(57)【要約】【課題】魚の動きを制限せずに魚の心拍数を測定することができる魚の心拍数測定システムを提供する。【解決手段】撮影手段１は、水槽内で自由に泳ぐ魚を撮影し、その魚を腹部の方向から見た画像を生成する。調整手段２２は、撮影手段１が魚を撮影することによって得られる画像内で魚が中央に写るように撮影手段１を調整する。測定手段２３は、撮影手段１が魚を撮影することによって得られる画像に基づいて、その魚の心拍数を測定する。【選択図】図１４
2019138834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽内で自由に泳ぐ魚を撮影し、前記魚を腹部の方向から見た画像を生成する撮影手段と、
前記撮影手段が前記魚を撮影することによって得られる画像内で前記魚が中央に写るように前記撮影手段を調整する調整手段と、
前記撮影手段が前記魚を撮影することによって得られる画像に基づいて、前記魚の心拍数を測定する測定手段とを備える
ことを特徴とする魚の心拍数測定システム。
【請求項２】
撮影手段は、
可動ミラーと、
魚を撮影する少なくとも１台のカメラとを含み、
調整手段は、魚が画像の中央に写るように前記可動ミラーの傾きを調整する
請求項１に記載の魚の心拍数測定システム。
【請求項３】
撮影手段は、
可動ミラーと、
前記可動ミラーから到達する光を２つの経路に分けるハーフミラーと、
前記２つの経路の一方の経路の光が入射することによって魚を撮影する第１のカメラと、
前記２つの経路のもう一方の経路の光が入射することによって魚を撮影する第２のカメラとを含み、
調整手段は、前記第１のカメラによって得られる画像に基づいて、魚が画像の中央に写るように前記可動ミラーの傾きを調整し、
測定手段は、前記第２のカメラによって得られる画像に基づいて、前記魚の心拍数を測定する
請求項１または請求項２に記載の魚の心拍数測定システム。
【請求項４】
測定手段は、
撮影手段によって得られる画像をエッジ画像に変換し、前記エッジ画像から、魚の心臓位置の画像である心臓位置画像を切り出す心臓位置画像切り出し手段と、
前記心臓位置画像に基づいて輝度のヒストグラムを作成し、前記ヒストグラムにおける最頻値の度数を求め、１つの光源からの光が前記魚に照射されている状態における複数の心臓位置画像のそれぞれから得られる度数のデータが蓄積されたときに、蓄積された前記度数のデータに基づいて、前記魚の心拍数を測定する心拍数測定手段とを含み、
前記複数の心臓位置画像は、前記魚の拍動が最も遅い場合の所定心拍数分の時間に対応する複数の心臓位置画像から選択された複数の心臓位置画像であって、前記魚の拍動が最も速い場合の１拍分の時間に対応する連続する複数の心臓位置画像のうち所定条件を満たしていないことによって選択されなかった心臓位置画像の数が所定数以下であるという条件を満たしている複数の心臓位置画像である
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の魚の心拍数測定システム。
【請求項５】
心拍数測定手段は、
輝度のヒストグラムを作成し、前記ヒストグラムにおける最頻値の度数を求め、１つの光源からの光が魚の所定方向に照射されている状態における複数の心臓位置画像のそれぞれから得られる度数のデータが蓄積されたときに、蓄積された前記度数のデータに基づいて、前記魚の心拍数を測定する
請求項４に記載の魚の心拍数測定システム。
【請求項６】
位置を変更可能な光源を備え、
調整手段は、撮影手段によって得られる画像に基づいて、前記光源が魚の所定方向に対して光を照射するように前記光源の位置を調整する
請求項５に記載の魚の心拍数測定システム。
【請求項７】
心拍数測定手段は、
蓄積された度数のデータに対して高速フーリエ変換を行うことによって、１秒当たりの魚の心臓の心拍数を示す周波数を算出し、前記周波数に基づいて、前記魚の心拍数を測定する
請求項４から請求項６のうちのいずれか１項に記載の魚の心拍数測定システム。
【請求項８】
撮影手段が、
水槽内で自由に泳ぐ魚を撮影し、前記魚を腹部の方向から見た画像を生成し、
コンピュータが、
前記撮影手段が前記魚を撮影することによって得られる画像内で前記魚が中央に写るように前記撮影手段を調整し、
前記撮影手段が前記魚を撮影することによって得られる画像に基づいて、前記魚の心拍数を測定する
ことを特徴とする魚の心拍数測定方法。
【請求項９】
水槽内で自由に泳ぐ魚を撮影し、前記魚を腹部の方向から見た画像を生成する撮影手段から画像を取得可能なコンピュータに搭載される魚の心拍数測定プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記撮影手段が前記魚を撮影することによって得られる画像内で前記魚が中央に写るように前記撮影手段を調整する調整処理、および、
前記撮影手段が前記魚を撮影することによって得られる画像に基づいて、前記魚の心拍数を測定する測定処理
を実行させるための魚の心拍数測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、魚の心拍数測定システム、魚の心拍数測定方法、および、魚の心拍数測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
魚の心拍数を測定する方法が非特許文献１や非特許文献２に記載されている。非特許文献１および非特許文献２に記載された方法では、いずれも、メダカの動きを制限した状態で、メダカの心拍数を測定する。例えば、非特許文献１に記載された方法では、水の入った容器内に設けられている台の上にメダカを配置することによってメダカの動きを制限する。また、非特許文献２に記載された方法では、水の入った小型容器内にメダカを入れることによってメダカの動きを制限する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Tomomi Watanabe-Asaka、外８名、“Technology with High-Speed Movies to Analyze the Movement of Internal Organs in Medaka”, [online]、２０１２年、 TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN，[２０１８年１月５日検索］、インターネット<URL: https://www.jstage.jst.go.jp/article/tastj/10/ists28/10_Pp_1/_pdf>
【非特許文献２】浅香  智美、「高速度映像を用いたメダカ心臓自律神経活動の計測法の開発」、[online]、２０１２年、ＴＸテクノロジー・ショーケース  in つくば  ２０１２、[２０１８年１月５日検索］、インターネット<URL: http://www.science-academy.jp/showcase/11/pdf/P-049_showcase2012.pdf>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１および非特許文献２に記載された方法では、動きが制限された状態の魚の心拍数を測定することになり、動きが制限されていない状態（通常の状態）での心拍数を測定することができない。
【０００５】
そこで、本発明は、魚の動きを制限せずに魚の心拍数を測定することができる魚の心拍数測定システム、魚の心拍数測定方法、および、魚の心拍数測定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】
【０００６】
本発明による魚の心拍数測定システムは、水槽内で自由に泳ぐ魚を撮影し、その魚を腹部の方向から見た画像を生成する撮影手段と、撮影手段が魚を撮影することによって得られる画像内で魚が中央に写るように撮影手段を調整する調整手段と、撮影手段が魚を撮影することによって得られる画像に基づいて、その魚の心拍数を測定する測定手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明による魚の心拍数測定方法は、撮影手段が、水槽内で自由に泳ぐ魚を撮影し、その魚を腹部の方向から見た画像を生成し、コンピュータが、撮影手段が魚を撮影することによって得られる画像内で魚が中央に写るように撮影手段を調整し、撮影手段が魚を撮影することによって得られる画像に基づいて、その魚の心拍数を測定することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による魚の心拍数測定プログラムは、水槽内で自由に泳ぐ魚を撮影し、その魚を腹部の方向から見た画像を生成する撮影手段から画像を取得可能なコンピュータに搭載される魚の心拍数測定プログラムであって、コンピュータに、撮影手段が魚を撮影することによって得られる画像内で魚が中央に写るように撮影手段を調整する調整処理、および、撮影手段が魚を撮影することによって得られる画像に基づいて、その魚の心拍数を測定する測定処理を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、魚の動きを制限せずに魚の心拍数を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態の魚の心拍数測定システムの構成例を示す模式図である。
【図２】エッジ画像の例を示す模式図である。
【図３】エッジ画像から切り出された心臓位置の画像の例を示す模式図である。
【図４】第１のカメラ１６がメダカ３１ａを選択する際の処理経過の例を示すフローチャートである。
