2021 Fiscal Year Research-status Report
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20K06331
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| Research Institution | Tsuyama National College of Technology |
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Principal Investigator |
曽利 仁 津山工業高等専門学校, 総合理工学科, 教授 (10353327)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 浩行 津山工業高等専門学校, 総合理工学科, 教授 (00232554)
杉本 大志 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 助教 (40780424)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 自律型ロボット / 水田除草 / ディープラーニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ディープラーニングを水田除草ロボットに適用することで，人間と同様に周囲の状況を把握しながら次の目的場所まで移動できる完全自律型の水田除草ロボットの開発を目標としている。
昨年度より，水田除草ロボットに搭載したカメラセンサにより取得される画像情報を入力とする稲苗検知システムをディープラーニングで構築を行った。構築する稲苗検知システムには，入力された画像の中から稲苗の検知・認識を可能とするためにYOLO（You Only Lock Once）をフレームワークとして利用した。昨年の稲苗検知システムでは，稲苗であると認識する精度が約60%ほどであることから稲苗検知システムの改良点が多くあると考えた。
今年度は，稲苗検知精度を向上のため，学習データの数を準備することに注力し，水田に稲苗が移植されてから週1回の撮影を6週分の撮影を実施し，計500枚の静止画像を昨年度より増加することが出来た。これらの画像を学習データとして用い，稲苗検知システムを再構築した。学習終了後に得られる学習済モデルを用いて，学習時に使用しなかった検証用データで稲苗検知実験を行った．実験結果から，水田に移植され2週間が経った稲苗画像においては，稲苗の検知数は少なく，認識確率も低いことが確認できた。しかし，稲苗の生長にともない，稲苗の検知数は多くなり，認識確率も高くなっていることが確認できた。
提案する稲苗検知システムでは，画像から稲苗を検出，識別するだけであり，除草ロボットからどの方向にどの距離に稲苗が存在するかという走行制御に関わる情報を得ることは難しい。そのために，この稲苗検知システムにLiDARを追加することを検討している。LiDARを除草ロボットに搭載し，走行時の稲苗検知データを収集し，その検知データの分析を行った。分析結果より，除草ロボット左右にある稲列の稲苗を十分に検知できていることが確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
稲苗検知システムの学習データとなる稲苗画像を増加することができ，昨年度より稲苗の検知・認識精度は向上できている。さらに，当初予定していなかった新たなセンサ（LiDAR）を追加し，新たな稲苗検知システムも検討できていることから，本研究はおおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後，稲苗の検知・認識精度を向上させるために，稲苗の生長具合別に，さらに多くの学習データの収集を行う必要がある。また，検知精度向上のために，学習データ作成時のアノテーションにおいて，検出したい稲苗の領域を丁寧，正確に矩形で囲むことが必要である。また，稲苗の生長具合に応じて複数のクラスとして登録を行うことも必要である。
最終年度も，実際の水田で稲苗が移植されてから週1回の撮影を6週分の撮影を実施し，学習データの収集を行い，上記の方法で学習データを作成し，稲苗検知システムの検知・認識精度の向上を目指す。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の拡大により，一年目に当初の研究計画が実行できていない。
そのため，引き続き一年目の未使用額分が使用出来ていない状況である。また，昨今の半導体不足により特に除草ロボットのハードウェアに関わる備品が購入出来ていない状況である。
二年目には，徐々に現地での実験も行っているため，実験時に使用する計測機器も必要となっている状況である。計測機器を更新する時期でもあるため，計測機器への購入に使用することも検討する。
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