JP2649908B2 - 移植機の自動操向装置におけるノイズ除去装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は植付け済の苗株の列
条を倣いガイドとして、田植機等の移植機を自動的に操
向せしめる移植機の自動操向装置におけるノイズ除去装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】田植機は、走行機体と該機体の後部に連
結された植付部とからなり、走行機体を走行させつつ、
植付部に搭載した苗株を、該植付部に装備された植付爪
の動作により、所定の間隔にて田面に植付けるものであ
る。

【０００３】ところで、苗株相互間の植付け間隔が過度
に狭いと、苗株の生育不良を招来する虞があり、逆に植
付け間隔が過度に広いと、単位面積当たりの収穫量が少
なくなるため、苗株の植付けは、適正な植付け間隔にて
行われることが望ましい。田植機においては、前記植付
爪が走行機体の走行速度と同期して動作するようになっ
ており、走行機体の進行方向の植付け間隔は、走行速度
の如何に拘わらず、自動的に適正に保たれるが、走行機
体の進行方向と直交する方向の植付け間隔（以下条間隔
という）を適正に保つためには、既に植付けられた苗株
の列条に沿って走行機体を操向させつつ植付けを行わせ
る必要がある。そこで条間隔を適正に保った状態で植付
け作業が行えるように、走行機体を苗株の列条に沿って
自動的に操向せしめる自動操向装置を装備した田植機が
ある。

【０００４】この自動操向装置の一例として、特開昭53
−127113号に開示されている技術がある。これは、現在
の植付け条に隣接する既植苗の列条に赤外線を照射し、
走行機体の側部に左右方向に並設した複数個の受光素子
からなるセンサにより前記既植苗からの反射光を受光す
る場合に、これらのセンサの内、前記の列条の直上に位
置するセンサにより反射光の受光がなされることを利用
し、所定のセンサにより常に受光がなされるように操向
制御を行うことにより、既植苗の列条に対する走行機体
の相対位置を適正位置に保つものであり、前記所定のセ
ンサよりも左側（又は右側）に位置するセンサにより受
光がなされた場合には、走行機体の相対位置が右（又は
左）にずれていると判断して、このずれを解消すべく、
左方向（又は右方向）に所要量の操舵を行う構成となっ
ている。

【０００５】しかしながら前記技術においては、既植苗
の苗株の列条からの反射光の時系列的検出値を操向制御
に用いているため、前記苗株の列条が僅かでも不規則と
なっていると、前輪操舵装置に不必要な動作を指令し、
その動きがハンチング的挙動を示し、植えられた苗が不
規則となる。またセンサから発せられた赤外線が前記既
植苗の列条から逸脱する虞があった。これを解決するた
めに２次元的に前記既植苗の列条を撮像するビデオカメ
ラ等を用いて自動操向する装置が開示されている（特開
昭62−61509 号公報) 。この技術は、ビデオカメラを用
いて苗株の列条を撮像し、その画像情報の緑色成分と青
色成分との色差を演算し、この色差の画像情報を設定閾
値に基づいて２値化し、２値化された画素の座標毎にそ
の座標を通過する線分を極座標系で表わしたハフ値とそ
の線分の角度として定義し、同一ハフ値をとる頻度を計
数し、その最大のハフ値及びその角度から線分を特定
し、その線分を苗列とみなすものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの従来
技術においては、撮像画像情報を所定の演算により２値
化することにより、水面及び泥面等の背景と苗株とを識
別することができるが、その画像内の全ての画素につい
てハフ変換するので、苗列から極端にはずれた苗株及び
ノイズ等の苗以外の画素の影響を受け、得られた近似直
線の苗列に対する精度が低下する虞れがあった。またビ
デオカメラにて機体前下の苗列を撮像しているので、圃
場があまり冠水していない場合、苗株が直線的な画像で
撮像され、２値化された画素は直線成分を有することに
なる。このような画素を従来技術の如く全ての画素につ
いて頻度を計数したハフ変換を行うと、その直線成分の
影響を受け、実際の苗列よりその苗自体の直線成分方向
に直線近似される虞があった。本発明は斯かる事情に鑑
みてなされたものであり、前記２つの影響を排除して、
既植苗の列条の直線近似を高精度に行い、ハンチング的
挙動の少ない自動操向装置におけるノイズ除去装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る移植機の自
動操向装置におけるノイズ除去装置は、植付け済の苗株
の列条に倣って走行せしめるべく自動操向する移植機の
自動操向装置におけるノイズ除去装置において、前記苗
列の列条を撮像する苗列撮像装置と、該苗列撮像装置に
て撮像された画像を予め定めた所定の画素単位毎に２値
化し、２値化された各画素について、その各画素夫々に
ついて、その画素と苗株間距離に相当する画素間距離を
有する画素を抽出する手段と、該手段により抽出された
前記各画素夫々と苗株間距離に相当する画素間距離を有
する画素とを結ぶ直線を算出し、各直線毎に画像の中心
との距離及び機体の進行方向と交叉する方向に対する角
度を求め、これらの平均距離と平均角度とを所定のタイ
ミングで算出する手段と、を具備することを特徴とす
る。

