(57)【要約】【課題】  大量の土砂の中に僅かに含まれる標識された砂粒の割合を計測することが可能な砂の測定装置及び砂の測定方法を提供する。【解決手段】  この方法では、測定現場の砂を採取し、標識された砂を初期地点に配置する。所与の期間経過後に初期地点から離れた地点の砂を採取し、採取された砂を搬送しながら撮像する。撮像した画像から標識された砂をカウントする。記撮像は、異なる透過波長帯域を有する２つのフィルタをそれぞれ透過した砂の像を同時に測定することによって行われ、それぞれのフィルタを透過した画像を第１画像及び第２画像とすると、第１画像内の画素の強度と、第２画像内の画素の強度の比率が、所定値以上の場合に、その画素が標識された砂粒からの光を受光しているものと判別する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
標識された砂粒を含有する砂の測定装置において、
砂を搬送する搬送手段と、
前記搬送手段によって搬送中の砂を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された砂の画像から、標識された砂粒を判別してカウントする演算手段と、
を備えることを特徴とする砂の測定装置。
【請求項２】
前記撮像手段は、
第１の透過波長帯域を有する第１フィルタと、
前記第１フィルタと異なる第２の透過波長帯域を有する第２フィルタと、
前記第１フィルタを透過した搬送中の特定領域内の砂の画像を撮像する第１カメラと、
前記第２フィルタを透過した搬送中の前記特定領域内の砂の画像を、前記第１カメラと同時に撮像する第２カメラと、
を備えており、
前記演算手段は、
前記第１カメラから出力された第１画像内の画素の強度と、前記第２カメラから出力された第２画像内の画素の強度の比率が、所定値以上の場合に、その画素が標識された砂粒からの光を受光しているものと判別する、
ことを特徴とする請求項１に記載の砂の測定装置。
【請求項３】
前記演算手段は、
前記撮像手段によって撮像され前記強度の比率が演算された画素群からなる１フレーム画像内において、前記所定値以上の画素が連続している場合、連続している画素の分布する領域の画素数を、標識された砂粒の大きさの指標として計測し、砂粒の大きさ毎の砂粒の数をカウントし、更に、前記撮像手段によって撮像された複数フレームの画像に含まれる砂粒の大きさ毎の砂粒の数を積算して出力する、
ことを特徴とする請求項２に記載の砂の測定装置。
【請求項４】
前記搬送手段は、
砂搬送方向に平行に延びた一対の側壁を有し砂を搬送するベルトコンベアと、
前記ベルトコンベア上に砂を流入させる砂供給手段と、
を備え、
前記ベルトコンベア上に前記砂供給手段から単位時間に流入する砂の見かけ体積Ｖ、砂粒の平均粒径Ｄ、前記ベルトコンベアが単位時間に進む移動量Ｌ、及び一対の前記側壁の間の距離Ｗは、Ｗ×Ｌ×Ｄ＜Ｖなる関係式を満たしていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の砂の測定装置。
【請求項５】
前記搬送手段は、
前記ベルトコンベアの表面から離隔した平面状の底面と、前記ベルトコンベアの搬送方向とは逆側に向かって幅が狭くなった凸部とを有する第１平坦化部材を備え、前記第１平坦化部材と前記側壁との間には隙間が存在することを特徴とする請求項４に記載の砂の測定装置。
【請求項６】
前記搬送手段は、
前記第１平坦化部材の前記ベルトコンベアの搬送方向側に配置され、前記ベルトコンベアの表面から離隔した弾性体からなるヘラ状の第２平坦化部材を更に備えていることを特徴とする請求項５に記載の砂の測定装置。
【請求項７】
前記砂供給手段は、
底部に砂出力口を有する容器と、
前記砂出力口内から延びて前記ベルトコンベア上に砂を排出するスクリューコンベアと、
を備え、
前記スクリューコンベアのスクリューのブレードに刷毛が取り付けられている、
ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の砂の測定装置。
【請求項８】
前記搬送手段は、
前記ベルトコンベアで搬送された砂を、前記砂供給手段内に帰還させる砂運搬装置を備えていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の砂の測定装置。
【請求項９】
測定現場の砂を採取する第１工程と、
標識された砂を初期地点に配置する第２工程と、
所与の期間経過後に初期地点から離れた地点の砂を採取する３工程と、
前記第３工程で採取された砂を搬送しながら撮像する第４工程と、
撮像した画像から標識された砂をカウントする第５工程と、
を備えることを特徴とする砂の測定方法。
【請求項１０】
前記第４工程の前記撮像は、異なる透過波長帯域を有する２つのフィルタをそれぞれ透過した砂の像を同時に測定することによって行われ、
それぞれのフィルタを透過した画像を第１画像及び第２画像とすると、前記第６工程では、前記第１画像内の画素の強度と、前記第２画像内の画素の強度の比率が、所定値以上の場合に、その画素が標識された砂粒からの光を受光しているものと判別する、
ことを特徴とする請求項９に記載の砂の測定方法。
【請求項１１】
撮像され前記強度の比率が演算された画素群からなる１フレーム画像内において、前記所定値以上の画素が連続している場合、連続している画素の分布する領域の画素数を、標識された砂粒の大きさの指標として計測し、砂粒の大きさ毎の砂粒の数をカウントし、更に、撮像された複数フレームの画像に含まれる砂粒の大きさ毎の砂粒の数を積算して出力することを特徴とする請求項１０に記載の砂の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砂の測定装置及び砂の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の土木工事をする際に、土砂の移動を精密に測定し、測定結果を考慮して、最適な土木設計を行うことが行われようとしている。また、土木工事後に土砂の移動を測定し、土木工事の検証に役立てることもできる。純粋に科学的な調査を目的として、土砂の移動を測定することは、海岸線や河岸線或いは砂丘の経年的な変化を予測することにも役立てることが可能である。日本国内における土木工事技術は世界的にも進んでいるが、土砂の移動を精密に測定することができれば、日本国内のみならず、他の土木工事が必要とされる国において、更に先進的で効率的な工事や研究を行うことができるものと期待されている。海岸の浸食状態や、養浜後の土砂の流出状態を把握するためには、砂移動の計測法（モニタリング）の活用が期待されている。このような計測方法として、（１）現地砂の物理・化学分析による砂移動の計測、（２）カラーサンドや蛍光砂をトレーサに用いた砂移動の計測が考えられる。
【０００３】
