JPH07115846A

JPH07115846A - 植物活力変動の評価画像作成方法

Info

Publication number: JPH07115846A
Application number: JP5286248A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nishioka; 哲西岡; Tetsuhisa Minami; 哲久南; Hiroshi Ito; 浩伊藤; Masakazu Okada; 正和岡田; Masao Kawamura; 正夫川村; Munehiro Oshiro; 宗宏大城; Hideyuki Asano; 秀幸浅野; Nobuyuki Mizutani; 信之水谷; Yoshiki Yamano; 芳樹山野; Shigeya Yoshikawa; 茂也吉川
Original assignee: ASIA KOSOKU KK; NEC Corp; Nippon Avionics Co Ltd; Tokyu Construction Co Ltd
Current assignee: ASIA KOSOKU KK; NEC Corp; Nippon Avionics Co Ltd; Tokyu Construction Co Ltd
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 1995-05-09
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: JP3551264B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ビデオカメラでとらえた植物からの輝度情報
画像を解析処理して植物の活力変動を正確に反映した画
像を得、人間に判り易い評価画像を得る。【構成】植物からの特定波長の反射光をビデオカメラ
で輝度情報画像として撮影し、測定時の照明光の分光放
射エネルギー量とビデオカメラのレンズの絞りを制御す
る電圧値との関係式をもとにビデオ映像信号のレベルが
適正になるように絞りの自動調整を行なったり、ビデオ
カメラの出力電圧値別のシェーディング・入光量補正画
像を作成したり、輝度情報画像のヒストグラムから「健
康」な植物からの画像出力値を基準位置として、時間の
異なる画像間でそれぞれの基準位置の差分をとり、レベ
ル合わせを行なったり、植物の活力を「健康」「注意」
「警告」「病気」に分類して疑似カラー画像で表示した
り、分類した画像の差分をとって、活力の変化を時系列
的に評価する画像を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、植物の活力変動を評価
するための画像を作成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、人工衛星や航空機により広域地表
面における作物や森林等の植物の植被率や活力の調査や
監視が行われている。

【０００３】しかしながら、上記人工衛星や航空機によ
る植物調査や監視は、撮像画像の１画素当りの地上分解
能が数ｍから数十ｍであるため、特定された狭い範囲に
おける植物活力やその変動を監視するのには適さない。

【０００４】そこで、本発明者等は、例えばゴルフ場の
グリーン芝のように、特定された狭い範囲における植物
の活力変動の監視、例えば、病害虫による生育状態の悪
化等を早期に発見して農薬散布の位置を特定し、必要最
少限の散布量で効果的に対処できるようにしたり、ま
た、酸性雨や酸性霧による植物への影響の監視を効果的
に行なうことができる技術の開発を試みた。

【０００５】一般に、植物は太陽から放射されるエネル
ギー（光すなわち電磁波）を受けて生育するが、紫外線
から近赤外線の波長帯における植物の反射、吸収および
透過特性は、植物の表面あるいは内部の構造、含有色素
の種類および量、水分の状態などに影響され、また植物
の種類や生育状態により変化することが知られている。

【０００６】太陽光（自然光）に対する植物の反射率
（入射光量に対する反射光量の百分率）は、図１２から
明かなように、光の波長によって異なるだけでなく、植
物の活力状況によっても変化することが知られている。
特に、波長が可視光領域では５４０ｎｍ（Ｇ）および６
７０ｎｍ（Ｒ）付近において変化がみられ、また、８５
０ｎｍ（ＩＲ）付近の近赤外領域において大きく変化す
ることが解かる。このように、同一の植物の分光反射特
性を比較した場合も、活力の高い時の植物は近赤外域で
著しく高い反射率を示すが、病害虫等により活力が低下
した植物の近赤外域での反射率は著しく低下し、その変
化の度合いは、可視域での変化の度合いよりもはるかに
大きい。

【０００７】本発明者等は、植物の活力と特定の波長域
における反射率（分光反射率）とが、上記のように相関
関係を有することに着目すると共に、ビデオカメラが上
記特定波長を含む可視光領域から近赤外領域までの広い
感度特性を有することを利用して、ビデオカメラを植物
の活力変動を監視するための撮像装置として採用し、こ
のビデオカメラによりＩＲとＲの波長の反射光を輝度情
報画像として収集し、この得られた輝度情報画像に解析
を施して、最終的に植物活力の分類画像や活力変動の評
価画像を作成する技術を開発した。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】植物の活力変動を把握
するためには、時系列的な評価を行う必要がある。その
ためには、撮影時間が異なる、すなわち、分光放射量が
異なるビデオ画像を正しく正規化しなければならない。
そこで、野外で撮影を行う際の照明光である太陽光の変
動による影響に対する正規化が必要となる。

