(57)【要約】      （修正有）【課題】ノズルから滴下する液滴の体積を精度良く測定することができ、且つ量産化に適した液滴測定システム等を提供する。【解決手段】被写体を撮像して画像データを出力する撮像装置であって、少なくともノズルの先端部と、ノズルに垂下する液体全体とを視野に収めるように設置される撮像装置と、撮像装置から出力される画像データに基づき、ノズルから液滴が滴下する様子が写った画像を時系列順に生成する画像生成部１３７ａと、画像生成部により時系列順に生成された複数の画像のうちから、液滴がノズルから離れたことが検出された画像である滴下検出画像を検出する滴下検出部１３７ｂと、上記複数の画像のうち滴下検出画像の所定フレーム前に生成され、ノズルに垂下する液体が写った画像である滴下前画像と、滴下前画像と異なる画像であって、少なくともノズルの先端部が写った参照画像とに基づいて、液滴の体積を算出する体積算出部１３７ｃとを備える。【選択図】図２
2018148962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから滴下する液滴の体積を測定する液滴測定システムにおいて、
被写体を撮像して画像データを出力する撮像装置であって、前記ノズルの先端部と、前記ノズルに垂下する液体全体とを視野に収めるように設置される撮像装置と、
前記撮像装置から出力される画像データに基づき、前記ノズルから液滴が滴下する様子が写った画像を時系列順に生成する画像生成部と、
前記画像生成部により時系列順に生成された複数の画像のうちから、液滴が前記ノズルから離れたことが検出された画像である滴下検出画像を検出する滴下検出部と、
少なくとも、前記複数の画像のうち前記滴下検出画像の所定フレーム前に生成され、前記ノズルに垂下する液体が写った画像である滴下前画像と、該滴下前画像と異なる画像であって、前記撮像装置から出力される画像データに基づいて生成され、少なくとも前記ノズルの先端部が写った画像である参照画像と、に基づいて、前記液滴の体積を算出する体積算出部と、
を備える液滴測定システム。
【請求項２】
前記参照画像は、前記撮像装置から出力される画像データに基づいて生成され、前記ノズルから液滴を滴下させていない状態が写った画像であり、
前記体積算出部は、前記滴下前画像と前記参照画像との差分画像に基づいて前記液滴の体積を算出する、請求項１に記載の液滴測定システム。
【請求項３】
前記参照画像は、前記撮像装置から出力される画像データに基づいて生成され、前記ノズルから液滴を滴下させていない状態が写った画像であり、
前記体積算出部は、前記滴下前画像と前記参照画像との間の第１の差分画像と、前記滴下検出画像と前記参照画像との間の第２の差分画像とに基づいて前記液滴の体積を算出する、請求項１に記載の液滴測定システム。
【請求項４】
前記滴下前画像は、前記滴下検出画像の１フレーム又は２フレーム前に生成された画像である、請求項２又は３に記載の液滴測定システム。
【請求項５】
前記参照画像は、前記複数の画像のうち前記滴下検出画像の所定フレーム後に生成された画像であり、
前記体積算出部は、前記滴下前画像のうち前記滴下検出画像の１フレーム前に生成された画像である滴下直前画像と、前記参照画像との差分画像に基づいて、前記液滴の体積を算出する、請求項１に記載の液滴測定システム。
【請求項６】
前記参照画像は、前記滴下検出画像の１フレーム又は２フレーム後に生成された画像である、請求項５に記載の液滴測定システム。
【請求項７】
前記画像処理部は、前記差分画像に対して二値化処理を施すことにより、前記ノズルに垂下する液体が写った領域を抽出し、該領域の内部領域に対して穴埋め処理を施し、
前記体積算出部は、前記穴埋め処理が施された前記領域に基づいて、前記液滴の体積を算出する、請求項５又は６に記載の液滴測定システム。
【請求項８】
前記画像処理部は、前記差分画像に対して二値化処理を施すことにより、前記ノズルに垂下する液体が写った領域を抽出し、
前記体積算出部は、前記ノズルの下端面に相当する位置から上方に突出している部分が左右非対称である場合、前記領域から前記部分を除いた残りの領域に基づいて前記液滴の体積を算出する、
請求項５〜７のいずれか１項に記載の液滴測定システム。
【請求項９】
前記画像処理部は、前記差分画像に対して二値化処理を施すことにより、前記ノズルに垂下する液体が写った領域を抽出し、
前記体積算出部は、前記ノズルの下端面に相当する位置から上方に突出している部分が左右非対称である場合、前記ノズルの下端面に相当する位置における前記領域の幅に対する、前記位置から上方に突出している部分の幅の比率を算出し、
前記比率が所定値未満である場合、前記領域から前記部分を除いた残りの領域に基づいて前記液滴の体積を算出し、
前記比率が所定値以上である場合、前記領域から前記部分を除いた残りの領域に基づいて算出された体積と、前記部分に基づいて算出された体積との合算値を前記液滴の体積として算出する、
請求項５〜７のいずれか１項に記載の液滴測定システム。
【請求項１０】
前記撮像装置のフレームレートは、６０フレーム／秒±１０フレーム／秒の範囲で可変である、請求項５〜９のいずれか１項に記載の液滴測定システム。
【請求項１１】
撮像装置は、長手方向の画素数が４８０以上８００以下、短手方向の画素数が３２０以上６００以下、且つトータルの画素数が５０万画素以下である撮像素子を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液滴測定システム。
【請求項１２】
前記撮像装置は、テレセントリックレンズを備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の液滴測定システム。
【請求項１３】
前記ノズルは、容器内に充填された液体を点滴筒を介して点滴する点滴装置に設けられ、前記液体からなる液滴を前記点滴筒内に滴下し、
前記点滴筒内に溜まった前記液体を流通させるチューブに対して押圧可能に設けられたクレンメに対し、該クレンメを駆動して前記チューブに対する押圧力を変化させることにより、前記液体の流量を変化させるアクチュエータと、
前記体積の算出結果に基づいて、前記液体の流量が予め設定された範囲となるように前記アクチュエータを制御する流量制御部と、
をさらに備える請求項１〜１２のいずれか１項に記載の液滴測定システム。
【請求項１４】
ノズルから滴下する液滴の体積を測定する液滴測定方法において、
前記ノズルの先端部と、前記ノズルに垂下する液体全体とを視野に収めるように設置される撮像装置から出力される画像データに基づき、前記ノズルから液滴が滴下する様子が写った画像を時系列順に生成するステップ（ａ）と、
ステップ（ａ）において時系列順に生成された複数の画像のうちから、液滴が前記ノズルから離れたことが検出された画像である滴下検出画像を検出するステップ（ｂ）と、
少なくとも、前記複数の画像のうち前記滴下検出画像の所定フレーム前に生成され、前記ノズルに垂下する液体が写った画像である滴下前画像と、該滴下前画像と異なる画像であって、前記撮像装置から出力される画像データに基づいて生成され、少なくとも前記ノズルの先端部が写った画像である参照画像と、に基づいて、前記液滴の体積を算出するステップ（ｃ）と、
を含む液滴測定方法。
【請求項１５】
ノズルから滴下する液滴の体積を測定するプログラムにおいて、
前記ノズルの先端部と、前記ノズルに垂下する液体全体とを視野に収めるように設置される撮像装置から出力される画像データに基づき、前記ノズルから液滴が滴下する様子が写った画像を時系列順に生成するステップ（ａ）と、
ステップ（ａ）において時系列順に生成された複数の画像のうちから、液滴が前記ノズルから離れたことが検出された画像である滴下検出画像を検出するステップ（ｂ）と、
少なくとも、前記複数の画像のうち前記滴下検出画像の所定フレーム前に生成され、前記ノズルに垂下する液体が写った画像である滴下前画像と、該滴下前画像と異なる画像であって、前記撮像装置から出力される画像データに基づいて生成され、少なくとも前記ノズルの先端部が写った画像である参照画像と、に基づいて、前記液滴の体積を算出するステップ（ｃ）と、
をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから滴下する液滴の体積を測定する液滴測定システム、液滴測定方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
薬液や栄養剤等の液体（点滴液）を点滴する際には、予め決められた流量を維持することが重要である。従来、点滴の流量制御は、点滴筒内に滴下する液滴の数をカウントして単位時間あたりの滴下数を求め、液滴の体積が一定であるという前提で流量を算出し、液滴の滴下周期（滴下する時間間隔）を調節することにより行っていた。
【０００３】
しかし、実際には、点滴液の表面張力は粘度や環境温度等の条件に依存して変化するため、液滴１つあたりの体積は一定ではない。また、医療の現場においては、点滴中に患者が姿勢を変えてしまうことがあり、この場合、点滴液のヘッド差が変化して液滴の体積が変動してしまうことがある。そのため、液滴の滴下周期のみによって流量を制御する従来の方法においては、流量の誤差が生じ易く、高精度な流量制御が困難であった。
【０００４】
このような問題に対し、滴下する液滴の体積を測定して流量制御に用いる技術が知られている。例えば特許文献１には、透明な点滴筒と、該点滴筒の外部の一側に配置された発光部と、該発光部と点滴筒を挟んで対向した位置に配置された二次元イメージセンサとを備え、点滴筒内の滴下ノズル先端と、該滴下ノズルから落ちる液滴の所定落下距離分を含むようにこの二次元イメージセンサの視野を設定した液滴検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−６２３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１においては、落下中の液滴の全体形状から液滴の体積を算出している。そのため、滴下ノズルの先端から液滴の所定落下距離までの範囲を捉えることができるような大きなサイズを有し、且つフレームレートの高い二次元イメージセンサが必要になる。そのため、処理すべき画像データのデータ量が多くなるので、次々に落下する液滴の体積をほぼリアルタイムに測定するためには、大量の演算処理及びメモリ操作を高速に処理できる高性能の処理装置が必要になる。それにより、システム構成全体が大掛かりになると共に、装置コストが上昇し、その結果、システムの量産化が困難になってしまう。
【０００７】
