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JP2014135948A - 培地情報登録システム、コロニー検出装置、プログラム及び衛生管理システム - Google Patents

培地情報登録システム、コロニー検出装置、プログラム及び衛生管理システム Download PDF

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Rui Saito
累 齋藤
Hitoshi Kyotani
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Abstract

【課題】様々な状況下においてもコロニーを的確に特定してコロニー数の誤検出を防止し、培地情報を的確に登録することが可能な培地情報登録システム等を提供する。
【解決手段】培地情報登録システムSは、培養開始から所定の時間経過後に、フィルム型培地60が画像化された培地画像を構成するピクセルの特徴量と複数の閾値とに基づいて複数のコロニー候補を検出するとともに、当該検出した各コロニー候補のコロニーとしての尤もらしさを示す尤度に基づいて所定の条件を具備する2以上の異なるコロニー候補の組み合わせをコロニーの組み合わせとして特定し、特定したコロニーの組み合わせに属するコロニー候補の数をコロニー数として計数する構成を有している。
【選択図】図1

Description

本発明は、食品用の衛生管理システム等に関する。
近年、ファーストフードその他の外食産業の成長や手軽な加工食品の増加により、他人が調理した食品を食する機会が著しく増加している。その一方で、加工食材や加工食品等の食品に毒物又は微生物等の危険なものが混入すると、人体に直接影響を与えるため、加工食品を取り扱う場合には、原材料の安全性だけでなく、製造工程の衛生面を厳しく管理し、食品の生産加工の全般に渡る食品の安全性が求められている。
特に、各地で発生して問題となっている食中毒事件を発端に、食品の一層の安全性を図ることが命題となっており、食品衛生法を遵守するだけでなく、「HACCP(Hazard Analysis CriticalControl Point System」や「FSSC(Food Safety System Certification22000」を導入する企業も増加している。
このような加工食品に混入する微生物を検出するシステムとしては、フィルム型培地を用いるとともに、当該フィルム型培地において培養された検体を画像化し、画像化された培地の画像に対して画像処理を実行して検体に発生する菌の塊であるコロニーの検出及びそれを計数するものが知られている(例えば、特許文献1)。
特に、このようなシステムにおいては、衛生管理の指標の観点から、大きさや形状の異なるコロニーの数を的確に計数することが重要となっており、例えば、最近では、輝度などの培地の画像を構成する各画素の特徴量に対して、複数の閾値を用いることによって各コロニーの形状を含めて特定し、コロニーの数を検出するコロニー検出システムが知られている(例えば、特許文献2)。
特開2011−212013号公報 特開2012−75409号公報
しかしながら、特許文献2に記載のシステムにあっては、コロニー候補毎に、段階的な閾値によってそれぞれ特定される形状の連続的な変化に基づいて、コロニーか否かを判定しており、例えば、2つ以上のコロニーが重畳して形成された場合、コロニーの特徴量が明確に現れない場合、又は、複雑な形状を有するコロニーが発生した場合など、様々な特徴を有するコロニーを的確に特定して計数することが難しい。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、様々な状況下においてもコロニーを的確に特定することができるとともに、コロニー数の検出における正確性を向上させてコロニー数の誤検出を防止し、コロニー数を含めた培地に関する情報を的確に登録することが可能な培地情報登録システム等を提供することにある。
上述した課題を解決するため、本発明に係る培地情報登録システム等は、培地が撮像されて画像化された培地画像を有する培地画像データを取得する取得手段と、前記培地画像を構成する各ピクセルの色に関する特徴量を抽出する抽出手段と、複数の閾値を定め、当該閾値毎に、各ピクセルの色に関する特徴量に基づいて、コロニー候補を検出する検出手段と、前記検出されたコロニー候補毎に、コロニーらしさを示す尤度を算出する算出手段と、前記算出された各コロニー候補の尤度に基づいて、前記検出されたコロニー候補の中から、2以上の異なるコロニー候補を、前記コロニーの組み合わせとして、特定する特定手段と、前記特定されたコロニーの組み合わせに属するコロニー候補の数をコロニー数として計数する計数手段と、前記計数されたコロニー数を少なくとも含む前記培地に関する情報を培地情報としてデータベースに登録する登録手段と、を備え、前記検出手段が、前記閾値毎に、(1)各ピクセルの中から、前記色に関する特徴量について予め定められた条件を具備するピクセルを検出ピクセルとして検出し、(2)当該検出した各検出ピクセルに基づいて、各閾値における前記コロニー候補を検出し、前記算出手段が、前記検出されたコロニー候補毎に、(A)コロニー候補に属する検出ピクセルに基づいて、該当するコロニー候補の特性を決定し、(B)前記決定したコロニー候補の特性に基づいて、該当するコロニー候補の尤度を算出する構成を有している。
本発明に係る培地情報登録システム、培地検出装置、プログラム及び衛生管理システムは、様々な状況下においてもコロニーを的確に特定してその数を計数することができるので、コロニー数の検出における正確性を向上させてコロニー数の誤検出を防止すること、及び、その結果、コロニー数を含めた培地に関する情報を的確に登録することができる。
本発明に係る衛生管理システムの一実施形態の構成を示す構成図である。 一実施形態の衛生管理システムに用いるフィルム型培地の一例である。 一実施形態の衛生管理システムに用いる作業指示書の一例である。 一実施形態の衛生管理システムに用いる携帯用通信端末装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態の衛生管理システムに用いるサーバ装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態のサーバ装置において実行されるコロニー候補の検出を説明するための図(その1)である。 一本実施形態のサーバ装置において実行されるコロニー候補の検出を説明するための図(その2)である。 一実施形態のサーバ装置40において実行されるコロニー特定処理を説明するための図(その1)である。 一実施形態のサーバ装置40において実行されるコロニー特定処理を説明するための図(その2)である。 一実施形態のサーバ装置40において実行されるコロニー特定処理を説明するための図(その3)である。 一実施形態の携帯用通信端末装置における培地情報の登録処理の動作を示すフローチャートである 一実施形態のサーバ装置における培地情報の登録処理の動作を示すフローチャートである。 一実施形態のサーバ装置におけるコロニーの検出処理の動作を示すフローチャートである。 一実施形態における培地画像とコロニーの検出処理によって検出されたコロニーを培地画像に再画像化した画像とを比較した図(その1)である。 一実施形態における培地画像とコロニーの検出処理によって検出されたコロニーを培地画像に再画像化した画像とを比較した図(その2)である。
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、食品の製造ライン又は検査ライン(以下、「作業ライン」という。)におけるフィルム型培地を用いた衛生管理システムに対して、本発明に係る培地情報登録システム、プログラム、コロニー検出装置及び衛生管理システムを適用した場合の実施形態である。ただし、本発明は、その技術的思想を含む範囲内で以下の実施形態に限定されない。
[1]衛生管理システム
まず、図1を用いて本実施形態の衛生管理システムSについて説明する。なお、図1は、本実施形態の衛生管理システムSの構成を示す構成図である。
本実施形態の衛生管理システムSは、フィルム型の培地(すなわち、フィルム型培地)を用いるとともに、当該培地に関する情報(以下、「培地情報」という。)をデータ管理することによって、食品の製造上又は検査上の衛生状態を検査するためのシステムである。
また、本実施形態の衛生管理システムSは、加工中又は加工後の食品を製造する製造工程又は当該食品を検査する検査工程を有する作業ライン80において、製造中又は製造後の食品を検体として抽出し、フィルム型培地60で検体に発生している一般性菌又は大腸菌等の予め特定した菌を培養させた際の培養状況をデータ管理するシステムである。
そして、衛生管理システムSは、食品の衛生状態をデータ上で管理及び判定するために、食品の製造又は検査における作業に関する情報(以下、「作業情報」という。)と、当該抽出した検体に発生する菌(コロニー)を培養する前後において携帯用通信端末装置10によって取得されるフィルム型培地60の培地情報と、を対応付けてサーバ装置40(具体的には、データベース400)に登録することが可能な構成を有している。
特に、本実施形態の衛生管理システムSは、培養開始から所定の時間経過後に、
(1)フィルム型培地60が画像化された培地画像を構成するピクセルの特徴量と複数の閾値とに基づいて複数のコロニー候補を検出するとともに、
(2)当該検出した各コロニー候補のコロニーとしての尤もらしさを示す尤度に基づいて所定の条件を具備する2以上の異なるコロニー候補の組み合わせをコロニーの組み合わせとして特定し、
(3)特定したコロニーの組み合わせに属するコロニー候補の数をコロニー数として計数する、
構成を有している。
このような構成を実現するために、本実施形態の衛生管理システムSは、図1に示すように、各フィルム型培地60に関する培地情報を登録する際に用いる複数の携帯用通信端末装置10と、当該衛生管理システムSを管理する管理者端末装置20と、ネットワーク30と、データベース400を有し、かつ、携帯用通信端末装置10又は管理者端末装置20と連動し、培地情報の登録管理を含む各種の処理を実行するサーバ装置40と、を有している。
本実施形態の作業情報は、製造工程又は検査工程に係わる各種の情報の他に、検体として製造工程又は検査工程から抽出された食品及び当該検体に発生するコロニーの培養に関する情報を含み、作業毎に、固有の識別情報(以下、「作業ID」という。)を用いてデータベース400に登録されるようになっている。
具体的には、各作業情報には、
(1)作業IDと、
(2)検体を抽出すべき作業ライン80の識別情報(以下、「ラインID」という。)又は作業ライン80が複数の工程を有している場合には、ラインID及び工程の識別情報(以下、「工程ID」という。)71bと、
(3)検体としての食品の製品名、ロットの識別情報(以下、「ロットID」という。)及びロット名と、
(4)一般性菌又は大腸菌等の検体から検出する菌の種別(以下、「検査種別」という。)と、
(5)希釈倍率、希釈液の種別、培養温度、培養湿度及び培養時間等の検体の培養条件と、
(6)検体の培養開始時刻と、
(7)検体の培養開始から所定の時間経過後の時刻(以下、「培養検査時刻」ともいう。)と、
(8)インキュベータ番号及びインキュベータ内の段数等の検体の培養場所と、
(9)作業開始時刻及び終了時刻を示す作業日時と、
(10)作業者ID(社員ID)及び作業者名と、
が含まれる。そして、作業情報の各情報は、種別毎にかつ作業毎にデータベース400に登録されている。
携帯用通信端末装置10は、例えば、通信機能を有するデジタルカメラ、タブレット型情報端末装置、スマートフォン又は携帯用電話機等、静止画像等の撮像機能又は録画機能(以下、単に「カメラ機能」という。)を有し、かつ、作業者によって携帯可能な通信端末装置である。
特に、携帯用通信端末装置10は、カメラ機能によって、フィルム型培地60を画像化して画像データ(以下、「培地画像データ」という。)を生成するとともに、作業指示書70を画像化して指示書画像を生成することが可能な構成を有している。そして、携帯用通信端末装置10は、画像化された指示書画像のデータ(以下、「指示書画像データ」という。)及びフィルム型培地60の培地画像データから作業ID71及び培地ID66を取得し、当該取得した作業ID71及び培地ID66と、培地画像データと、当該培地画像データのメタデータと、を培地情報として、サーバ装置40のデータベース400に登録することが可能な構成を有している。
