JP2004264257A

JP2004264257A - Method for determining soil condition

Info

Publication number: JP2004264257A
Application number: JP2003057516A
Authority: JP
Inventors: Akio Fukamachi; 映夫深町; Hiroki Okamura; 宏樹岡村; Yasushi Oda; 泰織田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: JP4333165B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for determining soil condition for rapidly and accurately determining the degree of progress of soil improvement. <P>SOLUTION: A determined soil image is picked up by an image pickup means 2. The picked-up image is outputted to an image processing apparatus 1. The distribution of intensity values in a reference image comprising a picked-up image of reference soil is stored in an image processing part 12 of the image processing apparatus 1. The image processing part 12 finds a distribution of intensity values in the determined soil image. A comparison and determination part 13 compares the distribution of the intensity values of the reference image with the distribution of the intensity values of the determined image and determines the soil in the determined image, based on this result. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌状態判定方法に係り、特に、撮像手段によって撮像された画像を用いた土壌状態判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
土植栽工事、土木工事、汚染土壌浄化工事等で行われる土壌改良では、改良前の土壌状態に対して必要に応じた土壌改良剤等を注入し、混合機を用いて攪拌混合して、目的の土壌に改良する作業が行われる。土壌改良を行う際の目的の土壌状態は、その需要現場によって異なる。たとえば、微生物の能力を利用して汚染土壌を浄化する工事では、微生物の能力が最大限に発揮できるように土壌中の酸素量を確保する必要がある。そのため、土壌空隙（気相）が均一で多くなるような土壌が要求される。
【０００３】
このような土壌改良工事を行う際には、現場作業に先立って、事前の混合条件の検討が行われる。具体的には、改良前土壌の含水量、土粒子の粒径などの条件を踏まえて、土壌改良剤の混合量、混合機での運転条件等を決定して現場で適用する。しかしながら、実際には改良前土壌はその量も多く、まったく同じ土壌状態ではない。そのため、事前前検討の条件では目的の土壌状態にならない場合もあり、現場での調整はその都度必要である。その調整は、できるかぎり早急に実施しなければ工事の無駄が発生する。
【０００４】
そこで、現場での調整を行う際の土壌状態を把握する技術を用いたものとして、特開平８−８４９８３号公報に開示された環境保全加速システムがある。この環境保全加速システムでは、土壌等の処理物質に有効微生物（ＥＭ）を施し、処理物質の有効化を図るものである。そのため、処理物質となる土壌に拡大画像・断層図センサ等のセンサ群を設け、直接拡大画像および断層画像データ等を記録演算表示部に出力する。記録演算表示部では、これらの直接拡大画像等から土壌の状態を検出するというものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−８４９８３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に開示された環境保全加速システムでは、単に直接拡大画像等から土壌の状態を検出するものであり、土壌を有効化、換言すれば状態の改善度合いまでをも検出するものではなかった。そのため、土壌の改良が進んでいるか否かの判断を直接行うことができないものであった。
【０００７】
他方、実際の現場では、土壌改良の進行度合いを現場作業者が目視によって判定し、または目視に加えて簡単な土壌状態の物性測定検査を併用して判定するのが現状である。ところが、このような判定方法では、現場作業者の目視判断の場合、作業工程的には混合機からある程度土壌が排出された後にしか目視判定はできないため、時間的に遅れるという問題がある。また、目視による判定でしかないため、現場作業者の勘に依存する部分が大きく、作業者ごとでその判断が変動する可能性があり、安定した土壌状態を提供できないという問題があった。ここで、物性測定検査を併用した場合には、判定精度は向上するものの、物性測定検査のためにさらに長時間を要することになった。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、迅速かつ高精度で土壌の状態や土壌改良の進行度合いを判断することができる土壌状態判定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明に係る土壌状態判定方法は、判定対象となる土壌の画像を撮像手段によって撮像する撮像工程と、基準となる土壌を撮影した画像からなる基準画像の輝度値の分布をあらかじめ記憶しておく基準土壌準備記憶工程と、判定対象となる土壌の画像における輝度値の分布と、基準画像における輝度値の分布とを比較することにより、判定対象となる土壌の状態を判定する状態判定工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る土壌状態判定方法においては、判定対象となる土壌の画像を撮像し、あらかじめ記憶された基準画像との比較によって土壌の状態を判定している。このため、基準画像という指標との比較において土壌状態を判定できるので、作業員の勘に頼るなどの必要はなく、精度の高い判定を行うことができる。また、判定対象となる土壌の画像を撮像し、その画像から土壌状態を判定しているので、迅速な処理を行うことができる。
【００１１】
また、判定対象となる土壌の画像を撮像手段によって撮影する撮像工程と、前記判定対象となる土壌の画像における任意の領域での特徴値のランダム状態を検出するランダム状態検出工程と、前記特徴値のランダム状態に基づいて、前記判定対象となる土壌の状態を判定する状態判定工程と、を備える態様とすることができる。
【００１２】
このように特徴値のランダム状態を検出して状態判定を行うことにより、基準画像などをあらかじめ用意しておく必要もなく、迅速かつ高精度な土壌の状態判定を行うことができる。しかも、ランダム状態を検出することにより、特徴値のムラを判定し、安定性の向上を図ることができる。なお、本発明の特徴値としては、輝度値が好適に用いられるが、その他、色度、明度などを利用することもできる。
【００１３】
さらに、判定対象となる土壌の画像を撮像手段によって撮像する撮像工程と、前記判定対象となる土壌の画像における特徴値の分布の重心を求める重心算出工程と、前記特徴値の分布の重心に基づいて、前記判定対象となる土壌の状態を判定する状態判定工程と、を備える態様とすることもできる。
【００１４】
このように、特徴値の分布の重心を求める態様としても、迅速かつ高精度な土壌の判定を行うことができる。なお、本発明においても、特徴値としては輝度値が好適に用いられるが、色度、明度等を用いることもできる。
【００１５】
また、判定対象となる土壌の画像を撮像手段によって撮像する撮像工程と、判定対象となる土壌の画像における輝度値の傾きのランダム状態を検出する傾きランダム状態検出工程と、輝度値の傾きのランダム状態に基づいて、判定対象となる土壌の状態を判定する状態判定工程と、を備える態様とすることができる。
【００１６】
このように、土壌を撮像した画像における輝度値の傾きのランダム状態を利用することによって、迅速かつ高精度な土壌の状態判定を行うことができるとともに、土壌の細かさを好適に判定することができる。
【００１７】
さらに、判定対象となる土壌の画像を撮像手段によって撮像する撮像工程と、判定対象となる土壌の画像に基づいて、判定対象となる土壌の空間周波数を検出する空間周波数検出工程と、空間周波数に基づいて、判定対象となる土壌の状態を判定する状態判定工程と、を備える態様とすることができる。
【００１８】
このように、土壌を撮像した画像における空間周波数を利用することによっても、迅速かつ高精度な土壌の状態判定を行うことができるとともに、土壌塊によるムラを好適に検出することができる。
【００１９】
そして、判定対象となる土壌の画像を撮像手段によって撮像する撮像工程と、判定対象となる土壌の画像に基づいて、判定対象となる土壌を所定の方向に移動させたときの判定対象となる土壌の移動速度分布を検出する移動状態検出工程と、判定対象となる土壌の移動速度に基づいて、判定対象となる土壌の移動速度の分布に基づいて、判定対象となる土壌の状態を判定する状態判定工程と、を備える態様とすることができる。
【００２０】
このように、土壌を撮像した画像における移動速度分布を利用することによっても、迅速かつ高精度な土壌の状態判定を行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【００２２】
図１は、第１の実施形態に係る土壌状態判定方法を行う状態を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る土壌状態判定方法に用いる土壌状態判定装置Ｍ１は、画像処理装置１を備えている。画像処理装置１には、画像入力部１１、画像処理部１２、および状態判定部１３が設けられており、そのうちの画像入力部１１には、撮像装置２が接続されている。撮像装置２は、コンベア３によって搬送される土壌を撮像しており、コンベア３における撮像位置Ｓは、照明装置４によって照射されている。
【００２３】
撮像装置２としては、画像の２次元的な広がりを特徴として用いる、いわゆるエリアセンサが用いられている。エリアセンサを撮像装置２として用いているので、画像の２次元的特徴を好適に捉えることができる。撮像装置２によって撮像された画像は、画像処理装置１における画像入力部１１に出力される。画像入力部１１では、出力された画像に所定の入力処理を施す。画像入力部１１で入力処理された画像は、画像処理部１２に出力される。画像処理部１２では、所定のエッジ処理などの画像処理を施して、状態判定部１３に出力する。状態判定部１３では、画像処理された画像に基づいて、土壌の状態を判定する。これら画像処理部１２および状態判定部１３における処理の詳細については後述する。状態判定部１３における判定結果は、図示しないモニタなどの所定の出力装置に出力される。撮像装置２により、コンベア３の上に搭載されて搬送される土壌を撮像することにより、判定対象となる土壌に対して非接触の状態で簡便に土壌判定を行うことができる。
【００２４】
次に、本実施形態に係る画像処理装置１における処理について説明する。本実施形態に係る画像処理装置１においては、いくつかの判定手法によって、土壌の状態を判定することができる。以下、それらの判定方法について順次説明する。
【００２５】
＜第１判定手法＞
第１判定手法では、画像処理部１２において、基準となる土壌の画像の輝度分布をあらかじめ記憶しておく。基準となる土壌は、たとえば土粒子が細かく、水分が多すぎず、気泡が土壌中に適度に分散している土壌とすることができる。このような基準となる土壌をあらかじめ撮像し、撮像された画像から基準となる土壌の輝度分布を求め、その輝度分布をあらかじめ記憶しておく。
【００２６】
このような基準となる土壌の画像の輝度分布をあらかじめ記憶しておき、土壌状態の判定を行う際には、画像処理部１２において、撮像装置２から出力された判定対象となる土壌の画像の輝度分布を求める。これら基準となる土壌の画像の輝度分布と、撮像された判定対象となる画像の輝度分布をそれぞれ状態判定部１３に出力する。状態判定部１３では、画像処理部１２から出力された基準となる土壌の画像の輝度分布と、判定対象となる画像の輝度分布とを比較し、両者の一致度を判定する。両者の一致度の判定では、下記（１）を用いることができる。
【００２７】
【数１】

