JP3983723B2

JP3983723B2 - 種子選別装置

Info

Publication number: JP3983723B2
Application number: JP2003289940A
Authority: JP
Inventors: 文弘小川; 聡子平原
Original assignee: Daiichi Jitsugyo Viswill Co Ltd
Current assignee: Daiichi Jitsugyo Viswill Co Ltd
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: JP2005058038A

Description

本発明は、種子を選別する種子選別装置に関する。

従来より、種子の遺伝的な特質の種子選別装置として、種子の表面模様の状態を計測および２値化し、この２値化画像と予め記憶装置に記憶されている種子の基準分布値とを比較することにより種子選別を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許第３３３４００３号公報

しかしながら、上記種子選別装置では、種子の表面模様の画像を白黒の２値化画像に変換して種子選別を行うので、表面状態が同じでかつ色彩が異なる種子に対しては種子選別が困難であった。

また、種子の色彩選別をカラーセンサーで行う種子選別装置があるが、同一種子内での色彩のむらがある場合に正確な種子の色彩選別が困難であった。さらに、種子の周囲または内部のすじ部に色彩を有さない白い部分が存在する場合にも、正確な種子の色彩選別が困難であった。

本発明の目的は、様々な種子の選別を正確に行うことができる種子選別装置を提供することである。

本発明に係る種子選別装置は、種子を選別する種子選別装置であって、種子を第１の方向に搬送する搬送手段と、搬送手段により搬送される種子の画像を入力する画像入力手段と、第１の方向と交差する第２の方向において画像入力手段により入力された画像の輝度が所定レベル以下となる幅を検知有効幅として検出し、検出した検知有効幅に基づいて画像入力手段により種子の画像が入力されているか否かを判定する判定手段と、画像入力手段により種子の画像が入力されていると判定手段により判定されている場合に、画像入力手段により入力された種子の画像において、予め設定された範囲の輝度値を有する領域を抽出し、抽出された領域における輝度値の度数分布を作成する度数分布作成手段と、画像入力手段により種子の画像が入力されていると判定手段により判定されている場合に、画像入力手段により入力された種子の画像において、種子の周囲長および面積を算出し、算出された周囲長および面積に基づいて複雑度を算出する複雑度算出手段と、画像入力手段により種子の画像が入力されていると判定手段により判定されている場合に、画像入力手段により入力された種子の画像において、第１の方向の長さを種子長さとして算出する長さ算出手段と、度数分布作成手段により作成された度数分布、複雑度算出手段により算出された複雑度および長さ算出手段により算出された種子長さに基づいて種子を選別する選別手段とを備えたものである。

ここで、複雑度とは、種子が円形に近い程度または円形から離れた程度を表わし、周囲長と面積との比に比例する値または面積と周囲長との比に比例する値で表わされる。

本発明に係る種子選別装置においては、搬送手段により種子が第１の方向に搬送され、搬送される種子の画像が画像入力手段によって入力される。第１の方向と交差する第２の方向において画像入力手段により入力された画像の輝度が所定レベル以下となる幅が検知有効幅として検出され、検出された検知有効幅に基づいて画像入力手段により種子の画像が入力されているか否かが判定手段により判定される。画像入力手段により種子の画像が入力されていると判定されている場合に、入力された種子の画像において、予め設定された範囲の輝度値を有する領域が度数分布作成手段により抽出され、抽出された領域における輝度値の度数分布が作成される。また、画像入力手段により種子の画像が入力されていると判定されている場合に、画像入力手段により入力された種子の画像において、種子の周囲長および面積が算出され、算出された周囲長および面積に基づいて複雑度算出手段により複雑度が算出される。さらに、画像入力手段により種子の画像が入力されていると判定されている場合に、画像入力手段により入力された種子の画像において、第１の方向の長さが種子長さとして長さ算出手段により算出される。複雑度算出手段により算出された種子の周囲長および面積に基づく複雑度、度数分布作成手段により作成された輝度値の度数分布および長さ算出手段により算出された種子長さに基づいて、選別手段により種子の選別が行われる。

それにより、ある一定の範囲内の輝度値に基づいて選別を行うことができる。その結果、同一種子内で色彩のむらがある場合や種子の周囲または内部のすじ部に色彩を有さない部分が存在する場合にも、正確な種子の選別が可能となる。

また、複雑度および輝度値の度数分布に基づいて選別を行うことにより、種子色が同じで種子形状が異なる場合あるいは種子形状が同じで種子色が異なる場合においても種子の正確な選別を行うことができる。さらに、種子と異物とを選別することも可能となる。また、長さ算出手段により算出された種子長さを用いることによって、形状および色彩が類似しかつ大きさが異なる種子を選別できる。

