WO2010008074A1 - 木材の管理システム - Google Patents

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亨一郎 瀬戸
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瀬戸製材株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/245—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using a plurality of fixed, simultaneously operating transducers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques

Definitions

  • the present invention relates to a wood management system, and in particular, when loading wood into a transport vehicle or when unloading wood from a transport vehicle, the wood is imaged to obtain image data, and the volume of wood is measured from the image data.
  • the present invention relates to a wood management system that makes it possible to improve the efficiency of wood transactions and to track and investigate the history of various treatments applied to wood.
  • the price of timber is determined by the agricultural and forestry standards, but basically, the volume calculated by multiplying the square of the diameter of the end of the timber by the length of the timber (hereinafter referred to as “volume”, the unit is Multiply by cubic meter unit price.
  • the diameter of the timber of the timber is different at the base (original side) and the end (front side) of the trunk, and the shape of the lip is not constant. Therefore, the minimum diameter on the end side is adopted for measuring the volume, and the approximate volume is obtained by multiplying the square of the minimum diameter of the wood by the length, and this approximate volume is multiplied by the cubic meter unit price. Calculate the price of the book.
  • Patent Document 1 discloses an imaging unit that captures a cross-section of a conveyed wood with a dark color as a background, an image processing unit that executes image processing including certain steps based on an image captured by the imaging unit, and an image processing unit.
  • a wood sorting apparatus provided with a transport position switching means for switching the transport position of wood according to the diameter of the wood output from is disclosed.
  • the contour of the lip can be identified to some extent even by a two-dimensional image created by binarization processing using a saddle value
  • the timber ostium is due to the irregular pattern of the annual rings formed by the growth conditions and the soil. It is considered that it is difficult to identify the outline of the lip by identifying only the color difference due to dirt, snow, or the oblique cutting of the lip.
  • the image data is provided in the transport vehicle when loading wood into the transport vehicle or when unloading wood from the transport vehicle. I decided to grab the timber with a swivel grapple and swivel the timber.
  • an end face pattern appearing on an end face of wood is extracted from the image data, and various processes applied to the wood are performed.
  • the history data storing the history of the image and the end face pattern data recorded on the end face pattern appearing on the end face of the wood after various processing are stored in association with each other, and the end face pattern appearing on the end face of the actual wood By comparing with the end face pattern data, it is possible to track the history of various processes applied to the actual wood.
  • an annual ring on the end face of wood is used as the end face pattern.
  • the present invention in the wood management system, image data obtained by capturing the appearance of wood is obtained, a three-dimensional coordinate model of wood is generated from the image data, and the minimum diameter and length of the wood are obtained from the three-dimensional coordinate model. Therefore, the same result can be obtained regardless of whether the seller side or the buyer side performs the volume measurement, and the volume measurement scale can be made common.
  • the slewing grapple provided on the transport vehicle grips the timber and swivels the captured timber to capture image data. Therefore, the volume of timber is measured when loading or unloading timber into the transport vehicle. The efficiency of transactions is improved.
  • the end face pattern appearing on the end face of the wood is extracted from the image data, the history data that accumulates the history of various processes applied to the wood, and the end face of the wood after the various processes are performed.
  • the end face pattern data that records the end face pattern that appears is stored in association, and the end face pattern that appears on the end face of the actual wood and the end face pattern data are collated, so that various processing applied to the actual wood can be performed. Since the history can be traced, there is no worry that the end face pattern of the wood will be peeled off or damaged unlike bar codes or IC tags even if natural drying treatment is applied to the wood outdoors after logging. In addition, since it is possible to perform collation using the end face pattern data in which the end face pattern after the drying process is recorded, it is possible to reliably carry out a wood tracking survey.
  • the pattern of the annual rings on the end face of the wood is a pattern specific to the wood and cannot be artificially forged. Can be improved.
  • a wood transport vehicle 10 including a swivel grapple 14 for loading and unloading wood 100, a wood image pickup means 20, and a wood image picked up by the image pickup means 20.
  • a computer having an imaging state confirmation unit 16 for confirming an imaging state by an operator H who operates the grapple 14 and a volume calculation unit for calculating the volume of the wood 100 by performing image processing on the image data of the wood imaged by the imaging unit 20 30.
  • a series of means for calculating the volume of the wood 100 by processing the image data of the wood 100 imaged by the imaging means 20 by the computer 30 is essentially the same regardless of whether the seller side or the buyer side performs the volume measurement. Since the result is obtained, it functions as a scale that can be shared between the seller and the buyer.
  • the imaging means 20 images the wood 100 and sends the image data to the computer 30.
  • the image capturing unit 32 captures an image
  • the three-dimensional imaging unit 33 converts the captured image into a three-dimensional image
  • the image measuring unit 34 measures the image.
  • Image measurement includes (l) a step of obtaining a cross-sectional edge (curve around the bottom surface of a cylinder), (2) a step of obtaining a minimum diameter, and (3) a step of determining an end and an origin.
  • Step for obtaining a cross-sectional edge (curve around the bottom surface of a cylinder)
  • a curve having the same plane depth coordinates are also continuous
  • the closed curve is a cross section of a wood having a closed curve area equal to or larger than a predetermined area (threshold).
  • the edge portion of the cross section changes from about 90 degrees in the cross section direction from the longitudinal direction (length direction) of the wood, and is detected. If the net is connected to the net and the three-dimensional coordinates of the knot part of the net are taken continuously, the vector of the knot coordinates of the surface part of the wood and the knot part of the cross section will change, Detect it.
