JP2015162073A

JP2015162073A - 収穫補助装置

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Publication number: JP2015162073A
Application number: JP2014036672A
Authority: JP
Inventors: 毅彦小川原; Takehiko Ogawara; 石原　道章; Michiaki Ishihara; 道章石原; 謙二大内; Kenji Ouchi; 良仁安積; Yoshihito Azumi; 和之小林; Kazuyuki Kobayashi; 聡稲冨; Satoshi Inatomi
Original assignee: Hokuto Corp; Nippon Steel and Sumikin Technology Co Ltd
Current assignee: Hokuto Corp; Nippon Steel and Sumikin Technology Co Ltd
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-09-07
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: JP6300571B2

Abstract

【課題】精度良く収穫すべき収穫対象物のエッジを検出することができる収穫補助装置を提供する。【解決手段】本発明に係る収穫補助装置１００は、収穫対象物Ｋの生育方向に直交する平面における収穫対象物Ｋの２次元座標と収穫対象物Ｋまでの距離とを計測する３次元位置計測手段１と、収穫すべき収穫対象物Ｋを決定する信号処理手段２とを備える。信号処理手段２は、２次元座標と距離に応じた濃度値とを有する画素から構成される距離画像を形成する距離画像形成手段２１と、距離画像において、所定の距離以下に相当する濃度値を有する画素から構成される画素領域のエッジを検出するエッジ検出手段２２と、検出されたエッジに対して、予め定められた幾何学的形状をパターンマッチングさせ、距離画像において、マッチングした幾何学的形状が有する２次元座標に位置する画素を収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジであると判定する判定手段２３とを具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、収穫補助装置に関する。特に、本発明は、収穫すべき収穫対象物を精度良く検知することができる収穫補助装置に関する。

従来より、野菜や果実等の収穫対象物を撮像し、撮像画像に画像処理を施して収穫対象物を検知する収穫装置が種々提案されている。この種の収穫装置は、一般に、収穫対象物から反射する反射光量に応じた濃度値を有する画素から構成される濃淡画像を撮像手段で撮像し、撮像された濃淡画像の画素の濃淡差に基づいて収穫対象物を検知する方法である。

上記のような収穫装置として、例えば、特許文献１には、ＣＣＤカメラで撮像した濃淡画像（ＲＧＢ画像に所定の処理を施すことにより得られる濃淡画像）を２値化し、この２値化画像から収穫対象物の長さ（果実長）を推定し、推定した長さに基づいて収穫すべき収穫対象物を検知する収穫装置が提案されている。すなわち、特許文献１に記載の収穫装置において、収穫すべき収穫対象物は、専ら収穫対象物からの反射光量に応じた濃淡画像に基づいて検知されている（特許文献１の段落００１６等）。なお、特許文献１には、収穫対象物までの距離を計測するための超音波距離センサが開示されているが、この超音波距離センサは、収穫すべき収穫対象物を検知するために用いられるものではなく、ＣＣＤカメラや切断手段（採果ハサミ）を搭載したマニピュレータを収穫対象物に接近させるために専ら用いられている（特許文献１の段落００１５等）。

特許文献１に記載の装置など、濃淡画像に基づいて収穫すべき収穫対象物を検知する装置は、収穫対象物と背景との濃淡差が大きい場合には有効な手段であるといえる。しかしながら、収穫対象物が密集して生育している場合など、収穫対象物と背景との濃淡が近似していると、収穫対象物自体を背景と分離して検知することが困難であることから、収穫すべき収穫対象物の検知は困難となる。

特許第３７５７２７９号公報

本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、収穫すべき収穫対象物を精度良く検知することができる収穫補助装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、収穫対象物の生育方向に直交する平面における収穫対象物の２次元座標と、前記収穫対象物の２次元座標における前記生育方向に沿った収穫対象物までの距離とを計測する３次元位置計測手段と、収穫すべき収穫対象物を決定する信号処理手段とを備える収穫補助装置であって、前記信号処理手段は、前記３次元位置計測手段により計測された２次元座標と前記３次元位置計測手段により計測された距離に応じた濃度値とを有する画素から構成される距離画像を形成する距離画像形成手段と、前記距離画像において、所定の距離以下に相当する濃度値を有する前記画素から構成される画素領域のエッジを検出するエッジ検出手段と、前記検出されたエッジに対して、収穫すべき収穫対象物に応じて予め定められた幾何学的形状をパターンマッチングさせ、前記距離画像において、マッチングした幾何学的形状が有する２次元座標に位置する画素を収穫すべき収穫対象物のエッジであると判定する判定手段とを具備することを特徴とする収穫補助装置を提供する。

本発明に係る収穫補助装置によれば、３次元位置計測手段によって、収穫対象物の生育方向に直交する平面における収穫対象物の２次元座標と、収穫対象物の２次元座標における生育方向に沿った収穫対象物までの距離とが計測される。また、信号処理手段の距離画像形成手段によって、３次元位置計測手段により計測された２次元座標と３次元位置計測手段により計測された距離に応じた濃度値とを有する画素から構成される距離画像が形成される。このため、距離画像の２次元座標は、収穫対象物の２次元座標に対応し、距離画像を構成する画素の濃度値は、当該画素が位置する２次元座標における収穫対象物までの距離に対応することになる。信号処理手段のエッジ検出手段は、距離画像において、所定の距離以下に相当する濃度値を有する画素から構成される画素領域のエッジを検出する。計測された収穫対象物までの距離（距離画像における濃度値に相当）は、収穫対象物が生育方向に延びている距離と負の相関を有するため、距離画像において所定の距離以下に相当する濃度値を有する画素から構成される画素領域のエッジを検出することにより、生育方向に所定の高さ以上に延びている収穫対象物のエッジのみを選択することができる。距離に対応する濃度値を有する画素から構成される距離画像は、従来のような反射光量に応じた濃度値を有する画素から構成される濃淡画像と異なり、収穫対象物の背景の反射光量による影響を受けない。このため、収穫対象物と背景とでは、３次元位置計測手段からの距離が異なるため、距離画像を用いることで、収穫対象物に相当する画素領域と収穫対象物の背景に相当する画素領域とを精度良く分離することができる。さらには、３次元位置計測手段とは別の距離計測手段を用いなくても、収穫対象物の中から生育方向に所定の高さ以上に延びている収穫対象物のみを精度良く選択することができる。

信号処理手段の判定手段は、検出されたエッジに対して、収穫すべき収穫対象物（収穫するのに適するほど生育した収穫対象物）に応じて予め定められた幾何学的形状をパターンマッチングさせ、距離画像において、マッチングした幾何学的形状が有する２次元座標に位置する画素を収穫すべき収穫対象物のエッジであると判定する。検出されたエッジに対して、収穫すべき収穫対象物に応じて予め定められた幾何学的形状をパターンマッチングさせることにより、生育方向に直交する平面において所望する形状や寸法を有する収穫対象物を検出対象とすることができる。すなわち、前述のようにエッジ検出手段によって生育方向に所定の高さ以上に延びている収穫対象物のエッジのみを選択した後、選択したエッジのいずれかにマッチングする予め定められた幾何学的形状（距離画像において、マッチングする幾何学的形状が有する２次元座標に位置する画素）を最終的に収穫すべき収穫対象物のエッジであると判定（擬制）することになる。このため、単に生育方向に所定の高さ以上に延びているか否かで収穫すべきか否かを判定する場合に比べて、更に生育方向に直交する平面において所望する形状や寸法に合致するか否かで収穫すべきか否かを判定することになるため、収穫すべき収穫対象物を精度良く検出することが期待できる。例えば、エッジ検出手段によって検出した複数の収穫対象物のエッジが重なりあって、見かけ上、大き過ぎる寸法を有する（従って、収穫すべきではないと考えられる）一つのエッジになっていたとしても、予め定められた幾何学的形状をパターンマッチングすることにより、個々の収穫対象物の実際のエッジにマッチングする幾何学的形状が検出され、収穫すべき収穫対象物のエッジであると正しく判定されることが期待できる。また、逆に、エッジが重なりあった結果、見かけ上、適切な寸法を有する（従って、収穫すべきであると考えられる）エッジになっていたとしても、予め定められた幾何学的形状をパターンマッチングすることにより、個々の収穫対象物の実際のエッジにマッチングする幾何学的形状が検出され、収穫すべき収穫対象物のエッジではないと正しく判定されることが期待できる。

