JP2003339238A - 作物の生育診断方法及びその装置 - Google Patents
作物の生育診断方法及びその装置Info
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- JP2003339238A JP2003339238A JP2002154296A JP2002154296A JP2003339238A JP 2003339238 A JP2003339238 A JP 2003339238A JP 2002154296 A JP2002154296 A JP 2002154296A JP 2002154296 A JP2002154296 A JP 2002154296A JP 2003339238 A JP2003339238 A JP 2003339238A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 カメラの視野による俯角の大小を補正して地
上撮影と同様な正確な画像を取得し、生育状態等の解析
を正確に行うことのできる作物の生育診断方法及びその
装置を提供する。 【解決手段】 画像取得手段は、画像フレームをオーバ
ーラップして複数の画像を取得し、画像解析手段は、前
記オーバーラップした部分の同一地点の俯角の異なる画
像情報を比較解析し、俯角で変化する見かけ繁茂度に起
因する画像情報の変化を補正する。
上撮影と同様な正確な画像を取得し、生育状態等の解析
を正確に行うことのできる作物の生育診断方法及びその
装置を提供する。 【解決手段】 画像取得手段は、画像フレームをオーバ
ーラップして複数の画像を取得し、画像解析手段は、前
記オーバーラップした部分の同一地点の俯角の異なる画
像情報を比較解析し、俯角で変化する見かけ繁茂度に起
因する画像情報の変化を補正する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圃場内の作物の生
育や収量に現われる、面的な不均一を把握し、作物管理
を的確に行うための作物の生育診断方法及びその装置に
関する。
育や収量に現われる、面的な不均一を把握し、作物管理
を的確に行うための作物の生育診断方法及びその装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、農作物の品質・収量の安定化を図
る方法として、生育環境や生育状態の圃場内変異を数値
化して把握し、変異に対応した栽培管理を行うシステム
が有効と考えられている。生育環境や生育状態を知るた
めには、多様な情報を大量に含む画像情報の解析が効率
的である。画像情報は、可視及び可視以外の波長領域か
ら得られる面的な情報である。
る方法として、生育環境や生育状態の圃場内変異を数値
化して把握し、変異に対応した栽培管理を行うシステム
が有効と考えられている。生育環境や生育状態を知るた
めには、多様な情報を大量に含む画像情報の解析が効率
的である。画像情報は、可視及び可視以外の波長領域か
ら得られる面的な情報である。
【０００３】画像情報の取得には、人工衛星による撮
影、航空機・飛行船などでの空撮、地上での撮影の各レ
ベルが存在するが、人工衛星による撮影ではデータ処
理、解析に非常に長時間かかるのが現状である。一方、
地上撮影では、カメラと被写体との距離が近く、解像度
が大きく、植物の個体レベルの生育情報まで得ることが
できる長所がある。しかし、カメラを鉛直下向きにした
場合は、一枚の画像に取り込める面積は限られるので、
圃場全体の平面画像を得るためには何枚もの画像を人間
がコンピュータ上で貼り合わせなければならない。大区
画圃場であれば、膨大な作業量になり、非効率的であ
る。
影、航空機・飛行船などでの空撮、地上での撮影の各レ
ベルが存在するが、人工衛星による撮影ではデータ処
理、解析に非常に長時間かかるのが現状である。一方、
地上撮影では、カメラと被写体との距離が近く、解像度
が大きく、植物の個体レベルの生育情報まで得ることが
できる長所がある。しかし、カメラを鉛直下向きにした
場合は、一枚の画像に取り込める面積は限られるので、
圃場全体の平面画像を得るためには何枚もの画像を人間
がコンピュータ上で貼り合わせなければならない。大区
画圃場であれば、膨大な作業量になり、非効率的であ
る。
【０００４】地上において、圃場面を斜め上方から撮影
し、圃場全体を収めることは可能であるが、この場合
は、被写体の遠近により撮像の大きさが異なるので、歪
みを修正する必要があり（例えば、特開2001-45867、同
2001-45868参照）、この画像をもとに生育状態等の解析
を行う上で誤差の原因となる。
し、圃場全体を収めることは可能であるが、この場合
は、被写体の遠近により撮像の大きさが異なるので、歪
みを修正する必要があり（例えば、特開2001-45867、同
2001-45868参照）、この画像をもとに生育状態等の解析
を行う上で誤差の原因となる。
【０００５】そこで、無人飛行を含む航空撮影（空撮）
が、大区画圃場を１枚の画像に収めるのに効率的な画像
情報収集手法と思われる。この空撮は、撮影者が空撮シ
ステムから送信されるビデオ映像を見て、撮影範囲の確
認や指示を行いながら高度数１０ｍから１５０ｍの上空
から１フレームに１０ａ〜１ha規模の圃場を順次撮影す
るのである。
が、大区画圃場を１枚の画像に収めるのに効率的な画像
情報収集手法と思われる。この空撮は、撮影者が空撮シ
ステムから送信されるビデオ映像を見て、撮影範囲の確
認や指示を行いながら高度数１０ｍから１５０ｍの上空
から１フレームに１０ａ〜１ha規模の圃場を順次撮影す
るのである。
【０００６】この空撮写真により、欠株の発生状況や直
播での苗立の疎密、葉色や熟色の変異、倒伏等の栽培管
理者が直観している生育状況を面的に把握することがで
きるものである。さらに、空撮写真をイメージスキャナ
に取り込むことにより、地上分解能が５ｃｍ程度のデジ
タル画像が得られ、この画像をＲＧＢ階調値で演算処理
することにより、地上調査では困難な散播直播圃場全面
の苗立状況の変異や植被率等を数量的に評価することが
