JPS6270917A - 自動走行作業車用の境界検出装置 - 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、機体進行方向前方側の所定範囲の作業地状態
を撮像する撮像手段による撮像画像情報に基づいて、未
処理作業地と処理済作業地との境界を検出する自動走行
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、例えば、芝刈作業車や刈
取収穫機等の作業車においては、作業予定範囲の外周を
予め人為的に処理済作業地として処理し、この処理済作
業地で囲まれた内部の未処理作業地部分を、未処理作業
地と処理済作業地との境界に沿って作業を行いながら走
行し、未処理作業地の一端より他端に至る一つの行程を
走行後、次行程方向へ回向して所定範囲の作業地を作業
を行いながら自動走行させる制御が行われている。そし
て、各行程途上においては、機体横幅方向での未処理作
業地と処理済作業地の境界と、機体との位置関係に基づ
いて走行を制御し、行程端部においては機体前後方向で
の境界と機体との位置関係に基づいて次行程への回向を
制御している。

そして、本出願人は、上記作業地を斜め上方から見ると
、未処理作業地は未刈り芝が有るために暗く見え、処理
済作業地は刈り取られた芝により光が反射して明る（見
えるという現象に着目して、未処理作業地と処理済作業
地との境界を、実際に走行することなく、かつ、その形
状をも検出可能な境界検出手段として、機体進行方向前
方側の作業地の所定範囲を撮像し、撮像画像を微分処理
することにより画像のエツジを抽出し、更にその明度差
に基づいて２値化することにより、機体前方の境界と現
在の機体との位置関係を検出する手段を先に提案した。

（特願昭６０−２１１．６３７号参照） 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記境界検出装置においては、（層像画
像情報をデジタル化して処理することから、一画面分の
撮像画像情報を所定画素数に標本化することとなる。そ
して、局所的な明暗変化を除去するために、上記微分処
理を行う前に、前像画像を平均化する必要がある。

ところが、第４図及び第５図に示すように、作業地を斜
め上方から撮像するために、その撮像視野（Ｓ）が、車
体に対して近傍側より遠方側に広がった台形となる。従
って、その撮像画像を正方画素に標本化すると、その画
素密度が車体近傍側より遠方側のほうが細かくなるとい
う特性がある。尚、この車体近傍側は、撮像画像情報の
座標系では下方側に、同様に遠方側は、上方側に、夫々
置換されるものである。又、図中、（３）は撮像手段と
してのビデオカメラである。

従って、この粗密変化が一様でない撮像画像情報をその
まま一様に平均化すると、撮像画像情報を微分処理する
際に、上記局所的な明暗変化がノイズ成分として強調さ
れ、正確に境界を検出できなくなる不都合がある。

そして、上記撮像画像を平均化する手段としては、撮像
画像情報であるビデオ信号の通過帯域を制限することに
より平均化する電気的フィルタを用いる手段、あるいは
、撮像画像情報を演算処理することにより平均化する手
段を用いることが考えられるが、前者の電気的フィルタ
を用いる場合には、その通過帯域を、撮像画像の上下方
向つまり車体前後方向において連続的に変化させる必要
があることから、一般的なフィルタを用いて平均化する
ことは非常に困難である。

又、後者の演算処理により平均化する手段では、その演
算が複雑になることがら、平均化に要する処理時間が長
くなり、実用的でないという不利がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、撮像画像情報を平均化するに、粗密変化が一
様でない撮像画像情報を、簡素な構成でその撮像視野範
囲を一様に平均化できるようにすることにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明による自動走行作業車用の境界検出装置の特徴は
、前記撮像手段に、その撮像視野範囲のうちの車体前後
方向後方側に対応する部分ほどぼかし程度を大にする光
学フィルタを備えさせてある点にあり、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、車体後方側は粗に、前方側はど密に見える作
業地状態を、その粗密変化に対応して連続的にぼかす光
学フィルタ、例えば、撮像視野の車体遠方側より近傍側
に向かうほどぼかし程度が犬になるように、ガラスや透
明樹脂板等の表面にメソシュ状の傷を付けたもの等の光
学フィルタを、撮像手段の視野前方に設け、その光学フ
ィルタ通して撮像することにより、得られた撮像画像情
報は、それ自体で自動的に粗密変化に応して一様に平均
化されたものとなる。

〔発明の効果〕

従って、撮像画像情報を、撮像後に平均化する必要が全
く不要になり、作業地状態の撮像にあたり実質的に処理
時間零で平均化した画像情報が直接得られることとなる
。しかも、その平均化処理は簡素な構成の光学フィルタ
にて行うことから、境界検出装置の全体構成を、簡素化
できる。

