CN116056561A

CN116056561A - 植物的尺寸测定方法

Info

Publication number: CN116056561A
Application number: CN202180058234.XA
Authority: CN
Inventors: 曾祥宇
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2023-05-02
Also published as: JP2022038895A; EP4173473A4; WO2022044683A1; EP4173473A1; US20230349687A1

Abstract

本发明的目的在于提供尺寸测定方法，该尺寸测定方法用于通过改善对拍摄到的植物的茎进行图像解析的方法，高效且高精度地计算出植物的茎的尺寸测定部位的尺寸。其特征在于，在使用摄像机来拍摄植物的茎的规定的尺寸测定部位时，标记有尺寸的基准的背景板配置于植物的背后，在图像解析中，基于从沿着植物的茎的多个点得到的数据，计算出植物的茎的尺寸测定部位处的尺寸。

Description

植物的尺寸测定方法

技术领域

本发明涉及植物的尺寸测定方法。

背景技术

以往，作为植物的尺寸测定方法的一例，实施了使用尺子、游标卡尺这样的测定工具与植物的茎接触来测定植物的茎的直径的方法。但是，由于在测定时与植物接触，因此存在对植物的营养生长造成负面影响的风险。进而，在测定植物的茎的直径的点为植物的分支部分的情况下，该部分成为障碍，难以使测定工具接触。

另外，作为与植物相关的测定方法的一例，提供了如下系统：通过拍摄部从上方侧拍摄对象的植物，通过图像解析来测定与植物的茎相关的特性(例如，参照专利文献1)。通过如上所述利用图像解析进行植物的测定，能够进行简易且高精度的测定，另外，能够几乎不与植物接触地进行测定。

而且，作为使用图像解析来测定植物的尺寸的方法，还提出了在拍摄植物时在植物的背后配置标记有黑色标记的白色背景板的方法。但实际上由于枝、叶的存在而使植物具有立体性，难以使植物的茎紧贴于白色的背景板，作为结果，有时会产生由植物的茎与白色的背景板之间的距离引起的测定误差。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-104037号公报

发明内容

发明所要解决的课题

关于上述测定方法，为了评价植物的营养生长的程度，考虑将白色的背景板配置于植物的背后，使用数码相机等摄像机拍摄植物的茎，使用规定的图像解析程序来测定植物的茎的直径。在该情况下，尽管实际上植物的茎与背景板之间存在距离，但计算出假设植物的茎与白色的背景板紧贴的值。由于这样的原因，基于图像解析程序的植物的茎的直径的测定值常常超过真值。此外，难以通过图像解析程序测定植物的茎与白色背景板之间的距离。

因此，鉴于上述那样的测定误差的问题，本发明的目的在于改善拍摄植物的茎的方法，提供降低植物的茎的直径的测定值的误差的植物的尺寸测定方法。并且，最终目的是能够基于高可靠性地测定出的植物的茎的直径的测定值来管理该植物的营养生长。

在此，在本发明中的植物的尺寸测定方法中，作为测定对象的参数也可以是植物的茎的直径以外的参数。

用于解决课题的手段

用于解决上述课题的本发明是植物的尺寸测定方法，用于在植物的背后配置背景板，计算出摄像机拍摄到的植物的茎的规定的尺寸测定部位处的尺寸，其特征在于，在所述背景板上标记有尺寸的基准，在沿着所述茎的多个点处测定所述尺寸，基于从所述多个点得到的数据，计算出所述尺寸测定部位处的尺寸。

根据本发明，不是通过尺寸测定部位处的一点的测定值来计算尺寸，而是能够根据基于多个点处的测定值的植物的茎的整体形状计算出尺寸测定部位处的尺寸。作为结果，能够高精度地计算出尺寸测定部位处的尺寸。另外，本发明中的多个点处的尺寸的测定基于背景板上标记的同一尺寸的基准来进行。

另外，在本发明中，也可以是，植物的尺寸测定方法的特征在于，所述尺寸测定部位是从所述植物的生长点起向下规定长度的部分，所述尺寸是所述茎的直径或宽度，所述尺寸测定部位处的尺寸是通过根据在所述多个点处测定出的所述尺寸和所述多个点距所述生长点的长度，求出所述尺寸与所述长度的关系的近似曲线而计算出的。由此，根据距生长点的长度与尺寸之间的关系的近似曲线取得尺寸的值，因此该值的可靠性高。另外，在本发明中，规定长度例如可以为20cm。

