JP4026684B2 - 果樹の成育状態評価方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、果樹を撮像して得られた画像に基づいて、果樹の成育状態を評価し、高品質の果実生産に寄与できるようにした、果樹の成育状態評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、果樹栽培においては、例えば、樹勢がある程度強くなければ収量が確保できないが、反面、樹勢が強すぎると果実の受光体制が悪くなり着色不良や地色の抜けの遅れが起きたり、果実の糖度が低くなったり、収量も低下するということがあり、そのため、樹勢，果実の糖度，色，収量など、果樹の成育状態を評価し、これにより、果樹に対する施肥の具合，剪定（間引き）の具合、収穫時期などの栽培管理を行なって、高品質の果実を安定的に生産できるようにしている。
【０００３】
従来においては、この成育状態の評価は、例えば、新梢の伸長停止時期，新梢長，葉数，葉色等を目視して、生産者の長年の経験と勘に頼って行なっていた。
あるいは、例えば、果樹の葉を採取し、その葉に含まれる葉中窒素濃度と、予め求めてある同一種類の果樹の葉中窒素濃度の成育評価基準値とを比較して行なっていた。
しかしながら、目視による評価では、個人差があって不安定であり、採取による評価では、分析操作が煩雑であり、手間がかかって効率が悪いという問題がある。
そこで、安定的に効率よく評価を行なうことが望まれ、本願発明者らは、画像処理による評価について研究してきた。
【０００４】
ところで、従来、樹木においては、これを撮像して得られた画像に基づいて、樹の幹の直径，樹高，樹齢を推定する技術、例えば、特許文献１（特開２００１−３５７３８０号公報）に掲載されたものが知られている。
この方法は、図１９に示すように、上空または衛星から、森林を真上あるいは略真上から撮像し、撮像された画像を予めカラー画像でスペクトル分析するとともに、撮像された画像を白黒画像に変換し、この変換された白黒画像により樹冠境界線を強調処理し、強調処理された樹冠境界線図より樹冠形状を算出し、上記のスペクトル分析結果と樹冠形状算出画像を合わせて樹種を算出したり、この算出結果の樹種と樹冠より、樹の幹の直径，樹高，樹齢を推定するというものである。
【０００５】
また、従来、樹木においては、例えば、特許文献２（特開平１０−１４６１３３号公報）に掲載された技術も知られている。
この方法は、樹木を撮像し、この撮像した画像から、目視判断によって、文字データ書込枠に、樹高、幹の直径、枝葉密度等を書き込み、樹木のカルテを作成するというものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３５７３８０号公報
【特許文献２】
特開平１０−１４６１３３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の樹木の評価にあって、特開２００１−３５７３８０号公報記載の方法にあっては、これをそのまま果樹に適用しても、幹の直径、樹高等は推定できるが、評価項目として、例えば、果実収量，葉中窒素濃度，色，果実硬度，果実糖度など、果実に関して、評価をすることができないという問題がある。更に、上空や衛星高度からの撮影のため、撮像コストがかかってしまうという問題もある。
また、特開平１０−１４６１３３号公報記載の方法にあっては、各樹毎に画像を目視しての評価であり、人手で行なう実物の目視評価と同様に、あくまでも人が画像を見て判断しなければならず、評価する人によってそれぞれの評価が異なってしまい個人差が出てしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、果樹を撮像して得られた画像を基に果実収量，葉中窒素濃度，色，果実硬度，果実糖度などの果実に関しての評価を、熟練者によらず誰が行なっても一定の評価ができるようにし、しかも、煩雑になることなく容易に行なえる果樹の成育状態評価方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【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果樹の成育状態評価方法は、果樹を撮像して得られた画像に基づいて、果樹の成育状態を評価する方法において、
