JP2022099767A - 植物体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影する植物体が葉による果実の遮蔽が生じるものであっても、撮像手段から所定距離の領域内に位置する果実を、所定距離を越える位置にある果実と区分して撮影する植物体撮像装置を提供すること。【解決手段】一対の照明手段１と、植物体を撮影する撮像手段２とを備え、一方の照明手段１Ａから照射される第一照射領域１１と、他方の照明手段１Ｂから照射される第二照射領域１２とが重なる領域を撮像対象領域１３とし、重ならない領域を撮像対象領域１３外とし、撮像対象領域１３と撮像対象領域１３外とで光量差を発生させ、光量差によって、所定距離Ｌの領域内に位置する撮像対象植物体８０を、所定距離Ｌを越える位置にある非撮像対象植物体９０から区分して撮影する植物体撮像装置であって、一方の照明手段１Ａと他方の照明手段１Ｂは、鉛直に立設しており、撮像手段２は、水平に対して所定角度傾けて設けられており、植物体を斜め下又は斜め上から撮影する。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像手段から所定距離の領域内に位置する撮像対象植物体を、撮像手段から所定距離を越える位置にある非撮像対象植物体から区分して撮影する植物体撮像装置に関する。

トマト等果菜類を栽培する施設園芸において、農地集約や企業参入などに伴い大規模経営体は近年増加傾向にある。大規模生産法人の多くは契約出荷を前提としており、安定した経営のためには高精度の収量予測や、収穫作業計画を策定するための作業時間予測が必要である。収量や収穫作業時間の予測には、撮像手段を用いて取得した作物画像の分析による着果計測などが有効である（例えば特許文献１から特許文献４）。
施設園芸分野において、背景から解析対象となる手前株のみを抽出する技術の事例として、距離カメラを用いる方法、レンズの被写界深度を利用する方法が報告されている。
ここで、特許文献５には、第１と第２の照明装置により走査ラインを照明するものにおいて、第１と第２の照明装置から非計測物の走査ライン上に向かう光線を遮光する遮光板を設けた計測用照明装置が開示されている。
また、特許文献６には、一方の照明手段から照射される第１照射領域と、他方の照明手段から照射される第２照射領域とが重なる領域を撮像対象領域とし、第１照射領域と第２照射領域とが重ならない領域を撮像対象領域外とし、撮像対象領域と撮像対象領域外とで光量差を発生させ、光量差によって、撮像手段から所定距離の領域内に位置する撮像対象植物体を、撮像手段から所定距離を越える位置にある非撮像対象植物体から区分して撮影することで、撮像手段から所定距離の領域内に位置する撮像対象植物体を、撮像手段から所定距離を越える位置にある非撮像対象植物体から区分して撮影することができる植物体撮像装置が開示されている。
また、特許文献７には、作物の一部を分離するための装置及び方法が開示され、図１には作物を下方から観察するためのカメラが記載されている。

特開２０１５－１５４７２７号公報 特開２０１６－１５４５１０号公報 特開２０１７－７７２３８号公報 特開２０１７－４２１３３号公報 実願昭５３－６０９２０号（実開昭５４－１６３６４７号）のマイクロフィルム 国際公開第２０２０／２１８３２３号 特表２０１１－５１７５７２号公報

特許文献１から特許文献４は、撮像手段を用いて作物画像を取得するものであるが、温室内で密植される個体群を広範囲に安定して撮像する技術を開示するものではなく、特に、背景が写りこむ作物画像から解析対象となる手前株のみを抽出する技術については記載されていない。
距離カメラを用いる方法は、装置が安価に普及したことで採用事例が増加した。画素ごとの距離計測値により手前株と背景情報の分離は可能であるが、測定距離範囲に制約がある点、太陽光の影響を受ける点、距離カメラの空間解像度の限界により鮮明な個体画像が得られない点などの問題がある。
被写界深度により分離する方法は、レンズのピントが合う範囲（被写界深度）を調整することで、手前株のみ焦点を合わせ、遠方の背景をぼかす方法である。この方法では手前株のみ結像した画像が得られるが、背景の色情報を完全には除去できない問題がある。
なお、特許文献５は、載物体及びこの載物体上に載置された被計測物をライン走査する走査型撮像装置であり、背景から解析対象となる手前株のみを抽出するものではない。