【０００８】本発明においては、苗列撮像装置により撮
像された既植苗の列条の画像を２値化し、得られた画素
のうち所定範囲の画素間距離を有する画素、つまり既植
苗の同じ列条に位置する苗株であって、列条方向に相隣
して位置する苗株の画素だけを抽出することにより、苗
株それ自体の直線成分，苗列から極端にはずれた苗株及
びノイズ等の苗株以外の画素による影響を排除し、苗株
の列条の直線近似の精度を向上させる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る移植機
の自動操向装置におけるノイズ除去装置（以下本発明装
置という）を装備した乗用田植機の側面図、図２はその
平面図である。図においてＡは、左右各一対の前輪１，
１及び後輪２，２に支持された走行機体であり、該走行
機体Ａは、その前部に搭載した動力部３にて発生された
動力を、図示しない主クラッチ, 変速機等の伝動機構を
介して後輪２，２に伝達し、該後輪２，２の回転によ
り、田面を自走する。

【００１０】またＢは、走行機体Ａの後部に装着された
３点リンク機構４の後端部に、該機構４の昇降動作に伴
い走行機体Ａに対して昇降自在となるように取付られた
植付部である。該植付部Ｂは６条植えの田植機の場合、
図２に示す如くその後端部の左右両側に一対の植付爪
７，７を備え、左右方向に互いに適長離隔させて並設さ
れた３組の苗植装置６，６，６、該苗植装置６，６，６
の上側に左右方向への摺動自在に取付けられた苗載台
８、及び苗植装置６，６，６の下側に、左右方向に互い
に適長離隔させて、前後方向に揺動自在に取付けられた
３個のフロート９，９，９等から構成されている。

【００１１】而して、３点リンク機構４の動作により田
面に降下された植付部Ｂは、走行機体Ａに牽引されてフ
ロート９，９，９の作用により田面を滑走しつつ、苗植
装置６，６，６の夫々の植付爪７，７…の動作により、
苗載台８上に載置され、これに沿って滑動落下する苗マ
ットを苗載台８の最下部において数株づつの苗株に切り
分け、田面に列条をなして植付ける。走行機体Ａの前輪
１，１の中心よりもやや前方の左右両側には、一対のマ
ーカ取付杆10a,10a の基端部が水平面内で回動自在に取
付けてある。前記マーカ取付杆10a,10a の下方に向けて
屈曲された先端部には、容易に視認可能なように黄色の
プラスチックにて円柱状に成形されたマーカ10,10 が、
田面の上方に適長離隔させて夫々固着されている。

【００１２】前記マーカ取付杆10a,10a は夫々の先端部
を、図１及び図２に示す如く、左前方又は右前方に突出
させた位置と、走行機体Ａの下部に収納された位置との
いずれか一方の位置に選択的に拘束できるようにしてあ
る。左側（又は右側）のマーカ取付杆10a が突出位置に
ある場合に、この先端の前記マーカ10を走行機体Ａの左
側（又は右側）の既植苗の列条に一致させることによ
り、植付部Ｂにより植付けられる苗株と、前記既植苗の
列条との間の条間隔を所定値に保つことが可能となる。
また走行機体Ａの後輪２，２の上端よりもやや前上方の
左右両側には、その先端部を左右に突出させてセンサ取
付杆21L,21R が固着してあり、該センサ取付杆21L,21R
の先端部には苗列撮像装置20L,20R が取付けてある。

【００１３】図３は苗列撮像装置20L の取付状態を示す
拡大側面図、図４はその平面図である。苗列撮像装置20
L は、カラービデオカメラ20Laを用いて走行機体の進行
方向に対して前下方にそのレンズ部の中心を向け、その
取付位置から所定距離前下方の田面に前行程で植えられ
た既植苗の列条のうちの最外側の列における４株程度の
苗株を撮像できるようにその前後方向の取付角度を設定
され、その視野内にて撮像された画像を後述する画像処
理部22に伝達する。走行機体Ａの右側に位置する苗列撮
像装置20R は前記左側の苗列撮像装置20L と同様に取付
けられている。走行機体Ａの後部には運転席DSが設けて
あり、該運転席DSの左側には前記変速機の変速段の変更
及び前記主クラッチの係脱を行うための主変速レバ11
が、また運転席DSの右側には、作業選択レバ12が夫々配
設されている。

【００１４】図５は、作業選択レバ12の取付位置近傍の
上方からの拡大平面図である。作業選択レバ12は、その
下部を走行機体Ａの適宜位置に枢支する一方、走行機体
Ａの上部に固設された案内板13に前後方向を長手方向と
して形成された案内孔14にその中途部を挿通させてあ
り、前記案内孔14に沿ってこれを前後方向又は左右方向
に回動操作し、所定の係止位置にて係止せしめること
で、種々の作業状態を選択できるようにしたものであ
る。即ち、前記作業選択レバ12を前記案内孔14の後半部
（図５においては右半部）において前後方向に回動操作
することにより、前記３点リンク機構４の図示しない昇
降用油圧シリンダへの圧油の送給方向を切換え、該シリ
ンダの動作により植付部Ｂが走行機体Ａに対して上昇又
は下降し、前記後半部の中途部に右向きに分岐形成され
た係止部14a に係止せしめることにより、植付部Ｂが適
宜の高さ位置にて停止するようになっている。

