JP2000350517A

JP2000350517A - 作物の診断方法

Info

Publication number: JP2000350517A
Application number: JP17171299A
Authority: JP
Inventors: Satoru Satake; 覺佐竹; Yukio Hosaka; 幸男保坂; Hideharu Maruyama; 秀春丸山; Nobuhiko Nakamura; 信彦中村
Original assignee: Satake Engineering Co Ltd
Current assignee: Satake Engineering Co Ltd
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2000-12-19
Anticipated expiration: 2019-06-17
Also published as: JP3824201B2

Abstract

(57)【要約】【課題】作物の反射光量を測定して作物を診断するにあ
たり、測定位置、植栽密度の違いによって大きな誤差が
生じないように補正できる方法を備えて、作物情報の測
定が簡便であり且つ測定精度を向上した作物の診断方法
を提供する。【解決手段】自然光に晒される圃場１内における一定面
積の作物から、窒素含有率等の作物情報に関連した光の
反射率をカメラ２で測定し、反射率から作物情報を求め
るために予め定めた第１の作物関係式から作物情報を求
めて第１の作物情報とし、同じ面積の作物葉身に光を照
射して光量を測定し、光量から作物情報を求めるために
予め定めた第２の作物関係式から作物情報を求めて第２
の作物情報とし、第１の作物情報と第２の作物情報との
差違を算出して、同じ圃場内における未知の一定面積の
作物から第１の作物情報を求め、該第１の作物情報を前
記差違に基づいて補正して、補正した第１の作物情報に
よって圃場作物の栄養を診断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】圃場で成育中の作物の反射光
から作物の窒素含有量等の作物情報を得て、作物の栄養
診断を行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】作物の窒素含有率、葉色値、窒素吸収
量、草丈あるいは乾物重などの作物情報を得るための従
来の第１の方法としては、デジタルカメラ等の受光手段
で、硫酸バリウム等を塗布した基準板と、更に作物が成
育する単位圃場（あるいはその一部）を撮影して、基準
板と圃場作物の反射光量を取得し、この基準板と作物の
反射光量によって作物の反射率を求め、求めた反射率
と、反射率から窒素含有率（窒素吸収量、葉色値、草
丈、乾物重）を求めるために予め定められた関係式とか
ら作物の窒素含有率（窒素吸収量、葉色値、草丈、乾物
重）を求め、成育日数対窒素量カーブに基づくその時期
の標準的な窒素量と比較して成育診断を行っていた。し
かし、圃場から得られる作物の反射光量は天候に左右さ
れるものである。また天候については基準板による補正
ができたとしても、測定方位、風、栽植密度は、反射率
から窒素含有率を求めるため予め定めた関係式を作成し
たときと同じ条件であることが必要で、この条件が異な
ったときの補正が必要であり、基準板を基準として反射
率を求めることだけで全て補正できたとは言い難く、実
際には、太陽高度、測定方位、栽植密度あるいは品種を
限定した上で測定を行っていた。

【０００３】作物情報を得るための従来の第２の方法と
しては、作物の成育に基づいて増減する作物情報に関す
る波長の光、例えば可視光域から近赤外域に亘る光を作
物葉身に照射して、作物情報に関する波長の光に関して
得られた受光量と、受光量から作物情報、例えば葉身窒
素量を演算するために予め定めた窒素量関係式とから葉
身窒素量を測定する装置がある。この装置は圃場の作物
葉身の多くを測定して、精度の高い葉身窒素量を得るこ
とができる。しかし、圃場全体の作物情報を正確に把握
するためには、圃場全体にわたる細かい測定を不可欠と
するため大変面倒であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記第１の方法は、測
定は簡便ながら圃場から得られる作物の情報が測定位置
や植栽密度等に左右されるために、測定時間や測定位置
に制約が生じることから、簡便ながら精度の良い測定方
法とは言い難いものであった。また、第２の方法は、測
定に制約はなく測定精度が高く第１の方法より有利では
あるものの、測定が作物の葉身１葉ごとに行うことにな
り測定点数を多く必要とするという点から、測定時間を
多く要することが難点であった。

【０００５】以上のことから、作物の反射光量を測定し
て作物情報を得るにあたり、測定位置、植栽密度の違い
によって大きな誤差が生じないように補正できる方法を
備えて、作物情報の測定が簡便であり且つ測定精度を向
上した作物の診断方法の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では第１の方法と
して、自然光に晒される圃場内における一定面積の作物
から、作物の成育によって増減する作物情報に関連した
波長の光の反射率を測定し、該反射率と、反射率から一
定面積の作物情報を求めるために予め定めた第１の作物
関係式と、から作物情報を求めて第１の作物情報として
記憶し、同じ面積の作物葉身に光を照射して、作物の成
育によって増減する作物情報に関連した波長の透過また
は反射の少なくとも一方の光量を測定し、該光量と、光
量から作物情報を求めるために予め定めた第２の作物関
係式と、から作物情報を求めて第２の作物情報として記
憶し、第１の作物情報と第２の作物情報との差違を算出
して、同じ圃場内における未知の一定面積の作物から第
１の作物情報を求め、該第１の作物情報を前記差違に基
づいて補正して、補正した第１の作物情報によって圃場
作物の栄養を診断する診断方法により前記課題を解決す
るための手段とした。

【０００７】予め第１の作物情報を得るために作物の反
射光を得て決定する第１の作物関係式を求めることは従
来から研究されており、また葉に光を照射して反射光を
得て決定する第２の作物情報を得るための第２の作物関
係式を求めることも従来から研究され実施されている。
したがってこれらを求めることは容易であり、本発明で
は、これら２つの有益な手法を効果的に組み合わせて、
それぞれから得られる第１の作物情報と第２の作物情報
との差違を求め、差違によって第１の作物情報を補正す
ることにより、天候的変化（天候、時刻、太陽の位置）
に伴う誤差だけでなく、これまで難しいとされた栽培的
な変化（測定方位、栽植密度）に伴う誤差を補正するこ
とができる。特に同一の圃場において複数箇所の栄養診
断を行うには、補正の決定が容易であることから最適で
ある。

【０００８】以上のようにして決定された、第１の作物
情報と第２の作物情報との差違を記憶しておけば、第１
の作物情報を得た圃場内における未知の一定面積の作物
から第１の作物情報だけを求めれば、該第１の作物情報
と前記差違とによって第１の作物情報を補正することが
でき、栽植密度や測定方位による誤差を容易に補正でき
るだけでなく、補正値を持つことで装置としても実現可
能であり、装置にして容易な作物の診断方法とすること
ができる。

【０００９】本発明では第２の方法として、自然光に晒
される圃場において、一定面積の作物から、作物の成育
によって増減する作物情報に関連した波長の光の反射率
を測定し、これを複数区画に分割した区画ごとの反射率
と、反射率から作物情報を求めるために予め定めた第１
の作物関係式と、から区画ごとの作物情報を求めて第１
の作物情報として記憶し、記憶した区画ごとの第１の作
物情報から少なくとも２区画の作物情報を選択し、圃場
の２区画に該当する作物葉身に光を照射して、作物の成
育によって増減する作物情報に関連した波長の透過また
は反射の少なくとも一方の光量を測定し、該光量と、光
量から作物情報を求めるために予め定めた第２の作物関
係式と、から前記２区画の作物情報を求めて第２の作物
情報として記憶し、第１の作物情報を第２の作物情報に
基づいて補正する補正換算式を決定して、補正換算式で
第１の作物情報を区画ごとに補正して第３の作物情報と
し、得られた第３の作物情報によって圃場作物の栄養を
診断する作物の診断方法とした。

