JP6988898B2 - 植物生育指標算出方法、植物生育指標算出プログラム及び植物生育指標算出システム - Google Patents

Description

本発明は、植物生育指標算出方法、植物生育指標算出プログラム及び植物生育指標算出システムに関し、特に、太陽光の光強度情報や植物や圃場に関する補正情報を利用して植物生育指標を算出する植物生育指標算出方法、植物生育指標算出プログラム及び植物生育指標算出システムに関する。

農業では、高品質及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、現状の植物の生育状態が判定されるが、従来は、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）を用いて植物の生育状態を判定していた。しかしながら、このような葉色板を用いた植物の生育状態の判定では、主観的な判定となり、農業の工業化に適さないため、近年では、客観的な判定が可能な種々の装置の研究、開発が行われている。

例えば、下記特許文献１には、植物の生育度を光学的に測定する装置が開示されている。この植物の生育度測定装置は、植物により反射された太陽光を入射させて分光し、２種以上の特定波長の光の反射強度を測定する第１の受光部と、太陽光を直接入射させて前記第１の受光部と同一波長の光に分光し、参照光としてその受光強度を測定する第２の受光部と、前記第１の受光部で検出した特定波長の反射強度を前記第２の受光部で検出した参照光の受光強度を基に補正し、補正された反射強度を基に、測定植物の葉色（ＳＰＡＤ値）、草丈、乾物重、（草丈×茎数）、｛草丈×葉色（ＳＰＡＤ値）｝及び｛草丈×茎数×葉色（ＳＰＡＤ値）｝の少なくとも１つを求める演算部と、を備える。

特許第４２４３０１４号公報

特許文献１に開示された測定装置では、植物に入射する太陽光の入射光強度と植物で反射する太陽光の反射光強度とを求め、入射光強度に対する反射光強度から植物の生育状態を推定することができ、可視光と赤外光のような２種以上の特定波長の光の反射光を利用することによって、植物生育指標の算出精度を高めることができる。

しかしながら、上記手法では、測定対象の植物の特性や当該植物を生育する圃場の特性を考慮していないため、様々な特性（例えば、土壌の状態、水面の割合）の圃場に、様々な特性（例えば、品種、植付間隔、植付深度、植被率）の植物を生育する場合、必ずしも植物生育指標を適切に算出できるとは限らず、植物生育指標の算出精度を高めるために補正が必要になる。

前述のように、植物の生育状態は、入射光強度に対する反射光強度から推定することができるが、入射光つまり太陽光の成分によって反射光の特性が異なることが知られている。この太陽光の成分とは、直達成分と散乱成分であり、特に直達成分は正反射成分に大きく影響を与えるため、直達成分と散乱成分とが混在した入射光強度を用いて生育状態を推定すると、推定精度が低下する恐れがある。また、快晴時に比べて、太陽に雲がかかる天候では、雲のかかり具合によって直達成分と散乱成分の比率が変化するため、直達成分と散乱成分とが混在した入射光強度を用いて生育状態を推定すると、推定精度が低下する恐れがある。

この問題に対して、特許文献１に開示された測定装置では、太陽光を分光してスペクトルを取得しているが、各々の特定波長の光の反射強度は、直達成分と散乱成分とを合わせたデータであるため、生育状態の推定精度の低下を抑制することはできない。また、この方法では、天候変化に対する直達成分と散乱成分の比率は得られないため、生育状態の推定精度の低下を抑制することはできない。

また、直達成分と散乱成分とを分離する装置も販売されている（例えば、株式会社プリード社のローティングシャドウブレードPRB-100）。この装置は遮蔽ブレードを備え、設置位置の緯度に合わせて傾いた状態で遮蔽ブレードを間欠駆動させることにより、全天日射と散乱日射とを同時に測定することができる。しかしながら、この装置は全天日射計を用いるため、広角のレンズを用いなくてはならない。そのため、レンズ周辺の特性によって変化する情報を補正する必要があり、処理が複雑になる。また、使用目的上、基本的に装置は常設されるため、装置の設置後に緯度経度を正確に求め、遮光ブレードの制御位置を算出する必要がある。そのため、装置の設置位置を変更する度にキャリブレーションが必要となり、操作が煩雑になる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、植物における生育の度合いを表す植物生育指標を適切に算出することができる植物生育指標算出方法、植物生育指標算出プログラム及び植物生育指標算出システムを提供することにある。

本発明の一側面は、制御装置と、前記制御装置の指示に基づいて、複数の葉を持つ測定対象の反射光強度を測定する反射光測定装置と、前記制御装置の指示に基づいて、太陽光の光強度を測定する太陽光測定装置と、を含むシステムにおける植物生育指標算出方法であって、前記反射光測定装置が、第１波長及び前記第１波長とは異なる第２波長で前記測定対象の反射光強度を測定する第１処理と、前記太陽光測定装置が、第３波長及び前記第３波長とは異なる第４波長で前記太陽光の光強度を測定する第２処理と、前記制御装置が、前記反射光測定装置から取得した前記測定対象の反射光強度情報と前記太陽光測定装置から取得した前記太陽光の光強度情報とを用いて、前記測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を算出する第３処理と、を実行し、前記第３処理では、前記太陽光の光強度情報を直達成分と散乱成分とに分離し、前記直達成分と前記散乱成分とに基づいて、前記測定対象の反射光強度情報を補正して、前記植物生育指標を算出し、前記太陽光測定装置は、入射した太陽光を散乱反射する散乱反射板と、前記散乱反射板に対向配置された受光部と、前記散乱反射板に入射する太陽光を遮蔽する光遮蔽部と、を有し、前記第２処理では、前記散乱反射板に入射する太陽光が前記光遮蔽部によって遮蔽された状態で前記受光部に入射する太陽光の光量ＱＡと、前記散乱反射板に入射する太陽光が前記光遮蔽部によって遮蔽されない状態で前記受光部に入射する太陽光の光量ＱＢと、を測定し、前記第３処理では、前記光量ＱＡを前記受光部に入射する太陽光の光量のうちの前記散乱成分に設定し、前記光量ＱＢから前記光量ＱＡを減算した光量ＱＣを前記受光部に入射する太陽光の光量のうちの前記直達成分に設定する。

本発明の一側面は、制御装置と、前記制御装置の指示に基づいて、複数の葉を持つ測定対象の反射光強度を測定する反射光測定装置と、前記制御装置の指示に基づいて、太陽光の光強度を測定する太陽光測定装置と、を含むシステムにおける前記制御装置で動作する植物生育指標算出プログラムであって、前記制御装置に、前記反射光測定装置から、第１波長及び前記第１波長とは異なる第２波長で測定した前記測定対象の反射光強度情報を取得する第１処理、前記太陽光測定装置から、第３波長及び前記第３波長とは異なる第４波長で測定した前記太陽光の光強度情報を取得する第２処理、前記測定対象の反射光強度情報と前記太陽光の光強度情報とを用いて、前記測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を算出する第３処理、を実行させ、前記第３処理では、前記太陽光の光強度情報を直達成分と散乱成分とに分離し、前記直達成分と前記散乱成分とに基づいて、前記測定対象の反射光強度情報を補正して、前記植物生育指標を算出し、前記太陽光測定装置は、入射した太陽光を散乱反射する散乱反射板と、前記散乱反射板に対向配置された受光部と、前記散乱反射板に入射する太陽光を遮蔽する光遮蔽部と、を有し、前記第３処理では、前記太陽光測定装置から、前記散乱反射板に入射する太陽光が前記光遮蔽部によって遮蔽された状態で前記受光部に入射する太陽光の光量ＱＡと、前記散乱反射板に入射する太陽光が前記光遮蔽部によって遮蔽されない状態で前記受光部に入射する太陽光の光量ＱＢと、を取得し、前記光量ＱＡを前記受光部に入射する太陽光の光量のうちの前記散乱成分に設定し、前記光量ＱＢから前記光量ＱＡを減算した光量ＱＣを前記受光部に入射する太陽光の光量のうちの前記直達成分に設定する。

本発明の一側面は、制御装置と、前記制御装置の指示に基づいて、複数の葉を持つ測定対象の反射光強度を測定する反射光測定装置と、前記制御装置の指示に基づいて、太陽光の光強度を測定する太陽光測定装置と、を含む植物生育指標算出システムであって、前記反射光測定装置は、第１波長及び前記第１波長とは異なる第２波長で前記測定対象の反射光強度を測定可能であり、前記太陽光測定装置は、第３波長及び前記第３波長とは異なる第４波長で前記太陽光の光強度を測定可能であり、前記制御装置は、前記反射光測定装置から取得した前記測定対象の反射光強度情報と前記太陽光測定装置から取得した前記太陽光の光強度情報とを用いて、前記測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を算出する演算部を備え、前記演算部は、前記太陽光の光強度情報を直達成分と散乱成分とに分離し、前記直達成分と前記散乱成分とに基づいて、前記測定対象の反射光強度情報を補正して、前記植物生育指標を算出し、前記太陽光測定装置は、入射した太陽光を散乱反射する散乱反射板と、前記散乱反射板に対向配置された受光部と、前記散乱反射板に入射する太陽光を遮蔽する光遮蔽部と、を有し、前記散乱反射板に入射する太陽光が前記光遮蔽部によって遮蔽された状態で前記受光部に入射する太陽光の光量ＱＡと、前記散乱反射板に入射する太陽光が前記光遮蔽部によって遮蔽されない状態で前記受光部に入射する太陽光の光量ＱＢと、を測定し、前記演算部は、前記光量ＱＡを前記受光部に入射する太陽光の光量のうちの前記散乱成分に設定し、前記光量ＱＢから前記光量ＱＡを減算した光量ＱＣを前記受光部に入射する太陽光の光量のうちの前記直達成分に設定する。

本発明の植物生育指標算出方法、植物生育指標算出プログラム及び植物生育指標算出システムによれば、植物における生育の度合いを表す植物生育指標を適切に算出することができる。

その理由は、制御装置と、制御装置の指示に基づいて複数の葉を持つ測定対象の反射光強度を測定する反射光測定装置と、制御装置の指示に基づいて太陽光の光強度を測定する太陽光測定装置と、を含むシステムにおいて、以下の処理を実行するからである。すなわち、反射光測定装置が、第１波長及び第２波長で測定対象の反射光強度を測定する第１処理と、太陽光測定装置が、第３波長及び第４波長で太陽光の光強度を測定する第２処理と、制御装置が、反射光測定装置から取得した測定対象の反射光強度情報と太陽光測定装置から取得した太陽光の光強度情報とを用いて、測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を算出する第３処理と、を実行し、第３処理では、太陽光の光強度情報、測定対象及び測定対象を生育する圃場のうち少なくとも一に関する補正情報に基づいて、測定対象の反射光強度を補正して、植物生育指標を算出するからである。

