JPH04126004A - 自動走行作業車用の境界検出装置 - 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、未処理作業地と処理済作業地との境界を検出
する自動走行作業車用の境界検出装置に関する。

〔従来の技術〕

かかる境界検出装置は、未処理作業地と処理済作業地と
の境界に沿って走行しなから作業を行うことになる作業
車を、前記境界に沿って自動走行させる際の操向制御情
報を検出するために用いられることになる。

そして、従来では、フォトインタラプタ式や光反射式の
無接触式のセンサまたは接触式のセンサなどを用いて、
境界を検出するようにしていた（例えば特開昭６０−１
８６２０２号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来ては、車体進行方向に沿う線状に存
在する境界のうちの一点のみを検出するものであるため
、例えば、境界が部分的に凹凸しているような場合、本
来は車体を直進させた方か良いにも拘らず不必要に車体
を操向させてしまうことになる等、検出される情報か車
体の操向制御情報として不適な情報となる場合があった
。しかも、境界のうちの一部に明確でない部分が存在す
ると、誤検出を起こす虞もあり、そして、それに伴って
誤った操向制御か行われるものとなるのであり、境界に
部分的に凹凸か存在していたり、境界の一部に不明確な
部分かあっても、適正な情報を検出てきる境界検出装置
が望まれていた。

又、作業車を境界に沿って自動走行させるための操向制
御情報としては、作業車の前方側に離れた箇所の境界に
対応する情報の方が、境界に対する追従性を高めるにむ
しろ有利となる。

つまり、作業車の前方側に離れた箇所の境界に対して追
従させるようにすることにより、例えば境界が大きく屈
曲しているような場合においてもの境界に沿って適切に
追従させることか可能になる等、操向制御面において有
利となるものであり、作業車の前方側に離れた箇所の境
界に対応する情報を検出することか望まれる。

本発明は、上記実情に鑑みて為されたものであって、そ
の目的は、撮像手段を有効利用しなから上記両要望を一
挙に満足させることかできる自動走行作業車用の境界検
出装置を提供する点にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による自動走行作業車の境界検出装置は、未処理
作業地と処理済作業地との境界を検出するものてあって
、その第１発明の特徴構成は、車体の進行方向前方側に
離れた箇所の所定範囲の作業地を撮像する撮像手段かそ
の撮像方向を斜め下方に向ける状態で車体の前部に取付
けられ、その撮像手段の撮像画像情報に基づいて前記境
界に対応する直線を求める境界検出手段か設けられてい
る点にある。

又、第２発明の特徴構成は、車体の進行方向前方側に離
れた箇所の所定範囲の作業地を撮像する撮像手段がその
撮像方向を斜め下方に向ける状態で車体の前部に取付け
られ、その撮像手段の撮像画像情報に基づいて前記境界
に対応する直線を求める境界検出手段が設けられ、その
境界検出手段が、前記撮像画像情報を構成する各画素の
明度をその周囲の所定画素数で区画された領域の平均値
に順次置き換える平均化処理を行い、その平均化処理に
よって得られた画像情報に対して前記直線を求めるため
の処理を実行するように構成され、且つ、前記平均化処
理を前記所定範囲の作業地のうちの車体前後方向後方側
に対応する画素はと前記所定画素数を多くして実行する
ように構成されている点にある。

〔作　用〕

第１発明によれば、撮像手段か車体の進行方向前方側に
離れた箇所の所定範囲の作業地を撮像し、その撮像画像
情報から、境界検出手段か未処理作業地と処理済作業地
との境界に対応する直線を求める。

又、撮像手段をその撮像方向を斜め下方に向ける状態で
車体の前部に取付けるものであるから、撮像手段を車体
前方側に大きく突出させる状態に支持することなく、車
体の前方側に離れた箇所の境界を検出させることができ
る。

第２発明にれば、撮像手段の撮像画像情報を、ノイズ除
去等のために平均化処理し、その平均化処理された画像
情報に対して直線を求める処理を実行させる。

しかも、前記撮像手段か車体前方の作業地を斜め下方に
搬像するものであるから、撮像される前記所定範囲の作
業地は車体前後方向前方側はと車体横幅方向に広がる台
形状となる点、換言すれば、車体前後方向前方側の画像
はと圧縮されて撮像手段の撮像画面内に収まることにな
る点を考慮して、平均化処理を行うに当って、中心画素
の明度をその周囲の所定領域内の平均明度に置き換える
際の所定領域の広さを画面上の位置に応じて変化させる
ことにより、はぼ均一に平均化されるように処理する。