この（１）式によって求められた一致度ｌに基づいて、判定対象となる土壌の状態判定を行うことができる。ここで、図２（ａ）〜（ｄ）に、それぞれ画像の輝度分布の一例を示す。図２（ａ）（ｃ）は、判定対象となる土壌を撮像した画像の輝度分布であり、（ｂ）、（ｄ）は、あらかじめ記憶された基準となる土壌の画像の輝度分布である。図２（ａ）と図２（ｂ）との間の類似度と、図２（ｃ）と図２（ｄ）の類似度とを比較すると、図２（ｃ）と図２（ｄ）の方が、両者の類似度が高い。このように、基準となる画像と判定対象となる土壌の画像との輝度分布とを比較することにより、土壌の状態の良否を判定することができる。そして、一致度が高いほど、良質な土壌であり、土壌改良を行っている場合には、その改良が進行していると判定することができる。また、輝度情報を利用することにより、土壌の種類や色に左右されない判定を行うことができる。
【００２８】
＜第２判定手法＞
第２判定手法では、画像処理部１２において、撮像装置２から出力された判定対象となる土壌の画像における輝度値の分布を求め、状態判定部１３に出力する。状態判定部１３では、出力された画像における輝度値の分布に基づき、画像における任意の領域である複数の一定領域内において、所定値以上の輝度値が存在する確率を下記（２）式を用いて算出する。
【００２９】
【数２】

（２）式より算出されるｘが小さいほどランダム性が高く、土壌が塊になっておらずに細かくなっていることがわかる。したがって、上記（２）式により算出されるｘが小さいほど良質な土壌であり、土壌改良を行っている場合にはその改良が進んでいると判定することができる。このようなランダム性に基づいて土壌状態を判定することにより、輝度などの特徴のムラなどを用いた安定した判定を行うことができる。
【００３０】
この判定手法では、画素の特徴として輝度に着目し、輝度値の分布に基づいてランダム性を判定しているが、画像における他の特徴、たとえば色度や明度の分布に基づいて判定を行うこともできる。また、ランダム性を判定するための領域は任意の位置、大きさとすることができる。
【００３１】
＜第３判定手法＞
第３判定手法では、画像処理部１２において、撮像装置２から出力された判定対象となる土壌の画像における輝度値の分布を求めて、状態判定部１３に出力する。状態判定部１３では、出力された画像における輝度値の分布に基づき、画像における任意の領域である複数の一定領域内において、輝度値の重心を求めて、その偏りを検出する。画像における輝度値の重心は、一定領域内における輝度値のランダム性を擬似的に表現している。輝度値の重心は下記（３）式〜（５）式に基づいて求めることができる。
【００３２】
【数３】

