JPH0456933B2 - - Google Patents

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JPH0456933B2
JPH0456933B2 JP9519185A JP9519185A JPH0456933B2 JP H0456933 B2 JPH0456933 B2 JP H0456933B2 JP 9519185 A JP9519185 A JP 9519185A JP 9519185 A JP9519185 A JP 9519185A JP H0456933 B2 JPH0456933 B2 JP H0456933B2
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JP
Japan
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ripeness
fruit
image
vegetables
green component
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JP9519185A
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Japanese (ja)
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JPS61254276A (en
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Masahiko Hayashi
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Kubota Corp
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Kubota Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ミカン、リンゴ、ブドウ、キウイ等
の果菜類の熟度を自動判別するための装置、詳し
くは、測定対象果菜類を撮像したカラー画像信号
のうちの緑色成分の信号レベルの大きさに基づい
て、測定対象果菜類の熟度を判別する果菜類用熟
度判別装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an apparatus for automatically determining the ripeness of fruit vegetables such as mandarin oranges, apples, grapes, and kiwifruit, and more particularly, to an apparatus for automatically determining the ripeness of fruit vegetables such as mandarin oranges, apples, grapes, and kiwis. The present invention relates to a ripeness determination device for fruits and vegetables that determines the ripeness of fruits and vegetables to be measured based on the signal level of a green component of a color image signal.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ミカン、リンゴ、ブドウ、キウイ等の果菜類に
おいては、その熟度に応じて表皮色のうちの緑色
成分の変化が顕著に現れることが知られている。
つまり、緑色成分が少ないほど熟度が高くなると
いうように、熟度に対して緑色成分レベルが反比
例する関係となることが知られている。従つて、
撮像条件を一定にする、つまり、明るさで正規化
した緑色成分の画像信号レベルの大きさを判別す
ることで、果菜類の熟度を定量的に判別すること
が可能である。
It is known that in fruit vegetables such as mandarin oranges, apples, grapes, and kiwifruit, the green component of the skin color changes markedly depending on the degree of ripeness.
In other words, it is known that the green component level is inversely proportional to the ripeness, such that the lower the green component, the higher the ripeness. Therefore,
By keeping the imaging conditions constant, that is, by determining the magnitude of the image signal level of the green component normalized by brightness, it is possible to quantitatively determine the ripeness of fruits and vegetables.

そこで、従来では、熟度を判別するための対象
となる果菜類をカラービデオカメラ等の撮像手段
によつて撮像し、撮像条件を一定にするために、
撮像画像信号のうちの緑色成分を、明るさ例えば
輝度信号で正規化し、そのレベル変化のヒストグ
ラムを作成し、例えば作成したヒストグラムの中
央値を、熟度を代表する着色度として計測する手
段が考えられている。(特開昭59−87081号公報参
照) しかしながら、上記手段においては、各測定対
象毎に正確なヒストグラムを作成する必要があ
り、そのためには一つの対象に対して複数点で測
定した緑色成分信号を、各測定点に対応してある
程度高い分解能で記憶する必要があり、画像デー
タのメモリ等の容量が大きくなる。しかも、ヒス
トグラムを作成するための処理も必要であり、装
置構成が複雑になる不都合がある。
Therefore, in the past, fruits and vegetables that are the target for determining ripeness are imaged using an imaging means such as a color video camera, and in order to keep the imaging conditions constant,
One idea is to normalize the green component of the captured image signal with brightness, such as a luminance signal, create a histogram of the level changes, and measure, for example, the median value of the created histogram as the degree of coloration that represents the degree of ripeness. It is being (Refer to Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-87081.) However, with the above means, it is necessary to create an accurate histogram for each measurement object, and to do so, it is necessary to create a green component signal measured at multiple points for one object. It is necessary to store the image data at a relatively high resolution corresponding to each measurement point, which increases the capacity of the image data memory, etc. Moreover, processing for creating a histogram is also required, which poses the problem of complicating the device configuration.

そこで、装置構成の簡素化を図るべく、対象を
撮像したアナログ画像信号を、その色範囲に基づ
いて直接的に2値化し、この2値化データのみを
記憶して処理する手段が考えられている。
Therefore, in order to simplify the device configuration, a method has been devised in which the analog image signal obtained by imaging the object is directly binarized based on its color range, and only this binarized data is stored and processed. There is.

〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記従来手段においては、以下
に示すような不都合があつた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the above conventional means has the following disadvantages.

