JP6946015B2 - Underwater organism detection device, underwater organism detection system and underwater organism detection method - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、水中生物検出装置、水中生物検出システム及び水中生物検出方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to an aquatic organism detection device, an aquatic organism detection system, and an aquatic organism detection method.
河川や沼湖の生態系を評価する際には、藻類などの水中の生物の現存量を把握することが重要である。水中の生物を検出する方法として以下のような方法がある。まず、検出対象となる河川等から、多量の水を採水する。採水された水を静置沈殿させる。沈殿物を数滴、溝を切ったスライドガラスに載せ、表面をカバーガラスで覆う。顕微鏡観察によって、水中の生物の種類を同定し、その量をカウントする。ただし、この方法では、前処理やカウントの作業に多くの時間を要してしまうという問題があった。 When assessing the ecosystems of rivers and swamp lakes, it is important to understand the abundance of algae and other aquatic organisms. There are the following methods for detecting organisms in water. First, a large amount of water is sampled from the river to be detected. Allow the sampled water to settle statically. Place a few drops of precipitate on a grooved glass slide and cover the surface with a cover glass. Microscopic observation identifies the species of organisms in the water and counts their abundance. However, this method has a problem that it takes a lot of time for preprocessing and counting work.
本発明が解決しようとする課題は、より短い時間で水中の生物を検出することができる水中生物検出装置、水中生物検出システム及び水中生物検出方法を提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide an aquatic organism detection device, an aquatic organism detection system, and an aquatic organism detection method capable of detecting an aquatic organism in a shorter time.
実施形態の水中生物検出装置は、画像入力部と、波長帯域処理部と、形状判別処理部と、を持つ。画像入力部は、原水が通水するフローセルを撮像する撮像装置から、前記原水からの光を複数の波長帯域毎の信号強度に基づき生成された画像データを取得する。波長帯域処理部は、前記画像データにおける前記複数の波長帯域毎の透過率に基づいて、前記画像データの画像から前記原水に含まれる検出対象の藻類の画像を含む画素領域を抽出する。形状判別処理部は、前記波長帯域処理部によって抽出された前記画素領域の形状に基づいて、前記検出対象の藻類を判別する。 The underwater organism detection device of the embodiment includes an image input unit, a wavelength band processing unit, and a shape discrimination processing unit. Image input unit from the imaging device you image Taking the flow cell raw water is passed through obtains image data generated on the basis of the light on the signal strength for each of the plurality of wavelength bands from the raw. The wavelength band processing unit extracts a pixel region including an image of algae to be detected contained in the raw water from the image of the image data based on the transmittance of each of the plurality of wavelength bands in the image data. The shape discrimination processing unit discriminates the algae to be detected based on the shape of the pixel region extracted by the wavelength band processing unit.
以下、実施形態の水中生物検出装置、水中生物検出システム及び水中生物検出方法を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the aquatic organism detection device, the aquatic organism detection system, and the aquatic organism detection method of the embodiment will be described with reference to the drawings.
(概略)
まず、本実施形態の水中生物検出システムの概略について説明する。
図1は、本実施形態における水中生物検出システム1の構成例を示す図である。図1に示すように、水中生物検出システム1は、顕微鏡10、光源20、撮像装置30、フローセル40及び水中生物検出装置50を備える。撮像装置30と水中生物検出装置50とは、ネットワーク60を介して通信可能に接続される。ネットワーク60は、インターネット等の広域通信網であってもよいし、LANのような構内通信網であってもよい。なお、撮像装置30と水中生物検出装置50とは、ネットワーク60に代えてケーブルで接続されてもよい。
(Summary)
First, the outline of the aquatic organism detection system of the present embodiment will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the aquatic organism detection system 1 in the present embodiment. As shown in FIG. 1, the aquatic organism detection system 1 includes a microscope 10, a light source 20, an
顕微鏡10は、光源20から発光される光に基づいて、フローセル40内を通過する物質を拡大した映像を生成する。
The microscope 10 generates a magnified image of a substance passing through the
光源20は、顕微鏡10のレンズが位置する方向に光を発する。光源20は、どのような発光素子を用いて構成されてもよい。光源20は、波長のピークが特徴的ではない発光素子を用いて構成されることが望ましい。例えば、光源20には、Light Emitting Diode(LED)ではない発光素子が用いられることが望ましい。例えば、光源20はハロゲンランプを用いて構成されてもよい。 The light source 20 emits light in the direction in which the lens of the microscope 10 is located. The light source 20 may be configured by using any light emitting element. It is desirable that the light source 20 is configured by using a light emitting element whose wavelength peak is not characteristic. For example, it is desirable that a light emitting element other than a Light Emitting Diode (LED) is used for the light source 20. For example, the light source 20 may be configured by using a halogen lamp.