他方、汎用のイメージセンサを用い、滴下ノズルからイメージセンサまでの距離を大きくすることで、滴下ノズルの先端から液滴の所定落下距離まで範囲を捉えることも考えられる。しかしながら、この場合、画像に写り込む液滴の像のサイズが小さくなってしまうので、画像処理により液滴の体積を算出する際の精度が低下してしまう。また、画像内に液滴以外のオブジェクトが写り込み易くなるので、測定誤差が大きくなる可能性がある。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、ノズルから滴下する液滴の体積を精度良く測定することができ、且つ量産化に適した液滴測定システム、液滴測定方法及び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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る液滴測定システムは、ノズルから滴下する液滴の体積を測定する液滴測定システムにおいて、被写体を撮像して画像データを出力する撮像装置であって、前記ノズルの先端部と、前記ノズルに垂下する液体全体とを視野に収めるように設置される撮像装置と、前記撮像装置から出力される画像データに基づき、前記ノズルから液滴が滴下する様子が写った画像を時系列順に生成する画像生成部と、前記画像生成部により時系列順に生成された複数の画像のうちから、液滴が前記ノズルから離れたことが検出された画像である滴下検出画像を検出する滴下検出部と、少なくとも、前記複数の画像のうち前記滴下検出画像の所定フレーム前に生成され、前記ノズルに垂下する液体が写った画像である滴下前画像と、該滴下前画像と異なる画像であって、前記撮像装置から出力される画像データに基づいて生成され、少なくとも前記ノズルの先端部が写った画像である参照画像と、に基づいて、前記液滴の体積を算出する体積算出部と、を備えるものである。
【００１０】
上記液滴測定システムにおいて、前記参照画像は、前記撮像装置から出力される画像データに基づいて生成され、前記ノズルから液滴を滴下させていない状態が写った画像であり、前記体積算出部は、前記滴下前画像と前記参照画像との差分画像に基づいて前記液滴の体積を算出しても良い。
【００１１】
上記液滴測定システムにおいて、前記参照画像は、前記撮像装置から出力される画像データに基づいて生成され、前記ノズルから液滴を滴下させていない状態が写った画像であり、前記体積算出部は、前記滴下前画像と前記参照画像との間の第１の差分画像と、前記滴下検出画像と前記参照画像との間の第２の差分画像とに基づいて前記液滴の体積を算出しても良い。
【００１２】
上記液滴測定システムにおいて、前記滴下前画像は、前記滴下検出画像の１フレーム又は２フレーム前に生成された画像であっても良い。
【００１３】
上記液滴測定システムにおいて、前記参照画像は、前記複数の画像のうち前記滴下検出画像の所定フレーム後に生成された画像であり、前記体積算出部は、前記滴下前画像のうち前記滴下検出画像の１フレーム前に生成された画像である滴下直前画像と、前記参照画像との差分画像に基づいて、前記液滴の体積を算出しても良い。
【００１４】
上記液滴測定システムにおいて、前記参照画像は、前記滴下検出画像の１フレーム又は２フレーム後に生成された画像であっても良い。
【００１５】
上記液滴測定システムにおいて、前記画像処理部は、前記差分画像に対して二値化処理を施すことにより、前記ノズルに垂下する液体が写った領域を抽出し、該領域の内部領域に対して穴埋め処理を施し、前記体積算出部は、前記穴埋め処理が施された前記領域に基づいて、前記液滴の体積を算出しても良い。
【００１６】
上記液滴測定システムにおいて、前記画像処理部は、前記差分画像に対して二値化処理を施すことにより、前記ノズルに垂下する液体が写った領域を抽出し、前記体積算出部は、前記ノズルの下端面に相当する位置から上方に突出している部分が左右非対称である場合、前記領域から前記部分を除いた残りの領域に基づいて前記液滴の体積を算出しても良い。
【００１７】
上記液滴測定システムにおいて、前記画像処理部は、前記差分画像に対して二値化処理を施すことにより、前記ノズルに垂下する液体が写った領域を抽出し、前記体積算出部は、前記ノズルの下端面に相当する位置から上方に突出している部分が左右非対称である場合、前記ノズルの下端面に相当する位置における前記領域の幅に対する、前記位置から上方に突出している部分の幅の比率を算出し、前記比率が所定値未満である場合、前記領域から前記部分を除いた残りの領域に基づいて前記液滴の体積を算出し、前記比率が所定値以上である場合、前記領域から前記部分を除いた残りの領域に基づいて算出された体積と、前記部分に基づいて算出された体積との合算値を前記液滴の体積として算出しても良い。
【００１８】
上記液滴測定システムにおいて、前記撮像装置のフレームレートは、６０フレーム／秒±１０フレーム／秒の範囲で可変であっても良い。
上記液滴測定システムにおいて、撮像装置は、長手方向の画素数が４８０以上８００以下、短手方向の画素数が３２０以上６００以下、且つトータルの画素数が５０万画素以下である撮像素子を備えても良い。
上記液滴測定システムにおいて、前記撮像装置は、テレセントリックレンズを備えても良い。
【００１９】
上記液滴測定システムにおいて、前記ノズルは、容器内に充填された液体を点滴筒を介して点滴する点滴装置に設けられ、前記液体からなる液滴を前記点滴筒内に滴下し、前記点滴筒内に溜まった前記液体を流通させるチューブに対して押圧可能に設けられたクレンメに対し、該クレンメを駆動して前記チューブに対する押圧力を変化させることにより、前記液体の流量を変化させるアクチュエータと、前記体積の算出結果に基づいて、前記液体の流量が予め設定された範囲となるように前記アクチュエータを制御する流量制御部と、をさらに備えても良い。
【００２０】
本発明の別の態様である液滴測定方法は、ノズルから滴下する液滴の体積を測定する液滴測定方法において、前記ノズルの先端部と、前記ノズルに垂下する液体全体とを視野に収めるように設置される撮像装置から出力される画像データに基づき、前記ノズルから液滴が滴下する様子が写った画像を時系列順に生成するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において時系列順に生成された複数の画像のうちから、液滴が前記ノズルから離れたことが検出された画像である滴下検出画像を検出するステップ（ｂ）と、少なくとも、前記複数の画像のうち前記滴下検出画像の所定フレーム前に生成され、前記ノズルに垂下する液体が写った画像である滴下前画像と、該滴下前画像と異なる画像であって、前記撮像装置から出力される画像データに基づいて生成され、少なくとも前記ノズルの先端部が写った画像である参照画像と、に基づいて、前記液滴の体積を算出するステップ（ｃ）と、を含むものである。
【００２１】
本発明のさらに別の態様であるプログラムは、ノズルから滴下する液滴の体積を測定するプログラムにおいて、前記ノズルの先端部と、前記ノズルに垂下する液体全体とを視野に収めるように設置される撮像装置から出力される画像データに基づき、前記ノズルから液滴が滴下する様子が写った画像を時系列順に生成するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において時系列順に生成された複数の画像のうちから、液滴が前記ノズルから離れたことが検出された画像である滴下検出画像を検出するステップ（ｂ）と、少なくとも、前記複数の画像のうち前記滴下検出画像の所定フレーム前に生成され、前記ノズルに垂下する液体が写った画像である滴下前画像と、該滴下前画像と異なる画像であって、前記撮像装置から出力される画像データに基づいて生成され、少なくとも前記ノズルの先端部が写った画像である参照画像と、に基づいて、前記液滴の体積を算出するステップ（ｃ）と、をコンピュータに実行させるものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、少なくとも、ノズルに垂下する液体が写った滴下前画像と、該滴下前画像とは異なる画像であって少なくともノズルの先端部が写った参照画像とに基づいて液滴の体積を算出するので、液滴がノズルから落下している様子を時系列で捉え得るような、サイズが大きく高フレームレートのイメージセンサを備える撮像装置を使用する必要がなくなる。従って、汎用の撮像装置や演算処理装置等を組み合わせてシステムを簡素に構成することができ、システムの量産化を図ることが可能となる。
【００２３】
また、本発明によれば、液滴が落下している様子を捉える場合と比較して近距離から撮像を行うことができるので、画像内に大きく写った液体の像に基づいて精度良く液滴の体積を算出することができる。さらに、本発明によれば、少なくともノズルに垂下したままの状態の液体を撮像するので、撮像装置と被写体との間の距離であるワークディスタンスを安定させることができ、精度良く、且つ安定した精度で液滴の体積を精度よく算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液滴測定システムの概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す情報処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す液滴測定システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】画像生成部により時系列順に生成される画像を例示する模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における液滴の体積算出処理を示すフローチャートである。
【図６】液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
【図７】液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
【図８】液滴の体積の算出方法を説明するための模式図である。
【図９】液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
【図１０】液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の変形例における液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
【図１２】参考例における液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態における液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態における液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態における液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態における液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態の変形例における液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
