技術 青果物検査装置

0001

本発明は、例えば、柑橘類の果皮表面に現れる水腐れや、果皮の異常乾燥など、青果物の果皮表面及び果皮内部の異常の有無を検査するための青果物検査装置に関する。

0002

柑橘類では、果皮に傷が付いた際に、その傷から菌が入り込み、雨や露などにより長期にわたり果皮表面が濡れた状態となり、また、２５度前後の環境温度の条件下において、水腐れ病と呼ばれる症状が現れることがある。

0003

水腐れの具体的症状としては、柑橘類の果皮が膨潤したような状態となり、発生部位から腐敗が果皮の広範囲に拡大し、カビが生じたり、乾燥腐れとなったりすることもある。

0004

このため、水腐れの生じた柑橘類を、正常品と混載梱包した場合、正常品まで腐敗させてしまう恐れがあることから、商品の品質を確保するためにも、水腐れの生じた個体を、選果段階で排除することが望まれている。

0005

水腐れの初期症状とも言える果皮の傷、特に発生直後の生傷については、特許文献１，２に開示されるように、紫外線照射により、可視領域の蛍光を発する物質由来の特定蛍光波長を検出することによる画像検査が行われている。

0006

このような水腐れ、カビ及び乾燥腐れの初期症状である果皮の傷を検出することで、選果工程において不良品の流出をある程度防ぐことはできるが、例えば、選果工程の時点で既に水腐れが生じてしまっている青果物の場合、水腐れが進むにつれて果皮が膨らむことで、果皮表面の傷が隠れてしまい、特許文献１，２に開示されるような画像検査では水腐れの生じた青果物を検出することができないことがある。

0007

また、水腐れ、カビ及び乾燥腐れの有無を検査する方法としては、例えば、特許文献３に開示されるように、青果物に対して、ハロゲンランプ等の照明ランプより光を照射し、青果物からの反射光を撮像用カメラによって撮像することで、青果物の変色又は腐敗した部分の有無を検出する方法が知られている。

0008

また、特許文献４に開示されるように、青果物の下方から投光手段により検査用光を照射するとともに、上方に配置されたＣＣＤカメラにより青果物を撮像し、画像に含まれる３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の各々が示す画像信号を利用して、腐敗部の存否により透過光の光量の差が画像信号の差異として現れやすいＲ信号と、現れにくいＧ信号、Ｂ信号との差分値に基づき、腐敗部の存否を検出する方法も知られている。

0009

特開２００３−１４６５０号公報
特開２０１１−３３６１２号公報
特開平９−２４３４３号公報
特開２００６−１０５１１号公報

0010

しかしながら、特許文献３に開示された方法では、撮像用カメラにより撮像された画像の彩度、色度、明度を用いて検査を行うため、柑橘類の青カビなどのように可視光に変化を生じる不良については適しているが、水腐れや乾燥腐れのように、正常部位と腐敗部位とに彩度、色度、明度の差がほとんど生じない場合には、正確な判別が困難であり、腐敗品を正常品と判断してしまうことがあった。

0011

また、特許文献４に開示された水腐れ検出方法では、ＣＣＤカメラにより可視光に基づく画像を撮影しており、画像に含まれるＲ信号は、約５５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長域の平均的な光量を検出しているに過ぎない。

0012

このため、近年の市場で要求されるような直径１０ｍｍ程度の微小な水腐れや乾燥腐れなどを検出するには感度が低く、充分な検査を行うことができない。

0013

本発明では、このような現状に鑑み、青果物の果皮表面及び果皮内部に存在する腐敗部や傷などの異常を正確に検出し、また、微小な水腐れであっても検出することができる青果物検査装置を提供することを目的とする。

