JPH0575332B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機体進行方向前方側の作業地を二次
元方向に亘つて繰り返し撮像する撮像手段による
撮像画像情報に基づいて、機体横幅方向での未処
理作業地と処理済作業地との第１境界に対応する
直線を求める第１境界検出手段、及び、撮像前後
方向での未処理作業地と処理済作業地との第２境
界に対応する直線を求める第２境界検出手段を備
えた自動走行作業車用の境界検出装置に関する。

〔従来の技術〕

上記この種の自動走行作業車用の境界検出装置
は、作業車を未処理作業地と処理済作業地との境
界に沿つて自動走行させるために、未処理作業地
と処理済作業地との明るさが異なつて見えること
を利用して、未処理作業地と処理済作業地との境
界に対応する直線を求めるようにしたものであ
る。

但し、上記境界には、機体横幅方向での未処理
作業地と処理済作業地との第１境界と、機体前後
方向での未処理作業地と処理済作業地との第２境
界とがある。そして、第１境界は、一つの作業行
程において、作業車を作業行程の長さ方向に向け
て自動走行させるための走行ガイドとして用いら
れることになり、第２境界は、一つの作業行程の
終端部の位置を検出して、一つの作業行程におけ
る作業を終了させて、次の作業行程に向けてター
ンさせるための情報として用いられることにな
る。

従つて、上記第１境界を検出する第１境界検出
手段と、第２境界を検出する第２境界検出手段と
が設けられ、それら両境界検出手段を切り換え使
用することになるが、従来では、例えば、一つの
作業行程の長さを予め設定記憶させておき、作業
車の走行距離が設定記憶された距離に接近するに
伴つて、第１境界検出手段から第２境界検出手段
に切り換えるようにしてあつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来構成においては、第１境界検出手段と
第２境界検出手段との切り換えを、走行距離に基
づいて行うようにしてあつたので、予め一つの作
業行程の長さを設定記憶する必要があり、面倒で
あつた。又、複数の作業行程があり、しかも、各
作業行程の長さが異なるような場合には、両境界
検出手段を切り換えるための記憶情報が増大する
不利がある。

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、第１境界検出手段と第２境界
検出手段との切り換えを、撮像手段の撮像情報を
利用して自動的に行えるようにすることにある。

〔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、前記撮像手段の撮像情報より、二
次元方向に並ぶ各量子化画素の直交する２方向
夫々の微分値を求める微分手段と、求められた両
微分値より、最大明るさ変化方向に対応する傾き
を求める傾き演算手段と、求められた傾きが機体
前後方向に沿う設定範囲内の傾きとなる画素数を
計数する画素数計数手段と、計数された画素数が
設定数以下である場合には、前記第１境界検出手
段を作動させ、且つ、設定数より大である場合に
は、前記第２境界検出手段を作動させるように、
前記両境界検出手段を選択作動させる選択手段と
が設けられている点にあり、その作用並びに効果
は以下の通りである。

〔作 用〕

第１境界は、機体横幅方向に明るさ変化がある
部分にあり、且つ、第２境界は、機体前後方向に
明るさ変化がある部分にあることから、二次元方
向に並ぶ各量子化画素の直交する２方向夫々の微
分値を求め、その両微分値から最大明るさ変化方
向に対応する傾きを求めると、その傾きは第１境
界又は第２境界に交差する方向の傾きを示すこと
になり、撮像画像上における境界の方向を判断で
きる。

従つて、求められた傾きが、機体前後方向に沿
う設定範囲内の傾きとなる画素数を計数して、設
定数以下であるか否かを判別することにより撮像
された画像情報が第１境界に対応するものである
か第２境界に対応するものであるかを判別するこ
とができることになり、その判別結果から、第１
境界検出手段と第２境界検出手段とを、的確に選
択作動させることができるのである。

〔発明の効果〕

従つて、撮像情報より求めた最大明るさの変化
方向の傾きが、機体前後方向に沿う設定範囲内の
傾きとなる画素数を計数することにより、得られ
た画像情報が、第１境界に対応する情報であるか
第２境界に対応する情報であるかを、自動的に判
別して、第１境界検出手段と第２境界境界手段と
を、撮像された画像情報のみを用いて、自動的に
選択作動させることができるに至つた。