上記画像から、写っている樹体部分の面積率を求め、その面積率に基づいて果樹の成育状態を評価して構成している。
ここで、面積率とは、撮像された画像もしくは撮像された画像の内において、樹体のみの部分の面積を画像全体の面積で割って算出されたものをいう。
【００１０】
一般的に葉に含まれる葉中窒素濃度が大きいと樹勢が強くなることから、本発明では、樹勢を数値化する実現手段として、画像から算出された面積値を用いて行なう。これにより、従来の成育評価方法では推定しにくい、樹勢に係る果実の着色や地色等の評価項目についても評価できる。また、撮像手段と計算する計算装置があれば誰でも容易に行なうことができ、熟練者でなくとも画像を用いているので誰でも一定の評価をすることができる。更に評価に基づいて、その年に収穫できる果実の収量や品質も推定することができる。
【００１１】
また、上記面積率を求める対象画像を、果樹の主幹を中心とし当該果樹の葉のある樹体が写っている画像範囲における所定の区画範囲に設定して構成している。撮像方向や場所による画像の誤差を小さくすることができる。
更に、上記区画範囲が果樹の葉のある樹体が写っている画像範囲の面積の３０％以上の面積であるように構成している。更に撮像方向や場所による画像の誤差を小さくすることができる。
【００１２】
更にまた、必要に応じ、予め、基準となる果樹において、上記面積率と、各種評価項目との相関を取り、評価対象となる果樹の面積率を算出し、上記相関と算出した面積率とから、該評価対象となる果樹の評価項目についての評価を行なって構成している。これにより、予め、評価項目について基準となる評価基準を設けておけば、評価対象の果樹の面積率と予め求めた相関関係とを比較するだけで、果樹の成育評価を即座に行なうことができ、熟練者によらず誰が行なっても一定の評価ができるようになり、しかも、煩雑になることなく容易に評価を行なうことができる。
【００１３】
更にまた、上記評価項目が、葉中窒素濃度，葉乾物重，果実収量，平均１果重，着色指数，地色指数，果実硬度，果実糖度の少なくともいずれか一つで構成している。これにより、確実に果樹の成育評価をすることができる。また、より詳細にその年に収穫されるりんご果実の品質，収量を推定することができ、更にその結果から、より詳細にその後の栽培管理条件の指標を決めることができ、それだけ、果樹栽培の管理効率の向上を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の果樹の成育状態評価方法を説明する。
この成育状態評価方法は、果樹を撮像して得られた画像に基づいて、果樹の成育状態を評価する方法である。
【００１５】
この成育状態評価方法は基本的には、画像から、写っている樹体のみの部分の面積率を求め、その面積率に基づいて果樹の成育状態を評価する。面積率を求める対象画像を、果樹の主幹を中心とし果樹の葉のある樹体が写っている画像範囲において所定の区画範囲に設定している。この区画範囲は、果樹の葉のある樹体が写っている画像範囲の面積の３０％以上の面積である。
【００１６】
図１には、本発明の実施の形態に係る果樹の成育状態評価方法における撮像方法の概略図を示している。Ｔは撮像される果樹としてのりんご樹、Ｓは青色の樹脂製のブルーシートであって、りんご樹Ｔと隣の別のりんご樹とを撮像される画像内で区別するために設けられる。Ｃはデジタルカメラであって、ブルーシートＳの正面と対面し、りんご樹Ｔから３ｍ離れた場所であって、撮像しようとするりんご樹ＴはブルーシートＳとデジタルカメラＣとの間に位置するように設けられる。更にまた、デジタルカメラの焦点距離は、りんご樹Ｔの主幹Ｔａを中心とし、区画範囲Ｅが３０％以上確保可能になるように定められている。
【００１７】
図２には上記の撮像方法で得られた画像を示している。この実施の形態で、上記の撮像方法で撮像された画像より面積率を算出する場合は、りんご樹Ｔの主幹Ｔａを中心に例えば４００×３００ピクセルの範囲を選択する。この選択画像が、最低でもりんご樹Ｔの葉のある樹体が写っている画像範囲の３０％であるようにする。
次に、図３に示すように、その選択画像においてＲＧＢの成分によってブルーシートＳである部分とりんご樹Ｔである部分とに分離し、りんご樹Ｔである部分の面積から区画範囲Ｅの面積で除算して面積率を算出する。これにより、撮像方向や場所による画像の誤差を小さくすることができる。
【００１８】
