JPH034378A - 形状認識装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、幹部及び枝部などから成る３次元対象物、例
えば植物の苗の茎を抽出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が
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１、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１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、幹部及び枝部などから成る３次元対象物の延
びている方向に対して交差する方向に１次元的な光を所
定の角度で照射して３次元対象物の光切断面形状を得る
光照射手段と、３次元対象物における光切断面形状が形
成された位置の上方に配置された撮像装置と、３次元対
象物と光照射手段とを相対的に移動させて３次元対象物
に形成される光切断面形状の位置を３次元対象物の延び
ている方向に所定間隔で移動させる照射位置移動手段と
、撮像手段の撮像により得られた画像データにおける所
望の光切断面形状から３次元対象物における高位置部分
を検出する高位置検出手段と、この高位置検出手段で検
出された３次元対象物の高位置部分を始点として近接す
る各光切断面形状から順に高位置部分を辿って３次元対
象物の幹部の延びている方向を抽出する幹部方向抽出手
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次元対象物の幹
部の延びている方向に対して交差する方向に一次元的な
連続する光が光照射手段により３次元対象物に対して所
定の角度で照射され、この光の照射により得られる３次
元対象物の光切断面形状が撮像装置により撮像される。

又、この状態に３次元対象物と光照射手段とが照射位置
移動手段によって相対的に移動されて３次元対象物に形
成される光切断面形状の位置が所定間隔で移動される。

一方、高位置検出手段は撮像手段の撮像により得られた
画像データの所望の光切断面形状から３次元対象物にお
ける高位置部分を検出し、幹部方向抽出手段はこの検出
された高位置部分を始点として近接する各光切断面形状
ごとに順次高位置部分を辿って幹部の延びている方向を
抽出する。

（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テーブル１
上には載置台２が設けられ、この載置台２上には植物の
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。一方
、裁置台２の上方には環境光に比べて十分輝度が高いス
リット光源４が配置されており、このスリット光源４は
Ｘ方向つまり萌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。ところで、ＸＹテーブル１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画像処理装置
１０に送られている。この画像装置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、
この画像処理装置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、距離
算出部１５、ピーク位置検出部１６、茎方向抽出部１７
及び出力部１８が接続されたものとなっている。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
理を行なう機能を有するものであ名。距離算出部１５は
前処理された画像データの光切断面形状により苗３から
撮像装置６までの距ＭＬを算出する機能を有するもので
ある。そして、ピーク位置検出部１６は、距離りの算出
後の光切断面形状から苗３の茎における高位置部分つま
りピーク位置を検出する高位置検出手段としての機能を
有するものであり、又茎方向抽出部１７はピーク位置検
出部１６で検出された茎のピーク位置を始点としてＸＹ
子テーブルの移動ごとに得られる各光切断面形状ごとに
ピーク位置を辿って茎の延びている方向を抽出する機能
を有するものである。前記主制御部１３は前処理部１４
、距離算出部１５、ピーク位置検出部１６、茎方向抽出
部１７、さらには出力部１８を通して移動制御部７にそ
れぞれ指令を発する機能を有している。

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
第２図に示す画像データを得る。

この前処理が終了すると、主制御部１３は距離算出部１
５に動作指令を発する。この指令を受けて距離算出部１
５は前処理された光切断面形状を用いて苗３から撮像装
置６までの距離りを算出する。そこで、この距ＭＬの算
出について第３図の模式図を参照して説明する。ここで
、Ｄは撮像装置６とスリット光源４との間の距離、ｆは
撮像装置６の焦点距離、ψはスリット光５の照射角度、
θは対象物（苗３）からの反射スリット光の入射角度で
ある。しかるに、距ＭＬは三角測量の方法により Ｌ−Ｄ”ｔａｎθ”　　ｔａｎψ／　（ｊａｎθ＋ｔａ
ｎψ）なお、ｔａｎθ■ｆ／ΔＸである。

を演算することによって求められる。このようにして距
ＭＬが求められると、この距離りから第４図に示すよう
に苗３の高さが求められる。かくして、苗３における１
か所の光切断面形状の３次元情報が得られる。

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。以下、以
上説明した作用と同様に苗３における別の各位置での光
切断面形状の３次元情報が求められ、最終的に第５図に
示すような苗３の全体における各位置での光切断面形状
が得られる。

次に主制御部１３はピーク位置検出部１６に動作指令を
発する。この指令を受けてピーク位置検出部１６は第５
図に示す画像データにおいて苗３の先端の光切断面形状
５（０）でのピーク位置ｐｏを求める。

このようにして苗３の先端の光切断面形状５（０）にお
けるピーク位置ｐ。が決定されると、主制御部１３は茎
方向抽出部１７に動作指令を発する。この茎方向抽出部
１７は第６図に示す茎ピーク抽出流れ図に従って各光切
断面形状の各ピーク位置を辿る。具体的に第７図に示す
各光切断面形状Ｓ　（０）、　　Ｓ　（１）、　　Ｓ　
（２）・・・Ｓ　（ｋ）・・・Ｓ　（ｎ）の一部拡大図
を参照して説明する。ここで、第７図に示す各光切断面
形状５（０）、５（１）、Ｓ　（２）−８（ｋ）−Ｓ　
（ｎ）における各ピーク値を繋いだ線を尾根線ｍとした
場合、各光切断面形状Ｓ　（０）、　　Ｓ　（１）、　
　Ｓ　（２）・・・５（ｋ）・・・Ｓ　（ｎ）において
尾根線ｍから見て図面上左側で接する接線の傾きを「正
」とし、尾根線ｍから見て図面上右側で接する接線の傾
きを「負」とする。そして、尾根線ｍと交差する光切断
面形状上の点で接する接線の傾きを「０」とする。この
ような接線の傾きの条件の下において茎方向抽出部１７
はステップｇｌにおいてｋを「０」にセットシ、次のス
テップｇ２においてピーク値ｇｌｐ　ｏにおける接線ｊ
の傾きを求める。そして、この傾きが「負」であるか、
「０」であるか、又「正」であるかを判断する。この場
合、光切断面形状５（０）では接線ｊの傾きは「正」で
あり、ピーク位置ｐ。は尾根線ｍよりも左側にあること
になる。

