JP5920224B2 - 葉面積指数計測システム、装置、方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、葉面積指数を計測する葉面積指数計測システム、葉面積指数計測装置、葉面積指数計測方法及び葉面積指数計測用プログラムに関する。

葉面積指数（以下、ＬＡＩ：Ｌｅａｆ Ａｒｅａ Ｉｎｄｅｘ）は、農耕地や森林内の植物群落等における単位面積あたりのある方向（例えば、垂直方向）に重なる葉の面積の総和をあらわす。ＬＡＩは、施設栽培等において、植物の生育や栽培状況を把握するための一指標として用いられている。

ＬＡＩを計測する方法として、例えば、照度センサを用いて間接的に計測する方法が提案されている。この方法では、例えば、植物群落内の上方と下方とで照度を計測し、計測したそれらの照度に基づいてＬＡＩを推定する。

また、これに関連する技術として、例えば、特許文献１には、ＬＡＩの間接計測方法が記載されている。

特許文献１に記載された方法では、間接計測システムは、広角レンズおよび電子式撮像素子を用いて、近赤外光と赤色光とのそれぞれについて、所定領域の画像を撮影する。次いで、間接計測システムは、所定領域を細分した細分領域ごとに、近赤外光と赤色光とのそれぞれについて、輝度値を求める。そして、間接計測システムは、詳細領域ごとの近赤外光と赤色光との輝度値比を求め、輝度値比に基づいて相対日射量を推定し、相対日射量から葉面積指数を求める。

特開２００７−１７１０３３号公報

しかし、照度センサを用いて間接的にＬＡＩを計測する場合、群落構造における複数箇所のＬＡＩを把握するためには、高価な照度センサが必要になるとともに、照度センサを移動させながら複数回計測する作業が必要となる。すなわち、高コストで多大な労力が必要となる。

また、特許文献１に記載された方法では、間接計測システムが照度センサに代えて電子式撮像素子を用いることによって、ある程度コストを低減することができる。しかし、太陽光を利用しているため、光源からの光の照射方向を自由に制御することができず、相対日射量を計測可能な方向が制限される。すなわち、特許文献１に記載された方法を使用する場合には、葉面積指数を求めることができる箇所や方向が制限される。

そこで、本発明は、計測箇所や方向の制限を受けることなく、低コストで、かつ簡易に葉面積指数を自動的に計測することができる葉面積指数計測システム、葉面積指数計測装置、葉面積指数計測方法及び葉面積指数計測用プログラムを提供することを目的とする。

本発明による葉面積指数計測システムは、計測対象の植物の近傍に配置された球体の反射体と、反射体との間に遮蔽物がない位置に配置され、反射体を撮影して撮影画像を出力する撮影手段と、撮影手段が出力する撮影画像に基づいて、反射体が反射する光の強度を算出する強度算出手段と、強度算出手段が算出した光の強度に基づいて、葉面積指数を算出する葉面積指数算出手段とを備えたことを特徴とする。

本発明による葉面積指数計測装置は、計測対象の植物の近傍に配置された球体の反射体と、反射体との間に遮蔽物がない位置に配置され、反射体を撮影して撮影画像を出力する撮影手段とを備えた葉面積指数計測システムにおける、葉面積指数を計測する葉面積指数計測装置であって、撮影手段が出力する撮影画像に基づいて、反射体が反射する光の強度を算出する強度算出手段と、強度算出手段が算出した光の強度に基づいて、葉面積指数を算出する葉面積指数算出手段とを備えたことを特徴とする。

本発明による葉面積指数計測方法は、計測対象の植物の近傍に球体の反射体が設けられ、反射体との間に遮蔽物がない位置に配置され、反射体を撮影して撮影画像を出力する撮影手段が設けられ、撮影手段が出力する撮影画像に基づいて、反射体が反射する光の強度を算出し、算出した光の強度に基づいて、葉面積指数を算出することを特徴とする。

