JP2014191624A - Plant body image generation device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a constant image condition to be kept even for a plant body which grows in height and to enable an image analysis to be made for a variety of plant bodies.SOLUTION: An image generation device, which generates an image to extract a predetermined image feature amount by taking the image of a plant body 1 from above, comprises: a table 2 on which a cultivation panel 10 with the plant body 1 planted thereon is placed; a camera 3 which is arranged at a position above the table 2 to take the image of the plant body 1 from above; a height measuring device 4 which measures a height of the plant body 1 when taking the image of the plant body 1 with the camera 3; a lifting mechanism 5 which moves the camera 3 up and down; and a control device 6 which controls lifting performance of the lifting mechanism 5. The control device 6 controls the lifting performance of the lifting mechanism 5 in accordance with a measurement value measured by the height measuring device 4 so as to keep a distance between the camera 3 and the plant body 1 equal to the distance when the height of the camera 3 is initially set to include a predetermined region of the plant body 1 in a field of vision.

Description

この発明は、1個体または複数個体の植物体を上方より撮像して、所定の画像特徴量を抽出するための画像を生成する植物体の画像生成装置に関する。   The present invention relates to a plant image generating apparatus that captures an image of one or more plants from above and generates an image for extracting a predetermined image feature amount.

先般、植物体を撮像して取得した画像をコンピュータ解析することにより、植物体の生育度合が反映される所定の物理量(例えば、植物体の生体重など)を推定する方法が提案され、これを受けて出願人は、先般、この方法を利用して養液栽培を行っている植物体の生育度合を監視するとともに、植物体の栽培条件を整える植物体の生育監視システムを提案した(例えば、特許文献1参照)。   Recently, there has been proposed a method for estimating a predetermined physical quantity (for example, a living weight of a plant body) that reflects the degree of growth of the plant body by computer analysis of an image obtained by imaging the plant body. In response to this, the applicant has recently proposed a growth monitoring system for a plant body that monitors the degree of growth of the plant body that is hydroponically cultivated using this method and that adjusts the cultivation conditions of the plant body (for example, Patent Document 1).

図12は、この特許文献1に記載された植物体の生育監視システムの概略構成を示している。同図において、100は栽培室101の内部に設置された養液槽であり、この養液槽100の液面上に複数株の植物体1を定植した栽培パネル10が定置されている。栽培室101内の温度、湿度、二酸化炭素濃度などの環境条件や養液のph、養分濃度などは制御装置102により最適となるように制御される。そのような制御を行うために、栽培室101内には、温度、湿度、二酸化炭素濃度などを検出するためのセンサ103、養液のphや養分濃度などを検出するためのセンサ104などが設置されている。各センサ103,104の検出信号は制御装置102に取り込まれる。   FIG. 12 shows a schematic configuration of a plant growth monitoring system described in Patent Document 1. In the figure, reference numeral 100 denotes a nutrient solution tank installed in the cultivation room 101, and a cultivation panel 10 in which a plurality of plant bodies 1 are planted on a liquid surface of the nutrient solution tank 100 is placed. Environmental conditions such as temperature, humidity, and carbon dioxide concentration in the cultivation room 101, ph of nutrient solution, nutrient concentration, and the like are controlled by the control device 102 so as to be optimized. In order to perform such control, a sensor 103 for detecting temperature, humidity, carbon dioxide concentration, and the like, a sensor 104 for detecting ph of nutrient solution, nutrient concentration, and the like are installed in the cultivation room 101. Has been. Detection signals from the sensors 103 and 104 are taken into the control device 102.

養液槽100の上方の所定の高さ位置には、自動絞り調節機能を有するカメラ105が下向きに設置されている。カメラ105の設置高さは、図13に示すように、植物体1、栽培パネル10、栽培パネル10の背景の一部、および基準板107がカメラ105の視野106内に含まれるように調整される。基準板107は面積が既知の円盤であり、単位画素当たりの面積を求めるために同じ視野106内に置かれて撮像される。   At a predetermined height position above the nutrient solution tank 100, a camera 105 having an automatic iris adjustment function is installed downward. As shown in FIG. 13, the installation height of the camera 105 is adjusted so that the plant body 1, the cultivation panel 10, a part of the background of the cultivation panel 10, and the reference plate 107 are included in the visual field 106 of the camera 105. The The reference plate 107 is a disk having a known area, and is imaged by being placed in the same visual field 106 in order to obtain an area per unit pixel.

カメラ105で取得されたカラー画像は制御装置102に取り込まれる。制御装置102は、パーソナルコンピュータを用いて構成され、前記の栽培条件を制御する機能と、取り込んだ植物体1のカラー画像を処理して所定の画像解析を行う機能とを有している。植物体1の生育度合が反映される物理量(例えば植物体の生体重)を推定するために、制御装置102は、植物体の形状や大きさに依存しない画像特徴量としてテクスチャ特徴量を抽出する。このテクスチャ特徴量は成長による葉の繁茂によって生じる画像の変化を表現しており、例えば、2株の葉が重なり、前記カラー画像で株の一部が隠れていても、表面に現れている部分のテクスチャ特徴量は生体重の増加を反映する。制御装置102は、植物体の生体重を推定し、植物体の生育度合の良否を判定した後、植物体10の栽培条件を整える。なお、図中、108は制御装置102に外部接続された画像記憶装置であり、この画像記憶装置108に原画像や画像処理された画像など、種々の画像が記憶される。   The color image acquired by the camera 105 is taken into the control device 102. The control device 102 is configured using a personal computer, and has a function of controlling the cultivation conditions and a function of processing a captured color image of the plant body 1 and performing a predetermined image analysis. In order to estimate a physical quantity that reflects the degree of growth of the plant body 1 (for example, the living weight of the plant body), the control device 102 extracts a texture feature quantity as an image feature quantity that does not depend on the shape or size of the plant body. . This texture feature amount represents a change in the image caused by the growth of leaves due to growth. For example, even if two leaves are overlapped and a part of the strain is hidden in the color image, the portion that appears on the surface The texture feature amount reflects the increase in the body weight. The control apparatus 102 estimates the living weight of the plant body, determines the quality of the plant body, and then adjusts the cultivation conditions of the plant body 10. In the figure, reference numeral 108 denotes an image storage device externally connected to the control device 102, and various images such as an original image and an image-processed image are stored in the image storage device 108.