【００１５】また前記作業選択レバ12を案内孔14の前半
部に回動操作することにより、図示しない植付けクラッ
チが係合され、動力部３からの動力が伝達されて植付部
Ｂがその動作を開始するようになっている。また前記作
業選択レバ12を案内孔14の最前部に係止させた場合には
植付部Ｂの動作速度が高速となり、案内孔14の前半部の
中途部に係止させた場合には植付部Ｂの動作速度が低速
となる。更に、前記２個所の係止位置の夫々において、
案内孔14に左右に分岐形成された横孔14b,14cに沿って
作業選択レバ12を右又は左に回動操作することにより、
右側又は左側の前記マーカ10が突出されると同時に、逆
側のマーカ10が収納されるようになっている。

【００１６】図６は前輪１，１の操舵機構の模式的平面
図である。図において、30はその長手方向を左右方向と
して走行機体Ａの下部に水平に固着されたフロントアク
スルであり、該フロントアクスル30の左, 右両端部には
左, 右の前輪１，１を夫々軸支するナックルアーム32,3
2 がキングピン31,31 を介して水平面内で回動自在に枢
支されている。また前記フロントアクスル30の上面の適
宜位置には、枢軸33が上向きに立設されており、該枢軸
33には、図６に示す如き変形Ｔ字形の平面形状を有する
回動部材34が、Ｔ字形の交叉部を水平面内での回動自在
に枢支して取付けられている。前記回動部材34のＴ字形
の縦線に相当する部分は前方に突出させてあり、その端
部は各別のリンク部材35,36 を介して前記ナックルアー
ム32,32 の前端部と夫々連結させてある。

【００１７】また前記回動部材34のＴ字形の横線に相当
する部分の右側の端部はその基端部を走行機体Ａの前部
に水平面内での回動自在に枢支してなる操向シリンダ40
のピストンロッド40a の先端部に、また左側の端部は前
記操向シリンダ40への圧油の送給方向を切換える方向切
換弁41のスプール41a の一端部に夫々係止してある。前
記方向切換弁41は４ポート３位置切換式であり、運転席
DSの前部に配設された前輪操舵用のハンドル15が左又は
右方向に回動操作された場合にこれに応動して鉛直面内
にて回動し、その下部が後又は前方向に移動する回動ア
ーム16の下端部に前記スプール41a の他端部を係止させ
て配設されている。

【００１８】本発明装置の油圧回路は、前記操向シリン
ダ40、前記方向切換弁41、動力部３から駆動力を伝達さ
れて回転する油圧ポンプＰ、及び４ポート３位置切換式
の電磁方向切換弁Ｖ等から構成されている。油圧ポンプ
Ｐからの圧油は分配弁42により２方向に分岐され、一方
が方向切換弁41を経て、また他方が電磁方向切換弁Ｖを
経て夫々操向シリンダ40に送給されるようになしてあ
る。前述の如く方向切換弁41のスプール41a は回動アー
ム16の下端部に係止してあり、ハンドル15が右方向に回
動操作されて、回動アーム16が図６において時計廻りに
回動した場合、前記スプール41a は該アーム16の下端部
によって押圧され、方向切換弁41を通過した圧油が操向
シリンダ40の進出側油室に送給され、ピストンロッド40
a が進出する。

【００１９】この結果、前記回動部材34が図６において
時計廻りに回動し、前記回動部材34の前端に係止したリ
ンク部材35,36 を介して、ナックルアーム32,32 と共
に、前輪１，１は右に操舵される。また前記ハンドル15
が左方向に回動操作された場合、方向切換弁41を通過し
た圧油が操向シリンダ40の退入側油室に送給され、ピス
トンロッド40a が退入する結果、操舵機構が前述の場合
と逆方向に動作して前輪１，１は左に操舵される。ま
た、前記電磁方向切換弁ＶのソレノイドSl（又はソレノ
イドSr）が励磁された場合には、油圧ポンプＰからの圧
油が、前記電磁方向切換弁Ｖを通過して操向シリンダ40
の退入側（又は進出側）油室に送給され、この圧油によ
りピストンロッド40a が退入（又は進出）する。

【００２０】この結果、前記ハンドル15が左方向（又は
右方向）に回動操作された場合と同様に、前記回動部材
34が図６における時計廻り（又は反時計廻り）に回動
し、前記回動部材34の前端に係止したリンク部材35,36
を夫々介して、ナックルアーム32,32 と共に左右の前輪
１，１は左（又は右）に操舵される。このようにして操
舵される前輪１，１の操舵角を検出すべく、前記キング
ピン31,31 の一方に、該ピン31の回動位置に応じた電位
を出力するポテンショメータを用いてなる操舵角センサ
38が装着されている。該操舵角センサ38は、直進に対し
て右に操向されているときは負の電位を出力し、また左
に操向されているときは正の電位を夫々出力する。