撮像装置30は、顕微鏡10によって拡大された映像を撮像する。撮像装置30は、分光機能を有している。撮像装置30は、例えば複数の異なる波長の光による画像を波長毎に撮像する。撮像装置30は、撮像によって得られる画像データを、ネットワーク60を介して水中生物検出装置50に送信する。撮像装置30は、例えばハイパースペクトルカメラを用いて構成されてもよいし、カラーフィルター及びモノクロカメラを用いて構成されてもよい。以下、撮像装置30の具体的な構成例について説明する。
The
まず、撮像装置30がハイパースペクトルカメラを用いて構成された場合の構成について説明する。撮像装置30は、複数の特定の波長帯域の信号強度のピークを判別可能な感度を有する画素が配列された撮像素子を備える。撮像装置30が備える撮像素子は、被写体からの光を光電変換する画素が配列された構成であり、単板でも多板でもよい。特定の波長は、検出の対象となっている所定の生物(以下「検出対象生物」という。)を特定するために有効な複数の波長帯である。例えば、検出対象生物がかび臭を発生させる所定の藍藻類である場合、特定の波長は、650nm〜700nm(第1の波長帯域)と、600nm〜650nm(第2の波長帯域)とである。特定の波長帯域は、660nm〜690nm(第1の波長帯域)と、610nm〜640nm(第2の波長帯域)であってもよい。特定の波長帯域は、670nm〜680nm(第1の波長帯域)と、620nm〜630nm(第2の波長帯域)であってもよい。
First, a configuration when the
複数の特定の波長帯域の信号強度のピークを判別可能な感度を有する画素とは、第1の波長帯域と第2の波長帯域とに信号強度のピークがあることを判別可能な複数の波長帯域に感度を有する画素である。第1の波長帯域と、第2の波長帯域とにスペクトルのピークがあることを判別可能な複数の波長帯域とは、例えば、550nm〜600nm、600nm〜650nm、650nm〜700nm及び700nm〜750nmの波長帯域である。 A pixel having sensitivity capable of discriminating signal intensity peaks in a plurality of specific wavelength bands is a plurality of wavelength bands capable of discriminating that there are signal intensity peaks in the first wavelength band and the second wavelength band. It is a pixel having sensitivity to. The plurality of wavelength bands capable of discriminating that the first wavelength band and the second wavelength band have spectral peaks are, for example, wavelengths of 550 nm to 600 nm, 600 nm to 650 nm, 650 nm to 700 nm, and 700 nm to 750 nm. It is a band.
撮像装置30は、これらの複数の波長帯域に感度を有する画素からの信号を処理して原水画像データとして出力する。原水画像データは、例えば各画素において複数の波長帯域における受光強度の値を有したデータであってもよい。例えば、画素毎に、第1の波長帯域の光の受光強度の値と、第2の波長帯域の光の受光強度の値と、これらの波長帯域に近い波長帯域の光の受光強度の値と、が与えられてもよい。これにより、水中生物検出装置50は、撮像装置30からの原水画像データに基づいて650nm〜700nm(第1の波長帯域)と、600nm〜650nm(第2の波長帯域)とにスペクトルのピークがあるか否かを判定することができる。
The
図2は、撮像装置30の具体的な構成例を示す図である。次に、図2を用いて、撮像装置30がカラーフィルター及びモノクロカメラを用いて構成された場合の構成について説明する。撮像装置30は、カラーフィルター31、撮像部32及び撮像制御部33を備える。カラーフィルター31は、複数の透過部を有する。各透過部は、所定の波長(色)の光を通過させ、他の波長の光を減衰させる。透過部毎に通過させる波長は異なる。例えば、図2の具体例ではカラーフィルター31は6つの透過部を有している。カラーフィルター31は、撮像制御部33の制御に応じて、撮像部32に入射する光の光軸81に位置する透過部(以下「対象透過部」という。)が変化するように動作する。図2の例では、カラーフィルター31は、円盤の中心部を通る軸を中心として円周方向に回転する。この回転によって、対象透過部が変化する。カラーフィルター31が備える透過部の特性は、検出の対象となっている所定の生物を特定するために有効な複数の波長帯に応じて決定されてもよい。例えば、検出対象生物が特定の藍藻類である場合、上述した第1の波長帯域と第2の波長帯域とに応じてカラーフィルター31の透過部の特性が決定されてもよい。
FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration example of the
撮像部32は、撮像素子を有する。撮像部32は、撮像制御部33の制御に応じて、光軸81を中心として撮像部32の撮像素子に到達した光に基づいて撮像する。より具体的には、光源20によって発光され、フローセル40、顕微鏡10、カラーフィルター31の対象透過部を通過し、撮像部32の撮像素子に到達した光に基づいて撮像部32は撮像する。撮像部32は、撮像された画像のデータを生成する。撮像部32は、生成された画像のデータ(原水画像データ)を撮像制御部33に出力する。
