JP6451374B2 - 植物育成指標測定装置および該方法 - Google Patents

Description

本発明は、植物における育成の度合いを表す育成指標を求める植物育成指標測定装置および植物育成指標測定方法に関する。

農業では、高品質および安定多収穫な農作物の植物を育てるために、例えば追肥時期や追肥量等の施肥管理を適切に実施する必要がある。そのために、現状の植物の状態が判定される。この判定には、従前、葉色の濃さが植物の状態を表していることから、例えば黄緑色から濃い緑色まで徐々に色を変化させた複数の色見本を備える葉色板（葉色カラースケール）が用いられている。このような葉色板を用いた植物の状態の判定では、主観的な判定となるため、あるいは、農業の工業化に適さないため、近年では、種々の装置が研究、開発されている。その１つに、例えば、特許文献１に開示された植物用センサ装置がある。

この特許文献１に開示された植物用センサ装置は、周期的に発光されかつ発光強度のピーク波長が第１波長の第１測定光を生育状況測定対象に向けて照射する第１発光部と周期的に発光されかつ発光強度のピーク波長が第２波長の第２測定光を前記生育状況測定対象に向けて照射する第２発光部と前記生育状況測定対象による前記各測定光の反射光を受光して受光信号を出力する受光部とを有する光源部と、前記第１発光部の発光と前記第２発光部の発光とを異なるタイミングで発光制御する制御部と、前記受光信号を積算して積算信号を出力する積算部と、前記積算部による積算信号に基づいて前記測定光の光量に対する前記測定光の前記生育状況測定対象による反射光の光量の比としての反射率を各測定光毎に演算して前記生育状況測定対象の生育状況に関する情報を取得する演算部と、を含む。

特開２０１０−５４４３６号公報

ところで、前記特許文献１によれば、この植物用センサ装置は、外乱光に起因する光量成分の影響を低減して生育状況測定対象の反射率をより正確かつ精密に測定できる、とされている。しかしながら、測定対象に測定光を適切に照射できているか否かは、不明である。仮に測定対象に測定光を適切に照射できていなければ、データ処理や測定結果自体が無意味となってしまう。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、照射の適否を判定可能とすることで有意な測定結果を得ることができる植物育成指標測定装置および植物育成指標測定方法を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる植物育成指標測定装置は、所定のスポット光を照射するスポット光照射部と、前記スポット光の照射をオンオフするように、前記スポット光照射部を制御するスポット光照射制御部と、前記スポット光照射部によって前記スポット光が照射される測定対象を少なくとも互いに異なる波長帯域部分を持つ複数の波長帯域で撮像する複数の撮像部と、前記複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部によって撮像された前記測定対象の第１画像に基づいて前記測定対象に対する前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすか否かを判定する照射状態判定部と、前記照射状態判定部によって前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、前記スポット光の照射のオンでの前記複数の撮像部それぞれによって撮像された前記測定対象の複数の第２画像、および、前記スポット光の照射のオフでの前記複数の撮像部それぞれによって撮像された前記測定対象の複数の第３画像に基づいて、植物における育成の度合いを表す育成指標を求める育成指標演算部とを備えることを特徴とする。上述の植物育成指標測定装置において、前記育成指標演算部は、前記複数の第２および第３画像に基づいて前記互いに異なる波長帯域部分での前記測定対象の各反射率を求め、前記求めた各反射率に基づいて前記育成指標を求めるものである。また、上述の植物育成指標測定装置において、前記育成指標演算部は、前記複数の第２および第３画像に基づいて前記互いに異なる波長帯域部分での前記測定対象の各反射光の光量を求め、前記求めた各反射光の光量に基づいて前記育成指標を求めるものである。

このような植物育成指標測定装置は、複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部によって撮像された測定対象の第１画像に基づいて前記測定対象に対するスポット光の照射状態が所定の条件を満たすか否かを判定する照射状態判定部を備える。このため、上記植物育成指標測定装置では、スポット光（測定光）の照射の適否が判定可能となる。そして、上記植物育成指標測定装置は、前記照射状態判定部によって前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、前記スポット光の照射のオンでの前記複数の撮像部それぞれによって撮像された前記測定対象の複数の第２画像、および、前記スポット光の照射のオフでの前記複数の撮像部それぞれによって撮像された前記測定対象の複数の第３画像に基づいて、植物における育成の度合いを表す育成指標を求める育成指標演算部を備える。このため、上記植物育成指標測定装置は、スポット光の照射の適否を判定可能とすることで有意な測定結果を得ることができる。

なお、第１ないし第３画像は、互いに異なる画像であって良く、あるいは、第１ないし第３画像は、少なくとも２個以上が互いに同一の画像であっても良い。

そして、上述の植物育成指標測定装置において、前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合は、前記スポット光の照射のオンでの前記複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部によって撮像された前記測定対象における、前記スポット光照射部の光軸に対する傾きが所定の第１範囲内である場合を含むことを特徴とする。

前記測定対象が前記スポット光照射部の光軸に対し所定の範囲を超えて傾いてしまうと、育成指標を適切に求めることができなくなってしまう。上記植物育成指標測定装置では、前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合は、前記測定対象の傾きが所定の第１範囲内である場合を含むので、上記植物育成指標測定装置は、前記測定対象の傾きによるスポット光の照射の適否を判定でき、有意な測定結果を得ることができる。

また、本発明の他の一態様にかかる植物育成指標測定装置は、所定のスポット光を照射するスポット光照射部と、前記スポット光の照射をオンオフするように、前記スポット光照射部を制御するスポット光照射制御部と、前記スポット光照射部によって前記スポット光が照射される測定対象を少なくとも互いに異なる波長帯域部分を持つ複数の波長帯域で撮像する複数の撮像部と、前記複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部によって撮像された前記測定対象の第１画像に基づいて前記測定対象に対する前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすか否かを判定する照射状態判定部と、前記照射状態判定部によって前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、前記スポット光の照射のオンでの前記複数の撮像部それぞれによって撮像された前記測定対象の複数の第２画像、および、前記スポット光の照射のオフでの前記複数の撮像部それぞれによって撮像された前記測定対象の複数の第３画像に基づいて、植物における育成の度合いを表す育成指標を求める育成指標演算部とを備え、前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合は、前記スポット光の照射のオンの前後で前記スポット光の照射のオフでの前記複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部によって撮像された一対の前記測定対象の間における前記測定対象の動きが所定の第２範囲内である場合を含むことを特徴とする。

スポット光の照射のオンオフ中に測定対象が所定の範囲を超えて動いてしまうと、前記測定対象の前記第２画像と前記測定対象の前記第３画像とでは、その形状が許容範囲を超えて異なる結果、育成指標を適切に求めることができなくなってしまう。上記植物育成指標測定装置では、前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合は、前記測定対象の動きが所定の第２範囲内である場合を含むので、上記植物育成指標測定装置は、前記測定対象の動きによるスポット光の照射の適否を判定でき、有意な測定結果を得ることができる。

また、他の一態様では、これら上述の植物育成指標測定装置において、前記スポット光の照射のオンでの前記複数の撮像部それぞれによって撮像された前記測定対象の前記複数の第２画像を表示する表示部をさらに備えることを特徴とする。

前記スポット光照射部が適切な方向に向けられていない場合、スポット光が測定対象に照射されていない場合が生じ得、この場合、測定対象の育成指標が求められない。上記植物育成指標測定装置では、前記測定対象の前記第２画像を表示する表示部をさらに備えるので、前記表示部を参照することで、オペレータ（ユーザ）は、前記測定対象に対するスポット光の照射の適否を判定できる。

また、他の一態様では、これら上述の植物育成指標測定装置において、前記育成指標は、反射率比、反射光量比、葉色板の値、葉緑素計の値、正規化差植生指数、およびＬＶＩ値のうちのいずれかであることを特徴とする。

この構成によれば、前記育成指標として、反射率比、反射光量比、葉色板の値、葉緑素計の値、正規化差植生指数（ＮＤＶＩ；Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ）、およびＬＶＩ（Ｌｅａｆ−ｃｏｌｏｒ Ｖｅｒｉｆｉｅｄ Ｉｎｄｅｘ）値のうちのいずれかを求める植物育成指標測定装置を提供できる。

