JP3952908B2

JP3952908B2 - 物体の個別認識方法及び個別認識装置

Info

Publication number: JP3952908B2
Application number: JP2002250158A
Authority: JP
Inventors: 幹之浅野; 匡平石田; 茂樹山崎
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: JP2004086799A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物の選別ライン等のように複数個の処理対象物が重なり合っている状態において、それぞれの対象物を個別に認識するための個別認識方法及び個別認識装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
循環型の社会システムの整備が進み、様々な廃棄物のリサイクル設備が建設され、従来の人手による選別作業を機械化したり自動化することによって、選別効率の向上が図られている。
【０００３】
その中で、廃棄物の材質を識別する作業については、可視光線、赤外線、紫外線などの光学情報を基に材質を判別する方法が多く提案されている。
【０００４】
例えば、特開平９−８９７６８号公報には、コンベア上を整列して搬送されている廃プラスチックボトルに近赤外線を照射して、その吸光度からプラスチックの材質を識別する方法が示されている。また、特開平１０−２３２１６６号公報には、コンベア上の紙パックに近赤外線を照射して、その吸光度から紙パックの材質を識別する方法が示されている。
【０００５】
そして、これらの材質識別方法においては、密集したり重なり合った状態の識別対象物を１個ずつ所定の間隔で整列させて識別センサに向き合うようにすることが不可欠とされ、そのための整列装置や切出し装置に関する発明も多々なされている。例えば、特開平８−１４３１３８号公報や特開２００２−１１４３６３号公報には、整列のための専用コンベアを備えた整列装置が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの整列装置等は以下のような問題を有している。
【０００７】
まず、対象物を１個ずつ所定の間隔で整列させる確度が充分でなく、時々複数個の対象物が１個の対象物として認識されてしまうことがある。そのため、その後の材質識別段階で正確な識別ができず、識別精度を低下させる原因になっている。
【０００８】
また、整列のための専用コンベアや切出し機構が増えることにより、設備全体のコストアップになることや、それらを設置するためのスペースが必要になる。
【０００９】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、対象物を整列させたり、ほぐしたりするための整列装置や切出し装置を用いずとも、複数個の対象物が密集したり重なり合った状態のまま、個々の対象物を個別に認識することができる物体の個別認識方法及び個別認識装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は下記の特徴を有する。
【００１１】
［１］複数個の物体を個別に認識するための個別認識方法であって、複数個の物体に同時に振動を加え、振動を加えられている複数個の物体を時間を隔てて撮影し、この時間を隔てて撮影された画像から画像を形成する画素毎の速度ベクトルを求め、該速度ベクトルが等しい画素群を１つの物体として認識することを特徴とする物体の個別認識方法。
【００１２】
［２］複数個の物体を個別に認識するための個別認識装置であって、複数個の物体に同時に振動を加える加振手段と、該加振手段により振動を加えられている複数個の物体を撮影する撮像手段と、該撮像手段が時間を隔てて撮影した画像から画像を形成する画素毎の速度ベクトルを求め、該速度ベクトルが等しい画素群を１つの物体として認識する画像処理手段とを有することを特徴とする物体の個別認識装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１に本発明の第１の実施形態を示す。
【００１４】
本発明の第１の実施形態に係る物体の個別認識装置は、振動テーブル１、カメラ３、画像処理装置４によって構成されている。