【００１０】前記第１の方法から更に厳密な補正を行う
ためにはこの第２の方法を適用する。即ち、第１の作物
情報を得て、この得た第１の作物情報を複数区画に分割
して、その複数区画の中から少なくとも２点のデータを
選択して、２点のデータの作物と同じ圃場の作物葉から
直接第２の作物情報を得ることにより、第１と第２の作
物情報の２点のデータでその相関関係を明らかにして補
正関係式を定め、これに基づいて複数区画の全ての値を
補正するものであり、補正関係式を求めるにあたり一定
範囲から複数の作物情報を得ることができ、更に補正関
係式によって第１の作物情報を広範囲に亘って補正する
ことができる。

【００１１】以上の第１と第２の方法における補正とそ
の補正を適用した作物の診断は、単位圃場ごとに第１の
作物情報を得ることもでもよいし、単位圃場より小さく
任意に定めた単位面積ごとに第１の作物情報を得ること
でもよい。ここでいう単位圃場とは、通称「畦」で区切
られた１面の圃場を指している。

【００１２】第３の方法として、自然光に晒される圃場
において、複数の区画ごとの作物から、作物の成育によ
って増減する作物情報に関連した波長の光の反射率を測
定し、該反射率と、反射率から作物情報を求めるために
予め定めた第１の作物関係式と、から区画ごとの作物情
報を求めて第１の作物情報として記憶し、記憶した区画
ごとの第１の作物情報から少なくとも２区画の作物情報
を選択し、圃場の２区画に該当する作物葉身に光を照射
して、作物の成育によって増減する作物情報に関連した
波長の透過または反射の少なくとも一方の光量を測定
し、該光量と、光量から作物情報を求めるために予め定
めた第２の作物関係式と、から前記２区画の作物情報を
求めて第２の作物情報として記憶し、第１の作物情報を
第２の作物情報に基づいて補正する補正換算式を決定し
て、補正換算式で第１の作物情報を区画ごとに補正して
第３の作物情報とし、得られた第３の作物情報によって
圃場作物の栄養を診断する作物の診断方法とした。

【００１３】前記第２の方法と異なり、第３の方法は複
数区画の情報を個別に得る。その複数区画の中から少な
くとも２区画のデータを選択して、２区画のデータの作
物と同じ区画の作物葉から直接第２の作物情報を得るこ
とにより、第１と第２の作物情報の２点のデータでその
相関関係を明らかにして補正関係式を定め、これに基づ
いて複数区画の全ての値を補正するものであり、補正関
係式を求めるにあたり広い範囲から複数の作物情報を得
ることができ、更に補正関係式によって第１の作物情報
を広範囲に亘って補正することができる。

【００１４】この第３の方法における区画は、単位圃場
を１区画として、複数の単位圃場から第１の作物情報を
得てもよいし、単位圃場内に設定した複数区画から区画
ごとに第１の作物情報を得てもよい。

【００１５】前記第２の方法と第３の方法は、以上のよ
うに決定された、第１の作物関係式と補正換算式とを記
憶して、未知の圃場の作物葉身から反射率を測定し、第
１の作物関係式と補正換算式とにより第３の作物情報を
得ることができるので、以上の項目を制御装置の記憶部
に記憶して適宜読み出し演算することによって装置とし
て実現可能であり、装置による作物の診断が可能となる
だけでなく測定精度の向上した装置が提供できる。

【００１６】また、第２と第３の方法における、複数区
画の中から選択する任意の２区画を、第１の作物情報の
うち最大値と最小値を示した区画とすることにより、第
１の作物情報と第２の作物情報の補正換算の直線が、余
のデータに関係なく上位と下位の２点で容易に決定でき
る。

【００１７】作物情報は、様々想定できるが作物の栄養
診断を行うためには、葉の窒素含有量あるいは葉色値で
あることが最適であり、作物において、葉身の窒素量は
施肥の効果あるいはその適否が直ちに現れる部位である
ことから理解できる。

【００１８】前記第１乃至第３の方法において、作物の
成育によって増減する作物情報に関連した波長の光の反
射率を測定するために、作物の反射光を複数の画素から
なる撮像素子により撮像し、作物に対応した反射光を受
光した画素を選択して、選択した画素の受光データに基
づいて反射率を測定し第１の作物情報を求める作物の診
断方法とした。デジタルカメラなどによる撮像手段から
得られる反射光が、植裁密度や撮像した対象圃場の大き
さ、つまり単位圃場の範囲であるのか１平方メートル程
度の範囲であるのかによって、撮像した反射光がすべて
作物から得られた反射光とは限らない。即ち、画素単位
で見ると作物以外からの反射光、例えば圃場の土の反射
光も含まれていることもある。したがって、所定範囲の
反射率となる画素だけを選択してこれを作物から得られ
た反射光として、この受光データに基づいて第１の作物
情報を求めるようにした。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明に係る測定装置について図
１から図３により説明する。ここでは作物として稲作を
例にして説明する。図１は圃場１の作物を撮像する一例
を示している。ここでは作物の成育する圃場１に向けて
作物の反射光を測定する受光装置となるカメラ２が設置
されている。圃場１は当然に自然光に晒されている。ま
た、白色の基準板３が圃場に設置してある。

【００２０】図２で示すものはカメラ２の簡略なブロッ
ク図であり、カメラ２は例えば２４万画素（６００×４
００）程度の分解能を備えるエリアセンサー４を備えて
いる。カメラ２には、複数の狭帯域フィルタ５を備えた
フィルタホイール６があり、例えばフィルターホイール
６を回転させてフィルター５を切り換える。フィルタ５
を通過した光は光学手段として例えば集光レンズ７等を
介してエリアセンサー４によって受光される。フィルタ
ーホイール６は、制御回路８によって駆動制御されるス
テッピングモータ９によって回転する。更に制御回路８
はセンサ−４の受光信号をデータ処理装置２０に送出す
る。先のエリアセンサー４はラインセンサーであっても
よい。

【００２１】ここでフィルタ５は、例えば可視光域波長
の４５０，５５０，６２５，６５０，６７５，７００ｎ
ｍの中から適宜選択される。また近赤外域波長の７５
０，８５０，９５０〜１３００ｎｍの中から適宜選択さ
れる。これらの波長は作物の葉の窒素含有率あるいは葉
色値の変化に伴って特徴的な変化を示す帯域を選択する
ことが必要である。したがって、フィルタは可視光域と
近赤外域の両方を用いてもよいし、一方だけを使用して
もよい。なお波長は本実施例に限定されない。図２では
４つのフィルターを示しているが、目的に応じて前記フ
ィルタを装着するものであり随時変更可能であるととも
に使用するフィルターの数を限定するものではない。制
御回路８には更に操作スイッチ１０が接続され、操作ス
イッチ１０には撮影を行うための撮影開始スイッチ１０
ａ、撮影を停止するための撮影停止スイッチ１０ｂ、フ
ィルタを切り換えるフィルタ切り換えスイッチ１０ｃ、
撮影データを送出するデータ送信スイッチ１０ｄ及び電
源スイッチ１０ｅ等を備えている。