そして、本発明の他の一態様にかかる植物育成指標測定方法は、所定のスポット光をオンオフするように、前記スポット光を照射するスポット光照射工程と、前記スポット光照射工程によって前記スポット光が照射される測定対象を少なくとも互いに異なる波長帯域部分を持つ複数の波長帯域で撮像する撮像工程と、前記撮像工程によって前記複数の波長帯域のうちのいずれか１つの波長帯域で撮像された前記測定対象の第１画像に基づいて前記測定対象に対する前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすか否かを判定する照射状態判定工程と、前記照射状態判定工程によって前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、前記スポット光の照射のオンでの前記撮像工程によって前記複数の波長帯域それぞれで撮像された前記測定対象の複数の第２画像、および、前記スポット光の照射のオフでの前記撮像工程によって前記複数の波長帯域それぞれで撮像された前記測定対象の複数の第３画像に基づいて、植物における育成の度合いを表す育成指標を求める育成指標演算工程とを備え、前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合は、前記スポット光の照射のオンでの前記複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部によって撮像された前記測定対象における、前記スポット光照射部の光軸に対する傾きが所定の第１範囲内である場合を含むことを特徴とする。また、本発明の他の一態様にかかる植物育成指標測定方法は、所定のスポット光をオンオフするように、前記スポット光を照射するスポット光照射工程と、前記スポット光照射工程によって前記スポット光が照射される測定対象を少なくとも互いに異なる波長帯域部分を持つ複数の波長帯域で撮像する撮像工程と、前記撮像工程によって前記複数の波長帯域のうちのいずれか１つの波長帯域で撮像された前記測定対象の第１画像に基づいて前記測定対象に対する前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすか否かを判定する照射状態判定工程と、前記照射状態判定工程によって前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、前記スポット光の照射のオンでの前記撮像工程によって前記複数の波長帯域それぞれで撮像された前記測定対象の複数の第２画像、および、前記スポット光の照射のオフでの前記撮像工程によって前記複数の波長帯域それぞれで撮像された前記測定対象の複数の第３画像に基づいて、植物における育成の度合いを表す育成指標を求める育成指標演算工程とを備え、前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合は、前記スポット光の照射のオンの前後で前記スポット光の照射のオフでの前記複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部によって撮像された一対の前記測定対象の間における前記測定対象の動きが所定の第２範囲内である場合を含むことを特徴とする。

このような植物育成指標測定方法は、撮像工程によって前記複数の波長帯域のうちのいずれか１つの波長帯域で撮像された測定対象の第１画像に基づいて前記測定対象に対するスポット光の照射状態が所定の条件を満たすか否かを判定する照射状態判定工程を備える。このため、上記植物育成指標測定方法では、スポット光（測定光）の照射の適否が判定可能となる。そして、上記植物育成指標測定方法は、前記照射状態判定工程によって前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、前記スポット光の照射のオンでの前記撮像工程によって前記複数の波長帯域それぞれで撮像された前記測定対象の複数の第２画像、および、前記スポット光の照射のオフでの前記撮像工程によって前記複数の波長帯域それぞれで撮像された前記測定対象の複数の第３画像に基づいて、植物における育成の度合いを表す育成指標を求める育成指標演算工程を備える。このため、上記植物育成指標測定方法は、スポット光の照射の適否を判定可能とすることで有意な測定結果を得ることができる。

本発明にかかる植物育成指標測定装置および植物育成指標測定方法は、スポット光の照射の適否を判定可能とすることで有意な測定結果を得ることができる。

実施形態における植物育成指標測定装置の構成を示すブロック図である。 実施形態における植物育成指標測定装置の動作を示すフローチャートである。 実施形態の植物育成指標測定装置におけるスポット光のオンオフと反射光量との関係を示す図である。 実施形態の植物育成指標測定装置におけるスポット光の照射タイミングと画像の取得タイミングとの関係を示すタイムチャートである。 実施形態の植物育成指標測定装置において、測定対象の傾きと撮像部から見込む測定対象の形状との関係を説明するための図である。 実施形態の植物育成指標測定装置において、波長６５０ｎｍのスポット光を用いた場合における輝度レベルと測定対象の傾き角度との相関関係を示す図である。 実施形態の植物育成指標測定装置におけるスポット光照射部および撮像部と測定対象の葉との関係を説明するための図である。 実施形態の植物育成指標測定装置において、測定対象の動きに関する判定を説明するための図である。 窒素含有量別における、稲の葉に関する分光特性を示す図である。 窒素含有量別における、稲の葉に関する照度と単位面積当たりの反射光量との関係を示す図である。 ＮＤＶＩ値と測定対象の傾き角度との相関関係を示す図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

図１は、実施形態における植物育成指標測定装置の構成を示すブロック図である。実施形態における植物育成指標測定装置は、測定対象である植物の葉に、測定光であるスポット光を照射してその画像を、少なくとも互いに異なる波長帯域を含む波長帯域で撮像する複数の撮像部を用いて取得することによって、前記植物における育成の度合い（育成の程度、育成の良否）を表す育成指標を求める装置である。このような植物育成指標測定装置Ｍは、例えば、図１に示すように、スポット光照射部１と、複数の撮像部２（２−１、２−２）と、制御処理部３とを備え、図１に示す例では、さらに、記憶部４と、入力部５と、表示部６と、インターフェース部（ＩＦ部）７とを備える。

スポット光照射部１は、制御処理部３に接続され、制御処理部３の制御に従って、所定のスポット光を照射する装置である。前記所定のスポット光は、予め設定された輝度、予め設定された波長および予め設定された面積で、スポット光照射部１から照射される。前記予め設定された波長は、育成指標の種類に応じて適宜に設定される。例えば、育成指標がＮＤＶＩ値である場合には、ＮＤＶＩ値が可視光（例えば赤色光や緑色光等）の反射率と赤外光の反射率とから求められることから、前記予め設定された波長は、可視光の波長（例えば赤色光の波長や緑色光の波長等）と赤外の波長とを含むように設定される。このようなスポット光照射部１は、例えば、白色光を発光する例えばＬＥＤ等の光源と、前記光源から発光された白色光が入射され所定の波長範囲（波長帯域）を透過するバンドパスフィルタ（例えば可視光の波長（例えば緑色光の波長や赤色光の波長等）から赤外光の波長までの波長範囲を透過するバンドパスフィルタ等）と、前記バンドパスフィルタから射出された光を断面円形でコリメートして射出する照射光学系とを備えて構成されても良い。

複数の撮像部２は、制御処理部３に接続され、制御処理部３の制御に従って、スポット光照射部１によってスポット光が照射される測定対象を少なくとも互いに異なる波長帯域部分を持つ複数の波長帯域で撮像して測定対象の複数の画像（画像データ）を生成する装置である。少なくとも互いに異なる波長帯域部分を持つ複数の波長帯域とは、互いに重なることなく完全に異なる波長帯域であって良く、あるいは、互いに異なる波長帯域部分を持てば一部分の波長帯域部分で重なっていても良い。複数の撮像部２は、この測定対象の複数の画像（画像データ）を制御処理部３へ出力する。複数の撮像部２それぞれは、例えば、所定の波長帯域を透過するバンドパスフィルタ、測定対象の光学像を前記バンドパスフィルタを介して所定の結像面上に結像する結像光学系、前記結像面に受光面を一致させて配置され、前記測定対象の光学像を電気的な信号に変換するイメージセンサ、および、イメージセンサの出力に対し公知の画像処理を施して画像データを生成するデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等を備えて構成される、いわゆるカメラ等である。複数の撮像部２は、３個以上であっても良いが、本実施形態では、例えば、２個の第１および第２撮像部２−１、２−２を備えて構成される。第１撮像部２−１は、例えば、可視光の波長帯域（例えば約５００ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲等）で測定対象を撮像する可視撮像部（可視カメラ）である。第２撮像部２−２は、赤外光の波長帯域（例えば近赤外光である約７００ｎｍ〜約９００ｎｍの範囲等）で測定対象を撮像する赤外撮像部（赤外カメラ）である。

