(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する吐出口を継続的に撮影することによって一連の画像を生成する撮影部と、
前記一連の画像の各々に写った液滴の体積を計算する体積計算部と、
前記一連の画像に写った液滴の体積の計算結果に基づいて、複数の液滴がそれぞれ前記吐出口の先端に付着してから落下するまでの体積の時間変化を複数の直線で近似する近似計算部と、
前記複数の直線についての近似パラメータに基づいて液滴の吐出量を計算する吐出量計算部と
を具備し、
前記吐出量計算部は、前記複数の直線の切片同士の差分に基づいて前記吐出量を計算する、
吐出量測定装置。
【請求項２】
前記近似計算部は、前記計算結果のうち第１の閾値を超える計算結果または当該第１の閾値よりも小さい第２の閾値を下回る計算結果を除外し、残余の計算結果に基づいて前記複数の液滴がそれぞれ前記吐出口の先端に付着してから落下するまでの体積の時間変化を複数の直線で近似する、請求項１記載の吐出量測定装置。
【請求項３】
液滴を吐出する吐出口を継続的に撮影することによって一連の画像を生成する撮影部と、
前記一連の画像の各々に写った液滴の体積を計算する体積計算部と、
前記一連の画像に写った液滴の体積の計算結果に基づいて、複数の液滴がそれぞれ前記吐出口の先端に付着してから落下するまでの体積の時間変化を複数の直線で近似する近似計算部と、
前記複数の直線についての近似パラメータに基づいて液滴の吐出量を計算する吐出量計算部と
を具備し、
前記近似計算部は、液滴の第１の落下周期に関連付けられる第１の計算結果と当該第１の落下周期とは異なる第２の落下周期に関連付けられる第２の計算結果との相関に基づいて前記第１の計算結果および前記第２の計算結果の時間的な位置合わせを行い、位置合わせした第１の計算結果および第２の計算結果に基づいて、前記第１の落下周期において液滴が前記吐出口の先端に付着してから落下するまでの体積の時間変化を直線で近似する、
吐出量測定装置。
【請求項４】
前記近似計算部は、前記計算結果のうち第１の閾値を超える計算結果または当該第１の閾値よりも小さい第２の閾値を下回る計算結果を除外し、
前記第１の計算結果および前記第２の計算結果は、前記近似計算部によって除外されなかった残余の計算結果に含まれる、
請求項３に記載の吐出量測定装置。
【請求項５】
液滴を吐出する吐出口を継続的に撮影することによって一連の画像を生成する撮影部と、
前記一連の画像の各々が前記液滴の体積が極小となるバックグラウンド画像であるか前記液滴の体積が極小とならない非バックグラウンド画像であるかを判定する判定部と、
前記非バックグラウンド画像から前記バックグラウンド画像を減算することによって差分画像を生成する生成部と、
前記差分画像の各々に写った液滴の体積を計算する体積計算部と、
前記差分画像の各々に写った液滴の体積の計算結果に基づいて、複数の液滴がそれぞれ前記吐出口の先端に付着してから落下するまでの体積の時間変化を複数の直線で近似する近似計算部と、
前記複数の直線についてのパラメータに基づいて液滴の吐出量を計算する吐出量計算部と
を具備する、吐出量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、液滴の吐出量の測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば輸液ポンプを用いた点滴静脈注射において、薬液を正確な注入速度で投与するために、滴下センサを用いて点滴筒内の液滴の落下を検知し、当該液滴の落下数に基づいて輸液ポンプにフィードバック制御が行われる。係る注入速度のフィードバック制御は、典型的には落下する液滴の体積を一定と仮定しているが、係る体積を正確に逐次測定することでさらなる精度の向上が期待できる。
【０００３】
