JP2017083207A - 植物水分量評価方法及び植物水分量評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の葉が生い茂った葉群の中にあっても、周辺の葉からの散乱光（外光散乱）による影響を排除し、測定対象の葉の水分量を正確に測定する。【解決手段】植物の水分量を評価する際、植物ＰＴの葉ＰＴ３の背面を覆うように、白色背景板（背景物）を配置しておく。第１投射光源が、水分に吸収され難い特性を有する波長９０５ｎｍの近赤外光（参照光）を葉ＰＴ３に向けて照射する。第２投射光源が、水分に吸収され易い特性を有する波長１５５０ｎｍの近赤外光（測定光）を葉ＰＴ３に向けて照射する。閾値設定／水分指数検出処理部は、葉ＰＴ３の全照射位置において反射した、参照光の反射光と測定光の反射光とを基に、葉ＰＴ３の全照射位置における反射強度比の総和ΣＬｎ（Ｉ９０５／Ｉ１５５０）である葉１枚の水分指数を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、植物に含まれる水分量を測定する植物水分量評価方法、植物水分量評価装置及び背景物に関する。

従来、正常な植物では細胞の内外に電位差が存在し、起電力が発生することが知られている。このような起電力が発生することのメカニズムは、例えば高等植物の軸性器官の電気生理学的モデルに基づいて説明が可能である。特に、根と土壌との間の起電力を利用して、植物の根の状態（例えば水ストレス）を非破壊的に調べる方法が各種提案されている。

上記方法を利用して植物における水ストレスを測定する先行技術として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１では、植物に第１の非分極性電極が接続され、植物が植生されている土壌に第２の非分極性電極が接続され、これら２つの非分極性電極間に電位差計が設けられ、この電位差計によって両非分極性電極間の起電力が測定されたことによって植物が受けている水ストレスが測定可能となる。

特開２００１−２７２３７３号公報

近年、植物の葉に近赤外光を照射して葉に含まれる水分量を測定し、植物の健全度を評価することが行われている。しかしながら、植物である葉の表面に２種類の近赤外光を照射し、これらの反射強度比から水分を求める場合、特許文献１の構成では、次のような課題があった。圃場の苗では、葉が生い茂り、葉群となっている。葉群では、複数枚の葉がそれぞれの向きに重なり合っており、例えば風が吹くと、これらの葉は相対的に動くことになる。

測定対象の葉に向かって、近赤外光を照射した場合、照射された近赤外光は、測定対象の葉の周囲にある葉によっても吸収・散乱される（図２１（Ａ）参照）。例えば照射された近赤外光は、測定対象の葉で吸収される他、左側の葉にも照射され、一部が吸収される。左側の葉に照射され、左側の葉で散乱された近赤外光は測定対象の葉に拡散される。また、右側の葉に照射され、右側の葉で散乱された拡散光はさらに別の葉に拡散して測定対象の葉に拡散されるという、多重散乱も起こる。この多重散乱は、測定により得られた反射強度比のバックグラウンドを著しく上昇させてしまうので、測定対象の葉とその周辺の葉との個体の区別が困難になる。また、複数枚の葉が重なったり、離れたりして、近赤外光の照射される葉の対象面積が変わってしまう（図２１（Ｂ）参照）。

従って、水分量の有無を測定しても、対象の葉と周辺の葉との個体を区別することが難しかった。

本発明は、上述した従来の状況に鑑みてなされたものであり、多数の葉が生い茂った葉群の中にあっても、周辺の葉からの散乱光（外光散乱）による影響を排除し、測定対象の葉の水分量を正確に測定することができる植物水分量評価方法、植物水分量評価装置及び背景物を提供することを目的とする。

本発明は、植物の水分量を評価する植物水分量評価装置における植物水分量評価方法であって、前記植物水分量評価装置の評価対象となる植物の背面を覆う背景物が配置され、第１光源が、光学走査により、水分に吸収され難い特性を有する第１波長の参照光を前記植物に向けて照射し、第２光源が、前記光学走査により、水分に吸収され易い特性を有する第２波長の測定光を前記植物に向けて照射し、前記植物の全照射位置において反射した前記参照光の反射光と前記植物の全照射位置において反射した前記測定光の反射光とを基に、前記植物の全照射位置における水分量を算出する、植物水分量評価方法である。

本発明によれば、多数の葉が生い茂った葉群の中にあっても、周辺の葉からの散乱光（外光散乱）による影響を排除し、測定対象の葉の水分量を正確に測定することができる。

第１の実施形態における植物検出カメラの使用状況の一例を示す概念説明図 植物検出カメラの内部構成の一例を詳細に示すブロック図 植物検出カメラの画像判定部の内部構成の一例を詳細に示す図 植物検出カメラの制御部における初期動作の一例を示すフローチャート 非可視光センサにおける水分の検出の原理説明図 水（Ｈ_２Ｏ）に対する近赤外光の分光特性を示すグラフ （Ａ）は葉全体の反射強度比を測定する動作の概要を説明する図、（Ｂ）はスポットが一定の面積である反射強度比を測定する動作の概要を説明する図 非可視光センサにおける植物の葉に含まれる水分の検出に関する詳細な動作手順を示すフローチャート ステップＳ１８−５における水分指数の算出手順を示すフローチャート 反射強度比に対応する階調色を示すテーブル 葉が占有している画素空間を含むフレーム画像の一部における反射強度比を示すテーブル （Ａ）はトマトの茎葉を撮像したフレーム画像、（Ｂ）は、（Ａ）の可視光画像に対し、撮影距離３ｍ、閾値を０．０５に設定した場合に求められた葉の占有空間を示す図、（Ｃ）は、（Ａ）の可視光画像に対し、撮影距離１ｍ、閾値を０．３に設定した場合に求められた葉の占有空間を示す図 閾値設定手順を示すフローチャート 全画素における反射強度比の度数分布を示すグラフ （Ａ）は測定に際して様々な姿勢で固定された葉を示す図、（Ｂ）は葉の反射強度比を表す画像を示す図 平均含有率に対する反射強度比を示すグラフ （Ａ）は植物の萎凋過程を示すグラフ、（Ｂ）は復活過程を示すグラフ 萎凋を迎えた葉の含水量が徐々に増加する過程を示す図 比較例の測定方法を説明する図 （Ａ）は蒸散による葉の重量の時間変化、つまり葉の平均含水率の時間変化を示すグラフ、（Ｂ）は葉中の１２箇所で測定された反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）の時間変化を示すグラフ、（Ｃ）は、（Ａ）及び（Ｂ）の測定データを元に得られる、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）と平均含水率との対応関係を示すグラフ （Ａ）は第２の実施形態における植物水分量評価装置の動作の概要を説明する図、（Ｂ）は葉の重なりを示す図 （Ａ）は屋外において葉に向かって近赤外光を照射した際、近赤外光の波長に対する反射光の強度を示すグラフ、（Ｂ）は屋内及び屋外において白色背景板が設置された葉に向かって近赤外光を照射した際、近赤外光の波長に対する反射光の強度を示すグラフ 白色背景板への葉の取り付け方を説明する図 測定対象の葉の背面を覆うように配置される白色背景板の各種設置方法を示す図 （Ａ）は屋外で水分量の測定対象となる葉を示す写真、（Ｂ）は葉の反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）を示す図、（Ｃ）は葉の反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）を示す図 （Ａ）は白色背景板で背面が覆われた葉が占有している画素空間を含むフレーム画像の一部における反射強度比を示すテーブル、（Ｂ）は白色背景板で背面が覆われていない葉が占有している画素空間を含むフレーム画像の一部における反射強度比を示すテーブル 屋外で水分量の半減の測定対象となる葉を示す写真 （Ａ）は第１の半減測定における葉及び第２の半減測定における葉の水分指数の時間変化を示すグラフ、（Ｂ）は第３の半減測定における葉の水分指数の時間変化を示すグラフ、（Ｃ）は第４の半減測定における葉群の水分指数の時間変化を示すグラフ

（第１の実施形態に至る経緯・課題）
植物の葉を壊すことなく遠隔で、その水分量を求める方法として、本発明者等は、葉の表面に２種類の近赤外光を照射し、これらの反射強度比から水分を求める方法を提案している。２種類の近赤外光のうち、一方の近赤外光は、例えば９０５ｎｍの波長を有するレーザ光であり、水分を透過する参照光として用いられる。他方の近赤外光は、例えば１５５０ｎｍの波長を有するレーザ光であり、水分に吸収される測定光として用いられる。葉の表面に参照光と測定光とを２回照射し、これらの反射光を非可視光カメラで受光する。非可視光カメラで受光した、参照光の反射強度と測定光の反射強度との比である反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）は、照射位置における水分量に相当する値となる。

図７（Ｂ）に示すように、葉ＰＴ３の表面より小さいスポット径（例えば２０ｍｍφ）の範囲内でレーザ光を順次走査しながら照射し、スポットｓｐ１内における面平均の反射強度比を求める。この面平均の反射強度比から単位面積当たりの水分量を推測する。しかし、この単位面積当たりの水分量と水ポテンシャルとの相関は低いことが既に知られている（参考非特許文献）。水ポテンシャルは、植物の保水力（含水率）を表す値であり、植物の健全度（言い換えると、健康度合い）を測る指標とされている。

（参考非特許文献） 「キュウリ葉における水ストレスの非破壊計測に関する研究」―分光反射率，気孔コンダクタンス，ＰＳＩＩ Ｙｉｅｌｄおよび形状の変化の比較― 藤野素子・遠藤亮輔・大政謙次 著， 農業情報研究１１（２）， ｐｐ．１６１−１７０， ２００２．

