JPH08103139A - 果菜類の収穫対象部検出装置 - Google Patents

果菜類の収穫対象部検出装置

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JPH08103139A
JPH08103139A JP24412094A JP24412094A JPH08103139A JP H08103139 A JPH08103139 A JP H08103139A JP 24412094 A JP24412094 A JP 24412094A JP 24412094 A JP24412094 A JP 24412094A JP H08103139 A JPH08103139 A JP H08103139A
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    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01DHARVESTING; MOWING
    • A01D46/00Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs
    • A01D46/30Robotic devices for individually picking crops

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 撮像画面内において、収穫対象部(果実部)
の一部又は全部が、葉等の他物によって隠れている場合
にも、その位置検出を確実且つ高精度に行う。 【構成】 果菜類の収穫対象部A1を含む所定範囲を撮
像する撮像手段S1と、収穫対象部A1より重量の軽い
他物A2を、撮像手段S1の撮像範囲内に存在する収穫
対象部A1から離間するように移動させる送風手段7が
設けられ、撮像手段S1の撮像情報に基づいて収穫対象
部A1の位置を検出する収穫対象位置検出手段が、送風
手段7の作動時における撮像情報に基づいて、又は、送
風手段7の作動時における撮像情報及び非作動時におけ
る撮像情報に基づいて、収穫対象部A1の位置を検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、果菜類の収穫対象部を
含む所定範囲を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮
像情報に基づいて前記収穫対象部の位置を検出する収穫
対象位置検出手段とが設けられた果菜類の収穫対象部検
出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】かかる果菜類の収穫対象部検出装置で
は、キュウリ等の野菜及びミカン等の果物からなる果菜
類の収穫対象部つまり果実部を含む所定範囲を、カラー
式のCCDカメラ等の撮像手段によって撮像し、その撮
像画像において、例えば予め記憶された果実部の形状や
色等の特徴と一致する領域を果実部の領域と認識して、
その領域の位置を果実部の位置として検出するようにし
ていた。尚、上記果実部の位置検出情報に基づいて、例
えば果実把持部やその柄部切断用のカッター等を備えた
収穫用のハンドを果実部に向けて誘導し、把持部で果実
部を把持した状態で柄部分を切断して果実部を収穫する
ことになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、収穫対象部(果実部)の一部又は全部が葉
等の他物で隠れている場合には、収穫対象部全体の撮像
画像を得ることができず、形状等の特徴に基づいて収穫
対象部を認識してその位置を検出することが困難であっ
た。又、例えばトマトのように収穫対象部が赤色で葉等
の緑色と色が異なるものについて、その色の違いに基づ
いて収穫対象部を認識する場合には、収穫対象部の一部
が葉等で隠れていても、収穫対象部の領域を認識してそ
の領域情報に基づいて位置検出を行うことは可能である
が、その場合、収穫対象部の本来の位置からずれた位置
を収穫対象部位置として誤検出するおそれがあった。
