JPH03272607A - 農作業機における作物列検出装置 - 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、水田を走行する田植機等の農作業機における
作物列検出装置に関するものである。

〔従来の技術と発明が解決すべき課題〕最近、田植機等
の農作業機における自動操舵のために、走行する農作業
機に搭載したビデオカメラ等の撮像手段で圃場面に植付
けられた苗列等の作物列を撮像し、該撮像された画像情
報を基礎にして前記作物列に沿う仮想線を演算して求め
、この仮想線と農作業機の進行方向の軸線との傾き角度
や、前記仮想線と進行方向軸線との横ずれ偏差を逐次計
算し、農作業機を前記作物列と略不行状に走行するよう
に操舵制御することを提案している（例えば特開平１−
１６０４０４号公報参照）。

また、特開昭６２−６１５０７号公報では、ゴルフ場等
において、芝刈取り済みの既刈取地と未刈取端との境界
線に沿って無人走行作業機を走行させながら芝を刈り取
るために、前記と同様にビデオカメラで得られた画像情
報を利用して境界線を検出することを提案している。

そして、後者（特開昭６２−６１５０７号公報）では、
撮像手段で得られた画像情報をその明暗変化に基づいて
２値化する前段階において、２つの画像情報記憶手段に
それぞれ記憶させた画像情報のうち、第１画像情報と第
２画像情報とをその各記憶座標を所定値ずらして、第１
画像情報から第２画像情報を減算することにより画像の
エツジ、ひいては境界線を検出すること提案している。

ところで、田植機は屋外で作業を実行するもので、前記
撮像手段で水田の水面箇所の作物列箇所を撮像している
とき、撮像手段の向きによっては、晴天時であれば田植
機の機体が水面に蔭となってくっきりと写るし、太陽光
線が水田の水面で完全反射した箇所は白くギラギラと輝
いた箇所として画像に写ることがある。

このような箇所の画像情報は作物列を検出するに際して
は邪魔になる、いわゆる雑音成分に相当し、しかも強い
（レベルの高い）雑音であるから、画像情報からこの雑
音成分を除去しなければ、作物列の仮想線を精度高く検
出できないという問題がある。

このような場合、前記先行技術におけるように、互いに
所定値だけ記憶座標をずらせた第１画像情報から第２画
像情報を減算処理すると、次のような不都合が生じる。

即ち、短い時間で見ると、太陽と田植機との相対的な位
置関係は不変と考えられるから、水田の水面における機
体の蔭の部分や太陽像が撮像手段における撮像画面に写
っている箇所は移動せず固定位置とみなして良い。

従って、２つの画像情報記憶手段にそれぞれ記憶させた
画像情報のうち、第１画像情報と第２画像情報とをその
各記憶座標を所定値ずらせた場合には、前記機体の蔭の
部分や太陽像の部分の座標も所定値ずれるのだから、前
記の減算処理を実行すれば前記機体の蔭の部分や太陽像
の部分の画像のエツジはくっきりと残ることになり、却
って画像情報としては誤差を多く含むことになるという
問題があった。

このような問題は、コンバインによる殻稈刈取り作業に
おいて、機体の影が未刈取り地側に落ちる場合にも生じ
る。

本発明はこの問題を解決することを目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明は、苗等の既に植付け
られた作物列を撮像する撮像手段と、該撮像手段による
画像情報から植付は作物箇所等を領域として特定する２
値化手段と、２値化した対象領域の列から仮想線を近似
して求める仮想線演算手段とにより、作物列の仮想線を
決定する農作業様用の作物列検出装置において、撮像し
て得られた第１画像情報を２値化して記憶する第１の２
値化情報記憶手段と、第２画像情報を２値化して記憶す
る第２の２値化情報記憶手段と、前記第１の２値化情報
と第２の２値化情報とから排他論理和演算を実行する排
他論理和演算手段とを備え、その出力情報を仮想線演算
手段に送るようにしたものである。

〔発明の作用・効果〕

この構成において、撮像手段で短い時間差をおいて得ら
れた第１画像情報と第２画像情報との間では、植付は作
物箇所は農作業機の走行につれて撮像画面上の位置（座
標）がずれているが、機体の蔭や太陽像の部分の座標は
殆どずれることがない。

