(57)【要約】【課題】効率的に二酸化炭素を削減することができる微細藻類の培養方法および培養制御装置を提供する。【解決手段】微細藻類の溶液の画像を取得し（Ｓ１）、取得された画像から微細藻類の溶液の色に関する情報を抽出し（Ｓ２）、抽出された微細藻類の溶液の色に関する情報が所定の条件を満足しているかを判定し（Ｓ３）、抽出された微細藻類の溶液の色に関する情報が所定の条件を満足していると判定されると微細藻類の溶液の交換を行う（Ｓ４）。これにより、所定の条件を満足した状態で微細藻類を培養し続けることができるので、効率的に微細藻類を培養することができる。結果として、二酸化炭素を所定の割合で微細藻類に吸収させ続けることができるので、二酸化炭素を効率的に削減することができる【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細藻類が培地中に分散された溶液の画像を取得する画像取得ステップと、
この画像取得ステップで取得された画像から前記微細藻類の溶液の色に関する情報を抽出する色情報抽出ステップと、
この色情報抽出ステップで抽出された前記微細藻類の溶液の色に関する情報が所定の条件を満足すると、前記微細藻類の溶液の抜き取りと前記微細藻類の溶液への培地の補充を行う交換ステップと
を有することを特徴とする微細藻類の培養方法。
【請求項２】
請求項１記載の微細藻類の培養方法において、
前記所定の条件は、前記微細藻類の溶液における単位時間当たりの二酸化炭素の吸収量が最大のときの色に関する情報からなる
ことを特徴とする微細藻類の培養方法。
【請求項３】
微細藻類が培地中に分散された溶液の画像を取得する画像取得部と、
この画像取得部で取得された画像から前記微細藻類の溶液の色に関する情報を抽出する色情報抽出部と、
この色情報抽出部で抽出された情報が所定の条件を満足すると、前記微細藻類の溶液の抜き取りと前記微細藻類の溶液への培地の補充を指示する交換部と
を備えることを特徴とする微細藻類の培養制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細藻類の培養方法および培養制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化を抑制するため、温室効果ガスの一つである二酸化炭素の排出量の削減が課題とされている。
二酸化炭素を削減する手段として、植物の光合成を利用する方法がある。植物の中でも、特に微細藻類は、陸生植物と比較して高い増殖力を有するため、有望な二酸化炭素の削減手段として注目されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
例えば、油成分を内部で生成し蓄積する微細藻類を用いて、発電所や工場で二酸化炭素の排出量を抑えながら燃料を合成するプロセスが検討されているほか、微細藻類の光合成を利用した二酸化炭素の有効利用が研究されている。
【０００４】
ところで、微細藻類の培養は、培養容器に貯留した微細藻類が培地中に分散した液体（以下、「微細藻類の溶液」ということがある。）に、自然光または照明光を照射しかつ二酸化炭素を含むガスを通気させて、微細藻類に光合成をさせることにより行われている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２においては、微細藻類に間欠的に太陽光を照射することで光阻害を防ぎ、効率的に培養することが開示されている。この方法では、微細藻類が所定の量まで増殖すると、微細藻類を全部回収し、再度微細藻類の培養を開始するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０５０８６１号公報
【特許文献２】特表２０００−５０４９２４号公報
【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、微細藻類は、微細藻類の溶液に対する微細藻類の量の割合（以下、「微細藻類の濃度」ということがある。)に応じて増殖速度が変化するので、従来のように所定の量まで増殖させた後に全部回収すると、その量に達するまでの増殖速度が低い時期と高い時期が混在するため、効率的に培養することができない。微細藻類の増殖速度は、微細藻類が吸収する二酸化炭素量とも関係があるので、結果として、二酸化炭素の削減も効率的に行うことができなくなってしまう。このため、二酸化炭素の吸収量が高い状態のまま微細藻類を培養することにより、二酸化炭素をより効率的に削減することが望まれている。
【０００７】
