JPH096949A - 雑草の識別及び除去方法 - Google Patents

雑草の識別及び除去方法

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JPH096949A
JPH096949A JP17552695A JP17552695A JPH096949A JP H096949 A JPH096949 A JP H096949A JP 17552695 A JP17552695 A JP 17552695A JP 17552695 A JP17552695 A JP 17552695A JP H096949 A JPH096949 A JP H096949A
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JP
Japan
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weeds
image
lawn
weed
identifying
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JP17552695A
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English (en)
Inventor
Motoyuki Takasu
征行 鷹巣
Sumio Fukuda
澄男 福田
Tomohisa Suzuki
智久 鈴木
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Tokyu Construction Co Ltd
Original Assignee
Tokyu Construction Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】芝生の中から雑草を識別し、又は雑草を根元部
分から除去すること。 【構成】撮影された領域の画像を平均化し、平均化され
た画像を二値化して雑草を抽出し、該領域内の雑草を識
別し、雑草を識別する方法、又は、更に二値化した画像
の重心を求め、二値化した画像の重心に向けて雑草除去
具を地中に挿入して雑草を除去する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、雑草の識別や除去に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ゴルフ場や公園などにおける芝生
の中に生えている雑草を除去するには、作業員が目で識
別して手又は道具で引き抜くか、或いは芝生を枯らさず
雑草を除去する除草剤を散布していた。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】しかし、従来の除去
方法では次のような問題点がある。 <イ>人手による場合、ゴルフ場の営業時間外に行う必
要があり、早朝又は夕方の数時間に限られ、作業時間が
十分に取れなかった。 <ロ>人手による場合、作業者が中腰などの姿勢を長時
間強いられたり、季節によっては炎天下の作業となり、
作業条件が悪く厳しかった。 <ハ>人手による場合、広範囲にわたり駆除する必要が
あり、多数の作業員が必要となるため、多大の人件費が
かかっていた。 <ニ>除草剤を使用する場合、雨水により周辺の地域や
河川に除草剤が流れ込み、薬害の恐れがあった。 <ホ>地区によっては、除草剤の使用が禁止されてい
る。
【0004】
【本発明の目的】
<イ>本発明は、雑草を識別する点にある。 <ロ>本発明は、芝生の中から雑草を識別する点にあ
る。 <ハ>本発明は、識別した雑草を除去する点にある。 <ニ>本発明は、雑草を中心部分から除去する点にあ
る。
【0005】
【問題点を解決するための手段】本発明は、雑草を識別
する雑草の識別方法において、撮影された領域の画像を
平均化し、平均化された画像を二値化して雑草を抽出
し、該領域内の雑草を識別することを特徴とする、雑草
の識別方法、又は、芝生の中から雑草除去具により雑草
を除去する雑草の除去方法において、撮影された領域の
芝生の画像を平均化し、平均化された画像を二値化して
芝の葉より大きな葉の雑草を抽出し、二値化した画像の
重心を求め、二値化した画像の重心に向けて雑草除去具
を地中に挿入して雑草を除去することを特徴とする、雑
草の除去方法にある。
【0006】以下に、図面を用いて本発明の実施例を説
明する。 <イ>雑草除去装置 雑草除去装置1は、ゴルフ場や公園などを移動して雑草
