JP4755752B2

JP4755752B2 - 青果物検査装置

Info

Publication number: JP4755752B2
Application number: JP2000361613A
Authority: JP
Inventors: 正司藤井; 喜一郎宇山; 雅也吉田; 正史本山
Original assignee: Toshiba IT and Control Systems Corp
Current assignee: Toshiba IT and Control Systems Corp
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2020-11-28
Also published as: JP2002168807A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばスイカ、メロン、カボチャ、ダイコン等の青果物を検査する装置に係り、特に青果物の内部の空洞あるいは水分の偏在、また糖度等を非破壊で高精度で測定して、青果物の品質を評価し選別できるようにした青果物検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、スイカ、メロン、カボチャ、ダイコン等の青果物の空洞や水分の過小部分の有無を、Ｘ線を用いて判定する手法としては、例えば“特開昭６２−２７３０８７号公報”、“特開平８−２４２６８１号公報”、“特開平１１−１７４００１号公報”、“特開平１１−２１１６７７号公報”等が、既に知られている。
【０００３】
これらの手法では、青果物のＸ線透過画像を作り、あるものは、透過するＸ線量の大小で空洞を評価し、またあるものは、空洞部と隣接した非空洞部のコントラストの大小で空洞を評価するようにしている。
【０００４】
一方、青果物の糖度を非破壊により測定する手法としては、例えば“特開平９−５２３４号公報”等が、既に知られている。
【０００５】
この手法は、近赤外光を青果物に当てて、出射された光から光吸収を測定し、糖度を測定するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の方法においては、次のような解決すべき課題がある。
【０００７】
青果物、例えばスイカは、内部の空洞が細長い平面状（ひび割れ状）に生じることが多く、透過画像の方向によって、空洞の見え方が著しく変化する。
【０００８】
すなわち、従来の評価方法では、透過方向が空洞面に沿った方向の場合には、空洞部が明るくはっきり見えて、空洞大と評価され、傾斜している場合には、空洞部は目立たず、空洞小と評価され、評価が空洞面の方向によって著しく変化してしまうという問題がある。
【０００９】
また、糖度測定においては、近赤外光を用いていることから、青果物の形状、大きさ、色等に影響されてしまい、精度が上がらないという問題がある。
【００１０】
さらに、従来の方法では、青果物の未熟あるいは過熟が非破壊で判定できないという問題もある。
【００１１】
本発明の目的は、青果物の内部の空洞の体積に略比例した量を測定して、精度の良い青果物の内部の空洞の評価を非破壊で行なうことが可能な青果物検査装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、青果物の形状、大きさ、色、等に影響されることなく、青果物の糖度の評価を非破壊で行なうことが可能な青果物検査装置を提供することにある。
【００１３】
さらに、本発明の他の目的は、青果物の形状、大きさ、色、等に影響されることなく、青果物の未熟あるいは過熟の評価を非破壊で行なうことが可能な青果物検査装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に対応する発明の青果物検査装置は、Ｘ線ビームを放射するＸ線源と、Ｘ線源からのＸ線ビームを空間分解能をもって検出するＸ線検出器と、Ｘ線源からＸ線検出器へ向かうＸ線ビームを横切るように青果物を移動させる搬送手段と、Ｘ線検出器により得られた青果物の透過画像データを処理するデータ処理手段とを備え、データ処理手段は、青果物の透過画像データに対し、対数変換と、青果物自身のシェーディングを表す大きさの異なる複数の元補正画像の一つを青果物の透過画像データから求めた前記青果物の大きさに応じて選択して青果物の中心座標に位置合わせして減算する青果物自身のシェーディングを補正するシェーディング補正と、空洞部抽出及び空洞部画素積算による空洞体積の計算と、当該空洞体積による空洞の評価とを行なうようにしている。
