JP3885046B2

JP3885046B2 - 植物生育解析装置

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Publication number: JP3885046B2
Application number: JP2003322545A
Authority: JP
Inventors: 徹石塚; 知子篠村; 高也七夕; 泰秀松村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2023-09-16
Also published as: JP2005087042A

Description

本発明は、植物の遺伝子機能に関わる生育情報をとらえる解析装置に関する。

植物の遺伝子機能解析において、遺伝子を改変した植物体を様々な環境条件下で栽培し、その生育過程における植物体の形状や色、もしくは特定の事象の起こる時間を観察・計測して、遺伝子を改変していない野生型の植物体と比較することで標的遺伝子の機能の解明が行われてきた。このため、従来、研究者は多数の植物試料を栽培し、定期的に観察対象である植物が栽培してある圃場もしくは温室に赴き、あるいは観察対象が植えてある栽培容器を観察に適した場所に持ち込んで、目視または手動のカメラを使用した写真撮影によって観察を行った。また生育状況を定量的に計測する場合、測定する目的部位に定規、分度器、ノギス等をあてて実測していた。

自動的に植物の生育状況を記録する方法としては、カメラを使った画像による監視装置が考案されている。その公知例として、特許文献１（特開平６−１３８０４１号公報）では植物の生育状態の良否を監視するための装置が提案されている。カメラを用いて苗の生育状態を画像で取り込み、取り込んだ画像を評価し、生育状態の良・不良の判別を自動的に行なう。特許文献２（特開２００２−２８１４９３号公報）では、撮影対象をカメラ装置で撮影して、撮影した各画像と得られたときの温度、湿度などの各観測結果とを関連させる生態観察システムが考案されている。さらに特許文献３（特開２００３−０５０９９６号公報）では、時系列画像の撮影において、画像内に対象物を常に一定の位置・アングルで撮影する手段を有する画像取得装置が提案されている。

複数の植物を栽培しながら栽培に必要な処作業を効率よく行なう方法としては、搬送機構を用いて移動させながら作業を行なう装置が考案されている。特許文献４（特開２００１−９５３８３号公報）は、複数の植物と培養液をコンベアで搬送して、省スペースで照明効果を向上させる植物栽培装置である。

また特許文献５（特開２０００−２３５７４号公報）では、温室内を育成領域と作業領域に分割して仕切り、この温室内を無端搬送装置により複数の植物を移動して、作業領域内で座ったまま農薬散布、潅水、芽吹き等の農作業ができる植物工場が考案されている。

特開平６−１３８０４１号公報

特開２００２−２８１４９３号公報特開２００３−０５０９９６号公報特開２００１−９５３８３号公報特開２０００−２３５７４号公報

植物個体の表現型から遺伝子機能解析を行なうためには、遺伝的な背景の違う品種や育種系統について、数系統から数万系統以上に対して、生育過程のあらゆる時期において形態の変化の様子を網羅的に解析する必要がある。

しかし、従来の植物生育データの解析作業は、作業者が圃場や温室に植えられている植物体1個体ごとに測定や写真撮影を手作業で行わなければならず、測定および測定結果の照合工程に多くの時間がかかり、多くの労力と解析時間が必要になっていた。このため、数時間から数日程度の、数ヶ月に及ぶ生育期間に比べると、はるかに短い時間スケールでの形態の変化の様子を見逃すことがあった。あるいは、労働力に応じて観察項目を限定するなど、連続的かつ網羅的な解析は不可能であった。

近年、人工的な栽培環境下においてカメラを用いて自動的に生育の状況を記録する方法が行われてきている。植物試料近傍にビデオカメラを固定して連続撮影することで、目視による観察の際に生じた見落としや多大な労力が軽減できる。しかし、多数の試料の生育を同時に観察、記録するためには、個体数に応じた多数の撮影機器を設置する必要がある。その上、得られた画像から生育情報の計測をするためには撮影対象の植物のみを画像に捉える必要があるが、限られた空間の中で撮影対象外の植物が撮影対象の植物と重なり合わないようにすることは非常に困難である。

