JP7786348B2 - Harvesting vehicle - Google Patents
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- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
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Description
本発明は、撮像装置と衛星測位システムを配備し、自動走行を可能とした収穫作業車両における圃場作物の分析と圃場マップに関する。 This invention relates to the analysis of field crops and field maps using harvesting vehicles equipped with an imaging device and a satellite positioning system, enabling autonomous driving.
撮像装置を備え、作物の倒伏状態を検出する機能を有した収穫作業車両がある。
(特許文献1)。
There are harvesting vehicles that are equipped with an imaging device and have the function of detecting whether crops have fallen over.
(Patent Document 1).
従来技術では、作物の高さを基準として、同じ高さで広がる領域の広さで、倒伏する作物状態を検出する技術がある。 Conventional technology uses the height of the crop as a reference point and detects the state of the crop in a lodging state by measuring the width of the area that extends at the same height.
しかし撮像装置において、20mを超える範囲を作業車両より撮像した場合、広範囲の作物の高さの検出は可能であるが、撮像角度より、部分的な倒伏領域は検出できない場合や、雑草等のノイズにより誤検出する可能がある。 However, when an imaging device captures an area exceeding 20 m from a work vehicle, it is possible to detect crop height over a wide range, but due to the imaging angle, it may not be able to detect partially fallen areas, or it may be misdetected due to noise from weeds, etc.
本発明においては、撮像データから色合いを分析し、色合いの並びを基準データと比較する人工知能判断させることで倒伏の判断の精度を上げるものである。作業初期の周り狩り時に倒伏度合いを推定し作業行程を決定することや、撮像不可能な領域の推定判断や、作業進行に伴う追加データ対応により圃場の状態をより正確に計測することを課題とする。 This invention improves the accuracy of determining lodging by analyzing color shades from image data and using artificial intelligence to compare the color sequence with reference data. The objective is to estimate the degree of lodging during perimeter harvesting at the beginning of work and determine the work process, estimate areas that cannot be photographed, and measure the condition of the field more accurately by incorporating additional data as work progresses.
第一の発明は、次の技術手段により解決される。 The first invention is solved by the following technical means.
圃場の外周部の刈取時に作物重量と水分を計測し、作業車両の方向変換位置を圃場の角部とし、登録してある圃場マップデータに、未収穫領域と未収穫領域の推定作物重量と水分データを圃場マップデータに追加し、
作業車両に装備した撮像装置で、所定間隔ごとに圃場を撮影し、撮像画像における緑系と茶系の領域の並びデータを線状画像に変更して作物の倒伏状態を判断し、該倒伏状態から倒伏する領域を圃場マップデータに追加し、
前記倒伏する領域から走行する経路を圃場マップデータに追加し、
前記圃場マップデータを自動走行のためのデータの基準とする。
The weight and moisture of the crop are measured when the periphery of the field is harvested, the direction change position of the work vehicle is set to the corner of the field, and the estimated weight and moisture of the crop in the unharvested area and the unharvested area are added to the registered field map data ;
an imaging device mounted on a work vehicle photographs the field at predetermined intervals, converts the arrangement data of green and brown areas in the photographed images into a line image to determine the state of lodging of the crops, and adds the areas that will fall from the lodging state to the field map data;
adding a route from the lodging area to farm field map data;
The farm field map data is used as a reference data for automatic driving .
本発明により、作業初期の周り狩り時に倒伏度合いを推定し作業行程を決定することで、品質の良い作物を区分して収穫する作業行程、作業経路を作成しやすくなる。 According to the present invention , by determining the work schedule by estimating the degree of lodging during the perimeter picking at the beginning of the work, it becomes easier to create work schedules and work routes for separating and harvesting high-quality crops.
以下、図面に示す実施例に基づき本発明を説明する。 The present invention will now be described based on the embodiments shown in the drawings.
図1~図15に示す収獲作業車両は、本実施形態の一例を示すものである。 The harvesting vehicle shown in Figures 1 to 15 shows an example of this embodiment.
本発明の収獲作業車両について説明する。 This article describes the harvesting vehicle of the present invention.
図1において、本発明の実施の形態の収穫作業車両の一例としてのコンバイン1は、車体2を有する。車体2の下部には、左右一対の走行装置11を有する。実施の形態の走行装置11は、一例として、無限軌道のいわゆるクローラーにより構成されている。車体の右前方には、作業者が搭乗可能な搭乗部12が設置されている。車体の前部には、圃場の作物を収穫する収穫装置13が配置されている。収穫装置13の後方には、収穫された穀粒を搬送する搬送装置14が配置されている。搬送装置14の後方には、搬送装置14で搬送された穀粒を脱穀する脱穀装置16が配置されている。脱穀装置16の右方には、脱穀装置16で処理された穀粒が収容されるグレンタンク17が配置されている。グレンタンク17の後部には、グレンタンク17から圃場外のトラックのコンテナに穀粒を排出する排出装置18が接続されている。車体の後部には、藁を排出する藁排出装置19が配置されている。 In FIG. 1, a combine harvester 1, as an example of a harvesting work vehicle according to an embodiment of the present invention, has a vehicle body 2. A pair of left and right traveling devices 11 are provided below the vehicle body 2. The traveling devices 11 in this embodiment are, as an example, configured as endless tracks, so-called crawlers. A riding section 12 on which an operator can ride is provided on the front right of the vehicle body. A harvesting device 13 that harvests crops in the field is located at the front of the vehicle body. A transporting device 14 that transports harvested grain is located behind the harvesting device 13. A thresher 16 that threshers the grain transported by the transporting device 14 is located behind the transporting device 14. A grain tank 17 that stores grain processed by the thresher 16 is located to the right of the thresher 16. A discharge device 18 that discharges grain from the grain tank 17 to a container on a truck outside the field is connected to the rear of the grain tank 17. A straw discharge device 19 that discharges straw is located at the rear of the vehicle body.
実施の形態のコンバイン1には、現在位置計測部の一例として衛星測位システムが装備されている。衛星測位システムの受信機41が搭乗部12の上面に設置されている。国内においては、衛星測位システムの全地球航法衛星システム版をGNSSと呼称するため、以降、GNSSと表記する。 The combine harvester 1 of this embodiment is equipped with a satellite positioning system as an example of a current position measurement unit. The satellite positioning system receiver 41 is installed on the top surface of the riding section 12. In Japan, the Global Navigation Satellite System version of the satellite positioning system is called GNSS, so hereafter it will be referred to as GNSS.
受信機41は、GNSS用の人工衛星からの信号を受信して、コンバイン1の現在位置を計測可能である。したがって、実施の形態のコンバイン1は、GNSSを使用して自律走行(自動走行、無人走行)も可能であるし、搭乗部12に作業者が搭乗して操作に応じて走行する(手動走行、有人走行)も可能である。なお、自律走行時に、コンバイン1との間で無線通信が可能な端末を操作する作業者は、コンバイン1の外部(圃場外または圃場内)にいることも可能であるし、端末を携帯したまま搭乗部12に搭乗することも可能である。 The receiver 41 can receive signals from GNSS satellites and measure the current position of the combine harvester 1. Therefore, the combine harvester 1 of this embodiment can use GNSS to travel autonomously (automatic travel, unmanned travel), or it can be operated by an operator on the riding section 12 (manual travel, manned travel). During autonomous travel, the operator operating a terminal capable of wireless communication with the combine harvester 1 can be outside the combine harvester 1 (outside or inside the field), or can be on board the riding section 12 while carrying the terminal.
実施の形態のコンバイン1には、慣性計測装置(IMU)が配備されている。このIMU22は、3軸のジャイロと3方向の加速度計によって、3次元の角速度と加速度を算出することで、機体の進行方向や傾きを導くことが可能であり、前述の衛星測位システムの補正に利用することで、自車位置をより正確に測定することができる。 The combine harvester 1 of this embodiment is equipped with an inertial measurement unit (IMU). This IMU 22 uses a three-axis gyro and a three-directional accelerometer to calculate three-dimensional angular velocity and acceleration, enabling the vehicle's heading and tilt to be determined. This can be used to correct the satellite positioning system mentioned above, allowing for more accurate measurement of the vehicle's position.