また、特許文献６の植物体撮像装置は、撮像手段から所定距離の領域内に位置する撮像対象植物体を、撮像手段から所定距離を越える位置にある非撮像対象植物体から区分して撮影することができる。
しかし、特許文献６の植物体撮像装置では、葉による果実の遮蔽が生じる作物を撮影した場合に果実が葉に隠れてしまう可能性がある。特に作物が下部の摘葉を行わない低段栽培のトマトやパプリカ等である場合はその可能性が高い。また、着果を複数段同時に観測しようとすると広い撮影範囲が必要となるが、そのために植物体から撮像手段を遠ざけることは構造的に難しい。
また、特許文献７は、背景から解析対象となる手前株のみを抽出するものではない。
そこで、本発明は、より広い撮影範囲を確保しつつ、撮影する植物体が葉による果実の遮蔽が生じるものであっても、撮像手段から所定距離の領域内に位置する撮像対象植物体の果実を、撮像手段から所定距離を越える位置にある非撮像対象植物体の果実と区分して撮影することができる植物体撮像装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明の植物体撮像装置は、指向性を有する照明光を植物体へ照射する一対の照明手段１と、植物体を撮影する撮像手段２とを備え、一方の照明手段１Ａから照射される第一照射領域１１と、他方の照明手段１Ｂから照射される第二照射領域１２とが重なる領域を撮像対象領域１３とし、第一照射領域１１と第二照射領域１２とが重ならない領域を撮像対象領域１３外とし、撮像対象領域１３と撮像対象領域１３外とで光量差を発生させ、光量差によって、撮像手段２から所定距離Ｌの領域内に位置する撮像対象植物体８０を、撮像手段２から所定距離Ｌを越える位置にある非撮像対象植物体９０から区分して撮影する植物体撮像装置であって、一方の照明手段１Ａと他方の照明手段１Ｂは、鉛直に立設しており、撮像手段２は、水平に対して所定角度傾けて設けられており、植物体を斜め下又は斜め上から撮影することを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の植物体撮像装置において、撮像手段２と撮像対象植物体８０との水平距離が、照明手段１と撮像対象植物体８０との水平距離よりも大きいことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の植物体撮像装置において、照明手段１及び撮像手段２が設置される筐体４を備え、筐体４の内面には光を吸収する吸光材５が設けられていることを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の植物体撮像装置において、照明手段１の照射範囲を規制する一対の遮光板３を備え、一方の遮光板３の内面の延長線となる第一仮想延長面３１と、他方の遮光板３の内面の延長線となる第二仮想延長面３２とが交わる仮想交線３３に、撮像手段２の光軸２１を一致させたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の植物体撮像装置において、照明手段１は、上端が撮影手段の撮影範囲の高さ以上に位置することを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の植物体撮像装置において、撮像手段２の撮影方位を、第一の撮影方位と第二の撮影方位とに切り替える撮影方位切替手段７を備えることを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項６に記載の植物体撮像装置を用いた植物体撮像方法であって、第一の撮影方位に向けられた一対の照明手段１と、第二の撮影方位に向けられた一対の照明手段１を備えることを特徴とする。

本発明によれば、撮影する植物体が葉による果実の遮蔽が生じるものであっても、撮像手段から所定距離の領域内に位置する撮像対象植物体の果実を、撮像手段から所定距離を越える位置にある非撮像対象植物体の果実と区分して撮影することができる。

本発明の一実施例による植物体撮像装置を示す図 本実施例の植物体撮像装置による撮影を示す平面視した概念図 本実施例の植物体撮像装置を側面視した概念図 植物体撮像装置による撮影画像を示す図 本実施例の撮像手段の斜視図 本実施例による植物体撮像装置を側面視した撮影方位切替手段の動作説明図 本実施例による植物体撮像装置の使用方法を示す説明図 本発明の一実施例による植物体撮像方法を示す概念図 本実施例による植物体撮像装置における画像処理を説明する写真 本発明の他の実施例による植物体撮像装置の側面図 本発明のさらに他の実施例による植物体撮像装置の側面図 本発明のさらに他の実施例による植物体撮像装置を示す要部構成図 比較例の植物体撮像装置を側面視した概念図

本発明の第１の実施の形態による植物体撮像装置は、指向性を有する照明光を植物体へ照射する一対の照明手段と、植物体を撮影する撮像手段とを備え、一方の照明手段から照射される第一照射領域と、他方の照明手段から照射される第二照射領域とが重なる領域を撮像対象領域とし、第一照射領域と第二照射領域とが重ならない領域を撮像対象領域外とし、撮像対象領域と撮像対象領域外とで光量差を発生させ、光量差によって、撮像手段から所定距離の領域内に位置する撮像対象植物体を、撮像手段から所定距離を越える位置にある非撮像対象植物体から区分して撮影する植物体撮像装置であって、一方の照明手段と他方の照明手段は、鉛直に立設しており、撮像手段は、水平に対して所定角度傾けて設けられており、植物体を斜め下又は斜め上から撮影するものである。
本実施の形態によれば、撮像対象領域と撮像対象領域外とで光量差を発生させるともに植物体を斜め下方から撮影するため、トマトやパプリカ等の植物体が葉による果実の遮蔽が生じるものであっても、撮像手段から所定距離の領域内に位置する撮像対象植物体の果実を、撮像手段から所定距離を越える位置にある非撮像対象植物体の果実から区分して撮影することができる。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による植物体撮像装置において、撮像手段と撮像対象植物体との水平距離が、照明手段と撮像対象植物体との水平距離よりも大きいものである。
本実施の形態によれば、植物体への光量低下を生じさせることなく、撮影範囲を広くとることができる。

