CN108601326B - 水分量观察装置、水分量观察方法以及栽培装置 - Google Patents

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Abstract

对白色背景板安装真叶片和多个人造叶片。第一光源向白色背景板依次扫描地照射905nm的参照光。第二光源向白色背景板依次扫描地照射1550nm的测定光。阈值设定/水分指数探测处理部基于被真叶片和多个人造叶片分别反射的参照光、测定光的各反射光的光强度，来计算真叶片的相对含水率。控制部将测定期间中计算出的相对含水率的按时间序列的推移显示于监视器。

Description

水分量观察装置、水分量观察方法以及栽培装置
技术领域
本发明涉及一种对植物中包含的水分量进行观察的水分量观察装置、水分量观察方法以及栽培装置。
背景技术
已知在正常的植物中在细胞的内外存在电位差，产生电动势。例如能够基于高等植物的极性器官的电生理学的模型来说明产生这种电动势的机制。特别是，提出了各种利用根与土壤之间的电动势来非破坏性地调查植物的根的状态(例如水应力(stress))的方法。
作为利用上述方法来测定植物中的水应力的现有技术，例如已知专利文献1。在专利文献1中，对植物连接第一非极化电极，对植物所生长的土壤连接第二非极化电极，在这两个非极化电极之间设置电压计，通过该电压计来测定两个非极化电极间的电动势，由此能够测定植物所承受的水应力。
另外，作为用于有意地测定植物中包含的水分量的指标，期望的是，例如对观察者(例如农夫等用户)定量且视觉地呈现培育过程中的水应力的按时间序列的推移。在栽培植物(例如西红柿等蔬菜)的农户中，为了提高西红柿的价格(也就是说，单价)，例如可以考虑提高西红柿的糖度，但关于为了增加糖度而在怎样的定时进行何种程度的浇灌才好，依据农夫的过去的经验、直觉等人为的决定的情况多。寻求在掌握用于提高西红柿的糖度的浇灌定时的基础上，在某种程度上准确地预测向该西红柿施加多大的水应力。
一般来说，提高西红柿等果实的糖度使得质量提高，单价也上升。但是，其反面，西红柿等果实的培育不容易，因此成品率下降而生产量减少这一侧面的影响大。也就是说，果实的高功能化与成品率呈折衷关系。今后，期待提高成品率且提高生产性。
本公开的目的在于，使用具有与水同等的化学性质的外部标准样本，以高准确率估计植物中包含的水分量，对用户定量且视觉地呈现该水分量的按时间序列的推移，尽早地示教对植物进行浇灌的定时。
专利文献1：日本专利公开2001-272373号公报
发明内容
本公开的水分量观察装置与背景物相向地配置，该背景物覆盖植物的观察部位以及具有与所述植物的观察部位中包含的水分同等的化学特性的至少一个外部试样的背面，所述水分量观察装置具备：第一光源，其向所述背景物依次扫描地照射具有难以被水分吸收的特性的参照光；第二光源，其向所述背景物依次扫描地照射具有易于被水分吸收的特性的测定光；水分量导出部，其基于在固定的测定期间在所述观察部位和所述外部试样处反射的所述参照光的各反射光以及在所述观察部位和所述外部试样处反射的所述测定光的各反射光，来导出所述观察部位中包含的水分量；以及控制部，其将由所述水分量导出部导出的所述测定期间中的所述观察部位中包含的水分量的按时间序列的推移显示于显示部。
另外，本公开的水分量观察装置与覆盖植物的观察部位的背面的背景物相向地配置，具备：第一光源，其向所述背景物依次扫描地照射具有难以被水分吸收的特性的参照光；第二光源，其向所述背景物依次扫描地照射具有易于被水分吸收的特性的测定光；水分量导出部，其基于在固定的测定期间在所述观察部位处反射的所述参照光的反射光以及在所述观察部位处反射的所述测定光的反射光，来导出所述观察部位中包含的水分量；以及控制部，其将由所述水分量导出部导出的所述测定期间中的所述观察部位中包含的水分量的按时间序列的推移显示于显示部，其中，所述控制部以在所述参照光的照射周期与所述测定光的照射周期之间设置不照射期间的方式对所述参照光和所述测定光的照射定时进行控制，所述水分量导出部从在所述观察部位处反射的所述参照光的反射光减去在所述不照射期间接收的太阳光中的与所述参照光相同的波长成分，从在所述观察部位处反射的所述测定光的反射光减去在所述不照射期间接收的太阳光中的与所述测定光相同的波长成分，基于进行减法运算后的各反射光来导出所述观察部位中包含的水分量。
另外，本公开的栽培装置具备水分量观察装置和栽培控制部，该栽培控制部基于在测定期间中的一部分的期间由所述水分量导出部计算出的所述水分量的按时间序列的推移，来将规定量的水分浇灌给所述植物。
另外，本公开的水分量观察方法是具有第一光源和第二光源的水分量观察装置中的水分量观察方法，水分量观察装置与背景物相向地配置，该背景物覆盖植物的观察部位和具有与植物的观察部位中包含的水分同等的化学特性的至少一个外部试样的背面，第一光源向背景物依次扫描地照射具有难以被水分吸收的特性的参照光，第二光源向背景物依次扫描地照射具有易于被水分吸收的特性的测定光，基于在固定的测定期间中在观察部位和外部试样处反射的参照光的各反射光以及在观察部位和外部试样处反射的测定光的各反射光，来导出观察部位中包含的水分量，将测定期间中的观察部位中包含的水分量的按时间序列的推移显示于显示部。
根据本公开，能够使用具有与水同等的化学性质的外部标准样本，以高准确率估计植物中包含的水分量，对用户定量且视觉地呈现该水分量的按时间序列的推移，尽早地示教对植物浇灌的定时。
附图说明
图1是表示第一实施方式中的植物探测照相机的使用状况的一例的概念说明图。
图2是详细地表示植物探测照相机的内部结构的一例的框图。
图3是详细地表示植物探测照相机的图像判定部的内部结构的一例的图。
图4是说明植物探测照相机的控制部中的初始设定动作的一例的流程图。
图5是非可见光传感器中对水分进行的探测的原理说明图。
图6是表示近红外光的针对水(H2O)的光谱特性的一例的曲线图。
图7是说明与非可见光传感器中对植物的叶片中包含的水分进行的探测有关的详细的动作过程的一例的流程图。
图8是说明步骤S18-5中的水分指数的计算过程的一例的流程图。
图9是说明比较例的测定方法的一例的图。
图10A是表示在室外向叶片照射近红外光时、针对近红外光的波长的反射光的强度的一例的曲线图。
图10B是表示在室内和室外向设置有白色背景板bd的叶片照射近红外光时、针对近红外光的波长的反射光的强度的一例的曲线图。
图11是向白色背景板安装叶片的安装方式的一例的说明图。
图12是表示第一次水势控制实验中的标准化像素平均水分指数的随时间变化的一例的曲线图。
图13是表示第二次水势控制实验中的标准化像素平均水分指数的随时间变化的一例的曲线图。
图14是说明浇灌量与浇灌定时的一例的曲线图。
图15是说明第一实施方式中的最佳浇灌量探索过程的一例的流程图。
图16是表示与水势控制有关的用户界面(UI)画面的一例的图。
图17是表示弹出显示于UI画面的探索浇灌量输入画面的一例的图。
图18是说明第一实施方式的水应力控制(栽培控制)过程的一例的流程图。
图19A是示意性地表示水应力特征的一例的图。
图19B是示意性地表示水应力特征的一例的图。
图19C是示意性地表示水应力特征的一例的图。
图19D是示意性地表示水应力特征的一例的图。
图20是说明第一实施方式的变形例1中的最佳浇灌量探索过程的一例的流程图。
图21A是表示由第二实施方式的植物探测照相机拍摄到的表示测定对象的叶片的含水率的图像的图，且是表示位置偏移前的叶片的图像的一例的图。
图21B是表示由第二实施方式的植物探测照相机拍摄得到的表示测定对象的叶片的含水率的图像的图，且是表示位置偏移后的叶片的图像的一例的图。
图22是表示发生了位置偏移的情况下的水势控制实验中的标准化像素平均水分指数的随时间变化的一例的曲线图。
图23是表示以时间序列表示位置偏移校正前后的标准化像素平均水分指数的一例的表的图。
图24是说明第二实施方式中的位置偏移校正过程的一例的流程图。
图25A是表示第二实施方式的变形例1中的为了探测位置偏移所使用的白色背景板的图，且是白色背景板的主视图。
图25B是表示第二实施方式的变形例1中的为了探测位置偏移所使用的白色背景板的图，且是图25A所示的白色背景板的侧视图。
图26是说明第二实施方式的变形例2中的白色背景板与植物探测照相机的机械配置的一例的图。
图27A是表示拍摄西红柿的茎叶片得到的帧图像的图。
图27B是表示针对图27A的可见光图像、在撮影距离为3m且将阈值设定为0.05的情况下求出的叶片的占有空间的图。
图27C是表示针对图27A的可见光图像、在撮影距离为1m且将阈值设定为0.3的情况下求出的叶片的占有空间的图。
图28是说明阈值设定过程的一例的流程图。
图29是表示所有像素中的反射强度比的频数分布的曲线图。
图30是表示第三实施方式的西红柿的叶片(真叶片)的含水率的测定状况的一例的说明图。
图31是表示与图30的测定状况对应的真叶片和人造叶片的水分量的分布的一例的可见光图像数据的图。
图32是表示针对果糖(Fructose)的近红外光的光谱特性的一例的曲线图。
图33是表示六种人造叶片的反射强度比与含水率的相关关系的曲线图。
图34是表示在有外光射入的实验室的窗边附近测定得到的真叶片和人造叶片的平均水分指数的随时间变化的一例的曲线图。
图35是表示对图34所示的平均水分指数的随时间变化基于含有16％果糖的人造叶片中的平均水分指数的某时间点的测定值进行了基线校正后的、真叶片和人造叶片的平均水分指数的随时间变化的一例的曲线图。
图36是表示图34所示的人造叶片的平均水分指数的随时间变化的一例的曲线图。
图37是表示在难以受到外光的影响的实验室的内侧测定得到的人造叶片的平均水分指数的随时间变化的一例的曲线图。
图38是表示使用基于最终测定时刻的真叶片的含水率计算出的人造叶片的相对含水率而计算出的真叶片的相对含水率的随时间变化的一例的曲线图。
图39是说明第三实施方式的在测定真叶片的反射强度比期间计算真叶片的相对含水率的计算过程的一例的流程图。
图40是在步骤S119中使用的使用了两种人造叶片的反射强度比的插值法的说明图。
图41A是表示真叶片和人造叶片向白色背景板的安装的第一变形例的图。
图41B是表示真叶片和人造叶片向白色背景板的安装的第一变形例的图。
图42A是表示真叶片和人造叶片向白色背景板的安装的第二变形例的图。
图42B是表示真叶片和人造叶片向白色背景板的安装的第二变形例的图。
图43A是表示在室外向真叶片照射905nm、1550nm的各近红外激光时、针对近红外激光的各波长的反射光的强度的一例的曲线图。
图43B是表示在室外向设置有白色背景板bd的真叶片照射905nm、 1550nm的各近红外激光时、针对近红外激光的各波长的反射光的强度的一例的曲线图。
图43C是表示在准确地计算真叶片的水分量时本来需要的针对905nm、 1550nm的各近红外激光的反射光的强度的一例的曲线图。
图44A是表示在室外设置白色背景板时基于时刻T1的太阳光的影响的反射光的强度的后景上升量的变化的一例的曲线图。
图44B是表示在室外设置白色背景板时基于时刻T2的太阳光的影响的反射光的强度的后景上升量的变化的一例的曲线图。
图44C是表示在室外设置白色背景板时基于时刻T3的太阳光的影响的反射光的强度的后景上升量的变化的一例的曲线图。
图45是表示认为对测定基于太阳光的影响的反射光的强度有用的 905nm、1550nm的近红外激光的照射定时的一例的说明图。
具体实施方式
以下，适当参照附图来详细地说明对本公开所涉及的水分量观察装置、栽培装置以及水分量观察方法具体地进行了公开的各实施方式。其中，有时省略非必要的详细的说明。例如，有时省略已知的事项的详细说明、对实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免下面的说明变得不必要地冗长，易于本领域技术人员理解。此外，附图和下面的说明是为了使本领域技术人员充分地理解本公开而提供的，并非意图通过其来限定权利要求书记载的主题。
(第一实施方式)
作为本实施方式的水分量观察装置的一例，例示图1所示的植物探测照相机1来说明。另外，本实施方式的栽培装置为如下结构：包括图1所示的植物探测照相机1、作为供给肥料(例如液肥、即液体肥料)或对植物浇灌规定量的水分的栽培控制部的一例的肥料水供给装置WF、以及作为显示用户界面(User Interface)画面60(参照图16)等的显示部的一例的监视器50。另外，本公开还能够表现为用于执行植物探测照相机1进行的各处理的水分量观察方法。本实施方式的植物探测照相机1能够对植物的水分的有无的分布状态进行探测。
在此，将本实施方式的植物探测照相机1的观察对象设为植物来进行说明，若列举更具体的例子的话，则例示果菜类来进行说明。例如，已知，在西红柿等果菜类的生长过程中，为了增加西红柿的果实的糖度，需要的是，根和叶片的水分、肥料在光合作用中被适量消化，其结果，不会成为充分地供给了水分、肥料的状态，而成为水分、肥料不足的状态。例如，如果对叶片供给了充分的水分，则叶片成为平坦的形状而为健康的状态。另一方面，当对叶片供给的水分相当不足时，叶片的形状翘曲。另一方面，当对土壤供给的肥料相当不足时，产生叶片变黄等症状。
在以下的本实施方式中，植物探测照相机1对植物(例如叶片)照射波长不同的多个种类的近红外激光，基于在叶片的照射位置处反射的各个扩散反射光的强度比来探测叶片的水分。此外，在本实施方式中，将植物的叶片设为测定对象，但是不限于叶片，也可以是果实、茎、花等其它部位。这在第二实施方式以后也同样。
(植物探测照相机的概要)
图1是表示第一实施方式中的植物探测照相机1的使用状况的一例的概念说明图。植物探测照相机1例如设置于西红柿等果菜类生长的塑料棚内的固定地点。具体地说，植物探测照相机1例如设置在固定于安装治具ZG的基台BS上，该安装治具ZG以夹住从地面向铅垂上方竖立延伸的圆柱状的支柱 MT1的方式安装于该支柱MT1。从安装于支柱MT1的电源开关PWS向植物探测照相机1提供电源使之进行动作，该植物探测照相机1在照射范围RNG内向作为观察对象的植物PT照射作为波长不同的多个种类的激光的参照光LS1、测定光LS2。
植物PT例如是西红柿等果菜类的植物，从设置于基底BB上的培养土瓶 SLP中填充的培养土SL生根，分别具有主干PT1、茎PT2、叶片PT3、果实PT4 以及花PT5。在基底BB上设置有肥料水供给装置WF。肥料水供给装置WF根据来自经由LAN(Local Area Network：局域网)线缆LCB2连接的无线通信系统RFSY的指示，例如经由线缆WL来将水供给到培养土瓶SLP。由此，对培养土SL供给水，因此植物PT的根吸收水分，向植物PT内的各部(也就是说主干PT1、茎PT2、叶片PT3、果实PT4、花PT5)供给水分。
另外，植物探测照相机1接收在被照射了参照光LS1、测定光LS2的植物 PT的照射位置处反射的扩散反射光RV1、RV2，并且还接收环境光RV0。如后所述，植物探测照相机1也可以同时具有通常的照相机功能，能够通过环境光RV0的进入来拍摄既定的视角内的图像(也就是说，图1所示的塑料棚内的植物PT的可见光图像)。植物探测照相机1将包括基于扩散反射光RV1、RV2 的各种探测结果(参照后述)、图像数据的输出数据输出到数据记录器DL。
数据记录器DL将来自植物探测照相机1的输出数据经由LAN线缆LCB1 和无线通信系统RFSY发送到处于在地理上与塑料棚分离的位置的事务所内控制室的管理PC(PersonalComputer：个人计算机)。无线通信系统RFSY的通信标准没有特别限定，无线通信系统RFSY对塑料棚内的数据记录器DL与事务所内控制室内的管理PC之间的通信进行控制，并且将来自管理PC的与对培养土瓶SLP的水、肥料的供给有关的指示发送到肥料水供给装置WF。