土砂の移動を計測するには、標識を付けた土砂を特定の地点に配置し、所定期間の経過後に、この地点から離れた複数の計測地点の土砂を採集し、各計測地点の土砂を分析して、その土砂中に含まれる標識された砂粒の数をカウントする。各計測地点のカウント数や砂粒の寸法が分かれば、特定の初期地点からどのような寸法の砂粒が、どのように拡散して移動したのかが判明するはずである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、海岸などに存在する砂粒の数は膨大であり、その中に僅かに存在する標識された砂を正確にカウントするのは、不可能であるか、可能であっても、大量の作業者を必要とする。従来、大量の土砂に含まれる砂粒を精密に測定することは、行われていなかった。本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、大量の土砂の中に僅かに含まれる標識された砂粒の割合を計測することが可能な砂の測定装置及び砂の測定方法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】
【０００５】
上述の課題を解決するため、本発明に係る砂の測定装置は、標識された砂粒を含有する砂の測定装置において、砂を搬送する搬送手段と、搬送手段によって搬送中の砂を撮像する撮像手段と、撮像手段によって撮像された砂の画像から、標識された砂粒を判別してカウントする演算手段とを備えることを特徴とする。なお、「砂」は「砂粒」の集合体を意味するものとする。標識の手法としては、顔料や蛍光塗料によって砂粒の表面を塗装する方法がある。
【０００６】
標識された砂粒は、そうでない周囲の砂粒とは異なる拡散反射光スペクトルを有している。したがって、撮像手段によって撮像された画像内において、標識された砂粒を示す画素群は、周囲の砂を示す画素群とは区別しうる。したがって、演算手段は標識された砂粒を判別して、これをカウントする。
【０００７】
１フレームの画像内に含まれる全ての砂粒の総数は、これらを画素に換算すると画像内の画素数であるため、１フレーム内の総画素数内において、標識された砂粒の画素数の占める割合が判明する。これは間接的には、測定対象となる砂に含まれる標識された砂粒の割合を概ね示している。また、画像中の砂粒は、複数の画素によって示されるものとすると、複数個の画素から構成される砂粒の１フレーム内の数は、１フレーム内の総砂粒数に対してある割合を占めている。すなわち、総砂粒数に対する標識された砂粒数の割合が判明する。なお、総砂粒数は、１フレームの総画素数を１つの砂粒を構成する画素数で割ったときの値とすることができる。砂粒の大きさ（画素数換算値）としては、砂粒の大きさの平均値を用いることができる。
【０００８】
また、この割合は、複数のフレーム数Ｆにおいて検出した砂粒の総数Ｎを単位フレーム当たりの数に換算した値、すなわちＮ／Ｆ（個／フレーム）として取り扱うこともでき、１フレーム内に含まれる砂粒数を必要に応じてＮの値と置換することもできる。
【０００９】
このように、本発明では、測定対象の砂に含まれる砂粒の割合を概ね計測することが可能となる。
【００１０】
また、撮像手段は、第１の透過波長帯域を有する第１フィルタと、第１フィルタと異なる第２の透過波長帯域を有する第２フィルタと、第１フィルタを透過した搬送中の特定領域内の砂の画像を撮像する第１カメラと、第２フィルタを透過した搬送中の上記特定領域内の砂の画像を、第１カメラと同時に撮像する第２カメラとを備えており、演算手段は、第１カメラから出力された第１画像内の画素の強度と、第２カメラから出力された第２画像内の画素の強度の比率が、所定値以上の場合に、その画素が標識された砂粒からの光を受光しているものと判別することが好ましい。なお、画素の強度比率の算出においては、低い方の強度を分母にしておく。
【００１１】
標識された砂粒は、標識されていない砂粒とは拡散反射光スペクトルが異なる。したがって、異なる波長帯域で砂の撮像を行い、これらの画像を構成するそれぞれの対応画素の強度の比率が所定値以上の場合には、この画素が、標識された砂粒を示すものであると、正確に判別することができる。
【００１２】
また、演算手段は、撮像手段によって撮像され強度の比率が演算された画素群からなる１フレーム画像内において、所定値以上の画素が連続している場合、連続している画素の分布する領域の画素数を、標識された砂粒の大きさの指標として計測し、砂粒の大きさ毎の砂粒の数をカウントし、更に、撮像手段によって撮像された複数フレームの画像に含まれる砂粒の大きさ毎の砂粒の数を積算して出力することが好ましい。
【００１３】
すなわち、多量の砂に含まれる標識された砂粒の数は非常に少ない場合が多い。その数は１００万個当たり１個ということもあり得る。また、そのような状態で標識された砂粒の大きさが判明すれば、砂粒の大きさに応じた砂の拡散分布を解析することも可能となる。そこで、上述のように複数フレームの画像から得られる砂粒を大きさ毎に積算して出力することとした。測定データは、全ての砂粒を測定したデータでないため、真値に対してバラツキを有するものであるが、積算数を増加させるに従って、データは真値に近づくことになる。
【００１４】
また、測定データには、標識された砂粒と誤判定することによって生じる誤差も含まれるが、標識された砂粒を含まない砂の画像を同様に積算しておくことにより、誤差成分のカウント数は予め演算できるため、得られたカウント数から誤差成分のカウント数を減じることにより、データを真値に近づけることができる。
【００１５】
また、搬送手段は、砂搬送方向に平行に延びた一対の側壁を有し砂を搬送するベルトコンベアと、ベルトコンベア上に砂を流入させる砂供給手段とを備え、ベルトコンベア上に砂供給手段から単位時間に流入する砂の見かけ体積Ｖ、砂粒の平均粒径Ｄ、ベルトコンベアが単位時間に進む移動量Ｌ、及び一対の側壁の間の距離Ｗは、Ｗ×Ｌ×Ｄ＜Ｖなる関係式を満たしていることが好ましい。なお、見かけ体積（カサ体積）とは、砂で全て充填される大きさの容器の容積のことであり、砂の間の空隙も含んだ見かけ上の体積のことである。
【００１６】
上述の条件を満たす場合、側壁によって囲まれたベルトコンベア上の領域に１層以上の砂粒が積層するだけの砂が供給されている。すなわち、ベルトコンベア上に砂供給手段から流入した砂が、ベルトコンベア上において単層以上に積層する。この場合、ベルトコンベア上に砂粒が敷き詰められることになるため、標識された砂粒の全体に対する割合を正確に測定することが可能となる。
【００１７】
上述のように砂粒を敷き詰めるため、砂を平坦にならす手段があることが好ましい。すなわち、搬送手段は、ベルトコンベアの表面から離隔した平面状の底面と、ベルトコンベアの搬送方向とは逆側に向かって幅が狭くなった凸部とを有する第１平坦化部材を備え、第１平坦化部材と上記側壁との間には隙間が存在することが好ましい。
【００１８】
この場合、搬送に伴って、第１平坦化部材の先頭側（凸部先端）から当該凸部に砂が衝突してくるが、この砂は、一部が第１平坦化部材の底面とベルトコンベアの表面との間の空間に潜り込み、残りが凸部によって幅方向にかき分けられながら、やはり第１平坦化部材の底面とベルトコンベアの表面との間の空間に潜り込んで平坦化される。更に余った砂は、ベルトコンベアの側壁と第１平坦化部材との間の隙間を通って搬送されるので、ベルトコンベアから砂が溢れることがない。
【００１９】
また、搬送手段は、第１平坦化部材のベルトコンベアの搬送方向側に配置され、ベルトコンベアの表面から離隔した弾性体からなるヘラ状の第２平坦化部材を更に備えていることが好ましい。
【００２０】
