JP2015040818A - Method and apparatus for grain classification - Google Patents

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陽子 五十嵐
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陽子 五十嵐
麻子 本村
Asako Motomura
麻子 本村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To further efficiently classify grains using near infrared light.SOLUTION: A grain classification method and a grain classification apparatus 100 include: receiving diffuse reflection light from an examination object 3 consisting of grains in each of pixels arranged two-dimensionally and acquiring a spectrum; then determining a group to which the examination object 3 belongs for each individual on the basis of the spectrum. This configuration allows imaging of a plurality of individuals at one time and classification thereof for each individual on the basis of the imaging result. Consequently, efficient classification of the grains using near infrared light becomes possible.

Description

本発明は、穀物分類方法及び穀物分類装置に関する。   The present invention relates to a grain classification method and a grain classification apparatus.

従来から、検査対象物である農作物に対して近赤外光を照射することで穀物からの近赤外光スペクトルを取得し、これに基づいて穀物の品質評価を行うことが検討されている。例えば、特許文献1では、対象物に対して測定用光線として近赤外線光を照射することで得られる分光スペクトルに基づいて青果物の品質情報を非破壊で求める方法が示されている。   Conventionally, it has been studied to obtain a near-infrared light spectrum from cereals by irradiating near-infrared light to a crop to be inspected, and to evaluate the quality of the grain based on the spectrum. For example, Patent Document 1 discloses a method for nondestructively obtaining quality information of fruits and vegetables based on a spectral spectrum obtained by irradiating an object with near infrared light as a measurement light beam.

特開平9−297053号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-297053

しかしながら、特許文献1記載の装置を検査対象物の全数検査に用いようとすると作業的な負荷が大きくなる。特に、検査対象物が例えば穀物のように各個体が小さい場合には、検査対象物を1つずつ装置にセットして測定することは作業量が莫大に増加する。   However, if the apparatus described in Patent Document 1 is used for the total inspection of inspection objects, the work load increases. In particular, when each test object is small, such as a grain, for example, setting the test objects one by one in the apparatus and measuring them greatly increases the amount of work.

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、近赤外光を用いた穀物の分類をより効率よく行うことが可能な穀物分類方法及び穀物分類装置の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a grain classification method and a grain classification apparatus that can more efficiently classify grains using near-infrared light.

上記目的を達成するため、本発明に係る穀物分類方法は、検査対象物である穀物を複数の集団のうちいずれの集団に属するかの分類を行う穀物分類方法であって、前記検査対象物に対して近赤外光を照射することで、当該検査対象物からの透過光又は拡散反射光を2次元配置された画素毎に受光し、スペクトルを取得する撮像ステップと、前記スペクトルに基づいて、前記検査対象物についてその個体毎に属する集団を判定する判定ステップと、を含むことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a grain classification method according to the present invention is a grain classification method for classifying a grain, which is an inspection object, to belong to which group among a plurality of groups. On the other hand, by irradiating near-infrared light, the transmitted light or diffuse reflected light from the inspection object is received for each of the two-dimensionally arranged pixels, and an imaging step for acquiring a spectrum, based on the spectrum, And a determination step of determining a group belonging to each individual for the inspection object.

また、本発明に係る穀物分類装置は、検査対象物である穀物を複数の集団のうちいずれの集団に属するかの分類を行う穀物分類装置であって、前記検査対象物に対して近赤外光を照射する光源と、前記光源からの近赤外光の照射によって出射される、当該検査対象物からの透過光又は拡散反射光を2次元配置された画素毎に受光し、スペクトルを取得する撮像部と、前記撮像部において得られた前記スペクトルに基づいて、前記検査対象物についてその個体毎に属する集団を判定する判定部と、を備えることを特徴とする。   The grain classification apparatus according to the present invention is a grain classification apparatus that classifies a grain as an inspection object to belong to which group among a plurality of groups, and the near-infrared ray is applied to the inspection object. A light source for irradiating light and transmitted light or diffuse reflected light from the inspection object emitted by irradiation of near-infrared light from the light source are received for each two-dimensionally arranged pixel to obtain a spectrum. An imaging unit, and a determination unit that determines a group belonging to each individual of the inspection target based on the spectrum obtained in the imaging unit.

上記の穀物分類方法及び穀物分類装置では、2次元配置された画素において穀物からなる検査対象物からの拡散反射光又は透過光を受光し、スペクトルを取得した後、当該スペクトルに基づいて検査対象物を個体毎に属する集団を判定する。このような構成を有することにより、例えば複数の個体についての撮像を一度に行うことができると共に、当該撮像結果に基づいて個体毎に分類をすることができる。したがって、近赤外光を用いた穀物の分類をより効率よく行うことが可能となる。   In the grain classification method and grain classification apparatus described above, after the diffusely reflected light or transmitted light from a test object made of grain is received at a two-dimensionally arranged pixel and a spectrum is acquired, the test object is acquired based on the spectrum. A group belonging to each individual is determined. By having such a configuration, for example, imaging of a plurality of individuals can be performed at once, and classification can be performed for each individual based on the imaging result. Therefore, it is possible to more efficiently classify grains using near infrared light.

ここで、近赤外光は、1800〜2200nmの波長範囲の少なくとも一部の光が含まれる態様が好ましい。検査対象物を照射する近赤外光に上記の波長範囲の光が含まれることで、穀物の分類をより好適に行うことができる。   Here, it is preferable that the near-infrared light includes at least part of light in the wavelength range of 1800 to 2200 nm. Grain classification can be more suitably performed by including light in the above-described wavelength range in the near-infrared light that irradiates the inspection object.

また、上記作用を効果的に奏する構成として、例えば、前記判定ステップでは、前記撮像ステップにおいて得られた前記画素毎のスペクトルのうち、前記検査対象物のうち特定の個体を撮像した画素において取得された前記スペクトルを平均化することで該特定の個体に係る平均化スペクトルを求め、前記平均化スペクトルの形状に基づいて該特定の個体が属する集団を判定する態様が挙げられる。   In addition, as a configuration that effectively exhibits the above-described operation, for example, in the determination step, the spectrum obtained for each pixel obtained in the imaging step is acquired in a pixel obtained by imaging a specific individual among the inspection object. In addition, there is a mode in which an average spectrum relating to the specific individual is obtained by averaging the spectrum, and a group to which the specific individual belongs is determined based on the shape of the average spectrum.

