JPS6273139A - 穀粒損傷測定システム - 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】 発明の背景 本発明は、種又は穀粒の損傷状態を自動的に測定するシ
ステムに関する。

種々の理由から、コーンのような穀粒の試料に加わる機
械的な損傷の量を測定する信頼性のあるシステムを有す
ることが望ましい。１つの理由は、種々の穀粒酸相又は
処理の機械の評価に役に立つことである。別の理由は、
穀粒自体を評価することである。現在、米国農務省は、
穀粒損傷を決定するのに整粒技術を是認している。この
技術では、少し削れたりあるいは割れたりした穀粒は検
出できない。別の技術は、染料を使用し、穀粒に加わっ
た損傷を視覚的に強調する。この技術は、重要な試料の
準備そして次にその試料の手による分類及び分析を必要
とし、これは主観的であってしかも時間がかかるもので
ある。

既知の穀粒分析システｌ＼は、アンソン（＾ｎ５ｏｎ）
外に１９７３ｉ丘１２月４日に発行された米国特許第３
７７６６４２号、及びネブラー（Ｋｎｅｐｌｅｒ）に１
９７４年８月６日に発行された米国特許第３８２８１７
３号に記載されている。これらシステムは、穀粒試料の
成分、例えばその中の油分、蛋白買、水分の量を決定す
るように設計されている。これら両方のシステムは、試
料から反射される赤外線を分析することによって機能す
る。このいずれのシステムにおいても、穀粒試料の画像
が形成されたりあるいは分析されたすせず、また損傷が
測定されない。

バーレイジ（Ｂｅｒｌａｇｃ）外により示唆されている
のは、機械視覚及びデジタル画像分析技術を使用して種
を分類しかつこの種を希望していない作物の種、雑草の
種、及び植物の１部分や菌預体並びに土壌粒子のような
不活性物資、のごとき汚染物から分離することである＜
１９８４年１０月の鼻コ礼」＝宇−のバーレイジ外によ
る「機械視覚りよる種分類」を参照）。しかしながら、
このバーレイジ外の論文は、機械視覚を使用して穀粒損
傷を測定するのに必要な情報を含んでいない。

１肛へ然法 本発明の目的は、高速かつ正確で客観的でありしかも一
貫した結果を発生する穀粒損傷分析システムを提供する
ことである。

本発明の別の目的は、機械視覚を使用する穀粒損傷分析
システムを提供することである。

本発明の他の目的は、デジタル画像処理技術を使用する
穀粒損傷分析システムを提供することである。

これら及び他の目的は、分析すべき穀粒の試料を保持し
混合する混合機を含む本発明により達成される。ランプ
は穀粒試料を紫外線で照明して、その穀粒の露出した澱
粉部分に蛍光を発生させ、それによって穀粒試料の損傷
部分と非損傷部分との間で視覚的な対照を起こさせる。

ビデオ・カメラは、その照明された試料の画像を発生し
そしてビデオ信号をコンピュータに送出する。コンピュ
ータは、このビデオ信号をピクセル（画素）のアレイに
デジタル（ヒし、このピクセルの夫々は画像の対応部分
の強度を表す値を有している。コンピュータは、所定の
しきい値を越える値を有したピクセルの百分率を決定す
る。この百分率は露出しな肩扮の量に比例しており、従
って穀粒損傷の度合いに比例している。コンピュータは
、各試着の複数の画像を自動的に分析し、そして混合機
を自動的に制御して各試料が画像分析される前に混合さ
れるようにする。

