(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
農産物を搬送する搬送手段と、
この搬送手段の単位一定長さの搬送毎に同期した信号を出力する搬送同期信号出力手段と、
前記搬送手段における搬送路の途中に固定配置され、かつ搬送される農産物を１ライン分走査の繰り返しで農産物の全体画像を読取るラインセンサと、
このラインセンサによるライン画像の読取り走査を一定時間周期で行わせるラインセンサ駆動手段と、
前記ラインセンサ駆動手段により駆動された前記ラインセンサにより読取ったライン画像信号のうちから前記搬送同期信号出力手段の各同期信号の出力直後における該ライン画像信号を有効なライン画像信号として抽出する有効ライン画像信号抽出手段と、
前記有効ライン画像信号抽出手段により抽出した前記有効ライン画像信号の集合を農産物の撮像画像とするために出力する読取画像信号出力手段とを備え、
前記搬送手段の設定速度は、搬送する農産物の種類に応じて異なる複数の搬送速度に予め設定され、前記ラインセンサ駆動手段によるラインセンサ繰り返し駆動の周期は、前記搬送手段の搬送速度とは無関係な一定時間として設定し、且つ前記搬送手段の搬送速度として速度変動がないとの仮定の下に予め設定した最大速度と、該搬送手段上の農産物を所定の間隔でライン撮像した場合の画像分解能とから計算上求められる該ラインセンサの駆動周期に比べて短く設定したことを特徴とする農産物の画像読取装置。
【請求項２】
農産物の等階級要素を計測し、これらの計測した等階級要素に基づき個々の農産物の仕分区分を判定して、仕分する農産物の選別装置において、請求項１に記載の画像読取装置により読取った農産物の画像に基づき該農産物の外観に現れた傷，色等の等級要素を検出し、仕分区分の判定要素に該等級要素を含む判定手段で農産物の仕分区分を判定することを特徴とする農産物の選別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミカン，リンゴ，柿，トマト，梨，茄子，胡瓜などの農産物を選別仕分けして包装し出荷する農産物の選果場で用いられる装置に関し、詳しくは、農産物を最適に選別するために、コンベアで搬送されている途中で該農産物の画像情報を取り込む農産物の画像読取装置及びこれを用いた選別装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
農産物を選別するのに利用されている種々の選別要素のうち、農産物の大きさ等の階級要素を調べるため、あるいは表面の傷や色等の等級要素を調べるために、農産物を適当な撮像手段で撮像し、画像を取り込んで画像解析することが従来から行われている。
【０００３】
農産物の画像を取り込む撮像手段として具体的には、二次元センサ（エリアセンサ）や一次元センサ（ラインセンサ）を用いた撮像装置が知られている。
【０００４】
ところで、これらの撮像装置はセンサの方式の違いにより長所と短所があり、例えば前者のエリアセンサを用いる方式の撮像装置は、コンベアで搬送中の農産物（立体）を一度の走査で全体を撮像するため、微小な画素単位素子（例えばＣＣＤ（チャージ  カップルド  デバイス））の集合として画像を撮像するため、その素子数が極めて多く装置が高価になるという問題がある。また、表面が一様でない曲面を呈する立体物である農産物の照明の仕方に原因して、得られる画像情報に部分的な誤情報（傷などを判定するのに影響する部分的な輝度の高低）が含まれることは避ける必要があり、したがって、農産物に対する照明光の照射方向などによる陰影ができないようにできるだけ一様に照明することが求められるが、このために、照明装置が複雑化，大型するという問題もあり、更に装置の型式によっては調整に手間がかかるという問題があった。例えば農産物のできるだけ広い範囲の表面を少ないカメラで撮像するのにミラー等を利用する装置では、そのミラー等と照明装置の配置が重複するために構成がより複雑になり、調整が面倒である。
【０００５】