0014

本発明は、前述するような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、本発明の青果物検査装置は、
青果物の異常の有無を判別するための青果物検査装置であって、
前記青果物に対して検査光を照射する投光手段と、
前記検査光により前記青果物を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された前記青果物の検査画像に基づき、前記青果物の異常の有無を検出する解析手段と、を備え、
前記投光手段は、少なくとも水の吸収波長を含む光が照射可能であり、
前記解析手段は、前記水の吸収波長の光に基づく検査画像を用いて、前記青果物の異常の有無を検出するように構成されていることを特徴とする。

0015

この場合、前記撮像手段が、撮像素子としてＩｎＧａＡｓフォトダイオードを用いていることが好ましい。

0016

また、前記撮像手段は、前記投光手段から照射された検査光が前記青果物に反射した反射光により、前記青果物の検査画像を撮像することができる。

0017

また、前記撮像手段は、前記投光手段から照射された検査光が前記青果物を透過した透過光により、前記青果物の検査画像を撮像することができる。

0018

また、本発明の青果物検査装置では、前記青果物の異常として、前記青果物の果皮表層及び／又は果皮下に現れる水分の増減に関連する障害を検出することができる。

0019

本発明によれば、水の吸収波長の光に基づく検査画像を用いることによって、可視光に基づく画像では判別しにくい、青果物の水腐れなどであっても、正常部位と腐敗部位とに明らかなコントラストを生じさせ、容易かつ正確に判別することができる。

0020

図１は、本発明の青果物検査装置の一実施例における構成を説明するための概略構成図である。
図２（ａ）は、青果物Ｓを可視光により撮像したグレースケール画像、図２（ｂ）は、図２（ａ）の青果物Ｓについて、水の吸収波長として１２００ｎｍの光に基づく検査画像と、基準とする所定の吸収波長の光として１０３０ｎｍの光に基づく検査画像とを比較した場合の解析画像である。
図３（ａ）は、青果物Ｓを可視光により撮像したグレースケール画像、図３（ｂ）は、図３（ａ）の青果物Ｓについて、水の吸収波長として１１６０ｎｍの光に基づく検査画像と、基準とする所定の吸収波長の光として１１３５ｎｍの光に基づく検査画像との差をとった場合の解析画像である。
図４（ａ）は、青果物Ｓを可視光により撮像したグレースケール画像、図４（ｂ）は、図４（ａ）の青果物Ｓについて、水の吸収波長として１２００ｎｍの光に基づく検査画像の２次微分を取った解析画像である。
図５は、図１の青果物検査装置を用いて、正常な青果物、水腐れを有する青果物、乾燥腐れを有する青果物について測定を行った際のスペクトルデータである。
図６は、本発明の青果物検査装置の別の実施例における構成を説明するための概略構成図である。
図７は、本発明の青果物検査装置のさらに別の実施例における構成を説明するための概略構成図である。
図８は、青果物Ｓとして、カビが生じた蜜柑について検査を行ったもので、図８（ａ）は可視画像、図８（ｂ）は検査画像である。
図９は、青果物Ｓとして、果皮表面に乾燥キズが生じた蜜柑について検査を行ったもので、図９（ａ）は可視画像、図９（ｂ）は検査画像である。
図１０は、青果物Ｓとして、いわゆる押せ痕が生じた桃について検査を行ったもので、図１０（ａ）は可視画像、図１０（ｂ）は検査画像、図１０（ｃ）は果皮をむいて果皮内部を確認できる状態にした青果物Ｓの可視画像である。
図１１は、青果物Ｓとして、水果が生じた梨について検査を行った者で、図１１（ａ）は可視画像、図１１（ｂ）は検査画像、図１１（ｃ）は果皮をむいて果皮内部を確認できる状態にした青果物Ｓの可視画像である。

0021

以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。

0022

図１は、本発明の青果物検査装置の一実施例における構成を説明するための概略構成図である。

0023

図１に示すように、本実施例の青果物検査装置１０は、被測定対象である青果物Ｓに検査光を照射する投光手段１２と、青果物Ｓに反射した検査光（反射光）により青果物Ｓを撮像する撮像手段１４と、撮像手段１４により撮像された青果物Ｓの検査画像に基づき青果物Ｓの腐敗部位を検出する解析手段１６とを備えている。

