JPH0624016B2 - 撮像式の境界検出装置 - 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に対応
する箇所を二次元方向に亘って撮像する撮像手段、その
撮像情報の明るさに基づいて二次元方向に並ぶ各画素夫
々の微分値を求める微分手段、前記微分値が設定閾値よ
りも大なる画素を抽出する２値化手段、抽出された画素
を通り、且つ、複数段階に設定された傾きとなる複数本
の直線を、各抽出画素に求める直線演算手段、求められ
た複数種の直線のうちの最大頻度となる直線を抽出する
直線抽出手段の夫々を備え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って見えることから、そ
の境界部分で大きな明るさ変化が生じる状態となること
を利用して、上記境界に対応する直線の情報を得るよう
にしたものである。

尚、得られた直線の情報は、作業車を未処理作業地と処
理済作業地との境界に沿っ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になり、従って、上記直線
の検出は、作業車の走行に伴って、繰に返し行われるこ
とになる。

但し、抽出された画素の夫々を通る複数本の直線の傾き
構造を全て求めると、演算量が多くなって、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
ために、従来では、作業車が境界に沿って走行するよう
に操向制御されることから、撮像手段の撮像画面内にお
いて境界に対応する直線が、上記境界の長さ方向に対し
て大きく異なる傾きとなることはないことを利用して、
求める直線の傾き範囲を、上記境界の長さ方向に対して
設定範囲内に制限して、複数本の直線を求めるための演
算量を減らすようにしていた。

例えば、第７図(イ)に示すように、作業車が境界(L)に対
して適正状態に沿っている状態において、この境界(L)
に対応する直線が、作業車の進行方向に沿う撮像画面
(A)の中央を通るＹ軸上に位置する状態となるように撮
像視野を設定し、そして、適正状態における境界(L)の
長さ方向に対応するＹ軸方向に対して設定傾き範囲（±
θ_１）内となる複数本の直線のみ求めるようにするので
ある。

但し、第７図(イ)において、境界(L)の一部が撮像画面
(A)内に位置するように図示してあるが、撮像手段が撮
像する実際の視野範囲と境界(L)との位置関係を正確に
対応させたものではなく、図示した境界(L)上に位置す
る直線が最大頻度の直線に対応する状態となるように、
概念的に示したものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、制御遅れ等に起因して、作業車が検出さ
れた境界に対して適正状態に沿う状態に収束するまでに
は、遅れが生じるものである。

従って、上記従来のように境界に対して車体が適正状態
にある場合を基準にして、求める直線の傾き範囲を制限
すると、求められた最大頻度の直線と境界に対応する直
線とが一致しなくなる場合がある。

例えば、第７図(ロ)に示すように、境界(L)がカーブして
いるような場合には、境界(L)に対する作業車の追従が
遅れて、境界(L)に対応する直線の傾きつまり境界(L)の
長さ方向が、基準とするＹ軸方向に対して設定傾き範囲
（±θ_１）外となって、境界を見失う虞れがある。

尚、第７図(ロ)においても同図(イ)の場合と同様に、撮像
画面(A)と境界(L)との位置関係は概念的なものであり、
実際の撮像視野と境界(L)との位置関係を正確に図示し
たものではない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、求める複数本の直線の数を低減しながらも、
操向制御の制御遅れによって境界を見失うことがないよ
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、現ス
テップにおいて前記直線演算手段にて求める複数本の直
線の傾き範囲を、これよりも前のステップにおいて前記
直線抽出手段にて抽出された最大頻度となる直線の傾き
に対して設定傾き範囲となるように制限する傾き制限手
段が設けられていることを特徴構成とする。

かかる特徴構成による作用及び効果は次の通りである。

〔作 用〕

すなわち、境界に対応する直線の検出のための処理が、
作業車の走行に伴って繰り返し行われることになり、そ
して、操向制御に制御遅れがあることからも、現ステッ
プよりも前のステップにおいて撮像情報から求めた境界
に対応する直線の傾きと、今回の撮像情報から求めた境
界に対応する直線の傾きとが大きく異なる状態となるこ
とはない。