選別手段は、度数分布作成手段により作成された度数分布において最も高い度数を有する輝度値を抽出する最頻輝度抽出手段と、予め設定された輝度の基準値を記憶する第１の記憶手段と、最頻輝度抽出手段により抽出された最頻輝度値を第１の記憶手段に記憶された輝度の基準値と比較する第１の比較手段と、予め設定された複雑度の基準値を記憶する第２の記憶手段と、複雑度算出手段により算出された複雑度を第２の記憶手段に記憶された複雑度の基準値と比較する第２の比較手段と、第１の比較手段の比較結果および第２の比較手段の比較結果に基づいて種子が所定の種類であるか否かを判定する判定手段とを含んでもよい。

この場合、最頻輝度抽出手段により抽出された最頻輝度値と第１の記憶手段に記憶された輝度の基準値とが第１の比較手段により比較され、複雑度算出手段により算出された複雑度と第２の記憶手段に記憶された複雑度の基準値とが第２の比較手段により比較される。さらに、第１の比較手段の比較結果および第２の比較手段の比較結果に基づいて種子が所定の種類であるか否かが判定手段により判定される。第１の記憶手段に記憶させる輝度の基準値および第２の記憶手段に記憶させる複雑度の基準値をそれぞれ任意に変更することにより、種々の種子を選別することが可能となる。

輝度基準値算出処理時に、複数種類の種子について最頻輝度抽出手段により抽出される最頻輝度値の度数分布を作成し、度数分布における複数のピークに基づいて輝度の基準値を算出する基準値算出手段をさらに備えてもよい。

この場合、複数の輝度値のピークより自動的に輝度の基準値が算出されるので、輝度の基準値を設定する作業が不要となり、作業効率が向上する。

画像入力手段は、第２の方向に沿った直線状の領域を撮像するラインセンサを含んでもよい。

この場合、搬送手段により第１の方向に搬送されている種子の画像がラインセンサにより正確かつ瞬時に撮像される。それにより、種子の高速かつ正確な選別が可能となる。

本発明に係る種子選別装置によれば、ある一定の範囲内の輝度値に基づいて選別を行うことができる。その結果、同一種子内で色彩のむらがある場合や種子の周囲または内部のすじ部に色彩を有さない部分が存在する場合にも、正確な種子の選別が可能となる。

また、複雑度および輝度値の度数分布に基づいて選別を行うことにより、種子色が同じで種子形状が異なる場合あるいは種子形状が同じで種子色が異なる場合においても種子の正確な選別を行うことができる。さらに、種子と異物とを選別することも可能となる。

以下、本実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本実施の形態に係る種子選別装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、種子選別装置１００は、ラインセンサカメラ１、画像処理装置２、制御部３、ディスプレイ４、キーボード５および選別吸引装置６を含む。

ラインセンサカメラ１は、主としてＣＣＤ（電荷結合素子）ラインセンサおよびレンズを含み、ベルトコンベア（図示せず）上の種子を撮像し、その出力輝度データを画像処理装置２に出力する。また、ラインセンサカメラ１は、ベルトコンベアの移動方向に直交する直線状の領域を撮像するように設けられている。ラインセンサカメラ１の出力輝度データは、撮像される直線状の領域の輝度値を表している。

ラインセンサカメラ１は、上記直線状の領域に沿って２０４８個の画素を有する。ラインセンサカメラ１の各画素は、上記直線状の領域における５０μｍ×５０μｍの正方形の領域の平均輝度値を測定する。

画像処理装置２は、ラインセンサカメラ１の出力輝度データを処理する。制御部３は、パーソナルコンピュータ等からなり、画像処理装置２および選別吸引装置６を制御する。

制御部３には、ディスプレイ４およびキーボード５が接続されている。また、選別吸引装置６は、ノズルからなり制御部３からの指令信号によりベルトコンベア上の種子を吸引することによって選別を行う。

図２は図１のラインセンサカメラ１により種子の検知方法を示す図である。図２（ａ）は種子の画像の一例を示す平面図であり、図２（ｂ），（ｃ）はラインセンサカメラ１の出力輝度データを示す波形図である。図２（ｂ），（ｃ）の横軸は時間を示し、縦軸は輝度値を示す。

図２（ａ）に示すように、種子１０の画像においては、外周部１０ｂおよびすじ部１０ｃは、表面１０ａに比べ輝度値が高い。ここで、表面１０ａとは、外周部１０ｂおよびすじ部１０ｃを除く種子１０の領域をいう。