また、２つの入力による排他論理和演算では、状態「ｌ
」の入力が１個のときのみ、出力が「ｌ」となるもので
ある。従って、少し座標の位置がずれた植付は作物個所
は、前記排他論理和演算で、それぞれ出力「ｌ」を得る
ことができる一方、座標位置のずれない機体の蔭や太陽
像の部分を入力すると、演算結果（出力）は「０」とな
るので、植付は作物個所の２値化情報を確実に確保でき
ると共に、機体の蔭や太陽像の部分の２値化情報を消し
去ることができ、この部分を雑音成分として至極簡単に
除去できるという効果を奏するのである。

また、２値化した後の情報、つまり２．値化情報を記憶
させた後に排他論理和演算を実行するので、明暗のある
画像情報よりも情報量を少なくした状態で記憶と演算と
を実行できて、作物列の検出処理時間を迅速に行えると
いう効果を奏するのである。

さらに、植付は作物個所のみを２値化して得られた２値
化情報を基礎にして以後の仮想線を求めることができる
から、その仮想線演算も正確に実行できて操舵制御も正
確に行なえるのである。

〔実施例〕

次に本発明を自動走行可能な田植機に適用した実施例に
ついて説明すると、図において符号１は、左右両側の前
車輪３，３と左右両側の後車輪４゜４で支持された走行
機体で、該走行機体ｌの後部には、苗載台５と複数の植
付機構６とから威る多条植え式の苗植装置７がリンク機
構８を介して昇降可能に装着されている。

走行機体ｌに搭載したエンジン９の動力は、クラッチ１
０及びミッションケース１１を介して前後車輪３，４に
伝達する一方、このミッションケース１１から突出する
ＰＴＯ軸１軸重軸重２前記苗植装置７に動力伝達する。

符号１３は前記クラッチｌＯの０Ｎ−ＯＦＦアクチエー
タ、１４は走行変速用アクチエータ、１５はＰＴＯ軸変
軸周軸周速用アクチエータ 走行機体１における操縦座席１６の前方に設けたハンド
ル１７を介してステアリング機構１８を回動操作して前
車輪３．３の向きを左右に変えて操舵操作する。

自動操舵装置は、前記ステアリング機構１８における回
動支点１９に水平回動自在に装着された平面視り字状の
ステアリングアーム２０と該ステアリングアーム２０に
連結し、且つ前車輪３，３に関連させた左右一対のタイ
ロッド２１．２１と、油圧シリンダ２２と、手動操舵用
の制御弁２３と、該制御弁２３を操作するステアリング
ギアボックス２４の前後揺動自在なピットマンアーム２
５とから成る。

前記ステアリングアーム２０には球関節を介して前記制
御弁２３及びピットマンアーム２５を後向きに連結する
一方、ステアリングアーム２０に油圧シリンダ２２を前
向きに連結してあり、ハンドル１７の回動角度に対応し
て揺動するピットマンアーム２５により、手動操舵用の
制御弁２３のスプールを進退動させ、エンジン９により
駆動する油圧ポンプ２６からの油圧を油圧シリンダ２２
に送り、ステアリングアーム２０の回動に応じて左右前
車輪３，３の向きを変えることができる。

この油圧シリンダ２２は電磁ソレノイド式の自動操舵制
御弁２７によっても駆動され、その際の前車輪３の舵取
り角度は、回動支点１９におけるポテンショメータ２８
でステアリングアーム２０の回動角度を検出することに
より読み取ることができる。

前記自動操舵制御弁２７は、後述の自動操舵・走行用の
中央制御装置３０からの出力信号で駆動される操舵コン
トローラ３１の出力信号により作動し、又前記クラッチ
１０の０Ｎ−ＯＦＦ用アクチエータ１３、走行変速用ア
クチエータ１４及びＰＴＯ軸変軸周軸周速用アクチエー
タ１５央制御装置３０駆動される走行コントローラ３２
にて作動する。

作物列を撮像してそれから種々の制御用のデータを得る
検出装置３３は、作物列を撮像する撮像手段３４と、該
撮像手段３４にて得られた画像情報を２値化する２値化
手段３５と、２値化情報を記憶する２つの２値化情報記
憶手段３６．３７（読み書き可能メモリ（ＲＡ　、Ｍ　
）を含む）と、前記２つの２値化情報から排他論理和演
算を実行する排他論理和演算手段３８と、この出力情報
を受けて作物列に沿う近似の仮想線を求める仮想線演算
手段３９とから成り、中央制御装置３０では、前記仮想
線を、基準線（車体２の進行方向中心軸線）に対して傾
いている偏位角や横ずれの偏位量を演算してポテンショ
メータ２８からの現在の操舵角度と比較して所定の出力
信号を操舵コントローラ３１に送るものである。

