(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被識別物体の分光放射輝度を測定するための測定器の測定ヘッドと被識別物体との間の測定距離が変化する状態において、両者を相対移動させて被識別物体の分光立体角反射率を測定することにより該物体を光学的に識別するための方法であって、
該測定ヘッドには、被識別物体で反射された異なる複数の設定波長の光のみをそれぞれ検出可能な複数の検出器と、該測定ヘッドと被識別物体との距離を検出するための距離センサと、光源とが備え付けられていると共に、演算装置には、白色面のような基準となる物体の基準測定距離における前記各設定波長に対する分光放射輝度と、該基準物体の測定距離に対する分光放射輝度の変化に関する関係式と、複数の被識別物体について基準測定距離における前記各設定波長に対する基準分光立体角反射率とがそれぞれ入力されていて、該測定ヘッドを構成する複数の検出器によりそれぞれ検出された前記各設定波長における被識別物体の分光放射輝度と、前記距離センサにより検出された測定距離と、前記関係式とに基づいて前記各設定波長における被識別物体の各分光立体角反射率をそれぞれ算出し、各算出分光立体角反射率を前記演算装置によって統計的に演算処理して、該演算装置に入力されている各被識別物体に関する各設定波長の複数の基準分光立体角反射率と比較し、その全部、又は一定数以上のものが設定許容範囲内において合致した場合においてのみ、被識別物体を、演算装置にその基準分光立体角反射率が入力されている物体であると判定することを特徴とする物体の光学的識別方法。
【請求項２】
被識別物体で反射された異なる複数の設定波長の光のみを検出可能な複数の検出器と、該測定ヘッドと被識別物体との距離を検出するための距離センサと、光源とを備えた測定ヘッドを有する測定器と、
白色面のような基準となる物体の基準測定距離における前記各設定波長に対する分光放射輝度と、被識別物体との測定距離に対する分光放射輝度の変化に関する関係式と、複数の被識別物体について基準測定距離における前記各設定波長に対する基準分光立体角反射率とが入力されていて、該測定ヘッドを構成する複数の検出器によりそれぞれ検出された前記各設定波長における分光放射輝度と、前記距離センサにより検出された測定距離と、前記関係式とに基づいて前記各設定波長における被識別物体の各分光立体角反射率を算出するための演算装置とを備え、
被識別物体と前記測定ヘッドとを相対移動させて、前記各設定波長における被識別物体の各算出分光立体角反射率を前記演算装置で統計的に演算処理して、該演算装置に入力されている各被識別物体に関する各設定波長の複数の基準分光立体角反射率と比較し、その全部、又は一定数以上のものが設定許容範囲内において合致した場合においてのみ、被識別物体を、演算装置にその基準分光立体角反射率が入力されている物体であると判定するように構成したことを特徴とする物体の光学的識別装置。
【請求項３】
測定器を構成する測定ヘッドは、光源と距離センサとが同心となって中心部に配設されて、その回りに複数の検出器が配設された構成であることを特徴とする請求項２に記載の物体の光学的識別装置。
【請求項４】
測定器を構成する測定ヘッドは、中心部に光源が配設されて、その回りに複数の検出器と距離センサとが配設された構成であることを特徴とする請求項２に記載の物体の光学的識別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、測定器の測定ヘッドと被識別物体との間の測定距離が変化する状態で両者を相対移動させながら、被識別物体の分光立体角反射率を連続的に測定して、この物体の光学的識別を行う方法、及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
