JP3989671B2

JP3989671B2 - 農産物の外観検査装置

Info

Publication number: JP3989671B2
Application number: JP2000226552A
Authority: JP
Inventors: 誠司仲村
Original assignee: 株式会社マキ製作所
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: JP2002039947A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、みかんやリンゴ等の農産物を選別包装する設備において用いられる農産物の外観検査装置に関し、詳しくは、搬送コンベアなどの上を連続的に高速で搬送される農産物の外観に係わる情報を個々の農産物別に確実に抽出することができる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、果実や蔬菜類などの農産物の大きさや品質等は取引市場における評価の基準となっており、その評価は市場での取り扱い価格に反映する。またその取引市場での対価を生産者の収入に反映させるため、各農産物は評価が概ね揃ったもの別に仕分けて包装するように取り扱われている。
【０００３】
そしてこのような取り扱いを有効に実現するために、農産物が生産者の手を離れて取引の流通過程に移行する時点である生産現場に近接した地域に隣接した選果場において、農産物の上記評価が行なわれている。そして、生産者から持ち込まれる農産物の選別仕分けは、近時においては機械化，自動化した設備により行なわれている。
【０００４】
農産物の選別仕分けの要素は、農産物の大きさや形状などの階級要素、表面の傷や色などの等級要素等であり、これらの要素の優劣や大小を機械化，自動化した設備で判別（判定）するために、農産物の外観を撮像することが一般に行なわれている。
【０００５】
農産物の外観撮像のための装置は、種々のカメラからなる撮像手段、撮像を有効に行なうための照明手段、農産物外観のできるだけ広い面積を撮像するために設置されるミラーなどの光学系手段、などによって構成され、種々に工夫された提案も従来からされている。
【０００６】
例えば、農産物の外観をできるだけもれなく撮像することを目的として、搬送される農産物の上面画像、右及び左の斜め前側面から右及び左の斜め後側面に渡る側面画像の合計５画面を撮像する装置の提案がある（特公平７−９９３２６号公報、特公平６−１０３１７０号公報）。
【０００７】
また、球塊状等の転がり易い農産物が重なって搬送されることがあるような搬送手段を用いた場合に、平面積と高さの関係で扁平度合を調べ、これが一定の値を越えている場合は隣接する農産物が重なっている異常搬送状態と判断する装置の提案もされている（特開昭６２−２６６１８８号公報）。この装置は、搬送される農産物の画像が各個別のものであるか否かを判別するのに効果を示すが、搬送の対象物や態様が転がり易い特別なものであり、農産物を前後に離隔して一列に搬送するのが普通になっている近時の設備では有用性は高くない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特開昭６２−２６６１８８号公報の問題とは事情は全く異なるが、搬送コンベアなどで連続的に搬送されている農産物を撮像した外観の情報が個々の農産物別に独立していないことが、近時の改良された外観検査装置において問題になる場合のあることを本発明者は知見した。
【０００９】
これは次のように説明される。すなわち、農産物の外観検査を能率よく、かつ精度よく行なうことが求められて、上記した種々の提案等がされてきており、このために例えば前者の検査作業の効率的運用の実現のために、搬送コンベア等による搬送速度の高速化（スピードアップ）や、搬送方向前後の農産物の間隔の接近により、単位時間当たりの処理個数の向上が図られている。また検査の精度を向上させるために、上述した５画面撮像方式などにより、撮像する外観の面積をできるだけ広範囲にすることが採用されてきている。
【００１０】
