CN116133517A - 植物的尺寸测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种高效且高精度地测定植物的尺寸的尺寸测定方法。用于测定由摄像机拍摄到的植物的尺寸的植物的尺寸测定方法，其中，在由摄像机拍摄所述植物时，将标记有尺寸的基准的背景板配置于植物的背后，在拍摄植物的尺寸测定部位时不变更尺寸测定部位与所述背景板之间的距离，仅通过摄像机的移动来变更拍摄距离而进行多次拍摄，植物的尺寸是基于使用背景板的所述尺寸的基准而得到的、各拍摄中的尺寸测定部位的尺寸的取得值以及各拍摄中的摄像机的拍摄范围来测定的。

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，实施有使用尺子、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，在对植物的茎的直径进行测定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，能够简单且高精度地进行测定，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，因此难以使植物的茎紧贴于白色的背景板，作为结果，有时会产生由于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对植物的茎进行拍摄的方法，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，最终的目的是基于高可靠性地测定出的植物的茎的直径的测定值，能够对该植物的营养生长进行管理。
在此，关于本发明中的植物的尺寸测定方法，作为测定的对象的参数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一种植物的尺寸测定方法，用于测定由摄像机拍摄到的植物的尺寸，其特征在于，在由所述摄像机拍摄所述植物时，标记有尺寸的基准的背景板配置于所述植物的背后，在拍摄所述植物的尺寸测定部位时不变更所述尺寸测定部位与所述背景板之间的距离，仅通过所述摄像机的移动来变更拍摄距离而进行多次拍摄，所述植物的尺寸是基于使用所述背景板的所述尺寸的基准而得到的、各拍摄中的所述尺寸测定部位的尺寸以及各拍摄中的所述摄像机的拍摄范围来测定的。
根据本发明，能够使用在多次拍摄中得到的各参数，基于几何学计算出对象的植物的实际尺寸。另外，在拍摄植物的尺寸测定部位时不变更尺寸测定部位与背景板之间的距离，仅通过摄像机的移动来变更拍摄距离，因此不需要考虑尺寸测定部位与背景板之间的距离，能够以更高的测定精度计算出植物的尺寸。
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，所述植物的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的茎的直径。由此，能够将最适合作为判断该植物的营养生长的水平是适当还是不适当的指标的部分作为测定部位，能够更高精度地取得该植物的营养生长的状态。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，所述尺寸的基准是配置于白色的所述背景板上的、彼此的距离已知的多个标记。由此，在使用了图像解析程序的解析中，能够以多个标记之间的距离为基准，计算出尺寸测定部位以及摄像机的拍摄范围的参数。另外，在本发明中，多个标记之间的距离例如可以为30cm。
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，在拍摄时所述尺寸测定部位以及所述尺寸的基准位于所述拍摄掩模的所述框型形状中的框内，在所述框型形状中，在拍摄时所述框内比框外明亮。由此，在尺寸测定部位的拍摄中，尺寸测定部位的定位变得更加容易，能够防止由于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，能够基于所得到的尺寸的值更高效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是表示使用摄像机对植物的茎进行拍摄的情况的示意图。
图2是表示本发明中的背景板的表面的特征的示意图。
图3是表示在本发明中不变更植物的茎与背景板之间的距离而仅通过摄像机的移动来变更拍摄距离进行两次拍摄的情况的示意图。
图4是表示在本发明中在拍摄后使用图像解析程序来测定植物的茎的直径的情况的示意图。
图5是表示在本发明中在使用摄像机对植物的茎和背景板进行拍摄时测定者看到的拍摄画面中的拍摄掩模的示意图。
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，有将标记有已知彼此的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，能够基于在白色的背景板上标记的标记彼此之间的距离，计算出图像上的植物的茎的直径。
但实际上，在利用摄像机对植物的茎进行拍摄时，由于枝、叶的存在而使植物的生长点具有立体性，难以使植物的茎紧贴于白色的背景板，但假设植物的茎紧贴于白色的背景板进行拍摄。这样，在植物的茎的直径的测定中，产生由于植物的茎与白色的背景板之间的距离引起的测定误差，植物的茎的直径的测定值变得比真值大。
为了排除由于植物的茎与白色背景板之间的距离引起的测定误差，在拍摄植物的茎时不变更植物的茎与白色背景板之间的距离，仅通过摄像机的移动来变更拍摄距离，进行两次拍摄。
在对拍摄到的图像进行解析时，将拍摄到的植物的茎的上端部作为对象的植物的生长点，测定从生长点起向下例如20cm的部分的茎的直径。茎的直径是将在两次拍摄中分别得到的茎的直径作为参数，通过基于几何学的运算而计算出的。这些参数全部以设置于背景板的标记为基准而求出。