種々の物体は、それ特有の分光立体角反射率を有しているので、特定の波長において被識別物体の分光立体角反射率を測定して、この測定値を既知のものと比較することにより、この物体の光学的識別が可能である。植物体においても、その種類により分光立体角反射率は異なるので、例えば、牧草地において、雑草のみを識別して、これを除草しようとする場合には、上記光学的方法による雑草の識別が可能となる。
【０００３】
従来の分光立体角反射率の測定器として、光源、分光器、受光器を備えていて、異なる波長毎に、白色面のような基準となる物体と被識別物体との各分光放射輝度を測定して、被識別物体の分光放射輝度を基準物体の分光放射輝度で除すことにより、被識別物体の分光立体角反射率を求めるものが市販・使用されている。一般に、測定器の測定ヘッドと被識別物体との距離が変化すると、分光放射輝度も変化してしまう。例えば、上記牧草地において従来の測定器を連続移動させて、牧草、雑草の分光立体角反射率を検出して雑草を識別しようとする場合には、この牧草、雑草が起伏して繁茂しているために、その測定距離が変化するので、分光放射輝度も変化し、被識別物体の正確な分光立体角反射率の測定は困難となる。また、測定面積を大きくすると、測定距離の問題は解消されるが、個々の被識別物体の分光放射輝度を正確に測定する場合には利用できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した不具合に鑑み、相対移動を行う測定器の測定ヘッドと被識別物体との間の測定距離が変化する状態においても、被識別物体の分光立体角反射率を正確に算出可能にして、この物体の光学的識別を可能にすることを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、被識別物体の分光放射輝度を測定するための測定器の測定ヘッドと被識別物体との間の測定距離が変化する状態において、両者を相対移動させて被識別物体の分光立体角反射率を測定することにより該物体を光学的に識別するための方法であって、該測定ヘッドには、被識別物体で反射された異なる複数の設定波長の光のみをそれぞれ検出可能な複数の検出器と、該測定ヘッドと被識別物体との距離を検出するための距離センサと、光源とが備え付けられていると共に、演算装置には、白色面のような基準となる物体の基準測定距離における前記各設定波長に対する分光放射輝度と、該基準物体の測定距離に対する分光放射輝度の変化に関する関係式と、複数の被識別物体について基準測定距離における前記各設定波長に対する基準分光立体角反射率とがそれぞれ入力されていて、該測定ヘッドを構成する複数の検出器によりそれぞれ検出された前記各設定波長における被識別物体の分光放射輝度と、前記距離センサにより検出された測定距離と、前記関係式とに基づいて前記各設定波長における被識別物体の各分光立体角反射率をそれぞれ算出し、各算出分光立体角反射率を前記演算装置によって統計的に演算処理して、該演算装置に入力されている前記基準分光立体角反射率と比較することを特徴としている。
【０００６】
【発明の作用】
測定器の測定ヘッドと被識別物体との間の測定距離が変化する状態で、両者が相対移動を行うが、該測定ヘッドには、被識別物体との距離を測定するための距離センサが備え付けられていると共に、演算装置には、基準物体の測定距離に対する分光放射輝度の変化に関する関係式が予め入力されていて、被識別物体の分光立体角反射率は、測定ヘッドを構成する複数の検出器によりそれぞれ検出された各設定波長における分光放射輝度と、前記距離センサにより検出された測定距離と、前記関係式とに基づいて算出されるので、測定距離の変化があっても、正確な分光立体角反射率が算出される。そして、被識別物体の各設定波長における算出分光立体角反射率を演算装置により統計的に演算処理して、該演算装置に入力されている各被識別物体に関する各設定波長の複数の基準分光立体角反射率と比較し、その全部、又は一定数以上のものが設定許容範囲内において合致した場合においてのみ、被識別物体を、演算装置にその基準分光立体角反射率が入力されている物体であると判定されるので、判定の信頼性が高まる。