第１平坦化部材によって平坦化された砂は、第２平坦化部材によって更に平坦化される。すなわち、第２平坦化部材の形状は、ゴムなどの弾性体からなるヘラ状であり、搬送に伴って、この弾性体が砂の表面を掃くことで、第１平坦化部材によって与えられた圧力によって若干押し込められた砂を、自然な状態で分散させ、また、砂の平坦度を更に高くする。
更に、砂供給手段は、底部に砂出力口を有する容器と、砂出力口内から延びてベルトコンベア上に砂を排出するスクリューコンベアと、を備え、スクリューコンベアのスクリューのブレードに刷毛が取り付けられていることが好ましい。
【００２１】
ベルトコンベア上に砂を積層する場合には、砂が十分に攪拌されていないと更に正確な測定ができない。すなわち、標識された砂が、砂の積層によって撮像できない位置に常に埋もれている確率が高くなると、測定データが正確ではなくなる可能性がある。そこで、上記では、スクリューコンベアで砂を搬送することで、砂粒を攪拌し、より正確なデータが得られるようにしている。なお、撮像回数が複数に及ぶ場合には、通常のスクリューブレードで何度も搬送しているうちに、ブレードの表面で砂自体の表面が削られる。すなわち、砂の大きさなどの測定対象の状態が変化し、正確な測定ができなくなる。そこで、ブレードに刷毛を取付け、この刷毛が砂に当たるようにしたので、砂粒の磨耗が低減され、正確な測定が可能となる。
【００２２】
更に、搬送手段は、ベルトコンベアで搬送された砂を、砂供給手段内に帰還させる砂運．搬装置を備えていることが好ましい。砂運搬装置があると、一度撮像した後の砂を砂運搬装置が砂供給手段内に運搬することができるため、何度も砂を撮像し、測定精度を向上させることができる。
【００２３】
もちろん、ベルトコンベアは環状に延びていることとしてもよい。ベルトコンベアが環状に搬送されると、一度撮像された砂も、ベルトコンベアが環状に移動することで、同じ位置に帰ってくるため、もう一度、撮像することができる。この撮像は、必要な回数だけ繰り返すことができる。
【００２４】
また、本発明に係る砂の測定方法は、測定現場の砂を採取する第１工程と、標識された砂を初期地点に配置する第２工程と、所与の期間経過後に初期地点から離れた地点の砂を採取する３工程と、第３工程で採取された砂を搬送しながら撮像する第４工程と、撮像した画像から標識された砂をカウントする第５工程と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
環境アセスメントや土木建築工事の調査のため、砂の挙動を計測する場合、測定現場の砂を採取し、標識をつけ、基準となる初期地点に標識された砂を配置する。例えば１ヶ月後などの予め決めておいた期間の経過後、初期地点から離れた地点の砂を採取して撮像し、標識された砂のカウントを行うと、砂の拡散の状態がわかる。
【００２６】
また、第４工程の撮像は、異なる透過波長帯域を有する２つのフィルタをそれぞれ透過した砂の像を同時に測定することによって行われ、それぞれのフィルタを透過した画像を第１画像及び第２画像とすると、第５工程では、第１画像内の画素の強度と、第２画像内の画素の強度の比率が、所定値以上の場合に、その画素が標識された砂粒からの光を受光しているものと判別することが好ましい。
【００２７】
この場合、標識された砂粒は、標識されていない砂粒とはスペクトルが異なるため、第１画像及び第２画像を構成するそれぞれの対応画素の強度の比率が所定値以上の場合には、この画素が、標識された砂粒を示すものとすることができ、正確に判別することができる。
【００２８】
また、本発明に係る砂の測定方法では、撮像され前記強度の比率が演算された画素群からなる１フレーム画像内において、前記所定値以上の画素が連続している場合、連続している画素の分布する領域の画素数を、標識された砂粒の大きさの指標として計測し、砂粒の大きさ毎の砂粒の数をカウントし、更に、撮像された複数フレームの画像に含まれる砂粒の大きさ毎の砂粒の数を積算して出力することが好ましい。
【００２９】
標識された砂粒の大きさが判明すれば、砂粒の大きさに応じた砂の拡散分布を解析することも可能となる。また、測定データは、全ての砂粒を測定したデータでないため、真値に対してバラツキを有するものであるが、積算数を増加させるに従って、データは真値に近づくことになる。なお、標識された砂を得るため、上述の測定方法は、砂に標識をする工程を更に備えることとしてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る砂の測定装置および測定方法によれば、標識された砂粒の割合を計測することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、実施の形態に係る砂の測定装置及び測定方法について説明する。同一要素には同一符合を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００３２】
図１は、砂の測定装置のブロック図である。
【００３３】
この測定装置で測定される砂３は、標識された砂粒（以下、「標識砂粒」とする）を含有している。なお、「砂」は「砂粒」の集合体を意味するものとする。標識の手法としては、顔料や蛍光塗料によって砂粒の表面を塗装する方法があるが、以下では、赤色や青色の顔料を用いて塗装された色砂の例について説明する。
【００３４】
砂３は、砂ホッパ（砂供給手段）１から落下し、ベルトコンベア２上に排出される。ベルトコンベア２は、ベルトコンベア２のベルトに係合したモータ２０及びを回転させることにより、移動する。ベルトコンベア２のベルトは１つ以上の搬送ローラ２１の外表面上を移動する。ベルトコンベア２は搬送装置（搬送手段）の一部であり、砂３を搬送する。ベルトコンベア２上を搬送中の砂３は、デジタルビデオカメラからなるカメラ５，６を含む撮像装置（撮像手段）によって撮像される。
【００３５】
カメラ５，６は、ベルトコンベア２上の同一撮像領域内の砂３を同時に撮像する。カメラ５は、第１透過波長帯域λ１を有するフィルタＦＬ１を透過した砂の画像（第１画像）を取得し、カメラ６は、第２透過波長帯域λ２を有するフィルタＦＬ２を透過した砂の画像（第２画像）を取得する。この撮像装置によって撮像された同一撮像領域内の砂３の第１及び第２画像は、画像処理装置９に入力される。画像処理装置９は、対応する画素毎に輝度の比率を演算し、演算結果としての合成画像（各画素が輝度比率を示す値を有する）をコンピュータ１１に出力する。なお、画像処理回路９は、コンピュータ１１に内蔵することとしてもよい。
【００３６】
また、撮像された砂３は、砂受けカップなどの砂受取装置４上に落下する。
【００３７】
コンピュータ（演算手段）１１は、上記合成画像内において、所定値以上の値を有する画素を標識砂粒の画像であると判定し、このように標識砂粒を判別して、その数をカウントし、カウントした結果を標識砂粒の大きさ毎にモニタ１０に表示する。
【００３８】
撮像装置について詳説すると、ベルトコンベア２の表面に垂直な直線上には撮影レンズＬＳの光軸が位置しており、撮影レンズＬＳの後段にはプリズムなどからなるハーフミラーＨＭが配置され、ハーフミラーＨＭの透過光がフィルタＦＬ１を介してカメラ５に入射し、ハーフミラーＨＭの反射光がフィルタＦＬ２を介してカメラ６に入射する。カメラ５，６は同一の構造を有しているが、撮影レンズＬＳからの距離は異なる。すなわち、フィルタＦＬ１，ＦＬ２の透過波長帯域が異なるため、それぞれの透過光の結像位置が異なるため、カメラ５，６の位置をそれぞれの透過光の結像位置に合わせている。