特開2012−208839号公報JP 2012-208839 A

上記した植物体の生育監視システムにおいて、撮像条件の変化は上記した画像解析の精度に影響するもので、画像解析の精度を高めるには、撮像条件を同じに保つことのできる画像生成装置の構築が不可欠である。被写体である植物体1は種々であり、栽培パネル10上を平面的に広がるように生育する植物体1の場合は、カメラ105と植物体1との距離は殆ど変わらず、植物体1はカメラ105の視野106内に収まり、撮像条件はほぼ同じに保たれる。これに対して、背丈が伸びる植物体の場合は、図12において一点鎖線で示すように、植物体1は生育するにつれてカメラ105に接近してゆき、カメラ105の視野106内に収まらなくなるうえに、生育した植物体1が当初に視野106内にあった栽培パネル10、栽培パネル10の背景、さらには基準板107を遮るようになる。その結果、撮像条件は同じに保たれず、画像解析の精度が低下し、また、画像処理に支障をきたすおそれもある。   In the above-described plant growth monitoring system, changes in the imaging conditions affect the accuracy of the image analysis described above, and in order to increase the accuracy of the image analysis, an image generation apparatus capable of keeping the imaging conditions the same is constructed. Is essential. The plant body 1 that is the subject is various, and in the case of the plant body 1 that grows so as to spread on the cultivation panel 10, the distance between the camera 105 and the plant body 1 is almost the same, and the plant body 1 is a camera. The image capturing conditions are kept almost the same. On the other hand, in the case of a plant body having an elongated height, as indicated by a one-dot chain line in FIG. 12, the plant body 1 approaches the camera 105 as it grows and does not fit within the field of view 106 of the camera 105. The grown plant body 1 initially blocks the cultivation panel 10, the background of the cultivation panel 10, and the reference plate 107, which were originally in the field of view 106. As a result, the imaging conditions are not kept the same, the accuracy of the image analysis is lowered, and there is a possibility of hindering image processing.

この発明は、上記の問題に着目してなされたもので、背丈が伸びる植物体であっても撮像条件を同じに保つことが可能であり、種々の植物体についての画像解析に対応できる植物体の画像生成装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned problem, and can maintain the same imaging conditions even for a plant with an elongated height, and can be used for image analysis of various plants. An object of the present invention is to provide an image generating apparatus.

この発明による植物体の画像生成装置は、植物体を上方より撮像して所定の画像特徴量を抽出するための画像を生成するものであり、植物体が植えられた栽培パネルを定置するためのテーブルと、植物体を上方より撮像するためにテーブルの上方位置に配置されるカメラと、前記カメラによる撮像時に植物体の高さを計測する高さ計測装置と、カメラまたはテーブルの少なくとも一方を昇降動作させる昇降機構と、前記昇降機構の昇降動作を制御する制御装置とを備えている。前記制御装置は、植物体の決められた範囲が視野内に収まるようにカメラの高さが初期設定されたときのカメラと植物体との距離を一定に保つように前記高さ計測装置による計測値に応じて前記昇降機構の動作を制御することを特徴とする。   The plant image generation device according to the present invention generates an image for extracting a predetermined image feature amount by capturing an image of the plant body from above, and for placing a cultivation panel in which the plant body is planted. A table, a camera disposed above the table for imaging the plant from above, a height measuring device for measuring the height of the plant during imaging by the camera, and raising or lowering at least one of the camera or the table An elevating mechanism that is operated, and a control device that controls the elevating operation of the elevating mechanism are provided. The control device measures the height measurement device so that the distance between the camera and the plant body is kept constant when the height of the camera is initially set so that a predetermined range of the plant body is within the field of view. The operation of the lifting mechanism is controlled according to the value.

上記した構成の画像生成装置により植物体の画像を生成するには、テーブル上に植物体が植えられた栽培パネルを位置決めして設置した後、制御装置により昇降機構の昇降動作を制御して、植物体の決められた範囲が視野内に入るようにカメラの高さを初期設定する。このときの植物体の高さは高さ計測装置により計測され、例えば、カメラの高さと初期設定時の植物体の高さとの差からカメラと植物体との距離が求められて距離の基準値として記憶される。植物体は前記カメラによって上方より撮像され、所定の画像特徴量を抽出するための画像が生成される。   In order to generate an image of a plant by the image generation device having the above-described configuration, after positioning and installing a cultivation panel on which a plant is planted on a table, the control device controls the lifting operation of the lifting mechanism, The camera height is initially set so that the determined range of the plant body falls within the field of view. The height of the plant body at this time is measured by a height measuring device. For example, the distance between the camera and the plant body is obtained from the difference between the height of the camera and the height of the plant body at the initial setting. Is remembered as The plant body is imaged from above by the camera, and an image for extracting a predetermined image feature amount is generated.

植物体が生育する過程において、植物体の生育度合をチェックする時期がきたとき、生育過程にある植物体の高さが高さ計測装置により計測される。制御装置は、初期設定されたときのカメラと植物体との距離を一定に保つように高さ計測装置による計測値に応じて昇降機構の昇降動作を制御し、カメラまたはテーブルの少なくとも一方を昇降させる。例えば、制御装置は、栽培パネルが定置されたテーブルに対するカメラの高さが高さ計測装置により計測された植物体の高さに前記基準値を加算した値となるように昇降機構の昇降動作を制御する。これにより植物体とカメラとの距離が初期設定時と同じに保たれ、カメラの視野内に植物体の決められた範囲が収まる。この初期設定時と同じ撮像条件下でカメラにより植物体が撮像され、所定の画像特徴量を抽出するための画像が生成される。   When the time for checking the degree of growth of the plant body comes in the process of growing the plant body, the height of the plant body in the growth process is measured by the height measuring device. The control device controls the lifting operation of the lifting mechanism according to the measurement value by the height measuring device so as to keep the distance between the camera and the plant body at the initial setting constant, and lifts at least one of the camera or the table. Let For example, the control device moves the lifting mechanism up and down so that the height of the camera relative to the table on which the cultivation panel is placed becomes a value obtained by adding the reference value to the height of the plant measured by the height measuring device. Control. As a result, the distance between the plant body and the camera is kept the same as in the initial setting, and the determined range of the plant body is within the field of view of the camera. A plant is imaged by the camera under the same imaging conditions as in the initial setting, and an image for extracting a predetermined image feature amount is generated.