二次元ＭＯ３撮像素子や二次元ＣＣＤ撮像素子を内臓し
た白黒用またはカラー用デオカメラのような撮像手段３
４では、レンズを通して結ばれた像は、その結像面に二
次元的アレイ状に配列された各光電素子にて感知されて
撮像画面４０の情報を電気信号として出力できるもので
ある。

前記二次元撮像素子では各撮像素子が１つの画素に対応
し、通常１枚の画面を２５６Ｘ２５６の画素にて標本化
する。

また、撮像手段３４は走行機体ｌの左方及び右方におけ
る苗植え条をそれぞれ撮像できるように、撮像方向を左
右可変にできるように構成している。

次に本発明の作物列検出の手順を第４図の概略フローチ
ャートに従って説明すると、　　スタート及び初期値設
定に続くステップＳ１では、前記撮像手段３４により圃
場面を撮像して得られた第２画像情報ＤＩを取り込み、
この第２画像情報Ｄ１を２値化手段３５で第１の２値化
情報（ＮＤｌ）に変換しくステップＳ２）、次いで記憶
手段３６にこの第１の２値化情報（ＮＤＩ）を記憶させ
おく（ステップＳ３）。

これにより、白黒多段階色調の画像情報やカラー画像情
報のような膨大なデータ量のものが２値化により大幅に
データ圧縮される。

次いでステップＳ４からステップＳ６において、短時間
の後（走行機体１が少しだけ前進した状態）の圃場面を
撮像し、前記同様に第２画像情報（Ｄ２）を取り込んだ
のち、２値化処理し、その第２の２値化情報（ＮＤ２）
を前記とは別の記憶手段３７に記憶させる。これらの記
憶手段３６゜３７はバッファメモリとしての読み書き可
能メモリ　（ＲＡＭ）を使用する。

なお、２値化手段３５では、前記撮像手段３４による画
像情報を２値化して植付は作物箇所（Ｎ）を領域として
特定する。

２値化処理に際しては、前記撮像手段３４にて撮像され
た撮像画面４０のデータを読み込み、そのデータから植
付は作物個所（Ｎ）を他の圃場の泥面から抽出する２値
化の後、２値化した前記各対象領域（Ａ）の位置を特定
する。

本実施例において、撮像された画像をカラー画面にて構
成するときには、ＲＧＢ表色系〔赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ
）、青色（Ｂ）の色光を原色光とし、加光により白が得
られる〕による赤色成分、緑色成分、青色成分との各色
成分の信号にて圃場面の特徴を抽出し、この三色成分の
信号出力の総和（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ＝１）に対する緑色（Ｇ）
成分の信号出力比率が所定の値以上のときを苗と判別し
てその領域（Ａ）を撮像画面４０の他の箇所から分割（
Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）　Ｌ、て特定する２値化処
理を実行する。

その他、画像において色信号のうち緑色成分から青色成
分を引いた色差画像データ（Ｇ−Ｂ）が−窓以上の出力
である箇所を苗と判断する色差処理による２値化を実行
しても良い。

そして、例えば太陽像が水田の水面に写っている箇所や
機体の蔭の部分も同時に撮像したときには、撮像画面４
０中にはその太陽像や蔭の部分が他の箇所と著しく異な
った色彩（白色）であっても画像情報として取り込まれ
ることになり、前記ステップＳ２で先に得た第１の２値
化情報（ＮＤＩ）中には、第５図に示すように、植付は
作物個所の特定領域としてのＡＩ、Ａ２．Ａ３の他に太
陽像等の箇所に相当する特定領域Ｔ１が２値化情報（Ｎ
ＤＩ）の中に含まれる。

同様に、前記ステップＳ５で時間を若干ずらして撮像し
て得られた第２の２値化情報（ＮＤ２）中における植付
は作物個所の特定領域としてのＢ１、Ｂ２．Ｂ３の座標
位置は、前記のＡ１．Ａ２゜Ａ３の位置と若干ずれる（
走行機体ｌが前進しているので、撮像画面４０上側を進
行方向前側とすると下側にずれる、第６図参照）。

