JP2005043260A - Visual inspection device of grain of rice - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、米粒の外観検査装置に関する。 The present invention relates to a rice grain appearance inspection apparatus.
従来、米などの穀粒をその表面に照射した光の反射率や透過率によって選別する穀粒選別機が提案されている。この穀粒選別機としては、連続状に流れる粒状物に光を照射して粒状物の外観を撮像し、得られた画像信号を処理して濃度分布を求め、所定のしきい値を基準として二値化した二値化画像を作成し、この二値化画像に基づいて不良粒か否かを判定するものがある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a grain sorter has been proposed that sorts grains such as rice according to the reflectance and transmittance of light irradiated on the surface thereof. As this grain sorter, light is irradiated to the granular material flowing continuously, the appearance of the granular material is imaged, the obtained image signal is processed to obtain the concentration distribution, and a predetermined threshold is used as a reference There is one that creates a binarized image and determines whether or not it is a defective particle based on the binarized image (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、粒状物を照明光の下で撮像素子により撮像して画像処理する際に、光源の電圧変動等に起因して照度が変化し、光量のばらつき(シェーディング)や、画像信号の直流成分のドリフト現象が生じることがある。そこで、これらの変化に対して、画像信号を二値化するためのしきい値を最適値に設定する必要があるが、これを自動的に最適値に設定することは困難であった。 However, when a granular object is imaged with an imaging device under illumination light and image processing is performed, the illuminance changes due to voltage fluctuations of the light source, etc. A drift phenomenon may occur. Therefore, it is necessary to set the threshold value for binarizing the image signal to the optimum value for these changes, but it is difficult to automatically set the threshold value to the optimum value.
また、米粒に付着した糠を特定する際は、撮像した米粒の画像面積に対して付着した糠の画像面積の占める割合が1〜2%程度にしかならないから、ピンホールのような微細な面積の場合、従来の穀粒選別機では精度の高いしきい値を設定することができず、糠付着の識別が困難であった。 In addition, when identifying wrinkles attached to rice grains, the proportion of the image area of the attached wrinkles to the image area of the captured rice grains is only about 1 to 2%, so a fine area such as a pinhole In this case, the conventional grain sorter cannot set a high-accuracy threshold, and it is difficult to identify wrinkle adhesion.
本発明は上記問題点にかんがみ、しきい値を高精度に設定して、米粒に付着した微量の糠を特定することが可能な米粒の外観検査装置を提供することを技術的課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a rice grain appearance inspection apparatus capable of setting a threshold value with high accuracy and identifying a small amount of rice cake attached to rice grains.
上記課題を解決するため請求項1の発明は、米粒を照明する照明手段と、該照明手段により照明された米粒を撮像カメラにより撮像し、アナログ画像信号を得る撮像手段と、得られたアナログ画像信号を二値化処理して濃淡を表すデジタル信号に変換する画像変換手段と、該画像変換手段により得られたデジタル画像信号の画像処理を行い、画像の濃度に関する濃度分布ヒストグラムを作成する濃度分布ヒストグラム作成手段と、該濃度分布ヒストグラム作成手段により求められた濃度分布を累積し、累積濃度分布ヒストグラムを作成する累積濃度分布ヒストグラム作成手段と、該累積濃度分布ヒストグラム作成手段により求められた累積濃度分布ヒストグラムから、しきい値Tを決定して米粒と付着糠とを2値化判別する2値化判別手段と、を備えた米粒の外観検査装置であって、該2値化判別手段は、前記累積濃度分布ヒストグラム上で少なくとも2箇所の総画素数に対する適宜割合の累積画素数を求めるとともに、各累積画素数に対応する濃度値を算出する濃度値算出手段と、該濃度値算出手段で算出された累積画素数に対応する濃度値をプロットするとともに、該プロットした2点間を通る直線の式を作成する一次関数作成手段と、該一次関数作成手段で求めた直線の式に総画素数を代入して、そのときの濃度値を仮の真値とする仮の真値作成手段と、該仮の真値作成手段により求めた仮の真値と、あらかじめサンプルの計測などにより設定された基準値とを比較して、その偏差を求める偏差算出手段と、該偏差算出手段により求めた偏差と仮の真値とを加算してしきい値Tを決定するしきい値決定手段と、を備える、という技術的手段を講じた。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