【０００９】野外における太陽光からの分光放射量（分
光放射エネルギー量）は、太陽の高度や方位、あるいは
雲量等により影響を受けて刻一刻と変化するため、上記
ビデオカメラによる生のビデオ映像は、上記分光放射量
の影響を受け、植物の活力を正確に反映したものとはな
らない。そのため、植物からの反射情報（輝度）をビデ
オ画像として収集し正確に評価するためには、分光放射
量の変動から受けるビデオ画像レベルへの影響を除去す
るために、一定の基準による正規化が必要となる。

【００１０】また、解析に必要な安定したビデオ映像
（０.５Ｖ前後のビデオ映像出力）を得るためには、撮
影時における芝からのＩＲ、Ｒの反射情報（輝度）に適
した入光量に、レンズの絞りを調整しなければならな
い。しかし、刻一刻と変化する太陽光のもとで、手動で
絞りを調整するのは、非常に難しい。なぜなら、刻一刻
と変化する照明光（太陽光）からの分光放射量（分光エ
ネルギー量）に対して、手動による絞りでビデオカメラ
への入光量を調節するには、常時、作業員が絞りの調整
を行わなければならず、現実的な方法とはいえない。ま
た、絞りの値は２の平方根の倍数で変化するため、連続
的に入光量を調整することは事実上不可能である。しか
も、野外での太陽光の変化は連続的であり、手動の絞り
はこの入光量変化に対応できず、絞りを自動調整する必
要がある。なお、入光量を自動的に調整するためにＡＧ
Ｃ（オートゲインコントロール）回路があるが、この回
路は、一般的に入力値と出力値にリニアリティな関係が
ないため、正規化の手段としては利用できない。

【００１１】なお、適正な絞りにより撮影した画像の持
つ画像出力値の分布幅（レンジ）は広く、有効なダイナ
ミックレンジ（検知できる最大値と最小値の幅）も広い
のに対して、絞りの設定が不適なため入光量が不足した
画像の場合は、画像出力値のレンジが狭くなる。すなわ
ち、画像の持つダイナミックレンジが狭くなり適正時に
比べて最大頻度の画素数が多くなる。その結果、細かな
変化は捉えにくくなる。

【００１２】また、絞りを変えレンズへの入光量を変化
させると、植物からの輝度情報を一定のレベルで評価す
ることができない。従って、絞りの調整による影響も排
除する必要がある。

【００１３】一方、入光量が不足した画像は、適正な入
光量の画像と比べてシェーディングの影響も異なる。適
正な入光量で撮影した画像では同時にＳ／Ｎ比も上が
り、シェーディングの影響も現われにくくなる。逆に、
入光量不足の画像ほどシェーディングの影響が顕著にな
る。すなわち、入光量が不足する画像に適正入光量で撮
ったシェーディング補正用画像を用いて補正すると過補
正となることが解った。従って、この影響を除去するた
め、撮影時の入光量に対応したシェーディングの除去を
行なう必要もある。

【００１４】上記シェーディングに影響するのは、ビデ
オレンズ特性、バンドパスフィルタの不均一性による濃
度ムラ、また、ビデオカメラの映像信号処理系、すなわ
ち光電変換素子面の持つ不均一性に起因する濃度ムラ、
等の各種の濃度（明暗）ムラにより画像出力値が歪んで
しまい、植物の活力が正確に反映されない。従って、こ
れらのムラによる影響も併せて除去する必要がある。

【００１５】以上のように植物からの輝度情報画像に補
正や処理を行っても、そのままでは植物の活力変動を人
間にわかり易い状態で表示することができない。従っ
て、対象となる植物の健康状態（例えば、健康、病気
等）に分類した上で、時系列的な評価を行うことによ
り、活力変動を把握し易い画像を作成することが必要と
なる。

【００１６】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、ビデオ
カメラでとらえた植物からの反射情報（輝度）、すなわ
ち、輝度情報画像を解析処理して植物の活力変動を正確
に反映した画像を得、人間に判り易い評価画像を得るこ
とができる植物活力変動の評価画像作成方法を提供する
ことにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本願第１発明の植物活力
変動の評価画像作成方法は、ビデオカメラにより植物か
らの特定波長の反射光を輝度情報画像として撮影し、得
られた画像に解析処理を施して植物の活力変動を評価す
るための画像を作成する方法において、測定時の照明光
の分光放射エネルギー量とビデオカメラのレンズの絞り
を制御する電圧値との関係式を導き出し、その関係式を
もとにビデオカメラで撮影したビデオ映像信号のレベル
が適正になるように絞りの自動調整を行なうことを特徴
とする。

