泥２中のフロック４を撮像するための撮像装置（浮遊物撮像装置）である。この撮像装置１０は、上端が閉口し下端が開口する円形の筒部材１１と、筒部材１１の上端部に設けられて筒部材１１内の液面１２を撮像可能なカメラ１３（撮像手段の一例）と、照明装置１４と、筒部材１１内に空気１５を供給する給気装置１６とを有している。

【0021】

筒部材１１は、金属製又は樹脂製の遮光体からなり、円筒状の周壁部２０と、周壁部２０の上端に設けられた天井部２１とを有している。また、周壁部２０の下部の周方向における一箇所には、内外に貫通する通気孔２２が形成されている。

【0022】

カメラ１３は、筒部材１１の天井部２１に取り付けられて、筒部材１１内の液面１２よりも上方に位置している。尚、カメラ１３にはケーブル２４を介して画像処理装置２３が接続されている。

【0023】

給気装置１６は、エアポンプ２５と、エアポンプ２５から筒部材１１内に送られる空気１５を除湿する除湿機２６とを有している。これらエアポンプ２５と除湿機２６とは給気管１７を介して筒部材１１に接続されている。

【0024】

上記のような撮像装置１０を用いたフロック評価方法を以下に説明する。

【0025】

図３に示すようにフロック評価方法は以下のようなフロック撮像工程３１と二値化処理工程３２と第１の評価工程３３と第２の評価工程３４とを備えている。

【0026】

●先ず、フロック撮像工程３１において、照明装置１４を点灯し、撮像装置１０のエアポンプ２５から筒部材１１内に連続的に空気１５を供給しながら、カメラ１３で筒部材１１内の液面１２を撮像することにより、図４に示すように、汚泥２の間隙水３中に浮遊する多数のフロック４が撮像されたフロック画像３８を得る。尚、フロック４の輝度レベルは低く黒色系であり、間隙水３の輝度レベルは高く白色系である。

【0027】

この際、図２に示すように、筒部材１１の下端部が汚泥２中に浸漬されているため、筒部材１１の周囲の液面２７が波打っていても、この波は筒部材１１に当って遮断される。これにより、筒部材１１内の液面１２は波立ちの少ない平穏な状態に保たれ、安定したフロック画像３８を得ることができる。

【0028】

尚、筒部材１１内に供給されている空気１５は通気孔２２を通って筒部材１１の外部へ排出される。この際、筒部材１１内の液面１２は通気孔２２の位置に保たれるので、カメラ１３から液面１２までの距離が一定になり、焦点の合った鮮明なフロック画像３８を得ることができる。

【0029】

●次に、二値化処理工程３２において、図５に示すように、フロック画像３８を第１の閾値４１で二値化処理して第１の二値化フロック画像４２を得るとともに、図６に示すように、フロック画像３８を第２の閾値４３で二値化処理して第２の二値化フロック画像４４を得る。尚、第１の閾値４１と第２の閾値４３とは異なった数値である。

【0030】

●次に、第１の評価工程３３において、図５に示した第１の二値化フロック画像４２から所定領域４６におけるフロック４の総面積Ｓを求め、図６に示した第２の二値化フロック画像４４から所定領域４６におけるフロック４の個数Ｎを求める。

【0031】

●その後、第２の評価工程３４において、第１の評価工程３３で得られたフロック４の総面積Ｓとフロック４の個数Ｎとに基づいて、フロック１個当たりの平均面積Ｓａおよび平均粒径Ｄａを以下の関係式（１）（２）によって求める。
平均面積Ｓａ＝総面積Ｓ／個数Ｎ ・・・（１）
平均粒径Ｄａ＝２×（総面積Ｓ／（π×個数Ｎ））^１／２ ・・・（２）
尚、上記のような各工程３１～３４における画像処理は画像処理装置２３において行われる。

【0032】

また、上記二値化処理工程３２において使用される第１の閾値４１はフロック４の総面積Ｓを求めるのに最適な数値に設定されており、第１の閾値４１を求める方法を以下に説明する。

【0033】

先ず、撮像装置１０を用いて汚泥２を撮像し、図７に示すように、サンプルとなるフロック画像５０（以下、サンプル用フロック画像５０と称する）を得る。そして、図８に示すように、作業者がサンプル用フロック画像５０中のフロック４の輪郭５を目視に基づいて描くことにより、図９に示すように、フロック４の輪郭５のみを抽出したフロック輪郭抽出画像５１を作成する。

