| 【発明の名称】 |
結球野菜収穫機の球径検出装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】十亀 治光
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| 【要約】 |
【課題】キャベツは上方からの撮影画像だけでは、球径を正確に判定できず、収穫適期のキャベツの検出が困難であった。
【解決手段】カメラ１５で撮影したキュウリ（イ）の画像を二値化して球径部を含む二値化画像から球径部を識別し、この識別した最大径を基準径と設定し、この設定基準径へ制御装置２０で設定した定数Ｋを乗じて計算させ、これを球径として収穫適期か否かを判定してキャベツ（イ）を収穫する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 走行車体２下部には走行車輪８を設けると共に、上側には結球野菜（イ）を撮影するカメラ１５と、収穫する収穫装置４等を設けた結球野菜収穫機において、該カメラ１５で撮影した画像を二値化して球径部分を含む二値化画像から球径部分を識別してこの識別した最大径を基準径と設定してこの設定基準径に予め設定した定数Ｋを乗じて球径とする制御装置２０を備えることを特徴とする結球野菜収穫機の球径検出装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、カメラで撮影した画像を二値化して球径部分を含む二値化画像から球径部分を識別し、この識別した最大径を基準径と設定し、この設定基準径へ設定した定数Ｋを乗じて球径とすべく制御する制御装置を備えた球径検出装置。
【０００２】
【従来の技術】結球野菜が、例えば、キャベツであったとすると、収穫適期のキャベツを検出して収穫するときは、結球収穫機の走行車体下部の走行車輪を植付け畝に沿わせて走行させて収穫位置で停止させ、該走行車体の上側に設けたカメラでキャベツを上部から撮影し、この撮影した画像からキャベツの球径を制御装置で検出させ、この検出したキャベツを収穫装置で挟持して切断し、この切断したキャベツは、前段で検出した球径に応じて所定範囲の径別に設定した所定位置へ供給する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】キャベツは球径周辺の葉が球径を囲むように巻いていることにより、上方からの撮影画像だけでは、球径を正確に判定することができず、このために収穫適期のキャベツの検出が困難であったり、又、収穫したキャベツを所定の径位置へ正確に供給することができなかったが、この発明により、この問題を解消しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このために、この発明は、走行車体２下部には走行車輪８を設けると共に、上側には結球野菜（イ）を撮影するカメラ１５と、収穫する収穫装置４等を設けた結球野菜収穫機において、該カメラ１５で撮影した画像を二値化して球径部分を含む二値化画像から球径部分を識別してこの識別した最大径を基準径と設定してこの設定基準径に予め設定した定数Ｋを乗じて球径とする制御装置２０を備えることを特徴とする結球野菜収穫機の球径検出装置の構成とする。
【０００５】
【発明の作用】結球野菜（イ）であるキャベツ（イ）を収穫するときは、結球収穫機の走行車体２下部の走行車輪８を植付け畝に沿わせて走行させて収穫位置で停止させ、該走行車体２の上側に設けたカメラ１５でキャベツ（イ）を上部から撮影し、この撮影した画像を二値化して、球径部分を含む二値化画像から球径部分を識別させ、この識別した最大径を基準径と設定し、この設定基準径に予め設定した定数Ｋを乗じて球径とすべく制御装置２０で計算させ、この計算で得たキャベツ（イ）が収穫適期であると判定すると、収穫装置４で挟持して切断し、この切断したキャベツ（イ）は、前段で得た球径に応じて所定範囲の径別に設定した所定位置へ供給する。
【０００６】