  • Step of obtaining the minimum diameter the center of gravity of the closed curve forming the cross-sectional edge obtained in (1) is obtained, and l80 straight lines are drawn once radially from the center of gravity. Find the minimum distance between two intersections of the straight line and the closed curve.
  • the region is finely cut with a rectangle or a triangle, and each center of gravity is obtained to obtain the center of gravity of a polygon formed by each center of gravity.
  • each center of gravity is obtained to obtain the center of gravity of a polygon formed by each center of gravity.
  • Step for determining the end and the front end In this step, the other end of the wood cylinder is obtained based on the three-dimensional data.
  • the volume of wood is measured after image measurement.
  • the measurement data is accumulated in a storage device 35 such as a hard disk, and the details are displayed on the display l6 as necessary, or output on a invoice or the like by the printer 37.
  • the computer 30 is a general-purpose notebook personal computer (in which a display 16 as an input device (keyboard), a central processing unit (arithmetic unit, control device), a storage device, and an output device is incorporated).
  • a display 16 as an input device (keyboard), a central processing unit (arithmetic unit, control device), a storage device, and an output device is incorporated.
  • notebook personal computer indicated by reference numerals 30 and 16).
  • the truck 10 for transporting wood has a loading platform l5 for loading wood at the rear.
  • a truck 10 is usually used for transporting the wood 100.
  • a grapple device 11 is provided at the rear of the loading platform 15 of the truck 1O.
  • the grapple device 11 includes a boom 12 and an arm 13, and a swivel grapple l4 is attached to the tip of the arm l3.
  • the grapple device 11 is a known hydraulic type and will not be described in detail.
  • the grapple 14 is provided with four markers 140 at the positions of the vertices of the rectangle in plan view, and is a common point necessary for compositing captured wood photographs. In this case, it is preferable to color-code so that each can be recognized.
  • a display 16 as an imaging state confirmation means is arranged in the vicinity of the seat 17 where the worker H who operates the grapple device 11 sits.
  • the display provided is an imaging state confirmation unit.
  • the imaging is confirmed on the separated display. Accordingly, it is possible to confirm whether or not the worker is in a position or posture suitable for capturing the image of the wood 100 when the operator captures the image of the wood 100.
  • the imaging state confirmation unit only needs to confirm whether or not the worker H has a position and posture suitable for imaging when the wood 100 is captured, and various known units other than the display 16 can be employed. .
  • the wood 100 is imaged by the imaging device 20.
  • the imaging apparatus 20 includes three digital cameras 22, a gantry 26 on which the digital camera 22 is installed, and a tripod 24 that supports the gantry 26.
  • the digital camera 22 that constitutes the imaging device 20 is arranged at the position of each vertex of the equilateral triangle on the gantry 20 installed on the tripod 24.
  • the interval between the digital cameras 22 is set as appropriate, and is 60 cm in this embodiment.
  • three digital cameras are used, but the number is not particularly limited. Further, if the relative position of the digital camera is clear, the position is not particularly limited. Further, in the present embodiment, the wood 100 is swung by the grapple 14 to take an image, but the image may be taken by fixing the position of the wood 100 and moving the imaging device 20. A plurality of imaging devices 20 may be installed around the camera to take an image.
  • the digital camera 22 is usually used for imaging the wood 100, but the type of camera is not limited as long as the wood 100 can be imaged and image processing by a computer can be performed.
  • the wood 100 can be simultaneously imaged by the three digital cameras 22 by interposing the simultaneous shutter controller 28 between the three digital cameras 22 and the notebook computers 30 and l6.
  • a notebook computer 30, 16 is connected to a simultaneous shutter controller 28 and a digital camera 22, and the shutter of the digital camera 22 is simultaneously opened through the simultaneous shutter controller 28 by pressing the ENTER key of the notebook computer 30, 16. Can be cut.
  • the image data of the wood imaged by the digital camera 22 is measured after image measurement by a series of arithmetic processing described later, and the material volume of the wood is measured, and the pattern of the end face is extracted as the end face pattern data by image processing, and the volume of the material is measured.
  • the data and the end face pattern data are stored in a storage device 35 such as a hard disk.
  • the invoice is output by the portable printer 37.
  • the measurement data can be sent from the site to the timber market or a sawmill through communication means. Furthermore, it is output as electronic data that can be read by another computer.
  • the worker H swivels the grapple 14 while holding the wood 100, and images the wood 100 from the four directions of the end face side, one side face side, the former mouth face side, and the other side face of the wood 100. .
  • the operator H confirms whether or not the surface from the four directions of the wood 100 is positioned at the position where the image is accurately imaged while looking at the displays l6 of the notebook personal computers 3O and 16, and images the wood 1O0 (FIG. 4 (l)).
  • the imaged image data of the wood 100 is input to the notebook computers 30 and 16, and the volume is measured by the volume calculation means through the following steps.
  • the following explanation is an example of the volume measurement, and it is an explanation of a single piece of wood, but when a plurality of pieces of wood 100 are gripped by the grapple 14, it may be carried out according to the following volume measurement method. .
  • Step for obtaining a three-dimensional coordinate model of wood (Fig. 4 (2), Fig. 5 (3))
  • a three-dimensional measurement method by photogrammetry is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-111001, and software sold under the product name KURAVES (registered trademark) by Kurashiki Boseki Co., Ltd. Since this is a known technique, a detailed description thereof is omitted.