【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、撮像手段の撮像画面内におい
て、収穫対象部(果実部)の一部又は全部が、葉等の他
物によって隠れている場合であっても、収穫対象部の位
置検出が確実且つ高精度に行えるようにして、上記従来
技術の欠点を解消させることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明による果菜類の収
穫対象部検出装置の第1の特徴構成は、前記収穫対象部
より重量の軽い他物を、前記撮像手段の撮像範囲内に存
在する前記収穫対象部から離間するように移動させる送
風手段が設けられ、前記収穫対象位置検出手段は、前記
送風手段の作動時における撮像情報に基づいて、又は、
前記送風手段の作動時における撮像情報及び非作動時に
おける撮像情報に基づいて、前記収穫対象部の位置を検
出するように構成されている点にある。
【0006】又、第2の特徴構成は、上記第1の特徴構
成において、前記送風手段が、前記他物は移動させるが
前記収穫対象部は移動させない送風量状態で、前記収穫
対象部を含む所定範囲に向けて送風するように構成され
ている点にある。
【0007】又、第3の特徴構成は、上記第1又は第2
の特徴構成において、前記撮像手段及び前記送風手段
が、前記収穫対象部に向けて接近操作される収穫用ハン
ドに設けられている点にある。
【0008】又、第4の特徴構成は、上記第3の特徴構
成において、前記収穫用ハンドに備えた収穫対象部把持
用の把持部及び前記送風手段に対して作動用の空気を供
給する空気供給手段が、前記把持部に対する作動用空気
の供給と、前記送風手段に対する作動用空気の供給とを
切り換え自在に構成されている点にある。
【0009】
【作用】本発明の第1の特徴構成によれば、送風手段が
作動しない時は、果菜類の収穫対象部より重量の軽い葉
等の他物が、撮像手段の撮像範囲内に存在する収穫対象
部に重なる等して区別できない状態であるが、送風手段
が作動すると、上記葉等の他物が収穫対象部に対して移
動して、撮像手段の撮像範囲内に存在する収穫対象部か
ら離間する。そして、撮像画面内で収穫対象部と葉等の
他物とが離間した状態の送風手段作動時の撮像情報に基
づいて、例えば収穫対象部の形状や色の特徴から収穫対
象部を識別して収穫対象部の位置が検出され、あるい
は、送風手段の作動時及び非作動時における両撮像情報
に基づいて、例えば両撮像画像間での収穫対象部の移動
量が、重量の軽い葉等の他物の移動量よりも小さいとい
う移動量の差から、撮像画面内で収穫対象部を識別して
収穫対象部の位置が検出される。
【0010】又、第2の特徴構成によれば、上記第1の
特徴構成において、送風手段が作動すると、収穫対象部
は移動しないが葉等の他物は移動する。そして、撮像画
面内で移動しない収穫対象部に対して葉等の他物だけが
移動して両者が離間した状態の送風手段作動時の撮像情
報に基づいて、例えば収穫対象部の形状や色の特徴から
収穫対象部を識別して収穫対象部の位置が検出され、あ
るいは、送風手段の作動時及び非作動時における両撮像
情報に基づいて、例えば両撮像画像間で、収穫対象部の
位置は固定しているのに対して、重量の軽い葉等の他物
だけが移動しているいう移動量の差から、撮像画面内で
収穫対象部を識別して収穫対象部の位置が検出される。
【0011】又、第3の特徴構成によれば、上記第1及
び第2の特徴構成において、収穫用ハンドが収穫対象部
に向けて接近操作された状態で、収穫用ハンドに設けた
送風手段が作動し、また、その送風手段の作動時、ある
いは、送風手段の作動時及び非作動時に、収穫用ハンド
に設けた撮像手段が撮像作動する。
【0012】又、第4の特徴構成によれば、上記第3の
特徴構成において、収穫対象部に向けて接近操作される
収穫用ハンドに設けた送風手段が、空気供給手段から供
給された作動用空気を収穫対象部等に向けて送風し、そ
の後、収穫対象部の位置検出に基づいて収穫用ハンドが
収穫対象部の把持位置に操作されると、空気供給手段か
らの作動用空気の供給が、収穫用ハンドに備えた収穫対
象部収穫用の把持部に切り換えられ、その把持部が収穫
対象部を収穫するために把持する。