另外，在本发明中，也可以是，植物的尺寸测定方法的特征在于，在所述背景板上标记有表示所述生长点的位置基准的标记、以及距该标记规定长度的部分处配置的多个指标。由此，在使用摄像机进行植物的拍摄中，测定者能够容易识别生长点的位置。另外，测定者也容易识别远离生长点的作为尺寸测定部位的植物的茎的位置。另外，在本发明中，指标可以在从表示生长点的位置基准的标记起向下例如30cm的范围内标记多个。

另外，在本发明中，也可以是，植物的尺寸测定方法的特征在于，所述背景板具有将T字上下颠倒的形状，该T字由在配置于所述植物的背后时水平延伸的水平部和从该水平部的水平方向的中央部向垂直方向延伸的垂直部构成，所述尺寸的基准配置于所述水平部的在水平方向上夹着所述垂直部的部分，表示所述生长点的位置基准的标记以及所述指标在垂直方向上与所述垂直部并列。由此，背景板具有使T字上下颠倒的形状，因此容易在植物的茎的背后配置背景板。另外，与具有长方形的形状的背景板相比，使T字上下颠倒的形状的背景板能够抑制因枝、叶的存在使植物的生长点具有立体性而导致植物的茎与背景板之间的前后方向的距离变长，能够提高植物的茎的尺寸的测定精度。

另外，在本发明中，也可以是，植物的尺寸测定方法的特征在于，在所述尺寸测定部位的拍摄中，在所述摄像机的拍摄画面中显示框型形状的拍摄掩模，在拍摄时，通过使所述尺寸测定部位以及所述尺寸的基准在所述摄像机的拍摄画面中配置于所述拍摄掩模的内部的规定位置，来确定所述尺寸测定部位与所述尺寸的基准的位置关系。由此，在植物的茎的拍摄中，植物的茎的定位变得更加容易，能够防止极端地过于靠近端部而引起的测定误差的产生。

发明效果

根据本发明，能够高效且高精度地实施植物的尺寸的测定，能够基于得到的尺寸的值，更高精度地进行植物的栽培管理。例如，如果是植物的茎的直径的测定，则能够根据得到的值更高精度地判断该植物的营养生长的水平是适当还是不适当，能够更高精度地调整供给的水、肥料的量。

附图说明

图1是表示使用摄像机拍摄植物的茎的情况的示意图。

图2是表示具有作为用于使植物的生长点的位置对齐的基准的标记以及表示从生长点起向下的长度的指标的背景板的表面的特征的示意图。

图3是用于说明在拍摄后使用图像解析程序来测定植物的茎的直径的方法的示意图。

图4是表示在使用摄像机拍摄植物的茎和背景板时测定者看到的拍摄画面中的拍摄掩模的示意图。

图5是表示背景板的形状的变形例的示意图。

具体实施方式

〔应用例〕

在本应用例中，作为植物的尺寸测定方法的一例，对植物的茎的直径的测定方法进行说明。在植物的茎的直径的测定中，为了使成为对象的测定部位的位置坐标的信息更准确，有将标记有已知相互距离的标记的白色的背景板配置于植物的茎的背后的方法。在背景板配置于作为测定对象的植物的茎的背后的状态下，对植物的茎和背景板进行拍摄，在拍摄到的图像的解析中，基于在白色的背景板上标记的标记彼此之间的距离，高精度地取得图像上的植物的茎的各测定点的位置，测定各测定点处的植物的茎的直径。

在使用图像解析程序对拍摄图像进行解析时，将拍摄到的植物的茎的上端部作为对象植物的生长点，测定沿着植物的茎的多个点处的茎的直径。根据多个点处的数据求出近似曲线的式子，使用近似曲线的式子，能够求出从生长点起向下例如20cm的部分的茎的直径。