事务所内控制室内的管理PC上连接有监视器50，管理PC将从数据记录器DL发送的植物探测照相机1的输出数据显示于监视器50。在图1中，监视器50例如正显示观察对象的植物PT的整体和与植物PT整体的水分的有无有关的分布状态。另外，监视器50能够生成植物PT的整体中的特定的指定地方 (也就是说，通过使用管理PC的观察者的缩放操作而指定的指定地方ZM)的扩大分布状态以及与该指定地方对应的图像数据来进行对比显示。另外，作为显示部的一例的监视器50显示包括后述的叶片中水分监视画面Gm1(参照图16)的UI画面60。
植物探测照相机1既可以是例如仅有非可见光传感器NVSS的结构，或者也可以是包括可见光照相机VSC和非可见光传感器NVSS的结构。在此，对植物探测照相机1具有可见光照相机VSC和非可见光传感器NVSS这两方的情况进行说明。可见光照相机VSC(获取部)例如与既存的监视照相机同样地，使用针对具有规定的波长(例如0.4μm～0.7μm)的可见光的环境光RV0来拍摄塑料棚内的植物PT。以下，将由可见光照相机VSC拍摄得到的植物的图像数据称为“可见光照相机图像数据”。
非可见光传感器NVSS向与可见光照相机VSC相同的植物PT投射作为具有多个种类的波长(参照后述)的非可见光(例如红外光)的参照光LS1、测定光 LS2。非可见光传感器NVSS使用在被照射了参照光LS1、测定光LS2的植物 PT的照射位置处反射的扩散反射光RV1、RV2的强度比，来探测作为观察对象的植物PT的照射位置处有无水分。
另外，植物探测照相机1生成并输出显示数据，该显示数据是将与同非可见光传感器NVSS的水分的探测结果相当的输出图像数据(以下称为“探测结果图像数据”)或探测结果图像数据有关的信息合成到由可见光照相机VSC 拍摄得到的可见光照相机图像数据中得到的数据。显示数据不限定于探测结果图像数据与可见光照相机图像数据合成得到的图像数据，例如也可以是以能够将探测结果图像数据与可见光照相机图像数据进行对比的方式生成的图像数据。来自植物探测照相机1的显示数据的输出目的地例如是经由网络而与植物探测照相机1连接的外部连接设备、数据记录器DL或通信终端 MT(参照图2)。该网络既可以是有线网络(例如内联网、因特网)，也可以是无线网络(例如无线LAN)。
(植物探测照相机的各部的说明)
图2是详细地表示植物探测照相机1的内部结构的一例的框图。图2所示的植物探测照相机1是包括非可见光传感器NVSS和可见光照相机VSC的结构。非可见光传感器NVSS是包括控制部11、投射部PJ以及图像判定部JG的结构。投射部PJ具有第一投射光源13、第二投射光源15以及投射光源扫描用光学部17。图像判定部JG具有撮像光学部21、受光部23、信号加工部25、探测处理部27以及显示处理部29。可见光照相机VSC具有撮像光学部31、受光部33、撮像信号处理部35以及显示控制部37。通信终端MT由用户(例如西红柿等果菜类的植物PT的生长的观察者。以下同样。)携带。
在植物探测照相机1的各部的说明中，按控制部11、非可见光传感器 NVSS、可见光照相机VSC的顺序进行说明。
控制部11例如是使用CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、 MPU(Micro Processing Unit：微处理单元)或DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)构成的，进行用于对可见光照相机VSC、非可见光传感器 NVSS的各部的动作控制在整体上进行综合的信号处理、其它各部之间的数据的输入输出处理、数据的运算处理以及数据的存储处理。另外，控制部11 包括后述的定时控制部11a(参照图3)。
控制部11将成为非可见光传感器NVSS的探测对象的植物PT的探测阈值 M设定到后述的探测处理部27中。在后面参照图4来叙述控制部11的动作的详情。
定时控制部11a对投射部PJ中的第一投射光源13和第二投射光源15的投射定时进行控制。具体地说，在使第一投射光源13和第二投射光源15投射出投射光的情况下，定时控制部11a将光源扫描用定时信号TR输出到第一投射光源13和第二投射光源15。
另外，定时控制部11a在规定的投射周期开始时将光源发光信号RF交替地输出到第一投射光源13和第二投射光源15。具体地说，定时控制部11a在第奇数个投射周期开始时将光源发光信号RF输出到第一投射光源13，在第偶数个投射周期开始时将光源发光信号RF输出到第二投射光源15。
接着，对非可见光传感器NVSS的各部进行说明。
作为第一光源的一例的第一投射光源13当从控制部11的定时控制部11a 接收到光源扫描用定时信号TR时，在每第奇数个投射周期(既定值)根据来自定时控制部11a的光源发光信号RF将作为具有规定的波长(例如905nm)的非可见光的激光的参照光LS1(例如近红外光)经由投射光源扫描用光学部17投射到植物PT。
此外，也可以通过与规定的探测阈值M进行比较来判断是否探测到植物 PT中的水分。该探测阈值M既可以是预先决定的值，也可以是任意设定的值，还可以是基于在没有水分的状态下获取到的扩散反射光的强度的值(例如是对在没有水的状态下获取到的扩散反射光的强度的值加上规定的余量所得的值)。即，也可以通过对在没有水分的状态下获取到的探测结果图像数据与之后获取到的探测结果图像数据进行比较来判断是否探测到水分。这样，通过事先获取在没有水分的状态下的扩散反射光的强度，设定适于设置植物探测照相机1的环境的阈值，来作为有无水分的探测阈值M。
作为第二光源的一例的第二投射光源15当从控制部11的定时控制部11a 接收到光源扫描用定时信号TR时，在每第偶数个投射周期(既定值)根据来自定时控制部11a的光源发光信号RF将作为具有规定的波长(例如1550nm)的非可见光的激光的测定光LS2(例如红外光)经由投射光源扫描用光学部17投射到植物PT。在本实施方式中，从第二投射光源15投射的测定光LS2被用于判定是否探测到植物PT中的水分。测定光LS2的波长1550nm是具有易于被水分吸收的特性的波长(参照图6)。
并且，植物探测照相机1将参照光LS1的扩散反射光RV1用作用于探测植物PT的照射位置处的水分的参照数据，使用被照射了测定光LS2的植物PT的照射位置处的扩散反射光RV2和参照光LS1的扩散反射光RV1，来探测被照射了参照光LS1和测定光LS2的植物PT的照射位置处有无水分。因而，植物探测照相机1在植物PT中的水分的探测中使用不同的两种波长的参照光LS1、测定光LS2及其扩散反射光RV1、RV2，由此能够高精度探测植物PT的水分。
投射光源扫描用光学部17对存在于非可见光传感器NVSS中的探测区的植物PT，以二维方式扫描从第一投射光源13投射的参照光LS1或从第二投射光源15投射的测定光LS2。由此，植物探测照相机1能够基于测定光LS2在植物PT的照射位置处反射后的扩散反射光RV2和上述的扩散反射光RV1，来探测被照射了参照光LS1和测定光LS2的植物PT的照射位置处有无水分。
接着，参照图2和图3来详细地说明图像判定部JG的内部结构。图3是详细地表示植物探测照相机1的图像判定部JG的内部结构的一例的图。
撮像光学部21例如是使用透镜构成的，对从植物探测照相机1的外部入射的光(例如扩散反射光RV1或扩散反射光RV2)进行聚光，使扩散反射光RV1 或扩散反射光RV2在受光部23的规定的撮像面成像。
受光部23是具有针对参照光LS1和测定光LS2这种波长的光谱灵敏度的峰的图像传感器。受光部23将在撮像面成像的扩散反射光RV1或扩散反射光 RV2的光学像转换为电信号。受光部23的输出作为电信号(电流信号)被输入到信号加工部25。此外，撮像光学部21和受光部23具有作为非可见光传感器 NVSS中的撮像部的功能。
信号加工部25具有I/V变换电路25a、放大电路25b以及比较器/峰值保持处理部25c。I/V变换电路25a将作为受光部23的输出信号(模拟信号)的电流信号变换为电压信号。放大电路25b将作为I/V变换电路25a的输出信号(模拟信号)的电压信号的水平放大到能够在比较器/峰值保持处理部25c中处理的水平。
比较器/峰值保持处理部25c根据放大电路25b的输出信号(模拟信号)与规定的阈值的比较结果，将放大电路25b的输出信号二值化后输出到阈值设定/水分指数探测处理部27a。另外，比较器/峰值保持处理部25c包括 ADC(Analog Digital Converter：模拟数字变换器)，探测并保持放大电路25b 的输出信号(模拟信号)的AD(Analog Digital：模拟数字)变换结果的峰值，并且将峰值的信息输出到阈值设定/水分指数探测处理部27a。
探测处理部27具有阈值设定/水分指数探测处理部27a、存储器27b以及探测结果滤波处理部27c。阈值设定/水分指数探测处理部27a(阈值保持部)预先制作并登记频数分布数据。频数分布数据表示一帧图像的所有像素中的反射强度比(水分指数)的频数分布。阈值设定/水分指数探测处理部27a(阈值计算部)如后述那样使用该频数分布数据来计算并设定用于识别叶片的形状的反射强度比的阈值Sh。
另外，阈值设定/水分指数探测处理部27a基于参照光LS1的扩散反射光 RV1下的比较器/峰值保持处理部25c的输出(峰值的信息)以及测定光LS2的扩散反射光RV2下的比较器/峰值保持处理部25c的输出(峰值的信息)，来探测植物PT的参照光LS1和测定光LS2的照射位置处有无水分。
具体地说，阈值设定/水分指数探测处理部27a例如将参照光LS1的扩散反射光RV1下的比较器/峰值保持处理部25c的输出(峰值的信息)暂时保存于存储器27b，接着进行待机直到得到测定光LS2的扩散反射光RV2下的比较器 /峰值保持处理部25c的输出(峰值的信息)为止。阈值设定/水分指数探测处理部27a在得到测定光LS2的扩散反射光RV2下的比较器/峰值保持处理部25c的输出(峰值的信息)后，参照存储器27b，来计算包含在视角内的植物PT的同一行中的、参照光LS1的扩散反射光RV1下的比较器/峰值保持处理部25c的输出(峰值的信息)与测定光LS2的扩散反射光RV2下的比较器/峰值保持处理部 25c的输出(峰值的信息)之比。
例如在存在水分的照射位置处，测定光LS2的一部分易于被吸收，因此扩散反射光RV2的强度(即振幅)衰减。因而，阈值设定/水分指数探测处理部 27a能够基于包含在视角内的植物PT的每行的计算结果(例如扩散反射光RV1 与扩散反射光RV2的各强度之差(振幅之差ΔV)的计算结果、或扩散反射光 RV1与扩散反射光RV2的强度比)，来探测参照光LS1和测定光LS2的照射位置处有无水分。
此外，阈值设定/水分指数探测处理部27a也可以根据RT与规定的探测阈值M的大小的比较，来探测植物PT的参照光LS1和测定光LS2的照射位置处有无水分，所述RT是参照光LS1的扩散反射光RV1的振幅VA同测定光LS2的扩散反射光RV2的振幅VB的振幅差(VA-VB)与振幅VA之比(参照图5)。
并且，阈值设定/水分指数探测处理部27a计算扩散反射光RV1与扩散反射光RV2的强度比、即反射强度比(也称为测定值)Ln(I905/I1550)，根据该反射强度比Ln(I905/I1550)的总和得出与叶片中包含的水分量相当的水分指数。关于反射强度比Ln(I905/I1550)，针对由可见光照相机VSC拍摄得到的帧图像中的所有像素中的例如每规定的像素数(4×4像素)进行计算，并且针对每规定的像素数表现为反射强度比W1～Wk。
存储器27b例如是使用RAM(Random Access Memory：随机存取存储器) 构成的，暂时保存参照光LS1的扩散反射光RV1下的比较器/峰值保持处理部 25c的输出(峰值的信息)。
探测结果滤波处理部27c基于阈值设定/水分指数探测处理部27a的输出，通过滤波来从植物探测照相机1提取与水分的探测结果有关的信息。探测结果滤波处理部27c将与提取结果有关的信息输出到显示处理部29。例如，探测结果滤波处理部27c将与植物PT的参照光LS1及测定光LS2的照射位置处的水分的探测结果有关的信息输出到显示处理部29。
显示处理部29使用探测结果滤波处理部27c的输出，生成表示从植物探测照相机1起的每个距离的照射位置处的水分的位置的探测结果图像数据，来作为与照射位置处的水分有关的信息的一例。显示处理部29将包括从植物探测照相机1到照射位置的距离的信息在内的探测结果图像数据输出到可见光照相机VSC的显示控制部37。
接着，对可见光照相机VSC的各部进行说明。撮像光学部31例如是使用透镜构成的，对来自植物探测照相机1的视角内的环境光RV0进行聚光，使环境光RV0在受光部33的规定的撮像面成像。
受光部33是具有针对可见光的波长(例如0.4μm～0.7μm)的光谱灵敏度的峰值的图像传感器。受光部33将在撮像面成像的光学像转换为电信号。受光部33的输出作为电信号被输入到撮像信号处理部35。此外，撮像光学部31和受光部33具有作为可见光照相机VSC中的撮像部的功能。
撮像信号处理部35使用作为受光部33的输出的电信号，生成由人可识认的RGB(Red Green Blue：红绿蓝)或YUV(亮度/色差)等规定的可见光图像数据。由此，形成由可见光照相机VSC拍摄得到的可见光图像数据。撮像信号处理部35将可见光图像数据输出到显示控制部37。
显示控制部37使用从撮像信号处理部35输出的可见光图像数据以及从显示处理部29输出的探测结果图像数据，在可见光图像数据的任意位置探测到水分的情况下，生成将可见光图像数据与探测结果图像数据合成得到的显示数据或者将可见光图像数据与探测结果图像数据以能够对比的方式表示的显示数据，来作为与水分有关的信息的一例。显示控制部37(输出部)将显示数据发送到例如经由网络连接的数据记录器DL或通信终端MT来促使进行显示。
数据记录器DL将从显示控制部37输出的显示数据发送到通信终端MT 或一个以上的外部连接设备，促使在通信终端MT或一个以上的外部连接设备(例如图1所示的事务所内控制室内的监视器50)的显示画面中进行显示数据的显示。
通信终端MT例如是用户个人所使用的携带用的通信用终端，经由网络接收从显示控制部37发送的显示数据，使显示数据显示在通信终端MT的显示画面上。
(非可见光传感器的控制部中的初始动作的一例的说明)
接着，参照图4来说明本实施方式的植物探测照相机1的非可见光传感器 NVSS的控制部11中的初始动作的一例。图4是说明植物探测照相机1的控制部11中的初始设定动作的一例的流程图。
当控制部11指示阈值设定/水分指数探测处理部27a设定用于识别叶片的形状的反射强度比的阈值Sh时，阈值设定/水分指数探测处理部27a计算并设定阈值Sh(S1)。在后面例如参照图27～图29来叙述该设定阈值Sh的处理的详情。此外，在阈值Sh是固定值的情况下，能够省略步骤S1的处理。
另外，控制部11将非可见光传感器NVSS的探测处理部27中的水分的探测阈值M设定到阈值设定/水分指数探测处理部27a中(S2)。优选的是，根据成为探测对象的特定的物质来适当设置探测阈值M。
在步骤S2的处理后，控制部11将用于使撮像处理开始的控制信号输出到可见光照相机VSC的各部(S3-1)。并且，控制部11将用于使第一投射光源13 或第二投射光源15开始投射参照光LS1或测定光LS2的光源扫描用定时信号 TR输出到非可见光传感器NVSS的第一投射光源13和第二投射光源 15(S3-2)。此外，步骤S3-1的动作和步骤S3-2的动作的执行定时哪个在先都可以，也可以是同时。
图5是非可见光传感器NVSS中的水分探测的原理说明图。例如，如果 RT>M，则阈值设定/水分指数探测处理部27a判断为探测到水分，如果RT≤ M，则判定为没有探测到水分。这样，阈值设定/水分指数探测处理部27a根据振幅差(VA-VB)与振幅VA之比RT同探测阈值M的比较结果，来探测有无水分，由此能够排除噪声(例如干扰光)的影响，高精度探测有无水分。
