JP2016208871A - 作業機及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作物が植えられている畝を破壊することなく、自動走行制御を行える仕組みを提供する。
【解決手段】撮影部１１０において、作業機１００の進行方向に撮影方向が設定された状態で、作物が植えられている畝と畝間に位置する通路とを含む耕作地２００の領域を斜め上方から撮影して、当該領域の原画像を得る。そして、画像処理部１４０において、撮影部１１０で得られた原画像の画像処理を行うことにより、畝に対する作業機１００の進行方向における角度や、作業機１００における畝の中心位置からの位置ズレ量を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、作物が植えられている畝が列状に形成された耕作地を畝に沿って走行する作業機及びその制御方法に関するものである。

従来から、例えば作物として茶樹が植えられている畝が列状に形成された耕作地を畝に沿って走行する作業機が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。

具体的に、下記の特許文献１には、茶畝の側面に対する感知板の接触圧力を当該感知板に設けられた圧力センサで測定して、茶畝の両側面における接触圧力が均等になるように自動走行制御を行う技術が記載されている。

特開２０１１−２３４６２３号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、自動走行制御を行うために茶畝の側面に対して感知板を接触させる必要があるため、茶畝（具体的には茶畝の側面）が破壊されてしまうという懸念があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、作物が植えられている畝を破壊することなく、自動走行制御を行える仕組みを提供することを目的とする。

本発明の作業機は、作物が植えられている畝が列状に形成された耕作地を前記畝に沿って走行する作業機であって、当該作業機の進行方向に撮影方向が設定された状態で、隣接する前記畝の間の通路と前記畝とを含む前記耕作地の領域を斜め上方から撮影して、当該領域の原画像を得る撮影手段と、二値化閾値を用いて前記原画像を二値化処理して二値画像を生成する二値化処理手段と、前記二値画像を平面射影変換処理して平面射影変換二値画像を生成する平面射影変換処理手段と、前記平面射影変換二値画像を複数の回転角度で回転させる画像回転処理を行って、前記複数の回転角度における各回転角度に応じた複数の回転画像を生成する画像回転処理手段と、前記複数の回転画像における各回転画像について、水平方向の各位置における、当該水平方向に直交する垂直方向の画素のうちの前記二値化閾値未満の画素の数を算出し、当該二値化閾値未満の画素の数に基づく前記通路の存在確率分布を取得する存在確率分布取得手段と、前記複数の回転画像のうち、前記通路の存在確率分布における最大値が最も大きい回転画像を最適回転画像として抽出する最適回転画像抽出手段と、前記最適回転画像における前記回転角度に基づいて、前記畝に対する当該作業機の進行方向における角度を算出する角度算出手段とを有する。
本発明の作業機における他の態様は、作物が植えられている畝が列状に形成された耕作地を前記畝に沿って走行する作業機であって、当該作業機の進行方向を撮影可能な、当該作業機の前部の上部に配置され、当該作業機の進行方向に撮影方向が設定された状態で、隣接する前記畝の間の通路を少なくとも２つと前記畝とを含む前記耕作地の領域を斜め上方から撮影して、当該領域の原画像を得る撮影手段と、二値化閾値を用いて前記原画像を二値化処理して二値画像を生成する二値化処理手段と、前記二値画像を平面射影変換処理して平面射影変換二値画像を生成する平面射影変換処理手段と、前記平面射影変換二値画像を複数の回転角度で回転させる画像回転処理を行って、前記複数の回転角度における各回転角度に応じた複数の回転画像を生成する画像回転処理手段と、前記複数の回転画像における各回転画像について、水平方向の各位置における、当該水平方向に直交する垂直方向の画素のうちの前記二値化閾値未満の画素の数を算出し、当該二値化閾値未満の画素の数に基づく前記通路の存在確率分布を取得する存在確率分布取得手段と、前記複数の回転画像のうち、前記通路の存在確率分布における最大値が最も大きい回転画像を最適回転画像として抽出する最適回転画像抽出手段と、前記最適回転画像における前記水平方向の中心位置と、前記最適回転画像における前記２つの通路が存在する位置と、当該作業機に対する前記撮影手段の位置とに基づいて、当該作業機における前記畝の中心位置からの位置ズレ量を算出する位置ズレ量算出手段とを有する。
また、本発明は、上述した作業機の制御方法を含む。

本発明によれば、作物が植えられている畝を破壊することなく、自動走行制御を行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係る作業機が耕作地を走行する様子を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る作業機の機能構成の一例を示す図である。 図２の画像処理部により得られる各種の画像の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、図２の二値化処理部で行う形態学的フィルタリングの一例を説明するための図である。 本発明の実施形態を示し、図２の存在確率分布取得部で取得された、或る回転画像における通路の存在確率分布の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、図２の位置ズレ量算出部による位置ズレ量算出処理を説明するための図である。 本発明の実施形態を示し、図２の表示部による画面表示の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る作業機の制御方法における処理手順の一例を示すフローチャートである。