これに対し前記後者のラインセンサを用いた方式の撮像装置は、搬送手段による農産物の搬送を副走査とすると共に、これに直角な方向をラインセンサの主走査として、この主走査方向に並べた読取素子を有していて、コンベア搬送による副走査方向の移動に連係して、一定周期で読取素子によるライン画像の読取駆動を繰り返して全体画像を撮像するようにしたものであり、エリアセンサに比べて読取り用の素子数は副走査方向のライン分割数分の１で足りるため、その個数は極めて少なく読取装置を安価に構成できる利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようにエリアセンサに比べ農産物の選別用として適していると考えられるラインセンサ方式の読取手段を備えた読取装置は、一つ一つの形状が一定でなくかつ表面の傷や色も一つ一つ異なっている農産物という自然物を計測対象とした用途用の装置として、より精度の良い仕分選別を実現するために本発明者が種々検討したところ、各農産物の画像を実際の状態ができるだけ正確に反映した電子化情報として取り込むには更に改善すべき点のあることが分かった。
【０００７】
すなわち、第１に、農産物の画像を選別搬送コンベアの搬送途中で撮像する場合、その搬送路途中の所定位置に固定設置したラインセンサを備えた撮像装置に対し、搬送コンベアの搬送により副走査が行われるが、この搬送コンベアの搬送速度（つまり副走査速度）が厳密には安定しないという問題があり、そしてこのことが農産物画像の正確な取り込みに支障となるという問題につながっている。この搬送コンベアの搬送速度が安定しない理由としては次のことが挙げられる。▲１▼：搬送コンベアは一般に数十ｍにも及ぶ長いものであり、この上に連続的に多数供給される農産物の供給状態（供給される農産物の個数）や、供給される農産物の大きさ（重量等）は一定しないのが普通であるから、搬送速度が脈動することは避け難い。▲２▼：搬送系（チェーン，ベルト）を構成する装置の公差（芯ズレ，偏心，ガタ等）やその他の搬送抵抗の変動などの影響があるのが普通であり、このことに原因した搬送速度の脈動も回避できない。▲３▼：このような搬送速度の変動をなくして搬送コンベアが常に一定速度で搬送駆動するように装置、設備を精密に調整することは、装置の製造コストの面から難しくまた農産物を取扱対象う選果場ではホコリなど避けがたいために殆ど不可能である。
【０００８】
この搬送コンベアによる農産物の搬送を画像読取りの際の副走査の速度が安定しないという問題は、農産物の選別では評価に直接影響する問題となる。例えば、ラインセンサの主走査を副走査の搬送コンベアの速さ変動に関係なく一定時間の周期で行った場合、撮像される農産物の外観は、図３に示すように、設計上の設定搬送速度に一致して農産物が搬送されている場合には正確な画像（図３の「設定速度」参照）が読み取られるのに対し、搬送速度がこの設定速度よりも速いと画像はつぶれた形状（図３の「速い」参照）で読み取られることになり、反対に搬送速度が設定速度よりも遅いとに示したように搬送方向に長い形状（図３の「遅い」参照）に読み取られる結果となる。したがって、農産物の大きさをこの画像情報から解析して仕分ける場合には、画像の歪みを含む可能性のある画像情報を用いては正確な選別ができないという不具合を招く。
【０００９】
他方、搬送コンベアの一定移動量に応じてラインセンサを駆動させる方式とすると、画像の歪みの問題は回避される。しかし、この方式は、駆動信号の周期が一定でないため図４に示すようにラインセンサの各素子の電荷蓄積時間にバラツキを招き、輝度信号の出力レベルが変動することが避けられない。この問題は、ファクシミリのような画像の階調性があまり問題とならないような用途、あるいは農産物の選別でも撮像画像によって色や傷等の等級要素を計測しない場合には大きな問題にならないが、農産物の外観に基づいてこれらの等級要素（色，傷等）を計測する場合には電荷蓄積時間が変動することによる出力レベルのバラツキによって現れる縞状の濃淡によって傷等の誤検出を招く虞れがある。
【００１０】