入力部５は、制御処理部３に接続され、例えば、育成指標を求める測定動作の開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、例えば測定対象の識別子の入力等の、育成指標を求める上で必要な各種データを、植物育成指標測定装置Ｍに入力する機器であり、例えば、所定の機能を割り付けられた複数の入力スイッチおよびキーボード等である。

表示部６は、制御処理部３に接続され、制御処理部３の制御に従って、画像を表示するための装置であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）および有機ＥＬディスプレイ等を備えて構成される。表示部６には、後述するように、スポット光の照射のオンでの撮像部２によって撮像された測定対象の画像が表示される。

なお、入力部５および表示部６からタッチパネルが構成されてもよい。このタッチパネルを構成する場合において、入力部５は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置を含む。このタッチパネルでは、表示部６の表示面上に位置入力装置が設けられ、表示部６に入力可能な１または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置を触れると、位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容として植物育成指標測定装置Ｍに入力される。このようなタッチパネルでは、ユーザは、入力操作を直感的に理解し易いので、ユーザにとって取り扱い易い植物育成指標測定装置Ｍが提供される。

ＩＦ部７は、制御処理部３に接続され、制御処理部３の制御に従って、外部機器との間でデータの入出力を行う回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、ＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｃｏｉａｔｉｏｎ）規格等の赤外線通信を行うインターフェース回路、および、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）規格を用いたインターフェース回路等である。また、ＩＦ部７は、有線または無線によって通信する通信カード等であり、例えばイーサネット環境等の通信ネットワークを介して例えばサーバ装置等の外部装置との間で通信しても良い（イーサネットは登録商標）。

記憶部４は、制御処理部３に接続され、制御処理部３の制御に従って、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。前記各種の所定のプログラムには、例えば、スポット光の照射をオンオフするように、スポット光照射部１を制御するスポット光照射制御プログラム、複数の撮像部２のうちのいずれか１つの撮像部２によって撮像された測定対象の画像（第１画像）に基づいて測定対象に対するスポット光の照射状態が所定の条件を満たすか否かを判定する照射状態判定プログラム、および、スポット光の照射のオンでの複数の撮像部２それぞれによって撮像された測定対象の複数の画像（オン画像、第２画像）、および、前記スポット光の照射のオフでの複数の撮像部２それぞれによって撮像された前記測定対象の複数の画像（オフ画像、第３画像）に基づいて、植物における育成の度合いを表す育成指標を求める育成指標演算プログラム等の制御処理プログラムが含まれる。記憶部４は、例えば不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備える。そして、記憶部４は、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる制御処理部３のワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む。なお、記憶部４は、比較的大容量のハードディスクを備えても良い。

制御処理部３は、植物育成指標測定装置Ｍの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、育成指標を求めるための回路である。制御処理部３は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）およびその周辺回路を備えて構成される。制御処理部３には、制御処理プログラムが実行されることによって、制御部３１、照射状態判定部３２および育成指標演算部３３が機能的に構成される。

制御部３１は、植物育成指標測定装置Ｍの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するものである。そして、制御部３１は、スポット光照射制御部として機能し、スポット光の照射をオンオフするように、スポット光照射部１を制御するものである。

照射状態判定部３２は、複数の撮像部２のうちのいずれか１つの撮像部２によって撮像された測定対象の第１画像に基づいて測定対象に対するスポット光の照射状態が所定の条件を満たすか否かを判定するものである。本実施形態では、前記判定には、可視撮像部２−１および赤外撮像部２−２のうちの可視撮像部２−１によって撮像された測定対象の第１画像が用いられる。測定対象に対するスポット光の照射状態とは、測定対象に照射されているスポット光のありさまであり、育成指標を求めるために撮像部２によって撮像している間における測定対象の状態によって変化する可能性のあるものである。

前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合は、前記スポット光の照射のオンでの複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部２（本実施形態では可視撮像部２−１）によって撮像された前記測定対象における、前記スポット光の光軸に対する傾きが所定の第１範囲内である場合を含む。この場合では、照射状態判定部３２は、複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部２によって撮像された測定対象のオン画像に基づいて、前記測定対象の傾きを求め、この求めた前記測定対象の傾きが所定の第１範囲内であるか否かを判定する。前記オン画像は、前記第１画像の他の一例に相当する。より具体的には、次のように、判定が行われる。スポット光照射部１から照射されるスポット光が拡散あるいは収斂が無いとしても、撮像部２で撮像される画像における測定対象の大きさおよびスポット光の大きさは、スポット光照射部１および可視撮像部２−１と測定対象との間における距離に応じて変化し、前記距離が大きくなるほど測定対象およびスポット光は、画像に小さく写る。このため、測定対象の標準的な大きさが例えば統計的に予め求められる。例えば、測定対象が植物の葉（例えば稲の葉）である場合、植物の葉における標準的な幅（基準幅）Ｗ０が統計的に求められる。スポット光の直径Ｗｓが予め求められる。そして、これら前記幅Ｗ０および前記直径Ｗｓが記憶部４に予め記憶される。なお、円形のスポット光が植物の葉の表面に円形で照射されている場合（植物の葉の表面がスポット光照射部１の光軸に対し略直交している測定対象の植物の葉が基準状態（θ＝０）にある場合）における植物の葉の基準幅Ｗ０が、前記植物の葉における標準的な幅Ｗ０として、オン画像から実測されてもよい。照射状態判定部３２は、育成指標の測定にかかるオン画像におけるスポット光の大きさの画素数ＰｓＰと測定対象の大きさ（この例では植物の葉の幅）の画素数ＰｓＷを求め、測定対象の実際の大きさ（この例では植物の葉における実際の幅）ＷｔをＷｔ＝（ＰｓＷ／ＰｓＰ）×Ｗｓから求める。そして、照射状態判定部３２は、前記基準幅Ｗ０と前記測定対象の実際の大きさＷｔとの比Ｗｔ／Ｗ０を求め、この比Ｗｔ／Ｗ０のアークコサインを求めて測定対象の傾きθを求め（θ＝ｃｏｓ^−１（Ｗｔ／Ｗ０）、この求めた傾きθが予め設定された所定の閾値（傾き許容閾値）ｔｈｔ以下であるか否かを判定する。前記傾き閾値ｔｈｔは、複数のサンプルを用いた実験等によって適宜な値に予め設定される。本実施形態では、後述の図６に示すように、−４５°≦θ≦＋４５°の範囲では、測定対象の傾きθが変化してもスポット光の反射光における輝度（測定対象の表面に照射されているスポット光の照度）に有意な変化はないので（変化しても測定結果に影響しない程度であるので）、照射状態判定部３２は、前記比Ｗｔ／Ｗ０を求め、この比Ｗｔ／Ｗ０が１／√２以上であるか否かを判定する。この判定の結果、前記傾きθがθ≦±４５°である場合（すなわち、Ｗｔ／Ｗ０≧１／√２である場合）には、前記測定対象の傾きθが所定の第１範囲内であると判定され、前記傾きθがθ＞±４５°である場合（すなわち、Ｗｔ／Ｗ０＜１／√２である場合）には、前記測定対象の傾きθが所定の第１範囲内ではない（所定の第１範囲を超えている）と判定される。

