JP2010038897A - 卵の立体歪み計測法 - Google Patents

Abstract

【課題】卵の段階で有精卵、無精卵および雌雄を識別する方法を提供する。
【解決手段】卵が滑り落ちないように、卵との接触面をエッジ構造にした卵の大きさより小さい卵置き台を用いて、垂線に対し正負４５°の角度からの卵の全輪郭を計測する。次に卵輪郭の歪みを９０°異なる角度で計測し、その歪みの和と差を用いて無精卵と有精卵および雌雄の識別を行う。
【選択図】図１４

Description

本発明は、鶏卵の精密選卵および形状認識、無精卵識別および雌雄識別の分野に関する。

無精卵の識別は、孵化器で一定の期間加温し、細胞分裂の経緯を強い光を当て抽出する方法があるが、卵の形で無精卵と有精卵とを識別する方法は存在しない。

有精卵の雌雄識別は、卵の頭部の膨らみや細長さなどを基準にする手法が提案されている。

卵の形は、振動とエネルギーに起因する他の生物、有機物の解析に応用できる可能性がある。卵の生成過程が卵の輪郭に潜んでいるとすれば、卵の精密な立体情報を得る手段を必要とする。卵の立体的情報を得るには卵を回転させて計測すれば良いが、回転角度を精度良く設定することは不可能に近い。また卵を回転させずに複数の計測器を使う方法も考えられるが、卵の形状の不安定さから、卵の計測角度範囲は２７０°より小さくなる。

有精卵と無精卵および雌雄は孵化後に判明する。孵化作業に伴う無駄なエネルギーの削減は地球環境改善の一つのテーマである。

問題を解決するための手段

卵を２７０°の角度範囲で計測出来れば、３６０°回転させなくても、９０°の角度の異なる２台の計測器を使って卵の立体情報を捉えることが出来る。そこで垂直軸に対し、正負４５°の角度にカメラを設置するとともに、卵の全輪郭が計測出来かつ卵が滑り落ちないように卵との接触面をエッジ構造にし、かつ卵の大きさより小さい卵置き台を考案した。

卵の形が親鳥の卵管を通るときの力の場で形成されるという推論の基に、卵の輪郭の左右の差を歪みとして計算し、この歪みを９０°異なる角度位置で計測し、その２面の歪みの和で有精卵と無精卵を識別し、差で雌雄の識別を行う。

発明の効果

卵の全輪郭を捉えることの出来る９０°角度の異なる２面計測系で卵の立体的な歪みを精度良く、かつ効率良く計測することが可能となった。

卵の歪みの精密な計測により、卵の輪郭に存在する卵の形成過程を推測することが出来る。

卵置き台が卵より小さくても刃付き卵置き台によって、卵が滑り落ちることなく４５°の角度から卵の全輪郭を計測出来るようになった。

無精卵識別および雌雄識別を実用レベルまで上げることが出来る。

孵化作業に於ける無駄な資源の削減が出来る。

発明の論理

非常にまれではあるが、図１のようにねじれ傷のある卵を見ることが出来る。この傷は、図２に示すように卵の輪郭を角度系に変換した輪郭の左右の平均値に非常に似ていることを発見した。更に、角度系に変換した輪郭の左右の差を求めると図３のようなサイクル現象を示す曲線が現れた。そこでπ／８の間隔で卵を回転させてこの曲線を観察したところ、図４に示すように曲線の位相が回転角度に応じて変化していることが判明した。詳細にその位相を分析した結果、卵の輪郭の中心を中心として、任意の角度に分割した角度を横軸にし、卵輪郭の左右の差を縦軸の値とした数式１のようになることが判明した。

数式１は、２次元相空間中の速度場に接している運動の軌跡を示すトラジェクトリーの角速度の近似式である数式２と非常に似ている。

また、卵の輪郭の左右の平均値は歪んだ余弦曲線であり、これもまたトラジェクトリーの角度の近似式である数式３に似ている。

数式１は、指数係数Ｋが正であることから、粘性抵抗γが負である発散性のサイクル運動に於ける角速度に相当する。このことから卵の形は、親鳥の卵管を通り抜けるときの力のバランスに関係していると推測される。図５は数式１の構成を表す図である。