訂」１ＪＹ 穀粒損傷分析器は、回転混合機１０を備えており、この
中に分析されるべき穀粒試料が置かれる。混合機１０は
、ベース２０を含み、これは水平から所望の角度例えば
３０度の角度の軸の回りに回転するよう混合機ボール１
４を支持する。ボール１４は、在来の１２ボルトＤＣギ
ア・モータＩＢ（又はその等個物）のシャフトに装着さ
れている。ボール１４は、フラット・ディスク１８を備
えており、このディスクがら複数（例えば８個）の台形
状パネル２０が延びている。ボール１４の構造は、どの
パネルが回転してその最下位位置にきても、その最下位
パネルの表面がほぼ水平となるようにされている。ボー
ル１４はまた複数の三角形状の混合パドル２２を備えて
おり、このパドルの夫々はディスク１８とパネル２０の
各隣接対間のジヨイントどの間に延在している。穀粒試
料がボール１４内に置かれると、パドルは、ボールが回
転して異なったパネル２０をその最下位位置に移動させ
るにつれ試料を掻き混ぜる。後で明らかとなる理由のた
め、ボール１４の内側は好ましくは、非蛍光でかつ可視
光及び紫外光に対し非反射性のコーティングを有してい
る。

放射源又はランプ３０は第１図に示すように配置されて
、ボール１４の下側パネルに乗っている穀粒試料を照明
するようにする。ランプ３０は、中心視野開口３２を囲
むリングの形のものである。ランプ３０は好ましくは、
アストロ・グリッド・ランプ・プロダクト社（＾５ｔｒ
ｏ　Ｇｒｉｄ　Ｌａｍｐ　Ｉ’ｒｏｄｕｃｔｓ　Ｉｎｃ
、）から入手できるＭｉｃ−０−Ｌｉｔｅ　Ｉ、　ＦＵ
Ｖ−３６ランプのごとき紫外光ランプ（あるいはその等
個物）である。このランプにはそれ自身の電源３１が設
けられている。

このランプは約３６５０オングストローム波長の長波紫
外線を放出する。この紫外線は試料内の砕けた又は割れ
た穀粒の露出澱粉部分のみに蛍光発生あるいは発光させ
る、と考えられる。言い換えれば、露出澱粉部分は紫外
線を吸収して可視光を放出する。この蛍光は穀粒の損傷
部分と非損傷部分との間の対照を増大させる、と考えら
れる。

混合機１０内の穀粒試料により放出される光はビデオ・
カメラ４０により受けられ、このビデオ・カメラの配置
は、その視野がランプ開口３２を通して延びて混合機ボ
ール１４の最下位パネル２０上の穀粒試料を包含するよ
うになされている。カメラ４０は、関係したカメラ制御
ユニット４２に接続されている。

カメラ制御ユニッＩ・４２は、遠隔カメラ４０のための
制御部を備えており、これは、カメラ４０からケーブル
４４を介してビデオ信号を受け、そして標べへの同軸シ
ールド・ケーブル４６及び４８を介してビデオ信号をコ
ンピュータ５０及びビデオ・モニタ５２の夫々に与える
。適当なカメラ及び制御ユニットは、ＤＡＧＥ−８７１
社から入手できる６７ＭシリーズＴＶカメラ　システム
て゛あり、これはスーパー・チャルニコン（Ｓｕｐｅｒ
　Ｃｂａｌｎｉｃｏｎ）Ｒチューブ及びＦｌ、４２５　
ｍｍレンズを備えている。尚、他の同様なカメラ・シス
テムもまた使用することができる。動作については、カ
メラ４０と混合機１０とは好ましくは不透明な覆い（図
示せず）により囲まれていて、穀粒試料及びカメラか周
囲光に対し露出しないようにされている。

コンピュータ５０は、ディスク・ドライブ及びカラー・
モニタ・ユニット５４とキーボード５６を備えたサンヨ
ーＭＢＣ７７５ポータプル２５６ｋが可能である。

ビデオ・デジタル１ヒシステム５８は、コンピュータ５
０内に組み込まれている。

適当なデジタル化システムは、市販されたＰＣ−ＥＹＥ
（ＴＭ）シリーズ１０００ビデオ・キャプチャ・システ
ムて′ある。このシステムは、インターフェース、カー
ド５８とそしてフロッピー・ディスケット（図示せず）
にユティリティ・ソフトウェアを備えているにのインタ
ーフェース・カードは、ケーブル４６からアナログ・ビ
デオ信号を受けてデジタル化された６４０ｘ２００アレ
イの６ビツト・ピクセル（６４のグレー・レベルを可能
にする）を発生する。このピクセル・アレイを表す信号
は、コンピュータ５０と別のビデオ・モニタ６０とに送
られる。ビデオ・モニタ５２及び６０の両方は、日立Ｖ
Ｍ−９１０＾９インチ白黒モニタあるいは任意のそれと
同様なビデオ・モニタがＯＴ能である。

