JP6131298B2 - 分類方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、食品、特に冷凍食品、とりわけ冷凍された植物質から、ライナーやグローブの材料を含む木質材、ボール紙、プラスチック、及びゴム材等の異物を分類するための分類方法及び装置に関する。
既存の装置は、冷凍食品から異物を識別するために、レーザーを用いた分類器を使用している。しかし、これらの装置には特別な問題がある。つまり、食品と異物とを識別するために、分類すべき各種の食品ごとに視野の設定を変更しなければならないことである。食品ごとに視野の設定を変更しなければならないことが特に問題であるのは、オペレーターが視野の設定の変更をし忘れたり、適切でない設定を使用したりする可能性があるためであり、その場合には、不十分な分類結果となる。また、レーザー分類器は、出力する放射エネルギーが、拡散成分と反射成分とが混ざったもの（ａ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）であるため、ある種の食品の分類にはあまり有効ではない。
可視反射および赤外（ＩＲ）反射を撮像する装置が開発されているが、これらの装置も、分類すべき各種食品ごとの構成が必要であるために不利であり、また特に、ある種の食品と異物とを識別することができない。一例としては、ボルロッティ豆が挙げられる。
本願発明者は、広範囲の食品について、再構成や視野設定をすることなく、異物の分類を可能にする分類方法及び装置を開発した。
理解されるであろうが、装置の再構成をすることなく、広範囲の食品から異物を分類可能であることは、適当でない設定が用いられることにより分類が不十分もしくは無効となる可能性を回避できるという点で、特に有利である。
一つの観点では、本発明は、フロー（流れ、ｆｌｏｗ）から異物を分類する方法を提供する。方法は、フロー内の物体を識別する工程と、識別された各物体につき、少なくとも２つの異なる波長もしくは波長範囲で反射強度を測定する工程と、識別された各物体につき、少なくとも２つの異なる波長もしくは波長範囲での反射強度を参照強度プロファイルと比較する工程とを含み、識別された物体は、少なくとも２つの異なる波長もしくは波長範囲での反射強度が、参照強度プロファイルの所定の領域に含まれる場合、異物とみなされる（特徴付けられる）ことを特徴とする。
一つの実施形態では、フローは、食品のフローである。
一つの実施形態では、食品は、植物質である。
一つの実施形態では、食品は、冷凍されている。
一つの実施形態では、物体を識別する工程は、フローの画像を取得する工程と、画像を処理して、フロー内の物体を識別する工程とを含む。
一つの実施形態では、画像は、可視スペクトル外の、近赤外（ＮＩＲ）から短波長赤外（ＳＷＩＲ）にかけてのスペクトル内にある。
一つの実施形態では、反射強度を測定する工程は、識別された各物体につき、識別された物体から、約８００ｎｍから約１２００ｎｍの範囲の第１の波長で、第１の反射強度を測定する工程と、識別された物体から、約１４７０ｎｍから約１５７０ｎｍの範囲の第２の波長で、第２の反射強度を測定する工程とを含む。
一つの実施形態では、第１の波長は、約８５０ｎｍから約１１１０ｎｍの範囲にある。
一つの実施形態では、第１の波長は、約８５０ｎｍから約９００ｎｍの範囲にある。
一つの実施形態では、第１の波長は、約８５０ｎｍである。
一つの実施形態では、第２の波長は、約１４７０ｎｍである。
一つの実施形態では、参照強度プロファイルは、多次元の強度図により表され、強度図の分離領域（不連続部位、ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｒｅｇｉｏｎ）は、異物を表す。
一つの実施形態では、方法は、フローを、少なくとも１つの照明源で照らす工程をさらに含む。
一つの実施形態では、少なくとも１つの照明源は、可視スペクトルから短波長赤外（ＳＷＩＲ）スペクトルの照明を与える。
一つの実施形態では、少なくとも１つの照明源は、ハロゲン・ランプから構成される。
一つの実施形態では、方法は、異物と識別された物体をフローから逸らせる工程をさらに含む。
別の観点では、本発明は、フローから異物を分類する分類装置を提供する。装置は、フローを照らすための照明ユニットと、フローの中の物体により反射された放射エネルギーを撮像するためのカメラ・ユニットであって、少なくとも２つの検出器と、反射された放射エネルギーを、異なる波長もしくは波長範囲を有し、かつ検出器にそれぞれ検出される少なくとも第１及び第２の反射成分に分割する少なくとも１つのビーム・スプリッター、好ましくは二色性要素とを備えるカメラ・ユニットと、フロー内の物体を識別し、識別された各物体につき、少なくとも２つの異なる波長もしくは波長範囲での反射強度を参照強度プロファイルと比較するよう動作するプロセッサ・ユニットとを備える。識別された物体は、少なくとも２つの異なる波長もしくは波長範囲での反射強度が、参照強度プロファイルの所定の領域に含まれる場合、異物とみなされる（特徴付けられる）。