しかし、５画面撮像方式で行なう農産物の側面画像の撮像方法は、搬送方向に直交する方向から行なうのではなくて、搬送される農産物の斜め前方と斜め後方とから、該農産物の搬送を走査方向としてラインセンサで検出するのが普通であり、一般的には搬送方向に対して４５°程度に傾斜した方向をその撮像視野としている。この場合、仮に農産物が一列に搬送されているとしても、農産物の大きさ、農産物の搬送横方向の位置ズレなどから、一つの農産物の外観撮像の視野を前又は後の農産物が遮蔽しないようにするための幾何学的な解析から明らかであるように、前後の農産物が搬送間隔にある程度の長さ（距離）離間していることが必要になる。そしてこの前後農産物間の距離（離間間隔）は、大きいほど上記視野が遮られる虞れは少なくなるので好ましいが、反面において、同離間間隔が大きいことは、単位時間当たりの処理個数を少なくすることになるので好ましくない。なお、上記の「視野が遮られる」というのは、ある一つの農産物の側面画像と、その前又は後の農産物の側面画像とが連接して区別がつかないことを意味する。またこの問題は、搬送方向に対して斜めに外観を撮像する側面画像において特有に発生するものであり、上面（平面）画像では生じない。
【００１１】
上記の問題についての対処としては、例えば、搬送前後の農産物の側面画像の連接がほとんど起こらない程度にその離間間隔を設定し、例外的にそのような側面画像の連接が生じた場合には、計測不良としてこれに該当する農産物を外観検査の搬送路の始端側に戻す（リターンする）ことが考えられるが、しかしかかる設定を実装置で行なうことは必ずしも容易でないし、リターンの個数が多くなれば単位時間当たりの処理量が低下することにつながる。
【００１２】
しかも、搬送方式にもよるが、搬送される農産物の前後離間の間隔は、コンベアの振動によって変化することもあるし、搬送横方向にズレることが影響するという問題もあることに加えて、同じみかんであっても径の小さいものと径の大きいものとでは、前後離間の間隔が同じでも、上記の「視野の遮り」に対する影響は違うという問題もある。
【００１３】
更に加えて、圃場の管理がゆきとどいている産地で生産されるものは、比較的品質が安定しているために、過度，過剰な装置を設備することの費用負担を低減することが優先する場合もある。
【００１４】
本願発明は、以上のようなさまざまな問題を考えて、求められる範囲でより有効な農産物の外観検査装置の提供を目的としてなされたものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を実現する第１の構成は、請求項１に記載のように、多数の農産物を前後に離間して搬送する搬送手段と、撮像位置を通過する該搬送手段上の各農産物の外観を撮像する外観撮像手段と、前記外観撮像手段で撮像した農産物の外観画像信号に基づいて当該農産物の選別情報を得る画像信号処理系と、前記撮像位置よりも搬送方向上流側に設けた農産物検出位置を前記搬送手段上の農産物が通過するのを検出する通過センサと、を有し、前記外観撮像手段を、前記撮像位置を通過する農産物の側面を搬送方向斜め前方及び後方から撮像する側面画像撮像光学系と、該側面画像撮像光学系を介して側面画像が結像されて側面画像信号を出力する変換手段とにより構成した農産物の外観検査装置であって、前記通過センサが農産物の通過を検出している間に出力された検出信号に基づいて設定した農産物の搬送方向における検出領域に対し、搬送方向の前後に側面画像の撮像限界を示す所定長さの検出限界領域をそれぞれ設定し、先行する農産物の後方検出限界領域と後続する農産物の前方検出限界領域とが重なる場合には、先行する農産物の側面を撮像する際に該重なった範囲を画像非検出範囲として画像の取込みを行わない画像信号除去手段を有することを特徴とする。
【００１６】
上記において、搬送手段はベルト式，バケット式などのコンベアや、いわゆるフリートレイと称される受皿の上に農産物を載せて搬送させるフリートレイ式のもののいずれであってもよい。
【００１７】
外観撮像手段は、上記特公平７−９９３２６号公報で開示されている反射ミラー等からなる画像撮像光学系と、該光学系からの光信号を電子化した情報に置換するラインセンサ型ＣＣＤカメラ等の変換手段とを組み合わせたものを好ましく用いることができ、少なくとも側面画像撮像手段としては、農産物搬送方向の斜め前方及び斜め後方から、搬送される農産物を、その搬送方向の動きを横方向の走査ラインとして上下方向に連続的に走査する２画面（両側で４画面）を撮像するものとされる。これらにより撮像される側面画像は、球塊状である農産物の撮像では、その撮像画像の分解精度を平面画像と同じとするためには撮像画面の長さが、直径２ｒ（ｒは半径）よりも長いπｒとなるので、仮に平面画像を円形とすれば、側面画像（斜め前方及び斜め後方のいずれも同じ）は搬送方向に長円形になって長くなる。