一方、携帯用通信端末装置10は、培地情報をサーバ装置40に送信する際には、BLUETOOTH(登録商標)、ワイヤレスLAN(WLAN:Wireless Local Area Network)又はワイヤレスPAN(WPAN:Wireless Personal Area Network)等の近距離無線用の通信規格を用いて直接若しくはアクセスポイント50を介してサーバ装置40に送信し、又は、図示しない移動基地局を介して公衆電話回線網を用いてサーバ装置40に送信する構成を有している。そして、携帯用通信端末装置10は、XML(eXtensible Markup Language)等のマークアップ言語によって構築されたブラウザ機能を有し、当該ブラウザ機能を用いて作業者の操作入力指示及び操作確認を実行するとともに、当該ブラウザ機能を介して培地情報をサーバ装置40に送信するようになっている。
管理者端末装置20は、例えば、タブレット型情報端末装置、スマートフォン、パーソナルコンピュータ又はワークステーション等の情報通信端末装置である。そして、管理者端末装置20は、管理者の識別情報(以下、「管理者ID」という。)と管理者のパスワード及び作業者の識別情報(以下、「作業者ID」という。)を管理し、サーバ装置40へのアクセス権限の管理、携帯用通信端末装置10の端末IDの管理、及び、登録された培地情報の修正その他の管理を行うことができる制御装置として機能する。
また、管理者端末装置20は、携帯用通信端末装置10と同様に、マークアップ言語によって構築されたブラウザ機能を有し、当該ブラウザ機能を用いてサーバ装置40とのデータの授受、報告書の閲覧等を実行することができる構成を有している。
なお、管理者端末装置20は、同一ロット内において、工程を実行する機械の故障その他によって各作業が中断した場合に、又は、作業者における培地情報の登録ミス等が発生した場合に、培地情報その他の情報を修正することができる構成を有している。
ネットワーク30は、例えば、携帯電話網を含む公衆電話回線網(以下、「長距離通信ネットワーク」という)、近距離無線ネットワーク等のIP(Internet Protocol)ネットワーク、又は、その双方が相互接続されて構成されている。ただし、当該ネットワーク30の構成は、これに限られない。
サーバ装置40は、携帯用通信端末装置10又は管理者端末装置20と連動し、ロット及び作業ライン80の衛生管理を行うための各データ処理を実行するために用いられるサーバ装置である。
特に、サーバ装置40は、携帯用通信端末装置10と連動し、データベース400に、培養開始前の各フィルム型培地60における培地情報の登録(以下、「初期登録」という。)、及び、培養開始後の登録(以下、「培養後登録」という。)を行うとともに、携帯用通信端末装置10から送信された培地情報を取得し、当該取得した培地情報に含まれる培地画像データによって形成される培地画像から、検体に発生して培養されたコロニーを検出し、その数を計数する構成を有している。
基本的には、サーバ装置40は、コロニーの検出及びその数の計数を実行するために、
(1)フィルム型培地60が撮像されて画像化された培地画像を有する培地画像データを(携帯用通信端末装置10から)取得し、
(2)輝度値等の培地画像を構成する各ピクセルの色に関する特徴量を抽出し、
(3)複数の閾値を定め、当該閾値毎に、各ピクセルの色に関する特徴量に基づいて、コロニー候補を検出し、
(4)検出したコロニー候補毎に、コロニーらしさを示す尤度を算出し、
(5)算出した各コロニー候補の尤度に基づいて、所定の条件を具備する2以上の異なるコロニー候補をコロニーの組み合わせとして特定し、
(6)特定したコロニーの組み合わせに属するコロニー候補の数をコロニー数として計数し、
(7)計数したコロニーの数を少なくとも含む培地に関する情報を培地情報としてデータベース400に登録する、
構成を有している。
そして、サーバ装置40は、(3)の処理については、閾値毎に、
(3A)各ピクセルの中から、色に関する特徴量について予め定められた条件を具備するピクセルを検出ピクセルとして検出し、
(3B)当該検出した各検出ピクセルに基づいて、各閾値における前記コロニー候補を検出する構成を有している。
また、サーバ装置40は、(4)の処理については、検出したコロニー候補毎に、
(4A)コロニー候補に属する検出ピクセルに基づいて、該当するコロニー候補の特性を決定し、
(4B)決定したコロニー候補の特性に基づいて、該当するコロニー候補の尤度を算出する構成を有している。
具体的には、サーバ装置40は、(4)の処理については、検出したコロニー候補の特性として、検出した各コロニー候補に属する検出ピクセル(すなわち、各コロニー候補を画像化する際に当該画像を構成する各ピクセル)の色に関する特徴量又は各ピクセルの培地画像上の配列位置の少なくともいずれか一方に基づいて、各コロニー候補の尤度を算出するようになっている。
また、サーバ装置40は、(5)の処理については、
(5A)所定の条件に基づいて、2以上の異なるコロニー候補の組み合わせであって、コロニーの組み合わせとして成立可能な組み合わせを検出し、
(5B)尤度に基づいて、当該検出したコロニーの組み合わせとして成立可能な組み合わせの中からコロニーの組み合わせを特定する。
各処理を実行するようになっている。
具体的には、サーバ装置40は、(5)の処理については、成立可能な組み合わせ毎に、該当する組み合わせに属するコロニー候補の尤度を変数とした評価関数を算出し、当該算出した評価関数に基づいてコロニーの組み合わせを特定する構成を有している。
なお、上記の所定の条件には、コロニー候補の組み合わせに含まれるコロニー候補が、同一の組み合わせに含まれる他のコロニー候補と、フィルム型培地60上の非同一領域に形成されていることを含む。
また、本実施形態においては、データベース400に登録される培地情報には、コロニー数とともに、コロニー毎に、特定したコロニーを画像化する際に当該画像を構成する各ピクセルの色に関する特徴量、当該各ピクセルの培地上の座標位置、及び、当該各ピクセルの数の少なくともいずれかが含まれる。
このような構成により、本実施形態の衛生管理システムSにおいては、RGBの階調値、輝度又は彩度などの各ピクセルの色に関する特徴量(以下、「色情報」ともいう。)に対して複数の閾値を用いてコロニー候補を検出し、当該検出した各コロニー候補のコロニーとしての尤もらしさを示す尤度に基づいて、コロニーを特定することができるとともに、その数を計数することができるようになっている。
したがって、本実施形態の衛生管理システムSにおいては、形状又は培養状態によって色情報が異なる種々の状態のコロニーを含めフィルム型培地60に発生し、培養されたコロニーを的確に特定することができるので、コロニー数の検出における正確性を向上させてコロニー数の誤検出を防止すること、及び、その結果、コロニー数を含めた培地に関する情報を的確に登録することができるようになっている。
また、通常、色の特徴量に対して複数の閾値を用いてそれぞれコロニー候補として検出する場合には、実際には一のコロニーを複数のコロニー候補として検出する場合も想定される。そこで、本実施形態の衛生管理システムSにおいては、条件判定を実行してコロニーの組み合わせとして成立可能な組み合わせを検出し、当該成立可能な組み合わせの中から、各コロニー候補におけるコロニーらしさを示す尤度に基づいて、コロニーの組み合わせを特定することによって、形状又は培養状態によって色情報が異なる種々の状態のコロニーを的確に特定しつつ、フィルム型培地60上において重畳している複数のコロニー候補を排除することができるようになっている。
特に、本実施形態の衛生管理システムSにおいては、コロニーの組み合わせとして特定する際に、生成したコロニー候補の各組み合わせにおける各組み合わせに属するコロニー候補の尤度を変数とした評価関数を、当該組み合わせ毎に、算出し、当該算出した評価関数に基づいてコロニーの組み合わせを特定するので、簡易な演算手法によって的確にコロニーの組み合わせを特定することができる。
なお、本実施形態の衛生管理システムSにおいては、紙媒体などの物理的な資源を利用して種々のデータ解析及びその提供を行う場合に比べて省資源化をも図ることができるとともに、培地に関する培地情報をデータベースに登録させることによって登録ミスが著しく減少し、難しい培地の管理を容易にすることができるので、無駄に培地を消費すること無く省資源化を図ることができるようになっている。
[2]フィルム型培地
次に、図2を用いて本実施形態のフィルム型培地60について説明する。なお、図2は、本実施形態に用いるフィルム型培地60の一例である。
本実施形態に用いるフィルム型培地60は、フィルム又はシ−ト状の乾燥培地によって作業ライン80の各工程から検出した検体としての食品に発生した菌を培養するための培地である。例えば、フィルム型培地60は、一般生菌用、大腸菌群用及び黄色ブドウ球菌用を培養する培地として用いられる。なお、カビや酵母、リステリア菌、水質用微生物、乳酸菌、タンパク質等の各種の菌、物質又は微生物を培養する培地として用いてもよい。
また、フィルム型培地60は、例えば、図2に示すように、フィルムによって形成される基材シート61と、基材シート61の中心を基準に当該基材シート61上に形成される円形の枠(以下、「円形枠」という。)62と、当該枠内に設けられる菌を培養する培養層63と、当該培養層63を被覆するカバーシート64と、基材シート61の左側に形成された培地ID66と、を有している。
例えば、培地ID66は、2次元バーコード等のバーコード又は英数字で形成されており、フィルム型培地60の撮像時に一緒に画像化され、バーコード認識機能又はOCR(Optical Character Recognition)機能などの画像解析機能を用いて、携帯用通信端末装置10又はサーバ装置40において取得される。
基材シート61は、フィルム状又はシート状の基材であれば特に限定されず、例えば、プラスチックフィルムや紙等を用いることができる。プラスチックフィルムの例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート等の樹脂フィルムを好ましく挙げることができる。ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン系の合成紙等が好ましく挙げることができる。なお、ポリプロピレン系合成紙は、ポリプロピレンを主原料とするフィルム合成紙である。
なお、フィルム型培地60は、培地ID66を記憶させたICタグを有し、携帯用通信端末装置10が有する近距離無線通信インターフェース140(例えば、ICタグリーダ)によって当該携帯用通信端末装置10に培地ID66を取得させてもよい。
[3]作業指示書
次に、図3を用いて本実施形態の作業指示書70について説明する。なお、図3は、本実施形態に用いる作業指示書70の一例である。
本実施形態の作業指示書70は、同一条件によって製造又は検査された食品群毎、すなわち、ロット毎に、一以上の製造工程又は検査工程の作業名称及びその内容と、使用する作業ライン80と、製造又は検査される食品(加工食品)名称、数量その他の情報と、が記載された指示書である。
また、本実施形態の作業指示書70は、左上に印刷その他の方法によって形成された指示書ID71aと、所定の領域に印刷その他の方法によって形成された複数の工程ID71bと、を有している。指示書ID71a及び各工程ID71bは、作業ID71として用いられ、例えば、2次元バーコード等のバーコード又は英数字で形成されている。そして、指示書ID71a及び各工程ID71bは、フィルム型培地60の登録が実行される際に当該フィルム型培地60と同様に画像化され、携帯用通信端末装置10又はサーバ装置40において解析することによって認識される。
なお、作業指示書70は、フィルム型培地60と同様に、指示書ID71a又は工程ID71bの作業ID71を記憶させたICタグを有し、タグリーダなどの携帯用通信端末装置10が有するインターフェース(近距離無線通信インターフェース140)によって当該携帯用通信端末装置10に作業ID71を取得させてもよい。また、以下の説明においては、特別に言及しない場合には、作業ID71とは、指示書ID71a又は工程ID71bを示す。
[4]携帯用通信端末装置
次に、図4を用いて本実施形態の携帯用通信端末装置10の構成について説明する。なお、図4は、本実施形態の携帯用通信端末装置10の構成を示すブロック図である。
本実施形態の携帯用通信端末装置10は、各種のプログラムが実行される際に用いられるメモリ機能を有するデータ記憶部100と、撮像機能を有し、フィルム型培地60の画像データその他の画像データを生成する画像データ生成部110と、サーバ装置40と連動して培地情報をサーバ装置40に初期登録及び培養直後を含む培養後登録する処理(以下、「培地情報登録処理」という。)その他の処理を実行するアプリケーション制御部120と、を備えている。
また、携帯用通信端末装置10は、サーバ装置40及び他の通信装置と通信を行うネットワーク通信部130と、ICタグその他の通信用のインターフェースとデータの授受を行う近距離無線通信インターフェース140と、現在位置を検出する現在位置検出部150と、表示部160と、表示部160を制御する表示制御部161と、ユーザの操作を入力するための操作部170と、タイマー180と、装置全体を制御する携帯端末管理制御部190と、を有している。
