JPH09203663A - 自動選別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物の大きさを測定すると同時に表面の
色や凹凸、傷の有無を検出して自動的に選別することが
できる自動選別装置を提供する。 【解決手段】 自動選別装置に設けられている投光装置
から被測定物にスリット光が照射されると、スリット像
が２次元ＣＣＤセンサに結像される。このスリット像に
基づいて、２次元表面形状を算出し(106) 、被測定物の
表面に凹凸や傷があるか否かを判定する(108) 。また、
２次元表面形状に基づいて被測定物のスリット像毎に断
面積を求め(110) 、色平均値を算出する(112) 。さら
に、複数のスリット像に対して求められた断面積データ
に基づいて被測定物の体積を算出する(116) と共に、被
測定物表面全体の色平均値を算出する(118) 。こうして
算出された体積と色平均値に基づいて被測定物の選別を
行うことができる(120) 。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物にスリッ
ト光を照射して、その被測定物からの反射光を受光する
ことによって被測定物を撮像し、撮像された画像に対し
て画像処理を施すことによって自動的に選別する自動選
別装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、果実や野菜等は市場で消費者
に販売するにあたり、収穫した後の所定の工程において
商品として有効な良品と、商品として不適である不良品
とに選別する必要がある。さらに、良品として選別され
た果実等については、大きさや色、表面の凹凸、傷の有
無によって品質やコストが決定されるため、これらを等
級毎に選別する必要がある。

【０００３】これには、熟練者が果実や野菜等を一つ一
つ目視することによって選別する方法やベルトコンベア
上に載置されて搬送される果実等をＴＶカメラを用いて
撮像し、画像処理を施すことにより自動的に選別する方
法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、目視に
よって選別する方法に関しては熟練者でなければならな
いと共に、果実等を一つ一つ目視しているため選別にか
なりの時間を要する。また、人手による選別のため個人
の感や経験に負うところが多く、見誤る可能性も高いこ
とが問題としてあげられていた。

【０００５】これに対して、ＴＶカメラを用いて自動的
に選別する方法の場合は、熟練者が目視によって選別す
る方法と比較して選別に要する時間は短縮されるもの
の、ＴＶカメラに撮像された画像に対して画像処理を行
い、求められた面積から被測定物の大きさを判断する際
に正確な大きさを計測することは困難であることが問題
としてあげられている。また、被測定物を大きさによっ
て選別することは可能であるが、単純に外観のみを撮影
しているため果実や野菜等の色や表面の凹凸、傷の有無
を同時に判断することは不可能であった。

【０００６】本発明は上記事実を考慮して、被測定物の
良否を選別するにあたり、従来と同様に大きさによって
選別することができると共に、被測定物の表面の色や凹
凸、傷の有無を検出し、精度良く選別することができる
機能を有する自動選別装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【発明を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明は、被測定物の状態を自動的に
選別する自動選別装置であって、スリット光を射出する
射出手段と、スリット光が被測定物に対して一端から他
端にかけて連続移動するように被測定物とスリット光と
を相対的に移動させる移動手段と、スリット光の反射光
を受光し、スリット光を反射した被測定物上のスリット
像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像さ
れた被測定物の一端から他端までの複数のスリット像に
基づいて被測定物の表面形状を算出すると共に、それぞ
れの断面積を算出する形状算出手段と、前記撮像手段に
撮像されたスリット像の色情報に基づいて被測定物の表
面の色を算出する色算出手段と、前記形状算出手段及び
前記色算出手段によって得られた結果に基づいて被測定
物の良否を判定する判定手段と、を有している。

【０００８】請求項１に記載の発明によれば、被測定物
を等級毎に自動的に選別する自動選別装置では、例えば
移動手段によって被測定物を一定の速度で移動しながら
被測定物にスリット光を照射し、被測定物から反射する
スリット光を撮像することによって被測定物の一端から
他端までの複数のスリット像を得ることができる。この
スリット像の数はデジタル的に分割され、見掛け上は連
続したスリット像を得ることができる。ここで撮像され
たスリット像に対して所定の処理を施すことによって被
測定物を自動的に選別することができる。