【００１８】また、本願第２発明の植物活力変動の評価
画像作成方法は、ビデオカメラにより植物からの特定波
長の反射光を輝度情報画像として撮影し、得られた画像
に解析処理を施して植物の活力変動を評価するための画
像を作成する方法において、撮影時のビデオカメラへの
入光量に応じたシェーディング等による出力ムラの影響
を除去するためにビデオカメラの出力電圧値別のシェー
ディング・入光量補正画像を作成することを特徴とす
る。

【００１９】さらに、本願第３発明の植物活力変動の評
価画像作成方法は、ビデオカメラにより植物からの特定
波長の反射光を輝度情報画像として撮影し、得られた画
像に解析処理を施して植物の活力変動を評価するための
画像を作成する方法において、輝度情報画像のヒストグ
ラムから「健康」な植物からの画像出力値の分布位置を
特定し、「健康」な植物を含んだ時間の異なる画像間で
それぞれの基準位置の画像出力値の差分をとり、処理画
像全体にこの差分を加えることにより２つの画像間のレ
ベル合わせを行なうことを特徴とする。

【００２０】さらにまた、本願第４発明の植物活力変動
の評価画像作成方法は、ビデオカメラにより植物からの
特定波長の反射光を輝度情報画像として撮影し、得られ
た画像に解析処理を施して植物の活力変動を評価するた
めの画像を作成する方法において、植物の活力を「健
康」「注意」「警告」「病気」の４つのランクに分類し
て疑似カラー画像で表示することを特徴とする。

【００２１】また、本願第５発明の植物活力変動の評価
画像作成方法は、ビデオカメラにより植物からの特定波
長の反射光を輝度情報画像として撮影し、得られた画像
に解析処理を施して植物の活力変動を評価するための画
像を作成する方法において、植物の活力を分類した画像
の差分をとって、活力の変化を時系列的に評価すること
を特徴とする。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図１は本発明方法を実施するシステ
ムの概略図であって、１はＣＣＤビデオカメラである。
ＣＣＤビデオカメラ１は、工業計測用の白黒モジュール
タイプのものを２台備え、そのレンズは固定焦点であ
る。

【００２３】一方のＣＣＤビデオカメラ１には、８５０
ｎｍを中心とする波長帯（ＩＲ）用のバンドパスフィル
タを内蔵させ、他方のＣＣＤビデオカメラ１には、６７
０ｎｍを中心とする波長帯（Ｒ）用のバンドパスフィル
タを内蔵させてある。これらのフィルタはＣＣＤ素子の
前面に装着させているが、レンズの前に配置してもよ
い。なお、本実施例ではＣＣＤビデオカメラにより撮像
しているが、本発明はこれに限定するものではなく、撮
像管を備えたビデオカメラを使用してもよい。

【００２４】上記２台のＣＣＤビデオカメラ１、１によ
り植物の同一植生区域（本実施例ではゴルフ場のグリー
ン）を並列撮影して、ＩＲのビデオ映像とＲのビデオ映
像を得る。これらのビデオ映像信号（ＮＴＳＣ信号）は
ビジュアルコントローラ２により切り換えられて、順
次、送信用パラボラアンテナ３に送られる。なお、上記
実施例では２台のＣＣＤビデオカメラによりＩＲおよび
Ｒのビデオ映像を各々得るようにしたが、本発明はこれ
に限定するものではなく、２種類のバンドパスフィルタ
を切り替えたり、プリズムにより分光することにより、
１台のＣＣＤビデオカメラによりＩＲおよびＲのビデオ
映像を得るようにしてもよい。

【００２５】一方、４は、太陽の分光放射量（放射エネ
ルギー量）のうち特定の波長帯の放射光量を計測する分
光日射計であり、防水性の高いものが２台備えられてい
る。すなわち、これらの分光日射計４には、それぞれ上
記ＣＣＤビデオカメラ１に使用したバンドパスフィルタ
と同じＩＲ用のバンドパスフィルタおよびＲ用のバンド
パスフィルタが取り付けられていて、上記ＩＲとＲのビ
デオ映像に対応した８５０ｎｍおよび６７０ｎｍを中心
とする波長帯における分光放射量（放射エネルギー量）
のデータを得る。なお、２種類のバンドパスフィルタを
切り換えて用いることにより、上記２つの波長帯の放射
量を１台の分光日射計４により測定してもよい。

【００２６】図２に示すように、ＩＲ用の分光日射計４
の出力電圧とＲ用の分光日射計４の出力電圧との間に
は、一定の関係がある。従って、上記分光日射計４はＲ
用またはＩＲ用のいずれか１台とし、測定しない分光放
射量は、この関係の式により求めることもできる。