単位面積当たりの水分量と水ポテンシャルとの相関が低いことの大きな要因には、葉の形状が一定しておらず、萎れ・反り・巻き等による変化があると考えられる。植物の葉は、朝・昼・夕と、日毎に或いは時間刻みに、反ったり巻いたり、開いたり閉じたりして（収縮したりして）動いていく。

近赤外光を照射して水分量を測定する場合、葉が動くことによって、光軸方向に葉の厚みが変化してしまう。例えば光軸に対して垂直方向に立っている葉ＰＴ３が反りによって手前に角度θ傾くと、光軸方向の葉の厚みは、（１／ｃｏｓθ）倍に増加してしまう。厚みが増えた分、葉ＰＴ３には、水分量が実際より多く含まれた測定結果が得られることになる。また、近赤外光を葉の表面に所定のスポット径で照射して測定する際、葉の動きによって照射範囲の一部ｖｐ１から葉ＰＴ３が欠けてしまい、葉への照射面積（投影面積）が少なくなり、水分量が実際より少ない測定結果が得られることになる。

従って、スポット内で近赤外光（レーザ光）を照射し、葉の単位面積当たりの水分量を測定しても、葉の健全度がよく分からなかった。

そこで、第１の実施形態では、植物の健全度の指標となる植物に含まれる水分量を正確に測定することができるようにする。

（第１の実施形態）
以下、適宜図面を参照しながら、本発明に係る植物水分量評価装置及び植物水分量評価方法を具体的に開示した第１の実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

本実施形態の植物水分量評価装置の一例として、図１に示す植物検出カメラ１を例示して説明する。本実施形態は、植物検出カメラが行う各処理を実行する植物水分量評価方法として表現することも可能である。本実施形態の植物検出カメラ１は、植物の水分の有無の分布状態を検出できる。

ここで、本実施形態の植物検出カメラ１の観察対象は植物とし、より具体的な例を挙げるとすると果菜類を例示して説明する。例えばトマト等の果菜類の生育においては、トマトの果実の糖度を増すためには、根及び葉の水分や肥料が光合成において適量に消化された結果、十分に水分や肥料が供給された状態ではなく、水分や肥料が不足状態になることが必要であることが知られている。例えば葉に十分な水分が供給されていれば、葉は健全な状態として平坦な形状となる。一方、葉への水分が相当に不足していると、葉の形状が反る。一方、土壌への肥料が相当に不足していると、葉が黄色くなる等の症状が発生する。

以下の本実施形態では、植物検出カメラ１は、植物（例えば葉）に波長の異なる複数種類のレーザ光を照射し、葉の照射位置において反射したそれぞれの拡散反射光の強度比を基に、葉の水分を検出する例を説明する。なお、本実施形態では、植物の葉を測定対象としたが、葉に限らず、実、茎、花等の他の部位であってもよい。このことは第２の実施形態においても同様である。

（植物検出カメラの概要）
図１は、第１の実施形態における植物検出カメラ１の使用状況の一例を示す概念説明図である。植物検出カメラ１は、例えばトマト等の果菜類が植生されているビニールハウス内の定点に設置される。具体的には、植物検出カメラ１は、例えば地面から鉛直上方向に立伸している円柱状の支柱ＭＴ１を挟むように取り付けられた取付冶具ＺＧに固定された基台ＢＳ上に設置されている。植物検出カメラ１は、支柱ＭＴ１に取り付けられた電源スイッチＰＷＳから電源が供給されて動作し、観察対象の植物ＰＴに向けて波長の異なる複数種類のレーザ光である参照光ＬＳ１，測定光ＬＳ２を照射範囲ＲＮＧにわたって照射する。

植物ＰＴは、例えばトマト等の果菜類の植物であり、土台ＢＢ上に設置された養土ポットＳＬＰに充填された養土ＳＬから根を生やしており、幹ＰＴ１、茎ＰＴ２、葉ＰＴ３、果実ＰＴ４、花ＰＴ５をそれぞれ有する。土台ＢＢ上には、肥料水供給装置ＷＦが設置されている。肥料水供給装置ＷＦは、ＬＡＮ（Local Area Network）ケーブルＬＣＢ２を介して接続された無線通信システムＲＦＳＹからの指示により、例えばケーブルＷＬを介して水を養土ポットＳＬＰに供給する。これにより、養土ＳＬに水が供給されることになるので、植物ＰＴの根が水分を吸収し、植物ＰＴ内の各部（つまり、幹ＰＴ１、茎ＰＴ２、葉ＰＴ３、果実ＰＴ４、花ＰＴ５）に水分が伝達される。

また、植物検出カメラ１は、参照光ＬＳ１，測定光ＬＳ２が照射された植物ＰＴの照射位置において反射した拡散反射光ＲＶ１，ＲＶ２を受光し、更に、環境光ＲＶ０も受光する。後述するように、植物検出カメラ１は、通常のカメラ機能を有し、環境光ＲＶ０の入光によって既定の画角内の画像（つまり、図１に示すビニールハウス内の植物ＰＴの画像）を撮像可能である。植物検出カメラ１は、拡散反射光ＲＶ１，ＲＶ２を基にした各種の検出結果（後述参照）や画像データを含む出力データをデータロガーＤＬに出力する。

データロガーＤＬは、植物検出カメラ１からの出力データを、ＬＡＮケーブルＬＣＢ１及び無線通信システムＲＦＳＹを介して、ビニールハウスとは地理的に離れた位置にある事務所内制御室の管理ＰＣ（Personal Computer、不図示）に送信する。無線通信システムＲＦＳＹは、特に通信仕様は限定されないが、ビニールハウス内のデータロガーＤＬと事務所内制御室内の管理ＰＣとの間の通信を制御し、更に、養土ポットＳＬＰへの水や肥料の供給に関する管理ＰＣからの指示を肥料水供給装置ＷＦに送信する。

事務所内制御室内の管理ＰＣにはモニタ５０が接続され、管理ＰＣは、データロガーＤＬから送信された植物検出カメラ１の出力データをモニタ５０に表示する。図１では、モニタ５０は、例えば観察対象の植物ＰＴの全体と、植物ＰＴ全体の水分の有無に関する分布状態とを表示している。また、モニタ５０は、植物ＰＴの全体のうち特定の指定箇所（つまり、管理ＰＣを使用する観察者のズーム操作によって、指定された指定箇所ＺＭ）の拡大分布状態とその指定箇所に対応する画像データとを生成して対比可能に表示している。

植物検出カメラ１は、可視光カメラＶＳＣと、非可視光センサＮＶＳＳとを含む構成である。可視光カメラＶＳＣ（取得部）は、例えば既存の監視カメラと同様に、所定の波長（例えば０．４〜０．７μｍ）を有する可視光に対する環境光ＲＶ０を用いて、ビニールハウス内の植物ＰＴを撮像する。以下、可視光カメラＶＳＣにより撮像された植物の画像データを、「可視光カメラ画像データ」という。

非可視光センサＮＶＳＳは、可視光カメラＶＳＣと同一の植物ＰＴに対し、複数種類の波長（後述参照）を有する非可視光（例えば赤外光）である参照光ＬＳ１，測定光ＬＳ２を投射する。非可視光センサＮＶＳＳは、参照光ＬＳ１，測定光ＬＳ２が照射された植物ＰＴの照射位置において反射した拡散反射光ＲＶ１，ＲＶ２の強度比を用いて、観察対象である植物ＰＴの照射位置における水分の有無を検出する。

また、植物検出カメラ１は、可視光カメラＶＳＣが撮像した可視光カメラ画像データに、非可視光センサＮＶＳＳの水分の検出結果に相当する出力画像データ（以下、「検出結果画像データ」という）又は検出結果画像データに関する情報を合成した表示データを生成して出力する。表示データは、検出結果画像データと可視光カメラ画像データとが合成された画像データに限定されず、例えば検出結果画像データと可視光カメラ画像データとが対比可能に生成された画像データでもよい。植物検出カメラ１からの表示データの出力先は、例えばネットワーク（不図示）を介して植物検出カメラ１に接続された外部接続機器であり、データロガーＤＬ又は通信端末ＭＴである（図２参照）。このネットワークは、有線ネットワーク（例えばイントラネット、インターネット）でも良いし、無線ネットワーク（例えば無線ＬＡＮ）でもよい。

（植物検出カメラの各部の説明）
図２は、植物検出カメラ１の内部構成の一例を詳細に示すブロック図である。図２に示す植物検出カメラ１は、非可視光センサＮＶＳＳと、可視光カメラＶＳＣとを含む構成である。非可視光センサＮＶＳＳは、制御部１１と、投射部ＰＪと、画像判定部ＪＧとを含む構成である。投射部ＰＪは、第１投射光源１３と、第２投射光源１５と、投射光源走査用光学部１７とを有する。画像判定部ＪＧは、撮像光学部２１と、受光部２３と、信号加工部２５と、検出処理部２７と、表示処理部２９とを有する。可視光カメラＶＳＣは、撮像光学部３１と、受光部３３と、撮像信号処理部３５と、表示制御部３７とを有する。通信端末ＭＴは、ユーザ（例えばトマト等の果菜類の植物ＰＴの生育の観察者。以下同様。）により携帯される。

植物検出カメラ１の各部の説明では、制御部１１、非可視光センサＮＶＳＳ、可視光カメラＶＳＣの順に説明する。

制御部１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いて構成され、可視光カメラＶＳＣや非可視光センサＮＶＳＳの各部の動作制御を全体的に統括するための信号処理、他の各部との間のデータの入出力処理、データの演算処理及びデータの記憶処理を行う。また、制御部１１は、後述するタイミング制御部１１ａを含む（図３参照）。

