作物と雑草識別のための位置推定による高速画像処理手法

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要約

一定間隔で植え付けられている作物の2値画像から、設定されている条間と株間の値を用いて、作物位置を推定し、画像処理により高速かつ高精度に作物と雑草を識別できる手法である。

担当:北海道農業試験場・作物開発部・農業機械研究室
連絡先:011-857-9265
部会名:総合研究(農業物理)
専門:機械
対象:葉茎菜類
分類:研究

背景・ねらい

環境への配慮から、除草剤等の農薬の使用をできるだけ抑えた栽培管理技術が求められており、畝間と株間の物理除草技術やスポット防除技術の開発が望まれている。そのためには作物の株位置やその大きさを正確かつ、リアルタイムで計測することのできるセンシング手法が不可欠である。そこで、一定間隔で植え付けられている作物の画像から、高速かつ高精度に作物の株の位置と大きさ(投影面積)を認識できる手法を開発する。

成果の内容・特徴

本手法は図1に示す処理手順によって、図2の白抜きで示す2値化により作物を抽出した画像から株の位置を推定して高速に作物を認識することができる。株位置の推定は、設定された条間と株間の値と抽出部の画素数から周期性のあるデータの解析に用いられるフーリエ級数によって、図3に示すように列と株の画像端からの距離を計算して行う。作物の位置と大きさは、その推定位置の周囲に設定した探索範囲(関心領域)内にある抽出部分から求める。なければ欠株であり、探索範囲外にある抽出部分は雑草等と判断する。
表1に示すように、本手法によって近赤外画像を処理した場合の処理時間は、4条×4株～5株が含まれる画像1枚あたり、キャベツで0.46秒、ハクサイが0.51秒、識別率はそれぞれ84%、91%と、高速に処理することができ、かつ高い識別率が得られる。なお、探索範囲は、条方向、株方向ともに、±100mmに設定している。
本手法は、作物の植え付け位置に誤差があっても処理が可能であり、探索範囲の設定によって許容する誤差範囲を調整することができる。
識別は、カメラと作物の距離が一定であれば、作業条件に応じて、条間、株間、探索範囲のパラメータを設定するだけで容易に行える。