图6是表示近红外光的针对水(H2O)的光谱特性的一例的曲线图。图6的横轴是波长(nm)，图6的纵轴表示透过率(％)。如图6所示，关于波长905nm 的参照光LS1，水(H2O)的透过率接近几乎100％，因此可知具有难以被水分吸收的特性(参照图6的ref.)。同样地，关于波长1550nm的测定光LS2，水(H2O) 的透过率接近10％，因此可知具有易于被水分吸收的特性(参照图6的tar.)。因此，在本实施方式中，将从第一投射光源13投射的参照光LS1的波长设为 905nm，将从第二投射光源15投射的测定光LS2的波长设为1550nm。
在由于叶片萎缩而近红外光的投影范围减少的情况下，或者，在由于叶片翘曲或卷起而叶片的厚度增加的情况下，在本实施方式中也将叶片的所有像素中的反射强度比的总和的平均(以下称为“标准化像素平均水分指数”、“平均水分指数”或简单称为“水分指数”)作为水分量的指标。因而，标准化像素平均水分指数Dw以“(1/叶片的像素数)×ΣLn(I905/I1550)”来表示，与水势具有强的相关性。
(与非可见光传感器的水分的探测有关的详细的动作的说明)
接着，参照图7来说明与植物探测照相机1的非可见光传感器NVSS中对水分进行的探测有关的详细的动作过程。图7是说明与非可见光传感器NVSS 中对植物PT的叶片PT3中包含的水分进行的探测有关的详细的动作过程的一例的流程图。作为图7所示的流程图的说明的前提，定时控制部11a将光源扫描用定时信号TR输出到第一投射光源13或第二投射光源15，从植物探测照相机1向植物PT的叶片PT3照射参照光LS1和测定光LS2。
在图7中，控制部11判别是否从定时控制部11a输出了第奇数个投射周期中的光源发光信号RF(S12)。在从定时控制部11a输出了第奇数个投射周期中的光源发光信号RF的情况下(S12：“是”)，第一投射光源13根据来自定时控制部11a的光源发光信号RF来投射参照光LS1(S13)。投射光源扫描用光学部 17使参照光LS1在植物探测照相机1的视角内包含的植物PT的沿X方向的行上以一维的方式进行扫描(S15)。在被照射了参照光LS1的沿X方向的行上的各个照射位置处由于参照光LS1扩散反射而产生的扩散反射光RV1经由撮像光学部21被受光部23接收(S16)。
在信号加工部25中，将扩散反射光RV1的受光部23中的输出(电信号)变换为电压信号，将该电压信号的水平放大到能够在比较器/峰值保持处理部25c中处理的水平(S17)。比较器/峰值保持处理部25c根据放大电路25b的输出信号与规定的阈值的比较结果，将放大电路25b的输出信号二值化后输出到阈值设定/水分指数探测处理部27a。比较器/峰值保持处理部25c将放大电路 25b的输出信号的峰值的信息输出到阈值设定/水分指数探测处理部27a。
阈值设定/水分指数探测处理部27a将针对参照光LS1的扩散反射光RV1 的比较器/峰值保持处理部25c的输出(峰值的信息)暂时保存于存储器27b(S18-2)。另外，阈值设定/水分指数探测处理部27a从存储器27b读出存储器27b中保存的前一次的帧(投射周期)中的针对参照光LS1或测定光LS2的扩散反射光RV1或扩散反射光RV2下的与同一行有关的比较器/峰值保持处理部25c的输出(S18-3)。
阈值设定/水分指数探测处理部27a基于同一行中的参照光LS1的扩散反射光RV1下的比较器/峰值保持处理部25c的输出(峰值的信息)、测定光LS2的扩散反射光RV2下的比较器/峰值保持处理部25c的输出(峰值的信息)以及规定的探测阈值M，来探测该行上有无水分(S18-4)。
阈值设定/水分指数探测处理部27a计算作为反射强度比的总和ΣLn(I905/I1550)的水分指数(S18-5)。在后面叙述该水分指数的计算的详情。
显示处理部29使用探测结果滤波处理部27c的输出来生成表示水分的探测位置的探测结果图像数据。显示控制部37输出由显示处理部29生成的探测结果图像数据和由可见光照相机VSC拍摄得到的可见光图像的可见光照相机图像数据(S19)。针对一次的帧(投射周期)的探测区内的每行执行步骤S15、 S16、S17、S18-2～S18-5、S19的各动作。
也就是说，当针对一个沿X方向的行的步骤S15、S16、S17、S18-2～S18-5、 S19的各动作结束时，进行针对下一个沿X方向的行的步骤S15、S16、S17、 S18-2～S18-5、S19的各动作(S20：“否”)，之后，关于Y方向的扫描重复步骤 S15、S16、S17、S18-2～S18-5、S19的各动作，直到一帧的量的步骤S15、 S16、S17、S18-2～S18-5、S19的各动作结束为止。
另一方面，在针对一帧的所有行执行的步骤S15、S16、S17、 S18-2～S18-5、S19的各动作结束了的情况下(S20：“是”)，在继续进行投射光的扫描的情况下(S21：“是”)，非可见光传感器NVSS的动作返回到步骤S12。另一方面，在不继续进行参照光LS1和测定光LS2的扫描的情况下(S21：“否”)，非可见光传感器NVSS的动作结束。
图8是说明步骤S18-5中的水分指数的计算过程的一例的流程图。阈值设定/水分指数探测处理部27a根据帧图像来计算所有像素中的反射强度比 Ln(I905/I1550)(S31)。在此，以反射强度比W1～Wk来表示各像素的反射强度比 Ln(I905/I1550)的测定值。例如在近红外光的图像包括76,800(＝320×240)像素的情况下，Wk的添加字k为表示1～76,800的变量。
阈值设定/水分指数探测处理部27a判别每个像素的反射强度比Wk是否大于用于识别叶片PT3的阈值Sh(S32)。阈值Sh的初始值作为经验值预先登记于阈值设定/水分指数探测处理部27a。经验值是由水分量观察装置的规格(照射激光的强度、受光元件的灵敏度等)、测定对象的叶片的含水率(90％左右)、叶片的厚度(例如200μm)、室内/室外等决定的。特别是，在室外的情况下，根据太阳光的照射方式、作为叶片群的茂盛情况而变化，每当变化时都进行变更。
例如，作为经验值，在撮影距离为1m的情况下，室内撮影时的阈值Sh 被设定为约0.3。室外撮影时的阈值Sh被设定为约0.9。另外，在撮影距离为 3m的情况下，室内撮影时的阈值Sh被设定为约0.05。优选的是，将这些阈值 Sh设定为初始值，与叶片的实际形状相对照来判断是否为最佳，在不是最佳的情况下变更阈值Sh。另外，如后所述，也能够预先进行阈值Sh的计算处理，将计算出的阈值Sh登记为初始值。
当在步骤S32中反射强度比Wk小于阈值Sh的情况下，设该像素是表示叶片以外的背景的像素，显示处理部29生成用于以单色来显示该像素的单色显示数据(S36)。
另一方面，当在步骤S32中反射强度比Wk为阈值Sh以上(阈值以上)的情况下，显示处理部29以与反射强度比Ln(I905/I1550)对应的色调色来显示该像素 (S33)。在此，能够以n色调来显示与反射强度比Ln(I905/I1550)对应的色调色。n 是任意的正数。
具体地说，在反射强度比Ln(I905/I1550)小于0.3的情况下、即叶片的阈值 Sh以下的情况下，该像素例如被显示为白色(单色)。另一方面，在反射强度比Ln(I905/I1550)为0.3以上且小于0.4的情况下，该像素例如被显示为深绿色。同样地，在为0.4以上且小于0.5的情况下，该像素被显示为绿色。在为0.5以上且小于0.55的情况下，该像素被显示为黄色。在为0.55以上且小于0.6的情况下，该像素被显示为橙色。在为0.6以上且小于0.75的情况下，该像素被显示为红色。在为0.75以上的情况下，该像素被显示为紫色。这样，属于叶片的像素的颜色被设定为六个色调中的某一个。
此外，也可以是，在与叶片的实际形状相对照而叶片所占有的像素空间不恰当的情况下，用户将阈值Sh以按每规定刻度(例如0.01)来增加或减少的方式进行设定。或者，也可以是，用户使后述的自动设定阈值Sh的处理启动来设定恰当的阈值Sh。
阈值设定/水分指数探测处理部27a确定任意的区来作为叶片所占有的像素空间(S34)。叶片的像素是反射强度比Ln(I905/I1550)超过阈值Sh(在此为0.3) 的像素。另外，以包围叶片的像素的方式确定矩形(A×B)的区。该区被用作用于判断叶片的大小的值。此外，叶片的大小也可以用超过阈值Sh的像素数来表示。
阈值设定/水分指数探测处理部27a(水分量导出部)在上述的区内计算作为测定值(反射强度比Ln(I905/I1550))大于阈值Sh的反射强度比Ln(I905/I1550)的总和的水分指数ΣLn(I905/I1550)(S35)。通过得到该水分指数ΣLn(I905/I1550)，能够得知叶片整体中包含的水分量。
并且，在步骤S35中，阈值设定/水分指数探测处理部27a能够在上述的区内计算测定值(反射强度比Ln(I905/I1550))大于阈值Sh的像素的数量，将反射强度比的总和ΣLn(I905/I1550)除以计算出的该像素的数量来计算平均值。该平均值是将反射强度比的总和除以根据阈值Sh决定了叶片的外形的叶片的面积所得的值，与将光斑内的反射强度比的总和除以光斑(spot)的固定面积所得的值不同。之后，水分指数的计算动作结束。
这样，在本实施方式中，不是求出每个照射位置的反射强度比，而是求出帧图像中的每个像素的反射强度比，能够根据每个像素的反射强度比的总和来准确地计算水分指数。因而，能够准确地判断叶片、即植物的健康度。
在此，如前所述，叶片的阈值Sh的初始值被设定为如下那样的值。当在室内设置植物探测照相机1并在室内对叶片PT3进行拍摄的情况下，按经验在撮影距离为1m的情况下将阈值Sh设定为约0.3。在撮影距离为3m的情况下，将阈值Sh设定为约0.05。另一方面，在室外(例如塑料棚VGH内)进行拍摄的情况下，外光(例如太阳光)的条件变动，因此按经验将阈值Sh设定为约0.9。图27A、图27B和图27C是表示叶片的占有范围的图。图27A是表示拍摄西红柿的茎叶得到的帧图像的图。叶片间距离为约1cm。图27B表示在针对图27A 的可见光图像在撮影距离为3m且将阈值Sh设定为0.05的情况下求出的叶片的占有空间。在该情况下，叶片的一部分重叠，可知阈值Sh(＝0.05)是设定得不恰当的值。图27C表示在针对图27A的可见光图像在撮影距离为1m且将阈值Sh设定为0.3的情况下求出的叶片的占有空间。在该情况下，叶片的外形没有与其它叶片重叠，另外，叶片的占有空间与可见光图像的叶片的外形大致相同。在该情况下，可知阈值Sh(＝0.3)是设定得正确的值。
另外，也可以进行如下那样的处理，在执行图8所示的水分指数的计算处理之前登记叶片的阈值Sh。图28是说明阈值设定过程的一例的流程图。
阈值设定/水分指数探测处理部27a针对由可见光照相机VSC拍摄得到的帧图像(例如参照图27A)，求出被判断为是叶片的颜色的绿色(G)的像素所占有的出现比例(G像素数/所有像素数)(S101)。
阈值设定/水分指数探测处理部27a基于水分指数的频数分布数据，求出与出现比例对应的水分指数(S102)。图29是表示所有像素中的反射强度比的频数分布的曲线图。频数分布数据被登记在阈值设定/水分指数探测处理部 27a。当使用该频数分布数据时，例如在被判断为是叶片的颜色的绿色(G)的像素所占有的出现比例为52％情况下，水分指数为约0.3。
阈值设定/水分指数探测处理部27a将在步骤S102中求出的水分指数设定为阈值Sh(S103)。之后，阈值设定/水分指数探测处理部27a结束本处理。
这样，通过利用由可见光照相机VSC拍摄得到的可见光图像，来求出叶片的绿色(特定色)的占有像素数以及以成为相同的像素数的方式与作为测定值的Ln(I905/I1550)的累积频数对应的阈值Sh，也就是说，通过变更被判断为包含于叶片的每个像素的水分量的阈值，能够正确地决定叶片的外形。因而，通过正确地决定叶片的外形，能够准确地计算以像素为单位的平均值。与此相对地，当在使用光斑的固定面积、可见光图像的外形的情况下无法正确地掌握叶片的外形时，以像素为单位的平均值产生大的误差。
在此，关于测定叶片中的水分量的其它方法，示出比较例。图9是说明比较例的测定方法的一例的图。将密封包装于塑料袋fk的大叶片的叶片PT3 取出，将叶片PT3以不动的方式固定于白板wb。将牢固地固定有叶片PT3的白板wb载置于重量计gm来计测其重量。此时，预先测定了白板wb的重量且进行了0点调整，因此重量计gm的仪表上显示叶片的重量。随时间经过地测定由于叶片的蒸腾引起的重量的变化。在全部测定完成之后，使叶片完全干枯，求出其重量。从测定时的叶片的重量减去干枯时的叶片的重量，并且求出该差与干枯前的叶片的重量的比例，由此能够求出测定时的叶片的平均含水量。叶片的平均含水率随时间经过而逐渐下降。
另一方面，在包括本实施方式的在内的各实施方式中，在测定叶片的水分量时，以覆盖测定对象的叶片的背面(里侧)的方式配置背景物。作为背景物的材质，能够列举出不含水分且不由于农药、洒水、CO2喷雾而变形的材质，例如塑料、涂层纸、铝箔(板)等薄片、板或块。另外，期望的是，背景物的大小为如下大小：具有覆盖测定对象的叶片的大的面，在测定对象的叶片的投影面积的2倍以内，不妨碍其它叶片的光合作用。另外，背景物的厚度为具有自支承性且不弯曲的厚度50μm～1mm，特别优选为50μm～200μm。另外，优选的是，背景物的重量为在被叶片的茎支承的情况下不会使叶片萎缩的程度的重量。另外，背景物的颜色优选为可见光和近红外光的反射率高的白色、银色。
在包括本实施方式在内的各实施方式中，作为背景物，示出使用白色背景板的情况。此外，作为白色背景板，能够列举出白色塑料板、铝板、标准白色板、白色纸、白色无纺布等。例如通过将白色无纺布用作白色背景板，使得观察对象的叶片即使经过数月以上也不会腐坏，使CO2的吸收、蒸腾、呼吸均易于进行。
图10A是表示在室外向叶片照射近红外光时、针对近红外光的波长的反射光的强度的一例的曲线图。纵轴表示由非可见光传感器NVSS探测的近红外光的强度，横轴表示近红外区的波长。在由非可见光传感器NVSS探测的近红外光的强度中除了包含由太阳光引起的光的强度以外，还包含被周边的叶片散射的光的强度。也就是说，在探测的近红外光的强度中包含由于太阳光被周边的叶片多重散射引起的后景的上升量。另外，由于周边的叶片吸收具有1550nm的波长的近红外光，由非可见光传感器NVSS探测的光的强度变小。因而，反射强度比Ln(I905/I1550)的值变大。因此，当在室外测定叶片的水分量的情况下，需要将与反射强度比Ln(I905/I1550)进行比较的阈值Sh的值设定得大。
图10B是表示在室内和室外向设置有白色背景板bd的叶片照射了近红外光时、针对近红外光的波长的反射光的强度的一例的曲线图。纵轴表示由非可见光传感器NVSS探测的近红外光的强度，横轴表示近红外区的波长。白色背景板bd被配置为覆盖测定对象的叶片PT3t的背面(里侧)，由此不发生来自周边的叶片PT3o的多重散射。因而，不会发生具有1550nm的波长的近红外光的强度下降的情况。另外，在室内的情况下，也不产生后景的上升。此外，在室外进行测定的情况下，阈值Sh被设定为约0.5。另外，在室内进行测定的情况下，阈值Sh被设定为约0.3。
在将白色背景板bd配置于测定对象的叶片PT3t的背面的情况下，既可以是以不固定叶片的方式进行配置，也可以将叶片PT3t安装并固定于白色背景板bd。在此，示出将叶片PT3t安装于白色背景板bd的情况。此外，在包括本实施方式在内的各实施方式中，从植物探测照相机1的第一投射光源13和第二投射光源15观察，在成为测定对象的至少一片的叶片的背面分别配置有白色背景板bd。
图11是向白色背景板bd安装叶片PT3t的安装方式的一例的说明图。白色背景板bd是具有纵长的长方形的白色塑料板。在白色背景板bd的中央部形成有挖成矩形状的开口部bd1。另外，在白色背景板bd的上部形成有圆形的孔部bd2。在孔部bd2形成有到达上端面的狭缝bd21。另外，在白色背景板bd上形成的开口部bd1的下侧和两侧分别形成有三条狭缝bd3、bd4、bd5。
