JPS63277907A - 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、機体進行方向前方側の作業地を二次元方向に
亘って繰り返し撮像する撮像手段による撮像画像情報に
基づいて、機体横幅方向での未処理作業地と処理済作業
地との第１境界に対応する直線を求める第１境界検出手
段、及び、機体前後方向での未処理作業地と処理済作業
地との第？境界に対応する直線を求める第２境界検出手
段を備えた自動走行作業車用の境界検出装置に関する。

〔従来の技術〕 上記この種の自動走行作業車用の境界検出装置は、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
走行さ垂るために、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を利用して、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ようにし
たものである。

但し、上記境界には、機体横幅方向での未処理作業地と
処理済作業地との第１境界と、機体前後方向での未処理
作業地と処理済作業地との第２境界とがある。そして、
第１境界は、一つの作業行程において、作業車を作業行
程の長さ方向に向けて自動走行させるための走行ガイド
として用いられることになり、第２境界は、一つの作業
行程の終端部の位置を検出して、一つの作業行程におけ
る作業を終了させて、次の作業行程に向けてターンさせ
るための情報として用いられることになる。

従って、上記第１境界を検出する第１境界検出手段と、
第２境界を検出する第２境界検出手段とが設けられ、そ
れら両境界検出手段を切り換え使用することになるが、
従来では、例えば、一つの作業行程の長さを予め設定記
憶させておき、作業車の走行距離が設定記憶された距離
に接近するに伴って、第１境界検出手段から第２境界検
出手段に切り換えるようにしてあった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来構成では、第１境界検出手段と第２境界検出手
段との切り換えを、走行距離に基づいて行うようにして
あったので、予め一つの作業行程の長さを設定記憶する
必要があり、面倒であった。又、複数の作業行程があり
、しかも、各作業行程の長さが異なるような場合には、
両境界検出手段を切り換えるための記憶情報が増大する
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って、そ
の目的は、第１境界検出手段と第２境界検出手段との切
り換えを、撮像手段の撮像情報を利用して自動的に行え
るようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕　　。

本発明による自動走行作業車用の境界検出装置の特徴構
成は、前記撮像手段の撮像情報より、二次元方向に並ぶ
各量子化画素の直交する２方向夫々の微分値を求める微
分手段と、求められた両微分値より、最大明るさ変化方
向に対応する傾きを求める傾き演算手段と、求められた
傾きが機体前後方向に沿う設定範囲内の傾きとなる画素
数を計数する画素数計数手段と、計数された画素数が設
定数以下である場合には、前記第１境界検出手段を作動
させ、且つ、設定数より大である場合には、前記第２境
界検出手段を作動させるように、前記両境界検出手段を
選択作動させる選択手段とが設けられている点にあり、
その作用並びに効果は以下の通りである。

（作　用〕 第１境界は、機体横幅方向に明るさ変化がある部分にあ
り、且つ、第２境界は、機体前後方向に明るさ変化があ
る部分にあることから、二次元方向に並ぶ各量子化画素
の直交する２方向夫々の微分値を求め、その両微分値か
ら最大明るさ変化方向に対応する傾きを求めると、その
傾きは第１境界又は第２境界に交差する方向の傾きを示
すことになり、撮像画像上における境界の方向を判断で
きる。

従って、求められた傾きが、機体前後方向に沿う設定範
囲内の傾きとなる画素数を計数して、設定数以下である
か否かを判別することにより撮像された画像情報が第１
境界に対応するものであるか第２境界に対応するもので
あるかを判別することができることになり、その判別結
果から、第１境界検出手段と第２境界検出手段とを、゛
的確に選択作動させることができるのである。

〔発明の効果〕

従って、撮像情報より求めた最大明るさの変化方向の傾
きが、機体前後方向に沿う設定範囲内の傾きとなる画素
数を計数することにより、得られた画像情報が、第１境
界に対応する情報であるか第２境界に対応する情報であ
るかを、自動的に判別して、第１境界検出手段と第２境
界検出手段とを、撮像された画像情報のみを用いて、自
動的に選択作動させることができるに至った。