実施の形態のコンバイン1では、車体2の前部と左右両側に、作物検出手段の一例としての障害物センサ31、32,33が設置されている。障害物センサ31~33は、車体2の前方や左右両側の作物や障害物を検出可能である。なお、作物検出手段の一例として障害物センサを例示したが、これに限定されず、カメラ等の撮像装置を使用することも可能である。 In the combine harvester 1 of this embodiment, obstacle sensors 31, 32, and 33, which serve as an example of crop detection means, are installed at the front and on both the left and right sides of the vehicle body 2. The obstacle sensors 31 to 33 are capable of detecting crops and obstacles in front of and on both the left and right sides of the vehicle body 2. Note that while obstacle sensors have been used as an example of crop detection means, this is not limiting, and imaging devices such as cameras can also be used.
実施の形態のコンバイン1には、撮像装置21が配備されており、360度の全方位の画像を撮像することが可能である。撮像装置21は、LIDARを配備している。LIDARでは、光を用いたリモートセンシング技術の一つで、パルス状に発光するレーザー照射に対する散乱光を測定し物体の形状や性質を分析することが可能である。また物体までの距離を測定することを可能とし、遠距離から近距離までの距離測定や物体の移動速度も計測可能である。したがって物体が人物、その他の動物や固定物の判別も可能とする。また撮像装置21は、ミリ波レーダーを用いることも可能である。早朝での作業時で朝霧のある状態での対応や急激な気象変化、逆光、コンバインの車体の陰になる場合でも対象物を可能とする特徴がある。さらにはCCDカメラなどで被写体からの光線をレンズなどの光学方式を電気信号に変換する装置でも良い。このような、いずれかのセンサ、または組み合わせにより、物体の形状、色、動き、距離を計測できる撮像装置21が配備されている。 The combine harvester 1 of this embodiment is equipped with an imaging device 21, capable of capturing 360-degree images in all directions. The imaging device 21 is equipped with LIDAR. LIDAR is a type of optical remote sensing technology that measures scattered light in response to pulsed laser irradiation and can analyze the shape and properties of an object. It also enables measurement of the distance to an object, and can measure distances from long to short distances and the object's movement speed. This makes it possible to distinguish between people, other animals, and fixed objects. The imaging device 21 can also use millimeter-wave radar. This has the advantage of being able to identify objects even during early morning work in conditions with morning fog, sudden weather changes, backlight, or when the combine harvester is in the shadow. Furthermore, a device such as a CCD camera that converts light from the subject into an electrical signal using optical methods such as a lens may also be used. The imaging device 21 is equipped with any of these sensors, or a combination of these sensors, and can measure the shape, color, movement, and distance of objects.
本発明の背景を説明する。 Explain the background of this invention.
収獲作業車両が有人運転の場合は、人の目視や経験値から、圃場における作物の倒伏度合を推定判断する。これによって作業行程を変更する場合がある。 When harvesting vehicles are manned, the degree of lodging of crops in the field is estimated based on human visual inspection and experience. This may require changes to the work process.
例えば、圃場の中央部あたりの倒伏が大きく全体の圃場の領域から倒伏の領域を判断し、収穫できる量的なものを推定し、倒伏した領域を主体として区分けする場合に、どのように刈取する行程を立てるのが良いかを判断する。従来どおりの周り刈りで進めるか、倒伏領域の近傍で中割をかけて、倒伏領域をまとめ刈りするかといった判断である。 For example, if there is a large amount of lodging in the center of a field, you need to determine the lodged area from the overall field area, estimate the amount that can be harvested, and decide how best to plan the harvesting process when dividing the field based mainly on the lodged area. This involves deciding whether to proceed with the usual perimeter mowing, or to make a middle cut near the lodged area and mow the lodged area all at once.
しかし無人運転をするロボット収獲車両では、この判断ができないため、圃場すべてを1種類のものとして区別することなく作業を行う。そのため倒伏によって品質の悪い作物を混ぜ合わせることになってしまう。 However, unmanned robotic harvesting vehicles cannot make this judgment, so they work in fields without distinguishing between the same type of crop. This results in crops of poor quality being mixed in due to lodging.
本発明では、周り刈りの状態で、圃場にある作物の倒伏状態を早期に算出することで、その後の運搬車両、乾燥調製施設での乾燥機区分等も考慮して、刈取の作業行程を組むことができる。また作業進行により、順次精度を上げることで、より品質の良い作物を区分して収穫できるようになり、無人運転でありながらも、人の判断も加味した収穫作業を行うことができる。 With this invention, by calculating the lodging state of crops in the field early on during edge cutting, the harvesting process can be planned taking into account subsequent transport vehicles and dryer classification at the drying and processing facility. Furthermore, by gradually increasing accuracy as the work progresses, it becomes possible to select and harvest crops of higher quality, and even with unmanned operation, harvesting work can be carried out while taking human judgment into account.
本発明の未収穫領域と未収穫領域の推定作物重量と水分データを圃場マップデータに追加する第一の発明の内容について説明する。 This section explains the first invention, which adds unharvested areas and estimated crop weight and moisture data for unharvested areas to field map data.
収穫作業車両には、あらかじめ該当する圃場のマップが登録されている。この圃場マップのデータは、作業車両の端末やクラウド上に保管する場合もある。また圃場マップデータは、圃場の外周位置を緯度経度で登録されており、GNSSとIMUのデータをもとに、作業車両がマップ上のどの位置にあるかを表示することができる。 A map of the corresponding field is pre-registered on the harvesting vehicle. This field map data may be stored on the vehicle's terminal or in the cloud. The field map data also registers the field's perimeter position in latitude and longitude, and the location of the work vehicle on the map can be displayed based on GNSS and IMU data.
一般的な収穫作業車両では、圃場の外周を刈取する行程をはじめに行う。本発明の作業車両は無人運転を可能とするロボット作業車両であるが、作業行程においては同様な行程をはじめに行う。この作業は自動運転を可能とするため、障害物が多く存在する圃場の外周の刈取作業をリモート運転や有人運転を行い、安全的な基本行路を決定することや、旋回位置と旋回領域を記憶登録させることで、無人運転の場合の経路を決定することに利用する。その他の効果では、未収獲領域を明確に示すことを外周部の刈取行程を利用して行う。外周部で囲い込むことにより、その領域が決定される。通常は囲い込みの内側を未収獲領域とするが、内外を切り換えることも可能である。 A typical harvesting vehicle begins by mowing the perimeter of the field. The work vehicle of this invention is a robotic work vehicle that allows for unmanned operation, and begins its work process with a similar process. To enable automatic operation, this work is performed by remotely or mannedly driving the mowing work on the perimeter of a field where there are many obstacles, determining a safe basic route, and storing and registering turning positions and turning areas to determine the route for unmanned operation. Another effect is that the mowing process on the perimeter clearly indicates the unharvested area. This area is determined by enclosing it on the perimeter. Normally, the area inside the enclosure is considered the unharvested area, but it is also possible to switch between inside and outside.
収獲作業機のグレーンタンクの重量計と水分計が装備されており、外周部の刈取時の穀物の重量が検出できる。作業車両の走行速度や走行距離が計測されており、作業車両の刈り幅から刈取した面積を算出することが可能である。そのため外周部の刈取の単位面積あたりの重量を換算することが可能である。このように外周部の刈取から外周部の作物重量、単位面積の重量、外周部の各ポイントの水分と平均水分が算出することができ、未収獲領域の推定作物重量や、未収獲領域の各ポイントでの水分や水分偏差も推測することが可能となる。 The harvesting machine's grain tank is equipped with a weight scale and moisture meter, which can detect the weight of the grain when it is harvested in the outer periphery. The work vehicle's traveling speed and distance are measured, and the harvested area can be calculated from the work vehicle's harvest width. This makes it possible to convert the weight per unit area of the harvested grain in the outer periphery. In this way, the weight of the crop in the outer periphery, the weight of the unit area, the moisture and average moisture at each point in the outer periphery can be calculated from the harvested grain in the outer periphery, and it is also possible to estimate the estimated crop weight in the unharvested area, as well as the moisture and moisture deviation at each point in the unharvested area.