そこで、０°と９０°で計測された歪みの強さを平均して、有精卵と無精卵を比較した結果、強い違いがあることが判明した。この結果、歪みの強さは卵の持つ力またはエネルギーに関係していると考えられる。すなわち、有精卵と無精卵は、歪みの平均値の大小により識別される可能性が大である。

発明の実施例

９０°異なる２面の輪郭を用いた卵の立体歪み検出手段と併せて、歪みによる無精卵と有精卵、雄と雌の識別例について説明する。

輪郭の左右分離

平面曲線である卵形線上には、図６に示すような４個の頂点が存在する。この頂点の求め方は、まず曲率が最大になる点Ｍと最小になる点Ｎを求め、これをＸ線上に一致するように動かす。その上で、Ｙ軸の正の位置にある頂点と負の位置にある頂点を曲率の最大値から求める。最小値は卵の頭部Ｎにあり、最大値は尾部Ｍにある。残りの頂点はＭとＮ点の中間にあるが、輪郭の上の頂点Ｕと輪郭の下のＬを結ぶ線Ｈは、実際の卵では垂線にならない。そこで、Ｈが垂線になるように卵を傾けた上で、頂点Ｎを求める。この作業は、頭部の上下の面積をバランスさせても実現出来る。

角度系変換

Ｙ軸の正側にある輪郭と負側にある輪郭の各位置の角度系への変換は、図７のように行う。Ｘ軸上での卵の中心を求め、中心からの角度を必要とする任意の精度の大きさに分割し、卵の輪郭のＸ位置、Ｙ位置を角度と長さに変換する。

捻れの検出

変換された卵の輪郭を卵の頭部から尾部に沿って、左右の差を求める。すると図２に示すような左右に交差する曲線を求めることが出来る。

卵を任意の角度で回転させ、各角度に於ける輪郭の左右の差の曲線を求めると図４のような曲線群になる。角度が１８０°異なるとこれらの曲線は左右反転する。更にこの曲線は尾部に行くに従い指数関数的に増加しており、このことは、卵が捻れていることを表す。

面積歪み

輪郭の左右の面積の差をとると、積算効果によって安定な卵の歪みを求めることが出来る。

エネルギーの検出

任意の位置で計測した輪郭の短径より下部の左右の面積差とそれより９０°回転させた下部面積差の平均値を計算すると、卵のエネルギーになると考えられる。これは、頭部の頂点から見た形が僅かに楕円になっており、卵を回転させたとき、歪みも測定位置で変化しているためである。このことが捻れを起こしている結果にもなっている。９０°位置の異なる２個の平均値を計算すると、その値は、いずれの角度を基準にしても同じ値になる。

無精卵の検出例

無精卵と有精卵を、歪みの平均値で比較したときのグラフが図８である。図８で判明することは無精卵の歪みは小さく、有精卵は歪みが大きい傾向がある。これは卵が形成されるときのエネルギーが卵の形に大きく関与していることを示している。

位相の方向検出

０°と９０°の輪郭の差を計算すると位相の方向を検出することが出来る。

歪みによる位相の方向検出

任意の角度で計測した輪郭の左右の下部面積差である歪みから、それより９０°右方向に回転させた角度で計測した輪郭の下部面積差である歪みを差し引くと、図９に示すように０°の歪みが９０°の歪みより大きい時は、卵の垂線は右に傾き、それに直角な線も右に傾く。逆に０°の歪みが９０°の歪みより小さいとき卵の垂線は左に傾き、それに直角な線も左に傾く。図１０は０°と９０°で歪み曲線の最大値の位置が可逆になる場合を示している。０°の歪みの値が大きいときは０°の最大値は９０°の最大値より、頭部側に位置し、その逆の場合は尾部側に位置している。

短径位置による傾き検出

任意の位置で計測した輪郭の短径位置とそれより９０°右方向に回転させた輪郭の短径位置の差を計算すると、図１１に示すように０°の短径位置が９０°の短径位置より大きい時、卵の短径線は右に傾く。逆に０°の短径位置が９０°の短径位置より小さい時、短径線は左に傾く。