【図５】メダカの心拍数を測定する処理の処理経過の例を示すフローチャートである。
【図６】メダカの心拍数を測定する処理の処理経過の例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態の心拍数測定システムの構成例を示す模式図である。
【図８】第１の可動ミラー１２、第２の可動ミラー１３、ハーフミラー１５、第１のカメラ１６および第２のカメラ１７の配置の例を示す模式的斜視図である。
【図９】メダカの形状が楕円に近似された画像の例を示す模式図である。
【図１０】第１のカメラがメダカを撮影する際の処理経過の例を示すフローチャートである。
【図１１】心拍数測定システムが１台のカメラを備える場合の構成例を示す模式図である。
【図１２】本発明の各実施形態およびその変形例におけるコンピュータの構成例を示す概略ブロック図である。
【図１３】心拍数測定システムが撮影手段と２台のコンピュータとを備える場合の構成例を示す模式図である。
【図１４】本発明の魚の心拍数測定システムの概要を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
本発明は、魚の心拍数測定に用いられる。以下に示す各実施形態では、心拍数測定の対象となる魚がメダカである場合を例にして説明する。ただし、本発明による心拍数測定の対象となる魚はメダカに限定されない。本発明は、心臓の拍動によって体表が動く魚に適用することができる。
【００１３】
実施形態１．
図１は、本発明の第１の実施形態の魚の心拍数測定システム（以下、単に心拍数測定システムと記す。）の構成例を示す模式図である。第１の実施形態の心拍数測定システム１０は、撮影手段１と、コンピュータ２とを備える。
【００１４】
撮影手段１は、水槽３内で自由に泳ぐメダカ３１を撮影し、メダカ３１を腹部の方向から見た画像を生成する。
【００１５】
コンピュータ２は、撮影手段１を調整する処理（より具体的には、後述の第２のカメラ１７を調整する処理）や、撮影手段１がメダカ３１を撮影することによって得られる画像に基づいて、そのメダカ３１の心拍数を測定する処理等を行う。
【００１６】
水槽３は、心拍数の測定対象となる魚（本例では、メダカ）が自由に泳ぐことができる大きさの水槽である。従って、水槽３内で、メダカ３１は自由に泳ぐことができる。水槽３内に存在するメダカ３１は一匹に限定されず、図１に示すように、水槽３内に複数のメダカ３１が存在していてもよい。ただし、心拍数測定システム１０は、一匹毎に、心拍数の測定を行う。以下、心拍数測定システム１０が、心拍数を測定するために撮影しているメダカを符号“３１ａ”で表す。
【００１７】
また、水槽３の横方向には、１つの光源４が配置され、光源４は、水槽３に向けて光を照射する。第１の実施形態では、光源４の位置が固定されている場合を例にして説明する。撮影手段１は、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態で、メダカ３１ａを撮影する。換言すれば、撮影手段１は、メダカ３１ａに対して一方向から光が照射されている状態でメダカ３１ａを撮影する。光源４は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源であるが、ＬＥＤ光源に限定されない。また、水槽３の形状は、特に限定されず、例えば、水槽３の形状は、円柱の形状であっても、立方体の形状であってもよい。
【００１８】
第１の実施形態では、撮影手段１は、固定ミラー１１と、駆動装置３４と、第１のカメラ１６と、第２のカメラ１７とを備える。
【００１９】
固定ミラー１１は、水槽３の下部に配置されるミラーである。固定ミラー１１の位置および傾きは固定されている。固定ミラー１１は、メダカ３１ａが水槽３内のどの位置に存在していてもメダカ３１ａを映すことができる十分な大きさのミラーである。なお、第１の実施形態では、水槽３の下部に、固定ミラー１１を配置可能な空間が設けられている。
【００２０】
駆動装置３４は、後述する調整手段２２の制御に従って、第２のカメラ１７の向きを回転させる。
【００２１】
第１のカメラ１６は、固定ミラー１１全体を撮影できる画角を有し、固定されている。また、第１のカメラ１６は、メダカの遊泳速度に対して十分に高速なフレームレートで撮影を行う。さらに、第１のカメラ１６の画像解像度は、メダカの平均体長３．５ｃｍが５０画素以上で撮影されるのであれば、十分である。そして、第１のカメラ１６が撮影によって得た画像は、コンピュータ２が備える第１の画像取得手段２７に取り込まれる。第１の画像取得手段２７が第１のカメラ１６から取得する画像には、固定ミラー１１に映っている各メダカが撮影されており、第１の画像取得手段２７は、全ての個体を追跡する。また、第１の画像取得手段２７は、全ての個体の中から心拍数推定の対象となるメダカ３１ａを選択し、調整手段２２に対して、第１の画像取得手段２７が取得した画像内における選択したメダカの領域の位置情報を通知する。また、第１の画像取得手段２７は、水槽内の各メダカ（画像に写っている各メダカ）にそれぞれ個別のＩＤを付す。また、第１の画像取得手段２７は、次の画像では、現在の画像のメダカの最近傍のメダカに、現在の画像のメダカのＩＤと同一のＩＤを付す。第１の画像取得手段２７は、選択したメダカをＩＤによって識別することができる。なお、第１のカメラ１６は、「メダカ３１→固定ミラー１１→第１のカメラ１６」という経路の光が入射することによって、固定ミラー１１に映った、水槽内で自由遊泳している各メダカ３１の腹部を撮影し、各メダカ３１を腹部の方向から見た画像を生成する。
【００２２】
第２のカメラ１７は、駆動装置３４に搭載されている。第１の実施形態において、駆動装置３４は、例えば、パン方向とチルト方向に駆動する電動雲台である。また、第２のカメラ１７は、第１のカメラ１６と比較して十分に拡大されたメダカの画像を得られるだけの拡大率を持ったレンズを有している。また、第２のカメラ１７のフレームレートは、メダカの心拍数を十分に測定できる速度であればよい。例えば、メダカの場合には、水温が高い場合における２５０拍（１分当たり）が最高心拍数に近いと言われているため、１秒間の拍数は４拍である。ナイキスト周波数を考慮すると、１０ｆｐｓであれば十分であるということになる。ただし、人の心拍波形から推察できるように、スパイク状に脈打つことが知られているため、その１０倍以上の１００ｆｐｓ以上のフレームレートが必要である。調整手段２２は、固定ミラー１１に映っているメダカ３１ａの腹部を拡大した画像が得られるように、駆動装置１４を調整する。すなわち、第２のカメラ１７の向きを調整する。第２のカメラ１７は、メダカ３１ａを撮影する。より具体的には、第２のカメラ１７は、「メダカ３１ａ→固定ミラー１１→第２のカメラ１７」という経路の光が入射することによって、メダカ３１ａを撮影する。そして、第２のカメラ１７は、メダカ３１ａを腹部の方向から見た画像を生成する。
【００２３】
第１のカメラ１６は、コンピュータ２が備える第１の画像取得手段２７に接続されている。また、第２のカメラ１７は、コンピュータ２が備える第２の画像取得手段２６に接続されている。第１のカメラ１６は、生成した画像を、第１の画像取得手段２７に送信し、第２のカメラ１７は、生成した画像を、第２の画像取得手段２６に送信する。第１のカメラ１６および第２のカメラ１７は、それぞれ、無線通信によって画像を送信してもよい。
【００２４】
第１のカメラ１６が生成した画像は、第２のカメラ１７が生成する画像の中央にメダカ３１ａが写るように、後述する調整手段２２が駆動装置３４の傾きを調整するために用いられる。
【００２５】
また、第２のカメラ１７が生成した画像は、後述の測定手段２３がメダカ３１ａの心拍数を測定するために用いられる。
【００２６】
以下の説明では、カメラが１秒当たりに撮影を行う回数を表す周波数を撮影周波数と記す。撮影周波数の単位はＨｚである。ただし、撮影周波数はフレームレートと称することもでき、単位をｆｐｓ（frame per second）としてもよい。第１のカメラ１６の撮影周波数の値は、第２のカメラ１７の撮影周波数の値以上である。この場合、第１のカメラ１６が生成する画像の中央にメダカ３１ａが写るように、駆動装置３４の傾きが調整されると、駆動装置３４に搭載された第２のカメラ１７が生成する画像においてもメダカ３１ａは画像の中央に写る。
【００２７】
ただし、第２のカメラ１７の撮影周波数の値は、メダカ３１の心臓の１秒当たりの心拍数を表す周波数（以下、拍動周波数と記す。）の値の最大値の２倍よりも大きい。一般に、メダカの拍動周波数は、０．８３Ｈｚ〜３．３３Ｈｚである。以下、メダカの拍動周波数は、０．８３Ｈｚ〜３．３３Ｈｚであり、メダカの拍動周波数の最大値が３．３３Ｈｚであるものとして説明する。この場合、第２のカメラ１７の撮影周波数は、３．３３×２＝６．６６Ｈｚより大きい値であるが、前述のように、１００Ｈｚ（１００ｆｐｓ）以上である必要がある。ただし、スパイク状に脈打つことを無視する場合には、撮影周波数が３０Ｈｚである一般的なカメラを第２のカメラ１７や第１のカメラ１６として用いてもよい。後述の説明では、便宜的に、第２のカメラ１７の撮影周波数が３０Ｈｚである場合を例にする。
【００２８】
第１のカメラ１６および第２のカメラ１７として、高速に連続撮影可能なカメラを用いてもよい。第１のカメラ１６および第２のカメラ１７としてそのようなカメラを用いた場合、例えば、第１のカメラ１６の撮影周波数を１０００Ｈｚに設定し、第２のカメラ１７の撮影周波数を５００Ｈｚに設定してもよい。第１のカメラ１６の撮影周波数の値は、第２のカメラ１７の撮影周波数の値以上であればよいので、第１のカメラ１６の撮影周波数および第２のカメラ１７の周波数をともに５００Ｈｚに設定してもよい。