【００２７】上記分光日射計４により計測された分光放
射量のデータ信号は、データロガー５により積算記録さ
れ、モデム６およびコネクションボックス７を介して上
記送信用パラボラアンテナ３に送られる。

【００２８】また、上記ビデオ映像は、分光放射量が増
加した場合に、ＣＣＤビデオカメラ１の絞りを閉じなけ
れば画像出力値が飽和してしまい、逆に、分光放射量が
減少した場合に、絞りを開けなければ暗くなってしまう
ので、上記分光放射量の増減に合わせて絞りを自動的に
設定し、その絞り量のデータ信号を上記分光放射量のデ
ータ信号とともに送信用パラボラアンテナ３に送る。上
記絞りの自動設定は、測定時の照明光の分光放射エネル
ギー量とレンズの絞り制御電圧値との関係を導き出し、
その関係式をもとにビデオ映像信号レベルが適正になる
ような調整を行なう。

【００２９】上記送信用パラボラアンテンナ３は、上記
ＩＲとＲのビデオ映像のビデオ映像信号、分光放射量の
データ信号および絞り量のデータ信号を、例えば、ミリ
波により発信する。送信用パラボラアンテナ３により発
信されたビデオ映像信号や各データ信号は、受信用パラ
ボラアンテナ８により受信される。なお、これらの情報
信号の送受信は、必要に応じて有線により行っても良
い。

【００３０】上記のように無線あるいは有線により受信
される情報信号は、画像処理装置９に取り込み、まず、
アナログデータであるビデオ映像信号をデジタルデータ
に変換する。この際、上記ビデオ映像信号である輝度信
号が０〜２５５までの２５６階調で表示されるＣＣＴ
（Computer Compatible Tape）値とした画像出力値に変
換される。

【００３１】一方、上記情報信号のうち分光放射データ
と絞りデータをパーソナルコンピュータ１２に入力す
る。なお、上記情報信号（ビデオ映像信号およびデータ
信号）は撮影現場あるいは受信側においてビデオテープ
等の記録手段により記録しておき、必要な時に上記画像
処理装置９やパーソナルコンピュータ１２に入力するよ
うにしてもよい。

【００３２】上記画像処理装置９に取り込まれた画像
は、図３に示すように、シェーディング・入光量補正、
絞り補正、分光放射補正、フィルタ・ビデオ個体差補
正、位置合わせ補正、バンド間演算処理、マスク処理、
平滑化処理、レベル合わせ補正等の各種の補正ならびに
処理を受ける。以下、それらの補正および処理について
詳細に説明する。

【００３３】《シェーディング・入光量補正》反射率が
一定（濃度一定）の基準板に、人工光源を用いて絞り量
および分光放射量別に上記ＣＣＤビデオカメラ１により
撮影を行い、ビデオ映像の出力電圧値ごとのシェーディ
ング・入光量の補正用画像を作成する。次に、作成した
補正用画像の中心付近のＣＣＴ値を算出し、その値を補
正係数の基準とし、ビデオ画像中のピクセル毎の補正係
数を求め、下記のような補正係数画像を作成する。補正
係数画像＝補正用画像／補正用画像の中心付近のＣＣ
Ｔ値

【００３４】これらの補正係数画像を用いて、植物の撮
影を行った際に設定した絞り量と、その中心付近のＣＣ
Ｔ値とから最も近い補正係数画像を選択し、補正を行な
う。なお、この補正係数は、使用するＣＣＤビデオカメ
ラ（レンズ、フィルタを含む）毎に算出する。

【００３５】《絞り補正》同一照明光下で、反射率一定
のグレースケール板または白色板を各絞り値ごとに撮影
し、ＣＣＴ値と絞り値との関係を求めると、図４に示す
ように、一定の関係にあることが解った。この関係をも
とに、絞り５.６を基準絞り値として、下記のような補
正係数を算出した。ＩＲＩＲ＝ＩＲ／（べき乗回帰式／基準としたＣＣＴ
値）＝ＩＲ／〔（９.７３７Ｅ＋２）＊Ｘ＾（ー８.７７
４Ｅー１）／ＡＩＲ〕ＲＩＲ＝Ｒ／（べき乗回帰式／基準としたＣＣＴ値）＝Ｒ／〔（３.１７４Ｅ＋２）＊Ｘ＾（−５.４０２Ｅー
１）／ＡＲ〕ただし、ＩＲＩＲ、ＲＩＲ：補正後の画像ＩＲ、Ｒ：補正前の画像Ｘ：絞り値ＡＩＲ、ＡＲ：回帰式より求めた基準絞り（５.
６）の画像出力値なお、この補正係数は、使用するＣＣＤビデオカメラ
（レンズ、フィルタを含む）毎に算出する。上記補正係
数を用いて、異なる絞り値で撮影したＩＲ画像とＲ画像
の各々を、基準絞り値で撮影した画像に正規化する。

