JPH01211408A - 農作業機における作物列検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圃場に既に植付けられて列状に並ぶ、いわゆ
る植付苗列等の作物列の位置や配列状態を検出するため
の、田植機等の農作業機に搭載した作物列検出装置の構
造に関するものである。

〔従来の技術とその課題〕

従来から田植機により圃場に苗を植付ける場合、田植機
にその進行方向左右に適宜間隔で植付機構を設け、田植
機の進行につれて上下回動する植付機構にて苗載台の苗
マットを適宜株数ごとに分割しながら圃場面に植付ける
ので、圃場面には、田植機の進行方向に沿って適宜の苗
植付間隔で、植付は苗箇所が並ぶと同時に、進行方向に
対して左右方向に適宜間隔で複数列にて植付けられるこ
とは周知である。

このように、圃場に既に植付けられた植付苗列（以下作
物列という）と略並行状に田植機を走行できるようにす
る自動操舵のための作物列検出装置の先行技術として、
特開昭６２−６１５０９号公報では、前進させる田植機
に搭載したカラービデオカメラにて、前記隣接した部分
の作物列のうちの適宜範囲を撮像し、この撮像画面情報
を２値化処理して各植付は作物箇所に対応する領域を抽
出して後、ハフ（Ｒｏｕｇｈ　）変換等の処理により前
記複数の領域からなる列から直線を近似計算することに
より、作物列の位置や配列状態を検出することを提案し
ている。

そして、この計算上の仮想直線と撮像画面の縦横中心線
等の任意の基準線及び基準点に対する横ずれ及び傾斜の
ずれを一定の許容範囲内に納まるように機体の操舵制御
を実行するものである。

ところで、田植機等の農作業機が凹凸のある圃場面を走
行すると、これに搭載した前記カラービデオカメラ等の
撮像手段に震動が伝達されて、いわゆるカメラの手振れ
現象と同様に撮像手段で得られた画像情報がぶれる現象
（以下震動という）が生じ、植付は作物個所の位置の特
定が困難となり、ひいては、当該植付は作物個所の位置
特定に誤差が生じたり、不可能になることから以後の画
像処理に支障を来すという問題があった。

そして、苗植え作業後の適宜時期に施肥または薬剤散布
する管理機は、前記既に植付けられた植付苗列などの作
物列に沿って進行させつつ作業を実行することがあるの
で、このような農作業機に前記のような１ｉｉｉ＠！手
段と作物列検出装置とを搭載する場合にも前記と同様の
問題が生じるのであつた。

本発明は、この問題を解消することを目的とするもので
ある。

〔課題を解決するための単段〕

そこで本発明は、圃場内に既に植付けられた適宜個数の
植付は作物箇所を撮像する撮像手段と、該撮像手段の画
像情報から前記植付は作物箇所位置やその作物列の配列
状態を検出するための画像処理装置とを田植機等の農作
業機に搭載して成る作物列検出装置において、画像処理
装置には、前記撮像手段の振動等による画像情報の震動
を補正するための補正回路を設けた構成としたものであ
る。

〔発明の作用・効果〕

この構成によれば、撮像手段が走行機体の振動等と共に
振動しても、画像処理装置内の補正回路により、震動に
よりぼけ、る等して悪化した画像情報の画像を元の鮮明
な画像に復元（修１！ｔ）できることになり、この修復
作業は電気的な補正回路によるものであるから、補正内
容を自由に設計でき、且つ、瞬時値としての画像を迅速
に補正処理することができる。

このように補正されて修復された画像のデータにより、
植付は作物個所の位置特定の演算を正確に演算でき、植
付苗列に対する位置や方向等の配列状態を検出するため
の、以後の画像処理を正確にし、ひいては自動操舵制御
等の処理も正確に実行できるのである。

〔実施例〕

以下田植機に通用した実施例について説明すると、図に
おいてｌはフレーム２の前部左右両側の前車輪３．３と
後部左右両側の後車輪４．４にて支持された走行機体で
、この走行機体１の後部には、苗載台５と複数の植付機
構６とから成る多条植え式の苗植装置７が、リンク機構
８を介して上下昇降可能に装着されている。

走行機体１のフレーム２の上面に搭載したエンジン９の
動力は、クラッチ１０及びミッションケース１１を介し
て前後両車軸３．４に伝達する一方、このミッションケ
ース１１から突出するＰＴＯ軸１２を介して前記苗植装
置７に動力伝達する。