歪みの差による雌雄の識別例

卵を右方向に回転させときの０°と９０°との歪みの差による傾きについて、０°が９０°より大きい時を位相の進み。小さいときは位相の遅れとし、進みを１、遅れを−１とするとしたときの雌雄の関係を求めたグラフを図１２に示す。すると位相の進みは雄となり、位相が遅れた卵は雌になっていることが解る。

短径位置の差による雌雄の識別例

卵を右方向に回転させたときの０°と９０°との短径位置の差による傾きも歪みと同じように考えると図１３に示すように雌雄を識別することが出来る。

２面計測系

卵の輪郭を回転させながら計測することは実用的ではない。そこで、図１４に示すように計測カメラを垂直軸に対し、正負４５°の角度で設置し、正４５°を０°の輪郭測定用とし、負４５°を９０°の輪郭測定用として用いると、０°と９０°の輪郭データを同時に正確に捉えることが可能となる。ただし、歪みは卵の全輪郭を必要とするために、卵は空中に浮かせなければならないという課題が生じる。この課題を解消するために、卵の大きさより小さい卵の置き台を考える。卵の表面はざらついており、もし刃物の刃の様な接触構造を持つ置き台を用いれば接触抵抗により滑り難くなる。これは置き台を中空にし、卵との接触面も卵形に倣い、かつ卵との接触面を刃先にした図１５のような置き台で解決出来ることが判明した。図１６は、卵を卵置き台に置いたときの卵と卵置き台の刃の接触状態を示す。卵置き台の刃が、卵の表面荒さ部にミクロ的に食い込むことで、置き台を多少傾たり、回転させても、卵は滑り落ちることは無い。また、計測者が多少アンバランスさせて卵を置いても卵は滑り落ちることは無い。

３面計測系

０°と９０°の歪み曲線を使っても傾きの方向がよく判別出来ない場合がある。 このときは０°と９０°に４５°の歪み曲線を加えると、位相の方向が極めて明確になる。その例を図１７に示す。卵Ｅ０３８では尾部において９０°、４５°、０°になっており、卵Ｅ０２４は０°、４５°、９０°と逆になっていて、卵Ｅ０２４の場合０°が９０°より位相が進んでいることが解る。しかも卵Ｅ０２４は雄で卵Ｅ０３８は雌である。そこで、０°と９０°の中間すなわち垂直軸に図１８に示すような４５°の計測系を追加することで、より容易に雌雄を識別することが可能となる。

３面計測による捻り方向検出

３面計測による卵の捻り方向検出の具体例を説明する。卵の歪みパターンを詳しく観察すると、図１９に示すように、遅い運動を表す歪み５４と速い運動を表す歪み５５が混在する弛張振動のパターンになっている。この現象は卵が親鳥の卵管を通り抜けるときの捻れが原因と推測される。
このパターンは１と０．５の２個の周期を持つており、周期１を持つ数式４と、周期０．５を持つ数式５で表すことが出来る。これらの式は数式１に於けるＸをωｔに置き換えて振動の式にしている。また位相Φを簡略化している。また数式１は卵の輪郭の左側を正にしていたが、卵を立てたときの輪郭と対応出来るように数式４および５は右側を正になるように、数式１を負にした。
図１９はΦを０と置いたときのパターンである。

そこで、０°と９０°のカメラで捉えた歪み曲線から周期が１を持つ歪み曲線のパターンと周期が０．５を持つパターンを抽出し、それぞれ、周期が１を持つ場合をＴ１、周期が０．５を持つパターンをＴ２として、０°と４５°の歪みの左右の強さとの関係を調べた。その結果、図２０に示すように周期Ｔ１とＴ２に分けたときの０°と４５°の歪みの強さは雌雄で異なり、かつ周期Ｔ１とＴ２とでは歪みの方向が逆になることが判明した。なお、周期Ｔ１とＴ２は０°と９０°の歪み曲線が両方とも周期が０．５に近い場合をＴ２とし、それ以外をＴ１とした。Ｔ１は強い捻りが見える。
０°と４５°の歪みの強さは、０°と４５°の歪みが両方とも右に強く表れている場合をＲｉｇｈｔ（右）、それ以外をＬｅｆｔ（左）とした。この歪みの強さを歪みの方向と定義している。