そして、携帯用通信端末装置10は、例えば、電話機能及び電子メール等のメール機能を有する場合には、マイク、スピーカ及び電子メールの送受信機能等の種々の必要な部材を有している。さらに、上述の各部は、バス11によって互いに接続され、データの授受が実行される。
データ記憶部100は、各種のアプリケーションプログラムが記憶されるアプリケーション記憶部101と、画像データ生成部110によって撮像されて生成された画像データが記憶される画像データ記憶部102と、携帯用通信端末装置10の管理及び制御に関するプログラム、並びに、各プログラムの実行中にワークエリアとして用いられるとともに、携帯用通信端末装置10で実行される各処理において用いられるデータが記憶されるROM/RAM103と、を有している。
特に、アプリケーション記憶部101には、画像データ生成部110、操作部170、表示制御部161及び画像データ記憶部102と連動しつつ、アプリケーション制御部120によって実行されるアプリケーションプログラム(以下、「アプリ」という。)が記録されている。また、アプリケーション記憶部101には、上述のブラウジング機能を実現するためのブラウザ用のプログラムも記録されている。
画像データ記憶部102には、撮像した培地画像データ及び指示書画像データと、各画像データを管理するための画像IDと、撮像時刻等の各画像データに対応する各種のメタデータと、作業ID71と、培地ID66と、各種のフラグ情報と、が対応付けられて記憶される。なお、画像IDとは、各携帯用通信端末装置10において適宜付与される任意の識別情報である。
画像データ生成部110は、光学システムと、当該光学システムから入力された光学画像を電気信号に変換するCCDIセンサ(Charge Coupled Device Image Sensor)と、CCDIセンサにおいて生成された電気信号に基づいて画像データを生成する生成部と、を有する。
特に、画像データ生成部110は、作業指示書70を撮像した際に、当該撮像された作業指示書70を画像化し、指示書画像データを生成する。また、画像データ生成部110は、検体に発生した菌が培養される、又は、培養されたフィルム型培地60を撮像した際に、当該撮像されたフィルム型培地60を画像化し、当該フィルム型培地60の培地画像データを培地画像データとして生成する。
アプリケーション制御部120は、所定のアプリによって培地情報登録処理を実現する。特に、アプリケーション制御部120は、アプリケーション記憶部101に記憶された培地登録アプリによって携帯用通信端末装置10の各部を制御するための各種制御プログラムを実行しつつ、ネットワーク通信部130、表示制御部161及び操作部170と連動して、又は、制御して各種の処理を実行する。
具体的には、アプリケーション制御部120は、アプリケーション記憶部101に記録された培地登録アプリを実行し、画像データ生成部110を制御して撮像されたフィルム型培地60の培地画像データを取得して画像データ記憶部102に記憶する。
そして、アプリケーション制御部120は、画像化された培地画像データから培地ID66を取得し、当該取得した培地ID66とともに、培地画像データと当該培地画像データのメタデータと各種のフラグ情報を画像データ記憶部102に記憶する。なお、アプリケーション制御部120は、通信回線を介して他の通信装置又はデータベース400と連動してバーコード認識又はOCR認識を実行してもよい。
また、アプリケーション制御部120は、培地画像データの撮像後、又は、所定のタイミングによって、検体の培養開始時に培地情報をサーバ装置40に登録する初期登録及び当該検体の培養開始後に培地情報を登録する培養後登録を実行する。特に、アプリケーション制御部120は、作業者の指示に基づいて、初期登録か又は培養後登録かを特定し、いずれかの登録かを示す情報(フラグ情報)を培地情報に含めてサーバ装置40に送信する。
また、アプリケーション制御部120は、フィルム型培地60を撮像した際に、タイマー180から現在時刻を取得し、当該現在時刻を撮像時刻として所定の画像IDとともに培地画像データのメタデータとして画像データ記憶部102に記憶し、サーバ装置40に培地画像データを送信する際に一緒に送信する。
なお、アプリケーション制御部120は、培地ID66と、指示書ID71a及び工程ID71bである作業ID71と、がICタグに記憶されている場合には、操作部170及び表示制御部161及び近距離無線通信インターフェース140と連動して培地ID66及び作業ID71を取得する。
また、アプリケーション制御部120は、サーバ装置40によって培地ID66及び作業ID71を培地画像データ及び指示書画像データから認識する場合には、培地情報として培地画像データの他に指示書画像データを送信する。
さらに、アプリケーション制御部120は、実装上、携帯端末管理制御部190を構成するCPU(中央処理装置)が、アプリを実行した際の機能として実現されるものであってもよい。
ネットワーク通信部130は、アプリケーション制御部120及び携帯端末管理制御部190の制御の下、ネットワーク30に接続されるサーバ装置40との通信回線を構築し、培地画像データ等の種々のデータの授受を行う。
近距離無線通信インターフェース140は、アプリケーション制御部120及び携帯端末管理制御部190の制御の下、ICタグを用いた近距離無線通信を行う。
現在位置検出部150は、アプリケーション制御部120又は携帯端末管理制御部190の制御の下、ネットワーク30を介してGPS(Global Positioning System)衛星の位置を認識しつつ、当該GPS衛星から送信された衛星信号(GPS信号)を検出する。
そして、現在位置検出部150は、当該検出されたGPS信号に基づいて携帯用通信端末装置10の現在位置の緯度及び経度によって示される座標値を算出(すなわち、検出)する。また、この現在位置検出部150は、この算出された座標値を位置情報としてアプリケーション制御部120に提供する。
なお、携帯用通信端末装置10が、電話機能や近距離無線機能を有している場合には、電話や近距離無線に用いる電波を電話基地局等において受信した方角と電波強度に基づいて当該携帯用通信端末装置10の現在位置を算出(検出)してもよい。
表示部160は、所定のサイズ(例えば、5インチ、W480×H960ピクセル)の画像表示領域を有し、液晶素子又はEL(Electro Luminescence)素子のパネルによって構成され、表示制御部161において生成された表示データに基づいて所定の画像を表示するようになっている。特に、本実施形態では、表示部160は、培地登録アプリが実行されている際に、操作部170と連動しつつ、各種の表示及び撮像されて画像化された作業指示書70とフィルム型培地60との画像を表示する。
表示制御部161は、アプリケーション制御部120又は携帯端末管理制御部190の制御の下、表示部160に所定の画像を描画させるために必要な描画データを生成し、生成した描画データを当該表示部160に出力するようになっている。
操作部170は、各種の確認ボタン、各操作指令を入力する操作ボタン、テンキー等の多数のキー及び表示部160上に設けられたタッチセンサにより構成され、各操作を行う際に用いられるようになっている。具体的には、操作部170は、培地登録アプリの起動時に上述の各種の処理を実行するための操作を行う際に用いられるようになっている。
なお、本実施形態においては、操作部170は、培地ID66を直接手入力する際に用いることも可能である。
タイマー180は、画像データ生成部110がフィルム型培地を撮像するときの日付及び時刻をアプリケーション制御部120に提供する。
携帯端末管理制御部190は、主に中央演算処理装置(CPU)によって構成されるとともに、キー入力ポート、表示制御ポート等の各種入出力ポートを含み、携帯用通信端末装置10の全般的な機能及び情報提供プログラムを実行するための全般的な機能を総括的に制御するようになっている。
[5]サーバ装置
[5.1]サーバ装置の構成
次に、図5を用いて本実施形態のサーバ装置40の構成について説明する。なお、図5は、本実施形態のサーバ装置40の構成を示す構成図である。
本実施形態のサーバ装置40は、図5に示すように、作業情報及び培地情報等の各種の情報が記憶されるデータベース400と、携帯用通信端末装置10及び管理者端末装置20と通信を行う通信制御部410と、培地情報登録処理等の各種の処理を実行するデータ処理部420と、サーバ装置40の各部を制御するサーバ管理制御部430と、各部の制御に用いるROM/RAM440と、時刻管理を行うために用いるタイマー450と、を有する。なお、上述の各部は、バス41によって相互に接続され、各構成要素間におけるデータの転送が実行される。
通信制御部410は、所定のネットワークインターフェースであり、携帯用通信端末装置10又は管理者端末装置20と通信回線を構築し、携帯用通信端末装置10又は管理者端末装置20と種々のデータの授受を行う。
データベース400は、HDD又はSSDにより構成され、培地情報データベース(以下、「培地情報DB」と略す。)401、ライン情報データベース(以下、「ライン情報DB」と略す。)402及びロット情報データベース(以下、「ロット情報DB」と略す。)403及び作業管理データベース(以下、「作業管理DB」と略す。)404を有する。なお、例えば、本実施形態の各DBは、本発明に係るデータベースを構成する。
培地情報DB401は、各作業ライン80の工程毎に抽出された検体のフィルム型培地60に関する培地情報が作業ID71及び培地ID66毎に格納されるデータベースである。例えば、培地情報DB401には、
(1)培地ID
(2)撮像された培地画像データ
(3)撮像時刻
(4)フラグ情報を含むその他の情報
(5)各コロニー候補の色に関する特徴量を含むコロニー候補の特定情報
(6)コロニー候補を画像化するために用いる検出ピクセルの特徴量及びフィルム型培地60の座標位置等を含む各コロニー候補の情報(以下、「コロニー候補情報」という。)
(7)コロニーとなる各コロニー候補のID(ラベリングされた際のID)及びコロニー数
(8)培地判定結果
(9)作業ID
の9つデータが対応付けて記録される。
なお、抽出すべき検体が、同一のロットにおいて、常に同一の作業ライン80の同一の工程から抽出する場合には、作業IDは、ロットIDであればよく、抽出すべき検体が、同一のロットであっても異なる作業ライン80又は異なる工程から抽出する場合には、ラインID又は工程ID71bとなる。
また、各培地情報におけるコロニー数及び培地判定の結果は、培地情報が登録される際に登録されてもよいし、当該培地情報の登録タイミングと異なる所定のタイミングで登録されてもよい。
さらに、同一のフィルム型培地60の培地情報の撮像時刻が複数登録される場合には(すなわち、後述の培養検査時刻が複数の場合には)、同一の培地ID66において、培養検査時刻毎に培地画像、撮像時刻、コロニー数、培地判定の各培地情報が記憶される。
ライン情報DB402は、各作業ライン80に関するライン情報がラインID毎に格納されるデータベースである。例えば、ライン情報DB402には、
(1)ラインID
(2)作業ライン80が有する工程の工程ID71b及びその種別
の2つデータが対応付けて記録される。工程種別としては、材料投入、調合、充填、ボイル、包装、及び、梱包等の各工程を特定する名称が用いられる。
ロット情報DB403は、各ロットに関するロット情報がロットID毎に格納されるデータベースである。例えば、ロット情報DB403には、
(1)ロットID(指示書ID71a)
(2)ロットの製造又は検査に用いる作業ラインのラインID
(3)ロットの作業開始時刻
(4)ロットの作業終了時刻
(5)ロットの作業を実行する作業者の作業班
の5つデータが対応付けて記録される。
作業管理DB404は、作業内容に関する各種の情報が格納されるデータベースである。例えば、作業管理DB404には、
(1)作業ID
(2)検体を抽出すべき作業ラインのラインID(又はラインID及び工程ID71b)
(3)検体(食品)の種別(製品名、ロットID及び/又はロット名)
(4)検査種別(一般性菌又は大腸菌など検出する菌種)
(5)培養条件(希釈倍率、希釈液の種別、培養温度、培養湿度及び培養時間)
(6)培養開始時刻
(7)培養開始から所定の時間経過後の時刻(以下、「培養検査時刻」ともいう。)
(8)培養場所(例えば、インキュベータ番号及びインキュベータ内の段数等の位置)
(9)作業日時(作業開始時刻及び終了時刻)
(10)作業者ID(及び/又は作業者名)
の10つデータが対応付けて記録される。
なお、培養検査時刻には、単一の時刻(すなわち、検体の培養を終了させる終了時刻)だけが設定されてもよいし、培養開始時刻から法定された又は所定の時間経過後、例えば、培養開始時刻から24時間経過後、48時間経過後又は72時間経過後等の複数の時刻が設定されてもよい。
