JP7219619B2 - 異物判別方法、加工農作物の製造方法、食品検査装置、及び異物除去システム - Google Patents

Description

本発明が関係するのは、異物判別方法、加工農作物の製造方法、食品検査装置、及び異物除去システムである。

食品業界で常に重視しているのは、如何に異物を確実に選別するかである。近年、そのような異物選別で採用されているのは、画像認識技術である。この技術に共通するのは、可視光線又はＸ線を照射し、それによって周辺部と異なる部分を特定する点である。例えば、特許文献１で開示されているのは、食品検査装置である。この装置で採用する光源の波長域は、好ましくは、３８０ｎｍ（可視光域）から１１００ｎｍ（赤外線域）である。そのような範囲を採用するのは、一般的なセンサ（例えば、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなど）の検知範囲だからである。また、特許文献２で開示されているのは、Ｘ線検査装置である。この装置で採用するのは、Ｘ線源である。

特開２０１６‐１０５０８４号公報 特開２０１７‐０７５８３０号公報

本発明が解決しようとする課題は、異物選別の効率化である。これまでの画像認識技術で区別されないのは、果肉及び異物（例えば、果皮など）である。なぜなら、果肉及び異物の色合いは、互いに似ているからである。また、慣用されている篩及びメッシュでも選別されないのは、粗く砕かれた果肉及び異物である。なぜなら、粗く砕かれた果肉は、篩及びメッシュの目より大きいからである。

以上を踏まえて、本願発明者が鋭意検討して見出したのは、非異物及び異物を比較すると、紫外線（励起光）の照射による両者の蛍光強度が異なる点である。とりわけ、非異物が農作物である場合、本願発明者が着目したのは、紫外線による子房由来部での蛍光である。つまり、本発明で利用するのは、非異物及び異物間のストークシフトの違いである。そのような観点から、本発明を定義すると、以下のとおりである。

＜異物判別方法＞
異物判別方法を構成するのは、少なくとも、判別であり、更に言えば、照射である。すなわち、人又は機械で判別されるのは、異物の存否であり、その際の基準は、紫外線による加工農作物の蛍光強度（以下、「基準強度」という。）である。当該異物の蛍光強度は、当該基準強度よりも高く、或いは、当該基準強度よりも低い。当該加工農作物は、農作物の子房由来部である。子房由来部とは、農作物の部分であって、その由来が子房であるもの、或いは、子房が成長したものをいう。子房由来部を例示すると、野菜及び果物の果肉である。この子房由来部が含有しているのは、蛍光成分である。この成分は、少なくとも、クロロフィルの一種である。当該判別の前提として、人又は機械で照射されるのは、当該紫外線であり、その照射先は、当該加工農作物及び当該異物である。当該紫外線の波長域は、３１５ｎｍ以上、かつ、３８０ｎｍ未満であり、好ましくは、３３０ｎｍ以上、かつ、３８０ｎｍ未満であり、より好ましくは、３３０ｎｍ以上、かつ、３６５ｎｍ以下である。これに対して、当該クロロフィルの最大励起波長（ピーク波長）は、４２８ｎｍ前後（可視光域）である。もっとも、励起光が紫外線である場合であっても、クロロフィルは十分に蛍光する。つまり、本発明者が見出したのは、そのようなクロロフィルの蛍光特性を利用することである。

＜加工農作物の製造方法＞
加工農作物の製造方法を構成するのは、少なくとも、照射、及び除去である。人又は機械で照射されるのは、紫外線であり、その照射先は、加工農作物及び異物である。人又は機械で除去されるのは、当該異物であり、その際の基準は、紫外線による当該加工農作物の蛍光強度である。当該製法によって得られるのは、紫外線照射された加工農作物である。当該加工農作物に含まれるオゾンの濃度は、検出限界未満である。その他の説明は、前述のとおりである。

