JPH04360607A

JPH04360607A - 作物列検出装置

Info

Publication number: JPH04360607A
Application number: JP3133927A
Authority: JP
Inventors: Masanori Fujiwara; 正徳藤原; Yasuo Fujii; 保生藤井
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1991-06-05
Filing date: 1991-06-05
Publication date: 1992-12-14
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JP2598580B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、列状に並ぶ複数個の作
物を含む所定範囲の圃場面を撮像する撮像手段と、その
撮像手段による撮像画像情報に基づいて、前記作物に対
応する画素を抽出する画素抽出手段と、この画素抽出手
段によって抽出された画素情報に基づいて、前記画素を
結ぶ線分をハフ変換によって直線近似する直線近似手段
とが設けられている作物列検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の作物列検出装置において
は、前記作物に対応して抽出された画素情報をハフ変換
する際に、各画素を通る直線に対して均一な重みで度数
加算をし、そして、最大頻度となる直線を前記求めるべ
き線分として判定していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
装置では、作物列の並び方が大きくばらついた場合や欠
株がある場合においては、作物列の未植え側と既植え側
の境界線に対応する、本来求めるべき線分の度数値と、
これ以外の方向に引かれた直線の度数値が共に低く、し
かも、その差がほとんど区別できない場合があり、この
場合には、上記最大頻度による直線の判定が正しくなさ
れない虞があった。

【０００４】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、作物列の並び方のばらつきによ
る影響が少なく、未植え側と既植え側の境界線を確実に
検出できる作物列検出装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の作物列検出装置
の第一の特徴構成は、前記画素抽出手段によって抽出さ
れた画素情報に対して、前記撮像手段の少なくとも一方
の画面座標軸に平行な画素列上で、前記抽出された画素
の両側夫々において近接する設定個数の画素に、前記抽
出された画素に対する度数値を越えない度数値を与える
重み付け手段が設けられ、これにより重み付けされた画
素情報に基づいて、前記直線近似手段が前記線分を直線
近似するように構成されている点にある。

【０００６】また第二の特徴構成は、前記重み付け手段
による重み付けが、前記抽出された画素から離れた位置
の画素程、小さい値となるように設定されている点にあ
る。

【０００７】

【作用】第一の特徴構成によれば、撮像手段が列状に並
ぶ複数個の作物を含む所定範囲の圃場面を撮像して得た
撮像画像情報に基づいて、画素抽出手段が前記作物に対
応して抽出した画素に対し、重み付け手段が、前記撮像
手段の少なくとも一方の画面座標軸に平行な画素列上で
、前記抽出された画素の両側夫々において広がりを持っ
て近接する設定個数の画素に、前記抽出された画素に対
して与える度数値を越えない範囲の度数値を与える重み
付け処理を行う。そして、この度数の重み付け処理がな
された画素に対して、ハフ変換処理を行い、前記抽出さ
れた画素を結ぶ線分を直線近似するのである。

【０００８】つまり、前記抽出された画素の領域がその
周囲に広げられるために、前記抽出された画素自身が元
々一直線に並んでいない場合であっても、前記の広がっ
た各画素領域を全部通る直線が引けることになる。しか
も、これらの直線の度数値は、前記の各画素領域の一部
のみを通る直線の度数値より相対的に高いため、最終的
に最大頻度となる直線を判別すれば、これが前記抽出さ
れた画素を平均的に結んだ線分、つまり、前記未植え側
と既植え側の境界線に対応する線分となる。

【０００９】また、第二の特徴構成によれば、重み付け
手段が、撮像手段の少なくとも一方の画面座標軸に平行
な画素列上で、前記抽出された画素の両側夫々において
広がりを持って近接する設定個数の画素に、前記抽出さ
れた画素に対して与える度数値を最大値として、前記抽
出された画素からの距離が大きくなる程、小さい重み値
を与える重み付け処理を行う。

【００１０】ここで、前記抽出された画素の周囲に広げ
られた領域中で前記抽出された画素に近い程大きい度数
値を持つので、前記ハフ変換時において、前記抽出され
た画素及びこれに近い画素を通る直線の度数値が相対的
に高くなる。そのため、最大頻度となる直線を判別した
時、これが前記抽出された画素をより平均的に結んだ線
分、つまり、前記未植え側と既植え側の境界線により滑
らかに対応する線分となる。