一つの実施形態では、フローは、食品のフローである。
一つの実施形態では、食品は、植物質である。
一つの実施形態では、食品は、冷凍されている。
一つの実施形態では、照明ユニットは、少なくとも１つの照明源を備える。
一つの実施形態では、少なくとも１つの照明源は、可視スペクトルから短波長赤外（ＳＷＩＲ）スペクトルの照明を与える。
一つの実施形態では、少なくとも１つの照明源は、ハロゲン・ランプから構成される。
一つの実施形態では、画像は、可視スペクトル外の、近赤外（ＮＩＲ）から短波長赤外（ＳＷＩＲ）にかけてのスペクトル内にある。
一つの実施形態では、カメラ・ユニットは、識別された各物体につき、識別された物体から、約８００ｎｍから約１２００ｎｍの範囲の第１の波長で第１の反射強度を、識別された物体から、約１４７０ｎｍから約１５７０ｎｍの範囲の第２の波長で第２の反射強度をそれぞれ検出する第１及び第２の検出器を備える。
一つの実施形態では、第１の波長は、約８５０ｎｍから約１１１０ｎｍの範囲にある。
一つの実施形態では、第１の波長は、約８５０ｎｍから約９００ｎｍの範囲にある。
一つの実施形態では、第１の波長は、約８５０ｎｍである。
一つの実施形態では、第２の波長は、約１４７０ｎｍである。
一つの実施形態では、参照強度プロファイルは、多次元の強度図により表され、強度図の分離領域（不連続部位、ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｒｅｇｉｏｎ）は、異物を表す。
一つの実施形態では、装置は、異物と識別された物体をフローから逸らせる偏向器をさらに備える。
本発明の好適な実施形態を添付の図面を参照して、例示としてのみ以下に記載する。
本発明の好適な実施形態に係る分類装置を概略的に示す。
分類装置の第１のカメラ・ユニットにより取得された可視画像を概略的に示す。
分類装置の第２のカメラ・ユニットの第１の検出器により取得された強度画像を概略的に示す。
分類装置の第２のカメラ・ユニットの第２の検出器により取得された強度画像を概略的に示す。
本発明の一つの実施形態に係る、野菜混合物における各種植物質および様々な異物の、検出波長８５０ｎｍ及び１４７０ｎｍでの反射強度を示す強度―強度図を示す。
比較例に係る、野菜混合物における各種植物質および様々な異物の、検出波長５５０ｎｍ及び６７０ｎｍでの反射強度を示す強度−強度図を示す。
別の比較例に係る、野菜混合物における各種植物質および様々な異物の、検出波長５５０ｎｍ及び８５０ｎｍでの反射強度を示す強度−強度図を示す。
分類装置は、通常は貯蔵容器から供給される食品、本実施形態では野菜混合物のフローＦを自身に沿って送達させる傾斜台３と、異物と識別された物体をフローＦから逸らせるよう作用する偏向器５と、フローＦを照らす照明ユニット７と、フローＦの画像を取得して、フローＦ内の物体の色及び形状の判定を可能にする第１のカメラ・ユニット９と、フローＦの反射強度画像を少なくとも２枚取得して、フローＦ内の物体の特徴付け（特性化）を可能にする第２のカメラ・ユニット１１と、取得された画像から物体を異物と識別し、異物と識別された物体をフローＦから逸らせるよう偏向器５を操作する制御ユニット１３とを備える。
本実施形態では、食品は植物質であり、ここでは、異物を含み得る野菜混合物に含まれる冷凍された植物質である。植物質の例としては、ボルロッティ、ピンク・ボルロッティ、赤インゲン豆、サヤマメ等の豆、ホウレン草、ズッキーニの表皮、ズッキーニの果肉、人参、トマトの表皮、トマトの果肉、ジャガイモ、セロリ、黄レンズ豆等のレンズ豆が挙げられる。異物の例としては、木質材、ボール紙、ブルー・ライナーとブラック・プラスチックとを含むプラスチック材、及び、たとえばイエロー・グローブ等のグローブ材料を含むゴム材が挙げられる。
本実施形態では、偏向器５は、空気式の偏向器であり、傾斜台３の幅に亘って横方向に延伸する細長いバーから構成され、バーの長さに沿って複数の別々に稼働可能な空気ジェットを備える。空気ジェットを選択的に稼働させることにより、異物と識別された物体が、フローＦから逸らされ、分流した廃棄物フローＦ´となる。
本実施形態では、照明ユニット７は、可視スペクトルから短波長赤外（ＳＷＩＲ）スペクトルにかけての広域スペクトルにわたる放射エネルギー、ここでは、約４００ｎｍから約２０００ｎｍの範囲の波長を出力する第１及び第２の照明源７ａ、７ｂ、ここではハロゲン・ランプを備える。別の実施形態では、照明源７ａ、７ｂは、第１及び第２のカメラ・ユニット９、１１に対してそれぞれ最適化されるべく、異なる種類のものであってよい。
本実施形態では、第１のカメラ・ユニット９は、図２に示すような可視スペクトルでのフローＦの画像を取得する検出器１５、ここでは可視光検出器を備える。必要である場合には、取得された画像から、フローＦ内の物体の色及び形状を、従来の画像処理を使用して識別することが可能である。