【図１８】本発明の第５の実施形態の変形例における液滴の体積算出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】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態に係る液滴測定システム、液滴測定方法及び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。
【００２６】
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。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液滴測定システムの概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る液滴測定システム１０は、輸液バッグ２に充填された液体（点滴液）を、中間チューブ３、点滴筒４、及び輸液チューブ５を介して供給する点滴装置１に対し、点滴筒４内に設けられたノズル６の先端部（以下、ノズル先端部ともいう）６ａから滴下する液滴７の体積を測定すると共に、測定した体積をもとに点滴の流量を制御するシステムである。
【００２８】
輸液バッグ２は、薬液や栄養剤等の点滴液が充填された容器であり、点滴中には支持台等に吊り下げられて保持される。中間チューブ３は、一端において輸液バッグ２の排液ポート２ａと接続され、他端において点滴筒４の上蓋４ａに取り付けれたノズル６の一端と接続されている。このノズル６の他端は、点滴筒４内に突出するように設けられている。
【００２９】
輸液チューブ５は弾性材料によって形成されている。この輸液チューブ５の途中には、輸液チューブ５を径方向に押圧可能なクレンメ８と、クレンメ８を駆動するアクチュエータ９とが設けられている。
【００３０】
アクチュエータ９は、電気的な制御の下でクレンメ８を駆動することにより、クレンメ８による輸液チューブ５に対する押圧力を変化させる。それにより、輸液チューブ５の内径が変化（開閉）し、輸液チューブ５内を流通する点滴液の流量を調節することができる。それに伴い、点滴筒４の内圧が変化し、ノズル６から滴下する液滴７の滴下周期が変化する。
【００３１】
また、液滴測定システム１０は、点滴筒４を照明する光源１１と、点滴筒４内を撮像して画像データを生成するカメラ１２と、カメラ１２が生成した画像データに基づいて液滴の体積を算出する情報処理装置１３と、液滴の体積の算出結果等を表示する表示装置１４とを備える。
【００３２】
光源１１は、例えばＬＥＤ（Light  Emitted  Diode）等の発光素子と、該発光素子から出射した光が平行光となるように配光制御するフィルタやレンズ等の光学系とを備える。光源１１は、カメラ１２の視野と対向するように設置され、液滴が滴下するノズル先端部６ａの近傍を、液滴７の背後から照明する。
【００３３】
カメラ１２は、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）やＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）等の撮像素子１２ａを有し、所定の撮像フレームレートで動画又静止画の撮像が可能な撮像装置である。撮像素子１２ａは、カメラ１２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１２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データを生成して出力する。
【００３４】
カメラ１２のスペックは、測定対象とする点滴装置１に応じて適宜構成することができる。一例として、点滴装置１が医療分野において一般的に用いられる装置である場合、点滴筒４を近距離から撮像することができ、且つユーザによる点滴操作の邪魔にならないように、カメラモジュールの外径が数ｍｍ〜十数ｍｍ程度、且つ、焦点距離が数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の小型カメラを用いると良い。
【００３５】
撮像素子１２ａとしては、トータルの画素数が５０万画素以下の汎用の製品を用いることができる。詳細には、長手方向の画素数が４８０〜８００程度、短手方向の画素数が３２０〜６００程度であって、縦横比が１以上であれば良い。後述するように、本実施形態においては、撮像素子１２ａの長手方向が鉛直方向、短手方向が水平方向となるようにカメラ１２を設置する。そのため、以下においては、撮像素子１２ａの長手方向を縦方向、短手方向を横方向という。
【００３６】
カメラ１２の撮像フレームレートは、５０〜７０ｆｐｓ（フレームレート／秒）の範囲であることが好ましい。より好ましくは、上記範囲内で撮像フレームレートが可変であると良い。
【００３７】
カメラ１２は、ノズル先端部６ａ及び該ノズル先端部６ａから下方の所定範囲を視野に収めるように設置される。具体的には、滴下する直前にノズル先端部６ａに垂下している液体の全体が視野に収まれば良い。この際、ノズル先端部６ａから離れて落下中の液滴については、その一部又は全部が視野から外れても良い。ノズル先端部６ａに垂下する液体の大きさは、ノズルの径、液体の粘度、滴下周期等の条件によって変化するため、ワークディスタンスＷＤ（被写体からカメラ１２のレンズ先端までの距離）を調節することにより、カメラ１２の視野に収める被写体の範囲を決定すると良い。例えば、１ｍｌを２０滴で滴下するための大人用ノズルを用いる場合、垂下する液体は比較的大きくなるので、ワークディスタンスＷＤを長めにすると良い。また、１ｍｌを６０滴で滴下するための小児用ノズルを用いる場合、垂下する液体は比較的小さくなるので、ワークディスタンスＷＤは短めでも良い。
【００３８】
好ましくは、カメラ１２に対物側テレセントリックレンズを設けても良い。ここで、点滴筒４内におけるノズル６の位置や傾きは個体によって異なることがあるため、点滴筒４とカメラ１２との標準的な距離を定めておいたとしても、実際のワークディスタンスＷＤが変化してしまうことがあり得る。このような場合、通常の集光レンズを介して撮像素子１２ａに光を入射させると、撮像素子１２ａの受光面における被写体像のサイズが変動してしまい、液滴７の体積算出処理において誤差が生じるおそれがある。これに対し、テレセントリックレンズを介して撮像素子１２ａに光を入射させることにより、ワークディスタンスＷＤが変化した場合であっても、受光面における被写体像のサイズの変動を抑制することができる。なお、カメラ１２に結像側テレセントリックレンズを設けても良いが、必須ではない。
【００３９】
図２は、情報処理装置１３の概略構成を示すブロック図である。情報処理装置１３としては、液滴測定システム１０専用に構成した機器の他、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）やノートＰＣ等の汎用の情報処理装置を用いることができる。図２に示すように、情報処理装置１３は、入出力部１３１と、記憶部１３２と、操作入力部１３３と、演算部１３４とを備える。
【００４０】
入出力部１３１は、カメラ１２や表示装置１４等の各種外部機器との間で画像データや種々の信号の入出力を行う外部インタフェースである。
【００４１】
記憶部１３２は、ディスクドライブ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリ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１３２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、情報処理装置１３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設定情報等を記憶する。詳細には、記憶部１３２は、ノズル６から滴下する液滴７の体積を測定するための液滴測定プログラムを記憶するプログラム記憶部１３２ａと、カメラ１２から出力された画像データに基づいて生成される画像を記憶する画像記憶部１３２ｂとを有する。
【００４２】
操作入力部１３３は、入力ボタン、スイッチ、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力デバイスによって構成され、ユーザによりなされた操作に応じた信号を演算部１３４に入力する。
【００４３】
演算部１３４は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）等のハードウェアを用いて構成され、プログラム記憶部１３２ａ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１３の各部へのデータ転送や指示を行い、情報処理装置１３の動作を統括的に制御する。また、演算部１３４は、プログラム記憶部１３２ａに記憶された液滴測定プログラムを実行することにより、カメラ１２から取得した画像データに基づいて、ノズル６から滴下する液滴７の体積を算出する演算処理を実行する。詳細には、演算部１３４が液滴測定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、撮像制御部１３５と、流量制御部１３６と、画像処理部１３７とが含まれる。
【００４４】
撮像制御部１３５は、カメラ１２に対する撮像の開始及び終了を制御すると共に、所定の撮像フレームレートで撮像を実行するようにカメラ１２の動作を制御する。また、撮像制御部１３５は、撮像素子１２ａの撮像領域を制限する制御を行っても良い。例えば、画素数が８００×６００画素の撮像素子１２ａに対し、実効的な撮像領域を（４８０〜８００）×（３２０〜６００）画素の範囲で可変で設定可能とし、設定された撮像領域内に配置された画素のみから画像信号を取得するように制御する。このように、撮像領域を可変とすることで、ノズルの径や点滴される液体の粘度や滴下周期等の条件によらず、ノズル６に垂下する液体全体を視野に収めつつ、画像信号に対する処理の負荷を軽減することができる。
【００４５】
流量制御部１３６は、後述する画像処理部１３７において算出される液滴７の体積に基づいて、アクチュエータ９の動作を制御する。ここで、点滴液の流量は、液滴７の体積を液滴７の滴下周期で除算することにより得られる。流量制御部１３６は、予めユーザにより設定された目標流量を保持しており、この目標流量に実際の流量が近づくように制御を行う。
【００４６】