そして、前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合は、前記スポット光の照射のオンでの複数の撮像部２のうちのいずれか１つの撮像部２（本実施形態では可視撮像部２−１）によって撮像された前記測定対象と前記スポット光の照射のオフでの複数の撮像部のうちのいずれか１つの前記撮像部２（本実施形態では可視撮像部２−１）によって撮像された前記測定対象との間における前記測定対象の動きが所定の第２範囲内である場合を含む。この場合では、照射状態判定部３２は、複数の撮像部２のうちのいずれか１つの撮像部２によって撮像された測定対象のオン画像における前後で撮像部２によって撮像された測定対象の１対のオフ画像（前オフ画像および後オフ画像）に基づいて前記測定対象の動きを求め、この求めた前記測定対象の動きが所定の第２範囲内であるか否かを判定する。前記１対のオフ画像は、前記第１画像の一例に相当する。オン画像は、上述したように、前記スポット光の照射のオンでの複数の撮像部２のうちのいずれか１つの撮像部２によって撮像された測定対象の画像、すなわち、測定対象にスポット光を照射している場合に、複数の撮像部２のうちのいずれか１つの撮像部２によって撮像された測定対象の画像であり、前オフ画像は、前記オン画像の生成前において、前記スポット光の照射のオフでの複数の撮像部２のうちのいずれか１つの撮像部２によって撮像された測定対象の画像、すなわち、測定対象にスポット光を照射していない場合に、複数の撮像部２のうちのいずれか１つの撮像部２によって撮像された測定対象の画像であり、そして、後オフ画像は、前記オン画像の生成後において、前記スポット光の照射のオフでの複数の撮像部２のうちのいずれか１つの撮像部２によって撮像された測定対象の画像、すなわち、測定対象にスポット光を照射していない場合に、複数の撮像部２のうちのいずれか１つの撮像部２によって撮像された測定対象の画像である。より具体的には、照射状態判定部３２は、可視撮像部２−１によって取得された前オフ画像と後オフ画像との差分を前記測定対象の動きとして求め、この求めた差分が予め設定された所定の閾値（動き許容閾値）ｔｈｍ以下であるか否かを判定する。前オフ画像と後オフ画像との差分は、例えば、全画素について互いに同じ画素位置同士でその画素値の差を求め、これら求めた各画素における画素値の各差を全画素について合計することによって求められる。この判定の結果、前記差分が前記動き許容閾値ｔｈｍ以下である場合には、前記測定対象の動きが所定の第２範囲内であると判定され、前記差分が前記動き許容閾値ｔｈｍを超えた場合には、前記測定対象の動きが所定の第２範囲内ではない（所定の第２範囲を超えている）と判定される。前記動き閾値ｔｈｍは、複数のサンプルを用いた実験等によって適宜な値に予め設定される。

育成指標演算部３３は、照射状態判定部３２によってスポット光の照射状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、前記スポット光の照射のオンでの複数の撮像部２それぞれによって撮像された測定対象のオン画像、および、前記スポット光の照射のオフでの複数の撮像部２それぞれによって撮像された前記測定対象のオフ画像に基づいて、植物における育成の度合いを表す育成指標を求めるものである。より具体的には、育成指標演算部３３は、一態様では、複数の撮像部２それぞれによって撮像された測定対象の複数の前記オン画像および複数の前記オフ画像に基づいて前記測定対象の複数の反射率を求め、これら求めた複数の反射率に基づいて前記育成指標を求めるものである。より詳しくは、複数の撮像部２それぞれによって撮像された測定対象の複数の前記オン画像および複数の前記オフ画像のそれぞれについて、育成指標演算部３３は、前記オン画像と前記オフ画像との差分を求めることでスポット光の反射光の光量（反射光量）を求め、この求めたスポット光の反射光量をスポット光の面積で除算することでスポット光の照度（スポット光の反射光の輝度）を求め、この求めたスポット光の照度を、測定対象に照射されるスポット光の輝度で除算することで測定対象の反射率を求める。そして、育成指標演算部３３は、これら複数の前記オン画像および複数の前記オフ画像のそれぞれについて求めた複数の反射率に基づいて前記育成指標を求める。また、後述するように、光合成の特性から葉の反射率（分光反射率）は、照度に依らず一定であり、反射光の光量（反射光量）は、照度に比例する。このことから、他の一態様では、複数の撮像部２それぞれによって撮像された測定対象の複数の前記オン画像および複数の前記オフ画像のそれぞれについて、育成指標演算部３３は、前記オン画像および前記オフ画像に基づいて前記測定対象の反射光量を求める。より詳しくは、育成指標演算部３３は、前記オン画像と前記オフ画像との差分を求めることでスポット光の反射光量を求める。そして、育成指標演算部３３は、これら複数の前記オン画像および複数の前記オフ画像のそれぞれについて求めた複数の反射光量に基づいて前記育成指標を求めるものである。

前記育成指標は、例えば、前記複数の反射率における比（反射率比）である。この場合、育成指標演算部３３は、上述のように求めた測定対象における複数の反射率における反射率比、すなわち、互いに異なる波長帯域部分での複数の反射率における反射率比の比を育成指標とする。上述のように求めた測定対象における各反射率に基づいて育成指標が求められる。

また例えば、前記育成指標は、前記複数の反射量における比（反射光量比）である。この場合、育成指標演算部３３は、上述のように求めた測定対象における複数の反射光量における反射光量比、すなわち、互いに異なる波長帯域部分での複数の反射光量における反射光量比の比を育成指標とする。上述のように求めた測定対象における各反射光の光量に基づいて育成指標が求められる。

また例えば、前記育成指標は、葉色板の値である。この場合、前記複数の反射率、またはその平均値（単純平均または加重平均）あるいは前記複数の反射光量、またはその平均値（単純平均または加重平均）と葉色板の値（通常、１から７までの整数値）との対応関係が予め求められ、この対応関係が記憶部４に記憶され、育成指標演算部３３は、上述のように求めた測定対象における複数の反射率の平均値あるいは複数の反射光量の平均値を記憶部４に記憶された前記対応関係に基づいて葉色板の値に換算する。あるいは、後述するように、葉色板の値は、ＳＰＡＤ値、ＮＤＶＩ値およびＬＶＩ値それぞれと互いに相関するので、ＳＰＡＤ値、ＮＤＶＩ値およびＬＶＩ値のいずれかから換算されて求められても良い。

また例えば、前記育成指標は、葉緑素計の値である。葉緑素計（Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｍｅｔｅｒ）の値は、例えば、葉緑素含量を示すＳＰＡＤ（Ｓｏｉｌ ＆ Ｐｌａｎｔ Ａｎａｌｙｚｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）値等である。この場合、可視撮像部２−１は、赤色光の波長帯域で測定対象を撮像する撮像部であり、赤外撮像部２−２は、赤外光の波長帯域で測定対象を撮像する撮像部であり、そして、ＳＰＡＤ値は、赤外領域（例えばピーク波長９４０ｎｍの赤外光）の透過エネルギをＴＥｉｒとし、前記赤外領域の照射エネルギをＥｉｒとし、赤領域（例えばピーク波長６５０ｎｍの赤色光）の透過エネルギをＴＥｒとし、前記赤領域の照射エネルギをＥｒとし、定数をｋとする場合、ｋ×ｌｏｇ（（ＴＥｉｒ／Ｅｉｒ）／（ＴＥｒ／Ｅｒ））によって求められる（ＳＰＡＤ値＝ｋ×ｌｏｇ（（ＴＥｉｒ／Ｅｉｒ）／（ＴＥｒ／Ｅｒ））、ｌｏｇは、常用対数を求める演算子である）。あるいは、前記複数の反射率の平均値あるいは前記複数の反射光量の平均値とＳＰＡＤ値との対応関係が予め求められ、この対応関係が記憶部４に記憶され、育成指標演算部３３は、上述のように求めた測定対象における複数の反射率の平均値あるいは複数の反射光量の平均値を記憶部４に記憶された前記対応関係に基づいてＳＰＡＤ値に換算してもよい。

なお、葉色板の値とＳＰＡＤ値とは、互いに相関することが知られており、これらの間には、一例では、（ＳＰＡＤ値）＝（葉色板の値）×５＋１５の関係がある。したがって、ＳＰＡＤ値から葉色板の値が求められてもよい。

