JP2019190865A - 異物検出装置および異物検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】葉菜類に付着した虫を異物として検出する。【解決手段】異物検出装置１は、製造ライン上を順次搬送されてくる被検査物としての葉菜類Ｗに付着した虫Ｍを異物として検出するものであり、近赤外光を出射する光源部３と、近赤外光が照射された葉菜類Ｗを撮像する撮像部４と、撮像部４が撮像した近赤外画像における葉菜類Ｗと異物としての虫Ｍの光のスペクトルの吸収の違いを利用して近赤外画像中の葉菜類Ｗに付着した虫Ｍの有無を判別する異物判別手段６ｃとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、製造ライン上を順次搬送されてくる被検査物としての葉菜類に付着した虫を異物として検出する異物検出装置および異物検出方法に関する。

従来、製造ライン上を順次搬送されてくる被検査物中の異物を検出する装置として、例えば下記特許文献１に開示されるＸ線異物検出装置が知られている。このＸ線異物検出装置では、製造ライン上を順次搬送されてくる被検査物にＸ線を照射し、このＸ線を照射したときのＸ線透過量から被検査物に異物が混入しているか否かを検出している。

特開２００２−１３９４５８号公報

しかしながら、上述した従来のＸ線異物検出装置では、例えばレタスなどの葉菜類を被検査物とし、１枚１枚搬送されてくる葉菜類に付着した虫を異物として検出する場合、Ｘ線透過量に基づくＸ線透過画像が物質の密度に由来する濃淡画像であるため、ほぼ同程度の密度と考えられる葉菜類と虫ではコントラストに差が出ず、異物である虫の検出が難しいという問題があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、葉菜類に付着した虫を異物として検出することができる異物検出装置および異物検出方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された異物検出装置は、近赤外光を出射する光源部３と、
前記近赤外光が照射された葉菜類Ｗを撮像する撮像部４と、
前記撮像部が撮像した近赤外画像における前記葉菜類と異物としての虫Ｍの光のスペクトルの吸収の違いを利用して前記近赤外画像中の前記葉菜類に付着した虫の有無を判別する異物判別手段６ｃとを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載された異物検出装置は、請求項１の異物検出装置において、
前記光源部３は、近赤外領域において前記虫Ｍが前記葉菜類Ｗに対して特徴的な吸収特性を有する波長を含む波長範囲から選択される波長を中心波長とする近赤外光、または前記波長範囲で分光される複数波長の近赤外光を出射することを特徴とする。

請求項３に記載された異物検出装置は、請求項１の異物検出装置において、
前記撮像部４は、近赤外領域において前記虫Ｍが前記葉菜類Ｗに対して特徴的な吸収特性を有する波長を含む波長範囲で複数波長に分光した近赤外画像を出力することを特徴とする。

請求項４に記載された異物検出装置は、請求項３の異物検出装置において、
前記異物判別手段６ｃは、複数波長に分光された前記近赤外画像に基づいて、当該近赤外画像中の前記虫が強調されるような画像処理を施す画像処理手段６ｄを備えたことを特徴とする。

請求項５に記載された異物検出方法は、近赤外光を出射するステップと、
前記近赤外光が照射された葉菜類Ｗを撮像するステップと、
前記葉菜類を撮像した近赤外画像における前記葉菜類と異物としての虫Ｍの光のスペクトルの吸収の違いを利用して前記近赤外画像中の前記葉菜類に付着した虫の有無を判別するステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、葉菜類に近赤外光を照射したときの葉菜類と虫の吸収特性の違いを利用して近赤外画像中の葉菜類に付着した虫を異物として検出することができる。

本発明に係る異物検出装置の概略構成を示す図である。 近赤外領域における葉菜類と虫の波長−強度特性の一例を示す図である。 （ａ），（ｂ）画像処理前の近赤外画像の一部を示す図、（ｃ），（ｄ）画像処理後の近赤外画像の一部を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

［本発明の概要］
近赤外光は物質ごとに特徴的な吸収特性を示すことが知られている。本発明は、近赤外光の吸収特性を利用した物質の識別が可能であることに着目し、近赤外光を葉菜類に照射したときの葉菜類と虫の光のスペクトルの吸収の違いを利用して葉菜類に付着した虫を異物として検出するものである。