本発明による葉面積指数計測用プログラムは、計測対象の植物の近傍に配置された球体の反射体と、反射体との間に遮蔽物がない位置に配置され、反射体を撮影して撮影画像を出力する撮影手段とを備えた葉面積指数計測システムにおける、葉面積指数を計測するための葉面積指数計測用プログラムであって、コンピュータに、撮影手段が出力する撮影画像に基づいて、反射体が反射する光の強度を算出する強度算出処理と、算出した光の強度に基づいて、葉面積指数を算出する葉面積指数算出処理とを実行させることを特徴とする。

本発明によれば、計測箇所や方向の制限を受けることなく、低コストで、かつ簡易に葉面積指数を自動的に計測することができる。

本発明によるＬＡＩ計測システムを用いた計測系を植物群落に対して正面側から見た正面図である。 ＬＡＩ計測システムを用いた計測系を植物群落に対して上面側から見た上面図である。 ＬＡＩ計測システムの構成の一例を示すブロック図である。 ＬＡＩ計測システムを用いてＬＡＩを計測する動作の一例を示すフローチャートである。 ＬＡＩ計測システムの最小の構成例を示すブロック図である。 面光源を考慮した全周光環境モデルの一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明によるＬＡＩ計測システム（葉面積指数計測システム）を用いた計測系を植物群落に対して正面側から見た正面図である。また、図２は、ＬＡＩ計測システムを用いた計測系を植物群落に対して上面側から見た上面図である。図１に示すように、本実施形態では、植物群落３０は、農作物用の植物が一列に配置された一群の植物群であるものであるとする。なお、図１には、植物群落３０をある断面で切断した断面図が示されているが、図２に示すように、植物群落３０は、奥行き方向（図１で見て正面に対して奥に向かっていく方向。以下、長手方向ともいう。）に植物が１列に配列された一群の植物群である。

また、本実施形態では、「垂直方向」や「水平方向」という表現も用いられるが、図１に示すように、「垂直方向」は、地面に対して垂直な方向を指す。「水平方向」は、地面に対して水平な方向を指す。

なお、本実施形態では、田畑やビニールハウス等の農耕地内の農作物（例えば、トマトやキュウリ）用の植物群落のＬＡＩを計測する用途にＬＡＩ計測システムが適用される場合を例にする。しかし、本実施形態の例にかぎらず、例えば、森林内の樹木の群落のＬＡＩを計測する用途にＬＡＩ計測システムを適用してもよい。

図１および図２に示すように、植物群落３０の近傍には、垂直方向に複数の反射体１０が配列された配列群が設置されている。また、図２に示すように、カメラ２０は、植物群落３０に遮られることなく反射体１０を撮影可能な位置に設置されている（本例では、図２に示すように、カメラ２０は、正面側に配置される。カメラ２０は、各反射体１０とカメラ２０との間に反射体１０を遮ってしまうような葉等の障害物がないように配置される）。

反射体１０は、具体的には、表面がランバート反射の特性を有し、色情報が既知である球体によって実現される。なお、図１に示す例では、垂直方向に８つの反射体１０が配置されている（図１に示すように、１つの植物群落３０あたり垂直方向に４つの反射体１０が配置されている）。しかし、配置可能な反射体１０の数は、本実施形態の例にかぎられない。例えば、反射体１０が１０個以上配置（１つの植物群落３０あたり垂直方向に反射体１０を５個以上配置）されてもよい。

なお、反射体１０は、最低限鏡面反射しないものであればよい。例えば、反射体１０は、散乱反射するものであれば、完全散乱反射するものでも、不完全に散乱反射するものであってもよい。また、本実施形態では、反射体１０が赤色の球体である場合を例にする。しかし、本実施形態の例にかぎらず、反射体１０は、例えば、各種多面体構造のものや、平らな反射板であってもよい。また、反射体１０の色は、既知であれば、赤色にかぎらず、白色やグレイ、黄色、橙色であってもよい。ただし、反射体１０の色は、少なくとも、植物群落３０の植物と区別可能にするため、緑色以外の色であることが好ましい。

また、各反射体１０は、植物群落３０の近傍に配置されることによって、植物群落３０によって生じる影等により、上方に配置されたものが最も反射する光の強度が強く、以降、下方に配置されたもの程、反射する光の強度が弱くなる。そのため、垂直方向に複数配置された反射体１０から反射される光の強度を測定し相互に比較することによって、垂直方向のＬＡＩを計測することができ、垂直方向で見た場合の植物群落３０内での葉の重なり具合を把握することができる。なお、植物群落３０の近傍とは、植物群落３０から所定距離以内（例えば、５０ｃｍ以内）のことである。各反射体１０は、垂直方向に配列される際に、各反射体１０から反射される反射光の間に適度な光の強度の強弱が生じるように配置される。