制御部１１は、非可視光センサＮＶＳＳの検出対象となる植物ＰＴの検出閾値Ｍを後述する検出処理部２７に設定する。制御部１１の動作の詳細については、図４を参照して後述する。

タイミング制御部１１ａは、投射部ＰＪにおける第１投射光源１３及び第２投射光源１５の投射タイミングを制御する。具体的には、タイミング制御部１１ａは、第１投射光源１３及び第２投射光源１５に投射光を投射させる場合に、光源走査用タイミング信号ＴＲを第１投射光源１３及び第２投射光源１５に出力する。

また、タイミング制御部１１ａは、所定の投射周期の開始時に、光源発光信号ＲＦを第１投射光源１３又は第２投射光源１５に交互に出力する。具体的には、タイミング制御部１１ａは、奇数番目の投射周期の開始時に光源発光信号ＲＦを第１投射光源１３に出力し、偶数番目の投射周期の開始時に光源発光信号ＲＦを第２投射光源１５に出力する。

次に、非可視光センサＮＶＳＳの各部について説明する。

第１光源の一例としての第１投射光源１３は、制御部１１のタイミング制御部１１ａから光源走査用タイミング信号ＴＲを受けると、奇数番目の投射周期（既定値）毎に、タイミング制御部１１ａからの光源発光信号ＲＦに応じて、所定の波長（例えば９０５ｎｍ）を有する非可視光のレーザ光である参照光ＬＳ１（例えば近赤外光）を、投射光源走査用光学部１７を介して、植物ＰＴに投射する。

なお、植物ＰＴにおける水分の検出の有無は、所定の検出閾値Ｍと比較することで判断してもよい。この検出閾値Ｍは、予め決められた値でもよく、任意に設定された値でもよく、更に、水分が無い状態で取得された拡散反射光の強度を基にした値（例えば水が無い状態で取得された拡散反射光の強度の値に所定のマージンが加算された値）でもよい。即ち、水分の検出の有無は、水分が無い状態で取得された検出結果画像データと、その後取得された検出結果画像データとを比較することで、判断されてもよい。このように、水分が無い状態における拡散反射光の強度を取得しておくことで、水分の有無の検出閾値Ｍとして、植物検出カメラ１の設置された環境に適する閾値を設定することができる。

第２光源の一例としての第２投射光源１５は、制御部１１のタイミング制御部１１ａから光源走査用タイミング信号ＴＲを受けると、偶数番目の投射周期（既定値）毎に、タイミング制御部１１ａからの光源発光信号ＲＦに応じて、所定の波長（例えば１５５０ｎｍ）を有する非可視光のレーザ光である測定光ＬＳ２（例えば赤外光）を、投射光源走査用光学部１７を介して、植物ＰＴに投射する。本実施形態では、第２投射光源１５から投射される測定光ＬＳ２は、植物ＰＴにおける水分の検出の有無の判定に用いられる。測定光ＬＳ２の波長１５５０ｎｍは、水分に吸収され易い特性を有する波長である（図６参照）。

更に、植物検出カメラ１は、植物ＰＴの照射位置における水分を検出するための参照データとして参照光ＬＳ１の拡散反射光ＲＶ１を用い、測定光ＬＳ２が照射された植物ＰＴの照射位置における拡散反射光ＲＶ２と、参照光ＬＳ１の拡散反射光ＲＶ１とを用いて、参照光ＬＳ１及び測定光ＬＳ２が照射された植物ＰＴの照射位置における水分の有無を検出する。従って、植物検出カメラ１は、植物ＰＴにおける水分の検出に異なる２種類の波長の参照光ＬＳ１，測定光ＬＳ２及びそれらの拡散反射光ＲＶ１，ＲＶ２を用いることで、植物ＰＴの水分を高精度に検出できる。

投射光源走査用光学部１７は、非可視光センサＮＶＳＳにおける検出エリアに存在する植物ＰＴに対し、第１投射光源１３から投射される参照光ＬＳ１又は第２投射光源１５から投射される測定光ＬＳ２を２次元的に走査する。これにより、植物検出カメラ１は、測定光ＬＳ２が植物ＰＴの照射位置において反射した拡散反射光ＲＶ２と上述した拡散反射光ＲＶ１とを基に、参照光ＬＳ１及び測定光ＬＳ２が照射される植物ＰＴの照射位置における水分の有無を検出できる。

次に、画像判定部ＪＧの内部構成について、図２及び図３を参照して詳細に説明する。図３は、植物検出カメラ１の画像判定部ＪＧの内部構成の一例を詳細に示す図である。

撮像光学部２１は、例えばレンズを用いて構成され、植物検出カメラ１の外部から入射する光（例えば拡散反射光ＲＶ１又は拡散反射光ＲＶ２）を集光し、拡散反射光ＲＶ１又は拡散反射光ＲＶ２を受光部２３の所定の撮像面に結像させる。

受光部２３は、参照光ＬＳ１及び測定光ＬＳ２の両方の波長に対する分光感度のピークを有するイメージセンサである。受光部２３は、撮像面に結像した拡散反射光ＲＶ１又は拡散反射光ＲＶ２の光学像を電気信号に変換する。受光部２３の出力は、電気信号（電流信号）として信号加工部２５に入力される。なお、撮像光学部２１及び受光部２３は、非可視光センサＮＶＳＳにおける撮像部としての機能を有する。

信号加工部２５は、Ｉ／Ｖ変換回路２５ａと、増幅回路２５ｂと、コンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃとを有する。Ｉ／Ｖ変換回路２５ａは、受光部２３の出力信号（アナログ信号）である電流信号を電圧信号に変換する。増幅回路２５ｂは、Ｉ／Ｖ変換回路２５ａの出力信号（アナログ信号）である電圧信号のレベルを、コンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃにおいて処理可能なレベルまで増幅する。

コンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃは、増幅回路２５ｂの出力信号（アナログ信号）と所定の閾値との比較結果に応じて、増幅回路２５ｂの出力信号を２値化して閾値設定／水分指数検出処理部２７ａに出力する。また、コンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃは、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）を含み、増幅回路２５ｂの出力信号（アナログ信号）のＡＤ（Analog Digital）変換結果のピークを検出して保持し、更に、ピークの情報を閾値設定／水分指数検出処理部２７ａに出力する。

検出処理部２７は、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａと、メモリ２７ｂと、検出結果フィルタ処理部２７ｃとを有する。閾値設定／水分指数検出処理部２７ａ（閾値保持部）は、予め度数分布データ（図１４参照）を作成して登録する。度数分布データは、１フレーム画像の全画素における反射強度比（水分指数）の度数分布を示す。閾値設定／水分指数検出処理部２７ａ（閾値算出部）は、後述するように、この度数分布データを用いて、葉の形状を識別するための反射強度比の閾値Ｓｈを算出して設定する。

また、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、参照光ＬＳ１の拡散反射光ＲＶ１におけるコンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃの出力（ピークの情報）と、測定光ＬＳ２の拡散反射光ＲＶ２におけるコンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃの出力（ピークの情報）とを基に、植物ＰＴの参照光ＬＳ１及び測定光ＬＳ２の照射位置における水分の有無を検出する。

具体的には、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、例えば参照光ＬＳ１の拡散反射光ＲＶ１におけるコンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃの出力（ピークの情報）をメモリ２７ｂに一時的に保存し、次に、測定光ＬＳ２の拡散反射光ＲＶ２におけるコンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃの出力（ピークの情報）が得られるまで待機する。閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、測定光ＬＳ２の拡散反射光ＲＶ２におけるコンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃの出力（ピークの情報）が得られた後、メモリ２７ｂを参照して、画角内に含まれる植物ＰＴの同一ラインにおける参照光ＬＳ１の拡散反射光ＲＶ１におけるコンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃの出力（ピークの情報）と、測定光ＬＳ２の拡散反射光ＲＶ２におけるコンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃの出力（ピークの情報）との比を算出する。

例えば水分が存在する照射位置では、測定光ＬＳ２の一部が吸収され易いので、拡散反射光ＲＶ２の強度（つまり、振幅）が減衰する。従って、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、画角内に含まれる植物ＰＴのライン毎の算出結果（例えば拡散反射光ＲＶ１と拡散反射光ＲＶ２の各強度の差分（振幅の差分ΔＶ）の算出結果、又は拡散反射光ＲＶ１と拡散反射光ＲＶ２の強度比）を基に、参照光ＬＳ１及び測定光ＬＳ２の照射位置における水分の有無を検出することができる。

なお、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、参照光ＬＳ１の拡散反射光ＲＶ１の振幅ＶＡと、測定光ＬＳ２の拡散反射光ＲＶ２の振幅ＶＢとの振幅差分（ＶＡ−ＶＢ）と振幅ＶＡとの比ＲＴと所定の検出閾値Ｍとの大小の比較に応じて、植物ＰＴの参照光ＬＳ１及び測定光ＬＳ２の照射位置における水分の有無を検出しても良い（図５参照）。

更に、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、拡散反射光ＲＶ１と拡散反射光ＲＶ２の強度比、つまり反射強度比（測定値ともいう）Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）を算出し、この反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）の総和から葉に含まれる水分量に相当する水分指数を得る。反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）は、可視光カメラＶＳＣで撮像されるフレーム画像における全画素において、例えば所定の画素数（４×４画素）毎に算出され、所定の画素数毎に反射強度比Ｗ１〜Ｗｋとして表現される。

メモリ２７ｂは、例えばＲＡＭ（RANDOM ACCESS MEMORY）を用いて構成され、参照光ＬＳ１の拡散反射光ＲＶ１におけるコンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃの出力（ピークの情報）を一時的に保存する。

