JP3824201B2 - Nutritional diagnosis method for crops - Google Patents

Description

によって基準反射光量Ｙが計算できる。したがって、測定した圃場１の一定面積の作物の反射光量をＺとすれば、
【数２】

によって、一定面積の作物の反射率を求めることができる。この反射率は、稲葉の窒素含有率を求めるために利用される。これら数式１及び数式２は、ＲＯＭ２８に記憶してある。前述の基準反射光量Ｙは、次のようにして測定・記憶される。カメラ２に備えてあるフィルタ５を切り換えてフィルタ５ごとに、自然光による基準板３の反射光を受光するとともに、受光により得た受光信号をデータ処理装置２０に送出する。送出した受光信号は、データ処理装置２０でＡ／Ｄ変換器２１によりデジタル変換される。デジタル変換された受光信号は、数式１に基づいて計算され、計算結果を基準反射光量ＹとしてＲＡＭ２９に記憶する。すなわち、基準反射光量Ｙは、フィルタ５ごとに測定して記憶することになる。
【００２５】
また、前述の一定面積の作物の反射光量は、次のようにして測定・記憶される。フィルタ５を切り換えてフィルタ５ごとに、自然光による圃場１の一定面積の作物の反射光をカメラ２の各画素によって受光し、受光した各画素の受光信号をデータ処理装置２０に送出する。データ処理装置２０では、Ａ／Ｄ変換器２１によって前記受光信号をデジタル変換し、変換した受光信号をフレームメモリ２２に記憶する。ＣＰＵ２６では、フィルタ５ごとに変換した前記受光信号について、各画素の受光信号の平均値を求め、求めた平均値を前記一定面積の作物の反射光量とし、この反射光量を、あらかじめＲＯＭ２８に記憶した前記数式２に適用することにより反射率を演算し、演算結果をＲＡＭ２９に記憶する。これにより、前記圃場１の一定面積の作物、例えば１平方メートル範囲の作物の反射率が記憶される。なお、ここで得られる反射率は、カメラと圃場の前後距離に基づく圃場反射光のカメラへの入射角度の違いから生じる入射光量の違いを補正することが好ましい。
【００２６】
図４で示すものは、圃場１の一定面積の作物を撮影した２４万画素の受光信号を、複数の区画に分割して処理する例を示している。例えば、カメラ２によって、フィルタ５を切り換えてフィルタ５ごとに自然光による圃場１の一定面積の作物の反射光を受光し、受光して得た各画素の受光信号をデータ処理装置２０に送出する。データ処理装置２０では、Ａ／Ｄ変換器２１によって前記受光信号をデジタル変換し、変換した受光信号をフレームメモリ２２に記憶する。ＣＰＵ２６では、２４万画素の前記受光信号を、図４に示すように、左上から区画Ａ〜区画Ｉの複数の区画に分割し、前記区画ごとに各画素の受光信号の平均値を求め、求めた平均値を前記区画ごとの作物の反射光量とし、これらの反射光量を、あらかじめＲＯＭ２８に記憶された前記数式２に適用することにより前記区画ごとの作物の反射率を計算し、計算結果をＲＡＭ２９に記憶する。１つのカメラで受光できる一定面積を、例えば１平方メートル程度とすると、１平方メートル内の９区画ごとの自然光による作物の反射率が記憶されることになる。モニタ２３には画像処理ボード２４で処理された画像が表示される。
【００２７】
ＲＡＭ２９には、複数のフィルタ５ごとに、受光した一定面積の作物の反射率と、前記一定面積を９区画に分割した区画ごとの作物の反射率とが記憶されている。これらの反射率を説明変数にして、前記一定面積内若しくは前記各区画内に生育する複数の稲葉を採取し、これら稲葉の作物情報の窒素含有率を直接化学分析などにより求め、又は葉色値を、直接葉の色を測定により求め、前記窒素含有率若しくは前記葉色値を目的変数として、重回帰分析などを行うことにより、一定面積の稲の作物情報を求める検量線（第１の作物関係式）、及び前記区画ごとの稲の作物情報を求める検量線（第１の作物関係式）を作成してＲＯＭ２８に記憶しておく。
【００２８】
更に詳説すると、仮に区画Ａにおけるフィルタ１による反射率Ｒ１、フィルタ２による反射率Ｒ２、フィルタ３による反射率Ｒ３、フィルタ４による反射率Ｒ４が存在し、さらに、区画Ａ内の稲葉の窒素含有率を化学分析により求めた窒素含有率Ｎ１が存在し、
【数３】

が成立するとすれば、区画Ａ内の複数の稲葉の窒素含有率Ｎを求めることによって、
【数４】

となり、これらを重回帰分析により解析すれば、
【数５】

として、検量線（第１の作物関係式）を求めることができる。葉色値についても同様にして検量線を求めることができる。
【００２９】
前記数式１、数式２及びこのようにして求めた数式５をＲＯＭ２８に記憶しておけば、カメラ２によって、基準板３と圃場１の一定面積の作物を撮影し、撮影して得られた受光信号をデータ処理装置２０に送出すると、データ処理装置２０では、数式１、数式２及び数式５に基づいて窒素含有率を計算することができる。したがって、検量線（第１の作物関係式）を作成することによって、撮影した圃場１の一定面積の稲の窒素含有率あるいは分割した９区画（区画Ａ〜区画Ｉ）ごとの窒素含有率（第１の作物情報）を求めることができる。図４において各区画に記載された数値は、このようにして求めた窒素含有率の一例である。
【００３０】
次に、葉身窒素含有率測定装置３０の実施例を図５から図７により説明する。ここに示すものは、携帯型窒素含有率測定装置（以下、「測定装置」という）３０の主要部分を破断した側面図である。図５及び図６においては、上方の本体３１内に光源部３２を設けるとともに、下部に光量検出装置３３としてのフォトダイオード（図示せず）を設けた構成となっている。光源部３２は、同一円周上に異なる波長ピークを持つ発光素子である複数のＬＥＤ３４,３５を配設し、該ＬＥＤ３４,３５にはそれぞれ波長帯域の異なる狭帯域フィルタ３６，３７を設けてある。狭帯域フィルタ３６ , ３７の波長帯域は５００ｎｍ〜１１００ｎｍが好ましく、この波長帯域の中から、測定する葉身窒素含有率あるいは葉色値に関係する任意の特定波長を選択する。各ＬＥＤ３４,３５の発光する光は、狭帯域フィルタ３６,３７によって特定波長の光となって拡散反射板３８に入射する。また、この拡散反射板３８へ各ＬＥＤ３４,３５の光線がほぼ一定の角度で入射するようにブロック３９が形成してある。
【００３１】
拡散反射板３８により反射した光は、ブロック３９の中央に設けた反射光路４０に入射し、反射光路４０の放射側４１に設けた拡散透過板４２に入射する。拡散透過板４２は反射光路４０の光軸と垂直に設けられ、円形の磨りガラス状あるいは乳白色のガラスで形成されている。反射光路４０及び拡散反射板３８とで囲まれた空間を、光が反射と拡散とを繰り返しながら反射光路４０から出て、拡散透過板４２を経て測定葉４３を介して光量検出装置４４に入射する。
【００３２】
さらに、光量検出装置３２の上部外周に上蓋（ふた）３１を繞（じょう）設し、該上蓋３１から延長した腕４５は軸４６によって軸支されている。上蓋３１が軸支される軸４６にはコイルバネ４７を遊嵌（かん）してあり、常に上蓋３１を押し上げるように作用している。つまり、図７で示すように、測定においては測定葉４３を測定場所に挿入し、上蓋３１の上部を押し下げることで測定を可能にしている。この測定のタイミングは、上蓋３１を押し下げることにより上蓋３１の下方に設けた押し下げ突起（図示せず）が、対向する位置に設けたマイクロスイッチ４８を押し下げることで、上蓋３１を押し下げたことを検知して測定（光の照射及び光量測定）が行われる。
【００３３】
次に、図６のブロック図によって測定装置３０を説明する。光源部３２と光量検出装置３３とからなる測定部で検出される測定葉４３の透過光又は反射光は、光量検出装置４４によってアナログ信号に変換され、アナログボード５０に連絡されている。光源部３２にはＬＥＤ３４,３５の発光装置５１が設けてある。アナログボード５０では前記アナログ信号からデジタル信号へのＡ／Ｄ変換を行うか、あるいは前記アナログ信号を周波数にするＶ／Ｆ変換を行う。変換された信号は、Ｉ／Ｏボード５２を経由して演算制御装置であるＣＰＵボード５３に入力される。前記Ｉ／Ｏボード５２には、測定結果、演算結果又は操作指示を表示する液晶表示器ＬＣＤ５４、操作を行う入力部５５、外部装置とデータを入出力するＲＳ２３２Ｃの接続ポート５６及びマイクロスイッチ４８等を設けてある。これらＣＰＵボード５３とＩ／Ｏボード５２は電源ボード５７から電源を供給するように接続してある。また、プリンタ５８は、Ｉ／Ｆボード５９を介してＣＰＵボード５３に接続してある。さらに、ＣＰＵボード５３にはＲＯＭ６０とＲＡＭ６１とが接続されており、ＲＯＭ６０には圃場別又は品種別の複数の検量線が記憶されている。前記検量線は、それぞれ目的に適した複数枚の葉に直接、光を照射して得られた透過光又は反射光を用いて複数の吸光度を算出し、この吸光度を説明変数とするとともに、前記吸光度を算出した葉の窒素含有率を化学分析等により求め、求めた前記窒素含有率を目的変数として、重回帰分析により解析することで作成した窒素含有率（第２の作物情報）を求めるための検量線（第２の作物関係式）である。この重回帰分析については、前述した数式５を求める手順と説明が重複するので省略する。さらに、このＲＯＭ６０には、測定装置３０において、吸光度を測定して窒素含有率などの第２の作物情報を計算するための、吸光度の測定から計算と表示とを実行する一連のプログラム等が記憶してある。
【００３４】
このように構成された測定装置３０の作用について以下に説明する。測定装置３０に測定葉４３を挿入して上蓋３１を押し下げると、マイクロスイッチ４８の信号がＣＰＵボード５３に連絡され、ＣＰＵボード５３からは発光制御装置５１へ信号を出力して発光制御装置５１から光源部３２へ発光信号が送られる。これにより、ＬＥＤ３４,３５から測定対象の測定葉４３に向けて直接、光が交互に照射される。このＬＥＤ３４,３５から発光する光は、狭帯域フィルタ３６,３７によって近赤外域と可視光域の特定波長の光となっており、前述した反射散乱を繰り返して拡散透過板４２から光量検出装置４４に到達するので、積分球と同程度に前記測定葉４３に均一に照射される。
【００３５】
測定葉４３に直接、光が照射されると、その透過光又は反射光が光量検出装置４４により発光したＬＥＤ３４,３５の光ごとに受光される。受光により得た受光信号は、Ａ／Ｄ変換のためにアナログボード５０に連絡される。アナログボード５０では、前記受光信号のＡ／Ｄ変換が行われ、変換された受光信号は、Ｉ／Ｏボード５２を経由してＣＰＵボード５３に入力される。ＣＰＵボード５３においては、測定葉４３の前記受光信号から吸光度を算出するようにしてあり、算出した吸光度がＲＡＭ６１に記憶される。前記吸光度と、ＲＯＭ６０にあらかじめ記憶された窒素含有率を求める検量線（第２の作物関係式）とによって、測定葉４３の窒素含有率（第２の作物情報）を計算することができる。入力部５５には、測定装置３０の電源を投入する電源スイッチ５５ａ、透過光又は反射光の測定を可能にする測定スイッチ５５ｂ並びにＲＯＭ６０に記憶した検量線（第２の作物関係式）及びＲＡＭ６１に記憶した吸光度、透過光又は反射光データ、計算結果又はサンプルＮＯ等を読み出すための切り換え機能を備えた読出しスイッチ５５ｃを備えている。
【００３６】
以下に、第１の実施例について説明する。カメラ２によって、自然光による基準板３の反射光と、自然光に晒される圃場１の一定面積の所定作物から、例えば窒素含有率（作物情報）に関連した波長の自然光による反射光とを受光する。図３で示したように、データ処理装置２０においては、カメラ２で受光して得た前記基準板３と前記所定作物のそれぞれの受光信号を、前記数式１及び前記数式２に適用することにより反射率を計算し、計算した前記反射率とＲＯＭ２８に記憶してある検量線（第１の作物関係式）とによって、第１の作物情報である前記所定作物の窒素含有率を得て、前記窒素含有率をＲＡＭ２９に記憶する。
【００３７】