画像処理部１３７は、画像生成部１３７ａと、滴下検出部１３７ｂと、体積算出部１３７ｃとを有し、カメラ１２から入力された画像データに対して所定の処理を行う。詳細には、画像生成部１３７ａは、入力された画像データ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画像を生成する。滴下検出部１３７ｂは、画像生成部１３７ａにより生成された画像から、ノズル６から液滴７が滴下した直後の様子が写った画像を検出する。体積算出部１３７ｃは、画像生成部１３７ａにより生成された画像と、滴下検出部１３７ｂによる画像の検出結果とに基づいて、ノズル６から滴下する液滴７の体積を算出する。
【００４７】
なお、演算部１３４のハードウェア構成は上述したものに限定されず、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）などの回路を用いて、演算部１３４の各機能構成を実現しても良い。
【００４８】
表示装置１４は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等によって構成され、情報処理装置１３の制御の下、情報処理装置１３から出力された制御信号や、情報処理装置１３により生成された画像等を表示する。
【００４９】
次に、液滴測定システム１０の動作について説明する。図３は、液滴測定システム１０の動作を示すフローチャートである。
点滴開始に先立って、ユーザは、点滴筒４の近傍に光源１１及びカメラ１２を設置する（図１参照）。この際、カメラ１２により撮像された画像を表示装置１４に表示させ、画像を見ながら、ノズル先端部６ａ及びノズル先端部６ａの下方の所定範囲が撮像素子１２ａの視野に入るように、光源１１、点滴筒４、及びカメラ１２の位置関係を調整する。この状態で、ユーザは情報処理装置１３を操作し、カメラ１２に撮像を実行させる。
【００５０】
ステップＳ１０において、情報処理装置１３の画像処理部１３７は、カメラ１２から入力される画像データに基づいて、点滴開始前、即ち、ノズル先端部６ａから液滴７を滴下させていない状態が写った画像を生成する。以下、点滴開始前のノズル先端部６ａが写った画像を基準画像という。基準画像は１枚あれば良く、画像処理部１３７は、生成した基準画像をメモリに保存しておく。本実施形態においては、この基準画像を参照画像として用いる。
【００５１】
ステップＳ１１において、流量制御部１３６の制御の下でアクチュエータ９を駆動し、クレンメ８に輸液チューブ５を開放させることにより、点滴装置１における点滴動作を開始させる。
【００５２】
続くステップＳ１２において、撮像制御部１３５はカメラ１２に所定の撮像フレームレートで撮像を開始させる。これに応じて、画像生成部１３７ａは、カメラ１２から順次入力される画像データに基づいて、ノズル先端部６ａから液滴７を滴下させている状態が写った画像を時系列順に生成する。図４は、画像生成部１３７ａにより生成される時系列順の画像を示す模式図である。以下においては、時系列順の画像において液滴の像が移動する方向を下方とする。
【００５３】
図４に示す画像Ｍ１〜Ｍ６に写ったノズルの像ｍ１０は、図１に示すノズル６の先端部分を表している。また、画像Ｍ１、Ｍ２には、ノズル６から離れて落下する液滴の一部と、ノズル６の先端部に形成され始めた液溜まりが写っている。画像Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５においては、落下する液滴は視野から消え、ノズル６の先端部に液溜まりが徐々に成長している様子が写っている。画像Ｍ６には、成長した液溜まりがノズル６から離れ、液滴として落下している様子が写っている。以下、画像が生成された順序を表すパラメータをｉとし、ｉ番目に生成された画像を画像Ｍ（ｉ）と記す。
【００５４】
続くステップＳ１３において、画像処理部１３７は、液滴７の体積を算出する。図５は、液滴７の体積算出処理を示すフローチャートである。
ステップＳ１３１において、滴下検出部１３７ｂは、ステップＳ１３１において生成された最新の画像Ｍ（ｉ）から、ノズルの像ｍ１０の先端部から所定の距離（画素数）Ｚだけ離れた位置にある幅Δｚの領域Ｊに含まれる画素の画素値を抽出する。領域Ｊは、成長した液溜まりがノズルから離れ、液滴として滴下する際に液が切れる位置に設定される。距離Ｚは、使用するノズル６の径や液体の粘度、滴下周期、ワークディスタンスＷＤ等によって変化するため、例えば、予め点滴のテストを行った際に取得した画像に基づいて決定すれば良い。また、幅Δｚは、１画素〜数画素に相当する幅である。
【００５５】
続くステップＳ１３２において、滴下検出部１３７ｂは、判定領域Ｊは背景であるか否かを判定する。ここで、背景とは、被写体である液体が写っていない領域のことである。詳細には、滴下検出部１３７ｂは、判定領域Ｊに含まれる各画素の輝度が閾値以上であるか否かを判定し、判定領域Ｊに含まれる全画素の輝度が閾値以上である場合に、判定領域Ｊは背景であると判定する。例えば、図４に示す画像Ｍ１、Ｍ２、Ｍ６における判定領域Ｊは背景であると判定され（ステップＳ１３２：Ｙｅｓ）、画像Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５における判定領域Ｊは背景でないと判定される（ステップＳ１３２：Ｎｏ）。
【００５６】
判定領域Ｊが背景ではない場合（ステップＳ１３２：Ｎｏ）、滴下検出部１３７ｂは、判定対象の画像Ｍ（ｉ）の直前に取得された画像Ｍ（ｉ−１）をメモリから削除する（ステップＳ１３３）。その後、滴下検出部１３７ｂはパラメータｉをインクリメントし（ステップＳ１３４）、処理はステップＳ１３１に移行する。
【００５７】
他方、判定領域Ｊが背景である場合（ステップＳ１３２：Ｙｅｓ）、続いて滴下検出部１３７ｂは、画像Ｍ（ｉ）の直前に取得された画像Ｍ（ｉ−１）における判定領域Ｊが背景であるか否かを判定する（ステップＳ１３５）。例えば、図４に示す画像Ｍ２に対し、直前の画像Ｍ１における判定領域Ｊは背景である（ステップＳ１３５：Ｙｅｓ）。他方、画像Ｍ６に対し、直前の画像Ｍ５における判定領域Ｊは背景ではない（ステップＳ１３５：Ｎｏ）。
【００５８】
直前の画像Ｍ（ｉ−１）における判定領域Ｊが背景である場合（ステップＳ１３５：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１３３に移行する。
【００５９】
他方、画像Ｍ（ｉ−１）における判定領域Ｊが背景でない場合（ステップＳ１３５：Ｎｏ）、滴下検出部１３７ｂは、画像Ｍ（ｉ−１）が撮像された時刻の近傍で液滴７がノズル６（図１参照）から離れて滴下したと判断し、画像Ｍ（ｉ−１）を滴下直前画像、画像Ｍ（ｉ）を滴下検出画像として取得する（ステップＳ１３６）。
【００６０】
続くステップＳ１３７において、体積算出部１３７ｃは、滴下直前画像、滴下検出画像、及び基準画像から液滴７の体積を算出する。図６〜図１０は、液滴７の体積算出処理を説明するための模式図である。
【００６１】
ここで、図４に示すように、時系列に生成された画像を観察すると、ノズルに垂下する液滴に生じたくびれが徐々に細くなり（画像Ｍ４、Ｍ５参照）、くびれの部分で液体がちぎれ、くびれよりも下の部分が液滴として落下する（画像Ｍ６参照）。このとき、くびれよりも上の部分はノズルに付着したまま残留する。そのため、液滴が落下する直前（画像Ｍ５参照）にノズルに垂下していた液体の体積は、液滴が落下したとき（画像Ｍ６参照）にノズルに残留していた液体の体積と落下中の液滴の体積との和に実質的に等しい。
【００６２】
そこで、体積算出部１３７ｃは、図６及び図７に示すように、滴下直前画像Ｍ（ｉ−１）、滴下検出画像Ｍ（ｉ）、及び基準画像Ｍを取得し、これらの画像に基づいて、ノズルから滴下した液滴の体積を算出する。詳細には、まず、図６に示すように、滴下直前画像Ｍ（ｉ−１）と基準画像Ｍとの差分画像Ｄ１を作成し、差分画像Ｄ１に二値化処理を施すことにより、ノズルに垂下する液体の像ｍ１１の領域を抽出する。そして、抽出された液体の像ｍ１１の領域を、ノズルに垂下する液体の投影像と見做し、液体の像ｍ１１の領域を鉛直軸回りに回転させた回転体の体積Ｖ１を算出する。
【００６３】
また、体積算出部１３７ｃは、図７に示すように、滴下検出画像Ｍ（ｉ）と基準画像Ｍとの差分画像Ｄ２を作成し、差分画像Ｄ２に二値化処理を施すことにより、ノズルに残留する液体の像ｍ１２の領域を抽出する。差分画像Ｄ２の作成にあたっては、滴下検出画像Ｍ（ｉ）のうち、ノズルの像ｍ１０の先端部から所定距離以上離れた領域を予め消去しておくことにより、ノズルから落下する液滴の像を除去しておいても良い。具体的には、ノズルの像ｍ１０の先端部から距離Ｚ又は距離Ｚ＋Δｚ以上離れた領域を消去すると良い。そして、体積算出部１３７ｃは、抽出された液体の像ｍ１２の領域を、ノズルに残留する液体の投影像と見做し、液体の像ｍ１２の領域を鉛直軸回りに回転させた回転体の体積Ｖ２を算出する。
【００６４】
さらに、体積算出部１３７ｃは、ノズルに垂下する液体の像ｍ１１に基づいて算出された体積Ｖ１から、ノズルに残留する液体の像ｍ１２に基づいて算出された体積Ｖ２を差し引いた値を、ノズルから落下する液滴の体積Ｖ３として出力する。なお、体積Ｖ３の算出後、又は体積Ｖ１、Ｖ２を算出する前後において、画像内のオブジェクトに基づいて算出された体積を、実際のスケールに換算するキャリブレーションを行っても良い。
【００６５】
回転体の体積Ｖ１、Ｖ２の算出方法は特に限定されない。例えば、ノズルに垂下する液体及びノズルに残留する液体の各々を、１つの回転軸回りの回転体と見做し、液体の像ｍ１１、ｍ１２の各領域をもとに積分演算を行っても良い。或いは、図８に示すように、ノズルに垂下する液体及びノズルに残留する液体の各々を、鉛直方向の軸と直交する面でスライスした円盤を積み重ねたオブジェクトと見做し、液体の像ｍ１１、ｍ１２の各々を所定の高さ（例えば１ピクセル）でスライスしたバーの幅（水平方向の長さ）を直径とする円柱の体積を積算しても良い。
【００６６】
また、体積算出部１３７ｃは、体積Ｖ１、Ｖ２の算出に先立って、差分画像Ｄ１、Ｄ２に二値化処理を施すことにより抽出される領域に対し、穴埋め処理を行っても良い。ここで、光源１１とカメラ１２との間に位置する液滴は、あたかも凸レンズのように、当該液滴の中心に入射する光をほぼ真っ直ぐに透過させ、液滴の周縁部に入射する光を大きく屈折・散乱させる。本実施形態においては、この液滴の周縁部において光が屈折・散乱することにより形成される輪郭を検出することで、液滴の像の領域を抽出する。そのため、例えば図９に示すように、差分画像Ｄ１に二値化処理を施した二値画像Ｂ１においては、液滴の像ｍ１１に相当する領域ｍ１３が抽出されるものの、液滴の像ｍ１１の中心部近傍の明るい部分に相当する領域が抜けた状態になる。そこで、体積算出部１３７ｃは、抽出された領域ｍ１３に対し、モフォロジー処理などの公知の手法を利用した穴埋め処理（孤立点除去処理）を行う。体積算出部１３７ｃは、それにより得られた二値画像Ｂ１’（図１０参照）に対し、ブロブ（ｂｌｏｂ）処理を行うことにより、１つの面積塊として、液滴の像ｍ１１に相当する領域ｍ１４を抽出し、この領域ｍ１４に基づいて、体積変換のための演算処理を行う。
