JPH0547161B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、未処理作業地と処理済作業地との境
界を検出する自動走行作業車用の境界検出装置に
関する。

〔従来の技術〕

かかる境界検出装置は、未処理作業地と処理済
作業地との境界に沿つて走行しながら作業を行う
ことになる作業車を、前記境界に沿つて自動走行
させる際の操向制御情報を検出するために用いら
れることになる。

そして、従来では、フオトインタラプタ式や光
反射式の無接触式のセンサまたは接触式のセンサ
などを用いて、境界を検出するようにしていた。
（例えば特開昭60−186202号公報参照） 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、従来では、車体進行方向に沿う
線状に存在する境界のうちの一点のみを検出する
ものであるため、例えば、境界が部分的に凹凸し
ているような場合、本来は車体を直進させた方が
良いにも拘らず不必要に車体を操向させてしまう
ことになる等、検出される情報が車体の操向制御
情報として不適な情報となる場合があつた。しか
も、境界のうちの一部に明確でない部分が存在す
ると、誤検出を起こす虞もあり、そして、それに
伴つて誤つた操向制御が行われるものとなるので
あり、境界に部分的に凹凸が存在していたり、境
界の一部に不明確な部分があつても、適正な情報
を検出できる境界検出装置が望まれていた。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであ
つて、の目的は、撮像手段を有効利用しながら上
記要望を満足させるようにし、しかも、撮像手段
を用いるに伴い必要となる画像処理を高速で能率
良く行わせることができる自動走行作業車用の境
界検出装置を提供する点にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による自動走行作業車用の境界検出装置
の特徴構成は、未処理作業地と処理済作業地との
境界に沿つて走行させることになる車体の進行方
向前方側の所定範囲の作業地を撮像する撮像手
段、それからの撮像画像情報に基づいて、各画素
の車体横幅方向に沿う方向での明度変化に対応す
る微分値を演算する微分値演算手段、その微分値
演算手段からの微分値情報に基づいて前記微分値
が所定値以上である画素を抽出する画素抽出手
段、及び、その画素抽出手段からの情報に基づい
て前記境界に対応する直線を求める境界線演算手
段の夫々が備えられている点にあり、その作用及
び効果は次の通りである。

〔作用〕

すなわち、車体進行方向前方側の所定範囲を撮
像した撮像画像情報から、微分処理、画像抽出処
理、境界線演算処理の各処理を行つて、境界に対
応する直線を検出させるようにするのである。す
なわち、未処理作業地と処理済作業地とでは明度
に大きな差異があるため、各作業地内においても
明度の変化が現れたとしても、その明度変化より
も大きな明度変化が各作業地の境界に現れる点を
利用して、微分値演算手段により、前記撮像画像
情報に基づいて、各画素の明度変化に対応する微
分値を演算し、次に、全画素のうちの明度変化の
大きい画素、つまり、微分値が所定値以上である
画素を画素抽出手段によつて抽出し、そして、そ
の抽出された画素の情報を用いて、境界線演算手
段により、境界に対応する直線を検出させるので
ある。

ちなみに、上記撮像画像情報が、車体進行方向
前方側の所定範囲の作業地の状況に対応するもの
であるから、上述の如く検出される直線は、車体
進行方向に沿う線状に存在する境界のうちの一部
ではあるものの、車体進行方向に沿う長さを有す
る境界部分に対応するもの、つまり、車体進行方
向における所定面内での情報となる。

又、車体が境界に沿つて走行するものであるた
め、境界は車体進行方向に沿つて存在することに
なり、そして、境界を車体横巾方向に沿う明度変
化にて検出できる点に着目すると共に、その点を
有効利用して、各画素の車体横巾方向に沿う方向
での明度変化の微分値のみを演算しながら検出さ
せるようにしてあるから、例えば、各画素の車体
前後方向に沿う方向での明度変化の微分値をも演
算しながら検出させるようにするに較べて、演算
量が少なくなること、及び、情報量が少なくなる
ことにより、微分処理、画像抽出処理、境界線演
算処理の各処理、つまり画像処理を高速で能率良
く行わせることができる。