本発明は、このような問題点を鑑みてなされたもので、長期にわたる植物の生育過程における形態変化を解析するために、多数の植物試料を同時に栽培しながら、個々の植物試料をそれぞれ単独で、かつ常に一定の位置・アングルで生育情報を取得することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、複数の植物試料を栽培するための栽培領域と植物試料の生育に関する情報を取得するための情報領域とを分離し、情報を取得すべき植物試料を前記栽培領域と情報領域との間で物理的に移動させる手段を備えて、情報取得が必要となったときのみ情報領域に植物試料を移動させて生育情報を取得する。得られた生育情報、もしくは、その情報に基づく解析データは格納手段に格納する。ここで、生育情報はディジタル情報として扱われ、いわゆる、パソコン等のコンピュータによる管理が可能とされる。前記生育情報、もしくは、その情報に基づく解析データを格納する格納手段は、コンピュータの記憶媒体（たとえば、ハードディスク）が適している。さらにコンピュータのプログラムにより、前記生育情報、もしくは、その情報のデータ解析、情報取得のための植物試料の移動および植物試料の育成の日常的な管理も行なうことができる。

長期にわたる植物の生育過程における形態変化を解析するために、多数の植物試料を同時に栽培しながら、個々の植物試料をそれぞれ単独で、かつ常に一定の位置・アングルで生育情報として記録することができ、遺伝子機能解析に必要な詳細な植物の生育情報を得ることができる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、生育情報を取得する手段として、カメラを用いた植物生育解析装置を示す。

（実施例１）
図１は、本発明の植物生育解析装置の実施例１の概略を示す図である。実施例１に示す装置１は、複数の植物試料を栽培し、且つ、複数の植物試料を移動させる第１の試料移動機構２を備える栽培領域１３と、前記第１の試料移動機構２の所定の位置９で生育情報を取得する対象の植物試料１個体を、それ以外の複数の植物試料から分離して情報領域１４に移動させる第２の試料移動機構３とを備える。情報領域には、この領域に移動された植物試料１個体を撮影するカメラ４が備えられる。５はコンピュータであり、あらかじめ備えられているプログラムにより、前記試料移動機構２、３およびカメラ４の動作を制御する。すなわち、ある植物試料が生育情報を取得する日時になると、前記試料移動機構２を制御して、対象の植物試料を前記所定の位置９に移動させ、前記試料移動機構３を制御して、対象の植物試料を情報領域に移動させる。次いで、前記カメラ４を操作して撮影対象である植物試料を撮影する。なお、カメラ４で取得された画像データは記憶媒体６に格納するとともに、取得した画像データは解析され、解析データも記憶媒体６に格納される。

実施例１の装置１は、コンピュータ５により設定した任意の時間になると、第１の試料移動機構２が撮影対象の植物試料をカメラ４正面の所定の位置９に搬送する。カメラ４の正面位置９に来た上記植物試料は、第２の試料移動機構３により垂直上方に移動される。撮影位置まで上昇すると停止される。撮影位置に上記植物試料が停止すると、カメラ４によって撮影対象の植物試料のみの撮影を行い、得られた画像をコンピュータ５に取り込み、さらに記憶媒体６に格納する。上記動作を装置使用者がコンピュータ５で設定した時間間隔および撮影回数で繰り返し行い、植物の生育過程を連続的かつ自動的に画像として記録していく。

ここで生育情報を取得する手段として、カメラ４の代わりに３次元情報を取得するためのデジタイザーやレーザースキャナーを用いてもよい。また、目的によって色計測機器や温度計測機器を設置もしくは併用することも可能である。

図２は実施例１の装置の第１の試料移動機構２の平面図を示す図である。

試料移動機構２は、周回する一定の軌道１２Ｒをもち、その軌道１２Ｒ上に連結した台車１２を設置している。連結された台車１２上のそれぞれに植物試料を植えた栽培容器８を載置して、コンピュータ５の制御により決められた時間ごとに植物試料を周回させる。このとき、コンピュータ５の制御により、植物試料を所定の生育条件を満足するように、水遣り、日照等の管理を行なうが、この栽培領域における植物試料の育成は、本願発明の主題では無いので、説明は省略する。なお、本発明の実施には、栽培容器８には、底から水や土が抜けることのない定型の容器を用いるのが便である。