薬液の滴下ノズル周辺を継続的に撮影し、液滴が当該滴下ノズルを離れた直後の画像を撮影画像の中から特定し、当該画像に写った液滴の体積を区分求積法により算出する技法が知られている。しかしながら、液滴の落下速度は落下開始からの経過時間に略比例して増加し、落下速度が高いほど液滴はブレた状態で撮影されるので、算出される体積の誤差が大きくなりやすい。他方、液滴が滴下ノズルを離れた直後の画像を確実に捉えるためには、液滴の落下方向（通常は鉛直方向）に撮影範囲が広く（すなわち、高解像度であり）、かつ、高フレームレートな２次元イメージセンサを用いて撮影を行う必要がある。概括すれば、液滴の体積の算出精度と当該液滴を撮影する機材のコストとがトレードオフの関係にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許５５８３９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態は、液滴の吐出量を低コストで高精度に測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、吐出量測定装置は、撮影部と、体積計算部と、近似計算部と、吐出量計算部とを含む。撮影部は、液滴を吐出する吐出口を継続的に撮影することによって一連の画像を生成する。体積計算部は、一連の画像の各々に写った液滴の体積を計算する。近似計算部は、一連の画像に写った液滴の体積の計算結果に基づいて、複数の液滴がそれぞれ吐出口の先端に付着してから落下するまでの体積の時間変化を複数の直線で近似する。吐出量計算部は、複数の直線についての近似パラメータに基づいて液滴の吐出量を計算する。
【０００７】
別の実施形態によれば、吐出量測定装置は、撮影部と、判定部と、生成部と、体積計算部と、近似計算部と、吐出量計算部とを含む。撮影部は、液滴を吐出する吐出口を継続的に撮影することによって一連の画像を生成する。判定部は、一連の画像の各々が液滴の体積が極小となるバックグラウンド画像であるか液滴の体積が極小とならない非バックグラウンド画像であるかを判定する。生成部は、非バックグラウンド画像からバックグラウンド画像を減算することによって差分画像を生成する。体積計算部は、差分画像の各々に写った液滴の体積を計算する。近似計算部は、差分画像の各々に写った液滴の体積の計算結果に基づいて、複数の液滴がそれぞれ吐出口の先端に付着してから落下するまでの体積の時間変化を複数の直線で近似する。吐出量計算部は、複数の直線についてのパラメータに基づいて液滴の吐出量を計算する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る吐出量測定装置を例示するブロック図。
【図２】図１の吐出量測定装置の動作を例示するフローチャート。
【図３】図１の撮影部によって撮影される一連の画像を例示する図。
【図４】図３の一連の画像に基づいて計算される液滴の体積の時間変化を例示するグラフ。
【図５】高フレームレートな２次元センサによって撮影された一連の画像に基づいて計算される液滴の体積の時間変化を例示するグラフ。
【図６】低フレームレートな２次元センサによって撮影された一連の画像に基づいて計算される液滴の体積の時間変化を例示するグラフ。
【図７】３の実施形態に係る吐出量測定装置に含まれる近似計算部によって行われる近似計算の説明図。
【図８】図５のグラフにおける不動領域の説明図。
【図９】図６のグラフにおける不動領域の説明図。
【図１０】第４の実施形態に係る吐出量測定装置を例示するブロック図。
【図１１】図１０の吐出量測定装置の動作を例示するフローチャート。
【図１２】図１０の差分画像生成部によって生成される差分画像の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら実施形態の説明が述べられる。尚、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号が付され、重複する説明は基本的に省略される。
【００１０】
各実施形態に係る吐出量測定装置は、例えば、点滴静脈注射における薬液の液滴の吐出量を測定するために用いられるが、他の任意の種別の液滴の吐出量を測定するために用いられてもよい。例えば、この吐出量測定装置は、インクジェットプリンタにおけるインクの液滴、半導体製造装置における薬液の液滴などの吐出量を測定するために用いられてもよい。
【００１１】
（第１の実施形態）  
図１に例示されるように、第１の実施形態に係る吐出量測定装置は、撮影部１０１と、体積計算部１０２と、計算結果保存部１０３と、近似計算部１０４と、吐出量計算部１０５とを含む。
【００１２】
撮影部１０１は、例えば薬液などの液滴を吐出するノズル（すなわち、吐出口）の先端付近を継続的に撮影することによって、ノズルの先端に付着した液滴が徐々に体積を増して最終的に落下する様子を表す一連の画像を生成する。一連の画像は、例えば図３に示されるように、液滴がノズルの先端に付着してから落下するまでの様子を３周期分含んでいてもよい。
【００１３】