すなわち、、画像データ(通常アナログ的な信
号である)を予め2値化する手段においては、測
定対象物を特定するために、予め設定した色範囲
に対応する閾値で撮像信号を全て2値化し、その
際に、ノイズ等による誤動作を防止するため、2
値化画像の面積が小さいものは自動的に除去する
処理を行うようにする必要がある。従つて、ブド
ウ等のように大きさが不揃いで、かつ、熟度の差
による色変化が微妙である測定対象物の場合に
は、2値化した際に、その面積差が小さくなりブ
ドウの房自体の大小差の影響により小さな房に対
応する画像データが欠落してしまうことがあつ
て、正確に熟度を判別できなくなる不都合があつ
た。
In other words, in a method for pre-binarizing image data (usually an analog signal), in order to identify the object to be measured, all imaged signals are binarized using a threshold value corresponding to a preset color range. , At that time, in order to prevent malfunction due to noise etc., 2.
It is necessary to perform processing to automatically remove values that have a small area. Therefore, in the case of measurement objects such as grapes that are irregular in size and have subtle color changes due to differences in ripeness, when binarized, the area difference becomes smaller and the grapes Due to the difference in size of the bunches themselves, image data corresponding to small bunches may be missing, making it impossible to accurately determine the degree of ripeness.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであ
つて、その目的は、測定対象となる果菜類の大き
さや形状に影響されることなく、簡単に全体的な
熟度を判別できるようにすることにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to easily determine the overall ripeness level of fruits and vegetables to be measured, without being influenced by the size or shape of the fruit or vegetables. There is a particular thing.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明による果菜類用熟度判別装置の特徴は、
前記緑色成分の画像信号を2値化する2値化手
段、および、この2値化手段の閾値を可変設定す
る手段を設け、前記閾値を可変設定した前後の2
値化画像の面積変化率に基づいて、前記測定対象
果菜類の熟度を判別する手段を備えさせた点にあ
り、その作用ならびに効果は以下の通りである。
The characteristics of the ripeness determination device for fruits and vegetables according to the present invention are as follows:
A binarization means for binarizing the image signal of the green component and a means for variably setting the threshold of the binarization means are provided, and the two before and after the threshold is variably set.
The present invention is provided with a means for determining the ripeness of the fruits and vegetables to be measured based on the area change rate of the valued image, and its functions and effects are as follows.

〔作用〕[Effect]

すなわち、測定対象となる果菜類を撮像した画
像成分のうちの緑色成分を、所定の閾値、例え
ば、規定熟度の上限と下限、あるいは測定果菜類
を特定するための緑色成分範囲等、にて決められ
る閾値に基づいて2値化し、その2値化画像の輪
郭の大きさすなわち面積を求め、次に上記閾値
を、例えば熟度が高い方向である緑色成分が減少
する側に可変設定して同一対象を撮像し、この閾
値の可変設定前後における2値化画像の面積減少
率が小さいもののほうが熟度が高いものである、
というようにその熟度を判別できるのである。
又、上記熟度を判別するに、閾値を、緑色成分が
増加する側に可変設定し、2値化画像の面積増加
率が少ないものを熟度が高いと判別するようにし
てもよく、要するに、上記閾値を可変設定した前
後における2値化画像の面積変化率に基づいて熟
度を判別できるのである。
That is, the green component of the image component of the fruit and vegetable to be measured is determined by a predetermined threshold, such as the upper and lower limits of the specified ripeness, or the green component range for specifying the fruit and vegetable to be measured. The image is binarized based on a predetermined threshold, the size or area of the outline of the binarized image is determined, and the threshold is variably set, for example, to the side where the green component decreases, which is the direction of higher ripeness. When the same object is imaged, the smaller the area reduction rate of the binarized image before and after the variable setting of this threshold value is, the more mature the image is.
In this way, you can determine its ripeness.
Furthermore, in order to determine the degree of ripeness, the threshold value may be variably set to the side where the green component increases, and a binarized image with a small area increase rate may be determined to have a high degree of ripeness. The degree of ripeness can be determined based on the area change rate of the binarized image before and after the threshold value is variably set.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

従つて、測定対象を撮像した画像信号のうちの
熟度に対応した色成分である緑色成分を所定の閾
値で2値化し、その閾値を可変設定した前後にお
ける2値化画像の面積変化率に基づいて、熟度を
判別するので、装置構成の簡素化を図りながら
も、測定対象の大きさや形状に拘らず、対象とな
る果菜類の全体的な熟度を正確に判別できるので
ある。
Therefore, the green component, which is the color component corresponding to the ripeness of the image signal of the measurement target, is binarized using a predetermined threshold, and the area change rate of the binarized image before and after the threshold is variably set. Since the degree of ripeness is determined based on this, it is possible to accurately determine the overall degree of ripeness of the target fruits and vegetables, regardless of the size or shape of the target, while simplifying the device configuration.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第6図に示すように、油圧モータmにて各別に
駆動自在な左右一対の推進車輪2L,2R、この
車輪2L,2Rの後方側に位置するキヤスタ2
B、および、原動部Eを備えた車体V後部に、マ
ニプレータB支持ポスト1を立設し、その支持ポ
スト1の先端に、伸縮自在なマニプレータBを、
上下および左右に揺動操作自在に取り付け、その
マニプレータBの先端に、作業部としての作業用
ハンドHを取り付けて、ブドウ等の棚作果菜類用
の作業機を構成してある。
As shown in FIG. 6, a pair of left and right propulsion wheels 2L, 2R can be independently driven by a hydraulic motor m, and a caster 2 located behind the wheels 2L, 2R.
A manipulator B support post 1 is erected at the rear of the vehicle body V, which is equipped with a driving part E, and a telescopic manipulator B is attached to the tip of the support post 1.
The manipulator B is attached so as to be swingable up and down and left and right, and a working hand H serving as a working part is attached to the tip of the manipulator B, thereby forming a working machine for terraced fruit vegetables such as grapes.