【０００９】撮像されたスリット像に基づいて被測定物
の表面形状を求めることができ、さらにそれぞれの部位
での断面積を算出することができる。また、撮像された
スリット像から得られる色情報を各色成分毎に分解する
ことによって被測定物の表面全体の色平均値を算出する
ことができる。

【００１０】従って、スリット像に基づいて算出された
表面形状と色平均値によって被測定物を自動的に精度良
く選別することができる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、前記算出手段に
おいて三角測量方式に基づいて被測定物の表面形状を算
出することを特徴としている。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、撮像素子
に結像されたスリット像に基づいて被測定物の表面形状
を算出する場合に三角測量方式を用いることによって正
確な表面形状を算出することができる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、前記射出手段か
ら射出されるスリット光の射出方向が対向するように前
記射出手段を少なくとも一対設けると共に、この射出手
段と同数の撮像手段を設け、それぞれの撮像手段に撮像
されたスリット像に基づいて被測定物の体積（断面積の
和）を算出することを特徴としている。

【００１４】請求項３に記載の発明によれば、スリット
光が対向するように少なくとも一対の射出手段を設ける
と共に、この射出手段と同数の撮像手段を設けることに
よって、被測定物の両側からスリット光が照射される。
このため、スリット光の届く範囲を被測定物の周囲全体
とすることができるため、より正確な表面形状を算出す
ることができる。また、複数個の撮像素子に結像された
スリット像に基づいて被測定物の体積を算出することに
より、正確な大きさを算出することができるので被測定
物を精度良く選別することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１には、本実施の形態に係る自
動選別装置１０の概略構成図が示されている。

【００１６】なお、本実施の形態における被測定物１２
は図１に示すような果物（リンゴ）とし、この被測定物
１２がベルトコンベア１４のベルト２８上に載置されて
自動選別装置１０の空間部１６に搬送された場合に選別
を行う場合を例にとり説明する。

【００１７】図１に示されるように被測定物１２は、ベ
ルトコンベア１４に載置されており、このベルトコンベ
ア１４の搬送によって矢印Ａ方向に移動するようになっ
ている。ベルトコンベア１４は、図２に示される構成と
なっている。一対のローラ３０Ａ、３０Ｂとこのローラ
３０Ａ、３０Ｂに巻きかけられたベルト２８から構成さ
れており、ローラ３０Ａ、３０Ｂの回転中心は平行に保
持されている。一方のローラが図示しないモータによっ
て回転指示されることによって一定速度でベルト２８上
に載置されている被測定物１２が搬送されるようになっ
ている。ベルトコンベア１４は自動選別装置１０から射
出されるスリット光３２が被測定物１２の両側に照射さ
れるように自動選別装置１０の空間部１６を通過するよ
うに配置されている。

【００１８】自動選別装置１０はケーシング１８によっ
て内部の装置が保護されており、このケーシング１８内
には投光装置と受光装置が備えられたユニット２０Ａ、
２０Ｂが対向して設けられている。これによって、スリ
ット光３２の射出方向が対向するようになっている。ま
た、スリット光３２を外部へ射出するための射出窓４４
（図３参照）、及び被測定物１２に照射されたスリット
光１６の反射光が入射するための受光窓４６（図３参
照）がケーシング１８の同一面に設けられている。これ
もまた、互いに対向する面に一対ずつ設けられている。
さらに、ケーシング１８内には演算装置２２が備えられ
ている。

【００１９】また、自動選別装置１０には図示しないセ
ンサが設けられており、これによって被測定物１２がベ
ルトコンベア１４上に存在するか否かを判定するように
なっている。

【００２０】さらに、ケーシング１８の上面には自動選
別装置１０による選別の開始または停止を指示するスイ
ッチ２４と選別結果が表示される液晶ディスプレイ２６
が設けられている。

