JP3713889B2 - コンバイン等の倒伏判定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コンバイン等の倒伏判定装置に関し、刈り取り時に電子カメラによる未刈穀稈の入力画像の情報を基に、パワースペクトル分布等により穀稈の倒伏度合の判定を行うもの等の分野に属する。
【０００２】
【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】
コンバインの刈取作業において、刈取適期における穀稈は直立状態のものは少なく、直立に近い状態のものから完全な倒伏状態のものまで種々様々であり、従来では、これらの穀稈の倒伏度合による脱穀負荷の変動を、オペレータの経験や勘によって判定し、そのときの穀稈の縺れ具合や含水率の多少を酌みして予測を行い車速を手動により制御する手段や、脱穀負荷の増大による回転低下を検出して車速を自動的に制御する手段等によって対応処理するものが一般的であった。
【０００３】
しかし、このようなオペレータの予測により車速を手動制御するものについては、的確な倒伏の判定ができ難くその予測が曖昧なときは脱穀作業が阻害されることになったり、また、脱穀負荷の検出により車速を自動制御するものについては、脱穀回転数が低下してからの対応となるため回復が遅れ前者と同様に脱穀作業が阻害されることとなり、両者ともに穀稈の倒伏度合に対して適切な処置が行われ難く、脱穀性能に著しい不具合を生じると共に、脱穀作業の継続に支障をきたしかねないものであった。
【０００４】
そこでこの発明は、電子カメラによる未刈穀稈の入力画像の情報を基に、パワースペクトル分布における強度領域の長軸と短軸の比率から穀稈の倒伏度合を判定するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、機体１の適宜位置に前方へ向け装着した電子カメラ２による植立穀稈の入力画像の全体または一部の輝度情報を基に二次元周波数分析を行い、この二次元周波数分析から求めたパワースペクトル分布の原点を周波数ゼロである直流部ｄとし、該直流部ｄから離れるほど高周波領域としたパワースペクトル分布であって、予め設定した強度領域ｅの長軸３ａと短軸３ｂの比率から穀稈の倒伏度合を判定することを特徴とするコンバイン等の倒伏判定装置の構成とする。
【０００６】
【作用】
上記の構成により、コンバインの刈取作業において、例えば、機体１操作席の近傍位置に前方の未刈穀稈を撮像可能に電子カメラ２を装着し、この電子カメラ２により刈り取り前の穀稈を撮像し、この撮像による入力画像の全体または一部の輝度情報を基に、倒伏度合の判定を行う倒伏判定装置により二次元周波数分析を行い、この二次元周波数分析からパワースペクトル分布を求め、このパワースペクトル分布の原点を周波数ゼロである直流部ｄとして、予め前記倒伏判定装置に設定されている強度レベルの強度領域ｅを等強度曲線により設定し、この等強度曲線における長方向の長軸３ａと短方向の短軸３ｂを抽出測定を行い、この測定値による長軸３ａと短軸３ｂの比率を算出し、この比率によって穀稈の倒伏度合の評価判定を行うことができる。
【０００７】
【発明の効果】
上記作用の如く、コンバインの刈取作業時に、電子カメラ２による入力画像の全体または一部の輝度情報を基に、二次元周波数分析によりパワースペクトル分布を求め、このパワースペクトル分布における強度領域ｅの長軸３ａと短軸３ｂの長さの比率によって、刈り取り前に穀稈の倒伏度合の評価判定を行うことができるから、従来の如く、穀稈の倒伏状態をオペレータが予測するもののようにその的確性に欠けたり、脱穀負荷の検出によるもののようにその制御タイミングに遅れを生じて適切な処置が行われ難いことにより、脱穀性能の不具合や脱穀作業の継続に支障をきたすようなことがなく、穀稈の倒伏度合に応じてタイムリーに、例えば、車速等の制御によって脱穀負荷の調整を行うことが可能となり、円滑な脱穀作業を継続させることができる。