できるものである。
播での苗立の疎密、葉色や熟色の変異、倒伏等の栽培管
理者が直観している生育状況を面的に把握することがで
きるものである。さらに、空撮写真をイメージスキャナ
に取り込むことにより、地上分解能が５ｃｍ程度のデジ
タル画像が得られ、この画像をＲＧＢ階調値で演算処理
することにより、地上調査では困難な散播直播圃場全面
の苗立状況の変異や植被率等を数量的に評価することが
できるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空撮に
より大区画圃場を１枚の画像に収める方法にあっては、
風と光により撮影可能条件が限定される、操縦に熟
練を要する、などの問題点がある。さらに、生育初期
の撮影時は、カメラの視野によっては俯角が大きな箇所
と俯角が小さな箇所とが生じ、角度によって葉や株のみ
が見える箇所と、葉や株の間から土や水面が透けて見え
る箇所とが生じてしまう欠点があった。このような画像
により生育状態等の解析を行うと正確さに欠ける問題点
がある。
より大区画圃場を１枚の画像に収める方法にあっては、
風と光により撮影可能条件が限定される、操縦に熟
練を要する、などの問題点がある。さらに、生育初期
の撮影時は、カメラの視野によっては俯角が大きな箇所
と俯角が小さな箇所とが生じ、角度によって葉や株のみ
が見える箇所と、葉や株の間から土や水面が透けて見え
る箇所とが生じてしまう欠点があった。このような画像
により生育状態等の解析を行うと正確さに欠ける問題点
がある。
【０００８】本発明は上記問題点にかんがみ、空撮によ
り大区画圃場を１枚の画像に収める方法であって、カメ
ラの視野による俯角の大小を補正して地上撮影と同様な
正確な画像を取得し、生育状態等の解析を正確に行うこ
とのできる作物の生育診断装置を提供することを技術的
課題とする。
り大区画圃場を１枚の画像に収める方法であって、カメ
ラの視野による俯角の大小を補正して地上撮影と同様な
正確な画像を取得し、生育状態等の解析を正確に行うこ
とのできる作物の生育診断装置を提供することを技術的
課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、地上の作物を上空から撮像する画像取得手段
と、該画像取得手段によって得られた画像情報を解析す
る画像解析手段と、該画像解析手段によって得られた作
物の生育関連情報に基づいて作物の生育状態を任意の区
画毎に診断する作物生育診断手段と、を備えた作物の生
育診断方法及びその装置であって、前記画像取得手段
は、画像フレームをオーバーラップして複数の画像を取
得し、前記画像解析手段は、前記オーバーラップした部
分の同一地点の俯角の異なる画像情報を比較解析し、俯
角で変化する見かけ繁茂度に起因する画像情報の変化を
補正する補正手段を備える、という技術的手段を講じ
た。
本発明は、地上の作物を上空から撮像する画像取得手段
と、該画像取得手段によって得られた画像情報を解析す
る画像解析手段と、該画像解析手段によって得られた作
物の生育関連情報に基づいて作物の生育状態を任意の区
画毎に診断する作物生育診断手段と、を備えた作物の生
育診断方法及びその装置であって、前記画像取得手段
は、画像フレームをオーバーラップして複数の画像を取
得し、前記画像解析手段は、前記オーバーラップした部
分の同一地点の俯角の異なる画像情報を比較解析し、俯
角で変化する見かけ繁茂度に起因する画像情報の変化を
補正する補正手段を備える、という技術的手段を講じ
た。
【００１０】これにより、前記画像取得手段は、画像フ
レームをオーバーラップして複数の画像を取得し、前記
画像解析手段は、前記オーバーラップした部分の同一地
点の俯角の異なる画像情報を比較解析し、俯角で変化す
る見かけ繁茂度に起因する画像情報の変化を補正するの
で、地上からの撮影では比較的俯角範囲が小さいが、同
一範囲を撮影対象とした場合、上空からの撮影は俯角範
囲が広くなるが、このとき、見かけ繁茂度に起因する画
像情報の変化が補正されるので、地上撮影と同様に正確
な画像を取得し、生育状態等の解析を正確に行うことが
可能となる。
レームをオーバーラップして複数の画像を取得し、前記
画像解析手段は、前記オーバーラップした部分の同一地
点の俯角の異なる画像情報を比較解析し、俯角で変化す
る見かけ繁茂度に起因する画像情報の変化を補正するの
で、地上からの撮影では比較的俯角範囲が小さいが、同
一範囲を撮影対象とした場合、上空からの撮影は俯角範
囲が広くなるが、このとき、見かけ繁茂度に起因する画
像情報の変化が補正されるので、地上撮影と同様に正確
な画像を取得し、生育状態等の解析を正確に行うことが
可能となる。
【００１１】また、前記画像取得手段は、見かけ繁茂度
が概略一定と見なせる俯角範囲の画像を連続的に複数取
得し、前記画像解析手段は、該見かけ繁茂度が一定の複
数画像情報から、作物の生育関連情報を任意の区画毎に
算出することもできるから、俯角範囲が小さい画像を連
続的に取得し、これらを結合した一枚の画像から生育状
態等の解析を正確に行うことも可能である。
が概略一定と見なせる俯角範囲の画像を連続的に複数取
得し、前記画像解析手段は、該見かけ繁茂度が一定の複
数画像情報から、作物の生育関連情報を任意の区画毎に
算出することもできるから、俯角範囲が小さい画像を連
続的に取得し、これらを結合した一枚の画像から生育状
態等の解析を正確に行うことも可能である。
【００１２】さらに、前記取得画像の少なくとも１つ
に、グランド・トゥルースを取得する区画を判別可能に
写し込むものであるから、画像情報に基づいて作物の生
育状態を、例えば、窒素含有率などで数値化して瞬時に
把握することができる。
に、グランド・トゥルースを取得する区画を判別可能に
写し込むものであるから、画像情報に基づいて作物の生
育状態を、例えば、窒素含有率などで数値化して瞬時に
把握することができる。
【００１３】そして、前記画像取得手段は、複数の圃場
が写し込まれた画像を取得し、同一品種、又は／及び同
一生育段階毎に予め分類された圃場グループのそれぞれ
に、少なくとも１ヵ所にグランド・トゥルース取得区画