そして、予め、基準となる果樹において、面積率と、各種評価項目との相関を求めた。本発明の実施の形態では、基準となる果樹の種類をりんご樹Ｔのふじ（ＪＭ７台木５年生）とした。りんご樹Ｔとしては、８月上旬の夏期剪定前のものを用いた。
評価項目は、葉中窒素濃度，１樹あたりの果実収量とした。
【００１９】
詳しくは、上記の相関を以下のようにして求めた。基準となるりんご樹Ｔを３１本を用い、りんご樹Ｔについて上記の撮像を行なった。
また、３１本の各果樹において、評価項目としての、葉中窒素濃度，１樹あたりの果実収量を実測した。
これらについて、図４に示すように、相関グラフを求めた。
【００２０】
そして、評価対象となる果樹について、上記と同様の撮像を行ない。その面積率を算出し、上記の相関グラフと算出した面積率とから、評価対象となる果樹の評価項目についての評価を行なった。
例えば、図４に示すように、評価対象となるりんご樹Ｔの面積率が９０％とすると、葉中窒素濃度は２．１％，１樹あたりの果実収量値は３０Ｋｇと推定できる。また、評価対象となるりんご樹Ｔの面積率が７８％〜９３％の範囲にある場合には、葉中窒素濃度，１樹あたりの果実収量が適正範囲にあると判断できる。一方、この範囲外であれば、適正範囲にないものとして、例えば、施肥をしたりする等、栽培条件を調整する等することができる。即ち、高品質果実の生産を可能にするために、りんご樹の栽培管理条件の指標とすることができる。
【００２１】
これにより、果樹の画像を取るという撮像手段と、画像を解析する計算機があれば、成育状態を評価することができ、特殊な実験装置や実験に係る手間や日数を省くことができ、誰でも容易に果樹の成育状態を評価することができる。また、相関グラフにより評価できるので、熟練者によらず誰が行なっても一定の評価ができるようになり、評価が安定する。
【００２２】
【実施例】
図５乃至図１２には、本発明の実施の形態に係る果実の成育状態評価方法に用いられ、各評価項目と面積率との関係を示す相関グラフの各種実施例を示す。
各評価項目と面積率との相関関係は、上記と同様に行なった。
【００２３】
（実施例１）
図５には葉中窒素濃度と面積率との関係を示す相関グラフを示している。葉中窒素濃度は、りんご樹に含まれるりんご樹の葉の中に含まれる窒素濃度を示していて、窒素濃度が高いほど栄養状態が良いことを示している。葉中窒素濃度が高ければ、樹勢が強くなり、面積率が高くなるという関係がみられる。
【００２４】
（実施例２）
図６には、葉１０枚あたりの乾物重面積率との関係を示す相関グラフを示している。葉１０枚あたりの乾物重は、展葉が終了し目の高さの撮像された年にのびた枝の先端から７枚目の葉を１０枚採取し、葉に含まれる水分が０％になるよう調整して乾物重を得ている。本発明の実施の形態では、５０℃の通風乾燥機を用いて３日間乾燥することにより、葉に含まれる水分０％の葉の乾物を得たものである。
【００２５】
（実施例３）
図７には、図４で示したと同様の１樹あたりのりんご果実収量と面積率との関係を示す相関グラフを示している。１樹あたりのりんご果実収量は、基準となるりんご樹から収穫される全ての果実（商品として販売できる物＋規格外とされる物）の総重量を示している。面積率が高くなるにつれて収量が高くなる傾向にあるが、樹勢が強くなると収量が減少することに対応して、９０％前後から収量が減少する。
【００２６】
（実施例４）
図８には、平均１果重と面積率との関係を示す相関グラフを示している。平均１果重は、１樹から収穫されたりんご果実の１果あたりの平均を示している。面積率が高くなるに従って１果あたりの平均重量が増加する相関がわかる。これは、果実の成育状態が栄養が多くなるとりんご果実の重量が増すということがわかる。
【００２７】
（実施例５）
図９及び図１０は、着色指数及び地色指数と面積率との関係を示す相関グラフを夫々示している。着色指数及び地色指数は、農林水産省果樹試験場で開発された「ふじ」用のカラーチャートを用いて判定する。着色指数は１〜６の６段階表となっており、指数が大きいほど果実が赤いことを表す。地色指数は１〜８の８段階表となっており，地色が大きいほど地色（りんご果実の底部の色）が黄色いことを示しており、いずれも果実が熟しているに従って指数が増加するものである。
【００２８】
（実施例６）
