JP3902160B2

JP3902160B2 - Organic component estimation device for soil

Info

Publication number: JP3902160B2
Application number: JP2003182339A
Authority: JP
Inventors: 良学高橋
Original assignee: Iwate Prefectural Government
Current assignee: Iwate Prefectural Government
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: JP2005017115A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌の色要素から土壌中に含まれる有機成分量を算出する土壌用有機成分の推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、土壌中の有機成分量として、例えば、全炭素量，全窒素量等を測定することを行なう。この測定方法としては、従来、例えば、乾燥燃焼法，チューリン法，ケルダール法等が知られている。
【０００３】
また、従来においては、上記の方法が比較的手間のかかる方法なので、簡易に推定することも行なっている。この推定方法は、例えば、非特許文献１（「土壌調査ハンドブック改訂版」）に記載され、土壌の色が濃くなるほど土壌中に含まれる有機成分量が大きくなるという関係があることから、人間がカラーチャートと土壌の明度を比較して、目視によりに有機成分量を推定している。
【０００４】
【非特許文献１】
日本ペトロジー学会編、「土壌調査ハンドブック改訂版」、株式会社博友社、１９９７年８月３日発行、ｐ．７０−ｐ．７１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような有機成分量の推定方法にあっては、人間が目視する主観的経験に基づくので、推定した有機成分量に個人差が生じてしまい、その推定された有機成分量にバラツキがあり、不安定で信頼性に劣るという問題があった。
また、主観的経験をもとに推定されてもいることから、土壌に含まれる有機成分量に近い推定成分量を出すには、ある程度の経験を積み熟練を要するという問題もあった。
本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、経験や熟練を必要とせずに、誰が行なっても土壌中の有機成分量と略同じ有機成分量を推定できるようにした土壌用有機成分の推定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明の土壌用有機成分の推定装置は、所定量の湿潤させた土壌を収納する容器と、該容器に収納された土壌表面を撮像する撮像部と、該撮像部が撮像した画像に基づいて土壌表面の輝度を検出するとともに該検出した輝度に基づいて上記土壌中の有機成分量を算出する算出部とを備えて構成している。
【０００７】
この土壌用有機成分の推定装置を使用して有機成分量を推定する場合は、容器に有機成分量を推定したい土壌を入れて、撮像部を作動させて、画像を取得し、算出部を作動させ、この取得した画像から有機成分量を算出する。
これにより、算出部が撮像部で取得した画像をもとに有機成分量を推定することから、経験や熟練を必要とせずに、誰が行なっても土壌中の有機成分量と略同じ有機成分量を推定できる。
【０００８】
また、上記算出部に、上記撮像部が撮像した画像に基づいて土壌表面の輝度を検出する土壌輝度検出手段と、予め基準になる土壌表面の輝度と該土壌中の有機成分量との相関関係を記憶する相関関係記憶手段と、上記土壌輝度検出手段で検出された土壌の輝度と上記相関関係記憶手段に記憶した相関関係とから上記土壌中の有機成分量を算出する成分量算出手段とを備えて構成している。
本願発明者らは、土壌表面の輝度と土壌中の有機成分量との間に、相関関係があることを見出し、実験により、その相関を把握した。本発明では、この相関関係から、土壌中の有機成分量が算出される。相関関係に基づくので、経験や熟練を必要とせずに、誰が行なっても土壌中の有機成分量と略同じ有機成分量を推定できる。
【０００９】
更に、上記容器として透明な材料で形成したものを用い、上記撮像部を、ベースと、該ベース上の上記容器を下から走査して画像を取得するスキャナとを備えて構成し、上記算出部に、上記スキャナから出力された画像から上記容器の土壌の表面のみの画像を抜き出す土壌画像抽出手段を備えて構成し、上記土壌輝度検出手段を、上記土壌画像抽出手段から抽出された土壌画像中の各画素の輝度を検出する画素輝度検出手段と、該画素輝度検出手段が検出した各画素の輝度から平均輝度を算出する平均輝度算出手段とを備えて構成し、上記成分量算出手段を、上記平均輝度に基づいて有機成分量を算出する構成としている。
【００１０】
撮像部で画像を撮像し平均輝度を算出する場合には、ベースの上に容器を載置し、このベース上の容器をスキャナが走査して画像を取得する。そして、この取得した画像から、容器の土壌表面のみの画像を土壌画像抽出手段で抽出し、この抽出した画像から土壌輝度検出手段の画素輝度検出手段が各画素の輝度を検出し、この各画素の輝度を平均輝度算出手段で画像の平均輝度を算出する。それから、成分量算出手段で有機成分量を推定する。
【００１１】
土壌画像抽出手段によって、各容器毎の土壌表面のみの画像を抜き出し、この画像の各画素の平均輝度を求めるので、誤差が少なくなり、検出輝度のバラツキが防止される。
また、スキャナは、一般に市販されているものでよく、既存のものを使用できるので、導入コストを安価に抑えることができる。