〔発明の効果〕

従つて、境界に対応する直線を検出させるもの
であるから、換言すると、境界に部分的に凹凸が
存在していたり、境界の一部に不明確な部分があ
つても、それに拘らず境界に沿う直線を検出させ
るものであるから、その検出情報は、不要な操向
制御や誤つた操向制御を抑制した状態で車体を操
向制御する情報として極めて好都合なものとなる
のである。

しかも、各画素の車体横巾方向に沿う方向での
明度変化に対応する微分値のみを演算させるよう
にして、各画像処理を高速で能率良く行わせるよ
うにしてあるから、高速走行する車体にも適用で
きるものとなる、換言すれば、境界検出のために
車体を低速走行させねばならないような不利を回
避できるのである。

もつて、車体の操向制御面で優れた情報を、車
体の走行面での不利をもたらすことなく検出する
ことができる自動走行作業車用の境界検出装置を
得るに至つた。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第５図および第６図に示すように、前輪２，２
および後輪３，３のいずれをもステアリング操作
可能に構成された車体１の中間部にデイスク型刈
刃を内装した芝刈装置４を上下動自在に懸架する
とともに、各工程の走行コースを示す芝地の未処
理作業地としての未刈地Ｂと処理済作業地として
の既刈地Ｃとの境界Ｌを検出する後記構成になる
境界検出装置としての倣いセンサＡを設け、この
倣いセンサＡによる境界検出結果に基づいて操向
制御することによつて、前記境界Ｌに沿つて自動
走行可能な自動走行作業車としての芝刈作業車を
構成してある。

前記倣いセンサＡを構成するに、第１図にも示
すように、撮像手段としてのモニタカメラ５を、
その撮像視野が、車体１の進行方向前方側で、且
つ、走行すべき目標境界L₀を中心とする所定範
囲の芝地Ｄとなるように、車体１前方上方に向か
つて延設されたセンサ支持フレーム６の先端部に
設け、このモニタカメラ５による撮像画像を制御
装置８によつて画像処理して、境界Ｌに対応する
直線（但し、以下の説明においては検出境界Ｌと
記載する場合もある。）を検出させるようにして
ある。

尚、前記制御装置８は、操向制御作動の処理も
併せて行うものであつて、具体的には、目標境界
L₀に対する検出境界Ｌのずれ量Ｘとずれ角θを
求めて、前記検出境界Ｌと目標境界L₀とが一致
するように、つまり、検出境界Ｌが前記モニタカ
メラ５の車体１に対して前後方向の視野中心に位
置するように、走行方向を修正すべくステアリン
グ操作を制御するのである。

以下、前記モニタカメラ５による撮像画像より
境界Ｌを検出する構成を、第１図に示すブロツク
図、第２図に示す画像信号の説明図、および、第
３図に示すフローチヤートに基づいて詳述しなが
ら説明を加える。

つまり、前記制御装置８によつて、前記モニタ
カメラ５による撮像画像情報（以下原画像信号S₀
と記載する）に基づいて、各画素の車体横巾方向
に沿う方向での明度変化に対応する微分値を演算
する微分値演算手段、その微分値演算手段からの
微分値情報に基づいて前記微分値が所定値以上で
あるか否かにより各画素を２値化する等により、
明度変化の大きい画素を抽出する画素抽出手段、
その画素抽出手段からの情報（以下２値化画像S₂
と記載する）に基づいて境界Ｌに対応する直線を
求める境界線演算手段が構成され、そして、各手
段に対応する処理が、次に述べる如く順次実行さ
れる。

但し、前記原画像信号S₀は予め平均化処理さ
れ、その平均化画像信号S₁が前記微分値演算手段
にて微分処理されるようにしてある。又、前記画
素抽出手段としては、微分値が所定値以上である
か否かを判別する２値化手段を例として示す。こ
の２値化手段にて２値化処理するに、微分値の符
号が正となる画素又は負となる画素についてのみ
行うようにしてある。さらに、前記原画像信号S₀
は、フレームメモリ７に一旦記憶されるものであ
る。

