JP2001229187A - 植物名検索システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は植物の形態に関して詳細な知識を持た
ない者であっても正確に植物の名称を検索できる植物名
検索システムを提供することを課題とする。 【解決手段】 本発明は、上記の課題を解決するため
に、植物の葉の外形及び葉脈の形状が植物の種類により
異なることを利用して葉の外形及び葉脈の形状に関する
データベースとスキャナー、画像解析ソフト、パターン
認識ソフト等により植物の葉の外形、葉脈形状等より植
物名を検索する手段を用いる。特に葉脈の形状の取得の
ために光透過型スキャナーを用い、その光源として紫外
線ランプを用いる手段を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、自然界に関する学
習、自然環境調査、生態学に関する研究等のために野外
にて植物を採取し、その名称を特定するために用いられ
る植物名検索システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来植物名検索システムには植物図鑑が
広く用いられてきている。

【０００３】植物図鑑は一般に紙面に各植物の外観図も
しくは外観写真、名称、特徴等が併記された形で印刷さ
れた、収録された形態で製作されている。

【０００４】近年電子ファイルに収録された植物図鑑も
出版されているが、それも紙面に印刷されたものを電子
ファイルの形態にしたものが多い。

【０００５】尚、電子ファイルに収録された植物図鑑の
中には植物の特徴等を人間が入力して植物名を検索でき
るものも出版されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来植物名の検索に用
いられてきた植物図鑑においては野外で観察されたある
いは採取された植物よりその植物の名称を検索するため
に、目視により植物の実物と図鑑内の図もしくは写真を
比較し、類似されたものを見出すという行為を行う必要
があるために多くの場合長時間を必要とし、又植物の形
態に関して詳細な知識を持たない者が検索した場合には
往々にして間違いが発生するという問題があった。

【０００７】本発明は植物の形態に関して詳細な知識を
持たない者であっても正確に植物の名称を検索できる植
物名検索システムを提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、植物の葉の外形が植物の種類により異
なることを利用して植物の葉の外形より植物を検索する
手段を用いる。

【０００９】本発明による植物名検索システムは構成要
素として下記の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及びコ
ンピュータを備える。検索の手順としては検索対象とす
る葉の画像を（ｂ）によりコンピュータに取り込み、
（ｃ）により葉の外形を抽出し、（ｄ）のパターン認識
ソフトを用いて（ａ）のデータベースより前記の葉の外
形の類似した植物種類を探索する。 （ａ）各種の植物の葉の外形を磁気ファイル等に記録し
たデータベース （ｂ）平面の画像をコンピュータに取り込む機能を持つ
スキャナー （ｃ）葉の画像より葉の外形を抽出する機能を持つ画像
解析ソフト （ｄ）前記（ｃ）で求めた葉の外形を（ａ）のデータベ
ース中の葉の外形と比較して類似した葉とその名称を検
索する機能を持つパターン認識ソフト

【００１０】しかし、植物の種が異なっても葉の外形の
極めて類似した植物もあるために、本発明は葉の外形と
共に葉脈の形状も比較して植物名を検索する手段も又用
意する。

【００１１】特に葉脈の形状を取得するためのスキャナ
ーとしては光透過型のスキャナーを用いる手段をとる。

【００１２】光透過型スキャナーは一般にネガフィルム
の画像を取得するのに用いられるものであるが、これを
用いると葉脈の形状が反射型スキャナーに比して一層明
瞭になるためである。

【００１３】特に透過型スキャナーにより葉脈の形状を
取得する場合の光源としては水銀ランプ、キセノンラン
プ等の紫外線ランプを用いる手段も用意する。

【００１４】紫外線は葉の厚い種類の植物に対しても透
過しやすく、葉脈の画像を明瞭に取得するために有効で
あるためである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明による実施の形態を実施例
により説明する。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明の請求項１に関わる実施例の
概念を示す図である。

【００１７】同図において野外で採取した葉（２）の画
像をスキャナー（３）によりパソコン（４）に取り込
み、その画像より葉の外形を抽出するソフト（６）を用
いて葉の外形（５）を抽出し、葉の外形パターン認識ソ
フト（７）を用いて、磁気ファイル等に記憶された葉の
外形データベース（１）より前記の抽出された葉の外形
に類似した外形をもつ植物を探索し、その植物名称その
他その植物に関する記述（８）をパソコン画面（９）等
に出力する。