【００２１】またハンドル15に操作力が加えられていな
い場合には、電磁方向切換弁Ｖを通過した圧油による油
圧シリンダ40の動作により回動部材34の回動位置が変化
したときにおいても、方向切換弁41はスプール41a に設
けたばねの作用によりその中立位置をとるようにしてあ
り、これと共にハンドル15は直進走行状態に復帰するよ
うになっている。そしてハンドル15に連結されたステア
リングコラムの基端部には、該ハンドル15が直進状態か
ら右又は左方向に回動操作された場合にオンする手動操
舵検出スイッチ54（図７参照）が配設してある。図７は
本発明装置の操向制御系のブロック図、図８は画像処理
部の構成を示すブロック図である。図において50はマイ
クロプロセッサを用いてなる操向制御部であり、該制御
部50の入力ポートａ₁ には画像処理部22の出力が与えら
れている。画像処理部22はマイクロプロセッサを用いて
なり、その分解能は縦横夫々256画素を有している。

【００２２】また画像処理部22は作業選択レバ12が案内
孔14の前記横孔14b 若しくは横孔14c に沿って左方向又
は右方向に回動操作され、左側又は右側の前記マーカ10
が突出された場合に切換わり、左右の苗列撮像装置20L,
20Rを選択する選択スイッチ221 、NTSC方式のビデオカ
メラ入力信号をこの画像処理部の画素毎に赤色、緑色、
青色の各色信号R,G,B に分離するNTSCデコーダからなる
カメラ入力信号変換部222 、分離された赤、緑、青の各
色信号R,G,B に基づき、後述する演算により画像情報を
２値化する２値化演算部、２値化された画素のうち所定
の画素間距離を有する画素を抽出する画素抽出部226 、
抽出された画素により直線近似を行うハフ変換部227 の
順で接続されてなり、前記２値化演算部225 、画素抽出
部226 、ハフ変換部227 は前記マイクロプロセッサに搭
載したソフトウエアよりその演算を行っている。

【００２３】またハフ変換部227 及びカメラ入力信号変
換部222 は画像情報演算結果及び直線近似結果等の各種
情報をビデオ信号出力に変換するモニタ出力信号変換部
223に接続され、変換されたビデオ信号により前記各種
情報を表示するカラーモニタ224 がモニタ出力信号変換
部223 に接続されており、前記ハフ変換部227 からの出
力が操向制御部50の入力ポートａ₁ へ与えられる。また
操向制御部50の入力ポートａ₂ には前記操舵角センサ38
の出力電位が与えられており、該入力ポートａ₂ に入力
される信号は操向制御部50の入力インタフェースにて所
定の処理を施され、前輪１，１の現在の操舵角に対応す
るディジタルデータＤとして、操向制御部50のCPU に取
込まれるようになっている。

【００２４】また操向制御部50の入力ポートａ₃ には、
運転席DSに着座した作業者による手動操作可能な位置に
配設され、自動操向を行わせる場合にオンされる自動ス
イッチ51が接続されており、該自動スイッチ51がオンさ
れた場合に入力ポートａ₃ はハイレベルに転じる。入力
ポートａ₄ には作業選択レバ12が案内孔14前半部の回動
位置にある場合にオンする植付けスイッチ52が接続され
ており、操向制御部50は該スイッチ52のオンに伴って入
力ポートａ₄ がハイレベルになることにより、植付部Ｂ
が動作していることを認識する。入力ポートａ₅ には主
変速レバ11の操作により主クラッチが係合された場合に
オンする主クラッチスイッチ53が接続されており、操向
制御部50は該スイッチ53のオンに伴って入力ポートａ₅
がハイレベルになることにより、走行機体Ａが走行して
いることを認識する。更に操向制御部50の入力ポートａ
₆ には、前述の如く配設された手動操作検出スイッチ54
が接続されており、該手動操作検出スイッチ54がオンさ
れた場合に入力ポートａ₆ がハイレベルに転じるように
なしてある。

【００２５】一方、操向制御部50の出力ポートｂ₁ は、
電磁方向切換弁ＶのソレノイドSlとボディーアースの間
に介装したスイッチングトランジスタ60に接続されてお
り、同様に出力ポートｂ₂ はソレノイドSrとボディーア
ースの間に介装したスイッチングトランジスタ61に接続
されている。そして出力ポートｂ₁ （又は出力ポートｂ
₂ ）がハイレベルとなった場合にはスイッチングトラン
ジスタ60（又は同61）が動作し、ソレノイドSl（又は同
Sr）に励磁電流が流れるようになっている。

【００２６】操向制御部50の出力ポートｂ₃ は操向制御
が行われていることを作業者に報知せしめるための自動
ランプ62に、また出力ポートｂ₄ は前記苗列撮像装置20
L,20R のいずれかにより既植苗が検出され、操向制御が
適正に行われていることを作業者に報知せしめるための
苗検出ランプ63に夫々接続されており、出力ポート
ｂ₃ , ｂ₄ のハイレベル出力に応じて各ランプが点灯す
るようになっている。また出力ポートｂ₅ , ｂ₆ は各種
警報出力のための警報ランプ64, 警報ブザ65に夫々接続
されており、出力ポートｂ₅ のハイレベル出力に応じて
警報ランプ64が点灯し、出力ポートｂ₆ のハイレベル出
力に応じて警報ブザ65が鳴動するようになっている。

【００２７】操向制御部50、苗列撮像装置20L,20R 及び
ソレノイドSl, Srは、前記操舵角センサ38及び各スイッ
チと共に、いずれもエンジン始動用のキースイッチ70を
介して電源に接続されており、該キースイッチ70がオン
されている場合にのみ夫々の動作を行うことができる。