外周部の刈取時に作物重量と水分を計測することで、外周部を刈取した段階で未収穫部の重量と水分を圃場マップデータとして登録することで、クラウド上にもデータが上がり、乾燥調製施設においては、未収獲領域の作物の重量や水分より、刈取後に張込を行う乾燥機の選択をすることが事前にできるようになる。例えば未収獲の領域の重量が3トンあると推定され、水分が23%以上の領域と20%以下の領域があり、それぞれが2トンと1トンの割合であると推定されると、30石の乾燥機にまとめて張り込んで乾燥するよりも、20石と10石の乾燥機が、1台ずつ空きがあるならば、この割合で配分できるように刈取を行えば、乾燥機の燃料コストの低減と、品質も区分けで対応することも可能となる。 By measuring the crop weight and moisture content when harvesting the outer perimeter, and registering the weight and moisture content of the unharvested areas as field map data once the outer perimeter is harvested, the data can also be uploaded to the cloud. At drying and processing facilities, the weight and moisture content of the crop in the unharvested areas can be used to select the dryer to load after harvesting in advance. For example, if the weight of the unharvested area is estimated to be 3 tons, and there are areas with moisture contents of 23% or more and 20% or less, estimated at 2 tons and 1 ton, respectively, rather than loading the crop all at once into a 30-koku dryer, if there is one vacant 20-koku dryer and one 10-koku dryer, harvesting can be done so that the crop is distributed in this ratio, reducing fuel costs for the dryers and allowing quality to be differentiated by classification.
また作業車両の方向変換位置を角部として登録することで、自動走行時の旋回のポイント基準になり、その内側で旋回することで畦を走行部で破損させることの防止、畦ぎわの障害物の回避、圃場全体の旋回方向と水分測定ポイントの決定にも利用できる。特に最初から中割り刈りで外周部を登録させたい場合では、方向変換位置を角部として登録することで有効に設定できる。 In addition, by registering the work vehicle's direction change position as a corner, it becomes the reference point for turning during automatic driving, and by turning inside that point, it can prevent the ridge from being damaged by the driving part, avoid obstacles at the edge of the ridge, and can also be used to determine the turning direction and moisture measurement points for the entire field. In particular, if you want to register the outer perimeter for center cutting from the start, registering the direction change position as a corner is an effective setting.
図2では、収穫作業車両の圃場マップと情報画面図を示している。これから作業する圃場を選択する。42では携帯端末を操作する図で表示しているが、作業車両に装備しているディスプレーの画面でも同様な操作は可能である。本発明は無人走行車両を基準としているため携帯端末で説明を行う。 Figure 2 shows a field map and information screen of the harvesting vehicle. The field to be worked on is selected. 42 shows an illustration of operating a mobile device, but similar operations can be performed using the display screen equipped on the work vehicle. Since this invention is based on unmanned vehicles, explanations will be given using a mobile device.
42は外周部の刈取が終了した時点の圃場の画像である。撮像装置での画像取得や未収獲部の画像や情報データの算出等は、後述でしめすが、周り刈りの終了時点で圃場の画像データや情報データは、推測演算を含めてすべて揃うシステムである。 Reference number 42 is an image of the field at the time when harvesting of the outer perimeter has been completed. Image acquisition by the imaging device and calculation of images and information data of unharvested areas will be explained later, but the system has all image data and information data of the field, including estimation calculations, at the time when harvesting of the outer perimeter has been completed.
42の画像は、図15に記載するように、圃場全体における倒伏領域を表示する。この倒伏領域はポリゴン状のドットで表示され、倒伏度合で色を変えて表示する。例えばユーザーが倒伏領域の位置を指でタッチすると、この領域に該当する情報が読み出される方式である。つまり外周部の刈取りをした時点で、種々の情報を位置情報にからめて登録するという作業を行っている。43は倒伏した領域の実撮像した時の画像である。この画像を見てユーザーは圃場の状態を確認することができる。作業中は高速で作業するため、十分に確認できてない領域もあり、撮像データは有効な情報となる。作業車両は、撮像装置で順次撮像して走行位置と画像データを分析することで、上空から見た圃場マップを作成していくことになる。 Image 42, as shown in Figure 15, displays the fallen areas of the entire field. These fallen areas are displayed as polygonal dots, with the color changing depending on the degree of lodging. For example, when the user touches the location of a fallen area with their finger, the information corresponding to that area is read out. In other words, when the outer periphery is harvested, various pieces of information are registered in conjunction with the location information. Image 43 is an image of the fallen area when it is actually photographed. By looking at this image, the user can confirm the condition of the field. Because work is done at high speed, some areas may not be fully visible, so the image data is useful information. Work vehicles take sequential images with their imaging devices and analyze their traveling position and image data to create a map of the field as seen from above.
44は圃場の情報をから演算した内容である。倒伏した度合を算出することが可能であり、例えば弱、中、強の3段階として圃場全体における領域から倒伏割合を演算して表示する。この情報は該当するエリアが紐づけられ、エリア番号を選択すると該当する領域の詳細データが表示されるようになる。 44 is the content calculated from field information. It is possible to calculate the degree of lodging, and for example, the lodging rate is calculated and displayed from the area of the entire field on a three-level scale: weak, medium, and strong. This information is linked to the corresponding area, and selecting the area number will display detailed data for the corresponding area.
45は全体的な圃場の情報を表示する。外周部の刈取りをした時の情報から単位面積あたりの重量を表示する。また平均的な水分値も演算して表示する。未収獲の面積を推定し、周り刈りの情報から未収獲部の推定重量を算出する。この情報が外周部の刈取りをした時点でわかるため、後の作物の搬送やポストハーベスト機器の準備等で有用な情報となる。 45 displays overall field information. It displays the weight per unit area based on information from when the outer perimeter was harvested. It also calculates and displays the average moisture content. It estimates the unharvested area and calculates the estimated weight of the unharvested portion from the information from the outer perimeter harvest. Because this information is available at the time the outer perimeter was harvested, it is useful for later transporting the crop and preparing post-harvest equipment.
46はこれから作業するための設定画面である。本発明は撮像装置にて倒伏対応する内容であるため、これに関連する設定で説明するが付随する設定項目は多数ある。倒伏部の対応、刈取行程の変更、中割刈取り、未収獲領域の画像作成をどう対応するかを設定できるようにする。 46 is the settings screen for the work that will follow. Since the present invention is about dealing with fallen areas using an imaging device, the settings related to this will be explained, but there are many associated settings. You can set how to deal with fallen areas, change the harvesting process, perform intermediate harvesting, and create images of unharvested areas.
図3にて、未収穫領域と未収穫領域の推定作物重量と水分データを圃場マップデータに追加する一連の作業について説明する。 Figure 3 explains the series of steps involved in adding unharvested areas and estimated crop weight and moisture data for unharvested areas to field map data.
この内容は、本発明の作物の倒伏状態を判断し、圃場マップデータに情報追加し、未収穫領域内の倒伏状態をマピングするシステムを説明するものである。 This content explains the system of the present invention that determines the lodging state of crops, adds information to field map data, and maps the lodging state within unharvested areas.
収獲作業車両では、圃場の作物の刈取は、周り刈りの実施S3-1から開始するのが望ましい。前述の圃場の角部の対応により、圃場マップの領域区分が成立され、未収獲領域の判別ができる状態となる。ここはユーザーが設定することも可能であるが、圃場マップには圃場の中心を登録してある場合が多いため、S3-2の行程は自動判別することができる。S3-3の判定を受けた場合は、自動走行作業では困難な状態であり、ユーザーによる判断が必要である。逆に圃場マップの中心位置を登録したデータと比較することは、現在の作業機の位置に対して、未作業位置がどちらにあるか判断し、即時に自動走行に入ることも可能となる。 For harvesting vehicles, it is desirable to start harvesting crops in a field by performing edge cutting (S3-1). By addressing the corners of the field as described above, the field map is divided into areas, making it possible to identify unharvested areas. This can be set by the user, but since the center of the field is often registered on the field map, the process of S3-2 can be determined automatically. If S3-3 is determined, this is a difficult state for autonomous driving, and a decision must be made by the user. Conversely, comparing the center position of the field map with registered data makes it possible to determine where the unharvested area is located relative to the current position of the implement, allowing for immediate autonomous driving.
