JPH0314078A

JPH0314078A - 形状認識装置

Info

Publication number: JPH0314078A
Application number: JP14899889A
Authority: JP
Inventors: Taizo Tateishi; 建石　泰三
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-06-12
Filing date: 1989-06-12
Publication date: 1991-01-22

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、３次元対象物、例えば植物の苗の幹を認識す
る形状認識装置に関する。

（従来の技術）かかる形状認識装置としては例えば次のような技術があ
る。第１の技術はステレオ画像を応用したもので、２台
のテレビジョンカメラを左右に配置してこれらテレビジ
ョンカメラで３次元対象物を撮像し、この撮像により得
られた各画像データをそれぞれ２値化処理した後にその
２値化で抽出された部分の幅を逐次細めて各中心線を抽
出し、これら左右の画像データにおける中心線の位置か
らステレオ法によって３次元対象物の幹部位置を求める
ものである。

第２の技術は２台のテレビジョンカメラを設けてこれら
テレビジョンカメラで３次元対象物を撮像し、この撮像
によって得られた各画像データの濃淡レベルを標高値に
見立てて尾根線を抽出し、この尾根線を用いてステレオ
法によって３次元対象物の幹部位置を求めるものである
。

しかしながら以上の各技術では各テレビジョンカメラで
３次元対象物を撮像しているので、これらテレビジョン
カメラで撮像を行う際の照明状態や環境光などの外乱光
の影響を受けやすい。このため、照明状態や外乱光の影
響を受けて認識した３次元対象物の幹部の位置に誤差が
生じたり、又認識の処理に非常に長い時間がかかる。

（発明が解決しようとする課題）以上のように照明状態や外乱光の影響を受けて３次元対
象物の幹部の位置に誤差が生じたり、又認識の処理に非
常に長い時間がかかる。

そこで本発明は、外乱光などによる照明状態に影響され
ずに高速に３次元対象物の幹部を認識できる形状認識装
置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、３次元対象物の長手方向に対してほぼ直交す
る方向に１次元的な光を３次元対象物の長手方向に所定
間隔をおいてそれぞれ照射して３次元対象物上にそれ゛
ぞれ光切断面形状を形成する光照射手段と、この光照射
手段で形成された各光照射位置での各光切断面形状の位
置から３次元対象物の長手方向に向かって最短距離と成
る各光切断面形状を結ぶ経路を抽出してこの経路を３次
元対象物の特定部分とする抽出手段とを備えて上記目的
を達成しようとする形状認識装置である。

（作用）このような手段を備えたことにより、３次元対象物の長
手方向に対してほぼ直交する方向に光照射手段によって
１次元的な光がこの対象物の長手方向に所定間隔を、お
いてそれぞれ照射されて各光切断面形状が形成され、こ
れら光切断面形状の位置から抽出手段により最短距離と
成る各光切断面形状を結ぶ経路が抽出されこの経路が３
次元対象物の特定部分とされる。

（実施例）以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は形状認識装置の構成図である。ＸＹ子テーブル
上には載置台２が設けられ、この載置台２上には３次元
対象物としての植物の苗３が載置されている。なお、こ
の苗３はその延びている方向がＸ方向と一致するように
配置されている。

方、ａ置台２の上方にはスリット光源４が配置されてお
り、このスリット光源４はｙ方向つまり苗３の延びてい
る方向に対して略直交する方向のスリット光５を載置台
２の面に対してψ度の角度で照射するものである。又、
苗３におけるスリット光５の照射された真上には撮像装
置６が配置されて苗３を撮像するものとなっている。な
お、ＸＹ子テーブルは移動制御部７からの駆動制御信号
を受けてＸテーブルがＸ方向に所定の間隔ごとに移動す
るものとなっている。

前記撮像装置６から出力される画像信号は認識処理装置
１０に送られている。この認識処理装置１０にはＡ／Ｄ
　（アナログ／ディジタル）変換器１１及び画像メモリ
１２が備えられ、撮像装置６からの画像信号がＡ／Ｄ変
換器１１でディジタル画像信号に変換されて画像メモリ
１２に画像データとして記憶されるようになっている。