【００１２】
更にまた、上記容器が複数設けられ上記撮像部のベースに載置される白色のトレーを備え、上記スキャナを上記トレーに設けられた複数の容器を下から走査するよう構成し、
上記土壌画像抽出手段を、上記スキャナから出力されたトレーの裏面の画像から該トレーの白色の部分を除くとともに各容器毎に区分けして各容器の土壌の表面画像のみを抜き出す機能を備えて構成し、上記土壌輝度検出手段を、上記各容器毎にその土壌画像中の各画素の輝度から平均輝度を算出する機能を備えて構成し、上記成分量算出手段を、上記各容器毎に有機成分量を算出する機能を備えて構成している。
【００１３】
複数の土壌の平均輝度を算出する場合には、トレー上の複数の容器に土壌を入れてベース上に載置し、スキャナで走査して画像を取得する。そのため、スキャナで取得した複数の容器の画像を一度に処理できるので、処理効率が向上させられる。
【００１４】
また、必要に応じ、上記容器と上記トレーを一体形成している。容器を持ち運ぶ際はトレーを持てばよく取扱性が向上し、また、容器の位置決めが確実になる。
【００１５】
次にまた、必要に応じ、上記容器近傍に輝度の基準となるカラーバーを備え、上記スキャナを上記ベース上の容器及びカラーバーを走査して画像を取得するように構成し、上記算出部に、上記スキャナから出力された画像から上記カラーバーのみの画像を抜き出すカラーバー画像抽出手段と、該カラーバー画像抽出手段で抽出されたカラーバーの画像から該カラーバーの輝度を検出するカラーバー輝度検出手段と、該カラーバー輝度検出手段が検出したカラーバーの輝度を基準に上記土壌の輝度の補正を行なう補正手段とを備えて構成している。
【００１６】
土壌輝度検出手段の補正手段により、土壌画像抽出手段で抽出された画像が補正されることから、相関関係に用いられた輝度の基準に補正することができ、例えば、スキャナのメーカー，型，種類によって異なるＣＣＤ等の性能等のスキャナから取得した画像の各画素の輝度の違いがあっても、これを是正することができ、検出精度が向上させられる。
【００１７】
更に、必要に応じ、上記輝度をＲ輝度としている。最適なパラメータとして、土壌中の有機成分量と略同じ有機成分量を安定して推定できる。
また、必要に応じ、上記算出部から算出される有機成分量を、全炭素量としている。また、必要に応じ、上記算出部から算出される有機成分量を、全窒素量としている。土壌改良の際等に、参考とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る土壌用有機成分の推定装置について詳細に説明する。
【００１９】
図１に示すように、この土壌用有機成分の推定装置Ｓの基本的構成は、容器１０と、撮像部２０と、算出部３０とを備えている。
容器１０は、図１乃至図３に示すように、所定量の土壌１１が収納され、ガラス，プラスチック樹脂，石英ガラスなどの透明な材料でカップ状に形成されている。また、この容器１０は、行列状（実施の形態では２行５列の１０個）の所定の位置に配置され、複数がトレー１２に列設されている。トレー１２は各容器１０と同材質で各容器１０と一体に形成され、容器１０以外の部分は、白色に着色されている。
【００２０】
トレー１２には、各容器１０に入れた土壌１１の識別が容易なように、各容器１０の近傍であってトレー１２の表側に容器１０の番号が付されているとともに、撮像部２０に備えられる後述のベース上に載置可能な大きさの矩形状に形成されている。また、トレー１２の容器１０以外の部分のトレー１２の側縁部のいずれか一カ所であって、ベースに接する面には土壌１１の色の基準となり算出部３０の後述の補正手段で用いられるカラーバー１３が備えられている。カラーバー１３は、例えば、矩形状に区画された黒，灰，白の３色で構成されている。
【００２１】
撮像部２０は、図１に示すように、容器１０に収納された土壌１１表面を撮像し、トレー１２が載置されるベース２１と、ベース２１上のトレー１２を走査して画像を撮像するスキャナ２２とを備えて構成されている。
ベース２１は、例えば、Ａ４サイズの原稿載置台で形成されている。
【００２２】
スキャナ２２は、ベース２１の上のものにベース２１の下から蛍光管やＬＥＤの光を照射し、その反射光をＣＣＤセンサ等によりＲＧＢ輝度を読みとってＲＧＢ輝度を取得し、デジタル画像として撮像している。Ｒ輝度，Ｇ輝度，Ｂ輝度は、夫々、０から２５５までの２５６段階であって、画像の画素はこのＲＧＢ輝度の組み合わせからなり、約１６００万通りの色が表現される。
スキャナ２２は、一般に市販されているものでよく、既存のものを使用することから導入コストを安価に抑えることができる。
【００２３】
算出部３０は、図１に示すように、撮像部２０のスキャナ２２が撮像した画像から土壌中の有機成分量を算出するもので、土壌画像抽出手段３１と、カラーバー画像抽出手段３２と、カラーバー輝度検出手段３３と、土壌輝度検出手段３４と、成分量算出手段３５と、相関関係記憶手段３６とを備えている。
【００２４】
詳しくは、土壌画像抽出手段３１は、図４及び図５に示すように、スキャナ２２から出力された画像２３から上記容器１０の土壌１１の表面のみの画像１１ａを抜き出す機能を備えている。
例えば、土壌画像抽出手段３１は、予め、容器１０の底にバックグラウンド測定用の白いサンプルを敷き、これをスキャナ２２で走査して、各容器１０によって異なる光の透過率等のバックグラウンドを、各容器１０毎に記憶しておく。それから、スキャナ２２から出力されたトレー１２の裏面の画像２３から、トレー１２の白色の部分を除くとともに各容器１０毎に区分けして各容器１０の表面のみの画像を抜き出し、この各容器１０の表面の画像から各容器１０毎のバックグラウンドを除いて、各容器１０の土壌の表面画像１１ａのみを抽出している。
