JPS61139304A - 自動走行作業車の操向制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野］ 本発明は、撮像手段によって車体の進行方向前方所定範
囲の作業地状態を撮像し、その撮像画像情報を、その平
均明度差に基づいてコ値化することによって未処理作業
地と処理済作業地との境界を検出する境界検出手段、お
よび、この境界検出手段による境界検出結果に基づいて
、車体が前記境界に沿って自助的に走行するように操向
する制御手段を備えた自動走行作業束の操向制御装置に
関する。

〔従来の技術〕

上記この種の自動走行作業束においては、上記境界検出
手段を構成するに、フォトインクラブタ式あるいは光反
射式の倣いセンナ、または接触式のセンナ、等を用いて
、進行方向直ＩｒＴあるいけ現在の車体位置等、特定の
一地点における作業地状態が未処理作業地であるか処理
済作業地であるかを感知することによって車体が沿うべ
き境界位置を検出するように構成してあった。

しかしながら、上記従来の境界検出手段にあっては、作
業地のある一地点の境界に対するずれを検出するもので
あり、その検出結果を直ちにステアリングの制御パラメ
ータとしてい念虎めに、以下に示すような不都合があっ
た。

即ち、作業地状態が悪く、境界が非連続な場合などには
、沿うべき境界を見失いやすく、境界の検出信号を例え
ば所定走行区間に亘って平均化するなどの処理を行って
誤動作を防止する必要があり、その結果、制御応答が遅
くなるという不都合かめる。

又、実際に走行している地点あるいはその直前の一地点
における境界に対するずれのみしか検出できないため、
上記検出境界が非連続であっても実際の境界方向は直線
的であり単に直進するだけでよいような場合にも、この
不連続な境界に追従しようとして不要な操＠制御を行い
、その結果、大きく蛇行したり制御がハンチングを起こ
したりして直進走行性が悪くなるという不都合もあった
。

更に、実際に走行した後でなければ、境界の方向等その
状態を検出できないという構造上の欠点もあった。

そこで、本出願人は、車体が沿うべき境界を実際に走行
すること無く、その形状を本検出可能な境界検出手段と
して、車体進行方向前方の作業地の所定範囲を撮像した
画像情報を、その平均明度差に基づいてλ値化すること
によって前記境界を連続した線として検出する手段を、
先に提案しである（特願昭５９−２１１６３７号）。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記画像情報を２値化することによって境界を検出する
境界検出手段においては、明度差に基づいてλ値化処理
を行うために、未処理作業地と処理済作業地との明度差
が明確でなければ誤検出が多くなる不都合がある。　そ
して、上記用度差を実質的に大きくするために、例えば
車体進行方向となる画像情報成分の明度変化を無視した
り、画像を平均化して細かい明度差を予め除去する等の
処理を行った後、画像情報の隣接した画素間の明度変化
を微分し、その微分値の大きい部分を境界として判別す
るようにしていた。

従って、例えば処理済作業地内に暗く見える部かが有っ
たり、未処理作業地内ＶＣ明かるく見える部分が有ると
、この部分での明度変化が大きくなり、境界と同様な情
報が得られ、特に車体進行方向と同じ方向に上記境界と
同じ情報が連続して現れると、本来の境界と区別できな
くなる不都合があった。

ところで、上記自動走行作業束は、作業を行いながら走
行するものであるから、処理済作業地に隣接した未処理
作業地上を走行することになる。　つまり、左右いずれ
かの車体外方側にはその進行方向に対応して処理済作業
地があり、作業装置に対して前方側は未処理作業地があ
る状態となるものである、 零発明け、上記実情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、車体進行方向と作業地状況との関係を有効に
利用することによって、作業地状況の画像情報から境界
と区別しにくい情報を予め除去して正確な境界状報を検
出することにある。

Ｌ問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成すべく、本発明による自動走行作業束の
操向制御装＃は、前記撮像画像情報をその平均明度差に
基づいてλ値化するに、画像情報の用度変化の微分値を
演算する手段、その微分値の正負符号を判別する手段、
車体進行方向を検出する手段、および、前記進行方向検
出手段による車体進行方向検出結果に基づいて、前記微
分値符号判別手段による判別符号の一方のみの符号の微
分値変化が所定値以上であるか否かによって画像情報を
２値化する手段を備え・させである点に特徴を有し、そ
の作用ならびに効果は以下の通りである。