〔実施例〕

以下、本発明を自動走行作業車としての芝刈作業車に適
用した実施例を図面に基づいて説明する。

第４図および第５図に示すように、前輪（ＩＦ）および
後輪（ＩＲ）の何れをもステアリング操作可能に構成さ
れた機体（Ｖ）の中間部に、芝刈装置（２）を上下動自
在に懸架するとともに、機体（Ｖ）進行方向前方の所定
範囲の作業地状態を撮像する撮像手段としてのビデオカ
メラ（３ンを設け、このカメラ（３）による撮像画像情
報を、後述する境界検出装置（Ａ）により２値化して、
車体横幅方向並びに車体前後方向火々での未処理作業地
（Ｂ）と処理済作業地（Ｃ）の境界（Ｌ１）、　（Ｌｔ
）に対する機体（Ｖ）の位置関係を検出し、この境界検
出装置（Ａ）による前記境界（Ｌｏ、　（Ｌｌ）の検出
結果に基づいて、走行制御装置（１１）により機体（Ｖ
）が前記境界（Ｌｌ）に沿って自動的に走行するための
ステアリング操作を行うように、又、−行程終了後、次
行程へ自動的に走行させるためのステアリング操作及び
変速操作を行うように構成しである。

前記カメラ（３）は、機体（Ｖ）前方上方に向かって延
設された支持フレーム（４）の先端部に、機体前方側の
所定範囲の作業地を斜め上方より下方に向かって撮像す
るように設けてあり、機体（ｖ）がその横幅方向での境
界（Ｌｌ）に沿った状態において、この境界（Ｌｌ）が
前記カメラ（３）の撮像視野の上下方向中央に位置する
ようにしである。

そして、機体ｍ横幅方向での境界（Ｌｌ）を検出する場
合は、前記カメラ（３）の撮像視野下端を基準として、
前記カメラ（３）の撮像視野の上下方向中央を縦断する
基準線（Ｌｏ）に対する検出境界（Ｌｌ）位置の偏差（
β）を機体（Ｖ）横幅方向での位置ずれ情報とし、前記
カメラ（３）の撮像視野の上下方向中央を縦断する基準
線（Ｌ、）に対する検出境界（Ｌ、）の傾き（α）を機
体（ｖ）向きの偏位情報として検出する。

一方、前記機体（ν）前後方向での境界（Ｌｌ）を検出
する場合は、詳しくは後述するが、撮像画像情報を９０
度座標変換して記憶させるために、前記カメラ（３）の
撮像視野の上下方向中央を縦断する基準線（Ｌ）に対す
る偏差（β）が、機体（Ｖ）と境界（Ｌｌ）との距離情
報となり、前記前記カメラ（３）の撮像視野の上下方向
中央を縦断する基準線（Ｌ）に対する傾き（α）が、前
記機体（Ｖ）前後方向での境界（Ｌｌ）に対する機体（
Ｖ）の傾きとなる。尚、この機体（Ｖ）前後方向での境
界（Ｌｌ）を検出する場合には、前記検出偏差（β）の
値が直ちに行程終端部の位置情報とはならないので、前
記検出偏差（β）の値および前記カメラ（３）の機体（
Ｖ）に対する取り付は距離および撮像方向の角度に基づ
いて撮像視野下端部から機体（Ｖ）までの距離を予め設
定し、この設定距離情報に基づいて境界（Ｌｌ）と機体
（Ｖ）との実際の距離を算出することとなる。

ところで、前記カメラ（３）による撮像画像は、互いに
隣接した画素間の明度差に基づいて２値化処理されるた
めに、局所的な明度変化の影客を除去して平均化する必
要があり、その手段として、前記カメラ（３）の前部に
撮像画像をぼかすだめの光学フィルタ（８）を設けであ
る。

又、前記カメラ（３）の撮像視野（Ｓ）が、機体（ｖ）
の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、機体（Ｖ）に対して前方に向かって台形に広が
るものとなり、撮像画像は、機体近傍側より遠方側に向
かう程細かく見えることとなり、この一様でない画像情
報をそのまま正方画素に標本化すると、撮像画像の機体
近傍側より遠方側となる部分の画素密度が、機体（Ｖ）
に近い部分より細かくなり、標本化が一様に行われなく
なる。従って、前記光学フィルタ（８）のぼかし具合が
、撮像視野（Ｓ）のうちの車体前後方向を、車体後方側
つまり前記カメラ（３）に対して近傍側より遠方側に向
かうほど粗くなるように連続変化するようにして、撮像
画像全体が一様に平均化されるようにしである。

