JP5984075B1 - Water content observation device, water content observation method and cultivation device - Google Patents
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Abstract
【課題】周囲の環境条件の影響を考慮して、トマト等の果実を含む植物に含まれる水分量の制御を柔軟に行う。【解決手段】第1の投射光源は、水分に吸収され難い特性を有する905nmの近赤外光を参照光として植物の葉に向けて照射する。第2の投射光源は、水分に吸収され易い特性を有する1550nmの近赤外光を測定光として植物の葉に向けて照射する。閾値設定/水分指数検出処理部は、反射強度比の総和ΣLn(I905/I1550)である葉1枚の水分指数を算出する。制御部は、植物の周囲の環境条件を制御する制御装置200と接続し、算出した植物に含まれる水分量の増減の推移を基に、環境条件の変更又は維持を制御装置200に指示する。【選択図】図37[PROBLEMS] To flexibly control the amount of water contained in plants including fruits such as tomatoes in consideration of the influence of surrounding environmental conditions. A first projection light source irradiates a plant leaf with a near-infrared light having a wavelength of 905 nm having a characteristic that is hardly absorbed by moisture as a reference light. The second projection light source irradiates a plant leaf with 1550 nm near-infrared light having characteristics that are easily absorbed by moisture as measurement light. The threshold setting / moisture index detection processing unit calculates the moisture index of one leaf, which is the sum ΣLn (I905 / I1550) of the reflection intensity ratio. The control unit is connected to the control device 200 that controls the environmental conditions around the plant, and instructs the control device 200 to change or maintain the environmental conditions based on the calculated change in the amount of water contained in the plant. [Selection] Figure 37
Description
本発明は、植物に含まれる水分量を観察する水分量観察装置、水分量観察方法、及び栽培装置に関する。 The present invention relates to a water content observation device, a water content observation method, and a cultivation device for observing the amount of water contained in a plant.
従来、正常な植物では細胞の内外に電位差が存在し、起電力が発生することが知られている。このような起電力が発生することのメカニズムは、例えば高等植物の軸性器官の電気生理学的モデルに基づいて説明が可能である。特に、根と土壌との間の起電力を利用して、植物の根の状態(例えば水ストレス)を非破壊的に調べる方法が各種提案されている。 Conventionally, it is known that a normal plant has an electric potential difference inside and outside a cell and generates an electromotive force. The mechanism by which such an electromotive force is generated can be explained based on an electrophysiological model of an axial organ of a higher plant, for example. In particular, various methods for non-destructively examining the state of a plant root (for example, water stress) using an electromotive force between the root and soil have been proposed.
上記方法を利用して植物における水ストレスを測定する先行技術として、例えば特許文献1が知られている。特許文献1では、植物に第1の非分極性電極が接続され、植物が植生されている土壌に第2の非分極性電極が接続され、これら2つの非分極性電極間に電位差計が設けられ、この電位差計によって両非分極性電極間の起電力が測定されたことによって植物が受けている水ストレスが測定可能となる。 For example, Patent Document 1 is known as a prior art for measuring water stress in plants using the above method. In Patent Document 1, a first non-polarizable electrode is connected to a plant, a second non-polarizable electrode is connected to soil in which the plant is vegetated, and a potentiometer is provided between the two non-polarizable electrodes. Thus, the water stress applied to the plant can be measured by measuring the electromotive force between the non-polarizable electrodes by the potentiometer.
植物の一例として、トマト等の果実の糖度を良くするためには、トマトの葉等に含まれる水分量の多寡が通常、考慮される。ところが、トマトの葉等の水分量は、育成者(農夫)による手動灌水又は灌水装置(例えばスプリンクラー)の自動灌水によって与えられた水だけによって決まるものではなく、その周囲の環境条件(例えば温度、湿度)の影響を受けて変動する性質が知られている。上述した特許文献1は、このような性質に着目したものではなく、周囲の環境条件の影響を考慮して、トマトの葉等の水分量の制御を具体的に行うことはできない。 As an example of a plant, in order to improve the sugar content of fruits such as tomatoes, the amount of water contained in tomato leaves or the like is usually considered. However, the amount of water such as tomato leaves is not determined solely by water provided by manual irrigation by a grower (farmer) or automatic irrigation by an irrigation device (for example, sprinkler), but the surrounding environmental conditions (for example, temperature, It is known that it fluctuates under the influence of humidity. Patent Document 1 described above does not pay attention to such a property, and cannot specifically control the amount of water such as tomato leaves in consideration of the influence of surrounding environmental conditions.
また、トマトの価値(つまり、単価)を向上するために、トマトの糖度を向上させることが考えられるが、この糖度を増すためには、どのようなタイミングでどの程度の灌水を行えば良いのかは、農夫の過去の経験や勘等、人為的な取り決めに起因するところが大きかった。 In addition, in order to improve the value (ie unit price) of tomatoes, it is conceivable to increase the sugar content of tomatoes. To increase this sugar content, what level of watering should be performed at what timing? Was largely attributed to artificial arrangements such as the farmer's past experience and intuition.
一般的に、トマト等の果実の糖度を上げることは、品質の向上に繋がって単価も上昇するが、その反面、育成が容易ではないこともあるために歩留まりが下がって生産量が減少するという側面が強い。つまり、果実の高機能化と歩留まりとは、トレードオフの関係にある。このため、今後、歩留まりを向上させて生産性を高めることが期待されている。 In general, increasing the sugar content of fruits such as tomatoes leads to improved quality and unit price, but on the other hand, it may not be easy to grow, so yield decreases and production decreases. Strong side. In other words, there is a trade-off between fruit enhancement and yield. For this reason, it is expected that the yield will be improved and the productivity will be improved in the future.
また、特許文献1に記載のように、植物や土壌に電極を接続して測定する場合、測定時間によっては植物の根等を痛めてしまうことも懸念される。 In addition, as described in Patent Document 1, when an electrode is connected to a plant or soil for measurement, there is a concern that the root of the plant may be damaged depending on the measurement time.
本発明は、上述した従来の状況に鑑みてなされたものであり、周囲の環境条件の影響を考慮して、トマト等の果実を含む植物に含まれる水分量の制御を柔軟に行うことができる水分量観察装置、水分量観察方法及び栽培装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and can flexibly control the amount of water contained in plants including fruits such as tomatoes in consideration of the influence of surrounding environmental conditions. It aims at providing a moisture content observation device, a moisture content observation method, and a cultivation device.
本発明は、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、一定の測定期間において、前記植物において反射された前記近赤外レーザ参照光の反射光と前記植物において反射された前記近赤外レーザ測定光の反射光とを基に、前記植物に含まれる水分量を繰り返し算出する水分量算出部と、前記植物に含まれる水分の蒸散量をコントロールするための前記植物の周囲の環境条件を制御する環境制御装置と接続され、前記水分量算出部により算出された前記植物に含まれる水分量の増減の推移を基に、前記環境条件の変更又は維持を前記環境制御装置に指示する制御部と、を備える、水分量観察装置を提供する。 The present invention relates to a water content observation device for observing the amount of water contained in the plant, while sequentially scanning the near-infrared laser reference beam of the first wavelength with the absorbed hardly characteristic moisture toward the plant a first light source for irradiating a second light source for irradiating while sequentially scanned toward a near-infrared laser measuring light of the second wavelength having a prone properties is absorbed by water content in the plant, in a certain measurement period, the Moisture amount that repeatedly calculates the amount of moisture contained in the plant based on the reflected light of the near-infrared laser reference light reflected on the plant and the reflected light of the near-infrared laser measurement light reflected on the plant Moisture contained in the plant calculated by the moisture amount calculation unit, connected to the calculation unit and an environmental control device that controls environmental conditions around the plant for controlling the transpiration amount of moisture contained in the plant Increase in quantity Transition based on the, and a control unit for instructing the change or maintenance of the environmental conditions in the environment control apparatus, to provide a water content viewing apparatus.
また、本発明は、水分量観察装置と、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、栽培装置を提供する。 The present invention also provides a predetermined amount of moisture to the plant based on a moisture amount observation device and a time-series transition of the moisture amount calculated by the moisture amount calculation unit in a part of the measurement period. A cultivation device comprising a cultivation control unit for irrigation is provided.
また、本発明は、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、一定の測定期間において、前記植物において反射された前記近赤外レーザ参照光の反射光と前記植物において反射された前記近赤外レーザ測定光の反射光とを基に、前記植物に含まれる水分量を繰り返し算出し、前記植物に含まれる水分の蒸散量をコントロールするための前記植物の周囲の環境条件を制御する環境制御装置と接続し、算出された前記植物に含まれる水分量の増減の推移を基に、前記環境条件の変更又は維持を前記環境制御装置に指示する、水分量観察方法を提供する。 Further, the present invention provides a water content observation method in water content observation device for observing the amount of water contained in the plant, the first light source, near-infrared laser of the first wavelength with the absorbed difficult properties to moisture the reference beam is irradiated while sequentially scanned toward the plant, the second light source are sequentially scanned while the near-infrared laser measuring light of the second wavelength having a prone properties is absorbed by water content toward the plant irradiation And included in the plant based on the reflected light of the near-infrared laser reference light reflected on the plant and the reflected light of the near-infrared laser measurement light reflected on the plant in a certain measurement period. Connected to an environmental control device that controls the environmental conditions around the plant for controlling the amount of transpiration of water contained in the plant , and repeatedly calculating the amount of water contained in the plant. Based on changes Instructs the change or maintenance of the environmental conditions in the environment control apparatus, to provide a water content viewing method.
本発明によれば、周囲の環境条件の影響を考慮して、トマト等の果実を含む植物に含まれる水分量の制御を柔軟に行うことができる。 According to the present invention, it is possible to flexibly control the amount of water contained in plants including fruits such as tomatoes in consideration of the influence of surrounding environmental conditions.
以下、適宜図面を参照しながら、本発明に係る水分量観察装置、栽培装置及び水分量観察方法を具体的に開示した各実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。 Hereinafter, embodiments that specifically disclose the water content observation device, the cultivation device, and the water content observation method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed description than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of already well-known matters and repeated descriptions for substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid the following description from becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art. The accompanying drawings and the following description are provided to enable those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and are not intended to limit the subject matter described in the claims.
(第1の実施形態)
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17参照)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。
(First embodiment)
A plant detection camera 1 shown in FIG. 1 will be described as an example of the moisture amount observation apparatus of the present embodiment. Moreover, the cultivation apparatus of this embodiment is an example of the plant detection camera 1 illustrated in FIG. 1 and a cultivation control unit that supplies fertilizer (for example, liquid fertilizer, that is, liquid fertilizer) or irrigates a plant with a predetermined amount of water. The fertilizer water supply device WF and a monitor 50 that displays a user interface screen 60 (see FIG. 17) and the like. Moreover, this invention can also be expressed as a moisture content observation method which performs each process which the plant detection camera 1 performs. The plant detection camera 1 of the present embodiment can detect the distribution state of the presence or absence of moisture in the plant.
ここで、本実施形態の植物検出カメラ1の観察対象は植物とし、より具体的な例を挙げるとすると果菜類を例示して説明する。例えばトマト等の果菜類の生育においては、トマトの果実の糖度を増すためには、根及び葉の水分や肥料が光合成において適量に消化された結果、十分に水分や肥料が供給された状態ではなく、水分や肥料が不足状態になることが必要であることが知られている。例えば葉に十分な水分が供給されていれば、葉は健全な状態として平坦な形状となる。一方、葉への水分が相当に不足していると、葉の形状が反る。一方、土壌への肥料が相当に不足していると、葉が黄色くなる等の症状が発生する。 Here, the observation object of the plant detection camera 1 of the present embodiment is a plant, and a more specific example will be described by illustrating fruit vegetables. For example, in the growth of fruit vegetables such as tomatoes, in order to increase the sugar content of tomato fruits, the moisture and fertilizers in the roots and leaves are digested to an appropriate amount in photosynthesis. However, it is known that moisture and fertilizer need to be in a deficient state. For example, if sufficient moisture is supplied to the leaves, the leaves are in a flat state as a healthy state. On the other hand, if the moisture in the leaves is considerably insufficient, the shape of the leaves is warped. On the other hand, if the fertilizer to the soil is insufficient, symptoms such as yellowing of the leaves occur.
以下の本実施形態では、植物検出カメラ1は、植物(例えば葉)に波長の異なる複数種類のレーザ光を照射し、葉の照射位置において反射したそれぞれの拡散反射光の強度比を基に、葉の水分を検出する例を説明する。なお、本実施形態では、植物の葉を測定対象としたが、葉に限らず、実、茎、花等の他の部位であってもよい。このことは第2の実施形態においても同様である。 In the following embodiment, the plant detection camera 1 irradiates a plant (for example, a leaf) with a plurality of types of laser light having different wavelengths, and based on the intensity ratio of each diffusely reflected light reflected at the irradiation position of the leaf, An example of detecting leaf moisture will be described. In the present embodiment, the leaves of the plant are the measurement target. However, the present invention is not limited to the leaves, and may be other parts such as fruits, stems, and flowers. The same applies to the second embodiment.
(植物検出カメラの概要)
図1は、各実施形態の植物検出カメラ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。
(Outline of plant detection camera)
FIG. 1 is a conceptual explanatory diagram illustrating an example of a usage situation of the plant detection camera 1 of each embodiment. The plant detection camera 1 is installed at a fixed point in a greenhouse where fruit vegetables such as tomatoes are vegetated. Specifically, the plant detection camera 1 is installed on a base BS fixed to an attachment jig ZG attached so as to sandwich, for example, a columnar column MT1 extending vertically upward from the ground. Yes. The plant detection camera 1 operates by being supplied with power from the power switch PWS attached to the column MT1, and receives reference light LS1 and measurement light LS2 which are a plurality of types of laser beams having different wavelengths toward the plant PT to be observed. Irradiate over the irradiation range RNG.
植物PTは、例えばトマト等の果菜類の植物であり、土台BB上に設置された養土ポットSLPに充填された養土SLから根を生やしており、幹PT1、茎PT2、葉PT3、果実PT4、花PT5をそれぞれ有する。土台BB上には、肥料水供給装置WFが設置されている。肥料水供給装置WFは、LAN(Local Area Network)ケーブルLCB2を介して接続された無線通信システムRFSYからの指示により、例えばケーブルWLを介して水を養土ポットSLPに供給する。これにより、養土SLに水が供給されることになるので、植物PTの根が水分を吸収し、植物PT内の各部(つまり、幹PT1、茎PT2、葉PT3、果実PT4、花PT5)に水分が供給される。 The plant PT is, for example, a plant of fruit vegetables such as tomatoes, and grows roots from the soil SL filled in the soil pot SLP installed on the base BB. The stem PT1, the stem PT2, the leaf PT3, and the fruit Each has PT4 and flower PT5. A fertilizer water supply device WF is installed on the base BB. The fertilizer water supply device WF supplies water to the soil pot SLP via, for example, the cable WL according to an instruction from the wireless communication system RFSY connected via a LAN (Local Area Network) cable LCB2. As a result, water is supplied to the soil SL, so that the roots of the plant PT absorb moisture, and each part in the plant PT (that is, the stem PT1, the stem PT2, the leaf PT3, the fruit PT4, and the flower PT5). Moisture is supplied to
また、植物検出カメラ1は、参照光LS1,測定光LS2が照射された植物PTの照射位置において反射した拡散反射光RV1,RV2を受光し、さらに、環境光RV0も受光する。後述するように、植物検出カメラ1は、通常のカメラ機能を有し、環境光RV0の入光によって既定の画角内の画像(つまり、図1に示すビニールハウス内の植物PTの可視光画像)を撮像可能である。植物検出カメラ1は、拡散反射光RV1,RV2を基にした各種の検出結果(後述参照)や画像データを含む出力データをデータロガーDLに出力する。 In addition, the plant detection camera 1 receives the diffuse reflection light RV1 and RV2 reflected at the irradiation position of the plant PT irradiated with the reference light LS1 and the measurement light LS2, and further receives the environmental light RV0. As will be described later, the plant detection camera 1 has a normal camera function, and an image within a predetermined angle of view (that is, a visible light image of the plant PT in the greenhouse shown in FIG. 1) by the incident light of the ambient light RV0. ). The plant detection camera 1 outputs various detection results (see later) based on the diffuse reflected light RV1 and RV2 and output data including image data to the data logger DL.
データロガーDLは、植物検出カメラ1からの出力データを、LANケーブルLCB1及び無線通信システムRFSYを介して、ビニールハウスとは地理的に離れた位置にある事務所内制御室の管理PC(Personal Computer、不図示)に送信する。無線通信システムRFSYは、特に通信仕様は限定されないが、ビニールハウス内のデータロガーDLと事務所内制御室内の管理PCとの間の通信を制御し、さらに、養土ポットSLPへの水や肥料の供給に関する管理PCからの指示を肥料水供給装置WFに送信する。 The data logger DL sends output data from the plant detection camera 1 via a LAN cable LCB1 and a wireless communication system RFSY to a management PC (Personal Computer, (Not shown). The radio communication system RFSY is not particularly limited in communication specifications, but controls communication between the data logger DL in the greenhouse and the management PC in the office control room, and further supplies water and fertilizer to the soil pot SLP. An instruction from the management PC regarding supply is transmitted to the fertilizer water supply device WF.
事務所内制御室内の管理PCにはモニタ50が接続され、管理PCは、データロガーDLから送信された植物検出カメラ1の出力データをモニタ50に表示する。図1では、モニタ50は、例えば観察対象の植物PTの全体と、植物PT全体の水分の有無に関する分布状態とを表示している。また、モニタ50は、植物PTの全体のうち特定の指定箇所(つまり、管理PCを使用する観察者のズーム操作によって指定された指定箇所ZM)の拡大分布状態とその指定箇所に対応する画像データとを生成して対比可能に表示している。また、表示部の一例としてのモニタ50は、後述する葉中水分モニタリング画面Gm1(図17参照)を含むUI画面60を表示する。 A monitor 50 is connected to the management PC in the control room in the office, and the management PC displays the output data of the plant detection camera 1 transmitted from the data logger DL on the monitor 50. In FIG. 1, the monitor 50 displays, for example, the entire plant PT to be observed and the distribution state relating to the presence or absence of moisture in the entire plant PT. In addition, the monitor 50 displays an enlarged distribution state of a specific designated portion (that is, a designated portion ZM designated by an observer's zoom operation using the management PC) in the entire plant PT and image data corresponding to the designated location. And are displayed so that they can be compared. The monitor 50 as an example of a display unit displays a UI screen 60 including a leaf moisture monitoring screen Gm1 (see FIG. 17) described later.
植物検出カメラ1は、可視光カメラVSCと、非可視光センサNVSSとを含む構成である。可視光カメラVSC(取得部)は、例えば既存の監視カメラと同様に、所定の波長(例えば0.4〜0.7μm)を有する可視光に対する環境光RV0を用いて、ビニールハウス内の植物PTを撮像する。以下、可視光カメラVSCにより撮像された植物の画像データを、「可視光カメラ画像データ」という。 The plant detection camera 1 includes a visible light camera VSC and a non-visible light sensor NVSS. The visible light camera VSC (acquisition unit), for example, similar to an existing surveillance camera, uses the ambient light RV0 for visible light having a predetermined wavelength (for example, 0.4 to 0.7 μm), and the plant PT in the greenhouse. Image. Hereinafter, the image data of the plant imaged by the visible light camera VSC is referred to as “visible light camera image data”.
非可視光センサNVSSは、可視光カメラVSCと同一の植物PTに対し、複数種類の波長(後述参照)を有する非可視光(例えば赤外光)である参照光LS1,測定光LS2を投射する。非可視光センサNVSSは、参照光LS1,測定光LS2が照射された植物PTの照射位置において反射した拡散反射光RV1,RV2の強度比を用いて、観察対象である植物PTの照射位置における水分の有無を検出する。 The invisible light sensor NVSS projects reference light LS1 and measurement light LS2 that are invisible light (for example, infrared light) having a plurality of types of wavelengths (see below) to the same plant PT as the visible light camera VSC. . The non-visible light sensor NVSS uses the intensity ratio of the diffuse reflection light RV1 and RV2 reflected at the irradiation position of the plant PT irradiated with the reference light LS1 and the measurement light LS2, and moisture at the irradiation position of the plant PT to be observed. The presence or absence of is detected.
また、植物検出カメラ1は、可視光カメラVSCが撮像した可視光カメラ画像データに、非可視光センサNVSSの水分の検出結果に相当する出力画像データ(以下、「検出結果画像データ」という)又は検出結果画像データに関する情報を合成した表示データを生成して出力する。表示データは、検出結果画像データと可視光カメラ画像データとが合成された画像データに限定されず、例えば検出結果画像データと可視光カメラ画像データとが対比可能に生成された画像データでもよい。植物検出カメラ1からの表示データの出力先は、例えばネットワーク(不図示)を介して植物検出カメラ1に接続された外部接続機器であり、データロガーDL又は通信端末MTである(図3参照)。このネットワークは、有線ネットワーク(例えばイントラネット、インターネット)でも良いし、無線ネットワーク(例えば無線LAN)でもよい。 Further, the plant detection camera 1 adds, to the visible light camera image data captured by the visible light camera VSC, output image data corresponding to the moisture detection result of the non-visible light sensor NVSS (hereinafter referred to as “detection result image data”) or Display data obtained by combining information on detection result image data is generated and output. The display data is not limited to the image data obtained by combining the detection result image data and the visible light camera image data. For example, the display data may be image data generated so that the detection result image data and the visible light camera image data can be compared. The output destination of the display data from the plant detection camera 1 is, for example, an external connection device connected to the plant detection camera 1 via a network (not shown), and is the data logger DL or the communication terminal MT (see FIG. 3). . This network may be a wired network (for example, an intranet or the Internet) or a wireless network (for example, a wireless LAN).
(植物検出カメラがビニールハウス内に設置された植物観察システム)
次に、各実施形態の植物検出カメラ1がビニールハウスVGH内に設置された植物観察システム1000の構成例について、図2を参照して説明する。図2は、各実施形態の植物検出カメラ1が、ビニールハウスVGHの環境条件を制御するための制御装置200とともにビニールハウスVGH内に配置された植物観察システム1000の構成例を示すブロック図である。なお、図2に示す各部のうち植物検出カメラ1及び空調機227を除く各部の動作の詳細については、本願と同一の出願人により出願された公開文献(具体的には、特開2014−57570号公報)を参照して本明細書中に取り込んでも構わない。ここでは、ビニールハウスVGH内で育成されている植物(例えばトマト等の果実)の周囲の環境条件(例えば温度、湿度)を変更可能な状況の中で、植物検出カメラ1がビニールハウスVGH内に設置された植物観察システム1000の構成例について説明する。
(Plant observation system with a plant detection camera installed in a greenhouse)
Next, a configuration example of the plant observation system 1000 in which the plant detection camera 1 of each embodiment is installed in the greenhouse VGH will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a plant observation system 1000 in which the plant detection camera 1 according to each embodiment is disposed in the greenhouse VGH together with the control device 200 for controlling the environmental conditions of the greenhouse VGH. . In addition, about the detail of operation | movement of each part except the plant detection camera 1 and the air conditioner 227 among each part shown in FIG. 2, it is the published document (specifically, Unexamined-Japanese-Patent No. 2014-57570) filed by the same applicant as this application. No.) may be incorporated in this specification. Here, the plant detection camera 1 is placed in the greenhouse VGH in a situation in which environmental conditions (for example, temperature and humidity) around the plant (for example, fruit such as tomato) grown in the greenhouse VGH can be changed. A configuration example of the installed plant observation system 1000 will be described.
図2に示す植物観察システム1000は、植物検出カメラ1と、制御装置200と、環境センサ211と、開閉弁213,215と、送水ポンプ217と、側窓219と、換気装置221と、天井カーテン223と、側カーテン225と、空調機227とを含む構成である。制御装置200は、ビニールハウスVGH内で育成されている植物の周囲の環境条件(例えば温度、湿度)を維持、変更が可能な環境制御装置としての役割を有する。制御装置200は、I/F部201と、内蔵時計203と、演算処理部205と、記憶部207とを含む構成である。記憶部207は、第1の記憶部207aと、第2の記憶部207bと、第3の記憶部207cとを有する。 A plant observation system 1000 shown in FIG. 2 includes a plant detection camera 1, a control device 200, an environmental sensor 211, on-off valves 213 and 215, a water pump 217, a side window 219, a ventilation device 221, and a ceiling curtain. 223, a side curtain 225, and an air conditioner 227. The control device 200 has a role as an environment control device capable of maintaining and changing environmental conditions (for example, temperature and humidity) around the plants grown in the greenhouse VGH. The control device 200 is configured to include an I / F unit 201, a built-in clock 203, an arithmetic processing unit 205, and a storage unit 207. The storage unit 207 includes a first storage unit 207a, a second storage unit 207b, and a third storage unit 207c.
ビニールハウスVGHの本体は、例えば断面逆U字状に形成され、断面半円状の屋根部と、屋根部を支持する互いに対向する一対の側壁部と、側壁部に直交し互いに対向する一対の妻壁部とを一体に備える。以下、一対の妻壁部を通る方向を長手方向といい、一対の側壁部を通る方向を短手方向という。なお、上述したビニールハウスVGHの本体の形状は一例であって、その形状に限定されない。 The main body of the greenhouse VGH is formed, for example, in an inverted U-shaped cross section, a roof part having a semicircular cross section, a pair of opposite side wall parts that support the roof part, and a pair of opposite side walls orthogonal to the side wall part. Integrated with the wife wall. Hereinafter, a direction passing through the pair of end wall portions is referred to as a longitudinal direction, and a direction passing through the pair of side wall portions is referred to as a short direction. In addition, the shape of the main body of the greenhouse VGH mentioned above is an example, Comprising: It is not limited to the shape.
環境センサ211は、植物PTの周囲温度として、植物PTの周辺におけるビニールハウスVGH内の室温と、植物PTが播種された養土SLの地中温度とを計測する。また、環境センサ211は、植物PTの周囲における湿度を計測する湿度センサ、植物PTの周辺における照度を計測する照度センサを備えていることが好ましい。環境センサ211は、計測結果(例えば植物PTの周囲の温度及び湿度)を制御装置200に出力する。 The environmental sensor 211 measures, as the ambient temperature of the plant PT, the room temperature in the greenhouse VGH around the plant PT and the ground temperature of the soil SL in which the plant PT is sown. The environment sensor 211 preferably includes a humidity sensor that measures the humidity around the plant PT and an illuminance sensor that measures the illuminance around the plant PT. The environment sensor 211 outputs a measurement result (for example, the temperature and humidity around the plant PT) to the control device 200.
ビニールハウスVGH内には、ビニールハウスVGHで育成される植物PTの群落に撒水するために、撒水装置とミスト装置とからなる水供給装置(不図示)が設けられている。撒水装置は2本の撒水チューブを備え、この撒水チューブに通水されると通水孔を通して水がシャワー状又は噴水状に噴出する。2本の撒水チューブは、ビニールハウスVGHの一対の側壁部に沿って、ビニールハウスVGHの長手方向の略全長に亘って敷設されている。また、ミスト装置はミストチューブを備え、このミストチューブは通水される管壁に取り付けられた多数のノズルを有し、通水されるとノズルから水を噴霧する。 In the greenhouse VGH, a water supply device (not shown) including a water irrigation device and a mist device is provided in order to flood the plants PT grown in the greenhouse VGH. The flooding device includes two flooding tubes. When water is passed through the flooding tube, water is ejected in the form of a shower or fountain through the water passage hole. The two flooding tubes are laid along the pair of side walls of the greenhouse VGH over substantially the entire length in the longitudinal direction of the greenhouse VGH. The mist device includes a mist tube. The mist tube has a large number of nozzles attached to a pipe wall through which water passes, and sprays water from the nozzles when water is passed through.
この水供給装置は、撒水装置とミスト装置とのそれぞれから水又は湯を噴出させるタイミングを個別に制御するために、撒水装置とミスト装置とにそれぞれ給水する流路上に、電磁弁からなる開閉弁213,215を備える。開閉弁213,215は、制御装置200のI/F部201を介して個別に制御され、撒水装置とミスト装置とに水又は湯を供給するか否かが個別に選択される。撒水装置及びミスト装置に供給される水又は湯は送水ポンプ217により所定圧に加圧される。 This water supply device is an open / close valve comprising an electromagnetic valve on a flow path for supplying water to the water irrigation device and the mist device, respectively, in order to individually control the timing at which water or hot water is ejected from each of the water irrigation device and the mist device. 213 and 215. The on-off valves 213 and 215 are individually controlled via the I / F unit 201 of the control device 200, and whether or not to supply water or hot water to the water dripping device and the mist device is individually selected. Water or hot water supplied to the watering device and the mist device is pressurized to a predetermined pressure by the water pump 217.