【００６７】
このようにして液滴の体積を算出した後、処理はメインルーチンに戻る。
再び図３を参照すると、ステップＳ１３に続くステップＳ１４において、流量制御部１３６は、ステップＳ１３において算出された液滴７の体積を滴下周期で除算することにより、点滴液の現在の流量を算出する。
【００６８】
ステップＳ１５において、流量制御部１３６は、ステップＳ１４において算出された現在の流量と、予め設定されている目標流量との誤差が閾値以下であるか否かを判定する。この閾値は、点滴の目的に応じて予め設定しておく。なお、この際、現在の流量と目標流量とが等しいか否かを判定することとしても良い。
【００６９】
誤差が閾値以下であると判定された場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、流量制御部１３６は、現在の流量をメモリに積算する（ステップＳ１６）。これにより、流量の積算量が更新される。
【００７０】
一方、現在の流量と目標流量との誤差が閾値よりも大きいと判定された場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、流量制御部１３６は、アクチュエータ９を介してクレンメ８の開閉制御を行う（ステップＳ１７）。具体的には、現在の流量が目標流量よりも大きい場合にはクレンメ８を閉じる制御を行い、現在の流量が目標流量よりも小さい場合にはクレンメ８を開く制御を行う。その後、処理はステップＳ１６に移行する。
【００７１】
ステップＳ１６に続くステップＳ１８において、流量制御部１３６は、流量の積算量が予め設定された流量の設定値以上であるか否かを判定する。流量の積算量が設定値に満たないと判定された場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、処理はステップＳ１３に戻る。
【００７２】
一方、流量の積算量が設定値以上であると判定された場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、流量制御部１３６は、アクチュエータ９を介してクレンメ８に輸液チューブ５を閉塞させることにより、点滴を終了させる（ステップＳ１９）。その後、撮像制御部１３５がカメラ１２による撮像動作を停止させる。それにより、液滴測定システム１０の動作は終了する。
【００７３】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態においては、液滴がノズルから離れて落下する様子が検出された滴下検出画像と、その１フレーム前の液体がノズルに垂下している様子が写った滴下直前画像とを用いて液滴の体積を算出する。そのため、撮像素子のサイズが大きくフレームレートも高い高スペックのカメラでノズルから落下する液滴全体を撮像する必要がなくなり、汎用のカメラ１２を使用できるようになる。
【００７４】
また、本発明の第１の実施形態によれば、撮像素子のサイズを抑えることにより画像１枚あたりのデータ量を抑制できると共に、順次生成される画像のうち滴下直前画像及び滴下検出画像の２枚のみを保存して処理対象とするので、情報処理装置１３における演算負荷やメモリ操作の負荷を低減することが可能となる。そのため、情報処理装置１３についても高スペックな機器を使用する必要がなくなる。従って、汎用のカメラ１２と情報処理装置１３とを用いて、液滴測定システム１０を簡素且つ安価に構成することができ、量産化することも可能となる。
【００７５】
また、本発明の第１の実施形態によれば、ノズル６の先端部及びノズル６に垂下したままの液体を被写体とするので、被写体の位置が非常に安定している。具体的には、被写体が常に点滴筒４の中心軸上に存在しているため、画角を狭い範囲に抑えることができると共に、ワークディスタンスＷＤの変動を抑制することができる。ここで、点滴筒４内においては、ノズル６から滴下した液滴７が、鉛直方向に落下せずに、静電気等により点滴筒４の壁面に引き付けられてしまうことがある。そのため、落下する液滴７を撮像する場合には、ワークディスタンスＷＤの変化により画像内における液滴７の像のサイズが変動し、或いは液滴７の像の焦点がぼけてしまい、液滴７の体積の測定精度に影響を及ぼすおそれが考えられる。しかしながら、本実施形態の場合には、ノズル６に付着している状態の液体を撮像するので、落下中の液滴７の経路によらず、液滴７の体積の精度良く、且つ安定した精度で測定することができる。
【００７６】
また、本発明の第１の実施形態によれば、ノズル６の先端部及びノズル６に垂下している液体を被写体とするので、光源１１による照明エリアを狭い範囲に抑えることができる。従って、光源１１として小型で安価な機器を用いることができると共に、光源１１の設置スペースを抑制することができ、省電力を図ることも可能となる。
【００７７】
さらに、本発明の第１の実施形態によれば、液滴７の体積の算出結果に基づき、アクチュエータ９を介して流量をフィードバック制御するので、正確な点滴を行うことが可能となる。
【００７８】
（実施例１−１）
ノズルから液体を滴下させ、本発明の第１の実施形態における体積算出処理（図５〜図７参照）により液滴の体積（以下、算出体積ＶCともいう）を算出すると共に、滴下した液滴の実質的な体積（以下、実質体積ＶRともいう）を求めることにより、本実施形態における体積算出処理の精度を検証する実験を行った。カメラとしては、縦６４０画素×横４８０画素（トータル約３０万画素）の撮像素子を備える汎用の製品を用い、撮像フレームレートは６０ｆｐｓとした。
【００７９】
実質体積ＶRは、滴下した液滴を回収して重量を測定し、これを滴下回数で除することにより、１滴あたりの重量を算出し、液滴１ｇを１ｍＬとして扱うことにより求めた。回収する液滴は、１回の実験につき２０滴以上とした。
【００８０】
算出体積ＶCは、具体的には以下のように算出した。まず、図６に例示する液体の像ｍ１１の領域に基づいて、ノズルに垂下する液体の体積Ｖ１を算出した。また、図７に例示する液体の像１２に基づいて、ノズルに残留する液体の体積Ｖ２を算出した。体積Ｖ１、Ｖ２は、図８に示すように、各領域を、高さ１ピクセルの円柱を積み上げたオブジェクトとみなし、円柱の体積を積算することにより算出した。そして、体積Ｖ１から体積Ｖ２を差し引くことにより、体積ＶPを算出した。
【００８１】
このようにして算出された体積ＶPは、画像空間における体積（ピクセル3／滴）であるため、これを実空間での体積（μＬ／滴）に換算するためのキャリブレーションを行った。具体的な手法は以下のとおりである。即ち、実質体積ＶR（μＬ／滴）の平均値ＶR・AVEと、画像空間における体積ＶP（ピクセル3／滴）の平均値ＶP・AVEとを算出し、次式（１）によりキャリブレーション係数Ｃ0を算出した。
Ｃ0＝ＶR・AVE／ＶP・AVE  …（１）
算出体積ＶCはキャリブレーション係数Ｃ0を用いて、次式（２）により算出した。
ＶC＝Ｃ0×ＶP  …（２）
【００８２】
さらに、算出体積ＶCの平均値ＶC・AVEを用いて、次式（３）に示す誤差率を算出し、この誤差率により実験結果を評価した。
誤差率（％）＝｜ＶC・AVE−ＶR｜／ＶR×１００…（３）
【００８３】
実験においては、１ｍｌを６０滴で滴下（平均１６．７μｌ／滴）させるための小人用ノズルを用い、ワークディスタンスを２０ｍｍに設定して点滴を行った。点滴液としては生理食塩水を用いた。そして、滴下周期０．５秒／滴、１．０秒／滴、及び２．０秒／滴のそれぞれについて、上記誤差率を算出した。それにより、以下の結果が得られた。
滴下周期０．５秒／滴：誤差率０．３９％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率１．６２％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率２．３９％
【００８４】
このように、ノズルに垂下する液体の像に基づいて体積を算出した場合であっても、ノズルから滴下した液滴の実質的な体積に対して遜色のない結果が得られることがわかる。
【００８５】
（変形例）
次に、本発明の第１の実施形態の変形例について説明する。図１１は、本変形例における液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
点滴に使用するノズルの径、液体の粘性、滴下周期等の点滴条件やワークディスタンス等の撮像条件によっては、図１１に示すように、滴下直前画像Ｍ１２内に、ノズルに垂下する液体の像全体が収まらない場合がある。一例として、１ｍｌを２０滴で滴下（平均５０μｌ／滴）させるための大人用ノズルを用いて生理食塩水を点滴する場合、ワークディスタンスを２０ｍｍにすると、滴下直前画像においては、ノズルに垂下する液体の一部が視野からはみ出してしまう。このような場合、ノズルに垂下する液体全体が視野に収まっていれば、滴下直前画像Ｍ１２の代わりに、滴下検出画像Ｍ１３の数フレーム前の画像を用いて液滴の体積を算出しても良い。以下、滴下検出画像Ｍ１３の所定フレーム前に取得された画像を滴下前画像という。
【００８６】
例えば、図１１においては、滴下直前画像Ｍ１２のさらに１フレーム前の画像である滴下前画像Ｍ１１であれば、ノズルに垂下する液体全体が視野に収まっている。この場合、滴下直前画像Ｍ１２の代わりに、滴下前画像Ｍ１１を用いることで、上記第１の実施形態と同様の画像処理により、液滴の体積を算出することができる。滴下前画像としては、滴下検出画像Ｍ１３の前４〜５フレーム以内の画像を用いることが好ましく、滴下検出画像Ｍ１３の前２〜３フレーム以内の画像を用いることがより好ましい。
【００８７】
（実施例１−２）
上述した大人用ノズルを用い、ワークディスタンスを２０ｍｍに設定し、その他の条件は実施例１−１と同様にして点滴を行い、上記変形例における体積算出処理により液滴の体積を算出した。滴下前画像としては、滴下検出画像の２フレーム前の画像を用いた。そして、上記実施例１−１と同様にして誤差率を算出したところ、以下の結果が得られた。
滴下周期０．５秒／滴：誤差率４．８４％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率１．９３％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率７．１８％
このように、滴下検出画像の２フレーム前の滴下前画像を用いる場合であっても、滴下周期によって若干ばらつきはあるものの、実質体積と比較的近い値の体積算出結果が得られることがわかる。
