JP2020177026A - 水分量観察装置、水分量観察方法及び栽培装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲の環境条件の影響を考慮して、トマト等の果実を含む植物に含まれる水分量の制御を柔軟に行う。【解決手段】第１の投射光源は、水分に吸収され難い特性を有する９０５ｎｍの近赤外光を参照光として植物の葉に向けて照射する。第２の投射光源は、水分に吸収され易い特性を有する１５５０ｎｍの近赤外光を測定光として植物の葉に向けて照射する。閾値設定／水分指数検出処理部は、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。制御部は、植物の周囲の環境条件を制御する制御装置２００と接続し、算出した植物に含まれる水分量の増減の推移を基に、環境条件の変更又は維持を制御装置２００に指示する。【選択図】図３７

Description

本発明は、植物に含まれる水分量を観察する水分量観察装置、水分量観察方法、及び栽培装置に関する。

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

植物の一例として、トマト等の果実の糖度を良くするためには、トマトの葉等に含まれる水分量の多寡が通常、考慮される。ところが、トマトの葉等の水分量は、育成者（農夫）による手動灌水又は灌水装置（例えばスプリンクラー）の自動灌水によって与えられた水だけによって決まるものではなく、その周囲の環境条件（例えば温度、湿度）の影響を受けて変動する性質が知られている。上述した特許文献１は、このような性質に着目したものではなく、周囲の環境条件の影響を考慮して、トマトの葉等の水分量の制御を具体的に行うことはできない。

また、トマトの価値（つまり、単価）を向上するために、トマトの糖度を向上させることが考えられるが、この糖度を増すためには、どのようなタイミングでどの程度の灌水を行えば良いのかは、農夫の過去の経験や勘等、人為的な取り決めに起因するところが大きかった。

一般的に、トマト等の果実の糖度を上げることは、品質の向上に繋がって単価も上昇するが、その反面、育成が容易ではないこともあるために歩留まりが下がって生産量が減少するという側面が強い。つまり、果実の高機能化と歩留まりとは、トレードオフの関係にある。このため、今後、歩留まりを向上させて生産性を高めることが期待されている。

また、特許文献１に記載のように、植物や土壌に電極を接続して測定する場合、測定時間によっては植物の根等を痛めてしまうことも懸念される。

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、周囲の環境条件の影響を考慮して、トマト等の果実を含む植物に含まれる水分量の制御を柔軟に行うことができる水分量観察装置、水分量観察方法及び栽培装置を提供することを目的とする。

本発明は、植物に含まれる水分量を観察する水分量観察装置であって、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する第１光源と、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する第２光源と、一定の測定期間において、前記植物において反射された前記参照光の反射光と前記植物において反射された前記測定光の反射光とを基に、前記植物に含まれる水分量を繰り返し算出する水分量算出部と、前記植物の周囲の環境条件を制御する環境制御装置と接続され、前記水分量算出部により算出された前記植物に含まれる水分量の増減の推移を基に、前記環境条件の変更又は維持を前記環境制御装置に指示する制御部と、を備える、水分量観察装置を提供する。

また、本発明は、水分量観察装置と、測定期間のうち一部の期間において前記水分量算出部により算出された前記水分量の時系列の推移に基づいて、所定量の水分を前記植物に灌水する栽培制御部と、を備える、栽培装置を提供する。

また、本発明は、植物に含まれる水分量を観察する水分量観察装置における水分量観察方法であって、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、一定の測定期間において、前記植物において反射された前記参照光の反射光と前記植物において反射された前記測定光の反射光とを基に、前記植物に含まれる水分量を繰り返し算出し、前記植物の周囲の環境条件を制御する環境制御装置と接続し、算出された前記植物に含まれる水分量の増減の推移を基に、前記環境条件の変更又は維持を前記環境制御装置に指示する、水分量観察方法を提供する。

本発明によれば、周囲の環境条件の影響を考慮して、トマト等の果実を含む植物に含まれる水分量の制御を柔軟に行うことができる。

各実施形態の植物検出カメラの使用状況の一例を示す概念説明図 各実施形態の植物検出カメラが、ビニールハウス内の環境条件を制御するための制御装置とともにビニールハウス内に配置された植物観察システムの構成例を示すブロック図 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設定動作の一例を説明するフローチャート 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の一例を示すグラフ 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の一例を説明するフローチャート ステップＳ１８−５における水分指数の算出手順の一例を説明するフローチャート 比較例の測定方法の一例を説明する図 （Ａ）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の一例を示すグラフ、（Ｂ）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の一例を示すグラフ 白色背景板への葉の取り付け方の一例の説明図 第１回目の水ポテンシャル制御実験における標準化画素平均水分指数の時間変化の一例を示すグラフ 第２回目の水ポテンシャル制御実験における標準化画素平均水分指数の時間変化の一例を示すグラフ 灌水量と灌水タイミングの一例を説明するグラフ 第１の実施形態の最適灌水量探索手順の一例を説明するフローチャート 水ポテンシャル制御に関するユーザインタフェース（ＵＩ）画面の一例を示す図 ＵＩ画面にポップアップ表示された探索灌水量入力画面の一例を示す図 第１の実施形態の水ストレス制御（栽培制御）手順の一例を説明するフローチャート （Ａ）〜（Ｄ）水ストレスプロファイルの一例を模式的に示す図 第１の実施形態の変形例１における最適灌水量探索手順の一例を説明するフローチャート （Ａ）第２の実施形態の植物検出カメラによって撮像される、測定対象の葉の含水率を表す画像を示し、かつ位置ズレ前の葉の画像の一例を示す図、（Ｂ）第２の実施形態の植物検出カメラによって撮像される、測定対象の葉の含水率を表す画像を示し、かつ位置ズレ後の葉の画像の一例を示す図 位置ズレが起きた場合の水ポテンシャル制御実験における標準化画素平均水分指数の時間変化の一例を示すグラフ 位置ズレ補正前後の標準化画素平均水分指数の一例を時系列に示すテーブル 第２の実施形態の位置ズレ補正手順の一例を説明するフローチャート （Ａ）第２の実施形態の変形例１における位置ズレを検出するために用いられる白色背景板を示す図であり、かつ白色背景板の正面図、（Ｂ）第２の実施形態の変形例１における位置ズレを検出するために用いられる白色背景板を示す図を示し、かつ（Ａ）に示す白色背景板の側面図 第２の実施形態の変形例２における白色背景板と植物検出カメラとの機械的な配置の一例を説明する図 （Ａ）トマトの茎葉を撮像したフレーム画像、（Ｂ）（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）（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 閾値設定手順の一例を説明するフローチャート 全画素における反射強度比の度数分布を示すグラフ 温度と相対湿度と飽差との関係の一例を示す説明図 温度や相対湿度の変更による葉の蒸散の推移の一例を示す説明図 （Ａ）〜（Ｄ）温度や相対湿度の変更による葉の蒸散に基づいた水ストレスプロファイルの各例を模式的に示す図 水ポテンシャル制御に関するユーザインタフェース（ＵＩ）画面の他の一例を示す図 図３４に示すＵＩ画面において指定された環境制御モードの定値設定入力画面の一例を示す図 図３４に示すＵＩ画面において指定された環境制御モードの飽差設定プログラム入力画面の一例を示す図 第３の実施形態の植物の周囲環境条件の制御動作手順の一例を説明するフローチャート

以下、適宜図面を参照しながら、本発明に係る水分量観察装置、栽培装置及び水分量観察方法を具体的に開示した各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。

（第１の実施形態）
本実施形態の水分量観察装置の一例として、図１に示す植物検出カメラ１を例示して説明する。また、本実施形態の栽培装置は、図１に示す植物検出カメラ１と、肥料（例えば液肥、つまり液体肥料）を供給したり所定量の水分を植物に灌水したりする栽培制御部の一例としての肥料水供給装置ＷＦと、ユーザインタフェース（User Interface）画面６０（図１７参照）等を表示するモニタ５０とを含む構成である。また、本発明は、植物検出カメラ１が行う各処理を実行する水分量観察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、各実施形態の植物検出カメラ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）に水分が供給される。

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、さらに、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の可視光画像）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、さらに、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。また、表示部の一例としてのモニタ５０は、後述する葉中水分モニタリング画面Ｇｍ１（図１７参照）を含むＵＩ画面６０を表示する。

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３参照）。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。

（植物検出カメラがビニールハウス内に設置された植物観察システム）
次に、各実施形態の植物検出カメラ１がビニールハウスＶＧＨ内に設置された植物観察システム１０００の構成例について、図２を参照して説明する。図２は、各実施形態の植物検出カメラ１が、ビニールハウスＶＧＨの環境条件を制御するための制御装置２００とともにビニールハウスＶＧＨ内に配置された植物観察システム１０００の構成例を示すブロック図である。なお、図２に示す各部のうち植物検出カメラ１及び空調機２２７を除く各部の動作の詳細については、本願と同一の出願人により出願された公開文献（具体的には、特開２０１４−５７５７０号公報）を参照して本明細書中に取り込んでも構わない。ここでは、ビニールハウスＶＧＨ内で育成されている植物（例えばトマト等の果実）の周囲の環境条件（例えば温度、湿度）を変更可能な状況の中で、植物検出カメラ１がビニールハウスＶＧＨ内に設置された植物観察システム１０００の構成例について説明する。

図２に示す植物観察システム１０００は、植物検出カメラ１と、制御装置２００と、環境センサ２１１と、開閉弁２１３，２１５と、送水ポンプ２１７と、側窓２１９と、換気装置２２１と、天井カーテン２２３と、側カーテン２２５と、空調機２２７とを含む構成である。制御装置２００は、ビニールハウスＶＧＨ内で育成されている植物の周囲の環境条件（例えば温度、湿度）を維持、変更が可能な環境制御装置としての役割を有する。制御装置２００は、Ｉ／Ｆ部２０１と、内蔵時計２０３と、演算処理部２０５と、記憶部２０７とを含む構成である。記憶部２０７は、第１の記憶部２０７ａと、第２の記憶部２０７ｂと、第３の記憶部２０７ｃとを有する。

ビニールハウスＶＧＨの本体は、例えば断面逆Ｕ字状に形成され、断面半円状の屋根部と、屋根部を支持する互いに対向する一対の側壁部と、側壁部に直交し互いに対向する一対の妻壁部とを一体に備える。以下、一対の妻壁部を通る方向を長手方向といい、一対の側壁部を通る方向を短手方向という。なお、上述したビニールハウスＶＧＨの本体の形状は一例であって、その形状に限定されない。

環境センサ２１１は、植物ＰＴの周囲温度として、植物ＰＴの周辺におけるビニールハウスＶＧＨ内の室温と、植物ＰＴが播種された養土ＳＬの地中温度とを計測する。また、環境センサ２１１は、植物ＰＴの周囲における湿度を計測する湿度センサ、植物ＰＴの周辺における照度を計測する照度センサを備えていることが好ましい。環境センサ２１１は、計測結果（例えば植物ＰＴの周囲の温度及び湿度）を制御装置２００に出力する。

ビニールハウスＶＧＨ内には、ビニールハウスＶＧＨで育成される植物ＰＴの群落に撒水するために、撒水装置とミスト装置とからなる水供給装置（不図示）が設けられている。撒水装置は２本の撒水チューブを備え、この撒水チューブに通水されると通水孔を通して水がシャワー状又は噴水状に噴出する。２本の撒水チューブは、ビニールハウスＶＧＨの一対の側壁部に沿って、ビニールハウスＶＧＨの長手方向の略全長に亘って敷設されている。また、ミスト装置はミストチューブを備え、このミストチューブは通水される管壁に取り付けられた多数のノズルを有し、通水されるとノズルから水を噴霧する。