図３において各画像に付与された数字は当該画像のフレーム番号を表す。図３の例では、フレーム番号１からフレーム番号５までの画像が第１番目の落下周期における液滴の様子を表し、フレーム番号６からフレーム番号１０までの画像が第２番目の落下周期における液滴の様子を表し、フレーム番号１１からフレーム番号１５までの画像が第３番目の落下周期における液滴の様子を表す。
【００１４】
撮影部１０１は、一連の画像を体積計算部１０２へと出力する。なお、撮影部１０１は、画像を１枚撮影する毎に体積計算部１０２へと逐次出力してもよいし、画像を所定枚数（例えば１５枚）撮影し終えてから体積計算部へと一括出力してもよい。
【００１５】
撮影部１０１は、ノズルの先端に付着した液滴が徐々に体積を増して最終的に落下する様子を撮影することが求められており、液滴がノズルの先端を離れる瞬間を捉える必要はないので、要求フレームレートは高くない。さらに、撮影部１０１の撮影範囲は、ノズルの先端に付着した液滴の全体を包含する程度でよい。具体的には、撮影部１０１は、例えば、フレームレートおよび解像度がそれぞれ１０ｆｐｓ（ｆｒａｍｅ  ｐｅｒ  ｓｅｃｏｎｄ）および１００画素×２００画素程度の小型で安価な２次元センサ（カメラ）を用いて実装可能である。さらに、撮影部１０１のフレームレートおよび解像度が低いほど一連の画像のデータサイズは小さくなるので、後述される種々の計算処理に必要な時間およびメモリ容量を抑制できるという利点もある。
【００１６】
体積計算部１０２は、撮影部１０１から一連の画像を受け取る。体積計算部１０２は、一連の画像の各々に写った液滴の体積を計算する。体積計算部１０２は、例えば区分求積法などの種々の手法で体積計算を行ってもよい。体積計算部１０２は、体積の計算結果を計算結果保存部１０３に保存する。
【００１７】
計算結果保存部１０３には、体積計算部１０２による液滴の体積の計算結果が保存される。なお、各計算結果は、当該計算結果に対応する時刻を明示的または暗黙的に示す情報と関連付けて保存されてもよい。係る情報は、例えば、単に画像のフレーム番号の値であってもよいし、画像の撮影時刻、体積の計算時刻または計算結果の保存時刻の値であってもよい。
【００１８】
近似計算部１０４は、計算結果保存部１０３に保存された計算結果を読み出し、当該計算結果に基づいて、複数の液滴がそれぞれノズルの先端に付着してから落下するまでの体積の時間変化を複数の直線で近似する。近似計算部１０４は、複数の直線を規定する近似パラメータ（例えば、直線の傾き、直線の体積軸との切片、隣接する直線間の時間間隔に相当する周期など）を吐出量計算部１０５へと出力する。
【００１９】
具体的には、近似計算部１０４は、計算結果保存部１０３に保存されている計算結果（以降、サンプルと称する）を時系列順に並べ、液滴の落下周期毎のサンプルセットに区分する。液滴がノズルの先端に付着してから落下するまで当該液滴の体積は略単調増加するので、各サンプルセットでもサンプル値が略単調増加する。故に、第ｉ周期に属するサンプル値の時間変化は、下記数式（１）に示す直線ｌｉで近似することができる。ここで、ｉは１以上ｎ以下の整数を表し、ｎは２以上の整数を表す。
【００２０】
【数１】
0006639122.tif 000002
【００２１】
ｖ（ｔ）は、時刻ｔ（ｔは例えばフレーム番号を表す）における液滴の体積を表す。ａｉは直線ｌｉの傾きを表し、正の値をとる。ｂｉは、直線ｌｉの体積軸との切片を表す。近似計算部１０４は、例えば第ｉ周期に属するサンプル値に対して最小二乗法を適用することでａｉおよびｂｉを計算することができる。なお、経験的に、連続して落下する数滴程度の液滴について、ノズル先端に付着した液滴の体積の成長カーブおよび落下周期は略一致するといえる。そこで、近似計算部１０４は、ａｉがｉに関わらず全て等しいと仮定する。
【００２２】
吐出量計算部１０５は、近似計算部１０４から近似パラメータを受け取り、当該近似パラメータに基づいて液滴の吐出量を計算する。なお、吐出量は、落下した液滴の体積であってもよいし、落下した液滴の重量であってもよい。液滴の密度が既知であるならば、体積を重量に換算することは可能である。
【００２３】