【００１８】図２は、本発明の請求項２、３、４に関わ
る実施例の概念を示す図である。

【００１９】同図において野外で採取した葉（２）の画
像を光透過型スキャナー（１１）によりパソコン（４）
に取り込み、その画像より葉の外形及び葉脈形状抽出ソ
フト（１４）を用いて葉の外形（５）及び葉脈形状（１
３）を抽出し、葉の外形及び葉脈形状パターン認識ソフ
ト（１５）を用いて、磁気ファイル等に記憶された葉の
外形及び葉脈形状データベース（１０）より前記の抽出
された葉の外形及び葉脈形状に類似した葉の外形及び葉
脈形状をもつ植物を探索し、その植物名称その他その植
物に関する記述（８）をパソコン画面（９）等に出力す
る。

【００２０】図３は光透過型スキャナーで取得し、画像
処理により得られた葉の外形及び葉脈の実例を示す図で
ある。

【００２１】同図においてはあらかしの葉の外形（１
６）、あおきの葉の外形（１７）、あらかしの葉脈（１
８）、あおきの葉脈（１９）が示されている。

【００２２】図４は本発明の請求項５の葉の外形を記憶
するデータベースの作成手順に関わる実施例を説明する
ものである。葉の外形は図３に示すごとく既存のスキャ
ナーと画像処理ソフトにより取り込むことが出来るが、
そのままでは１枚の葉に対する記憶容量が大きく、又数
値化されていないためにそのままでパターン認識に用い
ることは困難がある。 そこで本実施例に置いては次の
ような手順で葉の外形をマトリックス表示する。

【００２３】先ず葉の先端部と葉柄側端部を結ぶ線を葉
の中心線（２１）とし、中心線をあらかじめ定めた数ｎ
（実施例では１０００）で等分し、葉の先端部を原点
（２９）、葉の葉柄側端部（３０）をｎ番目の点として
各点で中心線に直角な直線（２４、２７）を引いてその
直線と葉の輪郭線との交点（２５、２８）を求め、その
交点と中心線までの距離を求めて記憶する。

【００２４】中心線に直角に交わる直線と葉の輪郭線の
交点の数は多くの場合同図のｊ番目の点（２６）で交わ
る直線（２７）のように葉の中心線の片側で１点、他の
片側で１点の計２点となるが、ある場合には同図のｉ番
目の点（２３）で交わる直線（２４）のように片側で３
点,他の片側では１点の計４点の場合もある。最大では
片側で３点、他の片側でも３点の計６点になる。

【００２５】従って中心線上の１点で中心線と直角に交
わる直線と葉の輪郭線の交点の位置はそれらの交点と中
心線までの距離を示す６次元のベクトルで表すことが出
来る。図４の例においては中心線上のｊ番目の点（２
６）で中心線に直角に交わる直線（２７）と葉の輪郭線
の交点を示すベクトルを（０、０、Ａj3、Ｂj3、０、
０）と表す。中心線上のｉ番目の点（２３）で中心線に
直角に交わる直線（２４）と葉の輪郭線の交点を示すベ
クトルを（Ａi1、Ａi2、Ａi3、Ｂi3、０、０）と表す。
ここでＡj3、Ｂj3、Ａi1、Ａi2、Ａi3、Ｂi3等は交点と
中心線の距離を示す数値である。

【００２６】このような交点の位置を示すベクトルはひ
とつの葉についてｎ個出来るから、葉の輪郭は６×ｎ次
元のマトリックス及び中心線の長さで示されることにな
る。

【００２７】尚本発明の請求項６の葉脈の形状を記憶す
るデータベースの作成手順に関わる実施例は示さないが
上述の葉の外形を記憶するデータベースの作成手順とほ
ぼ同様の手順によるが、葉脈の位置を示すマトリックス
の次元は葉脈の本数の多い場合も考慮し１０×ｎ次元と
する。

【００２８】次に葉の外形より葉の名称を探索するパタ
ーン認識ソフトの実施例を説明する。

【００２９】上述の如く、葉の外形に関するデータベー
スは葉の輪郭を示す６×ｎ次元のマトリックスと葉の中
心線の長さで表されているものとする。

【００３０】又検索対象としている葉の外形もデータベ
ースを作成するときと同様に葉の輪郭線を示す６×ｎ次
元（実施例では６×１０００次元）のマトリックスと葉
の中心線の長さで表す。

