JPH0575334B2 - - Google Patents

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
界部分を二次元方向に亘つて撮像する撮像手段が
設けられ、その撮像情報より、二次元方向に並ぶ
各量子化画素の明るさに基づいて前記境界に対応
する直線を求める画像処理手段が設けられた撮像
式の境界検出装置に関する。

〔従来の技術〕

上記この種の撮像式の境界検出装置は、未処理
作業地と処理済作業地との明るさが異なつて見え
ることを利用して、撮像した画像情報を画像処理
することにより、境界に対応する直線を求めるよ
うにしたものである。

そして、求めた直線の情報は、主として作業車
を境界に沿つて自動走行させるための制御情報等
として用いられることから、従来では、境界の長
手方向に並ぶ全部の画素列を画像処理の対象にし
ていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

検出された直線の情報は、主として作業車を未
処理作業地と処理済作業地との境界に沿つて自動
走行させるための制御情報として利用されること
から、境界の長手方向に沿つた広い範囲の画像情
報を処理対象とすることが望まれている。

つまり、作業車の走行前方側の状態を、その地
点まで走行する前に検出できれば、境界に対する
ずれを迅速に修正できることになる。

そこで、境界の長手方向に並ぶ処理対象の画素
数を多くするために、広い範囲の作業地を二次元
方向に亘つて撮像すると共に、画像処理の対象と
なる画素数を多くすることが考えられるが、上記
従来のように、境界の長手方向に並ぶ全画素を処
理対象とする場合には、境界の長手方向に並ぶ画
素数を多くすると、それに伴つて処理対象となる
画素数が非常に大きなものとなつて、作業車の走
行速度に対応した速度で画像処理することが困難
になる不利がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであ
つて、その目的は、境界の長手方向に沿う広い範
囲の画像情報を用いながら、迅速に画像処理でき
るようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による撮像式の境界検出装置の特徴構成
は、下記の通りである。

すなわち、前記画像処理手段は、前記境界の長
手方向に並ぶ複数の画素列のうちの、互いに離れ
て位置する複数の画素列又は画素列群を処理対象
とするように構成されている点にある。

〔作 用〕

未処理作業地と処理済作業地との境界は連続し
て存在するものであり、その長手方向に沿つて画
像情報を間引いても、境界に対応する直線の検出
精度に影響を与えることはない。

従つて、境界の長手方向に並ぶ複数の画素列の
うちの、互いに離れて位置する複数の画素列又は
画素列群を処理対象とすることにより、処理対象
となる画素数を間引いて、全体としては境界長手
方向に沿う広い範囲の画像情報を用いながらも、
画像処理の処理対象となる画素数の増大を抑制す
るものである。

〔発明の効果〕

従つて、処理対象の画素数を増大させることな
く、境界の長手方向に沿う広い範囲の画像情報を
用いることができるので、検出精度を低下させる
ことなく、画像処理の迅速化を図ることができる
に至つた。

〔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６図に示すように、左右一対の前後輪１，２
が、その何れをもステアリング操作自在に設けら
れ、車体Ｖの下腹部に、芝刈り装置３が上下動自
在に懸架され、もつて、芝や雑草等の刈取作業に
用いる作業車が構成されている。

第６図及び第７図に示すように、作業地を二次
元方向に亘つて撮像する撮像手段としてのイメー
ジセンサS₁が、前記車体Ｖに対して前方側の作業
地の所定範囲を撮像するように設けられている。

前記イメージセンサS₁の撮像視野について説明
を加えれば、前記車体Ｖが、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に対して適正状態に沿つている状態におい
て、前記境界Ｌが、視野の幅巾方向中央に位置す
る状態となるようにしてある。

前記車体Ｖの構成について説明すれば、第５図
に示すように、前記前後輪１，２を各別に操作す
るステアリング用の油圧シリンダ４，５、及び、
それに対する制御弁６，７が設けられ、前後進切
り換え自在で且つ前後進ともに変速自在な油圧式
無段変速装置８が、エンジンＥに連動連結され、
そして、変速モータ９が、前記変速装置８の変速
アーム１０に連動連結されている。

又、前記車体Ｖの走行距離を検出するために、
単位回転数当たり設定個数のパルス信号を出力す
る回転数センサS₂が、前記変速装置８の出力にて
回転駆動されるように設けられている。

前記前後輪１，２夫々のステアリング位置を検
出するステアリング位置検出用ポテンシヨメータ
R₁，R₂と、前記変速装置８の操作状態を検出す
る変速位置検出用ポテンシヨメータR₃とが設け
られ、それらの検出情報、前記イメージセンサS₁
の撮像情報に基づいて求められる境界Ｌに対応す
る直線の情報、及び、前記回転数センサS₂の検出
情報に基づいて、前記車体Ｖが未刈地Ｂと既刈地
Ｃとの境界Ｌに沿つて自動走行するように制御す
るマイクロコンピユータ利用の制御装置１１が設
けられている。

