JP2520104B2 - 自動走行作業車用の境界検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、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、例えば、芝刈作業車や
刈取収穫機等の作業車においては、作業予定範囲の外周
を予め人為的に処理済作業地として処理し、この処理済
作業地で囲まれた内部の未処理作業地部分を、未処理作
業地と処理済作業地との境界に沿って作業を行いながら
走行し、未処理作業地の一端より他端に至る一つの行程
を走行後、次行程方向へ回向して所定範囲の作業地を作
業を行いながら自動走行させる制御が行われている。そ
して、各行程途上においては、機体横幅方向での未処理
作業地と処理済作業地の境界と、機体との位置関係に基
づいて走行を制御し、行程端部においては機体前後方向
での境界と機体との位置関係に基づいて次行程への回向
を制御している。

前記機体横幅方向での境界と前記機体前後方向での境
界とを検出するに、例えば芝が植えられた作業地におい
ては、未処理作業地では未刈り芝が有るため暗く見え、
処理済作業地では刈り取られた芝により光が反射して明
るく見えることになる等、未処理作業地と処理済作業地
とでは明るさが異なることを利用して検出することが考
えられる。例えば特開昭52-153531号公報に開示される
ように、機体横幅方向での境界を検出するために、その
境界部分を撮像する撮像手段と、機体前後方向での境界
を検出するために、その境界部分を撮像する撮像手段と
を各別に設けて、両種の境界を検出するように構成する
ことが考えられる。ちなみに、この従来例では、撮像手
段としてのカメラのスクリーンでの明るさを一対の光電
素子にて検出することにより、機体の境界に対する位置
関係を判別するようにしている。尚、境界部分を撮像す
るためのカメラとは別個に、境界から離れた地面を撮像
するカメラを設けて、基準となる明るさを求めるように
している。

又、機体横幅方向及び機体前後方向での各境界検出用
に各別に撮像手段を設けた別の従来技術が、例えば特開
昭52-152026号公報に記載され、この従来例では、撮像
手段としてのカメラに入力された境界箇所の映像を、境
界方向と交差する方向に並べた複数個の光電素子で受光
して、その明暗変化の箇所に対応する受光素子の位置に
よって境界位置を検出している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来手段では、境界部分を撮像する撮像手段とし
て、機体横幅方向及び機体前後方向夫々の境界に対応し
て各別に撮像する二個の撮像手段を設けるものであるた
め、全体構成が複雑・高価になる不利がある。又、上記
二個の撮像手段の撮像画像情報に基づいて境界検出のた
めの画像処理を行う場合に、例えば未処理作業地の一端
から他端に至る各行程の途中部分つまり行程端部よりも
手前側を機体横幅方向での境界に沿って走行していると
きに、上記両方の境界検出を行うと、機体横幅方向での
境界検出の処理時間以外に、機体前後方向での境界検出
の処理時間が必要となって、適切なステアリング操作を
行うのに必要な機体横幅方向での境界情報が迅速に得ら
れない不利がある。尚、上記行程の途中部分を走行して
いるときに、機体横幅方向での境界検出だけを行う場合
には、機体前後方向での境界検出用の撮像手段が全く使
われないという不具合が発生する。

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、装置構成の簡略化とその有効利用とを図り
ながら、機体前後方向及び機体横幅方向夫々における両
種の境界を、誤検出を抑制する状態で且つその各境界情
報の必要性に対応して適切に検出することができる自動
走行作業車用の境界検出装置を提供することにある。

〔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
は、 機体進行方向前方側の所定範囲の作業地状態を撮像す
る一つの撮像手段と、 その撮像手段の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境界、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境界を検
出する画像処理手段とが設けられ、 その画像処理手段は、 前記機体横幅方向での境界を検出する場合には、前記
撮像画像情報を明るさに基づいて機体横幅方向に対応す
る方向沿って微分処理して、その微分処理した情報に基
づいて前記機体横幅方向での境界を検出し、 前記機体前後方向での境界を検出する場合には、前記
撮像画像情報を明るさに基づいて機体前後方向に対応す
る方向に沿って微分処理して、その微分処理した情報に
基づいて前記機体前後方向での境界を検出するように構
成されると共に、 前記機体横幅方向での境界を検出する処理状態と、前
記機体前後方向での境界を検出する処理状態とに切り換
え自在に構成されている点にあり、その作用ならびに効
果は以下の通りである。