この水供給装置は、撒水装置とミスト装置とのそれぞれから水又は湯を噴出させるタイミングを個別に制御するために、撒水装置とミスト装置とにそれぞれ給水する流路上に、電磁弁からなる開閉弁２１３，２１５を備える。開閉弁２１３，２１５は、制御装置２００のＩ／Ｆ部２０１を介して個別に制御され、撒水装置とミスト装置とに水又は湯を供給するか否かが個別に選択される。撒水装置及びミスト装置に供給される水又は湯は送水ポンプ２１７により所定圧に加圧される。

ビニールハウスＶＧＨの本体には、屋根部から入射する外光（例えば太陽光）を減光させる閉状態と、屋根部から入射する外光（例えば太陽光）を減光させることなく植物ＰＴに照射させる開状態との間で開閉可能な天井カーテン２２３が取り付けられる。

ビニールハウスＶＧＨの本体の側壁部には、開閉可能な側窓２１９が形成され、側窓２１９の開量が調節されることにより、ビニールハウスＶＧＨの本体内に外気を取り込む際の空気の通気抵抗が調節される。さらに、ビニールハウスＶＧＨの本体の側壁部には、側窓２１９に加えて側カーテン２２５が配置される。

側カーテン２２５は、ビニールハウスＶＧＨの本体の側壁部から入射する外光（例えば太陽光）を減光させる閉状態と、側壁部から入射した外光（例えば太陽光）を減光させることなく植物ＰＴに照射させる開状態との間で開閉可能に構成されている。天井カーテン２２３、側カーテン２２５、側窓２１９は、制御装置２００により駆動される。天井カーテン２２３及び側カーテン２２５が開閉されると、ビニールハウスＶＧＨの本体に流入する熱量を調節することになり、天井カーテン２２３と側カーテン２２５とを開閉することによって、ビニールハウスＶＧＨの本体の内部空間における温度上昇の速度が調節される。また、側窓２１９の開量が調節されることにより、ビニールハウスＶＧＨの本体の中に外気を取り入れる速度が調節される。天井カーテン２２３と側カーテン２２５とは、主としてビニールハウスＶＧＨの本体の内部空間に入射する熱量の調節に寄与する。また、側窓２１９は、ビニールハウスＶＧＨの本体の内部空間に外気を取り込むことにより、ビニールハウスＶＧＨの本体の内外の温度差を利用して温度を調節する場合に利用される。

換気装置２２１は、植物ＰＴの周囲の気流を形成するために、一対の妻壁部の上部に配置されている。換気装置２２１は必要に応じて運転され、側窓２１９が開いているときに、換気装置２２１が運転されることにより、ビニールハウスＶＧＨの本体に外気を強制的に取り込むことが可能になる。換気装置２２１は、ビニールハウスＶＧＨの本体から排気するための換気扇と、ビニールハウスＶＧＨの本体に外気を取り込むための送風機とのいずれであってもよい。送風機は、ビニールハウスＶＧＨの本体の内部に配置され、植物ＰＴの周囲に強制的に気流を形成し、植物ＰＴの周囲の湿度を調節することも可能である。また、必要に応じて、空調機２２７がビニールハウスＶＧＨ内に配置されてもよい。空調機２２７はビニールハウスＶＧＨ内の温度や湿度の調整を行う役割を有する。

ビニールハウスＶＧＨの本体内で植物ＰＴが成長する環境は、上述した水供給装置（不図示）の他、側窓２１９、換気装置２２１、天井カーテン２２３、側カーテン２２５、空調機２２７等を制御することによって変化する。制御装置２００は、植物ＰＴの周囲の環境条件（例えば温度、湿度）を制御するための環境制御装置として、上述した水供給装置（不図示）の他、側窓２１９、換気装置２２１、天井カーテン２２３、側カーテン２２５、空調機２２７等を制御する。

制御装置２００は、開閉弁２１３，２１５の開閉、送水ポンプ２１７の送水圧や水温の調節、天井カーテン２２３及び側カーテン２２５の開閉、側窓２１９の開量の調節、換気装置２２１の運転と停止、送風管（不図示）への通気などを制御する。これらの各装置への通電開始および通電停止には、各装置への給電を入切する電磁接触器（電磁リレー）が用いられる。制御装置２００は、ビニールハウスＶＧＨの本体に付設された筐体に収納され、制御盤を構成する。また、制御装置２００は、環境センサ２１１から環境条件の情報（例えば温度情報、湿度情報）を所定の周期で取得し、取得した環境条件の情報並びに植物検出カメラ１からの指示情報（後述参照）を用いて上述した制御を行う。制御装置３０の具体的な動作は後述する。制御装置２００は、プログラムに従って動作するマイコンのようなデバイスを主なハードウェア要素として備える。

例えば制御装置２００は、パーソナルコンピュータとして構成され、Ｉ／Ｆ部２０１を通して、環境センサ２１１の出力を受け取り、また各装置への指示を与える。即ち、制御装置２００は、プログラムを実行することにより、各装置への制御が可能である。なお、制御装置２００は、汎用のパーソナルコンピュータではなく、専用装置として構成されていてもよい。

制御装置２００は、図２に示すように、上述した各装置と環境センサ２１１とが接続されるＩ／Ｆ部２０１と、各種データを記憶する記憶部２０７、日時を計時するリアルタイムクロックのような内蔵時計２０３とを備える。また、Ｉ／Ｆ部２０１を通して環境センサ２１１から取得した環境条件の情報と、記憶部２０７に格納した各種データとを用いて上述した各装置を制御する演算処理部２０５が制御装置２００に設けられる。Ｉ／Ｆ部２０１は各装置への給電を入切する電磁接触器（不図示）を備える。Ｉ／Ｆ部２０１が環境センサ２１１から環境条件の情報を取得する時間間隔は、例えば１〜１５分程度に設定される。Ｉ／Ｆ部２０１には、ユーザインターフェイスとなる装置（図示せず）が接続され、この装置を通して、記憶部２０７に格納する内容の設定、内蔵時計２０３の時刻合わせなどをユーザが行えるようにしてある。

第１の記憶部２０７ａは、植物ＰＴの成長段階に応じて周囲温度と水量とを対応付けて格納している。第２の記憶部２０７ｂは、植物ＰＴの成長段階に応じて周囲温度と撒水のタイミングとを対応付けて格納している。第３の記憶部２０７ｃは、植物ＰＴを発芽してからの日数と、高さ位置の異なる環境センサ２１１とを対応付けて格納している。

例えば植物ＰＴの葉ＰＴ３の温度を下げるために、制御装置２００は、天井カーテン２２３と側カーテン２２５とによる減光、側窓２１９と換気装置２２１と空調機２２７による換気ないし除湿、撒水装置及びミスト装置による撒水を組み合わせて用いる。

天井カーテン２２３や側カーテン２２５は、減光することによってビニールハウスＶＧＨの本体の内部温度の上昇を抑制するだけでなく、夏季の強い光を抑制するので、植物ＰＴの光合成を効率よく行わせる効果が期待できる。

換気装置２２１と側窓２１９とは、ビニールハウスＶＧＨの本体の内部の空気を排出し外気をビニールハウスＶＧＨの本体の内部に取り入れることにより換気を行い、ビニールハウスＶＧＨの本体の内部温度の上昇を抑制する。また、空調機２２７は、植物ＰＴの周囲に気流を形成して植物ＰＴの蒸散作用（後述参照）を促進し、さらには、植物ＰＴの周囲の湿度を低下させることになる。

また、撒水装置及びミスト装置は、植物ＰＴの周囲温度よりも低温である水を植物ＰＴにかけることによって葉ＰＴ３の温度を低下させ、また気化熱を奪うことによって、植物ＰＴの周囲温度を低下させるために用いられる。撒水装置は、主としてビニールハウスＶＧＨの本体の下部において植物ＰＴの葉ＰＴ３の温度と植物ＰＴの周囲温度とを低下させることに貢献する。ミスト装置は、主としてビニールハウスＶＧＨの本体の上部において気温を低下させることに貢献する。

葉の温度を低下させることを目的として撒水する場合、夏季にはチラー（不図示）により水温を１０℃程度に設定しておくことが望ましい。チラーは水温が設定温度になるまでに比較的長い時間を要するので、チラーを用いる場合、水温が設定温度になるまでの時間を考慮し、水供給装置から植物ＰＴに水を供給するタイミングから遡って温度調節を行う必要がある。なお、冬季のように植物ＰＴの温度が低温になる場合は、チラーにより水温を１５℃程度に設定して、葉の温度を上昇させるようにしてもよい。

本実施形態では、上述のように、植物ＰＴの環境を制御するために、天井カーテン２２３と側カーテン２２５とによる減光、側窓２１９と換気装置２２１と空調機２２７による換気ないし除湿、撒水装置及びミスト装置による撒水が組み合わせて用いられる。

撒水装置及びミスト装置は、主として植物ＰＴへの水分の供給と植物ＰＴの周囲温度の制御とを目的として用いられる。そのため、制御装置２００は、環境センサ２１１が計測した植物ＰＴの周囲温度や湿度に応じて、撒水装置及びミスト装置による撒水のタイミングと水量との少なくとも一方を制御する。環境センサ２１１が検出した植物ＰＴの周囲温度や湿度に対する撒水のタイミング及び水量は予め定められ、記憶部２０７に格納されている。

また、制御装置３０は、環境センサ２１１が計測した温度、湿度、照度などの条件に応じて、除湿、冷却、換気等の目的で、換気装置２２１（必要に応じて空調機２２７も含めて）を動作させても構わない。

（植物検出カメラの各部の説明）
図３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３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の育成観察者。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４参照）。

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５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又は第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又は第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、さらに、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７参照）。

さらに、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３及び図４を参照して詳細に説明する。図４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、さらに、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は、予め度数分布データ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の度数分布を示す。閾値算出部の一例としての閾値設定／水分指数検出処理部２７ａ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、その照射位置における反射効率が低下し、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６参照）。

さらに、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総和を得る。反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）は、例えば可視光カメラＶＳＣで撮像される可視光撮像画像の１フレームを構成する全ての画素又は非可視光センサＮＶＳＳで得られる非可視光画像の１フレームを構成する全ての画素において、例えば所定の画素数（１×１画素、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、ノイズ等の余分成分をフィルタリングした上で抽出する。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非可視光画像（検出結果画像）のデータを生成する。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。なお、非可視光画像には、植物検出カメラ１から照射位置までの距離の情報が含まれてなくても構わない。

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５を参照して説明する。図５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説明する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、例えば図２８〜図３０を参照して後述する。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。

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、検出対象となる植物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の各部に出力する（Ｓ３−１）。さらに、制御部１１は、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又は第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６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７は、水（Ｈ_２Ｏ）に対する近赤外光の分光特性の一例を示すグラフである。図７の横軸は波長（ｎｍ）であり、図７の縦軸は透過率（％）を示す。図７に示すように、波長９０５ｎｍの参照光ＬＳ１は、水（Ｈ_２Ｏ）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（Ｈ_２Ｏ）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。

