JPS6356203A - 作物列に対する移動農機の位置および進行方向検出装置 - 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、除草、間引あるいは収穫等の農作業において
、平行列条に植栽されている作物列に沿って移動農機を
進行させるため、その位置および進行方向のずれを検出
・出力する装置に係り、とくにライン・イメージセンサ
を備えるカメラに、回転するミラーで進行方向の映像を
前提し、演算回路を介して出力信号を得るようにしたも
のに関す・る。

（従来の技術） 平行列条に植栽されている作物の除草、間引あるいは収
穫作業等に用いる移動農機の位置および進行方向の検出
には、従来がら接触子型、光電型および波動型等の各種
センサが用いられているが、最近Ｊｏｈｎ　Ｂ、Ｇｅｒ
ｒｉｓｈ等がＡＳＡＥ　Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ４−８
４．ｐ３０−４１　　（１９８３）　　において、イメ
ージセンサを備えるカメラにより作物列を検出する原理
について発表している。それは、カメラのエリア・イメ
ージセンサ（１２８×１２８画素）からの二次元映像信
号を演算処理し、作物列の位置と方向を検出するもので
ある。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記接触子型、充電型および波動型センサに
よる方法は、作物個体を検出せざるをえないため、雑草
を作物と誤認識することを免れない。一方、エリア・イ
メージセンサを使用する方法によれば、作物を列として
検出し、雑草による誤検出を防ぐことが可能であるが、
このためにはエリア・イメージセンサの全画素について
統計的演算処理を行わねばならず、高価な高速演算処理
装置によらねば、実用的な検出速度が得られない。

本発明は以上のような点にかんがみてなされたもので、
その目的とするところは、安価で検出速度が速（、かつ
誤検出のない作物列に対する移動農機の位置および進行
方向検出装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図および
第３図はトラクタ３４にカルチベータ３６を前装して、
移動農機Ａとしたものに本発明を実施した場合の、それ
ぞれ概略の平面図および側面図である。

以上の各図において、カメラＩＯはレンズ１３によりラ
イン・イメージセンサ（以下ライン・センサと略すＮ２
上に結像させうるちのである。ミラー１４はカメラｌＯ
の前方で回転することにより、ライン・センサ１２上に
結像する映像を縦方向に移動させるもので、このミラー
の微少回転角毎にライン・センサから映像信号出力を取
り出せば、二次元画像を得ることができる公知の手段で
ある。

本発明は、上記カメラ１０と、作物の色彩に応じ特定波
長のみを透過する光学フィルタ１６を付設した前記レン
ズ１３と、そのレンズ１３の前方で水平横軸２６を中心
軸として回転する前記ミラー１４と、そのミラー１４を
回転させるモータ２８と、ミラー１４と共に回転する回
転角検出器３０とを取付枠体３２に配設すると共に、ミ
ラー１４が進行方向に対面するように取付枠体３２を移
動農機Ａに取り付け、ミラー１４の回転により得られる
所定の視野範囲を最遠点から最近点の間で二分割し、そ
れぞれの分割区間の相当映像をライン・センサ１２に光
電蓄積させるとともに、その蓄積された電荷をそれぞれ
遠景および近景の時系列輝度信号として、演算回路２０
（：入力する際の同期信号をつくる回転角検出器３０と
同期制御回路１８と、その輝度信号から移動農機の作物
列に対する位置並びに進行方向のずれを演算し、移動農
機Ａを作物列に沿わせる出力信号２４を得る演算回路２
０とを備えたものである。

（作　　用） 周知のようにイメージセンサは、光電変換機能と電荷蓄
積機能、および蓄積した電荷を出力する電荷転送機能の
三つの基本機能を有するものであり、ライン・センサは
このイメージセンサのうち、画素を単列に並べたもので
ある。

本発明は、ライン・センサの以上の特性を考慮してなさ
れたもので、モータ２８によりミラー１４が第３図のＲ
矢印方向に回転されると、このミラー１４に取り付けら
れた回転角検出器３ｏから刻々の角度信号が同期制御回
路１８に入力される。同期制御回路１８は、この角度信
号が予め定められた視野範囲に達すると同期信号を発し
、ライン・センサ１２はこの同期信号を受けて充電変換
と電荷蓄積を開始する。ミラー１４が更に予設定角θ１
だけ回転すると、同期制御回路１８が再び同期信号を発
する。