すなわち、第１図に示すように、前記光学フィルタ（８
）は、透明なガラス板や樹脂板の表面に、下方側から上
方側に向かうほど徐々に粗くなるようにしながらメソシ
ュ状の傷をつけたものであって、この光学フィルタ（８
）を通過して撮像された画像が、下方側より上方側にな
るほど、つまり、車体（Ｖ）に対して前方側より後方側
はど大きくぼかされるようにしである。

更に、自然光によって生じる未処理芝の影等の大きな明
度変化の影響を除去するための手段として、前記カメラ
（３）の撮像に同期して発光されるストロボ装置（９）
を設けである。

第６図に示すように、エンジン（Ｅ）からの駆動力は、
変速装置（４）を介して、前記前輪（ＩＦ）および後輪
（ＩＲ）の夫々に伝達され、変速位置検出用ポテンショ
メータ（Ｒ１）による検出変速位置が所定の位置となる
ように、モータ（５）を駆動して所定の走行速度で走行
するように構成しである。

又、前記前輪（ＩＦ）および後輪（ＩＲ）は、夫々油圧
シリンダ（６Ｆ）　、　（６Ｒ）によりパワーステアリ
ング操作されるように構成してあり、車輪のステアリン
グ操作に連動するステアリング角検出用ポテンショメー
タ（Ｉｌ＋）、（Ｒ２）による検出ステアリング角が目
標ステアリング角に一致するように、前記油圧シリンダ
（６Ｆ）　、　（６Ｒ）を作動させる電磁バルブ（７Ｆ
）　、　（７Ｒ）を駆動するようにしである。そして、
前記機体前後方向での境界（Ｌｌ）に対する機体（Ｖ）
前後方向の傾き（α）を修正する場合は、機体（Ｖ）向
きを変化させるために、前輪（ＩＦ）と後輪（ＩＲ）を
相対的に逆方向にステアリング操作する旋回ステアリン
グを行い、前記境界（Ｌｌ）に対する機体（Ｖ）横幅方
向の偏差（β）を修正する場合は、機体（ｖ）向きを変
えることなく平行移動させるために、前輪（ＩＦ）と後
輪（ＩＲ）が同一方向に向くようにステアリング操作す
る平行ステアリングを行うようにして、機体（ｖ）が効
率良く境界（Ｌｌ）に沿うように制御するのである。

以下、境界検出装置（Ａ）の構成およびその動作につい
て説明する。

第２図に示すように、境界検出装置（Ａ）は、前記カメ
ラ（３）により撮像された画像情報（Ｓｏ）を８ビツト
の分解能で量子化してデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換
部（１０）、デジタル化された画像情報を、その座標＜
ｘ、ｙ）を９０度変換して構成画素数が３２　Ｘ　３２
の画像情報として標本化して記憶する画像メモリ（１１
）、この画像メモリ（１１）に記ｔαされた画像情報（
Ｓ２）と前記Ａ／Ｄ変換部（１０）から出力される画像
情報（Ｓ＋）（ただし、構成画素数は３２　Ｘ　３２と
して処理する）の何れの画像情報を処理するかを切り換
える入力形態切り換え手段としての画像切り換え器（１
２）、この切り換え器（１２）より出力される画像信号
（Ｆｌ）を、機体横幅方向（Ｘ座標方向）での明度変化
に基づいて微分し、明度変化の方向性とその大きさに対
応するエツジ画像データ（Ｆ２）に変換する微分処理部
（２０）、この微分処理部（２０）により微分処理され
たエツジ画像データ（Ｆ２）の微分符号（正、負）に基
づいて正負一方の符号側の工、ジ画像データ（Ｆ２）と
設定闇値（Ｆｒｅｆ）とを比較することにより明度差の
大きさに基づいて２値化し、明度変化が大きい画像部分
を抽出する２値化処理部（３０）、この２値化処理部（
３０）で２値化された２値化画像データ（Ｆ、）を連続
した直線として近似し、画像上における境界（Ｌ１）、
（Ｌｚ）を特定するハフ変換部（４０）、このハフ変換
部（４０）からの情報に基づいて検出境界（Ｌ、）、　
（Ｌ、）の機体（ｖ）に対する位置関係を表す直線とし
て近似された下記式（ｉ）に変換する境界パラメータ演
算部（５０）、各処理部の動作を制御する制御部（６０
）、および、前記ストロボ（９）の発光およびカメラ（
３）の撮像を制御するＩＴＶコントローラ（１３）、前
記微分処理部（２０）および２値化処理部（３０）によ
る処理画像を表示するモニタテレビ（１５）の動作を制
御するＣＲＴコントローラ（１４）、の夫々より構成し
である。