〔作用〕

すなわち、一つの撮像手段により撮像された画像情報
に基づいて、画像処理手段が、撮像画像情報を明るさに
基づいて微分処理して、この微分処理した情報に基づい
て、機体横幅方向での境界及び機体前後方向での境界を
その両境界のうちのいずれを検出する処理状態かを切り
換えながら検出する。

つまり、機体横幅方向での境界を検出する場合には、
前記撮像画像情報を機体横幅方向に対応する方向に沿っ
て微分処理して、その微分処理した情報に基づいて前記
機体横幅方向での境界を検出する。また、機体前後方向
での境界を検出する場合には、前記撮像画像情報を機体
前後方向に対応する方向に沿って微分処理して、その微
分処理した情報に基づいて機体前後方向での境界を検出
する。

機体横幅方向での境界を検出するのに、撮像画像情報
を機体横幅方向に対応する方向に沿って微分処理するこ
とについて説明を加えると、機体横幅方向に対応する方
向に沿って微分処理すると、機体前後方向での明るさの
変化に対応する情報は除去されて、機体横幅方向の明る
さの変化を示す情報が得られることになる。もちろん、
その明るさの変化の大きいところが境界に対応すること
になるのであり、画像処理手段は、微分処理された情報
つまり明るさの変化を示す情報に基づいて境界を検出す
る。

又、機体前後方向での境界を検出するのに、撮像画像
情報を機体前後方向に対応する方向に沿って微分処理す
ることについて説明を加えると、機体前後方向に対応す
る方向に沿って微分処理すると、機体横幅方向での明る
さの変化に対応する情報は除去されて、機体前後方向の
明るさの変化を示す情報が得られることになる。もちろ
ん、その明るさの変化に大きいところが境界に対応する
ことになるのであり、画像処理手段は、微分処理された
情報つまり明るさの変化を示す情報に基づいて境界を検
出する。

要するに、画像処理手段は、一つの撮像手段からの撮
像画像情報より、機体横幅方向での境界と機体前後方向
での境界とを検出するにあたって、機体横幅方向での境
界を検出する場合には、機体横幅方向に対応する方向に
沿って微分処理することにより、機体横幅方向での境界
を検出するのに不要で、且つ、誤検出を招く原因となる
虞がある。機体前後方向での明るさの変化の対応する情
報を除去した情報を得て、その情報より境界を検出する
ことになり、同様に、機体前後方向での境界を検出する
場合には、機体前後方向に対応する方向に沿って微分処
理することにより、機体前後方向での境界を検出するの
に不要で、且つ、誤検出を招く原因となる虞がある、機
体横幅方向での明るさの変化に対応する情報を除去した
情報を得て、その情報より境界を検出することになる。

さらに、例えば未処理作業地の一端より他端に至るよ
うに設定された各行程を機体横幅方向での境界に沿って
走行する場合に、その行程端部よりも手前側の行程部分
を走行しているときには、機体横幅方向での境界検出だ
けを行う処理状態に切り換えて機体横幅方向での境界情
報を迅速に得るようにし、行程端部近くに走行すると、
機体横幅方向での境界検出と共に機体前後方向での境界
検出を行う処理状態、あるいは、機体前後方向での境界
検出だけを行う処理状態に切り換えて、行程端部に達し
たことを適切に検出するようにする。

〔発明の効果〕

従って、一つの撮像手段の撮像画像情報から機体横幅
方向での境界と機体前後方向での境界とを、その両境界
のいずれを検出するかを適宜切り換えながら検出するよ
うにするから、両種の境界検出のために各別の撮像手段
を設けるに比べて装置構成の簡略化を図りながら、同時
に、一方の境界検出だけを行っているときに他方の境界
検出用の撮像手段が全く使われないという不具合も回避
して、装置の有効利用を図ることができ、しかも、撮像
画像情報を明るさに基づいて各境界の方向に夫々合わせ
微分方向に沿って微分した情報に基づいて各境界を検出
するものであるから、各境界の検出のために不要で且つ
誤検出を招く原因となる虞がある情報を除去して誤検出
を抑制する状態で両境界を検出することができ、さら
に、機体前後方向及び機体横幅方向夫々における両種の
境界を、作業地内のいずれの箇所を走行しているかの走
行状態等に対応して、各境界をその必要性に応じて適切
に検出するこができる、実用上の利点の大なる自動走行
作業車用の境界検出装置を得るに至った。

