JP2005230703A - 粒状物色彩選別機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、粒状物色彩選別機において、粒状物の良・不良の判別精度を向上させることを技術的課題としたものである。
【解決手段】判別手段１０において、赤・青・緑の各画素データ（ＲＧＢ値）を、Ｌ*ａ*ｂ*表色系又はＬ*ｕ*ｖ*表色系の均等色空間においてほぼ球状に分布する特徴を有する各表色系のＬ*ａ*ｂ*データ又はＬ*ｕ*ｖ*のデータに変換し、該Ｌ*ａ*ｂ*データ又はＬ*ｕ*ｖ*のデータを所定のしきい値と比較する。前記所定のしきい値は、球状しきい値ＲＹであって、かつ該球状しきい値ＲＹにおける外周部の、不良領域Ｆを有する所定部分（除外部Ｘ）を面状しきい値Ｔによって除外するようにしたものであって、これにより、球状しきい値ＲＹの半径ｒを小さくすることなく不良領域Ｆを排除できる。よって、良品の一部が不良側に含まれることが無いか又は最小限にできる。よって、判別及び選別の精度が向上する。
【選択図】図５

Description

本発明は、原料となる粒状物（大豆などの豆類の外、雑穀、穀物及びペレットなど）に混入した不良品を光学的に判別して選別を行う粒状物色彩選別機に関し、特に、粒状物からの検出光に基づいて、粒状物を良・不良に判別する判別手段に関するものである。

従来この種の粒状物色彩選別機は、傾斜状のシュートやコンベアベルトなどからなる移送手段によって、粒状物を移送して移送終端部から空中に放出し、光学判別手段によって、前記放出された粒状物に光を照射して該粒状物からの検出光から不良品を判別し、選別手段によって当該不良品を選別するものとして知られている（特許文献１参照）。この粒状物色彩選別機における前記光学判別手段には従来、単色光（例えば青波長）の検出光から不良品を判別するものや、赤・緑・青（ＲＧＢ）によるカラーの検出光から不良品を判別するものがある。後者のもの（以後、「カラー判別」という）は、前記ＲＧＢの３原色の検出光から判別するので、前者よりも色彩の微妙な差や様々な色彩の判別が可能とされている。

前記カラー判別による光学判別手段は、ＲＧＢ光を受光するＣＣＤセンサーを備えたＣＣＤカメラによって粒状物からのＲＧＢ光を受光し、該受光データ（画素データ）から検出されたＲＧＢの各波長の光量と、所定のしきい値とを比較して不良品（不良画素）の判別を行っている。この判別方法は、前記の各画素データに含まれる、赤波長と緑波長の光量割合、青波長と赤波長の光量割合及び緑波長と青波長の光量割合が全てしきい値内か否かによって、前記各画素データの良・不良の判別を行っている。図８の（１）〜（３）には、赤波長−緑波長の光量割合、青波長−赤波長の光量割合及び緑波長−青波長の光量割合において、判別による「良」の画素データの分布を示し、その分布がそれぞれ楕円状になっていることが分かる。前記しきい値は、各楕円状分布を囲んだ４本の直線状の境界線（破線で示した）によって、四角状に設定されている。しかし、この四角状しきい値内の角隅には、「良」の楕円状分布以外に不良領域Ｆが含まれているので、本業界においては、より判別精度の高いしきい値の設定が望まれている。

そこで本願発明者らは以下の方法を想到した。該方法は、前記ＲＧＢの各画素データ（ＲＧＢ値）を所定の変換回路により、Ｌ*ａ*ｂ*表色系又はＬ*ｕ*ｖ*表色系の均等色空間に変換したＬ*ａ*ｂ*データ又はＬ*ｕ*ｖ*データが略球状に分布するという知見を利用するものである。この知見は、図９の（１）〜（３）（説明の便宜上、２次元で説明する）に示したように、前記のようにして変換されたＬ*ａ*ｂ*データが均等色空間において略球状に分布していることが分かる。そこで本願発明者らはしきい値の設定を行うに当たって、前記略球状の分布に着目し、該略球状の分布を囲み、かつ該分布以外をできるだけ含まないように、しきい値を「球状」とすることを想到した。この球状のしきい値ＲＹを、図９の（１）〜（３）（説明の便宜上、２次元で説明する）に示した。このように、ＲＧＢ値の均等色空間への変換及び球状しきい値ＲＹの設定によって、しきい値内の前記不良領域Ｆの面積が少なくなり、粒状物の良・不良の判別精度が従来よりも向上した（特願２００３−４０４９１３号）。