この発明の好ましい実施態様においては、前記テーブルは、外周縁に沿ってテーブルの表面と同色の囲い壁が縦設されたものである。この実施態様によると、植物体の生育に応じてテーブルに対するカメラの位置が高くなったとき、拡大したカメラの視野内に栽培パネルの背景部分が余分に入ることになるが、栽培パネルの背景部分に相当するテーブルはその外周縁にテーブルの表面と同色の囲い壁を設けているので、一様の背景と認識され、植物体の画像領域の抽出を妨げない。   In a preferred embodiment of the present invention, the table has a vertical wall with the same color as the surface of the table along the outer periphery. According to this embodiment, when the position of the camera with respect to the table becomes higher according to the growth of the plant body, the background portion of the cultivation panel will be included in the field of view of the enlarged camera. Since the table corresponding to is provided with a surrounding wall of the same color as the surface of the table on the outer peripheral edge thereof, it is recognized as a uniform background and does not hinder the extraction of the image area of the plant body.

この発明の上記した構成において、好ましい実施態様の高さ計測機構は、テーブルに定置された植物体の高さを非接触で計測するものであり、植物体の背後から光を照射する投光部と、投光部と対向配置され植物体の投影画像を取得する撮像部とを含んでいる。前記投光部には、例えば、レーザ光を平行光にして照射するもの、拡散光を照射するものなどが用いられ、また、撮像部には、例えば、1次元の投影画像を取得するCCDラインセンサ、2次元の投影画像を取得する2次元CCDカメラなどが用いられる。   In the above-described configuration of the present invention, the height measurement mechanism according to a preferred embodiment measures the height of the plant placed on the table in a non-contact manner, and projects light from the back of the plant. And an imaging unit that is arranged opposite to the light projecting unit and acquires a projection image of the plant body. As the light projecting unit, for example, one that irradiates laser light as parallel light, one that irradiates diffused light, or the like is used. A sensor or a two-dimensional CCD camera that acquires a two-dimensional projection image is used.

また、前記昇降機構には種々の機構を用いることができるもので、例えば、縦設されたネジ軸と噛み合うナット部材を前記ネジ軸の正逆回転により昇降させる機構を用いる場合には、前記ナット部材に取り付けられたアームの先端部の前記テーブルの上方位置に前記カメラが支持される。この実施態様では、ネジ軸を回転させる回転駆動源としてモータが用いられるが、ナット部材が移動する距離はモータの回転角度(回転数)に対応するので、カメラの高さはモータの回転角度(回転数)から容易に求められる。   In addition, various mechanisms can be used as the elevating mechanism. For example, when using a mechanism that elevates and lowers a nut member that meshes with a vertically installed screw shaft by forward and reverse rotation of the screw shaft, the nut The camera is supported at a position above the table at the tip of an arm attached to the member. In this embodiment, a motor is used as a rotational drive source for rotating the screw shaft. However, since the distance that the nut member moves corresponds to the rotational angle (number of rotations) of the motor, the height of the camera is the rotational angle of the motor ( It can be easily obtained from the number of rotations.

この発明によれば、背丈が伸びる植物体であっても撮像条件を同じに保つことが可能であり、種々の植物体についての画像解析に対応でき、植物体の種類を問わず、画像解析の精度を維持でき、画像処理に支障をきたすおそれもない。   According to the present invention, it is possible to maintain the same imaging conditions even for a plant with an elongated height, which can support image analysis for various plants, regardless of the type of plant. The accuracy can be maintained, and there is no risk of hindering image processing.

画像生成装置の全体構成を示す一部を破断した斜視図である。It is the perspective view which fractured | ruptured a part which shows the whole structure of an image generation apparatus. 植物体の高さとカメラの高さとの関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the height of a plant body, and the height of a camera. 高さ計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a height measuring device. 昇降機構の他の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other Example of the raising / lowering mechanism. 植物体の高さとテーブルに対するカメラの高さとの関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the height of a plant body, and the height of the camera with respect to a table. 高さ計測装置の他の実施例を示す平面図である。It is a top view which shows the other Example of a height measuring device. 画像生成装置の他の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other Example of an image generation apparatus. 制御装置の構成を示すブロックである。It is a block which shows the structure of a control apparatus. 制御装置の機能を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the function of a control apparatus. 制御装置による初期設定時の制御の流れを示すブロックである。It is a block which shows the flow of control at the time of the initial setting by a control apparatus. 制御装置による生育状態チェック時の制御の流れを示すブロックである。It is a block which shows the flow of control at the time of the growth state check by a control apparatus. 従来の植物体の生育監視システムの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the conventional growth monitoring system of a plant body. 植物体の生育により撮像条件が変化することを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows that imaging conditions change with growth of a plant body.

図1は、植物体の生育を監視するシステムに用いられるこの発明に係る画像生成装置の概略構成を示している。図示例の画像生成装置は、栽培パネル10に定植された複数株の植物体1を上方より撮像して、所定の画像特徴量を抽出するためのカラー画像を生成するもので、植物体1が定植された栽培パネル10を位置決め状態で設置するためのテーブル2と、植物体1を上方より撮像するためにテーブル2の上方位置に対物レンズ30を下方に向けて配置されるカメラ3と、植物体1の高さを計測するための高さ計測装置4と、カメラ3を昇降動作させて高さを調整するための昇降機構5と、パーソナルコンピュータを用いて構成されている制御装置6とを備えている。   FIG. 1 shows a schematic configuration of an image generating apparatus according to the present invention used in a system for monitoring the growth of a plant body. The image generating apparatus in the illustrated example captures a plurality of plant bodies 1 planted on the cultivation panel 10 from above and generates a color image for extracting a predetermined image feature amount. A table 2 for installing the planted cultivation panel 10 in a positioning state, a camera 3 arranged with the objective lens 30 facing downward at an upper position of the table 2 in order to image the plant body 1 from above, and a plant A height measuring device 4 for measuring the height of the body 1, a lifting mechanism 5 for adjusting the height by moving the camera 3 up and down, and a control device 6 configured using a personal computer. I have.