【００３６】《分光放射補正》太陽光下において反射率
が一定であるグレースケール板または白色板に対する、
上記ＣＣＤビデオカメラ１のビデオ撮影による上記ＣＣ
Ｔ値と、上記分光日射計４による出力電圧値と、を同期
させて測定すると、図５に示すように、一定の関係があ
る。各分光日射計の野外における出力電圧値の分布平均
値（中心値）に対応するＣＣＴ値を照明基準値とし、撮
影時の分光放射量を入力することにより、必要な補正係
数を次のように算出する。ＩＲＲＣ＝ＩＲ／（べき乗回帰式／基準としたＣＣＴ
値）＝ＩＲ／〔（３.６１４Ｅ＋１）＊ＩＲＸ＾（５.１
２２Ｅー１）／ＩＲＭ〕ＲＲＣ＝Ｒ／（べき乗回帰式／基準としたＣＣＴ値）＝
Ｒ／〔（５.７６０Ｅ＋１）＊ＲＸ＾（２.５４０Ｅー
１）／ＲＭ〕ただし、ＩＲＲＣ、ＲＲＣ：補正後の画像ＩＲ、Ｒ：補正前の画像ＩＲＸ：ＩＲの分光日射計測定値ＲＸ（＝ｆ(IRX)）：Ｒの分光日射測定値またはＩＲと
Ｒの分光日射計の出力の関係式ＩＲＭ、ＲＭ：基準のＣＣＴ値なお、この補正係数は、使用するＣＣＤビデオカメラ
（レンズ、フィルタを含む）毎に算出する。上記補正係
数を用いて、ＩＲ画像とＲ画像の各々を、基準放射値で
撮影した画像を用いて正規化する。

【００３７】《フィルター・ビデオ個体差補正》本補正
は、ＩＲフィルターとＲフィルターの透過率を１００％
に変換したり、ＣＣＤビデオカメラ１のＣＣＤ素子の相
対感度の違いなどの個体差の補正である。まず、フィル
ター補正の式は、以下の通りである。この計算はＩＲ用
のバンドパスフィルタとＲ用のバンドパスフィルタにつ
いて別々に行なう。ＴＣ＝ＩＣ＊１００／Ｔただし、ＴＣ：補正後の出力画像（ＩＲ画像：ＩＲＴＣ
Ｒ画像：ＲＴＣ）Ｔ：フィルターの透過率（ＩＲ画像：ＩＲＴＲ画
像：ＲＴ）また、ＣＣＤビデオカメラ１の個体差の補正式は次の通
りである。ＫＣ＝ＴＣ＊（１００／ＫＳ）ただし、ＫＣ：補正後の出力画像（ＩＲ画像：ＩＲＫＣ
Ｒ画像：ＲＫＣ）ＫＳ：相対感度（ＩＲ画像：ＩＲＫＳＲ画像：ＲＫ
Ｓ）

【００３８】《位置合わせ補正》ＩＲ画像上の任意の４
点の座標とＲ画像上の同一４地点の座標の差を算出し
て、一方の座標をその差分だけ移動させて、ＩＲ画像と
Ｒ画像の視点の違いによる位置ズレを補正する。なお、
この補正は、１台のＣＣＤビデオカメラ１で撮影した場
合には省略する。

【００３９】《バンド間演算処理》ＩＲ画像とＲ画像を
用いて、次のようなバンド間演算を施し、画像の強調を
行なう。ＢＹ＝Ｎ＊ＩＲＮＹ／ＲＮＹただし、ＢＹ：バンド間演算後の出力画像ＩＲＮＹ：バンド間演算前のＩＲ画像ＲＮＹ：バンド間演算前のＲ画像Ｎ：画像強調係数

【００４０】《マスク処理》グリーン芝のみの活力評価
を行うために、グリーン以外が写っていた場合は、その
部分のＣＣＴ値を０にするためのマスクをかける。マス
ク処理画像は、ＩＲ画像またはＲ画像を見ながら作成す
る。詳細には、画面上のグリーンの縁を、例えば、マウ
スカーソルでなぞってポリゴン（画）を作成し、その内
部をＣＣＴ値１とし、また、外部をＣＣＴ値０として入
力したマスク処理用画像を作成してＲＡＭまたは画像メ
モリに取り込み、上記バンド間演算後の画像にかける。
補正式は、以下の通りである。ＭＢＹ＝ＢＹ＊ＭＳただし、ＭＢＹ：マスク処理後の出力画像ＭＳ：マスク処理用画像