また、本発明に係る収穫補助装置によれば、一の３次元位置計測手段で得られる同じ距離画像を用いて、収穫すべき収穫対象物の分離が可能であると同時に、収穫すべき収穫対象物までの距離も算出可能である。このため、従来のように、切断手段を収穫対象物に接近させるために、収穫対象物の濃淡画像を得るためのＣＣＤカメラとは別個に距離を計測するための超音波距離センサ等の距離センサを必要とせず、装置構成を簡易化することができる。

好ましくは、前記判定手段は、前記検出されたエッジに対して、前記予め定められた幾何学的形状として、径の異なる複数の円形状又は楕円形状をパターンマッチングさせ、マッチングした幾何学的形状を、その中心の位置が互いに近接する幾何学的形状の集合体である幾何学的形状群に分類し、前記幾何学的形状群毎に、前記幾何学的形状群を構成する幾何学的形状のうち、マッチングの度合いが最も高い幾何学的形状を抽出し、前記幾何学的形状群毎に抽出した幾何学的形状の中から、予め定められた径を有する幾何学的形状を選択し、前記距離画像において、前記選択された幾何学的形状が有する２次元座標に位置する画素を、収穫すべき収穫対象物のエッジであると判定する。

斯かる好ましい構成によれば、信号処理手段の判定手段は、検出されたエッジに対して、予め定められた幾何学的形状として、径の異なる複数の円形状又は楕円形状をパターンマッチングさせる。予め定められた幾何学的形状として円形状又は楕円形状をパターンマッチングさせることにより、３次元位置計測手段により計測される収穫対象物の生育方向に直交する平面において（収穫対象物を生育方向から見て）円形状又は楕円形状の形状を有する収穫対象物（例えば、キノコ等）にマッチングする可能性が高まる。また、径の異なる複数の円形状又は楕円形状を用いることにより、収穫対象物の実際のエッジにより近い径を有する幾何学的形状がマッチングする可能性が高まる。

ただし、１つの収穫対象物の実際のエッジに対して、マッチングする幾何学的形状は１つであるとは限らず、複数の径の異なる幾何学的形状がマッチングすることも考えられる。例えば、１つの収穫すべきではない収穫対象物の実際のエッジに対して、収穫対象の径を有する幾何学的形状と収穫対象ではない径を有する幾何学的形状とがマッチングすることが考えられる。そこで、上記好ましい構成によれば、マッチングした幾何学的形状を、その中心の位置が互いに近接する幾何学的形状の集合体である幾何学的形状群に分類する。１つの収穫対象物の実際のエッジに対して、複数の幾何学的形状がマッチングする場合、マッチングした幾何学的形状の中心の位置が互いに近接していると考えられる。このため、このような幾何学的形状の集合体である幾何学的形状群に分類することにより、マッチングした幾何学的形状が、収穫対象物の実際のエッジ毎に幾何学的形状群として分類されることが期待できる。そして、上記好ましい構成によれば、幾何学的形状群毎に、幾何学的形状群を構成する幾何学的形状のうち、マッチングの度合いが最も高い幾何学的形状を抽出する。幾何学的形状群を構成する幾何学的形状（１つの収穫対象物の実際のエッジに対してマッチングしたと期待できる幾何学的形状）のうち、マッチングの度合いが最も高い幾何学的形状を抽出するため、収穫対象物の実際のエッジにより近い径を有する幾何学的形状を抽出することが期待できる。そして、上記好ましい構成によれば、幾何学的形状群毎に抽出した幾何学的形状の中から、予め定められた径（前述した収穫対象の径に相当する。）を有する幾何学的形状を選択し、距離画像において、選択された幾何学的形状が有する２次元座標に位置する画素を、収穫すべき収穫対象物のエッジであると判定する。前述のように、幾何学的形状群毎に抽出した幾何学的形状は、収穫対象物の実際のエッジにより近い径を有する幾何学的形状であることが期待できる。このため、幾何学的形状群毎に抽出した幾何学的形状の中から収穫対象の径を有する幾何学的形状を選択することにより、パターンマッチング後に選択される収穫対象の径を有する円形状又は楕円形状のみをパターンマッチングさせる場合に比べて、より精度良く収穫すべき収穫対象物のエッジであると判定することが期待できる。

具体的には、例えば、収穫すべき収穫対象物の寸法が、直径が４０画素の円形状に相当する形状よりも大きい場合には、直径が３７画素の円形状に相当する収穫対象物を収穫すべき収穫対象物ではないと決定することが望ましい。直径が３７画素の円形状に相当する収穫対象物から検出されたエッジに対して、直径が４０画素の円形状のみをパターンマッチングさせると、直径が４０画素の円形状がマッチングすることで、収穫すべき収穫対象物のエッジであると判定するおそれがある。一方、直径が３７画素の円形状に相当する収穫対象物から検出されたエッジに対して、直径が３５画素の円形状と４０画素の円形状との複数の円形状をパターンマッチングさせたときに、直径が３５画素の円形状と４０画素の円形状との双方がマッチングする場合がある。この場合、双方の円形状の中心の位置が互いに近接していると考えられる。そして、双方の円形状は、１つの幾何学的形状群に分類されることになる。１つの幾何学的形状群について、直径が４０画素の円形状よりも、直径が３５画素の円形状の方がマッチングの度合いが高いと算出されると考えられる。その結果、直径が３５画素の円形状が抽出されることにより、収穫すべき収穫対象物の形状をより正確に検出することが期待できる。このため、抽出された幾何学的形状は、収穫対象の径を有する幾何学的形状として選択されないことが期待できる。つまり、収穫すべき収穫対象物のエッジではないと判定することが期待できる。このように、直径が４０画素の円形状のみをパターンマッチングさせることよりも、直径が３５画素の円形状と４０画素の円形状との複数の円形状をパターンマッチングさせる方が、より精度良く収穫すべき収穫対象物を決定することが期待できる。

ここで、本発明において、中心の位置が互いに近接する幾何学的形状とは、各幾何学的形状の中心間の距離の何れもが所定の範囲内であることを例示できる。また、本発明において、マッチングした幾何学的形状を幾何学的形状群に分類するとは、マッチングした幾何学的形状を、複数の幾何学的形状群に分類することの他、１つの幾何学的形状群に分類することも含む概念である。この場合、マッチングした全ての幾何学的形状の中心が互いに近接していることになる。また、本発明において、幾何学的形状の集合体である幾何学的形状群とは、複数の幾何学的形状から構成されることの他、１つの幾何学的形状から構成されることも含む概念である。この場合、幾何学的形状群を構成する１つの幾何学的形状が、マッチングの度合いが最も高い幾何学的形状として抽出されることになる。

好ましくは、収穫対象物を切断するための切断手段を更に備え、前記信号処理手段は、前記判定手段により収穫すべきと判定された収穫対象物のエッジを有する前記画素領域を構成する画素の２次元座標及び濃度値に基づいて、前記収穫すべきと判定された収穫対象物の切断位置を決定する切断位置決定手段を更に具備し、前記切断手段は、前記切断位置決定手段によって決定された切断位置に移動して、前記収穫すべきと判定された収穫対象物を切断する。