カメラ２０は、具体的には、カラー画像を撮影可能なデジタルカメラ等の撮影装置によって実現される。なお、カメラ２０は、カラー画像を撮影可能なものであれば、静止画像を撮影するものにかぎらず、例えば、動画像を撮影可能なビデオカメラによって実現されてもよい。また、カメラ２０は、反射体１０を撮影し、撮影画像を後述するＬＡＩ計測装置４０（図１および図２において図示せず）に出力する機能を備えている。

なお、本実施形態では、太陽光が照射された反射体１０を撮影し垂直方向のＬＡＩを計測するため、カメラ２０は、球体である反射体１０の上半球を撮影可能な位置（例えば、全ての反射体よりも垂直方向に高い位置）に配置されていることが望ましい。

また、図１では、植物群落３０の近傍の１箇所に垂直方向に向かって４つの反射体１０を配置して計測を行う場合を示しているが、植物群落３０の長手方向に所定間隔（例えば、５０ｃｍ間隔）で同様に垂直方向に４つずつ反射体１０を配置（すなわち、長手方向の側から見たときに反射体を格子状に配置）して計測を行ってもよい。そのようにすれば、植物群落３０の長手方向に対するＬＡＩの分布状況も計測することができる。

図３は、ＬＡＩ計測システムの構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、ＬＡＩ計測システムは、図２に示した反射体１０を撮影するカメラ２０に加えて、ＬＡＩ計測装置４０を含む。また、図３に示すように、カメラ２０が出力する撮影画像は、ＬＡＩ計測装置４０に出力される。なお、ＬＡＩ計測装置４０は、具体的には、プログラムに従って動作するパーソナルコンピュータ等の情報処理装置によって実現される。図３に示すように、ＬＡＩ計測装置４０は、画像分析手段４１、データベース４２、ＬＡＩ算出手段４３、及びＬＡＩ出力手段４４を含む。

画像分析手段４１は、具体的には、プログラムに従って動作する情報処理装置のＣＰＵによって実現される。画像分析手段４１は、カメラ２０から入力した撮影画像の輝度値を算出する機能を備えている。

例えば、画像分析手段４１は、既知の反射体１０の色情報や形状情報に基づいて、撮影画像中から反射体１０が写っている領域を特定し、特定した領域の輝度値を求める。本実施形態では、画像分析手段４１は、撮影画像中の赤色の物体が写っている領域を特定し、特定した領域の部分画像を抽出する。なお、本実施形態では、赤色の反射体１０が複数配置されているので、画像分析手段４１は、複数の領域を特定し、それぞれ特定した領域の部分画像を抽出する。そして、画像分析手段４１は、それぞれ、抽出した部分画像の輝度値を算出する。

また、画像分析手段４１は、求めた輝度値を照度に変換する機能を備えている。本実施形態では、画像分析手段４１は、後述するデータベース４２が記憶する照度変換テーブルから、画像分析手段４１が算出した輝度値に対応する照度を抽出することによって、照度を求める。

なお、画像分析手段４１は、データベース４２が記憶する照度変換テーブルを用いずに照度を算出してもよい。以下、照度の算出方法の一例について説明する。ここでは、カラー画像入力装置（カメラ２０）で撮影されたカラー画像中の対象物（反射体１０）の色情報、対象物が有する表面反射特性を利用して、カラー画像を撮影した際の照明環境下における対象物表面の各位置の照度を計算する方法について説明する。

まず、画像分析手段４１は、入力画像の色情報および形状情報を用いて自動的に検出された対象物の領域の色情報を求める。次いで、画像分析手段４１は、対象物の領域の色情報ＲＧＢを取得し、取得した色情報ＲＧＢに基づいて、三刺激値ＸＹＺを計算する。