次に、測定装置３０で前記一定面積内に生育する稲葉の窒素含有率（第２の作物情報）を測定し、測定した前記窒素含有率（第２の作物情報）を用いて、前記所定作物の窒素含有率（第１の作物情報）を補正する。測定装置３０で測定した稲葉の窒素含有率（第２の作物情報）は、直接、稲葉から得る測定値であり、測定方位や植栽密度などの影響は受けていない。したがって、本発明では測定方位や植栽密度による誤差の補正に第２の作物情報を使用する。具体的には、第１の作物情報と第２の作物情報との差異を補正に用いる。例えば、カメラ２での測定で前記所定作物の第１の作物情報（窒素含有率）が４．０％、測定装置３０での測定で第２の作物情報（窒素含有率）が３．０％であったとする。前記第１の作物情報はＲＡＭ２９に記憶されており、前記第２の作物情報はＲＡＭ６１に記憶されているから、ＲＡＭ６１に記憶されている前記第２の作物情報を、測定装置３０の接続ポート５６からデータ処理装置２０のＩ/Ｆボード２７を介して、データ処理装置２０に送出し、ＲＡＭ２９に記憶する。データ処理装置２０では、ＲＡＭ２９に記憶した前記第１の作物情報と前記第２の作物情報との差異を算出し、この場合、差異は−１．０％となるから、前記差異の−１．０％を前記第１の作物情報に加えて、前記第１の作物情報は３．０％に補正される。
【００３８】
この差異を補正値としてＲＡＭ２９に記憶しておけば、今後、前記一定面積とは異なる一定面積の作物の自然光による反射光をカメラ２で受光し、受光により受光信号を得た場合に、前記受光信号を用いてデータ処理装置２０で計算した第１の作物情報を、全て前記差異の−１．０％によって補正できる。これにより、測定方位や植栽密度の影響を除去した測定が、カメラ２とデータ処理装置２０とによって実現可能となる。しかも、ＲＡＭ２９に前記差異を補正値として記憶した後においては、少なくとも同じ圃場における測定装置３０による稲葉の測定は不要となり、カメラ２による一度の測定でこれまでにない高精度の測定ができる。なお、測定装置３０による第２の作物情報（窒素含有率）の測定は、圃場１内の稲葉全てに対して行う必要はなく、圃場１内の一定面積の稲葉の窒素含有率を測定すればよい。
【００３９】
次に、本発明による第２の実施例について説明する。カメラ２によって、自然光による基準板３の反射光量を測定し、この反射光量をＲＯＭ２８に記憶した数式１に適用して基準反射光量を計算する。また、自然光に晒される圃場１の第１の作物情報である、例えば窒素含有率に関連した波長の自然光による反射光を受光し、図３及び図４で示すように、受光して得た２４万画素の受光信号を、データ処理装置２０において、区画Ａ〜区画Ｉの９区画に分割し、分割したそれぞれの区画ごとに反射光量を求め、これら反射光量と前記 基準反射光量とをＲＯＭ２８に記憶した数式２に適用することにより前記区画ごとに反射率を計算する。そして、前記反射率と数式５（第１の作物関係式）とによって、前記区画ごとに第１の作物情報である窒素含有率を得て、これらをＲＡＭ２９に記憶する。
【００４０】
次に、測定者又はデータ処理装置２０によって、前記９区画の中から任意の少なくとも２区画を選択し、好ましくは前記９区画の中で窒素含有率が最大値と最小値を示した区画を選択し、そして、測定者は選択した区画で生育する稲葉の窒素含有率を測定装置３０で測定する。例えば、図４においては、最大値である区画Ｅの４．２％の区画と、最小値である区画Ｇの３．６％の区画とを選択し、選択した２区画で生育する稲葉の窒素含有率を測定装置３０で測定する。言うまでもなく、ここで測定する窒素含有率は測定方位や植栽密度などの影響は受けない。
【００４１】
測定装置３０で、圃場１で選択した少なくとも２区画で生育する稲の葉身に直接、葉身窒素含有率に関連した波長の光を照射して得られる透過光又は反射光から吸光度を求め、該吸光度を、吸光度から葉身窒素含有率（第２の作物情報）を求めるためにあらかじめ定めた検量線（第２の作物関係式）に適用することにより、前記２区画の窒素含有率を計算する。ここで仮に測定装置３０の測定によって、区画Ｅの区画の窒素含有率が３．０％、区画Ｇの区画の窒素含有率が２．４％と計算されたとすると、これらの窒素含有率を第２の作物情報としてＲＡＭ６１に記憶し、測定装置３０の接続ポート５６からデータ処理装置２０のＩ／Ｆボード２７を介して、前記窒素含有率をデータ処理装置２０に送出してＲＡＭ２９に記憶する。
【００４２】
ＲＡＭ２９に記憶した前記２区画の第２の作物情報である前記窒素含有率に基づいて、同じくＲＡＭ２９に記憶した前記第１の作物情報（区画Ａ〜区画Ｉの窒素含有率）を区画ごとに補正して第３の作物情報とすることについて図８により説明する。図８に示すものは、横軸を測定装置３０で測定した窒素含有率（第２の作物情報）とし、縦軸をカメラ２で測定した窒素含有率（第１の作物情報）とした図である。つまり、第２の作物情報である前記２区画の前記窒素含有率、３．０％（区画Ｅ）及び２．４％（区画Ｇ）と、第１の作物情報である前記２区画の前記窒素含有率、４．２％（区画Ｅ）及び３．６％（区画Ｇ）とを用いて作成した図である。本発明では、図で示すように、実際に、かつ、直接、測定装置３０によって稲の葉身から測定した少なくとも２区画の窒素含有率と、カメラ２で測定した窒素含有率との関係からなる直線によって、第１の作物情報と第２の作物情報との相互関係を明らかにし、この直線によってカメラ２で測定した第１の作物情報（窒素含有率）を補正する。この直線は、補正換算式としてＲＡＭ２９に記憶する。図８において具体的には、区画Ｅの第１の作物情報は４．２％から３．０％に補正され、区画Ｇの第１の作物情報は３．６％から２．４％に補正される。同じように、前記補正換算式に基づいて、他の区画の窒素含有率も図９で示すように補正される。これによって第１の作物情報を補正した第３の作物情報が得られる。得られた第３の作物情報は、区画ごとの作物情報であるが、これから更に前記区画ごとの作物情報を平均して平均値を求め、カメラ２で撮影した一定面積の１つの作物情報として取り扱うこともできる。なお、補正換算式として、２区画の窒素含有率を用いた直線で表されるものを示したが、この補正換算式は、カメラ２で撮影した全区画の第１の作物情報を説明変数とし、測定装置３０で得られた前記全区画の第２の作物情報を目的変数として、重回帰分析等を行うことで得られる回帰式でもよく、線形又は非線形に関係なく利用できる。
【００４３】
この後にカメラ２で測定する第１の作物情報（窒素含有率）は、データ処理装置２０により、図８の補正換算式に基づいて全て補正されることで、より測定精度の向上した値として使用することができる。したがって、従来、測定装置３０だけによって圃場の複数箇所の葉身窒素含有率を求めていた方法と比較して、撮影という簡便な方法によって手早く栄養診断を行うことができる。さらに、基準板と圃場とを撮影することによって作物の窒素含有率を求めることが、未だ研究途中であることを考慮に入れると、測定精度の向上に大いに貢献できるものである。なお、測定装置３０による窒素含有率の測定は、圃場１の稲葉全てに対して行う必要はなく、圃場１の一定面積の稲葉を測定すればよい。
【００４４】
前記第１及び第２の実施例における、圃場１から得られる第１の作物情報が、対象作物に対するカメラ２の位置によって異なることは明らかである。なお、ここでの圃場１とは、「畔（あぜ）」で区切られた１枚の圃場であってもよいし、その１枚の圃場よりも小さい面積であってもよい。補正値（差異）又は補正換算式を定めるに当たって、カメラ２によって得られた第１の作物情報の情報源と、測定装置３０によって得られた第２の作物情報の情報源とが同じ圃場にあることが重要である。加えて、第２の実施例における区画は、カメラ２の一度の撮影によって得られる上記１枚の圃場の第１の作物情報を複数区画に分割して行うこと、又は一度の撮影によって得られ、かつ、１枚の圃場よりも小さい面積の作物情報を複数区画に分割して行うこと、などはいずれも自由であり、補正値又は補正換算式を定めるに当たって収集する作物情報の情報源の同一性が重要である。
【００４５】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。第３の実施例の特徴は、複数の区画に分割した圃場１の第１の作物情報（反射光量）を、カメラ２によって、分割した区画ごとに得ることである。つまり、第２の実施例と異なることは、複数の区画それぞれから個別にカメラ２によって第１の作物情報を得ることである。このようにすることで、第２の実施例のように、一度に撮影した１枚の圃場の第１の作物情報を複数に分割するよりも、単位面積あたりのカメラ２の画素数が増加することにより、区画ごとの第１の作物情報の量が増加する。したがって、補正換算式を求めるときの説明変数の量が増加することになるので、補正換算式の精度が向上する。前記補正換算式は、分割した複数の区画から少なくとも２区画、好ましくは第１の作物情報の最大値と最小値を示した区画を選択して補正換算式を求め、求めた前記補正換算式をＲＯＭ２８に記憶することなどは前記した第２の実施例と説明が重複するので省略する。ここでの補正換算式は、カメラ２で撮影した全区画の第１の作物情報を説明変数とし、測定装置３０で得られた前記全区画の第２の作物情報を目的変数として、重回帰分析などを行うことで得られる回帰式でもよく、線形又は非線形に関係なく利用できることは第２の実施例と同様である。
【００４６】
この後、カメラ２で測定した第１の作物情報である全ての窒素含有率は、データ処理装置２０により、ＲＯＭ２８に記憶した補正換算式に基づいて補正されるので、より測定精度の向上した値として使用することができる。したがって、従来、測定装置３０だけによって圃場の複数箇所の葉身窒素含有率を求めていた方法と比較して、撮影という簡便な方法によって、より手早く栄養診断を行うことができる。なお、測定装置３０での第２の作物情報である窒素含有率の測定は、圃場１の稲葉全てに対して行う必要はなく、圃場１の一定面積の稲葉を測定すればよい。
【００４７】
この第３の実施例における第１の作物情報が、栄養診断を行う目標作物に対するカメラ２の位置によって異なることは明らかである。なお、ここでの圃場１とは、「畔」で区切られた１枚の圃場であってもよいし、その１枚の圃場よりも小さい面積であってもよい。補正換算式を定めるにあたり、カメラ２によって得られた第１の作物情報の情報源と、測定装置３０によって得られた第２の作物情報の情報源とが、同じ圃場の同じ区画であることが重要である。加えて、第３の実施例における区画は、一度の撮影によって上記１枚の圃場の作物情報を１区画として捉えること、又は一度の撮影によって得られ、かつ、上記１枚の圃場よりも小さい面積の作物情報を１区画として捉えること、などはいずれも自由であり、補正換算式を定めるに当たって収集する第１の作物情報及び第２の作物情報の情報源が同一であることが重要である。
【００４８】
以上のことから、カメラ２による測定は、基準板３を用いることで気象による誤差を補正し、測定装置３０の測定値を利用することで、測定方位や植栽密度による誤差を補正することができる。また、測定装置３０で測定した測定値は、測定方位や植栽密度に関係なく得られた値であることから、前記測定値を利用して補正したカメラ２による測定値は、従来のカメラ２とデータ処理だけによる、いわゆるリモートセンシングに比べて外的要因に左右されないものとなる。
【００４９】
上記第１乃至第３の実施例のカメラ２による第１の作物情報の測定において、カメラ２によって得られた受光信号の全てが第１の作物情報のものとは限らない。つまり、カメラ２の画素ごとに受光信号を検証すると、ほとんどが第１の作物情報となるが、圃場１を見下ろす状態で第１の作物情報を得るので、植栽密度によっては土壌を撮影している可能性がある。したがって、本発明では、第１の作物情報の反射光を受光した画素と第１の作物情報以外の反射光を受光した画素とを分別し、第１の作物情報の反射光を受光した画素の受光信号のみを第１の作物情報として取り入れることとした。
【００５０】
図１０は、波長に対する土壌及び作物葉の反射率の変化を示した図である。波長７５０ｎｍ〜１３００ｎｍにおいて、土壌の反射率と作物葉の反射率とを比較すると、２０％程度の差が生じることが判明している。したがって、数式２によって得られる反射率が、例えば４０％以上の値を示せば作物葉の反射光の受光信号とし、４０％未満の値を示せば作物葉以外の反射光の受光信号として分別し、反射率が４０％以上の値を示した受光信号だけを、カメラ２による第１の作物情報として扱うようにした。例えば、複数の画素の受光信号を得て、図１１（ａ）のように１画素単位で表示した場合に、斜め格子で表した画素は反射率４０％以上、斜線で表した画素が反射率４０％未満と計算されたとすれば、図１１（ｂ）で示すように、反射率４０％未満の斜線で表した画素の受光信号を除去して、反射率４０％以上の斜め格子で表した画素の受光信号を、第１の作物情報とする。
【００５１】