従って、例えば第７図(ハ)に示すように、今回の撮像情
報から求める複数本の直線の傾きの範囲を、現ステップ
よりも前のステップで求めた最大頻度となる直線（Ｌｍ
ａｘ）（図中、細い破線で示す直線）の傾きに対して設
定傾き範囲（±θ_１）となるように制限すれば、今回の
直線検出において、境界(L)に対応する直線（図中、太
い破線で示す直線）が設定傾き範囲外となって、境界を
見失う虞れを回避できるのである。

〔発明の効果〕

もって、境界に対応する直線を求めるための演算量の低
減を図りながらも、境界を見失うことがないようにでき
るに至った。

〔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３図及び第４図に示すように、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)に沿って自動走行する作業車(V)に、走行前方側の作
業地を二次元方向に亘って撮像する撮像手段としてのイ
メージセンサ(S₁)が、走行前方側の前記境界(L)に対応
する箇所を斜め上方から撮像するように設けられてい
る。

尚、第３図中、（１）は前輪、（２）は後輪、（３）は
作業装置としての芝刈り装置、(H)は搭乗操縦用のステ
アリングハンドルである。

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、前記作業車(V)が、未刈地(B)と既刈地(C)との境
界(L)に対して適正状態に沿っている状態において、前
記境界(L)が、前記イメージセンサ(S₁)の視野の横幅方
向中央に位置する状態となるようにしてある。

第２図に示すように、前記イメージセンサ(S₁)の撮像情
報から前記境界(L)に対応する直線を求めるための各手
段、及び、その求められた直線の情報に基づいて、前記
作業車(V)が前記境界(L)に沿って自動走行するように、
ステアリング用のアクチュエータ（４）を制御する制御
手段の夫々を構成するマイクロコンピュータ利用の制御
装置（５）が設けられている。

尚、図中、(S₂)は前記作業車(V)の走行距離を検出する
距離センサであって、一つの作業行程を終了して次の作
業行程へ移動させるターン開始位置等の情報を検出する
ために設けられている。

つまり、前記作業車(V)は、周囲を既刈地(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、前記作業車(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(L)に
沿って自動走行するように、前記イメージセンサ(S₁)の
撮像情報から検出された前記境界(L)に対応する直線の
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つまり前記未刈地(B)の対辺に
達するに伴って、その作業行程に交差する方向の次の作
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、所定範囲の芝刈り作業を自動的に行
うことになる。

次に、第１図に示すフローチャートに基づいて、前記境
界(L)に対応する直線を検出するための画像処理につい
て説明する。

すなわち、前記作業車(V)が設定距離走行する毎に撮像
処理が行われて、前記イメージセンサ(S₁)の撮像情報に
基づいて、予め設定された画素密度（３２×３２画素に
設定してある）に対応して各画素の明るさレベルが量子
化される。

次に、第５図にも示すように、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）の値に基づ
いて、前記処理対象の画素(e)に対して前記境界(L)の長
さ方向に交差する方向となる画像上のＸ軸方向における
明るさの微分値の絶対値を、各画素夫々の微分値(IP)と
して求める処理が、下記(i)式を用いて二次元方向に並
ぶ各画素について行われる。

IP(x,y)＝｜(c+2f+i)−(a+2d+g)｜……(i) 但し、画面最外部に位置する画素は、それに隣接する画
素情報が無いために微分処理を行うことができないの
で、処理対象から除外することになる。

従って、実際に処理対象となる画素範囲は、量子化した
画素範囲（１乃至３２）からＸ軸方向及びＹ軸方向の夫
々で、両端部に位置する１画素分を減じた範囲（２乃至
３１）となる。

つまり、前記微分値(IP)を各画素毎に求める処理が微分
手段（１００）に対応することになる。

次に、画素の座標値（ｘ，ｙ）を最小値（ｘ＝２，ｙ＝
２）に初期設定して、その画素の微分値(IP)が予め設定
された設定値としての閾値以上であるか否かを判別する
ことにより微分値(IP)が設定値よりも大なる画素を抽出
し、ハフ変換を利用して、その抽出された画素を通り、
且つ、複数段階に設定された傾きとなる複数本の直線を
求めることになる。