The image pickup unit 32 has an image pickup element. The image pickup unit 32 takes an image based on the light that reaches the image pickup element of the image pickup unit 32 centering on the optical axis 81 under the control of the image
撮像制御部33は、カラーフィルター31及び撮像部32の動作を制御する。例えば、撮像制御部33は、予め定められた撮像タイミングにしたがって、カラーフィルター31の対象透過部を変化させ、撮像部32に撮像を実行させる。このような撮像制御部33の制御によって、フローセル40を通過する原水に存在する水中生物の姿を捉えた画像が、異なる複数の波長の光に基づいて得られる。例えば、撮像制御部33は、非常に短い時間でカラーフィルター31の対象透過部を変化させ、各対象透過部において撮像部32による撮像を実行させる。このような処理によって、ほぼ同じ瞬間の水中生物の姿が、異なる複数の波長の光の画像として取得される。撮像制御部33は、撮像部32によって取得された画像のデータを、ネットワーク60を介して水中生物検出装置50へ送信する。
The image
図1に戻って説明を続ける。フローセル40は、処理対象の水源から取得された原水が通過する流路を内部に有する装置である。フローセル40は、観察される対象物の光が顕微鏡10のレンズに到達できるように透明な物体で構成される。水中生物検出システム1によって処理が行われている場合、フローセル40の流路では、原水がほぼ静止することなく流れ続ける。
The explanation will be continued by returning to FIG. The
図3は、フローセル40の具体例を示す図である。フローセル40は、採水管41、本体42及び排水管43を備える。
FIG. 3 is a diagram showing a specific example of the
採水管41は、水源から採水された原水の一部が本体42に流入するための流入口を有する。流入口から流入する原水は、高低差やポンプ等により水圧がかかっており、矢印の方向に流れる。採水管41の流入口から流入した原水は、採水管41を通過して本体42へ流入する。 The water sampling pipe 41 has an inflow port for a part of the raw water sampled from the water source to flow into the main body 42. The raw water flowing in from the inflow port is under water pressure due to the height difference and pumps, etc., and flows in the direction of the arrow. The raw water flowing in from the inflow port of the water sampling pipe 41 passes through the water sampling pipe 41 and flows into the main body 42.
本体42は、内部に流路を有する。本体42は、少なくとも撮像装置30の撮影対象となる領域においては、仮に原水が透明であれば光源20からの光を波長によらず均一に透過させるように透明の部材を用いて構成される。
The main body 42 has a flow path inside. The main body 42 is configured by using a transparent member so that the light from the light source 20 can be uniformly transmitted regardless of the wavelength if the raw water is transparent, at least in the region to be photographed by the
排水管43は、本体42を通過した原水を排出するための排水口を有する。排水口から排出される原水は、特定の領域へ廃棄されてもよいし、水源へ戻されてもよい。 The drain pipe 43 has a drain port for draining the raw water that has passed through the main body 42. The raw water discharged from the drain may be disposed of in a specific area or returned to the water source.
水中生物検出装置50は、情報処理装置を用いて構成される。水中生物検出装置50は、撮像装置30によって撮像された画像のデータを、ネットワーク60を介して取得する。水中生物検出装置50は、取得された画像のデータに基づいて、検出対象生物を検出する。
The aquatic
ここで、特定の波長帯域を選択する方法について具体例を示して説明する。以下の説明では、検出対象生物の具体例として、かび臭の原因となる特定の藍藻類を想定する。 Here, a specific example of a method of selecting a specific wavelength band will be described. In the following description, specific cyanobacteria that cause musty odor are assumed as specific examples of the organisms to be detected.