【００３９】
なお、カメラ５，６の光軸は、ハーフミラーＨＭの表面に対して４５度の角度を成しており、互いに直交している。カメラ６は三次元移動ステージに固定されており、このステージは光軸の回転方向にも移動させることができる。撮像レンズＬＳとしては、ペンタックス株式会社製のＦＡ６４５，４５ｍｍ，Ｆ２．８、光学バンドパスフィルタＦＬ１，ＦＬ２として、朝日分光株式会社製のフィルタ（透過波長帯域λ１＝４００〜５４０ｎｍ、λ２＝５８０〜７００ｎｍ）を用い、動体としての砂の計測用のカメラ５，６として、ソニー株式会社製のプログレッシブＶＧＡ、ＸＣ−ＨＲ５７を用いることができる。撮像レンズＬＳからベルトコンベア２の表面までの距離は約３０ｃｍである。
【００４０】
ＣＣＤを内蔵するカメラ５，６のシャッターを開けるタイミングに同期して、光源ＬＰ１，ＬＰ２が発光する。本例の光源ＬＰ１，ＬＰ２は、キセノンフラッシュランプからなり、光源ＬＰ１，ＬＰ２とベルトコンベア２の撮像領域との間に拡散板ＤＦ１，ＤＦ２がそれぞれ介在している。拡散板ＤＦ１、ＤＦ２は、光源ＬＰ１，ＬＰ２を内蔵したパネルストロボの光出射板であることが好ましい。この装置では、砂の状態が乱れないように、ベルトコンベア２が一定速度で連続移動しながら撮像を行うため、カメラ５，６のシャッタースピードは例えば１／４０００（秒）に設定されている。
【００４１】
タイミング回路７から撮像トリガー信号が、カメラ５，６及びランプ駆動回路８に入力されると、ランプ駆動回路８はストロボの駆動信号を出力し、カメラ５，６はシャッターを開ける。このときの画像取得のタイミングから僅かに遅延した時間の経過後に、画像処理回路９にカメラ５，６の取得画像が転送され、合成画像が演算される。演算された合成画像及び／又はその二値化処理画像は、画像処理回路９又はコンピュータ９内の記憶装置（図示せず）内に逐次格納される。なお、タイミング回路７は、コンピュータ１１から制御されている。
【００４２】
なお、撮像タイミングの間隔ｔＩＮＴＥＲＶＡＬは、撮像領域内の砂が全て撮像領域外へ移動するまでの期間よりも長く設定され、前回の砂の画像と、今回の砂の画像とが重ならないようにされている。すなわち、ベルトコンベア２上に設定されている撮像領域の搬送方向の距離をＬＩＭとし、ベルトコンベア２の搬送速度をＳＢＥＬＴとすると、ｔＩＮＴＥＲＶＡＬ＞ＬＩＭ／ＳＢＥＬＴを満たしている。
【００４３】
具体的には、ベルトコンベア２上の撮像領域の寸法を３ｃｍ×４ｃｍとし、この撮像領域内の範囲を連続して撮影しているものとする。この撮像領域の面積内の砂粒数は、粒径を０．０４ｃｍと仮定すると、約１万粒（但し表層の砂粒のみ）である。その際、ベルトコンベアが可動する方向で視野が重複しないように、カメラ５，６における撮像は、４フレーム／１秒で行われ、ベルトコンベア２の搬送速度は１６ｃｍ／秒以上に設定されている。
【００４４】
なお、測定前の砂は乾燥させておく。以下では、砂の乾燥方法について若干の説明をしておく。静岡県浜松市中田島砂丘の砂３リットルに、水０．５リットルを良く混ぜて乾燥ドラム内に導入し、これを５秒間当り１回の回転速度で回転させた。砂乾燥機の排気口の熱風温度は１２０℃であり、運転開始後３０分間の経過後、中田島砂丘の砂を評価すると、この砂は完全に乾燥していた。なお、水の量を０．６リットルに増加させた場合、３０分の乾燥後には砂が完全には乾燥しなかったが、４０分後には完全に乾燥した。なお、中田島砂丘の砂のカサ比重は約１．４４であり、３リットルの重量は４．３２ｋｇとなる。当初供給される砂は、このような乾燥した砂とする。
【００４５】
次に、合成画像の生成と標識砂粒のカウントについて説明する。
【００４６】
図２は、各種の砂からの反射スペクトルを示すグラフであり、横軸は波長λ（ｎｍ）、縦軸は反射光強度Ｒ（任意定数）を示している。
【００４７】
Ｄ０は、静岡県浜松市の中田島砂丘から採取した砂の反射スペクトルを示しており、Ｄ１は、この砂を赤色に塗装した赤砂の反射スペクトル、Ｄ２は、この砂を黄色に塗装した黄砂の反射スペクトル、Ｄ３は、この砂を緑色に塗装した緑砂の反射スペクトル、Ｄ４は、この砂を青色に塗装した青砂の反射スペクトルを示している。また、Ｄ５は、伊豆スコリア（溶岩石）の砂の反射スペクトル、Ｄ６は輝緑岩の砂の反射スペクトルを示している。
【００４８】
このように、Ｄ１〜Ｄ４で示される標識砂粒は、塗装前の中田島砂丘の砂とは異なる反射スペクトルを有している。ベルトコンベア上では、塗装してない中田島砂丘の砂に、標識砂粒が交じることになる。すなわち、塗装した中田島砂丘の砂粒の反射スペクトルは、この砂粒の周囲の砂粒とは異なる反射光スペクトルを有している。したがって、撮像装置によって撮像された画像内において、標識砂粒を示す画素群は、周囲の砂を示す画素群とは区別しうる。したがって、コンピュータ１１は、この標識砂粒を判別して、これをカウントしている。
【００４９】
本発明では、標識砂粒と、周囲の砂粒との比較が重要である。そこで、図２に示したグラフにおいて、Ｄ１〜Ｄ６で示される砂の各波長における強度を、この波長における中田島砂丘のデータＤ０の強度で除した値を、基準データＤ０を示す反射スペクトルに対する相対反射スペクトルとして求める。
【００５０】
図３（ａ）、図３（ｂ）は、相対反射スペクトルを示すグラフであり、図４は、各砂の反射スペクトルの最大値を与える波長（最大波長）、最小値を与える波長（最小波長）を示す表である。なお、最大値及び最小値は、同表に示すように、赤フィルタ、緑フィルタ又は青フィルタを用いたときに得ることができる。図３（ａ）は、青フィルタと赤フィルタを用いて判定を行う場合のグラフであり、図３（ｂ）は、緑フィルタと赤フィルタを用いて判定を行う場合のグラフである。図３（ａ）における赤フィルタの透過波長帯域λ１（ＲＥＤ）は、５６０ｎｍ〜７００ｎｍ、青フィルタの透過波長帯域λ２（ＢＬＵＥ）は４００ｎｍ〜５４０ｎｍである。図３（ｂ）における赤フィルタの透過波長帯域λ１（ＲＥＤ）は、５８０ｎｍ〜７００ｎｍ、緑フィルタの透過波長帯域λ２（ＧＲＥＥＮ）は４４０ｎｍ〜５６０ｎｍである。
【００５１】
なお、基準となる中田島砂丘の反射スペクトルの強度Ｒを１００（任意定数）とする。
【００５２】
また、最大値と最小値の比を同表の右端に示す。
【００５３】
赤砂（Ｄ１）の反射スペクトルを測定した場合には、これらの比（最大値／最小値）＝１９８．４／４９．１＝４．０４が得られる。黄砂（Ｄ２）の反射スペクトルを測定した場合には、これらの比（最大値／最小値）＝１５１．３／４５．６＝３．３２が得られる。緑砂（Ｄ３）の反射スペクトルを測定した場合には、これらの比（最大値／最小値）＝９８．２／３６．８＝２．６７が得られる。青砂（Ｄ４）の反射スペクトルを測定した場合には、これらの比（最大値／最小値）＝２２６．３／４９．１＝４．６１が得られる。伊豆スコリア（Ｄ５）の反射スペクトルを測定した場合には、これらの比（最大値／最小値）＝６８．６／３１．５＝２．１８が得られる。輝緑砂（Ｄ６）の反射スペクトルを測定した場合には、これらの比（最大値／最小値）＝１２４．２／９９．６＝１．２５が得られる。なお、中田島砂丘の反射スペクトル強度は一定であるため、最大値／最小値＝１．００である。
【００５４】