以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。なお、以下に示す本発明の実施形態では、作物として茶樹が植えられている畝（茶畝）が列状に形成された耕作地を当該畝に沿って走行する作業機を想定した例について説明を行うが、本発明においてはこの形態に限定されるものではない。作物として茶樹以外の作物（例えば、さつま芋やネギやキャベツ等の作物）が植えられている畝が列状に形成された耕作地を当該畝に沿って走行する作業機も、本発明に適用可能である。

図１は、本発明の実施形態に係る作業機１００が耕作地２００を走行する様子を模式的に示す図である。具体的に、図１（ａ）は、作業機１００及び耕作地２００をその上方から見た図である。また、図１（ｂ）は、作業機１００及び耕作地２００をその側方から見た図である。

図１（ａ）に示すように、耕作地２００は、作物（本実施形態では茶樹とする）が植えられている畝（本実施形態では茶畝とする）２１０が列状に形成されている。また、隣接する畝２１０と畝２１０との間には、作業機１００の走行機構（キャタピラー或いはタイヤ等）が通過するための通路２２０が形成されている。

作業機１００は、耕作地２００を畝２１０に沿って走行する。この作業機１００には、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、作業機１００の進行方向１０１に撮影方向が設定された状態で、畝２１０と通路２２０とを含む耕作地２００の領域を斜め上方から撮影して、当該領域の原画像を得る撮影部１１０が設けられている。この際、本実施形態においては、撮影部１１０は、図１（ａ）に示すように、作業機１００の進行方向１０１に直交する当該作業機１００の直交方向１０２の中心位置に配置されている。なお、本発明においては、撮影部１１０は、作業機１００の直交方向１０２の中心位置に必ずしも配置されている必要はなく、例えば、作業機１００の進行方向１０１を撮影可能な、当該作業機１００の前部の上部に配置されている形態であってもよい。

また、本実施形態においては、撮影部１１０は、少なくとも２つの通路２２０が含まれるように耕作地２００の領域を斜め上方から撮影する。このため、得られる原画像には、少なくとも２つの通路２２０が描かれていることになる。

図２は、本発明の実施形態に係る作業機１００の機能構成の一例を示す図である。図２において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。

作業機１００は、図２に示すように、撮影部１１０、情報入力部１２０、制御部１３０、画像処理部１４０、走行機構１５０、作物採取機構１６０、及び、表示部１７０を有して構成されている。

撮影部１１０は、制御部１３０の制御に基づいて、図１を用いて上述したように、作業機１００の進行方向１０１に撮影方向が設定された状態で、畝２１０と通路２２０とを含む耕作地２００の領域を斜め上方から撮影して、当該領域の原画像を得る。

情報入力部１２０は、制御部１３０に対して各種の情報を入力する。例えば、情報入力部１２０は、作業者が操作入力を行うためのスイッチやボタン、更には、作業機１００が外部装置と通信を行う場合には当該外部装置と通信を行うための通信インタフェースを含み構成されている。

制御部１３０は、情報入力部１２０から入力された情報等に従って、作業機１００における動作を統括的に制御する。

画像処理部１４０は、制御部１３０の制御に基づいて、撮影部１１０で得られた原画像の画像処理を行う。この画像処理部１４０は、図２に示すように、原画像取得部１４１、二値化処理部１４２、平面射影変換処理部１４３、画像回転処理部１４４、存在確率分布取得部１４５、最適回転画像抽出部１４６、角度算出部１４７、及び、位置ズレ量算出部１４８を有して構成されている。

図３は、図２の画像処理部１４０により得られる各種の画像の一例を示す図である。

原画像取得部１４１は、撮影部１１０で得られた原画像を取得する処理を行う。ここでは、原画像取得部１４１は、図３（ａ）に示す原画像を取得するものとする。この図３（ａ）に示す原画像には、複数の畝２１０及び複数の通路２２０が描かれている。

二値化処理部１４２は、二値化閾値を用いて、原画像取得部１４１で取得した原画像を二値化処理して、二値画像を生成する。ここで、本実施形態においては、二値化処理部１４２は、原画像の二値化処理を行う際に、原画像の各画素のうち、単に二値化閾値未満の画素における画素値を０とする処理を行う態様を適用することも可能であるが、以下に図４を用いて説明する態様を適用することも可能である。

図４は、本発明の実施形態を示し、図２の二値化処理部１４２で行う形態学的フィルタリングの一例を説明するための図である。
具体的に、本発明の実施形態に適用可能な態様としては、二値化処理部１４２は、図３（ａ）に示す原画像の縦方向３０２については二値化閾値未満の領域を膨張し、図３（ａ）に示す原画像の横方向３０１については二値化閾値未満の領域を収縮する形態学的フィルタリングを行う。この態様を図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて説明する。