周回する一定の軌道１２Ｒ上の連結された台車１２に取り付けた車輪は、自由に向きが変わるようにすることにより、試料移動機構２の軌道１２Ｒ上をスムーズに移動できる。台車１２同士は同じ長さの連結金具１０で連結し、複数個連結した台車１２の末端同士を連結して輪の状態にして、試料移動機構２である軌道１２Ｒ上に設置される。軌道に沿って試料が移動した場合に、隣り合った台車１２同士の位置関係が変化するため、連結金具１０の台車１２への取り付け部は自由に角度が変わるようになっている。

連結された台車１２の軌道１２Ｒの所定の場所で、軌道１２Ｒの下に、連結された台車１２を１台車分の幅だけ移動させるためのシリンダー１１を設ける。図２では、このシリンダー１１を示す意味で、ドットを付した領域を示した。連結された台車１２は、シリンダー１１により、台車１台分の幅だけ軌道１２Ｒ上を移動させられる。なお、図２において、４は図１におけるカメラ、９はこの正面位置を示す。

図３（Ａ）、（Ｂ）は、図２に示すシリンダー１１の動作を説明する側断面図を示す図である。図３（Ａ）に示すように、シリンダー１１は伸縮腕１１Ａを備えていて、初期位置で台車１２の移動を指示されたとき、伸縮腕１１Ａを伸ばして、直上にある台車１２の所定の位置、例えば中央部、にある開口１２Hと連結する。次いで、伸縮腕１１Ａを台車１２の開口１２Hと連結した状態で、白抜きの矢印のように、台車１台分の幅だけ伸縮腕１１Ａを移動させる。この結果、軌道１２Ｒ上の全ての台車が台車１台分の幅だけ矢印方向に移動して停止する。次いで、図３（Ｂ）に示すように、台車１２と連結していた伸縮腕１１Ａを縮ませて、台車１２と伸縮腕１１Ａの連結を解除するとともに、伸縮腕１１Ａを縮ませたまま、図３（Ａ）に示す初期位置に戻る。台車１２の移動が必要とされるタイミングごとに、この動作を繰り返すものとすれば良い。したがって、台車１２は、台車１台単位の大きさで、間欠移動をされる。この制御は、全て、コンピュータ５によるシーケンス制御とすれば良い。なお、シリンダー１１はモーターにより、駆動するものとしてもよい。

図４（Ａ）、（Ｂ）は実施例１の装置の第２の試料移動機構３の一実施形態の側断面図を示す図である。試料移動機構３は、試料移動機構２の軌道１２Ｒ上の所定の位置９において、図１におけるカメラ４による撮影位置に植物試料１個体のみを垂直上方に移動させる。図４（Ａ）に示すように、所定の位置９の軌道１２Ｒの下に、伸縮腕１７を備えたスライダー１６を設ける。伸縮腕１７は、初期位置では、図に示すように台車１２の下面に接触しない位置で待機している。また、撮影対象の植物試料が他の植物試料から分離して撮影されるのに十分な高さが得られるだけの長さを有するものとされる。図４（Ｂ）に示すように、伸縮腕１７は、台車１２の開口１２Hを通して、スライダー１６によって垂直上方に伸ばされるのに伴い、撮影対象の栽培容器８を押し上げる。撮影位置に達したら上昇が停止される。伸縮腕１７は、撮影対象の植物試料の撮影が終了したら、図４（Ａ）に示す初期位置に戻される。この制御は、全て、コンピュータ５によるシーケンス制御とすれば良い。

実施例１では、台車１２の中央の開口１２Hは、図３（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明したように伸縮腕１１Ａを使用して、台車の移動をするのに利用されるとともに、伸縮腕１７によって植物試料を垂直上方に移動させるのにも利用される。したがって、このことを考慮した大きさとする。なお、台車１２と伸縮腕１１Ａとの係合は台車１２の開口１２Hを利用する代わりに台車１２の底面に適当な突起部を設けて、これと伸縮腕１１Ａとが係合するようにしても良い。この場合でも、台車１２の中央の開口１２Hは伸縮腕１７によって植物試料を垂直上方に移動させるのに利用されるから、これを考慮した大きさとする。