【００１５】
従って、請求項１に対応する発明の青果物検査装置においては、Ｘ線ビームを横切る青果物の透過画像データに対し、対数変換とシェーディング補正と、空洞部抽出及び空洞部画素積算による空洞体積の計算と、当該空洞体積による空洞の評価とを行なうことにより、透過画像データに対数変換を加えて、透過長に比例する量の画像が求まり、当該画像から空洞画像を抽出してこれを画素で積算することで、積算値は空洞の体積（に比例した量）となる。
この場合、体積で評価するため、精度の良い空洞の評価を行なうことができる。
【００１６】
また、請求項２に対応する発明の青果物検査装置は、Ｘ線ビームを放射するＸ線源と、Ｘ線源からのＸ線ビームを空間分解能をもって検出するＸ線検出器と、Ｘ線源からＸ線検出器へ向かうＸ線ビームを横切るように青果物を移動させる搬送手段と、Ｘ線検出器により得られた青果物の透過画像データを処理するデータ処理手段とを備え、データ処理手段は、青果物の透過画像データに対し、対数変換と、青果物自身のシェーディングを表す大きさの異なる複数の元補正画像の一つを青果物の透過画像データから求めた前記青果物の大きさに応じて選択して青果物の中心座標に位置合わせして減算する青果物自身のシェーディングを補正するシェーディング補正と、空洞部抽出及び空洞部画素数求出による空洞面積の計算と、当該空洞面積による空洞の評価とを行なうようにしている。
【００１７】
従って、請求項２に対応する発明の青果物検査装置においては、Ｘ線ビームを横切る青果物の透過画像データに対し、対数変換とシェーディング補正と、空洞部抽出及び空洞部画素数求出による空洞面積の計算と、当該空洞面積による空洞の評価とを行なうことにより、透過画像に対数変換を加えて、透過長に比例する量の画像が求まり、当該画像から空洞の二値化像を抽出して、画素数から空洞部の面積（に比例した量）を計算することで、（体積に準じて）精度の良い空洞の評価を行なうことができる。
この場合、前記請求項１に対応する発明の体積計算に比べて、より処理計算時間を短縮することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）および（ｂ）は、本実施の形態による青果物検査装置の構成例を示す正面図および側面図である。
【００２４】
図１において、Ｘ線源であるＸ線管１から発生するＸ線は、コリメータ９で成形されてファン状のＸ線ビーム２となる。
【００２５】
Ｘ線検出器３は、一次元の多チャンネルＸ線検出器であり、Ｘ線ビーム２を空間分解能をもって検出するように配置されている。
【００２６】
このＸ線検出器３は、Ｘ線の強度を検出し、当該強度に比例したデジタルデータを出力する。
【００２７】
被検体である青果物（本例では、スイカ）４は、搬送手段であるコンベア５により、Ｘ線管１からＸ線検出器３へ向かうＸ線ビーム２を横切るように搬送される。
【００２８】
この搬送中に、Ｘ線検出器３の出力は、青果物４の透過画像データとしてデータ処理部７に取込まれる。
【００２９】
データ処理部７および表示部８は、通常のコンピュータを用いてなるものであり、ＣＰＵ、メモリ、ディスク、キーボード、インターフェース等からなり、青果物４の透過画像データを処理して評価するソフトウェア等を記憶している。
【００３０】
表示部８には、透過像や評価結果が表示される。
【００３１】
なお、６は遮蔽箱を示している。
【００３２】
次に、以上のように構成した本実施の形態による青果物検査装置の作用について説明する。
【００３３】
なお、ここでは、データ処理部７が行なう処理を中心として述べる。
【００３４】
図１において、青果物４がＸ線ビーム２を横切る時、コンベア５による搬送の一定ピッチ毎に、Ｘ線検出器３の全チャンネルのデータを取り込み、横軸にチャンネル、縦軸に搬送距離をとってデータを並べると、透過画像が得られる。
この透過画像は、Ｘ線の強度に比例した画像である。
