JPWO2013133171A1 - 種子選別方法及び種子選別装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】実用特性に応じた農作物や樹木の種子の選別を非破壊で容易に行うことが可能な種子選別方法を提供する。【解決手段】種子毎の実用特性に応じて選別を行う種子選別方法であって、選別対象である選別対象種子3に対して、1200nm〜2400nmの波長帯域のうち少なくとも10nmの帯域の近赤外光を光源10から照射することによりカメラ20で撮像して得られる拡散反射スペクトルのスペクトル形状に基づいて選別対象種子を2以上のグループのいずれかに選別することを特徴とする。【選択図】図1
Description
本発明は、種子選別方法及び種子選別装置に関する。
農作物の種子の品質判定等を目的として、例えば外観(種子の色調)に応じて種子を分類する装置や、種子の比重に応じて種子を分類する装置等が知られている。さらに、近年では、近赤外光を種子に照射することで、種子に含まれる特定の化学物質の量を計測し、その結果から種子の特性を推定する方法が検討されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、種子の発芽勢や成苗率等の実用特性については、種子に含まれる特定の化学物質の量だけで判断できるものではなく、いろいろな化学物質が影響を与えていると考えられる。このように複数種類の化学物質が種子の特性に影響を与える場合には、特定の化学物質の測定のみでは特性を正確に評価することが困難であると考えられる。また、複数の化学物質の含有量を測定することは作業量が非常に増大するという問題がある。
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、実用特性に応じた農作物や樹木の種子の選別を非破壊で容易に行うことが可能な種子選別方法及び種子選別装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る種子選別方法は、種子毎の実用特性に応じて選別を行う種子選別方法であって、選別対象である選別対象種子に対して、1200nm〜2400nmの波長帯域のうち少なくとも10nmの帯域の近赤外光を照射することにより得られる拡散反射スペクトルのスペクトル形状に基づいて選別対象種子を2以上のグループのうちにいずれかに選別することを特徴とする。
上記の種子選別方法によれば、少なくとも10nmの波長帯域の近赤外光を照射することにより得られる拡散反射スペクトルのスペクトル形状に基づいて、選別を行うため、種子を破壊することなく、且つ簡易な方法で種子を選別することができる。
ここで、選別対象種子に対して近赤外光を照射することにより得られる拡散反射スペクトルについて、選別対象種子と同一品種の種子の拡散反射スペクトルである基準スペクトルとの差分スペクトルを算出し、差分スペクトルのスペクトル形状を用いて選別対象種子を選別する態様とすることができる。
また、差分スペクトルの2階微分である2階微分差分スペクトルを算出し、2階微分差分スペクトルのスペクトル形状を用いて選別対象種子を選別する態様としてもよい。
また、所定の実用特性を有する種子の拡散反射スペクトルのスペクトル形状に基づいて当該種子が選別されるグループを予め調べておき、所定の実用特性を有する種子と同一のグループに選別対象種子が選別されるか否かにより、選別対象種子の実用特性を判定する態様とすることもできる。
また、本発明に種子選別装置は、選別対象である選別対象種子に対して、1200nm〜2400nmの波長帯域のうち少なくとも10nmの帯域の近赤外光を照射する光源部と、選別対象種子において拡散反射された近赤外光による拡散反射スペクトルを取得する取得部と、取得部により取得された拡散反射スペクトルのスペクトル形状に基づいて選別対象種子を2以上のグループのいずれかに選別する分析部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、実用特性に応じた農作物や樹木の種子の選別を非破壊で容易に行うことが可能な種子選別方法及び種子選別装置が提供される。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態に係る種子選別装置1について図1を用いて説明する。種子選別装置1は、ベルトコンベア2上に分散載置された種子3(選別対象種子:図1では、種子3の載置位置を示す)の実用特性を非破壊検査し、特性に基づいて選別するための装置である。本実施形態に係る種子選別装置1の選別要因として、種子の発芽勢や成苗率、種子の由来(野生種、栽培種や産地など)、薬剤などによる加工の有無等が挙げられるが、本実施形態では、これらを含めて実用特性という。実用特性は、種子3に含まれる成分の量や変質等の影響を受けると考えられるが、外観のみでは判断することが困難である。よって、本実施形態に係る種子選別装置1では、測定光を種子3に対して照射することにより得られる拡散反射光のスペクトルを測定し、このスペクトルを解析することにより種子3の実用特性を検出する。この種子選別装置1では、光源ユニット10(光源部)、検出ユニット20(取得部)、及び分析ユニット30(分析部)を備える。