また、上記作用を効果的に奏する他の構成として、例えば、前記判定ステップでは、前記撮像ステップにおいて得られた前記画素毎のスペクトルのうち、前記検査対象物のうち特定の個体を撮像した各画素において取得された前記スペクトルが属する集団を判定し、前記スペクトルが属する集団の判定結果に基づいて、前記特定の個体が属する集団を判定する態様が挙げられる。   In addition, as another configuration that effectively exhibits the above-described operation, for example, in the determination step, each pixel obtained by imaging a specific individual among the inspection object in the spectrum for each pixel obtained in the imaging step. The group to which the spectrum acquired in (1) belongs is determined, and the group to which the specific individual belongs is determined based on the determination result of the group to which the spectrum belongs.

本発明によれば、近赤外光を用いた穀物の分類をより効率よく行うことが可能な穀物分類方法及び穀物分類装置が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the grain classification method and grain classification apparatus which can perform the classification of the grain using near-infrared light more efficiently are provided.

本実施形態に係る穀物分類装置の構成を説明する図である。It is a figure explaining the composition of the grain classification device concerning this embodiment. ハイパースペクトル画像について説明する図である。It is a figure explaining a hyperspectral image. 穀物の分類方法について説明する図である。It is a figure explaining the classification | category method of a grain. 個体毎のスペクトルデータ(平均化データ)を示す図である。It is a figure which shows the spectrum data (averaged data) for every individual. 図4に示すスペクトルデータそれぞれに対してSNV変換を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed SNV conversion with respect to each spectrum data shown in FIG. 図4に示すスペクトルデータそれぞれについて2次微分を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed the secondary differentiation about each spectrum data shown in FIG. 図6に示すスペクトルデータのうち1800nm〜2200nmの波長域を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the wavelength range of 1800 nm-2200 nm among the spectrum data shown in FIG. 図5に示したSNV変換後のスペクトルデータを用いてPCAを行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed PCA using the spectrum data after the SNV conversion shown in FIG. 図5に示したSNV変換後のスペクトルデータを用いてPCAを行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed PCA using the spectrum data after the SNV conversion shown in FIG. 図6に示した2次微分後のスペクトルデータを用いてPCAを行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed PCA using the spectrum data after the secondary differentiation shown in FIG.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
(穀物分類装置の構成)
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(Structure of grain classification device)

本発明に係る穀物分類装置100について図1を用いて説明する。本実施形態に係る穀物分類装置100は、ベルトコンベア2上に分散載置された検査対象物3たる穀物を、複数の集団に分類することを主な目的とした装置である。   A grain sorting apparatus 100 according to the present invention will be described with reference to FIG. The grain classification apparatus 100 according to the present embodiment is an apparatus whose main purpose is to classify grains as the inspection object 3 distributedly placed on the belt conveyor 2 into a plurality of groups.

穀物分類装置100の検査対象物3となる穀物としては、例えば、麦、米、トウモロコシ等が挙げられる。また、穀物分類装置100による分類とは、例えば、複数種類の穀物が混入したものを種類毎に分類することや、特定の種類の穀物を何らかの指標で分類することが挙げられる。特に、本実施形態に係る穀物分類装置100では、外見が似ていても異なる集団に分類されることが考えられる指標での分類を可能とする。このような指標としては、例えば、品種、銘柄、産地等が挙げられる。また、例えばおいしさ・安全性のように、種々の成分の量等の影響を受ける指標等に基づいた分類も可能である。また、不良品を良品から分類することも可能である。   Examples of the grains that are the inspection object 3 of the grain sorting apparatus 100 include wheat, rice, and corn. The classification by the grain classification device 100 includes, for example, classifying a mixture of a plurality of types of grains for each type, or classifying a specific type of grains with some index. In particular, the grain classification apparatus 100 according to the present embodiment enables classification with an index that can be classified into different groups even if the appearance is similar. Examples of such indicators include varieties, brands, and production areas. Further, for example, classification based on an index affected by the amount of various components, such as deliciousness and safety, is possible. It is also possible to classify defective products from non-defective products.

また、穀物分類装置100では、搬送される検査対象物をインラインで全数検査することに対して好適に用いられる。なお、以下の実施形態では、検査対象物3が米であって、穀物分類装置100を用いてその品種(銘柄)を分類する場合について説明する。したがって、検査対象物3は、ベルトコンベア2上に、個体同士が重なり合わないように配置することが好ましく、個体同士を離間して配置することが更に好ましい。   The grain sorting apparatus 100 is preferably used for in-line inspection of all inspection objects to be conveyed. In the following embodiment, a case where the inspection object 3 is rice and the variety (brand) is classified using the grain classification apparatus 100 will be described. Therefore, it is preferable to arrange | position the test object 3 on the belt conveyor 2 so that individuals may not overlap, and it is still more preferable to arrange | position individuals separately.

穀物分類装置100は、近赤外光である測定光を検査対象物3に対して照射することにより得られる拡散反射光のスペクトルを測定し、そのスペクトルに基づいて検査対象物3を検査する。このため、穀物分類装置100は、光源10、撮像部20、及び分析部30(判定部)を備える。   The grain classification apparatus 100 measures the spectrum of diffuse reflection light obtained by irradiating the inspection object 3 with measurement light that is near infrared light, and inspects the inspection object 3 based on the spectrum. For this reason, the grain classification device 100 includes a light source 10, an imaging unit 20, and an analysis unit 30 (determination unit).