なお、符号１３はクラッチｌＯの０Ｎ−ＯＦＦ用アクチ
エータ、１４は走行変速用アクチエータ、１５はＰＴＯ
軸変軸周連用アクチエータる。

前記走行機体１の上面には、操縦座席１６の前方にステ
アリングギヤボックス１７を設け、該ステアリングギヤ
ボックス１７から立設したステアリングコラム１８の上
端に、当該ステアリングコラム１８内に挿通したステア
リング軸１９に対する操縦ハンドル２０を取付けている
。

符号２１は左右両端にナックル２２．２２を介して前車
輪３．３を装着し、内部にミッションケース１１からの
動力伝達機構を収納した左右長手の伝動ケースで、該伝
動ケース２１を、それに取付く平面視コ字型のブラケッ
ト２１ａと、前記フレーム２の下面左右中央部の支持部
材２１ｂに回動自在に支持された揺動軸２１ｃとを介し
て連結して左右上下揺動できるように構成されている。

操舵装置は前記伝動ケース２１の片側から立設する回動
支点軸２３に水平回動自在に装着された平面視り字型の
ステアリングアーム２４、該ステアリングアーム２４に
連結する左右一対のタイロッド２５．２５、油圧シリン
ダ２６、操舵制御弁２７ならびに該操舵制御弁２７を操
作するステアリングギアボックス１７の前後揺動自在な
ビ、７トマンアーム２８から成る。

前記ステアリングアーム２４におけるフレーム２の前後
方向に延びるアーム部２４ａには、前記左右一対のタイ
ロッド２５．２５の一端を各々球関節を介して連結し、
該両タイロッド２５．２５を伝動ケース２１に略沿わせ
て走行機体１の進行左右に延ばし、その各他端を前記各
ナックル２２゜２２から前方に延びるナックルアーム２
９．２９に揺動自在に連結する。

前記ステアリングアーム２４からフレーム２の側面に向
かって内向きに延びるアーム部の支軸３０には、制御弁
２７を球関節を介して後向きに連結する一方、該制御弁
２７の後端のスプールと前記ピットマンアーム２８とを
連杆３１を介して連結する。

また、フレーム２の外側面に略平行状に沿って配設する
油圧シリンダ２６の後端を前記支軸３０に球関節を介し
て連結する一方、ピストンロッド２６ａの前端を球関節
を介してフレーム２外側面から突出するブラケット横軸
３２に連結する。

前記制御弁２７と油圧シリンダ２６とを各々油圧ホース
にて繋ぐ一方、エンジン５により駆動される油圧ポンプ
３３から電磁ソレノイド式の制御弁２７に油圧を送る。

そして、前記操縦ハンドル１０の回動角度に対応して揺
動するピントマンアーム２８により、制御弁２７のスプ
ールを進退動させて油圧シリンダ２６におけるピストン
ロッド２６ａを出没動させ、ステアリングアーム２４の
回動に応じて、左右両前車輪３．３の向きを変える。

この油圧シリンダ２６は、後述の作物列検出装置３７か
らの信号に応じて出力信号を出す自動操向・走行用の中
央制御装置３５にて作動する電磁ソレノイド式の操舵制
御弁３４によっても駆動され、その際前車輪３の舵取り
角度は、回動支点軸２３に取付くポテンショメータ３６
にてステアリングアーム２４の回動角度を検出すること
により実行される。

なお、前記クラッチ１０の０Ｎ−ＯＦＦ用アクチエータ
１３、走行変速用アクチエータ１４、ＰＴｏ軸変軸周速
用アクチエータ１５央制御装置３５にて作動することが
できる。

作物列検出装置３７は、対象を撮像する撮像手段４０と
、撮像された画像を処理して必要な情報（データ）を出
すための画像処理袋ｒ１４１とからなる。

撮像手段４０は、カラービデオカメラのように検出対象
を撮像してその撮像画面４２の撮像情報を電気信号とし
て出力できるものであり、二次元ＭＯ３撮像素子や二次
元ＣＣＤ撮像素子を内臓した撮像手段４０では、レンズ
を通して結ばれた像は、その結像面に二次元的アレイ状
に配列された各光電素子にて感知されて撮像画面４２の
情報を電気信号として出力できるものである。