  • Step of calculating cross-section edge (contour) coordinates of wood (FIG. 5 (4)) 1.
  • the surface coordinates are sampled at intervals of about 5 mm from the collection of three-dimensional coordinates obtained in the above step at about 10 cm at both ends in the length direction, and the vertical coordinate of the vector between the adjacent coordinates in the length direction is A set of coordinates that change around 90 degrees is obtained as an edge of the cross section.
  • Step of calculating the cross-section edge closed curve of the wood (FIG. 5 (5))
  • the set of coordinates obtained in step 2 is smoothed (curve interpolation) as a continuous closed curve. Use a spline curve for smoothing.
  • Step of calculating the center of gravity of the closed area surrounded by the closed cross-section edge of the wood section This step consists of the following three steps. a. Accumulate the area of the closed region in the vertical direction with a 1 mm wide rectangle (the length of the intersection with the closed curve is the length) to obtain the total area. b. Accumulate the area in the vertical direction again, and obtain the length (the coordinate in the vertical (Y) direction) at half the area obtained in a. c. Similarly, the area is accumulated in the horizontal direction, and the length (coordinate in the horizontal (Z) direction) is obtained at a time half of the area obtained in a.
  • Step of obtaining the equation of the center of gravity line connecting the centers of gravity of both ends (FIG. 5 (7)) A straight line equation connecting the coordinates of the center of gravity at both ends obtained in 4 and 5 is calculated.
  • Step of calculating a cross-section edge closed curve perpendicular to the center of gravity line This step consists of the following three steps. a. Find the coordinate closest to the midpoint of the straight line obtained in 6. where the x-coordinate of the wood section edge closed curve obtained in a.3 is obtained (same for both ends). Let x determined in ba be the x coordinate of the new center of gravity (the other end is the x 'coordinate). Obtain a collection of surface coordinates of wood with the x coordinate obtained by ca, and obtain a closed curve equation in the same way as 3 (followed at both ends).
  • Step to calculate volume (Fig. 5 (l0)
  • the volume of wood is obtained from the length obtained in 8. and the length between the centers of gravity of both ends obtained in 7.b.
  • the wood volume can be measured by the above steps.
  • the timber whose material volume is measured as described above is cut down in the forest and then subjected to various treatments such as drying and sawing, and then the pillars and flooring of the house, furniture components, scaffolds and molds. It is used in a wide range of applications such as construction aids such as frames.
  • timber used as a pillar of a house is cut down in a mountain forest, naturally dried in a forest in a predetermined period thereafter (leaved dry), and then cut into a predetermined length ( It is transported from the forest to the sawmill in the state of cut logs.
  • the wood management system applies the wood to the recording medium 41 of the computer as schematically shown in FIG.
  • the history data 43 is constructed by accumulating processing data 42a to 42h that combine the processing date, processing date (name) of processing, volume of material measured by the above method, and the like. (History data construction step).
  • the end face pattern appearing on the end face (the end face) of the wood after various processing is photographed, and the photographed photograph is used as the end face pattern data 44c.
  • To 44g (end face pattern data creation step), and the end face pattern data 44c to 44g are stored in the recording medium 41 of the computer in association with the corresponding processing data 42c to 42g of the history data 43 (end face pattern data storage step).
  • the tracking data 45 including the history data 43 and the end face pattern data 44c to 44g is constructed on the computer recording medium 41 (tracking data construction step).
  • the pattern of the end face of the wood 100 extracted from the image data captured at the time of the volume measurement is used as the end face pattern 44d of the wood after the log drying and before the lumbering.
  • End face pattern data 44c to 44g recording end face patterns appearing on the end face of the wood after being applied are created, and the end face pattern data 44c to 44g are stored in association with the history data 43 in the end face pattern data storage step, and thereafter
  • the actual data made of the end face pattern appearing on the end face of the actual wood created in the actual data creation step is compared with the end face pattern data 44c to 44g stored in the end face pattern data storage step in the verification step, and in the history display step. It is configured to display the history of wood based on the corresponding history data 43. It is to be executed in the computer.
  • the history data 43 that stores the history of various processes applied to the wood and the end face pattern that records the end face pattern that appears on the end face of the wood after the various processes are performed.
  • Data 44c to 44g are stored in association with each other, and by comparing the end face pattern appearing on the end face of the actual wood with the end face pattern data 44c to 44g, the history of various processes applied to the actual wood is recorded. It can be traced.
  • the specific examples shown in FIGS. 6 to 8 are only specific examples of the wood management system according to the present invention.
  • the end face pattern data 44c to 44g are created by photographing the end face pattern of wood only after a predetermined process (here, cutting, log drying, lumbering, drying, processing). You may make it image
  • the end face pattern data 44c to 44g 44g is configured, but it is possible to extract only the annual rings on the end face of the wood as end face patterns by performing image processing on the photographed image, and the extracted data may be the end face pattern data 44c to 44g.
  • the annual ring pattern is unique to the wood and cannot be artificially counterfeited. be able to.