実施例１で説明した装置によれば、コンピュータ５による管理の下に、所定の時期に、所定の育成状態にある植物試料のデータを収集することができる。

（実施例２）
図５は、本発明の植物生育解析装置の実施例２の概略の斜視図を示す図である。実施例２に示す装置１は、第１の試料移動機構２を複数の植物試料を周回させる軌道１２Ｒに代えて、Ｘ−Ｙステージとした点において実施例１に示す装置１と異なる。複数の植物試料を栽培する栽培領域１３と、これらの複数の植物試料の一個体の撮影を行なって植物試料の情報を取得する情報領域１４が上下に配列された構成となっている点では、実施例１に示す装置１と同じである。

栽培領域１３の複数の植物試料はＸ−Ｙステージ１５上に、所定の間隔で配置される。このＸ−Ｙステージ１５は栽培領域１３内をＸＹ方向に自由に移動することができるようになっている。ただし、この移動は、実施例１の台車１２の移動と同様に、植物試料１個の占有面積単位の大きさで、間欠移動をされる。したがって、どのように移動させられても、停止しているときは、植物試料は、必ず、カメラ４は実施例１に示す装置１と同様に、伸縮腕１７の直上にあることになる。Ｘ−Ｙステージ上の複数の植物試料の１個体のみを垂直上方に移動させた状態で撮影を行なう。実施例２に示す装置１では、複数の植物試料がＸ−Ｙステージ上に配置され、Ｘ−Ｙステージは、任意の位置に移動可能とされるから、カメラ４は天井から吊るした形とされた。コンピュータ５で設定した任意の時間になると、Ｘ−Ｙステージ１５上の植物試料は、Ｘ−Ｙステージ１５をＸＹ方向に移動させて、栽培領域１３の所定の位置へ移動され、そこで第２の試料移動機構３によって、カメラ４に対応する位置まで持ち上げられ、撮影される。

実施例２に示す装置１の第２の試料移動機構３も、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す実施例１に示す装置１のそれと同様に、伸縮腕１７を備えたスライダー１６とすれば良い。このためには、実施例１に示す装置１で台車１２に開口１２Ｈを設けたのと同様に、Ｘ−Ｙステージ１５にも、植物試料の載置位置に対応する場所に、伸縮腕１７が通るための、適当な開口１５Ｈを持たせることが必要である。

（実施例３）
実施例１および実施例２では、植物試料をカメラ４との関係において、対応する位置に移動させることについて説明したが、植物試料の回転角を管理することについては言及しなかった。

図６、図７および図８は、植物試料の回転角を管理するための工夫を説明する。植物試料の回転角を管理するためには、第２の試料移動機構３のスライダー１７に支持された栽培容器８が、スライダー１７との関係を所定の角度を持てるようにする手段およびスライダー１７の回転を制御する手段が必要となる。

図６は栽培容器８の底部に取り付けられるアダプター板１８を説明するものであり、図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）は断面図、図６（Ｃ）は底面図を示す。図６（Ｂ）に示す断面図は、図６（Ａ）に示す平面図のＡ−Ａ位置において矢印方向に見た断面である。アダプター板１８は栽培容器８を受ける底面１８_１、栽培容器８の横ずれを防ぐ周辺突起部１８_２、アダプター板１８（したがって、栽培容器８）の回転をさせるための開口１８_３および栽培容器８をアダプター板１８に載置する時の両者の相対角度を決める開口１８_４を備える。なお、栽培容器８の底面には、図示しなかったが開口１８_４に対応する突起を設ける。栽培容器８とアダプター板１８の相対角度は開口１８_４に代えて、周辺突起部１８_２の内面と栽培容器８の側面に両者の関係を所定のものとするための構造を持つものとしても良い。あるいは、栽培容器８の底面に開口１８_４に対応する小穴を設け、アダプター板１８には開口１８_４に代わる突起を設けても良い。なお、両者の相対角度を決める開口１８_４は省略しても良い。これは、両者の摩擦により、載置した位置が保持できるので、相対位置を考慮して載せるだけでも良いからである。また、開口１８_３の間隔は、両開口１８_３の外面間が開口１２Hの径より小さいものとする。