〔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７図に示すように、左右一対の前後輪１，２
が、その何れをもステアリング操作自在に設けら
れ、機体Ｖの下腹部に、芝刈り装置３が上下動自
在に懸架され、もつて、芝や雑草等の刈取作業に
用いる作業車が構成されている。

作業地を二次元方向に亘つて撮像する撮像手段
としてのイメージセンサS₁が、前記機体Ｖに対し
て前方側の作業地を撮像するように設けられてい
る。

前記イメージセンサS₁の撮像視野について説明
を加えれば、前記機体Ｖが、機体横幅方向での未
処理作業地Ｂと処理済作業地Ｃとの第１境界L₁
に対して適正状態に沿つている状態において、前
記第１境界L₁が、撮像視野の横幅方向中央に位
置する状態となるようにしてある。

前記機体Ｖの構成について説明すれば、第６図
に示すように、前記前後輪１，２を各別に操作す
るステアリング用の油圧シリンダ４，５、及び、
それに対する制御弁６，７が設けられ、前後進切
り換え自在で且つ前後進ともに変速自在な油圧式
無段変速装置８が、エンジンＥに連動連結され、
そして、変速モータ９が、前記変速装置８の変速
アーム１０に連動連結されている。

又、前記機体Ｖの走行距離を検出するために、
単位回転数当たり設定個数のパルス信号を出力す
る回転数センサS₂が、前記変速装置８の出力にて
回転駆動されるように設けられている。

前記前後輪１，２夫々のステアリング位置を検
出するステアリング位置検出用ポテンシヨメータ
R₁，R₂と、前記変速装置８の操作状態を検出す
る変速位置検出用ポテンシヨメータR₃とが設け
られ、それらの検出情報、前記イメージセンサS₁
の撮像情報に基づいて求められる境界Ｌに対応す
る直線の情報、及び、前記回転数センサS₂の検出
情報に基づいて、前記機体Ｖが検出第１境界L₁
に沿つて自動走行するように制御するマイクロコ
ンピユータ利用の制御装置１１が設けられてい
る。

尚、図中、Ｈは搭乗操縦用のステアリングハン
ドル、R₀はその操作位置検出用ポテンシヨメー
タ、１２は搭乗操縦用の変速ペダルである。

但し、前記イメージセンサS₁の撮像情報を画像
処理して、前記境界L₁に対応した直線を検出す
るための各種手段が、前記制御装置１１を利用し
て構成されている。

前記機体Ｖの自動走行について説明すれば、第
８図に示すように、処理済作業地Ｃで囲まれた四
角状の未処理作業地Ｂの一辺から対辺に至る部分
を、一つの作業行程として、機体Ｖが作業行程の
長さ方向に沿う前記機体横幅方向での第１境界
L₁に沿つて自動走行するように、前記画像処理
にて検出された情報に基づいて操向制御されるこ
とになり、そして、一つの作業行程の終端である
機体前後方向での未処理作業地Ｂと処理済作業地
Ｃとの第２境界L₂に達するに伴つて、その作業
行程に交差する次の作業行程の始端部に向けて自
動的にターンさせることを繰り返すことにより、
いわゆる回り刈り形式で、所定範囲の芝刈り作業
を自動的に行わせることになる。

前記制御装置１１の作動を述べながら説明を加
えると、第２図に示すように、走行が開始される
と、後述の境界検出処理が行われ、その検出情報
に基づいて、前記第２境界L₂が検出されたか否
かを判別する。

前記第２境界L₂が検出された場合は、その画
像上の位置情報に基づいて、終端位置に対する機
体Ｖの現在位置を算出して、その算出された位置
まで前記前後輪１，２をステアリングニユートラ
ルの状態に維持することにより、直進させた後、
予め設定記憶されたターンパターンに基づいて、
次の作業行程に向けてターンさせることになる。

前記第２境界L₂が検出されなかつた場合は、
前記第１境界L₁に沿つて自動走行するように、
検出された第１境界L₁に対するずれを算出して、
操向制御されることになる。

そして、例えば、予め設定された行程数を走行
したか否か、あるいは、設定された走行距離に達
したか否か等を判別することにより、作業終了か
否かを判断して、作業終了でない場合は、前記回
転数センサS₂の検出情報に基づいて設定距離を走
行する毎に、前述の境界検出処理以降の処理を繰
り返すことになり、一方、作業終了の場合は、前
記機体Ｖを停止させて、全処理を終了することに
なる。