特開平８−２２９５１７号公報

しかしながら前述のように前記均等色空間において球状しきい値で行う方法には、しきい値の設定に更に改善すべき問題点があった。すなわち、均等色空間に変換されたＬ*ａ*ｂ*データ又はＬ*ｕ*ｖ*データの分布は、前述のように略球状であっても完全な球状ではない。このため、球状しきい値内においても、その外周近傍に前記不良領域Ｆを含むものであった（図１０の（１）〜（３）参照、説明の便宜上、２次元で説明する）。したがって、この不良領域Ｆに、不良として選別したい粒状物の分布があることがある。これは例えば、原料粒状物となる大豆に、色が似たとうもろこしが混入していた場合に生じる。この場合、前記球状しきい値の大きさを小さく調整すれば前記とうもろこし（不良粒状物）の選別はできるものの、逆に大豆（良品粒状物）の一部が球状しきい値から外れてしまい、当該良品粒状物を不良粒状物として選別し、良品粒状物の歩留まりを低下させてしまう虞があった。
そこで本発明は、上記問題点にかんがみ、粒状物色彩選別機において、粒状物の良・不良の判別精度を向上させることを技術的課題としたものである。

上記課題を解決するため、請求項１では、
粒状物を移送して移送終端部から放出させる移送手段と、
前記移送手段から放出された粒状物の落下軌跡の近傍に配設して、落下する粒状物に光を照射して粒状物から得られる赤・青・緑の光を受光する受光センサーを備える光学検出手段と、
該光学検出手段が検出した赤・青・緑の各画素データをＬ*ａ*ｂ*表色系又はＬ*ｕ*ｖ*表色系の均等色空間に変換するとともに、変換したＬ*ａ*ｂ*又はＬ*ｕ*ｖ*の変換データと予め設定した所定のしきい値とを比較して前記画素データの良・不良の判別を行う判別手段と、
該光学検出手段が検出した赤・青・緑の画素データを所定のしきい値と比較して良・不良の判別を行う判別手段と、
該判別手段によって不良と判定された画素データの画素に対応する粒状物を前記落下軌跡から除外する選別手段と、
を備える粒状物色彩選別機であって、
前記判別手段のしきい値は、球状のしきい値及び、該球状のしきい値における外周部の所定部分を除外する面状しきい値から構成する、という技術的手段を講じた。

請求項１によると、前記判別手段において、赤・青・緑の各画素データ（ＲＧＢ値）を、Ｌ*ａ*ｂ*表色系又はＬ*ｕ*ｖ*表色系の均等色空間においてほぼ球状に分布する特徴を有する各表色系のＬ*ａ*ｂ*データ又はＬ*ｕ*ｖ*のデータに変換し、該Ｌ*ａ*ｂ*データ又はＬ*ｕ*ｖ*のデータを所定のしきい値と比較する。請求項１の特徴点である前記所定のしきい値は、球状のしきい値であって、かつ該球状のしきい値における外周部の、不良領域を有する所定部分（除外部）を面状しきい値によって除外するようにしたものであり、これにより、正確・確実に前記不良領域の排除を行うことができ、しかも、球状しきい値の半径を小さくしなくてよい。このため、良品の一部が不良側に含まれることが無いか又は最小限にできる。

また、請求項２では、判別手段における前記画素データの良・不良の判別は、前記Ｌ*ａ*ｂ*又はＬ*ｕ*ｖ*の各変換データと前記しきい値とを比較・判別して得た良・不良の判別データを予め設定した良・不良判定テーブルに従って行うこととした。これにより、判別手段では、検出した各ＲＧＢ値の良・不良の判別結果が良・不良判定テーブルから参照できるので、良・不良の判定が迅速に行われる。

本発明は、しきい値を球状のしきい値とし、かつ該球状のしきい値内における外周部の、不良領域を有する所定部分（除外部）を面状しきい値によって除外するようにしたので、正確・確実に前記不良領域の排除を行うことができる。しかも、球状しきい値の半径を小さくしないので、良品の一部が不良側に含まれることが無いか又は最小限にできる。よって、良品粒状物の歩留まりの向上、または低下を最小限にすることができるので、良・不良の判別精度が向上する。