【００４１】《平滑化処理》高周波のノイズ除去と滑ら
かな画像を得るために、マスク処理後の画像に３×３画
素の平滑化フィルタをかける。なお、画素のＣＣＴ値が
０の場合は、画素としてカウントしないで計算を行な
う。

【００４２】《レベル合わせ補正》上記の分光放射補正
までの正規化を行っても、補正後の画像の分布位置に約
±５％（ＣＣＴ値にして約±１０カウント）の誤差が生
じてしまう。時系列評価を行なう目的で、この誤差を修
正するための補正方法として「レベル合わせ」を行な
う。

【００４３】ところで、病気等の原因により植物の活力
が低下する場合、例えば、ゴルフ場のグリーン芝の全面
の活力が１日にして一気に低下することはほとんどな
く、局部的な病気が発生した後に全面に拡散していく場
合が多いものと考えられる。従って、活力が低下する状
況をとらえたビデオ画像の持つヒストグラムの分布ピー
クも徐々に下がっていくはずである。そのように考える
と、ピークが徐々に下がったとしてもビデオ画像の持つ
ヒストグラムの高出力値側に分布する「健康な」活力情
報を示すエリアは１日程度の時間経過では、図６に示す
ように、ヒストグラム上の高出力値側で、ほぼ同一な画
素数の位置に存在するはずである。

【００４４】上記ＣＣＴ値の高出力値側には、活力の高
い（すなわち健康な）植物の植生情報以外の電気ノイズ
等が混入し、平滑化するだけでは除去できない場合があ
る。そこで、これらのノイズを除去するためと、上記健
康な植物からの活力情報が分布する位置となるヒストグ
ラムの高出力値側の基準となる有効画素数を、これまで
の経験上からとライン状のノイズが１ライン入る可能性
を考慮して（本システムで使用している画像処理装置９
の１ラインの画素数は５１２である）、６００個以上に
特定した。健康な芝の分布位置である有効画素数を特定
したならば、前日と翌日の画像間のレベル合わせを、前
日の有効画素数の分布位置のＣＣＴ値に対して撮影日の
有効画素数の分布位置のＣＣＴ値の差の分だけ画像全体
に加減演算を施すことにより、正規化の誤差を約±０.
５％まで向上させることができた。従って、本レベル合
わせ補正では、健康な芝が分布する位置のＣＣＴ値をレ
ベル合わせの基準に利用するために、原則として撮影を
行った画像中に健康な芝が存在することが前提となる。

【００４５】次に、分類画像の作成方法について説明す
る。例えば、健康な芝から病気の芝までが持つ画像出力
値のレンジ（分布幅）間で、図７に示すように、「健
康」「注意」「警告」「病気」の４つの活力ランクの閾
値を定め、各ランクに応じて画面の表示色を、例えば、
健康は緑、注意は黄、警告は橙、病気は赤のように、色
分けして疑似カラー化された分類画像を得、モニター１
３に映し出す。

【００４６】このように分類画像は、閾値により常に一
定の条件で色分けしているため、客観的な評価が行え
る。尚、本分類画像では各ランク別の閾値を用いて変換
しているため、従来行っていたような画像ごとのストレ
ッチ（バンド間演算結果の活力変化を識別しやすいよう
にカラーリングしてモニターに疑似カラー表示するため
に、０〜２５５のレンジである程度の幅をもって収まる
ように調整すること）を変える必要がない。

【００４７】本発明では、グリーン芝の活力の変動状況
を表現するために、「健康」「注意」「警告」「病気」
の４ランクによる分類画像を作成した。４ランクに分類
するための閾値は、障害を起こした芝（ここでは、乾燥
障害を起こした芝）と、健康な芝からのビデオ映像を実
験（人工光源、近距離からの理想条件下）により収得
し、そのデータを解析することで、以下に述べる経験的
に設定する分類方法を考案した。

【００４８】本分類方法における「健康」と「注意」を
分類するための閾値は、芝活力の変動ベクトルが大きく
低下しはじめる位置とした。図８の障害芝と健康芝の活
力が交差した点が、この「注意」のランクにあたるもの
と位置づけた。すなわち、この位置までは、多少の上下
変動があるものの活力変動ベクトルは下降傾向にはな
く、この位置を越えて活力変動ベクトルが下がり、活力
が低下傾向を持ち始めた範囲を「注意」とした。従っ
て、その位置よりも活力が上がっていれば「健康」とし
た。