【００２１】続いて、図３を用いて本実施の形態に係る
自動選別装置１０の内部構造を説明する。

【００２２】ユニット２０Ａ、２０Ｂにはそれぞれ投光
装置及び受光装置が備えられており、２つのユニット２
０Ａ、２０Ｂは同様の構成となっている。

【００２３】投光装置は、スリット光３２を照射するた
めに必要な光源としての半導体レーザ３４、ビームを収
束させるために球面レンズで構成されたコリメータレン
ズ３６、及び収束されたビームを一方向に発散させるロ
ッドレンズ３８を有している。スリット光３２は射出窓
４４から射出され、被測定物１２に照射するようになっ
ている。

【００２４】また、受光装置には、受光レンズ４０が備
えられており、焦点位置には撮像素子である２次元ＣＣ
Ｄセンサ４２が設けられている。この２次元ＣＣＤセン
サ４２には投光装置から射出され、被測定物１２に照射
されたスリット光３２の反射光が受光窓４６から入射す
ることによって、この反射光に基づくスリット像６６が
結像されるようになっている。さらに、２次元ＣＣＤセ
ンサ４２は、結像されたスリット像６６の位置及び光強
度に応じた電気信号を演算装置２２に出力するようにな
っている。

【００２５】続いて、図４を用いて自動選別装置１０の
詳細構造を説明する。この自動選別装置１０によれば、
ユニット２０Ａ、２０Ｂ内に投光装置として設けられて
いるロッドレンズ３４から射出されたスリット光３２が
被測定物１２に照射されると、被測定物１２上には輝点
の軌跡４８（以下、これを輝線という）が生じる。被測
定物１２上に照射されたスリット光３２は、受光レンズ
４０を通過して２次元ＣＣＤセンサ４２の受光面に結像
される。これより、２次元ＣＣＤセンサ４２の受光面に
は被測定物１２の輝線の像６６（スリット像）が結像さ
れることになる。また、２次元ＣＣＤセンサ４２は、ス
リット像６６の位置や光強度に応じた電気信号を引き続
いて処理が行われる演算装置２２に出力するようになっ
ている。

【００２６】２次元ＣＣＤセンサ４２には図５に示され
るようなスリット像６６が結像される。

【００２７】被測定物１２にスリット光３２が照射され
ると、図５（Ａ）に示されるように被測定物１２には輝
線４８が生じる。この輝線４８が受光レンズ４０を通過
すると２次元ＣＣＤセンサ４２には図５（Ｂ）及び
（Ｃ）に示されるようなスリット像６６Ａ、６６Ｂが結
像される。このスリット像６６を電気信号に変換して後
の処理を行うようになっている。

【００２８】演算装置２２は、増幅回路（ＡＭＰ）５
０、アナログデジタル変換器５２（以下、Ａ／Ｄ変換器
と示す）及びマイクロコンピュータ５４（マイコン）を
備えている。増幅回路５０の入力端は２次元ＣＣＤセン
サ４２に接続されており、ここから出力された信号を所
定の増幅率で増幅して出力するようになっている。ま
た、増幅回路５０の出力端はＡ／Ｄ変換器５２の入力端
に接続されているため、増幅回路５０で出力されたデー
タは、このＡ／Ｄ変換器５２に入力されることになる。
さらに、Ａ／Ｄ変換器５２の出力端は、マイコン５４に
接続されており、ここで、被測定物１２を選別するため
の演算が行われる。マイコン５４には、ＣＰＵ５６、Ｒ
ＯＭ５８、ＲＡＭ６０及び外部の装置との入出力を行う
入出力ポート６２が備えられており、これらはすべてバ
ス６４によって接続され、データ及びコマンドのやりと
りを相互に行うことができるようになっている。さら
に、入出力ポート６２にはスリット光３２の射出、すな
わち自動選別装置１０による選別の開始または停止を指
示するためのスイッチ２４、及び選別結果を表示するた
めの液晶ディスプレイ２６も接続されている。

【００２９】また、図６に示されるようなスリット像が
２次元ＣＣＤセンサ４２に結像される場合がある。通
常、２次元ＣＣＤセンサ４２に結像されるスリット像は
図５（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように滑らかな曲線を
描いている。しかし、急激な形状変化を伴ったスリット
像が結像されることがある。これは、被測定物１２の表
面に凹凸や傷があることを示している。従って、図６
（Ａ）又は図６（Ｂ）に示されるように形状が急激に変
化しているスリット像６６が得られた場合は、被測定物
１２の表面に凹凸や傷が存在していると判断することが
できる。