在将叶片PT3t安装于白色背景板bd的情况下，将叶片PT3t的前端插入到三条狭缝bd3中的一条狭缝bd3中，以狭缝bd21为中心将左右的白色背景板bd 在前后方向上错开来制作空隙，使叶片的茎PT2通过该空隙的内侧，来将茎 PT2固定于孔部bd2。
接着，作为使用本实施方式的植物探测照相机1对植物PT的叶片中包含的水分量进行的观察，进行该叶片中包含的水势的控制实验，对基于由此得到的水应力的叶片中的糖度进行考察。
图12是表示第一次水势控制实验中的标准化像素平均水分指数Dw的随时间变化的一例的曲线图。该曲线图的纵轴表示标准化像素平均水分指数。标准化像素平均水分指数表示作为测定对象的叶片中包含的水分量的指标的水势，表示对植物的叶片进行拍摄得到的图像中的平均一个像素中包含的叶片中的平均的水分量。曲线图的横轴表示以天为单位的经过时间。作为目标水分量范围的一例的目的范围Bw表示例如成为被判断为适于用来增加西红柿的果实的糖度的目的的水分量的范围，在此，作为与标准化像素平均水分指数Dw对应的值，值被设定为0.8～0.9的范围。该目的范围Bw根据植物的种类而不同，并且即使是相同的植物也根据其观察场所(叶片、茎等)而不同。另外，在图12、后述的图13中，在标准化像素平均水分指数Dw小于目的范围Bd的情况下，植物感受到水应力。
图12所示的第一次水势控制实验示出当在浇灌定时进行了大致适量的浇灌量的浇灌的情况下的标准化像素平均水分指数的按时间序列的推移的一例。在图12中，以作为植物样本sm1的叶片枯萎的状态为起点，在进行通常浇灌而恢复后，开始水势控制实验。在通常浇灌中，在一天中的早上和晚上定期地进行两次浇灌。另一方面，在水势控制实验中，仅在基于标准化像素平均水分指数Dw的值判断为适当的定时进行浇灌，不进行定期的浇灌。以下，说明图12所示的实验结果。此外，在监视器50上显示图12所示的标准化像素平均水分指数Dw的随时间经过的推移。
以叶片的标准化像素平均水分指数Dw的值接近0.60的枯萎的状态为始，开始通常浇灌(第0天)。在通常浇灌开始后第二天，叶片的标准化像素平均水分指数Dw的值恢复到1.0附近。然后，一周左右定期地进行通常浇灌，以将叶片的标准化像素平均水分指数Dw的值保持在1.0附近(第1～8天)。在之后的三天，断水(第9、10、11天)。断水的结果是，叶片的标准化像素平均水分指数Dw逐渐下降，下降到值为0.7附近(第12日)。
在该时间点如箭头r11所示，当进行固定量的浇灌时，叶片中的标准化像素平均水分指数Dw上升，其峰值暂且包含在目的范围Bw内，但之后，由于不浇灌而下降，脱离目的范围Bw。当再次在如箭头r12所示的定时进行相同的固定量的浇灌时，叶片中的标准化像素平均水分指数Dw再次上升，其峰值进入目的范围Bw，之后由于不浇灌而下降。此时，标准化像素平均水分指数Dw低于目的范围Bw，但其偏离量比前一次小。当再次在箭头r13所示的定时进行相同的固定量的浇灌时，标准化像素平均水分指数Dw的峰值在超过目的范围Bw的上限值之后下降，但此次标准化像素平均水分指数Dw没有低于目的范围Bw。并且，当在箭头r14所示的定时进行相同的固定量的浇灌时，标准化像素平均水分指数Dw的峰值在超过目的范围Bw的上限值之后下降，但标准化像素平均水分指数Dw大致处于目的范围Bw(第12天～16天)。
即使有之后的两天(第17、18天)的断水，通过如箭头r15、r16、r17、r18 所示那样进行同样的浇灌，也能够控制为使叶片中的标准化像素平均水分指数Dw大致收敛于目的范围Bw。
图13是表示第二次水势控制实验中的标准化像素平均水分指数Dw的随时间变化的一例的曲线图。该曲线图的纵轴与图12同样地表示标准化像素平均水分指数Dw。曲线图的横轴表示以分钟为单位的经过时间。在第二次的水势控制实验中，使用与第一次的植物样本sm1不同的、同种的两个植物样本sm2、sm3(例如西红柿)。对于植物样本sm2(比较例)，定期地进行早/晚两次通常浇灌。另一方面，对于植物样本sm3(与本实施方式对应的实施例)，进行同时提供水应力的浇灌。也就是说，对于植物样本sm3，与图12所示的水势控制期间(第12天～第22天)同样地，在进行浇灌的定时以外，不进行浇灌。
在第二次水势控制实验中，如图13所示，分为水势下降期间TW1、最佳浇灌量探索期间TW2、水应力控制期间TW3以及含水率恢复期间TW4这四个期间，进行了叶片中的标准化像素平均水分指数Dw的观测。标准化像素平均水分指数Dw的目的范围Bw与图12所示的目的范围Bw不同，被设定为值为 0.70～0.80的范围。这是由于，在第二次水势控制实验中使用的植物样本不同。
比较例和实施例的叶片中的含水率的初始值分别为90.5％、91.2％，大致相同。另外，它们的标准化像素平均水分指数Dw的值在1.30附近，大致相同。另外，比较例和实施例各自的表示糖度的Brix值均为值2.3％，是相同的。
在水势的控制实验的期间，对于比较例的植物样本sm2，持续进行通常浇灌。
另一方面，对于实施例的植物样本sm3，在水势下降期间TW1(0～11520 分钟的期间)，完全不对实施例的植物样本sm3进行浇灌。其结果，在初始值设定时以后，比较例的叶片中的标准化像素平均水分指数Dw的值为1.0附近，大致固定，与此相对，实施例的叶片中的标准化像素平均水分指数Dw逐渐下降，在水势下降期间TW1结束时，低于作为目的范围Bw的下限值的值0.70。
在最佳浇灌量探索期间TW2(11520分钟～20160分钟左右的期间)，最初实施例的叶片中的标准化像素平均水分指数Dw低于目的范围的下限值0.70，因此在图中箭头r1所示的时间点(定时)，进行浇灌量为K1的浇灌。其结果，实施例的叶片中的标准化像素平均水分指数Dw急剧上升，超过目的范围Bw的上限值，值成为接近1.00。在该时间点判断为浇灌量K1过多。之后，开始断水期间，实施例的叶片中的标准化像素平均水分指数Dw再次低于目的范围的下限值，值达到0.60。当断水期间结束时，在箭头r2所示的时间点进行浇灌量为K2的浇灌。由此，标准化像素平均水分指数Dw上升，稍微超过目的范围Bw。通过以监视器50上显示的这些结果为基础，能够判断为最佳浇灌量是比浇灌量K1、K2少的量。
在水应力控制期间TW3(20160分钟～25920分钟左右的期间)，实施例的叶片中的标准化像素平均水分指数Dw再次下降，当低于目的范围Bw的下限值时，在箭头r3所示的时间点以比浇灌量K1、K2少的浇灌量K3进行浇灌。另外，在标准化像素平均水分指数Dw低于目的范围Bw的下限值的箭头r4所示的时间点，以与浇灌量K3同样的浇灌量K4进行浇灌。这样，通过间歇性地进行浇灌量为K3、K4的浇灌，一边对植物样本sm3提供水应力，一边标准化像素平均水分指数Dw也以成为大致目的范围Bw内的方式推移。之后，进入了对实施例的植物样本sm3的叶片断水的固定的断水期间，因此叶片枯萎的程度变大，标准化像素平均水分指数Dw下降，植物样本sm3的标准化像素平均水分指数Dw的值下降到0.4。
断水期间结束，在含水率恢复期间TW4(25920分钟～34560分钟的期间)，由于植物样本sm3的叶片的枯萎的程度大，因此在箭头r5、r6所示的时间点分别以比浇灌量K3、K4多的浇灌量K5、K6进行浇灌。
在含水率恢复期间TW4的最后阶段，在比较例和实施例中的植物样本 sm2、sm3的叶片的含水率成为与初始值大致同样的值(90.7％、89.0％)的时间点，测定了各自的表示糖度的Brix值，结果是，在比较例中Brix值为值2.8％，与此相对地，在实施例中Brix值为值3.3％。也就是说，关于比较例的Brix值，在水势控制的前后Brix值从值2.3％上升到2.8％，增加了0.5％，但实施例的 Brix值从值2.3％上升到3.3％，大幅增加了1％。
这样，与不提供水应力、进行定期的浇灌量的浇灌的比较例的植物样本 sm2相比，在实施例的植物样本sm3中，提供基于不浇灌的水应力并且在标准化像素平均水分指数Dw达到目的范围的下限附近的定时进行浇灌，由此叶片中的糖度的增加量变多，观察到由于水应力引起的叶片中的糖度的上升。这样，通过图13的水势控制实验可知，通过提供水应力，叶片的糖度变高。另外，当叶片的糖度变高时，叶片将糖度通过运输(translocation)这一现象送到根、果实，由此植物整体成为健康的状态。
在此，通过如下那样的过程(T1)～(T5)进行了叶片中的糖度的测定。
(T1)使西红柿等的叶片在温度105℃下干燥2小时。能够根据其重量变化计算含水率。
(T2)将干燥后的叶片放入研钵中入，捣碎叶片来将叶片粉碎成粉末。
(T3)将粉碎而成的叶片的粉末放入到盛着具有叶片中包含的含水量(干燥前)的4倍的量的60℃的热水的容器，在室温下搅拌2小时。
(T4)将放入有叶片的粉末的容器放置直到超过15小时为止，使叶片的粉末自然沉降。
(T5)提取上清液，根据糖度计测量其Brix值。其中，该Brix值是使用叶片中的水分量的4倍的热水所得到的临时的Brix值，因此，按照数式(1)，得到真的Brix值。此外，也可以是，在输入利用糖度计得到的Brix值的时间点，利用控制部11，基于数式(1)来计算真正的Brix值。
真正的Brix值(％)＝[临时的Brix值×水分量×4倍/(1-临时的Brix值)]
÷[水分量+(临时的Brix值×水分量×4倍)/(1-临时的Brix值)]×100
……(1)
基于上述水势的控制实验，考察了如下那样的浇灌量和浇灌定时。图14 是说明浇灌量和浇灌定时的一例的曲线图。该曲线图的纵轴表示标准化水分指数(即标准化像素平均水分指数Dw)。横轴表示经过时间。在曲线图中，以四边形表示测定点。目的范围Bw被设定为值为0.8～0.9。
叶片中的标准化像素平均水分指数Dw的初始值的值为1.0。标准化像素平均水分指数Dw从初始值起随时间经过逐渐减少，当达到目的范围Bw的下限值附近时，进行下一次浇灌。当标准化像素平均水分指数Dw下降的斜率(下降速度)为“-a”时，标准化像素平均水分指数Dw横切目的范围Bw的下限值的箭头ra所示的定时为浇灌点tp。
例如使用数式(2)来求出浇灌点tp处的浇灌量Kp。
下一次的叶片中的水分量＝此次的叶片中的水分量+来自根的吸水量
-从叶片的蒸腾量……(2)
在此，利用浇灌量、液肥的渗透压(导电率)、根的条数(表面积)等求出来自根的吸水量。利用叶片数、叶片面积、饱差(即，饱和水蒸气压与相对湿度之差)等求出从叶片的蒸腾量。一般来说，认为叶片的光合作用活跃、蒸腾旺盛是在晴天且饱差为3g/m3～7g/m3的期间(也就是说，相对湿度为 75％RH前后的期间)。因此，晴天的早上、白天由于蒸腾旺盛而叶片中水分量具有减少倾向，另一方面，当在傍晚(日落)时叶片的蒸腾量减少时，叶片中水分量上升。另外，在夜间，叶片不进行光合作用，因此叶片中水分量的变化小。另外，在雨天相对湿度高，即使气孔打开也不进行蒸腾，因此叶片中水分量的变化小，在夏天等气温高的日子，植物关闭气孔以避免进一步失去体内的水分，因此不进行蒸腾，叶片中水分量的变化变小。
当进行浇灌时，标准化像素平均水分指数Dw重复上升、在达到目的范围Bw的上限值、之后再次下降的动作。在箭头rb所示的定时，进行与以箭头 ra所示的定时同样的浇灌。之后，在箭头rc所示的定时，在低于目的范围Bw 的下限值、标准化像素平均水分指数Dw的值达到0.7的定时、也就是说在水应力变大的状态下进行浇灌。由此，能够对植物提供水应力。
图15是说明第一实施方式中的最佳浇灌量探索过程的一例的流程图。该最佳浇灌量探索动作是在图13所示的最佳浇灌量探索期间TW2中执行的处理，例如，当在图16所示的UI画面60上浇灌量探索模式按钮71被按下时执行该最佳浇灌量探索动作。
在最佳浇灌量探索动作中，首先，控制部11通过用户(例如作为西红柿的培育者的农夫)对UI画面60的操作，来设定初始值、目的范围Bw的上限值以及下限值(S41)。控制部11显示下降到目的范围Bw的下限值的预测下降时刻和探索浇灌预定时刻(S42)。此外，该探索浇灌预定时刻被设定为与预测下降时刻相同或其附近的时刻。
控制部11显示图17所示的探索浇灌量输入画面61(S43)。控制部11判别探索浇灌量的输入是否完成(S44)，在输入没有完成的情况下，在步骤S43中继续显示探索浇灌量输入画面61。
另外，当探索浇灌量的输入完成时，控制部11测定标准化像素平均水分指数Dw，将该测定点追加到UI画面60上显示的叶片中水分监视画面Gm1内的曲线图(S45)。控制部11判别是否成为探索浇灌预定时刻(S46)。在没有成为探索浇灌预定时刻的情况下，控制部11返回步骤S45的处理。
当成为探索浇灌预定时刻时，控制部11对探索浇灌量的水分的滴下进行控制(S47)。该探索浇灌量相当于图13的浇灌量K1、K2。另外，该探索浇灌量的水分的滴下既可以通过肥料水供给装置WF来自动地进行，也可以由人通过手动作业来进行。控制部11在待机到指定时刻后计算水分指数(S48)。该指定时刻是被指定为标准化像素平均水分指数Dw达到目的范围Bw的上限值的时刻，是基于预测下降时刻和探索浇灌预定时刻来设定的。
控制部11将标准化像素平均水分指数Dw与目的范围Bw的上限值进行比较(S49)。在标准化像素平均水分指数Dw超过目的范围Bw的上限值的情况下，控制部11返回步骤S42，再次将预测下降时刻和探索浇灌预定时刻显示于UI画面60。另外，在标准化像素平均水分指数Dw没有超过目的范围Bw的上限值的情况下，控制部11返回步骤S43，显示探索浇灌量输入画面61。
另外，在标准化像素平均水分指数Dw等于目的范围Bw的上限值的情况下，控制部11将探索浇灌量作为最佳水分量，显示转移到栽培控制的工艺 (S50)。该显示例如利用消息等进行弹出显示。之后，控制部11结束本动作。
图16是表示与水势控制有关的用户界面(UI)画面60的一例的图。该UI画面60包括叶片中水分监视画面Gm1。在配置于UI画面60的上部的叶片中水分监视画面Gm1中显示有表示标准化像素平均水分指数Dw的时间序列的变化的曲线图。该曲线图与前述的图12的曲线图是同样的。
在UI画面60的下部的左侧显示有设定区域63。在该设定区域63配置有初始设定按钮64和偏移阈值设定按钮66。另外，配置有用于设定目的范围Bw 的上限值的输入框67和用于输入目的范围Bw的下限值的输入框68。能够使用触摸面板、数字键、便携终端等来向输入框67、68输入数值。
另外，在UI画面60的下部的右侧配置有浇灌量探索模式按钮71和水应力控制(栽培控制)模式按钮73。当按下浇灌量探索模式按钮71时，开始前述的图15所示的最佳浇灌量探索动作。当按下水应力控制(栽培控制)模式按钮73 时，开始后述的图18所示的栽培控制动作。另外，在UI画面60配置有显示探索浇灌量的设定值的显示框72和显示栽培浇灌量的设定值的显示框74。
图17是表示弹出显示于UI画面60的探索浇灌量输入画面61的一例的图。在探索浇灌量输入画面61中，以毫升(ml)为单位进行探索浇灌量的输入/设定。能够使用触摸面板、数字键、便携终端等来进行探索浇灌量的输入。
图18是说明第一实施方式的水应力控制(栽培控制)过程的一例的流程图。该栽培控制动作是在图13所示的水应力控制期间TW3执行的处理，例如在图16所示的UI画面60中水应力控制(栽培控制)模式按钮73被按下时，执行该栽培控制动作。
在水应力控制动作中，控制部11首先显示栽培(控制)浇灌量输入画面 (S61)。该栽培浇灌量输入画面与探索浇灌量输入画面同样地弹出显示在UI 画面60上。
控制部11判别在栽培浇灌量输入画面中栽培浇灌量的输入是否完成 (S62)。栽培浇灌量表示在最佳浇灌量探索期间TW2(也就是说，图15所示的流程图)的探索处理中求出的恰当的浇灌量。在栽培浇灌量的输入没有完成的情况下，控制部11返回步骤S61，继续显示栽培浇灌量输入画面。
另一方面，当栽培浇灌量的输入完成时，控制部11滴下栽培浇灌量的水分(S63)。控制部11显示下降到目的范围Bw的下限值的预测下降时刻和栽培浇灌预定时刻(S64)。此外，该栽培浇灌预定时刻被设定为与预测下降时刻相同或其附近的时刻。