【０００８】
【実施例】
以下に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
コンバインの車台４の下部側に土壌面を走行する左右一対の走行クローラ５を有する走行装置６を配設し、該車台４上にはフィードチェン７に挟持して供給される穀稈を扱胴８によって脱穀し、この脱穀された穀粒を選別回収して一時貯留する穀粒タンク９を備えた脱穀装置１０を載設構成する。
【０００９】
該脱穀装置１０の前方側に、前端位置から植立穀稈を分草する分草体１１と、分草された穀稈を引き起こす引起部１２と、引き起こされた穀稈を刈り取る刈刃部１３と、この刈り取られた穀稈を後方へ搬送して該フィードチェン７へ受け渡しする穀稈搬送部１４等を有する刈取装置１５を、土壌面に対して昇降自在に作用させるよう構成する。
【００１０】
該刈取装置１５の一側にコンバインの操作制御を行う操作装置１６と、この操作のための操作席１７とを設け、この操作席１７の後方側に該穀粒タンク９を配置すると共に、このような走行装置６，脱穀装置１０，刈取装置１５，操作装置１６等によってコンバインの機体１を構成する。
該操作席１７の後部上方側に、刈取装置１５の上端部越しに刈取圃場面を撮像可能なＣＣＤカメラ等による電子カメラ２を装着して設け、この電子カメラ２からの情報を基に穀稈の倒伏度合を判定する倒伏判定装置１８を、ＣＰＵを主体的に配して自動回路の演算制御を行うコントローラ１９に内蔵して構成する。
【００１１】
図１のフローチャートに示す如く、刈取作業時に電子カメラ２によって、図２及び図３に示す如く、前方の圃場面における未刈穀稈の画像２０及び２１を入力し、この入力画像２０及び２１において各分析領域Ａ，Ｂ，Ｃを適宜に設定し、この各分析領域Ａ，Ｂ，Ｃの輝度の変化を計測して周波数分析を行い、この各周波数分析により、図４に示す如きパワースペクトル分布ａ，ｂ，ｃを得ることができる。
【００１２】
このパワースペクトル分布ａ，ｂ，ｃは、ａ分布では中心の円形状が主体であり、殆ど倒伏していない領域の状態を示している。また、ｂ分布では中心の円形状から多少外側に分布しており、やや倒伏している領域の状態を示している。また、ｃ分布では中心の円形状から縦長に分布しており、機体１の進行方向に対し直角方向に倒伏している領域の状態を示している。
【００１３】
このように穀稈の倒伏状態に応じてパワースペクトル分布は変化するが、このパワースペクトル分布の中心となる円形状の原点を直流部ｄとして、図５に示す如く、予め倒伏判定装置１８に設定されている一定の強度レベル以上の強度領域ｅを等強度曲線２３によって設定し、この等強度曲線２３における長方向の長軸３ａと短方向の短軸３ｂの抽出測定を行い（長軸３ａと短軸３ｂは図示の斜線のように少し幅を持たせてもよい）、この測定値による長軸３ａと短軸３ｂの比率を算出し、この比率によって、例えば、図６に示す如く、比率と倒伏度合との関係を、関数等による複数値によって連続的に評価判定を行うようにしてもよい。
【００１４】
この倒伏度合の連続的な評価判定により、穀稈の倒伏状態を刈り取り前に精度よく検出確認することができるから、この確認による対応の一例として、自動的に車速を減速する等の制御を行うことにより、倒伏穀稈による脱粒損失や脱穀負荷の急激な増大等を回避して、安定したコンバイン作業を行うことができる。
また、図７のフローチャートに示す如く、パワースペクトル分布における一定の強度レベル以上の強度領域ｅを等強度曲線２３によって設定するステップまでは、前記図１のフローチャートの手順と同様であるが、次のステップにおいて長軸３ａの抽出測定を行い、図８に示す如く、Ｘ軸は進行方向に対し直角の倒伏方向を示し、Ｙ軸は進行方向に対し平行の倒伏方向を示すものにおいて、例えば、Ｙ軸に対する長軸３ａの傾斜角度θを算出し、この算出角度θによって穀稈の倒伏方向を判定することができる。