を判別可能に写し込むものであるから、大区画圃場であ
っても、例えば、作物が同一品種・同一生育段階ごと
に、画像情報に基づいて作物の生育状態を数値化して瞬
時に把握することができる。
が写し込まれた画像を取得し、同一品種、又は／及び同
一生育段階毎に予め分類された圃場グループのそれぞれ
に、少なくとも１ヵ所にグランド・トゥルース取得区画
を判別可能に写し込むものであるから、大区画圃場であ
っても、例えば、作物が同一品種・同一生育段階ごと
に、画像情報に基づいて作物の生育状態を数値化して瞬
時に把握することができる。
【００１４】また、前記画像解析手段によって得られた
作物の生育関連情報と、前記グランド・トゥルース取得
区画の作物を実測して得られた真の生育情報と、から、
得られた画像全ての範囲の生育関連情報を真の生育情報
に変換することで、画像情報に基づいて正確な作物の生
育状態を把握することができる。
作物の生育関連情報と、前記グランド・トゥルース取得
区画の作物を実測して得られた真の生育情報と、から、
得られた画像全ての範囲の生育関連情報を真の生育情報
に変換することで、画像情報に基づいて正確な作物の生
育状態を把握することができる。
【００１５】なお、前記画像解析手段によって得られた
作物の生育関連情報が、取得画像から得られる特定波長
の分光画像情報から予め決められた計算式により算出さ
れた作物体の窒素含有率関連情報とすれば、画像情報に
基づく作物の生育状態が窒素含有率関連情報として特定
されて、生育状態を瞬時に把握することができる。
作物の生育関連情報が、取得画像から得られる特定波長
の分光画像情報から予め決められた計算式により算出さ
れた作物体の窒素含有率関連情報とすれば、画像情報に
基づく作物の生育状態が窒素含有率関連情報として特定
されて、生育状態を瞬時に把握することができる。
【００１６】さらに、前記画像取得手段は、画像フレー
ムをオーバーラップして複数の画像を取得し、前記画像
解析手段は、前記オーバーラップした部分の同一地点の
画像情報を比較解析し、オーバーラップする画像の撮像
時の環境変化を補正するものであるから、例えば、気象
条件、撮影時の雲による日照条件、リファレンス光など
の環境変化を考慮して画像の解析が行われるから、より
正確な作物の生育診断が可能となる。
ムをオーバーラップして複数の画像を取得し、前記画像
解析手段は、前記オーバーラップした部分の同一地点の
画像情報を比較解析し、オーバーラップする画像の撮像
時の環境変化を補正するものであるから、例えば、気象
条件、撮影時の雲による日照条件、リファレンス光など
の環境変化を考慮して画像の解析が行われるから、より
正確な作物の生育診断が可能となる。
【００１７】そして、前記画像取得手段は、太陽の方角
との関係から撮影方向を制御したり、太陽の高度との関
係から撮影俯角を制御するので、逆光撮影など太陽光の
照射方向に起因する情報への外乱を除去した正確な画像
を取得することが可能となる。
との関係から撮影方向を制御したり、太陽の高度との関
係から撮影俯角を制御するので、逆光撮影など太陽光の
照射方向に起因する情報への外乱を除去した正確な画像
を取得することが可能となる。
【００１８】前記画像取得手段は、ラジコン無人飛行機
に撮像カメラを搭載したもの、又は予め設定されたプロ
グラムにより決定される飛行コース、飛行高度及び飛行
高度を維持して自動飛行する無人飛行機に撮像カメラを
搭載したものであればよい。
に撮像カメラを搭載したもの、又は予め設定されたプロ
グラムにより決定される飛行コース、飛行高度及び飛行
高度を維持して自動飛行する無人飛行機に撮像カメラを
搭載したものであればよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。
を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】図１は無人ラジコンヘリによる空撮システ
ムの概略構成図である。図１において、ラジコンヘリコ
プター１は、機体２にエンジンなどの駆動源と連動する
メインシャフト３を軸支し、該メインシャフト３の上端
にメインロータ４やスタビライザーを装架し、機体１の
後部には、テールパイプ５を突設して、該テールパイプ
５に水平尾翼６、垂直尾翼７、駆動源と連動するテール
ロータ８等を装架する。そして、地上のラジコン送信器
９により無線誘導飛行する様に構成している。なお、こ
のようなラジコン送信器９により無線誘導飛行を行なわ
ず、予め設定されたプログラムにより決定される飛行コ
ース、飛行高度を維持して自動飛行できるように無人飛
行とすることも可能である。
ムの概略構成図である。図１において、ラジコンヘリコ
プター１は、機体２にエンジンなどの駆動源と連動する
メインシャフト３を軸支し、該メインシャフト３の上端
にメインロータ４やスタビライザーを装架し、機体１の
後部には、テールパイプ５を突設して、該テールパイプ
５に水平尾翼６、垂直尾翼７、駆動源と連動するテール
ロータ８等を装架する。そして、地上のラジコン送信器
９により無線誘導飛行する様に構成している。なお、こ
のようなラジコン送信器９により無線誘導飛行を行なわ
ず、予め設定されたプログラムにより決定される飛行コ
ース、飛行高度を維持して自動飛行できるように無人飛
行とすることも可能である。
【００２１】このようなラジコンヘリコプター１におい
て、動画像を撮影するためのテレビカメラ、ビデオカメ
ラ１０などを機体２底面位置で、かつ、該カメラ１０の
レンズを機体２の正面に向けた適当なアングルとなして
取り付ける。そして、映像増幅器、変調送信器、送信ア
ンテナ等より成る送信装置（いずれも図示せず）をカメ
ラ１０と接続して、地上へ動画像を送信できる構成にし
ておく。また、カメラ１０の後方には、収容枠１１を付
設し、該収容枠１１内に静止画像を撮影するためのスチ
ールカメラ、デジタルカメラ１２などを機体２の下方に
向けた適当なアングルとなして収容する。
て、動画像を撮影するためのテレビカメラ、ビデオカメ
ラ１０などを機体２底面位置で、かつ、該カメラ１０の