【００３５】
次に、この透過画像Ｉに対数変換を加える。
【００３６】
この場合、対数変換の式は、空気データ（青果物４が無い時のデータ）をＩAとして、
Ｐ＝ｌn（ＩA／Ｉ） …（１）
である。
【００３７】
この画像Ｐは、略青果物４の（透過経路に沿った）透過長（に比例した値）の画像である。
【００３８】
次に、この画像Ｐに対し、画像処理を加える。
【００３９】
図２は、画像処理のデータフローを示す図である。
【００４０】
図２において、処理のステップは、Ｓ１乃至Ｓ９のステップを番号順に行なう。
【００４１】
ステップＳ１:原画像Ｐを二値化して二値化画像１を得る。
【００４２】
ステップＳ２:二値化画像１の横幅(あるいは縦幅)から、青果物のサイズを求める。
さらに、縦横の縁から、中心座標を求める。
【００４３】
ステップＳ３:青果物のサイズから、シェーディング補正用の元補正画像を選択する。
【００４４】
すなわち、あらかじめ計算して記憶してある元補正画像から、青果物のサイズよりも少し大きい元補正画像を選択する。
【００４５】
さらに、この画像を青果物４の中心座標に合うようにずらして、補正画像を得る。
【００４６】
ステップＳ４:原画像Ｐと補正画像とを減算して、差画像を得る。
この差画像は、（透過経路に沿った）空洞長（に比例した値）の画像となる。
【００４７】
ステップＳ５:差画像を二値化して、二値化画像２を得る。
これにより、空洞と縁が抽出される。
【００４８】
ステップＳ６:二値化画像１と二値化画像２との論理和をとる。
これにより、空洞のみの空洞二値画像が抽出される。
【００４９】
ステップＳ７:差画像と空洞二値画像との乗算を行ない、空洞画像（空洞のみの多値画像）を得る。
【００５０】
ステップＳ８:空洞画像の画素積算を行ない、空洞体積（に比例する量）を求める。
【００５１】
ステップＳ９:空洞体積と基準値とを比較して、評価（不良品やランクの判定）を行なう。
【００５２】
以上のようにして、本実施の形態では、空洞体積（に比例する量）を求めて評価を行なうことで、極めて精度の良い青果物４の空洞の評価を行なうことができる。
【００５３】
すなわち、ここで空洞体積（に比例する量）が求まるのは、透過画像Ｉに対数変換を加えて透過長（に比例する量）の画像Ｐを求め、空洞を抽出して空洞長（に比例する量）の空洞画像を得て、これを画素で積算しているためである。
【００５４】
画像Ｐが透過長の画像となる理由は、青果物４のＸ線吸収係数をμとして、透過長Ｌの時のＸ線検出器３の出力Ｉは、
Ｉ＝ＩA・ＥＸＰｅ（−μ・Ｌ） …（２）
となるので、
Ｉを前記式（１）で対数変換すると、
Ｐ＝μ・Ｌ …（３）
となり、画像Ｐは透過長Ｌに比例することで示される。
【００５５】
上述したように、本実施の形態による青果物検査装置では、青果物４の内部の空洞の体積に略比例した量を測定して、精度の良い青果物４の内部の空洞の評価を非破壊で行なうことが可能となる。
【００５６】
（変形例１）
上記実施の形態では、式（１）の対数変換を用いるようにしたが、正確な対数変換でなく、対数変換に近い非線型階調変換を用いるようにしても、上記実施の形態の場合と略同様の作用効果を得ることができる。
【００５７】
また、図２に示す画像処理のデータフローにおいて、ステップＳ８の代わりに、ステップＳ８'を用いるようにしてもよい。
【００５８】
すなわち、ステップＳ８’では、空洞二値画像の画素積算を行ない、空洞面積（に比例する量）を求める。
【００５９】
かかる処理を採用した場合には、体積に準ずる量である面積で判定が行なわれる。
【００６０】
実質的に、多くの場合、正確な判定が可能であり、ステップＳ７の乗算を省略することができ、処理が簡略化されて高速化を図れるという利点を有する。
【００６１】
図３は、同変形例１の構成例を示す概要図である。
【００６２】
すなわち、本変形例では、水平方向に対向させたＸ線管１１とＸ線検出器１３とを付加したものでとしている。
【００６３】
なお、１２はＸ線ビームを示している。
【００６４】
Ｘ線管１１およびＸ線検出器１３は、それぞれ元のＸ線管１およびＸ線検出器３と同等のものである。
【００６５】
以上のような構成の青果物検査装置においては、Ｘ線検出器１３による透過画像にも同じ処理を加え、２つの判定を総合して最終判定を行なうことで、より一層正確な評価を行なうことが可能となる。