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Abstract

　本発明に係る木材の管理システムでは、木材の外観を撮像して得られた画像データから木材の三次元座標モデルを生成し、その三次元座標モデルから木材の最小径と長さを求めて、木材の材積を算出する。 また、前記画像データから抽出された木材の端面紋様データと木材に施された各種処理の履歴データとが関連付けて記憶されており、現物の端面紋様と前記端面紋様データとを照合することによって、現物の木材に施された各種処理の履歴を追跡することが可能である。

Description

木材の管理システム
　本発明は、木材の管理システムに関するものであり、特に木材を運搬車に積み込むとき又は木材を運搬車から降ろすときに木材を撮像して画像データを得て、この画像データから木材の材積を測定することによって木材の取引の効率化を図るとともに、木材に施した各種処理の履歴を追跡して調査することができるようにした木材の管理システムに関するものである。
　木材は、山林から伐採した後、木材を運搬するトラックで木材市場や製材工場に運ばれ取引される。木材の価格は、農林規格で細かい決め事はあるが、基本的には木材の末口の直径の二乗に木材の長さを乗じて算出した体積（以下にこれを「材積」という。単位は立方メートルである。）に立方メートル単価を乗じて算出する。
　ここで、木材は、樹幹の元口（元側）と末口（先側）では木口の直径が異なり、また木口の形状も一定ではない。そこで材積の測定には末口側の最小径が採用され、木材の最小径の二乗に長さを乗じて近似値的な体積を求め、この近似値的な体積に立方メートル単価を乗じて木材一本の価格を算出する。
　このように、木材の価格を算出するには末口側の最小径を測定する必要があり、従来はこの測定を物さしを用いて作業者の手作業により測定している。
　しかし、木材は自然物であるから様々な原因で樹幹に変形を生じる。木口のどの箇所を測定すれば最小径を測定することになるかについては日本農林規格によって決まっているものの、作業者が最小径を測定する技術を習得するにはそれなりの熟練を必要とする。
　また、誰が測定しても同じ結果が得られるという測定結果の均質化も必要である。そうでなければ、売り手側の材積測定結果が正確かどうか買い手側でも確認する必要が生じ、その結果大量の木材を効率的に売買できない。
　従って、木材の売買を効率的に行うためには、材積測定結果の客観性を担保し、売り手側と買い手側の双方が納得できる共通スケールが必要となる。この共通スケールには極力人的な要素を介在させないで、売り手側と買い手側の何れが材積測定を行っても同じ結果が得られることが重要である。
　特許文献１には、搬送された木材の断面を暗色を背景として撮像する撮像手段と、撮像手段が撮像した画像に基づいて一定のステップを含む画像処理を実行する画像処理手段と、画像処理手段から出力された木材径に応じて木材の搬送位置を切り換える搬送位置切換手段とを設けた木材選別装置が開示されている。
　一方、近年においては、食料品に代表される加工製品について、安全性の確保や信頼性の向上のために、原材料の産地や加工時期・場所などを追跡して調査できるようにしたトレーサビリティが注目されている。
　これは、食料品だけでなく木製品についても同様であり、住宅や家具などに使用されている木材の伐採地や加工時期・場所などを追跡して調査できるようにすることで、住宅や家具などの木製品の安全性を確保することができ、木製品に対する信頼性を向上させることができる。また、伐採現場を特定できることで、跡地再造林を合法的に行った木材であることを証明する手段ともなる。
　そのため、従来より、木材のトレーサビリティに関しては食料品などと同様に木材にバーコードやＩＣタグなどを貼付して、バーコードやＩＣタグなどを用いて木材に施された乾燥や加工などの各種処理の履歴を追跡して調査できるようにしていた。
　また、アイディアレベルではあるが、伐採後の木材の年輪を記録しておき、記録した年輪と現物の木材の年輪とを照合することで木材を特定する方法について提案されている（たとえば、特許文献２参照。）。
特開平６一５５１４２号公報 特開２００７－２１０１１９号公報
　ところが、木材の場合、木口の輪郭の識別は閥値による二値化処理で作成した二次元画像でもある程度識別できるものの、木材の木口は、生育条件によって形成される年輪の不定形模様や土による汚れ、或いは雪、また、木口の斜め切断などの影響により、色差だけで識別して木口の輪郭を特定するのは困難であると考えられる。
　また、木材の場合、食料品などと大きく異なっているのは、伐採されてから住宅や家具などに使用されるまでの間に、屋外において天然乾燥される処理工程が含まれている点である。そのため、木材の場合には、天然乾燥処理時において、風雨によりバーコードやＩＣタグが剥離してしまったり破損してしまうおそれがあり、食料品と同様にバーコードやＩＣタグを用いたトレーサビリティシステムを構築することが困難であった。また、木材の場合には、天然乾燥処理によって木材が収縮するために、乾燥処理の前後で年輪模様が変化してしまい、伐採後の木材の年輪と現物の年輪とでは大幅に異なっていて照合することが極めて困難であると考えられる。
　そこで、請求項１に係る本発明では、木材の管理システムにおいて、木材の外観を撮像した画像データを得て、その画像データから木材の三次元座標モデルを生成し、その三次元座標モデルから木材の最小径と長さを求めて木材の材積を算出することにした。