ｙ＝ａ　ｘ＋ｂ・・・・・・（１） ただし、 ａ：画像座標系での基準線（ＬＯ）に対する境界（Ｌ、
）、　（Ｆ２）の傾き、 ｂ＝画像座標系での基準線（Ｌｏ）に対する境界（Ｌ、
）、（ＬＺ）の横方向偏差、Ｘ：機体（ｖ）横幅方向画
素の座標値 ｙ：機体（ｖ）前後方向画素の座標値 である。

以下、第３図に示すフローチャートに基づいて、全体的
な動作を説明する。

すなわち、前記ぼかし用の光学フィルタ（８）により画
像全体を平均化して撮像し、その描像画像信号（Ｓｏ）
をＡ／Ｄ変換して、−画面光たり３２　Ｘ　３２画素で
構成される直交座標系（ｘ、ｙ）のデジタル化原画像信
号（Ｆｌ）に変換する。

次に、行程途上の機体横幅方向での境界（Ｌｌ）を検出
するか、行程端部である機体前後方向の境界（Ｌ２）を
検出するかをチヱソクし、前記行程端部の境界（Ｌ２）
を検出する場合は、前記画像メモリ（１１）のアドレス
座標を９０度変換して与えることにより、画像信号（Ｓ
、）の座標を９０度変換して記憶した画像情報（Ｓ２）
を使用し、行程途上の境界（Ｌｌ）を検出する場合は、
原画像信号（Ｓｏ）と同一座標系の画像信号（Ｓ、）を
使用して、微分処理部（２０）により画像データを微分
処理して、その微分符号の方向が正負一方のもののみを
２１直化処理部（３０）において２値化する。

この、微分符号が正負何れの側のものを２値化するかの
選択は、以下に説明するように、機体（ｖ）に対して左
右何れの側に未処理作業地（Ｂ）が存在するかに基づい
て、設定されるようにしである。すなわち、例えば、作
業方法が作業地外周部の各辺を９０度方向転換しながら
左回りに内周方向へと走行する回り刈りの場合を例に説
明すると、この場合には、機体（Ｖ）は右側に処理済作
業地（Ｃ）を隣接して走行する状態となる。

つまり、明度変化は、画像上左側から右側方向に走査す
ると、境界（Ｌｌ）部分において大きく暗−明の正の変
化が生じることとなり、隣接する画素間の変化を微分す
ると、その微分値の符号が正（＋）のものが、未処理作
業地（Ｂ）側から処理済作業地（Ｃ）側へとその明度変
化を見た場合の境界（Ｌ、）のある方向性に対応し、負
（−）のものはノイズと見なして除去できることとなる
。

次に、この微分処理した画像データを２値化し、更に下
記式（ｉｉ　）に基づいて、直交座標系（ｘ、ｙ）から
極座標系（ρ、θ）に変換してハフ変換し、その各極座
標（ρ、θ）において同一極座標（ρ、θ）をとる２値
化画像データの頻度を二次元ヒストグラムとしてカウン
トしてその最大値（Ｄｍａに）を求める。

ρ＝ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθ・・・・・・（１１）ただ
し、 Ｏ度≦θ≦１８０度 Ｘ：機体（Ｖ）横幅方向画素の座標値 ７８機体（Ｖ）前後方向画素の座標値 である。

そして、前記最大値（Ｄｍａｘ）となる度数（Ｄ）の極
座標（ρ、θ）の値から、一つの境界情十Ｋに対応する
境界パラメータである前記（ｉ）式を決定し、このい）
式の係数としての傾き（ａ）および偏差（ｂ）から、前
記走行制御装置（ＩＪ）において、境界（Ｌ、）に対す
る機体（Ｖ）の実際の傾き（α）と横幅方向の偏差（β
）に換算し、これら傾き（α）および偏差（β）が夫々
零となるように、前輪（ＩＦ）および後輪（ＩＲ）をス
テアリング操作して、機体（Ｖ）が境界（Ｌｌ）に沿っ
て自動的に走行するように制御するのである。

ところで、機体横幅方向での境界（ＩＪを検出する場合
は、カメラ（３）による撮像情報をそのまま微分処理部
（２０）に入力して処理し、機体前後方向での境界（Ｌ
２）を検出する場合は、原画像情報の上下方向（ｙ）を
左右方向（ｘ）に、左右方向（×）を上下方向（ｙ）に
、夫々変換して前記画像メモリ（１１）に記憶させ、元
の座標系（Ｘ、Ｖ）のままで読み出すことにより、撮像
情報の座標（ｘ、ｙ）を９０度変換して、微分処理部（
２０）に入力して処理させるので、機体（ｖ）に対して
異なる方向の境界（Ｌ１）、（Ｌ２）検出を、微分処理
部（２０）以降の各処理部をそのままで使用できるので
ある。