特定の波長帯域を、各種の藻類を400nm〜1000nmの波長における5〜10nm刻みの各波長の信号強度を各画素で取得可能なハイパースペクトルカメラで撮影して、かび臭を発生する藍藻類を含む各種の藻類の分光スペクトルを特定する。そして、かび臭を発生する藍藻類とその他の藻類とで分光スペクトルの値が顕著に異なる波長帯域があればその波長帯域を特定の波長帯域としてもよい。また、かび臭を発生させる藍藻類に特有のピーク波長が複数あれば、その複数のピーク波長をそれぞれ含む複数の波長帯域を特定の波長帯域としてもよい。このような特定の波長帯域の値を用いて、かび臭を発生させる藍藻類が写っている画素の領域が特定されてもよい。このように、検出対象生物が写っている画素の領域を「画素領域」と呼ぶ。特定の波長帯域の値を用いて画素領域が特定されることによって、検出対象生物の外観の形状と略一致した形状の画素領域が特定される。 Various algae including blue-green algae that generate musty odor by photographing a specific wavelength band with a hyperspectral camera capable of acquiring the signal intensity of each wavelength in 5 to 10 nm increments at a wavelength of 400 nm to 1000 nm with each pixel. Identify the spectroscopic spectrum of the algae. Then, if there is a wavelength band in which the spectral spectrum values are significantly different between the cyanobacteria that generate a musty odor and other algae, that wavelength band may be set as a specific wavelength band. Further, if there are a plurality of peak wavelengths peculiar to cyanobacteria that generate a musty odor, a plurality of wavelength bands including the plurality of peak wavelengths may be set as a specific wavelength band. The region of the pixel in which the cyanobacteria that generate a musty odor is reflected may be specified by using the value of such a specific wavelength band. In this way, the area of the pixel in which the organism to be detected is captured is called the "pixel area". By specifying the pixel region using the value of a specific wavelength band, the pixel region having a shape substantially matching the appearance shape of the organism to be detected is specified.
かび臭の原因となる藍藻類には、「アナベナ」、「オシラトリア」及び「フォルミジウム」等があり、かび臭の原因とならない藍藻類には「ミクロキスティス」がある。図4は、原水に発生する藻類の写真例を示す図である。図4において、写真61は、かび臭を発生する藍藻類である「オシラトリア」である。写真62は、かび臭を発生する藍藻類である「アナベナ」である。写真63は、かび臭を発生する藍藻類である「フォルミジウム」である。写真64は、かび臭を発生しない藍藻類以外の藻類の一つである「ケイ藻」である。写真65は、かび臭を発生しない藍藻類である「ミクロキスティス」である。
The blue-green algae that cause a musty odor include "Anabaena", "Oscillatoria", and "formidium", and the blue-green algae that do not cause a musty odor include "Microcystis". FIG. 4 is a diagram showing a photographic example of algae generated in raw water. In FIG. 4,
図4に示すように、かび臭を発生する藍藻類である「アナベナ」、「オシラトリア」及び「フォルミジウム」は、棒状の形である。かび臭を発生しない藍藻類である「ミクロキスティス」及びかび臭を発生しない藍藻類以外の藻類の一つである「ケイ藻」は、球状の形である。 As shown in FIG. 4, the cyanobacteria "Anabaena", "Oscillatoria" and "Formidium" that generate a musty odor have a rod-like shape. "Microcystis", which is a blue-green algae that does not generate a musty odor, and "diatom", which is one of the algae other than the blue-green algae that does not generate a musty odor, have a spherical shape.
図5は、「ケイ藻」、「ミクロキスティス」、「アナベナ」、「オシラトリア」及び「フォルミジウム」の分光スペクトルを示す図である。図5に示すように、藍藻類である「ミクロキスティス」、「アナベナ」、「オシラトリア」及び「フォルミジウム」は、620nm付近(図5の枠71)と680nm付近(図5の枠72)とに分光スペクトルのピーク(図5では下方向のピーク)がある。「ケイ藻」は、500nm付近と680nm付近とに分光スペクトルのピーク(図5では下方向のピーク)がある。図5には、620nm付近の波長帯域を示す枠71と、680nm付近の波長帯域を示す枠72とが示されている。第1の波長帯域は、枠72の波長帯域を含むものであり、第2の波長帯域は、枠71の波長帯域を含むものである。
FIG. 5 is a diagram showing the spectral spectra of “diatom”, “microcystis”, “anabena”, “osilatoria” and “formidium”. As shown in FIG. 5, the blue-green algae "Microcystis", "Anabaena", "Oscillatoria" and "Formidium" are located near 620 nm (
620nm付近のピークは、主にフィコシアニンという色素による光の吸収により現れているものと考えられる。680nm付近のピークは、主にクロロフィルaという色素による光の吸収により現れているものと考えられる。このように、藻類が含む色素に対応した波長帯域が分光スペクトルのピークとなる。よって、かび臭等の異臭を発生する藻類に特有の色素があれば、その色素が吸収する光の波長帯域がその藻類に特有の波長帯域となる。藍藻類以外の他の藻類においてもフィコシアニンを有しているものは少なく、フィコシアニンは、藍藻類に特有の色素といえる。 It is considered that the peak around 620 nm appears mainly due to the absorption of light by a pigment called phycocyanin. It is considered that the peak near 680 nm appears mainly due to the absorption of light by the dye called chlorophyll a. In this way, the wavelength band corresponding to the dye contained in the algae becomes the peak of the spectral spectrum. Therefore, if there is a pigment peculiar to algae that generates an offensive odor such as musty odor, the wavelength band of light absorbed by the pigment becomes the wavelength band peculiar to the algae. Few algae other than blue-green algae also have phycocyanin, and phycocyanin can be said to be a pigment peculiar to blue-green algae.
