(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
魚道を遡上する魚が堰を飛び越える領域で側面から撮像する位置に設置されたカメラと、
カメラに撮像された画像から魚の通過する検知対象領域を抽出する手段と、
抽出された検知対象領域の画像を前処理した後所定の閾値で２値化するとともに抽出した領域の大きさが予め定義されている範囲の大きさを持つ検出物体を魚影として検出する手段と、
検出された魚影を計数し計数値を出力する手段と、
を備えたことを特徴とする魚道を遡上する魚類の数量計測装置。
【請求項２】
魚道を遡上する魚が堰を飛び越える領域で側面から撮像する位置に設置されたカメラと、
このカメラに撮像された画像を記録するビデオレコーダと、
このビデオレコーダに記録された画像を再生する再生機と、
この再生機により再生された画像から魚の通過する検知対象領域を抽出する手段と、
抽出された検知対象領域の画像を前処理した後所定の閾値で２値化するとともに抽出した領域の大きさが予め定義されている範囲の大きさを持つ検出物体を魚影として検出する手段と、
検出された魚影を計数し計数値を出力する手段と、
を備えたことを特徴とする魚道を遡上する魚類の数量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアユ等の魚類が魚道を遡上する際の数量を計測する計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川のダム等においては、自然環境保護、水生生物の維持保全を目的として、魚道が設けられており、水産資源確保等の立場から、この魚道における魚類（主にアユ）の遡上状況を確認するために、計数調査が行われている。この調査は、従来人による目視や捕獲などによる方法で行われている。調査の一例として、平成９年度に神奈川県の相模川で行われた調査によると、図８に示されるように、遡上は３月中旬から６月中旬までの間の４日間に集中し、しかも時間帯別では、１６時〜１８時の間に７０％以上が遡上していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
アユの場合は、このように一時的かつ集中して遡上が行われるため、遡上数を目視により計数することは、多大な労力と忍耐を要することになる。そのため機械的に遡上数を計数する方法の開発が強く要望されていた。そこで、本発明は、魚道を遡上する魚類の数量を自動的に計測することを課題とした。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、魚道を遡上する魚が堰を飛び越える領域で側面から撮像する位置に設置されたカメラと、カメラに撮像された画像から魚の通過する検知対象領域を抽出する手段と、抽出された検知対象領域の画像を前処理した後所定の閾値で２値化するとともに抽出した領域の大きさが予め定義されている範囲の大きさを持つ検出物体を魚影として検出する手段と、検出された魚影を計数し計数値を出力する手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００５】
請求項２の発明は、魚道を遡上する魚が堰を飛び越える領域で側面から撮像する位置に設置されたカメラと、このカメラに撮像された画像を記録するビデオレコーダと、このビデオレコーダに記録された画像を再生する再生機と、この再生機により再生された画像から魚の通過する検知対象領域を抽出する手段と、抽出された検知対象領域の画像を前処理した後所定の閾値で２値化するとともに抽出した領域の大きさが予め定義されている範囲の大きさを持つ検出物体を魚影として検出する手段と、検出された魚影を計数し計数値を出力する手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の概略構成を示す図である。図において、１は魚道部分に設置されるＩＴＶカメラであり、魚道を遡上する魚類が撮像され、その画像がビデオテープレコーダ２に入力されて録画される。現地で録画されたビデオテープ３は、取り出されて、画像処理装置４のところまで運ばれる。運ばれたビデオテープ３は、再生装置（図示せず）により再生されて、その画像信号が画像処理装置４に入力される。画像処理装置４は、再生された画像から魚の通過する検知対象領域を抽出する。
【０００７】
次いで、検知対象領域の画像の前処理をした後所定の閾値で２値化し、魚影を検出する。検出された魚影は順次計数されてその計数結果が、ディスプレイ５に表示されるとともに記録される。
又、ビデオテープレコーダ２に代えて、ＨＤ（ハードディスク）レコーダやＶＤ（ビデオディスク）レコーダ等で画像を録画・再生してもよい。
なお上述した構成以外に、カメラ１で撮像した画像信号を直接、画像処理装置４に入力することも可能である。この場合は、画像処理装置４をカメラ１の近くに移動するか、カメラ１と画像処理装置４との間を通信回線で接続する必要がある。
【０００８】
図２は、図１の画像処理装置４の部分の内部構成を示すブロック図である。カメラ１で撮像された画像信号が、処理領域抽出部４１に入力される。処理領域抽出部４１では、魚の通過する領域を画面上で指定することにより、その領域内の画像が抽出される。図３に処理領域の抽出例を示す。この処理領域内の白い部分が魚影である。なお、６１は堰を示す。次に、抽出された画像が局所フィルタ処理部４２へ送られる。局所フィルタ処理部４２では、想定する魚類のサイズ（fx×fy) よりも充分に大きなn×n(但しn≫fx,fy)サイズのマスクを用いて平滑化する。次に、平滑化された画像が画像間差分処理部４３へ送られる。
【０００９】
画像間差分処理部４３では、局所フィルタ処理された処理領域画像と処理前の処理領域画像との間で差分処理される。次に、差分処理された処理領域画像が２値化部４４へ送られる。２値化部４４では、遡上する魚類が腹部を光らせたり、着水時に尖塔状の波を作ることで明るい領域を形成することに着目し、画像間差分により所定以上明るい領域を２値化抽出して、カウント部４５へ送る。カウント部４５では、抽出された領域が、想定する魚類の大きさであれば魚類と判定し、その数をカウントして、記憶部４６へ送る。記憶部４６は、送られたカウント値を順次記憶しておくとともに、そのカウント値をディスプレイ５に表示する。