また例えば、前記育成指標は、正規化差植生指数（ＮＤＶＩ；Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ）の値である。この場合、可視撮像部２−１は、赤色の波長帯域で測定対象を撮像する撮像部であり、赤外撮像部２−２は、近赤外光の波長帯域で測定対象を撮像する撮像部であり、そして、ＮＤＶＩ値は、可視撮像部２−１によって取得された画像に基づいて求められた赤色光（例えばピーク波長６６２ｎｍの赤色光）の反射率をＲｒとし、赤外撮像部２−２によって取得された画像に基づいて求められた近赤外光（例えばピーク波長７５３ｎｍの近赤外光）の反射率をＲｉｒとする場合、（Ｒｉｒ−Ｒｒ）／（Ｒｉｒ＋Ｒｒ）によって求められる（ＮＤＶＩ＝（Ｒｉｒ−Ｒｒ）／（Ｒｉｒ＋Ｒｒ））。あるいは、可視撮像部２−１は、緑色の波長帯域で測定対象を撮像する撮像部であり、赤外撮像部２−２は、近赤外光の波長帯域で測定対象を撮像する撮像部であり、そして、ＮＤＶＩ値は、可視撮像部２−１によって取得された画像に基づいて求められた緑色光（例えばピーク波長５５０ｎｍの緑色光）の反射率をＲｇとし、赤外撮像部２−２によって取得された画像に基づいて求められた近赤外光（例えばピーク波長７５０ｎｍの近赤外光）の反射率をＲｉｒとする場合、（Ｒｉｒ−Ｒｇ）／（Ｒｉｒ＋Ｒｇ）によって求められる（ＮＤＶＩ＝（Ｒｉｒ−Ｒｇ）／（Ｒｉｒ＋Ｒｇ））。窒素含有量差に因る、緑色光の反射率Ｒｇと近赤外光の反射率Ｒｉｒと差（＝｜Ｒｇ−Ｒｉｒ｜）は、前記窒素含有量差に因る、赤色光の反射率Ｒｒと近赤外光の反射率Ｒｉｒと差（＝｜Ｒｒ−Ｒｉｒ｜）より大きいため、誤差の影響が軽減されるから、緑色光の反射率Ｒｇと近赤外光の反射率Ｒｉｒとに基づいてＮＤＶＩ値を求めることが好ましい。

なお、ＮＤＶＩ値とＳＰＡＤ値とは、互いに相関することが知られている。したがって、ＮＤＶＩ値からＳＰＡＤ値を介して葉色板の値が求められても良く、ＮＤＶＩ値からＳＰＡＤ値が求められても良い。

また例えば、前記育成指標は、互いに異なる３波長の各反射率を用いた指標であるＬＶＩ（Ｌｅａｆ−ｃｏｌｏｒ Ｖｅｒｉｆｉｅｄ Ｉｎｄｅｘ）の値である。この場合、可視撮像部２−１は、可視光の波長帯域（例えば緑色光から赤色光までの波長帯域）で測定対象を撮像する撮像部であり、赤外撮像部２−２は、近赤外光の波長帯域で測定対象を撮像する撮像部であり、そして、ＬＶＩ値は、可視撮像部２−１によって取得された画像に基づいて求められた波長λｇの緑色光（例えばピーク波長５５１ｎｍの緑色光）の反射率をＲｇとし、赤外撮像部２−２によって取得された画像に基づいて求められた波長λｉｒの近赤外光（例えばピーク波長７６３ｎｍの近赤外光）の反射率をＲｉｒとし、可視撮像部２−１または赤外撮像部２−２によって取得された画像に基づいて求められた任意波長λｘの光（例えばピーク波長６９７ｎｍの赤色光）の反射率をＲｘとする場合、（（λｘ−λｇ）Ｒｉｒ＋（λｉｒ−λｘ）Ｒｇ−（λｉｒ−λｇ）Ｒｘ）／（（λｘ−λｇ）Ｒｉｒ＋（λｉｒ−λｘ）Ｒｇ＋（λｉｒ−λｇ）Ｒｘ）によって求められる（ＬＶＩ＝（（λｘ−λｇ）Ｒｉｒ＋（λｉｒ−λｘ）Ｒｇ−（λｉｒ−λｇ）Ｒｘ）／（（λｘ−λｇ）Ｒｉｒ＋（λｉｒ−λｘ）Ｒｇ＋（λｉｒ−λｇ）Ｒｘ））。

なお、ＬＶＩ値とＳＰＡＤ値とは、互いに相関することが知られている。したがって、ＬＶＩ値からＳＰＡＤ値を介して葉色板の値が求められても良く、ＬＶＩ値からＳＰＡＤ値が求められても良い。

次に、本実施形態の動作について説明する。図２は、実施形態における植物育成指標測定装置の動作を示すフローチャートである。図３は、実施形態の植物育成指標測定装置におけるスポット光のオンオフと反射光量との関係を示す図である。図３において、上段は、測定対象の葉にスポット光ＳＬが照射されている様子を示し、中段は、スポット光ＳＬがオンである場合における反射光量を示し、下段は、スポット光ＳＬがオフである場合における反射光量を示す。図４は、実施形態の植物育成指標測定装置におけるスポット光の照射タイミングと画像の取得タイミングとの関係を示すタイムチャートである。図４（Ａ）は、スポット光におけるオンタイミングおよびオフタイミングが垂直同期信号（ＶＤ）に一致する同期照射の場合を示し、図４（Ｂ）は、スポット光におけるオンタイミングおよびオフタイミングが垂直同期信号（ＶＤ）に一致しない非同期照射の場合を示す。図４（Ａ）および（Ｂ）において、上段が垂直同期信号（ＶＤ）のタイミングチャートを示し、下段がスポット光のタイミングチャートを示す。図５は、実施形態の植物育成指標測定装置において、測定対象の傾きと撮像部から見込む測定対象の形状との関係を説明するための図である。図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）および（Ｅ）は、順に、測定対象の葉がスポット光の光軸に対し、６０度、３０度、０度、−３０度および−６０度で傾いている様子を示す。図５（Ｃ）は、測定対象の葉における所定の位置（基準位置）を示す。図６は、実施形態の植物育成指標測定装置において、波長６５０ｎｍのスポット光を用いた場合における輝度レベルと測定対象の傾き角度との相関関係を示す図である。図６の横軸は、角度（度、ｄｅｇ）を示し、その縦軸は、輝度レベル（画素値）を示す。図７は、実施形態の植物育成指標測定装置におけるスポット光照射部および撮像部と測定対象の葉との関係を説明するための図である。図８は、実施形態の植物育成指標測定装置において、測定対象の動きに関する判定を説明するための図である。図８（Ａ）は、測定中において、測定対象の葉に動きが所定の範囲内である場合を示し、図８（Ｂ）は、測定中において、測定対象の葉に動きが所定の範囲を超えている場合を示す。図９は、窒素含有量別における、稲の葉に関する分光特性を示す図である。図９の横軸は、波長（ｎｍ）を示し、その縦軸は、反射率を示す。曲線α１〜α６は、窒素含有量の順に、各分光特性を示しており、曲線α１は、相対的に窒素含有量が少ない分光特性を示し、曲線α６は、相対的に窒素含有量が多い分光特性を示す。図１０は、窒素含有量別における、稲の葉に関する照度と単位面積当たりの反射光量との関係を示す図である。図１０の横軸は、照度を示し、その縦軸は、単位面積当たりの反射光量を示す。直線β１〜β３は、窒素含有量の順に、照度と反射光量との各関係を示しており、直線β１は、相対的に窒素含有量が少ない場合の前記関係を示し、直線β３は、相対的に窒素含有量が多い場合の前記関係を示す。

このような植物育成指標測定装置Ｍでは、まず、ユーザ（オペレータ）によって測定対象の植物の葉に測定光のスポット光が当たるように、植物育成指標測定装置Ｍが配置される。これによって撮像部２の撮像方向は、前記測定対象に向く。ユーザによって図略の電源スイッチがオンされると、制御処理部３は、必要な各部の初期化を実行し、制御処理プログラムの実行によって、制御処理部３には、制御部３１、照射状態判定部３２および育成指標演算部３３が機能的に構成される。そしてユーザによって入力部５を介して測定開始が指示されると、植物育成指標測定装置Ｍは、次のように動作する。

図２において、制御処理部３の制御部３１は、予め設定された所定の時間、スポット光の照射をオンオフするように、すなわち、スポット光の点灯および消灯を所定の周期で繰り返すように、スポット光照射部１を制御し、測定対象の画像を撮像するように、撮像部２を制御する。これによって測定対象の植物の葉には、スポット光の照射および非照射が繰り返され、スポット光の照射のオン（照射時）での複数の撮像部２それぞれによって撮像された前記測定対象における複数のオン画像およびスポット光の照射のオフ（非照射時）での複数の撮像部２それぞれによって撮像された前記測定対象における複数のオフ画像が取得され、これら複数のオン画像および複数のオフ画像の各画像データが複数の撮像部２から制御処理部３へ出力される（Ｓ１）。スポット光の非照射では、例えば、図３の下段に示すように、オフ画像は、環境光が測定対象の植物の葉ＲＥで反射された反射光量Ｒ２の情報を含み、スポット光の照射では、例えば、図３の上段に示すように、測定対象の植物の葉ＲＥにスポット光ＳＬが照射され、オン画像は、図３の中段に示すように、環境光およびスポット光が測定対象の植物の葉ＲＥで反射された反射光量（Ｒ１＋Ｒ２）の情報を含む。すなわち、オン画像は、環境光が測定対象の植物の葉ＲＥで反射された反射光量Ｒ２に、スポット光が測定対象の植物の葉ＲＥで反射された反射光量Ｒ１が重畳された情報を含む。