【００１５】
このように、パワースペクトル分布における強度領域ｅの長軸３ａの傾斜角度θにより、穀稈の倒伏方向性の変化を抽出することが可能であるから、機体１の刈取進行方向に対する穀稈の倒伏方向を連続的に検出することができる。
また、図９のフローチャートに示す如く、パワースペクトル分布における一定の強度レベル以上の強度領域ｅを等強度曲線２３により設定し、この等強度曲線２３の長軸３ａと短軸３ｂの比率から倒伏度合を判定すると共に、倒伏方向について算出判定するステップまでは、前記図１及び図７のフローチャートの手順と同様である。
【００１６】
次のステップにおいて、前記図８に示す如く、穀稈の倒伏した状態が、Ｙ軸に対し９０度（進行方向に対し直角）又は１８０度（進行方向に対し穂が前方で平行）を基準とする倒伏の度合とその方向とによって、例えば、図１０に示す如き曲線により倒伏の度合とその方向に適した車速となるよう補正係数を算出設定することができるから、この補正係数により倒伏状態に最適の車速に調整制御を行うことにより、前記刈取装置１５の引起部１２や穀稈搬送部１４による脱粒や刈り残し等を最小限に抑えうると共に、脱穀負荷の急激な増大を回避して安定したコンバイン作業を行うことができる。
【００１７】
次に、上記と異なる実施例として、前記脱穀装置１０に内装支承され、主体となる多数本の脱粒専用扱歯２４を配列植設した扱胴８において、この扱歯２４により穀稈を脱穀する際に扱歯２４内への小枝梗ｆの巻き込みによる、通称枝梗付着粒の発生を抑制するために扱歯２４の内側に平板等による巻付き防止板２４ａを設けているが、通常では、該扱歯２４と巻付き防止板２４ａとの隙間ｍを、図１３に示す如く、無造作で広めに設定しているものが一般的である。
【００１８】
稲は枝梗ｇに付着した籾の集合によって穂を形成しているが、この籾は一本の枝梗ｇに連続して付着しているものではなく、図１４に示す如く、略３〜４粒の籾が短い小枝梗ｆ（通常１４〜１５ミリメートル程度）に付着しているものが多数の枝状に分かれこの枝状が集まっているものであり、このような籾を該扱歯２４で脱粒する際に小枝梗ｆ全体が扱歯２４と巻付き防止板２４ａとの隙間ｍに入り込み、小枝梗ｆに籾が付着したままの状態で枝梗ｇから剥離され枝梗付着粒となる。
【００１９】
この枝梗付着粒が該扱胴８の回転に伴い扱歯２４によって撹拌脱粒されるが、実験値として、小枝梗ｆの先端の籾ほど大きい脱粒力を必要とする傾向があるため、この先端の籾が枝梗付着粒のままの状態で処理される比率が高くなることから、扱歯２４と巻付き防止板２４ａとの隙間ｍを、図１５に示す如く、予め小枝梗ｆが入り難い寸法（例えば１４ミリメートル以内）に設定することにより、枝梗付着粒の発生を低減することができると共に、この枝梗付着粒の減少によって脱穀時の負荷の軽減と選別の向上を図ることができる。
【００２０】
なお、扱歯２４と巻付き防止板２４ａとの隙間ｍは寸法や形状にこだわる必要はなく、要は小枝梗ｆ全体が入らなければよいものである。
また、該扱胴８の入口部には、穀稈を梳き整えながら脱粒作用を行う整梳用扱歯２５を一部配置しているが、通常では、この扱歯２５も、前記図１３に示す如く、補助歯２５ｂとの隙間ｎが大きいものが一般的であり、小枝梗ｆの巻き付きにより枝梗ｇから分離され枝梗付着粒が発生していた。
【００２１】
このため、該扱歯２５と巻付き防止板２５ａ及び補助歯２５ｂとの隙間ｎを、図１６に示す如く、前記扱歯２４と同様、予め小枝梗が入り難い寸法（例えば１４ミリメートル以内）となるよう巻付き防止板２５ａ及び補助歯２５ｂを追加することにより、脱穀開始時に乱れた穀稈を梳き整えながら、枝梗付着粒の発生も低減することができると共に、その他、前記と同様の効果を有する。
【００２２】