前記マニプレータBは、基端側第1アームB1
この第1アームB1に伸縮自在に内嵌支持される
第2アームB2、さらに、この第2アームB2に伸
縮自在に内嵌支持される第3アームB3の3つの
アームから構成され、前記基端側第1アームB1
後端に設けた伸縮操作作用モータM1の正逆回転
操作により全体が伸縮するように構成してある。
The manipulator B includes a proximal first arm B 1 ,
It is composed of three arms: a second arm B 2 which is telescopically fitted and supported in the first arm B 1 , and a third arm B 3 which is telescopically fitted and supported in the second arm B 2 . , the proximal first arm B 1
The entire body is configured to expand and contract by forward and reverse rotation of an expansion/contraction operation motor M1 provided at the rear end.

又、前記マニプレータBの基端側第1アーム
B1を、水平軸芯X周りで上下揺動自在に二股条
連結枠4に枢支し、その連結枠4を、支持ポスト
1に縦軸芯Y周りで回転自在に内嵌してある。そ
して、マニプレータBを上下揺動操作するモータ
M2および左右揺動操作するモータM3の夫々を設
けてある。
Further, the first arm on the base end side of the manipulator B
B1 is pivotally supported on a bifurcated connecting frame 4 so as to be vertically swingable around the horizontal axis X, and the connecting frame 4 is fitted inside the support post 1 so as to be rotatable around the vertical axis Y. And a motor that operates the manipulator B to swing up and down.
A motor M 2 and a motor M 3 for left-right swing operation are provided.

前記作業用ハンドHとしては、例えば果樹に対
する収穫、剪定、摘花、薬剤散布等の各種作業を
行うために各種のものが用意され、それらを作業
に応じて付け替えて使用することになる。そし
て、その一例としての収穫作業用ハンドHについ
て説明すれば、第7図に示すように、二股状支持
枠5を、前記第3アームB3先端にアーム長て方
向に沿う軸芯P周りに回転自在に取り付け、果実
取入用筒状ケース6を、前記二股状支持枠5の先
端に水平軸芯Q周りに回転自在に取り付けて、前
記筒状ケース6をその自重にて所定の上向き姿勢
に維持させるようにしてある。そして、前記筒状
ケース6内に導入された作業対象としての果実と
枝とを接続する柄状部分、いわゆる果梗を突出作
動に伴つて所定位置に押圧支持する果梗押圧部材
7の複数個を、出退自在に筒状ケース6の開口部
に取り付けるとともに、それら果梗押圧部材7に
て支持された果梗を切断するための円弧状スライ
ド式カツタ8を、前記所定位置に押圧支持された
果梗に対する切断位置に突出作動できるように、
前記筒状ケース6側に揺動自在に取り付けてあ
る。
Various types of working hands H are prepared for carrying out various operations such as harvesting, pruning, flower thinning, and spraying chemicals on fruit trees, and these hands are changed and used depending on the task. To explain the hand H for harvesting work as an example, as shown in FIG . The cylindrical case 6 for taking in fruit is rotatably attached to the tip of the bifurcated support frame 5 about the horizontal axis Q, and the cylindrical case 6 is held in a predetermined upward position by its own weight. It is designed to be maintained. A plurality of pedestal pressing members 7 press and support the peduncle, which is a handle-like portion that connects the fruit to be worked on and the branch introduced into the cylindrical case 6, in a predetermined position as the peduncle is projected. is attached to the opening of the cylindrical case 6 so as to be retractable and retractable, and an arc-shaped sliding cutter 8 for cutting the fruit stalk supported by the stalk pressing member 7 is pressed and supported at the predetermined position. so that it can be operated to protrude into the cutting position against the fruit stem.
It is swingably attached to the cylindrical case 6 side.

前記筒状ケース6の開口周縁に、指状部材9を
複数個立設してある。尚、前記指状部材9先端部
は接触センサに兼用構成してあり、前記筒状ケー
ス6内に収穫対象果実Fを取り込むときにハンド
H誘導方向を調整するための情報を収集できるよ
うにしてある。
A plurality of finger-like members 9 are provided upright on the periphery of the opening of the cylindrical case 6. The tip of the finger-like member 9 is also configured to serve as a contact sensor, so that it can collect information for adjusting the guiding direction of the hand H when the fruit F to be harvested is taken into the cylindrical case 6. be.

