JP5527544B2 - 容器の判別方法 - Google Patents

Description

本発明は、リサイクル処理施設等において、廃棄物中に混在するペットボトル（ＰＥＴ製容器）を判別する方法に関し、詳細には、廃棄物を撮像して得られた画像情報によってペットボトルを判別する方法に関するものである。

リサイクル処理施設等においては、飲料用容器(以下、「容器」という)のリサイクル対象物として、ペットボトル、アルミ製容器、ガラス瓶、プラスチック容器等、様々な種類の容器が回収されている。これらの容器は分別して回収されてはいるものの、該分別は完全ではなく、種類の異なる容器が混在した状態で回収されている。

このため、リサイクル処理の前処理として、容器を種類毎に選別する必要があり、該選別を効率良く行うために、従来、画像処理を用いた各容器の判別方法が考えられている。例えば、ペットボトルを判別する方法として、特許文献１には、搬送されている容器を撮影して該容器の画像情報を取得し、該画像情報から事前に登録されたペットボトルの外形及び口部の形状が抽出された場合には、前記容器をペットボトルと判別し選別することが記載されている。

特開２００１−２１９１２８号公報

しかし、前記容器には様々な形状の物が存在し、ペットボトルに非常に類似した形状の容器（例えば、アルミ製容器等）も存在し、特許文献１に記載の判別方法では、同容器をペットボトルとして誤判別してしまうという問題が生じる。

そこで本発明は、画像処理によって廃棄物中に混在しているペットボトルを確実に判別可能とする容器の判別方法を提供することを技術的課題とするものである。
ことを課題とする。

上記課題を解決するために本発明は、被判別対象の容器を撮影する撮影工程と、該撮影工程で撮影して得られた画像情報から二値化画像を作成する二値化工程と、前記二値化画像から前記容器の口部分の形状を抽出する口部分形状抽出工程と、該口部分形状抽出工程で抽出された二値化画像の少なくとも容器の口部分を含む画像部分を、容器の口部分から底面に向かう方向に対して垂直に複数の区域に区分けする区域分け工程と、前記区域毎に容器に該当する領域の横幅をそれぞれ計測する横幅計測工程と、前記区域毎に、該区域の前記横幅と該区域の一方向に隣接する区域の前記横幅との差を求め、該差をそれぞれ判別値とする判別値演算工程と、前記判別値と事前に設定した閾値とを比較する形状判断工程とからなり、該形状判断工程での比較の結果に基づいて前記容器が判別目標の容器であるか否かを判別する、という技術的手段を講じた。

また、被判別対象の容器を撮影する撮影工程と、該撮影工程で撮影して得られた画像情報から二値化画像を作成する二値化工程と、前記二値化画像から前記容器の口部分の形状を抽出する口部分形状抽出工程と、該口部分形状抽出工程で抽出された二値化画像の少なくとも容器の口部分を含む画像部分を、容器の口部分から底面に向かう方向に対して垂直に複数の区域に区分けする区域分け工程と、前記区域毎に容器に該当する領域の横幅をそれぞれ計測する横幅計測工程と、前記区域毎に、該区域の前記横幅と該区域の一方向に隣接する区域の前記横幅との比率を求め、該比率をそれぞれ判別値とする判別値演算工程と、前記判別値と事前に設定した閾値とを比較する形状判断工程とからなり、該形状判断工程での比較の結果に基づいて前記容器が判別目標の容器であるか否かを判別する、という技術的手段を講じた。

さらに、前記判別値演算工程における一方向を、各区域で同一の方向としたことを特徴とする。

ところで、本発明における容器の「口部分」とは、容器の口部（図４の符号Ｂ）とその付近を含む部分のことを示し、少なくとも容器の口部と首部（図４の符号Ａ）とを含む部分のことである。

本発明の容器の判別方法によれば、ペットボトルに特有の形状である、口部分の形状から判別値を求め、該判別値に基づいて判別を行うので、廃棄物中に混在するペットボトルを確実に判別することが可能となる。

また、容器の判別を、口部分の形状と、前記判別値との２段階で行うことになるので、一度での判別に比べ、ペットボトルの判別漏れを少なくすることができる。

さらに、容器の口部分形状の画像情報のみを利用するので、容器本体が破損又は変形していても判別に影響がないという利点がある。

本発明の方法の手順を示したフローチャートである。 本発明の方法に使用する装置の模式図である。 本発明の方法に使用する装置の模式図である。 撮影した容器がペットボトル（蓋有り）の場合の二値化画像の説明図である。 口部分があるとして抽出された画像を区分けした状態を示す図である。 撮影した容器がペットボトル（蓋無し）の場合の二値化画像の説明図である。 ペットボトル（蓋無し）の二値化画像から口部分があるとして抽出された画像である。 撮影した容器がアルミ製容器の場合の二値化画像の説明図である。