圃場角部の読み出しS3-4にて、未収獲領域面積算出S3-7が可能となる。周り刈りの重量S3-5と、周り刈りの水分算出と、前述のコンバインの走行性能から単位面積の収穫量の算出S3-8を行う。これにより未収獲領域の重量演算S3-9を行うことができ、推定重量によるポストハーベスト対応が可能である。 Reading the field corners (S3-4) enables the calculation of the unharvested area (S3-7). The weight of the perimeter cut (S3-5), the moisture content of the perimeter cut, and the aforementioned running performance of the combine are used to calculate the harvest yield per unit area (S3-8). This allows the weight of the unharvested area to be calculated (S3-9), enabling post-harvest support based on the estimated weight.
未収獲領域には、作物が倒伏している部分もあり、この部分を倒伏区別対応するS3-10収穫を選択した場合は、その対応作業として収納タンクの適正区分演算S3-11を行う。この作業は、未収穫部を収穫する場合、これを分けて収穫するが倒伏部の推定容量と収納タンクの大きさから走行経路の算出S3-11を行うための基礎データとなる。 Unharvested areas include areas where the crop has fallen, and if you select harvesting (S3-10) to distinguish these areas as fallen, the appropriate storage tank classification calculation (S3-11) is performed as a corresponding operation. This operation involves harvesting the unharvested areas separately, but this serves as the basic data for calculating the driving route (S3-11) based on the estimated volume of the fallen areas and the size of the storage tank.
一方、この未収獲領域から圃場マップデータを作成する行程がある。圃場マップには基本的には圃場の外周部の緯度経度と中心部の緯度経度が登録されている。ここにデータを追加することで圃場マップデータを構築していく。 Meanwhile, there is a process of creating field map data from this unharvested area. A field map basically contains the latitude and longitude of the outer perimeter and the center of the field. Field map data is constructed by adding data to this.
周り刈りの撮像開始S3-17になると、圃場マップには撮影した位置に合わせて撮像データを登録して関連つけを行う。衛星測位システムと照合し、第一マッピングとして、圃場データマップにポリゴンデータとして登録する。 When the imaging of the perimeter mowing begins (S3-17), the imaging data is registered and associated with the location where the image was taken on the field map. It is compared with the satellite positioning system and registered as polygon data on the field data map as the first mapping.
図15では未収獲部において、倒伏部と検出された部位を表示した画面の一例をしめしている。圃場の状態を知りたければ、画面上で知りたい位置をタッチすれば、画像上の各領域ごとに関連づけ登録されたデータが読み出せるようになっている。データ取得した時刻に、作物の画像、水分、気温、地温、天候、画像判断からの倒伏度合や稲穂の実り具合等が読み出せる。また全体画像として圃場全体における倒伏の割合、圃場全体の水分分布、水分偏差が表示される。 Figure 15 shows an example of a screen displaying areas detected as lodged in the unharvested area. If you want to know the condition of the field, just touch the desired location on the screen, and the data associated with each area on the image will be read out. At the time the data was acquired, you can read out images of the crops, moisture, air temperature, soil temperature, weather, the degree of lodging as judged by the image, and the state of harvest of the rice ears. In addition, an overall image is displayed showing the percentage of lodged areas in the entire field, the moisture distribution of the entire field, and moisture deviation.
この圃場の倒伏状態は、後述に記載の画像処理で倒伏度合を判断することができる。簡単な区分では、倒伏度合を3段階に分け、軽倒伏、中倒伏、強倒伏とする。これは倒伏した茎の角度や稲穂の圃場からの高さで演算して区分する手法を用いる。 The degree of lodging in this field can be determined using image processing, as described below. A simple classification divides the degree of lodging into three levels: light lodging, moderate lodging, and severe lodging. This is done by calculating the angle of the lodged stalks and the height of the rice ears from the field.
図3の説明に戻るが、倒伏部の検出S3-18でデータを作成することで倒伏された位置、領域が推定判明される。外周の周り刈りのみでは内部の領域までは不明な点もあるが、そこにおいては後に記載する本発明の画像処理対応で推測し、第一マップ、生育の登録S3-19として圃場マップデータとして追加登録される。 Returning to the explanation of Figure 3, the location and area of the fallen area can be estimated by creating data in the detection of fallen areas S3-18. While the inner area may not be clear when only the outer perimeter is mowed, this can be estimated using the image processing capabilities of the present invention, which will be described later, and the data is added to the field map data as the first map and growth registration S3-19.
また収納タンクの適正区分演算S3-11より、通常の手順で刈取した場合の経路となる第二マップ、収量の登録S3-12のデータが追加される。データには圃場全体の推測重量や倒伏の度合い、倒伏の面積や比率といったようなデータが圃場マップに追加される。 In addition, the storage tank's appropriate classification calculation (S3-11) adds data to a second map showing the route that would be taken if harvested using normal procedures, and to the yield registration (S3-12). Data such as the estimated weight of the entire field, the degree of lodging, and the area and ratio of lodging are added to the field map.
また走行経路の算出S3-13より、実際に刈取する計画走行経路が第三マップ、走行経路の登録S3-14として登録される。圃場マップは、第一マップ、第二マップ、第三マップの情報データを追加して第四マップ、区分登録S3-20がなされ、この圃場マップデータはクラウド226に送信され、ユーザーへ情報提供される。 Furthermore, the planned driving route for actual harvesting is calculated (S3-13) and registered as a third map (driving route registration (S3-14)). The field map is then added with the information data from the first, second, and third maps to create a fourth map (category registration (S3-20)), and this field map data is sent to the cloud 226 and provided to the user.
ユーザーはこの圃場マップデータを確認し、走行経路や刈取区分に問題がないか登録内容の修正の確認S3-15を行う。各マップの修正S3-16が行われると圃場マップの作成、登録S3-21が行われ周り刈りの作業は終了する。以後は、登録された圃場マップデータをもとに自動走行運転が開始される流れとなる。登録された圃場マップには収穫物の品質と圃場の領域を重ね合わせており、収穫完了後も画像データとして残り、来期の栽培の基礎データとしても利用できる。これを各圃場で行うことでユーザデータベースを構築していくようになる。 The user checks this field map data and confirms that there are no problems with the driving route or harvesting area, and then confirms the registration details (S3-15). Once each map has been corrected (S3-16), a field map is created and registered (S3-21), and the edge harvesting work is complete. From this point on, automated driving will begin based on the registered field map data. The registered field map overlays the harvested crop quality and field area, and remains as image data even after harvesting is complete, and can be used as basic data for the next season's cultivation. By doing this for each field, a user database will be built.
図4は、撮像装置の画像の利用を示しているブロック図である。 Figure 4 is a block diagram showing the use of images from an imaging device.
撮像装置では、作物の、色の分析50と、形状の分析60と、高さ(距離)の分析70を行う。しかし画像には多くの情報が混在するため不要となるデータも多い。必然的にマスキング対応しなくてはならず、各分析演算では基準外を除去するマスキング量を決定している。本発明では、作物の距離の分析90に相当する。緑系でも色合いの基準を決め、彩度や濃度の判定より作物のものか雑草かの見極めを行う。雑草はノイズとしてマスキングされる。茶系においても緑系と同じ判断をすることで、被害米、稲こうじの判定となりマスキングの対象である。マスキングは91,92のように長さが基準となる。 The imaging device performs color analysis 50, shape analysis 60, and height (distance) analysis 70 of the crops. However, because images contain a lot of mixed information, much of the data is unnecessary. Masking is inevitably required, and each analysis calculation determines the amount of masking to remove anything outside the standard. In this invention, this corresponds to crop distance analysis 90. A standard for color tone is also set for greens, and a determination is made based on saturation and density to determine whether it is crop or weed. Weeds are masked as noise. The same judgment is made for browns as for greens, and they are determined to be damaged rice or rice malt, which is then masked. Masking is based on length, as shown in 91 and 92.