光源10は、近赤外光である測定光を、ベルトコンベア2上における所定の照射領域A1へ向けて照射する。光源10が照射する測定光の波長範囲は、検査対象物3によって適宜選択される。測定光としては、具体的には、波長範囲が800nm〜2500nmの近赤外光が好適に用いられ、特に波長範囲が1000nm〜2300nmの光が好適に用いられる。また、検査対象物3が穀物である場合、1800〜2200nmの波長帯域において、個体の特徴を示すピークの変動等が確認されることから、上記の波長帯域の光が測定光に含まれることが好ましい。光源10としては例えばハロゲンランプ等が好適に用いられる。   The light source 10 irradiates measurement light which is near infrared light toward a predetermined irradiation area A1 on the belt conveyor 2. The wavelength range of the measurement light emitted by the light source 10 is appropriately selected depending on the inspection object 3. Specifically, as the measurement light, near infrared light having a wavelength range of 800 nm to 2500 nm is preferably used, and light having a wavelength range of 1000 nm to 2300 nm is particularly preferably used. Further, when the inspection object 3 is a grain, since the fluctuation of the peak indicating the characteristics of the individual is confirmed in the wavelength band of 1800 to 2200 nm, the light in the above wavelength band may be included in the measurement light. preferable. For example, a halogen lamp is preferably used as the light source 10.

照射領域A1とは、検査対象物3を載置するベルトコンベア2の表面(載置面2b)の一部の領域である。この照射領域A1は、載置面2bの進行方向2a(図1のy軸方向)と垂直な幅方向(x軸方向)に広がり、載置面2bの一方の端から他方の端までを覆う領域である。   The irradiation region A1 is a partial region of the surface (mounting surface 2b) of the belt conveyor 2 on which the inspection object 3 is mounted. The irradiation area A1 extends in the width direction (x-axis direction) perpendicular to the traveling direction 2a (y-axis direction in FIG. 1) of the placement surface 2b, and covers from one end to the other end of the placement surface 2b. It is an area.

なお、本実施形態では、光源10から出射される光が照射領域A1に対して直接照射される構成について説明するが、光源10からの光を例えばシリンドリカルレンズ等を介してライン上に整形して出射する構成としてもよい。   In the present embodiment, the configuration in which the light emitted from the light source 10 is directly applied to the irradiation area A1 will be described. However, the light from the light source 10 is shaped on a line via, for example, a cylindrical lens. It may be configured to emit light.

光源10から出力された近赤外光L1は、照射領域A1上に載置された検査対象物3により拡散反射される。そして、その一部が、拡散反射光L2として撮像部20に入射する。   The near infrared light L1 output from the light source 10 is diffusely reflected by the inspection object 3 placed on the irradiation area A1. A part of the light enters the imaging unit 20 as diffusely reflected light L2.

撮像部20は、ハイパースペクトル画像を取得するハイパースペクトルセンサとしての機能を有する。ここで、本実施形態におけるハイパースペクトル画像について図2を用いて説明する。図2は、ハイパースペクトル画像についてその概略を説明する図である。図2に示すように、ハイパースペクトル画像とは、N個の画素P〜Pにより構成されている画像である。図2ではそのうちの一例として2個の画素P及びPについて具体的に示している。画素P及びPには、それぞれ複数の強度データからなるスペクトル情報S及びSが含まれている。この強度データとは、特定の波長(又は波長帯域)におけるスペクトル強度を示すデータであり、図2では、15個の強度データがスペトル情報S及びSとして保持されていて、これらを重ね合わせた状態で示している。このように、ハイパースペクトル画像Hは、画像を構成する画素毎に、それぞれ複数の強度データを持つという特徴から、画像としての二次元的要素と、スペクトルデータとしての要素をあわせ持った三次元的構成のデータである。なお、本実施形態では、ハイパースペクトル画像Hとは、1画素あたり少なくとも5つの波長帯域における強度データを保有している画素によって構成された画像のことをいう。 The imaging unit 20 has a function as a hyperspectral sensor that acquires a hyperspectral image. Here, the hyperspectral image in this embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining the outline of the hyperspectral image. As shown in FIG. 2, the hyperspectral image is an image configured by N pixels P 1 to P N. Specifically it shows the two pixel P n and P m as them example in FIG. Each of the pixels P n and P m includes spectral information S n and S m including a plurality of intensity data. And the intensity data is data indicating a spectral intensity at a particular wavelength (or wavelength band), 2, 15 intensity data has been retained as Supetoru information S n and S m, superposition of these It is shown in the state. As described above, the hyperspectral image H is characterized by having a plurality of intensity data for each pixel constituting the image, so that a three-dimensional image having both a two-dimensional element as an image and an element as spectral data. Configuration data. In the present embodiment, the hyperspectral image H refers to an image composed of pixels having intensity data in at least five wavelength bands per pixel.

図2では検査対象物3もあわせて示している。すなわち、図2においてPは検査対象物3を撮像した画素であり、Pは背景(例えば、ベルトコンベアや搬送容器)を撮像した画素である。このように、撮像部20では、検査対象物3だけでなく背景を撮像した画像も取得される。したがって、検査対象物3の分類に係る処理においては、背景を撮像した画素を特定しその画素で取得されたスペクトルデータは、検査対象物3を撮像した画素で取得されたスペクトルデータとは区別して取り扱う必要がある。 In FIG. 2, the inspection object 3 is also shown. That, P n in FIG. 2 is a pixel of the captured inspection object 3, P m is the pixel of the captured background (e.g., belt conveyor and the conveying container). Thus, the imaging unit 20 acquires not only the inspection object 3 but also an image obtained by imaging the background. Therefore, in the process related to the classification of the inspection object 3, the pixel that captured the background is specified, and the spectrum data acquired by the pixel is distinguished from the spectrum data acquired by the pixel that captured the inspection object 3. It is necessary to handle.

図1に戻り、本実施形態に係る撮像部20は、カメラレンズ24と、スリット21と、分光器22と、受光部23と、を備える。この撮像部20は、その視野領域20s(撮像領域)がベルトコンベア2の進行方向2aと垂直な方向(x軸方向)に延びている。撮像部20の視野領域20sは、載置面2bの照射領域A1に含まれるライン状の領域であって、スリット21を通過した拡散反射光L2が受光部23上に像を結ぶ領域である。   Returning to FIG. 1, the imaging unit 20 according to the present embodiment includes a camera lens 24, a slit 21, a spectroscope 22, and a light receiving unit 23. The imaging unit 20 has a visual field region 20s (imaging region) extending in a direction (x-axis direction) perpendicular to the traveling direction 2a of the belt conveyor 2. The visual field region 20s of the imaging unit 20 is a linear region included in the irradiation region A1 of the placement surface 2b, and is a region in which the diffuse reflected light L2 that has passed through the slit 21 forms an image on the light receiving unit 23.