【００８８】
（参考例）
参考例として、ノズルから滴下する液滴全体を捉えることができるカメラを用い、液滴全体が写った画像から液滴の体積を算出する実験を行った。カメラとしては、縦１９３６画素×横４９６画素の撮像素子を備える製品を用い、撮像フレームレートは１２０ｆｐｓとした。
【００８９】
図１２は、参考例における液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。サイズの大きい撮像素子を備えるカメラを用い、高フレームレートで撮像を行う場合、図１２に示すように、ノズルを離れて落下する液滴が写る複数の画像Ｍ２１〜Ｍ２５を取得することができる。そこで、例えば、画像Ｍ２１と画像Ｍ２４との差分画像と、画像Ｍ２１と画像Ｍ２５との差分画像をそれぞれ算出し、さらにこれらの差分画像同士の差分を取ることにより、画像内における１つの液滴の領域を抽出する。この抽出された領域を液滴の投影像と見做し、抽出された領域を鉛直軸回りに回転させた回転体の体積を液滴の体積として算出する。回転体の体積の算出方法は、第１の実施形態と同様、単純な積分演算でも良いし、図８に示すような円盤の体積を積算する方法でも良い。
【００９０】
実験においては、ワークディスタンスを２０ｍｍに設定し、大人用及び小人用ノズルを用い、その他の条件は実施例１−１と同様にして点滴を行い、上述した方法で液滴の体積を算出した。そして、上記実施例１−１と同様にして誤差率を算出したところ、以下の結果が得られた。
【００９１】
大人用ノズル、ワークディスタンス２０ｍｍの場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率０．８４％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率０．１０％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率０．９２％
【００９２】
小人用ノズル、ワークディスタンス２０ｍｍの場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率１．４４％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率０．１２％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率１．９０％
【００９３】
このように、液滴全体が写った像からは、実質体積との誤差が非常に少ない体積を算出することができる。
他方、参考例により算出された体積の誤差率を基準に、上記実施例１−１、１−２より算出された体積の誤差率を評価すると、実施例１−１の場合には、概ね参考例に対して遜色のない結果が得られることがわかる。
【００９４】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態に係る液滴測定システム及び液滴測定方法は、全体として上記第１の実施形態と同様であり（図１〜図３参照）、図３のステップＳ１３における液滴の体積算出処理が第１の実施形態と異なる。図１３は、本発明の第２の実施形態における液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
【００９５】
ここで、上記実施例１−２を実施例１−１と比較すると、滴下前画像として滴下検出画像の２フレーム前の画像を使用した実施例１−２の方が、滴下直前画像を使用した実施例１−１に対し、全体的に実質体積との乖離が大きかった。そこで、実施例１−２において使用した画像のうち、実質体積との乖離が特に大きかった体積の算出に使用した画像（滴下前画像及び滴下検出画像）を抽出して調査した。その結果、実質体積との乖離が大きくなるのは、滴下前画像においてノズルに垂下する液体が十分に成長しておらず、平均的な体積よりも小さいこと、及び、滴下検出画像においてノズルに残留する液体の体積が、平均的な体積よりも大きいことが判明した。つまり、ノズルに垂下する液体の体積から、ノズルに残留する液体として過剰な体積を差し引く傾向にあることがわかった。
【００９６】
そこで、本発明の第２の実施形態においては、滴下前画像と参照画像としての基準画像のみを用いて液滴の体積を算出する。詳細には、図１３に示すように、滴下検出画像Ｍ（ｉ）の１フレーム以上前に取得された画像である滴下前画像Ｍ（ｉ−ｋ）（ｋは１以上の整数）から基準画像Ｍを差し引くことにより、差分画像Ｄ３を作成する。そして、差分画像Ｄ３に対して二値化処理及び穴埋め処理を施すことにより、ノズルから垂下する液体の像ｍ２０の領域を抽出し、該領域を鉛直軸回りに回転させた回転体の体積を、ノズルから滴下した液滴の体積として算出する。回転体の体積の算出方法は、第１の実施形態と同様、単純な積分演算でも良いし、図８に示すような円盤の体積を積算する方法でも良い。また、滴下前画像Ｍ（ｉ−ｋ）としては、ノズルに垂下する液体の全体が視野に収まっているという条件で、滴下検出画像Ｍ（ｉ）の前４〜５フレーム以内の画像を用いることが好ましく、滴下検出画像Ｍ（ｉ）の前２〜３フレーム以内を用いることがより好ましく、滴下直前画像Ｍ（ｉ−１）を用いることがさらに好ましい。
【００９７】
（実施例２）
大人用ノズル及び小人用ノズルを用い、ワークディスタンスを２０ｍｍに設定し、その他の条件は実施例１−１と同様にして点滴を行い、第２の実施形態における体積算出処理により液滴の体積を算出した。そして、上記実施形態１−１と同様にして誤差率を算出したところ、以下の結果が得られた。
【００９８】
大人用ノズル、ワークディスタンス２０ｍｍ、滴下前画像として滴下検出画像の２フレーム前の画像を使用した場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率２．０４％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率１．２２％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率４．７４％
【００９９】
小人用ノズル、ワークディスタンス２０ｍｍ、滴下前画像として滴下検出画像の１フレーム前の画像を使用した場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率０．５１％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率１．６２％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率２．５１％
【０１００】
大人用ノズルにおける実験結果を上記実施例１−２と比較すると、滴下周期がいずれの場合であっても、誤差率が低減し、体積算出精度が向上したことがわかる。また、小人用ノズルについても、上記実施例１−１と比較して遜色のない結果が得られることがわかる。
【０１０１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本発明の第３の実施形態に係る液滴測定システム及び液滴測定方法は、全体として上記第１の実施形態と同様であり（図１〜図３参照）、図３のステップＳ１３における液滴の体積算出処理が第１の実施形態と異なる。
【０１０２】
上記第１の実施形態の変形例においては、滴下直前画像、滴下検出画像、及び基準画像を用いて液滴の体積を算出するにあたって、ノズルに垂下する液体の像全体が滴下直前画像内に収まらない場合（図１１参照）、滴下直前画像の代わりに、滴下検出画像の数フレーム前の画像を用いることとした。しかしながら、ワークディスタンスを変更することにより、ノズルに垂下する液体の像全体が滴下直前画像内に収まるように、十分な画角視野を確保することとしても良い。この場合、滴下直前画像、滴下検出画像、及び基準画像を用いて、第１の実施形態と同様の画像処理により、液滴の体積を算出することができる（図６、図７参照）。
【０１０３】
（実施例３）
大人用ノズル及び小人用ノズルを用い、ワークディスタンスを２８ｍｍに設定し、その他の条件は実施例１−１と同様にして点滴を行い、第３の実施形態における体積算出処理により液滴の体積を算出した。そして、上記実施例１−１と同様にして誤差率を算出したところ、以下の結果が得られた。
【０１０４】
大人用ノズル、ワークディスタンス２８ｍｍ、滴下直前画像、滴下検出画像、及び基準画像から体積を算出した場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率１．６８％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率０．７９％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率０．１３％
【０１０５】
小人用ノズル、ワークディスタンス２８ｍｍ、滴下直前画像、滴下検出画像、及び基準画像から体積を算出した場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率０．７５％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率０．３７％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率１．１５％
【０１０６】
大人用ノズルにおける実験結果を上記実施例１−２と比較すると、滴下検出画像の２フレーム前の画像を用いて体積を算出するよりも、ノズルに垂下する液体の全体が滴下直前画像内に収まるようにワークディスタンスを調整した上で、滴下直前画像を用いて体積を算出する方が、全体的に体積算出精度が向上することがわかる。また、小人用ノズルについても、上記実施例１−１と比較して遜色のない結果が得られることがわかる。
【０１０７】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本発明の第４の実施形態に係る液滴測定システム及び液滴測定方法は、全体として上記第１の実施形態と同様であり（図１〜図３参照）、図３のステップＳ１３における液滴の体積算出処理が第１の実施形態と異なる。
【０１０８】
上記第２の実施形態においては、滴下直前画像及び基準画像を用いて液滴の体積を算出するにあたって、ノズルに垂下する液体の像全体が滴下直前画像内に収まらない場合（図１１参照）、滴下直前画像の代わりに、滴下検出画像の数フレーム前の画像を用いることとした。しかしながら、ワークディスタンスを変更することにより、ノズルに垂下する液体の像全体が滴下直前画像内に収まるように、十分な画角視野を確保することとしても良い。この場合、滴下直前画像及び基準画像を用いて、第２の実施形態と同様の画像処理により、液滴の体積を算出することができる（図１３参照）。