　また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記画像データは、木材を運搬車に積み込むとき又は木材を運搬車から降ろすときに、運搬車に備えられている旋回式のグラップルで木材を掴み、掴んだ木材を旋回して撮像することにした。
　また、請求項３に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に係る本発明において、前記画像データから木材の端面に現れる端面模様を抽出するとともに、木材に対して施された各種処理の履歴を蓄積した履歴データと、各種処理を施した後の木材の端面に現れる端面紋様を記録した端面紋様データとを関連付けて記憶しておき、現物の木材の端面に現れている端面紋様と前記端面紋様データとを照合することにより、現物の木材に施された各種処理の履歴を追跡可能とすることにした。
　また、請求項４に係る本発明では、前記請求項３に係る本発明において、前記端面紋様として木材の端面の年輪を用いることにした。
　そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。
　すなわち、本発明では、木材の管理システムにおいて、木材の外観を撮像した画像データを得て、その画像データから木材の三次元座標モデルを生成し、その三次元座標モデルから木材の最小径と長さを求めて木材の材積を算出することにしているために、売り手側と買い手側の何れが材積測定を行っても同じ結果が得られることとなり、材積測定のスケールを共通化できる。
　また、本発明では、木材を運搬車に積み込むとき又は木材を運搬車から降ろすときに、運搬車に備えられている旋回式のグラップルで木材を掴み、掴んだ木材を旋回して画像データを撮像することにしているために、木材の材積は木材を運搬車に積み込むとき又は木材を運搬車から降ろすときに行うので、積み降ろし作業が終わったときは木材の材積の測定も終わることになり木材の取引の効率化が図られる。
　また、本発明では、画像データから木材の端面に現れる端面模様を抽出するとともに、木材に対して施された各種処理の履歴を蓄積した履歴データと、各種処理を施した後の木材の端面に現れる端面紋様を記録した端面紋様データとを関連付けて記憶しておき、現物の木材の端面に現れている端面紋様と端面紋様データとを照合することにより、現物の木材に施された各種処理の履歴を追跡可能としているために、伐採後に木材に対して屋外において天然乾燥処理が施されてもバーコードやＩＣタグなどとは違って木材の端面紋様が剥離や破損してしまう心配がなく、しかも、乾燥処理後の端面紋様を記録した端面紋様データを用いて照合することができるので、木材の追跡調査を確実に行うことができるようになる。
　また、本発明では、端面紋様として木材の端面の年輪を用いているために、年輪の模様が木材に特有の模様であり人工的に偽造することができないため、木材の追跡調査の信頼性を向上させることができる。
木材の管理システムの構成を示す説明図である。 撮像された画像データの画像処理を行う場合の処理の流れを示す説明図である。 三次元座標モデルから木材の材積を求める手順を示すフロー図である。 処理のフローについての概念図である。 図４に示した処理のフローについての概念図の続きであるー 木材に施される各種処理を示す説明図である。 追跡データを示す説明図である。 端面紋様データを示す説明図である。
　以下に、本発明に係る木材の管理システムの具体的な内容について図面を参照しながら説明する。
　木材の管理システムでは、図１及び図２に示すように、木材１００を積み降ろしする旋回式のグラップル１４を備える木材運搬車１０と、木材の撮像手段２０と、撮像手段２０で撮像する木材の撮像状態をグラップル１４を操作する作業者Ｈが確認する撮像状態確認手段１６と、撮像手段２０で撮像された木材の画像データを画像処理して木材１００の材積を演算する材積演算手段を備えるコンピュータ３０を備えている。
　撮像手段２０で撮像された木材１００の画像データをコンピュータ３０で画像処理して木材１００の材積を演算する一連の手段は、売り手側と買い手側の何れが材積測定を行っても本質的に同じ結果が得られることから売り手と買い手の間で共通できるスケールとして機能する。
　撮像手段２０で木材１００を撮像し、その画像データをコンピュータ３０に送る。コンピュータ３０では、画像取込手段３２で画像を取り込み、取り込まれた画像を三次元画像化手段３３で三次元画像化した後、画像計測手段３４で画像計測をする。
　画像計測は、(l)断面エッジ(円柱の底面周囲曲線)を求めるステップ、(２)最小径を求めるステップ、(３)末口、元口を判定するステップを含んでいる。
　前記ステップの内容に関して更に詳しく説明する。
(１)断面エッジ(円柱の底面周囲曲線)を求めるステップ
　このステップでは、三次元画像から同一平面(奥行き座標も連続性がある)をもつ曲線を捜す。閉曲線は、予め与えた面積(閾値)以上の閉曲線領域のものを木材断面とする。
　即ち、断面のエッジの部分は木材の縦方向(長さ方向)から断面方向に９０度前後で変化しているので、それを検出する。木材に網をかけて網の結び目の部分の三次元座標を連続的にとると、木材の表面部分の結び目の座標と断面部分にかかっているところの結び目の座標はベクトルが変化しており、そこを検出する。
(２)最小径を求めるステップ
　このステップでは、（１）で求めた断面エッジを形成する閉曲線の重心を求め、その重心から一度間隔に放射状にl８０本の直線を引く。その直線と閉曲線との二点の交点間の距離が最小のものを求める。