前記第１境界L₁に対するずれの算出について
説明を加えれば、機体横幅方向での位置のずれ
と、前記第１境界L₁の向きに対する傾きのずれ
とがあるが、それらを定量的な値として算出して
もよく、又、単にずれの方向だけを算出するよう
にしてもよい。

又、操向制御の処理について説明を加えれば、
平行ステアリング形式にて、機体横幅方向の位置
のずれを修正し、４輪ステアリング形式にて、向
きのずれを修正することになる。但し、前記前後
輪１，２のステアリング量に差を付けて、位置と
向きのずれを同時に修正するようにしてもよい。

次に、第１図に示すフローチヤートに基づい
て、前記境界検出の処理について詳述する。

但し、以下に説明する境界検出の処理は、前記
未処理作業地Ｂが処理済作業地Ｃよりも暗く見え
る現象を利用して行われるものである。

すなわち、境界検出処理が開始されるに伴つ
て、前記イメージセンサS₁による撮像処理が行わ
れると共に、その撮像画像情報が、予め設定され
た画素密度（32×32画素に設定してある）に対応
して量子化される。

次に、第３図にも示すように、処理対象となる
画素ｅの周囲に隣接する８画素ａ〜ｄ，ｆ〜ｉを
含む９画素を覆う３×３画素分のマスクを用い
て、下記(i)、(ii)式に基づいて、画像上のｘ軸方向
（機体横幅方向）及びｙ軸方向（機体前後方向）
夫々における明るさ変化の微分値SX，SYを演算
する処理が、二次元方向に並ぶ各画素について行
われる。

SX（ｘ，ｙ）＝（ｃ＋2f＋ｉ）−（ａ＋
2d＋ｇ）……(i) SY（ｘ，ｙ）＝（ｇ＋2h＋ｉ）−（ａ＋
2b＋ｃ）……(ii) 尚、このｘ軸方向及びｙ軸方向夫々における明
るさ変化の微分値SX，SYを演算する処理が、微
分手段１００に対応することになる。

そして、下記(iii)式に示すように、前記各微分値
SX，SYの絶対値を加算することにより、各画素
（ｘ，ｙ）の最大明るさ変化の大きさを代表する
微分値JPを求める。

JP（ｘ，ｙ）＝｜SX｜＋｜SY｜ ……(iii) 更に、下記(iv)式を用いて、前記各微分値SX，
SYから、前記各画素（ｘ，ｙ）毎の最大明るさ
変化方向に対応する傾きBPを演算する。

BP（ｘ，ｙ）＝tan^-1（SY／SX） ……(iv) 但し、前記傾きBPは、ｘ軸を基準にして、時
計回りの方向での角度変化として定義してある
（第４図及び第５図参照）。

尚、この傾きBPを求める処理が、傾き演算手
段１０２に対応することになる。

そして、前記傾きBPが前記第２境界L₂に直交
する方向である270度（ｙ軸方向）に対して、設
定角度（±30度）以内の傾き（240度〜300度）と
なる画素を抽出して、その画素数を計数する（第
５図参照）。

尚、この270度に対して設定角度（±30度）以
内の傾きとなる画素数を計数する処理が、前記傾
きBPが機体前後方向に沿う設定範囲内の傾きと
なる画素数を計数する画素数計数手段１０３に対
応することになる。

次に、計数された画素数が予め設定された設定
数（10個に設定してある）以下であるか否かを判
別することにより、撮像された画素情報が前記第
１境界L₁と第２境界L₂の何れに対応するもので
あるかを判別する。

この画像情報が前記第１境界L₁と第２境界L₂
の何れに対応するものであるかを判別する処理に
ついて説明を加えれば、前述の如く、機体Ｖは未
処理作業地Ｂと処理済作業地Ｃとの第１境界L₁
に沿つて各作業行程を走行するようになつている
ことから、前記第１境界L₁に対する機体Ｖの向
きや横幅方向の位置がずれたとしても、大幅にず
れることはないものであり、従つて、処理対象と
なる画素の最大明るさ変化方向の傾きBPが前記
各境界L₁，L₂に直交する方向に対して±30度以
内となるもののみが処理対象となるように抽出画
素を制限しても、前記各境界L₁，L₂を誤検出す
ることはないのである。