〔实施例1〕

以下，使用附图，对本发明的实施例1的植物的尺寸测定方法进行详细说明。另外，下面，关于植物的尺寸测定，将植物的茎的直径的测定作为实施例示出。

＜尺寸测定方法＞

图1是表示使用摄像机1拍摄植物的茎2的情况的示意图。作为摄像机1，大多使用例如数码相机等。将背景板3配置于背后，使用摄像机1拍摄到的植物的茎2的测定部位在图像解析中被确定，测定该部分的直径。背景板3大多为白色，但为了能够与植物的茎2识别，只要不是与植物的茎2同色系的颜色即可。植物的茎2的宽度以配置于背景板3上的标记5(省略图示)彼此之间的距离为基准而计算出，根据植物的茎2的宽度计算出直径。在此，植物的生长点是指位于植物的茎的末端的细胞分裂活跃的部分。

在植物的茎2的直径的测定中，具体而言，距植物的生长点向下20cm的部分的直径稳定，将在该位置测定出的直径作为植物的茎2的直径的真值，可靠性高。在使用摄像机1进行拍摄并使用图像解析程序进行解析的情况下，优选测定者能够识别距该生长点向下20cm的部分(以下，也将该部分称为尺寸测定部位)。在背景板3上标记有测量线8(省略图示)，其作为用于辅助性地测定长度的刻度来使用。在本实施例中，在解析时，以距生长点的每个规定长度来测定植物的茎2的直径，根据这些值求出近似曲线，求出从生长点起向下20cm的尺寸测定部位的直径。此外，背景板3的表面的形状以长方形表示，但该形状并不限定于长方形。

接着，在本实施例中，在使用摄像机1对植物的茎2进行拍摄时，在图1所示的背景板3中，如后所述，使用添加有标记和指标的背景板，该标记成为用于使植物的生长点的位置对齐的基准，该指标表示植物的生长点之下的长度。

＜尺寸测定方法＞

图2是表示具有成为用于使植物的生长点的位置对齐的基准的标记以及表示生长点之下的长度的指标的背景板3的表面的特征的示意图。如上所述，植物的茎2的直径等的尺寸测定是将图2所示的背景板3配置于植物的背后，使用摄像机1拍摄其图像之后，在拍摄后的图像解析中进行的。背景板3在图2的朝向中在右上和左上的2处具有标记区域4，在标记区域4内分别具有多个标记5。拍摄时的背景板3的上下方向不限。标记5也可以配置于图2的朝向中的下端部侧。在此，标记5相当于本发明中的尺寸的基准。

在将背景板3配置于背后而拍摄植物的茎2的图像上，多个标记5被预先决定为作为基准的位置坐标，能够根据多个标记5彼此之间的像素数和成为对象的植物的茎2的宽度的像素数来测定植物的茎2的直径。图2中表示为W的标记5彼此之间的距离例如为30cm。另外，标记5的形状大多是涂成黑色的圆形。另外，标记5在2处的标记区域4内至少各1个即可。在使用摄像机1进行拍摄时，使标记区域4完全收敛于拍摄范围。另外，在拍摄时，使阴影不与标记区域4重叠。

在背景板3上标记有生长点位置点6，在拍摄植物的茎2时，使植物的生长点的位置与生长点位置点6一致。另外，在背景板3上标记有测定指标7a～7d，从生长点位置点6到各测定指标的距离分别为10cm、15cm、20cm、30cm。在使用图像解析程序的解析中，从生长点起向下20cm的位置成为植物的茎2的尺寸测定部位，但在利用摄像机1拍摄植物时，测定者通过识别测定指标7c的位置，能够作为尺寸测定部位的基准。在此，测定指标7a～7d相当于本发明中的指标。

背景板3还具有测量线8，例如能够用于植物的叶的宽度等的测定。此外，图2所示的背景板3中的纵横垂直相交的实线全部是测量线，实际上显示有作为尺寸测定的辅助而使用的刻度，但在图2中省略。另外，在拍摄时，如果标记区域4进入拍摄范围，则植物不需要位于正中间，另外，也可以带有角度地进行拍摄。