【0013】
【発明の効果】従って、本発明の第1の特徴構成によれ
ば、撮像手段の撮像画面内において、収穫対象部(果実
部)より重量の軽い葉等の他物を収穫対象部から離間さ
せ、収穫対象部が上記他物から分離した状態の画像情報
に基づいて収穫対象部の位置を検出するので、従来、収
穫対象部の一部又は全部が葉や茎等の他物で隠れている
場合に、収穫対象部全体の撮像画像が得られないため
に、例えば、形状の特徴に基づいて果実部を認識してそ
の位置を検出することが困難であったり、あるいは、色
の差に基づいて果実部を認識して位置検出した場合の位
置検出誤差が大きくなるというような不具合が解消さ
れ、もって、収穫対象部の位置検出が確実且つ高精度に
行える果菜類の収穫対象部検出装置を得るに至った。
【0014】又、第2の特徴構成によれば、葉等の他物
だけが移動するので、例えば、他物と収穫対象部を共に
移動させてその移動量の大小(葉等の他物の移動量の方
が収穫対象部より大きい)に基づいて収穫対象部を識別
して、その位置を検出するものにおいて、上記移動量の
大小判別が簡単にできない場合があるのに対して、例え
ば、移動前後の両画像の論理積を取るという比較的簡単
な処理によって、葉等の他物に対応する画像部分は消
え、移動しない収穫対象部の画像部分はそのまま残り、
その残った画像に基づいて収穫対象部の位置を容易に検
出することができ、もって、上記第1の特徴構成を実施
する際の好適な手段が得られる。
【0015】又、第3の特徴構成によれば、収穫対象部
に向けて接近した収穫用ハンドの位置から、収穫対象部
に向けて送風し且つその送風された収穫対象部を撮像す
るので、撮像手段及び送風手段を収穫用ハンドではなく
例えば収穫作業車の車体側に設けるものに比べて、収穫
の対象となる収穫対象部だけに対して少ない送風量で効
率良く送風でき、また、収穫の対象となる収穫対象部を
撮像する撮像手段に、ズーム機構付の高価なものを要せ
ずに低倍率で安価な撮像手段が使用でき、もって、上記
第1又は第2の特徴構成を実施する際の好適な手段が得
られる。
【0016】又、第4の特徴構成によれば、同時には使
用されない収穫対象部把持用の把持部と送風手段とに対
する作動用空気の供給手段を、1つの空気供給手段で兼
用するので、例えば、上記把持部と送風手段とに対して
各別に作動用空気の供給手段を設ける場合に余分な空気
供給手段が必要になるのに比べて、装置の簡素化が実現
でき、もって、上記第3の特徴構成を実施する際の好適
な手段が得られる。
【0017】
【実施例】以下、本発明を、圃場に成育している果菜類
としてのキュウリやトマト等を収穫する自動走行式の収
穫作業車において、その収穫対象部の位置を検出する収
穫対象部検出装置に適用した場合の実施例について図面
に基づいて説明する。
【0018】図1に示すように、収穫作業車Bは、車体
4の車体前後位置の夫々に設けた各2輪からなる操向用
及び走行用車輪2を駆動して、圃場の畝間に設置された
電磁誘導式等の誘導用ラインLを検出する車体側のガイ
ドセンサ1の検出情報に基づいて、その誘導用ラインL
に沿って誘導走行される。尚、キュウリ等Aは、通常所
定間隔で配置した竿20に沿って上方に向けて誘引され
るので、収穫作業車Bは各竿20に対して位置決めして
停止し、収穫作業を行うことになる。車体4には支柱5
が立設され、その支柱5内に上下方向に沿ってラックギ
ア5aが形成されるとともに、横方向に伸縮自在な伸縮
アーム6の基端部を支持するアームベース3に、上記ラ
ックギア5aに咬合するピニオンギア3aが上下動モー
タ3A(図3参照)にて回転駆動される状態で設けら
れ、そのピニオンギア3aを正逆方向に回転させること
によって、上記アームベース3即ち伸縮アーム6が昇降
されるように構成されている。
【0019】前記伸縮アーム6の先端部6Aは、キュウ
リ等Aの収穫対象部である果実部A1に向けて接近操作
される収穫用ハンドとして機能し、その収穫用ハンド即
ち伸縮アーム6の先端部6Aに、図2にも示すように、
キュウリ等の果実部A1を含む所定範囲を撮像する撮像
手段としてのカラー式のCCDカメラS1と、上記果実
