(57)【要約】【課題】ラッキョウなど野菜の加工では、食用にする部分としない部分を切り離す切断作業は女性高齢者に頼っていて、切断する位置の判定は作業者に任されている。このため熟練者と非熟練者とでは作業能率や加工品質に差が生じるという問題があった。【解決手段】本発明は、カメラで撮影したラッキョウなど野菜の実体画像をポリゴン図形に変換し、野菜の形状的特徴を顕著にして切断位置を判定する画像処理技術を使って、野菜を装置内に手でセットするとターンテーブルが一回転する間に、計測（画像処理）、切断、排出、洗浄の一連の工程を実行する自動化装置を提供するものである。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラで撮った物体の画像を２値化処理して対象の輪郭を明らかにし、この輪郭の上に複数の走査線を引いて輪郭と走査線の交点を求め、これら交点における接線又は交点をつなぎ合わせて物体の輪郭をポリゴン形状に変換することを特徴とする画像処理方法。
【請求項２】
請求項１の画像処理方法を用いて野菜の形状を認識し、その形状の特徴から適正な切断位置を判定し、その適正位置で切断することを特徴とする野菜自動切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術の分野】
【０００１】  本発明は、カメラで撮影した野菜の実体画像をポリゴン図形に変換する画像処理技術とこの画像処理技術を利用して野菜を適切な形状に切断するための自動切断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  一般的に野菜の切断加工は、その多くが人手による作業に依存しており、一部に機械で加工切断処理がされている。【０００３】  従来の機械は切断作業の労力を軽減することが目的であるため、刃物が回転したり直線的に滑るなどの簡単な機構だけが付いた構成であった。【０００４】  このような機械を使って野菜を所望の位置で切断するには、作業者が目視により全体の形状から切断する位置を判断し、その位置に刃物がくるように調整していた。
【特許文献１】  特開２０００−３０８４７９号
【特許文献２】  特開２００３−１２６７８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  ラッキョウやにんにく、にんじんなどの野菜は１個づつ大きさや形状が異なり葉や茎、根などの食用にならない部分を取り除く作業が行われる。【０００６】  このとき野菜のどの位置で切断するかという判断は作業者に任されている。【０００７】  このため熟練者と非熟練者との間で切断後の形状に大きな違いが有り、特に非熟練者の場合には判断基準が安定していないために切断の位置が野菜１個ごとに大きく変動するなど、次のような問題があった。【０００８】  （１）  切断位置の判定に時間がかかり生産性が低下する
（２）  食べられる部分を過剰に切断すると材料効率が低下する
（３）  食用にならない部分を残すと食べたときに違和感があり、食感が低下する
（４）  （２）（３）のような食用部分の切断に過不足があると品質が低下する
（５）  大きさや形状が揃っていないと、目視での印象が悪くなり商品価値が低下する【０００９】  このような問題を解決できないのは、目視以外に適正に切断位置を判断する方法、およびその方法を用いた機械が無いことによるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明の目的は，野菜の輪郭を簡単なポリゴン図形に変換しその形状的特徴から根や茎などの部分を認識できる画像処理方法と、それを用いて食用部とそれ以外の部分を切り離す自動切断装置を提供することにより、手作業や従来の機械では解決できなかった上記の諸問題を解決することにある。【００１１】  ここでは対象野菜として食用とする球体部に茎と根の付いているラッキョウを取り上げて説明する。【００１２】  本特許の画像処理の原理は図１に示すように、ラッキョウの実体画像を形状的な特徴から茎部１、食用とする球体部２、根部３の形状的特長が簡潔に表現できるポリゴン図形に変換し、このポリゴン図形から食用にならない茎部１と根部３を切り離すための適正な切断位置（線ＡＡ’と線ＢＢ’）を判定するものである。【００１３】  実体画像から適正切断位置を判定するまでの手順を図２に示す。【００１４】  ここで（１）はラッキョウの実体画像、（２）は２値化処理した輪郭図、（３）は固定点５の輪郭図（４）は接線の輪郭図、（５）は接線を連結したポリゴン図、（６）は茎、球体部、根部の識別と適正切断位置を表している。【００１５】  ここで（３）図と（４）図の輪郭内部は（２）図のように黒でなければならないが、説明上、白にした。【００１６】  手順１：ディジタルカメラで撮った画像（１）ではラッキョウ本体と空間とでコントラストが異なる。