ここで、スポット光照射部１がスポット光の照射をオンオフするスポット光の照射タイミングと、撮像部２が画像を取得する画像の取得タイミングとは、図４（Ａ）に示すように、一致し、同期照射が行われて良く、また、図４（Ｂ）に示すように、これらは、一致せず、非同期照射が行われて良い。

上記のように、複数の撮像部２によって複数のオン画像および複数のオフ画像の取得中に、例えば、図５に示すように、測定対象の植物の葉ＲＥがスポット光照射部１の光軸に対し傾くと、植物の葉ＲＥで反射したスポット光の反射光が撮像部２で適切に受光することができなくなるために、撮像部２の画像に基づいて適切に反射率が求められなくなる。また例えば、図７に示すように、測定対象の植物の葉ＲＥが例えば風や虫等の接触等に起因して動くことが有り得る。測定対象の植物の葉ＲＥが動くと、植物の葉ＲＥの状態が変化し、植物の葉ＲＥとスポット光照射部１および撮像部２との位置関係がズレる。この結果、例えば、スポット光が植物の葉ＲＥに照射されなくなったり、撮像部２で撮像された画像中における植物の葉ＲＥの形状（撮像部２から見込んだ植物の葉ＲＥの形状）が変わったり等するために、撮像部２の画像に基づいて適切に反射率が求められなくなる。このため、本実施形態における植物育成指標測定装置Ｍは、スポット光の照射状態が所定の条件を満たすか否かを判定している。より具体的には、植物育成指標測定装置Ｍは、植物の葉ＲＥの傾きが所定の第１範囲内であるか否かを判定し、そして、植物の葉ＲＥの動きが所定の第２範囲内であるか否かを判定している。

より詳しくは、まず、処理Ｓ２において、照射状態判定部３２は、可視撮像部２−１によって撮像された測定対象のオン画像に基づいて、前記測定対象の傾きを求め、この求めた前記測定対象の傾きが所定の第１範囲内であるか否かを判定する。図５（Ｃ）に示すように、測定対象の植物における葉ＲＥ０の表面がスポット光照射部１の光軸に対し略直交している場合が、傾きが０である基準状態（所定位置）とされ、この基準状態から植物の葉ＲＥが傾くと、撮像部２から見込む測定対象の植物における葉ＲＥｔの形状は、図５（Ｂ）および（Ａ）に示すように（あるいは、図５（Ｄ）および（Ｅ）に示すように）、細くなり、葉ＲＥｔ（ＲＥｔ２、ＲＥｔ１）の幅Ｗｔ（Ｗｔ２、Ｗｔ１）が狭くなる。このため、照射状態判定部３２は、育成指標の測定にかかるオン画像における測定対象の大きさ（この例では植物の葉の幅）の画素数ＰｓＷを求め、測定対象の実際の大きさ（この例では植物の葉における実際の幅）ＷｔをＷｔ＝（ＰｓＷ／ＰｓＰ）×Ｗｓから求める。そして、照射状態判定部３２は、前記基準幅Ｗ０と前記測定対象の実際の大きさＷｔとの比Ｗｔ／Ｗ０を求め、この比Ｗｔ／Ｗ０のアークコサインを求めて測定対象の傾きθを求め（θ＝ｃｏｓ^−１（Ｗｔ／Ｗ０）、この求めた傾きθが前記傾き許容閾値ｔｈｔ以下であるか否かを判定する。ここで、測定対象の植物における葉ＲＥの角度変化に対するスポット光の反射光における輝度レベルの変化は、図６に示すように、−４５°≦θ≦＋４５°の範囲では角度変化に従って輝度レベルが徐々に変化し、θ＜−４５°、θ＞＋４５°の各範囲では角度変化に従って輝度レベルが急激に変化するプロファイルを持つ曲線となる。このため、−４５°≦θ≦＋４５°の範囲では、葉ＲＥの傾きθが変化してもスポット光の反射光における輝度に有意な変化はない（変化しても測定結果に影響しない程度である）。このため、本実施形態では、照射状態判定部３２は、前記比Ｗｔ／Ｗ０を求め、この比Ｗｔ／Ｗ０が１／√２以上であるか否かを判定する。この判定の結果、前記傾きθがθ≦±４５°である場合（すなわち、Ｗｔ／Ｗ０≧１／√２である場合）（Ｙｅｓ）には、葉ＲＥの傾きθが所定の第１範囲内であると判定され、照射状態判定部３２は、次の処理Ｓ３を実行する。一方、前記判定の結果、前記傾きθがθ＞±４５°である場合（すなわち、Ｗｔ／Ｗ０＜１／√２である場合）（Ｎｏ）には、葉ＲＥの傾きθが所定の第１範囲内ではない（所定の第１範囲を超えている）と判定され、照射状態判定部３２は、処理を処理Ｓ１に戻す。

処理Ｓ３において、照射状態判定部３２は、可視撮像部２−１によって撮像された測定対象のオン画像における前後で可視撮像部２−１によって撮像された測定対象の１対のオフ画像（前オフ画像および後オフ画像）に基づいて前記測定対象の植物における葉ＲＥの動きを求め、この求めた植物の葉ＲＥの動きが所定の第２範囲内であるか否かを判定する（Ｓ３）。植物の葉ＲＥに有意な動きが無い場合では、図８（Ａ）に示すように、前オフ画像における葉の画像ＲＥＰ−１と後オフ画像における葉の画像ＲＥＰ−２とは、略一致する。なお、図８では、前オフ画像における植物の葉ＲＥの輪郭が破線で示されている。一方、植物の葉ＲＥに有意な動きが有る場合では、図８（Ｂ）に示すように、前オフ画像における葉の画像ＲＥＰ−１と後オフ画像における葉の画像ＲＥＰ−２とは、一致しない。このため、本実施形態では、照射状態判定部３２は、前オフ画像と後オフ画像との差分を前記測定対象の植物における葉ＲＥの動きとして求め、この求めた差分が前記動き許容閾値ｔｈｍ以下であるか否かを判定する。この判定の結果、前記差分が前記動き許容閾値ｔｈｍ以下である場合（Ｙｅｓ）には、植物の葉ＲＥの動きが所定の第２範囲内であると判定され、照射状態判定部３２は、次の処理Ｓ４を実行する。一方、前記判定の結果、前記差分が前記動き許容閾値ｔｈｍを超えた場合（Ｎｏ）には、植物の葉ＲＥの動きが所定の第２範囲内ではない（所定の第２範囲を超えている）と判定され、照射状態判定部３２は、処理を処理Ｓ１に戻す。