光源ユニット10は、一定の波長帯域を有する測定光を、ベルトコンベア2上における所定の照射領域A1へ向けて照射する。光源ユニット10が照射する測定光の波長範囲は、種子3の種類等に応じて近赤外領域であって、波長範囲が1200〜2400nmの光が好適に用いられ、この波長範囲のうちの少なくとも10nm以上の帯域の光が分析に用いられる。
なお、本実施形態では、スーパーコンティニューム(SC)光を発生する光源11(SC光源)を含む光源ユニット10について説明する。
照射領域A1とは、種子3を載置するベルトコンベア2の表面(載置面2b)の一部の領域である。この照射領域A1は、載置面2bの進行方向2a(図1のy軸方向)と垂直な幅方向(x軸方向)に広がり、載置面2bの一方の端から他方の端までを覆うライン状に延びる領域である。そして、照射領域A1の延在方向に垂直な方向(y軸方向)における照射領域A1の幅は10mm以下とされる。
光源ユニット10は、SC光を出射する光源11と、照射部12と、光源11と照射部12とを接続する光ファイバ13と、を備える。光源11は、近赤外光としてSC光を発生させる。さらに具体的には、SC光源である光源11は、種光源及び非線形媒質を備え、種光源から出射される光を非線形媒質に入力し、非線形媒質中における非線形光学効果によりスペクトルを広帯域に広げてSC光を出力する。
光源11により発生された近赤外光(SC光)は、光ファイバ13の一方の端面へ入射される。この近赤外光は、光ファイバ13のコア領域を導波し、もう一方の端面から照射部12に対して出射される。
照射部12は、光ファイバ13の端面から出射される近赤外光(SC光)を検査対象物3が載置される照射領域A1に対して照射する。照射部12は、光ファイバ13から出射される近赤外光を入射して、照射領域A1に対応した1次元のライン状に出射するため、照射部12としてシリンドリカルレンズが好適に用いられる。このように照射部12においてライン状に整形された近赤外光L1が、照射部12から照射領域A1に対して照射される。
光源ユニット10から出力された近赤外光L1は、照射領域A1上に載置された種子3により拡散反射される。そして、その一部が、拡散反射光L2として検出ユニット20に入射する。
検出ユニット20は、ハイパースペクトル画像を取得するハイパースペクトルセンサとしての機能を有する。ここで、本実施形態におけるハイパースペクトル画像について図2を用いて説明する。図2は、ハイパースペクトル画像についてその概略を説明する図である。図2に示すように、ハイパースペクトル画像Hとは、N個の画素P1〜PNにより構成されている画像であるが、このうちの1個の画素Pnには、複数の強度データからなるスペクトル情報Snが含まれている。この強度データとは、特定の波長(又は波長帯域)におけるスペクトル強度を示すデータであり、図2では、15個の強度データがスペクトル情報Snとして保持されていることを示す。このように、ハイパースペクトル画像Hは、画像を構成する画素毎に、それぞれ複数の強度データを持つという特徴から、画像としての二次元的要素と、スペクトルデータとしての要素をあわせ持った三次元的構成のデータである。
図1に戻り、本実施形態に係る検出ユニット20は、スリット21と、分光器22と、受光部23と、を備える。この検出ユニット20は、その視野領域20sがベルトコンベア2の進行方向2aと垂直な方向(x軸方向)に延びている。検出ユニット20の視野領域20sは、載置面2bの照射領域A1に含まれるライン状の領域であって、スリット21を通過した拡散反射光L2が受光部23上に像を結ぶ領域である。
スリット21は、照射領域A1の延在方向(x軸方向)と平行な方向に開口が設けられる。検出ユニット20のスリット21に入射した拡散反射光L2は、分光器22へ入射する。
分光器22は、スリット21の長手方向、すなわち照射領域A1の延在方向に垂直な方向(y軸方向)に拡散反射光L2を分光する。分光器22により分光された光は、受光部23によって受光される。
受光部23は、複数の受光素子が2次元に配列された受光面を備え、各受光素子が光を受光する。これにより、受光部23がベルトコンベア2上の幅方向(x軸方向)に沿った各位置で反射した拡散反射光L2の各波長の光をそれぞれ受光することとなる。各受光素子は、受光した光の強度に応じた信号を位置と波長とからなる二次元平面状の一点に関する情報として出力する。この受光部23の受光素子から出力される信号が、ハイパースペクトル画像に係る画像データとして、検出ユニット20から分析ユニット30に送られる。
分析ユニット30は、入力された信号により拡散反射光L2のスペクトルを得て、この得られたスペクトルに基づいて検査を行う。種子3の実用特性を検出する場合は、次のような原理で検査を行う。種子3の実用特性は、種子3に含まれる成分によって変動すると考えられ、複数の成分の量やその割合等により実用特性が決まると考えられる。したがって、これらの情報が反映された近赤外領域の拡散反射光L2のスペクトルを分析することで、種子3に含まれる成分の実用特性を評価する。そして、分析ユニット30による分析の結果は、例えば分析ユニット30に接続されるモニタや、プリンタ等に出力することによって、種子分析装置1のオペレータに通知される。
ここで、種子3の近赤外光の拡散反射スペクトルを用いた分析について説明する。図3は、拡散反射光のスペクトルを用いた分析の流れを説明する図である。図3に示すように、種子分析装置1による種子分析は、基準スペクトルの作成(S01)、測定対象となる各種子の拡散反射スペクトルの測定(S02)、差分スペクトルの算出/2階微分スペクトルの算出(S03)、パターン判定(S04)のステップを経て行われる。
まず、種子の実用特性を評価するために用いる基準となるスペクトルとなる基準スペクトルが作成される。基準スペクトルの作成に用いられる種子は、測定対象物となる品種と同一の品目であればよく、更に、同一品種であることができる。基準スペクトルの作成方法の一例としては、測定対象物となる種子の一部(例えば、10個、種子全数の10%等)をサンプリングし、その一部の種子をスペクトルの測定方法にしたがって測定し、取得したスペクトルを吸収スペクトルに変換し、その平均値(基準スペクトル)を算出する方法が挙げられる。
吸収スペクトルへの変換は、クベルカ−ムンク変換(Kubelka-Munk:KM変換)を用いて行われる。KM変換とは、図2の拡散反射スペクトルを測定する際に得られた各波長における拡散反射率をRとしたとき、下記(1)に示すK/Sを算出することである。なお、Kは吸収係数、Sは散乱係数である。
K/S=(1−R)2/2R …(1)
K/S=(1−R)2/2R …(1)
拡散反射スペクトルを測定する際、検査対象物による吸収が強い波長域(吸収ピーク)においては、長い光路長を有する拡散反射光はほとんど吸収され、短い光路長を有する拡散反射光のみが放射される。一方、検査対象物による吸収が弱い波長域(吸収ピーク)においては、長い光路長を有する拡散反射光についても一部は吸収されず放射される。したがって、拡散反射スペクトルにおけるピーク間の相対強度は、元来検査対象物が有する吸収ピーク間の相対強度よりも小さくなっているため、検査対象物の有する吸収ピークが明確とならない場合がある。そこで、上記のKM変換を行って算出したK/Sを用いて吸収ピークの形状を明確にすることにより、より検査対象物の特徴を明確にすることができるため、より高精度の品質評価を行うことができる。
なお、拡散反射スペクトルとKM吸光度スペクトル(KM変換による吸収スペクトル)とは、拡散反射スペクトルにおける拡散反射率(R)の大小により使い分けることができる。例えば、拡散反射率(R)が0.1以上の場合、すなわち拡散反射スペクトルにおいて下向きのピーク(吸収ピーク)の強度が0.1より大きい場合は、拡散反射スペクトルにおいても吸収ピークのピーク波長及びその形状が十分に確認できることから、拡散反射スペクトルにおける評価を用いることができる。しかし、拡散反射率(R)が0.1より小さい場合は、ピークの区別がつきづらいことから、KM吸光度スペクトルを算出して各ピークをより明確に区別した後に評価することにより、より精度の高い評価を行うことができる。
なお、KM変換は必須ではなく、拡散反射スペクトルをそのまま利用して分析を行ってもよい。本実施形態では、上記のKM変換を用いて得られた吸収スペクトルを利用して種子の分析を行う場合について説明を行う。
次に、測定対象である各種子について拡散反射スペクトルの測定を行う。光源10から種子3に対して近赤外光L1を照射して得られる拡散反射光L2をカメラ20で撮像することにより、拡散反射スペクトルを取得する。本実施形態では、この拡散反射スペクトルをKM変換することにより、吸収スペクトルを算出する。
次に、先に作成した基準スペクトルと吸収スペクトルとを用いて差分スペクトルを取得する。この差分スペクトルの例を図4に示す。図4では、4つの種子#1〜#4についてそれぞれ拡散反射スペクトルから吸収スペクトルを算出し、それぞれの吸収スペクトルと基準スペクトルとの差分を算出したものである。4つの種子#1〜#4のうち、種子#1は、他の種子#2〜4と同一品種の種子に対して薬剤加工を施したものである。図4の差分スペクトルの例では、種子#1のスペクトル形状のみが他の種子#2〜#4とは正負が異なるピーク形状となっていて、例えば、波長1730nm付近においては、ピーク形状が大きく異なっている。
また、図5では、図4に示した4つの種子#1〜#4の差分スペクトルを2階微分した2階微分差分スペクトルを算出したものを示す。図5の2階微分差分スペクトル場合、種子#1のスペクトルでの波長1730nmにおけるピーク形状について、他の種子#2〜#4のスペクトルにおけるピーク形状との差異がより顕著となる。
次に、この差分スペクトルまたは2階微分差分スペクトルを用いて、パターン分けを行う。パターン分けの例を挙げると、「発芽勢が良/不良」「成苗率が良/不良」「野生種/栽培種」「産地」「薬剤などの加工の有/無」が考えられる。また、これらを組み合わせて、3つ以上のパターンに分類してもよい。このような実用特性に応じてパターン分けをする場合、予め実用特性が分かっている種子、例えば、発芽勢が良いと思われる種子の差分スペクトルまたは2階微分差分スペクトルにおいて特徴的なスペクトル形状を示す波長帯域を特定し、その波長帯域におけるスペクトル形状に基づいてパターン識別を行う方法が挙げられる。パターン識別を行うための解析方法としては、例えば主成分分析を用いることができる。
以上のように、本実施形態に係る種子選別装置1及びこの種子選別装置1を用いた種子選別方法によれば、少なくとも10nmの波長帯域の近赤外光を照射することにより得られる拡散反射スペクトルのスペクトル形状に基づいて、選別を行うため、種子を破壊することなく、且つ簡易な方法で種子を選別することができる。
図6は、セリ科の野菜の種子に関して野生種種子、栽培種種子各々からの拡散反射スペクトルを2階微分したスペクトルである。1200nm〜2400nmの波長帯域のうちの少なくとも10nmの帯域の近赤外光を照射することにより得られる拡散反射スペクトルのスペクトル形状に基づいてセリ科の野菜の種子に含まれる野生種種子と栽培種種子とを区別することが可能である。例えば、波長1400nm〜1500nmにおけるピーク形状と、波長2100nm〜2200nmにおけるピーク形状とを比較すれば、セリ科の野菜の種子に含まれる野生種種子と栽培種種子とを区別することが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。
例えば、上記実施形態では、光源ユニット10が、SC光を出射する場合について説明したが、SC光源とは異なる光源を用いてもよい。
また、上記実施形態では、検出ユニット20が、ハイパースペクトル画像を取得するハイパースペクトルセンサとしての機能を有する場合について説明したが、この構成に限定されない。また、上記実施形態では、ベルトコンベアに載置されて移動する種子3を固定された光源ユニット10で照射し、検出ユニット20にて検出する構成について説明したが、光源ユニット10及び検出ユニットが可動式となっていてもよい。
実用特性に応じた農作物や樹木の種子の選別を非破壊で容易に行うことが可能な種子選別方法及び種子選別装置に関する。
1…種子選別装置、2…ベルトコンベア、3…種子(選別対象種子)、10…光源ユニット、11,11A…光源、12…照射部、13…光ファイバ、20…検出ユニット、21…スリット、22…分光器、23…受光部、30…分析ユニット、40…ミラースキャナ、50…波長可変フィルタ。
Claims (5)
- 種子毎の実用特性に応じて選別を行う種子選別方法であって、
選別対象である選別対象種子に対して、1200nm〜2400nmの波長帯域のうち少なくとも10nmの帯域の近赤外光を照射することにより得られる拡散反射スペクトルのスペクトル形状に基づいて前記選別対象種子を2以上のグループのいずれかに選別する方法。 - 前記選別対象種子に対して前記近赤外光を照射することにより得られる前記拡散反射スペクトルについて、前記選別対象種子と同一品種の種子の拡散反射スペクトルである基準スペクトルとの差分スペクトルを算出し、
前記差分スペクトルのスペクトル形状を用いて前記選別対象種子を選別する
ことを特徴とする請求項1記載の種子選別方法。 - 前記差分スペクトルの2階微分である2階微分差分スペクトルを算出し、
前記2階微分差分スペクトルのスペクトル形状を用いて前記選別対象種子を選別する
ことを特徴とする請求項2記載の種子選別方法。 - 所定の実用特性を有する種子の拡散反射スペクトルのスペクトル形状に基づいて当該種子が選別されるグループを予め調べておき、
前記所定の実用特性を有する種子と同一のグループに前記選別対象種子が選別されるか否かにより、前記選別対象種子の実用特性を判定する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の種子選別方法。 - 選別対象である選別対象種子に対して、1200nm〜2400nmの波長帯域のうち少なくとも10nmの帯域の近赤外光を照射する光源部と、
前記選別対象種子において拡散反射された前記近赤外光による拡散反射スペクトルを取得する取得部と、
前記取得部により取得された前記拡散反射スペクトルのスペクトル形状に基づいて前記選別対象種子を2以上のグループのいずれかに選別する分析部と、
を備えることを特徴とする種子選別装置。
Priority Applications (1)
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