【０００７】
【実施例】
以下、実施例を挙げて、本発明について更に詳細に説明する。図１は、本発明に係る物体の光学的識別方法の原理を示す図であり、図２は、複数の検出器Ｃ１  〜Ｃ６  と、超音波センサ２と、光源３との配置を示すために、測定ヘッドＢを底面から見た図である。図１及び図２において、測定器は、測定器本体Ａと測定ヘッドＢとで構成される。測定ヘッドＢは、被識別物体Ｍの分光放射輝度を検出するためのものであって、装備した干渉フィルター１の作用によって、被識別物体Ｍで反射された互いに異なる複数の各設定波長の光のみをそれぞれ検出可能な６種類の検出器Ｃ１  〜Ｃ６  と、被識別物体Ｍと該測定ヘッドＢとの間の距離（Ｈ）を検出するための超音波センサ２と、ハロゲンランプから成る光源３とを備えている。なお、実施例の検出器Ｃ１  〜Ｃ６  は、シリコンフォトダイオードによる光学素子から成る。図１に示される測定ヘッドＢでは、その中心部に円形の超音波センサ２と、同じく円形の光源３とが同心に配設されて、それらの回りに６種類の円形の検出器Ｃ１  〜Ｃ６  が配設されているが、これらの配置は、図３ないし図５に示されるように、種々考えられる。図３に示される例は、中心部に配設された円形の光源３の回りに、７種類の円形の検出器Ｃ１  〜Ｃ７  と、同じく円形の超音波センサ２とが配設されており、図４に示される例では、中心部に配設された円形の光源３の回りに、６種類の円形の検出器Ｃ１  〜Ｃ６  と、同じく円形の超音波センサ２とが配設されており、更に、図５で示される例では、中心部に配設された円形の光源３の回りに、５種類の扇形の検出器Ｃ１  〜Ｃ５  と、同じく扇形の超音波センサ２とが配設されている。
【０００８】
各検出器Ｃ１  〜Ｃ６  では、これに装備した干渉フィルター１に対応した設定波長の光のみが検出され、この複数種類の光は、ケーブル４を介して測定器本体Ａに導かれて、この測定器本体Ａ内において、各設定波長の光の分光放射輝度はアナログ量として算出され、この分光放射輝度に関するアナログ量は、Ａ／Ｄ変換器５によりディジタル信号に変換された後に、パソコンなどの演算装置Ｄに入力される。一方、超音波センサ２によって被識別物体Ｍと測定ヘッドＢとの間の距離（Ｈ）が検出され、この測定距離（Ｈ）に関するアナログ量もアンプ６により増幅された後に、Ａ／Ｄ変換器５によりディジタル信号に変換されて演算装置Ｄに入力される。
【０００９】
次に、演算装置Ｄについて説明する。この演算装置Ｄには、白色面のような基準となる物体の基準測定距離における各設定波長に対する分光放射輝度と、この基準物体の測定距離に対する分光放射輝度の変化に関する関係式が入力されている。
【００１０】
ここで、物体の分光立体角反射率の測定方法について簡単に説明する。まず、被識別物体のサンプルと、分光立体角反射率の測定の基準となる白色面のような基準物体を用意して、この基準物体に対して基準測定距離から標準光源を照射して、その時の分光放射輝度を任意の波長毎に測定する。更に、その基準測定距離から、＋（プラス）及び−（マイナス）の両方向に一定距離ずつ前記基準物体を移動させて、上記と同様にしてその距離における分光放射輝度を測定する。以上の測定を繰り返し行って、測定器の測定ヘッドと基準物体との間の測定距離と分光放射輝度との関係式を、任意の波長毎に求めておく。次に、被識別物体のサンプルに関しても、上記基準物体と同様にして、任意の波長毎に、しかもこのサンプルと測定ヘッドとの距離を上記のように変化させて、その分光放射輝度の測定を行う。基準物体、或いは被識別物体のサンプルと測定ヘッドとの距離の測定は、超音波センサにより容易に行える。そして、測定距離が同一の状態のものにおいて、被識別物体のサンプルの分光放射輝度を基準物体のそれと比較すると、その測定距離における該サンプルの分光立体角反射率が算出される。