斯かる好ましい構成によれば、信号処理手段の切断位置決定手段によって、収穫すべきと判定された収穫対象物のエッジ（距離画像において、マッチングした幾何学的形状が有する２次元座標に位置する画素）を有する画素領域を構成する画素の２次元座標及び濃度値に基づいて、収穫すべきと判定された収穫対象物の切断位置が決定される。前述のように、本発明によれば、収穫すべき収穫対象物を精度良く検知できる（収穫すべき収穫対象物のエッジを有する画素領域を精度良く検出できる）ため、これに基づき決定される収穫対象物の切断位置も精度良く決定可能である。

好ましくは、前記切断位置決定手段は、前記距離画像において前記収穫すべきと判定された収穫対象物のエッジの中心に位置する画素を抽出し、抽出された画素の２次元座標及び濃度値に対応する３次元位置から前記生育方向に沿って前記３次元位置計測手段から更に一定距離だけ離間した３次元位置を前記切断位置に決定する。

斯かる好ましい構成によれば、切断位置決定手段によって、距離画像において収穫すべきと判定された収穫対象物のエッジ（マッチングした幾何学的形状が有する２次元座標に位置する画素）の中心に位置する画素が抽出される。すなわち、マッチングした幾何学的形状の中心に位置する画素が抽出される。例えば、幾何学的形状として円形状又は楕円形状を用いた場合には、マッチングした円形状又は楕円形状の中心に位置する画素が抽出されることになる。幾何学的形状の中心は、幾何学的形状に応じて自ずと決定される。つまり、幾何学的形状が有する２次元座標が決まれば、幾何学的形状の中心の２次元座標が自ずと決定される。マッチングした幾何学的形状の中心に位置する画素は、距離画像を構成する画素の濃度値に依らず、マッチングした幾何学的形状が有する２次元座標のみによって決定されるため、マッチングした幾何学的形状の中心に位置する画素を容易に決定することができる。
また、切断位置決定手段によって、抽出された画素の２次元座標及び濃度値に対応する３次元位置から生育方向に沿って３次元位置計測手段から更に一定距離だけ離間した３次元位置が切断位置に決定される。決定された切断位置に切断手段が移動して、収穫すべきと判定された収穫対象物を切断することにより、切断される収穫対象物の長さを一律にすることができる。また、前述のように、本発明によれば、マッチングした幾何学的形状の中心に位置する画素を容易に決定することができるため、これに基づき決定される切断位置も容易に決定可能である。

前記好ましい構成に限らず、前記切断位置決定手段は、前記判定手段により収穫すべきと判定された収穫対象物のエッジを有する前記画素領域を構成する画素の２次元座標の平均値及び濃度値の平均値を算出し、算出された画素の２次元座標の平均値及び濃度値の平均値に対応する３次元位置から生育方向に沿って３次元位置計測手段から更に一定距離だけ離間した３次元位置を切断位置に決定してもよい。

以上に説明したように、本発明に係る収穫補助装置によれば、収穫すべき収穫対象物を精度良く検知することが可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る収穫補助装置の概略構成を示す模式図である。図２は、３次元位置計測手段により計測された収穫対象物又は培地の２次元座標の一例を示す。図３は、パターンマッチングさせる楕円形状の一例を示す。図４は、検出されたエッジに対して円形状をパターンマッチングさせたときの一致度を説明する説明図である。図５は、評価する重なり合いについて説明する説明図である。図６は、検出されたエッジに対してマッチングした円形状の一例を示す。図７は、キノコの濃淡画像を用いてキノコのエッジを判定した場合の結果を示す。図８は、キノコの距離画像を用いてキノコのエッジを判定した場合の結果を示す。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る収穫補助装置について、収穫対象物がキノコである場合を例に挙げて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る収穫補助装置１００の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る収穫補助装置１００は、３次元位置計測手段１と、信号処理手段２とを備える。また、本実施形態に係る収穫補助装置１００は、収穫対象物Ｋを切断するための切断手段３を更に備える。

図１は、収穫対象物Ｋの生育方向に垂直な方向から見た模式図である。図１に示すように、本実施形態の収穫対象物Ｋは、菌床と称される培地Ｂから上方に向かって生育している。本実施形態の収穫対象物Ｋの生育方向は、上下方向であり、具体的には、図１に示すＺ方向である。また、本実施形態の収穫対象物Ｋの生育方向に直交する平面は、水平面であり、具体的には、図１に示すＸ方向とＹ方向とによって規定されるＸＹ平面である。

本実施形態では、収穫対象物Ｋ（キノコ群）は、図１に示すＸＹ平面において、ランダムに配置された状態で培地Ｂから生育している。３次元位置計測手段１は、収穫対象物Ｋの生育方向に直交する平面（ＸＹ平面）における収穫対象物Ｋの２次元座標と、前記２次元座標における生育方向に沿った収穫対象物Ｋまでの距離とを計測する。信号処理手段２は、３次元位置計測手段１により計測された収穫対象物Ｋの２次元座標と収穫対象物Ｋまでの距離とに基づいて、収穫すべき収穫対象物Ｋを決定する。そして、切断手段３は、信号処理手段２により決定された収穫すべき収穫対象物Ｋを切断する。本実施形態では、３次元位置計測手段１が収穫対象物Ｋの２次元座標と収穫対象物Ｋまでの距離とを計測し、信号処理手段２が収穫すべき収穫対象物Ｋを決定し、切断手段３が決定された収穫すべき収穫対象物Ｋを切断するという一連の工程を計測単位領域ごとに実行する。つまり、３次元位置計測手段１は、計測単位領域ごとに、収穫対象物Ｋの２次元座標と、収穫対象物Ｋまでの距離とを計測できるように、収穫対象物Ｋの生育方向に垂直な方向（例えば、図１に示すＸ方向及びＹ方向）に移動可能である。

ここで、計測単位領域とは、３次元位置計測手段１が配置される位置（３次元位置）において、３次元位置計測手段１が移動することなく、収穫対象物Ｋ（キノコ群）の生育方向に直交する平面（ＸＹ平面）での計測可能な領域を意味する。図１のＷ_１、Ｗ_２は、計測単位領域を示す。Ｗ_ｎはｎ番目に計測された計測単位領域を意味する。本実施形態では、計測単位領域は、矩形状に設定されている。また、図１に示すように、計測単位領域Ｗ_１は、計測単位領域Ｗ_２とＸ方向に隣り合って、一部が重なり合っている。また、計測単位領域Ｗ_３（図示せず）は、計測単位領域Ｗ_２とＹ方向に隣り合って、一部が重なり合っている。各計測単位領域の寸法（Ｘ方向の寸法及びＹ方向の寸法）は、仮にＸＹ平面において収穫すべき収穫対象物Ｋ（キノコの傘）の中心と計測単位領域の中心とを一致させた場合に、少なくとも、収穫すべき最大の径を有する収穫対象物Ｋ（キノコの傘）が収まるように設定される。