【００２２】図３にデータ処理装置２０のブッロク図を
示している。図３に示すデータ処理装置２０は、エリア
センサ４の画像信号をデジタル信号に変換するアナログ
・デジタル変換器（以下「Ａ／Ｄ変換器」という）２１
と、Ａ／Ｄ変換後の画像データを記憶するフレームメモ
リ２２、画像データを視覚的に表示するモニタ２３及び
画像処理ボード２４を備え、これらは、インプットアウ
トプットポート（以下「Ｉ／Ｏポート」という）２５を
介して画像データを演算処理するＣＰＵ２６に連絡して
ある。また、インターフェースボード（以下「Ｉ／Ｆボ
ード」という）２７を介して後述する葉身窒素量測定装
置３０が接続してある。更に制御プログラム等を記憶し
た読み出し専用メモリ（以下「ＲＯＭ」という）２８
と、演算結果等を記憶して適宜読み出し可能な読み出し
書き込みメモリ（以下「ＲＡＭ」という）２９がＣＰＵ
２６に接続されている。

【００２３】さて、カメラ２の電源スイッチ１０ｅを押
すと、エリアセンサー４によって像の反射信号が受光さ
れて画像信号となり、この画像信号はデータ送信スイッ
チ１０ｄを押すことでデータ処理装置２０に送出され
る。データ処理装置２０では画像処理ボード２４によっ
て処理されてモニター２３に映し出される。モニター２
３で圃場１を確認しながらカメラ２の位置をセットして
撮影範囲を確定する。撮影範囲が確定したら、現在セッ
トされているフィルタ５を通して撮影開始スイッチ１０
ａを押して圃場１で成育する稲の葉を撮影し、次にフィ
ルタ切り換えスイッチ１０ｃによって制御回路８からス
テッピングモータ９を回転させる信号が出力されフィル
タホイール６を回転させてフィルタ５を切り換えた後、
撮影スイッチ１０ａを押して撮影する。このようにして
フィルタ５を順次切り換えながら必要なフィルタ５ごと
に撮影は行われる。結果的に各フィルタ５ごとに画像信
号は作成される。ここでカメラ２のエリアセンサー４に
大容量の記憶素子がなければ、撮影の都度データ処理装
置２０にデータを送信するようデータ送信スイッチ１０
ｄを押す。

【００２４】カメラ２のエリアセンサ４で受光する反射
光量は、基準板３の反射光量と圃場１の作物葉の反射光
量である。基準板３の反射光量を測定すると、自然光に
よる入射光量が演算できる。つまり反射率が既知の基準
板があれば、例えば基準板３の反射率を９５％一定とし
て説明すると、基準板３の反射光を測定したときの光量
値をＸ、未知の自然光の光量をＹとすれば、

【数１】Ｙ＝Ｘ／０．９５Ｙ：自然光の光量，Ｘ：基準板の光量によって自然光の光量Ｙが求まる。従って、測定した稲
の葉の反射光量をＺとすれば

【数２】Ｕ＝Ｚ／ＹＵ：稲の葉の反射率，Ｙ：自然光の光量，Ｚ：稲の葉の
反射光量によって、稲の葉の反射率を求めることができる。この
反射率は稲の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と数式２はＲＯＭ２８に記憶してあ
る。前述の自然光量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
ルタごとに基準板３の反射光量を測定しデータ処理装置
２０に送出して、データ処理装置２０ではこれらをＡ／
Ｄ変換器２１によってデジタル変換して数式１に基づい
て演算しＲＡＭ２９に記憶する。即ち自然光量Ｙの値は
フィルタ５ごとに測定して記憶する。

【００２５】カメラ２によってフィルタ５を切り換えて
フィルタごとに、圃場１のある範囲の稲の葉の反射光量
を受光してデータ処理装置２０に送出し、データ処理装
置２０では、Ａ／Ｄ変換器２１によって信号をデジタル
に変換し、フレームメモリ２２に記憶する。ＣＰＵ２６
は、フレームメモリ２２に記憶してあるフィルタ５ごと
の葉の反射光量について、各画素によって受光された受
光量の平均値を求めて、予めＲＯＭ２８に記憶された前
記数式２に基づいて反射率を演算してＲＡＭ２９に記憶
する。これである範囲の、例えば１平方メートル範囲の
作物葉による反射率が記憶される。なおここで得られる
反射率は、カメラを圃場とほぼ同じ地面に設置した場合
に、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の作物葉を撮影
した２４万画素のデータを更に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ごとに、圃場１のある範囲
の稲の葉の反射光量を受光してデータ処理装置２０に送
出し、データ処理装置２０では、Ａ／Ｄ変換器２１によ
って信号をデジタルに変換し、フレームメモリ２２に記
憶する。ＣＰＵ２６は、フレームメモリ２２に記憶して
あるフィルタ５ごとの葉の反射光量について、図４のよ
うに、左上から区画ＮＯ〜を決定し、区画内の各画
素によって受光された受光量の平均値を求めて、予めＲ
ＯＭ２８に記憶された前記数式２に基づいて各区画ごと
の反射率を演算してＲＡＭ２９に記憶する。１つのカメ
ラで受光できる範囲を、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区画分の反射率が記憶され
る。モニター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ごとの
受光範囲内の作物葉の反射率と、フィルタ５ごとに９区
画に処理されたそれぞれの作物葉の反射率とが記憶され
ている。このＲＡＭ２９に記憶されたフィルタ５ごとの
反射率、あるいはフィルタ５ごとに９区画に処理した反
射率を説明変数にして、同じ受光範囲内、あるいは同じ
区画内で成育する葉を採取して、この葉の作物情報であ
る、例えば窒素含有率を直接化学分析することによっ
て、あるいは葉色値を直接葉の色を測定することによっ
て求め、この窒素含有率あるいは葉色値を目的変数とし
て、受光範囲内の作物葉の作物情報を求める関係式、９
区画ごとの作物葉の作物情報を求める関係式（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ＮＯ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、区画内の作物葉を化学分析して取
得した窒素含有率Ｎ１が存在するとき、

【数３】Ｎ１＝Ｆ0＋Ｆ１・Ｒ１＋Ｆ２・Ｒ２＋Ｆ
３・Ｒ３＋Ｆ４・Ｒ４が成立するとすれば、複数の窒素含有率Ｎを測定するこ
とによって

【数４】Ｎ1 ＝Ｆ0＋Ｆ１・Ｒ11＋Ｆ２・Ｒ21＋Ｆ３・Ｒ31＋Ｆ４・Ｒ41 Ｎ2 ＝Ｆ0＋Ｆ１・Ｒ12＋Ｆ２・Ｒ22＋Ｆ３・Ｒ32＋Ｆ４・Ｒ42 ・・・・・・Ｎｎ＝Ｆ0＋Ｆ１・Ｒ1n＋Ｆ２・Ｒ2n＋Ｆ３・Ｒ3n＋Ｆ４・Ｒ4n となって、これらを重回帰分析すれば、

【数５】Ｎ＝Ｆ0＋Ｆ１・Ｒ1＋Ｆ２・Ｒ2＋Ｆ３・
Ｒ3＋Ｆ４・Ｒ4＋ＣＮ：測定対象の窒素含有率，Ｆ0〜Ｆ4：定数，Ｒ1〜Ｒ
4：フィルタごとの反射率Ｃ：補正値として、関係式（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関係式を求めること
ができる。この数式５をＲＯＭ２８に記憶しておく。

【００２９】このようにして数式１と数式２及び数式５
をＲＯＭ２８に記憶しておけば、カメラ２によって基準
板と受光範囲の稲の葉を撮影して、この画像信号をデー
タ処理装置２０に送出すると、データ処理装置２０で
は、第１の作物関係式に基づいて窒素含有率を演算する
ことができる。これによって、受光範囲内の稲の窒素含
有率あるいは各区画ごとの窒素含有率（第１の作物情
報）ＮＯ〜を求めることができる。図４に各区画に
記載された数値がこのとき求められた窒素含有率の一例
である。