即ち、車体前後方向後方側に対応する画素ほど前記所定
領域を広く、つまり、その領域に含まれる画素数を多く
している。

〔発明の効果〕

第１発明によれば、撮像手段によって得られる車体の進
行方向前方側に離れた箇所の作業地の撮像画像情報から
、未処理作業地と処理済作業地との境界を直線として求
めるので、つまり、車体前方側に離れた箇所の境界を検
出させ、且つ、境界の一部に不明確な部分かあってもそ
れに拘らず境界に沿う直線を検出させるものであるから
、境界に対する追従性を高める上で有利な操向制御情報
を得ることかできる。

しかも撮像手段は車体の前方側に離れた箇所の作業地を
斜め下方に撮像するように取付けられているので、撮像
手段を車体前方に大きく突出させずに車体に取付けるこ
とかできるから、撮像手段の取付構造を簡素にすること
かできるものである。

また、第２発明によれば、上記第１発明による効果に加
えて、撮像対象である車体前方の作業地が、車体前後方
向前方側ほど広い範囲か圧縮されて撮像されることによ
る画像処理上の不具合を回避することによって、ノイズ
等による影響を少なくして、より正確な境界に対応する
直線か得られるものとなった。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第５図及び第６図に示すように、前輪（２）、　（２）
及び後輪（３）、　（３）のいずれをもステアリング操
作可能に構成された車体（１）の中間部にディスク型刈
刃を内装した芝刈装置（４）を上下動自在に懸架すると
共に、各工程の走行コースを示す芝地の未処理作業地と
しての未刈地（Ｂ）と処理済作業地としての既刈地（Ｃ
）との境界（Ｌ）を検出する後記構成になる境界検出装
置としての倣いセンサ（Ａ）を設け、この倣いセンサ（
Ａ）による境界検出結果に基づいて操向制御することに
よって、前記境界（Ｌ）に沿って自動走行可能な自動走
行作業車としての芝刈作業車を構成しである。

前記倣いセンサ（Ａ）を構成するに、第１図にも示すよ
うに、撮像手段としてのモニタカメラ（５）を、その撮
像視野が、車体（１）の進行方向前方側で、且つ、走行
すべき目標境界（Ｌｏ）を中心とする所定範囲の芝地（
Ｄ）となるように、車体（１）前方上方に向かって延設
されたセンサ支持フレーム（６）の先端部に設け、この
モニタカメラ（５）による撮像画像を制御装置（８）に
よって画像処理して、境界（Ｌ）に対応する直線（但し
、以下の説明においては検出境界（Ｌ）と記載する場合
もある。）を検出させるようにしである。即ち、制御装
置（８）か境界検出手段に相当する。

尚、前記制御装置（８）は、操向制御作動の処理も併せ
て行うものであって、具体的には、目標境界（Ｌｏ）に
対する検出境界（Ｌ）のずれ量（Ｘ）とずれ角（θ）を
求めて、前記検出境界（Ｌ）と目標境界（Ｌｏ）とか一
致するように、つまり、検出境界（Ｌ）か前記モニタカ
メラ（５）の車体（１）に対して前後方向の視野中心に
位置するように、走行方向を修正すべくステアリング操
作を制御するのである。

以下、前記モニタカメラ（５）による撮像画像より境界
（Ｌ）を検出する構成を、第１図に示すブロック図、第
２図に示す画像信号の説明図、及び、第３図に示すフロ
ーチャートに基づいて詳述しなから説明を加える。

つまり、前記制御装置（８）によって、前記モニタカメ
ラ（５）による撮像画像情報（以下、原画像信号（Ｓｏ
）と記載する）に基づいて、各画素の車体横幅方向に沿
う方向での明度変化に対応する微分値を演算する微分値
演算手段、その微分値演算手段からの微分情報に基づい
て前記微分値か所定値以上であるか否かにより各画素を
２値化する２値化手段、その２値化手段からの情報（以
下２値化画像（Ｓ２）と記載する）に基づいて境界（Ｌ
）に対応する直線を求める境界検出手段が構成され、そ
して、各手段に対応する処理が、次に述べる如く順次実
行する。

但し、前記原画像信号（Ｓｏ）は予め平均化処理され、
その平均化画像信号（Ｓｌ）が前記微分値演算手段にて
微分処理されるようにしである。又、２値化手段にて２
値化処理するに、微分値の符号が正となる画素又は負と
なる画素についてのみ行うようにしである。更に、前記
原画像信号（Ｓｏ）は、フレームメモリ（７）に−旦記
憶されるものである。

即ち、前記フレームメモリ（７）に記憶された原画像信
号（Ｓ、Ｘ第２図（イ）に示す）を、例えは画像中心画
素の明度をの周囲の所定素数で区画された領域の平均値
に順次置き換えるというような処理を行うことによって
、平均化して、第２図（［＋）に示すようにぼかした平
均化画像（Ｓｌ）を得る。