数式１における、基準反射光量Ｙの値を、基準板３の反射光量を測定することで得ると説明してきたが、基準反射光量Ｙの値を照度計によって求めることも可能である。図１２に、簡略にした照度計９３を示す。近赤外域から可視光域の分光特性を有する光電変換部（シリコンセンサー）９４を備え、光電変換部９４に入射する自然光を、選択する複数の狭帯域フィルタ９６をステッピングモータ９７によって回転するフィルタホイール９５の円周部に備えている。このフィルタホイール９５を回転させて複数のフィルタ９６を切り換えるようにしてある。光電変換部９４の受光面側（図面上部）には遮蔽板の開口部９８を備え、その上部に拡散反射板で形成された拡散ドーム９９が光電変換部９４を中心として配置してある。光電変換部９４とステッピングモータ９７は制御部１００に連絡してあり、制御部１００は、ステッピングモータ９７を回転させてフィルタ９６を切り換え、光電変換部９４の信号を出力する。フィルタ９６の種類は、カメラ２のフィルタ５と同種類のものを備えている。制御部１００はデータ処理装置２０（図３）のＩ／Ｏポート２５に接続して制御される。フィルタ９６には光を遮蔽するフィルタを備えておくことで、フィルタ９６の切り換えで零点補正が可能となる。
【００５２】
データ処理装置２０からの信号で、照度計９３の制御部１００はフィルタ９６を目的のフィルタ９６に切り換えて、このとき拡散ドーム９９から拡散反射して入射する自然光の光量をフィルタ９６を介して検出し、この光電変換部９４で検出した信号をデータ処理装置２０へ送信する。データ処理装置２０では、照度計９３で得られた光量を基準反射光量Ｙとして数式２に代入することで、作物から得られた反射光量を反射率に演算することができる。照度計９３を使用する場合、検量線（第１の作物関係式）は、照度計９３の測定値を基準反射光量Ｙとした反射率に基づいて求めることになる。
【００５３】
以上の第１、第２及び第３の実施例は、稲の生育時期の１つである幼穂形成期といった特定時期に測定することが可能である。この方法は、品種別、地域別（又は圃場別）の補正が行えるようにすると、より効果的である。つまり、品種別、地域別に補正値又は補正換算式をＲＯＭ２８に記憶しておき、都度、読み出して使用する。また、実施例でのカメラ２の解像度は２４万画素程度であり、この解像度によって一度の撮影で圃場１０アールの第１の作物情報を得るとすれば、１平方メートル当たりの画素数は２４０画素となる。この程度の解像度が確保できるのであれば、カメラ２で撮影する手段は、地上における撮影のほか、例えば、衛星による撮影情報を利用することも可能である。加えて、気球、ラジコン飛行装置（飛行機、ヘリ）又は有人飛行機にカメラを搭載して撮影情報を得ることも可能である。
【００５４】
このようにして得られた圃場の第１及び第２の作物情報が窒素含有率である場合は、窒素含有率により、今後の施肥量を決定することができる。すなわち、従来から稲作においては、例えば幼穂形成期や減数分裂期といった特定の生育時期における最適な窒素含有率が、品種別や地域別に細かく研究されて求められており、本発明により第１の作物情報を補正した第３の作物情報が窒素含有率であれば、前記従来の研究で決定されている窒素含有率（基準値）と比較することができる。なお、このことは葉色値においても同様である。なぜなら、葉色値と葉身窒素含有率とは高い相関関係があり、両者は互いに似通った変化を示すので、葉色値によっても本発明は実現可能である。また、第１、第２及び第３の実施例により説明した方法は、窒素含有率、葉色値以外にも、作物の草丈、乾物量、窒素吸収量にも適用可能であるし、稲以外の作物に適用できる。
【００５５】
次に、本発明の自動施肥への応用について説明する。図１３に示すものは自動施肥装置７０であり、肥料タンク７１と、その下部にモータ７２によって回転するスクリュー７３とを備え、タンク７１の側部には、圃場作物の葉身窒素含有率を測定するためのカメラ７４と、基準反射光量を求める照度計９３とが設けてある。タンク７１を支持する脚部７６を設けるとともに、該脚部７６にはタンク７１を走行可能にするためのローラ７７を設け、該ローラ７７の回転軸７８にはモータ８３の駆動力を受動するプーリ７９が設けられている。モータ７２とスクリュー７３とにはベルト８０が、また、モータ８３とプーリ７９とにはベルト８１が、それぞれ巻回してある。そして、カメラ７４とモータ７２とは制御装置８２に接続してある。これらの電源にはバッテリー等の蓄電池を使用してもよいし、交流電源をケーブルで接続してもよい。図１４は圃場９０の平面図であり、この圃場９０には、自動施肥装置７０が走行するレール９１が適宜敷設してあり、ローラ７７がレール９１に沿って走行することにより、自動施肥装置７０によって圃場９０に施肥することができる。
【００５６】
上記自動施肥における動作を、データ処理装置２０の概略ブロック図である図３を参照して説明する。制御装置７６はデータ処理装置２０と同じ構成でよく、ＲＯＭ２８内には、第１の作物情報を得るために必要な前記数式１、数式２、及び数式５（第１の作物関係式）と、第３の作物情報を得るために、少なくとも２区画の第１及び第２の作物情報の相関によって決定された補正換算式（図８）と、生育の特定時期（施肥時期）における品種別の基準窒素含有率と当該窒素含有率（第３の作物情報）との差異に基づく施肥量の演算式とが記憶してある。
【００５７】
自動施肥装置７０の動作を開始すると、モータ８３が駆動してプーリ７９を回転させて一定速度でレール９１に沿って走行を開始する。走行が開始されるとともに、データ処理装置２０は照度計９３から基準反射光量を得る。さらに、カメラ７４によって、視界中の圃場９０を撮影し、作物の反射光量を測定する。このように、照度計９３の基準反射光量と圃場９０の作物の反射光量とが得られれば、これらの反射光量をＲＯＭ２８に記憶されている数式２に適用することにより、圃場９０の作物の反射率を計算できる。計算した反射率と、ＲＯＭ２８に記憶されている数式５（第１の作物関係式）によって第１の作物情報である窒素含有率が計算される。第１の作物情報の窒素含有率が演算されると、前記窒 素含有率とＲＯＭ２８に記憶されている補正換算式とによって第３の作物情報である窒素含有率が計算される。
【００５８】
このようにして得られた第３の作物情報である前記窒素含有率は、ＲＯＭ２８に記憶された、特定時期の窒素曲線（基準値）を用いて、基準の窒素含有率と比較し、その差異を求める。ここにおける比較は、生育過程の特定時期、例えば測定した時期が幼穂形成期であれば、幼穂形成期における基準値と比較するということである。つまり、この測定に先だって、測定時期を制御装置８２に入力しておくことが必要である。換言すれば、特定時期（施肥時期）においてこの自動施肥装置７０を使用するということでもある。そして、特定時期の基準値と前記特定時期に測定して求める窒素含有率との差異は、あらかじめ前記差異に基づいて決定される施肥量に換算され、この施肥量に基づいてモータ７２の回転数を決定し、モータ７２を駆動させる。当然のことながら、モータ７２の回転数を増加すると施肥量は増加し、回転数を減少させると施肥量は減少する。
【００５９】
自動施肥装置７０は、圃場９０に敷設したレール９１上を走行すると説明したが、図１５で示すように、従来からある耕作機械７５の後方に自動施肥装置７０を取り付け、先端部にカメラ７４と照度計９３を取り付けて使用することもできる。このようにすると、圃場が定型（四角）の形状でなくても、走行直前の作物情報に応じて施肥が完了する。現在でも施肥は、葉色観察や測定機器による葉身窒素含有率の測定値を、経験に基づく基準値と比較することで、経験的に施肥量を決定しており、施肥が機械化されたとしても、結果的に圃場全体へ平均的に施肥を行うのが普通であるが、本発明によれば施肥量を自動的に演算でき、しかも、圃場の部分部分に対応した施肥が可能となる。
【発明の効果】
【００６０】
本発明では、自然光による反射光を用いた作物の栄養診断方法において、圃場内に生育する作物をカメラで撮影し、撮影した画像データから前記作物の作物情報を求める際に、作物の葉に光を直接照射して前記作物の作物情報を求めることができる測定器で、圃場内の作物の複数枚の葉を一枚ずつ測定し、その測定値を用いて、測定方位・風による葉の揺らぎ・植栽密度の違いなどによる測定誤差を補正し、また、反射率が一定の基準板の自然光による反射光量を測定し、その測定値を用いて、気象による測定誤差を補正した。上記２つの補正を行うことで、従来のいわゆるリモートセンシングに比べて、精度の高い栄養診断を行うことが可能となった。
【００６１】
また、カメラによって圃場を撮影し、自然光による作物の反射光を受光した際に、受光した全ての受光信号が作物の反射光とは限らず、例えば圃場の土壌など作物以外の反射光を受光していることも有り得る。このようなことから、本発明では、栄養診断を行う作物の反射光を受光したカメラの撮像素子である画素を、画素ごとに判別し、前記作物の反射光を受光した画素の受光信号だけを、作物の作物情報として処理することで、測定誤差の原因となる不必要な情報を除去した精度の高い栄養診断を行うことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】作物葉の反射光を測定するために圃場に設置したカメラと基準板の配置図である。
【図２】作物葉の反射光を測定するカメラの機能を表す概略ブロック図である。
【図３】データ処理装置の概略ブロック図である。
【図４】圃場から得られる反射光を複数区画に分割して示した窒素含有率である。
【図５】葉身窒素含有率測定装置の主要部の一部を破断した側面図である。
【図６】葉身窒素含有率測定装置の概略制御ブロック図である。
【図７】葉身窒素含有率測定装置の操作を示す一部拡大図である。
【図８】葉身窒素含有率測定装置と撮影による窒素含有率の関係図である。
【図９】本発明の補正による値を複数区画で示した図である。
【図１０】作物葉と土壌の波長に対する反射率曲線である。
【図１１】カメラにより得られた作物葉と土壌の受光データを表す図である。
【図１２】入射光を測定する照度計を簡略に示した側断面図である。
【図１３】自動施肥装置を示した側面図である。
【図１４】自動施肥装置を圃場で利用するときの圃場平面図である。
【図１５】本発明を実施するための装置を設置した耕作機械の側面図である。
【符号の説明】
１ 圃場
２ カメラ
３ 基準板
４ エリアセンサー
５ 狭帯域フィルタ
６ フィルタホイール
７ 集光レンズ
８ 制御回路
９ ステッピングモータ
１０ 操作スイッチ
２０ データ処理装置
２１ Ａ／Ｄ変換器
２２ フレームメモリ
２３ モニタ
２４ 画像処理ボード
２５ Ｉ／Ｏポート
２６ ＣＰＵ
２７ Ｉ／Ｆボート
２８ ＲＯＭ
２９ ＲＡＭ
３０ 葉身窒素含有率測定装置
３１ 本体
３２ 光源部
３３ 光量検出装置
３４ ＬＥＤ
３５ ＬＥＤ
３６ 狭帯域フィルタ
３７ 狭帯域フィルタ
３８ 拡散反射板
３９ ブロック
４０ 反射光路
４１ 放射側
４２ 拡散透過板
４３ 測定葉
４４ 光量検出装置
４５ 腕
４６ 軸
４７ コイルバネ
４８ マイクロスイッチ
５０ アナログボード
５１ 発光装置
５２ Ｉ／Ｏボード
５３ ＣＰＵボード
５４ 液晶表示器ＬＣＤ
５５ 入力部
５６ 接続ポート
５７ 電源ボード
５８ プリンタ
５９ Ｉ／Ｆボード
６０ ＲＯＭ
６１ ＲＡＭ
７０ 自動施肥装置
７１ 肥料タンク
７２ モータ
７３ スクリュー
７４ カメラ
７５ 耕作機械
７６ 脚部
７７ ローラ
７８ 回転軸
７９ プーリ
８０ ベルト
８１ ベルト
８２ 制御装置
８３ モータ
９０ 圃場
９１ レール
９３ 照度計
９４ 光電変換部
９５ フィルタホイール
９６ 狭帯域フィルタ
９７ ステッピングモータ
９８ 開口部
９９ 拡散ドーム
１００ 制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present inventionFarm(Ho)Nitrogen content from reflected light of crops growing in the fieldrateSuch as crop information,ConcernedThe present invention relates to a method for performing nutritional diagnosis of crops.