レンズを機体２の正面に向けた適当なアングルとなして
取り付ける。そして、映像増幅器、変調送信器、送信ア
ンテナ等より成る送信装置（いずれも図示せず）をカメ
ラ１０と接続して、地上へ動画像を送信できる構成にし
ておく。また、カメラ１０の後方には、収容枠１１を付
設し、該収容枠１１内に静止画像を撮影するためのスチ
ールカメラ、デジタルカメラ１２などを機体２の下方に
向けた適当なアングルとなして収容する。
【００２２】図２は、地上において圃場面を斜め上方か
ら撮影する際の原理を示す概略図である。図２におい
て、Ａ−Ｂ間は圃場を撮影する際の地上面であって、地
上から１〜２ｍの位置に固定したカメラ１２により、Ａ
地点からＢ地点までを視野に入れて撮影するのである。
このとき、Ａ地点の俯角θ１とＢ地点の俯角θ２との差
は小さく（図２では、約３５°）、俯角による補正は不
要であることが分かる。
ら撮影する際の原理を示す概略図である。図２におい
て、Ａ−Ｂ間は圃場を撮影する際の地上面であって、地
上から１〜２ｍの位置に固定したカメラ１２により、Ａ
地点からＢ地点までを視野に入れて撮影するのである。
このとき、Ａ地点の俯角θ１とＢ地点の俯角θ２との差
は小さく（図２では、約３５°）、俯角による補正は不
要であることが分かる。
【００２３】図３は無人ラジコンヘリを利用した空撮の
様子を示す概略図である。図３において、Ａ−Ｂ間は大
区画圃場を空撮する際の地上面であって、Ａ地点から上
方へ数１０〜１５０ｍ程度離れた上空に、ラジコンヘリ
コプター１に搭載されたカメラ１２Ａが位置する。この
カメラ１２Ａの位置からは、俯角θＡnでの視野が空撮
され、カメラ１２Ｃの位置からは、俯角θＣｎでの視野
が空撮される。このとき、Ａ地点の俯角θとＢ地点の俯
角θとの差は図2の地上撮影よりも大きくなり、俯角に
よる補正が必要となることが分かる。
様子を示す概略図である。図３において、Ａ−Ｂ間は大
区画圃場を空撮する際の地上面であって、Ａ地点から上
方へ数１０〜１５０ｍ程度離れた上空に、ラジコンヘリ
コプター１に搭載されたカメラ１２Ａが位置する。この
カメラ１２Ａの位置からは、俯角θＡnでの視野が空撮
され、カメラ１２Ｃの位置からは、俯角θＣｎでの視野
が空撮される。このとき、Ａ地点の俯角θとＢ地点の俯
角θとの差は図2の地上撮影よりも大きくなり、俯角に
よる補正が必要となることが分かる。
【００２４】この俯角による補正は、例えば、カメラ１
２が、画像フレームをオーバーラップして複数の画像を
取得し、画像解析手段により、オーバーラップした部分
（図３ではＡ−Ｃ間）の同一地点の俯角の異なる画像情
報（図３ではＡ点からＣ点の間の任意の点Ｇ（複数）の
画像情報）を比較解析し、俯角で変化する見かけ繁茂度
に起因する画像情報の変化を補正するとよい。例えば、
ラジコンヘリコプター１の移動に伴い、カメラが符号１
２Ａから符号１２Ｃの位置に移転して画像フレームをオ
ーバーラップして複数の画像を取得し、符号１２Ａ地点
の俯角θＡと符号１２Ｃ地点の俯角θＣとの差から、俯
角で変化する見かけ繁茂度に起因する画像情報の変化を
補正する。
２が、画像フレームをオーバーラップして複数の画像を
取得し、画像解析手段により、オーバーラップした部分
（図３ではＡ−Ｃ間）の同一地点の俯角の異なる画像情
報（図３ではＡ点からＣ点の間の任意の点Ｇ（複数）の
画像情報）を比較解析し、俯角で変化する見かけ繁茂度
に起因する画像情報の変化を補正するとよい。例えば、
ラジコンヘリコプター１の移動に伴い、カメラが符号１
２Ａから符号１２Ｃの位置に移転して画像フレームをオ
ーバーラップして複数の画像を取得し、符号１２Ａ地点
の俯角θＡと符号１２Ｃ地点の俯角θＣとの差から、俯
角で変化する見かけ繁茂度に起因する画像情報の変化を
補正する。
【００２５】図４は、地上撮影と空撮とで俯角による色
の変化量を比較した図である。俯角の差による色の違い
は、俯角が小さい場合は小さく、俯角が大きい場合は大
きくなるので、俯角による補正式が必要となるのであ
る。
の変化量を比較した図である。俯角の差による色の違い
は、俯角が小さい場合は小さく、俯角が大きい場合は大
きくなるので、俯角による補正式が必要となるのであ
る。
【００２６】上記補正式の概略を図５を参照して述べ
る。いま、基準俯角θｓにおけるカメラへの入射光量を
Ｉｓとすると、任意の俯角での入射光量Ｉは
る。いま、基準俯角θｓにおけるカメラへの入射光量を
Ｉｓとすると、任意の俯角での入射光量Ｉは
【数１】
となる。よって、Ｉｓは
【数２】
と表すことができる。
【００２７】このように、俯角の差による色の違いを任
意の関数として実験や理論により予め求めておけば、俯
角による補正式により地上撮影と同様な色の正確な画像
を取得することができるのである。
意の関数として実験や理論により予め求めておけば、俯
角による補正式により地上撮影と同様な色の正確な画像
を取得することができるのである。
【００２８】また、図６及び図７は取得画像情報から俯
角補正値を求める別の実施形態である。取得画像情報か
ら俯角補正値を求めるには、ラップした画像上の任意の
点Ｇ １，Ｇ２，…，ＧｎにおけるカメラＡ，Ｂのそれぞ
れへの入射光量（ＩA1，ＩB １），（ＩA２，ＩB２），
…，（ＩAｎ，ＩBｎ）と、俯角情報（θA1，θB１），
（θA２，θB２），…，（θAｎ，θBｎ）を得るので、
角補正値を求める別の実施形態である。取得画像情報か
ら俯角補正値を求めるには、ラップした画像上の任意の
点Ｇ １，Ｇ２，…，ＧｎにおけるカメラＡ，Ｂのそれぞ
れへの入射光量（ＩA1，ＩB １），（ＩA２，ＩB２），
…，（ＩAｎ，ＩBｎ）と、俯角情報（θA1，θB１），
（θA２，θB２），…，（θAｎ，θBｎ）を得るので、
【数３】
とすることができる。
【００２９】そして、多変量解析により、
【数４】
をモデリングし、基準となる俯角をθＳとすると、上式
より、θＳへの補正値はθＡ＝θＳとおいて、
より、θＳへの補正値はθＡ＝θＳとおいて、
【数５】
として、Ｂカメラの画像全体を基準俯角θＳで撮像した
ものに変換できる。
ものに変換できる。