本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態による植物体撮像装置において、照明手段及び撮像手段が設置される筐体を備え、筐体の内面には光を吸収する吸光材が設けられているものである。
本実施の形態によれば、筐体に照明手段及び撮像手段を設置することで、照明手段及び撮像手段を筐体で保護して損傷を防止することができる。また、筐体の内面には吸光材を設けることで、撮像手段の前方に向かう反射光を防止することができる。

本発明の第４の実施の形態は、第１から第３のいずれか一つの実施の形態による植物体撮像装置において、照明手段の照射範囲を規制する一対の遮光板を備え、一方の遮光板の内面の延長線となる第一仮想延長面と、他方の遮光板の内面の延長線となる第二仮想延長面とが交わる仮想交線に、撮像手段の光軸を一致させたものである。
本実施の形態によれば、一対の遮光板によって、撮像対象植物体と非撮像対象植物体との照度差を大きくすることができる。

本発明の第５の実施の形態は、第１から第４のいずれか一つの実施の形態による植物体撮像装置において、照明手段は、上端が撮影手段の撮影範囲の高さ以上に位置するものである。
本実施の形態によれば、撮影範囲全体を照明手段により十分に照らすことができる。

本発明の第６の実施の形態は、第１から第５のいずれか一つの実施の形態による植物体撮像装置において、撮像手段の撮影方位を、第一の撮影方位と第二の撮影方位とに切り替える撮影方位切替手段を備えるものである。
本実施の形態によれば、一つの撮像手段で、第一の撮影方位に位置する植物体と第二の撮影方位に位置する植物体を撮影することができるため、撮像手段を二つ以上設ける場合と比べてコストを抑制できる。

本発明の第７の実施の形態による植物体撮像方法は、第６の実施の形態による植物体撮像装置を用い、第一の撮影方位に向けられた一対の照明手段と、第二の撮影方位に向けられた一対の照明手段を備えるものである。
本実施の形態によれば、照明手段は撮像手段の撮影方位の変更に合わせて移動させる必要がない。

以下本発明の一実施例による植物体撮像装置について説明する。
図１は本実施例による植物体撮像装置を示す図である。植物体撮像装置は、第一の撮影方位と、第一の撮影方位とは１８０度異なる第二の撮影方位とを切り替えて撮影することができる。図１（ａ）は正面図（第一の撮影方位側に向けた面を示す図）、図１（ｂ）は背面図（第二の撮影方位側に向けた面を示す図）、図１（ｃ）は左側面図である。なお、筐体の内部の状態が分かるように筐体の一部の板は省略している。
本実施例による植物体撮像装置は、指向性を有する照明光を植物体へ照射する一対の照明手段１と、植物体を撮影する撮像手段２と、照明手段１の照射範囲を規制する一対の遮光板３と、箱状の筐体４と、光を吸収する吸光材５と、制御手段６と、撮像手段２の撮影方位を切り替える撮影方位切替手段７を備えている。
照明手段１、撮像手段２、遮光板３、制御手段６、及び撮影方位切替手段７は、筐体４に設置されている。これにより、照明手段１や撮像手段２等を筐体４で保護して損傷を防止することができる。

一対の照明手段１は、筐体４のうち第一の撮影方位側の端部と第二の撮影方位側の端部に設けられている。一対の照明手段１は、一方の照明手段１Ａと他方の照明手段１Ｂからなる。一方の照明手段１Ａと他方の照明手段１Ｂとは水平方向に所定距離を隔てて鉛直に設置されている。
一対の遮光板３は、一方の遮光板３Ａと他方の遮光板３Ｂからなる。一方の遮光板３Ａは一方の照明手段１Ａの近傍において鉛直に設置され、他方の遮光板３Ｂは他方の照明手段１Ｂの近傍において鉛直に設置されている。一対の照明手段１は一対の遮光板３の間に位置する。
照明手段１及び遮光板３は筐体４の側面板から突出しないように筐体４内に収められている。これにより、照明手段１や遮光板３が植物体等と接触して照射方向や照射範囲が変わってしまうことが防止される。