[0002]
[Prior art]
  Traditionally,Crop nitrogen content, leaf color value, nitrogen absorption, plant heightorThe first method for obtaining crop information such as dry matter weight is to use a light receiving means such as a digital camera and a reference plate coated with barium sulfate.,Unit field (or part of it) where the crop growsWhenShootSaidReference plate andSaidThe amount of reflected light from field cropsMeasure eachAndTheThe reflectance of crops by the amount of reflected lightCalculate,thisReflectivity and nitrogen content from reflectivityTheTo seekArakajiDeterminedCalibration curveAnd determine the nitrogen content of the crop fromLivingEducationseasonAgainst nitrogencurveBased on thatGrowth processofBaseQuasi nitrogenContent rateWhenTheCompared toNutritionI was making a diagnosis. However, the amount of reflected light of the crops obtained from the field depends on the weather.Moreover,Even if the reference plate can correct the weather, the measurement direction, windAnd plantingThe planting density is to obtain the nitrogen content from the reflectance.in advanceDefinedCalibration curveThe conditions must be the same as when creatingRuCorrection is required and the reference plate is used as a reference.YouIt is difficult to say that everything could be corrected just by adjusting the solar altitude, measurement direction,PlantingdensityAnd cropLimited varietyaboveThe measurement was performed.
[0003]
  SaidThe second conventional method for obtaining crop information isLivingLight with a wavelength related to crop information that increases or decreases based on growth, for example, from the visible light range to the near infrared rangeCottonWas obtained for light of wavelengths related to crop information.Transmitted light or reflectionlightWhen,The transmitted light or reflectionlightOrEtLeaf nitrogen content, etc.Crop informationTotalTo calculateArakajiDeterminedCalibration curveWhen,Leaf nitrogen fromContent rateMeasureMethodThere is. thisAccording to the methodFieldProductobjectofLeaf bladeTheMeasureTheAccurate mesophyll nitrogenContent rateCan be obtained. However, in order to accurately grasp the crop information of the entire field, detailed measurements over the entire field are essential.veryIt was troublesome.
[0004]
  The first method is,Crops from the fieldobjectInformation,For measurement position and planting densityAffected by errorsFor measuringTimeAnd restrictions on the measurement positionBecauseSimpleHowever,PrecisionHighIt was difficult to say that it was a measurement method. Also,SaidThe second method is measurementTime and locationThere are no restrictions,High measurement accuracyTheAlthough advantageous over the first method,Every leaf of the cropInMeasurementSo you need to doTherefore, it takes a long time to measure.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  In view of the above problems, the present inventionEasy to measure crop information,And,Measurement accuracyIs high,CropNutritionProvides diagnostic methodsTo doTheTechnical issuesAnd
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionofFirst methodIs, Exposed to natural lightA method for diagnosing the nutritional status of a certain area of crops in a field, comprising:
In the fieldofConstant areaPredeterminedFrom cropsofThe cropLivingOf wavelength related to crop informationNatureMeasure light reflectanceThe process of,
SaidReflectivityTheFrom the reflectanceFirstTo seek crop informationArakajiThe first crop related formulaBy applying to the predeterminedproduceofFirst crop informationGetThe,thisMemoryThe process of,
The predeterminedproduceofOn the bladeDirectlyIrradiate with light,CropLivingTransmission of light at wavelengths related to crop information that increases or decreases with growthHikarimataIs reflectionlightMeasure the light intensity of at least one ofThe process of,
SaidLight intensityTheFrom the light intensitySecondTo seek crop informationArakajiThe second crop-related formulaBy applying to the predeterminedproduceofSecond crop informationGetThe,thisMemoryThe process of,
SaidFirst crop information andSaidDifference from the second crop informationDifferentTo calculateA process of memorizing the calculated differences;
SameIn the fieldDifferent from the predetermined cropConstant areaGoal for nutritional diagnosisFrom cropsThe process of measuring the reflectance of light at wavelengths related to crop information that varies with crop growth,
By applying the reflectance to the first crop relation, the target cropFirst crop informationThe process of getting,
Previous termThe first crop information is the differenceDifferentCorrection based onThe process of,
In the corrected first crop informationBased on the aboveFieldInsideCrop nutritionStatusTheJudgmentDoProcess,
Consist ofCropNutritionDiagnosis methodTake technical measures to useIt was.
[0007]
[0008]
[0009]
  The present inventionofSecond methodIsIn fields exposed to natural lightA method for diagnosing the nutritional status of a certain area of a crop, comprising:,
In the fieldConstant areaPredeterminedFrom cropsofThe cropLivingOf wavelength related to crop informationNatureMeasure light reflectanceThe process of,
Measurement data of the reflectanceTheOn the dataDivide into multiple sectionsAndPer compartmentInReflectivityThe process of seekingWhen,
The reflectance isFrom reflectanceFirstTo seek crop informationArakajiThe first crop related formulaBy applying toPer parcelFirstCrop informationGetThe,theseMemoryThe process of,
SplitdidSaidParcelFromAt least 2 sectionsTheChoiceThe process of,
Selected in the previous processParcelofCrop leafDirectlyIrradiate light and produceLivingWavelength transmission related to crop information that increases or decreases with growthHikarimataIs reflectionlightMeasure the light intensity of at least one ofThe process of,
SaidLight intensityTheFrom the light intensitySecondTo seek crop informationArakajiThe second crop-related formulaBy applying toSaidMeasured in the processParcelCropSecond crop informationGetThe,theseMemoryThe process of,
SaidFirst crop informationSaidDetermine the correction conversion formula to be corrected based on the second crop informationThe process of,
SaidIn the correction conversion formulaSaidFirst crop informationThe above dividedThird crop information corrected for each sectionThe process of,
SaidIn the third crop informationBased onFieldFor each of the divided divisions inCrop nutritionStatusTheJudgmentDoProcess and,
Consist ofCropNutritionDiagnosis methodTake technical measures to useIt was.
[0010]
[0011]
[0012]
  Of the present inventionThird methodIs, Exposed to natural lightA method for diagnosing the nutritional status of a certain area of crops in a field, comprising:,
A certain area in the fieldMultiple compartmentsDivide the compartmentEveryAs prescribedFrom cropsofThe cropLivingOf wavelength related to crop informationNatureMeasure light reflectanceThe process of,
SaidReflectivityTheFrom the reflectanceFirstTo seek crop informationArakajiThe first crop related formulaBy applying toPer parcelFirstCrop informationGetThe,theseMemoryThe process of,
SplitdidSaidParcelFromAt least 2 sectionsTheChoiceThe process of,
Selected in the processParcelofCrop leafDirectlyIrradiate light and produceLivingWavelength transmission related to crop information that increases or decreases with growthHikarimataIs reflectionlightMeasure the light intensity of at least one ofThe process of,
SaidLight intensityTheFrom the light intensitySecondTo seek crop informationArakajiThe second crop-related formulaMeasured in the previous process by applying toParcel cropsofSecond crop informationGetThe,theseMemoryThe process of,
SaidFirst crop informationSaidDetermine the correction conversion formula to be corrected based on the second crop informationThe process of,
SaidIn the correction conversion formulaSaidFirst crop informationDivide the aboveThird crop information corrected for each sectionThe process of,
SaidIn the third crop informationBased on the aboveFieldFor each divided section inCrop nutritionStatusTheJudgmentDoProcess,
Consist ofCropNutritionDiagnosis methodTake technical measures to useIt was.
[0013]
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
[0018]
  The first, Second andIn the third methodIsThe cropLivingThe reflectance of light with a wavelength related to crop information that increases or decreases with growthCalculationTo doGoal for nutritional diagnosisCropBy natural lightReflected light,With an image sensor consisting of multiple pixelsLight receptionAndThe goalSelect the pixel that received the reflected light corresponding to the crop, and receive the selected pixel.signalBased on the reflectanceCalculateThe first crop information is obtained using the reflectance.NutritionDiagnosis method andGood.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The present inventionFor carrying out the nutritional diagnosis method of cropsThe measuring apparatus will be described with reference to FIGS. here,A rice crop is explained as an example. Figure 1,Farm 1 crop(rice plant)TakeShadowAn example is shown. here,rice plantTowards the field 1 where the plants grow,CropBy natural lightReflected lightLight receptionReceiverofA camera 2 is installed. Farm 1IsExposed to natural lightAndThe white reference plate 3 is1It is installed in.