【００２９】
コンピュータ２は、第１の画像取得手段２７と、第２の画像取得手段２６と、調整手段２２と、測定手段２３とを備える。
【００３０】
第１の画像取得手段２７は、第１のカメラ１６が撮影によって生成した画像を第１のカメラ１６から受信する。第１の画像取得手段２７は、第１のカメラ１６から受信した画像のメダカの個体を追跡し、心拍数推定の対象となるメダカ３１ａを選択し、画像内におけるそのメダカ３１ａの位置の情報を調整手段２２に入力する。
【００３１】
調整手段２２は、第１の画像取得手段２７から、画像内における心拍数推定の対象となるメダカ３１ａの位置の情報が入力されると、第２のカメラ１７が生成する画像内でそのメダカ３１ａが中央に写るように、駆動装置１４を介して、第２のカメラ１７の撮影方向を調整する。
【００３２】
第２の画像取得手段２６は、第２のカメラ１７から受信した画像を、測定手段２３が備える心臓位置画像切り出し手段２４に入力する。
【００３３】
測定手段２３は、第２の画像取得手段２６から入力される複数の画像（第２のカメラ１７が撮影した画像）に基づいて、メダカ３１ａの心拍数を測定する。
【００３４】
測定手段２３は、心臓位置画像切り出し手段２４と、心拍数測定手段２５とを備える。
【００３５】
心臓位置画像切り出し手段２４は、第２の画像取得手段２６から１つの画像（第２のカメラ１７が生成した画像）が入力されると、その画像をエッジ画像に変換する。さらに、心臓位置画像切り出し手段２４は、そのエッジ画像におけるメダカ３１ａの心臓位置を特定し、そのエッジ画像からメダカ３１ａの心臓位置の画像を切り出す。心臓位置画像切り出し手段２４は、心臓位置に該当する部分およびその周囲の部分の画像を、心臓位置の画像として切り出せばよい。
【００３６】
図２は、第２のカメラ１７が撮影によって生成した画像から変換されたエッジ画像の例を示す模式図である。なお、エッジ画像では、エッジ以外の部分が黒色で表され、エッジが黒色以外の色で表されるが、図２では、図を分かり易くするために、エッジ以外の部分を白色で表し、エッジを黒色で表している。この点は、後述の図３でも同様である。
【００３７】
心臓の位置は、エラの内側である。従って、心臓位置画像切り出し手段２４は、心臓位置として、エラの内側に該当する部分を特定し、心臓位置の画像として画像７１（図２参照）をエッジ画像から切り出す。図３は、エッジ画像から切り出された心臓位置の画像の例を示す模式図である。心臓位置画像切り出し手段２４は、エッジ画像から切り出した心臓位置の画像（以下、心臓位置画像と記す。）を心拍数測定手段２５に入力する。
【００３８】
心拍数測定手段２５は、心臓位置画像切り出し手段２４から入力された心臓位置画像からブレを除去する処理を実行する。そして、その心臓位置画像が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態（換言すればメダカ３１ａに対して一方向から光が照射されている状態）における画像である場合には、心拍数測定手段２５は、その心臓位置画像を心拍数測定に用いる画像として選択する。また、その心臓位置画像が１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態における画像でない場合には、心拍数測定手段２５は、その心臓位置画像を、心拍数測定に用いる画像から除外する。
【００３９】
本例では、水槽３に向けて光を照射する１つの光源４が配置されている。従って、心臓位置画像はいずれも、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態における画像である可能性が高い。しかし、何らかの偶発的な理由（例えば、光源４の瞬断等。）によって、心臓位置画像が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態における画像でない場合も生じ得る。既に説明したように、心臓位置画像が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態における画像である場合に、心拍数測定手段２５は、その心臓位置画像を心拍数測定に用いる画像として選択する。
【００４０】
心拍数測定手段２５は、選択した心臓位置画像毎に、輝度のヒストグラムを作成し、そのヒストグラムの最頻値の度数を求め、コンピュータ２に設けられている記憶装置（図１において図示略）に記憶させる。
【００４１】
心拍数測定手段２５は、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態における複数の心臓位置画像のそれぞれから得られる度数のデータが上記の記憶装置に蓄積されたときに、その蓄積された度数のデータに基づいて、メダカ３１ａの心拍数を測定する。
【００４２】
ここで、「複数の心臓位置画像」は、メダカの拍動が最も遅い場合の所定心拍数分の時間に対応する複数の心臓位置画像から選択された複数の心臓位置画像であって、メダカの拍動が最も速い場合の１拍分の時間に対応する連続する複数の心臓位置画像のうち、所定条件（第１の実施形態では、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態における画像であることという条件）を満たしていないことによって選択されなかった心臓位置画像の数が所定数以下であるという条件を満たしている複数の心臓位置画像である。このような複数の心臓位置画像について、より具体的に説明する。また、以下の説明において、計算された画像の数が整数でない場合には、適宜、整数に近似する。
【００４３】
既に説明したように、一般に、メダカの拍動周波数は、０．８３Ｈｚ〜３．３３Ｈｚである。０．８３Ｈｚは、メダカの拍動が最も遅い場合の拍動周波数である。また、３．３３Ｈｚは、メダカの拍動が最も速い場合の拍動周波数である。上記の所定心拍数とは、後述の高速フーリエ変換が可能となる心拍数であり、本実施形態では、上記の所定心拍数は“３”である。メダカの拍動が最も遅い場合の３拍分の時間は、３拍／０．８３Ｈｚ＝３．６１秒である。ここで、第２のカメラ１７の撮影周波数が３０Ｈｚであるとする。すると、メダカの拍動が最も遅い場合の３拍分の時間（３．６１秒）に対応する心臓位置画像の数は、３０×３．６１＝１０８．３≒１０９である。メダカ３１ａの心拍数を測定する場合、メダカ３１ａの拍動周波数は未知であり、必ず３拍分の時間に対応する心臓位置画像の数を確保するために、ここでは、メダカの拍動が最も遅い場合の３拍分の時間を基準とする。
【００４４】
この１０９個の心臓位置画像のうち、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態における画像であることという条件を満たしていないことによって、選択されずに除外される画像もあり得る。ここで、後述の高速フーリエ変換を可能とするためには、１拍分の時間（１周期）に対応する連続する複数の心臓位置画像のうち、少なくとも５つの心臓位置画像からそれぞれ度数のデータが得られている必要がある。メダカの拍動が遅くなるほど、除外してよい心臓位置画像の数は増加する。しかし、メダカの拍動が遅い場合を基準として除外可能な心臓位置画像の数を定めた場合、メダカの拍動が速いと、１拍分の時間（１周期）に対応する連続する複数の心臓位置画像のうち、少なくとも５つの心臓位置画像からそれぞれ度数のデータが得られていることを保証できない。そこで、メダカの拍動が最も速い場合を基準として、除外可能な心臓位置画像の数を予め定めておく。第２のカメラ１７の撮影周波数が３０Ｈｚであるので、メダカの拍動が最も速い場合の１拍分の時間に対応する連続する心臓位置画像の数は、３０Ｈｚ／３．３３Ｈｚ≒９である。この連続する９個の心臓位置画像のうち、５つの心臓位置画像からそれぞれ度数のデータが得られていればよい。従って、連続する９個の心臓位置画像のうち、選択されなくてもよい心臓位置画像の数は最大で４である。
【００４５】
なお、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態が維持されていて、選択されずに除外される心臓位置画像の数が０であってもよい。
【００４６】
従って、本例では、「複数の心臓位置画像」は、メダカの拍動が最も遅い場合の３拍分の時間３．６１秒に対応する１０９個の心臓位置画像から選択された複数の心臓位置画像であって、連続する９個の心臓位置画像のうち、所定の条件（第１の実施形態では、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態における画像であることという条件）を満たしていないことによって選択されなかった心臓位置画像の数が４以下であるという条件を満たしている複数の心臓位置画像である。ただし、具体的に示した心臓位置画像の数は、測定対象となる魚の拍動周波数の取り得る範囲や、第２のカメラ１７に設定される撮影周波数に応じて変化する。
【００４７】
上記のような複数の心臓位置画像のそれぞれから得られる度数のデータが前述の記憶装置に蓄積されると、心拍数測定手段２５は、その度数のデータに対して高速フーリエ変換を行い、拍動周波数（１秒当たりの心拍数を表す周波数）を算出し、その拍動周波数に基づいて、メダカ３１ａの心拍数（例えば、１分当たりの心拍数）を測定する。
【００４８】