そして、機体前後方向での境界（Ｌ２）を検出する場合
は、前記同一極座標（ρ、θ）に一致する頻度の最大値
（Ｄｍａｘ）が設定間（！（Ｄｒｅｆ）以上でないと、
機体（Ｖ）は未だ行程端の境界（Ｌ２）近傍に到達して
いないと判断できるのである。一方、前記最大値（Ｄｍ
ａｘ）が設定闇値（Ｄｒｅｆ）以上である場合は、前記
（ｉ）式の傾き（ａ）と偏差（ｂ）および撮像視野下端
と機体（ｖ）前端との距離に基づいて、機体（Ｖ）から
行程端部境界（Ｌ２）までの距離を求め、回向地点を正
確に決定できる。

〔別実流側〕

」二記実施例では、機体（Ｖ）前後方向での境界（Ｌ２
）の検出を行うか否かに基づいて、微分処理部（２０）
への人力画像情報の座標を９０度変換したものと９０度
変換しないものとを、切り換えるようにしているが、一
画面分の画像情報を処理する毎に、入力画像の座標を９
０度変換して、機体（ｖ）横幅方向での境界（Ｌｌ）検
出と、機体（ｖ）前後方向での境界（Ｌ２）検出とを、
交互に繰り返し行うようにしてもよい。その場合、カメ
ラ（３）による撮像画像の１フイールド毎に、交互に座
標変換したものと変換しないものとを入力するようにす
ると、１フレーム毎に必要な情報が同時に得られ、１画
面分の撮像処理の間に異なる方向の境界（Ｌ、）、（Ｌ
ｚ）を検出するための画像情報を得ることができる。

あるいは、機体（Ｖ）にその走行距離情報を検出する手
段を設け、その検出走行距離情報と一行程の走行予定距
離情報とに基づいて、行程端近傍に達しているか否かに
より、機体（ｖ）前後方向での境界（Ｌ２）検出処理に
切り換えるようにしてもよい。

又、上記実施例では、ハフ変換処理の弐（ｉｉ）におい
て、角度変化を０度≦θ≦１８０度の間で処理している
が、境界（Ｌ１）、　（Ｌ２）と機体（ｖ）と位置関係
から、境界（Ｌ１）、（Ｌ２）の方向が機体（Ｖ）進行
方向から大幅に変化することはないので、ハフ変換を行
う角度範囲を、例えば０度〜１８０度より狭い範囲に限
定して処理することにより、高精度にしたり、あるいは
、狭い特定範囲のみ処理することで、処理速度を向上さ
せたり、ノイズの影響を効果的に除去させることができ
る。

又、上記実施例では、撮像画像情報を、３２×３２画素
に標本化したが、必要に応して更に細かく、あるいは、
粗く標本化してもよい。

又、境界（Ｌ１）、（Ｌ２）と機体（Ｖ）との位置関係
を求めるに、上記実施例で例示した撮像視野を上下方向
に縦断する基準線（ＬＯ）を基準にする他、撮像視野の
下端部、上端部、および中央、あるいは画像情報の座標
原点位置等、どこを基準にしてもよい。

【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図は光学フィルタの平面図、第２図
は境界検出装置の構成を示すブロック図、第３図はその
全体的な動作を示すフローチャート、第４図は芝刈作業
車の概略平面図、第５図はその側面図、第６図は芝刈作
業車の制御システムの全体構成を示すブロック図である
。 （３）・・・・・・撮像手段、（８）・・・・・・光学
フィルタ、（Ｂ）・・・・・・未処理作業地、（Ｃ）・
・・・・・処理済作業地、（１，１）、　（＋、ｚ）・
・・・・・境界、（ν）・・・・・・車体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機体進行方向前方側の所定範囲の作業地状態を撮像する
   撮像手段（３）による撮像画像情報に基づいて、未処理
   作業地（Ｂ）と処理済作業地（Ｃ）との境界（Ｌ＿１）
   、（Ｌ＿２）を検出する自動走行作業車用の境界検出装
   置であって、前記撮像手段（３）に、その撮像視野範囲
   のうちの車体前後方向後方側に対応する部分ほどぼかし
   程度を大にする光学フィルタ（８）を備えさせてある自
   動走行作業車用の境界検出装置。