検出結果フィルタ処理部２７ｃは、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａの出力を基に、植物検出カメラ１からの水分の検出結果に関する情報をフィルタリングして抽出する。検出結果フィルタ処理部２７ｃは、抽出結果に関する情報を表示処理部２９に出力する。例えば検出結果フィルタ処理部２７ｃは、植物ＰＴの参照光ＬＳ１及び測定光ＬＳ２の照射位置における水分の検出結果に関する情報を表示処理部２９に出力する。

表示処理部２９は、検出結果フィルタ処理部２７ｃの出力を用いて、照射位置における水分に関する情報の一例として、植物検出カメラ１からの距離毎の照射位置における水分の位置を示す検出結果画像データを生成する。表示処理部２９は、植物検出カメラ１から照射位置までの距離の情報を含む検出結果画像データを可視光カメラＶＳＣの表示制御部３７に出力する。

次に、可視光カメラＶＳＣの各部について説明する。撮像光学部３１は、例えばレンズを用いて構成され、植物検出カメラ１の画角内からの環境光ＲＶ０を集光し、環境光ＲＶ０を受光部３３の所定の撮像面に結像させる。

受光部３３は、可視光の波長（例えば０．４μｍ〜０．７μｍ）に対する分光感度のピークを有するイメージセンサである。受光部３３は、撮像面に結像した光学像を電気信号に変換する。受光部３３の出力は、電気信号として撮像信号処理部３５に入力される。なお、撮像光学部３１及び受光部３３は、可視光カメラＶＳＣにおける撮像部としての機能を有する。

撮像信号処理部３５は、受光部３３の出力である電気信号を用いて、人が認識可能なＲＧＢ（Red Green Blue）又はＹＵＶ（輝度・色差）等により規定される可視光画像データを生成する。これにより、可視光カメラＶＳＣにより撮像された可視光画像データが形成される。撮像信号処理部３５は、可視光画像データを表示制御部３７に出力する。

表示制御部３７は、撮像信号処理部３５から出力された可視光画像データと、表示処理部２９から出力された検出結果画像データとを用いて、水分が可視光画像データのいずれかの位置で検出された場合に、水分に関する情報の一例として、可視光画像データと検出結果画像データとを合成した表示データ、又は可視光画像データと検出結果画像データとを対比可能に表した表示データを生成する。表示制御部３７（出力部）は、表示データを、例えばネットワークを介して接続されたデータロガーＤＬ又は通信端末ＭＴに送信して表示を促す。

データロガーＤＬは、表示制御部３７から出力された表示データを通信端末ＭＴ又は１つ以上の外部接続機器（不図示）に送信し、通信端末ＭＴ又は１つ以上の外部接続機器（例えば図１に示す事務所内制御室内のモニタ５０）の表示画面における表示データの表示を促す。

通信端末ＭＴは、例えばユーザ個人が用いる携帯用の通信用端末であり、ネットワーク（不図示）を介して、表示制御部３７から送信された表示データを受信し、通信端末ＭＴの表示画面（不図示）に表示データを表示させる。

（非可視光センサの制御部における初期動作の一例の説明）
次に、本実施形態の植物検出カメラ１の非可視光センサＮＶＳＳの制御部１１における初期動作の一例について、図４を参照して説明する。図４は、植物検出カメラ１の制御部１１における初期設定動作の一例を示すフローチャートである。

制御部１１が、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａに対し、葉の形状を識別するための反射強度比の閾値Ｓｈの設定を指示すると、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、閾値Ｓｈを算出して設定する（Ｓ１）。この閾値Ｓｈを設定する処理の詳細については後述する。なお、閾値Ｓｈが固定値である場合、ステップＳ１の処理は省略可能である。

また、制御部１１は、非可視光センサＮＶＳＳの検出処理部２７における水分の検出閾値Ｍを閾値設定／水分指数検出処理部２７ａに設定する（Ｓ２）。検出閾値Ｍは、検出対象となる特定の物質に応じて適宜設けられることが好ましい。

ステップＳ２の処理後、制御部１１は、撮像処理を開始させるための制御信号を可視光カメラＶＳＣの各部に出力し（Ｓ３−１）、更に、第１投射光源１３又は第２投射光源１５に参照光ＬＳ１又は測定光ＬＳ２の投射を開始させるための光源走査用タイミング信号ＴＲを非可視光センサＮＶＳＳの第１投射光源１３及び第２投射光源１５に出力する（Ｓ３−２）。なお、ステップＳ３−１の動作とステップＳ３−２の動作との実行タイミングはどちらが先でもよく、同時でもよい。

図５は、非可視光センサＮＶＳＳにおける水分の検出の原理説明図である。閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、例えばＲＴ＞Ｍであれば水分を検出したと判定し、ＲＴ≦Ｍであれば水分を検出しないと判定してもよい。このように、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、振幅差分（ＶＡ−ＶＢ）と振幅ＶＡとの比ＲＴと検出閾値Ｍとの比較結果に応じて、水分の有無を検出することで、ノイズ（例えば外乱光）の影響を排除でき、水分の有無を高精度に検出することができる。

図６は、水（Ｈ_２Ｏ）に対する近赤外光の分光特性を示すグラフである。図６の横軸は波長（ｎｍ）であり、図６の縦軸は透過率（％）を示す。図６に示すように、波長９０５ｎｍの参照光ＬＳ１は、水（Ｈ２Ｏ）の透過率がほぼ１００％に近いため、水分に吸収され難い特性を有することがわかる。同様に、波長１５５０ｎｍの測定光ＬＳ２は、水（Ｈ２Ｏ）の透過率が１０％に近いため、水分に吸収され易い特性を有することがわかる。そこで、本実施形態では、第１投射光源１３から投射される参照光ＬＳ１の波長を９０５ｎｍ、第２投射光源１５から投射される測定光ＬＳ２の波長を１５５０ｎｍとしている。

図７（Ａ）は、葉全体の反射強度比を測定する動作の概要を説明する図である。近赤外光の照射範囲は、葉の表面全体を含むような範囲に設定される。葉の厚み方向の深さ約数十μまでに存在する水による、近赤外光（測定光）の光吸収量が反射強度比に反映される。

葉が萎れることで近赤外光の投影範囲が減少する場合、葉が反れたり巻いたりすることで葉の厚みが増す場合でも、本実施形態では、葉の全画素における反射強度比の総和（以下、水分指数と称する）を水分量の指標とする。従って、水分指数は、ΣＬｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）で表され、水ポテンシャルと相関を有する。

図７（Ｂ）は。スポットが一定の面積である反射強度比を測定する動作の概要を説明する図である。前述したように、葉の表面より小さな範囲内で近赤外光を順次走査しながら照射して単位面積当たりの水分量を求めても、この単位面積当たりの水分量と水ポテンシャルとの相関は低い。

（非可視光センサの水分やうねりの検出に関する詳細な動作の説明）
次に、植物検出カメラ１の非可視光センサＮＶＳＳにおける水分の検出に関する詳細な動作手順について、図８を参照して説明する。図８は、非可視光センサＮＶＳＳにおける植物ＰＴの葉ＰＴ３に含まれる水分の検出に関する詳細な動作手順を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートの説明の前提として、タイミング制御部１１ａは、光源走査用タイミング信号ＴＲを第１投射光源１３及び第２投射光源１５に出力しており、植物検出カメラ１から参照光ＬＳ１及び測定光ＬＳ２が植物ＰＴの葉ＰＴ３に向けて照射されるとする。

図８において、制御部１１は、奇数番目の投射周期における光源発光信号ＲＦがタイミング制御部１１ａから出力されたか否かを判別する（Ｓ１２）。奇数番目の投射周期における光源発光信号ＲＦがタイミング制御部１１ａから出力された場合には（Ｓ１２、ＹＥＳ）、第１投射光源１３は、タイミング制御部１１ａからの光源発光信号ＲＦに応じて、参照光ＬＳ１を投射する（Ｓ１３）。投射光源走査用光学部１７は、植物検出カメラ１の画角内に含まれる植物ＰＴのＸ方向のライン上に参照光ＬＳ１を１次元的に走査する（Ｓ１５）。参照光ＬＳ１が照射されたＸ方向のライン上のそれぞれの照射位置において、参照光ＬＳ１が拡散反射したことで生じた拡散反射光ＲＶ１が撮像光学部２１を介して受光部２３により受光される（Ｓ１６）。

信号加工部２５では、拡散反射光ＲＶ１の受光部２３における出力（電気信号）が電圧信号に変換され、この電圧信号のレベルがコンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃにおいて処理可能なレベルまで増幅される（Ｓ１７）。コンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃは、増幅回路２５ｂの出力信号と所定の閾値との比較結果に応じて、増幅回路２５ｂの出力信号を２値化して閾値設定／水分指数検出処理部２７ａに出力する。コンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃは、増幅回路２５ｂの出力信号のピークの情報を閾値設定／水分指数検出処理部２７ａに出力する。

閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、参照光ＬＳ１の拡散反射光ＲＶ１に対するコンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃの出力（ピークの情報）をメモリ２７ｂに一時的に保存する（Ｓ１８−２）。また、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、メモリ２７ｂに保存された前回のフレーム（投射周期）における参照光ＬＳ１又は測定光ＬＳ２に対する拡散反射光ＲＶ１又は拡散反射光ＲＶ２における同一ラインに関するコンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃの出力をメモリ２７ｂから読み出す（Ｓ１８−３）。

閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、同一ラインにおける参照光ＬＳ１の拡散反射光ＲＶ１におけるコンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃの出力（ピークの情報）と、測定光ＬＳ２の拡散反射光ＲＶ２におけるコンパレータ／ピークホールド処理部２５ｃの出力（ピークの情報）と、所定の検出閾値Ｍとを基に、同ライン上における水分の有無を検出する（Ｓ１８−４）。

閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、反射強度比の総和ΣＬｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）である水分指数を算出する（Ｓ１８−５）。この水分指数の算出の詳細については後述する。

表示処理部２９は、検出結果フィルタ処理部２７ｃの出力を用いて、水分の検出位置を示す検出結果画像データを生成する。表示制御部３７は、表示処理部２９で生成された検出結果画像データ、及び可視光カメラＶＳＣで撮像された可視光画像の可視光カメラ画像データを出力する（Ｓ１９）。ステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８−２〜Ｓ１８−５、Ｓ１９の各動作は、１回のフレーム（投射周期）の検出エリア内のライン毎に実行される。

つまり、１つのＸ方向のラインに対するステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８−２〜Ｓ１８−５、Ｓ１９の各動作が終了すると、次のＸ方向のラインに対するステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８−２〜Ｓ１８−５、Ｓ１９の各動作が行われ（Ｓ２０、ＮＯ）、以降、１フレーム分のステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８−２〜Ｓ１８−５、Ｓ１９の各動作が終了するまで、図７の拡大図ＥＰＧに示すＹ方向の走査に関してステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８−２〜Ｓ１８−５、Ｓ１９の各動作が繰り返される。

一方、１フレームの全てのラインに対してステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８−２〜Ｓ１８−５、Ｓ１９の各動作の実行が終了した場合には（Ｓ２０、ＹＥＳ）、投射光の走査が継続する場合には（Ｓ２１、ＹＥＳ）、非可視光センサＮＶＳＳの動作はステップＳ１２に戻る。一方、参照光ＬＳ１及び測定光ＬＳ２の走査が継続しない場合には（Ｓ２１、ＮＯ）、非可視光センサＮＶＳＳの動作は終了する。

図９は、ステップＳ１８−５における水分指数の算出手順を示すフローチャートである。閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、フレーム画像から全画素における反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）を算出する（Ｓ３１）。ここで、各画素の反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）の測定値を反射強度比Ｗ１〜Ｗｋで表す。例えば近赤外光の画像が７６，８００（＝３２０×２４０）画素から構成される場合、Ｗｋの添え字ｋは１〜７６，８００を表す変数である。

閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、画素毎の反射強度比Ｗｋが葉ＰＴ３を識別するための閾値Ｓｈより大きいか否かを判別する（Ｓ３２）。閾値Ｓｈの初期値は、経験値として閾値設定／水分指数検出処理部２７ａにあらかじめ登録されている。経験値は、植物水分量評価装置の仕様（照射レーザ光の強度、受光素子の感度等）、測定対象の葉の含水率（９０％前後）、葉の厚み（例えば２００μｍ）、屋内／屋外等によって決定される。特に、屋外の場合、太陽光の当たり方や葉群としての茂り具合によって変化し、その都度変更される。

例えば経験値として、撮影距離１ｍの場合、屋内撮影時の閾値Ｓｈは約０．３に設定される。屋外撮影時の閾値Ｓｈは、約０．９に設定される。また、撮影距離３ｍの場合、屋内撮影時の閾値Ｓｈは約０．０５に設定される。これらの閾値Ｓｈを初期値として設定し、実際の葉の形状と照らし合わせて、最適であるか否かを判断し、最適でない場合、閾値Ｓｈを変更することが好ましい。また、後述するように、閾値Ｓｈの算出処理を行い、算出された閾値Ｓｈを初期値として登録しておくことも可能である。

ステップＳ３２で、反射強度比Ｗｋが閾値Ｓｈ未満である場合、この画素は、葉以外の背景を表す画素であるとして、表示処理部２９は、この画素を単色で表示するための単色表示データを生成する（Ｓ３６）。

一方、ステップＳ３２で反射強度比Ｗｋが閾値Ｓｈ以上（閾値以上）である場合、表示処理部２９は、この画素を、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）に対応する階調色で表示する（Ｓ３３）。ここでは、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）に対応する階調色をｎ階調で表示可能である。ｎは任意の正数である。図１０は、反射強度比に対応する階調色を示すテーブルである。このテーブルＴｂには、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）及び強度比換算値（９０５ｎｍの反射光／１５５０ｎｍの反射光）が階調色毎に区分けされている。

具体的に、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）が０．３未満である場合、つまり、葉の閾値Ｓｈ以下である場合、その画素は、例えば白色（単色）で表示される。一方、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）が０．３以上０．４未満である場合、その画素は例えば深緑色で表示される。同様に、０．４以上０．５未満である場合、その画素は緑色で表示される。０．５以上０．５５未満である場合、その画素は黄色で表示される。０．５５以上０．６未満である場合、その画素はオレンジ色で表示される。０．６以上０．７５未満である場合、その画素は赤色で表示される。０．７５以上である場合、その画素は紫色で表示される。このように、葉に属する画素の色は、６諧調のいずれかに設定される。

なお、実際の葉の形状と照らし合わせて、葉が占有している画素空間が適切でない場合、ユーザが閾値Ｓｈを所定刻み（例えば０．０１）毎にアップ又はダウンするように設定してもよい。或いは、ユーザが後述する閾値Ｓｈを自動設定する処理（図１３参照）を起動させて適切な閾値Ｓｈを設定してもよい。

閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、葉が占有している画素空間として任意のエリアを特定する（Ｓ３４）。図１１は、葉が占有している画素空間を含むフレーム画像の一部における反射強度比を示すテーブルである。このテーブルでは、フレーム画像の一部として、２１画素×９画素分の反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）が示されている。背景が緑色（ドット表示）である画素は葉の画素に相当する。前述したように、葉の画素は、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）が閾値Ｓｈ（ここでは、０．３）を超える画素である。また、葉の画素を囲むように、矩形（Ａ×Ｂ）のエリアＡＲＥが特定される。このエリアＡＲＥは、葉の大きさを判断する値として用いられる。なお、葉の大きさは、閾値Ｓｈを超える画素数で表してもよい。

閾値設定／水分指数検出処理部２７ａ（水分量算出部）は、エリアＡＲＥ内で、測定値（反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０））が閾値Ｓｈよりも大きい、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）の総和である水分指数ΣＬｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）を計算する（Ｓ３５）。この水分指数ΣＬｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）が得られることで、葉全体に含まれる水分量が分かる。

更に、ステップＳ３５では、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、エリアＡＲＥ内で、測定値（反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０））が閾値Ｓｈよりも大きい画素の数を計算し、この計算された画素の数で反射強度比の総和ΣＬｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）を除して平均値を算出することができる。この平均値は、閾値Ｓｈによって葉の外形が決定された葉の面積で反射強度比の総和が除された値であり、スポットの一定面積でスポット内の反射強度比の総和が除された値や、可視画像における葉の外形で囲まれた面積で反射強度比の総和が除された値とは異なる。この後、水分指数の算出動作が終了する。

このように、本実施形態では、照射位置毎の反射強度比を求めるのでなく、フレーム画像における画素毎の反射強度比を求め、画素毎の反射強度比の総和から、水分指数を正確に算出できる。従って、葉、即ち植物の健全度を正確に判断することができる。

ここでは、前述したように、葉の閾値Ｓｈは、初期値として次のような値に設定されている。屋内に植物検出カメラ１を設置し、屋内で葉ＰＴ３を撮像する場合、経験的に撮影距離が１ｍである場合、閾値Ｓｈは約０．３に設定される。撮影距離が３ｍである場合、閾値Ｓｈは約０．０５に設定される。一方、屋外で撮像する場合、太陽光の条件が変動するので、経験的に閾値Ｓｈは約０．９に設定される。図１２は葉の占有範囲を示す図である。図１２（Ａ）は、トマトの茎葉を撮像したフレーム画像である。葉間距離は約１ｃｍである。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）の可視光画像に対し、撮影距離３ｍ、閾値Ｓｈを０．０５に設定した場合に求められた葉の占有空間を示す。この場合、葉が一部重なっており、閾値Ｓｈ（＝０．０５）は不適切に設定された値であることが分かる。図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）の可視光画像に対し、撮影距離１ｍ、閾値Ｓｈを０．３に設定した場合に求められた葉の占有空間を示す。この場合、葉の外形は他の葉と重なり合うことなく、また、葉の占有空間は可視光画像の葉の外形と大まかに同じである。この場合、閾値Ｓｈ（＝０．３）は正しく設定された値であることが分かる。

また、葉の閾値Ｓｈは、次のような処理を行い、図９に示す水分指数の算出処理を実行する前に登録されてもよい。図１３は、閾値設定手順を示すフローチャートである。

閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、可視光カメラＶＳＣで撮像されたフレーム画像（例えば図１２（Ａ）参照）に対し、葉の色と判断される緑色（Ｇ）の画素が占有する出現割合（Ｇ画素数／全画素数）を求める（Ｓ４１）。

閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、水分指数の度数分布データを元に、出現割合に対応する水分指数を求める（Ｓ４２）。図１４は、全画素における反射強度比の度数分布を示すグラフである。度数分布データは、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａに登録されている。この度数分布データを用いると、例えば出現割合が５２％である場合、水分指数は約０．３である。

閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、ステップＳ４２で求められた水分指数を閾値Ｓｈに設定する（Ｓ４３）。この後、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは本処理を終了する。

このように、可視光カメラＶＳＣで撮像された可視光画像を利用することで、葉の緑色（特定色）の占有画素数と、同じ画素数になるように測定値であるＬｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）の累積度数に対応する閾値Ｓｈを求めることで、つまり、葉に含まれていると判断される画素毎の水分量の閾値を変更することによって、葉の外形を正しく決定することができる。従って、葉の外形が正しく判断されることで、画素単位の平均値を正確に算出できる。これに対し、スポットの一定面積や可視光画像の外形を用いる場合、葉の外形が正しく捉えられないと、画素単位の平均値に大きな誤差が生じてしまう。