第１の画像取得手段２７および第２の画像取得手段２６は、魚の心拍数測定プログラムに従って動作するコンピュータ２のＣＰＵ（Central Processing Unit ）およびコンピュータ２の通信インタフェースによって実現される。例えば、ＣＰＵが、コンピュータのプログラム記憶装置等のプログラム記録媒体から魚の心拍数測定プログラムを読み込み、そのプログラムに従って、通信インタフェースを用いて第１の画像取得手段２７および第２の画像取得手段２６として動作すればよい。また、調整手段２２、並びに、心臓位置画像切り出し手段２４および心拍数測定手段２５を含む測定手段２３も、魚の心拍数測定プログラムに従って動作するコンピュータ２のＣＰＵによって実現される。すなわち、上記のように魚の心拍数測定プログラムを読み込んだＣＰＵが、そのプログラムに従って、調整手段２２、並びに、心臓位置画像切り出し手段２４および心拍数測定手段２５を含む測定手段２３として動作すればよい。また、第１の画像取得手段２７と、第２の画像取得手段２６と、調整手段２２と、測定手段２３が、それぞれ別々のハードウェアによって実現されてもよい。
【００４９】
次に、第１の実施形態の処理経過について説明する。なお、既に説明した事項については、適宜、説明を省略する。
【００５０】
図４は、第１のカメラ１６がメダカ３１ａを選択する際の処理経過の例を示すフローチャートである。
【００５１】
まず、第１のカメラ１６は、メダカ３１ａを撮影し、画像を生成する（ステップＳ４１）。
【００５２】
次に、第１のカメラ１６は、第１の画像取得手段２７にその画像を送信し、第１の画像取得手段２７は、その画像を受信する（ステップＳ４２）。
【００５３】
そして、第１の画像取得手段２７が、画像に写っている各メダカ３１にＩＤを付与する（ステップＳ４３）。なお、次のフレームでは、第１の画像取得手段２７、現在の画像のメダカの最近傍のメダカに、そのメダカと同じＩＤを付与する。従って、第１の画像取得手段２７は、画像は異なっていても、同じメダカに同じＩＤを付与することになる。
【００５４】
そして、第１の画像取得手段２７が、心拍数測定の対象のメダカ３１ａのＩＤを指定する。このことは、心拍数測定の対象となるメダカ３１ａを選択していることを意味する。そして、第１の画像取得手段２７は、受信した画像に写っているメダカ３１ａの画像内における位置情報を調整手段２２に通知する（ステップＳ４４）。
【００５５】
調整手段２２は、選択されたメダカ３１ａが第２のカメラ１７によって得られる画像の中央に写るように、通知された位置情報に基づいて駆動装置３４を動作させる（ステップＳ４５）。
【００５６】
ステップＳ４５の後、ステップＳ４１以降の動作を繰り返す。
【００５７】
この結果、第２のカメラ１７が撮影によって得る各画像では、メダカ３１ａが中央に写っていることになる。
【００５８】
図５および図６は、メダカ３１ａの心拍数を測定する処理の処理経過の例を示すフローチャートである。
【００５９】
まず、第２のカメラ１７が、メダカ３１ａを撮影し、メダカ３１ａを腹部の方向から見た画像を生成する（ステップＳ１１）。
【００６０】
次に、第２のカメラ１７は、第２の画像取得手段２６にその画像を送信し、第２の画像取得手段２６は、その画像を受信する（ステップＳ１２）。第２の画像取得手段２６は、受信した画像を心臓位置画像切り出し手段２４に入力する。
【００６１】
心臓位置画像切り出し手段２４は、その画像をエッジ画像に変換する（ステップＳ１３）。
【００６２】
次に、心臓位置画像切り出し手段２４は、そのエッジ画像におけるメダカ３１ａの心臓位置を特定する（ステップＳ１４）。心臓の位置は、エラの内側である。従って、心臓位置画像切り出し手段２４は、エッジ画像において、左右のエラに該当するエッジを特定し、そのエッジに挟まれる部分を心臓の位置として特定してもよい。また、エラの近傍には、むなびれが存在する。従って、心臓位置画像切り出し手段２４は、むなびれに該当するエッジおよび左右のエラに該当するエッジを特定し、そのエッジの位置関係に基づいて、左右のエラに該当するエッジに挟まれる部分を心臓の位置として特定してもよい。
【００６３】
心臓位置画像切り出し手段２４は、エッジ画像から、心臓位置に該当する部分およびその周囲の部分の画像を、心臓位置画像として切り出す（ステップＳ１５）。心臓位置画像切り出し手段２４は、切り出した心臓位置画像を心拍数測定手段２５に入力する。
【００６４】
心拍数測定手段２５は、ステップＳ１５で切り出された心臓位置画像のブレを除去する（ステップＳ１６）。画像のブレを除去する方法は、公知の方法であってよい。
【００６５】
次に、心拍数測定手段２５は、その心臓位置画像が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態における画像であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。
【００６６】
心臓位置画像が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態における画像である場合（ステップＳ１７のＹｅｓ）、心拍数測定手段２５は、その心臓位置画像を、心拍数測定に用いる画像として選択する（ステップＳ１８）。
【００６７】
心臓位置画像が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態における画像でない場合（ステップＳ１７のＮｏ）、心拍数測定手段２５は、その心臓位置画像を、心拍数測定に用いる画像から除外する。そして、心拍数測定システム１０は、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。
【００６８】
また、ステップＳ１８の後、心拍数測定手段２５は、ステップＳ１８で選択した心臓位置画像の輝度のヒストグラムを作成し、そのヒストグラムにおける最頻値の度数を求め、その度数のデータをコンピュータ２に設けられている記憶装置に記憶させる（ステップＳ１９）。
【００６９】
次に、心拍数測定手段２５は、所定の複数の心臓位置画像のそれぞれから得られた度数のデータが記憶装置に蓄積されたか否かを判定する（ステップＳ２０）。この所定の複数の心臓位置画像は、メダカの拍動が最も遅い場合の所定心拍数分（具体的には３拍分）の時間に対応する複数の心臓位置画像から選択された複数の心臓位置画像であって、メダカの拍動が最も速い場合の１拍分の時間に対応する連続する複数の心臓位置画像のうち、所定条件（第１の実施形態では、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態における画像であることという条件）を満たしていないことによって選択されなかった心臓位置画像の数が所定数以下であるという条件を満たしている複数の心臓位置画像である。この点については、具体例な数値を用いて既に説明したので、ここでは説明を省略する。
【００７０】
所定の複数の心臓位置画像のそれぞれから得られた度数のデータが記憶装置に蓄積されている場合（ステップＳ２０のＹｅｓ）、心拍数測定手段２５は、蓄積された度数のデータに対して高速フーリエ変換を行い、拍動周波数（１秒当たりの心拍数を表す周波数）を算出する（ステップＳ２１）。選択されなかった心臓位置画像が存在するために、度数のデータの欠落が生じている場合、心拍数測定手段２５は、欠落している度数を、補間（例えば、線形補間）によって求め、その後に、高速フーリエ変換を実行すればよい。
【００７１】
次に、心拍数測定手段２５は、ステップＳ２１で算出した拍動周波数に基づいて、メダカ３１ａの心拍数を計算する（ステップＳ２２）。例えば、１分（６０秒）当たりの心拍数を求める場合には、心拍数測定手段２５は、拍動周波数に６０を乗じることによって、１分当たりの心拍数を計算すればよい。何分当たりまたは何秒当たりの心拍数を求めるかは、予め定めておけばよい。
【００７２】
また、所定の複数の心臓位置画像のそれぞれから得られた度数のデータが記憶装置に蓄積されていない場合（ステップＳ２０のＮｏ）、心拍数測定システム１０は、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。
【００７３】
上記の処理経過では、ステップＳ１１〜Ｓ１７の処理や、ステップＳ１１〜ステップＳ２０の処理を繰り返す。そのため、心拍数測定手段２５は、ステップＳ１９の処理を複数回実行することになる。ステップＳ１９で特定された輝度のヒストグラムの最頻値と、前回のステップＳ１９で特定された輝度のヒストグラムの最頻値との差の絶対値が、予め定めた閾値以上であるとする。この場合、心拍数測定手段２５は、前回のステップＳ１９で特定した最頻値を中心とする所定の範囲の輝度の中で度数が最も高い輝度を特定し、その輝度における度数を求めることが好ましい。例えば、現在のステップＳ１９で特定された輝度のヒストグラムの最頻値が“２５０”であり、前回のステップＳ１９で特定された輝度のヒストグラムの最頻値が“７７”であり、この差の絶対値｜２５０−７７｜＝１７３が閾値以上であるとする。この場合、心拍数測定手段２５は、新たに作成したヒストグラムにおいて、前回のステップＳ１９で特定した最頻値“７７”を中心とする輝度の範囲（例えば、輝度“６７”から輝度“８７”までの範囲）で度数が最も高い輝度を特定し、その輝度の度数を求めることが好ましい。現在のステップＳ１９で特定された最頻値と、現在のステップＳ１９で特定された最頻値との差が閾値以上である場合、現在のステップＳ１９で特定された最頻値はノイズの影響を受けていると考えられるためである。
【００７４】