スリット21は、照射領域A1の延在方向(x軸方向)と平行な方向に開口が設けられる。撮像部20のスリット21に入射した拡散反射光L2は、分光器22へ入射する。   The slit 21 is provided with an opening in a direction parallel to the extending direction (x-axis direction) of the irradiation region A1. The diffuse reflected light L <b> 2 that has entered the slit 21 of the imaging unit 20 enters the spectroscope 22.

分光器22は、スリット21の長手方向、すなわち照射領域A1の延在方向に垂直な方向(y軸方向)に拡散反射光L2を分光する。分光器22により分光された光は、受光部23によって受光される。   The spectroscope 22 splits the diffusely reflected light L2 in the longitudinal direction of the slit 21, that is, the direction perpendicular to the extending direction of the irradiation area A1 (y-axis direction). The light split by the spectroscope 22 is received by the light receiving unit 23.

受光部23は、複数の受光素子が2次元に配列された受光面を備え、各受光素子が光を受光する。これにより、受光部23がベルトコンベア2上の幅方向(x軸方向)に沿った各位置で反射した拡散反射光L2の各波長の光をそれぞれ受光することとなる。各受光素子は、受光した光の強度に応じた信号を位置と波長とからなる二次元平面状の一点に関する情報として出力する。この受光部23の受光素子から出力される信号が、ハイパースペクトル画像に係る画素毎のスペクトルデータとして、撮像部20から分析部30に送られる。   The light receiving unit 23 includes a light receiving surface in which a plurality of light receiving elements are two-dimensionally arranged, and each light receiving element receives light. As a result, the light receiving unit 23 receives light of each wavelength of the diffusely reflected light L2 reflected at each position along the width direction (x-axis direction) on the belt conveyor 2. Each light receiving element outputs a signal corresponding to the intensity of received light as information on a two-dimensional planar point composed of a position and a wavelength. A signal output from the light receiving element of the light receiving unit 23 is transmitted from the imaging unit 20 to the analyzing unit 30 as spectral data for each pixel related to the hyperspectral image.

分析部30は、入力された信号により拡散反射光L2の反射光スペクトルを得て、この得られたスペクトルに基づいて検査を行う。そして、この分析部30による分析の結果は、例えば分析手段30に接続されるモニタや、プリンタ等に出力することによって、この穀物分類装置100のオペレータに通知される。   The analysis unit 30 obtains the reflected light spectrum of the diffuse reflected light L2 from the input signal, and performs an inspection based on the obtained spectrum. The result of analysis by the analysis unit 30 is notified to the operator of the grain classification device 100 by outputting the result to, for example, a monitor connected to the analysis unit 30 or a printer.

この分析部30は、CPU(Central Processing Unit)、主記憶装置であるRAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)、検出部等の他の機器との間の通信を行う通信モジュール、並びにハードディスク等の補助記憶装置等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。そして、これらの構成要素が動作することにより、分析部30としての機能が発揮される。
(穀物分類方法)
The analysis unit 30 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory) that are main storage devices, a communication module that performs communication with other devices such as a detection unit, The computer is configured with hardware such as an auxiliary storage device such as a hard disk. And the function as the analysis part 30 is exhibited because these components operate | move.
(Cereal classification method)

次に、上記の穀物分類装置100を用いた分類方法について、図3を参照しながら説明する。図3に示すように、まず、ベルトコンベア2上に載置されて移動する検査対象物3を含む照射領域A1に対して光源10から近赤外光L1を出力することで、検査対象物3により拡散反射された光を含む拡散反射光L2を撮像部20において受光することで、視野領域20s(撮像領域)の撮像を行う(S01:撮像ステップ)。これによって、撮像部20において得られた画素毎のスペクトルデータは、撮像部20から分析部30に送られ、分析部30において取得される(S02)。なお撮像部20においてベルトコンベア2の移動に対応して連続して撮像を行い、これを分析部30に対して蓄積することで、分析部30では、各画素が二次元に配置されたハイパースペクトル画像として取得される。   Next, a classification method using the grain classification apparatus 100 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, first, the near-infrared light L <b> 1 is output from the light source 10 to the irradiation area A <b> 1 including the inspection object 3 placed and moved on the belt conveyor 2, thereby inspecting the object 3. By receiving the diffuse reflection light L2 including the light diffusely reflected by the imaging unit 20, the visual field region 20s (imaging region) is imaged (S01: imaging step). Thereby, the spectrum data for each pixel obtained in the imaging unit 20 is sent from the imaging unit 20 to the analysis unit 30 and acquired in the analysis unit 30 (S02). The imaging unit 20 continuously captures images corresponding to the movement of the belt conveyor 2 and accumulates them in the analysis unit 30, so that in the analysis unit 30, each pixel is arranged in a two-dimensional hyperspectrum. Obtained as an image.

次に、分析部30では、これらの画素のうち、検査対象物3を撮像した画素、すなわち、解析対象となる画素(測定対象画素)を特定する(S03)。まず、測定対象画素であるか否かを判定する方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。具体的には、各画素のスペクトルデータにおいて、ある特定の波長のデータが予め決定しておいた閾値内にあるかどうかを判定する方法が挙げられる。これは、背景と検査対象物3とを比較したときに、検査対象物3が特定の成分を含んでいる等の場合に有効である。また、第1の波長における反射光強度データと、それとは別の第2の波長における反射光強度データに対して四則演算を行うことで当該画素に係る得点を算出し、算出された得点が予め決定しておいた閾値内にあるかどうかによって、当該画素が測定対象画素となるか否かを判定する方法が挙げられる。これらの方法により、検査対象物3を撮像した画素か否かを判定する。   Next, the analysis unit 30 identifies a pixel that images the inspection object 3 among these pixels, that is, a pixel to be analyzed (measurement target pixel) (S03). First, as a method for determining whether or not a pixel is a measurement target pixel, for example, the following method can be cited. Specifically, there is a method of determining whether or not data of a specific wavelength is within a predetermined threshold in the spectral data of each pixel. This is effective when the inspection object 3 includes a specific component when the background and the inspection object 3 are compared. Further, by performing four arithmetic operations on the reflected light intensity data at the first wavelength and the reflected light intensity data at the second wavelength different from that, a score relating to the pixel is calculated, and the calculated score is calculated in advance. There is a method of determining whether or not the pixel is a measurement target pixel depending on whether or not it is within the determined threshold value. By these methods, it is determined whether or not the pixel is an image of the inspection object 3.

