JP2020129010A

JP2020129010A - 収穫判断装置

Info

Publication number: JP2020129010A
Application number: JP2020096749A
Authority: JP
Inventors: 梁川　直治; Naoharu Yanagawa; 直治梁川
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2020-08-27
Also published as: JP2024083513A; JP2022164862A

Abstract

【課題】植物の収穫対象物を収穫すべきタイミングを精度よく判断できるようにする。【解決手段】収穫判断装置１００は、検出部１１０、ノイズ除去信号取得部１２０、ノイズ除去部１３０、及び判断部１４０を備えている。検出部１１０は、収穫対象物Ｆを透過又は反射してきた光（以下、検出光と記載）を検出して検出信号を生成する。ノイズ除去信号取得部１２０は、検出信号に含まれるノイズを除去するための信号（以下、ノイズ除去信号と記載）を取得する。ノイズ除去部１３０は、検出信号及びノイズ除去信号を用いて、ノイズ除去後の検出信号（以下、判断用信号と記載）を生成する。判断部１４０は、判断用信号を用いて、収穫対象物の収穫タイミングを判断する。【選択図】図１

Description

本発明は、収穫判断装置に関する。

果物などの植物の収穫対象物の経済的価値は、収穫対象物に含まれる特定の成分の含有量（例えば糖度）によって大きく左右される。一般的には、糖度が重要視される収穫対象物は、収穫された後、近赤外光照射と光センサによって糖度が測定される。

例えば特許文献１には、収穫対象物に対して光源を相対的に回転させながら、その収穫対象物に対して光を照射し、その収穫対象物を透過した光を分光分析することにより、収穫対象物における糖度の分布を測定することが記載されている。

特開２００７−２４６５１号公報

上記したように、果物などの植物の収穫対象物の経済的価値は、収穫対象物に含まれる特定の成分の含有量によって大きく左右される。このため、収穫対象物の経済的価値は、その収穫対象物を収穫したタイミングで決定される。ここで、光学的手法を用いて収穫対象物に含まれる特定の成分の含有量を測定することにより、収穫タイミングを判断することが考えられる。

本発明が解決しようとする課題としては、植物の収穫対象物を収穫すべきタイミングを精度よく判断できるようにすることが一例として挙げられる。

請求項１に記載の発明は、収穫対象物を透過又は反射してきた検出光を検出し、検出信号を生成する検出部と、
前記検出信号に含まれるノイズ除去信号を取得するノイズ除去信号取得部と、
前記検出信号及び前記ノイズ除去信号を用いて、ノイズ除去後の検出信号である判断用信号を生成するノイズ除去部と、
前記判断用信号に基づき、前記収穫対象物の収穫タイミングを判断する判断部と、
を備え、
前記検出部は、
前記検出光のうち第１の波長域の光を光電変換することにより前記検出信号を生成する第１光電変換部と、
を有し、
前記ノイズ除去信号取得部は、
前記検出光から前記第１の波長域の光を除去するフィルタと、
前記フィルタを透過してきた光を光電変換することにより前記ノイズ除去信号を生成する第２光電変換部と、
を有する収穫判断装置である。

実施形態に係る収穫判断装置の構成を示す図である。実施例１に係る収穫判断装置の構成を示す図である。実施例２に係る収穫判断装置の構成を示す図である。実施例３に係る収穫判断装置の構成を示す図である。実施例４に係る収穫判断装置の構成を示す図である。実施例５に係る植物育成装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

なお、以下に示す説明において、収穫判断装置１００の各構成要素は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。収穫判断装置１００の各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。

図１は、実施形態に係る収穫判断装置１００の構成を示す図である。本実施形態に係る収穫判断装置１００は、検出部１１０、ノイズ除去信号取得部１２０、ノイズ除去部１３０、及び判断部１４０を備えている。検出部１１０は、収穫対象物Ｆを透過又は反射してきた光（以下、検出光と記載）を検出して検出信号を生成する。ノイズ除去信号取得部１２０は、検出信号に含まれるノイズを除去するための信号（以下、ノイズ除去信号と記載）を取得する。ノイズ除去部１３０は、検出信号及びノイズ除去信号を用いて、ノイズ除去後の検出信号（以下、判断用信号と記載）を生成する。判断部１４０は、判断用信号を用いて、収穫対象物の収穫タイミングを判断する。収穫対象物Ｆは、例えばメロン、スイカ、桃、りんご、マンゴーなどの果実であるが、これらに限定されない。収穫判断装置１００は、例えば植物工場で使用されるが、これに限定されない。以下、詳細に説明する。