また、アダプター板１８の栽培容器８を受ける面と反対の面にはスライダー１７との応対位置、すなわち、栽培容器８の中心位置がスライダー１７の中心位置と対応するようにするための突起１８_５およびアダプター板１８が台車１２またはＸ−Ｙステージ１５上で正しい位置に載置されるようにガイドする突起１８_６が設けられる。このため、ここでは、図示しなかったが、台車１２またはＸ−Ｙステージ１５の上面には、これを受け入れるための小穴が必要である（図７（Ｂ）参照）。突起１８_６とこの小穴の関係は逆にして、台車１２またはＸ−Ｙステージ１５の上面に突起１８_６を、アダプター板１８に小穴を設けるものとしても良い。なお、突起１８_５の大きさは、開口１２Hまたは１５Ｈより十分小さいものとし、突起１８_６の間隔は開口１２Hまたは１５Ｈの径より大きいものとする必要がある。

図７は栽培容器８の底部にアダプター板１８が取り付けられた状態と台車１２の関係を説明するものであり、図７（Ａ）はアダプター板１８を断面で示す側面図、図７（Ｂ）は台車１２の断面図、図７（Ｃ）は台車１２の平面図を示す。図７（Ｂ）に示す断面図は、台車１２の中心位置で、図３および図４に示した状態に見た断面である。図７（Ａ）に示すように、アダプター板１８の底面１８_１上に栽培容器８を載置する。このとき、アダプター板１８の開口１８_４と栽培容器８の底面の開口１８_４に対応する突起とが両者の相対位置を規定する。

図７（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、台車１２に小穴１２Ｓが設けられ、これが、アダプター板１８の栽培容器８を載置する底面１８_１の反対面に設けられた突起１８_６と対応している。したがって、これが一致するように、栽培容器８を台車１２上に載置すれば、栽培容器８と台車１２との相対位置関係は予定されたものとなる。１２Ｈは図３、図４で説明した台車１２の開口である。ここではＸ−Ｙステージ１５については説明しなかったが、台車１２をＸ−Ｙステージ１５と読み替えれば、同様に位置関係を決めることができる。

図８は台車１２上に載置された栽培容器８の一つを第２の試料移動機構３によって複数の植物試料から分離した情報領域に移動させる第２の試料移動機構３の伸縮腕１７とスライダー１６を、回転制御に対応するように工夫した状態をより具体的に説明する断面図である。伸縮腕１７の上端面に位置決めベース１９を取り付ける。位置決めベース１９は本体１９_１の中央部に開口１９_３を有し、その両側に突起１９_２を備える。開口１９_３はアダプター板１８の栽培容器８を載置する底面１８_１の反対面に設けられた突起１８_５と対応している。また、両側の突起１９_２はアダプター板１８の栽培容器８を載置する底面１８_１の反対面に設けられた二つの開口１８_３と対応している。

図８では、図の説明の便宜上、栽培容器８を載置したアダプター板１８と位置決めベース１９とは分離して示したが、これらは、図４（Ｂ）に示すように、両者は接触している。初期位置では、台車１２の下面に接触しない位置で待機している位置決めベース１９を伸縮腕１７によって押し上げれば、台車１２上に正しく載置された栽培容器８のアダプター板１８は位置決めベース１９の開口１９_３とアダプター板１８の突起１８_５が嵌り合い、両側の突起１９_２がアダプター板１８の二つの開口１８_３と嵌り合った状態で、図４（Ｂ）に示したように押し上げられる。図８では、伸縮腕１７の回転を制御するための回転ステージ２３を設置する。したがって、回転ステージ２３によって伸縮腕１７の回転を制御すれば、栽培容器８はカメラに対して任意の向きを取ることができる。このときの回転中心は、位置決めベース１９の開口１９_３に嵌り合っているアダプター板１８の突起１８_５である。ここでもＸ−Ｙステージ１５については説明しなかったが、台車１２をＸ−Ｙステージ１５と読み替えれば、同様に位置関係を決めることができる。

なお、実施例３で説明した突起と開口あるいは小穴との関係は、相対的なものであるから、逆にしても良いことは言うまでもない。

（実施例４）
図９は、本発明の植物生育解析装置の実施例４の概略の斜視図を示す図である。実施例４に示す装置１は、複数の植物試料を栽培する栽培領域１３の第１の試料移動機構２が複数の植物試料を周回させる軌道１２Ｒによるものとした点では実施例１に示す装置１と同じである。しかし、複数の植物試料の一個体の撮影を行なって植物試料の情報を取得する情報領域１４に移動させる第２の試料移動機構３が、第１の試料移動機構２に隣接して設けられた周回軌道によるものとされている点で、実施例１に示す装置１と異なる。