しかし、前記の太陽像等の箇所に相当する特定領域ＴＩ
’の座標位置は、短時間の時間ずれての２つの撮像画面
４０．４０において不変の座標位置にある（第６図参照
）。

この太陽像等の特定領域ＴＩ、ＴＩ’を前記の植付は作
物個所の特定領域と混同すると、後の仮想線を求める場
合に大きな誤差の原因となる。

そこで、ステップＳ７において、排他論理和演算手段３
８で前記２つの２値化情報（ＮＤＩ）と（ＮＤ２）とか
ら排他論理和演算を徐行するのである。

第８図は排他論理和演算手段としての回路図４１を示し
、ＩＣ回路素子等により構成されている。

第９図に示すのは、入力ＡとＢの状態で出力Ｆがどの状
態をとるかを示す真理値値表であり、高い電圧レベルを
２値変数の状態「１コとし、低い電圧レベルを状態「０
」とする。

２つの入力による排他論理和演算では、状態「ｌ」の入
力が１個のときのみ、出力が「１」となるものである。

従って、少し座標の位置がずれた植付は作物個所は、前
記排他論理和演算で、それぞれ出力「１」を得ることが
できる一方、座標位置のずれない機体の蔭や太陽像の部
分を入力すると、演算結果（出力）はｒＱＪとなるので
、植付は作物個所の２値化情報を確実に確保できると共
に、機体の蔭や太陽像の部分の２値化情報を消し去るこ
とができ、第７図に示すように、この部分を雑音成分と
して至極簡単に除去できるという効果を奏するのである
。第７図の点線箇所Ｔｌ。

ＴＩ’は除去できた箇所を示す。

次いで中央制御装置３０に組み込まれたソフトによる予
め定められた計算手法により、前記特定された対象領域
（Ａ）（Ｂ）の中心または重心位置データから、ハフ変
換や最小二乗法等による直線近似または曲線近似の仮想
線演算手段３９を使って、作物列の仮想線Ｋを決定しく
ステップＳ８）、この仮想線にと基準線Ｙとの傾き偏位
角（θ）及び横ずれ等の偏位量（δ）を計算し、操舵角
度指示量を演算するものである（ステップＳ９）。

すなわち、前記仮想線にの偏位角（θ）及び横ずれ偏位
量（δ）が誤差の許容範囲内であるか否かを判別し、誤
差の許容範囲外であるときには、操舵コントローラ３１
に出力信号を出し、操舵制御弁２７の電磁ソレノイドを
作動させ、ステアリング機構におけるステアリングアー
ム２０の回動角度を変える油圧シリンダ２２を駆動させ
て修正操舵し、所定の誤差の許容範囲に納まるように自
動操舵制御を実行するのである。この場合、ステアリン
グアーム２０の回動角度を検出するポテンショメータ２
８にて前車輪３が既に進行方向に対して右または左に傾
く操舵角度を有しているか否かの判断を実行して、作物
列と並行状態に進行する収束制御に役立てることができ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は田植機の平面図
、第２図は側面図、第３図はステアリング機構及び制御
装置のブロック図、第４図はフローチャート、第５図と
第６図は各回ごとの撮像画面の説明図、第７図は排他論
理和演算結果後を示す説明図、第８図は排他論理和演算
回路図、第９図は排他論理和の真理値を示す図である。 １・・・・走行機体、３・・・・前車輪、４・・・・後
車輪、７・・・・苗植装置、１７・・・・ハンドル、１
８・・・・ステアリング機構、２２・・・・油圧シリン
ダ、２６・・・・油圧ポンプ、２７・・・・自動操舵制
御弁、３ｏ・・・・中央制御装置、３１・・・・操舵コ
ントローラ、３３・・・・作物列検出装置、３４・・・
・撮像手段、３５・・・・２値化手段、３６．３７・・
・・２値化情報記憶手段、３８・・・・排他論理和演算
手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、苗等の既に植付けられた作物列を撮像する撮像
   手段と、該撮像手段による画像情報から植付け作物箇所
   等を領域として特定する２値化手段と、２値化した対象
   領域の列から仮想線を近似して求める仮想線演算手段と
   により、作物列の仮想線を決定する農作業機用の作物列
   検出装置において、撮像して得られた第１画像情報を２
   値化して記憶する第１の２値化情報記憶手段と、第２画
   像情報を２値化して記憶する第２の２値化情報記憶手段
   と、前記第１の２値化情報と第２の２値化情報とから排
   他論理和演算を実行する排他論理和演算手段とを備え、
   その出力情報を仮想線演算手段に送ることを特徴とする
   農作業機における作物列検出装置。