【００３０】次に、葉身窒素量測定装置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
型窒素量測定装置（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では、上
方の本体３１内に光源部３２と、下部に光量検出装置３
３としてのフォトダイオード（図示せず）とを設けた構
成となっている。光源部３２は、同一円周上に異なる波
長ピークを持つ複数の発光素子であるＬＥＤ３４、３５
を配設して、該ＬＥＤ３４、３５にはそれぞれ波長帯域
の異なる狭帯域フィルター３６，３７を設けてある。波
長帯域は５００ｎｍ〜１１００ｎｍが好ましく、この波
長帯域から、求める葉身窒素量あるいは葉色値に関係す
る任意の特定波長の狭帯域フィルター３６、３７を選択
してある。各ＬＥＤ３４、３５の発光する光は、狭帯域
フィルター３６、３７によって特定波長の光となって、
光が反射する拡散反射板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。拡散反射板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３１を繞設して、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。さらに、上蓋３１が軸支
される軸４６にはコイルバネ４７を遊嵌してあり、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）が行なわれ
る。

【００３３】次に、図５によって吸光度測定装置１のブ
ロック図を示し説明する。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サンプル葉４３の透
過光量は、光量検出装置４４によってアナログの信号に
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ではアナログからデジタル信号
へのＡ／Ｄ変換をするか、あるいは電圧から周波数への
Ｖ／Ｆ変換を行う。変換された信号はＩ／Ｏボードを経
由して演算制御装置となる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、演算結果あ
るい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ＲＳ
２３２Ｃの接続ポート５６及びスイッチ４８等を設けて
ある。これらＣＰＵボード５３とＩ／Ｏボード５２には
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はプリンタＩ／Ｆボード５９を
介してＣＰＵボード５３に接続してある。更にＣＰＵボ
ード５３には、読み出し専用メモリ（以下「ＲＯＭ」と
いう）６０と読み出し書き込みメモリ（以下「ＲＡＭ」
という）６１が接続されている。ＲＯＭ６０には、圃場
別あるいは品種別の複数の検量線が記憶してある。この
検量線は、予め窒素含有率を測定した複数の葉に光を照
射して得られる複数の受光量から吸光度を算出し、この
吸光度を説明変数とし、複数の既知の窒素含有率を目的
変数として重回帰分析を行い、予め決定した窒素含有率
（第２の作物情報）を求める関係式（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。更にこの
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品質を演算するための一連の、吸
光度の測定から演算と表示を実行するプログラム等が記
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にサンプル葉４
３を挿入して上蓋３１を押し下げると、スイッチ４８の
信号がＣＰＵボ−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からサンプル葉４３に向けて光が
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じ程度にサンプル葉４３に均一
に照射される。

【００３５】サンプル葉４３に光が照射されると、その
透過光または反射光が光量検出装置４４によりＬＥＤ３
４，３５ごとに受光され、該受光信号は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、Ａ／Ｄ変換を行い、次に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、サンプル葉４３の透過光又は反射光か
ら光の透過率あるいは吸光度を算出するようにしてあ
り、その値がＲＡＭ６１に記憶される。ＲＡＭ６１に記
憶された吸光度と、ＲＯＭ３３に予め記憶された窒素含
有率を求める関係式とによって、測定した葉の窒素含有
率を演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、透過光測定
を可能にする測定スイッチ５５ｂ、ＲＯＭ６０に記憶し
た検量線（式）、あるいはＲＡＭ６１に記憶した吸光度
あるいは透過光データや演算結果、サンプルＮＯ等を読
み出す切り換え機能を備えた読み出しスイッチ５５ｃを
備えている。

【００３６】以下に本発明による特徴的な第１の実施例
について説明する。カメラ２によって、基準板３の反射
光と、自然光に晒される圃場１から稲の成育によって増
減する作物情報である、例えば窒素含有率に関連した波
長の反射光量とを測定する。図３乃至図４で示したよう
にデータ処理装置２０においては、カメラ２で測定した
受光範囲内の葉の反射光量と、ＲＯＭ２８に記憶した受
光範囲内の反射率を求める数式２とによって反射率を演
算し、求めた反射率とＲＯＭ２８に記憶してある第１の
作物関係式とによって、第１の作物情報であるカメラ２
の受光範囲内の窒素含有率を得てＲＡＭ２９に記憶す
る。

【００３７】次に、カメラ２の受光範囲内で成育する稲
の葉の窒素含有率を測定し補正する場合について説明す
る。装置３０で測定した稲の葉の窒素含有率（第２の作
物情報）は、直接稲の葉から得た測定値であり、測定方
位、植栽密度などの影響は受けていない。従って本発明
では第１の作物情報と第２の作物情報との差違を演算す
る。例えば先の測定で第１の作物情報が４．０％、装置
３０の測定で第２の作物情報が３．０％であったとする
と、装置３０の値を第２の作物情報としてＲＡＭ６１に
記憶する。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ボードを介して測定装置３０で求め
た第２の作物情報をデータ処理装置２０に送出してＲＡ
Ｍ２９に記憶する。装置２０ではＲＡＭ２９の第１の作
物情報と第２の作物情報の差違、−１％に基づいて第１
の作物情報に−１％を加えて３．０％と補正する。

【００３８】つまり、この差違をあらためて補正値とし
てＲＡＭ２９に記憶しておいて、他の受光範囲の作物葉
の反射光をカメラ２で測定し装置２０で演算した値は、
すべて先の差違−１％を加えて補正する。これによっ
て、測定方位、栽植密度の影響を受けない測定がカメラ
２と装置２０によって実現可能となる。しかも、ＲＡＭ
２９に補正値を記憶した後においては、少なくとも同じ
圃場における装置３０による多くの測定は不要となり、
カメラ２による１度の測定で、これまでにない精度で測
定ができる。なお、測定装置３０による窒素含有率の測
定は、圃場１内の作物葉すべてに対して行うことはな
く、圃場１内の代表作物葉の窒素含有率を測定すればよ
い。

【００３９】次に本発明による特徴的な第２の実施例に
ついて説明する。カメラ２によって、基準板３の反射光
と、自然光に晒される圃場１から稲の成育によって増減
する作物情報である、例えば窒素含有率に関連した波長
の反射光量とを測定する。図３乃至図４で示したように
データ処理装置２０において、カメラ２で測定したＮＯ
〜ＮＯの区画に分割した反射光量と、ＲＯＭ２８に
記憶した区画ごとの反射率を求める数式２とによって反
射率を演算し、求めた反射率とＲＯＭ２８に記憶してあ
る第１の作物関係式とによって、第１の作物情報である
区画ごとの窒素含有率を得てＲＡＭ２９に記憶する。

【００４０】次に測定者によってあるいは装置２０によ
って、ここで得られた区画ごとの値の中から任意の２区
画の窒素含有量を選択し、好ましくは窒素含有率が最大
値と最小値となった区画を選択する。図４で選択した区
画、例えば最大値であるＮＯの４．２％の区画と、最
小値であるＮＯの２．４％の区画に該当する圃場の区
画で成育する稲の葉の窒素含有率を測定装置３０で測定
する。ここで測定する窒素含有率は測定方位、植栽密度
などの影響は受けていない。