このように、相対反射スペクトルの最大値と最小値の比率を取ることにより、各種類の砂の特性を判別することが可能となる。例えば、青砂（Ｄ４）を用い、中田島砂丘の砂に青砂を混ぜた場合には、閾値ＴＨを４に設定しておき、上記比率が４以上の値を有する砂粒を青砂と認定し、４未満の砂を中田島砂丘の砂（Ｄ０）と認定することも可能である。なお、上記の最大値と最小値は、それぞれ、最大値を含むフィルタの透過波長帯域内のスペクトル強度の積分値、最小値を含むフィルタの透過波長帯域内のスペクトル強度の積分値とすることができる。このように波長帯域を広く設定することで、受光光量を増加させ、測定精度を向上させることができる。
【００５５】
なお、同表に示されるように、青系の砂を用いると、中田島砂丘の砂に対して高い比率（判別率）を得ることができる。続いて、赤系、黄系、緑系の順番に高い比率を有する。
第１画像における座標（ｘ，ｙ）における各画素の強度をＩ１（ｘ，ｙ）とし、第２画像における座標（ｘ，ｙ）における各画素の強度をＩ２（ｘ，ｙ）とすると、合成画像の座標（ｘ，ｙ）における各画素の値Ｃ（ｘ，ｙ）＝Ｉ１／Ｉ２（ｘ，ｙ）であり、Ｉ１＞Ｉ２である。Ｃ（ｘ，ｙ）≧ＴＨを満たす場合には標識砂粒からの光であると認定し、Ｃ（ｘ，ｙ）＜ＴＨを満たす場合には、標識していない周囲の砂粒からの光であると認定する。すなわち、本実施形態では、画像処理回路又はコンピュータにおいて、判別閾値ＴＨを基準として、上記比の値からなる合成画像を二値化処理する。
【００５６】
二値化処理画像は、砂粒のみからの光を特定的に示している。１フレームの画像内に含まれる全ての砂粒の総数は、これらを画素に換算すると、画像内の総画素数である。したがって、１フレーム内の標識砂粒の占める画素数を１フレーム内の総画素数で除すると、標識砂粒の画素数の占める割合が判明する。
【００５７】
これは間接的には、測定対象となる砂に含まれる標識砂粒の割合を概ね示している。また、画像中の砂粒は、複数の画素によって示されており、複数個の画素から構成される砂粒の１フレーム内の数は、１フレーム内の総砂粒数に対してある割合を占めている。すなわち、総砂粒数に対する標識砂粒数の割合が判明する。なお、総砂粒数は、１フレームの総画素数を１つの砂粒を構成する画素数で割ったときの値とすることができる。砂粒の大きさ（画素数換算値）としては、砂粒の大きさの平均値を用いることができる。この平均値は予め求めておいてもよいが、最終的に測定された標識砂粒の大きさの平均をとることによって求めることもできる。
【００５８】
また、この割合は、複数のフレーム数Ｆにおいて検出した砂粒の総数Ｎを単位フレーム当たりの数に換算した値、すなわちＮ／Ｆ（個／フレーム）として取り扱うこともでき、１フレーム内に含まれる砂粒数を必要に応じてＮの値と置換することもできる。このように、上述の測定手法によれば、測定対象の砂に含まれる砂粒の割合を概ね計測することが可能となる。
【００５９】
また、撮像装置は、第１の透過波長帯域を有する第１フィルタＦＬ１と、第１フィルタＦＬ１と異なる第２（又は第３）の透過波長帯域を有する第２フィルタＦＬ２と、第１フィルタＦＬ１を透過した搬送中の特定領域内の砂の画像を撮像する第１カメラ５と、第２フィルタＦＬ２を透過した搬送中の上記特定領域内の砂の画像を、第１カメラ５と同時に撮像する第２カメラ６とを備えており、コンピュータ１１は、第１カメラ５から出力された第１画像内の画素の強度Ｉ１（ｘ，ｙ）と、第２カメラ６から出力された第２画像内の画素の強度Ｉ２（ｘ，ｙ）の比率Ｃ（ｘ，ｙ）が、所定値以上の場合に（Ｃ（ｘ，ｙ）≧ＴＨ）、その画素が標識砂粒からの光を受光しているものと判別する。なお、画素の強度比率の算出においては、低い方の強度Ｉ２を分母にしておく。
【００６０】
なお、上記強度Ｉ１，Ｉ２は、周囲の砂の反射光スペクトルに対する相対反射スペクトルの強度Ｉ１（＝ｉ１（λＭＡＸ）／ｉ０（λＭＡＸ））、Ｉ２（＝ｉ２（λＭＩＮ）／ｉ０（λＭＩＮ））である。ｉ１（λＭＡＸ）は、最大波長λＭＡＸにおける標識砂粒からの反射スペクトル強度（相対値への変換前の生データ）、ｉ０（λＭＡＸ）は、最大波長λＭＡＸにおける周囲の砂（中田島砂丘の砂）からの反射スペクトル強度（相対値への変換前の生データ）、ｉ２（λＭＩＮ）は、最小波長λＭＩＮにおける標識砂粒からの反射スペクトル強度（相対値への変換前の生データ）、ｉ０（λＭＩＮ）は、最小波長λＭＩＮにおける周囲の砂（中田島砂丘の砂）からの反射スペクトル強度（相対値への変換前の生データ）である。なお、この生データは、１６チャンネルのリニア光電子増倍管（短冊状のカソードが直線的に１〜１６チャンネル分並んでおり、チャンネルごとに４００〜７００ｎｍまで２０ｎｍおきの干渉フィルタが取り付けられている光電子増倍管）を用いて取得したものである。
【００６１】
すなわち、Ｃ（ｘ，ｙ）＝Ｉ１／Ｉ２（ｘ，ｙ）＝［（ｉ１（λＭＡＸ）／ｉ０（λＭＡＸ））／（ｉ２（λＭＩＮ）／ｉ０（λＭＩＮ））］（ｘ，ｙ）である。
【００６２】
なお、最大波長λＭＡＸは、対応するフィルタを透過したスペクトルの最大値を与える波長を中心波長とする波長帯域とし、最大波長λＭＩＮは、対応するフィルタを透過したスペクトルの最小値を与える波長を中心波長とする波長帯域とする。すなわち、上記強度Ｉ１、Ｉ２、ｉ１（λＭＡＸ）、ｉ０（λＭＡＸ）、ｉ２（λＭＩＮ）、ｉ０（λＭＩＮ）は、各波長帯域におけるスペクトル強度の積算値を意味する。
【００６３】
上述のように、標識砂粒は、標識されていない砂粒とはスペクトルが異なるため、異なる波長帯域で砂の撮像を行い、これらの画像を構成するそれぞれの対応画素の強度の比率が所定値以上の場合には、この画素が、標識砂粒を示すものであるとすると、標識砂粒を正確に判別することができる。
【００６４】
次に、上述の測定装置の詳細な構造について説明する。
【００６５】
図５は、砂の測定装置の斜視図である。
【００６６】
パネルストロボを構成する光源ＬＰ１，ＬＰ２は、撮像領域ＩＭを臨むように配置されている。これらのパネルストロボは、支持フレーム（ラック）１００の側面から延びたアーム１０１，１０２に固定されている。ベルトコンベア２の終点の下部には、砂受取装置４としての第２のベルトコンベアが配置されており、第２のベルトコンベアは表面から立設した搬送ブレード４ａを有する。第２のベルトコンベア上に落下した砂は、その表面と搬送ブレード４ａの側面によって支持された状態で、砂を斜め上方に搬送し、搬送の終点において、第３のベルトコンベア１０３の表面上に、砂を落下させる。
【００６７】
第３のベルトコンベア１０３には、その表面から立設した搬送ブレード１０３ａが設けられており、第３のベルトコンベア１０３上に落下した砂は、第３のベルトコンベア１０３の表面と搬送ブレード１０３ａの側面で支持された状態で、斜め上方へ搬送される。第３のベルトコンベア１０３ａの搬送の終点の下部には、第４のベルトコンベア１０４が配置されており、第３のベルトコンベア１０３から落下した砂は、第４のベルトコンベア１０４の表面上に落下する。
【００６８】
第４のベルトコンベア１０４は、その上の砂を水平方向に搬送するが、その終点の下部には砂供給手段としての砂ホッパ１が配置されており、第４のベルトコンベア１０４から落下した砂は、砂ホッパ１の開口内に入る。砂ホッパ１の下部には砂攪拌装置ＳＤＦが取り付けられており、砂攪拌装置ＳＤＦは、砂ホッパ１の下部に位置する砂出力口から排出された砂を攪拌して水平方向に搬送し、その下部に位置する砂排出口から、ベルトコンベア２の表面上に、その排出量が周期的に変動するように、排出する。
