JP2715136B2 - 移植機の自動操向装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は植付け済の苗株の列条を倣いガイドとして、
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
関する。

〔従来技術〕

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上に植付けるものである。

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、自動的に前記適正値に保たれるが、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）を前記適正値に保つためには、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。そこで条間隔を前記適正値に保った状
態で植付け作業が行えるように、走行機体を前記苗株の
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。

この自動操向装置の一例として、２次元的に前記苗株
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）。前
記公報に開示された発明は、ビデオカメラを用いて苗株
の列を撮像し、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されるハフ値とその角度と
して定義し、同一ハフ値をとる頻度を計数し、その最大
値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。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記発明において苗列を検出する為の処理
を、撮像画像の全画素について行った場合には、データ
量が膨大な量となる為、データ処理に長時間を要し、操
向制御の追従性が悪化する。

この為、画像データを間引いて高速化する処置が施さ
れるが、この間引き量が多いと苗を確実に検出できなく
なり、また少ないと処理時間の短縮化が図れないという
問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、画
像データを走査して苗株を検出する場合に、画素を間引
かずに、走査方法を変えることによって雑音成分に影響
されることなく、確実に苗列を検出し、処理時間を短縮
することが可能な移植機の自動操向装置の提供を目的と
する。

〔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は、植付け済の苗
株の列を画面のｙ軸方向に撮らえられるように走行しつ
つ撮像してゆく撮像部を備え、該撮像部の撮像画面を構
成する画素をｘ軸方向の主走査とｙ軸方向の副走査とに
より２値化して苗株を抽出し、抽出した苗株をｙ軸方向
の直線に近似し、この直線に倣って自動操向する移植機
の自動操向装置において、前記２値化のための走査は、
前記主走査をライン別に正方向と負方向とに行い、各ラ
インにおいて最初に苗株の可能性がある画素を検出す
る、その画素の位置を記憶して次のラインに移行するよ
うになしてあり、記憶してある前記画素の位置から苗株
を抽出するように構成してあることを特徴とする。

〔作用〕

撮像画面を構成する画素の２値化のための走査は、主
走査がライン別に正方向と負方向とに行われ、各ライン
で最初に苗株の可能性がある画素が検出されると、その
画素の位置が記憶されて次のラインに移行される。

そして苗株は記憶される画素の位置から抽出される。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。第１図は本発明に係る移植機の自動操向装置（以下
本発明装置という）を装備した乗用田植機の側面図、第
２図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、田面上を自走する。

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の昇降動作に伴って、走行
機体Ａに対して昇降自在となるように取付けられた植付
部であり、該植付部Ｂは、６条植えの田植機の場合、第
２図に示す如く、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。而して、３点リンク機構４の
動作により田面上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の作用により田面上を滑
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、田面上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
平面内での回動自在に取付けてあり、該取付杆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。マーカ取付杆10a,10aは夫々の先端部を、
第１図及び第２図に示す如く、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て選択的に拘束できるようにして
あり、左側（又は右側）の取付杆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）の既植苗の列条を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できる。

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。第
３図は苗列撮像装置20Lの取付状態を示す拡大側面図、
第４図はその平面図である。

苗列撮像装置20Lは、カラービデオカメラ20Laを用
い、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
上に前行程で植えられた苗列のうちの最外側の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。

なお、カラービデオカメラ20La及び20Raの撮像中心、
即ち注目位置は自動操向を機体の回向直後から精度良く
行えるように機体の前方3m程度のやや遠方に設定すると
良い。

つまり、この種の装置にあっては一般的にカメラの注
目位置は機体の前方2m程度に設定されているが、回向後
の進入位置がずれた状態で、回向直後から自動操向を開
始した場合には、位置修正の為の走行距離が十分でない
為、苗列が精度良く形成されず、曲がってしまい、これ
を次行程で倣う結果、曲がりが累積されてゆき直進でき
なくなるのである。この為、カメラの注目位置をやや遠
方に設定しておくことによって回向直後の位置修正を十
分終了できるようになり、苗列を曲がらせることなく、
枕地近くまでの長い区間自動操向を行えるのである。

なお、この場合の自動操向の為の画像処理は、画像が
遠景であること、回向時の進入がオペレータによる操作
であり、ずれが比較的小さいと考えられること等の理由
により画面中央部付近のみ行えば良い。そして回向直後
の自動操向が安定した後は通常の全画面を画像処理する
自動操向を行う。

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。

第５図は、作業選択レバ12の取付位置近傍の上方から
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の適宜位置に枢支してある一方、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、該孔
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により、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、該レバ12を前記案内孔14の後半部（第５図にお
いては右半部）にといて、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給送方向を切換え、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。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
ようになっており、該レバ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。

第６図は前輪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32,32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、第６図に示す如き変形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。該回動部材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。また、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。該方向切換弁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。