部A1より重量の軽い葉A2や蔓等の他物を、CCDカ
メラS1の撮像範囲内に存在する果実部A1から離間す
るように移動させる送風手段としての送風用ノズル7と
が設けられている。そして、その送風用ノズル7は、上
記葉A2等の他物は移動させるが果実部A1は移動させ
ない送風量状態で、果実部A1を含む所定範囲に向けて
送風するように構成されている。尚、上記送風量状態を
実現するように、後述のコンプレッサー10から供給さ
れる作動用空気の圧力や送風用ノズル7のノズル径等の
条件が設定される。
【0020】伸縮アーム6の先端部6Aには、果実部A
1を両側から挟持爪9Aで挟んで把持する収穫対象部把
持用の把持部9が備えられ、又、両挟持爪9Aの間に果
実部A1が存在するか否かを検出するために、一方の挟
持爪9A側の発光器と他方の挟持爪9A側の受光器とか
らなる光電式の存否センサS2が、両挟持爪9Aの内面
側に設けられている。把持部9には作動用空気が供給さ
れ、挟持爪9Aが挟持動作することになる。前記送風用
ノズル7及び把持部9に対して作動用の空気を供給する
空気供給手段としてのコンプレッサー10が設けられ、
そのコンプレッサー10は、把持部9に対する作動用空
気の供給と、送風用ノズル7に対する作動用空気の供給
とを切り換え自在に構成されている(図3参照)。
【0021】次に、収穫作業車Bの制御構成について説
明する。図3に示すように、マイクロコンピュータ利用
のコントローラHが設けられ、そのコントローラHに、
前記ガイドセンサ1及び前記存否センサS2の検出情
報、並びに、前記CCDカメラS1からの撮像情報を処
理した画像処理装置12からの処理情報が入力されてい
る。一方、コントローラHからは、前記上下動モータ3
Aと、前記伸縮アーム6を伸縮作動させるための伸縮用
モータ6Aと、前記操向用及び走行用車輪2を駆動する
ための操向モータ2A及び走行モータ2Bとに対する各
駆動信号が出力されている。又、コントローラHから
は、前記コンプレッサー10に対してその作動をオンオ
フさせるための入切信号が出力されるとともに、コンプ
レッサー10からの作動用空気を把持部9側と送風用ノ
ズル7側とに切り換えるための電磁弁11に対して切換
信号が出力されている。
【0022】前記コントローラH及び画像処理装置12
を利用して、前記CCDカメラS1の撮像情報に基づい
て前記果実部A1の位置を検出する収穫対象位置検出手
段100が構成されている。そして、この収穫対象位置
検出手段100は、前記送風用ノズル7の作動時におけ
る撮像情報に基づいて、又は、前記送風用ノズル7の作
動時における撮像情報及び非作動時における撮像情報に
基づいて、前記果実部A1の位置を検出するように構成
されている。
【0023】次に、前記収穫対象位置検出手段100に
よる果実部A1の位置検出について、図4〜図5に基づ
いて説明する。先ず、送風用ノズル7の非作動時におい
て、図4(イ)に示すように、果実部A1の一部(略上
半分)が手前側に位置する葉A2によって隠れている
と、その撮像画像は、図5(イ)に示すように、果実部
A1と葉A2の重なった画像として得られる。この状態
では、例えば、キュウリの場合は、果実部A1と葉A2
が共に緑色系であるので、果実部A1の位置を葉A2と
分離して検出するのは不可能であり、トマトの場合は、
果実部A1は赤系で葉A2は緑色系であるので、両者を
色で分離することは可能であるが、果実部A1の大部分
が葉A2によって隠れているような場合は、果実部A1
の位置を検出するのは事実上不可能である。上記状態
で、送風用ノズル7を作動させると、図4(ロ)に示す
ように、果実部A1は移動せずに、手前側の葉A2だけ
が上方に吹き上げられて、図5(ロ)に示す果実部A1
と葉A2が分離した画像が得られる。
【0024】ここで、キュウリを例にして、送風用ノズ
ル7の作動時における撮像情報(図5(ロ))及び非作
動時における撮像情報(図5(イ))に基づいて果実部
A1の位置を検出する場合について説明する。上記両撮
像画像において、RGBの3原色情報を所定の演算式で
処理して、果実部A1及び葉A2に対応する領域(緑色
領域)を抽出する。つまり、果実部A1及び葉A2に対