【００１７】  このコントラストの差を利用し、適当な閾値を設けることで空間部分を白（又は黒）、ラッキョウ本体を黒（又は白）とすることで２値化処理したラッキョウの輪郭図（２）が得られる。【００１８】  手順２：輪郭図（２）に適当な間隔で１０本の走査線４を作図し、輪郭上２０ヶ所に固定点５を決める。この走査線の数はポリゴン化したときポリゴン図形の辺の数を規定する。【００１９】  手順３：輪郭図（３）上の固定点５に対応する接線６を作図して（４）図を得る。【００２０】  固定点５を通る接線６は図３のようにして求める。【００２１】  固定点５を通る走査線４に対して適当な間隔ｄで上下から挟むように２本の平行な補助走査線９を作図し、この補助走査線９と輪郭線８とが交差する２つの補助固定点１０をそれぞれＭ１点、Ｍ２点とする。【００２２】  Ｍ１点、Ｍ２点を結ぶ補助線１１を求め、補助線１１と平行で固定点Ｐを通る直線が求める接線６である。【００２３】  手順４：接線６が隣に位置する２の接線６と交差する点を接線交点７とし、１８ヶ所の接線交点７を全て直線でつなぐとポリゴン図形（５）が得られる。【００２４】  １８本の直線のうち左右１６本は接線６であり、上下２本が新たに作図した直線である。【００２５】  ここで２値化処理した輪郭図（３）は不要になるので削除する。【００２６】  手順５：ポリゴン図形（５）をｘｙ座標面とすると直線６は一次関数の式ｙ＝ａｘ＋ｂで表現できる。【００２７】  次に、ポリゴン図形（５）の左側に存在する８個の一次関数の係数ａについて、上から下に向かって調べていくとＡ点、Ｂ点の前後で係数ａは下記のような変化をする。【００２８】      Ａ点前後：符号は正のまま、絶対値が大から小に変化
Ｂ点前後：符号が負から正に変化【００２９】  同様に図形（５）の右側に対しても係数ａの変化を調べると、
Ａ’点前後：符号は負のまま、絶対値が大から小に変化
Ｂ’点前後：符号が正から負に変化【００３０】  この変化からＡ点、Ｂ点、Ａ’点、Ｂ’点を特定することができる。【００３１】  手順６：Ａ点とＡ’点を結ぶ直線が茎部１と球体部２の境界、Ｂ点とＢ’点を結ぶ直線が球体部２と根部３の境界となっているので、直線ＡＡ’と直線ＢＢ’が適正な切断位置として決定される。【００３２】  なお、手順３では固定点の接線を求めるかわりに、手順２で求めた固定点を順番に連結していけばポリゴン図形（５）を得ることができる。【００３３】  このとき接線から求めたポリゴン図形と固定点を連結して求めたポリゴン図形は同じではないが、固定点を連結した線は一次関数で表現できるので、そのまま手順（５）と（６）を実行することができる。【００３４】  実際のラッキョウはその断面が回転対象でない立体的な形状を有するので、一方向から見た形状だけで切断位置を判定することは適切でない。【００３５】  このため直交する２方向（Ｘ方向とＹ方向）から見た形状を求め、両者の図形データから適正な切断位置が決まる。【００３６】  一方、実体図形（１）とポリゴン図形（５）が大きくかけ離れていると、目視により判定される適正な切断位置と比較して、上記の手順で求めた適正切断位置は許容範囲からはずれることがある。【００３７】  この場合、手順２で走査線の数を増やすことにより、ポリゴン図形（５）の辺の数が増加しその形状は実体図形（１）に近づいて、この問題を回避することができる。【００３８】  次に自動切断装置の基本設計では、次の点を考慮した。【００３９】    （ア）  自動化する作業の範囲は計測（画像処理）から切断、排出および洗浄の各工            程を一連の作業として自動化する。ただし、機械への野菜の供給は人手でお            こなう。【００４０】    （イ）  一連の作業をできるだけ短い経路で実行して、自動化装置の小型化を図るた            めターンテーブル方式を採用する。【００４１】    （ウ）  作業者は機械操作に不慣れな女性高齢者であり、野菜を供給する時間は作業            者の熟練度によって異なる。各作業者が自分の能力に合わせて楽に作業でき            るようターンテーブルの回転速度は調整可能とする。【００４２】    （エ）  衛生面に配慮して洗浄工程を自動化する作業の一部として加える。
【発明の効果】
【００４３】  以上説明したように、野菜の実体画像からその形状的特徴を抽出したポリゴン図形に変換する画像処理技術を使うことにより、野菜の切断形状において個人差の無い良好な品質が得られる。【００４４】  また、この画像処理技術を採用することにより、野菜の切断に必要な幾つかの工程を一連の作業として自動化が可能になるため、作業者の労力が軽減されるだけでなく生産性の向上が期待できる。
【実施例】