【００３１】ここで注目すべきことは葉の輪郭線を示す
６×ｎ次元のマトリックスと葉の中心線の長さの組み合
わせはｎが十分大きく取られていれば葉の輪郭線の形状
の細部に関する情報を含むものであるため、そのマトリ
ックス内の数値に関して数値解析を行うことにより葉の
輪郭線に関する数学的な諸性質をすべて導くことが出来
ることである。

【００３２】本実施例においては、検索対象とする葉の
輪郭線を示すマトリックスより葉の幅、葉の輪郭線の長
さ、葉の輪郭線に沿った曲率等を導いてそれらの値をデ
ータベースの葉に対するそれらの値と比較することによ
り検索対象とする葉の名称を探索する方法を採る。次に
更に具体的にその方法を示す

【００３３】先ずデータベースの葉の種類の中よりその
葉の中心線の長さが検索対象とする葉の中心線の長さに
比較的近いもの（実施例では２分の１から２倍の範囲に
収まるもの）を選定する。

【００３４】次に葉の中心線上の各点の位置における葉
の幅を表すｎ次元のベクトルを作る。

【００３５】例えば上述の葉の中心線上のｊ番目の位置
での葉の輪郭線の中心線からの距離は（０、０、Ａj3、
Ｂj3、０、０）でしめされるがこの点での葉の幅はＡj3
+Ｂj3である。

【００３６】又ｉ番目の位置での葉の輪郭線の中心線か
らの距離は（Ａi1、Ａi2、Ａi3、Ｂi3、０、０）でしめ
されるがこの点での葉の幅はＡj１+Ｂj3である。

【００３７】このようにして葉の中心線上のｎ個の位置
での葉の幅が求まるが、それらを葉の中心線の長さ（２
２）で除して、それを葉の幅と葉の長さの比を表すｎ次
元ベクトルで表示する。

【００３８】一方データベース中の葉についても同様に
葉の幅と葉の長さの比を表すｎ次元ベクトルを作ってお
き、その中より検索対象の葉に関する前記ｎ次元ベクト
ルとベクトル間距離の最も近いもの複数（実施例では１
００種）を選定する。

【００３９】次に検索対象とする葉の輪郭線の長さと葉
の中心線の長さの比を計算し、データベース内の植物の
種類の中からその葉の輪郭線の長さと葉の中心線の長さ
の比が検索対象とする葉に関するその比に近いものから
複数（実施例では２０種）を選定する。

【００４０】次に葉の輪郭線の長さを予め定められた数
ｍ（実施例では１０００）で等分割し、各分割点での曲
率（正負を含む）と葉の長さの積を求めてｍ次元のベク
トルを作り、更にそのベクトルを予め定められた数ｓ
（実施例では１０）で分割し、ｍ／ｓ次元のベクトルｓ
個を作る。

【００４１】そのｓ個のベクトルのそれぞれに関してそ
のベクトル内の元（げん）の数値が正負反転する回数ｋ
（葉縁にある波の数を示す）、元の値が正であって一定
の限度（実施例では１００）を超える回数ｐ（鋭い歯の
数を示す）及び元の値が負であってその絶対値が一定の
限度（実施例では１００）を超える回数ｑ（鋭い切れ込
みの回数を示す）を計算し３次元ベクトル（ｋ、ｐ、
ｑ）を作る。

【００４２】これら３次元のベクトルは一枚の葉に関し
てｓ組み出来るから、それらをあわせて１枚の葉につい
てｓの３倍の次元（実施例では３０）のベクトルを作
る。

【００４３】同様のベクトルをデータベースの葉につい
ても作って、検索する葉の上記ベクトルとの距離を計算
し、距離の最も近接した植物種数種（実施例では５種）
を検索対象の葉の植物名として選定する。

【００４４】最後にデータベース中より植物の葉の元の
画像（スキャナーで取得された画像）を引き出し、検索
対象とする葉の画像（スキャナーで取得された画像）と
比較し、１種を選定する。