葉が萎れることで近赤外光の投影範囲が減少する場合、また、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、葉の非可視光画像を構成する全ての画素領域（つまり、１つ１つの画素）における反射強度比の総和を画素数で除した平均値（以下、「画素平均水分指数」と称する）と、葉の非可視光画像を構成する全ての画素における反射強度比の画素毎の総和（以下、「水分指数総和」と称する）とを、水分量の指標とする。また、水ストレス未付与時（つまり初期の）の画素平均水分指数の値及び水分指数総和の値を各々１．０としてノーマライズして示したものが、それぞれ標準化画素平均水分指数（又は単に「水分指数」と称する）及び標準化水分指数総和である。このように、初期値を１．０として相対値にて表現することで角度、葉の厚みが異なる葉同士の「画素平均水分指数」や「水分指数総和」の時間的な変化を容易に相対比較することができる。これらの画素平均水分指数や水分指数総和は、葉の非可視光画像を構成する１つ１つの画素毎に算出された反射強度比を用いて算出される。従って、画素平均水分指数は、「（１／葉の非可視光画像を構成する画素数）×ΣＬｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）」で表され、水分指数総和は「ΣＬｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）」で表され、いずれも水ポテンシャル（言い換えると、植物への水ストレスの付与量）と強い相関を有する。なお、葉の非可視光画像を構成する全ての画素領域は、例えば測定期間の初期時に、画素値（つまり、参照光ＬＳ１や測定光ＬＳ２が照射される位置に対応する画素における反射強度比の値）が閾値Ｓｈを超えた領域の集合である。なお、閾値Ｓｈは、予め設定された値でもよいし、後述する図２９に示す方法に従って算出されても構わない。

（非可視光センサの水分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の一例を説明する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又は第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又は測定光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）。

水分量算出部の一例としての閾値設定／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、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の一例を説明する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、非可視光画像データである検出結果画像データの１フレームから全ての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に予め登録されている。経験値は、水分量観察装置の仕様（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。

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）。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総和ΣＬｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）を計算する（Ｓ３５）。この水分指数総和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。

さらに、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（画素平均水分指数と称する）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（例えばビニールハウスＶＧＨ内）で撮像する場合、外光（例えば太陽光）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２８は、葉の占有範囲を示す図である。図２８（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２８（Ｂ）は、図２８（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２８（Ｃ）は、図２８（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８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２９は、閾値設定手順の一例を説明する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２８（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（Ｓ１０１）。

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（Ｓ１０２）。図３０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、例えば葉の色と判断される緑色（Ｇ）の画素が占有する出現割合が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Ｓ１０２で求められた水分指数を閾値Ｓｈに設定する（Ｓ１０３）。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。

ここで、葉中の水分量を測定する他の方法について、比較例を示す。図１０は、比較例の測定方法の一例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た上で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。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。

一方、本実施形態では、葉の水分量を測定する際、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、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１１（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の一例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１１（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の一例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。なお、本実施形態を含む各実施形態では、植物検出カメラ１の第１投射光源１３及び第２投射光源１５から見て、測定対象となる少なくとも１枚の葉の背面には、白色背景板ｂｄがそれぞれ配置されている。

図１２は、白色背景板ｂｄへの葉ＰＴ３ｔの取り付け方の一例の説明図である。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。

次に、本実施形態の植物検出カメラ１を用いて植物ＰＴの葉に含まれる水分量の観察として、当該葉に含まれる水ポテンシャルの制御実験を行い、その結果得られた水ストレスによる葉中の糖度について考察する。

図１３は、第１回目の水ポテンシャル制御実験における標準化画素平均水分指数Ｄｗの時間変化の一例を示すグラフである。このグラフの縦軸は、標準化画素平均水分指数を表す。標準化画素平均水分指数は、測定対象の葉に含まれる水分量の指標としての水ポテンシャルを表し、植物の葉に対する非可視光画像（つまり、表示処理部２９から出力される検出結果画像）における１画素当たりに含まれる葉中の平均の水分量を示す。グラフの横軸は、日を単位とする経過時間を表す。ターゲットの水分量の範囲の一例としての目標範囲Ｂｄは、例えばトマトの果実の糖度を増すために適すると判断される目標となる水分量の範囲を表しており、ここでは、標準化画素平均水分指数Ｄｗに対応する値として値０．８〜０．９の範囲に設定されている。この目標範囲Ｂｄは、植物の種類、さらには同じ植物であってもその観察場所（葉、茎等）によっても異なる。また、図１３や後述の図１４において、標準化画素平均水分指数Ｄｗが目標範囲Ｂｄを下回る場合には、植物は水ストレスを感じていることになる。

図１３に示す第１回目の水ポテンシャル制御実験は、ほぼ適量な灌水量の灌水が灌水タイミングの際に行われた場合の標準化画素平均水分指数の時系列の推移の一例が示されている。図１３では、植物サンプルｓｍ１である葉が萎凋している状態を起点としており、通常灌水を行って回復した後に、水ポテンシャル制御実験が開始している。通常灌水では、一日のうち朝と夕の２回、定期的に灌水が行われた。一方、水ポテンシャル制御実験では、標準化画素平均水分指数Ｄｗの値を元に適切と判断されたタイミングで灌水が行われるのみで、定期的な灌水は行われていない。以下、図１３に示す実験結果について説明する。なお、モニタ５０には、図１３に示す標準化画素平均水分指数Ｄｗの経時的な推移が表示される。

葉の標準化画素平均水分指数Ｄｗが値０．６０に近い萎凋の状態から始まり、通常灌水が開始される（０日目）。通常灌水の開始後、翌日には、葉の標準化画素平均水分指数Ｄｗが値１．０付近になるまで回復した。そして、一週間程、葉の標準化画素平均水分指数Ｄｗが値１．０付近を保つように定期的に通常灌水が行われた（１〜８日目）。その後の３日間、絶水した（９，１０，１１日目）。絶水の結果、葉の標準化画素平均水分指数Ｄｗは、徐々に下がり、値０．７付近になるまで下降した（１２日目）。

この時点で矢印ｒ１１に示すように、一定量の灌水が行われると、葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗは、上昇し、そのピークが目標範囲Ｂｗに一旦含まれるが、その後、未灌水に基づいて下降し、目標範囲Ｂｗから外れる。再び矢印ｒ１２に示すタイミングで同じ一定量の灌水が行われると、葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗは、再び上昇し、そのピークが目標範囲Ｂｗに入った後、未灌水に基づいて下降する。このとき、標準化画素平均水分指数Ｄｗは目標範囲Ｂｗを下回るが、その外れ量は前回より小さい。再び矢印ｒ１３に示すタイミングで同じ一定量の灌水が行われると、標準化画素平均水分指数Ｄｗのピークが目標範囲Ｂｗの上限値を超えた後に下降するが、今度は標準化画素平均水分指数Ｄｗが目標範囲Ｂｗを下回らない。さらに、矢印ｒ１４に示すタイミングで同じ一定量の灌水が行われると、標準化画素平均水分指数Ｄｗのピークが目標範囲Ｂｗの上限値を超えた後に下降するが、標準化画素平均水分指数Ｄｗはほぼ目標範囲Ｂｗに留まる（１２日目〜１６日目）。

その後の２日間（１７，１８日目）の絶水があっても、矢印ｒ１５，ｒ１６，ｒ１７，ｒ１８に示すように、同様の灌水が行われたことで、葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗはほぼ目標範囲Ｂｗに収まるように制御された。

図１４は、第２回目の水ポテンシャル制御実験における標準化画素平均水分指数Ｄｗの時間変化の一例を示すグラフである。このグラフの縦軸は、図１３と同様、標準化画素平均水分指数Ｄｗを表す。グラフの横軸は、分を単位とする経過時間を表す。第２回目の水ポテンシャル制御実験では、第１回目の植物サンプルｓｍ１とは異なる、同種の２つの植物サンプルｓｍ２，ｓｍ３（例えばトマト）が用いられた。植物サンプルｓｍ２（比較例）に対しては、朝・夕２回の通常灌水が定期的に行われる。一方、植物サンプルｓｍ３（本実施形態に対応する実施例）に対しては、未灌水に基づいて水ストレスを与えながらの灌水が行われる。つまり、植物サンプルｓｍ３に対しては、図１３に示す水ポテンシャル制御期間（１２日目〜２２日目）と同様に、灌水が行われるタイミング以外は灌水されない。

第２回目の水ポテンシャル制御実験では、図１４に示すように、水ポテンシャル降下期間ＴＷ１、最適灌水量探索期間ＴＷ２、水ストレス制御期間ＴＷ３及び含水率回復期間ＴＷ４の４つの期間に分けて、葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗの観測が行われた。標準化画素平均水分指数Ｄｗの目標範囲Ｂｗは、図１３に示す目標範囲Ｂｗとは異なり、値０．７０〜０．８０の範囲に設定された。これは、第２回目の水ポテンシャル制御実験で使用された植物サンプルが異なることに起因したものである。

比較例及び実施例の葉中の含水率の初期値は、それぞれ９０．５％，９１．２％とほぼ同じである。また、これらの標準化画素平均水分指数Ｄｗは、値１．３０近辺でほぼ同じである。また、比較例及び実施例のそれぞれの糖度を表すＢｒｉｘ値は、いずれも値２．３％と同じである。

水ポテンシャルの制御実験の期間中、比較例の植物サンプルｓｍ２に対しては、通常灌水が継続して行われた。

一方、実施例の植物サンプルｓｍ３に対し、水ポテンシャル降下期間ＴＷ１（０〜１１５２０分頃の期間）では、実施例の植物サンプルｓｍ３に対しては、全く灌水がされなかった。この結果、初期値の設定時以降、比較例の葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗは値１．０付近にあってほぼ一定であるのに対し、実施例の葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗは、徐々に下がり、水ポテンシャル降下期間ＴＷ１の終わりには、目標範囲Ｂｗの下限値である値０．７０を下回るようになっていた。

最適灌水量探索期間ＴＷ２（１１５２０〜２０１６０分頃の期間）では、最初に、実施例の葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗが目標範囲の下限値０．７０を下回ったことで、図中矢印ｒ１に示す時点（タイミング）で、灌水量Ｋ１の灌水が行われた。この結果、実施例の葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗが急激に上昇し、目標範囲Ｂｗの上限値を超えて、値１．００に近接するまでになった。この時点で灌水量Ｋ１が多過ぎたと判断される。その後、絶水期間が始まり、実施例の葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗが再び目標範囲の下限値を下回り、値０．６０に至った。絶水期間が終了すると、矢印ｒ２に示す時点で灌水量Ｋ２の灌水が行われた。これにより、標準化画素平均水分指数Ｄｗが上昇し、目標範囲Ｂｗを少し超えるようになった。モニタ５０に表示されるこれらの結果を元にすることで、最適な灌水量は、灌水量Ｋ１，Ｋ２より少ない量であるとの判断が可能となる。

水ストレス制御期間ＴＷ３（２０１６０〜２５９２０分頃の期間）では、実施例の葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗが再び下がり出し、目標範囲Ｂｗの下限値を下回ると、矢印ｒ３に示す時点で灌水量Ｋ１，Ｋ２より少ない灌水量Ｋ３で灌水が行われた。また、標準化画素平均水分指数Ｄｗが目標範囲Ｂｗの下限値を下回り、矢印ｒ４に示す時点では、灌水量Ｋ３と同様、灌水量Ｋ４で灌水を行われた。このように、間欠的に灌水量Ｋ３，Ｋ４の灌水が行われたことで、植物サンプルｓｍ３に水ストレスを与えながらも、標準化画素平均水分指数Ｄｗは、ほぼ目標範囲Ｂｗ内となるように推移する。その後、実施例の植物サンプルｓｍ３の葉に対して一定の絶水期間に突入したために葉が萎凋度合いが大きくなり、標準化画素平均水分指数Ｄｗが低下してしまい、植物サンプルｓｍ３の標準化画素平均水分指数Ｄｗは値０．４まで下がってしまった。