なお、式中、ｘ、ｙは、それぞれ画像におけるｘ座標、ｙ座標、ｆ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ、ｙ）における輝度値を示している。
【００３３】
この結果、（５）式によって算出されたｌの値が小さいほど、重心の偏りが小さいことを示している。重心の偏りが小さいということは、土壌が塊をなしておらず、細かくなっていることを示している。したがって、上記（５）式より算出されるｌが小さいほど良質な土壌であり、土壌改良を行っている場合には、その改良が進んでいると判定することができる。このような輝度値などの特徴値の重心を求めて土壌状態を判定することにより、土壌のランダム性を擬似的に求めることができる。このように、土壌の重心からそのランダム性を擬似的に求めることにより、判定の高速化を図ることができる。
【００３４】
この判定手法では、画素の特徴として、輝度に着目し、輝度値の分布に基づいて重心を判定しているが、画像における他の特徴、たとえば色度や明度に基づいて重心を判定する態様とすることもできる。また、重心を判定するための領域は任意の位置、大きさとすることができる。
【００３５】
＜第４判定手法＞
第４判定手法では、画像処理部１２において、撮像装置２から出力された判定対象となる土壌の画像に１次微分を施して特徴値としての輝度値の傾きを検出するためのエッジ抽出を行う。その抽出したエッジを状態判定部１３に出力する。状態判定部１３では、抽出したエッジのうち、一定の長さ以上のエッジについて、その方向性を測定する。ｘ方向への方向性およびｙ方向への方向性は、それぞれ下記（６）式、（７）式で求めることができ、全体の方向性は下記（８）式で求めることができる。
【００３６】
【数４】

判定対象となる土壌において、土壌塊が大きく、水分が多い部分がある場合には、輝度の分布がまだらになってそのエッジ群に方向性が見られる。したがって、上記（８）式で求めたエッジ方向のランダム状態をエッジ方向の分散として求める。エッジ方向の分散が小さいと、土壌塊が少なく、まだらな状態にはなっていないと判定することができる。このことから、（８）式によりエッジの方向性を求め、このエッジの方向性の分散が小さいほど、良質な土壌であり、土壌改良を行っている場合には、その改良が進んでいると判定することができる。
【００３７】
＜第５判定手法＞
第５判定手法では、画像処理部１２において、撮像装置２から出力された判定対象となる土壌の画像（９）式に基づいてフーリエ変換し、判定対象となる土壌の空間周波数を算出する周波数解析を行う。
【００３８】
【数５】

画像処理部１２は、（９）式による周波数解析を行って算出した空間周波数を状態判定部１３に出力する。状態判定部１３では、画像処理部１２から出力された空間周波数に基づいて、土壌における周波数特性による判定を行う。この手法では、周波数成分を見ているので、輝度変化の方向成分には依存していない。土壌において、土壌塊が多く土壌状態が良くないものは、輝度値に細かい変化がないために、周波数成分として低周波の要素が大きくなる。ここで、図３に２つの画像における空間周波数と強度の関係と表すグラフを示す。図３に示す第１の画像のグラフでは、低周波数の成分が多く現れているに対して、第２の画像のグラフでは、高周波数の成分が現れている。この例では、第２の画像における土壌の方が良質な土壌であり、土壌改良を行っている場合には、改良が進行していると判断することができる。
【００３９】
また、空間周波数を用いる態様としては、フーリエ変換による演算を行うことなく、単に画像圧縮技術を用いる態様とすることもできる。画像圧縮技術で用いられるＪＰＥＧ（ＪｏｉｎｔＰｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）等では、画像が離散コサイン変換（ｄｉｓｃｒｅｔｅｃｏｓｉｎｅｔｒａｎｓｆｏｒｍ、以下「ＤＣＴ」という）され、その特徴量によりフレグランス符号に代表化される。このため、土壌を撮像した画像において、土壌塊が少なく、良質の土壌を撮像している場合、画像成分には細かい情報が多く、ＤＣＴによって高周波成分の特徴強度が大きくなるので、良質な土壌を撮像するほど、画像圧縮をした際の圧縮率が低くなる。したがって、判定対象となる土壌を撮像した画像を圧縮した際の画像の圧縮率が低く、換言すれば、圧縮後の画像サイズが大きくなるほど、判定対象の土壌は良質であると判断することができる。
【００４０】
このように、本実施形態に係る土壌状態判定方法においては、いずれも判定対象となる土壌を撮像し、その画像に基づいて土壌の状態を判定することができる。したがって、作業員の目視等による判断を必要としないので、迅速かつ高精度で土壌の状態や土壌改良の進行度合いを判断することができる。
【００４１】
ここで、上記各手法による判定結果のうち、第２、第３、第５判断手法による判定結果の例を表１に示す。表１において、第２判定手法は、上記（２）式で求めたランダム性を示し、第３判定手法は、上記（５）式で求めた重心偏りであり、第５判定手法は圧縮した画像のサイズをそれぞれ示す。また、サンプル４は、他のサンプル１〜サンプル３よりも良質な土壌である。
【００４２】
【表１】

