JP2015154727A - 収穫タイミング判断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない労力で、植物の収穫対象物を収穫すべきタイミングを精度よく判断できるようにする。
【解決手段】収穫タイミング判断装置１０は、画像データ取得部１１０、トリミング部１２０、及び判断部１３０を有している。画像データ取得部１１０は、測定領域の画像データを取得する。測定領域には、複数の収穫対象物Ｆが含まれている。収穫対象物Ｆは、例えば植物Ｐの実である。トリミング部１２０は、画像データから複数の部分データを切り出す。部分データは、収穫対象物Ｆに対応している領域の画像データである。複数の部分データは、互いに異なる収穫対象物Ｆに対応している。そして判断部１３０は、複数の部分データを用いて、複数の収穫対象物Ｆのそれぞれを収穫すべきか否かを判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、収穫タイミング判断装置に関する。

果物などの植物の収穫対象物の経済的価値は、収穫対象物に含まれる特定の成分の含有量（例えば糖度）によって大きく左右される。一般的には、糖度が重要視される収穫対象物は、収穫された後、近赤外光照射と光センサによって糖度が測定される。

例えば特許文献１には、収穫対象物に対して光源を相対的に回転させながら、その収穫対象物に対して光を照射し、その収穫対象物を透過した光を分光分析することにより、収穫対象物における糖度の分布を測定することが記載されている。

特開２００７−２４６５１号公報

上記したように、果物などの植物の収穫対象物の経済的価値は、収穫対象物に含まれる特定の成分の含有量によって大きく左右される。このため、収穫対象物の経済的価値は、その収穫対象物を収穫したタイミングで決定される。しかし、一般的には、収穫対象物の収穫タイミングは、農作業者が自身の経験によって決めている場合が多い。従って、収穫対象物が最適なタイミング以外で収穫される可能性がある。

本発明が解決しようとする課題としては、少ない労力で、植物の収穫対象物を収穫すべきタイミングを精度よく判断できるようにすることが一例として挙げられる。

請求項１に記載の発明は、
複数の収穫対象物が含まれる測定領域の画像データを取得する画像データ取得部と、
前記画像データから、前記複数の収穫対象物のそれぞれに対応する領域のデータである複数の部分データを切り出すトリミング部と、
前記複数の部分データを用いて、前記複数の収穫対象物のそれぞれを収穫すべきか否かを判断する判断部と、
を備える収穫タイミング判断装置である。

実施形態に係る収穫タイミング判断装置の構成を示す図である。 収穫タイミング判断装置の動作の一例を示すフローチャートである。 実施例１に係る収穫タイミング判断装置の構成を示す図である。 実施例２に係る収穫タイミング判断装置の構成を示す図である。 実施例３に係る収穫タイミング判断装置の構成を示す図である。 実施例４に係る収穫タイミング判断装置の構成を示す図である。 図６に示した収穫タイミング判断装置の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

なお、以下に示す説明において、収穫タイミング判断装置１０の各構成要素は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。例えば収穫タイミング判断装置１０の画像データ取得部１１０、トリミング部１２０、判断部１３０、及び制御部１５０、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。

（実施形態）
図１は、実施形態に係る収穫タイミング判断装置１０の構成を示す図である。収穫タイミング判断装置１０は、画像データ取得部１１０、トリミング部１２０、及び判断部１３０を有している。画像データ取得部１１０は、測定領域の画像データ、たとえば近赤外線による画像データを取得する。測定領域には、複数の収穫対象物Ｆが含まれている。収穫対象物Ｆは、例えば植物Ｐの実である。トリミング部１２０は、画像データから複数の部分データを切り出す。部分データは、収穫対象物Ｆに対応している領域の画像データである。複数の部分データは、互いに異なる収穫対象物Ｆに対応している。そして判断部１３０は、複数の部分データを用いて、複数の収穫対象物Ｆのそれぞれを収穫すべきか否かを判断する。収穫対象物Ｆは、例えばメロン、スイカ、桃、りんご、マンゴーなどの果実であるが、これらに限定されない。収穫タイミング判断装置１０は、例えば植物工場で使用されるが、これに限定されない。以下、詳細に説明する。

画像データ取得部１１０は、近赤外線による画像を生成するための撮像部から、画像データを取得する。画像データ取得部１１０は、この撮像部を有していても良い。この撮像部は、たとえば近赤外線カメラ又はハイパースペクトルカメラであり、近赤外線を電気信号に変換する撮像素子を有している。