［異物検出装置の構成］
本実施の形態の異物検出装置は、製造ラインの一部に組み込まれ、所定間隔おきに順次搬送されてくる葉菜類を被検査物とし、葉菜類に付着した虫を異物として検出するものである。

なお、被検査物としての葉菜類には、例えばレタス、ホウレンソウ、コマツナなどがある。また、異物として検出される虫は、例えばカメムシ、テントウムシ、アオムシなどである。

図１に示すように、異物検出装置１は、葉菜類（被検査物）Ｗに付着した虫（異物）Ｍを検出するため、搬送部２、光源部３、撮像部４、設定操作部５、制御部６、表示部７を含んで概略構成される。

搬送部２は、検査対象である葉菜類Ｗを１枚１枚重ならずに搬送路上で所定間隔おきに順次搬送するもので、例えば装置本体に対して水平に配置されたベルトコンベアで構成される。

搬送部としてのベルトコンベア２は、所定の隙間Ｓを空けて配置される搬入側コンベア２ａと搬出側コンベア２ｂを備える。搬入側コンベア２ａおよび搬出側コンベア２ｂは、葉菜類Ｗに付着した虫Ｍの検出を行うときに、設定操作部５で設定された搬送速度により制御部６にて駆動制御される。これにより、葉菜類Ｗは、搬入側コンベア２ａおよび搬出側コンベア２ｂ上を図１の搬送方向Ｘに１枚１枚重ならず所定間隔おきに搬送される。

光源部３は、例えばハロゲンランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）などで構成され、搬送部２にて順次搬送される１枚１枚の葉菜類Ｗに照射するための近赤外光を出射する複数の光源３ａ，３ｂを備える。

図１の例では、ベルトコンベア２の隙間Ｓから斜め上方に対向配置される２つの光源３ａと、ベルトコンベア２の隙間Ｓから斜め下方に対向配置される２つの光源３ｂとから光源部３が構成される。そして、４つの光源３ａ，３ｂによる斜め４方向からベルトコンベア２上の葉菜類Ｗの表面および裏面に対して近赤外光を満遍なく照射する。

光源部３（光源３ａ，３ｂ）は、近赤外領域において虫Ｍが葉菜類Ｗに対して特徴的な吸収特性を有する波長を含む近赤外光、すなわち、近赤外領域において虫Ｍと葉菜類Ｗで吸収特性の異なる波長帯域の近赤外光を出射する。さらに説明すると、例えば葉菜類Ｗがレタス、虫Ｍがカメムシの場合には、近赤外領域において図２に示すような波長−強度特性（葉菜類Ｗ：点線、虫Ｍ：実線）が得られる。そして、近赤外領域において図２の１２００〜１２３０ｎｍの波長範囲では、虫Ｍが葉菜類Ｗに対して特徴的な吸収特性を示していることが判る。

そこで、本実施の形態の光源部３（光源３ａ，３ｂ）は、１２００〜１２３０ｎｍの波長範囲から選択される波長（例えば１２１５ｎｍ）を中心波長とする近赤外光、または１２００〜１２３０ｎｍを含む波長範囲で分光された複数波長の近赤外光を出射する。

なお、光源部３（光源３ａ，３ｂ）が出射する近赤外光は、近赤外光を葉菜類Ｗと虫Ｍに照射したときの強度の差が大きい波長を含むのが好ましい。加えて、葉菜類Ｗに対して虫Ｍがより多くの近赤外光を吸収する波長を含むのが好ましい。例えば図２に示す波長−強度特性の場合には、１２１０ｎｍ前後の波長を含むのが好ましい。

撮像部４は、光源部３から近赤外光が照射された状態でベルトコンベア２上を搬送される葉菜類Ｗを撮像するもので、近赤外分光カメラで構成される。近赤外分光カメラ４は、撮像対象の葉菜類Ｗの像（イメージ）の各点について光の強度情報とスペクトル情報（複数種類の波長の光の強度分布情報）を捉え、近赤外領域において虫Ｍが葉菜類Ｗに対して特徴的な吸収特性を有する１２００〜１２３０ｎｍを含む波長範囲（例えば９００〜１７００ｎｍ）を等間隔の波長で分光した複数波長の近赤外画像を出力する。