ライン・センサ１２はこの同期信号により光電蓄積を終
了し、蓄積した電荷を時系列輝度信号として演算回路２
０へ転送する。また、演算回路２ｏは同じ同期信号によ
りライン・センサ１２がら輝度信号が転送されるのを知
り、これを受は取る。続いて予設定角θ２の角度範囲に
ついても、上述と同一の手順で時系列輝度信号が演算回
路２０に入力される。なお、第３図におけるθ１とθ２
の間にある角度範囲は時系列輝度信号の転送時間に相当
する角度であり、この間はライン・センサ１２が光電蓄
積をしない空白部になる。θ１、θ２は、レンズ１３の
焦点深度にもよるが、通常ｌＯ〜２０度程度である。

第４図は、カメラｌＯが作物列の直上にあり、かつその
光軸方向が作物列方向と一致している場合の視野状況を
例示したものである。図中の４０．４２はそれぞれ第３
図のθ１、θ２に対応する遠景および近景の映像範囲で
あり、４４は前記輝度信号転送のための空白部である。

ライン・センサ１２は、その画素の配列方向が第４図の
横方向に一致するように配置されており、矢印υはミラ
ー１４の回転に従って映像が光電蓄積されてゆく順序方
向を示している。

作物列ａ１〜ａ３が緑色で、光学フィルタ１６に緑色の
光のみを透過するものを用いた場合、ライン・センサ１
２の画素のうち緑色の作物を受像したものの蓄積電荷が
大きくなる。したがって第４図の４０および４２の映像
範囲から得られる輝度信号は、それぞれ第５図、第６図
のように、ライン・センサ１２の横幅の中央ｅにピーク
をもつものとなる。

すなわち、移動農機Ａが位置・方向ともに正しい場合、
遠景および近景からの輝度信号４６および４８は、とも
に中央にピークをもつことになる。またこのピークの大
きさは、作物列がその映像中垂直であるほど高（なるの
で、第４図におけるａｌ（二対応するピークが最も高（
、ａ２およびａ３に対応するものは、実質上ピークとは
認められないほど低（なる。

第７図は、移動農機Ａが第２図および第３図のように、
位置、進行方向が共にずれている時の視野状況を示した
ものである。この時の遠景の輝度信号４６と、近景の輝
度信号４８は、それぞれ第８図、第９図のようにライン
・センサ１２の中央ｅから、それぞれｊｌ、ｊまたけ離
れた場所にピークを持つことになる。このｊｌおよびｔ
：は、それぞれ遠景、近景の光電蓄積視野範囲角θ１お
よびθ亡の二等分線と地面との交点の座標ＸＩ、Ｘ２に
おける、カメラ光軸と作物列ａ１のずれＳ＋およびＳ２
（第２図参照）に対応するものである。

演算回路２０は、この遠景輝度信号４６と近景輝度信号
４８におけるピークのずれｔＩとｔ２から、実際の作物
列ａ１とカメラ光軸とのずれ３＋およびＳ２を計算し、
カメラｌＯと点Ｘ１およびＸ２までの水平路１！１ｌｉ
Ｌ＋およびＬ２（第３図参照）を使って、次式（１）、
（２）により、移動農機Ａの位置のずれε、および進行
方向のずれαを計算する。

さらに演算回路２０は、このεおよびαの値を判断し、
位置および方向を修正する必要があれば、移動農機Ａを
作物列ａ１に沿わせる出力信号２４を出力する。

（実　　施　　例　　） 以下、本発明の実施例について説明する。

第１０図は本発明を具体化した要部斜視図で、取付枠体
３２の上面にカメラｌＯを固定し、カメラ１０のレンズ
１３前面にフィルタ１６を装着し、さらにミラー１４を
、レンズ１３の前方にレンズ１３の光軸方向ｆに対して
直角な水平横軸２６周りに前繰下向きに回転自在（Ｒ矢
印方向）なるよう軸支する。前述したライン・センサ１
２は、カメラ後面内側中央部のレンズ１３の結像面に構
設され、例えば、画素数２０４８の商品名東芝ＴＣＤ１
０２、あるいは８電μＰＤ７９４を用いる。レンズ１３
は焦点距離５０ｍｍ　、開放Ｆ値１．８のものである。

