(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
槽内を上下動して汚泥相を撮影する撮像部と、前記撮像部が撮影した画像を構成する画素に対し、汚泥と水の画素の輝度レベルのしきい値を求める際に、汚泥と水の画素の輝度レベルから逸脱する気泡の輝度レベルの画素の度数を計測せずに大津の方法による動的２値化処理を行うとともに、前記動的２値化処理の結果に基づいて汚泥粒径を計測する演算部とを備えていることを特徴とする、汚泥粒径を計測する汚泥の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚泥の画像処理装置に関し、更に詳しくは、嫌気性生物反応槽、とりわけＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）方式で運転される反応槽内における汚泥の粒径を精度よくかつ連続的にオンラインで計測することを可能とする汚泥の画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
好気性の活性汚泥処理から生ずる余剰汚泥の処理、し尿処理、高濃度有機性排水の処理などに嫌気性の生物処理が適用されている。
例えば、ＵＡＳＢ方式の嫌気性生物処理の場合、反応槽内は、粒径0.５〜３mm程度のグラニュール汚泥が２０００〜５００００mg/Lに濃縮された状態で存在する高濃度の汚泥相と、原水中の微細なＳＳ成分やグラニュール汚泥が破砕して粒径0.５mm以下になっている比較的低濃度の上澄み相とに大別され、両者の間には界面（以後、汚泥界面という）が存在している。そして、この汚泥界面の反応槽内における位置は当該反応槽の運転条件の変化に対応して常時変動している。
【０００３】
そして、この反応槽を適正に運転管理するためには、当該反応槽の汚泥保有量、すなわち、汚泥濃度の正確な把握が必要になる。
従来、この汚泥濃度は、当該反応槽の汚泥相から汚泥をサンプリングし、それを分析して測定されていた。しかしながら、この方法は、人手を要するとともに、汚泥サンプルの乾燥処理も含めて濃度分析に多大の時間を必要とする。
【０００４】
このようなことから、最近では、反応槽の中に撮像装置を配置して汚泥粒と水とから成る汚泥相を撮影し、得られたそれぞれの画像信号から撮影個所における汚泥濃度を算出し、それらを平均化して反応槽内の汚泥濃度とすることが試みられている。この方法によれば、サンプリング作業も不要であり、また撮像装置を移動させながら画像処理を行うことにより汚泥濃度を計測できるので、オンラインで反応槽の動態を把握できるという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した方法の場合、それぞれの撮影個所における汚泥濃度を算出しようとするときには、撮影個所の汚泥相の体積とそこに存在する汚泥単体の体積を計測することが必要になる。そのことは、撮影個所の汚泥相の体積を一定と仮定し、そのうえで汚泥の体積を計測することによって可能となる。別言すれば、前記汚泥相内に分散する汚泥の粒径を把握することによって汚泥の体積が計測可能となる。
【０００６】
ところで、汚泥相を撮影して得られる画像は、ある輝度レベルの画素が集合して成る汚泥画像と、別の輝度レベルの画素が集合して成る水画像とで構成されている。したがって、得られた画像に対し、輝度レベルのしきい値を求めて暗輝度レベルと明輝度レベルへの２値化処理を行なうことにより、汚泥画像と水画像の分離が可能となり、その処理結果から汚泥粒径を計測することができる。
【０００７】
上記した２値化処理は、輝度レベルが異なる分離対象を形として抽出する画像処理の基本的な手法であり、形状解析などの分野で広く採用されている。そして、それぞれの輝度レベルにむらがある場合には、一般に、動的２値化処理が行われ、そのときのしきい値を求める方法としては大津の方法が知られている。
しかしながら、汚泥相の画像に対して大津の方法で輝度レベルのしきい値を求めて２値化処理を行うと、画像には汚泥相中の気泡の映像が混入していることが多いため次のような問題が生じてくる。
【０００８】
例えば、図７で示したように、画像中に気泡が存在する場合、この気泡の輝度レベルは汚泥や水の輝度レベルに比べて非常に高いので、この画像に対して大津の方法でしきい値を求めて２値化処理を行うと、得られた処理画像では、図８で示したように、気泡の周囲が抜け落ちて気泡と接する汚泥の輝度レベルは計測されないことになり、その結果、算出される汚泥粒径は実際よりも小さい値となってしまう。このことは、大津の方法で演算される分離対象（汚泥と水）における輝度レベルのしきい値が目的とする汚泥の輝度レベルと水の輝度レベルとの間ではなく、気泡の輝度レベルと水（または汚泥）の輝度レベルとの間に位置してしまうことである。