又、前記車体V前部中央に、作業対象としての
果実Fを撮像する手段としてのカラービデオカメ
ラ10を、その視野方向が上方に向くように取り
付けるとともに、マニプレータBの第3アーム
B3先端上部に、ハンドHが対象果実Fに対して
設定距離以内に接近したことを検出する赤外線式
スポツト距離センサを用いた近接センサ11を設
けてある。第1図に示すように、対象果実Fを特
定するために予め設定した所定の色範囲に基づい
て前記カメラ10による画像情報を2値化するこ
とにより、果実Fと枝や葉等の他物とを分離して
作業対象となる果実のみに対応した輪郭Faを抽
出する2値化手段12、および、その2値化画像
を表示するモニタ13を設けてある。そして、制
御装置14にて次の作動を行わせるようにしてあ
る。つまり、前記抽出輪郭Faのモニタ13の画
面上における中央位置Fcを求めること、この中
央位置Fcを基準として、果実Fが生つている棚
の高さに対して所定量下方となる位置の方向を、
棚の高さ、カメラ10の位置、マニプレータBの
位置等に基づいて演算すること、その演算された
方向に向けてマニプレータBを突出作動させるこ
と、その突出作動を前記近接センサ11の対象果
実F検出作動に伴つて停止させること、夫々を行
わせ、もつて、一つの対象果実Fの塊の中央直下
位置に収穫作業用ハンドHを自動的に移動させる
ように構成してある。
In addition, a color video camera 10 is installed at the center of the front part of the vehicle body V so that the viewing direction thereof faces upward.
A proximity sensor 11 using an infrared spot distance sensor is provided at the top of the tip of B3 to detect when the hand H approaches the target fruit F within a set distance. As shown in FIG. 1, by binarizing the image information obtained by the camera 10 based on a predetermined color range set in advance to identify the target fruit F, the fruit F and other objects such as branches and leaves can be detected. A binarizing means 12 is provided for separating the contour Fa from the fruit to extract an outline Fa corresponding only to the fruit to be worked on, and a monitor 13 for displaying the binarized image. Then, the control device 14 is configured to perform the following operations. In other words, the central position Fc of the extracted contour Fa on the screen of the monitor 13 is determined, and the direction of the position that is a predetermined amount below the height of the shelf on which the fruit F is grown is determined based on this central position Fc. ,
Calculating based on the height of the shelf, the position of the camera 10, the position of the manipulator B, etc., protruding the manipulator B in the calculated direction, and directing the protruding operation to the target fruit F of the proximity sensor 11. The harvesting hand H is configured to be stopped in response to the detection operation, and then automatically moved to a position directly below the center of a lump of one target fruit F.

尚、前記カメラ10による撮像情報が、周囲の
明るさ変動の影響を受けないようにするため、撮
像動作に同期して所定の明るさで対象果実Fを照
光する手段としてのストロボ装置15を、その照
光方向が作業対象果実Fとは反対方向である車体
V側に向くように設けるとともに、そのストロボ
光を上方に向けて乱反射して拡散するリフレクタ
16を設けてある。つまり、例えばブドウ等のよ
うにその果実表面に白い粉が付着しているような
果実を直接照光すると、いわゆるハレーシヨンを
起こして、表皮色が白つぽく撮像され、本来の表
皮色とは異なる色の画像となり、対象果実Fを誤
つて認識する不都合があるが、このような不都合
を防止できるようにしてある。従つて、表皮色が
不明確な果菜類においても人為的な目視による色
感覚に近い色の画像情報が得られるという効果が
ある。
In order to prevent the imaging information obtained by the camera 10 from being affected by surrounding brightness fluctuations, a strobe device 15 is used as a means for illuminating the target fruit F at a predetermined brightness in synchronization with the imaging operation. A reflector 16 is provided so that its illumination direction is directed toward the vehicle body V, which is the opposite direction from the fruit F to be worked, and which diffuses and diffuses the strobe light upward. In other words, if a fruit with white powder attached to its surface, such as a grape, is directly illuminated, so-called halation will occur, and the skin color will be imaged as whitish, which is different from the original skin color. This results in an inconvenient image in which the target fruit F is incorrectly recognized, but such an inconvenience can be prevented. Therefore, even for fruits and vegetables whose skin color is unclear, it is possible to obtain image information of a color similar to the color sensation obtained by human visual observation.

以下、作業対象果実Fの位置およびその熟度を
判別するとともに、前記ハンドHを作業対象果実
F方向に誘導する制御システムの構成を、第1
図、第2図に示すブロツク図、および第3図に示
す2値化レベルの閾値設定の説明図、並びに第5
図のフローチヤートに基づいて詳述する。
Hereinafter, the configuration of the control system that determines the position and ripeness of the fruit F to be worked on and guides the hand H in the direction of the fruit F to be worked on will be described as follows.
, the block diagram shown in FIG. 2, the explanatory diagram of threshold setting of the binarization level shown in FIG.
The details will be explained based on the flowchart shown in the figure.

すなわち、前記カメラ10によつて撮像され
NTSC信号として出力された画像信号は、第1図
に示すように、NTSCデコーダ17により明るさ
に対応する輝度信号Y、および、光の三原色であ
る赤、緑、青のうちの表皮色変化に対応してその
出力レベルが良く変化する赤色成分Rと緑色成分
Gの三つの信号Y,R,Gに分離されて前記2値
化手段12に入力される。
That is, the image taken by the camera 10 is
As shown in Figure 1, the image signal output as an NTSC signal is processed by the NTSC decoder 17 into a luminance signal Y corresponding to brightness and a change in skin color among the three primary colors of light, red, green, and blue. The signal is separated into three signals Y, R, and G, a red component R and a green component G, whose output levels change accordingly, and are input to the binarization means 12.