コンピュータ５４の標臂Ｒ５２３２直列ボートは第４図
に詳細に示すように混合機制御回路６２に接続されてい
る。この混合機制御回路６２は、混合機モータ１６を流
れるｍ流を制御することによりコンピュータ５４から発
生される２進オン−オフ信号に応答する。

回路６２の出力は０ボルトと＋１２ボルトとの間のどこ
かに調節され、好ましくは＋９ポルＩ〜にセットされる
。従って、コンピュータ５４からの信号がローのとき、
何等電流がモータ１６を流れない。このコンピュータ出
力部ワがハイのとき、１〜ランジスタＴ３は導通して電
流がモータ１６を流れる。

回路６２は好ましくは以下の部品含金んでいる。

尚、他の部品及び素子値にすることもできる。

旧　　　　抵抗器　　　　　５．１１キロオームＲ２１
ノ　　　　　　２０　キロオームｆｔ３　　　　　　ｎ
　　　　　　　７，５　　キロオー１１Ｒ４５，１１キ
ロオーム Ｒ５４、７５キロオーム Ｒ６ポテンショメータ　　０−１０００　　オームＤｉ
、０２　　　　ダイオ−ド　　　　＋Ｎ　９１４Ｄ３ｔ
ノｌＮ４００４ １Ｎ、Ｔ２　　トランジスタ　　２Ｎ２２２２＾１：（
ツノＴＴＰ１２２ 電源　　　Ｅｍｅｒｓｏｎ　ＥＣＶ　１２　Ｎ　１．７
ＶＭ　　　　　電圧計　　　Ｍａｒｔｅｌ　Ｍｏｄｅｌ
　３５５４／２０−２０　ＶＤＣ コンピュータ５４か実行するアルゴリズムは、第５図及
び第６１′２！を参照して以下に説明する。このアルゴ
リズムに関するより詳しい詳細については、マイクロフ
ィルム付ａｔｂの例示的なコンピュータ・プログラム・
リストを参照されたい。

アルゴリズムは、ステップ１００の初期設定から始まり
、そして校正分岐又は測定分岐のいずれかがステップ１
０２において選択される。校正分岐は、ステップ１０４
から始まり、ここで種々のユーザ定義のレコード・キー
ピング情報か入力される。ステップ１０６において、既
知の穀粒試料に対する百分率損傷値が入力される。好ま
しくは、本システムは、０．１０．２０．３０及び４０
の百分率損傷のごとき賃なっているが既知の百分率損傷
等級と有する多数の試料を使用することによって校正さ
れる。次に、ステップ１０８において、ユーザは、その
選択された試料を混合！ｆ！ｌＯに負荷するように指示
される。ステップ１１０は次にサブルーチン＃１を呼び
出し、これについては第６図を参照して以下に説明する
。

サブルーチン＃１はステップ１５０から始まり、これに
おいて信号が発生されこれが混合機制御回路６２に混合
機１０のモータ１６を付勢させ、それによって穀粒試料
は比較的長い時間例えば５−８秒の間掻き混ぜられる。

この期間の終了時に、混合機１０はステップ１５２にお
いて止められる。次に、ステップ１５４において、試料
はある一定の時間例えば３秒の間静まるのを許容される
。

次に、ステップ１５６において、カメラ４０がらのビデ
オ信号（これはその静まった穀粒試料の画像を表す）は
、インターフェース・カードと関係したソフトウェアに
従ってデジタル化される。このように、画像は、６４０
　Ｘ　２００アレイのピクセルによって表され、この各
々は、画像の対応部分の明るさを表す２進数（０−６３
）を有する。