本実施形態では、第２のカメラ・ユニット１１は、第１及び第２の検出器１７ａ、１７ｂ、ここでは、ＩｎＧａＡｓ検出器と、反射した放射エネルギーを、異なる波長λ１、λ２を有する第１及び第２の反射成分ＲＣ１、ＲＣ２に分割するビーム・スプリッター２１、ここでは二色性要素とを備える。第１及び第２の反射成分ＲＣ１、ＲＣ２は、検出器１７ａ、１７ｂにそれぞれ検出される。この構成では、検出器１７ａ、１７ｂは、図３、図４の示すように、各検出波長λ１、λ２での反射強度画像をそれぞれ提供する。
本実施形態では、二色性要素２１は、プリズムから構成されるが、別の実施形態では、鏡により提供されてもよい。
本実施形態では、第１の反射成分ＲＣ１は、約８００ｎｍから約１２００ｎｍ、好ましくは約８５０ｎｍから約１１１０ｎｍ、より好ましくは約８５０ｎｍから約９００ｎｍの範囲、さらに好ましくは約８５０ｎｍの波長λ１を有している。
本実施形態では、第２の反射成分ＲＣ２は、約１４７０ｎｍから約１５７０ｎｍの範囲、より好ましくは約１４７０ｎｍの波長λ２を有している。
本実施形態では、制御ユニット１３は、第１のカメラ・ユニット９により取得された可視画像を処理して、必要であれば、フローＦ内の物体の色及び形状を判定し、第２のカメラ・ユニット１１により取得された強度画像を、グラフとしては、図５の２次元強度−強度図として示されるルックアップ機能を使用して処理して、フローＦ内の物体を特徴付ける（特性化する）画像プロセッサ２３を備える。選択された検出波長において図５に示すように、植物質は、強度−強度図の分離領域（不連続部位、ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｒｅｇｉｏｎ）Ａ内に特徴付けられ（特性化され）、異物の全てはこの領域Ａからもれている。この強度−強度図を使用して、フローＦ内の物体は、植物質又は異物とみなされる（特徴付けられる）。物体が異物と識別された場合、制御ユニット１３は、上記のように、偏向器５を操作してその物体を廃棄物フローＦ´へと逸らせる。
特定の検出波長λ１、λ２を選択することで、分類装置は、装置の再構成をすることなく、広範囲の植物質から、事実、今日までに調査した全ての植物質から、異物を識別することを可能にしている。このことは、これまでは可能になっておらず、事実、最適な分類結果を達成するべく視野設定を再構成する必要性を支持する当該技術分野における理解とは相反するものである。上記したように、装置を再構成する必要なく、様々な混合状態の植物質を分類可能であることは、適切でない設定が使用されることにより、分類が不十分もしくは無効となる可能性を回避できる点において、特に有利である。
比較として、図６及び図７は、その他の検出波長における強度−強度図を示しており、それぞれ、５５０ｎｍ及び６７０ｎｍ、並びに５５０ｎｍ及び８５０ｎｍである。明確に観察されるように、これらの検出波長では、植物質の反射強度プロファイルが異物のプロファイルに隣接されているので、植物質を異物から識別することができない。
最後に、本発明は、その好適な実施形態について記載され、添付の特許請求の範囲に定義される発明の範囲から逸脱することなく多くの異なる態様で変更することが可能であることは理解されよう。
一つの変更例では、第２のカメラ・ユニット１１は、３台以上の検出器１７を備えてよく、これらは、１個以上のさらなる二色性要素２１を使用することにより、反射した放射エネルギー成分を３つ以上の検出波長で検出する。第２のカメラ・ユニット１１が３台の検出器１７を備え、反射した放射エネルギー成分を３つの波長で検出する場合、強度図は、３辺の図により表される。
Claims (27)
- フローから異物を分類する方法であって、
フロー内の物体を識別する工程と、
識別された各物体につき、少なくとも２つの異なる波長もしくは波長範囲で反射強度を測定する工程と、
識別された各物体につき、８００ｎｍから１２００ｎｍの範囲の第１の波長における前記識別された物体からの第１の反射強度と、１４７０ｎｍから１５７０ｎｍの範囲の第２の波長における前記識別された物体からの第２の反射強度とを、強度−強度図により表わされ、該強度−強度図の分離領域が異物を表す参照プロファイルと比較する工程と
を含み、
識別された物体は、前記第１及び第２の反射強度が、前記参照プロファイルの所定の領域に含まれる場合、異物とみなされる
ことを特徴とする方法。 - 前記フローは、食品のフローである
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記食品は、植物質である
ことを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 前記食品は、冷凍されている
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。 - 物体を識別する前記工程は、
前記フローの画像を取得する工程と、
前記画像を処理して、前記フロー内の物体を識別する工程と
を含む
