JP3796526B2

JP3796526B2 - 害虫計数装置

Info

Publication number: JP3796526B2
Application number: JP2002151586A
Authority: JP
Inventors: 裕之高橋; 功大村; 通隆波; 弘志中尾; 和彦八谷; 健一深谷; 勝田中
Original assignee: Hokkaido Prefecture
Current assignee: Hokkaido Prefecture
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2022-04-17
Also published as: JP2003304788A

Description

【０００１】
【発明の属する技能分野】
本発明は、農産物の害虫防除のための農薬散布の適正化を図るために、対象害虫の発生状況を調査するための装置であり、合成フェロモンで誘因し、粘着板に捕獲して、画像処理手段により自動計数することで、農薬散布時期の決定等の判断に役立てることを目的とした、害虫発生調査に使用するために好適な、計数作業の自動化が可能となる害虫計数装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
安全な低農薬農作物への市場の要求や自然環境等の影響への配慮から、害虫防除における農薬散布の適正化が必要となってきている。農薬散布の適正化のためには、害虫の発生状況を的確に判断して、適正量散布することが求められる。そこで、害虫発生状況を調査するため、特開平５−１５２８５のようにフェロモンを設置した誘引捕獲トラップを圃場に置き、害虫の数を計数する方法が行われていた。しかし、作業者は、毎日、または、数日間隔毎に捕獲数を数えるために圃場に出かけ、多くなると数十〜百頭以上の害虫を数えなければならず、単純作業であるが、非常に面倒な作業であった。
【０００３】
そこで、特開平７−２８９１３や特開２０００−６０４０２等のように、フェロモンで誘引して、通過センサや自動秤等を装置内に備えて、自動的に害虫計数できる装置が発明されている。しかし、これらの装置では、対象害虫と対象害虫以外の虫やごみ等を判別できず、また、通過センサの場合には、羽ばたき等の動きにより同じ虫を複数回計数したり、重量計数の場合には、軽い害虫ほど誤差が大きくなるなどによる誤計数があった。誤計数が多くなると発生予察が適正に行えないなどの問題が発生する。これらの課題を解決するために、特開２００１−４５９４５では、カメラ等を備え、捉えた画像から管理者が計数処理を行う装置を発明している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、粘着板や水盤等の平板面に捕獲された虫を画像として捉え、対象害虫を自動的に判別、計数するための装置であり、通信装置等を用いることで遠隔から計数処理結果を確認でき、また、累積温度値と組み合わせて発生予報として知らせることも可能となることから、特開平７−２８９１３や特開２０００−６０４０２等の発明に対して、高精度化が図られ、また、特開２００１−４５９４５の発明に対して、管理者の労力が低減できる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このために本発明では、本出願の請求項１に記載するように、農作物の害虫防除のための農薬散布時期等を適正化するための害虫発生調査を目的とした、害虫を合成フェロモン等により誘引して捕獲し、計数する装置であって、投光手段、画像撮像手段、画像処理手段、ロール状等に巻かれた粘着剤等を塗布した帯状の粘着シートと、該粘着シートの巻き取り機構を装備し、前記粘着シート上の撮像領域内に捕獲した害虫を撮像して画像を取得し、前記画像処理手段により公知の画像計数処理を施して害虫を計数し、予め設定した、計数回数または虫捕獲数または時間経過時またはこれらの組み合わせにより、粘着シートを巻き取ることにより撮像領域に新たな粘着面を出現させることで長期間継続して計数できることを特徴とする害虫計数装置である。
【０００６】
また、この出願の請求項２に記載するように、害虫を合成フェロモン等により誘引して平板等に捕獲し画像処理手段等を用いて計数する装置であって、平板等を撮影し、虫等と背景を分離した２値画像ならびに濃淡画像を取得して、前記２値画像から画素の連結情報により得られた図形の面積ならびに図形に対する前記濃淡画像の評価値を算出し、前記面積ならびに前記評価値を予め決定した既定値と比較することで、対象害虫と対象害虫以外の虫を大きさと濃淡値の相違を基に判別して、対象害虫の計数を行うことを特徴とする害虫計数方法である。