また、該扱胴８の入口から出口までの間に穀稈が脱穀されて脱粒が進み、徐々に穂部における籾量が減少して籾密度が低下するが、この低下した場合においても、枝梗ｇから小枝梗ｆが剥離する力よりも小枝梗ｆに付着する籾の総脱粒力の方が大きい脱粒作用領域ｈでは未だ枝梗付着粒が発生する。
そこで図１７に示す如く、この脱粒作用領域ｈにおける前記扱歯２４と巻付き防止板２４ａとの隙間ｍを、扱胴８の入口から出口側に向けて順次狭くなるよう配列して、籾密度の低下した小枝梗ｆであっても該隙間ｍに入り難い寸法に設定することにより、枝梗ｇからの小枝梗ｆの剥離を抑えて枝梗付着粒の発生を低減することができる。なお、該隙間ｍを順次狭くしていくことにより脱粒作用領域ｈを広げることができるから、負荷変動に強く、詰まりの少ない脱穀を行うことができる。
【００２３】
次に、上記と異なる実施例として、作業機の作業状態を音圧の測定により検出する手段により、測定した音圧の平均的な周波数分布を基準とし、この基準の周波数分布との比較により異なる周波数分布を測定したときは、作業状態が変化したことを検出することができる。
図１８のフローチャートに示す如く、例えば、作業時の負荷状態をタイマーセットにより一定時間の音圧の周波数分布として測定し、この測定による周波数分布の平均処理を行い、この平均処理された周波数分布を基準とし、この基準と、新たに測定した音圧の周波数分布の各周波数帯域の音圧レベルを比較し、この比較内容に変化があるときは報知又は車速等の制御情報とする。（図１９参照）
このように、作業中の音圧の変化によって報知又は他の制御情報として作業状態をチェック処理することができるから、不具合発生の未然防止や、もし不具合が発生したとしても初期状態で処置が可能であり余り大きな障害とはなり難い。
【００２４】
また、図２０に示す如く、予め基準となる音圧の周波数分布を記憶させたものにより、その周波数分布における作業機の各作業部、例えば唐箕部や脱穀部等の周波数帯域に基づいて、この各周波数帯域との比較により、新たに測定した音圧が異なる周波数分布を示すときは、各作業部における異常を検出することができる。
【００２５】
図２１のフローチャートに示す如く、車速の変化等による作業能率の測定を行って、この作業能率による予め記憶させた基準となる音圧の周波数分布を読出し（作業能率により複数記憶も可）、タイマーセットにより一定時間の音圧の周波数分布を測定し、この測定値による各周波数帯域の音圧レベルを比較し、この比較内容により各作業部の異常箇所をチェックし、このチェックにより異常があるときは報知又は異常箇所の制御情報とする。
【００２６】
このように、作業中の音圧の周波数分布において、その各周波数帯域を基準とする周波数帯域と比較を行うことにより、作業機の各作業部の処理状態が基準の作業状態に対してどのような状態にあるかということを検出評価することができる。
次に、前記の如き電子カメラ２を利用した実施例として、植立穀稈の穂部ｘを適宜位置から切断する刈刃部２７を備えた全稈投入型のコンバインにおいて、その刈高さを設定するときは、図２２に示す如く、入力画像の情報に基づいた穀稈の穂部ｘと稈部ｙの識別により、その境界ｚ位置を選択検出して穂部ｘ切断時の刈高さの調節設定を行うことができる。
【００２７】
図２３のフローチャートに示す如く、該電子カメラ２により、図２４に示す如く、機体１前方の未刈穀稈の画像２８を入力し、この入力画像２８の分析領域Ｄを設定すると共に、この分析領域Ｄの輝度変化を計測して周波数分析を行い、この分析によって、図２５に示す如きパワースペクトル分布を得ることができる。このパワースペクトル分布から高周波成分の情報を消去するために、パワースペクトル分布の中心となる直流部から小さい半径（例えば４画素）によるサークル部分をマスク処理する。
【００２８】