データ処理部420は、ROM/RAM440に記録されているアプリケーションに応じて各種データ処理を実行する。特に、データ処理部420は、所定のプログラムを実行することによって、
(1)通信制御部410の動作管理と、
(2)各携帯用通信端末装置10と連動して実行する培地登録処理と、
(3)培地画像を構成する各ピクセルの特徴量に基づくコロニーの検出及びその数の計数とコロニー数に基づく検体の合否判定の各処理と、
(4)登録した培地情報に基づいてロットの判定を行うロット判定処理と、
(5)判定結果を報告書形式で出力する報告処理と、
(6)データベース400の管理及び制御と、
を行う。具体的には、データ処理部420は、登録処理部421、コロニー検出判定部423、ロット判定処理部424及び報告処理部425を含む。
なお、例えば、本実施形態の登録処理部421は、本発明に係る取得手段及び登録手段を構成し、本実施形態のコロニー検出判定部423は、本発明の抽出手段、検出手段(第1検出手段及び第2検出手段)、特定手段及び計数手段を構成する。さらに、本実施形態の登録処理部421、コロニー検出判定部423、ロット判定処理部424及び報告処理部425の詳細については後述する。
サーバ管理制御部430は、主に中央演算処理装置(CPU)によって構成され、プログラムを実行することによって、サーバ装置40の各部を統合制御する。具体的には、サーバ管理制御部430は、ユーザの操作による携帯用通信端末装置10からのログイン要求に基づいて各ユーザのログイン処理、及び、その他の各種の制御を行う。
ROM/RAM440には、サーバ装置40の駆動に必要な各種のプログラムが記録されている。特に、ROM/RAM440には、各フィルム型培地60の培地判定(合否判定)、工程判定、ライン判定及びロット判定の各判定を実行する際に用いる判定基準の情報(以下、「培地判定基準情報」ともいう。)等のそれぞれの各情報が記憶される。また、ROM/RAM440は、各プログラムの実行中にワークエリアとして用いられる。
タイマー450は、培地情報の登録処理及びロット判定処理を実行する際に必要な時刻を管理するために用いられる。
[5.2]登録処理部
次に、本実施形態のサーバ装置40における登録処理部421の詳細について説明する。
本実施形態の登録処理部421は、携帯用通信端末装置10と連動し、作業ID71に対応付けつつ、各培地情報を培地情報DB401に登録する培地情報登録処理を実行する。特に、登録処理部421は、培地情報に含まれる、初期登録か又は培養後登録かを示すフラグ情報に基づいて、異なる培地情報登録処理を実行する。
(初期登録)
登録処理部421は、初期登録を示すフラグ情報が携帯用通信端末装置10から送信された培地情報に含まれている場合には、初期登録に基づく培地情報登録処理を実行する。
具体的には、登録処理部421は、通信制御部410介して培地情報を取得すると、培地情報に含まれる培地ID66及び作業ID71を特定する。また、登録処理部421は、特定した作業ID71に基づいて、作業管理DB404を検索し、該当する作業情報を特定しつつ、当該特定した作業情報に対応付けて、取得した培地画像データ及び撮像時刻を培地情報DB401に登録する。
特に、登録処理部421は、取得した作業ID71に基づいて検体を抽出した作業ライン80が含まれるロットID、当該作業ライン80のラインID、当該検体を抽出した工程ID71bを特定するとともに、当該特定したロットID、ラインID及び工程ID71bに対応付けて、培地情報に含まれる培地画像データ及び撮像時刻を培地情報DB401に登録する。
そして、登録処理部421は、撮像時刻を培養開始時刻として培地情報DB401に登録する。なお、培養開始時刻は、当該時刻に培地情報の登録処理を実行することを前提に撮像時刻に代えて予め設定された時刻を用いてもよい。
(培養後登録)
登録処理部421は、培養後登録を示すフラグ情報が携帯用通信端末装置10から送信された培地情報に含まれている場合には、培養後登録に基づく登録処理を実行する。
具体的には、登録処理部421は、初期登録と同様に、通信制御部410を介し培地情報を取得すると、当該培地情報に含まれる培地ID66及び作業ID71を特定する。そして、登録処理部421は、特定した作業ID71に基づいて、作業管理DB404を検索し、該当する作業情報を特定しつつ、当該特定した作業情報に対応付けて、撮像時刻を培地情報DB401に登録する。なお、培養検査時刻は、培養開始時刻と同様に、当該時刻に培地情報の登録処理を実行することを前提に撮像時刻に代えて予め設定された時刻を用いてもよい。
一方、登録処理部421は、コロニー検出判定部423に、取得した培地画像データを画像解析させて培地画像の各ピクセルにおける特徴量を抽出させつつ、抽出させた各ピクセルの特徴量に基づいて、コロニーの検出及びその計数を実行させ、かつ、コロニー数に基づいて各フィルム型培地60の検体の合否判定をさせる。また、登録処理部421は、各コロニー候補の色に関する特徴量、コロニーとして特定されたコロニー候補のID(ラベリングされた際のID)、コロニーの数、及び、フィルム型培地60毎の合否の判定結果を含む培地情報を、特定した作業ID71に対応付けて培地情報DB401に登録する。
[5.3]コロニー検出判定部
[5.3.1]コロニー検出判定部の詳細
次に、本実施形態のサーバ装置40におけるコロニー検出判定部423の詳細について説明する。
本実施形態のコロニー検出判定部423は、登録処理部421の制御の下、培地情報の培地情報DB401への登録時又は所定のタイミングにおいて、携帯用通信端末装置10から送信された培地情報に含まれる培地画像データから培地画像を取得する。そして、コロニー検出判定部423は、RGBの階調値、輝度値又は彩度などの取得した培地画像を構成する各ピクセルの特徴量を抽出するとともに、当該取得した培地画像を画像解析し、コロニーの検出及びその計数と、コロニー数に基づく検体の合否判定と、を実行し、登録処理部421に提供する。
具体的には、コロニー検出判定部423は、培地画像を構成する各ピクセルの特徴量を抽出すると、
(1)複数の閾値を定め、当該閾値毎に、(A)各ピクセルの中から、色に関する特徴量について予め定められた条件を具備するピクセルを検出ピクセルとして検出する処理と(B)当該検出した各検出ピクセルに基づいて、各閾値における前記コロニー候補を検出する処理と、を含むコロニー候補検出処理、
(2)検出したコロニー候補毎に、(A)コロニー候補に属する検出ピクセルに基づいて、該当するコロニー候補の特性を決定する処理と(B)決定したコロニー候補の特性に基づいて、該当するコロニー候補の尤度を算出する処理と、を含む尤度算出処理、
(3)算出した各コロニー候補の尤度に基づいて、2以上の異なるコロニー候補をコロニーの組み合わせとして特定するコロニー特定処理、
を実行する。
特に、コロニー検出判定部423は、コロニー特定処理においては、コロニーの組み合わせとして成立可能な組み合わせを検出しつつ、算出した各コロニー候補の尤度に基づいて、検出したコロニーの組み合わせとして成立可能な組み合わせの中からコロニーの組み合わせを特定する。
そして、コロニー検出判定部423は、特定したコロニーの組み合わせに属するコロニー候補の数をコロニー数として計数するとともに、当該コロニー数に基づいて、フィルム型培地60毎に検体の合否判定を実行する。
[5.3.2]コロニー検出判定部の各処理の詳細
次に、図6〜図10の各図を用いて本実施形態のサーバ装置40におけるコロニー検出判定部421の各処理の詳細について説明する。なお、図6及び図7は、本実施形態のサーバ装置40において実行されるコロニー候補の検出を説明するための図であり、図8〜図10は、本実施形態のサーバ装置40において実行されるコロニー特定処理を説明するための図である。
(コロニー候補検出処理)
コロニー検出判定部423は、培地画像の各ピクセルの特徴量を、予め定められた複数の異なる閾値を用いて閾値毎にそれぞれ2値化する。そして、コロニー検出判定部423は、閾値毎に、予め定められた条件として一方の値を具備するピクセル、すなわち、コロニーを画像化するために用いられていると想定されるピクセル(検出ピクセル)を抽出する。
また、コロニー検出判定部423は、隣接する検出ピクセルを連結してラベリングを実行し、連結した検出ピクセル群を一のオブジェクト、すなわち、コロニー候補として検出する。
特に、本実施形態においては、コロニー検出判定部423は、培地画像の各ピクセルの特徴量に基づいて複数の異なる値を有する閾値を決定し、当該決定した各閾値に基づいて、培地画像の各ピクセルの特徴量を2値化してコロニー候補を検出する。
具体的には、コロニー検出判定部423は、
(1)培地画像の各ピクセルの特徴量のうち最大の値を所定数(N)によって分割し、第1閾値から第n閾値まで複数の閾値を決定し、
(2)各閾値において2値化して検出ピクセルを検出し、
(3)ノイズを低減させるための画像フィルタ処理を実行し、
(4)隣接する検出ピクセルを連結するラベリングを実行してIDを付与し、
(5)連結した検出ピクセル群を一のオブジェクト、すなわち、コロニー候補として検出する、
各処理を実行する。
例えば、所定数(N)が「5」の場合には、図6及び図7に示すように、フィルム型培地60の培地画像を閾値毎に、A1〜A12のコロニーを検出する。すなわち、コロニー検出判定部423は、閾値毎に、図6及び図7に示すように、
(イ)第1閾値においては、コロニー候補「A1」をラベリングして検出し、
(ロ)第2閾値においては、コロニー候補「A2」及び「A3」をラベリングして検出し、
(ハ)第3閾値においては、コロニー候補「A4」、「A5」及び「A6」をラベリングして検出し、
(ニ)第4閾値においては、コロニー候補「A7」、「A8」、「A9」及び「A10」をラベリングして検出し、
(ホ)第5閾値においては、コロニー候補「A11」、「A12」及び「A13」をラベリングして検出する。
そして、コロニー検出判定部423は、各コロニー候補にIDを付与しつつ特定すると、検出ピクセル(すなわち、コロニー候補を画像化する際に用いるピクセル)の数、各検出ピクセルの特徴量、各検出ピクセルのフィルム型培地60上の座標位置、及び、各検出ピクセルの重心の位置などをコロニー候補情報として取得する。
なお、図7は、フィルム型培地60上の座標位置を示す位置情報及び閾値の情報とともに各閾値において検出された各コロニー候補の特徴量をマッピング化した図である。
また、コロニー検出判定部423は、画像フィルタ処理としては、各検出ピクセルに隣接して他の検出ピクセルが存在する場合に、検出ピクセルに隣接する全てのピクセルを検出ピクセルに置き換える膨張処理、及び、検出ピクセルに隣接して非検出したピクセル(以下、「非検出ピクセル」という。)が存在する場合に当該検出ピクセルに隣接するピクセルを全て非検出ピクセルに置き換える収縮処理を実行する。
さらに、本実施形態においては、分割数(N)は、予め定められていてもよいし、検出すべき菌種毎に判定基準情報に含まれていてもよい。
(尤度算出処理)
コロニー検出判定部423は、検出したコロニー候補毎に、コロニー検出判定部423は、検出したコロニー候補の特性として、検出した各コロニー候補を画像化する際に当該画像を構成する各ピクセルの色に関する特徴量、各ピクセルの培地画像上の配列位置、又は、その双方に基づいて、各コロニー候補の尤度を算出する。
具体的には、コロニー検出判定部423は、各コロニー候補において、
(1)RGBの階調値、輝度値、彩度又はこれらの2以上の組み合わせなど、コロニー候補に属する各検出ピクセル色に関する特徴量の平均値、
(2)コロニー候補の重心の座標を基準としたコロニーの真円度、及び、
(3)コロニー候補の境界におけるエッジの強さを示すエッジ強度、
をそれぞれ重み付け係数を用いて加算し、かつ、加算結果を示す値を正規化し、その値を尤度として算出する。
例えば、コロニー検出判定部423は、(式1)に基づいて加算結果「f(Ai)」を算出し、当該算出した値を(式2)に基づいて正規化して尤度「P(Ai)」を算出する。
なお、係数「α」、「β」及び「γ」は、重み付け係数であり、「σ」は所定の係数である。また、「fc(Ai)」、「fs(Ai)」及び「fe(Ai)」は、「i」番目(コロニー候補のインデックス番号(ID))におけるコロニー候補のそれぞれ特徴量の平均値、コロニーの真円度及びエッジ強度を加算した際の値を示す。特に、(式2)は、尤度が大きくなれば、P(Ai)は「1」に近づくとともに、小さくなれば「0」に近づくこととなる。
また、コロニー検出判定部423は、真円度としては、コロニー候補の重心の座標からフィルム型培地60上における最短距離にある最外周の検出ピクセルまでの距離Raとコロニー候補の重心の座標からフィルム型培地60上における最長距離にある最外周の検出ピクセルまでの距離Rbとの比、又は、コロニーの面積「S」及び外周の長さ「L」に基づいて(式3)に従って算出される値「M」を用いる。
さらに、コロニー検出判定部423は、エッジ強度としては、最外周の各検出ピクセルと当該最外周の検出ピクセルに隣接する非検出ピクセルとにおける輝度、彩度又はRGBの階調値等の特徴量の差分の平均を用いる。