尚、前記モニタカメラ（５）の視野（Ｄ）は、第５図及
び第６図にも示すように、車体（１）上方より前方下方
の作業地を斜めに見下ろすようになるため、車体前後方
向前方側ほど広かる台形状となり、撮像された原画像信
号（Ｓｏ）は、車体前後方向前方側に対応する部分（第
２図の画面の上側）か車体前後方向後方側に対応する部
分（第２図の画面の下側）より圧縮されたものとなる。

従って、このまま−様に平均化すると、画面の上側は必
要以上に平均化されてぼやけた画像となる一方、画面の
下側は平均化か不十分で、ノイズが完全に除かれないこ
とになる。そこで、前記の平均化における所定画素数で
区画された領域を画面の上側で狭く、画面の下側で広く
する。即ち、所定画素数を画面の下側ほど多くする。こ
のようにして画面全体に亘って均一に平均化されるよう
にしている。

次に、平均化画像（Ｓ、）を微分処理して、各画素の車
体横幅方向に沿う方向での明度変化に対応する微分値を
演算する微分処理が実行される。

そして、その微分値情報に基づいて明度変化が大きい画
素を抽出するための２値化処理を実行して、第２図（ハ
）に示すように、未刈地（Ｂ）と既刈地（Ｃ）との境界
（０部分のみが明るく、他の部分か暗い２値化画像（Ｓ
２）を得るのであるが、車体（１）の進行方向と作業地
状況の関係、即ち本実施例では、車体（１）幹側に処理
済作業地（Ｃ）を隣接して未処理作業地（Ｂ）上を走行
するものであることから、その明度変化に対応する微分
値の符号か第２図中左側より右側方向に暗→明となる負
（−）の微分値が得られた情報のみ２値化することによ
って、第２図（ロ）中（Ｌｏ）て示す作業地（Ｂ）上に
ある芝の粗な部分あるいはノ背た部分の微分値か正（＋
）となる明→暗変化部や、処理済作業地（Ｃ）上の雑草
やわずかな刈残し部分を、ノイズとして予め除去するの
である。尚、第４図に示すように、車体（１）進行方向
は、隣接した各行程を行程端で１８０度方向転換して順
次往復走行する場合には、車体（１）と処理済作業地（
Ｃ）との位置関係か一行程毎に左右反転するので、方向
転換の終了とともに前記明度変化を判別する微分値の符
号を正負切換えるようにして、第４図中（ｂ）に示すよ
うに車体（１）右側に処理済作業地（Ｃ）を隣接する場
合には、前記第２図（ロ）に示すように、明度変化が暗
→明となる負（−）の微分値の情報のみを２値化し、第
４図中（ａ）に示すように車体（１）左側に処理済作業
地（Ｃ）を隣接する場合は、第２図（ニ）二示す原画像
信号（Ｓ、’　）に基づいて、明度変化が明→暗となる
正（＋）の微分値の情報のみを２値化して、不要なノイ
ズ成分を除去するようにしである。

さらに、前記２値化画像（Ｓ２）に基づいて境界（Ｌ）
を連続した直線として求める演算処理か実行されること
になる。

尚、境界検出の処理か終了したのちは、上述の如く、走
行制御作動の処理が実行されることになる。

つまり、第５図に示すように車体（１）か沿うべき目標
境界（Ｌｏ）に対する検出境界（Ｌ）のずれ量（χ）と
ずれ角（θ）を演算する。

そして、前記演算によって算出されたズレ量（Ｘ）に基
づいて、前記前・後輪（２）、　（３）を同一方向にス
テアリング操作して、車体（１）をその向きを変えるこ
と無く平行移動させた後、前記ズレ角（θ）に基づいて
、前記前・後輪（２）、　（３）が相対的に逆方向とな
るようにステアリング操作して車体（１）の目標境界（
Ｌａ）に対する向きを修正して、前記検出境界（いと目
標境界（Ｌｏ）とが前記モニタメラ（５）の視野内にお
いて一致するように、つまり、車体（１）が目標境界（
Ｌｏ）に沿うように制御するのである。

従って、不連続な境界、局所的に曲がった境界、芝地に
ムラかあって不明確な境界などが検出されたとしても、
連続工境界（Ｌ）として正確に補正可能であり、従来の
ように不要なステア」ング操作をしたり、本来の境界外
へ走行方向かずれたりすることの無い、ステアリング制
御か可能となったのである。