［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７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、機体（Ｖ）の下腹部に、芝刈り装置（３）が上下動
自在に縣架され、もって、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。

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、前記機体（Ｖ）に対して前
方側の作業地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、前記機体（Ｖ）が、機体横幅方向での未処理
作業地（Ｂ）と処理済作業地（Ｃ）との第１境界（Ｌｌ
）に対して適正状態に沿っている状態において、前記第
１境界（ＬＩ）が、撮像視野の横幅方向中央に位置する
状態となるようにしである。

前記機体（Ｖ）の構成について説明すれば、第６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Ｗ（８）の変速アーム（１０）に連動連結されてい
る。

又、前記機体（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ョ°　メー
タ（Ｒ１）、（Ｒｚ）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ョメータ（Ｒ２）
とが設けられ、それらの検出情報、前記イメージセンサ
（Ｓυ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、前記機体（Ｖ）が前記第１境界（
Ｌυに沿って自動走行するように制御するマイクロコン
ピュータ利゛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
、＜ＲＯ）はその操作位置検出用ポテンショメータ、（
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）の撮像情報を画像処
理して、前記境界（Ｌυに対応した直線を検出するため
の各種手段が、前記制御装置（１１）を利用して構成さ
れている。

前記機体（Ｖ）の自動走行について説明すれば、第８図
に示すように、処理済作業地（Ｃ）で囲まれた四角状の
未処理作業地（Ｂ）の−辺から対辺に至る部分を、一つ
の作業行程として、機体（Ｖ）が作業行程の長さ方向に
沿う前記機体横幅方向での第１境界（Ｌｌ）に沿って自
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
業行程の終端である機体前後方向での未処理作業地（Ｂ
）と処理済作業地（Ｃ）との第２境界（Ｌ２）に達する
に伴って、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ことになる。

前記制御装置（１１）の作動を述べながら説明を加える
と、第２図に示すように、走行が開始されると、後述の
境界検出処理が行われ、その検出情報に基づいて、前記
第２境界（Ｌ２）が検出されたか否かを判別する。

前記第２境界（Ｌ２）が検出された場合は、その画像上
の位置情報に基づいて二線端位置に対する機体（Ｖ）の
現在位置を算出して、その算出された位置まで前記前後
輪（１）　、　（２）をステアリングニエートラルの状
態に維持することにより、直進させた後、予め設定記憶
されたターンバクーンに基づいて、次の作業行程に向け
てターンさせることになる。

前記第２境界（Ｌ２）が検出されなかった場合は、前記
第１境界（Ｌｌ）に沿って自動走行するように、検出さ
れた第１境界（Ｌ１）に対するずれを算出して、操向制
御されることになる。

そして、例えば、予め設定された行程数を走行したか否
か二あるいは、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、前記回転数センサ（Ｓ２）の検出情
報に基づいて設定距離を走行する毎に、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、前記機体（Ｖ）を停止させて、全処理を終了
することになる。

前記第１境界（Ｌｌ）に対するずれの算出について説明
を加えれば、機体横幅方向での位置のずれと、前記第１
境界（１，１）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、機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図に示すフローチャートに基づいて、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、前記未処理作
業地（Ｂ）が処理済作業地（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。

すなわち、境界検出処理が開始されるに伴って、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
、その撮像画像情報が、予め設定された画素密度（３２
Ｘ３２画素に設定しである）・に対応して量子化される
。

次に、第３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）を含む９
画素を覆う３Ｘ３画素分のマスクを用いて、下記（ｉ）
、（ｉｉ）式に基づいて、画像上のＸ軸方向（ａ棒構幅
方向）及びＸ軸方向（８体前後方向）夫々における明る
さ変化の微分値（ＳＸ）　、　（ＳＹ）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。

５Ｘ（ｘ、ｙ）　＝　（ｃ＋２ｆ＋１）−（ａ＋２ｄ＋
ｇ）　・・・・・（ｉ　）ＳＹ（ｘ、ｙ）−、（ｇ＋２
ｈ＋１）−（ａ＋２ｂ＋ｃ）　””（ｉｉ）尚、このＸ
軸方向及びｙ軸方向夫々における明るさ変化の微分値（
ＳＸ）　、　（ＳＹ）を演算する処理が、微分手段（１
０１）に対応することになる。