[0020]
  What is shown in FIG.,Of camera 2Represents a functionIt is a simple block diagram, camera 2InIs,For example, the resolution of about 240,000 pixels (600 x 400)HaveThe area sensor 4 is provided.Also,Camera 2IsA filter wheel 6 having a plurality of narrow band filters 5 is provided.PreparedRotate the filter wheel 6ByfillT5 is switched. The light that has passed through the filter 5,As an optical meansofLight is received by the area sensor 4 via the condenser lens 7 and the like. The filter wheel 6 is rotated by a stepping motor 9 that is driven and controlled by a control circuit 8.further,The control circuit 8,areaThe light reception signal of the sensor 4 is sent to the data processing device 20..The area sensor 4 may be a line sensor.
[0021]
  here,Filter 5,Visible light wavelength from 450, 550, 625, 650, 675, 700nm,Also,Near infrared wavelength 750, 850, 950-1300nmDuring ~From,eachIt is selected appropriately. These wavelengths are,Nitrogen content of crop leavesorIt is necessary to select a band that shows a characteristic change as the leaf color value changes. Therefore, filterTo 5May use both the visible light region and the near-infrared region, or only one of them may be used. In addition,The wavelength is not limited to this embodiment. Figure 4 shows four filters5Depending on purposeTheIt can be changed at any timeTheAn operation switch 10 is further connected to the control circuit 8.,Shooting start switch 10a for shooting, shooting stop switch 10b for stopping shooting, filter5SwitchSwitchingSwitch 10c, shooting data(Light reception signal)Is provided with a data transmission switch 10d and a power switch 10e.
[0022]
  FIG. 3 shows a block diagram of the data processing device 20. The data processing device 20 shown in FIG.-FourLight receptionAnalog-to-digital converter (hereinafter referred to as “digital-to-digital converter”),"A / D converter" 21) and after A / D conversionLight reception signalFrame memory 22 for storingThe light reception signalAre provided with a monitor 23 and an image processing board 24, which are provided with an input output port (hereinafter referred to as an input output port).,Via "I / O port" 25)Light reception signalIs communicated to the CPU 26 which calculates the above. Also, an interface board (below,Via the “I / F board” 27),Leaf blade nitrogen to be described laterContent rateA measuring device 30 is connected.further,Stored control programsReadingDedicated memory (hereinafter referred to as “ROM”) 28 and operation results are stored appropriately.readingAvailableReadingbrothbookEmbedded memory (hereinafter referred to as “RAM”) 29 is connected to the CPU 26.
[0023]
  When the power switch 10e of the camera 2 is pressed, the area sensor 4Shooting targetReflectionlightIs receivedLight receptionSignalThethisLight receptionSignal is,The data is sent to the data processing device 20 by pressing the data transmission switch 10d.,Data processing device 20soProcessed by the image processing board 24,MoniT23As an image of farm 1Projected.The imageSet the position of camera 2 while checkingIn the field 1Shooting range(Constant area)Confirm. Shooting range(Constant area)ConfirmedEt al.Press the shooting start switch 10aThrough the currently set filter 5Grows in the field 1rice plantThen shoot,filterCut offA signal for rotating the stepping motor 9 from the control circuit 8 by the changeover switch 10c.TheoutputAndAfter switching the filter 5 by rotating the filter wheel 6,The photographing switch 10a is pressed to photograph. In this way, photographing is performed for each necessary filter 5 while sequentially switching the filters 5.ThelineU. As a resultInFor each filter 5Light receptionsignalButCreated.In addition,If the area sensor 4 of the camera 2 does not have a large capacity storage element,,In the data processing device 20Light reception signalSendOutThen, the data transmission switch 10d is pushed.
[0024]
  Camera 2 area sensor-4 to receive lightBy natural lightReflectionlightIs the reflection of the reference plate 3lightAnd in the field 1Constant areaproduceofReflectionlightIt is. When the amount of reflected light from the reference plate 3 is measured,Anti-standardThe amount of lightTotalI can calculate.Reflectivity95%soConstantThe amount of reflected light from the reference plate 3 is the reference amount of reflected light.AsIf you use it,Reflected light from the reference plate 3AmountX,Reference reflectionThe amount of light is Ydo it,
[Expression 1]

ByReference reflectionThe amount of light Y isCan be calculatedTheButMeasuredA certain area of crops in field 1If the amount of reflected light is Z,
[Expression 2]

ByA certain area of cropCan be obtained. This reflectance is,rice plantleafIs used to determine the nitrogen content of These formulas 1as well asEquation 2 is,It is stored in the ROM 28. The aboveReference reflectionThe amount of light Y is,Measure as follows・Remembered. Switch the filter 5 provided in the camera 2 to filter5EveryBy natural lightReflection of the reference plate 3lightTheIn addition to receiving light, the received light signalSend to data processor 20To do. The received light signal isData processing device 20soBy A / D converter 21RDigital conversionIs done. The received light signal converted to digital isBased on Equation 1TotalCalculationAnd the calculation result as the reference reflected light amount YStore in the RAM 29.That is, the reference reflectionLight intensity YIsMeasure and store for each filter 5Will be.
[0025]
  Further, the amount of reflected light of the above-mentioned fixed area crop is measured and stored as follows. Switch filter 5filter5EveryBy natural lightIn the field 1A certain area of cropReflected lightBy each pixel of camera 2Receive lightThe received light signal of each received pixelSend to data processor 20To do.In the data processing device 20, an A / D converter 21Light receptionDigitally convert the signal,The converted received light signalStore in the frame memory 22. CPU26soIsTheEvery filter 5InConvertedThe light reception signalAbout each pixelLight reception signalFind the average ofThe obtained average value is used as the amount of reflected light of the crop of the certain area, and this amount of reflected light is calculated in advance.Stored in ROM28ShiIn Equation 2 aboveBy applyingCalculate the reflectance, The operation resultStore in the RAM 29. thisBy the above, the crop of the fixed area of the field 1For example, in the range of 1 square meterCropThe reflectance is stored. In addition,It is preferable that the reflectance obtained here corrects the difference in the amount of incident light caused by the difference in the incident angle of the field reflected light to the camera based on the distance between the camera and the field.
[0026]
  What is shown in FIG.Constant areaProductobjectOf 240,000 pixelsLight reception signalThe,An example in which processing is divided into a plurality of sections is shown. For example, by camera 2,Switch filter 5 and filter 5 togetherDue to natural lightFarm 1Crops of a certain areaReceives reflected light fromThe received light signal of each pixel obtained by receiving lightSend to data processor 20To do.In the data processing device 20, an A / D converter 21Light receptionDigitize signalLeConverted,The converted received light signalStore in the frame memory 22. CPU26soIsThe received light signal of 240,000 pixels isFIG.Shown inLike the compartment from the top leftA~Divided into multiple sections of Section IAndSaidParcelEveryEach pixelLight reception signalFind the average value ofMe,The obtained average value is used as the amount of reflected light of the crop for each section, and the amount of reflected light is calculated in advance.In the above equation 2 stored in the ROM 28,By applyingPer parcelCropReflectivityTotalCalculation, The calculation resultStore in the RAM 29. Can receive light with one cameraConstant areaIs about 1 square meter, for example, 9 divisions within 1 square meterPer crop of natural lightReflectance is memorizedWill be. MoniTAn image processed by the image processing board 24 is displayed at 23.
[0027]
  The RAM 29 includes a plurality of filters 5In addition,Light receptionCrop of a certain areaReflectivity,The constant area9 divisionsOf crops in each divided plotThe reflectance is stored.theseReflectivityTheMake it an explanatory variableLive in the fixed area or in each sectionNurtureMultiple riceCollect leaves,ThisRiceLeaf crop informationofDirect chemical analysis of nitrogen contentAsking for,orIs the leaf color value,Measure leaf color directlyBySeekingSaidNitrogen contentYoungIsSaidUsing leaf color values as objective variablesFixed area by performing multiple regression analysis etc.ofrice plantFor crop informationCalibration curve (first crop relational expression),And saidPer parcelrice plantFor crop informationCalibration curveCreate (first crop relation)TheIt is stored in the ROM 28.
[0028]
  In more detail, tentativelyAThere are a reflectance R1 due to the filter 1, a reflectance R2 due to the filter 2, a reflectance R3 due to the filter 3, and a reflectance R4 due to the filter 4.further,In compartment Arice plantleafNitrogen content ofThe chemical analysisDetermined byNitrogen content N1 existsShi,
[Equation 3]

IfIn compartment ApluralInabaNitrogen content NAskingBy,
[Expression 4]

AndR, These are multiple regression analysisAnalyzed byif,
[Equation 5]

AsCalibration curve(First crop relational expression) can be obtained. Similarly for leaf color valuesCalibration curveCan askThe
[0029]
  SaidFormula 1,Formula 2 andObtained in this wayIf Equation 5 is stored in the ROM 28, the camera 2,Reference plate3WhenA certain area of field 1ofproduceShootReceived lightWhen the signal is sent to the data processing device 20, the data processing device 20Formula 1, Formula 2 and Formula 5Based on nitrogen contentTotalCan be calculated.Therefore, create a calibration curve (first crop relational expression)ByA certain area of the photographed field 1Rice nitrogen content orDivided 9Parcel(Section A to section I)Nitrogen content of each (first crop information)TheCan be sought. FIG.InNumeric value written in each sectionIsthisLikeDemandMetIt is an example of nitrogen content.
[0030]
  Next, leaf nitrogenContent rateAn embodiment of the measuring device 30 will be described with reference to FIGS. Shown here is portable nitrogenContent rateMeasuring device (below,It is the side view which fractured | ruptured the main part of 30). 5 and 6InThe light source unit 32 is placed in the upper body 31.As well asIn the lower part, a photodiode (not shown) as the light quantity detection device 33TheIt is the provided structure. The light source unit 32 has different wavelength peaks on the same circumference.OneLight emitting elementpluralLEDs 34 and 35 are provided.ShiThe LEDs 34 and 35 are provided with narrow band filters 36 and 37 having different wavelength bands, respectively.Narrow band filter 36 , 37'sThe wavelength band is preferably 500 nm to 1100 nm, and this wavelength bandinFromMeasureLeaf blade nitrogenContent rateOr any specific wavelength related to leaf color valueTheChoiceYouThe The light emitted by each LED 34, 35 is a narrow band fill.TIt becomes light of a specific wavelength by 36 and 37TheThe light enters the diffuse reflector 38. Also,A block 39 is formed so that the light beams of the LEDs 34 and 35 are incident on the diffuse reflector 38 at a substantially constant angle.
[0031]
  The light reflected by the diffuse reflection plate 38 enters a reflection light path 40 provided in the center of the block 39 and enters a diffuse transmission plate 42 provided on the radiation side 41 of the reflection light path 40. diffusionTransparentThe plate 42 is provided perpendicular to the optical axis of the reflection light path 40, and is formed of a circular frosted glass or milky white glass. A space surrounded by the reflection optical path 40 and the diffuse reflector 38,The light exits from the reflection optical path 40 while repeating reflection and diffusion, and enters the light amount detection device 44 through the diffusion transmission plate 42 and the measurement leaf 43.
[0032]
  Further, an upper lid is provided on the outer periphery of the upper part of the light quantity detection device 32.(Lid)31 to 繞 ()SettingShiThe arm 45 extended from the upper lid 31 is supported by a shaft 46..A coil spring 47 is loosely fitted on the shaft 46 on which the upper lid 31 is pivotally supported.(Can)The upper lid 31 is always pushed up. That is, as shown in FIG. 7, in measurement, the measurement leaf 43 is inserted into the measurement place, and the upper part of the upper lid 31 is pushed down to enable measurement. The timing of this measurement is that when the upper lid 31 is pushed down, a push-down protrusion (not shown) provided below the upper lid 31 pushes down the microswitch 48 provided at the opposite position, thereby detecting that the upper lid 31 is pushed down. Then, measurement (light irradiation and light amount measurement) is performed.