１枚の撮像画面４２を構成するため、例えば、前記二次
元撮像素子から成る撮像手段４０では２５６Ｘ２５６の
画素にて標本化する。

画像処理装置４１では、前記撮像手段４０にて撮像され
る撮像画面４２のデータを取り込み、次いでこのデータ
を補正回路４４に入れて、前記撮像手段４０の振動によ
る画像の震動（ぶれ）を補正し、このように震動の影響
を除去するように修正された画像データをもとに２値化
し、該２値化したデータを中央制御装置３５に送り、こ
の内部の仮想線計算手段にて、植付は作物の位置座標計
算と、該計算された座標のうち機体の進行方向の前後に
隣接する植付は作物個所の座標を結ぶ仮想直線を計算し
、この仮想直線の逐次計算結果のデータから、予め設定
された横間隔や方位の許容範囲内で前記仮想直線と略平
行状に走行機体１が走行するように自動操舵制御するの
である。

この画像処理と自動操舵制御とを、第７図の概略フロー
チャートに示す流れに従って以下に詳述する。

即ち、５ＴＡＲＴに続くステップＳ１にて初期値段定し
、ステップＳ２で、田植機を圃場に既に植付けられた作
物列に沿わせて進行させるようにオペレータが回行操作
し、ステップＳ３では作物列４０を作動させて、走行機
体に隣接する作物列のうち複数の植付は苗箇所（ＮＡＥ
）を撮像する（第５図参照）。

ステップＳ４にて画像処理装置４１にてΔを時間（−枚
の画面の走査時間間隔でも良い）ごとに取り込む。

ところで、走行機体１が圃場内を走行するときの振動に
て当該走行機体１に搭載した撮像手段４０も同時に振動
し、その撮像画面が、震動（ぶれ）する結果、撮像画面
における作物個所の画像もぶれることになり、そのまま
では当該作物の位置を特定することが困難となる。

そこで、補正回路４４にて、前記の震動による画像の位
置のぶれを除去する修正する画像処理を実行する。即ち
、ステップＳ５では、前記の画像情報のデータを、その
画面−枚ごとにメモリーし、ステップＳ６で時間的に前
後する二枚の画面を重ねて、２値化する。

この二枚の画面を重ね合わせて２値化すると、一般には
ぶれた植付は作物個所の画像を一枚の画面においてオー
バーラツプさせた画像の輪郭を抽出することになる（第
９図参照）。

この補正手段では、オーバーランプさせた画像の輪郭は
一枚の画面による画像より大きい輪郭になり、場合によ
っては二つの植付は作物個所の画像が並行移動状態で判
別の個所（いわゆるオーバーラツプでない状！３）に生
じるが、その場合も二つの画像の重心位置を決定するこ
とで、植付は作物個所の位置の特定のためには影響しな
い。

なお、前記撮像画面４２のデータから植付けられた苗箇
所（ＮＡＥ）を他の圃場の泥面４３から抽出する２値化
は、撮像された画像をカラー画面にて構成するときには
、ＲＧＢ表色系〔赤色（Ｒ）。

緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の色光を原色光とし、加光によ
り白が得られる〕による赤色成分、緑色成分、青色成分
との各色成分の信号にて圃場面の特徴を抽出し、この三
色成分の信号出力の総和（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ−１）に対する緑
色（Ｇ）成分の信号出力比率が所定の値以上のときを苗
と判別してその領域（Ａ）を画面４２の他の箇所４３か
ら特定する２値化処理を実行する（第６図参照）。

その他、画像において色信号のうち緑色成分から青色成
分を引いた色差画像データ（Ｇ−Ｂ）が一定以上の出力
である箇所を苗と判断する色差処理による２値化を実行
しても良い。

前記ステップＳ６にて、２値化した前記各対象領域（Ａ
）は、撮像画面４２における複数の画素の集合として適
宜の平面形状の面積を有するものとして特定されている
ので、この画素の集合から画像処理装置４１に組み込ま
れたソフトによる予め定められた計算手法により、前記
特定された対象領域（Ａ）の中心または重心位置の座標
を計算する。