以上の藻類の特徴を考慮すると、まず、撮像装置30から出力される原水画像データにおいて、藍藻類に特有のピークの波長帯域である620nm付近を含む第2の波長帯域と680nm付近を含む第1の波長帯域とにおける信号強度を用いて、藍藻類(検出対象生物を含む分類の生物)の画素領域であるか否かを特定する。次に、撮像装置30から出力される原水画像データに対して画像処理を行い、藍藻類の画素領域と特定した藻類の形状に応じてかび臭を発生する藍藻類(検出対象生物)の画素領域を特定できる。本実施形態の水中生物検出装置50は、撮像装置30から出力される原水画像データに基づいて、波長帯域により藍藻類の画素領域を特定した後に、藍藻類の画素領域の形状に基づいて、棒状の藍藻類の画素領域をかび臭を発生する藍藻類の画素領域と判別する処理を行う。
Considering the above characteristics of algae, first, in the raw water image data output from the
以上の説明では、検出対象生物として、かび臭の原因となる特定の藍藻類が想定されていた。ただし、本実施形態の水中生物検出システム1では、上記の特定の藍藻類に限らず、水中のどのような生物が検出対象生物とされてもよい。例えば、上水システム等の水処理施設においては、細かい微生物(例えばケイ藻)が濾過器に障害を発生させる可能性を有している。また、上水システム等の水処理施設において、ミクロキスティスは凝集障害を発生させる可能性を有している。そのため、このような問題の発生可能性を判別するために、これらの原因となりうる水中生物が検出対象生物とされてもよい。 In the above explanation, specific cyanobacteria that cause musty odor were assumed as the organisms to be detected. However, in the aquatic organism detection system 1 of the present embodiment, not only the above-mentioned specific blue-green algae but also any organism in water may be the detection target organism. For example, in a water treatment facility such as a water supply system, fine microorganisms (for example, diatoms) have the potential to cause damage to the filter. In addition, in water treatment facilities such as water supply systems, Microcystis has the potential to cause aggregation disorders. Therefore, in order to determine the possibility of occurrence of such a problem, aquatic organisms that can cause these problems may be set as detection target organisms.
図6は、水中生物検出装置50の構成例を示す図である。次に、水中生物検出装置50の構成例について説明する。水中生物検出装置50は、画像入力部51、波長帯域処理部52、形状判別処理部53及び表示制御部54を備える。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of the aquatic
画像入力部51は、ネットワーク60を介して撮像装置30と通信する。画像入力部51は、撮像装置30と通信することによって、原水画像データを取得する。
The
波長帯域処理部52は、画像入力部51によって取得された原水画像データに含まれる各画素の波長帯域の信号強度に基づいて、原水画像データの画像から、検出対象生物と推定される画像の画素領域を抽出する。波長帯域処理部52は、抽出された画素領域に関する情報を形状判別処理部53に出力する。例えば、波長帯域処理部52は、検出対象生物と推定される画像の画素領域には第一の値(例えば“1”)が与えられ、他の画素領域には第二の値(例えば“0”)が与えられた2値の画像データを生成してもよい。
The wavelength
以下、波長帯域処理部52のより具体的な処理の例について説明する。波長帯域処理部52は、第1の波長帯域及び第2の波長帯域の信号強度に基づいて、原水画像データから検出対象生物の画像を含む画素領域(例えば藍藻類の画素領域)を抽出する。波長帯域処理部52は、例えば、第1の波長帯域及び第2の波長帯域にピークを有する画素を特定して、特定した画素の領域を、検出対象生物の画像を含む画素領域として抽出する。
Hereinafter, a more specific example of processing by the wavelength
波長帯域処理部52は、例えば、第1、第2の波長帯域の信号強度が、第1、第2の波長帯域の前後の波長帯域の信号強度よりも低い場合に、第1、第2の波長帯域にピークを有すると判断する。ここで、前後の波長帯域とは、第1、第2の波長帯域より短い波長の波長帯域と、第1、第2の波長帯域より長い波長の波長帯域のことである。また、場合によっては、波長帯域処理部52は、例えば、第1の波長帯域の信号強度が、第1の波長帯域の前又は後の波長帯域の信号強度よりも低い場合に、第1の波長帯域にピークを有すると判断してもよい。上記のピークの判断方法は一例であり、波長帯域処理部52は、波長帯域毎の信号強度の変化に基づいて、各画素に対して、第1の波長帯域及び第2の波長帯域におけるピークの有無を判断する。
The wavelength
また、波長帯域処理部52における検出対象生物の画像を含む画素領域の抽出処理は、第1の波長帯域及び第2の波長帯域のピークの有無に基づいて抽出する処理に限定されるものではなく、例えば、以下に示す抽出処理を用いてもよい。波長帯域処理部52は、例えば、第1の波長帯域の画素データAと第2の波長帯域の画素データBとに基づいて、以下の(式1)を用いて検出対象指標を算出する。
検出対象指標=(mA−nB)/(mA+nB) … (式1)