図１１には、果実硬度と面積率との関係を示す相関グラフを示している。果実硬度は、りんご樹から収穫したりんご果実について、無作為に２０果選択し、その選択されたりんご果実夫々について、１８０°対象方向の２カ所の硬度を調べ、その硬度を平均化したものである。本発明の実施の形態では、株式会社藤原製作所製果実硬度計ポケット型を使用している。面積率が上昇するに従って硬度が低下する相関が見られる。これは、栄養状態が過多になるとりんご果実が大きくなり、大きい果実ほど硬度が小さいことが知られており、それを反映している。
【００２９】
（実施例７）
図１２には、果実糖度と面積率との関係を示す相関グラフを示している。
糖度は、株式会社アタゴ製デジタル糖度計パレットシリーズＰＲ−２０を用いて測定した屈折糖度（Ｂｒｉｘ％）とした。面積率が高くなるほど、樹勢が強くなるため、これに従って熟す度合いが低くなり糖度が下がってゆく関係にあることがわかる。これは、栄養過多（葉中窒素濃度が大きい）になると熟しにくくなり、更に、樹勢が強くなると日光がりんご果実に当たりにくくなるため、この点でも熟しにくくなるということを反映している。即ち、面積率が高すぎるのも、必ずしも好ましくはなく、この点を考慮しての栽培管理を行なうことができる。
【００３０】
【参考例】
次に、面積率以外の要素と各種評価項目との相関について、実験した結果を参考のために示す。
図１３には、平均１果重と果実硬度との関係を示す。
この結果から、重量が重く、大きな果実ほど軟らかくなるということが言え、一般に、りんごでは保存性が低下する（日持ちしなくなる）。
【００３１】
図１４には、平均１果重と果実糖度との関係を示す。この結果から、重量が重い果実ほど糖度が低下するということが言える。
【００３２】
図１５には、着色指数と葉中窒素濃度との相関関係を示している。また、図１６には地色指数と葉中窒素濃度との相関関係を示している。窒素濃度が大きくなると指数が夫々小さくなるという相関がみられ、これは、本発明の実施の形態に係る果実の成育状態評価方法における図９及び図１０を裏付ける結果となっている。
【００３３】
図１７には、果実硬度と葉中窒素濃度との相関関係を示している。また、図１８には、果実糖度と葉中窒素濃度との相関関係を示している。窒素濃度が大きくなると硬度及び糖度が小さくなるという相関がみられ、これは、本発明の実施の形態に係る果実の成育状態評価方法における図１１及び図１２を裏付ける結果となっている。
【００３４】
尚、本発明の実施の形態では、本発明を果樹の種類をりんご樹のふじ（ＪＭ７台木５年生）に適用したが、これに限定されるものではなく、他のりんご種あるいは他の果樹に適用してもよく、適宜変更して差支えない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の果樹の成育状態評価方法によれば、果樹の画像から、写っている樹体部分の面積率を求め、その面積率に基づいて果樹の成育状態を評価するので、樹勢を数値化して従来の成育評価方法では推定しにくい評価項目についても容易に評価できる。また、熟練者でなくとも画像を用いているので誰でも一定の評価をすることができる。
【００３６】
また、面積率を求める対象画像を、果樹の主幹を中心とし果樹の葉のある樹体が写っている画像範囲における所定の区画範囲に設定して構成した場合には、撮像方向や場所による画像の誤差を小さくすることができる。
更に、区画範囲が果樹の葉のある樹体が写っている画像範囲の面積の３０％以上の面積であるように構成した場合には、更に撮像方向や場所による画像の誤差を小さくすることができる。
【００３７】
更にまた、予め、基準となる果樹において、面積率と、各種評価項目との相関を取り、評価対象となる果樹の面積率を算出し、相関と算出した面積率とから、該評価対象となる果樹の評価項目についての評価を行なう構成とした場合には、予め、評価項目について基準となる評価基準を設けておけば、評価対象の果樹の面積率と予め求めた相関関係とを比較するだけで、果樹の成育評価を即座に行なうことができ、熟練者によらず誰が行なっても一定の評価ができるようになり、しかも、煩雑になることなく容易に評価を行なうことができるという効果がある。
【００３８】