【００４５】

【発明の効果】本発明は、請求項１に示す如く葉の外形
が植物の種類により異なることを利用して植物の葉の外
形より植物を検索する手段を用いるが、葉の外形は植物
種により完璧に同一のものはないため本発明による手段
を用いることによりほとんどの植物の正確な検索が可能
な自動的あるいは半自動的な植物名検索システムが提供
される。

【００４６】更に請求項２に示す如く葉の外形と共に葉
脈の形状も比較して植物名を検索する手段も用意する事
により、検索の精度を更に向上させている。

【００４７】特に請求項３に示すように葉脈の形状を取
得するためのスキャナーとして光透過型のスキャナーを
用いる事により葉脈の明確な像を得ることが可能にな
る。

【００４８】又特に透過型スキャナーにより葉脈の形状
を取得する場合の光源としては請求項４に示すように水
銀ランプ、キセノンランプ等の紫外線ランプを用いる手
段を用意することにより葉脈の一層明確な像を得ること
が可能になる。紫外線は葉の厚い種類の植物に対しても
透過しやすく、葉脈の画像を明瞭に取得するために有効
であるためである。

【００４９】本発明は請求項５に示すように葉の外形を
記録保持するに用いられるデータベースとして、葉の中
心線に沿って葉の中心線と葉の輪郭線までの距離を記録
したものを用意しているが、この記録方法は極めて多数
の植物種類の葉の外形に関わるデータを比較的少ない記
憶容量の中に保持することを可能にする。

【００５０】請求項６に示すように葉脈の形状に関する
データについても葉の外形と同様に比較的少ない記憶容
量の中に保持することを可能にしている。

【００５１】本発明は請求項７に示すように葉の外形に
関する値として葉の長さ、幅、葉の輪郭線の長さ、輪郭
線上での曲率の変化等を指標にして植物名を検索するパ
ターン認識ソフトを用意している。特に、輪郭線上での
曲率の変化は植物種の特徴を表す葉縁の形と対応づけら
れる。ちなみに牧野新日本植物図鑑（北隆館発行）によ
れば葉辺の形は波状、歯状等１２種に区分されている。

【００５２】本発明はそのような葉縁の形を葉の輪郭線
上での曲率の変化で示すことにより植物種の検索精度を
著しく向上させている。総じて言えば本発明により植物
に詳細な知識を持たない者でも野外で採取した葉をもと
に正確な植物名の同定が可能になる。このことは環境調
査、生態系に関わる研究、自然学習等に強力な手段を提
供するものと言える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１に関わる葉の外形により植物
名を検索する植物名検索システム構成の実施例を示す図
である。トリチウム浸透防止膜を形成する方法の実施例
を示す図である。