この際、例えば、カラーバー１３と各容器１０との位置関係から、各容器１０の番号と各容器１０の土壌の表面画像１１ａとを関連付けておく。
【００２５】
カラーバー画像抽出手段３２は、スキャナ２２から出力された画像から、トレー１２に設けられたカラーバー１３のみの画像を抜き出している。
カラーバー輝度検出手段３３は、カラーバー画像抽出手段３２から出力されたカラーバー１３の画像から、白，灰，黒の夫々の部位のＲ輝度を検出している。
【００２６】
土壌輝度検出手段３４は、画素輝度検出手段３７と、補正手段３８と、平均輝度算出手段３９とを備え、土壌画像抽出手段３１から抽出された各容器１０の土壌の表面画像毎に輝度を検出している。
画素輝度検出手段３７は、土壌画像抽出手段３１から抽出された土壌１１表面の画像中の各画素のＲ輝度の検出を行なっている。この値は、上記のように０から２５５までの２５６段階である。
【００２７】
補正手段３８は、画素輝度検出手段３７から検出された土壌表面画像１１ａ中の各画素２４の輝度を補正し、例えば、カラーバー輝度検出手段３３が検出したカラーバー１３の白，灰，黒の夫々の部位のＲ輝度を基準に土壌１１の輝度の補正を行なっている。
平均輝度算出手段３９は、補正手段３８で補正された画像１１ａの各画素２４のＲ輝度をたし合わせ、この画像を構成する画素数で除算して平均Ｒ輝度を算出している。
【００２８】
成分量算出手段３５は、土壌輝度検出手段３４から出力された各容器１０に入れられた土壌１１表面の平均Ｒ輝度を、後述の相関関係記憶手段３６に記憶されている基準になる土壌１１表面の輝度と有機成分量の相関関係に照らし合わせて、この土壌１１に含まれる有機成分量を算出する。それから、図６に示すように、算出部３０に接続されたディスプレイモニタやプリンタ等の出力機器４０に、各容器１０の番号とともに輝度と有機成分量と併記した表４１を表示させる。
【００２９】
相関関係記憶手段３６には、基準になる土壌表面の輝度とこの土壌中の有機成分量との相関関係が記憶されている。この相関関係は、図７及び図８に示すように、例えば、有機成分量である全炭素量及び全窒素量の重量パーセントを、予め多数の試験土壌において、上記の従来の技術に記載した乾燥燃焼法，チューリン法，ケルダール法等により実測値として正確に求め、一方、その試験土壌を上記の容器１０に入れてスキャナ２２で走査し、土壌画像抽出手段３１で画像を抜き出し、土壌輝度検出手段３４で平均Ｒ輝度を算出し、そして、上記の実測値と算出された平均Ｒ輝度との相関を最小２乗法等で予測式化して定められている。
本発明の実施の形態に係る有機成分量の推定装置Ｓにおいては、試験土壌に岩手県内各地の水田や畑から採取された土壌を用いている。
【００３０】
乾燥燃焼法は、測定したい土壌を完全燃焼して行なうもので、土壌を燃焼して発生した燃焼ガス中の炭素をＣＯ₂に、また、窒素はＮ₂の形態に変換して土壌中の全炭素量及び全窒素量を測定する。
チューリン法は、測定したい土壌に濃硫酸と所定量のクロム酸を加えて残ったクロム酸を定量して全炭素量を測定する。
ケルダール法は、測定したい土壌に濃硫酸とともに強熱して分解したものを蒸留し、この際に捕集されるアンモニア量を定量することにより全窒素量を測定する。
【００３１】
従って、この土壌用有機成分の推定装置Ｓを使用して有機成分量を推定する場合は、まず、有機成分量を推定したい風乾土壌を容器１０に入れる。複数ある場合は、適宜別の容器１０に入れていく。
風乾土壌は、例えば、通風乾燥機等で土壌を４０℃〜５０℃の状態で２〜３日乾燥させた後、２ｍｍの孔を有した円孔ふるいを通したものである。
次に、各容器１０に、所定量のアルコールや純水等を加えて風乾土壌を充分湿らせて、湿潤土壌とする。
【００３２】
次にまた、スキャナ２２のベース２１にトレー１２を載置する。トレー１２と容器１０が一体に形成されているので、容器１０を持ち運ぶ際はトレー１２を持てばよく取扱性が向上する。
そして、スキャナ２２を作動させ、図４に示すように、トレー１２の表面の画像２３を撮像し、この画像を算出部３０に出力する。
【００３３】
そして、算出部３０を作動させて、各容器１０毎の平均Ｒ輝度と全炭素量，全窒素量の推定量を得る。
詳しくは、算出部３０が作動すると、土壌画像抽出手段３１と、カラーバー画像抽出手段３２と、カラーバー輝度検出手段３３と、土壌輝度検出手段３４と、成分量算出手段３５と、相関関係記憶手段３６とを介してスキャナ２２から出力された画像２３が処理されていく。
【００３４】
即ち、土壌画像抽出手段３１は、図５に示すような、Ｒ輝度の土壌１１表面のみの画像１１ａを各容器１０毎に抜き出す。一方、カラーバー画像抽出手段３２がカラーバー１３の画像を抜き出し、カラーバー輝度検出手段３３がカラーバー１３の画像から白，灰，黒の各Ｒ輝度を算出する。
そして、土壌輝度検出手段３４において、画素輝度検出手段３７が土壌１１の表面の画像１１ａの各画素のＲ輝度を検出し、この検出した各画素のＲ輝度を補正手段３８がカラーバー１３のＲ輝度を基準に補正し、平均輝度算出手段３９がこの補正後の画像１１ａの各画素２４を構成するＲ輝度の値を全てたし合わせ、この画像１１ａを構成する画素２４の総画素数で除算して平均Ｒ輝度を算出する。
【００３５】
この場合、土壌輝度検出手段３４の補正手段３８により、土壌画像抽出手段３１で抽出された画像１１ａが補正されることから、例えば、スキャナ２２のメーカー，型，種類によって異なるＣＣＤ等の性能等のスキャナ２２から取得した画像２３の各画素２４の輝度の違いがあっても、これを是正することができ、検出精度が向上させられる。
【００３６】