つまり、前記微分値(IP)が閾値以上の画素を抽出する処
理が、求められた微分値が設定値よりも大なる画素を抽
出する２値化手段（１０１）に対応することになる。

但し、ハフ変換では、抽出された画素を通る複数本の直
線を、下記(ii)式に基づいて、前記Ｘ軸に対して０度乃
至１８０度の範囲において、予め複数段階に設定された
極座標系における基準線としてのＸ軸に対する傾き
（θ）と、原点つまり画面中央からの距離（ρ）との組
み合わせとして求めることになる（第６図参照）。

ρ＝ｘ・ｃｏｓθ＋ｙ・ｓｉｎθ ……(ii) つまり、前記(ii)式にて、複数段階に設定された各傾き
（θ）毎の原点からの距離（ρ）を求める処理が、前記
２値化手段（１０１）にて抽出された画素を通り、且
つ、複数段階に設定された異なる傾きの複数本の直線
を、各抽出画素毎に求める直線演算手段（１０２）に対
応することになる。

但し、前記ハフ変換にて求める各傾き（θ）の範囲は、
第６図及び第７図(ハ)にも示すように、今回の撮像情報
による境界検出処理としての現ステップでの処理よりも
前のステップとしての前回の境界検出処理において後述
の直線抽出手段（１０３）にて抽出された最大頻度とな
る直線（Ｌｍａｘ）の傾き（θｍａｘ）を基準にして、
予め設定された設定傾き範囲（±θ_１）（±３０度に設
定してある）内となる直線についてのみ演算するように
して、演算する傾き範囲を制限するようにしてある。

つまり、前記ハフ変換にて求める直線の傾き（θ）の範
囲を、前回の境界検出処理において抽出された最大頻度
となる直線の傾き（θｍａｘ）を基準にして、設定傾き
範囲（±θ_１）に制限する処理が、前記直線演算手段
（１０２）にて求める複数本の直線の傾き範囲を制限す
る傾き制限手段（１０４）に対応することになる。

尚、前記設定傾き範囲（±θ_１）は、第６図では前記最
大頻度となる直線（Ｌｍａｘ）に対して直交する方向の
角度として図示し、第７図(ハ)では求めた最大頻度の直
線（Ｌｍａｘ）（図中、細い破線で示す直線）の長さ方
向を基準に図示してあるが、これは、第６図における直
線の傾きは極座標系における原点周りの角度として定義
され、第７図(ハ)における直線は、撮像画面(A)と地面上
における境界(L)とを対応させた状態の直交座標系の直
線として図示されているために、前記設定傾き範囲（±
θ_１）の基準となる位置が異なる状態となるためであ
る。但し、前記設定傾き範囲（±θ_１）の大きさ自体
は、極座標系においても直交座標系においても、その基
準とする位置が異なるだけで、同じ値となる。

又、第６図において、実線で示す直線は、今回の境界検
出において求められる最大頻度の直線を概念的に図示し
たものである。そして、第７図(ハ)において、前回求め
た最大頻度の直線（Ｌｍａｘ）を細い破線で、今回求め
られる最大頻度の直線を太い破線で、夫々、今回の撮像
表面(A)と地面上の境界(L)との位置関係に対応させた状
態で図示してある。

但し、前記撮像画面(A)は長方形に図示されているが、
前述の如く前記イメージセンサ(S₁)の視野方向が作業地
を斜めに見下ろす状態となるように設けられているの
で、第３図及び第４図にも示すように、前記イメージセ
ンサ(S₁)が撮像する地面上の実際の撮像範囲は台形状と
なるものであり、前記第７図(ハ)に図示される撮像画面
(A)の形状は実際に撮像される視野範囲に対して正確に
対応するものではなく、画像上において求められる直線
と地面上の境界(L)との関係を概念的に図示したもので
ある。