ビニールハウスVGHの本体には、屋根部から入射する外光(例えば太陽光)を減光させる閉状態と、屋根部から入射する外光(例えば太陽光)を減光させることなく植物PTに照射させる開状態との間で開閉可能な天井カーテン223が取り付けられる。 The main body of the greenhouse VGH irradiates the plant PT without dimming external light (for example, sunlight) incident from the closed state and dimming external light (for example, sunlight) incident from the roof. A ceiling curtain 223 that can be opened and closed between the open state and the open state is attached.
ビニールハウスVGHの本体の側壁部には、開閉可能な側窓219が形成され、側窓219の開量が調節されることにより、ビニールハウスVGHの本体内に外気を取り込む際の空気の通気抵抗が調節される。さらに、ビニールハウスVGHの本体の側壁部には、側窓219に加えて側カーテン225が配置される。 A side window 219 that can be opened and closed is formed on the side wall of the main body of the greenhouse VGH, and the opening amount of the side window 219 is adjusted so that the air ventilation resistance when air is taken into the main body of the greenhouse VGH. Is adjusted. Further, a side curtain 225 is arranged in addition to the side window 219 on the side wall of the main body of the greenhouse VGH.
側カーテン225は、ビニールハウスVGHの本体の側壁部から入射する外光(例えば太陽光)を減光させる閉状態と、側壁部から入射した外光(例えば太陽光)を減光させることなく植物PTに照射させる開状態との間で開閉可能に構成されている。天井カーテン223、側カーテン225、側窓219は、制御装置200により駆動される。天井カーテン223及び側カーテン225が開閉されると、ビニールハウスVGHの本体に流入する熱量を調節することになり、天井カーテン223と側カーテン225とを開閉することによって、ビニールハウスVGHの本体の内部空間における温度上昇の速度が調節される。また、側窓219の開量が調節されることにより、ビニールハウスVGHの本体の中に外気を取り入れる速度が調節される。天井カーテン223と側カーテン225とは、主としてビニールハウスVGHの本体の内部空間に入射する熱量の調節に寄与する。また、側窓219は、ビニールハウスVGHの本体の内部空間に外気を取り込むことにより、ビニールハウスVGHの本体の内外の温度差を利用して温度を調節する場合に利用される。 The side curtain 225 has a closed state in which external light (for example, sunlight) incident from the side wall portion of the main body of the greenhouse VGH is dimmed, and a plant without dimming the external light (for example, sunlight) incident from the side wall portion. It is configured to be openable and closable between the open state in which the PT is irradiated. The ceiling curtain 223, the side curtain 225, and the side window 219 are driven by the control device 200. When the ceiling curtain 223 and the side curtain 225 are opened and closed, the amount of heat flowing into the main body of the greenhouse VGH is adjusted. By opening and closing the ceiling curtain 223 and the side curtain 225, the inside of the main body of the greenhouse VGH is adjusted. The rate of temperature rise in the space is adjusted. Moreover, the speed at which outside air is taken into the main body of the greenhouse VGH is adjusted by adjusting the opening amount of the side window 219. The ceiling curtain 223 and the side curtain 225 mainly contribute to the adjustment of the amount of heat incident on the internal space of the main body of the greenhouse VGH. Further, the side window 219 is used when the temperature is adjusted using the temperature difference between the inside and outside of the main body of the greenhouse VGH by taking outside air into the internal space of the main body of the greenhouse VGH.
換気装置221は、植物PTの周囲の気流を形成するために、一対の妻壁部の上部に配置されている。換気装置221は必要に応じて運転され、側窓219が開いているときに、換気装置221が運転されることにより、ビニールハウスVGHの本体に外気を強制的に取り込むことが可能になる。換気装置221は、ビニールハウスVGHの本体から排気するための換気扇と、ビニールハウスVGHの本体に外気を取り込むための送風機とのいずれであってもよい。送風機は、ビニールハウスVGHの本体の内部に配置され、植物PTの周囲に強制的に気流を形成し、植物PTの周囲の湿度を調節することも可能である。また、必要に応じて、空調機227がビニールハウスVGH内に配置されてもよい。空調機227はビニールハウスVGH内の温度や湿度の調整を行う役割を有する。 The ventilator 221 is arranged on the upper part of the pair of wife walls so as to form an airflow around the plant PT. The ventilator 221 is operated as necessary, and when the side window 219 is open, the ventilator 221 is operated, so that outside air can be forcibly taken into the main body of the greenhouse VGH. The ventilation device 221 may be either a ventilation fan for exhausting air from the main body of the greenhouse VGH or a blower for taking outside air into the main body of the greenhouse VGH. The blower is arranged inside the main body of the greenhouse VGH, and it is also possible to forcibly form an air current around the plant PT and adjust the humidity around the plant PT. Moreover, the air conditioner 227 may be arrange | positioned in the greenhouse VGH as needed. The air conditioner 227 has a role of adjusting the temperature and humidity in the greenhouse VGH.
ビニールハウスVGHの本体内で植物PTが成長する環境は、上述した水供給装置(不図示)の他、側窓219、換気装置221、天井カーテン223、側カーテン225、空調機227等を制御することによって変化する。制御装置200は、植物PTの周囲の環境条件(例えば温度、湿度)を制御するための環境制御装置として、上述した水供給装置(不図示)の他、側窓219、換気装置221、天井カーテン223、側カーテン225、空調機227等を制御する。 The environment in which the plant PT grows in the main body of the greenhouse VGH controls the side window 219, the ventilation device 221, the ceiling curtain 223, the side curtain 225, the air conditioner 227, etc., in addition to the water supply device (not shown) described above. It varies depending on the situation. The control device 200 is an environmental control device for controlling environmental conditions (for example, temperature and humidity) around the plant PT, in addition to the water supply device (not shown) described above, a side window 219, a ventilator 221 and a ceiling curtain. 223, the side curtain 225, the air conditioner 227, and the like are controlled.
制御装置200は、開閉弁213,215の開閉、送水ポンプ217の送水圧や水温の調節、天井カーテン223及び側カーテン225の開閉、側窓219の開量の調節、換気装置221の運転と停止、送風管(不図示)への通気などを制御する。これらの各装置への通電開始および通電停止には、各装置への給電を入切する電磁接触器(電磁リレー)が用いられる。制御装置200は、ビニールハウスVGHの本体に付設された筐体に収納され、制御盤を構成する。また、制御装置200は、環境センサ211から環境条件の情報(例えば温度情報、湿度情報)を所定の周期で取得し、取得した環境条件の情報並びに植物検出カメラ1からの指示情報(後述参照)を用いて上述した制御を行う。制御装置30の具体的な動作は後述する。制御装置200は、プログラムに従って動作するマイコンのようなデバイスを主なハードウェア要素として備える。 The control device 200 opens and closes the on-off valves 213 and 215, adjusts the water supply pressure and temperature of the water supply pump 217, opens and closes the ceiling curtain 223 and the side curtain 225, adjusts the opening amount of the side window 219, and operates and stops the ventilator 221. Controls ventilation to the air duct (not shown). An electromagnetic contactor (electromagnetic relay) that turns on and off power supply to each device is used to start and stop energization of these devices. The control device 200 is housed in a housing attached to the main body of the greenhouse VGH and constitutes a control panel. Further, the control device 200 acquires environmental condition information (for example, temperature information and humidity information) from the environmental sensor 211 at a predetermined cycle, and acquires the acquired environmental condition information and instruction information from the plant detection camera 1 (see later). The above-described control is performed using. The specific operation of the control device 30 will be described later. The control device 200 includes a device such as a microcomputer that operates according to a program as a main hardware element.
例えば制御装置200は、パーソナルコンピュータとして構成され、I/F部201を通して、環境センサ211の出力を受け取り、また各装置への指示を与える。即ち、制御装置200は、プログラムを実行することにより、各装置への制御が可能である。なお、制御装置200は、汎用のパーソナルコンピュータではなく、専用装置として構成されていてもよい。 For example, the control device 200 is configured as a personal computer, receives the output of the environment sensor 211 through the I / F unit 201, and gives an instruction to each device. That is, the control device 200 can control each device by executing a program. Note that the control device 200 may be configured as a dedicated device instead of a general-purpose personal computer.
制御装置200は、図2に示すように、上述した各装置と環境センサ211とが接続されるI/F部201と、各種データを記憶する記憶部207、日時を計時するリアルタイムクロックのような内蔵時計203とを備える。また、I/F部201を通して環境センサ211から取得した環境条件の情報と、記憶部207に格納した各種データとを用いて上述した各装置を制御する演算処理部205が制御装置200に設けられる。I/F部201は各装置への給電を入切する電磁接触器(不図示)を備える。I/F部201が環境センサ211から環境条件の情報を取得する時間間隔は、例えば1〜15分程度に設定される。I/F部201には、ユーザインターフェイスとなる装置(図示せず)が接続され、この装置を通して、記憶部207に格納する内容の設定、内蔵時計203の時刻合わせなどをユーザが行えるようにしてある。 As shown in FIG. 2, the control device 200 includes an I / F unit 201 to which each of the above-described devices and the environmental sensor 211 are connected, a storage unit 207 that stores various data, and a real-time clock that measures the date and time. And a built-in clock 203. In addition, the control device 200 is provided with an arithmetic processing unit 205 that controls each of the devices described above using the environmental condition information acquired from the environmental sensor 211 through the I / F unit 201 and various data stored in the storage unit 207. . The I / F unit 201 includes an electromagnetic contactor (not shown) that turns on and off the power supply to each device. The time interval at which the I / F unit 201 acquires the environmental condition information from the environmental sensor 211 is set to about 1 to 15 minutes, for example. A device (not shown) serving as a user interface is connected to the I / F unit 201 so that the user can set the contents stored in the storage unit 207 and set the time of the internal clock 203 through this device. is there.
第1の記憶部207aは、植物PTの成長段階に応じて周囲温度と水量とを対応付けて格納している。第2の記憶部207bは、植物PTの成長段階に応じて周囲温度と撒水のタイミングとを対応付けて格納している。第3の記憶部207cは、植物PTを発芽してからの日数と、高さ位置の異なる環境センサ211とを対応付けて格納している。 The first storage unit 207a stores the ambient temperature and the amount of water in association with each other according to the growth stage of the plant PT. The second storage unit 207b stores the ambient temperature and the timing of flooding in association with each other according to the growth stage of the plant PT. The third storage unit 207c stores the number of days since germination of the plant PT and the environmental sensors 211 having different height positions in association with each other.
例えば植物PTの葉PT3の温度を下げるために、制御装置200は、天井カーテン223と側カーテン225とによる減光、側窓219と換気装置221と空調機227による換気ないし除湿、撒水装置及びミスト装置による撒水を組み合わせて用いる。 For example, in order to lower the temperature of the leaf PT3 of the plant PT, the control device 200 reduces the light by the ceiling curtain 223 and the side curtain 225, ventilates or dehumidifies by the side window 219, the ventilator 221 and the air conditioner 227, the flooding device and the mist. Use in combination with watering by the device.
天井カーテン223や側カーテン225は、減光することによってビニールハウスVGHの本体の内部温度の上昇を抑制するだけでなく、夏季の強い光を抑制するので、植物PTの光合成を効率よく行わせる効果が期待できる。 The ceiling curtain 223 and the side curtain 225 not only suppress the rise in the internal temperature of the main body of the greenhouse VGH by dimming, but also suppress the intense light in the summer, so that the photosynthesis of the plant PT is efficiently performed. Can be expected.
換気装置221と側窓219とは、ビニールハウスVGHの本体の内部の空気を排出し外気をビニールハウスVGHの本体の内部に取り入れることにより換気を行い、ビニールハウスVGHの本体の内部温度の上昇を抑制する。また、空調機227は、植物PTの周囲に気流を形成して植物PTの蒸散作用(後述参照)を促進し、さらには、植物PTの周囲の湿度を低下させることになる。 The ventilation device 221 and the side window 219 ventilate by exhausting the air inside the main body of the greenhouse VGH and taking outside air into the main body of the greenhouse VGH, thereby increasing the internal temperature of the main body of the greenhouse VGH. Suppress. In addition, the air conditioner 227 promotes the transpiration action (see below) of the plant PT by forming an air flow around the plant PT, and further reduces the humidity around the plant PT.
また、撒水装置及びミスト装置は、植物PTの周囲温度よりも低温である水を植物PTにかけることによって葉PT3の温度を低下させ、また気化熱を奪うことによって、植物PTの周囲温度を低下させるために用いられる。撒水装置は、主としてビニールハウスVGHの本体の下部において植物PTの葉PT3の温度と植物PTの周囲温度とを低下させることに貢献する。ミスト装置は、主としてビニールハウスVGHの本体の上部において気温を低下させることに貢献する。 Moreover, the drowning device and the mist device lower the temperature of the leaf PT3 by applying water, which is lower in temperature than the ambient temperature of the plant PT, to the plant PT, and lower the ambient temperature of the plant PT by removing the heat of vaporization. Used to make The flooding device mainly contributes to lowering the temperature of the leaf PT3 of the plant PT and the ambient temperature of the plant PT at the lower part of the main body of the greenhouse VGH. The mist device contributes to lowering the temperature mainly in the upper part of the main body of the greenhouse VGH.
葉の温度を低下させることを目的として撒水する場合、夏季にはチラー(不図示)により水温を10℃程度に設定しておくことが望ましい。チラーは水温が設定温度になるまでに比較的長い時間を要するので、チラーを用いる場合、水温が設定温度になるまでの時間を考慮し、水供給装置から植物PTに水を供給するタイミングから遡って温度調節を行う必要がある。なお、冬季のように植物PTの温度が低温になる場合は、チラーにより水温を15℃程度に設定して、葉の温度を上昇させるようにしてもよい。 In the case of inundation for the purpose of lowering the leaf temperature, it is desirable to set the water temperature to about 10 ° C. by a chiller (not shown) in summer. Since the chiller takes a relatively long time for the water temperature to reach the set temperature, when using the chiller, the time until the water temperature reaches the set temperature is taken into consideration, and the process goes back from the timing of supplying water from the water supply device to the plant PT. It is necessary to adjust the temperature. In addition, when the temperature of plant PT becomes low like winter, you may make it raise the temperature of a leaf by setting water temperature to about 15 degreeC with a chiller.
本実施形態では、上述のように、植物PTの環境を制御するために、天井カーテン223と側カーテン225とによる減光、側窓219と換気装置221と空調機227による換気ないし除湿、撒水装置及びミスト装置による撒水が組み合わせて用いられる。 In the present embodiment, as described above, in order to control the environment of the plant PT, dimming by the ceiling curtain 223 and the side curtain 225, ventilation or dehumidification by the side window 219, the ventilation device 221, and the air conditioner 227, and a flooding device. In addition, flooding by a mist device is used in combination.
撒水装置及びミスト装置は、主として植物PTへの水分の供給と植物PTの周囲温度の制御とを目的として用いられる。そのため、制御装置200は、環境センサ211が計測した植物PTの周囲温度や湿度に応じて、撒水装置及びミスト装置による撒水のタイミングと水量との少なくとも一方を制御する。環境センサ211が検出した植物PTの周囲温度や湿度に対する撒水のタイミング及び水量は予め定められ、記憶部207に格納されている。 The drowning device and the mist device are mainly used for the purpose of supplying water to the plant PT and controlling the ambient temperature of the plant PT. Therefore, the control apparatus 200 controls at least one of the timing of the flooding and the amount of water by the flooding device and the mist device according to the ambient temperature and humidity of the plant PT measured by the environment sensor 211. The timing and amount of flooding with respect to the ambient temperature and humidity of the plant PT detected by the environmental sensor 211 are determined in advance and stored in the storage unit 207.
また、制御装置30は、環境センサ211が計測した温度、湿度、照度などの条件に応じて、除湿、冷却、換気等の目的で、換気装置221(必要に応じて空調機227も含めて)を動作させても構わない。 Moreover, the control apparatus 30 is the ventilation apparatus 221 (including the air conditioner 227 as needed) for the purpose of dehumidification, cooling, ventilation, etc. according to conditions, such as temperature, humidity, and illumination intensity which the environmental sensor 211 measured. May be operated.
(植物検出カメラの各部の説明)
図3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3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の育成観察者。以下同様。)により携帯される。
(Description of each part of the plant detection camera)
FIG. 3 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the plant detection camera 1 in detail. A plant detection camera 1 shown in FIG. 3 includes a non-visible light sensor NVSS and a visible light camera VSC. The non-visible light sensor NVSS includes a control unit 11, a projection unit PJ, and an image determination unit JG. The projection unit PJ includes a first projection light source 13, a second projection light source 15, and a projection light source scanning optical unit 17. The image determination unit JG includes an imaging optical unit 21, a light receiving unit 23, a signal processing unit 25, a detection processing unit 27, and a display processing unit 29. The visible light camera VSC includes an imaging optical unit 31, a light receiving unit 33, an imaging signal processing unit 35, and a display control unit 37. The communication terminal MT is carried by a user (for example, a growing observer of fruit and vegetable plants PT such as tomatoes, etc.).
植物検出カメラ1の各部の説明では、制御部11、非可視光センサNVSS、可視光カメラVSCの順に説明する。 In the description of each part of the plant detection camera 1, the control unit 11, the non-visible light sensor NVSS, and the visible light camera VSC will be described in this order.
制御部11は、例えばCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)又はDSP(Digital Signal Processor)を用いて構成され、可視光カメラVSCや非可視光センサNVSSの各部の動作制御を全体的に統括するための信号処理、他の各部との間のデータの入出力処理、データの演算処理及びデータの記憶処理を行う。また、制御部11は、後述するタイミング制御部11aを含む(図4参照)。 The control unit 11 is configured using, for example, a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor), and performs overall operation control of each unit of the visible light camera VSC and the invisible light sensor NVSS. Signal processing for controlling the data, input / output processing of data with other units, data calculation processing, and data storage processing. Moreover, the control part 11 contains the timing control part 11a mentioned later (refer FIG. 4).
制御部11は、非可視光センサNVSSの検出対象となる植物PTの検出閾値Mを後述する検出処理部27に設定する。制御部11の動作の詳細については、図5を参照して後述する。 The control unit 11 sets the detection threshold M of the plant PT that is a detection target of the invisible light sensor NVSS in the detection processing unit 27 described later. Details of the operation of the control unit 11 will be described later with reference to FIG.
タイミング制御部11aは、投射部PJにおける第1投射光源13及び第2投射光源15の投射タイミングを制御する。具体的には、タイミング制御部11aは、第1投射光源13又は第2投射光源15に投射光を投射させる場合に、光源走査用タイミング信号TRを第1投射光源13又は第2投射光源15に出力する。 The timing control unit 11a controls the projection timing of the first projection light source 13 and the second projection light source 15 in the projection unit PJ. Specifically, when the timing control unit 11 a projects the projection light onto the first projection light source 13 or the second projection light source 15, the timing control unit 11 a sends the light source scanning timing signal TR to the first projection light source 13 or the second projection light source 15. Output.
また、タイミング制御部11aは、所定の投射周期の開始時に、光源発光信号RFを第1投射光源13又は第2投射光源15に交互に出力する。具体的には、タイミング制御部11aは、奇数番目の投射周期の開始時に光源発光信号RFを第1投射光源13に出力し、偶数番目の投射周期の開始時に光源発光信号RFを第2投射光源15に出力する。 In addition, the timing controller 11a alternately outputs the light source emission signal RF to the first projection light source 13 or the second projection light source 15 at the start of a predetermined projection cycle. Specifically, the timing controller 11a outputs the light source emission signal RF to the first projection light source 13 at the start of the odd-numbered projection cycle, and outputs the light source emission signal RF to the second projection light source at the start of the even-numbered projection cycle. 15 is output.
次に、非可視光センサNVSSの各部について説明する。 Next, each part of the invisible light sensor NVSS will be described.
第1光源の一例としての第1投射光源13は、制御部11のタイミング制御部11aから光源走査用タイミング信号TRを受けると、奇数番目の投射周期(既定値)毎に、タイミング制御部11aからの光源発光信号RFに応じて、所定の波長(例えば905nm)を有する非可視光のレーザ光である参照光LS1(例えば近赤外光)を、投射光源走査用光学部17を介して、植物PTに投射する。 When the first projection light source 13 as an example of the first light source receives the light source scanning timing signal TR from the timing control unit 11a of the control unit 11, the first projection light source 13 from the timing control unit 11a every odd-numbered projection cycle (predetermined value). In response to the light source emission signal RF, the reference light LS1 (for example, near-infrared light), which is invisible laser light having a predetermined wavelength (for example, 905 nm), is transmitted through the projection light source scanning optical unit 17 to the plant. Project to PT.
なお、植物PTにおける水分の検出の有無は、所定の検出閾値Mと比較することで判断してもよい。この検出閾値Mは、予め決められた値でもよく、任意に設定された値でもよく、さらに、水分が無い状態で取得された拡散反射光の強度を基にした値(例えば水が無い状態で取得された拡散反射光の強度の値に所定のマージンが加算された値)でもよい。即ち、水分の検出の有無は、水分が無い状態で取得された検出結果画像データと、その後取得された検出結果画像データとを比較することで、判断されてもよい。このように、水分が無い状態における拡散反射光の強度を取得しておくことで、水分の有無の検出閾値Mとして、植物検出カメラ1の設置された環境に適する閾値を設定することができる。 The presence or absence of moisture detection in the plant PT may be determined by comparing with a predetermined detection threshold M. The detection threshold M may be a predetermined value or an arbitrarily set value, and further, a value based on the intensity of diffusely reflected light acquired in the absence of moisture (for example, in the absence of water). (A value obtained by adding a predetermined margin to the intensity value of the acquired diffuse reflected light). That is, the presence / absence of moisture detection may be determined by comparing the detection result image data acquired in the absence of moisture with the detection result image data acquired thereafter. Thus, by acquiring the intensity of diffusely reflected light in the absence of moisture, a threshold suitable for the environment in which the plant detection camera 1 is installed can be set as the detection threshold M for the presence or absence of moisture.
第2光源の一例としての第2投射光源15は、制御部11のタイミング制御部11aから光源走査用タイミング信号TRを受けると、偶数番目の投射周期(既定値)毎に、タイミング制御部11aからの光源発光信号RFに応じて、所定の波長(例えば1550nm)を有する非可視光のレーザ光である測定光LS2(例えば赤外光)を、投射光源走査用光学部17を介して、植物PTに投射する。本実施形態では、第2投射光源15から投射される測定光LS2は、植物PTにおける水分の検出の有無の判定に用いられる。測定光LS2の波長1550nmは、水分に吸収され易い特性を有する波長である(図7参照)。 When the second projection light source 15 as an example of the second light source receives the light source scanning timing signal TR from the timing control unit 11a of the control unit 11, from the timing control unit 11a every even-numbered projection cycle (predetermined value). In response to the light source emission signal RF, the measurement light LS2 (for example, infrared light), which is invisible laser light having a predetermined wavelength (for example, 1550 nm), is transmitted through the projection light source scanning optical unit 17 to the plant PT. Project to. In the present embodiment, the measurement light LS2 projected from the second projection light source 15 is used for determining whether moisture has been detected in the plant PT. The wavelength 1550 nm of the measurement light LS2 is a wavelength that has a characteristic of being easily absorbed by moisture (see FIG. 7).
さらに、植物検出カメラ1は、植物PTの照射位置における水分を検出するための参照データとして参照光LS1の拡散反射光RV1を用い、測定光LS2が照射された植物PTの照射位置における拡散反射光RV2と、参照光LS1の拡散反射光RV1とを用いて、参照光LS1及び測定光LS2が照射された植物PTの照射位置における水分の有無を検出する。従って、植物検出カメラ1は、植物PTにおける水分の検出に異なる2種類の波長の参照光LS1,測定光LS2及びそれらの拡散反射光RV1,RV2を用いることで、植物PTの水分を高精度に検出できる。 Further, the plant detection camera 1 uses the diffuse reflection light RV1 of the reference light LS1 as reference data for detecting moisture at the irradiation position of the plant PT, and diffuse reflection light at the irradiation position of the plant PT irradiated with the measurement light LS2. The presence or absence of moisture at the irradiation position of the plant PT irradiated with the reference light LS1 and the measurement light LS2 is detected using RV2 and the diffuse reflection light RV1 of the reference light LS1. Therefore, the plant detection camera 1 uses the reference light LS1, the measurement light LS2, and the diffuse reflection light RV1, RV2 of two different wavelengths for the detection of moisture in the plant PT, so that the moisture of the plant PT is highly accurate. It can be detected.
投射光源走査用光学部17は、非可視光センサNVSSにおける検出エリアに存在する植物PTに対し、第1投射光源13から投射される参照光LS1又は第2投射光源15から投射される測定光LS2を2次元的に走査する。これにより、植物検出カメラ1は、測定光LS2が植物PTの照射位置において反射した拡散反射光RV2と上述した拡散反射光RV1とを基に、参照光LS1及び測定光LS2が照射される植物PTの照射位置における水分の有無を検出できる。 The projection light source scanning optical unit 17 measures the reference light LS1 projected from the first projection light source 13 or the measurement light LS2 projected from the second projection light source 15 on the plant PT present in the detection area of the invisible light sensor NVSS. Are two-dimensionally scanned. Thereby, the plant detection camera 1 is irradiated with the reference light LS1 and the measurement light LS2 based on the diffuse reflection light RV2 reflected by the measurement light LS2 at the irradiation position of the plant PT and the diffuse reflection light RV1 described above. The presence or absence of moisture at the irradiation position can be detected.
次に、画像判定部JGの内部構成について、図3及び図4を参照して詳細に説明する。図4は、植物検出カメラ1の画像判定部JGの内部構成の一例を詳細に示す図である。 Next, the internal configuration of the image determination unit JG will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of the image determination unit JG of the plant detection camera 1 in detail.
撮像光学部21は、例えばレンズを用いて構成され、植物検出カメラ1の外部から入射する光(例えば拡散反射光RV1又は拡散反射光RV2)を集光し、拡散反射光RV1又は拡散反射光RV2を受光部23の所定の撮像面に結像させる。 The imaging optical unit 21 is configured using, for example, a lens, collects light incident from the outside of the plant detection camera 1 (for example, diffuse reflected light RV1 or diffuse reflected light RV2), and diffused reflected light RV1 or diffuse reflected light RV2. Is imaged on a predetermined imaging surface of the light receiving unit 23.
受光部23は、参照光LS1及び測定光LS2の両方の波長に対する分光感度のピークを有するイメージセンサである。受光部23は、撮像面に結像した拡散反射光RV1又は拡散反射光RV2の光学像を電気信号に変換する。受光部23の出力は、電気信号(電流信号)として信号加工部25に入力される。なお、撮像光学部21及び受光部23は、非可視光センサNVSSにおける撮像部としての機能を有する。 The light receiving unit 23 is an image sensor having a peak of spectral sensitivity with respect to both wavelengths of the reference light LS1 and the measurement light LS2. The light receiving unit 23 converts the optical image of the diffuse reflected light RV1 or the diffuse reflected light RV2 formed on the imaging surface into an electrical signal. The output of the light receiving unit 23 is input to the signal processing unit 25 as an electric signal (current signal). Note that the imaging optical unit 21 and the light receiving unit 23 have a function as an imaging unit in the invisible light sensor NVSS.
信号加工部25は、I/V変換回路25aと、増幅回路25bと、コンパレータ/ピークホールド処理部25cとを有する。I/V変換回路25aは、受光部23の出力信号(アナログ信号)である電流信号を電圧信号に変換する。増幅回路25bは、I/V変換回路25aの出力信号(アナログ信号)である電圧信号のレベルを、コンパレータ/ピークホールド処理部25cにおいて処理可能なレベルまで増幅する。 The signal processing unit 25 includes an I / V conversion circuit 25a, an amplification circuit 25b, and a comparator / peak hold processing unit 25c. The I / V conversion circuit 25a converts a current signal that is an output signal (analog signal) of the light receiving unit 23 into a voltage signal. The amplifier circuit 25b amplifies the level of the voltage signal that is the output signal (analog signal) of the I / V conversion circuit 25a to a level that can be processed by the comparator / peak hold processing unit 25c.