【００３０】すなわち、図６に示すスリット像６６が２
次元ＣＣＤセンサ４２に結像されたことが検出された場
合には被測定物１２が不良品であると判別するようにな
っている。

【００３１】次に、本実施の形態の作用を図７のフロー
チャートに従って説明する。このフローチャートに示さ
れる各処理は、被測定物１２である果物を選別する場合
にオペレータが自動選別装置１０のケーシング１８の上
面に設けられているスイッチ２４をオンにすると開始さ
れ、オフにするまで所定時間毎に繰り返して実行される
ようになっている。

【００３２】オペレータがスイッチ２４をオンにする
と、ステップ１００において光源である投光装置からス
リット光３２が射出され、ベルトコンベア１４を駆動さ
せるための図示しないモータが回転し、被測定物１２が
自動選別装置１０の空間部１６に搬送される。被測定物
１２は、図１の矢印Ａ方向に搬送されるようになってい
る。

【００３３】続いてステップ１０２では、ベルトコンベ
ア１４のベルト２８上に被測定物１２が存在するか否か
を判定する。これは、図示しないセンサによって検出す
ることができる。

【００３４】ここで、センサによって被測定物１２が検
出された場合はステップ１０４へ移行する。

【００３５】図示しないセンサによって被測定物１２が
検出されている間は、投光装置からスリット光１６が射
出されて被測定物１２に照射され、被測定物１２上に輝
線４８が現れることになる。従って、被測定物１２で反
射されたスリット光３２は、受光レンズ４０を通過して
２次元ＣＣＤセンサ４２の受光面に被測定物１２の表面
の凹凸に応じて変化するスリット像６６が結像される。
また、この２次元ＣＣＤセンサ４２はスリット像６６の
位置や光強度に応じた電気信号が出力されるようになっ
ている。

【００３６】ステップ１０４においては２次元ＣＣＤセ
ンサ４２に結像されたスリット像６６を取り込み、ステ
ップ１０６に移行する。

【００３７】ステップ１０６では、三角測量方式を用い
て被測定物１２の２次元表面形状を算出する。三角測量
方式を用いることにより被測定物１２の２次元表面形状
を算出できることは公知であるため、詳細な説明は省略
する。

【００３８】ステップ１０８では、ステップ１０６にお
いて算出された表面形状に基づいて被測定物１２の選別
を行う。ここでは被測定物１２の表面に凹凸や傷がある
か否かを判定する。

【００３９】これは、図６に示すように２次元ＣＣＤセ
ンサ４２に結像されたスリット像６６の形状が急激に変
化している部分が存在する場合にこれを被測定物１２の
表面の凹凸又は傷であると判定するようになっている。

【００４０】このステップ１０８における選別結果は、
ステップ１１０において自動選別装置１０に備えられて
いる液晶ディスプレイ２６に表示される。

【００４１】被測定物１２の表面に凹凸や傷が存在する
と判定された場合は、これを不良品として選別する。

【００４２】一方、ステップ１０８において被測定物１
２の表面に凹凸や傷がなく、良品として選別され、その
旨がステップ１１０において液晶ディスプレイ２６に表
示された被測定物１２についてはこれらを等級毎に選別
するため、以下に述べる処理を継続して行う。

【００４３】まず、ステップ１１２ではステップ１０６
において算出された被測定物１２の２次元表面形状に基
づいて断面積を算出する。

【００４４】自動選別装置１０にはスリット光３２の射
出方向が対向するように一対の投光装置が設けられてお
り、これと同数の受光装置が設けられている。従って、
本実施の形態では、２個の２次元ＣＣＤセンサ４２が設
けられており、それぞれの２次元ＣＣＤセンサ４２に被
測定物１２のスリット像６６Ａ、６６Ｂが結像されるよ
うになっている。従って、図５（Ｄ）及び（Ｅ）に示す
ような２枚の表面形状を得ることができる。これらを加
算することによって、図５（Ｆ）に示されるように被測
定物１２のスリット光３２が照射された部分の断面積を
求めることができる。