この座標の計算手法の一つは、撮像画面４２の縦軸（Ｙ
軸）と横軸（Ｘ軸）にて行列的に並べられた画素の集合
において、対象領域（Ａ）の面積に対応した画素のレベ
ルＶ＝１の部分（ハイレベル）を当該領域の外周から渦
巻状に順次レベルＶ＝０（ロウレベル）に置き換えるな
どして、いわゆる面積の収縮と同様の手法にて最終的に
残ったハイレベルの部分（１〜２個の画素）を重心位置
と判断するというようにして座標を決定する（ステップ
Ｓ７）。

この各座標のデータは中央制御装置３５に入力され、こ
こで仮想線決定手段（回路）にて前記作物列が直線また
は曲線であると仮定し、各植付は作物個所の座標位置と
の誤差が最も少ない仮想線を決定する（ステップＳ８）
。

該仮想線の決定は、前記のハフ変換によるものでも良い
し、最小二乗誤差推定によっても良い。

ステップＳ９では、前記のように決定された仮想線と基
準の誤差を計算する。例えば、仮想線が、撮像手段４０
の基準線、例えば画面の中心線に対してどの程度（ｔａ
ｎ　θ）傾いているか、また画面の中心位置の基準と仮
想線との横ずれが許容誤差範囲内に入っているか否かを
判別する。

この誤差の計算結果から、中央制御装置３５に出力信号
を出し、操舵制御弁３４の電磁ソレノイドを作動させ、
ステアリング機構におけるステアリングアーム２４の回
動角度を変える油圧シリンダ２６を駆動させて修正操舵
し、所定の誤差の許容範囲に納まるように自動操舵制御
を実行するのである。

前記自動操舵制御の場合、ステアリングアーム２４の回
動角度を検出するポテンショメータ３６にて前車輪３が
既に進行方向に対して右または左に傾いている操舵角度
の検出を実行して、植付苗列と並行状態に進行する収束
制御に役立てることができる。

第８図のフローチャートでは、前記画像の震動の補正回
路として、いわゆるビデオ処理における画像処理の一手
法として知られる、フーリエ変換によるたたみ込み演算
を実行するものであり、この補正回路でも画像のぶれを
修復することができる。

なお、第４図及び第１０図で示すように、撮像手段４０
を防振ゴム等の振動絶縁体４５を介して走行機体ｌに取
付けるように構成すれば、−眉撮像手段４０の震動を抑
制し、または最小限に抑えることができる。

また、符号４６は、撮像手段４０を降雨および日光の影
響から守る保護カバ一体であり、該保護カバ一体４６の
前縁を、撮像手段４０前面のレンズ部分より前方に突出
させることが望ましく、圃場の泥跳ねから保護するため
には、撮像手段４０の下面側にもカバ一体を設ける良い
。

【図面の簡単な説明】

図面の本発明の実施例を示し、第１図は乗用型田植機の
平面図、第２図は側面図、第３図は操向装置の要部平面
図、第４図は操向・走行自動制御装置のブロック図と油
圧回路を含む作用説明図、第５図は撮像画面の図、第６
図は２値化された撮像画面図、第７図及び第８図は概略
フローチャート図、第９図は震動した二枚の画像を重ね
合わせを示す説明図、第１０図は第４図のＸ−Ｘ検圧面
図である。 １・・・・走行機体、２・・・・フレーム、３．４・・
・・車輪、５・・・・苗載台、６・・・・植付機構、７
・・・・苗植装置、８・・・・リンク機構、９・・・・
エンジン、１１・・・・ミッションケース、１７・・・
・ステアリングギヤボックス、２０・・・・操縦ハンド
ル、２３・・・・回動支点軸、２４・・・・ステアリン
グアーム、２６・・・・油圧シリンダ、３４・・・・操
舵制御弁、３５・・・・中央制御装置、３６・・・・ポ
テンショメータ、３７・・・・作物列検出装置、４０・
・・・撮像手段、４１・・・・画像処理装置、４２・・
・・撮像画面、４５・・・・振動絶縁体、４６・・・・
保護カバ一体。 特許出願人　　ヤンマー農機株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、圃場内に既に植付けられた適宜個数の植付け作
   物箇所を撮像する撮像手段と、該撮像手段の画像情報か
   ら前記植付け作物箇所位置やその作物列の配列状態を検
   出するための画像処理装置とを田植機等の農作業機に搭
   載して成る作物列検出装置において、画像処理装置には
   、前記撮像手段の振動等による画像情報の震動を補正す
   るための補正回路を設けたことを特徴とする農作業機に
   おける作物列検出装置。