コンパレータ/ピークホールド処理部25cは、増幅回路25bの出力信号(アナログ信号)と所定の閾値との比較結果に応じて、増幅回路25bの出力信号を2値化して閾値設定/水分指数検出処理部27aに出力する。また、コンパレータ/ピークホールド処理部25cは、ADC(Analog Digital Converter)を含み、増幅回路25bの出力信号(アナログ信号)のAD(Analog Digital)変換結果のピークを検出して保持し、さらに、ピークの情報を閾値設定/水分指数検出処理部27aに出力する。 The comparator / peak hold processing unit 25c binarizes the output signal of the amplification circuit 25b in accordance with the comparison result between the output signal (analog signal) of the amplification circuit 25b and a predetermined threshold value, and the threshold setting / moisture index detection processing unit To 27a. The comparator / peak hold processing unit 25c includes an ADC (Analog Digital Converter), detects and holds the peak of the AD (Analog Digital) conversion result of the output signal (analog signal) of the amplifier circuit 25b, and further includes a peak. Is output to the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a.
検出処理部27は、閾値設定/水分指数検出処理部27aと、メモリ27bと、検出結果フィルタ処理部27cとを有する。閾値設定/水分指数検出処理部27aは、予め度数分布データを作成して登録する。度数分布データは、1フレーム画像の全画素における反射強度比の度数分布を示す。閾値算出部の一例としての閾値設定/水分指数検出処理部27aは、後述するように、この度数分布データを用いて、葉の形状を識別するための反射強度比の閾値Shを算出して設定する。 The detection processing unit 27 includes a threshold setting / moisture index detection processing unit 27a, a memory 27b, and a detection result filter processing unit 27c. The threshold setting / moisture index detection processing unit 27a creates and registers frequency distribution data in advance. The frequency distribution data indicates the frequency distribution of the reflection intensity ratio in all pixels of one frame image. The threshold value setting / moisture index detection processing unit 27a as an example of the threshold value calculation unit calculates and sets the threshold value Sh of the reflection intensity ratio for identifying the leaf shape using the frequency distribution data, as will be described later. To do.
また、閾値設定/水分指数検出処理部27aは、参照光LS1の拡散反射光RV1におけるコンパレータ/ピークホールド処理部25cの出力(ピークの情報)と、測定光LS2の拡散反射光RV2におけるコンパレータ/ピークホールド処理部25cの出力(ピークの情報)とを基に、植物PTの参照光LS1及び測定光LS2の照射位置における水分の有無を検出する。 Further, the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a outputs the output (peak information) of the comparator / peak hold processing unit 25c in the diffuse reflection light RV1 of the reference light LS1 and the comparator / peak in the diffuse reflection light RV2 of the measurement light LS2. Based on the output (peak information) of the hold processing unit 25c, the presence or absence of moisture at the irradiation position of the reference light LS1 and the measurement light LS2 of the plant PT is detected.
具体的には、閾値設定/水分指数検出処理部27aは、例えば参照光LS1の拡散反射光RV1におけるコンパレータ/ピークホールド処理部25cの出力(ピークの情報)をメモリ27bに一時的に保存し、次に、測定光LS2の拡散反射光RV2におけるコンパレータ/ピークホールド処理部25cの出力(ピークの情報)が得られるまで待機する。閾値設定/水分指数検出処理部27aは、測定光LS2の拡散反射光RV2におけるコンパレータ/ピークホールド処理部25cの出力(ピークの情報)が得られた後、メモリ27bを参照して、画角内に含まれる植物PTの同一ラインにおける参照光LS1の拡散反射光RV1におけるコンパレータ/ピークホールド処理部25cの出力(ピークの情報)と、測定光LS2の拡散反射光RV2におけるコンパレータ/ピークホールド処理部25cの出力(ピークの情報)との比を算出する。 Specifically, the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a temporarily stores, for example, the output (peak information) of the comparator / peak hold processing unit 25c in the diffuse reflected light RV1 of the reference light LS1 in the memory 27b, Next, it waits until the output (peak information) of the comparator / peak hold processing unit 25c in the diffuse reflected light RV2 of the measurement light LS2 is obtained. After the output (peak information) of the comparator / peak hold processing unit 25c in the diffuse reflected light RV2 of the measurement light LS2 is obtained, the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a refers to the memory 27b to obtain an internal angle of view. The output (peak information) of the comparator / peak hold processing unit 25c in the diffuse reflection light RV1 of the reference light LS1 and the comparator / peak hold processing unit 25c in the diffuse reflection light RV2 of the measurement light LS2 in the same line of the plant PT included in The ratio with the output (peak information) is calculated.
例えば水分が存在する照射位置では、測定光LS2の一部が吸収され易いので、その照射位置における反射効率が低下し、拡散反射光RV2の強度(つまり、振幅)が減衰する。従って、閾値設定/水分指数検出処理部27aは、画角内に含まれる植物PTのライン毎の算出結果(例えば拡散反射光RV1と拡散反射光RV2の各強度の差分(振幅の差分ΔV)の算出結果、又は拡散反射光RV1と拡散反射光RV2の強度比)を基に、参照光LS1及び測定光LS2の照射位置における水分の有無を検出することができる。 For example, at the irradiation position where moisture exists, a part of the measurement light LS2 is easily absorbed, so that the reflection efficiency at the irradiation position is lowered and the intensity (that is, the amplitude) of the diffuse reflection light RV2 is attenuated. Accordingly, the threshold value setting / moisture index detection processing unit 27a calculates the calculation result (for example, the difference between the intensities of the diffuse reflected light RV1 and the diffuse reflected light RV2 (amplitude difference ΔV)) for each line of the plant PT included in the angle of view. Based on the calculation result or the intensity ratio of the diffuse reflected light RV1 and the diffuse reflected light RV2, the presence or absence of moisture at the irradiation position of the reference light LS1 and the measuring light LS2 can be detected.
なお、閾値設定/水分指数検出処理部27aは、参照光LS1の拡散反射光RV1の振幅VAと、測定光LS2の拡散反射光RV2の振幅VBとの振幅差分(VA−VB)と振幅VAとの比RTと所定の検出閾値Mとの大小の比較に応じて、植物PTの参照光LS1及び測定光LS2の照射位置における水分の有無を検出しても良い(図6参照)。 The threshold value setting / moisture index detection processing unit 27a calculates the amplitude difference (VA−VB) and the amplitude VA between the amplitude VA of the diffuse reflected light RV1 of the reference light LS1 and the amplitude VB of the diffuse reflected light RV2 of the measurement light LS2. The presence or absence of moisture at the irradiation position of the reference light LS1 and the measurement light LS2 of the plant PT may be detected according to the comparison between the ratio RT and the predetermined detection threshold M (see FIG. 6).
さらに、閾値設定/水分指数検出処理部27aは、拡散反射光RV1と拡散反射光RV2の強度比、つまり反射強度比(測定値ともいう)Ln(I905/I1550)を算出し、この反射強度比Ln(I905/I1550)の総和から葉に含まれる水分量に相当する水分指数総和を得る。反射強度比Ln(I905/I1550)は、例えば可視光カメラVSCで撮像される可視光撮像画像の1フレームを構成する全ての画素又は非可視光センサNVSSで得られる非可視光画像の1フレームを構成する全ての画素において、例えば所定の画素数(1×1画素、4×4画素)毎に算出され、所定の画素数毎に反射強度比W1〜Wkとして表現される。 Further, the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a calculates an intensity ratio between the diffuse reflected light RV1 and the diffuse reflected light RV2, that is, a reflection intensity ratio (also referred to as a measured value) Ln (I 905 / I 1550 ), and this reflection. From the sum of the intensity ratios Ln (I 905 / I 1550 ), a moisture index sum corresponding to the amount of water contained in the leaf is obtained. The reflection intensity ratio Ln (I 905 / I 1550 ) is, for example, all pixels constituting one frame of a visible light captured image captured by the visible light camera VSC or 1 of the invisible light image obtained by the invisible light sensor NVSS. In all the pixels constituting the frame, for example, it is calculated for each predetermined number of pixels (1 × 1 pixel, 4 × 4 pixels), and is expressed as a reflection intensity ratio W1 to Wk for each predetermined number of pixels.
メモリ27bは、例えばRAM(Random Access Memory)を用いて構成され、参照光LS1の拡散反射光RV1におけるコンパレータ/ピークホールド処理部25cの出力(ピークの情報)を一時的に保存する。 The memory 27b is configured using, for example, a RAM (Random Access Memory), and temporarily stores the output (peak information) of the comparator / peak hold processing unit 25c in the diffuse reflected light RV1 of the reference light LS1.
検出結果フィルタ処理部27cは、閾値設定/水分指数検出処理部27aの出力を基に、植物検出カメラ1からの水分の検出結果に関する情報を、ノイズ等の余分成分をフィルタリングした上で抽出する。検出結果フィルタ処理部27cは、抽出結果に関する情報を表示処理部29に出力する。例えば検出結果フィルタ処理部27cは、植物PTの参照光LS1及び測定光LS2の照射位置における水分の検出結果に関する情報を表示処理部29に出力する。 Based on the output of the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a, the detection result filter processing unit 27c extracts information on the moisture detection result from the plant detection camera 1 after filtering extra components such as noise. The detection result filter processing unit 27 c outputs information related to the extraction result to the display processing unit 29. For example, the detection result filter processing unit 27c outputs, to the display processing unit 29, information related to the moisture detection result at the irradiation position of the reference light LS1 and measurement light LS2 of the plant PT.
表示処理部29は、検出結果フィルタ処理部27cの出力を用いて、照射位置における水分に関する情報の一例として、植物検出カメラ1からの距離毎の照射位置における水分の位置を示す非可視光画像(検出結果画像)のデータを生成する。表示処理部29は、植物検出カメラ1から照射位置までの距離の情報を含む検出結果画像データを可視光カメラVSCの表示制御部37に出力する。なお、非可視光画像には、植物検出カメラ1から照射位置までの距離の情報が含まれてなくても構わない。 The display processing unit 29 uses the output of the detection result filter processing unit 27c as an example of the information on the moisture at the irradiation position, as a non-visible light image indicating the position of the moisture at the irradiation position for each distance from the plant detection camera 1 ( Detection result image) data is generated. The display processing unit 29 outputs detection result image data including information on the distance from the plant detection camera 1 to the irradiation position to the display control unit 37 of the visible light camera VSC. The invisible light image may not include information on the distance from the plant detection camera 1 to the irradiation position.
次に、可視光カメラVSCの各部について説明する。撮像光学部31は、例えばレンズを用いて構成され、植物検出カメラ1の画角内からの環境光RV0を集光し、環境光RV0を受光部33の所定の撮像面に結像させる。 Next, each part of the visible light camera VSC will be described. The imaging optical unit 31 is configured using, for example, a lens, collects the environmental light RV0 from within the angle of view of the plant detection camera 1, and forms an image of the environmental light RV0 on a predetermined imaging surface of the light receiving unit 33.
受光部33は、可視光の波長(例えば0.4μm〜0.7μm)に対する分光感度のピークを有するイメージセンサである。受光部33は、撮像面に結像した光学像を電気信号に変換する。受光部33の出力は、電気信号として撮像信号処理部35に入力される。なお、撮像光学部31及び受光部33は、可視光カメラVSCにおける撮像部としての機能を有する。 The light receiving unit 33 is an image sensor having a peak of spectral sensitivity with respect to a wavelength of visible light (for example, 0.4 μm to 0.7 μm). The light receiving unit 33 converts an optical image formed on the imaging surface into an electric signal. The output of the light receiving unit 33 is input to the imaging signal processing unit 35 as an electrical signal. The imaging optical unit 31 and the light receiving unit 33 have a function as an imaging unit in the visible light camera VSC.
撮像信号処理部35は、受光部33の出力である電気信号を用いて、人が認識可能なRGB(Red Green Blue)又はYUV(輝度・色差)等により規定される可視光画像データを生成する。これにより、可視光カメラVSCにより撮像された可視光画像データが形成される。撮像信号処理部35は、可視光画像データを表示制御部37に出力する。 The imaging signal processing unit 35 generates visible light image data defined by RGB (Red Green Blue) or YUV (luminance / color difference) that can be recognized by a person using the electrical signal that is the output of the light receiving unit 33. . Thereby, visible light image data imaged by the visible light camera VSC is formed. The imaging signal processing unit 35 outputs visible light image data to the display control unit 37.
表示制御部37は、撮像信号処理部35から出力された可視光画像データと、表示処理部29から出力された検出結果画像データとを用いて、水分が可視光画像データのいずれかの位置で検出された場合に、水分に関する情報の一例として、可視光画像データと検出結果画像データとを合成した表示データ、又は可視光画像データと検出結果画像データとを対比可能に表した表示データを生成する。表示制御部37(出力部)は、表示データを、例えばネットワークを介して接続されたデータロガーDL又は通信端末MTに送信して表示を促す。 The display control unit 37 uses the visible light image data output from the imaging signal processing unit 35 and the detection result image data output from the display processing unit 29, so that moisture is in any position of the visible light image data. When detected, as an example of information about moisture, display data that combines visible light image data and detection result image data, or display data that can be compared with visible light image data and detection result image data is generated. To do. The display control unit 37 (output unit) transmits display data to, for example, the data logger DL or the communication terminal MT connected via a network to prompt display.
データロガーDLは、表示制御部37から出力された表示データを通信端末MT又は1つ以上の外部接続機器(不図示)に送信し、通信端末MT又は1つ以上の外部接続機器(例えば図1に示す事務所内制御室内のモニタ50)の表示画面における表示データの表示を促す。 The data logger DL transmits the display data output from the display control unit 37 to the communication terminal MT or one or more externally connected devices (not shown), and the communication terminal MT or one or more externally connected devices (for example, FIG. 1). The display data on the display screen of the monitor 50) in the office control room shown in FIG.
通信端末MTは、例えばユーザ個人が用いる携帯用の通信用端末であり、ネットワーク(不図示)を介して、表示制御部37から送信された表示データを受信し、通信端末MTの表示画面(不図示)に表示データを表示させる。 The communication terminal MT is a portable communication terminal used by individual users, for example. The communication terminal MT receives display data transmitted from the display control unit 37 via a network (not shown), and displays a display screen (not shown) of the communication terminal MT. Display data is displayed in the figure.
(非可視光センサの制御部における初期動作の一例の説明)
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5を参照して説明する。図5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。
(Description of an example of initial operation in the control unit of the invisible light sensor)
Next, an example of an initial operation in the control unit 11 of the invisible light sensor NVSS of the plant detection camera 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of an initial setting operation in the control unit 11 of the plant detection camera 1.
制御部11が、閾値設定/水分指数検出処理部27aに対し、葉の形状を識別するための反射強度比の閾値Shの設定を指示すると、閾値設定/水分指数検出処理部27aは、閾値Shを算出して設定する(S1)。この閾値Shを設定する処理の詳細については、例えば図28〜図30を参照して後述する。なお、閾値Shが固定値である場合、ステップS1の処理は省略可能である。 When the control unit 11 instructs the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a to set the threshold Sh of the reflection intensity ratio for identifying the leaf shape, the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a Is calculated and set (S1). Details of the processing for setting the threshold Sh will be described later with reference to FIGS. 28 to 30, for example. When the threshold value Sh is a fixed value, the process of step S1 can be omitted.
制御部11は、非可視光センサNVSSの検出処理部27における水分の検出閾値Mを閾値設定/水分指数検出処理部27aに設定する(S2)。検出閾値Mは、検出対象となる植物に応じて適宜設けられることが好ましい。 The control unit 11 sets the moisture detection threshold M in the detection processing unit 27 of the invisible light sensor NVSS in the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a (S2). The detection threshold M is preferably provided as appropriate according to the plant to be detected.
ステップS2の処理後、制御部11は、撮像処理を開始させるための制御信号を可視光カメラVSCの各部に出力する(S3−1)。さらに、制御部11は、第1投射光源13又は第2投射光源15に参照光LS1又は測定光LS2の投射を開始させるための光源走査用タイミング信号TRを非可視光センサNVSSの第1投射光源13又は第2投射光源15に出力する(S3−2)。なお、ステップS3−1の動作とステップS3−2の動作との実行タイミングはどちらが先でもよく、同時でもよい。 After the process of step S2, the control unit 11 outputs a control signal for starting the imaging process to each unit of the visible light camera VSC (S3-1). Further, the control unit 11 generates a light source scanning timing signal TR for causing the first projection light source 13 or the second projection light source 15 to start projecting the reference light LS1 or the measurement light LS2, and the first projection light source of the invisible light sensor NVSS. 13 or the second projection light source 15 (S3-2). Note that the execution timing of the operation of step S3-1 and the operation of step S3-2 may be either earlier or simultaneous.
図6は、非可視光センサNVSSにおける水分の検出の原理説明図である。閾値設定/水分指数検出処理部27aは、例えばRT>Mであれば水分を検出したと判定し、RT≦Mであれば水分を検出しないと判定してもよい。このように、閾値設定/水分指数検出処理部27aは、振幅差分(VA−VB)と振幅VAとの比RTと検出閾値Mとの比較結果に応じて、水分の有無を検出することで、ノイズ(例えば外乱光)の影響を排除でき、水分の有無を高精度に検出することができる。 FIG. 6 is an explanatory diagram of the principle of moisture detection in the invisible light sensor NVSS. For example, the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a may determine that moisture is detected if RT> M, and may not determine moisture if RT ≦ M. Thus, the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a detects the presence or absence of moisture according to the comparison result between the ratio RT of the amplitude difference (VA−VB) and the amplitude VA and the detection threshold M, The influence of noise (for example, disturbance light) can be eliminated, and the presence or absence of moisture can be detected with high accuracy.
図7は、水(H2O)に対する近赤外光の分光特性の一例を示すグラフである。図7の横軸は波長(nm)であり、図7の縦軸は透過率(%)を示す。図7に示すように、波長905nmの参照光LS1は、水(H2O)の透過率がほぼ100%に近いため、水分に吸収され難い特性を有することがわかる。同様に、波長1550nmの測定光LS2は、水(H2O)の透過率が10%に近いため、水分に吸収され易い特性を有することがわかる。そこで、本実施形態では、第1投射光源13から投射される参照光LS1の波長を905nm、第2投射光源15から投射される測定光LS2の波長を1550nmとしている。 FIG. 7 is a graph showing an example of spectral characteristics of near-infrared light with respect to water (H 2 O). The horizontal axis in FIG. 7 is the wavelength (nm), and the vertical axis in FIG. 7 is the transmittance (%). As shown in FIG. 7, it can be seen that the reference light LS1 having a wavelength of 905 nm has a characteristic that the transmittance of water (H 2 O) is almost 100%, and is thus hardly absorbed by moisture. Similarly, it can be seen that the measurement light LS2 having a wavelength of 1550 nm has a characteristic of being easily absorbed by moisture because the transmittance of water (H 2 O) is close to 10%. Therefore, in the present embodiment, the wavelength of the reference light LS1 projected from the first projection light source 13 is 905 nm, and the wavelength of the measurement light LS2 projected from the second projection light source 15 is 1550 nm.
葉が萎れることで近赤外光の投影範囲が減少する場合、また、葉が反れたり巻いたりすることで葉の厚みが増す場合でも、本実施形態では、葉の非可視光画像を構成する全ての画素領域(つまり、1つ1つの画素)における反射強度比の総和を画素数で除した平均値(以下、「画素平均水分指数」と称する)と、葉の非可視光画像を構成する全ての画素における反射強度比の画素毎の総和(以下、「水分指数総和」と称する)とを、水分量の指標とする。また、水ストレス未付与時(つまり初期の)の画素平均水分指数の値及び水分指数総和の値を各々1.0としてノーマライズして示したものが、それぞれ標準化画素平均水分指数(又は単に「水分指数」と称する)及び標準化水分指数総和である。このように、初期値を1.0として相対値にて表現することで角度、葉の厚みが異なる葉同士の「画素平均水分指数」や「水分指数総和」の時間的な変化を容易に相対比較することができる。これらの画素平均水分指数や水分指数総和は、葉の非可視光画像を構成する1つ1つの画素毎に算出された反射強度比を用いて算出される。従って、画素平均水分指数は、「(1/葉の非可視光画像を構成する画素数)×ΣLn(I905/I1550)」で表され、水分指数総和は「ΣLn(I905/I1550)」で表され、いずれも水ポテンシャル(言い換えると、植物への水ストレスの付与量)と強い相関を有する。なお、葉の非可視光画像を構成する全ての画素領域は、例えば測定期間の初期時に、画素値(つまり、参照光LS1や測定光LS2が照射される位置に対応する画素における反射強度比の値)が閾値Shを超えた領域の集合である。なお、閾値Shは、予め設定された値でもよいし、後述する図29に示す方法に従って算出されても構わない。 Even if the projection range of near-infrared light is reduced due to the leaves being deflated, and the thickness of the leaves is increased due to the warping or winding of the leaves, the present embodiment constitutes an invisible light image of the leaves. An average value (hereinafter referred to as “pixel average moisture index”) obtained by dividing the sum of the reflection intensity ratios in all pixel regions (that is, each pixel) by the number of pixels constitutes an invisible light image of leaves. The sum of the reflection intensity ratios of all pixels for each pixel (hereinafter referred to as “moisture index sum”) is used as an indicator of the amount of water. In addition, the normalized pixel average moisture index (or simply “moisture”) is obtained by normalizing the pixel average moisture index value and the moisture index total value when water stress is not applied (that is, at the initial stage) as 1.0. And the standardized moisture index sum. Thus, by expressing the initial value as 1.0 as a relative value, the temporal change in “pixel average moisture index” and “sum of water index” between leaves with different angles and leaf thicknesses can be easily made relative to each other. Can be compared. These pixel average moisture index and moisture index sum are calculated using the reflection intensity ratio calculated for each pixel constituting the leaf non-visible light image. Therefore, the pixel average moisture index is represented by “(1 / number of pixels constituting the non-visible light image of the leaf) × ΣLn (I 905 / I 1550 )”, and the total moisture index is “ΣLn (I 905 / I 1550). ) ”, Both of which have a strong correlation with the water potential (in other words, the amount of water stress applied to the plant). It should be noted that all pixel regions constituting the leaf non-visible light image have a pixel value (that is, a reflection intensity ratio in a pixel corresponding to a position irradiated with the reference light LS1 or the measurement light LS2 at the initial stage of the measurement period, for example). (Value) is a set of areas exceeding the threshold Sh. The threshold Sh may be a preset value or may be calculated according to a method shown in FIG. 29 described later.
(非可視光センサの水分の検出に関する詳細な動作の説明)
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8を参照して説明する。図8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8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又は第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又は測定光LS2が植物PTの葉PT3に向けて照射されるとする。
(Explanation of detailed operation related to moisture detection of invisible light sensor)
Next, the detailed operation | movement procedure regarding the detection of the water | moisture content in the invisible light sensor NVSS of the plant detection camera 1 is demonstrated with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart for explaining an example of a detailed operation procedure regarding detection of moisture contained in the leaf PT3 of the plant PT in the invisible light sensor NVSS. As a premise for the description of the flowchart shown in FIG. 8, the timing control unit 11 a outputs a light source scanning timing signal TR to the first projection light source 13 or the second projection light source 15, and the reference light LS <b> 1 from the plant detection camera 1. It is assumed that the measurement light LS2 is irradiated toward the leaf PT3 of the plant PT.
図8において、制御部11は、奇数番目の投射周期における光源発光信号RFがタイミング制御部11aから出力されたか否かを判別する(S12)。奇数番目の投射周期における光源発光信号RFがタイミング制御部11aから出力された場合には(S12、YES)、第1投射光源13は、タイミング制御部11aからの光源発光信号RFに応じて、参照光LS1を投射する(S13)。投射光源走査用光学部17は、植物検出カメラ1の画角内に含まれる植物PTのX方向のライン上に参照光LS1を1次元的に走査する(S15)。参照光LS1が照射されたX方向のライン上のそれぞれの照射位置において、参照光LS1が拡散反射したことで生じた拡散反射光RV1が撮像光学部21を介して受光部23により受光される(S16)。 In FIG. 8, the control unit 11 determines whether or not the light source emission signal RF in the odd-numbered projection cycle is output from the timing control unit 11a (S12). When the light source emission signal RF in the odd-numbered projection cycle is output from the timing control unit 11a (S12, YES), the first projection light source 13 refers to the light source emission signal RF from the timing control unit 11a. The light LS1 is projected (S13). The projection light source scanning optical unit 17 scans the reference light LS1 in a one-dimensional manner on a line in the X direction of the plant PT included in the angle of view of the plant detection camera 1 (S15). At each irradiation position on the line in the X direction irradiated with the reference light LS1, diffuse reflected light RV1 generated by the diffuse reflection of the reference light LS1 is received by the light receiving unit 23 via the imaging optical unit 21 ( S16).
信号加工部25では、拡散反射光RV1の受光部23における出力(電気信号)が電圧信号に変換され、この電圧信号のレベルがコンパレータ/ピークホールド処理部25cにおいて処理可能なレベルまで増幅される(S17)。コンパレータ/ピークホールド処理部25cは、増幅回路25bの出力信号と所定の閾値との比較結果に応じて、増幅回路25bの出力信号を2値化して閾値設定/水分指数検出処理部27aに出力する。コンパレータ/ピークホールド処理部25cは、増幅回路25bの出力信号のピークの情報を閾値設定/水分指数検出処理部27aに出力する。 In the signal processing unit 25, the output (electric signal) of the diffuse reflected light RV1 in the light receiving unit 23 is converted into a voltage signal, and the level of the voltage signal is amplified to a level that can be processed in the comparator / peak hold processing unit 25c ( S17). The comparator / peak hold processing unit 25c binarizes the output signal of the amplification circuit 25b according to the comparison result between the output signal of the amplification circuit 25b and a predetermined threshold value, and outputs the binarized value to the threshold value setting / moisture index detection processing unit 27a. . The comparator / peak hold processing unit 25c outputs the peak information of the output signal of the amplification circuit 25b to the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a.
閾値設定/水分指数検出処理部27aは、参照光LS1の拡散反射光RV1に対するコンパレータ/ピークホールド処理部25cの出力(ピークの情報)をメモリ27bに一時的に保存する(S18−2)。また、閾値設定/水分指数検出処理部27aは、メモリ27bに保存された前回のフレーム(投射周期)における参照光LS1又は測定光LS2に対する拡散反射光RV1又は拡散反射光RV2における同一ラインに関するコンパレータ/ピークホールド処理部25cの出力をメモリ27bから読み出す(S18−3)。 The threshold setting / moisture index detection processing unit 27a temporarily stores the output (peak information) of the comparator / peak hold processing unit 25c for the diffuse reflected light RV1 of the reference light LS1 in the memory 27b (S18-2). In addition, the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a is a comparator / The output of the peak hold processing unit 25c is read from the memory 27b (S18-3).
閾値設定/水分指数検出処理部27aは、同一ラインにおける参照光LS1の拡散反射光RV1におけるコンパレータ/ピークホールド処理部25cの出力(ピークの情報)と、測定光LS2の拡散反射光RV2におけるコンパレータ/ピークホールド処理部25cの出力(ピークの情報)と、所定の検出閾値Mとを基に、同ライン上における水分の有無を検出する(S18−4)。 The threshold setting / moisture index detection processing unit 27a outputs the output (peak information) of the comparator / peak hold processing unit 25c in the diffuse reflection light RV1 of the reference light LS1 and the comparator / peak in the diffuse reflection light RV2 of the measurement light LS2 in the same line. Based on the output (peak information) of the peak hold processing unit 25c and a predetermined detection threshold M, the presence or absence of moisture on the same line is detected (S18-4).
水分量算出部の一例としての閾値設定/水分指数検出処理部27aは、反射強度比の総和ΣLn(I905/I1550)である水分指数を算出する(S18−5)。この水分指数の算出の詳細については後述する。 The threshold value setting / moisture index detection processing unit 27a as an example of the moisture amount calculating unit calculates a moisture index that is the sum ΣLn (I 905 / I 1550 ) of the reflection intensity ratio (S18-5). Details of the calculation of the moisture index will be described later.
表示処理部29は、検出結果フィルタ処理部27cの出力を用いて、水分の検出位置を示す検出結果画像データを生成する。表示制御部37は、表示処理部29で生成された検出結果画像データ、及び可視光カメラVSCで撮像された可視光画像の可視光カメラ画像データを出力する(S19)。ステップS15、S16、S17、S18−2〜S18−5、S19の各動作は、1回のフレーム(投射周期)の検出エリア内のライン毎に実行される。 The display processing unit 29 uses the output of the detection result filter processing unit 27c to generate detection result image data indicating the moisture detection position. The display control unit 37 outputs the detection result image data generated by the display processing unit 29 and the visible light camera image data of the visible light image captured by the visible light camera VSC (S19). Steps S15, S16, S17, S18-2 to S18-5, and S19 are executed for each line in the detection area of one frame (projection cycle).