以下では、カラー画像入力装置で撮影されたＲＧＢに関して、このＲＧＢのＲＧＢ蛍光体の色度および白色の色度は、カラー画像入力装置の色特性としてあらかじめ指定されており、ＲＧＢデータと三刺激値ＸＹＺの関係が線形であるものとして説明する。

この場合、入力画像のＲＧＢと三刺激値ＸＹＺとの関係は、以下の式（１）で表される。

ここで、ＲＸは３×３変換行列である。

画像分析手段４１は、撮影時におけるカメラレンズの絞り値Ｆ、シャッタースピード、ゲインの情報を得ることで、三刺激値Ｙは、絶対輝度Ｙ（ｃｄ／ｍ^２）に変換することができる。

次に、画像分析手段４１は、画像中の反射体の各画素位置における見かけの放射照度を計算する。放射照度の計算には、文献１や文献２に記載の手法が応用できる。

文献１：佐藤い,佐藤洋, 池内,“物体の陰影に基づく光源環境の推定”,情報処理学会論文誌：コンピュータビジョンとイメージメディア, Vol.41, No.SIG 10(CVIM 1), 2000年12月．

文献２：大石,大蔵ら,“全方位カメラを用いた光源環境と対象物の同時撮影法に基づく人物モデルおMRシステムへの重畳”,「画像の認識・理解シンポジウム（MIRU2009）」, 2009年7月。

図６を参照して、面光源を考慮した全周光環境モデルを用いて説明する。このモデルでは、反射体上の任意の点を球の中心Ａにあるものとして、光源と中心Ａを遮る遮蔽物はないものとして、全周辺からの光源の放射輝度分布を観測する。この放射輝度分布をＬ（θ，φ）とする。ここで、θは方位角、φは天頂角を表わす。

中心Ａにおける照度Ｅは、微小方位角ｄθ_ｉと微小天頂角ｄφ_ｉで表わされる微小立体角ｄω_ｉから受け取る入射光エネルギーを全方向において積分したものである。

ここで、ｄθ_ｉは、微小方位角を表す。また、ｄφ_ｉは、微小天頂角を表す。

光源と中心Ａを遮る遮蔽物はないことを前提条件としている。また、反射体の光の反射特性はランバート反射である。よって、中心Ａで反射される光は、あらゆる方向から中心Ａに入射した周辺環境光が積分された形となる。そのため、光源と中心Ａを遮る遮蔽物の有無は無視することができ、中心Ａで反射される光は、視点方向によらず一定となる。

また、中心Ａにおける反射体の表面反射率Ｓ_Ａ（色）が既知であれば、画像として記録された反射体における輝度値Ｉ_Ａは、照度Ｅ_Ａと反射体の表面反射率Ｓ_Ａとの積で表わされる。ここで、輝度値Ｉ_Ａは式（１）で計算される三刺激値Ｙを用いて表される。

画像輝度は、波長λの関数として表わされるカメラの分光感度特性を反映したものである。ここで、カメラの分光感度特性がデルタ関数で近似されるとすると、波長λは定数とみなせる。したがって、点Ａにおける画像輝度Ｉ_Ａ ^ｋ（ｋはｒ，ｇ，ｂ）は、以下のように表わされる。

Ｉ_Ａ ^ｋ＝τ^ｋＳ_Ａ ^ｋＥ_Ａ ^ｋ 式（４）

ここで、τ^ｋはカメラゲインである。すなわち、式（４）より、点Ａにおける照度Ｅ_Ａ ^ｋは、点Ａにおける画像輝度およびカメラゲインから算出される。さらに、反射体とカメラの幾何学的位置関係および反射体の形状が既知であれば、単純な幾何学を利用することにより、カメラから観測できる反射体表面上の任意点における法線ベクトルが算出できる。すなわち、カメラから観測できる反射体表面上の任意の点Ａおいて式（４）で計算される照度は、点Ａの法線ベクトル方向からの光源の照度とみなしてよい。つまり、カメラから観測できる反射体表面上の全ての点における法線ベクトル方向からの光源からの照度を算出が可能となる。これは、垂直方向だけでなく、斜め方向、水平方向から漏れてくる光の照度も算出ができることを意味する。