又、画像情報が32×32画素に量子化されている
ことから、第５図に示すように、前記第２境界
L₂が撮像視野内に現れた場合には、前記第２境
界L₂に直交する機体前後方向の傾き、つまり、
前記270度に対して設定角度（±30度）以内の傾
きとなる画素数が、適正状態でｘ軸方向における
最大画素数の半分である16個前後現れることにな
るのである。一方、第４図に示すように、前記第
２境界L₂が撮像視野内に無い場合には、前記270
度に対して設定角度（±30度）以内の傾きとなる
画素数は、ほとんど無い状態となる。

従つて、前記第２境界L₂に直交する方向であ
るｙ軸に対して機体Ｖの傾きの誤差を考慮した設
定角度（±30度）以内の傾きとなる画素数が、前
述の如く10個以下であるか否かを判別することに
より、撮像画像情報が前記第１境界L₁と前記第
２境界L₂の何れに対応するものであるかを、自
動的に判別することができるのである。

尚、この計数された画素数が予め設定された設
定数（10個に設定してある）以下であるか否かを
判別する処理が、前記第１境界L₁を検出するた
めの第１境界検出手段１００Ａを作動させるか、
前記第２境界L₂を検出するための第２境界検出
手段１００Ｂを作動させるかを選択する選択手段
１０４に対応することになる。但し、前記第１境
界検出手段１００Ａと第２境界検出手段１００Ｂ
とは、後述の如く、それらの主要部が兼用されて
いる。

一方、前記抽出された画素数が、設定数（10
個）以下である場合は、前記傾きBPが前記第１
境界L₁に直交する方向であるｘ軸に対して設定
角度（±30度）以内の傾きとなる画素を再抽出す
ることになる。

次に、第１境界検出の場合には、最大明るさ方
向の傾きBPが設定範囲（−30度≦θ≦30度）で、
且つ、微分値JPが設定閾値以上の画素を抽出す
る２値化処理を実行し、又、第２境界検出の場合
には、最大明るさ方向の傾きBPが設定範囲（240
度≦θ≦300度）で、且つ、微分値JPが設定閾値
以上の画素を抽出する２値化処理を実行する。

そして、抽出された各画素毎に、その画素を通
り、且つ、前記傾きBPと直交する直線を、下記
(v)式に示すように、ハフ変換処理を用いて求める
と共に、その頻度をヒストグラムにとり、そし
て、そのヒストグラムから、最大頻度となる一つ
の直線を求めて、その直線を、前記第１境界L₁
又は第２境界L₂に対応する直線として検出する。

ρ＝ｘ・cosθ＋ｙ・sinθ ……(v) 尚、前記傾きBPが、前記第１境界L₁又は第２
境界L₂に対して直交する方向に向けて設定傾き
（±30度）以内となる画素を抽出して、２値化し、
ハフ変換処理を用いて２値化された画素毎の直線
を求め、求められた直線のうちの最大頻度のもの
を抽出する処理が、第１境界検出手段１００Ａ及
び第２境界検出手段１００Ｂに対応することにな
る。そして、前記第１境界検出手段１００Ａ及び
第２境界検出手段１００Ｂは、抽出する画素の傾
きBPの設定範囲が、前記第１境界L₁と第２境界
L₂とで夫々90度異なるように抽出する画素の傾
き範囲を切り換えるようにすることで、それらを
構成する主要部を兼用できるようにしてある。

但し、この境界検出の処理において、説明のた
めに用いた画面は仮想上のものであり、前記各境
界L₁，L₂に対応した直線が、実際に引かれるこ
とはなく、最大頻度となる前記(v)式にて求められ
た値ρと、その値となる前記傾きBPから代入し
た角度θの値とを、検出した直線に対応する情報
として使用することになる。そして、境界に対す
るずれの算出や終端位置の算出の処理において、
それらの値ρ，θに基づいて、機体Ｖに対する実
際の境界L₁，L₂の位置を算出することになる。

ところで、前記イメージセンサS₁が機体前方側
の作業地を斜め上方から撮像するように取り付け
られていることから、その撮像画像情報から得ら
れる各境界L₁，L₂の画面上の位置変化は、機体
Ｖに対する実際の境界L₁，L₂の位置までの距離
を反比例して、遠方ほど小さくなる状態となる。

従つて、前記第２境界L₂の判別、その第２境
界L₂までの距離の算出、並びに、検出された第
１境界L₁に対するずれの算出の夫々において、
画面上の検出位置に対応して、機体Ｖに対する実
際の位置に換算することになる。