つまり、1つのX方向のラインに対するステップS15、S16、S17、S18−2〜S18−5、S19の各動作が終了すると、次のX方向のラインに対するステップS15、S16、S17、S18−2〜S18−5、S19の各動作が行われ(S20、NO)、以降、1フレーム分のステップS15、S16、S17、S18−2〜S18−5、S19の各動作が終了するまで、ステップS15、S16、S17、S18−2〜S18−5、S19の各動作が繰り返される。 That is, when the operations in steps S15, S16, S17, S18-2 to S18-5, and S19 for one line in the X direction are completed, steps S15, S16, S17, and S18-2 for the next line in the X direction are completed. Each operation of S18-5 and S19 is performed (S20, NO), and thereafter, until each operation of steps S15, S16, S17, S18-2 to S18-5, S19 for one frame is completed, step S15, Each operation of S16, S17, S18-2 to S18-5, and S19 is repeated.
一方、1フレームの全てのラインに対してステップS15、S16、S17、S18−2〜S18−5、S19の各動作の実行が終了した場合には(S20、YES)、投射光の走査が継続する場合には(S21、YES)、非可視光センサNVSSの動作はステップS12に戻る。一方、参照光LS1及び測定光LS2の走査が継続しない場合には(S21、NO)、非可視光センサNVSSの動作は終了する。 On the other hand, when the execution of each operation of steps S15, S16, S17, S18-2 to S18-5, and S19 is completed for all the lines of one frame (S20, YES), scanning of the projection light continues. If yes (S21, YES), the operation of the invisible light sensor NVSS returns to step S12. On the other hand, when the scanning of the reference light LS1 and the measurement light LS2 is not continued (S21, NO), the operation of the invisible light sensor NVSS is ended.
図9は、ステップS18−5における水分指数の算出手順の一例を説明するフローチャートである。閾値設定/水分指数検出処理部27aは、非可視光画像データである検出結果画像データの1フレームから全ての画素における反射強度比Ln(I905/I1550)を算出する(S31)。ここで、各画素の反射強度比Ln(I905/I1550)の測定値を反射強度比W1〜Wkで表す。例えば近赤外光の画像が76,800(=320×240)画素から構成される場合、Wkの添え字kは1〜76,800を表す変数である。 FIG. 9 is a flowchart for explaining an example of the procedure for calculating the moisture index in step S18-5. The threshold setting / moisture index detection processing unit 27a calculates the reflection intensity ratio Ln (I 905 / I 1550 ) for all pixels from one frame of the detection result image data that is invisible light image data (S31). Here, the measured values of the reflection intensity ratio Ln (I 905 / I 1550 ) of each pixel are represented by reflection intensity ratios W1 to Wk. For example, when a near-infrared light image is composed of 76,800 (= 320 × 240) pixels, the subscript k of Wk is a variable representing 1 to 76,800.
閾値設定/水分指数検出処理部27aは、画素毎の反射強度比Wkが葉PT3を識別するための閾値Shより大きいか否かを判別する(S32)。閾値Shの初期値は、経験値として閾値設定/水分指数検出処理部27aに予め登録されている。経験値は、水分量観察装置の仕様(照射レーザ光の強度、受光素子の感度等)、測定対象の葉の含水率(90%前後)、葉の厚み(例えば200μm)、屋内/屋外等によって決定される。特に、屋外の場合、太陽光の当たり方や葉群としての茂り具合によって変化し、その都度変更される。 The threshold value setting / moisture index detection processing unit 27a determines whether or not the reflection intensity ratio Wk for each pixel is larger than the threshold value Sh for identifying the leaf PT3 (S32). The initial value of the threshold Sh is registered in advance in the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a as an experience value. The experience value depends on the specifications of the moisture amount observation device (intensity of irradiation laser light, sensitivity of the light receiving element, etc.), the moisture content of the leaf to be measured (around 90%), the thickness of the leaf (eg 200 μm), indoor / outdoor It is determined. In particular, in the case of the outdoors, it changes depending on how sunlight strikes and the amount of leaves as a group of leaves, and changes each time.
例えば経験値として、撮影距離1mの場合、屋内撮影時の閾値Shは約0.3に設定される。屋外撮影時の閾値Shは、約0.9に設定される。また、撮影距離3mの場合、屋内撮影時の閾値Shは約0.05に設定される。これらの閾値Shを初期値として設定し、実際の葉の形状と照らし合わせて、最適であるか否かを判断し、最適でない場合、閾値Shを変更することが好ましい。また、後述するように、閾値Shの算出処理を行い、算出された閾値Shを初期値として登録しておくことも可能である。 For example, as an experience value, when the shooting distance is 1 m, the threshold value Sh for indoor shooting is set to about 0.3. The threshold value Sh for outdoor shooting is set to about 0.9. When the shooting distance is 3 m, the threshold value Sh for indoor shooting is set to about 0.05. It is preferable to set these threshold values Sh as initial values and determine whether or not they are optimal by comparing them with the actual leaf shape. If they are not optimal, it is preferable to change the threshold value Sh. Further, as will be described later, it is also possible to perform a threshold value Sh calculation process and register the calculated threshold value Sh as an initial value.
ステップS32で、反射強度比Wkが閾値Sh未満である場合、この画素は、葉以外の背景を表す画素であるとして、表示処理部29は、この画素を単色で表示するための単色表示データを生成する(S36)。 If the reflection intensity ratio Wk is less than the threshold value Sh in step S32, the display processing unit 29 assumes that this pixel is a pixel representing a background other than leaves, and displays monochrome display data for displaying this pixel in a single color. Generate (S36).
一方、ステップS32で反射強度比Wkが閾値Sh以上(閾値以上)である場合、表示処理部29は、この画素を、反射強度比Ln(I905/I1550)に対応する階調色で表示する(S33)。ここでは、反射強度比Ln(I905/I1550)に対応する階調色をn階調で表示可能である。nは任意の正数である。 On the other hand, if the reflection intensity ratio Wk is greater than or equal to the threshold value Sh (threshold value or more) in step S32, the display processing unit 29 displays this pixel with a gradation color corresponding to the reflection intensity ratio Ln (I 905 / I 1550 ). (S33). Here, the gradation color corresponding to the reflection intensity ratio Ln (I 905 / I 1550 ) can be displayed with n gradations. n is an arbitrary positive number.
具体的に、反射強度比Ln(I905/I1550)が0.3未満である場合、つまり、葉の閾値Sh以下である場合、その画素は、例えば白色(単色)で表示される。一方、反射強度比Ln(I905/I1550)が0.3以上0.4未満である場合、その画素は例えば深緑色で表示される。同様に、0.4以上0.5未満である場合、その画素は緑色で表示される。0.5以上0.55未満である場合、その画素は黄色で表示される。0.55以上0.6未満である場合、その画素はオレンジ色で表示される。0.6以上0.75未満である場合、その画素は赤色で表示される。0.75以上である場合、その画素は紫色で表示される。このように、葉に属する画素の色は、6諧調のいずれかに設定される。 Specifically, when the reflection intensity ratio Ln (I 905 / I 1550 ) is less than 0.3, that is, when the reflection intensity ratio is less than or equal to the leaf threshold Sh, the pixel is displayed in white (monochrome), for example. On the other hand, when the reflection intensity ratio Ln (I 905 / I 1550 ) is 0.3 or more and less than 0.4, the pixel is displayed in, for example, dark green. Similarly, when it is 0.4 or more and less than 0.5, the pixel is displayed in green. When it is 0.5 or more and less than 0.55, the pixel is displayed in yellow. When it is 0.55 or more and less than 0.6, the pixel is displayed in orange. When it is 0.6 or more and less than 0.75, the pixel is displayed in red. When it is 0.75 or more, the pixel is displayed in purple. As described above, the color of the pixel belonging to the leaf is set to one of 6 gradations.
なお、実際の葉の形状と照らし合わせて、葉が占有している画素空間が適切でない場合、ユーザが閾値Shを所定刻み(例えば0.01)毎にアップ又はダウンするように設定してもよい。或いは、ユーザが後述する閾値Shを自動設定する処理を起動させて適切な閾値Shを設定してもよい。 Note that if the pixel space occupied by the leaf is not appropriate in comparison with the actual leaf shape, the user may set the threshold Sh to be increased or decreased at predetermined intervals (for example, 0.01). Good. Alternatively, an appropriate threshold value Sh may be set by starting a process for automatically setting a threshold value Sh described later.
閾値設定/水分指数検出処理部27aは、葉が占有している画素空間として任意のエリアを特定する(S34)。葉の画素は、反射強度比Ln(I905/I1550)が閾値Sh(ここでは、0.3)を超える画素である。また、葉の画素を囲むように、矩形(A×B)のエリアAREが特定される。このエリアAREは、葉の大きさを判断する値として用いられる。なお、葉の大きさは、閾値Shを超える画素数で表してもよい。 The threshold value setting / moisture index detection processing unit 27a identifies an arbitrary area as the pixel space occupied by the leaf (S34). The pixel of the leaf is a pixel whose reflection intensity ratio Ln (I 905 / I 1550 ) exceeds a threshold Sh (here, 0.3). Further, a rectangular (A × B) area ARE is specified so as to surround the leaf pixel. This area ARE is used as a value for determining the leaf size. The leaf size may be expressed by the number of pixels exceeding the threshold Sh.
閾値設定/水分指数検出処理部27aは、エリアARE内で、測定値(反射強度比Ln(I905/I1550))が閾値Shよりも大きい、反射強度比Ln(I905/I1550)の総和である水分指数総和ΣLn(I905/I1550)を計算する(S35)。この水分指数総和ΣLn(I905/I1550)が得られることで、葉全体に含まれる水分量が分かる。 In the area ARE, the threshold value setting / moisture index detection processing unit 27a has a measured value (reflection intensity ratio Ln (I 905 / I 1550 )) larger than the threshold value Sh, and the reflection intensity ratio Ln (I 905 / I 1550 ). A water index sum ΣLn (I 905 / I 1550 ) which is the sum is calculated (S35). By obtaining this sum of water index ΣLn (I 905 / I 1550 ), the amount of water contained in the entire leaf can be determined.
さらに、ステップS35では、閾値設定/水分指数検出処理部27aは、エリアARE内で、測定値(反射強度比Ln(I905/I1550))が閾値Shよりも大きい画素の数を計算し、この計算された画素の数で反射強度比の総和ΣLn(I905/I1550)を除して平均値(画素平均水分指数と称する)を算出することができる。この平均値は、閾値Shによって葉の外形が決定された葉の面積で反射強度比の総和が除された値であり、スポットの一定面積でスポット内の反射強度比の総和が除された値とは異なる。この後、水分指数の算出動作が終了する。 Further, in step S35, the threshold value setting / moisture index detection processing unit 27a calculates the number of pixels in the area ARE where the measured value (reflection intensity ratio Ln (I 905 / I 1550 )) is larger than the threshold value Sh. An average value (referred to as a pixel average moisture index) can be calculated by dividing the total reflection intensity ratio ΣLn (I 905 / I 1550 ) by the calculated number of pixels. This average value is a value obtained by dividing the sum of the reflection intensity ratios by the area of the leaves for which the outer shape of the leaves has been determined by the threshold Sh, and is a value obtained by dividing the sum of the reflection intensity ratios in the spot by a certain area of the spot. Is different. Thereafter, the calculation operation of the moisture index ends.
このように、本実施形態では、照射位置毎の反射強度比を求めるのでなく、フレーム画像における画素毎の反射強度比を求め、画素毎の反射強度比の総和から、水分指数を正確に算出できる。従って、葉、即ち植物の健全度を正確に判断することができる。 Thus, in this embodiment, instead of obtaining the reflection intensity ratio for each irradiation position, the reflection intensity ratio for each pixel in the frame image is obtained, and the moisture index can be accurately calculated from the sum of the reflection intensity ratios for each pixel. . Therefore, it is possible to accurately determine the health of leaves, that is, plants.
ここでは、前述したように、葉の閾値Shは、初期値として次のような値に設定されている。屋内に植物検出カメラ1を設置し、屋内で葉PT3を撮像する場合、経験的に撮影距離が1mである場合、閾値Shは約0.3に設定される。撮影距離が3mである場合、閾値Shは約0.05に設定される。一方、屋外(例えばビニールハウスVGH内)で撮像する場合、外光(例えば太陽光)の条件が変動するので、経験的に閾値Shは約0.9に設定される。図28は、葉の占有範囲を示す図である。図28(A)は、トマトの茎葉を撮像したフレーム画像である。葉間距離は約1cmである。図28(B)は、図28(A)の可視光画像に対し、撮影距離3m、閾値Shを0.05に設定した場合に求められた葉の占有空間を示す。この場合、葉が一部重なっており、閾値Sh(=0.05)は不適切に設定された値であることが分かる。図28(C)は、図28(A)の可視光画像に対し、撮影距離1m、閾値Shを0.3に設定した場合に求められた葉の占有空間を示す。この場合、葉の外形は他の葉と重なり合うことなく、また、葉の占有空間は可視光画像の葉の外形と大まかに同じである。この場合、閾値Sh(=0.3)は正しく設定された値であることが分かる。 Here, as described above, the leaf threshold Sh is set to the following value as an initial value. When the plant detection camera 1 is installed indoors and the leaf PT3 is imaged indoors, the threshold Sh is set to about 0.3 when the shooting distance is empirically 1 m. When the shooting distance is 3 m, the threshold value Sh is set to about 0.05. On the other hand, when imaging is performed outdoors (for example, inside the greenhouse VGH), the threshold value Sh is set to about 0.9 empirically because the condition of outside light (for example, sunlight) varies. FIG. 28 is a diagram illustrating a leaf occupation range. FIG. 28A is a frame image obtained by imaging the tomato foliage. The distance between the leaves is about 1 cm. FIG. 28B shows the leaf occupation space obtained when the shooting distance is set to 3 m and the threshold Sh is set to 0.05 with respect to the visible light image of FIG. In this case, the leaves partially overlap, and it can be seen that the threshold value Sh (= 0.05) is an inappropriately set value. FIG. 28C shows the leaf occupation space obtained when the shooting distance is set to 1 m and the threshold Sh is set to 0.3 with respect to the visible light image of FIG. In this case, the outer shape of the leaf does not overlap with other leaves, and the space occupied by the leaf is roughly the same as the outer shape of the leaf of the visible light image. In this case, it can be seen that the threshold value Sh (= 0.3) is a correctly set value.
また、葉の閾値Shは、次のような処理を行い、図8に示す水分指数の算出処理を実行する前に登録されてもよい。図29は、閾値設定手順の一例を説明するフローチャートである。 Further, the leaf threshold Sh may be registered before the following process is performed and the moisture index calculation process shown in FIG. 8 is performed. FIG. 29 is a flowchart illustrating an example of a threshold setting procedure.
閾値設定/水分指数検出処理部27aは、可視光カメラVSCで撮像されたフレーム画像(例えば図28(A)参照)に対し、葉の色と判断される緑色(G)の画素が占有する出現割合(G画素数/全画素数)を求める(S101)。 The threshold setting / moisture index detection processing unit 27a appears in a frame image captured by the visible light camera VSC (see, for example, FIG. 28A) occupied by a green (G) pixel determined to be a leaf color. A ratio (G pixel number / total pixel number) is obtained (S101).
閾値設定/水分指数検出処理部27aは、水分指数の度数分布データを元に、出現割合に対応する水分指数を求める(S102)。図30は、全画素における反射強度比の度数分布を示すグラフである。度数分布データは、閾値設定/水分指数検出処理部27aに登録されている。この度数分布データを用いると、例えば葉の色と判断される緑色(G)の画素が占有する出現割合が52%である場合、水分指数は約0.3である。 The threshold setting / moisture index detection processing unit 27a obtains a moisture index corresponding to the appearance ratio based on the frequency distribution data of the moisture index (S102). FIG. 30 is a graph showing the frequency distribution of the reflection intensity ratio in all pixels. The frequency distribution data is registered in the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a. Using this frequency distribution data, for example, when the appearance ratio occupied by a green (G) pixel determined to be a leaf color is 52%, the moisture index is about 0.3.
閾値設定/水分指数検出処理部27aは、ステップS102で求められた水分指数を閾値Shに設定する(S103)。この後、閾値設定/水分指数検出処理部27aは本処理を終了する。 The threshold value setting / moisture index detection processing unit 27a sets the moisture index obtained in step S102 as the threshold value Sh (S103). Thereafter, the threshold value setting / moisture index detection processing unit 27a ends this processing.
このように、可視光カメラVSCで撮像された可視光画像を利用することで、葉の緑色(特定色)の占有画素数と、同じ画素数になるように測定値であるLn(I905/I1550)の累積度数に対応する閾値Shを求めることで、つまり、葉に含まれていると判断される画素毎の水分量の閾値を変更することによって、葉の外形を正しく決定することができる。従って、葉の外形が正しく判断されることで、画素単位の平均値を正確に算出できる。これに対し、スポットの一定面積や可視光画像の外形を用いる場合、葉の外形が正しく捉えられないと、画素単位の平均値に大きな誤差が生じてしまう。 In this way, by using the visible light image captured by the visible light camera VSC, the number of pixels occupied by the green (specific color) of the leaf is the same as the number of pixels Ln (I 905 / I 1550 ) can be determined correctly by determining the threshold value Sh corresponding to the cumulative frequency, that is, by changing the threshold value of the moisture amount for each pixel determined to be included in the leaf. it can. Therefore, the average value of the pixel unit can be accurately calculated by correctly determining the outer shape of the leaf. On the other hand, when using a fixed spot area or an outer shape of a visible light image, if the outer shape of the leaf is not correctly captured, a large error occurs in the average value in pixel units.
ここで、葉中の水分量を測定する他の方法について、比較例を示す。図10は、比較例の測定方法の一例を説明する図である。ビニル袋fkで密封包装された大葉の葉PT3を取り出し、ホワイトボードwbに葉PT3が動かないように固定する。葉PT3ががっしりと固定されたホワイトボードwbを重量計gmに載せ、その重さを計る。このとき、ホワイトボードwbの重さは、あらかじめ測定された上で0点調整されているので、重量計gmのメータには、葉の重さが表示される。葉の蒸散による重量の変化を、時間の経過とともに測定する。全ての測定を完了した後、葉を完全に枯らし、その重量を求める。測定時の葉の重量から枯渇時の葉の重量を差し引くことで、測定時における葉の平均含水量を求める。葉の平均含水率は、時間の経過とともに徐々に下がっていく。 Here, a comparative example is shown about the other method of measuring the moisture content in a leaf. FIG. 10 is a diagram for explaining an example of the measurement method of the comparative example. The large leaf PT3 hermetically sealed with the vinyl bag fk is taken out and fixed to the whiteboard wb so that the leaf PT3 does not move. The whiteboard wb on which the leaf PT3 is firmly fixed is placed on the weigh scale gm and weighed. At this time, since the weight of the whiteboard wb is measured in advance and adjusted to 0 point, the weight of the leaf is displayed on the meter of the scale gm. The change in weight due to leaf transpiration is measured over time. After completing all measurements, the leaves are completely withered and their weight is determined. The average water content of the leaf at the time of measurement is obtained by subtracting the weight of the leaf at the time of depletion from the weight of the leaf at the time of measurement. The average moisture content of the leaves gradually decreases with time.
一方、本実施形態では、葉の水分量を測定する際、測定対象の葉の背面(裏側)を覆うように、背景物が配置される。背景物の材質としては、水分を含まず、農薬・散水・CO2噴霧で変形しないもの、例えばプラスチック、コート紙、アルミ箔(板)等のシート、板、或いはブロックが挙げられる。また、背景物の大きさは、測定対象の葉を覆うような大きな面を有し、測定対象の葉の投影面積の2倍以内であり、他の葉の光合成を妨げない大きさであることが望ましい。また、背景物の厚みは、自己支持性でカールしない厚さ50μm〜1mmであり、特に50〜200μmであることが好ましい。また、背景物の重量は、葉の茎で支持される場、葉が萎れない程度の重さであることが好ましい。また、背景物の色は、可視光及び近赤外光の反射率が高い白色や銀色であることが好ましい。 On the other hand, in this embodiment, when measuring the moisture content of a leaf, a background object is arrange | positioned so that the back surface (back side) of the leaf of a measuring object may be covered. Examples of the material of the background include a sheet that does not contain moisture and is not deformed by agricultural chemicals, water spray, or CO 2 spray, such as a sheet, a plate, or a block such as plastic, coated paper, and aluminum foil (plate). In addition, the size of the background object has a large surface that covers the measurement target leaf, is within twice the projected area of the measurement target leaf, and does not interfere with photosynthesis of other leaves. Is desirable. Further, the thickness of the background is 50 μm to 1 mm which is self-supporting and does not curl, and is preferably 50 to 200 μm. Moreover, it is preferable that the weight of a background object is a place supported by the stem of a leaf, and the weight which a leaf does not wither. Moreover, it is preferable that the color of a background object is white or silver with a high reflectance of visible light and near-infrared light.
本実施形態では、背景物として、白色背景板が用いられる場合を示す。なお、白色背景板は、白色プラスチック板、アルミ板、標準白色板、白色紙等が挙げられる。 In this embodiment, the case where a white background board is used as a background object is shown. Examples of the white background plate include a white plastic plate, an aluminum plate, a standard white plate, and white paper.
図11(A)は、屋外において葉に向かって近赤外光を照射した際、近赤外光の波長に対する反射光の強度の一例を示すグラフである。縦軸は非可視光センサNVSSで検知される近赤外光の強度を示し、横軸は近赤外領域の波長を示す。非可視光センサNVSSで検知される近赤外光の強度には、太陽光による光の強度の他、周辺の葉で散乱された光の強度が含まれる。つまり、検知される近赤外光の強度には、太陽光が周辺の葉で多重散乱されたことによるバックグランドの上昇分が含まれる。また、周辺の葉によって1550nmの波長を有する近赤外光が吸収されることで、非可視光センサNVSSで検知される光の強度は小さくなる。従って、反射強度比Ln(I905/I1550)の値は大きくなる。このため、屋外で葉の水分量を測定する場合、反射強度比Ln(I905/I1550)と比較される閾値Shの値を大きく設定する必要がある。 FIG. 11A is a graph showing an example of the intensity of reflected light with respect to the wavelength of near-infrared light when near-infrared light is irradiated outdoors toward the leaves. The vertical axis indicates the intensity of near infrared light detected by the invisible light sensor NVSS, and the horizontal axis indicates the wavelength in the near infrared region. The intensity of near infrared light detected by the invisible light sensor NVSS includes the intensity of light scattered by surrounding leaves in addition to the intensity of light from sunlight. That is, the detected intensity of the near infrared light includes an increase in background due to multiple scattering of sunlight by the surrounding leaves. Moreover, the near-infrared light having a wavelength of 1550 nm is absorbed by the surrounding leaves, so that the intensity of light detected by the invisible light sensor NVSS is reduced. Therefore, the value of the reflection intensity ratio Ln (I 905 / I 1550 ) is increased. For this reason, when measuring the water | moisture content of a leaf outdoors, it is necessary to set large the value of threshold value Sh compared with reflection intensity ratio Ln ( I905 / I1550 ).
図11(B)は、屋内及び屋外において白色背景板bdが設置された葉に向かって近赤外光を照射した際、近赤外光の波長に対する反射光の強度の一例を示すグラフである。縦軸は非可視光センサNVSSで検知される近赤外光の強度を示し、横軸は近赤外領域の波長を示す。白色背景板bdが測定対象の葉PT3tの背面(裏側)を覆うように配置されたことで、周辺の葉PT3oからの多重散乱が起きなくなる。従って、1550nmの波長を有する近赤外光の強度が低下することは起きない。また、屋内の場合、バックグランドの上昇も生じない。なお、屋外で測定する場合、閾値Shは約0.5に設定される。また、屋内で測定する場合、閾値Shは約0.3に設定される。 FIG. 11B is a graph showing an example of the intensity of reflected light with respect to the wavelength of near-infrared light when irradiating near-infrared light toward the leaves on which the white background plate bd is installed indoors and outdoors. . The vertical axis indicates the intensity of near infrared light detected by the invisible light sensor NVSS, and the horizontal axis indicates the wavelength in the near infrared region. Since the white background plate bd is arranged so as to cover the back surface (back side) of the leaf PT3t to be measured, multiple scattering from the surrounding leaf PT3o does not occur. Therefore, the intensity of near infrared light having a wavelength of 1550 nm does not decrease. In addition, the background does not rise when indoors. Note that the threshold value Sh is set to about 0.5 when measuring outdoors. Further, when measuring indoors, the threshold value Sh is set to about 0.3.
測定対象の葉PT3tの背面に白色背景板bdを配置する場合、葉を固定することなく配置してもよいし、白色背景板bdに葉PT3tを取り付けて固定してもよい。ここでは、白色背景板bdに葉PT3tを取り付ける場合を示す。なお、本実施形態を含む各実施形態では、植物検出カメラ1の第1投射光源13及び第2投射光源15から見て、測定対象となる少なくとも1枚の葉の背面には、白色背景板bdがそれぞれ配置されている。 When the white background plate bd is arranged on the back surface of the leaf PT3t to be measured, the leaf may be arranged without being fixed, or the leaf PT3t may be attached and fixed to the white background plate bd. Here, a case where the leaf PT3t is attached to the white background plate bd is shown. In each embodiment including this embodiment, a white background plate bd is provided on the back surface of at least one leaf to be measured as viewed from the first projection light source 13 and the second projection light source 15 of the plant detection camera 1. Are arranged respectively.
図12は、白色背景板bdへの葉PT3tの取り付け方の一例の説明図である。白色背景板bdは、縦長の長方形を有する白色プラスチック板である。白色背景板bdの中央部には、矩形状にくり抜かれた開口部bd1が形成されている。また、白色背景板bdの上部には、円形の孔部bd2が形成されている。孔部bd2には、上端面にまで達するスリットbd21が形成されている。また、白色背景板bdに形成された開口部bd1の下側及び両側には、それぞれ3本のスリットbd3,bd4,bd5が形成されている。 FIG. 12 is an explanatory diagram of an example of how to attach the leaf PT3t to the white background plate bd. The white background plate bd is a white plastic plate having a vertically long rectangle. An opening bd1 that is hollowed out in a rectangular shape is formed at the center of the white background plate bd. A circular hole bd2 is formed on the white background plate bd. A slit bd21 reaching the upper end surface is formed in the hole bd2. Also, three slits bd3, bd4, and bd5 are formed on the lower side and both sides of the opening bd1 formed in the white background plate bd, respectively.
葉PT3tを白色背景板bdに取り付ける場合、葉PT3tの先端を3本のスリットbd3の1本に挿し込み、スリットbd21を中心に左右の白色背景板bdを前後方向にずらして空隙を作り、その内側に葉の茎PT2を通して、孔部bd2に茎PT2を固定する。 When attaching the leaf PT3t to the white background plate bd, the tip of the leaf PT3t is inserted into one of the three slits bd3, and the left and right white background plates bd are shifted in the front-rear direction around the slit bd21 to create a gap. The stem PT2 is fixed to the hole bd2 through the leaf stem PT2 on the inside.
次に、本実施形態の植物検出カメラ1を用いて植物PTの葉に含まれる水分量の観察として、当該葉に含まれる水ポテンシャルの制御実験を行い、その結果得られた水ストレスによる葉中の糖度について考察する。 Next, as an observation of the amount of water contained in the leaves of the plant PT using the plant detection camera 1 of the present embodiment, a control experiment of the water potential contained in the leaves is performed. Consider the sugar content.
図13は、第1回目の水ポテンシャル制御実験における標準化画素平均水分指数Dwの時間変化の一例を示すグラフである。このグラフの縦軸は、標準化画素平均水分指数を表す。標準化画素平均水分指数は、測定対象の葉に含まれる水分量の指標としての水ポテンシャルを表し、植物の葉に対する非可視光画像(つまり、表示処理部29から出力される検出結果画像)における1画素当たりに含まれる葉中の平均の水分量を示す。グラフの横軸は、日を単位とする経過時間を表す。ターゲットの水分量の範囲の一例としての目標範囲Bdは、例えばトマトの果実の糖度を増すために適すると判断される目標となる水分量の範囲を表しており、ここでは、標準化画素平均水分指数Dwに対応する値として値0.8〜0.9の範囲に設定されている。この目標範囲Bdは、植物の種類、さらには同じ植物であってもその観察場所(葉、茎等)によっても異なる。また、図13や後述の図14において、標準化画素平均水分指数Dwが目標範囲Bdを下回る場合には、植物は水ストレスを感じていることになる。 FIG. 13 is a graph showing an example of temporal change of the standardized pixel average moisture index Dw in the first water potential control experiment. The vertical axis of this graph represents the standardized pixel average moisture index. The standardized pixel average moisture index represents the water potential as an index of the amount of moisture contained in the leaf to be measured, and is 1 in the non-visible light image (that is, the detection result image output from the display processing unit 29) for the plant leaf. The average amount of water in the leaf contained per pixel is shown. The horizontal axis of the graph represents the elapsed time in days. The target range Bd as an example of the range of water content of the target represents a range of target water content that is determined to be suitable for increasing the sugar content of, for example, tomato fruit. Here, the standardized pixel average water index The value corresponding to Dw is set in the range of 0.8 to 0.9. This target range Bd differs depending on the type of plant, and even the same plant, depending on the observation location (leaf, stem, etc.). Further, in FIG. 13 and FIG. 14 described later, when the standardized pixel average moisture index Dw is lower than the target range Bd, the plant feels water stress.
