JP2593164B2 - 田植機における植付苗列検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圃場に既に植付けられて略一直線の列状に
並ぶ、いわゆる植付苗列に対して略並行状に田植機等の
農作業機を走行できるようにする自動操向のための植付
苗列検出装置の構造に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から田植機により圃場に苗を植付ける場合、田植
機にその進行方向左右に適宜間隔で植付機構を設け、田
植機の進行につれて上下回動する植付機構にて苗載台の
苗マットを適宜株数ごとに分割しながら圃場面に植付け
るので、圃場面には、田植機の進行方向に沿って適宜の
苗植付間隔で、植付け苗箇所が並ぶと同時に、進行方向
に対して左右方向に適宜間隔で複数列にて植付けられる
ことは周知である。

そして、圃場に既に植付けられた植付苗列と略並行状
に田植機を走行できるようにする自動操向装置の先行技
術として、特開昭62−61509号公報では、前進させる田
植機に搭載したカラービデオカメラにて、前記隣接した
部分の植付苗列のうちの適宜範囲を撮像し、この撮像画
面情報を２値化処理して各植付け苗箇所に対応する領域
を抽出して後、ハフ（Hough）変換等の処理により前記
複数の領域からなる列から直線を近似計算し、この計算
上の仮想直線と撮像画面の縦横中心線等の任意の基準線
及び基準点に対する横ずれ及び傾斜のずれを一定の許容
範囲内に納まるように機体の燥向制御を実行することを
提案している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この仮想直線の特定に際して、２値化された画像情報
の複数個の植付け苗箇所に対応する領域の座標を記憶さ
せ、各領域の座標毎にその座標を通過する線分を演算
し、この複数の線分を極座標系で表現される所定の式か
らハフ値（ρ）及び角度（θ）として定義する処理（ハ
フ変換処理）を行い、同一ハフ値（ρ）をとる頻度を二
次元ヒストグラムとして計数し、その最大値となるハフ
値（ρ）及び角度（θ）から、植付苗列の仮想線を特定
するものである。

この仮想直線の特定に際して、ハフ変換による直線化
の近似計算を実行するときには、複数個の植付け苗箇所
に対応する領域の座標のバラツキが大きくてもある程度
の円滑さでもって近似の仮想線を得ることができるが、
前記の各座標毎に通過する線分の計算式には三角関数を
含む行列式を用いる必要があり、そのための演算ソフト
が複雑であると共に演算時間が掛かり過ぎることから、
田植機の走行速度を早くすると、前記演算結果からの線
分の特定が間に合わず、隣接した植付苗列に沿って並行
に走行するという追従自動燥向が不能になる。従って勢
い田植機の走行速度を遅くしなければならないので、苗
植え作業の効率が悪くなるという問題があった。

また、苗植え作業後の適宜時期に施肥または薬剤散布
する管理機は、前記既に植付けられた植付苗列に沿って
進行させつつ作業を実行することがあるので、このよう
な農作業機に自動操向装置を搭載する場合にも前記と同
様の問題が生じるのであった。

本発明は、この問題を解消することを目的とするもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明は、田植機等の農作業機の側方に沿っ
て既に植付けられた植付苗列のうち複数の植付け苗箇所
を撮像する撮像手段と、該撮像手段による画像情報から
各植付け苗箇所を領域として特定する２値化手段と、２
値化した前記各対象領域の重心位置を求め、次いで農作
業機の進行方向に沿って相隣接した前記３つ以上の重心
位置の群から各々その群の重心を求める重心位置決定手
段と、前記複数の群の重心位置から仮想線を近似する仮
想線計算手段とにより植付苗列の仮想線を決定する構成
としたものである。

〔発明の効果・効果〕

仮想線の近似計算を実行する前処理として、植付苗列
における化植付け苗箇所の部分に相当する領域の重心位
置を求めることで、有限面積の各領域の略中心箇所の座
標として特定することができる。