【０００７】
また、この出願の請求項３に記載するように、請求項２に記載の投光手段と画像撮像手段として、赤外波長領域の光を撮像可能な画像撮像手段と赤外波長領域を発光する光源もしくは赤外波長領域を含む光を発光する光源を用いた投光手段を用いて濃淡画像を取得し、請求項２に記載の２値画像から得られた図形に対する前記濃淡画像の評価値を算出し、既定値と比較することで、蝶類ならびに蛾類等である鱗翅目虫と鱗翅目以外の虫とを明確に判別でき、対象害虫を高精度に計数することを特徴とした請求項２に記載の害虫計数装置である。
【０００８】
また、この出願の請求項４に記載するように、害虫を合成フェロモン等により誘引して平板等に捕獲して、画像処理手段を用いて計数する装置であって、平板等を撮像して、虫等と背景を分離した２値画像を取得し、該２値画像から画素の連結情報を基に図形を抽出し、該図形の面積、真円度、複雑度、等価楕円の長径、短径比、内接円半径等の図形特徴パラメータを算出し、算出結果と各図形特徴パラメータに対する既定値を比較し、予め設定した判定条件により前記対象害虫による図形を判別し、高精度に対象害虫の計数を行うことを特徴とする害虫計数方法である。
【０００９】
また、この出願の請求項５に記載するように、害虫を合成フェロモン等により誘引して平板等に捕獲して、画像処理装置等を用いて計数する装置において、画像に変化が現れた時点等で撮像した画像から、前回の撮像画像または処理画像との差分画像を対象に計数処理を行うことで、新たに捕獲された虫だけを処理することとなり、計測処理を行う図形を減らすことができ、処理時間が短縮できる。また、重なって捕獲された虫を時間により分割して計数することができ、誤計数の抑制につながることから、高精度に対象害虫の計数が行えることを特徴とする害虫計数方法である。
【００１０】
また、この出願の請求項６に記載するように、請求項１に記載の画像処理手段として請求項２に記載の害虫計数方法を用いることで、長期間継続して、高精度に捕獲、計数できることを特徴とする害虫計数装置である。
【００１１】
また、この出願の請求項７に記載するように、請求項１に記載の投光手段ならびに画像撮像手段として請求項３に記載の赤外波長領域の光を撮像可能な画像撮像手段と赤外波長領域を発光する光源もしくは赤外波長領域を含む光を発光する光源を用いた投光手段を用い、画像処理手段として請求項２に記載の害虫計数方法を用いることで、長期間継続して、高精度に捕獲、計数できることを特徴とする害虫計数装置である。
【００１２】
また、この出願の請求項８に記載するように、請求項１に記載の画像処理手段として請求項４に記載の害虫計数方法を用いることで、長期間継続して、高精度に捕獲、計数できることを特徴とする害虫計数装置である。
【００１３】
また、この出願の請求項９に記載するように、請求項１に記載の画像処理手段として請求項５に記載の害虫計数方法を用いることで、長期間継続して、高精度に捕獲、計数できることを特徴とする害虫計数装置である。
【００１４】
【作用】
この出願の発明によれば、これまで、目視判定により行われていた害虫計数処理を画像計数により対象害虫を判別でき、長期間、高精度に自動計数が可能となる。このことにより、労働負荷の低減ならびに害虫発生予察が正確に行えることになり、農薬散布の適正化が図られる。
【００１５】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明である害虫計数装置を実施例に基づいて具体的に説明する。しかしながら、説明に用いる各図はこれらの発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。
【００１６】
図１は、本発明における請求項１に係わる害虫計数装置の実施例の一構成例を示した概略図である。図において、Ａはロール上に巻かれた粘着シートであり、１−１ならびに１−２は投光手段、２は画像撮像手段、３は画像処理手段、４は粘着シート巻き取り機構、５は保護紙巻き取り機構、６は巻き取り機構駆動用モーター、７はシート移動量計測用ポテンショメータ、８は入り口用フードおよびルーバー、９は入り口用金網、１０は遮光箱、１１は合成フェロモンである。本実施例では、粘着シートに半透明シートを用いたため、１の投光手段に２値画像を取得するためのバックライト照明（図１の１−１）、濃淡画像を取得するための投下光照明（図１の１−２）を装備しているが、粘着シートの性質や処理内容によって、必要な画像が得られるための投光手段を装備していれば良い。