尚、図中、Ｈは搭乗操縦用のステアリングハン
ドル、R₀はその操作位置検出用ポテンシヨメー
タ、１２は搭乗操縦用の変速ペダルである。

但し、前記イメージセンサS₁の撮像画像情報を
画像処理して前記境界Ｌに対応した直線を検出す
るための画像処理手段１００が、前記制御装置１
１を利用して構成されている。

前記車体Ｖの自動走行について説明すれば、第
７図に示すように、既刈地Ｃで囲まれた四角状の
未刈地Ｂの一辺から対辺に至る部分を、一つの作
業行程として、車体Ｖが作業行程の長さ方向に沿
う側の前記未刈地Ｂと既刈地Ｃとの境界L₁に沿
つて自動走行するように、前記画像処理にて検出
された情報に基づいて操向制御されることにな
り、そして、一つの作業行程の終端側の境界L₂
つまり前記未刈地Ｂの対辺に達するに伴つて、そ
の作業行程に交差する次の作業行程の始端部に向
けて自動的にターンさせることを繰り返すことに
より、いわゆる回り刈り形式で、所定範囲の芝刈
り作業を自動的に行わせるようにしてある。

前記制御装置１１の作動を述べながら説明を加
えると、第３図に示すように、走行が開始される
と、前記回転数センサS₂の検出情報に基づいて設
定距離走行する毎に、後述の如く、画像処理の処
理対象となる画素を制限して作業行程の長さ方向
の境界L₁を検出するための境界検出処理が行わ
れ、その検出情報に基づいて、前記車体Ｖが前記
境界L₁に沿つて自動走行するように操向制御さ
れることになる。

そして、前記回転数センサS₂の検出情報に基づ
いて、一つの作業行程の長さに相当する距離に対
して設定範囲内まで走行するに伴つて、走行速度
を予め設定された速度まで減速した後、全画面情
報を用いてその作業行程の終端側の境界L₂を検
出する終端検出の処理を行い、それの画像上の位
置情報に基づいて、車体Ｖの現在位置に対する終
端位置を算出し、算出した終端位置の情報に基づ
いて、作業行程の終端部に達するに伴つて、予め
設定記憶されたターンパターンに基づいて次の作
業行程に向けてターンさせることになる。

ターン後は、例えば、予め設定された行程数を
走行したか否か、あるいは、設定された走行距離
に達したか否か等を判別することにより、作業終
了か否かを判断して、作業終了でない場合は、前
述の境界検出処理以降の処理を繰り返すことにな
り、一方、作業終了の場合は、前記車体Ｖを停止
させて、全処理を終了することになる。

尚、終端に近づいた場合に減速させる理由につ
いて説明を加えれば、前記終端側の境界L₂は、
画面上、横幅方向に向けて存在することになり、
又、その位置が不明であることから、全画面情報
を用いて画像処理する必要があるが、その場合
に、画像処理の処理対象となる画素数が増えて、
画像処理の速度が、前記行程側の境界L₁を検出
する場合よりも低下することになる。従つて、画
像処理の処理速度に対応するように、車体Ｖの走
行速度を減速させるのである。

前記行程側の境界L₁に対するずれの算出につ
いて説明を加えれば、車体横軸方向に向かう位置
のずれと、境界L₁の向きに対する傾きのずれと
があるが、それらを定量的な値として算出しても
よく、又、単にずれの方向だけを算出するように
してもよい。

又、操向制御の処理について説明を加えれば、
平行ステアリング形式にて、車体横幅方向の位置
のずれを修正し、４輪ステアリング形式にて、向
きのずれを修正することになる。但し、前記前後
輪１，２のステアリング量に差を付けて、位置と
向きのずれを同時に修正するようにしてもよい。

次に、第１図に示すフローチヤートに基づい
て、前記境界検出の処理について詳述する。

但し、以下に説明する境界検出の処理は、前記
未刈地Ｂが既刈地Ｃよりも暗く見える現象を利用
して行われるものである。

そして、前記行程側の境界L₁を検出する場合
には、前記境界L₁に対応する直線の検出精度が
低下しないようにしながら、撮像Ｖの走行速度に
対応して高速な画像処理を行えるようにするため
に、検出境界L₁の長手方向つまり画面上でｙ軸
方向に並ぶ画素列を数列おきに間引くことによ
り、処理対象となる画面範囲を制限するようにし
てある。