【００１１】

【発明の効果】従って、作物列の並び方が大きくばらつ
いている場合や欠株がある場合においても、未植え側と
既植え側の境界線を確実に検出できる作物列検出装置を
提供することができ、ひいては、作物植えつけ機等の機
体の操向制御を安定に行えるものとなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を作物植え付け機としての田植
え機に適用し、圃場に植え付けられた苗列の位置を検出
する装置の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１３】図２及び図３に示すように、左右一対の前
輪１及び後輪２を備えた機体Ｖの後方側に、苗植え付け
装置３が昇降自在に設けられ、また、前記機体Ｖの前方
側には、前記苗植え付け装置３にて植え付けられる作物
としての苗Ａの既植え部分Ｍと未植え部分Ｎとの境界で
ある線分Ｌに対応する箇所を二次元方向に亘って撮像す
る撮像手段としてのイメージセンサＳが、圃場を鉛直方
向から望む状態となるように設けられて、前記田植え機
が構成されている。

【００１４】前記イメージセンサＳの撮像視野について
説明すれば、図３に示すように、前記機体Ｖが前記線分
Ｌに対して適正に沿っている状態において、前記線分Ｌ
が前記イメージセンサＳの撮像視野の上下方向中央に位
置する状態となり、且つ、機体横幅方向には少なくとも
二列分の苗Ａが撮像され、機体進行方向には複数個の苗
Ａが撮像される状態となるように設定してある。

【００１５】つまり、前記苗Ａは、例えば機体進行方向
に対しては第１設定間隔ｌ１（２０ｃｍに設定してある
）　毎に、機体横幅方向に対しては前記第１設定間隔ｌ
１　よりも大の第２設定間隔ｌ２（３０ｃｍに設定して
ある）　毎に、夫々長方形の格子状に植え付けられるこ
とになり、機体Ｖが前記境界に対して傾いたり、横幅方
向にずれたりした場合にも、前記線分Ｌ上に位置する苗
Ａを見失うことがないように、前記イメージセンサＳの
視野が設定されている。

【００１６】従って、前記イメージセンサＳの視野中心
は、前記前輪１が撮像視野内に入らない位置で、且つ、
前記植え付け装置３の最も外側の植え付け位置よりも、
前記第２設定間隔ｌ２　に相当する距離を機体横幅方向
に突出した位置となる。そして、前記機体Ｖは、後述の
如く、前記イメージセンサＳの撮像情報に基づいて前記
線分Ｌを検出する作物列検出装置の検出情報に基づいて
、前記線分Ｌに沿って自動走行するように操向制御され
ることになる。

【００１７】制御構成について説明すれば、図１に示す
ように、前記イメージセンサＳの撮像情報から、機体進
行方向及び機体横幅方向に並ぶ画素のうちの前記苗Ａに
対応した情報を有する画素Ｔ１（図５参照）を抽出する
画素抽出手段としての苗抽出回路４と、この苗抽出回路
４の出力信号を予め設定された画素密度（３２画素×３
２画素／１画面）に対応した画素情報として記憶する画
像メモリ５と、マイクロコンピュータ利用の制御装置７
が設けられており、また、この制御装置７には、前記画
像メモリ５に記憶される画素情報に対して、前記イメー
ジセンサＳの画面上のｘ座標軸に平行な画素列上で、前
記抽出された画素Ｔ１の両側夫々において近接する設定
個数の画素Ｔ２（図５参照）に、前記画素Ｔ１に対する
度数値を越えない度数値を与える重み付け手段１０２と
、この重み付けされた画素情報に基づいて、前記線分Ｌ
を直線近似する直線近似手段１０１とが設けられ、更に
、前記制御装置７は、前記検出された線分Ｌの情報に基
づいてステアリング用のアクチュエータ６を駆動するよ
うにも構成されている。