図13に示す第1回目の水ポテンシャル制御実験は、ほぼ適量な灌水量の灌水が灌水タイミングの際に行われた場合の標準化画素平均水分指数の時系列の推移の一例が示されている。図13では、植物サンプルsm1である葉が萎凋している状態を起点としており、通常灌水を行って回復した後に、水ポテンシャル制御実験が開始している。通常灌水では、一日のうち朝と夕の2回、定期的に灌水が行われた。一方、水ポテンシャル制御実験では、標準化画素平均水分指数Dwの値を元に適切と判断されたタイミングで灌水が行われるのみで、定期的な灌水は行われていない。以下、図13に示す実験結果について説明する。なお、モニタ50には、図13に示す標準化画素平均水分指数Dwの経時的な推移が表示される。 The first water potential control experiment shown in FIG. 13 shows an example of a time-series transition of the standardized pixel average moisture index when irrigation of a substantially appropriate amount of irrigation is performed at the timing of irrigation. In FIG. 13, the starting point is a state in which the leaf, which is the plant sample sm1, is wilted, and the water potential control experiment is started after recovery by performing normal irrigation. In normal irrigation, irrigation was carried out regularly twice a day in the morning and evening. On the other hand, in the water potential control experiment, irrigation is only performed at a timing determined to be appropriate based on the value of the standardized pixel average moisture index Dw, and regular irrigation is not performed. Hereinafter, the experimental results shown in FIG. 13 will be described. The monitor 50 displays a change over time of the standardized pixel average moisture index Dw shown in FIG.
葉の標準化画素平均水分指数Dwが値0.60に近い萎凋の状態から始まり、通常灌水が開始される(0日目)。通常灌水の開始後、翌日には、葉の標準化画素平均水分指数Dwが値1.0付近になるまで回復した。そして、一週間程、葉の標準化画素平均水分指数Dwが値1.0付近を保つように定期的に通常灌水が行われた(1〜8日目)。その後の3日間、絶水した(9,10,11日目)。絶水の結果、葉の標準化画素平均水分指数Dwは、徐々に下がり、値0.7付近になるまで下降した(12日目)。 Starting with a wilt state where the normalized pixel mean water index Dw of the leaf is close to a value of 0.60, normal irrigation is started (day 0). On the next day after the start of normal irrigation, the leaf was restored until the normalized pixel average moisture index Dw was close to the value 1.0. Then, regular irrigation was periodically performed for about one week so that the standardized pixel average moisture index Dw of the leaf kept around the value 1.0 (1st to 8th days). The next 3 days, the water was cut off (Days 9, 10, 11). As a result of the water depletion, the standardized pixel average moisture index Dw of the leaf gradually decreased and decreased to a value near 0.7 (day 12).
この時点で矢印r11に示すように、一定量の灌水が行われると、葉中の標準化画素平均水分指数Dwは、上昇し、そのピークが目標範囲Bwに一旦含まれるが、その後、未灌水に基づいて下降し、目標範囲Bwから外れる。再び矢印r12に示すタイミングで同じ一定量の灌水が行われると、葉中の標準化画素平均水分指数Dwは、再び上昇し、そのピークが目標範囲Bwに入った後、未灌水に基づいて下降する。このとき、標準化画素平均水分指数Dwは目標範囲Bwを下回るが、その外れ量は前回より小さい。再び矢印r13に示すタイミングで同じ一定量の灌水が行われると、標準化画素平均水分指数Dwのピークが目標範囲Bwの上限値を超えた後に下降するが、今度は標準化画素平均水分指数Dwが目標範囲Bwを下回らない。さらに、矢印r14に示すタイミングで同じ一定量の灌水が行われると、標準化画素平均水分指数Dwのピークが目標範囲Bwの上限値を超えた後に下降するが、標準化画素平均水分指数Dwはほぼ目標範囲Bwに留まる(12日目〜16日目)。 At this time, as shown by an arrow r11, when a certain amount of irrigation is performed, the standardized pixel average moisture index Dw in the leaf rises and its peak is once included in the target range Bw. Based on this, the vehicle falls out of the target range Bw. When the same fixed amount of irrigation is performed again at the timing indicated by the arrow r12, the standardized pixel average moisture index Dw in the leaf rises again, and after the peak enters the target range Bw, it falls based on the non-irrigation. . At this time, the standardized pixel average moisture index Dw is lower than the target range Bw, but the deviation amount is smaller than the previous time. When the same constant amount of irrigation is performed again at the timing indicated by the arrow r13, the peak of the standardized pixel average moisture index Dw falls after exceeding the upper limit value of the target range Bw, but this time the standardized pixel average moisture index Dw is the target. It will not fall below the range Bw. Further, when the same constant amount of irrigation is performed at the timing indicated by the arrow r14, the peak of the standardized pixel average moisture index Dw falls after exceeding the upper limit value of the target range Bw, but the standardized pixel average moisture index Dw is almost the target. Stay in range Bw (day 12-16).
その後の2日間(17,18日目)の絶水があっても、矢印r15,r16,r17,r18に示すように、同様の灌水が行われたことで、葉中の標準化画素平均水分指数Dwはほぼ目標範囲Bwに収まるように制御された。 Even if there was water stoppage for the next two days (17th and 18th days), as shown by arrows r15, r16, r17, and r18, the same irrigation was performed, so that the normalized pixel average water index in the leaves Dw was controlled so as to be approximately within the target range Bw.
図14は、第2回目の水ポテンシャル制御実験における標準化画素平均水分指数Dwの時間変化の一例を示すグラフである。このグラフの縦軸は、図13と同様、標準化画素平均水分指数Dwを表す。グラフの横軸は、分を単位とする経過時間を表す。第2回目の水ポテンシャル制御実験では、第1回目の植物サンプルsm1とは異なる、同種の2つの植物サンプルsm2,sm3(例えばトマト)が用いられた。植物サンプルsm2(比較例)に対しては、朝・夕2回の通常灌水が定期的に行われる。一方、植物サンプルsm3(本実施形態に対応する実施例)に対しては、未灌水に基づいて水ストレスを与えながらの灌水が行われる。つまり、植物サンプルsm3に対しては、図13に示す水ポテンシャル制御期間(12日目〜22日目)と同様に、灌水が行われるタイミング以外は灌水されない。 FIG. 14 is a graph showing an example of a temporal change in the standardized pixel average moisture index Dw in the second water potential control experiment. The vertical axis of this graph represents the standardized pixel average moisture index Dw as in FIG. The horizontal axis of the graph represents elapsed time in minutes. In the second water potential control experiment, two plant samples sm2 and sm3 (for example, tomatoes) of the same kind different from the first plant sample sm1 were used. The plant sample sm2 (comparative example) is regularly irrigated twice in the morning and evening. On the other hand, irrigation is performed on the plant sample sm3 (an example corresponding to this embodiment) while applying water stress based on non-irrigation. That is, the plant sample sm3 is not irrigated except for the timing of irrigation, as in the water potential control period (from the 12th day to the 22nd day) shown in FIG.
第2回目の水ポテンシャル制御実験では、図14に示すように、水ポテンシャル降下期間TW1、最適灌水量探索期間TW2、水ストレス制御期間TW3及び含水率回復期間TW4の4つの期間に分けて、葉中の標準化画素平均水分指数Dwの観測が行われた。標準化画素平均水分指数Dwの目標範囲Bwは、図13に示す目標範囲Bwとは異なり、値0.70〜0.80の範囲に設定された。これは、第2回目の水ポテンシャル制御実験で使用された植物サンプルが異なることに起因したものである。 In the second water potential control experiment, as shown in FIG. 14, the water potential drop period TW1, optimum irrigation amount search period TW2, water stress control period TW3, and moisture content recovery period TW4 are divided into four periods. The standardized pixel average moisture index Dw was observed. Unlike the target range Bw shown in FIG. 13, the target range Bw of the standardized pixel average moisture index Dw was set to a value range of 0.70 to 0.80. This is because the plant samples used in the second water potential control experiment are different.
比較例及び実施例の葉中の含水率の初期値は、それぞれ90.5%,91.2%とほぼ同じである。また、これらの標準化画素平均水分指数Dwは、値1.30近辺でほぼ同じである。また、比較例及び実施例のそれぞれの糖度を表すBrix値は、いずれも値2.3%と同じである。 The initial values of the moisture content in the leaves of the comparative example and the example are almost the same as 90.5% and 91.2%, respectively. Further, these standardized pixel average moisture index Dw is substantially the same around the value 1.30. In addition, the Brix value representing the sugar content of each of the comparative example and the example is the same as the value 2.3%.
水ポテンシャルの制御実験の期間中、比較例の植物サンプルsm2に対しては、通常灌水が継続して行われた。 During the water potential control experiment, normal irrigation was continuously performed on the plant sample sm2 of the comparative example.
一方、実施例の植物サンプルsm3に対し、水ポテンシャル降下期間TW1(0〜11520分頃の期間)では、実施例の植物サンプルsm3に対しては、全く灌水がされなかった。この結果、初期値の設定時以降、比較例の葉中の標準化画素平均水分指数Dwは値1.0付近にあってほぼ一定であるのに対し、実施例の葉中の標準化画素平均水分指数Dwは、徐々に下がり、水ポテンシャル降下期間TW1の終わりには、目標範囲Bwの下限値である値0.70を下回るようになっていた。 On the other hand, with respect to the plant sample sm3 of the example, in the water potential drop period TW1 (a period of about 0 to 11520 minutes), the plant sample sm3 of the example was not watered at all. As a result, after the initial value is set, the standardized pixel average moisture index Dw in the leaves of the comparative example is almost constant at a value around 1.0, whereas the standardized pixel average moisture index in the leaves of the example is almost constant. Dw gradually decreased, and at the end of the water potential drop period TW1, it was below the value 0.70, which is the lower limit value of the target range Bw.
最適灌水量探索期間TW2(11520〜20160分頃の期間)では、最初に、実施例の葉中の標準化画素平均水分指数Dwが目標範囲の下限値0.70を下回ったことで、図中矢印r1に示す時点(タイミング)で、灌水量K1の灌水が行われた。この結果、実施例の葉中の標準化画素平均水分指数Dwが急激に上昇し、目標範囲Bwの上限値を超えて、値1.00に近接するまでになった。この時点で灌水量K1が多過ぎたと判断される。その後、絶水期間が始まり、実施例の葉中の標準化画素平均水分指数Dwが再び目標範囲の下限値を下回り、値0.60に至った。絶水期間が終了すると、矢印r2に示す時点で灌水量K2の灌水が行われた。これにより、標準化画素平均水分指数Dwが上昇し、目標範囲Bwを少し超えるようになった。モニタ50に表示されるこれらの結果を元にすることで、最適な灌水量は、灌水量K1,K2より少ない量であるとの判断が可能となる。 In the optimum irrigation amount search period TW2 (period around 11520 to 20160 minutes), first, the standardized pixel average moisture index Dw in the leaves of the example fell below the lower limit value 0.70 of the target range. At the time point (timing) indicated by r1, irrigation of the irrigation amount K1 was performed. As a result, the standardized pixel average moisture index Dw in the leaves of the example rapidly increased and exceeded the upper limit value of the target range Bw and approached the value 1.00. At this time, it is determined that the irrigation amount K1 is excessive. Thereafter, the water-insulating period began, and the standardized pixel average moisture index Dw in the leaves of the example again fell below the lower limit value of the target range, reaching a value of 0.60. When the water-insulating period was completed, irrigation with the irrigation amount K2 was performed at the time indicated by the arrow r2. As a result, the standardized pixel average moisture index Dw increased and slightly exceeded the target range Bw. Based on these results displayed on the monitor 50, it is possible to determine that the optimal irrigation amount is less than the irrigation amounts K1 and K2.
水ストレス制御期間TW3(20160〜25920分頃の期間)では、実施例の葉中の標準化画素平均水分指数Dwが再び下がり出し、目標範囲Bwの下限値を下回ると、矢印r3に示す時点で灌水量K1,K2より少ない灌水量K3で灌水が行われた。また、標準化画素平均水分指数Dwが目標範囲Bwの下限値を下回り、矢印r4に示す時点では、灌水量K3と同様、灌水量K4で灌水を行われた。このように、間欠的に灌水量K3,K4の灌水が行われたことで、植物サンプルsm3に水ストレスを与えながらも、標準化画素平均水分指数Dwは、ほぼ目標範囲Bw内となるように推移する。その後、実施例の植物サンプルsm3の葉に対して一定の絶水期間に突入したために葉が萎凋度合いが大きくなり、標準化画素平均水分指数Dwが低下してしまい、植物サンプルsm3の標準化画素平均水分指数Dwは値0.4まで下がってしまった。 In the water stress control period TW3 (a period of about 20160 to 25920 minutes), when the normalized pixel average moisture index Dw in the leaves of the example starts to decrease again and falls below the lower limit value of the target range Bw, irrigation is performed at the time indicated by the arrow r3. Irrigation was performed with an irrigation amount K3 smaller than the amounts K1 and K2. In addition, when the standardized pixel average moisture index Dw was lower than the lower limit value of the target range Bw, the irrigation was performed at the irrigation amount K4 as with the irrigation amount K3 at the time indicated by the arrow r4. As described above, the irrigation of the irrigation amounts K3 and K4 is intermittently performed, so that the standardized pixel average moisture index Dw changes within the target range Bw while applying water stress to the plant sample sm3. To do. Thereafter, since the leaves of the plant sample sm3 in the example entered a certain water-insulating period, the degree of wilt of the leaves increased, the standardized pixel average moisture index Dw decreased, and the standardized pixel average moisture of the plant sample sm3. The index Dw has dropped to a value of 0.4.
絶水期間が終了し、含水率回復期間TW4(25920〜34560分頃の期間)では、植物サンプルsm3の葉の萎凋の度合いが大きかったので、矢印r5,r6に示す時点でそれぞれ灌水量K3,K4より多い灌水量K5,K6で灌水が行われた。 In the water content recovery period TW4 (a period of about 25920 to 34560 minutes), the degree of wilt of the leaf of the plant sample sm3 was large, so that the irrigation amount K3 at the time indicated by the arrows r5 and r6 respectively. Irrigation was performed at an amount of irrigation K5 and K6 greater than K4.
含水率回復期間TW4の終盤、比較例及び実施例における、植物サンプルsm2,sm3の葉の含水率が、初期値とほぼ同様の値(90.7%,89.0%)になった時点で、それぞれの糖度を表すBrix値を測定した結果、比較例ではBrix値が値2.8%であるのに対し、実施例ではBrix値が値3.3%であった。つまり、比較例のBrix値は、水ポテンシャル制御の前後で、Brix値が値2.3%から2.8%に上昇して0.5%増えたが、実施例のBrix値は、値2.3%から3.3%に上昇して1%と大きく増えた。 At the end of the moisture content recovery period TW4, when the moisture content of the leaves of the plant samples sm2 and sm3 in the comparative example and the example reached a value (90.7%, 89.0%) almost the same as the initial value. As a result of measuring the Brix value representing each sugar content, the Brix value was 2.8% in the comparative example, whereas the Brix value was 3.3% in the example. That is, the Brix value of the comparative example was increased by 0.5% by increasing the Brix value from the value 2.3% to 2.8% before and after the water potential control. It increased from 3% to 3.3%, greatly increasing to 1%.
このように、水ストレスを与えることなく定期的な灌水量の灌水が行われた比較例の植物サンプルsm2と比べ、実施例の植物サンプルsm3では、未灌水に基づく水ストレスを与えながら標準化画素平均水分指数Dwが目標範囲の下限付近に至ったタイミングで灌水が行われたことで、葉中の糖度の増加量が多くなり、水ストレスによる葉中の糖度の上昇が見られた。このように、水ストレスを与えることで、葉の品質が高くなることが図14の水ポテンシャル制御実験により分かった。 Thus, compared with the plant sample sm2 of the comparative example in which the irrigation of the regular irrigation amount was performed without applying water stress, the plant sample sm3 of the example has a standardized pixel average while applying water stress based on non-irrigation. When irrigation was performed at the timing when the water index Dw reached the lower limit of the target range, the amount of increase in sugar content in the leaf increased, and an increase in sugar content in the leaf due to water stress was observed. Thus, it was found from the water potential control experiment of FIG. 14 that the quality of the leaf is increased by applying water stress.
ここで、葉中の糖度の測定は、次のような手順(T1)〜(T5)で行われた。 Here, the measurement of sugar content in the leaves was performed by the following procedures (T1) to (T5).
(T1)トマト等の葉を温度105℃で2時間乾燥させる。この重量変化から含水率が算出可能となる。
(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。
(T1) Tomato leaves are dried at a temperature of 105 ° C. for 2 hours. The water content can be calculated from this weight change.
(T2) The dried leaves are put in a mortar, and the leaves are ground and ground to powder.
(T3) The powder of the pulverized leaf is put into a container containing 60 ° C. hot water having a water content (before drying) four times that contained in the leaf, and stirred at room temperature for 2 hours.
(T4) Leave the container containing the leaf powder and let the leaf powder settle naturally until it exceeds 15 hours.
(T5) Extract the supernatant and measure the Brix value with a saccharimeter. However, since this Brix value is a temporary Brix value obtained using hot water four times the amount of water in the leaves, a true Brix value is obtained according to Equation (1). Note that the calculation of the true Brix value by Equation (1) may be performed by the control unit 11 when the Brix value obtained by the saccharimeter is input.
真のBrix値(%) =[仮のBrix値×水分量×4倍/(1−仮のBrix値)] ÷ [水分量+(仮のBrix値×水分量×4倍)/(1−仮のBrix値)]× 100
…… (1)
True Brix value (%) = [temporary Brix value × moisture amount × 4 times / (1−temporary Brix value)] ÷ [moisture amount + (temporary Brix value × moisture amount × 4 times) / (1− Provisional Brix value)] × 100
(1)
上記水ポテンシャルの制御実験を基に、次のような灌水量と灌水タイミングが考察される。図15は、灌水量と灌水タイミングの一例について説明するグラフである。このグラフの縦軸は、標準化水分指数(つまり、標準化画素平均水分指数Dw)を表す。横軸は経過時間を表す。グラフ中、測定点は、四角形で表される。目標範囲Bwは値0.8〜0.9に設定される。 Based on the water potential control experiment, the following irrigation amount and timing are considered. FIG. 15 is a graph for explaining an example of the irrigation amount and the irrigation timing. The vertical axis of this graph represents the standardized water index (that is, the standardized pixel average water index Dw). The horizontal axis represents elapsed time. In the graph, the measurement points are represented by squares. The target range Bw is set to a value of 0.8 to 0.9.
葉中の標準化画素平均水分指数Dwの初期値は値1.0である。標準化画素平均水分指数Dwが初期値から時間の経過とともに漸減し、目標範囲Bwの下限値付近に達すると、次の灌水が行われる。標準化画素平均水分指数Dwが低下する傾き(降下速度)が「−a」であると、標準化画素平均水分指数Dwが目標範囲Bwの下限値を横切る、矢印raで示すタイミングが灌水ポイントtpとなる。 The initial value of the normalized pixel average moisture index Dw in the leaf is 1.0. When the standardized pixel average moisture index Dw gradually decreases with time from the initial value and reaches the vicinity of the lower limit value of the target range Bw, the next irrigation is performed. When the slope (decreasing speed) at which the standardized pixel average moisture index Dw decreases is “−a”, the timing indicated by the arrow ra where the standardized pixel average moisture index Dw crosses the lower limit value of the target range Bw is the irrigation point tp. .
灌水ポイントtpにおける灌水量Kpは、例えば数式(2)を用いて求められる。 The irrigation amount Kp at the irrigation point tp is obtained using, for example, Equation (2).
次回の葉中の水分量 = 今回の葉中の水分量 + 根からの吸水量 − 葉からの蒸散量…… (2) Water content in the next leaf = Water content in the current leaf + Water absorption from the root-Amount of transpiration from the leaf ... (2)
ここで、根からの吸水量は、灌水量、液肥の浸透圧(電気伝導度)、根の本数(表面積)等で求まる。葉からの蒸散量は、葉数、葉面積、飽差(つまり、飽和水蒸気圧と相対湿度との差分)等で求まる。一般的に葉の光合成が活発で蒸散が盛んに行われるのは、晴れた日であってかつ飽差が3〜7g/m3の間(つまり、相対湿度が75%RH前後となる期間)と言われている。故に、晴れた日の朝や昼は蒸散が盛んなために葉中水分量は減少傾向にあるが、一方、夕方(日没)になると葉の蒸散量が減少すると、葉中水分量が上昇する。また、夜間には、葉は光合成を行わないため、葉中水分量の変化は小さい。また、雨の日は相対湿度が高くて気孔を開いても蒸散が行われないため、葉中水分量の変化は小さく、夏場などの気温が高い日は、植物はこれ以上体内の水分を失わないように気孔を閉じるため、蒸散が行われず葉中水分量の変化は小さくなる。 Here, the amount of water absorbed from the root is determined by the amount of irrigation, the osmotic pressure (electric conductivity) of the liquid fertilizer, the number of roots (surface area), and the like. The amount of transpiration from the leaf is determined by the number of leaves, leaf area, saturation (that is, the difference between saturated water vapor pressure and relative humidity), and the like. In general, leaf photosynthesis is vigorous and transpiration is actively performed on a sunny day and between 3 and 7 g / m 3 (that is, a period in which the relative humidity is around 75% RH). It is said. Therefore, the amount of water in the leaves tends to decrease because of transpiration in the morning and noon on sunny days. On the other hand, when the amount of transpiration decreases in the evening (sunset), the amount of water in the leaves increases. To do. At night, the leaves do not undergo photosynthesis, so the change in the moisture content in the leaves is small. Also, on rainy days, the relative humidity is high and transpiration does not occur even if the pores are opened, so the change in the water content in the leaves is small, and the plants lose more water in the day when the temperature is high, such as in summer. Since the pores are closed so that there is no transpiration, the transpiration is not performed and the change in the moisture content in the leaves is small.
灌水が行われると、標準化画素平均水分指数Dwは上昇し、目標範囲Bwの上限値に達した後、再び下降する動作を繰り返す。矢印rbに示すタイミングでは、矢印raで示すタイミングと同様の灌水が行われる。その後、矢印rcに示すタイミングでは、目標範囲Bwの下限値を下回り、標準化画素平均水分指数Dwが値0.7に達するタイミング、つまり、水ストレスが大きくなった状態で灌水が行われる。これにより、植物に水ストレスを与えることができる。 When irrigation is performed, the standardized pixel average moisture index Dw increases, and after reaching the upper limit value of the target range Bw, the operation of decreasing again is repeated. At the timing indicated by the arrow rb, irrigation similar to the timing indicated by the arrow ra is performed. Thereafter, at the timing indicated by the arrow rc, irrigation is performed at a timing when the standardized pixel average moisture index Dw falls below the lower limit value of the target range Bw, that is, when the water stress is increased. Thereby, water stress can be given to a plant.
図16は、第1の実施形態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。この最適灌水量探索動作は、図14に示す最適灌水量探索期間TW2において実行される処理であり、例えば図17に示すUI画面60で、灌水量探索モードボタン71が押下されると、実行される。 FIG. 16 is a flowchart for explaining an example of the optimal irrigation amount search procedure in the first embodiment. This optimal irrigation amount search operation is a process executed in the optimal irrigation amount search period TW2 shown in FIG. 14, and is executed when, for example, the irrigation amount search mode button 71 is pressed on the UI screen 60 shown in FIG. The
最適灌水量探索動作では、まず、制御部11は、UI画面60に対するユーザ(例えばトマトの育成者である農夫)の操作により、初期値、目標範囲Bwの上限値及び下限値を設定する(S41)。制御部11は、目標範囲Bwの下限値までの予測降下時刻、及び探索灌水予定時刻を表示する(S42)。なお、この探索灌水予定時刻は、予測降下時刻と同じ、又は近傍の時刻に設定される。 In the optimal irrigation amount search operation, first, the control unit 11 sets an initial value, an upper limit value and a lower limit value of the target range Bw by an operation of a user (for example, a farmer who is a tomato grower) on the UI screen 60 (S41). ). The control unit 11 displays the predicted descent time up to the lower limit value of the target range Bw and the scheduled irrigation time (S42). Note that this scheduled irrigation time is set to a time that is the same as or close to the predicted descent time.
制御部11は、図18に示す探索灌水量入力画面61を表示する(S43)。制御部11は、探索灌水量の入力が完了したか否かを判別し(S44)、入力が完了していない場合、ステップS43で探索灌水量入力画面61の表示を続ける。 The control part 11 displays the search irrigation amount input screen 61 shown in FIG. 18 (S43). The control part 11 discriminate | determines whether the input of the search irrigation amount was completed (S44), and when the input has not been completed, the display of the search irrigation amount input screen 61 is continued by step S43.
また、探索灌水量の入力が完了すると、制御部11は、標準化画素平均水分指数Dwを測定し、UI画面60に表示された、葉中水分モニタリング画面Gm1内のグラフにこの測定点を追加する(S45)。制御部11は、探索灌水予定時刻になったか否かを判別する(S46)。探索灌水予定時刻になっていない場合、制御部11は、ステップS45の処理に戻る。 When the input of the search irrigation amount is completed, the control unit 11 measures the standardized pixel average moisture index Dw and adds the measurement point to the graph in the leaf moisture monitoring screen Gm1 displayed on the UI screen 60. (S45). The control part 11 discriminate | determines whether it became the search irrigation scheduled time (S46). If the scheduled irrigation time is not reached, the control unit 11 returns to the process of step S45.
探索灌水予定時刻になると、制御部11は、探索灌水量の水分の滴下を制御する(S47)。この探索灌水量は、図14の灌水量K1,K2に相当する。また、この探索灌水量の水分の滴下は、肥料水供給装置WFによって自動で行われてもよいし、人による手作業で行われてもよい。制御部11は、指定時刻まで待機した後に水分指数を算出する(S48)。この指定時刻は、標準化画素平均水分指数Dwが目標範囲Bwの上限値に達するように指定される時刻であり、予測降下時刻と探索灌水予定時刻を基に設定される。 When the scheduled irrigation scheduled time is reached, the control unit 11 controls the dripping of the irrigated water amount (S47). This search irrigation amount corresponds to the irrigation amounts K1 and K2 in FIG. Further, the dropping of the water for the search irrigation amount may be automatically performed by the fertilizer water supply device WF, or may be performed manually by a human. The controller 11 calculates the moisture index after waiting until the designated time (S48). This designated time is a time designated so that the standardized pixel average moisture index Dw reaches the upper limit value of the target range Bw, and is set based on the predicted descent time and the scheduled irrigation time.
制御部11は、標準化画素平均水分指数Dwと目標範囲Bwの上限値とを比較する(S49)。標準化画素平均水分指数Dwが目標範囲Bwの上限値を超えた場合、制御部11は、ステップS42に戻り、再度、予測降下時刻及び探索灌水予定時刻をUI画面60に表示する。また、標準化画素平均水分指数Dwが目標範囲Bwの上限値を超えていない場合、制御部11は、ステップS43に戻り、探索灌水量入力画面61を表示する。 The control unit 11 compares the standardized pixel average moisture index Dw with the upper limit value of the target range Bw (S49). When the standardized pixel average moisture index Dw exceeds the upper limit value of the target range Bw, the control unit 11 returns to step S42 and displays the predicted descent time and the scheduled irrigation time on the UI screen 60 again. When the standardized pixel average moisture index Dw does not exceed the upper limit value of the target range Bw, the control unit 11 returns to step S43 and displays the search irrigation amount input screen 61.
また、標準化画素平均水分指数Dwが目標範囲Bwの上限値に等しくなった場合、制御部11は、探索灌水量を最適水分量として栽培制御のプロセスに移行するように表示する(S50)。この表示は、例えばメッセージ等でポップアップ表示される。この後、制御部11は、本動作を終了する。 When the standardized pixel average moisture index Dw becomes equal to the upper limit value of the target range Bw, the control unit 11 displays the searched irrigation amount as the optimal moisture amount so as to shift to the cultivation control process (S50). This display is displayed as a pop-up with a message or the like, for example. Thereafter, the control unit 11 ends this operation.