を除去するもので、例えば、図1乃至図2に記載される
ように、走行台車2、走行台車2に搭載する撮影装置
3、画像処理装置4、制御装置5、除去マニピュレータ
6、吸引装置7、XY駆動装置8、照明装置9及びモニ
タ41などを有している。雑草除去装置1は、走行台車
2で移動する。撮影装置3は雑草などを上方から撮影
し、撮影した画像を画像処理装置4で処理し、モニタ4
1に表示する。制御装置5は、雑草除去装置1の全体の
制御を行い、例えば画像処理装置4で雑草の位置を特定
すると、XY駆動装置8を駆動して除去マニピュレータ
6を雑草の位置に移動して雑草を引き抜き、吸引装置7
で回収する。
【0007】<ロ>走行台車 走行台車2は、各種の雑草の除去を行うための装置を搭
載する台車であり、手動又は電動で移動可能で、走行モ
ータや操舵モータで必要に応じて制御装置5により自動
運転を可能にする。
【0008】<ハ>撮影装置 撮影装置3は、例えば走行台車2の下方の一定区画を写
し出し、撮影した画像を画像処理装置4に送出する。夜
間などでも作業を可能とするために、撮影領域を照明す
る照明装置9を設ける。撮影装置3や照明装置9は、芝
生などに照射した照射光の波長の強度分布、撮影装置の
波長の感度特性、及び芝と雑草の葉の反射波長特性など
により、除去したい雑草を容易に識別できるように、こ
れらの特性が合うように選択される。本発明の実施例で
は、撮影装置3はCCDカメラを利用し、照明装置9は
蛍光灯を利用した。
【0009】<ニ>画像処理装置 画像処理装置4は、撮影装置3で撮影された画像を記憶
領域に格納し、例えば図6のような画像処理を行う。画
像処理は、詳細には後述するが、例えば、画像の修正、
画像の抽出、ノイズ除去、膨脹、及び重心計算などを行
い、芝生の中の雑草を識別し、雑草の中心位置を求め
る。
【0010】<ホ>除去マニピュレータ 除去マニピュレータ6は、雑草を除去するものであり、
走行台車2に載置したXY駆動装置8により前後左右に
移動でき、雑草を除去する際には降下して、雑草を引き
抜いて除去することができる。除去マニピュレータ6
は、例えば図3乃至図5のように、昇降自在の外筒61
と、外筒61内に収容するピンセット状の摘取部62
と、摘取部62を駆動するシリンダ63などにより構成
されている。外筒61は、雑草除去用の摘取部62等を
収容する管体であり、その先端部にスライド自在に先端
筒611が取り付けてある。先端筒611は、後述する
吸引装置7により雑草を吸引回収するため外筒61内に
負圧をかけた際のシール部となる。摘取部62はピンセ
ット状の部材であり、雑草の茎を摘まんで根ごと引き抜
くための部材である。摘取部62は、シリンダ63の伸
縮により摘取部62の開閉を行う。除去マニピュレータ
6は、走行台車2に載置したXY駆動装置8上に縦横方
向に移動自在に取り付けられ、XY駆動装置8によりエ
アジャッキなどにより昇降自在であり、雑草を除去する
際には降下し、摘取部62により雑草を引抜く。
【0011】<ヘ>吸引装置 吸引装置7は、摘取部62により摘んだ雑草を回収する
もので、走行台車2に搭載され、回収ホース71で雑草
を吸引回収する。
【0012】<ト>制御装置 制御装置5は、雑草除去装置1の全体を制御するもの
で、例えば、画像処理装置4で得た雑草の位置計測デー
タを基にして、XY駆動装置8を駆動して、除去マニピ
ュレータ6を雑草の位置に移動し、除去マニピュレータ
で雑草を除去し、吸引装置で雑草を回収するような制御
を行う。制御装置5は、また画像処理装置4で得られた
画像の位置とXY駆動装置8に取り付けられた除去マニ
ピュレータ6の位置を予め対応させておくために、例え
ば複数の同一位置が撮影装置による画像位置座標系と除
去マニピュレータ6の位置座標系で一致するように基準
点を合わせる。制御装置5は、XY駆動装置8を制御し
て除去マニピュレータ6をXY方向に駆動する。XY方
向の駆動は、例えばサーボドライバでフィードバックを
行いながらX軸モータとY軸モータを精密に駆動する。
【0013】以下に、雑草を識別する画像処理について
説明する。 <イ>画像の取込み(図7) 撮像装置で撮影されて取込まれた原画像の概略図を図7
に示す。本実施例の原画像は、短く細い白い像が芝の葉
を示し、葉の領域の外側は黒くなっている。それに対し
て、太く大きな白い像が雑草の葉を示し、1本の雑草に
対して複数枚の葉を有している。また、雑草の葉の領域
の白が芝の葉より強く現われている。
【0014】<ロ>画像の修正(図8) 原画像では、芝の葉は、短く細く、葉の領域の外側が黒