第１の実施形態によれば、メダカ３１ａは、水槽３内で自由に泳ぐことができる。すなわち、メダカ３１ａは、ストレスのかからない通常の状態で泳ぐことができる。また、調整手段２２は、メダカ３１ａが第２のカメラ１７によって得られる画像の中央に写るように、駆動装置３４を介して、第２のカメラ１７の撮影方向を調整する。そして、測定手段２３は、第２のカメラ１７が生成した画像に基づいて、メダカ３１ａの心拍数を測定する。従って、第１の実施形態では、水槽３内で自由に泳ぐメダカ３１ａの画像を得ることができ、その画像に基づいて、メダカ３１ａの心拍数を測定することができる。すなわち、第１の実施形態によれば、魚の動きを制限せずに魚の心拍数を測定することができる。よって、メダカ３１ａにストレスを与えずに、メダカ３１ａの心拍数を測定することができる。そして、メダカ３１ａは、ストレスのない通常の状態で泳いているので、通常の状態での心拍数を測定することができる。
【００７５】
また、非特許文献１および非特許文献２に記載された方法では、魚の動きを制限するため、魚にストレスを与えることになる。そのため、非特許文献１および非特許文献２に記載された方法では、魚を衰弱させる可能性がある。一方、本願発明では、メダカ３１ａは、水槽３内で自由に泳ぐことができるので、メダカ３１ａを衰弱させる可能性は小さい。
【００７６】
実施形態２
図７は、本発明の第２の実施形態の心拍数測定システムの構成例を示す模式図である。第２の実施形態の心拍数測定システム１０も、撮影手段１と、コンピュータ２とを備える。なお、第１の実施形態で説明した事項と同様の事項については、適宜、説明を省略する。
【００７７】
水槽３および光源４は、第１の実施形態における水槽３および光源４と同様である。
【００７８】
撮影手段１は、水槽３内で自由に泳ぐメダカ３１を撮影し、メダカ３１を腹部の方向から見た画像を生成する。
【００７９】
コンピュータ２は、撮影手段１を調整する処理（より具体的には、後述の第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３を調整する処理）や、撮影手段１がメダカ３１を撮影することによって得られる画像に基づいて、そのメダカ３１の心拍数を測定する処理等を行う。
【００８０】
第２の実施形態では、撮影手段１は、固定ミラー１１と、第１の可動ミラー１２と、第２の可動ミラー１３と、駆動装置１４と、ハーフミラー１５と、第１のカメラ１６と、第２のカメラ１７とを備える。
【００８１】
固定ミラー１１は、第１の実施形態における固定ミラー１１と同様である。
【００８２】
また、第２の実施形態では、第１のカメラ１６および第２のカメラ１７は、いずれも、十分に拡大されたメダカの画像を生成することができるカメラである。第２の実施形態では、第１のカメラ１６および第２のカメラ１７は、いずれも、心拍数測定の対象となるメダカ３１ａを撮影する。また、第１のカメラ１６および第２のカメラ１７撮影周波数は、第１の実施形態における第１のカメラ１６および第２のカメラ１７撮影周波数と同様であり、説明を省略する。
【００８３】
第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３は、それぞれ支持部（図７において図示略。）によって支持され、支持部の回転によって傾きを変更することができるミラーである。ただし、第１の可動ミラー１２を支持する支持部（図７において図示略。以下、第１の支持部と記す。）および第２の可動ミラー１３を支持する支持部（図７において図示略。以下、第２の支持部と記す。）の位置は固定されている。
【００８４】
第２の実施形態において、駆動装置１４は、調整手段２２の制御に従って、第１の支持部および第２の支持部をそれぞれ回転させる。この結果、第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３の傾きが調整される。
【００８５】
ハーフミラー１５は、第２の可動ミラー１３から到達する光を２つの経路５１，５２に分ける。
【００８６】
第１のカメラ１６は、２つの経路５１，５２のうちの一方の経路５１の光が入射する位置に固定されている。そして、第１のカメラ１６は、その経路５１の光が入射することによって、メダカ３１ａを撮影する。より具体的には、第１のカメラ１６は、「メダカ３１ａ→固定ミラー１１→第１の可動ミラー１２→第２の可動ミラー１３→ハーフミラー１５→第１のカメラ１６」という経路の光が入射することによって、メダカ３１ａを撮影する。そして、第１のカメラ１６は、メダカ３１ａを腹部の方向から見た画像を生成する。
【００８７】
第２のカメラ１７は、２つの経路５１，５２のうちのもう一方の経路５２の光が入射する位置に固定されている。そして、第２のカメラ１７は、その経路５２の光が入射することによって、メダカ３１ａを撮影する。より具体的には、第２のカメラ１７は、「メダカ３１ａ→固定ミラー１１→第１の可動ミラー１２→第２の可動ミラー１３→ハーフミラー１５→第２のカメラ１７」という経路の光が入射することによって、メダカ３１ａを撮影する。そして、第２のカメラ１７も、メダカ３１ａを腹部の方向から見た画像を生成する。
【００８８】
図８は、第１の可動ミラー１２、第２の可動ミラー１３、ハーフミラー１５、第１のカメラ１６および第２のカメラ１７の配置の例を示す模式的斜視図である。図８に示すように、第１の支持部６１が第１の可動ミラー１２を支持し、第２の支持部６２が第２の可動ミラー１３を支持する。そして、前述のように、駆動装置１４（図７参照。図８において図示略。）は、第１の支持部および第２の支持部をそれぞれ回転させる。
【００８９】
第１のカメラ１６および第２のカメラ１７は、コンピュータ２が備える画像取得手段２１に接続されている。第１のカメラ１６および第２のカメラ１７は、いずれも、生成した画像を画像取得手段２１に送信する。第１のカメラ１６および第２のカメラ１７は、無線通信によって、画像を画像取得手段２１に送信してもよい。
【００９０】
第１のカメラ１６が生成した画像は、第１のカメラ１６が生成する画像の中央にメダカ３１ａが写るように、調整手段２２が第１の可動ミラー１２の傾きおよび第２の可動ミラー１３の傾きを調整するために用いられる。
【００９１】
また、第２のカメラ１７が生成した画像は、後述の測定手段２３がメダカ３１ａの心拍数を測定するために用いられる。
【００９２】
第１のカメラ１６の撮影周波数の値は、第２のカメラ１７の撮影周波数の値以上である。この場合、第１のカメラ１６が生成する画像の中央にメダカ３１ａが写るように第１の可動ミラー１２の傾きおよび第２の可動ミラー１３の傾きが調整されると、第２のカメラ１７が生成する画像においてもメダカ３１ａは画像の中央に写る。
【００９３】
コンピュータ２は、画像取得手段２１と、調整手段２２と、測定手段２３とを備える。
【００９４】
画像取得手段２１は、第１のカメラ１６が撮影によって生成した画像を第１のカメラ１６から受信し、また、第２のカメラ１７が撮影によって生成した画像を第２のカメラ１７から受信する。画像取得手段２１は、第１のカメラ１６から受信した画像を調整手段２２に入力する。また、画像取得手段２１は、第２のカメラ１７から受信した画像を、測定手段２３が備える心臓位置画像切り出し手段２４に入力する。
【００９５】
調整手段２２は、画像取得手段２１から１つの画像（第１のカメラ１６が生成した画像）が入力されると、第１のカメラ１６の次の撮影タイミングの際にメダカ３１ａが画像の中央に写るように、駆動装置１４を介して、第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３の傾きを調整する。
【００９６】
調整手段２２は、上記の処理を行う際に、画像取得手段２１から入力された画像に写っているメダカ３１ａの形状を、例えば、楕円に近似する。図９は、メダカ３１ａの形状が楕円に近似された画像の例を示す模式図である。調整手段２２は、メダカ３１ａの形状を楕円６１に近似した画像（図９参照）に基づいて、次回の第１のカメラ１６の撮影タイミングの際にメダカ３１ａが画像の中央に写るように、駆動装置１４を介して、第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３の傾きを調整する。調整手段２２は、第１のカメラ１６が生成した画像が画像取得手段２１から入力される毎に、この調整動作を行う。この結果、第１のカメラ１６が撮影によって得る各画像では、メダカ３１ａが中央に写っていることになる。また、前述のように、第１のカメラ１６の撮影周波数の値は、第２のカメラ１７の撮影周波数の値以上である。従って、この結果、第２のカメラ１７が撮影によって得る画像においても、メダカ３１ａが中央に写っている。
【００９７】
測定手段２３は、画像取得手段２１から入力される複数の画像（第２のカメラ１７が撮影した画像）に基づいて、メダカ３１ａの心拍数を測定する。測定手段２３は、第１の実施形態における測定手段２３と同様である。測定手段２３は、心臓位置画像切り出し手段２４と、心拍数測定手段２５とを備える。心臓位置画像切り出し手段２４および心拍数測定手段２５も、第１の実施形態における心臓位置画像切り出し手段２４および心拍数測定手段２５と同様であり、説明を省略する。
【００９８】