収穫判断装置１００は、収穫対象物Ｆに含まれる特定の成分（以下、特定成分と記載）の濃度に基づいて、収穫タイミングを判断する。このため、検出部１１０が検出する光の波長は、特定成分の種類に従って定められる。例えば特定成分が糖分の場合、検出部１１０が検出する光は近赤外光になる。

検出部１１０は、収穫対象物Ｆを透過又は反射してきた光を光電変換することにより、検出信号を生成する。検出部１１０は、検出信号を増幅する増幅回路を有していても良い。検出部１１０が検出する光の光源は、例えばＬＥＤや有機ＥＬ素子などの発光素子を有しており、収穫対象物Ｆの近くに配置されている。

検出部１１０が生成した検出信号には、様々なノイズが含まれる。これらのノイズは、例えば、検出部１１０が検出すべき波長以外の光（例えば近赤外光以外の波長域の光）に由来するノイズや、検出部１１０が有する素子（例えば光電変換素子や増幅回路）に由来するノイズなどがある。ノイズ除去信号取得部１２０は、ノイズ除去信号として、これらのノイズを含む信号を取得する。ノイズ除去信号の具体例は、実施例を用いて後述する。

ノイズ除去部１３０は、検出信号からノイズ除去信号を減算することにより、検出信号からノイズを除去する。これにより、判断用信号が生成される。ここで、減算処理の直前における検出信号及びノイズ除去信号の増幅率の相対比は、判断用信号に含まれるノイズが小さくなるように（好ましくは最小となるように）設定される。

判断部１４０は、判断用信号の強度に基づいて、収穫対象物Ｆを収穫すべきか否かを判断する。例えば判断部１４０は、判断用信号の強度が基準値以下の場合（又は基準値以上の場合）に、収穫対象物Ｆを収穫すべきと判断する。判断結果は、例えば画像信号や音声信号として外部に出力される。ここで判断部１４０は、判断用信号から、収穫対象物Ｆに含まれる特定成分（例えば糖度）の濃度又はその分布を算出し、その算出結果を基準値や基準の分布と比較することにより、収穫対象物Ｆを収穫すべきか否かを判断しても良い。

以上、本実施形態によれば、ノイズ除去部１３０は、検出部１１０が検出した検出信号から、ノイズ除去信号を減算することにより、検出信号からノイズを除去する。そして判断部１４０は、ノイズ除去部１３０が生成したノイズ除去後の信号（判断用信号）を用いて、収穫対象物Ｆを収穫すべきか否かを判断する。従って、植物の収穫対象物を収穫すべきタイミングを精度よく判断できる。

（実施例１）
図２は、実施例１に係る収穫判断装置１００の構成を示す図である。本実施例に係る収穫判断装置１００は、以下の点を除いて、実施形態に係る収穫判断装置１００と同様の構成である。

まず、検出部１１０及びノイズ除去信号取得部１２０のいずれにも、収穫対象物Ｆからの光が、例えば同時に入射する。

そして、検出部１１０は、第１フィルタ部１１２、第１光電変換部１１４、及び増幅部１１６を有している。第１フィルタ部１１２は、検出部１１０に入射した光（検出光）のうち分析対象となっている波長域の光（以下、第１の波長域の光と記載）を透過させ、他の波長域の光をカットする。第１光電変換部１１４は、第１フィルタ部１１２を透過してきた光を光電変換して検出信号を生成する。増幅部１１６は、第１光電変換部１１４によって生成された検出信号を増幅し、ノイズ除去部１３０に出力する。

また、ノイズ除去信号取得部１２０は、第２フィルタ部１２２、第２光電変換部１２４、及び増幅部１２６を有している。第２フィルタ部１２２は、第１の波長域の光をカットする。第２光電変換部１２４は、第２フィルタ部１２２を透過してきた光を光電変換してノイズ除去信号を生成する。増幅部１２６は、第２光電変換部１２４によって生成されたノイズ除去信号を増幅し、ノイズ除去部１３０に出力する。

また、収穫判断装置１００は光源１６０を有している。光源１６０は収穫対象物Ｆに向けて光を照射する。検出部１１０及びノイズ除去信号取得部１２０は、光源１６０から出射して収穫対象物Ｆを透過又は反射した光を検出する。そして検出部１１０及びノイズ除去信号取得部１２０は、互いに近接して配置されているのが好ましい。

