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結球野菜の結球中心の認識方法、認識装置、および収穫機

国内特許コード P190016065
整理番号 N18117
掲載日 2019年5月24日
出願番号 特願2019-055513
公開番号 特開2020-155060
出願日 平成31年3月22日(2019.3.22)
公開日 令和2年9月24日(2020.9.24)
発明者
  • 千田 有一
  • 山崎 公俊
  • 宇佐美 智之
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 結球野菜の結球中心の認識方法、認識装置、および収穫機
発明の概要 【課題】圃場において栽植されている結球野菜(特に、レタス)の結球中心について、従来と比較して全処理時間が短縮可能で且つ識別精度が向上可能な認識方法、認識装置、および認識装置を備える収穫機を提供する。
【解決手段】本発明に係る結球野菜の結球中心の認識方法は、結球野菜のRGB画像画素数を減少させたリサイズ画像を作成し(画像取得工程及び画像リサイズ工程)、次いでリサイズ画像からエッジマスク画像を作成し(エッジ工程、色相マスク工程、オープニング・クロージング工程及びエッジマスク工程)、次いでエッジマスク画像について法線投票処理を行い、法線の重なりによる二値化処理を行って中心候補領域を抽出し(法線描画工程及び中心候補抽出工程)、中心候補領域の輪郭重心を結球野菜の結球中心として認識する(中心認識工程)。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

レタス、キャベツ、白菜等の結球野菜は、わが国において広く圃場栽培されている。これら結球野菜は比較的重量があり、例えば手作業による収穫作業は腰をかがめて行うため重労働となる。したがって、収穫作業の機械化による省力化の確立が期待されている。

結球野菜の収穫作業の機械化に当たっては、圃場において栽植されている結球野菜の位置情報をリアルタイムで高精度に取得して一株ずつカットする技術が求められる。したがって、収穫機は各株の適切な位置に収穫刃が当たるように動作されなければならない。しかしながら、栽植されている株は、必ずしも直線軸上に位置しておらず、個体によっては直線軸から外れて位置している。したがって、単に収穫刃を備える収穫機を結球野菜の株列に沿って直進させた場合、収穫刃が適切な位置に当たらずに収穫できないことや不適切な位置に当たって葉を傷めてしまうおそれがある。以上のことから、栽植されている結球野菜の位置情報がリアルタイムで高精度に取得できれば、当該情報に応じて収穫機の収穫刃を各株の適切な位置に当たるように動作させることが可能になる。

ここで、非特許文献1(農業機械学会誌、農業食料工学会、平成8年7月、第58巻、第4号、p.35-43)には、圃場におけるレタスを、ビデオカメラを用いて二次元画像処理による認識を試みた例および三次元視覚センサを用いて三次元画像から認識を試みた例が記載されている。しかしながら、二次元画像による例では、実用化可能な程度に正確な位置や大きさを検出することには課題があり、三次元画像による例では、コストが高く、且つ装置が大型になり易いという課題がある。

産業上の利用分野

本発明は、結球野菜の結球中心の認識方法および認識装置、より詳しくは、圃場において栽植されているレタス、キャベツ、白菜等の結球野菜の画像を取得し、当該画像に写る結球野菜の結球中心を認識する方法および当該方法を用いた認識装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
圃場において栽植されている結球野菜のRGB画像を取得する画像取得工程と、
前記RGB画像の画素数を減少させてリサイズ画像を作成する画像リサイズ工程と、
前記リサイズ画像に対して、エッジ検出を行ってエッジ画像を作成するエッジ工程と、
前記リサイズ画像に対して、しきい値を設けた色相によるマスク処理を行って色相マスク画像を作成する色相マスク工程と、
前記色相マスク画像に対して、オープニングおよびクロージングのいずれか一方または両方の処理を行って色相マスクフィルタ画像を作成するオープニング・クロージング工程と、
前記エッジ画像に対して、前記色相マスクフィルタ画像を用いるマスク処理を行ってエッジマスク画像を作成するエッジマスク工程と、
前記エッジマスク画像における各画素について法線投票処理を行って法線画像を作成する法線描画工程と、
前記法線画像に対して、しきい値を設けた法線の重なりによる二値化処理を行って中心候補領域を抽出する中心候補抽出工程と、
前記中心候補領域の輪郭重心を前記結球野菜の結球中心として認識する中心認識工程と、を備えること
を特徴とする結球野菜の結球中心の認識方法。