〔実施例〕

以下、本発明を自動走行作業車としての芝刈作業車に
適用した実施例を図面に基づいて説明する。

第７図および第８図に示すように、前輪（IF）および
後輪（1R）の何れをもステアリング操作可能に構成され
た機体（Ｖ）の中間部に、芝刈装置（２）を上下動自在
に懸架するとともに、機体（Ｖ）進行方向前方の所定範
囲の作業地状態を撮像する撮像手段としてのビデオカメ
ラ（３）を設け、このカメラ（３）による撮像画像情報
を、後述する画像処理手段としての境界検出装置（Ａ）
により２値化して、車体横幅方向並びに車体前後方向夫
々での未処理作業地（Ｂ）と処理済作業地（Ｃ）の境界
(L₁),(L₂)に対する機体（Ｖ）の位置関係を検出し、こ
の境界検出装置（Ａ）による前記境界(L₁),(L₂)の検出
結果に基づいて、走行制御装置（Ｈ）により機体（Ｖ）
が前記境界（L₁）に沿って自動的に走行するためのステ
アリング操作を行うように、又、一行程終了後、次行程
へ自動的に走行させるためのステアリング操作及び変速
操作を行うように構成してある。

前記カメラ（３）は、機体（Ｖ）前方上方に向かって
延設された支持フレーム（４）の先端部に、機体前方側
の所定範囲の作業地を斜め上方より下方に向かって撮像
するように設けてあり、機体（Ｖ）がその横幅方向での
境界（L₁）に沿った状態において、この境界（L₁）が前
記カメラ（３）の撮像視野の上下方向中央に位置するよ
うにしてある。

そして、機体（Ｖ）横幅方向での境界（L₁）を検出す
る場合は、前記カメラ（３）の撮像視野下端を基準とし
て、前記カメラ（３）の撮像視野の上下方向中央を縦断
する基準線（L₀）に対する検出境界（L₁）位置の偏差
（β）を機体（Ｖ）横幅方向での位置ずれ情報とし、前
記カメラ（３）の撮像視野の上下方向中央を縦断する基
準線（L₀）に対する検出境界（L₁）の傾き（α）を機体
（Ｖ）向きの偏位情報として検出する。

一方、前記機体（Ｖ）前後方向での境界（L₂）を検出
する場合は、詳しくは後述するが、撮像画像情報を90度
座標変換して記憶させるために、前記カメラ（３）の撮
像視野の上下方向中央を縦断する基準線（L₀）に対する
偏差（β）が、機体（Ｖ）と境界（L₂）との距離情報と
なり、前記前記カメラ（３）の撮像視野の上下方向中央
を縦断する基準線（L₀）に対する傾き（α）が、前記機
体（Ｖ）前後方向での境界（L₂）に対する機体（Ｖ）の
傾きとなる。尚、この機体（Ｖ）前後方向での境界
（L₂）を検出する場合には、前記検出偏差（β）の値が
直ちに行程終端部の位置情報とはならないので、前記検
出偏差（β）の値および前記カメラ（３）の機体（Ｖ）
に対する取り付け距離および撮像方向の角度に基づいて
撮像視野下端部から機体（Ｖ）までの距離を予め設定
し、この設定距離情報に基づいて境界（L₂）と機体
（Ｖ）との実際の距離を算出することとなる。

ところで、前記カメラ（３）による撮像画像は、互い
に隣接した画素間の明度差に基づいて２値化処理される
ために、局所的な明度変化の影響を除去して平均化する
必要があり、その手段として、前記カメラ（３）の前部
に撮像画像をぼかすためのソフトフォーカス用フィルタ
（８）を設けてある。そして、このフィルタ（８）のぼ
かし具合は、前記カメラ（３）の撮像視野が、機体
（Ｖ）の上方より前方下方の作業地を斜めに見下ろすよ
うになるため、機体（Ｖ）に対して前方方向に扇形に広
がるものとなり、撮像画像の機体（Ｖ）に対して遠方と
なる部分の画素密度が、機体（Ｖ）に近い部分より粗く
なるために、撮像画像が撮像視野の上方より下方に向か
うほど粗くなるように連続して変化するようにして、撮
像画像全体が一様に平均化されるようにしてある。

又、自然光によって生じる未処理芝の影等の大きな明
度変化の影響を除去するための手段として、前記カメラ
（３）の撮像に同期して発光されるストロボ装置（９）
を設けてある。

第９図に示すように、エンジン（Ｅ）からの駆動力
は、変速装置（４）を介して、前記前輪（1F）および後
輪（1R）の夫々に伝達され、変速位置検出用ポテンショ
メータ（R₃）による検出変速位置が所定の位置となるよ
うに、モータ（５）を駆動して所定の走行速度で走行す
るように構成してある。