また、ノイズ除去部１３０は、係数記憶部１３２を有している。係数記憶部１３２は、検出信号からノイズ除去信号を減じて判断用信号を生成するときの、ノイズ除去信号及び検出信号の増幅率の相対比（係数）を記憶している。ここで、この相対比は、例えば収穫判断装置１００を工場から出荷するときに、収穫判断装置１００を校正することにより、生成される。この校正は、例えば光源１６０を動作させながら収穫判断装置１００で標準試料を分析することにより、行われる。

より具体的には、特定成分（例えば糖分）によって吸収される波長及びその近傍の光のみを照射する光源、例えばレーザ光源等を用意し、この光源からの光を検出部１１０及びノイズ除去信号取得部１２０に入射する。そして、ノイズ除去部１３０が出力するノイズ除去後信号が最大となるように、ノイズ除去信号及び検出信号の増幅率の相対比（係数）を最適化する。別の校正方法として、特定成分（例えば糖分）によって吸収される波長以外にスペクトルを持った光源、例えばレーザ光源等を用意し、この光源からの光を検出部１１０及びノイズ除去信号取得部１２０に入射する。そして、ノイズ除去部１３０が出力するノイズ除去後信号が最小となるように、ノイズ除去信号及び検出信号の増幅率の相対比（係数）を最適化する。

本実施例において、第１フィルタ部１１２を透過した光には、第１の波長域以外の光もわずかに含まれる。このため、第１フィルタ部１１２によって生成される信号には、第１の波長域以外の光に起因した成分も含まれる。これに対して本実施例においてノイズ除去信号取得部１２０で生成されたノイズ除去信号は、第１の波長域以外の光に起因した成分がほとんどである。このため、ノイズ除去信号取得部１２０を用いると、検出信号からノイズ成分を除去することができる。

なお本実施例において、検出部１１０は第１フィルタ部１１２を有していなくても良い。

（実施例２）
図３は、実施例２に係る収穫判断装置１００の構成を示す図である。本実施例に係る収穫判断装置１００は、増幅部１１６，１２６の代わりに増幅部１５０を有している点を除いて、実施例１に係る収穫判断装置１００と同様の構成である。増幅部１５０は、検出部１１０及びノイズ除去信号取得部１２０の間に設けられている。

そして、検出部１１０が増幅部１５０に検出信号を出力している間、この検出信号とノイズ除去信号が重ならないようにするために、ノイズ除去信号取得部１２０はノイズ除去部１３０にノイズ除去信号を出力しない。また、ノイズ除去信号取得部１２０が増幅部１５０にノイズ除去信号を出力している間、このノイズ除去信号に検出信号が重ならないようにするために、検出部１１０はノイズ除去部１３０に検出信号を出力しない。

なお、本実施例において、ノイズ除去部１３０が増幅部１５０を兼ねていても良い。この場合、ノイズ除去部１３０は、検出信号及びノイズ除去信号を記憶する機能を有している。そしてノイズ除去部１３０は、「検出信号−ノイズ除去信号×係数」という演算を行うことにより、検出信号からノイズを除去する。この際、ノイズ除去部１３０は、ノイズ除去処理をするたびに、ノイズとなる波長領域の信号が最小となるように、係数を定める。

本実施例によっても、実施例１と同様の効果が得られる。また、検出部１１０とノイズ除去信号取得部１２０とが増幅部１５０を共有しているため、増幅部１５０が原因で発生したノイズは、検出信号及びノイズ除去信号の双方に含まれている。このため、ノイズ除去部１３０は、検出信号からノイズ除去信号を減算処理することにより、検出信号から増幅処理に起因したノイズも除去することができる。

（実施例３）
図４は、実施例３に係る収穫判断装置１００の構成を示す図である。本実施例に係る収穫判断装置１００は、以下の点を除いて実施形態に係る収穫判断装置１００と同様の構成である。

まず、収穫判断装置１００は光源１６０を有している。光源１６０の構成は、実施例１と同様である。また収穫判断装置１００は履歴記憶部１３４を備えている。履歴記憶部１３４は、過去の検出部１１０の検出信号を記憶している。そしてノイズ除去信号取得部１２０は、履歴記憶部１３４から、書込の検出信号をノイズ除去信号として読み出す。

本実施例によっても、実施例２と同様に、検出信号から、第１の波長域以外の光に起因したノイズ、及び増幅処理に起因したノイズの双方を除去することができる。また、ノイズ除去部１３０が出力する判断用信号は、収穫対象物Ｆにおける特定成分の変動量（例えば糖分の増加量）を示している。従って、判断部１４０は、判断用信号の強度が基準値以下になったとき、収穫対象物Ｆにおける特定成分の変動量が少ないためその収穫対象物Ｆを収穫すべき、と判断することができる。