処理Ｓ４において、制御処理部３の育成指標演算部３３は、照射状態判定部３２によってスポット光の照射状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、すなわち、本実施形態では、測定対象の植物における葉ＲＥの傾きθが所定の第１範囲内であると判定されるとともに、葉ＲＥの動きが所定の第２範囲内であると判定された場合に、スポット光の照射のオンでの複数の撮像部２それぞれによって撮像された前記測定対象の複数のオン画像（例えば前オフ画像と後オフ画像との間のオン画像）およびスポット光の照射のオフでの複数の撮像部２それぞれによって撮像された前記測定対象における複数のオフ画像（例えば前記後オフ画像）に基づいて、前記測定対象の植物における葉ＲＥの複数の反射率あるいは複数の反射光量を求める。なお、１つの撮像部２において、図４に示すように、スポット光の照射における１回のオンで、複数のオン画像が撮像されている場合、これら複数のオン画像のうちのいずれか１つのオン画像が前記処理Ｓ２および処理Ｓ４で用いられるオン画像とされて良く、また、これら複数のオン画像のうちのいずれか複数のオン画像が前記処理Ｓ２および処理Ｓ４で用いられるオン画像とされて良い。この場合、互いに同じ画素位置の画素値を足し合わせることで複数のオン画像を積算した画像（積算オン画像）、あるいは、その画像を平均することで複数のオン画像を平均した画像（平均オン画像）が、前記処理Ｓ２および処理Ｓ４で用いられるオン画像とされる。同様に、１つの撮像部２において、スポット光の照射における１回のオフで、複数のオフ画像が撮像されている場合、これら複数のオフ画像のうちのいずれか１つのオフ画像が前記処理Ｓ３および処理Ｓ４で用いられるオフ画像とされて良く、また、これら複数のオフ画像のうちのいずれか複数のオフ画像が前記処理Ｓ３および処理Ｓ４で用いられるオフ画像とされて良い。この場合、互いに同じ画素位置の画素値を足し合わせることで複数のオフ画像を積算した画像（積算オフ画像）、あるいは、その画像を平均することで複数のオフ画像を平均した画像（平均オフ画像）が、前記処理Ｓ３および処理Ｓ４で用いられるオフ画像とされる。

ここで、植物の育成状態と反射率あるいは反射光量との関係について説明する。植物の育成状態、例えば稲の育成状態は、葉の色によって判定され、黄緑色から濃い緑色になるに従って育成状態は、より良好と判定される。したがって、葉色が黄緑色である場合、例えば追肥等の対策が必要となる。この葉色は、葉に含まれる葉緑素（クロロフィル）の単位量、すなわち、窒素含有量に依存する。窒素含有量が相対的に少なければ（窒素含有量の値が相対的に小さければ）、葉色は、黄緑色となる。一方、窒素含有量が相対的に多ければ（窒素含有量の値が相対的に大きければ）、葉色は、濃い緑色となる。このため、稲の分光反射特性は、例えば、図９に示すように、窒素含有量が相対的に最も少ない場合の曲線α１から、窒素含有量が多くなるに従って曲線α２、曲線α３、曲線α４、曲線α５となり、窒素含有量が相対的に最も多い場合の曲線α６となる。これら分光反射特性の各曲線α１〜α６から分かるように、稲の分光反射特性は、波長約５００ｎｍないし波長約８００ｎｍの範囲で、窒素含有量によって異なる。

そして、葉の分光反射率は、光合成の特性から、照度に依らず一定であるので、葉の反射光量は、例えば、図１０に示すように、窒素含有量別で、照度に比例する。稲の葉に関する照度と単位面積当たりの反射光量との関係は、窒素含有量が相対的に最も少ない場合の直線β１から、窒素含有量が多くなるに従って直線β２を介して、窒素含有量が相対的に最も多い場合の直線β３となる。これら前記関係の各直線β１〜β３から分かるように、前記関係における直線の傾きは、窒素含有量によって異なり、窒素含有量が少ないほど、前記関係における直線の傾きは、大きくなる。図１０に示す例では、各直線β１〜β３間における各傾きの関係は、（直線β１の傾き△Ｒ１／△Ｌ）＞（直線β２の傾き△Ｒ２／△Ｌ）＞（直線β３の傾き△Ｒ３／△Ｌ）となる。このため、環境光が照射されている葉にスポット光を照射することで葉に照射されている照度を変化させ（△Ｌ）、その場合における葉の反射光量の変化△Ｒを実測することで、前記関係における直線の傾き△Ｒ／△Ｌが分かって窒素含有量が分かり、その結果、育成状態が判定できる。

以上から、葉の反射率あるいは反射光量に基づいて、窒素含有量が分かり、その結果、育成状態が判定できる。

より具体的には、反射率を求める場合、複数の撮像部２それぞれによって撮像された測定対象の複数の前記オン画像および複数の前記オフ画像のそれぞれについて、育成指標演算部３３は、前記オン画像と前記オフ画像との差分を求めることでスポット光の反射光量を求め、この求めたスポット光の反射光量をスポット光の面積で除算することでスポット光の照度（スポット光の反射光の輝度）を求め、この求めたスポット光の照度を、測定対象に照射されるスポット光の輝度で除算することで測定対象の反射率を求める。また、反射光量を求める場合、複数の撮像部２それぞれによって撮像された測定対象の複数の前記オン画像および複数の前記オフ画像のそれぞれについて、育成指標演算部３３は、前記オン画像と前記オフ画像との差分を求めることでスポット光の反射光量を求める。このように前記オン画像と前記オフ画像との差分を求めるので、環境光は、キャンセルされる。

次に、処理Ｓ５において、育成指標演算部３３は、これら複数の前記オン画像および複数の前記オフ画像のそれぞれについて求めた複数の反射率あるいは複数の反射光量に基づいて育成指標を求める。より具体的には、例えば、前記育成指標が前記反射率比である場合、育成指標演算部３３は、上述の処理Ｓ４で求めた測定対象の植物における葉ＲＥの複数の反射率における反射率比を育成指標とする。また例えば、前記育成指標が前記反射光量比である場合、育成指標演算部３３は、上述の処理Ｓ４で求めた測定対象の植物における葉ＲＥの複数の反射光量における反射光量比を育成指標とする。また例えば、前記育成指標が葉色板の値である場合、育成指標演算部３３は、上述の処理Ｓ４で求めた測定対象における複数の反射率の平均値あるいは複数の反射光量の平均値を記憶部４に記憶された前記対応関係に基づいて葉色板の値に換算する。あるいは、育成指標演算部３３は、ＳＰＡＤ値、ＮＤＶＩ値およびＬＶＩ値のいずれかを葉色板の値に換算する。また例えば、前記育成指標が葉緑素計の値、例えばＳＰＡＤ値である場合、育成指標演算部３３は、ＮＤＶＩ値およびＬＶＩ値のいずれかをＳＰＡＤ値に換算する。また例えば、前記育成指標がＮＤＶＩ値である場合、育成指標演算部３３は、上述の処理Ｓ４で求めた測定対象における複数の反射率から、ＮＤＶＩ＝（Ｒｉｒ−Ｒｒ）／（Ｒｉｒ＋Ｒｒ）によって、あるいは、ＮＤＶＩ＝（Ｒｉｒ−Ｒｇ）／（Ｒｉｒ＋Ｒｇ）によって、ＮＤＶＩ値を求める。また例えば、前記育成指標がＬＶＩ値である場合、育成指標演算部３３は、上述の処理Ｓ４で求めた測定対象における複数の反射率から、ＬＶＩ＝（（λｘ−λｇ）Ｒｉｒ＋（λｉｒ−λｘ）Ｒｇ−（λｉｒ−λｇ）Ｒｘ）／（（λｘ−λｇ）Ｒｉｒ＋（λｉｒ−λｘ）Ｒｇ＋（λｉｒ−λｇ）Ｒｘ）によって、ＬＶＩ値を求める。

そして、次に、処理Ｓ６において、制御処理部３の制御部３１は、処理Ｓ５で求めた育成指標、および、この育成指標の演算に用いた、スポット光の照射のオンでの撮像部２によって撮像された測定対象のオン画像を表示部６に表示し、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態における植物育成指標測定装置およびこれに実装された植物育成指標測定方法は、照射状態判定部３２を備えるため、スポット光の照射の適否が判定可能となる。すなわち、スポット光が測定対象の植物における葉に適切に照射されているか否かが判定可能となる。そして、本実施形態における植物育成指標測定装置およびこれに実装された植物育成指標測定方法は、照射状態判定部３２によってスポット光の照射状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、育成指標を求める育成指標演算部３３を備えるため、スポット光の照射の適否を判定可能とすることで有意な測定結果を得ることができる。

測定対象がスポット光照射部１の光軸に対し所定の範囲を超えて傾いてしまうと、反射率あるいは反射光量を適切に求められず、したがって、育成指標を適切に求めることができなくなってしまう。本実施形態における植物育成指標測定装置およびこれに実装された植物育成指標測定方法では、スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合は、測定対象の傾きが所定の第１範囲内である場合を含むので、本実施形態における植物育成指標測定装置およびこれに実装された植物育成指標測定方法は、測定対象の傾きによるスポット光の照射の適否を判定でき、有意な測定結果を得ることができる。