前記栽培パネル10は、平面形状が矩形状であり、図示しない栽培室内に設置された養液槽内の養液上に定置されているものである。栽培パネル10の表面の色は植物体1の色の補色か無彩色(この実施例では白色)に設定されている。栽培室では、室内の温度、湿度、二酸化炭素濃度などの環境条件や養液のph、養分濃度などが最適となるように制御されている。植物体1を栽培パネル10ごと栽培室より撮影場所のテーブル2上へ順次搬入して植物体1のカラー画像を生成し、画像解析により各植物体1の生育度合を判断する。   The cultivation panel 10 has a rectangular planar shape and is placed on a nutrient solution in a nutrient solution tank installed in a cultivation chamber (not shown). The color of the surface of the cultivation panel 10 is set to a complementary color or achromatic color (white in this embodiment) of the color of the plant body 1. In the cultivation room, environmental conditions such as indoor temperature, humidity, carbon dioxide concentration, ph of nutrient solution, nutrient concentration, and the like are controlled to be optimal. The plant body 1 together with the cultivation panel 10 is sequentially carried from the cultivation room onto the table 2 at the photographing location to generate a color image of the plant body 1, and the degree of growth of each plant body 1 is determined by image analysis.

テーブル2は、栽培パネル10を水平な姿勢で定置するためのもので、中央部に栽培パネル10を嵌め込んで位置決め固定するための凹部20が設けられている。栽培パネル10が凹部20に嵌め込まれた状態のとき、栽培パネル10の上面とテーブル2の上面とは同一平面に揃っている。テーブル2の表面の色は栽培パネル10と同じ色(この実施例では白色)に設定されている。なお、テーブル2は、種々の大きさの栽培パネルを定置することが可能なように、異なる大きさの凹部20を有する複数種のテーブルを用意しておくのが望ましい。
テーブル2の外周縁に沿ってテーブル2の表面の色と同色の囲い壁21〜24が縦設されている。各囲い壁21〜24はテーブル2の交換が可能なように組立、解体が可能になっており、特に、前面側の囲い壁21は、栽培パネル10を設置したり取り出したりするのに対応できるように取外しが容易な構造になっている。
The table 2 is for placing the cultivation panel 10 in a horizontal posture, and is provided with a recess 20 for fitting and fixing the cultivation panel 10 in the center. When the cultivation panel 10 is fitted in the recess 20, the upper surface of the cultivation panel 10 and the upper surface of the table 2 are aligned on the same plane. The color of the surface of the table 2 is set to the same color as the cultivation panel 10 (white in this embodiment). In addition, as for the table 2, it is desirable to prepare the multiple types of table which has the recessed part 20 of a different magnitude | size so that the cultivation panel of various magnitude | sizes can be set.
Enclosure walls 21 to 24 having the same color as the surface color of the table 2 are provided vertically along the outer peripheral edge of the table 2. Each enclosure wall 21 to 24 can be assembled and disassembled so that the table 2 can be exchanged. In particular, the enclosure wall 21 on the front side can accommodate the installation and removal of the cultivation panel 10. The structure is easy to remove.

前記カメラ3は、テーブル2の中心の真上位置に対物レンズ30を真下に向けて設置される。この実施例のカメラ3は、自動絞り調節機能を有するデジタルカメラであり、植物体1を撮影するに際し、LEDを照明として用いている。なお、カメラ3の露出、シャッター速度、ホワイトバランスなどは自動設定されるかまたは任意に設定される。また、カメラ3はデジタルカメラの他に、遠赤外カメラなども用いることができる。さらに、植物体1を照明する手段として、LEDに代えて、ストロボ、ハロゲンランプ、蛍光灯などを用いてもよい。   The camera 3 is installed at a position directly above the center of the table 2 with the objective lens 30 facing downward. The camera 3 of this embodiment is a digital camera having an automatic aperture adjustment function, and uses an LED as illumination when photographing the plant body 1. Note that the exposure, shutter speed, white balance, and the like of the camera 3 are set automatically or arbitrarily. In addition to the digital camera, the camera 3 can be a far-infrared camera or the like. Further, as a means for illuminating the plant body 1, a strobe, a halogen lamp, a fluorescent lamp, or the like may be used instead of the LED.

栽培パネル10には複数株の植物体1が整列状態で定植されており、図2(1)に示すように、カメラ3の視野31内に植物体1および栽培パネル10の全体、栽培パネル10の近傍のテーブル2の一部、およびテーブル2上に置かれた基準板29が収まるようにカメラ3の高さが初期設定される。同図中、d0は植物体1の高さ、H0はテーブル2に対するカメラ3の高さであり、カメラ3の高さH0と高さ計測装置4により計測された植物体1の高さd0との差から植物体1とカメラ3との距離の基準値Lが求められる。この距離の基準値Lは制御装置6のRAM62(後述する図8に示す)に記憶される。   A plurality of plant bodies 1 are planted in an aligned state on the cultivation panel 10, and as shown in FIG. 2 (1), the entire plant body 1 and the cultivation panel 10, the cultivation panel 10, within the field of view 31 of the camera 3. The height of the camera 3 is initially set so that a part of the table 2 near and the reference plate 29 placed on the table 2 are accommodated. In the figure, d0 is the height of the plant body 1 and H0 is the height of the camera 3 with respect to the table 2. The height H0 of the camera 3 and the height d0 of the plant body 1 measured by the height measuring device 4 A reference value L of the distance between the plant body 1 and the camera 3 is obtained from the difference between the two. The distance reference value L is stored in a RAM 62 (shown in FIG. 8 described later) of the control device 6.