但し、前記終端側の境界L₂を検出する場合に
は、前述の如く、全画面情報を処理対象とするこ
とから、画面範囲の制限は行わないようにしてあ
る。

すなわち、境界検出処理が開始されるに伴つ
て、前記イメージセンサS₁による撮像処理が行わ
れると共に、その視野全体に亘る撮像情報が取り
込まれて、予め設定された画素密度に対応して量
子化される。

取り込まれた画像情報は、平滑化されて明るさ
の細かい変化を除去されることになる。

平滑化した後は、前記作業行程側の境界L₁を
検出するのか終端側の境界L₂を検出するのかに
基づいて、処理対象となる画面を制限するか否か
を判別する。

画面制限の場合には、第２図に示すように、画
面上で上下方向となるｙ軸方向に向けて、設定範
囲内（m₁〜n₁，m₂〜n₂：但し、m₁＜n₁＜m₂＜
n₂）に位置する画素列のみ、その明るさ変化の微
分値SXを求める微分処理から除外することによ
り、前記行程側の境界L₁の長さ方向における処
理対象の画素列を間引くことになる。

尚、この微分処理において、処理対象の画素
を、画面上で上下方向において間引くように画面
を制限する処理によつて、前記画像処理手段１０
０が、前記境界Ｌの長手方向に並ぶ複数の画素列
のうちの、互いに離れて位置する複数の画素列群
を処理対象とするように構成されていることにな
る。

前記行程側の境界L₁の長さ方向における処理
対象の画素列を間引くことができる理由について
説明を加えれば、前記境界L₁は、画面上で上下
方向に向けて連続して存在するものであり、連続
した画素列を用いなくとも、検出精度が低下する
ことはないのである。

一方、画面制限でない場合、つまり、前記終端
側の境界L₂を検出する場合には、全画面分の各
画素の夫々について微分値を求めることになる。

前記微分処理について説明を加えれば、処理対
象となる画素ｅの周囲に隣接する８画素ａ〜ｄ，
ｆ〜ｉを含む９画素を覆う３×３画素分のマスク
（第４図参照）を用いて、下記(i)式に基づいて、
画像上のｘ軸方向における明るさ変化の微分値
SXを演算する処理が、二次元方向に並ぶ各画素
について行われることになる。

SX（ｘ，ｙ）＝（ａ＋ｄ＋ｇ）−（ｃ＋ｆ＋ｉ）
……(i) 但し、この微分処理において、前記車体Ｖに対
して前記境界Ｌが左右何れの側に位置するかに基
づいて、前記微分値SXの符号を判別して、正負
いずれか一方の符号となる値のみを用いることに
なる。

つまり、前記式(i)において、画像上左側に位置
する画素の明るさから右側に位置する画素の明る
さを減算するようにしているので、左側のほうが
明るい場合には、前記微分値SXは正の値となり、
右側のほうが明るい場合には負の値となる。

従つて、前記車体Ｖに対して境界L₁が左側に
位置する状態で走行させる場合には、前記微分値
SXが正の値となるものを抽出し、右側に位置す
る状態で走行させる場合には、前記微分値SXが
負の値となるものを抽出することになる。

そして、前記微分値SXの絶対値が予め設定さ
れた設定閾値以上の大きさとなる画素のみを抽出
するように２値化することにより、明るさ変化が
大なる箇所の画素を抽出する。

次に、ハフ変換処理を用いて、２値化された各
画素毎に、その画素を通る設定角度毎に分割され
た多数本の直線を、下記式(ii)に基づいて極座標系
（ρ，θ）に投影し、同一座標値をとる頻度をヒ
ストグラムにとり、そして、そのヒストグラムか
ら、最大頻度となる一つの直線を求めて、その直
線を、前記作業行程に沿う方向に向かう境界L₁
に対応する直線として検出する。

ρ＝ｘ・cosθ＋ｙ・sinθ ……(ii) 但し、この境界検出の処理において、説明のた
めに用いた画面は仮想上のものであり、前記各境
界L₁，L₂に対応した直線が、実際に引かれるこ
とはなく、最大頻度となる前記(ii)式にて求められ
た値ρと、その値となる角度θの値とを、検出し
た直線に対応する情報として使用することにな
る。そして、境界に対するずれの算出や終端位置
の算出の処理において、それらの値ρ，θから、
実際の地面の座標系に写像することにより、車体
Ｖに対する実際の境界L₁，L₂の位置を算出する
ことになる。

そして、実際の地面に写像された情報に基づい
て、操向制御することにより、前記車体Ｖが境界
L₁に沿つて自動走行し、且つ終端側の境界L₂に
達するに伴つて、次の作業行程の始端部に向けて
自動的にターンするように、誘導することにな
る。