图3是用于说明在拍摄之后使用图像解析程序来测定植物的茎2的直径的方法的示意图。在此，图像解析程序是为了基于由摄像机1拍摄到的包含植物的茎2和背景板3的图像来计算植物的茎2的尺寸测定部位处的直径而准备的程序。图像解析程序也可以被一般的PC(省略图示)读入，保存在PC所具有的ROM等存储器中，由PC的CPU执行。在摄像机1是普通的数字照相机的情况下，在摄像机1拍摄到的图像被取入到PC之后，通过图像解析程序调出图像并进行解析。在摄像机1例如是智能手机、平板型PC的情况下，图像解析程序也被读入到该智能手机、平板型PC，能够在拍摄后直接进行图像解析。图3的(a)是植物的茎2的拍摄图像的示意图。当执行图像解析程序而从拍摄到的植物的上端部沿着植物的茎2的方向向下方扫描时，扫描出的轨迹显示在图像上。另外，扫描出的轨迹如图3的(a)所示用粗线表示。将扫描出的轨迹的始端作为植物的生长点，植物的茎2的尺寸测定部位为从生长点起向下20cm的部分。

并且，在图像解析程序中，为了计算茎2在尺寸测定部位处的直径，测定与上述轨迹上的多个点相对应的茎的直径。更详细而言，以背景板3所具有的标记5之间的距离(像素数)为基准，求出上述轨迹中的多个点的水平方向两侧的茎的端部彼此的距离(像素数)。与多个点对应的茎的直径通过将求出的像素数乘以像素间的间距来取得。

接着，在使用了图像解析程序的解析中，如图3的(b)所示，对于近似曲线的图表，将图3的(a)所示的以测定指标7a～7d分别为基准而上下选择多个点处的与L的值对应的茎的直径的值作为点而部分地显示。然后，根据所显示的点求出近似曲线，与所有L的值对应的茎的直径的值与点一起显示。进而，将L＝20时的茎的直径作为植物的茎2的直径的测定值，由近似曲线计算出。这是因为从生长点起向下20cm的尺寸测定部位的茎的直径作为茎的直径的测定值而言可靠性高。以这种方式，通过基于多个点处的数据计算出从生长点起向下20cm的尺寸测定部位处的茎的直径，能够获得可靠性更高的值。在这种情况下，不必须包含以测定指标7c为基准的位置处的测定，例如可以根据以测定指标7b和测定指标7d为基准的多个点来求出近似曲线，计算L＝20的尺寸测定部位处的茎的直径。另外，也可以根据除此以外的多个点求出近似曲线。另外，优选的是，该情况下的多个点以遍及L＝20的尺寸测定部位的上下方向的方式进行选择。由此，能够提高L＝20处的直径的计算精度。另外，作为本实施例中的近似曲线，能够例示4次函数y＝2E^-08x⁴-2E^-05x³+0.006x²-0.7284x+35.473。

另外，在拍摄时，植物的茎2与该植物的枝、叶重叠，在解析中重叠部分的植物的茎2未被识别，具有连续性的植物的茎2有时会被间断地识别，因此，作为修正，能够之后将直线、样条曲线写入解析图像。这样，在图像解析中，能够将植物的茎2识别为具有连续性的茎。

图4是表示在使用摄像机1拍摄植物的茎2和背景板3时测定者看到的拍摄画面中的拍摄掩模9的示意图。在拍摄画面中，植物的茎2的对位很重要，因此显示出为了容易对位的双重字的“王”字型的拍摄掩模9。另外，虽然在图4中简略地示出，但拍摄掩模9仅在“王”字框内明亮，而框外带有阴影，测定者无法清楚地看到。拍摄时的必要条件是植物的茎2和标记区域4进入拍摄掩模9的框内。在本实施例中，在如上所述使用摄像机1进行拍摄时，在测定者看到的拍摄画面上显示拍摄掩模9，植物的茎2和标记区域4配置于其框内，由此能够容易地确定植物的茎2与背景板3的位置关系，能够提高植物的茎2的直径的测定精度。另外，拍摄掩模9只不过是用于使植物的茎2的对位容易进行的工具，在拍摄画面中未必是必须的。另外，只要植物的茎2和标记区域4进入到其框内即可，拍摄掩模9的形状不必须是“王”字型，例如也可以是“T”字型。也可以是“+”型等非文字的类型。

〔实施例2〕

接下来，对本发明的实施例2进行说明。在本实施例中，在使用摄像机1拍摄植物的茎2时，使用与实施例1所示的背景板3相比表面积小、T字上下颠倒的形状的背景板。此外，T字上下颠倒的形状的背景板只不过是本实施例中的一例，并不是限定背景板的形状的意思。下面，使T字上下颠倒的形状的背景板相当于实施例1的背景板3，仅记载为背景板3。