【０１０９】
（実施例４）
大人用ノズル及び小人用ノズルを用い、ワークディスタンスを２８ｍｍに設定し、その他の条件は実施例１−１と同様にして点滴を行い、第４の実施形態における体積算出処理により液滴の体積を算出した。そして、上記実施例１−１と同様にして誤差率を算出したところ、以下の結果が得られた。
【０１１０】
大人用ノズル、ワークディスタンス２８ｍｍ、滴下直前画像及び基準画像から体積を算出した場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率０．２５％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率０．５９％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率１．１９％
【０１１１】
小人用ノズル、ワークディスタンス２８ｍｍ、滴下直前画像及び基準画像から体積を算出した場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率０．３１％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率０．３７％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率０．７６％
【０１１２】
上記実験結果を実施例２と比較すると、大人用ノズル及び小人用ノズル共に、滴下周期がいずれの場合であっても、誤差率が低減し、体積算出精度が向上したことがわかる。
【０１１３】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本発明の第５の実施形態に係る液滴測定システム及び液滴測定方法は、全体として上記第１の実施形態と同様であり（図１〜図３参照）、図３のステップＳ１３における液滴の体積算出処理が第１の実施形態と異なる。図１４〜図１７は、本発明の第５の実施形態における液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
【０１１４】
上記第２の実施形態においては、滴下前画像と基準画像との差分画像から、ノズルに垂下する液体の領域を抽出した。しかしながら、点滴開始後、時間が経過すると、点滴筒の内壁やノズルに不要な液滴等が付着したり、ノズルの位置や傾きにずれが生じたりする場合がある。このような場合、滴下前画像と基準画像との差分画像において、液滴の体積算出に不要な成分をキャンセルすることができず、体積の算出精度に影響を及ぼすおそれがある。
【０１１５】
点滴開始後にノズル等に付着した液滴やノズルの位置ずれ等の影響を排除するためには、図１４に示すように、滴下直前画像Ｍ３１と、この滴下直前画像Ｍ３１に近いフレームの画像との間で差分画像を作成することが考えられる。しかしながら、図１５に示すように、滴下直前画像Ｍ３１と、その直後のフレームである滴下検出画像Ｍ３２との間では、滴下直前画像Ｍ３１においてノズルに垂下する液体ｍ３０の位置と、滴下検出画像Ｍ３２において滴下した液滴ｍ３２の位置とが重なってしまい、両者間の差分画像Ｄ４において抽出されるべき液体の像ｍ３３の一部が欠けてしまうことがある。
【０１１６】
そこで、本実施形態においては、滴下検出画像Ｍ３２の１フレーム後に取得された画像である滴下直後画像Ｍ３３を参照画像として用いて差分画像を作成する。これにより、図１６に示すように、滴下直前画像Ｍ３１と滴下直後画像Ｍ３３との間で差分画像Ｄ５において、抽出されるべき液体の像ｍ３４を、ほぼ完全な形で抽出することが可能となる。差分画像Ｄ５を生成した後は、第１の実施形態と同様に、差分画像Ｄ５に対し、二値化処理及び穴埋め処理を施し、二値画像から抽出された領域に基づいて体積を算出すれば良い。
【０１１７】
このように、本発明の第５の実施形態によれば、点滴開始後から長時間が経過したり、ノズルの位置や傾きが初期状態からずれてしまったりした場合であっても、液滴の体積を精度良く算出することが可能となる。
【０１１８】
（実施例５）
大人用ノズル及び小人用ノズルを用い、ワークディスタンスを２８ｍｍに設定し、その他の条件は実施例１−１と同様にして点滴を行い、第５の実施形態における体積算出処理により液滴の体積を算出した。そして、上記実施例１−１と同様にして誤差率を算出したところ、以下の結果が得られた。
【０１１９】
大人用ノズル、ワークディスタンス２８ｍｍ、滴下直前画像及び滴下直後画像を使用した場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率１．１６％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率０．７４％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率０．３７％
【０１２０】
小人用ノズル、ワークディスタンス２８ｍｍ、滴下直前画像及び滴下直後画像を使用した場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率０．９４％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率０．２５％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率１．２７％
【０１２１】
上記実験結果から、実施例５−１においても、大人用ノズル及び小人用ノズル共に、滴下周期がいずれの場合であっても、実質体積との誤差の少ない、良好な体積算出精度が得られることがわかる。また、上記参考例に対しても遜色のない結果が得られている。
【０１２２】
（変形例５−１）
次に、本発明の第５の実施形態の変形例について説明する。
上記実施例５−１における小人用ノズルを用いた実験により得られた画像を個別に観察したところ、小人用ノズルにおいては滴下周期が不安定であり、時々液滴が連続して滴下するなどして、滴下直前画像と滴下直後画像との間で液体の像の位置が重なってしまう場合があった。そこで、滴下直前画像と滴下直後画像との間（即ち、２フレーム間隔）で液滴の像の位置が重ならないように、フレームレートを変更できるようにしても良い。例えば、ユーザが、図２に示す操作入力部１３３を用いてフレームレートを任意に（好ましくは、６０ｆｐｓ±１０ｆｐｓの範囲で）調整できるようにし、撮像制御部１３５が、調整されたフレームレートでカメラ１２の動作を制御するように、演算部１３４を構成する。
【０１２３】
フレームレートの調整方法の一例として、フレームレートが６０ｆｐｓでは、滴下直前画像においてノズルに垂下する液体の像の位置と、滴下直後画像において落下する液滴の像の位置とが一部重なってしまうが、滴下直前画像と滴下直後画像の１フレーム後の画像との間ではこれらの像の位置が重ならないという場合、現在の滴下直後画像における液体の位置よりもやや下方に液滴が落下した際に、滴下直後画像の撮像タイミングが到来するように、フレームレートを６０ｆｐｓから若干下げれば良い。
【０１２４】
（変形例５−２）
次に、本発明の第５の実施形態の別の変形例について説明する。図１７及び図１８は、変形例５−２における液滴の体積算出処理を説明するための模式図である。
上記第５の実施形態のように、ノズルに液体が垂下している状態が写った滴下直前画像Ｍ３１と、ノズルに液体が残留している状態が写った滴下直後画像Ｍ３３との差分画像Ｄ５を作成した場合、図１７に示すように、差分画像Ｄ５に対して二値化処理及び穴埋め処理を施した後の二値画像Ｂ２から抽出された領域ｍ３６の上部（ノズル側の端部）に、ツノのように突出する切れ端ｍ３７が現れることが多い。この切れ端ｍ３７が左右対称に表れている場合、当該切れ端ｍ３７は、内部が空洞のリング状の回転体の投影像と考えられる。そのため、抽出された領域ｍ３６全体の鉛直軸回りの回転体の体積は、落下する液滴の体積に相当すると考えて問題ない。
【０１２５】
しかし、図１８に示すように、二値画像Ｂ３から抽出された領域ｍ４０の上部に、左右非対称に突出する切れ端ｍ４１が現れることがある。この場合、領域ｍ４０全体の鉛直軸回りの回転体の体積を算出すると、切れ端ｍ４１はリング状の回転体の投影像でないにもかかわらず、リング状の回転体として扱われて体積が算出されてしまい、実際の体積との間での誤差が大きくなってしまうことが考えられる。
【０１２６】
そこで、本変形例５−２においては、抽出された領域ｍ４０に現れる切れ端ｍ４１をカットして回転体の体積を算出する。即ち、領域ｍ４０の上端の平らなライン（即ち、ノズルの下端面に相当するライン）Ｌを検出し、二値画像Ｂ４に示すように、領域ｍ４０のうちラインＬよりも下方の部分ｍ４２のみに基づいて回転体の体積を算出し、これを液滴の体積とする。回転体の体積の算出方法は、上記第１の実施形態において説明した方法と同様である（図８参照）。
【０１２７】
上記変形例５−２における液滴の体積算出処理の実施例として、大人用ノズルを用い、ワークディスタンスを２８ｍｍに設定し、その他の条件は実施例１−１と同様にして点滴を行い、上述した処理により液滴の体積を算出した。そして、上記実施例１−１と同様にして誤差率を算出したところ、以下の結果が得られた。
【０１２８】
大人用ノズル、ワークディスタンス２８ｍｍ、二値画像から抽出された領域の切れ端をカットした場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率１．１６８％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率０．７３０％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率０．３６６％
【０１２９】
他方、二値画像から抽出された領域の切れ端をカットせずに液滴の体積を算出し、誤差率を算出したところ、以下の結果が得られた。
大人用ノズル、ワークディスタンス２８ｍｍ、二値画像から抽出された領域の切れ端をカットしない場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率１．１６４％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率０．７２８％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率０．３７０％
【０１３０】