【００４５】続いて、ステップ１１４において２次元Ｃ
ＣＤセンサ４２に結像されたスリット像６６を図８に示
すように各画素毎に分割し、分割された画素毎に色情報
を分解して色平均値を算出する。

【００４６】以下に色平均値の算出方法について説明す
る。２次元ＣＣＤセンサ４２に結像されたスリット像６
６の色情報はＣＭＹ成分で表現されている。従って、図
８に示されるようにスリット像６６が撮像されている各
画素（Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、・・・、Ｐ_n ）毎にそれぞれ、Ｃ成
分、Ｍ成分、Ｙ成分に色分解する。例えば、Ｐ₁ につい
ては以下の式のように色分解することができる。

【００４７】Ｐ₁ ＝Ｃ₁ ＋Ｍ₁ ＋Ｙ₁ これと同様にすべての画素（Ｐ₁ 〜Ｐ_n ）について色分
解し、これらの平均を算出する。

【００４８】これによって、被測定物１２のスリット光
３２が照射された部分（被測定物１２の断面）、すなわ
ち表面の一部分に関する色情報を得ることができる。

【００４９】ステップ１１６では、ステップ１０２と同
様に図示しないセンサによって被測定物１２が検出され
ているか否かを判定する。

【００５０】ここで、被測定物１２が検出されていると
判定された場合は、ステップ１０４に戻り、上述した処
理を繰り返し実行する。ベルトコンベア１４のベルト２
８上に載置されている被測定物１２にスリット光３２が
照射されている間は所定時間毎にこのフローチャートに
示されている各処理を繰り返して実行するため、１つの
被測定物１２に対する断面積データ及び色平均値データ
は複数個求められるようになっている。

【００５１】一方、センサによって被測定物１２が検出
されない場合にはステップ１１８に移行する。

【００５２】ステップ１１８では被測定物１２の３次元
的な情報（大きさ）を得るために体積を算出する。

【００５３】体積は、前述したステップ１１２の処理で
求められた複数のスリット像６６のそれぞれに対する断
面積のデータと、ベルトコンベア１４によって被測定物
１２が搬送される速度等に基づいて算出することができ
る。

【００５４】また、ステップ１２０において被測定物１
２の表面全体に対する色平均値を求める。これは、ステ
ップ１１４において算出された複数のスリット像６６の
それぞれに対する色平均値データの平均を算出すること
により、被測定物１２の表面全体に関する色平均値を算
出することができるようになっている。こうして、被測
定物１２の表面全体に対する色平均値を求めることによ
り、本実施の形態における果実等については完熟度を認
識することができる。

【００５５】続いてステップ１２２に移行し、ステップ
１１８及びステップ１２０で算出された被測定物１２の
体積（大きさ）と表面の色（完熟度）に基づいて等級毎
に選別を行う。大きさや完熟度に対する選別は、予め定
められているしきい値に基づいて行うようになってい
る。

【００５６】さらに、被測定物１２が等級毎に選別され
た結果はステップ１２４において、自動選別装置１０に
備えられている液晶ディスプレイ２６に表示されるよう
になっている。

【００５７】以上説明したように、本発明の実施の形態
に係る自動選別装置１０によって被測定物１２を選別す
る際には大きさのみに基づく選別ではなく、被測定物１
２の表面の色、凹凸、傷の有無を同時に検出して選別す
ることができる。

【００５８】なお、本実施の形態においては果実を選別
する場合を例として説明したが、これに限るものではな
い。

【００５９】また、本実施の形態において投光装置内に
光源として半導体レーザ３４を設けた場合を説明した
が、これに限定されるものではなく、この他にもヘリウ
ムネオン等のガスレーザを使用してもよい。さらに、ロ
ッドレンズ３８を利用することでスリット状の光を得る
例について説明したが、スリット状の光を得る素子とし
てシリンドリカルレンズ、シリンドリカルミラー等を用
いることもでき、回転多面鏡等のレーザービームをスキ
ャンすることによりスリット状の光を得ることもでき
る。