【発明の効果】カメラ１５で撮影した画像を二値化し、二値化画像から球径部分を識別させて識別した最大径を設定基準径とし、この設定基準径に定数Ｋを乗じて計算して球径を得ることにより、正確な球径が得られ、これにより、収穫適期のキャベツ（イ）が正確に収穫でき、又、設定した所定位置へキャベツ（イ）を正確に供給ができるし、又、例えば、球径別に挟持圧力を変更することができて、キャベツ（イ）を挟持のときの損傷を防止することもできる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図例は、結球野菜（イ）が、例えば、キャベツ（イ）であり、植付け栽培したこのキャベツ（イ）を収穫する農業用ロボットである結球野菜収穫機１を示して説明する。
【０００８】前記結球野菜収穫機１は、走行車体２下部の走行装置３、及び回動手段、上側の収穫装置４、収納装置５、及び制御手段６等よりなる構成である。又、外観部には、外観を覆うカバー７を設けた構成としている。前記走行装置３は、走行車体２前方下部の左右両側、及び後方下部の左右両側には、回転自在でステアリング自在な前・後走行車輪８，８を設け、該後走行車輪８をステアリングモータ９でステアリングする構成としている。
【０００９】前記前走行車輪８，８を支持する支持具１２の支持杆１１には、両畝間で形成する両のり面に接触しながら走行する補助輪１０．１０を該支持杆１１を介して装着した構成であり、この走行によってこの補助輪１０，１０は、ステアリングする構成であり、この補助輪１０，１０のステアリングに連動して、該前走行車輪８，８はステアリングする構成であり、このステアリング量はポテンショメータ８ａで検出する構成としている。
【００１０】前記収穫装置４は、栽培するキャベツ（イ）等を収穫のときに水平回動自在な回動装置１３、挟持、及び切断等を行うマニピュレータ１４、キャベツ（イ）を上側からの形状を撮影する多板式のＣＣＤカメラ１５、位置（距離）を検出する位置センサ１６、及びこれら各部品１３，１４，１５，１６を走行車体２上側に設けた傾斜板１７のガイドレール１８に沿って昇降、及び伸縮自在に装着した基台１９を設けた構成としている。
【００１１】前記マニピュレータ１４のキャベツ（イ）等を挟持する挟持杆の移動は、後記する検出したキャベツ（イ）の球径に応じて所定位置までの移動速度は、同じ速度とすべく、又、挟持圧力は球径によって変更すべく制御手段６の後述する制御装置２０で制御する構成としている。前記収納装置５は、収穫装置４の後側で走行車体２後方上部に位置させた構成であり、該収穫装置４で収穫されたキャベツ（イ）を球径に応じて、この収納装置５に載置した各収納箱内に個別に供給して貯留する構成としている。
【００１２】前記制御手段６は、箱体に内装した制御装置２０、入力回路２１、ＣＰＵ２２、及び出力回路２３等よりなる構成であり、この制御装置２０は、ポテンショメータ８ａが検出する検出値、ＣＣＤカメラ１５、及び後述するモノクロカメラ２５が撮影した映像、及び位置センサ１６が検出したキャベツ（イ）までの距離の検出値等が入力される該入力回路２１を経て算術論理演算、比較演算、及び各種信号を出力する該ＣＰＵ２２へ入力され、このＣＰＵ２２からの各種指令が該出力回路２３を経て指令され、基台１９の昇降、回動装置１３、マニピュレータ１４、ＣＣＤカメラ１５、ステアリングモータ９、後述するモノクロカメラ２５、及び照明装置２６等の始動、及び停止制御する構成としている。
【００１３】前記結球野菜収穫機１でキャベツ（イ）を収穫作業のときは、図５で示す如く葉が巻いていることにより、Ａ寸法部したか見えない、このためにキャベツ（イ）を収穫のときの球径の検出制御は、ＣＣＤカメラ１５で撮影して、制御装置２０へ入力された画像は、この制御装置２０により、図６及び図８で示す如く二値化され、球径部分を含む二値画像から球径部分が図７、及び図８で示す如く識別され、この識別した球径から最大径Ｄ１が計算されて、この最大径Ｄ１を基準径Ｄ１として設定する。この設定した基準径Ｄ１は、該制御装置２０へ予め設定して記憶させた定数Ｋを乗じて計算されて得た数値を図７、及び図８で示す如く算出球径Ｄ２とすべく制御し、この球径Ｄ２が所定径以上であると判定する収穫適期のキャベツ（イ）として収穫し、この算出球径Ｄ２別に所定の収納箱へ供給して貯留する構成である。この定数Ｋの設定は、定数Ｋ＞１として設定した構成としている。