次いで、前記計算された重心位置のうち一つの植付苗
列に沿った３つ以上の重心位置でもって一つの群を構成
させ、その一つの群毎に当該群の重心位置を決定する。
この群の重心位置の計算により、各植付け苗箇所の領域
が農作業機の進行方向左右にばらついていても群の重心
は、当該群を囲む領域内に位置することになり、農作業
機の左右方向のばらつきとしては少なくなる。

このように、ばらつきの少ない群の重心位置をもとに
して仮想線の近似計算を実行すると、より一層滑らかな
仮想線を得ることができ、しかも、群の重心位置の計算
ソフトは簡単であるので、直線の仮想線ばかりでなく、
二元曲線等の仮想線をも簡単計算することができるし、
前記のハフ変換に従うことなく、最小二乗誤差推定法に
よる等の種々の仮想線を計算も実行できるという効果を
有する。

本発明によれば、仮想線の計算が全体として迅速にで
きると共に、誤差の少ない滑らかな仮想線を得ることが
できるから、自動燥舵制御も迅速且つ正確で追従性の良
いものとすることができる効果を有する。

〔実施例〕

以下、田植機に適用した実施例について説明すると、
図において１はフレーム２の前部左右両側の前車輪3,3
と後部左右両側の後車輪4,4にて支持された走行機体
で、この走行機体１の後部には、苗載台５と複数の植付
機構６とから成る多条植え式の苗植装置７が、リンク機
構８を介して上下昇降可能に装着されている。

走行機体１のフレーム２の上面に搭載したエンジン９
の動力は、クラッチ10及びミッションケース11を介して
前後両車輪3,4に伝達する一方、この走行ミッションケ
ース11から突出するPTO軸12を介して前記苗値装置７に
動力伝達する。なお、符号13はクラッチ10のON・OFF用
アクチェータ、14は走行変速用アクチェータ、15はPTO
軸変速用アクチェータである。

前記走行機体１の上面には、操縦座席16の前方にステ
アリングギヤボックス17を設け、該ステアリングギヤボ
ックス17から立設したステアリングコラム18の上端に、
当該ステアリングコラム18内の挿通したステアリング軸
19に対する操縦ハンドル20を取付けている。

符号21は左右両端にナックル22,22を介して前輪2,2を
装着し、内部にミッションケース11からの動力伝達機構
を収納した左右長手の伝動ケースで、該伝動ケース21
を、それに取付く平面視コ字型のブラケット21aと、前
記フレーム２の下面左右中央部の支持部材12bに回動自
在に支持された揺動軸21cとを介して連結して左右上下
揺動できるように構成されている。

操向装置26は前記伝動ケース15の片側から立設する回
動支点軸23に水平回動自在に装着された平面視Ｌ字型の
ステアリングアーム24、該ステアリングアーム24に連結
する左右一対のタイロッド25,25、油圧シリンダ26、操
舵制御弁27ならびに該操舵制御弁27を操作するステアリ
ングギアボックス７の前後揺動自在なピットマンアーム
28から成る。

前記ステアリングアーム24におけるフレーム４の前後
方向に延びるアーム部24aには、前記左右一対のタイロ
ッド25,25の一端を各々球関節を介して連結し、該両タ
イロッド25,25を伝動ケース15に略沿わせて走行機体１
の進行左右に延ばし、その各他端を前記各ナックル22,2
2から前方に延びるナックルアーム29,29に揺動自在に連
結する。

前記ステアリングアーム24からフレーム２の側面に向
かって内向きに延びるアーム部の支軸30には、操舵制御
弁27を球関節を介して後向きに連結する一方、該操舵制
御弁27の後端のスプールと前記ピットマンアーム28とを
連杆31を介して連結する。

また、フレーム２の外側面に略平行状に沿って配設す
る油圧シリンダ26の後端を前記支軸30に球関節を介して
連結する一方、ピストンロッド26aの前端を球関節を介
してフレーム２外側面から突出するブラケット横軸32に
連結する。