[实施例]
下面，使用附图，对本发明的实施方式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。另外，下面的实施例只不过是本发明所涉及的植物的尺寸测定方法的一个例子，主旨并非是限定尺寸测定的对象、在尺寸测定中使用的步骤等。
＜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。图2是表示图1所示的背景板3的表面的特征的示意图。背景板3大多为白色。将背景板3配置于背后，使用摄像机1拍摄出的植物的茎2的测定部位在图像解析中被确定，测定该部分的直径。在拍摄植物的茎2时，理想的情况是植物的茎2与背后的背景板3紧贴，但实际上由于枝、叶的存在而使植物的生长点具有立体性，因此在植物的茎2与背景板3之间产生H2的距离。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。
如图1所示，植物的茎2的直径的真值为D1，但由于假设植物的茎2与背景板3紧贴而测定植物的茎2的直径，因此植物的茎2的直径的测定值为D2。D2的值大于D1的值，因此植物的茎2的直径的测量值超过真值。在拍摄时，如果知道从摄像机1到植物的茎2之间的距离即H1，则能够计算出D1，但由于难以测定H2以及从摄像机1到背景板3之间的距离即H3，因此难以求出作为H3与H2之差的H1。要求在植物的茎2的直径的测定中排除该测定误差的方法。
另外，植物的茎2的直径等的尺寸测定使用图2所示的背景板3，利用拍摄出的图像来进行。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。在此，标记5相当于本发明中的尺寸的基准。
在将背景板3配置于背后而拍摄出植物的茎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，能够根据图像上的多个标记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。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内至少各有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。
背景板3还具有测量线6，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。在拍摄时，植物的茎2以进入用虚线包围显示的测定区域7的方式进行对位。在拍摄时测量线6与植物的茎2处于几乎平行的位置关系，因此可知从植物的上端部到成为直径的测定对象的部分的大致的距离。
接着，在使用摄像机1对植物的茎2进行拍摄时，将图2所示的背景板3配置于植物的茎2的背后，在进行拍摄时不变更植物的茎2与背景板3之间的距离，仅通过摄像机1的移动来变更拍摄距离，一边变更拍摄距离一边拍摄两次。对使用如上所述得到的图像来测定植物的茎2的直径的方法进行说明。
图3是表示不变更植物的茎2与背景板3之间的距离，仅通过摄像机1的移动来变更拍摄距离进行两次拍摄的情况的示意图。图3的(a)表示从上方观察两次拍摄中的摄像机1、植物的茎2及背景板3的位置关系的情况的概略图。在两次拍摄中，将从远处对植物的茎2进行摄像时的摄像机1的位置设为位置1，将从近处进行拍摄时的摄像机1的位置设为位置2。另外，将位置1中的以标记5之间的距离为基准而得到的拍摄范围设为x1，将同样地得到的植物的茎2的直径设为d1，将位置2中的以标记5之间的距离为基准而得到的拍摄范围设为x2，将同样地得到的植物的茎2的直径设为d2。在此，拍摄范围是指使用了图像解析程序的解析中的图像的宽度。
作为植物的茎2的直径的真值的d0能够使用x1、x2、d1、d2通过基于几何的计算来计算出。d0可以用数学式(1)表示。
【数学式1】
Figure BDA0004113694590000061
在此，对于茎的直径不同的两种植物(设为植物A和植物B)，将利用数学式(1)得到的d0的值与真值进行比较的验证结果示于表1。
【表1】
植物A 植物B
<![CDATA[d<sub>1</sub>]]> 15.04mm 5.20mm
<![CDATA[x<sub>1</sub>]]> 489.60mm 546.46mm
<![CDATA[d<sub>2</sub>]]> 13.32mm 5.00mm
<![CDATA[x<sub>2</sub>]]> 829.04mm 909.12mm
<![CDATA[d<sub>0</sub>]]> 11.43394mm 4.72610mm
真值 11.77mm 4.90mm
测定误差 -0.33606mm -0.17390mm
如表1所示，利用数学式(1)得到的d0的值与真值的测定误差收敛于作为目标范围的绝对值1mm以内。
另外，在图3的(b)中示出了在位置1和位置2中分别由摄像机1拍摄到的植物以及背景板3的图像的概略图。在此，根据在各位置中拍摄到的图像中的背景板3所具有的标记5彼此之间的距离和作为对象的植物的茎2的宽度，来测定各图像中的植物的茎2的直径。实际上，在由摄像机1得到的图像中，背景板3所具有的标记5彼此之间的距离也可以作为图像上的与标记5的中心对应的像素之间存在的像素数而取得。另外，植物的茎2的宽度可以作为与茎2的水平方向的两端对应的像素之间存在的像素数而取得。在图3的(b)中表示为W的标记5彼此之间的距离例如为30cm。另外，在拍摄时背景板3进入拍摄范围即可，植物无需位于正中央，另外，也可以带有角度地进行拍摄。