(コロニー特定処理)
コロニー検出判定部423は、
(1)各コロニー候補の尤度に基づいて、階層構造を反映させた尤度を算出し、
(2)2以上の異なるコロニー候補の組み合わせであって、コロニーの組み合わせとして成立可能な組み合わせ(以下、単に「成立可能組み合わせ」という。)を検出しつつ、当該成立可能組み合わせ毎に、各コロニー候補の尤度を変数とした評価関数を算出し、当該算出した評価関数に基づいてコロニーの組み合わせとして特定する。
具体的には、コロニー検出判定部423は、(1)の処理においては、(式4)に基づいて各コロニー候補の尤度「P(n)」を、階層構造を反映させた値に調整し、各コロニー候補の調整した尤度「ρ(n)」を算出する。
すなわち、コロニー候補毎に、階層の深さ方向において直前の上位階層におけるノードの尤度と当該上位階層から分岐した階層の1以上のノードにおける尤度の平均とを比較してその大小によって評価関数としての優位性を定めるために、コロニー検出判定部423は、自己のコロニー候補の上位の階層における分岐数(すなわち、直前の上位のノードに基づく同一階層数(number of brother))の逆数のすべてを乗算させたものに対して尤度「P(n)」を乗算させた値を、調整した尤度「ρ(n)」として、算出する。
なお、「z」は、同一階層上の候補数(Number of brothers)を示し、「n」は、N個のコロニー候補がある場合のインデックス番号(制約行列の列番号)を示す。また、「P(An)」は、(式1)によって算出されたコロニーの尤度を示す。
例えば、コロニー検出処理において、図8に示すように、コロニー候補A1〜A6が、フィルム型培地60上の位置も含めて検出されていることを想定する。そして、この場合には、各コロニー候補の尤度における階層構造は、図9に示すようなグラフとなる。このような場合には、コロニー候補A2、A3、A5及びA6の同一階層の数(Number of brothers)は、「2」となり、コロニー候補A1及びA4の同一階層の数(Number of brothers)は、「1」となる。したがって、例えば、コロニー検出判定部423は、コロニー候補A2の調整した尤度「ρ(2)」については、以下の(式5)ように算出し、コロニー候補A4の調整した尤度「ρ(4)」については、以下の(式6)ように算出する。
なお、コロニー検出判定部423は、図10(A)に示す各コロニー候補A1〜A6の尤度「P(1)」〜「P(6)」を算出している場合には、図10(B)に示すように、各コロニー候補A1〜A6の調整した尤度「ρ(1)」〜「ρ(6)」を算出する。
一方、コロニー検出判定部423は、(2)の処理においては、コロニー候補同士が重畳して成立不能な組み合わせを排除して成立可能な組み合わせを検出するため、(式7)によって示される制約行列C(n,i)を算出する。
なお、「i」は、コロニー候補のインデックス番号(制約行列の行番号)でコロニー候補のIDを示し、「n」は、N個のコロニー候補がある場合のインデックス番号(制約行列の列番号)を示す。また、「m」は、重畳しているコロニー候補の特徴量を示し、「S(An)」は、Anとフィルム型培地60の座標上において重畳する領域を有するコロニー候補の集合を示す。
例えば、上述の図9に示すように、コロニー候補A1〜A6が、フィルム型培地60上の位置も含めて検出されている場合には、コロニー検出判定部423は、(式7)に基づいて図10(C)に示す制約行列を算出する。
そして、コロニー検出判定部423は、(式8)に基づいて、制約行列によって制約を維持しつつ、整数計画法などの最適化問題を解くアルゴリズムを用いて、調整した各尤度(ρ)が最大になるコロニー候補の組み合わせを算出し、当該算出したコロニー候補の組み合わせをコロニーの組み合わせとして特定する。
例えば、コロニー検出判定部423は、整数計画法を用いる場合には、(式8)に従って算出された調整した各尤度(ρ)が最大になるコロニー候補の組み合わせを示すベクトル「x」を算出し、当該ベクトル「x」によってコロニーの組み合わせとなるコロニー候補の組み合わせを特定する。
なお、「ρ」及び「C」は、N個の調整した尤度(ρ)の列ベクトル又は制約行列の転置行列を示し、「x」は、「0」か「1」を取るN次元の組み合わせの解を示す行ベクトルを示す。また、argmaxは、関数値が最大となるベクトルを算出する演算子を示す。
例えば、上述の図9に示すように、コロニー候補A1〜A6が、フィルム型培地60上の位置も含めて検出されている場合であって、図10(C)に示す制約行列が算出されている場合には、コロニー検出判定部423は、(式8)に基づいて(式9)に示すように調整した各尤度(ρ)が最大になるコロニー候補の組み合わせを示すベクトルxを算出する。
すなわち、コロニー検出判定部423は、(式8)に基づいて(式10)に示す各ベクトルxを算出しつつ、(式9)に基づいて、これらのベクトルのうち、調整した尤度ρの合計が最大になる組み合わせxを算出する。
そして、コロニー検出判定部423は、A2、A5及びA6のコロニーの組み合わせをコロニーの組み合わせとして特定する。
なお、コロニー検出判定部423は、コロニーの組み合わせを特定する際に、尤度P(Ai)が著しく低いコロニー候補(例えば、尤度P≦0.2)に関しては、コロニー候補としての検出結果から除外し、又は、コロニー組み合わせを特定する際に用いるコロニー候補からは除外するようになっている。
(コロニー数の計数)
コロニー検出判定部423は、コロニーの組み合わせを特定すると、当該コロニーの組み合わせに属するコロニー候補の数をコロニー数として特定する。例えば、コロニー候補上述のように、A1〜A6について、A2、A5及びA6のコロニーの組み合わせをコロニーの組み合わせとして特定した場合には、コロニー検出判定部423は、コロニー候補の数「3」をコロニー数として計数する。
[5.3.3]検体の合否判定
コロニー検出判定部423は、各フィルム型培地60の検体が異常であるか正常であるかの培地判定(すなわち、検体の合否判定)を実行する。例えば、登録処理部421は、検体から検出すべき菌種によって予め設定された菌数の閾値(すなわち、判定基準)に基づいて、各検体の合否を判定し、その結果を登録処理部421に提供する。
特に、本実施形態においては、菌種や希釈倍率に基づいて判定基準は異なるので、登録処理部421は、検体を培養する際の基準及び菌種に基づいて培地判定基準情報をROM/RAM440から読み出して培地判定を実行する。
各判定基準情報は、培地ID66に対応付けて特定されるようになっている。すなわち、検体から検出する菌種毎にフィルム型培地60の種類が異なるので、培地ID66を特定すれば、検出すべき菌種を特定することができる。したがって、本実施形態においては、予め希釈倍率を定めておくことによって、培地ID66に基づいて特定される判定基準情報を読み出すことができるようになっている。
また、本実施形態において、工程判定、ライン判定、及び、ロット判定において各フィルム型培地60の合否判定を用いるので、これらの各判定と対応付けて培地判定が実行される。なお、工程判定、ライン判定、及び、ロット判定において各フィルム型培地60の合否判定の手法については後述する。
[5.4]ロット判定処理部
次に、本実施形態のサーバ装置40におけるロット判定処理部424の詳細について説明する。
本実施形態のロット判定処理部424は、管理者端末装置20に入力された管理者の指示に基づいて、指定されたロット、作業ライン80又は工程における衛生管理に関するデータ解析(すなわち、合否判定)を実行する。
具体的には、ロット判定処理部424は、各ロットについて、該当するロットに用いられる作業ライン80のライン情報と、該当する作業ライン80に対応付けられて登録された培地情報(少なくともコロニー数)と、に基づいて、同一条件によって製造又は検査された食品群が所定の条件を具備しているか否かを判定する。
また、ロット判定処理部424は、ロット判定が指示されると、該当するロットに含まれる作業ライン80及び当該作業ライン80に属する工程が衛生管理上において異常であるか正常であるかの作業ライン80のライン判定(すなわち、衛生管理上の合否の判定)及び各工程の工程判定(すなわち、衛生管理上の合否の判定)を実行し、工程判定及びライン判定を用いてロット判定を実行する。
特に、ロット判定処理部424は、ロット判定が指示された際に、例えば、培養開始後から24時間、48時間等の所定の培養検査時刻を経過した培地情報におけるフィルム型培地60のコロニー数や検体の合否判定の培地情報に基づいて当該工程の衛生管理上の合否を判定し、該当する作業ライン80に含まれる工程の合否判定に基づいて当該作業ライン80の衛生管理上の合否を判定し、該当するロットに含まれる作業ライン80の合否判定に基づいて当該ロットの衛生管理上の合否を判定する。
なお、本実施形態のロット判定処理部424は、ロット判定だけでなく、工程判定又はライン判定のみをデータ解析として実行してもよい。
(工程判定)
ロット判定処理部424は、同一タイミングの培養開始時刻、同一タイミングの培養検査時刻、予め設定された第1時刻から第2時刻までの時間内の時刻を有する培養開始時刻又は、予め設定された第1時刻から第2時刻までの時間内の時刻を有する培養検査時刻を有するなど、培養開始時刻又は培養検査時刻が所定の条件を有し、かつ、同一のロットの同一の工程に対応付けて登録された複数のフィルム型培地60の培地情報に基づいて、各工程判定を実行する。すなわち、ロット判定処理部424は、複数のフィルム型培地60の各培地判定の結果に基づく、総合判定によって各工程判定を実行する。
具体的には、ロット判定処理部424は、該当するフィルム型培地60の培地判定結果(すなわち、工程判定を実行すべき工程の工程ID71bを有する培地情報に登録されたすべての培地判定結果)を取得するとともに、判定結果の合否の数が所定の条件を具備している場合には、判定すべき工程の工程判定を合格と判定し、当該条件を具備していない場合には、判定すべき工程の工程判定を不合格と判定する。
例えば、ロット判定処理部424は、該当する工程における個々のフィルム型培地60において、合格のフィルム型培地60が所定の割合(60%)以上の場合、全てのフィルム型培地60が該当する条件(コロニー数が一定数以下)を具備している場合、又は、各フィルム型培地60のコロニー数が該当する条件(単一のフィルム型培地60の平均コロニー数が一定数以下)を具備している場合に、該当する工程を合格と判定する。
なお、本実施形態のロット判定処理部424は、検体の種別、検出する菌種等によって条件を変更することが可能となっており、管理者によって設定可能、又は、プログラムの一部として提供される。
(ライン判定)
ロット判定処理部424は、所定のタイミングで判定され、かつ、該当するライン情報に対応付けて登録された複数の工程の衛生管理上の合否判定に基づいて、各作業ライン80のライン判定を実行する。すなわち、ロット判定処理部424は、所定のタイミングで判定された同一ロットの複数の工程の各判定結果に基づく、総合判定によってライン判定を実行する。
具体的には、ロット判定処理部424は、同タイミング又は所定の条件を具備するタイミングに判定され、かつ、上述のように、ライン判定を実行すべき作業ライン80のラインIDを有する工程の工程判定の判定結果を取得するとともに、判定結果の合否の数が所定の条件を具備している場合には、判定すべき作業ライン80のライン判定を合格と判定し、当該条件を不具備の場合には、判定すべき作業ライン80のライン判定を不合格と判定する。
例えば、3つの工程が判定すべき作業ライン80のラインIDを有している場合であって、第1工程が「合格」、第2工程が「合格」及び第3工程が「不合格」で、所定の条件が「60%」の合格した工程から作業ライン80が構成されている場合には、ロット判定処理部424は、判定すべき作業ライン80のライン判定を合格する。
(ロット判定)
ロット判定処理部424は、所定のタイミングで判定され、かつ、該当するロット情報に対応付けて登録された複数の作業ライン80の衛生管理上の合否判定に基づいて、各ロットのロット判定を実行する。すなわち、ロット判定処理部424は、複数の作業ライン80の各判定結果に基づく総合判定によってロット判定を実行する。
具体的には、ロット判定処理部424は、ロット判定を実行すべきロットのロットIDを有する作業ライン80における合否判定に基づいて、ロット判定を実行する。
例えば、ロット判定処理部424は、ロットIDを有する作業ライン80の60%においてライン判定が合格の場合に、判定すべきロットのロット判定を合格とし、3つの作業ライン80が判定すべきロットのロットIDを有している場合を想定する。この場合において、第1作業ライン80が「合格」、第2作業ライン80が「合格」及び第3作業ライン80が「不合格」の場合には、ロット判定処理部424は、判定すべきロットのロット判定を合格と判定する。