これにより、米粒に占める糠の画素割合があらかじめ所定値(例えば、25%)を超えることがないと分かっている場合は、累積濃度分布ヒストグラム上で累積画素数を50%と75%を指定し、それぞれの濃度値を算出して一次関数を作成する。この一次関数からしきい値Tが高精度に算出され、このしきい値Tを累積濃度分布ヒストグラム上に設定すると、米粒に付着した微量の糠を特定することが可能となる。また、微小な糠の画像割合があらかじめ10%を超えることはないと分かっている場合は、累積画素数を50%と90%を指定し、それぞれの濃度値を算出して一次関数を作成し、しきい値Tを算出するとよい。 As a result, if it is known that the pixel ratio of rice bran in rice grains does not exceed a predetermined value (for example, 25%) in advance, the cumulative pixel number is designated as 50% and 75% on the cumulative density distribution histogram. Each density value is calculated and a linear function is created. When the threshold value T is calculated with high accuracy from this linear function and this threshold value T is set on the cumulative density distribution histogram, it is possible to identify a small amount of cocoons attached to the rice grains. If it is known that the image ratio of minute wrinkles will not exceed 10% in advance, specify the cumulative number of pixels as 50% and 90%, calculate the respective density values, and create a linear function. The threshold value T may be calculated.
また、前記濃度分布ヒストグラム作成手段の後工程には、得られた濃度分布ヒストグラムから、判別分析法によるしきい値Tを決定して米粒と背景とを二値化判別し、背景のみを除去する背景除去手段を備えるとよい。 Further, in the subsequent process of the density distribution histogram creating means, the threshold value T is determined by the discriminant analysis method from the obtained density distribution histogram to binarize and discriminate the rice grain and the background, and only the background is removed. A background removing means may be provided.
以上のように本発明によれば、米粒を照明する照明手段と、該照明手段により照明された米粒を撮像カメラにより撮像し、アナログ画像信号を得る撮像手段と、得られたアナログ画像信号を二値化処理して濃淡を表すデジタル信号に変換する画像変換手段と、該画像変換手段により得られたデジタル画像信号の画像処理を行い、画像の濃度に関する濃度分布ヒストグラムを作成する濃度分布ヒストグラム作成手段と、該濃度分布ヒストグラム作成手段により求められた濃度分布を累積し、累積濃度分布ヒストグラムを作成する累積濃度分布ヒストグラム作成手段と、該累積濃度分布ヒストグラム作成手段により求められた累積濃度分布ヒストグラムから、しきい値Tを決定して米粒と付着糠とを2値化判別する2値化判別手段と、を備えた米粒の外観検査装置であって、該2値化判別手段は、前記累積濃度分布ヒストグラム上で少なくとも2箇所の総画素数に対する適宜割合の累積画素数を求めるとともに、各累積画素数に対応する濃度値を算出する濃度値算出手段と、該濃度値算出手段で算出された累積画素数に対応する濃度値をプロットするとともに、該プロットした2点間を通る直線の式を作成する一次関数作成手段と、該一次関数作成手段で求めた直線の式に総画素数を代入して、そのときの濃度値を仮の真値とする仮の真値作成手段と、該仮の真値作成手段により求めた仮の真値と、あらかじめサンプルの計測などにより設定された基準値とを比較して、その偏差を求める偏差算出手段と、該偏差算出手段により求めた偏差と仮の真値とを加算してしきい値Tを決定するしきい値決定手段と、を備えたので、しきい値Tを高精度に設定して、米粒に付着した微量の糠を特定することが可能な米粒の外観検査装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the illuminating unit that illuminates the rice grains, the imaging unit that captures the rice grains illuminated by the illuminating unit with the imaging camera, and obtains an analog image signal, and the obtained analog image signal Image conversion means for converting to a digital signal representing density by performing a digitization process, and density distribution histogram creation means for performing image processing of the digital image signal obtained by the image conversion means and creating a density distribution histogram relating to the density of the image And cumulative density distribution histogram creation means for accumulating the density distribution obtained by the density distribution histogram creation means and creating a cumulative density distribution histogram, and cumulative density distribution histogram obtained by the cumulative density distribution histogram creation means, Rice grain comprising: binarization discriminating means for binarizing and discriminating rice grain and adhered wrinkles by determining threshold T The binarization discriminating means obtains a cumulative number of pixels in an appropriate ratio with respect to the total number of pixels in at least two locations on the cumulative density distribution histogram and density values corresponding to the respective cumulative pixel numbers. A density value calculating unit that calculates the density value, a linear function generating unit that plots a density value corresponding to the cumulative number of pixels calculated by the density value calculating unit, and generates a linear equation that passes between the two plotted points; Substituting the total number of pixels into the linear equation obtained by the linear function creating means, and obtaining a temporary true value creating means for setting the density value at that time as a temporary true value, and the temporary true value creating means The provisional true value is compared with a reference value set in advance by measurement of a sample and the deviation is calculated, and the deviation obtained by the deviation calculation means is added to the provisional true value. Threshold to determine threshold T Therefore, it is possible to provide a rice grain appearance inspection apparatus that can set the threshold value T with high accuracy and identify a small amount of rice cake adhering to the rice grain.
また、前記濃度分布ヒストグラム作成手段の後工程には、得られた濃度分布ヒストグラムから、判別分析法によるしきい値Tを決定して米粒と背景とを二値化判別し、背景のみを除去する背景除去手段を備えたので、濃度分布ヒストグラム上で撮像画像中の背景を特定してこれを除去することができる。 Further, in the subsequent process of the density distribution histogram creating means, the threshold value T is determined by the discriminant analysis method from the obtained density distribution histogram to binarize and discriminate the rice grain and the background, and only the background is removed. Since the background removing means is provided, the background in the captured image can be identified and removed from the density distribution histogram.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図1は米粒の外観検査装置で使用する米粒の外観検査装置の一例を示すブロック図である。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an example of a rice grain appearance inspection apparatus used in a rice grain appearance inspection apparatus.
符号1は検査対象となる米粒であり、符号2は米粒を斜め上方から照明するための照明手段となる光源であり、符号3は前記照明手段により照明された米粒を撮像する撮像カメラ(例えば、固体カメラ;CCDカメラ)であり、RGBなどのアナログ画像信号が得られる。符号4は前記撮像カメラ3を制御するためのカメラ制御装置である。符号5は前記撮像カメラ3により撮像して得られたアナログ画像信号をデジタル信号に変換して画像メモリに記憶し、この記憶データに対して処理を行うための画像処理装置である。符号6は前記撮像カメラ3により撮像して得られた画像をモニタするための画像モニタ装置である。
前記画像処理装置5は、コンピュータシステムを有し、以下の処理手段を有する。すなわち、米粒を撮像カメラ3により撮像し、得られたアナログ画像信号を二値化処理して濃淡を表すデジタル信号に変換する画像変換手段と、該画像変換手段により得られたデジタル画像信号の画像処理を行い、画像の濃度に関する濃度分布ヒストグラムを作成する濃度分布ヒストグラム作成手段と、該濃度分布ヒストグラム作成手段により求められた濃度分布を累積し、累積濃度分布ヒストグラムを作成する累積濃度分布ヒストグラム作成手段と、該累積濃度分布ヒストグラム作成手段により求められた累積濃度分布ヒストグラムから、しきい値Tを決定して米粒と付着糠とを2値化判別する2値化判別手段と、を備えている。
The
図2は、本発明の米粒の外観検査装置の一実施形態における処理の流れを示すフローチャートである。これを参照して外観検査装置について説明する。 FIG. 2 is a flowchart showing the flow of processing in an embodiment of the rice grain appearance inspection apparatus of the present invention. The appearance inspection apparatus will be described with reference to this.