図１５（Ａ）は、測定に際して様々な姿勢で固定された葉を示す図である。葉の水分測定では、平らな面を有する板材として、白色背景板ｂｄを用意し、この板材の面に葉ＰＴ３の裏面が重なるように、両面テープで葉ＰＴ３を貼り付ける。第１の水分測定では、植物検出カメラ１の光軸に対して垂直な平面になるように板材がセットされる。第２の水分測定では、植物検出カメラ１の光軸に対してチルト角４５°に倒すように、板材がセットされる。第３の水分測定では、植物検出カメラ１の光軸に対してパン角４５°に傾くように、板材がセットされる。

図１５（Ｂ）は、葉の反射強度比を表す画像を示す図である。第１の水分測定では、反射強度比が閾値Ｓｈを超える領域は、正面から視た葉の外形に近くなっている。また、葉の中央部の反射強度比が最も高く、葉の内側から外側に向かっていく程、反射強度比が徐々に下がっていることが分かる。第２の水分測定では、反射強度比が閾値Ｓｈを超える領域は、葉をチルト方向に倒すように視た葉の外形に近くなっている。また、葉の内側の広範囲に亘って、反射強度比が高くなっている。これは、葉を光軸に対して倒したことで、光軸方向の葉の厚みが増し、見かけ上、葉の水分量が多くなったことによると考えられる。第３の水分測定では、反射強度比が閾値Ｓｈを超える領域は、葉をパン方向に傾けるように視た葉の外形に近くなっている。また、葉の内側の広範囲に亘って、反射強度比が高くなっている。これは、葉を光軸に対して傾けたことで、第２の水分測定の場合と同様、光軸方向の葉の厚みが増し、見かけ上、葉の水分量が多くなったことによると考えられる。

図１６は、平均含有率に対する反射強度比を示すグラフである。このグラフによると、第１、第２、第３の水分測定でそれぞれ得られた反射強度比の総和（水分指数）は、葉の平均含水率が大きい程、大きな値となっており、平均含水率に対して高い相関を有する。第１の測定では、相関係数の二乗（Ｒ^２）は、０．９９４３である。第２の水分測定では、相関係数の二乗（Ｒ^２）は、０．９９７３である。第３の水分測定では、相関係数の二乗（Ｒ^２）は、０．９６３である。このように、いずれの水分測定の場合でも、水分指数は、平均含水率に対して高い相関を有する。

次に、トマトの苗を用いて、灌水を停止した（断水）後の萎凋過程及び根吸水（復活）過程を示す。図１７（Ａ）は、植物の萎凋過程を示すグラフである。縦軸は葉１枚の水分指数（＝ΣＬｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）を示し、横軸は断水を始めてからの経過時間を示す。曲線Ｌｆ１１は、１日につき朝・夕の２度、灌水を行った場合の参照としての葉の水分指数を示す。曲線Ｌｆ１２は、灌水を停止した（断水した）場合で、萎凋点に達した後も、再灌水を行わない場合を示す。また、図１７（Ａ）において、曲線Ｌｆ１１や曲線Ｌｆ１２の各種マークは、そのマークの始まりが午前９時頃で、そのマークの終わりが午後１７時頃を示し、各種マークの数個の塊が１日の午前９時頃から午後１７時頃までの範囲を示す。

葉の平均含水率は、断水時間の時間の経過とともに、８６％から徐々に低下し、断水時間が３３０時間を経過すると、含水率５０％以下の萎凋点に達する。断水をせず、定期的に朝・夕の２度、毎日灌水を行った場合の葉では、曲線Ｌｆ１１に示すように、葉の平均含水率は測定初期とほぼ同じ値（水分指数：値１１０）に維持される。一方、断水を継続した葉では、見かけ上、茎葉が萎れる萎凋点後も葉の平均含水率は下がり続け、断水時間が３５０時間になると、水分指数は値２０にまで下がる。

図１７（Ｂ）は、復活過程を示すグラフである。葉の水分指数が値２０まで下がった後、再灌水を行うと、再灌水後の時間の経過とともに、葉の平均含水率は徐々に上昇する。経過時間が２８０分に達すると、断水していた葉の平均含水率は、断水が行われる前の葉の平均含水率に近い値（水分指数：１００）にまで達する。

図１８は、図１７（Ｂ）の復活過程のグラフをプロットする際に用いた、実際の測定データで（フレーム画像の反射強度比テーブルを階調表示した図）、萎凋を迎えた葉の含水量が徐々に増加する過程を示している。再灌水から経過時間が０分である場合、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）が閾値Ｓｈを超える葉の領域は小さいが、６０分を経過すると、やや増加し、３００分を経過すると、更に増加する。そして断水していない（朝・夕に定期的に灌水を施した（曲線Ｌｆ１１に相当する図中左）と同等レベルまで葉の含水量が復活していることが分かる。

このように、葉に含まれる水分量を測定することで、萎凋過程及び根吸水（復活）過程を視覚的に捉えることが可能である。

（比較例）
図１９は、比較例の測定方法を説明する図である。ビニル袋ｆｋで密封包装された大葉の葉ＰＴ３を取り出し、ホワイトボードｗｂに葉ＰＴ３が動かないように固定する。葉ＰＴ３ががっしりと固定されたホワイトボードｗｂを重量計ｇｍに載せ、その重さを計る。このとき、ホワイトボードｗｂの重さは、あらかじめ測定され、０点調整されているので、重量計ｇｍのメータには、葉の重さが表示される。葉の蒸散による重量の変化を、時間の経過とともに測定する。全ての測定を完了した後、葉を完全に枯らし、その重量を求める。測定時の葉の重量から枯渇時の葉の重量を差し引くことで、測定時における葉の平均含水量を求める。図２０（Ａ）は、蒸散による葉の重量の時間変化、つまり葉の平均含水率の時間変化を示すグラフである。葉の平均含水率は、時間の経過とともに徐々に下がっていく。

また、葉ＰＴ３が固定されたホワイトボードｗｂを立てた状態で置く。この状態で、可視光カメラＶＳＣ１は葉を撮像する。更に、非可視光カメラＮＶＳＳ１は、葉中の１２箇所に対し、９０５ｎｍの波長及び１５５０ｎｍの波長を有する近赤外光をそれぞれ照射し、これらの反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）を測定する。葉中の１２箇所は、葉全体に亘って設定されたエリアであり、４×４画素の大きさを有する。図２０（Ｂ）は、葉中の１２箇所で測定された反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）の時間変化を示すグラフである。

図２０（Ｃ）は、図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）の測定データを元に得られる、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）と平均含水率との対応関係を示すグラフである。葉中の１２箇所のいずれにおいても、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）と平均含水率とは比例関係を有する。従って、葉が動かないように、がっしりと固定された場合では、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）を測定することで、葉中の平均含水率が分かる。

このように、第１の実施形態における植物水分量評価装置では、植物検出カメラ１の第１投射光源１３は、光学走査により、水分に吸収され難い特性を有する第１波長（９０５ｎｍ）の近赤外光（参照光）を植物ＰＴの葉ＰＴ３に向けて照射する。植物検出カメラ１の第２投射光源１５は、光学走査により、水分に吸収され易い特性を有する第２波長（１５５０ｎｍ）の近赤外光（測定光）を植物ＰＴの葉ＰＴ３に向けて照射する。閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、葉ＰＴ３の全照射位置において反射した９０５ｎｍの反射光と葉ＰＴ３の全照射位置において反射した１５５０ｎｍの反射光とを元に、反射強度比の総和ΣＬｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）である葉１枚の水分指数を算出する。これにより、植物の健全度の指標となる植物に含まれる水分量を正確に測定することができる。

また、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、水分量を示しかつ単一の植物の形状を識別する閾値Ｓｈを保持し、閾値Ｓｈ以上となる少なくとも１つの照射位置における水分量を加算する。これにより、閾値Ｓｈによって植物の水分量を適切に算出できる。

また、可視光カメラＶＳＣは、植物の可視光画像を取得し、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、取得された植物の可視光画像を用いて、閾値Ｓｈを算出する。これにより、植物の形状を正しく識別できる閾値Ｓｈを設定することができる。

また、表示制御部３７は、植物の葉、実、茎及び花のうちいずれか１つの非可視光画像を出力する。これにより、出力された非可視光画像によって植物の形状が正しいか否かを確認できる。

また、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、照射位置毎に水分量を算出するとともに、算出した水分量を加算して植物の全照射位置における水分量を算出する。表示制御部３７は、非可視光画像を、照射位置毎に算出される水分量に応じて、段階的に識別可能に表示する。これにより、植物全体の水分量の他、植物に含まれる水分量の分布を視認することができる。

また、各々の照射位置は、非可視光画像における所定数の画素に対応する。これにより、植物の位置と非可視光画像の位置とを対応付けることができる。

（第２の実施形態に至る経緯・課題）
植物である葉の表面に２種類の近赤外光を照射し、これらの反射強度比から水分を求める場合、次のような課題があった。近赤外光を照射して測定する時、測定対象の葉に近赤外光（例えばパルス光）を照射し、葉の表面であらゆる方向に拡散反射する光の一部を、照射したタイミングと少しずらして（例えばμSECオーダーずらして）近赤外光用の検出器にて受光して計測する。また、ここで照射する光はレーザ光であるがゆえに波長が単波長で９０５ｎｍ、１５５０ｎｍのみで波長幅は狭い。更に、近赤外光用の検出器は、単波長用ではなく（９０５ｎｍ，１５５０ｎｍのみを通すフィルタなどは付いておらず）、広い範囲の近赤外域の光を電流に変える光電変換器（フォトセンサ）である。