控制部11判别是否变更栽培浇灌量(S65)。在不变更栽培浇灌量的情况下，控制部11进入步骤S68的处理。另一方面，在变更栽培浇灌量的情况下，控制部11再次显示栽培浇灌量输入画面(S66)。控制部11判别在栽培浇灌量输入画面中栽培浇灌量的输入是否完成(S67)。在栽培浇灌量的输入没有完成的情况下，控制部11返回步骤S66，继续显示栽培浇灌量输入画面。
另一方面，当栽培浇灌量的输入完成时，控制部11判别是否成为栽培浇灌预定时刻(S68)。在没有成为栽培浇灌预定时刻的情况下，控制部11返回步骤S64的处理。当成为栽培浇灌预定时刻时，控制部11滴下栽培浇灌量的水分(S69)。控制部11判别是否结束栽培控制(S30)。在不结束栽培控制的情况下，控制部11返回步骤S64的处理。另一方面，在结束栽培控制的情况下，控制部11结束本动作。
接着，说明用于对植物提供水应力的水应力特征。图19A、图19B、图 19C以及图19D是示意性地表示水应力特征的一例的图。在图19A所示的水应力特征pf1中，以使水分指数(即标准化像素平均水分指数Dw。以下同样。) 在目的范围Bw(目标水分量范围)的上限值与下限值之间进行变动的方式进行浇灌。也就是说，在目的范围Bw的下限值的定时，进行使得达到目的范围Bw的上限值的浇灌量的浇灌。在该情况下，水应力小。
在图19B所示的水应力特征pf2中，在目的范围Bw的下限值处进行浇灌，使得标准化像素平均水分指数Dw的峰值收敛于目的范围Bw的中段，标准化像素平均水分指数Dw的变动少。在该情况下，水应力很小。
在图19C所示的水应力特征pf3中，在使标准化像素平均水分指数Dw下降到萎缩点后，以大量的浇灌量进行浇灌，在使标准化像素平均水分指数Dw 的值上升到超过1后，再次使其下降到萎缩点，同样地进行浇灌。在该情况下，在标准化像素平均水分指数Dw的值超过1的区域没有水应力，在枯萎点的附近水应力大。例如当在作为其它阶段的植物开花、结果时期水分指数发生变化、或者由于天气而发生变化的情况下使用该水应力特征pf3。
在图19D所示的水应力特征pf4中，在使标准化像素平均水分指数Dw下降到萎缩点后，以使得达到目的范围Bw的上限值的浇灌量进行浇灌，当标准化像素平均水分指数Dw达到目的范围Bw的上限值后、再次达到目的范围 Bw的下限值时，以使得达到目的范围Bw的上限值的浇灌量进行浇灌。交替地重复这样的动作。在该情况下，当标准化像素平均水分指数Dw成为枯萎点的附近时，水应力大，但成为目的范围Bw的下限值的附近时，水应力小。此外，这些水应力特征是一例，也能够应用其它水应力特征。
通过以上，在第一实施方式的植物探测照相机1中，植物探测照相机1的第一投射光源13通过光学扫描来向植物PT的叶片PT3照射具有难以被水分吸收的特性的第一波长(905nm)的近红外光(参照光)。植物探测照相机1的第二投射光源15通过光学扫描来向植物PT的叶片PT3照射具有易于被水分吸收的特性的第二波长(1550nm)的近红外光(测定光)。阈值设定/水分指数探测处理部27a基于在叶片PT3的所有照射位置处反射的905nm的反射光和在叶片PT3的所有照射位置处反射的1550nm的反射光，计算一片叶片的作为反射强度比的总和ΣLn(I905/I1550)的水分指数。控制部11将表示从测定期间的开始时到结束时的植物PT的叶片PT3中包含的水分量的按时间序列的推移的曲线图显示于监视器50的UI画面60。从第一投射光源13和第二投射光源15观察，在植物PT的叶片PT3配置有用于覆盖植物PT的叶片PT3的背面的白色背景板bd(背景物)。
这样，根据植物探测照相机1，在监视器50的UI画面60上显示表示植物 PT的叶片PT3中包含的水分量的按时间序列的推移的曲线图，由此能够定量且以时间序列呈现植物中包含的水分量的推移。另外，根据监视器50的UI 画面60上显示的叶片PT3中包含的标准化像素平均水分指数Dw的按时间序列的推移，植物探测照相机1还能够对用户示教对叶片PT3进行浇灌的定时、浇灌量。用户能够根据监视器50的UI画面60上显示的曲线图来在恰当的浇灌定时进行恰当的浇灌量的浇灌。因而，能够在实现西红柿等植物的高功能化时，进行最佳的栽培控制，能够提高成品率，提高生产性。
另外，根据植物探测照相机1，显示植物的标准化像素平均水分指数 Dw(水分量)的目的范围Bw、水分量的初始值、以及由于作为赋予应力(例如水应力)的一例的不浇灌而下降的水分量的变化，因此用户能够以时间序列掌握植物的水分量。
另外，根据植物探测照相机1，能够探索使植物的标准化像素平均水分指数Dw(水分量)进入目的范围Bw的最佳的浇灌量。
另外，根据植物探测照相机1，显示由于作为赋予应力(例如水应力)的一例的不浇灌引起的水分量的下降以及由于浇灌引起的水分量的上升这两方，因此进一步易于探索使标准化像素平均水分指数Dw进入目的范围Bw的最佳的浇灌量。
另外，根据植物探测照相机1，显示植物的水分量的目的范围Bw以及由于用于将植物的水分量保持在目的范围的浇灌引起的水分量的变化，因此易于进行使植物的水分量进入目的范围的浇灌量的浇灌。
另外，根据植物探测照相机1，能够进行以通常浇灌进行了浇灌的植物中包含的水分量与进行了同时提供水应力的浇灌的植物中包含的水分量的对比比较，因此用户能够高效且高精度地判断浇灌量和浇灌定时是否适当。
(第一实施方式的变形例1)
图20是说明第一实施方式的变形例1中的最佳浇灌量探索过程的一例的流程图。对于与图15相同的步骤处理，标注相同的步骤编号，由此省略其说明。控制部11在步骤S48中待机到指定时刻后计算水分指数，之后显示探索浇灌量和标准化像素平均水分指数Dw的上升量以使水分指数保持在目的范围Bw(范围内)(S49A)。基于这些显示，用户能够推测最佳的水分量。之后，控制部11结束本动作。
(第二实施方式)
在第二实施方式中，示出在连续地测定叶片中的标准化像素平均水分指数Dw的过程中由于某些影响而发生了叶片的位置偏移的情况。当在以时间序列测定叶片中的标准化像素平均水分指数Dw的过程中，例如由于强风、碰撞而粘贴有测定对象的叶片的白色背景板倾斜从而发生了叶片的位置偏移的情况下，根据基于激光的照射的反射强度比来测定的叶片中的标准化像素平均水分指数Dw急剧地发生变化。
在发生了测定对象的叶片的位置偏移的情况下，以时间序列记录叶片中的标准化像素平均水分指数Dw的数据突然变动，失去其连续性，因此以往，丢弃至此为止以时间序列测定得到的标准化像素平均水分指数Dw的数据，从头重新开始测定。其结果，测定数据的获取效率显著下降。
在第二实施方式中，即使在发生了叶片的位置偏移的情况下，也不将至此为止的以时间序列测定得到的数据丢弃而是将其有效利用，由此能够高效地获取叶片中的标准化像素平均水分指数Dw的数据，抑制测定时间的增大。
图21A是表示由第二实施方式的植物探测照相机1拍摄得到的表示测定对象的叶片的含水率的图像的图，且是表示位置偏移前的叶片的图像的一例的图。图21B是表示由第二实施方式的植物探测照相机1拍摄得到的表示测定对象的叶片的含水率的图像的图，且是表示位置偏移后的叶片的图像的一例的图。在图中，点(dot)的数量多而浓的区域是含水量多的区域。最浓的(含水量最多的)区域sc1存在于叶片的内侧。第二浓的区域(含水量略多的)区域sc2 存在于区域sc1的周围。淡的区域(含水量少的)区域sc3存在于叶片的外侧。另外，与位置偏移前相比，在位置偏移后，含水量多的区域sc1的面积增加。
图22是表示在发生了位置偏移的情况下的水势控制实验中的标准化像素平均水分指数Dw的随时间变化的一例的曲线图。该曲线图的纵轴与第一实施方式同样地，表示标准化像素平均水分指数。标准化像素平均水分指数表示水势，表示与拍摄植物的叶片得到的图像中的平均一个像素中包含的水分量相当的值。曲线图的横轴表示以分钟为单位的经过时间。
在存在叶片的位置偏移时(参照图中定时tc)，标准化像素平均水分指数 Dw突然变化。在没有叶片的位置偏移的情况下的叶片中的标准化像素平均水分指数Dw如曲线gh1所示那样变化。另一方面，在存在叶片的位置偏移的情况下的叶片中的标准化像素平均水分指数Dw如曲线gh2所示那样变化。
在第二实施方式中，即使在存在叶片的位置偏移的情况下，也通过进行基于如下那样的考察的校正，来有效地利用叶片的位置偏移前的标准化像素平均水分指数Dw的数据，使其与叶片的位置偏移后的标准化像素平均水分指数Dw的数据保持连续性，来获取时间序列的标准化像素平均水分指数Dw 的数据。
在以下的考察中，作为叶片的位置偏移，设想叶片倾斜的情况。在该情况下，叶片相对于横(pan)向或者纵(tilt)向倾斜而角度发生变化相当于从照相机观察的情况下的叶片的厚度发生变化。
作为叶片中包含的水分量的叶片中的含水率(换言之，水势)与标准化像素平均水分指数Dw成比例。另外，如前所述，标准化像素平均水分指数Dw 是根据反射强度比Ln(I905/I1550)的总和得到的。
如基于已知的朗伯-比尔(Lambert·Beer)定律的数式(3)所示，可知，反射强度比Ln(I905/I1550)与叶片的厚度t大致成比例(具有相关性)。在数式(3)中，α：水的吸收系数，t：叶片的厚度，C：水的浓度，β：散射损耗项。
Ln(I905/I1550)＝α·t·C+β……(3)
总括之，叶片中的含水率(水势)表示为具有叶片的厚度t作为梯度(斜率) 的标准化像素平均水分指数Dw的一次函数。也就是说，叶片中的含水率的斜率根据叶片的厚度t而变化。
如前所述，发生位置偏移而叶片的角度发生变化相当于由于叶片的厚度 t引起的斜率的变化，因此通过对位置偏移后的标准化像素平均水分指数Dw 的数据乘以与叶片的角度的变化(由叶片的厚度t引起的斜率的变化)对应的系数Q(校正系数)，能够得到位置偏移前的标准化像素平均水分指数Dw的数据。
由此，在位置偏移前后以时间序列得到的标准化像素平均水分指数Dw 的数据能够保持连续性。但是，在微少的时间内进行位置即将偏移前和位置刚偏移后的含水率的获取，因此视为在此期间实质的含水率没有变化。
具体地示出位置偏移前后的标准化像素平均水分指数Dw的校正例。图 23是表示按时间序列示出位置偏移校正前后的标准化像素平均水分指数的一例的表的图。在该表中，示出在图22所示的曲线图中在经过时间为16250 分钟(时刻17：10)发生了位置偏移的情况下的校正前的标准化像素平均水分指数Dw和校正后的标准化像素平均水分指数Dw。在此，与叶片的角度的变化对应的系数Q是由作为系数计算部的一例的控制部11来计算出的，具体地说，其值为0.7303(＝0.6416/0.8785)。
图24是说明第二实施方式中的位置偏移校正过程的一例的流程图。第二实施方式的植物探测照相机1具有与第一实施方式大致相同的结构。对于与第一实施方式相同的结构要素使用相同的标记，由此省略其说明。
控制部11获取当前时刻的标准化像素平均水分指数Dw1并显示于UI画面60(S91)。控制部11获取并显示指定的经过时间后(例如30分钟后)的标准化像素平均水分指数Dw2(S92)。指定的经过时间相当于测定间隔。
控制部11判别标准化像素平均水分指数Dw1与标准化像素平均水分指数Dw2之差是否超过阈值th(S93)。该阈值th用于判定是否是能够设想为发生叶片的位置偏移而标准化像素平均水分指数Dw发生变化的值。
在此，预先设定阈值th。在设定阈值th时，控制部11显示偏移判定阈值输入画面。用户在该偏移判定阈值输入画面中输入用于判定是否发生了位置偏移的阈值th。当输入完成时，控制部11显示该输入值，接收阈值th的设定。
在标准化像素平均水分指数Dw1与标准化像素平均水分指数Dw2之差没有超过阈值th的情况下，也就是说，在设想为没有发生叶片的位置偏移的情况下，控制部11进入步骤S95的处理。另一方面，在标准化像素平均水分指数Dw1与标准化像素平均水分指数Dw2之差超过阈值th的情况下，控制部 11判断为发生了位置偏移，对标准化像素平均水分指数Dw2及其后的标准化像素平均水分指数Dw的值以偏移量进行校正后显示于UI画面60(S94)。
之后，控制部11判别是结束最佳浇灌量的探索控制或结束栽培控制还是不结束(S95)。在不结束最佳浇灌量的探索控制且不结束栽培控制的情况下，控制部11返回步骤S91的处理。另一方面，在结束最佳浇灌量的探索控制或结束栽培控制的情况下，控制部11结束本动作。
这样，在第二实施方式的植物探测照相机1中，作为探测部的一例的控制部11探测植物的位置偏移。控制部11在探测到植物的位置偏移的情况下，基于位置偏移前后的水分指数，来计算要与位置偏移后的水分指数相乘的系数Q(校正系数)。控制部11通过对位置偏移后的水分指数乘以系数Q来对位置偏移量进行校正，将以使位置偏移前的水分指数与位置偏移后的水分指数保持连续性的方式进行了校正后的结果显示于监视器50的UI画面60。
由此，即使在发生了叶片的位置偏移的情况下，也能够保持以时间序列测定的叶片中的标准化像素平均水分指数Dw的连续性。因而，能够不将至此为止的测定得到的叶片中的标准化像素平均水分指数Dw数据浪费而是将其有意义且有效地利用。由此，能够高效地获取叶片中的标准化像素平均水分指数Dw的按时间序列的数据，并且即使在中途发生了位置偏移的情况下，也能够抑制标准化像素平均水分指数Dw的测定时间的增大。
(第二实施方式的变形例1)
在上述第二实施方式中，根据标准化像素平均水分指数Dw之差是否超过阈值th来判断叶片的位置偏移，示出以物理方式探测叶片的位置偏移的情况。
图25A是表示第二实施方式的变形例1中的为了探测位置偏移所使用的白色背景板bd的图，且是白色背景板bd的主视图。图25B是表示第二实施方式的变形例1中的为了探测位置偏移所使用的白色背景板bd的图，是图25A 所示的白色背景板bd的侧视图。
在白色背景板bd的周缘部设置有具有边框那样的形状的涂黑的四边形的框体bd11。另外，在白色背景板bd的表(正)面的四角，分别描画有星号的标记mk1～mk4。另外，在白色背景板bd的表面的中央粘贴有叶片PT3。
当利用植物探测照相机1拍摄粘贴于白色背景板bd的叶片PT3时，通过将取景器的框对准涂黑的框体bd11，使得显现出白色背景板bd与植物探测照相机1的取景器的平行度。通过在该状态下拍摄白色背景板bd，来将标记 mk1～mk4间的各距离与预先登记的基准距离进行比较。该基准距离是在将白色背景板bd设置成与植物探测照相机1平行的情况下拍摄得到的标记 mk1～mk4间的距离。在标记mk1～mk4间的各距离比基准距离短的情况下，判断为白色背景板bd倾斜、发生了位置偏移。
例如可知，标记mk1与标记mk4间的距离与基准距离相比越短，则纵向角越大。可知，标记mk1与标记mk2间的距离与基准距离相比越短，则横向角越大。
这样，能够以物理方式探测叶片的位置偏移且测量位置偏移量。并且，通过预先登记与测量得到的位置偏移量对应的系数Q，在进行与位置偏移后的标准化像素平均水分指数Dw的数据相乘的处理时，不使用校正前后的标准化像素平均水分指数Dw的数据也可以。因而，能够减轻处理的负荷。
(第二实施方式的变形例2)
图26是说明第二实施方式的变形例2中的白色背景板bdd与植物探测照相机1的机械配置的一例的图。白色背景板bdd安装于立在基座101上的棒材 102上，被设置为立牌。植物探测照相机1固定于三脚架151。另外，白色背景板bdd通过线、棒材等连结构件mp而与植物探测照相机1以机械方式相连并固定。在白色背景板bdd发生了位置偏移的情况下，该变化直接传递给植物探测照相机1。例如在发生了大的位置偏移的情况下，由植物探测照相机1拍摄得到的图像发生大的变化。
也可以是，在植物探测照相机1以时间序列拍摄得到的图像的相关度为阈值以下的情况下、也就是说前一次的帧图像与此次的帧图像的类似度显著下降的情况下，判断为白色背景板bd发生了位置偏移。由此，能够比较简单地探测白色背景板bd的位置偏移。
另外，位置偏移的探测不限于上述的方法。例如植物探测照相机1也可以搭载用于感知冲击的加速度传感器。当白色背景板bdd发生位置偏移时，白色背景板bdd的变化经由连结构件mp传递给植物探测照相机1。也可以是，在通过搭载于植物探测照相机1的加速度传感器感知到该冲击的情况下，探测为白色背景板bdd发生了位置偏移。