スポット光の照射のオンオフ中に測定対象が所定の範囲を超えて動いてしまうと、測定対象のオン画像と前記測定対象のオフ画像とでは、その形状が許容範囲を超えて異なる結果、反射率あるいは反射光量を適切に求められず、したがって、育成指標を適切に求めることができなくなってしまう。本実施形態における植物育成指標測定装置およびこれに実装された植物育成指標測定方法では、スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合は、測定対象の動きが所定の第２範囲内である場合を含むので、本実施形態における植物育成指標測定装置およびこれに実装された植物育成指標測定方法は、測定対象の動きによるスポット光の照射の適否を判定でき、有意な測定結果を得ることができる。

スポット光照射部１が適切な方向に向けられていない場合、スポット光が測定対象に照射されていない場合が生じ得、この場合、測定対象の反射率あるいは反射光量を求められず、したがって、育成指標が求められない。本実施形態における植物育成指標測定装置およびこれに実装された植物育成指標測定方法では、測定対象のオン画像を表示部６に表示するので、この表示部６に表示されたオン画像を参照することで、オペレータ（ユーザ）は、測定対象の植物における葉に対するスポット光の照射の適否を判定できる。

なお、上述の実施形態では、前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合として、測定対象の傾きが所定の第１範囲内である場合が含まれ、測定対象の傾きが所定の第１範囲内であるか否かを判定する前記処理Ｓ２が実行された。しかしながら、育成指標のうち、角度依存性が無い、あるいは、測定結果における誤差の許容範囲内で影響する程度である育成指標を求める場合には、測定対象の傾きが所定の第１範囲内であるか否かを判定する前記処理Ｓ２は、省略されても良い。このような育成指標は、例えば、ＮＤＶＩ値である。

図１１は、ＮＤＶＩ値と測定対象の傾き角度との相関関係を示す図である。図１１の横軸は、度（ｄｅｇ）で表す測定対象（ここでは稲の葉）の傾き角度であり、その縦軸は、ＮＤＶＩ値であり、そして、符号◆は、測定値である。図１１から分かるように、稲の葉の傾き角度が１０度から４５度の範囲では、ＮＤＶＩ値は、ほぼフラットであり、４５度から７５度の範囲では、ＮＤＶＩ値は、若干低下しているもののほとんど変化していない。傾き角度が３０である場合のＮＤＶＩ値０．５０２を基準として他の傾き角度における各ＮＤＶＩ値の減少率（％）は、傾き角度１０度、３０度、４５度、６０度および７５度の各場合において、順に、０．９８、０、１．０４、３．４４および８．０７である。したがって、このＮＤＶＩ値を求める場合には、植物育成指標測定装置Ｍは、測定対象の傾きが所定の第１範囲内であるか否かを判定する前記処理Ｓ２を省略しても良い。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｍ 植物育成指標測定装置
１ スポット光照射部
２ 撮像部
２−１ 可視撮像部
２−２ 赤外撮像部
３ 制御処理部
４ 記憶部
５ 入力部
６ 表示部
３１ 制御部
３２ 照射状態判定部
３３ 育成指標演算部

Claims (6)

1. 所定のスポット光を照射するスポット光照射部と、
   前記スポット光の照射をオンオフするように、前記スポット光照射部を制御するスポット光照射制御部と、
   前記スポット光照射部によって前記スポット光が照射される測定対象を少なくとも互いに異なる波長帯域部分を持つ複数の波長帯域で撮像する複数の撮像部と、
   前記複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部によって撮像された前記測定対象の第１画像に基づいて前記測定対象に対する前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすか否かを判定する照射状態判定部と、
   前記照射状態判定部によって前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、前記スポット光の照射のオンでの前記複数の撮像部それぞれによって撮像された前記測定対象の複数の第２画像、および、前記スポット光の照射のオフでの前記複数の撮像部それぞれによって撮像された前記測定対象の複数の第３画像に基づいて、植物における育成の度合いを表す育成指標を求める育成指標演算部とを備え、
   前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合は、前記スポット光の照射のオンでの前記複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部によって撮像された前記測定対象における、前記スポット光照射部の光軸に対する傾きが所定の第１範囲内である場合を含むこと
   を特徴とする植物育成指標測定装置。
2. 所定のスポット光を照射するスポット光照射部と、
   前記スポット光の照射をオンオフするように、前記スポット光照射部を制御するスポット光照射制御部と、
   前記スポット光照射部によって前記スポット光が照射される測定対象を少なくとも互いに異なる波長帯域部分を持つ複数の波長帯域で撮像する複数の撮像部と、
   前記複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部によって撮像された前記測定対象の第１画像に基づいて前記測定対象に対する前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすか否かを判定する照射状態判定部と、
   前記照射状態判定部によって前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、前記スポット光の照射のオンでの前記複数の撮像部それぞれによって撮像された前記測定対象の複数の第２画像、および、前記スポット光の照射のオフでの前記複数の撮像部それぞれによって撮像された前記測定対象の複数の第３画像に基づいて、植物における育成の度合いを表す育成指標を求める育成指標演算部とを備え、
   前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合は、前記スポット光の照射のオンの前後で前記スポット光の照射のオフでの前記複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部によって撮像された一対の前記測定対象の間における前記測定対象の動きが所定の第２範囲内である場合を含むこと
   を特徴とする植物育成指標測定装置。
3. 前記スポット光の照射のオンでの前記複数の撮像部それぞれによって撮像された前記測定対象の前記複数の第２画像を表示する表示部をさらに備えること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の植物育成指標測定装置。
4. 前記育成指標は、反射率比、反射光量比、葉色板の値、葉緑素計の値、正規化差植生指数、およびＬＶＩ値のうちのいずれかであること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の植物育成指標測定装置。
5. 所定のスポット光をオンオフするように、前記スポット光を照射するスポット光照射工程と、
   前記スポット光照射工程によって前記スポット光が照射される測定対象を少なくとも互いに異なる波長帯域部分を持つ複数の波長帯域で撮像する撮像工程と、
   前記撮像工程によって前記複数の波長帯域のうちのいずれか１つの波長帯域で撮像された前記測定対象の第１画像に基づいて前記測定対象に対する前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすか否かを判定する照射状態判定工程と、
   前記照射状態判定工程によって前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、前記スポット光の照射のオンでの前記撮像工程によって前記複数の波長帯域それぞれで撮像された前記測定対象の複数の第２画像、および、前記スポット光の照射のオフでの前記撮像工程によって前記複数の波長帯域それぞれで撮像された前記測定対象の複数の第３画像に基づいて、植物における育成の度合いを表す育成指標を求める育成指標演算工程とを備え、
   前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合は、前記スポット光の照射のオンでの前記複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部によって撮像された前記測定対象における、前記スポット光照射部の光軸に対する傾きが所定の第１範囲内である場合を含むこと
   を特徴とする植物育成指標測定方法。
6. 所定のスポット光をオンオフするように、前記スポット光を照射するスポット光照射工程と、
   前記スポット光照射工程によって前記スポット光が照射される測定対象を少なくとも互いに異なる波長帯域部分を持つ複数の波長帯域で撮像する撮像工程と、
   前記撮像工程によって前記複数の波長帯域のうちのいずれか１つの波長帯域で撮像された前記測定対象の第１画像に基づいて前記測定対象に対する前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすか否かを判定する照射状態判定工程と、
   前記照射状態判定工程によって前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、前記スポット光の照射のオンでの前記撮像工程によって前記複数の波長帯域それぞれで撮像された前記測定対象の複数の第２画像、および、前記スポット光の照射のオフでの前記撮像工程によって前記複数の波長帯域それぞれで撮像された前記測定対象の複数の第３画像に基づいて、植物における育成の度合いを表す育成指標を求める育成指標演算工程とを備え、
   前記スポット光の照射状態が所定の条件を満たす場合は、前記スポット光の照射のオンの前後で前記スポット光の照射のオフでの前記複数の撮像部のうちのいずれか１つの撮像部によって撮像された一対の前記測定対象の間における前記測定対象の動きが所定の第２範囲内である場合を含むこと
   を特徴とする植物育成指標測定方法。

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