また、前記前輪（1F）および後輪（1R）は、夫々油圧
シリンダ（6F）（6R）によりパワーステアリング操作さ
れるように構成してあり、車輪のステアリング操作に連
動するステアリング角検出用ポテンショメータ(R₁),
(R₂)による検出ステアリング角が目標ステアリング角に
一致するように、前記油圧シリンダ（6F）（6R）を作動
させる電磁バルブ（7F）（7R）を駆動するようにしてあ
る。そして、前記機体横幅方向での境界（L₁）に対する
機体（Ｖ）前後方向の傾き（α）を修正する場合は、機
体（Ｖ）向きを変化させるために、前輪（1F）と後輪
（1R）を相対的に逆方向にステアリング操作する旋回ス
テアリングを行い、前記境界（L₁）に対する機体（Ｖ）
横幅方向の偏差（β）を修正する場合は、機体（Ｖ）向
きを変えることなく平行移動させるために、前輪（1F）
と後輪（1R）が同一方向に向くようにステアリング操作
する平行ステアリングを行うようにして、機体（Ｖ）が
効率良く境界（L₁）に沿うように制御するのである。

以下、境界検出装置（Ａ）の構成およびその動作につ
いて説明する。

第１図に示すように、境界検出装置（Ａ）は、前記カ
メラ（３）により撮像された画像情報（S₀）を８ビット
の分解能で量子化してデジタル値に変換するA/D変換部
（10）、デジタル化された画像情報を、その座標（x,
y）を90度変換して構成画素数が32×32の画像情報とし
て標本化して記憶する画像メモリ（11）、この画像メモ
リ（11）に記憶された画像情報（S₂）と前記A/D変換部
（10）から出力される画像情報（S₁）（ただし、構成画
素数は32×32として処理する）の何れの画像情報を処理
するかを切り換える入力形態切り換え手段としての画像
切り換え部（12）、この切り換え器（12）より出力され
る画像信号（F₁）を、機体横幅方向（ｘ座標方向）での
明度変化に基づいて微分し、明度変化の方向性とその大
きさに対応するエッジ画像データ（F₂）に変換する微分
処理部（20）、この微分処理部（20）により微分処理さ
れたエッジ画像データ（F₂）の微分符号（正，負）に基
づいて正負一方の符号側のエッジ画像データ（F₂）と設
定閾値（Fref）とを比較することにより明度差の大きさ
に基づいて２値化し、明度変化が大きい画像部分を抽出
する２値化処理部（30）、この２値化処理部（30）で２
値化された２値化画像データ（F₃）を連続した直線とし
て近似し、画像上における境界(L₁),(L₂)を特定するハ
フ変換部（40）、このハフ変換部（40）からの情報に基
づいて検出境界(L₁),(L₂)の機体（Ｖ）に対する位置関
係を表す直線として近似された下記式（ｉ）に変換する
境界パラメータ演算部（50）、各処理部の動作を制御す
る制御部（60）、および、前記ストロボ（９）の発光お
よびカメラ（３）の撮像を制御するITVコントローラ（1
3）、前記微分処理部（20）および２値化処理部（30）
による処理画像を表示するモニタテレビ（15）の動作を
制御するCRTコントローラ（14）、の夫々より構成して
ある。

ｙ＝ax＋ｂ……（ｉ） ただし、 a:画像座標系での基準線（L₀）に対する境界(L₁),(L₂)
の傾き、 b:画像座標系での基準線（L₀）に対する境界(L₁),(L₂)
の縦方向偏差、 x:機体（Ｖ）横幅方向画素の座標値 y:機体（Ｖ）前後方向画素の座標値 である。

以下、第２図に示すフローチャートに基づいて、全体
的な動作を説明する。

すなわち、前記ぼかし用フィルタ（８）により画像全
体を平均化して撮像し、その撮像画像信号（S₀）をA/D
変換して、一画面当たり32×32画素で構成される直交座
標系（x,y）のデジタル化原画像信号（F₁）に変換す
る。

次に、行程途上の機体横幅方向での境界（L₁）を検出
するか、行程端部である機体前後方向の境界（L₂）を検
出するかをチェックし、前記行程端部の境界（L₂）を検
出する場合は、前記画像メモリ（11）のアドレス座標を
90度変換して与えることにより、画像信号（S₁）の座標
を90度変換して記憶した画像情報（S₂）を使用し、行程
途上の境界（L₁）を検出する場合は、原画像信号（S₀）
と同一座標系の画像信号（S₁）を使用して、微分処理部
（20）により画像データを微分処理して、その微分符号
の方向が正負一方のもののみを２値化処理部（30）にお
いて２値化する。

