JPH0575336B2 - - 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
界部分を二次元方向に亘つて撮像する撮像手段が
設けられ、この撮像情報より、二次元方向に並ぶ
各量子化画素の明るさに基づいて前記境界に対応
する直線を求める画像処理手段が設けられた撮像
式の境界検出装置に関する。

〔従来の技術〕

上記この種の撮像式の境界検出装置は、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、撮像した画像情報を画像処理
することにより、境界に対応する直線を求めるよ
うにしたものである。

そして、検出された直線の情報は、主として作
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の制御情報として利用さ
れるものであり、作業車の走行前方側の状態を、
その地点まで走行する前に検出できれば、境界に
対するずれを迅速に修正できることになる。

従つて、境界を的確に検出するためには、広範
囲に亘つて撮像した画像情報を画像処理の処理対
象とすることが望まれている。

そのために、従来では、画像処理の対象となる
画素数が、境界の長手方向とそれに交差する方向
とで同じ画素数となるように設定されて、極力広
い範囲に亘つて撮像した画像情報に基づいて境界
に対応した直線を求めることができるようにして
あつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記境界は、主として作業車を境界に沿つて自
動走行させるための制御情報等として用いられる
ものであることから、作業車の走行速度に対応し
た処理速度で検出できるようにすることも望まれ
ているが、上記従来のように境界の長手方向とそ
れに交差する方向とで同じ画素数となるように設
定すると、画像処理の高速化と境界の的確な検出
のための処理対象画素数の増加による処理時間の
増大とが相反する問題が生じる。

ところで、作業車は、検出された境界に沿つて
走行するように制御されることから、撮像された
画像情報における境界の位置は、撮像視野の中央
側から大きくずれることはないものであり、画像
処理の対象画素を、境界と交差する方向に並ぶ画
素のうちの中央側の設定範囲に制限しても、境界
の検出を誤る虞れはない。従つて、画像処理対象
の画素を中央側に制限して、処理対象となる画素
数を減少させることにより、境界の検出精度を低
下させることなく画像処理の高速化を図ることが
できる。

しかしながら、作業車は、一つの作業行程を終
了するに伴つて、次の作業行程へ移動させるため
にターンさせることになるが、次の作業行程の境
界に対するターン数の車体位置や向きがずれる
と、画像処理の対象画素を中央側に制限した情報
のみを用いたのでは、境界検出を誤る虞れがあ
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、求める直線の精度を低下させ
ることなく、境界の状態に対応した的確な画像処
理ができるようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による撮像式の境界検出装置の特徴構成
は、下記の通りである。

すなわち、前記画像処理手段は、前記境界と交
差する方向に並ぶ画素のうちの中央側の設定範囲
のものを処理対象にする状態と、前記境界と交差
する方向に並ぶ全画素を処理対象とする状態とに
切り換え自在に構成されている点にある。

〔作用〕

前記境界と交差する方向に並ぶ画素のうちの中
央側の設定範囲のものを処理対象にする状態に切
り換えることにより、全画素数を処理対象とする
場合に比較して、境界の検出精度を低下させるこ
となく、画像処理の高速化を図ることができる。
但し、ターン後等の境界の位置変化が大きい場合
や、その位置が不明な場合には、境界と交差する
方向に並ぶ全画素を処理対象とする状態に切り換
えれば、的確な検出が行えるものとなる。

〔発明の効果〕

従つて、求める直線の精度を低下させることな
く、境界の状態に応じた的確な画像処理を行える
ようになつた。

〔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６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、車体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。

第６図及び第７図に示すように、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、前記車体Ｖに対して前方側の作業
地の所定範囲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、前記車体Ｖが、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に対して適正状態に沿つている状態におい
て、前記境界Ｌが、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。

前記車体Ｖの構成について説明すれば、第５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、前記車体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、前記車体Ｖが未刈地Ｂと既刈地
Ｃとの境界Ｌ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の撮像画像情報を
画像処理して前記境界Ｌに対応した直線を検出す
るための画像処理手段１００が、前記制御装置１
１を利用して構成されている。

前記車体Ｖの自動走行について説明すれば、第
７図に示すように、既刈地Ｃで囲まれた四角状の
未刈地Ｂの一辺から対辺に至る部分を、一つの作
業行程として、車体Ｖが作業行程の長さ方向に沿
う側の前記未刈地Ｂと既刈地Ｃとの境界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側の境界L₂
つまり前記未刈地Ｂの対辺に達するに伴つて、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ようにしてある。

前記制御装置１１の作動を述べながら説明を加
えると、第３図に示すように、走行が開始される
と、前記回転数センサS₂の検出情報に基づいて設
定距離走行する毎に、後述の如く、画像処理の処
理対象となる画素範囲を制限して作業行程の長さ
方向の境界L₁を検出するための境界検出処理が
行われ、その検出情報に基づいて、前記車体Ｖが
前記境界L₁に沿つて自動走行するように操向制
御されることになる。