【００３０】図８は、空撮により圃場を撮影する際に葉
や株のみが見える箇所と、葉や株の間から土や水面が透
けて見える箇所とを模式的に表した概略図である。一般
的に葉や株の間から土や水面が透けて見える箇所は、株
間の距離などの栽植密度や移植後の日数による繁茂状態
や、品種などの影響が考えられるが、俯角θが大きい
（９０°に近づく）箇所とも考えられる。つまり、カメ
ラ１２Ａの位置から空撮する際は、Ａ地点が最も土や水
面が透けて見える箇所となり、カメラ１２Ｃの位置から
空撮する際は、Ｃ地点が最も土や水面が透けて見える箇
所となるのである。この空撮時の俯角と色との違いの関
係は図６のように表すことができる。
や株のみが見える箇所と、葉や株の間から土や水面が透
けて見える箇所とを模式的に表した概略図である。一般
的に葉や株の間から土や水面が透けて見える箇所は、株
間の距離などの栽植密度や移植後の日数による繁茂状態
や、品種などの影響が考えられるが、俯角θが大きい
（９０°に近づく）箇所とも考えられる。つまり、カメ
ラ１２Ａの位置から空撮する際は、Ａ地点が最も土や水
面が透けて見える箇所となり、カメラ１２Ｃの位置から
空撮する際は、Ｃ地点が最も土や水面が透けて見える箇
所となるのである。この空撮時の俯角と色との違いの関
係は図６のように表すことができる。
【００３１】そして、図９を参照して以下のような俯角
による補正式を導入することができる。いま、俯角θに
おける撮影画像の輝度をＣとすると、Ｃは俯角θ、移植
後日数（時間）ｔの関数で表すことができる。
による補正式を導入することができる。いま、俯角θに
おける撮影画像の輝度をＣとすると、Ｃは俯角θ、移植
後日数（時間）ｔの関数で表すことができる。
【数６】
θ＜θ２のとき、圃場の土、水が透けて見えないとすれ
ば、Ｃ＝Ｃ0と一定となる。（１）式を書き換えると以
下のようになる。
ば、Ｃ＝Ｃ0と一定となる。（１）式を書き換えると以
下のようになる。
【数７】
よってＣ0は
【数８】
により求めることができる。そして、（３）式を用いて
撮影輝度をθ＜θｓのＣ0に補正することができる。
撮影輝度をθ＜θｓのＣ0に補正することができる。
【００３２】図１０は大区画圃場を空撮した際の圃場を
複数コマ（Ａ−１〜Ｂ−４）に分割して撮影した模式図
を示すものである。
複数コマ（Ａ−１〜Ｂ−４）に分割して撮影した模式図
を示すものである。
【００３３】図１０においては、例えば、１枚の圃場
（田んぼ）の面積が５〜５０a（アール）であって、こ
の圃場が畝によりＡ〜Ｈの８枚に区画されているような
大区画圃場を想定している。そして、圃場Ａ、Ｄ、Ｆに
はコシヒカリを５月１０日に移植（田植）してあり、圃
場Ｂ、Ｅにはヒノヒカリを５月１５日に移植してあり、
圃場Ｃにはコシヒカリを５月１５日に移植してあり、圃
場Ｇにはあきたこまちを５月１０日に移植してあり、圃
場Ｈにはあきたこまちを５月５日に移植してある。
（田んぼ）の面積が５〜５０a（アール）であって、こ
の圃場が畝によりＡ〜Ｈの８枚に区画されているような
大区画圃場を想定している。そして、圃場Ａ、Ｄ、Ｆに
はコシヒカリを５月１０日に移植（田植）してあり、圃
場Ｂ、Ｅにはヒノヒカリを５月１５日に移植してあり、
圃場Ｃにはコシヒカリを５月１５日に移植してあり、圃
場Ｇにはあきたこまちを５月１０日に移植してあり、圃
場Ｈにはあきたこまちを５月５日に移植してある。
【００３４】図１１は図１０から窒素含有率の絶対分布
を求める工程を示すフローチャートである。以下、図
１、図１０及び図１１を参照して窒素含有率の絶対分布
を求める工程を説明する。
を求める工程を示すフローチャートである。以下、図
１、図１０及び図１１を参照して窒素含有率の絶対分布
を求める工程を説明する。
【００３５】図１のようなカメラ１２が搭載されたラジ
コンヘリコプター１を飛ばし、約数１０〜１５０ｍ上空
から図１０に示すような大区画圃場の空撮を開始する
（図１１のステップ１）。大区画圃場は畝により複数の
圃場（Ａ〜Ｈ）に分割されており（図１０）、空撮の際
は、畝を越えて隣り合う圃場をオーバーラップして撮影
するのが好ましく、例えば、圃場Ａの空撮を行う際は、
圃場Ｂの一部をラップするような静止画像（図１０のＡ
−１）を取得し、圃場Ｂの空撮を行う際は、圃場Ａの一
部及び圃場Ｃの一部をラップするような静止画像（図１
０のＡ−２）を取得するのがよい（図１１のステップ
２）。
コンヘリコプター１を飛ばし、約数１０〜１５０ｍ上空
から図１０に示すような大区画圃場の空撮を開始する
（図１１のステップ１）。大区画圃場は畝により複数の
圃場（Ａ〜Ｈ）に分割されており（図１０）、空撮の際
は、畝を越えて隣り合う圃場をオーバーラップして撮影
するのが好ましく、例えば、圃場Ａの空撮を行う際は、
圃場Ｂの一部をラップするような静止画像（図１０のＡ
−１）を取得し、圃場Ｂの空撮を行う際は、圃場Ａの一
部及び圃場Ｃの一部をラップするような静止画像（図１
０のＡ−２）を取得するのがよい（図１１のステップ
２）。
【００３６】本実施例では、コシヒカリを５月１０日に
移植した圃場Ａ、Ｄ、Ｆを選択する（図１１のステップ
５）。そして、この選択された圃場Ａ、Ｄ、Ｆの画像Ｒ
ＧＢ値から以下の数式９により窒素相対分布を求める
（図１１のステップ６）。これは、同一品種、同一移植
日の圃場であれば、窒素相対分布はほぼ近似した値にな
ると推定されるからである。
移植した圃場Ａ、Ｄ、Ｆを選択する（図１１のステップ
５）。そして、この選択された圃場Ａ、Ｄ、Ｆの画像Ｒ
ＧＢ値から以下の数式９により窒素相対分布を求める
（図１１のステップ６）。これは、同一品種、同一移植
日の圃場であれば、窒素相対分布はほぼ近似した値にな
ると推定されるからである。
【数９】
ただし、Ｎｒは窒素相対分布であり、ＲはRedの輝度値
であり、ＧはGreenの輝度値であり、ＢはBlueの輝度値
であり、ａ,ｂ,ｃは係数である。
であり、ＧはGreenの輝度値であり、ＢはBlueの輝度値
であり、ａ,ｂ,ｃは係数である。
【００３７】同一品種、同一移植日の圃場での窒素相対
分布が求まると、グランド・トゥルースを取得するため