まず、図４（ａ）を用いて、図３（ａ）に示す原画像の縦方向３０２の処理について説明する。図４（ａ）には、二値画像における画素値を決定する対象となる対象画素４０１と、その対象画素４０１に対して原画像の縦方向３０２において近傍に位置する近傍画素４０２が示されている。具体的に、図４（ａ）には、対象画素４０１に対して上下１画素の近傍画素４０２が示されている。この場合、二値化処理部１４２は、例えば、図４（ａ）において、近傍画素４０２のうち、少なくとも１つの画素が二値化閾値未満の画素（画素値が０の画素）である場合には、対象画素４０１を二値化閾値未満の画素（画素値が０の画素）とし、二値化閾値未満の領域を膨張する処理を行う。なお、ここでは、近傍画素４０２として対象画素４０１の上下１画素を設定する例について説明を行ったが、本発明においては、この形態に限定されるものではない。例えば、二値化処理部１４２は、近傍画素４０２として対象画素４０１の上下ｎ画素（ｎは２以上の自然数）を設定し、２ｎ個の近傍画素４０２のうち、少なくともＮ（Ｎは、１≦Ｎ≦２ｎ−１）個以上の画素が二値化閾値未満の画素（画素値が０の画素）である場合には、対象画素４０１を二値化閾値未満の画素（画素値が０の画素）とし、二値化閾値未満の領域を膨張する処理を行う形態も、本発明に適用可能である。

次に、図４（ｂ）を用いて、図３（ａ）に示す原画像の横方向３０１の処理について説明する。図４（ｂ）には、二値画像における画素値を決定する対象となる対象画素４０１と、その対象画素４０１に対して原画像の横方向３０１において近傍に位置する近傍画素４０２が示されている。具体的に、図４（ｂ）には、対象画素４０１に対して左右１画素の近傍画素４０２が示されている。この場合、二値化処理部１４２は、例えば、図４（ｂ）において、近傍画素４０２のうち、少なくとも１つの画素が二値化閾値以上の画素（画素値が１の画素）である場合には、対象画素４０１を二値化閾値以上の画素（画素値が１の画素）とし、二値化閾値未満の領域を収縮する処理を行う。なお、ここでは、近傍画素４０２として対象画素４０１の左右１画素を設定する例について説明を行ったが、本発明においては、この形態に限定されるものではない。例えば、二値化処理部１４２は、近傍画素４０２として対象画素４０１の左右ｍ画素（ｍは２以上の自然数）を設定し、２ｍ個の近傍画素４０２のうち、少なくともＭ（Ｍは、１≦Ｍ≦２ｎ−１）個以上の画素が二値化閾値以上の画素（画素値が１の画素）である場合には、対象画素４０１を二値化閾値以上の画素（画素値が１の画素）とし、二値化閾値未満の領域を収縮する処理を行う形態も、本発明に適用可能である。

さらに、本実施形態においては、例えば二値化処理部１４２は、原画像の二値化処理を行う前に、原画像に対してガウシアンフィルタ等の平滑化フィルタによるフィルタリングを行う。このフィルタリングにより、原画像のノイズ成分を低減させることができる。

図３（ｂ）は、二値化処理部１４２において、図３（ａ）に示す原画像を二値化処理して生成された二値画像を示す図である。この図３（ｂ）に示す二値画像では、二値化閾値未満の画素（画素値が０の画素）を白色で示し、二値化閾値以上の画素（画素値が１の画素）を黒色で示している。この図３（ｂ）において、白色で示された部分が通路２２０に相当すると考えられる部分である。この図３（ｂ）に示す二値画像を生成する際に、図４を用いて上述した形態学的フィルタリングを行うことにより、原画像の縦方向３０２については当該縦方向３０２に略沿って描かれている通路２２０をより強調することができ、また、原画像の横方向３０１については通路２２０以外の茶樹の影等のノイズを除去することができ、その結果、二値画像において通路２２０の抽出精度を向上させることが可能となる。

ここで、再び、図２の説明に戻る。
平面射影変換処理部１４３は、二値化処理部１４２で生成された二値画像を平面射影変換処理して、平面射影変換二値画像を生成する。具体的に、平面射影変換処理部１４３は、原画像として撮影された耕作地２００の領域を上から見た視点で、二値化処理部１４２で生成された二値画像を平面射影変換処理して、平面射影変換二値画像を生成する。図３（ｃ）は、平面射影変換処理部１４３において、図３（ｂ）に示す二値画像を平面射影変換処理して生成された平面射影変換二値画像を示す図である。

画像回転処理部１４４は、平面射影変換処理部１４３で生成された平面射影変換二値画像を複数の回転角度で回転させる画像回転処理を行って、当該複数の回転角度における各回転角度に応じた複数の回転画像を生成する。図３（ｄ）は、画像回転処理部１４４において、図３（ｃ）に示す平面射影変換二値画像を画像回転処理して生成された複数の回転画像を示す図である。この図３（ｄ）には、一例として、回転角度が０度から＋９０度（本実施形態では時計回りを＋の回転角度としている）までの各回転角度における回転画像が示されている。