次に、成分量算出手段３５は、土壌輝度検出手段３４で検出された容器１０毎の土壌１１表面の平均Ｒ輝度と相関関係記憶手段３６に記憶した相関関係とから容器１０毎の土壌中の有機成分量としての全炭素量及び全窒素量を算出する。全炭素量においては、図７に示すように、平均輝度算出手段３９で算出された平均Ｒ輝度が例えば７５．０であった場合、相関関係記憶手段３６の相関関係に照らし合わせて、全炭素量５．３重量パーセントを算出する。また、全窒素量においては、図８に示すように、全窒素量０．３７重量パーセントを算出する。これを、図６に示すように、各容器１０に入れられた土壌毎に行ない、最後に、各容器１０に付された番号，Ｒ輝度，全炭素量，全窒素量を表４１にしてディスプレイに表示する。
【００３７】
この場合は、容器１０に土壌を入れてスキャナ２２で画像２３を撮像するだけで、有機成分量が算出されるので、経験や熟練を必要とせずに、誰が行なっても土壌中の有機成分量と略同じ有機成分量を推定できる。
また、この、有機成分量の推定は、従来のように人間が目視する主観的経験に基づくものではないので、有機成分量に個人差が生じることがなく略一義的に推定でき、有機成分量にバラツキが生じることがなく安定し、信頼性も向上させられる。
更に、スキャナ２２で取得した複数の容器１０の画像２３を一度に処理できるので、処理効率が向上させられる。
【００３８】
そしてまた、ＲＧＢ輝度のうち、Ｒ輝度から算出したので最適なパラメータとして、土壌中の有機成分量と略同じ有機成分量を安定して推定できる。
このようにして推定された全炭素量及び全窒素量は、施肥等の土壌改良の際の参考に供することができる。
【００４０】
尚、本発明の実施の形態に係る土壌用有機成分の推定装置Ｓにおいては、Ｒ輝度を用い、このＲ輝度と有機成分量との相関関係を用いて有機成分量を推定したが、これに限定されるものでなく、Ｇ輝度、Ｂ輝度、あるいは、ＣＭＹ輝度（Ｍ；マゼンタ，Ｃ；シアン，Ｙ；イエロー）のＣ輝度，Ｍ輝度，Ｙ輝度等や、これらの輝度の組み合わせ等を用いて推定してよく、適宜設計変更して差し支えない。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の土壌に含まれる有機成分量によれば、算出部が撮像部で取得した画像をもとに有機成分量を相関関係に基づいて推定することから、経験や熟練を必要とせずに、誰が行なっても土壌中の有機成分量と略同じ有機成分量を推定できる。即ち、有機成分量の推定は、従来のように人間が目視する主観的経験に基づくものではないので、有機成分量に個人差が生じることがなく略一義的に推定でき、有機成分量にバラツキが生じることがなく、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る土壌用有機成分の推定装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る土壌用有機成分の推定装置の容器及びトレーを示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る土壌用有機成分の推定装置の容器及びトレーを示す裏面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る土壌用有機成分の推定装置の撮像部で撮像された画像を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る土壌用有機成分の推定装置の土壌画像抽出手段で抽出された画像を一部拡大した図とともに示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る土壌用有機成分の算出部で算出された算出結果の出力例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る土壌用有機成分の推定装置の相関関係記憶手段に記憶されるＲ輝度と全炭素量との相関関係のグラフを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る土壌用有機成分の推定装置の相関関係記憶手段に記憶されるＲ輝度と全窒素量との相関関係のグラフを示す図である。
【符号の説明】
Ｓ土壌用有機成分の推定装置
１０容器
１１土壌
１１ａ土壌表面の画像
１２トレー
１３カラーバー
２０撮像部
２１ベース
２２スキャナ
３０算出部
３１土壌画像抽出手段
３２カラーバー画像抽出手段
３３カラーバー輝度検出手段
３４土壌輝度検出手段
３５成分量算出手段
３６相関関係記憶手段
３７画素輝度検出手段
３８補正手段
３９平均輝度算出手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a soil organic component estimation device that calculates the amount of organic components contained in soil from the color elements of the soil.
[0002]
[Prior art]
In general, as the amount of organic components in the soil, for example, the total carbon amount, the total nitrogen amount, etc. are measured. As this measuring method, conventionally, for example, a dry combustion method, a Turin method, a Kjeldahl method and the like are known.