本発明の第１の実施例に係る植物生育指標算出システムの一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施例に係る植物生育指標算出システムの他の例を示す模式図である。 本発明の第１の実施例に係る植物生育指標算出システムの他の例を示す模式図である。 本発明の第１の実施例に係る植物生育指標算出システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例に係る植物生育指標算出システムにおける太陽光測定装置の外観構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施例に係る植物生育指標算出システムにおける太陽光測定装置の構成を示す三面図（正面図）である。 本発明の第１の実施例に係る植物生育指標算出システムにおける太陽光測定装置の構成を示す三面図（側面図）である。 本発明の第１の実施例に係る植物生育指標算出システムにおける太陽光測定装置の構成を示す三面図（平面図）である。 本発明の第１の実施例に係る制御部の動作（生育指標算出処理）を示すフローチャー卜図である。 本発明の第２の実施例に係る植物生育指標算出システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例に係る植物生育指標の算出時に利用する補正情報（品種情報）を示すテーブルである。 本発明の第２の実施例に係る植物生育指標の算出時に利用する補正情報（植付間隔に関する植付情報）を示すテーブルである。 本発明の第２の実施例に係る植物生育指標の算出時に利用する補正情報（植付深度に関する植付情報）を示すテーブルである。 本発明の第２の実施例に係る植物生育指標の算出時に利用する補正情報（植被率情報）を示すテーブルである。 本発明の第２の実施例に係る植物生育指標の算出時に利用する補正情報（土壌情報）を示すテーブルである。 本発明の第２の実施例に係る植物生育指標の算出時に利用する補正情報（水面情報）を示すテーブルである。 従来の測定装置の外観構成（側面図）を示す図である。 従来の測定装置の外観構成（平面図）を示す図である。

背景技術で示したように、農業では、高品質及び安定多収穫な農作物の植物を育てるために施肥管理を適切に実施する必要があり、植物の生育度を光学的に測定する装置が提案されている。この測定装置では、植物に入射する太陽光の入射光強度と植物で反射する太陽光の反射光強度とを求め、入射光強度に対する反射光強度から植物の生育状態を推定することができ、可視光と赤外光のような２種以上の特定波長の光の反射光を利用することによって、植物生育指標の算出精度を高めることができる。

しかしながら、上記手法は一般的な特性を有する圃場に一般的な特性を有する植物を生育する場合を前提にしているため、様々な特性（例えば、土壌の状態、水面の割合）の圃場に、様々な特性（例えば、品種、植付間隔、植付深度、植被率）の植物を生育する場合、必ずしも植物生育指標を適切に算出できるとは限らない。

例えば、植物の品種特有の物理特性によって植物での反射光強度は変化するが、植物生育指標の算出に際して、植物の品種は考慮されていない。また、植物の植付状態（例えば、植付間隔や植付深度）によって、特に生育が進むに従って植物の密集度が増加して植物での反射光強度も増加するが、植物生育指標の算出に際して、植物の植付状態は考慮されていない。また、植物の生育が進むに従って株の太さ及び葉の量が増加し、土壌に対する葉の面積比率（植被率）が増加して植物での反射光強度も増加するが、植物生育指標の算出に際して、植被率の変化は考慮されていない。また、測定される反射光強度は、太陽光が植物に直接入射した光の反射成分のみならず、土壌や水面での反射成分や、土壌や水面で反射して植物に入射した光の成分もあるため、土壌の状態や水面の割合によって反射光強度は変化するが、植物生育指標の算出に際して、土壌の状態や水面の割合は考慮されていない。そのため、植物生育指標の算出精度を高めるために補正が必要になる。

また、太陽光は直達成分と散乱成分とを含み、太陽光の成分によって生育状態の推定精度が変動する。特に、直達成分は正反射成分に大きく影響を与え、反射光強度が変動することによって生育状態の推定精度を低下させる恐れがある。また、天候が変化した場合も直達成分と散乱成分の比率が変化するため、生育状態の推定精度を低下させる恐れがある。

この問題に対して、特許文献１に開示された測定装置は、植物により反射された太陽光を入射させて分光し、２種以上の特定波長の光の反射強度を測定し、太陽光を直接入射させて分光し、参照光としてその受光強度を測定し、特定波長の反射強度を参照光の受光強度を基に補正し、補正された反射強度を基に、植物の生育度を求めているが、この手法で取得する太陽光スペクトルは直達成分と散乱成分を合わせたデータであるため、生育状態の推定精度の低下を抑制することができない。また、天候変化に対する直達成分と散乱成分の比率は得られないため、生育状態の推定精度の低下を抑制することができない。

また、遮蔽ブレードを間欠駆動させることにより直達成分と散乱成分とを分離する装置（例えば、図１５Ａ、１５Ｂに側面図及び平面図を示す測定装置）も販売されているが、この装置は全天日射計を用いるため、広角のレンズを用いなくてはならず、レンズ周辺の特性によって変化する情報を補正する必要があり、処理が複雑になる。また、装置の設置後に緯度経度を正確に求め、遮光ブレードの制御位置を算出しなければならず、装置の設置位置を変更する度にキャリブレーションが必要となり、操作が煩雑になる。

そこで、本発明の一実施の形態では、制御装置と、制御装置の指示に基づいて、複数の葉を持つ測定対象の反射光強度を測定する反射光測定装置と、制御装置の指示に基づいて、太陽光の光強度を測定する太陽光測定装置と、を含むシステムにおいて、反射光測定装置が、第１波長及び第１波長とは異なる第２波長で測定対象の反射光強度を測定すると共に、太陽光測定装置が、第３波長及び第３波長とは異なる第４波長で太陽光の光強度を測定し、制御装置が、反射光測定装置から取得した測定対象の反射光強度情報と太陽光測定装置から取得した太陽光の光強度情報とを用いて、測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を算出する際に、太陽光の光強度情報、測定対象及び測定対象を生育する圃場のうち少なくとも一に関する補正情報に基づいて、測定対象の反射光強度情報を補正して、植物生育指標を算出する。

一例として、植物生育指標を算出する際に、制御装置は、太陽光の光強度情報を直達成分と散乱成分とに分離し、直達成分と散乱成分とに基づいて、測定対象の反射光強度情報を補正し、測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を算出する。

具体的には、太陽光測定装置に、入射した太陽光を散乱反射する（好ましくは理想的なランバート反射特性を有する）散乱反射板と、散乱反射板に対して所定の位置に設置された受光部と、散乱反射板に対して入射する太陽光を遮蔽することができる光遮蔽部とを設け、太陽光測定装置は、散乱反射板に入射する太陽光が光遮蔽部によって遮蔽された状態で受光部に入射する太陽光の光量ＱＡと、散乱反射板に入射する太陽光が光遮蔽部によって遮蔽されない状態で受光部に入射する太陽光の光量ＱＢとを測定する。制御装置は、光量ＱＡを太陽光の受光部に入射する光量のうちの散乱成分に設定し、光量ＱＢから光量ＱＡを減算した光量ＱＣを太陽光の受光部に入射する光量のうちの直達成分に設定する。そして、制御装置は、植物生育指標を算出する際に、直達成分と散乱成分とに基づいて反射光強度を補正する。なお、制御装置は、植物生育指標を算出する際に直達成分と散乱成分とに基づいて拡散度を算出してもよく、また、制御装置は、太陽光測定装置の設置位置の経度及び緯度と、太陽光測定装置が太陽光の光強度を測定した日時情報と、に基づいて、太陽高度を算出し、測定対象の反射光強度情報と、太陽光の直達成分及び散乱成分、又は、拡散度と、太陽高度と、に基づいて、植物生育指標を算出してもよい。

このように、太陽光の光強度情報を直達成分と散乱成分とに分離し、植物生育指標を算出する際に、直達成分のみ依存する情報は直達成分を用いて計算することにより、植物生育指標における太陽光の影響を簡便かつ適切に判断することができる。

他の例として、測定対象及び測定対象を生育する圃場のうち少なくとも一方に関する補正情報を予め作成しておき、制御装置は、植物生育指標を算出する際に、この補正情報に基づいて、測定対象の反射光強度情報を補正して、測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を算出する。この補正情報は、例えば、植物の品種に応じた反射光強度を示す品種情報、植物の植付間隔及び植付深度のうち少なくとも一方に応じた反射光強度を示す植付情報、圃場の土壌の状態に応じた反射光強度を示す土壌情報、圃場における水面の割合に応じた反射光強度を示す水面情報の少なくとも１つであり、植物の品種と植物の植付間隔及び植付深度のうち少なくとも一方とから算出される、土壌に対する葉の面積比率を規定する植被率に応じた反射光強度を示す植被率情報を含んでいてもよい。具体的には、植物の品種、植付間隔、植付深度、植被率、土壌の状態、水面の割合など各要素を変化させた時の反射光強度を予め取得して補正情報を作成しておく。例えば、品種が異なる複数のサンプルを用いた実験等によって、各々の品種での反射光強度を測定して記憶したり、複数の植付間隔や植付深度のサンプルを用いた実験等によって、各々の植付間隔や植付深度での反射光強度を測定して記憶したり、複数の土壌サンプルを用いた実験等によって、各々の土壌の状態での反射光強度を測定して記憶したり、複数の水面の割合のサンプルを用いた実験等によって、各々の水面の割合での反射光強度を測定して記憶したりする。

そして、反射光測定装置が測定対象の反射光強度（第１波長及び第２波長の２波長の反射光強度）を測定すると共に、太陽光測定装置が太陽光の光強度（第３波長及び第４波長の２波長の光強度）を測定し、制御装置が、反射光測定装置から取得した測定対象の反射光強度情報と太陽光測定装置から取得した太陽光の光強度情報とを用いて、測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を算出する。この際に、制御装置は、予め記憶した補正情報に基づいて、測定対象の反射光強度を補正して、植物生育指標を算出する。具体的には、予め記憶した補正情報を参照して、上記要素のうち少なくとも１つに対して、補正情報のうち測定対象及び圃場の少なくとも一方に対応する反射光強度を予め定めた基準に対応する反射光強度に合わせるための補正量を算出し、算出した補正量を用いて測定対象の反射光強度を補正して、植物生育指標を算出する。

これにより、様々な特性の圃場に様々な特性の植物を生育する場合において、植物生育指標を適切に算出することができる。

上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係る植物生育指標算出方法、植物生育指標算出プログラム及び植物生育指標算出システムについて、図１乃至図７を参照して説明する。図１乃至図３は、本実施例の植物生育指標算出システムの一例を示す模式図であり、図４は、本実施例の植物生育指標算出システムの構成を示すブロック図、図５は、本実施例の太陽光測定装置の外観構成を示す斜視図、図６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、本実施例の太陽光測定装置の構成を示す三面図（正面図、側面図、平面図）である。また、図７は、本実施例の制御部の動作（生育指標算出処理）を示すフローチャー卜図である。