存在確率分布取得部１４５は、画像回転処理部１４４で生成された複数の回転画像における各回転画像について、水平方向の各位置における、当該水平方向に直交する垂直方向の画素のうちの二値化閾値未満の画素の数を算出し、当該二値化閾値未満の画素の数に基づく通路２２０の存在確率分布を取得する。

図５は、本発明の実施形態を示し、図２の存在確率分布取得部１４５で取得された、或る回転画像における通路２２０の存在確率分布の一例を示す図である。図５において、横軸の水平方向の各位置は、図３（ｄ）に示す水平方向３０３の各位置を示す。また、図５において、縦軸の画素数は、図３（ｄ）に示す水平方向３０３の各位置における、当該水平方向３０３に直交する図３（ｄ）に示す垂直方向３０４の画素のうちの二値化閾値未満の画素（図３（ｄ）の白色で示された画素値が０の画素）の数を示す。そして、存在確率分布取得部１４５は、画像回転処理部１４４で生成された各回転画像ごとに、図５に示すような通路２２０の存在確率分布を取得する。

ここで、再び、図２の説明に戻る。
最適回転画像抽出部１４６は、画像回転処理部１４４で生成された複数の回転画像のうち、存在確率分布取得部１４５で取得された通路２２０の存在確率分布における最大値が最も大きい回転画像を最適回転画像として抽出する。具体的に、最適回転画像抽出部１４６は、画像回転処理部１４４で生成された複数の回転画像のうち、図５に示す通路２２０の存在確率分布における最大値５０１が最も大きい回転画像を最適回転画像として抽出する。

角度算出部１４７は、最適回転画像抽出部１４６で抽出された最適回転画像における回転角度に基づいて、畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度を算出する。

位置ズレ量算出部１４８は、本実施形態においては、撮影部１１０が作業機１００の直交方向１０２の中心位置に配置されているため、最適回転画像抽出部１４６で抽出された最適回転画像における水平方向３０３の中心位置と、当該最適回転画像における２つの通路２２０が存在する位置とに基づいて、作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量を算出する。なお、本発明においては、上述したように、撮影部１１０は、作業機１００の直交方向１０２の中心位置に必ずしも配置されている必要はなく、例えば、作業機１００の進行方向１０１を撮影可能な、当該作業機１００の前部の上部に配置されている形態も適用可能であるため、この形態の場合には、位置ズレ量算出部１４８は、最適回転画像抽出部１４６で抽出された最適回転画像における水平方向３０３の中心位置と、当該最適回転画像における２つの通路２２０が存在する位置と、作業機１００に対する撮影部１１０の位置とに基づいて、作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量を算出する形態を採る。

図６は、本発明の実施形態を示し、図２の位置ズレ量算出部１４８による位置ズレ量算出処理を説明するための図である。図６には、最適回転画像抽出部１４６で抽出された最適回転画像６００とともに、当該最適回転画像６００上に、存在確率分布取得部１４５で取得された通路２２０の存在確率分布６０２が斜線領域で示されている。また、図６には、最適回転画像６００における水平方向（３０３）の中心位置６０１と、最適回転画像６００における２つの通路（２２０）が存在する位置６０３及び６０４が示されている。

ここで、図６に示すように、最適回転画像６００において、通路２２０が存在する位置６０３と通路２２０が存在する位置６０４との間の画素数が２９０ピクセル（２９０画素）であるものとする。また、図６に示すように、最適回転画像６００において、通路２２０が存在する位置６０３と水平方向の中心位置６０１との間の画素数が１０５ピクセル（１０５画素）であり、また、通路２２０が存在する位置６０４と水平方向の中心位置６０１との間の画素数が１８５ピクセル（１８５画素）であるものとする。そして、通路２２０が存在する位置６０３と通路２２０が存在する位置６０４との間の領域に畝２１０が存在すると考えられるため、図６に示すように、最適回転画像６００における水平方向の中心位置６０１は、当該畝２１０が存在する領域の水平方向の中心位置に対して、４０ピクセル（４０画素）だけ左にずれていることになる。この際、本実施形態においては、上述したように、撮影部１１０は、作業機１００の直交方向１０２の中心位置に配置されているため、作業機１００の直交方向１０２の中心位置は、最適回転画像６００における水平方向の中心位置６０１と同様と見なすことができる。そして、例えば、耕作地２００において、１画素当たり、１８０／２９０（ｃｍ）であるとすると、作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量は、４０×１８０／２９０≒２５ｃｍと算出することができる。この際、右方向の位置ズレを＋方向とすると、作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量は、−２５ｃｍと算出されることになる。

ここで、再び、図２の説明に戻る。
走行機構１５０は、制御部１３０の制御に基づいて、作業機１００を耕作地２００の畝２１０に沿って走行させるための機構である。この走行機構１５０は、キャタピラー或いはタイヤ等を含み構成されている。例えば、制御部１３０は、位置ズレ量算出部１４８で算出された畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度と、位置ズレ量算出部１４８で算出された作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量とが共に小さくなるように、走行機構１５０による走行を制御する。