【００１５】
振動テーブル１は、テーブル１ａと、これに振動を与えるための加振機２とからなり、その上面に複数個の対象物２０を載せて振動するようになっている。
【００１６】
カメラ３は、振動テーブル１上の上方に設けられており、振動テーブル１上の対象物２０を撮影し、その画像を画像処理装置４に送る。
【００１７】
画像処理装置４は、カメラ３が撮影した画像を取り込み、所定の処理を行う。
【００１８】
次に、上記のように構成された個別認識装置を用いて、振動テーブル１上に密集したり重なり合った状態の複数個の対象物２０を個別に認識する方法を、図２に示す処理フロー図を参照しながら説明する。
【００１９】
まず、加振機２によって振動テーブル１に振動を加える。これによって、振動テーブル１上に密集したり重なり合っている複数個の対象物２０を個別に微小移動させる。
【００２０】
そして、図２（ａ）に示すように、微小移動中の任意の時刻ｔ＝ｔに、カメラ３によって複数個の対象物２０を撮影し、その画像を画像マトリックスＭ（ｔ）として画像処理装置４に取り込む。
【００２１】
次に、図２（ｂ）に示すように、時刻ｔから微小時間Δｔ経過後の時刻ｔ＝ｔ＋Δｔに、再度、カメラ３によって複数個の対象物２０を撮影し、その画像を画像マトリックスＭ（ｔ＋Δｔ）として画像処理装置４に取り込む。
【００２２】
次に、図２（ｃ）に示すように、画像マトリックスＭ（ｔ）と画像マトリックスＭ（ｔ＋Δｔ）とから、所定の関数Ｆを用いて、画像を形成する各画素毎のΔｔ時間での移動量、すなわち、各画素毎の速度ベクトルＶｉ（ｔ）を求める。
【００２３】
そして、図２（ｄ）に示すように、この各画素毎の速度ベクトルＶｉ（ｔ）を要素とする速度ベクトルマトリックスＷ（ｔ）を定義して、画像処理装置４に格納する。すなわち、Ｗ（ｔ）＝Ｗ（Ｖｉ（ｔ））である。
【００２４】
次に、図２（ｅ）に示すように、速度ベクトルマトリックスＷ（ｔ）の中で、速度ベクトルＶｉ（ｔ）が等しい画素同士をグルーピングする。
【００２５】
その結果、図２（ｆ）に示すように、画像全体はグルーピングされた画素群毎の複数の領域に分割される。
【００２６】
そして、これによって得られた複数の領域が、それぞれ個々の対象物であると認識される。
【００２７】
すなわち、同一対象物の速度ベクトルは等しいが、隣接している対象物同士の速度ベクトルは異なるため、速度ベクトルが変化する境界線がそれぞれの対象物の境界であると認識することができる。
【００２８】
上記の手順の具体例を図３に示す。
【００２９】
まず、図３（ａ）に示すように、振動テーブル１上に３個の対象物Ａ、Ｂ、Ｃが重なり合った状態になっており、加振機２による振動によって、対象物Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ、図３（ｂ）に示すような方向に微小移動しているとする。
【００３０】
そして、時刻ｔ＝ｔに得られた画像マトリックスＭ（ｔ）と、時刻ｔ＝ｔ＋Δｔに得られた画像マトリックスＭ（ｔ＋Δｔ）との演算から、図３（ｃ）に示すように画素毎の速度ベクトルＶｉ（ｔ）が求まる。この画素毎の速度ベクトルＶｉ（ｔ）を格納したものが速度ベクトルマトリックスＷ（ｔ）である。
【００３１】
この速度ベクトルマトリックスＷ（ｔ）の内、速度ベクトルＶｉ（ｔ）が等しい画素同士をグルーピングすることにより、図３（ｄ）に示すように、対象物Ａ、Ｂ、Ｃに対応した３個の領域に区画される。
【００３２】
これによって、対象物Ａ、Ｂ、Ｃの存在とその位置を個別に認識することができる。
【００３３】
なお、上記における画素同士の速度ベクトルＶｉ（ｔ）が等しいか否かの判断は、画素同士の速度ベクトルＶｉ（ｔ）の大きさ及び方向についての差異が、認識すべき対象物に応じて予め定めた閾値以内であれば、画素同士の速度ベクトルＶｉ（ｔ）は等しいと判断し、閾値を越えていれば、画素同士の速度ベクトルＶｉ（ｔ）は等しくないと判断することで行う。
【００３４】
このようにして、この実施形態においては、複数個の対象物が密集したり重なり合った状態のままでも、個々の対象物の存在とその位置を個別に認識することができる。したがって、その後の処理工程において、前記の認識情報に基づいて個々の対象物の材質識別等を精度良く行うことが可能となり、材質識別等のための特別な整列装置や切出し装置を設ける必要が無くなる。