上記一連の工程について具体的に説明すると、本実施形態では、まず初めに、計測単位領域Ｗ_１に生育する収穫対象物Ｋについて、３次元位置計測手段１が収穫対象物Ｋの２次元座標と収穫対象物Ｋまでの距離とを計測し、信号処理手段２が収穫すべき収穫対象物Ｋを決定し、切断手段３が決定された収穫すべき収穫対象物Ｋを切断する。そして、３次元位置計測手段１は、収穫対象物Ｋの切断を行った計測単位領域Ｗ_１とは別の計測単位領域Ｗ_２に生育している収穫対象物Ｋ（キノコ群）の２次元座標と、収穫対象物Ｋまでの距離とを計測できるように、Ｘ方向に移動する。図１に破線で示す３次元位置計測手段１は、実線で示す３次元位置計測手段１がＸ方向に移動した状態を例示している。次に、計測単位領域Ｗ_２に生育する収穫対象物Ｋについて、３次元位置計測手段１が収穫対象物Ｋの２次元座標と収穫対象物Ｋまでの距離とを計測し、信号処理手段２が収穫すべき収穫対象物Ｋを決定し、切断手段３が決定された収穫すべき収穫対象物Ｋを切断する。そして、３次元位置計測手段１は、収穫対象物Ｋの切断を行った計測単位領域Ｗ_２とは別の計測単位領域Ｗ_３（図示せず）に生育している収穫対象物Ｋ（キノコ群）の２次元座標と、収穫対象物Ｋまでの距離とを計測できるように、Ｙ方向に移動する。以上のような処理を、各計測単位領域に生育している収穫対象物Ｋ（キノコ群）ごとに繰り返すことによって、全ての収穫対象物Ｋについて、収穫すべき収穫対象物Ｋが決定され、切断されることになる。以下、詳細に説明する。

前述したように、３次元位置計測手段１は、計測単位領域ごとに、収穫対象物Ｋの生育方向に直交する平面（ＸＹ平面）における収穫対象物Ｋの２次元座標と、前記２次元座標における生育方向に沿った収穫対象物Ｋまでの距離とを計測する。図１は、３次元位置計測手段１が、５つの収穫対象物Ｋ（Ｋ１〜Ｋ５）又は培地Ｂの２次元座標と、前記２次元座標における収穫対象物Ｋ（Ｋ１〜Ｋ５）又は培地Ｂまでの距離（ｚ_１〜ｚ₇）とを計測する場合を例示している。図２は、図１に示す３次元位置計測手段１により計測された収穫対象物Ｋ（Ｋ１〜Ｋ５）又は培地Ｂの２次元座標の一例を示す。ａは自然数であり、図２に示す（ｘ_ａ，ｙ_ａ）は収穫対象物Ｋの生育方向に直交する平面における収穫対象物Ｋ又は培地Ｂの２次元座標の一例であり、図１に示すｚ_ａは前記２次元座標（ｘ_ａ，ｙ_ａ）における生育方向に沿った収穫対象物Ｋ又は培地Ｂまでの距離の一例である。また、図２に示す領域Ｗ_１、Ｗ_２は、図１に示す３次元位置計測手段１により計測された計測単位領域Ｗ_１、Ｗ_２を示す。３次元位置計測手段１としては、例えば、収穫対象物Ｋに向けて線状光を照射する照射部と、照射された線状光を照射方向とは異なる方向から撮像する撮像手段とを具備し、撮像された画像を用いて光切断法により、収穫対象物Ｋの生育方向に直交する平面における収穫対象物Ｋの２次元座標と、前記２次元座標における生育方向に沿った収穫対象物Ｋまでの距離とを計測する３次元距離計を例示することができる。

前述のように、信号処理手段２は、３次元位置計測手段１により計測された収穫対象物Ｋの２次元座標と、３次元位置計測手段１により計測された収穫対象物Ｋまでの距離とに基づいて、収穫すべき収穫対象物Ｋを決定するように構成されている。具体的には、本実施形態の信号処理手段２は、距離画像形成手段２１と、エッジ検出手段２２と、判定手段２３を具備する。

距離画像形成手段２１は、３次元位置計測手段１により計測された２次元座標と、３次元位置計測手段１により計測された距離に応じた濃度値とを有する画素から構成される距離画像を形成する。また、距離画像形成手段２１は、計測単位領域ごとに距離画像を形成する。具体的には、距離画像形成手段２１は、計測単位領域Ｗ_１での距離画像（図２の計測単位領域Ｗ_１内に示す距離画像）を形成し、計測単位領域Ｗ_２での距離画像（図２の計測単位領域Ｗ_２内に示す距離画像）を形成するというように、各計測単位領域での距離画像を形成する。前述したように、距離画像は３次元位置計測手段１により計測された２次元座標と３次元位置計測手段１により計測された距離に応じた濃度値とを有する画素から構成される。このため、距離画像の２次元座標は、収穫対象物Ｋ又は培地Ｂの２次元座標に対応し、距離画像を構成する画素の濃度値は、当該画素が位置する２次元座標における収穫対象物Ｋ又は培地Ｂまでの距離に対応することになる。本実施形態では、３次元位置計測手段１により計測された距離が長くなれば、対応する距離画像の画素の濃度値は低くなる。具体的には、２次元座標における収穫対象物Ｋ又は培地Ｂまでの距離が短くなればなるほど、対応する距離画像の画素の濃度値は高くなり、２次元座標における収穫対象物Ｋ又は培地Ｂまでの距離が長くなればなるほど、対応する距離画像の画素の濃度値は低くなる。例えば、距離画像を構成する画素の濃度値が８ビットで表される場合には、２次元座標における収穫対象物Ｋ又は培地Ｂまでの距離に応じて、対応する距離画像の画素が、０（すなわち黒の画素）〜２５５（すなわち白の画素）の濃度値を有する。３次元位置計測手段１は、収穫対象物Ｋの生育方向に沿った収穫対象物Ｋまでの距離を計測しているため、収穫対象物Ｋが生育方向に延びる長さが長くなればなるほど、３次元位置計測手段１により計測される距離が短くなる。図１に示すように、収穫対象物Ｋ１〜Ｋ５のうち、収穫対象物Ｋ３が最も生育方向に延びる長さが長いため、距離画像形成手段２１により形成される距離画像では、図２に示すように、収穫対象物Ｋ３の２次元座標に対応する距離画像の画素の濃度値が最も高くなる。なお、図２に示す距離画像では、距離に応じた濃度値を有する画素から構成される距離画像の理解を容易にするため、収穫対象物Ｋ１〜Ｋ５、培地Ｂのそれぞれの２次元座標に対応する距離画像の画素の濃度値を同じにしている。

前述したように、本実施形態では、信号処理手段２は、計測単位領域ごとに収穫すべき収穫対象物Ｋを決定する。ここで、前述したように、収穫対象物Ｋ（キノコ群）は、図２に示すように、ＸＹ平面において、ランダムに配置された状態で培地Ｂから生育している。また、各計測単位領域は、培地Ｂの一部に相当する。このため、収穫すべき収穫対象物Ｋが計測単位領域に収まる場合のみならず、収穫すべき収穫対象物Ｋの一部が計測単位領域から外れる場合（例えば、図２に示す収穫対象物Ｋ３）が考えられる。
ここで、本実施形態では、図１に示すように、計測単位領域Ｗ_１が計測単位領域Ｗ_２と重なり合っている。具体的には、計測単位領域Ｗ_１が計測単位領域Ｗ_２と重なり合う寸法は、収穫すべき収穫対象物Ｋの寸法の最大値以上とされる。より具体的には、収穫すべき収穫対象物Ｋが計測単位領域において円形状である場合には、収穫すべき収穫対象物Ｋの直径の最大値以上とされる。また、収穫すべき収穫対象物Ｋが計測単位領域において楕円形状である場合には、収穫すべき収穫対象物Ｋの長径の最大値以上に設定される。重なり合う寸法を収穫すべき収穫対象物Ｋの寸法の最大値以上に設定することにより、収穫すべき収穫対象物Ｋは、何れかの計測単位領域に収まることになるため、信号処理手段２が収穫すべき収穫対象物Ｋであると決定することが期待できる。
計測単位領域Ｗ_１が計測単位領域Ｗ_２と重なり合う寸法が、収穫すべき収穫対象物Ｋの寸法の最大値以上である場合を説明したが、収穫すべき収穫対象物Ｋの寸法の最大値より小さい値であってもよい。重なり合う寸法が収穫すべき収穫対象物Ｋの寸法の最大値より小さい値のときには、何れの計測単位領域においても、収穫すべき収穫対象物Ｋの一部が計測単位領域から外れる場合が考えられる。この場合であっても、信号処理手段２が、後述するパターンマッチングを行うことで（具体的には、マッチングスコアを算出し、算出したマッチングスコアが所定のしきい値以上であるかを評価することで）、収穫すべき収穫対象物Ｋであると決定することが期待できる。
なお、本実施形態では、計測単位領域Ｗ_１が計測単位領域Ｗ_２と重なり合う部分が存在するが、本発明はこれに限られるものではなく、計測単位領域Ｗ_１が計測単位領域Ｗ_２と重なり合う部分が存在しなくてもよい。