データベース４２は、具体的には、磁気ディスク装置や光ディスク装置等の記憶装置によって実現される。本実施形態では、データベース４２は、輝度値を照度に変換するための照度変換テーブルを記憶する。具体的には、データベース４２が記憶する照度変換テーブルは、輝度値と照度とを対応付けて含む。なお、データベース４２が記憶する照度変換テーブルは、例えば、予め、いくつかのサンプルとなる条件下において、それぞれ、一般に用いられる照度センサを用いて計測した照度と、撮影画像から求めた輝度値とを設定することによって構築される。

また、データベース４２は、照度をＬＡＩに変換するためのＬＡＩ変換テーブルを記憶する。具体的には、データベース４２が記憶するＬＡＩ変換テーブルは、照度とＬＡＩとを対応付けて含む。データベース４２が記憶するＬＡＩ変換テーブルは、例えば、予め、いくつかのサンプルとなる条件下において、一般に用いられる照度センサを用いて計測した照度と、その時に求めたＬＡＩとを設定することによって構築される。

ＬＡＩ算出手段４３は、具体的には、プログラムに従って動作する情報処理装置のＣＰＵによって実現される。ＬＡＩ算出手段４３は、画像分析手段４１が算出した照度に基づいて、ＬＡＩを算出する機能を備えている。具体的には、ＬＡＩ算出手段４３は、データベース４２が記憶するＬＡＩ変換テーブルから、画像分析手段４１が算出した照度の差分値に対応するＬＡＩを抽出することによって、ＬＡＩを求める。

ＬＡＩ出力手段４４は、具体的には、プログラムに従って動作する情報処理装置のＣＰＵ、及びディスプレイ装置等の表示装置によって実現される。ＬＡＩ出力手段４４は、ＬＡＩ算出手段４３が算出したＬＡＩを出力する機能を備えている。例えば、ＬＡＩ出力手段４４は、ＬＡＩ算出手段４３が算出したＬＡＩをディスプレイ装置等の表示装置に表示する。なお、ＬＡＩの出力の仕方は、本実施形態で示したものに限らず、例えば、ＬＡＩ出力手段４４は、ＬＡＩ算出手段４３が算出したＬＡＩを含むファイルをファイル出力するものであってもよい。また、例えば、ＬＡＩ出力手段４４は、ＬＡＩ算出手段４３が算出したＬＡＩを、ＬＡＮ等のネットワークを介して他の端末に送信するものであってもよい。

なお、本実施形態において、ＬＡＩ計測装置４０の記憶装置は、ＬＡＩを計測するための各種プログラムを記憶している。例えば、ＬＡＩ計測装置４０の記憶装置は、コンピュータに、撮影手段が出力する撮影画像に基づいて、反射体１０が反射する光の強度を算出する処理と、算出した光の強度に基づいて、葉面積指数を算出する処理とを実行させるためのＬＡＩ（葉面積指数）計測用プログラムを記憶している。

次に、ＬＡＩ計測システムの動作を説明する。図４は、ＬＡＩ計測システムを用いてＬＡＩを計測する動作の一例を示すフローチャートである。本実施形態では、図１および図２に示すように、垂直方向に複数の反射体１０が配列された配列群が、植物群落３０に対して現在太陽からの光が射し込んでいる側とは反対側に配置された状態で計測を行う。また、カメラ２０は、植物群落３０に遮られることなく反射体１０を撮影可能で、かつ垂直方向のＬＡＩを計測するため全ての反射体１０より上方に設置されている。

まず、カメラ２０は、反射体１０が配置された方向を撮影する（ステップＳ１０）。ＬＡＩ計測装置４０は、カメラ２０から撮影画像を入力する。

次いで、ＬＡＩ計測装置４０は、例えば、記憶装置（図示せず）に予め記憶されている反射体１０の色情報（本例では、赤色）を取得し（ステップＳ１１）、カメラ２０から入力した撮影画像中の赤色の物体が写っている領域を特定し、特定した領域の部分画像を抽出する。なお、本実施形態では、赤色の反射体１０が複数配置されているので、画像分析手段４１は、複数の領域を特定し、それぞれ特定した領域の部分画像を抽出する。そして、ＬＡＩ計測装置４０は、それぞれ、抽出した部分画像の輝度値を算出する（ステップＳ１２）。