表１からわかるように、サンプル１〜サンプル４を比較すると、サンプル４は、他のサンプル１〜サンプル３と比べて、そのランダム性が低く、圧縮画像が大きくなっている。また、重心偏りは、サンプル２よりは大きいものの、他のサンプルよりは小さくなっている。このように、良質な土壌を撮像することにより、そのランダム性および重心傾きは小さく、圧縮画像は大きくなるので、これらの結果に基づいて良好に土壌の良否を判定することができる。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本実施形態に係る土壌状態判定方法を行う状態を示す模式図である。図４に示すように、本実施形態にかかる土壌状態判定方法に用いる土壌状態判定装置Ｍ２は、上記第１の実施形態と同様、画像入力部１１、画像処理部１２、および状態判定部１３が設けられた画像処理装置１を有している。画像入寮部は、コンベア５によって搬送される土壌を撮像する撮像装置２に接続されており、撮像装置２は、撮像した土壌の画像を画像処理装置１に出力している。
【００４４】
また、土壌を搬送するコンベア５は、上段コンベア５Ａと下段コンベア５Ｂとを備えている。また、上段コンベア５Ａと下段コンベア５Ｂとの間には、土壌を滑らせる傾斜面を備える傾斜台６が介在されて設けられており、傾斜台６は、上段コンベア５Ａの終端部と下段コンベア５Ｂの始端部とを接続している。上段コンベア５Ａで搬送された土壌は、上段コンベア５Ａの終端部に達すると、傾斜台６に供給される。傾斜台６に達した土壌は、傾斜台６の上を流れ落ち、下段コンベア５Ｂの始端部に到達し、下段コンベア５Ｂの始端部から下段コンベア５Ｂに搭載される。撮像装置２は、傾斜台６の上を流れ落ちる土壌を撮像している。また、傾斜台６の正面情報には、照明装置４が配設されており、傾斜台６の上における土壌の撮像位置Ｓを照射している。
【００４５】
以上の構成を有する本実施形態に係る土壌状態判定装置Ｍ２における処理について説明する。本実施形態における判定手法を第６判定手法として説明する。
【００４６】
＜第６判定手法＞
第６判定手法では、画像処理部１２において、撮像装置２から出力された判定対象となる土壌の画像における移動速度分布としてのオプティカルフローを求め、状態判定部１３に出力する。状態判定部１３では出力されたオプティカルフローに基づいて、土壌状態を判定する。傾斜台６の上を滑る土壌が塊をほとんど持たない良質な土壌であると、傾斜台６の上を滑る速度が速くなる。画像処理部１２においては、傾斜台６の上を土壌が滑り落ちることにより、経時に変化する画像を撮像して、各不意レーム間の画像からオプティカルフローを求めている。このオプティカルフローに基づいて、土壌の流れ落ちる速度を検出し、状態判定部１３では、滑り落ちる速度が速い場合には、良質な土壌であり、土壌改良が行われている場合には、改良が進んでいると判定することができる。
【００４７】
このように、本実施形態に係る土壌状態判定方法においても、判定対象となる土壌を撮像し、その画像に基づいて土壌の状態を判定することができる。したがって、迅速かつ高精度で土壌の状態や土壌改良の進行度合いを判定することができる。さらに、判定対象となる土壌を斜面の上で滑らせることにより、土壌の粘性を取得することができるので、その分判定精度の向上に寄与する。
【００４８】
また、本発明に係る土壌状態判定方法を行う土壌状態判定装置の他の例について説明する。図５は、他の土壌状態判定装置で土壌状態判定方法を行う状態を示す模式図である。図５に示すように、本実施形態に係る土壌状態判定方法に用いる土壌状態判定装置Ｍ３は、上記第１の実施形態と同様、画像入力部１１、画像処理部１２、および状態判定部１３が設けられた画像処理装置１を有している。画像入力部１１は、コンベア７によって搬送される土壌を撮像する撮像装置２に接続されており、撮像装置２は、撮像した土壌の画像を画像処理装置１に出力している。
【００４９】
また、土壌を搬送するコンベア７は、上段コンベア７Ａと下段コンベア７Ｂとを備えている。上段コンベア７Ａで搬送された土壌は、上段コンベア７Ａの終端部まで搬送された後に落下する。上段コンベア７Ａの終端部の下方位置には、下段コンベア７Ｂの始端部が配置されており、上段コンベア７Ａの終端部から落下した土壌は、下段コンベア７Ｂの始端部から下段コンベア７Ｂ上に搭載される。撮像装置２は、上段コンベア７Ａの終端部から下段コンベア７Ｂの始端部に落下する土壌を撮像している。また、上段コンベア７Ａの終端部から下段コンベア７Ｂの始端部に落下する土壌を挟んだ撮像装置２の裏側には、照明装置４が配設されており、落下する土壌における撮像位置を照射している。このように、土壌を落下させることによって、水分量による土壌の状態をより判定しやすい状況を作ることができる。
【００５０】
この例に係る土壌状態判定装置Ｍ３においては、上記の第１判定手法から第６判定手法のうち、第６判定手法を除いた第１判定手法〜第５判定手法の各判定手法による土壌状態判定方法を行うことができる。
【００５１】
また、上記第１の実施形態において、撮像位置Ｓを照射する照明装置４および撮像装置２の設置位置の関係を適宜変更することができる。図６は、照明装置および撮像装置の設置位置を説明する説明図である。図６（ａ）に示すように、照明装置４は、コンベア５における搬送方向から見て側方に設置されており、側方から撮像位置Ｓを照射している。また、撮像装置２はコンベア５の搬送方向から見て後方位置に設置されており、照明装置４による照射方向から見て側方位置に配置されている。あるいは、図６（ｂ）に示すように、コンベア５の側方に照明装置４を設置して、側方から撮像位置を照射するとともに、照明装置４が設けられている位置から見て、コンベア５を挟んだ反対側の位置に撮像装置２を設置することもできる。
【００５２】
図６（ａ）に示すように、照明装置４をコンベア５の搬送方向（土壌の搬送方法）の側方に設置して、側方から照明を当てることにより、土壌に影を作りやすくすることができる。このため土壌に塊がある場合には、その塊を判別しやすくなる。また、撮像装置２を照明の入射角に対する反射角に対応する位置に設置することにより、水分が多く反射の大きい土壌の判別が容易となる。この例による土壌状態判定装置は、上記第１〜第６判定手法のうちの、第６判定手法を除く第１〜第５判定手法に利用することができる。
【００５３】
また、図６（ｂ）に示すように、照明装置４をコンベア５の搬送方向の側方に設置して側方から照明を当てるとともに、その反対側に撮像装置２を設置すると、土壌の光反射を撮像装置２で捉えることができる。このような土壌の光反射を捉えた画像から土壌判定を行うことにより、土壌の艶（水分量）を好適に判定することができる。この例による土壌状態判定装置は、上記第１〜第６判定手法のうちの、第６判定手法を除く第１〜第５判定手法に利用することができる。
【００５４】
さらに、図７に示す態様とすることもできる。図７に示す態様では、撮像装置２として、いわゆるラインセンサが用いられている。ラインセンサは、画像の１次元的特徴を用いて高速かつ連続的に判定処理を行うことができるカメラであり、ラインセンサを用いることで、高速かつ連続的な処理が可能となる。このラインセンサからなる撮像装置２をコンベア５の側方に設置し、コンベア５を挟んだ撮像装置２の反対側に照明装置４を設置している。この態様において、撮像装置２は、コンベア５上における１ライン分の画像を撮像している。ここでいう１ラインとは、コンベア５の搬送方向の幅が、画像処理を行う際の数ピクセル、たとえば１ピクセル分の幅となっている状態をいう。この１つのラインの情報によって、土壌状態を判定することができる。このような１つのラインの情報で判定を行うことにより、情報量が少ないことから、高速処理が可能となる。また、コンベア５の流れにより土壌が連続して搬送されてくるので、連続的な処理を行うことができる。この土壌状態判定装置は、上記第１〜第６判定手法のうち、第１〜第３判定手法に用いることができる。
【００５５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では第１〜第６の判定手法を単独で用いているが、これらの手法を複数利用して土壌の状態判定を行うこともできる。このように、複数の手法を利用することにより、さらに高精度な状態判定を行うことができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、迅速かつ高精度で土壌改良の進行度合いを判断することができる土壌状態判定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る土壌状態判定方法を行う状態を示す模式図である。
【図２】（ａ）（ｃ）は、判定対象となる土壌を撮像した画像の輝度分布を示すグラフであり、（ｂ）、（ｄ）は、あらかじめ記憶された基準となる土壌の画像の輝度分布を示すグラフである。
【図３】２つの画像における空間周波数と強度の関係と表すグラフである。
【図４】第２の実施形態に係る土壌状態判定方法を行う状態を示す模式図である。
【図５】他の土壌状態判定装置で土壌状態判定方法を行う状態を示す模式図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）とも、照明装置および撮像装置の設置位置を説明する説明図である。
【図７】他の土壌状態判定装置で土壌状態判定方法を行う状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１…画像処理装置、２…撮像装置、３，５，７…コンベア、４…照明装置、５Ａ，７Ａ…上段コンベア、５Ｂ，７Ｂ…下段コンベア、６…傾斜台、７…コンベア、１１…画像入力部、１２…画像処理部、１３…状態判定部、Ｍ１〜Ｍ３…土壌状態判定装置、Ｓ…撮像位置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a soil state determination method, and more particularly, to a soil state determination method using an image captured by an imaging unit.
[0002]
[Prior art]
In soil improvement carried out in soil planting work, civil engineering work, contaminated soil remediation work, etc., a soil conditioner or the like is injected as necessary to the soil condition before improvement, and the mixture is stirred and mixed using a mixer, Work to improve the target soil is performed. The desired soil condition for soil improvement depends on the demand site. For example, in a work of purifying contaminated soil using the ability of microorganisms, it is necessary to secure the amount of oxygen in the soil so that the ability of microorganisms can be maximized. Therefore, a soil in which the number of soil voids (gas phase) is uniform and large is required.
[0003]
When performing such soil improvement work, prior to site work, mixing conditions are examined in advance. Specifically, based on conditions such as the water content of the soil before improvement and the particle size of the soil particles, the mixing amount of the soil conditioner, the operating conditions in the mixer, and the like are determined and applied on site. However, in practice, the amount of soil before improvement is large, and the soil condition is not exactly the same. For this reason, the conditions of the pre-examination may not make it possible to achieve the desired soil condition, and on-site adjustment is required each time. If such adjustments are not made as soon as possible, waste of construction will occur.
[0004]
Therefore, there is an environmental preservation acceleration system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-84983, which uses a technique for grasping the soil state when performing on-site adjustment. In this system for accelerating environmental preservation, effective microorganisms (EM) are applied to a treated substance such as soil to make the treated substance effective. For this reason, a sensor group such as an enlarged image / tomographic sensor is provided on the soil serving as a processing substance, and an enlarged image, tomographic image data, and the like are directly output to the recording calculation display unit. The recording operation display unit detects the state of the soil from these directly enlarged images and the like.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-8-84983
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the environmental preservation acceleration system disclosed in Patent Document 1 simply detects the state of the soil from an enlarged image or the like directly, and validates the soil, in other words, detects the degree of improvement of the state. Was not. For this reason, it has not been possible to directly determine whether or not soil improvement is in progress.
[0007]
On the other hand, in an actual site, at present, the degree of progress of soil improvement is visually determined by a site worker, or is determined by using a simple physical property measurement test of soil conditions in addition to visual inspection. However, such a determination method has a problem in that the visual determination of the on-site worker can be performed only after a certain amount of soil has been discharged from the mixer in the work process, which delays time. In addition, since the determination is made only by visual observation, there is a large part that depends on the intuition of the on-site worker, and the determination may fluctuate for each worker, and there is a problem that a stable soil state cannot be provided. Here, when the physical property measurement test is used together, the judgment accuracy is improved, but it takes a longer time for the physical property measurement test.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a soil state determination method that can quickly and accurately determine the state of soil and the degree of progress of soil improvement.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The soil state determination method according to the present invention that has solved the above-described problems includes an imaging step of capturing an image of soil to be determined by an imaging unit, and a distribution of luminance values of a reference image including an image of the reference soil. The condition of the soil to be determined is determined by comparing the reference soil preparation storage step stored in advance, and the distribution of the luminance values in the image of the soil to be determined with the distribution of the luminance values in the reference image. And a state determining step.
[0010]
In the soil state determination method according to the present invention, an image of the soil to be determined is captured, and the state of the soil is determined by comparison with a reference image stored in advance. For this reason, since the soil state can be determined by comparison with the index called the reference image, it is not necessary to rely on the intuition of the operator, and highly accurate determination can be performed. Further, since an image of the soil to be determined is taken and the soil state is determined from the image, quick processing can be performed.
[0011]
An image capturing step of capturing an image of the soil to be determined by an imaging unit; a random state detecting step of detecting a random state of a characteristic value in an arbitrary region in the image of the soil to be determined; And a state determining step of determining the state of the soil to be determined based on the random state.
[0012]
As described above, by detecting the random state of the characteristic value and performing the state determination, it is not necessary to prepare a reference image or the like in advance, and it is possible to quickly and accurately determine the state of the soil. In addition, by detecting the random state, it is possible to determine the unevenness of the characteristic value and improve the stability. Note that a luminance value is preferably used as the characteristic value of the present invention, but chromaticity, lightness, and the like can also be used.
[0013]
Further, an imaging step of imaging the image of the soil to be determined by the imaging means, a center of gravity calculating step of finding a center of gravity of the distribution of the characteristic values in the image of the soil to be determined, and A state determining step of determining the state of the soil to be determined.
[0014]
As described above, even in a mode of obtaining the center of gravity of the distribution of the feature values, it is possible to quickly and accurately determine the soil. In the present invention, a luminance value is preferably used as a feature value, but chromaticity, lightness, and the like can also be used.
[0015]
An image capturing step of capturing an image of the soil to be determined by the image capturing unit; a tilt random state detecting step of detecting a random state of a brightness value gradient in the image of the soil to be determined; A state determining step of determining the state of the soil to be determined based on the state.
[0016]
As described above, by utilizing the random state of the inclination of the luminance value in the image of the soil, it is possible to quickly and accurately determine the state of the soil and to appropriately determine the fineness of the soil. it can.
[0017]
Further, an imaging step of imaging the image of the soil to be determined by the imaging means, a spatial frequency detection step of detecting a spatial frequency of the soil to be determined based on the image of the soil to be determined, A state determining step of determining the state of the soil to be determined based on the determination.
[0018]
As described above, by using the spatial frequency in the image of the soil, it is possible to quickly and accurately determine the state of the soil, and to appropriately detect unevenness due to the soil mass.
[0019]
Then, based on the image of the soil to be determined, an imaging step of capturing an image of the soil to be determined by the imaging means, and the soil to be determined when the soil to be determined is moved in a predetermined direction. A moving state detecting step of detecting a moving speed distribution of the soil, and a state of determining the state of the soil to be determined based on the distribution of the moving speed of the soil to be determined based on the moving speed of the soil to be determined And a determining step.
[0020]
As described above, it is also possible to quickly and accurately determine the state of the soil by using the moving speed distribution in the image of the soil.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each embodiment, the same reference numerals are given to portions having the same function, and overlapping description may be omitted.
[0022]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a state in which the soil state determination method according to the first embodiment is performed. As shown in FIG. 1, a soil state determination device M1 used in the soil state determination method according to the present embodiment includes an image processing device 1. The image processing apparatus 1 includes an image input unit 11, an image processing unit 12, and a state determination unit 13. The image input unit 11 is connected to the imaging device 2. The imaging device 2 images the soil conveyed by the conveyor 3, and an imaging position S on the conveyor 3 is illuminated by the illumination device 4.
[0023]
As the imaging device 2, a so-called area sensor using a two-dimensional spread of an image as a feature is used. Since the area sensor is used as the imaging device 2, two-dimensional characteristics of an image can be appropriately captured. The image captured by the imaging device 2 is output to the image input unit 11 in the image processing device 1. The image input unit 11 performs a predetermined input process on the output image. The image input-processed by the image input unit 11 is output to the image processing unit 12. The image processing section 12 performs image processing such as predetermined edge processing and outputs the result to the state determination section 13. The state determination unit 13 determines the state of the soil based on the image processed. Details of the processing in the image processing unit 12 and the state determination unit 13 will be described later. The determination result in the state determination unit 13 is output to a predetermined output device such as a monitor (not shown). By imaging the soil mounted on the conveyor 3 and conveyed by the imaging device 2, the soil determination can be easily performed in a non-contact state with the soil to be determined.
[0024]
Next, processing in the image processing apparatus 1 according to the present embodiment will be described. In the image processing device 1 according to the present embodiment, the state of the soil can be determined by several determination methods. Hereinafter, these determination methods will be sequentially described.
[0025]
<First determination method>
In the first determination method, the image processing unit 12 stores in advance the luminance distribution of the reference soil image. The reference soil may be, for example, a soil in which the soil particles are fine, the water content is not too large, and bubbles are appropriately dispersed in the soil. Such a reference soil is imaged in advance, a luminance distribution of the reference soil is obtained from the captured image, and the luminance distribution is stored in advance.
[0026]
When the brightness distribution of the reference soil image is stored in advance and the soil state is determined, the image processing unit 12 outputs the determination target soil image output from the imaging device 2. Find the luminance distribution. The luminance distribution of the reference soil image and the luminance distribution of the captured image to be determined are output to the state determination unit 13. The state determination unit 13 compares the luminance distribution of the reference soil image output from the image processing unit 12 with the luminance distribution of the image to be determined, and determines the degree of coincidence between the two. The following (1) can be used to determine the degree of coincidence between the two.
[0027]
(Equation 1)