本実施の形態では、ラインセンサカメラ１から画像処理装置２に入力された画像の予め設定された輝度値以下が抽出され、抽出された輝度値の度数分布が作成される。すなわち、種子１０の画像において、外周部１０ｂ、すじ部１０ｃおよび種子１０の周囲を除く領域における輝度値の度数分布が作成される。

ラインセンサカメラ１により種子１０が矢印Ｕの方向に走査される。本実施の形態においては、種子１０が矢印Ｖの方向に移動しつつラインセンサカメラ１による走査が繰り返し行われる。それにより、種子１０が矢印Ｖの方向における一端部から他端部に約５０ライン分走査される。この場合、制御部３により１ラインの走査ごとに図２（ｂ），（ｃ）に示すような波形が得られる。

ここで、輝度値が予め設定された検知有効レベル以下となる領域の幅を検知有効幅とする。

図２（ｂ）に示すように、検知有効幅が予め設定されているしきい値よりも小さいときには、制御部３により種子１０がラインセンサカメラ１下を通過中でないと判定される。

また、図２（ｃ）に示すように、３ライン分連続して検知有効幅がしきい値よりも大きいときには、制御部３により種子１０がラインセンサカメラ１下を通過中であると判定される。

図３は種子１０の輝度値の度数分布の一例を示す模式図である。図３に示すように、横軸は輝度値を示し、縦軸は出現画素数を示す。

予め設定された輝度値以下の画像の領域に対して制御部３により種子１０の輝度値の度数分布が作成される。ここで、出現画素数が最大となる輝度値が最頻輝度値である。

本実施の形態では、最頻輝度値を予め設定された輝度基準値と比較することにより２種類の種子１０を選別する。

図４は制御部３の輝度基準値算出処理を示すフローチャートである。図５は複数の種子１０の最頻輝度値分布の一例を示す模式図である。本実施の形態では、形状が同じで中央部が黒色と茶色の２種類の種子１０を選別する。

輝度基準値算出処理では、複数の種子１０の最頻輝度値から最頻輝度値分布を作成し、最頻輝度値分布における黒色の種子１０および茶色の種子１０の２つのピーク値から輝度基準値を算出する。この場合、後述する種子選別処理を行う前に、輝度基準値算出処理を行うことによって自動的に輝度基準値が設定される。

図４に示すように、制御部３は、ラインセンサカメラ１の出力輝度データを読み込む（ステップＳ１）。

次に、制御部３は、ラインセンサカメラ１の出力輝度データにおいて、３ライン分連続して検知有効幅がしきい値を上回ったか否かを判別する（ステップＳ２）。３ライン分連続して検知有効幅がしきい値を上回っていない場合、制御部３は、ラインセンサカメラ１の出力輝度データを読み込み続ける。

３ライン分連続して検知有効幅がしきい値を上回った場合、制御部３は、予め設定されている輝度値以下を抽出し、抽出された輝度値の度数分布の計測を開始する（ステップＳ３）。

次に、制御部３は、検知有効幅がしきい値を下回ったか否かを判別する（ステップＳ４）。検知有効幅がしきい値を下回っていない場合、制御部３は、検知有効幅がしきい値を下回るまで判別し続ける。

検知有効幅がしきい値を下回った場合、制御部３は、輝度値の度数分布の計測を終了する（ステップＳ５）。それにより、輝度値の度数分布が作成される。続いて、制御部３は、作成された輝度値の度数分布における最頻輝度値を抽出する（ステップＳ６）。

次に、制御部３は、作業の終了が指示されたか否かを判別する（ステップＳ７）。作業の終了が指示されていない場合、ステップＳ１に戻りステップＳ１からＳ７の処理を繰り返す。

作業の終了が指示された場合、制御部３は、図５の最頻輝度値分布を作成する（ステップＳ８）。図５の横軸は最頻輝度値を示し、縦軸は種子個数を示す。次に、制御部３は、図５の最頻輝度値分布に基づいて輝度基準値を算出する（ステップＳ９）。この場合、図５において、最頻輝度値分布の２つのピークにおける最頻輝度値からＡおよびＢが算出され、この最頻輝度値ＡおよびＢを用いて式（Ａ＋Ｂ）／２から輝度基準値が算出される。

図６および図７は制御部３の種子選別処理を示すフローチャートである。なお、本実施の形態においては、黒色の種子１０を吸引することにより種子選別を行う。また、後述の種子長さの基準範囲である長さ基準範囲および複雑度の基準範囲である複雑度基準範囲は、予め行った試験の結果を手動入力することにより設定される。