0024

なお、本実施例において、青果物Ｓとしては、特に限定されるものではないが、例えば、蜜柑や橘などの柑橘類、梨、桃、ビワ、スモモ、リンゴなどとすることができる。

0025

また、このような青果類Ｓとした場合、本実施例の青果物検査装置１０では、例えば、柑橘類などに見られる水腐れ、梨などに見られる水果、桃、ビワ、スモモ、リンゴなどに見られる押せ痕などを検査することができる。

0026

ここで「水腐れ」とは、上述するように、果皮に傷が付いた際に、その傷から菌が入り込み、雨や露などにより長期にわたり果皮表面が濡れた状態で、２５度前後の環境温度の条件下において現れる、果皮が膨潤したような状態となる症状である。

0027

また、「水果」とは、果肉が水浸した状態となる症状である。程度が酷くなると果肉が褐色を帯びた状態となる。

0028

また、「押せ痕」とは、青果物同士の接触などによって青果物表面に局部的な圧力が加わることで、青果物の果肉組織が破壊され、果皮と果肉の間に果肉組織から染み出した水分が存在する状態（いわば、人体でいう内出血の状態）が現れる症状である。

0029

なお、本実施例の青果物検査装置１０は、このような障害の検査に限らず、例えば、果肉細胞が破壊されることで果皮表層及び／又は果皮下に現れる、水分の増減に関連する障害全般について検査することが可能である。

0030

投光手段１２としては、９００ｎｍ〜２０００ｎｍの近赤外光であって、水の吸収波長を含む光を照射可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ハロゲンランプやＬＥＤ光源を用いることができる。なお、ＬＥＤ光源としては、白色光を照射するものであってもよいが、特定波長の光のみを照射するものとすることもできる。

0031

なお、水の吸収波長としては、９６０ｎｍ、１１５０ｎｍ、１４５０ｎｍ、１９４０ｎｍが知られているが、水の吸収波長は特定波長ではなく、広い波長帯として存在していることから、水による吸収が確認できれば、多少前後した波長を利用しても構わない。

0032

撮像手段１４としては、投光手段１２により照射された波長の検査光に基づく画像を撮像可能なものであれば特に限定されるものではなく、エリアカメラ、ラインカメラ、イメージング分光器、マルチバンドカメラなどを用いることができる。特に、撮像手段１４の撮像素子として、９００ｎｍ〜２０００ｎｍの近赤外光を検出することができる、例えば、ＩｎＧａＡｓ、Ｇｅ、ＰｂＳなどのフォトダイオードを用いたものであることが好ましい。

0033

なお、青果物Ｓと撮像手段１４との間に、所定の波長の光のみを透過するバンドパスフィルタ１８を設けることもできる。

0034

このように構成することで、撮像手段１４が必要な波長の光だけを受光することができ、画像解析に不要な波長の光を受光しないため、ノイズを低減することができる。

0035

本実施例の青果物検査装置１０では、青果物Ｓに対して投光手段１２より検査光を照射するとともに、青果物Ｓからの反射光を用いて撮像手段１４により青果物Ｓを撮像して検査画像を取得している。

0036

検査画像の各画素値は、撮像手段１４が受光した検査光の光量Ｌに基づいて決定することもできるが、本実施例では、下記式（１）で表すように、青果物Ｓからの反射光と、あらかじめ取得している入射光を照射し得られた標準体（例えば、グレーチャートなど）からの反射光との比率として算出された青果物Ｓの反射比に基づいて検査画像の各画素値を決定している。なお、下記式（２）で表すように、算出された反射比から見かけ上の吸光度に基づき画素値を決定するようにしてもよい。

0037

0038

0039

このように、標準体からの反射光Ｒｒを基準とすることで、例えば、投光手段１２が経年劣化するなどして光量が低下した場合にも、反射比Ｒはほぼ変動なく測定することができるため、長期間安定した検査を行うことができる。