【００１７】
虫入り口や機構等の配置等については、必要な機能が実現できればよいため、設置位置や設置方法などを特定するものではない。例えば、合成フェロモンの位置は、計数処理に影響を及ぼさない位置で、かつ、害虫を誘引できればよく、ポテンショメータはシートの移動量を計測できるものであればよい。実施例では、遮光箱に開けられた虫入り口に対象害虫の大きさに合わせた金網を設置しており、対象害虫より大きな虫が入ることを防いでいる。また、入り口は、フードならびにルーバーを設置することで、空気の流れおよび遮光性能の確保と雨等の進入を防いでいる。入り口用フードならびにルーバーならびに金網は、害虫の捕獲を妨げずに、外乱光の影響や雨等の進入を排除できれば、どんなものでも、または、なくても構わない。
【００１８】
合成フェロモンにより誘引された害虫は、入り口から入り、粘着シート上に留まった時点で粘着剤により張り付き捕獲される。規定のタイミングで粘着シート上を撮像し、取得した画像から公知の画像計数処理によって対象害虫を計数することができる。
【００１９】
このとき、粘着面に張り付いた虫が多くなると重なりが増えたり、長期間放置しておくと汚れや湿気等により粘着性能が劣り、捕獲しづらくなるため、誤計測の要因になる。このため、適時に粘着シートの撮像領域に新たな粘着面を出現させる必要がある。そこで、巻き取り機構により粘着シートを巻き取ることにより、捕獲数が増えすぎて虫が重なり合うことが減り、粘着性能の劣化を防げるため、計数処理を長期間継続して行えるようになる。粘着シートの巻き取り間隔は、虫の張り付き密度や計測時間等により適切に行えばよいため、規定計数回数毎または虫の規定捕獲数（面積率）毎または規定時間経過毎または、これらの組み合わせにより決定すればよい。本実施例では、虫の面積率がおおよそ３０％以上か２日毎の規定時間経過後に粘着シートを巻き取る。これにより、計測範囲が１２ｃｍであるため、１５ｍの粘着シートで１２５回計測できることになりため、約１シーズン粘着シートを取り替えずに継続使用可能となる。また、本実施例で用いた粘着シートは、粘着面が紙で保護されており、計測箇所の直前で保護紙を剥がすことにより、長期間粘着性能を保てる。しかし、機能が実現でき、粘着性能が長期間保てる場合には、保護紙ならびに保護紙巻き取り機構は不要である。
【００２０】
請求項２以降では、対象害虫の例をコナガとして説明を行う。コナガの発生調査を行う場合に、コナガと共にコナガ以外の蛾、ハエ、蜂、蚊、甲虫類等が捕獲される場合が多い。合成フェロモンと粘着シートを圃場に設置した一例として、コナガが６頭、ハエが３頭、その他の虫等が数頭、粘着シート上に張り付いている状態の粘着シートを撮像した画像を図２、図３に示す。図２は、バックライト照明で照射して得られた２値画像であり、図３は、投下光照明を照射して撮像した濃淡画像である。
【００２１】
請求項２に記載するように、図２のように取得した２値画像から画素の連結情報を求めて、画素の塊である図形を抽出した図形抽出画像を得る。この図形抽出画像で得られた図形に対して、面積を求め、面積が既定値以上または以下の図形を削除する。本実施例では、面積は７５画素〜６００画素以内の図形以外を削除した。さらに、対象害虫を濃淡値の相違から判別するために、図形抽出画像の図形毎に対する図３に示すような前記濃淡画像の画素の濃度値による評価値を求め、既定値と比較して、既定値以上、または、以下の図形を削除することで対象害虫図形画像を求めることが出来る。本実施例では、前記評価値として濃淡値の平均を求めており、１５０以上、かつ、２００以下の場合、対象害虫とした。
【００２２】
ここでの処理は、濃淡値の相違から判別するため、濃淡画像が安定的に求められる場合、濃淡画像から対象害虫濃淡値を抽出するように設定したルックアップテーブルを用意し、ルックアップテーブル変換により２値画像を得て、該２値画像と前記図形抽出画像に対して反転処理を施した画像との差分を求め、残された画素（正の値の画素）による図形から既定値以下の面積を有する図形を削除することで対象害虫図形画像を得てもよい。この対象害虫図形画像をラベリング処理等により図形の数を数えることで対象害虫を計数できる。