图5是表示背景板3的形状的变形例的示意图。背景板3是将T字上下颠倒的形状，具有在拍摄时配置于植物的茎2的背后时水平延伸的水平部和从水平部的水平方向的中央部向垂直方向延伸的垂直部。在水平部的两端以夹着垂直部的方式标记有标记5。在垂直部纵列有生长点位置点6和测定指标7a～7d。将T字上下颠倒的形状的背景板3与具有相同的纵向宽度和横向宽度的长方形形状的背景板3相比，表面积小，能够抑制由于枝、叶的存在使植物的生长点具有立体性而导致植物的茎2与背景板3之间的前后方向的距离变长，能够以高可靠性计算出植物的茎2的尺寸测定部位的直径。

根据本实施例所示的尺寸测定方法，除了固定植物的茎2的目的以外，能够几乎不与植物的茎2接触且高精度地测定植物的茎2的直径。通常，植物需要在每个生长阶段实现最佳的生长平衡，植物的茎2的直径的测定成为管理生长平衡所需的营养生长的指标之一。另外，在上述的实施例中，作为植物的茎的尺寸，对测定植物的茎的直径的例子进行了说明，但作为测定对象的尺寸也可以是植物的半径、宽度。另外，在图像解析程序中，根据多个点处的直径的值计算出尺寸测定部位处的直径的近似曲线不限于上述的曲线。也可以使用4次函数以外的多项式、指数函数、对数函数、三角函数、规定的样条函数或其他函数。

另外，下面为了能够对比本发明的构成要件和实施例的构成，用附图的附图标记记载本发明的构成要件。

＜发明1＞

一种植物的尺寸测定方法，用于在植物的背后配置背景板(3)而计算出由摄像机(1)拍摄到的植物的茎(2)的规定的尺寸测定部位处的尺寸，其特征在于，在所述背景板上标记有尺寸的基准(5)，在沿着所述茎的多个点处测定所述尺寸，基于从所述多个点得到的数据，计算出所述尺寸测定部位处的尺寸。

附图标记的说明

1：摄像机；2：植物的茎；3：背景板；4：标记区域；5：标记；6：生长点位置点；7a～7d：测定指标；8：测量线；9：拍摄掩模。

Claims

1.一种植物的尺寸测定方法，所述植物的尺寸测定方法用于在植物的背后配置背景板而计算出由摄像机拍摄到的植物的茎的规定的尺寸测定部位处的尺寸，其特征在于，

在所述背景板上标记有尺寸的基准，

在沿着所述茎的多个点处测定所述尺寸，基于从所述多个点得到的数据，计算出所述尺寸测定部位处的尺寸。

2.根据权利要求1所述的植物的尺寸测定方法，其特征在于，

所述尺寸测定部位是从所述植物的生长点起向下规定长度的部分，

所述尺寸是所述茎的直径或宽度，

所述尺寸测定部位处的尺寸通过如下方式计算出：根据在所述多个点处测定出的所述尺寸以及所述多个点距所述生长点的长度，求出所述尺寸与所述长度之间的关系的近似曲线。

3.根据权利要求1或2所述的植物的尺寸测定方法，其特征在于，

在所述背景板上标记有表示所述生长点的位置基准的标记、以及距该标记规定长度的部分处配置的多个指标。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的植物的尺寸测定方法，其特征在于，

所述背景板具有将T字上下颠倒的形状，该T字由在配置于所述植物的背后时水平延伸的水平部和从该水平部的水平方向的中央部向垂直方向延伸的垂直部构成，

所述尺寸的基准配置于所述水平部的在水平方向上夹着所述垂直部的部分，

表示所述生长点的位置基准的标记和所述指标在垂直方向上与所述垂直部并列。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的植物的尺寸测定方法，其特征在于，

在所述尺寸测定部位的拍摄中，在所述摄像机的拍摄画面中显示框型形状的拍摄掩模，

在拍摄时，通过使所述尺寸测定部位以及所述尺寸的基准在所述摄像机的拍摄画面中配置于所述拍摄掩模的内部的规定位置，来确定所述尺寸测定部位与所述尺寸的基准的位置关系。