なお、対象画素を抽出するために用いる閾値等、測定対象画素か否かの判定に用いられる指標は、予め対象画素を好適に判定できるように決定しておくことが好ましい。また、対象画素を抽出するために用いられる演算や判定基準は、上述の複数種類の判定方法のうちのいくつかを組み合わせて用いてもよい。また、同じ判定方法を用いる場合であっても、複数回の演算を行ってもよいし、複数の閾値を判定に用いてもよい。また、画素毎のスペクトルデータに対して、規格化、平滑化、微分などの処理を行った後に、対象画素か否かの判定を行う演算を行っても良い。また、撮像部20において検出されるスペクトルデータは、拡散反射光のスペクトルデータであるが、これに基づいて吸光度スペクトルを算出した後に吸光度スペクトルを用いて以降の評価を行ってもよい。   In addition, it is preferable to determine beforehand the index used for determination whether it is a measurement object pixel, such as the threshold value used for extracting a target pixel, so that a target pixel can be suitably determined. Moreover, the calculation and determination criteria used for extracting the target pixel may be used in combination with some of the above-described plural types of determination methods. Even when the same determination method is used, a plurality of calculations may be performed, or a plurality of threshold values may be used for the determination. In addition, after performing processing such as normalization, smoothing, and differentiation on the spectrum data for each pixel, an operation for determining whether the pixel is a target pixel may be performed. Moreover, although the spectrum data detected in the imaging part 20 are spectrum data of diffuse reflection light, after calculating an absorbance spectrum based on this, subsequent evaluation may be performed using the absorbance spectrum.

測定対象として特定された画素に係るスペクトルデータは、以下の2つの方法のいずれかにより、個体毎の分類に用いられる。   Spectral data related to the pixel specified as the measurement target is used for classification for each individual by one of the following two methods.

まず、第1の方法として、撮像ステップにおいて得られた画素毎のスペクトルデータのうち、前記検査対象物のうち特定の個体を撮像した画素において取得されたスペクトルデータを平均化することで特定の個体に係る平均化スペクトルを求めた後に、平均化スペクトルの形状に基づいて特定の個体が属する集団を判定する方法が挙げられる。また第2の方法としては、撮像ステップにおいて得られた画素毎のスペクトルデータのうち、検査対象物のうち特定の個体を撮像した各画素において取得された前記スペクトルが属する集団を判定し、前記スペクトルデータが属する集団の判定結果に基づいて、特定の個体が属する集団を判定する方法が挙げられる。   First, as a first method, among the spectrum data for each pixel obtained in the imaging step, a specific individual is obtained by averaging the spectrum data acquired in the pixel in which the specific individual is imaged among the inspection objects. There is a method of determining a group to which a specific individual belongs based on the shape of the averaged spectrum after obtaining the averaged spectrum. As a second method, among the spectrum data for each pixel obtained in the imaging step, a group to which the spectrum acquired in each pixel obtained by imaging a specific individual among inspection objects belongs is determined, and the spectrum There is a method of determining a group to which a specific individual belongs based on the determination result of the group to which the data belongs.

第1の方法では、まず、検査対象物3を撮像したと特定された画素のうち、同一の個体を撮像した測定対象画素を特定し、平均化データを作成する(S04)。同一の個体を撮像した測定対象画素を特定する方法としては、例えば、検査対象物3同士が互いに離間して測定されている場合には、互いに異なる個体を撮像した画素の間には、背景を撮像した画素が含まれると考えられることから、測定対象画素と判定される画素は、測定対象画素と判定された画素のうち互いに隣接しているものについては同一の個体を撮像した画素と判定する方法が挙げられる。また、検査対象物3の大きさや、ベルトコンベア2上における検査対象物3の配置があらかじめ分かっている場合には、それらの情報と組み合わせて同一の個体を撮像した測定対象画素を特定する構成としてもよい。その後、同一の個体を撮像した測定対象画素として特定された画素のスペクトルデータについて、平均化データを作成する。これにより、一の個体に対して一の平均化データが作成される。   In the first method, first, a measurement target pixel that captures the same individual is identified from pixels that are identified as having captured the inspection object 3, and averaged data is created (S04). As a method for specifying the measurement target pixels that image the same individual, for example, when the inspection objects 3 are measured apart from each other, a background is provided between pixels that are imaged from different individuals. Since it is considered that captured pixels are included, pixels that are determined as measurement target pixels are determined as pixels obtained by capturing the same individual for pixels determined to be measurement target pixels that are adjacent to each other. A method is mentioned. In addition, when the size of the inspection object 3 and the arrangement of the inspection object 3 on the belt conveyor 2 are known in advance, the measurement target pixel obtained by imaging the same individual is combined with the information. Also good. Thereafter, averaged data is created for the spectral data of the pixels specified as the measurement target pixels obtained by imaging the same individual. Thereby, one averaged data is created for one individual.