【００６９】
このように、搬送手段は、ベルトコンベア２で搬送された砂３を、砂ホッパ１内に帰還させる砂運搬装置４，１０３，１０４を備えている。砂運搬装置があると、一度撮像した後の砂３を砂運搬装置が砂ホッパ１内に運搬することができるため、何度も砂３を撮像し、測定精度を向上させることができる。
【００７０】
なお、各ベルトコンベアの終点近傍には、砂の飛散等を抑制するための整形板１０５等が設けられ、各ベルトコンベアを包囲している。
【００７１】
第１のベルトコンベア２において、砂ホッパ１と撮像領域ＩＭとの間には、第１平坦化部材１１０と、第２平坦化部材１１１が設けられている。撮像領域ＩＭの鉛直上方には撮像レンズＬＳが位置しており、図１に示したハーフミラーＨＭ、フィルタＦＬ１，ＦＬ２、カメラ５，６、タイミング回路７、ランプ駆動回路８、画像処理回路９を内蔵した撮像装置ＩＰＤが支持フレーム１００の中央の棚上に固定されている。また、各種ベルトコンベアは、複数の支持脚２００によって支えられている。
【００７２】
図１に示した画像処理回路９からの信号が入力されるコンピュータ１１は、制御塔（ラック）３００内に配置されている。制御塔３００内には、モニタ１０の他、ベルトコンベアや撮像装置の制御ボタンを備えた制御パネル１２、キーボードなどの入力装置１３が配置されている。制御パネル１２には、ホッパと計測用のベルトコンベアの運転と停止、スピードを制御するボタンが配置されている。すなわち、制御パネル１２には、運転モードの切替スイッチ（自動運転、試験運転）、自動運転モードにおける運転と停止、砂供給と回収のスイッチ、試験運転モードにおけるホッパとベルトコンベアの運転と停止切替スイッチ、これらのスピードの調整つまみ等を設けることができる。
【００７３】
図６は、砂攪拌装置ＳＤＦを一部破断して示す砂攪拌装置近傍部分の斜視図である。
【００７４】
砂供給手段を構成する砂ホッパ１を構成する垂直断面が逆さ台形の容器の下部には、水平方向に交差する側面が開口した砂出力口１Ｅが設けられており、砂出力口１Ｅには、攪拌装置ＳＤＦを構成するスクリューコンベアの筒体１Ａが連続して固定されている。筒体１Ａはベルトコンベア２の搬送方向ＴＤに沿って延びており、その中心軸Ｘに沿ってスクリュー軸１Ｓが延びている。スクリュー軸１Ｓの周囲にはスクリューブレード１Ｂが螺旋状に設けられており、ブレード１Ｂの先端部には刷毛１Ｆが取り付けられている。
【００７５】
このように、砂供給手段は、底部に砂出力口１Ｅを有する砂ホッパ（容器）１と、砂出力口１Ｅ内から延びてベルトコンベア２上に砂を排出するスクリューコンベアＳＤＦと、を備えており、スクリューコンベアＳＤＦのスクリューのブレード１Ｂに刷毛１Ｆが取り付けられている。
【００７６】
ベルトコンベア２上に砂３を積層する場合には、砂３が十分に攪拌されていないと更に正確な測定ができない。すなわち、標識された砂が、砂の積層によって撮像できない位置に常に埋もれている確率が高くなると、測定データが正確ではなくなる可能性がある。そこで、本例では、スクリューコンベアＳＤＦで砂３を搬送することで、砂粒を攪拌し、より正確なデータが得られるようにしている。なお、撮像回数が複数に及ぶ場合には、通常のスクリューブレード１Ｂで何度も砂を搬送しているうちに、ブレード１Ｂの表面で砂自体の表面が削られる。すなわち、砂の大きさなどの測定対象の状態が変化し、正確な測定ができなくなる。そこで、ブレード１Ｂに刷毛１Ｆを取付け、この刷毛１Ｆが砂に当たるようにしたので、砂粒の磨耗が低減され、正確な測定が可能となる。
【００７７】
筒体１Ａの終端部は開口しており、ブレード１Ｂの回転によって間欠的に砂３がベルトコンベア２の表面上に排出される。
【００７８】
図７は、平坦化部材１１０，１１１の近傍のベルトコンベアの平面図であり、図８は図７に示した装置のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢印断面図である。
【００７９】
砂の流れＦ３は、搬送方向ＴＤと概ね同一であるが、第１平坦化部材１１０に砂が衝突すると、砂が平坦化され、第２平坦化部材１１１に砂が衝突すると、更に平坦化される。第１平坦化部材１１０は、支持部材１１０Ａに固定されており、支持部材１１０Ａの幅方向両端は、ベルトコンベア２の幅方向の両端部に併設された固定部材Ｓ１，Ｓ２にそれぞれ固定されている。また、第２平坦化部材１１１は、支持部材１１１Ａに固定されており、支持部材１１１Ａの幅方向両端は、固定部材Ｓ１，Ｓ２にそれぞれ固定されている。
【００８０】
第１平坦化部材１１０の形状は、船の舳先のような形状をしており、搬送方向ＴＤとは逆側に突出している。
【００８１】
すなわち、ベルトコンベア２上には、測定精度の観点から、砂粒を敷き詰めることが好ましいが、かかる敷き詰めを実行するために砂を平坦にするのが好ましい。すなわち、搬送手段は、第１平坦化部材１１０を備えているが、第１平坦化部材１１０は、ベルトコンベア２の表面から距離ｄ１だけ離隔した平面状の底面１１０Ｂと、ベルトコンベア２の搬送方向ＴＤとは逆側に向かって幅が狭くなった凸部１１０Ｐとを有している。また、第１平坦化部材１１０とベルトコンベア２の幅方向の両端に位置する側壁２Ｗとの間には隙間が存在している。
【００８２】
この場合、搬送に伴って、第１平坦化部材１１０の先頭側（凸部１１０Ｐの先端）から当該凸部１１０Ｐに砂が衝突してくるが、この砂３は、一部が第１平坦化部材１１０の底面１１０Ｂとベルトコンベア２の表面との間の空間に潜り込み（図９参照）、残りが凸部１１０Ｐによって幅方向にかき分けられながら、やはり第１平坦化部材１１０の底面１１０Ｂとベルトコンベア２の表面との間の空間に潜り込んで平坦化される。更に余った砂は、ベルトコンベア２の側壁２Ｗと第１平坦化部材１１０との間の隙間Ｇ１を通って搬送されるので、ベルトコンベア２から砂が溢れることがない。
【００８３】
また、搬送手段は、第１平坦化部材１１０のベルトコンベア２の搬送方向ＴＤ側に配置され、ベルトコンベア２の表面から距離ｄ２だけ離隔した弾性体からなるヘラ状の第２平坦化部材１１１を更に備えている。ｄ１＞ｄ２であり、本例ではｄ２＝２ｍｍに設定する。第１平坦化部材１１０によって平坦化された砂３は、第２平坦化部材１１１によって更に平坦化される。すなわち、第２平坦化部材１１１の形状は、ゴムなどの弾性体からなるヘラ状であり、搬送に伴って、この弾性体の底面１１１Ｂが砂３の表面を弾性的に掃くことで、第１平坦化部材１１０によって与えられた圧力によって若干押し込められた砂３を、自然な状態で分散させ、また、砂３の平坦度を更に高くする。第２平坦化部材１１１の形状は長方形の板状であり、その一側面がベルトコンベア２の表面に平行に配置されている。なお、第２平坦化部材１１１と側壁２Ｗとの間にも隙間Ｇ２が設けられており、最終的に余った砂はこの隙間Ｇ２を通って撮像領域ＩＭ側へ流れていく。
【００８４】
次に、砂の導入量とベルトコンベア２の側壁構造について説明する。
【００８５】