概括すれば、液滴の体積の時間変化は、近似計算部１０４によって、図４に例示されるように上記複数の直線の結合に相当するノコギリ波で近似されている。そして、このノコギリ波の第ｉ番目の落下周期の最大体積から第ｉ＋１番目の落下周期の最小体積までの落差は、第ｉ番目の周期において最大化した落下直前の液滴の体積と当該液滴の落下直後のノズルの先端における残渣の体積との差分、すなわち当該液滴の吐出量（体積換算）に相当する。そして、ａｉがｉに関わらず全て等しいので、各直線ｌは互いに平行となる。故に、例えば、第１番目の落下周期の最大体積から第２番目の落下周期の最小体積までの落差は、直線ｌ１および直線ｌ２の体積軸との交点（すなわち、切片ｂ１および切片ｂ２）同士の差分に等しい。従って、吐出量計算部１０５は、下記数式（２）を用いて第１周期から第ｎ−１周期までの液滴の平均吐出量を計算することができる。
【００２４】
【数２】
0006639122.tif 000003
【００２５】
なお、吐出量計算部１０５は、第ｉ周期における液滴の吐出量（＝ｂｉ−ｂｉ＋１）を個別に計算することも可能であるし、第１周期から第ｎ−１周期までの液滴の合計吐出量（数式（２）の右辺の分子）を計算することも可能である。
【００２６】
図１の吐出量測定装置は、図２に例示されるように動作する。図２の処理は、ステップＳ２０１から開始する。ステップＳ２０１において、撮影部１０１は、液滴を吐出するノズルの付近（具体的には、液滴の体積が最大限に成長した場合であってもその全体を包含できる範囲）を撮影する。
【００２７】
体積計算部１０２は、ステップＳ２０１において撮影された画像に写った液滴の体積を計算し（ステップＳ２０２）、その計算結果を計算結果保存部１０３に保存する（ステップＳ２０３）。
【００２８】
撮影部１０１は、所定枚数（具体的には、複数の液滴の落下周期が収まる枚数）の画像の撮影が終了するまで撮影を継続する（ステップＳ２０１からステップＳ２０４までのループ）。他方、所定枚数の画像の撮影、ならびに、当該画像に写った体積の計算およびその計算結果の保存が終了すれば、処理はステップＳ２０５へと進む。
【００２９】
ステップＳ２０５では、近似計算部１０４がステップＳ２０３において保存された計算結果を読み出し、複数の落下周期に亘る液滴の体積の時間変化を複数の直線で近似する。吐出量計算部１０５は、ステップＳ２０５において計算された近似パラメータに基づいて液滴の吐出量を計算し（ステップＳ２０６）、図２の処理は終了する。
【００３０】
以上説明したように、第１の実施形態に係る吐出量測定装置は、連続して落下する複数の液滴について、各液滴がノズルの先端に付着してから徐々に体積を増して最終的に落下するまでの画像を撮影する。そして、この吐出量測定装置は、撮影画像に写った液滴の体積の時間変化を複数の直線で近似し、この近似パラメータに基づいて液滴の吐出量を計算する。従って、この吐出量測定装置によれば、液滴が落下する瞬間の画像を捉える必要はなくノズルに付着した液滴の体積の時間変化を捉えることができればよいから、高フレームレートかつ高解像度な撮影機材を必要とすることなく、液滴の吐出量を高精度に測定することができる。
【００３１】
（第２の実施形態）  
第２の実施形態に係る吐出量測定装置は、図１の近似計算部１０４を近似計算部４０４（図示されない）に置き換えた構成に相当する。
【００３２】
近似計算部４０４は、計算結果保存部１０３に保存された計算結果を読み出し、当該計算結果に対して閾値処理を施す。例えば、近似計算部４０４は、近似計算に用いられるサンプルの上限値となる第１の閾値および下限値となる第２の閾値（＜第１の閾値）の少なくとも一方を用いて、上限値を超えるサンプルおよび下限値を下回るサンプルの少なくとも一方を除外する。
【００３３】
そして、近似計算部４０４は、残余のサンプルに基づいて、複数の液滴がそれぞれノズルの先端に付着してから落下するまでの体積の時間変化を複数の直線で近似する。近似計算部４０４は、複数の直線を規定する近似パラメータを吐出量計算部１０５へと出力する。なお、近似計算部４０４は、残余のサンプルに基づいて近似計算部１０４と同一または類似の近似計算を行ってもよい。
【００３４】
例えば、上限値を超えるサンプルは、落下中の液滴が写った画像に基づいているおそれがあり、落下に伴うブレにより真の体積に比べて大きく見積もられているかもしれない。また、下限値を下回るサンプルは、誤差の影響が相対的に大きい。故に、これらの信頼性の低いサンプルを除外することで、近似計算の精度を向上させることが好ましい。なお、第１の閾値および第２の閾値は、事前に設定されてもよいし、読み出されたサンプルに基づいて統計的に設定されてもよい。
【００３５】
以上説明したように、第２の実施形態に係る吐出量測定装置は、閾値を用いて信頼性の低いサンプルを除外し、残余のサンプルに基づいて近似計算を行う。従って、この吐出量測定装置によれば、吐出量をより正確に測定することができる。