(第三实施方式)
在第三实施方式中，植物探测照相机1在导出作为观察部位的西红柿的叶片(以下，称为“真叶片”)的水分量(例如相对含水率)时，使用在白色背景板 bd的真叶片的附近安装的至少一个作为外部试样的外部标准样本。例如在至少一个外部标准样本的相对含水率已知的情况下，使用这些相对含水率的值，使用后述的计算式来计算真叶片的相对含水率。以下，将外部标准样本称为“人造叶片”来与作为真正的叶片的“真叶片”相区别。具体地说，植物探测照相机1对安装有真叶片和多个人造叶片的白色背景板bd照射波长不同的两种近红外激光(即参照光LS1、测定光LS2)。植物探测照相机1使用被真叶片反射的反射光的强度和被各个人造叶片反射的各反射光的强度，计算并导出含水率(也叫相对含水率)，来作为表示真叶片的水分量的指标。另外，如后所述那样人造叶片中包含果糖但不包含水，但在以下的说明中，模仿将真叶片中包含的水分率(含水率)记载为“真叶片的相对含水率”，来将人造叶片中包含的果糖率(含果糖率)记载为“人造叶片的相对含水率”来进行说明。
此外，在第三实施方式中，植物探测照相机1的内部结构与第一实施方式的植物探测照相机1的内部结构相同，因此对相同的结构参照相同的标记来简化或省略说明。
首先，参照图30和图31来说明在第三实施方式中安装有真叶片和多个人造叶片的实验室的测定气氛。图30是表示第三实施方式的西红柿的叶片(真叶片)的含水率的测定状况的一例的说明图。图31是表示与图30的测定状况对应的真叶片和人造叶片的水分量的分布的一例的可见光图像数据的图。
在矩形状的白色背景板bd上安装有本实施方式的成为植物探测照相机1 的观察对象的真叶片PT10、PT11、PT12和多个人造叶片frc1、frc2、frc3。以下，有时将真叶片PT10称为“前端叶片”、将真叶片PT11、PT12称为“侧方叶片”。此外，真叶片PT10、PT11、PT12既可以利用例如透明胶带(注册商标) 来固定于白色背景板bd，也可以利用PET膜来固定。
首先，说明人造叶片。人造叶片例如是通过如下的工序制作的。
·[工序1]
首先，将具有粘性的胺固化剂的液体(特殊变性硅树脂)与果糖(fructose) 以变得均匀的方式混合。在此，在本实施方式中制作多个人造叶片，各个人造叶片的不同之处在于果糖相对于环氧树脂量的含有率。例如，如图31所示，预先准备分别具有不同的三种含有率的果糖(即13％、16％、18％)。
·[工序2]
对通过[工序1]制作出的混合物中混合环氧树脂的液体。由此，胺固化剂与环氧树脂在常温下迅速地开始化学反应，开始固化。此外，关于在[工序 2]中使用的环氧树脂的液体，例如使用施敏打硬株式会社的环氧树脂类弹性粘接剂EP001，但不限定于此。
·[工序3]
作为通过[工序2]而固化的结果物的三种混合物以在白色背景板bd上薄薄地延伸的方式配置于白色背景板bd，并且利用PET膜以覆盖其整面的方式进行覆盖。当在常温下经过约24小时左右时，人造叶片frc1、frc2、frc3以被 PET膜固定的状态安装于白色背景板bd。
图32是表示近红外光的针对果糖(fructose)的近红外光的光谱特性的一例的曲线图。图32的横轴是波长(nm)，图32的纵轴表示透过率(％)。如图32 所示，与水(H2O)的透过率同样地，波长905nm的参照光LS1的果糖的透过率接近大致100％，因此可知波长905nm的参照光LS1具有难以被水分和果糖吸收的特性(参照图32的ref.(＝reference：参考))。同样地，与水(H2O)的透过率同样地，波长1550nm的测定光LS2的果糖的透过率接近10％，因此换言之，易于吸收的波长的峰值大致一致，因此可知波长1550nm的测定光LS2具有易于被水分和果糖吸收的特性(参照图32的tar.(＝target：目标))。
也就是说，在本实施方式中，将果糖用作了作为外部标准样本的人造叶片的主成分的一例的理由如下。关于果糖(即fructose)，作为化学特性的一例，如图32所示，具有与水(H2O)同样的近红外光谱特性(吸收光谱)。认为这是由于基于如下原因：果糖的化学结构式例如如图32所示那样是公知的，构成真叶片中包含的水分的羟基(即、作为氢氧基的OH基)的比例在该化学结构式整体中高，因此摩尔吸光系数大，蒸气压比水低，果糖含有量不会由于常温/ 常压下蒸发等而发生变化，因此果糖含有量的测定值的可靠性高。
并且，将环氧树脂用作了作为外部标准样本的人造叶片的主成分的一例的理由如下。环氧树脂与果糖不同，基于化学结构式中作为氢氧基的OH基的近红外线的吸收小，也没有水溶性，耐紫外线，难以剥落，组成也不随时间经过而变化，因此稳定性高。
因而，关于本实施方式的外部标准样本，将具有水溶性的果糖与几乎没有水溶性的环氧树脂通过胺固化剂来固形化，由此例如得到即使在实验的测定过程中形状、化学特性也难以随时间经过而变化的人造叶片。
另外，如图30、图31所示，真叶片PT10、PT11、PT12和人造叶片frc1、 frc2、frc3接近地配置，因此如后所述，均易于受到同样的外光(例如太阳光) 的影响。
如图31所示，人造叶片frc1以被具有框wk1的大小的面积的PET膜与白色背景板bd夹在中间的方式安装于白色背景板bd。同样地，人造叶片frc2以被具有框wk2的大小的面积的PET膜与白色背景板bd夹在中间的方式安装于白色背景板bd。人造叶片frc3以被具有框wk3的大小的面积的PET膜与白色背景板bd夹在中间的方式安装于白色背景板bd。
另外，在图31中，示出：与真叶片PT10(即、前端叶片)的水分量(例如相对含水率)相当的OH基量是与同人造叶片frc2的含果糖率(人造叶片frc2的相对含水率)相当的OH基量接近的值，真叶片PT11(即、图31的纸面左侧的侧叶片)的水分量(例如相对含水率)多，与真叶片PT12(即、图31的纸面右侧的侧叶片)的水分量(例如相对含水率)相当的OH基量是与同人造叶片frc1的含果糖率(人造叶片frc2的相对含水率)相当的OH基量接近的值。
图33是表示六种人造叶片的反射强度比与含水率的相关关系的曲线图。在图30、图31中，例如示出了三种人造叶片，但也可以如图33所示那样使用六种人造叶片。在本实施方式中，如图33所示，设为作为表示人造叶片内的果糖含有量的指标的反射强度比与相对含水率(换言之，人造叶片中的含果糖率)之间具有线性相关性(参照图33的直线SOK)。也就是说，人造叶片内的果糖的反射强度比越大，则人造叶片的相对含水率(换言之，人造叶片中包含的果糖率)越大。当然，如图30、图31所示，关于三种人造叶片，也分别在反射强度比与含水率之间具有相关性。
接着，参照图34～图38来说明在真叶片PT10、PT11、PT12和人造叶片frc1、 frc2各自的相对含水率不明确的情况下、通过导出真叶片PT10、PT11、PT12 和人造叶片frc1、frc2各自的反射强度比(平均水分指数)来求出各自的相对含水率的实验及其实验结果。
图34是表示在有外光射入的实验室的窗边附近测定的真叶片PT10、 PT11、PT12和人造叶片frc1、frc2的平均水分指数的随时间变化的一例的曲线图。图35是表示针对图34所示的平均水分指数的随时间变化，基于含有 16％果糖的人造叶片frc2中的平均水分指数的某时间点的测定值进行基线校正后的真叶片PT10、PT11、PT12和人造叶片frc1、frc2的平均水分指数的随时间变化的一例的曲线图。图36是表示图34所示的人造叶片frc1、frc2的平均水分指数的随时间变化的一例的曲线图。图37是表示在难以受到外光的影响的实验室的内侧测定的人造叶片frc1、frc2的平均水分指数的随时间变化的一例的曲线图。
图34～图37的横轴表示经过时间(分钟)，图34～图37的纵轴表示平均水分指数。关于实验，在2016年4月25日(周一)下午6点30分左右开始真叶片PT10、 PT11、PT12的反射强度比、相对含水率和人造叶片frc1、frc2的反射强度比、相对含水率的测定，在该月28日(周四)的下午2点30分左右结束。
在图34的实验结果中，由于在有外光(例如太阳光)射入的实验室的窗边附近进行了测定，因此由于外光的影响(也就是说，太阳光被植物探测照相机1接收和由太阳光引起的真叶片和人造叶片的温度变化)，图34所示的各平均水分指数的值为加上了固定的后景的量的值。
在“Development of a calibration equation with temperaturecompensation for determining the Brix value in intact peaches”(S.Kawano etal.,J.Near Infrared Spectrosc.3,211-218(1995))这一文献中记载了用于对如水、糖类这样的具有OH基的物质的基于氢结合的吸收光谱由于温度而向低波长侧的移位进行校正的技术。在此，这样的温度特性也被考虑为是加上了后景的量(也包括负的成分)。
因此，由于上述的外光的影响，太阳的照度、移动随时间而发生变化，能够看到反射光的角度依赖性、温度变化，因此本来应该得到固定值的人造叶片的平均水分指数示出稍许变动(例如参照图34的特性ZH1、ZH2)。特性 ZH1表示果糖的含有率为16％的人造叶片frc2的平均水分指数的按时间序列的推移。特性ZH2表示果糖的含有率为18％的人造叶片frc1的平均水分指数的按时间序列的推移。
另外，特性GH3表示一片真叶片PT10(即、前端叶片)的平均水分指数的按时间序列的推移。特性GH2表示两片侧方叶片(即、真叶片PT11、PT12)的平均水分指数的按时间序列的推移。特性GH1表示一片真叶片PT10(即、前端叶片)和两片侧方叶片(即、真叶片PT11、PT12)共三片真叶片的平均水分指数的按时间序列的推移。
因而，各个人造叶片的测定值(即、平均水分指数)随时间而发生变动，因此优选的是将该测定值校正为固定值。因此，参照图36和图37来说明将各个人造叶片的测定值校正为固定(以下，也称为“基线校正”)。
在图36中，仅提取图34所示的两种人造叶片frc1、frc2的测定值(即、平均水分指数)的按时间序列的推移来示出。如上所述，可以认为，人造叶片 frc1、frc2的测定值随时间发生变化的原因是，受到外光(例如太阳光)的影响，可以看到基于太阳的移动的随时间变化的角度依赖性、基于太阳的照度的变化的温度变化。因此，如图36也示出的那样，例如人造叶片frc1的特性ZH2 根据时间而平均水分指数的位移量大。
图36所示的实验结果是在有外光射入的实验室的窗边附近进行实验得到的，与此相对，图37所示的实验结果是在外光几乎照不到的实验室的内部 (例如暗室)进行实验得到的。与图36相比较，如图37所示，例如人造叶片frc1 的特性ZH2b的基于时间的平均水分指数的位移量小。同样地，人造叶片frc2 的特性ZH1b也是，基于时间的平均水分指数的位移量也小。换言之，能够极力抑制由于外光的影响引起的人造叶片frc1、frc2各自的平均水分指数的时间变动。
因此，在图34或图36中，植物探测照相机1的阈值设定/水分指数探测处理部27a从各个测定值减去各个测定值与例如在从黎明到日出前的时间段(图 36所示的3600分钟等)的测定值(平均水分指数)的差值。从黎明到日出前的时间段是难以受到外光(例如太阳光)的影响的时间段的一例。由此，植物探测照相机1能够进行基线校正，如图35所示，能够将人造叶片frc1、frc2的各测定值的随时间变化校正为大致固定。此外，作为从黎明到日出前的时间段，例如选择3600分钟处的测定值来进行了说明，原因是，从黎明到日出前的时间段中的测定值比较平坦的时间是3600分钟。因而，作为从黎明到日出前的时间段，不限定于3600分钟处的测定值，也可以选择其它时间处的测定值(例如720分钟、2160分钟处的各测定值)。
同样地，植物探测照相机1能够通过基线校正将真叶片PT10、PT11、PT12 和人造叶片frc1、frc2各自的测定值尽可能地抑制外光的影响地进行适当校正后导出。基线校正后的真叶片PT10、PT11、PT12和人造叶片frc1、frc2各自的测定值示出图35所示的特性GH3a、GH2a、GH1a、ZH1a、ZH2a。由此，在本实施方式中，在植物探测照相机1估计真叶片的相对含水率的预测值时 (参照图39和图40)作为外部标准样本的人造叶片的平均水分指数不随时间发生变化，因此人造叶片的作为外部标准样本的可靠性提高。
在此，在图34所示的最终测定时刻后，例如真叶片PT10从图30所示的状态被摘下(所谓的摘叶片)，以图9所示的方法实际测量含水率。也就是说，测量在最终测定时刻(2016年4月28日(周四)的14：30)被摘下的作为前端叶片的真叶片PT10的重量a(g)，并且将该真叶片PT10例如在110℃的气氛中干燥2小时左右。在干燥后的真叶片PT10的重量为b(g)的情况下，通过(a-b)/a来求出真叶片PT10的含水率。
另外，设最终测定时刻的前端叶片(真叶片PT10)的测定值(平均水分指数) 为G，设各人造叶片(人造叶片frc1、frc2)的测定值(平均水分指数)为V、R。植物探测照相机1的阈值设定/水分指数探测处理部27a能够获取这些测定值，能够将人造叶片frc1的相对含水率YV求解为(V/G)×(a-b)/a，同样地，能够将人造叶片frc2的相对含水率YR求解为(R/G)×(a-b)/a。
因而，当将测定中的某时刻的前端叶片(真叶片PT10)的测定值(平均水分指数)设为X时，植物探测照相机1的阈值设定/水分指数探测处理部27a能够将该前端叶片的相对含水率计算为(X/V)×YV或(X/V)×YR并导出。其中，在该相对含水率的计算中，优选的是使用与真叶片PT10的测定值(平均水分指数) 接近的人造叶片的测定值和相对含水率。这是由于，太阳光的反射光、由太阳光引起的温度变化(温度特性)对后景变动的影响程度根据相对含水率的大小而发生变化。
图38是表示使用基于最终测定时刻的真叶片PT10的含水率计算出的人造叶片的相对含水率而计算出的真叶片PT10的相对含水率的随时间变化的一例的曲线图。在图38中，除了真叶片PT10的相对含水率的随时间变化的特性GH3g以外，还示出了侧方叶片(真叶片PT11、PT12)、前端叶片和侧方叶片、人造叶片frc1、frc2各自的相对含水率的随时间变化的特性GH2g、GH1g、 ZH2g、ZH1g。人造叶片frc1的相对含水率例如相当于真叶片PT10的晴天的白天的含水率(82％左右)。另一方面，人造叶片frc2的相对含水率例如相当于真叶片PT10的永久枯萎点(换言之，WSD：Water Saturated Deficit(水分饱和亏欠度)为34％左右)的含水率。因而，可知，如果真叶片PT10的相对含水率处于特性ZH1g与ZH2g之间，则对该真叶片PT10赋予了适度的水应力。
由此，计算/决定出例如图30所示的人造叶片frc1、frc2的各相对含水率。人造叶片frc1、frc2的各相对含水率不随时间发生变化而是固定值。其中，图 38所示的相对含水率随时间的变化是由于在最终测定时刻摘下真叶片PT10 来求出了该时间点的含水率所得到的，并不是在测定过程中(换言之，实时地)计算了真叶片PT10的相对含水率。
接着，将图38所示的各人造叶片frc1、frc2的相对含水率(也就是说，在图34所示的实验(测定)开始时不明确、但基于最终测定时刻的真叶片PT10的含水率而计算出的相对含水率)用作已知的相对含水率，参照图39和图40来说明在测定过程中估计真叶片PT10的相对含水率的预测值的方法。
图39是说明第三实施方式的在测定真叶片PT10的反射强度比期间计算真叶片PT10的相对含水率的计算过程的一例的流程图。图40是在步骤S119 中使用的使用了两种人造叶片frc1、frc2的反射强度比的插值法的说明图。在图39和图40中，说明根据测定中的某时间点TM的多个人造叶片的相对含水率 (已知)和反射强度比(测定值)来计算相同的时间点TM的真叶片PT10的相对含水率的例子。