この、微分符号が正負何れの側のものを２値化するか
の選択は、以下に説明するように、機体（Ｖ）に対して
左右何れの側に未処理作業地（Ｂ）が存在するかに基づ
いて、設定されるようにしてある。すなわち、例えば、
作業方法が作業地外周部の各辺を90度方向転換しながら
左回りに内周方向へと走行する回り刈りの場合を例に説
明すると、この場合には、機体（Ｖ）は右側に処理済作
業地（Ｃ）を隣接して走行する状態となる。つまり、明
度変化は、画像上左側から右側方向に走査すると、境界
（L₁）部分において大きく暗→明の正の変化が生じるこ
ととなり、隣接する画素間の変化を微分すると、その微
分値の符号が正（＋）のものが、未処理作業地（Ｂ）側
から処理済作業地（Ｃ）側へとその明度変化を見た場合
の境界（L₁）のある方向性に対応し、負（−）のものは
ノイズと見なして除去できることとなる。

次に、この微分処理した画像データを２値化し、更に
下記式（ii）に基づいて、直交座標系（x,y）から極座
標系（ρ，θ）に変換してハフ変換し、つまり、その各
極座標（ρ，θ）において同一極座標（ρ，θ）をとる
２値化画像データの頻度を二次元ヒストグラムとしてカ
ウントしてその最大値（Dmax）を求める。

ρ＝xcosθ＋ysinθ……（ii） ただし、 ０度≦θ≦180度 x:機体（Ｖ）横幅方向画素の座標値 y:機体（Ｖ）前後方向画素の座標値 である。

そして、前記最大値（Dmax）となる度数（Ｄ）の極座
標（ρ，θ）の値から、一つの境界情報に対応する境界
パラメータである前記（ｉ）式を決定し、この（ｉ）式
の係数としての傾き（ａ）および偏差（ｂ）から、前記
走行制御装置（Ｈ）において、境界（L₁）に対する機体
（Ｖ）の実際の傾き（α）と横幅方向の偏差（β）に換
算し、これら傾き（α）および偏差（β）が夫々零とな
るように、前輪（1F）および後輪（1R）をステアリング
操作して、機体（Ｖ）が境界（L₁）に沿って自動的に走
行するように制御するのである。

ところで、機体横幅方向での境界（L₁）を検出する場
合は、カメラ（３）による撮像情報をそのまま微分処理
部（20）に入力して処理し、機体前後方向での境界
（L₂）を検出する場合は、原画像情報の上下方向（ｙ）
を左右方向（ｘ）に、左右方向（ｘ）を上下方向（ｙ）
に、夫々変換して前記画像メモリ（11）に記憶させ、元
の座標系（x,y）のままで読み出すことにより、撮像情
報の座標（x,y）を90度変換して、微分処理部（20）に
入力して処理させるので、機体（Ｖ）に対して異なる方
向の境界(L₁),(L₂)検出を、微分処理部（20）以降の各
処理部をそのままで使用できるのである。

そして、機体前後方向での境界（L₂）を検出する場合
は、前記同一極座標（ρ，θ）に一致する頻度の最大値
（Dmax）が設定閾値（Dref）以上でないと、機体（Ｖ）
は未だ行程端の境界（L₂）近傍に到達していないと判断
できるのである。一方、前記最大値（Dmax）が設定閾値
（Dref）以上である場合は、前記（ｉ）式の傾き（ａ）
と偏差（ｂ）および撮像視野下端と機体（Ｖ）前端との
距離に基づいて、機体（Ｖ）から行程端部境界（L₂）ま
での距離を求め、回向地点を正確に決定できる。

以下、各部の動作を第３図〜第６図に示す図面に基づ
いて説明する。

まず、前記制御部（60）の構成およびその動作を第３
図に示すブロック図に基づいて説明する。

制御部（60）は、クロック発生部（61a）より発生さ
れるクロック信号（CL）により、その全体の動作が同期
して行われるようにしてあり、各部の動作を制御する制
御プロセッサとしてのCPU1（62a）と数値演算用プロセ
ッサとしてのCPU2（62b）の二つのプロセッサを設け、
高速処理が可能なように構成してある。そして、各制御
信号およびデータ等の演算結果はバスバッファ（63）を
介して、各処理部と授受するようにしてある。同様に、
前記走行制御装置（Ｈ）との間でのデータ授受は、シリ
アルインターフェス用のSIOポート（64a）およびこのSI
Oポート（64a）に接続された通信用インターフェース
（64b）を介してオンラインで行われるように、又、オ
フライン用のスイッチインターフェース（64c）および
パラレルインターフェース用PIOポート（64d）を介して
オフラインで境界検出装置（Ａ）を起動させることもで
きるようにしてある。