くなっている。それに対して、雑草の葉は、太く長く白
い領域が芝よりも大きくなっている。そこで、この原画
像から芝と雑草を識別するために、画像を修正する。こ
の修正方法として、例えば平均化を行う。画像の平均化
は、例えば画像の一点に注目し、注目した画素と、その
近傍の8画素の強度値の平均値をその注目画素の値と
し、この処理を画面全体に行うものである。このように
原画像を平均化すると、芝と雑草の葉は共に輪郭がぼけ
るけれども、芝の葉の領域は細く狭いために全体に黒っ
ぽくなるのに対して、雑草の白い領域は、大きいので白
のまま維持される。このように平均化された画像の概略
図を図8に示す。
【0015】<ハ>画像の抽出(図9) 画像の抽出処理で、平均化された画像から雑草の葉のみ
を抽出する。この抽出方法として、例えば雑草の葉の白
の強度と芝の葉の白の強度の間の強度をしきい値として
設定して二値化を行う。二値化は、例えば濃淡画像のヒ
ストグラムからあるしきい値を決め、各画素の強度値を
しきい値と比較し、しきい値より大きければ例えば黒の
強度255とし、それ以下であれば白の強度0として変
換する。その結果、芝生の領域は全て黒になり、雑草の
領域は全て白になり、明確に区別される。但し、芝生の
中にもは狭い領域ではあるが、白い強い強度の領域も一
部存在し、白いドットのノイズが発生している。このよ
うに更に二値化された画像の概略図を図9に示す。
【0016】<ニ>ノイズ除去(図10) 芝の葉によるノイズは、雑草の葉よりも領域が小さいの
で、この領域の大小の差を利用してしきい値を設定し、
小さな領域を除いてノイズを除去する。ノイズ除去は、
例えば二値化された画素を走査し、各画素ごとにラベル
(番号)を付けていく。ラベルは連結している部分どう
しは同一の番号を付与する。即ち、連続した白い画素は
同一のラベルが付与される。次に、各ラベルについて、
各画素数がいくつかを数える。ノイズを除去できる数の
画素数をしきい値として決め、それ以下の数であるラベ
ルをもつ画素を削除する。このようにすることにより、
小さな白い領域のノイズを除去することができる。更に
ノイズを除去した画像の概略図を図10に示す。
【0017】<ホ>画像の膨脹(図11) ノイズ除去された画像を膨脹して、雑草の葉の像を膨脹
させ、1本の雑草に付いている複数の葉の像を1個の膨
脹された像にする。膨脹は、例えば白い画像の周囲の外
方において、近傍の8画素を白の画素にする。これによ
り、白い画像のとぎれを繋げたり、欠けている部分を修
復することができる。このように更に膨脹処理をされた
画像の概略図を図11に示す。
【0018】<ヘ>重心の計算(図12) 膨脹された像の重心を求める。この計算方法は、通常の
重心の計算方法で行うことができる。この重心位置は1
本の雑草の葉全体の中心位置となり、ほぼ根元の位置に
対応するので、重心位置を求めることにより、1本の雑
草の根元の位置を求めることができる。
【0019】<ト>他の画像処理(図13、図14) 図13には、細長い葉の雑草が撮影された他の原画像の
概略図が示されている。この画像でも同様な画像処理に
より、図14のように細長い葉の雑草の重心位置を求め
ることができる。
【0020】
【作用】以下に、雑草除去装置の動作について説明す
る。 <イ>雑草位置の算出 先ず、走行中の走行台車2を予め設定した位置で停車さ
せる。停車した走行台車2より作業対象となる区画の芝
生を撮影装置3により撮影する。撮影された画像は、画
像処理装置4に取り込まれ、画像を平均化し、更に二値
化することにより、芝生と雑草を識別する。二値化した
処理画像の中の小さな領域を除いてノイズを除去し、更
に膨脹処理を行い、重心を求めることにより、画像上で
雑草の根元の位置を求める。ここで算出された雑草の位
置データは、制御装置5に転送され、除去マニピュレー
タ6の移動目標値を算出する。
【0021】<ロ>雑草の除去 画像処理で求めた移動目標値に従い、XY駆動装置8
は、2軸サーボドライバにより除去マニピュレータ6を
移動目標値へ移動する。除去マニピュレータ6はその外
筒61ごと摘取部62を降下させ、摘取部62により雑
草の根元を挟み込む。雑草の根元を挟み込んだまま除去
マニピュレータ6を上昇させて、雑草を根ごと引き抜
く。雑草を引き抜くと、吸引装置7を駆動して外筒61
内に負圧を付与し雑草を吸引回収する。この際、雑草を
引き抜くため外筒61は上昇させているが、外筒61の
先に配置した先端筒611が地表と接してシール材の役