画像取得手段２１は、魚の心拍数測定プログラムに従って動作するコンピュータ２のＣＰＵ（Central Processing Unit ）およびコンピュータ２の通信インタフェースによって実現される。例えば、ＣＰＵが、コンピュータのプログラム記憶装置等のプログラム記録媒体から魚の心拍数測定プログラムを読み込み、そのプログラムに従って、通信インタフェースを用いて画像取得手段２１として動作すればよい。また、調整手段２２、並びに、心臓位置画像切り出し手段２４および心拍数測定手段２５を含む測定手段２３も、魚の心拍数測定プログラムに従って動作するコンピュータ２のＣＰＵによって実現される。すなわち、上記のように魚の心拍数測定プログラムを読み込んだＣＰＵが、そのプログラムに従って、調整手段２２、並びに、心臓位置画像切り出し手段２４および心拍数測定手段２５を含む測定手段２３として動作すればよい。また、画像取得手段２１と、調整手段２２と、測定手段２３が、それぞれ別々のハードウェアによって実現されてもよい。
【００９９】
次に、第２の実施形態の処理経過について説明する。図１０は、第１のカメラ１６がメダカ３１ａを撮影する際の処理経過の例を示すフローチャートである。
【０１００】
まず、第１のカメラ１６は、メダカ３１ａを撮影し、メダカ３１ａを腹部の方向から見た画像を生成する（ステップＳ１）。
【０１０１】
次に、第１のカメラ１６は、画像取得手段２１にその画像を送信し、画像取得手段２１は、その画像を受信する（ステップＳ２）。画像取得手段２１は、受信した画像を調整手段２２に入力する。
【０１０２】
調整手段２２は、画像に写っているメダカ３１ａの形状を楕円に近似する（ステップＳ３）。そして、調整手段２２は、メダカ３１ａの形状を楕円に近似した画像に基づいて、次回の第１のカメラ１６の撮影タイミングの際にメダカ３１ａが画像の中央に写るように、駆動装置１４を介して、第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３の傾きを調整する（ステップＳ４）。調整手段２２は、楕円が画像の中央に写るような第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３の傾きを求め、第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３の傾きをその傾きになるように調整すればよい。
【０１０３】
ステップＳ４の後、ステップＳ１以降の動作を繰り返す。
【０１０４】
この結果、第１のカメラ１６が撮影によって得る各画像では、メダカ３１ａが中央に写っていることになる。また、第１のカメラ１６の撮影周波数の値は、第２のカメラ１７の撮影周波数の値以上であるので、第２のカメラ１７が撮影によって得る画像においても、メダカ３１ａが中央に写っていることになる。
【０１０５】
メダカ３１ａの心拍数を測定する処理の処理経過は、第１の実施形態における処理経過（ステップＳ１１〜Ｓ２２。図５および図６を参照。）と同様であり、説明を省略する。ただし、ステップＳ１２では、第２のカメラ１７は、画像取得手段２１に画像を送信する。
【０１０６】
第２の実施形態によれば、メダカ３１ａは、水槽３内で自由に泳ぐことができる。すなわち、メダカ３１ａは、ストレスのかからない通常の状態で泳ぐことができる。また、調整手段２２は、第１のカメラ１６が生成したメダカ３１ａの画像に基づいて、次回の第１のカメラ１６の撮影タイミングの際にメダカ３１ａが画像の中央に写るように、撮影手段１を調整する。より具体的には、調整手段２２は、第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３の傾きを調整する。この結果、第２のカメラ１７も、メダカ３１ａが画像の中央に写るように、メダカ３１ａを撮影することができる。そして、測定手段２３は、第２のカメラ１７が生成した画像に基づいて、メダカ３１ａの心拍数を測定する。従って、第２の実施形態においても、水槽３内で自由に泳ぐメダカ３１ａの画像を得ることができ、その画像に基づいて、メダカ３１ａの心拍数を測定することができる。すなわち、第２の実施形態によれば、魚の動きを制限せずに魚の心拍数を測定することができる。よって、メダカ３１ａにストレスを与えずに、メダカ３１ａの心拍数を測定することができる。そして、メダカ３１ａは、ストレスのない通常の状態で泳いているので、通常の状態での心拍数を測定することができる。また、第１の実施形態と同様に、メダカ３１ａを衰弱させる可能性は小さい。
【０１０７】
実施形態３．
第３の実施形態における心拍数測定システム１０の構成は、第１の実施形態または第２の実施形態における構成と同様であり、図１または図７に示す模式図で表すことができる。よって、第３の実施形態における心拍数測定システム１０の構成については、説明を省略する。また、第３の実施形態におけるステップＳ１〜Ｓ４の処理は、第２の実施形態におけるステップＳ１〜Ｓ４の処理と同様でり、また、第３の実施形態におけるステップＳ１１〜Ｓ１６の処理は、第１の実施形態および第２の実施形態におけるステップＳ１１〜Ｓ１６の処理と同様である。そのため、これらの処理の説明については、省略する。第３の実施形態では、ステップＳ１７の処理等が第１の実施形態および第２の実施形態とは異なるが、便宜的に、図５、図６等を参照して説明する。
【０１０８】
第１の実施形態や第２の実施形態では、心拍数測定手段２５は、ステップＳ１７（図５参照）において、心臓位置画像が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態における画像であるか否かを判定する。これに対し、第３の実施形態では、心拍数測定手段２５は、ステップＳ１７において、心臓位置画像が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａの所定方向に照射されている状態における画像であるか否かを判定する。ここでは、上記の「所定方向」が右または左のいずれかの側面方向（以下、単に側面方向と記す。）であることが好ましい。以下、上記の「所定方向」が側面方向である場合を例にして説明する。
【０１０９】
この場合、心拍数測定手段２５は、ステップＳ１７において、心臓位置画像が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａの側面方向に照射されている状態における画像であるか否かを判定する。そして、心臓位置画像が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａの側面方向に照射されている状態における画像である場合に（ステップＳ１７のＹｅｓ）、心拍数測定手段２５は、その心臓位置画像を、心拍数測定に用いる画像として選択する（ステップＳ１８）。
【０１１０】
また、心臓位置画像が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａの側面方向に照射されている状態における画像でない場合（ステップＳ１７のＮｏ）、心拍数測定手段２５は、その心臓位置画像を、心拍数測定に用いる画像から除外する。そして、心拍数測定システム１０は、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。
【０１１１】
例えば、ある心臓位置画像（Ａとする。）が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａの頭部方向あるいは尾びれ方向に照射されている状態における画像であるとする。心臓位置画像Ａは、１つの光源４からの光がメダカ３１ａに照射されている状態における画像には該当する。しかし、心臓位置画像Ａは、１つの光源４からの光がメダカ３１ａの側面方向に照射されている状態における画像には該当しない。従って、第１の実施形態および第２の実施形態では、心拍数測定手段２５は、ステップＳ１７で心臓位置画像Ａに対する判定を行った場合、ステップＳ１８に移行することになる。しかし、第３の実施形態では、心拍数測定手段２５は、心臓位置画像Ａが、１つの光源４からの光がメダカ３１ａの側面方向に照射されている状態における画像ではないと判定する（ステップＳ１７のＮｏ）。そして、心拍数測定手段２５は、心臓位置画像Ａを心拍数測定に用いる画像から除外する。その後、心拍数測定システム１０は、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。
【０１１２】
光源４の位置は固定されていて、メダカ３１ａは水槽３内を自由に泳ぐ。従って、心臓位置画像が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａの側面方向に照射されている状態における画像に該当せずに、上記のように除外される場合が生じ得る。
【０１１３】
第３の実施形態では、ステップＳ１７からステップＳ１８に移行するのは、心臓位置画像が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａの側面方向に照射されている状態における画像である場合である。心拍数測定手段２５が心臓位置画像を心拍数測定に用いる画像として選択する処理（ステップＳ１８）の後、心拍数測定手段２５は、ステップＳ１８で選択した心臓位置画像の輝度のヒストグラムを作成し、そのヒストグラムにおける最頻値の度数を求め、その度数のデータをコンピュータ２に設けられている記憶装置に記憶させる（ステップＳ１９）。ステップＳ１８，Ｓ１９は、第１の実施形態および第２の実施形態におけるステップＳ１８，Ｓ１９と同様である。
【０１１４】