前記操舵制御弁27と油圧シリンダ26とを各々油圧ホー
スにて繋ぐ一方、エンジン５により駆動される油圧ポン
プ33から操舵制御弁27に油圧を送る。

そして、前記操縦ハンドル10の回動角度に対応して揺
動するピットマンアーム28により、操舵制御弁27のスプ
ールを進退動させて油圧シリンダ26におけるピストンロ
ッド26aを出没動させ、ステアリングアーム24の回動に
応じて、左右両前車輪2,2の向きを変える。

この油圧シリンダ26は、後述の植付苗列検出装置37か
らの信号に応じて出力信号を出す自動操向・走行用の中
央制御装置35にて作動する電磁ソレノイド式制御弁34に
よっても駆動され、その際前輪３の舵取り角度は、回動
支点軸23に取付くポテンショメータ36にてステアリング
アーム24の回動角度を検出することにより実行される。

なお、前記クラッチ10のON・OFF用アクチェータ13、
走行変速用アクチェータ14、PTO軸変速用アクチェータ1
5も中央制御装置35にて作動する。

植付苗列検出装置37は、対象を際像する撮像手段40
と、撮像された画像を処理して必要な情報（データ）を
出すための画像処理装置41とからなり、その作動の概略
のフローチャートは第９図及び第10図に示すようなもの
である。

撮像手段40は、カラービデオカメラのように検出対象
を撮像してその画面の電気信号として出力できるもので
あり、二次元MOS撮像素子や二次元CCD撮像素子を内蔵し
た撮像手段40では、レンズを通して結ばれた像は、その
結像面に二次元的アレイ状に配列された各光電素子にて
感知されて１画面の情報を電気信号として出力できるも
のである。

この場合、１枚の画像を構成するための表示要素を画
像といい、換言すれば１枚の画像を微小面積の素片に分
割したときの各素片が画素となる。前記二次元撮像素子
では各撮像素子が１つの画素に対応し、例えば１枚の画
面を256×256の画素に標本化する。

画像処理装置41は、前記撮像手段40にて撮像された際
像画面42のデータを読み込み、そのデータから植付けら
れた苗箇所（NAE）を泥面等の他の圃場面箇所43から抽
出する２値化の後、次いで画像処理装置41に組み込まれ
たソフトによる予め定められた計算手法により、前記特
定された対象領域の位置データから、２値化した前記各
対象領域の重心位置を求め、次いで田植機の進行方向に
沿う３つ以上の対象領域の群から各々その群の重心を求
める重心位置決定手段と、前記複数の群の重心位置から
直線または曲線近似する仮想線計算手段を使って、植付
苗列の仮想線Ｋを決定するものである。

本実施例において、撮像された画像をカラー画面にて
構成するときには、RGB表色系〔赤色（Ｒ），緑色
（Ｇ），青色（Ｂ）の色光を原色光とし、加光により白
が得られる。〕による赤色成分、緑色成分、青色成分と
の各色成分の信号にて圃場面の特徴を抽出し、この三色
成分の信号出力の総和（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ＝１）に対する緑色
（Ｇ）成分の信号出力率が所定の値以上のときを苗と判
別してその領域（Ａ）を複数の画素の集合にて画面の他
の箇所から分割（Segmentation）特定する２値化処理を
実行する。

その他、画像において色信号のうち緑色成分から青色
成分を引いた色差画像データ（Ｇ−Ｂ）が一定以上の出
力である箇所を苗と判断する色差処理による２値化を実
行しても良い。

前述のように２値化された各領域（Ａ）は適宜平面形
状の面積を有するものと考えられ、撮像画面42において
前記各領域（Ａ）の面積に対応する複数の画素の集合と
みなせるので、２値化の値として領域（Ａ）に相当する
画素のレベルを「１」、その他の箇所43の画素のレベル
「０」と置く。