黒系の位置93は圃場の撮像のマスキングである。下方にある黒系は圃場を撮像していると想定し画像からマスキングすることで作物画像をより正確に分析することが可能となる。作物の倒伏を判断する場合は、拡大と広角を利用してノイズ除去を行う手法もある。本発明ではマスキング処理として不明な情報は演算に取り込まない手法であるが後述の項で説明する。 The black area at position 93 is used to mask the image of the field. By assuming that the black area at the bottom is capturing an image of the field and masking it from the image, it becomes possible to analyze the crop image more accurately. When determining whether the crop has fallen, one method is to remove noise by using magnification and a wide angle. In this invention, the masking process is a method in which unknown information is not taken into account in the calculation, as will be explained in a later section.
画像データは容易に扱いにくいため領域に置き換える画像処理を行う。この領域は小型の四角形の集合で表記でき、全体として多角形(ポリゴン)で表示する。外周部はなめらかな線種ではないが、圃場の分析における解像度として耐えうる範囲の分析度合いである。 Since image data is difficult to handle, image processing is performed to replace it with an area. This area can be represented by a collection of small rectangles, and the entire area is displayed as a polygon. The outer periphery is not a smooth line type, but the level of analysis is within a range of resolution that is acceptable for field analysis.
色の分析50では、茎を判定するための緑系のポリゴン領域と稲穂を判定するための茶系のポリゴン領域を判定する。撮像データは、緑系のポリゴン領域をドット表記できる撮像システムであり、線状の色合い分析を段階的に異なる色合いで表記することも可能である。茶系のポリゴン領域のドット表記も同様な機能を有している。 The color analysis 50 determines green polygon areas to identify stalks and brown polygon areas to identify rice ears. The imaging data is from an imaging system that can display green polygon areas as dots, and it is also possible to display linear color analysis in gradually different shades. The dot display of brown polygon areas has a similar function.
撮像装置は同じ位置の映像であっても、拡大映像と広角映像の両方を比較することで光の加減によるノイズを除去し、緑系と茶系の並びを鮮明に捕らえる。図4の52と53の制御が該当する。倒伏状態の基本写像を登録しておき、この写像データとの一致度にて倒伏か否かの判定をするものである。 Even when capturing images from the same position, the imaging device compares both the enlarged and wide-angle images to remove noise caused by lighting conditions and clearly capture the arrangement of greens and browns. This corresponds to the controls at 52 and 53 in Figure 4. A basic mapping of the fallen state is registered, and whether or not the plant has fallen is determined based on the degree of match with this mapping data.
形状の分析60は、作物の形状を分析していくものである。色の分析50では茶系と緑系の配列を主体に分析し、これにより作物の倒伏の状態は概ね判断ができるのであるが、色合いの圃場における位置関係を分析するものである。撮像装置は距離を計測できるため稲穂の位置や茎の位置を判断することが可能である。図4では撮像装置が2か所あり、図1の21と23である。この位置の差分より、物体の立体形状を判断するもので、稲穂位置の確認1と稲穂位置の確認2で稲穂の形状確認と圃場からの位置を分析する。同時に植物高さ1と植物高さ2で茎の形状と雑草の形状の見極めを行い、茎が圃場からどのくらいの高さまであるかを計測することができる。また茎と稲穂位置から作物がどの方向に向いているかも判別が可能である。このように複数の撮像装置を設けると、撮像の角度の違いにより物体の奥行を判断し、また光の加減のノイズも防止でき、上記の計測を容易とする。 Shape analysis 60 analyzes the shape of the crop. Color analysis 50 primarily analyzes the arrangement of brown and green tones, which allows for a general assessment of the lodging state of the crop, while analyzing the relative position of the color in the field. The imaging device can measure distance, making it possible to determine the position of the rice ear and stalk. Figure 4 shows two imaging devices, 21 and 23 in Figure 1. The difference in these positions is used to determine the three-dimensional shape of the object. Rice Ear Position Confirmation 1 and Rice Ear Position Confirmation 2 confirm the shape of the rice ear and analyze its position from the field. At the same time, plant height 1 and plant height 2 determine the shape of the stalk and the shape of the weed, allowing the height of the stalk from the field to be measured. It is also possible to determine the direction the crop is facing from the position of the stalk and rice ear. By installing multiple imaging devices in this way, the depth of the object can be determined from differences in the imaging angle, and noise caused by lighting can be prevented, making the above measurements easier.
圃場データ80には、刈取時の作物水分、圃場周辺の気温、圃場の地温が取り込まれ、色の分析50、形状の分析60のデータを総合分析して、倒伏度合判定95、倒伏領域判定96、穀物品位判定97を推定算出することが可能である。 The field data 80 includes crop moisture at the time of harvest, the air temperature around the field, and the soil temperature of the field. A comprehensive analysis of the color analysis 50 and shape analysis 60 data makes it possible to estimate and calculate the degree of lodging 95, lodging area 96, and grain quality 97.
なお撮像画像で倒伏分析の画像の状態変更の仕方は図6~図11で、状態変更するための各センサの入力と出力の状態変更方法であるニューラルネットワークを利用した人工知能での分析方法は図12にて説明する。 The method for changing the image state for the lodging analysis in the captured image is explained in Figures 6 to 11, and the analysis method using artificial intelligence (AI) with a neural network, which is a method for changing the input and output state of each sensor to change the state, is explained in Figure 12.
本発明の緑系と茶系の領域の並びデータと比較し、作物の倒伏状態を判断し、圃場マップデータに情報追加し、未収穫領域内の倒伏状態をマピングするシステムについて説明する。 This article describes a system that compares data on the arrangement of green and brown areas of the present invention, determines the lodging state of crops, adds information to field map data, and maps the lodging state within unharvested areas.
圃場の外周部の刈取時に作業車両に装備した撮像装置で、所定間隔ごとに圃場を撮影するが、この撮像データを色分けでドット表示して撮像物の状態を判断する。 When harvesting the periphery of a field, an imaging device mounted on a work vehicle takes images of the field at predetermined intervals, and the image data is displayed as color-coded dots to determine the condition of the imaged crop.
図6は、撮像装置21でとらえた稲の倒伏状態である。稲の茎の部分101、102、103は地面に対して横方向に傾いており、稲穂の部分111、112、113は地面に対して縦方向に向いている形である。同様にこの周辺の雑草104、105も稲の倒れにつられる形で横方向に倒れ込む場合も多い。 Figure 6 shows the state of rice plants lying down as captured by the imaging device 21. The rice stalks 101, 102, and 103 are tilted horizontally relative to the ground, while the rice ears 111, 112, and 113 are oriented vertically relative to the ground. Similarly, weeds 104 and 105 in the surrounding area often fall sideways as they are pulled along by the fallen rice plants.
この撮像データをRGBカラーモデルで分析し、ドット画像に変換したものが、図7で示すようなものである。図面をカラー表示できないため言語によって説明するが、稲の茎の部分101A、102A、103Aは緑色系のドットであり、地面に対して横方向に傾いており、稲穂の部分111A、112A、113Aは茶系のドットであり、地面に対して縦方向に向いている形である。雑草104A、105Aは、緑色系のドットであり、地面に対して横方向に傾いている。 This image data was analyzed using an RGB color model and converted into a dot image, as shown in Figure 7. As the drawing cannot be displayed in color, we will explain it in words. The rice stalks 101A, 102A, and 103A are green dots and are tilted horizontally relative to the ground, while the rice ears 111A, 112A, and 113A are brown dots and are oriented vertically relative to the ground. Weeds 104A and 105A are green dots and are tilted horizontally relative to the ground.
なお茎や雑草と判断できる緑系と稲穂とされる茶系の光の波長は十分に異なり識別は容易である。また圃場の地面である黒系の識別とも差異があり、数枚の撮像データを分析することで誤認識や解析不能の現象は極めて少なくなる。 The wavelengths of light that indicate stalks and weeds are green and those that indicate rice ears are brown, and they are easy to distinguish. They also differ from the black of the ground in the field, and by analyzing several images, misrecognitions and inability to analyze are greatly reduced.