（第２の実施形態）
本発明に係る物体の個別認識装置を適用した廃棄物の選別装置を本発明の第２の実施形態として図４に示す。
【００３５】
第２の実施形態に係る廃棄物の選別装置は、コンベア１０、加振機２、カメラ３、画像処理装置４、センサユニット５、識別装置６、ハンドリングロボット７、ロボットコントローラ８、制御装置９、選別シュート１１から構成されており、コンベア１０で搬送されている多数の廃棄物２１をその種類毎に所定の選別シュート１１に仕分ける装置である。
【００３６】
コンベア１０は、その上面に選別対象である多数の廃棄物２１を載せて移動するようになっている。
【００３７】
加振機２は、コンベア１０の上流部の下部に取り付けられており、コンベア１０を裏面から打撃することにより、所定の振動を加えるようになっている。
【００３８】
カメラ３は、加振機２の取り付け位置よりやや下流側のコンベア１０の上方に設けられており、コンベア１０上の廃棄物２１を撮影し、その画像を画像処理装置４に送る。
【００３９】
画像処理装置４は、カメラ３が撮影した画像を取り込み、所定の処理を行って、コンベア１０上の廃棄物２１を個別に認識する。
【００４０】
センサユニット５は、カメラ３の設置位置から下流側に、コンベア１０を跨ぐようにして設けられており、センサユニット５を通過するコンベア１０上の廃棄物２１の識別を行うために必要な所定の識別センサを備えている。例えば、材質を識別する材質識別センサや色を色識別センサ等である。
【００４１】
識別装置６は、センサユニット５からの出力に基づいて、コンベア１０上の廃棄物２１の種類を識別する。
【００４２】
ハンドリングロボット７は、センサユニット５の設置位置から下流側のコンベア１０の側方に設けられており、コンベア１０上の廃棄物２１の中から所定の廃棄物を掴み、対応する選別シュート１１に投入する。
【００４３】
ロボットコントローラ８は、ハンドリングロボット７に動作を指示する。
【００４４】
そして、制御装置９は、画像処理装置４と識別装置６とロボットコントローラ８を統合し、画像処理装置４による認識情報と識別装置６による識別情報に基づいて、ロボットコントローラ８を通じてハンドリングロボット７の動作を制御する。
【００４５】
上記のように構成された廃棄物の選別装置において、コンベア１０上に密集したり重なり合っった状態で搬送されている多数の廃棄物２１をその種類毎に所定の選別シュート１１に仕分ける手順を以下に説明する。
【００４６】
まず、加振機２によってコンベア１０に振動を加え、コンベア１０上の廃棄物２１に対して廃棄物同士の相対位置を微小に変化させながらカメラ３の下を通過させる。そして、カメラ３によって撮影されたコンベア１０上の画像を画像処理装置４に送る。
【００４７】
そして、画像処理装置４は、第１の実施形態で示したと同様の処理フローによって、微小時間Δｔの間隔で得られた画像マトリックスＭ（ｔ）と画像マトリックスＭ（ｔ＋Δｔ）とから画素毎の速度ベクトルＶｉ（ｔ）を演算し、速度ベクトルＶｉ（ｔ）が等しい画素同士をグルーピングすることにより、それぞれの廃棄物２１の存在位置を個別に認識し、その認識情報を制御装置９に送る。
【００４８】
そして、カメラ３とセンサユニット５とのコンベア進行方向の距離をｘ（ｍ）とし、コンベア１０の速度をｖ（ｍ／ｓ）とすると、カメラ３を通過した廃棄物２１はτ＝ｘ／ｖ（ｓ）後に識別センサで感知され、その識別信号に基づいて、識別装置６がその廃棄物の種類を識別し、その識別情報を制御装置９に送る。
【００４９】
制御装置９は、上記の時間遅れτを考慮した上で、画像処理装置４からの認識情報と識別装置６からの識別情報に基づいて、対象の廃棄物２１の位置と種類に関する情報をロボットコントローラ８に伝達する。
【００５０】
ロボットコントローラ８は、制御装置９からの情報に基づいて、ハンドリングロボット７に動作を指示し、ハンドリングロボット７は、その指示に基づいて、コンベア１０上から対象の廃棄物２１を掴み取り、所定の選別シュート１１に投入する。
【００５１】
例えば、コンベア１０で搬送されてくる空ビンを透明ビンと着色ビンに仕分ける場合には、識別センサとして色識別センサが取り付けられ、空ビンの位置情報と色情報に基づいて、ハンドリングロボット７が、コンベア１０から透明ビンを掴み出して透明ビン用シュートに投入し、着色ビンを掴み出して着色ビン用シュートに投入する。