　なお、閉領域の重心を算出する方法としては、例えば領域を四角形や三角形で細かく切り、それぞれの重心をもとめて、それぞれの重心でできる多角形の重心を求められる他、一つの方法として、コンピュータで画面に表示できる図形の重心を求める場合は、画面のピクセルが正方形であるから、端から色を二値化(白は０、黒は１)し、最初に全体のピクセルの黒の部分を合計する。次に、縦方向にl列ずつ黒を足し算し、全体の半分になる地点と、横方向に１列ずつ黒を足し算し、全体の半分になる地点の交わる部分が重心となる。
(３)末口、元口を判定するステップ
　このステップでは、三次元データを元に木材円柱の他端を求める。
　画像計測後に木材の材積が測定される。測定データはハードディスク等の記憶装置３５に蓄積され、必要に応じてディスプレイl６で明細を表示したり、プリンタ３７で送り状などに出力される。
　本実施の形態ではコンピュータ３０として、入力装置(キーボード)、中央処理装置(演算装置、制御装置)、記憶装置、出力装置であるディスプレイ１６がー体に組み込まれている汎用のノート型パーソナルコンピュータ(以下「ノートパソコン」といい符号３０,１６で示す。)を使用している。
　木材を運搬するトラック１０は後部に木材を積載する荷台l５を有する。木材１００の運搬には通常はトラック１０が使用される。
　トラック１Oの荷台１５の後部には、グラップル装置１１が装備されている。グラップル装置１１は、ブーム１２とアーム１３を備え、アームl３先端に旋回式のグラップルl４が取り付けられている。グラップル装置１１は油圧式の公知のものであり、詳細な説明は省略する。
　グラップル１４には平面視で長方形の頂点の位置四箇所にマーカ１４０が立設してあり、撮像された木材の写真を合成する場合に必要な共通点としている。この場合それぞれ認識できるように色分けをするのが好ましい。
　グラップル装置１１を操作する作業者Ｈが坐る座席１７の近傍には、撮像状態確認手段であるディスプレイ１６を配置している。ノートパソコン３０,１６の場合は、備えられているディスプレイが撮像状態確認手段となる。ディスプレイがコンピュータ本体と分離している場合は、分離したディスプレイで撮像を確認する。これによって作業者が木材１００を撮像するときに木材１００が撮像するのに適した位置や姿勢の状態にあるかどうかを確認できる。
　なお、撮像状態確認手段は作業者Ｈが木材１００を撮像するときに撮像するのに適した位置や姿勢を有するどうかを確認できれば良く、ディスプレイ１６の他に公知の各種手段を採用することができる。
　木材１００は撮像装置２０で撮像する。本実施例では撮像装置２０は三台のデジタルカメラ２２、デジタルカメラ２２を設置する架台２６、架台２６を支持する三脚２４を備えている。撮像装置２０を構成するデジタルカメラ２２は、三脚２４上に設置された架台２０に正三角形の各頂点の位置に配置している。デジタルカメラ２２の間隔は適宜設定され、本実施例では６０cmである。
　本実施例では、三台のデジタルカメラを使用するが、その数は特に限定するものではない。また、デジタルカメラの相対的位置が明確であれぱ、その位置は特に限定するものではない。さらに、本実施例では、グラップル１４で木材１００を旋回させて撮像するようにしているが、木材１００の位置を固定し撮像装置２０を移動させて撮像するようにしてもよく、また、木材１００の周囲に複数個の撮像装置２０を設置して撮像するようにしてもよい。
　木材１００の撮像には通常デジタルカメラ２２が使用されるが、木材１００を撮像できてコンピュータによる画像処理を行うことができればカメラの種類は問わない。
　三台のデジタルカメラ２２とノートパソコン３０,l６との間には同時シャッターコントローラ２８を介在させることにより、三台のデジタルカメラ２２で同時に木材１００を撮像できる。図１に示すようにノートパソコン３０,１６と同時シャッターコントローラ２８とデジタルカメラ２２が繋がっており、ノートパソコン３０,１６のENTERキーを押すことで同時シャッターコントローラ２８を通じて前記デジタルカメラ２２のシャッターを同時に切ることができる。
　デジタルカメラ２２で撮像された木材の画像データは、後述する一連の演算処理による画像計測後、木材の材積が測定され、さらに、画像処理により端面の紋様を端面紋様データとして抽出し、材積の測定データ及び端面紋様データはハードディスク等の記憶装置３５に蓄積される。積載現場で送り状を作成する場合は、携帯用のプリンタ３７で送り状などに出力される。また、測定データはノートパソコン３０,１６のディスプレイ１６に表示される他、通信手段で現場から木材市場や製材工場に測定データを送ることもできる。更には、他のコンピュータで読み取り可能な電子データとして出力される。
　山林から伐採した木材は搬出場所まで運ばれ山積みされている。トラック１Oの運転手を兼ねている作業者Ｈはグラップル装置１１を操作する座席l７に坐って同装置１１のブーム１２及びアームl３を操作し、山積みされている木材の中からグラップル１４で適宜本数の木材１００掴み、デジタルカメラ２２の前に木材１O０を移動させる。木材は一本ずつ掴むこともできるし、樹幹の大きさにもよるが一度に複数本掴むこともできる。
　作業者Ｈは、木材１００を掴んだ状態でグラップル１４を旋回して、木材１００の末口面側、一方の側面側、元口面側、他方の側面側の四方向から木材１００を撮像する。その際に作業者Ｈはノートパソコン３O,１６のディスプレイl６を見ながら木材１００の四方向からの面が正確に撮像される位置に位置しているかどうかを確認し、木材１O０を撮像する(図４(l))。