図６に示したように、搬送手段としてのベルトコンベア２は、砂搬送方向ＴＤに平行に延びた一対の側壁２Ｗを有しており砂を搬送している。砂供給手段としての砂ホッパ１はベルトコンベア２上に砂を流入させるが、ベルトコンベア２上に砂ホッパ１（図６参照）から単位時間に流入する砂の見かけ体積Ｖ、砂粒の平均粒径Ｄ、ベルトコンベア２が単位時間に進む移動量Ｌ、及び一対の側壁の間の距離Ｗは、Ｗ×Ｌ×Ｄ＜Ｖなる関係式を満たしている。なお、見かけ体積（カサ体積）とは、砂で全て充填される大きさの容器の容積のことであり、砂の間の空隙も含んだ見かけ上の体積のことである。
【００８６】
上述の条件を満たす場合、側壁２Ｗによって囲まれたベルトコンベア２上の領域に１層以上の砂粒が積層するだけの砂３が供給されている。すなわち、ベルトコンベア２上に砂ホッパ１（スクリューコンベアＳＤＦ）から流入した砂３が、ベルトコンベア２上において単層以上に積層する。この場合、ベルトコンベア２上に砂粒が敷き詰められることになるため、標識砂粒の全体に対する割合を正確に測定することが可能となる。
【００８７】
ここで、合成画像に含まれる標識砂粒（又はその画素）数の積算について説明する。
【００８８】
多量の砂に含まれる標識砂粒の数は非常に少ないが、その標識砂粒の大きさが判明すれば、砂粒の大きさに応じた砂の拡散分布を解析することも可能となる。そこで、撮像装置では、複数フレームの画像を撮像し、これらの画像から得られる砂粒を大きさ毎に、合成画像に含まれる閾値以上の値を有する画素（又は複数画素からなる標識砂粒）数を積算して出力することとした。測定データは、全ての砂粒を測定したデータでないため、真値に対してバラツキを有するものであるが、積算数を増加させるに従って、データは真値に近づくことになる。
【００８９】
また、測定データには、標識砂粒と誤判定することによって生じる誤差も含まれるが、標識砂粒を含まない砂の画像を同様に積算しておくことにより、誤差成分のカウント数は予め演算できるため、得られたカウント数から誤差成分のカウント数を減じることにより、データを真値に近づけることができる。これらの演算はコンピュータ１１が行うことができる。
【００９０】
また、コンピュータ１１は、カメラ５，６によって撮像され強度の比率Ｃ（ｘ，ｙ）を演算した画素群からなる１フレームの合成画像内において、所定値以上の画素が連続している場合、連続している画素の分布する領域の画素数を、標識砂粒の大きさの指標として計測し、砂粒の大きさ毎の砂粒の数をカウントし、更に、撮像装置によって撮像された複数フレームの画像に含まれる砂粒の大きさ毎の砂粒の数を積算してモニタ１０に出力する。
【００９１】
ここで、中田島砂丘の砂について述べておく。中田島砂丘の粒子径は０．３〜０．５ｍｍの物が最も多いとされており、中田島砂丘の汀線付近で採集した砂をふるいに掛けて粒子径の分布を調べると、０．３〜０．５ｍｍの砂粒が９０％近くを占める。例えば、平均の粒子直径が０．０４ｃｍ（仮定）の砂１リットルを、８ｃｍ×０．２ｃｍの幅に均一に均すと、コンベアの長手方向Ｌ＝１．０００／８／０．２＝６２５ｃｍとなる。だが、この値は砂が隙間なく敷き詰められた状態の長さなので、実際は、隣り合う砂粒の隙間が生じるため、砂粒の間隙を考慮した長手方向Ｌは、真比重／カサ比重＝２．５／１．４４＝１．７４倍を掛けて、砂粒の間隙を考慮した長手方向Ｌ’＝６２５×１．７４＝１，０８８ｃｍとなる。
【００９２】
砂１リットルの総砂粒数は、砂粒が０．０４ｃｍの真球と仮定すると、その体積は、ｖ＝４／３×π（０．０２）の３乗＝０．００００３３ｃｍ３なので、１リットルの砂の総粒数Ｎ＝１，０００／０．００００３３＝約３，０００万粒となるが、ここでも砂のカサ比重／真比重＝１．４４／２．５＝０．５８を考慮すると、１リットルの砂粒数Ｎ１’＝３，０００万粒×０．５８＝１，７４０万粒、３リットルの砂粒数Ｎ３’＝９０００万粒×０．５８＝５，２２０万粒となる。
【００９３】
上述のように、砂粒の数は膨大である一方で、標識砂粒の量は少ない。
【００９４】
以下、実際に得られた標識砂粒の数のデータについて説明する。
【００９５】
まず、上述の測定装置において、撮像領域を３ｃｍ×４ｃｍに設定する。砂粒の粒径を０．０４ｃｍと仮定すると、約１万粒の砂が表層に存在することになる。１秒間に４フレームの撮像を行う。ベルトコンベア２の搬送速度は１６ｃｍ／秒以上である。
【００９６】
中田島砂丘を含めた遠州灘の砂は、主に、天竜川の土砂によって形成される。したがって、遠州灘の砂は、領家帯や四万十帯の鉱物は元より、秩父帯、三波川帯の鉱物も含まれ、様々な色の鉱物が混入している。
（青砂の測定）
【００９７】
まず、図４の青砂（青色の顔料で着色した中田島砂丘の砂）を測定するのと同じ条件で、着色前の中田島砂丘の砂を測定した（図１０）。図１０は、合成画像に含まれる閾値以上の値を有する画素の一群（＝標識砂粒）と、このような面積Ｓの標識砂粒の粒子数Ｎとを示すグラフである。青砂はサンプルには混入していないが、４０分間、１００００回の撮像を行って、青砂であると誤判定された砂粒が２個、バックグラウンドノイズとして確認された。すなわち、バックグラウンドノイズは０．０１ｃｐｆ（ｃｏｕｎｔ  ｐｅｒ  ｆｒａｍｅ：カウント／撮像視野）である。
【００９８】
まず、図４の赤砂（赤色の顔料で着色した中田島砂丘の砂）を測定するのと同じ条件で、着色前の中田島砂丘の砂を測定した（図１１）。図１１は、合成画像に含まれる閾値以上の値を有する画素の一群（＝標識砂粒）と、このような面積Ｓの標識砂粒の粒子数Ｎとを示すグラフである。赤砂はサンプルには混入していないが、４０分間、１００００回の撮像を行って、赤砂であると誤判定された砂粒が４個、バックグラウンドノイズとして確認された。すなわち、バックグラウンドノイズは０．０４ｃｐｆである。
【００９９】
次に、青色に着色された砂粒の検出効率は、天然砂１リットル（約１，４４０ｇ）に対して、約０．１４ｇ（約５００粒）の青色の砂粒（粒子径０．５ｍｍ以下）を混ぜて確認した。なお、厳密には追加した青色の砂粒を天然砂の重量に加えなければならないが、最大でも０．４２ｇと少ないため無視した。
【０１００】
図１２は、砂粒の面積Ｓ（画素数）と砂粒のカウント値Ｎの関係を示すグラフである。天然砂と青色の砂の比率は、１００００：１（重量比）である。このグラフから、大きさが５０画素よりも小さな砂が数百個分布していることが分かる。計測された砂粒の総数は１９１１個であり、計測回数は１００００回である。この場合、０．１９ｃｐｆの値が得られている。
【０１０１】
図１３は、砂粒の面積Ｓ（画素数）と砂粒のカウント値Ｎの関係を示すグラフである。天然砂と青色の砂の比率は、１００００：２（重量比）である。計測された砂粒の総数は３８８１個であり、計測回数は１００００回である。この場合、０．３９ｃｐｆの値が得られている。
【０１０２】
図１４は、砂粒の面積Ｓ（画素数）と砂粒のカウント値Ｎの関係を示すグラフである。天然砂と青色の砂の比率は、１００００：３（重量比）である。計測された砂粒の総数は５８５４個であり、計測回数は１００００回である。この場合、０．５９ｃｐｆの値が得られている。
【０１０３】
図１５は、青砂の濃度ＣＢＬＵＥ（ｐｐｍ）とカウント値Ｎの平均である平均カウント値ＮＡＶＥの関係を示すグラフである。平均カウント数は、青砂の濃度に対して略線形に変化していることがわかる。青砂の濃度（重量比）はその平均カウント値と相関がある。
（赤砂の測定）
【０１０４】