図１に示すように、本実施例の植物生育指標算出システム１０は、第１波長及び第１波長とは異なる第２波長で複数の葉を持つ測定対象の反射光の光強度を測定する反射光測定装置１１と、第３波長及び第３波長とは異なる第４波長で太陽光の光強度を測定する太陽光測定装置１２と、測定対象の反射光の光強度情報と太陽光の光強度情報とに基づいて、測定対象の植物生育指標を求める制御装置１３と、を含み、これらが、遠隔操縦又は自律式のマルチコプター又は無人航空機（いわゆるドローン）などの飛行体に搭載されて構成される。

図１の構成の場合、植物生育指標算出システム１０は、図４に示すように、反射光測定部２０（図１の反射光測定装置１１に対応）と、ＧＰＳ（Global Positioning System）部２１と、方位計２２と、傾斜計２３と、太陽光測定部３０（図１の太陽光測定装置１２に対応）と、制御部４０（図１の制御部１３に対応）と、記憶部５０と、時計部６０と、Ｉ／Ｆ部７０と、電源部８０などで構成される。

なお、図１では、反射光測定装置１１と太陽光測定装置１２と制御装置１３とが一体的に構成され、空撮可能な飛行体に搭載されるシステムを例示したが、植物生育指標算出システム１０を、反射光測定装置１１と太陽光測定装置１２とが別々に構成され、反射光測定装置１１は空撮可能な飛行体に装着され、太陽光測定装置１２は地上に設置される飛行体に搭載されるシステムとしてもよい。例えば、図２に示すように、反射光測定装置１１と太陽光測定装置１２とが飛行体に搭載され、制御装置１３が独立した装置として構成されるシステムとしてもよい。図２の構成の場合、反射光測定装置１１は、制御装置１３の指示に基づいて測定対象の反射光の光強度を測定し、太陽光測定装置１２は、制御装置１３の指示に基づいて太陽光の光強度を測定し、制御装置１３は、反射光測定装置１１から測定対象の反射光強度情報を取得すると共に、太陽光測定装置１２から太陽光強度情報を取得し、これらを用いて測定対象の植物生育指標を算出する。

また、図３に示すように、植物生育指標算出システム１０を、反射光測定装置１１と太陽光測定装置１２と制御装置１３とが別々の装置として構成されるシステムとしてもよい。図３の構成の場合、反射光測定装置１１が飛行体に搭載され、制御装置１３の指示に基づいて測定対象の反射光の光強度を測定し、太陽光測定装置１２が地上に設置され、制御装置１３の指示に基づいて太陽光の光強度を測定（好ましくは、太陽光を直達成分と散乱成分とに分離できるように測定）する。また、制御装置１３は、反射光測定装置１１から測定対象の反射光強度情報を取得すると共に、太陽光測定装置１２から太陽光強度情報を取得し、これらを用いて測定対象の植物生育指標を算出する。

例えば、図３の構成の場合、反射光測定装置１１は、反射光測定部２０とＧＰＳ部２１と方位計２２と傾斜計２３とＩ／Ｆ部７０と電源部８０の機能を備え、太陽光測定装置１２は、図４に示す、太陽光測定部３０とＩ／Ｆ部７０と電源部８０の機能を備えていてもよい。また、制御装置１３は、図４に示す、制御部４０と時計部６０と記憶部５０とＩ／Ｆ部７０と電源部８０の機能を備えるコンピュータ装置であってもよい。

以下、図１の構成を前提にして、植物生育指標算出システム１０の各部の動作について説明する。

反射光測定部２０は、制御部４０に接続され、制御部４０の制御に従い、測定対象の反射光の光強度を互いに異なる第１波長及び第２波長で測定する装置であり、その測定結果を反射光強度情報として制御部４０へ出力する。この第１波長及び第２波長は、求める植物生育指標に応じて適宜設定可能であり、例えば、ＮＤＶＩ（Normalized Difference Vegetation Index）値を求める場合には、６５０ｎｍ近辺の可視光の波長及び７５０ｎｍ以上の赤外光の波長とすることができる。

具体的には、反射光測定部２０は、可視光の画像（可視画像）を生成する第１可視撮像部と、赤外光の画像（赤外画像）を生成する第１赤外撮像部と、を備え、可視光の画像データ及び赤外光の画像データを反射光強度情報として制御部４０へ出力する。第１可視撮像部は、いわゆる可視カメラ等であり、例えば、波長６５０ｎｍを中心波長とする比較的狭帯域で光を透過する第１バンドパスフィルタ、第１バンドパスフィルタを透過した測定対象の可視光の光学像を所定の結像面上に結像する第１結像光学系、第１結像面に受光面が一致するように配置され、測定対象の可視光の光学像を電気的な信号に変換する第１イメージセンサ、第１イメージセンサの出力に対して公知の画像処理を施して可視光の第１画像データＲｖを生成する第１デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）などで構成され、第１画像データＲｖを制御部４０へ出力する。また、第２赤外撮像部は、いわゆる赤外カメラ等であり、例えば、波長８００ｎｍを中心波長とする比較的狭帯域で光を透過する第２バンドパスフィルタ、第２バンドパスフィルタを透過した測定対象の赤外光の光学像を所定の結像面上に結像する第２結像光学系、第２結像面に受光面が一致するように配置され、測定対象の赤外光の光学像を電気的な信号に変換する第２イメージセンサ、第２イメージセンサの出力に対して公知の画像処理を施して赤外光の第２画像データＲｉを生成する第２ＤＳＰなどで構成され、第２画像データＲｉを制御部４０へ出力する。

なお、上記では、反射光測定部２０が第１可視撮像部及び第１赤外撮像部を備える構成としたが、反射光測定部２０は、赤色の光を受光するＲ画素、緑色の光を受光するＧ画素、青色の光を受光するＢ画素及び赤外の光を受光するＩＲ画素を２行２列に配列した単位配列を持つイメージセンサ（ＲＧＢＩｒイメージセンサ）や、白色の光を受光するＷ画素、黄色の光を受光するＹ画素、赤色の光を受光するＲ画素及び赤外の光を受光するＩＲ画素を２行２列に配列した単位配列を持つイメージセンサ（ＷＹＲＩｒイメージセンサ）等の１つの撮像部を備える構成としてもよい。また、反射光測定部２０は、分光器を備える構成としてもよい。

ＧＰＳ部２１は、制御部４０に接続され、制御部４０の制御に従い、地球上の現在位置を測定するための衛星測位システムによって、当該植物生育指標算出システム１０の位置（図２及び図３の構成の場合は反射光測定装置１１の位置）を測定する装置であり、その測位結果（緯度Ｘ、経度Ｙ、高度Ｚ）を制御部４０へ出力する。なお、ＧＰＳ部２１は、ＤＧＳＰ（Differential ＧＳＰ）等の誤差を補正する補正機能を持ったＧＰＳとしてもよい。

方位計（コンパス）２２は、制御部４０に接続され、制御部４０の制御に従い、地磁気等に基づいて方位を測定することによって、当該植物生育指標算出システム１０の測定方向の方位（図２及び図３の構成の場合は反射光測定装置１１の測定方向の方位）を測定する装置であり、測定した方位φＣを制御部４０へ出力する。この方位φＣは、北を０度、東を９０度、南を１８０度、西を２７０度として表される。

傾斜計２３は、制御部４０に接続され、制御部４０の制御に従い、傾斜を測定することによって、当該植物生育指標算出システム１０の測定方向の角度（図２及び図３の構成の場合は反射光測定装置１１の測定方向の角度）を測定する装置であり、測定した角度βを制御部４０へ出力する。

太陽光測定部３０は、制御部４０に接続され、制御部４０の制御に従い、太陽光の光強度を互いに異なる第３波長及び第４波長で測定する装置であり、その測定結果を太陽光の光強度情報として制御部４０へ出力する。この第３波長及び第４波長は、求める植物生育指標に応じて適宜設定することができるが、本実施例では、第３波長は前記した第１波長、第４波長は前記した第２波長としている。また、太陽光測定部３０は、反射光測定部２０の第１可視撮像部と同様の構成の第２可視撮像部と、反射光測定部２０の第１赤外撮像部と同様の構成の第２赤外撮像部と、を備え、可視光の画像データ及び赤外光の画像データを太陽光の光強度情報として制御部４０へ出力する。具体的には、第２可視撮像部は、可視光の第３画像データＳｖを生成して制御部４０へ出力し、第２赤外撮像部は、赤外光の第４画像データＳｉを生成して制御部４０へ出力する。

図５は、太陽光測定部３０の外観構成を示す斜視図、図６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、太陽光測定部３０の構成を示す三面図（正面図、側面図、平面図）である。図５及び図６Ａ、６Ｂ、６Ｃに示すように、本実施例の太陽光測定部３０は、入射した太陽光を散乱反射する（好ましくは理想的なランバート反射特性を有する）散乱反射板３１と、散乱反射板３１に対して所定の位置に設置された受光部３２（第２可視撮像部及び第２赤外撮像部）と、散乱反射板３１に対して入射する太陽光を遮蔽することができる光遮蔽部３３と、これらを保持する筐体３４及び支柱３５などを備える。散乱反射板３１は筐体３４に支持され、受光部３２は支柱３５に支持され、これらは中心軸が一致するように対向配置（各々の面が水平になるように対向配置）される。また、光遮蔽部３３は、筐体３４及び支柱３５によって、散乱反射板３１及び受光部３２の中心軸を回転軸Ｏとして回転可能に支持され、筐体３４の内部に配置されたモータによって等速で回転する（好ましくは１８０度の正回転／逆回転を繰り返す）。光遮蔽部３３は回転軸Ｏを挟んで対向する２つの部位を備えており、これらの部位は、回転角に応じて散乱反射板３１に入射する太陽光を遮蔽し、当該太陽光の量を変化させるよう配置されている。すなわち、太陽光測定部３０は、太陽と散乱反射板３１とを結ぶ直線上に光遮蔽部３３が配置される第１状態と、太陽と散乱反射板３１とを結ぶ直線上に光遮蔽部３３が配置されない第２状態と、を選択的に作成可能な構造を有する。

そして、光遮蔽部３３の一方の部位が略北側になるように設置し、光遮蔽部３３を回転させながら散乱反射板３１で反射した光を受光部３２で撮像する。具体的には、第３波長及び第４波長の各々に対して、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽された状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＡと、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽されない状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＢとを測定する。ここで、光量ＱＢから光量ＱＡを減算した値を光量ＱＣとすると、光量ＱＡは、受光部３２に入射する光量のうちの散乱成分となり、光量ＱＣは、受光部３２に入射する光量のうちの直達成分となる。