【００２８】さて以上の如く構成された操向制御部50の
動作内容について、本発明装置を装備した乗用田植機に
よる植付け作業手順と共に説明する。運転席DSに着座し
た作業者により自動スイッチ51がオン操作され、入力ポ
ートａ₃ がハイレベルに転じると、操向制御部50は出力
ポートｂ₃ を断続的にハイレベルとし、自動ランプ62を
点滅せしめて制御動作の準備段階にあることを作業者に
報知する。次いで作業者は作業選択レバ12を前方に回動
操作して植付部Ｂを田面に降下せしめ、更に走行機体Ａ
の走行速度に応じて植付部Ｂの動作速度を選択し、作業
選択レバ12を前記案内孔14前半部の所定の係止位置まで
回動操作する。このレバ操作により、前記植付けスイッ
チ52がオンされて入力ポートａ₄ がハイレベルに転じる
と操向制御部50は出力ポートｂ₃ を連続的にハイレベル
とし、自動ランプ62を点灯させ、以後その制御動作を開
始する。

【００２９】さて作業者は、作業選択レバ12を所定の係
止位置にて係止せしめた後、例えば、倣いガイドとなる
既植苗の列条が走行機体Ａの左側にある場合には、前記
作業選択レバ12を左方向に回動操作して左側のマーカ10
を機体Ａの左側に突出させる。作業者は、左側に突出さ
れた前記マーカ10を視認しつつ、これが前行程において
植付けた苗株の列条の内、最も右側に位置する列条の直
上に位置するようにハンドル15を操作し、走行機体Ａの
概略の位置決めを行った後、更に苗検出ランプ63を視認
しつつ、これが点灯されるまでハンドル15を操作して、
走行機体Ａの初期位置設定を行う。その後は、前記列条
中に所定の間隔にて植付けられている苗が、苗列撮像装
置20L によって連続的に撮像され、この撮像結果に基づ
く画像処理部22及び操向制御部50の後述の動作により、
所定の基準線ｓ（本実施の形態においては苗列撮像装置
20L の撮像範囲の中心線）に前記苗が常に位置するよう
に走行機体Ａは自動操向される。

【００３０】図９は画像処理部の制御内容を示すフロー
チャートであり、苗列撮像装置20Lによって既植苗が撮
像されると、画像処理部22はその画像情報であるビデオ
カメラ入力信号を設定タイミング毎に取り込み、これを
カメラ入力信号変換部222 にて赤色信号, 緑色信号, 青
色信号の各色信号R,G,B に分離する。これを全ての画素
について行うのであるが、縦横256 画素×256 画素＝6
5,536画素について行うと計算時間に多大な時間を要す
るので、縦横32画素×32画素＝1024画素について行う。
即ち８画素毎にサンプリングして前記各信号R,G,B を分
離する（ステップ１）。

【００３１】次に分離された各画素の各色信号R,G,B に
より下記条件式を用い、画像情報を２値化演算部225 で
２値化し、苗による画素を抽出する（ステップ２）。 Ｇ＞ＲかつＧ＞ＢかつＧ＞0.38 (Ｒ＋Ｇ＋Ｂ) …(1) 上記条件式(1) は各色信号R,G,B の値を閾値を用いず２
値化するために発明されたものであり、これにより時刻
毎に変化する外乱光の明暗等の外部条件に応じた閾値の
変更が不要となった。

【００３２】次に得られた２値化画像の抽出及び直線近
似の手段について説明する。図10は撮像範囲内の２値化
された画像を表示した模式図であり、撮像範囲の中心Ｏ
を原点とし機体の進行方向をｙ軸正方向とし、また機体
の進行方向と直交する左右方向をｘ軸方向となしてい
る。またｓは前記基準線を示し、本実施の形態ではｙ軸
と一致している。更にａ〜ｇは２値化された既植苗の列
条における苗株の画像を示しており、各画像ａ，ｂ…の
添字は各画素を示している。画像ａ，ｂ…が２値化され
ると、図10左上より32×32画素を走査し、上から順に画
素αを抽出する (図10では最初に画素ａ₁ が抽出される
ものとする) 。次に抽出された画素αと下記の条件の範
囲にある画素βを全て抽出する (ステップ３) 。

【００３３】いま画素αのｘ，ｙ座標を夫々ｘα, ｙ
α、画素βのｘ，ｙ座標を夫々ｘβ,ｙβとすると、条
件式を下記の如く設定する。 一般に既植苗に倣って田植作業を行う場合、田植機の進
行方向に対して既植苗の苗列の傾きは小さく、また苗株
毎の画像に表われた直線成分は苗株の長さがほぼ一定長
以下なので、ある一定画素以下 (図10では４画素以下)
となる。これらのことより前記条件式(2) にて傾きの小
さな画素を抽出し、条件式(3) にて同一苗株の画素を抽
出するのを防止、換言すれば同じ列条であって異なる苗
株の画素が抽出されるようにして、苗株それ自体の直線
成分が近似直線に影響を与えないようにしている。本実
施の形態では上記条件式(2),(3) にて画素βとして画素
ｂ₁ 〜ｂ₅ ，ｄ₁ 〜ｄ₄ が抽出され、画素ｃ₁ 〜ｃ₄ ，
ｅ₁ , ｅ₂ , ｆ₁ , ｆ₂ ,ｇ₁ , ｇ₂ は抽出されない。
次の画素α（図10では画素ａ₂ ）について同じように条
件式(2),(3) を用いて画素βを抽出し、この操作を画素
βが抽出不可となるまで繰返す（ステップ４）。