[0003]
Conventionally, since the above method is a relatively time-consuming method, a simple estimation is also performed. This estimation method is described in, for example, Non-Patent Document 1 ("Soil Survey Handbook Revised Edition"), and since there is a relationship that the amount of organic components contained in soil increases as the soil color increases, By comparing the lightness of the color chart and soil, the amount of organic components is estimated visually.
[0004]
[Non-Patent Document 1]
Edited by Japanese Society of Petrology, “Soil Survey Handbook Revised Edition”, Hirotomo Co., Ltd. 70-p. 71
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in such an estimation method of the amount of organic components, since it is based on a subjective experience that a human visually observes, an individual difference occurs in the estimated amount of organic components, and the estimated amount of organic components varies. There was a problem of being unstable and inferior in reliability.
In addition, since it is estimated based on subjective experience, there is a problem that a certain amount of experience is required to obtain an estimated component amount close to the amount of organic components contained in the soil.
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it does not require experience or skill, and anyone who performs it can estimate the amount of organic components in the soil substantially the same as the amount of organic components in the soil. An object is to provide a component estimation apparatus.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An apparatus for estimating an organic component for soil according to the present invention for achieving such an object includes a container for storing a predetermined amount of wet soil, an imaging unit for imaging the soil surface stored in the container, And a calculation unit that detects the luminance of the soil surface based on the image captured by the imaging unit and calculates the amount of organic components in the soil based on the detected luminance.
[0007]
When estimating the amount of organic components using this soil organic component estimation device, put the soil for which you want to estimate the amount of organic components in the container, operate the imaging unit, acquire the image, and operate the calculation unit The amount of organic component is calculated from the acquired image.
As a result, the amount of organic components is estimated by the calculation unit based on the image acquired by the imaging unit, so that the amount of organic components in the soil is almost the same as the amount of organic components in the soil, without any experience or skill. Can be estimated.
[0008]
Also, the upper Symbol calculator, and soil brightness detecting means for detecting the brightness of the soil surface the imaging unit based on the image captured, the soil surface to be pre-reference luminance and the organic component amount of the soil Correlation storage means for storing the correlation, and component amount calculation means for calculating the amount of organic component in the soil from the brightness of the soil detected by the soil brightness detection means and the correlation stored in the correlation storage means And comprising.
The inventors of the present application found that there is a correlation between the brightness of the soil surface and the amount of organic components in the soil, and grasped the correlation by experiment. In the present invention, the amount of organic components in the soil is calculated from this correlation. Since it is based on the correlation, it is possible to estimate the amount of organic components that is substantially the same as the amount of organic components in the soil without anyone having experience or skill.
[0009]
Furthermore, using those formed of a transparent material as the container, the imaging unit, and the base over the scan, scanned from below the container on the base and configured to include a scanner for acquiring images, the The calculation unit includes a soil image extraction unit that extracts an image of only the surface of the soil of the container from the image output from the scanner, and the soil brightness detection unit is extracted from the soil image extraction unit. A pixel luminance detecting unit that detects the luminance of each pixel in the image; and an average luminance calculating unit that calculates an average luminance from the luminance of each pixel detected by the pixel luminance detecting unit, the component amount calculating unit Is configured to calculate the amount of organic component based on the average luminance.
[0010]
When an image is captured by the imaging unit and the average luminance is calculated, a container is placed on the base, and the scanner scans the container on the base to acquire the image. Then, from this acquired image, an image of only the soil surface of the container is extracted by the soil image extracting means, and the pixel luminance detecting means of the soil luminance detecting means detects the luminance of each pixel from the extracted image, and each pixel The average luminance of the image is calculated by the average luminance calculating means. Then, the amount of organic component is estimated by the component amount calculation means.
[0011]
Since the soil image extraction means extracts an image of only the soil surface for each container and obtains the average luminance of each pixel of this image, the error is reduced and the variation in detected luminance is prevented.
In addition, the scanner may be a commercially available one, and an existing one can be used, so that the introduction cost can be reduced.
[0012]
Furthermore, a plurality of the containers are provided, and a white tray placed on the base of the imaging unit is provided, and the scanner is configured to scan the plurality of containers provided on the tray from below,
The soil image extracting means is configured to have a function of removing only the white portion of the tray from the image on the back surface of the tray output from the scanner and extracting only the soil surface image of each container by dividing the tray into each container. The soil brightness detection means is configured to have a function of calculating the average brightness from the brightness of each pixel in the soil image for each of the containers, and the component amount calculation means for the organic component for each of the containers. It has a function to calculate the quantity.
[0013]
When calculating the average brightness of a plurality of soils, the soil is placed in a plurality of containers on the tray and placed on the base, and scanned with a scanner to obtain an image. Therefore, since the images of a plurality of containers acquired by the scanner can be processed at once, the processing efficiency can be improved.
[0014]
Moreover, the said container and the said tray are integrally formed as needed. When carrying the container, it is sufficient to hold the tray to improve handling and to ensure the positioning of the container.
[0015]
Next, if necessary, a color bar serving as a luminance reference is provided in the vicinity of the container, and the scanner is configured to acquire an image by scanning the container and the color bar on the base. Color bar image extracting means for extracting only the color bar image from the image output from the scanner, and color bar brightness for detecting the brightness of the color bar from the color bar image extracted by the color bar image extracting means It comprises detection means, and correction means for correcting the brightness of the soil based on the brightness of the color bar detected by the color bar brightness detection means.