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等から構成されており、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、回動アーム16が第６図における時計廻り
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
40aが進出する結果、前記回動部材34が第６図における
時計廻りに回動し、該部材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40
a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、該弁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が第６図における時計廻り（又は
反時計廻り）に回動し、該部材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圧
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。

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15a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（第７図参照）が配設してある。

さて、第７図は本発明装置の要旨である制御系のブロ
ック図であり、第８図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。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もしくは横孔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ェアによりその演算を行ってい
る。またハフ変換部227及びカメラ入力信号変換部222は
画素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
されている。そしてハフ変換部227からの出力が操向制
御部50の入力ポートa₁に与えられる。

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の現状の操舵角に対
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。

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置され、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a₆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
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。

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b₂）がハイレ
ベルとなった場合には、スイッチグトランジスタ60（又
は同61）が動作して、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。

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20L,20Rの
いずれかにより既植苗が検出されており、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。

操向制御部50、苗列撮像装置20L,20R及びソレノイドS
l,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。

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を田面上に降下せしめ、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、以後その制動動作を開始
する。

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の右側にある場合には、該レバ12を右方
向に回動操作して、右側のマーカ10を機体Ａの右側に突
出させる。

作業者は、右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、
最も左側に位置する列条の直上に位置するようにハンド
ル15を操作して、走行機体Ａの大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
設定を行えば、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20R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、前記走行基準線Ｓ
（本実施例においてはカラービデオカメラ20Ra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。

第９図は本発明の要部をなす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、カラービデオカ
メラ20Raの画像処理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、 その１画面を構成する画素郡の最上列のライン、即ち
１ライン目の最左側の画素について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に分離し（ステップ１）、下記条件式（１）を用い
て２値化演算部225にて２値化する（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値化する為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。

さて、前記１ライン目の最左側の画素が上述の条件式
を満足しない場合は隣の画素、即ちｘ軸正方向側の画素
について同様の２値化処理を行う。

本実施例においては、奇数ラインは最左側の画素から
ｘ軸正方向に、また偶数ラインは最右側の画素からｘ軸
負方向に走査を行うように構成してあり、このように主
走査方向を一定に定めないことにより、苗株の右、又は
左側に位置する雑草等を苗株として誤検出するのを防止
できるのである。

上述のようにして各ラインを走査してゆき、当該ライ
ンで最初に条件式（１）を満足する画素を検出すると、
その座標を記憶した後（ステップ３）、そのラインの走
査を記憶した座標の画素までで終了して次のラインに移
行する（ステップ４）。

第10図は上述の２値化走査の手順を示す模式図であ
り、この例では２ライン目まで矢符方向に走査してきた
後、３ライン目で苗としての可能性がある画素a₁を検出
しており、これによりa₁の座標を記憶して、３ライン目
の以後の走査は行わずに４ライン目に移行する。以後同
様にa₁〜a₆の画素を検出してその座標が記憶される。

即ち、苗としての可能性がある画素は１ラインに対し
て走査始端側からの最初の１個だけが記憶され、その後
は次のラインに移行するようになっているので、記憶す
る画素座標は各ラインにおいて１次元で定まるので処理
時間を短縮できると共に、記憶するメモリについてもラ
イン数分の容量があれば足りるのである。

また、本実施例においては、走行機体Ａの右側に基準
の苗列が位置する場合について示してあり、このような
場合、隣の苗列がｘ軸の負方向の走査時、つまり偶数ラ
インで基準の苗列の右側に検出されることもあり、好ま
しくない。そこでこれを防止する為に偶数ラインの走査
開始位置を最右側の画素とせず、少し離れた例えばx₁の
画素とすることにより隣の苗列を検出しないようにでき
る。なお、走行機体Ａの左側に基準の苗列が位置する場
合であれば、ｘ軸正方向の走査開始位置を変更すれば良
いのである。

更に自動操向が安定し、苗列を走行基準線上に検出す
る状態が継続した場合には、主走査の領域を狭めるよう
にｘ軸の両方向の走査開始位置を変更しても良く、これ
により処理時間を更に短縮できる。

このようにして１画面の画素の２値化が終了すると
（ステップ５）、次に得られた２値化画像から苗列を検
出する。

第11図は２値化された画像を撮像範囲内に表示した模
式図であり、撮像範囲の中心Ｏを原点とし進行方向をｙ
軸正方向とし、また左右方向をｘ軸方向となしている。
またＳは前記走行基準線を示し、本実施例ではｙ軸と一
致している。さらにａ〜ｇは２値化された画像を示して
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、第11図左上から順に画
素αを抽出する（第11図では画素a₁）。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）。

いま画素αのx,y座標を夫々ｘ_α,y_α、画素βのx,y座
標を夫々ｘ_β,y_βとすると、条件式を下記の如く設定す
る。

|x_α−ｘ_β｜≦４ …（２） ｙ_α−ｙ_β≧８ …（３） 一般に既植苗を倣う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）にて同一苗株を抽出するのを防止し、苗株の
直線成分が近似直線に影響を与えないようにしている。
本実施例では上記条件式（２），（３）にて画素b₁〜
b₄，d₁〜d₄が抽出され、画素c₁〜c₄，e₁，e₂,f,gは抽出
されない。次の画素α（第11図では画素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、この動作を画素βが抽出不可となるまで繰返す（ス
テップ７）。