なお、ロットの作業時間が長時間に及ぶ場合には、所定の時間(例えば8時間又は12時間)毎に時間を区切ってロットの判定を実行してもよい。この場合には、作業が中断している間のロット判定を実行する場合には、ダミーの結果を用いてもよいし、作業中断中として判定してもよい。
(その他)
ロット判定処理部424は、培地情報、ライン情報、ロット情報及び作業管理DB404を用いて、上述以外の判定及びデータ解析を行うことができるとともに、報告処理部425を介して当該判定結果又はデータ解析結果を管理者が閲覧可能に管理者端末装置20に提供することができるようになっている。
具体的には、ロット判定処理部424は、各フィルム型培地60に培養された検体の信頼性を確認するために、すなわち、検査ミスが発生していないか否かを確認するために、一の培地IDにおける培地情報を培養開始時時刻から培養の終了まで、時系列に培地情報又は培地画像データの所定の解析を実行する。
例えば、ロット判定処理部424は、管理者端末装置20を介して受信した管理者の指示に基づいて、特定の培地ID(同一の培地ID)66を有し、培養開始時刻から所定の時刻までの複数の培地情報を、培地画像データとともに抽出する。そして、ロット判定処理部424は、各培地情報及び各画像データについて所定の時系列に沿って所定の解析を実行し、又は、各培地情報及び各画像データを時系列に沿って集約する。また、ロット判定処理部424は、報告処理部425に、解析結果又は集約結果を所定のデータ形式を有する閲覧データに生成させ、当該生成させた閲覧データを管理者に閲覧可能に管理者端末装置20に提供させる。
なお、ロット判定処理部424は、報告処理部425と連動して、このとき、管理者端末装置20の指示に基づいて、法定された衛生管理の報告用に、一の培地ID66における各培地情報を個々に閲覧可能にさせてもよい。
また、ロット判定処理部424は、培地情報、ライン情報、ロット情報又は作業管理情報の検索機能を有していてもよい。具体的には、ロット判定処理部424は、ロットID(指示書ID71a)、作業ラインID、工程ID71b、作業ID71、培養開始時刻、ロットの作業日時、培地ID66、検体の種別などを検索キーとしてデータベース400を検索し、報告処理部425と連動し、該当する培地情報や各種の情報を管理者に閲覧可能なデータを生成してもよい。
なお、報告処理部425は、管理者端末装置20を介して受信した管理者の指示に基づいて、検索によって特定された培地情報(培地画像データ、コロニー数及び培地判定結果)、工程情報、ライン情報、又は、ロットに関する情報を所定の報告形式で提供することも可能である。すなわち、報告処理部425は、法定の検査報告その他の場合においてその証拠又は報告書として種々の情報を提供することができるように構成されている。
[5.5]報告処理部
次に、本実施形態のサーバ装置40における報告処理部425の詳細について説明する。
報告処理部425は、管理者端末装置20に入力された管理者の指示及び所定の報告書形式を有するテンプレートデータに基づいて、指定されたロット、作業ライン80又は工程における衛生管理に関するデータ解析の解析結果(すなわち、合否判定の判定結果)を報告書データとして生成し、生成した報告書データを、通信制御部410を介して管理者に閲覧可能に管理者端末装置20に提供する。
具体的には、報告処理部425は、培地画像のデータ、コロニー数又は培地判定結果等、培地情報、ライン情報及びロット情報から必要な情報を抽出するとともに、抽出した情報とロット判定処理部424によって得られた解析結果に基づいて、テンプレートデータに各情報を割り当てつつ、報告書データを生成する。
なお、報告処理部425は、上述したように、種々の解析又は検索に応じて所定の報告書データ又は閲覧データを生成し、管理者端末装置20に提供することができるように構成されている。すなわち、報告処理部425は、受信した管理者の指示に基づいて、検索によって特定された培地情報、工程情報、ライン情報、又は、ロットに関する情報を所定の報告形式で提供することも可能であるとともに、法定の検査報告その他の場合においてその証拠又は報告書として種々の情報を提供することができるように構成されている。
[6]衛生管理システムの動作処理
[6.1]培地情報登録処理(携帯用通信端末装置)
次に、図11を用いて本実施形態の携帯用通信端末装置10における培地情報登録処理の動作について説明する。なお、図11は、本実施形態の携帯用通信端末装置10における培地情報の登録処理動作を示すフローチャートである。
本動作においては、ライン情報DB402及びロット情報DB403には、既に作業指示書70に対応付けられた該当するロット情報及びライン情報が記憶されているものとする。
また、フィルム型培地60及び作業指示書70には、2次元バーコードによって培地ID又は指示書IDが付されているものとする。
さらに、本動作においては、各フィルム型培地60におけるコロニー数の検出は、培地情報のデータベース400への登録時に実行されるものとし、携帯用通信端末装置10においては培地画像を撮像するためのRGBの階調値又は輝度値に対するキャリブレーションが実行されているものとする。
まず、携帯用通信端末装置10において、アプリケーション制御部120は、操作部170を介して培地登録アプリの起動指示を検出すると(ステップS101)、アプリケーション記憶部101から培地登録アプリを読み出して起動する(ステップS102)。このとき、アプリケーション制御部120は、携帯端末管理制御部190の制御下、ワークメモリの初期化その他の必要な処理を実行する。
次いで、アプリケーション制御部120は、表示制御部161と連動し、フィルム型培地60の初期登録であるか、又は、培養開始から所定の時間経過した培養後登録であるか選択させるための画像を表示部160に表示させてその入力を待機する(ステップS103)。
次いで、アプリケーション制御部120は、操作部170による選択指示の入力を検出すると(ステップS104)、初期登録か培養後登録かを判断し、フラグ情報にその結果を設定する(ステップS105)。
次いで、アプリケーション制御部120は、フィルム型培地60の撮像を促す画面を表示部160に表示させるとともに、操作部170と連動し、画像データ生成部110による撮像を待機する(ステップS106)。なお、このとき、アプリケーション制御部120は、取得すべき培地画像の位置合わせするために所定の画像を表示部160に重畳表示させる。
次いで、アプリケーション制御部120は、画像データ生成部110、表示制御部161及び操作部170と連動しつつ、画像データ生成部110による撮像を検出すると(ステップS107)、画像データ生成部110によって培地ID66とともに画像化されたフィルム型培地60の培地画像データを取得し、画像データ記憶部102に所定の画像IDを付与しつつ記憶する(ステップS108)。
次いで、アプリケーション制御部120は、タイマー180より現在時刻を培地画像データの撮像時刻として取得し、当該培地画像データに対応付けてメタデータとして画像データ記憶部102に記憶する(ステップS109)。
次いで、アプリケーション制御部120は、取得した画像化された培地画像データの所定の領域に形成された2次元バーコードを解析して培地ID66を取得し、当該培地画像データに対応付けて画像データ記憶部102に記憶する(ステップS110)。
次いで、アプリケーション制御部120は、表示制御部161と連動して指示書ID71a及び工程ID71bとともに指示書画像データを取得するための画面を表示部160に表示させ、指示書画像データの取得を待機する(ステップS111)。
次いで、アプリケーション制御部120は、画像データ生成部110、表示制御部161及び操作部170と連動しつつ、画像データ生成部110による撮像を検出すると(ステップS112)、作業ID71が画像化された指示書画像データを取得し、ステップS108によって取得した培地画像データに対応付けて画像データ記憶部102に記憶する(ステップS113)。
なお、アプリケーション制御部120は、工程ID71bを作業ID71として取得する場合、又は、複数の工程ID71bから一の工程ID71bを取得する場合には、表示制御部161及び操作部170と連動しつつ、ユーザに取得すべき工程ID71bを選択させる表示をし、該当する工程ID71bを取得する。
次いで、アプリケーション制御部120は、画像化された指示書画像データ及び培地画像データの所定の領域に形成された2次元バーコードを解析して作業ID71を取得し、当該指示書画像データに対応付けて画像データ記憶部102に記憶する(ステップS114)。
次いで、アプリケーション制御部120は、タイマー180より現在時刻を培地画像データの撮像時刻として取得し、表示制御部161及び操作部170と連動して作業者に、取得した指示書画像データ、作業ID71、培地画像データ、培地ID66、及び、撮像時刻を確認させる(ステップS115)。
なお、アプリケーション制御部120は、取得した培地情報の作業者による確認時に、作業者の指示に基づいて、培地画像データの再取得を行っていてもよい。また、このとき、アプリケーション制御部120は、表示制御部161及び操作部170と連動して作業者によって培地画像データの補正を行うことができるようにしてもよい。
次いで、アプリケーション制御部120は、作業者の指示に基づいて、初期登録か培養後登録かを示すフラグ情報及び端末IDと作業ID71とともに、取得した培地画像データとそのメタデータ、及び、初期登録か培養後登録かを示すフラグ情報を培地情報として、ネットワーク通信部130を介してサーバ装置40に送信し(ステップS116)、携帯用通信端末装置10の登録処理を終了する。
このとき、ネットワーク通信部130は、培地情報を送信する際に、端末IDや入力されたID及びパスワードに基づいてサーバ装置40へのアクセスをするためのログインを実行し、ログイン完了後にサーバ装置40との通信回線を確立し、培地情報を送信する。
[6.2]培地情報登録処理(サーバ装置)
次に、図12を用いて本実施形態のサーバ装置40における培地情報の登録処理動作について説明する。なお、図12は、本実施形態のサーバ装置40における培地情報の登録処理動作を示すフローチャートである。
なお、本動作は、携帯用通信端末装置10によって実行された培地情報登録処理と連動して実行される処理であり、サーバ装置40は、携帯用通信端末装置10から送信された培地情報に基づいて以下の処理を実行する。
まず、サーバ装置40においては、通信制御部410が携帯用通信端末装置10から送信された培地情報を受信すると(ステップS300)、登録処理部421は、受信した培地情報に含まれるフラグ情報に基づいて、初期登録か培養後登録であるかを判定する(ステップS301)。
このとき、登録処理部421は、初期登録と判定した場合には、ステップS302の処理に移行し、初期登録でないと判定した場合には、すなわち、培養後登録と判定した場合には、ステップS304の処理に移行する。
次いで、登録処理部421は、初期登録と判定した場合には、培地情報に含まれる作業ID71を抽出して特定する(ステップS302)。
次いで、登録処理部421は、特定した作業ID71に基づいて培地情報を培地情報DB401に登録し(ステップS303)、本動作を終了する。なお、培養開始時刻は作業管理DB404に予め記憶されているが、登録処理部421は、ステップS303の処理において、受信した培地情報に含まれる撮像時刻を培養開始時刻として作業管理DB404に登録してもよい。
一方、登録処理部421は、培養後登録と判定した場合には、培地情報に含まれる作業ID71を抽出して特定し(ステップS304)、培地情報に含まれる撮像時刻に基づいて培地情報を登録する培養検査時刻を特定する(ステップS305)。
なお、このとき、登録処理部421は、携帯用通信端末装置10と連動して培地情報を登録する培養検査時刻を指定させて登録してもよいし、受信した培地情報に含まれる撮像時刻を培養検査時刻としてそのまま登録してもよい。また、登録処理部421は、既に実行された培養検査時刻における培地登録を管理し、培地情報を受信したタイミング及び既に培地情報の登録に用いた培養検査時刻に基づいて、培養検査時刻を特定してもよい。すなわち、登録処理部421は、培地情報の登録を実行する毎に実行フラグを書き換え、当該フラグの情報を参照しつつ、受信した撮像時刻と比較して、培養検査時刻を特定してもよい。
次いで、登録処理部421は、コロニー検出判定部422に、受信した培地画像データに対して画像解析を実行し、培地画像を構成する各ピクセルの特徴量(輝度値)を抽出させるとともに(ステップS306)、当該培地画像を構成する各ピクセルの特徴量に基づいて画像化された検体に発生したコロニーを特定させつつ、その数を計数する(ステップS307)。
なお、ステップS307の処理におけるコロニーの特定及びその計数の処理の詳細については、後述する。