Further, the extraction process of the pixel region including the image of the organism to be detected by the wavelength
Detection target index = (mA-nB) / (mA + nB) ... (Equation 1)
ただし、m、nは任意の係数であり、検出対象指標の精度を高める目的で、例えば、−1から1までの値をとる係数である(−1≦m≦1、−1≦n≦1)。係数m、nは、複数種類の水中生物について、実際に測定したA、Bの値を入力して、係数m、nの値を変化させた結果に基づいて、検出対象生物(例えば藍藻類)とその他の水中生物とを最も精度良く判別できる値を求める。この場合、波長帯域処理部52は、算出した検出対象指標に基づいて検出対象の画素領域か否かを判定し、検出対象の画素領域を抽出する。
However, m and n are arbitrary coefficients, and for the purpose of improving the accuracy of the detection target index, for example, they are coefficients that take a value from -1 to 1 (-1 ≦ m ≦ 1, -1 ≦ n ≦ 1). ). The coefficients m and n are the organisms to be detected (for example, cyanobacteria) based on the results of changing the values of the coefficients m and n by inputting the values of A and B actually measured for a plurality of types of aquatic organisms. Find the value that can distinguish between and other aquatic organisms with the highest accuracy. In this case, the wavelength
形状判別処理部53は、波長帯域処理部52で抽出された検出対象の画素領域の形状を判別して、検出対象の水中生物の画素領域を抽出する。例えば、検出対象が上述のかび臭を発生する藍藻類の棒状の藍藻類(図4のオシラトリア、アナベナ、フォルミジウム)である場合、これらの画素領域を抽出する。具体的には、形状判別処理部53は、図4の写真61〜63に示した棒状の藍藻類であるのか、写真65に示した球状の藍藻類であるのかを判別する。形状判別処理部53における判別方法は、棒状のテンプレートと、球状のテンプレートとを用いたパターンマッチング等の公知の画像処理を用いることで実現することができる。また、形状判別処理部53は、同じ棒状の藍藻類であっても、それがオシラトリア、アナベナ、フォルミジウムのいずれであるかについてパターンマッチングや識別器を用いて判別してもよい。
The shape
表示制御部54は、形状判別処理部53によって抽出された画素領域を、他の画素領域とは異なる態様で示す映像データを生成する。表示制御部54は、表示装置80に対し、映像データを表示させる。表示制御部54は、検出された水中生物に関する情報であれば、上記の画素領域に関する情報のみならず、他のどのような情報を表示装置80に表示させてもよい。
The
表示装置80は、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等の画像表示装置である。表示装置80は、映像信号を伝達するケーブルを用いて水中生物検出装置50に接続されてもよいし、ネットワークを介して水中生物検出装置50に接続されても良い。表示装置80は、表示制御部54によって生成された映像データを表示する。
The
次に、水中生物検出装置50の動作について説明する。
図7は、水中生物検出装置50の動作を説明するフロー図である。画像入力部51は、撮像装置30から原水画像データを取得する(ステップS101)。波長帯域処理部52は、画像入力部51に入力された原水画像データに基づいて、第1の波長帯域及び第2の波長帯域にピークを有する画素を特定して、特定した画素の領域を検出対象生物の画像の画素領域として抽出する(ステップS102)。
Next, the operation of the underwater
FIG. 7 is a flow chart illustrating the operation of the underwater
形状判別処理部53は、波長帯域処理部52で抽出された画素領域の形状を判別して、検出対象生物の画素領域を抽出する(ステップS103)。表示制御部54は、抽出された検出対象生物に関する情報(例えば抽出された画素領域の画像)を表示装置80に表示させる(ステップS104)。
The shape
図8は、水中生物検出システム1で生成される画像の具体例を示す図である。画像91は、撮像装置30において撮像された原水画像データのRGBデータである。なお、撮像装置30において、必ずしもRGBデータが取得される必要は無い。画像92は、波長帯域処理部52による抽出結果を示す画像である。画像92において、白い領域が、検出対象生物の画像を含む画素領域として抽出された領域である。画像93は、形状判別処理部53による判別結果を示す画像である。画像93において、白い領域が、検出対象生物の画像として判別された領域である。
FIG. 8 is a diagram showing a specific example of an image generated by the aquatic organism detection system 1. The
以上に説明した実施形態の水中生物検出システム1では、フローセル40内を流れている原水について撮像装置30で原水画像データを撮影し、撮影された原水データから検出対象の水中生物の画像の画素領域が形状判別される。そのため、検査を行う作業員が、わざわざ検出対象の水源(湖や河川など)から原水を採取し、プレパラート等の検査器具を準備する必要が無くなる。そのため、熟練した者でなくても、より短い時間で水中の生物を検出することが可能となる。より具体的には、1度の検査に要する時間を大幅に削減することができ、水源から流入する原水をほぼリアルタイムで検査対象とし水中生物を検出することが可能となる。
In the aquatic organism detection system 1 of the embodiment described above, the raw water image data of the raw water flowing in the