図2(2)は、植物体1が生育する過程において、植物体1の生育度合をチェックするときに設定されたカメラ3の高さH1とその高さH1でのカメラ3の視野31とを示している。カメラ3の視野31内には、植物体1および栽培パネル10の全体、テーブル2の全体、テーブル2上に置かれた基準板29、および囲い壁21〜24の下部が含まれている。同図中、d1は植物体1の高さ、H1はテーブル2に対するカメラ3の高さであり、このカメラ3の高さH1は、高さ計測装置4により計測された植物体1の高さd1に前記距離の基準値Lを加算した値となっている。カメラ3は、図2(1)の初期設定時より(d1−d0)だけ高い位置に定位している。   FIG. 2 (2) shows the height H1 of the camera 3 set when checking the degree of growth of the plant body 1 and the field of view 31 of the camera 3 at the height H1 in the process of the plant body 1 growing. Show. The field of view 31 of the camera 3 includes the entire plant body 1 and the cultivation panel 10, the entire table 2, the reference plate 29 placed on the table 2, and the lower portions of the surrounding walls 21 to 24. In the figure, d1 is the height of the plant body 1, H1 is the height of the camera 3 with respect to the table 2, and the height H1 of the camera 3 is the height of the plant body 1 measured by the height measuring device 4. It is a value obtained by adding the distance reference value L to d1. The camera 3 is localized at a position higher by (d1-d0) than the initial setting in FIG.

図1に戻って、後面側の囲い壁22の外側には、カメラ3を昇降動作させてカメラ3の高さを調整するための昇降機構5が配置されている。この実施例の昇降機構5は、縦設されたネジ軸50と噛み合うナット部材51をネジ軸50の正逆回転に応じて昇降動作させる機構であり、ネジ軸50の回転駆動源として例えばステッピングモータ(図示せず)が用いられる。ナット部材51はステッピングモータの正逆回転に応じて昇降動作する。ナット部材51の移動距離や高さはステッピングモータの回転角度(回転数)から容易に求めることができる。なお、ネジ軸50の回転駆動源は、カメラ3の高さが検出可能なものであれば、ステッピングモータに限らず、例えば、モータにロータリエンコーダなどの位置検出器を接続したものであってもよい。
ナット部材51にはアーム52が一体に取り付けられ、そのアーム52の先端部にカメラ3が支持されている。アーム52は、カメラ3がテーブル2の中心位置の真上に位置するようにその長さが設定されている。
Returning to FIG. 1, an elevating mechanism 5 for adjusting the height of the camera 3 by moving the camera 3 up and down is disposed outside the rear wall 22. The elevating mechanism 5 of this embodiment is a mechanism that moves up and down a nut member 51 that meshes with a vertically installed screw shaft 50 in accordance with forward and reverse rotation of the screw shaft 50. As a rotational drive source of the screw shaft 50, for example, a stepping motor (Not shown) is used. The nut member 51 moves up and down according to the forward and reverse rotation of the stepping motor. The moving distance and height of the nut member 51 can be easily obtained from the rotation angle (number of rotations) of the stepping motor. The rotational drive source of the screw shaft 50 is not limited to a stepping motor as long as the height of the camera 3 can be detected. For example, a rotational detector such as a rotary encoder may be connected to the motor. Good.
An arm 52 is integrally attached to the nut member 51, and the camera 3 is supported at the tip of the arm 52. The length of the arm 52 is set so that the camera 3 is positioned directly above the center position of the table 2.

なお、昇降機構5は、カメラ3を昇降動作させるものに代えて、図4に示すように、テーブル2を昇降動作させるものであってもよく、例えば、シリンダ機構(図示せず)などを用いて構成することができる。
図5には、カメラ3またはテーブル2の初期設定時の位置(図5(1))に対して、カメラ3の側を上昇させるようにした場合(図5(2))とテーブル2の側を下降させるようにした場合(図5(3))とが示してある。カメラ3を上昇させる場合は、テーブル2に対するカメラ3の高さH1が高さ計測装置4により計測された植物体1の高さd1に距離の基準値Lを加算した値となる位置までカメラ3を上昇させるのに対して、テーブル2を下降させる場合は、テーブル2に対するカメラ3の高さH1が高さ計測装置4により計測された植物体1の高さd1に距離の基準値Lを加算した値となる位置までテーブル2を下降させる。
The lifting mechanism 5 may be a mechanism that moves the table 2 up and down as shown in FIG. 4 instead of the one that moves the camera 3 up and down. For example, a cylinder mechanism (not shown) or the like is used. Can be configured.
FIG. 5 shows the case where the camera 3 side is raised (FIG. 5 (2)) with respect to the initial setting position of the camera 3 or table 2 (FIG. 5 (1)) and the table 2 side. (3 (3)) is shown. When raising the camera 3, the camera 3 reaches a position where the height H1 of the camera 3 with respect to the table 2 becomes a value obtained by adding the distance reference value L to the height d1 of the plant body 1 measured by the height measuring device 4. When the table 2 is lowered, the height H1 of the camera 3 with respect to the table 2 is added to the height d1 of the plant body 1 measured by the height measuring device 4, and the distance reference value L is added. The table 2 is moved down to the position where the obtained value is obtained.