図６に示すように、制御部３は、ラインセンサカメラ１からライン毎に出力輝度データを読み込む（ステップＳ２１）。

次に、制御部３は、ラインセンサカメラ１の出力輝度データにおいて、３ライン分連続して検知有効幅がしきい値を上回ったか否かを判別する（ステップＳ２２）。３ライン分連続して検知有効幅がしきい値を上回っていない場合、制御部３は、ラインセンサカメラ１の出力輝度データを読み込み続ける。

３ライン分連続して検知有効幅がしきい値を上回った場合、制御部３は、検知有効幅がしきい値を下回っているか否かを判別する（ステップＳ２３）。検知有効幅がしきい値を下回っていない場合、制御部３は、読み込んだラインの出力輝度データにおいて、予め設定された輝度値以下の領域を抽出する（図７のステップＳ２４）。

次に、制御部３は、抽出された領域内の出力輝度データにおいて、輝度値の度数分布を計測する（ステップＳ２５）。

続いて、制御部３は、抽出された領域の周縁部の長さを積算する（ステップＳ２６）。

次に、制御部３は、抽出された領域の面積を積算する（ステップＳ２７）。

次に、制御部３は、抽出された領域のライン数を計測する（ステップＳ２８）。

以後、制御部３は、上記のステップＳ２３において、検知有効幅がしきい値を下回るまでステップＳ２１〜Ｓ２８の処理を繰り返す。

ステップＳ２５の計測結果から種子１０全体の輝度値の度数分布が作成される。また、ステップＳ２６の周縁部の長さの積算結果が種子１０の周囲長に相当する。また、ステップＳ２７における面積の積算結果が種子１０の面積に相当する。さらに、ステップＳ２８におけるライン数の積算結果が種子１０の種子長さに相当する。

ステップＳ２３において、検知有効幅がしきい値を下回った場合、制御部３は、最頻輝度値の抽出を行う（ステップＳ２９）。

次に、制御部３は、最頻輝度値が前述の輝度基準値よりも小さいか否かを判別する（図７のステップＳ３０）。

最頻輝度値が輝度基準値よりも小さい場合、制御部３は、算出された周囲長および面積を用いて複雑度を算出する（ステップＳ３１）。ここで、複雑度はＬ^２／（４πＳ）で表される。Ｌは種子１０の外周部の周囲長であり、Ｓは種子１０の面積である。種子１０が真円形状を有する場合は、複雑度の値は１となる。例えば、種子１０が種子の一種であるリネアリスの場合、複雑度は１．０〜１．３となる。

次に、制御部３は、算出された複雑度が複雑度基準範囲内にあるか否かを判別する（ステップＳ３２）。

算出された複雑度が複雑度基準範囲内にある場合、制御部３は、種子長さが長さ基準範囲内にあるか否かを判別する（ステップＳ３３）。ここで、種子長さとは、測定領域内における１単位ごとの平均輝度値が検知有効レベル以下となる検知有効幅がしきい値以上となるライン数に相当する。

種子長さが長さ基準範囲内にある場合、制御部３は、吸引処理を行う（ステップＳ３４）。この場合、制御部３は、選別吸引装置６に吸引指示の指令信号を送る。

次に、制御部３は、作業の終了が指示されたか否かを判別する（ステップＳ３５）。作業の終了が指示されていない場合、ステップＳ２１に戻り上記の処理を繰り返す。

ステップＳ３０において、最頻輝度値が輝度基準値より大きい場合、ステップＳ３２において、複雑度が基準範囲内にない場合またはステップＳ３３において、種子長さが基準範囲にない場合には、ステップＳ３５に進む。

ステップＳ３５において、作業の終了が指示された場合、種子選別処理が終了する。

上記のように、本実施の形態に係る種子選別装置においては、最頻輝度値および複雑度の値とそれぞれの基準値とを比較することにより種子選別を行うので、種子色が同じで種子形状が異なる場合あるいは本実施の形態のように種子形状が同じで種子色が異なる場合においても正確な種子選別を行うことができる。また、種子１０と異物とを選別することも可能となる。

さらに、最頻輝度値および複雑度とそれぞれの基準値との比較に加え、種子長さと長さ基準値との比較も行うことにより、形状および色彩が類似しかつ大きさが異なる種子１０を選別することもできる。

また、種子１０の色彩がわずかに変化しても輝度基準値算出処理によって輝度基準値が自動的に設定されることにより、種子１０の最頻輝度値と輝度基準値との比較を正確に行うことができるとともに高精度な種子選別が可能となる。