【００２３】
本実施例では、図２と図３を別々に撮像しているが、バックライト照明により画像が得られない場合や背景と虫との分離が容易である場合等では、投下光照明を照射して画像を取得し、閾値処理により２値画像を取得してもかまわない。図４は、本実施例により求めた対象害虫図形画像であり、ラベリング処理を行うことにより、容易に対象害虫の数が計数できることがわかる。本実施例で行った面積、濃淡値等の既定値は、照明、カメラレンズ等の撮像条件により変わるため、装置毎に予備試験等を行い、決定する必要がある。
【００２４】
また、請求項３に記載する照明手段、画像撮像手段として、ピーク波長が９４５ｎｍの赤外ＬＥＤ照明を照射し、９４５ｎｍの光に感度を有するカメラで、図２と同じ対象を撮像した濃淡画像を図５に示す。図３と比較すると、鱗翅目虫が白く写ることがわかる。このため、請求項２について説明した処理において、濃淡画像を赤外ＬＥＤ照明で撮像した画像を用いることで、鱗翅目虫とそれ以外の虫での濃淡値の相違が大きくなり、明確に判別可能となる。本実施例では、対象害虫であるコナガは鱗翅目であるため、図２から求めた前記図形抽出画像の各図形に対応する図５の濃淡画像の濃度値から求めた計算値の差が明確になり、判別確度が向上する。
【００２５】
また、請求項４に記載する通り、撮像して得られた２値画像から、図形を求め、図形の特徴パラメータとして、面積、真円度、複雑度、等価楕円の長径、短径比、内接円半径等の図形特徴パラメータを算出し、算出結果と各図形特徴パラメータに対する既定値を比較し、予め設定した判定条件により、図形から対象害虫を判別することができ、判別した対象害虫図形から数を計数できる。本実施例では、それぞれの図形特徴パラメータの既定値ならびに判定条件として、面積が６００以上、真円度が０．４以上、複雑度が１．７以下、内接円半径が３．８〜４．９の図形は、対象害虫から外し、残った図形から、面積が７５画素〜３００画素の場合、複雑度は１．２〜２．０、かつ、等価楕円の短径、長径比は２．５以下を羽を閉じた状態のコナガとし、また、面積が２００画素〜６００画素の場合は、複雑度が１．５〜２．５を羽を広げた状態のコナガとして識別する。このように、害虫が捕獲されたときの状態により、パラメータの既定値ならびに組み合わせが異なるため、複数の判定条件を組み合わせて対象害虫を識別する。図６は、第四発明による実施例の結果の一例を示す図である。図６−ａは、２値画像であり、図６−ｂは、処理結果である。明るい色で示した図形が、本手法を用いて対象害虫と識別した図形であり、ラベリング処理等により図形数を計数でき、その結果、実際の害虫捕獲数と一致することが確認できた。このとき、設定した既定値は、撮像系のパラメータにより異なるため、撮像系毎に既定値を予め算出しておく必要があり、また、対象害虫が異なると別の図形特徴パラメータを付加したり、組み合わせを変更する必要がる。
【００２６】
また、請求項５に記載する通り、画像処理装置等により計数処理を行う場合、画像に変化が現れた時点等で、画像を取り込み、背景と虫等との分離した２値画像を取得する。該新たに取得した２値画像と前回取得しておいた２値画像との差分画像を求め、該差分画像に対して、孤立点除去等のノイズ除去処理を施した画像、または、ラベリング処理を行い、設定値以上の面積を有する図形のみに対して計数処理を施すことで、新たに捕獲した虫だけを対象とした２値画像を得ることができる。このとき、前回までに処理した図形画素を記憶しておき、新たに取得した２値画像から、前記の図形画素領域を除外した２値画像を求めても同様の結果が得られる。ここで、必要で在れば、求めた２値画像の図形以外を背景として濃淡画像を得ることができる。これらの処理により得られた画像からの計数処理は、画像を用いた公知の対象害虫計数処理により行うことが可能である。本発明により、撮影毎に全図形を対象に識別、計数処理を行うことに比べて、処理時間が短縮され、また、重なった虫を時間により分割して計数することができ、誤計数の抑制につながるため、高精度な対象害虫の計数が行える。
【００２７】
また、請求項６に記載する通り、請求項１に記載する画像処理手段に請求項２に記載の害虫計数装置を用いることで、長期間継続して、高精度な対象害虫の計数が行える
【００２８】