一方各領域（Ａ）の位置近傍を通る仮想線を決定する
前処理として各領域（Ａ）の位置座標を特定しなければ
ならない。

そこで、撮像画面42において前記各領域（Ａ）の位置
座標を当該領域（Ａ）の面積の重心位置にて代表させる
ことする。

この重心位置決定の計算法は種々考えるられるが、本
実施例では、撮像画面の縦軸（Ｙ軸）と横軸（Ｘ軸）に
て行列的に並べられた複数の画素の集合において、領域
（Ａ）の面積に対応した画素のレベルＶ＝１の部分を、
当該領域の外周から渦巻状に順々にレベルＶ＝０に置き
換える等、いわゆる面積の収縮と同様の手法にて重心位
置の座標を決定するのである。

次に前述のようにして重心位置の座標（Xi,Yj）（i,j
＝1,2,3,‥‥）が計算された領域（Ａ）のうち植付苗列
の方向に沿って隣接する各々３つの領域（Ａ）で一つの
群を構成し、この一つの群毎に当該群の重心位置（XGi,
YGi）（ｉ＝1,2,3,‥）を計算する。

例えば、第７図に示すように（X1,Y1），（X2,Y2），
（X3,Y3）の３つの座標からなる一つの群の重心位置（X
G1,YG1）は、幾何学の式より、XG1＝（X1＋X2＋X3）/
3、YG1＝（Y1＋Y2＋Y3）/3にて求められる。このように
して各群の重心位置（XG1,YG1），（XG2,YG2），‥‥
（XGi,YGi）を計算した後、この群の重心位置の座標に
対して近似した仮想線Ｋを計算するのである。

仮想線Ｋを求めるための近似計算の一つの手法とし
て、一般に良く知られているように、最小二乗誤差推定
によるものがあり、これは、複数の座標（XGi,YGi）
（ｉ＝1,2,3,‥‥,n）が与えられているとき、求める関
数 Ｆ（ｘ）＝a0＋a1x＋a2x²＋a3x³＋‥‥＋anxⁿとする
と、 が最小となるような関数Ｆ（ｘ）を求める問題と同じで
あり、第10図において苗列の計算サブルーチンのフロー
チャートの概略を示し、第７図の実施例では仮想線Ｋを
直線と仮定した場合を示すものである。

このように仮想線Ｋを計算するにあたって、各植付け
苗箇所（NAE）の重心位置を求めると共に、その３つの
重心位置から成る群の重心位置を計算することにより、
植付苗列における各植付け苗箇所が左右にばらついてい
ても、群の重心位置による列はより一層なめらかなもの
となり、仮想線の近似計算にあたっての誤差が少なくな
って、近似直線や近似曲線を得るためのハフ変換のよう
な複雑な計算アルゴリズムを使用する必要が無くなり、
演算速度を早めて迅速な自動操舵制御を実現することが
できる。

このように画像処理した後、画像処理装置41において
第８図に示すように、撮画面42の縦中心線Ｖと横中心線
Ｈとの交点を基準点（0,0）とし、且つ縦中心線Ｖを機
体の進行方向に沿う基準線に設定すると、縦中心線Ｖに
対する仮想線Ｋの傾き角度（θ）と、基準点（0,0）か
らその横中心線Ｈに沿って仮想線Ｋとの交点迄の距離を
横ずれ（δ）を計算するのである。

そして第９図のフローチャートに従う画像処理装置41
の計算にて、前記仮想線Ｋの傾き角度（θ）及び横ずれ
（δ）が予め定められた誤差の許容範囲内（第８図の二
点鎖線で示す斜線内）であるか否かを判別し、誤差の許
容範囲内であるときには、中央制御装置35の制御に必要
な情報（データ）の信号を出力して操舵制御弁34の電磁
ソレノイドを作動させステアリング機構におけるステア
リングアーム24の回動角度を変える油圧シリンダ26を駆
動させて修正操向し、所定の誤差許容範囲内に納まるよ
うに自動操舵制御を実行するのである。