【０００９】
このように、汚泥相の画像に対して大津の方法でしきい値を求めて２値化処理を行うことにより汚泥粒径を計測しようとしても、画像に混入する明るい気泡の影響で汚泥と水に関する輝度レベルのしきい値を正確に求めることができず、汚泥粒径は実際よりも小さく計測されるという問題がある。
本発明は、汚泥相の画像を大津の方法でしきい値を求めて２値化処理することにより汚泥粒径を求める際の上記した問題を解決し、画像内に明るい気泡が混入していても高精度で汚泥粒径を計測することを可能とする汚泥の画像処理装置の提供を目的とする。
【００１０】
上記した目的を達成するために、本発明においては、槽内を上下動して汚泥相を撮影する撮像部と、前記撮像部が撮影した画像を構成する画素に対し、汚泥と水の画素の輝度レベルのしきい値を求める際に、汚泥と水の画素の輝度レベルから逸脱する気泡の輝度レベルの画素の度数を計測せずに大津の方法による動的２値化処理を行うとともに、前記動的２値化処理の結果に基づいて汚泥粒径を計測する演算部とを備えていることを特徴とする、汚泥粒径を計測する汚泥の画像処理装置が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の装置およびその機能を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の装置例を示す基本構成図である。
図１において、反応槽１には汚泥が保有され、ここに配管２から処理対象の原水が上向流となって流入するようになっている。原水の流入により、反応槽１には、汚泥濃度が高い汚泥相３と、流入ＳＳ成分や破砕汚泥から成る汚泥濃度の低い上澄み相４が形成され、両者の間には汚泥界面５が形成されている。そして、この汚泥界面５は、反応槽１内の発生ガス量や原水の流入量により常時上下方向で位置変動している。
【００１２】
図１の装置において、撮像部６は例えば通信ケーブル７で昇降手段８から吊り下げられた状態で反応槽１の中に配置され、昇降手段８で通信ケーブル７を巻き上げることにより反応槽内を上昇し、逆に昇降手段８で通信ケーブル７を巻き戻すことにより反応槽内を下降できるようになっている。
この撮像部としては、透視度の低い汚泥相３の中にあっても汚泥や水の輝度レベルに感応してその画像信号を発信できる例えばＣＣＤカメラを採用することが好ましい。
【００１３】
撮像部６の反応槽内における位置は、例えば汚泥相１の底部１ａを基準点にしたときの通信ケーブル７の巻き上げ長さ量で把握することができ、その長さ信号は位置計測部９において、撮像部６の位置信号として格納される。そしてこの位置信号は演算部１０に入力される。
一方、撮像部８が撮影した汚泥相は画像信号となって演算部１０に入力される。
【００１４】
この演算部１０は、撮像部６が撮影した画像に対して大津の方法でしきい値を求めて２値化処理を行い、汚泥粒径を計測してその結果を表示部１１に出力する。
この演算部１０では、画像を構成する各種輝度レベルの画素に対して大津の方法でしきい値を求め、２値化処理が行われ、明輝度レベルに属する画素の度数と暗輝度レベルに属する画素の度数がそれぞれ計測される。
【００１５】
その場合、前記したように、気泡の画素は汚泥や水の画素に比べて非常に明るいので、本発明装置の演算部１０では、分離対象の汚泥や水の輝度レベルから逸脱する輝度レベル、具体的には汚泥や水の輝度レベルより高いある設定輝度レベル以上の画素の度数を計測せず、上記設定輝度レベルより低い輝度レベルの画素に対してしきい値を求め、２値化処理を行う。
【００１６】
したがって、得られた演算結果は、明るい気泡の輝度レベルの影響は排除され、分離対象である汚泥と水の輝度レベルに関する２値化処理結果となり、それは汚泥の画素が集合したヒストグラムと水の画素が集合したヒストグラムを表すことになる。そして、この演算結果に基づいて汚泥粒径が演算される。
なお、気泡の輝度レベルは、汚泥や水の輝度レベルよりも明るいが、特定の値になることはない。すなわち、原水の性状に応じて汚泥や水の輝度レベルが変化することにより、気泡の輝度レベルは変化する。したがって、気泡の輝度レベルは、処理現場に応じて予め机上試験などによって求めておく。
【００１７】