画像がデジタル化された後、ステップ１５８は混合機１
０を始動させ、それによってこのデジタル化された画像
が以下のように更に分析される間、穀粒試料を混合でき
るようにする。

ステップ１６０において、所定のしきい値を越えた明る
さレベルを有するピクセルの数から１つのカウントを得
る。このしきい値は、インターフェース・カード５８の
「黒」及び「白」の設定値（図示せず）を適当に調節す
ることにより確立できる。例えば、両方の設定値は３８
と４２の間のごとき同一の値に調節でき、それによって
非損傷コーン試料に対しては０．２２から０．４ｚのピ
クセルのみがそのしきい値を越える（直を有するように
する。

次に、ステ・ツブ１６２において、このカウントは、「
百分生白」値に変換され、これはしきい値を越えるピク
セルの百分率である。この［百分率臼１値は次にステッ
プ１６４において記憶される。ステップ１６６において
、累積下向百分率白値がこの特定の・穀粒試料に関係す
る総ての画像に対して決定される。

次に、ステップ１６８は、デジタル化された画像をステ
ップ＋６０．１６２及び１６６で決定されたデータと共
にコンピュータ５４のディスプレイ上に現れるようにす
る。むしある一定の数（例えば５０）よりも少ない数の
画像しか処理が完了していない場合、ステップ１７０は
アルゴリズムをステップ１５２に戻し、混合機１０を止
めそして別の画像を処理する６そうでない場合、アルゴ
リズムはステップ１７２に進み、これはステップ１６０
−１６２及び】６６からＩ’ｌ　ｌｅｔ　Ｒデータをコ
ンピュータ５４のスクリーン上に表示させる。Ｍｆ＆に
、ステップ１７２は、混合機１０を止め、そしてステッ
プ１７４は主プログラムへリターンさせる。

再び第５図を参照すると、校正分岐は１１２に続き、こ
こでオペレータは既知の穀粒試料を混合機１０から除く
よう指示される。ステップ１１４は、別の既知の殻粒試
ｆ（の処理のためアルゴリズム＼をステップ１０６に向
け、さらなけれはアルゴリズムはステップ１１６に進む
。好ましくは、既知の損傷■を持つ一連の穀粒試料は、
この校正分岐で処理される。例えば、０１１０＄、２０
＄、３０％及び４ｏｚ）既知ｔ１１．　（ｒＩＪ値を持
つ試料を分析することが好ましい。

次に、ステップ１１６は、既知損傷値と測定された累積
平均百分率白値との間の直線又は他の適当な関数の最も
適合した関係を決定する。ステップ１１８において、こ
の関係とその基礎となるデータとをコンピュータ５４の
スクリーンに表示する。ステップ１２０は、このデータ
を例えばディスク記憶装置に記憶させる。ステップ１２
２は、アルゴリズムをステッブ１０２にリターンさせ、
オペレータが再び校正分岐又は測定分岐のいずれかを選
択できるようにする。

測定分岐はステ・ツブ１３０から始まり、ここで種々の
ユーザ定義のレコード・キーピング情報が入力される６
次に、ステップ１３２において、オペレータは未知損傷
の試料を混合機１０に負荷するよう指示される。ステッ
プ１３４は、次にアルゴリズムを先に第６図を参照して
説明したサブルーチンへ向け、これはステップ１５０−
１７６を含んでいる。