在图39中，阈值设定/水分指数探测处理部27a计算测定开始后的某时间点TM的真叶片PT10的反射强度比(S111)。步骤S111中的计算的详情已例如参照图8进行了说明，因此省略说明。另外，阈值设定/水分指数探测处理部27a 计算与步骤S111相同时间点TM的各人造叶片frc1、frc2的反射强度比(S112)。此外，步骤S112中的计算的详情已例如参照图8进行了说明，因此省略说明。
在图39的说明中，设使用n个(n：2以上的自然数)人造叶片，N是1～n的任一整数，是表示某个人造叶片的序号。另外，设随着N从1上升到n，人造叶片的反射强度比的值也增大。也就是说，某时间点的N＝1的人造叶片的反射强度比最小，相同时间点的N＝n的人造叶片的反射强度比最大。
阈值设定/水分指数探测处理部27a设定为N＝n(S113)。也就是说，阈值设定/水分指数探测处理部27a获取某时间点TM的第N＝n个人造叶片的反射强度比(也就是说，某时间点TM的最大的反射强度比)(S114)。阈值设定/水分指数探测处理部27a判定某时间点TM的第N＝n个人造叶片的反射强度比是否比真叶片PT10的反射强度比大(S115)。阈值设定/水分指数探测处理部27a在判定为某时间点TM的第N＝n个人造叶片的反射强度比大于真叶片PT10的反射强度比的情况下(S115：“是”)，将N减少1来设定为N＝(n-1)(S116)。
阈值设定/水分指数探测处理部27a判断在某时间点TM是否为 N＝1(S117)。在不是N＝1的情况下(S117：“否”)，阈值设定/水分指数探测处理部27a的处理返回步骤S114。
另一方面，阈值设定/水分指数探测处理部27a在判定为某时间点TM的第 N＝n个人造叶片的反射强度比小于真叶片PT10的反射强度比的情况下 (S115：“否”)，判断是否得到了比当前的第N个人造叶片的反射强度比大的第 (N+1)个人造叶片的反射强度比(S118)。
在得到了比当前的第N个人造叶片的反射强度比大的第(N+1)个人造叶片的反射强度比的情况下(S118：“是“)，阈值设定/水分指数探测处理部27a 通过使用了第(N+1)个和第N个的各人造叶片的反射强度比、相对含水率的插值法(参照图40)，来计算某时间点TM的真叶片的相对含水率的预测值(S119)。此外，也可以是，阈值设定/水分指数探测处理部27a在每次计算在步骤S119 中得到的某时间点TM的真叶片的相对含水率的预测值时，如图15的步骤S45 的处理那样，在监视器50所显示的实验的测定结果显示画面(例如参照图16)上进行适当的显示。由此，用户能够迅速地掌握真叶片的相对含水率的预测值，能够判断是否适度地赋予了水应力。在步骤S119之后，图39所示的阈值设定/水分指数探测处理部27a的处理结束。
另一方面，在步骤S117中为N＝1的情况下(S117：“是”)或在步骤S118中没有得到比当前的第N个人造叶片的反射强度比大的第(N+1)个人造叶片的反射强度比的情况下(S118：“否”)，阈值设定/水分指数探测处理部27a进行步骤S120的处理。也就是说，阈值设定/水分指数探测处理部27a借助探测结果滤波处理部27c对显示处理部29进行指示，使得在监视器50(参照图1)上显示难以测定某时刻TM的真叶片PT10的相对含水率的意思的消息或相对含水率＝0％的意思的消息。显示处理部29按照来自探测结果滤波处理部27c的指示，将难以测定相对含水率的意思的消息或相对含水率＝0％的意思的消息显示于监视器50(参照图1)。
在此，参照图40来说明步骤S119的插值法。图40的横轴表示相对含水率，图40的纵轴表示反射强度比。
在图40中，在步骤S119的处理时间点(也就是说，某时刻TM)，已得到了第(N+1)个和第N个的各人造叶片的反射强度比、相对含水率。换言之，真叶片PT10的反射强度比γ1、第N个人造叶片的反射强度比α1、第(N+1)个人造叶片的反射强度比β1、以及第N个人造叶片的相对含水率(已知)A1、第(N+1) 个人造叶片的反射强度比B1均已得到。如图40所示的直线BFzr所示，相对含水率和反射强度比具有线性的相关性。由此，阈值设定/水分指数探测处理部 27a能够将测定开始后的某时刻TM的真叶片PT10的相对含水率C1的预测值计算为{{{(B1-A1)/(β1-α1)}×(γ1-α1)}+A1}。该预测值是根据参照图38说明的得到各人造叶片的相对含水率(大致固定)的情形而导出的。因此，可以认为作为相对含水率C的预测值的可靠性高。因而，本实施方式的植物探测照相机1即使在测定过程中，也能够通过使用真叶片的反射强度比和多个人造叶片的反射强度比及相对含水率，来计算准确率高的真叶片的相对含水率。
另外，在本实施方式中，即使在例如测定过程中白色背景板bd运动而从测定开始时的位置偏移的情况下，植物探测照相机1也能够适当地导出真叶片PT10、PT11、PT12的相对含水率。图40所示的直线BFzr表示白色背景板 bd的位置偏移前的相对含水率与反射强度比之间的相关性。图40所示的直线 AFzr表示白色背景板bd的位置偏移后的相对含水率与反射强度比之间的相关性。
也就是说，可以认为，即使在测定过程中白色背景板bd发生了位置偏移的情况下，由于真叶片PT10、PT11、PT12和多个人造叶片frc1、frc2均安装于白色背景板bd，因此向相同方向发生位置偏移。因此，即使从直线BFzr 所示的相关性变为直线AFzr所示的相关性，相对含水率与反射强度比相关这本身并不变化。由此，即使由于白色背景板bd的位置偏移而表示相对含水率与反射强度比的关系的直线的斜率变化，本实施方式的植物探测照相机1也能够同样地使用步骤S119的插值法，能够与位置偏移前同样地，将真叶片 PT10、PT11、PT12的相对含水率的值计算为高准确率的估计值。因此，不限于植物探测照相机1设置于固定位置的固定型，在例如能够由用户用手拿着的便携型结构的情况下，便携型的植物探测照相机1也同样地能够将真叶片PT10、PT11、PT12的相对含水率的值计算为准确率高的估计值。便携型的植物探测照相机1由用户的手把持，由于稍许的摇动或移动而发生位置偏移，但本实施方式的植物探测照相机1即使白色背景板bd发生位置偏移也能够将真叶片PT10、PT11、PT12的相对含水率的值计算为准确率高的估计值。根据便携式的植物探测照相机1，与固定型的植物探测照相机1相比，用户能够获取多个地方的观察对象的真叶片的相对含水率，因此能够在空间上获取多地点(大量的)数据。
此外，如图30所示，本实施方式的人造叶片frc1、frc2、frc3以配置于成为观察对象的真叶片PT10、PT11、PT12的附近的方式安装于白色背景板bd。但是，人造叶片frc1、frc2、frc3安装于白色背景板bd的安装方式不限定于图 30的例子(例如参照图41A和图41B、图42A和图42B)。
图41A和图41B是表示真叶片PT10、PT11、PT12和人造叶片frc1向白色背景板bd安装的第一变形例的图。图42A和图42B是表示真叶片PT10、PT11、 PT12和人造叶片frc1向白色背景板bd安装的第二变形例的图。
如图41B所示，也可以是，例如与图25同样地，混合有既定的含有率的果糖的人造叶片frc1如边框那样以配置于白色背景板bd的周围的方式安装于白色背景板bd。图41A是图41B的侧视截面图。在图41A中，以白色背景板bd 与人造叶片frc1的厚度没什么差别的方式进行了图示，但实际上白色背景板 bd的厚度为3mm左右，与此相对，人造叶片frc1的厚度为100μm～400μm左右。在图30所示的安装例中，白色背景板bd、人造叶片frc1的厚度也是同样的。另外，在图41B中，也可以是，对白色背景板bd的四边中的每一边安装以人造叶片中含有的果糖的含有率各不相同的方式制作出的四种人造叶片。
另外，如图42B所示，也可以是，对于白色背景板bd，在该图的纸面的右侧安装有真叶片PT10、PT11、PT12，并且植物探测照相机1的光轴方向与白色背景板bd的法线方向一致，安装有沿着该方向具有两个正方形状的截面且具有固定的厚度的人造叶片frc1以及沿着该方向具有两个正三角形状的截面且具有同样的厚度的人造叶片frc2。
也就是说，在图42B中，人造叶片frc1、frc2以具有为了检查平行度而一般所知的测试图案形状的方式安装于白色背景板bd。由此，例如在测定过程中白色背景板bd在横向、纵向或这两个方向上发生了位置偏移的情况下，植物探测照相机1也向正方形、正三角形偏移的方向同样地偏移，因此能够计算偏移的角度的值。例如在横向(左右方向)上偏移的情况下，左右方向上的长度变化，大小不再为正方形、正三角形。同样地在纵向(上下方向)上偏移的情况下，上下方向上的长度变化，大小不再为正方形、正三角形。另外，植物探测照相机1能够在测定开始前的初始设定时探测白色背景板bd的法线方向与植物探测照相机1的光轴是平行还是发生了偏移，能够使白色背景板 bd的初始设置时的作业高效化。另外，一边进行植物探测照相机1对白色背景板bd的法线方向与植物探测照相机1的光轴的平行度的确认，一边将真叶片PT10、PT11、PT12和多个人造叶片frc1、frc2安装于白色背景板bd，因此能够如上所述那样例如计算真叶片PT10的相对含水率(例如参照图39的步骤 S119)。
通过以上，第三实施方式的植物探测照相机1与白色背景板bd相向地配置，该白色背景板bd覆盖作为植物的观察部位的西红柿的叶片(真叶片PT10、 PT11、PT12)以及具有与真叶片PT10、PT11、PT12中包含的水分同等的化学特性的至少一个作为外部试样的人造叶片frc1、frc2的背面。植物探测照相机 1向白色背景板bd依次扫描地照射作为具有难以被水分吸收的特性的近红外激光的参照光LS1。植物探测照相机1向白色背景板bd依次扫描地照射作为具有易于被水分吸收的特性的近红外激光的测定光LS2。植物探测照相机1基于在固定的测定期间在真叶片PT10、PT11、PT12和人造叶片frc1、frc2处反射的参照光LS1的各反射光以及在真叶片PT10、PT11、PT12和人造叶片frc1、 frc2处反射的测定光LS2的各反射光，来导出真叶片PT10、PT11、PT12中包含的水分量(例如相对含水率)(参照图39的步骤S119)。另外，植物探测照相机1将测定期间中的真叶片PT10、PT11、PT12中包含的水分量(例如相对含水率)的按时间序列的推移显示于监视器50。
由此，植物探测照相机1通过使用具有与水同等的化学性质(例如吸收光谱)且相对含水率已知的人造叶片frc1、frc2，能够以高准确率估计西红柿的叶片(真叶片PT10、PT11、PT12)中包含的水分量(例如相对含水率)。另外，植物探测照相机1能够对用户定量且视觉地呈现西红柿的叶片(真叶片PT10、 PT11、PT12)中包含的水分量的按时间序列的推移，能够有助于对植物浇灌的定时的尽早示教。
另外，至少一个人造叶片frc1、frc2是将具有与水的针对参照光LS1和测定光LS2的各波长(905nm、1550nm)的吸收光谱同等的吸收光谱来作为化学特性的果糖(fructose)混合到环氧树脂中而成的试样。作为化学特性的一例，如图32所示，果糖(即fructose)具有与水(H2O)同样的近红外光谱特性(吸收光谱)。这是由于基于如下原因：果糖的化学结构式例如如图32所示那样是公知的，构成真叶片中包含的水分的羟基(也就是说，作为氢氧基的OH基)的比例在其化学结构式整体中高，摩尔吸光系数大，蒸气压比水低，果糖含有量不会由于在常温/常压下蒸发等而变化，因此果糖含有量的测定值的可靠性高。并且，作为人造叶片frc1、frc2的主成分的一例采用了环氧树脂的理由如下。环氧树脂与果糖不同，基于化学结构式中作为氢氧基的OH基的近红外线的吸收小，也没有水溶性，耐紫外线，难以剥落，组成也不随时间经过而变化，因此稳定性高。因而，关于本实施方式的人造叶片frc1、frc2，将具有水溶性的果糖与几乎没有水溶性的环氧树脂通过胺固化剂来固形化，由此例如得到即使在实验的测定过程中形状、化学特性也难以随时间经过而变化的人造叶片。
另外，真叶片PT10、PT11、PT12和多个人造叶片frc1、frc2在白色背景板bd上接近地配置。由此，真叶片PT10、PT11、PT12和多个人造叶片frc1、 frc2易于受到同样的外光(例如太阳光)的影响。因而，在人造叶片frc1、frc2 的相对含水率不明确的情况下(参照图34)，通过对基于人造叶片frc1、frc2的反射强度比的平均水分指数进行基线校正，真叶片PT10、PT11、PT12的反射强度比也被适当地校正，因此相对含水率的计算精度提高，原本不明确的人造叶片frc1、frc2的相对含水率的计算精度也提高。
另外，监视器50根据来自植物探测照相机1的指示，显示表示对真叶片 PT10、PT11、PT12赋予了期望的水应力的状态的目标水分量范围(例如图12 所示的目的范围BW)。植物探测照相机1的控制部11也可以当探测到真叶片 PT10、PT11、PT12中包含的水分量为目的范围BW的下限附近的值时，将促使浇灌真叶片PT10、PT11、PT12的意思的显示指示给监视器50使其进行显示。由此，用户能够迅速且简单地得知对植物探测照相机1的观察对象的真叶片PT10、PT11、PT12赋予的水应力会过多、必须进行下一次浇灌的定时接近了。
另外，监视器50根据来自植物探测照相机1的指示，显示表示对真叶片 PT10、PT11、PT12赋予了期望的水应力的状态的目标水分量范围(例如图12 所示的目的范围BW)。植物探测照相机1的控制部11当探测到真叶片PT10、 PT11、PT12中包含的水分量为目的范围BW的上限附近的值时，将促使中止对真叶片PT10、PT11、PT12进行浇灌的意思的显示指示给监视器50使其进行显示。由此，用户能够迅速且简单地得知需要通过中止对植物探测照相机 1的观察对象的真叶片PT10、PT11、PT12的浇灌，来使真叶片PT10、PT11、 PT12中包含的水分量(例如平均水分指数)减少(换言之，提供水应力)。
另外，本实施方式的栽培装置是包括植物探测照相机1和作为栽培控制部的肥料水供给装置WF的结构。肥料水供给装置WF能够在测定期间中的一部分的期间，例如根据基于用户的操作的来自植物探测照相机1的指示，基于由植物探测照相机1计算出的水分量(例如平均水分指数或相对含水率)的按时间序列的推移，来将规定量的水分浇灌给真叶片PT10、PT11、PT12。
接着，关于基于测定过程中外光(例如太阳光)的受光而反射光的强度作为固定的后景上升以及基于太阳光的受光而真叶片、人造叶片发生温度变化从而反射光的强度作为固定的后景变化，参照图43A、图43B和图43C、图44A、图44B和图44C以及图45来说明对用于尽可能地抑制外光的影响的近红外激光的照射方法进行了考察的例子。
图43A是表示在室外向真叶片PT10照射905nm、1550nm的各近红外激光时、针对近红外激光的各波长的反射光的强度的一例的曲线图。图43B是表示在室外向设置有白色背景板bd的真叶片PT10照射905nm、1550nm的各近红外激光时、针对近红外激光的各波长的反射光的强度的一例的曲线图。图43C 是表示要准确地计算真叶片PT10的水分量本来所需的针对905nm、1550nm 的各近红外激光的反射光的强度的一例的曲线图。
图44A是表示在室外设置白色背景板bd时基于时刻T1的太阳光的影响的反射光的强度的后景上升量的变化的一例的曲线图。图44B是表示在室外设置白色背景板bd时基于时刻T2的太阳光的影响的反射光的强度的后景上升量的变化的一例的曲线图。图44C是表示在室外设置白色背景板bd时基于时刻T3的太阳光的影响的反射光的强度的后景上升量的变化的一例的曲线图。图45是表示认为对测定基于太阳光的影响的反射光的强度有用的905nm、 1550nm的近红外激光的照射定时的一例的说明图。
在图43A、图43B和图43C中，横轴表示波长，纵轴表示反射光的强度(光强度)。在图44A、图44B和图44C中，横轴表示波长，纵轴表示反射光的强度(光强度)。此外，图43A与图10A对应，图43B与图10B对应，因此将相同的内容的说明简化或省略，说明不同的内容。