図９においては、第１の試料移動機構２は実施例1で説明したのと同様に、台車１２と周回軌道１２Ｒとすれば良い。第２の試料移動機構３も、実施例1で説明した台車１２と周回軌道１２Ｒによるものとしてこれの規模を小さいものとすれば良い。ただし、第１の試料移動機構２と第２の試料移動機構３との接点となる場所、すなわち、栽培領域１３から第２の試料移動機構３に植物試料を移動させるためのロボットが必要となる。ここではアーム３３とコントロールボックス３４として示した。すなわち、第１の試料移動機構２の台車１２上に載置された植物試料が所定の位置９に来た時、アーム３３によりこれを持ち上げて回転して第２の試料移動機構３の台車上に植物試料を載置することにすれば良い。この制御は、コンピュータ５によるシーケンス制御とすれば良い。なお、第２の試料移動機構３は、試料移動機構３上の台車が、所定の位置９に隣接した位置と情報領域１４との間をシリンダー等で往復する直線軌道としても良い。

実施例３で説明したように、情報領域１４での植物試料の回転を考えると、第２の試料移動機構３の台車は、実施例１とは異なり、小穴１２Ｓを有する回転ロータ備えたものとするのが良い。すなわち、第１の試料移動機構２の台車１２上では図６−８を参照して説明したように、台車１２に対して一定の状態を保持できるようにしておき、第２の試料移動機構３の台車に移された後も、実施例１と同様、小穴１２Ｓにより台車に対して一定の状態を保持できるようにするとともに、小穴１２Ｓを備えた回転ロータを図８の要領で回転制御するものとするのが良い。

（実施例５）
図１０（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の植物生育解析装置の実施例５の複数の植物試料の栽培領域１３の第１の試料移動機構２から、複数の植物試料の一個体の撮影を行なって植物試料の情報を取得する情報領域１４に移動させる第２の試料移動機構３の部分のみの概略を示す平面図である。図１０（Ａ）は、実施例４に示したと同様のロボットアーム３３とコントロールボックス３４によって栽培容器８を掴み、それを水平移動もしくは持ち上げて情報領域１４に移動させる例であり、図１０（Ｂ）は、実施例４に示したと同様のロボットアーム３３とコントロールボックス３４によって栽培容器８を掴み、それを持ち上げて回転移動させて、情報領域１４に移動させる例である。

この例でも、第１の試料移動機構２の特定位置９で植物試料を移動させることにするのが良い。コンピュータ５で制御するとともに、位置精度を保つため、ロボットアーム３３には位置センサーを取り付ける。

（その他の実施例）
情報領域１４には、植物試料の撮影のみならず、植物体の１部を切り取りサンプリングを行なう手段を備えることも可能である。このための手段およびサンプリングした植物体の解析の概要を図１１に示す。図１１において、栽培容器８の側面に示したラベル８１は植物試料を特定するためのコード番号を表示するためのものである。サンプリングする葉の位置を認識するセンサーを取り付けたロボットアーム２７によって葉を切り取る。切り取った葉は破砕し、カラムにより不要な組織を排除して精製し、たんぱく質や代謝物質などの成分を抽出する。これを電気泳動や質量分析計で解析することで、画像を撮影したときにおける植物体内での成分の組成や量を知ることができる。

撮影された画像は、コンピュータ５で取り込み、試料ごとに画像データとして整理され、記憶媒体６に記録される。また画像データをもとに生育特性の計測を行い、図１２のように数値化、グラフ化し、生育特性データとして画像データともに記憶媒体６に格納される。格納された画像データおよび生育特性データはリンクさせておくことにより個々の試料ごとに相互に参照できるようにすることができる。なお、各植物試料データにそれぞれインデックスを付して、相互に容易に比較できるようにするのが良い。