ここで、近赤外光の検出器における受光時に問題となるのが、外光である太陽光である。太陽光は、上記レーザ光とは異なって、幅広い波長領域を有し、近赤外光領域においてもあらゆる波長を有しています。これらの太陽光は、図２２の（Ａ）に示されているように太陽光が測定対象の葉にあたってその一部が直接戻ってくる光と、周囲の葉との間で多重散乱を行って戻ってくる光とに分けられます。そして、この両者は、タイミング的には９０５ｎｍの近赤外光の照射時も１５５０ｎｍの近赤外光の照射時も同じように、水が吸収する波長が散乱によりさらに吸収されて減少した図６に示したスペクトルとして戻ってきて、その９０５ｎｍ／１５５０ｎｍの反射強度比を著しく上昇させます。ここで、バックグラウンドとしては９０５ｎｍの近赤外光の照射時と１５５０ｎｍの近赤外光の照射時とでは、同じようなスペクトルで戻ってくるので共通であるといえるが、バックグラウンドの著しい上昇があると、測定対象の葉と周辺の葉との個体を区別することが難しくなる。

また、圃場の苗では、葉が生い茂り、葉群となっている。葉群では、複数枚の葉がそれぞれの向きに重なり合っており、例えば風が吹くと、これらの葉は相対的に動くことになる。例えば図２１（Ａ）に示すように、測定対象の葉ＰＴ３ｔに向かって、近赤外光を照射した場合、照射された近赤外光は、測定対象の葉ＰＴｔの周囲にある葉ＰＴ３ｏによっても吸収・散乱される。例えば照射された近赤外光は、矢印ｂ１に示すように、測定対象の葉ＰＴ３ｔで吸収される他、矢印ｂ２に示すように、左側の葉ＰＴ３ｏにも照射され、一部が吸収される。左側の葉ＰＴ３ｏに照射され、左側の葉ＰＴ３ｏで散乱された近赤外光は測定対象の葉ＰＴ３ｔに拡散される。また、矢印ｂ３に示すように、右側の葉ＰＴ３ｒ１に照射され、右側の葉ＰＴ３ｒ１で散乱された拡散光は更に別の葉ＰＴ３ｒ２に拡散して測定対象の葉ＰＴ３ｔに拡散されるという、多重散乱も起こる。対象の葉ＰＴ３ｔの水分量は、周辺の葉で吸収された水分量を含め、実際より多く測定されることになる。また、図２１（Ｂ）に示すように、複数枚の葉が重なったり、離れたりして、葉の面積が変わる。

従って、水分量の有無を測定しても、対象の葉と周辺の葉との個体を区別することが難しかった。

そこで、多数の葉が生い茂った葉群の中にあっても、周辺の葉からの散乱光（例えば太陽光等の外光の散乱）による影響を排除し、測定対象の葉の水分量を正確に測定することができるようにする。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の植物水分量評価装置の構成は前記第１の実施形態とほぼ同一の構成を有する。前記第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用いることで、その説明を省略する。

測定対象となる植物の葉、例えばビニールハウス内で、温度、湿度、照度、風通し、ＣＯ２濃度が異なる場所において、代表する植物の葉である。

図２１（Ａ）は、第２の実施形態における植物水分量評価装置の動作の概要を説明する図である。図２１（Ｂ）は、葉の重なりを示す図である。この植物水分量評価装置では、測定対象の葉の背面（裏側）を覆うように、背景物が配置される。

背景物の材質としては、水分を含まず、農薬・散水・ＣＯ２噴霧で変形しないもの、例えばプラスチック、コート紙、アルミ箔（板）等のシート、板、或いはブロックが挙げられる。また、背景物の大きさは、測定対象の葉を覆うような大きな面を有し、測定対象の葉の投影面積の２倍以内であり、他の葉の光合成を妨げない大きさであることが望ましい。また、背景物の厚みは、自己支持性でカールしない厚さ５０μｍ〜１ｍｍであり、特に５０〜２００μｍであることが好ましい。また、背景物の重量は、葉の茎で支持される場合、葉が萎れない程度の重さであることが好ましい。また、背景物の色は、可視光及び近赤外光の反射率が高い白色や銀色であることが好ましい。

本実施形態では、背景物として、白色背景板が用いられる場合を示す。なお、白色背景板は、白色プラスチック板、アルミ板、標準白色板、白色紙等が挙げられる。

図２２（Ａ）は、屋外において葉に向かって近赤外光を照射した際、近赤外光の波長に対する反射光の強度を示すグラフである。縦軸は非可視光センサＮＶＳＳで検知される近赤外光の強度を示し、横軸は近赤外領域の波長を示す。非可視光センサＮＶＳＳで検知される近赤外光の強度には、太陽光による光の強度の他、周辺の葉で散乱された光の強度が含まれる。つまり、検知される近赤外光の強度には、太陽光が周辺の葉で多重散乱されたことによるバックグランドの上昇分が含まれる。また、周辺の葉によって１５５０ｎｍの波長を有する近赤外光が吸収されることで、非可視光センサＮＶＳＳで検知される光の強度は小さくなる。従って、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）の値は大きくなる。このため、屋外で葉の水分量を測定する場合、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）と比較される閾値Ｓｈの値を大きく設定する必要がある。

図２２（Ｂ）は、屋内及び屋外において白色背景板ｂｄが設置された葉に向かって近赤外光を照射した際、近赤外光の波長に対する反射光の強度を示すグラフである。縦軸は非可視光センサＮＶＳＳで検知される近赤外光の強度を示し、横軸は近赤外領域の波長を示す。白色背景板ｂｄが測定対象の葉ＰＴ３ｔの背面（裏側）を覆うように配置されたことで、周辺の葉ＰＴ３ｏからの多重散乱が起きなくなる。従って、１５５０ｎｍの波長を有する近赤外光の強度が低下することは起きない。また、屋内の場合、バックグランドの上昇も生じない。なお、屋外で測定する場合、閾値Ｓｈは約０．５に設定される。また、屋内で測定する場合、閾値Ｓｈは約０．３に設定される。

測定対象の葉ＰＴ３ｔの背面に白色背景板ｂｄを配置する場合、葉を固定することなく配置してもよいし、白色背景板ｂｄに葉ＰＴ３ｔを取り付けて固定してもよい。ここでは、白色背景板ｂｄに葉ＰＴ３ｔを取り付ける場合を示す。

図２３は、白色背景板ｂｄへの葉ＰＴ３ｔの取り付け方を説明する図である。白色背景板ｂｄは、縦長の長方形を有する白色プラスチック板である。白色背景板ｂｄの中央部には、矩形状にくり抜かれた開口部ｂｄ１が形成されている。また、白色背景板ｂｄの上部には、円形の孔部ｂｄ２が形成されている。孔部ｂｄ２には、上端面にまで達するスリットｂｄ２１が形成されている。また、白色背景板ｂｄに形成された開口部ｂｄ１の下側及び両側には、それぞれ３本のスリットｂｄ３，ｂｄ４，ｂｄ５が形成されている。

葉ＰＴ３ｔを白色背景板ｂｄに取り付ける場合、葉ＰＴ３ｔの先端を３本のスリットｂｄ３の１本に挿し込み、スリットｂｄ２１を中心に左右の白色背景板ｂｄを前後方向にずらして空隙を作り、その内側に葉の茎ＰＴ２を通して、孔部ｂｄ２に茎ＰＴ２を固定する。

図２４は、測定対象の葉ＰＴ３ｔの背面を覆うように配置される白色背景板ｂｄの各種設置方法を示す図である。図中、左側の植物ＰＴでは、白色背景板ｂｄは、土台ＢＢの上に立てられた棒材ｐ１の先端に取り付けられ、立札として設置される。また、中央の植物ＰＴでは、白色背景板ｂｄは、誘引線ｒｐ１から誘引紐ｒｐ２によって吊り下げられた状態で保持される。また、図中、右側の植物ＰＴでは、白色背景板ｂｄは、円形の孔部ｂｄ２に通された茎ＰＴ２によって保持される。

図２５（Ａ）は、屋外で水分量の測定対象となる葉ＰＴ３ｔを示す写真である。ここでは、白色背景板ｂｄは立札として設置されている。また、白色背景板ｂｄの孔部ｂｄ２から突出する茎ＰＴ２には、複数枚の葉ＰＴ３が突出しており、そのうちの１枚の葉（図中、枠ｅで囲まれた葉）ＰＴ３ｔを測定対象とする。また、比較例として、白色背景板が背面に配置されていない葉（図中、枠ｆで囲まれた葉）ＰＴ３ｈを測定対象とする。

図２５（Ｂ）は、葉ＰＴ３ｔの反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）を示す図である。図２５（Ｃ）は葉ＰＴ３ｈの反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）を示す図である。葉ＰＴ３ｈでは、白色背景板ｂｄが存在しないので、太陽光による周囲の葉の散乱光によって葉ＰＴ３ｈの反射強度比は大きくなっている。

図２６（Ａ）は、白色背景板ｂｄで背面が覆われた葉ＰＴ３ｔが占有している画素空間を含むフレーム画像の一部における反射強度比を示すテーブルである。葉ＰＴ３ｔの反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）が閾値Ｓｈ（＝０．３）を超える領域ＡＲＥ１は、葉ＰＴ３ｔの形状に近く、葉の外形を表現していると考えられる。一方、図２６（Ｂ）は、白色背景板ｂｄで背面が覆われていない葉ＰＴ３ｈが占有している画素空間を含むフレーム画像の一部における反射強度比を示すテーブルである。葉ＰＴ３ｈの反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）は、周辺の葉ＰＴ３ｏからの散乱光によって大きくなっており、誤差を含むと考えられる。また、葉ＰＴ３ｈの反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）が閾値Ｓｈ（＝０．９）を超える領域ＡＲＥ２は、やや縦長の形状をした葉ＰＴ３ｈの外形と似ておらず、葉ＰＴ３ｈの外形を表現していないと考えられる。