植物体1をテーブル2に定置した後、植物体1の高さが図1および図3に示される構成の高さ計測装置4によって非接触で計測される。図示例の高さ計測装置4は、対向する囲い壁23,24の外側に配備される投光部40および撮像部41を構成として含んでいる。投光部40は、囲い壁23の外側より囲い壁23に形成された縦長のスリット25を介して植物体1の背後から光を照射するものであり、半導体レーザよりなる光源43と、光源43より出た光を平行光xにするためのコリメートレンズ44と、オートパワーコントロール回路を含むレーザ駆動回路45とを含んでいる。撮像部41は、囲い壁24の外側において囲い壁24に形成された縦長のスリット26を通過した光を受光して植物体1の投影画像を取得するもので、光源43の発光波長のみを透過させる光学フィルタ46と、多数個のCCDが1次元に整列配置されてなるCCDラインセンサ47と、CCDを駆動するCCD駆動回路48とを含んでいる。スリット25,26は囲い壁23,24の幅中央に形成されており、平行光xが栽培パネル10の中心を横切るように投光部40と撮像部41とをスリット25,26を介して対向させている。   After the plant body 1 is placed on the table 2, the height of the plant body 1 is measured in a non-contact manner by the height measuring device 4 having the configuration shown in FIGS. The height measuring device 4 in the illustrated example includes a light projecting unit 40 and an imaging unit 41 arranged outside the opposing enclosure walls 23 and 24 as components. The light projecting unit 40 irradiates light from behind the plant body 1 through the vertically long slit 25 formed in the enclosure wall 23 from the outside of the enclosure wall 23, and includes a light source 43 made of a semiconductor laser, and a light source 43 A collimating lens 44 for converting the light emitted from the light into parallel light x and a laser driving circuit 45 including an auto power control circuit are included. The imaging unit 41 receives light that has passed through the longitudinal slit 26 formed in the enclosure wall 24 outside the enclosure wall 24 to acquire a projection image of the plant body 1 and transmits only the emission wavelength of the light source 43. It includes an optical filter 46, a CCD line sensor 47 in which a large number of CCDs are arranged one-dimensionally, and a CCD drive circuit 48 for driving the CCD. The slits 25 and 26 are formed in the center of the width of the surrounding walls 23 and 24, and the light projecting unit 40 and the imaging unit 41 are opposed to each other through the slits 25 and 26 so that the parallel light x crosses the center of the cultivation panel 10. I am letting.

撮像部41のCCDラインセンサ47によって得られる映像信号はコントローラ42の信号処理回路49aに取り込まれる。信号処理回路49aは、CCDラインセンサに投影された植物体1の画像のエッジ位置Pを求め、そのエッジ位置Pから植物体1の高さを算出するもので、その算出結果は出力回路49bより制御装置6へ出力される。この実施例の高さ計測装置4は、前記平行光xを遮る植物体1の頂点位置を植物体の高さとして検出するものである。   A video signal obtained by the CCD line sensor 47 of the imaging unit 41 is taken into the signal processing circuit 49 a of the controller 42. The signal processing circuit 49a obtains the edge position P of the image of the plant 1 projected onto the CCD line sensor and calculates the height of the plant 1 from the edge position P. The calculation result is obtained from the output circuit 49b. It is output to the control device 6. The height measuring device 4 of this embodiment detects the apex position of the plant body 1 that blocks the parallel light x as the height of the plant body.

図6に示す実施例の高さ計測装置7は、投光部70および撮像部71として拡散光を照射する面光源73と2次元CCDカメラとを用いて構成されている。この実施例では、2次元の投影画像が取得されるもので、例えば、拡散光を遮る植物体1の最も高い位置を植物体の高さとして検出する。図示例において、囲い壁23,24の幅中央部には開口部23a,24aがそれぞれ形成されており、各開口部23a,24aを囲い壁21〜24と同色の扉27,28により開閉可能としている。投光部70と撮像部71とは開口部23a,24aを介して対向しており、植物体1の高さを計測するときは扉27,28を開き、前記カメラ3により植物体1を撮像するときは扉27,28を閉じる。   The height measuring device 7 of the embodiment shown in FIG. 6 is configured using a surface light source 73 that emits diffused light and a two-dimensional CCD camera as the light projecting unit 70 and the imaging unit 71. In this embodiment, a two-dimensional projection image is acquired. For example, the highest position of the plant body 1 that blocks the diffused light is detected as the height of the plant body. In the illustrated example, openings 23a and 24a are formed in the center of the width of the surrounding walls 23 and 24, respectively, and the openings 23a and 24a can be opened and closed by doors 27 and 28 having the same color as the surrounding walls 21 to 24. Yes. The light projecting unit 70 and the imaging unit 71 are opposed to each other through the openings 23a and 24a. When the height of the plant body 1 is measured, the doors 27 and 28 are opened and the plant body 1 is captured by the camera 3. When doing so, the doors 27 and 28 are closed.

なお、上記の実施例は、植物体1の高さ計測と植物体1の撮像とを同一場所で連続して行っているが、図7に示す実施例のように、前記高さ計測装置4による植物体1の高さ計測を別の場所で行ってその計測結果を制御装置6に取り込んだ後、栽培パネル10を前記テーブル2に移して植物体1の撮像を行うようにしてもよい。   In the above embodiment, the height measurement of the plant body 1 and the imaging of the plant body 1 are continuously performed at the same place. However, as in the embodiment shown in FIG. After measuring the height of the plant body 1 by another place and taking the measurement result into the control device 6, the cultivation panel 10 may be moved to the table 2 to image the plant body 1.

図1に戻って、制御装置6は、カメラ3で取得したカラー画像を取り込み、その取り込んだカラー画像に所定の画像処理を施しかつ所定の画像解析を行う。この制御装置6による処理によって植物体10の生育度合が反映される物理量(この実施例では植物体の生体重)が推定され、植物体の生育度合の良否が判定される。なお、植物体10の生育度合が反映される物理量として、生体重に限らず、色味度合や各種含有成分を推定することも可能である。   Returning to FIG. 1, the control device 6 captures a color image acquired by the camera 3, performs predetermined image processing on the captured color image, and performs predetermined image analysis. A physical quantity that reflects the degree of growth of the plant body 10 (in this embodiment, the living weight of the plant body) is estimated by the processing by the control device 6, and the quality of the plant body is judged as good or bad. In addition, as a physical quantity in which the growth degree of the plant body 10 is reflected, it is possible to estimate not only the living body weight but also the hue degree and various contained components.