本発明の最良の実施の形態を以下に説明する。図１は、本発明における粒状物色彩選別機１の縦側断面図である。該粒状物色彩選別機１は、原料の粒状物を移送する移送手段としての無端ベルトコンベア２を横設し、該無端ベルトコンベア２の搬送始端側には原料供給部３を配設する。該原料供給部３は、原料ホッパー４と振動フィーダ５とから構成する。一方、無端ベルトコンベア２の搬送終端側には、粒状物の落下軌跡Ｇを上下に対峙した各位置に、落下する粒状物から放出される光を受光する光学検出手段６を配設する。

前記光学検出手段６は、落下軌跡Ｇ上の光学検出位置Ｐに光を照射する照射部７、光学検出位置Ｐに焦点を合わせた受光センサー８及び背景板８ａを構成する。前記受光センサー８は、ＲＧＢ（赤・青・緑）光を受光して検出することのできるものであればよく、本実施例では、ＲＧＢ光の受光検出ができるＣＣＤラインセンサーを内蔵したＣＣＤカメラ８とした。前記照射部７は、ＲＧＢ光の各波長を有する白色の蛍光灯とした。落下軌跡Ｇに沿った光学検出手段６の後方位置には、判別された不良品を選別する選別手段９を配設する。該選別手段９は本実施の形態では高圧エアーを噴風する噴風手段としたが、落下軌跡Ｇから選別対象物の除去が行えるものであれば他のものでもよい。なお、該噴風手段のエアー噴風方向には、噴風によって選別された不良品を収容する収容部９ａを構成した。また、以下の説明において前記選別手段９は、噴風手段９という。

次に、前記ＣＣＤカメラ８からの受光データを基にして、粒状物を良・不良に判別する判別手段１０の構成を示す（図２参照）。該判別手段１０は、前記ＣＣＤカメラ８と接続した前処理回路１１を具える。該前処理回路１１は、前記ＣＣＤカメラ８からの信号に対して、ホワイトバランスやシェーディング補正、ノイズ除去などの処理を行う公知の回路である。前記前処理回路１１は、ＲＡＭ（書き込み・読み取り兼用記憶部）１２を介してＣＰＵ（演算処理部）１３に接続し、また二値化処理回路１４にも接続する。さらに該二値化処理回路１４は、ＲＡＭ（書き込み・読み取り兼用記憶部）（以下、「ルックアップテーブル」という）１５を介して前記ＣＰＵ１３と接続する。

前記ルックアップテーブル１５は、前記受光データより定めたＲＧＢ値を変換したＬ*ａ*ｂ*データ又はＬ*ｕ*ｖ*データが、後述する所定のしきい値内（良品域内）か否か、つまり「良」か「不良」かを参照するために参照データ表であり、原料の本選別前に予め設定する。このルックアップテーブル１５の例を表１に示す。該表１では、前記各ＲＧＢ値のＲ、Ｇ、Ｂの各光量割合をそれぞれ８ビット（２^８＝256）で区分け設定し、Ｒ値、Ｇ値、Ｂ値の全組み合わせについて、均等色空間における後述する所定のしきい値（良品域）内であるか否か、すなわち「良」か「不良」かが設定してある。なお、前記ＲＧＢ値のＬ*ａ*ｂ*データ又はＬ*ｕ*ｖ*データへの変換は、ＲＧＢ値をＸＹＺ値に変換後さらにＬａｂ値に変換する公知の演算式で行い、本実施例では前記演算式をＣＰＵ１３に内蔵した。

また前記二値化処理回路１４は、後処理回路１６及びＣＰＵ（演算処理部）１７を介して噴風駆動回路１８に接続する。該噴風駆動回路１８は前記選別手段９に接続する。前記後処理回路１６は、不良と判別された画素群を、１粒の不良品として前後等の粒状物と明確に区別するための処理を行う回路である。前記ＣＰＵ１７は、後処理回路１６で確定した不良画素群（不良品）に対応する前記噴風手段９のエアーノズル（高圧バルブ）を割り当てる回路としてある。前記噴風駆動回路１８は、前記ＣＰＵ１７からのエアーノズルの割り当て信号を受けて、該当のエアーノズルを駆動させる回路としてある。

なお、粒状物色彩選別機１における移送手段は、前記無端ベルトコンベア２以外に、図３に示したような傾斜状の流下樋（シュート）１９であってもよい。図３において符号は、図１と同様とし、個々の説明は省略する。