二値画像から抽出された領域の切れ端をカットする処理を行った場合と、当該処理を行わなかった場合とにおいて、算出された液滴の体積の誤差は平均して±０．０２μＬ前後であった。上記実験結果より、誤差率については、切れ端をカットするか否かによらず大きな差異は見られなかった。しかしながら、滴下周期が長い場合（１．０秒、２．０秒）には、切れ端をカットした方が算出体積のバラツキが少なくなる傾向にあった。これらの実験結果を考慮すると、切れ端をカットするか否かは、体積算出処理の精度に大きな影響を及ぼすことはないが、体積算出処理の負荷の観点では、切れ端をカットした方が好ましいといえる。
【０１３１】
（変形例５−３）
次に、本発明の第５の実施形態のさらに別の変形例について、図１８を参照しながら説明する。
図１８に示す二値画像Ｂ３から抽出された領域ｍ４０における切れ端ｍ４１に対する処理は、当該切れ端ｍ４１の大きさに応じて変更しても良い。例えば、領域ｍ４０の上端のラインＬにおける領域ｍ４０の幅Ｗと、ラインＬから上方に突出する切れ端ｍ４１の幅Δｗとを検出し、ラインＬにおける領域ｍ４０の幅Ｗに対する切れ端ｍ４１の幅Δｗの比率Δｗ／Ｗを算出し、この比率Δｗ／Ｗに基づいて当該切れ端ｍ４１に対する処理を決定する。
【０１３２】
即ち、比率Δｗ／Ｗが所定の閾値（例えば１／１０〜１／５程度）未満である場合、切れ端ｍ４１をカットし、領域ｍ４０のうち、ラインＬよりも下方の部分ｍ４２のみに基づいて、回転体の体積を算出し、これを液滴の体積とする。他方、比率Δｗ／Ｗが上記閾値以上である場合、領域ｍ４０のうちラインＬよりも下方の部分ｍ４２に基づく回転体の体積と、切れ端ｍ４１に基づく回転体の体積とをそれぞれ算出し、これらの体積の合算値を液滴の体積とする。各回転体の体積の算出方法は、上記第１の実施形態において説明した方法と同様である（図８参照）。また、切れ端ｍ４１の回転体の体積は、幅Δｗを底面の直径とする円錐の体積として算出しても良い。
【０１３３】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。本発明の第６の実施形態に係る液滴測定システム及び液滴測定方法は、全体として上記第１の実施形態と同様であり（図１〜図３参照）、図３のステップＳ１３における液滴の体積算出処理が第１の実施形態と異なる。
【０１３４】
上記変形例５−１において述べたように、小児用ノズルを用いて点滴する場合において、上記第５の実施形態と同様に、滴下直前画像と滴下直後画像との差分画像に基づいて液滴の体積を算出すると、滴下直前画像と滴下直後画像との間で液体の像の位置が重なってしまう場合があった。そこで、本願発明者らは、参照画像として、滴下直後画像の代わりに、滴下直後画像の１フレーム後の画像（滴下検出画像の２フレーム後の画像）を用いることを検討した。以下、滴下検出画像の所定フレーム後に取得された画像を滴下後画像ともいう。
【０１３５】
そのためにまず、小人用ノズルを用いて同じ条件で点滴を行い、滴下直前画像及び滴下直後画像を用いた場合と、滴下直前画像及び滴下検出画像の２フレーム後の画像を用いた場合とのそれぞれの場合について体積算出処理を行った。体積算出処理としては、滴下直後画像の代わりに滴下検出画像の２フレーム後の画像を用いる場合があることを除いて、第５の実施形態と同様である。なお、小人用ノズルを用いた場合には、全般的に、二値画像から抽出される領域に左右非対称な切れ端は見られなかったため、切れ端はないものとして体積を算出した。
【０１３６】
実質体積に対する算出体積の誤差率としては、以下の結果が得られた。
小人用ノズル、ワークディスタンス２８ｍｍ、滴下直前画像及び滴下直後画像を用いた場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率０．４６５％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率０．８２２％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率１．２６７％
【０１３７】
小人用ノズル、ワークディスタンス２８ｍｍ、滴下直前画像及び滴下検出画像の２フレーム後の画像を用いた場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率１．３８３％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率０．０８１％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率１．５２８％
【０１３８】
上記小人用ノズルに関する実験結果においては、参照画像として滴下直後画像を用いた場合と滴下検出画像の２フレーム後の画像を用いた場合とにおいて、誤差率については大きな差異は見られなかった。しかしながら、参照画像として滴下直後画像を用いた場合、算出体積のバラツキが２μＬ程度と、非常に大きかった。それに対し、参照画像として滴下検出画像の２フレーム後の画像を用いた場合は、算出体積のバラツキは抑制されていた。これらの実験結果を考慮すると、小人用ノズルを用いる場合には、滴下周期や点滴する液体の種類にもよるが、参照画像として滴下検出画像の２フレーム後の画像を用いることが好ましいといえる。
【０１３９】
他方、大人用ノズルについても同様に点滴を行い、滴下直前画像及び滴下直後画像を用いた場合と、滴下直前画像及び滴下検出画像の２フレーム後の画像を用いた場合とのそれぞれの場合について体積算出処理を行った。体積算出処理としては、滴下直後画像の代わりに滴下検出画像の２フレーム後の画像を用いる場合があることを除いて、第５の実施形態と同様である。ただし、二値画像から抽出される領域に対して一律に、上記変形例５−２において説明した切れ端をカットする処理を行うことにより、演算負荷の軽減を図った。
【０１４０】
実質体積に対する算出体積の誤差率としては、以下の結果が得られた。
大人用ノズル、ワークディスタンス２８ｍｍ、滴下直前画像及び滴下直後画像を用いた場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率１．１６８％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率０．７３０％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率０．３６６％
【０１４１】
大人用ノズル、ワークディスタンス２８ｍｍ、滴下直前画像及び滴下検出画像の２フレーム後の滴下後画像を用いた場合
滴下周期０．５秒／滴：誤差率１．８９９％
滴下周期１．０秒／滴：誤差率０．８３８％
滴下周期２．０秒／滴：誤差率０．２９１％
【０１４２】
上記大人用ノズルに関する実験結果においては、滴下周期にもよるが、概ね、参照画像として滴下直後画像を用いることが好ましいといえる。
【０１４３】
そこで、本実施形態においては、点滴に使用するノズルの種類（大人用、小人用）、点滴する液体の種類、滴下周期等の点滴条件に応じて、参照画像として使用する滴下後画像を変更できるようにする。例えば、ユーザが、図２に示す操作入力部１３３を用いてノズルの種類や滴下周期等の点滴条件を入力すると、体積算出部１３７ｃが、入力された点滴条件に応じて、参照画像として使用する滴下後画像（即ち、滴下検出画像とのフレーム間隔）を決定し、滴下直前画像及び決定した滴下後画像を取り込んで体積算出処理を実行するように、演算部１３４を構成する。体積算出部１３７ｃが実行する体積算出処理は、参照画像として滴下検出画像の２フレーム後の滴下後画像を使用する場合があることを除いては、上記第５の実施形態と同様である。
このように、本発明の第６の実施形態によれば、点滴条件に応じて適切な画像を用いて体積算出処理を実行することが可能となる。
【０１４４】
（変形例６−１）
次に、本発明の第６の実施形態の変形例について説明する。
上記第６の実施形態においては、点滴に使用するノズルの種類に応じて、参照画像として使用する滴下後画像を変更できることとしたが、ノズルの種類によらず、体積算出のアルゴリズムを共通化することが好ましい場合もある。そのような場合には、大人用ノズルを使用する場合も、小人用ノズルに合わせて、参照画像として滴下検出画像の２フレーム後の画像を用いることにすると良い。
【０１４５】
（変形例６−２）
次に、本発明の第６の実施形態の別の変形例について説明する。
点滴に使用するノズルの種類によらず、体積算出のアルゴリズムを共通化しつつ、ノズルの種類に応じて最適な演算結果を得るためには、フレームレートを可変にしても良い。この場合、体積算出のアルゴリズムとしては、小人用ノズルを使用する場合に合わせて、参照画像として滴下検出画像の２フレーム後の画像（滴下後画像）を用いることとし、大人用ノズルを使用する場合には、滴下直前画像と滴下後画像との間の撮像タイミングのギャップを低減するために、滴下直前画像においてノズルに垂下する液体の像の位置と、滴下後画像において落下している液滴の像の位置とが重ならない範囲で、フレームレートを若干上げることとしても良い。
【０１４６】
（変形例６−３）
次に、本発明の第６の実施形態のさらに別の変形例について説明する。
上記第６の実施形態においては、滴下直前画像と滴下後画像との差分画像に基づく二値画像から抽出される領域に対し、上記変形例５−２において説明した切れ端をカットする処理を一律に行うことした。しかしながら、上記変形例５−３と同様に、切れ端の大きさに応じて、切れ端に対する処理を変更することとしても良い。
【０１４７】
以上説明した本発明は、上記第１〜第６の実施形態及び変形例に限定されるものではなく、上記第１〜第６の実施形態及び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。例えば、上記第１〜第６の実施形態及び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、上記実施形態及び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】
【０１４８】
１  点滴装置
２  輸液バッグ
２ａ  排液ポート
３  中間チューブ
４ａ  上蓋
４  点滴筒
５  輸液チューブ
６  ノズル
６ａ  ノズル先端部
７  液滴
８  クレンメ
９  アクチュエータ
１０  液滴測定システム
１１  光源
１２  カメラ
１２ａ  撮像素子
１３  情報処理装置
１４  表示装置
１３１  入出力部
１３２  記憶部
１３２ａ  プログラム記憶部
１３２ｂ  画像記憶部
１３３  操作入力部
１３４  演算部
１３５  撮像制御部
１３６  流量制御部
１３７  画像処理部
１３７ａ  画像生成部
１３７ｂ  滴下検出部
１３７ｃ  体積算出部
【図１】
2018148962.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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