このドット画像データを平均化し線形処理したものが、図8である。この処理を行うと、茎と稲穂の関係が明確になる。稲の茎の部分101B、102B、103Bは緑色系の線状となり、地面に対して横方向に傾いており、稲穂の部分111B、112B、113Bは茶系の線状であり、地面に対して縦方向に向いている形である。雑草104B、105Bは、緑色系の線状であり、地面に対して横方向に傾いている。この線状画像により、緑系と茶系の線の交差角のα1やα2が検出され、これを作物の倒伏状態の判別に利用するものである。 Figure 8 shows the dot image data after averaging and linear processing. This processing makes the relationship between the stalks and ears of rice clear. Rice stalks 101B, 102B, and 103B are green lines that are tilted horizontally relative to the ground, while ears of rice 111B, 112B, and 113B are brown lines that are oriented vertically relative to the ground. Weeds 104B and 105B are green lines that are tilted horizontally relative to the ground. From this linear image, the intersection angles α1 and α2 of the green and brown lines are detected, and these are used to determine the lodging state of the crop.
図9は、撮像装置21でとらえた稲の倒伏していない状態である。稲の茎の部分101C、103Cは地面に対して縦方向に伸びており、稲穂の部分111C、113Cも地面に対して縦方向に向いている形である。同様にこの周辺の雑草104Cも縦方向に伸びている。 Figure 9 shows rice plants captured by the imaging device 21 in an unlodged state. The rice stalks 101C and 103C extend vertically relative to the ground, and the rice ears 111C and 113C also face vertically relative to the ground. Similarly, the surrounding weeds 104C also extend vertically.
この撮像データをRGBカラーモデルで分析し、ドット画像に変換したものが、図10で示すようなものである。稲の茎の部分101D、103Dは緑色系のドットであり、地面に対して縦方向に伸びており、稲穂の部分111D、113Dは茶系のドットであり、地面に対して縦方向に向いている形である。雑草104Dは、緑色系のドットであり、地面に対して縦方向に伸びている。 This image data was analyzed using an RGB color model and converted into a dot image, as shown in Figure 10. Rice stalks 101D and 103D are green dots that extend vertically relative to the ground, while rice ears 111D and 113D are brown dots that also extend vertically relative to the ground. Weeds 104D are green dots that extend vertically relative to the ground.
このドット画像データを平均化し線形処理したものが、図11である。この処理を行うと、茎と稲穂の関係が明確になる。稲の茎の部分101E、103Eは緑色系の線状となり、地面に対して縦方向に伸びており、稲穂の部分111E、113Eは茶系の線状であり、地面に対して縦方向に向いている形である。雑草104Eは、緑色系の線状であり、地面に対して縦方向に伸びている。この線状画像により、緑系と茶系の線の交差角のα3やα4が検出され、これを作物の倒伏状態の判別に利用するものである。 Figure 11 shows the dot image data after averaging and linear processing. This processing makes the relationship between the stalks and ears of rice clear. Rice stalks 101E and 103E are green lines that extend vertically relative to the ground, while ears of rice 111E and 113E are brown lines that extend vertically relative to the ground. Weeds 104E are green lines that extend vertically relative to the ground. From this linear image, the intersection angles α3 and α4 of the green and brown lines are detected, and these are used to determine the lodging state of the crop.
緑系と茶系の領域の並びデータを、線状画像に変更させ、緑系と茶系の線の交差角を検出し、交差角により倒伏の度合いを算出することが可能となることを画像の状態変更の概要で説明した。このように、画像データを要素別に分解分析し、その分析された各情報の関係を既存のデータ情報と比較することで、別の情報判断を成立させる演算を行うことで人の経験的な判断に近しい判断を実行することが可能となる。本発明の作物の倒伏状態の判断の一例として、図12のニューラルネットワークを利用した人工知能による判断で、撮像装置のデータを状態変更する判断が有力な方策となる。 As explained in the overview of image state changes, it is possible to convert the arrangement data of green and brown areas into a linear image, detect the intersection angle of the green and brown lines, and calculate the degree of lodging based on the intersection angle. In this way, by breaking down and analyzing image data into individual elements and comparing the relationships between each piece of analyzed information with existing data information, it is possible to perform calculations that establish different information judgments, thereby making it possible to make judgments that are closer to human empirical judgments. As an example of how the present invention determines the lodging state of crops, a judgment using artificial intelligence using the neural network in Figure 12, and a decision to change the state of the image data, is an effective strategy.
図12にて、本発明の撮像装置の撮像画像を状態変更システムにて緑系と茶系の領域の並びに算出し、あらかじめ登録された緑系と茶系の領域の並びデータと比較し、作物の倒伏状態を判断する第二の発明の内容について説明する。 Figure 12 explains the details of a second invention in which the arrangement of green and brown areas in an image captured by the imaging device of the present invention is calculated using a state change system, and the arrangement of green and brown areas is compared with pre-registered data on the arrangement of green and brown areas to determine the lodging state of the crop.
本実施例では、撮像装置は3台装備されている。各撮像装置は同様な機能を有しているが取り付け位置の差分を利用することで、画像の立体形状、色合い分析の精度をさらに高めるものとし、主体とする分析データを差別化し、ノイズの除去法については構造上、データ処理上の差を有することで、より撮像分析の精度を上げることができる。 In this embodiment, three imaging devices are installed. Each imaging device has similar functions, but by utilizing differences in installation position, the accuracy of the three-dimensional shape and color analysis of the image can be further improved. The main analysis data is differentiated, and by using structural and data processing differences in the noise removal method, the accuracy of the image analysis can be further improved.
第一撮像装置21と障害物センサ31、32、33のデータは、作物の大きさ検出部201を主体としている。撮像装置の要素別のデータと、各障害センサからの要素別データを、その要素同士を新たに組み合わせて判断することにより、物体の大きさを判断できる情報へと状態変更していく制御を行う。第一状態変更として作物全体の高さ203、作物全体の幅204、茎部の高さ205、作物部(実)の位置であり本実施例では稲穂にあたるものであるが206へと情報内容は状態変更をおこす。 The data from the first imaging device 21 and obstacle sensors 31, 32, and 33 is mainly processed by the crop size detection unit 201. Element-specific data from the imaging device and element-specific data from each obstacle sensor are combined and judged in a new way to control the status change to information that can determine the size of an object. As a first status change, the information content status changes to the overall crop height 203, the overall crop width 204, the stalk height 205, and the position of the crop part (fruit), which in this example corresponds to the ear of rice, 206.
第二撮像装置23は、作物の色合い検出部202を主体としている。撮像装置の要素別のデータを新たに組み合わせて判断することにより、物体の色合いを判断できる情報へと状態変更していく制御を行う。第一状態変更として緑系の方向207、茶系の方向208、マスキング量の判定209、作物密度210へと情報内容は状態変更をおこす。 The second imaging device 23 mainly consists of a crop color detection unit 202. By combining and judging new elemental data from the imaging device, it controls the state change to information that can determine the color of an object. As a first state change, the information content changes state to green direction 207, brown direction 208, masking amount determination 209, and crop density 210.
これらの状態変更により、画像は図6が図8に、図9が図11へと画像状態変更、決定部211にて対応される。 As a result of these state changes, the image state of the image changes from Figure 6 to Figure 8, and from Figure 9 to Figure 11, and is handled by the decision unit 211.
前述で記載したように比較する基準データは、データ記憶部216に登録されており、211と216を比較し、近似するものを照合していく画像照合をするが、その近しい度合いかどうかも画像の状態変更の範囲内にあるかどうかを第一状態変更部の201、202で再度演算させることで、倒伏の判定202、倒伏領域の判定213、倒伏度合いの判定214、品質の推定215を導き出す。この第二状態変更は、要素データの新規組み合わせと、基準の登録データとの照合を行うという状態変更と照合、判定の組み合わせであり、いわゆる人工知能の機能によるものである。 As described above, the reference data for comparison is registered in the data storage unit 216, and image matching is performed by comparing 211 and 216 and matching similarities. The first state change units 201 and 202 then recalculate whether the degree of similarity is within the range of image state changes, resulting in a determination of whether the data has fallen 202, a determination of the area that has fallen 213, a determination of the degree of falling 214, and an estimate of quality 215. This second state change is a combination of state change, matching, and judgment, in which a new combination of element data is compared with the registered reference data, and is the result of so-called artificial intelligence functions.