なお本発明でいう前記均等色空間、前記Ｌ*ａ*ｂ*表色系及び後述するＬ*ｕ*ｖ*表色系は、ＣＩＥ（国際照明委員会）が定めたもののことである。

次に、本発明の作用を説明する。原料の粒状物は大豆（良品）とし、これに混入するとうもろこし（不良品）の選別・除去について、以下に説明する。まず原料の本選別前に、前記ルックアップテーブル１５の作成（設定）について説明する。良品サンプルの大豆を用意し、前記原料供給部３の振動フィーダ５から繰り出された前記大豆は、無端ベルトコンベア２によって搬送され、搬送終端側から落下軌跡Ｇに沿って落下する（図１参照）。前記照射部７からの照射光を受けて落下する大豆から放出される光は、前記ＣＣＤカメラ８によって画素Ｋ単位で受光される（図４参照）。該ＣＣＤカメラ８が受光した画素単位データ（ＲＧＢ値）は前記ＲＡＭ１２に一時記憶された後、順次前記ＣＰＵ１３に送られて、該ＣＰＵ１３に設定した前記演算式により、画素単位毎にそのＲＧＢ値がＸＹＺ値に変換され、その後Ｌａｂ値に変換される（図２参照）。

図５には、前述の所定のしきい値を示す。図５には、三次元からなるＬ*ａ*ｂ*表色系の均等色空間において、中心Ｏから任意半径ｒによって設定した球状しきい値ＲＹを示すとともに、本願の特徴構成である面状しきい値Ｔを示す。該面状しきい値Ｔは、前記球状しきい値ＲＹ内の、外周近傍に有する不良領域Ｆを含有する部分（除外部Ｘ）を、当該球状しきい値内から除外するような平面状をなしたものである。さらにこの面状しきい値Ｔは、二次元で概念的に示すと、図６の（１），（２），（３）のように、球状しきい値ＲＹ内から不良領域Ｆを除外するようにしたものである。この面状しきい値Ｔの設定により、不良領域Ｆを球状しきい値ＲＹ内から除外するために、球状しきい値ＲＹの半径ｒを小さくしないので、良品の一部が不良側に含まれることがない。

変換された前記各Ｌａｂ値は、面状しきい値Ｔによってその一部（除外部Ｘ）が除外された球状しきい値ＲＹと比較され、該球状しきい値ＲＹ内であれば「良」と判別され、また球状しきい値ＲＹ外であれば「不良」と判定される。このようにして、各ＲＧＢ値のＬａｂ値を求めて均等色空間における「良」「不良」の判別結果を順次得て、これらのデータはルックアップテーブル１５のデータとして設定する。なお図５には、良品となる大豆Ｒ１，Ｒ２、不良品となるとうもろこしＮ１，Ｎ２、前記球状しきい値ＲＹ及び面状しきい値Ｔの関係を概念的に示した。

次に原料の本選別を説明する。前記原料供給部３の振動フィーダ５から繰り出された原料粒状物（とうもろこしが混入した大豆）は、無端ベルトコンベア２によって搬送されて、搬送終端側から落下軌跡Ｇに沿って落下する。そして照射部７からの照射光を受けて落下する粒状物から放出する光は、前記ＣＣＤカメラ８によって画素Ｋ単位で受光される（図４参照）。ＣＣＤカメラ８が受光した画素単位の各ＲＧＢ値は前記二値化処理回路１４において、前記ルックアップテーブル１５のデータに従って「良」又は「不良」に判別された後に二値化される。この二値化後の状態を図７に示した。該図７において黒色の画素Ｋが「不良」と判定されたものであり、この黒色の画素Ｋの集合を不良品（とうもろこし）Ｎ１，Ｎ２として認識する。なお、図７における符号Ｒ１，Ｒ２は良品（大豆）を示す。

次に前記後処理回路１６は、図７において不良品Ｎ１，Ｎ２とした画素を基に、前後等の粒状物と明確に区別するための処理を行って、不良品の画素を最終的に特定する。この後、ＣＰＵ１７において、前記最終決定した不良品の画素に対応した噴風手段９におけるエアーノズルを決定し、該決定に基づいて噴風駆動回路１８は該当するエアーノズルを駆動させて、噴風によって不良品を前記落下軌跡Ｇから収容部９ａに除外する。