【００１８】次に、図４（イ）に示すフローチャートに
基づいて、前記制御装置７の動作を説明しながら、各部
の構成について詳述すれば、前記機体Ｖが設定距離を走
行する毎、又は、設定時間毎に、前記イメージセンサＳ
による撮像処理が実行され、この後、前記苗抽出回路４
によって前記苗Ａに対応する画素Ｔ１が抽出されること
になる（図５参照）。尚、図５において、画素Ｔ１は、
前記苗Ａの既植え部分Ｍと未植え部分Ｎとの境界に位置
する画素で、本来は画面上に４個あるべきのものが、株
欠けのため、３個しか検出されていない。また、機体Ｖ
の進行方向が画面右側に寄っている為に、上記画素Ｔ１
に隣接する既植え部分Ｍの画素が画面上には撮像されて
いない。

【００１９】前記苗抽出回路４の動作について説明すれ
ば、前記イメージセンサＳから出力される画像情報の三
原色信号のうちの緑色信号Ｇから青色信号Ｂを減算する
減算器８と、その減算器８の出力信号を設定閾値Ｖｔｈ
に基づいて２値化するコンパレータ９とから構成されて
いる。つまり、本実施例では、前記イメージセンサＳは
三原色情報を出力可能なカラー型に構成され、そして、
前記苗Ａは緑色であり、それが植え付けられる圃場面は
、水面又は泥面であることに着目しながら画像処理され
るように構成してあり、その画像情報から前記苗Ａに対
応した画像情報のみを抽出するようにしてある。

【００２０】説明を加えると、イメージセンサＳから出
力される三原色情報のうちの緑色成分Ｇと青色成分Ｂと
の強度について、苗Ａが存在する部分、泥面に対応する
部分、自然光を反射する水面部分夫々に対して考察する
と、苗Ａが存在する部分では、緑色成分Ｇの強度が大で
、且つ、青色成分Ｂの強度が小となる。又、泥面に対応
する部分では、緑色成分Ｇ及び青色成分Ｂのいずれの強
度も小となる。さらに、水面部分では、緑色成分Ｇ及び
青色成分Ｂのいずれの強度も大となる。そこで、緑色信
号Ｇから前記青色信号Ｂを減算した信号レベルの大きさ
により、水面で反射される自然光の影響並びに前記泥面
に対応する画像情報を除去するのである。つまり、前記
緑色信号Ｇから前記青色信号Ｂを減算した画像信号のレ
ベルが設定閾値Ｖｔｈ以上のレベルとなる部分を抽出し
て２値化することにより、前記苗Ａのみに対応した画素
を抽出するのである。

【００２１】次に、図５に示すように、前記重み付け手
段１０２が、前記画像メモリ５に記憶された前記苗Ａに
対応する画素Ｔ１に対して１０の度数値を与え、また、
撮像画面のｘ座標軸に平行な３本の画素列ｙ１　，ｙ２
　，ｙ３　上で、前記画素Ｔ１の両側に隣接して連なる
画素Ｔ２に、順々に度数値８、度数値６、度数値４、度
数値２を与える。つまり、前記画素Ｔ１から離れた位置
の画素Ｔ２程、小さい度数値となるように設定されてお
り、式にすると、重み付けされた度数値ａ（ｘ，ｙｎ）
＝１０−２・｜ｘ−ｘｎ　｜で表現される。ここで、ｎ
　＝１　、２　、３　であり、ｘｎ　は上記３本の画素
列ｙ１　，ｙ２　，ｙ３　上での前記画素Ｔ１のｘ座標
値である。尚、ｙ４　は、苗Ａの株が欠けている位置の
画素列方向を示す。

【００２２】そして、前記重み付け手段１０２によって
重み付けされて広がった画素領域の画素Ｔ１，Ｔ２を結
ぶ線分を、ハフ変換処理によって直線近似することにな
る。ハフ変換について説明すれば、図６に示すように、
前記イメージセンサＳの撮像視野中心（ｘ＝１６，ｙ＝
１６）を通るｘ軸を極座標系における基準線として、前
記重み付けされた画素領域の画素Ｔ１，Ｔ２を通る複数
本の直線Ｌｎを、前記ｘ軸に対して０〜１８０度の範囲
において予め複数段階に設定された傾きθと、原点つま
り上記撮像視野中心からの距離ρとの組み合わせ（これ
を直線パラメータと呼ぶ）として、下式のように求める
ことになる。尚、図６は、前記画素列ｙ１　上の画面左
側の度数６の画素Ｔ２と、画素列ｙ２上の度数１０の画
素Ｔ１と、画素列ｙ３　上の度数１０の画素Ｔ１を通る
直線（合計度数２６）の場合を示す。 ρ＝ｘ・ｃｏｓθ＋ｙ・ｓｉｎθ