具体的には、図１に示すように、ベルトコンベア２の隙間Ｓの上下に対向配置される２台の近赤外分光カメラ４ａ，４ｂにより撮像部４を構成する。そして、ベルトコンベア２の隙間Ｓの上下方向から２台の近赤外分光カメラ４ａ，４ｂで葉菜類Ｗの表面および裏面を撮像し、近赤外領域の例えば９００〜１７００ｎｍの波長範囲を等間隔の波長で分光した複数波長の近赤外画像を出力する。

設定操作部５は、装置本体に設けられる例えばキー、押しボタン、スイッチ、表示部８の表示画面上のソフトキーなどで構成される。設定操作部５は、例えば異物検出装置１の電源オン・オフ、検査対象の葉菜類Ｗの種類や検査数、搬入側コンベア２ａおよび搬出側コンベア２ｂの搬送速度の設定、特定波長（虫Ｍが葉菜類Ｗに対して特徴的な吸収特性を有する波長範囲（例えば１２００〜１２３０ｎｍ）の波長）において葉菜類Ｗと虫Ｍを区別するための強度閾値、近赤外画像の画像処理時に使用する各種パラメータ（波長間隔、重み係数、データ数、データ間隔など）の設定などを行う際に操作される。

制御部６は、異物検出装置１の各部を統括制御するもので、搬送制御手段６ａ、光源制御手段６ｂ、異物判別手段６ｃを備える。

搬送制御手段６ａは、葉菜類Ｗが図１の搬送方向Ｘに１枚１枚重ならず所定間隔おきに一定速度で搬送されるように、搬送部２の搬入側コンベア２ａおよび搬出側コンベア２ｂを駆動制御する。

光源制御手段６ｂは、葉菜類Ｗの表面および裏面に対して満遍なく近赤外光を照射するように、光源部３の各光源３ａ，３ｂを駆動制御する。

異物判別手段６ｃは、撮像部４が出力する近赤外画像における葉菜類Ｗと虫Ｍの光のスペクトルの吸収の違いを利用して近赤外画像中の葉菜類Ｗに付着した虫Ｍの有無を判別する。さらに説明すると、異物判別手段６ｃは、撮像部４が出力する複数波長の近赤外画像のうち特定波長（虫Ｍが葉菜類Ｗに対して特徴的な吸収特性を有する波長範囲の波長）の近赤外画像において、予め設定される強度閾値より小さい、または大きい強度の画素の塊が存在すると、異物としての虫Ｍが葉菜類Ｗに付着していると判別する。

また、異物判別手段６ｃは、近赤外画像上の葉菜類Ｗに付着した虫Ｍを強調するため、撮像部４から得られる複数波長の近赤外画像を画像処理する画像処理手段６ｄを含む。

画像処理手段６ｄは、例えば撮像部４にて分光された複数波長の近赤外画像に対し、例えば各画素ごとの強度の和、差、比、微分値、相関係数を計算し、その計算結果に基づいて虫Ｍのみを強調して画像処理した新たな近赤外画像を作成する。

なお、画像処理手段６ｄは、撮像部４から取得した近赤外画像中の虫Ｍのみを強調する画像処理を行っており、その手法については特に限定されないものである。

異物判別手段６ｃは、別の判別処理として、画像処理手段６ｄの画像処理によって得られる近赤外画像中に虫Ｍのみが強調された領域（例えば図３（ｃ），（ｄ）の丸で囲まれた領域）が存在すると、異物としての虫Ｍが葉菜類Ｗに付着していると判別する。

表示部７は、例えば液晶表示器などの表示装置で構成され、例えば撮像部４にて撮像された複数波長の近赤外画像、画像処理手段６ｄの画像処理により虫Ｍのみが強調された近赤外画像、葉菜類Ｗの種類ごとの検査結果（検査総数、正常数、異常数）などを表示画面に表示する。