撮像手段２は、筐体４の下部において、水平に対して所定角度上向きに傾けて設けられ、植物体を斜め下方から撮影する。所定角度は例えば３０度である。撮像手段２は、植物体撮像装置を第一の撮影方位側又は第二の撮影方位側から見たときに一方の照明手段１Ａと他方の照明手段１Ｂとの略中間に位置する。
撮像手段２は、撮影方位切替手段７によって向きを変えることによって、第一の撮影方位にある植物体と、第二の撮影方位にある植物体を、筐体４を反転させることなく撮影することが可能である。なお、図１において撮像手段２は第一の撮影方位に向けられている。
また、筐体４の内面は吸光材５で覆われている。吸光材５は例えば暗幕である。吸光材５を配置することで、筐体４の内面から、撮像手段２の前方に向かう反射光を防止できる。

制御手段６は、後述する移動手段８の移動時間や移動速度を制御する移動制御部６１と、撮像手段２の撮影時間や撮影タイミングを制御する撮影制御部６２と、撮像手段２で撮影した複数の画像を記憶する記憶部６３と、記憶部６３に記憶した複数の画像から展開画像を作成する画像処理部６４とを備えている。
撮影位置を変更して撮影した画像から展開画像を得ることで、例えば列方向に配列された撮像対象植物体についての画像を得ることができる。

図２は本実施例の植物体撮像装置による撮影を示す平面視した概念図である。なお、図２では第一の撮影方位にある植物体を撮影する状態を示しており、第二の撮影方位を照らす一対の照明手段１及び一対の遮光板３は図示を省略している。
一方の照明手段１Ａは左斜め方向へ照射光を照射し、他方の照明手段１Ｂは右斜め方向へ照射光を照射する。このため、互いの照射光は所定距離先で交差する。
植物体撮像装置は、他方の照明手段１Ｂから照射される第一照射領域１１と、一方の照明手段１Ａから照射される第二照射領域１２とが重なる領域を撮像対象領域１３とし、第一照射領域１１と第二照射領域１２とが重ならない領域を撮像対象領域１３外とし、撮像対象領域１３と撮像対象領域１３外とで光量差を発生させ、光量差によって、撮像手段２から所定距離Ｌの領域内に位置する撮像対象植物体８０を、撮像手段２から所定距離Ｌを越える位置にある非撮像対象植物体９０から区分して撮影する。
本実施例では、二列に植えられた植物体のうち、手前側（植物体撮像装置に近い側）の植物体を撮像対象植物体８０とし、奥側（植物体撮像装置から遠い側）の植物体を非撮像対象植物体９０としている。撮像手段２は、撮像対象領域１３に入ってきた撮像対象植物体８１を撮影する。
植物体撮像装置は、一対の遮光板３を備えることによって、撮像対象植物体８０と非撮像対象植物体９０との照度差を大きくすることができる。
なお、他方の遮光板３Ｂの内面の延長線となる第一仮想延長面３１と、一方の遮光板３Ａの内面の延長線となる第二仮想延長面３２とが交わる仮想交線３３に、撮像手段２の光軸２１を一致させることが好ましい。仮想交線３３の位置と仮想交線３３の後方との間で最も光量差が大きくなるため、撮像手段２の光軸２１を仮想交線３３に一致させることで、撮像対象植物体８０を非撮像対象植物体９０と明確に区別できる。

照明手段１は、鉛直方向に所定長さを有している。照明手段１の上端は少なくとも撮像手段２の撮影範囲の高さ以上に位置し、照明手段１の下端は撮像手段２以下に位置する。これにより、撮影範囲全体を照明手段１により十分に照らすことができる。照明手段１には、複数のＬＥＤを線状に並べたＬＥＤライン照明装置を用いる。
遮光板３は、鉛直方向に所定長さを有している。遮光板３の上端は照明手段１の上端よりも高い位置にあり、遮光板３の下端は照明手段１の下端よりも低い位置にある。
遮光板３は、筐体４に対して所定角度回動できることが好ましい。筐体４に対して遮光板３を回動させることで第一仮想延長面３１及び第二仮想延長面３２を変更でき、撮像手段２から仮想交線３３までの所定距離Ｌを調整することができる。また、照明手段１も筐体４に対して所定角度回動できることが好ましい。
なお、照明手段１の照射方向は、一対の遮光板３の間に光軸が向くようにセットされていれば良いが、撮像対象領域１３と、撮像対象領域１３外とのコントラストの差を大きくするため、一方の照明手段１Ａ及び他方の照明手段１Ｂのそれぞれの光軸が撮像対象植物体８０に向かう方向とすることが好ましい。なお、本実施例では照明手段１を遮光板３の基部に隣接配置しているが、照明手段１を遮光板３から離して配置することもできる。但し、その場合も照明手段１の光軸の向きは上述の通りとする。また、照明手段１と遮光板３とを一体的に設け、照明手段１と遮光板３の向きを同時に調整できるようにしても良い。