図17は、水ポテンシャル制御に関するユーザインタフェース(UI)画面60の一例を示す図である。このUI画面60は、葉中水分モニタリング画面Gm1を含む。UI画面60の上部に配置された葉中水分モニタリング画面Gm1には、標準化画素平均水分指数Dwの時系列の変化を表すグラフが表示される。このグラフは、前述した図13のグラフと同様である。 FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a user interface (UI) screen 60 relating to water potential control. The UI screen 60 includes a leaf moisture monitoring screen Gm1. On the leaf moisture monitoring screen Gm1 arranged at the top of the UI screen 60, a graph representing a time-series change in the standardized pixel average moisture index Dw is displayed. This graph is the same as the graph of FIG. 13 described above.
UI画面60の下部の左側には、設定領域63が表示される。この設定領域63には、初期設定ボタン64及びズレ閾値設定ボタン66が配置される。また、目標範囲Bwの上限値を設定するための入力ボックス67、及び目標範囲Bwの下限値を入力するための入力ボックス68が配置される。入力ボックス67,68への数値の入力には、タッチパネル、テンキー、携帯端末等を用いることが可能である。 A setting area 63 is displayed on the left side of the lower portion of the UI screen 60. In this setting area 63, an initial setting button 64 and a deviation threshold setting button 66 are arranged. An input box 67 for setting the upper limit value of the target range Bw and an input box 68 for inputting the lower limit value of the target range Bw are arranged. A touch panel, a numeric keypad, a portable terminal, or the like can be used to input numerical values into the input boxes 67 and 68.
また、UI画面60の下部の右側には、灌水量探索モードボタン71及び水ストレス制御(栽培制御)モードボタン73が配置される。灌水量探索モードボタン71が押下されると、前述した図16に示す最適灌水量探索動作が開始する。水ストレス制御(栽培制御)モードボタン73が押下されると、後述する図19に示す栽培制御動作が開始する。また、UI画面60には、探索灌水量の設定値を表示する表示ボックス72、及び、栽培灌水量の設定値を表示する表示ボックス74が配置される。 In addition, an irrigation amount search mode button 71 and a water stress control (cultivation control) mode button 73 are arranged on the right side at the bottom of the UI screen 60. When the irrigation amount search mode button 71 is pressed, the optimum irrigation amount search operation shown in FIG. 16 is started. When the water stress control (cultivation control) mode button 73 is pressed, a cultivation control operation shown in FIG. 19 described later starts. In addition, on the UI screen 60, a display box 72 that displays the set value of the search irrigation amount and a display box 74 that displays the set value of the cultivation irrigation amount are arranged.
図18は、UI画面60にポップアップ表示された探索灌水量入力画面61の一例を示す図である。探索灌水量入力画面61では、ミリリットル(ml)の単位で探索灌水量が入力・設定される。探索灌水量の入力には、タッチパネル、テンキー、携帯端末等を用いることが可能である。 FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the search irrigation amount input screen 61 pop-up displayed on the UI screen 60. On the search irrigation amount input screen 61, the search irrigation amount is input / set in units of milliliters (ml). A touch panel, a numeric keypad, a portable terminal, or the like can be used to input the search irrigation amount.
図19は、第1の実施形態の水ストレス制御(栽培制御)手順の一例を説明するフローチャートである。この栽培制御動作は、図14に示す水ストレス制御期間TW3において実行される処理であり、例えば図17に示すUI画面60で、水ストレス制御(栽培制御)モードボタン73が押下されると、実行される。 FIG. 19 is a flowchart illustrating an example of a water stress control (cultivation control) procedure according to the first embodiment. This cultivation control operation is a process executed in the water stress control period TW3 shown in FIG. 14, for example, when the water stress control (cultivation control) mode button 73 is pressed on the UI screen 60 shown in FIG. Is done.
水ストレス制御動作では、制御部11は、まず、栽培(制御)灌水量入力画面(図示せず)を表示する(S61)。この栽培灌水量入力画面は、探索灌水量入力画面と同様、UI画面60上でポップアップ表示される。 In the water stress control operation, the control unit 11 first displays a cultivation (control) irrigation amount input screen (not shown) (S61). This cultivation irrigation amount input screen is popped up on the UI screen 60 in the same manner as the search irrigation amount input screen.
制御部11は、栽培灌水量入力画面において、栽培灌水量の入力が完了したか否かを判別する(S62)。栽培灌水量は、最適灌水量探索期間TW2(つまり、図16に示すフローチャート)の探索処理において求められた適切な灌水量を示す。栽培灌水量の入力が完了していない場合、制御部11は、ステップS61に戻り、栽培灌水量入力画面の表示を継続する。 The control part 11 discriminate | determines whether the input of cultivation irrigation amount was completed in the cultivation irrigation amount input screen (S62). The cultivation irrigation amount indicates an appropriate irrigation amount obtained in the search process of the optimum irrigation amount search period TW2 (that is, the flowchart shown in FIG. 16). When the input of the cultivation irrigation amount has not been completed, the control unit 11 returns to step S61 and continues displaying the cultivation irrigation amount input screen.
一方、栽培灌水量の入力が完了すると、制御部11は、栽培灌水量の水分を滴下する(S63)。制御部11は、目標範囲Bwの下限値までの予測降下時刻及び栽培灌水予定時刻を表示する(S64)。なお、この栽培灌水予定時刻は、予測降下時刻と同じ、又は近傍の時刻に設定される。 On the other hand, when the input of the cultivation irrigation amount is completed, the control unit 11 drops the cultivation irrigation amount of water (S63). The control unit 11 displays the predicted descent time and the planned cultivation watering time up to the lower limit value of the target range Bw (S64). In addition, this cultivation irrigation scheduled time is set to the same time as the predicted descent time or a nearby time.
制御部11は、栽培灌水量を変更するか否かを判別する(S65)。栽培灌水量を変更しない場合、制御部11は、ステップS68の処理に進む。一方、栽培灌水量を変更する場合、制御部11は、再度、栽培灌水量入力画面を表示する(S66)。制御部11は、栽培灌水量入力画面において、栽培灌水量の入力が完了したか否かを判別する(S67)。栽培灌水量の入力が完了していない場合、制御部11は、ステップS66に戻り、栽培灌水量入力画面の表示を継続する。 The control unit 11 determines whether or not to change the cultivation watering amount (S65). When not changing cultivation irrigation amount, the control part 11 progresses to the process of step S68. On the other hand, when changing cultivation irrigation amount, the control part 11 displays a cultivation irrigation amount input screen again (S66). The control part 11 discriminate | determines whether the input of cultivation irrigation amount was completed in the cultivation irrigation amount input screen (S67). When the input of the cultivation irrigation amount has not been completed, the control unit 11 returns to step S66 and continues displaying the cultivation irrigation amount input screen.
一方、栽培灌水量の入力が完了すると、制御部11は、栽培灌水予定時刻になったか否かを判別する(S68)。栽培灌水予定時刻になっていない場合、制御部11は、ステップS64の処理に戻る。栽培灌水予定時刻になると、制御部11は、栽培灌水量の水分を滴下する(S69)。制御部11は、栽培制御を終了するか否かを判別する(S30)。栽培制御を終了しない場合、制御部11は、ステップS64の処理に戻る。一方、栽培制御を終了する場合、制御部11は本動作を終了する。 On the other hand, when the input of the cultivation irrigation amount is completed, the control unit 11 determines whether or not the cultivation irrigation scheduled time has come (S68). When it is not the cultivation irrigation scheduled time, the control unit 11 returns to the process of step S64. When the cultivation irrigation scheduled time comes, the controller 11 drops the cultivation irrigation amount of water (S69). The control part 11 discriminate | determines whether cultivation control is complete | finished (S30). When not ending cultivation control, control part 11 returns to processing of Step S64. On the other hand, when ending cultivation control, control part 11 ends this operation.
次に、植物に水ストレスを与えるための水ストレスプロファイルについて説明する。図20(A)〜(D)は、水ストレスプロファイルの一例を模式的に示す図である。図20(A)に示す水ストレスプロファイルpf1では、目標範囲Bw(ターゲットの水分量の範囲)の上限値と下限値との間で水分指数(つまり、標準化画素平均水分指数Dw。以下同様。)が変動するように、灌水が行われる。つまり、目標範囲Bwの下限値のタイミングで、目標範囲Bwの上限値に達するような灌水量の灌水を行う。この場合、水ストレスは小さい。 Next, a water stress profile for applying water stress to plants will be described. 20A to 20D are diagrams schematically illustrating an example of a water stress profile. In the water stress profile pf1 shown in FIG. 20A, the moisture index (that is, the standardized pixel average moisture index Dw; the same applies hereinafter) between the upper limit value and the lower limit value of the target range Bw (target moisture content range). Irrigation is performed so that fluctuates. That is, irrigation is performed at the timing of the lower limit value of the target range Bw so as to reach the upper limit value of the target range Bw. In this case, the water stress is small.
図20(B)に示す水ストレスプロファイルpf2では、目標範囲Bwの下限値で灌水が行われ、標準化画素平均水分指数Dwのピークが目標範囲Bwの中程で収まり、標準化画素平均水分指数Dwの変動が少なくするようにする。この場合、水ストレスはかなり小さい。 In the water stress profile pf2 shown in FIG. 20B, irrigation is performed at the lower limit value of the target range Bw, the peak of the standardized pixel average moisture index Dw falls in the middle of the target range Bw, and the standardized pixel average moisture index Dw Try to reduce fluctuations. In this case, the water stress is quite small.
図20(C)に示す水ストレスプロファイルpf3では、標準化画素平均水分指数Dwを萎縮点まで下降させた後、多量の灌水量で灌水が行われ、標準化画素平均水分指数Dwが値1を超えるまで上昇させた後、再び萎縮点まで下降させ、同様に灌水が行われる。この場合、標準化画素平均水分指数Dwが値1を超える領域では水ストレスが無く、萎凋点の付近では水ストレスが大きい。この水ストレスプロファイルpf3は、例えば他段にある植物の開花や結実時期で水分指数が変化したり、天候で変化する場合に用いられる。 In the water stress profile pf3 shown in FIG. 20C, irrigation is performed with a large amount of irrigation after the standardized pixel average water index Dw is lowered to the atrophy point, and the standardized pixel average water index Dw exceeds the value 1 After raising, it is lowered again to the atrophy point and watering is performed in the same manner. In this case, there is no water stress in the region where the standardized pixel average moisture index Dw exceeds the value 1, and the water stress is large in the vicinity of the wilting point. This water stress profile pf3 is used when, for example, the water index changes at the flowering or fruiting time of plants in other stages, or changes due to the weather.
図20(D)に示す水ストレスプロファイルpf4では、標準化画素平均水分指数Dwを萎縮点まで下降させた後、目標範囲Bwの上限値に達するような灌水量で灌水が行われ、標準化画素平均水分指数Dwが目標範囲Bwの上限値に達した後、再び目標範囲Bwの下限値に至ると、目標範囲Bwの上限値に達するような灌水量で灌水が行われる。このような動作が交互に繰り返される。この場合、標準化画素平均水分指数Dwが萎凋点の付近になると、水ストレスが大きいが、目標範囲Bwの下限値の付近になると、水ストレスが小さくなる。なお、これらの水ストレスプロファイルは一例であり、他の水ストレスプロファイルを適用することも可能である。 In the water stress profile pf4 shown in FIG. 20 (D), after the standardized pixel average moisture index Dw is lowered to the atrophy point, irrigation is performed with an irrigation amount that reaches the upper limit value of the target range Bw. When the index Dw reaches the upper limit value of the target range Bw and then reaches the lower limit value of the target range Bw again, irrigation is performed with an irrigation amount that reaches the upper limit value of the target range Bw. Such an operation is repeated alternately. In this case, when the standardized pixel average moisture index Dw is near the wilting point, the water stress is large, but when it is near the lower limit value of the target range Bw, the water stress is small. In addition, these water stress profiles are examples, and other water stress profiles can be applied.
以上により、第1の実施形態の植物検出カメラ1では、植物検出カメラ1の第1投射光源13は、光学走査により、水分に吸収され難い特性を有する第1波長(905nm)の近赤外光(参照光)を植物PTの葉PT3に向けて照射する。植物検出カメラ1の第2投射光源15は、光学走査により、水分に吸収され易い特性を有する第2波長(1550nm)の近赤外光(測定光)を植物PTの葉PT3に向けて照射する。閾値設定/水分指数検出処理部27aは、葉PT3の全照射位置において反射した905nmの反射光と葉PT3の全照射位置において反射した1550nmの反射光とを元に、反射強度比の総和ΣLn(I905/I1550)である葉1枚の水分指数総和と画素平均水分指数とを算出する。制御部11は、測定期間の開始時から終了時までの植物PTの葉PT3に含まれる水分量の時系列の推移を表すグラフをモニタ50のUI画面60に表示する。植物PTの葉PT3には、第1投射光源13及び第2投射光源15から見て、植物PTの葉PT3の背面を覆う白色背景板bd(背景物)が配置される。 As described above, in the plant detection camera 1 of the first embodiment, the first projection light source 13 of the plant detection camera 1 is near-infrared light having the first wavelength (905 nm) having characteristics that are difficult to be absorbed by moisture by optical scanning. (Reference light) is irradiated toward the leaf PT3 of the plant PT. The second projection light source 15 of the plant detection camera 1 irradiates near-infrared light (measurement light) having a second wavelength (1550 nm) having characteristics that are easily absorbed by moisture toward the leaf PT3 of the plant PT by optical scanning. . The threshold value setting / moisture index detection processing unit 27a calculates the sum ΣLn of the reflection intensity ratio based on the reflected light of 905 nm reflected at all irradiation positions of the leaf PT3 and the reflected light of 1550 nm reflected at all irradiation positions of the leaf PT3. I 905 / I 1550 ), and the sum of the water index and the pixel average water index of one leaf is calculated. The control unit 11 displays on the UI screen 60 of the monitor 50 a graph representing a time series transition of the amount of water contained in the leaf PT3 of the plant PT from the start to the end of the measurement period. A white background plate bd (background object) that covers the back surface of the leaf PT3 of the plant PT as viewed from the first projection light source 13 and the second projection light source 15 is disposed on the leaf PT3 of the plant PT.
このように、植物検出カメラ1によれば、モニタ50のUI画面60に植物PTの葉PT3に含まれる水分量の時系列の推移を表すグラフを表示することで、植物に含まれる水分量の推移を定量的かつ時系列に提示することができる。また、モニタ50のUI画面60に表示された葉PT3に含まれる標準化画素平均水分指数Dwの時系列の推移によると、植物検出カメラ1は、ユーザに対し、葉PT3への灌水のタイミングや灌水量を教示することも可能となる。ユーザは、モニタ50のUI画面60に表示されたグラフから適切な灌水タイミングで適切な灌水量の灌水を行うことができる。従って、トマト等の植物の高機能化を図る際、最適な栽培制御を行うことが可能となり、歩留まりが向上し、生産性を高めることができる。 Thus, according to the plant detection camera 1, by displaying the graph showing the time series transition of the amount of water contained in the leaf PT3 of the plant PT on the UI screen 60 of the monitor 50, the amount of water contained in the plant is displayed. Transitions can be presented quantitatively and in time series. Further, according to the time-series transition of the standardized pixel average moisture index Dw included in the leaf PT3 displayed on the UI screen 60 of the monitor 50, the plant detection camera 1 gives the user the timing of irrigation and irrigation to the leaf PT3. It is also possible to teach the amount. The user can perform irrigation with an appropriate irrigation amount at an appropriate irrigation timing from the graph displayed on the UI screen 60 of the monitor 50. Therefore, when enhancing the functionality of plants such as tomatoes, optimal cultivation control can be performed, yield can be improved, and productivity can be increased.
また、植物検出カメラ1によれば、植物の標準化画素平均水分指数Dw(水分量)の目標範囲Bwと、水分量の初期値と、ストレス(例えば水ストレス)の付与の一例としての未灌水により降下している水分量の変化とが表示されるので、ユーザは、植物の水分量を時系列に把握することができる。 In addition, according to the plant detection camera 1, the target range Bw of the standardized pixel average moisture index Dw (water content) of the plant, the initial value of the water content, and non-irrigation as an example of application of stress (for example, water stress) Since the falling moisture amount change is displayed, the user can grasp the moisture amount of the plant in time series.
また、植物検出カメラ1によれば、植物の標準化画素平均水分指数Dw(水分量)が目標範囲Bwに入るような最適な灌水量を探索することが可能である。 Further, according to the plant detection camera 1, it is possible to search for an optimal irrigation amount such that the standardized pixel average moisture index Dw (water content) of the plant falls within the target range Bw.
また、植物検出カメラ1によれば、ストレス(例えば水ストレス)の付与の一例としての未灌水による水分量の下降と、灌水による水分量の上昇との両方が表示されるので、標準化画素平均水分指数Dwが目標範囲Bwに入るような最適な灌水量がより一層探索し易くなる。 In addition, according to the plant detection camera 1, both the decrease in the amount of water due to non-irrigation and the increase in the amount of water due to irrigation as an example of application of stress (for example, water stress) are displayed. It becomes easier to search for an optimal irrigation amount such that the index Dw falls within the target range Bw.
また、植物検出カメラ1によれば、植物の水分量の目標範囲Bwと、植物の水分量を目標範囲に保持するための灌水による水分量の変化とが表示されるので、植物の水分量が目標範囲に入るような灌水量の灌水を行い易くなる。 Moreover, according to the plant detection camera 1, since the target range Bw of the water content of the plant and the change in the water content due to irrigation for keeping the water content of the plant in the target range are displayed, the water content of the plant is It becomes easy to perform irrigation with an irrigation amount that falls within the target range.
また、植物検出カメラ1によれば、通常灌水で灌水を行った植物に含まれる水分量と、水ストレスを与えながらの灌水を行った植物に含まれる水分量とを対比的に比較可能となるので、ユーザは灌水量及び灌水タイミングの適否を効率的かつ高精度に判断できる。 In addition, according to the plant detection camera 1, the amount of water contained in a plant that has been irrigated by normal irrigation can be compared with the amount of water contained in a plant that has been irrigated while applying water stress. Therefore, the user can determine the suitability of the irrigation amount and irrigation timing efficiently and with high accuracy.
(第1の実施形態の変形例1)
図21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16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。
(Modification 1 of the first embodiment)
FIG. 21 is a flowchart for explaining an example of the optimum irrigation amount search procedure in the first modification of the first embodiment. About the same step process as FIG. 16, the description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same step number. After calculating the moisture index after waiting until the designated time in step S48, the control unit 11 calculates the irrigation amount and the increment of the standardized pixel average moisture index Dw so that the moisture index is held in the target range Bw (within range). Is displayed (S49A). Based on these displays, the user can estimate the optimum amount of moisture. Then, the control part 11 complete | finishes this operation | movement.
(第2の実施形態)
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。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, a case in which a positional deviation of the leaf occurs due to an influence during the continuous measurement of the standardized pixel average moisture index Dw in the leaf is shown. During measurement of the standardized pixel average moisture index Dw in the leaf in time series, for example, when the white background plate to which the leaf to be measured is attached is tilted due to strong wind or collision, and the leaf is displaced, the laser beam is irradiated. The standardized pixel average moisture index Dw in the leaf measured by the reflection intensity ratio will change rapidly.
測定対象の葉の位置ズレが生じた場合、葉中の標準化画素平均水分指数Dwを時系列に記録しているデータが一気に変動し、その連続性が失われるため、従来では、それまで時系列に測定された標準化画素平均水分指数Dwのデータを破棄し、始めから測定をやり直していた。この結果、測定データの取得効率が著しく低下した。 When the measurement target leaf position shift occurs, the data in which the standardized pixel average moisture index Dw in the leaf is recorded in time series fluctuates at once, and the continuity is lost. The data of the standardized pixel average moisture index Dw measured in (1) was discarded, and the measurement was repeated from the beginning. As a result, the measurement data acquisition efficiency was significantly reduced.
第2の実施形態では、葉の位置ズレが生じた場合でも、それまで時系列に測定されたデータを破棄することなく有効に活かすことで、葉中の標準化画素平均水分指数Dwのデータを効率良く取得でき、測定時間の増大を抑制するようにする。 In the second embodiment, even when the positional deviation of the leaf occurs, the data of the standardized pixel average moisture index Dw in the leaf can be efficiently used by effectively utilizing the data measured in time series without discarding it. It can be acquired well and the increase in measurement time is suppressed.
図22(A)は、第2の実施形態の植物検出カメラ1によって撮像される、測定対象の葉の含水率を表す画像を示し、かつ位置ズレ前の葉の画像の一例を示す図である。図22(B)は、第2の実施形態の植物検出カメラ1によって撮像される、測定対象の葉の含水率を表す画像を示し、かつ位置ズレ後の葉の画像の一例を示す図である。図中、ドットの数が多くて濃い領域は、含水量の多い領域である。最も濃い(含水量の最も多い)領域sc1は、葉の内側に存在する。次に濃い領域(含水量がやや多い)領域sc2は、領域sc1の周囲に存在する。薄い領域(含水量の少ない)領域sc3は、葉の外側に存在する。また、位置ズレ前と比べ、位置ズレ後では、含水量の多い領域sc1の面積が増えている。 FIG. 22 (A) is a diagram showing an image representing the moisture content of a leaf to be measured, which is captured by the plant detection camera 1 of the second embodiment, and an example of an image of a leaf before misalignment. . FIG. 22 (B) is a diagram showing an image representing the moisture content of the leaf to be measured, taken by the plant detection camera 1 of the second embodiment, and showing an example of the image of the leaf after positional deviation. . In the figure, a dark region with a large number of dots is a region with a high water content. The darkest (highest water content) region sc1 exists inside the leaf. The next darkest region (with a relatively high water content) region sc2 exists around the region sc1. A thin region (low water content) region sc3 exists outside the leaves. In addition, the area of the region sc1 having a large water content is increased after the positional shift as compared to before the positional shift.
図23は、位置ズレが起きた場合の水ポテンシャル制御実験における標準化画素平均水分指数Dwの時間変化の一例を示すグラフである。このグラフの縦軸は、第1の実施形態と同様、標準化画素平均水分指数を表す。標準化画素平均水分指数は、水ポテンシャルを表し、植物の葉を撮像した画像における1画素当たりに含まれる水分量に相当する値を示す。グラフの横軸は、分を単位とする経過時間を表す。 FIG. 23 is a graph showing an example of a temporal change in the standardized pixel average moisture index Dw in the water potential control experiment in the case where the positional deviation occurs. The vertical axis of this graph represents the standardized pixel average moisture index as in the first embodiment. The standardized pixel average moisture index represents a water potential and indicates a value corresponding to the amount of moisture contained in one pixel in an image obtained by imaging a plant leaf. The horizontal axis of the graph represents elapsed time in minutes.
葉の位置ズレがあった時(図中、タイミングtc参照)、標準化画素平均水分指数Dwは、一気に変化する。葉の位置ズレが無かった場合の葉中の標準化画素平均水分指数Dwは、グラフgh1に示すように変化する。一方、葉の位置ズレがあった場合の葉中の標準化画素平均水分指数Dwは、グラフgh2に示すように変化する。 When the position of the leaf is shifted (see timing tc in the figure), the standardized pixel average moisture index Dw changes at a stroke. The standardized pixel average moisture index Dw in the leaves when there is no positional deviation of the leaves changes as shown in the graph gh1. On the other hand, the standardized pixel average moisture index Dw in the leaves when the leaves are misaligned changes as shown in the graph gh2.
第2の実施形態では、葉の位置ズレがあった場合でも、次のような考察に基づく補正を行うことで、葉の位置ズレ前の標準化画素平均水分指数Dwのデータを有効に活用し、葉の位置ズレ後の標準化画素平均水分指数Dwのデータと連続性を保つようにして、時系列の標準化画素平均水分指数Dwのデータを取得する。 In the second embodiment, even when there is a leaf position deviation, the data based on the standardized pixel average moisture index Dw before the leaf position deviation is effectively utilized by performing correction based on the following consideration, Data of the standardized pixel average moisture index Dw in time series is acquired so as to maintain continuity with the data of the standardized pixel average moisture index Dw after the positional deviation of the leaves.
以下の考察では、葉の位置ズレとして、葉が傾く場合を想定する。この場合、葉がパン方向あるいはチルト方向に傾いて角度が変わることは、カメラから見た場合に葉の厚みが変わることに相当する。 In the following discussion, it is assumed that the leaf is tilted as the positional deviation of the leaf. In this case, the change in the angle of the leaves in the panning or tilting direction corresponds to the change in the thickness of the leaves when viewed from the camera.
葉に含まれる水分量である葉中の含水率(言い換えると、水ポテンシャル)は、標準化画素平均水分指数Dwと比例する。また、標準化画素平均水分指数Dwは、前述したように、反射強度比Ln(I905/I1550)の総和と葉の非可視光画像を構成する画素数又は葉の可視光撮像画像を構成する画素数のうち緑色(G)を占める画素数とから得られる。 The water content (in other words, water potential) in the leaf, which is the amount of water contained in the leaf, is proportional to the standardized pixel average moisture index Dw. Further, as described above, the standardized pixel average moisture index Dw constitutes the sum of the reflection intensity ratios Ln (I 905 / I 1550 ) and the number of pixels constituting the leaf non-visible light image or the leaf visible light captured image. It is obtained from the number of pixels occupying green (G) among the number of pixels.
反射強度比Ln(I905/I1550)は、既知のLambert・Beerの法則に基づく、数式(3)に示すように、葉の厚みtとほぼ比例する(相関がある)ことが分かっている。数式(3)において、α:水の吸収係数、t:葉の厚み、C:水の濃度、β:散乱損失項である。 The reflection intensity ratio Ln (I 905 / I 1550 ) is known to be approximately proportional (correlation) with the leaf thickness t as shown in Equation (3) based on the known Lambert-Beer law. . In Equation (3), α: water absorption coefficient, t: leaf thickness, C: water concentration, β: scattering loss term.
Ln(I905/I1550) = α・t・C + β ……(3) Ln (I 905 / I 1550 ) = α · t · C + β (3)
総括すると、葉中の含水率(水ポテンシャル)は、葉の厚みtを勾配(傾き)として持つ、標準化画素平均水分指数Dwの一次関数で表される。つまり、葉中の含水率の傾きは、葉の厚みtによって変化する。 In summary, the moisture content (water potential) in the leaf is expressed by a linear function of the standardized pixel average moisture index Dw having the leaf thickness t as a gradient (gradient). In other words, the slope of the moisture content in the leaves varies with the thickness t of the leaves.
前述したように、位置ズレが起きて葉の角度が変化することは、葉の厚みtによる傾きの変化に相当することから、葉の角度の変化(葉の厚みtによる傾きの変化)に対応する係数Q(補正係数)を、位置ズレ後の標準化画素平均水分指数Dwのデータに乗算することで、位置ズレ前の標準化画素平均水分指数Dwのデータを得ることができる。 As described above, the change in the leaf angle due to the positional deviation corresponds to the change in the inclination due to the leaf thickness t, and therefore corresponds to the change in the leaf angle (change in the inclination due to the leaf thickness t). By multiplying the data of the standardized pixel average moisture index Dw after the positional deviation by the coefficient Q (correction coefficient) to be performed, the data of the standardized pixel average moisture index Dw before the positional deviation can be obtained.
これにより、位置ズレの前後で時系列に得られた標準化画素平均水分指数Dwのデータは連続性を保つことができる。ただし、位置ズレ直前と位置ズレ直後の含水率の取得は、僅かな時間内で行われることから、これらの間で実質的な含水率は変化無しとする。 Thereby, the data of the standardized pixel average moisture index Dw obtained in time series before and after the positional deviation can maintain continuity. However, the acquisition of the moisture content immediately before the positional deviation and immediately after the positional deviation is performed within a short time, so that the substantial moisture content does not change between these.
具体的に、位置ズレ前後の標準化画素平均水分指数Dwの補正例を示す。図24は、位置ズレ補正前後の標準化画素平均水分指数の一例を時系列に示すテーブルである。このテーブルでは、図23に示すグラフにおいて、経過時間が16250分(時刻17:10)で位置ズレが起きた場合、補正前の標準化画素平均水分指数Dwと補正後の標準化画素平均水分指数Dwとが示されている。ここでは、葉の角度の変化に対応する係数Qは、係数算出部の一例としての制御部11により算出され、具体的には、値0.7303(=0.6416/0.8785)である。 Specifically, a correction example of the standardized pixel average moisture index Dw before and after the positional deviation is shown. FIG. 24 is a table showing an example of the standardized pixel average moisture index before and after the positional deviation correction in time series. In this table, in the graph shown in FIG. 23, when a positional deviation occurs at an elapsed time of 16250 minutes (time 17:10), the normalized pixel average moisture index Dw before correction and the normalized pixel average moisture index Dw after correction It is shown. Here, the coefficient Q corresponding to the change in the leaf angle is calculated by the control unit 11 as an example of the coefficient calculation unit, and specifically has a value of 0.7303 (= 0.6416 / 0.8785). .