【００５２】
このようにして、この実施形態においては、コンベア１０上に重なり合って搬送されている多数の廃棄物を、整列装置や切出し装置を用いなくとも、その種類毎に所定の選別シュート１１に精度良く仕分けることができる。
【００５３】
（第３の実施形態）
本発明に係る物体の個別認識装置を適用した廃プラスチックの選別装置を本発明の第３の実施形態として図５に示す。
【００５４】
第３の実施形態に係る廃プラスチックの選別装置は、ローラコンベア１０ａ、コンテナ１２、加振機２、カメラ３、画像処理装置４、材質識別センサ５ａ、識別装置６、ハンドリングロボット７、ロボットコントローラ８、制御装置９、選別シュート１１から構成されており、ローラコンベア１０ａで搬送されるコンテナ１２の中に収容されている廃プラスチック２２を、直接コンテナ１２から取り出して、その材質毎に所定の選別シュート１１に仕分ける装置である。
【００５５】
ローラコンベア１０ａは、その上面にコンテナ１２を載せて移動し、所定の位置に停止させるようになっている。
【００５６】
コンテナ１２は、上部が開放されており、内部に各種の廃プラスチック２２が多数積み重なって収容されている。
【００５７】
加振機２は、ローラコンベア１０ａの下方の位置に設置されており、ローラコンベア１０ａのローラの隙間から、加振機２の上方の所定位置に停止した対象コンテナ１２ａの外面を打撃することにより、対象コンテナ１２ａに所定の振動を加えるようになっている。
【００５８】
カメラ３は、対象コンテナ１２ａの停止位置の上方に設けられており、対象コンテナ１２内の廃プラスチック２２を上方から撮影し、その画像を画像処理装置４に送る。
【００５９】
画像処理装置４は、カメラ３が撮影した画像を取り込み、所定の処理を行って、対象コンテナ１２ａ内の廃プラスチック２２を個別に認識する。
【００６０】
材質識別センサ５ａは、対象コンテナ１２ａの停止位置と選別シュート１１の設置位置の中間に設けられており、赤外線照射装置とその反射光を検知する検出器を一体としたセンサである。
【００６１】
識別装置６は、廃プラスチックの材質により赤外線吸収率に差異があることを利用して、材質識別センサ５ａが検知した赤外線の反射スペクトルに基づいて、廃プラスチックの材質をＰＳ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＣ、ＰＥＴ、ＡＢＳ等に容易に識別することができるようになっている。
【００６２】
ハンドリングロボット７は、対象コンテナ１２ａの停止位置の近傍に設けられており、対象コンテナ１２ａ内の廃プラスチックを掴み出し、センサ５ａの視野を通過させた後、所定の選別シュート１１に当該廃プラスチックを投入する。
【００６３】
ロボットコントローラ８は、ハンドリングロボット７に動作を指示する。
【００６４】
そして、制御装置９は、画像処理装置４と識別装置６とロボットコントローラ８を統合し、画像処理装置４による認識情報と識別装置６による識別情報に基づいて、ロボットコントローラ８を通じてハンドリングロボット７の動作を制御する。
【００６５】
上記のように構成された廃プラスチックの選別装置において、コンテナ１２内に積み重なった状態で収容されている廃プラスチック２２をその材質毎に所定の選別シュート１１に仕分けする手順を以下に説明する。
【００６６】
まず、ローラコンベア１０ａ上の対象コンテナ１２ａを加振機２の上方の所定位置に停止させ、加振機２によって対象コンテナ１２ａの外面を打撃することにより、対象コンテナ１２ａに所定の振動を加える。これによって、対象コンテナ１２ａ内の廃プラスチック２２は廃プラスチック同士の相対位置を微小に変化させる。
【００６７】
そして、カメラ３によって上方から撮影された対象コンテナ１２ａ内部の画像を画像処理装置４に送る。
【００６８】
そして、画像処理装置４は、第１の実施形態で示したと同様の処理フローによって、微小時間Δｔの間隔で得られた画像マトリックスＭ（ｔ）と画像マトリックスＭ（ｔ＋Δｔ）とから画素毎の速度ベクトルＶｉ（ｔ）を演算し、速度ベクトルＶｉ（ｔ）が等しい画素同士をグルーピングすることにより、それぞれの廃プラスチック２２の位置を個別に認識し、その認識情報を制御装置９に送る。