絶水期間が終了し、含水率回復期間ＴＷ４（２５９２０〜３４５６０分頃の期間）では、植物サンプルｓｍ３の葉の萎凋の度合いが大きかったので、矢印ｒ５，ｒ６に示す時点でそれぞれ灌水量Ｋ３，Ｋ４より多い灌水量Ｋ５，Ｋ６で灌水が行われた。

含水率回復期間ＴＷ４の終盤、比較例及び実施例における、植物サンプルｓｍ２，ｓｍ３の葉の含水率が、初期値とほぼ同様の値（９０．７％，８９．０％）になった時点で、それぞれの糖度を表すＢｒｉｘ値を測定した結果、比較例ではＢｒｉｘ値が値２．８％であるのに対し、実施例ではＢｒｉｘ値が値３．３％であった。つまり、比較例のＢｒｉｘ値は、水ポテンシャル制御の前後で、Ｂｒｉｘ値が値２．３％から２．８％に上昇して０．５％増えたが、実施例のＢｒｉｘ値は、値２．３％から３．３％に上昇して１％と大きく増えた。

このように、水ストレスを与えることなく定期的な灌水量の灌水が行われた比較例の植物サンプルｓｍ２と比べ、実施例の植物サンプルｓｍ３では、未灌水に基づく水ストレスを与えながら標準化画素平均水分指数Ｄｗが目標範囲の下限付近に至ったタイミングで灌水が行われたことで、葉中の糖度の増加量が多くなり、水ストレスによる葉中の糖度の上昇が見られた。このように、水ストレスを与えることで、葉の品質が高くなることが図１４の水ポテンシャル制御実験により分かった。

ここで、葉中の糖度の測定は、次のような手順（Ｔ１）〜（Ｔ５）で行われた。

（Ｔ１）トマト等の葉を温度１０５℃で２時間乾燥させる。この重量変化から含水率が算出可能となる。
（Ｔ２）乾燥した葉を乳鉢に入れ、粉末になるように葉をすり潰して粉砕する。
（Ｔ３）葉に含まれる含水量（乾燥させる前）の４倍の量を持つ、６０℃のお湯が入った容器に、粉砕した葉の粉末を入れ、室温で２時間撹拌する。
（Ｔ４）葉の粉末が入った容器を放置し、１５時間超えるまで、葉の粉末を自然沈降させる。
（Ｔ５）上澄み液を抽出し、糖度計でそのＢｒｉｘ値を計測する。ただし、このＢｒｉｘ値は、葉中の水分量の４倍のお湯を使って得られた仮のＢｒｉｘ値であるので、数式（１）に従い、真のＢｒｉｘ値が得られる。なお、数式（１）による真のＢｒｉｘ値の算出は、糖度計で得られたＢｒｉｘ値が入力された時点で、制御部１１により行われてもよい。

真のＢｒｉｘ値（％） ＝［仮のＢｒｉｘ値×水分量×４倍／（１−仮のＢｒｉｘ値）］ ÷ ［水分量＋（仮のＢｒｉｘ値×水分量×４倍）／（１−仮のＢｒｉｘ値）］× １００
…… （１）

上記水ポテンシャルの制御実験を基に、次のような灌水量と灌水タイミングが考察される。図１５は、灌水量と灌水タイミングの一例について説明するグラフである。このグラフの縦軸は、標準化水分指数（つまり、標準化画素平均水分指数Ｄｗ）を表す。横軸は経過時間を表す。グラフ中、測定点は、四角形で表される。目標範囲Ｂｗは値０．８〜０．９に設定される。

葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗの初期値は値１．０である。標準化画素平均水分指数Ｄｗが初期値から時間の経過とともに漸減し、目標範囲Ｂｗの下限値付近に達すると、次の灌水が行われる。標準化画素平均水分指数Ｄｗが低下する傾き（降下速度）が「−ａ」であると、標準化画素平均水分指数Ｄｗが目標範囲Ｂｗの下限値を横切る、矢印ｒａで示すタイミングが灌水ポイントｔｐとなる。

灌水ポイントｔｐにおける灌水量Ｋｐは、例えば数式（２）を用いて求められる。

次回の葉中の水分量 ＝ 今回の葉中の水分量 ＋ 根からの吸水量 − 葉からの蒸散量…… （２）

ここで、根からの吸水量は、灌水量、液肥の浸透圧（電気伝導度）、根の本数（表面積）等で求まる。葉からの蒸散量は、葉数、葉面積、飽差（つまり、飽和水蒸気圧と相対湿度との差分）等で求まる。一般的に葉の光合成が活発で蒸散が盛んに行われるのは、晴れた日であってかつ飽差が３〜７ｇ／ｍ^３の間（つまり、相対湿度が７５％ＲＨ前後となる期間）と言われている。故に、晴れた日の朝や昼は蒸散が盛んなために葉中水分量は減少傾向にあるが、一方、夕方（日没）になると葉の蒸散量が減少すると、葉中水分量が上昇する。また、夜間には、葉は光合成を行わないため、葉中水分量の変化は小さい。また、雨の日は相対湿度が高くて気孔を開いても蒸散が行われないため、葉中水分量の変化は小さく、夏場などの気温が高い日は、植物はこれ以上体内の水分を失わないように気孔を閉じるため、蒸散が行われず葉中水分量の変化は小さくなる。

灌水が行われると、標準化画素平均水分指数Ｄｗは上昇し、目標範囲Ｂｗの上限値に達した後、再び下降する動作を繰り返す。矢印ｒｂに示すタイミングでは、矢印ｒａで示すタイミングと同様の灌水が行われる。その後、矢印ｒｃに示すタイミングでは、目標範囲Ｂｗの下限値を下回り、標準化画素平均水分指数Ｄｗが値０．７に達するタイミング、つまり、水ストレスが大きくなった状態で灌水が行われる。これにより、植物に水ストレスを与えることができる。

図１６は、第１の実施形態における最適灌水量探索手順の一例を説明するフローチャートである。この最適灌水量探索動作は、図１４に示す最適灌水量探索期間ＴＷ２において実行される処理であり、例えば図１７に示すＵＩ画面６０で、灌水量探索モードボタン７１が押下されると、実行される。

最適灌水量探索動作では、まず、制御部１１は、ＵＩ画面６０に対するユーザ（例えばトマトの育成者である農夫）の操作により、初期値、目標範囲Ｂｗの上限値及び下限値を設定する（Ｓ４１）。制御部１１は、目標範囲Ｂｗの下限値までの予測降下時刻、及び探索灌水予定時刻を表示する（Ｓ４２）。なお、この探索灌水予定時刻は、予測降下時刻と同じ、又は近傍の時刻に設定される。

制御部１１は、図１８に示す探索灌水量入力画面６１を表示する（Ｓ４３）。制御部１１は、探索灌水量の入力が完了したか否かを判別し（Ｓ４４）、入力が完了していない場合、ステップＳ４３で探索灌水量入力画面６１の表示を続ける。

また、探索灌水量の入力が完了すると、制御部１１は、標準化画素平均水分指数Ｄｗを測定し、ＵＩ画面６０に表示された、葉中水分モニタリング画面Ｇｍ１内のグラフにこの測定点を追加する（Ｓ４５）。制御部１１は、探索灌水予定時刻になったか否かを判別する（Ｓ４６）。探索灌水予定時刻になっていない場合、制御部１１は、ステップＳ４５の処理に戻る。

探索灌水予定時刻になると、制御部１１は、探索灌水量の水分の滴下を制御する（Ｓ４７）。この探索灌水量は、図１４の灌水量Ｋ１，Ｋ２に相当する。また、この探索灌水量の水分の滴下は、肥料水供給装置ＷＦによって自動で行われてもよいし、人による手作業で行われてもよい。制御部１１は、指定時刻まで待機した後に水分指数を算出する（Ｓ４８）。この指定時刻は、標準化画素平均水分指数Ｄｗが目標範囲Ｂｗの上限値に達するように指定される時刻であり、予測降下時刻と探索灌水予定時刻を基に設定される。

制御部１１は、標準化画素平均水分指数Ｄｗと目標範囲Ｂｗの上限値とを比較する（Ｓ４９）。標準化画素平均水分指数Ｄｗが目標範囲Ｂｗの上限値を超えた場合、制御部１１は、ステップＳ４２に戻り、再度、予測降下時刻及び探索灌水予定時刻をＵＩ画面６０に表示する。また、標準化画素平均水分指数Ｄｗが目標範囲Ｂｗの上限値を超えていない場合、制御部１１は、ステップＳ４３に戻り、探索灌水量入力画面６１を表示する。

また、標準化画素平均水分指数Ｄｗが目標範囲Ｂｗの上限値に等しくなった場合、制御部１１は、探索灌水量を最適水分量として栽培制御のプロセスに移行するように表示する（Ｓ５０）。この表示は、例えばメッセージ等でポップアップ表示される。この後、制御部１１は、本動作を終了する。

図１７は、水ポテンシャル制御に関するユーザインタフェース（ＵＩ）画面６０の一例を示す図である。このＵＩ画面６０は、葉中水分モニタリング画面Ｇｍ１を含む。ＵＩ画面６０の上部に配置された葉中水分モニタリング画面Ｇｍ１には、標準化画素平均水分指数Ｄｗの時系列の変化を表すグラフが表示される。このグラフは、前述した図１３のグラフと同様である。

ＵＩ画面６０の下部の左側には、設定領域６３が表示される。この設定領域６３には、初期設定ボタン６４及びズレ閾値設定ボタン６６が配置される。また、目標範囲Ｂｗの上限値を設定するための入力ボックス６７、及び目標範囲Ｂｗの下限値を入力するための入力ボックス６８が配置される。入力ボックス６７，６８への数値の入力には、タッチパネル、テンキー、携帯端末等を用いることが可能である。

また、ＵＩ画面６０の下部の右側には、灌水量探索モードボタン７１及び水ストレス制御（栽培制御）モードボタン７３が配置される。灌水量探索モードボタン７１が押下されると、前述した図１６に示す最適灌水量探索動作が開始する。水ストレス制御（栽培制御）モードボタン７３が押下されると、後述する図１９に示す栽培制御動作が開始する。また、ＵＩ画面６０には、探索灌水量の設定値を表示する表示ボックス７２、及び、栽培灌水量の設定値を表示する表示ボックス７４が配置される。

図１８は、ＵＩ画面６０にポップアップ表示された探索灌水量入力画面６１の一例を示す図である。探索灌水量入力画面６１では、ミリリットル（ｍｌ）の単位で探索灌水量が入力・設定される。探索灌水量の入力には、タッチパネル、テンキー、携帯端末等を用いることが可能である。

図１９は、第１の実施形態の水ストレス制御（栽培制御）手順の一例を説明するフローチャートである。この栽培制御動作は、図１４に示す水ストレス制御期間ＴＷ３において実行される処理であり、例えば図１７に示すＵＩ画面６０で、水ストレス制御（栽培制御）モードボタン７３が押下されると、実行される。

水ストレス制御動作では、制御部１１は、まず、栽培（制御）灌水量入力画面（図示せず）を表示する（Ｓ６１）。この栽培灌水量入力画面は、探索灌水量入力画面と同様、ＵＩ画面６０上でポップアップ表示される。

制御部１１は、栽培灌水量入力画面において、栽培灌水量の入力が完了したか否かを判別する（Ｓ６２）。栽培灌水量は、最適灌水量探索期間ＴＷ２（つまり、図１６に示すフローチャート）の探索処理において求められた適切な灌水量を示す。栽培灌水量の入力が完了していない場合、制御部１１は、ステップＳ６１に戻り、栽培灌水量入力画面の表示を継続する。