本発明は、前記均等色空間における前述のＬ*ａ*ｂ*表色系以外に、同均等色空間におけるＬ*ｕ*ｖ*表色系であっても同様の作用効果が得られる。このＬ*ｕ*ｖ*表色系で実施する場合には、前記ＣＰＵ１３に、ＲＧＢ値を前記Ｌ*ｕ*ｖ*表色系のＬ*ｕ*ｖ*データ（Ｌｕｖデータ）に変換する演算式を設定して行う。このＬ*ｕ*ｖ*表色系への変換方法は前述のＬ*ａ*ｂ*表色系と同様に一般的な方法によって行う。なお、前記面状しきい値Ｔについては、上記では１つ設けたが、球状しきい値ＲＹにおいて異なる複数の箇所に有する前記不良領域Ｆ毎に設けて、複数としてもよい。

また前記不良領域Ｆに関して、該前記不良領域Ｆは球状しきい値ＲＹ内の良品分布と重なることがある。この場合には、重なる部分を除去（球状しきい値ＲＹ外）するような位置に前記面状しきい値Ｘを設定して、不良品を確実に選別除去するようにする。これによると、前記不良領域Ｆに含まれる良品も不良側に選別されてしまうが、球状しきい値の半径ｒを小さくして前記不良領域Ｆを除去する方法よりも良品が不良側に選別される量が少ないので、本発明のように前記面状しきい値Ｘを設定すると効率のよい選別が行える。

本発明の実施例における粒状物色彩選別機の縦側断面である。 本発明の実施例における判別手段のブロック図である。 本発明の実施例における他の粒状物色彩選別機の縦側断面である。 ＣＣＤカメラによって良品及び不良品が受光される状態を示す。 均等色空間における球状しきい値と面状しきい値との関係を示す。 球状しきい値と面状しきい値との関係を概念的に二次元で示す。 ルックアップテーブルを参照して良・不良を二値化した画素を示す。 従来の、Ｒ−Ｇ，Ｇ−Ｂ，Ｂ−Ｒにおける良の画素の分布としきい値を示す。 従来の、ｂ*−ａ*，Ｌ*−ａ*，Ｌ*−ｂ*における良の画素の分布と球状しきい値を示す。 従来の、ｂ*−ａ*，Ｌ*−ａ*，Ｌ*−ｂ*における球状しきい値と不良領域の関係を示す。

符号の説明

１ 粒状物色彩選別機
２ 無端ベルトコンベア
３ 原料供給部
４ 供給ホッパー
５ 振動フィーダ
６ 光学検出手段
７ 照射部
８ 受光センサー（ＣＣＤカメラ）
８ａ 背景板
９ 選別手段（噴風手段）
９ａ 収容部
１０ 判別手段
１１ 前処理回路
１２ ＲＡＭ
１３ ＣＰＵ
１４ 二値化処理回路
１５ ＲＡＭ（ルックアップテーブル）
１６ 後処理回路
１７ ＣＰＵ
１８ 噴風駆動回路
１９ 流下樋（シュート）
Ｆ 不良領域
Ｇ 落下奇跡
Ｋ 画素
Ｎ１ 不良品
Ｎ２ 不良品
Ｏ 中心
Ｐ 光学検出位置
ｒ 半径
Ｒ１ 良品
Ｒ２ 良品
Ｘ 除外部

Claims (2)

1. 粒状物を移送して移送終端部から放出させる移送手段と、
   前記移送手段から放出された粒状物の落下軌跡の近傍に配設して、落下する粒状物に光を照射して粒状物から得られる赤・青・緑の光を受光する受光センサーを備える光学検出手段と、
   該光学検出手段が検出した赤・青・緑の各画素データをＬ*ａ*ｂ*表色系又はＬ*ｕ*ｖ*表色系の均等色空間に変換するとともに、変換したＬ*ａ*ｂ*又はＬ*ｕ*ｖ*の変換データと予め設定した所定のしきい値とを比較して前記画素データの良・不良の判別を行う判別手段と、
   該光学検出手段が検出した赤・青・緑の画素データを所定のしきい値と比較して良・不良の判別を行う判別手段と、
   該判別手段によって不良と判定された画素データの画素に対応する粒状物を前記落下軌跡から除外する選別手段と、
   を備える粒状物色彩選別機であって、
   前記判別手段のしきい値は、球状のしきい値及び、該球状のしきい値における外周部の所定部分を除外する面状しきい値からなることを特徴とする粒状物色
   彩選別機。
2. 前記判別手段における前記画素データの良・不良の判別は、前記Ｌ*ａ*ｂ*又はＬ*ｕ*ｖ*の各変換データと前記しきい値とを比較・判別して得た良・不良の判別データを予め設定した良・不良判定テーブルに従って行うことを特徴とする請求項１に記載の粒状物色彩選別機。
   

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