また、ＬＡＩ計測装置４０は、算出した輝度値を照度に変換する。本実施形態では、ＬＡＩ計測装置４０は、データベース４２が記憶する照度変換テーブルから、算出した輝度値に対応する照度を抽出する。なお、ＬＡＩ計測装置４０は、色情報や表面反射特性に基づいて、上述した式（４）で表される撮影画像中の反射体１０が写っている箇所の部分画像の各画素における照度を算出するようにしてもよい。

次いで、ＬＡＩ計測装置４０は、求めた照度に基づいて、それぞれ、反射体１０を配置した箇所のＬＡＩを算出する（ステップＳ１３）。本実施形態では、ＬＡＩ計測装置４０は、データベース４２が記憶するＬＡＩ変換テーブルから、照度に対応するＬＡＩを抽出することによって、ＬＡＩを求める。

このように、ランバート反射を行う特性を有する球体の反射体１０を用いることで、ＬＡＩ計測装置４０は、反射体１０が設置されている地点での垂直方向のＬＡＩを算出することができる。なお、反射体１０が球体であるので、撮影画像中の反射体１０が写っている領域のうちの特定部分に着目することで、ＬＡＩ計測装置４０は、垂直方向以外の任意の方向のＬＡＩを算出することもできる。

なお、本実施形態では、予め照度とＬＡＩとを対応付けたＬＡＩ変換テーブルを用いてＬＡＩを求める場合を示したが、ＬＡＩの算出の仕方は、本実施形態で示したものにかぎられない。例えば、撮影画像の輝度値を照度に変換することなく、ＬＡＩ計測装置４０は、求めた輝度値にもとづいてＬＡＩを求めるようにしてもよい。この場合、例えば、予め輝度値とＬＡＩとを対応付けたテーブルを用意しておくようにし、ＬＡＩ計測装置４０は、求めた輝度値に対応するＬＡＩをテーブルから抽出することによって、ＬＡＩを求めるようにすればよい。

また、例えば、ＬＡＩ計測装置４０は、以下に示す式（５）を用いた演算処理を行うことによって、ＬＡＩを求めるようにしてもよい。

Ｉ／Ｉ_０＝ｅ^−ＫＦ ・・・ 式（５）

ここで、式（５）において、Ｉは、植物群落３０近傍に配置された複数の反射体１０のうちのある反射体１０が反射する光の強さ（具体的には、照度。なお、輝度値等であってもよい。）を示している。Ｉ_０は、植物群落３０近傍に配置された複数の反射体１０のうちのある基準となる反射体１０（本例では、最も上部に取り付けられた反射体１０の位置。すなわち、反射体１０と太陽との間に葉による影等の影響が殆どなく、基準の光の強さとして用いることができる。）が反射する光の強さ（具体的には、照度。なお、輝度値等であってもよい。）を示している。また、Ｋは、吸収計数を示しており、植物毎に値が異なるとともに、同じ植物であっても天候や時間帯等の外部要因によっても値が異なる。また、Ｆは積算葉面積指数である。

全ての反射体１０毎にＬＡＩの計測を終了した場合には、ＬＡＩ計測装置４０は、計測したＬＡＩをディスプレイ装置等の表示装置に表示する（ステップＳ１４）。この場合、ＬＡＩ計測装置４０は、例えば、計測ポイント毎に計測したＬＡＩの値を表示してもよい。また、ＬＡＩ計測装置４０は、例えば、奥行き方向（長手方向）に所定間隔毎に反射体群を配置して格子状に反射体１０を配置して計測した場合には、奥行き方向を横軸としてＬＡＩの値の推移を図示したグラフを表示してもよく、様々な表示方法でＬＡＩの計測値を表示することができる。また、例えば、ＬＡＩ計測装置４０は、計測したＬＡＩの値を含むファイルを出力したり、ネットワークを介して他の端末に送信したりしてもよい。