図１２では、画像からの生育特性の計測の一例として、植物の草丈計測について示す。撮影された画像をコンピュータのモニター上に映し出し、植物体の基部（ａ_１，ｂ_１）と葉の先端部（ａ_２，ｂ_２）の画像上での座標を読み取り、ｙ軸方向のピクセル数ｃ＝ｂ_２−ｂ_１を算出する。また事前に、長さ既知のものを植物の撮影で用いたカメラで撮影して、上記と同様に画像上の座標からｙ軸方向のピクセル数を算出し、１ピクセルが実際の長さのＸｍｍに相当するかを計算する。これより、実際の植物体の草丈Ｈを、Ｈ＝ｃ×Ｘ（ｍｍ）として換算することができる。これを全ての画像の任意の葉に対して行なうことで、草丈の変化の様子をグラフ化することができる。

各植物試料の判別は、栽培容器８もしくはアダプター板１８にラベルを貼り付けて、それをセンサーが読み取ることで判別する。複数の植物試料の中で原点となる栽培容器８もしくは台車１２を定め、それをｓａｍｐｌｅ１として、センサーが検知するラベルを添付する。撮影の際に、センサーがこのラベルを検知して、常にこの試料から撮影を開始することで、隣りの試料を順にｓａｍｐｌｅ２，３，４・・・とすることができる。また、各栽培容器８もしくはアダプター板１８に認識番号を記載したバーコードを貼り付け、撮影ごとにセンサーで認識させてもよい。

本発明の植物試料には、必要なら、試料ごとに透明な保護カバー２８を装着するのが良い。試料が試料移動機構２上にあるときには植物試料７はこの保護カバー２８内に入っていて、植物試料７が撮影位置に設置されたときには取り払われて撮影を妨げないようにする。例えば、図１３で示すように、透明の材料の円筒２８を試料移動機構２の台車１２に固定する。試料移動機構２上では常に植物試料７は保護カバー２８に覆われている。円筒２８の天井板の部分は開閉可能な構造とされる。例えば、台車１２の上面にスイッチを設けておき、図４（Ｂ）に示すように、伸縮腕１７で栽培容器８が持ち上げられた時このスイッチがオンになって天井板が開かれるようにすれば良い。情報取得が終わって栽培容器８が台車１２の上面に戻ってきたとき、スイッチがオフとなり、再び、天井板が閉じるようにすれば良い。これにより、植物試料７の搬送時に植物体同士が接触して植物体が痛むこと、および撮影領域に撮影対象外の植物体の一部が入ることをさけることができる。なお、保護カバー２８の天井板は省略しても良い。保護カバー２８には、保護カバー２８をつけたまま給水を行えるよう、給水口２９を取り付ける。給水時に、給水口２９にノズルを挿入してそこから水を供給する。

本発明の装置１の栽培領域１３は、温度、湿度、照度、照明時間を調節することのできる人工気象器内に設置する。温度、湿度、照度、照明時間を調節することで、様々な栽培環境を設定し、栽培環境が生育に及ぼす影響を解析する。また、植物試料の撮影は情報領域で行なうものであり、この領域は、撮影時に照度を一定に保つことができるため、撮影環境の影響を受けない安定した画像を得ることができる。

前述した各実施例において、試料移動機構３は、試料移動機構２の軌道上に複数箇所設定することが可能である。複数箇所に設定することで、撮影可能な場所を増やし、撮影時間間隔を短くすることを可能とする。また、撮影箇所によって撮影距離や撮影角度などの違うカメラを設置することで、様々な違った情報を取得することができるようになる。また、撮影は、コンピュータ５によるシーケンス制御として、所定の時間間隔でカメラ４によって行われるものとするのが良い。植物試料７は、撮影後は、試料移動機構３によって元の軌道上に戻される。どの植物試料７をどのようなスケジュールで撮影するかはコンピュータ５にスケジューリングすることにより、人手を煩わせることなく、情報収集ができる。