ところで、前記終端側の境界L₂を検出する場
合には、明るさ変化が車体Ｖに対して前後方向と
なり、且つ、画面上、上方から下方に向かつて明
から暗へ変化することになるために、前述の微分
処理において、ｙ軸方向での明るさ変化の微分値
を求めて、前記ｘ軸方向での微分値SXの代わり
に使用して、同一処理で終端側の境界L₂を検出
することになる。

又、前記イメージセンサS₁が車体前方側の作業
地を斜め上方から撮像するように取り付けられて
いることから、その撮像画像情報から得らる各境
界L₁，L₂の画面上の位置変化は、車体Ｖに対す
る実際の境界L₁，L₂の位置までの距離に反比例
して、遠方ほど小さくなる状態となる。

従つて、前記終端側の境界L₂の判別、その終
端側の境界L₂までの距離の算出、並びに、検出
された行程側の境界L₁に対するずれの算出の
夫々において、画面上の検出位置に対応して、車
体Ｖに対する実際の位置に換算することになる。

〔別実施例〕

上記実施例では、画面上で、ｙ軸方向に並ぶ画
素列のうち、ｙ軸方向に向けて離れて位置する画
素列群のみ、微分処理の対象とするようにした場
合を例示したが、数列おきに位置する１列の画素
を微分処理の対象とするようにして間引いてもよ
い。又、第８図に示すように、ｙ軸方向に並ぶ画
素列を間引く処理に加えて、ｘ軸方向に並ぶ画素
のうちの中央側の所定範囲に位置する画素のみを
微分処理の対象とすることにより、更に処理対象
の画素数を間引いてもよい。つまり、前記車体Ｖ
が検出された境界L₁に沿つて自動走行するよう
に制御されることから、前記境界L₁は、略撮像
視野の横幅方向の中央側から外れた位置に撮像さ
れることはない。従つて、撮像情報のうちの横幅
方向の中央側に位置する画素のみを用いても、前
記境界L₁の検出を誤ることはなく、更に、画像
処理を高速化できる。

又、上記実施例では、微分処理する画素を間引
くことにより、画像処理の対象となる画素を制限
するようにした場合を例示したが、画像情報の取
り込み時に、その取り込み範囲を制限したり、微
分処理後の２値化範囲やハフ変換対象の範囲等を
制限するようにしてもよく、処理対象の画素を制
限するための具体構成、並びに画像処理手段１０
０の具体構成は各種変更できる。

又、上記実施例では、前記回転数センサS₂の検
出情報を利用して、車体Ｖが作業行程の終端近傍
に近づいた場合に行うようにした場合を例示した
が、例えば、境界検出の処理を行う毎に、終端の
検出を交互に行うようにしてもよい。

又、上記実施例では、ｘ軸方向の微分値SXの
大きさに基づいて、２値化するようにした場合を
例示したが、例えば、ｙ軸方向の微分値をも用い
て、明るさ変化の方向を考慮するようにしてもよ
い。

又、上記実施例では、境界Ｌに対応する直線を
求める直線演算手段として、ハフ変換処理を用い
た場合を例示したが、直線演算手段の具体構成は
各種変更できる。

又、上記実施例では、本発明を芝刈り用の作業
車を自動走行させるための手段として用いた場合
を例示したが、本発明は、各種の作業地の境界を
検出する手段として適用できるものであつて、画
像処理手段を含む各部の具体構成は、各種変更で
きる。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利
にするために符号を記すが、該記入により本発明
は添付図面の構造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撮像式の境界検出装置の実
施例を示し、第１図は境界検出処理のフローチヤ
ート、第２図は処理画像の説明図、第３図は制御
作動の概略を示フローチヤート、第４図は微分処
理の説明図、第５図は制御構成を示すブロツク
図、第６図は作業車の全体側面図、第７図は作業
地の説明図、第８図は別実施例の説明図である。 Ｂ……未処理作業地、Ｃ……処理済作業地、Ｌ
……境界、S₁……撮像手段、１００……画像処理
手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 未処理作業地Ｂと処理済作業地Ｃとの境界Ｌ
   部分を二次元方向に亘つて撮像する撮像手段S₁が
   設けられ、その撮像情報より、二次元方向に並ぶ
   各量子化画素の明るさに基づいて前記境界Ｌに対
   応する直線を求める画像処理手段１００が設けら
   れた撮像式の境界検出装置であつて、前記画像処
   理手段１００は、前記境界Ｌの長手方向に並ぶ複
   数の画素列のうちの、互いに離れて位置する複数
   の画素列又は画素列群を処理対象とするように構
   成されている撮像式の境界検出装置。