すなわち、前記フレームメモリ１に記憶された
原画像信号S₀（第２図イに示す）を、例えば画像
中心画素の明度をその周囲の所定画素数で区画さ
れた領域の平均値に順次置き換えるというような
処理を行うことによつて、平均化して、第２図ロ
に示すようにぼかした平均化画像S₁を得る。

尚、前記モニタカメラ５の視野Ｄは、第５図お
よび第６図にも示すように、車体１上方より前方
下方の作業地を斜めに見下ろすようになるため、
車体１より前方に扇形に広がるものとなり、撮像
された原画像信号S₀は、車体１より遠方となる部
分（第２図中上側）の画素密度が車体１に近い部
分（第２図中下側）より粗くなる。従つて、この
まま一様に平均化すると、画像下方より上方ほど
過平均され、その結果下方はノイズが多く、上方
は不必要にぼけた画像となるので、前記平均化は
画像上、下方より上方に向かつて平均化密度が粗
くなるように処理している。

次に、平均化画像S₁を微分処理して、各画素の
車体横巾方向に沿う方向での明度変化に対応する
微分値を演算する微分処理が実行される。そし
て、その微分値情報に基づいて明度変化が大きい
画素を抽出するための２値化処理を実行して、第
２図ハに示すように、未刈地Ｂと既刈地Ｃとの境
界Ｌ部分のみが明るく、他の部分が暗い２値化画
像S₂を得るのであるが、車体１の進行方向と作業
地状況の関係、すなわち本実施例では、車体１右
側に処理済作業地Ｃと隣接して未処理作業地Ｂ上
を走行するものであることから、その明度変化に
対応する微分値の符号が第２図中左側より右側方
向に暗→明となる負（−）の微分値が得られた情
報のみ２値化することによつて、第２図ロ中L′で
示す作業地Ｂ上にある芝の粗な部分あるいはハゲ
た部分の微分値が正（＋）となる明→暗変化部
や、処理済作業地Ｃ上の雑草やわずかな刈残し部
分を、ノイズとして予め除去するのである。尚、
第４図に示すように、車体１の進行方向は、隣接
した各行程を行程端で180度方向転換して順次往
復走行する場合には、車体１と処理済作業地Ｃと
の位置関係が一行程毎に左右反転するので、方向
転換の終了とともに前記明度変化を判別する微分
値の符号を正負切換えるようにして、第４図中ｂ
に示すように車体１右側に処理済作業地Ｃを隣接
する場合は、前記第２図ロに示すように、明度変
化が暗→明となる負（−）の微分値の情報のみを
２値化し、第４図中ａに示すように車体１左側に
処理済作業地Ｃを隣接する場合は、第２図ニに示
す原画像信号S₀′に基づいて、明度変化が明→暗
となる正（＋）の微分値の情報のみを２値化し
て、不要なノイズ成分を除去するようにしてあ
る。

さらに、前記２値化画像S₂に基づいて境界Ｌを
連続した直線として求める境界線演算処理が実行
されることになる。

尚、境界線検出の処理が終了したのちは、上述
の如く、操向制御作動の処理が実行されることに
なる。

つまり、第５図に示すように車体１が沿うべき
目標境界L₀に対する検出境界Ｌのずれ量Ｘとず
れ角θを演算する。

そして、前記演算によつて算出されたずれ量Ｘ
に基づいて、前記前・後輪２，３を同一方向にス
テアリング操作して、車体１をその向きを換える
こと無く平行移動させた後、前記ずれ角θに基づ
いて、前記前・後輪２，３が相対的に逆方向とな
るようにステアリング操作して車体１の目標境界
L₀に対する向きを修正して、前記検出境界Ｌと
目標境界L₀とが前記モニタカメラ５の視野内に
おいて一致するように、つまり、車体１が目標境
界L₀に沿うように制御するのである。