＜食品検査装置＞
食品検査装置を構成するのは、少なくとも、撮影部、処理部、及び紫外線光源であり、更に言えば、暗室部及び載置部である。当該撮影部で撮影されるのは、被検査領域であり、それによって得られるのは、検査画像である。当該処理部で認識されるのは、少なくとも、当該検査画像の基準明部であり、この基準明部に対応するのは、非異物である。当該処理部で認識されるのは、更に、明部及び／又は暗部である。ここで、当該明部及び当該暗部に対応するのは、何れも、異物である。当該明部は、当該基準明部よりも明るい。当該暗部は、当該基準明部よりも暗い。当該紫外線光源で放出されるのは、紫外線であり、その放出先は、前記被検査領域である。当該紫外線が放出されることで、少なくとも当該非異物が励起する。当該暗室部の内部に設けられているのは、当該被検査領域である。当該載置部が設けられているのは、少なくとも、当該被検査領域である。当該載置部の一部又は全部の蛍光強度は、調整され、非異物の蛍光強度と同等である。すなわち、紫外線（３１５ｎｍ以上、かつ、３８０ｎｍ未満）が照射された場合、当該載置部の一部又は全部が放出する光（すなわち、蛍光）の波長は、４００ｎｍ以上、かつ、８３０ｎｍ以下（紫色～赤紫色）であり、好ましくは、５９０ｎｍ以下（黄色）であり、より好ましくは、５７０ｎｍ以下（緑色）である。その他の説明は、前述のとおりである。

＜異物除去システム＞
異物除去システムを構成するのは、少なくとも、撮影部、除去部、処理部、及び、紫外線光源であり、更に言えば、暗室部及び載置部である。当該除去部で除去されるのは、異物である。当該処理部で実行されるのは、認識処理及び制御処理である。すなわち、当該認識処理で認識されるのは、当該検査画像の基準明部、並びに、明部及び／又は暗部である。当該基準明部に対応するのは、非異物である。当該異物に対応するのは、当該明部及び／又は当該暗部である。当該制御処理で制御されるのは、当該除去部である。当該制御処理で用いられるのは、当該明部及び／又は当該暗部の座標値である。その他の説明は、前述のとおりである。

＜食品検査用容器＞
食品検査用容器が含有するのは、蛍光成分である。励起光が紫外線（３１５ｎｍ以上、かつ、３８０ｎｍ未満）である場合、この蛍光成分が放出する光（蛍光）の波長について、その条件は、前述の載置部の蛍光と同様である。

本発明が可能にするのは、異物選別の効率化である。具体的には、農作物が粗く砕かれても、虫や皮等が除去できる。更には、水分が存在しても、異物が選別できる。

本実施の形態に係る異物除去システムの概略側面図である。 当該異物除去システムの概略上面図である。 可視光照射時の検査画像の模式図である。 可視光照射時のカラーカメラ画像である。 可視光照射時のモノクロカメラ画像である。 紫外線照射時の検査画像の模式図である。 紫外線（波長３６５ｎｍ）照射時のモノクロカメラ画像である。 紫外線（波長３６５ｎｍ）照射時のカラーカメラ画像である。 紫外線（波長３６５ｎｍ）照射時のフィルタ済カラーカメラ画像である。 近紫外線（波長４０５ｎｍ）照射時のモノクロカメラ画像である。 近紫外線（波長４０５ｎｍ）照射時のフィルタ済カラーカメラ画像である。

＜異物除去システムの構成＞
図１で示されるのは、本実施の形態に係る異物除去システム（以下、「本異物除去システム」という。）の概略側面図である。本異物除去システム１０を構成するのは、載置部２０、撮影部３０、紫外線光源４０、暗室部５０、除去部６０、及び処理部７０である。

＜載置部＞
載置部２０に載置されるのは、検体である。検体の詳細は、後述する。載置部２０を主に構成するのは、ベルト２１及びアクチュエータ２２である。アクチュエータ２２を制御するのは、処理部７０である。載置部２０の上流側を覆っているのは、暗室部５０である。載置部２０の一部又は全部の蛍光強度は、調整されている。その詳細は、後述する。念のため述べると、本発明で不問なのは、載置部２０が可動式であるか否かである。

＜撮影部＞
図２で示されるのは、異物除去システムの概略上面図である。撮影部３０で撮影されるのは、被検査領域Ｒであり、それによって得られるのは、検査画像である。撮影部３０が設けられているのは、載置部２０より上側である。撮影部３０が設けられているのは、暗室部５０の内側でもある。撮影部３０を例示すると、カメラ及びその周辺機器等である。カメラを例示すると、カラー（多値）カメラ、モノクロ（二値）カメラ等であり、好ましくは、モノクロカメラである。このモノクロカメラの特徴は、感度の高さ及び解像度の高さである。この特徴が可能にするのは、高速撮影である。つまり、載置部２０（コンベア）が動いていても、誤検知が生じ難い。カラーカメラに搭載されているのは、一般的な画像センサ（例えば、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなど）であり、それで足りる。好ましくは、カメラに設けられるのは、フィルタである。このフィルタで遮られる光の波長は、少なくとも、４００ｎｍ以下である。それによって可能になるのは、検査の高速化である。特に、フィルタで遮られる光の波長が６００ｎｍ以下である場合、クロロフィルの蛍光（波長６８０ｎｍ）が検出され易い。