0040

なお、反射比Ｒや見かけ上の吸光度Ａに基づく検査画像の各画素値の決定は、例えば、以下のようにして行うことができる。

0041

例えば、８ビット画像の場合、画素値は０〜２５５の値となるため、想定される反射比Ｒの最低値（撮像手段１４の性能などに基づき適宜設定）が「０」、反射比Ｒの最高値である１が「２５５」となるように、各画素の反射比Ｒを換算すればよい。

0042

そして、この検査画像を、解析手段１６により後述するように画像解析することで、青果物Ｓの腐敗部位を検出することができる。

0043

解析手段１６における画像解析では、（１）複数の波長の光に基づく検査画像の比（２）複数の波長の光に基づく検査画像の差分（３）水の吸収波長の光に基づく検査画像の２次微分のいずれかを行うことによって、検査画像における腐敗部位を明瞭にした解析画像を生成し、腐敗部位を検出している。

0044

なお、これらの画像解析は、青果物Ｓの腐敗部位が、正常部位と比べて水分量が多くなることから、水の吸収波長の光が腐敗部位に吸収され、撮像手段１４により撮像した際に、正常部位と比べて腐敗部位の光量が低下することに基づいている。

0045

以下、各画像解析について詳細に説明する。

0046

（１）複数の波長の光に基づく検査画像の比では、水の吸収波長λ1の光に基づく検査画像と、基準とする所定の吸収波長λ2の光に基づく検査画像とを用いて、下記式（３）に示すように、画素毎に光量の比を取ることにより、腐敗部位を特定している。

0047

0048

ここで、Ｘは光量Ｌ、反射比Ｒ、見かけ上の吸光度Ａのいずれかである。

0049

図２に、検査画像の比をとった場合の解析画像の一例を示す。

0050

図２（ａ）は、青果物Ｓを可視光により撮像したグレースケール画像、図２（ｂ）は、図２（ａ）の青果物Ｓについて、水の吸収波長として１２００ｎｍの光に基づく検査画像と、基準とする所定の吸収波長の光として１０３０ｎｍの光に基づく検査画像との比をとった場合の解析画像である。

0051

図２（ａ）に示すように、可視光により撮像した場合には、正常部位Ｘと腐敗部位Ｙにおいて彩度、色度、明度にほとんど差が生じていないが、図２（ｂ）に示すように、検査画像の比較を行うことによって、正常部位Ｘと腐敗部位Ｙとに明らかなコントラストが生じ、腐敗部位Ｙの有無を容易に、かつ、確実に判別することができる。

0052

（２）複数の波長の光に基づく検査画像の差では、水の吸収波長λ1の光に基づく検査画像と、基準とする所定の吸収波長λ2の光に基づく検査画像とを用いて、下記式（４）に示すように、画素毎に光量の差を取ることにより、腐敗部位を特定している。

0053

0054

ここで、Ｘは光量Ｌ、反射比Ｒ、見かけ上の吸光度Ａのいずれかである。

0055

図３に、検査画像の差をとった場合の解析画像の一例を示す。

0056

図３（ａ）は、青果物Ｓを可視光により撮像したグレースケール画像、図３（ｂ）は、図３（ａ）の青果物Ｓについて、水の吸収波長として１１６０ｎｍの光に基づく検査画像と、基準とする所定の吸収波長の光として１１３５ｎｍの光に基づく検査画像との差をとった場合の解析画像である。

0057

図３（ａ）に示すように、可視光により撮像した場合には、正常部位Ｘと腐敗部位Ｙにおいて彩度、色度、明度にほとんど差が生じていないが、図３（ｂ）に示すように、検査画像の比較を行うことによって、正常部位Ｘと腐敗部位Ｙとに明らかなコントラストが生じ、腐敗部位Ｙの有無を容易に、かつ、確実に判別することができる。