【００１１】
図６は、赤クローバー（牧草）、エゾノギシギシ（雑草）、乾燥土壌、及び湿潤土壌に関して、波長に対する分光立体角反射率の測定波形を示す図である。植物体の分光立体角反射率は、それぞれの波長において大きさそのものは異なるが、その波形の変化はほとんど同じ形態であることがわかる。その波形の特徴として、５５０ｎｍ  付近に山、  ６７０〜６８０ｎｍ  付近に谷がそれぞれあって、  ７００〜７５０  ｎｍにかけて急激に上昇し、以後小さなうねりを示しながら下降し、１４００ｎｍと１９００ｎｍ付近において再度大きな谷が存在している。また、土壌に関しては、植物体に比較して山や谷がほとんどなくて分光立体角反射率も低く、緩やかに右上がりに上昇してゆく波形となっている。なお、含水率が高い湿潤土壌は、この傾きが一層緩やかとなる。この植物体及び土壌の分光立体角反射率の測定結果により、牧草地において、雑草を識別するには、分光立体角反射率の差が顕著となる  ７５０〜１３００ｎｍの波長範囲で行うことが望ましいことが判明する。
【００１２】
このため、上記演算装置Ｄには、各植物体及び土壌に関して、図７に示されるような７５０  〜１３００ｎｍの波長範囲内の異なる複数（図１に示される測定ヘッドＢの場合には６種類）の設定波長（Ｇ１  〜Ｇ６）における各基準分光立体角反射率がそれぞれ入力されている。なお、この基準分光立体角反射率は、前述の方法によって、サンプルとして採取した各植物体及び土壌と、測定ヘッドとの間の距離を基準測定距離に設定して、算出したものである。
【００１３】
また、本発明の光学的識別方法においては、測定器の測定ヘッドと被識別物体とが両者の間の測定距離が変化する状態においてこの両者が相対移動する。このように、測定ヘッドと被識別物体との間の測定距離が変化すると、被識別物体の分光放射輝度も変化するので、上記演算装置Ｄには、測定器の測定ヘッドと白色面のような基準物体との測定距離の変化に対する分光放射輝度の変化に関する関係式が入力されている。この関係式は、上記方法により測定距離を変化させて白色面のような基準物体の分光放射輝度を測定する際において種々のデータが得られているので、このデータを使用することにより簡単に算出される。例えば、図８に示されるように、各設定波長（Ｇ１  〜Ｇ６）において、基準測定距離（Ｈ０）の前後における分光放射輝度の変化に関する関係式〔Ｒ１  ＝Ｆ１（Ｈ）〜Ｒ６  ＝Ｆ６（Ｈ）〕を求めて、これを上記演算装置Ｄに入力しておく。
【００１４】
そして、例えば上記検出器を作業車に載せて牧草地を走行させて、雑草の識別を行って、雑草のみに除草液を噴霧する場合においては、この牧草及び雑草は、繁茂していると共に、土壌にも多少の凹凸があるために、この牧草、雑草及び土壌と測定器の測定ヘッドＢとの間の測定距離が変化するが、該測定ヘッドＢには、牧草、雑草及び土壌との距離を測定するための超音波センサ２が備え付けられていると共に、演算装置Ｄには、白色面のような基準となる物体に関して、測定距離に対する分光放射輝度の変化に関する関係式〔Ｒ１  ＝Ｆ１（Ｈ）〜Ｒ６  ＝Ｆ６（Ｈ）〕が予め入力されていて、牧草、雑草及び土壌の各設定波長（Ｇ１  〜Ｇ６）における各分光立体角反射率は、測定ヘッドＢを構成する複数の検出器Ｃ１  〜Ｃ６  によりそれぞれ検出された各設定波長における分光放射輝度と、前記超音波センサ２により検出された測定距離と、前記関係式とに基づいて算出される。そして、この被識別物体に関する算出分光立体角反射率を演算装置Ｄにより統計的に演算処理して、演算装置Ｄに入力されている各被識別物体に関する各設定波長における複数の基準分光立体角反射率と比較して、その全部、又は一定数以上のものが設定許容範囲内において合致した場合においてのみ、被識別物体を、演算装置Ｄにその基準分光立体角反射率が入力されている物体であると判定され、この結果、判定の信頼性が高められる。
【００１５】