一方、栽培灌水量の入力が完了すると、制御部１１は、栽培灌水量の水分を滴下する（Ｓ６３）。制御部１１は、目標範囲Ｂｗの下限値までの予測降下時刻及び栽培灌水予定時刻を表示する（Ｓ６４）。なお、この栽培灌水予定時刻は、予測降下時刻と同じ、又は近傍の時刻に設定される。

制御部１１は、栽培灌水量を変更するか否かを判別する（Ｓ６５）。栽培灌水量を変更しない場合、制御部１１は、ステップＳ６８の処理に進む。一方、栽培灌水量を変更する場合、制御部１１は、再度、栽培灌水量入力画面を表示する（Ｓ６６）。制御部１１は、栽培灌水量入力画面において、栽培灌水量の入力が完了したか否かを判別する（Ｓ６７）。栽培灌水量の入力が完了していない場合、制御部１１は、ステップＳ６６に戻り、栽培灌水量入力画面の表示を継続する。

一方、栽培灌水量の入力が完了すると、制御部１１は、栽培灌水予定時刻になったか否かを判別する（Ｓ６８）。栽培灌水予定時刻になっていない場合、制御部１１は、ステップＳ６４の処理に戻る。栽培灌水予定時刻になると、制御部１１は、栽培灌水量の水分を滴下する（Ｓ６９）。制御部１１は、栽培制御を終了するか否かを判別する（Ｓ３０）。栽培制御を終了しない場合、制御部１１は、ステップＳ６４の処理に戻る。一方、栽培制御を終了する場合、制御部１１は本動作を終了する。

次に、植物に水ストレスを与えるための水ストレスプロファイルについて説明する。図２０（Ａ）〜（Ｄ）は、水ストレスプロファイルの一例を模式的に示す図である。図２０（Ａ）に示す水ストレスプロファイルｐｆ１では、目標範囲Ｂｗ（ターゲットの水分量の範囲）の上限値と下限値との間で水分指数（つまり、標準化画素平均水分指数Ｄｗ。以下同様。）が変動するように、灌水が行われる。つまり、目標範囲Ｂｗの下限値のタイミングで、目標範囲Ｂｗの上限値に達するような灌水量の灌水を行う。この場合、水ストレスは小さい。

図２０（Ｂ）に示す水ストレスプロファイルｐｆ２では、目標範囲Ｂｗの下限値で灌水が行われ、標準化画素平均水分指数Ｄｗのピークが目標範囲Ｂｗの中程で収まり、標準化画素平均水分指数Ｄｗの変動が少なくするようにする。この場合、水ストレスはかなり小さい。

図２０（Ｃ）に示す水ストレスプロファイルｐｆ３では、標準化画素平均水分指数Ｄｗを萎縮点まで下降させた後、多量の灌水量で灌水が行われ、標準化画素平均水分指数Ｄｗが値１を超えるまで上昇させた後、再び萎縮点まで下降させ、同様に灌水が行われる。この場合、標準化画素平均水分指数Ｄｗが値１を超える領域では水ストレスが無く、萎凋点の付近では水ストレスが大きい。この水ストレスプロファイルｐｆ３は、例えば他段にある植物の開花や結実時期で水分指数が変化したり、天候で変化する場合に用いられる。

図２０（Ｄ）に示す水ストレスプロファイルｐｆ４では、標準化画素平均水分指数Ｄｗを萎縮点まで下降させた後、目標範囲Ｂｗの上限値に達するような灌水量で灌水が行われ、標準化画素平均水分指数Ｄｗが目標範囲Ｂｗの上限値に達した後、再び目標範囲Ｂｗの下限値に至ると、目標範囲Ｂｗの上限値に達するような灌水量で灌水が行われる。このような動作が交互に繰り返される。この場合、標準化画素平均水分指数Ｄｗが萎凋点の付近になると、水ストレスが大きいが、目標範囲Ｂｗの下限値の付近になると、水ストレスが小さくなる。なお、これらの水ストレスプロファイルは一例であり、他の水ストレスプロファイルを適用することも可能である。

以上により、第１の実施形態の植物検出カメラ１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枚の水分指数総和と画素平均水分指数とを算出する。制御部１１は、測定期間の開始時から終了時までの植物ＰＴの葉ＰＴ３に含まれる水分量の時系列の推移を表すグラフをモニタ５０のＵＩ画面６０に表示する。植物ＰＴの葉ＰＴ３には、第１投射光源１３及び第２投射光源１５から見て、植物ＰＴの葉ＰＴ３の背面を覆う白色背景板ｂｄ（背景物）が配置される。

このように、植物検出カメラ１によれば、モニタ５０のＵＩ画面６０に植物ＰＴの葉ＰＴ３に含まれる水分量の時系列の推移を表すグラフを表示することで、植物に含まれる水分量の推移を定量的かつ時系列に提示することができる。また、モニタ５０のＵＩ画面６０に表示された葉ＰＴ３に含まれる標準化画素平均水分指数Ｄｗの時系列の推移によると、植物検出カメラ１は、ユーザに対し、葉ＰＴ３への灌水のタイミングや灌水量を教示することも可能となる。ユーザは、モニタ５０のＵＩ画面６０に表示されたグラフから適切な灌水タイミングで適切な灌水量の灌水を行うことができる。従って、トマト等の植物の高機能化を図る際、最適な栽培制御を行うことが可能となり、歩留まりが向上し、生産性を高めることができる。

また、植物検出カメラ１によれば、植物の標準化画素平均水分指数Ｄｗ（水分量）の目標範囲Ｂｗと、水分量の初期値と、ストレス（例えば水ストレス）の付与の一例としての未灌水により降下している水分量の変化とが表示されるので、ユーザは、植物の水分量を時系列に把握することができる。

また、植物検出カメラ１によれば、植物の標準化画素平均水分指数Ｄｗ（水分量）が目標範囲Ｂｗに入るような最適な灌水量を探索することが可能である。

また、植物検出カメラ１によれば、ストレス（例えば水ストレス）の付与の一例としての未灌水による水分量の下降と、灌水による水分量の上昇との両方が表示されるので、標準化画素平均水分指数Ｄｗが目標範囲Ｂｗに入るような最適な灌水量がより一層探索し易くなる。

また、植物検出カメラ１によれば、植物の水分量の目標範囲Ｂｗと、植物の水分量を目標範囲に保持するための灌水による水分量の変化とが表示されるので、植物の水分量が目標範囲に入るような灌水量の灌水を行い易くなる。

また、植物検出カメラ１によれば、通常灌水で灌水を行った植物に含まれる水分量と、水ストレスを与えながらの灌水を行った植物に含まれる水分量とを対比的に比較可能となるので、ユーザは灌水量及び灌水タイミングの適否を効率的かつ高精度に判断できる。

（第１の実施形態の変形例１）
図２１は、第１の実施形態の変形例１における最適灌水量探索手順の一例を説明するフローチャートである。図１６と同一のステップ処理については、同一のステップ番号を付すことでその説明を省略する。制御部１１は、ステップＳ４８で指定時刻まで待機した後に水分指数を算出した後、探索灌水量と、水分指数が目標範囲Ｂｗ（範囲内）に保持するように標準化画素平均水分指数Ｄｗの上昇分を表示する（Ｓ４９Ａ）。これらの表示を基に、ユーザは、最適な水分量を推測することができる。この後、制御部１１は本動作を終了する。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗを連続して測定中に、何かの影響で葉の位置ズレが生じた場合を示す。葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗを時系列に測定中、例えば強風や衝突により測定対象の葉が貼り付けられた白色背景板が傾き、葉の位置ズレが生じた場合、レーザ光の照射による反射強度比によって測定される葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗが急激に変化することになる。

測定対象の葉の位置ズレが生じた場合、葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗを時系列に記録しているデータが一気に変動し、その連続性が失われるため、従来では、それまで時系列に測定された標準化画素平均水分指数Ｄｗのデータを破棄し、始めから測定をやり直していた。この結果、測定データの取得効率が著しく低下した。

第２の実施形態では、葉の位置ズレが生じた場合でも、それまで時系列に測定されたデータを破棄することなく有効に活かすことで、葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗのデータを効率良く取得でき、測定時間の増大を抑制するようにする。

図２２（Ａ）は、第２の実施形態の植物検出カメラ１によって撮像される、測定対象の葉の含水率を表す画像を示し、かつ位置ズレ前の葉の画像の一例を示す図である。図２２（Ｂ）は、第２の実施形態の植物検出カメラ１によって撮像される、測定対象の葉の含水率を表す画像を示し、かつ位置ズレ後の葉の画像の一例を示す図である。図中、ドットの数が多くて濃い領域は、含水量の多い領域である。最も濃い（含水量の最も多い）領域ｓｃ１は、葉の内側に存在する。次に濃い領域（含水量がやや多い）領域ｓｃ２は、領域ｓｃ１の周囲に存在する。薄い領域（含水量の少ない）領域ｓｃ３は、葉の外側に存在する。また、位置ズレ前と比べ、位置ズレ後では、含水量の多い領域ｓｃ１の面積が増えている。

図２３は、位置ズレが起きた場合の水ポテンシャル制御実験における標準化画素平均水分指数Ｄｗの時間変化の一例を示すグラフである。このグラフの縦軸は、第１の実施形態と同様、標準化画素平均水分指数を表す。標準化画素平均水分指数は、水ポテンシャルを表し、植物の葉を撮像した画像における１画素当たりに含まれる水分量に相当する値を示す。グラフの横軸は、分を単位とする経過時間を表す。

葉の位置ズレがあった時（図中、タイミングｔｃ参照）、標準化画素平均水分指数Ｄｗは、一気に変化する。葉の位置ズレが無かった場合の葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗは、グラフｇｈ１に示すように変化する。一方、葉の位置ズレがあった場合の葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗは、グラフｇｈ２に示すように変化する。

第２の実施形態では、葉の位置ズレがあった場合でも、次のような考察に基づく補正を行うことで、葉の位置ズレ前の標準化画素平均水分指数Ｄｗのデータを有効に活用し、葉の位置ズレ後の標準化画素平均水分指数Ｄｗのデータと連続性を保つようにして、時系列の標準化画素平均水分指数Ｄｗのデータを取得する。

以下の考察では、葉の位置ズレとして、葉が傾く場合を想定する。この場合、葉がパン方向あるいはチルト方向に傾いて角度が変わることは、カメラから見た場合に葉の厚みが変わることに相当する。

葉に含まれる水分量である葉中の含水率（言い換えると、水ポテンシャル）は、標準化画素平均水分指数Ｄｗと比例する。また、標準化画素平均水分指数Ｄｗは、前述したように、反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）の総和と葉の非可視光画像を構成する画素数又は葉の可視光撮像画像を構成する画素数のうち緑色（Ｇ）を占める画素数とから得られる。

反射強度比Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０）は、既知のＬａｍｂｅｒｔ・Ｂｅｅｒの法則に基づく、数式（３）に示すように、葉の厚みｔとほぼ比例する（相関がある）ことが分かっている。数式（３）において、α：水の吸収係数、ｔ：葉の厚み、Ｃ：水の濃度、β：散乱損失項である。

Ｌｎ（Ｉ_９０５／Ｉ_１５５０） ＝ α・ｔ・Ｃ ＋ β ……（３）

総括すると、葉中の含水率（水ポテンシャル）は、葉の厚みｔを勾配（傾き）として持つ、標準化画素平均水分指数Ｄｗの一次関数で表される。つまり、葉中の含水率の傾きは、葉の厚みｔによって変化する。