0058

また、検査画像の２次微分では、水の吸収波長の光に基づく検査画像と、その前後の波長の光に基づく検査画像とを用いて、画素毎に光量の２次微分を取ることにより、腐敗部位を特定している。

0059

なお、２次微分の計算は、近似式を用いることができる。

0060

具体的には、吸収波長λBの光に基づく検査画像Ｂと、水の吸収波長λBよりも所定波長短い波長λAの光に基づく検査画像Ａと、吸収波長λBよりも所定波長長い波長λCの光に基づく検査画像Ｃとを用いて、画素毎に下記式（５）の計算を行うことにより解析画像Ｄを得ることができる。
ＰD＝ＰA−２×ＰB−ＰC （５）
上記式（５）において、ＰA：検査画像Ａの画素信号ＰB：検査画像Ｂの画素信号ＰC：検査画像Ｃの画素信号ＰD：解析画像Ｄの画素信号である。

0061

各画素について、このように計算を行うことによって、水の吸収波長の光に基づく検査画像の２次微分を取った解析画像を生成することができる。

0062

なお、本実施例では、説明を簡便にするために、１台の投光手段１２と、１台の撮像手段１４を備えた構成としているが、複数台の投光手段１２を備えてもよいし、また、複数台の撮像手段１４を備えてもよい。

0063

図４に、検査画像の２次微分を取った場合の解析画像の一例を示す。

0064

図４（ａ）は、青果物Ｓを可視光により撮像したグレースケール画像、図４（ｂ）は、図４（ａ）の青果物Ｓについて、水の吸収波長として１２００ｎｍの光に基づく検査画像の２次微分を取った解析画像である。

0065

図４（ａ）に示すように、可視光により撮像した場合には、正常部位Ｘと腐敗部位Ｙとにおいて彩度、色度、明度にほとんど差が生じていないが、図４（ｂ）に示すように、検査画像の比較を行うことによって、正常部位Ｘと腐敗部位Ｙとに明らかなコントラストが生じ、腐敗部位Ｙの有無を容易に、かつ、確実に判別することができる。

0066

なお、本実施例では、青果物の異常として水腐れが生じたものについての一例に基づいて説明したが、青果物の果皮に乾燥腐れが生じた場合であっても、正常部位とは異なるスペクトルを得ることができることから、同様に画像解析を行うことで、青果物の異常を検出することができる。

0067

図５は、図１の青果物検査装置１０を用いて、正常な青果物、水腐れを有する青果物、乾燥腐れを有する青果物について測定を行った際のスペクトルデータである。なお、図５に示すスペクトルデータは、波長２５ｎｍ間隔において吸光度を２次微分処理したものである。

0068

図５に示すように、水腐れを有する青果物は、正常な青果物と比べ、水の吸収波長である９６０ｎｍ前後、１１５０ｎｍ前後において吸収の増加が見られる。

0069

また、乾燥腐れを有する青果物については、正常な青果物と比べ、水の吸収波長である９６０ｎｍ前後、１１５０ｎｍ前後において吸収の低下が見られる。

0070

すなわち、水の吸収波長の光に基づく検査画像を用い、検査光の吸収の度合いの変化を見ることによって、青果物の水腐れなどの異常を検出できることがわかる。

0071

一方で、青果物の果皮に異常乾燥が生じている場合には、正常な青果物と比べ、水の吸収波長の光が吸収されないことになる。このため、正常な青果物と、果皮に異常乾燥が生じた青果物とを判別することが可能である。

0072

図６は、本発明の青果物検査装置の別の実施例における構成を説明するための概略構成図である。

0073

図６に示す青果物検査装置１０は、基本的には図１〜５に示した青果物検査装置１０と同様な構成であり、同じ構成部材には、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

0074

図１に示す青果物検査装置１０では、青果物Ｓに対して投光手段１２と撮像手段１４を同じ方向に配置し、反射光によって青果物Ｓを撮像しているが、この実施例の青果物検査装置１０では、投光手段１２により照射された検査光が青果物Ｓを透過して、この透過光を用いて撮像手段１４により青果物Ｓの検査画像を撮像している。