そして、前記回転数センサS₂の検出情報に基づ
いて、一つの作業行程の長さに相当する距離に対
して設定範囲内まで走行するに伴つて、走行速度
を予め設定された速度まで減速した後、全画面情
報を用いてその作業行程の終端側の境界L₂を検
出する終端検出の処理を行い、それの画像上の位
置情報に基づいて、車体Ｖの現在位置に対する終
端位置を算出し、算出した終端位置の情報に基づ
いて、作業行程の終端部に達するに伴つて、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。

ターン後は、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
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、前記車体Ｖを停止
させて、全処理を終了することになる。

但し、ターン後において、所定距離を走行する
間は、前記終端検出の場合と同様に、減速走行す
る状態で全画面情報を用いて前記境界L₁を検出
させるようにしてある。

つまり、ターン後は、車体Ｖの走行が不安定と
なり易いために、車体Ｖの位置が作業行程の始端
部側における境界L₁の位置から大きくずれる虞
れがあるが、その場合にも、前記境界L₁を的確
に検出できるようにするためである。そして、所
定距離を走行した後は、前述の如く、元の走行速
度となるように増速すると共に、画面を制限した
画像情報に基づいて前記行程側の境界L₁を検出
することになる。

尚、終端に近づいた場合に減速させる理由につ
いて説明を加えれば、車体Ｖが検出した終端側の
境界L₂まで走行する間やターン中における走行
が不安定にならないようにするために、走行速度
を減速させるのである。

前記行程側の境界L₁に対するずれの算出につ
いて説明を加えれば、車体横幅方向に向かう位置
のずれと、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、車体横幅方向の位置
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
未刈地Ｂが既刈地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。

そして、前記行程側の境界L₁を検出する場合
には、前記境界L₁に対応する直線の検出精度が
低下しないようにしながら、車体Ｖの走行速度に
対応して高速に画像処理を行えるようにするため
に、処理対象となる画面範囲を中央側の縦長に制
限するようにしてある。

但し、前記終端側の境界L₂を検出する場合、
及び、ターン後、所定距離を走行する間は、前述
の如く、全画面情報を処理対象とすることから、
画面の制限を行わないようにしてある。

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、その画面視野全体に亘る撮像情報が
取り込まれて、予め設定された画素密度に対応し
て量子化される。

取り込まれた画像情報は、平滑化されて明るさ
の細かい変化を除去されることになる。

平滑化した後は、前記作業行程側の境界L₁を
検出するのか終端側の境界L₂を検出するのかに
基づいて、処理対象となる画面を制限するか否か
を判別する。

画面制限の場合には、第２図に示すように、前
記行程側の境界L₁の長さ方向に交差する方向つ
まり画面上で横幅方向となるｘ軸方向に向けて、
中央側の設定範囲内（ｍ≦ｘ≦ｎ）となる画素に
ついてのみ、その明るさ変化の微分値SXを求め
る微分処理を行う。

画面制限でない場合、つまり、前記終端側の境
界L₂を検出する場合、又は、ターン後において
所定距離を走行する間は、全画面分の各画素の
夫々について微分値を求めることになる。

尚、この微分処理における処理対象の画素を、
画面上で中央側の設定範囲内となるように画面を
制限するかしないかを切り換える処理によつて、
前記画像処理手段１００が、前記境界Ｌと交差す
る方向に並ぶ画素のうちの中央側の設定範囲のも
のを処理対象にする状態と、前記境界Ｌと交差す
る方向に並ぶ全画素を処理対象とする状態とに切
り換え自在に構成されていることになる。

前記微分処理について説明を加えれば、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
（第４図参照）を用いて、下記(i)式に基づいて、
画像上のｘ軸方向における明るさ変化の微分値
SXを演算する処理が、二次元方向に並ぶ各画素
について行われることになる。

SX（ｘ，ｙ）＝（ａ＋ｄ＋ｇ）−（ｃ＋ｆ＋ｉ）
…(i) 但し、この微分処理において、前記車体Ｖに対
して前記境界L₁が左右何れの側に位置するかに
基づいて、前記微分値SXの符号を判別して、正
負いずれか一方の符号となる値のみを用いること
になる。

つまり、前記式(i)において、画像上左側に位置
する画素の明るさから右側に位置する画素の明る
さを減算するようにしているので、左側のほうが
明るい場合には、前記微分値SXは正の値となり、
右側のほうが明るい場合には負の値となる。

従つて、前記車体Ｖに対して境界L₁が左側に
位置する状態で走行させる場合には、前記微分値
SXが正の値となるものを抽出し、右側に位置す
る状態で走行させる場合には、前記微分値SXが
負の値となるものを抽出することになる。