【００３６】
（第３の実施形態）  
第３の実施形態に係る吐出量測定装置は、図１の近似計算部１０４を近似計算部５０４（図示されない）に置き換えた構成に相当する。
【００３７】
近似計算部５０４は、液滴の所与の落下周期に関連付けられる計算結果と他の落下周期に関連付けられる計算結果との相関に基づいて各計算結果の時間的な位置合わせを行い、位置合わせした計算結果を用いて当該所与の落下周期において液滴がノズルの先端に付着してから落下するまでの体積の時間変化を直線で近似する。近似計算部５０４は、複数の直線を規定する近似パラメータを吐出量計算部１０５へと出力する。
【００３８】
図５に、液滴（点滴静脈注射の薬液）を吐出するノズルを約３００フレーム／秒のハイスピードカメラで継続的に撮影し、各撮影画像に写った液滴の体積を計算してプロットしたグラフが示される。図５のグラフでは、いずれの落下周期においても体積のピーク（すなわち、落下直前の液滴）が捉えられている。他方、図６には、同一の液滴を吐出するノズルを２０フレーム／秒のカメラで継続的に撮影し、各撮影画像に写った液滴の体積を計算してプロットしたグラフが示される。図６のグラフでは、フレームレートの削減に伴い体積のピークを捉える確率が低くなるので、図５に比べてピーク値が低く見積もられている。
【００３９】
そこで、近似計算部５０４は、所与の落下周期に関連付けられるサンプルとの相関（例えば、決定係数Ｒ２）が最大化するように他の１つ以上の落下周期に関連付けられるサンプルを図６の矢印で示されるように時間シフトさせる。そして、近似計算部５０４は、図７に例示されるように、これらのサンプルに基づいて上記所与の落下周期における液滴の体積の時間変化を直線で近似する。他の落下周期に関連付けられるサンプルを時間シフトさせることで、近似計算に用いられるサンプル数が実質的に増加する。故に、高精度な近似が可能となる。
【００４０】
具体的には、近似計算部５０４は、各落下周期において液滴の体積が所定値（例えば、５ｍｌ）を最初に超えたフレーム番号とその次の落下周期において液滴の体積が当該所定値を超えたフレーム番号との差を当該落下周期の暫定的な周期長として定める。図６の例では、フレーム番号がそれぞれ、「３」、「１３」、「２３」および「３２」で体積が５ｍｌを超える。故に、近似計算部５０４は、第１の落下周期、第２の落下周期および第３の落下周期の暫定的な周期長をそれぞれ「１０」、「１０」および「９」フレームとして定めている。
【００４１】
次に、近似計算部５０４は、暫定的な周期長を用いて各落下周期に関連付けられるサンプル（なお、上記所定値を下回るサンプルを除外してもよい）を時間シフトさせることで所与の落下周期との位置合わせを行う。図６および図７の例では、近似計算部５０４は、第２の落下周期に関連付けられるサンプルを１０フレーム前に、第３の落下周期に関連付けられるサンプルを２０（＝１０＋１０）フレーム前に、第４の落下周期に関連付けられるサンプルを２９（＝１０＋１０＋９）フレーム前にそれぞれシフトさせる。
【００４２】
さらに、近似計算部５０４は、１フレーム未満の精度の位置合わせを行うために、各サンプルに関連付けられるフレーム番号に落下周期毎のオフセット値を加算し、サンプル同士の相関が最大化するようにオフセット値を調整する。図６および図７の例では、近似計算部５０４は、第１の落下周期、第２の落下周期、第３の落下周期および第４の落下周期に対応するオフセット値をそれぞれ「０．２」、「０．２」、「０．３」および「０．６」に調整する。
【００４３】
そして、近似計算部５０４は、時間的な位置合わせ後の各サンプルに基づいて第１の落下周期における液滴の体積の時間変化を直線で近似できる。なお、近似計算部５０４は、暫定的な周期長にオフセット値を加えて得られる値の平均値を周期として定めてもよい。
【００４４】
吐出量計算部１０５は、前述の第１の実施形態と同様に、切片同士の差分に基づいて液滴の吐出量を計算してもよいし、他の技法により液滴の吐出量を計算してもよい。例えば、吐出量計算部１０５は、直線の周期から後述される不動領域長を減算して得られる時間長に当該直線の傾きを乗算することによって、液滴の吐出量を計算してもよい。
【００４５】
図８に、図５の一部を拡大したグラフが示される。図８から明らかなように、落下周期は、液滴の体積が最小値（略０）付近から殆ど増加しない領域（以降、不動領域と称する）と、液滴の体積が直線的に増加する領域とに大別することができる。そして、前述の近似計算は、主に不動領域外における液滴の体積の時間変化を対象とする。故に、不動領域に属するサンプルを除外することで近似計算の精度が向上する。