作物採取機構１６０は、制御部１３０の制御に基づいて、耕作地２００の畝２１０に植えられている作物を作業機１００で採取するための機構である。

表示部１７０は、位置ズレ量算出部１４８で算出された畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度と、位置ズレ量算出部１４８で算出された作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量の情報を表示する。この際、表示部１７０は、これらの情報とともに、原画像取得部１４１で取得された原画像を表示するようにしてもよい。そして、作業者は、表示部１７０に表示された情報等を見ることにより、現在の作業機１００の畝２１０に対する走行状況を把握することができる。

図７は、本発明の実施形態を示し、図２の表示部１７０による画面表示の一例を示す図である。図７において、表示部１７０の画像表示領域７１０には、原画像取得部１４１で取得した原画像が表示されている。また、図７において、表示部１７０の情報表示領域７２０には、走行状態情報７２１、角度情報７２２、及び、位置ズレ量情報７２３が表示されている。具体的に、走行状態情報７２１には、走行中である旨の情報が表示されている。また、角度情報７２２には、畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度が−４度（反時計回りに４度）である旨の情報が表示されている。また、位置ズレ量情報７２３には、作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量が−２５ｃｍである（左方向に２５ｃｍだけ位置ズレしている）旨の情報が表示されている。

次に、本発明の実施形態に係る作業機１００の制御方法における処理手順について説明する。図８は、本発明の実施形態に係る作業機１００の制御方法における処理手順の一例を示すフローチャートである。この図８に示すフローチャートの説明においては、図２に示す作業機１００の各機能構成を用いて説明を行う。

なお、図８に示すフローチャートの処理の開始時点においては、既に、走行機構１５０による作業機１００の走行、及び、作物採取機構１６０による畝２１０に植えられている作物の採取が行われているものとする。

まず、ステップＳ１０１において、撮影部１１０は、制御部１３０の制御に基づいて、図１を用いて上述したように、作業機１００の進行方向１０１に撮影方向が設定された状態で、畝２１０と通路２２０とを含む耕作地２００の領域を斜め上方から撮影して、当該領域の原画像を得る。ここでは、例えば、図３（ａ）に示す原画像を得る。その後、原画像取得部１４１は、撮影部１１０で得られた原画像を取得する処理を行う。

続いて、ステップＳ１０２において、二値化処理部１４２は、二値化閾値を用いて、ステップＳ１０１で取得した原画像を二値化処理して、二値画像を生成する。この二値化処理の際、本実施形態においては、図４を用いて説明した形態学的フィルタリングを行うことが好適である。ここでは、例えば、図３（ｂ）に示す二値画像を生成する。また、本実施形態においては、例えば二値化処理部１４２は、原画像の二値化処理を行う前に、原画像に対してガウシアンフィルタ等の平滑化フィルタによるフィルタリングを行うことが好適である。

続いて、ステップＳ１０３において、平面射影変換処理部１４３は、ステップＳ１０２で生成された二値画像を平面射影変換処理して、平面射影変換二値画像を生成する。具体的に、平面射影変換処理部１４３は、原画像として撮影された耕作地２００の領域を上から見た視点で、ステップＳ１０２で生成されたで生成された二値画像を平面射影変換処理して、平面射影変換二値画像を生成する。ここでは、例えば、図３（ｃ）に示す平面射影変換二値画像を生成する。

続いて、ステップＳ１０４において、画像回転処理部１４４は、ステップＳ１０３で生成された平面射影変換二値画像を複数の回転角度で回転させる画像回転処理を行って、当該複数の回転角度における各回転角度に応じた複数の回転画像を生成する。ここでは、例えば、図３（ｄ）に示すような複数の回転画像を生成する。

続いて、ステップＳ１０５において、存在確率分布取得部１４５は、ステップＳ１０４で生成された複数の回転画像における各回転画像について、水平方向の各位置における、当該水平方向に直交する垂直方向の画素のうちの二値化閾値未満の画素の数を算出し、当該二値化閾値未満の画素の数に基づく通路２２０の存在確率分布を取得する。具体的に、例えば、存在確率分布取得部１４５は、ステップＳ１０４で生成された各回転画像ごとに、図５を用いて説明した通路２２０の存在確率分布を取得する。

続いて、ステップＳ１０６において、最適回転画像抽出部１４６は、ステップＳ１０４で生成された複数の回転画像のうち、ステップＳ１０５で取得された通路２２０の存在確率分布における最大値が最も大きい回転画像を最適回転画像として抽出する。具体的に、最適回転画像抽出部１４６は、ステップＳ１０４で生成された複数の回転画像のうち、図５に示す通路２２０の存在確率分布における最大値５０１が最も大きい回転画像を最適回転画像として抽出する。