Based on the degree of coincidence 1 obtained by the equation (1), the state of the soil to be determined can be determined. Here, FIGS. 2A to 2D show examples of the luminance distribution of an image, respectively. FIGS. 2A and 2C are luminance distributions of an image of soil to be determined, and FIGS. 2B and 2D are luminance distributions of reference soil images stored in advance. When comparing the similarity between FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b) with the similarity between FIG. 2 (c) and FIG. 2 (d), FIG. 2 (c) and FIG. The similarity between the two is higher. As described above, by comparing the luminance distribution between the reference image and the image of the soil to be determined, it is possible to determine the quality of the soil condition. The higher the degree of coincidence, the higher the quality of the soil. If soil improvement is being performed, it can be determined that the improvement is in progress. In addition, by using the luminance information, it is possible to make a determination independent of the type and color of the soil.
[0028]
<Second determination method>
In the second determination method, the image processing unit 12 obtains the distribution of the luminance values in the image of the soil to be determined output from the imaging device 2 and outputs the distribution to the state determination unit 13. Based on the distribution of the luminance values in the output image, the state determination unit 13 determines the probability that a luminance value equal to or higher than a predetermined value exists in a plurality of predetermined regions, which are arbitrary regions in the image, using the following equation (2). And calculate.
[0029]
(Equation 2)