＜紫外線光源＞
紫外線光源４０で放出されるのは、紫外線である。この紫外線の機能は、励起光である。紫外線の詳細は、後述する。紫外線光源４０が設置されているのは、被検査領域Ｒより上側である。言い換えれば、紫外線光源４０が設置されているのは、載置部２０より上側である。紫外線光源４０が設置されているのは、暗室部５０の内側でもある。紫外線光源４０を例示すると、蛍光灯や発光ダイオード（ＬＥＤ）灯などである。言い換えれば、紫外線光源４０を具現化するのは、汎用光源である。望ましい汎用光源は、その中心波長が３６５ｎｍ以下のものである。なぜなら、そのような汎用光源に殆ど含まれないのは、３８０ｎｍ以上の波長だからである。

＜暗室部＞
暗室部５０で遮られるのは、外光である。外光を例示すると、可視光などである。暗室部５０を構成するのは、複数の遮光壁である。これらの遮光壁で形成されるのは、暗室（遮光空間）である。暗室部５０が設けられているのは、除去部６０よりも上流側である。言い換えると、暗室部５０の内部に設けられているのは、被検査領域Ｒである。

＜除去部＞
除去部６０で除去されるのは、検体中の異物である。異物の詳細は、後述する。除去部６０が設けられているのは、載置部２０より上側である。除去部６０が設けられているのは、暗室部５０よりも下流側でもある。除去部６０の除去方式は、不問であるが、例示すると、エアー（吹付け）方式や吸引方式などである。

＜処理部＞
処理部７０で実行されるのは、各種処理であり、主に、認識処理及び制御処理である。これらの処理の詳細は、後述する。処理部７０を主に構成するのは、入出力（Ｉ／Ｏ）ポート、プログラムメモリ、ワークメモリ、及びプロセッサである。各種処理を定義するのは、プログラムである。このプログラムを格納しているのは、プログラムメモリ（例えば、ＲＯＭなど）である。このプログラムを展開する先は、ワークメモリである。そのように展開されたプログラムを実行するのは、プロセッサである。入出力（Ｉ／Ｏ）ポートを行き来するのは、各種データである。そのようなデータを一次的に記憶するのは、ワークメモリである。

＜検体＞
検体とは、検査対象物であり、具体的には、非異物及び異物の混載物である。非異物及び異物の詳細は、後述する。

＜非異物＞
非異物の種類は、不問であるが、例示すると、食品などである。食品を例示すると、農水産物及びその加工物などである。農水産物に含まれるのは、畜産物、水産物、農作物である。農作物を例示すると、果物や野菜などである。果物を例示すると、リンゴ、バナナ、ミカンやウメなどである。野菜を例示すると、トマトやナスなどである。これらの共通しているのは、果実が熟すと、その子房由来部（例えば、果肉など）に含まれるクロロフィルの一種の多くが消失し、或いは変性することである。加工されたトマトを例示すると、トマト加工品であって、固体が混じったものである。そのようなトマト加工品を例示すると、ダイストマトやパサータ等である。

＜異物＞
異物とは、除去すべき物である。例えば、検体が農作物であれば、異物は、虫、皮、蔕や種等である。また、検体がトマトであれば、異物は、虫、蔕、萼及び果皮である。念のために述べると、「異物」を言い換えて「夾雑物」としても、本発明の範囲は変わらない。

＜紫外線の波長域＞
紫外線の波長域を決める要素は、紫外線に対する異物及び非異物の蛍光特性である。すなわち、当該波長域が満たすべき条件は、両者の蛍光特性が大きく異なることである。例えば、非異物がトマトの果肉であり、かつ、異物が虫及びトマトの果皮である場合、紫外線の波長域は、３１５ｎｍ以上、かつ、３８０ｎｍ未満であり、好ましくは、３３０ｎｍ以上、かつ、３８０ｎｍ未満であり、より好ましくは、３１５ｎｍ以上、かつ、３６５ｎｍ以下である。ＵＶＡ領域を採用する理由は、（１）可視光を照射しても、異物及び非異物の発色が同一であること、（２）赤外線を照射すると、検体中の水分に起因して誤検知が生じることである。後者の理由を言い換えれば、検体が濡れていても、異物が選別できる。下限値「３１５ｎｍ」を採用する理由は、オゾン臭の回避である。この点は、後述する。下限値「３３０ｎｍ」を採用するのは、クロロフィルの蛍光特性をより一層活かすためである。