【００６０】なお、選別結果を出力する手段として、本
実施の形態では液晶ディスプレイ２６を用いる場合を例
にとり説明したが、液晶ディスプレイ２６に限定される
ものではなく、これ以外にもスピーカー等の音声出力装
置によって結果を音声出力する方法なども考えられる。

【００６１】また、本実施の形態に係る自動選別装置１
０では演算装置２２が自動選別装置１０と一体的に設け
られ、スリット光の射出方向が対向する一対の投光装置
とこれと同数の受光装置が備えられている構成について
説明したが、図９に示すように投光装置と受光装置が一
対となっているユニットをベルトコンベア１４の両側に
１台ずつ備え、スリット光３２の射出方向が対向するよ
うに配置し、演算装置２２を別体として構成してもよ
い。

【００６２】さらに、本実施の形態では被測定物１２と
スリット光３２とを相対的に移動させるためにベルトコ
ンベア１４を設ける構成としたが、被測定物１２を静止
させた状態でスリット光３２を射出する自動選別装置１
０を移動させる構成としてもよい。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の自動選別装
置は、スリット光の射出方向が対向するように被測定物
にスリット光を照射することによって複数のスリット像
を得ることができるため、被測定物の大きさを正確に求
めることができる。また、大きさを測定すると同時に被
測定物の表面の色、凹凸、傷の有無を検出することがで
きるので、精度良く被測定物を自動的に選別することが
できるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る自動選別装置の外観を示す
概略構成図である。

【図２】本実施の形態に係る自動選別装置に適用される
ベルトコンベアの構成を示す断面図である。

【図３】本実施の形態に係る自動選別装置の内部構造を
示す構成図である。

【図４】本実施の形態に係る自動選別装置の概略構成を
示すブロック図である。

【図５】（Ａ）は被測定物にスリット光が照射されるこ
とによって現れる輝線を示し、（Ｂ）及び（Ｃ）は２次
元ＣＣＤセンサに結像されたスリット像を示し、
（Ｄ）、（Ｅ）及び（Ｆ）は被測定物の断面形状を示し
ている。

【図６】２次元ＣＣＤセンサに結像されたスリット像を
示す線図である。（Ａ）は被測定物の表面に凹凸が存在
している場合のスリット像を示し、（Ｂ）は被測定物の
表面に傷が存在している場合のスリット像を示してい
る。

【図７】本実施の形態に係る自動選別装置における制御
ルーチンを示すフローチャートである。

【図８】２次元ＣＣＤセンサに結像されたスリット像の
画素毎の状態を示す拡大図である。

【図９】演算装置を別体とした自動選別装置の概略構成
を示す外観図である。

【符号の説明】

１０ 自動選別装置 １２ 被測定物 １４ ベルトコンベア ２２ 演算装置 ２６ 液晶ディスプレイ ４２ ２次元ＣＣＤセンサ ６６ スリット像

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の状態を自動的に選別する自動
   選別装置であって、 スリット光を射出する射出手段と、 スリット光が被測定物に対して一端から他端にかけて連
   続移動するように被測定物とスリット光とを相対的に移
   動させる移動手段と、 スリット光の反射光を受光し、スリット光を反射した被
   測定物上のスリット像を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段によって撮像された被測定物の一端から他
   端までの複数のスリット像に基づいて被測定物の表面形
   状を算出すると共に、それぞれの断面積を算出する形状
   算出手段と、 前記撮像手段に撮像されたスリット像の色情報に基づい
   て被測定物の表面の色を算出する色算出手段と、 前記形状算出手段及び前記色算出手段によって得られた
   結果に基づいて被測定物の良否を判定する判定手段と、 を有する自動選別装置。
2. 【請求項２】 前記算出手段において三角測量方式に基
   づいて被測定物の表面形状を算出することを特徴とする
   請求項１記載の自動選別装置。
3. 【請求項３】 前記射出手段から射出されるスリット光
   の射出方向が対向するように前記射出手段を少なくとも
   一対設けると共に、この射出手段と同数の撮像手段を設
   け、それぞれの撮像手段に撮像されたスリット像に基づ
   いて被測定物の体積（断面積の和）を算出することを特
   徴とする請求項１又は請求項２記載の自動選別装置。