そして、前記微分値SXの絶対値が予め設定さ
れた設定閾値以上の大きさとなる画素のみを抽出
するように２値化することにより、明るさ変化が
大なる箇所の画素を抽出する。

次に、ハフ変換処理を用いて、２値化された各
画素毎に、その画素を通る設定角度毎に分割され
た多数本の直線を、下記式(ii)に基づいて極座標系
（ρ，θ）に投影し、同一座標値をとる頻度をヒ
ストグラムにとり、そして、そのヒストグルムか
ら、最大頻度となる一つの直線を求めて、その直
線を、前記作業行程に沿う方向に向かう境界L₁
に対応する直線として検出する。

ρ＝ｘ・cosθ＋ｙ・sinθ …(ii) 但し、前記終端側の境界L₂を検出する場合に
は、明るさ変化が車体Ｖに対して前後方向とな
り、且つ、画面上、上方から下方に向かつて明か
ら暗へ変化することになるために、前述の微分処
理において、ｙ軸方向での明るさ変化の微分値を
求めて、前記ｘ軸方向での微分値SXの代わりに
使用して、同一処理で終端側の境界L₂を検出す
ることになる。

尚、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(ii)式にて求められた
値ρと、その値となる角度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から、実際
の地面の座標系に写像することにより、車体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。

そして、実際の地面に写像された情報に基づい
て、操向制御することにより、前記車体Ｖが境界
L₁に沿つて自動走行し、且つ終端側の境界L₂に
達するに伴つて、次の作業行程の始端部に向けて
自動的にターンするように、誘導することにな
る。

ところで、前記イメージセンサS₁が車体前方側
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、車体
Ｖに対する実際の境界L₁，L₂の位置までの距離
に反比例して、遠方ほど小さくなる状態となる。

従つて、前記終端側の境界L₂の判別、その終
端側の境界L₂までの距離の算出、並びに、検出
された行程側の境界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、車
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、画面上、中央側の所定範囲に
位置する画素のみを微分処理の処理対象とする
か、全画素を微分処理の処理対象とするかを切り
換えることにより、前記境界Ｌと交差する方向に
並ぶ画素のうちの中央側の設定範囲のものを処理
対象にする状態と、前記境界Ｌと交差する方向に
並ぶ全画素を処理対象とする状態とに切り換え自
在に構成した場合を例示したが、画像情報の取り
込み時における取り込み範囲、微分処理後の２値
化範囲、あるいは、ハフ変換対象の範囲等を、切
り換えるようにしてもよい。

又、上記実施例では、図面上、中央側の所定範
囲に位置する画素を画像処理の対象とするように
制限した場合を例示したが、例えば、第８図に示
すように、画面上、中央側の所定範囲に位置する
画素を画像処理の対象とするように制限する処理
に加えて、ｙ軸方向に並ぶ画素列を、数列おきに
間引くようにして、さらに画像処理の対象となる
画素数を制限するようにしてもよい。

つまり、前記作業行程の長さ方向に向かう境界
L₁は、連続的に存在するものであることから、
その長手方向に向かつて中間に位置する情報を間
引いても、検出精度が低下することはないのであ
り、このように、ｙ軸方向に向けて処理対象とな
る画素を間引くことにより、処理対象となる画素
数を減少することができ、さらに高速処理が可能
となるのである。

又、上記実施例では、ｘ軸方向の微分値SX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、ｙ軸方向の微分値をも用い
て、明るさ変化の方向を考慮するようにしてもよ
い。

又、上記実施例では、境界Ｌに対応する直線を
求める直線演算手段として、ハフ変換処理を用い
た場合を例示したが、直線演算手段の具体構成は
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、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、画
像処理手段を含む各部の具体構成は、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撮像式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図は処理画像の説明図、第３図は制御
作動の概略を示すフローチヤート、第４図は微分
処理の説明図、第５図は制御構成を示すブロツク
図、第６図は作業車の全体側面図、第７図は作業
地の説明図、第８図は別実施例の説明図である。 Ｂ……未処理作業地、Ｃ……処理済作業地、Ｌ
……境界、S₁……撮像手段、１００……画像処理
手段。

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
   部分を二次元方向に亘つて撮像する撮像手段S₁が
   設けられ、その撮像情報より、二次元方向に並ぶ
   各量子化画素の明るさに基づいて前記境界Ｌに対
   応する直線を求める画像処理手段１００が設けら
   れた撮像式の境界検出装置であつて、前記画像処
   理手段１００は、前記境界Ｌと交差する方向に並
   ぶ画素のうちの中央側の設定範囲のものを処理対
   象にする状態と、前記境界Ｌと交差する方向に並
   ぶ全画素を処理対象とする状態とに切り換え自在
   に構成されている撮像式の境界検出装置。