図8は、制御装置6の構成を示している。図中、CPU60は制御・演算の主体であり、ROM61およびRAM62とともにコンピュータ回路を構成している。CPU60は、ROM61に格納されたプログラムを解読、実行し、RAM62に対するデータの読み書きを行いつつ決められた演算を実行したり、入力装置63やディスプレイ64に対する入出力を制御したりする。CPU60には画像記憶装置65やカメラ3が接続されており、CPU60はカメラ3よりカラー画像を取り込んで画像記憶装置65に記憶させ、画像記憶装置65からカラー画像を読み込んで所定の画像処理や画像解析を実行する。   FIG. 8 shows the configuration of the control device 6. In the figure, a CPU 60 is a main body of control / calculation and constitutes a computer circuit together with a ROM 61 and a RAM 62. The CPU 60 decodes and executes a program stored in the ROM 61, executes a predetermined calculation while reading / writing data from / to the RAM 62, and controls input / output to the input device 63 and the display 64. The CPU 60 is connected to the image storage device 65 and the camera 3. The CPU 60 captures a color image from the camera 3 and stores it in the image storage device 65, reads the color image from the image storage device 65, and performs predetermined image processing or image processing. Run the analysis.

図9は、制御装置6の構成を機能的に示したものである。制御装置6は画像領域抽出部6Aと特徴量抽出部6Bと生体重推定部6Cとを構成として含んでいる。
画像領域抽出部6Aは、植物体1の撮像により取得されたカラー画像を画像処理して植物体の画像領域のみを抽出する。ここで、「カラー画像」には、生体重の推定に用いる重回帰式を求めるための植物体の1個体または複数個体のサンプルを生育段階に応じて撮像して取得した複数枚のサンプル画像G1〜G7と、生体重の測定対象である1個体または複数個体の植物体を撮像して取得した対象画像Iとを含むものである。
FIG. 9 functionally shows the configuration of the control device 6. The control device 6 includes an image region extraction unit 6A, a feature amount extraction unit 6B, and a living body weight estimation unit 6C as components.
The image area extraction unit 6A performs image processing on the color image acquired by imaging the plant body 1 and extracts only the image area of the plant body. Here, in the “color image”, a plurality of sample images G1 obtained by imaging one or a plurality of samples of a plant body for obtaining a multiple regression equation used for estimation of the living body weight according to the growth stage. -G7 and the target image I acquired by imaging one or a plurality of individual plants that are biological weight measurement targets.

画像領域抽出部6Aは、植物体の生体重を推定するための重回帰式を求める「学習モード」では、植物体の1個体または複数個体のサンプルを生育段階に応じて撮像して得られた複数のサンプル画像G1〜G7より植物体の画像領域のみを抽出する。また、対象となる植物体の生体重を推定する測定モードでは、対象となる1個体または複数個体の植物体を撮像して得られた対象画像Iより植物体の画像領域のみを抽出する。   In the “learning mode” in which the image region extracting unit 6A obtains a multiple regression equation for estimating the living weight of a plant body, the image region extraction unit 6A was obtained by capturing an image of one or a plurality of plant samples according to the growth stage. Only the image area of the plant body is extracted from the plurality of sample images G1 to G7. In the measurement mode for estimating the living weight of the target plant body, only the image region of the plant body is extracted from the target image I obtained by imaging one or more target plant bodies.

特徴量抽出部6Bは、学習モードでは、画像領域抽出部6Aによってサンプル画像G1〜G7より抽出された植物体の画像領域より複数の画像特徴量を抽出する。また、測定モードでは、画像領域抽出部6Aによって対象画像Iより抽出された植物体の画像領域より複数の画像特徴量を抽出する。   In the learning mode, the feature amount extraction unit 6B extracts a plurality of image feature amounts from the plant image regions extracted from the sample images G1 to G7 by the image region extraction unit 6A. In the measurement mode, a plurality of image feature amounts are extracted from the image region of the plant body extracted from the target image I by the image region extraction unit 6A.

生体重推定部6Cは、学習モードでは、特徴量抽出部6Bにより抽出された複数の画像特徴量と各生育段階での1個体または複数個体の植物体の生体重の実測値との関係を表した重回帰式を求めて記憶する。また、測定モードでは、特徴量抽出部6Bにより抽出された複数の画像特徴量より前記重回帰式を用いて植物体の生体重を推定する。   In the learning mode, the raw weight estimation unit 6C represents the relationship between the plurality of image feature amounts extracted by the feature amount extraction unit 6B and the actual weight values of one or more individual plant bodies at each growth stage. The obtained multiple regression equation is obtained and stored. In the measurement mode, the living weight of the plant body is estimated using the multiple regression equation from a plurality of image feature amounts extracted by the feature amount extraction unit 6B.

図10は、制御装置6による初期設定時における画像生成処理の流れを示している。なお、図中、「ST」は「STEP」の略であり、処理の流れにおける各手順を示す。
同図のST1では、テーブル2に栽培室より移送されてきた栽培パネル10が定置される。つぎのST2では、制御装置6は、作業員による操作にしたがって、栽培パネル10に定植された植物体1の決められた範囲がカメラ3の視野31内に入るように昇降機構5の昇降動作を制御してカメラ3の高さH0を初期設定する。この実施例の昇降機構5は、ステッピングモータ(図示せず)の回転角度(回転数)に応じてナット部材51、すなわち、カメラ3の移動量が決まるので、制御装置6のCPU60は、ステッピングモータの回転角度(回転数)からカメラ3の移動量、さらにはカメラ3の高さH0を算出し、その算出結果をRAM62に記憶させる(ST3)。
FIG. 10 shows the flow of image generation processing at the time of initial setting by the control device 6. In the figure, “ST” is an abbreviation for “STEP” and indicates each procedure in the flow of processing.
In ST1 of the figure, the cultivation panel 10 transferred from the cultivation room to the table 2 is placed. In the next ST2, the control device 6 performs the lifting / lowering operation of the lifting / lowering mechanism 5 so that the determined range of the plant body 1 planted on the cultivation panel 10 is within the field of view 31 of the camera 3 according to the operation by the worker. Control to initialize the height H0 of the camera 3. In the lifting mechanism 5 of this embodiment, the amount of movement of the nut member 51, that is, the camera 3, is determined in accordance with the rotation angle (number of rotations) of a stepping motor (not shown). The amount of movement of the camera 3 and the height H0 of the camera 3 are calculated from the rotation angle (number of rotations), and the calculation result is stored in the RAM 62 (ST3).

