JPS63120216A - イメ−ジセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、イメージセンサに関し、屋外で移動作業を
する作！機を装着したトラクタ、コンバイン、苗植機２
等の進行方向の自動制御のためのセンサに利用できるも
のである。

従来の技術、および発明が解決しようとする問題点 従来のイメージセンサは、室内用が主体で受光量の調節
が不要であったり、また、映像検出用としては電気的画
面走査の周期が固定されていた。

例えば、屋外作業の移動農機にイメージセンサを利用す
る場合には、自然光の明るさの変化が急激に起ることが
多く、しかもイメージセンサを内装したカメラを自由に
回動旋回させる場合等の激しい光量の変化に対し、一般
には光学系の中の絞り機構で対応するが、機械的な絞り
調節を高速で行なう構造は、大型化して利用に不便で、
かつ高価になると共に、光量の急激な変化に対する応答
速度が遅い問題があったφ 問題点を解決するための１段 この発明は、光学系（１）を透過した受光を検出して電
気信号に変える受光センサ（２）と、この電気信号の出
力変化を検出して該受光センサ（２）の電荷蓄積時間（
イ）を増減ＴＡ節する基準電荷制０４部（３）とを設け
てなるイメージセンサの構成とした。

発明の作用、および効果 イメージセンサを１例えば移動農機に装置して明所暗所
の境界部に沿って進行する場合、光学系（１）が規準す
る明所暗所からの光線は光学系（１）を透過して受光セ
ンサ（２）がこれを受けると、受光センサ（２）に電荷
が蓄積しこの蓄積電圧を電気信号に変えて基準電荷制御
部（３）へ発信する。基準電荷制御部（３）は受光セン
サ（２）からの電気信号の出力変化を検出して該基準電
荷より出力が高い場合には受光センサ（２）の電荷蓄積
時間（イ）を短かく調法変更し、また該電気信号の出力
が低い場合には′：！１荷蓄積時間（イ）を長く調法変
更して、該基準電荷の出力近傍に維持する。電荷蓄積時
間は、一般のフィルムを用いたカメラにおける露出時間
に相当するもので、露出過剰や不足による受光センサ（
２）の検出能力を越えた受光量を受けることなく、また
基準電荷制御部（３）が、該光学系（１）が規準した外
界の明所、暗所の位置を二値化して判断する場合にも、
二値化レベルが余り大きく変動しないのでよい。

このようにして、一般にイメージセンサの受光量調節の
ために行なう光学系（１）での絞り調節では応答し難い
高速応答速度で、基準電荷制御部（３）のプログラム制
御だけで受光量調節ができるので、構造は簡単で安価に
できるのでよい。

実施例 尚、図例において光学系（１）は、望遠レンズ系をレン
ズ筒部（４）に内装している。

受光センサ（２）は、リニアイメージセンサとし、電荷
結合素子（ＣＣＤ）を−列に例えば５１２ビツト配設し
たものとし、該光学系（１）の後部の受光位置に該電荷
結合素子を、横方向の列にして設けている。この受光セ
ンサ（２）は基準電荷制御部（３）から発信されるスタ
ートパルスの設定された一定のカウント数相当の時間だ
け受光した光線を各ビットに電荷を蓄積できるもので、
その蓄積電荷の出力を基準電荷制御部（３）に発信する
。光学系（１）の筒部（４）と受光センサ（２）を内装
するカメラケース（５）とは連結構成され、このカメラ
ケース（５）内には、カメラ内回路（６）を有し、この
カメラ内回路（６）には、受光センサ（２）から基準電
荷制御部（３）への発信回路のノイズフィルタ（７）お
よびデータホルダ（８）を設けている。カメラケース（
５）は、その下側に縦方向の中空の回動軸（９）を設け
ている。

基準電荷１ｔＩＩＩ御部（３）は、該カメラケース（５
）の回動輪（９）を軸受（ｌＯ）で回動自在に支承する
固定ケース（１１）の底部に内装してあり、該カメラ内
回路（６）との間に、該中空の回動軸（９）内を貫通さ
せた配線（１２）を連結している。