【００２３】そして、前記画素領域の全ての画素Ｔ１，
Ｔ２について、前記複数段階に設定された傾きθの値が
１８０度に達するまで、前記直線パラメータ（ρ，θ）
の頻度を計数するための二次元ヒストグラムを加算する
処理を繰り返す。ここで、上記頻度を計数する際に、前
記抽出された画素Ｔ１及び画素Ｔ１付近の画素Ｔ２の前
記二次元ヒストグラム上への寄与率が大きくなることに
なる。一方、前記抽出された画素Ｔ１から離れた位置の
画素Ｔ２による前記二次元ヒストグラムへの寄与率は相
対的に小さくなる。

【００２４】全画素に対する直線Ｌｎの頻度の計数が完
了すると、前記二次元ヒストグラムに加算された値から
、最大頻度となる傾きθと距離ρの組み合わせを求める
ことになる。図５に示すように、最大頻度２６である直
線は、２６−１、２６−２、２６−３の３本であり、こ
の３本の直線は、いづれも前記求めるべき線分Ｌとして
近似可能な直線である。一方、ここでは、従来のハフ変
換処理において判定誤りの原因となる直線Ｌｗ、つまり
、前記苗Ａの求めるべき境界線の方向から大きく外れた
直線が除去されている。そして、処理を簡略にするため
、前記３本の中で、最も既植え部分Ｍに近い画面左側の
２６−１で示される直線を選定し、これを前記イメージ
センサＳの撮像面において前記苗Ａの未植え部分Ｎと既
植え部分Ｍの境界線に対応する線分Ｌの直線近似した情
報として求める。それから、この線分Ｌの前記イメージ
センサＳの撮像画面の中心を通るｙ軸に対する傾きαと
、上記中心を通るｘ軸上の距離βを求める（図７参照）
。

【００２５】そして、前記機体Ｖが適正状態で走行して
いる場合には、前記線分Ｌが、画面中央に位置し、且つ
機体進行方向に平行となるなるように撮像視野が設定さ
れていることから、機体Ｖの横幅方向の位置のずれ量は
、前記線分Ｌに直交する方向における画面中央からの前
記距離βに対応することになる。従って、求められた線
分Ｌの傾きα、及び、上記ずれ量βが、共に零となるよ
うに操向制御することにより、前記機体Ｖを前記線分Ｌ
に沿って適正に自動走行させることができるのである。

【００２６】〔別実施例〕上記以外の別実施例として、
重み付け手段１０２が、撮像画面のｘ座標軸に平行な３
本の画素列ｙ１　，ｙ２　，ｙ３　上で、前記苗Ａに対
応する画素Ｔ１の両側に隣接して連なる画素Ｔ２（説明
上各側２個とする）に、前記画素Ｔ１と同じ度数値１０
を与える例の制御フローチャートを図４（ロ）に示す。この場合、重み付けされた各画素Ｔ１，Ｔ２の度数値は
、ａ（ｘ，ｙｎ　）＝１０（｜ｘ−ｘｎ　｜≦２，ｎ＝
１　〜３　）で表現される。ここで、ｘｎ　は上記画素
列ｙ１　，ｙ２　，ｙ３　上での前記各画素Ｔ１のｘ座
標値である。そして、ハフ変換後のヒストグラム上で最
大頻度となる直線の度数は３０で、その本数は、３０−
ｐ（ｐ＝１〜６）で示す６本になる（図８参照）。ここ
でも、従来のハフ変換処理において誤判定の原因となる
前記直線Ｌｗが除去されている。この６本の直線から、
最も既植え部分Ｍに近い位置にある３０−１を前記線分
Ｌの近似直線と判定する。