在图43A和图43B中，范围PDs表示对于某范围的近红外激光(即参照光 LS1、测定光LS2)的波段具有灵敏度的光电二极管(PD：Photo Diode)的波长范围。在图43A中，观察对象的叶片(例如真叶片PT10)设置于室外，并且没有安装白色背景板bd。因此，产生周围的叶片(例如真叶片PT11、PT12)处的太阳光的多重散射，由于该多重散射而反射的来自周围的叶片(例如真叶片 PT11、PT12)的反射光的受光的量作为后景加入。因此，参照光LS1的波长(905nm)的透过率高，因此根据后景的上升，参照光LS1的反射光的强度相对变大。另一方面，测定光LS2的波长(1550nm)的透过率低，因此根据后景的上升，测定光LS2的反射光的强度相对变小。因而，被真叶片PT10反射的参照光LS1、测定光LS2的各反射光的强度从本来所需的光强度受到上述的后景的影响，真叶片PT10的准确的反射强度比(换言之，平均水分指数)的计算困难。
接着，在图43B中，真叶片PT10设置于室外，但白色背景板bd安装于真叶片PT10的背面侧。因此，不产生周围的叶片(例如真叶片PT11、PT12)处的太阳光的多重散射，因此不产生图43A所示的程度的后景的上升。因此，参照光LS1的反射光的强度增大基于太阳光的受光的量的强度的量，这对于测定光LS2的反射光的强度也是同样的。因而，与图43A所示的情况相比，被真叶片PT10反射的参照光LS1、测定光LS2的各反射光的强度成为接近本来所需的光强度的值，但受到了太阳光的影响，因此相对于真叶片PT10的准确的反射强度比(换言之，平均水分指数)的计算值包含百分之几左右的误差。
在图43C中，示出减掉了图43B所示的基于太阳光的受光的光强度的量和基于由太阳光引起的温度变化的光强度变化的量后的参照光LS1、测定光 LS2的各反射光的强度。本来，为了按照上述的数式(3)来求出水的浓度C，应该将基于适当的参照光LS1、测定光LS2的各反射光的反射强度比I905/I1550代入数式(3)。但是，如参照图43B说明的那样，即使安装了白色背景板bd，基于太阳光的受光的光强度和温度变化的量也加在上面。而且，该太阳光的光强度根据时刻而时时变化，因此需要配合时刻来减去该太阳光的光强度和由此引起的温度变化的量。
在图44A中，示出时刻T1(例如晴天的日子的白天的时间)的参照光LS1、测定光LS2的各反射光的光强度。在时刻T1的范围PDs的整个区域中，太阳光的强度大。也就是说，太阳光的受光量多，因此，植物探测照相机1应该从参照光LS1、测定光LS2的各反射光的光强度的实测值减去图44A所示的基于太阳光的受光的反射光的光强度的量和温度变化的量，来求出应该代入上述的数式(3)的反射强度比I905/I1550。
在图44B中，示出时刻T2(例如晴天的日子的傍晚左右的时间)的参照光 LS1、测定光LS2的各反射光的光强度。在时刻T2的范围PDs的高波长侧，太阳光的强度衰减。因此，植物探测照相机1应该从参照光LS1、测定光LS2的各反射光的光强度的实测值减去基于图44B所示的太阳光的受光的反射光的光强度的量和基于太阳光的反射光的温度变化的量，来求出应该代入上述的数式(3)的反射强度比I905/I1550。此外，在图44B中，参照光LS1、测定光LS2 的照射定时是μ秒程度的级别，因此认为探测出的基于太阳光的受光和温度特性的各反射光的波长分布是同样的也没有问题。
在图44C中，示出时刻T3(例如阴天的日子)的参照光LS1、测定光LS2的各反射光的光强度。在时刻T3的范围PDs的整个区域，太阳光的强度衰减。植物探测照相机1应该从参照光LS1、测定光LS2的各反射光的光强度的实测值减去图44C所示的基于太阳光的受光的反射光的光强度的量和基于由太阳光引起的温度变化的反射光的光强度变化的量，来求出应该代入上述的数式 (3)的反射强度比I905/I1550。此外，作为受光元件的光电二极管(PD)将随时间变化的太阳光的波长分布(也就是说，反射光)根据每个波长的灵敏度而变换/ 累积为电流值来进行数值化。该数值化后的值相当于上述的应该减去的基于太阳光的受光的各反射光的强度和基于由太阳光引起的温度变化的反射光的光强度变化的量。
另外，为了求出前述中的基于太阳光的受光的反射光的强度，优选的是，如图45的下层所示，在905nm的参照光LS1和1550nm的测定光LS2的照射定时的期间，设置不照射参照光LS1、测定光LS2的的期间。例如，在如图45 的上层所示的照射方法中，当在某照射周期F内照射参照光LS1时，在该照射周期内，受到了太阳光的影响的参照光LS1的反射光被植物探测照相机1接收。但在其下一个照射周期照射测定光LS2时，在该照射周期内，受到了太阳光的影响的测定光LS2的反射光被植物探测照相机1接收。因而，得不到仅有太阳光被植物探测照相机1接收的间隔，因此得不到上述的应该减去的基于太阳光的受光的各反射光的强度。
因此，如图45的下层所示，当设置不照射参照光LS1、测定光LS2的期间时，在该照射周期内参照光LS1的反射光和测定光LS2的反射光均没有接收，因此纯粹地仅太阳光被植物探测照相机1接收。换言之，植物探测照相机1能够根据在该照射周期内接收的太阳光的反射光的强度，得到上述的应该减去的基于太阳光的受光的各反射光的强度。
通过以上，根据参照图43A、图43B和图43C、图44A、图44B及图44C 以及图45说明的考察，植物探测照相机1的控制部11以在参照光LS1的照射周期与测定光LS2的照射周期之间设置不照射期间的方式对参照光LS1和测定光LS2的照射定时进行控制。植物探测照相机1从在真叶片PT10和至少一个人造叶片frc1、frc2处反射的参照光LS1的各反射光减去在不照射期间接收的太阳光中的与参照光LS1相同的波长成分。并且，植物探测照相机1从在真叶片PT10和人造叶片frc1、frc2处反射的测定光LS2的各反射光减去在不照射期间接收的太阳光中的与测定光LS2相同的波长成分。由此，植物探测照相机1 能够准确地计算本来应该代入数式(3)的反射强度比，因此能够准确地导出尽可能地抑制了太阳光的影响的真叶片PT10中包含的水分量。
另外，植物探测照相机1也可以与覆盖作为植物的观察部位的西红柿的叶片(真叶片PT10、PT11、PT12)的背面的白色背景板bd相向地配置。换言之，也可以对图30所示的白色背景板bd仅安装真叶片PT10、PT11、PT12。植物探测照相机1向白色背景板bd依次扫描地照射作为具有难以被水分吸收的特性的近红外激光的参照光LS1。植物探测照相机1向白色背景板bd依次扫描地照射作为具有易于被水分吸收的特性的近红外激光的测定光LS2。植物探测照相机1基于在固定的测定期间中在真叶片PT10、PT11、PT12处反射的参照光LS1的各反射光和在真叶片PT10、PT11、PT12处反射的测定光LS2的各反射光，来导出真叶片PT10、PT11、PT12中包含的水分量(例如相对含水率)。另外，植物探测照相机1将测定期间中的真叶片PT10、PT11、PT12中包含的水分量(例如相对含水率)的按时间序列的推移显示于监视器50。在该水分量的导出中，为了尽可能地抑制上述的太阳光的影响，优选的是，设置不照射参照光LS1、测定光LS2的不照射期间。植物探测照相机1从在真叶片PT10、 PT11、PT12处反射的参照光LS1的各反射光减去在不照射期间接收的太阳光中的与参照光LS1相同的波长成分。另外，植物探测照相机1从在真叶片 PT10、PT11、PT12处反射的测定光LS2的反射光减去在不照射期间接收的太阳光中的与测定光LS2相同的波长成分。植物探测照相机1基于进行减法运算后的各反射光导出真叶片PT10、PT11、PT12中包含的水分量。
由此，即使在不使用作为至少一个外部标准样本的人造叶片frc1、frc2 的情况下，植物探测照相机1也能够准确地计算本来应该代入数式(3)的反射强度比，因此能够准确地导出尽可能地抑制了太阳光的影响的真叶片PT10、 PT11、PT12中包含的水分量。
以上，参照附图对各种实施方式进行了说明，但本公开不限定于所述例子，这是不言而喻的。本领域技术人员能够了解，在权利要求书所记载的范畴内能够想到各种变更例或修正例，这是显而易见的，这些变更例或修正例当然也属于本公开的技术范围。
此外，关于上述的本实施方式的栽培装置，说明了为了对植物(例如西红柿的叶片)赋予应力(例如水应力)而进行中断对植物的浇灌等不浇灌的处理的意思。然而，在本实施方式的栽培装置中，对植物赋予应力(例如水应力)的方法不限定于不浇灌。例如，也可以是，为了对植物赋予应力(例如水应力)，本实施方式的栽培装置并非进行不浇灌，而是变为使向植物供给的液肥(也就是说，液体肥料)的导电率增大到规定值以上。也就是说，栽培装置通过改变为使液肥的导电率增大到规定值以上，结果对植物赋予与不浇灌同等的水应力。这是由于，通过改变为使液肥的导电率增大到规定值以上，根由于渗透压的关系而不再吸水(换言之，赋予盐应力)，其结果，与不浇灌同样地，对植物赋予水应力。此外，规定值是根据培育者的经验而到的已知的值，是对植物赋予盐应力时的液肥的导电率的下限值。
产业上的可利用性
本公开作为能够使用具有与水同等的化学性质的外部标准样本来以高准确率估计植物中包含的水分量、将该水分量的按时间序列的推移定量且视觉地呈现给用户来有助于对植物的浇灌的定时的尽早示教的水分量观察装置、水分量观察方法和栽培装置有用。
附图标记说明
1：植物探测照相机；11：控制部；11a：定时控制部；13：第一投射光源；15：第二投射光源；17：投射光源扫描用光学部；21、31：撮像光学部； 23、33：受光部；25：信号加工部；25a：I/V变换电路；25b：放大电路；25c：比较器/峰值保持处理部；27：探测处理部；27a：阈值设定/水分指数探测处理部；27b：存储器；27c：探测结果滤波处理部；29：显示处理部；35：撮像信号处理部；37：显示控制部；50：监视器；60：UI(用户界面)画面；61：探索浇灌量输入画面；63：设定区域；64：初始设定按钮；66：偏移阈值设定按钮；67、68：输入框；71：浇灌量探索模式按钮；72、74：显示框；73：水应力控制(栽培控制)模式按钮；101：基座；102：棒材；151：三脚；ARE：区；BB：基底；bd、bdd：白色背景板；bd1：开口部；bd2：孔部；bd3、 bd4、bd5、bd21：狭缝；bd11：框体；Bw：目的范围；gh1、gh2：曲线图； Gm1：叶片中水分监视画面；JG：图像判定部；PT3、PT3T、PT3o：叶片； LS1：参照光；LS2：测定光；mk1、mk2、mk3、mk4：标记；mp：连结构件；MT：通信终端；NVSS：非可见光传感器；pf1、pf2、pf3、pf4：水应力特征；PJ：投射部；TR：光源扫描用定时信号；RF：光源发光信号；RV0：环境光；RV1、RV2：扩散反射光；r1～r5、r11～r18、ra、rb、rc：箭头；sc1、 sc2、sc3：区域；sm1、sm2、sm3：植物样本；TW1：水势下降期间；TW2：最佳浇灌量探索期间；TW3：水应力控制期间；TW4：含水率恢复期间； VSC：可见光照相机；W1、Wk：反射强度比；WF：肥料水供给装置。

Claims (9)

1.一种水分量观察装置，与背景物相向地配置，该背景物覆盖植物的观察部位以及被用作用于导出所述植物的观察部位的含水量的基准的至少一个试样的背面，所述水分量观察装置具备：
第一光源，其向所述背景物依次扫描地照射具有难以被水分吸收的特性的参照光；
第二光源，其向所述背景物依次扫描地照射具有易于被水分吸收的特性的测定光；
水分量导出部，其基于在固定的测定期间在所述观察部位和所述试样处反射的所述参照光的各反射光以及在所述观察部位和所述试样处反射的所述测定光的各反射光，来导出所述观察部位中包含的水分量；以及
控制部，其将由所述水分量导出部导出的所述测定期间中的所述观察部位中包含的水分量的按时间序列的推移显示于显示部。
2.根据权利要求1所述的水分量观察装置，其特征在于，
所述试样具备糖类与树脂的混合物，所述糖类包括果糖、蔗糖、葡萄糖，并且具有同水的针对所述参照光和所述测定光的各波长的吸收光谱同等的吸收光谱。
3.根据权利要求1所述的水分量观察装置，其特征在于，
所述植物的观察部位和所述试样在所述背景物中接近地配置。
4.根据权利要求1所述的水分量观察装置，其特征在于，
所述显示部显示表示对所述植物的观察部位赋予了期望的水应力的状态的目标水分量范围，
所述控制部根据所述观察部位中包含的水分量为所述目标水分量范围的下限附近的值，来指示所述显示部进行催促对所述植物的观察部位的浇灌的意思的显示。
5.根据权利要求1所述的水分量观察装置，其特征在于，
所述显示部显示表示对所述植物的观察部位赋予了期望的水应力的状态的目标水分量范围，
所述控制部根据所述观察部位中包含的水分量为所述目标水分量范围的上限附近的值，来指示所述显示部进行催促对所述植物的观察部位的浇灌中止的意思的显示。
6.根据权利要求1所述的水分量观察装置，其特征在于，
所述控制部以在所述参照光的照射周期与所述测定光的照射周期之间设置不照射期间的方式对所述参照光和所述测定光的照射定时进行控制，
所述水分量导出部从在所述观察部位和所述试样处反射的所述参照光的各反射光减去在所述不照射期间接收的太阳光中的与所述参照光相同的波长成分，
所述水分量导出部从在所述观察部位和所述试样处反射的所述测定光的各反射光减去在所述不照射期间接收的太阳光中的与所述测定光相同的波长成分，
所述水分量导出部基于进行减法运算后的各反射光来导出所述观察部位中包含的水分量。
7.一种水分量观察装置，与覆盖植物的观察部位的背面的背景物相向地配置，所述水分量观察装置具备：
第一光源，其向所述背景物依次扫描地照射具有难以被水分吸收的特性的参照光；
第二光源，其向所述背景物依次扫描地照射具有易于被水分吸收的特性的测定光；
水分量导出部，其基于在固定的测定期间在所述观察部位处反射的所述参照光的反射光以及在所述观察部位处反射的所述测定光的反射光，来导出所述观察部位中包含的水分量；以及
控制部，其将由所述水分量导出部导出的所述测定期间中的所述观察部位中包含的水分量的按时间序列的推移显示于显示部，
其中，所述控制部以在所述参照光的照射周期与所述测定光的照射周期之间设置不照射期间的方式对所述参照光和所述测定光的照射定时进行控制，
所述水分量导出部从在所述观察部位处反射的所述参照光的反射光减去在所述不照射期间接收的太阳光中的与所述参照光相同的波长成分，
所述水分量导出部从在所述观察部位处反射的所述测定光的反射光减去在所述不照射期间接收的太阳光中的与所述测定光相同的波长成分，
所述水分量导出部基于进行减法运算后的各反射光来导出所述观察部位中包含的水分量。
8.一种栽培装置，具备：
根据权利要求1所述的水分量观察装置；以及
栽培控制部，所述栽培控制部基于在所述测定期间中的一部分的期间由所述水分量导出部计算出的所述水分量的按时间序列的推移，来将规定量的水分浇灌给所述植物。
9.一种水分量观察方法，是具有第一光源和第二光源的水分量观察装置中的水分量观察方法，
所述水分量观察装置与背景物相向地配置，该背景物覆盖植物的观察部位以及被用作用于导出所述植物的观察部位的含水量的基准的至少一个试样的背面，
所述第一光源向所述背景物依次扫描地照射具有难以被水分吸收的特性的参照光，
所述第二光源向所述背景物依次扫描地照射具有易于被水分吸收的特性的测定光，
在所述水分量观察方法中，基于在固定的测定期间在所述观察部位和所述试样处反射的所述参照光的各反射光以及在所述观察部位和所述试样处反射的所述测定光的各反射光，来导出所述观察部位中包含的水分量，
将所述测定期间中的所述观察部位中包含的水分量的按时间序列的推移显示于显示部。
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