It can be seen that the smaller the value of x calculated from the equation (2), the higher the randomness, and the soil is fine without being clumped. Therefore, the smaller the value of x calculated by the above equation (2), the better the quality of the soil. If soil improvement is performed, it can be determined that the improvement is in progress. By determining the soil state based on such randomness, it is possible to perform a stable determination using unevenness in characteristics such as luminance.
[0030]
In this determination method, attention is paid to luminance as a feature of a pixel, and randomness is determined based on a distribution of luminance values. However, determination is performed based on other characteristics in an image, for example, distribution of chromaticity and lightness. You can also. In addition, the area for determining the randomness can be set to any position and size.
[0031]
<Third determination method>
In the third determination method, the image processing unit 12 obtains the distribution of luminance values in the image of the soil to be determined, which is output from the imaging device 2, and outputs the distribution to the state determination unit 13. The state determination unit 13 obtains the center of gravity of the luminance value in a plurality of certain regions, which are arbitrary regions in the image, based on the distribution of the luminance value in the output image, and detects the deviation. The center of gravity of the luminance value in the image expresses the randomness of the luminance value in a certain area in a pseudo manner. The center of gravity of the luminance value can be obtained based on the following equations (3) to (5).
[0032]
[Equation 3]

In the expression, x and y indicate an x coordinate and a y coordinate in the image, respectively, and f (x, y) indicates a luminance value at the coordinates (x, y).
[0033]
As a result, it is shown that the smaller the value of 1 calculated by the equation (5), the smaller the deviation of the center of gravity. The small deviation of the center of gravity indicates that the soil is not clumped and is fine. Therefore, the smaller the l calculated from the above equation (5), the better the quality of the soil, and when soil improvement is being performed, it can be determined that the improvement is in progress. By determining the soil state by calculating the center of gravity of such a characteristic value such as a luminance value, it is possible to simulate the randomness of the soil. In this way, the speed of the determination can be increased by pseudo-determining the randomness from the center of gravity of the soil.
[0034]
In this determination method, the center of gravity is determined based on the distribution of brightness values, focusing on luminance as a feature of the pixel. However, another feature of the image, for example, the center of gravity is determined based on chromaticity or lightness. You can also. The area for determining the center of gravity can be set to any position and size.
[0035]
<Fourth determination method>
In the fourth determination method, the image processing unit 12 performs first-order differentiation on the image of the soil to be determined, which is output from the imaging device 2, and performs edge extraction for detecting a gradient of a luminance value as a feature value. . The extracted edge is output to the state determination unit 13. The state determination unit 13 measures the directionality of an edge having a predetermined length or more among the extracted edges. The directionality in the x direction and the directionality in the y direction can be obtained by the following equations (6) and (7), respectively, and the overall directionality can be obtained by the following equation (8).
[0036]
(Equation 4)