前述したように、位置ズレが起きて葉の角度が変化することは、葉の厚みｔによる傾きの変化に相当することから、葉の角度の変化（葉の厚みｔによる傾きの変化）に対応する係数Ｑ（補正係数）を、位置ズレ後の標準化画素平均水分指数Ｄｗのデータに乗算することで、位置ズレ前の標準化画素平均水分指数Ｄｗのデータを得ることができる。

これにより、位置ズレの前後で時系列に得られた標準化画素平均水分指数Ｄｗのデータは連続性を保つことができる。ただし、位置ズレ直前と位置ズレ直後の含水率の取得は、僅かな時間内で行われることから、これらの間で実質的な含水率は変化無しとする。

具体的に、位置ズレ前後の標準化画素平均水分指数Ｄｗの補正例を示す。図２４は、位置ズレ補正前後の標準化画素平均水分指数の一例を時系列に示すテーブルである。このテーブルでは、図２３に示すグラフにおいて、経過時間が１６２５０分（時刻１７：１０）で位置ズレが起きた場合、補正前の標準化画素平均水分指数Ｄｗと補正後の標準化画素平均水分指数Ｄｗとが示されている。ここでは、葉の角度の変化に対応する係数Ｑは、係数算出部の一例としての制御部１１により算出され、具体的には、値０．７３０３（＝０．６４１６／０．８７８５）である。

図２５は、第２の実施形態における位置ズレ補正手順の一例を説明するフローチャートである。第２の実施形態の植物検出カメラ１は第１の実施形態とほぼ同一の構成を有する。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。

制御部１１は、現時刻の標準化画素平均水分指数Ｄｗ１を取得し、ＵＩ画面６０に表示する（Ｓ９１）。制御部１１は、指定された経過時間後（例えば３０分後）の標準化画素平均水分指数Ｄｗ２を取得して表示する（Ｓ９２）。指定された経過時間とは、測定間隔に相当する。

制御部１１は、標準化画素平均水分指数Ｄｗ１と標準化画素平均水分指数Ｄｗ２の差分が閾値ｔｈを超えるか否かを判別する（Ｓ９３）。この閾値ｔｈは、葉の位置ズレが起き、標準化画素平均水分指数Ｄｗが変化すると想定される値の判定に用いられる。

ここで、閾値ｔｈはあらかじめ設定される。閾値ｔｈを設定する際、制御部１１は、ズレ判定閾値入力画面（図示せず）を表示する。ユーザは、このズレ判定閾値入力画面に対し、位置ズレが起きたと判定するための閾値ｔｈを入力する。入力が済むと、制御部１１は、この入力値を表示し、閾値ｔｈの設定を受け付ける。

標準化画素平均水分指数Ｄｗ１と標準化画素平均水分指数Ｄｗ２の差分が閾値ｔｈを超えない場合、つまり、葉の位置ズレが起きていないと想定される場合、制御部１１はステップＳ９５の処理に進む。一方、標準化画素平均水分指数Ｄｗ１と標準化画素平均水分指数Ｄｗ２の差分が閾値ｔｈを超えた場合、制御部１１は、位置ズレが起きたと判断し、標準化画素平均水分指数Ｄｗ２及びその後の標準化画素平均水分指数Ｄｗの値を、ズレ量を補正してＵＩ画面６０に表示する（Ｓ９４）。

この後、制御部１１は、最適灌水量の探索制御を終了するか、又は、栽培制御を終了するか、それとも終了しないかを判別する（Ｓ９５）。最適灌水量の探索制御を終了しない、かつ、栽培制御を終了しない場合、制御部１１は、ステップＳ９１の処理に戻る。一方、最適灌水量の探索制御を終了するか、又は、栽培制御を終了する場合、制御部１１は、本動作を終了する。

このように、第２の実施形態の植物検出カメラ１では、検出部の一例としての制御部１１は、植物の位置ずれを検出する。制御部１１は、植物の位置ずれが検出された場合に、位置ずれ前後における水分指数を基に、位置ずれ後の水分指数に乗算される係数Ｑ（補正係数）を算出する。制御部１１は、係数Ｑを位置ずれ後の水分指数に乗算することで位置ズレ量を補正し、位置ズレ前の水分指数と位置ズレ後の水分指数とが連続性を保つように補正された結果をモニタ５０のＵＩ画面６０に表示させる。

これにより、葉の位置ズレが生じた場合でも、時系列に測定された葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗの連続性を保つことができる。従って、それまでの測定した葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗデータを無駄にすることなく、有意義かつ有効に活用することができる。これにより、葉中の標準化画素平均水分指数Ｄｗの時系列のデータを効率良く取得できるとともに、たとえ途中で位置ずれが起きてしまった場合でも、標準化画素平均水分指数Ｄｗの測定時間の増大を抑制することができる。

（第２の実施形態の変形例１）
上記第２の実施形態では、葉の位置ズレを標準化画素平均水分指数Ｄｗの差分が閾値ｔｈを超えたか否かによって判断していたが、葉の位置ズレを物理的に検出する場合を示す。

図２６（Ａ）は、第２の実施形態の変形例１における位置ズレを検出するために用いられる白色背景板ｂｄを示す図であり、かつ白色背景板ｂｄの正面図である。図２６（Ｂ）は、第２の実施形態の変形例１における位置ズレを検出するために用いられる白色背景板ｂｄを示す図であり、図２６（Ａ）に示す白色背景板ｂｄの側面図である。

白色背景板ｂｄの周縁部には、額縁のような形状を有する、黒塗りの四角形の枠体ｂｄ１１が設けられている。また、白色背景板ｂｄの表（おもて）面の四隅には、それぞれ米印のマークｍｋ１〜ｍｋ４が描かれている。また、白色背景板ｂｄの表面の中央には、葉ＰＴ３が貼り付けられている。

植物検出カメラ１で白色背景板ｂｄに貼り付けられた葉ＰＴ３を撮像する際、ファインダの枠に黒塗りの枠体ｂｄ１１を合わせることで、白色背景板ｂｄと植物検出カメラ１のファインダとの平行度を出す。この状態で白色背景板ｂｄを撮像することで、マークｍｋ１〜ｍｋ４間の各距離を、予め登録された基準距離と比較する。この基準距離は、植物検出カメラ１に対し、白色背景板ｂｄが平行になるようにセットされた場合に撮像されたマークｍｋ１〜ｍｋ４間の距離である。マークｍｋ１〜ｍｋ４間の各距離が基準距離と比べて短い場合、白色背景板ｂｄが傾いて位置ズレを起こしていると判断される。

例えばマークｍｋ１とマークｍｋ４間の距離が基準距離と比べて短い程、チルト角が大きいことが分かる。マークｍｋ１とマークｍｋ２間の距離が基準距離と比べて短い程、パン角が大きいことが分かる。

このように、物理的に葉の位置ズレを検出し、かつ、位置ズレ量を計測することができる。さらには、計測された位置ズレ量に対応する係数Ｑを登録しておくことで、位置ズレ後の標準化画素平均水分指数Ｄｗのデータに乗算する処理を行う際、補正前後の標準化画素平均水分指数Ｄｗのデータを用いなくても済む。従って、処理の負荷を軽減できる。

（第２の実施形態の変形例２）
図２７は、第２の実施形態の変形例２における白色背景板ｂｄｄと植物検出カメラ１との機械的な配置の一例を説明する図である。白色背景板ｂｄｄは、ベース１０１に立てられた棒材１０２の上に取り付けられ、立て札として設置される。植物検出カメラ１は三脚１５１に固定されている。また、白色背景板ｂｄｄは、ワイヤや棒材等の連結部材ｍｐで植物検出カメラ１と機械的に繋がって固定されている。白色背景板ｂｄｄに位置ズレが起きた場合、その変化はそのまま植物検出カメラ１に伝わる。例えば大きな位置ズレが起きた場合、植物検出カメラ１で撮像される画像に大きな変化が生じる。

植物検出カメラ１は、時系列に撮像した画像の相関度が閾値以下となった場合、つまり、前回のフレーム画像と今回のフレーム画像との類似度が著しく低下した場合、白色背景板ｂｄに位置ズレが起きたと判断してもよい。これにより、比較的に簡単に白色背景板ｂｄの位置ズレを検出することができる。

また、位置ズレの検出は、上記の方法に限らない。例えば植物検出カメラ１は、衝撃を感知する加速度センサを搭載してもよい。白色背景板ｂｄｄに位置ズレが起きると、白色背景板ｂｄｄの変化は、連結部材ｍｐを介して植物検出カメラ１に伝わる。植物検出カメラ１に搭載された加速度センサによってその衝撃が感知された場合、白色背景板ｂｄｄに位置ズレが起きたことを検出してもよい。

（第３の実施形態）
第１の実施形態では、例えば図１５に示すように、観察対象の葉ＰＴ３に灌水がなされると、標準化画素平均水分指数は増加するがその後の未灌水に基づいて減少するという過程において、灌水タイミングは、標準化画素平均水分指数が目標範囲Ｂｗの下限値付近まで減少した時であった。

また、植物検出カメラ１における次回の算出時における葉中水分量は、現時点の葉中水分量に根からの吸水量を加算し、さらに葉の蒸散量を引いたものである（数式（２）参照）。通常、灌水によって根が吸水し、次回の算出時における葉中水分量は増加する。ところが、灌水タイミングとその次の灌水タイミングとの間の時間帯では未灌水のため、その間における葉の蒸散量は葉の周囲の環境条件（例えば温度、湿度）によって変動する。しかし、第１の実施形態の植物検出カメラ１は、葉の周囲の環境条件を考慮した蒸散量の制御を行うことは考慮していない。

そこで、以下の第３の実施形態では、葉の蒸散量を決定する葉の周囲の環境条件（例えば温度、湿度）について考慮し、高い糖度や高収量が得られるための灌水タイミング等を含むユーザの嗜好に応じた水ストレスプロファイルに沿った水ストレスを付与するために、ビニールハウスＶＧＨ内の葉ＰＴ３の周囲の環境条件の維持又は変更を指示する植物検出カメラ１の例について説明する。なお、第３の実施形態の植物検出カメラ１の構成は、第１の実施形態の植物検出カメラ１と同様であるため、同一の記載の説明は省略し、異なる内容について説明する。

図３１は、温度と相対湿度と飽差との関係の一例を示す説明図である。図３２は、温度や相対湿度の変更による葉の蒸散の推移の一例を示す説明図である。図３３（Ａ）〜（Ｄ）は、温度や相対湿度の変更による葉の蒸散に基づいた水ストレスプロファイルの各例を模式的に示す図である。図３３（Ａ）〜（Ｄ）では、標準化画素平均水分指数又は標準化水分指数総和の時系列の推移が簡略的に示されている。

葉ＰＴ３の周囲の環境条件（例えば温度、湿度）が変化すると、図３１に示すように、葉ＰＴ３の飽差が変動する。これにより、葉ＰＴ３の蒸散量が変化する。より具体的に言えば、葉ＰＴ３の周囲の温度が下がり、かつ葉ＰＴ３の周囲の湿度が上がると、飽差は小さくなり、葉ＰＴ３は気孔を開くが蒸散しにくい。また、葉ＰＴ３の周囲の温度が上がり、かつ葉ＰＴ３の周囲の湿度が上がると、飽差は大きくなり、蒸散が過剰となるので葉ＰＴ３は水分を失わないように気孔を閉じる。一般的に葉ＰＴ３の光合成が活発であって適した飽差は３〜７（ｇ／ｍ^３）と言われており、図３２に示す点線ＣＵ１と点線ＣＵ２との間で囲まれた範囲の飽差が得られる温度及び湿度が葉ＰＴ３の周囲の環境条件として好ましい。