又、前記プロセッサであるCPU1（62a）およびCPU2（6
2b）間でのデータ授受およびパスバッファ（63）を介し
てのデータ授受やその動作の制御は入出力コントローラ
（65）により行われるとともに、前記各ポート（64
a），（64d）からのデータ授受の制御も、この入出力コ
ントローラ（65）からの制御信号によりCTCコントロー
ラ（66）を介して行われるようにしてある。尚、第３図
中、（61b）はSIOポート（64a）およびCTCコントローラ
（66）の動作用クロック信号を発生するクロック信号発
生器、ROM（67）は境界検出装置（Ａ）の動作プログラ
ムが格納されているメモリ、RAM（68）は各データを一
時格納したり演算データのバッファ等として使用するメ
モリ、LUT（69）はハフ変換部（40）で使用する画像情
報を直交座標（x,y）からハフ変換用の極座標（ρ，
θ）に高速変換するための演算データ、つまり、直交座
標（x,y）を通り且つ傾きが異なる直線を表す複数の極
座標（ρ，θ）を求めるためのデータを予めテーブルと
して記憶してあるメモリである。

次に、前記微分処理部（20）の動作を、第４図に示す
ブロック図および第５図（イ），（ロ）に示す説明図に
基づいて説明する。

前記カメラ（３）からの原画像情報であるビデオ信号
（S₀）は、ビデオ増幅器（10a）およびA/D変換器（10
b）よりなるA/D変換部（10）を介して直接に、または、
90度座標変換されて前記画像メモリ（11）に記憶された
画像情報として入力形態切り換え部（12）を介して、32
×32画素、一画素当たり８ビット長で表現されるデジタ
ル画像データ（F₁）として、この微分処理部（20）に入
力される。

そして、カメラ（３）の撮像視野の左上を原点として
左から右へと順位１ラスター（一つのｙ座標に対するｘ
座標の画素32個）分の画像データ（F₁）を取り込み、３
ラスター（ｉ−2,i−1,i）分の画像データ（F₁）が入力
されると、第５図（イ），（ロ）に示すように、注目す
る画素の左側及び右側に位置する２画素並びにその左側
及び右側の各画素の上下両側に位置する４画素からなる
合計６つの画素について、左右方向（ｘ軸方向）の対応
画素間の明度差を演算してその微分値を求める処理を行
い、この微分処理を32ラスター（32画素分のｙ座標）夫
々について繰り返し行って、32×32画素の全画像情報の
明度変化とその方向性を演算する。つまり、左右方向
（ｘ軸方向）に方向性のあるマスクで微分処理し、画像
の暗→明変化のエッジを抽出するのである。

すなわち、前記制御部（60）よりバスバッファ（21）
を介して入力される制御信号等の情報に基づいてその動
作を制御される入出力コントローラ（22）からの動作制
御信号のタイミングに同期して、前記90度座標変換しな
い画像信号（S₁）または90度座標変換した画像信号
（S₂）であるデジタル化原画像データ（F₁）の１ラスタ
ー（ｉ−２）中の１画素（ｊ−２）の明度情報（D_j-2）
が第１レジスタ（REG₁）に入力される。次のステップ
で、この第１レジスタ（REG₁）の内容（D_j-2）が第２レ
ジスタ（REG₂）に転送され、同時に前記第１レジスタ
（REG₁）に次の画素（ｊ−１）の明度情報（D_j-1）が入
力される。更に次のステップで、第１レジスタ（REG₁）
の内容（D_j-1）が前記第２レジスタ（REG₂）に転送さ
れ、この第２レジスタ（REG₂）に転送された現在の画素
（ｊ）に対して２画素分前の画素（ｊ−２）の明度情報
（D_j-2）と現在の画素（ｊ）との差分を、減算器（23）
により演算するのである。