前記2値化手段12は、前記赤色成分Rと緑色
成分Gの夫々を、輝度信号Yにより正規化した
後、対象果実Fに対応する色範囲を閾値とて2値
化し、その2値化した赤色成分Rと緑色成分Gの
両方が“H”レベルである画像情報を対象果実F
の2値化画像として処理するように構成してあ
る。
The binarization means 12 normalizes each of the red component R and the green component G using the luminance signal Y, and then binarizes the color range corresponding to the target fruit F as a threshold value. The image information in which both the red component R and the green component G are at the “H” level is the target fruit F.
The configuration is such that the image is processed as a binary image.

前記赤色成分Rおよび緑色成分Gを輝度信号Y
により正規化する原理について説明すると、対象
果実Fの表皮色範囲は、明るさが一定の条件下に
おいて赤色成分Rおよび緑色成分Gの信号レベル
に対応している。従つて、この赤色成分Rはおよ
び緑色成分Gの各レベルと前記輝度信号Yのレベ
ルとの比R/Y,G/Yが明るさ変動の影響を除
去したた絶対的な表皮色範囲と直接比例関係があ
るものとなる。
The red component R and green component G are converted into a luminance signal Y.
To explain the principle of normalization, the skin color range of the target fruit F corresponds to the signal levels of the red component R and the green component G under constant brightness conditions. Therefore, the ratios R/Y and G/Y of each level of the red component R and the level of the luminance signal Y to the level of the green component G are directly equal to the absolute skin color range in which the influence of brightness fluctuations has been removed. There is a proportional relationship.

ところで、前記比R/Y,G/Yを求めるに、
前記赤色成分Rおよび緑色成分Gの信号をそのま
ま輝度信号Yで除算すると、その信号周波数帯域
が高く、そのままで除算することが困難であるこ
とから、本実施例では乗算処理により行うように
構成してある。
By the way, to find the ratios R/Y and G/Y,
If the signals of the red component R and the green component G are directly divided by the luminance signal Y, the signal frequency band is high, and it is difficult to directly divide the signal. Therefore, in this embodiment, multiplication processing is used. There is.

つまり、2値化する色範囲は、ある色の成分
VNについて、下記()式で示すように定義で
きる。そして、この()式を()式で示すよ
うに変形することにより、輝度信号Yに所定の比
率を乗算する式に置換できる。
In other words, the color range to be binarized is the component of a certain color.
V N can be defined as shown in the following equation (). By transforming this equation () as shown in equation (), it can be replaced with an equation that multiplies the luminance signal Y by a predetermined ratio.

Kn1<VN/Y<Kn2 ……() (ただし、NはR又はGのレベル、Kn1はR又は
Gの下限値、同様にKn2は上限値である。) 上記()式を変形すると、 Kn1・Y<VN<Kn2・Y ……() (ただし、YはR,G,Bの合成信号であること
からVNすなわちR又はGのレベルはYのレベル
以下となるため、Kn1≦1,Kn2≦1とする。) となり、輝度信号Yに2値化する色範囲の下限値
Kn1および上限値Kn2を乗算した信号レベルの範
囲にある赤色成分Rおよび緑色成分Gを抽出する
ことにより、結果として対象果実Fの表皮色にの
み対応する画像である2値化信号が得られること
となる。
Kn 1 <V N /Y<Kn 2 ... () (However, N is the R or G level, Kn 1 is the lower limit of R or G, and similarly Kn 2 is the upper limit.) The above formula () When transformed, Kn 1・Y<V N <Kn 2・Y ... () (However, since Y is a composite signal of R, G, and B, V N, that is, the level of R or G is lower than the level of Y. Therefore, Kn 1 ≦1, Kn 2 ≦1.) Therefore, the lower limit of the color range to be binarized into the luminance signal Y is
By extracting the red component R and the green component G within the signal level range multiplied by Kn 1 and the upper limit Kn 2 , a binarized signal that is an image corresponding only to the skin color of the target fruit F is obtained. It will be.

従つて、前記2値化する色範囲を、輝度信号Y
の乗算比率の下限値Kn1および上限値Kn2として
設定し、その各乗算比率で乗算した輝度信号Yの
レベルを閾値として、赤色成分Rおよび緑色成分
G夫々のレベルと比較することにより、撮像した
画像情報から特定の色範囲にある対象を、周囲の
明るさ変化に影響されることなく抽出できるので
ある。そして、色範囲の下限値Kn1および上限値
Kn2を設定して2値化した後、再度前記色範囲の
下限値Kn1または上限値Kn2を可変設定して同一
対象を再度撮像した画像信号を2値化し、その可
変設定した前後の2値化画像の面積変化率を求め
ることで、同一対象の色の変化すなわち熟度を判
別できるのである。
Therefore, the color range to be binarized is determined by the luminance signal Y
By setting the lower limit value Kn 1 and upper limit value Kn 2 of the multiplication ratio of , and comparing the level of the brightness signal Y multiplied by the respective multiplication ratios with the respective levels of the red component R and the green component G, the image is captured. It is possible to extract objects within a specific color range from the image information obtained without being affected by changes in surrounding brightness. And the lower limit value Kn 1 and upper limit value of the color range
After setting Kn 2 and binarizing, the lower limit value Kn 1 or upper limit Kn 2 of the color range is again set variably to binarize the image signal obtained by imaging the same object again, and the image signal before and after the variable setting is By determining the area change rate of the binarized image, it is possible to determine the change in color of the same object, that is, the degree of ripeness.