また、請求項７に記載する通り、請求項１に記載の投光手段ならびに画像撮像手段として請求項３に記載の赤外波長領域の光を撮像可能な画像撮像手段と赤外波長領域を発光する光源もしくは赤外波長領域を含む光を発光する光源を用いた投光手段を用いることで、長期間継続して、高精度な対象害虫の計数が行える。
【００２９】
また、請求項８に記載する通り、請求項１に記載する画像処理手段に請求項４に記載の害虫計数装置を用いることで、長期間継続して、高精度な対象害虫の計数が行える
【００３０】
また、請求項９に記載する通り、請求項１に記載する画像処理手段に請求項５に記載の害虫計数装置を用いることで、長期間継続して、高精度な対象害虫の計数が行える
【００３１】
【発明の効果】
上述の説明から明らかなように、本発明は、通過センサ等で行っていた自動害虫計数装置に対して、害虫を識別することで高機能化が実現でき、また、ロール状の粘着シートを用いることで長期間継続して捕獲・計数できることから、従来人間が行っていた、害虫の計数処理の自動化を促進させることが可能となる。これにより、農薬散布の適正化が可能となり、農作物の低農薬化が実現でき、自然環境等への影響も少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一発明の実施例の概要図である。
【図２】２値画像の一例を示す図である。
【図３】濃淡画像の一例を示す図である。
【図４】第二発明の処理結果の一例を示す図である。
【図５】投下光照明に赤外ＬＥＤを用いた濃淡画像の一例を示す図である。
【図６】第四発明の処理結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
Ａ：ロール状粘着シート
１−１、１−２：投光手段
２：画像撮像手段
３：画像処理手段
４：粘着シート巻き取り機構
５：保護紙巻き取り機構
６：巻き取り機構駆動用モーター
７：シート移動量計測用ポテンショメータ
８：入り口用ルーバー
９：入り口用金網
１０：遮光箱
１１：合成フェロモン

Claims

害虫を合成フェロモン等により誘引して捕獲し、計数する装置であって、投光手段、画像撮像手段、画像処理手段、捕獲手段としてロール状に巻かれた粘着剤を塗布した帯状の粘着シートと、該粘着シートの巻き取り機構を装備し、前記粘着シート上に捕獲した害虫を撮像して画像を取得し、前記画像処理手段により画像計数処理を施して害虫を計数し、予め設定した計数回数または虫捕獲数またはこれらの組み合わせにより、粘着シートを巻き取り新たな粘着面を出現させることを特徴とする害虫計数装置。
請求項１記載の画像処理手段であって、前記粘着シートに捕らえた虫等を撮像した画像に対して、虫等と背景を分離した２値画像ならびに濃淡画像を取得して、前記２値画像から画素の連結情報により得られた図形の面積ならびに図形に対する前記濃淡画像の評価値を算出し、前記面積ならびに前記評価値を予め決定した既定値とを比較して、既定値以上または以下の図形を削除することにより、対象害虫と対象害虫以外の虫を判別して、対象害虫の計数を行うことを特徴とする請求項１に記載の害虫計数装置。
請求項２に記載の濃淡画像を取得するにあたり、赤外波長領域の光を撮像可能な画像撮像手段と赤外波長領域を発光する光源もしくは赤外波長領域を含む光を発光する光源を用いた投光手段を用いて取得することにより、請求項２に記載の２値画像から得られた図形に対する前記濃淡画像の評価値を算出し、既定値と比較することで、赤外光で光る鱗翅目虫と鱗翅目以外の虫を判別し、対象害虫を計数することを特徴とした請求項２に記載の害虫計数装置。
請求項１記載の画像処理手段であって、前記粘着シートに捕らえた虫等を撮像した画像に対して、虫等と背景を分離した２値画像を取得し、該２値画像から画素の連結情報を基に図形を抽出し、当該図形の面積、真円度、複雑度、等価楕円の長径、短径比、内接円半径等の図形特徴パラメータを算出し、算出結果と各図形特徴パラメータに対する既定値を比較し、予め設定した判定条件により前記対象害虫による図形を判別し、対象害虫の計数を行うことを特徴とする請求項１に記載の害虫計数装置。
請求項１記載の画像処理手段において、害虫の計数処理を行うにあたり、撮像画像と前回の撮像画像または処理画像との差分画像を用い、新たに捕獲した虫だけに対して計数処理を行い、前回の計数結果と組み合わせることで、処理時間の短縮および重なり合った害虫に対して計数が行えることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４に記載の害虫計数装置。