尚、第１図中、（９）、　（１０）は夫々前輪（２）、
　（２）及び後輪（３）、　（３）を実際にステアリン
グ操作する油圧シリンダ、（１１）、　（１２）は夫々
前記油圧シリンダ（９）、　（１０）を駆動する電磁バ
ルブ、（１３）は無段変速装置（１４）の変速位置を操
作するモータである。又、（Ｒ１）、　（Ｒ２）は夫々
前記前輪（２）、　（２）及び後輪（３）、　（３）の
ステアリング量を検出して前記制御装置（８）にフィー
ドバックするためのポテンショメータ、（Ｒ３）は同様
に前記変速装置（１４）の変速位置を検出して制御装置
（８）にフィードバックするためのポテンショメータで
ある。

ところで、前記原画像信号（Ｓｏ）を平均化するのは、
刈取った芝の葉などの反射光の影響による大きな明度変
化や未刈地（Ｂ）内にある既刈地（Ｃ）と区別しにくい
芝か小さくハゲた部分やムラのある部分などを検出しに
くくて、境界（Ｌ）の検出誤差を予め少なくするためで
ある。

そして、この平均化処理を行うに、前記演算処理に変え
てボカシ用の光学的なフィルタを用いたり、あるいは単
にカメラ（５）をいわゆるピンボケ状態で使用すること
によって行ってもよい。更に、例えば、光学的なフィル
タを、いわゆるソフトフォーカスフィルタを用いて、そ
の視野の上方より下方に向かって除々にソフトフォーカ
スとなるようにすることによって、前記カメラ（５）の
視野（Ｄ）の歪みによる画像の粗密変化を同時に補正す
ることができる。

又、車体（１）進行方向を検出するに、方向転換によっ
て自動的に判別する他、人為的に設定してもよい。ちな
みに、作業地外周より内周方向へ未処理作業地（Ｂ）の
外周部を順次走行する回り走行形式や、−肯定毎に偏寄
せを行って前後進を繰り返す前後逸走形式等では、車体
（１）と処理済作業地（Ｃ）すなわち境界（Ｌ）との左
右位置関係は変わらないので、作業開始時に前記微分地
の符号を一度設定するだけでよい。

又、境界（Ｌ）に対応する直線を求めるに、最小自乗法
やＨａｕｇｈ変換により、２値化画像（Ｓ２）の座標を
用いて計算するとよい。又、２値化するのではなく、明
度変化に対応する微分値を重み係数として処理してもよ
い。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構成
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る自動走行作業車用の境界検出装置の
実施例を示し、第１図は制御システムの構成を示すブロ
ック図、第２図は（イ）、　（［＋）。 （ハ）、（ニ）は画像信号の説明図、第３図は制御装置
の動作を示すフローチャート、第４図は車体と境界の位
置関係の説明図、第５図は芝刈作業車の全体構成を示す
平面図、そして、第６図はその側面図である。 （１）・・・−・・車体、 （５）・・・・・・撮像手段、 （Ｂ）・・・・・・未 処理作業地、 （Ｃ）・・・・・・処理済作業地、 （Ｌ）・・・・・・境 界。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、未処理作業地（Ｂ）と処理済作業地（Ｃ）との境界
   （Ｌ）を検出する自動走行作業車用の境界検出装置であ
   って、 車体（１）の進行方向前方側に離れた箇所の所定範囲の
   作業地を撮像する撮像手段（５）がその撮像方向を斜め
   下方に向ける状態で車体（１）の前部に取付けられ、そ
   の撮像手段（５）の撮像画像情報に基づいて前記境界（
   Ｌ）に対応する直線を求める境界検出手段（８）が設け
   られている自動走行作業車用の境界検出装置。 ２、未処理作業地（Ｂ）と処理済作業地（Ｃ）との境界
   （Ｌ）を検出する自動走行作業車用の境界検出装置であ
   って、 車体（１）の進行方向前方側に離れた箇所の所定範囲の
   作業地を撮像する撮像手段（５）がその撮像方向を斜め
   下方に向ける状態で車体（１）の前部に取付けられ、そ
   の撮像手段（５）の撮像画像情報に基づいて前記境界（
   Ｌ）に対応する直線を求める境界検出手段（８）が設け
   られ、その境界検出手段（８）が、前記撮像画像情報を
   構成する各画素の明度をその周囲の所定画素数で区画さ
   れた領域の平均値に順次置き換える平均化処理を行い、
   その平均化処理によって得られた画像情報に対して前記
   直線を求めるための処理を実行するように構成され、且
   つ、前記平均化処理を前記所定範囲の作業地のうちの車
   体前後方向後方側に対応する画素ほど前記所定画素数を
   多くして実行するように構成されている自動走行作業車
   用の境界検出装置。