【００４５】  試作したラッキョウ自動切断装置の基本構成を図４に示す。【００４６】主要部は、ターンテーブル１２と刃物駆動機構１３およびディジタルカメラ１４とパソコンとディスプレイからなる画像処理部１５から構成されている。【００４７】  ターンテーブル１２の上面には８個の円形穴１６が円周に沿って等間隔に開いており、それぞれの円形穴１６と重なるようにして、開閉可能なスライド板１７と切断する時にラッキョウを固定するクランプ１８からなる保持部１９が８個配置されている。【００４８】  ターンテーブル１２の動作は回転と静止の二つの状態があり、この二つの状態を単位動作として８回繰り返すと円周上を一回転し、この間に切断に必要な一連の作業が実行される。【００４９】  刃物駆動機構１３は図５に示すように、ロッド駆動部２０と上下運動するロッド２１、Ｘ軸回転モータ２２、Ｙ軸回転モータ２３、刃物駆動部２４、刃物２５、支持枠２６からなっている。【００５０】  この構成から、ロッド駆動部２０でロッド２１をＺ方向に駆動し、Ｘ軸回転モータ２２とＹ軸回転モータ２３を使って刃物２５を所定の角度に調整して、画像処理部１５で計測した切断位置データと刃物の位置が一致するように駆動する。【００５１】  この状態で刃物駆動部２４を使って刃物２５をスライドさせると、ラッキョウを所定の位置で切断することができる。【００５２】  以上の構成をもとに自動切断装置の動作を説明する。【００５３】  作業者は（イ）の位置にあるラッキョウ支持穴２７に茎部を下にして、ラッキョウ２８を手で供給する。【００５４】  ターンテーブル１２が１／８回転して、ラッキョウ２８をセットした保持部１９が（ロ）の位置にくるとラッキョウ２８を２台のディジタルカメラ１５で撮影し、実体画像データを画像処理技術でポリゴン図形に変換し、切断位置を判定する。【００５５】  保持部１９が（ハ）の位置にくると、切断位置の判定データに基づいて刃物が所定の切断位置へくるように自動調整され、刃物２５がスライドしてラッキョウの根部を切断する。【００５６】  保持部１９が（ニ）の位置にくると、ラッキョウ２８を両側から挟み込むようにクランプ１８で固定する。【００５７】  保持部１９が（ホ）の位置にくると、ラッキョウ２８の茎部を切断する。【００５８】  保持部１９が（ヘ）の位置にくると、スライド板１７とクランプ１８が開いて切断処理の終わったラッキョウ２８は円形穴１６から下に落として排出する。【００５９】  保持部１９が位置（ト）および位置（チ）にくると、保持部１９に付着しているラッキョウの皮や切り屑などを水洗によって除去する。【００６０】  このように本装置ではターンテーブル１２が一回転することにより、供給→計測→根部切断→クランプ→茎切断→排出→洗浄１→洗浄２の一連の作業の中で、最初の供給を除いた７つの処理工程を自動で実行する。【００６１】  ターンテーブル１２が１／８回転するのに要する時間は１．５秒で、（イ）から（チ）の各場所で静止している時間は、作業者のラッキョウを供給する作業能率に合わせて任意に調整できるようになっている。【００６２】  以上説明したように、カメラで得た画像を処理して適正な切断位置を決定する画像処理部とその情報に基��いて刃物を駆動する機構およびラッキョウを保持・搬送するターンテーブルからなる自動切断装置により、大きさや形状の揃った高品質のラッキョウを効率よく生産できる。【００６３】  なお、本実施例ではラッキョウを対象とした切断例を説明したが、保持部の形状や寸法を変えるだけで大根やにんじんなど他の野菜にも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】ラッキョウの実体画像とそのポリゴン図形を示した説明図である。
【図２】画像処理の原理と手順を示した説明図である。
【図３】固定点を通る接線の作図を示した説明図である。
【図４】ラッキョウ自動切断装置主要部の構成を示した説明図である。
【図５】刃物駆動部の構成を示した説明図である。
【００６５】  １  茎部
２  球体部
３  根部
４  走査線
５  固定点
６  固定点の接線
７  接線交点
８  輪郭線
９  補助走査線
１０  補助固定点
１１  補助線
１２  ターンテーブル
１３  刃物駆動機構
１４  ディジタルカメラ
１５  画像処理部
１６  円形穴
１７  スライド板
１８  クランプ
１９  保持部（スライド板１８とクランプ１９を含む）
２０  ロッド駆動部
２１  ロッド
２２  Ｘ軸回転モータ
２３  Ｙ軸回転モータ
２４  刃物駆動部
２５  刃物
２６  支持枠
２７  ラッキョウ支持穴
２８  ラッキョウ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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