【００４１】測定装置３０では、前述したように圃場の
前記選択した２区画に該当する稲の葉身から直接、作物
の成育によって増減する作物情報である葉身窒素率に関
連した波長の光を照射して得られる受光量から、この例
では受光量を吸光度に換算して、該吸光度と、吸光度か
ら葉身窒素率を求めるために予め定めた第２の作物関係
式と、から前記２区画の窒素含有率が演算される。そし
て、ＮＯ区画が３．０％とＮＯ７区画が２．４％と求
められ、この値を第２の作物情報としてＲＡＭ６１に記
憶する。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ボードを介して測定装置３０で求めた
２区画の窒素含有率をデータ処理装置２０に送出してＲ
ＡＭ２９に記憶する。

【００４２】ＲＡＭ２９に記憶した第２の作物情報であ
る２区画の窒素含有率に基づいて、同じくＲＡＭ２９に
記憶した第１の作物情報（ＮＯ〜ＮＯ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、縦軸をデータ処理装置２０で演算された窒素含有
率（第１の作物情報）とした図である。つまり測定装置
３０による２区画の窒素含有率３．０％と２．４％と、
デ−タ処理装置２０による２区画のＮＯ４．２％とＮ
Ｏ３．６％の窒素含有率とによって作成した図であ
る。本発明では、このようにして、実際に直接、測定装
置３０によって稲の葉身から測定した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
単関数で表される直線によって相互関係を明らかにし
て、この単関数によってカメラ２で測定した窒素含有率
を補正するものである。ここではこの関数で表される直
線によって補正が行われ、この関数を補正換算式として
ＲＡＭ２９に記憶する。図８では具体的に、ＮＯは
４．２から３．０に補正され、ＮＯは３．６から２．
４に補正される。同じように２区画の相関によって決定
される補正換算式に基づいて他の区画の値も図９のよう
に補正される。これによって第３の作物情報が得られ
る。得られた第３の作物情報は、９区画の作物情報であ
るが、これから更に平均値を求めて、カメラで撮影した
範囲の１つの作物情報として取り扱うこともできる。な
お、補正係数として、２区画の代表値を使った単関数で
表されるものを示したが、この補正係数は、カメラで撮
影した全区画の作物情報を説明変数として、測定装置３
０で得られた全区画の作物情報を目的変数として得られ
る相関係数でもよく、線形、非線形に関係なく利用でき
る。

【００４３】この後にカメラ２で測定された窒素含有率
は、データ処理装置２０によってこの図８の補正換算式
に基づいてすべて補正することで、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。このことは、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回答を得ることができる。更に基
準板と圃場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、今だ研究途中であることを考慮にいれる
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内
の作物葉すべてに対して行うことはなく、圃場１内の代
表作物葉の窒素含有率を測定すればよい。

【００４４】前記第１と第２の実施例における圃場１か
ら得られる作物情報は、対象物に対するカメラ２の位置
によって異なることは明らかである。即ちここでの圃場
１とは、通称「畦」で区切られた一面の圃場であっても
よいし、その一面の圃場よりも小さい面積であっても
い。補正値あるいは補正係数を定めるにあたってカメラ
によって得られた作物情報の情報源と測定装置３０によ
って得られた作物情報の情報源が同じ圃場であることが
重要である。加えて第２の実施例における区画は、１度
の撮影によって得られる上記一面の圃場の作物情報を複
数区画に分割して行うこと、１度の撮影によって得られ
上記一面の圃場よりも小さい面積の作物情報を複数に分
割して行うこと、などはどちらでも自由であり、補正値
あるいは補正係数を定めるにあ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】次に本発明による特徴的な第３の実施例に
ついて説明する。ここでは圃場１から複数区分に分割し
た情報を得る方法として、複数の区分と同じ数の反射光
量をカメラ２によって得ることである。つまり第２の実
施例と異なることは、複数の区分それぞれから個別にカ
メラ２によって作物情報を得ることである。このように
すると、第２の実施例の１度の撮影によって得られた一
面の圃場の作物情報を複数に分割したものよりも、区画
ごとの作物情報の量が増加するので、測定装置３０によ
る作物情報との相関で決定される補正係数の精度が向上
するものである。このようにして得られた複数区分の作
物情報を利用した補正係数の決定を、複数区画から２区
画の作物情報、好ましくは最大値と最小値を示した区画
の作物情報を選択して補正係数を決定しＲＯＭ２８に記
憶すること等は前記した第２の実施例と説明が重複する
ので省略する。ここでの補正係数は、カメラで撮影した
全区画の作物情報を説明変数として、測定装置３０で得
られた全区画の作物情報を目的変数として得られる相関
係数でもよく、線形、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】この後にカメラ２で測定された窒素含有率
は、データ処理装置２０によってこの図８の補正換算式
に基づいてすべて補正することで、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。このことは、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回答を得ることができる。更に基
準板と圃場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、今だ研究途中であることを考慮にいれる
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内
の作物葉すべてに対して行うことはなく、圃場１内の代
表作物葉の窒素含有率を測定すればよい。

【００４７】この第３の実施例における圃場１から得ら
れる作物情報は、対象物に対するカメラ２の位置によっ
て異なることは明らかである。即ちここでの圃場１と
は、通称「畦」で区切られた一面の圃場であってもよい
し、その一面の圃場よりも小さい面積であってもい。補
正係数を定めるにあたってカメラによって得られた作物
情報の情報源と測定装置３０によって得られた作物情報
の情報源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、１度の撮影に
よって上記一面の圃場の作物情報を１区画として捉える
こと、１度の撮影によって得られ上記一面の圃場よりも
小さい面積の作物情報を１区画として捉えること、など
はどちらでも自由であり、補正値あるいは補正係数を定
めるにあ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。

【００４８】以上のことからカメラ２による測定は基準
板３を用いることで天候などの気象による誤差を補正
し、装置３０の値を利用することで、測定方位、栽植密
度による誤差を補正することができる。つまり、装置３
０による補正を行うと、カメラ２の測定で基準板による
気象の誤差を補正した値を、同じカメラ２で測定した作
物葉から直接測定して得られた値で補正するので、装置
３０の値で作物葉を直接測定した値は測定方位や栽植密
度に関係なく得られた値であることから、補正して最終
的に得られる値は、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多くの外的要
因に左右されない値となる。

【００４９】上記第１乃至第３の実施例のカメラ２によ
る作物情報の収集において、カメラ２によって得られた
情報がすべて作物情報とは限らない。つまりカメラ２の
画素ごとにデータを検証すると、ほとんどが作物情報と
なるが、作物情報を得るためには自然と見下ろす状態で
作物情報を得るので、植裁密度によっては土壌を撮影し
ている可能性もある。したがって本発明では、作物情報
を受光した画素と作物情報以外の情報を受光した画素と
に分別して、作物情報を受光した画素の受光データのみ
を作物情報として取り入れることとした。

【００５０】図１０で示すものは、波長に対する土壌と
作物葉の反射率の変化を示した図である。波長７５０ｎ
ｍ〜１３００ｎｍにおいては、土壌の反射率に対して作
物葉の反射率が２０％程度の差を生じることが判明して
いる。したがって、数式１と数式２によって得られる反
射率が、例えば４０％を超える値を示したならば作物葉
の受光データとして扱い、この値を下回るものは作物葉
の受光データではないとしてキャンセルし、４０％を超
えた受光データをそのまま利用し、あるいは区画ごとに
平均値を求めて利用し、カメラ２により得られた作物情
報として扱うようにした。例えば図１１(a)のような複
数の画素に受光データが得られたとする。この場合、１
ピクセル単位で、斜め格子で表した部分を作物葉の反射
光で反射率４０％以上、斜線で表した部分が作物葉以外
の土壌で反射率４０％未満と演算されたとすれば、反射
率４０％未満となる画素の受光データをキャンセルし
て、作物情報として有用なものは図１１(b)の斜線部分
の画素から得られる受光データとなる。このように、本
発明では、カメラ２による作物情報と測定装置３０によ
る作物情報とによる補正値あるいは補正係数の決定に、
カメラ２による受光データの選択を加えた。このように
すると、カメラ２で選択的に得られる情報は作物葉だけ
から得られる情報となり、測定装置３０から得られる情
報は勿論、作物葉から直接測定したものであることから
して、カメラ２の作物情報と補正値あるいは補正係数に
よる作物の栄養診断を的確なものとすることができる。