＜オゾン臭回避＞
本発明のＵＶＡ領域であれば、オゾンが発生しない。他方、紫外線の波長がＵＶＡ領域の下限値未満の場合、空気中の酸素分子が反応してオゾンが生じる。オゾン臭が生じるのは、空気中でのオゾン濃度が０．０１５ｐｐｍを超える場合である。また、オゾンが溶け込む先は、加工農作物の水分中である。そのような観点から、本発明で得られた加工農作物が含有するオゾンの濃度は、検出限界未満である。

＜認識処理＞
この処理で認識されるのは、検査画像における基準明部、明部及び暗部である。当該基準明部に対応するのは、被検査領域Ｒの部位であり、そこでは非異物が蛍光している。当該明部に対応するのは、被検査領域Ｒの部位であり、そこでは異物が蛍光している。当該暗部に対応するのは、被検査領域Ｒの部位であり、そこでは異物が蛍光していない。当該基準明部、当該明部及び当該暗部を特定する方法は、不問である。例えば、公知の輪郭抽出技術が用いられる。すなわち、明部を特定する条件は、明部及び基準明部の境界線が抽出されること、及び、当該境界線内の画素数が所定値以上であることである。暗部を特定する条件は、暗部及び基準明部の境界線が抽出されること、及び、当該境界線内の画素数が所定値以上であることである。認識結果の詳細は、後述する。

＜制御処理＞
この処理で主に制御されるのは、除去部６０である。除去部６０を制御する際に用いられるのは、明部及び暗部の座標値である。これらの座標値は、変換されて、ベルト２１上の実座標値となる。つまり、除去部６０の位置は、この実座標値である。制御処理で更に制御されるのは、載置部２０である。載置部２０を制御する際に用いられるのは、各種トリガである。トリガを例示すると、撮影の開始及び完了、除去の開始及び終了などである。

＜載置部の材質＞
載置部２０の材質が満たす定性的な条件は、当該材質及び異物の蛍光強度の差が大きいこと、又は、当該材質及び非異物間の蛍光強度の差がなく或いは小さいことである。この材質の定量的な条件は、次のとおりである。すなわち、紫外線（励起波長が３１５ｎｍ以上、かつ、３８０ｎｍ未満）が照射された場合、当該材質が放出する光（蛍光）の波長は、４００ｎｍ以上、かつ、８３０ｎｍ以下（紫色～赤紫色）であり、好ましくは、５９０ｎｍ以下（黄色）であり、より好ましくは、５７０ｎｍ以下（緑色）である。この条件が適用可能なのは、食品検査用容器（例えば、トレーなど）である。そのような条件を採用することで、載置部２０やトレー等の判別結果は、非異物となる。

＜認識結果＞
図３で示されるのは、可視光照射時の検査画像の模式図である。被検査領域Ｒに写っているのは、非異物Ｐ並びに異物Ｑ１、Ｑ２及びＱ３である。非異物Ｐ並びに異物Ｑ１及びＱ３の色合いは、異なり、区別される。しかし、非異物Ｐ及びＱ２の色合いは、似ており、区別されない。図４で示されるのは、可視光照射時のカラーカメラ画像である。また、図５で示されるのは、可視光照射時のモノクロカメラ画像である。ここで、非異物Ｐがトマトの果肉であり、異物Ｑ１が虫であり、異物Ｑ２がトマトの果皮であり、かつ、Ｑ３が蔕又は愕である。可視光を照射したところ、Ｐ及びＱ２の色は、濃淡の違いがあったものの、何れも、赤であった。つまり、異物は、判別されず、或いは、判別され難かった。