３面計測を示す図１８は卵の頭部の頂点が手前に、尾部の頂点が向こう側になるよう配置している。更に０°のカメラを基準にして４５°間隔に配置されているので、卵を０°、４５°および９０°の順に回転させて卵を撮影する方法と同じである。
捻れが強く見える周期Ｔ１で０°と４５°のカメラから見た歪みの方向が右になる場合は、９０°の歪みの位相より０°と４５°の位相が進んでいることになり、右側に回転していることになる。一方、周期Ｔ２では図１９に示すように位相が反転して見えるので、回転方向は変わらない。すなわち、雌雄で回転方向は逆になっていて、雌は右方向に回転し、雄は左方向に回転にしていることが図２０より見てとれる。これは雌と雄が各々右と左に捻れていることを示している。このように捻れ方向が卵の立体的な情報から検出することが出来、その捻れ方向から雌雄を識別出来ることになる。

ワクチン製造に於いて、無精卵と有精卵の選別に適用出来る。

種鶏場に於いて卵を孵化することなく、卵の状態で雌雄を鑑別出来る。

卵の形成過程を輪郭で分析することで、孵化した後でしか出来なかった鶏の品種改良の手段などに道を広げることが出来る。

卵以外の球体の加工精度検査が出来る。更に被写体として真球を使えばカメラのレンズなどの精密検査が出来る。

卵の表面に現れた捻り線。

卵の表面に現れた捻り線を輪郭から抽出した図。

卵の頭部から卵の長軸に沿って得られた左右の輪郭の平均値と差を示す曲線。

卵をπ／８の間隔で１回転させて測定した歪み曲線。

卵の歪み式の構成を表す図。

卵の輪郭から得られる頂点を示す図。

卵の輪郭を角度変換する図。

０°と９０°の歪みの和を無精卵と有精卵で比較したグラフ。

歪みによる傾きを示す図。

歪みによる位相を示す図。

短径位置による傾きを示す図。

０°と９０°の歪みの差による雌雄の識別を示すグラフ。

０°と９０°の短径位置の差による雌雄の識別を示すグラフ。

垂線に対し正負４５°で卵の輪郭を測定する２面計測機構。

卵の全輪郭を捉える限界線を満足する卵置き台。

刃付き卵置き台と卵の表面荒さ部との接触を表す図。

０°、４５°、９０°の３面計測による位相検出。

垂線位置からの輪郭計測を加えた０°、４５°、９０°の３面計測機構。

遅い運動と速い運動を示す歪み曲線

卵番号と羽毛鑑定結果による歪み曲線の周期と回転方向の表

符号の説明

（１）０°から１８０°まで、角度変換した卵輪郭の左右平均値の曲線。
（２）１８０°から３６０°までの曲線。
（３）左右の輪郭の平均値。
（４）卵の輪郭の左右の差である歪み曲線。
（５）余弦曲線。
（６）数式１で計算した歪み曲線。
（７）分割角度の増分に沿って得られる垂線の長さをプロットした曲線。
（８）数式１に於ける指数関数曲線。
（９）卵の輪郭。
（１０）卵頭部の左側の面積。
（１１）卵頭部の右側の面積。
（Ｍ）尾部の頂点。
（Ｎ）頭部の頂点。
（Ｕ）右側（上）の頂点。
（Ｌ）左側（下）の頂点。
（Ｈ）ＵとＬを結ぶ線。
（１２）卵の中心。
（１３）卵の中心から任意の角度で分割したときの中心と卵の輪郭を結ぶ角度線。
（１４）角度線と卵の輪郭の交点から卵の長軸に下ろした垂線。
（１５）９０°において計測した卵の輪郭。
（１６）０°の歪みが９０°の歪みより大きいときの０°の輪郭。
（１７）０°の歪みが９０°の歪みより小さいときの０°の輪郭。
（１８）９０°の長軸の傾き。