すなわち、赤色成分Rの範囲の下限値Vr1およ
び上限値Vr2に対応する2値下レベルの閾値とし
ての各乗算比Kr1,Kr2を設定する一対のポテン
シヨメータRr1,Rr2を設け、このポテンシヨメ
ータRr1,Rr2により設定された乗算比Kr1,Kr2
で夫々各別に前記輝度信号Yを乗算する一対の乗
算器A1,A1を設けてある。同様に緑色成分Gの
範囲の下限値Vg1および上限値Vg2に対応する乗
算比Kg1,Kg2を設定する一対のポテンシヨメー
タRg1,Rg2を設け、このポテンシヨメータRg1
Rg2により設定された乗算比Kg1,Kg2で夫々各
別に前記輝度信号Yを乗算する一対の乗算器A1
A1を設けてある。そして、前記各一対の乗算器
A1,A1により所定の比率Knmで乗算された輝度
信号Knm・Y、n=r,g,m=1,2を2値化
手段としての二つのコンパレータA2,A2よりな
る一対のウインドコンパレータの各比較基準電圧
とし、この各ウインドコンパレータにより、前記
各ポテンシヨメータRr1,Rr2,Rg1,Rg2により
設定した赤色の下限値Vr1および上限値Vr2の範
囲にある赤色成分Rと、緑色の下限値Vg1および
上限値Vg2の範囲にある緑色成分Gを、夫々2値
化して抽出し、各2値化された赤色成分Rと緑色
成分Gが、両方とも“H”レベルである信号のみ
ANDゲートG1により演算抽出して、対象果実F
の輪郭Faに対応した2値化画像信号に変換する
のである。
That is, a pair of potentiometers Rr 1 and Rr 2 are used to set the respective multiplication ratios Kr 1 and Kr 2 as thresholds of the lower binary level corresponding to the lower limit value Vr 1 and upper limit value Vr 2 of the range of the red component R. The multiplication ratio Kr 1 , Kr 2 set by this potentiometer Rr 1 , Rr 2
A pair of multipliers A 1 and A 1 are provided for multiplying the luminance signal Y, respectively. Similarly, a pair of potentiometers Rg 1 and Rg 2 are provided to set multiplication ratios Kg 1 and Kg 2 corresponding to the lower limit value Vg 1 and upper limit value Vg 2 of the range of the green component G, and these potentiometers Rg 1 ,
a pair of multipliers A 1 , which respectively multiply the luminance signal Y by multiplication ratios Kg 1 and Kg 2 set by Rg 2 ;
A 1 is provided. and each pair of multipliers
A pair of comparators A 2 and A 2 serve as means for binarizing the luminance signal Knm·Y, n=r, g, m= 1, 2 , which is multiplied by A 1 and A 1 by a predetermined ratio Knm. Each comparison reference voltage of the window comparator is used as a reference voltage, and each window comparator determines the red color within the range of the lower limit value Vr 1 and upper limit value Vr 2 of red color set by each potentiometer Rr 1 , Rr 2 , Rg 1 , Rg 2 . The component R and the green component G in the range of green lower limit value Vg 1 and upper limit value Vg 2 are respectively binarized and extracted, and each binarized red component R and green component G are both " Only signals that are at H” level
Extract the target fruit F using AND gate G1 .
It is converted into a binary image signal corresponding to the contour Fa.

そして、前記2値化された対象果実Fに対応し
た2値化画像信号は、モニタ13に表示されると
ともに、一対の画像メモリ18a,18bに一旦
記憶されるようにしてある。そして、前記緑色成
分Gの上限値Vg2を可変設定して、緑色成分Gの
2値化範囲を、熟度に対応して変化させ、両画像
メモリ18a,18bに記憶された2値化の閾値
を可変設定した前後の各輪郭Fa,Fbの面積変化
率aに基づいて対象果実Fの熟度を判別するので
ある。
The binarized image signal corresponding to the binarized target fruit F is displayed on the monitor 13 and is temporarily stored in a pair of image memories 18a and 18b. Then, by variably setting the upper limit value Vg 2 of the green component G, the binarization range of the green component G is changed in accordance with the ripeness level, and the binarization range stored in both image memories 18a and 18b is changed. The degree of ripeness of the target fruit F is determined based on the area change rate a of each contour Fa, Fb before and after the threshold value is variably set.