ステップ1では、米粒を斜光照明の下でCCD撮像カメラ3により撮像して得られた画像のアナログ信号を二値化処理して濃淡を表すデジタル信号に変換し、このデジタル信号を画像メモリに格納する。このステップ1で得られる米粒の画像は背景画像を含んでおり、その一例を図3に示す。
In
ステップ2では、ステップ1により得られた画像(図3参照)において、その領域内の各画素点の濃度を解析する。本実施形態の場合、濃度は8ビットの信号により0(黒)〜255(白)の256段階で表される。
In
ステップ3では、ステップ2により求められた各画素点の濃度を横軸にとり、画素数を縦軸にとり、濃度分布ヒストグラムを作成する。この濃度分布ヒストグラムの一例を図4に示す。
In
ステップ4及びステップ5は、米粒と背景とを二値化判別し、背景のみを除去する背景除去手段を示す。ステップ4では、ステップ3により求められた濃度分布ヒストグラムから背景画像を除去するため、判別分析法によるしきい値Tが決定される。この判別分析法は、背景画像と米粒画像の2つのグループがあり、この2つのグループに関するクラス内分散とクラス間分散の分散比が最大となるようにしきい値Tが決定される。いま、背景画像グループ内の画素数がn1、濃度値平均がμ1、分散がσ1 2とし、米粒画像グループ内の画素数がn2、濃度値平均がμ2、分散がσ2 2とし、全画素数の濃度平均値をμTで表すと、クラス内分散σw 2は式(1)のようになる。
ステップ5では、ステップ4により求められたしきい値Tに基づいて、濃度値50未満の背景画像の除去を行い、米粒画像の濃度分布ヒストグラムを作成する。この一例を図5に示す。
In
ステップ6乃至ステップ13は、累積濃度分布ヒストグラムからしきい値Tを決定し、米粒と付着糠とを2値化判別する2値化判別手段を示す。ステップ6では、ステップ5により求められた濃度分布を累積し、濃度値を横軸にとり、累積画素数を縦軸にとり、累積濃度分布ヒストグラムを作成する。この一例を図6に示す。
ステップ7では、ステップ6により求められた累積濃度分布ヒストグラムから総画素数の50%の累積画素数及び総画素数の75%の累積画素数を求めるとともに、累積画素数50%の濃度値及び累積画素数75%の濃度値を算出する。累積画素数50%の濃度値は累積画素の中央の値となり、累積画素数75%の濃度値は累積画素の4分の3の値となり、これらの累積画素を指定することは画素割合が微小な糠を特定するためには有効である。つまり、微小な糠の画素割合が25%より大きくなることがないという前提条件から決めたものである。したがって、微小な糠の画像割合があらかじめ10%を超えることはないと分かっていれば、累積画素数50%の濃度値と、累積画素数90%の濃度値を算出すればよい。
In
ステップ8では、2点間(累積画素数50%,その濃度値)、(累積画素数75%,その濃度値)を通る直線の式を作成する。これは図6に示すようにy=mx+bとして直線の方程式で表される。
In
ステップ9では、ステップ8で求めた直線の式のyに総画素数(累積画素数100%)を代入してそのときの濃度値xを求め、これを仮の真値とする。
In
ステップ10では、予めサンプルの計測などにより設定された値を基準値とし、ステップ9で求めた仮の真値との差をδとしておく。
In
ステップ11では、ステップ10で設定した基準値と仮の真値との差δを算出する。すなわち、図7に示すように空間における基準値と仮の真値との差δと、ステップ8で求めた傾きmと、累積画素数75%の濃度値C75とは、互いに関連性があることが分かる。平面の方程式はaX+bY+cZ+d=0の式で表すことができるので、δ=αm+βC75+γと表現し、この平面の方程式を解くと、δを求めることができる。なお、なお、α、β、γの値は重回帰分析で算出したものを使用するとよい。
In step 11, a difference δ between the reference value set in
ステップ12では、ステップ11で求めたδと仮の真値とを加算した真値によりしきい値Tを決定する。
In
ステップ13では、ステップ12により求めたしきい値Tに基づいて、累積濃度分布ヒストグラム上で米粒と付着糠とを2値化判別する。例えば、しきい値Tとして濃度値121.5が算出されると、これを図6に示す累積濃度分布ヒストグラムのx軸上にプロットするとともに、y軸と平行な線を引くと、累積画素数が98.2%の点で境界ができる。つまり、米粒全体の画素数のうち、98.2%は米粒の画素数であり、1.8%は付着糠の画素数となることが分かる。
In
A社製の無洗米を10サンプル抽出し、これに低照度の光で画像撮影したものと、A社製の無洗米を10サンプル抽出し、これに高照度の光で画像撮影したものと、精白米を10サンプル抽出し、これに普通の照度で画像撮影したものとを、背景画像を除去し、得られた濃度分布ヒストグラムについて濃度分布を累積し、濃度値を横軸にとり、累積画素数を縦軸にとり、累積濃度分布ヒストグラムを作成する(図8、図9及び図10参照)。 10 samples of non-washed rice made by A company were extracted and imaged with low illuminance light, and 10 samples of non-washed rice made by A company were extracted and imaged with high illuminance light. 