【００５１】カメラ２による作物葉の反射光測定に必要
な自然光（入射光）Ｙの値を、基準板の反射光を測定す
ることで得るとして説明してきたが、入射光の測定を照
度計の形式で行うことも可能である。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９
４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、零点補正をフィルタ９６の切り換えで可能と
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９
６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は、照度計９３
で得られた光量を入射光量Ｙとして数式２に代入するこ
とで、作物葉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。こ照度計９３を使用する場合には、第１
の作物関係式は照度計９３を入射光量としたときの反射
率に基づいて求めることになる。

【００５３】以上の説明では、１つの圃場の一部分（１
平方メートル）をカメラ２で撮影することを前提に説明
したが、１つの圃場全体を撮影して同様に補正して、稲
の成育時期である幼穂形成期といった特定時期ごとに測
定することも可能であるし、前述のような圃場の一部を
測定する方法で補正するようにして、圃場の何カ所かを
１平方メートル単位で測定して、圃場全体の窒素含有量
を推定することも可能である。この方法は、品種別、地
域別（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、地域別といった複数の補正の検
量線をＲＯＭ２８に記憶しておくことにより、都度読み
出して使用できる。実施例でのカメラ２が２４万画素程
度の解像度であり、これで圃場１０アールから一度の撮影
で作物情報を得るとすれば、１平方メートル当たり２５
０画素である。例えばこの程度の解像度が確保できるの
であれば、またカメラ２で撮影する手段は地上における
撮影の他、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）
あるい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窒素含有率
は、従来から稲においては、例えば幼穂形成期、減数分
裂期といった任意の成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求められており、
本発明により求めた、補正した第１の作物情報や第３の
作物情報による窒素含有率と、従来研究で決定されてい
る作物の成育に伴い基準となる窒素含有率とを比較する
ことができ、基準と比較してその多少が明確になり、こ
の窒素含有量の多少に応じて今後の施肥量を決定するこ
とができる。なお、このことは葉色値においても同様の
ことが可能で、葉色値と葉身窒素含有率とは高い相関関
係にあり、両者は互いに似通った変化を示すことから、
以上説明した方法を葉色値に適用しても、本発明は実現
可能である。なお、図１から図３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】さて、このような方法を自動施肥に応用す
ることについて説明する。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を備え、タンク７
１の側部には圃場作物の葉身から窒素含有率を測定する
ためのカメラ７４と入射光を測定する照度計９３が設け
てある。タンクを支持する脚部７６と、脚部７６にはタ
ンクを走行可能に回転するローラ７７と、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７
９が設けられている。モータ７２とスクリュー７２には
ベルト８０が、またモータ８３とプーリ７９にはベルト
８１が巻回してある。またカメラ７４とモータ７２は制
御装置８２に接続してある。これらの電源はバッテリー
等の蓄電池を使用しても良いし交流電源をケーブルで接
続しても良い。図１４は、圃場９０の平面図であり、こ
の圃場９０にはこのような自動施肥装置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９
１に沿って走行することで、自動施肥装置は、圃場９０
に施肥を実施することができる。

【００５６】この構成の動作を図３のデータ処理装置３
０を借りて説明する。制御装置７６はデータ処理装置３
０と同等の構成でよく、ＲＯＭ２８内には、第１の作物
情報を得るための反射率演算に必要な前記数式１と数式
２と、第１の作物関係式（数式５）と、第３の作物情報
を得るための、２区画の相関によって決定された補正換
算式（図８）と成育の特定時期（施肥時期）における品
種別の標準窒素含有率および窒素含有率の差違に基づく
施肥量を演算する演算式が記憶してある。

【００５７】動作を開始すると、自動施肥装置７０は、
モータ８３を駆動しプーリ７９を回転させ一定速度でレ
ール９１に沿って走行を開始する。走行を開始するとと
もにデータ処理装置３０は照度計９３から入射光を得
る。更にカメラ７４から、視界中の情報である圃場を撮
影する。このように圃場９０の反射光と照度計９３の入
射光が得られると、照度計９３の入射光とＲＯＭ２８の
数式２と圃場の反射光とによって圃場作物の反射率が演
算される。反射率が演算されると、ＲＯＭ２８の第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
演算される。第１の作物情報の窒素含有率が演算される
と、この値とＲＯＭ２８の補正換算式によって第３の作
物情報が演算される。ここで得られた第３の作物情報で
ある窒素含有率は、本発明を実施したと同等の精度の窒
素含有率とすることができる。

【００５８】このようにして得られた窒素含有量は、Ｒ
ＯＭ２８に記憶された公知の成育経過における特定時期
の窒素曲線（標準値）と比較され、現在の圃場における
窒素含有率を標準の窒素含有量と比較してその差違を演
算する。ここにおける比較は、成育経過中の特定時期、
例えば現在測定した時期が幼穂形成期であれば、幼穂形
成期における標準値と比較するということである。つま
り、この測定の前に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。さて、演算で求めた標準値との差違は、予
め差違に基づいて決定された施肥量に換算され、この施
肥量に基づいてモータ７２の回転数を決定してモータ７
２を駆動する。当然のことながらモータ７２の回転を増
加すると施肥量は増加し、モータ７２の回転を減少させ
ると施肥量は減少する。またここで差違が生じない場合
でも、将来に向けて施肥は実施されるので、差違が生じ
ないときでも施肥は実施されることもある。

【００５９】自動施肥装置７０は、圃場９０に敷設した
レール９１上を走行するようにして説明したが、図１５
で示すように、従来からある耕作機械９３に自動施肥装
置７０とカメラ７４及び照度計９３を耕作機械９３の先
端に取り付けて使用することでも実現可能である。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。施肥は現
在でも作物葉の葉色や測定機器による葉身窒素量の測定
値と、経験に基づくこれら成育時期の基準値と比較し
て、経験的に施肥量が決定され、またこの施肥が機械化
されても、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、本発明を適用することにより施肥量が自
動的に演算されしかも圃場の部分部分に対応した施肥が
可能となる。

【００６０】

【発明の効果】作物葉の反射光を測定し作物の窒素量を
演算して作物の栄養診断を行う簡便さと、作物葉に直接
光を照射して反射光あるいは透過光を測定して作物の窒
素量を演算して作物の栄養診断を行う精度の良さを兼ね
備えた作物の栄養診断を行うことができる。

【００６１】また、簡便な、作物葉の反射光を測定し作
物の窒素量を演算して作物の栄養診断を行う方法におけ
る、測定方位、風による葉の揺らぎ、栽植密度の違い等
による測定誤差を、作物葉に直接光を照射して反射光あ
るいは透過光を測定して作物の窒素量を演算して作物の
栄養診断を行う精度の良さで補正することができるの
で、簡便な作物葉の反射光を測定して行う作物の栄養診
断の手法のままで、従来より信頼度の高い作物の栄養診
断が可能となった。