（実施例４）
図５は、実施例４に係る収穫判断装置１００の構成を示す図である。本実施例に係る収穫判断装置１００は、以下の点を除いて実施形態に係る収穫判断装置１００と同様の構成である。

まず、収穫判断装置１００は光源１６０を有している。光源１６０の構成は、実施例１と同様である。また、ノイズ除去信号取得部１２０は、収穫対象物Ｆを含まない領域からの光を検出することにより、ノイズ除去信号を生成している。ここで、ノイズ除去信号取得部１２０の検出対象となっている領域は、収穫対象物Ｆに近いほど好ましい。収穫対象物Ｆから離れると、検出部１１０が検出した信号に含まれていないノイズ成分が大きくなる可能性が高まるためである。なお、ノイズ除去信号取得部１２０は、実施例１に示した第２フィルタ部１２２を有しているのが好ましい。

本実施例によれば、ノイズ除去信号は、収穫対象物Ｆを透過していない光に起因した信号となっている。言い換えると、ノイズ除去信号には、第１の波長域の光に起因した成分及び第１の波長域以外の光に起因した成分の双方が含まれている。ただし、ノイズ除去信号における第１の波長域の光に起因した成分の割合は、検出信号における第１の波長域の光に起因した成分の割合よりも大きい。このため、本実施例によっても、ノイズ除去部１３０は、ノイズを検出信号から除去することができる。

（実施例５）
図６は、実施例５に係る植物育成装置１０の構成を示す図である。植物育成装置１０は、例えば植物工場で使用され、収穫判断装置１００、照射部２００、及び分類装置３００を有している。

植物育成装置１０において、複数の植物Ｐが環状のベルトコンベアの上を循環している。そして、複数の植物Ｐの上方には照射部２００が設けられている。照射部２００は、植物Ｐの生育に適した波長の光を植物Ｐに照射する。ここで、照射部２００は、植物Ｐの生育段階にあわせて光の波長を変更しても良い。

複数の植物Ｐには、互いを識別する識別情報が付与されている。この識別情報は、例えば植物Ｐの生育容器に取り付けられたＩＣチップに記憶されている。そして、収穫判断装置１００は、植物Ｐが有する収穫対象物Ｆの収穫タイミングを判断する。このとき、収穫判断装置１００は、検査対象となっている収穫対象物Ｆを有する植物Ｐの識別情報を、上記したＩＣチップから読み取る。そして収穫判断装置１００は、収穫すべきと判断された収穫対象物Ｆに対応する識別情報を、分類装置３００に出力する。なお、収穫判断装置１００は、実施形態、又は実施例１〜４のいずれかと同様の構成を有している。

分類装置３００は、ベルトコンベアの一部に設けられており、分類装置３００を通る植物Ｐの識別情報を、上記したＩＣチップから読み取る。そして、分類装置３００は、読み取った識別情報が、収穫判断装置１００から受信した識別情報に一致したとき、その植物Ｐを、収穫対象物Ｆを収穫するために、環状のベルトコンベアとは別のルートに移動させる。

本実施例によっても、精度よく収穫対象物Ｆの収穫タイミングを判断することができる。

以上、図面を参照して実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１０植物育成装置
１００収穫判断装置
１１０検出部
１１２第１フィルタ部
１１４第１光電変換部
１２０ノイズ除去信号取得部
１２２第２フィルタ部
１２４第２光電変換部
１３０ノイズ除去部
１３２係数記憶部
１３４履歴記憶部
１４０判断部

Claims

収穫対象物を透過又は反射してきた検出光を検出し、検出信号を生成する検出部と、
前記検出信号に含まれるノイズ除去信号を取得するノイズ除去信号取得部と、
前記検出信号及び前記ノイズ除去信号を用いて、ノイズ除去後の検出信号である判断用信号を生成するノイズ除去部と、
前記判断用信号に基づき、前記収穫対象物の収穫タイミングを判断する判断部と、
を備え、
前記検出部は、
前記検出光のうち第１の波長域の光を光電変換することにより前記検出信号を生成する第１光電変換部と、
を有し、
前記ノイズ除去信号取得部は、
前記検出光から前記第１の波長域の光を除去するフィルタと、
前記フィルタを透過してきた光を光電変換することにより前記ノイズ除去信号を生成する第２光電変換部と、
を有する収穫判断装置。