又、この認識処理装置１０には主制御部１３が備えられ
、この主制御部１３に画像メモリ１２、前処理部１４、
ピーク検出部１５、最短距離演算部１６及び出力部１７
が接続されている。前処理部１４は画像メモリ１２に記
憶された画像データに対して平滑化処理、−次微分処理
、２値化処理及び細線化処理を行う機能を有するもので
ある。ピーク検出部１５は画像メモリ１２に記憶されて
いるスリット光５の各照射位置ごとの各画像データにお
ける各光切断面形状のピーク（極大値）を微分処理して
検出する機能を有するものである。又、最短距離演算部
１６は動的計画法の手法による演算処理を実行するもの
で、各光照射位置における各光切断面形状のピーク位置
から苗３の長手方向に向かって最短距離と成る各光切断
面形状を結ぶ経路を抽出してこの経路を苗３の幹部分と
して認識する機能を有するものである。なお、これらピ
ーク検出部１５及び最短距離演算部１６により幹部抽出
手段が構成されている。

次に上記の如く構成された装置の作用について説明する
。苗３が載置台２上に配置されてスリット光源４からス
リット光５が苗３に照射されると、このスリット光５が
苗３の形状に沿った光切断面形状に形成される。そして
、この光切断面形状が撮像装置６により撮像されると、
この撮像装置６から出力される画像信号は画像処理装置
１０に送られる。この画像処理装置１０は画像信号をＡ
／Ｄ変換器１１でディジタル画像信号に変換して画像メ
モリ１２に画像データとして記憶する。

このようにして画像データが画像メモリ１２に記憶され
ると、主制御部１３は前処理部１４に対して動作指令を
発する。この前処理部１４は画像データに対し平滑化処
理、−次微分処理、２値化処理及び細線化処理を行って
例えば第２図に示す画像データを得る。

次に主制御部１３は苗３の全体に対して画像の取込みが
終了したかを判断し、終了しなければ移動制御部７にＸ
テーブル移動の指令を発する。これにより、ＸＹ子テー
ブルのＸテーブルが所定の距離だけ移動する。この後、
再びスリット光５が百３に照射されてその時の光切断面
形状像が撮像装置６によって撮像される。そして、この
画像データが画像メモリ１２に記憶される。以下、スリ
ット光５の照射位置が苗３の長手方向に所定間隔ごとに
変えられてその時の各画像データが画像メモリ１２に記
憶される。このようにしてスリット光の各照射位置での
撮像が終了すると、第３図に示すように苗３全体におけ
る光切断面形状像５１Ｓ２＋　・・・Ｓ、の３次元情報
が求められる。

次に主制御部１３はピーク検出部１５に対して動作指令
を発する。この指令を受けてピーク検出部１５は各光切
断面形状像Ｓ、、Ｓ２．・・・Ｓ、を微分処理して各光
切断面形状像Ｓ、、Ｓ２・・・Ｓｌにおける各光切断面
形状、例えば光切断面形状ｆｌｉ、　ｓ　＋であれば各
光切断面形状ａｌ＋　　ａ２＋１１３、光切断面形状像
Ｓ２であれば各光切断面形状ａ４＋　　ａ５における各
ピーク位置ｐ１＋　　ｐ２　＋ｐ、及びｐ４ｎ　　ｐｓ
を検出する。

次に主制御部１３は最短距離演算部１６に対して動作指
令を発する。この最短距離演算部１６は各光切断面形状
像Ｓ、、Ｓ２．Ｓ３・・・Ｓｏの各ピーク位置ｐ＋＋　
　ｐ２１　　ｐ３・・・から苗３の長手方向に向かって
各光切断面形状を結ぶ最短距離の経路を抽出する。具体
的に第４図に示す各光切断面形状像Ｓ、、Ｓ２．Ｓ３・
・・Ｓｆｌの模式図を参照して説明すると、最短距離演
算部１６は先ず光切断面形状像Ｓｌ、Ｓ２に着目し、光
切断面形状像Ｓ２における各ピーク位置ｐ＜＋！’ｓか
ら見た光切断面形状像Ｓ１における各ピーク位置ｐ＋ｔ
　　ｐ２＋ｐ、への経路を全て抽出し、これら経路の長
さをそれぞれ算出する。そして、それぞれの経路長を比
べることにより、Ｐ４及びＰ、を始点とする最短経路Ｗ
４及びＷ５を求める。ここに、各光切断面形状Ｓ、〜Ｓ
ｎにおいて最終的な最短経路を考算部１６は光切断面形
状像Ｓ２．Ｓ３に着目し、光切断面形状像Ｓ３における
各ピーク位置ｐｂ。

