JP5982731B1 - 水分量観察装置、水分量観察方法及び栽培装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態の水分量観察装置の一例として、図1に示す植物検出カメラ1を例示して説明する。また、本実施形態の栽培装置は、図1に示す植物検出カメラ1と、肥料(例えば液肥、つまり液体肥料)を供給したり所定量の水分を植物に灌水したりする栽培制御部の一例としての肥料水供給装置WFと、ユーザインタフェース(User Interface)画面60(図16参照)等を表示するモニタ50とを含む構成である。また、本発明は、植物検出カメラ1が行う各処理を実行する水分量観察方法として表現することも可能である。本実施形態の植物検出カメラ1は、植物の水分の有無の分布状態を検出できる。以下、植物の対象部位として葉を例示して説明するが、植物の対象部位は葉に限定されず、実、茎、花、根等の他の部位でも構わない。
図1は、第1の実施形態における植物検出カメラ1の使用状況の一例を示す概念説明図である。植物検出カメラ1は、例えばトマト等の果菜類が植生されているビニールハウス内の定点に設置される。具体的には、植物検出カメラ1は、例えば地面から鉛直上方向に立伸している円柱状の支柱MT1を挟むように取り付けられた取付冶具ZGに固定された基台BS上に設置されている。植物検出カメラ1は、支柱MT1に取り付けられた電源スイッチPWSから電源が供給されて動作し、観察対象の植物PTに向けて波長の異なる複数種類のレーザ光である参照光LS1,測定光LS2を照射範囲RNGにわたって照射する。
図2は、植物検出カメラ1の内部構成の一例を詳細に示すブロック図である。図2に示す植物検出カメラ1は、非可視光センサNVSSと、可視光カメラVSCとを含む構成である。非可視光センサNVSSは、制御部11と、投射部PJと、画像判定部JGとを含む構成である。投射部PJは、第1投射光源13と、第2投射光源15と、投射光源走査用光学部17とを有する。画像判定部JGは、撮像光学部21と、受光部23と、信号加工部25と、検出処理部27と、表示処理部29とを有する。可視光カメラVSCは、撮像光学部31と、受光部33と、撮像信号処理部35と、表示制御部37とを有する。通信端末MTは、ユーザ(例えばトマト等の果菜類の植物PTの生育の観察者。以下同様。)により携帯される。
次に、本実施形態の植物検出カメラ1の非可視光センサNVSSの制御部11における初期動作の一例について、図4を参照して説明する。図4は、植物検出カメラ1の制御部11における初期設定動作の一例を説明するフローチャートである。
次に、植物検出カメラ1の非可視光センサNVSSにおける水分の検出に関する詳細な動作手順について、図7を参照して説明する。図7は、非可視光センサNVSSにおける植物PTの葉PT3に含まれる水分の検出に関する詳細な動作手順の一例を説明するフローチャートである。図7に示すフローチャートの説明の前提として、タイミング制御部11aは、光源走査用タイミング信号TRを第1投射光源13及び第2投射光源15に出力しており、植物検出カメラ1から参照光LS1及び測定光LS2が植物PTの葉PT3に向けて照射されるとする。
(T2)乾燥した葉を乳鉢に入れ、粉末になるように葉をすり潰して粉砕する。
(T3)葉に含まれる含水量(乾燥させる前)の4倍の量を持つ、60℃のお湯が入った容器に、粉砕した葉の粉末を入れ、室温で2時間撹拌する。
(T4)葉の粉末が入った容器を放置し、15時間超えるまで、葉の粉末を自然沈降させる。
(T5)上澄み液を抽出し、糖度計でそのBrix値を計測する。ただし、このBrix値は、葉中の水分量の4倍のお湯を使って得られた仮のBrix値であるので、数式(1)に従い、真のBrix値が得られる。なお、数式(1)による真のBrix値の算出は、糖度計で得られたBrix値が入力された時点で、制御部11により行われてもよい。
…… (1)
図20は、第1の実施形態の変形例1における最適灌水量探索手順の一例を説明するフローチャートである。図15と同一のステップ処理については、同一のステップ番号を付すことでその説明を省略する。制御部11は、ステップS48で指定時刻まで待機した後に水分指数を算出した後、探索灌水量と、水分指数が目標範囲Bw(範囲内)に保持するように標準化画素平均水分指数Dwの上昇分を表示する(S49A)。これらの表示を基に、ユーザは、最適な水分量を推測することができる。この後、制御部11は本動作を終了する。
第2の実施形態では、葉中の標準化画素平均水分指数Dwを連続して測定中に、何かの影響で葉の位置ズレが生じた場合を示す。葉中の標準化画素平均水分指数Dwを時系列に測定中、例えば強風や衝突により測定対象の葉が貼り付けられた白色背景板が傾き、葉の位置ズレが生じた場合、レーザ光の照射による反射強度比によって測定される葉中の標準化画素平均水分指数Dwが急激に変化することになる。
上記第2の実施形態では、葉の位置ズレを標準化画素平均水分指数Dwの差分が閾値thを超えたか否かによって判断していたが、葉の位置ズレを物理的に検出する場合を示す。