また、実施形態の水中生物検出システム1では、まず各画素の波長のスペクトルに関する情報に基づいて、検出対象生物の画像が含まれた領域であるか否か判別される。そして、検出対象生物の画像が含まれていると判別された画素領域について、形状に基づいた判別が行われる。形状に基づいた判別の処理では、処理の対象となる画像において形状以外の情報が不要である。そのため、処理の対象となる画像のデータサイズや処理の負荷を軽減することができる。そのため、上述したようなフローセル40内を流れている原水についてほぼリアルタイムで水中生物を検出することが実現可能となる。
Further, in the underwater organism detection system 1 of the embodiment, first, based on the information regarding the wavelength spectrum of each pixel, it is determined whether or not the region includes an image of the organism to be detected. Then, the pixel region determined to contain the image of the organism to be detected is determined based on the shape. In the shape-based discrimination process, information other than the shape is not required in the image to be processed. Therefore, the data size of the image to be processed and the processing load can be reduced. Therefore, it is possible to detect aquatic organisms in almost real time in the raw water flowing in the
また、実施形態の水中生物検出システム1では、水中生物検出装置50や表示装置80を水源から離れた場所に設置することができる。そのため、水中生物検出システム1の設置の自由度が向上する。例えば、ユーザは水源から離れた位置で、検出対象生物の検出結果の情報を取得する事ができるため、その後の対応を迅速に行う事が可能となる。
Further, in the underwater organism detection system 1 of the embodiment, the underwater
(変形例)
波長帯域処理部52は、機械学習によって予め生成された識別器を用いて検出対象生物の画像を含む画素領域を抽出するように構成されてもよい。この場合、波長帯域処理部52は、以下のように動作する。まず、検出対象生物の画像のスペクトルパターンが予め取得される。SVM(Support Vector Machine)等の機械学習のアルゴリズムを用いることによって、検出対象生物の画像に特有のスペクトルパターンが学習される。いいかえれば、検出対象生物の画像に特有のスペクトルパターンを識別する識別器が予め生成される。波長帯域処理部52は、このようにして予め生成された識別器を用いることによって、検出対象生物の画像を含む画素領域を抽出してもよい。この他の手法であっても、波長帯域処理部52は、統計処理に基づいて検出対象生物の画像に特有のスペクトルパターンを判別することによって画素領域を抽出してもよい。
(Modification example)
The wavelength
形状判別処理部53は、機械学習によって予め生成された識別器を用いて検出対象生物の画素領域を判別するように構成されてもよい。この場合、形状判別処理部53は、以下のように動作する。まず、検出対象生物の画像が予め取得される。SVM等の機械学習のアルゴリズムを用いることによって、検出対象生物の画像に特有の形状が学習される。いいかえれば、検出対象生物の画像に特有の形状を識別する識別器が予め生成される。形状判別処理部53は、このようにして予め生成された識別器を用いることによって、検出対象生物の画素領域を抽出してもよい。この他の手法であっても、形状判別処理部53は、統計処理に基づいて検出対象生物の画像に特有の形状を判別することによって画素領域を抽出してもよい。
The shape
水中生物検出装置50の各機能は、撮像装置30に設けられてもよい。また、水中生物検出装置50の各機能は、スマートフォン等の携帯型の情報処理装置に実装されてもよい。水中生物検出装置50にの各機能の全て又は一部は、ネットワーク上のサーバ装置やクラウドにおいて実装されてもよい。
Each function of the aquatic
水中生物検出装置50は、検出された検出対象生物に関する情報を不揮発性記憶媒体に蓄積するように構成されてもよい。蓄積される情報の具体例として、原水に関する情報(採水された場所、日時、天候などの情報)や、検出された生物の種別を示す情報や、検出された生物の量を示す情報がある。
The aquatic
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、フローセル40内を流れる水において、検出対象生物を水中生物検出装置50が検出する。この際、水中生物検出装置50は、取得された画像のスペクトル情報と、スペクトル情報に基づいて抽出された画素領域の形状とに基づいて検出対象生物を判別する。そのため、原水において検出対象生物をより短い時間で検出することが可能となる。
According to at least one embodiment described above, the aquatic