そこで、本発明は、効率的に二酸化炭素を削減することができる微細藻類の培養方法および培養制御装置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】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る微細藻類の培養方法は、微細藻類が培地中に分散された溶液の画像を取得する画像取得ステップと、この画像取得ステップで取得された画像から測定方法微細藻類の溶液の色に関する情報を抽出する色情報抽出ステップと、この色情報抽出ステップで抽出された測定方法微細藻類の溶液の色に関する情報が所定の条件を満足すると、測定方法微細藻類の溶液の抜き取りと測定方法微細藻類の溶液への培地の補充を行う交換ステップとを有することを特徴とするものである。
【０００９】
上記微細藻類の培養方法において、所定の条件は、微細藻類の溶液における単位時間当たりの二酸化炭素の吸収量が最大のときの色に関する情報からなることを示すことであるようにしてもよい。
【００１０】
また、本発明に係る微細藻類の培養制御装置は、微細藻類が培地中に分散された溶液の画像を取得する画像取得部と、この画像取得部で取得された画像から測定方法微細藻類の溶液の色に関する情報を抽出する色情報抽出部と、この色情報抽出部で抽出された情報が所定の条件を満足すると、測定方法微細藻類の溶液の抜き取りと測定方法微細藻類の溶液への培地の補充を指示する交換部とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所定の条件を満足した状態で微細藻類を培養し続けることができるので、二酸化炭素を所定の割合で微細藻類に吸収させ続けることができ、結果として、二酸化炭素をより効率的に削減することもできる。
【００１２】
また、本発明によれば、微細藻類の溶液における二酸化炭素固定量の時間変化が最大の状態で微細藻類を培養し続けることができるので、二酸化炭素を最も高い割合で微細藻類に吸収させ続けることができ、結果として、最も効率的に二酸化炭素を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、微細藻類の濃度の時間変化を示すグラフである。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る微細藻類の培養方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、図１に対応する微細藻類の全有機炭素量の時間変化を示すグラフである。
【図４】図４は、図１に対応する微細藻類の溶液の画像から抽出した色情報の時間変化を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態に係る微細藻類の培養制御装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
なお、「藻類」とは、一般に、光合成を行う生物のうち、陸上植物（コケ植物、シダ植物、種子植物）を除いたものの総称であり、このうち拡大鏡を使わなければ見えないような小さな藻類を「微細藻類」と呼ぶ。本明細書においては、「微細藻類」は、水等の培地に分散可能な大きさを有する藻類を指すものとする。いわゆる植物プランクトンは微細藻類の一例である。また、微細藻類が培地中に分散したものを「微細藻類の溶液」と呼ぶ。
【００１５】
また、微細藻類の溶液（サンプル）は、例えばフラスコなど透明な材料からなる培養容器に貯留されている。この培養容器に自然光または照明光を照射しかつ二酸化炭素を含むガスを通気させて、微細藻類に光合成をさせることにより、微細藻類は培養されている。本発明の各実施の形態は、そのように培養された状態の微細藻類の溶液を対象としている。
【００１６】
また、微細藻類の培養の方式としては回分式と連続式が知られているが、本発明の各実施の形態では、連続式を採用する。この理由について以下に説明する。
【００１７】
ここで、回分式とは、培地に少量の微細藻類の分散させた微細藻類の溶液を用意して培養し、微細藻類の溶液に対する微細藻類の量の割合（以下、「微細藻類の濃度」ということがある。）が十分に高い状態または目的の濃度になると培養容器から微細藻類の溶液を全部抜き取り、培地に少量の微細藻類の分散させた微細藻類の溶液を再度投入することにより、微細藻類の溶液の培養を１回毎に行うものである。
一方、連続式とは、微細藻類の溶液を培養し、微細藻類の濃度が所定の濃度になると、培養容器から微細藻類の溶液の一部を抜き取るとともに抜き取った微細藻類の溶液と同様の培地を培養容器に補充することにより、同程度の微細藻類の濃度を維持しながら培養を連続的に行うものである。
【００１８】