すなわち、第4図イに示すように、前記四つの
ポテンシヨメータRr1,Rr2,Rg1,Rg2によつて
設定された赤色成分Rと緑色成分Gとを共に含む
画像信号Faを分離抽出することにより、測定対
象果実Fとその背景となる枝、葉、空等とを分離
して、前記一方の画像メモリ18aに記憶させ
る。次に第4図ロに示すように、前記緑色成分G
の上限閾値Vg2を、対象となる果実Fの熟度に対
応して所定レベルまで低下させ、同一位置におい
て再度撮像し、その2値化画像Fbを他方の画像
メモリ18bに記憶させ、制御装置14内に設け
た熟度判別手段14aにより各輪郭Fa,Fbの面
積を算出して、その変化率aを求める。そして、
求めた面積変化率aが所定値k以下で有るか否か
に基づいて、熟しているか否かを判別するのであ
る。尚、前記面積変化率aが所定値k以下でない
場合には、ハンドHが収穫作動しないようにする
他、前記モニタ13にそのことを表示するように
してもよい。
That is, as shown in FIG. 4A, the image signal Fa containing both the red component R and the green component G set by the four potentiometers Rr 1 , Rr 2 , Rg 1 , and Rg 2 is separated. By extracting, the fruit F to be measured and its background branches, leaves, sky, etc. are separated and stored in the one image memory 18a. Next, as shown in FIG. 4B, the green component G
The upper limit threshold Vg 2 is lowered to a predetermined level corresponding to the ripeness of the target fruit F, the image is captured again at the same position, the binarized image Fb is stored in the other image memory 18b, and the control device The area of each of the contours Fa and Fb is calculated by the ripeness determination means 14a provided in the 14, and the rate of change a thereof is determined. and,
It is determined whether the fruit is ripe or not based on whether the calculated area change rate a is less than or equal to a predetermined value k. Incidentally, if the area change rate a is not less than a predetermined value k, the hand H may be prevented from performing the harvesting operation, and this may be displayed on the monitor 13.

又、前記両画像メモリ18a,18bに2値化
画像を記憶させる際に、前記ストロボ装置15が
カメラ10による撮像に同期して作動するよう
に、制御装置14によりその作動を制御されるこ
ととなる。
Further, when the binarized images are stored in both the image memories 18a and 18b, the operation of the strobe device 15 is controlled by the control device 14 so that it operates in synchronization with the imaging by the camera 10. Become.

又、前記一方の画像メモリ18aに記憶され、
モニタ13に表示された収穫対象果実Fの2値化
画像の輪郭Faの位置をライトペン等によつて指
示することにより、収穫対象果実Fを指示し、そ
の指示情報に基づいて輪郭Faの中央位置Fcを演
算し、その位置Fcより設定量すなわち前記近接
センサ10の果実感知位置分をオフセツトした下
方となる位置を、目標方向演算手段14bによつ
て演算して、ハンドHの誘導目標方向として求め
る。
Also, stored in the one image memory 18a,
By indicating the position of the outline Fa of the binarized image of the fruit F to be harvested displayed on the monitor 13 with a light pen or the like, the fruit F to be harvested is designated, and the center of the outline Fa is determined based on the instruction information. The position Fc is calculated, and the target direction calculating means 14b calculates a position below the position Fc by offsetting a set amount, that is, the fruit sensing position of the proximity sensor 10, as the guidance target direction of the hand H. demand.

そして、その目標方向へ向けてハンドHが突出
するように、駆動信号演算手段14cを作動さ
せ、前記各モータM2,M3を駆動してマニプレー
タBの向きを変更調節し、その後、前記近接セン
サ10が果実Fを検出するまで前記モータM1
正回転作動させることによつて、収穫対象果実F
の最下端位置直下までハンドHを自動的に移動さ
せるように誘導するのである。その後は、ハンド
Hをその向きを変えることなく上方に移動させる
ことによつて、ハンドH内に果実Fを取り込み、
前記果梗押圧部材7を突出作動させて果梗を所定
位置に押圧支持し、カツタ8を前記所定位置に押
圧支持された果梗に対する切断位置に突出作動さ
せて切断して収穫作動を行い、前記モータM1
逆回転作動させてハンドHを縮めて、熟度が所定
以上である一つの果実Fに対する収穫作業を終了
するのである。
Then, the drive signal calculating means 14c is activated so that the hand H protrudes toward the target direction, and the direction of the manipulator B is changed and adjusted by driving each of the motors M 2 and M 3 . By operating the motor M1 in forward rotation until the sensor 10 detects the fruit F, the fruit F to be harvested is
This guides the hand H to be automatically moved to just below the lowest position. After that, by moving the hand H upward without changing its direction, the fruit F is taken into the hand H,
The stalk pressing member 7 is operated to protrude to press and support the fruit stem at a predetermined position, and the cutter 8 is operated to protrude to a cutting position with respect to the fruit stem that is pressed and supported at the predetermined position to cut and perform a harvesting operation, The motor M1 is operated in reverse rotation to retract the hand H, thereby completing the harvesting operation for one fruit F whose ripeness is above a predetermined level.

〔別実施例〕[Another example]

上記実施例では、撮像画像を2値化するに、緑
色成分Gのみならず赤色成分Rを用いているが、
これは、以下に示すような理由からである。
In the above embodiment, not only the green component G but also the red component R is used to binarize the captured image.
This is for the reasons shown below.

すなわち、熟度を測定する対象物が、果樹に生
ったままの状態で測定するために、撮像画像には
対象となる果実Fだけではなく、枝、葉、背景の
空等の不要なデータが含まれることとなる。従つ
て、この不要なデータを予め除去しなければ、測
定対象物Fのみに対応した画像データを抽出でき
ないのであるが、前記緑色成分Gの閾値をきめて
2値化するだけでは対象物Fを特定できないこと
による。
In other words, since the ripeness of the object is measured while it is still growing on the fruit tree, the captured image contains not only the target fruit F, but also unnecessary data such as branches, leaves, and the sky in the background. will be included. Therefore, unless this unnecessary data is removed in advance, it is not possible to extract image data that corresponds only to the object F to be measured, but it is not possible to extract the image data that corresponds only to the object F to be measured. Due to the fact that it cannot be specified.