続いて、ステップＳ１０７において、角度算出部１４７は、ステップＳ１０６で抽出された最適回転画像における回転角度に基づいて、畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度を算出する。

続いて、ステップＳ１０８において、位置ズレ量算出部１４８は、ステップＳ１０６で抽出された最適回転画像における水平方向３０３の中心位置（図６の６０１）と、当該最適回転画像における２つの通路２２０が存在する位置（図６の６０３及び６０４）とに基づいて、作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量を算出する。このステップＳ１０８の詳細な処理例は、図６を用いて説明したとおりである。

続いて、ステップＳ１０９において、表示部１７０は、制御部１３０の制御に基づいて、ステップＳ１０７で算出された畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度と、ステップＳ１０８で算出された作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量の情報を表示する。この際、表示部１７０は、これらの情報とともに、ステップＳ１０１で取得された原画像を表示するようにしてもよい。この表示例は、図７を用いて説明したとおりである。そして、作業者は、表示部１７０に表示された情報等を見ることにより、現在の作業機１００の畝２１０に対する走行状況を把握することができる。

続いて、ステップＳ１１０において、制御部１３０は、ステップＳ１０７で算出された畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度と、ステップＳ１０８で算出された作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量とに基づいて、走行機構１５０による走行制御（自動走行制御）を行う。具体的に、制御部１３０は、ステップＳ１０７で算出された畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度と、ステップＳ１０８で算出された作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量とが共に小さくなるように、走行機構１５０による走行制御を行う。

なお、図８に示すフローチャートの処理例では、ステップＳ１０７で算出された畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度と、ステップＳ１０８で算出された作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量とが共に小さくなるように、走行機構１５０による走行制御を行うようにしているが、本発明（本実施形態）においてはこの態様に限定されるものではない。例えば、ステップＳ１０７で算出された畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度のみが小さくなるように、走行機構１５０による走行制御を行う態様も本発明（本実施形態）に含まれる。さらに、例えば、ステップＳ１０８で算出された作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量のみが小さくなるように、走行機構１５０による走行制御を行う態様も本発明（本実施形態）に含まれる。即ち、本発明（本実施形態）においては、ステップＳ１０７で算出された畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度と、ステップＳ１０８で算出された作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量とのいずれか一方が小さくなるように、走行機構１５０による走行制御を行う態様も含まれる。

以上の走行制御により、作業機１００の進行方向１０１を畝列に対して高精度に追従させることができ、作物採取機構１６０による作物の採取を効率的に行うことができる。なお、ステップＳ１０７で算出された畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度と、ステップＳ１０８で算出された作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量とのいずれか一方が小さくなるように、走行機構１５０による走行制御を行う態様よりも、ステップＳ１０７で算出された畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度と、ステップＳ１０８で算出された作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量とが共に小さくなるように、走行機構１５０による走行制御を行う態様の方が、作業機１００の進行方向１０１を畝列に対してより高精度に追従させることができ、作物採取機構１６０による作物の採取をより効率的に行うことができる。

続いて、ステップＳ１１１において、制御部１３０は、情報入力部１２０からの情報に基づいて、作業機１００の自動走行制御を終了するか否かを判断する。この判断の結果、作業機１００の自動走行制御を終了しない（即ち、自動走行制御を継続する）場合には（Ｓ１１１／ＮＯ）、ステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１以降の処理を再度行う。