【図２】本発明の請求項２、３、４に関わる葉の外形及
び葉脈形状により植物名を検索する植物名検索システム
構成の実施例を示す図である。

【図３】透過型スキャナーにより得られた透過像より葉
の形状及び葉脈の像を抽出した例を示す図である。

【図４】葉の外形を数値化する手順を示す図である。

【符号の説明】

１ 葉の外形データベース ２ 野外採取の葉 ３ スキャナー ４ パソコン ５ 葉の外形 ６ 葉の外形抽出ソフト ７ 葉の外形パターン認識ソフト ８ 葉の名称等の出力 ９ パソコン画面 １０ 葉の外形及び葉脈形状データベース １１ 光透過型スキャナー １２ 紫外線ランプ １３ 葉脈形状 １４ 葉の外形及び葉脈形状抽出ソフト １５ 葉の外形及び葉脈形状パターン認識ソフト １６ あらかし外形 １７ あおき外形 １８ あらかし葉脈 １９ あおき葉脈 ２０ 葉の輪郭 ２１ 葉の中心線 ２２ 葉の長さ ２３ 中心線上のｉ番目の点 ２４ 前記２３で中心線と直角に交わる直線 ２５ 前記２４と葉の輪郭線の交点 ２６ 中心線上のｊ番目の点 ２７ 前記２６で中心線と直角に交わる直線 ２８ 前記２７と葉の輪郭線の交点 ２９ 葉の中心線の原点 ３０ 葉の葉柄側端部（葉の中心線上のｎ番目の点）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 植物の葉よりその植物名を検索するため
   のシステムであって、構成要素として下記の（ａ）、
   （ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及びコンピュータを備え、且つ
   検索の手順としては検索対象とする植物の葉の画像を
   （ｂ）によりコンピュータに取り込み、（ｃ）により葉
   の外形を抽出し、（ｄ）のパターン認識ソフトを用いて
   （ａ）のデータベースより前記の葉の外形の類似した植
   物種を検索する事を特徴とする植物名検索システム。 （ａ）種類が既知の各種植物の葉の外形を磁気ファイル
   等の情報記憶媒体に記録したデータベース （ｂ）平面の画像をコンピュータに取り込む機能を持つ
   スキャナー （ｃ）葉の画像より葉の外形を抽出する機能を持つ画像
   解析ソフト （ｄ）前記（ｃ）で求めた葉の外形を（ａ）のデータベ
   ース中の葉の外形と比較して類似した検索葉とその名称
   を検索する機能を持つパターン認識ソフト
2. 【請求項２】植物の葉よりその植物名を検索するための
   システムであって、構成要素として下記の（ａ）、
   （ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及びコンピュータを備え、且つ
   検索の手順としては検索対象とする植物の葉の画像を
   （ｂ）によりコンピュータに取り込み、（ｃ）により葉
   の外形及び葉脈の形状を抽出し、（ｄ）のパターン認識
   ソフトを用いて（ａ）のデータベースより前記の葉の外
   形及び葉脈の形状の類似した植物種を検索する事を特徴
   とする植物名検索システム。 （ａ）種類が既知の各種植物の植物の葉の外形及び葉脈
   形状を磁気ファイル等の情報記憶媒体に記録したデータ
   ベース （ｂ）平面の画像をコンピュータに取り込む機能を持つ
   スキャナー （ｃ）葉の画像より葉の外形及び葉脈形状を求める機能
   を持つ画像解析ソフト （ｄ）前記（ｃ）で求めた葉の外形及び葉脈形状を
   （ａ）のデータベース中の葉の外形及び葉脈形状と比較
   して類似した葉とその名称を検索する機能を持つパター
   ン認識ソフト
3. 【請求項３】請求項２に該当する植物名検索システムで
   あって特に（ｂ）のスキャナーとして光透過型スキャナ
   ーを用いた植物名検索システム。
4. 【請求項４】 請求項３に該当する植物名検索システム
   であって特に光透過型スキャナーの光源として紫外線ラ
   ンプを使用した植物名検索システム。
5. 【請求項５】上記請求項１に該当する植物名検索システ
   ムの構成要素として葉の外形を記録保持するために用い
   られるデータベースであって、種類が既知の各種植物の
   葉に対して葉の先端部と葉の葉柄側端部を結ぶ線分を葉
   の中心線（２１）とし、中心線をあらかじめ定めた数で
   分割し、各分割点で中心線に直角な直線（２４、２７）
   を引いてその直線と葉の輪郭線との交点（２５、２８）
   を求め、その交点と中心線までの距離を求めて記録した
   ものであることを特徴とするデータベース。
6. 【請求項６】上記請求項２に該当する植物名検索システ
   ムの構成要素として葉脈の形状を記録保持するために用
   いられるデータベースであって、種類が既知の各種植物
   の葉に対して先端部と葉の葉柄側端部を結ぶ線分を葉の
   中心線とし、中心線をあらかじめ定めた数で分割し、各
   分割点で中心線に直角な直線を引いてその直線と葉脈と
   の交点を求め、その交点と中心線までの距離を求めて記
   録したものである事を特徴とするデータベース。
7. 【請求項７】上記請求項１に該当する植物名検索システ
   ムの構成要素として用いられるパターン認識ソフトであ
   って、検索対処対象とする葉の外形に関する次の
   （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の数値を請求項５に該
   当するデータベース中の葉に関する次の（ａ）、
   （ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の数値と比較することにより葉
   の名称を検索することを特徴とするパターン認識ソフ
   ト。 （ａ）葉の先端より葉の葉柄側端部に到る長さ （ｂ）葉の先端より葉の葉柄側端部に到る線分を中心線
   とし、中心線を予め定めた１００以上の数で分割し、各
   分割点で求めた中心線に直角な方向における葉の幅と前
   記（ａ）の比率 （ｃ）葉の輪郭線の全長 （ｄ）葉の輪郭線を予め定められた１００以上の数で分
   割し、各分割点で求めた輪郭線の曲率と前記（ａ）の積