図３は本実施例の植物体撮像装置を側面視した概念図である。
筐体４には移動手段８を設けてあり、撮像対象植物体８０に対して筐体４を移動させることができる。移動手段８には、例えば走行台車を用いることができ、栽培ベッド９（図７参照）と栽培ベッド９との間に配置した温湯管をレール８１として走行させる。また、移動手段８には撮像手段２の高さ（鉛直方向位置）を調整できる高さ調整機構（図示せず）を設けている。高さ調整機構は、例えば移動手段８を鉛直方向に伸縮させるものであり、伸縮の度合いによって移動手段８に載置されている筐体４の高さ、ひいては筐体４に設置されている撮像手段２の高さを変えることができる。
このように、移動手段８を設けることで、筐体４の位置を変更させて撮像対象植物体８０を撮影することができる。

図４は植物体撮像装置による撮影画像を示す図であり、図４（ａ）は第一比較例の植物体撮像装置による撮影画像、図４（ｂ）は第二比較例の植物体撮像装置による撮影画像、図４（ｃ）は本実施例の植物体撮像装置による撮影画像を示している。なお、植物体はパプリカである。
また、図１３は比較例の植物体撮像装置を側面視した概念図であり、図１３（ａ）は第一比較例の植物体撮像装置を示し、図１３（ｂ）は第二比較例の植物体撮像装置を示している。
図１３（ａ）に示される第一比較例の植物体撮像装置は、撮像手段２を取り付けた一枚の平板１００を鉛直に立設し、撮像手段２を水平に向けたものである。なお、図示は省略するが、平板１００の両側部には一対の照明手段１と一対の遮光板３が取り付けられている。撮像手段２は一対の照明手段１の間に位置し、照明手段１は一対の遮光板３の間に位置する。撮像手段２と照明手段１とで植物体までの水平距離は略同じである。
図１３（ｂ）に示される第二比較例の植物体撮像装置は、撮像手段２を取り付けた一枚の平板１００を下端が上端よりも植物体に近くなるように斜めに立設し、撮像手段２を斜め上に向けたものである。なお、図示は省略するが、平板１００の両側部には一対の照明手段１と一対の遮光板３が取り付けられている。撮像手段２は一対の照明手段１の間に位置し、照明手段１は一対の遮光板３の間に位置する。

第一比較例の植物体撮像装置は、水平に向けられた撮像手段２が植物体を真横から撮影するため、図４（ａ）に示すように、果実が葉に隠れてしまう。
また、第二比較例の植物体撮像装置は、斜め上に向けられた撮像手段２によって植物体を斜め下から撮影するため果実を捉えやすい。しかし、照明手段１も斜め上に向けられているため、特に植物体撮像装置の上部で照明手段１と植物体との距離が比較的大きくなり、光量低下が生じる。このため、図４（ｂ）に示すように、植物体の上部（図中の楕円で囲った部分）が暗くなってしまう。
一方、本実施例による植物体撮像装置は、植物体を斜め下方から撮影するため、撮影対象とするトマトやパプリカ等の植物体が葉による果実の遮蔽が生じるものであっても、図４（ｃ）に示すように、撮像手段２から所定距離Ｌの領域内に位置する撮像対象植物体８０の果実を捉え、撮像手段２から所定距離Ｌを越える位置にある非撮像対象植物体９０の果実と区分して撮影することができる。また、一対の照明手段１は、植物体に対して撮像手段２よりも近い位置において鉛直に設けられているため、植物体の上部においても光量低下を生じない。光量低下が生じないことで、撮像対象領域１３と撮像対象領域１３外とで十分な光量差を発生させることができる。さらに、光量低下が生じないことで、露光時間の短縮（シャッター速度の向上）が可能となり、撮影速度の高速化が可能となる。
また、第一比較例及び第二比較例の植物体撮像装置は、平板１００に照明手段１と撮像手段２が取り付けられているため、植物体から撮像手段２を遠ざけることが構造的に難しく、レンズ視野角の制約により、目的とする撮影範囲を一台の撮像手段２では確保できない。これに対して本実施例による植物体撮像装置は、照明手段１と撮像手段２を一枚の平板に設置するものではないため、植物体に対して撮像手段２を照明手段１よりも遠方に位置させやすい。撮像手段２と植物体との水平距離を、照明手段１と植物体との水平距離よりも大きくすることで、植物体への光量低下を生じさせることなく、撮影範囲を広くとることができる。図４においては撮影画像の右側に撮影範囲を模式図で示しているが、図４（ｃ）に示す本実施例による植物体撮像装置の撮影高さが例えば約１．４ｍとすると、図４（ａ）に示す第一比較例による植物体撮像装置の撮影高さは約０．８６ｍ、図４（ｂ）に示すと第二比較例による植物体撮像装置の撮影高さは約１．０ｍであり、本実施例による植物体撮像装置は、第一比較例による植物体撮像装置に対しては約１．６倍、第二比較例による植物体撮像装置に対しては約１．４倍の撮影高さを有する。