そして、下記（ｉｉｉ　）式に示すように、前記各微分
値（ＳＸ）　、　（ＳＹ）の絶対値を加算することによ
り、各画素（ｘ、ｙ）の最大間るさ変化の大きさを代表
する微分値（ＪＰ）を求める。

ＪＰ（ｘ、ｙ）＝ｌｓｘｌ＋１ｓｙｌ　　　　　　　　
Ｈ＋　＋＋＋　（ｉｉｉ　）更に、下記（ｉｖ）式を用
いて、前記各微分値（ＳＸ）　、　（ＳＹ）から、前記
各画素（ｘ、ｙ）毎の最大間るさ変化方向に対応する傾
き（ＢＰ）を演算する。

Ｂｌ’（ｘ、　ｙ）　＝　ｔａｎ−’　（ＳＹ／ＳＸ）
　　−−（ｉｖ）但し、前記傾き（ＢＰ）は、Ｘ軸を基
準にして、時計回りの方向での角度変化として定義しで
ある（第４図及び第５図参照）。

尚、この傾き（ＢＰ）を求める処理が、傾き演算手段（
１０２）に対応することになる。

そして、前記傾き（ＢＰ）が前記第２境界（ｔｚ）に直
交する方向である２７０度（ｙ軸方向）に対して、設定
角度（±３０度）以内の傾き（２４０度〜３００度）と
なる画素を抽出して、その画素数を計数する（第５図参
照）。

尚、この２７０度に対して設定角度（±３０度）以内の
傾き゛となる画素数を計数する処理が、前記傾き（ＢＰ
）が機体前後方向に沿う設定範囲内の傾きとなる画素数
を計数する画素数計数手段（１０３）に対応することに
なる。

次に、計数された画素数が予め設定された設定数（１０
個に設定しである）以下であるか否かを判別することに
より、撮像された画像情報が前記第１境界（Ｌ１）と第
２境界（しっ）の何れに対応するものであるかを判別す
る。

この画像情報が前記第１境界（Ｌｌ）と第２境界（Ｌ２
）の何れに対応するものであるかを判別する処理につい
て説明を加えれば、前述の如く、機体（Ｖ）は未処理作
業地（Ｂ）と処理済作業地（Ｃ）との第１境界（Ｌ１）
に沿って各作業行程を走行するようになっていることか
ら、前記第１境界（Ｌυに対する機体（Ｖ）の向きや横
幅方向の位置がずれたとしても、大幅にずれることはな
いものであり、従って、処理対象となる画素の最大明る
さ変化方向の傾き（ＢＰ）が前記各境界（Ｌυ、（Ｌ、
２）に直交する方向に対して±３０度以内となるものの
みが処理対象となるように抽出画素を制限しても、前記
各境界（Ｊ）、（Ｌｘ）を誤検出することはないのであ
る。

又、画像情報が３２　Ｘ　３２画素に量、子化されてい
ることから、第５図に示すように、前記第２境界（Ｌｘ
）が撮像視野内に現れた場合には、前記第２境界（Ｌ２
）に直交する機体前後方向の傾き、つまり、前記２７０
度に対して設定角度（±３０度）以内の傾きとなる画素
数が、適正状態でＸ軸方向における最大画素数の半分で
ある１６個前後現れることになるのである。一方、第４
図に示すように、前記第２境界（Ｌ≧）が撮像視野内に
無い場合には、前記２７０度に対して設定角度（±３０
度）以内の傾きとなる画素数は、はとんど無い状態とな
る。

従って、前記第２境界（Ｌりに直交する方向であるｙ軸
に対して機体（Ｖ）の傾きの誤差を考慮した設定角度（
±３０度）以内の傾きとなる画素数が、前述の如＜１０
個以下であるか否かを判別することにより、撮像画像情
報が前記第１境界（Ｌ１）と前記第２境界（Ｌ２）の何
れに対応するものであるかを、自動的に判別することが
できるのである。