トリミング部１２０は、画像データ取得部１１０が取得した画像データから、収穫対象物Ｆを含む領域のデータ（部分データ）を切り出す。画像データ取得部１１０が取得した画像データにおける複数の収穫対象物Ｆそれぞれの位置は、収穫対象物Ｆの特徴量（例えば形状）を用いた画像処理によって認識されても良い。この画像処理の対象となる画像データは、近赤外光による画像データであっても良いし、可視光における画像データであっても良い。画像データ取得部１１０がハイパースペクトルカメラを有している場合、画像データ取得部１１０は、可視光における画像データを容易に得ることができる。

なお、収穫対象物Ｆの位置を画像処理によって認識する場合、画像データ取得部１１０は、互いに離れて設置された複数の撮像素子を有していても良い。この場合、収穫対象物Ｆの位置は、複数の撮像素子のそれぞれが生成した画像データを処理することにより、生成される。このようにすると、収穫対象物Ｆの位置の精度は高くなる。

なお、トリミング部１２０は、部分データのそれぞれに識別情報（例えば識別番号）を付しても良い。

判断部１３０は、部分データを処理することにより、その部分データに対応する収穫対象物Ｆを収穫すべきか否かを判断する。例えば判断部１３０は、部分データにおける画素の輝度を統計処理し（例えば積分や平均）、この処理結果の値が基準を満たす場合に、収穫対象物Ｆを収穫すべきと判断する。そして判断部１３０は、判断結果を出力する。例えば判断部１３０は、収穫すべき収穫対象物Ｆの位置を示す情報を出力する。

判断部１３０は、例えば画像データ取得部１１０が取得した画像データを、収穫すべき収穫対象物Ｆの色を変えた後に出力しても良い。この場合、判断部１３０は、収穫対象物Ｆの色を、収穫タイミングまでの予想期間（すなわちあとどれくらいで収穫できるか）に基づいて異ならせても良い。例えば判断部１３０は、収穫すべき収穫対象物Ｆについては赤色で出力し、その次に収穫タイミングがくると思われる収穫対象物Ｆについてはピンク色で出力し、さらに期間が必要な収穫対象物Ｆについては黄色で出力しても良い。この場合、判断部１３０は、さらに、その収穫対象物Ｆに含まれる特定成分の濃度の現在値を出力しても良い。

ここで、収穫対象物Ｆに通信機能（例えば無線通信機能）を有する表示装置が取り付けられていてもよい。この場合、判断部１３０は、この表示装置に、収穫タイミングまでの予想期間や特定成分の濃度の現在値を送信して表示させても良い。この場合、作業者は、表示装置を見ることで、最適な収穫タイミングを容易に判断することができる。

また、複数の部分データのそれぞれに識別情報が付されている場合、判断部１３０は、収穫すべき収穫対象物Ｆに対応する識別情報を出力しても良い。

図２は、収穫タイミング判断装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。図２に示す処理は、例えば定期的に行われる。まず画像データ取得部１１０は、画像データを取得する（ステップＳ１０）。次いで、トリミング部１２０は、画像データ取得部１１０が取得した画像データから部分データを切り出す（ステップＳ２０）。そして判断部１３０は、トリミング部１２０が切り出した部分データを処理して、その部分データに対応する収穫対象物Ｆを収穫すべきか否かを判断する（ステップＳ３０）。

以上、本実施形態によれば、トリミング部１２０は、画像データ取得部１１０が取得した画像データから、収穫対象物Ｆを含む領域のデータ（部分データ）を切り出す。そして判断部１３０は、部分データを処理することにより、その部分データに対応する収穫対象物Ｆを収穫すべきか否かを判断する。従って、収穫タイミング判断装置１０を用いると、少ない労力で、収穫対象物Ｆを収穫すべきタイミングを精度よく判断できる。

（実施例１）
図３は、実施例１に係る収穫タイミング判断装置１０の構成を示す図である。本実施例に係る収穫タイミング判断装置１０は、位置情報記憶部１２５及び基準記憶部１３２を有している点を除いて、実施形態に係る収穫タイミング判断装置１０と同様の構成である。