更にまた、評価項目が、葉中窒素濃度，葉の乾物重，果実収量，平均１果重，着色指数，地色指数，果実硬度，果実糖度の少なくともいずれか一つである場合には、確実に果樹の成育評価をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る果樹の成育評価方法における果樹の撮像状態を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る果樹の成育評価方法において、撮像された画像の区画範囲の選択の仕方を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る果樹の成育評価方法において、区画範囲の画像解析の方法を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る果樹の成育評価方法に係る面積率と葉中窒素濃度との相関関係及び面積率と果実収量との相関関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る果樹の成育評価方法に用いられ、面積率と葉中窒素濃度との相関関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る果樹の成育評価方法に用いられ、面積率と葉１０枚あたりの乾物重との相関関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る果樹の成育評価方法に用いられ、面積率と１樹あたりの果実収量（ｋｇ）との相関関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る果樹の成育評価方法に用いられ、面積率と平均１果重との相関関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る果樹の成育評価方法に用いられ、面積率と着色指数との相関関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る果樹の成育評価方法に用いられ、面積率と地色指数との相関関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る果樹の成育評価方法に用いられ、面積率と果実硬度との相関関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る果樹の成育評価方法に用いられ、面積率と果実糖度との相関関係を示す図である。
【図１３】面積率以外の要素と各種評価項目との相関について実験した参考結果を示し、平均１果重と果実硬度との相関関係を示す図である。
【図１４】面積率以外の要素と各種評価項目との相関について実験した参考結果を示し、果実糖度との相関関係を示す図である。
【図１５】面積率以外の要素と各種評価項目との相関について実験した参考結果を示し、葉中窒素濃度と着色指数との関係を示す図である。
【図１６】面積率以外の要素と各種評価項目との相関について実験した参考結果を示し、葉中窒素濃度と地色指数との関係を示す図である。
【図１７】面積率以外の要素と各種評価項目との相関について実験した参考結果を示し、葉中窒素濃度と果実硬度との関係を示す図である。
【図１８】面積率以外の要素と各種評価項目との相関について実験した参考結果を示し、葉中窒素濃度と果実糖度との関係を示す図である。
【図１９】従来の樹木の幹の直径，樹高，樹齢を推定する画像処理技術の一例を示す図である。
【符号の説明】
Ｔ りんご樹（果樹）
Ｔａ 主幹
Ｓ ブルーシート
Ｃ デジタルカメラ
Ｅ 区画範囲

Claims (1)

1. 果樹を撮像して得られた画像から、写っている樹体のみの部分の面積率を求め、その面積率に基づいて、果樹の成育状態として葉中窒素濃度，葉の乾物重，果実収量，平均１果重，着色指数，地色指数，果実硬度，果実糖度の少なくともいずれか一つの評価項目について評価する果樹の成育状態評価方法であって、
   上記面積率を求める対象画像を、撮像された画像の内、果樹の主幹を中心とし当該果樹の葉のある樹体が写っている画像範囲における所定の区画範囲Eに設定し、上記区画範囲Eを上記果樹の葉のある樹体が写っている画像範囲の面積の３０％以上の面積にし、
   予め、基準となる果樹において、上記面積率と、上記各種評価項目との相関を求め、評価対象となる果樹の面積率を算出し、上記相関と算出した面積率とから、該評価対象となる果樹の評価項目についての評価を行なうことを特徴とする果樹の成育状態評価方法。

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