図５は本実施例の撮像手段の斜視図である。
撮像手段２は、レンズを有する本体２２と、本体２２の前方に本体２２から離して設けられた透明パネル２３と、本体２２及び透明パネル２３を保持するブラケット２４を備える。
本体２２の前方に透明パネル２３を設けることで、レンズを含む本体２２の汚損を防止することができる。透明パネル２３の取付け角度は、本体２２の取付け角度と同じであることが好ましい。

図６は本実施例による植物体撮像装置を側面視した撮影方位切替手段の動作説明図であり、図６（ａ）は全体図、図６（ｂ）は図６（ａ）の点線楕円部分の拡大図である。
撮影方位切替手段７は、鉛直方向に所定の長さを有する一対のロッド７１とリンク機構を備える。ロッド７１の上端には把手が設けられている。一方のロッド７１は第一の撮影方位側に位置し、他方のロッド７１は第二の撮影方位側に位置している。リンク機構は、ロッド７１の下部に連接されたリンク材７２と、リンク材７２同士を接続する接続リンク材７３からなる。
このように構成された撮影方位切替手段７は、図６（ｂ）に示すように、接続リンク材７３が回転軸となり、一方のロッド７１を引き上げると他方のロッド７１が下がり、他方のロッド７１を引き上げると一方のロッド７１が下がる。接続リンク材７３には撮像手段２がブラケット２４を介して斜め上向きに取り付けられており、ロッド７１を上下に動かす操作により撮像手段２を反転させて、撮影方向を第一の撮影方位側から第二の撮影方位側へ、又は第二の撮影方位側から第一の撮影方位側へ切り替えることができる。これにより、一つの撮像手段２で両側株を撮影することができる。そのため、撮像手段２を二つ以上設ける場合と比べてコストを抑制できると共に、制御手段６による画像処理が一つの撮像手段２の分だけで済み構成が簡素化される。なお、撮影方位切替手段７の操作は手動で行うことができるが、例えば回転軸にサーボモータを配して自動的に切り替え可能とすることもできる。
また、筐体４には、第一の撮影方位に向けられた一対の照明手段１と、第二の撮影方位に向けられた一対の照明手段１が設けられているため、照明手段１は撮像手段２の撮影方位の変更に合わせて移動させる必要がない。
なお、筐体４を構成する板のうち、第一の撮影方位側に位置する板と、第二の撮影方位側に位置する板は脱着可能であり、撮像手段２の向きに応じて筐体４の一面を開放することができる。
また、ロッド７１を上下に動かす操作により、撮像手段２の上下方向の傾きの程度（水平に対する所定角度）を変えることもできる。

図７は、本実施例による植物体撮像装置の使用方法を示す説明図であり、図７（ａ）は植物体撮像装置と植物体との位置関係を示す概略側面図、図７（ｂ）は同概略平面図である。なお、図７（ａ）の植物体は、下部を摘葉した状態のトマトである。
撮像手段２は、撮影方位切替手段７により、第一の撮影方位にある一方の栽培ベッド９と、第二の撮影方位にある他方の栽培ベッド９に向けることができる。
栽培ベッド９は長手方向に複数設けられ、栽培ベッド９には二本仕立てとしたトマト株を二列に配置し、それぞれの列に配置したトマト株は、撮像手段２に近い手前株が撮像対象植物体８０となり、撮像手段２から遠い奥株が非撮像対象植物体９０となる。
栽培ベッド９の間には、レール８１が配設されており、植物体撮像装置は、レール８１に沿って移動する。
このように、植物体が列方向に配列されている場合には、植物体に対して植物体撮像装置を列方向に移動させながら撮像手段２で撮像対象植物体８０を撮影することで、列方向に並ぶ植物体や果樹の生育状況や収穫時期予測などを行うために必要な画像を得ることができる。
また、撮像手段２を固定した状態で、植物体を移動させながら撮像手段２で撮像対象植物体８０を撮影することもできる。

その他の方法として、植物体撮像装置が植物体の周囲を移動しながら撮像対象植物体８０を撮影し、又は、撮像手段２に対して植物体を回転させながら撮像手段２で撮像対象植物体８０を撮影することで、例えばポット栽培されている植物体や果樹の生育状況や収穫時期予測などを行うために必要な画像を得ることができる。