次にこの平均化データを用いて、個体の分類を決定する(S05)。分類の決定方法としては、まず、互いに異なる複数の種類の穀物を区別するために、品種が既知である複数の穀物についてのスペクトルデータを取得して、これに基づいて、品種に基づいて穀物を分類する方法を予め求める。そして、この情報に基づいて、未知の品種の穀物の個体に係るスペクトルデータを用いて、個体がどのような品種であるかを判定する。穀物に係るスペクトルデータを複数の種類に分類する方法としては、例えば主成分分析(Principal Component Analysis:PCA)、PLS(Partial Least Squares)回帰分析等の多変量回帰分析、サポートベクタマシン(Support vector machine:SVM)が挙げられる。そして、分析の結果を出力する(S06)ことで、個体毎の分類が終了する。   Next, the classification of individuals is determined using this averaged data (S05). As a method of determining the classification, first, in order to distinguish a plurality of different types of grains, spectrum data is obtained for a plurality of grains whose varieties are known, and based on this, the grains are classified based on the varieties. A method of classification is obtained in advance. Based on this information, it is determined what kind of individual the individual is using, using the spectrum data relating to the individual grains of unknown varieties. Examples of methods for classifying the spectrum data related to grains into a plurality of types include multivariate regression analysis such as Principal Component Analysis (PCA), PLS (Partial Least Squares) regression analysis, and support vector machine. : SVM). Then, by outputting the analysis result (S06), the classification for each individual is completed.

次に、第2の方法では、第1の方法と比較して、先に画素毎のスペクトルデータに基づいて当該画素が撮像した検査対象物がどの集団に属するかを判定し(S14)、その後、検査対象物3を撮像したと特定された画素のうち、同一の個体を撮像した測定対象画素を特定し、同一の個体を撮像した測定対象画素に係る判定結果(S14で得られた結果)に基づいて、当該個体がどの集団に属するかを決定する方法である(S15)。まず、各画素にて得られたスペクトルデータについて、分類を行う方法は、第1の方法における平均化データの分類と同様の方法が用いられる。その後、各画素について分類が行われた後に、第1の方法と同様に、同一の個体を撮像した測定対象画素を特定する。ここで、同一の個体について複数の画素により撮像されていた場合には、複数の画素のそれぞれについて判定結果を有しているはずなので、これらの複数の判定結果に基づいて、検査対象物個体としての判定結果を算出する。そして、分析の結果を出力する(S06)ことで、個体毎の分類が終了する。   Next, in the second method, compared to the first method, it is determined to which group the inspection object imaged by the pixel belongs based on the spectral data for each pixel (S14), and thereafter The determination result related to the measurement target pixel that images the same individual among the pixels that are identified as having imaged the inspection object 3 is identified (result obtained in S14) This is a method for determining to which group the individual belongs (S15). First, as a method for classifying the spectrum data obtained at each pixel, the same method as the classification of the averaged data in the first method is used. Thereafter, after the classification is performed for each pixel, the measurement target pixel in which the same individual is imaged is specified as in the first method. Here, in the case where the same individual is captured by a plurality of pixels, it should have a determination result for each of the plurality of pixels, so based on the plurality of determination results, The determination result is calculated. Then, by outputting the analysis result (S06), the classification for each individual is completed.

ここで、上記のように、主成分分析によって穀物を複数の集団に分類ができることについて、図4〜図10を参照しながら、実施例を用いて説明する。   Here, as described above, the fact that the grains can be classified into a plurality of groups by the principal component analysis will be described using examples with reference to FIGS.

まず、水稲種子5銘柄(ヒトメボレ、コシヒカリ、ササニシキ、ハナエチゼン、カグラモチ)を各10粒について、上記の穀物分類装置100を用いて拡散反射スペクトルを取得した。スペクトルデータを取得した波長範囲は、1000nm〜2500nmであった。得られたスペクトルデータについては、まず、拡散反射スペクトルを吸光度スペクトルに変換した後に、各画素の吸光度スペクトルに基づいて測定対象画素を特定した。そして、特定された測定対象画素のうち同一個体に係る測定対象画素のスペクトルデータを平均化した。その結果であり各画素のスペクトルデータに対する平均化データに相当するスペクトルデータを図4に示す。さらに、図4に示すスペクトルデータそれぞれに対して標準正規変量(SNV:Standard Normal Variate)変換を行ったものを図5として示す。図5に示す結果によれば、例えば波長1600nm以下や、波長1900nm以上の領域において、カグラモチのみが他の銘柄と比較して異なるスペクトル形状を示すことが分かった。5銘柄のうち、カグラモチはもち米であるが、他の銘柄はうるち米である。したがって、各画素において得られたスペクトルデータについてSNV変換を行うことでうるち米ともち米とを区別することが可能であることが分かった。   First, a diffuse reflection spectrum was obtained using the above-mentioned grain classification apparatus 100 for 10 rice seeds (Hitomebore, Koshihikari, Sasanishiki, Hanaechizen, Kaguramochi) for each 10 grains. The wavelength range from which the spectrum data was acquired was 1000 nm to 2500 nm. For the obtained spectrum data, first, after converting the diffuse reflection spectrum into an absorbance spectrum, the measurement target pixel was specified based on the absorbance spectrum of each pixel. And the spectrum data of the measurement object pixel which concerns on the same individual among the specified measurement object pixels were averaged. FIG. 4 shows the spectral data corresponding to the averaged data for the spectral data of each pixel as a result. Furthermore, FIG. 5 shows a result of performing standard normal variant (SNV) conversion on each of the spectral data shown in FIG. According to the results shown in FIG. 5, it was found that, for example, in the region of wavelength 1600 nm or less or wavelength 1900 nm or more, only Kaguramochi shows a different spectrum shape compared to other brands. Of the five brands, Kaguramochi is glutinous rice, while the other brands are sticky rice. Therefore, it was found that it is possible to distinguish between glutinous rice and glutinous rice by performing SNV conversion on the spectral data obtained in each pixel.