この機能は作業経路変更、決定部217にて理想的な経路を選択し、作業を行うことにより自動運転機能に反映されるものとなる。しかし自動走行する無人運転のためには、各種の設定データとの照合を行い作業経路の決定をしなければならない。 This function allows the work route change and determination unit 217 to select an ideal route, which is then reflected in the automatic driving function as the work is carried out. However, for unmanned operation, the work route must be determined by comparing it with various setting data.
外部データとしては、あらかじめ設定された経路設定228をどう改訂するかにある。外周部を刈取りした結果による圃場マップデータは、環境マップ227としても生かされる。この情報は通信部229、クラウド226にてユーザとも情報交換するものである。また第三撮像装置24で、作業車両手前の圃場の状態や刈取部の状態も分析し、衛星測位装置22のデータも加え、作業経路変更、決定部217を判断するものである。 External data includes how to revise the pre-set route setting 228. Field map data resulting from the harvesting of the outer perimeter is also used as the environmental map 227. This information is exchanged with the user via the communication unit 229 and cloud 226. The third imaging device 24 also analyzes the condition of the field in front of the work vehicle and the condition of the harvesting unit, and data from the satellite positioning device 22 is also added to determine whether to change the work route, and the determination unit 217 makes the decision.
実施例の人工知能は、走行部218と作業部221を制御するまでを統括するが。217の作業経路を決定することで、走行速度219、走行方向220を決定し走行を開始する。また作業機としても作業高さ222、作業部傾き223、作業部回転速度224、収穫部制御225の制御も決定することで、人工知能による無人運転作業を行うことが可能となる。 The artificial intelligence in this embodiment is responsible for controlling the traveling unit 218 and working unit 221. By determining the work route 217, the traveling speed 219 and traveling direction 220 are determined and travel begins. Furthermore, by determining the working height 222, working unit inclination 223, working unit rotation speed 224, and harvesting unit control 225 as a work machine, unmanned operation using artificial intelligence becomes possible.
撮像装置の撮像範囲を超えて、撮像することができない領域の画像データの作成方法である第三の発明について説明する。 This section describes a third invention, which is a method for creating image data of areas that cannot be captured because they are beyond the imaging range of the imaging device.
図13は、収穫作業車両250と撮像装置の撮影範囲302と圃場240の関係を示すものである。収穫作業車両は順次反時計回りで周り刈りをすすめるものであり、250⇒251⇒252⇒253⇒254⇒255⇒256⇒257と進む。 Figure 13 shows the relationship between the harvesting vehicle 250, the imaging device's imaging range 302, and the field 240. The harvesting vehicle proceeds with circumferential mowing in a counterclockwise direction, moving in the following order: 250 ⇒ 251 ⇒ 252 ⇒ 253 ⇒ 254 ⇒ 255 ⇒ 256 ⇒ 257.
撮像装置は、白抜きの円弧の範囲は確実に撮像できる範囲である。撮像する回数を増加させれば走行経路上の多くは撮像可能であるが、本発明においては、撮像された既存データを引き延ばして利用する手法を利用する。例えば撮像できた前方領域であるエリア301の撮像が終わると301の内部の上空から見た画像グラデーションを作成していく。301A、301B、301Cであるが、この並びを利用して同比率で301A、301B、301Cのデータを拡大して302のエリアを作成する。収穫作業車両は251⇒252に向かう時に、302のエリアを実撮像ができるため、この実撮像した画像と302の画像を比較できる。このデータ比較により差異を算出する。倒伏の度合いにおいては、比率の違いがあれば、その比率を演算する。この比率の移動平均値を算出し、302のような推定画像を補正する係数を導く。この補正係数の算出においても図12のニューラルネットワーク機能で対応する。211の画像状態変更、決定部が302の推定画像であり、216のデータ記憶部が実際に撮影された映像に相当する。この第二状態変更の演算を利用して、倒伏度合の判定212、倒伏領域の判定213、倒伏度合いの判定214、品質の推定215を判定すると同時に、302の上空からの画像映像を修正する。 The white arc is the area that the imaging device can reliably capture. While it is possible to capture much of the travel route by increasing the number of captures, this invention utilizes a method of stretching and utilizing existing captured data. For example, once imaging of area 301, the forward area that has been captured, is completed, an image gradation is created, viewed from above within 301. Using this arrangement, the data for 301A, 301B, and 301C is expanded at the same ratio to create area 302. As the harvesting vehicle travels from 251 to 252, it can capture actual images of area 302, allowing this actual image to be compared with image 302. This data comparison calculates the difference. If there is a difference in the ratio of the degree of lodging, the ratio is calculated. The moving average of these ratios is calculated to derive a coefficient for correcting the estimated image, such as 302. The neural network function shown in Figure 12 is also used to calculate this correction coefficient. The image state change and determination unit 211 corresponds to the estimated image 302, and the data storage unit 216 corresponds to the actual captured image. This second state change calculation is used to determine the degree of falling 212, the fallen area 213, the degree of falling 214, and the quality estimation 215, while also correcting the image from above 302.
この撮像画像に補正をかけて撮像していない領域の画像を想定作成する技術を利用して、未収獲領域の推定画像を作成するものである。図13で説明すると、302の画像データより補正係数を習得し、303の領域の撮像データにおいても303A、303B、303Cの上空の画像グラデーションを利用して304の画像を作成するが、補正係数を利用して画像だけではなく、倒伏度合の判定212、倒伏領域の判定213、倒伏度合いの判定214、品質の推定215のデータも補正を行う。 This captured image is corrected to create an estimated image of the uncaptured area using a technique for creating an estimated image of the uncaptured area. As explained in Figure 13, a correction coefficient is acquired from the image data of 302, and the image gradation above 303A, 303B, and 303C is used in the captured data of area 303 to create image 304. However, the correction coefficient is also used to correct not only the image, but also the data for determining the degree of falling 212, determining the fallen area 213, determining the degree of falling 214, and estimating quality 215.
この補正係数を基準に撮像された画像データより、未撮像領域の推定画像データを作成する機能で、推定するデータを順次重ね合わせることで精度を向上していくことができ、次々に変更修正した内容を登録して、この画像変更の内容や倒伏データの変更等の内容の多いものに重みをつけて繰り返し演算、修正、登録する機能、所謂学習機能を有している。 This function creates estimated image data for unimaged areas from image data captured based on this correction coefficient, and accuracy can be improved by sequentially overlaying the estimated data. It also has a learning function that repeatedly calculates, corrects, and registers changes made to the image or fallen data, weighting them more frequently.
図12で示す第一状態変更と第二状態変更により、撮像装置や障害物センサやデータ記憶部216にある各データを比較、照合、除去、分析、変更することで従来人間の視覚や経験値で判断していた圃場の作物の状態を判断することとなる。 By using the first and second state changes shown in Figure 12, the data stored in the imaging device, obstacle sensor, and data storage unit 216 can be compared, collated, removed, analyzed, and modified to determine the state of crops in the field, something that was previously determined by human vision and experience.
さらに拡大機能として、走行部218における走行速度219と走行方向220を制御すること。作業部制御221にて、作業部高さ222、作業部傾き223、作業部回転速度224、収穫部制御225の出力である部分を制御する。 Furthermore, as an expanded function, the traveling speed 219 and traveling direction 220 of the traveling unit 218 are controlled. The working unit control 221 controls the working unit height 222, working unit inclination 223, working unit rotation speed 224, and the output of the harvesting unit control 225.
従来の技術では、各撮像装置からの距離情報や画像データ、障害物センサの情報から、例えば作物の高さ等を判定し、出力として走行部制御218や作業部制御221を直接的に行う制御であるが、本発明では、これを第一状態変更、第二状態変更を行ってから、出力として走行部制御218や作業部制御221を行うために制御精度が向上するだけでなく、作物の詳細な状態を得ることで、作業をしながら作業経路を変更することができ、この変更に基づき出力制御を変更することになる。 In conventional technology, the height of the crop, for example, is determined from distance information and image data from each imaging device and information from obstacle sensors, and the control directly outputs the driving unit control 218 and the working unit control 221. However, in this invention, a first state change and a second state change are performed before the driving unit control 218 and the working unit control 221 are output, which not only improves control accuracy but also makes it possible to change the working path while working by obtaining detailed information about the state of the crop, and the output control is changed based on these changes.