目を果たしているため、外筒61内に効率良く負圧をか
けることができる。雑草を回収すると、制御装置5より
除去マニピュレータ6を次の移動目標値に向かい移動さ
せて次の雑草を回収する。以上の工程を繰り返すことに
より、芝生中に生える雑草を自動により回収することが
できる。
【0022】
【発明の効果】本発明は以上説明したようになるから次
のような効果を得ることができる。 <イ>芝生などの中に生えている雑草を画像処理により
認識できるので、従来、人手に頼っていた作業を機械化
することが可能になった。 <ロ>画像処理により雑草の根元の位置を求めることが
できるので、雑草を根元から除去することが可能となっ
た。 <ハ>雑草の除去を自動化できるので、夜中などゴルフ
場などの営業時間外でも、作業を行うことが可能となっ
た。 <ニ>雑草の除去作業を自動化できるので、作業者の労
働条件を改善でき、また作業量を軽減することができ
る。 <ホ>雑草を機械的に除去するので環境の悪化を防止す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】雑草除去装置の説明図
【図2】雑草除去装置のブロック図
【図3】除去マニピュレータの動作説明図
【図4】除去マニピュレータの雑草引抜き時の説明図
【図5】除去マニピュレータの雑草回収時の説明図
【図6】画像処理の流れ図
【図7】撮影された原画像の概略図
【図8】原画像を平均化した画像の概略図
【図9】二値化した画像の概略図
【図10】ノイズを除去した画像の概略図
【図11】膨脹した画像の概略図
【図12】重心を求めた原画像の概略図
【図13】他の原画像の概略図
【図14】重心を求めた他の原画像の概略図

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】雑草を識別する雑草の識別方法において、 撮影された領域の画像を平均化し、 平均化された画像を二値化して雑草を抽出し、 該領域内の雑草を識別することを特徴とする、 雑草の識別方法。
  2. 【請求項2】芝生の中から雑草を識別する雑草の識別方
    法において、 撮影された領域の芝生の画像を平均化し、 平均化された画像を二値化して芝の葉より大きな葉の雑
    草を抽出し、 芝生の中から雑草を識別することを特徴とする、 雑草の識別方法。
  3. 【請求項3】芝生の中から雑草を識別する雑草の識別方
    法において、 撮影された領域の芝生の画像を平均化し、 平均化された画像を二値化して芝の葉より大きな葉の雑
    草を抽出し、 二値化した画像の重心を求め、 芝生の中から雑草の位置を求めることを特徴とする、 雑草の識別方法。
  4. 【請求項4】芝生の中から雑草を識別する雑草の識別方
    法において、 撮影された領域の芝生の画像を平均化し、 平均化された画像を二値化して芝の葉より大きな葉の雑
    草を抽出し、 二値化した画像を膨脹し、 膨脹化された画像の重心を求め、 芝生の中から雑草の位置を求めることを特徴とする、 雑草の識別方法。
  5. 【請求項5】芝生の中から雑草を識別する雑草の識別方
    法において、 撮影された領域の芝生の画像を平均化し、 平均化された画像を二値化して芝の葉より大きな葉の雑
    草を抽出し、 二値化した画像から所定の大きさ以下の画像を除くノイ
    ズ除去を行い、 ノイズ除去を行った画像を膨脹し、 膨脹化された画像の重心を求め、 芝生の中から雑草の位置を求めることを特徴とする、 雑草の識別方法。
  6. 【請求項6】芝生の中から雑草除去具により雑草を除去
    する雑草の除去方法において、 撮影された領域の芝生の画像を平均化し、 平均化された画像を二値化して芝の葉より大きな葉の雑
    草を抽出し、 二値化した画像の重心を求め、 二値化した画像の重心に向けて雑草除去具を地中に挿入
    して雑草を除去することを特徴とする、 雑草の除去方法。
  7. 【請求項7】開口部を有する雑草除去具により芝生の中
    から雑草を除去する雑草の除去方法において、 撮影された領域の芝生の画像を平均化し、 平均化された画像を二値化して芝の葉より大きな葉の雑
    草を抽出し、 二値化した画像の重心を求め、 二値化した画像の重心と雑草除去具の開口部の中心が合
    うように雑草除去具の位置を設定し、 雑草除去具を地中に挿入して、雑草除去具の開口部から
    雑草を除去することを特徴とする、 雑草の除去方法。
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