（１）図３２の変更前Ａ１状態→図３２の変更後Ａ１−状態
この状態遷移が生じると、温度が上がり湿度が下がるが飽差は葉ＰＴ３の光合成に適した範囲に含まれることになるので、葉ＰＴ３の蒸散は盛んになる。言い換えると、数式（２）に示される葉の蒸散量が増大するので、図１５に示す傾き−ａは増大し、灌水ポイントは早まることになる。従って、植物検出カメラ１は、変更後Ａ１−の状態における飽差が得られる温度及び湿度となるように、制御装置２００に指示することで、図１５に示す傾き−ａを増大させ、灌水ポイントを早めることができる。

（２）図３２の変更前Ａ２状態→図３２の変更後Ａ２−状態
この状態遷移が生じると、温度が下がり湿度が上がるが飽差は葉ＰＴ３の光合成に適した範囲に含まれることになるので、葉ＰＴ３の蒸散は盛んになる。言い換えると、数式（２）に示される葉の蒸散量が増大するので、図１５に示す傾き−ａは増大し、灌水ポイントは早まることになる。従って、植物検出カメラ１は、変更後Ａ２−の状態における飽差が得られる温度及び湿度となるように、制御装置２００に指示することで、図１５に示す傾き−ａを増大させ、灌水ポイントを早めることができる。

（３）図３２の変更前Ａ３状態→図３２の変更後Ａ３−状態
この状態遷移が生じると、温度が下がり湿度が上がるが飽差は葉ＰＴ３の光合成に適した範囲に含まれなくなるので、葉ＰＴ３の蒸散は低下する。言い換えると、数式（２）に示される葉の蒸散量が減少するので、図１５に示す傾き−ａは減少し、灌水ポイントは遅くなる。従って、植物検出カメラ１は、変更後Ａ３−の状態における飽差が得られる温度及び湿度となるように、制御装置２００に指示することで、図１５に示す傾き−ａを減少させ、灌水ポイントを遅らせることができる。

（４）図３２の変更前Ａ４状態→図３２の変更後Ａ４−状態
この状態遷移が生じると、温度が上がり湿度が下がるが飽差は葉ＰＴ３の光合成に適した範囲に含まれなくなるので、葉ＰＴ３の蒸散は低下する。言い換えると、数式（２）に示される葉の蒸散量が減少するので、図１５に示す傾き−ａは減少し、灌水ポイントは遅くなる。従って、植物検出カメラ１は、変更後Ａ４−の状態における飽差が得られる温度及び湿度となるように、制御装置２００に指示することで、図１５に示す傾き−ａを減少させ、灌水ポイントを遅らせることができる。

従って、植物検出カメラ１は、図３３（Ａ）に示すように、標準化画素平均水分指数又は標準化水分指数総和の減少時及び増加時の傾きをともに一定の値とした水ストレスプロファイルが得られるように、周囲の温度及び湿度の制御を制御装置２００に指示することができる。

また、植物検出カメラ１は、図３３（Ｂ）に示すように、標準化画素平均水分指数又は標準化水分指数総和の減少時の傾きを緩やかにし、かつ増加時の傾きを図３３（Ａ）における増加時の傾きと同一となる水ストレスプロファイルが得られるように、周囲の温度及び湿度の制御を制御装置２００に指示することができる。この場合には、標準化画素平均水分指数又は標準化水分指数総和の減少時の傾きが小さくなるので、灌水タイミングは、図３３（Ａ）における灌水タイミングに比べてその間隔が長くなる。

また、植物検出カメラ１は、図３３（Ｃ）に示すように、標準化画素平均水分指数又は標準化水分指数総和を一定期間において増減しない水ストレスプロファイルが得られるように、周囲の温度及び湿度の制御を制御装置２００に指示することができる。この場合には、葉ＰＴ３の蒸散は一定期間において低下することになるので、灌水タイミングは、図３３（Ａ）における灌水タイミングに比べてその間隔が長くなる。

また、植物検出カメラ１は、図３３（Ｄ）に示すように、標準化画素平均水分指数又は標準化水分指数総和の減少時及び増加時の傾きをともに図３３（Ａ）に示す減少時及び増加時の傾きよりも大きな値となる水ストレスプロファイルが得られるように、周囲の温度及び湿度の制御を制御装置２００に指示することができる。この場合には、葉ＰＴ３の蒸散が盛んになったり低下したり激しく変動することになるので、灌水タイミングは、図３３（Ａ）における灌水タイミングに比べて短くなる。

図３４は、水ポテンシャル制御に関するユーザインタフェース（ＵＩ）画面の他の一例を示す図である。図３５は、図３４に示すＵＩ画面６０において指定された環境制御モード３００の定値設定入力画面の一例を示す図である。図３６は、図３４に示すＵＩ画面６０において指定された環境制御モードの飽差設定プログラム入力画面の一例を示す図である。

図３４のＵＩ画面６０と図１７に示すＵＩ画面６０との違いについて説明し、同一のものには同一の符号を付与して説明を省略する。図３４のＵＩ画面６０では、観察対象となる葉ＰＴ３の周囲の環境条件（例えば温度、湿度）を制御するための環境制御モード３００のボタンが設けられている。ユーザの操作により、この環境制御モード３００のボタンが押下されると、植物検出カメラ１の制御部１１は、図３５に示す定値設定入力画面Ｇｍ２又は図３６に示す飽差設定プログラム入力画面をモニタ５０に表示する。

図３５に示す定値設定入力画面Ｇｍ２では、一定の飽差（ｇ／ｍ^３）が得られるように、温度（℃）、湿度（ＲＨ％）、風速（ｃｍ／ｓ）、飽差（ｇ／ｍ^３）の入力領域がそれぞれ設けられ、さらに、飽差を自動算出するための飽差自動変換ボタンが設けられている。図３５では、例えば風速が一定となるように６０ｃｍ／ｓと入力されている。なお、風速の値は、空調機２２７の性能に応じて、例えば２０〜１８０ｃｍ／ｓが入力可能である。

温度及び湿度が入力された上で飽差自動変換ボタンが押下されると、制御部１１は、飽差を算出して飽差の入力領域に算出結果の値を表示する。この算出値又はユーザが希望する飽差値が入力して指定され、スタートボタンが押下されると、制御部１１は、制御装置２００に対し、観察対象の葉ＰＴ３の周囲で指定された飽差値が得られるための環境制御指示を送信する。この環境制御指示には、目的とする飽差値のみでも良いし、その飽差値だけではなくその飽差値が得られるための温度及び湿度も含まれても構わない。制御装置２００は、植物検出カメラ１からの環境制御指示を受信すると、環境制御指示に含まれる飽差値、又は温度、湿度及び飽差値が得られるように、ビニールハウスＶＧＨ内の各装置の制御を開始する、又はその制御を維持する。

図３６に示す飽差設定プログラム入力画面Ｇｍ３では、ユーザが任意の飽差が指定可能となるように、設定温度（℃）、設定湿度（ＲＨ％）の時間変化の描画領域が設けられている。また、図３６に示すように、設定温度（℃）に関して、降温速度（℃／ｈ）、保持時間（ｈ）、昇温速度（℃／ｈ）の入力領域がそれぞれ設けられてもよい。同様に、設定湿度（ＲＨ％）に関して、加湿速度（％／ｈ）、保持時間（ｈ）、乾燥速度（％／ｈ）の入力領域がそれぞれ設けられてもよい。

設定温度及び設定湿度が描画指定された上で飽差自動変換ボタンが押下されると、制御部１１は、飽差を算出して設定温度及び設定湿度の時間変化とともに飽差の時間変化を同画面上に表示する。この後にユーザの操作によってスタートボタンが押下されると、制御部１１は、制御装置２００に対し、観察対象の葉ＰＴ３の周囲で描画指定された飽差値の時間変化が得られるための環境制御指示を送信する。この環境制御指示には、目的とする飽差値の時間変化のみでも良いし、その飽差値の時間変化の情報だけではなくその飽差値の時間変化が得られるための設定温度及び設定湿度の各時間変化の情報も含まれても構わない。制御装置２００は、植物検出カメラ１からの環境制御指示を受信すると、環境制御指示に含まれる飽差値の時間変化、又は設定温度、設定湿度及び飽差値の各時間変化の情報が得られるように、ビニールハウスＶＧＨ内の各装置の制御を開始する、又はその制御を維持する。

なお、図３６では、ユーザの操作により、設定温度及び設定湿度の両方が変更する例として説明したが、設定温度及び設定湿度のうち少なくとも１つが変更するための環境条件が制御されてもよい。

次に、第３の実施形態の植物検出カメラ１の植物ＰＴの周囲の環境条件の制御に関する動作手順について、図３７を参照して説明する。図３７は、第３の実施形態の植物の周囲環境条件の制御動作手順の一例を説明するフローチャートである。

図３７において、閾値設定／水分指数検出処理部２７ａが葉ＰＴ３の水分指数（標準化画素平均水分指数又は標準化水分指数総和）を算出する度に（Ｓ１１１）、制御部１１は、ステップＳ１１１で算出された葉ＰＴ３の水分指数を含め、直近に算出されたＫ個（Ｋ：２以上の自然数）の水分指数を取得する（Ｓ１１２）。つまり、制御部１１は、ステップＳ１１２により、葉ＰＴ３の水分指数の増減の推移を認識することができる。なお、制御部１１は、１個の水分指数しか取得していない場合には、２個以上の水分指数を取得するまでに、ステップＳ１１２以降の処理を行わない。

制御部１１は、Ｋ個の水分指数の増減の推移が所定の水ストレスプロファイルに示される推移と合致するか否かを判断する（Ｓ１１３）。所定の水ストレスプロファイルは、例えば図３３（Ａ）〜（Ｄ）に示される水ストレスプロファイルのうちいずれか１つであり、ユーザである農夫が植物ＰＴ（例えばトマト）の育成に関して糖度を高くするために必要と考えている水ストレスプロファイルである。

制御部１１は、Ｋ個の水分指数の増減の推移が所定の水ストレスプロファイルに示される推移と合致すると判断した場合には（Ｓ１１３、ＹＥＳ）、葉ＰＴ３が所定の水ストレスプロファイルに従うように蒸散しているとして、周囲の環境条件（例えば温度、湿度）の維持を含む環境制御指示を生成し、制御装置２００にその維持指示を送信する（Ｓ１１４）。

一方、制御部１１は、Ｋ個の水分指数の増減の推移が所定の水ストレスプロファイルに示される推移と合致しないと判断した場合には（Ｓ１１３、ＮＯ）、葉ＰＴ３が所定の水ストレスプロファイルに従うように蒸散していないとして、周囲の環境条件（例えば温度、湿度）の変更を含む環境制御指示を生成し、制御装置２００にその維持指示を送信する（Ｓ１１５）。

水ポテンシャルの制御（つまり水分指数の測定）が終了しない場合（Ｓ１１６、ＮＯ）、植物検出カメラ１の処理はステップＳ１１１に戻り、水ポテンシャルの制御（つまり水分指数の測定）が終了するまで、ステップＳ１１１〜Ｓ１１５の処理が繰り返される。一方、水ポテンシャルの制御（つまり水分指数の測定）が終了すれば（Ｓ１１６、ＹＥＳ）、図３７に示す処理は終了する。

以上により、第３の実施形態の植物検出カメラ１は、観察対象となる植物ＰＴの葉ＰＴ３の周囲の環境条件（例えば温度、湿度）を制御するための制御装置２００と接続され、算出された葉ＰＴ３に含まれる水分量としての水分指数（例えば標準化画素平均水分指数）の増減の推移を基に、最新の水分指数の算出時点における環境条件の変更又は指示を制御装置２００に指示する。