（作　用〕 すなわち、車体進行方向と１．画像情報の明度変化の微
分値の符号（正、負）とに基づいて、コ値化する画像情
報の明度変化方向を予め限定することによって、不要な
情報を除去するのである。　つまり、車体進行方向と作
業地状況との関係から、未処理作業地上の処理済作業地
と区別しにくい部分、および、処理済作業地上の未処理
作業地と区別しにくい部分、を予め除くことによって、
本来の境界を明確にするのでろる０ ［発明の効果］ 土と特徴故に、下記の如き優れた効果が発揮されるに至
つ之。

すなわち、車体進行方向に対応して、画像情報をその明
度変化の微分値の符号が正負　いずれか一方の値のもの
のみを２値化して、未処理地方向から処理済作業地方向
へと明るさ変化が大きくなる情報を境界として検出する
ので、未処理作業地および処理済作業地上々に含まれる
ノイズ成分を予め除去することができるのである。　従
って、コ値化した後には除去することが困錐な境界と誤
判断しやすい情報を予め画像情報から効率良く除去する
ことができ、その結果、正確な境界情報が得られるので
ある。

〔実施例〕

以下、未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）ｔ（２）
および後輪＋３１　ＩＣ３１のいずれを４ステアリング
操作可ｔ＠に構成された車体（１）の中間部にディスク
型刈刃を内装した芝刈装質（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刈地（
Ｂ）と既刈地（Ｃ＋との境界（Ｌ）を検出する後記構成
になる境界検出手段としての倣いセンｆ（Ａ）を設け、
この倣いセンｆ（ＡＪによる境界検出結果に基づいて操
向制御することによって、前記境界（Ｌ）に沿って自動
走行可能な自動走行作業束としての芝刈作業車を構成し
である。

ｐｒＩ記倣いセンナ囚を構成するに、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ｆ１＋の
進行方向前方の沿って走行すべき目標境界（Ｌｏ）を中
心とする所定範囲の芝地（ＤＪとなるように、庫体（１
１Ｆｌｔｒ方上方に向かって延Ｒされたセンチ指示７レ
ーム（６）の先端部に設け、このモニタカメラ（６）に
よる撮像画像をその平均明度差に基づいてコ値化するこ
とによって、目標境界（Ｌ。）に対する検出境界（Ｌ）
のずれ量（ａ）とずれ角（θ）を求めて、ｊｉｆｆ記検
出境界（Ｌ）と目標境界（Ｌ、）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（６）の車
体（亀）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。

［Ｆ、前記モニタカメラ（６）による撮像画像を２値化
して境界（Ｌ）を検出する手段を、第１図に示すブロッ
ク図、ｆｆ１２図に示す画像信号の説明図、および、第
３図に示すフローチャートに基づいて説明する。

まｆＪｆ＋ｅモニタカメラ（５）によって撮像された画
像信号（Ｓｏ）を７レームメモリ（７）に一旦記憶し、
マイクロコンピュータによって構成された制御装ｒ１１
１８１によって前記フレームメモ１月７）に記憶された
原画像信号（Ｓｏ）　Ｃ第２図（Ａ）に示す）を、例え
ば画像中心画素の明度をその同門の所定ドツト数で区画
された領域の平均値に順次雪き換えるというような処理
を行うことによって、平均化して、第２図（ロ）に示す
ようにぼかした平均化画像（Ｓ、）を得る。

ところで、前記モニタカメラ、５）の視野（Ｄ）／ｒｉ
、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Ｊｊ＋（Ｓ、）は、車体ｆ１＋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。　従って、こ
のまま一様に平均化すると、画像／下方より上方はど週
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、ｎｆｆ記平均化は画像上、下
方より上方に向かって平均化密度が粗くなるようＶＣ処
理している。

次に、前記平均化画像（Ｓｌ）の明度変化が大きい部分
、すなわち、明度変化が大きい画素部分をコ値化するこ
とによって、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、池の
部分が暗いコ値化画像（Ｓ、）を得るのであるが、前述
したように、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）を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、平均化画像（Ｓｌ）を平均化するた
めに、その明度変化の微分値の符号が第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
のみコ値化することによって、第２図（ロ）中（Ｌりで
示す作業地（ＢＪ上にある芝の粗な部０あるいはハゲた
部分の微分値が正（ト）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）進行方向は、隣接
した各行程を行程端で／／θ度方同方向転換順次往復走
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（ａ）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、曲
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横方向に２値化し、第４図
中（ｂ）に示すようＶＣ皇体（１）左側に処理済作業地
（Ｃ）を隣接する場合は、第２図に）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（利
の微分値の情報のみを横方向に２値化して、不要なノイ
ズ成分を除去するようにしである。

そして、前記コ値化画像（Ｓ、）によって検出された境
界（Ｌ）を連続した線、例えば、近似直線、となるよう
に処理した後、−ｌ第５図に示すように車体（１）が沿
うべき目標境界（Ｌ。）に対する検出境界（Ｌ）のずれ
ｆｉ（ａ）とずれ角（θ）を演算する。