微細藻類は、図１に示すように、微細藻類の濃度が低い時期は対数増殖期と呼ばれて指数関数的に微細藻類が増殖するが、微細藻類の濃度が上がるにつれてその増殖速度は鈍化し、ある濃度で微細藻類の増殖が停止する。このため、回分式では、１回の培養で微細藻類に一定量の二酸化炭素を吸収させることができるが、微細藻類の増殖速度が一定量に達するまでに変化する。後述するように、微細藻類の濃度は微細藻類の二酸化炭素の吸収量と関係があるので、二酸化炭素を吸収する量も培養の過程で変化し、結果として、微細藻類に二酸化炭素を効率的に吸収させることが困難となってしまう。一方、連続式では、一定の濃度など一定の状態で微細藻類を培養を続けることができるので、微細藻類を一定の増殖速度で培養することができ、結果として、二酸化炭素も所定の割合で吸収させ続けることができる。このとき、微細藻類の状態を検出し、二酸化炭素の吸収率が最も高い状態が維持されるように微細藻類の溶液の抜き取りと培地の補充を行うことにより、最も効率的に二酸化炭素を微細藻類に吸収させることが可能となる。
【００１９】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る微細藻類の培養方法について説明する。本実施の形態に係る微細藻類の培養方法は、上述したように培養容器に貯留された微細藻類の溶液を連続式によって培養するものであり、図１に示すように、（１）微細藻類の溶液の画像を取得する画像取得ステップＳ１と、（２）取得された画像から微細藻類の溶液の色に関する情報を抽出する色情報抽出ステップＳ２と、（３）抽出された微細藻類の溶液の色に関する情報が所定の条件を満足しているかを判定する判定ステップＳ３と、（４）抽出された微細藻類の溶液の色に関する情報が所定の条件を満足していると判定されると微細藻類の溶液の交換を行う交換ステップＳ４とからなる。
【００２０】
＜培養方法＞
次に、本実施の形態に係る培養方法の各工程について詳細に説明する。
【００２１】
（１）画像取得ステップＳ１
画像取得ステップＳ１は、培養容器内で培養されている微細藻類の溶液を、デジタルカメラ等の撮像機器によって撮影された画像を取得するステップである。
【００２２】
（２）色情報抽出ステップ
色情報抽出ステップＳ２は、画像取得ステップＳ１において取得した画像の色に関する情報（色情報）を抽出するステップである。
【００２３】
画像の色情報としては、様々な色空間を構成するパラメータの値を用いることができる。本実施の形態においては、ＲＧＢ（またはＲＧＢカラーモデル）の「赤（Ｒ：Ｒｅｄ）」、「緑（Ｇ：Ｇｒｅｅｎ）」、「青（Ｂ：Ｂｌｕｅ）」のうちＲとＧが用いられる。このような色情報は、例えばフォトショップ（登録商標）などの画像処理用ソフトウエアをインストールすることによって画像処理装置として機能するコンピュータで、撮像機器によって撮影された画像データに画像処理を行うことにより得ることができる。
【００２４】
色情報の抽出は、まず、モニタ上で、取得された画像のうち微細藻類の溶液が写っている所定の領域（微細藻類の溶液が写っている部分の一部または全部）を指定し、この指定された領域内の画素ごとに、ＲまたはＧそれぞれの色成分の階調（例えば０から２５５の２５６段階）を取得する。次に、その領域内の画素の、ＲまたはＧそれぞれの階調のヒストグラムを取得する。そして、ＲまたはＧそれぞれの色成分の階調の平均値を画像の色情報として計算する。
本実施の形態においては、平均値を求めて後述する微細藻類の濃度の決定に用いるものとする。しかしながら、平均値に限らず、中央値や最大値等を色情報として用いてもよいことは言うまでもない。
【００２５】
（３）判定ステップ
判定ステップＳ３は、色情報抽出ステップＳ２において抽出した画像の色に関する情報（色情報）から培養容器内で培養されている微細藻類の溶液が所定の条件を満たしているか否かを判定するステップである。
この判定ステップＳ３に先だち、所定の条件を後述する方法によって予め求めておく。本実施の形態において、所定の条件とは、後述するように、色情報抽出ステップＳ２において抽出した色情報と同様、ＲまたはＧの色成分の階調の値からなる。
判定は、色情報抽出ステップＳ２において抽出された色情報と所定の条件を比較することにより行われる。色情報が所定の条件に達していると、培養容器内で培養されている微細藻類の溶液が所定の条件を満たしていると判定され、交換ステップＳ４が実行される。一方、色情報が所定の条件に達していないと、培養容器内で培養されている微細藻類の溶液が所定の条件を満たしていないと判定され、画像取得ステップＳ１の処理に戻ることとなる。
【００２６】
≪所定の条件の求め方≫