【請求項2】
前記画像リサイズ工程において、前記RGB画像は、前記結球野菜の1株の結球の直径が20[ピクセル]~35[ピクセル]の範囲内でリサイズされること
を特徴とする請求項1記載の結球野菜の結球中心の認識方法。

【請求項3】
前記画像リサイズ工程の後、前記オープニング・クロージング工程の前に、前記色相マスク工程に代えて、
前記リサイズ画像に対して、しきい値を設けた深度によるマスク処理およびしきい値を設けた色相によるマスク処理を行って深度色相マスク画像を作成する深度色相マスク工程を備え、
前記オープニング・クロージング工程において、前記色相マスク画像に代えて前記深度色相マスク画像に対して、オープニングおよびクロージングのいずれか一方または両方の処理を行って色相マスクフィルタ画像を作成すること
を特徴とする請求項1または請求項2記載の結球野菜の結球中心の認識方法。

【請求項4】
前記エッジ工程において、前記リサイズ画像に対して、グレースケール化および平滑化のいずれか一方または両方の処理を行って、次いでエッジ検出を行ってエッジ画像を作成すること
を特徴とする請求項1~3いずれか一項に記載の結球野菜の結球中心の認識方法。

【請求項5】
前記中心候補抽出工程において、前記法線画像に対して、平滑化を行って、次いでしきい値を設けた法線の重なりによる二値化処理を行って中心候補領域を抽出すること
を特徴とする請求項1~4いずれか一項に記載の結球野菜の結球中心の認識方法。

【請求項6】
前記法線描画工程において、各前記法線の太さを、しきい値を設けた輝度値により決定すること
を特徴とする請求項1~5いずれか一項に記載の結球野菜の結球中心の認識方法。

【請求項7】
前記中心候補抽出工程において、前記二値化処理を、Pタイル法を用いて行うこと
を特徴とする請求項1~6いずれか一項に記載の結球野菜の結球中心の認識方法。

【請求項8】
前記中心認識工程の後、
前記中心認識工程で前記結球野菜の結球中心として認識した前記中心候補領域の輪郭重心を対象として、機械学習による識別処理を行って最終的な前記結球野菜の結球中心を決定する中心識別工程をさらに備えること
を特徴とする請求項1~7いずれか一項に記載の結球野菜の結球中心の認識方法。

【請求項9】
RGB画像が取得可能なカメラと、
画像処理装置と、
演算装置と、
前記カメラおよび前記画像処理装置、ならびに前記演算装置の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記カメラに対して、圃場において栽植されている結球野菜のRGB画像を取得させる制御を行い、且つ
前記画像処理装置に対して、前記RGB画像の画素数を減少させてリサイズ画像を作成し、
前記リサイズ画像に対して、エッジ検出を行ってエッジ画像を作成し、
前記リサイズ画像に対して、しきい値を設けた色相によるマスク処理を行って色相マスク画像を作成し、
前記色相マスク画像に対して、オープニングおよびクロージングのいずれか一方または両方の処理を行って色相マスクフィルタ画像を作成し、
前記エッジ画像に対して、前記色相マスクフィルタ画像を用いるマスク処理を行ってエッジマスク画像を作成し、
前記エッジマスク画像における各画素について法線投票処理を行って法線画像を作成し、
前記法線画像に対して、しきい値を設けた法線の重なりによる二値化処理を行って中心候補領域を抽出させる制御を行い、且つ
前記演算装置に対して、前記中心候補領域の輪郭重心を前記結球野菜の結球中心として算出させる制御を行うこと
を特徴とする結球野菜の結球中心の認識装置。

【請求項10】
動力源を備えて走行可能な車体に、
請求項9記載の結球野菜の結球中心の認識装置と、
前記結球野菜の茎を切断する収穫刃と、
前記認識装置から前記結球野菜の結球中心の認識情報を受けて、前記収穫刃を前記結球野菜の茎に沿って位置させる経路制御を行う制御部と、が設けられていること
を特徴とする結球野菜の収穫機。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2019055513thum.jpg
出願権利状態 公開
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