【００３４】次にハフ変換部227 にて画素αと抽出され
た画素βとを結ぶ直線を算出し、その直線毎に、その直
線と中心Ｏとの距離ρ₁ , …及びｘ軸との角度θ₁ , …
を求める（ステップ５）。次に求められた距離ρ₁ , …
及び角度θ₁ , …の夫々の平均値を求め、求められた平
均値たる距離をρ，同じく平均値たる角度をθとする
と、このρが求めるハフ値となりθがその角度となる。
そして、このハフ値ρ及び角度θの算出を設定タイミン
グ毎に演算する（ステップ６）。つまり１本の近似直線
を求める。画像処理部22が設定タイミング毎にハフ値ρ
及び角度θを算出するとその値が１本の近似直線を規定
する値として操向制御部50に出力される（ステップ
７）。近似直線は前述の如く設定タイミング毎に１本演
算されることとなり、その都度これに基づく操向制御部
５０による制御が行われることとなる。

【００３５】このように本実施の形態においては、32画
素をサンプリングし、色信号を分離しているので演算速
度を高速化でき、また２値化を閾値を使用せずに行って
いるので、外乱光等の明暗による閾値の変更等の設定動
作を不要となし、更に２値化した画素のうち(2),(3) 式
の条件を満たす所定範囲の距離にある画素、換言すれば
同じ既植苗の列条における一の苗株に対して相隣して位
置する他の苗株の画素、例えば図10のａ₁ , ｂ₁ 間の距
離にある画素を抽出し、これら画素を結ぶ直線に基づき
近似直線を求めているから、苗株それ自体の直線成分の
画素及びノイズ等の苗以外の画素に直線近似が影響を受
けることがない。

【００３６】通常ハフ値を用いる自動操向制御では得ら
れた画像上のハフ値ρ及び角度θを圃面上のハフ値ρ₀
及び角度θ₀ （図４参照）に換算し、それにより求めた
目標操舵角と操舵角センサ38で得られたディジタルデー
タＤとを比較して操向制御するのであるが、前記自動操
向制御では圃面上へのハフ値の換算に多くの計算を必要
とするので、本実施の形態ではファジー制御の手法を用
い目標操舵角を算出するための操向操舵量を推論し、自
動操向することとした。

【００３７】いま最新の設定タイミングＴ₁ のときのハ
フ値をρ_t1、その角度をθ_t1、最新よりひとつ前の設定
タイミングＴ₂ のときのハフ値ρ_t2、その角度をθ_t2、
ハフ値の差（ρ_t1−ρ_t2）をΔρ、角度の差（θ_t1−θ
_t2）をΔθ、操向操作指示量をＳとすると以下に示す18
とおりの制御ルールを操向制御部50に設定している。従
って設定タイミングＴ₁ ，Ｔ₂ におけるハフ値ρ_t1，ρ
_t2、角度θ_t1，θ_t2及びΔρ，Δθの値に基づき前記18
とおりの制御ルールから少なくとも１つの制御ルールを
選定し、これに従った操向制御を行う。なお図10に示す
如く右上の象限（これをＩ象限という）から左回りにI
I,III,IV 象限とし、中心Ｏから近似直線へ下した垂線
の足をＰとすると、ＰがＩ又はIVの象限にある場合、走
行機体は近似直線より左側、即ちハフ値ρが左であるこ
とを意味し、またＰがII又はIII の象限にある場合、走
行機体は近似直線より右側、即ちハフ値ρが右であるこ
とを意味する。

【００３８】一方、ＰがII又はIVの象限にある場合、走
行機体は近似直線より右向き、即ち角度θが右であるこ
とを意味し、またＰがＩ又はIII の象限にある場合、走
行機体は近似直線より左向き、即ち角度θが左であるこ
とを意味する。なおρ，θ（−π≦θ＜π）の絶対値の
度合が大の場合は「大きく」、小の場合は「小さく」と
表現するものとする。更にΔρが右とは｜ρ_t1｜＞｜ρ
_t2｜であって、ＰがＩ又はIV象限に位置する場合を、更
にΔρが左とは｜ρ_t1｜＜｜ρ_t2｜の場合であって、Ｐ
がII又はIII象限に位置する場合を意味する。Δρが左
とはθ_t1＞θ_t2の場合を、更にΔθが右とはθ_t1＜θ_t2
の場合を夫々意味する。なお、Δρは‖ρ_t1｜−｜ρ_t2
‖の度合が、またΔθは｜θ_t1−θ_t2｜の度合が大の場
合を「大きく」、小の場合は「小さく」と表現するもの
とする。