制御部４０は、植物生育指標算出システム１０の各部を制御して植物生育指標を求める。制御部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びその周辺回路を備えて構成される。ＣＰＵでコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラム（植物生育指標算出プログラム）が実行されることにより、制御部４０は、情報取得部４１、太陽角度演算部４２、太陽方向演算部４３、拡散度演算部４４、葉密度演算部４５及び生育指標演算部４６として機能する。

情報取得部４１は、反射光測定部２０に可視光の第１画像データＲｖ及び赤外光の第２画像データＲｉ（反射光強度情報）を生成させ、反射光測定部２０から可視光の第１画像データＲｖ及び赤外光の第２画像データＲｉを取得する。また、情報取得部４１は、太陽光測定部３０に可視光の第３画像データＳｖ及び赤外光の第４画像データＳｉ（太陽光の光強度情報）を生成させ、太陽光測定部３０から可視光の第３画像データＳｖ及び赤外光の第４画像データＳｉを取得する。その際、情報取得部４１は、第３画像データＳｖ及び第４画像データＳｉの各画素の光強度を、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽された状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＡと、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽されない状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＢと、に分離して取得する。

太陽角度演算部４２は、ＧＰＳ部２１で取得した緯度Ｘ及び経度Ｙと、時計部６０で計測した年月日時分（日時情報Ｔと呼ぶ。）と、に基づいて、公知の手法によって、太陽角度αを求める。例えば、まず、１月１日からの通し日数ｄｎからθ０＝２π（ｄｎ−１）／３６５によってθ０を求める。次に、下記の式１によって太陽赤緯δを求め、式２によって均時差Ｅｑを求める。次に、式３によって、日本標準時間ＪＳＴから太陽の時角ｈを求める。そして、式４によって太陽高度Ａを求め、太陽角度α＝π／２−太陽高度Ａから太陽角度αを求める。

δ＝０．００６９１８−０．３９９９１２ｃｏｓ（θ０）＋０．０７０２５７ｓｉｎ（θ０）−０．００６７５８ｃｏｓ（２θ０）−０．０００９０７ｓｉｎ（２θ０）−０．００２６９７ｃｏｓ（３θ０）−０．００１４８０ｓｉｎ（３θ０） … （式１）
Ｅｑ＝０．００００７５＋０．００１８６８ｃｏｓ（θ０）＋０．０３２０７７ｓｉｎ（θ０）−０．００１４６１５ｃｏｓ（２θ０）−０．０４０８４９ｓｉｎ（２θ０） … （式２）
ｈ＝（ＪＳＴ−１２）π／１２＋標準子午線からの経度差＋均時差Ｅｑ … （式３）
Ａ＝ａｒｃｓｉｎ［ｓｉｎ（Ｙ）ｓｉｎ（δ）＋ｃｏｓ（Ｙ）ｃｏｓ（δ）ｃｏｓ（ｈ）］ … （式４）

太陽方向演算部４３は、ＧＰＳ部２１で取得した緯度Ｘ及び経度Ｙと、時計部６０で計った日時情報Ｔと、に基づいて、公知の手法によって、太陽方位φ１を求める。具体的には、下記の式５によって太陽方位φ１を求める。この求めた太陽方位φ１と方位計２２で求めた反射光測定部２０の測定方向の方位φＣと、に基づいて、太陽方向φを求める。具体的には、太陽方向演算部４３は、方位計２２で測定した方位φＣと式５から求められる太陽方位φ１との差分として太陽方向φを求める（φ＝φ１−φＣ）。

φ１＝ａｒｃｔａｎ［ｃｏｓ（Ｙ）ｃｏｓ（δ）ｓｉｎ（ｈ）／［ｓｉｎ（Ｙ）ｓｉｎ（α）−ｓｉｎ（δ）］］ … （式５）

拡散度演算部４４は、太陽光測定部３０の測定結果に基づいて、拡散度Ｗを求める。例えば、拡散度演算部４４は、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽された状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＡと、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽されない状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＢとを用い、光量ＱＢから光量ＱＡを減算して光量ＱＣを求める。光量ＱＡは、受光部３２に入射する光量のうちの散乱成分となり、光量ＱＣは、受光部３２に入射する光量のうちの直達成分となり、拡散度Ｗは、光量ＱＡ／光量ＱＢ又は光量ＱＡ／光量ＱＣとなる。

葉密度演算部４５は、後述する生育情報記憶部５２に記憶された生育情報に基づいて葉密度を求める。例えば、前記生育情報が植え付け（例えば田植え）からの日数と葉密度Ｌとの対応関係を示す情報である場合は、葉密度演算部４５は、Ｉ／Ｆ部７０を介して取得された植え付けからの日数に対応する葉密度を生育情報記憶部５２に記憶された生育情報から求める。なお、植物生育指標算出システム１０は、外部からデータを入力するための入力部（例えばテンキーやキーボード等）をさらに備え、この入力部を介して植え付けからの日数を入力する構成としてもよい。

生育指標演算部４６は、情報取得部４１が取得した第１波長及び第２波長の反射光の光強度情報、第３波長及び第４波長の太陽光の光強度情報、太陽角度演算部４２で求めた太陽高度Ａ又は太陽角度αに基づいて、測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を求める。好ましくは、生育指標演算部４６は、更に、太陽方向演算部４３で求めた太陽方向φ、傾斜計２３で取得した測定角度β、葉密度演算部４５で求めた葉密度Ｌに基づいて、測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を求める。

この植物生育指標の算出に際して、本実施例の情報取得部４１は、太陽光の光強度情報を、直達成分と散乱成分とに分離して取得しているため、受光部３２に入射する光量の直達成分及び散乱成分（若しくは、拡散度演算部４４が算出した拡散度Ｗ）に基づいて反射光の光強度情報を補正することにより、植物生育指標を正確に算出することができる。例えば、植物生育指標としてＮＤＶＩを求める場合、赤外領域における測定データの反射率を「赤外反射率」、可視領域における測定データの反射率を「可視反射率」とすると、
ＮＤＶＩ＝（赤外反射率−可視反射率）／（赤外反射率＋可視反射率） … （式６）
反射率＝反射光強度／入射光強度 … （式７）
より、
ＮＤＶＩ＝（Ｒｉ／Ｓｉ−Ｒｖ／Ｓｖ）／（Ｒｉ／Ｓｉ＋Ｒｖ／Ｓｖ）
＝（Ｒｉ−Ｒｖ×Ｓｉ／Ｓｖ）／（Ｒｉ＋Ｒｖ×Ｓｉ／Ｓｖ） … （式８）
となる。

ここで、
Ｓｉ＝直達成分Ｓｉｄ＋散乱成分Ｓｉｓ … （式９）
Ｓｖ＝直達成分Ｓｖｄ＋散乱成分Ｓｖｓ … （式１０）
であるから、太陽高度Ａを用いると、
ＮＤＶＩ＝（Ｒｉ−Ｒｖ×（Ｓｉｄ×Ａ＋Ｓｉｓ）／（Ｓｖｄ×Ａ＋Ｓｖｓ））／（Ｒｉ＋Ｒｖ×（Ｓｉｄ×Ａ＋Ｓｉｓ）／（Ｓｖｄ×Ａ＋Ｓｖｓ）） … （式１１）
となる。

記憶部５０は、制御部４０に接続され、制御部４０の制御に従って、各種プログラム及び各種データを記憶する。上記各種プログラムには、例えば、当該植物生育指標算出システム１０の各部を制御する制御プログラムや、測定対象の植物生育指標を求める植物生育指標算出プログラム等が含まれる。また、上記各種データには、葉密度を求めるための生育情報等の、植物生育指標の演算に必要なデータが含まれる。記憶部５０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）等の記憶装置を備える。また、記憶部５０は、上記プログラムの実行中に生じるデータ等を記憶する、いわゆる制御部４０のワーキングメモリとなるＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える。なお、記憶部５０は、比較的大容量のＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等を備えても良い。

上記記憶部５０は、生育情報を記憶する生育情報記憶部５２を備える。この生育情報は、例えば、植え付け（例えば田植え）からの日数と葉密度Ｌとの対応関係を示す情報である。この植え付けからの日数に代え、日付、葉齢、平均草丈及び平均茎数のうちのいずれかが用いられても良い。この生育情報は、複数のサンプルから求めた平年値等に基づいて予め作成され、例えば、ルックアップテーブルとして生育情報記憶部５２に記憶される。

時計部６０は、制御部４０に接続され、制御部４０の制御に従って、年月日時分を計測し、計測した現在の日時情報Ｔを制御部４０へ出力する。

Ｉ／Ｆ部７０は、制御部４０に接続され、制御部４０の制御に従って、制御部４０と外部装置との間（図２の構成の場合は、反射光測定装置１１と制御装置１３、及び、太陽光測定装置１２と制御装置１３、図３の構成の場合は、反射光測定装置１１と制御装置１３、及び、太陽光測定装置１２と制御装置１３との間）でデータの入出力を行う回路である。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 Association）規格等の赤外線通信を行うインターフェース回路、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、Ｉ／Ｆ部７０は、有線又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（登録商標）環境等の通信ネットワークを介して外部装置と通信しても良い。

電源部８０は、植物生育指標算出システム１０の各部（図２の構成の場合は、反射光測定装置１１、太陽光測定装置１２、制御装置１３の各部）へ、各部に応じた電圧で電力を供給する回路である。

なお、図１乃至図４は、本実施例の植物生育指標算出システム１０の一例であり、その構成や制御は適宜変更可能である。例えば、植物生育指標算出システム１０は、必要に応じて、各種コマンドや各種データ等を入力する入力部を備えて良く、また、入力部で入力された各種コマンドや各種データ及び測定結果等を出力する出力部等を備えても良い。

次に、本実施例の植物生育指標算出システム１０の制御部４０（図２及び図３のシステムの構成の場合は制御装置１３）の動作について説明する。制御部４０のＣＰＵは、記憶部５０（ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等）などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶された植物生育指標算出プログラムを記憶部５０（ＲＡＭ）に展開して実行することにより、図７のフローチャート図に示す各ステップの処理を実行する。

まず、ユーザ（オペレータ）によって測定対象の群葉に反射光測定部２０が向くように、植物生育指標算出システム１０が配置される。ユーザによって電源スイッチがオンされると、制御部４０は、必要な各部の初期化を実行し、植物生育指標算出プログラムの実行によって、制御部４０は、情報取得部４１、太陽角度演算部４２、太陽方向演算部４３、拡散度演算部４４、葉密度演算部４５及び生育指標演算部４６として機能する。そして、植物生育指標算出システム１０は、次のように動作する。