エッジ検出手段２２は、距離画像において、所定の距離以下に相当する濃度値を有する画素から構成される画素領域のエッジを検出する。本実施形態では、エッジ検出手段２２は、所定の距離に相当する濃度値をしきい値として、距離画像から２値化画像を形成する。具体的には、３次元位置計測手段１からの距離が、所定の距離以下であることを示す白の画素（例えば、２５５の濃度値を有する画素）と、所定の距離よりも大きいことを示す黒の画素（例えば、０の濃度値を有する画素）とから構成される２値化画像がエッジ形成手段２２によって形成される。３次元位置計測手段１からの距離が所定の距離以下となるのは、収穫対象物Ｋが生育方向に所定の高さ以上に延びているためであると考えられるため、収穫対象物Ｋの中から生育方向に所定の高さ以上に延びている収穫対象物Ｋのみを精度良く選択することができる。本実施形態では、３次元位置計測手段１からの距離が、所定の距離以下であることを示す白の画素と、所定の距離よりも大きいことを示す黒の画素とから構成される２値化画像を形成しているが、本発明はこれに限られるものではなく、３次元位置計測手段１からの距離が、所定の距離以下であることを示す黒の画素と、所定の距離よりも大きいことを示す白の画素とから構成される２値化画像を形成してもよい。

また、エッジ検出手段２２は、距離画像から形成された２値化画像において、所定の距離以下に相当する画素から構成される画素領域のエッジを検出する。所定の距離以下に相当する画素から構成される画素領域のエッジを検出するためには、例えば、Ｓｏｂｅｌフィルタを用いることを例示できる。具体的には、２値化画像を構成する画素と該画素と隣り合う画素との濃淡変化を検出することを例示できる。本実施形態では、エッジ検出手段２２は、２値化画像においてエッジの検出を行っているが、本発明はこれに限られるものではなく、距離画像においてエッジの検出を行ってもよい。具体的には、距離画像を構成する画素と該画素と隣り合う画素との濃淡変化が所定以上となる画素を検出することを例示できる。

判定手段２３は、エッジ検出手段２２により検出されたエッジに対して、収穫すべき収穫対象物Ｋに応じて予め定められた幾何学的形状をパターンマッチングさせる。具体的には、検出されたエッジの所定箇所に予め定められた幾何学的形状をパターンマッチングさせることをあらゆる所定箇所について順次行うことで、距離画像から形成された２値化画像において検出されたエッジの中に、予め定められた幾何学的形状と類似する箇所があるか否かを検知する。本実施形態では、収穫すべき収穫対象物Ｋは、所定の寸法の傘を有するキノコである。キノコの傘を生育方向から見れば円形状又は楕円形状に近似した形状となるため、パターンマッチングさせる幾何学的形状として、円形状、楕円形状、又は、円形状及び楕円形状の両方が用いられることになる。以下、パターンマッチング処理について、具体的に説明する。

本実施形態では、パターンマッチングさせる幾何学的形状として、径の異なる複数の円形状及び楕円形状が用いられる。具体的には、楕円形状の短径と長径との比は、０．８とされている。より具体的には、距離画像から形成された２値化画像において、直径が２０画素から８０画素までのそれぞれの円形状と、長径が２０画素から８０画素であって短径が１６画素から６４画素までのそれぞれの楕円形状が用いられる。また、図３に示すように、それぞれの楕円形状については、距離画像から形成された２値化画像のＸ軸方向（図３に示すＸ方向）と楕円形状の長径方向との成す角度（以下、回転角度という。）をθとした場合に、０°≦θ＜１８０°の範囲を１°ピッチで変化させたそれぞれの楕円形状が用いられる。本実施形態では、幾何学的形状として前述したような径を有する円形状及び楕円形状を用いられているが、本発明はこれに限られるものではなく、収穫すべき収穫対象物Ｋの寸法に応じてパターンマッチングさせる円形状及び楕円形状の径や、楕円形状の短径と長径との比を変更することができる。また、本実施形態では、楕円形状の回転角度を１°ピッチで変化させているが、本発明はこれに限られるものではない。

判定手段２３は、以上に説明した径の異なる複数の円形状及び楕円形状を用いて、エッジ検出手段２２により検出されたエッジとの一致度を評価する。図４（ａ）は検出されたエッジに対して円形状をパターンマッチングさせたときの一致度を説明する説明図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す領域Ｓの拡大図である。図４（ｂ）に示す画素Ｇ１〜Ｇ７は、パターンマッチングさせる円形状を構成する画素であり、画素Ｅ１〜Ｅ１０は、検出されたエッジを構成する画素である。一致度は、パターンマッチングさせる円形状を構成する画素と、検出されたエッジを構成する画素との間の距離から算出される。具体的には、判定手段２３は、画素Ｇ１の中心とパターンマッチングさせる円形状の中心に位置する画素（図４（ａ）に示す画素Ｃ）の中心とを結ぶ直線上にある検出されたエッジを構成する画素を抽出する。判定手段２３は、抽出された画素の中心と画素Ｇ１の中心との距離を算出し、算出された距離を画素Ｇ１からの位置ズレ量として取得し、記憶する。抽出された画素が複数ある場合には、算出された距離の中から最も短い距離を画素Ｇ１からの位置ズレ量（図４（ａ）に示す矢印で挟まれた部分の長さであって、具体的には、図４（ｂ）に示すｄ_１）として取得し、記憶する。パターンマッチングさせる円形状を構成する残りの全ての画素について、前述のように画素Ｇ２〜Ｇｎ（ｎはパターンマッチングさせる円形状を構成する画素数）からの位置ズレ量ｄ_２〜ｄ_ｎを取得し、記憶する。判定手段２３は、記憶した画素Ｇ１〜Ｇｎからの位置ズレ量ｄ_１〜ｄ_ｎの総和を、パターンマッチングさせる円形状を構成する画素数ｎで正規化して、一致度を算出する。パターンマッチングさせる幾何学的形状が楕円形状であっても、判定手段２３は、同様に、一致度を算出することができる。算出された一致度を評価することにより、径や回転角度の異なる円形状や楕円形状について、一律に評価できることになる。判定手段２３は、距離画像から形成された２値化画像において、所定以上の一致度と評価された円形状や楕円形状をマッチング候補として記憶する。