一方、ステップＳ１１１の判断の結果、作業機１００の自動走行制御を終了する場合には（Ｓ１１１／ＹＥＳ）、図８に示すフローチャートの処理を終了する。

なお、上述した説明では特に言及していないが、最適回転画像の抽出を行う場合に、複数段階（例えば２段階）の処理に分けることも、本実施形態においては好適である。以下、最適回転画像の抽出を２段階の処理に分ける態様について説明を行う。
まず、第１段階では、ステップＳ１０４における複数の回転画像の生成の際に、例えば回転角度を１０度刻みで−９０度から＋９０度までの回転画像を生成する。そして、ステップＳ１０５において１０度刻みの各回転画像における通路２２０の存在確率分布を取得し、次いで、ステップＳ１０６において通路２２０の存在確率分布における最大値が最も大きい回転画像を第１の回転画像として抽出する。
続いて、第２段階では、再度のステップＳ１０４における複数の回転画像の生成の際に、第１の回転画像に対して例えば回転角度を１度刻みで±５度の範囲の回転画像を生成する。そして、ステップＳ１０５において１度刻みの各回転画像における通路２２０の存在確率分布を取得し、次いで、ステップＳ１０６において通路２２０の存在確率分布における最大値が最も大きい回転画像を第２の回転画像として抽出する。そして、この第２の回転画像を最適回転画像とし、ステップＳ１０７以降の処理を行う。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る作業機１００では、撮影部１１０において、作業機１００の進行方向１０１に撮影方向が設定された状態で、畝２１０と通路２２０とを含む耕作地２００の領域を斜め上方から撮影して、当該領域の原画像を得るようにしている。そして、本発明の実施形態に係る作業機１００では、二値化処理部１４２において、二値化閾値を用いて原画像を二値化処理して二値画像を生成し、平面射影変換処理部１４３において、二値画像を平面射影変換処理して平面射影変換二値画像を生成するようにしている。そして、本発明の実施形態に係る作業機１００では、画像回転処理部１４４において、平面射影変換二値画像を複数の回転角度で回転させる画像回転処理を行って、複数の回転角度における各回転角度に応じた複数の回転画像を生成するようにしている。そして、本発明の実施形態に係る作業機１００では、存在確率分布取得部１４５において、複数の回転画像における各回転画像について、水平方向３０３の各位置における、当該水平方向３０３に直交する垂直方向３０４の画素のうちの二値化閾値未満の画素の数を算出し、当該二値化閾値未満の画素の数に基づく通路２２０の存在確率分布を取得し、最適回転画像抽出部１４６において、画像回転処理部１４４で生成された複数の回転画像のうち、存在確率分布取得部１４５で取得された通路２２０の存在確率分布における最大値が最も大きい回転画像を最適回転画像として抽出するようにしている。そして、本発明の実施形態に係る作業機１００では、角度算出部１４７において、最適回転画像における回転角度に基づいて、畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度を算出するようにしている。さらに、本発明の実施形態に係る作業機１００では、位置ズレ量算出部１４８において、最適回転画像における水平方向３０３の中心位置と、当該最適回転画像における２つの通路２２０が存在する位置とに基づいて、作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量を算出するようにしている。
かかる構成によれば、撮影部１１０において得られた原画像を画像処理することにより、畝２１０に対する作業機１００の進行方向１０１における角度や、作業機１００における畝２１０の中心位置からの位置ズレ量を算出するため、作物が植えられている畝２１０の側面等に接触することなく、当該角度や当該位置ズレ量を算出することができる。これにより、作物が植えられている畝を破壊することなく、自動走行制御を行うことが可能となる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
このプログラム及び当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、本発明に含まれる。

なお、上述した本発明の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、または、その主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１００：作業機、１１０：撮影部、１２０：情報入力部、１３０：制御部、１４０：画像処理部、１４１：原画像取得部、１４２：二値化処理部、１４３：平面射影変換処理部、１４４：画像回転処理部、１４５：存在確率分布取得部、１４６：最適回転画像抽出部、１４７：角度算出部、１４８：位置ズレ量算出部、１５０：走行機構、１６０：作物採取機構、１７０：表示部、２００：耕作地

Claims (8)