本発明を実施するための形態を図１〜図８を参照しながら説明する。図１は、本発明の判別方法の手順を示したフローチャートである。図２及び図３は、本発明の実施の形態において使用する判別装置１の模式図であって、図２は容器の搬送方向下流側から見た図、図３は図２の模式図を上から見た図をそれぞれ示す。

本実施の形態で使用される判別装置１は、容器２を搬送するコンベア３と、容器２に向けて光を照射する光源４と、容器２を撮影するために配置されるＣＣＤエリアセンサを備えるカメラ５とを備えるものである。また、前記判別装置１は、前記カメラ５に接続されるコンピュータ７と、該コンピュータ７に接続されるモニタ８を備えるものである。

本実施形態で使用する判別装置１は、コンベア３上を搬送されている容器をカメラ５により撮像し、当該撮像データ、即ちカメラ５におけるＣＣＤエリアセンサの各画素出力をコンピュータ７に入力して画像処理（二値化処理等）し、容器の種類を判別するとともに、その結果をモニタ８等に出力するものである。

前記光源４は、カメラ５で容器２を撮影するための照明であって、蛍光灯、ＬＥＤ又はハロゲンランプ等の一般的な照明手段を使用することが可能である。また、容器の外形を表す像が撮影できるのであれば、光源４を配設する位置は特に限定されない。なお、コンベア３上が、照明無しでもカメラ５での撮影が可能な程度に明るいのであれば、光源４を省略することが可能である。

前記カメラ５は、ＣＣＤエリアセンサを備えるものであるが、容器の外形を表す二値化画像を得られるものであれば、どの様な撮像手段でも用いることが可能である。

前記判別装置１よりも上流側には、コンベア３上を搬送されている容器２を整列させるための整列装置（図示しない）が設けられている。このため、判別装置１には整列された状態で容器２が搬送されてくる。

次に本実施形態の判別装置１の作用について説明する。まず、撮影工程（ステップＳ１）にて、コンベア３上を搬送されている容器２をカメラ５にて撮影し、該容器２の画像情報を取得する。

前記撮影工程で撮影して得られた画像情報を、二値化工程（ステップＳ２）にて二値化処理し、判別する容器２の二値化画像を作成する。

そして、口部分形状抽出工程（ステップＳ３）で、パターンマッチング等の画像処理手段によって、前記二値化画像から事前にペットボトルの口部分の形状として設定している形状を抽出する。図４に、前記二値化画像のうち、前記形状が抽出された画像を示す。なお、事前に設定する形状は一つに限定されるわけではなく、ペットボトルの口部分の形状として、複数の形状を設定し、これら複数の形状のいずれか一つにでも該当するのであれば抽出するようにすることが好ましい。

前記口部分形状抽出工程にて抽出する形状を容器２の全体でなく口部分に限定したのは、判別対象であるペットボトルの容器全体の大きさ及び形状が様々で一定でないことにもよるが、回収後のペットボトルにおいて、最も形状が維持されている箇所が口部分であるからである。ペットボトルの口部分の下方側（飲料が貯留される部分）は、口部分に比べて変形しやすいので、リサイクル用廃棄物として収集されたペットボトルにおいては、その形状が変形しているものが多く含まれている。このため、形状の抽出には適さず、口部分の形状のみを抽出することが好ましい。

口部分形状抽出工程にて口部分の形状が抽出されなかった場合は、その容器はペットボトルではない（非ペットボトル）と判断される。本発明においては、口部分形状抽出工程が最初（第１）の判別工程となる。

口部分形状抽出工程で口部分の形状が抽出された場合は、次工程の区域分け工程（ステップＳ４）にて、前記二値化画像の口部分を、容器の長手方向に対して垂直で、かつ帯状に複数の区域に区分けする。図５に、前記二値化画像から抽出された口部分の画像を区分けした状態を示す。図５では、容器の口部を上側とした状態で帯状にａ１〜ａ６までの６個の区域に容器の首部付近を区分けしている。該区分けを行う場合、容器の首部が含まれるようにする必要がある。なお、容器の長手方向とは、容器の口部分から底面に向かう方向又は容器の底面から口部分に向かう方向のことである。