図７に示すように、制御部４０（情報取得部４１）は、反射光測定部２０及び太陽光測定部３０から光強度情報を取得する（Ｓ１０１）。具体的には、制御部４０（情報取得部４１）は、反射光測定部２０に測定対象の反射光の光強度を測定させ、反射光測定部２０から可視光での第１画像データＲｖ及び赤外光での第２画像データＲｉを取得する。また、制御部４０（情報取得部４１）は、太陽光測定部３０に太陽光の光強度を測定させ、太陽光測定部３０から可視光での第３画像データＳｖ及び赤外光での第４画像データＳｉを取得する。その際、制御部４０（情報取得部４１）は、第３画像データＳｖ及び第４画像データＳｉの各画素の光強度として、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽された状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＡと、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽されない状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＢと、を取得する。

次に、制御部４０（情報取得部４１）は、ＧＰＳ部２１、方位計２２及び傾斜計２３から各種情報を取得する（Ｓ１０２）。具体的には、制御部４０（情報取得部４１）は、ＧＰＳ部２１から緯度Ｘ及び経度Ｙを取得する。また、制御部４０（情報取得部４１）は、方位計２２から方位φＣを取得する。また、制御部４０（情報取得部４１）は、傾斜計２３から測定角度βを取得する。

次に、制御部４０（情報取得部４１）は、時計部６０から日時情報Ｔを取得する（Ｓ１０３）。

次に、制御部４０（情報取得部４１）は、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽された状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＡと、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽されない状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＢと、を用い、光量ＱＢから光量ＱＡを減算した光量ＱＣを算出することによって、第３画像データＳｖ及び第４画像データＳｉを直達成分（Ｓｖｄ、Ｓｉｄ）と散乱成分（Ｓｖｓ、Ｓｉｓ）に分離する（Ｓ１０４）。

次に、制御部４０（拡散度演算部４４）は、拡散度Ｗを求める（Ｓ１０５）。具体的には、制御部４０（拡散度演算部４４）は、光量ＱＡを光量ＱＢで除算、又は、光量ＱＡを光量ＱＣで除算して拡散度Ｗを求める。

次に、制御部４０（太陽角度演算部４２）は、ＧＰＳ部２１で取得した緯度Ｘ及び経度Ｙ、ならびに、時計部６０で計った日時情報Ｔに基づいて、太陽高度Ａ又は太陽角度αを求める（Ｓ１０６）。

次に、制御部４０（太陽方向演算部４３）は、必要に応じて、方位計２２で測定した方位φＣ、ならびに、時計部６０で計った日時情報Ｔに基づいて、太陽とカメラの相対方向φを求める（Ｓ１０７）。

次に、制御部４０（葉密度演算部４５）は、必要に応じて、生育情報記憶部５１に記憶された生育情報Ｇと時計部６０で計った日時情報Ｔとに基づいて、植え付けからの日数に対応する葉密度Ｌを算出する（Ｓ１０８）。

次に、制御部４０（生育指標演算部４６）は、Ｓ１０４で求めた太陽光強度の直達成分及び散乱成分（又はＳ１０５で計算した拡散度Ｗ）に基づいて、Ｓ１０１で取得した測定対象の反射光強度を補正し、植物生育指標を算出する（Ｓ１０９）。具体的には、制御部４０（生育指標演算部４６）は、Ｓ１０１で取得した測定対象の反射光強度と、Ｓ１０４で求めた太陽光強度の直達成分及び散乱成分（又はＳ１０５で計算した拡散度Ｗ）と、Ｓ１０６で求めた太陽高度Ａ（又は太陽角度α）と、必要に応じて、Ｓ１０７で算出した太陽とカメラの相対方向φ及びＳ１０８で算出した葉密度Ｌに基づいて、植物生育指標を算出する。例えば、式１１に従い、測定対象の反射光強度と太陽光強度の直達成分及び散乱成分と太陽高度Ａとを用いて植物生育指標を算出することができる。

次に、制御部４０（生育指標演算部４６）は、Ｓ１０９で算出した植物生育指標をＳ１０３で取得した日時情報Ｔに対応付けて記憶部５０に記憶したり、Ｉ／Ｆ部７０を介して外部へ出力したりする（Ｓ１１０）。例えば、圃場の各位置の植物生育指標を記述したデータをＭＦＰ（Multi-Functional Peripherals）などの画像形成装置に出力して植物生育指標のマップを印刷できるようにしたり、外部のコンピュータ装置に出力して植物生育指標のマップを表示できるようにしたりする。

以上説明したように、本実施例では、太陽光の光強度情報を直達成分と散乱成分とに分離し、植物生育指標を算出する際に、直達成分のみ依存する情報は直達成分を用いて計算することにより、植物生育指標における太陽光の影響を適切に判断することができる。

次に、本発明の第２の実施例に係る植物生育指標算出方法、植物生育指標算出プログラム及び植物生育指標算出システムについて、図８乃至図１４を参照して説明する。図８は、本実施例の植物生育指標算出システムの構成を示すブロック図であり、図９乃至図１４は、本実施例の植物生育指標算出方法で利用するテーブルである。

前記した第１の実施例では、植物生育指標算出システム１０の制御部４０が、測定により得られた太陽光の光強度情報を直達成分と散乱成分とに分離し、植物生育指標を算出する際に、この直達成分と散乱成分とに基づいて測定対象の反射光強度情報を補正したが、本実施例では、植物生育指標算出システム１０の制御部４０が植物生育指標を算出する際に、測定対象及び／又は測定対象を生育する圃場に関する補正情報に基づいて、測定対象の反射光強度情報を補正する場合について説明する。なお、本実施例の植物生育指標算出システム１０は、実施例１と同様に図１乃至図３に示す構成とすることができるが、以下、図１の構成を前提にして、植物生育指標算出システム１０の各部の動作について説明する。図８に示すように、本実施例の植物生育指標算出システム１０は、実施例１と同様、反射光測定部２０（図１の反射光測定装置１１に対応）と、ＧＰＳ部２１と、方位計２２と、傾斜計２３と、太陽光測定部３０（図１の太陽光測定装置１２に対応）と、制御部４０（図１の制御部１３に対応）と、記憶部５０と、時計部６０と、Ｉ／Ｆ部７０と、電源部８０などで構成される。

この太陽光測定部３０は、図３の太陽光測定装置１２のように地上に設置される場合は、実施例１と同様、図５に示すような構造として、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽された状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＡと、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽されない状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＢとを測定することができる。ここで、光量ＱＢから光量ＱＡを減算した値を光量ＱＣとすると、光量ＱＡは、受光部３２に入射する光量のうちの散乱成分となり、光量ＱＣは、受光部３２に入射する光量のうちの直達成分となる。

制御部４０は、植物生育指標算出システム１０の各部を制御して植物生育指標を求める。制御部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びその周辺回路を備えて構成される。ＣＰＵでコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラム（植物生育指標算出プログラム）が実行されることにより、制御部４０は、実施例１と同様、情報取得部４１、太陽角度演算部４２、太陽方向演算部４３、拡散度演算部４４、葉密度演算部４５、生育指標演算部４６として機能する。

情報取得部４１は、反射光測定部２０から可視光の第１画像データＲｖ及び赤外光の第２画像データＲｉ（反射光強度情報）を取得する。また、情報取得部４１は、太陽光測定部３０から可視光の第３画像データＳｖ及び赤外光の第４画像データＳｉ（太陽光の光強度情報）を取得する。その際、太陽光測定部３０が図５に示す構造の場合は、情報取得部４１は、第３画像データＳｖ及び第４画像データＳｉの各画素の光強度を、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽された状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＡと、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽されない状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＢと、に分離して取得する。

太陽角度演算部４２は、ＧＰＳ部２１で取得した緯度Ｘ及び経度Ｙと、時計部６０で計測した年月日時分（日時情報Ｔと呼ぶ。）と、に基づいて、公知の手法によって、太陽角度αを求める。例えば、まず、１月１日からの通し日数ｄｎからθ０＝２π（ｄｎ−１）／３６５によってθ０を求める。次に、式１によって太陽赤緯δを求め、式２によって均時差Ｅｑを求める。次に、式３によって、日本標準時間ＪＳＴから太陽の時角ｈを求める。そして、式４によって太陽高度Ａを求め、太陽角度α＝π／２−太陽高度Ａから太陽角度αを求める。

太陽方向演算部４３は、ＧＰＳ部２１で取得した緯度Ｘ及び経度Ｙと、時計部６０で計った日時情報Ｔと、に基づいて、公知の手法によって、太陽方位φ１を求める。具体的には、式５によって太陽方位φ１を求める。この求めた太陽方位φ１と方位計２２で求めた反射光測定部２０の測定方向の方位φＣと、に基づいて、太陽方向φを求める。具体的には、太陽方向演算部４３は、方位計２２で測定した方位φＣと式５から求められる太陽方位φ１との差分として太陽方向φを求める（φ＝φ１−φＣ）。

拡散度演算部４４は、太陽光測定部３０の測定結果に基づいて、拡散度Ｗを求める。例えば、拡散度演算部４４は、第２可視撮像部で生成された可視光での第３画像データＳｖの標準偏差σｓｖを求め、この標準偏差σｓｖで所定係数Ｋを除算することで拡散度Ｗを求める。あるいは、例えば、拡散度演算部４４は、第２赤外撮像部で生成された赤外光での第４画像データＳｉの標準偏差σｓｉを求め、この標準偏差σｓｉで所定係数Ｋを除算することで拡散度Ｗを求める。上記所定係数Ｋは、雲がない快晴の場合に拡散度Ｗが０となり、曇天の場合に拡散度Ｗが１となるように正規化するための係数である。また、例えば、拡散度演算部４４は、反射光測定部２０のシャッタースピード（例えば第１可視撮像部のシャッタースピード）ｓｓを反射光測定部２０から取得し、このシャッタースピードｓｓをそのまま拡散度Ｗとすることもできる。また、太陽光測定部３０が図５に示す構造の場合は、拡散度演算部４４は、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽された状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＡと、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽されない状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＢとを用い、光量ＱＢから光量ＱＡを減算して光量ＱＣを求める。光量ＱＡは、受光部３２に入射する光量のうちの散乱成分となり、光量ＱＣは、受光部３２に入射する光量のうちの直達成分となり、拡散度Ｗは、光量ＱＡ／光量ＱＢ又は光量ＱＡ／光量ＱＣとなる。

葉密度演算部４５は、後述する生育情報記憶部５２に記憶された生育情報に基づいて葉密度を求める。例えば、前記生育情報が植え付け（例えば田植え）からの日数と葉密度Ｌとの対応関係を示す情報である場合は、葉密度演算部４５は、Ｉ／Ｆ部７０を介して取得された植え付けからの日数に対応する葉密度を生育情報記憶部５２に記憶された生育情報から求める。なお、植物生育指標算出システム１０は、外部からデータを入力するための入力部（例えばテンキーやキーボード等）をさらに備え、この入力部を介して植え付けからの日数を入力する構成としてもよい。