【００１８】
前後農産物の側面画像の取込みは、例えば、搬送手段上に農産物が有るか無いかを検出する通過検出センサを利用して、該通過検出センサの検出領域の前後に若干の膨張領域を設定することで、検出領域限界を決め、この膨張した検出限界領域が前後の農産物の間で重なる範囲を、画像非検出範囲とする。
【００１９】
本発明の目的を実現する第２の構成は、上記した第１の構成で、前記側面画像撮像光学系は、農産物の搬送経路の搬送横方向の両側に設置されていることを特徴とする。
本発明の目的を実現する第３の構成は、請求項３に記載のように、上記したいずれかの構成で、前記側面画像撮像光学系と前記変換手段とを有する側面外観撮像手段を、前記変換手段はラインセンサにより構成し、このラインセンサに撮像光学像を導く前記側面画像撮像光学系の視野を、農産物搬送方向に対して略４５°に傾斜して設置したことを特徴とする。
本発明の目的を実現する第４の構成は、請求項４に記載のように、上記したいずれかの構成で、前記外観撮像手段は、搬送される農産物の平面画像を撮像する平面画像撮像光学系と、農産物の搬送経路の搬送横方向の両側に設置されて、両側から搬送農産物の側面を斜め前方から及び斜め後方からの各側面画像を撮像する４つの側面画像撮像光学系と、を備えた５面撮像型のものであることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施形態１
図１〜図７で示される本例の農産物の外観検査装置は、側面画像信号の取込み系の構成を除けば、撮像光学系などは上述した特公平７−９９３２６号公報に開示のものと実質的に同じであるので、それを参照するものとして簡単に説明する。
【００２１】
図１において、１は搬送コンベア、２はリンゴ等の外観を検査される農産物、３はカメラであり、図示しない照明光学系により照明された農産物２の外観画像は、多数のミラーによって構成される撮像光学系により該カメラ３に導かれて電子化された画像信号として取込まれる。なお、５１〜５３は平面画像のためのミラー系を示し、６１，６２は搬送方向斜め前方から農産物２の側面画像を撮像するためのミラー系、７１，７２は反対に斜め後方から農産物２の側面画像を撮像するためのミラー系、８１，８２はこれらのミラー系６１，６２及び７１，７２からの画像をカメラ３に導くための反射ミラー系であり、これらは搬送方向の左右に対称的に各一対配置されている。
【００２２】
上記のように構成された外観検査装置における農産物の側面画像の撮像の状態を、図２に示した搬送方向の左斜め前方からの画像撮像の場合を例にして説明すると、農産物２の表面で反射された光線による上下方向のライン状の画像は、まず、第１側面ミラー６１から第２側面ミラー６２に反射され、次に上方に配置されている第３側面ミラー８１から第４側面ミラー８２を経て、カメラ３のレンズ３０１を通してラインセンサ３０２上の割り当てられた撮像素子面上に結像し、電子化した信号として取込まれる。この結像は、搬送コンベア１による搬送に伴って連続的な画像として取込まれる。
【００２３】
同様にして、右斜め前方の側面画像、左右斜め後方からの側面画像も、カメラ３のレンズ３０１を通してラインセンサ３０２上の割り当てられた撮像素子面上に結像し、電子化した信号として取込まれ、また平面画像も取り込まれて、全体として一つの農産物について図３に示しているように５画面（平面画像Ａ、左斜め前方画像Ｂ_Ｌ、右斜め前方画像Ｂ_Ｒ、左斜め後方画像Ｃ_Ｌ、右斜め後方画像Ｃ_Ｒ）の外観撮像画像が電子化した信号として取込まれることになる。
【００２４】
そして、搬送方向に連続して搬送される前後の農産物２の側面画像が連接する限界は、図４に示すように、搬送方向に対して斜めに撮像する視野が途切れるか否かの離間距離Ｄであり、実際の離間距離が該長さＤよりも大きければ前後農産物の側面画像は途切れることになるが、実際には前後農産物の搬送横方向の位置ずれｄの影響などもあって、より大きな離間距離をもつようにしないと画像の連接の影響は避けられない。