[0033]
  Next, FIG.By block diagrammeasuring device30explain. Light source unit 32WhenDetected by a measurement unit comprising the light quantity detection device 33MeasurementLight transmitted through leaf 43Or reflected lightIs analyzed by the light quantity detection device 44.GConverted to a signal,The analog board 50 is contacted. The light source unit 32 is provided with a light emitting device 51 of LEDs 34 and 35. With analog board 50SaidanalogsignalA / D conversion from digital to digitalDoOrThe analog signalfrequencyMakeV / F conversion is performed. The converted signal is,I / O board52Via arithmetic control deviceIsInput to the CPU board 53. I / O board52Includes measurement results and calculation results.orIs a liquid crystal display LCD 54 for displaying operation instructions, an input unit 55 for performing operations, an RS232C connection port 56 for inputting / outputting data to / from an external device, andmicroA switch 48 and the like are provided. These CPU board 53 and I / O board 52IsThe power supply board 57 is connected to supply power. The printer 58 is,It is connected to the CPU board 53 via the I / F board 59.further,On the CPU board 53ROM 60 and RAM 61Is connectedAndIn ROM60IsBy fieldorStores multiple calibration curves for each product typeHas beenTheSaidThe calibration curve isSuitable for each purposeMultipleSheetObtained by irradiating the leaves directly with lightTransmitted light or reflectionlightUsing multipleCalculate the absorbance, and use this absorbance as the explanatory variable.As well as,The nitrogen content of the leaf from which the absorbance was calculated was determined by chemical analysis, etc.Nitrogen content as objective variable,Multiple regression analysisCreated by analyzing withThe nitrogen content (second crop information)Calibration curve for(Second crop relational expression). About this multiple regression analysis,Since the procedure for obtaining Equation 5 described above overlaps with the description, it will be omitted.further,In the ROM 60, the absorbance is measured by the measuring device 30 to determine the nitrogen content and the like.Second crop informationTheTotalFrom the absorbance measurement to calculateTotalCalculation and displayWhenRunA series ofPrograms and so on are stored.
[0034]
  The operation of the measuring apparatus 30 configured as described above will be described below. In measuring device 30MeasurementWhen the leaf 43 is inserted and the upper lid 31 is pushed down,microA signal from the switch 48 is communicated to the CPU board 53, and a signal is output from the CPU board 53 to the light emission control device 51, and a light emission signal is transmitted from the light emission control device 51 to the light source unit 32. As a result, from LEDs 34 and 35Measurement of measurement objectLight is emitted alternately toward the leaves 43. The light emitted from the LEDs 34 and 35 is light having specific wavelengths in the near infrared region and the visible light region by the narrow band filters 36 and 37, and the light amount detection device 44 from the diffuse transmission plate 42 is repeatedly reflected and scattered as described above. To reach,The measurement leaf 43 is irradiated uniformly as much as an integrating sphere.
[0035]
  When the measurement leaf 43 is directly irradiated with light, the transmitted lightorThe reflected light is reflected by the light quantity detector 44.Emitted lightLED34,35Light ofIs received every timeThe Obtained by receiving lightThe received light signal is,The analog board 50 is contacted for A / D conversion. With analog board 50Of the received light signalA / D conversionButlineI,The converted received light signal isThe data is input to the CPU board 53 via the I / O board 52. In the CPU board 53,MeasurementOf leaf 43The light reception signalOrEtAbsorbance is calculated,Calculated absorbanceIs stored in the RAM 61.SaidAbsorbance and ROM60The nitrogen content pre-stored inCalibration curve (second crop relational expression)And byMeasurementleaf43Nitrogen content of(Second crop information)TheTotalCan be calculated. The input unit 55 includes a power switch 55a for turning on the power of the measuring device 30, and transmitted light.Or reflected lightMeasurement switch 55b enabling measurementAndCalibration curve stored in ROM60 (Second crop relatedformula)as well asAbsorbance stored in RAM 61,Transmitted lightOr reflected lightdata,TotalCalculation resultOrRead sample number etc.forA read switch 55c having a switching function is provided.
[0036]
  less than,A first embodiment will be described. With camera 2,By natural lightField 1 exposed to the reflected light of the reference plate 3 and natural lightPredetermined crops of a certain areaFrom,For example, nitrogen content(Crop information)Of wavelengths related toBy natural lightReflectionlightAndLight receptionTo do. FIG.soAs shown,In the data processing device 20, the camera 2 receives the light.Received light signals of the reference plate 3 and the predetermined crop obtainedTheFormula 1 andFormula 2By applyingReflectivityTotalCalculateCalculated aboveReflected in ROM 28Calibration curve (First crop-related formula)And is the first crop informationThe predetermined cropGetting nitrogen content ofThe nitrogen contentStore in the RAM 29.
[0037]
  next,Rice grown in the fixed area with the measuring device 30Leaf nitrogen content(Second crop information)MeasureUsing the measured nitrogen content (second crop information), the nitrogen content (first crop information) of the predetermined crop is calculated.CorrectThe MeasurementMeasured with device 30rice plantLeaf nitrogen content (second crop information) is directly,rice plantFrom leavesRuMeasurement value, measurement directionAndIt is not affected by planting density.Therefore,In the present inventionThe second crop information is used to correct errors due to measurement orientation and planting density. In particular,Difference between first crop information and second crop informationDifferentTheUsed for correctionThe For example, With camera 2In the measurement ofOf the predetermined cropFirst crop information(Nitrogen content)Is 4.0%,MeasurementDevice 30soSecond crop information by measuring(Nitrogen content)Is 3.0%. The first crop information is stored in the RAM 29, andSecond crop informationIsStore in RAM61Has beenRuFrom the second crop information stored in the RAM 61,The I / F board of the data processing device 20 from the connection port 56 of the measuring device 3027Through,Send to data processor 20,Store in the RAM 29.Data processingIn the device 20,RAM29Remembered in the aboveFirst crop information and second crop informationWhenDifferenceThe difference is -1.0% in this case,-1 difference. 0%The aboveIn addition to the first crop informationThe first crop information is3.0%IncorrectionIsThe
[0038]
  ThisDifferenceThe differenceRAM as correction value29Rememberfluff,In the future, a certain area different from the certain areaWorkobjectofBy natural lightReflected light with camera 2Light receptionShiWhen a light reception signal is obtained by light reception, data processing is performed using the light reception signal.With device 20Calculate the first crop informationTheSaiddifferenceDifferent-1. 0%ByCorrectCanThe ThisR, Measuring directionAnd plantingThe effect of planting densityRemovedMeasurement,With camera 2Data processingDevice 20WhenCan be realized. Moreover, in RAM 29The differenceTheAs a correction valueAfter memorizing, at least in the same fieldMeasurementAccording to device 30InabaMeasurement is no longer necessary.oneDegree measurementsoNever beforeHighaccuracyofCan measure. According to the measuring device 30Second crop information (Nitrogen content)Is measured in the field 1rice plantleafallDo againstnecessaryNo, in the field 1A certain area of riceWhat is necessary is just to measure the nitrogen content of a leaf.
[0039]
  next,In the present inventionAccordingA second embodiment will be described. With camera 2,By natural lightReflected light from the reference plate 3The amount of reflected light is measured, and this reflected light amount is applied to Equation 1 stored in the ROM 28 to calculate the reference reflected light amount. Also,Field 1 exposed to natural lightThe first ofCrop information, for example the wavelength associated with nitrogen contentBy natural lightReflectionlightTheReceive light,FIG.as well asShown in FIG.Light receptionShiGainTheThe received light signal of 240,000 pixelsIn the data processing device 20, Section A~Section Iof9Divided into compartments, Each dividedPer compartmentThe amount of reflected light is obtained from The reference reflected light amountStore in ROM28didFormula 2For each compartment by applying toReflectivityTotalCalculationTo do. And saidReflectivity andFormula 5 (First crop-related formula)And bySaidPer compartmentIt is the first crop informationGetting nitrogen content,theseStore in the RAM 29.
[0040]
  next,MeasurerOr data processingBy the device 20,9 aboveParcelofAnyat least2 sectionsTheSelect, preferablyAmong the 9 sectionsMaximum and minimum nitrogen contentshowed thatSelect parcelThe measurer then measures the nitrogen content of the rice leaves grown in the selected plot with the measuring device 30.To do.For example,FIG.InIs the maximum valueSection E4.2% of the section and the minimum valueSection Gof3.6% ParcelAnd select 2In parcelsLivingNurturerice plantThe nitrogen content of the leaf is measured with the measuring device 30.not to mention,Nitrogen content measured here is measured directionAndInfluenced by planting density etc.TheAbsent.
[0041]
  Measuring device 30so,Field1Selectedat least2 sectionsRice growing inLeaf bladeInDirectly,Leaf NitrogenContainsObtained by irradiating light with a wavelength related to the rateTransparentlightOr from reflected lightAbsorbanceSeekingThe absorbanceThe, Leaf nitrogen content from absorbance(Second crop information)To seekArakajiDeterminedCalibration curve (Second crop-related formula)Nitrogen content of the two compartmentsTotalCalculationYouTheHere, by the measurement of the measuring device 30,ParcelNitrogen content ofIs 3.0%Of compartment GParcelNitrogen content ofIs 2.4%If calculatedThisTheyofNitrogen contentIs stored in the RAM 61 as the second crop information.AndThe I / F board of the data processing device 20 from the connection port 56 of the measuring device 3027ThroughThe aboveThe nitrogen content is sent to the data processor 20 and stored in the RAM 29.
[0042]
  Stored in RAM 29Of the two sectionsSecond crop informationSaidAlso stored in RAM 29, based on nitrogen contentSaidFirst crop information (Section A~Section I8 will be described with reference to FIG. 8 by correcting the nitrogen content of each section into the third crop information. In FIG. 8, the horizontal axis represents the nitrogen content (second crop information) measured by the measuring device 30, and the vertical axis representsMeasured with camera 2.It is the figure made into the nitrogen content rate (1st crop information). That is, The second crop informationTwo sectionsSaidNitrogen content,3.0%(Section E) and2.4%(Division G)When,First crop informationRuSaid2 sectionsThe nitrogen content of4.2%(Section E) and3.6%(Division G)WhenUsingFIG. In the present invention,As shown in the figure,actuallyAnd directlyMeasured from rice leaf by measuring device 30at leastFrom the relationship between the nitrogen content of the two compartments and the nitrogen content measured with the camera 2BecomeBy straight line, The first crop information and the second crop informationReveal the interrelationshipShi,thisStraight lineMeasured with camera 2First crop information (Nitrogen content)To correctRu.This straight line isThe correction conversion formula is stored in the RAM 29. FIG.InSpecificallyIs,Section 1 first crop informationIs 4.2%To 3.0%Is corrected toFirst crop information of section GIs 3.6%To 2.4%It is corrected to. In the same wayThe aboveBased on the correction conversion formula,Other parcelsNitrogen contentFigure 9Indicated byIt is corrected as follows. by thisFirst crop information correctedThird crop information is obtained. The third crop information obtained is,ParcelEveryIt is the crop information of, but from now onAverage crop information for each plotFind average valueMe,camera2Taken withConstant areaIt can also be handled as one crop information. CorrectionConversion formulaAs a two-compartmentNitrogen contentTheUseTheStraight lineThis correction was shown.Conversion formulaThe camera2Of all sections taken inFirstCrop information as explanatory variablesShiObtained with measuring device 30SaidAll compartmentsSecondUsing crop information as an objective variableBy performing multiple regression analysis etc.can getRegression equationBut linearOrCan be used regardless of non-linearity.