[0016]
Since the image extracted by the soil image extraction means is corrected by the correction means of the soil brightness detection means, it can be corrected to the brightness standard used for the correlation. For example, the manufacturer, type, and type of the scanner Even if there is a difference in the brightness of each pixel of the image acquired from the scanner, such as the performance of a different CCD or the like, this can be corrected, and the detection accuracy is improved.
[0017]
Further, the luminance is set as R luminance as necessary. As an optimum parameter, it is possible to stably estimate an organic component amount substantially the same as the organic component amount in the soil.
If necessary, the amount of organic components calculated from the calculation unit is the total carbon amount. If necessary, the amount of organic component calculated from the calculation unit is the total nitrogen amount. It can be used as a reference when improving soil.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, based on an accompanying drawing, the estimating device of the organic ingredient for soil concerning an embodiment of the invention is explained in detail.
[0019]
As shown in FIG. 1, the basic configuration of the soil organic component estimation device S includes a container 10, an imaging unit 20, and a calculation unit 30.
As shown in FIGS. 1 to 3, the container 10 stores a predetermined amount of soil 11 and is formed in a cup shape with a transparent material such as glass, plastic resin, or quartz glass. Further, the containers 10 are arranged at predetermined positions in a matrix (10 in the embodiment, 2 rows and 5 columns), and a plurality of the containers 10 are arranged in the tray 12. The tray 12 is made of the same material as each container 10 and is formed integrally with each container 10, and the portions other than the containers 10 are colored white.
[0020]
In order to easily identify the soil 11 put in each container 10, the tray 12 is provided with the imaging unit 20 in addition to the number of the container 10 in the vicinity of each container 10 and on the front side of the tray 12. It is formed in a rectangular shape having a size that can be placed on a later-described base. In addition, any one of the side edges of the tray 12 other than the container 10 of the tray 12 that is in contact with the base serves as a reference for the color of the soil 11 and is used by correction means described later of the calculation unit 30. A color bar 13 is provided. The color bar 13 is composed of, for example, three colors of black, gray, and white divided into rectangular shapes.
[0021]
As shown in FIG. 1, the imaging unit 20 images the surface of the soil 11 stored in the container 10, and scans the base 21 on which the tray 12 is placed and the tray 12 on the base 21 to capture an image. And a scanner 22.
The base 21 is formed of, for example, an A4 size document placing table.
[0022]
The scanner 22 irradiates the light on the base 21 from the fluorescent tube or the LED from below the base 21, reads the RGB brightness with the CCD sensor or the like to obtain the RGB brightness, and captures it as a digital image. ing. R luminance, G luminance, and B luminance are each 256 steps from 0 to 255, and the pixels of the image are composed of combinations of the RGB luminances, and about 16 million colors are expressed.
The scanner 22 may be a commercially available one, and since an existing one is used, the introduction cost can be kept low.
[0023]
As shown in FIG. 1, the calculation unit 30 calculates the amount of organic components in the soil from the image captured by the scanner 22 of the imaging unit 20, and includes a soil image extraction unit 31, a color bar image extraction unit 32, Color bar luminance detecting means 33, soil luminance detecting means 34, component amount calculating means 35, and correlation storage means 36 are provided.
[0024]
Specifically, as shown in FIGS. 4 and 5, the soil image extraction means 31 has a function of extracting an image 11 a of only the surface of the soil 11 of the container 10 from the image 23 output from the scanner 22.
For example, the soil image extraction means 31 previously lays a white sample for background measurement on the bottom of the container 10 and scans it with the scanner 22, and the background such as the light transmittance that varies depending on each container 10. This is stored for each container 10. Then, from the image 23 on the back surface of the tray 12 output from the scanner 22, the white portion of the tray 12 is removed and the image is extracted only on the surface of each container 10 by dividing the container 10. By removing the background for each container 10 from the surface image, only the surface image 11a of the soil of each container 10 is extracted.
At this time, for example, the number of each container 10 and the surface image 11 a of the soil of each container 10 are associated with each other based on the positional relationship between the color bar 13 and each container 10.
[0025]
The color bar image extraction unit 32 extracts only the color bar 13 provided on the tray 12 from the image output from the scanner 22.
The color bar luminance detecting unit 33 detects the R luminance of each of white, gray, and black from the image of the color bar 13 output from the color bar image extracting unit 32.
[0026]
The soil brightness detection means 34 includes a pixel brightness detection means 37, a correction means 38, and an average brightness calculation means 39, and detects brightness for each surface image of the soil of each container 10 extracted from the soil image extraction means 31. is doing.
The pixel luminance detecting unit 37 detects the R luminance of each pixel in the image of the surface of the soil 11 extracted from the soil image extracting unit 31. This value is 256 steps from 0 to 255 as described above.
[0027]
The correcting unit 38 corrects the luminance of each pixel 24 in the soil surface image 11a detected from the pixel luminance detecting unit 37, and, for example, white, gray, and black of the color bar 13 detected by the color bar luminance detecting unit 33. The brightness of the soil 11 is corrected based on the R brightness of each part.
The average luminance calculating unit 39 calculates the average R luminance by adding the R luminance of each pixel 24 of the image 11a corrected by the correcting unit 38 and dividing the result by the number of pixels constituting this image.