つぎのST4では、植物体1の高さd0が高さ計測装置4により計測され、続くST5で、カメラ3の高さH0と植物体1の高さd0との差からカメラ3と植物体1との距離の基準値Lが求められ、その基準値LがRAM62に記憶される(ST5)。つぎにカメラ3によって植物体1が上方より撮像され、画像特徴量を抽出するためのカラー画像が生成されて制御装置6に取り込まれる(ST6)。   In the next ST4, the height d0 of the plant body 1 is measured by the height measuring device 4, and in the subsequent ST5, the camera 3 and the plant body 1 are calculated from the difference between the height H0 of the camera 3 and the height d0 of the plant body 1. And a reference value L for the distance is stored in the RAM 62 (ST5). Next, the plant body 1 is imaged from above by the camera 3, and a color image for extracting the image feature amount is generated and taken into the control device 6 (ST6).

図11は、植物体1が生育する過程において、植物体1の生育度合をチェックするときの制御装置6による画像生成処理の流れを示している。
同図のST1において、テーブル2に栽培室より移送されてきた栽培パネル10が定置される。つぎのST2では、栽培パネル10に定植されている植物体1の高さd1が高さ計測装置4によって計測される。続くST3,4では、制御装置6のCPU60は、初期設定時のカメラ3と植物体1との距離が保たれるように昇降機構5のステッピングモータを駆動し、テーブル2に対するカメラ3の高さH1が高さ計測装置4により計測された植物体1の高さd1に前記距離の基準値Lを加算した値となるように昇降機構5のナット部材51を上昇させる。これにより植物体1とカメラ3との距離が初期設定時と同じとなり、カメラ3の視野31内に植物体1の決められた範囲が収まることになる。この初期設定時と同じ撮像条件下でカメラ3により植物体1が撮像され、画像特徴量を抽出するためのカラー画像が生成される。
FIG. 11 shows the flow of image generation processing by the control device 6 when checking the degree of growth of the plant body 1 in the process of growing the plant body 1.
In ST1 of the figure, the cultivation panel 10 transferred from the cultivation room is placed on the table 2. In the next ST2, the height d1 of the plant body 1 planted on the cultivation panel 10 is measured by the height measuring device 4. In subsequent STs 3 and 4, the CPU 60 of the control device 6 drives the stepping motor of the lifting mechanism 5 so that the distance between the camera 3 and the plant body 1 at the time of initial setting is maintained, and the height of the camera 3 with respect to the table 2. The nut member 51 of the elevating mechanism 5 is raised so that H1 becomes a value obtained by adding the reference value L of the distance to the height d1 of the plant body 1 measured by the height measuring device 4. As a result, the distance between the plant body 1 and the camera 3 becomes the same as that at the time of initial setting, and the determined range of the plant body 1 falls within the field of view 31 of the camera 3. The plant body 1 is imaged by the camera 3 under the same imaging conditions as those at the time of the initial setting, and a color image for extracting the image feature amount is generated.

1 植物体
2 テーブル
3 カメラ
4,7 高さ計測装置
5 昇降機構
6 制御装置
10 栽培パネル
21〜24 囲い壁
40,70 投光部
41,71 撮像部
50 ネジ軸
51 ナット部材
52 アーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plant body 2 Table 3 Cameras 4 and 7 Height measuring device 5 Elevating mechanism 6 Control apparatus 10 Cultivation panel 21-24 Enclosure walls 40 and 70 Light projection part 41 and 71 Imaging part 50 Screw shaft 51 Nut member 52 Arm

Claims (4)

植物体を上方より撮像して所定の画像特徴量を抽出するための画像を生成する画像生成装置であって、植物体が植えられた栽培パネルを定置するためのテーブルと、植物体を上方より撮像するためにテーブルの上方位置に配置されるカメラと、前記カメラによる撮像時に植物体の高さを計測する高さ計測装置と、カメラまたはテーブルの少なくとも一方を昇降動作させる昇降機構と、前記昇降機構の昇降動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、植物体の決められた範囲が視野内に収まるようにカメラの高さが初期設定されたときのカメラと植物体との距離を一定に保つように前記高さ計測装置による計測値に応じて前記昇降機構の動作を制御することを特徴とする植物体の画像生成装置。   An image generating device that captures an image of a plant body from above and generates an image for extracting a predetermined image feature amount, the table for placing a cultivation panel on which the plant body is planted, and the plant body from above A camera disposed above the table for imaging, a height measuring device for measuring the height of the plant during imaging by the camera, a lifting mechanism for moving up and down at least one of the camera or the table, and the lifting A control device that controls the lifting and lowering operation of the mechanism, and the control device is a distance between the camera and the plant body when the height of the camera is initially set so that a predetermined range of the plant body is within the field of view. The plant image generating apparatus is characterized in that the operation of the lifting mechanism is controlled in accordance with a measured value by the height measuring apparatus so as to keep constant. 前記テーブルは、外周縁に沿ってテーブルの表面と同色の囲い壁が縦設されたものである請求項1に記載された植物体の画像生成装置。   The plant image generating apparatus according to claim 1, wherein the table has an enclosure wall of the same color as the surface of the table vertically arranged along an outer peripheral edge. 前記高さ計測機構は、テーブルに定置された植物体の高さを非接触で計測するものであり、植物体の背後から光を照射する投光部と、投光部と対向配置され植物体の投影画像を取得する撮像部とを含んでいる請求項1に記載された植物体の画像生成装置。   The height measuring mechanism measures the height of a plant placed on a table in a non-contact manner, a light projecting unit that irradiates light from behind the plant body, and a plant body that is disposed opposite to the light projecting unit. The plant image generation device according to claim 1, further comprising: an imaging unit that acquires a projected image of the plant. 前記昇降機構は、縦設されたネジ軸と噛み合うナット部材を前記ネジ軸の正逆回転により昇降させる機構であり、前記ナット部材に取り付けられたアームの先端部の前記テーブルの上方位置に前記カメラが支持されている請求項1に記載された植物体の画像生成装置。   The elevating mechanism is a mechanism for elevating and lowering a nut member that meshes with a vertically installed screw shaft by forward and reverse rotation of the screw shaft, and the camera is positioned above the table at a tip portion of an arm attached to the nut member. The plant image generation device according to claim 1, wherein
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