このサブルーチンの実行の後、アルゴリズムはステップ
１３６にリターンし、このステップではそのサブルーチ
ンで発生されたデータを記憶させる。

ステップ１３８は次にオペレータに指示して試料を混合
機から除かせる。もし６つより少ない数の試料しか分析
が完了していない場合、ステップ１４０はアルゴリズム
にステップ１３２−１３８を繰り返させる。好ましくは
、未知損傷等級のある量の穀粒に関して、複数（例えば
６）の小さな試料（例えば８−１２　ｏｚ、ｃｕｐ（オ
ンス・カップ））を無作為に得て分析し、この試料の損
傷等級に対応した累積平均百分率白値を得る。これは、
たった１つの代表的でない試料を分析した時に起こり得
る誤りの可能性を減少させる。

６つの試料の分析の後、その分析データはステップ１４
２においてＪ己憶され、この後ステップ１４４はメニュ
ー選択ステップ１０２へリターンさせる。

ステップ１３０−１４４から得られた累積平均百分率白
値とステップ１１６において決定された直線関係とは、
この未知試料に対する百分率損傷値を確立するのに使用
できる。

本発明について特定の実施例で説明したか、多くの代替
、変更、変形が７Ｌ述の記載に照らして当業者には明ら
かであると理解されるべきである。例えば、この分析技
術は、コンバイン又は他の穀粒処理機のごとき穀粒収穣
機械に使用できろ。勿論、コンバインにおいては、混合
装置は必要でない。ランプ及びカメラについては、その
機械の穀粒移送部０）近くに配置される。これは、寸法
の小さいハードウェア部品によって達成できる。結果と
して得る損傷信号は、もし十分強力でかつ高速のコンピ
ュータが使用できるならば、実時間システムへの入力と
しても使用できる。従って、本発明は、特許請求の範囲
の精神及び範囲に入る総てのそのような代替、変更及び
変形を包含するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従って構成された穀粒損傷分析器の
概略図である。 第２図は、本発明の混合機装置をその回転軸に沿って見
た図て゛ある。 第３図は、第２１ｍの混合機の側面図である。 第４図は、本発明の混合機制御ユニットの回路図である
。 第５図は、本発明により実行される主プログラム又はア
ルゴリズムのフローチャート又は論理流れ図である。 第６図は、本発明により実行されるサブルーチンのフロ
ーチャートである。 〈符号説明） １０・混合機、１２：ベース、１４：ボール、１６：Ｄ
Ｃギア・モータ、１計デイスク、２０：パネル、２２：
バドル、３０．ランプ、３２：開口、４０：ビデオ・カ
メラ、４２：カメラ制御ユニット、５０コンビト夕、５
２．６０：ビデオ・モニタ、５４：ディスク・ドライ７
及びカラー・モニタ・クーニット、５６：キーボード、
５日：インターフェース・カード、６２：混合機制御回
路