モータ２８は、ステッピング・モータを用い、水平横軸
２６を６Ｏｒｐｍで回転駆動するように取付枠体３２の
一側方に設け、例えばトラクタ３４の蓄電池２９を電源
として回転する。回転角検出器３０には、例えば１回転
３６０パルスのロータリ・エンコーダを用い、水平横軸
２６にカプリング３１を介して連結し、前述した光電蓄
積視野範囲角θ１、θ２の検出、および遠景輝度信号４
６、近景輝度信号４８を読みだすための同期信号発生の
基準とした。実施例では、この視野範囲角θ１、θ２と
もに１２°に設定した。

一方、第２図、第３図は、トラクタ３４に自動操向機構
３８を介してカッ１チベータ３６を前装したものである
が、前記カメラ１０、ミラー１４、モータ２８および回
転角検出器３０を配設した取付枠体３２は、カルチベー
タ３６のフレーム上で、目標作物列ａＩの直上にカメラ
１０が位置するように、かつミラー１４が上方から作物
列ａ１に対面して映像を捕捉するように取り付けられる
。

前記同期制御回路１８と演算回路２０よりなる制御演算
装置２２は、回転角検出器３０、カメラｌＯ、モータ２
８および自動操向機構３８に接続するように結線され、
前述の蓄電池２９あるいは内装電池で作動するようにな
っていて、トラクタ３４の運転席等の操作容易な箇所に
載置される。

前記自動操向機構３８は、カルチベータ３６を作物列に
沿わせるべく操向するため、例えば電磁リレー、油圧電
磁弁、油圧アクチェータ等を備え、制御波Ｎ装置２２か
らの出力信号２４によりカルチベータ３６を左右に移動
させるものである。

以上のような実施例により、オペレータはトラクタ３４
を大略作物列に沿って操縦しさえすれば、本発明の装置
により、作物列に正確に沿うべ（出力信号２４が自動操
向機構３８に対して発せられ、作物を傷めることな（精
度良い中耕除草作業が可能となる。

以上の説明は、トラクタ前装カルチベータに本発明を実
施した場合であるが、収穫用作業機等にも適用可能であ
り、さらにはトラクタやコンバイン等の自動操縦にも同
様にして適用できる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、作物に接触する
ことなく、作物列の位置および方向を検出でき、作物列
に沿って移動農機を進行させる出力信号を得ることがで
きるので、ビート、ばれいしょ、野菜など列状に畦を作
って栽培する作物の除草収穫等の作業が、作物を損傷す
ることなく、容易かつ的確に行えるようになる。そして
輝度信号を演算する演算回路は、前記の（１）、（２〉
式を計算するのが主たる機能となるので、比較的簡易な
ものにできる。さらに本発明は、回転するミラーの映像
をライン・センサに蓄積させるものなので、本来点状で
ある作物を列状の線としてとらえることができ、欠株等
によって検出不能になることを最少限におさえている。