に、選択された圃場Ａ、Ｄ、Ｆ内のいずれかの作物をハ
ンドヘルド型(携帯型)の接触式葉身窒素測定センサにて
窒素量を実測する（図１１のステップ７）。そして、窒
素量の実測値と窒素相対分布との差を用いて窒素含有率
の絶対分布を求める（図１１のステップ８）。この窒素
含有率の絶対分布は圃場Ａ、Ｄ、Ｆに適用されるのであ
る。
分布が求まると、グランド・トゥルースを取得するため
に、選択された圃場Ａ、Ｄ、Ｆ内のいずれかの作物をハ
ンドヘルド型(携帯型)の接触式葉身窒素測定センサにて
窒素量を実測する（図１１のステップ７）。そして、窒
素量の実測値と窒素相対分布との差を用いて窒素含有率
の絶対分布を求める（図１１のステップ８）。この窒素
含有率の絶対分布は圃場Ａ、Ｄ、Ｆに適用されるのであ
る。
【００３８】そして、図１１のステップ４で得られた１
枚の合成画像上で全ての圃場が選択したか否かが判別さ
れる（図１１のステップ９）。YESの場合、圃場Ａ〜Ｈ
の全てで窒素含有率の絶対分布が算出されて処理が終了
する（図１１のステップ１０）。NOの場合、ステップ５
に戻り、再度、同一品種、同一移植日の圃場を選択す
る。本実施例では、圃場Ａ、Ｄ、Ｆ以外の、ヒノヒカリ
を５月１５日に移植した圃場Ｂ、Ｅを選択する。そし
て、上記同様にステップ６からステップ８の処理を行な
って、窒素含有率の絶対分布を求めるのである。さら
に、順次、圃場Ｃ、圃場Ｇ及び圃場Ｈの窒素含有率の絶
対分布を求めると、大区画圃場全体の窒素含有率の絶対
分布を算出することができる。
枚の合成画像上で全ての圃場が選択したか否かが判別さ
れる（図１１のステップ９）。YESの場合、圃場Ａ〜Ｈ
の全てで窒素含有率の絶対分布が算出されて処理が終了
する（図１１のステップ１０）。NOの場合、ステップ５
に戻り、再度、同一品種、同一移植日の圃場を選択す
る。本実施例では、圃場Ａ、Ｄ、Ｆ以外の、ヒノヒカリ
を５月１５日に移植した圃場Ｂ、Ｅを選択する。そし
て、上記同様にステップ６からステップ８の処理を行な
って、窒素含有率の絶対分布を求めるのである。さら
に、順次、圃場Ｃ、圃場Ｇ及び圃場Ｈの窒素含有率の絶
対分布を求めると、大区画圃場全体の窒素含有率の絶対
分布を算出することができる。
【００３９】以上のように、大区画圃場を空撮して同一
品種、同一移植日の圃場での窒素相対分布を求め、この
窒素相対分布を求めた圃場内の作物の窒素量を実測し、
大区画圃場全体の窒素含有率の絶対分布を算出するの
で、地上調査では困難な散播直播圃場全面の苗立状況の
変異や植被率等を数量的に評価し、生育状態等の解析を
正確に行うことができる。
品種、同一移植日の圃場での窒素相対分布を求め、この
窒素相対分布を求めた圃場内の作物の窒素量を実測し、
大区画圃場全体の窒素含有率の絶対分布を算出するの
で、地上調査では困難な散播直播圃場全面の苗立状況の
変異や植被率等を数量的に評価し、生育状態等の解析を
正確に行うことができる。
【００４０】なお、前記画像取得手段は、太陽の方角と
の関係から撮影方向を制御したり、太陽の高度との関係
から撮影俯角を制御するので、太陽光による画像解析上
の外乱を除去して正確な画像を取得することが可能とな
るものである。
の関係から撮影方向を制御したり、太陽の高度との関係
から撮影俯角を制御するので、太陽光による画像解析上
の外乱を除去して正確な画像を取得することが可能とな
るものである。
【００４１】
【発明の効果】以上のように本発明は、地上の作物を上
空から撮像する画像取得手段と、該画像取得手段によっ
て得られた画像情報を解析する画像解析手段と、該画像
解析手段によって得られた作物の生育関連情報に基づい
て作物の生育状態を任意の区画毎に診断する作物生育診
断手段と、を備えた作物の生育診断方法及びその装置で
あって、前記画像取得手段は、画像フレームをオーバー
ラップして複数の画像を取得し、前記画像解析手段は、
前記オーバーラップした部分の同一地点の俯角の異なる
画像情報を比較解析し、俯角で変化する見かけ繁茂度に
起因する画像情報の変化を補正する補正手段を備える、
という技術的手段を講じた。
空から撮像する画像取得手段と、該画像取得手段によっ
て得られた画像情報を解析する画像解析手段と、該画像
解析手段によって得られた作物の生育関連情報に基づい
て作物の生育状態を任意の区画毎に診断する作物生育診
断手段と、を備えた作物の生育診断方法及びその装置で
あって、前記画像取得手段は、画像フレームをオーバー
ラップして複数の画像を取得し、前記画像解析手段は、
前記オーバーラップした部分の同一地点の俯角の異なる
画像情報を比較解析し、俯角で変化する見かけ繁茂度に
起因する画像情報の変化を補正する補正手段を備える、
という技術的手段を講じた。
【００４２】これにより、前記画像取得手段は、画像フ
レームをオーバーラップして複数の画像を取得し、前記
画像解析手段は、前記オーバーラップした部分の同一地
点の俯角の異なる画像情報を比較解析し、俯角で変化す
る見かけ繁茂度に起因する画像情報の変化を補正するの
で、地上からの撮影では比較的俯角範囲が小さいが、同
一範囲を撮影対象とした場合、上空からの撮影は俯角範
囲が広くなるが、このとき、見かけ繁茂度に起因する画
像情報の変化が補正されるので、地上撮影と同様に正確
な画像を取得し、生育状態等の解析を正確に行うことが
可能となる。
レームをオーバーラップして複数の画像を取得し、前記
画像解析手段は、前記オーバーラップした部分の同一地
点の俯角の異なる画像情報を比較解析し、俯角で変化す
る見かけ繁茂度に起因する画像情報の変化を補正するの
で、地上からの撮影では比較的俯角範囲が小さいが、同
一範囲を撮影対象とした場合、上空からの撮影は俯角範
囲が広くなるが、このとき、見かけ繁茂度に起因する画
像情報の変化が補正されるので、地上撮影と同様に正確
な画像を取得し、生育状態等の解析を正確に行うことが
可能となる。
【００４３】また、前記画像取得手段は、見かけ繁茂度
が概略一定と見なせる俯角範囲の画像を連続的に複数取
得し、前記画像解析手段は、該見かけ繁茂度が一定の複
数画像情報から、作物の生育関連情報を任意の区画毎に