図２７は、屋外で水分量の半減の測定対象となる葉を示す写真である。第１の半減測定では、枠ｇ１で囲まれた、高所にある葉ＰＴ３ｔが測定対象であり、その背面には、白色背景板ｂｄが配置される。第２の半減測定では、枠ｇ２で囲まれた、低所にある葉ＰＴ３ｉ１が測定対象であり、その背面には、白色背景板ｂｄが配置される。第３の半減測定では、枠ｇ３で囲まれた、数枚の葉ＰＴ３ｉ２が測定対象であり、その背面には、何も配置されていない。第４の半減測定では、大きな枠ｇ４で囲まれた、多数生い茂った葉群ＰＴ３ｉ３が測定対象であり、その背面には、何も配置されていない。

図２８（Ａ）は、第１の半減測定における葉ＰＴ３ｔ及び第２の半減測定における葉ＰＴ３ｉ１の水分指数の時間変化を示すグラフである。縦軸は反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）で表される水分指数であり、横軸は時間（単位：分）である。また、半減の有無は、植物に供給される液肥を絶ってから（破線ｈ１参照）、水分指数が１／２にまで半減したか否かによって判定される。これらのことは、図２８（Ｂ）、（Ｃ）においても同様である。

白色背景板ｂｄが背面に配置された、高所の葉ＰＴ３ｔ及び低所の葉ＰＴ３ｉ１のいずれも、液肥の供給を絶ってから約１２００分が経過すると、水分指数の半減が確認された。

図２８（Ｂ）は、第３の半減測定における葉ＰＴ３ｉ２の水分指数の時間変化を示すグラフである。背部に白色背景板ｂｄが配置されていない、葉ＰＴ３ｉ２では、周辺の葉からの乱反射によって反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）のバッグランドは、葉ＰＴ３ｔ，ＰＴ３ｉ１と比べて多少大きくなるものの、液肥の供給を絶ってから約１２００分が経過すると、水分指数の半減が確認された。

図２８（Ｃ）は、第４の半減測定における葉群ＰＴ３ｉ３の水分指数の時間変化を示すグラフである。背面に白色背景板ｂｄが配置されていない、葉群ＰＴ３ｉ３では、周辺の葉からの乱反射（外光散乱）によって反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）のバックグランドが著しく大きくなり、液肥の供給を絶ってから約１２００分が経過しても、水分指数の半減が確認できなかった。従って、葉群では、重なり葉（図２１（Ｂ）参照）が出現したり、消失したりして、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）を測定しても、その誤差は大きいことが分かる。

このように、第２の実施形態における植物水分量評価装置では、植物の水分量を評価する際、植物ＰＴの葉ＰＴ３の背面を覆うように、白色背景板ｂｄ（背景物）を配置しておく。第１投射光源１３が、光学走査により、水分に吸収され難い特性を有する波長９０５ｎｍの近赤外光（参照光）を葉ＰＴ３に向けて照射する。第２投射光源１５が、光学走査により、水分に吸収され易い特性を有する波長１５５０ｎｍの近赤外光（測定光）を葉ＰＴ３に向けて照射する。閾値設定／水分指数検出処理部２７ａは、葉ＰＴ３の全照射位置において反射した参照光の反射光と葉ＰＴ３の全照射位置において反射した測定光の反射光とを基に、葉ＰＴ３の全照射位置における反射強度比の総和ΣＬｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）である葉１枚の水分指数を算出する。これにより、多数の葉が生い茂った葉群の中にあっても、周辺の葉から散乱光（外光散乱）による影響を排除し、重なり等の影響を除外することで測定対象の葉の水分量を正確に測定することができる。

また、白色背景板ｂｄは、植物の葉ＰＴ３の前に立てられた立札である。これにより、植物と独立に設置した状態で白色背景板ｂｄを配置することができ、しっかりと固定できる。従って、風や雨等の外力や芽かき、葉がき作業時の人為的外力がある程度が加わっても、白色背景板ｂｄの姿勢を維持できる。

また、白色背景板ｂｄは、誘引紐ｒｐ２によって植物の上方から吊り下げられる。これにより、植物の葉ＰＴ３と切り離した状態で白色背景板ｂｄを配置することができ、また、白色背景板ｂｄの取り付けが簡単で茎の成長（トマト苗の成長速度は約１ｃｍ／日）にもある程度追随できる。

また、白色背景板ｂｄは、植物の茎ＰＴ２に支持される。これにより、他の支持部材を用いることなく、白色背景板ｂｄを簡単に葉の裏側に配置でき、茎の成長（トマト苗の成長速度は約１ｃｍ／日）にもある程度追随できる。

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、植物に含まれる水分量を測定する際、多数の葉が生い茂った葉群の中にあっても、周辺の葉からの散乱光（外光散乱）による影響を排除し、測定対象の葉の水分量を正確に測定することができる植物水分量評価方法、植物水分量評価装置及び背景物として有用である。

１ 植物検出カメラ
１１ 制御部
１１ａ タイミング制御部
１３ 第１投射光源
１５ 第２投射光源
１７ 投射光源走査用光学部
２１、３１ 撮像光学部
２３、３３ 受光部
２５ 信号加工部
２５ａ Ｉ／Ｖ変換回路
２５ｂ 増幅回路
２５ｃ コンパレータ／ピークホールド処理部
２７ 検出処理部
２７ａ 閾値設定／水分指数検出処理部
２７ｂ メモリ
２７ｃ 検出結果フィルタ処理部
２９ 表示処理部
３５ 撮像信号処理部
３７ 表示制御部
ＡＲＥ エリア
ＡＲＥ１，ＡＲＥ２ 領域
ＢＢ 土台
ｂｄ 白色背景板
ｂｄ１ 開口部
ｂｄ２ 孔部
ｂｄ３，ｂｄ４，ｂｄ５，ｂｄ２１ スリット
ＪＧ 画像判定部
Ｉ_９０５ 参照光の反射強度
Ｉ_１５５０ 測定光の反射強度
ＰＴ３，ＰＴ３ｔ，ＰＴ３ｏ，ＰＴ３ｈ，ＰＴ３ｒ１，ＰＴ３ｒ２ 葉
ＬＳ１ 参照光
ＬＳ２ 測定光
ＭＴ 通信端末
ＮＶＳＳ 非可視光センサ
ＰＪ 投射部
ＴＲ 光源走査用タイミング信号
ＲＦ 光源発光信号
ＲＶ０ 環境光
ＲＶ１、ＲＶ２ 拡散反射光
Ｓｈ 閾値
ｓｐ１ スポット
ＶＳＣ 可視光カメラ
Ｗ１，Ｗｋ 反射強度比

本発明は、植物に含まれる水分量を測定する植物水分量評価方法及び植物水分量評価装置に関する。

本発明は、上述した従来の状況に鑑みてなされたものであり、多数の葉が生い茂った葉群の中にあっても、周辺の葉からの散乱光（外光散乱）による影響を排除し、測定対象の葉の水分量を正確に測定することができる植物水分量評価方法及び植物水分量評価装置を提供することを目的とする。

本発明は、植物の水分量を評価する植物水分量評価装置における植物水分量評価方法であって、前記植物のうち前記植物水分量評価装置の評価対象となる部位の背面を覆う背景物が配置され、第１光源が、水分に吸収され難い特性を有する第１波長の近赤外レーザ参照光を、前記評価対象となる部位及び前記背景物を含む照射エリアに向けて順次走査しながら照射し、第２光源が、水分に吸収され易い特性を有する第２波長の近赤外レーザ測定光を、前記照射エリアに向けて順次走査しながら照射し、前記照射エリアにおいて反射した前記近赤外レーザ参照光の反射光と前記照射エリアにおいて反射した前記近赤外レーザ測定光の反射光とを基に、前記照射エリアのうち前記評価対象となる部位を識別し、前記評価対象となる部位の水分量を算出する、植物水分量評価方法である。

本発明は、植物に含まれる水分量を測定する際、多数の葉が生い茂った葉群の中にあっても、周辺の葉からの散乱光（外光散乱）による影響を排除し、測定対象の葉の水分量を正確に測定することができる植物水分量評価方法及び植物水分量評価装置として有用である。

Claims (6)

1. 植物の水分量を評価する植物水分量評価装置における植物水分量評価方法であって、
   前記植物水分量評価装置の評価対象となる植物の背面を覆う背景物が配置され、
   第１光源が、光学走査により、水分に吸収され難い特性を有する第１波長の参照光を前記植物に向けて照射し、
   第２光源が、前記光学走査により、水分に吸収され易い特性を有する第２波長の測定光を前記植物に向けて照射し、
   前記植物の全照射位置において反射した前記参照光の反射光と前記植物の全照射位置において反射した前記測定光の反射光とを基に、前記植物の全照射位置における水分量を算出する、
   植物水分量評価方法。
2. 請求項１に記載の植物水分量評価方法であって、
   前記背景物は、前記植物の前に立てられた立札である、
   植物水分量評価方法。
3. 請求項１に記載の植物水分量評価方法であって、
   前記背景物は、前記植物の上方から吊り下げられた、
   植物水分量評価方法。
4. 請求項１に記載の植物水分量評価方法であって、
   前記背景物は、前記植物の茎に支持された、
   植物水分量評価方法。
5. 請求項１に記載の植物水分量評価方法を実行する、
   植物水分量評価装置。
6. 請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の植物水分量評価方法に用いられる、
   背景物。