例えば、設定波長１０００ｎｍにおけるエゾノギシギシ（雑草）の基準分光立体角反射率はほぼ４７％であるが、判定の許容範囲を４４〜５０％と設定すると、算出分光立体角反射率がこの範囲内に含まれる場合には、被識別物体をエゾノギシギシ（雑草）であると見做し、この範囲内に含まれない場合には、被識別物体は、エゾノギシギシ（雑草）以外の他の植物体或いは土壌であると見做すのである。他の設定波長においても、同様にして処理される。このようにして、複数の各設定波長（Ｇ１  〜Ｇ６）において被識別物体の算出分光立体角反射率と、演算装置に入力されている各基準分光立体角反射率を逐一比較演算した結果、４箇所以上の設定波長において両者が設定許容範囲内で合致した場合において、被識別物体を演算装置にその基準分光立体角反射率が入力されている物体であると判定する場合には、前例において、４或いは５箇所の設定波長、更には全て（６箇所）の設定波長において両反射率が合致した場合には、被識別物体はエゾノギシギシ（雑草）であると判定され、３箇所以下の設定波長において両反射率が合致した場合には、被識別物体はエゾノギシギシ（雑草）以外の植物体或いは土壌であると判定されるのである。
【００１６】
また、本発明における測定の対象となる物体は、植物体に限定されず、種々のものが考えられる。例えばコンベア上を流れる多種類の物品から特定の物品を検出する場合などには、上記した牧草地において雑草を検出する場合と異なり、測定器の測定ヘッドを固定させておいて、この特定物品の検出を行うことが可能となる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、測定器の測定ヘッドと被識別物体との間の測定距離を距離センサにより検出しているので、相対移動を行う測定器の測定ヘッドと被識別物体との間の測定距離が変化する状態においても、被識別物体の分光立体角反射率を正確に算出できて、物体の光学的識別を正確に行うことができる。また、測定ヘッドには、被識別物体で反射された異なる複数の設定波長の光のみを検出可能な複数の検出器を備えていて、各設定波長における複数の算出分光立体角反射率と、演算装置に予め入力されている各被識別物体に関する各設定波長における複数の基準分光立体角反射率とを比較演算して、その全部、又は一定数以上のものが設定許容範囲内において合致した場合においてのみ、被識別物体を、演算装置にその基準分光立体角反射率が入力されている物体であると判定する構成になっているので、判定の信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る物体の光学的識別方法の原理図である。
【図２】測定ヘッドＢの底面図である。
【図３】別の測定ヘッドＢの底面図である。
【図４】更に別の測定ヘッドＢの底面図である。
【図５】更に別の測定ヘッドＢの底面図である。
【図６】牧草、雑草、及び土壌の波長に対する分光立体角反射率を示す図である。
【図７】演算装置Ｄに入力しておくための牧草、雑草、及び土壌の特定の複数の設定波長（Ｇ１  〜Ｇ６）に対する基準分光立体角反射率を示す図である。
【図８】特定の設定波長における測定距離の変化に対する分光放射輝度の変化を示す図である。
【符号の説明】
Ａ：測定器本体
Ｂ：測定ヘッド
Ｃ１  〜Ｃ６  ：検出器
Ｄ：演算装置
Ｇ１  〜Ｇ６  ：設定波長
Ｍ：被識別物体
１：干渉フィルター
２：超音波センサ（距離センサ）
３：光源
【図１】
0003571107.tif 000002
【図２】
0003571107.tif 000003
【図３】
0003571107.tif 000004
【図４】
0003571107.tif 000005
【図５】
0003571107.tif 000006
【図６】
0003571107.tif 000007
【図７】
0003571107.tif 000008
【図８】
0003571107.tif 000009