なお、前記二値化画像の中で容器の画像と判断されている領域９で最も横幅の狭い位置を首部とすることができる。その際、首部の下方側が激しく変形して横幅が狭くなっている容器が混在していることも考慮し、口部分形状抽出工程において二値化画像から抽出された口部分のみの画像を使用することが好ましい。また、該画像を使用し、その画像の所定の位置を首部と仮定し、該位置が含まれるように前記区分けを行うようにしてもよい。ペットボトルの口部分において、首部の位置は略一定であるので、所定の位置を首部と仮定することが可能である。図５においては、前記画像の上方から距離Ｚの位置を首部と仮定して区分けを行っている。

前記区分け後、横幅計測工程（ステップＳ５）にて、前記区域毎に区域内の領域９の横幅（Ｗａ１〜Ｗａ６）をそれぞれ計測する。なお、前記横幅の方向は、図５においてＸで示す方向のことである。仮に図５に示す寸法Ｙの値が１５ｍｍであれば、区域ａ１の横幅Ｗａ１の値は１５ｍｍとなる。

各区域内の領域９の横幅（Ｗａ１〜Ｗａ６）の計測後、判別値演算工程（ステップＳ６）にて、区域毎に隣接する区域との横幅の差を求める。具体的には、図５においては、差分によって数式１又は数式２に示す差を求める。その際、各区域において常に共通の方向に隣接する区域とで横幅の差を求めるようにする。数式１では、常に下側に隣接する区域の横幅との差を求めている。なお、区域ａ６の下側に隣接する区域は存在しないので、区域ａ６とその下側に隣接する区域との横幅の差を求める必要はない。数式２では、常に上側に隣接する区域の横幅との差を求めている。なお、区域ａ１の上側に隣接する区域は存在しないので、区域ａ１とその上側に隣接する区域との横幅の差を求める必要はない。

これらの各差（幅α１〜幅α５又は幅β１〜β５）がそれぞれ判別値となる。なお、図５では、上下方向に区域が隣接しているが、二値化画像の容器の向きによっては、左右方向に区域が隣接する場合も考えられ、その場合は、右側又は左側の常にどちらか一方の方向と隣接する区域の横幅との差を求めるようにすればよい。

また、その他の演算方法として、次の数式３又は数式４に示すように、常に同一の方向に隣接する区域の横幅（Ｗａ１〜Ｗａ６）の比率を用いることもできる。なお、数式３では、常に下側に隣接する区域の横幅が分母となるように比率を求めており、数式４では、常に上側に隣接する区域の横幅が分母となるように比率を求めている。また、前記方向は上下方向に限定されるわけではなく、二値化画像の容器の向きによっては左右方向等、その他の方向となる場合が当然有り得る。

判別値の演算後、形状判断工程（ステップＳ７）にて、前記判別値と事前に設定した閾値とを比較し、該比較の結果により撮影した容器がペットボトルであるかどうかを判断する。

隣り合う区域の横幅の差により判別値（幅α１〜幅α５又は幅β１〜幅β５）を求めた場合の前記比較の方法として、例えば、前記閾値を１．４ｍｍとした場合、前記判別値で１．４ｍｍ以上となるものが含まれていればペットボトルと判断し、全ての判別値が１．４ｍｍ未満であればペットボトルではない（非ペットボトル）と判断するようにすればよい。なお、閾値は適宜最適な値を設定すればよく、好ましくは１．０ｍｍ〜１．８ｍｍ、より好ましくは１．３ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲で設定すればよい。また、前記差は、画素数等その他の単位で求めてもよい。

また、隣り合う区域の横幅の比率により判別値を求めた場合においても、適宜閾値を設定し、各判別値（比α１〜比α５又は比β１〜比β５）と閾値との大小関係により比較を行って、撮影した容器がペットボトルであるかどうかの判断をすればよい。

本発明においては、ペットボトルに特有の形状である首部の形状を用いて判別を行っている。具体的には、容器全体の外形を表した二値化画像において、上下方向（口部から底面）に連続する容器の外形ラインで最も変化が大きいのが首部分であることに着目し、その変化量に基づいて容器の判別を行うものである。

なお、リサイクル処理施設に収集されるペットボトルには、蓋をした状態のものと、蓋が取り外されたものとが混在しており、蓋が取り外されているペットボトルの二値化画像は、図６に示すような形状となる。このため、二値化画像の中で容器と判断されている領域９において符号Ｄで示す部分が、最も幅が狭い位置と認識され、この部分を首部と判断してしまう可能性がある。したがって、首部の位置は、前記二値化画像から抽出された口部分の画像の所定の位置にあるとして仮定して求めるのが好ましい。