図25は、第2の実施形態における位置ズレ補正手順の一例を説明するフローチャートである。第2の実施形態の植物検出カメラ1は第1の実施形態とほぼ同一の構成を有する。第1の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用いることで、その説明を省略する。 FIG. 25 is a flowchart for explaining an example of a positional deviation correction procedure in the second embodiment. The plant detection camera 1 of the second embodiment has almost the same configuration as that of the first embodiment. About the same component as 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted by using the same code | symbol.
制御部11は、現時刻の標準化画素平均水分指数Dw1を取得し、UI画面60に表示する(S91)。制御部11は、指定された経過時間後(例えば30分後)の標準化画素平均水分指数Dw2を取得して表示する(S92)。指定された経過時間とは、測定間隔に相当する。 The control unit 11 acquires the standardized pixel average moisture index Dw1 at the current time and displays it on the UI screen 60 (S91). The control unit 11 acquires and displays the standardized pixel average moisture index Dw2 after the specified elapsed time (for example, after 30 minutes) (S92). The designated elapsed time corresponds to a measurement interval.
制御部11は、標準化画素平均水分指数Dw1と標準化画素平均水分指数Dw2の差分が閾値thを超えるか否かを判別する(S93)。この閾値thは、葉の位置ズレが起き、標準化画素平均水分指数Dwが変化すると想定される値の判定に用いられる。 The control unit 11 determines whether or not the difference between the standardized pixel average moisture index Dw1 and the standardized pixel average moisture index Dw2 exceeds the threshold th (S93). This threshold th is used to determine a value that is assumed to cause a positional deviation of the leaf and the standardized pixel average moisture index Dw to change.
ここで、閾値thはあらかじめ設定される。閾値thを設定する際、制御部11は、ズレ判定閾値入力画面(図示せず)を表示する。ユーザは、このズレ判定閾値入力画面に対し、位置ズレが起きたと判定するための閾値thを入力する。入力が済むと、制御部11は、この入力値を表示し、閾値thの設定を受け付ける。 Here, the threshold th is set in advance. When setting the threshold th, the control unit 11 displays a deviation determination threshold value input screen (not shown). The user inputs a threshold value th for determining that a positional shift has occurred on the shift determination threshold value input screen. When the input is completed, the control unit 11 displays the input value and accepts the setting of the threshold th.
標準化画素平均水分指数Dw1と標準化画素平均水分指数Dw2の差分が閾値thを超えない場合、つまり、葉の位置ズレが起きていないと想定される場合、制御部11はステップS95の処理に進む。一方、標準化画素平均水分指数Dw1と標準化画素平均水分指数Dw2の差分が閾値thを超えた場合、制御部11は、位置ズレが起きたと判断し、標準化画素平均水分指数Dw2及びその後の標準化画素平均水分指数Dwの値を、ズレ量を補正してUI画面60に表示する(S94)。 When the difference between the standardized pixel average moisture index Dw1 and the standardized pixel average moisture index Dw2 does not exceed the threshold th, that is, when it is assumed that no leaf position deviation has occurred, the control unit 11 proceeds to the process of step S95. On the other hand, when the difference between the standardized pixel average moisture index Dw1 and the standardized pixel average moisture index Dw2 exceeds the threshold th, the control unit 11 determines that a positional shift has occurred, and the standardized pixel average moisture index Dw2 and the subsequent standardized pixel average The value of the moisture index Dw is displayed on the UI screen 60 with the amount of deviation corrected (S94).
この後、制御部11は、最適灌水量の探索制御を終了するか、又は、栽培制御を終了するか、それとも終了しないかを判別する(S95)。最適灌水量の探索制御を終了しない、かつ、栽培制御を終了しない場合、制御部11は、ステップS91の処理に戻る。一方、最適灌水量の探索制御を終了するか、又は、栽培制御を終了する場合、制御部11は、本動作を終了する。 Then, the control part 11 discriminate | determines whether search control of optimal irrigation amount is complete | finished, whether cultivation control is complete | finished, or is not complete | finished (S95). When the search control of the optimal irrigation amount is not finished and the cultivation control is not finished, the control unit 11 returns to the process of step S91. On the other hand, when the search control of the optimal irrigation amount is finished or the cultivation control is finished, the control unit 11 finishes this operation.
このように、第2の実施形態の植物検出カメラ1では、検出部の一例としての制御部11は、植物の位置ずれを検出する。制御部11は、植物の位置ずれが検出された場合に、位置ずれ前後における水分指数を基に、位置ずれ後の水分指数に乗算される係数Q(補正係数)を算出する。制御部11は、係数Qを位置ずれ後の水分指数に乗算することで位置ズレ量を補正し、位置ズレ前の水分指数と位置ズレ後の水分指数とが連続性を保つように補正された結果をモニタ50のUI画面60に表示させる。 Thus, in the plant detection camera 1 of the second embodiment, the control unit 11 as an example of the detection unit detects a positional shift of the plant. When the positional deviation of the plant is detected, the control unit 11 calculates a coefficient Q (correction coefficient) by which the moisture index after the positional deviation is multiplied based on the moisture index before and after the positional deviation. The control unit 11 corrects the misregistration amount by multiplying the moisture index after misalignment by the coefficient Q, and the moisture index before misalignment and the moisture index after misalignment are corrected so as to maintain continuity. The result is displayed on the UI screen 60 of the monitor 50.
これにより、葉の位置ズレが生じた場合でも、時系列に測定された葉中の標準化画素平均水分指数Dwの連続性を保つことができる。従って、それまでの測定した葉中の標準化画素平均水分指数Dwデータを無駄にすることなく、有意義かつ有効に活用することができる。これにより、葉中の標準化画素平均水分指数Dwの時系列のデータを効率良く取得できるとともに、たとえ途中で位置ずれが起きてしまった場合でも、標準化画素平均水分指数Dwの測定時間の増大を抑制することができる。 Thereby, even when the positional deviation of the leaf occurs, the continuity of the standardized pixel average moisture index Dw in the leaf measured in time series can be maintained. Therefore, the standardized pixel average moisture index Dw data in the measured leaves can be used meaningfully and effectively without being wasted. As a result, time-series data of the standardized pixel average moisture index Dw in the leaf can be efficiently acquired, and even if a position shift occurs midway, an increase in the measurement time of the standardized pixel average moisture index Dw is suppressed. can do.
(第2の実施形態の変形例1)
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。
(Modification 1 of 2nd Embodiment)
In the second embodiment, the leaf position deviation is determined based on whether or not the difference in the standardized pixel average moisture index Dw exceeds the threshold th, but a case where the leaf position deviation is physically detected is shown.
図26(A)は、第2の実施形態の変形例1における位置ズレを検出するために用いられる白色背景板bdを示す図であり、かつ白色背景板bdの正面図である。図26(B)は、第2の実施形態の変形例1における位置ズレを検出するために用いられる白色背景板bdを示す図であり、図26(A)に示す白色背景板bdの側面図である。 FIG. 26A is a diagram showing a white background plate bd used for detecting a positional deviation in Modification 1 of the second embodiment, and is a front view of the white background plate bd. FIG. 26B is a diagram showing the white background plate bd used for detecting the positional deviation in the first modification of the second embodiment, and a side view of the white background plate bd shown in FIG. It is.
白色背景板bdの周縁部には、額縁のような形状を有する、黒塗りの四角形の枠体bd11が設けられている。また、白色背景板bdの表(おもて)面の四隅には、それぞれ米印のマークmk1〜mk4が描かれている。また、白色背景板bdの表面の中央には、葉PT3が貼り付けられている。 A black square frame bd11 having a frame-like shape is provided at the peripheral edge of the white background plate bd. In addition, at the four corners of the front (front) surface of the white background plate bd, marks of American marks mk1 to mk4 are drawn, respectively. A leaf PT3 is attached to the center of the surface of the white background plate bd.
植物検出カメラ1で白色背景板bdに貼り付けられた葉PT3を撮像する際、ファインダの枠に黒塗りの枠体bd11を合わせることで、白色背景板bdと植物検出カメラ1のファインダとの平行度を出す。この状態で白色背景板bdを撮像することで、マークmk1〜mk4間の各距離を、予め登録された基準距離と比較する。この基準距離は、植物検出カメラ1に対し、白色背景板bdが平行になるようにセットされた場合に撮像されたマークmk1〜mk4間の距離である。マークmk1〜mk4間の各距離が基準距離と比べて短い場合、白色背景板bdが傾いて位置ズレを起こしていると判断される。 When the plant detection camera 1 images the leaf PT3 attached to the white background plate bd, the white background plate bd and the viewfinder of the plant detection camera 1 are parallel by aligning the black frame bd11 with the frame of the viewfinder. Get a degree. By capturing an image of the white background plate bd in this state, each distance between the marks mk1 to mk4 is compared with a reference distance registered in advance. This reference distance is a distance between the marks mk1 to mk4 captured when the white background plate bd is set parallel to the plant detection camera 1. When each distance between the marks mk1 to mk4 is shorter than the reference distance, it is determined that the white background plate bd is tilted to cause a positional shift.
例えばマークmk1とマークmk4間の距離が基準距離と比べて短い程、チルト角が大きいことが分かる。マークmk1とマークmk2間の距離が基準距離と比べて短い程、パン角が大きいことが分かる。 For example, it can be seen that the tilt angle is larger as the distance between the mark mk1 and the mark mk4 is shorter than the reference distance. It can be seen that the pan angle is larger as the distance between the mark mk1 and the mark mk2 is shorter than the reference distance.
このように、物理的に葉の位置ズレを検出し、かつ、位置ズレ量を計測することができる。さらには、計測された位置ズレ量に対応する係数Qを登録しておくことで、位置ズレ後の標準化画素平均水分指数Dwのデータに乗算する処理を行う際、補正前後の標準化画素平均水分指数Dwのデータを用いなくても済む。従って、処理の負荷を軽減できる。 In this way, the positional deviation of the leaf can be physically detected and the positional deviation amount can be measured. Further, by registering the coefficient Q corresponding to the measured positional deviation amount, when performing the process of multiplying the data of the standardized pixel average moisture index Dw after the positional deviation, the standardized pixel average moisture index before and after correction is performed. It is not necessary to use Dw data. Therefore, the processing load can be reduced.
(第2の実施形態の変形例2)
図27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。
(Modification 2 of the second embodiment)
FIG. 27 is a diagram illustrating an example of a mechanical arrangement of the white background plate bdd and the plant detection camera 1 in Modification 2 of the second embodiment. The white background plate bdd is attached on the bar 102 erected on the base 101 and is installed as a bill. The plant detection camera 1 is fixed to a tripod 151. Further, the white background plate bdd is mechanically connected to the plant detection camera 1 by a connecting member mp such as a wire or a bar, and is fixed. When a positional deviation occurs in the white background board bdd, the change is transmitted to the plant detection camera 1 as it is. For example, when a large positional shift occurs, a large change occurs in the image captured by the plant detection camera 1.
植物検出カメラ1は、時系列に撮像した画像の相関度が閾値以下となった場合、つまり、前回のフレーム画像と今回のフレーム画像との類似度が著しく低下した場合、白色背景板bdに位置ズレが起きたと判断してもよい。これにより、比較的に簡単に白色背景板bdの位置ズレを検出することができる。 The plant detection camera 1 is positioned on the white background plate bd when the degree of correlation of images taken in time series is equal to or less than a threshold value, that is, when the similarity between the previous frame image and the current frame image is significantly reduced. It may be determined that a deviation has occurred. Thereby, it is possible to detect the displacement of the white background plate bd relatively easily.
また、位置ズレの検出は、上記の方法に限らない。例えば植物検出カメラ1は、衝撃を感知する加速度センサを搭載してもよい。白色背景板bddに位置ズレが起きると、白色背景板bddの変化は、連結部材mpを介して植物検出カメラ1に伝わる。植物検出カメラ1に搭載された加速度センサによってその衝撃が感知された場合、白色背景板bddに位置ズレが起きたことを検出してもよい。 Further, the detection of the positional deviation is not limited to the above method. For example, the plant detection camera 1 may be equipped with an acceleration sensor that senses an impact. When the positional deviation occurs in the white background plate bdd, the change in the white background plate bdd is transmitted to the plant detection camera 1 via the connecting member mp. When the impact is sensed by the acceleration sensor mounted on the plant detection camera 1, it may be detected that a positional deviation has occurred in the white background board bdd.
(第3の実施形態)
第1の実施形態では、例えば図15に示すように、観察対象の葉PT3に灌水がなされると、標準化画素平均水分指数は増加するがその後の未灌水に基づいて減少するという過程において、灌水タイミングは、標準化画素平均水分指数が目標範囲Bwの下限値付近まで減少した時であった。
(Third embodiment)
In the first embodiment, as shown in FIG. 15, for example, when irrigation is performed on the leaf PT3 to be observed, the standardized pixel average moisture index increases but decreases based on the subsequent non-irrigation. The timing was when the standardized pixel average moisture index decreased to near the lower limit value of the target range Bw.
また、植物検出カメラ1における次回の算出時における葉中水分量は、現時点の葉中水分量に根からの吸水量を加算し、さらに葉の蒸散量を引いたものである(数式(2)参照)。通常、灌水によって根が吸水し、次回の算出時における葉中水分量は増加する。ところが、灌水タイミングとその次の灌水タイミングとの間の時間帯では未灌水のため、その間における葉の蒸散量は葉の周囲の環境条件(例えば温度、湿度)によって変動する。しかし、第1の実施形態の植物検出カメラ1は、葉の周囲の環境条件を考慮した蒸散量の制御を行うことは考慮していない。 Further, the water content in the leaf at the time of the next calculation in the plant detection camera 1 is obtained by adding the water absorption amount from the root to the current water content in the leaf and further subtracting the transpiration amount of the leaf (Formula (2)). reference). Normally, the roots absorb water by irrigation, and the amount of water in the leaf at the next calculation increases. However, since there is no irrigation in the time zone between the irrigation timing and the next irrigation timing, the transpiration amount of the leaf during that period varies depending on the environmental conditions (for example, temperature and humidity) around the leaf. However, the plant detection camera 1 according to the first embodiment does not consider controlling the transpiration amount in consideration of the environmental conditions around the leaves.
そこで、以下の第3の実施形態では、葉の蒸散量を決定する葉の周囲の環境条件(例えば温度、湿度)について考慮し、高い糖度や高収量が得られるための灌水タイミング等を含むユーザの嗜好に応じた水ストレスプロファイルに沿った水ストレスを付与するために、ビニールハウスVGH内の葉PT3の周囲の環境条件の維持又は変更を指示する植物検出カメラ1の例について説明する。なお、第3の実施形態の植物検出カメラ1の構成は、第1の実施形態の植物検出カメラ1と同様であるため、同一の記載の説明は省略し、異なる内容について説明する。 Therefore, in the following third embodiment, a user including the irrigation timing for obtaining a high sugar content and high yield in consideration of the environmental conditions (for example, temperature and humidity) around the leaf for determining the amount of transpiration of the leaf. An example of the plant detection camera 1 that instructs to maintain or change the environmental conditions around the leaf PT3 in the greenhouse VGH in order to apply water stress according to the water stress profile according to the user's preference will be described. In addition, since the structure of the plant detection camera 1 of 3rd Embodiment is the same as that of the plant detection camera 1 of 1st Embodiment, description of the same description is abbreviate | omitted and a different content is demonstrated.
図31は、温度と相対湿度と飽差との関係の一例を示す説明図である。図32は、温度や相対湿度の変更による葉の蒸散の推移の一例を示す説明図である。図33(A)〜(D)は、温度や相対湿度の変更による葉の蒸散に基づいた水ストレスプロファイルの各例を模式的に示す図である。図33(A)〜(D)では、標準化画素平均水分指数又は標準化水分指数総和の時系列の推移が簡略的に示されている。 FIG. 31 is an explanatory diagram illustrating an example of the relationship among temperature, relative humidity, and saturation. FIG. 32 is an explanatory diagram showing an example of the transition of leaf transpiration due to changes in temperature and relative humidity. FIGS. 33A to 33D are diagrams schematically illustrating examples of water stress profiles based on leaf transpiration due to changes in temperature and relative humidity. In FIGS. 33A to 33D, the time series transition of the standardized pixel average moisture index or the standardized moisture index sum is simply shown.
葉PT3の周囲の環境条件(例えば温度、湿度)が変化すると、図31に示すように、葉PT3の飽差が変動する。これにより、葉PT3の蒸散量が変化する。より具体的に言えば、葉PT3の周囲の温度が下がり、かつ葉PT3の周囲の湿度が上がると、飽差は小さくなり、葉PT3は気孔を開くが蒸散しにくい。また、葉PT3の周囲の温度が上がり、かつ葉PT3の周囲の湿度が上がると、飽差は大きくなり、蒸散が過剰となるので葉PT3は水分を失わないように気孔を閉じる。一般的に葉PT3の光合成が活発であって適した飽差は3〜7(g/m3)と言われており、図32に示す点線CU1と点線CU2との間で囲まれた範囲の飽差が得られる温度及び湿度が葉PT3の周囲の環境条件として好ましい。 When the environmental conditions (for example, temperature and humidity) around the leaf PT3 change, the saturation of the leaf PT3 varies as shown in FIG. Thereby, the transpiration amount of leaf PT3 changes. More specifically, when the temperature around the leaf PT3 decreases and the humidity around the leaf PT3 increases, the saturation decreases, and the leaf PT3 opens pores but is difficult to evaporate. Further, when the temperature around the leaf PT3 rises and the humidity around the leaf PT3 rises, the saturation increases and transpiration becomes excessive, so the leaf PT3 closes its pores so as not to lose moisture. In general, the photosynthesis of leaf PT3 is active and a suitable saturation is said to be 3 to 7 (g / m 3 ), and is in a range surrounded by dotted line CU1 and dotted line CU2 shown in FIG. Temperature and humidity at which saturation is obtained are preferred as environmental conditions around the leaf PT3.
(1)図32の変更前A1状態→図32の変更後A1−状態
この状態遷移が生じると、温度が上がり湿度が下がるが飽差は葉PT3の光合成に適した範囲に含まれることになるので、葉PT3の蒸散は盛んになる。言い換えると、数式(2)に示される葉の蒸散量が増大するので、図15に示す傾き−aは増大し、灌水ポイントは早まることになる。従って、植物検出カメラ1は、変更後A1−の状態における飽差が得られる温度及び湿度となるように、制御装置200に指示することで、図15に示す傾き−aを増大させ、灌水ポイントを早めることができる。
(1) A1 state before change in FIG. 32 → A1-state after change in FIG. 32 When this state transition occurs, the temperature increases and the humidity decreases, but the saturation is included in the range suitable for the photosynthesis of the leaf PT3. Therefore, the transpiration of leaf PT3 is thriving. In other words, since the amount of transpiration of the leaf shown in Equation (2) increases, the slope -a shown in FIG. 15 increases and the irrigation point is advanced. Therefore, the plant detection camera 1 increases the slope −a shown in FIG. 15 by instructing the control device 200 to obtain the temperature and humidity at which the saturation in the state of A1- is obtained after the change, and the irrigation point Can be expedited.
(2)図32の変更前A2状態→図32の変更後A2−状態
この状態遷移が生じると、温度が下がり湿度が上がるが飽差は葉PT3の光合成に適した範囲に含まれることになるので、葉PT3の蒸散は盛んになる。言い換えると、数式(2)に示される葉の蒸散量が増大するので、図15に示す傾き−aは増大し、灌水ポイントは早まることになる。従って、植物検出カメラ1は、変更後A2−の状態における飽差が得られる温度及び湿度となるように、制御装置200に指示することで、図15に示す傾き−aを増大させ、灌水ポイントを早めることができる。
(2) A2 state before change in FIG. 32 → A2-state after change in FIG. 32 When this state transition occurs, the temperature decreases and the humidity increases, but the saturation is included in the range suitable for the photosynthesis of the leaf PT3. Therefore, the transpiration of leaf PT3 is thriving. In other words, since the amount of transpiration of the leaf shown in Equation (2) increases, the slope -a shown in FIG. 15 increases and the irrigation point is advanced. Therefore, the plant detection camera 1 increases the slope −a shown in FIG. 15 by instructing the control device 200 so that the temperature and humidity at which the saturation in the state of A2- is obtained is obtained, and the irrigation point Can be expedited.
(3)図32の変更前A3状態→図32の変更後A3−状態
この状態遷移が生じると、温度が下がり湿度が上がるが飽差は葉PT3の光合成に適した範囲に含まれなくなるので、葉PT3の蒸散は低下する。言い換えると、数式(2)に示される葉の蒸散量が減少するので、図15に示す傾き−aは減少し、灌水ポイントは遅くなる。従って、植物検出カメラ1は、変更後A3−の状態における飽差が得られる温度及び湿度となるように、制御装置200に指示することで、図15に示す傾き−aを減少させ、灌水ポイントを遅らせることができる。
(3) A3 state before change in FIG. 32 → A3-state after change in FIG. 32 When this state transition occurs, the temperature decreases and the humidity increases, but the saturation is not included in the range suitable for the photosynthesis of the leaf PT3. The transpiration of leaf PT3 decreases. In other words, since the amount of transpiration of the leaf shown in Formula (2) decreases, the slope -a shown in FIG. 15 decreases and the irrigation point becomes slower. Therefore, the plant detection camera 1 decreases the inclination -a shown in FIG. 15 by instructing the control device 200 so that the temperature and humidity at which the saturation in the state A3- is obtained is obtained, and the irrigation point Can be delayed.
(4)図32の変更前A4状態→図32の変更後A4−状態
この状態遷移が生じると、温度が上がり湿度が下がるが飽差は葉PT3の光合成に適した範囲に含まれなくなるので、葉PT3の蒸散は低下する。言い換えると、数式(2)に示される葉の蒸散量が減少するので、図15に示す傾き−aは減少し、灌水ポイントは遅くなる。従って、植物検出カメラ1は、変更後A4−の状態における飽差が得られる温度及び湿度となるように、制御装置200に指示することで、図15に示す傾き−aを減少させ、灌水ポイントを遅らせることができる。
(4) A4 state before change in FIG. 32 → A4-state after change in FIG. 32 When this state transition occurs, the temperature rises and the humidity decreases, but the saturation is not included in the range suitable for the photosynthesis of the leaf PT3. The transpiration of leaf PT3 decreases. In other words, since the amount of transpiration of the leaf shown in Formula (2) decreases, the slope -a shown in FIG. 15 decreases and the irrigation point becomes slower. Therefore, the plant detection camera 1 decreases the inclination -a shown in FIG. 15 by instructing the control device 200 so that the temperature and humidity at which the saturation in the state of A4- is obtained is obtained, and the irrigation point Can be delayed.
従って、植物検出カメラ1は、図33(A)に示すように、標準化画素平均水分指数又は標準化水分指数総和の減少時及び増加時の傾きをともに一定の値とした水ストレスプロファイルが得られるように、周囲の温度及び湿度の制御を制御装置200に指示することができる。 Therefore, as shown in FIG. 33 (A), the plant detection camera 1 can obtain a water stress profile in which the slopes when the standardized pixel average water index or the standardized water index sum is decreased and increased are both constant. In addition, it is possible to instruct the control device 200 to control the ambient temperature and humidity.
また、植物検出カメラ1は、図33(B)に示すように、標準化画素平均水分指数又は標準化水分指数総和の減少時の傾きを緩やかにし、かつ増加時の傾きを図33(A)における増加時の傾きと同一となる水ストレスプロファイルが得られるように、周囲の温度及び湿度の制御を制御装置200に指示することができる。この場合には、標準化画素平均水分指数又は標準化水分指数総和の減少時の傾きが小さくなるので、灌水タイミングは、図33(A)における灌水タイミングに比べてその間隔が長くなる。 Further, as shown in FIG. 33 (B), the plant detection camera 1 has a gentle slope when the standardized pixel average moisture index or the standardized moisture index sum is decreased, and the slope when increased is increased in FIG. 33 (A). Control of the ambient temperature and humidity can be instructed to the control device 200 so that a water stress profile that is the same as the time gradient is obtained. In this case, since the slope when the standardized pixel average water index or the standardized water index sum is reduced is small, the interval of the irrigation timing is longer than the irrigation timing in FIG.
また、植物検出カメラ1は、図33(C)に示すように、標準化画素平均水分指数又は標準化水分指数総和を一定期間において増減しない水ストレスプロファイルが得られるように、周囲の温度及び湿度の制御を制御装置200に指示することができる。この場合には、葉PT3の蒸散は一定期間において低下することになるので、灌水タイミングは、図33(A)における灌水タイミングに比べてその間隔が長くなる。 In addition, as shown in FIG. 33C, the plant detection camera 1 controls the ambient temperature and humidity so that a water stress profile that does not increase or decrease the standardized pixel average water index or the standardized water index sum in a certain period is obtained. Can be instructed to the control device 200. In this case, since the transpiration of the leaf PT3 is lowered in a certain period, the interval of the irrigation timing is longer than that of the irrigation timing in FIG.
また、植物検出カメラ1は、図33(D)に示すように、標準化画素平均水分指数又は標準化水分指数総和の減少時及び増加時の傾きをともに図33(A)に示す減少時及び増加時の傾きよりも大きな値となる水ストレスプロファイルが得られるように、周囲の温度及び湿度の制御を制御装置200に指示することができる。この場合には、葉PT3の蒸散が盛んになったり低下したり激しく変動することになるので、灌水タイミングは、図33(A)における灌水タイミングに比べて短くなる。 In addition, as shown in FIG. 33 (D), the plant detection camera 1 has the slopes when the standardized pixel average moisture index or the standardized moisture index sum is decreased and increased as shown in FIG. 33 (A). It is possible to instruct the control device 200 to control the ambient temperature and humidity so that a water stress profile having a value larger than the slope of is obtained. In this case, the transpiration of the leaf PT3 increases or decreases and fluctuates violently, so the irrigation timing is shorter than the irrigation timing in FIG.
図34は、水ポテンシャル制御に関するユーザインタフェース(UI)画面の他の一例を示す図である。図35は、図34に示すUI画面60において指定された環境制御モード300の定値設定入力画面の一例を示す図である。図36は、図34に示すUI画面60において指定された環境制御モードの飽差設定プログラム入力画面の一例を示す図である。 FIG. 34 is a diagram showing another example of a user interface (UI) screen related to water potential control. FIG. 35 is a diagram showing an example of a constant value setting input screen for the environmental control mode 300 specified on the UI screen 60 shown in FIG. FIG. 36 is a diagram showing an example of the saturation setting program input screen for the environmental control mode designated on the UI screen 60 shown in FIG.
図34のUI画面60と図17に示すUI画面60との違いについて説明し、同一のものには同一の符号を付与して説明を省略する。図34のUI画面60では、観察対象となる葉PT3の周囲の環境条件(例えば温度、湿度)を制御するための環境制御モード300のボタンが設けられている。ユーザの操作により、この環境制御モード300のボタンが押下されると、植物検出カメラ1の制御部11は、図35に示す定値設定入力画面Gm2又は図36に示す飽差設定プログラム入力画面をモニタ50に表示する。 The difference between the UI screen 60 of FIG. 34 and the UI screen 60 shown in FIG. 17 will be described, and the same components will be assigned the same reference numerals and description thereof will be omitted. The UI screen 60 of FIG. 34 is provided with a button for an environmental control mode 300 for controlling environmental conditions (for example, temperature and humidity) around the leaf PT3 to be observed. When the button of the environmental control mode 300 is pressed by a user operation, the control unit 11 of the plant detection camera 1 monitors the constant value setting input screen Gm2 shown in FIG. 35 or the saturation setting program input screen shown in FIG. 50.