そして、前記演算によって算出されたずれ量（ａ）に基
づいて、前記前・後輪ｆ２＋　１＋３１を同一方向にス
テアリング操作して、車体（１）をその向きを変えるこ
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＋２１　、　＋３１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
（Ｌｏ）に対する向きを修正して、前記検出境界（Ｌ）
と目標境界（Ｌｏ）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（Ｌｏ）ＶＣ沿うように制御するのである。

従って、不連続な境界、局所的に曲がった境界、芝地に
ムラがあって不明確な境界、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
グ制御が可能となったのである。

尚、第１図中、＋９１１１０１は夫々曲軸＋２１　Ｉ（
２＋および後輪＋３１　ｐ＋３１を実際にステアリング
操作する油圧ンリンダ、Ｉｌｌ　１　（１″２）Ｈ夫々
ｉｔＩ記油圧ンリンダ（９）Ｉ叫を駆動する電磁パルプ
、）Ｊ３１ｆ′！無段変速装置（１４）の変速位置を操
作するモータである。　まな、（Ｒ，）、　（Ｒ，）　
Ｖｉ夫々曲記前輪＋２１１（２１および後輪（３）Ｉ（
３）のステアリング量を検出して前記制御装置（８）に
７４−ドバンクする之めのポテンショメータ、（Ｒ１）
は同様に前記変速装置（Ｉ４）の変速位置を検出して制
御装置（８）にフィードパンクするためのボテンンヨメ
ータである。

ところで、前記原画像信’ｊ）　（Ｓ６）を平均化する
のけ、刈り取った芝の葉などの反射光の影響による大き
な用度変化や未刈地（Ｂ）内にある既刈地（Ｃ）と区別
しにくい芝が小さく／・ゲ之部分やムラのある部分など
を検出しにくクシて、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、ＩＴ前記演算処理に
変えて、ポカン用の光学的なフィルタを用いたり、ある
いは単にカメラ１６）をいわゆるピンボケ状店で使用す
ることによって行ってもよい。　更に、例えば、光学内
々フィルタを用いる場合ＶＣは、そのボカゾ用のフィル
タ〜を、いわゆるソフトフォーカスフィルタを用いて、
その視野の上方より下方に向かって徐々にソフトフォー
カスとなるよう【Ｃすることによって、前記カメう（５
）の視野の）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、爪体ｆｌ＋進行方向を検出するに、方向転換によ
って自動釣に判別する他、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、−行程毎に
幅寄せを行って前後進を繰り返す前後進走行形式等では
、１休１１１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、目１１記境界（Ｌｌを求めるに、１１１記コ値画
像（Ｓ２）の隣接した各画素（ドツト）から最小自乗法
などによって処理できるが、コ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）を連続した線とじて求める
に、前記最小自乗法や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０

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る自動走行作業束の操向制御装置の実
施例を示し、第１図は制御システムの構成を示すブロッ
ク図、第２図（Ａ）・（ロ）＋（／→・に）は画像信号
の説明図、Ｉ！３図は制御装置の動作を示すフローチャ
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。 Ｆｉｌ・・・・・・車体、１６）・・・・・・撮像手段
、（Ｎ・・・・・境界検出手段、（Ｂ）・・・・・・未
処理作業地、（Ｃ）・・・・・処理済作業地、（Ｌ）・
・・・・・境界。 代理人　弁理士　　叱　村　　　修 蝙　１２ 第　４　図 第　５　図 第６　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮像手段（５）によつて車体（１）の進行方向前方所定
   範囲の作業地状態を撮像し、その撮像画像情報を、その
   平均明度差に基づいて２値化することによつて未処理作
   業地（Ｂ）と処理済作業地（Ｃ）との境界（Ｌ）を検出
   する境界検出手段（Ａ）、および、この境界検出手段（
   Ａ）による境界（Ｌ）検出結果に基づいて、車体（１）
   が前記境界（Ｌ）に沿つて自動的に走行するように操向
   する制御手段を備えた自動走行作業束の操向制御装置で
   あつて、前記撮像画像情報をその平均明度差に基づいて
   ２値化するに、画像情報の明度変化の微分値を演算する
   手段、その微分値の正負符号を判別する手段、車体（１
   ）進行方向を検出する手段、および、前記進行方向検出
   手段による車体進行方向検出結果に基づいて、前記微分
   値符号判別手段による判別符号の一方のみの符号の微分
   値変化が所定値以上であるか否かによつて画像情報を２
   値化する手段を備えさせてある自動走行作業車の操向制
   御装置。