JP5034052B2 - 樹体生産能力を評価する方法及び樹体生産能力を評価するための撮像装置 - Google Patents
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Description
中野敬之「プラントキャノピーアナライザーの茶樹への適用」(日本作物学会記事69(3):419-423(2000)) J.S.Broadhead et al.「Comparison of method for leaf area in three rows」 Agricultural and Forest Meteorology 115:151-161(2003))
PCAでの測定対象は、一般的には個体群の高さzの3倍以上の半径方向の広がりをもち、方位による葉面積の分布及び高さがほぼ一様な植物個体群であり、図2に示すような断面形状になっている。この場合、地表面で個体群の透過率を測定した際の天頂角θにおける光路長S(θ)は以下の式により推定される。
S(θ)=z/cosθ
1本の樹体の主幹を軸として樹高及び平均樹冠半径をそれぞれ2つの径とする上に凸の回転半長円体とする回転半長円体モデルを決定することと、該主幹から所定の距離だけ離れた地面近辺の位置に魚眼レンズを装着した撮像装置を入射光軸が水平面に対して垂直上方に向くようにして配置することと、前記撮像装置により測定対象となる複数の天頂角からの入射光を含む画角の画像を撮像することと、前記撮像装置により取得された画像データについて前記複数の天頂角での入射光の開空度を求める演算処理を行うことと、測定対象とする前記複数の天頂角に対して入射光が回転半長円体モデルでの回転半長円体面における入射点から前記撮像装置までに通過する光路長及び樹冠体積を回転半長円体モデルに基づいて計算することと、前記複数の天頂角からの入射光の開空度と前記複数の天頂角に対応する光路長とから各天頂角に対応する光の減衰量を求めることと、 該光の減衰量から葉面積密度を求めこれと前記樹冠体積とから樹体総葉面積を求めることと、からなるものとしてもよい。
前記回転半長円体モデルを、主幹を軸として樹高及び平均樹冠半径をそれぞれ2つの径とする上に凸の回転半楕円体モデルとしてもよい。
図4に回転半長円体モデルの例として回転半楕円体モデルを示す。このモデルは、樹体の断面形状を、樹高と平均樹冠半径とをそれぞれ長径及び短径とする上に凸の半楕円とし、この半楕円の長径または短径の一方を軸とする回転体が樹体を表すものとして考えるものである。図4において、回転半楕円体モデルによる樹体の高さをh、半径をaとする。h,aは個々の樹体に応じて決まる量である。Sは入射光が回転半楕円体モデルでの回転半楕円体面における入射点から地表の測定点まで通過する光路長であり、天頂角θ(地表面に対して垂直の方向と測定方向とのなす角)によって異なる。
回転半楕円体モデルに基づき代表的な光学的樹体構造測定装置であるプラントキャノピーアナライザー(PCA)を用いて実際に樹体生産力を評価し、測定の有効性について、カンキツ樹の樹体を対象として検証を行った例について説明する。カンキツ樹の場合、主幹の径は10cm程度で、主幹表面からの距離cは数10cm(20〜100cm)程度になる。cの値を設定し、主幹表面からの距離がcで地面近辺にPCAを入射光軸が鉛直上方を向くように配置して樹葉を透過した光の強度(群落下部の光強度)を計測した。また、天空からの光が遮られない位置にPCAを入射光軸が鉛直上方を向くように配置して複数の天頂角での入射光の強度(群落上部の光強度)を測定した。天空からの光が遮られない位置としては、樹体と同等の高さ、またはそれ異常の高さとするのがよい。PCAでは図4において異なる5つの天頂角θ(θ1,θ2,・・・,θ5)の方向について、樹葉を透過した光の強度を計測するものであり、用いたPCAでは、天頂角θは、それぞれ7°,22°,38°,52°,68°としてある。
回転半長円体モデルにより、光学的測定手段として魚眼レンズを装着した撮像装置(デジタルカメラ)を用いた測定によっても、樹体の総葉面積を推定できる。本発明において、回転半長円体モデルとして図4に示すような上に凸の回転半楕円体モデルを考え、主幹の表面からの距離cが30cmの位置で値面近辺の位置に視野角184度の全周魚眼レンズを装着した撮像装置を、レンズを鉛直上方に向けて配置し、撮像することにより測定を行った。撮像の際の天候、時間等の条件はPCAを用いた場合と同様である。
このようにして、魚眼レンズを装着した撮像装置での撮像により取得された画像データからの演算処理により樹体総葉面積が求められる。一方で、樹体の葉の枚数を計数し、サンプル的に選んだ数十枚の葉の面積を計測し、それから総葉面積を求めることにより実測値を得ている。
魚眼レンズを装着した撮像装置を用いる場合、測定に要する経費をPCAの場合よりも少なくすることができる。また、PCAの場合には受光素子が各天頂角に対応する同心円状のものであるために、測定結果が受光素子上の1点で受ける強い光の影響を受けることがあるが、デジタルカメラでの撮像素子は多数の画素ごとに受光した結果を用いるために、このような強い光の影響は少ないと言える。さらに、魚眼レンズを装着した撮像装置の場合にも、回転半長円体モデルとして、縦方向の断面形状を楕円以外のものとしてもよいことは、PCAの場合と同様である。