[0043]
  Measured with camera 2 after thisFirst crop information (Nitrogen content)The data processor 20TheBased on the correction conversion formula of FIG.allCorrectIsThus, it can be used as a value with improved measurement accuracy.ThereforeConventional,Compared with the method in which the content of leaf nitrogen in a plurality of locations in the field is obtained only by the measuring device 30, a simple method of photographing is used.TheQuicklyPerform nutritional diagnosisbe able to.further,Finding the nitrogen content of the crop by photographing the reference plate and the field,Not yetConsidering that you are in the middle of researchEnterCan greatly contribute to the improvement of measurement accuracy. The measurement of the nitrogen content by the measuring device 301ofrice plantleafallDo againstnecessaryNot the field1ofA certain area of riceleafTheJust measure.
[0044]
  The firstas well asIn the second embodiment,Obtained from farm 1FirstCrop informationBut, SubjectProductObviously, it depends on the position of the camera 2 relative to the object.In addition,What is farm 1 here?,"The shore(Aze)Separated by1 sheetOr the field1 sheetEven if the area is smaller than the fieldYoYes. Correction value(Difference)Is correctedConversion formulaTo determineThisJust,camera2Obtained byFirstSources of crop information,Obtained by measuring device 30SecondInformation source for crop informationWhenThe same fieldInIt is important to be. in addition,The section in the second embodiment isOne of camera 2Above obtained by taking degree1 sheetIn the fieldFirstDividing crop information into multiple sections,Or oneObtained by degree shootingAnd one pieceDividing the crop information of an area smaller than that of the field into multiple sections, etc.EitherIs also free, correction valueorIs correctedConversion formulaTo determineThisTherefore, the identity of the information sources for the collected crop information is important.
[0045]
  next,The present inventionofA third embodiment will be described.The feature of the third embodiment is thatMultipleofWardPictureDivided intoFirst crop of field 1information(Amount of reflected light)The,By camera 2, For each divided sectionIs to get. That is,What is different from the second embodiment is that a plurality of sectionsPictureWith each camera 2 individuallyFirstIt is to obtain crop information. Like thisByOf the second embodimentlike,one timeInphotographShiThe1 sheetIn the fieldFirstDivide crop information into multipleDothan,By increasing the number of pixels of the camera 2 per unit area,Per parcelFirstThe amount of crop information increases. Therefore, the amount of explanatory variables when calculating the correction conversion formula increases,correctionConversion formulaImproved accuracyDo.SaidcorrectionConversion formula is,Multiple dividedFrom the parcelat least2 sections,PreferablyOf the first crop informationPartition showing maximum and minimum valuesTheSelect to correctConversion formulaTheAnd the corrected conversion formula obtained isStore in ROM28SuchSince the description is duplicated with the second embodiment described above, a description thereof will be omitted. Correction hereConversion formulaThe camera2Of all sections taken inFirstCrop information as explanatory variablesShiObtained with measuring device 30SaidAll compartmentsSecondUsing crop information as an objective variableBy performing multiple regression analysiscan getRegression equationBut linearOrSimilar to the second embodiment, it can be used regardless of non-linearity.
[0046]
  After this,Measure with camera 2ShiTheAll the first crop informationThe nitrogen content is determined by the data processor 20Stored in ROM28Based on correction conversion formulaThecorrectionBe doneThus, it can be used as a value with improved measurement accuracy.ThereforeConventional,Compared with the method in which the leaf nitrogen content of a plurality of locations in the field is determined only by the measuring device 30, the simple method of photographing is used.,FasterPerform nutritional diagnosisbe able to.Measuring device 30It is the second crop information inNitrogen content is measured on the field1ofrice plantleafallDo againstnecessaryNot the field1ofA certain area of riceleafTheJust measure.
[0047]
  In this third embodimentFirstCrop informationBut,Target work for nutritional diagnosisObviously, it depends on the position of the camera 2 relative to the object.In addition,What is farm 1 here?,Separated by “side”1 sheetOr the field1 sheetEven if the area is smaller than the fieldYoYes. correctionConversion formulaTo determineThecamera2Obtained byFirstSources of crop information,Obtained by measuring device 30SecondInformation source for crop informationWhenBut,It is important that the same section of the same field. in addition,The section in the third embodiment isoneAbove by taking degree1 sheetTo grasp the crop information of the field as one section,Or oneObtained by degree shooting,And,the above1 sheetFor example, capturing crop information of an area smaller than that of one field as one sectionEitherIs also freeThecorrectionConversion formulaTo determineThisTo collectFirstCrop informationAnd second crop informationSource of informationButSameBeis important.
[0048]
  From the above,Measurement with camera 2,Use the reference plate 3soThe error due to the weather is corrected and the measurement device 30MeasurementBy using the value, it is possible to correct the error due to the measurement orientation and planting density.Also measureDevice 30soIt was measuredMeasurementvalue is,Because it is a value obtained regardless of the measurement orientation and planting density,Using the measured valueCorrectMeasurement with camera 2The value is compared with the so-called remote sensing that uses only the camera 2 and data processing.TheIndependent of external factorsthings andBecome.
[0049]
  According to the camera 2 of the first to third embodiments.FirstOf crop informationMeasurementObtained by camera 2All received signalsTheIs the firstCrop informationThingsNot necessarily. That is,For each pixel of camera 2Light reception signalAnd verify that mostFirstIt becomes crop information,Farm 1Looking downFirstPossibility of photographing soil depending on planting density to obtain crop informationButis there. Therefore,In the present invention,FirstCrop informationReflected lightPixels that receiveFirstOther than crop informationreflected lightPixels that receiveTheSeparationShi,FirstCrop informationReflected lightReceives light from pixels that receivesignalOnlyFirstIt was decided to incorporate it as crop information.
[0050]
  FIG.Is, Soil against wavelengthas well asIt is the figure which showed the change of the reflectance of a crop leaf. From 750 nm to 1300 nmAnd, Soil reflectanceWhenCrop leaf reflectivityAndDifference of about 20%ButIt has been found to occur. Therefore,Formula 2For example, 40%More thanShow valueSetCrop leavesReflected lightLight receptionsignalWhenShi,Less than 40%The value ofShowCrop leavesExceptofReflected lightLight receptionsignalAsSeparationAndReflectivity40%Showed above valuesLight receptionOnly the signalAccording to camera 2FirstHandled as crop information. For example,Obtain light reception signals of multiple pixels,As shown in Fig. 11 (a)Displayed in units of 1 pixelCaseIn, Represented by a diagonal gridPixelReflectance 40% or more, represented by diagonal linesPixelLess than 40% reflectivityTotalIf calculated,As shown in FIG.Reflectance less than 40%Represented by diagonal linesPixel light receptionsignalTheRemovaldo it,The light reception signal of the pixel represented by an oblique grid having a reflectance of 40% or more isCrop information andTo do.
[0051]
  Reference reflected light amount in Equation 1Y value is the reference plate3Reflected lightamountGet by measuringWhenI explained,The value of the reference reflected light amount YIlluminance meterAsk byIt is also possible. In FIG.,A simplified illuminometer 93 is shown. A photoelectric conversion unit (silicon sensor) 94 having spectral characteristics from the near infrared region to the visible light region is provided, and is incident on the photoelectric conversion unit 94.Naturethe light,Multiple narrowband filters 96 to selectTheA filter wheel 95 that is rotated by a stepping motor 97 is provided at the circumferential portion. The filter wheel 95 is rotated to switch the plurality of filters 96. An opening 98 of a shielding plate is provided on the light receiving surface side (upper part of the drawing) of the photoelectric conversion unit 94.,A diffusion dome 99 formed of a diffusive reflector is disposed above the photoelectric conversion unit 94. The photoelectric conversion unit 94 and the stepping motor 97 communicate with the control unit 100, and the control unit 100 rotates the stepping motor 97 to switch the filter 96 and outputs a signal from the photoelectric conversion unit 94. The type of filter 96 is the same type as the filter 5 of the camera 2. The control unit 100 is connected to and controlled by the I / O port 25 of the data processing device 20 (FIG. 3). By providing the filter 96 with a filter that shields light, the zero point can be corrected by switching the filter 96.
[0052]
  The control unit 100 of the illuminance meter 93 switches the filter 96 to the target filter 96 based on the signal from the data processing device 20, and detects the amount of natural light incident upon being diffusely reflected from the diffusion dome 99 at this time via the filter 96. Then, the signal detected by the photoelectric conversion unit 94 is transmitted to the data processing device 20. Data processing device 20soIs the amount of light obtained by the illuminance meter 93Reference reflected light amount YBy substitutingobjectThe amount of reflected light obtained from the above can be calculated as the reflectance. When to use the illuminance meter 93Calibration curve (First crop-related formula)The illuminance meter 93ofMeasured valueReference reflected light amount YWhendidIt is determined based on the reflectance.
[0053]
  More thanFirst, second and third embodimentsIs,RiceLivingChildcare timeOne ofSpecific time, such as the young panicle formation periodInMeasuringButIs possible.This method is available by product type, region (OrIf you can make corrections by field),More effective. That is,By product type and regionCorrection value orcorrectionConversion formulaIs stored in the ROM 28.KiEvery time,Read and useYouTheAlso,Camera 2 in the embodimentResolution isAbout 240,000 pixelsEvery timeAnd thisOne shot depending on resolutionFarm field 10 areThe first ofIf you get crop information, per square meterIs the number of pixels240 pixelIt becomes.If this level of resolution can be secured,The means to shoot with the camera 2 is,On the groundOthers,For example,It is also possible to use information captured by satellite. in addition,Balloon, radio controlled flight equipment (airplane, helicopter)OrIt is also possible to obtain shooting information by mounting a camera on a manned airplane.
[0054]
  Of the field thus obtainedIf the first and second crop information is nitrogen content,Nitrogen contentCan determine the amount of fertilization in the future.That is,Traditionally riceProductIn, for example, young panicle formation periodAndSuch as meiosisspecificofLivingThe optimal nitrogen content during the growing season has been studied in detail by cultivar and region.TheThere is a need for the present invention.More first crop informationCorrectTheThird crop informationButNitrogen contentIf,SaidConventionalofDetermined by researchHaveNitrogen content(Reference value) andCan be comparedTheThis also applies to leaf color values.It is. BecauseHigh correlation between leaf color value and leaf nitrogen contentButYes, both show similar changesSoThe present invention can also be realized by the leaf color value.Also, the first, second and third embodimentsIn addition to the nitrogen content and the leaf color value, the method described by can be applied to crop height, dry matter amount, nitrogen absorption amount, and can be applied to crops other than rice.
[0055]
  Next, the application of the present invention to automatic fertilizationexplain about. What is shown in FIG.IsAutomatic fertilizer 70, fertilizer tank 71 and,A screw 73 that is rotated by a motor 72 is provided below the screw 73.WhenOn the side of the tank 71,Of field cropsLeaf bladeA camera 74 for measuring the nitrogen content;, Standard reflected light intensityTheAskingIlluminance meter 93WhenIs provided. tank71Leg 76 for supportingAnd providing,TheThe leg 76 has a tank71Can runin order toLaura 77Provided,TheA rotation shaft 78 of the roller 77 is provided with a pulley 79 that passively drives the driving force of the motor 83. Motor 72 and screw 73 andThere is a belt 80,,Motor 83 and pulley 79WhenThere is a belt 81,RespectivelyIt is wound.AndCamera 74 and motor 72WhenIs connected to the control device 82. These power suppliesInEven if a storage battery such as a battery is usedYoIshii,Even if you connect the AC power supply with a cableYoYes. FIG.IsIt is a top view of the farm field 90.,The rail 91 on which the automatic fertilizer 70 travels is appropriately laid, and the roller 77 travels along the rail 91.ByAutomatic fertilizer equipmentBy 70On the farm 90Fertilizationcan do.