算出することもできるから、俯角範囲が小さい画像を連
続的に取得し、これらを結合した一枚の画像から生育状
態等の解析を正確に行うことも可能である。
が概略一定と見なせる俯角範囲の画像を連続的に複数取
得し、前記画像解析手段は、該見かけ繁茂度が一定の複
数画像情報から、作物の生育関連情報を任意の区画毎に
算出することもできるから、俯角範囲が小さい画像を連
続的に取得し、これらを結合した一枚の画像から生育状
態等の解析を正確に行うことも可能である。
【００４４】さらに、前記取得画像の少なくとも１つ
に、グランド・トゥルースを取得する区画を判別可能に
写し込むものであるから、画像情報に基づいて作物の生
育状態を、例えば、窒素含有率などで数値化して瞬時に
把握することができる。
に、グランド・トゥルースを取得する区画を判別可能に
写し込むものであるから、画像情報に基づいて作物の生
育状態を、例えば、窒素含有率などで数値化して瞬時に
把握することができる。
【００４５】そして、前記画像取得手段は、複数の圃場
が写し込まれた画像を取得し、同一品種、又は／及び同
一生育段階毎に予め分類された圃場グループのそれぞれ
に、少なくとも１ヵ所にグランド・トゥルース取得区画
を判別可能に写し込むものであるから、大区画圃場であ
っても、例えば、作物が同一品種・同一生育段階ごと
に、画像情報に基づいて作物の生育状態を数値化して瞬
時に把握することができる。
が写し込まれた画像を取得し、同一品種、又は／及び同
一生育段階毎に予め分類された圃場グループのそれぞれ
に、少なくとも１ヵ所にグランド・トゥルース取得区画
を判別可能に写し込むものであるから、大区画圃場であ
っても、例えば、作物が同一品種・同一生育段階ごと
に、画像情報に基づいて作物の生育状態を数値化して瞬
時に把握することができる。
【００４６】また、前記画像解析手段によって得られた
作物の生育関連情報と、前記グランド・トゥルース取得
区画の作物を実測して得られた真の生育情報と、から、
得られた画像全ての範囲の生育関連情報を真の生育情報
に変換することで、画像情報に基づいて正確な作物の生
育状態を把握することができる。
作物の生育関連情報と、前記グランド・トゥルース取得
区画の作物を実測して得られた真の生育情報と、から、
得られた画像全ての範囲の生育関連情報を真の生育情報
に変換することで、画像情報に基づいて正確な作物の生
育状態を把握することができる。
【００４７】なお、前記画像解析手段によって得られた
作物の生育関連情報が、取得画像から得られる特定波長
の分光画像情報から予め決められた計算式により算出さ
れた作物体の窒素含有率関連情報とすれば、画像情報に
基づく作物の生育状態が窒素含有率関連情報として特定
されて、生育状態を瞬時に把握することができる。
作物の生育関連情報が、取得画像から得られる特定波長
の分光画像情報から予め決められた計算式により算出さ
れた作物体の窒素含有率関連情報とすれば、画像情報に
基づく作物の生育状態が窒素含有率関連情報として特定
されて、生育状態を瞬時に把握することができる。
【００４８】さらに、前記画像取得手段は、画像フレー
ムをオーバーラップして複数の画像を取得し、前記画像
解析手段は、前記オーバーラップした部分の同一地点の
画像情報を比較解析し、オーバーラップする画像の撮像
時の環境変化を補正するものであるから、例えば、気象
条件、撮影時の雲による日照条件、リファレンス光など
の環境変化を考慮して画像の解析が行われるから、より
正確な作物の生育診断が可能となる。
ムをオーバーラップして複数の画像を取得し、前記画像
解析手段は、前記オーバーラップした部分の同一地点の
画像情報を比較解析し、オーバーラップする画像の撮像
時の環境変化を補正するものであるから、例えば、気象
条件、撮影時の雲による日照条件、リファレンス光など
の環境変化を考慮して画像の解析が行われるから、より
正確な作物の生育診断が可能となる。
【００４９】そして、前記画像取得手段は、太陽の方角
との関係から撮影方向を制御したり、太陽の高度との関
係から撮影俯角を制御するので、逆光撮影など太陽光の
照射方向に起因する画像情報への外乱を除去した正確な
画像を取得することが可能となる。
との関係から撮影方向を制御したり、太陽の高度との関
係から撮影俯角を制御するので、逆光撮影など太陽光の
照射方向に起因する画像情報への外乱を除去した正確な
画像を取得することが可能となる。
【００５０】前記画像取得手段は、ラジコン無人飛行機
に撮像カメラを搭載したもの、又は予め設定されたプロ
グラムにより決定される飛行コース、飛行高度及び飛行
高度を維持して自動飛行する無人飛行機に撮像カメラを
搭載したものであればよい。
に撮像カメラを搭載したもの、又は予め設定されたプロ
グラムにより決定される飛行コース、飛行高度及び飛行
高度を維持して自動飛行する無人飛行機に撮像カメラを
搭載したものであればよい。
【図１】無人ラジコンヘリによる空撮システムの概略構
成図である。
成図である。
【図２】地上において圃場面を斜め上方から撮影する際
の原理を示す概略図である。
の原理を示す概略図である。
【図３】無人ラジコンヘリを利用した空撮の様子を示す
概略図である。
概略図である。
【図４】地上撮影と空撮とで俯角の差による色の違いを
示す図である。
示す図である。
【図５】補正式を算出する際の概略説明図である。
【図６】取得画像情報から俯角補正値を求める別の概略
説明図である。
説明図である。
【図７】取得画像情報から俯角補正値を求める別の概略
説明図である。
説明図である。
【図８】空撮により圃場を撮影する際に葉や株のみが見
える箇所と、葉や株の間から土や水面が透けて見える箇
所とを模式的に表した概略図である。
える箇所と、葉や株の間から土や水面が透けて見える箇
所とを模式的に表した概略図である。
【図９】空撮時の俯角と色との違いの関係を示す図であ
る。
る。
【図１０】大区画圃場を空撮した際の圃場を複数に分割
して撮影した模式図である。
して撮影した模式図である。
【図１１】窒素含有率の絶対分布を求める工程を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