位置情報記憶部１２５は、画像データにおける収穫対象物Ｆの位置情報を記憶している。この位置情報は、例えば、収穫対象物Ｆの特徴量（例えば形状）を用いた画像処理によって生成される。この画像処理はトリミング部１２０によって行われても良い。そしてトリミング部１２０は、位置情報記憶部１２５が記憶している位置情報を用いて、画像データから部分データを切り出す。例えば位置情報が、画像データにおけるｘｙ座標である場合、トリミング部１２０は、そのｘｙ座標を中心にした一定の範囲のデータを、部分データとして切り出す。なお、位置情報は長方形の４つの頂点のｘｙ座標を示すデータであってもよい。

基準記憶部１３２は、収穫対象物Ｆを収穫すべきタイミングにおける部分データの標準データを記憶する。この標準データは、部分データを処理した後のデータ、例えば、部分データにおける画素の輝度を統計処理した結果の基準値であってもよい。そして基準記憶部１３２は、この標準データと部分データとを比較することにより、その部分データに対応する収穫対象物Ｆを収穫すべきか否かを判断する。

本実施例によっても、実施形態と同様の効果が得られる。また、位置情報記憶部１２５を有しているため、トリミング部１２０が部分データを切り出すときの処理が速くなる。また、基準記憶部１３２を有しているため、基準記憶部１３２のデータを更新することにより、収穫対象物Ｆの収穫タイミングを判断するための基準を容易に更新することができる。

なお、画像データ取得部１１０は、撮像素子の前に、光学的なズーム機構を有していても良い。この場合、ズーム機構を制御することにより、画像データにおける収穫対象物Ｆの占有率を大きくすることができる。具体的には、位置情報記憶部１２５には、ズーム機構で拡大する前の画像データにおける収穫対象物Ｆの位置情報が記憶されている。そして画像データ取得部１１０は、位置情報記憶部１２５に記憶されている位置情報に基づいて、撮像素子の向きを制御する。そして画像データ取得部１１０は、得られた画像データを処理しながらズーム機構を制御することにより、収穫対象物Ｆを拡大しながら画像データのフォーカスを収穫対象物Ｆに合わせる。

（実施例２）
図４は、実施例２に係る収穫タイミング判断装置１０の構成を示す図である。本実施例に係る収穫タイミング判断装置１０は、履歴記憶部１３４を備える点を除いて、実施形態又は実施例１に係る収穫タイミング判断装置１０と同様の構成である。本図は、実施例１と同様の場合を示している。

本実施例において、判断部１３０は、部分データを用いて、その部分データに対応する収穫対象物Ｆの成熟度合いを示すデータ、例えばその収穫対象物Ｆにおける特定成分（例えば糖分）の濃度を算出する。そして判断部１３０は、算出値を、その収穫対象物Ｆを互いに識別する識別情報（例えばその収穫対象物Ｆに対応する部分データの位置情報）、及び部分データの元になった画像データの測定タイミングを示す情報（測定タイミング情報）に対応付けて履歴記憶部１３４に記憶させる。測定タイミング情報は、画像データを生成した撮像部によって生成され、画像データ取得部１１０によって取得される。なお、収穫対象物Ｆを互いに識別する識別情報は、部分データの位置情報、例えば収穫対象物Ｆそれぞれに付与された識別情報（収穫対象物識別情報）であってもよい。この場合、位置情報記憶部１２５は、部分データの位置情報を、収穫対象物識別情報に対応付けて記憶している。

そして、判断部１３０は、新たな部分データに基づいて収穫対象物Ｆの測定結果（算出値）を新たに算出すると、履歴記憶部１３４から過去の算出値を読み出す。そして、判断部１３０は、最新の算出値と、過去の算出値に基づいて、その収穫対象物Ｆを収穫すべきか否かを判断する。例えば判断部１３０は、最新の算出値と、そのひとつ前の算出値との差分が基準値以下になったときに、その収穫対象物Ｆを収穫すべきと判断する。なお、ここで用いられる基準値は、例えば基準記憶部１３２によって記憶されている。

本実施例によっても、実施形態又は実施例１と同様の効果が得られる。また、収穫対象物Ｆの測定結果の履歴に基づいて収穫対象物Ｆの収穫タイミングを判断することができるため、収穫対象物Ｆの種類によっては、さらに適切な収穫タイミングを把握することができる。