次に夕暮時等において苗植え作業を実行していると
き、撮像手段40が圃場面44にて太陽の光が全反射した部
分を撮像しないようにする逆光防止手段について述べ
る。

第11図は、撮像手段40と俯角センサー45及び太陽光線
46との関係を示す概略説明図で、撮像手段40が圃場面44
に対して俯角の角度（α）にて撮像しているとき、太陽
光線46が圃場面44の水面にて全反射するものとすると、
いわゆるカメラにおける逆光現像と同様に、撮像手段40
における撮像画面42には太陽光線の全反射による非常に
明るい光（略白色光）の反射光46′が入ることになり前
記全反射する部分に植付け苗箇所（NAE）があっても、
当該箇所（NAE）を判別することができない。

そこで、俯角センサー45をブラケットなどを介して撮
像手段40と一体的に上下回動すように取付け、両者をサ
ーボモータ50にて一体的に回動するように構成する。そ
の場合、俯角センサー45と撮像手段40とは、圃場面44に
対してなす俯角の角度（α）が同じ略並行状の直線4
6′、47であるように配設する。なお、俯角センサー45
における一方のセンサー45aと他方のセンサー45bとは前
記直線47に対して適宜角度（β）を有するように傾斜さ
せてある。これにより、両センサー45a,45bに入力する
光エネルギが略等しいときには、前記直線47に沿って入
光する状態で圃場面44での太陽光線の全反射が起こって
いると判断する。

この俯角センサー45の出力信号を増幅回路付きの比較
器48に入力し、前記のように全反射していると判断する
ときには、駆動回路49を介して田植機に取付くサーボモ
ータ50を適宜駆動し、俯角センサー45と一体的に撮像手
段40の取付け角度を適宜角度（γ）だけ上または下に変
更するのである。

これにより、撮像手段40をいわゆる逆光状態の圃場面
部分を撮像することを防止し、且つ、その全反射する箇
所以外の植付け苗箇所の撮像画面を得ることができ、早
朝及び夕暮時にも苗植え作業を可能とすることができ
る。

なおサーボモータ50にはポテンショメータを装備して
あり、撮像手段40の俯角を認識できるようになってい
る。

【図面の簡単な説明】

図面の本発明の実施例を示し、第１図は乗用型田植機の
平面図、第２図は側面図、第３図は操向装置の要部平面
図、第４図は操向・走行自動制御装置のブロック図と油
圧回路とを含む作用説明図、第５図は撮像画面の図、第
６図は２値化された撮像画面の図、第７図は重心位置と
仮想線との関係を示す図、第８図は撮像画面における仮
想線と基準との関係を示す図、第９図及び第10図は概略
フローチャート図、第11図は逆光防止手段の説明図であ
る。 １……走行機体、２……フレーム、3,4……車輪、５…
…苗載台、６……植付機構、７……苗植装置、８……リ
ンク機構、９……エンジン、11……ミッションケース、
17……ステアリングギヤボックス、20……操縦ハンド
ル、NAE……植付け苗箇所、Ｋ……仮想線、23……回動
支点軸、24……ステアリングアーム、26……油圧シリン
ダ、34……操舵制御弁、35……中央制御装置、36……ポ
テンショメータ40……撮像手段、41……画像処理装置、
42……撮像画面、Ａ……領域、45……俯角センサー、49
……駆動回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】田植機等の農作業機の側方に沿って既に植
   付けられた植付苗列のうち複数の植付け苗箇所を撮像す
   る撮像手段と、該撮像手段による画像情報から各植付け
   苗箇所を領域として特定する２値化手段と、２値化した
   前記各対象領域の重心位置を求め、次いで農作業機の進
   行方向に沿って相隣接した前記３つ以上の重心位置の群
   から各々その群の重心を求める重心位置決定手段と、前
   記複数の群の重心位置から仮想線を近似する仮想線計算
   手段とにより植付苗列の仮想線を決定することを特徴と
   する農作業機における植付苗列検出装置。