10 samples of polished rice were extracted and imaged at normal illuminance, the background image was removed, the density distribution was accumulated for the obtained density distribution histogram, the density value was plotted on the horizontal axis, and the number of accumulated pixels Is a vertical axis, and a cumulative density distribution histogram is created (see FIGS. 8, 9 and 10).
このようにして得られた各累積濃度分布ヒストグラムにおいて、基準値と仮の真値との差δと、2点間を通る直線の傾きmとの相関関係を図11に示す。また、各累積濃度分布ヒストグラムにおいて、2点間を通る直線の傾きmと、累積画素数75%の濃度値C75との相関関係を図12に示す。図11及び図12に示すように、2次元ではいずれのパラメータも相関性がないことが分かるが、図7に示すように、3次元の空間であるとδとmとC75とは、互いに相関性があることが分かる。
FIG. 11 shows the correlation between the difference δ between the reference value and the provisional true value and the slope m of the straight line passing between the two points in each cumulative density distribution histogram thus obtained. Further, in each cumulative density distribution histogram, the correlation between the slope m of the straight line passing between two points and the density value C75 of the cumulative number of
そして、上述のステップ10からステップ11を実行してしきい値Tを算出する。このしきい値Tをキャリブレーション値(cal値)とし、あらかじめ計測したサンプルの実測値(真値)とをプロットすると、図13乃至図15のような関係が得られた。
Then, the threshold value T is calculated by executing
図13は無洗米を低照度の光で画像撮影したもののcal値と真値との関係を示すが、相関係数は0.907であり、本実施例で算出したcal値が真値と極めて相関が強いことが分かる。図14は無洗米を高照度の光で画像撮影したもののcal値と真値との関係を示すが、相関係数は0.995であり、本実施例で算出したcal値が真値と極めて相関が強いことが分かる。図15は精白米を普通の照度で画像撮影したもののcal値と真値との関係を示すが、相関係数は0.977であり、本実施例で算出したcal値が真値と極めて相関が強いことが分かる。 FIG. 13 shows the relationship between the cal value and the true value of a non-washed rice image photographed with light of low illuminance, but the correlation coefficient is 0.907, and the cal value calculated in this example is extremely different from the true value. It can be seen that the correlation is strong. FIG. 14 shows the relationship between the cal value and the true value of the unwashed rice imaged with high-illuminance light, but the correlation coefficient is 0.995, and the cal value calculated in this example is extremely true. It can be seen that the correlation is strong. FIG. 15 shows the relationship between the cal value and true value of an image of polished white rice taken at normal illuminance. The correlation coefficient is 0.977, and the cal value calculated in this example is highly correlated with the true value. Is strong.