所定の条件とは、色情報集出ステップＳ２において抽出した色情報と同様、色に関する情報から構成される。
【００２７】
図３は、図１に対応する微細藻類の全有機炭素量（ＴＯＣ：Total Organic Carbon）の時間変化を示すグラフである。ここで、ＴＯＣとは、水中の酸化されうる有機物の全量を炭素の量で示したものであり、微細藻類が吸収した二酸化炭素の量に対応する。
図３のグラフの傾き、すなわち、微細藻類による単位時間当たりの二酸化炭素の吸収量は、符号ａの時点から符号ｂの時点にかけて徐々に増加し、符号ｂの時点において最大値となり、符号ｃの時点以降は徐々に減少している。このように、微細藻類の単位時間値の二酸化炭素の吸収量は、微細藻類の増殖量と同様、微細藻類の濃度に応じて変化する。図３によれば、符号ｂの時点が、微細藻類による二酸化炭素の吸収量が最大であることが分かる。
なお、図１，図３，図４に示す符号ａ〜ｃはそれぞれ同時点を示している。
【００２８】
図４に、図１に対応する微細藻類の溶液の画像から抽出した色情報の時間変化を示すグラフを示す。ここで、図４に示す色情報は、上述した色情報抽出ステップＳ２で説明した手順と同等の手順により抽出した、ＲとＧそれぞれの色成分の階調の平均値である。
図４によれば、ＲとＧの階調は時間の経過とともに０に近づくことがわかる。このように、微細藻類の画像の色情報は、微細藻類の増殖量や二酸化炭素の吸収量と同様、微細藻類の濃度に応じて変化する。そこで、所望する状態の微細藻類の溶液の色情報を所定の条件として予め取得し、培養容器中の微細藻類の溶液の色情報がその所定の条件に達すると、後述する交換ステップＳ４により培養容器内の溶液の抜き取りと培地の補充を行うようにする。これにより、二酸化炭素を所定の割合で微細藻類に吸収させ続けることができる。
本実施の形態においては、所定の条件を、図３に示す符号ｂの時点における微細藻類の溶液の色情報とする。その符号ｂの時点は、上述したように微細藻類による二酸化炭素の吸収量が最大である。したがって、二酸化炭素を最も高い割合で微細藻類に吸収させることができるので、結果として、二酸化炭素を最も効率的に削減することができる。
【００２９】
（４）交換ステップ  
交換ステップＳ４は、判定ステップＳ３において培養容器内で培養されている微細藻類の溶液が所定の条件を満たしていると判定されると、培養容器内の微細藻類の溶液を交換するステップである。
微細藻類の溶液の交換は、培養容器から所定の量の微細藻類の溶液を抜き取るとともに、その所定の量と同量の培地を培養容器に補充することにより行われる。微細藻類の溶液を抜き取る量は、培養容器の大きさや形状、微細藻類の成長速度等により適宜設定される。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、所定の条件を満足した状態で微細藻類を培養し続けることができるので、効率的に微細藻類を培養することができる。この結果、二酸化炭素を所定の割合で微細藻類に吸収させ続けることができので、二酸化炭素をより効率的に削減することもできる。
【００３１】
［第２の実施の形態］
次に本発明の第２の実施の形態に係る微細藻類の培養制御装置について図５を参照して説明する。
【００３２】
＜装置の構成＞
本実施の形態に係る微細藻類の培養制御装置は、カメラによって撮影した培養容器に貯留された微細藻類の溶液の画像に基づいて、その溶液の交換の指示を出力する装置である。この装置は、ＣＰＵ（中央処理装置）や記憶装置とからなるコンピュータ・ハードウェア装置と、各種ハードウェア装置を制御するコンピュータ・プログラムとによって構成される。
【００３３】
図５に、本実施の形態に係る微細藻類の培養制御装置の機能ブロック図を示す。
本実施の形態に係る制御装置は、カメラ１０と直接またはネットワークを介して接続可能なインターフェース部２０と、装置の動作を制御する制御部２１と、キーボードやマウス、モニタ等から構成される入出力部３０と接続されるインターフェース部２２と、コンピュータを微細藻類の培養制御装置として動作させるコンピュータ・プログラムを記憶したプログラム記憶部２３と、カメラ１０によって撮影され、インターフェース部２０を介して取り込まれた画像を記憶する画像記憶部２４と、後述する色情報抽出部２１ａによって抽出された画像の色情報を記憶する色情報記憶部２５と、所定の条件を記憶した条件記憶部２６と、これらの構成要素間におけるデータおよび制御情報の通り道となるバス２７とを備えている。
【００３４】