〔別実施例〕

上記実施例では、ｘ軸方向の微分値SXとｙ軸
方向の微分値SYとを加算した値JPの大きさに基
づいて、２値化するようにした場合を例示した
が、例えば、第１境界L₁を検出する場合は、画
面上横方向に向けて明るさの変化があることを利
用して、前記ｘ軸方向の微分値SXのみを用いて
もよい。又、第２境界L₂を検出する場合は、画
面上、上下方向に向けて明るさの変化があること
を利用して、前記ｙ軸方向の微分値SYのみを用
いるようにしてもよい。

又、上記実施例では、２値化処理する前に、設
定傾き範囲内となる画素を抽出するようにした場
合を例示したが、２値化処理した後に、設定傾き
範囲内となる画素を抽出するようにしてもよい。

又、上記実施例では、２値化処理にて抽出され
た各画素夫々の前記傾きBPに対応する直線を求
める手段として、ハフ変換処理を用いた場合を例
示したが、具体構成は各種変更できる。

又、上記実施例では、本発明を芝刈り用の作業
車を自動走行させるための手段として用いた場合
を例示したが、本発明は、未耕地と既耕地の境界
等、各種の作業地の境界を検出する手段として適
用できるものであつて、各部の具体構成は、各種
変更できる。

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図は境界検出処理の
フローチヤート、第２図は作業車の走行制御の概
略を示すフローチヤート、第３図は微分処理の説
明図、第４図及び第５図は境界の説明図、第６図
は制御構成を示すブロツク図、第７図は作業車の
全体側面図、第８図は作業地の説明図である。 Ｂ……未処理作業地、Ｃ……処理済作業地、
L₁……第１境界、L₂……第２境界、S₁……撮像
手段、SX，SY……微分値、BP……傾き、１０
０Ａ……第１境界検出手段、１００Ｂ……第２境
界検出手段、１０１……微分手段、１０２……傾
き演算手段、１０３……画素数計数手段、１０４
……選択手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 機体進行方向前方側の作業地を二次元方向に
   亘つて繰り返し撮像する撮像手段S₁による撮像画
   像情報に基づいて、機体横幅方向での未処理作業
   地Ｂと処理済作業地Ｃとの第１境界L₁に対応す
   る直線を求める第１境界検出手段１００Ａ、及
   び、機体前後方向での未処理作業地Ｂと処理済作
   業地Ｃとの第２境界L₂に対応する直線を求める
   第２境界検出手段１００Ｂを備えた自動走行作業
   車用の境界検出装置であつて、前記撮像手段S₁の
   撮像情報より、二次元方向に並ぶ各量子化画素の
   直交する２方向夫々の微分値SX，SYを求める微
   分手段１０１と、求められた両微分値SX，SYよ
   り、最大明るさ変化方向に対応する傾きBPを求
   める傾き演算手段１０２と、求められた傾きBP
   が機体前後方向に沿う設定範囲内の傾きとなる画
   素数を計数する画素数計数手段１０３と、計数さ
   れた画素数が設定数以下である場合には、前記第
   １境界検出手段１００Ａを作動させ、且つ、設定
   数より大である場合には、前記第２境界検出手段
   １００Ｂを作動させるように、前記両境界検出手
   段１００Ａ，１００Ｂを選択作動させる選択手段
   １０４とが設けられている自動走行作業車用の境
   界検出装置。 ２ 前記第１境界検出手段１００Ａは、前記微分
   手段１０１にて求められた微分値SX，SYに基づ
   いて、明るさ変化が大なる画素を通り、且つ、前
   記傾き演算手段１０２にて求められた傾きBPが
   機体横幅方向に対して設定範囲内となる傾きに対
   して直交する方向となる複数の直線のうちの最大
   頻度となる直線を求めるように構成されている特
   許請求の範囲第１項に記載の自動走行作業車用の
   境界検出装置。 ３ 前記第２境界検出手段１００Ｂは、前記微分
   手段１０１にて求められた微分値SX，SYに基づ
   いて、明るさ変化が大なる画素を通り、且つ、前
   記傾き演算手段１０２にて求められた傾きBPが
   機体前後方向に対して設定範囲内となる傾きに対
   して直交する方向となる複数の直線のうちの最大
   頻度となる直線を求めるように構成されている特
   許請求の範囲第１項に記載の自動走行作業車用の
   境界検出装置。