（実施例３）
図５は、実施例３に係る収穫タイミング判断装置１０の構成を示す図である。本実施例に係る収穫タイミング判断装置１０は、第１照明部１４０及び制御部１５０を備えている点を除いて、実施形態及び実施例１，２のいずれかに係る収穫タイミング判断装置１０と同様の構成である。本図は、実施例２と同様の場合を示している。

第１照明部１４０は、近赤外光を照射する光源を有しており、植物Ｐが存在している領域（測定領域）を介して画像データを生成する撮像部とは逆側に位置している。第１照明部１４０が有する光源は、例えばＬＥＤや有機ＥＬ素子である。そして制御部１５０は、第１照明部１４０の照射タイミングを制御している。本図に示す例では、画像データ取得部１１０は撮像部を有している。そして制御部１５０は、画像データ取得部１１０が有している撮像部の撮像タイミングに同期して、第１照明部１４０を動作させる。この場合、第１照明部１４０の消費エネルギーを少なくすることができる。

なお、第１照明部１４０は、光源のみではなく、光源から照射された光を収穫対象物Ｆに集光するための光学系（例えばレンズ）を含んでいてもよい。また、上記した説明では、画像データ取得部１１０は収穫対象物Ｆを透過した光を撮像していたが、画像データ取得部１１０は、収穫対象物Ｆを反射した光を撮像しても良い。この場合、収穫対象物Ｆを中心として第１照明部１４０と撮像部（例えば画像データ取得部１１０）は略９０度となるように配置されているのが好ましい。このようにすると、収穫対象物Ｆによって反射された光のうち撮像部に入射する光の量は最大になるため、収穫タイミング判断装置１０の精度は特に高くなる。

本実施例によっても、実施形態又は実施例１，２と同様の効果が得られる。

（実施例４）
図６は、実施例４に係る収穫タイミング判断装置１０の構成を示す図である。本実施例に係る収穫タイミング判断装置１０は、条件調整部１６０を備えている点を除いて、実施形態及び実施例１〜３のいずれかに係る収穫タイミング判断装置１０と同様の構成である。本図は、実施例３と同様の場合を示している。

条件調整部１６０は、植物Ｐの生育条件を調整する。条件調整部１６０は、例えば第２照明部１６２を有している。第２照明部１６２は、光源としてＬＥＤ又は有機ＥＬ素子を有しており、植物Ｐの育成に好適な波長の光を照射する。また条件調整部１６０は、植物Ｐの周囲の空気に含まれる二酸化炭素や酸素の濃度を調整しても良いし、植物Ｐの周囲の空気の温度や湿度を調整しても良いし、植物Ｐに与える水の量を調整しても良いし、植物Ｐに与える肥料の量を調整しても良い。

そして制御部１５０は、判断部１３０の判断結果に基づいて、条件調整部１６０を制御する。例えば制御部１５０は、複数の収穫対象物Ｆが収穫タイミングでないと判断された場合、収穫対象物Ｆの生育速度が速くなるように、植物Ｐの生育条件を調整する。

ここで、条件調整部１６０は、複数の収穫対象物Ｆそれぞれの周囲における生育条件を個別に制御できるようになっていても良い。例えば、複数の第２照明部１６２が互いに異なる方向から植物Ｐを照射する場合、条件調整部１６０は、生育速度を速めるべき収穫対象物Ｆの周囲に光を照射する第２照明部１６２を制御する。この場合、条件調整部１６０は、収穫タイミングでないと判断された収穫対象物Ｆの周囲のみ、生育条件を変更することができる。

図７は、本実施例における収穫タイミング判断装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。収穫タイミング判断装置１０は、本図に示す処理を一定期間（例えば１日から数日）ごとに行う。

まず、画像データ取得部１１０は画像データを取得する（ステップＳ１００）。次いで、トリミング部１２０は、画像データ取得部１１０が取得した画像データから部分データを切り出す（ステップＳ１０２）。ここで、トリミング部１２０は、新たな収穫対象物Ｆがトリミングされた場合、その収穫対象物Ｆの位置情報を算出した上で、その収穫対象物Ｆに識別情報を付与する（ステップＳ１０４）。そして、トリミング部１２０は、その収穫対象物Ｆの識別情報を、その収穫対象物Ｆの位置情報に対応付けて位置情報記憶部１２５に記憶させる。