（１９）０°の輪郭の歪みが９０°の輪郭の歪みより大きいときの０°の長軸の傾き。
（２０）０°の輪郭の歪みが９０°の輪郭の歪みより小さいときの０°の長軸の傾き
（２１）９０°の短軸の傾き。
（２２）０°の歪みが９０°の歪みより大きいときの０°の短軸の傾き。
（２３）０°の歪みが９０°の歪みより小さいときの０°の短軸の傾き。
（２５）雌３４の０°の歪み曲線。
（２６）雌３４の０９０°の歪み曲線。
（２７）雄１２の０°の歪み曲線。
（２８）雄１２の９０°の歪み曲線。
（２９）雌３４の０°の歪み曲線の最大値点。
（３０）雌３４の９０°の歪み曲線の最大値点。
（３１）雄１２の０°の歪み曲線の最大値点。
（３２）雄１２の９０°の歪み曲線の最大値点。
（３３）卵の左の輪郭。
（３４）右の輪郭。
（３５）９０°の短径の位置。
（３６）卵を角度が０°で計測した短径の位置が９０°より頭部側にあるときの短径の傾き。
（３７）卵を角度が０°で計測した短径の位置が９０°より尾部側にあるときの短径の傾き。
（３８）長軸線。
（３９）０°の位置に於ける輪郭を撮影するカメラ。
（４０）９０°の位置に於ける輪郭を撮影するカメラ。
（４１）刃付き卵置き台。
（４２）０°の位置のカメラが卵の全輪郭を捉えるための限界線。
（４３）９０°の位置のカメラが卵の全輪郭を捉えるための限界線。
（４４）卵置き台の刃部。
（４５）卵の表面荒さ部。
（４６）卵と卵置き台の接触部。
（５０）０°の位置に於いて計測した歪み曲線。
（５１）４５°の位置に於いて計測した歪み曲線。
（５２）９５°の位置に於いて計測した歪み曲線
（５３）４５°の位置に於ける輪郭を撮影するカメラ
（５４）遅い運動（周期Ｔ２）を示す歪み曲線
（５５）速い運動（周期Ｔ１）を示す歪み曲線

Claims (8)

1. 卵の輪郭を、長軸を中心にして９０°異なった角度で計測し、卵の左右の輪郭の差をそれぞれに求め、更に０°の輪郭の差から９０°の輪郭の差を差し引いた値を用いて卵の立体的歪みである捻れと位相および歪みの大きさを計測する方法。
2. 卵の輪郭を０°、４５°、９０°の４５°異なった位置で計測し、卵の左右の輪郭の差をそれぞれに求め、３面の輪郭の組み合わせによる差および和を求め、卵の立体的歪みを計測する方法。
3. 卵の輪郭より小さく、かつ卵と接触する面を刃先のようなエッジ構造にした卵置き台に卵を乗せ、垂直線に対し正負４５°の角度に設置した計測器から卵の全輪郭を計測する方法。
4. 卵の輪郭を９０°異なった位置で計測し、卵の左右の輪郭の差から歪みを求め、０°の輪郭から得られる歪みと９０°の輪郭から得られる歪みとの平均値より無精卵と有精卵を識別する方法。
5. 卵の輪郭を９０°異なった位置で計測し、卵の左右の輪郭の差から歪みを求め、０°の輪郭から得られる歪みと９０°の輪郭から得られる歪みとの差より雌雄を識別する方法。
6. 卵の輪郭を０°、４５°、９０°の４５°異なった位置で計測し、卵の左右の輪郭の差から得られる歪み曲線の位相の順序により雌雄を識別する方法。
7. 卵の輪郭を９０°異なった位置で計測し、０°の短径位置と９０°の短径位置との差を用いて雌雄を識別する方法。
8. 卵の輪郭の左右の差で得られる歪み曲線の弛張運動に於ける周期を求め、弛張運動の周期毎の歪みの強さや方向および位相差によって、卵の捻り方向および雌雄を検出する方法。

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