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。 - 前記画像は、可視スペクトル外の、近赤外（ＮＩＲ）から短波長赤外（ＳＷＩＲ）にかけてのスペクトル内にある
ことを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 前記第１の波長は、８５０ｎｍから１１１０ｎｍの範囲にある
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。 - 前記第１の波長は、８５０ｎｍから９００ｎｍの範囲にある
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。 - 前記第１の波長は、８５０ｎｍである
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。 - 前記第２の波長は、１４７０ｎｍである
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。 - 前記フローを、少なくとも１つの照明源で照らす工程
をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。 - 前記少なくとも１つの照明源は、可視スペクトルから短波長赤外（ＳＷＩＲ）スペクトルの照明を与える
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。 - 前記少なくとも１つの照明源は、ハロゲン・ランプから構成される
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。 - 異物と識別された物体を前記フローから逸らせる工程
をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法。 - フローから異物を分類する分類装置であって、
フローを照らすための照明ユニットと、
前記フローの中の物体により反射された放射エネルギーを撮像するためのカメラ・ユニットであって、識別された各物体につき、前記識別された物体から、８００ｎｍから１２００ｎｍの範囲の第１の波長で第１の反射強度を、前記識別された物体から、１４７０ｎｍから１５７０ｎｍの範囲の第２の波長で第２の反射強度をそれぞれ検出する第１及び第２の検出器と、前記反射された放射エネルギーを、異なる波長もしくは波長範囲を有し、かつ前記検出器にそれぞれ検出される少なくとも第１及び第２の反射成分に分割する少なくとも１つのビーム・スプリッターとを備えるカメラ・ユニットと、
前記フロー内の物体を識別し、識別された各物体につき、前記第１及び第２の反射強度を、強度−強度図により表され、該強度−強度図の分離領域が異物を表す参照プロファイルと比較するよう動作するプロセッサ・ユニットと
を備え、
識別された前記物体は、前記第１及び第２の反射強度が、前記参照プロファイルの所定の領域に含まれる場合、異物とみなされる
ことを特徴とする装置。 - 前記フローは、食品のフローである
ことを特徴とする請求項１５に記載の装置。 - 前記食品は、植物質である
ことを特徴とする請求項１６に記載の装置。 - 前記食品は、冷凍されている
ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の装置。 - 前記照明ユニットは、少なくとも１つの照明源を備える
ことを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれかに記載の装置。 - 前記少なくとも１つの照明源は、可視スペクトルから短波長赤外（ＳＷＩＲ）スペクトルの照明を与える
ことを特徴とする請求項１９に記載の装置。 - 前記少なくとも１つの照明源は、ハロゲン・ランプから構成される
ことを特徴とする請求項２０に記載の装置。 - 画像は、可視スペクトル外の、近赤外（ＮＩＲ）から短波長赤外（ＳＷＩＲ）にかけてのスペクトル内にある
ことを特徴とする請求項１５乃至２１のいずれかに記載の装置。 - 前記第１の波長は、８５０ｎｍから１１１０ｎｍの範囲にある
ことを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれかに記載の装置。 - 前記第１の波長は、８５０ｎｍから９００ｎｍの範囲にある
ことを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれかに記載の装置。 - 前記第１の波長は、８５０ｎｍである
ことを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれかに記載の装置。 - 前記第２の波長は、１４７０ｎｍである
ことを特徴とする請求項１５乃至２５のいずれかに記載の装置。 - 異物と識別された物体を前記フローから逸らせる偏向器
をさらに備えることを特徴とする請求項１５乃至２６のいずれかに記載の装置。
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