この基準電荷制御部（３）は、ｅｐｕ（１３）を主体と
して構成し、該データホルダ（８）の保持するデータの
レベル（電圧）と、ｃｐｕ（１３）の内部に通じて基準
値設定部（１４）で設定されたレベルと、を比較する比
較器（１５）と、この比較器（１５）の比較データを記
憶保持するレジスタ（ｌＯ）を経由してｃｐｕ（１３）
内部に入力させている。

この入力に基いて、受光センサ（２）の電荷蓄積時間（
イ）を変更すべく判断したときの出力は、ｃｐｕ（１３
）内のスタートカウンタ（１７）から直接受光センサ（
２）のＳに入力している。また、クロ−２クバルス発信
部（１８）からのクロックパルス（Φ）を受光センサ（
２）に入力させている。

この他、ｃｐｕ（１３）からは、該カメラケース（５）
部を回動させるモータ（１９）その他の制御を行なうカ
メラ方向制御部（２０）へ入出力回路を設けると共に、
これらｃｐｕ（１３）の情報によって、作業車体（２１
）の操縦装置等を制御する入出力回路を設けている。

前記固定ケース（１１）には、該基準電荷制御部（３）
の他、該カメラケース（５）を該回動軸（９）を中心と
して約３００度の回動視野を与える回動パルスモータ（
１８）と、その伝動ギヤ機構（２２）とを設けている。

このパルスモータ（１８）と伝動ギヤ機ｉ　（２２）と
は、カメラケース（５）を回動させず、固定させて使用
可能に構成している。

リニアイメージセンサからなる受光センサ（２）は、快
晴の日、曇りの日、或いは朝昼、夕方等の屋外の光λ幅
（ハ）をＯから１０までの数字で表した場合、第３図に
示すように、その感度Ｉｔ＠（ニ）は狭いもので、この
感度幅（ニ）より明暗の不感部を感知するために大枠を
光学系（１）の絞りでその日時の情況によって調整して
おき、その範囲内での高速応答調節のために受光センサ
（２）の感度幅（ニ）を明暗側れかにずらせるものであ
る。−・般的に電荷結合素子は、一定の明るさの条件下
では受光時間の侵短に比例して各素子ビットの電荷（電
圧）蓄積が増減するものである。このために、第４図に
示すように、例えば５１２ビツトの各ビットに電荷蓄積
時間（イ）を該クロックパルス（φ）のパルス数で表せ
る時間（通常２乃至３ミリセツク）だけチャージさせた
のち、この（イ）を自動的に終了させ、素子５１２ビツ
トの列の一端から通常０．８ミリセック程度の間に、該
クロッグパルス（φ）毎に順送りに基準電荷制御部（３
）へ出力する出力時間（ロ）を経過させ、この出力が終
ると再び電荷蓄積時間（イ）の０時間のスタートに戻っ
て繰返すものである。各ビットの出力信号は、第２図に
示すようにノイズフィルタ（７）でノイズを除かれ、デ
ータホルダ（８）で−１νデータを保持した状態で比較
器（１５）へ出力すると、比較器（１５）で基準値設定
部（１０からの設定電圧レベル値と比較し、二値化して
レジスタ（１６）に読み込む。このデータをｅｐｕ（１
３）が判断して受光センサ（２）の電荷蓄積時間（イ）
を変更するには、　　ｅ　Ｐ　１１　（１３）内のスタ
ートカウンタ（１７）から、変更１７た電荷蓄積時間（
イ）相当の該グロックパルス（φ）のカウント数を受光
センサ（２）に変更指定するだけでよいものである。