图4是示出在拍摄之后使用预定的图像解析程序来测定植物的茎2的直径的状态的示意图。在此，简略地表示出背景板3。在此，图像解析程序是为了根据摄像机1拍摄到的包含植物的茎2和背景板3的图像来计算出植物的茎2的尺寸测定部位处的直径而准备的程序。图像解析程序可以被普通的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，在由摄像机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。在图像解析程序中，当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，将扫描出的轨迹显示在图像上。另外，扫描出的轨迹如图4的(a)所示用粗线表示。将扫描出的轨迹的始端识别为植物的生长点，植物的茎2的直径的测定点是从生长点起向下20cm的部分。L表示从生长点起向下方沿着植物的茎2的方向的长度，并不表示从生长点起朝向下方的垂直距离。
如图4的(b)所示，在使用图像解析程序的解析中，输出以L的值为横轴、以茎的直径的值为纵轴的图表。植物的茎一般具有越向下方越粗的倾向，如图4的(b)所示，L的值越大，茎的直径的值也越大。在茎的直径的测定中，如图4的(a)所示，在扫描出图像上的植物的茎时，与L的值相对应地，在扫描出的轨迹的各点处进行茎的宽度的计算。各点处的茎的宽度以背景板3所具有的标记5之间的距离为基准来决定，将决定出的宽度的值作为各点处的茎的直径。
另外，在拍摄时，有时植物的茎2与该植物的枝、叶重叠、在解析中重叠的部分的植物的茎2未被识别，具有连续性的植物的茎2被间断地识别，因此在本实施例的图像解析程序中，能够在之后对通过拍摄得到的茎的端部的曲线中的间断的部分补充直线、样条曲线。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。在图4的(b)中，将L＝20时的茎2的直径作为植物的茎2的直径的测量值。
图5是表示在使用摄像机1对植物的茎2和背景板3进行拍摄时测定者看到的拍摄画面中的拍摄掩模8的示意图。将背景板3简略地示出。在拍摄植物的茎2时，植物的茎2需要进入背景板3中的图2所示的测定区域7内。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8。另外，虽然在图5中简略地示出，但拍摄掩模8仅在“王”字的框内明亮，而框外带有阴影，摄像者无法清楚地看到。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8的框内。在本实施例中，如上所述，在利用摄像机1进行拍摄时，在测定者看到的拍摄画面上显示拍摄掩模8，将植物的茎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8只不过是用于使植物的茎2容易对位的工具，在拍摄画面中不是必须的。另外，植物的茎2和标记区域4进入到其框内即可，拍摄掩模8的形状不必须是“王”字型，例如也可以是“T”字型。另外，也可以是“+”型等非文字的类型。
根据本实施例所示的尺寸测定方法，除了用于固定植物的茎2而进行接触以外，几乎不与植物的茎2接触，并且能够高精度地测定植物的茎2的直径。关于测定精度，具体而言，能够将相对于真值的绝对值收敛为1mm以内的误差。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的直径的测定成为对生长平衡所需的营养生长进行管理的指标之一。
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，利用附图的附图标记来记载本发明的构成要件。
＜发明1＞
一种植物的尺寸测定方法，用于测定由摄像机(1)拍摄到的植物的尺寸，其特征在于，在由所述摄像机拍摄所述植物时，将标记有尺寸的基准(5)的背景板(3)配置于所述植物的背后，在拍摄所述植物的尺寸测定部位时不变更所述尺寸测定部位与所述背景板之间的距离，仅通过所述摄像机的移动来变更拍摄距离而进行多次拍摄，所述植物的尺寸是基于使用所述背景板的所述尺寸的基准而得到的、各拍摄中的所述尺寸测定部位的尺寸以及各拍摄中的所述摄像机的拍摄范围来测定的。
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：测量线；7：测定区域；8：拍摄掩模。

Claims (4)

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测定由摄像机拍摄到的植物的尺寸，其特征在于，
在由所述摄像机拍摄所述植物时，将标记有尺寸的基准的背景板配置于所述植物的背后，
在拍摄所述植物的尺寸测定部位时不变更所述尺寸测定部位与所述背景板之间的距离，仅通过所述摄像机的移动来变更拍摄距离而进行多次拍摄，
所述植物的尺寸是基于使用所述背景板的所述尺寸的基准而得到的、各拍摄中的所述尺寸测定部位的尺寸的取得值以及各拍摄中的所述摄像机的拍摄范围来测定的。
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，
所述植物的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的茎的直径。
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，
所述尺寸的基准是配置于白色的所述背景板上的、彼此的距离已知的多个标记。
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，
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。
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