尚、この計数された画素数が予め設定された設定数（１
０個に設定しである）以下であるか否かを判別する処理
が、前記第１境界（Ｌ１）を検出するための第１境界検
出手段（１００Ａ）を作動させるか、前記第２境界（Ｌ
ｘ）を検出するための第２境界検出手段（１００Ｂ）を
作動させるかを選択する選択手段（１０４）に対応する
ことになる。但し、前記第１境界検出手段（１００Ａ）
と第２境界検出手段（１００Ｂ）とは、後述の如（、そ
れらの主要部が兼用されている。

一方、前記抽出された画素数が、設定数（１０・個）以
下である場合は、前記傾き（ＩＩＰ）が前記第１境界（
Ｌｌ）に直交する方向であるＸ軸に対して設定角度（±
３０度）以内の傾きとなる画素を再抽出することになる
。

次に、第１境界検出の場合には、最大明るさ方向の傾き
（ＢＰ）が設定範囲（−３０度≦θ≦３０度）で、且つ
、微分値（ＪＰ）が設定闇値以上の画素を抽出する２値
化処理を実行し、又、第１境界検出の場合には、最大明
るさ方向の傾き（ＢＰ）が設定範囲（２４０度≦θ≦３
００度）で、且つ、微分値（ＪＰ）が設定闇値以上の画
素を抽出する２値化処理を実行する。

そして、抽出された各画素毎に、その画素を通り、且つ
、前記傾き（［ｌＰ）と直交する直線を、下記（ｖ）式
に示すように、ハフ変換処理を用いて求めると共に、そ
の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、前記第１境界（Ｌｌ）又は第２境界（Ｌ２）に対応
する直線として検出する。

ρ””ｘ−ｃｏｓθ＋ｙ−ｓｉｎθ　・・・・・・（ｖ
）尚、前記傾き（ＢＰ）が、前記第１境界（Ｌｌ）又は
第２境界（Ｌｘ）に対して直交する方向に向けて設定傾
き（±３０度）以内となる画素を抽出して、２値化し、
ハフ変換処理を用いて２値化された画素毎の直線を求め
、求められた直線のうちの最大頻度のもの゛を抽出する
処理が、第１境界検出手段（１００＾）及び第２境界検
出手段（１００Ｂ）に対応することになる。そして、前
記第１境界検出手段（１００Ａ）及び第２境界検出手段
（１００Ｂ）は、抽出する画素の傾き（ＢＰ）の設定範
囲が、前記第１境界（１，）と第２境界（Ｌｘ）とで夫
々９０変異なるように抽出する画素の傾き範囲を切り換
えるようにすることで、それらを構成する主要部を兼用
できるようにしである。

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（Ｌｌ）　、
　（Ｌｘ）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（Ｖ）式にて求められた値（ρ
）と、その値となる前記傾き（ＢＰ）から代入した角度
（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、それらの稙（ρ）、（
θ）に基づいて、機体（Ｖ）に対する実際の境界（Ｌｌ
）。

（Ｌ２）の位置を算出することになる。

ところで、前記イメ゛−ジセンサ（Ｓυが機体前方側の
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れる各境界（Ｌ
ｌ）、（Ｌｘ）の画面上の位置変化は、機体（Ｖ）に対
する実際の境界（ｔ、ｔ）、　（Ｌｔ）の位置までの距
離に反比例して、遠方はど小さくなる状態となる。

従って、前記第２境界（Ｌ２）の判別、その第２境界（
Ｌよ）までの距離の算出、並びに、検出された第１境界
（Ｌｌ）に対するずれの算出の夫ｉにおいて、画面上の
検出位置に対応して、機体（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、Ｘ軸方向の微分値（ＳＸ）とｙ軸方向
の微分値（ＳＹ）とを加算した値（ＪＰ）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、第１境界（Ｌｌ）を検出する場合は、画面上横方向
に向けて明るさの変化があることを利用して、前記Ｘ軸
方向の微分値（ＳＸ）のみを用いてもよい。又、第２境
界（Ｌ２）を検出する場合は、画面上、上下方向に向け
て明るさの変化があることを利用して、前記ｙ軸方向の
微分値（ＳＹ）の壱を用いるようにしてもよい。