次に、心拍数測定手段２５は、所定の複数の心臓位置画像のそれぞれから得られた度数のデータが記憶装置に蓄積されたか否かを判定する（ステップＳ２０）。この所定の複数の心臓位置画像は、メダカの拍動が最も遅い場合の所定心拍数分（具体的には３拍分）の時間に対応する複数の心臓位置画像から選択された複数の心臓位置画像であって、メダカの拍動が最も速い場合の１拍分の時間に対応する連続する複数の心臓位置画像のうち、所定条件（ここでは、１つの光源４からの光がメダカ３１ａの側面方向に照射されている状態における画像であることという条件）を満たしていないことによって選択されなかった心臓位置画像の数が所定数以下であるという条件を満たしている複数の心臓位置画像である。心臓位置画像が選択されるための所定条件が、「心臓位置画像が、１つの光源４からの光がメダカ３１ａの側面方向に照射されている状態における画像である。」という条件以外は、第１の実施形態および第２の実施形態と同様である。
【０１１５】
所定の複数の心臓位置画像のそれぞれから得られた度数のデータが記憶装置に蓄積されていない場合（ステップＳ２０のＮｏ）、心拍数測定システム１０は、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。
【０１１６】
また、所定の複数の心臓位置画像のそれぞれから得られた度数のデータが記憶装置に蓄積されている場合（ステップＳ２０のＹｅｓ）、心拍数測定手段２５は、蓄積された度数のデータに対して高速フーリエ変換を行い、拍動周波数を算出する（ステップＳ２１）。第１の実施形態で説明したように、選択されなかった心臓位置画像が存在するために、度数のデータの欠落が生じている場合、心拍数測定手段２５は、欠落している度数を、補間によって求めればよい。
【０１１７】
次に、心拍数測定手段２５は、ステップＳ２１で算出した拍動周波数に基づいて、メダカ３１ａの心拍数を計算する（ステップＳ２２）。
【０１１８】
ステップＳ２１，Ｓ２２は、第１の実施形態および第２の実施形態におけるステップＳ２１，Ｓ２２と同様である。
【０１１９】
第３の実施形態でも、第１の実施形態や第２の実施形態と同様の効果が得られる。また、第３の実施形態では、１つの光源４からの光がメダカ３１ａの側面方向に照射されている状態における心臓位置画像が、心拍数測定に用いる画像として選択される。そのような心臓位置画像は、心臓の拍動によって動く体表をより明瞭に表している。従って、第３の実施形態では、心拍数の測定精度を高めることができる。
【０１２０】
また、第３の実施形態において、光源４は、水槽３の周囲で配置位置を変更可能な光源であってもよい。なお、以下の説明では、図７に示す構成において、光源４が、配置位置を変更可能な光源である場合を例にして説明する。この場合、調整手段２２は、第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３の傾きだけでなく、光源４の位置を調整する。
【０１２１】
具体的には、第１のカメラ１６が生成した画像が、画像取得手段２１から調整手段２２に入力されると、調整手段２２は、その画像に基づいて、次回の第１のカメラ１６の撮影タイミングの際にメダカ３１ａの側面方向に対して光を照射することになる光源４の位置を特定し、その位置に光源４を移動させる。
【０１２２】
この結果、第１のカメラ１６は、光源４から側面方向に対して光が照射された状態のメダカ３１ａを撮影しやすくなる。同様に、第２のカメラ１７も、光源４から側面方向に対して光が照射された状態のメダカ３１ａを撮影しやすくなる。従って、１つの光源４からの光がメダカ３１ａの側面方向に照射されている状態に該当しないことによって、選択されずに除外される心臓位置画像の数を少なくすることができる。
【０１２３】
次に、各実施形態の変形例について説明する。
【０１２４】
例えば、第２の実施形態において、第１のカメラ１６が生成した画像は、調整手段２２が次回の第１のカメラ１６の撮影タイミングにおける第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３の傾きを調整するために用いられる。そのため、第１のカメラ１６は、生成した画像を直ちに画像取得手段２１に送信する必要がある。一方、第２のカメラ１７が撮影によって画像を生成するタイミングと、測定手段２３がその画像を用いて心拍数の測定を行うタイミングはずれていてもよい。従って、第２のカメラ１７が生成した画像を、第２のカメラ１７とコンピュータ２との間で授受する態様は、通信による送受信に限定されない。例えば、第２のカメラ１７は、着脱可能な記録媒体（図示せず。）に生成した画像を記憶させてもよい。そして、その記録媒体が第２のカメラ１７から取り外され、コンピュータ２に装着された後、画像取得手段２１が、その記録媒体から順次、画像を読み込んで、心臓位置画像切り出し手段２４に順次、画像を入力してもよい。この点は、第１の実施形態や第３の実施形態においても、同様である。
【０１２５】
また、図７に示す構成では、心拍数測定システム１０が２台のカメラ（第１のカメラ１６および第２のカメラ１７）を備える場合を例にして説明した。心拍数測定システム１０が、２台のカメラではなく、１台のカメラを備える構成であってもよい。カメラは、少なくとも１台設けられていればよい。
【０１２６】
図１１は、心拍数測定システム１０が１台のカメラを備える場合の構成例を示す模式図である。図７に示すと同様の要素については、図７と同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１２７】
図１１に示す例では、撮影手段１は、固定ミラー１１と、第１の可動ミラー１２と、第２の可動ミラー１３と、駆動装置１４と、１台のカメラ１９とを備える。カメラの台数が１台である場合、ハーフミラー１５（図７参照）は、設けられていなくてよい。
【０１２８】
また、カメラの台数が１台である場合、そのカメラ１９とコンピュータ２は、画像の授受を通信によって行う。
【０１２９】
カメラ１９は、第２の可動ミラー１３からの光が入射することによって、メダカ３１ａを撮影し、画像を生成する。カメラ１９の撮影周波数は、メダカの拍動周波数の値の最大値の２倍よりも大きな値であればよい。
【０１３０】
カメラ１９が生成した画像は、調整手段２２が第１の可動ミラー１２の傾きおよび第２の可動ミラー１３の傾きを調整するために用いられるとともに、測定手段２３がメダカ３１ａの心拍数を測定するためにも用いられる。
【０１３１】
カメラ１９は撮影によって画像を生成すると、その画像を画像取得手段２１に送信し、画像取得手段２１はその画像を受信する。画像取得手段２１は、その画像を、調整手段２２および心臓位置画像切り出し手段２４のそれぞれに入力する。
【０１３２】
画像が入力された調整手段２２の動作は、図７に示す構成における動作と同様である。
【０１３３】
また、心臓位置画像切り出し手段２４に画像が入力された後の測定手段２３の動作は、図７に示す構成における動作と同様である。
【０１３４】
また、１台のカメラ１９を設ける場合、固定ミラー１１と、第１の可動ミラー１２と、第２の可動ミラー１３と、駆動装置１４が設けられずに、カメラ１９が、水槽３の下側に位置を変更可能な態様で配置されていてもよい。この場合、撮影手段１は、カメラ１９と、調整手段２２の制御に従ってカメラ１９を移動させるカメラ移動装置（図示略）を備えていればよい。この構成では、調整手段２２は、カメラ１９が撮影によって生成した画像が入力されると、その画像に基づいて、カメラ１９の次の撮影タイミングの際にメダカ３１ａが画像の中央に写るように、カメラ移動装置を介して、カメラ１９の位置を調整する。
【０１３５】
なお、第１の実施形態（図１参照）では、第１のカメラ１６と第２のカメラ１７とを備えている必要がある。
【０１３６】
また、図７や図１１に示す構成では、第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３が、水槽３の外部に配置される場合を示した。第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３は、水槽３の内部に配置されていてもよい。その場合、固定ミラー１１は、設けられていなくてもよい。また、第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３が水槽３の内部に配置される場合、水槽３内のどの位置にメダカ３１ａが存在していても、撮影手段１がメダカ３１ａを撮影できるように、水槽３の大きさに合わせて、第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３の大きさを定めておけばよい。
【０１３７】
また、既に説明したように、本発明による心拍数測定の対象となる魚はメダカに限定されず、心臓の拍動によって体表が動く魚であればよい。例えば、本発明による心拍数測定の対象となる魚は、クロマグロの稚魚や、ウナギの稚魚や幼魚等であってもよい。
【０１３８】
また、心臓の拍動によって体表が動く魚の養殖のために用いている水槽、または、そのような魚が存在する水族館の水槽を、そのまま本発明における水槽３として用いてもよい。この場合、水槽の下部に固定ミラー１１を配置する空間がないのであれば、前述のように、水槽３内に第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３を配置してもよい。
【０１３９】
本発明は、養殖されているクロマグロの稚魚や、ウナギの稚魚や幼魚等の心拍数測定に適用可能である。従って、本発明は、そのような養殖されている魚の健康管理に役立てることができる。また、本発明は、水族館で飼育されている魚の心拍数測定にも適用可能である。従って、本発明は、水族館で飼育されている魚の健康管理に役立てることもできる。
【０１４０】
図１２は、本発明の各実施形態および前述の各種変形例におけるコンピュータ２の構成例を示す概略ブロック図である。コンピュータ２は、ＣＰＵ１００１と、主記憶装置１００２と、補助記憶装置１００３と、インタフェース１００４と、通信インタフェース１００５とを備える。