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, as well as in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1…水中生物検出システム、10…顕微鏡、20…光源、30…撮像装置、40…フローセル、50…水中生物検出装置、60…ネットワーク、31…カラーフィルター、32…撮像部、33…撮像制御部、41…採水管、42…本体、43…排水管、51…画像入力部、52…波長帯域処理部、53…形状判別処理部、54…表示制御部、80…表示装置 1 ... Underwater biological detection system, 10 ... Microscope, 20 ... Light source, 30 ... Imaging device, 40 ... Flow cell, 50 ... Underwater biological detection device, 60 ... Network, 31 ... Color filter, 32 ... Imaging unit, 33 ... Imaging control unit , 41 ... Water sampling pipe, 42 ... Main body, 43 ... Drainage pipe, 51 ... Image input unit, 52 ... Wavelength band processing unit, 53 ... Shape discrimination processing unit, 54 ... Display control unit, 80 ... Display device
Claims (4)
前記画像データにおける前記複数の波長帯域毎の透過率に基づいて、前記画像データの画像から前記原水に含まれる検出対象の藻類の画像を含む画素領域を抽出する波長帯域処理部と、
前記波長帯域処理部によって抽出された前記画素領域の形状に基づいて、前記検出対象の藻類を判別する形状判別処理部と、
を備える水中生物検出装置。 An image input unit that acquires image data generated based on signal intensities for each of a plurality of wavelength bands for light from the raw water from an image pickup device that images a flow cell through which raw water passes.
A wavelength band processing unit that extracts a pixel region including an image of algae to be detected contained in the raw water from the image of the image data based on the transmittance of each of the plurality of wavelength bands in the image data.
A shape discrimination processing unit that discriminates the algae to be detected based on the shape of the pixel region extracted by the wavelength band processing unit.
Bei obtain aquatic organisms detection device.
前記フローセルを流れる前記原水の映像を拡大する顕微鏡と、
前記顕微鏡によって拡大された映像を、複数の波長帯域毎の信号強度に基づいて画像データに変換する撮像装置と、
請求項1に記載の水中生物検出装置と、
を備える水中生物検出システム。 A flow cell through which raw water obtained from a water source flows,
A microscope that magnifies the image of the raw water flowing through the flow cell,
An imaging device that converts an image magnified by the microscope into image data based on signal intensities for each of a plurality of wavelength bands.
The aquatic organism detection device according to claim 1 and
An aquatic organism detection system equipped with.
前記画像データにおける前記複数の波長帯域毎の透過率に基づいて、前記画像データの画像から前記原水に含まれる検出対象の藻類の画像を含む画素領域を抽出する波長帯域処理ステップと、
前記波長帯域処理ステップにおいて抽出された前記画素領域の形状に基づいて、前記検出対象の藻類を判別する形状判別処理ステップと、
を有する水中生物検出方法。 An image input step of acquiring image data generated based on signal intensities for each of a plurality of wavelength bands of light from the raw water from an image pickup device that images a flow cell through which the raw water passes.
A wavelength band processing step of extracting a pixel region including an image of algae to be detected contained in the raw water from the image of the image data based on the transmittance of each of the plurality of wavelength bands in the image data.
A shape discrimination processing step for discriminating the algae to be detected based on the shape of the pixel region extracted in the wavelength band processing step, and a shape discrimination processing step.
Aquatic organisms detection method to have a.
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