図８は本発明の一実施例による植物体撮像方法を示す概念図である。なお、図８では第一の撮影方位にある植物体を撮影する状態を示しており、第二の撮影方位を照らす一対の照明手段１及び一対の遮光板３は図示を省略している。
図８では、ポット８２に植えられた植物体を撮像手段２に対して回転させながら撮像手段２で撮像対象植物体８０を撮影する方法を示している。図８に示すように、仮想交線３３の位置を撮像対象植物体８０の略中心位置とすることで、中心位置よりも手前側の葉や果実の画像のみを取得することができる。
このように、撮像手段２に対して植物体を回転させながら撮像手段２で撮像対象植物体８０を撮影し、植物体を回転させながら撮像手段２で撮影した複数の画像を記憶部６３に記憶し、画像処理部６４において記憶部６３に記憶した複数の画像から展開画像を作成することで、奥側の葉や果実が写り込むことにより生じる計測上の誤差を防止することができる。
また、仮想交線３３の位置を、撮像対象植物体８０の略中心位置より撮像手段２側とすることにより、撮像手段２から所定距離Ｌの間にある果実の画像のみを取得することができる。こうした画像により、ロボット等により収穫が容易な、すなわち撮像対象植物体８０の外周附近にある果実のみを抽出することができる。
なお、仮想交線３３の位置を撮像対象植物体８０の略中心位置とすることや、仮想交線３３の位置を撮像対象植物体８０の略中心位置より撮像手段２側とすることは、撮像手段２が撮像対象植物体８０の周囲を移動しながら撮像対象植物体８０を撮影する場合、列方向に配列されている撮像対象植物体８０に対して植物体撮像装置を列方向に移動させながら撮像手段２で撮像対象植物体８０を撮影する場合、撮像手段２を固定した状態で、列方向に配列されている撮像対象植物体８０を移動させながら撮像手段２で撮像対象植物体８０を撮影する場合にも適用できる。
また、ハウスや露地栽培の場合には、暗環境下にある夜間に撮影することで、ノイズとなる背景情報を除去しやすく、農作業に影響を及ぼさない。また、人工光により栽培する植物工場などでは、人工光を消すことで暗環境下とし、ノイズとなる背景情報を除去することができる。

図９は本実施例による植物体撮像装置における画像処理を説明する写真である。なお、図９の写真は撮像手段２の向きを水平とした場合のものであるが、画像処理については撮像手段２を水平に対して所定角度傾けた場合も同様である。
図９（ａ）は任意のタイミングで撮影された撮影動画を示している。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す仮想交線３３に合致する画素列又は仮想交線３３に合致する画素列を含む所定幅の画素列を並べて作成した展開画像である。
図９（ｂ）に示す展開画像は、仮想交線３３に合致する画素列に相当する距離、又は仮想交線３３を含む所定幅の画素列に相当する距離を撮像手段２が移動すると、仮想交線３３に合致する画素列又は仮想交線３３に合致する画素列を含む所定幅の画素列を取得し、移動毎に取得した画素列を、移動方向に順次並べることで得ることができる。
図９（a）は、光軸２１が非撮像対象植物体９０の中心位置にあるときに取得された画像である。手前側にある撮像対象植物体８１は十分撮影できているのに対し、後方にある非撮像対象植物体９０は写り込んでいないことが分かる。第一照射領域１１又は第二照射領域１２の何れか一方に入った非撮像対象植物体９０が光軸２１の左右近傍に見えるが、展開画像として切り取る領域（仮想交線３３に合致する画素列又は仮想交線３３を含む画素列）には、非撮像対象植物体９０は写り込んでいない。
このように、仮想交線３３に合致する画素列又は仮想交線３３に合致する画素列を含む所定幅の画素列を抽出して並べることで展開画像が作成でき、図９（ｂ）に示すように、撮像手段２から所定距離Ｌの領域内に位置する撮像対象植物体８０を、非撮像対象植物体９０から明確に区分して撮影することができる。
なお、展開画像は静止画から仮想交線３３に合致する画素列又は仮想交線３３に合致する画素列を含む所定幅の画素列を抽出してもよい。

図１０は本発明の他の実施例による植物体撮像装置の側面図である。なお、上記した実施例と同一機能部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例の植物体撮像装置は、撮影方位切替手段７として回転基部７ａを備える。回転基部７ａは筐体４を下方から回転可能に支持する。筐体４には一対の照明手段１が一つだけ配置されている。
このように構成された植物体撮像装置は、回転手段をターンテーブルのように回転させることで、筐体４の向きを変え、照明手段１の照射方向及び撮像手段２の撮影方位を第一の撮影方位と第二の撮影方位とに切り替えることができる。