１ ラジコンヘリコプター
２ 機体
３ メインシャフト
４ メインロータ
５ テールパイプ
６ 水平尾翼
７ 垂直尾翼
８ テールロータ
９ ラジコン送信器
１０ カメラ
１１ 収容枠
１２ デジタルカメラ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 松田 真典
広島県東広島市西条西本町２番30号 株式
会社サタケ内
Ｆターム(参考） 2G059 AA01 AA05 BB11 CC02 EE02
EE11 EE13 FF01 KK04 MM01
MM09 MM14
5B057 AA14 AA15 CA12 CA16 CB12
CB16 CD12
Claims (10)
- 【請求項1】 地上の作物を上空から撮像する画像取得
手段と、該画像取得手段によって得られた画像情報を解
析する画像解析手段と、該画像解析手段によって得られ
た作物の生育関連情報に基づいて作物の生育状態を任意
の区画毎に診断する作物生育診断手段と、を備えた作物
の生育診断方法及びその装置であって、前記画像取得手
段は、画像フレームをオーバーラップして複数の画像を
取得し、前記画像解析手段は、前記オーバーラップした
部分の同一地点の俯角の異なる画像情報を比較解析し、
俯角で変化する見かけ繁茂度に起因する画像情報の変化
を補正する補正手段を備えたことを特徴とする作物の生
育診断方法及びその装置。 - 【請求項２】 前記画像取得手段は、見かけ繁茂度が概
略一定と見なせる俯角範囲の画像を連続的に複数取得
し、前記画像解析手段は、該見かけ繁茂度が一定の複数
画像情報から、作物の生育関連情報を任意の区画毎に算
出する請求項１記載の作物の生育診断方法及びその装
置。 - 【請求項３】 前記取得画像の少なくとも１つに、グラ
ンド・トゥルースを取得する区画を判別可能に写し込ん
でなる請求項１又は２記載の作物の生育診断方法及びそ
の装置。 - 【請求項４】 前記画像取得手段は、複数の圃場が写し
込まれた画像を取得し、同一品種、又は／及び同一生育
段階毎に予め分類された圃場グループのそれぞれに、少
なくとも１ヵ所にグランド・トゥルース取得区画を判別
可能に写し込んでなる請求項１、２又は３記載の作物の
生育診断方法及びその装置。 - 【請求項５】 前記画像解析手段によって得られた作物
の生育関連情報と、前記グランド・トゥルース取得区画
の作物を実測して得られた真の生育情報と、から、得ら
れた画像全ての範囲の生育関連情報を真の生育情報に変
換してなる請求項１から４のいずれかに記載の作物の生
育診断方法及びその装置。 - 【請求項６】 前記画像解析手段によって得られた作物
の生育関連情報が、取得画像から得られる特定波長の分
光画像情報から予め決められた計算式により作物体の窒
素含有率関連情報である請求項１から５のいずれかに記
載の作物の生育診断方法及びその装置。 - 【請求項７】 前記画像取得手段は、画像フレームをオ
ーバーラップして複数の画像を取得し、前記画像解析手
段は、前記オーバーラップした部分の同一地点の画像情
報を比較解析し、オーバーラップする画像の撮像時の環
境変化を補正してなる請求項１記載の作物の生育診断方
法及びその装置。 - 【請求項８】 前記画像取得手段は、太陽の方角との関
係から撮影方向を制御してなる請求項１から７のいずれ
かに記載の作物の生育診断方法及びその装置。 - 【請求項９】 前記画像取得手段は、太陽の高度との関
係から撮影俯角を制御してなる請求項１から８のいずれ
かに記載の作物の生育診断方法及びその装置。 - 【請求項１０】 前記画像取得手段は、ラジコン無人飛
行機に撮像カメラを搭載したもの、又は予め設定された
プログラムにより決定される飛行コース、飛行高度及び
飛行高度を維持して自動飛行する無人飛行機に撮像カメ
ラを搭載したものである請求項１から９のいずれかに記
載の作物の生育診断方法及びその装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002154296A JP4140052B2 (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | 作物の生育診断方法における画像の補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002154296A JP4140052B2 (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | 作物の生育診断方法における画像の補正方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003339238A true JP2003339238A (ja) | 2003-12-02 |
| JP2003339238A5 JP2003339238A5 (ja) | 2005-09-22 |
| JP4140052B2 JP4140052B2 (ja) | 2008-08-27 |
Family
ID=29771134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002154296A Expired - Fee Related JP4140052B2 (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | 作物の生育診断方法における画像の補正方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4140052B2 (ja) |
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-
2002
- 2002-05-28 JP JP2002154296A patent/JP4140052B2/ja not_active Expired - Fee Related
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