上記理由の第２の問題としては、一般的な選果場では、ラインセンサのアンプゲイン調整がしばしば必要になるという問題が指摘される。すなわち、農産物の選別装置は一つの選果場で複数種類の農産物の選別に利用される場合が多く、このような場合には、選別処理量や選別対象物の大きさなどによって適切な処理効率を発揮させるために搬送コンベアの搬送速度の変更が行われる。この場合に、農産物の画像情報を取り込む読取手段としてラインセンサを用いる撮像方式では、撮像手段を構成する読取素子（一般的には上記したＣＣＤ）の電荷蓄積時間が変わることになるから、精度のよい画像情報を取り込むにはセンサのアンプゲインの調整がその取扱農産物の変更の度に必要になる。しかし、このような変更調整のためには担当者の技術習得教育が必要になったり、経験的な習熟度が計測結果に影響するという問題がある。
【００１１】
本発明は、以上のような問題を解消するためになされたものであり、その目的の一つは、農産物を選別するのに読取手段としてラインセンサを用いながら、センサの主走査方向に直交する方向の副走査を行うコンベア等の搬送手段の搬送速度が変動することがあってもその影響を受けずに歪みのない農産物画像を撮像することができ、かつセンサの出力レベルも変動がなく、農産物の外観を正確に反映した画像を安定して得ることができる信頼性の高い画像読取装置を提供するところにある。
【００１２】
また本発明の別の目的は、異なる搬送速度で農産物を搬送させる場合であっても、特にアンプのゲイン調整の必要がなく、複数種類の農産物の選別に対する適応性が高くかつ操作が容易な画像読取装置を提供するところにある。
【００１３】
本発明の更に別の目的は、農産物の外観に係わる傷等の等級要素を仕分選別のために計測するのに適した読取装置を用いて、より高いレベルで農産物を選別する選別仕分装置を提供するところにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本願の各請求項に記載した農産物の画像読取装置の発明により達成される。
【００１５】
第１の発明は、請求項１に記載のように、農産物を搬送する搬送手段と、この搬送手段の単位一定長さの搬送毎に同期した信号を出力する搬送同期信号出力手段と、前記搬送手段における搬送路の途中に固定配置され、かつ搬送される農産物を１ライン分走査の繰り返しで農産物の全体画像を読取るラインセンサと、このラインセンサによるライン画像の読取り走査を一定時間周期で行わせるラインセンサ駆動手段と、前記ラインセンサ駆動手段により駆動された前記ラインセンサにより読取ったライン画像信号のうちから前記搬送同期信号出力手段の各同期信号の出力直後における該ライン画像信号を有効なライン画像信号として抽出する有効ライン画像信号抽出手段と、前記有効ライン画像信号抽出手段により抽出した前記有効ライン画像信号の集合を農産物の撮像画像とするために出力する読取画像信号出力手段とを備え、前記搬送手段の設定速度は、搬送する農産物の種類に応じて異なる複数の搬送速度に予め設定され、前記ラインセンサ駆動手段によるラインセンサ繰り返し駆動の周期は、前記搬送手段の搬送速度とは無関係な一定時間として設定し、且つ前記搬送手段の搬送速度として速度変動がないとの仮定の下に予め設定した最大速度と、該搬送手段上の農産物を所定の間隔でライン撮像した場合の画像分解能とから計算上求められる該ラインセンサの駆動周期に比べて短く設定したことを特徴とする農産物の画像読取装置とするものである。
【００１６】
上記構成において、搬送手段としては通常は無端回動するコンベア装置が使用され、例えば農産物を載せる受皿がチェーンコンベアに連結されたいわゆるバケット式のもの、受皿がチェーンコンベアに連結されていないフリートレイ式のもの、受皿を備えずに平ベルト等の上に農産物を載せて搬送する方式のものなど、農産物の外観を撮像することができるものであれば特に限定されることなく用いることができる。
【００１７】