したがって第一状態変更、第二状態変更は、人工知能による判断でなくては分析することはできず、走行部制御218と作業部制御221も含めて、ニューラルネットワークを利用した人工知能による判断制御を生かした独自制御と考える。 Therefore, the first and second state changes can only be analyzed through judgment by artificial intelligence, and we believe that the travel unit control 218 and working unit control 221, as well as other unique controls, utilize judgment control by artificial intelligence using neural networks.
第五の発明は、前述の出力に至るまでの制御を説明するものであり、撮像装置21から作物の大きさを検出し、撮像装置23から作物の色合いを検出し、画像のRGB要素分析を行い、画像の緑系と茶系の並びより、作物の倒伏領域の判定213、倒伏度合の判定214、品質の推定215を判定し、データ登録部216と比較演算することで、走行部218や作業部221の制御を行う。 The fifth invention explains the control leading up to the aforementioned output, detecting the size of the crop from the imaging device 21, detecting the color of the crop from the imaging device 23, performing RGB element analysis of the image, and determining the lodging area of the crop 213, the degree of lodging 214, and quality estimation 215 based on the arrangement of greens and browns in the image, and comparing the results with the data registration unit 216 to control the traveling unit 218 and working unit 221.
前回までのデータに画像を重ね合わせ、重ね合わせ部位のドットデータを画像精度の高い側に重みをつけて合成を行い、未収穫領域の領域別の倒伏度合い、単位面積の重量、水分値を推定判断する第四の発明については、前述の項の説明に加え、図13にて撮像データが重なりあう部位の対応について説明する。 In the fourth invention, which involves overlaying an image on previous data, weighting the dot data of the overlapping areas toward the side with higher image accuracy, and combining them to estimate the degree of lodging, weight per unit area, and moisture content of each unharvested area, in addition to the explanation in the previous section, the correspondence of areas where image data overlaps is explained in Figure 13.
図13では、314の領域が該当する。撮像した方向は異なるが同じ領域であり、撮像された画像は両方とも参照できるようになっている。しかし、上空からみたポリゴン状態の画像は合成する必要がある。この場合は両者の画像を足し合わせ、画像精度の高い側に重みをつけて合成を行う。図13では、314の画像は、作業車両257が撮像装置の前方画像であり、より精度が高いため作業車両257の前方画像に重みをもった合成処理を行う。 In Figure 13, this corresponds to area 314. Although the image was taken from different directions, it is the same area, and both captured images can be referenced. However, the polygonal image viewed from above must be synthesized. In this case, both images are added together and weighted to the image with higher image accuracy. In Figure 13, image 314 is an image of the work vehicle 257 in front of the imaging device, and as it has higher accuracy, synthesis processing is performed with weighting given to the image in front of the work vehicle 257.
撮像装置の撮影範囲を超える場合の過去データの対応について説明する。 This section explains how to handle past data when the imaging device's shooting range is exceeded.
実撮像した領域を利用し、推定画像データを作成し対応する。しかしその推定できる範囲をはるかに超える領域になると、信頼性も低くなるため図14の対応を行う。手法としては、過去データを流用する手法である。昨年の圃場のデータをデータ記憶部に登録させておき、未撮像領域を過去の画像データを取組み仮に表示を行うものである。この過去の画像データには、倒伏度合い、単位面積の重量、水分値を推定判断するデータが含まれている。 The area that has actually been photographed is used to create estimated image data. However, when the area far exceeds the range that can be estimated, reliability becomes low, so the approach shown in Figure 14 is taken. This method involves reusing past data. Last year's field data is registered in the data storage unit, and past image data is used to provisionally display areas that have not yet been photographed. This past image data includes data for estimating the degree of lodging, weight per unit area, and moisture content.
ユーザーは画像で、未撮像の領域をタッチすると推定画像データか過去画像データかを選択でき、選択した方の画像データをもとに、倒伏度合い、単位面積の重量、水分値を表示する機能があり、ユーザーはこの推定データをもとに経路を変更したり、収穫区分対応したりすることが可能となる。 By touching an uncaptured area on the image, users can choose between estimated image data or past image data. Based on the image data they select, the system has a function that displays the degree of lodging, weight per unit area, and moisture content. Users can then use this estimated data to change the route or adjust harvest classifications.
なお過去の画像データも存在しない場合は空白としてデータ表示しないか、あるいはデータ精度が低いと表示のもとで、該当領域に近いデータを利用することもできる。 If no previous image data exists, the data will be displayed blank, or data close to the relevant area will be used, with a message indicating that the data accuracy is low.
これらの撮像装置による画像データは、圃場すべてを一枚で撮影できるものではなく、画像データの組み合わせをおこなわなくてはならない。図5では標準的な画像の組み合わせを示したブロック図である。圃場は、四角形状である場合が多く、四辺、四角である。よって四角におけるデータと四辺の中央データを利用すれば、最低限の圃場撮像は可能となる。そうしてこの画像どおしを合わせる技術としては、上空からの色合いに変更する手段が簡単であり、四角と四辺の間を順番にRGBのカラー分析をしながら合成していくことで、地上にある作業機に装備された撮像手段で上空からの圃場画像を作成することが可能となる。 Image data from these imaging devices cannot capture the entire field in one image; the image data must be combined. Figure 5 is a block diagram showing a standard image combination. Fields are often rectangular, with four sides and a square. Therefore, by using the data for the square and the center data for the four sides, it is possible to capture a minimum amount of field data. A simple technique for combining these images is to change the color to that seen from above, and by combining the images while performing RGB color analysis between the square and the four sides in order, it is possible to create an aerial image of the field using imaging devices attached to a work machine on the ground.
図5では各画像の組み合わせ手順と、最終的に圃場の倒伏面積、倒伏度合のマップを作成していく概要を記載している。 Figure 5 outlines the steps for combining each image and the final process for creating a map of the lodging area and degree of lodging in the field.
1 コンバイン
21 第一撮像装置
22 慣性計測装置(IMU)
23 第二撮像装置
24 第三撮像装置
31、32、33 障害物センサ
41 衛星測位システム受信部(GNSS受信部)
S3-12 第二マップ(収量)
S3-14 第三マップ(走行経路)
S3-19 第一マップ(生育)
S3-20 第四マップ(区分)
201 作物の大きさ検出部
202 作物の色合い検出部
211 画像状態変更、決定部
1 Combine 21 First Imaging Device 22 Inertial Measurement Unit (IMU)
23 Second imaging device 24 Third imaging device 31, 32, 33 Obstacle sensor 41 Satellite positioning system receiver (GNSS receiver)
S3-12 Second map (yield)
S3-14 Third map (driving route)
S3-19 First Map (Growth)
S3-20 Fourth Map (Division)
201 Crop size detection unit 202 Crop color detection unit 211 Image state change and determination unit
Claims (1)
作業車両に装備した撮像装置で、所定間隔ごとに圃場を撮影し、撮像画像における緑系と茶系の領域の並びデータを線状画像に変更して作物の倒伏状態を判断し、該倒伏状態から倒伏する領域を圃場マップデータに追加し、
前記倒伏する領域から走行する経路を圃場マップデータに追加し、
前記圃場マップデータを自動走行のためのデータの基準とする収穫作業車両。 The weight and moisture of the crop are measured when the periphery of the field is harvested, the direction change position of the work vehicle is set to the corner of the field, and the estimated weight and moisture of the crop in the unharvested area and the unharvested area are added to the registered field map data ;
an imaging device mounted on a work vehicle photographs the field at predetermined intervals, converts the arrangement data of green and brown areas in the photographed images into a line image to determine the state of lodging of the crops, and adds the areas that will fall from the lodging state to the field map data;
adding a route from the lodging area to farm field map data;
A harvesting vehicle that uses the field map data as a data standard for automatic driving .
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