赤砂の検出では、天然の砂に含まれるバックグラウンドノイズの影響が無視出来ない。これは、赤砂と同様の拡散反射スペクトルを有する赤チャートが天然砂に比較的に多く含まれているからである。その上、広帯域で照明光を強く反射する長石等も混入しているためである。
【０１０５】
赤砂の検出効率も、天然砂１リットル（約１４４０ｇ）に約０．１４ｇ（約１２０粒）の赤砂（粒子径１ｍｍ）を混ぜて確認した。この時も、赤砂の重量を考慮せずに、無視した。
【０１０６】
図１６は、砂粒の面積Ｓ（画素数）と砂粒のカウント値Ｎの関係を示すグラフである。天然砂と赤色の砂の比率は、１００００：１（重量比）である。計測された砂粒の総数は５４６個であり、計測回数は１００００回である。この場合、０．０５ｃｐｆの値が得られている。
【０１０７】
図１７は、砂粒の面積Ｓ（画素数）と砂粒のカウント値Ｎの関係を示すグラフである。天然砂と赤色の砂の比率は、１００００：２（重量比）である。計測された砂粒の総数は７８８個であり、計測回数は１００００回である。この場合、０．０８ｃｐｆの値が得られている。
【０１０８】
図１８は、砂粒の面積Ｓ（画素数）と砂粒のカウント値Ｎの関係を示すグラフである。天然砂と赤色の砂の比率は、１００００：３（重量比）である。計測された砂粒の総数は９５７個であり、計測回数は１００００回である。この場合、０．１０ｃｐｆの値が得られている。
【０１０９】
図１９は、赤砂の濃度ＣＲＥＤ（ｐｐｍ）とカウント値Ｎの平均である平均カウント値ＮＡＶＥの関係を示すグラフである。平均カウント数は、赤砂の濃度に対して略線形に変化していることがわかる。赤砂の濃度（重量比）はその平均カウント値と相関がある。
【０１１０】
なお、上述の撮像時の光源の発光タイミングについて説明しておく。
【０１１１】
図２０は、各種信号のタイミングチャートである。
【０１１２】
光源駆動信号Ｓ１、ＣＣＤ起動トリガー信号Ｓ２、ＣＣＤシャッター開放信号Ｓ３、光源発光タイミングＳ４が示されている。
【０１１３】
まず、それぞれＣＣＤを内蔵するカメラ５，６において、ＣＣＤ起動トリガー信号Ｓ２が立ち上がると（時刻ｔ１）、ＣＣＤにおける撮像が開始される。トリガーは速やかにたち下がる（時刻ｔ２）。時刻ｔ１以降、ＣＣＤシャッターを開放し、続いて、光源駆動信号Ｓ１が立ち上がると（時刻ｔ３）、Ｓ４で示されるように光源駆動信号Ｓ１に同期して、光源が実際に発光し、撮像が行われる。しかる後、光源駆動信号Ｓ１が立ち下がり、光源が消灯した後（時刻ｔ４）、ＣＣＤシャッターが閉じる（時刻ｔ５）。以上のようにして、撮像が行われる。シャッター機能は、ＣＣＤが有していてもよいが、光源の発光期間が撮像期間を制限している。
【０１１４】
更に、上述の砂の測定方法について説明する。
【０１１５】
また、砂の測定方法は、測定現場の砂を採取する第１工程と、標識された砂を初期地点に配置する第２工程と、所与の期間経過後に初期地点から離れた地点の砂を採取する３工程と、第３工程で採取された砂を搬送しながら撮像する第４工程と、撮像した画像から標識された砂をカウントする第５工程とを備えている。
【０１１６】
環境アセスメントや土木建築工事の調査のため、砂の挙動を計測する場合、測定現場の砂を採取し、標識をつけ、基準となる初期地点に標識された砂を配置する。例えば１ヶ月後などの予め決めておいた期間の経過後、初期地点から離れた地点の砂を採取して撮像し、標識された砂のカウントを行うと、砂の拡散の状態がわかる。
【０１１７】
また、第４工程の撮像は、上述の測定装置を用い、異なる透過波長帯域を有する２つのフィルタＦＬ１，ＦＬ２をそれぞれ透過した砂の像を同時に測定することによって行われ、それぞれのフィルタＦＬ１，ＦＬ２を透過した画像を第１画像及び第２画像とすると、第５工程では、第１画像内の画素の強度と、第２画像内の画素の強度の比率が、所定値以上の場合に、その画素が標識砂粒からの光を受光しているものと判別する。
【０１１８】
この場合、標識砂粒は、標識されていない砂粒とはスペクトルが異なるため、第１画像及び第２画像を構成するそれぞれの対応画素の強度の比率が所定値以上の場合には、この画素が、標識砂粒を示すものとすることができ、正確に判別することができる。
また、本形態の砂の測定方法では、撮像され強度の比率が演算された画素群からなる１フレーム画像内において、上記所定値以上の画素が連続している場合、連続している画素の分布する領域の画素数を、標識砂粒の大きさの指標として計測し、砂粒の大きさ毎の砂粒の数をカウントし、更に、撮像された複数フレームの画像に含まれる砂粒の大きさ毎の砂粒の数を積算して出力する。
【０１１９】
標識砂粒の大きさが判明すれば、砂粒の大きさに応じた砂の拡散分布を解析することも可能となる。また、測定データは、全ての砂粒を測定したデータでないため、真値に対してバラツキを有するものであるが、積算数を増加させるに従って、データは真値に近づくことになる。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】砂の測定装置のブロック図である。
【図２】各種の砂からの反射スペクトルを示すグラフである。
【図３】相対反射スペクトルを示すグラフである。
【図４】各砂の反射スペクトルの最大値を与える波長（最大波長）、最小値を与える波長（最小波長）を示す表である。
【図５】砂の測定装置の斜視図である。
【図６】砂攪拌装置ＳＤＦを一部破断して示す砂攪拌装置近傍部分の斜視図である。
【図７】平坦化部材１１０，１１１の近傍のベルトコンベアの平面図である。
【図８】図７に示した装置のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢印断面図である。
【図９】砂を搬送中のベルトコンベアを示す図である。
【図１０】合成画像に含まれる閾値以上の値を有する画素の一群（＝標識砂粒）と面積Ｓの標識砂粒の粒子数Ｎとを示すグラフである。
【図１１】合成画像に含まれる閾値以上の値を有する画素の一群（＝標識砂粒）と面積Ｓの標識砂粒の粒子数Ｎとを示すグラフである。
【図１２】砂粒の面積Ｓ（画素数）と砂粒のカウント値Ｎの関係を示すグラフである。
【図１３】砂粒の面積Ｓ（画素数）と砂粒のカウント値Ｎの関係を示すグラフである。
【図１４】砂粒の面積Ｓ（画素数）と砂粒のカウント値Ｎの関係を示すグラフである。
【図１５】青砂の濃度ＣＢＬＵＥ（ｐｐｍ）と平均カウントＮＡＶＥの関係を示すグラフである。
【図１６】砂粒の面積Ｓ（画素数）と砂粒のカウント値Ｎの関係を示すグラフである。
【図１７】砂粒の面積Ｓ（画素数）と砂粒のカウント値Ｎの関係を示すグラフである。
【図１８】砂粒の面積Ｓ（画素数）と砂粒のカウント値Ｎの関係を示すグラフである。
【図１９】赤砂の濃度ＣＲＥＤ（ｐｐｍ）と平均カウントＮＡＶＥの関係を示すグラフである。
【図２０】各種信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１２１】
２・・・ベルトコンベア（搬送手段）、５，６・・・カメラ、ＦＬ１，ＦＬ２・・・フィルタ、１１・・・コンピュータ（演算手段）。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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