【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
示した窒素含有量である。

【図５】葉身窒素量測定装置の主要部の一部を破断した
側面図である。

【図６】葉身窒素量測定装置の概略制御ブロック図であ
る。

【図７】葉身窒素量測定装置の操作を示す図である。

【図８】葉身窒素量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】本発明による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７８制御回路９ステッピングモータ１０操作スイッチ１０２０データ処理装置２１Ａ／Ｄ変換器２２フレームメモリ２３モニタ２４画像処理ボード２５Ｉ／Ｏポート２６ＣＰＵ２７Ｉ／Ｆボード２８ＲＯＭ２９ＲＡＭ３０葉身窒素量測定装置３１本体３２光源部３３光量検出装置３４ＬＥＤ３５ＬＥＤ３６狭帯域フィルター３７狭帯域フィルター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５２Ｉ／Ｏボード５３ＣＰＵボード５４液晶表示器ＬＣＤ５５入力部５６接続ポート５７電源ボード５８プリンタ５９Ｉ／Ｆボード６０ＲＯＭ６１ＲＡＭ７０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

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月２３日（２０００．６．２
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】作物の診断方法

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００４】

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では第１の方法と
して、自然光に晒される圃場内における一定面積の作物
から、作物の成育によって増減する作物情報に関連した
波長の光の反射率を測定し、該反射率と、反射率から一
定面積の作物情報を求めるために予め定めた第１の作物
関係式と、から作物情報を求めて第１の作物情報として
記憶し、同じ面積の作物葉身に光を照射して、作物の成
育によって増減する作物情報に関連した波長の透過また
は反射の少なくとも一方の光量を測定し、該光量と、光
量から作物情報を求めるために予め定めた第２の作物関
係式と、から作物情報を求めて第２の作物情報として記
憶し、第１の作物情報と第２の作物情報との差違を算出
して、同じ圃場内における未知の一定面積の作物の反射
率を測定し、該反射率と前記第１の作物関係式とから第
１の作物情報を求め、該第１の作物情報を前記差違に基
づいて補正して、補正した第１の作物情報によって未知
の圃場作物の栄養を診断する診断方法により前記課題を
解決するための手段とした。

【０００９】本発明では第２の方法として、自然光に晒
される圃場において、一定面積の作物から、作物の成育
によって増減する作物情報に関連した波長の光の反射率
を測定し、これを複数区画に分割した区画ごとの反射率
と、反射率から作物情報を求めるために予め定めた第１
の作物関係式と、から区画ごとの作物情報を求めて第１
の作物情報として記憶し、記憶した区画ごとの第１の作
物情報から少なくとも２区画の作物情報を選択し、圃場
の２区画に該当する作物葉身に光を照射して、作物の成
育によって増減する作物情報に関連した波長の透過また
は反射の少なくとも一方の光量を測定し、該光量と、光
量から作物情報を求めるために予め定めた第２の作物関
係式と、から前記２区画の作物情報を求めて第２の作物
情報として記憶し、第１の作物情報を第２の作物情報に
基づいて補正する補正換算式を決定して、補正換算式で
複数区画の第１の作物情報を区画ごとに補正して第３の
作物情報とし、得られた第３の作物情報によって圃場作
物の栄養を診断する作物の診断方法とした。

【００１０】前記第１の方法から更に厳密な補正を行う
ためにはこの第２の方法を適用する。即ち、第１の作物
情報を得て、この得た第１の作物情報を複数区画に分割
して、その複数区画の中から少なくとも２点のデータを
選択して、２点のデータの作物と同じ圃場の作物葉から
直接第２の作物情報を得ることにより、第１と第２の作
物情報の２点のデータでその相関関係を明らかにして補
正関係式を定め、これに基づいて複数区画の全ての第１
作物情報の値を補正して第３の作物情報とするものであ
り、補正関係式を求めるにあたり一定範囲から複数の作
物情報を得ることができ、更に補正関係式によって第１
の作物情報を広範囲に亘って補正することができる。

【００１３】前記第２の方法と異なり、第３の方法は複
数区画の情報を個別に得る。その複数区画の中から少な
くとも２区画のデータを選択して、２区画のデータの作
物と同じ区画の作物葉から直接第２の作物情報を得るこ
とにより、第１と第２の作物情報の２点のデータでその
相関関係を明らかにして補正関係式を定め、これに基づ
いて複数区画の全ての第１作物情報の値を補正するもの
であり、補正関係式を求めるにあたり広い範囲から複数
の作物情報を得ることができ、更に補正関係式によって
第１の作物情報を広範囲に亘って補正することができ
る。

【００１９】

【００２９】このようにして数式１と数式２及び数式５
をＲＯＭ２８に記憶しておけば、カメラ２によって基準
板と受光範囲の稲の葉を撮影して、この画像信号をデー
タ処理装置２０に送出すると、データ処理装置２０で
は、第１の作物関係式に基づいて窒素含有率を演算する
ことができる。これによって、受光範囲内の稲の窒素含
有率あるいは各区画ごとの窒素含有率（第１の作物情
報）ＮＯ〜を求めることができる。図４の各区画に
記載された数値がこのとき求められた窒素含有率の一例
である。

【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。

【００３３】次に、図６によって吸光度測定装置１のブ
ロック図を示し説明する。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サンプル葉４３の透
過光量は、光量検出装置４４によってアナログの信号に
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ではアナログからデジタル信号
へのＡ／Ｄ変換をするか、あるいは電圧から周波数への
Ｖ／Ｆ変換を行う。変換された信号はＩ／Ｏボードを経
由して演算制御装置となる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、演算結果あ
るい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ＲＳ
２３２Ｃの接続ポート５６及びスイッチ４８等を設けて
ある。これらＣＰＵボード５３とＩ／Ｏボード５２には
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はプリンタＩ／Ｆボード５９を
介してＣＰＵボード５３に接続してある。更にＣＰＵボ
ード５３には、読み出し専用メモリ（以下「ＲＯＭ」と
いう）６０と読み出し書き込みメモリ（以下「ＲＡＭ」
という）６１が接続されている。ＲＯＭ６０には、圃場
別あるいは品種別の複数の検量線が記憶してある。この
検量線は、予め窒素含有率を測定した複数の葉に光を照
射して得られる複数の受光量から吸光度を算出し、この
吸光度を説明変数とし、複数の既知の窒素含有率を目的
変数として重回帰分析を行い、予め決定した窒素含有率
（第２の作物情報）を求める関係式（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。更にこの
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品質を演算するための一連の、吸
光度の測定から演算と表示を実行するプログラム等が記
憶してある。

【００４０】次に測定者によってあるいは装置２０によ
って、ここで得られた区画ごとの値の中から任意の２区
画の窒素含有量を選択し、好ましくは窒素含有率が最大
値と最小値となった区画を選択する。図４で選択した区
画、例えば最大値であるＮＯの４．２％の区画と、最
小値であるＮＯの３．６％の区画に該当する圃場の区
画で成育する稲の葉の窒素含有率を測定装置３０で測定
する。ここで測定する窒素含有率は測定方位、植栽密度
などの影響は受けていない。

【００４８】以上のことからカメラ２による測定は基準
板３を用いることで天候などの気象による誤差を補正
し、装置３０の値を利用することで、測定方位、栽植密
度による誤差を補正することができる。つまり、装置３
０による補正を行うと、カメラ２の測定で基準板による
気象の誤差を補正した値を、同じカメラ２で測定した作
物葉から装置３０により直接測定して得られた値で補正
するので、装置３０の値で作物葉を直接測定した値は測
定方位や栽植密度に関係なく得られた値であることか
ら、補正して最終的に得られる値は、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
比べ多くの外的要因に左右されない値となる。