このマスク処理したものを逆周波数分析を行うことによって、図２６に示す如き画像２９を再構築することができ、この画像２９からヒストグラムを算出し、このヒストグラムのパターンによる輝度度数のピーク値に、別に設定する一定の係数を乗じた算出値等によって２値化のためのしきい値を求め、このしきい値によって画像２９を２値化し、図２７に示す如く、画像３０内に合成した該分析領域Ｄの２値化画像３１を得て、この画像３１から穀稈の穂部ｘと稈部ｙの境界ｚを検出し、この境界ｚを該刈刃部２７によって切断することにより刈高さの自動制御を行うことができる。
【００２９】
このように、該電子カメラ２による入力画像２８の情報によって、精度良く効率的な穂部ｘの刈り取りができるから、脱穀負荷の軽減及び選別精度の向上を図りうると共に、オペレータを刈高さ操作の煩わしさから解放することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 圃場面における未刈穀稈の倒伏度合を判定する手順を示すフローチャート。
【図２】 電子カメラで撮像した前方の未刈穀稈の状態とその分析領域を示す画像図。
【図３】 電子カメラで撮像した前方の未刈穀稈の状態とその分析領域を示す画像図。
【図４】 入力画像の分析領域の周波数分析によるパワースペクトル分布を示す画像図。
【図５】 パワースペクトル分布の直流部と強度領域の分布状態を示す拡大模式図。
【図６】 パワースペクトル分布の強度領域における比率と倒伏度合の関係を示す線図。
【図７】 圃場面における未刈穀稈の倒伏方向を判定する手順を示すフローチャート。
【図８】 パワースペクトル分布の強度領域の角度により穀稈の倒伏方向を示す模式図。
【図９】 穀稈の倒伏方向の補正係数による車速制御の手順を示すフローチャート。
【図１０】 穀稈の倒伏方向と車速の補正係数との関係を示す線図。
【図１１】 コンバインの全体構成を示す側面図。
【図１２】 コンバインの全体構成を示す平面図。
【図１３】 別実施例の従来の扱胴における各種扱歯の状態を示す正面図。
【図１４】 別実施例の穀稈穂部の基本の枝梗と小枝梗の状態を示す画像図。
【図１５】 別実施例の扱歯と巻付き防止板との隙間の状態を示す正面図。
【図１６】 別実施例の扱歯と補助歯と巻付き防止板との隙間の状態を示す正面図。
【図１７】 別実施例の扱歯と巻付き防止板の隙間変化による脱粒作用領域を示す側面図。
【図１８】 別実施例の音圧により作業状態の変化を検出する手順を示すフローチャート。
【図１９】 別実施例の音圧の平均的な周波数分布に対する音圧変化の状態を示す線図。
【図２０】 別実施例の記憶した音圧の周波数分布による各作業部の周波数域を示す線図。
【図２１】 別実施例の音圧により作業状態の変化を検出する手順を示すフローチャート。
【図２２】 別実施例の全稈投入型のコンバインにおける穂部切断状態を示す作業図。
【図２３】 別実施例の画像解析により穀稈の刈高さ検出の手順を示すフローチャート。
【図２４】 別実施例の電子カメラで撮像した未刈穀稈とその分析領域を示す画像図。
【図２５】 別実施例の分析領域の周波数分析によるパワースペクトル分布を示す画像図。
【図２６】 別実施例のパワースペクトルのマスク処理後の逆周波数分析を示す画像図。
【図２７】 別実施例の分析領域の２値化画像による穀稈穂部と稈部の境界を示す画像図。
【符号の説明】
１． 機体
２． 電子カメラ
３ａ． 長軸
３ｂ． 短軸
ｄ． 直流部
ｅ． 強度領域

Claims (1)

1. 機体（１）の適宜位置に前方へ向け装着した電子カメラ（２）による植立穀稈の入力画像の全体または一部の輝度情報を基に二次元周波数分析を行い、この二次元周波数分析から求めたパワースペクトル分布の原点を周波数ゼロである直流部（ｄ）とし、該直流部（ｄ）から離れるほど高周波領域としたパワースペクトル分布であって、予め設定した強度領域（ｅ）の長軸（３ａ）と短軸（３ｂ）の比率から穀稈の倒伏度合を判定することを特徴とするコンバイン等の倒伏判定装置。

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