そして判断部１３０は、トリミング部１２０が切り出した部分データを処理して、その部分データに対応する収穫対象物Ｆにおける特定成分の濃度を算出し（ステップＳ１０６）、収穫すべき収穫対象物Ｆを認識する（ステップＳ１０８）とともに、収穫タイミングになっていない収穫対象物Ｆの有無を判断する（ステップＳ１１０）。収穫タイミングになっていない収穫対象物Ｆがある場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、制御部１５０は、条件調整部１６０を制御することにより、その収穫対象物Ｆの生育条件（例えば光量、波長、二酸化炭素及び酸素の濃度、空気の温度及び湿度、ならびに水及び肥料の量）を最適化する（ステップＳ１１２）。

その後、判断部１３０は、判断結果を出力する（ステップＳ１１４）。この出力は、ディスプレイに画像データを出力する処理であっても良いし、収穫対象物Ｆの収穫装置に、収穫すべき収穫対象物Ｆの位置情報を出力する処理であっても良い。

本実施例によっても、実施形態又は実施例１〜３と同様の効果が得られる。また、条件調整部１６０を備えているため、収穫対象物Ｆの収穫タイミングを早めることができる。

なお、第１照明部１４０が、近赤外光とともに植物Ｐの育成に好適な波長の光を発光する場合、収穫タイミング判断装置１０は第２照明部１６２を有していなくても良い。この場合、制御部１５０は、第２照明部１６２の代わりに第１照明部１４０を発光させればよい。これにより、収穫タイミング判断装置１０の製造コストを低くすることができる。

この場合、第１照明部１４０の位置及び数は、判断部１３０による判断結果の精度が高くなるように、かつ、第１照明部１４０による植物Ｐの育成効果が高くなるように、最適化されているのが好ましい。また、第１照明部１４０が光源として可撓性を有する有機ＥＬ素子を有している場合、光源を、収穫対象物Ｆや植物Ｐを囲むように曲げながら配置しても良い。

以上、図面を参照して実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１０ 収穫タイミング判断装置
１１０ 画像データ取得部
１２０ トリミング部
１２５ 位置情報記憶部
１３０ 判断部
１３２ 基準記憶部
１３４ 履歴記憶部
１４０ 第１照明部
１５０ 制御部
１６０ 条件調整部
１６２ 第２照明部

Claims (7)

1. 複数の収穫対象物が含まれる測定領域の画像データを取得する画像データ取得部と、
   前記画像データから、前記複数の収穫対象物のそれぞれに対応する領域のデータである複数の部分データを切り出すトリミング部と、
   前記複数の部分データを用いて、前記複数の収穫対象物のそれぞれを収穫すべきか否かを判断する判断部と、
   を備える収穫タイミング判断装置。
2. 請求項１に記載の収穫タイミング判断装置において、
   前記画像データにおける前記収穫対象物の位置情報を記憶する位置情報記憶部を備え、
   前記トリミング部は、前記位置情報を用いて前記画像データから前記部分データを切り出す収穫タイミング判断装置。
3. 請求項１又は２に記載の収穫タイミング判断装置において、
   前記収穫対象物を収穫すべきタイミングにおける前記部分データの標準データを記憶する基準記憶部を備え、
   前記判断部は、前記基準記憶部が記憶している前記標準データと前記部分データを用いて、前記収穫対象物を収穫すべきか否かを判断する収穫タイミング判断装置。
4. 請求項１又は２に記載した収穫タイミング判断装置において、
   前記判断部は、前記部分データに基づいて、前記収穫対象物に含まれる特定の成分の濃度を示す濃度データを算出し、
   前記濃度データを、その測定タイミングを示す測定タイミング情報に対応付けて記憶する履歴記憶部を備え、
   前記判断部は、新たに取得された前記画像データから切り出された前記部分データから算出された前記濃度データと、前記履歴記憶部が記憶している情報に基づいて、前記収穫対象物を収穫すべきか否かを判断する収穫タイミング判断装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の収穫タイミング判断装置において、
   前記測定領域に前記画像データを生成するための光を照射する第１照明部を備える収穫タイミング判断装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の収穫タイミング判断装置において、
   前記収穫対象物を有する植物の生育条件を調整する条件調整部と、
   前記判断部の判断結果に基づいて、前記条件調整部を制御する制御部と、
   を備える収穫タイミング判断装置。
7. 請求項６に記載の収穫タイミング判断装置において、
   前記生育条件には光量が含まれ、
   前記条件調整部は、前記植物に光を照射する第２照明部を有する収穫タイミング判断装置。

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