従つて、本発明を、後述の如く、果実の熟度に
応じて品位分けするような品位分け装置等に適用
する場合には、熟度を判別する対象果菜類が予め
特定され、撮像画像に測定対象物以外の物が含ま
れていないような状態で、熟度を判別できるの
で、前記緑色成分Gのみを用いて、その閾値を変
化させるだけでよい。
Therefore, when the present invention is applied to a sorting device or the like that sorts fruits according to their ripeness, as will be described later, the target fruits and vegetables whose ripeness is to be determined are identified in advance, and the captured images are Since the degree of ripeness can be determined in a state where objects other than the object to be measured are not included, it is sufficient to use only the green component G and change its threshold value.

又、前記可変設定する緑色成分Gの上限閾値
Vg2を可変設定するに、ポテンシヨメータRg2
人為的に操作する構成に変えて、制御装置14に
より、その設定変化量を、自動的に変更させるよ
うに構成してもよい。又、上限閾値Vg2のみなら
ず、下限閾値Vg1を可変設定するようにしてもよ
い。更に、上記2値化基準としての閾値Vg1
Vg2を、複数段階に可変設定して、同時に測定対
象となる果菜類の熟度が何れの範囲の熟度にある
かを判別させるようにしてもよい。
Also, the upper limit threshold of the green component G that is variably set.
In order to set Vg 2 variably, the configuration may be changed so that the potentiometer Rg 2 is manually operated, and the amount of change in the setting is automatically changed by the control device 14. Furthermore, not only the upper limit threshold Vg 2 but also the lower limit threshold Vg 1 may be variably set. Furthermore, the threshold value Vg 1 as the binarization standard,
Vg 2 may be variably set in a plurality of stages to simultaneously determine in which range of ripeness the fruits and vegetables to be measured fall.

本発明は、閾値を3段階以上の複数段階に可変
設定しながら、その設定変更前後における2値化
画像の面積変化率を各別に求めるようにすれば、
それら求められている面積変化率い基づいて、熟
度レベル判別することにも用いることができるの
である。つまり、測定対象の果菜類を、熟度に対
応して選別することにも利用できるものである。
According to the present invention, the area change rate of the binarized image before and after the setting change is determined separately while setting the threshold value in multiple stages of three or more stages.
It can also be used to determine the ripeness level based on the required area change rate. In other words, it can also be used to sort fruits and vegetables to be measured according to their ripeness.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本発明に係る果菜類用作業機の実施例を
第1図は制御システムの全体構成を示すブロツク
図、第2図は2値化手段の構成を示すブロツク
図、第3図は2値化レベルの閾値設定の説明図、
第4図イ,ロは2値化画像の説明図、第5図は制
御装置の動作を示すフローチヤート、第6図は作
業機の全体側面図、第7図はハンドの概略構成を
示す平面図である。 12……2値化手段、F……測定対象果菜類、
G……緑色成分、Vg2……閾値、Rg2……閾値設
定手段、Fa……2値化画像、a……面積変化率。
The drawings show an embodiment of the working machine for fruits and vegetables according to the present invention. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the control system, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the binarization means, and FIG. 3 is a binary diagram. An explanatory diagram of the threshold setting of the conversion level,
Figures 4A and 4B are explanatory diagrams of the binarized image, Figure 5 is a flowchart showing the operation of the control device, Figure 6 is an overall side view of the working machine, and Figure 7 is a plan view showing the schematic configuration of the hand. It is a diagram. 12... Binarization means, F... Fruits and vegetables to be measured,
G...Green component, Vg2 ...Threshold value, Rg2 ...Threshold value setting means, Fa...Binarized image, a...Area change rate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 測定対象果菜類Fを撮像したカラー画像信号
のうちの緑色成分Gの信号レベルの大きさに基づ
いて、測定対象果菜類Fの熟度を判別する果菜類
用熟度判別装置であつて、前記緑色成分Gの画像
信号を2値化する2値化手段12、および、この
2値化手段12の閾値Vg2を可変設定する閾値設
定手段Rg2を設け、前記閾値Vg2を可変設定した
前後の2値化画像Faの面積変化率aに基づいて、
前記測定対象果菜類Fの熟度を判別する手段を備
えさせた果菜類用熟度判別装置。
1. A ripeness determination device for fruits and vegetables that determines the ripeness of fruits and vegetables to be measured based on the signal level of a green component G of a color image signal obtained by capturing an image of fruits and vegetables to be measured, A binarization means 12 for binarizing the image signal of the green component G, and a threshold setting means Rg 2 for variably setting the threshold Vg 2 of the binarization means 12 are provided, and the threshold Vg 2 is variably set. Based on the area change rate a of the front and rear binarized images Fa,
A ripeness determination device for fruits and vegetables, comprising means for determining the ripeness of the fruits and vegetables F to be measured.
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