従つて、不連続な境界、局所的に曲がつた境
界、芝地にムラがあつて不明確な境界、などが検
出されたとしても、連続した境界Ｌとして正確に
補正可能であり、従来のように不要なステアリン
グ操作をしたり、本来の境界外へ走行方向がずれ
たりすることの無い、ステアリング制御が可能と
なつたのである。

尚、第１図中、９，１０は夫々前輪２，２およ
び後輪３，３を実際にステアリング操作する油圧
シリンダ、１１，１２は夫々前記油圧シリンダ
９，１０を駆動する電磁バルブ、１３は無段変速
装置１４の変速位置を操作するモータである。ま
た、R₁，R₂は夫々前記前輪２，２および後輪３，
３のステアリング量を検出して前記制御装置８に
フイードバツクするためのポテンシヨメータ、
R₃は同様に前記変速装置１４の変速位置を検出
して制御装置８にフイードバツクするためのポテ
ンシヨメータである。

ところで、前記原画像信号S₀を平均化するの
は、刈取つた芝の葉などの反射光の影響による大
きな明度変化や未刈地Ｂ内にある既刈地Ｃと区別
しにくい芝が小さくハゲた部分やムラのある部分
などを検出しにくくして、境界Ｌの検出誤差を予
め少なくするためである。

そして、この平均化処理を行うに、前記演算処
理に換えて、ボカシ用の光学的なフイルタを用い
たり、あるいは単にカラメ５をいわゆるピンボケ
状態で使用することによつて行つてもよい。更
に、例えば、光学的なフイルタを、いわゆるソフ
トフオーカスフイルタを用いて、その視野の上方
より下方に向かつて徐々にソフトフオーカスとな
るようにすることによつて、前記カメラ５の視野
Ｄの歪みによる画像の粗密変化を同時に補正する
ことができる。

また、車体１進行方向を検出するに、方向転換
によつて自動的に判別する他、人為的に設定して
もよい。ちなみに、作業地外周より内周方向へ未
処理作業地Ｂの外周部を順次走行する回り走行形
式や、一行程毎に幅寄せを行つて前後進を繰り返
す前後進走行形式等では、車体１と処理済作業地
Ｃすなわち境界Ｌとの左右位置関係は変わらない
ので、作業開始時に前記微分値の符号を一度設定
するだけでよい。

また、前記境界Ｌを求めるに、前記２値画像S₂
の隣接した各画素（ドツト）から最小自乗法など
によつて処理できるが、２値化するのではなく明
度変化の微分値を重み係数として処理してもよ
い。

さらにまた、前記境界Ｌを連続した線として求
めるに、最小自乗法やHaugh変換により、境界
線部分の画像の座標を用いて計算してもよい。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利
にする為に符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る自動走行作業車用の境界検
出装置の実施例を示し、第１図は制御システムの
構成を示すブロツク図、第２図イ，ロ，ハ，ニは
画像信号の説明図、第３図は制御装置の動作を示
すフローチヤート、第４図は車体と境界の位置関
係の説明図、第５図は芝刈作業車の全体構成を示
す平面図、そして、第６図はその側面図である。 １……車体、５……撮像手段、Ｂ……未処理作
業地、Ｃ……処理済作業地、Ｌ……境界。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 未処理作業地Ｂと処理済作業地Ｃとの境界Ｌ
   を検出する自動走行作業車用の境界検出装置であ
   つて、車体１の進行方向前方側の所定範囲の作業
   地を撮像する撮像手段５、それからの撮像画像情
   報に基づいて、各画素の車体横巾方向に沿う方向
   での明度変化に対応する微分値を演算する微分値
   演算手段、その微分値演算手段からの微分値情報
   に基づいて前記微分値が所定値以上である画素を
   抽出する画素抽出手段、及び、その画素抽出手段
   からの情報に基づいて前記境界Ｌに対応する直線
   を求める境界線演算手段の夫々が備えられている
   自動走行作業車用の境界検出装置。