次に、判定手段２３は、マッチング候補の中で、同じ形状（円形状の場合は同一の径の円形状であり、楕円形状の場合は同一の長径、短径及び回転角度の楕円形状）同士が重なり合っているか否かを評価する。図５は、評価する重なり合いについて説明する説明図である。具体的には、図５に示すように、マッチング候補の中の同じ形状同士について、Ｘ方向及びＹ方向のズレ量を評価する。例えば、楕円形状の場合、Ｘ方向のズレ量は、一方の楕円形状を構成する画素のうちＸ方向の端点と他方の楕円形状を構成する画素のＸ方向の端点との間のＸ方向での端点間の画素数（Ｘ方向の長さ）として算出される。具体的には、一方の楕円形状を構成する画素のＸ座標のうち最も大きいＸ座標の値と他方の楕円形状を構成する画素のＸ座標のうち最も大きいＸ座標の値との差の絶対値として算出される。Ｙ方向のズレ量についても同様に算出される。判定手段２３は、一方の楕円形状を構成する画素のＸ方向の両端点の間の画素数（Ｘ方向のサイズ）を算出する。算出されたＸ方向のズレ量が、算出されたＸ方向のサイズの１０％以上の場合、判定手段２３は、両方の楕円形状が重なり合っていないと評価し、両方の楕円形状をマッチング候補のまま残す。例えば、Ｘ方向のサイズが４０画素のとき、Ｘ方向のズレ量が４画素以上の場合、重なり合っていないと評価される。Ｙ方向のサイズについても同様に算出され、算出されたＹ方向のズレ量が、算出されたＹ方向のサイズの１０％以上の場合、判定手段２３は、両方の楕円形状が重なり合っていないと評価し、両方の楕円形状をマッチング候補のまま残す。一方、算出されたＸ方向のズレ量が算出されたＸ方向のサイズの１０％未満であり、かつ、算出されたＹ方向のズレ量が算出されたＹ方向のサイズの１０％未満である場合、判定手段２３は、両者の楕円形状が重なり合っていると評価する。楕円形状が重なり合っていると評価された場合には、判定手段２３は、一方の楕円形状の一致度と他方の楕円形状の一致度とを比較し、一致度の高い方の楕円形状をマッチング候補のまま残し、一致度の低い方の楕円形状をマッチング候補から除外する。これまで楕円形状の場合について説明したが、円形状の場合でも同様に重なり合っているか否かを評価することができる。なお、円形状の場合、Ｘ方向のサイズ及びＹ方向のサイズは、共に円形状の直径に相当する画素数となる。本実施形態では、重なり合っているか否かを評価するしきい値は、Ｘ方向及びＹ方向のサイズの１０％とされているが、本発明はこれに限られるものではなく、適宜変更することができる。

次に、判定手段２３は、マッチング候補のそれぞれについて、マッチングスコアを算出する。具体的には、マッチング候補が円形状の場合、前述のように、マッチング候補である円形状を構成する画素から、検出されたエッジを構成する画素までの位置ズレ量を取得する。取得した位置ズレ量が所定の値以下である場合（取得した位置ズレ量に相当する距離が所定の値より短い場合）、判定手段２３は、該円形状を構成する該画素をマッチング画素として記憶する。同様に、マッチング候補である円形状を構成する全ての画素について、マッチング画素であるか否かを評価する。マッチング候補のマッチングスコアは、マッチング候補である円形状について、マッチング画素の総数と該円形状を構成する画素の総数との百分率により算出される。つまり、マッチング画素の総数が該円形状を構成する画素の総数と同じである場合（例えば、検出されたエッジがパターンマッチングさせる幾何学的形状と完全に一致する場合）、マッチングスコアは１００％（最大値）である。ここで、収穫対象物Ｋの実際のエッジは、通常、完全な円形状又は楕円形状ではなく、円形状又は楕円形状に近似した形状となる。このため、マッチングスコアのしきい値を高めすぎると、収穫すべき収穫対象物Ｋではないと判定される場合がある。本実施形態では、判定手段２３は、マッチング候補のマッチングスコアが５０％以上の場合、そのマッチング候補をマッチングした円形状Ｍ（マッチングした幾何学的形状Ｍ）として記憶する。マッチングスコアのしきい値を５０％と設定することにより、実際のエッジが円形状又は楕円形状に近似した形状となる収穫すべき収穫対象物Ｋについて、収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジであると正しく判定されることが期待できる。
本実施形態では、計測単位領域Ｗ_１が計測単位領域Ｗ_２と重なり合う寸法を収穫すべき収穫対象物Ｋの寸法の最大値以上としているため、収穫すべき収穫対象物Ｋは、何れかの計測単位領域に収まることになる。ただし、エッジ検出手段２２によって検出された複数の収穫対象物Ｋのエッジが重なり合っていることで、収穫対象物Ｋの実際のエッジの一部が検出されない場合がある。そこで、マッチングスコアのしきい値を５０％とすることにより、エッジ検出手段２２によって検出された複数の収穫対象物Ｋのエッジが重なり合っていても、収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジであると正しく判定されることが期待できる。マッチング候補が楕円形状の場合であっても、同様に、判定手段２３は、マッチングした楕円形状Ｍであるか否かを評価することができる。

計測単位領域の重なり合う寸法が、収穫すべき収穫対象物Ｋの寸法の最大値より小さい値である場合について説明する。この場合、計測単位領域の重なり合う寸法が小さくなればなるほど、何れの計測単位領域においても、収穫すべき収穫対象物Ｋの一部が計測単位領域から外れるおそれが高まる。そして、計測単位領域での収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジの長さと実際の収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジの長さとの比が小さくなる。このため、マッチングスコアのしきい値を高め過ぎると、収穫すべき収穫対象物Ｋであると決定されないおそれがある。そこで、収穫すべき収穫対象物Ｋの一部が計測単位領域から外れた場合であっても、収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジであると判定することができるように、マッチングスコアのしきい値を下げる必要がある。ただし、マッチングスコアのしきい値を下げ過ぎると、ノイズ等による誤検出が生じ易くなることになる。しかしながら、計測単位領域の重なり合う寸法が小さくなればなるほど、収穫対象物Ｋの計測・収穫すべき収穫対象物Ｋの決定・収穫すべき収穫対象物Ｋの切断という一連の工程を繰り返す回数は少なくなるため、工程全体の要する時間は減少する。一方、計測単位領域の重なり合う寸法が大きくなればなるほど、何れかの計測単位領域において収穫すべき収穫対象物Ｋが収まる範囲が広くなる。つまり、何れかの計測単位領域において、計測単位領域での収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジの長さと実際の収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジの長さとの比が大きくなる。このため、ノイズ等による誤検出が生じ難くなる程度までマッチングスコアのしきい値を高めたとしても、収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジであると判定されることが期待できる。しかしながら、計測単位領域の重なり合う寸法が大きくなればなるほど、上記一連の工程を繰り返す回数が多くなるため、工程全体の要する時間が増加することになる。本実施形態では、マッチングしたか否かを評価するマッチングスコアのしきい値が５０％とされているが、本発明はこれに限られるものではなく、前述したように、誤検出の生じ難さと工程全体の要する時間とを鑑みて、つまり、計測単位領域の重なり合う寸法に基づいて、適宜変更することができる。例えば、計測単位領域の重なり合う部分が存在しない場合には、計測単位領域（ＸＹ平面）において、収穫すべき収穫対象物ＫのＸ座標及びＹ座標の何れもが、計測単位領域のＸ座標及びＹ座標の範囲から外れるおそれがある。この場合、収穫すべき収穫対象物Ｋは、４つの計測単位領域にまたがることになるため、何れかの計測単位領域には、少なくとも収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジの２５％が含まれることになる。このため、マッチングスコアのしきい値は２５％より小さい値にされることになる。