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）穀粒損傷測定システムにおいて、 イ）選択された波長範囲の電磁放射線で穀粒試料を照明
   するランプであって、この波長範囲の選択は、前記穀粒
   から放出反射される電磁放射線に基づいて前記穀粒の損
   傷部分が前記穀粒の非損傷部分から識別できるようにさ
   れること、 ロ）前記穀粒試料から反射放出された前記放射線を受け
   、これから画像を形成し、該画像を表すビデオ信号を発
   生するビデオ・カメラ、 ハ）信号処理装置であって、 （ａ）前記ビデオ信号を複数の離散的なピ クセルにデジタル化する手段であって、各ピクセルは前
   記画像の対応部分の強度を表す値を有すること、 （ｂ）所定のしきい値を越えた値を有する ピクセルの数を決定する手段であって、前記しきい値は
   、前記しきい値を越えるピクセル値が前記穀粒試料の損
   傷部分を表す前記画像の部分にのみ実質上対応するよう
   に設定されており、前記数は前記穀粒試料に対する損傷
   を示していること、を含む信号処理装置、 から成る穀粒損傷測定システム。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載のシステムにおいて、
   前記ランプは、前記穀粒試料の前記損傷部分のみに蛍光
   を発生させるような放射線で前記穀粒試料を照明するこ
   と、を特徴とする穀粒損傷測定システム。
3. （３）特許請求の範囲第２項記載のシステムにおいて、
   前記ランプは、長波長紫外線で前記穀粒試料を照明する
   こと、を特徴とする穀粒損傷測定システム。
4. （４）特許請求の範囲第１項記載のシステムにおいて、 イ）ベース、 ロ）該ベースにより支持されておりかつこのベースから
   突き出たシャフトを有しており、与えられる信号に応答
   して前記シャフトを回転させるモータ、 ハ）前記シャフトに固定されており前記シャフトと共に
   回転するボール形状のハウジングであって、該ボールの
   回転により前記試料の混合を起こすこと、 を含むこと、を特徴とする穀粒損傷測定システム。
5. （５）特許請求の範囲第４項記載のシステムにおいて、
   前記ハウジングはこのハウジングの内側面から突き出た
   複数の混合パドルを含み、該パドルは前記ハウジングが
   回転するとき前記穀粒試料を混合するよう作用すること
   、を特徴とする穀粒損傷測定システム。
6. （６）特許請求の範囲第４項記載のシステムにおいて、
   前記ハウジングの回転を自動的に制御する手段を含むこ
   と、を特徴とする穀粒損傷測定システム。
7. （７）特許請求の範囲第４項記載のシステムにおいて、
   前記信号処理装置が、 単一の穀粒試料の複数の画像を連続的に取得して処理す
   る手段、 各画像を取得し処理する前に前記ハウジングの所定の回
   転を起こさせる信号を発生する手段、を含むこと、を特
   徴とする穀粒損傷測定システム。
8. （８）特許請求の範囲第１項記載のシステムにおいて、
   前記数を表示する手段を含むこと、を特徴とする穀粒損
   傷測定システム。
9. （９）穀粒の試料における損傷を測定するシステムにお
   いて、 イ）前記穀粒試料を含むハウジング、 ロ）前記穀粒試料の混合を起こさせるため与えられる信
   号に応答して前記ハウジングを動かすモータ、 ハ）前記穀粒試料の損傷部分の露出した澱粉を蛍光させ
   るため紫外線で穀粒試料を照明するランプであって、そ
   れによって穀粒試料から放出反射される電磁放射線に基
   づいて前記穀粒の前記損傷部分がその非損傷部分から識
   別できるようにすること、 ニ）前記穀粒試料から反射放出される前記放射線を受け
   、複数の画像を形成し、各画像を表すビデオ信号を発生
   するビデオ・カメラ、 ホ）画像分析器及び制御ユニット、 ヘ）前記ビデオ信号を複数のピクセルにデジタル化する
   手段であつて、各ピクセルは、前記画像の１つの対応部
   分の強度を表す値を有すること、ト）各画像に関して所
   定のしきい値を越えるピクセルの数を決定する手段であ
   って、前記しきい値は、前記しきい値を越えるピクセル
   値が前記穀粒試料の損傷部分を表す前記画像の部分にの
   み実質上対応するように設定されており、前記数は前記
   穀粒試料に対する損傷を示すこと、 チ）モータ制御信号を自動的に発生する手段であって、
   該モータ制御信号は、前記モータに前記ハウジングを動
   かせて前記穀粒試料を混合させ、それによつて各画像が
   前記試料内の穀粒の異なつた配置を表すようにさせるこ
   と、 から成る穀粒試料損傷測定システム。
10. （１０）特許請求の範囲第９項記載のシステムにおいて
    、前記数の各々を表示する手段を含むこと、を特徴とす
    る穀粒試料損傷測定システム。
11. （１１）特許請求の範囲第９項記載のシステムにおいて
    、前記画像分析器及び制御ユニットが、前記複数の画像
    に対応する前記数から累積平均値を得る手段、 を含むこと、を特徴とする穀粒試料損傷測定システム。
12. （１２）特許請求の範囲第１０項記載のシステムにおい
    て、前記数の各々及び前記累積平均値を表示する手段を
    含むこと、を特徴とする穀粒試料損傷測定システム。