【００２５】
以上の構成において、本例においては、側面画像の取込みのために次の構成を採用しているという特徴がある。
【００２６】
すなわち、本例においては、図５の左方向から右方向に農産物２を搬送するにあたり、その外観撮像位置に設置されたカメラ３の搬送上流側の所定位置に通過検出センサ４（搬送横方向の光線の遮りにより物有りを検知するセンサ）を配置し、該センサ４により物有りが検出されている信号（ａ）を検出する。そして、この検出信号により示される農産物の長さＬの間出力される信号と共に、該信号に対しその前側に＋αの長さだけシフトした信号（ｂ：農産物の長さを示す信号長は同じ（Ｌ）であるが、α分だけ搬送方向前側にずれているシフト信号）と、後側に−αの長さだけシフトした信号（ｃ：農産物の長さを示す信号長は同じ（Ｌ）であるが、α分だけ搬送方向後側にずれているシフト信号）を作り出し、これらの三つの信号（ａ）〜（ｃ）から、（ｂ），（ｃ）信号の排他的論理和（回路的に言えばＸＯＲ回路）の出力と、上記（ａ）信号との論理和とで、画像の取込みを行なう領域を設定するようにしている。なお、これらの信号（ａ）〜（ｃ）の情報は外観撮像位置の画像取込み制御系に送られ、搬送コンベアの送り速度を厳密に管理するエンコーダやパルスモータ等の送り制御手段を利用してその操作タイミングが管理される。
【００２７】
つまり上記の構成における（ａ）〜（ｃ）の信号は、農産物の側面画像を取込む画像領域を決めるために用いられ、（ａ）信号が出力されている領域については必ず農産物の外観側面画像が、カメラ３によって取込まれる。
【００２８】
一方この領域を外れた領域においては、農産物の外観側面画像がカメラ３によって取込まれるのか否かは、（ｂ）信号の出力状態と（ｃ）信号の出力状態によって変化することになる。
【００２９】
これらのことを更に説明すると、図６に示しているように、搬送される農産物の離間間隔が十分に広い（長い）場合には、一つの農産物についての平面画像の撮像Ａの長さと、これを長さ方向に拡張して撮像した側面画像Ｂ，Ｃとの長さと、実際に撮像画像として取込む画像長さの関係は以下のようになる。
【００３０】
すなわち、上記したカメラ３の外観撮像位置よりも搬送上流側の所定位置に物有検出センサ４で検出された農産物の搬送方向長さＬの信号（ａ）と、その搬送方向の前及び後にαだけシフトした長さＬは同じ信号（ｂ）及び信号（ｃ）とから、［（ａ）ＯＲ［（ｂ）ＸＯＲ（ｃ）］］の論理式により抽出して得られる取込み画像領域の信号は、搬送前後の農産物の側面画像が連接しない場合には（α＋Ｌ＋α）の長さになる。したがって、一つ一つの農産物について全領域の５画面の画像（側面画像を含む）を取込むことができる。
【００３１】
一方、図７に示しているように、搬送される農産物の離間間隔が狭い（短い）場合には、前（先行）に搬送されている農産物の後方にシフトされた信号（ｃ）に対して、その後ろで搬送されている農産物の前方にシフトされた信号（ｂ）が重なることになり、上記［（ｂ）ＸＯＲ（ｃ）］の論理式により、この重なる部分（△α_１）の信号はキャンセルされ、また同部分には信号（ａ）も出力されていないので［（ａ）ＯＲ［（ｂ）ＸＯＲ（ｃ）］］からの出力はゼロ（画像取込み信号なし）ということになる。なお、α−△α_１＝△α_２の部分は画像取込みの信号が出力される。
【００３２】
このようにして、搬送が前後する農産物の側面画像が連接する場合に、本例の装置においては自動的に画像取込みをしない領域が設定されることになるので、搬送前後の農産物の側面画像が連接することがなくなる。そして、このような画像の取込み態様が、農産物の外観撮像に基づく選別仕分けのために求められる精度の要求を満たす場合には、単位時間当たりの処理量を低減することなく処理を実行できるので、対費用効果の観点からして、廉価な設備で要求される性能を満足できて、工業的に極めて優れた効果を奏することができる。
【００３３】
なお、連接部分の長さがあまりに大きく（長く）なる場合には、例えば予め定めた閾値との比較により不適当な農産物を検出し、必要に応じて、始端側にリターンするように処理することもできる。
【００３４】