図35に示す定値設定入力画面Gm2では、一定の飽差(g/m3)が得られるように、温度(℃)、湿度(RH%)、風速(cm/s)、飽差(g/m3)の入力領域がそれぞれ設けられ、さらに、飽差を自動算出するための飽差自動変換ボタンが設けられている。図35では、例えば風速が一定となるように60cm/sと入力されている。なお、風速の値は、空調機227の性能に応じて、例えば20〜180cm/sが入力可能である。 In the constant value setting input screen Gm2 shown in FIG. 35, the temperature (° C.), the humidity (RH%), the wind speed (cm / s), the saturation (g / m 3 ) so as to obtain a certain saturation (g / m 3 ). m 3 ) input areas are provided, respectively, and an automatic saturation conversion button for automatically calculating the saturation is provided. In FIG. 35, for example, 60 cm / s is input so that the wind speed is constant. For example, 20 to 180 cm / s can be input as the value of the wind speed according to the performance of the air conditioner 227.
温度及び湿度が入力された上で飽差自動変換ボタンが押下されると、制御部11は、飽差を算出して飽差の入力領域に算出結果の値を表示する。この算出値又はユーザが希望する飽差値が入力して指定され、スタートボタンが押下されると、制御部11は、制御装置200に対し、観察対象の葉PT3の周囲で指定された飽差値が得られるための環境制御指示を送信する。この環境制御指示には、目的とする飽差値のみでも良いし、その飽差値だけではなくその飽差値が得られるための温度及び湿度も含まれても構わない。制御装置200は、植物検出カメラ1からの環境制御指示を受信すると、環境制御指示に含まれる飽差値、又は温度、湿度及び飽差値が得られるように、ビニールハウスVGH内の各装置の制御を開始する、又はその制御を維持する。 When the saturation automatic conversion button is pressed after temperature and humidity are input, the control unit 11 calculates the saturation and displays the value of the calculation result in the saturation input area. When the calculated value or the saturation value desired by the user is input and specified, and the start button is pressed, the control unit 11 tells the control device 200 the saturation specified around the observation target leaf PT3. Send an environmental control instruction to obtain a value. This environmental control instruction may include only the target saturation value, and may include not only the saturation value but also the temperature and humidity for obtaining the saturation value. When the control device 200 receives the environmental control instruction from the plant detection camera 1, the control device 200 can obtain the saturation value included in the environmental control instruction, or the temperature, humidity, and saturation values of each device in the greenhouse VGH. Initiate or maintain control.
図36に示す飽差設定プログラム入力画面Gm3では、ユーザが任意の飽差が指定可能となるように、設定温度(℃)、設定湿度(RH%)の時間変化の描画領域が設けられている。また、図36に示すように、設定温度(℃)に関して、降温速度(℃/h)、保持時間(h)、昇温速度(℃/h)の入力領域がそれぞれ設けられてもよい。同様に、設定湿度(RH%)に関して、加湿速度(%/h)、保持時間(h)、乾燥速度(%/h)の入力領域がそれぞれ設けられてもよい。 In the saturation setting program input screen Gm3 shown in FIG. 36, a drawing area of the time change of the set temperature (° C.) and the set humidity (RH%) is provided so that the user can specify an arbitrary saturation. . As shown in FIG. 36, regarding the set temperature (° C.), there may be provided input areas for the temperature decrease rate (° C./h), the holding time (h), and the temperature increase rate (° C./h). Similarly, regarding the set humidity (RH%), input areas for a humidification rate (% / h), a holding time (h), and a drying rate (% / h) may be provided.
設定温度及び設定湿度が描画指定された上で飽差自動変換ボタンが押下されると、制御部11は、飽差を算出して設定温度及び設定湿度の時間変化とともに飽差の時間変化を同画面上に表示する。この後にユーザの操作によってスタートボタンが押下されると、制御部11は、制御装置200に対し、観察対象の葉PT3の周囲で描画指定された飽差値の時間変化が得られるための環境制御指示を送信する。この環境制御指示には、目的とする飽差値の時間変化のみでも良いし、その飽差値の時間変化の情報だけではなくその飽差値の時間変化が得られるための設定温度及び設定湿度の各時間変化の情報も含まれても構わない。制御装置200は、植物検出カメラ1からの環境制御指示を受信すると、環境制御指示に含まれる飽差値の時間変化、又は設定温度、設定湿度及び飽差値の各時間変化の情報が得られるように、ビニールハウスVGH内の各装置の制御を開始する、又はその制御を維持する。 When the saturation automatic conversion button is pressed after drawing and setting of the set temperature and the set humidity, the control unit 11 calculates the saturation and matches the time change of the saturation with the time change of the set temperature and the set humidity. Display on the screen. Thereafter, when the start button is pressed by the user's operation, the control unit 11 causes the control device 200 to perform environmental control for obtaining a temporal change of the saturation value designated for drawing around the observation target leaf PT3. Send instructions. This environmental control instruction may be only the time change of the target saturation value, or the set temperature and humidity for obtaining the time change of the saturation value as well as information on the time change of the saturation value. The information of each time change may be included. When receiving the environmental control instruction from the plant detection camera 1, the control device 200 obtains information on the temporal change of the saturation value included in the environmental control instruction or the temporal changes of the set temperature, the set humidity, and the saturation value. Thus, the control of each device in the greenhouse VGH is started or maintained.
なお、図36では、ユーザの操作により、設定温度及び設定湿度の両方が変更する例として説明したが、設定温度及び設定湿度のうち少なくとも1つが変更するための環境条件が制御されてもよい。 In FIG. 36, the example in which both the set temperature and the set humidity are changed by a user operation has been described. However, an environmental condition for changing at least one of the set temperature and the set humidity may be controlled.
次に、第3の実施形態の植物検出カメラ1の植物PTの周囲の環境条件の制御に関する動作手順について、図37を参照して説明する。図37は、第3の実施形態の植物の周囲環境条件の制御動作手順の一例を説明するフローチャートである。 Next, the operation | movement procedure regarding control of the environmental conditions around the plant PT of the plant detection camera 1 of 3rd Embodiment is demonstrated with reference to FIG. FIG. 37 is a flowchart for explaining an example of the control operation procedure of the ambient environment condition of the plant according to the third embodiment.
図37において、閾値設定/水分指数検出処理部27aが葉PT3の水分指数(標準化画素平均水分指数又は標準化水分指数総和)を算出する度に(S111)、制御部11は、ステップS111で算出された葉PT3の水分指数を含め、直近に算出されたK個(K:2以上の自然数)の水分指数を取得する(S112)。つまり、制御部11は、ステップS112により、葉PT3の水分指数の増減の推移を認識することができる。なお、制御部11は、1個の水分指数しか取得していない場合には、2個以上の水分指数を取得するまでに、ステップS112以降の処理を行わない。 In FIG. 37, whenever the threshold setting / moisture index detection processing unit 27a calculates the moisture index (standardized pixel average moisture index or standardized moisture index sum) of the leaf PT3 (S111), the control unit 11 is calculated in step S111. The most recently calculated K (K: natural number greater than or equal to 2) moisture index including the moisture index of the leaf PT3 is obtained (S112). That is, the control part 11 can recognize the transition of the increase / decrease in the water | moisture-content index of leaf PT3 by step S112. In addition, when only one moisture index is acquired, the control unit 11 does not perform the processing after step S112 until two or more moisture indexes are acquired.
制御部11は、K個の水分指数の増減の推移が所定の水ストレスプロファイルに示される推移と合致するか否かを判断する(S113)。所定の水ストレスプロファイルは、例えば図33(A)〜(D)に示される水ストレスプロファイルのうちいずれか1つであり、ユーザである農夫が植物PT(例えばトマト)の育成に関して糖度を高くするために必要と考えている水ストレスプロファイルである。 The control unit 11 determines whether or not the transition of increase / decrease in the K water indexes matches the transition indicated by the predetermined water stress profile (S113). The predetermined water stress profile is, for example, any one of the water stress profiles shown in FIGS. 33 (A) to 33 (D), and a farmer who is a user increases the sugar content with respect to the growth of a plant PT (for example, tomato). It is a water stress profile that we believe is necessary.
制御部11は、K個の水分指数の増減の推移が所定の水ストレスプロファイルに示される推移と合致すると判断した場合には(S113、YES)、葉PT3が所定の水ストレスプロファイルに従うように蒸散しているとして、周囲の環境条件(例えば温度、湿度)の維持を含む環境制御指示を生成し、制御装置200にその維持指示を送信する(S114)。 If the control unit 11 determines that the change in the increase or decrease in the K water indexes matches the change indicated by the predetermined water stress profile (S113, YES), the transpiration is performed so that the leaf PT3 follows the predetermined water stress profile. As a result, an environmental control instruction including maintenance of ambient environmental conditions (for example, temperature and humidity) is generated, and the maintenance instruction is transmitted to the control device 200 (S114).
一方、制御部11は、K個の水分指数の増減の推移が所定の水ストレスプロファイルに示される推移と合致しないと判断した場合には(S113、NO)、葉PT3が所定の水ストレスプロファイルに従うように蒸散していないとして、周囲の環境条件(例えば温度、湿度)の変更を含む環境制御指示を生成し、制御装置200にその維持指示を送信する(S115)。 On the other hand, when the control unit 11 determines that the change in the increase or decrease in the K water indexes does not match the change indicated by the predetermined water stress profile (S113, NO), the leaf PT3 follows the predetermined water stress profile. Thus, an environmental control instruction including a change in ambient environmental conditions (for example, temperature and humidity) is generated and the maintenance instruction is transmitted to the control device 200 (S115).
水ポテンシャルの制御(つまり水分指数の測定)が終了しない場合(S116、NO)、植物検出カメラ1の処理はステップS111に戻り、水ポテンシャルの制御(つまり水分指数の測定)が終了するまで、ステップS111〜S115の処理が繰り返される。一方、水ポテンシャルの制御(つまり水分指数の測定)が終了すれば(S116、YES)、図37に示す処理は終了する。 When the control of the water potential (that is, measurement of the moisture index) is not completed (S116, NO), the processing of the plant detection camera 1 returns to step S111, and the process is continued until the control of the water potential (that is, measurement of the moisture index) is completed. The processes of S111 to S115 are repeated. On the other hand, when the control of the water potential (that is, measurement of the moisture index) is completed (S116, YES), the process shown in FIG. 37 is terminated.
以上により、第3の実施形態の植物検出カメラ1は、観察対象となる植物PTの葉PT3の周囲の環境条件(例えば温度、湿度)を制御するための制御装置200と接続され、算出された葉PT3に含まれる水分量としての水分指数(例えば標準化画素平均水分指数)の増減の推移を基に、最新の水分指数の算出時点における環境条件の変更又は指示を制御装置200に指示する。 As described above, the plant detection camera 1 of the third embodiment is connected to the control device 200 for controlling the environmental conditions (for example, temperature and humidity) around the leaf PT3 of the plant PT to be observed and calculated. Based on the transition of increase / decrease of the moisture index (for example, the standardized pixel average moisture index) as the moisture content contained in the leaf PT3, the controller 200 is instructed to change or instruct the environmental condition at the time of calculating the latest moisture index.
これにより、植物検出カメラ1は、葉の蒸散量を決定する葉の周囲の環境条件(例えば温度、湿度)についても考慮して、ユーザの嗜好に応じた水ストレスプロファイルに沿った水分指数が得られていない場合には、ビニールハウスVGH内の葉PT3の周囲の環境条件の変更を制御装置200に指示することができる。言い換えると、植物検出カメラ1は、ビニールハウスVGH内の葉PT3の周囲の環境条件の維持又は変更を指示することで、例えば高い糖度が得られるための灌水タイミング等を含むユーザの嗜好に応じた水ストレスプロファイルに沿った水ストレスを付与する環境作りを支援することができる。 As a result, the plant detection camera 1 also takes into consideration the environmental conditions (for example, temperature and humidity) around the leaves that determine the amount of transpiration of the leaves, and obtains a moisture index according to the water stress profile according to the user's preference. If not, the control device 200 can be instructed to change the environmental conditions around the leaf PT3 in the greenhouse VGH. In other words, the plant detection camera 1 responds to the user's preference including, for example, irrigation timing for obtaining a high sugar content by instructing the maintenance or change of the environmental conditions around the leaf PT3 in the greenhouse VGH. It is possible to support the creation of an environment that applies water stress according to the water stress profile.
また、植物検出カメラ1は、水ポテンシャルの制御(測定)の開始時から終了時までの植物PTの葉PT3に含まれる水分量の増減の推移をモニタ50に対して時系列的に表示する。これにより、植物検出カメラ1は、モニタ50のUI画面60に植物PTの葉PT3に含まれる水分量の時系列の推移を表すグラフを表示することで、植物に含まれる水分量の推移を定量的かつ時系列に提示することができる。 In addition, the plant detection camera 1 displays, on the monitor 50, time-series changes in the amount of water contained in the leaf PT3 of the plant PT from the start to the end of the control (measurement) of the water potential. Thereby, the plant detection camera 1 displays the graph showing the time-series transition of the moisture content contained in the leaf PT3 of the plant PT on the UI screen 60 of the monitor 50, thereby quantifying the transition of the moisture content contained in the plant. And can be presented in chronological order.
また、環境条件は、観察対象となる葉PT3の周囲の温度であり、植物検出カメラ1は、葉PT3の周囲の温度を上げる又は下げる旨の変更指示を制御装置200に送信する。これにより、制御装置200は、植物検出カメラ1からの変更指示に応じて、ビニールハウスVGH内に制御装置200に接続された各装置への制御を行うことで、葉PT3の周囲の温度を上げたり下げたりすることが可能となる。植物検出カメラ1は、制御装置200における温度の上下制御が実行された上で、ユーザの嗜好に応じた水ストレスプロファイルに沿う水分指数を得ることができる。 Further, the environmental condition is the temperature around the leaf PT3 to be observed, and the plant detection camera 1 transmits a change instruction to increase or decrease the temperature around the leaf PT3 to the control device 200. Thereby, the control apparatus 200 raises the temperature around the leaf PT3 by controlling each apparatus connected to the control apparatus 200 in the greenhouse VGH according to the change instruction from the plant detection camera 1. It can be lowered or lowered. The plant detection camera 1 can obtain a moisture index along a water stress profile according to the user's preference after the temperature up and down control in the control device 200 is executed.
また、環境条件は、観察対象となる葉PT3の周囲の湿度であり、植物検出カメラ1は、葉PT3の周囲の湿度を上げる又は下げる旨の変更指示を制御装置200に送信する。これにより、制御装置200は、植物検出カメラ1からの変更指示に応じて、ビニールハウスVGH内に制御装置200に接続された各装置への制御を行うことで、葉PT3の周囲の湿度を上げたり下げたりすることが可能となる。植物検出カメラ1は、制御装置200における湿度の上下制御が実行された上で、ユーザの嗜好に応じた水ストレスプロファイルに沿う水分指数を得ることができる。 The environmental condition is the humidity around the leaf PT3 to be observed, and the plant detection camera 1 transmits a change instruction to increase or decrease the humidity around the leaf PT3 to the control device 200. Thereby, the control apparatus 200 raises the humidity around the leaf PT3 by performing control to each apparatus connected to the control apparatus 200 in the greenhouse VGH according to the change instruction from the plant detection camera 1. It can be lowered or lowered. The plant detection camera 1 can obtain the moisture index along the water stress profile according to the user's preference after the humidity control in the control device 200 is executed.
また、環境条件は、観察対象となる葉PT3の周囲の温度及び湿度であり、植物検出カメラ1は、葉PT3の周囲の温度を上げかつ湿度を下げる旨、又は葉PT3の周囲の温度を下げかつ湿度を上げる旨の変更指示を制御装置200に送信する。これにより、制御装置200は、植物検出カメラ1からの変更指示に応じて、ビニールハウスVGH内に制御装置200に接続された各装置への制御を行うことで、葉PT3の周囲の温度を上げかつ湿度を下げたり、又は葉PT3の周囲の温度を下げかつ湿度を上げたりすることが可能となる。植物検出カメラ1は、制御装置200における温度、湿度の上下制御が実行された上で、ユーザの嗜好に応じた水ストレスプロファイルに沿う水分指数を得ることができる。 The environmental condition is the temperature and humidity around the leaf PT3 to be observed, and the plant detection camera 1 increases the temperature around the leaf PT3 and lowers the humidity, or lowers the temperature around the leaf PT3. In addition, a change instruction for increasing the humidity is transmitted to the control device 200. Thereby, the control apparatus 200 raises the temperature around the leaf PT3 by controlling each apparatus connected to the control apparatus 200 in the greenhouse VGH according to the change instruction from the plant detection camera 1. In addition, the humidity can be lowered, or the temperature around the leaf PT3 can be lowered and the humidity can be raised. The plant detection camera 1 can obtain a moisture index along a water stress profile according to a user's preference after the control of the temperature and humidity in the control device 200 is executed.
また、環境条件は、観察対象となる葉PT3の周囲の温度や湿度であるが、植物検出カメラ1は、葉PT3の周囲の温度や湿度を維持する旨の維持指示を制御装置200に送信する。これにより、制御装置200は、植物検出カメラ1からの維持指示に応じて、ビニールハウスVGH内に制御装置200に接続された各装置への制御を行うことで、葉PT3の周囲の温度や湿度を維持することが可能となる。植物検出カメラ1は、制御装置200における温度や湿度の維持制御が実行された上で、ユーザの嗜好に応じた水ストレスプロファイルに沿う水分指数を得ることができる。 The environmental condition is the temperature and humidity around the leaf PT3 to be observed, but the plant detection camera 1 transmits a maintenance instruction to the control device 200 to maintain the temperature and humidity around the leaf PT3. . Thereby, the control apparatus 200 controls each apparatus connected to the control apparatus 200 in the greenhouse VGH in accordance with the maintenance instruction from the plant detection camera 1, and thereby the temperature and humidity around the leaf PT3. Can be maintained. The plant detection camera 1 can obtain a moisture index along a water stress profile according to the user's preference after the control and maintenance of the temperature and humidity in the control device 200 are executed.
また、植物PTの葉PT3には、第1投射光源13及び第2投射光源15から見て、植物PTの葉PT3の背面を覆う白色背景板bdが配置される。これにより、植物検出カメラ1は、植物の観察の対象部位となる葉PT3の周囲に多数の葉が生い茂った葉群の中にあっても、周辺の葉からの散乱光(例えば太陽光等の外光の散乱)による影響を排除できるので、葉PT3の水分量を正確に測定できる。 Further, a white background plate bd that covers the back surface of the plant PT leaf PT3 as viewed from the first projection light source 13 and the second projection light source 15 is disposed on the leaf PT3 of the plant PT. Thereby, the plant detection camera 1 can detect scattered light (for example, sunlight, etc.) from the surrounding leaves even in a leaf group in which a large number of leaves are grown around the leaf PT3 that is a target site for plant observation. Since the influence of light scattering) can be eliminated, the water content of the leaf PT3 can be accurately measured.
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 While various embodiments have been described above with reference to the drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
なお、上述した本実施形態の栽培装置は、植物(例えばトマトの葉)へのストレス(例えば水ストレス)を付与するために、植物への灌水を中断する等の未灌水の処理を行う旨を説明した。しかしながら、本実施形態の栽培装置において、植物へのストレス(例えば水ストレス)を付与する方法は、未灌水に限定されない。例えば本実施形態の栽培装置は、植物へのストレス(例えば水ストレス)を付与するために、未灌水ではなく、植物に供給される液肥(つまり、液体肥料)の電気伝導度を所定値以上に大きくなるように変えても構わない。つまり、栽培装置は液肥の電気伝導度が所定値以上に大きくなるように変えることにより、結果的に未灌水と同等の水ストレスが植物に付与されることになる。これは、液肥の電気伝導度が所定値以上に大きくなるように変わることにより、根が浸透圧の関係で水を吸えなくなること(言い換えると、塩ストレスの付与)が起きてしまい、結果として未灌水と同様に、植物に水ストレスが付与されることになるためである。なお、所定値は、育成者の経験により得られる既知の値であり、塩ストレスが植物に付与される時の液肥の電気伝導度の下限値である。 In addition, in order to give the stress (for example, water stress) to a plant (for example, a tomato leaf), the cultivation apparatus of this embodiment mentioned above mentions that the process of non-irrigation, such as interrupting the irrigation to a plant, is performed. explained. However, in the cultivation apparatus of the present embodiment, the method for applying stress (for example, water stress) to plants is not limited to non-irrigation. For example, the cultivation apparatus according to the present embodiment increases the electrical conductivity of liquid fertilizer (that is, liquid fertilizer) supplied to a plant, not unirrigated, in order to apply stress (for example, water stress) to the plant to a predetermined value or more. You may change it to be larger. That is, by changing the cultivation apparatus so that the electric conductivity of liquid fertilizer becomes larger than a predetermined value, water stress equivalent to non-irrigation is applied to the plant as a result. This is because the electric conductivity of liquid fertilizer changes so as to increase to a predetermined value or more, and the roots cannot absorb water due to osmotic pressure (in other words, the application of salt stress). It is because water stress will be given to a plant similarly to irrigation. The predetermined value is a known value obtained from the experience of the grower, and is a lower limit value of the electrical conductivity of liquid fertilizer when salt stress is applied to the plant.
本発明は、周囲の環境条件の影響を考慮して、トマト等の果実を含む植物に含まれる水分量の制御を柔軟に行うことができる水分量観察装置、水分量観察方法及び栽培装置として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a water content observation device, a water content observation method, and a cultivation device that can flexibly control the amount of water contained in plants including fruits such as tomatoes in consideration of the influence of surrounding environmental conditions. It is.
1 植物検出カメラ
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
200 制御装置
201 I/F部
203 内蔵時計
205 演算処理部
207 記憶部
211 環境センサ
213、215 開閉弁
217 送水ポンプ
219 側窓
221 換気装置
223 天井カーテン
225 側カーテン
227 空調機
1000 植物観察システム
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 葉
LS1 参照光
LS2 測定光
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
VGH ビニールハウス
VSC 可視光カメラ
WF 肥料水供給装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plant detection camera 11 Control part 11a Timing control part 13 1st projection light source 15 2nd projection light source 17 Optical part 21 for projection light source scanning, 31 Imaging optical part 23, 33 Light-receiving part 25 Signal processing part 25a I / V conversion circuit 25b Amplifier circuit 25c Comparator / peak hold processing unit 27 Detection processing unit 27a Threshold setting / moisture index detection processing unit 27b Memory 27c Detection result filter processing unit 29 Display processing unit 35 Imaging signal processing unit 37 Display control unit 50 Monitor 60 UI (user interface) ) Screen 61 Search irrigation amount input screen 63 Setting area 64 Initial setting button 66 Deviation threshold setting buttons 67, 68 Input box 71 Irrigation amount search mode buttons 72, 74 Display box 73 Water stress control (cultivation control) mode button 200 Control device 201 I / F unit 203 built-in clock 205 Processing unit 207 Storage unit 211 Environmental sensor 213, 215 On-off valve 217 Water pump 219 Side window 221 Ventilator 223 Ceiling curtain 225 Side curtain 227 Air conditioner 1000 Plant observation system ARE Area BB Base bd, bdd White background plate bd1 Opening bd2 Hole Part bd3, bd4, bd5, bd21 Slit bd11 Frame Bw Target range gh1, gh2 Graph Gm1 Leaf moisture monitoring screen JG Image determination part PT3, PT3t Leaf LS1 Reference light LS2 Measurement light MT Communication terminal NVSS Invisible light sensor pf1, pf2 , Pf3, pf4 Water stress profile PJ Projection unit TR Light source scanning timing RF Light source emission signal RV0 Ambient light RV1, RV2 Diffuse reflected light VGH Vinyl house VSC Visible light camera WF Fertilizer water supply device
Claims (9)
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、
一定の測定期間において、前記植物において反射された前記近赤外レーザ参照光の反射光と前記植物において反射された前記近赤外レーザ測定光の反射光とを基に、前記植物に含まれる水分量を繰り返し算出する水分量算出部と、
前記植物に含まれる水分の蒸散量をコントロールするための前記植物の周囲の環境条件を制御する環境制御装置と接続され、前記水分量算出部により算出された前記植物に含まれる水分量の増減の推移を基に、前記環境条件の変更又は維持を前記環境制御装置に指示する制御部と、を備える、
水分量観察装置。 A water content observation device for observing the amount of water contained in a plant ,
A first light source for irradiating while sequentially scanned toward a near-infrared laser reference beam of the first wavelength with the absorbed hardly characteristic moisture to the plant,
A second light source for irradiating while sequentially scanned toward a near-infrared laser measuring light of the second wavelength having absorbed easily characteristic moisture to the plant,
Moisture contained in the plant based on the reflected light of the near-infrared laser reference light reflected on the plant and the reflected light of the near-infrared laser measurement light reflected on the plant during a certain measurement period A moisture content calculation unit for repeatedly calculating the amount;
Connected to an environmental control device for controlling environmental conditions around the plant for controlling the amount of transpiration of water contained in the plant, and the increase / decrease in the amount of water contained in the plant calculated by the water content calculation unit. A control unit that instructs the environmental control device to change or maintain the environmental conditions based on the transition,
Moisture content observation device.
前記制御部は、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植物に含まれる水分量の増減の推移を表示部に対して時系列的に表示する、
水分量観察装置。 It is a moisture content observation apparatus of Claim 1, Comprising:
The control unit displays, in a time-series manner, the transition of the increase or decrease in the amount of moisture contained in the plant from the start to the end of the measurement period calculated by the moisture amount calculation unit on the display unit.
Moisture content observation device.
前記環境条件は、前記植物の周囲の温度であり、
前記制御部は、前記植物の周囲の温度を上げる又は下げる旨の変更指示を前記環境制御装置に送信する、
水分量観察装置。 It is a moisture content observation apparatus of Claim 1, Comprising:
The environmental condition is the ambient temperature of the plant;
The control unit transmits a change instruction to increase or decrease the temperature around the plant to the environment control device.
Moisture content observation device.
前記環境条件は、前記植物の周囲の湿度であり、
前記制御部は、前記植物の周囲の湿度を上げる又は下げる旨の変更指示を前記環境制御装置に送信する、
水分量観察装置。 It is a moisture content observation apparatus of Claim 1, Comprising:
The environmental condition is the humidity around the plant,
The control unit transmits a change instruction to increase or decrease the humidity around the plant to the environment control device.
Moisture content observation device.
前記環境条件は、前記植物の周囲の温度及び湿度であり、
前記制御部は、前記植物の周囲の温度を上げかつ前記植物の周囲の湿度を下げる旨の変更指示、又は前記植物の周囲の温度を下げかつ前記植物の周囲の湿度を上げる旨の変更指示を前記環境制御装置に送信する、
水分量観察装置。 It is a moisture content observation apparatus of Claim 1, Comprising:
The environmental condition is the temperature and humidity around the plant,
The control unit gives a change instruction to raise the ambient temperature of the plant and lower the humidity around the plant, or a change instruction to lower the ambient temperature of the plant and increase the humidity around the plant. Transmitting to the environmental control device;
Moisture content observation device.
前記制御部は、前記環境条件を変更しない旨の維持指示を前記環境制御装置に送信する、
水分量観察装置。 It is a moisture content observation apparatus of Claim 1, Comprising:
The control unit transmits a maintenance instruction not changing the environmental condition to the environmental control device;
Moisture content observation device.
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。 It is a moisture content observation apparatus of Claim 1, Comprising:
In the plant, a background object that covers the back of the plant as viewed from the first light source and the second light source is disposed.
Moisture content observation device.
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。 A water content observation device according to claim 1;
A cultivation control unit that irrigates the plant with a predetermined amount of water based on the time-series transition of the water content calculated by the water content calculation unit in a part of the measurement period,
Cultivation equipment.
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、
一定の測定期間において、前記植物において反射された前記近赤外レーザ参照光の反射光と前記植物において反射された前記近赤外レーザ測定光の反射光とを基に、前記植物に含まれる水分量を繰り返し算出し、
前記植物に含まれる水分の蒸散量をコントロールするための前記植物の周囲の環境条件を制御する環境制御装置と接続し、
算出された前記植物に含まれる水分量の増減の推移を基に、前記環境条件の変更又は維持を前記環境制御装置に指示する、
水分量観察方法。 A moisture content observation method in a moisture content observation device for observing the moisture content contained in a plant,
First light source, and irradiated while sequentially scanned toward a near-infrared laser reference beam of the first wavelength with the absorbed hardly characteristic moisture to the plant,
The second light source is irradiated while sequentially scanned toward a near-infrared laser measuring light of the second wavelength having a prone properties is absorbed by water content in the plant,
Moisture contained in the plant based on the reflected light of the near-infrared laser reference light reflected on the plant and the reflected light of the near-infrared laser measurement light reflected on the plant during a certain measurement period Calculate the amount repeatedly,
Connected to an environmental control device for controlling environmental conditions around the plant for controlling the transpiration amount of water contained in the plant ,
Instructing the environmental control device to change or maintain the environmental conditions based on the calculated change in the amount of water contained in the plant.
Moisture content observation method.
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