図26は、第2の実施形態の変形例2における白色背景板bddと植物検出カメラ1との機械的な配置の一例を説明する図である。白色背景板bddは、ベース101に立てられた棒材102の上に取り付けられ、立て札として設置される。植物検出カメラ1は三脚151に固定されている。また、白色背景板bddは、ワイヤや棒材等の連結部材mpで植物検出カメラ1と機械的に繋がって固定されている。白色背景板bddに位置ズレが起きた場合、その変化はそのまま植物検出カメラ1に伝わる。例えば大きな位置ズレが起きた場合、植物検出カメラ1で撮像される画像に大きな変化が生じる。
11 制御部
11a タイミング制御部
13 第1投射光源
15 第2投射光源
17 投射光源走査用光学部
21、31 撮像光学部
23、33 受光部
25 信号加工部
25a I/V変換回路
25b 増幅回路
25c コンパレータ/ピークホールド処理部
27 検出処理部
27a 閾値設定/水分指数検出処理部
27b メモリ
27c 検出結果フィルタ処理部
29 表示処理部
35 撮像信号処理部
37 表示制御部
50 モニタ
60 UI(ユーザインタフェース)画面
61 探索灌水量入力画面
63 設定領域
64 初期設定ボタン
66 ズレ閾値設定ボタン
67,68 入力ボックス
71 灌水量探索モードボタン
72,74 表示ボックス
73 水ストレス制御(栽培制御)モードボタン
101 ベース
102 棒材
151 三脚
ARE エリア
BB 土台
bd,bdd 白色背景板
bd1 開口部
bd2 孔部
bd3,bd4,bd5,bd21 スリット
bd11 枠体
Bw 目標範囲
gh1,gh2 グラフ
Gm1 葉中水分モニタリング画面
JG 画像判定部
PT3,PT3t,PT3o 葉
LS1 参照光
LS2 測定光
mk1,mk2,mk3,mk4 マーク
mp 連結部材
MT 通信端末
NVSS 非可視光センサ
pf1,pf2,pf3,pf4 水ストレスプロファイル
PJ 投射部
TR 光源走査用タイミング信号
RF 光源発光信号
RV0 環境光
RV1、RV2 拡散反射光
r1〜r5,r11〜r18,ra,rb,rc 矢印
sc1,sc2,sc3 領域
sm1,sm2,sm3 植物サンプル
TW1 水ポテンシャル降下期間
TW2 最適灌水量探索期間
TW3 水ストレス制御期間
TW4 含水率回復期間
VSC 可視光カメラ
WF 肥料水供給装置
Claims (5)
- 植物に含まれる水分量を観察する水分量観察装置であって、
水分に吸収され難い特性を有する第1波長の近赤外レーザ参照光を前記植物に向けて順次走査しながら照射する第1光源と、
水分に吸収され易い特性を有する第2波長の近赤外レーザ測定光を前記植物に向けて順次走査しながら照射する第2光源と、
前記植物に含まれる水分の有無を示す非可視光画像を出力する出力部と、
一定の測定期間において、前記近赤外レーザ参照光の反射光と前記近赤外レーザ測定光の反射光とを基に、前記非可視光画像を構成する画素領域毎に、画素領域に含まれる水分量を繰り返し算出する水分量算出部と、
前記水分量算出部により算出された、前記測定期間の開始時から終了時までの前記画素領域に含まれる水分量の時系列の推移を表示部に表示する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記非可視光画像を構成する全ての画素領域のうち、前記測定期間の開始時に前記水分量算出部により算出された水分量が閾値を超えた画素領域の集合を、前記植物の観察対象部位として固定的に決定する、
水分量観察装置。 - 請求項1に記載の水分量観察装置であって、
前記植物には、前記第1光源及び前記第2光源から見て、前記植物の背面を覆う背景物が配置される、
水分量観察装置。 - 請求項2に記載の水分量観察装置であって、
前記水分量算出部は、前記植物の対象部位として固定的に決定された前記画素領域の集合内において、前記画素領域毎に水分量を算出し、
前記出力部は、前記水分量算出部によって前記画素領域毎に算出された水分量に応じて、前記非可視光画像を段階的かつ識別可能に表示する、
水分量観察装置。 - 請求項1に記載の水分量観察装置と、
前記測定期間のうち一部の期間において前記水分量算出部により算出された前記水分量の時系列の推移に基づいて、所定量の水分を前記植物に灌水する栽培制御部と、を備える、
栽培装置。 - 植物に含まれる水分量を観察する水分量観察装置における水分量観察方法であって、
第1光源が、水分に吸収され難い特性を有する第1波長の近赤外レーザ参照光を前記植物に向けて順次走査しながら照射し、
第2光源が、水分に吸収され易い特性を有する第2波長の近赤外レーザ測定光を前記植物に向けて順次走査しながら照射し、
前記植物に含まれる水分の有無を示す非可視光画像を出力し、
一定の測定期間において、前記近赤外レーザ参照光の反射光と前記近赤外レーザ測定光の反射光とを基に、前記非可視光画像を構成する画素領域毎に、画素領域に含まれる水分量を繰り返し算出し、
前記測定期間の開始時から終了時までに算出された前記画素領域に含まれる水分量の時系列の推移を表示部に表示することを特徴とし、
さらに、前記植物の観察対象部位は、前記非可視光画像を構成する全ての画素領域のうち、前記測定期間の開始時に算出された水分量が閾値を超えた画素領域の集合として固定的に決定される、
水分量観察方法。
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