【0034】

さらに、二値化する閾値を変化させて図７のサンプル用フロック画像５０を二値化処理することにより、図１０～図１２に示すように、複数枚（例えば３枚）のサンプル用二値化フロック画像５２～５４を作成する。これらサンプル用二値化フロック画像５２～５４の内から、図９に示したフロック輪郭抽出画像５１中に描かれたフロック４の輪郭５に最も良く合致するサンプル用二値化フロック画像５３を選び、このサンプル用二値化フロック画像５３（図１１参照）を標準二値化フロック画像５３とし、この標準二値化フロック画像５３を作成する際に用いた閾値を第１の閾値４１として用いる。

【0035】

尚、フロック輪郭抽出画像５１を作成することなく、サンプル用フロック画像５０と複数枚のサンプル用二値化フロック画像５２～５４とを直接目視で比較することにより、標準二値化フロック画像５３を選んでもよい。

【0036】

また、上記二値化処理工程３２において使用される第２の閾値４３はフロック４の個数Ｎを求めるのに最適な数値に設定されており、第２の閾値４３を求める方法を以下に説明する。

【0037】

二値化する閾値を変化させて図７のサンプル用フロック画像５０を二値化処理し、得られたサンプル用二値化フロック画像中のフロック４の個数Ｎが最大となる閾値を第２の閾値４３として用いる。

【0038】

これについては、上記先行技術文献で挙げた特公平６－１４００６号公報に記載されている閾値決定法と同じである。ここでは、フロック４の輝度レベルは低く黒色系であり、間隙水３の輝度レベルは高く白色系であるため、閾値を低く設定した場合、例えば図１３のグラフに示すように、閾値を１に設定した場合、サンプル用二値化フロック画像中の輝度レベル１以下の部分が黒色すなわちフロック４として認識され、輝度レベル１を超えた部分が白色すなわち間隙水３として認識される。このため、サンプル用二値化フロック画像中のほとんど全てが間隙水３として認識されてしまい、フロック４の個数Ｎは０個（又は０に近い少数個）になり、その結果、認識されるフロック４の個数Ｎが実際の個数よりも過小評価されてしまう。

【0039】

閾値を１から次第に高くしていくと、例えば、閾値を５０に設定した場合、サンプル用二値化フロック画像中の輝度レベル５０以下の部分が黒色すなわちフロック４として認識され、輝度レベル５０を超えた部分が白色すなわち間隙水３として認識される。このため、認識されるフロック４の個数Ｎが増加して実際の個数に次第に近付く。

【0040】

さらに閾値を高くしていくと、例えば、閾値を２５０に設定した場合、サンプル用二値化フロック画像中の輝度レベル２５０以下の部分が黒色すなわちフロック４として認識され、輝度レベル２５０を超えた部分が白色すなわち間隙水３として認識される。このため、サンプル用二値化フロック画像中の実際には複数個存在しているフロック４が纏まって合体した１個の大きなフロック４として認識されてしまい、その結果、フロック４の個数Ｎは減少し、実際の個数よりも過小評価されてしまう。

【0041】

上記のように、フロック４の個数Ｎは、閾値を高くしていくと増加するが、ある閾値を超えると減少し、フロック４の個数Ｎが最大となる閾値Ａが存在する。このように、サンプル用二値化フロック画像中のフロック４の個数Ｎが最大となる閾値Ａを第２の閾値４３として採用する。

【0042】

上記のようなフロック評価方法によると、フロック４の面積Ｓを求めるのに最適な閾値である第１の閾値４１と、フロック４の個数Ｎを求めるのに最適な閾値である第２の閾値４３との２つの閾値を用いることにより、フロック４の面積Ｓと個数Ｎとを共に精度良く求めることができる。

【0043】

また、第２の評価工程３４において、フロック１個当たりの平均面積Ｓａおよび平均粒径Ｄａを精度良く求めることができる。

【0044】

尚、図１３のグラフに記載された閾値の数値は一例であって、汚泥２の性状等によって異なる。

【符号の説明】

【0045】

３ 間隙水
４ フロック
５ フロックの輪郭
３１ フロック撮像工程
３２ 二値化処理工程
３３ 第１の評価工程
３４ 第２の評価工程
３８ フロック画像
４１ 第１の閾値
４２ 第１の二値化フロック画像
４３ 第２の閾値
４４ 第２の二値化フロック画像
４６ 所定領域
５１ フロック輪郭抽出画像
５２ サンプル用二値化フロック画像
５３ サンプル用二値化フロック画像，標準二値化フロック画像
５４ サンプル用二値化フロック画像
Ｓ フロックの総面積
Ｎ フロックの個数
Ｓａ 平均面積
Ｄａ 平均粒径

【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】