次いで、コロニー検出判定部422は、作業ID71に基づいて特定された検体の種別及び検出する菌種に基づいて、培地判定基準を読み出しつつ、当該読み出した検体判定基準に基づいて、検出したコロニー数が所定の条件を具備するか否かを判定する(ステップS308)。すなわち、コロニー検出判定部422は、所定の条件を具備する場合には、合格(正常)と判定し、所定の条件を不具備な場合には、不合格(異常)と判定する。
なお、コロニー検出判定部422は、上述の自動登録に代えて、携帯用通信端末装置10と連動し、検出したコロニー数及び合否判定の結果を当該携帯用通信端末装置10の表示部160に表示させ、ユーザに閲覧及び確認させるようにしてもよい。
次いで、登録処理部421は、培地画像データ、認識した培地ID66、判定された合否、検出されたコロニーの数及び培地情報に含まれる撮像時刻を培養開始時刻とした培養開始時刻情報を、特定した作業ID71対応付けて培地情報DB401に登録し(ステップS309)、本動作を終了する。
なお、登録処理部421は、ライン情報及び登録すべき情報を携帯用通信端末装置10の表示部160に表示させ、当該携帯用通信端末装置10を介して入力されたユーザ指示に基づいて、培地情報等の登録をするようにしてもよい。
また、携帯用通信端末装置10から培地画像データが送信され、サーバ装置40によって各画像データを解析することによって培地ID66を認識する場合には、登録処理部421は、ステップS301の処理において、受信した培地画像データのそれぞれの所定の領域上に画像化された培地ID66を解析して当該培地ID66を認識して取得するようになる。同様に、指示書画像データにおける作業ID71についても、サーバ装置40において認識させる。
[6.3]コロニーの検出処理
次に、図13〜図15の各図を用いて本実施形態のサーバ装置40におけるコロニーの検出処理の動作について説明する。なお、図13、本実施形態のサーバ装置40におけるコロニーの検出処理の動作を示すフローチャートであり、図14及び図15は、培地画像とコロニーの検出処理によって検出されたコロニーを培地画像に再画像化した画像(以下、「再培地画像」という。)とを比較した図である。
本動作は、図18に示す培地登録処理のステップS206の処理で登録処理部421の制御の下にコロニー検出判定部423において実行される処理である。また、本動作においては、特徴量として各ピクセルの輝度値を用いるものとする。
まず、コロニー検出判定部423は、培地画像データから取得した培地画像を構成する各ピクセルの輝度値を取得する輝度値抽出処理を実行する(ステップS401)。
次いで、コロニー検出判定部423は、予め定められた分割数によって最大の閾値を分割し、複数の異なる閾値を決定する(ステップS402)。
次いで、コロニー検出判定部423は、閾値毎に、所定の閾値以上の輝度値を有するピクセルを検出ピクセルとして検出し、検出ピクセルと培地を構成するピクセルとに2値化する2値化処理をそれぞれ実行する(ステップS403)。
次いで、コロニー検出判定部423は、閾値毎に、検出した検出ピクセルをコロニー候補として又は検出したピクセルのうち隣接する検出ピクセルがある場合には、画像フィルタ処理を実行しつつ、ラベリング処理を実行し、隣接する検出ピクセルを連結してコロニー候補を検出する(ステップS404)。
なお、コロニー検出判定部423は、閾値に無関係に各コロニー候補をラベリングしてIDを付与する。
次いで、コロニー検出判定部423は、コロニー候補毎に、検出ピクセルの数、各検出ピクセルの特徴量、各検出ピクセルのフィルム型培地60上の座標位置、及び、各検出ピクセルの重心の位置などをコロニー候補の特性を示すコロニー候補情報を取得する(ステップS405)。
次いで、コロニー検出判定部423は、検出した各コロニー候補を画像化する際に当該画像を構成する各ピクセルの色に関する特徴量、各ピクセルの培地画像上の配列位置、又は、その双方の検出したコロニー候補の特性に基づいて、各コロニー候補の尤度を算出する尤度算出処理を実行する(ステップS406)。
具体的には、コロニー検出判定部423は、
(1)コロニー候補に属する各検出ピクセル色に関する特徴量の平均値、
(2)コロニー候補の重心の座標を基準としたコロニーの真円度、及び、
(3)コロニー候補の境界におけるエッジの強さを示すエッジ強度、
を算出し、これらに基づいて各コロニー候補の尤度を算出する。
次いで、コロニー検出判定部423は、2以上の異なるコロニー候補の組み合わせであって、コロニーの組み合わせとして成立可能な組み合わせを検出しつつ、コロニー候補の各組み合わせにおける各組み合わせに属するコロニー候補の尤度を変数とした評価関数を、当該組み合わせ毎に、算出し、当該算出した評価関数に基づいてコロニーの組み合わせを特定するコロニー特定処理を実行する(ステップS407)。
具体的には、コロニー検出判定部423は、
(1)各コロニー候補の尤度に基づいて、階層構造を反映させた尤度を算出し、
(2)成立可能組み合わせを検出しつつ、当該成立可能組み合わせ毎に、各コロニー候補の尤度を変数とした評価関数を算出し、当該算出した評価関数に基づいてコロニーの組み合わせとして特定する。
最後に、コロニー検出判定部423は、コロニーの組み合わせとして特定されたコロニー候補の数をコロニー数として計数して(ステップS408)、本動作を終了させる。
なお、このようなコロニー検出処理を実行することによって、検出されたコロニーを図14及び図15に示す。
図14(A)に示すように、フィルム型培地60上に出現したコロニーの色が薄い場合であっても、図15(A)に示すように、フィルム上に出現したコロニーにおいて近接したコロニーが多く発生している場合であっても、図14(B)又は図15(B)に示すように、的確にコロニーを検出していることがわかる。
[7]変形例
[7.1]変形例1
上述の実施形態においては、培地登録処理とコロニー検出判定処理を同タイミングで実行しているが、コロニー検出判定処理を任意のタイミングによって実行してもよい。
[7.2]変形例2
本実施形態において、タブレット型情報端末装置、スマートフォン又は携帯用電話機等の携帯用通信端末装置10を用いて培地情報の登録処理を実行している点に代えて、ラップトップ型又はデスクトップ型のパーソナルコンピュータと、スキャナ、デジタルカメラ又はスマートフォン等の画像入力装置と、によって当該培地情報の登録処理を実現してもよい。
この場合には、パーソナルコンピュータと画像入力装置とを所定の通信規格によって接続し、パーソナルコンピュータと画像入力装置とを一体的に用いて当該培地情報の登録処理を実現してもよいし、メモリカードその他の物理的なメモリに画像入力装置によって先に取得した培地画像データ及び指示書画像データを記憶させ、当該記憶させた各画像データをパーソナルコンピュータによって取り込みつつ、当該培地情報の登録処理を実現してもよい。
[7.3]変形例3
本実施形態においては、携帯用通信端末装置10、管理者端末装置20、サーバ装置40が同一敷地内で設置又は使用されてもよいし、それぞれが国外などの遠隔地に設置され、又は、遠隔地にて使用されて上述の各処理が実行されてもよい。ただし、携帯用通信端末装置10は、同一ロットにおいて使用させることが前提となる。
[7.4]変形例4
本実施形態においては、フィルム型培地60を用いて当該フィルム型培地60に培養された検体における培地情報の登録を実行しているが、寒天培地を用いて当該寒天培地に培養された検体における培地情報の登録を実行してもよい。
[7.5]変形例5
本実施形態において、画像データ生成部110によってフィルム型培地60を撮像して培地ID66を取得する点に代えて、作業者の操作入力によって培地ID66を入力させるようにしもよい。
この場合には、アプリケーション制御部120は、表示制御部161及び操作部170と連動し、作業者に培地ID66を操作部170を用いて直接手入力させる。
また、アプリケーション制御部120は、クリック又はタッチ選択等によって、プルダウンメニュー等の表示項目を選択させるように表示制御部161及び操作部170を制御させて、作業者に培地ID66を入力させる。
[7.6]変形例6
本実施形態にておいては、単一のサーバ装置40によって各種の処理を実行しているが、複数のサーバ装置40から構成されるサーバシステムによって各種の処理を実行するようにしてもよい。
[7.7]変形例7
本実施形態にておいては、管理者の入力又は予め定められた分割数によってコロニー候補を検出する際の閾値を定めているが、例えば、培地画像を構成する各ピクセルの特徴量の密度が高い領域に基づいて定めるなど当該各ピクセルの特徴量の分布に応じて自動的に定めてもよい。
この場合には、培地画像全体として統一的に分割数を定めて閾値を定めてもよいし、ピクセルの特徴量の高い値の領域については多く分割し、当該特徴量の値が低い領域については少なく分割するなど、閾値の値(すわなち、分割数)を領域毎に変えてもよい。
なお、閾値の値を領域毎場合には、管理者が培地画像に対して直接設定してもよいし、所定の領域毎に培地のベースとなる色と他の色(コロニー候補の色)との割合を算出し、当該割合の値に応じて閾値の値(すなわち、分割数)を設定してもよい。
[7.8]変形例8
本実施形態にておいては、コロニー検出判定部423は、真円度としては、コロニー候補の重心座標の最短の外周のピクセルまでの距離と最長の外周のピクセルまでの距離との比に基づいて算出しているが、コロニー候補の外周の凹凸の値(curvature)を算出して凹部分が少ない場合に真円度が高くなる指標を用いてもよい。
[7.9]変形例9
本実施形態にておいては、コロニー検出判定部423は、コロニー候補の尤度を算出する際に、特徴量の平均、又は、エッジ強度の平均を用いているが、各平均に代えて標準偏差又は最大値を用いてもよいし、予め取得した教師データに基づいて機械学習によって当該各尤度を算出してもよい。
[7.10]変形例10
本実施形態にておいては、コロニー検出判定部423は、判定基準情報を用いて菌種毎に尤度の算出に用いるコロニー候補の特性を代えてもよいし、菌種毎にコロニー候補の特性を判定基準情報から読み出して用いてもよい。
また、このような場合には、コロニー検出判定部423は、複数の手法により尤度関数を用いて算出し、それぞれの尤度を加算し、又は、それぞれの尤度のうち最大の尤度を用いて評価関数を算出してもよい。なお、コロニー検出判定部423は、変形例7と同様に、培地画像を構成する各ピクセルの特徴量密度が高い領域に基づいて定めるなど当該各ピクセルの特徴量の分布に応じて尤度の算出手法を代えてもよい。
[7.11]変形例11
本実施形態においては、コロニー検出判定部423は、各検出ピクセルの特徴量の平均値、真円度及びエッジ強度を加算して各コロニー候補の尤度を算出しているが、いずれか1又は2の要素に基づいて当該尤度を算出してもよい。
また、コロニー検出判定部423は、各コロニー候補の尤度f(Ai)を、他の要素fg(Ai)を用いて算出するようにしてもよい。例えば、コロニー検出判定部423は、(1)他の要素fg(Ai)単独で、
(2)検出ピクセルの特徴量の平均値fc(Ai)、真円度fs(Ai)及びエッジ強度fe(Ai)とともに他の要素fg(Ai)を用いて、
(3)検出ピクセルの特徴量の平均値fc(Ai)、真円度fs(Ai)及びエッジ強度fe(Ai)のうちいずれか1又は2の要素に代えて、他の要素fg(Ai)を用いて、各コロニー候補の尤度f(Ai)を算出してもよい。
なお、このような他の要素には、コロニーらしさを値によって示されるものであればよく、例えば、コロニーサイズが含まれる。具体的には、コロニー検出判定部423は、各コロニー候補の尤度を算出する際にコロニーサイズを用いる場合には、予め定められた平均的なコロニーサイズ又は既に登録された培地情報に基づいて学習された平均的なコロニーサイズ(検出ピクセルの数又は領域の面積)と、各コロニー候補のコロニーサイズ(検出ピクセルの数又は領域の面積)との差fd(Ai)を(式11)に従って算出し、当該算出したサイズ差fd(Ai)をコロニー候補の尤度又は尤度の一部として用いる。
なお、本実施形態と同様に、「σ」は所定の係数であり、「fg(Ai)」及び「fd(Ai)」は、「i」番目(コロニー候補のインデックス番号(ID))におけるコロニー候補の他の要素又はコロニーサイズに基づく尤度を示す。また「E(s)」は、コロニーサイズにおける平均値を示し、「S(Ai)」は、「i」番目のコロニー候補におけるコロニーサイズを示す。また、(式11)は、コロニーサイズの平均と該当するコロニー候補におけるコロニーサイズの差が小さければ、fd(Ai)は「1」に近づくとともに、大きければ「0」に近づく式となる。
[7.12]変形例12
上記実施形態において、各コロニー候補の尤度「P(Ai)」用いてコロニーの組み合わせを特定する際に、探索する組み合わせを減らして計算コストを削減するために、無駄な組み合わせの探索を切り捨てる「枝刈り」を実行してもよい。
具体的には、コロニー検出判定部423は、コロニー候補の尤度「P(Ai)」が一定以下(P(Ai)≦0.2)のコロニー候補を組み合わせの対象から解除し、上述のようにコロニーの組み合わせを特定する。