【００６６】
（変形例２）
図４は、同変形例２の構成例を示す概要図である。
【００６７】
すなわち、本変形例では、青果物４の下部には凹部１５があるが、産地や品種で大きさが異なる。
【００６８】
凹部１５が大きな場合には、元補正画像をプロフィール１６のように飽和させると、シェーディング補正を正確に行なうことが可能となる。
【００６９】
（第２の実施の形態）
図５は、本実施の形態による青果物検査装置の構成例を示す要部概要図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００７０】
すなわち、本実施の形態による青果物検査装置は、図５に示すように、図１に散乱線検出器２１を付加した構成としている。
【００７１】
散乱線検出器２１は、Ｘ線検出器３と同様のＸ線検出器であるが、チャンネル数は少なくてもよい。
【００７２】
この散乱線検出器２１は、Ｘ線検出器３に隣接して略平行に、Ｘ線ビーム２が当たらないようにＸ線ビーム２の外に配置され、青果物４に当たって散乱する散乱線２０を検出する。
【００７３】
散乱線検出器２１の出力は、同様に散乱画像データとして前記データ処理部７に取込まれる。
【００７４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による青果物検査装置の作用について説明する。
【００７５】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【００７６】
図５において、Ｘ線ビーム２の一部は、青果物４に当たって全周方向に散乱されて散乱線２０となる。
このうち、前方に散乱されたものが、散乱線検出器２１で検出される。
【００７７】
データ処理部７は、散乱線検出器２１の１つのチャンネルの出力をＩs、Ｘ線検出器３の隣接するチャンネルの（同時刻の）出力をＩとして、Ｉsに次のような強度補正を加えて、散乱の割合Ｉs'を求める（各チャンネルで求める）。
【００７８】
Ｉs'＝Ｉs／Ｉ …（４）
ところで、散乱線２０の１個あたりのエネルギーは、散乱角が小さいほど大きくなり、前方散乱はＸ線ビーム２とほぼ同じエネルギーである。
また、前方散乱はＸ線ビーム２とほぼ同じ経路を通るので、ＩsとＩはほぼ同じ減衰、すなわち青果物４のＸ線吸収係数をμ、透過長をＬとして、減衰、ＥＸＰe（−μ・Ｌ）を受けている。
【００７９】
これにより、上記式（４）で、強度だけでなく青果物４自体による減衰が補正できることがわかる。
【００８０】
次に、Ｉs'を、各チャンネル、および搬送距離で平均して、青果物４の散乱の割合Ｒsを求める。
【００８１】
図６は、同実施の形態における評価を説明するための図である。
【００８２】
ＲsがＲs1ないしＲs2の場合には良品であり、糖度を図のグラフで求める。
【００８３】
また、ＲsがＲs1以下の場合には未熟、Ｒs2以上の場合には過熟と、それぞれ判定する。
【００８４】
これは、糖度が高いと散乱が増え、糖度が低いと散乱が減ることを利用している。
【００８５】
また、過熟の場含には、水分の割合が過大となって散乱が過大となり、未熟の場含には、その逆となる。
【００８６】
以上のようにして、本実施の形態では、Ｘ線の散乱を利用することで、青果物４の形状、大きさ、色、等に影響され難い青果物４の糖度の評価を行なうことができる。
【００８７】
また、Ｘ線は透過能力が高いので、レーザー光が透過し難い青果物４も容易に検査を行なうことができる。
【００８８】
さらに、一つの装置で、青果物４の未熟、過熟、および空洞の検査も行なうことができる。
【００８９】
上述したように、本実施の形態による青果物検査装置では、青果物４の形状、大きさ、色、等に影響されることなく、青果物４の糖度の評価、青果物４の未熟あるいは過熟の評価を、非破壊で行なうことが可能となる。
【００９０】
（変形例）
上記実施の形態において、Ｒsを求める時に、単純平均でなくウエイトを付けることもできる。
【００９１】
すなわち、例えば透過長Ｌでウエイトを付ける場合には、式
Ｒs＝Σ（Ｉs'・Ｌ）／Σ（Ｌ） …（５）
で平均する。
【００９２】
ここで、Ｌは、
Ｌ＝ｌn（ＩA／Ｉ）／μ …（６）