又、上記実施例では、２値化処理する前に、設定傾き範
囲内となる画素を抽出するようにした場合を例示したが
、２値化処理した後に、設定傾き範囲内となる画素を抽
出するようにしてもよい。

又、上記実施例では、２値化処理にて抽出された各画素
夫々の前記傾き（ＢＰ）に対応する直線を求める手段と
して、ハフ変換処理を用いた場合を例示したが、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、未耕地と既耕地の境界等、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って、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図は境界検出処理のフローチャート
、第２図は作業車の走行制御の概略を示すフローチャー
ト、第３図は微分処理の説明図、第４図及び第５図は境
界の説明図、第６図は制御構成を示すブロック図、第７
図は作業車の全体側面図、第８図は作業地の説明図であ
る。 （Ｂ）・・・・・・未処理作業地、（Ｃ）・・・・・・
処理済作業地、（Ｌ１）・・・・・・第１境界、（Ｌ２
）・・・・・・第２境界、（Ｓ１）・・・・・・撮像手
段、（ＳＸ）　、　（ＳＹ）・・・・・・微分値、（Ｂ
Ｐ）・・・・・・傾き、（１００Ａ）・・・・・・第１
境界検出手段、（１００Ｂ）・・・・・・第２境界検出
手段、（１０１）・・・・・・微分手段、（１０２）・
・・・・・傾き演算手段、（１０３）・・・・・・画素
数計数手段、（１０４）・・・・・・選択手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、機体進行方向前方側の作業地を二次元方向に亘って
   繰り返し撮像する撮像手段（Ｓ＿１）による撮像画像情
   報に基づいて、機体横幅方向での未処理作業地（Ｂ）と
   処理済作業地（Ｃ）との第１境界（Ｌ＿１）に対応する
   直線を求める第１境界検出手段（１００Ａ）、及び、機
   体前後方向での未処理作業地（Ｂ）と処理済作業地（Ｃ
   ）との第２境界（Ｌ＿２）に対応する直線を求める第２
   境界検出手段（１００Ｂ）を備えた自動走行作業車用の
   境界検出装置であって、前記撮像手段（Ｓ＿１）の撮像
   情報より、二次元方向に並ぶ各量子化画素の直交する２
   方向夫々の微分値（ＳＸ）、（ＳＹ）を求める微分手段
   （１０１）と、求められた両微分値（ＳＸ）、（ＳＹ）
   より、最大明るさ変化方向に対応する傾き（ＢＰ）を求
   める傾き演算手段（１０２）と、求められた傾き（ＢＰ
   ）が機体前後方向に沿う設定範囲内の傾きとなる画素数
   を計数する画素数計数手段（１０３）と、計数された画
   素数が設定数以下である場合には、前記第１境界検出手
   段（１００Ａ）を作動させ、且つ、設定数より大である
   場合には、前記第２境界検出手段 （１００Ｂ）を作動させるように、前記両境界検出手段
   （１００Ａ）、（１００Ｂ）を選択作動させる選択手段
   （１０４）とが設けられている自動走行作業車用の境界
   検出装置。 ２、前記第１境界検出手段（１００Ａ）は、前記微分手
   段（１０１）にて求められた微分値（ＳＸ）、（ＳＹ）
   に基づいて、明るさ変化が大なる画素を通り、且つ、前
   記傾き演算手段（１０２）にて求められた傾き（ＢＰ）
   が機体横幅方向に対して設定範囲内となる傾きに対して
   直交する方向となる複数の直線のうちの最大頻度となる
   直線を求めるように構成されている特許請求の範囲第１
   項に記載の自動走行作業車用の境界検出装置。 ３、前記第２境界検出手段（１００Ｂ）は、前記微分手
   段（１０１）にて求められた微分値（ＳＸ）、（ＳＹ）
   に基づいて、明るさ変化が大なる画素を通り、且つ、前
   記傾き演算手段（１０２）にて求められた傾き（ＢＰ）
   が機体前後方向に対して設定範囲内となる傾きに対して
   直交する方向となる複数の直線のうちの最大頻度となる
   直線を求めるように構成されている特許請求の範囲第１
   項に記載の自動走行作業車用の境界検出装置。