【００５１】カメラ２による作物葉の反射光測定に必要
な自然光（入射光）Ｙの値を、基準板の反射光を測定す
ることで得るとして説明してきたが、入射光の測定を照
度計の形式で行うことも可能である。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９
４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９
６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は、照度計９３
で得られた光量を入射光量Ｙとして数式２に代入するこ
とで、作物葉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を使用する場合には、第１の
作物関係式は照度計９３による測定値を入射光量とした
ときの反射率に基づいて求めることになる。

【００５９】自動施肥装置７０は、圃場９０に敷設した
レール９１上を走行するようにして説明したが、図１５
で示すように、従来からある耕作機械７５の先端に自動
施肥装置７０とカメラ７４及び照度計９３を取り付けて
使用することでも実現可能である。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。施肥は現在でも作物葉の
葉色や測定機器による葉身窒素量の測定値と、経験に基
づくこれら成育時期の基準値と比較して、経験的に施肥
量が決定され、またこの施肥が機械化されても、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
発明を適用することにより施肥量が自動的に演算されし
かも圃場の部分部分に対応した施肥が可能となる。

【００６０】

【図面の簡単な説明】

【図３】データ処理装置の概略ブロック図である。

【図７】葉身窒素量測定装置の操作を示す図である。

【図１３】自動施肥装置を示した側面図である。

【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７８制御回路９ステッピングモータ１０操作スイッチ１０２０データ処理装置２１Ａ／Ｄ変換器２２フレームメモリ２３モニタ２４画像処理ボード２５Ｉ／Ｏポート２６ＣＰＵ２７Ｉ／Ｆボード２８ＲＯＭ２９ＲＡＭ３０葉身窒素量測定装置３１本体３２光源部３３光量検出装置３４ＬＥＤ３５ＬＥＤ３６狭帯域フィルター３７狭帯域フィルター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５２Ｉ／Ｏボード５３ＣＰＵボード５４液晶表示器ＬＣＤ５５入力部５６接続ポート５７電源ボード５８プリンタ５９Ｉ／Ｆボード６０ＲＯＭ６１ＲＡＭ７０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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村信彦広島県東広島市西条西本町２番30号株式会社佐竹製作所内Ｆターム(参考） 2B052 BB00 2G059 AA01 BB11 EE01 EE02 EE11 GG03 GG10 HH01 HH02 HH06 JJ02 JJ11 KK04 MM03 MM05 MM09 MM10 MM12 PP04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自然光に晒される圃場内における一定面積
の作物から、作物の成育によって増減する作物情報に関
連した波長の光の反射率を測定し、該反射率と、反射率
から作物情報を求めるために予め定めた第１の作物関係
式と、から一定面積の作物情報を求めて第１の作物情報
として記憶し、同じ面積の作物葉身に光を照射して、作
物の成育によって増減する作物情報に関連した波長の透
過または反射の少なくとも一方の光量を測定し、該光量
と、光量から作物情報を求めるために予め定めた第２の
作物関係式と、から作物情報を求めて第２の作物情報と
して記憶し、第１の作物情報と第２の作物情報との差違
を算出して、同じ圃場内における未知の一定面積の作物
から第１の作物情報を求め、該第１の作物情報を前記差
違に基づいて補正して、補正した第１の作物情報によっ
て圃場作物の栄養を診断することを特徴とする作物の診
断方法。
【請求項２】第１の作物情報と第２の作物情報との差違
を記憶して、第１の作物情報を得た圃場内における未知
の一定面積の作物から第１の作物情報を求め、該第１の
作物情報と前記差違とによって第１の作物情報を補正す
ることを特徴とする請求項１記載の作物の診断方法。
【請求項３】自然光に晒される圃場において、一定面積
の作物から、作物の成育によって増減する作物情報に関
連した波長の光の反射率を測定し、これを複数区画に分
割した区画ごとの反射率と、反射率から作物情報を求め
るために予め定めた第１の作物関係式と、から区画ごと
の作物情報を求めて第１の作物情報として記憶し、記憶
した区画ごとの第１の作物情報から少なくとも２区画の
作物情報を選択し、圃場の２区画に該当する作物葉身に
光を照射して、作物の成育によって増減する作物情報に
関連した波長の透過または反射の少なくとも一方の光量
を測定し、該光量と、光量から作物情報を求めるために
予め定めた第２の作物関係式と、から前記２区画の作物
情報を求めて第２の作物情報として記憶し、第１の作物
情報を第２の作物情報に基づいて補正する補正換算式を
決定して、補正換算式で第１の作物情報を区画ごとに補
正して第３の作物情報とし、得られた第３の作物情報に
よって圃場作物の栄養を診断することを特徴とする作物
の診断方法。
【請求項４】単位圃場ごとに第１の作物情報を得ること
を特徴とする請求項１または３記載の作物の診断方法。
【請求項５】単位圃場より小さく任意に定めた単位面積
ごとに第１の作物情報を得ることを特徴とする請求項１
または３記載の作物の診断方法。
【請求項６】自然光に晒される圃場において、複数の区
画ごとの作物から、作物の成育によって増減する作物情
報に関連した波長の光の反射率を測定し、該反射率と、
反射率から作物情報を求めるために予め定めた第１の作
物関係式と、から区画ごとの作物情報を求めて第１の作
物情報として記憶し、記憶した区画ごとの第１の作物情
報から少なくとも２区画の作物情報を選択し、圃場の２
区画に該当する作物葉身に光を照射して、作物の成育に
よって増減する作物情報に関連した波長の透過または反
射の少なくとも一方の光量を測定し、該光量と、光量か
ら作物情報を求めるために予め定めた第２の作物関係式
と、から前記２区画の作物情報を求めて第２の作物情報
として記憶し、第１の作物情報を第２の作物情報に基づ
いて補正する補正換算式を決定して、補正換算式で第１
の作物情報を区画ごとに補正して第３の作物情報とし、
得られた第３の作物情報によって圃場作物の栄養を診断
することを特徴とする作物の診断方法。
【請求項７】単位圃場を１区画とすることを特徴とする
請求項６記載の作物の診断方法。
【請求項８】単位圃場内に複数区画を設定することを特
徴とする請求項６記載の作物の診断方法。
【請求項９】第１の作物関係式と補正換算式とを記憶し
て、未知の圃場の作物葉身から反射率を測定し、第１の
作物関係式と補正換算式とにより第３の作物情報を得る
ことを特徴とする請求項３または６記載の作物の診断方
法。
【請求項１０】２区画が、第１の作物情報のうち最大値
と最小値を示した区画であることを特徴とする請求項
３、６または９記載の作物の診断方法。
【請求項１１】作物情報が窒素含有量であることを特徴
とする請求項１、２、３、６または９記載の作物の診断
方法。
【請求項１２】作物情報が葉色値であることを特徴とす
る請求項１、２、３、６または９記載の作物の診断方
法。
【請求項１３】作物の成育によって増減する作物情報に
関連した波長の光の反射率を測定するために、作物の反
射光を複数の画素からなる撮像素子により撮像し、作物
に対応した反射光を受光した画素を選択して、選択した
画素の受光データに基づいて反射率を測定し第１の作物
情報を求めることを特徴とする請求項１、２、３、６ま
たは９記載の作物の診断方法。