次に、図4に示すスペクトルデータの2次微分を行ったものを図6として示す。また、図6に示す2次微分スペクトルのうち1800nm〜2200nmの波長範囲のみを取り出して拡大したものを図7に示す。図6及び図7に示す2次微分スペクトルにおいては、波長1900nm付近において、カグラモチのみが他の銘柄と比較してピークがシフトしていることが確認された。さらに、波長2000nm付近においては、「カグラモチ、コシヒカリ及びハナエチゼン」群と「ヒトメボレ、ササニシキ」群との間でピークのシフトが発生していることが確認された。   Next, FIG. 6 shows a result of second-order differentiation of the spectrum data shown in FIG. FIG. 7 shows an enlarged spectrum obtained by extracting only the wavelength range of 1800 nm to 2200 nm from the secondary differential spectrum shown in FIG. In the second-order differential spectrum shown in FIGS. 6 and 7, it was confirmed that the peak was shifted in Kaguramochi alone compared with other brands in the vicinity of the wavelength of 1900 nm. Furthermore, it was confirmed that a peak shift occurred between the “Kagamomochi, Koshihikari and Hanaechizen” group and the “Hitomebore, Sasanishiki” group in the vicinity of a wavelength of 2000 nm.

次に、図5に示したSNV変換後のスペクトルデータを用いてPCAを行った。その結果、図8に示すように、うるち米(ヒトメボレ、コシヒカリ、ササニシキ、ハナエチゼン)ともち米(カグラモチ)の判別ができることが確認できた。   Next, PCA was performed using the spectrum data after SNV conversion shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 8, it was confirmed that it was possible to discriminate between glutinous rice (Hitomebore, Koshihikari, Sasanishiki, Hanaechizen) and glutinous rice (Kagamochi).

また、同様に図5に示したSNV変換後のスペクトルデータを用いてPCAを用いて違う成分を用いて分析を行ったところ、図9に示すように、「ハナエチゼン」、「コシヒカリ、カグラモチ」、「ヒトメボレ、ササニシキ」の3群に判別ができることが確認できた。   Similarly, when analysis was performed using different components using PCA using the spectrum data after SNV conversion shown in FIG. 5, as shown in FIG. 9, “Hanaetizen”, “Koshihikari, Kaguramochi”, It was confirmed that discrimination could be made into 3 groups of “Himomebore, Sasanishiki”.

さらに、図6に示した2次微分を行ったスペクトルデータを用いてPCAを行ったところ、図10に示すように、5銘柄を全て分類することができた。   Furthermore, when PCA was performed using the spectrum data obtained by performing the second order differentiation shown in FIG. 6, all five brands could be classified as shown in FIG.

上記の結果から、PCAにより、5銘柄を全て識別できることが確認された。これにより、図10の結果が得られた条件を用いてPCAを行うことで、銘柄が未知の検査対象物についても得られたスペクトルに基づいて銘柄の判定、すなわち分類が可能であることが確認された。   From the above results, it was confirmed by PCA that all 5 brands could be identified. As a result, it is confirmed that the determination of the brand, that is, the classification, is possible based on the spectrum obtained even for the inspection object whose brand is unknown, by performing the PCA using the conditions for obtaining the results of FIG. It was done.

なお、他の指標により穀物を分類する場合についても、(1)分類するための分析条件を導出する(属する集団が既知であり、異なる集団に属する複数個の穀物を用いて、それらの穀物が分類可能な分析条件を見出す)、(2)導出された分析条件に基づいて、属する集団が未知である検査対象物を測定し分析を行う、という段階をふむことで、穀物を分類することができる。   In the case of classifying grains according to other indicators, (1) Deriving analysis conditions for classification (groups belonging to a known group and using a plurality of grains belonging to different groups, (2) to classify grains by including the stage of measuring and analyzing the test object whose group is unknown based on the derived analysis conditions. it can.

以上のように、本実施形態に係る穀物分類方法及び穀物分類装置100では、2次元配置された画素のそれぞれにおいて穀物からなる検査対象物3からの拡散反射光を受光し、スペクトルを取得した後、当該スペクトルに基づいて検査対象物3を個体毎に属する集団を判定する。このような構成を有することにより、例えば複数の個体についての撮像を一度に行うことができると共に、当該撮像結果に基づいて個体毎に分類をすることができる。したがって、近赤外光を用いた穀物の分類をより効率よく行うことが可能となる。   As described above, in the grain classification method and the grain classification apparatus 100 according to the present embodiment, after each of the two-dimensionally arranged pixels receives diffuse reflected light from the inspection object 3 made of grain and acquires a spectrum. Based on the spectrum, the group to which the inspection object 3 belongs is determined for each individual. By having such a configuration, for example, imaging of a plurality of individuals can be performed at once, and classification can be performed for each individual based on the imaging result. Therefore, it is possible to more efficiently classify grains using near infrared light.

また、検査対象物3が穀物である場合、光源10から出射される近赤外光に1800〜2200nmの波長範囲の少なくとも一部の光が含まれる構成とすることで、穀物の分類をより精度よく行うことができる。これは、上記実施例で説明したように、上記の波長範囲において穀物のスペクトル形状が変化する傾向にあるため、このスペクトル形状の変化を利用して検査対象物の分類を行うことが好ましいためである。   Further, when the inspection object 3 is a grain, the near-infrared light emitted from the light source 10 includes at least part of light in the wavelength range of 1800 to 2200 nm, thereby further classifying the grain. Can be done well. This is because, as described in the above embodiment, since the spectrum shape of the grain tends to change in the above wavelength range, it is preferable to classify the inspection object using the change in the spectrum shape. is there.