［異物検出方法］
次に、上記のように構成される異物検出装置１を用いて葉菜類Ｗに付着した虫Ｍを異物として検出する方法について説明する。

葉菜類Ｗに付着した虫Ｍを異物として検出するにあたっては、ベルトコンベア２にて葉菜類Ｗを所定間隔をおいて１枚１枚重ならずに搬送する。そして、ベルトコンベア２にて搬送される葉菜類Ｗに対し、光源３ａ，３ｂが出射する近赤外光を上下斜め方向から照射する。このとき、光源３ａ，３ｂは、近赤外領域における１２００〜１２３０ｎｍの波長範囲から選択される波長を中心波長とする近赤外光、または近赤外領域の１２００〜１２３０ｎｍを含む波長範囲で分光された複数波長の近赤外光を出射する。

次に、搬入側コンベア２ａと搬出側コンベア２ｂの隙間Ｓの上下方向から２台の近赤外分光カメラ４ａ，４ｂにて葉菜類Ｗの表面および裏面を撮像する。これにより、２台の近赤外分光カメラ４ａ，４ｂは、近赤外領域の１２００〜１２３０ｎｍを含む波長範囲で複数波長に分光した近赤外画像を出力する。

そして、異物判別手段６ｃは、２台の近赤外分光カメラ４ａ，４ｂが出力する複数波長の近赤外画像のうち特定波長の近赤外画像（例えば１２１５ｎｍの近赤外画像、１２００〜１２３０ｎｍの近赤外画像など）において、予め設定される強度閾値より小さい、または大きい強度の画素の塊が存在すると、異物としての虫Ｍが葉菜類Ｗに付着していると判別する。

また、別の判別処理として、異物判別手段６ｃに含まれる画像処理手段６ｄは、２台の近赤外分光カメラ４ａ，４ｂにて複数波長に分光された近赤外画像中の虫Ｍのみが強調されるように所定の画像処理を施して新たな近赤外画像を作成する。

ここで、図３（ａ），（ｂ）は画像処理前の複数波長を総和した近赤外画像の各例を示す図、図３（ｃ），（ｄ）は画像処理後の近赤外画像の各例を示す図である。なお、各図の例では、丸で囲まれる部分に虫（異物）Ｍが存在している。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、画像処理手段６ｄによる画像処理前の複数波長を総和した近赤外画像Ｄ１，Ｄ２上では、葉菜類Ｗと虫Ｍの区別がつきにくく、虫Ｍが存在する位置を特定しずらい。これに対し、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、画像処理手段６ｃによる画像処理後の近赤外画像Ｄ３，Ｄ４上では、虫Ｍが全体的に強調され、葉菜類Ｗと虫Ｍの区別が明確となり、虫Ｍが存在する位置も特定できる。

なお、図３（ｃ），（ｄ）の近赤外画像は、近赤外分光カメラ４ａ，４ｂが出力する複数波長の近赤外画像それぞれに対して予め計算して設定される重み係数を乗算し、重み係数を乗算した複数波長の近赤外画像の総和から得られる微分画像である。すなわち、画像処理としてサビツキー・ゴーレー法による２次微分を採用することにより、平滑化とともに吸収ピークが強調された図３（ｃ），（ｄ）の近赤外画像が得られる。

なお、画像処理手段６ｄによる画像処理は２次微分に限らない。例えば、各画素ごとに相関係数を計算する方法もある。これは、図２のような測定対象の波長−強度特性があらかじめ得られている場合に、各画素ごとに複数波長の測定結果と波長−強度特性との相関を取る方法である。これによって各画素ごとに、その場所が例えば葉菜類Ｗであるのか、虫Ｍであるのか、あるいは対象物が無い部分なのかを判別することができる。また、画像処理手段６ｄは、複数の画像処理方法、例えば２次微分と相関係数の両方の画像処理によって得られる近赤外画像を重ねて表示するようにしてもよい。

そして、異物判別手段６ｃは、図３（ｃ）や図３（ｄ）に示すように、画像処理手段６ｄの画像処理によって新たに作成された近赤外画像Ｄ３やＤ４中に虫Ｍのみが強調された領域が存在すると、葉菜類Ｗに虫Ｍが付着していると判断して異物有りと判別する。図３（ｃ）や図３（ｄ）の例では、丸で囲まれる部分に虫Ｍが付着していると判断して異物有りと判別する。