If the soil to be determined has a large soil mass and a portion with a large amount of moisture, the distribution of the luminance becomes mottled and the direction of the edge group is observed. Therefore, the random state in the edge direction obtained by the above equation (8) is obtained as the variance in the edge direction. When the variance in the edge direction is small, it can be determined that the soil mass is small and the state is not mottled. From this, the directionality of the edge is determined by equation (8), and the smaller the variance of the directionality of the edge, the better the quality of the soil. Can be determined.
[0037]
<Fifth determination method>
In the fifth determination method, the image processing unit 12 performs a Fourier transform based on Expression (9) of the soil to be determined output from the imaging device 2 and calculates a spatial frequency of the soil to be determined. I do.
[0038]
(Equation 5)

The image processing unit 12 outputs the spatial frequency calculated by performing the frequency analysis according to the equation (9) to the state determination unit 13. The state determination unit 13 makes a determination based on the frequency characteristics of the soil based on the spatial frequency output from the image processing unit 12. In this method, since the frequency component is viewed, it does not depend on the direction component of the luminance change. In the case of soil having a large amount of soil mass and poor soil condition, there is no small change in the luminance value, so that a low-frequency component becomes large as a frequency component. Here, FIG. 3 is a graph showing the relationship between the spatial frequency and the intensity in the two images. In the graph of the first image shown in FIG. 3, many low-frequency components appear, whereas in the graph of the second image, high-frequency components appear. In this example, if the soil in the second image is higher quality soil, and the soil is being improved, it can be determined that the improvement is in progress.
[0039]
In addition, the mode using the spatial frequency may be a mode simply using the image compression technique without performing the calculation by the Fourier transform. In a JPEG (Joint Photographic Experts Group) or the like used in an image compression technique, an image is subjected to a discrete cosine transform (hereinafter, referred to as “DCT”), and is represented by a fragrance code by its characteristic amount. For this reason, in the image obtained by imaging the soil, when the soil mass is small and high quality soil is imaged, the image component has a lot of fine information, and the DCT increases the characteristic strength of the high frequency component. As the image is captured, the compression ratio when the image is compressed becomes lower. Therefore, the compression ratio of an image obtained by compressing an image obtained by capturing an image of the soil to be determined is low. In other words, the larger the compressed image size, the better the quality of the determination target soil can be determined. .
[0040]
As described above, in the soil state determination method according to the present embodiment, the soil to be determined can be imaged and the soil state can be determined based on the image. Therefore, since it is not necessary to make a visual check by an operator, it is possible to quickly and accurately determine the state of the soil and the degree of progress of the soil improvement.
[0041]
Here, among the determination results obtained by the above methods, examples of the determination results obtained by the second, third, and fifth determination methods are shown in Table 1. In Table 1, the second determination method indicates the randomness determined by the above equation (2), the third determination method is the bias of the center of gravity determined by the above equation (5), and the fifth determination method indicates the compressed image. The size of each is shown. Sample 4 is a soil of higher quality than other samples 1 to 3.
[0042]
[Table 1]