　撮像された木材１００の画像データはノートパソコン３０,１６に入力され、材積演算手段で下記のステップを経て材積が測定される。なお、下記の説明は材積測定の例示であり、また、木材一本についての説明であるが、グラップル１４で複数本の木材１００を掴んだ場合も、下記の材積測定方法に準じて行えばよい。
１.木材の三次元座標モデルを求めるステップ(図４(２)、図５(３))
　木材の三次元座標モデルを求める方法は、写真測量による三次元計測方法が特開２００６－１１３００１号公報に開示されているほか、株式会社倉敷紡績からKURAVES(登録商標)という商品名でソフトウェアが販売されており、公知技術であるために詳細な説明は省略する。
２.木材断面エッジ(輪郭)座標を算出するステップ(図５(４))
　１．のステップで得られた三次元座標の集まりの中から、長さ方向の両端部分１０cm程度について表面座標を５ｍｍ程度間隔でサンプリングし、長さ方向に隣合う座標間のベクトルの垂直方向の座標が９０度前後で転換する座標の集まりを断面のエッジとして求める。
３.木材断面エッジ閉曲線を算出するステップ(図５(５))
　２.のステップで求めた座標の集まりを連続的閉曲線としてスムージング(曲線補完)する。スムージングにはスプライン曲線を使用する。
４.木材断面エッジ閉曲線で囲まれた閉領域の重心を算出するステップ(図５(６))
　このステップは、下記の三つのステップから構成される。
　a.閉領域を縦方向に１mm幅の矩形(閉曲線との交点を長さとする)で面積積算し、面積合計を求める。
　b.再度縦方向に面積積算し、a.で求めた面積の半分の時点で長さ(縦(Y)方向の座標)を求める。
　c.同様に横方向に面積積算し、a.で求めた面積の半分の時点で長さ(横(Z)方向の座標)を求める。
５.座標の相対移動ステップ
　４.で求めた重心の一方を(x,y,z)=(０,０,０)として、また、もう一方の(y,z)座標を(０,０)として全ての座標を相対的に変換する。
６.両端の重心を結ぶ重心線の方程式を求めるステップ(図５(７))
　４.および５.で求めた両端の重心の座標を結ぶ直線の方程式を算出する。
７.重心線に垂直な断面エッジ閉曲線を算出するステップ(図５(８))
　このステップは、下記の三つのステップから構成される。
　a.３.で求めた木材断面エッジ閉曲線のx座標が６.で求めた直線の中点に最も近い座標を求める(両端について同様に行う)。
　b.a.で求めたxを新しい重心のx座標(他端はx'座標)とする。
　c.a.で求めたx座標を持つ、木材の表面座標の集まりを求め、３.と同様に閉曲線の方程式を求める(両端についで行う)。
８.木材断面の最小径を求めるステップ(図５(９))
　７.b.で求めた新重心を通り、７.c.で求めた閉曲線と２点で交差する直線の交差する２点間の距離を求める。
　同様に重心を中心にl度ずつずらして、閉曲線との２点の交点が最も短い長さを求める。同様に反対側についでも最短の長さを求め、短い方を採用する。
９.材積計算をするステップ(図５(l０))
　８.で求めた長さと、７.b.で求めた両端の重心間の長さから木材の材積を求める。
　以上のステップで、木材の材積を測定することができる。
　以上のようにして材積が測定される木材は、山林において伐採された後に、乾燥処理や製材処理などの各種処理が施され、その後、住宅の柱や床材、家具の構成材、足場や型枠といった建築補助材などの幅広い用途で利用されている。
　特に、住宅や家具などの木製品においては、近年、安全性の確保や信頼性の向上などを目的とし、伐採から木製品に到るまでに木材に施された各種処理の履歴を追跡調査できるようにするために、木材のトレーサビリティシステムの構築が望まれている。
　例えば、住宅の柱として使用される木材は、図６に示すように、山林において伐採され、その後の所定期間で山林において天然乾燥され（葉枯らし乾燥）、その後、所定の長さに切断され（玉切り）、切断された丸太の状態で山林から製材所に搬送される。
　その後、製材所の屋外において丸太の状態のまま天然乾燥され（丸太乾燥）、その後、所定の形状に切断され（製材）、さらに、製材された状態で屋内において強制的に乾燥され（乾燥）、製材所からプレカット工場に搬送される。
　その後、プレカット工場において、最終的な柱の形状に加工され、その後、プレカット工場から施工現場に搬送され、施工現場で住宅の柱として施工される。
　このように木材が山林で伐採され施工現場で住宅の柱として施工されるまでには、伐採、葉枯らし乾燥、玉切り、丸太乾燥、製材、乾燥、加工、施工といった各種処理が木材に施される。
　この木材に施される各種処理の履歴を追跡調査することができるようにするために、木材の管理システムでは、図７に模式的に示すように、コンピュータの記録媒体４１に、木材に施された処理内容とともに、その処理が施された処理日や処理を施した処理業者（名称）や上記方法で測定した材積などを組合わせた処理データ４２ａ～４２ｈを蓄積して履歴データ４３を構築するようにしている（履歴データ構築ステップ）。