1. 作物が植えられている畝が列状に形成された耕作地を前記畝に沿って走行する作業機であって、
   当該作業機の進行方向に撮影方向が設定された状態で、隣接する前記畝の間の通路と前記畝とを含む前記耕作地の領域を斜め上方から撮影して、当該領域の原画像を得る撮影手段と、
   二値化閾値を用いて前記原画像を二値化処理して二値画像を生成する二値化処理手段と、
   前記二値画像を平面射影変換処理して平面射影変換二値画像を生成する平面射影変換処理手段と、
   前記平面射影変換二値画像を複数の回転角度で回転させる画像回転処理を行って、前記複数の回転角度における各回転角度に応じた複数の回転画像を生成する画像回転処理手段と、
   前記複数の回転画像における各回転画像について、水平方向の各位置における、当該水平方向に直交する垂直方向の画素のうちの前記二値化閾値未満の画素の数を算出し、当該二値化閾値未満の画素の数に基づく前記通路の存在確率分布を取得する存在確率分布取得手段と、
   前記複数の回転画像のうち、前記通路の存在確率分布における最大値が最も大きい回転画像を最適回転画像として抽出する最適回転画像抽出手段と、
   前記最適回転画像における前記回転角度に基づいて、前記畝に対する当該作業機の進行方向における角度を算出する角度算出手段と
   を有することを特徴とする作業機。
2. 前記撮影手段は、当該作業機の進行方向を撮影可能な、当該作業機の前部の上部に配置されており、
   前記原画像には、少なくとも２つの前記通路が描かれており、
   前記最適回転画像における前記水平方向の中心位置と、前記最適回転画像における前記２つの通路が存在する位置と、当該作業機に対する前記撮影手段の位置とに基づいて、当該作業機における前記畝の中心位置からの位置ズレ量を算出する位置ズレ量算出手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の作業機。
3. 前記二値化処理手段は、前記原画像の縦方向については前記二値化閾値未満の領域を膨張し、前記原画像の横方向については前記二値化閾値未満の領域を収縮する形態学的フィルタリングを行って、前記二値画像を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の作業機。
4. 作物が植えられている畝が列状に形成された耕作地を前記畝に沿って走行する作業機であって、
   当該作業機の進行方向を撮影可能な、当該作業機の前部の上部に配置され、当該作業機の進行方向に撮影方向が設定された状態で、隣接する前記畝の間の通路を少なくとも２つと前記畝とを含む前記耕作地の領域を斜め上方から撮影して、当該領域の原画像を得る撮影手段と、
   二値化閾値を用いて前記原画像を二値化処理して二値画像を生成する二値化処理手段と、
   前記二値画像を平面射影変換処理して平面射影変換二値画像を生成する平面射影変換処理手段と、
   前記平面射影変換二値画像を複数の回転角度で回転させる画像回転処理を行って、前記複数の回転角度における各回転角度に応じた複数の回転画像を生成する画像回転処理手段と、
   前記複数の回転画像における各回転画像について、水平方向の各位置における、当該水平方向に直交する垂直方向の画素のうちの前記二値化閾値未満の画素の数を算出し、当該二値化閾値未満の画素の数に基づく前記通路の存在確率分布を取得する存在確率分布取得手段と、
   前記複数の回転画像のうち、前記通路の存在確率分布における最大値が最も大きい回転画像を最適回転画像として抽出する最適回転画像抽出手段と、
   前記最適回転画像における前記水平方向の中心位置と、前記最適回転画像における前記２つの通路が存在する位置と、当該作業機に対する前記撮影手段の位置とに基づいて、当該作業機における前記畝の中心位置からの位置ズレ量を算出する位置ズレ量算出手段と
   を有することを特徴とする作業機。
5. 前記最適回転画像における前記回転角度に基づいて、前記畝に対する当該作業機の進行方向における角度を算出する角度算出手段を更に有することを特徴とする請求項４に記載の作業機。
6. 前記二値化処理手段は、前記原画像の縦方向については前記二値化閾値未満の領域を膨張し、前記原画像の横方向については前記二値化閾値未満の領域を収縮する形態学的フィルタリングを行って、前記二値画像を生成することを特徴とする請求項４または５に記載の作業機。
7. 作物が植えられている畝が列状に形成された耕作地を前記畝に沿って走行する作業機の制御方法であって、
   前記作業機の進行方向に撮影方向が設定された状態で、隣接する前記畝の間の通路と前記畝とを含む前記耕作地の領域を斜め上方から撮影手段で撮影して、当該領域の原画像を得る撮影ステップと、
   二値化閾値を用いて前記原画像を二値化処理して二値画像を生成する二値化処理ステップと、
   前記二値画像を平面射影変換処理して平面射影変換二値画像を生成する平面射影変換処理ステップと、
   前記平面射影変換二値画像を複数の回転角度で回転させる画像回転処理を行って、前記複数の回転角度における各回転角度に応じた複数の回転画像を生成する画像回転処理ステップと、
   前記複数の回転画像における各回転画像について、水平方向の各位置における、当該水平方向に直交する垂直方向の画素のうちの前記二値化閾値未満の画素の数を算出し、当該二値化閾値未満の画素の数に基づく前記通路の存在確率分布を取得する存在確率分布取得ステップと、
   前記複数の回転画像のうち、前記通路の存在確率分布における最大値が最も大きい回転画像を最適回転画像として抽出する最適回転画像抽出ステップと、
   前記最適回転画像における前記回転角度に基づいて、前記畝に対する前記作業機の進行方向における角度を算出する角度算出ステップと
   を有することを特徴とする作業機の制御方法。
8. 作物が植えられている畝が列状に形成された耕作地を前記畝に沿って走行する作業機の制御方法であって、
   前記作業機の進行方向を撮影可能な、当該作業機の前部の上部に配置された撮影手段を用いて、前記作業機の進行方向に撮影方向が設定された状態で、隣接する前記畝の間の通路を少なくとも２つと前記畝とを含む前記耕作地の領域を斜め上方から撮影して、当該領域の原画像を得る撮影ステップと、
   二値化閾値を用いて前記原画像を二値化処理して二値画像を生成する二値化処理ステップと、
   前記二値画像を平面射影変換処理して平面射影変換二値画像を生成する平面射影変換処理ステップと、
   前記平面射影変換二値画像を複数の回転角度で回転させる画像回転処理を行って、前記複数の回転角度における各回転角度に応じた複数の回転画像を生成する画像回転処理ステップと、
   前記複数の回転画像における各回転画像について、水平方向の各位置における、当該水平方向に直交する垂直方向の画素のうちの前記二値化閾値未満の画素の数を算出し、当該二値化閾値未満の画素の数に基づく前記通路の存在確率分布を取得する存在確率分布取得ステップと、
   前記複数の回転画像のうち、前記通路の存在確率分布における最大値が最も大きい回転画像を最適回転画像として抽出する最適回転画像抽出ステップと、
   前記最適回転画像における前記水平方向の中心位置と、前記最適回転画像における前記２つの通路が存在する位置と、当該作業機に対する前記撮影手段の位置とに基づいて、前記作業機における前記畝の中心位置からの位置ズレ量を算出する位置ズレ量算出ステップと
   を有することを特徴とする作業機の制御方法。