【００１０】
次に、計数対象の魚類をアユとした場合に、遡上するアユの挙動について、図４，図５により説明する。図４は魚道６２の断面から見たアユの遡上動作を示し、図５は魚道６３の上面から見たアユの遡上動作を示す。アユは、魚道のひな壇を水中遡上するものとジャンプするものがあり、また、アユは群をなして遡上する傾向があり、途切れては集中的に遡上することを繰り返す。そして、遡上するアユが多いほど、ジャンプするアユが増加する傾向にある。
【００１１】
このようなことから、目視により計数できたジャンプ匹数に乗数（例えば５）を掛けて、遡上数を推定することができる。また、遡上時の一群のアユが少数の場合は、日陰や水路の端などの目立たないところを好んで遡上し、多数の場合は流路に空きがあるところを遡上するため、水路全幅を平均的に遡上する傾向がある。
【００１２】
次に、画像処理によるアユ検出の基本原理について説明する。アユは、ひな壇をジャンプする際、銀白色に光る場合が多いと考えられる。従って、周囲の水面に比較し、明るく輝く瞬間がある。また、アユの動作は非常に速いため、通常のＩＴＶカメラの１秒間３０コマの映像では、ジャンプして水面から飛び出した次のコマで着水してしまう場合もある。このため、着水時のしぶきにも着目する必要がある。このしぶきも、アユ同様白く輝くため、その特徴を用いてアユ候補を検出し、あらかじめ撮影範囲を固定すれば、ある範囲の大きさを持つ検出物体をアユとしてカウントできる。
【００１３】
このときの映像の条件としては、まず、アユの行動特徴を考慮し、アユの一群が小集団あるいは大集団であっても検出可能なように、日陰になりやすい水路の端（小集団時）と水路の中央（大集団時）が撮影対象となる。従って、魚道の全幅が大きい場合には図６（ｂ）のようにカメラ１を複数台設けて、もれなく検出できるようにする。図６（ａ）は魚道幅が２ｍ程度の場合にカメラ１を１台設置したものであり、図（ｂ）は魚道幅が５ｍ以上の場合にカメラ１を２台対向させて設置したものである。また、図７はカメラ１の配置を側面からみた図である。また、良好な映像を確保するため、カメラ１への太陽光の直接入射あるいは水面に反射してからの入射を避ける必要があり、現場での設置可能条件も考慮し入念な検討が必要となる。
【００１４】
これらのことから、不要領域のマスク処理（監視領域の設定）では、アユがひな壇を飛び越える領域を検知対象領域とするため、水路の落ち込み部分から上流にかけて、ゴミ等のノイズ画像を避けて監視領域を設定する。これにより、不要な領域による誤検出をあらかじめ避けることができる。
また、アユ候補の抽出処理では、検出領域内について水面ムラによる誤検出を緩和するためフィルタなどで前処理をし、次いで２値化処理により輝きのある成分を抽出する。
【００１５】
さらに、アユの判別処理では、抽出した領域の大きさを測り、大きさがアユとして予め定義されている範囲のものをアユと判別する。
なお、本発明はアユ以外の魚類についても、魚道での遡上の行動パターンに応じた撮像と画像処理をすることで同様に遡上数の計測が可能である。
また、本発明では、ビデオテープに録画してから計数する場合と、録画しないで画像処理装置に直接入力して計数する場合があり、それぞれに次のような特徴がある。
【００１６】
ビデオテープに録画する場合は、回収したビデオテープを事務所等で再生し、まとめてカウントすることができる。また、画像処理装置を現地に設置する必要がない。しかしその反面、定期的にビデオテープを交換する必要がある。
直接入力する場合は、リアルタイムでカウントすることが可能である。また、通信機能を設けることで現場から離れた所に画像処理装置を設置してカウントすることができる。さらには、ビデオテープを交換する煩わしさがない。しかしその反面、現地に画像処理装置を設置するか、あるいはカメラから画像処理装置が設置されている場所までケーブルを敷設する必要がある。
【００１７】
また、本発明の大きな利点は、計数の基本原理が目視観測と同じことであるため、自然生態系への影響がなく、ビデオ録画等の映像から簡単に計数結果が得られることである。また、こうしたアユの遡上の瞬間を映像あるいは画像として記録することも可能であり、計数結果を後で映像を用いて確認することも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、魚道がカメラにより撮像されて、その撮像画像から遡上する魚類の数量が計数されることにより、遡上数の計測の自動化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略構成を示す図である。
【図２】図１の画像処理装置の内部構成を示すブロック図である。
【図３】撮像画像の処理領域を示す図である。
【図４】魚道断面から見たアユの遡上動作を示す説明図である。
【図５】魚道の上面から見たアユの遡上動作を示す説明図である。
【図６】魚道へのカメラの配置例を示す図である。
【図７】魚道へのカメラの配置例を示す図である。
【図８】遡上の調査例を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ＩＴＶカメラ
２  ビデオテープレコーダ
３  ビデオテープ
４  画像処理装置
５  ディスプレイ
４１  処理領域抽出部
４２  局所フィルタ処理部
４３  画像間差分処理部
４４  ２値化部
４５  カウント部
４６  記憶部
６１  堰
６２，６３  魚道
【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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