【００３９】 ρ_t1が大きく右でΔρが０であればＳ
は小さく左に切る。 即ち「ハフ値ρ_t1が大きく右」とは前述の如く中心Ｏか
ら近似直線に下した垂線の足ＰがII又はIII 象限に位置
し、走行機体が近似直線よりも右に位置する場合であっ
て、しかもρの絶対値の度合が相対的に大きいことを意
味する。 ρ_t1が大きく左でΔρが０であればＳは小さく右に
きる。 ρ_t1が小さく右でΔρも小さく右であればＳは大き
く左に切る。 ρ_t1が小さく左でΔρも小さく左であればＳは大き
く右に切る。 ρ_t1が０でΔρが大きく右であればＳは小さく左に
切る。 ρ_t1が０でΔρが大きく左であればＳは小さく右に
切る。 ρ_t1が小さく右でΔρが小さく左であればＳは直進
とする。 ρ_t1が小さく左でΔρが小さく右であればＳは直進
とする。 ρ_t1が０でΔρも０であればＳは直進とする。 ○10 θ_t1が大きく左でΔθが０であればＳは小さく右
に切る。

【００４０】即ち「θ_t1が大きく左」とは前述の如く中
心Ｏから近似直線に下した垂線の足ＰがIII 又はIVに象
限に位置し、走行機体が近似直線よりも左向きになって
おり、しかもθの絶対値の度合が相対的に大きいことを
意味する。 ○11 θ_t1が大きく右でΔθが０であればＳは小さく左
に切る。 ○12 θ_t1が小さく左でΔθも小さく左であればＳは大
きく右に切る。 ○13 θ_t1が小さく右でΔθも小さく右であればＳは大
きく左に切る。 ○14 θ_t1が０でΔθが大きく左であればＳは小さく右
に切る。 ○15 θ_t1が０でΔθが大きく右であればＳは小さく左
に切る。 ○16 θ_t1が小さく左でΔθが小さく右であればＳは直
進とする。 ○17 θ_t1が小さく右でΔθが小さく左であればＳは直
進とする。 ○18 θ_t1が０でΔθも０であればＳは直進とする。

【００４１】次にハフ値ρ_t1，角度θ_t1，夫々のΔρ，
Δθ，操向操作指示量Ｓの値を下記表により重みづけす
る。第１表は横欄にハフ値ρ_t1（画素数で表示）を、ま
た縦欄に操向量（ラベルで表示）及び該当する制御ルー
ル番号を夫々とり、横欄と縦欄との交わる各欄内に、当
該する重み付け量（ｗ）を夫々記入してある。第２表は
横欄に各θ_t1（×1/30rad)を、また縦欄に操向量（ラベ
ルで表示）を夫々とり、横欄と縦欄との交わる各欄内に
該当する重み付け量（ｗ）を夫々記入してある。

【００４２】第３表は横欄にハフ値の差Δρを、また縦
欄に操向量（ラベルで表示）を夫々とり、横欄と縦欄と
の交わる各欄に該当する重み付け量（ｗ）を夫々記入し
てある。第４表は横欄に角度の差Δθを、また縦欄に操
向量（ラベルで表示）を夫々とり、横欄と縦欄との交わ
る各欄に該当する重み付け量（ｗ）を夫々記入してあ
る。第５表は横欄に操向操作指示量（Ｓ）を、また縦欄
に操向量（ラベルで表示）を夫々とり、横欄と縦欄との
交わる各欄に該当する重み付け量（ｗ）を夫々記入して
ある。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】

【表３】

【００４６】いま１例として ρ_t2＝３ ρ_t1＝４ θ_t2＝−１×１／30(rad) θ_t1＝−２×１／30(rad) とすると Δρ＝１ Δθ＝−１×１／30(rad) となる。この条件を前述の〜○18の制御ルールにあて
はめると、ρ_t1が大きく右という条件を設定する制御ル
ールが成立する。

【００４７】図11は、例えば制御ルーチン，○11，○
13が成立した場合における操向操作指示量の推論手順を
示すグラフであり、縦軸に重みづけの値を、また横軸に
操向操作指示量をとっている。また制御ルールの場合
のグラフを図11(a) に示している。制御ルールではρ
_t1が“大きく右”なので第１表よりρ_t1＝４のとき、重
みづけ値ｗは８となる。また第４表よりΔρ＝−１×１
／30(rad) のとき重みづけ値ｗは７となる。この２つの
重みづけ値ｗ，ｗの小さい方の重みづけ値をｗ＝７を最
大値とし第５表の操向操作指示量Ｓのラベルがが“小さ
く左”の場合のｘ軸と重みづけ値ｗとで閉じられた図形
を求める｛図11(a) 参照｝。

【００４８】制御ルール○11の場合のグラフを図11(b)
に、制御ルール○13の場合のグラフを図11(c) に、そし
て推論結果の合成を図11(d) に示している。制御ルール
○11では同様に、第２表にて重みづけ値ｗ＝３、第４表
にて重みづけ値ｗ＝７が求められ、その小さい方の重み
けづけ値ｗ＝３を最大値として第５表の操向操作指示量
Ｓのラベルが“小さく左”の場合の同様の図形を求める
｛図11(b) 参照｝。制御ルール○13も同様に第２表，第
４表より小さい重みづけ値ｗ＝７を求め、第５表の操向
操作指示量Ｓの図形を求める｛図11(c) 参照｝。次に得
られた３個の図形を重ね合わせ、重ね合わせてできた図
形の重心位置を求めることにより｛図11(d) 参照｝、操
向操作指示量Ｓを算出する。この例の場合、操向操作指
示量Ｓは2.26となる。