[0028]
The component amount calculation means 35 uses the average R brightness of the surface of the soil 11 put in each container 10 output from the soil brightness detection means 34 as the reference stored in the correlation storage means 36 described later. The amount of organic components contained in the soil 11 is calculated in light of the correlation between the brightness of the soil and the amount of organic components. Then, as shown in FIG. 6, a table 41 is displayed on the output device 40 such as a display monitor or a printer connected to the calculation unit 30 together with the number of each container 10 together with the luminance and the amount of organic components.
[0029]
The correlation storage means 36 stores the correlation between the reference soil surface brightness and the amount of organic components in the soil. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, for example, the weight percentage of the total carbon amount and the total nitrogen amount, which are organic component amounts, was previously measured in a large number of test soils. Accurately obtained as an actual measurement value by a combustion method, a Turin method, a Kjeldahl method, etc. On the other hand, the test soil is placed in the container 10 and scanned by the scanner 22, an image is extracted by the soil image extraction means 31, and a soil brightness detection means The average R luminance is calculated at 34, and the correlation between the measured value and the calculated average R luminance is determined by a prediction formula using the least square method or the like.
In the organic component amount estimation apparatus S according to the embodiment of the present invention, soil collected from paddy fields and fields in Iwate Prefecture is used as the test soil.
[0030]
The dry combustion method is carried out by completely burning the soil to be measured. Carbon in the combustion gas generated by burning the soil is converted into CO ₂ and nitrogen is converted into N ₂ form. Measure carbon and total nitrogen.
In the Turin method, concentrated sulfuric acid and a predetermined amount of chromic acid are added to the soil to be measured, and the remaining chromic acid is quantified to measure the total carbon content.
The Kjeldahl method measures the total amount of nitrogen by distilling the pyrolysis with concentrated sulfuric acid on the soil to be measured and quantifying the amount of ammonia collected at this time.
[0031]
Therefore, when estimating the organic component amount using the soil organic component estimating device S, first, the air-dried soil whose organic component amount is to be estimated is placed in the container 10. If there are a plurality of them, they are put in another container 10 as appropriate.
The air-dried soil is obtained by, for example, drying a soil for 2 to 3 days in a state of 40 ° C. to 50 ° C. with a ventilation dryer or the like, and then passing it through a round hole sieve having 2 mm holes.
Next, a predetermined amount of alcohol, pure water, or the like is added to each container 10 to sufficiently moisten the air-dried soil to form wet soil.
[0032]
Next, the tray 12 is placed on the base 21 of the scanner 22. Since the tray 12 and the container 10 are integrally formed, when the container 10 is carried, it is only necessary to hold the tray 12 and the handleability is improved.
Then, the scanner 22 is operated, and as shown in FIG. 4, an image 23 of the surface of the tray 12 is taken, and this image is output to the calculation unit 30.
[0033]
And the calculation part 30 is operated and the estimated amount of the average R brightness | luminance for every container 10, total carbon amount, and total nitrogen amount is obtained.
Specifically, when the calculation unit 30 is activated, the soil image extraction unit 31, the color bar image extraction unit 32, the color bar luminance detection unit 33, the soil luminance detection unit 34, the component amount calculation unit 35, and the correlation storage. The image 23 output from the scanner 22 via the means 36 is processed.
[0034]
That is, the soil image extraction means 31 extracts the image 11a of only the surface of the soil 11 having the R luminance as shown in FIG. On the other hand, the color bar image extraction unit 32 extracts the image of the color bar 13, and the color bar luminance detection unit 33 calculates white, gray, and black R luminances from the image of the color bar 13.
In the soil brightness detection means 34, the pixel brightness detection means 37 detects the R brightness of each pixel of the image 11 a on the surface of the soil 11, and the correction means 38 corrects the detected R brightness of each pixel R of the color bar 13. Correction is made based on the luminance, and the average luminance calculation means 39 adds up all the R luminance values constituting each pixel 24 of the image 11a after correction, and divides by the total number of pixels 24 constituting this image 11a. Then, the average R luminance is calculated.
[0035]
In this case, since the image 11a extracted by the soil image extraction unit 31 is corrected by the correction unit 38 of the soil luminance detection unit 34, for example, the performance of a CCD or the like that differs depending on the manufacturer, type, and type of the scanner 22 Even if there is a difference in brightness of each pixel 24 of the image 23 acquired from the scanner 22, this can be corrected, and the detection accuracy can be improved.
[0036]
Next, the component amount calculation means 35 determines the amount of the soil in each container 10 based on the average R brightness on the surface of the soil 11 for each container 10 detected by the soil brightness detection means 34 and the correlation stored in the correlation storage means 36. Calculate the total amount of carbon and the total amount of nitrogen as the amount of organic components. In the total carbon amount, as shown in FIG. 7, when the average R luminance calculated by the average luminance calculating means 39 is, for example, 75.0, the total carbon amount is compared with the correlation in the correlation storage means 36. An amount of 5.3 weight percent is calculated. As for the total nitrogen amount, as shown in FIG. 8, a total nitrogen amount of 0.37 weight percent is calculated. As shown in FIG. 6, this is performed for each soil put in each container 10, and finally, the number, R luminance, total carbon amount, and total nitrogen amount assigned to each container 10 are displayed in Table 41. To display.
[0037]
In this case, the amount of organic components can be calculated simply by putting the soil in the container 10 and capturing the image 23 with the scanner 22, so that anyone can carry out the amount of organic components in the soil without requiring experience or skill. It is possible to estimate the amount of organic components almost the same as.