ところで、上述した実施の形態では、葉菜類Ｗを一枚一枚重ならずにベルトコンベア２上を搬送し、ベルトコンベア２の搬入側コンベア２ａと搬出側コンベア２ｂの隙間Ｓの上下方向から２台の近赤外分光カメラ４ａ，４ｂで葉菜類Ｗの表面および裏面を撮像する場合を例にとって説明したが、これらの構成に限定されるものではない。

例えば葉菜類Ｗを１枚１枚個別に吊るして所定間隔おきに搬送し、葉菜類Ｗの表面および裏面の２方向から２台の近赤外分光カメラで葉菜類Ｗの表面および裏面を撮像してもよい。また、近赤外光が透過するパイプ内に葉菜類Ｗを１枚１枚重ならずに水流により搬送し、パイプ外側の対向する上下方向から２台の近赤外分光カメラで葉菜類Ｗの表面および裏面を撮像することもできる。なお、これらの構成では、葉菜類Ｗに近赤外光を照射するための光源を各近赤外分光カメラごとに用意する。

このように、本実施の形態によれば、虫Ｍが葉菜類Ｗに対して特徴的な吸収特性を有する波長を含む近赤外光を葉菜類Ｗに照射して近赤外画像を取得し、葉菜類Ｗに近赤外光を照射したときの葉菜類Ｗと虫Ｍの吸収特性の違いを利用することにより、従来のＸ線等では検出困難であった葉菜類Ｗに付着した虫Ｍを異物として検出することができる。

また、近赤外分光カメラ４にて撮像した複数波長の近赤外画像に対して虫Ｍのみが強調されるように画像処理手段６ｂにて画像処理を施し、この画像処理によって新たに作成された近赤外画像から虫Ｍが付着している葉菜類Ｗの位置を判別して特定することができる。しかも、画像処理された近赤外画像を表示部７に表示すれば、虫Ｍが付着している葉菜類Ｗの位置を表示画面上で容易に確認することができる。

以上、本発明に係る異物検出装置の最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

１ 異物検出装置
２ 搬送部（ベルトコンベア）
２ａ 搬入側コンベア
２ｂ 搬出側コンベア
３ 光源部
３ａ，３ｂ 光源
４（４ａ，４ｂ） 撮像部（近赤外分光カメラ）
５ 設定操作部
６ 制御部
６ａ 搬送制御手段
６ｂ 光源制御手段
６ｃ 異物判別手段
６ｄ 画像処理手段
７ 表示部
Ｗ 葉菜類（被検査物）
Ｍ 虫（異物）

Claims (5)

1. 近赤外光を出射する光源部（３）と、
   前記近赤外光が照射された葉菜類（Ｗ）を撮像する撮像部（４）と、
   前記撮像部が撮像した近赤外画像における前記葉菜類と異物としての虫（Ｍ）の光のスペクトルの吸収の違いを利用して前記近赤外画像中の前記葉菜類に付着した虫の有無を判別する異物判別手段（６ｃ）とを備えたことを特徴とする異物検出装置。
2. 前記光源部（３）は、近赤外領域において前記虫（Ｍ）が前記葉菜類（Ｗ）に対して特徴的な吸収特性を有する波長を含む波長範囲から選択される波長を中心波長とする近赤外光、または前記波長範囲で分光される複数波長の近赤外光を出射することを特徴とする請求項１記載の異物検出装置。
3. 前記撮像部（４）は、近赤外領域において前記虫（Ｍ）が前記葉菜類（Ｗ）に対して特徴的な吸収特性を有する波長を含む波長範囲で複数波長に分光した近赤外画像を出力することを特徴とする請求項１記載の異物検出装置。
4. 前記異物判別手段（６ｃ）は、複数波長に分光された前記近赤外画像に基づいて、当該近赤外画像中の前記虫が強調されるような画像処理を施す画像処理手段（６ｄ）を備えたことを特徴とする請求項３に記載の異物検出装置。
5. 近赤外光を出射するステップと、
   前記近赤外光が照射された葉菜類（Ｗ）を撮像するステップと、
   前記葉菜類を撮像した近赤外画像における前記葉菜類と異物としての虫（Ｍ）の光のスペクトルの吸収の違いを利用して前記近赤外画像中の前記葉菜類に付着した虫の有無を判別するステップとを含むことを特徴とする異物検出方法。