また、この演算結果を表示部１１に出力し、そこで濃淡が２値化した画像として表示することもできる。例えば図７で示した画像に対して上記した２値化処理を行った場合に得られる画像例を図２に示す。図２で明らかなように、輝度レベルの計測を除外した気泡の部分が水の処理画像と同じになる。そして、この処理画像から汚泥粒径の計測を行うことができる。
【００１８】
その計測方法の１例を、図２で示した汚泥粒子ａの場合について説明する。
今、画面上の粒子ａは、図３で示したｘ−ｙ座標系におけるドットの点滅で構成されているものとする。この座標系は、左上点（０，０），右上点（１０，０），左下点（０，１０），右下点（１０，１０）で囲まれ、全体が１００個のドットで構成されている。そして、座標系の（ｘ，ｙ）点が点滅することによりそれらの集合として粒子ａが表現される。
【００１９】
ここで、１ドットが１mm×１mmの大きさであり、これらの集合として図３で示したように粒子ａが表現されているものとする。
このとき、本発明においては、粒子ａの粒径が、次式：
最大のｘ値−最小のｙ値＋１
に基づいて計算される。
【００２０】
図３の場合には、最大のｘ値は１０（mm）、最小のｙ値は２（mm）である。したがって、粒子ａの粒径は、１０−２＋１＝９（mm）と計算される。
なお、１ドットの大きさは、画面に上記したようなｘ−ｙ座標系を表示し、その表示座標から予め測定しておけばよい。
【００２１】
【実施例】
図１で示した装置において、汚泥相３のある深さの位置にＣＣＤカメラ６をセットし、汚泥相３の撮影を行った。このＣＣＤカメラは、縦４８０個、横６４０個の画素信号を発信するものである。
演算部１０では、輝度レベル０〜２００の画素の度数を計測し、それを公知の大津の式に代入する演算を行う２値化処理を進めた。その結果を図４に示した。
【００２２】
一方、比較のために、演算部１０では、輝度レベル０〜２５５の画素の度数を計測し、それを大津の式に代入する演算を行う２値化処理を進めた。その結果を図５に示した。
図４と図５から明らかなように、輝度レベルを０〜２００にした本発明装置で２値化処理を行うと、汚泥と水の間にしきい値が位置する。しかし、輝度レベルを０〜２５５に設定すると、気泡と水の間にしきい値が位置してしまい、分離対象（汚泥と水）の間にしきい値は位置しないことになる。
【００２３】
次に、１日１回、上記した条件で本発明装置を作動することにより、処理画像から画像全面における個々の汚泥の粒径を測定し、その平均値を求めた。その結果を−○−印として図６に示した。なお、比較のために、計測する輝度レベルが０〜２５５の場合についても汚泥粒径を求め、その結果を−×−印として図６に示した。
【００２４】
図６から明らかなように、比較例の場合には、汚泥粒径が全体として小さい値で計測されている。これは、気泡の輝度レベルまで計測しているからである。このようなことから、気泡の輝度レベルを計測の対象から除外して画像処理することは、汚泥粒径を精度よく計測することによって必要であることがわかる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の装置を用いれば、汚泥中に気泡が存在していても、精度よく汚泥の画像処理を行うことができる。これにより、自動的かつ連続的にオンラインで汚泥粒径を計測することが可能となる。
したがって、本発明の装置は反応槽の保有汚泥量を適正に管理するために有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置例を示す基本構成図である。
【図２】本発明装置の演算部で２値化処理された画像を示す模式図である。
【図３】図２の汚泥粒子ａの粒径の計測方法を説明するための模式図である。
【図４】本発明装置の演算部において輝度レベルを０〜２００に設定し、大津の方法によって２値化処理された、輝度レベルと画素度数の関係を示すグラフである。
【図５】輝度レベルを０〜２５５に設定した状態で大津の方法によって２値化処理された、輝度レベルと画素度数の関係を示すグラフである。
【図６】汚泥粒径の計測値の経時変化を示すグラフである。
【図７】撮像部が撮影した汚泥相を示す模式図である。
【図８】  図７の画像を大津の方法で２値化処理した画像を示す。
【符号の説明】
１    反応槽
１ａ  反応槽１の底
２    配管
３    汚泥相
４    上澄み相
５    汚泥界面
６    撮像部
７    通信ケーブル
８    昇降手段
９    位置計測部
１０  演算部
１１  表示部
【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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