応する画素値は1で他の部分の画素値は0であるように
2値化処理する。次に、その両2値化画像の論理積を取
ると、果実部A1の部分は動いていないので、論理積処
理後の画像にそのまま残るが、葉A2の部分は動いてい
るので、論理積処理後の画像から消えている(図5
(ハ))。そこで、論理積処理後の画像において果実部
A1の領域の重心位置等を求めて、果実部A1の位置と
して検出する。
【0025】上記構成の収穫用作業車Bによる実際の収
穫作業の手順について概説する。先ず、作業車Bが前記
竿20に対して位置決めして停止し、且つ、CCDカメ
ラS1の情報に基づいて収穫用ハンド6Aを果実部A1
を含む果菜類Aに接近させた状態で、伸縮アーム6を昇
降作動させながら、送風用ノズル7からの送風をオンオ
フし、その送風オンオフ時夫々で撮像画像を得る。そし
て、前記収穫対象部検出手段100による果実部A1の
位置検出情報に基づいて、収穫用ハンド6Aが果実部A
1に対して接近操作し、前記存否センサS2が果実部A
1を検出すると、把持部9に作動用空気を供給して、挟
持爪9Aにて果実部A1を挟持させる。そして、その把
持した果実部A1の上方側の果柄部分を図示しないカッ
ターで切断して、果実部A1を作業車側に取り込むこと
になる。
【0026】〔別実施例〕上記実施例では、果菜類とし
てのキュウリやトマト等の野菜を収穫する収穫機を例に
して説明したが、キュウリやトマト以外の野菜、及び、
ミカンやリンゴ等の果物等種々のものを収穫する場合に
適用できる。
【0027】上記実施例では、撮像手段を、カラー式の
CCDカメラS1で構成したが、これ以外に、例えば、
白黒式のCCDカメラや、カラー式及び白黒式の電子管
式テレビカメラ等、種々の撮像手段が使用できる。
【0028】前記収穫対象位置検出手段100による果
実部A1の位置検出の別実施例、すなわち、送風用ノズ
ル7の作動時における撮像情報(図5(ロ))に基づい
て果実部A1の位置を検出する場合について説明する。
上記実施例と同様に、果実部A1及び葉A2に対応する
領域(緑色領域)の画素値が1で他の部分の画素値は0
である2値化画像を求める。そして、この2値化画像に
おいて、予め記憶されている果実部A1の形状の特徴
(丸みが付いた長細形状等)に基づいて、果実部A1の
領域を葉A2等の領域から識別して特定し、その特定さ
れた果実部A1の領域の重心位置等を求めて、果実部A
1の位置として検出する。
【0029】上記実施例では、送風手段7の作動時にお
ける撮像情報及び非作動時における撮像情報に基づい
て、収穫対象部A1の位置を検出するのに、収穫対象部
A1等の領域(緑色領域)が抽出処理された後の上記両
画像を論理積処理を行って収穫対象部A1の位置を検出
するようにし、又、送風手段7の作動時における撮像情
報に基づいて収穫対象部A1の位置を検出するのに、収
穫対象部A1の形状特徴に基づいて収穫対象部A1を識
別してその位置を検出するようにしたが、このような処
理に限るものではなく、適宜種々の画像処理手段が使用
できる。
【0030】上記実施例では、送風手段を、空気供給手
段(コンプレッサー10)からの供給空気を吹き出す送
風用ノズル7にて構成したが、これに限るものではな
く、例えば、モータ等によって回転駆動されるファン式
の送風装置でもよい。
【0031】又、上記実施例では、送風手段(送風用ノ
ズル7)の送風量状態を、葉A2等の他物は移動させる
が収穫対象部(果実部A1)は移動させない状態に設定
したが、例えば葉A2等の他物が比較的重い果菜類の場
合には、収穫対象部(果実部A1)が移動するような状
態まで送風量を多くして、他物を収穫対象部A1から確
実に分離させるようにしてもよい。尚、この場合、収穫
対象部(果実部A1)の位置変動が大きくて、前述の送
風手段(送風用ノズル7)の作動前後の画像を論理積処
理して収穫対象部A1の位置を求めるときの検出誤差が
無視できないときは、例えば、送風手段(送風用ノズル
7)の作動時の画像から収穫対象部A1の形状特徴に基
づいて収穫対象部A1の位置を求めることになる。
【0032】上記実施例では、撮像手段S1及び送風手
段7を、収穫用ハンド6Aに設けたが、これに限るもの