図６は、検出されたエッジに対してマッチングした円形状の一例を示す。図６（ａ）は、マッチングした円形状Ｍ１〜Ｍ３と、それぞれの中心Ｃ１〜Ｃ３を示し、図６（ｂ）は、マッチングした円形状Ｍ４〜Ｍ６と、それぞれの中心Ｃ４〜Ｃ６を示す。本実施形態では、判定手段２３は、マッチングした円形状又は楕円形状Ｍを、その中心の位置が互いに近接する円形状又は楕円形状の集合体である幾何学的形状群に分類する。本実施形態では、マッチングした円形状又は楕円形状の中心間の距離の何れもが、所定の範囲内である場合、中心の位置が互いに近接する円形状又は楕円形状とする。具体的には、本実施形態では、所定の範囲内は、５画素分の距離（例えば、図４（ｂ）に示す位置ズレ量ｄ_３のような距離）以下に設定されている。図６（ａ）は、中心Ｃ１〜Ｃ３の間の距離の何れもが所定の範囲内である場合を例示している。具体的には、中心Ｃ１と中心Ｃ２との間の距離（中心Ｃ１に位置する画素の中心と中心Ｃ２に位置する画素の中心との間の距離）、中心Ｃ２と中心Ｃ３との間の距離、中心Ｃ１と中心Ｃ３との間の距離の何れもが所定の範囲内である。このため、図６（ａ）に示す円形状Ｍ１〜Ｍ３は、１つの幾何学的形状群に分類されることになる。一方、図６（ｂ）は、中心Ｃ４と中心Ｃ５との間の距離と、中心Ｃ５と中心Ｃ６との間の距離は、所定の範囲内であるが、中心Ｃ４と中心Ｃ６との間の距離は所定の範囲内ではない場合を例示している。この場合、円形状Ｍ４〜Ｍ６は、中心の位置が互いに近接するとはいえないため、１つの幾何学的形状群に分類されない。具体的には、例えば、円形状Ｍ４と円形状Ｍ５は１つの幾何学的形状群に分類され、円形状Ｍ６は円形状Ｍ４と円形状Ｍ５とが分類された幾何学的形状群とは別の幾何学的形状群に分類される。本実施形態では、設定される所定の範囲内は５画素分の距離以下であるが、本発明はこれに限られるものではなく、適宜変更することができる。

そして、判定手段２３は、幾何学的形状群毎に、幾何学的形状群を構成する円形状又は楕円形状Ｍのうち、マッチングの度合いが最も高い円形状又は楕円形状Ｍを抽出する。本実施形態では、幾何学的形状群毎に、幾何学的形状群を構成する円形状又は楕円形状Ｍのうち、マッチングスコアが最も高い円形状又は楕円形状Ｍを抽出する。なお、マッチングした全ての円形状又は楕円形状Ｍの中心が互いに近接している場合には、全ての円形状又は楕円形状Ｍが１つの幾何学的形状群に分類されることになり、マッチングスコアが最も高い１つの円形状又は楕円形状Ｍが抽出されることになる。また、幾何学的形状群が１つの円形状又は楕円形状Ｍから構成されている場合には、この円形状又は楕円形状Ｍが、マッチングスコアが最も高い円形状又は楕円形状として抽出されることになる。そして、判定手段２３は、幾何学的形状群毎に抽出した円形状又は楕円形状の中から予め定められた径（収穫対象の径）を有する円形状又は楕円形状を選択する。具体的には、収穫すべき収穫対象物Ｋ（キノコの傘）の寸法に応じて、選択される円形状又は楕円形状の径を予め定めておくことになる。

判定手段２３は、距離画像から形成された２値化画像において、選択された円形状又は楕円形状が有する２次元座標に位置する画素を収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジであると判定する。具体的には、判定手段２３は、選択された円形状又は楕円形状（距離画像から形成された２値化画像において、選択された円形状又は楕円形状が有する２次元座標に位置する画素）を最終的に収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジであると判定（擬制）する。このため、単に生育方向に所定の高さ以上に延びているか否かで収穫すべきか否かを判定する場合に比べて、更に生育方向に直交する平面において所望する形状や径に合致するか否かで収穫すべきか否かを判定することになるため、収穫すべき収穫対象物Ｋを精度良く検出することが期待できる。

また、幾何学的形状群毎に抽出した円形状又は楕円形状の中から収穫対象の径を有する円形状又は楕円形状を選択し、距離画像において、選択された円形状又は楕円形状が有する２次元座標に位置する画素を収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジであると判定することにより、パターンマッチング後に選択される収穫対象の径を有する円形状又は楕円形状のみをパターンマッチングさせる場合に比べて、より精度良く収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジであると判定することが期待できる。具体的には、例えば、収穫すべき収穫対象物Ｋの寸法が、直径が４０画素の円形状に相当する形状よりも大きい場合には、直径が３７画素の円形状に相当する収穫対象物Ｋを収穫すべき収穫対象物Ｋではないと決定することが望ましい。直径が３７画素の円形状に相当する収穫対象物Ｋから検出されたエッジに対して、直径が４０画素の円形状のみをパターンマッチングさせると、直径が４０画素の円形状がマッチングすることで、収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジであると判定するおそれがある。一方、直径が３７画素の円形状に相当する収穫対象物Ｋから検出されたエッジに対して、直径が３５画素の円形状と４０画素の円形状との複数の円形状をパターンマッチングさせたときに、直径が３５画素の円形状と４０画素の円形状との双方がマッチングする場合がある。この場合、双方の円形状の中心の位置が互いに近接していると考えられる。そして、双方の円形状は、１つの幾何学的形状群に分類されることになる。１つの幾何学的形状群について、直径が４０画素の円形状よりも、直径が３５画素の円形状の方がマッチングの度合いが高いとして、直径が３５画素の円形状が抽出されることで、収穫すべき収穫対象物Ｋの形状をより正確に検出することが期待できる。このため、抽出された幾何学的形状は、収穫対象の径を有する幾何学的形状として選択されないことが期待できる。つまり、収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジではないと判定することが期待できる。このように、直径が４０画素の円形状のみをパターンマッチングさせることよりも、直径が３５画素の円形状と４０画素の円形状との複数の円形状をパターンマッチングさせる方が、より精度良く収穫すべき収穫対象物Ｋを決定することが期待できる。本実施形態では、幾何学的形状群毎に抽出した円形状又は楕円形状の中から収穫対象の径を有する円形状又は楕円形状を選択し、選択された円形状又は楕円形状により収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジを判定しているが、本発明はこれに限られるものではなく、マッチングした円形状又は楕円形状Ｍにより収穫すべき収穫対象物Ｋのエッジを判定してもよい。

信号処理手段２は、切断位置決定手段２４を更に具備する。切断位置決定手段２４は、判定手段２３により収穫すべきと判定された収穫対象物Ｋのエッジを有する画素領域を構成する画素の２次元座標及び濃度値に基づいて、収穫すべきと判定された収穫対象物Ｋの切断位置を決定する。本実施形態では、切断位置決定手段２４は、距離画像から形成された２値化画像において、判定手段２３により収穫すべきと判定された収穫対象物Ｋのエッジの中心に位置する画素を抽出する。そして、抽出された画素の２次元座標及び濃度値に対応する３次元位置から収穫対象物Ｋの生育方向に沿って３次元位置計測手段１から更に一定距離だけ離間した３次元位置を切断位置に決定する。
本実施形態では、切断位置決定手段２４は、距離画像から形成された２値化画像において、判定手段判定手段２３により収穫すべきと判定された収穫対象物Ｋのエッジの中心に位置する画素を抽出して切断位置を決定しているが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、判定手段２３により収穫すべきと判定された収穫対象物Ｋのエッジを有する画素領域を構成する画素の２次元座標の平均値及び濃度値の平均値を算出し、算出された画素の２次元座標の平均値及び濃度値の平均値に対応する３次元位置から生育方向に沿って３次元位置計測手段１から更に一定距離だけ離間した３次元位置を切断位置に決定してもよい。