【００４６】
不動領域は、落下周期の始点（例えば、直前の落下周期において液滴が落下した直後のフレーム）から当該落下周期における近似直線のゼロクロス点との間と定義することができる。但し、図８のようにサンプル数が多ければ各落下周期における不動領域長を正確に計算することができるが、図９（図６の一部を拡大したグラフを示す）のようにサンプル数が少なければ、各落下周期における不動領域長を正確に計算することは必ずしも容易でない。故に、近似計算部５０４は、例えば、複数（例えば４つ）の落下周期について不動領域長を暫定的に計算し、それらの平均値を不動領域長としてもよい。
【００４７】
以上説明したように、第３の実施形態に係る吐出量測定装置は、所与の落下周期に関連付けられるサンプルと他の落下周期に関連付けられるサンプルとを相関が最大化するように位置合わせする。そして、この吐出量測定装置は、位置合わせしたサンプルに基づいて所与の落下周期における液滴の体積の時間変化を直線で近似する。従って、この吐出量測定装置によれば、近似計算に用いられるサンプル数が実質的に増加するので、上記所定の落下周期における液滴の吐出量を高精度に計算することができる。
【００４８】
（第４の実施形態）  
図１０に例示されるように、第４の実施形態に係る吐出量測定装置は、撮影部１０１と、バックグラウンド画像判定部３０６と、バックグラウンド画像保存部３０７と、差分画像生成部３０８と、体積計算部１０２と、計算結果保存部１０３と、近似計算部１０４と、吐出量計算部１０５とを含む。
【００４９】
図１０の撮影部１０１は、一連の画像をバックグラウンド画像判定部３０６へと出力する点で図１の撮影部１０１とは異なる。また、図１０の体積計算部１０２は、後述される差分画像に写った液滴の体積を計算する点で図１の体積計算部１０２とは異なる。
【００５０】
バックグラウンド画像判定部３０６は、撮影部１０１から一連の画像を受け取る。バックグラウンド画像判定部３０６は、各画像が液滴の体積が直前の画像に比べて大きく減少する（換言すれば、体積が極小（理想的には零）となる）バックグラウンド画像であるか否かを判定する。バックグラウンド画像は落下周期の始点に相当し、その出現タイミングは例えば液滴の落下周期を利用して予測することができる。
【００５１】
バックグラウンド画像判定部３０６は、バックグラウンド画像を発見すると、この画像をバックグラウンド画像保存部３０７に保存する。他方、バックグラウンド画像判定部３０６は、液滴の体積が極小とならない非バックグラウンド画像を差分画像生成部３０８へと出力する。
【００５２】
なお、バックグラウンド画像保存部３０７に過去のバックグラウンド画像が既に保存されている場合には、バックグラウンド画像判定部３０６は発見した最新のバックグラウンド画像によってバックグラウンド画像保存部３０７に保存されているバックグラウンド画像を更新してもよい。バックグラウンド画像の更新頻度は例えば図１０の吐出量測定装置の用途に応じて定められてよい。概括すれば、更新頻度が高いほど、処理時間が増加するものの、液滴の体積ひいては吐出量を高精度に計算することができる。
【００５３】
差分画像生成部３０８は、バックグラウンド画像判定部３０６から非バックグラウンド画像を受け取り、バックグラウンド画像保存部３０７から（最新の）バックグラウンド画像を読み出す。差分画像生成部３０８は、非バックグラウンド画像からバックグラウンド画像を減算することによって差分画像を生成する。差分画像生成部３０８は、差分画像を体積計算部１０２へと出力する。
【００５４】
例えば液滴を吐出するノズルが点滴筒に収容されている場合に、撮影部１０１による撮影画像には、点滴筒の表面における反射光による明暗が生じたり、点滴筒の壁面に付着した異物または液滴が写り込んだりすることがある。これらの影響により、体積計算の精度が劣化するおそれがある。
【００５５】
そこで、差分画像生成部３０８は、図１２に例示されるように、非バックグラウンド画像からバックグラウンド画像を減算することで、両者の差分（すなわち、ノズルの先端に付着した液滴）が強調された差分画像を生成する。体積計算部１０２は、差分画像を用いて液滴の体積を高精度に計算することができる。
【００５６】