【００１４】図４で示すフローチャートに沿って作用を説明すると、収穫作業がスタートされ（Ｓ−１０１）、球径部分有りか検出され（Ｓ−１０２）、ＮＯと判定されるとＲＥＴされ（Ｓ−１０３）、ＹＥＳと判定されると最大径Ｄ１が計算され（Ｓ−１０４）、中点位置が計算され（Ｓ−１０５）、半径が計算され（Ｓ−１０６）、球径を計算する定数Ｋを乗じて計算され（Ｓ−１０７）、算出球径Ｄ２とされ（Ｓ−１０８）、ＲＥＴされる（Ｓ−１０９）。
【００１５】前記結球野菜収穫機１でキャベツ（イ）を収穫作業のときの球径の検出制御は、ＣＣＤカメラ１５で撮影した画像は、図９で示す如く制御装置２０へ入力され、この画像は、この制御装置２０により、図１０で示す如く二値化され、葉先抽出画像が検出され、図９の測定ラインＡ、及び図１０の測定ラインＢが図１１で示す如くキャベツの表面の輝度変化が検出され、図１２の如く原画と葉先画像との加算画像が検出され、図１３で示す如くキャベツ（イ）の表面の輝度分布からキャベツ（イ）の平均輝度が検出され、図１４で示す如く平均輝度値による二値化画像からしきい値を検出する構成としている。
【００１６】上記によって、キャベツの球径部分を含む二値化画像から円形度が検出され、又それ以外の部分は、同じ円状の帯の形状とすることにより、この円形度を評価できる指標値が予め制御装置２０へ設定して記憶させた数値より大きい部分を球径部分とする構成としている。図１５で示すフローチャートに沿って作用を説明すると、収穫作業がスタートされ（Ｓ−２０１）、球径部分を含む二値化画像が作成され（Ｓ−２０２）、ラベリングされ（Ｓ−２０３）、円形度が次の式４π×面積／（周囲長）2 で円形度が計算される（Ｓ−２０４）。
【００１７】円形度は一定値以上か検出され（Ｓ−２０５）、ＹＥＳと判定されると球径部分の候補として記憶され（Ｓ−２０６）、全チェックか検出され（Ｓ−２０７）、（Ｓ−２０４）でＮＯと判定されると（Ｓ−２０８）へ進み、（Ｓ−２０８）でＮＯと判定されると（Ｓ−２０４）へ戻り、ＹＥＳと判定されると面積等により絞り込みが行われ（Ｓ−２０９）、球径部分が選定されたか検出され（Ｓ−２１０）、ＹＥＳと判定されると球径部分とされ（Ｓ−２１１）、ＲＥＴされる（Ｓ−２１２）。（Ｓ−２１０）でＮＯと判定されると（Ｓ−２１２）へ進む。尚（Ｓ−２１０）でＮＯと判定されたときは、虫食い等によるものと判定、及び小球径と判定する。
【００１８】これにより、球径部分は円形に近く、それ以外の部分は同じ円形状の帯の形状とすることを利用して、球径部分を識別することにより、精度の高い識別を行うことができる。前記結球野菜収穫機１でキャベツ（イ）を収穫作業のときの球径の検出制御は、ＣＣＤカメラ１５で撮影した図９で示す如く画像（モノクロ）（ロ）は、制御装置２０へ入力され、この画像（ロ）は、この制御装置２０により、図１０で示す如く二値化され、葉先抽出画像が検出され、図９の測定ラインＡ、及び図１０の測定ラインＢが図１６で示す如くキャベツ（イ）の表面の輝度変化が検出され、図１０のＣ点、及びＤ点位置から平均輝度値Ｍが検出され、この値Ｍをしきい値とする構成としている。
【００１９】図１７で示すフローチャートに沿って作用を説明すると、収穫作業がスタートされ（Ｓ−３０１）、画像（ロ）が入力され（Ｓ−３０２）、平滑化処理され（Ｓ−３０３）、エッジ検出処理され（Ｓ−３０４）、輝度補正され（Ｓ−３０５）、二値化され（Ｓ−３０６）、ノイズが除去の画像（ハ）が検出され（Ｓ−３０７）、膨張処理（エッジ切断部の結合）され（Ｓ−３０８）、画像（ロ）と画像（ハ）とが合成された画像（ニ）が検出され（Ｓ−３０９）、輝度が所定値以外の平均輝度が計算され（Ｓ−３１０）、画像（ニ）の所定値が０に変換された画像（ホ）が検出され（Ｓ−３１１）、画像（ホ）を平均輝度で二値化され（Ｓ−３１２）、ノイズが除去された球径を含む画像（ヘ）が検出されてこの検出が球径とされ（Ｓ−３１３）、ＲＥＴされる（Ｓ−３１４）。