本発明の植物生育解析装置の実施例１の概略を示す図である。実施例１の装置の第１の試料移動機構２の平面図を示す図である。（Ａ）、（Ｂ）は、図２に示すシリンダー１１の動作を説明する側断面図を示す図である。（Ａ）、（Ｂ）は実施例１の装置の第２の試料移動機構３の一実施形態の側断面図を示す図である。本発明の植物生育解析装置の実施例２の概略の斜視図を示す図である。栽培容器８の底部に取り付けられるアダプター板１８を説明するものであり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は底面図を示す図であり、（Ｂ）に示す断面図は、（Ａ）に示す平面図のＡ−Ａ位置において矢印方向に見た断面である。栽培容器８の底部にアダプター板１８が取り付けられた状態と台車１２の関係を説明するものであり、（Ａ）はアダプター板１８を断面で示す側面図、（Ｂ）は台車１２の断面図、（Ｃ）は台車１２の平面図を示す。（Ｂ）に示す断面図は、台車１２の中心位置で、図３および図４に示した状態に見た断面である。台車１２上に載置された栽培容器８の一つを第２の試料移動機構３によって複数の植物試料から分離した情報領域に移動させる第２の試料移動機構３の伸縮腕１７とスライダー１６を、回転制御に対応するように工夫した状態をより具体的に説明する断面図である。本発明の植物生育解析装置の実施例４の概略の斜視図を示す図である。（Ａ）は、実施例４に示したと同様のロボットアーム３３とコントロールボックス３４によって栽培容器８を掴み、それを水平移動もしくは持ち上げて情報領域１４に移動させる例を示す平面図であり、（Ｂ）は、実施例４に示したと同様のロボットアーム３３とコントロールボックス３４によって栽培容器８を掴み、それを持ち上げて回転移動させて、情報領域１４に移動させる例を示す平面図である。情報領域１４に備えられる植物体の１部を切り取りサンプリングを行なう手段およびサンプリングした植物体の解析の概要を示す図である。画像からの生育特性の計測の一例としての植物の草丈計測例を示す図である。植物試料ごとに透明な保護カバーを装着するときの保護カバーを備えた台車１２の例を示す図である。

符号の説明

１…植物生育解析装置、２…第１の移動機構、３…第２の移動機構、４…カメラ、５…コンピュータ、６…記憶媒体、７…植物試料、８…栽培容器、９…第１の移動機構上の特定位置、１０…連結金具、１１…シリンダー、１１Ａ…伸縮腕、１２…台車、１２Ｒ…周回軌道、１２Ｈ…開口、１３…栽培領域、１４…情報領域、１５…Ｘ−Ｙステージ、１６…スライダー、１７…伸縮腕、１８…アダプター板、１９…位置決めベース、２３…自動回転ステージ、３３…ロボットアーム、３４…コントロールボックス、２７…サンプリング用ロボットアーム、２８…保護カバー、２９…給水口。

Claims

複数の植物試料がそれぞれ独立して植栽された複数の栽培容器、
前記複数の栽培容器を所定のルート上を、所定の位置関係を保持して搬送するための搬送手段と、
よりなる栽培領域と、
前記植物試料の生育に関する情報を取得するための前記栽培領域とは構造的に分離された情報領域と、
前記複数の植物試料の内の一つを前記栽培領域と前記情報領域との間で移動させる試料移動機構と、
前記情報領域に移動された植物試料の生育情報を取得する情報取得手段と、
前記搬送手段、前記試料移動機構および前記情報取得手段を所定のシーケンシャル制御するためのコンピュータと、
を備える植物生育解析装置において、
一面に前記栽培容器を載置するためのアダプター板と、
該アダプター板の前記栽培容器の底面と接触しない他面に備えられた突起または小穴と、
前記搬送手段に前記栽培容器が前記アダプター板を介して載置されたとき、前記アダプター板の他面に備えられた前記突起または小穴と係合する小穴または突起が前記搬送手段に備えられたことを特徴とする植物生育解析装置。
前記アダプター板の前記栽培容器の底面と接触しない他面の前記栽培容器の回転中心に対応する位置に設けられた突起または小穴と、
前記試料移動機構が前記栽培容器を前記搬送手段の前記栽培容器の載置面と垂直方向に移動させるための伸縮棒とされているとき、前記伸縮棒の前記アダプター板の他面に接触する面に前記アダプター板の突起または小穴と係合する小穴または突起を備えて、前記伸縮棒の回転に応じて前記アダプター板に回転力を作用させるものである請求項１に記載の植物生育解析装置。
前記搬送手段が、前記アダプター板を載置した位置で前記伸縮棒を通過させるに十分な大きさの開口を有する請求項２に記載の植物生育解析装置。