次に、求めた前記距離（ρ）と傾き（θ）の組み合わせ
を二次元ヒストグラムに加算する。

そして、前記複数段階に設定された傾き（θ）の値が、
前回の境界検出処理にて求めた最大頻度の直線（Ｌｍａ
ｘ）の傾きに対して設定傾き範囲（＋θ_１）となる角度
に達するまで、前記二次元ヒストグラムを加算する処理
を繰り返した後、前記画素の座標値（ｘ，ｙ）が最大値
（ｘ＝３１，ｙ＝３１）に達するまで、その座標値を順
次更新しながら、前記微分値(IP)が設定値以上の画素を
抽出すると共に、抽出された各画素毎に、その画素を通
る直線に対応する傾き（θ）と原点からの距離（ρ）の
組み合わせのヒストグラムを加算する処理を繰り返し
て、抽出された全画素を通る複数種の直線の頻度を計数
することになる。

抽出された全画素に対する直線の頻度の計数が完了した
後は、前記二次元ヒストグラムに加算された値から、最
大頻度となる前記傾き（θ）と原点からの距離（ρ）の
組み合わせを求めることにより、最大頻度となる一つの
直線を決定し、その直線を前記境界(L)に対応する直線
として求めることになる。

つまり、この最大頻度となる傾き（θ）と原点からの距
離（ρ）との組み合わせを求める処理が、最大頻度とな
る直線を抽出する直線抽出手段（１０３）に対応するこ
とになる。

尚、前記境界(L)に対する作業車(V)のずれの算出は、求
められた最大頻度の直線を示す距離（ρ）と傾き（θ）
の値から、実際の地面に対応するＸ−Ｙ座標系に写像す
ることにより、前記境界(L)に対する作業車(V)の実際の
位置を算出することになる。

〔別実施例〕

上記実施例では、各抽出画素を通る複数本の直線を、随
時演算して求めるようにした場合を例示したが、例え
ば、各画素毎に、その画素を通る直線を、０度乃至１８
０度の範囲で予め複数段階に設定された傾き（θ）毎に
対応する距離（ρ）の値を求めて、それらの値をテーブ
ル化して記憶させておき、各抽出画素毎に、その画素の
座標値と最大頻度の直線（Ｌｍａｘ）の傾き（θｍａ
ｘ）とに基づいて、読み出す距離（ρ）の値の傾き範囲
を制限するようにしてもよく、直線演算手段（１０２）
並びにその直線演算手段（１０２）にて求める複数本の
直線の傾き範囲を制限する傾き制限手段（１０４）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(V)に
おける未処理作業地(B)と処理済作業地(C)との境界(L)
を検出する手段に適用した場合を例示したが、検出する
境界や作業地の具体的な形態、並びに、境界(L)を検出
するための各手段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図は境界検出のフローチャート、第２図は制御
構成を示すブロック図、第３図は撮像視野の側面図、第
４図は作業地の説明図、第５図は微分処理の説明図、第
６図はハフ変換の説明図、第７図(イ)，(ロ)，(ハ)は撮像
画像の説明図である。 (B)……未処理作業地、(C)……処理済作業地、(L)……
境界、(S₁)……撮像手段、（１００）……微分手段、
（１０１）……２値化手段、（１０２）……直線演算手
段、（１０３）……直線抽出手段、（１０４）……傾き
制限手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】未処理作業地(B)と処理済作業地(C)との境
   界(L)に対応する箇所を二次元方向に亘って撮像する撮
   像手段(S₁)、その撮像情報の明るさに基づいて二次元方
   向に並ぶ各画素夫々の微分値を求める微分手段（１０
   ０）、前記微分値が設定閾値よりも大なる画素を抽出す
   る２値化手段（１０１）、抽出された画素を通り、且
   つ、複数段階に設定された傾きとなる複数本の直線を、
   各抽出画素毎に求める直線演算手段（１０２）、求めら
   れた複数種の直線のうちの最大頻度となる直線を抽出す
   る直線抽出手段（１０３）の夫々を備えた撮像式の境界
   検出装置であって、現ステップにおいて前記直線演算手
   段（１０２）にて求める複数本の直線の傾き範囲を、こ
   れよりも前のステップにおいて前記直線抽出手段（１０
   ３）にて抽出された最大頻度となる直線の傾きに対して
   設定傾き範囲となるように制限する傾き制限手段（１０
   ４）が設けられている撮像式の境界検出装置。