上記搬送同期信号出力手段は、搬送コンベア等の搬送手段が単位一定長さ当たり搬送する毎に同期した信号を出力するものであり、例えば搬送コンベアの搬送駆動機構を構成しあるいはこれに連係されたエンコーダ，パルス発生円板等、適宜のものを用いることができる。「単位一定長さ」はラインセンサが主走査する１ラインの副走査方向の幅寸法に基づいて決められ、具体的には画像分解能に関係するラインセンサを構成する一画素の大きさや、情報処理を行うコンピュータの処理能力，記憶容量、装置構成のためのコスト等によりこれらを満足する範囲でできるだけ短い長さが選択されることが好ましいが、一般的には数ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下、望ましくは０．１ｍｍ以下とされるのがよい。この同期信号は、搬送手段の搬送速度とは無関係に、要するに農産物が一定長さ（寸法）だけ移動したことを示す信号として出力される。
【００１８】
上記ラインセンサは、代表的には、コンマゼロ数ｍｍ角程度の読取（撮像）素子（例えばＣＣＤ）を一列に配列したアレイとして有するＣＣＤカメラを例示することができるがこれに限定されるものではない。例えば読取素子を数列程度に渡って並べたものを除外するものではなく、要は一主走査でライン画像を取り込むように配列されたものであればよい。
【００１９】
上記ラインセンサ駆動手段は、ラインセンサの１回の主走査で読取るライン画像の読取りを搬送手段の搬送速度とは無関係な一定時間に依存して繰り返し行わせるものであり、具体的には水晶発振器等の発振器を周期信号発生器として用いて構成することができる。そして本発明の特徴の一つは、ラインセンサを搬送手段の搬送速度とは無関係に周期的に駆動させるこのラインセンサ駆動手段による駆動周期を、搬送手段の搬送速度（副走査速度）に変動がないと仮定した場合に計算により与えられる（決まる）ラインセンサの駆動周期に比べ、短く設定しているところにある。
【００２０】
このようにすることの意義は次のように説明される。すなわち、搬送手段で行われる副走査の速度に変動がなければ、搬送手段の搬送速度及び搬送方向の画像分解能に対応した計算により決まる周期（以下「計算上の周期」という）でラインセンサを駆動させることで「歪み」がなくかつ「出力レベルの変動」もない画像を適切に読み取ることができるはずである。しかし実際には、上述したように農産物の選別に用いる搬送手段ではその搬送速度に変動（脈動）が生ずることは避け難いため、読取画像の歪みや画像信号の出力レベルの変動という問題を招くことになる。そこでこのような変動があることを前提として上記「計算上の周期」よりも短い周期でラインセンサを駆動することによって、上記問題をいずれも回避できることに着目し、本発明の構成を採用したのである。なお、かかる理由から分かるように、上記「計算上の周期」よりも短い周期として設定されるラインセンサ駆動手段の駆動信号の出力周期の程度は、これを構成するコンピュータ等の装置の能力や装置コストの許す範囲においてできるだけ短いことが好ましい。本発明者が開発・研究の過程で得た結果としては、上記「計算上の周期」よりも約５〜６％周期が短い程度では大きな効果は期待できず、少なくとも１５％以上の短縮が好ましく、望ましくは３０％以上、より望ましくは５０％以上その周期を短くすることがよい。
【００２１】
上記有効ライン画像信号抽出手段は、上記ラインセンサ駆動手段の駆動周期を十分に短く設定した場合、搬送同期信号出力手段からの一つの同期信号に対応する１ライン画像信号を決めるものであり、対応するライン画像信号のうちで上記同期信号に最も近い信号が農産物の該当表面に対応する可能性がより高いから、同期信号の出力直後のライン画像信号を有効ライン画像信号として抽出するものとした。
【００２２】
この発明によれば、農産物を選別する読取手段として装置コストの安価なラインセンサを用いながら、センサの主走査方向に直交する方向の副走査を行うコンベア等の搬送手段の搬送速度が変動することがあってもその影響を受けずに歪みのない農産物画像を撮像することができ、かつセンサの出力レベルも変動がなく、農産物の外観を正確に反映した画像を安定して得ることができる信頼性の高い画像読取装置を構成できる。
【００２４】