さらに、予め設定された輝度値以下の領域に対して制御部３により種子１０の輝度値の度数分布が作成されることにより、種子１０の外周部１０ｂ、すじ部１０ｃおよび種子１０の周囲のような予め設定された輝度値以上の領域の影響を排除することができる。それにより、種子の高精度な選別が可能となる。

本実施の形態においては、ラインセンサカメラ１が画像入力手段に相当し、選別吸引装置６が選別手段に相当し、制御部３が度数分布作成手段、複雑度算出手段、最頻輝度抽出手段、第１の記憶手段、第２の記憶手段、第１の比較手段、第２の比較手段、判定手段、基準値算出手段および長さ算出手段に相当する。

なお、本実施の形態においては、予め設定された輝度値以下の画像領域に対し、制御部３により種子１０の輝度値の度数分布が作成されることとしたが、これに限定されるものではなく、予め設定された輝度値の一定範囲の画像領域に対し、種子１０の輝度値の度数分布が作成されることとしてもよい。

また、本実施の形態においては、複雑度をＬ^２／（４πＳ）により算出しているが、これに限定されるものではなく、複雑度を上記実施の逆数である（４πＳ）／Ｌ^２により算出してもよい。この場合、図７のステップＳ３２における複雑度の基準範囲は、上記実施の基準範囲の逆数の下限値および上限値よりなる。

また、本実施の形態においては、ラインセンサカメラ１を用いることとしたが、これに限定されるものではなく、エリアセンサカメラを用いてもよい。

本発明は、様々な種子を選別するための種子選別装置等として有用である。

本実施の形態に係る種子選別装置の構成を示すブロック図である。図１のラインセンサカメラにより種子の検知方法を示す図である。種子の輝度値の度数分布の一例を示す模式図である。制御部の輝度基準値算出処理を示すフローチャートである。複数の種子の最頻輝度値分布の一例を示す模式図である。制御部の種子選別処理を示すフローチャートである。制御部の種子選別処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ラインセンサカメラ
３制御部
６選別吸引装置
１０種子
１００種子選別装置

Claims

種子を選別する種子選別装置であって、
種子を第１の方向に搬送する搬送手段と、
前記搬送手段により搬送される種子の画像を入力する画像入力手段と、
前記第１の方向と交差する第２の方向において前記画像入力手段により入力された画像の輝度が所定レベル以下となる幅を検知有効幅として検出し、検出した検知有効幅に基づいて前記画像入力手段により種子の画像が入力されているか否かを判定する判定手段と、
前記画像入力手段により種子の画像が入力されていると前記判定手段により判定されている場合に、前記画像入力手段により入力された種子の画像において、予め設定された範囲の輝度値を有する領域を抽出し、抽出された領域における輝度値の度数分布を作成する度数分布作成手段と、
前記画像入力手段により種子の画像が入力されていると前記判定手段により判定されている場合に、前記画像入力手段により入力された種子の画像において、種子の周囲長および面積を算出し、算出された周囲長および面積に基づいて複雑度を算出する複雑度算出手段と、
前記画像入力手段により種子の画像が入力されていると前記判定手段により判定されている場合に、前記画像入力手段により入力された種子の画像において、前記第１の方向の長さを種子長さとして算出する長さ算出手段と、
前記度数分布作成手段により作成された度数分布、前記複雑度算出手段により算出された複雑度および前記長さ算出手段により算出された種子長さに基づいて種子を選別する選別手段とを備えたことを特徴とする種子選別装置。
前記選別手段は、
前記度数分布作成手段により作成された度数分布において最も高い度数を有する輝度値を抽出する最頻輝度抽出手段と、
予め設定された輝度の基準値を記憶する第１の記憶手段と、
前記最頻輝度抽出手段により抽出された最頻輝度値を前記第１の記憶手段に記憶された輝度の基準値と比較する第１の比較手段と、
予め設定された複雑度の基準値を記憶する第２の記憶手段と、
前記複雑度算出手段により算出された複雑度を前記第２の記憶手段に記憶された複雑度の基準値と比較する第２の比較手段と、
前記第１の比較手段の比較結果および前記第２の比較手段の比較結果に基づいて種子が所定の種類であるか否かを判定する判定手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の種子選別装置。
輝度基準値算出処理時に、複数種類の種子について前記最頻輝度抽出手段により抽出される最頻輝度値の度数分布を作成し、前記度数分布における複数のピークに基づいて前記輝度の基準値を算出する基準値算出手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の種子選別装置。
前記画像入力手段は、
前記第２の方向に沿った直線状の領域を撮像するラインセンサを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の種子選別装置。