ｐ７１　　ｐｌｌから見た光切断面形状像Ｓ２における
各ピーク位置ｐ４＋Ｉ）ｓへの経路を全て抽出し、これ
ら経路の長さをそれぞれ算出する。そして、光切断面形
状像Ｓ３の各ピーク位置ｐ６＋　　ｐ７＋ｐ８から光切
断面形状像Ｓ１の各ピーク位置ｐ＋＋ｐ２．ｐ３のいず
れかへの各経路の各積算距離を求める。そして、各経路
長を比較してＰ６　＋　　Ｐ７　＋Ｐ８を始点として断
面Ｓ１に至る最短経路Ｗ６゜Ｗ、、Ｗ８を求める。次に
最短距離演算部１６は光切断面形状像Ｓ３．Ｓ４に着目
し、光切断面形状像Ｓ４における各ピーク位置から見た
光切断面形状像Ｓ、における各ピーク位置ｐ６１　　ｐ
７１ｐ８への経路を全て抽出し、これら経路の長さをそ
れぞれ算出し、光切断面形状像Ｓ４の各ピーク位置から
光切断面形状像Ｓ１の各ピーク位置ｐ１ｐｚ＋　　ｐ３
への各経路の積算°距離を求める。そして、各経路の長
さを比較して断面Ｓ４における各ピークを始点として断
面Ｓ１に至る最短経路をそれぞれ求める。以下、同様に
光断面積形状像Ｓｆｌまで順次各ピークごとに最短の経
路が求められる。

そして、最短距離演算部１６は上記動作によって求めた
光切断面形状Ｓｎの各ピークを始点として形状Ｓ１に至
る各経路からさらに最短距離となる経路を１つ選び、こ
の経路を苗３の茎部分として認識する。

このように上記一実施例においては、苗３に対してスリ
ット光５を所定間隔ごとに照射して各光切断面形状像Ｓ
、、Ｓ２・・・を形成し、これら光切断面形状像Ｓ、、
Ｓ２・・・を各光切断面形状ピーク位置ｐ１１　　ｐ２
・・・で結ぶ最短距離の経路を抽出してこの経路を苗３
の幹部分として認識するようにしたので、光切断面形状
という苗３の３次元情報から苗の径や曲率に関係なく確
実に茎部を抽出できる。そのうえ、茎部分が葉で覆われ
ていたり枝分れした部分が有ってもが茎位置から大きく
ずれることなく茎位置を抽出でき、又苗の茎の曲りを求
めることもできる。さらに本装置は最短距離等を求める
アルゴリズムが簡単なので、その演算処理量は少ない。

さらに経路上の魚群に最小二乗法を適用すれば、３次元
空間における茎の傾きを求めることができる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形しても良い。例えば、３
次元対象物としては苗に限らずキュウリや染色体の位置
、細胞中の血管の認識などにも適用できる。

［発明の効果］以上詳記したように本発明によれば、外乱光などによる
照明状態に影響されずに高速に３次元対象物における幹
部等の特定部分を確実に認識できる形状認識装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明に係わる形状認識装置の一実
施例を説明するための図であって、第１図は構成図、第
２図は前処理後の画像データの模式図、第３図は光切断
面形状像の構成図、第４図は茎部分の抽出作用を説明す
るための図である。１・・・ＸＹテーブル、２・・・載置台、３・・・苗、
４・・・スリット光源、６・・・撮像装置、７・・・移
動制御部、１０・・・認識処理部、１１・・・Ａ／Ｄ変
換器、１２・・・画像メモリ、１３・・・主制御部、１
４・・・前処理部、１５・・・ピーク検出部、１６・・
・最短距離演算部。

Claims

【特許請求の範囲】

３次元対象物の長手方向に対してほぼ直交する方向に１
次元的な光を前記３次元対象物の長手方向に所定間隔を
おいてそれぞれ照射して前記３次元対象物上にそれぞれ
光切断面形状を形成する光照射手段と、この光照射手段
で形成された各光照射位置での各光切断面形状の位置か
ら前記３次元対象物の長手方向に向かって最短距離と成
る前記各光切断面形状を結ぶ経路を抽出してこの経路を
前記３次元対象物の特定部分とする抽出手段とを具備し
たことを特徴とする形状認識装置。