この発明によれば、変速器等を用いて搬送速度を可変させることで複数種類の農産物の選別に共用される選別装置において、画像読取装置は調整等の操作を行うことなく同一の設定でそのまま用いることができ、しかも、設定時に決められる計算上の最大搬送速度（例えば６０ｍ／分）のラインセンサ駆動周期よりも実際のラインセンサの駆動周期が短いため、搬送速度が遅い速度（例えば４９ｍ／分＞４２ｍ／分＞３０ｍ／分）に設定される場合には実際のラインセンサの駆動周期との差は大きくなる（周期の長さは搬送速度に反比例的）ので、より一層正確度の高いライン画像信号を得ることができる。
【００２５】
第２の発明は、請求項２に記載のように、農産物の等階級要素を計測し、これらの計測した等階級要素に基づき個々の農産物の仕分区分を判定して、仕分する農産物の選別装置において、請求項１に記載の画像読取装置により読取った農産物の画像に基づき該農産物の外観に現れた傷，色等の等級要素を検出し、仕分区分の判定要素に該等級要素を含む判定手段で農産物の仕分区分を判定することを特徴とする農産物の選別装置とするものである。
【００２６】
上記の判定手段は、例えば、農産物表面の輝度を予め定めた閾値と比較して判定する方式、周囲の輝度との差で判定する方式等を用いることができる。また、判定要素としては、該画像情報に基づいて農産物の大きさ、形状等の階級要素を判定する方式などを併せて用いることができる。
【００２７】
この発明によれば、農産物表面の傷等の等級要素を精度よく計測することができて、信頼性の高い選別を行うことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
実施形態１
本例は図１，図２に示される。すなわち、図の矢印方向に移動される平ベルト型の搬送コンベア１の上に、適宜の間隔で農産物Ｐ（例えばみかん）が載せられて搬送される。そして、この搬送コンベア１の搬送路途中の上方位置にはラインセンサを備えたＣＣＤカメラ２が固定設置され、搬送される農産物Ｐを搬送コンベア１の搬送方向に直交する方向（搬送横方向）に、搬送速度とは無関係に、一定時間の周期で繰り返し主走査してライン画像を連続的に読み取るようになっている。このＣＣＤカメラ２のラインセンサ（図示せず）を駆動させる一定周期の駆動信号は、発振器１０を用いて与えられる。
【００２９】
読み取られたライン画像信号は有効ライン画像抽出回路１１に出力されて、有効ライン画像を抽出するように用いられる。
【００３０】
一方、この搬送コンベア１には、図示しない搬送駆動機構（例えば回転モータ）に連係したエンコーダを用い、一定長さのコンベア移動に同期した信号を出力するコンベア同期信号発生器３が設けられていて、この同期信号は上記有効ライン画像抽出回路１１に入力される。
【００３１】
以上のようにしてＣＣＤカメラ２及びコンベア同期信号発生器３からの信号を受けた上記有効ライン画像抽出回路１１は、後述する図２のようにして各同期信号に対応した有効ライン画像を抽出し、この有効ライン画像信号を二次元画像生成回路１２に出力し、二次元画像生成回路１２は入力された有効ライン画像信号に基づいて該当する農産物の二次元画像を生成する。
【００３２】
そして得られた農産物の二次元画像データは、演算処理回路１３に送られ、所定の画像処理を行った後、仕分区分判定回路（図示せず）で該当する農産物の仕分区分を決定し、その仕分区分に応じて、例えば搬送コンベア１に沿ってその下流側の位置で多数配置されている仕分区分別の農産物排出装置１４に送られ、仕分けが行われる。なお、仕分区分の判定は既知の種々の方法などを用いることができ、例えば予め定めた閾値を基準として二次元画像データの各画素を２値化することで農産物の輪郭を検出し、その形状や大きさなどを計測して仕分判定の情報とすることもできるし、また二次元画像データの各画素をその輝度により階調性処理し、この結果に基づいて農産物表面の傷等を判定するように用いることもできる。
【００３３】
次に上記した有効ライン画像の抽出につき図２により説明すると、本例においてはＣＣＤカメラ２は搬送コンベア１の搬送速度とは無関係に、発振器１０からの出力される一定時間周期の駆動信号（図２（ａ）参照）により駆動され、これによって、常に一定の電荷蓄積時間で各画素に蓄積された信号（輝度を示す信号）によるライン画像信号（図２（ｂ）参照）が読み取られ、このライン画像信号が有効ライン画像信号抽出回路１１に送られる。