【００２０】これにより、球径の色は、外葉より色が薄く輝度値が外葉より高くなる。一方、葉の先端部分は、正反射によって輝度値が高くなるが、上記のように画像中から除去されているから葉の輝度値より高い領域を抽出することによって、球径部分を抽出することができて、濃淡画像で行えるために、システムの簡素化、コスト低減を図ることができる。
【００２１】前記結球野菜収穫機１でキャベツ（イ）を収穫作業のときの球径の検出制御は、ＣＣＤカメラ１５で撮影した図９で示す如く画像（ロ）は、制御装置２０へ入力され、この画像（ロ）は、この制御装置２０により、図１０で示す如く二値化され、葉先抽出画像が検出され、葉先の分布から球径の大きさを判定する構成としている。
【００２２】図１８で示すフローチャートに沿って作用を説明すると、収穫作業がスタートされ（Ｓ−４０１）、画像（ロ）が入力され（Ｓ−４０２）、エッジ（葉先部）が検出され（Ｓ−４０３）、二値化されて葉先が抽出され（Ｓ−４０４）、膨張処理（エッジ切断部の結合）され（Ｓ−４０５）、エッジ分布が測定され（Ｓ−４０６）、収穫適期か否か検出されて収穫され（Ｓ−４０７）、ＲＥＴされる（Ｓ−４０８）。
【００２３】これにより、キャベツ（イ）は、球径が大きくなるにつれて、球径部分が露出してくると共に、球径に隣接する葉は、周辺へ押し出されてくる。このようなキャベツ（イ）の生育過程の変化を利用して、キャベツ（イ）の大きさを葉先の分布から判定することにより、測定精度の向上を図ることができると共に、耐環境性を高くすることができる。
【００２４】図１９で示す如く結球野菜収穫機２４には、画像入力装置としてもモノクロカメラ２５を設けると共に、照明装置２６を複数個設けた構成としている。前記結球野菜収穫機２４でキャベツ（イ）を収穫作業のときの球径の検出制御は、モノクロカメラ２５で撮影した図９で示す如く原画像（ロ）は、制御装置２０へ入力され、この画像（ロ）は、この制御装置２０により、図２０で示す如くエッジ検出処理像が検出され、更に図２１で示す如く二値化され、葉先抽出像（エッジ抽出）が検出され、葉先近傍の正反射を利用して、これによる輝度の変化から葉先を検出し、球径部を検出する構成としている。
【００２５】図２２で示すフローチャートに沿って作用を説明すると、収穫作業がスタートされ（Ｓ−５０１）、画像（ロ）が入力され（Ｓ−５０２）、平滑化処理され（Ｓ−５０３）、エッジ検出処理され（ラプラシアン等のフィルター処理）（Ｓ−５０４）、輝度補正（輝度の規格化）され（Ｓ−５０５）、二値化され（Ｓ−５０６）、ノイズが除去されて球径が検出され（Ｓ−５０７）、ＲＥＴされる（Ｓ−５０８）。
【００２６】これにより、キャベツ（イ）の葉の先端部分の曲りによる正反射によって生じる輝度変化（正反射部分の輝度は高い）を利用して、葉先を検出するために、天候や、影の影響が小さく安定した検出精度を維持することができる。又、輝度の変化を利用するために、モノクロカメラ２５を使用できるために、システムの低コスト化を図ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００１２５
【氏名又は名称】井関農機株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月２０日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１１３３５０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月２７日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２８７３００ |
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