で求める。
【００９３】
このようにした場合、散乱の割合Ｒsは、略青果物４の体積平均となるため、糖度が精度良く求められる。
【００９４】
一方、空洞も同時に測定するため、空洞部を除外して平均を行なうようにしてもよい。
これにより、空洞がある青果物４に対しても、精度良く糖度が求められる。
【００９５】
その他、散乱線検出器２１の出力Ｉsを用いて、Ｘ線検出器３の出力Ｉに散乱線補正を加えることができる。
【００９６】
ここで、散乱線補正は、前記対数変換の前に、式
Ｉ'＝Ｉ−Ｉs …（７）
で行なう。
【００９７】
ここで、Ｉsは、隣接するチャンネルの出力である。
【００９８】
これにより、透過画像が高品質となり、青果物４の空洞の評価をより一層精度良く行なうことが可能となる。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の青果物検査装置によれば、青果物の内部の空洞の体積に略比例した量を測定して、精度の良い青果物の内部の空洞の評価を非破壊で行なうことが可能となる。
【０１００】
また、本発明の青果物検査装置によれば、青果物の形状、大きさ、色、等に影響されることなく、青果物の糖度の評価を非破壊で行なうことが可能となる。
【０１０１】
さらに、本発明の青果物検査装置によれば、青果物の形状、大きさ、色、等に影響されることなく、青果物の未熟あるいは過熟の評価を非破壊で行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による青果物検査装置の第１の実施の形態を示す正面図および側面図。
【図２】同第１の実施の形態の青果物検査装置における画像処理のデータフローを示す図。
【図３】同第１の実施の形態の青果物検査装置における変形例１の構成例を示す概要図。
【図４】同第１の実施の形態の青果物検査装置における変形例２の構成例を示す概要図。
【図５】本発明による青果物検査装置の第２の実施の形態を示す概要図。
【図６】同第２の実施の形態の青果物検査装置における評価を説明するための図。
【符号の説明】
１…Ｘ線管
２…Ｘ線ビーム
３…Ｘ線検出器
４…青果物（スイカ）
５…コンベア
６…遮蔽箱
７…データ処理部
８…表示部
９…コリメータ
１１…Ｘ線管
１２…Ｘ線ビーム
１３…Ｘ線検出器
１５…凹部
１６…プロフィール
２０…散乱線
２１…散乱線検出器。

Claims

Ｘ線ビームを放射するＸ線源と、
前記Ｘ線源からのＸ線ビームを空間分解能をもって検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線源から前記Ｘ線検出器へ向かうＸ線ビームを横切るように青果物を移動させる搬送手段と、
前記Ｘ線検出器により得られた青果物の透過画像データを処理するデータ処理手段とを備え、
前記データ処理手段は、前記青果物の透過画像データに対し、対数変換と、前記青果物自身のシェーディングを表す大きさの異なる複数の元補正画像の一つを前記青果物の透過画像データから求めた前記青果物の大きさに応じて選択して前記青果物の中心座標に位置合わせして減算する前記青果物自身のシェーディングを補正するシェーディング補正と、空洞部抽出及び空洞部画素積算による空洞体積の計算と、当該空洞体積による空洞の評価とを行なうようにしたことを特徴とする青果物検査装置。
Ｘ線ビームを放射するＸ線源と、
前記Ｘ線源からのＸ線ビームを空間分解能をもって検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線源から前記Ｘ線検出器へ向かうＸ線ビームを横切るように青果物を移動させる搬送手段と、
前記Ｘ線検出器により得られた青果物の透過画像データを処理するデータ処理手段とを備え、
前記データ処理手段は、前記青果物の透過画像データに対し、対数変換と、前記青果物自身のシェーディングを表す大きさの異なる複数の元補正画像の一つを前記青果物の透過画像データから求めた前記青果物の大きさに応じて選択して前記青果物の中心座標に位置合わせして減算する前記青果物自身のシェーディングを補正するシェーディング補正と、空洞部抽出及び空洞部画素数求出による空洞面積の計算と、当該空洞面積による空洞の評価とを行なうようにしたことを特徴とする青果物検査装置。