これにより、植物検出カメラ１は、葉の蒸散量を決定する葉の周囲の環境条件（例えば温度、湿度）についても考慮して、ユーザの嗜好に応じた水ストレスプロファイルに沿った水分指数が得られていない場合には、ビニールハウスＶＧＨ内の葉ＰＴ３の周囲の環境条件の変更を制御装置２００に指示することができる。言い換えると、植物検出カメラ１は、ビニールハウスＶＧＨ内の葉ＰＴ３の周囲の環境条件の維持又は変更を指示することで、例えば高い糖度が得られるための灌水タイミング等を含むユーザの嗜好に応じた水ストレスプロファイルに沿った水ストレスを付与する環境作りを支援することができる。

また、植物検出カメラ１は、水ポテンシャルの制御（測定）の開始時から終了時までの植物ＰＴの葉ＰＴ３に含まれる水分量の増減の推移をモニタ５０に対して時系列的に表示する。これにより、植物検出カメラ１は、モニタ５０のＵＩ画面６０に植物ＰＴの葉ＰＴ３に含まれる水分量の時系列の推移を表すグラフを表示することで、植物に含まれる水分量の推移を定量的かつ時系列に提示することができる。

また、環境条件は、観察対象となる葉ＰＴ３の周囲の温度であり、植物検出カメラ１は、葉ＰＴ３の周囲の温度を上げる又は下げる旨の変更指示を制御装置２００に送信する。これにより、制御装置２００は、植物検出カメラ１からの変更指示に応じて、ビニールハウスＶＧＨ内に制御装置２００に接続された各装置への制御を行うことで、葉ＰＴ３の周囲の温度を上げたり下げたりすることが可能となる。植物検出カメラ１は、制御装置２００における温度の上下制御が実行された上で、ユーザの嗜好に応じた水ストレスプロファイルに沿う水分指数を得ることができる。

また、環境条件は、観察対象となる葉ＰＴ３の周囲の湿度であり、植物検出カメラ１は、葉ＰＴ３の周囲の湿度を上げる又は下げる旨の変更指示を制御装置２００に送信する。これにより、制御装置２００は、植物検出カメラ１からの変更指示に応じて、ビニールハウスＶＧＨ内に制御装置２００に接続された各装置への制御を行うことで、葉ＰＴ３の周囲の湿度を上げたり下げたりすることが可能となる。植物検出カメラ１は、制御装置２００における湿度の上下制御が実行された上で、ユーザの嗜好に応じた水ストレスプロファイルに沿う水分指数を得ることができる。

また、環境条件は、観察対象となる葉ＰＴ３の周囲の温度及び湿度であり、植物検出カメラ１は、葉ＰＴ３の周囲の温度を上げかつ湿度を下げる旨、又は葉ＰＴ３の周囲の温度を下げかつ湿度を上げる旨の変更指示を制御装置２００に送信する。これにより、制御装置２００は、植物検出カメラ１からの変更指示に応じて、ビニールハウスＶＧＨ内に制御装置２００に接続された各装置への制御を行うことで、葉ＰＴ３の周囲の温度を上げかつ湿度を下げたり、又は葉ＰＴ３の周囲の温度を下げかつ湿度を上げたりすることが可能となる。植物検出カメラ１は、制御装置２００における温度、湿度の上下制御が実行された上で、ユーザの嗜好に応じた水ストレスプロファイルに沿う水分指数を得ることができる。

また、環境条件は、観察対象となる葉ＰＴ３の周囲の温度や湿度であるが、植物検出カメラ１は、葉ＰＴ３の周囲の温度や湿度を維持する旨の維持指示を制御装置２００に送信する。これにより、制御装置２００は、植物検出カメラ１からの維持指示に応じて、ビニールハウスＶＧＨ内に制御装置２００に接続された各装置への制御を行うことで、葉ＰＴ３の周囲の温度や湿度を維持することが可能となる。植物検出カメラ１は、制御装置２００における温度や湿度の維持制御が実行された上で、ユーザの嗜好に応じた水ストレスプロファイルに沿う水分指数を得ることができる。

また、植物ＰＴの葉ＰＴ３には、第１投射光源１３及び第２投射光源１５から見て、植物ＰＴの葉ＰＴ３の背面を覆う白色背景板ｂｄが配置される。これにより、植物検出カメラ１は、植物の観察の対象部位となる葉ＰＴ３の周囲に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）による影響を排除できるので、葉ＰＴ３の水分量を正確に測定できる。

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。

なお、上述した本実施形態の栽培装置は、植物（例えばトマトの葉）へのストレス（例えば水ストレス）を付与するために、植物への灌水を中断する等の未灌水の処理を行う旨を説明した。しかしながら、本実施形態の栽培装置において、植物へのストレス（例えば水ストレス）を付与する方法は、未灌水に限定されない。例えば本実施形態の栽培装置は、植物へのストレス（例えば水ストレス）を付与するために、未灌水ではなく、植物に供給される液肥（つまり、液体肥料）の電気伝導度を所定値以上に大きくなるように変えても構わない。つまり、栽培装置は液肥の電気伝導度が所定値以上に大きくなるように変えることにより、結果的に未灌水と同等の水ストレスが植物に付与されることになる。これは、液肥の電気伝導度が所定値以上に大きくなるように変わることにより、根が浸透圧の関係で水を吸えなくなること（言い換えると、塩ストレスの付与）が起きてしまい、結果として未灌水と同様に、植物に水ストレスが付与されることになるためである。なお、所定値は、育成者の経験により得られる既知の値であり、塩ストレスが植物に付与される時の液肥の電気伝導度の下限値である。

本発明は、周囲の環境条件の影響を考慮して、トマト等の果実を含む植物に含まれる水分量の制御を柔軟に行うことができる水分量観察装置、水分量観察方法及び栽培装置として有用である。

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
５０ モニタ
６０ ＵＩ（ユーザインタフェース）画面
６１ 探索灌水量入力画面
６３ 設定領域
６４ 初期設定ボタン
６６ ズレ閾値設定ボタン
６７，６８ 入力ボックス
７１ 灌水量探索モードボタン
７２，７４ 表示ボックス
７３ 水ストレス制御（栽培制御）モードボタン
２００ 制御装置
２０１ Ｉ／Ｆ部
２０３ 内蔵時計
２０５ 演算処理部
２０７ 記憶部
２１１ 環境センサ
２１３、２１５ 開閉弁
２１７ 送水ポンプ
２１９ 側窓
２２１ 換気装置
２２３ 天井カーテン
２２５ 側カーテン
２２７ 空調機
１０００ 植物観察システム
ＢＢ 土台
ｂｄ，ｂｄｄ 白色背景板
ｂｄ１ 開口部
ｂｄ２ 孔部
ｂｄ３，ｂｄ４，ｂｄ５，ｂｄ２１ スリット
ｂｄ１１ 枠体
Ｂｗ 目標範囲
ｇｈ１，ｇｈ２ グラフ
Ｇｍ１ 葉中水分モニタリング画面
ＪＧ 画像判定部
ＰＴ３，ＰＴ３ｔ 葉
ＬＳ１ 参照光
ＬＳ２ 測定光
ＭＴ 通信端末
ＮＶＳＳ 非可視光センサ
ｐｆ１，ｐｆ２，ｐｆ３，ｐｆ４ 水ストレスプロファイル
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
ＶＧＨ ビニールハウス
ＶＳＣ 可視光カメラ
ＷＦ 肥料水供給装置

本発明は、植物に含まれる水分量を観察する水分量観察装置であって、前記植物の水分量算出対象部位に向けて波長の異なる複数種類のレーザ光を照射する植物検出部と、前記植物の各照射位置において反射された前記複数種類の反射光を基に、前記植物の水分量算出対象部位における水分量を算出する水分量算出部と、前記植物の周囲の環境条件を制御する環境制御装置と接続され、前記水分量算出部により算出された前記植物の水分量算出対象部位における水分量の増減の推移を基に、前記環境条件の変更又は維持を前記環境制御装置に指示する制御部と、を備える、水分量観察装置を提供する。

また、本発明は、植物に含まれる水分量を観察する水分量観察装置における水分量観察方法であって、前記植物の水分量算出対象部位に向けて波長の異なる複数種類のレーザ光を照射し、前記植物の各照射位置において反射された前記複数種類の反射光を基に、前記植物の水分量算出対象部位における水分量を算出し、前記植物の周囲の環境条件を制御する環境制御装置と接続し、算出された前記植物の水分量算出対象部位における水分量の増減の推移を基に、前記環境条件の変更又は維持を前記環境制御装置に指示する、水分量観察方法を提供する。

Claims (9)

1. 植物に含まれる水分量を観察する水分量観察装置であって、
   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する第１光源と、
   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する第２光源と、
   一定の測定期間において、前記植物において反射された前記参照光の反射光と前記植物において反射された前記測定光の反射光とを基に、前記植物に含まれる水分量を繰り返し算出する水分量算出部と、
   前記植物の周囲の環境条件を制御する環境制御装置と接続され、前記水分量算出部により算出された前記植物に含まれる水分量の増減の推移を基に、前記環境条件の変更又は維持を前記環境制御装置に指示する制御部と、を備える、
   水分量観察装置。
2. 請求項１に記載の水分量観察装置であって、
   前記制御部は、前記水分量算出部により算出された、前記測定期間の開始時から終了時までの前記植物に含まれる水分量の増減の推移を表示部に対して時系列的に表示する、
   水分量観察装置。
3. 請求項１に記載の水分量観察装置であって、
   前記環境条件は、前記植物の周囲の温度であり、
   前記制御部は、前記植物の周囲の温度を上げる又は下げる旨の変更指示を前記環境制御装置に送信する、
   水分量観察装置。
4. 請求項１に記載の水分量観察装置であって、
   前記環境条件は、前記植物の周囲の湿度であり、
   前記制御部は、前記植物の周囲の湿度を上げる又は下げる旨の変更指示を前記環境制御装置に送信する、
   水分量観察装置。
5. 請求項１に記載の水分量観察装置であって、
   前記環境条件は、前記植物の周囲の温度及び湿度であり、
   前記制御部は、前記植物の周囲の温度を上げかつ前記植物の周囲の湿度を下げる旨の変更指示、又は前記植物の周囲の温度を下げかつ前記植物の周囲の湿度を上げる旨の変更指示を前記環境制御装置に送信する、
   水分量観察装置。
6. 請求項１に記載の水分量観察装置であって、
   前記制御部は、前記環境条件を変更しない旨の維持指示を前記環境制御装置に送信する、
   水分量観察装置。
7. 請求項１に記載の水分量観察装置であって、
   前記植物には、前記第１光源及び前記第２光源から見て、前記植物の背面を覆う背景物が配置される、
   水分量観察装置。
8. 請求項１に記載の水分量観察装置と、
   前記測定期間のうち一部の期間において前記水分量算出部により算出された前記水分量の時系列の推移に基づいて、所定量の水分を前記植物に灌水する栽培制御部と、を備える、
   栽培装置。
9. 植物に含まれる水分量を観察する水分量観察装置における水分量観察方法であって、
   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、
   一定の測定期間において、前記植物において反射された前記参照光の反射光と前記植物において反射された前記測定光の反射光とを基に、前記植物に含まれる水分量を繰り返し算出し、
   前記植物の周囲の環境条件を制御する環境制御装置と接続し、
   算出された前記植物に含まれる水分量の増減の推移を基に、前記環境条件の変更又は維持を前記環境制御装置に指示する、
   水分量観察方法。