以上に説明したように、本実施形態では、ＬＡＩ計測装置４０は、高価な照度センサを用いることなく、カメラ２０からの撮影画像に基づいてＬＡＩの計測を行う。また、ＬＡＩ計測装置４０は、太陽光を直接の光源とした計測を行うのではなく、植物群落３０の近傍に配置された反射体１０から反射された光を計測することによりＬＡＩの計測を行う。そのため、ＬＡＩ計測装置４０は、計測箇所や方向の制限を受けることなく、低コストで、かつ簡易にＬＡＩ（葉面積指数）を自動的に計測することができる。

また、植物群落３０の奥行き方向に所定間隔（例えば、５０ｃｍ）毎に反射体１０を垂直方向に線状に配列してＬＡＩの計測を行うようにしてもよい。そのようにすることによって、ＬＡＩ計測装置４０は、植物群落３０の奥行き方向（長手方向）に対するＬＡＩの分布状況もコストを軽減しつつ容易に計測することができる。

なお、計測作業の手間を軽減するという観点から考えると、例えば、照度センサを垂直方向や奥行き方向に複数配置してＬＡＩの計測を行うことも考えられる。しかし、そのように構成してしまうと、高価な照度センサを多数用いなければならなくなり、コストが上昇してしまう。本実施形態では、ＬＡＩ計測装置４０は、高価な照度センサを用いることなく、かつカメラ２０の撮影画像を画像処理するだけで垂直方向や奥行き方向のＬＡＩを一括して計測できる。そのため、ＬＡＩ計測装置４０は、ＬＡＩ計測にかかるコストを低減することと作業負担を軽減することとを両立することができる。

また、照度センサを農耕地や森林等の屋外に配置すると、照度センサに汚れ等が付着しやすく、却って保守作業のための作業負担がかかったり故障を生じやすくなる。本実施形態では、ＬＡＩ計測装置４０は、反射体１０を多数配置するだけで簡易に計測ができる。そのため、保守作業のための作業負担の発生や障害を防止することができる。

次に、本発明によるＬＡＩ（葉面積指数）計測システムの最小構成について説明する。図５は、ＬＡＩ計測システムの最小の構成例を示すブロック図である。図５に示すように、ＬＡＩ計測システムは、反射体１０と、カメラ２０と、画像分析手段４１と、ＬＡＩ算出手段４３とを含む。

反射体１０は、計測対象の植物に対して太陽とは反対側に配置されている。また、カメラ２０は、反射体１０を撮影して撮影画像を出力する機能を備えている。また、画像分析手段４１は、カメラ２０が出力する撮影画像に基づいて、反射体１０が反射する光の強度（例えば、照度、輝度値）を算出する。また、ＬＡＩ算出手段４３は、画像分析手段４１が算出した光の強度に基づいて、ＬＡＩ（葉面積指数）を算出する機能を備えている。

図５に示した最小構成のＬＡＩ計測システムによれば、計測箇所や方向の制限を受けることなく、低コストで、かつ簡易に葉面積指数を自動的に計測することができる。

なお、上記に示した実施形態では、以下の（１）〜（５）に示すようなＬＡＩ（葉面積指数）計測システムの特徴的構成が示されている。

（１）葉面積指数計測システムは、計測対象の植物の近傍に配置された反射体（例えば、反射体１０）と、反射体との間に遮蔽物がない位置に配置され、反射体を撮影して撮影画像を出力する撮影手段（例えば、カメラ２０）と、撮影手段が出力する撮影画像に基づいて、反射体が反射する光の強度（例えば、照度、輝度値）を算出する強度算出手段（例えば、画像分析手段４１によって実現される）と、強度算出手段が算出した光の強度に基づいて、葉面積指数を算出する葉面積指数算出手段（例えば、ＬＡＩ算出手段４３によって実現される）とを備えたことを特徴とする。

（２）葉面積指数計測システムにおいて、強度算出手段は、光の強度として撮影画像中の反射体の輝度値を算出し、葉面積指数算出手段は、強度算出手段が光の強度として算出した輝度値に基づいて葉面積指数を算出するように構成されていてもよい。

（３）葉面積指数計測システムにおいて、強度算出手段は、光の強度として撮影画像中の反射体の輝度値に基づいて照度を算出し、葉面積指数算出手段は、強度算出手段が光の強度として算出した照度に基づいて葉面積指数を算出するように構成されていてもよい。