【０１４１】
本発明の各実施形態および各種変形例における画像取得手段２１（または第１の画像取得手段２７および第２の画像取得手段２６）、調整手段２２、並びに、心臓位置画像切り出し手段２４および心拍数測定手段２５を含む測定手段２３は、コンピュータ２に実装される。コンピュータ２の動作は、魚の心拍数測定プログラムの形式で補助記憶装置１００３に記憶されている。ＣＰＵ１００１は、そのプログラムを補助記憶装置１００３から読み出して主記憶装置１００２に展開し、そのプログラムに従って、画像取得手段２１（または第１の画像取得手段２７および第２の画像取得手段２６）、調整手段２２、並びに、心臓位置画像切り出し手段２４および心拍数測定手段２５を含む測定手段２３として動作する。
【０１４２】
補助記憶装置１００３は、一時的でない有形の媒体の例である。一時的でない有形の媒体の他の例として、インタフェース１００４を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disk Read Only Memory ）、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ２に配信される場合、配信を受けたコンピュータ２がそのプログラムを主記憶装置１００２に展開し、そのプログラムに従って動作してもよい。
【０１４３】
また、各要素（画像取得手段２１（または第１の画像取得手段２７および第２の画像取得手段２６）、調整手段２２、並びに、心臓位置画像切り出し手段２４および心拍数測定手段２５を含む測定手段２３）の一部または全部は、汎用または専用の回路（circuitry ）、プロセッサ等やこれらの組み合わせによって実現されてもよい。これらは、単一のチップによって構成されてもよいし、バスを介して接続される複数のチップによって構成されてもよい。各要素の一部または全部は、上述した回路等とプログラムとの組み合わせによって実現されてもよい。
【０１４４】
各要素の一部または全部が複数の情報処理装置や回路等により実現される場合には、複数の情報処理装置や回路等は集中配置されてもよいし、分散配置されてもよい。例えば、情報処理装置や回路等は、クライアントアンドサーバシステム、クラウドコンピューティングシステム等、各々が通信ネットワークを介して接続される形態として実現されてもよい。
【０１４５】
また、図１、図７および図１１では、１台のコンピュータ２が設けられる場合を示した。心拍数測定システム１０は、撮影手段１と、２台のコンピュータとを備えていてもよい。図１３は、心拍数測定システム１０が撮影手段１と２台のコンピュータとを備える場合の構成例を示す模式図である。図７に示す要素と同様の要素には図７と同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１４６】
図１３に示す心拍数測定システム１０は、撮影手段１と、第１のコンピュータ２ａと、第２のコンピュータ２ｂとを備える。
【０１４７】
第１のコンピュータ２ａは、第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３の傾きを調整するためのコンピュータである。第１のコンピュータ２ａは、画像取得手段２１ａと、調整手段２２とを備える。画像取得手段２１ａは、第１のカメラ１６に接続されている。第１のカメラ１６は撮影によって画像を生成すると、その画像を画像取得手段２１ａに送信し、画像取得手段２１ａは、その画像を受信する。画像取得手段２１ａは、その画像を調整手段２２に入力する。調整手段２２の動作は、既に説明した動作と同様であり、ここでは説明を省略する。
【０１４８】
第２のコンピュータ２ｂは、画像に基づいてメダカ３１ａの心拍数を測定するためのコンピュータである。第２のコンピュータ２ｂは、画像取得手段２１ｂと、測定手段２３とを備える。測定手段２３は、心臓位置画像切り出し手段２４と、心拍数測定手段２５とを含む。画像取得手段２１ｂは、第２のカメラ１７に接続されている。第２のカメラ１７は撮影によって画像を生成すると、その画像を画像取得手段２１ｂに送信し、画像取得手段２１ｂは、その画像を受信する。画像取得手段２１ｂは、その画像を心臓位置画像切り出し手段２４に入力する。心臓位置画像切り出し手段２４および心拍数測定手段２５の動作は、既に説明した動作と同様であり、ここでは説明を省略する。
【０１４９】
図１３に示すように、２台のコンピュータを設ける構成としても、本発明の効果は得られる。なお、撮影手段１が可動ミラーを備えない場合や、撮影手段１が１台のカメラ１９を備える場合においても、図１３に示す場合と同様に、２台のコンピュータが設けられていてよい。
【０１５０】
次に、本発明の概要について説明する。図１４は、本発明の魚の心拍数測定システムの概要を示すブロック図である。本発明の魚の心拍数測定システムは、撮影手段１と、調整手段２２と、測定手段２３とを備える。
【０１５１】
撮影手段１は、水槽内で自由に泳ぐ魚（例えば、メダカ３１ａ）を撮影し、その魚を腹部の方向から見た画像を生成する。
【０１５２】
調整手段２２は、撮影手段１が魚を撮影することによって得られる画像内で魚が中央に写るように撮影手段１を調整する。
【０１５３】
測定手段２３は、撮影手段１が魚を撮影することによって得られる画像に基づいて、その魚の心拍数を測定する。
【０１５４】
そのような構成により、魚の動きを制限せずに魚の心拍数を測定することができる。
【０１５５】
また、撮影手段１が、可動ミラー（例えば、第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３）と、魚を撮影する少なくとも１台のカメラ（例えば、第１のカメラ１６および第２のカメラ１７、あるいは、カメラ１９）とを含み、調整手段２２が、魚が画像の中央に写るようにその可動ミラーの傾きを調整する構成であってもよい。
【０１５６】
また、撮影手段１が、可動ミラー（例えば、第１の可動ミラー１２および第２の可動ミラー１３）と、可動ミラーから到達する光を２つの経路に分けるハーフミラー（例えば、ハーフミラー１５）と、その２つの経路の一方の経路の光が入射することによって魚を撮影する第１のカメラ（例えば、第１のカメラ１６）と、その２つの経路のもう一方の経路の光が入射することによって魚を撮影する第２のカメラ（例えば、第２のカメラ１７）とを含み、調整手段２２が、第１のカメラによって得られる画像に基づいて、魚が画像の中央に写るように可動ミラーの傾きを調整し、測定手段２３が、第２のカメラによって得られる画像に基づいて、魚の心拍数を測定する構成であってもよい。
【０１５７】
また、測定手段２３が、撮影手段１によって得られる画像をエッジ画像に変換し、エッジ画像から、魚の心臓位置の画像である心臓位置画像を切り出す心臓位置画像切り出し手段（例えば、心臓位置画像切り出し手段２４）と、心臓位置画像に基づいて輝度のヒストグラムを作成し、ヒストグラムにおける最頻値の度数を求め、１つの光源からの光が魚に照射されている状態における複数の心臓位置画像のそれぞれから得られる度数のデータが蓄積されたときに、蓄積された度数のデータに基づいて、魚の心拍数を測定する心拍数測定手段（例えば、心拍数測定手段２５）とを含み、上記の複数の心臓位置画像は、魚の拍動が最も遅い場合の所定心拍数分の時間に対応する複数の心臓位置画像から選択された複数の心臓位置画像であって、魚の拍動が最も速い場合の１拍分の時間に対応する連続する複数の心臓位置画像のうち所定条件を満たしていないことによって選択されなかった心臓位置画像の数が所定数以下であるという条件を満たしている複数の心臓位置画像であってもよい。
【０１５８】
また、心拍数測定手段が、輝度のヒストグラムを作成し、ヒストグラムにおける最頻値の度数を求め、１つの光源からの光が魚の所定方向に照射されている状態における複数の心臓位置画像のそれぞれから得られる度数のデータが蓄積されたときに、蓄積された度数のデータに基づいて、魚の心拍数を測定する構成であってもよい。
【０１５９】
また、位置を変更可能な光源を備え、調整手段２２が、撮影手段１によって得られる画像に基づいて、光源が魚の所定方向に対して光を照射するように光源の位置を調整する構成であってもよい。
【０１６０】
また、心拍数測定手段が、蓄積された度数のデータに対して高速フーリエ変換を行うことによって、１秒当たりの魚の心臓の心拍数を示す周波数を算出し、その周波数に基づいて、魚の心拍数を測定する構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
本発明は、魚の心拍数測定に好適に適用可能である。
【符号の説明】
【０１６２】
１  撮影手段
２  コンピュータ
３  水槽
４  光源
１０  心拍数測定システム（魚の心拍数測定システム）
１１  固定ミラー
１２  第１の可動ミラー
１３  第２の可動ミラー
１４  駆動装置
１５  ハーフミラー
１６  第１のカメラ
１７  第２のカメラ
１９  カメラ
２１  画像取得手段
２２  調整手段
２３  測定手段
２４  心臓位置画像切り出し手段
２５  心拍数測定手段
【図１】
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【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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