前述したように、本実施形態に係る収穫補助装置１００は、収穫対象物Ｋを切断するための切断手段３を更に備える。切断手段３は、切断位置決定手段２４によって決定された切断位置に移動して、判定手段２３により収穫すべきと判定された収穫対象物Ｋを切断する。切断位置は、収穫対象物Ｋの所定位置（判定手段２３により抽出された画素の２次元座標及び濃度値に対応する３次元位置）から収穫対象物Ｋの生育方向に沿って３次元位置計測手段１から更に一定距離だけ離間した３次元位置であるため、切断手段３により切断される収穫対象物Ｋの長さを一律にすることができる。本実施形態では、切断手段３は超音波カッターとされているが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、ハサミやレーザーカッターであってもよい。切断手段３により切断された収穫対象物Ｋを適宜集めることにより、収穫対象物Ｋを収穫することができる。

本実施形態では、判定手段２３は、距離画像から形成された２値化画像において検出されたエッジに対してパターンマッチングを行っているが、本発明はこれに限られるものではなく、距離画像において検出されたエッジに対してパターンマッチングを行ってもよい。

以上に説明したように、本実施形態においては、距離画像を用いて収穫すべき収穫対象物Ｋを決定することを特徴としている。そこで、距離画像を用いることによる効果について確認する試験を行った。具体的には、距離画像から形成された２値化画像を用いて収穫すべき収穫対象物Ｋであるキノコのエッジを判定した場合と、キノコから反射する反射光量に応じた濃度値を有する画素から構成される濃淡画像から形成された２値化画像を用いて収穫すべきキノコのエッジを判定した場合とで、収穫すべきキノコを問題なく決定できるか否かについて確認する試験を行った。

図７は、キノコの濃淡画像を用いてキノコのエッジを判定した場合の結果を示す。図７（ａ）は、ＣＣＤカメラでキノコを撮像したキノコの濃淡画像を示す。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すキノコの濃淡画像から形成された２値化画像を示す。図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示す２値化画像において、エッジ検出手段２２により検出されたエッジに対して、径の異なる複数の円形状又は楕円形状をパターンマッチングさせ、マッチングした楕円形状Ｍ７を示す結果図である。図７（ｃ）に示すように、濃淡画像を用いてキノコのエッジを判定した場合には、図７（ｃ）にＡ、Ｂ、Ｃで示す部分のキノコについて収穫すべきキノコであると判定されないという結果が得られた。これは、キノコの傘同士が重なっていたり、キノコと培地との濃淡が近似していることにより、キノコ同士やキノコと培地との濃淡差が小さくなるためであると考えられる。

図８は、キノコの距離画像を用いてキノコのエッジを判定した場合の結果を示す。図８（ａ）は、本実施形態の３次元位置計測手段１により計測されたキノコの距離画像を示す。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すキノコの距離画像から形成された２値化画像を示す。図８（ｃ）は、図８（ｂ）に示す２値化画像において、エッジ検出手段２２により検出されたエッジに対して、径の異なる複数の円形状又は楕円形状をパターンマッチングさせ、マッチングした楕円形状Ｍ８〜Ｍ１１を示す結果図である。図８（ｃ）に示すように、距離画像を用いてキノコのエッジを判定した場合には、収穫すべきキノコを問題なく決定できることがわかった。これは、距離画像は、反射光量の影響を受けないことから、３次元位置計測手段１からキノコの傘同士が重なっているそれぞれのキノコの傘までの距離やキノコの傘と培地との距離は異なるため、精度良くキノコのエッジを判定することができるからである。

本発明は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、計測単位領域ごとに、収穫対象物Ｋの計測、収穫すべき収穫対象物Ｋの決定、収穫すべき収穫対象物Ｋの切断という一連の工程を実行しているが、本発明はこれに限られるものではなく、収穫すべき収穫対象物Ｋの決定や収穫すべき収穫対象物Ｋの切断は、例えば、各計測単位領域に生育している収穫対象物Ｋの計測が完了した後に行ってもよい。また、３次元位置計測手段１が計測単位領域ごとに収穫対象物Ｋの２次元座標と収穫対象物Ｋまでの距離とを計測できるように、３次元位置計測手段１が移動する順序は、上記説明した順序に限られるものではない。また、本実施形態では、計測単位領域は、培地Ｂよりも小さい範囲とされているが、本発明はこれに限られるものではなく、計測単位領域が培地Ｂと同等の範囲であってもよい。また、本実施形態では、幾何学的形状として、円形状又は楕円形状を用いているが、これに限られるものではなく、種々の収穫対象物Ｋに応じて種々の形状を用いることができる。

１・・・３次元位置計測手段
２・・・信号処理手段
３・・・切断手段
２１・・・距離画像形成手段
２２・・・エッジ検出手段
２３・・・判定手段
２４・・・切断位置決定手段
１００・・・収穫補助装置
Ｂ・・・培地
Ｋ・・・収穫対象物
Ｍ・・・マッチングした幾何学的形状

Claims

収穫対象物の生育方向に直交する平面における収穫対象物の２次元座標と、前記２次元座標における前記生育方向に沿った前記収穫対象物までの距離とを計測する３次元位置計測手段と、
収穫すべき収穫対象物を決定する信号処理手段とを備える収穫補助装置であって、
前記信号処理手段は、
前記３次元位置計測手段により計測された２次元座標と前記３次元位置計測手段により計測された距離に応じた濃度値とを有する画素から構成される距離画像を形成する距離画像形成手段と、
前記距離画像において、所定の距離以下に相当する濃度値を有する前記画素から構成される画素領域のエッジを検出するエッジ検出手段と、
前記検出されたエッジに対して、収穫すべき収穫対象物に応じて予め定められた幾何学的形状をパターンマッチングさせ、前記距離画像において、マッチングした幾何学的形状が有する２次元座標に位置する画素を収穫すべき収穫対象物のエッジであると判定する判定手段とを具備することを特徴とする収穫補助装置。
前記判定手段は、
前記検出されたエッジに対して、前記予め定められた幾何学的形状として、径の異なる複数の円形状又は楕円形状をパターンマッチングさせ、
マッチングした幾何学的形状を、その中心の位置が互いに近接する幾何学的形状の集合体である幾何学的形状群に分類し、
前記幾何学的形状群毎に、前記幾何学的形状群を構成する幾何学的形状のうち、マッチングの度合いが最も高い幾何学的形状を抽出し、
前記幾何学的形状群毎に抽出した幾何学的形状の中から、予め定められた径を有する幾何学的形状を選択し、
前記距離画像において、前記選択された幾何学的形状が有する２次元座標に位置する画素を、収穫すべき収穫対象物のエッジであると判定することを特徴とする請求項１に記載の収穫補助装置。
収穫対象物を切断するための切断手段を更に備え、
前記信号処理手段は、
前記判定手段により収穫すべきと判定された収穫対象物のエッジを有する前記画素領域を構成する画素の２次元座標及び濃度値に基づいて、前記収穫すべきと判定された収穫対象物の切断位置を決定する切断位置決定手段を更に具備し、
前記切断手段は、前記切断位置決定手段によって決定された切断位置に移動して、前記収穫すべきと判定された収穫対象物を切断することを特徴とする請求項１又は２に記載の収穫補助装置。
前記切断位置決定手段は、前記距離画像において前記収穫すべきと判定された収穫対象物のエッジの中心に位置する画素を抽出し、抽出された画素の２次元座標及び濃度値に対応する３次元位置から前記生育方向に沿って前記３次元位置計測手段から更に一定距離だけ離間した３次元位置を前記切断位置に決定することを特徴とする請求項３に記載の収穫補助装置。