また、充電型センサのように発光源を必要とせず、波動
型センサで発生しやすい雑音障害なども全くなく、作用
の信頼性を高（できる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は移動
農機に本発明を適用した一例を示す概略平面図、第３図
は第２図の概略右側面図、第４図は移動農機が作物列に
正しく沿っている時の本発明における回転ミラーが捕捉
する作物列の遠景および近景の視野状況図、第５図およ
び第６図は第４図の視野状況の下でライン・センサが出
力する遠景および近景の輝度信号図、第７図は移動農機
が作物列に正しく沿っていない時の本発明における回転
ミラーが捕捉する作物列の遠景および近景の視野状況図
、第８図および第９図は第７図の視野状況の下でライン
・センサが出力する遠景および近景の輝度信号図、第１
０図は第１図に対応する装置の一例を示す要部の斜視図
である。 １０・・・カメラ、１２・・・ライン・イメージセンサ
、１３・・・レンズ、１４・・・ミラー、１６・・・光
学フィルタ、１８・・・同期制御回路、２０・・・演算
回路、２２・・・制御波１算装置、２４・・・出力信号
、２６・・・水平横軸、２８・・・モータ、３０・・・
回転角検出器、３２・・・取付枠体、３４・・・トラク
タ、３６・・・カルチベータ、Ａ・・・移動農機第１図 １Ｏ・カメラ １２ニライン・イメージセンサ １４、ミラー １６、光学フィルタ １１同期制御回路 ２０　　演算回路 第２図 王 第３図 八 第４図 第５図 第６図 ライン・でン＋ｆ順場 第７図 り 第８図 ライン・℃ンす墳唱 第９図 ライン°ぐン寸ズ１ 第１０図 手続補正書（自発］ 昭和６１年１０月卒日 特許庁ゞｆＭＥＥｆ　　“　４　殿１司１、事件の表示 昭和６１年特許願　第１９９８２８　号２、発明の名称
　作物列に対する移動農機の位置および進行方向検出装
置 ３、　補正をする者 事件との関係 ４、代　理　人〒００１ 住　所　札幌市北区麻生−町４丁目１（［２０号６、　
補正により増加する発明の数　　す　シ（１）特許請求
の範囲を別紙のとおり補正します。 （２）明細書第２頁第１３行の「映像を捕捉し」を「映
像を捕捉し」と補正します。 （３）明細書第３頁第１行〜第２行の「最近ＪｏｈｎＢ
、Ｇｅｒｒｉｓｈ等が・・・・において、」を次のよう
に補正します。「最近、ジョン・ビー・ゲリイシュ（Ｊ
ｏｈｎ　Ｂ、Ｇｅｒｒｉｓｈ）等が１９８３年発行のア
メリカ農業工学会資料４−８４　（ＡＳＡＥ　Ｐｕｂｌ
ｉｃａｔｉｏｎ　４−８４）　、ｐ３０−４１において
、」 （４）明細書第９頁第６行の「　・　・　・　のずれα
を計算する。」の次に「この時、ε、Ｓ＋およびＳ２は
カメラ光軸より右方向（第２図では下方）を正の値とす
る。」を挿入します。 （５）　明細書第９頁第１９行の「フィルタ１６Ｊを「
光学フィルタ１６」と補正します。 （６）明細書第１３頁第１行「最少限におさえている。 」を「最少限におさえることができる。」と補正します
。 （別　紙） ２、特許請求の範囲 ライン・イメージセンサ１２を結像面に漏えるカメラｌ
Ｏの前方に、モータ２８により水平構軸２６を中心軸と
して回転するミラー１４を設け、該ミラーの回転により
結像面の映像を縦方向に移動させて映像信号を得るよう
にしたものにおいて、前記ミラー１４の回転角を検出す
る回転角検出器３０を取付枠体３２を介して配設すると
共に、友人二ｕ且作物列の色彩に応じた特定波長の光の
みを透過する光学フィルタ１６を付設し、ミラー１４が
進行方向に対面するように移動農機Ａに取付け、ミラー
１４の回転により得られる所定の視野範囲を１回転角検
出器３０と同期制御回路１８を介旦漫遠点から最近点の
間で二分割し、それぞれの分割区間の相当映像を二イン
・イメージセンサ１２に光電蓄積させるとともに、その
蓄積された電荷をそれぞれ遠景および近景の時系列輝度
信号として演算回路２０に入力し、移動農機の作物列に
対する位置並びに進行方向のずれを演算し、移動農機を
作物列に沿わせる出力信号２４を得るよ”に構成したこ
とを特徴とする作物列に対する移動農機の位置および進
行方向検出装置よ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ライン・イメージセンサ１２を結像面に備えるカメラ１
   ０の前方に、モータ２８により水平横軸２６を中心軸と
   して回転するミラー１４を設けて、該ミラーの回転によ
   り結像面の映像を縦方向に移動させて映像信号を得るよ
   うにしたものにおいて、前記ミラー１４の回転角を検出
   する回転角検出器３０を取付枠体３２を介して配設する
   と共に、作物列の色彩に応じた特定波長の光のみを透過
   する光学フィルタ１６を付設し、ミラー１４が進行方向
   に対面するように移動農機Ａに取付け、ミラー１４の回
   転により得られる所定の視野範囲を回転角検出器３０と
   同期制御回路１８を介して、最遠点から最近点の間で二
   分割し、それぞれの分割区間の相当映像をイメージセン
   サ１２に光電蓄積させるとともに、その蓄積された電荷
   をそれぞれ遠景および近景の時系列輝度信号として演算
   回路２０に入力し、移動農機の作物列に対する位置並び
   に進行方向のずれを演算し、移動農機を作物列に沿わせ
   る出力信号２４を得ることを特徴とする作物列に対する
   移動農機の位置および進行方向検出装置