2 撮像素子
3 撮像駆動回路
4 ディスプレイ
5 演算回路
Claims (8)
- 孤立して存在する樹体または間隔をおいて複数存在する個々の樹体について樹体の透過光を測定することにより樹体生産能力を評価する方法であって、
1本の樹体の主幹を軸として樹高及び平均樹冠半径をそれぞれ2つの径とする上に凸の回転半長円体とする回転半長円体モデルを決定することと、
該主幹から所定の距離だけ離れた地面近辺の位置に光学的樹体構造測定装置を入射光軸が水平面に対して垂直上方に向くようにして配置して該光学的樹体構造測定装置により測定対象となる複数の天頂角で入射し樹葉を通過した光の強度を測定することと、
天空からの光が遮られない位置に光学的樹体構造測定装置を入射光軸が水平面に対して垂直上方に向くようにして配置して該光学的樹体構造測定装置により測定対象となる前記複数の天頂角での入射光の強度を測定することと、
前記複数の天頂角で入射し樹体を通過した光の強度と樹体を通過しない光の強度とから該複数の天頂角での空隙率を求めることと、
測定対象とする前記複数の天頂角に対して入射光が回転半長円体モデルでの回転半長円体面における入射点から前記光学的樹体構造測定装置までに通過する光路長及び樹冠体積を回転半長円体モデルに基づいて計算することと、
前記複数の天頂角での空隙率と前記複数の天頂角に対応する光路長とから各天頂角に対応する光の減衰量を求めることと、
該光の減衰量から葉面積密度を求めこれと前記樹冠体積とから樹体総葉面積を求めることと、
からなることを特徴とする樹体生産能力を評価する方法。 - 孤立して存在する樹体または間隔をおいて複数存在する個々の樹体について、樹体の透過光を測定することにより樹体生産能力を評価する方法であって、
1本の樹体の主幹を軸として樹高及び平均樹冠半径をそれぞれ2つの径とする上に凸の回転半長円体とする回転半長円体モデルを決定することと、
該主幹から所定の距離だけ離れた地面近辺の位置に魚眼レンズを装着した撮像装置を入射光軸が水平面に対して垂直上方に向くようにして配置することと、
前記撮像装置により測定対象となる複数の天頂角からの入射光を含む画角の画像を撮像することと、
前記撮像装置により取得された画像データについて前記複数の天頂角での入射光の開空度を求める演算処理を行うことと、
測定対象とする前記複数の天頂角に対して入射光が回転半長円体モデルでの回転半長円体面における入射点から前記撮像装置までに通過する光路長及び樹冠体積を回転半長円体モデルに基づいて計算することと、
前記複数の天頂角からの入射光の開空度と前記複数の天頂角に対応する光路長とから各天頂角に対応する光の減衰量を求めることと、
該光の減衰量から葉面積密度を求めこれと前記樹冠体積とから樹体総葉面積を求めることと、
からなることを特徴とする樹体生産能力を評価する方法。 - 前記回転半長円体モデルを、主幹を軸として樹高及び平均樹冠半径をそれぞれ2つの径とする上に凸の回転半楕円体モデルとしたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の樹体生産能力を評価する方法。
- 魚眼レンズと、該魚眼レンズの結像位置に配設された撮像素子と、該撮像素子により取得された画像データについて演算処理を行う演算回路と、該演算回路による演算結果を出力する出力部とを備えてなる撮像装置であって、前記演算回路は、孤立して存在する樹体または間隔をおいて複数存在する個々の樹体について樹体の透過光を測定する際に、1本の樹体の主幹から所定の距離だけ離れた地面近辺の位置に前記撮像装置を入射光軸が水平面に対して垂直上方に向くようにして配置して撮像し取得された画像について測定対象となる複数の天頂角をそれぞれ含む複数の角度範囲の画像部分における画像データから前記複数の角度範囲での開空度を求め、前記樹体についてその主幹を軸とし樹高及び平均樹冠半径をそれぞれ2つの径とする上に凸の回転半長円体として決定された回転半長円体モデルに基づいて前記複数の天頂角に対して入射光が回転半長円体モデルでの回転半長円体面における入射点から前記撮像装置まで通過する光路長及び樹冠体積を求め、前記開空度と前記複数の天頂角に対する光路長とから各天頂角を含む角度範囲に対応する光の減衰量を求め、該光の減衰量から葉面積密度を求めこれと前記樹冠体積とから樹体総葉面積を求める演算処理を行うものであることを特徴とする樹体生産能力を評価するための撮像装置。
- 前記回転半長円体モデルを、主幹を軸として樹高及び平均樹冠半径をそれぞれ2つの径とする上に凸の回転半楕円体モデルとしたことを特徴とする請求項6または7のいずれか1項に記載の樹体生産能力を評価するための撮像装置。
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