なお、バックグラウンド画像は固定であってもよいが随時更新されてもよい。バックグラウンド画像を更新することで、点滴筒の状態が変化した場合であっても、差分画像において所望の被写体（すなわち、ノズルの先端に付着した液滴）以外のノイズ成分を的確にキャンセルすることができる。
【００５７】
図１０の吐出量測定装置は、図１１に例示されるように動作する。図１１の処理は、ステップＳ２０１から開始する。ステップＳ２０１において、撮影部１０１は、液滴を吐出するノズルの付近を撮影する。
【００５８】
バックグラウンド画像判定部３０６は、ステップＳ２０１において撮影された画像がバックグラウンド画像であるか否かを判定する（ステップＳ４０７）。バックグラウンド画像判定部３０６は、バックグラウンド画像を発見すると、当該バックグラウンド画像をバックグラウンド画像保存部３０７に保存し（ステップＳ４０８）、処理はステップＳ２０１へと戻る。
【００５９】
他方、ステップＳ２０１において撮影された画像がバックグラウンド画像でなければ、差分画像生成部３０８は、この非バックグラウンドからステップＳ４０８において保存されたバックグラウンド画像を減算することによって差分画像を生成する（ステップＳ４０９）。体積計算部１０２は、ステップＳ４０９において生成された差分画像に写った液滴の体積を計算し（ステップＳ４１０）、処理はステップＳ２０３へと進む。
【００６０】
なお、図１０のステップＳ２０３、ステップＳ２０４、ステップＳ２０５およびステップＳ２０６は、図２のステップＳ２０３、ステップＳ２０４、ステップＳ２０５およびステップＳ２０６と同一または類似であってよい。
【００６１】
以上説明したように、第４の実施形態に係る吐出量測定装置は、連続して落下する複数の液滴について、各液滴がノズルの先端に付着してから徐々に体積を増して最終的に落下するまでの画像を撮影する。そして、この吐出量測定装置は、撮影画像のうち液滴の体積が極小となるバックグラウンド画像を特定し、非バックグラウンド画像から減算することによって差分画像を生成する。さらに、この吐出量測定装置は、差分画像に写った液滴の体積の時間変化を複数の直線で近似し、この近似パラメータに基づいて液滴の吐出量を計算する。従って、この吐出量測定装置によれば、ノズルの先端に付着した液滴以外のノイズ成分が略キャンセルされた差分画像に基づいて正確な体積を計算し、吐出量を高精度に測定することができる。さらに、この吐出量測定装置によれば、液滴が落下する瞬間の画像を捉える必要はなくノズルに付着した液滴の体積の変化を捉えることができればよいから、高フレームレートかつ高解像度な撮影機材を必要とすることなく、液滴の吐出量を高精度に測定することができる。
【００６２】
上記各実施形態の処理の少なくとも一部は、汎用のコンピュータを基本ハードウェアとして用いることでも実現可能である。上記処理を実現するプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納して提供されてもよい。プログラムは、インストール可能な形式のファイルまたは実行可能な形式のファイルとして記録媒体に記憶される。記録媒体としては、磁気ディスク、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ等）、光磁気ディスク（ＭＯ等）、半導体メモリなどである。記録媒体は、プログラムを記憶でき、かつ、コンピュータが読み取り可能であれば、何れであってもよい。また、上記処理を実現するプログラムを、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ（サーバ）上に格納し、ネットワーク経由でコンピュータ（クライアント）にダウンロードさせてもよい。
【００６３】
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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。
【符号の説明】
【００６４】
１０１・・・撮影部
１０２・・・体積計算部
１０３・・・計算結果保存部
１０４，４０４，５０４・・・近似計算部
１０５・・・吐出量計算部
３０６・・・バックグラウンド画像判定部
３０７・・・バックグラウンド画像保存部
３０８・・・差分画像生成部
【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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