0075

このように、透過光に基づく検査画像を用いた場合であっても、上述するように、反射光に基づく検査画像を用いた場合と同様に、画像解析を行うことによって、青果物Ｓの正常部位と腐敗部位とを判別することができる。

0076

なお、本実施例では、透過光のみにより検査画像を撮像しているが、上述する実施例と組み合わせることで、透過光と反射光の両方を用いて検査画像を撮像しても構わない。

0077

図７は、本発明の青果物検査装置のさらに別の実施例における構成を説明するための概略構成図である。

0078

図７に示す青果物検査装置１０は、基本的には図１〜６に示した青果物検査装置１０と同様な構成であり、同じ構成部材には、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

0079

図１〜６に示す青果物検査装置１０では、静止状態の青果物Ｓに対して投光手段１２から検査光を照射し、この検査光に基づく検査画像を撮像手段１４によって撮像するように構成しているが、この実施例の青果物検査装置１０では、搬送手段２０によって一方向に搬送される青果物Ｓに対して検査光を照射し、検査画像を撮像するように構成している。

0080

このように、インラインで青果物検査を行うように構成することによって、大量の青果物を効率よく検査することができる。

0081

なお、搬送手段２０によって青果物Ｓを搬送しながら検査を行う場合には、図７に示すように、搬送方向の両側方に反射鏡２２を設けることで、青果物Ｓの側面部を反射鏡に映すことで、撮像手段１４によって青果物Ｓ全体を撮像するように構成することが好ましい。

0082

図８〜１２では、図１に示す青果物検査装置１０を用いて、青果物Ｓについて検査を行った際の可視画像と検査画像の例を示す。

0083

図８は、青果物Ｓとして、カビが生じた蜜柑について検査を行ったもので、図８（ａ）は可視画像、図８（ｂ）は検査画像である。

0084

可視画像において上部に現れているカビが、検査画像では、白く確認することができる。

0085

図９は、青果物Ｓとして、果皮表面に乾燥キズが生じた蜜柑について検査を行ったもので、図９（ａ）は可視画像、図９（ｂ）は検査画像である。

0086

可視画像において下部に現れている乾燥キズが、検査画像では、白く確認することができる。

0087

図８のカビ、図９の乾燥キズのように、果皮表層若しくは果皮下の水分が減少している場合には、近赤外光の吸収率が低いため、検査画像のような赤外画像には、白く現れる。

0088

図１０は、青果物Ｓとして、いわゆる押せ痕が生じた桃について検査を行ったもので、図１０（ａ）は可視画像、図１０（ｂ）は検査画像、図１０（ｃ）は果皮をむいて果皮内部を確認できる状態にした青果物Ｓの可視画像である。

0089

可視画像では確認が困難な押せ痕（図１０（ｃ）において色が濃くなっている箇所）について、検査画像では黒く確認することができる。

0090

図１１は、青果物Ｓとして、水果が生じた梨について検査を行った者で、図１１（ａ）は可視画像、図１１（ｂ）は検査画像、図１１（ｃ）は果皮をむいて果皮内部を確認できる状態にした青果物Ｓの可視画像である。

0091

可視画像では確認が困難な水果（図１１（ｃ）において色が濃くなっている箇所）について、検査画像では黒く確認することができる。

0092

図１０の押せ痕、図１１の水果のように、果皮表層若しくは果皮下の水分が増加している場合には、近赤外光の吸収率が高いため、検査画像のような赤外画像には、黒く現れる。

0093

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、複数の波長の光に基づく検査画像の比較として、２つの波長の光に基づく検査画像を用いて画像解析を行っているが、３つ以上の波長の光に基づく検査画像を用いて画像解析を行うようにしてもよいなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

0094

１０青果物検査装置
１２投光手段
１４撮像手段
１６解析手段
１８バンドパスフィルタ
２０ 搬送手段
２２ 反射鏡