以上のように、本例によれば、農産物の外観検査精度と処理効率をバランスした有効な外観検査を実行することができ、工業的な農産物の選別仕分けに優れた効果を奏することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本願の発明によれば、外観検査装置の処理能力を優先して、連続して搬送される農産物の前後の離間間隔をできるだけ小さくしながら、側面画像が連接してしまう前後の農産物についての側面画像に関する撮像画像を、いずれかの側に偏ることなく画像分離することができるという効果が奏される。
【００３６】
そして、かかる方式，装置を採用することによって、農産物の外観検査の処理能力と精度を、一方に偏ることなくバランスして向上させることができるという効果が奏され、特に、比較的品質が安定している圃場で生産される農産物については、極めて優れた処理速度を実現することができて、要求される処理能力の対費用コストを軽減できる利点が得られる。
【００３７】
また別の言い方をすれば、搬送前後の農産物の離間間隔の誤差や搬送横方向のズレ等があっても、農産物の選別仕分けの精度に大きな影響を与えることなく、効率のよい処理を実現することができるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する農産物の外観検査装置の一例概要を示した斜視説明図、
【図２】図１における農産物側面画像の撮像態様を説明する斜視説明図。
【図３】農産物の５画面撮像領域を示した図。
【図４】搬送前後の農産物の側面画像が連接する場合を説明する図。
【図５】実施形態１における農産物の画像撮像の操作状態を説明する図。
【図６】実施形態１における搬送前後の農産物の離間距離が長い場合の説明図。
【図７】実施形態１における搬送前後の農産物の離間距離が短い場合の説明図。
【符号の説明】
１：搬送コンベア
２：農産物
３：カメラ
３０１：レンズ
３０２：ラインセンサ
６１，６２：搬送方向斜め前方から農産物の側面画像を撮像するミラー系
７１，７２：搬送方向斜め後方から農産物の側面画像を撮像するミラー系
８１，８２：反射ミラー系
Ａ：平面画像
Ｂ：斜め前方の側面画像
Ｃ：斜め後方の側面画像

Claims

多数の農産物を前後に離間して搬送する搬送手段と、撮像位置を通過する該搬送手段上の各農産物の外観を撮像する外観撮像手段と、前記外観撮像手段で撮像した農産物の外観画像信号に基づいて当該農産物の選別情報を得る画像信号処理系と、前記撮像位置よりも搬送方向上流側に設けた農産物検出位置を前記搬送手段上の農産物が通過するのを検出する通過センサと、を有し、
前記外観撮像手段を、前記撮像位置を通過する農産物の側面を搬送方向斜め前方及び後方から撮像する側面画像撮像光学系と、該側面画像撮像光学系を介して側面画像が結像されて側面画像信号を出力する変換手段とにより構成した農産物の外観検査装置であって、
前記通過センサが農産物の通過を検出している間に出力された検出信号に基づいて設定した農産物の搬送方向における検出領域に対し、搬送方向の前後に側面画像の撮像限界を示す所定長さの検出限界領域をそれぞれ設定し、先行する農産物の後方検出限界領域と後続する農産物の前方検出限界領域とが重なる場合には、先行する農産物の側面を撮像する際に該重なった範囲を画像非検出範囲として画像の取込みを行わない画像信号除去手段を有することを特徴とする農産物の外観検査装置。
前記側面画像撮像光学系は、農産物の搬送経路の搬送横方向の両側に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の農産物の外観検査装置。
前記側面画像撮像光学系と前記変換手段とを有する側面外観撮像手段を、前記変換手段はラインセンサにより構成し、このラインセンサに撮像光学像を導く前記側面画像撮像光学系の視野を、農産物搬送方向に対して略４５°に傾斜して設置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の農産物の外観検査装置。
前記外観撮像手段は、搬送される農産物の平面画像を撮像する平面画像撮像光学系と、農産物の搬送経路の搬送横方向の両側に設置されて、両側から搬送農産物の側面を斜め前方から及び斜め後方からの各側面画像を撮像する４つの側面画像撮像光学系と、を備えた５面撮像型のものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の農産物の外観検査装置。