生育指標演算部４６は、情報取得部４１が取得した第１波長及び第２波長の反射光の光強度情報、第３波長及び第４波長の太陽光の光強度情報、太陽角度演算部４２で求めた太陽高度Ａ又は太陽角度αに基づいて、測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を求める。好ましくは、生育指標演算部４６は、更に、太陽方向演算部４３で求めた太陽方向φ、傾斜計２３で取得した測定角度β、葉密度演算部４５で求めた葉密度Ｌに基づいて、測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を求める。

また、太陽光測定部３０が図５に示す構造の場合は、生育指標演算部４６は、受光部３２に入射する光量の直達成分及び散乱成分（若しくは、拡散度演算部４４が算出した拡散度Ｗ）に基づいて反射光の光強度情報を補正することにより、植物生育指標を算出することもできる。例えば、植物生育指標としてＮＤＶＩを求める場合、式１１に従い、植物生育指標を算出することができる。

上記植物生育指標を算出する際、本実施例では、生育指標演算部４６は、後述する補正情報（植物の品種に応じた反射光強度を示す品種情報、植物の植付間隔及び植付深度のうち少なくとも一方に応じた反射光強度を示す植付情報、植被率に応じた反射光強度を示す植被率情報、圃場の土壌の状態に応じた反射光強度を示す土壌情報、圃場における水面の割合に応じた反射光強度を示す水面情報など）に基づいて、反射光の光強度情報を補正して、植物生育指標を算出（又は、一旦算出した植物生育指標を補正）する。

具体的には、例えば、測定対象の植物の品種の情報を予め生産者などから入手し、生育指標演算部４６は、補正情報（様々な品種に応じた反射光強度）を参照して、補正情報のうち、その品種に対応する反射光強度を基準の品種に対応する反射光強度に合わせるための補正量を算出し、算出した補正量を用いて反射光の光強度情報を補正することによって、植物生育指標を算出又は補正する。

また、測定対象の植物の植付間隔及び植付深度のうち少なくとも一方を予め生産者などから入手し、生育指標演算部４６は、補正情報（様々な植付間隔及び／又は植付深度に応じた反射光強度）を参照して、補正情報のうち、その植付間隔及び植付深度のうち少なくとも一方に対応する反射光強度を基準の植付間隔及び植付深度のうち少なくとも一方に対応する反射光強度に合わせるための補正量を算出し、算出した補正量を用いて反射光の光強度情報を補正することによって、植物生育指標を算出又は補正する。

また、生育指標演算部４６は、測定対象の植物の品種と植付間隔及び植付深度のうち少なくとも一方とから測定対象の圃場の植被率（土壌に対する葉の面積比率）を求めたり、例えば赤外の反射光強度の標準偏差σを求め、求めた標準偏差σで所定係数Ｋを除算して、測定対象の圃場の植被率を求めたりし、補正情報（様々な植被率に応じた反射光強度）を参照して、補正情報のうち、その植被率に対応する反射光強度を基準の植被率に対応する反射光強度に合わせるための補正量を算出し、算出した補正量を用いて反射光の光強度情報を補正することによって、植物生育指標を算出又は補正する。

また、例えば土壌の種類を予め生産者などから入手したり、土壌の反射率を予め測定するなどして、測定対象の圃場の土壌の状態を求め、生育指標演算部４６は、補正情報（様々な土壌の状態に応じた反射光強度）を参照して、補正情報のうち、その土壌の状態に対応する反射光強度を基準の土壌の状態に対応する反射光強度に合わせるための補正量を算出し、算出した補正量を用いて反射光の光強度情報を補正することによって、植物生育指標を算出又は補正する。

また、例えば水面の面積や反射率を予め測定するなどして、測定対象の圃場の水面の割合を求め、生育指標演算部４６は、補正情報（様々な水面の割合に応じた反射光強度）を参照して、補正情報のうち、その水面の割合に対応する反射光強度を基準の水面の割合に対応する反射光強度に合わせるための補正量を算出し、算出した補正量を用いて反射光の光強度情報を補正することによって、植物生育指標を算出又は補正する。

なお、品種、植付間隔、植付深度、植被率、土壌の状態、水面の割合の全ての要素に対して補正量を算出する必要はなく、少なくとも１つの要素に対して補正量を算出すればよい。また、品種、植付間隔、植付深度、植被率、土壌の状態、水面の割合の各要素の基準は適宜設定することができ、例えば、各要素の平均的な情報や頻度が高い情報を基準として定めておき、生育指標演算部４６により、少なくとも１つの要素に対して、補正情報のうち、測定対象及び測定対象を生育する圃場のうち少なくとも一方に対応する反射光強度を、当該基準に対応する反射光強度に合わせるための補正量を算出することができる。

記憶部５０は、制御部４０に接続され、制御部４０の制御に従い、各種プログラム及び各種データを記憶する。上記各種プログラムには、例えば、当該植物生育指標算出システム１０の各部を制御する制御プログラムや、測定対象の植物生育指標を求める植物生育指標算出プログラム等が含まれる。また、上記各種データには、補正情報、生育情報等が含まれる。記憶部５０は、例えば不揮発性の記憶素子であるＲＯＭや書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置を備える。また、記憶部５０は、上記プログラムの実行中に生じるデータ等を記憶する、いわゆる制御部４０のワーキングメモリとなるＲＡＭ等を備える。なお、記憶部５０は、比較的大容量のＨＤＤやＳＳＤ等を備えても良い。

上記記憶部５０は、上記情報を記憶するために、補正情報記憶部５１、生育情報記憶部５２を機能的に備える。

補正情報は、品種、植付間隔、植付深度、植被率、土壌の状態、水面の割合などの各要素を変化させた時の反射光強度を記述した情報であり、例えば、様々な品種や植付間隔、植付深度に対して、植付からの日数や累積日照時間を変化させた場合の可視及び赤外の反射光強度を記述した情報である。また、補正情報は、例えば、様々な植被率、土壌の状態、水面の割合に対して、太陽高度を変化させた場合の可視及び赤外の反射光強度を記述した情報である。

図９は、品種情報の一例であり、様々な品種（図９では品種１〜品種ｎ）に対して植付からの日数や累積日照時間を変化させた時（図９では日数１〜日数ｉ、累積日照時間１〜累積日照時間ｉ）の可視及び赤外の反射光強度が記述される。図１０は、植付情報の一例であり、様々な植付間隔（図１０では間隔１〜間隔ｎ）に対して植付からの日数や累積日照時間を変化させた時（図１０では日数１〜日数ｉ、累積日照時間１〜累積日照時間ｉ）の可視及び赤外の反射光強度が記述される。図１１は、植付情報の他の例であり、様々な植付深度（図１１では深度１〜深度ｎ）に対して植付からの日数や累積日照時間を変化させた時（図１１では日数１〜日数ｉ、累積日照時間１〜累積日照時間ｉ）の可視及び赤外の反射光強度が記述される。図１２は、植被率情報の一例であり、様々な植被率（図１２では植被率１〜植被率ｎ）に対して太陽高度を変化させた時（図１２では太陽高度１〜太陽高度ｉ）の可視及び赤外の反射光強度が記述される。図１３は、土壌情報の一例であり、様々な土壌の種類（図１３では土壌１〜土壌ｎ）に対して太陽高度を変化させた時（図１３では太陽高度１〜太陽高度ｉ）の可視及び赤外の反射光強度が記述される。図１４は、水面情報の一例であり、様々な水面の割合（図１４では割合１〜割合ｎ）に対して太陽高度を変化させた時（図１４では太陽高度１〜太陽高度ｉ）の可視及び赤外の反射光強度が記述される。

また、生育情報は、例えば、植え付け（例えば田植え）からの日数と葉密度Ｌとの対応関係を示す情報である。この植え付けからの日数に代え、日付、葉齢、平均草丈及び平均茎数のうちのいずれかが用いられても良い。この生育情報は、複数のサンプルから求めた平年値等に基づいて予め作成され、例えば、ルックアップテーブルとして生育情報記憶部５２に記憶される。

次に、本実施例の植物生育指標算出システム１０の制御部４０（図２及び図３のシステム構成の場合は制御装置１３）の動作について説明する。実施例１と同様、制御部４０のＣＰＵは、記憶部５０（ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等）などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶された植物生育指標算出プログラムを記憶部５０（ＲＡＭ）に展開して実行することにより、図７のフローチャート図に示す各ステップの処理を実行する。

まず、ユーザ（オペレータ）によって測定対象の群葉に反射光測定部２０が向くように、植物生育指標算出システム１０が配置される。ユーザによって電源スイッチがオンされると、制御部４０は、必要な各部の初期化を実行し、植物生育指標算出プログラムの実行によって、制御部４０は、情報取得部４１、太陽角度演算部４２、太陽方向演算部４３、拡散度演算部４４、葉密度演算部４５、生育指標演算部４６として機能する。そして、植物生育指標算出システム１０は、次のように動作する。なお、以下では、太陽光測定部３０が図５に示すような構造であり、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽された状態における光量と、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽されない状態における光量とを測定するものとする。

図７に示すように、制御部４０（情報取得部４１）は、反射光測定部２０及び太陽光測定部３０から光強度情報を取得する（Ｓ１０１）。具体的には、制御部４０（情報取得部４１）は、反射光測定部２０に測定対象の反射光の光強度を測定させ、反射光測定部２０から可視光での第１画像データＲｖ及び赤外光での第２画像データＲｉを取得する。また、制御部４０（情報取得部４１）は、太陽光測定部３０に太陽光の光強度を測定させ、太陽光測定部３０から可視光での第３画像データＳｖ及び赤外光での第４画像データＳｉを取得する。その際、制御部４０（情報取得部４１）は、第３画像データＳｖ及び第４画像データＳｉの各画素の光強度として、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽された状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＡと、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽されない状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＢと、を取得する。

次に、制御部４０（情報取得部４１）は、ＧＰＳ部２１、方位計２２及び傾斜計２３から各種情報を取得する（Ｓ１０２）。具体的には、制御部４０（情報取得部４１）は、ＧＰＳ部２１から緯度Ｘ及び経度Ｙを取得する。また、制御部４０（情報取得部４１）は、方位計２２から方位φＣを取得する。また、制御部４０（情報取得部４１）は、傾斜計２３から測定角度βを取得する。