ではなく、収穫用ハンド6Aとは別体に、例えば、ズー
ム機構付の撮像手段S1を前記伸縮アーム6の基端側に
設置したり、或いは、作業車Bの車体4に斜め上向きの
送風方向に設定したファン式の送風手段を設置するよう
にしてもよい。
【0033】上記実施例では、収穫対象部把持用の把持
部9を収穫対象部A1を両側から挟持爪9Aで挟んで把
持するものを示したが、これに限るものではなく、例え
ば、収穫対象部A1の外周面の全周に曲げ自在なアーム
を巻き付けて把持するようにしてもよい。
【0034】上記実施例では、空気供給手段(コンプレ
ッサー10)を、把持部9に対する作動用空気の供給
と、送風手段7に対する作動用空気の供給とを切り換え
自在に構成したが、これに限るものではなく、各別の空
気供給手段を設けるようにしてもよい。
【0035】又、上記実施例では、本発明の果菜類の収
穫対象部検出装置を、果菜類としてのキュウリ等を栽培
している圃場の畝間を走行する自動走行式の収穫作業車
Bに適用した場合について説明したが、自動走行式の収
穫作業車に限るものではなく、手動で運転する収穫作業
車でもよく、あるいは、圃場の上方側の空中を移動する
移動体に設けた自動収穫機に適用する等の種々実施形態
が可能である。
【0036】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。
【図面の簡単な説明】
【図1】自動走行式の収穫作業車の正面図
【図2】収穫用ハンドを示す斜視図
【図3】制御構成のブロック図
【図4】送風手段の作動前後における収穫対象部付近の
外観図
【図5】収穫対象部検出のための画像処理を示す説明図
【符号の説明】
A1 収穫対象部 S1 撮像手段 100 収穫対象位置検出手段 A2 他物 7 送風手段 6A 収穫用ハンド 9 把持部 10 空気供給手段
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G06T 1/00

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 果菜類の収穫対象部(A1)を含む所定
    範囲を撮像する撮像手段(S1)と、前記撮像手段(S
    1)の撮像情報に基づいて前記収穫対象部(A1)の位
    置を検出する収穫対象位置検出手段(100)とが設け
    られた果菜類の収穫対象部検出装置であって、 前記収穫対象部(A1)より重量の軽い他物(A2)
    を、前記撮像手段(S1)の撮像範囲内に存在する前記
    収穫対象部(A1)から離間するように移動させる送風
    手段(7)が設けられ、 前記収穫対象位置検出手段(100)は、前記送風手段
    (7)の作動時における撮像情報に基づいて、又は、前
    記送風手段(7)の作動時における撮像情報及び非作動
    時における撮像情報に基づいて、前記収穫対象部(A
    1)の位置を検出するように構成されている果菜類の収
    穫対象部検出装置。
  2. 【請求項2】 前記送風手段(7)が、前記他物(A
    2)は移動させるが前記収穫対象部(A1)は移動させ
    ない送風量状態で、前記収穫対象部(A1)を含む所定
    範囲に向けて送風するように構成されている請求項1記
    載の果菜類の収穫対象部検出装置。
  3. 【請求項3】 前記撮像手段(S1)及び前記送風手段
    (7)が、前記収穫対象部(A1)に向けて接近操作さ
    れる収穫用ハンド(6A)に設けられている請求項1又
    は2記載の果菜類の収穫対象部検出装置。
  4. 【請求項4】 前記収穫用ハンド(6A)に備えた収穫
    対象部把持用の把持部(9)及び前記送風手段(7)に
    対して作動用の空気を供給する空気供給手段(10)
    が、前記把持部(9)に対する作動用空気の供給と、前
    記送風手段(7)に対する作動用空気の供給とを切り換
    え自在に構成されている請求項3記載の果菜類の収穫対
    象部検出装置。
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