ここで制御部２１は、プログラム記憶部２３に記憶されたコンピュータ・プログラムによって、画像記憶部２４に取り込まれた画像の色情報を抽出して色情報記憶部２５に記憶する色情報抽出部２１ａと、色情報記憶部２５に記憶された色情報と条件記憶部２６に記憶された所定の条件に基づいて、カメラ１０によって撮影された微細藻類の溶液の交換の指示を行う交換部２１ｂとを含んでいる。
【００３５】
＜装置の動作＞
上述した制御装置３を用いて、次のようにして培養容器に貯留された微細藻類の溶液の培養を制御することができる。
【００３６】
まず、カメラ１０によって、微細藻類を培養している貯留槽を撮影する。このカメラ１０は、各画素について、色空間を構成するパラメータの値（例えば、ＲＧＢそれぞれの輝度信号）を画像データとして出力する装置である。
このようなカメラ１０は、微細藻類濃度決定装置に内蔵され、インターフェース部２０と常時接続されていてもよいし、市販のデジタルカメラのように、微細藻類濃度決定装置と別体であってもよい。別体の場合、画像データは、ケーブルやインターネットなどのネットワークを介して、インターフェース部２０に送信される。
カメラ１０によって撮影された画像のデータは、インターフェース部２０を介して、画像記憶部２４に転送される。
【００３７】
次に、色情報抽出部２１ａは、画像記憶部２３に記憶された画像から色情報を抽出する。この色情報としては、様々な色空間を構成するパラメータの値を用いることができるが、本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、ＲＧＢ色空間モデルのＲＧＢパラメータのうち、ＲまたはＧの階調からその平均値を抽出するものとして、詳細な説明は省略する。
なお、色情報は、画像記憶部２４に記憶された画像をモニタ（入出力部）３０に表示して、色情報を抽出すべき領域を利用者に指定させ、この領域から抽出するようにしてもよい。この場合、利用者は、入出力部３０を構成するマウス等を操作して、画像のうち微細藻類が写っている領域を色情報を抽出すべき領域として指定する。
このようにして抽出された色情報は、色情報記憶部２５に記憶される。
【００３８】
このようにして色情報が抽出されると、交換部２１ｂは、色情報記憶部２５に記憶された色情報と、条件記憶部に記憶された所定の条件とを比較し、色情報が所定の条件に達しているか否かを検出する。
色情報が所定の条件に達していると、交換部２１ｂは、培養容器から所定の量の微細藻類の溶液を抜き取るとともに、その所定の量と同量の培地を培養容器に補充するよう指示を出す。この指示は、例えば、その指示を示すメッセージをモニタ（入出力部）３０に表示させたり、交換を自動的に行う装置にその指示を示す制御信号を出力させたりすることにより行うようにしてもよい。メッセージを表示させる場合には、利用者が、そのメッセージに基づいて微細藻類を交換する。制御信号を出力させる場合には、装置が、その制御信号に基づいて自動的に微細藻類を交換する。
一方、色情報が所定の条件に達していないと、交換部２１ｂは、微細藻類の交換の指示を出力しない。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、所定の条件を満足した状態で微細藻類を培養し続けることができるので、微細藻類の効率的に培養することができる。結果として、二酸化炭素を所定の割合で微細藻類に吸収させ続けることもできるので、二酸化炭素を効率的に削減することも可能となる。
【００４０】
なお、上述した第１，第２の実施の形態において、色情報および所定の条件がＲおよびＧの何れか一方の階調値の平均値からなる場合を例に説明したが、ＲおよびＧの両方からなるようにしてもよい。
【００４１】
また、本実施の形態においては、色情報として、ＲＧＢ色空間モデルのＲＧＢパラメータ値を例に説明したが、ＲＧＢ色空間に代えて他の色空間モデルを用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、微細藻類など溶液に分散された植物を培養する各種システムに適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０…カメラ、２０…インターフェース部、２１…制御部、２１ａ…色情報抽出部、２１ｂ…交換部、２２…インターフェース部、２３…プログラム記憶部、２４…画像記憶部、２５…色情報記憶部、２６…条件記憶部、２７…バス、３０…入出力部。
【図２】
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【図５】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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