次に、制御部４０（情報取得部４１）は、時計部６０から日時情報Ｔを取得する（Ｓ１０３）。

次に、制御部４０（情報取得部４１）は、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽された状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＡと、散乱反射板３１に入射する太陽光が光遮蔽部３３によって遮蔽されない状態で受光部３２に入射する太陽光の光量ＱＢと、を用い、光量ＱＢから光量ＱＡを減算した光量ＱＣを算出することによって、第３画像データＳｖ及び第４画像データＳｉを直達成分（Ｓｖｄ、Ｓｉｄ）と散乱成分（Ｓｖｓ、Ｓｉｓ）に分離する（Ｓ１０４）。

次に、制御部４０（拡散度演算部４４）は、拡散度Ｗを求める（Ｓ１０５）。具体的には、制御部４０（拡散度演算部４４）は、光量ＱＡを光量ＱＢで除算、又は、光量ＱＡを光量ＱＣで除算して拡散度Ｗを求める。

次に、制御部４０（太陽角度演算部４２）は、ＧＰＳ部２１で取得した緯度Ｘ及び経度Ｙ、ならびに、時計部６０で計った日時情報Ｔに基づいて、太陽高度Ａ又は太陽角度αを求める（Ｓ１０６）。

次に、制御部４０（太陽方向演算部４３）は、必要に応じて、方位計２２で測定した方位φＣ、ならびに、時計部６０で計った日時情報Ｔに基づいて、太陽とカメラの相対方向φを求める（Ｓ１０７）。

次に、制御部４０（葉密度演算部４５）は、必要に応じて、生育情報記憶部５２に記憶された生育情報Ｇと時計部６０で計った日時情報Ｔとに基づいて、植え付けからの日数に対応する葉密度Ｌを算出する（Ｓ１０８）。

次に、制御部４０（生育指標演算部４６）は、Ｓ１０１で取得した測定対象の反射光強度と、Ｓ１０４で求めた太陽光強度の直達成分及び散乱成分（又はＳ１０５で計算した拡散度Ｗ）と、Ｓ１０６で求めた太陽高度Ａ（又は太陽角度α）と、必要に応じて、Ｓ１０７で算出した太陽とカメラの相対方向φ及びＳ１０８で算出した葉密度Ｌに基づいて、植物生育指標を算出する（Ｓ１０９）。例えば、式１１に従い、測定対象の反射光強度と太陽光強度の直達成分及び散乱成分と太陽高度Ａとを用いて植物生育指標を算出することができる。

その際、品種、植付間隔、植付深度、植被率、土壌の状態、水面の割合の各要素を変化させた時の反射光強度を予め取得して補正情報を作成し、記憶部５０（補正情報記憶部５１）に記憶しておき、制御部４０（生育指標演算部４６）は、記憶部５０（補正情報記憶部５１）に記憶した補正情報を参照して、品種、植付間隔、植付深度、植被率、土壌の状態、水面の割合の中から選択される少なくとも１つの要素に対して、補正情報のうち、測定対象の植物及び圃場のうち少なくとも一方に対応する反射光強度を予め定めた基準に対応する反射光強度に合わせるための補正量を算出し、算出した補正量を用いて、Ｓ１０１で取得した測定対象の反射光強度を補正することにより植物生育指標を算出又は補正する。

次に、制御部４０（生育指標演算部４６）は、Ｓ１０９で算出又は補正した植物生育指標をＳ１０３で取得した日時情報Ｔに対応付けて記憶部５０に記憶したり、Ｉ／Ｆ部７０を介して外部へ出力したりする（Ｓ１１０）。例えば、圃場の各位置の植物生育指標を記述したデータをＭＦＰ（Multi-Functional Peripherals）などの画像形成装置に出力して植物生育指標のマップを印刷できるようにしたり、外部のコンピュータ装置に出力して植物生育指標のマップを表示できるようにしたりする。

以上説明したように、本実施例では、植物の品種、植付間隔、植付深度、植被率、土壌の状態、水面の割合の各要素を変化させた時の反射光強度を予め取得して補正情報を作成しておき、反射光測定装置から取得した測定対象の反射光強度情報と太陽光測定装置から取得した太陽光の光強度情報とを用いて植物生育指標を算出する際に、補正情報を参照して、植物の品種、植付間隔、植付深度、植被率、土壌の状態、水面の割合の少なくとも１つの要素に対して、補正情報のうち、測定対象の植物及び測定対象の植物を生育する圃場のうち少なくとも一方に対応する反射光強度を予め定めた基準に対応する反射光強度に合わせるための補正量を算出し、算出した補正量を用いて測定対象の反射光強度を補正して植物生育指標を算出又は補正することにより、様々な特性の圃場に様々な特性の植物を生育する場合において、植物生育指標を適切に算出することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、その構成や制御は適宜変更可能である。

例えば、上記実施例では、植物や圃場に関する補正情報として、植物の品種、植付間隔、植付深度、植被率、土壌の状態、水面の割合を例示したが、植物や圃場に関する補正情報はこれらに限定されない。また、上記実施例では第３波長を第１波長、第４波長を第２波長とし、太陽光測定部３０（太陽光測定装置１２）が第３波長及び第４波長で太陽光の光強度を測定したが、第３波長及び第４波長はこれらに限定されない。例えば、予め太陽光の光強度の波長特性が分かっており、生育情報としてＮＤＶＩ値を求める場合には、太陽光測定部３０（太陽光測定装置１２）は第３波長及び第４波長として任意の２波長により太陽光の光強度を測定し、それぞれの光強度を太陽光の光強度の波長特性に基づき、第１波長及び第２波長の太陽光の光強度を算出して太陽光の光強度情報を出力し、制御部４０（制御装置１３）がＮＤＶＩ値を求める計算を行ってもよい。

また、上記実施例では、植物生育指標としてＮＤＶＩ値を求める場合を示したが、例えば、ＲＶＩ（Ratio Vegetation Index、比植生指標）やＤＶＩ（Difference Vegetation Index、差植生指標）、ＴＶＩ（Transformed Vegetation Index）、ＩＰＶＩ（Infrared Percentage Vegetation Index）を求める場合も、本発明の手法を同様に適用することができる。

本発明は、植物や圃場に関する補正情報を利用して植物生育指標を算出する植物生育指標算出方法、植物生育指標算出プログラム、当該植物生育指標算出プログラムを記録した記録媒体及び植物生育指標算出システムに利用可能である。

１０ 植物生育指標算出システム
１１ 反射光測定装置
１２ 太陽光測定装置
１３ 制御装置
２０ 反射光測定部
２１ ＧＰＳ部
２２ 方位計
２３ 傾斜計
３０ 太陽光測定部
３１ 散乱反射板
３２ 受光部
３３ 光遮蔽部
３４ 筐体
３５ 支柱
４０ 制御部
４１ 情報取得部
４２ 太陽角度演算部
４３ 太陽方向演算部
４４ 拡散度演算部
４５ 葉密度演算部
４６ 生育指標演算部
５０ 記憶部
５１ 補正情報記憶部
５２ 生育情報記憶部
６０ 時計部
７０ Ｉ／Ｆ部
８０ 電源部

Claims (30)