【００６９】
そして、制御装置９はその認識情報に基づいて、対象の廃プラスチック２２の位置情報をロボットコントローラ８に伝達する。
【００７０】
そして、ロボットコントローラ８は、制御装置９からの位置情報に基づいて、ハンドリングロボット７に動作を指示し、ハンドリングロボット７は、その指示に基づいて、対象コンテナ１２ａ内から対象の廃プラスチック２２を掴み取り、当該廃プラスチック２２を材質識別センサ５ａの視野を通過させる。
【００７１】
そして、材質識別センサ５ａが検知した赤外線の反射スペクトルに基づいて、識別装置６は、廃プラスチック２２の材質がＰＳ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＣ、ＰＥＴ、ＡＢＳ等のいずれであるか識別する。
【００７２】
そして、その材質情報が制御装置９に送られ、制御装置９はロボットコントローラ８にその材質情報に対応した選別シュート１１を指定する。
【００７３】
そして、ロボットコントローラ８はハンドリングロボット７に指示して、当該廃プラスチック２２をその材質情報に対応した選別シュート１１に投入させる。
【００７４】
以下、上記の手順を繰り返して、順次、対象コンテナ１２ａ内の廃プラスチック２２を選別し、対象コンテナ１２ａが空になるまで続ける。対象コンテナ１２ａが空になったかどうかはカメラ３による画像によって判定することも可能であるが、より簡便にはロードセル等によって対象コンテナ１２ａの重量をモニタして、対象コンテナ１２ａの重量が所定の閾値未満になったときに空になったと判定するようにしても良い。
【００７５】
このようにして、この実施形態においては、コンテナ１２内に積み重なった状態で収容されている廃プラスチック２２を、整列装置や切出し装置を用いなくとも、その材質毎に所定の選別シュート１１に精度良く仕分けることができる。
【００７６】
なお、この実施形態では、廃プラスチックの材質選別を行っているが、材質識別センサ５ａに替えて色識別センサを用いることにより、空びんの色選別等を行うことも可能である。
【００７７】
また、予め多種類のセンサを用意しておき、例えば、曜日毎や時間毎に異なる種類の廃棄物を同一の選別装置で選別することも可能である。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、複数個の対象物が密集したり重なり合った状態においても、個々の対象物の存在とその位置を個別に認識することができる。
【００７９】
したがって、対象物を整列させたりほぐしたりするための整列装置や切出し装置の設置が不要となり、処理装置全体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における処理フロー図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における画像処理手順の説明図である。
【図４】本発明に係る第２の実施形態の説明図である。
【図５】本発明に係る第３の実施形態の説明図である。
【符号の説明】
１振動テーブル
１ａテーブル
２加振機
３カメラ
４画像処理装置
５センサユニット
５ａ材質識別センサ
６識別装置
７ハンドリングロボット
８ロボットコントローラ
９制御装置
１０コンベア
１０ａローラコンベア
１１選別シュート
１２コンテナ
１２ａ対象コンテナ
２０対象物
２１廃棄物
２２廃プラスチック

Claims

複数個の物体を個別に認識するための個別認識方法であって、複数個の物体に同時に振動を加え、振動を加えられている複数個の物体を時間を隔てて撮影し、この時間を隔てて撮影された画像から画像を形成する画素毎の速度ベクトルを求め、該速度ベクトルが等しい画素群を１つの物体として認識することを特徴とする物体の個別認識方法。
複数個の物体を個別に認識するための個別認識装置であって、複数個の物体に同時に振動を加える加振手段と、該加振手段により振動を加えられている複数個の物体を撮影する撮像手段と、該撮像手段が時間を隔てて撮影した画像から画像を形成する画素毎の速度ベクトルを求め、該速度ベクトルが等しい画素群を１つの物体として認識する画像処理手段とを有することを特徴とする物体の個別認識装置。