【００２７】又、上記実施例では、重み付け手段１０２
が、撮像画面のｘ座標軸に平行な画素列上で度数値の重
み付け処理を行っていたが、これ以外に、ｘ座標軸に直
交するｙ座標軸に平行な画素列上で、重み付け処理を行
ってもよい。つまり、図５にて説明すれば、ｘ１　，ｘ
２　，ｘ３　のｘ座標を持ち、ｙ座標軸に平行な３本の
画素列上で行うのである。また、撮像画面のｘ座標軸と
ｙ座標軸の２次元方向で同時に上記重み付け処理する方
法も同様に可能である。

【００２８】又、上記実施例では、最大頻度の直線から
求めるべき線分Ｌを判定する際、処理を簡略にするため
、最も既植え部分Ｍに近い位置にある直線を選定してい
たが、これとは逆に、最も未植え部分Ｎに近い位置にあ
る直線を選定してもよい。また、上記簡略な方法以外に
、複数の最大頻度の直線パラメータ（ρ，θ）の平均を
取ってもよい。つまり、図５の場合は、２６−１〜３の
３本の平均、図８の場合は、３０−１〜６の６本の平均
をとり、得られたパラメータ（ρ，θ）値の直線を前記
求めるべき線分Ｌとする。これにより、直線近似の精度
が向上する利点が生ずる。

【００２９】又、上記実施例では、緑色情報Ｇから青色
情報Ｂを減算して設定閾値に基づいて２値化することに
より、苗Ａに対応する画素Ｔ１を抽出するように構成し
た場合を例示したが、例えば、三原色情報Ｒ，Ｇ，Ｂの
全部を用いて、それらの比が苗Ａの色に対応する設定比
率範囲となる領域を画素Ｔ１として抽出するようにして
もよく、画素抽出手段としての苗抽出回路４の具体構成
は、各種変更できる。

【００３０】又、上記実施例では、本発明を田植え機を
圃場に植え付けられた苗列に沿って自動走行させるため
の装置に適用し、そして、検出された作物列に対応する
近似直線の情報を、操向制御のための制御情報として利
用するように構成した場合を例示したが、本発明は各種
の作物列に対応する近似直線の情報を検出するための装
置に適用できるものであって、作物の種類や機体の走行
系の構成等、各部の具体構成、並びに、検出された作物
列に対応する近似直線の情報の利用形態は、各種変更で
きる。

【００３１】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【００３２】

【図面の簡単な説明】

【図１】制御構成のブロック図

【図２】作物植え付け機の概略正面図

【図３】同平面図

【図４】作物列検出のフローチャート

【図５】画面上の作物列検出処理の説明図

【図６】ハフ
変換処理の説明図

【図７】操向制御の説明図

【図８】別実施例での画面上の作物列検出処理の説明図

【符号の説明】

４　　　　　　画素抽出手段１０１　　直線近似手段１０２　　重み付け手段Ａ　　　　　　作物Ｌ　　　　　　線分Ｓ　　　　　　撮像手段Ｔ１　　　　画素Ｔ２　　　　画素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　列状に並ぶ複数個の作物（Ａ）を含む
所定範囲の圃場面を撮像する撮像手段（Ｓ）と、その撮
像手段（Ｓ）による撮像画像情報に基づいて、前記作物
（Ａ）に対応する画素（Ｔ１）を抽出する画素抽出手段
（４）と、この画素抽出手段（４）によって抽出された
画素情報に基づいて、前記画素（Ｔ１）を結ぶ線分（Ｌ
）をハフ変換によって直線近似する直線近似手段（１０
１）とが設けられている作物列検出装置であって、前記
画素抽出手段（４）によって抽出された画素情報に対し
て、前記撮像手段（Ｓ）の少なくとも一方の画面座標軸
に平行な画素列上で、前記抽出された画素（Ｔ１）の両
側夫々において近接する設定個数の画素（Ｔ２）に、前
記抽出された画素（Ｔ１）に対する度数値を越えない度
数値を与える重み付け手段（１０２）が設けられ、これ
により重み付けされた画素情報に基づいて、前記直線近
似手段（１０１）が前記線分（Ｌ）を直線近似するよう
に構成されている作物列検出装置。
【請求項２】　　請求項１記載の作物列検出装置であっ
て、前記重み付け手段（１０２）による重み付けが、前
記抽出された画素（Ｔ１）から離れた位置の画素（Ｔ２
）程、小さい値となるように設定されている作物列検出
装置。