1. 制御装置と、前記制御装置の指示に基づいて、複数の葉を持つ測定対象の反射光強度を測定する反射光測定装置と、前記制御装置の指示に基づいて、太陽光の光強度を測定する太陽光測定装置と、を含むシステムにおける植物生育指標算出方法であって、
   前記反射光測定装置が、第１波長及び前記第１波長とは異なる第２波長で前記測定対象の反射光強度を測定する第１処理と、
   前記太陽光測定装置が、第３波長及び前記第３波長とは異なる第４波長で前記太陽光の光強度を測定する第２処理と、
   前記制御装置が、前記反射光測定装置から取得した前記測定対象の反射光強度情報と前記太陽光測定装置から取得した前記太陽光の光強度情報とを用いて、前記測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を算出する第３処理と、を実行し、
   前記第３処理では、前記太陽光の光強度情報を直達成分と散乱成分とに分離し、前記直達成分と前記散乱成分とに基づいて、前記測定対象の反射光強度情報を補正して、前記植物生育指標を算出し、
   前記太陽光測定装置は、入射した太陽光を散乱反射する散乱反射板と、前記散乱反射板に対向配置された受光部と、前記散乱反射板に入射する太陽光を遮蔽する光遮蔽部と、を有し、
   前記第２処理では、前記散乱反射板に入射する太陽光が前記光遮蔽部によって遮蔽された状態で前記受光部に入射する太陽光の光量ＱＡと、前記散乱反射板に入射する太陽光が前記光遮蔽部によって遮蔽されない状態で前記受光部に入射する太陽光の光量ＱＢと、を測定し、
   前記第３処理では、前記光量ＱＡを前記受光部に入射する太陽光の光量のうちの前記散乱成分に設定し、前記光量ＱＢから前記光量ＱＡを減算した光量ＱＣを前記受光部に入射する太陽光の光量のうちの前記直達成分に設定する、
   植物生育指標算出方法。
2. 前記第３処理では、前記直達成分と前記散乱成分とに基づいて拡散度を算出する、
   請求項１に記載の植物生育指標算出方法。
3. 前記第３処理では、前記太陽光測定装置の設置位置の経度及び緯度と、前記太陽光測定装置が前記太陽光の光強度を測定した日時情報と、に基づいて、太陽高度を算出し、前記測定対象の反射光強度情報と、前記太陽光の前記直達成分及び前記散乱成分、又は、前記拡散度と、前記太陽高度と、に基づいて、前記植物生育指標を算出する、
   請求項２に記載の植物生育指標算出方法。
4. 前記第２処理では、前記第３波長及び前記第４波長の各々に対して、前記光量ＱＡ及び前記光量ＱＢを測定し、
   前記第３処理では、前記第３波長及び前記第４波長の各々に対して、前記直達成分及び前記散乱成分を設定する、
   請求項１乃至３のいずれか一に記載の植物生育指標算出方法。
5. 前記太陽光測定装置は、太陽と前記散乱反射板とを結ぶ直線上に前記光遮蔽部が配置される第１状態と、太陽と前記散乱反射板とを結ぶ直線上に前記光遮蔽部が配置されない第２状態と、を選択的に作成可能な構造を有する、
   請求項１乃至４のいずれか一に記載の植物生育指標算出方法。
6. 前記光遮蔽部は、前記受光部及び前記散乱反射板の中心軸を回転軸として等速で回転する、
   請求項５に記載の植物生育指標算出方法。
7. 前記第３処理では、前記測定対象及び前記測定対象を生育する圃場のうち少なくとも一方に関する補正情報に基づいて、前記測定対象の反射光強度情報を補正して、前記植物生育指標を算出する、
   請求項１乃至６のいずれか一に記載の植物生育指標算出方法。
8. 前記補正情報は、植物の品種に応じた反射光強度を示す品種情報、植物の植付間隔及び植付深度のうち少なくとも一方に応じた反射光強度を示す植付情報、圃場の土壌の状態に応じた反射光強度を示す土壌情報、圃場における水面の割合に応じた反射光強度を示す水面情報の少なくとも１つである、
   請求項７に記載の植物生育指標算出方法。
9. 前記補正情報は、前記品種と前記植付間隔及び前記植付深度のうち少なくとも一方とから算出される、土壌に対する葉の面積比率を規定する植被率に応じた反射光強度を示す植被率情報を含む、
   請求項８に記載の植物生育指標算出方法。
10. 品種、植付間隔、植付深度、植被率、土壌の状態、水面の割合の各要素を変化させた時の反射光強度を予め取得して、前記補正情報を作成しておき、前記第３処理では、作成した前記補正情報を参照して、少なくとも１つの前記要素に対して、前記測定対象及び前記圃場のうち少なくとも一方に対応する反射光強度を、予め定めた基準に対応する反射光強度に合わせるための補正量を算出し、算出した前記補正量を用いて前記測定対象の反射光強度情報を補正する、
    請求項８又は９に記載の植物生育指標算出方法。
11. 制御装置と、前記制御装置の指示に基づいて、複数の葉を持つ測定対象の反射光強度を測定する反射光測定装置と、前記制御装置の指示に基づいて、太陽光の光強度を測定する太陽光測定装置と、を含むシステムにおける前記制御装置で動作する植物生育指標算出プログラムであって、
    前記制御装置に、
    前記反射光測定装置から、第１波長及び前記第１波長とは異なる第２波長で測定した前記測定対象の反射光強度情報を取得する第１処理、
    前記太陽光測定装置から、第３波長及び前記第３波長とは異なる第４波長で測定した前記太陽光の光強度情報を取得する第２処理、
    前記測定対象の反射光強度情報と前記太陽光の光強度情報とを用いて、前記測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を算出する第３処理、を実行させ、
    前記第３処理では、前記太陽光の光強度情報を直達成分と散乱成分とに分離し、前記直達成分と前記散乱成分とに基づいて、前記反射光強度情報を補正して、前記植物生育指標を算出し、
    前記太陽光測定装置は、入射した太陽光を散乱反射する散乱反射板と、前記散乱反射板に対向配置された受光部と、前記散乱反射板に入射する太陽光を遮蔽する光遮蔽部と、を有し、
    前記第３処理では、前記太陽光測定装置から、前記散乱反射板に入射する太陽光が前記光遮蔽部によって遮蔽された状態で前記受光部に入射する太陽光の光量ＱＡと、前記散乱反射板に入射する太陽光が前記光遮蔽部によって遮蔽されない状態で前記受光部に入射する太陽光の光量ＱＢと、を取得し、前記光量ＱＡを前記受光部に入射する太陽光の光量のうちの前記散乱成分に設定し、前記光量ＱＢから前記光量ＱＡを減算した光量ＱＣを前記受光部に入射する太陽光の光量のうちの前記直達成分に設定する、
    植物生育指標算出プログラム。
12. 前記第３処理では、前記直達成分と前記散乱成分とに基づいて拡散度を算出する、
    請求項１１に記載の植物生育指標算出プログラム。
13. 前記第３処理では、前記太陽光測定装置の設置位置の経度及び緯度と、前記太陽光測定装置が前記太陽光の光強度を測定した日時情報と、に基づいて、太陽高度を算出し、前記測定対象の反射光強度情報と、前記太陽光の前記直達成分及び前記散乱成分、又は、前記拡散度と、前記太陽高度と、に基づいて、前記植物生育指標を算出する、
    請求項１２に記載の植物生育指標算出プログラム。
14. 前記第３処理では、前記太陽光測定装置から、前記第３波長及び前記第４波長の各々に対して測定した前記光量ＱＡ及び前記光量ＱＢを取得し、前記第３波長及び前記第４波長の各々に対して、前記直達成分及び前記散乱成分を設定する、
    請求項１１乃至１３のいずれか一に記載の植物生育指標算出プログラム。
15. 前記第３処理では、前記測定対象及び前記測定対象を生育する圃場のうち少なくとも一方に関する補正情報に基づいて、前記測定対象の反射光強度情報を補正して、前記植物生育指標を算出する、
    請求項１１乃至１４のいずれか一に記載の植物生育指標算出プログラム。
16. 前記補正情報は、植物の品種に応じた反射光強度を示す品種情報、植物の植付間隔及び植付深度のうち少なくとも一方に応じた反射光強度を示す植付情報、圃場の土壌の状態に応じた反射光強度を示す土壌情報、圃場における水面の割合に応じた反射光強度を示す水面情報の少なくとも１つである、
    請求項１５に記載の植物生育指標算出プログラム。
17. 前記補正情報は、前記品種と前記植付間隔及び前記植付深度のうち少なくとも一方とから算出される、土壌に対する葉の面積比率を規定する植被率に応じた反射光強度を示す植被率情報を含む、
    請求項１６に記載の植物生育指標算出プログラム。
18. 品種、植付間隔、植付深度、植被率、土壌の状態、水面の割合の各要素を変化させた時の反射光強度を予め取得して、前記補正情報を作成しておき、前記第３処理では、作成した前記補正情報を参照して、少なくとも１つの前記要素に対して、前記測定対象及び前記圃場のうち少なくとも一方に対応する反射光強度を、予め定めた基準に対応する反射光強度に合わせるための補正量を算出し、算出した前記補正量を用いて前記測定対象の反射光強度情報を補正する、
    請求項１６又は１７に記載の植物生育指標算出プログラム。
19. 制御装置と、前記制御装置の指示に基づいて、複数の葉を持つ測定対象の反射光強度を測定する反射光測定装置と、前記制御装置の指示に基づいて、太陽光の光強度を測定する太陽光測定装置と、を含む植物生育指標算出システムであって、
    前記反射光測定装置は、第１波長及び前記第１波長とは異なる第２波長で前記測定対象の反射光強度を測定可能であり、
    前記太陽光測定装置は、第３波長及び前記第３波長とは異なる第４波長で前記太陽光の光強度を測定可能であり、
    前記制御装置は、前記反射光測定装置から取得した前記測定対象の反射光強度情報と前記太陽光測定装置から取得した前記太陽光の光強度情報とを用いて、前記測定対象における生育の度合いを表す植物生育指標を算出する演算部を備え、
    前記演算部は、前記太陽光の光強度情報を直達成分と散乱成分とに分離し、前記直達成分と前記散乱成分とに基づいて、前記測定対象の反射光強度情報を補正して、前記植物生育指標を算出し、
    前記太陽光測定装置は、入射した太陽光を散乱反射する散乱反射板と、前記散乱反射板に対向配置された受光部と、前記散乱反射板に入射する太陽光を遮蔽する光遮蔽部と、を有し、前記散乱反射板に入射する太陽光が前記光遮蔽部によって遮蔽された状態で前記受光部に入射する太陽光の光量ＱＡと、前記散乱反射板に入射する太陽光が前記光遮蔽部によって遮蔽されない状態で前記受光部に入射する太陽光の光量ＱＢと、を測定し、
    前記演算部は、前記光量ＱＡを前記受光部に入射する太陽光の光量のうちの前記散乱成分に設定し、前記光量ＱＢから前記光量ＱＡを減算した光量ＱＣを前記受光部に入射する太陽光の光量のうちの前記直達成分に設定する、
    植物生育指標算出システム。
20. 前記演算部は、前記直達成分と前記散乱成分とに基づいて拡散度を算出する、
    請求項１９に記載の植物生育指標算出システム。
21. 前記演算部は、前記太陽光測定装置の設置位置の経度及び緯度と、前記太陽光測定装置が前記太陽光の光強度を測定した日時情報と、に基づいて、太陽高度を算出し、前記測定対象の反射光強度情報と、前記太陽光の前記直達成分及び前記散乱成分、又は、前記拡散度と、前記太陽高度と、に基づいて、前記植物生育指標を算出する、
    請求項２０に記載の植物生育指標算出システム。
22. 前記太陽光測定装置は、前記第３波長及び前記第４波長の各々に対して、前記光量ＱＡ及び前記光量ＱＢを測定し、
    前記演算部は、前記第３波長及び前記第４波長の各々に対して、前記直達成分及び前記散乱成分を設定する、
    請求項１９乃至２１のいずれか一に記載の植物生育指標算出システム。
23. 前記太陽光測定装置は、太陽と前記散乱反射板とを結ぶ直線上に前記光遮蔽部が配置される第１状態と、太陽と前記散乱反射板とを結ぶ直線上に前記光遮蔽部が配置されない第２状態と、を選択的に作成可能な構造を有する、
    請求項１９乃至２２のいずれか一に記載の植物生育指標算出システム。
24. 前記光遮蔽部は、前記受光部及び前記散乱反射板の中心軸を回転軸として等速で回転する、
    請求項２３に記載の植物生育指標算出システム。
25. 前記反射光測定装置と前記太陽光測定装置と前記制御装置とは別々に構成され、前記反射光測定装置は空撮可能な飛行体に装着され、前記太陽光測定装置は地上に設置される、
    請求項１９乃至２４のいずれか一に記載の植物生育指標算出システム。
26. 前記反射光測定装置と前記太陽光測定装置と前記制御装置とは一体的に構成され、空撮可能な飛行体に装着される、
    請求項１９乃至２４のいずれか一に記載の植物生育指標算出システム。
27. 前記演算部は、前記測定対象及び前記測定対象を生育する圃場のうち少なくとも一方に関する補正情報に基づいて、前記測定対象の反射光強度情報を補正して、前記植物生育指標を算出する、
    請求項１９乃至２６のいずれか一に記載の植物生育指標算出システム。
28. 前記補正情報は、植物の品種に応じた反射光強度を示す品種情報、植物の植付間隔及び植付深度のうち少なくとも一方に応じた反射光強度を示す植付情報、圃場の土壌の状態に応じた反射光強度を示す土壌情報、圃場における水面の割合に応じた反射光強度を示す水面情報の少なくとも１つである、
    請求項２７に記載の植物生育指標算出システム。
29. 前記補正情報は、前記品種と前記植付間隔及び前記植付深度のうち少なくとも一方とから算出される、土壌に対する葉の面積比率を規定する植被率に応じた反射光強度を示す植被率情報を含む、
    請求項２８に記載の植物生育指標算出システム。
30. 品種、植付間隔、植付深度、植被率、土壌の状態、水面の割合の各要素を変化させた時の反射光強度を予め取得して、前記補正情報を作成しておき、前記第３処理では、作成した前記補正情報を参照して、少なくとも１つの前記要素に対して、前記測定対象及び前記圃場のうち少なくとも一方に対応する反射光強度を、予め定めた基準に対応する反射光強度に合わせるための補正量を算出し、算出した前記補正量を用いて前記測定対象の反射光強度情報を補正する、
    請求項２８又は２９に記載の植物生育指標算出システム。

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