1 米粒
2 光源
3 撮像カメラ
4 カメラ制御装置
5 画像処理装置
6 画像モニタ装置
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該照明手段により照明された米粒を撮像カメラにより撮像し、アナログ画像信号を得る撮像手段と、
得られたアナログ画像信号を二値化処理して濃淡を表すデジタル信号に変換する画像変換手段と、
該画像変換手段により得られたデジタル画像信号の画像処理を行い、画像の濃度に関する濃度分布ヒストグラムを作成する濃度分布ヒストグラム作成手段と、
該濃度分布ヒストグラム作成手段により求められた濃度分布を累積し、累積濃度分布ヒストグラムを作成する累積濃度分布ヒストグラム作成手段と、
該累積濃度分布ヒストグラム作成手段により求められた累積濃度分布ヒストグラムから、しきい値Tを決定して米粒と付着糠とを2値化判別する2値化判別手段と、を備えた米粒の外観検査装置であって、
該2値化判別手段は、前記累積濃度分布ヒストグラム上で少なくとも2箇所の総画素数に対する適宜割合の累積画素数を求めるとともに、各累積画素数に対応する濃度値を算出する濃度値算出手段と、
該濃度値算出手段で算出された累積画素数に対応する濃度値をプロットするとともに、該プロットした2点間を通る直線の式を作成する一次関数作成手段と、
該一次関数作成手段で求めた直線の式に総画素数を代入して、そのときの濃度値を仮の真値とする仮の真値作成手段と、
該仮の真値作成手段により求めた仮の真値と、あらかじめサンプルの計測などにより設定された基準値とを比較して、その偏差を求める偏差算出手段と、
該偏差算出手段により求めた偏差と仮の真値とを加算してしきい値Tを決定するしきい値決定手段と、
を備えたことを特徴とする米粒の外観検査装置。 Lighting means for illuminating the rice grains;
Imaging means for capturing rice grains illuminated by the illumination means with an imaging camera to obtain an analog image signal;
Image conversion means for binarizing the obtained analog image signal and converting it into a digital signal representing light and shade,
A density distribution histogram creating means for performing image processing of the digital image signal obtained by the image converting means and creating a density distribution histogram relating to the density of the image;
Cumulative density distribution histogram creating means for accumulating the density distribution obtained by the density distribution histogram creating means and creating a cumulative density distribution histogram;
A rice grain appearance inspection comprising: binarization discriminating means for binarizing discriminating rice grains and attached wrinkles by determining a threshold value T from the cumulative density distribution histogram obtained by the cumulative density distribution histogram creating means A device,
The binarization determining means obtains a cumulative pixel number in an appropriate ratio with respect to the total number of pixels in at least two locations on the cumulative density distribution histogram, and calculates a density value corresponding to each cumulative pixel number; ,
Plot density values corresponding to the cumulative number of pixels calculated by the density value calculation means, and a linear function creation means for creating an equation of a straight line passing between the plotted two points;
Substituting the total number of pixels into the linear equation obtained by the linear function creating means, and a provisional true value creating means for setting the density value at that time as a provisional true value;
Deviation calculation means for comparing the provisional true value obtained by the provisional true value creation means with a reference value set in advance by measurement of a sample and for obtaining the deviation;
Threshold value determining means for determining the threshold value T by adding the deviation obtained by the deviation calculating means and the provisional true value;
An apparatus for inspecting the appearance of rice grains.
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- 2003-07-23 JP JP2003278595A patent/JP2005043260A/en active Pending
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