　しかも、木材の管理システムでは、図８に模式的に示すように、各種処理が施された後の木材の端面（木口面）に現れる端面紋様を撮影し、その撮影した写真を端面紋様データ４４ｃ～４４ｇとし（端面紋様データ作成ステップ）、これらの端面紋様データ４４ｃ～４４ｇをコンピュータの記録媒体４１に履歴データ４３の該当する処理データ４２ｃ～４２ｇと関連付けて記憶し（端面紋様データ記憶ステップ）、コンピュータの記録媒体４１に履歴データ４３と端面紋様データ４４ｃ～４４ｇとからなる追跡データ４５を構築するようにしている（追跡データ構築ステップ）。ここで、丸太乾燥後製材前の木材の端面紋様４４ｄとしては、前記材積測定時に撮像した画像データから抽出した木材１００の端面の紋様を用いている。
　そして、木材の管理システムでは、住宅の柱として実際に使用される現物の木材が、どのような履歴を有する木材かを追跡調査する場合に、現物の木材の端面に現れている端面紋様を撮影することによって現物データを作成し（現物データ作成ステップ）、コンピュータを用いて現物データと端面紋様データ４４ｇとを照合して現物データと一致（又は近似）する端面紋様データ４４ｇを検索し（照合ステップ）、その後、検索された端面紋様データ４４ｇと関連付けて記憶されている履歴データ４３に基づいて木材に施された各種処理の履歴を表示することができるようにしている（履歴表示ステップ）。
　以上に説明したように、上記木材の管理システムでは、履歴データ構築ステップで木材に対して施された各種処理の履歴を蓄積した履歴データ４３を構築するとともに、端面紋様データ作成ステップで各種処理が施された後の木材の端面に現れる端面紋様を記録した端面紋様データ４４ｃ～４４ｇを作成し、端面紋様データ記憶ステップで端面紋様データ４４ｃ～４４ｇを履歴データ４３と関連付けて記憶しておき、その後、現物データ作成ステップで作成した現物の木材の端面に現れている端面紋様からなる現物データと端面紋様データ記憶ステップで記憶した端面紋様データ４４ｃ～４４ｇとを照合ステップで照合し、履歴表示ステップで該当する履歴データ４３に基づいて木材の履歴を表示するように構成しており、各ステップをコンピュータで実行するようにしている。
　このように、上記木材の管理システムにおいては、木材に対して施された各種処理の履歴を蓄積した履歴データ４３と、各種処理を施した後の木材の端面に現れる端面紋様を記録した端面紋様データ４４ｃ～４４ｇとを関連付けて記憶しておき、現物の木材の端面に現れている端面紋様と端面紋様データ４４ｃ～４４ｇとを照合することにより、現物の木材に施された各種処理の履歴を追跡可能としている。
　そのため、上記木材の管理システムにおいては、伐採後に木材に対して屋外において天然乾燥処理が施されてもバーコードやＩＣタグなどとは違って木材の端面紋様が剥離や破損してしまう心配がなく、しかも、乾燥処理後の端面紋様を記録した端面紋様データを用いて照合することができるので、木材の追跡調査を確実に行うことができるようになる。
　なお、上記図６～図８に示す具体例は、本発明に係る木材の管理システムの具体的な一例に過ぎない。たとえば、上記具体例では所定の処理（ここでは、玉切り、丸太乾燥、製材、乾燥、加工。）の後にだけ木材の端面紋様を撮影して端面紋様データ４４ｃ～４４ｇを作成しているが、全ての処理の後に木材の端面紋様を撮影するようにしてもよい。
　また、上記具体例では、木材の端面紋様を撮影した写真を端面紋様データ４４ｃ～４４ｇとしているため、木材の端面に現れる年輪やひび割れや虫食い跡や傷などを含んだ情報から端面紋様データ４４ｃ～４４ｇが構成されているが、撮影した写真を画像処理することで、木材の端面の年輪だけを端面紋様として抽出し、抽出したデータを端面紋様データ４４ｃ～４４ｇとしてもよい。
　このように、端面紋様として木材の端面の年輪を用いた場合には、年輪の模様が木材に特有の模様であり人工的に偽造することができないため、木材の追跡調査の信頼性を向上させることができる。
　１０　木材運搬車
　１１　グラップル装置
　１２　ブーム
　１３　アーム
　１４　グラップル
　１５　荷台
　１６　ディスプレイ
　１７　座席
　２０　撮像手段
　２２　デジタルカメラ
　２４　三脚
　２６　架台
　２８　シャッターコントローラ
　３０　コンピュータ
　４１　記録媒体
　４２ａ～４２ｈ　処理データ
　４３　履歴データ
　４４ｃ～４４ｇ　端面紋様データ
　４５　追跡データ
　１００　木材
　１４０　マーカ

Claims (4)

  1. 　木材の外観を撮像した画像データを得て、その画像データから木材の三次元座標モデルを生成し、その三次元座標モデルから木材の最小径と長さを求めて木材の材積を算出することを特徴とする木材の管理システム。
  2. 　前記画像データは、木材を運搬車に積み込むとき又は木材を運搬車から降ろすときに、運搬車に備えられている旋回式のグラップルで木材を掴み、掴んだ木材を旋回して撮像することを特徴とする請求項１に記載の木材の管理システム。
  3. 　前記画像データから木材の端面に現れる端面模様を抽出するとともに、木材に対して施された各種処理の履歴を蓄積した履歴データと、各種処理を施した後の木材の端面に現れる端面紋様を記録した端面紋様データとを関連付けて記憶しておき、
    　現物の木材の端面に現れている端面紋様と前記端面紋様データとを照合することにより、現物の木材に施された各種処理の履歴を追跡可能としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の木材の管理システム。
  4. 　前記端面紋様として木材の端面の年輪を用いることを特徴とする請求項３に記載の木材の管理システム。
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