また、穀物分類方法としては、第1の方法として、判定ステップでは、撮像ステップにおいて得られた画素毎のスペクトルのうち、検査対象物3のうち特定の個体を撮像した画素において取得された前記スペクトルを平均化することで該特定の個体に係る平均化スペクトルを求め、平均化スペクトルの形状に基づいて該特定の個体が属する集団を判定する方法が挙げられる。また、第2の方法として、判定ステップでは、撮像ステップにおいて得られた画素毎のスペクトルのうち、検査対象物のうち特定の個体を撮像した各画素において取得された前記スペクトルのそれぞれに基づいて、検査対象物3が属する集団を判定し、特定の個体を撮像した各画素において取得されたスペクトルに基づいた検査対象物3が属する集団の判定結果に基づいて、特定の個体が属する集団を判定する方法が挙げられる。いずれの方法においても、特定の個体を撮像した1以上の画素のスペクトルを用いて当該個体が属する集団を判定することから、高い精度で穀物の分類を行うことができる。さらに第1の方法の場合には、平均化スペクトルを予め作成して個体毎に1のスペクトル(平均化スペクトル)についての分類を行う構成であるから、第2の方法と比較して、分類制度は維持しつつ分析時に取り扱うデータの量が少なくなるため、より効率よく処理を行うことができる。   As a grain classification method, as a first method, in the determination step, the spectrum acquired in a pixel obtained by imaging a specific individual in the inspection object 3 among the spectra for each pixel obtained in the imaging step. Can be obtained by determining the group to which the specific individual belongs based on the shape of the averaged spectrum. Further, as a second method, in the determination step, based on each of the spectra acquired in each pixel obtained by imaging a specific individual among the inspection objects, among the spectra for each pixel obtained in the imaging step, The group to which the inspection target 3 belongs is determined, and the group to which the specific individual belongs is determined based on the determination result of the group to which the inspection target 3 belongs based on the spectrum acquired in each pixel obtained by imaging the specific individual. A method is mentioned. In any of the methods, since the group to which the individual belongs is determined using the spectrum of one or more pixels obtained by imaging a specific individual, it is possible to classify the grains with high accuracy. Further, in the case of the first method, since an averaged spectrum is created in advance and classification is performed on one spectrum (averaged spectrum) for each individual, the classification system is compared with the second method. Since the amount of data handled at the time of analysis is reduced while maintaining, the processing can be performed more efficiently.

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary.

例えば、上記実施形態では、近赤外光の波長範囲で取得したスペクトルを利用した場合について説明をしているが、他の波長範囲で取得したスペクトルを併せて利用することもできる。   For example, in the above embodiment, the case where a spectrum acquired in the wavelength range of near-infrared light is used is described, but a spectrum acquired in another wavelength range can also be used.

また、上記実施形態では、撮像部20において、検査対象物3の拡散反射スペクトルを撮像する構成としているが、例えばベルトコンベア2を介して撮像部20と対向する位置に光源10を配置することで、検査対象物3の透過光スペクトルを撮像部20において取得する構成としてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although it has set it as the structure which images the diffuse reflection spectrum of the test target object 3 in the imaging part 20, it arrange | positions the light source 10 in the position facing the imaging part 20 via the belt conveyor 2, for example. The transmission light spectrum of the inspection object 3 may be acquired by the imaging unit 20.

100…測定システム、3…検査対象物、10…光源部、20…撮像部、21…スリット、22…分光器、23…受光部、30…分析部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Measurement system, 3 ... Test object, 10 ... Light source part, 20 ... Imaging part, 21 ... Slit, 22 ... Spectroscope, 23 ... Light-receiving part, 30 ... Analysis part.

Claims (5)

検査対象物である穀物を複数の集団のうちいずれの集団に属するかの分類を行う穀物分類方法であって、
前記検査対象物に対して近赤外光を照射することで、当該検査対象物からの透過光又は拡散反射光を2次元配置された画素毎に受光し、スペクトルを取得する撮像ステップと、
前記スペクトルに基づいて、前記検査対象物についてその個体毎に属する集団を判定する判定ステップと、
を含む穀物分類方法。
A grain classification method for classifying a grain to be inspected into a group among a plurality of groups,
By irradiating the inspection object with near-infrared light, the transmitted light or diffuse reflection light from the inspection object is received for each of the two-dimensionally arranged pixels, and an imaging step for acquiring a spectrum;
A determination step of determining a group belonging to each individual for the inspection object based on the spectrum;
Grain classification method including.
前記近赤外光は、1800〜2200nmの波長範囲の少なくとも一部の光が含まれる請求項1記載の穀物分類方法。   The grain classification method according to claim 1, wherein the near-infrared light includes at least part of light in a wavelength range of 1800 to 2200 nm. 前記判定ステップでは、
前記撮像ステップにおいて得られた前記画素毎のスペクトルのうち、前記検査対象物のうち特定の個体を撮像した画素において取得された前記スペクトルを平均化することで該特定の個体に係る平均化スペクトルを求め、
前記平均化スペクトルの形状に基づいて該特定の個体が属する集団を判定する請求項1又は2記載の穀物分類方法。
In the determination step,
Of the spectrum for each pixel obtained in the imaging step, an averaged spectrum relating to the specific individual is obtained by averaging the spectrum acquired in a pixel obtained by imaging the specific individual among the inspection objects. Seeking
The grain classification method according to claim 1 or 2, wherein a group to which the specific individual belongs is determined based on a shape of the averaged spectrum.
前記判定ステップでは、
前記撮像ステップにおいて得られた前記画素毎のスペクトルのうち、前記検査対象物のうち特定の個体を撮像した各画素において取得された前記スペクトルが属する集団を判定し、
前記スペクトルが属する集団の判定結果に基づいて、前記特定の個体が属する集団を判定する請求項1又は2記載の穀物分類方法。
In the determination step,
Among the spectra for each pixel obtained in the imaging step, determine a group to which the spectrum acquired in each pixel obtained by imaging a specific individual among the inspection objects belongs,
The grain classification method according to claim 1 or 2, wherein a group to which the specific individual belongs is determined based on a determination result of the group to which the spectrum belongs.
検査対象物である穀物を複数の集団のうちいずれの集団に属するかの分類を行う穀物分類装置であって、
前記検査対象物に対して近赤外光を照射する光源と、
前記光源からの近赤外光の照射によって出射される、当該検査対象物からの透過光又は拡散反射光を2次元配置された画素毎に受光し、スペクトルを取得する撮像部と、
前記撮像部において得られた前記スペクトルに基づいて、前記検査対象物についてその個体毎に属する集団を判定する判定部と、
を含む穀物分類装置。
A grain classification device for classifying a grain to be inspected into a group among a plurality of groups,
A light source for irradiating the inspection object with near-infrared light;
An imaging unit that receives the transmitted light or diffusely reflected light from the inspection object emitted by irradiation of near infrared light from the light source for each of the two-dimensionally arranged pixels, and acquires a spectrum;
Based on the spectrum obtained in the imaging unit, a determination unit that determines a group belonging to each individual for the inspection object;
Grain sorting equipment including.
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