また、コロニー検出判定部423は、上記に代えて、同一のコロニー候補と判定可能なコロニーにおいては一のコロニー候補を用いて述のようにコロニーの組み合わせを特定する。
例えば、後者の例の場合には、フィルム型培地60上において同一の座標領域を含んで上下に重畳されている場合であって、下層にあるコロニー候補の領域において1のコロニー候補(すなわち、上層となるコロニー候補)のみ重畳形成されており、下層のコロニー候補の異なる領域に2以上の上層のコロニー候補が重畳形成されていない場合には、コロニー検出判定部423は、上下層のコロニー候補が同一のコロニー候補であると判定し、その中から尤度の値が大きいコロニー候補(以下、「対象コロニー候補」という。)のみを用いて上述のようにコロニーの組み合わせを特定する。
また、図7を例では、A2、A4、A8及びA12と、A9及びA13と、A10及びA14とにおいては、後者の上述の条件を具備する。そこで、コロニー検出判定部423は、A2、A4、A8及びA12のコロニー候補群から一のコロニー候補を、A9及びA13のコロニー候補群から一のコロニー候補を、及び、A10及びA14のコロニー候補群から一のコロニー候補を、対象コロニー候補として用いてにコロニーの組み合わせを特定する。
以上、本実施形態の衛生管理システムSにおいては、形状又は培養状態によって色情報が異なる種々の状態のコロニーを含めフィルム型培地60に発生し、培養されたコロニーを的確に特定することができるので、コロニー数の検出における正確性を向上させてコロニー数の誤検出を防止すること、及び、その結果、コロニー数を含めた培地に関する情報を的確に登録することができるようになっている。
なお、本実施形態の衛生管理システムSにおいては、食品を用いて説明したが、当該食品に限らず、薬品や薬剤の人体をはじめとする生物全般に提供される生産品について適用することができる。
S … 衛生管理システム
10 … 携帯用通信端末装置
20 … 管理者端末装置
30 … ネットワーク
40 … サーバ装置
60 … フィルム型培地
70 … 作業指示書
80 … 作業ライン
100 … データ記憶部
101 … アプリケーション記憶部
102 … 画像データ記憶部
110 … 画像データ生成部
120 … アプリケーション制御部
130 … ネットワーク通信部
140 … 近距離無線通信インターフェース
150 … 現在位置検出部
160 … 表示部
170 … 操作部
180 … タイマー
190 … 携帯端末管理制御部
400 … データベース
401 … 培地情報DB
402 … ライン情報DB
403 … ロット情報DB
404 … 作業管理DB
410 … 通信制御部
420 … データ処理部
421 … 登録処理部
423 … コロニー検出判定部
424 … ロット判定処理部
425 … 報告処理部
430 … サーバ管理制御部

Claims (11)

  1. 培地が撮像されて画像化された培地画像を有する培地画像データを取得する取得手段と、
    前記培地画像を構成する各ピクセルの色に関する特徴量を抽出する抽出手段と、
    複数の閾値を定め、当該閾値毎に、各ピクセルの色に関する特徴量に基づいて、コロニー候補を検出する検出手段と、
    前記検出されたコロニー候補毎に、コロニーらしさを示す尤度を算出する算出手段と、
    前記算出された各コロニー候補の尤度に基づいて、前記検出されたコロニー候補の中から、2以上の異なるコロニー候補を、前記コロニーの組み合わせとして、特定する特定手段と、
    前記特定されたコロニーの組み合わせに属するコロニー候補の数をコロニー数として計数する計数手段と、
    前記計数されたコロニー数を少なくとも含む前記培地に関する情報を培地情報としてデータベースに登録する登録手段と、
    を備え、
    前記検出手段が、前記閾値毎に、
    (1)各ピクセルの中から、前記色に関する特徴量について予め定められた条件を具備するピクセルを検出ピクセルとして検出し、
    (2)当該検出した各検出ピクセルに基づいて、各閾値における前記コロニー候補を検出し、
    前記算出手段が、前記検出されたコロニー候補毎に、
    (A)コロニー候補に属する検出ピクセルに基づいて、該当するコロニー候補の特性を決定し、
    (B)前記決定したコロニー候補の特性に基づいて、該当するコロニー候補の尤度を算出することを特徴とする、培地情報登録システム。
  2. 請求項1に記載の培地情報登録システムにおいて、
    前記特定手段が、
    所定の条件に基づいて、2以上の異なるコロニー候補の組み合わせであって、前記コロニーの組み合わせとして成立可能な組み合わせを検出しつつ、
    前記尤度に基づいて、当該検出したコロニーの組み合わせとして成立可能な組み合わせの中から前記コロニーの組み合わせを特定する、培地情報登録システム。
  3. 請求項2に記載の培地情報登録システムにおいて、
    前記特定手段が、
    前記成立可能な組み合わせ毎に、該当する組み合わせに属するコロニー候補の尤度を変数とした評価関数を算出し、
    当該算出した評価関数に基づいて、当該検出したコロニーの組み合わせとして成立可能な組み合わせの中から前記コロニーの組み合わせを特定する、培地情報登録システム。
  4. 請求項3に記載の培地情報登録システムにおいて、
    前記評価関数が、該当する組み合わせに属するコロニー候補の尤度の合計である、培地情報登録システム。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の培地情報登録システムにおいて、
    前記算出手段が、前記検出されたコロニー候補に属する検出ピクセルの色に関する特徴量又は各検出ピクセルの培地画像上の配列位置の少なくともいずれか一方が用いられる、培地情報登録システム。
  6. 請求項2に記載の培地情報登録システムにおいて、
    前記所定の条件には、前記コロニー候補の組み合わせに含まれるコロニー候補が同一の組み合わせに含まれる他のコロニー候補と前記培地上の非同一領域に形成されていることが含まれる、培地情報登録システム。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の培地情報登録システムにおいて、
    前記登録される培地情報には、前記コロニー数とともに、前記コロニー毎に、前記特定したコロニーを画像化する際に当該画像を構成する各ピクセルの色に関する特徴量、当該各ピクセルの培地上の座標位置、及び、当該各ピクセルの数の少なくともいずれかが含まれる、培地情報登録システム。
  8. コンピュータを、
    培地が撮像されて画像化された培地画像を有する培地画像データを取得する取得手段、
    前記培地画像を構成する各ピクセルの色に関する特徴量を抽出する抽出手段、
    複数の閾値を定め、当該閾値毎に、各ピクセルの色に関する特徴量に基づいて、コロニー候補を検出する検出手段、
    前記検出されたコロニー候補毎に、コロニーらしさを示す尤度を算出する算出手段、
    前記算出された各コロニー候補の尤度に基づいて、前記検出されたコロニー候補の中から、2以上の異なるコロニー候補を、前記コロニーの組み合わせとして、特定する特定手段、
    前記特定されたコロニーの組み合わせに属するコロニー候補の数をコロニー数として計数する計数手段、及び、
    前記計数されたコロニー数を少なくとも含む前記培地に関する情報を培地情報としてデータベースに登録する登録手段、
    として機能させ、
    前記検出手段としては、前記閾値毎に、
    (1)各ピクセルの中から、前記色に関する特徴量について予め定められた条件を具備するピクセルを検出ピクセルとして検出し、
    (2)当該検出した各検出ピクセルに基づいて、各閾値における前記コロニー候補を検出し、
    前記算出手段としては、前記検出されたコロニー候補毎に、
    (A)コロニー候補に属する検出ピクセルに基づいて、該当するコロニー候補の特性を決定し、
    (B)前記決定したコロニー候補の特性に基づいて、該当するコロニー候補の尤度を算出することを特徴とするプログラム。
  9. 培地が撮像されて画像化された培地画像を有する培地画像データを取得する取得手段と、
    前記培地画像を構成する各ピクセルの色に関する特徴量を抽出する抽出手段と、
    複数の閾値を定め、当該閾値毎に、各ピクセルの色に関する特徴量に基づいて、コロニー候補を検出する第1検出手段と、
    前記検出されたコロニー候補毎に、コロニーらしさを示す尤度を算出する算出手段と、
    前記算出された各コロニー候補の尤度に基づいて、前記検出されたコロニー候補の中から、2以上の異なるコロニー候補を、前記コロニーの組み合わせとして、特定する特定手段と、
    前記特定されたコロニーの組み合わせに属するコロニー候補をコロニーとして検出する第2検出手段と、
    を備え、
    前記第1検出手段が、前記閾値毎に、
    (1)各ピクセルの中から、前記色に関する特徴量について予め定められた条件を具備するピクセルを検出ピクセルとして検出し、
    (2)当該検出した各検出ピクセルに基づいて、各閾値における前記コロニー候補を検出し、
    前記算出手段が、前記検出されたコロニー候補毎に、
    (A)コロニー候補に属する検出ピクセルに基づいて、該当するコロニー候補の特性を決定し、
    (B)前記決定したコロニー候補の特性に基づいて、該当するコロニー候補の尤度を算出することを特徴とするコロニー検出装置。
  10. コンピュータを、
    培地が撮像されて画像化された培地画像を有する培地画像データを取得する取得手段、
    前記培地画像を構成する各ピクセルの色に関する特徴量を抽出する抽出手段、
    複数の閾値を定め、当該閾値毎に、各ピクセルの色に関する特徴量に基づいて、コロニー候補を検出する第1検出手段、
    前記検出されたコロニー候補毎に、コロニーらしさを示す尤度を算出する算出手段、
    前記算出された各コロニー候補の尤度に基づいて、前記検出されたコロニー候補の中から、2以上の異なるコロニー候補を、前記コロニーの組み合わせとして、特定する特定手段、及び、
    前記特定されたコロニーの組み合わせに属するコロニー候補をコロニーとして検出する第2検出手段、
    として機能させ、
    前記第1検出手段としては、前記閾値毎に、
    (1)各ピクセルの中から、前記色に関する特徴量について予め定められた条件を具備するピクセルを検出ピクセルとして検出し、
    (2)当該検出した各検出ピクセルに基づいて、各閾値における前記コロニー候補を検出し、
    前記算出手段としては、前記検出されたコロニー候補毎に、
    (A)コロニー候補に属する検出ピクセルに基づいて、該当するコロニー候補の特性を決定し、
    (B)前記決定したコロニー候補の特性に基づいて、該当するコロニー候補の尤度を算出することを特徴とするプログラム。
  11. 検体に発生する菌を培養するための培地を画像化した培地画像を、培地画像データとして生成する通信端末装置と、
    前記培地画像データに基づいて前記培地に発生したコロニーを検出してデータベースに登録するサーバ装置と、
    を備え、
    前記サーバ装置が、
    培地が撮像されて画像化された培地画像を有する培地画像データを前記通信端末装置から取得する取得手段と、
    前記培地画像を構成する各ピクセルの色に関する特徴量を抽出する抽出手段と、
    複数の閾値を定め、当該閾値毎に、各ピクセルの色に関する特徴量に基づいて、コロニー候補を検出する検出手段と、
    前記検出されたコロニー候補毎に、コロニーらしさを示す尤度を算出する算出手段と、
    前記算出された各コロニー候補の尤度に基づいて、前記検出されたコロニー候補の中から、2以上の異なるコロニー候補を、前記コロニーの組み合わせとして、特定する特定手段と、
    前記特定されたコロニーの組み合わせに属するコロニー候補の数をコロニー数として計数する計数手段と、
    前記計数されたコロニー数を少なくとも含む前記培地に関する情報を培地情報としてデータベースに登録する登録手段と、
    を備え、
    前記検出手段が、前記閾値毎に、
    (1)各ピクセルの中から、前記色に関する特徴量について予め定められた条件を具備するピクセルを検出ピクセルとして検出し、
    (2)当該検出した各検出ピクセルに基づいて、各閾値における前記コロニー候補を検出し、
    前記算出手段が、前記検出されたコロニー候補毎に、
    (A)コロニー候補に属する検出ピクセルに基づいて、該当するコロニー候補の特性を決定し、
    (B)前記決定したコロニー候補の特性に基づいて、該当するコロニー候補の尤度を算出することを特徴とする、衛生管理システム。
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