In addition, the estimation of the amount of organic components is not based on the subjective experience that a human visually observes as in the past, so that there is no individual difference in the amount of organic components and can be estimated almost uniquely. Therefore, it is stable and the reliability is improved.
Furthermore, since the images 23 of the plurality of containers 10 acquired by the scanner 22 can be processed at once, the processing efficiency can be improved.
[0038]
And since it calculated from R brightness | luminance among RGB brightness | luminances, the organic component amount substantially the same as the organic component amount in soil can be estimated stably as an optimal parameter.
The total carbon amount and the total nitrogen amount estimated in this way can be used as a reference in soil improvement such as fertilization.
[0040]
In the soil organic component estimation device S according to the embodiment of the present invention, the R luminance is used, and the organic component amount is estimated using the correlation between the R luminance and the organic component amount. It is not limited, G brightness, B brightness, C brightness | luminance of CMY brightness | luminance (M; magenta, C; cyan, Y; yellow), M brightness | luminance, Y brightness, etc., the combination of these brightness | luminances, etc. are used. The design may be changed as appropriate.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the amount of organic components contained in the soil of the present invention, the calculation unit estimates the amount of organic components based on the correlation based on the image acquired by the imaging unit. The amount of organic components can be estimated almost the same as the amount of organic components in the soil. In other words, the estimation of the amount of organic components is not based on the subjective experience that humans visually observe as in the past, so it can be estimated almost uniquely without causing individual differences in the amount of organic components, and the amount of organic components varies. Therefore, reliability can be improved.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing an organic component estimation device for soil according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a container and a tray of the soil organic component estimating apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a back view showing the container and tray of the soil organic component estimating apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an image captured by an imaging unit of the soil organic component estimating apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an image extracted by the soil image extracting means of the soil organic component estimating apparatus according to the embodiment of the present invention together with a partially enlarged view.
FIG. 6 is a diagram illustrating an output example of a calculation result calculated by a soil organic component calculation unit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a correlation between R luminance and total carbon content stored in a correlation storage unit of the soil organic component estimation apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a graph of the correlation between the R luminance and the total nitrogen amount stored in the correlation storage means of the soil organic component estimating apparatus according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
S Soil organic component estimation device 10 Container 11 Soil 11a Image of soil surface 12 Tray 13 Color bar 20 Imaging unit 21 Base 22 Scanner 30 Calculation unit 31 Soil image extraction means 32 Color bar image extraction means 33 Color bar luminance detection means 34 Soil brightness detection means 35 Component amount calculation means 36 Correlation storage means 37 Pixel brightness detection means 38 Correction means 39 Average brightness calculation means

Claims

A container for storing a predetermined amount of moistened soil, an imaging unit for imaging the soil surface stored in the container, and detecting the luminance of the soil surface based on the image captured by the imaging unit and the detected luminance And a calculation unit that calculates the amount of organic components in the soil based on
The calculation unit stores a soil luminance detection unit that detects the luminance of the soil surface based on the image captured by the imaging unit, and stores a correlation between the reference luminance of the soil surface and the amount of organic components in the soil in advance. Correlation storage means, and component amount calculation means for calculating the amount of organic components in the soil from the brightness of the soil surface detected by the soil brightness detection means and the correlation stored in the correlation storage means. And configure
Used those formed of a transparent material as the container, the imaging unit, and configured to include a base over scan, a scanner for acquiring images by scanning from below the container on the base,
The calculation unit includes a soil image extraction unit that extracts an image of only the surface of the soil of the container from the image output from the scanner,
The soil brightness detection means calculates pixel brightness detection means for detecting brightness of each pixel in the soil image extracted from the soil image extraction means, and calculates average brightness from the brightness of each pixel detected by the pixel brightness detection means. And an average luminance calculating means for
The component amount calculating means is configured to calculate an organic component amount based on the average luminance,
A plurality of the containers are provided and provided with a white tray placed on the base of the imaging unit, and the scanner is configured to scan the plurality of containers provided on the tray from below,
The soil image extracting means is configured to have a function of removing only the white portion of the tray from the image on the back side of the tray output from the scanner and extracting only the soil surface image of each container by dividing the tray into each container. And
The soil brightness detection means comprises a function for calculating the average brightness from the brightness of each pixel in the soil image for each container,
An apparatus for estimating an organic component for soil, wherein the component amount calculating means is configured to have a function of calculating an organic component amount for each of the containers.

2. The soil organic component estimating apparatus according to claim 1, wherein the container and the tray are integrally formed.

A color bar serving as a reference for luminance is provided in the vicinity of the container, and the scanner is configured to scan the container and the color bar on the base to obtain an image,
A color bar image extracting means for extracting an image of only the color bar from the image output from the scanner, and detecting the luminance of the color bar from the color bar image extracted by the color bar image extracting means. 3. A color bar luminance detecting means for performing correction, and a correcting means for correcting the luminance of the soil based on the luminance of the color bar detected by the color bar luminance detecting means. The estimation apparatus of the organic component for soil of description.

4. The soil organic component estimating apparatus according to claim 1, wherein the luminance is R luminance.

The soil organic component estimation apparatus according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the amount of organic components calculated from the calculation unit is a total carbon amount.

6. The soil organic component estimating apparatus according to claim 1, wherein the organic component amount calculated from the calculating unit is a total nitrogen amount.