このような作用をするイメージセンサ（２３）を、作業
車体（２１）であるコンバインの進行方向（ホ）右側の
操縦部（２０前部に装着し、未刈稈部（へ）と刈取跡地
（ト）との境界部（チ）の土壌面の暗部を規準しながら
、この境界部（チ）にそって作業車体（２１）を前進さ
せて刈取進行をする例において、イメージセンサ（２３
）は、作業車体（２１）にその進行方向（ホ）向きに固
定され、イメージセンサ（２３）から一定距離（す）の
左右方向の一線」二の左右方向の視野（ヌ）を視亭して
、この視野（ヌ）内の明部暗部を、受光センサ（２）の
例えば５１２ビツトの全素子に受光するもので、このと
きの各ビットの出力の基準レベルでの明暗を表す電圧グ
ラフを第６図の（ｂ）の基準レベル曲線（ル）とすると
、受光センナ（２）の各ビットの基準電荷制御をしない
場合には、同図の明レベル曲線（オ）とか、暗レベル曲
線（ワ）のように上下に変動するものである。基準レベ
ル曲線（ル）における最も明るい場所を示す最大レベル
（力）ｌｃｌａ９部を示す最小レベル（ヨ）、および平
均の明るさを示す平均レベル（り）とし、先ず平均レベ
ル（り）によって電気的に二値化して（Ｃ）に示すグラ
フの最も広い幅（ビット数）の暗部（ｌ／）が、該境界
部（チ）と判断できる所定＠（ビット数）に達しないと
きには、この二値化レベルを短時間に少しづつ移動させ
て二値化を縁返し、発見レベル（ン）で二値化したとき
に、（ｄ）に示す二値化グラフによって境界部（チ）と
ｙｎ断できる所定幅（ビット数）の暗部（ツ）と判断し
、この暗部（ツ）の全５１２ビツトの中での位置がその
中心部に位置していれば正しく進行していると判断でき
、中心から左右に偏移していれば、作業車体（２１）の
コンバインが、境界部（チ）から左右何れかに偏移して
いるもので、ｃｐｕ（１３）から作業車体（２１）の操
縦装置を制御してその進行位置を正しく修正して境界部
（チ）に沿わせるものである。

従って、基準電荷制御をしない場合、明レベル曲線（オ
）とか暗レベル曲線（ワ）のように天候の変化等によっ
て二値化レベルの電圧レベルが大きく変動すると、その
二値化して所定幅の暗部（ツ）を発見するのに演算時間
を多く要して作業車体（２１）の制御が遅れることにも
なるが、図例のような構成によって、基準レベルの（ル
）の曲線近傍に集約できるので、速やかな作業車体（２
１）の制御に利用できるものである。

尚、イメージセンサ（２３）の回動は、第７図に示す方
形圃場（２５）の三隅部に設けるボール（２Ｂ）を回動
規準しながらその方位や距離を測定し、イメージセンサ
（２３）を装こしたトラクタ作業機（２７）等の圃場（
２５）における位置を検出し、トラクタ作業機（２７）
等の進行方向（ホ）制御を行なう場合に利用するもので
ある。

尚又、第８図に示すものは別の実施例図で、スタートカ
ウンタ部（１７）をカメラ内回路（６）に設け、ｅｐｕ
（１３）でクロックパルスを指定変更し、この指定変更
されたパルスをクロー、クバルス発信部（１日）からス
タートカウンタ部（１７）に受けて受光センサ（２）に
クロックパルス（φ）を送るし、また、電荷蓄積時間（
イ）のパルスカウントも行なうもので、この形態に設け
てもよいものである。

【図面の簡単な説明】

図は、この発明の一実施例を示すもので、第１図は側断
面図、第２図は制御ブロック図、第３図、第４図、第５
図、第６図、は一部の作用図、第７図は作用図、第８図
は別の実施例の制御ブロック図である。 図中、符号（１）は光学系、（２）は受光センサ、（３
）は基準電荷制御部を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光学系（１）を透過した受光を検出して電気信号に変え
   る受光センサ（２）と、この電気信号の出力変化を検出
   して該受光センサ（２）の電荷蓄積時間（イ）を増減調
   節する基準電荷制御部（３）とを設けてなるイメージセ
   ンサ。