従って、茎方向抽出部１７はステップｇ５からｇ８に移
って最も近接する光切断面形状５（１）におけるピーク
位置ｐ、を光切断面形状５（０）から見て尾根線ｍに近
付く方向つまりｙ軸の正方向に向かって所定位置だけず
らした位置に修正する。

次に茎方向抽出部１７はステップｇ９において尾根線ｍ
と修正したピーク位置ｐ１との位置関係から苗３を見失
ったかを判断し、見失なわなければステップｇｌｌにお
いて前記Ｋに「１」を加算して再びステップｇ２に戻る
。なお、ステップｇ９の判断においてｙｉ３を見失うと
、茎方向抽出部１７はステップｇ１０に移って上記動作
によって辿ってきた各ピーク位置ｐ１．ｐ２・・・が苗
３の茎であるかをピーク列の長さから判断する。すなわ
ち、ピーク列が短い場合は葉であると判断する。そして
、茎方向抽出部１７は茎であると判断すると茎の抽出動
作を終了し、又茎出ないと判断するとステップｇ１２に
移って光切断面形状５（０）のピーク位置ｐＯを検索し
て再びステップｇｌから茎の抽出動作を再開する。

上記ステップｇ９の判断において苗３を見失わず、ステ
ップｇｔｔを通ってステップｇ２に戻ると、茎方向抽出
部１７は光切断面形状５（１）での修正されたピーク位
置ｐ１における接線の傾きを上記同様に求める。この場
合、接線の傾きは「負」となるので、茎方向抽出部１７
はステップｇ３からｇ６に移って最も近接する光切断面
形状５（２）におけるピーク位置ｐ２を光切断面形状５
（１）から見て尾根線ｍに近付く方向つまりｙ軸の負方
向に向かって所定位置だけずらした位置に修正する。以
下、同様に順次各光切断面形状５（２）〜Ｓ　（ｎ）に
おける各ピーク位置ｐ２〜ｐｎが決定され、この動作が
茎を見失うまで実行される。このようにして各ピーク位
置ｐ。−ｐｎが決定されることにより、例えば茎が図面
上京に右側に曲がっていれば、傾きの判断は常に「負」
となる。第８図は各ピーク位置ｐ＋＋　　ｐ２・・・を
検出した結果であって、各ピーク位置は「・」により示
してあり、これらピーク位置を繋げることにより苗３の
茎が抽出される。

このように上記−実施例においては、環境光に比べて十
分輝度の高いスリット光５を苗３に対して照射して各光
切断面形状を得、これら光切断面形状のうち繭３の先端
の光切断面形状におけるピーク位置ｐ０を検出し、この
ピーク値ｉ７ｊ　ｐ　ｏを始点として近接する光切断面
形状ごとに順次ピーク位置を辿って茎の延びている方向
を抽出するようにしたので、苗３への照明状態や外乱光
の影響を受けないで苗３の茎の方向を正確に認識でき、
かつ光切断面形状のピーク値を求める処理で済むので高
速に苗３の茎の方向を抽出できる。

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よい。例えば、苗
３に照射する光はスリット光に限らずスポット光を回転
ミラーやポリゴンミラーなどによって走査してもよい。

又、各位置での光切断面形状を得る場合、ＸＹ子テーブ
ルを移動させるのでなく、撮像装置６とスリット光Ｒ４
とを一体的にＸ方向に移動させるようにしてもよい。

［発明の効果コ 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次元対象物の幹部を認
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８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図は前処理した画像データの模式図、第３図は撮像袋
ばから苗までの距離の求め方を説明するための模式図、
第４図は茎の高さの算出結果を示す図、第５図は苗全体
の光切断面形状の模式図、第６図はピーク位置の追跡流
れ図、第７図はピーク位置の追跡を説明するための模式
図、第８図はピーク位置の追跡結果を示す図である。 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・・・画像処理装置、１２・・・画像メ
モリ、１３・・・主制御部、１４・・・前処理部、１５
・・・距Ｍ算出部、１６・・・ピーク位置検出部、１７
・・・茎方向抽出部、１８・・・出力部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 幹部及び枝部などから成る３次元対象物の延びている方
   向に対して交差する方向に１次元的な光を所定の角度で
   照射して前記３次元対象物の光切断面形状を得る光照射
   手段と、前記３次元対象物における前記光切断面形状が
   形成された位置の上方に配置された撮像装置と、前記３
   次元対象物と前記光照射手段とを相対的に移動させて前
   記３次元対象物に形成される前記光切断面形状の位置を
   前記３次元対象物の延びている方向に所定間隔で移動さ
   せる照射位置移動手段と、前記撮像手段の撮像により得
   られた画像データにおける所望の前記光切断面形状から
   前記３次元対象物における高位置部分を検出する高位置
   検出手段と、この高位置検出手段で検出された前記３次
   元対象物の高位置部分を始点として近接する前記各光切
   断面形状から順に高位置部分を辿って前記３次元対象物
   の幹部の延びている方向を抽出する幹部方向抽出手段と
   を具備したことを特徴とする形状認識装置。