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、その直線の数に、その直線と中心
Ｏとの距離ρ_１，ρ_２…及びその角度θ_１，θ_２…を求
める（ステップ８）。

次に求められた距離ρ_１，ρ_２…及び角度θ_１，θ_２
…の夫々の平均値を求め、求められた距離をρ，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９）。

画像処理部22が設定タイミング毎にトフ値ρ及び角度
θを算出するとその値が操向制御部50に出力される（ス
テップ10）。

このように本実施例においては、２値化した画素のう
ち所定の距離を有する画素を抽出し、直線近似している
ので、苗列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。

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ρ_０及び角度θ
_０（第４図参照）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、本実施例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。

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とすると以下のとおり18の制御ルールを操
向制御部50に設定している。

ρ_t1が大きく右でΔρが０であればＳは小さく左に切
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。

θ_t1が大きく左でΔθが０であればＳは小さく右に切
る。

θ_t1が大きく右でΔθが０であればＳは小さく左に切
る。

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。

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。

θ_t1が０でΔθが大きく左であればＳは小さく右に切
る。

θ_t1が０でΔθが大きく右であればＳは小さく左に切
る。

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。

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。

θ_t1が０でΔθも０であればＳは直進とする。

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
はハフ値ρ_t1，第２表は角度θ_t1，第３表はハフの差Δ
ρ，第４表は角度の差Δθ及び第５表は操向操作指示量
Ｓの夫々の値と操向量と重みづけ量との関係を示してい
る。

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。これを前述の制御ルールにあてはめると、制
御ルール，，が成立する。

第12図は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第12図（ａ）
に、制御ルールの場合のグラフを第12図（ｂ）に、制
御ルールの場合のグラフを第12図（ｃ）に、そて推論
結果の合成を第12図（ｄ）に示している。制御ルール
ではρ_t1が“大きく右”なので第一表よりρ_t1＝４のと
き、重みづけ値ｗは８となる。また第三表より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｛第12図（ａ）参照｝制御ルールでは同様に、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づけ値ｗ＝３を最大値
として第５表の操向操作指示量Ｓが“小さく左”の場合
の同様の図形を求める｛第12図（ｂ）参照｝。

制御ルールも同様に第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｛第12図（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｛第12図
（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。

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。

このように、本実施例においては、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b₅，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。

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。

なお、本実施例においては、撮像画面の走査を行う場
合に、主走査を奇数ラインでは正方向に、また偶数ライ
ンでは負方向に行う構成としてあるが、これに限定され
るものではなく、例えば複数本のラインを同方向に走査
し、次の複数本のラインを逆方向に走査するようにして
交互に走査してゆくものでも良い。

また、本実施例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。

更に本実施例では基準位置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
位置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。

〔効果〕

以上の如く本発明に係る移植機の自動操向装置におい
ては、撮像画面の２値化の為の走査を、ｘ軸方向の主走
査について正方向と負方向とで行い、その場合、進行方
向に応じた走査方向を設定することにより、雑音成分の
影響を排除でき、基準の苗列だけを確実に検出できる。

更に苗株の可能性がある画素は各ラインで最初に検出
される画素とし、これの位置を記憶して次のラインに移
行するので、処理時間の高速化が図れると共に、画素を
記憶するメモリもラインの本数分の容量で十分であり、
コストを抑制できる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を装備した乗用田植機の側面図、第
２図はその平面図、第３図は苗列撮像装置の拡大側面
図、第４図はその平面図、第５図は作業選択レバの操作
位置説明のための平面図、第６図は前輪の操舵機構の模
式的平面図、第７図は本発明装置の構成を示すブロック
図、第８図は画像処理部の構成を示すブロック図、第９
図は画像処理部の制御内容を示すフローチャート、第10
図は１画面中の画素の走査手順を示す模式図、第11図は
撮像範囲内の２値化された画像を示す模式図、第12図は
操向操作指示量の推論手順を示すグラフである。 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、2
2…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を画面のｙ軸方向に撮
   らえるように走行しつつ撮像してゆく撮像部を備え、該
   撮像部の撮像画面を構成する画素をｘ軸方向の主走査と
   ｙ軸方向の副走査とにより２値化して苗株を抽出し、抽
   出した苗株をｙ軸方向の直線に近似し、この直線に倣っ
   て自動操向する移植機の自動操向装置において、 前記２値化のための走査は、前記主走査をライン別に正
   方向と負方向とに行い、各ラインにおいて最初に苗株の
   可能性がある画素を検出すると、その画素の位置を記憶
   して次のラインに移行するようになしてあり、記憶して
   ある前記画素の位置から苗株を抽出するように構成して
   あること を特徴とする移植機の自動操向装置。