そして、その結果を、データバッファ（24a）を介し
て１ラスター（ｉ−２）分の明度差データを記憶する第
１ラスターメモリ（25a）にｘ座標方向32画素分の明度
差データを順次転送しながら、減算器（23）より出力さ
れる次のラスター（ｉ−１）とｘ座標が同一の画素（j,
i−２），（j,i−１）間のデータを第一加算器（ALU₁）
により加算して、その結果をデータバッファ（24b）を
介して第２ラスターメモリ（25b）に転送する。更に、
上記第２ラスターメモリ（25b）への明度差データの転
送と同時に、その転送データつまり現在のラスター
（ｉ）より２つ前のラスター（ｉ−２）と１つ前のラス
ター（ｉ−１）のｘ座標が同一の画素（j,i−２），
（j,i−１）間の明度差データと、第一加算器（ALU₁）
によって加算された１つ前のラスター（ｉ−１）と現在
のラスター（ｉ）のｘ座標が同一の画素（j,i−１），
（j,i）間の明度差データとを、第二加算器（ALU₂）に
より加算して第３ラスターメモリ（25c）に記憶する。

従って、各ラスターメモリ（25a），（25b），（25
c）には下記内容の明度差データが夫々格納されること
となる。

第１ラスターメモリ←Ｄ（x,i） 第２ラスターメモリ←Ｄ（x,i−１）＋Ｄ（x,i） 第３ラスターメモリ←Ｄ（x,i−２）＋Ｄ（x,i−１） ＋Ｄ（x,i−１）＋Ｄ（x,i） （ただし、ｘ＝j,j＝１〜32である。） 尚、前記第３ラスターメモリ（25c）に格納されるデ
ータは、最終演算データであること、および、１ラスタ
ー前のデータが二回加算されたものとなるので、微分符
号選択部（26）により予め設定した微分符号（正負何れ
か一方）のみのデータを選択して格納される。そして、
マルチプライヤ（27）でゲイン設定スイッチ（28）によ
り設定されたレベルのデータに変換され、１画素分のデ
ジタル化原画像データ（F₁）が入力される毎にデータバ
ッファ（24c）を介して８ビット/1画素のエッジ画像デ
ータ（F₂）に変換されて次の２値化処理部（30）に出力
される。

以上説明した処理を、各画素毎に順次連続的に繰り返
し行うことで、いわゆるパイプライン処理を行い、画像
データをリアルタイムで微分処理するように構成してあ
る。尚、第４図中、（24d）は前記エッジ画像データ（F
₂）が演算の結果、オーバーフローした場合に、８ビッ
ト長で表現できる最大値（16進表記でFF）に置換するた
めのデータバッファである。

次に、第６図に示すブロック図に基づいて、前記微分
処理部（20）により８ビット／画素のエッジ画像データ
（F₂）に変換された画像情報を２値化する２値化処理部
（30）、ハフ変換部（40）、および、境界パラメータ演
算部（50）の構成と、その動作を説明する。

すなわち、前記微分処理部（20）同様に、バスバッフ
ァ（41）を介して入力される制御部（60）からの制御信
号により全体の動作が、前記微分処理部（20）の動作と
同期して行われるように、入出力コントローラ（42）に
より、全体の動作が制御されるように構成してある。

前記、エッジ画像データ（F₂）は、データバッファ
（43a）を介して２値化処理部（30）のコンパレータ（3
1）に入力され、バッファ（32）を介して入力される設
定閾値（Fref）と比較されて明度変化が大きい部分が２
値化される。この２値画像データ（F₃）は、データバス
（BUS₃）に接続されたデータバッファ（43b）を介し
て、前記境界パラメータ演算部（50）のコンパレータ
（51）に入力されるとともに、前記度数カウンタ（44）
でカウントされた度数（Ｄ）は、データバッファ（43
d）を介して前記度数メモリ（45）の同一アドレス位置
の内容に加算されるとともに、その最大値（Dmax）を検
出することによって境界を特定する境界パラメータ演算
部（50）の最大値レジスタ（52a）に転送され、コンパ
レータ（51）により前記最大値レジスタ（52a）に格納
されている値と比較され、大きいほうの度数を新たな最
大値（Dmax）として再格納する。尚、この最大値（Dma
x）となる度数（Ｄ）の前記度数メモリ（45）のアドレ
スは、最大値アドレスレジスタ（52b）に同時に格納し
ておき、全画素（32×32）のハフ変換終了後、最大値
（Dmax）に対応する座標（ρ，θ）から前記式（ii）を
介して前記式（ｉ）の係数（a,b）を求めるようにして
いる。又、第６図中、（33b）は前記デジタル化画像デ
ータ（F₁）を記憶する画像メモリ、（33c）はエッジ画
像データ（F₂）を記憶する画像メモリであり、ビデオRA
M（34）およびCRTコントローラ（14）を介して、前記モ
ニタテレビ（15）に各処理状態の画像を表示できるよう
にしてある。