図１１は本発明のさらに他の実施例による植物体撮像装置の側面図である。なお、上記した実施例と同一機能部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例において、撮像手段２は、筐体４の上部において、水平に対して所定角度下向きに傾けて設けられ、植物体を斜め上方から撮影する。所定角度は例えば３０度である。これにより、例えば、植物体上部の生長点や着花部、初期の着果部の撮影、又は葉面上の病虫害被害箇所を検出しようとする際の植物体の葉面の撮影など、水平や斜め下方からでは撮影しにくい箇所を撮影しやすくなる。
なお、例えば撮像手段２を筐体４において鉛直方向に延設されたレールに上下動自在に取付け、斜下からの撮影と斜上からの撮影とを任意に切り替え可能な植物体撮像装置とすることもできる。

図１２は本発明のさらに他の実施例による植物体撮像装置を示す要部構成図である。なお、上記した実施例と同一機能部材については同一符号を付して説明を省略する。
図１２に示す実施例では、照明手段１として、複数のＬＥＤ１ａを線状に並べた線状光源と、断面が凹状のシリンドリカル反射面を有する反射鏡１ｂとを組み合わせた線状照明装置を用いた場合を示しており、このような照明手段１を用いる場合には、遮光板３を設けないこともできる。

本発明による植物体撮像装置によれば、例えば、収量予測における着果計測、病虫害・生理障害株検出、植物体量の計測に基づく葉面積計測、栽培管理実績評価、草勢判断などに利用可能である。

１ 照明手段
１Ａ 一方の照明手段
１Ｂ 他方の照明手段
１ａ ＬＥＤ
１ｂ 反射鏡
２ 撮像手段
３ 遮光板
３Ａ 一方の遮光板
３Ｂ 他方の遮光板
４ 筐体
５ 吸光材
６ 制御手段
７ 撮影方位切替手段
７ａ 回転基部
８ 移動手段
９ 栽培ベッド
１１ 第一照射領域
１２ 第二照射領域
１３ 撮像対象領域
２１ 光軸
２２ 本体
２３ 透明パネル
２４ ブラケット
３１ 第一仮想延長面
３２ 第二仮想延長面
３３ 仮想交線
６１ 移動制御部
６２ 撮影制御部
６３ 記憶部
６４ 画像処理部
７１ ロッド
７２ リンク材
７３ 接続リンク材
８０、８１ 撮像対象植物体
８１ レール
８２ ポット
９０ 非撮像対象植物体
１００ 平板
Ｌ 所定距離

Claims (7)

1. 指向性を有する照明光を植物体へ照射する一対の照明手段と、
   前記植物体を撮影する撮像手段とを備え、
   一方の前記照明手段から照射される第一照射領域と、他方の前記照明手段から照射される第二照射領域とが重なる領域を撮像対象領域とし、前記第一照射領域と前記第二照射領域とが重ならない領域を撮像対象領域外とし、
   前記撮像対象領域と前記撮像対象領域外とで光量差を発生させ、前記光量差によって、前記撮像手段から所定距離の領域内に位置する撮像対象植物体を、前記撮像手段から前記所定距離を越える位置にある非撮像対象植物体から区分して撮影する植物体撮像装置であって、
   一方の前記照明手段と他方の前記照明手段は、鉛直に立設しており、
   前記撮像手段は、水平に対して所定角度傾けて設けられており、前記植物体を斜め下又は斜め上から撮影することを特徴とする植物体撮像装置。
2. 前記撮像手段と前記撮像対象植物体との水平距離が、前記照明手段と前記撮像対象植物体との水平距離よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の植物体撮像装置。
3. 前記照明手段及び前記撮像手段が設置される筐体を備え、
   前記筐体の内面には光を吸収する吸光材が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の植物体撮像装置。
4. 前記照明手段の照射範囲を規制する一対の遮光板を備え、
   一方の前記遮光板の内面の延長線となる第一仮想延長面と、他方の前記遮光板の内面の延長線となる第二仮想延長面とが交わる仮想交線に、前記撮像手段の光軸を一致させたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の植物体撮像装置。
5. 前記照明手段は、上端が前記撮影手段の撮影範囲の高さ以上に位置することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の植物体撮像装置。
6. 前記撮像手段の撮影方位を、第一の前記撮影方位と第二の前記撮影方位とに切り替える撮影方位切替手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の植物体撮像装置。
7. 第一の前記撮影方位に向けられた一対の前記照明手段と、第二の前記撮影方位に向けられた一対の前記照明手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の植物体撮像装置。

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