【００４９】得られた操向操作指示量Ｓを操舵角データ
Ｚに変換し、操舵角データＺと前記ディジタルデータＤ
とを比較し、その差Ｕ（Ｕ＝Ｚ−Ｄ）に応じて操向制御
部50の出力ポートｂ₁ 又はｂ₂ にハイレベル出力を与
え、ソレノイドSl又は同Srを励磁し自動操向する。前記
操向操作指示量Ｓが正のとき左に、負のとき右に操向す
るように設定しており、また前記ディジタルデータＤは
直進に対して右に操向されているときは負、左に操向し
ているときは正としているので、前記差Ｕが正のとき
（又は負のとき）は出力ポートｂ₁ （又はｂ₂ ）がハイ
レベル出力され、ソレノイドSl (又はSr）が励磁され、
走行機体Ａは左に（又は右に）操向制御されることにな
る。そしてこの自動操向制御が各設定タイミング毎に行
なわれる。

【００５０】このように、本実施の形態においては、２
値化演算部226 にて２値化された画素と所定距離を有す
る画素を抽出してハフ変換しているので、苗株の直線成
分，ノイズ等による画素等の影響を受けずに精度の高い
直線近似が可能となる。一方、前記２値化演算部225 に
より、２値化が不能の場合、又は画素抽出部226 にて画
素が抽出不能の場合、操向制御部50は、その制御動作を
直ちに停止すると共に、出力ポートｂ_5,ｂ₆ をハイレベ
ルとして、警報ランプ64を点灯させ、警報ブザ65を鳴動
させて作業者に自動操向が不可能であることを報知す
る。

【００５１】また操向制御部50は、前述の如き制御動作
を行っている間にその入力ポートａ₆ のレベルを常時監
視しており、該入力ポートａ₆ がハイレベルに転じた場
合には、作業者によりハンドル15の手動操作がなされた
と判断し、この操作による操舵を優先すべく、操向制御
動作を直ちに停止する。そしてこの停止は、ハンドル15
の操作が終了し、前記入力ポートａ₆ がローレベルに復
帰してから所定時間経過後に解除され、これ以後、操向
制御部50は前述の制御動作を継続して行う。

【００５２】なお本実施の形態では苗列撮像装置として
カラービデオカメラを用いたが、本発明はこれに限るも
のではなく、苗株を検出でき、それを２値化できる撮像
装置であれば何でもよい。また本実施の形態では基準線
ｓを撮像範囲の進行方向の中心線とし、ハフ値及びその
角度を撮像範囲の中心点から求めたが、本発明はこれに
限るものではなく、その基準線は撮像範囲であればどこ
でもよく、ハフ値及び角度を求める点も撮像範囲であれ
ばどこでもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明装置において
は、苗列撮像装置の撮像画像を画素毎に２値化し、２値
化された画素のうち同じ列条に属する各一の苗の画素と
他の苗株の画素とを結ぶ各直線の画像中心までの距離及
び機体進行方向と直交する方向に対する角度を求め、こ
れらの平均距離及び平均角度に基づき近似直線を求めて
いるから、苗株以外の２値化画素、苗列とはずれた苗株
及び苗株の直線成分による影響等のノイズを排除し、高
精度に苗列を直線近似でき、加えて苗列が不規則となっ
てもハンチング等の不必要な操舵が生じない等優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置を装備した乗用田植機の側面図であ
る。

【図２】本発明装置を装備した乗用田植機の平面図であ
る。

【図３】苗列撮像装置の拡大側面図である。

【図４】苗列撮像装置の平面図である。

【図５】作業選択レバの操作位置説明のための拡大平面
図である。

【図６】前輪の操舵機構の模式的平面図である。

【図７】本発明装置の操向制御系の構成を示すブロック
図である。

【図８】画像処理部の構成を示すブロック図である。

【図９】画像処理部の制御内容を示すフローチャートで
ある。

【図１０】撮像範囲内の２値化された画像を示す模式図
である。

【図１１】操向操作指示量の推論手順を示すグラフであ
る。

【符号の説明】 Ａ 走行機体 Ｂ 植付部 １ 前輪 ２ 後輪 10 マーカ 12 作業選択レバ 20L,20R 苗列撮像装置 22 画像処理部 38 操舵角センサ 50 操向制御部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 植付け済の苗株の列条に倣って走行せし
   めるべく自動操向する移植機の自動操向装置におけるノ
   イズ除去装置において、 前記苗列の列条を撮像する苗列撮像装置と、 該苗列撮像装置にて撮像された画像を予め定めた所定の
   画素単位毎に２値化し、２値化された各画素について、
   その各画素夫々について、その画素と苗株間距離に相当
   する画素間距離を有する画素を抽出する手段と、 該手段により抽出された前記各画素夫々と苗株間距離に
   相当する画素間距離を有する画素とを結ぶ直線を算出
   し、各直線毎に画像の中心との距離及び機体の進行方向
   と交叉する方向に対する角度を求め、これらの平均距離
   と平均角度とを所定のタイミングで算出する手段と、 を具備することを特徴とする移植機の自動操向装置にお
   けるノイズ除去装置。