そして、求められた式（ｉ）の係数（a,b）は、前記
入出力コントローラ（42）およびバスバッファ（41）を
介して前記制御部（60）に送られ、境界(L₁),(L₂)の有
無判別やその後の処理のためのデータとされるのであ
る。

〔別実施例〕

上記実施例では、機体（Ｖ）前後方向での境界（L₂）
の検出を行うか否かに基づいて、微分処理部（20）への
入力画像情報の座標を90度変換したものと90度変換しな
いものとを、切り換えるようにしているが、一画面分の
画像情報を処理する毎に、入力画像の座標を90度変換し
て、機体（Ｖ）横幅方向での境界（L₁）検出と、機体
（Ｖ）前後方向での境界（L₂）検出とを、交互に繰り返
し行うようにしてもよい。その場合、カメラ（３）によ
る撮像画像の１フィールド毎に、交互に座標変換したも
のと変換しないものとを入力するようにすると、１フレ
ーム毎に必要な情報が同時に得られ、１画面分の撮像処
理の間に異なる方向の境界(L₁),(L₂)を検出するための
画像情報を得ることができる。

あるいは、機体（Ｖ）にその走行距離情報を検出する
手段を設け、その検出走行距離情報と一行程の走行予定
距離情報とに基づいて、行程端近傍に達しているか否か
により、機体（Ｖ）前後方向での境界（L₂）検出処理に
切り換えるようにしてもよい。

又、上記実施例では、ハフ変換処理の式（ii）におい
て、角度変化を０度≦θ≦180度の間で処理している
が、境界(L₁),(L₂)と機体（Ｖ）と位置関係から、境界
(L₁),(L₂)の方向が機体（Ｖ）進行方向から大幅に変化
することはないので、ハフ変換を行う角度範囲を、例え
ば０度〜180度より狭い範囲に限定して処理することに
より、高精度にしたり、あるいは、狭い特定範囲のみ処
理することで、処理速度を向上させたり、ノイズの影響
を効果的に除去させることができる。

又、上記実施例では、撮像画像情報を、32×32画素に
標本化したが、必要に応じて更に細かく、あるいは、粗
く標本化してもよい。

又、境界(L₁),(L₂)と機体（Ｖ）との位置関係を求め
るに、上記実施例で例示した撮像視野を上下方向に縦断
する基準線（L₀）を基準にする他、撮像視野の下端部、
上端部、および中央、あるいは画像情報の座標原点位置
等、どこを基準にしてもよい。

【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図は境界検出装置の構成を示すブロ
ック図、第２図はその全体的な動作を示すフローチャー
ト、第３図は制御部の構成を示すブロック図、第４図は
微分処理部の構成を示すブロック図、第５図（イ）、
（ロ）はその処理動作の説明図、第６図はハフ変換部の
構成を示すブロック図、第７図は芝刈作業車の概略平面
図、第８図はその側面図、第９図は芝刈作業車の制御シ
ステムの全体構成を示すブロック図である。 （３）……撮像手段、（Ａ）……画像処理手段、（Ｂ）
……未処理作業地、（Ｃ）……処理済作業地、(L₁),
(L₂)……境界。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機体進行方向前方側の所定範囲の作業地状
   態を撮像する一つの撮像手段（３）と、 その撮像手段（３）の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
   の境界（L₁）、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）との境界（L₂）を検出する
   画像処理手段（Ａ）とが設けられ、 その画像処理手段（Ａ）は、 前記機体横幅方向での境界（L₁）を検出する場合には、
   前記撮像画像情報を明るさに基づいて機体横幅方向に対
   応する方向に沿って微分処理して、その微分処理した情
   報に基づいて前記機体横幅方向での境界（L₁）を検出
   し、 前記機体前後方向での境界（L₂）を検出する場合には、
   前記撮像画像情報を明るさに基づいて機体前後方向に対
   応する方向に沿って微分処理して、その微分処理した情
   報に基づいて前記機体前後方向での境界（L₂）を検出す
   るように構成されると共に、 前記機体横幅方向での境界（L₁）を検出する処理状態
   と、前記機体前後方向での境界（L₂）を検出する処理状
   態とに切り換え自在に構成されている 自動走行作業車用の境界検出装置。