図６で示されるのは、紫外線照射時の検査画像の模式図である。被検査領域Ｒに写っているのは、非異物Ｐ並びに異物Ｑ１、Ｑ２及びＱ３である。可視光照射時とは異なり、非異物Ｐの部分が薄明るいのに対して、異物Ｑ１及びＱ３の部分が明るい。このように、非異物Ｐ及び異物Ｑ１、Ｑ３は、区別される。また、非異物Ｐの部分が薄明るいのに対して、異物Ｑ２の部分が暗い。このように、非異物Ｐ及び異物Ｑ２は、区別される。図７で示されるのは、紫外線（励起波長３６５ｎｍ）照射時のモノクロカメラ画像である。図８で示されるのは、紫外線（励起波長３６５ｎｍ）照射時のカラーカメラ画像である。図９で示されるのは、紫外線（励起波長３６５ｎｍ）照射時のフィルタ済カラーカメラ画像である。これらにおいて、非異物Ｐがトマトの果肉であり、異物Ｑ１が虫であり、異物Ｑ２がトマトの果皮であり、かつ、異物Ｑ３が蔕又は愕である。非異物Ｐ及びＱ２の本来の色は、濃淡の違いがあるものの、何れも、赤である。ところが、図７乃至９から明らかなのは、Ｐ及びＱ２が区別された点である。また、Ｐ及びＱ３も区別された。特に、Ｐの発色が薄赤なのに対して、Ｑ３の発色が強い赤であった（可視光が僅かに割り込んだため、緑色が目立ったが、暗室下であれば、Ｑ３の発色は赤である。）。言い換えれば、そのような検査画像を利用することで、異物が判別される。以上を纏めると、表１のとおりである。

参考までに、図１０で示されるのは、近紫外線（励起波長４０５ｎｍ）照射時のモノクロカメラ画像である。図１１で示されるのは、近紫外線（励起波長４０５ｎｍ）照射時のフィルタ済カラーカメラ画像である。紫外線（励起波長３６５ｎｍ）照射時及び近紫外線（波長４０５ｎｍ）照射時を比較すると、異物Ｑ１及びＱ２が鮮明なのは、近紫外線（波長４０５ｎｍ）照射時よりも紫外線（励起波長３６５ｎｍ）照射時である。

＜本発明の範囲＞
以上で説明されているのは、異物除去システムの詳細である。しかし、本発明の範囲は、限定されず、異物除去システムのみならず、異物判別方法、加工農作物の製造方法、食品検査装置である。異物判別方法を構成するのは、少なくとも、前述の「照射」、「撮影」、及び「判別」である。加工農作物の製造方法を構成するのは、少なくとも、前述の「照射」、「撮影」、及び「除去」である。食品検査装置を構成するのは、少なくとも、前述の「撮影部」、及び「紫外線光源」であり、更に言えば、「処理部」、及び「暗室部」である。

本発明が利用される分野は、農水産物の加工業である。

１０ 異物除去システム
２０ 載置部
３０ 撮影部
４０ 紫外線光源
５０ 暗室部
６０ 除去部
７０ 処理部
Ｐ 非異物
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３ 異物
Ｒ 被検査領域

Claims (9)

1. 異物判別方法であって、それを構成するのは、以下の工程である：
   判別：ここで判別されるのは、異物の存否であり、
   前記異物の混入先は、農作物の子房由来部であり、
   前記異物に含まれるのは、前記農作物の果皮であり、かつ、
   その判別基準は、紫外線による前記子房由来部の蛍光強度（以下、「基準強度」という。）であり、かつ、前記紫外線の波長域は、３１５ｎｍ以上、かつ、３６５ｎｍ以下である。
2. 請求項１の方法であって、
   前記異物の蛍光強度は、前記基準強度よりも高く、或いは、前記基準強度よりも低い。
3. 請求項１又は２の方法であって、
   前記子房由来部に含まれるのは、蛍光成分であり、この蛍光成分を励起するのは、前記
   紫外線である。
4. 請求項３の方法であって、
   前記蛍光成分は、クロロフィルである。
5. 請求項１乃至４の何れかの方法であって、それを構成するのは、更に、次の工程である：
   照射：照射されるのは、前記紫外線であり、その照射先は、前記子房由来部及び前記異
   物である。
6. 加工農作物の製造方法であって、それを構成するのは、少なくとも、以下の工程である：
   照射：ここで照射されるのは、紫外線であり、その照射先は、農作物の子房由来部及び異物であり、かつ、前記異物に含まれるのは、前記農作物の果皮であり、かつ、前記紫外線の波長域は、３１５ｎｍ以上、かつ、３６５ｎｍ以下であり、及び、
   除去：ここで除去されるのは、前記異物であり、その際の基準は、前記紫外線による前記子房由来部の蛍光強度（以下、「基準強度」という。）である。
7. 請求項６の製造方法であって、
   前記異物の蛍光強度は、前記基準強度よりも高く、或いは、前記基準強度よりも低い。
8. 請求項６又は７の製造方法であって、
   前記子房由来部に含まれるのは、蛍光成分であり、この蛍光成分を励起するのは、前記
   紫外線である。
9. 請求項８の製造方法であって、
   前記蛍光成分は、クロロフィルである。

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