図７は、蓋が取り外されているペットボトルの二値化画像から口部分があるとして抽出された画像を示し、区域分け工程により区分けが行われた状態を示している。図７では、区域ｂ２の横幅Ｗｂ２と区域ｂ４の横幅Ｗｂ４とが略同じ値となるが、（横幅Ｗｂ２−横幅Ｗｂ３）と、（横幅Ｗｂ３−横幅Ｗｂ４）とでは、差が異なる値（絶対値は同じ）となるので、このような場合であっても、確実に閾値による判別が可能である。

また、横幅Ｗｂ２／横幅Ｗｂ３と、横幅Ｗｂ３／横幅Ｗｂ４であっても、この二つの比率の値は異なるので、確実に閾値による判別が可能である。

なお、図７における横幅Ｗｂ５や横幅Ｗｂ６のように、一つの区域の上側と下側とで領域９の横幅が異なることがあるが、このような場合は、その区域での横幅の平均を求め、該平均値をその区域での横幅の値とすればよい。

ところで、ペットボトルと外形が類似した容器としてアルミ製容器が存在する。図８は、ペットボトルに外形が類似するアルミ製容器の口部分を含む二値化画像を示したものである。該二値化画像は、ペットボトルの二値化画像と類似しており、前記口部分形状抽出工程で、ペットボトルとして抽出されることがある。これは、本発明がリサイクル用に集められた、様々な形状のものが混在するペットボトルを扱うので、それら全てのペットボトルに対応した基準によって前記口部分形状抽出工程で抽出を行う必要があり、そのために前記基準を厳しくできない、という事情による。

しかし、本発明では、第１の判別工程となる口部分形状抽出工程の後に、第２の判別工程となる、容器の首部の形状に基づく形状判断工程を設けているので、計測した容器がペットボトルであるかどうかを確実に判別可能である。

本発明は、上記実施の形態に限らず発明の範囲を逸脱しない限りにおいてその構成を適宜変更できることはいうまでもない。

本発明の判別方法は、ペットボトルだけでなく、形状の一部分に特徴を有する物品であれば利用可能である。

１ 判別装置
２ 容器
３ コンベア
４ 光源
５ カメラ
７ コンピュータ
８ モニタ
９ 容器と判断されている領域

Claims (4)

1. 被判別対象の容器を撮影する撮影工程と、
   該撮影工程で撮影して得られた画像情報から二値化画像を作成する二値化工程と、
   前記二値化画像から前記容器の口部分の形状を抽出する口部分形状抽出工程と、
   該口部分形状抽出工程で抽出された二値化画像の少なくとも容器の口部分を含む画像部分を、容器の口部分から底面に向かう方向に対して垂直に複数の区域に区分けする区域分け工程と、
   前記区域毎に容器に該当する領域の横幅をそれぞれ計測する横幅計測工程と、
   前記区域毎に、該区域の前記横幅と、該区域の一方向に隣接する区域の前記横幅との差を求め、該差をそれぞれ判別値とする判別値演算工程と、
   前記判別値と事前に設定した閾値とを比較する形状判断工程とからなり、
   該形状判断工程での比較の結果に基づいて前記容器が判別目標の容器であるか否かを判別することを特徴とする容器の判別方法。
2. 被判別対象の容器を撮影する撮影工程と、
   該撮影工程で撮影して得られた画像情報から二値化画像を作成する二値化工程と、
   前記二値化画像から前記容器の口部分の形状を抽出する口部分形状抽出工程と、
   該口部分形状抽出工程で抽出された二値化画像の少なくとも容器の口部分を含む画像部分を、容器の口部分から底面に向かう方向に対して垂直に複数の区域に区分けする区域分け工程と、
   前記区域毎に容器に該当する領域の横幅をそれぞれ計測する横幅計測工程と、
   前記区域毎に、該区域の前記横幅と、該区域の一方向に隣接する区域の前記横幅との比率を求め、該比率をそれぞれ判別値とする判別値演算工程と、
   前記判別値と事前に設定した閾値とを比較する形状判断工程とからなり、
   該形状判断工程での比較の結果に基づいて前記容器が判別目標の容器であるか否かを判別することを特徴とする容器の判別方法。
3. 前記判別値演算工程における一方向が、各区域で同一の方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の容器の判別方法。
4. 前記判別目標の容器がペットボトルであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の容器の判別方法。
   

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