（４）葉面積指数計測システムは、葉面積指数を光の強度に対応付けて記憶する記憶手段（例えば、データベース４２）を備え、葉面積指数算出手段は、強度算出手段が算出した光の強度に対応する葉面積指数を記憶手段から抽出することによって、葉面積指数を算出するように構成されていてもよい。

（５）葉面積指数計測システムは、反射体は、所定の色彩が施され、強度算出手段は、撮影画像中の所定の色彩が施された物体が写っている領域を特定し、特定した領域の光の強度を算出するように構成されていてもよい。

以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１０年１２月２日に出願された日本特許出願２０１０−２６９７１８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明は、農耕地や森林内の植物群落におけるＬＡＩ（葉面積指数）を計測する用途に適用できる。

１０ 反射体
２０ カメラ
３０ 植物群落
４０ ＬＡＩ計測装置
４１ 画像分析手段
４２ データベース
４３ ＬＡＩ算出手段
４４ ＬＡＩ出力手段

Claims (8)

1. 計測対象の植物の近傍に配置された球体の反射体と、
   前記反射体との間に遮蔽物がない位置に配置され、前記反射体を撮影して撮影画像を出力する撮影手段と、
   前記撮影手段が出力する前記撮影画像に基づいて、前記反射体が反射する光の強度を算出する強度算出手段と、
   前記強度算出手段が算出した前記光の強度に基づいて、葉面積指数を算出する葉面積指数算出手段とを備えた
   ことを特徴とする葉面積指数計測システム。
2. 強度算出手段は、光の強度として撮影画像中の反射体の輝度値を算出し、
   葉面積指数算出手段は、前記強度算出手段が前記光の強度として算出した輝度値に基づいて葉面積指数を算出する
   請求項１記載の葉面積指数計測システム。
3. 強度算出手段は、光の強度として撮影画像中の反射体の輝度値に基づいて照度を算出し、
   葉面積指数算出手段は、前記強度算出手段が前記光の強度として算出した照度に基づいて葉面積指数を算出する
   請求項１記載の葉面積指数計測システム。
4. 葉面積指数を光の強度に対応付けて記憶する記憶手段を備え、
   葉面積指数算出手段は、強度算出手段が算出した光の強度に対応する葉面積指数を前記記憶手段から抽出することによって、前記葉面積指数を算出する
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の葉面積指数計測システム。
5. 反射体は、所定の色彩が施され、
   強度算出手段は、撮影画像中の前記所定の色彩が施された物体が写っている領域を特定し、特定した前記領域の光の強度を算出する
   請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の葉面積指数計測システム。
6. 計測対象の植物の近傍に配置された球体の反射体と、前記反射体との間に遮蔽物がない位置に配置され、前記反射体を撮影して撮影画像を出力する撮影手段とを備えた葉面積指数計測システムにおける、葉面積指数を計測する葉面積指数計測装置であって、
   前記撮影手段が出力する前記撮影画像に基づいて、前記反射体が反射する光の強度を算出する強度算出手段と、
   前記強度算出手段が算出した前記光の強度に基づいて、葉面積指数を算出する葉面積指数算出手段とを備えた
   ことを特徴とする葉面積指数計測装置。
7. 計測対象の植物の近傍に球体の反射体が設けられ、
   前記反射体との間に遮蔽物がない位置に配置され、前記反射体を撮影して撮影画像を出力する撮影手段が設けられ、
   前記撮影手段が出力する前記撮影画像に基づいて、前記反射体が反射する光の強度を算出し、
   算出した前記光の強度に基づいて、葉面積指数を算出する
   ことを特徴とする葉面積指数計測方法。
8. 計測対象の植物の近傍に配置された球体の反射体と、前記反射体との間に遮蔽物がない位置に配置され、前記反射体を撮影して撮影画像を出力する撮影手段とを備えた葉面積指数計測システムにおける、葉面積指数を計測するための葉面積指数計測用プログラムであって、
   コンピュータに、
   前記撮影手段が出力する前記撮影画像に基づいて、前記反射体が反射する光の強度を算出する強度算出処理と、
   算出した前記光の強度に基づいて、葉面積指数を算出する葉面積指数算出処理とを
   実行させるための葉面積指数計測用プログラム。

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