【００４９】次に、「注意」と「警告」を分類するため
の閾値は、活力低下を始めた芝が、自然治癒あるいは活
力回復処置を取れば短時間で回復する可能性のある範囲
までを「注意」とした。すなわち、図９に示すように、
乾燥障害により活力が低下した際に、露等による水分を
与えることにより活力が一時的に回復した位置までとし
た。その位置を越えて、さらに低下した範囲を「警告」
のランクとし、早急かつ適切な対処が必要となる。最後
に、「警告」のランクの範囲で、活力変動ベクトルがさ
らに低下し、葉が褐色を示して枯死した範囲を「病気」
とした。

【００５０】図１０に、上記の障害芝と健康芝からの画
像出力値の時系列変化と、分類のための閾値の関係を示
し、また、表１に閾値と疑似カラー表示用の色設定を示
す。上記の閾値は、理想条件下の実験で得られた結果で
あり、実際のゴルフ場のグリーン芝には、そのまま当て
はめられるとは限らない。特に、本発明では先に述べた
ようにレベル合わせを行うために、有効画素数の位置の
画像出力値に対して加減演算を施すので、閾値の絶対値
をそのまま利用することはできない。

【００５１】

【表１】

【００５２】そこで、本分類方法を利用するために、以
下の方法を試みた。まず、予め、本発明方法を適応する
グリーンのビデオ映像と分光データを測定し、さらに、
現地のグリーンキーパーの助言等を受けながら芝の活力
状況を現地踏査する。それらの情報から、例えば、常に
活力の低いグリーン縁のエリアの画像出力値を、上記実
験で得られた閾値の「注意」とし、その出力値と「注
意」の閾値との差を画像全体に加減演算することによ
り、実験で作成した閾値の絶対値を適応できるようにす
る。また、適応するグリーン芝が実験時と同種の芝で、
同じＣＣＤビデオカメラにより撮影されるならば、その
閾値の分布幅（位置）はそのまま利用する。

【００５３】図１１に示すように、本分類方法を用いた
実際のゴルフ場のグリーンの分類画像は、グリーン縁と
ホールがあった周辺が「注意」であるが、それ以外が
「健康」であり、比較的状況の良いグリーンであること
が面的に評価できる。なお、この評価は、グリーンキー
パーの診断と一致していた。

【００５４】次に、評価画像の作成について説明する。
上記分類画像は日常管理のための画像表示方法である
が、さらに時系列的な植物の活力変化を現す評価画像を
得るために、毎日定時の分類画像の差をとって、前日の
分類画像の画像出力値から当日の分類画像の画像出力値
を差し引いて、４を加算して算出する。算出画像出力値
は、表２に示すように、７段階の活力変化度を示す疑似
カラー化された評価画像を得、モニター１３に映し出
す。この評価画像により、例えば、活力変動と疑似カラ
ーが対応することで、病気等の進行や広がりの程度、農
薬その他の散布による回復の程度等が画像上で面的に捉
えられ、対処の有効性が一目で判る。

【００５５】

【表２】

【００５６】本発明では、撮影場所、撮影諸元（ビデオ
カメラ、ビデオレンズ等）が変わったり、監視を行う植
物の種類や植物のおかれている環境が著しく異なる場
合、上記方法によるデータ蓄積結果や、現地の管理責任
者の経験にもとづいた閾値をその都度設定すれば、多方
面の植物監視に応用することができる。

【００５７】

【発明の効果】

１）測定時の照明光（太陽光）の分光放射エネルギー量
とビデオカメラのレンズの絞り制御電圧値との関係式を
導き出し、その関係式をもとにビデオカメラで撮影した
ビデオ映像信号のレベルが適正になるように絞りの自動
調整を行なうことができる。２）人工光源を用いて一定濃度の基準板を照らし、ＣＣ
Ｄ素子への入光量を変化させることによりビデオカメラ
の出力電圧値別のシェーディング・入光量補正画像を作
成することにより、入光量別のシェーディング等による
出力ムラの影響を排除することができる。３）輝度情報画像のヒストグラムから「健康」な植物の
情報を持つ基準となる分布位置を特定し、時間の異なる
画像間でそれぞれの分布位置のＣＣＴ値の差分をとり、
処理画像全体にこの差分を加えて２つの画像間のレベル
合わせを行なうことにより、時系列評価のための正規化
の精度を上げることができる。４）植物の活力を「健康」「注意」「警告」「病気」の
４つのランクに分類して疑似カラー画像で表示するよう
にしたので、植物の活力を一目で評価することができ
る。５）植物の活力を分類した画像の差分をとって、活力変
動を時系列的に評価するようにしたので、活力変動を迅
速かつ正確に評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するシステムのブロック図で
ある。

【図２】分光日射計のＩＲとＲの出力電圧の関係を示す
グラフである。

【図３】本発明方法による処理のフロー図である。

【図４】絞りと画像出力値の関係を示すグラフである。

【図５】ＲとＩＲの出力電圧値とＣＣＴ値の関係を示す
グラフである。

【図６】レベル合わせの説明図である。

【図７】植物活力ランクの閾値を示す図である。

【図８】健康芝と障害芝のビデオ画像出力値の時系列変
化を示すグラフである。

【図９】健康芝と障害芝のビデオ画像出力値の時系列変
化を示すグラフである。

【図１０】健康芝と障害芝のビデオ画像出力値の時系列
変化を示すグラフである。

【図１１】ゴルフ場のグリーン芝のレベル合わせ済画像
と分類画像例を示す図である。

【図１２】活力度による植物の分光反射率の変化を示す
図である。

【符号の説明】

１ＣＣＤビデオカメラ２ビジュアルコントローラ３送信用パラボラアンテナ４分光日射計５データロガー６モデム７コネクションボックス８受信用パラボラアンテナ９画像処理装置１０コネクションボックス１１モデム１２パーソナルコンピュータ１３モニター

フロントページの続き (71)出願人 591074161 アジア航測株式会社東京都新宿区新宿４丁目２番18号新宿光風ビル (72)発明者西岡哲神奈川県厚木市飯山2116ー75 古松台16ー 11 (72)発明者南哲久神奈川県相模原市相模原４ー６ー６ー1109 (72)発明者伊藤浩神奈川県海老名市国分南３ー13ー16ー107 (72)発明者岡田正和千葉県市原市青葉台７ー33ー１ (72)発明者川村正夫東京都府中市南町２ー12ー54 (72)発明者大城宗宏神奈川県横浜市中区本牧町１ー76ー１ (72)発明者浅野秀幸東京都世田谷区等々力８ー７ー９ (72)発明者水谷信之東京都新宿区新宿４丁目２番18号アジア航測株式会社内 (72)発明者山野芳樹東京都新宿区新宿４丁目２番18号アジア航測株式会社内 (72)発明者吉川茂也東京都新宿区新宿４丁目２番18号アジア航測株式会社内 (72)発明者五味謙隆東京都新宿区新宿４丁目２番18号アジア航測株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ビデオカメラにより植物からの特定波長
の反射光を輝度情報画像として撮影し、得られた画像に
解析処理を施して植物の活力変動を評価するための画像
を作成する方法において、測定時の照明光の分光放射エ
ネルギー量とビデオカメラのレンズの絞りを制御する電
圧値との関係式を導き出し、その関係式をもとにビデオ
カメラで撮影したビデオ映像信号のレベルが適正になる
ように絞りの自動調整を行なうことを特徴とする植物活
力変動の評価画像作成方法。
【請求項２】ビデオカメラにより植物からの特定波長
の反射光を輝度情報画像として撮影し、得られた画像に
解析処理を施して植物の活力変動を評価するための画像
を作成する方法において、撮影時のビデオカメラへの入
光量に応じたシェーディング等による出力ムラの影響を
除去するためにビデオカメラの出力電圧値別のシェーデ
ィング・入光量補正画像を作成することを特徴とする植
物活力変動の評価画像作成方法。
【請求項３】ビデオカメラにより植物からの特定波長
の反射光を輝度情報画像として撮影し、得られた画像に
解析処理を施して植物の活力変動を評価するための画像
を作成する方法において、輝度情報画像のヒストグラム
から「健康」な植物からの画像出力値の分布位置を特定
し、この特定した画像出力値を基準位置として、時間の
異なる画像間でそれぞれの基準位置の差分をとり、処理
画像全体にこの差分を加えて画像の健康な画像出力値の
位置を合わせるレベル合わせを行なうことを特徴とする
植物活力変動の評価画像作成方法。
【請求項４】ビデオカメラにより植物からの特定波長
の反射光を輝度情報画像として撮影し、得られた画像に
解析処理を施して植物の活力変動を評価するための画像
を作成する方法において、植物の活力を「健康」「注
意」「警告」「病気」の４つのランクに分類して疑似カ
ラー画像で表示することを特徴とする植物活力変動の評
価画像作成方法。
【請求項５】ビデオカメラにより植物からの特定波長
の反射光を輝度情報画像として撮影し、得られた画像に
解析処理を施して植物の活力変動を評価するための画像
を作成する方法において、植物の活力を分類した画像の
差分をとって、活力の変化を時系列的に評価することを
特徴とする植物活力変動の評価画像作成方法。