【００３４】
一方この有効ライン画像信号抽出回路１１には、上記のように、コンベア同期信号発生器３からコンベア同期信号（図２（ｃ）参照）が入力されており、この同期信号は搬送コンベア１が一定長移動したことに対応しているが、その信号の周期は必ずしも一定しておらず、むしろ農産物の搬送コンベア１では変動することが避けられない。
【００３５】
そこで本例では、搬送コンベア１の搬送速度として予め設定した基準の設定速度と、農産物を例えば０．５ｍｍ間隔でライン撮像した場合の画像分解能とから、計算上求めることができるＣＣＤカメラ（ラインセンサ）の駆動周期（計算上の周期）に対し、上記したＣＣＤカメラ２の実際の駆動信号の周期をより短く設定している。以上のことを別に言えば、例えば、計算上の周期が搬送コンベアの速度が６０ｍ／分で画像分解能が１ライン０．５ｍｍである場合に、搬送速度に関係なく、ラインセンサを７０ｍ／分の搬送速度に相当する一定周期で実際に駆動させる方法として説明される。
【００３６】
このようにして、常に一定の時間周期で読み取られたライン画像信号は、搬送コンベアの例えば０．５ｍｍの移動毎に出力されるコンベア同期信号よりも短い周期で得られることになり、したがって、有効ライン画像信号抽出回路１１においてコンベア同期信号の入力毎にその直後のライン画像信号を有効な信号として抽出することができる。図２の（ｃ）から（ｂ）への矢印はこの同期信号入力毎直後のライン画像信号を抽出する状態を示し、図２（ｄ）は抽出された有効ライン画像信号を示している。
【００３７】
以上によって、画像の歪みがなくかつ縞状の輝度のバラツキもない農産物の外観を十分正確に反映した二次元画像を得ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、農産物を選別する読取手段として装置コストの安価なラインセンサを用いながら、センサの主走査方向に直交する方向の副走査を行うコンベア等の搬送手段の搬送速度が変動することがあってもその影響を受けずに歪みのない農産物画像を撮像することができ、また、センサ出力のレベル変動がなく、農産物の外観を正確に反映した画像を安定して得ることができ、これらによって信頼性の高い画像読取装置を構成できるという効果が奏される。
【００４０】
そして、請求項１に係る発明によれば、選別装置が複数種類の農産物の選別仕分に共用される場合に、画像読取装置は調整等の操作を行うことなく同一の設定のままでそのまま用いることができ、しかも、計算上の最大搬送速度のラインセンサ駆動周期よりも短く実際のラインセンサ駆動の周期を設定するので、実用上の搬送速度が遅く設定される場合には、ラインセンサ駆動の周期との差はより大きくなって、より一層正確度の高いライン画像信号を得ることができる。
【００４１】
請求項２に係る発明によれば、農産物の外観を正確に反映した画像データを得ることができるので、表面の傷等を判定要素に含む農産物の選別装置を好適に構成することができるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の装置概要を示した図。
【図２】図１の各部で得られる信号の波形の関係を示した図。
【図３】従来の搬送速度の変動により撮像画像が歪む場合の状態を説明する図。
【図４】従来のラインセンサの駆動を搬送コンベアの移動に依存させた場合に、得られる信号の輝度にバラツキが生ずる状態を説明する。
１・・・搬送コンベア
２・・・ＣＣＤカメラ（ラインセンサ）
３・・・コンベア同期信号発生器
１０・・・発振器
１１・・・有効ライン画像抽出回路
１２・・・二次元画像生成回路
１３・・・演算処理回路
１４・・・排出装置
Ｐ・・・農産物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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