[0056]
  In the above automatic fertilizationAction,Data processing deviceRefer to FIG. 3 which is a schematic block diagram of 20I will explain. The control device 76 is a data processing device.20 andthe sameThe first crop information is obtained in the ROM 28.ForFormula 1 required for,Formula 2,And Formula 5 (First crop-related formula)And get third crop informationFor at leastTwo sectionsOf the first and second crop informationCorrection conversion formula determined by correlation (Fig. 8) and,LivingBy cultivar at a specific time of growing (fertilization time)BaseQuasi-nitrogen contentAnd the relevantNitrogen content(Third crop information) andDifferenceDifferentFormula for fertilizer application based onWhenIs remembered.
[0057]
  Automatic fertilizer application 70When the operation starts,Motor 83ButDriveTheRotate pulley 79TheThe vehicle starts traveling along the rail 91 at a constant speed. TravelingButstartIsAnd,Data processing device20 from illuminance meter 93Reference reflected light intensityGet.further,Camera 74ByIn sightofField90ShootingAnd measure the amount of reflected light from the cropTo do. in this wayThe reference reflected light amount of the illuminance meter 93Of the farm 90Cropreflected lightWith quantityIs obtainedIf,These reflected light amountsROM28RememberedFormula 2By applying toField90'sCrop reflectanceTotalCalculationCanTheCalculatedReflectivityWhenROM28Is stored in Formula 5 (First crop-related formula)The nitrogen content that is the first crop information isTotalIt is calculated. When the nitrogen content of the first crop information is calculated,Nitrogen Elemental contentAnd ROM28RememberedCorrection conversion formulaWhenBy the third crop informationNitrogen content that isButTotalIt is calculated.
[0058]
  Obtained in this wayThe third crop informationContains nitrogenrateWas stored in ROM28,Specific timeofNitrogen curve (Base(Standard value)ToCompared to the quasi nitrogen content,The differenceDifferentTheAskingThe The comparison here isLivingEducationprocessSpecific period of time, for exampleIfIf the measured time is the young panicle formation period,BaseIt is to compare with the quasi-value. That is, this measurementPrior toIt is necessary to input the measurement time to the control device 82. In other words, the automatic fertilizer application device 70 is used at a specific time (fertilization time).And the basis of a specific periodQuasi-value andNitrogen content determined by measuring at the specified timeDifference fromDifferentIsArakajiMeSaiddifferenceDifferentIs determined based onRuIt is converted into fertilizer amount and the number of rotations of motor 72 is determined based on this fertilizer amount.,Drives motor 72LetThe As a matter of course,Rotation of motor 72numberIncrease the fertilizer amount,rotationnumberIf fertilizer is reduced, fertilizer application will decrease.
[0059]
  The automatic fertilizer 70 travels on a rail 91 laid on the farm field 90.WhenAs explained in Fig. 15, conventional farming machineBehind 75Automatic fertilizer 70Attach to the tipCamera 74WhenIlluminance meter 93TheInstall and useCan alsoThe If it does in this way, even if a farm field is not a fixed form (square) shape, fertilization will be completed according to crop information just before a run.Even nowFertilization isLeaf color observationAnd leaf nitrogen by measuring equipmentContent rateMeasured valueTheTo experienceBased onCompare with reference valueby doing,Empirically applied fertilizerTheDecisionAndFertilization is mechanizedToshiHowever, as a result, it is common to apply fertilization to the entire field on average.IfFertilizer application amountTheCalculate automaticallyCanMoreover,Fertilization corresponding to the part of the field is possible.
【The invention's effect】
[0060]
  According to the present invention, in a method for diagnosing crops using reflected light from natural light, a crop grown in a field is photographed with a camera, and when obtaining crop information of the crop from the photographed image data, light is applied to the leaves of the crop. Is a measurement device that can directly determine the crop information of the crop, and measure multiple leaves of the crop in the field one by one. -The measurement error due to the difference in planting density was corrected, the amount of reflected light by the natural light of the reference plate with a constant reflectivity was measured, and the measurement error due to the weather was corrected using the measured value. By performing the above two corrections, it is possible to perform a nutrition diagnosis with higher accuracy than conventional so-called remote sensing.
[0061]
  In addition, when the field is photographed with a camera and the reflected light of the crop by natural light is received, not all the received light signals are reflected by the reflected light of the crop. It is possible that For this reason, in the present invention, a pixel that is an image sensor of a camera that has received reflected light of a crop for which nutrition diagnosis is performed is determined for each pixel, and only a light reception signal of a pixel that has received the reflected light of the crop is received. By processing as crop information of crops, it became possible to perform highly accurate nutritional diagnosis by removing unnecessary information that causes measurement errors.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a layout view of a camera and a reference plate installed on a farm to measure the reflected light of a crop leaf.
[Figure 2] Camera that measures the reflected light of crop leavesRepresents a functionIt is a schematic block diagram.
FIG. 3 is a schematic block diagram of a data processing apparatus.
[Fig. 4] Nitrogen containing reflected light obtained from a field divided into multiple sectionsrateIt is.
[Figure 5] Leaf nitrogenContent rateIt is the side view which fractured | ruptured some main parts of the measuring apparatus.
[Figure 6] Leaf nitrogenContent rateIt is a schematic control block diagram of a measuring device.
[Figure 7] Leaf nitrogenContent rateIndicates the operation of the measuring devicePartial expansionFIG.
[Figure 8] Leaf nitrogenContent rateNitrogen content by measuring equipment and photographyrateFIG.
FIG. 9 is a diagram showing values obtained by correction according to the present invention in a plurality of sections.
FIG. 10 is a reflectance curve with respect to wavelengths of crop leaves and soil.
FIG. 11 is a diagram illustrating light reception data of crop leaves and soil obtained by a camera.
FIG. 12 is a side sectional view schematically showing an illuminance meter for measuring incident light.
FIG. 13 is a side view showing an automatic fertilizer application apparatus.
FIG. 14 is a field plan view when the automatic fertilizer application is used in the field.
FIG. 15 shows the present invention.To carry outIt is a side view of the cultivation machine which installed the apparatus.
[Explanation of symbols]
    1 field
    2 Camera
    3 Reference plate
    4 Area sensor
    5 Narrow band filter
    6 Filter wheel
    7 Light condensing lensThe
    8 Control circuit
    9 Stepping motor
    10 Operation switchH
    20 Data processing device
    21 A / D converter
    22 frame memory
    23 Monitor
    24 Image processing board
    25 I / O port
    26 CPU
    27 I / F boat
    28 ROM
    29 RAM
    30 Leaf NitrogenContent ratemeasuring device
    31 body
    32 Light source
    33 Light quantity detection device
    34 LED
    35 LED
    36 Narrow band fillT
    37 Narrow band fillT
    38 Diffuse reflector
    39 blocks
    40 Reflected light path
    41 Radiation side
    42 Diffusion plate
    43 Measuring leaves
    44 Light quantity detection device
    45 arms
    46 axes
    47 Coil spring
    48 micro switch
    50 analog board
    51 Light emitting device
    52 I / O board
    53 CPU board
    54 Liquid crystal display LCD
    55 Input section
    56 connection port
    57 Power board
    58 Printer
    59 I / F board
    60 ROM
    61 RAM
    70 Automatic fertilizer
    71 Fertilizer tank
    72 motor
    73 screw
    74 cameras
    75 Tillage machine
    76 legs
    77 Laura
    78 Rotating shaft
    79 pulley
    80 belts
    81 belt
    82 Control device
    83 motor
    90 fields
    91 rails
    93 Illuminometer
    94 Photoelectric converter
    95 Filter wheel
    96 Narrow band filter
    97 Stepping motor
    98 opening
    99 Diffusion dome
    100 control unit

Claims (4)

A method for diagnosing the nutritional status of a certain area of a crop in a field exposed to natural light, the method comprising:
A process of measuring from a predetermined crop predetermined area in the field, the natural light reflectance of the wavelength associated with the crop information to increase or decrease the raw foster crop,
The reflectance by applying to the first crop relationship that defines Me beforehand in order to obtain the first crop information from the reflectance to obtain a first crop information of said predetermined crop, stores the The process of
Directly lamina of predetermined crop, a process by irradiating light, also the transmitted light of the light wavelength associated with crop information to increase or decrease the raw foster crop for measuring at least one of the amount of reflected light,
The light amount to obtain a second crop information of said predetermined crop by applying to the second crop relationship that defines Me beforehand in order to obtain the second crop information from the light amount, and a process of storing this ,
A process in which the first calculating the difference between different between crop information and the second crop information, and stores the calculated the difference,
Measuring the reflectance of natural light at a wavelength related to crop information that increases or decreases depending on the growth of the crop from a target crop of a certain area different from the predetermined crop in the same field ;
Obtaining the first crop information of the target crop by applying the reflectance to the first crop relational expression ;
The first crop information, a process of correcting, based on said difference different,
Based on the corrected first crop information, a process of determining the nutritional status of the crop in said field,
Nutritional diagnostic method of the crop, characterized in that it consists of. A method of diagnosing the nutritional status of the crop in our Keru certain area in the field exposed to natural light, the method comprising,
A process of measuring from a predetermined crop predetermined area in the field, the natural light reflectance of the wavelength associated with the crop information to increase or decrease the raw foster crop,
The measurement data of the reflectance, a process divided into a plurality sections on the data to determine the reflectivity for each said compartment,
The reflectance by applying to the first crop relationship that defines Me beforehand in order to obtain the first crop information from the reflectance to obtain a first crop information for each said compartment, stores them The process of
A step of selecting at least two blocks from the divided said compartment,
Directly to the crop leaf sections selected in the process, the process is irradiated with light, the transmitted light or the wavelength associated with the crop information to increase or decrease the raw foster crop for measuring at least one of the amount of reflected light,
The light amount, by applying a second crop relationship that defines Me beforehand in order to obtain the second crop information from the light amount to obtain a second crop information crop compartments measured year on the course, The process of memorizing these ,
And determining a correction conversion formula is corrected based on the first crop information to the second crop information,
A step of said correcting terms first crop information type, divided third crop information is corrected to each of the compartments,
Based on the third crop information, a step of determining the divided nutritional status of the crop of each of the compartments in the field,
Nutritional diagnostic method of the crop, characterized in that it consists of. A method of diagnosing the nutritional status of the crop in our Keru certain area in the field exposed to natural light, the method comprising,
Dividing the predetermined area in the field into a plurality of sections, from a given crop per the compartment, the process of measuring the natural light reflectance of the wavelength associated with the crop information to increase or decrease the raw foster crop,
The reflectance by applying to the first crop relationship that defines Me beforehand in order to obtain the first crop information from the reflectance to obtain a first crop information for each divided the partition, these The process of memorizing
A step of selecting at least two blocks from the divided said compartment,
Directly to the crop leaf sections selected in the process, the process is irradiated with light, the transmitted light or the wavelength associated with the crop information to increase or decrease the raw foster crop for measuring at least one of the amount of reflected light,
The light amount, by applying a second crop relationship that defines Me beforehand in order to obtain the second crop information from the light amount to obtain a second crop information crop compartments measured year on the course, The process of memorizing these ,
And determining a correction conversion formula is corrected based on the first crop information to the second crop information,
A step of said correcting terms first crop information type, divided third crop information is corrected to each of the compartments,
A step of determining the nutritional status of the crop for each of the basis of the third crop information, compartments divided in said field,
Nutritional diagnostic method of the crop, characterized in that it consists of. To calculate the reflectance of light of wavelength associated with crop information to increase or decrease the raw foster crop, the light reflected by natural light of the target crop performing nutritional diagnosis, received by the image pickup device comprising a plurality of pixels, said target the reflected light corresponding to the crop to select the pixels received, the reflectance was calculated based on the light reception signal of the selected pixel, and obtains the first crop information using the reflectance claims claim 1, 3 or 6 Symbol mounting nutritional diagnostic methods of the crop.

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