As can be seen from Table 1, when comparing samples 1 to 4, sample 4 has lower randomness and a larger compressed image than other samples 1 to 3. In addition, the center of gravity deviation is larger in sample 2 but smaller than in other samples. As described above, by imaging a high-quality soil, the randomness and the gradient of the center of gravity are small, and the compressed image is large. Therefore, the quality of the soil can be properly determined based on these results.
[0043]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a state in which the soil state determination method according to the present embodiment is performed. As shown in FIG. 4, the soil state determination device M2 used in the soil state determination method according to the present embodiment includes an image input unit 11, an image processing unit 12, and a state determination unit 13 similar to the first embodiment. It has an image processing device 1 provided. The image dormitory section is connected to an imaging device 2 that images the soil conveyed by the conveyor 5, and the imaging device 2 outputs the captured image of the soil to the image processing device 1.
[0044]
In addition, the conveyor 5 that transports the soil includes an upper conveyor 5A and a lower conveyor 5B. Further, between the upper conveyor 5A and the lower conveyor 5B, an inclined table 6 having an inclined surface for sliding the soil is interposed and provided. Is connected to the start end. When the soil conveyed by the upper conveyor 5A reaches the end of the upper conveyor 5A, it is supplied to the inclined table 6. The soil that has reached the inclined table 6 flows down on the inclined table 6, reaches the starting end of the lower conveyor 5B, and is mounted on the lower conveyor 5B from the starting end of the lower conveyor 5B. The imaging device 2 captures an image of the soil flowing down on the inclined base 6. In addition, an illumination device 4 is provided on the front information of the inclined table 6, and irradiates the imaging position S of the soil on the inclined table 6.
[0045]
The processing in the soil state determination device M2 according to the present embodiment having the above configuration will be described. The determination method in the present embodiment will be described as a sixth determination method.
[0046]
<Sixth determination method>
In the sixth determination method, the image processing unit 12 obtains an optical flow as a moving speed distribution in the image of the soil to be determined output from the imaging device 2 and outputs the optical flow to the state determination unit 13. The state determination unit 13 determines the soil state based on the output optical flow. If the soil that slides on the inclined table 6 is a high-quality soil having almost no lump, the speed of sliding on the inclined table 6 increases. The image processing unit 12 captures an image that changes with time as the soil slides down on the inclined table 6 and obtains an optical flow from an image between the unexpected frames. Based on the optical flow, the speed at which the soil flows down is detected, and the state determination unit 13 determines that the soil is of good quality when the sliding speed is high, and the improvement proceeds when the soil is being improved. Can be determined.
[0047]
As described above, also in the soil state determination method according to the present embodiment, it is possible to image the soil to be determined and determine the state of the soil based on the image. Therefore, the state of the soil and the degree of progress of the soil improvement can be quickly and accurately determined. Further, by sliding the soil to be determined on the slope, the viscosity of the soil can be obtained, which contributes to the improvement of the determination accuracy.
[0048]
Further, another example of the soil state determination device that performs the soil state determination method according to the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a state in which a soil state determination method is performed by another soil state determination apparatus. As shown in FIG. 5, the soil state determination device M3 used in the soil state determination method according to the present embodiment includes an image input unit 11, an image processing unit 12, and a state determination unit 13 similar to the first embodiment. It has an image processing device 1 provided. The image input unit 11 is connected to an imaging device 2 that images soil conveyed by the conveyor 7, and the imaging device 2 outputs an image of the captured soil to the image processing device 1.
[0049]
The conveyor 7 for transporting the soil includes an upper conveyor 7A and a lower conveyor 7B. The soil conveyed by the upper conveyor 7A falls after being conveyed to the terminal part of the upper conveyor 7A. The start end of the lower conveyor 7B is arranged below the end of the upper conveyor 7A, and the soil that has fallen from the end of the upper conveyor 7A is mounted on the lower conveyor 7B from the start of the lower conveyor 7B. You. The imaging device 2 images the soil that falls from the end of the upper conveyor 7A to the start of the lower conveyor 7B. In addition, an illumination device 4 is provided on the back side of the imaging device 2 with the soil falling from the end of the upper conveyor 7A to the starting end of the lower conveyor 7B, and irradiates an imaging position on the falling soil. I have. In this way, by dropping the soil, it is possible to create a situation in which the state of the soil based on the amount of water can be more easily determined.
[0050]
In the soil state determination device M3 according to this example, the soil state determination is performed by each of the first to fifth determination methods except the sixth determination method among the first to sixth determination methods. The method can be done.
[0051]
In the first embodiment, the relationship between the illumination device 4 that irradiates the imaging position S and the installation position of the imaging device 2 can be appropriately changed. FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the installation positions of the illumination device and the imaging device. As shown in FIG. 6A, the illumination device 4 is installed on the side of the conveyor 5 as viewed from the transport direction, and irradiates the imaging position S from the side. In addition, the imaging device 2 is installed at a rear position when viewed from the transport direction of the conveyor 5, and is disposed at a side position when viewed from an irradiation direction by the illumination device 4. Alternatively, as shown in FIG. 6B, the illuminating device 4 is installed on the side of the conveyor 5 to irradiate the imaging position from the side, and when viewed from the position where the illuminating device 4 is provided, the The imaging device 2 can also be installed at a position on the opposite side with respect to 5.
[0052]
As shown in FIG. 6 (a), the lighting device 4 is installed on the side of the conveyor 5 in the conveying direction (the method of conveying the soil), and illumination is applied from the side, thereby facilitating the formation of shadows on the soil. Can be. For this reason, when there is a lump in the soil, the lump is easily distinguished. Further, by arranging the imaging device 2 at a position corresponding to the reflection angle with respect to the incident angle of illumination, it becomes easy to discriminate soil with much moisture and large reflection. The soil condition determination device according to this example can be used for the first to fifth determination methods other than the sixth determination method among the first to sixth determination methods.
[0053]
Further, as shown in FIG. 6B, the illumination device 4 is installed on the side in the conveying direction of the conveyor 5 to illuminate from the side, and the imaging device 2 is installed on the opposite side. The reflection can be captured by the imaging device 2. By performing the soil determination from the image capturing the light reflection of the soil, it is possible to suitably determine the gloss (water content) of the soil. The soil condition determination device according to this example can be used for the first to fifth determination methods other than the sixth determination method among the first to sixth determination methods.
[0054]
Further, the embodiment shown in FIG. 7 may be adopted. In the embodiment shown in FIG. 7, a so-called line sensor is used as the imaging device 2. The line sensor is a camera that can perform determination processing at high speed and continuously using one-dimensional features of an image. Using the line sensor enables high-speed and continuous processing. The imaging device 2 including the line sensor is installed on the side of the conveyor 5, and the illumination device 4 is installed on the opposite side of the imaging device 2 across the conveyor 5. In this aspect, the imaging device 2 captures an image of one line on the conveyor 5. Here, one line refers to a state in which the width of the conveyor 5 in the transport direction is a width of several pixels, for example, one pixel when performing image processing. The soil condition can be determined from the information of this one line. By making a determination using such information of one line, high-speed processing is possible because the amount of information is small. Further, since the soil is continuously transported by the flow of the conveyor 5, continuous processing can be performed. This soil condition determination device can be used for the first to third determination methods among the first to sixth determination methods.
[0055]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, the first to sixth determination methods are used alone, but the state of the soil may be determined using a plurality of these methods. As described above, by using a plurality of methods, more accurate state determination can be performed.
[0056]
【The invention's effect】
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, it is possible to provide a soil state determination method capable of quickly and accurately determining the degree of progress of soil improvement.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a state in which a soil state determination method according to a first embodiment is performed.
FIGS. 2 (a) and 2 (c) are graphs showing a luminance distribution of an image obtained by imaging a soil to be determined, and FIGS. It is a graph which shows a brightness distribution.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between spatial frequency and intensity in two images.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a state in which a soil state determination method according to a second embodiment is performed.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which a soil condition determination method is performed by another soil condition determination device.
FIGS. 6A and 6B are explanatory diagrams illustrating installation positions of a lighting device and an imaging device.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a state in which a soil state determination method is performed by another soil state determination apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image processing apparatus, 2 ... Imaging apparatus, 3, 5, 7 ... Conveyor, 4 ... Illumination apparatus, 5A, 7A ... Upper conveyor, 5B, 7B ... Lower conveyor, 6 ... Inclined table, 7 ... Conveyor, 11 ... Image Input unit, 12: image processing unit, 13: state determination unit, M1 to M3: soil state determination device, S: imaging position.

Claims

An imaging step of imaging the image of the soil to be determined by the imaging means,
A reference soil preparation storage step of storing in advance a distribution of luminance values of a reference image composed of an image of the reference soil,
A state determination step of determining the state of the soil to be determined by comparing the distribution of the brightness values in the image of the soil to be determined and the distribution of the brightness values in the reference image,
A soil state determination method, comprising:

An imaging step of capturing an image of the soil to be determined by the imaging unit,
A random state detection step of detecting a random state of a feature value in an arbitrary region in the image of the soil to be determined,
Based on the random state of the feature value, a state determination step of determining the state of the soil to be determined,
A soil state determination method, comprising:

An imaging step of imaging the image of the soil to be determined by the imaging means,
A center-of-gravity calculation step of obtaining the center of gravity of the distribution of the feature values in the image of the soil to be determined,
Based on the center of gravity of the distribution of the feature value, a state determination step of determining the state of the soil to be determined,
A soil state determination method, comprising:

An imaging step of imaging the image of the soil to be determined by the imaging means,
An inclination random state detection step of detecting a random state of the inclination of the luminance value in the image of the soil to be determined,
A state determination step of determining the state of the soil to be determined based on the random state of the slope of the luminance value,
A soil state determination method, comprising:

An imaging step of imaging the image of the soil to be determined by the imaging means,
Based on the image of the soil to be determined, a spatial frequency detection step of detecting the spatial frequency of the soil to be determined,
Based on the spatial frequency, a state determination step of determining the state of the soil to be determined,
A soil state determination method, comprising:

An imaging step of imaging the image of the soil to be determined by the imaging means,
Based on the image of the soil to be determined, based on the image of the soil to be determined, a moving state detection step of detecting a moving speed distribution of the soil to be determined when the soil to be moved in a predetermined direction,
Based on the moving speed of the soil to be determined, based on the distribution of the moving speed of the soil to be determined, a state determining step of determining the state of the soil to be determined,
A soil state determination method, comprising: