KR20170133505A - 식물 생육 지표 측정 장치 및 그의 방법 그리고 식물 생육 지표 측정 시스템 - Google Patents

식물 생육 지표 측정 장치 및 그의 방법 그리고 식물 생육 지표 측정 시스템 Download PDF

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겐지 와타나베
사오리 아마노
히로시 후카자와
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코니카 미놀타 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 식물 생육 지표 측정 장치 및 식물 생육 지표 측정 방법 그리고 식물 생육 지표 측정 시스템에서는, 제1 및 제2 파장으로 측정함으로써 얻어지는, 복수의 잎을 갖는 측정 대상의 반사광의 각 광강도, 그리고 그 측정 시에 있어서의 태양광의 측정 대상으로의 입사 각도인 태양 각도, 및 상기 반사광의 측정 방향에 대한 상기 태양의 방향인 태양 방향에 기초하여, 상기 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표가 구해진다.

Description

식물 생육 지표 측정 장치 및 그의 방법 그리고 식물 생육 지표 측정 시스템
본 발명은 식물에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표를 구하는 식물 생육 지표 측정 장치 및 식물 생육 지표 측정 방법 그리고 식물 생육 지표 측정 시스템에 관한 것이다.
농업에서는, 고품질 및 안정 다수확의 농작물의 식물을 기르기 위해서, 예를 들어 추비 시기나 추비량 등의 시비 관리를 적절하게 실시할 필요가 있다. 그 때문에, 현상의 식물의 상태가 판정된다. 이 판정에는, 종전, 엽색의 농도가 식물의 상태를 나타내고 있기 때문에, 예를 들어 황녹색으로부터 짙은 녹색까지 서서히 색을 변화시킨 복수의 색 견본을 구비하는 엽색판(엽색 컬러 스케일)이 사용되고 있다. 이러한 엽색판을 사용한 식물의 상태 판정에서는, 주관적인 판정이 되기 때문에, 또는 농업의 공업화에 적합하지 않기 때문에, 최근에는 여러가지 장치가 연구, 개발되어 있다. 그의 하나로, 예를 들어 특허문헌 1에 개시된 기술이 있다.
이 특허문헌 1에 개시된 식물의 생육도 측정 장치는, 식물의 생육도를 광학적으로 측정하는 장치이며, 식물에 의해 반사된 태양광을 입사시켜서 분광하고, 2종 이상의 특정 파장의 광의 반사 강도를 측정하는 제1 수광부와, 태양광을 직접 입사시켜서 상기 제1 수광부와 동일 파장의 광으로 분광하고, 참조광으로서 그 수광 강도를 측정하는 제2 수광부와, 상기 제1 수광부에서 검출한 특정 파장의 반사 강도를 상기 제2 수광부에서 검출한 참조광의 수광 강도를 기초로 보정하고, 보정된 반사 강도를 기초로, 측정 식물의 엽색(SPAD값), 풀 길이, 건물중, (풀 길이×줄기수), {풀 길이×엽색(SPAD값)} 및 {풀 길이×줄기수×엽색(SPAD값)} 중 적어도 하나를 구하는 연산부를 구비한다.
그런데, 상기 특허문헌 1에 개시된 식물의 생육도 측정 장치는, 생육도를 구하기 위해서, 상기 특정 파장의 반사 강도를 상기 참조광의 수광 강도를 기초로 보정하고 있다. 그러나, 실제의 포장(圃場)에서는, 식물의 잎은 1매만의 단엽이 아니라 복수매의 군엽이다. 이 때문에, 식물에 의해 반사된 태양광은, 군엽에서 투과나 반사를 반복한 후에 수광됨으로써, 이 결과 수광 강도는, 예를 들어 카메라(촬상부)로 수광하는 경우, 상기 카메라와 태양의 위치 관계에 의존해버린다. 따라서, 상기 특허문헌 1에 개시된 식물의 생육도 측정 장치는 정밀도의 면에서 개량의 여지가 있다.
일본 특허 공개 제2002-168771호 공보(일본 특허 제4243014호 공보)
본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 발명이며, 그의 목적은 보다 고정밀도로 생육 지표를 측정할 수 있는 식물 생육 지표 측정 장치 및 식물 생육 지표 측정 방법 그리고 식물 생육 지표 측정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 식물 생육 지표 측정 장치 및 식물 생육 지표 측정 방법 그리고 식물 생육 지표 측정 시스템에서는, 제1 및 제2 파장으로 측정함으로써 얻어지는, 복수의 잎을 갖는 측정 대상의 반사광의 각 광강도, 그리고 그 측정 시에 있어서의 태양광의 측정 대상으로의 입사 각도인 태양 각도, 및 상기 반사광의 측정 방향에 대한 상기 태양의 방향인 태양 방향에 기초하여, 상기 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표가 구해진다. 따라서, 본 발명에 따른 식물 생육 지표 측정 장치 및 식물 생육 지표 측정 방법은, 보다 정밀도 좋게 식물의 생육 지표를 측정할 수 있다.
상기 그리고 기타의 본 발명의 목적, 특징 및 이점은 이하의 상세한 기재와 첨부 도면으로부터 밝혀질 것이다.
도 1은 측정계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 확산도 W가 상대적으로 낮은 경우에 있어서의, 카메라 각도(측정 각도) β별의 태양 방향 φ와 NDVI값의 관계를 도시하는 도면이다.
도 3은 확산도 W가 중 정도인 경우에 있어서의, 카메라 각도(측정 각도) β별의 태양 방향 φ와 NDVI값의 관계를 도시하는 도면이다.
도 4는 확산도 W가 상대적으로 높은 경우에 있어서의, 카메라 각도(측정 각도) β별의 태양 방향 φ와 NDVI값의 관계를 도시하는 도면이다.
도 5는 실시 형태에 있어서의 식물 생육 지표 측정 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 6은 실시 형태에 있어서의 식물 생육 지표 측정 시스템의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 실시 형태의 식물 생육 지표 측정 시스템에 있어서의 측정 결과의 일례를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시의 일 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일한 부호를 부여한 구성은, 동일한 구성인 것을 나타내고, 적절히 그의 설명을 생략한다. 본 명세서에 있어서, 총칭하는 경우에는 첨자를 생략한 참조 부호로 나타내고, 개별의 구성을 가리키는 경우에는 첨자를 첨부한 참조 부호로 나타낸다.
실제의 포장에서, 복수의 잎을 포함하는 군엽의 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index, 정규화 식생 지표)값을 측정하는 경우에 있어서, 반사 강도를 얻기 위하여 상기 군엽의 측정 대상을 촬상하는 카메라와 태양의 위치 관계가 상기 NDVI값에 끼치는 영향에 대해서 먼저 설명한다.
도 1은 측정계를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 확산도 W가 상대적으로 낮은 경우에 있어서의, 카메라 각도(측정 각도) β별의 태양 방향 φ와 NDVI값의 관계를 도시하는 도면이다. 도 3은 확산도 W가 중 정도인 경우에 있어서의, 카메라 각도(측정 각도) β별의 태양 방향 φ와 NDVI값의 관계를 도시하는 도면이다. 도 4는 확산도 W가 상대적으로 높은 경우에 있어서의, 카메라 각도(측정 각도) β별의 태양 방향 φ와 NDVI값의 관계를 도시하는 도면이다. 이들 도 2 내지 도 4에 있어서, 도 A는, 태양 각도 α가 0인 경우에 있어서의 NDVI값을 나타내고, 도 B는, 태양 각도 α가 30인 경우에 있어서의 NDVI값을 나타내고, 도 C는, 태양 각도 α가 60인 경우에 있어서의 NDVI값을 나타낸다. 실선은, 카메라 각도 β가 0도인 경우의 측정 결과를 나타내고, 파선은, 카메라 각도 β가 30도인 경우의 측정 결과를 나타내고, 이점쇄선은, 카메라 각도 β가 60도인 경우의 측정 결과를 나타내고, 일점쇄선은, 카메라 각도 β가 90도인 경우의 측정 결과를 나타낸다. 그리고, 이들 각 도면에 있어서, 횡축은 도 단위(degree)로 나타내는 태양 방향 φ이며, 그의 종축은 NDVI값이다.
이 실험에서는, 측정 대상은 복수의 잎을 포함하는 군엽이며, 도 1에 도시한 바와 같이, 이 측정 대상에 태양 각도 α의 태양으로부터 태양광이 조사되고 있는 경우에, 이 측정 대상이 카메라 각도(측정 각도) β에서 NDVI값을 측정하는 NDVI 카메라에 의해 측정되었다. 상기 측정에서는, 태양 방향을 φ로 하고, 태양의 확산도를 W로 한 경우에, 이들 태양 각도 α, 카메라 각도 β, 태양 방향 φ 및 확산도 W를 파라미터로 하여 NDVI값이 실측되었다. 그 결과가 도 2 내지 도 4 각각에 도시되어 있다.
여기서, 태양 각도 α는, 태양의 높이를 나타내고, 수평면의 법선 방향인 연직 방향을 기준으로(연직 방향을 0도로 하여), 측정 대상에 입사하는 태양광의 각도에 의해 표현된다. 즉, 태양 각도 α는, 수평면에 입사하는 태양광의 입사각이다. 카메라 각도(측정 각도) β는, 연직 방향을 기준으로(연직 방향을 0도로 하여), 측정 방향(NDVI 카메라의 광축을 따른 방향)과 연직 방향이 이루는 각도이다. 태양 방향 φ는, NDVI 카메라의 측정 방향에 대한 태양의 방향이며, 측정 대상에 대한 NDVI 카메라의 측정 방향과, 상기 측정 대상에 조사(입사)되는 태양광의 조사 방향(입사 방향)이 이루는 각도이다. 확산도 W는, 태양광이 상기 측정 대상에 조사될 때까지의 동안에, 예를 들어 구름이나 안개 등의 대기의 상태(기상조건)에 의해 확산되는 정도이다.
도 2 내지 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, NDVI값은, 이들 태양 각도 α, 카메라 각도 β, 태양 방향 φ 및 확산도 W에 의존하고 있다. 예를 들어, 카메라 각도 β가 0도로부터 90도로 변화함에 따라서 NDVI값은 작아지는 경향이 있다. 또한 예를 들어, 확산도 W가 낮은 경우 및 확산도 W가 중 정도일 경우에는, 태양 각도 α가 0도로부터 90도로 변화함에 따라서 NDVI값은, 태양 방향 φ에 의존하도록 되는 경향이 있다.
이렇게 NDVI값이 태양 각도 α, 카메라 각도(측정 각도) β, 태양 방향 φ 및 확산도 W에 의존하는 이유는, 다음과 같이 추정되고 있다. 즉, 군엽의 경우, 태양광은 투과나 반사를 반복하는데, 이 투과나 반사의 횟수는 태양 각도 α, 카메라 각도 β, 태양 방향 φ 및 확산도 W에 따라 변화한다. 이 때문에, 군엽에서 반사된 태양광의 반사광 강도는, 태양 각도 α, 카메라 각도 β, 태양 방향 φ 및 확산도 W에 따라 변화하게 되고, 이 결과, NDVI값은 태양 각도 α, 카메라 각도 β, 태양 방향 φ 및 확산도 W에 의존하게 된다. 여기서, 군엽의 잎 밀도(단위 면적에 있어서의 군엽의 점유율) L도, 상기 투과나 반사의 횟수에 영향을 주기 때문에, NDVI값은 군엽의 잎 밀도 L에 의존하는 것이 된다.
따라서, NDVI값은, 이러한 원인에 기초하여 보정됨으로써, 보다 정밀도가 높아진다. 이 관점에서, 일 형태에서는, NDVI값은 태양 각도 α 및 태양 방향 φ에 기초하여 보정되는 것이 바람직하다. 다른 일 형태에서는, NDVI값은 태양 각도 α, 태양 방향 φ 및 확산도 W에 기초하여 보정되는 것이 보다 바람직하다. 다른 일 형태에서는, NDVI값은, 태양 각도 α, 태양 방향 φ, 확산도 W, 카메라 각도(측정 각도) 및 잎 밀도 L에 기초하여 보정되는 것이 더욱 바람직하다.
이어서, 본 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 5는, 실시 형태에 있어서의 식물 생육 지표 측정 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
실시 형태에 있어서의 식물 생육 지표 측정 장치는, 제1 및 제2 파장으로 측정한, 복수의 잎을 갖는 측정 대상의 반사광의 각 광강도 데이터와, 태양광의 측정 대상으로의 입사 각도인 태양 각도 데이터와, 상기 각 광강도 데이터의 측정 방향에 대한 상기 태양의 방향인 태양 방향 데이터에 기초하여, 상기 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표를 구하는 생육 지표 연산부를 구비한다. 바람직하게는, 상술한 식물 생육 지표 측정 장치에 있어서, 상기 생육 지표 연산부는, 또한 제3 및 제4 파장으로 측정한, 상기 태양의 태양광의 광강도 데이터와, 상기 태양의 태양광의 확산도 데이터에 기초하여, 상기 측정 대상의 상기 생육 지표를 구한다. 보다 바람직하게는, 상술한 식물 생육 지표 측정 장치에 있어서, 상기 생육 지표 연산부는, 또한 상기 측정 대상에 대한 상기 각 광강도 데이터의 측정 방향의 각도인 측정 각도 데이터와, 상기 측정 대상의 잎 밀도 데이터에 기초하여, 상기 측정 대상의 상기 생육 지표를 구한다.
이러한 식물 생육 지표 측정 장치는, 이들 각 데이터를 입력하기 위해서, 데이터를 입력하는 입력 회로 또는 외부 기기와의 사이에서 데이터의 입출력을 행하는 인터페이스 회로와, 상기 생육 지표 연산부를 기능적으로 구성하는 마이크로프로세서와, 이들 주변 회로를 구비한 컴퓨터를 구비하여 구성되어도 되지만, 여기에서는, 이들 각 데이터를 얻는 각 부와, 상기 생육 지표 연산부를 구비한 식물 생육 지표 측정 시스템의 실시 형태에 대하여 설명한다. 즉, 본 실시 형태에 있어서의 식물 생육 지표 측정 시스템은, 복수의 잎을 갖는 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표를 구하는 장치이며, 복수의 잎을 갖는 측정 대상의 반사광의 광강도를, 서로 다른 제1 및 제2 파장으로 측정하는 반사광 측정부와, 태양의 고도를 태양 각도로서 취득하는 태양 각도 취득부와, 상기 반사광 측정부의 측정 방향에 대한 상기 태양의 방향을 태양 방향으로서 취득하는 태양 방향 취득부와, 상기 반사광 측정부에서 측정한 상기 제1 및 제2 파장 각각에서의 상기 반사광의 각 광강도, 상기 태양 각도 취득부에서 취득한 상기 태양 각도, 그리고 상기 태양 방향 취득부에서 취득한 상기 태양 방향에 기초하여, 상기 측정 대상의 생육 지표를 구하는 생육 지표 연산부를 구비한다. 바람직하게는, 상기 식물 생육 지표 측정 시스템은, 상기 태양의 태양광의 광강도를, 서로 다른 제3 및 제4 파장으로 측정하는 태양광 측정부와, 상기 태양의 태양광 확산도를 취득하는 확산도 취득부를 더 구비하고, 상기 생육 지표 연산부는, 상기 생육 지표를 구할 때에, 상기 태양광 측정부에서 측정한 상기 제3 및 제4 파장 각각에서의 상기 태양광의 각 광강도, 및 상기 확산도 취득부에서 취득한 상기 확산도를 또한 고려하는 것이다. 보다 바람직하게는, 상기 식물 생육 지표 측정 시스템은, 상기 측정 대상에 대한 상기 반사광 측정부의 측정 방향의 각도를 측정 각도로서 취득하는 측정 각도 취득부와, 상기 측정 대상의 잎 밀도를 취득하는 잎 밀도 취득부를 더 구비하고, 상기 생육 지표 연산부는, 상기 생육 지표를 구할 때에, 상기 측정 각도 취득부에서 취득한 상기 측정 각도, 및 상기 잎 밀도 측정부에서 취득한 상기 잎 밀도를 또한 고려하는 것이다.
이러한 실시 형태에 있어서의 식물 생육 지표 측정 시스템(M)은, 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 반사광 측정부(1)와, GPS(Global Positioning System, 전지구 측위망)부(2)와, 방위계(3)와, 경사계(4)와, 태양광 측정부(5)와, 제어 처리부(6)와, 시계부(7)와, 기억부(8)와, 인터페이스부(9)와, 전원부(10)를 구비한다.
반사광 측정부(1)는 제어 처리부(6)에 접속되고, 제어 처리부(6)의 제어에 따라서, 측정 대상의 반사광의 광강도를, 서로 다른 제1 및 제2 파장으로 측정하는 장치이며, 그 측정 결과를 제어 처리부(6)로 출력한다. 상기 제1 및 제2 파장은, 구하는 생육 지표에 따른 적절한 파장이면 되고, 예를 들어 NDVI값을 생육 지표로서 구하는 경우에는, 650nm 부근의 가시광 파장 및 750nm 이상의 적외광 파장이다.
보다 구체적으로는, 반사광 측정부(1)는 가시광의 화상(가시 화상)을 생성하는 제1 가시 촬상부(1-1)와, 적외광의 화상(적외 화상)을 생성하는 제1 적외 촬상부(1-2)를 구비한다. 제1 가시 촬상부(1-1)는, 예를 들어, 파장 650nm를 중심 파장으로 하는 비교적 협대역에서 광을 투과하는 제1 대역 통과 필터, 상기 제1 대역 통과 필터를 투과한 측정 대상의 가시광의 광학상을 소정의 결상면 상에 결상하는 제1 결상 광학계, 상기 제1 결상면에 수광면을 일치시켜서 배치되고, 상기 측정 대상의 가시광의 광학상을 전기적인 신호로 변환하는 제1 이미지 센서, 상기 제1 이미지 센서의 출력에 대하여 공지된 화상 처리를 실시하여 가시광에서의 제1 화상 데이터 Rv를 생성하는 제1 디지털 시그널 프로세서(DSP) 등을 구비하여 구성되는, 소위 카메라 등이다. 제2 적외 촬상부(1-2)는, 예를 들어, 파장 800nm를 중심 파장으로 하는 비교적 협대역에서 광을 투과하는 제2 대역 통과 필터, 상기 제2 대역 통과 필터를 투과한 측정 대상의 적외광의 광학상을 소정의 결상면 상에 결상하는 제2 결상 광학계, 상기 제2 결상면에 수광면을 일치시켜서 배치되고, 상기 측정 대상의 적외광의 광학상을 전기적인 신호로 변환하는 제2 이미지 센서, 상기 제2 이미지 센서의 출력에 대하여 공지된 화상 처리를 실시하여 적외광에서의 제2 화상 데이터 Ri를 생성하는 제2 DSP 등을 구비하여 구성되는, 소위 적외 카메라 등이다. 제1 가시 촬상부(1-1)는, 가시광에서의 상기 제1 화상 데이터 Rv를 제어 처리부(6)로 출력하고, 제1 적외 촬상부(1-2)는, 적외광에서의 상기 제2 화상 데이터 Ri를 제어 처리부(6)로 출력한다. 제1 가시 촬상부(1-1)의 제1 측정 방향(제1 광축을 따른 제1 방향)과 제1 적외 촬상부(1-2)의 제2 측정 방향(제2 광축을 따른 제2 방향)이 서로 평행하게 되도록, 제1 가시 촬상부(1-1)와 제1 적외 촬상부(1-2)는 배치된다. 이들 서로 평행한 제1 가시 촬상부(1-1)의 제1 측정 방향 및 제1 적외 촬상부(1-2)의 제2 측정 방향이 당해 식물 생육 지표 측정 장치(M)의 측정 방향이다.
또한, 상술에서는, 반사광 측정부(1)는 제1 가시 촬상부(1-1) 및 제1 적외 촬상부(1-2)를 구비하여 구성되었지만, 반사광 측정부(1)는 적색을 수광하는 R 화소, 녹색을 수광하는 G 화소, 청색을 수광하는 B 화소 및 적외를 수광하는 Ir 화소를 2행 2열로 배열한 단위 배열을 갖는 이미지 센서(RGBIr 이미지 센서)나, 백색을 수광하는 W 화소, 황색을 수광하는 Y 화소, 적색을 수광하는 R 화소 및 적외를 수광하는 Ir 화소를 2행 2열로 배열한 단위 배열을 갖는 이미지 센서(WYRIr 이미지 센서) 등을 사용함으로써 하나의 촬상부를 구비하여 구성되어도 된다. 이 경우, 예를 들어, R 화소의 출력 및 Ir 화소의 출력이 사용된다. 또한 예를 들어, G 화소의 출력 및 Ir 화소의 출력이 사용된다. 또한 예를 들어, B 화소의 출력 및 Ir 화소의 출력이 사용된다. 또한 예를 들어, W 화소의 출력 및 Ir 화소의 출력이 사용된다. 또한 예를 들어, Y 화소의 출력 및 Ir 화소의 출력이 사용된다. 또한, 반사광 측정부(1)는 분광기를 구비하여 구성되어도 된다.
GPS부(2)는 제어 처리부(6)에 접속되고, 제어 처리부(6)의 제어에 따라서, 지구상의 현재 위치를 측정하기 위한 위성 측위 시스템에 의해, 당해 식물 생육 지표 측정 장치(M)의 위치를 측정하는 장치이며, 그 측위 결과(위도 X, 경도 Y, 고도 Z)를 제어 처리부(6)로 출력한다. 또한, GPS부(2)는 DGSP(Differential GSP) 등의 오차를 보정하는 보정 기능을 가진 GPS여도 된다.
방위계(컴퍼스)(3)는, 제어 처리부(6)에 접속되고, 제어 처리부(6)의 제어에 따라서, 지자기 등에 기초하여 방위를 측정함으로써, 당해 식물 생육 지표 측정 장치(M)의 측정 방향의 방위를 측정하는 장치이며, 그 측정 방위 φc를 제어 처리부(6)로 출력한다. 방위 φc는, 북쪽을 0도로 하고, 동쪽을 90도로 하고, 남쪽을 180도로 하고, 그리고 서쪽을 270도로 하여 표현된다.
경사계(4)는 제어 처리부(6)에 접속되고, 제어 처리부(6)의 제어에 따라서, 경사를 측정함으로써, 당해 식물 생육 지표 측정 장치(M)의 측정 방향의 각도를 측정하는 장치이며, 그 측정 각도 β를 제어 처리부(6)로 출력한다.
태양광 측정부(5)는 제어 처리부(6)에 접속되고, 제어 처리부(6)의 제어에 따라서, 상기 태양의 태양광의 광강도를, 서로 다른 제3 및 제4 파장으로 측정하는 장치이며, 그 측정 결과를 제어 처리부(6)로 출력한다. 상기 제3 및 제4 파장은, 구하는 생육 지표에 따른 적절한 파장이면 되지만, 본 실시 형태에서는, 태양광 측정부(5)는 반사광 측정부(1)와 동일한 구성이며, 따라서 제3 파장은 상기 제1 파장으로 되고, 제4 파장은 상기 제2 파장으로 된다. 태양광 측정부(5)는 제1 가시 촬상부(1-1)와 동일한 구성의 제2 가시 촬상부(5-1)와, 제2 적외 촬상부(1-2)와 동일한 구성의 제2 적외 촬상부(5-2)를 구비하고, 제2 가시 촬상부(5-1)는, 가시광에서의 제3 화상 데이터 Sv를 생성하여 제어 처리부(6)로 출력하고, 제2 적외 촬상부(5-2)는, 적외광에서의 제4 화상 데이터 Si를 생성하여 제어 처리부(6)로 출력한다. 제2 가시 촬상부(5-1)의 제3 측정 방향(제3 광축을 따른 제3 방향)과 제2 적외 촬상부(5-2)의 제4 측정 방향(제4 광축을 따른 제4 방향)이 서로 평행하게 되도록, 그리고 상기 제3 및 제4 측정 방향이 천공(상공)을 향하도록, 이들 제2 가시 촬상부(5-1)와 제2 적외 촬상부(5-2)는 배치된다. 태양광 측정부(5)는 측정 대상에 조사되는 태양광의 광강도를 취득하는 것을 목적으로 하기 때문에, 상기 결상 광학계에는, 예를 들어 어안 렌즈 등의 광각 렌즈가 사용되어도 되고, 또한 전방면(예를 들어 입사면 등)에 확산판이 배치되어도 된다. 이에 의해 폭넓은 방향으로부터의 태양광을 얻을 수 있다.
시계부(7)는 제어 처리부(6)에 접속되고, 제어 처리부(6)의 제어에 따라서, 연월일시분을 계측하는 회로이며, 그 현재의 연월일시분을 제어 처리부(6)로 출력한다.
IF부(9)는 제어 처리부(6)에 접속되고, 제어 처리부(6)의 제어에 따라서, 외부 기기와의 사이에서 데이터의 입출력을 행하는 회로이며, 예를 들어 시리얼 통신 방식인 RS232C의 인터페이스 회로, Bluetooth(등록 상표) 규격을 사용한 인터페이스 회로, IrDA(Infrared Data Association) 규격 등의 적외선 통신을 행하는 인터페이스 회로, 및 USB(Universal Serial Bus) 규격을 사용한 인터페이스 회로 등이다. 또한, IF부(9)는 유선 또는 무선에 의해 통신하는 통신 카드 등이며, 예를 들어 이더넷 환경 등의 통신 네트워크를 통하여 예를 들어 서버 장치 등의 외부장치와의 사이에서 통신해도 된다(이더넷은 등록 상표).
전원부(10)는 전력을 필요로 하는, 당해 식물 생육 지표 측정 장치(M)의 각 부에, 각 부에 따른 전압으로 전력을 공급하는 회로이다.
기억부(8)는 제어 처리부(6)에 접속되고, 제어 처리부(6)의 제어에 따라서, 각종의 소정의 프로그램 및 각종의 소정의 데이터를 기억하는 회로이다. 상기 각종의 소정의 프로그램에는, 예를 들어, 당해 식물 생육 지표 측정 시스템(M)의 각 부를 당해 각 부의 기능에 따라서 제어하는 제어 프로그램이나, 측정 대상의 생육 지표를 구하는 생육 지표 연산 프로그램 등의 제어 처리 프로그램이 포함된다. 상기 각종의 소정의 데이터에는, 생육 지표를 보정하기 위한 보정 정보나, 잎 밀도를 구하기 위한 생육 정보 등의, 생육 지표의 연산에 필요한 데이터가 포함된다. 기억부(8)는 예를 들어 불휘발성의 기억 소자인 ROM(Read Only Memory)이나 재기입 가능한 불휘발성의 기억 소자인 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) 등을 구비한다. 그리고, 기억부(8)는 상기 소정의 프로그램 실행 중에 발생하는 데이터 등을 기억하는 소위 제어 처리부(6)의 워킹 메모리가 되는 RAM(Random Access Memory) 등을 포함한다. 또한, 기억부(8)는 비교적 대용량의 하드 디스크를 구비해도 된다.
그리고, 기억부(8)는 상기 보정 정보나 생육 정보를 기억하기 위해서, 상기 보정 정보를 미리 기억하는 보정 정보 기억부(81)와, 상기 생육 정보를 미리 기억하는 생육 정보 기억부(82)를 기능적으로 구비한다. 상기 보정 정보는, 예를 들어, 태양 각도 α 및 태양 방향 φ와 보정값(제1 보정값)의 대응 관계를 나타내는 정보(제1 보정 정보)이다. 상기 보정값은, 반사광 측정부(1)로 측정한 상기 제1 및 제2 파장 각각에서의 반사광의 각 광강도에 기초하여 구해진 생육 지표를 보정하기 위한 값이다. 또한 예를 들어, 상기 보정 정보는, 태양 각도 α, 태양 방향 φ 및 확산도 W와 보정값(제2 보정값)의 대응 관계를 나타내는 정보(제2 보정 정보)이다. 또한 예를 들어, 상기 보정 정보는, 태양 각도 α, 태양 방향 φ, 확산도 W, 측정 각도 β 및 잎 밀도 L과 보정값(제3 보정값)의 대응 관계를 나타내는 정보(제3 보정 정보)이다. 상기 보정 정보(제1 내지 제3 보정 정보)는 복수의 샘플을 사용한 실험 등에 의해 미리 작성된다. 상기 보정 정보(제1 내지 제3 보정 정보)는 소정의 함수식의 형식으로 보정 정보 기억부(81)에 기억되어도 되지만, 본 실시 형태에서는, 테이블 형식(룩업 테이블)으로 보정 정보 기억부(81)에 미리 기억된다. 상기 생육 정보는, 예를 들어, 식부(예를 들어 모내기)로부터의 일수와 잎 밀도 L의 대응 관계를 나타내는 정보이다. 상기 식부로부터의 일수에 대신하여, 일자, 엽령(주간(친줄기)의 잎의 매수), 평균 풀 길이 및 평균 줄기수 중 어느 것이 사용되어도 된다. 상기 생육 정보는, 복수의 샘플로부터 구한 평년값 등에 기초하여 미리 작성된다. 상기 생육 정보는, 소정의 함수식의 형식으로 생육 정보 기억부(82)에 기억되어도 되지만, 본 실시 형태에서는, 테이블 형식(룩업 테이블)으로 생육 정보 기억부(82)에 미리 기억된다.
제어 처리부(6)는 식물 생육 지표 측정 시스템(M)의 각 부를 당해 각 부의 기능에 따라서 각각 제어하고, 생육 지표를 구하기 위한 회로이다. 제어 처리부(6)는 예를 들어, CPU(Central Processing Unit) 및 그의 주변 회로를 구비하여 구성된다. 제어 처리부(6)에는, 제어 처리 프로그램이 실행됨으로써, 제어부(61), 태양 각도 연산부(62), 태양 방향 연산부(63), 확산도 연산부(64), 잎 밀도 연산부(65) 및 생육 지표 연산부(66)가 기능적으로 구성된다.
제어부(61)는 식물 생육 지표 측정 시스템(M)의 각 부를 당해 각 부의 기능에 따라서 각각 제어하는 것이다.
태양 각도 연산부(62)는 GPS부(2)로 취득한 위도 X 및 경도 Y, 그리고 시계부(7)로 계측한 연월일시분에 기초하여, 공지된 방법에 의해, 태양 각도 α를 구하는 것이다. 태양 각도 α를 구하는 방법으로서, 예를 들어, 「"태양 방위, 고도, 대기외 일사량의 계산", [online], 2015년 3월 23일 검색, 인터넷 <http://www.es.ris.ac.jp/∼nakagawa/met_cal/solar.html>」에 개시되어 있는 태양 고도 A 및 태양 방위 ψ를 구하는 방법을 이용할 수 있다. 태양 고도 A는, 앙각이며, 태양 각도 α=90도-태양 고도 A의 관계에 있다. 보다 구체적으로는, 먼저, 1월 1일부터의 통과 일수 dn으로부터 θ0=2π(dn-1)/365에 의해 θ0이 구해진다. 이어서, 다음 식 1에 의해 태양 적위 δ가 구해지고, 다음 식 2에 의해 균시차 Eq가 구해진다. 이어서, 다음 식 3에 의해, 일본 표준 시간 JST로부터, 태양의 시각 h가 구해진다. 그리고, 다음 식 4에 의해 태양 고도 A가 구해진다. 또한, 태양 방위 ψ은, 다음 식 5에 의해 구해진다.
δ=0.006918-0.399912cos(θ0)+0.070257sin(θ0)-0.006758cos(2θ0)-0.000907sin(2θ0)-0.002697cos(3θ0)-0.001480sin(3θ0)…(식 1)
Eq=0.000075+0.001868cos(θ0)+0.032077sin(θ0)-0.014615cos(2θ0)-0.040849sin(2θ0)…(식 2)
h=(JST-12)π/12+표준 자오선으로부터의 경도차+균시차 Eq…(식 3)
A=arcsin[sin(Y)sin(δ)+cos(Y)cos(δ)cos(h)]…(식 4)
ψ=arctan[cos(Y)cos(δ)sin(h)/[sin(Y)sin(α)-sin(δ)]]…(식 5)
태양 방향 연산부(63)는 GPS부(2)로 취득한 위도 X 및 경도 Y, 그리고 시계부(7)로 계측한 연월일시분에 기초하여, 공지된 방법에 의해, 태양 방위 ψ를 구하고, 이 구한 태양 방위 ψ와 방위계(3)에서 구한 반사광 측정부(1)의 측정 방향의 방위 φc에 기초하여 태양 방향 φ를 구하는 것이다. 보다 구체적으로는, 태양 방향 연산부(63)는 방위계(3)로 측정한 방위 φc와 상기 식 5로부터 구해지는 태양 방위 ψ와의 차분으로서 태양 방향 φ를 구하는 것이다(φ=ψ-φc).
확산도 연산부(64)는 확산도 W를 구하는 것이다. 보다 구체적으로는, 예를 들어, 확산도 연산부(64)는 태양광 측정부(5)의 측정 결과에 기초하여, 확산도 W를 구하는 것이다. 예를 들어, 확산도 연산부(64)는 제2 가시 촬상부(5-1)에서 생성된 가시광에서의 제3 화상 데이터 Sv의 표준 편차 σsv를 구하고, 이 구한 표준 편차 σsv로 소정 계수 K를 제산함으로써 확산도 W를 구한다(W=K/σsv). 또는, 예를 들어, 확산도 연산부(64)는 제2 적외 촬상부(5-2)로 생성된 적외광에서의 제4 화상 데이터 Si의 표준 편차 σsi를 구하고, 이 구한 표준 편차 σsi로 소정 계수 K를 제산함으로써 확산도 W를 구한다(W=K/σsi). 상기 소정 계수 K는, 구름 한점 없이 쾌청(구름량 0, 구름 없음)의 경우에 확산도 W가 0이 되고, 구름 낀 하늘(구름량 8, 하늘 전체가 구름)의 경우에 확산도 W가 1이 되도록 정규화하기 위한 계수이다. 구름 낀 하늘로부터 맑은 하늘로 됨에 따라서 표준 편차 σsv(σsi)는 커지기 때문에, 확산도는 저하하기 때문에, 상기 표준 편차 σsv(σsi)는 확산도 W에 이용할 수 있다. 또한 예를 들어, 확산도 연산부(64)는 반사광 측정부(1)의 셔터 스피드(예를 들어 제1 가시 촬상부(1-1)의 셔터 스피드) SS를 반사광 측정부(1)로부터 취득하고, 이 취득한 셔터 스피드 SS를 그대로 확산도 W로 한다(W=SS). 구름 낀 하늘로부터 맑은 하늘로 됨에 따라서 셔터 스피드 SS는 고속이 되고, 확산도 W는 저하하기 때문에, 셔터 스피드 SS는 그대로 확산도 W로 할 수 있다.
잎 밀도 연산부(65)는 생육 정보 기억부(82)에 기억된 생육 정보에 기초하여 잎 밀도를 구하는 것이다. 예를 들어, 상기 생육 정보가 식부(예를 들어 모내기)로부터의 일수와 잎 밀도 L의 대응 관계를 나타내는 정보인 경우에는, 잎 밀도 연산부(65)는 IF부(9)를 통하여 취득된 식부로부터의 일수에 대응하는 잎 밀도를 생육 정보 기억부(82)에 기억된 상기 생육 정보로부터 구한다. 또한, 식물 생육 지표 측정 장치(M)는, 외부로부터 데이터를 입력하기 위한 입력부(예를 들어 텐키나 키보드 등)를 더 구비하고, 이 입력부를 통하여 식부로부터의 일수가 식물 생육 지표 측정 장치(M)에 입력되어도 된다.
생육 지표 연산부(66)는 반사광 측정부(1)로 측정한 제1 및 제2 파장 각각에서의 반사광의 각 광강도, 태양 각도 연산부(62)에서 구한 태양 각도 α, 및 태양 방향 연산부(63)에서 구한 태양 방향 φ에 기초하여, 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표를 구하는 것이다. 이것에 의하면, 생육 지표를 구할 때에, 태양 각도 및 태양 방향을 고려하므로, 보다 고정밀도로 생육 지표를 측정할 수 있다. 바람직하게는, 생육 지표 연산부(66)는 반사광 측정부(1)로 측정한 제1 및 제2 파장 각각에서의 반사광의 각 광강도, 태양 각도 연산부(62)에서 구한 태양 각도 α, 태양 방향 연산부(63)에서 구한 태양 방향 φ, 태양광 측정부(5)로 측정한 제3 및 제4 파장 각각에서의 태양광의 각 광강도, 및 확산도 연산부(64)에서 구한 확산도 W에 기초하여, 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표를 구한다. 이것에 의하면, 생육 지표를 구할 때에, 추가로, 제3 및 제4 파장 각각에서의 태양광의 각 광강도 및 확산도 W도 고려하므로, 더욱 고정밀도로 생육 지표를 측정할 수 있다. 보다 바람직하게는, 생육 지표 연산부(66)는 반사광 측정부(1)로 측정한 제1 및 제2 파장 각각에서의 반사광의 각 광강도, 태양 각도 연산부(62)에서 구한 태양 각도 α, 태양 방향 연산부(63)에서 구한 태양 방향 φ, 태양광 측정부(5)로 측정한 제3 및 제4 파장 각각에서의 태양광의 각 광강도, 확산도 연산부(64)에서 구한 확산도 W, 경사계(4)로 취득한 측정 각도 β, 그리고 잎 밀도 연산부(65)에서 구한 잎 밀도 L에 기초하여, 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표를 구한다. 이것에 의하면, 생육 지표를 구할 때에, 추가로, 측정 각도 β 및 잎 밀도 L도 고려하므로, 더욱 고정밀도로 생육 지표를 측정할 수 있다.
보다 구체적으로는, 보정 정보 기억부(81)에 제1 보정 정보가 기억되어 있는 경우에는, 생육 정보 기억부(82)는 생략 가능하고, 생육 지표 연산부(66)는 반사광 측정부(1)로 측정한 제1 및 제2 파장 각각에서의 반사광의 각 광강도에 기초하여, 보정 전의 생육 지표를 구하고, 태양 각도 연산부(62)에서 구한 태양 각도 α, 및 태양 방향 연산부(63)에서 구한 태양 방향 φ에 대응하는 제1 보정값을 상기 제1 보정 정보로부터 구하고, 이 구한 제1 보정값으로 상기 보정 전의 생육 지표를 보정하여 최종적인 생육 지표(보정 후의 생육 지표)를 구한다.
또한, 보정 정보 기억부(81)에 제2 보정 정보가 기억되어 있는 경우에는, 생육 정보 기억부(82)는 생략 가능하고, 생육 지표 연산부(66)는 태양광 측정부(5)로 측정한 제3 및 제4 파장 각각에서의 태양광의 각 광강도에 기초하여, 반사광 측정부(1)로 측정한 제1 및 제2 파장 각각에서의 반사광의 각 광강도의 비율이 소정 값이 되도록 정규화하면서, 반사광 측정부(1)로 측정한 제1 및 제2 파장 각각에서의 반사광의 각 광강도에 기초하여, 보정 전의 생육 지표를 구하고, 태양 각도 연산부(62)에서 구한 태양 각도 α, 태양 방향 연산부(63)에서 구한 태양 방향 φ, 및 확산도 연산부(64)에서 구한 확산도 W에 대응하는 제2 보정값을 상기 제2 보정 정보로부터 구하고, 이 구한 제2 보정값으로 상기 보정 전의 생육 지표를 보정하여 최종적인 생육 지표(보정 후의 생육 지표)를 구한다.
또한, 보정 정보 기억부(81)에 제3 보정 정보가 기억되어 있는 경우에는, 생육 지표 연산부(66)는 태양광 측정부(5)로 측정한 제3 및 제4 파장 각각에서의 태양광의 각 광강도에 기초하여, 반사광 측정부(1)로 측정한 제1 및 제2 파장 각각에서의 반사광의 각 광강도의 비율이 소정 값으로 되도록 정규화하면서, 반사광 측정부(1)로 측정한 제1 및 제2 파장 각각에서의 반사광의 각 광강도에 기초하여, 보정 전의 생육 지표를 구하고, 태양 각도 연산부(62)에서 구한 태양 각도 α, 태양 방향 연산부(63)에서 구한 태양 방향 φ, 및 확산도 연산부(64)에서 구한 확산도 W, 경사계(4)로 취득한 측정 각도 β, 및 잎 밀도 연산부(65)에서 구한 잎 밀도 L에 대응하는 제3 보정값을 상기 제3 보정 정보로부터 구하고, 이 구한 제3 보정값으로 상기 보정 전의 생육 지표를 보정하여 최종적인 생육 지표(보정 후의 생육 지표)를 구한다.
이러한 식물 생육 지표 측정 장치(M)에서는, GPS부(2), 시계부(7) 및 태양 각도 연산부(62)에 의해, 태양광의 측정 대상으로의 입사 각도를 태양 각도로서 취득하는 태양 각도 취득부의 일례가 구성된다. GPS부(2), 시계부(7), 방위계(3) 및 태양 방향 연산부(63)에 의해, 반사광 측정부(1)의 측정 방향에 대한 태양의 방향을 태양 방향으로서 취득하는 태양 방향 취득부의 일례가 구성된다.
또한, 식물 생육 지표 측정 시스템(M)은, 상술한 바와 같이, 필요에 따라, 또한 제어 처리부(6)에 접속되어 예를 들어 각종 커맨드나 각종 데이터 등을 입력하는 입력부를 구비하면 되고, 또한 상기 입력부에서 입력된 각종 커맨드나 각종 데이터 및 측정 결과 등을 출력하는 출력부 등을 구비해도 된다.
이어서, 본 실시 형태의 동작에 대하여 설명한다. 여기에서는, 보정 정보 기억부(81)에 제3 보정 정보가 기억되고, 생육 지표 연산부(66)는 상기 제3 보정값을 사용하여 최종적인 생육 지표(보정 후의 생육 지표)를 구하는 경우에 대하여 설명하는데, 보정 정보 기억부(81)에 제1 보정 정보가 기억되고, 생육 지표 연산부(66)는 상기 제1 보정값을 사용하여 최종적인 생육 지표를 구하는 경우나, 보정 정보 기억부(81)에 제2 보정 정보가 기억되고, 생육 지표 연산부(66)는 상기 제2 보정값을 사용하여 최종적인 생육 지표를 구하는 경우에도, 이하에 설명하는 처리를 적절하게 생략함으로써, 마찬가지로 설명할 수 있다.
도 6은, 실시 형태에 있어서의 식물 생육 지표 측정 시스템의 동작을 도시하는 흐름도이다. 도 7은, 실시 형태의 식물 생육 지표 측정 시스템에 있어서의 측정 결과의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7의 횡축은 SPAD(Soil & Plant Analyzer Development)값이며, 그의 종축은 NDVI값이다.
이러한 식물 생육 지표 측정 시스템(M)에서는, 먼저, 유저(오퍼레이터)에 의해 측정 대상의 군엽에 반사광 측정부(1)가 향하도록, 식물 생육 지표 측정 시스템(M)이 배치된다. 유저에 의해 도시 생략된 전원 스위치가 온되면, 제어 처리부(6)는 필요한 각 부의 초기화를 실행하고, 제어 처리 프로그램의 실행에 의해, 제어 처리부(6)에는, 제어부(61), 태양 각도 연산부(62), 태양 방향 연산부(63), 확산도 연산부(64), 잎 밀도 연산부(65) 및 생육 지표 연산부(66)가 기능적으로 구성된다. 그리고, 식물 생육 지표 측정 시스템(M)은, 다음과 같이 동작한다.
도 6에 있어서, 제어 처리부(6)는 제어부(61)에 의해 반사광 측정부(1)를 제어함으로써 반사광 측정부(1)에 가시광에서의 제1 화상 데이터 Rv 및 적외광에서의 제2 화상 데이터 Ri를 생성시키고, 제어부(61)에 의해 태양광 측정부(5)를 제어함으로써 태양광 측정부(5)에 가시광에서의 제3 화상 데이터 Sv 및 적외광에서의 제4 화상 데이터 Si를 생성시키고, 반사광 측정부(1)로부터 가시광에서의 제1 화상 데이터 Rv 및 적외광에서의 제2 화상 데이터 Ri를 취득하고, 태양광 측정부(5)로부터 가시광에서의 제3 화상 데이터 Sv 및 적외광에서의 제4 화상 데이터 Si를 취득한다(S1).
이어서, 제어 처리부(6)는 제어부(61)에 의해 GPS부(2)를 제어함으로써 GPS부(2)에 위도 X 및 경도 Y를 측정시키고, 제어부(61)에 의해 방위계(3)를 제어함으로써 방위계(3)에 방위 φc를 측정시키고, 제어부(61)에 의해 경사계(4)를 제어함으로써 경사계(4)에 측정 각도 β를 측정시키고, GPS부(2)로부터 위도 X 및 경도 Y를 취득하고, 방위계(3)로부터 방위 φc를 취득하고, 그리고, 경사계(4)로부터 측정 각도 β를 취득한다(S2).
이어서, 제어 처리부(6)는 시계부(7)로부터 연월일시분을 취득한다(S3).
이어서, 제어 처리부(6)는 생육 지표 연산부(66)에 의해, 태양광 측정부(5)로 측정한 제3 화상 데이터 Sv 및 제4 화상 데이터 Si에 기초하여, 태양광의 분광 특성 보정 계수 I를 구한다(S4). 보다 구체적으로는, 생육 지표 연산부(66)는 서로 동일한 화소 위치(x, y)의 화소마다, 제3 화상 데이터 Sv의 화소값 sv(x, y)과 제4 화상 데이터 Si의 화소값 si(x, y)의 비를 태양광의 분광 특성 보정 계수 I(x, y)로서 구한다(I(x, y)=sv(x, y)/si(x, y)). 태양광의 스펙트럼은, 시각이나 날씨나 습도 등에 따라 변화하는데, 이에 의해 가시광에서의 제1 화상 데이터 Rv와 적외광에서의 제2 화상 데이터 Ri의 비율이 소정 값으로 되도록 정규화 처리가 가능하게 된다.
다음으로 제어 처리부(6)는 생육 지표 연산부(66)에 의해, 태양광 측정부(5)로 측정한 제3 및 제4 파장 각각에서의 태양광의 각 광강도 Sv, Si에 기초하여, 반사광 측정부(1)로 측정한 제1 및 제2 파장 각각에서의 반사광의 각 광강도의 비율Rv, Ri가 소정 값으로 되도록 정규화하면서, 반사광 측정부(1)로 측정한 상기 제1 및 제2 파장 각각에서의 상기 반사광의 각 광강도 Rv, Ri에 기초하여, 보정 전의 생육 지표, 예를 들어 NDVI값을 구한다(S5). 보다 구체적으로는, 생육 지표 연산부(66)는 서로 동일한 화소 위치(x, y)의 화소마다, 제2 화상 데이터 Ri의 화소값 ri(x, y)에, 상기 처리 S4에서 구한 태양광의 분광 특성 보정 계수 I(x, y)를 승산함으로써, 정규화한 제2 화상 데이터 Ri의 화소값 ri'(x, y)(=ri(x, y)×I(x, y))를 구하고, 서로 동일한 화소 위치(x, y)의 화소마다, 다음 식 (6)에 의해 NDVI값을 구한다. 또한, rv(x, y)는 화소 위치(x, y)에서의 제1 화상 데이터 Rv의 화소값이다.
NDVI(x, y)=[ri'-rv]/[ri'+rv]…(식 6)
이어서, 제어 처리부(6)는 확산도 연산부(64)에 의해 확산도 W를 구한다(S6). 보다 구체적으로는, 확산도 연산부(64)는 1예에서는, 제2 가시 촬상부(5-1)에서 생성된 가시광에서의 제3 화상 데이터 Sv의 표준 편차 σsv를 구하고, 이 구한 표준 편차 σsv에서 소정 계수 K를 제산함으로써 확산도 W를 구한다(W=K/σsv).
이어서, 제어 처리부(6)는 태양 각도 연산부(62)에 의해, GPS부(2)로 취득한 위도 X 및 경도 Y, 및 시계부(7)로 계측한 연월일시분에 기초하여, 태양 각도 α를 구한다(S7).
이어서, 제어 처리부(6)는 태양 방향 연산부(63)에 의해, GPS부(2)로 취득한 위도 X 및 경도 Y, 및 시계부(7)로 계측한 연월일시분에 기초하여, 태양 방위 ψ를 구하고, 방위계(3)로 측정한 방위 φc와 상기 구한 태양 방위 ψ의 차분으로서 태양 방향 φ를 구한다(φ=ψ-φc)(S8).
이어서, 제어 처리부(6)는 잎 밀도 연산부(65)에 의해, IF부(9) 등을 통하여 취득된 식부로부터의 일수에 대응하는 잎 밀도 L을 생육 정보 기억부(82)에 기억된 상기 생육 정보로부터 구한다(S9).
이어서, 제어 처리부(6)는 생육 지표 연산부(66)에 의해, 처리 S2에서 취득한 측정 각도 β, 처리 S6에서 구한 확산도 W, 처리 S7에서 구한 태양 각도 α, 처리 S8에서 구한 태양 방향 φ 및 처리 S9에서 구한 잎 밀도 L에 대응하는 제3 보정값을 보정 정보 기억부(81)에 기억된 상기 제3 보정 정보로부터 구하고, 이 구한 제3 보정값으로 처리 S5에서 구한 보정 전의 생육 지표, 이 예에서는 NDVI값을 보정하여, 최종적인 생육 지표(보정 후의 생육 지표)를 구한다. 예를 들어, 생육 지표 연산부(66)는 상기 구한 제3 보정값을 처리 S5에서 구한 보정 전의 NDVI값에 승산함으로써 보정 후의 NDVI값을 구한다((보정 후의 NDVI값)=(제3 보정값)×(보정 전의 NDVI값)). 또한, 승산 대신에 가산이 사용되어도 된다.
이어서, 제어 처리부(6)는 이 구한 최종적인 생육 지표(보정 후의 생육 지표)를 처리 S3에서 취득한 연월일시분에 대응지어서 기억부(8)에 기억하고, 그리고, 상기 구한 최종적인 생육 지표(보정 후의 생육 지표)를 처리 S3에서 취득한 연월일시분에 대응지어서 IF부(9)를 통하여 외부로 출력한다(S11).
그리고, 제어 처리부(6)는 처리를 처리 S1로 되돌리고, 상기 각 처리를 반복한다.
도 7에는, 본 실시 형태의 식물 생육 지표 측정 시스템(M)에 의해 구해진 측정 결과의 일례가 도시되어 있다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 검량선은, 거의 1개가 되고, 양호하게 보정되어, 더 정밀도가 높은 NDVI값이 구해지고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 식물 생육 지표 측정 장치 및 그의 방법 및 식물 생육 지표 측정 시스템은, 보다 고정밀도로 생육 지표를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 생육 지표로서 NDVI값이 구해졌지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, RVI(Ratio Vegetation Index, 비식생 지표)가 구해져도 된다(RVI=Ri'/Rv, RVI(x, y)=ri'(x, y)/rv(x, y)). 또한 예를 들어, DVI(Difference Vegetation Index, 차식생 지표)가 구해져도 된다(DVI=Ri'-Rv, DVI(x, y)=ri'(x, y)-rv(x, y)). 또한 예를 들어, TVI(Transformed Vegetation Index)가 구해져도 된다(TVI=NDVI+0.5)0 . 5). 또한 예를 들어, IPVI(Infrared Percentage Vegetation Index)가 구해져도 된다(IPVI=Ri'/(Ri'+Rv)=(NDVI+1)/2).
상술한 식물 생육 지표 측정 장치 시스템(M)은, 생육 정보 기억부(82)에 기억된 생육 정보에 기초하여 잎 밀도 L을 구했지만, 반사광 측정부(1)에서 생성되는 가시광에서의 제1 화상 데이터 Rv 및 적외광에서의 제2 화상 데이터 Ri에 기초하여, 흙 부분의 면적과 식물 부분의 면적의 면적비를 구하여, 잎 밀도를 구해도 된다.
상술한 식물 생육 지표 측정 시스템(M)에서는, 제1 내지 제3 보정 정보 중 어느 것이 사용되었지만, 태양 각도 α, 태양 방향 φ, 확산도 W, 측정 각도 β, 잎 밀도 L 및 태양광의 분광 특성 보정 계수 I와 보정값(제4 보정값)의 대응 관계가 사용되어도 된다.
상술한 식물 생육 지표 측정 시스템(M)에서는, 가시광에서의 제3 화상 데이터 Sv 및 적외광에서의 제4 화상 데이터 Si를 구하기 위해서, 태양광 측정부(5)가 사용되었지만, 이것 대신에, 분광 반사율이 기지인 태양광 측정용 부재가 사용되어도 된다. 이 경우, 상기 태양광 측정용 부재가 반사광 측정부(1)로 측정되어, 가시광에서의 제1 화상 데이터 Rv 중 상기 태양광 측정용 부재를 촬상한 화상 영역에서의 화소값의 평균값이 가시광에서의 제3 화상 데이터 Sv로 되고, 적외광에서의 제2 화상 데이터 Ri 중 상기 태양광 측정용 부재를 촬상한 화상 영역에서의 화소값의 평균값이 적외광에서의 제4 화상 데이터 Si로 된다.
본 명세서는, 상기와 같이 여러가지 형태의 기술을 개시하고 있지만, 그중 주된 기술을 이하에 정리한다.
일 형태에 따른 식물 생육 지표 측정 장치는, 제1 및 제2 파장으로 측정한, 복수의 잎을 갖는 측정 대상의 반사광의 각 광강도 데이터와, 태양광의 측정 대상으로의 입사 각도인 태양 각도 데이터와, 상기 각 광강도 데이터의 측정 방향에 대한 상기 태양의 방향인 태양 방향 데이터에 기초하여, 상기 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표를 구하는 생육 지표 연산부를 구비한다.
이러한 식물 생육 지표 측정 장치는, 생육 지표를 구할 때에, 제1 및 제2 파장 각각에서의 반사광의 각 광강도뿐만 아니라, 태양 각도 및 태양 방향도 고려하므로, 보다 고정밀도로 생육 지표를 측정할 수 있다.
다른 일 형태에서는, 상술한 식물 생육 지표 측정 장치에 있어서, 상기 생육 지표 연산부는, 또한 제3 및 제4 파장으로 측정한, 상기 태양의 태양광의 광강도 데이터와, 상기 태양의 태양광 확산도 데이터에 기초하여, 상기 측정 대상의 상기 생육 지표를 구한다.
이러한 식물 생육 지표 측정 장치는, 생육 지표를 구할 때에, 추가로, 제3 및 제4 파장 각각에서의 태양광의 각 광강도 및 확산도도 고려하므로, 더욱 고정밀도로 생육 지표를 측정할 수 있다.
다른 일 형태에서는, 상술한 식물 생육 지표 측정 장치에 있어서, 상기 생육 지표 연산부는, 또한 상기 측정 대상에 대한 상기 각 광강도 데이터의 측정 방향의 각도인 측정 각도 데이터와, 상기 측정 대상의 잎 밀도 데이터에 기초하여, 상기 측정 대상의 상기 생육 지표를 구한다.
이러한 식물 생육 지표 측정 장치는, 생육 지표를 구할 때에, 추가로, 측정 각도 및 잎 밀도도 고려하므로, 더욱 고정밀도 생육 지표를 측정할 수 있다.
다른 일 형태에 따른 식물 생육 지표 측정 방법은, 복수의 잎을 갖는 측정 대상의 반사광의 광강도를, 서로 다른 제1 및 제2 파장으로 측정하는 반사광 측정 공정과, 태양광의 측정 대상으로의 입사 각도를 태양 각도로서 취득하는 태양 각도 취득 공정과, 상기 반사광의 측정 방향에 대한 상기 태양의 방향을 태양 방향으로서 취득하는 태양 방향 취득 공정과, 상기 반사광 측정 공정에서 측정한 상기 제1 및 제2 파장 각각에서의 상기 반사광의 각 광강도, 상기 태양 각도 취득 공정에서 취득한 상기 태양 각도, 및 상기 태양 방향 취득 공정에서 취득한 상기 태양 방향에 기초하여, 상기 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표를 구하는 생육 지표 연산 공정을 구비한다.
이러한 식물 생육 지표 측정 방법은, 생육 지표를 구할 때에, 제1 및 제2 파장 각각에서의 반사광의 각 광강도뿐만 아니라, 태양 각도 및 태양 방향도 고려하므로, 보다 고정밀도로 생육 지표를 측정할 수 있다.
다른 일 형태에 따른 식물 생육 지표 측정 시스템은, 복수의 잎을 갖는 측정 대상의 반사광의 광강도를, 서로 다른 제1 및 제2 파장으로 측정하는 반사광 측정부와, 태양광의 측정 대상으로의 입사 각도를 태양 각도로서 취득하는 태양 각도 취득부와, 상기 반사광 측정부의 측정 방향에 대한 상기 태양의 방향을 태양 방향으로서 취득하는 태양 방향 취득부와, 상기 반사광 측정부에서 측정한 상기 제1 및 제2 파장 각각에서의 상기 반사광의 각 광강도, 상기 태양 각도 취득부에서 취득한 상기 태양 각도, 및 상기 태양 방향 취득부에서 취득한 상기 태양 방향에 기초하여, 상기 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표를 구하는 생육 지표 연산부를 구비한다. 바람직하게는, 상술한 식물 생육 지표 측정 시스템에 있어서, 상기 태양 각도 취득부는, 위도 및 경도를 취득하는 GPS부와, 연월일시분을 계측하는 시계부와, 상기 GPS부에서 취득한 상기 위도 및 경도 및 상기 시계부에서 계측한 연월일시분에 기초하여 상기 태양 각도를 구하는 태양 각도 연산부를 구비한다. 바람직하게는, 상술한 식물 생육 지표 측정 시스템에 있어서, 상기 태양 방향 취득부는, 위도 및 경도를 취득하는 GPS부와, 연월일시분을 계측하는 시계부와, 상기 반사광 측정부의 측정 방향의 방위를 구하는 방위계와, 상기 GPS부에서 취득한 상기 위도 및 경도 그리고 상기 시계부에서 계측한 연월일시분에 기초하여 태양 방위를 구하고, 상기 구한 태양 방위와 상기 방위계에서 구한 상기 반사광 측정부의 측정 방향의 방위에 기초하여 상기 태양 방향을 구하는 태양 방향 연산부를 구비한다. 바람직하게는, 상술한 식물 생육 지표 측정 시스템에 있어서, 상기 태양 각도 및 상기 태양 방향과 상기 생육 지표의 제1 보정값의 대응 관계를 제1 보정 정보로서 기억하는 제1 보정 정보 기억부를 더 구비하고, 상기 생육 지표 연산부는, 상기 반사광 측정부에서 측정한 상기 제1 및 제2 파장 각각에서의 상기 반사광의 각 광강도에 기초하여, 보정 전의 생육 지표를 구하고, 상기 태양 각도 취득부에서 취득한 상기 태양 각도, 및 상기 태양 방향 취득부에서 취득한 상기 태양 방향과에 대응하는 제1 보정값을 상기 제1 보정 정보로부터 구하고, 상기 구한 제1 보정값으로 상기 보정 전의 생육 지표를 보정하여 상기 생육 지표를 구한다.
이러한 식물 생육 지표 측정 시스템은, 생육 지표를 구할 때에, 제1 및 제2 파장 각각에서의 반사광의 각 광강도뿐만 아니라, 태양 각도 및 태양 방향도 고려하므로, 보다 고정밀도로 생육 지표를 측정할 수 있다.
다른 일 형태에서는, 상술한 식물 생육 지표 측정 시스템에 있어서, 상기 태양의 태양광의 광강도를, 서로 다른 제3 및 제4 파장으로 측정하는 태양광 측정부와, 상기 태양의 태양광 확산도를 취득하는 확산도 취득부를 더 구비하고, 상기 생육 지표 연산부는, 상기 반사광 측정부에서 측정한 상기 제1 및 제2 파장 각각에서의 상기 반사광의 각 광강도, 상기 태양 각도 취득부에서 취득한 상기 태양 각도, 상기 태양 방향 취득부에서 취득한 상기 태양 방향, 상기 태양광 측정부에서 측정한 상기 제3 및 제4 파장 각각에서의 상기 태양광의 각 광강도, 및 상기 확산도 취득부에서 취득한 상기 확산도에 기초하여, 상기 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표를 구한다. 바람직하게는, 상술한 식물 생육 지표 측정 시스템에 있어서, 상기 확산도 취득부는, 상기 태양광 측정부의 측정 결과에 기초하여, 상기 확산도를 구한다. 바람직하게는, 상술한 식물 생육 지표 측정 시스템에 있어서, 상기 반사광 측정부는, 상기 측정 대상을 촬상하는 카메라를 구비하여 구성되고, 상기 확산도 취득부는, 상기 카메라의 셔터 스피드를 상기 확산도로 한다. 바람직하게는, 상술한 식물 생육 지표 측정 시스템에 있어서, 상기 태양 각도, 상기 태양 방향 및 상기 확산도와 상기 생육 지표의 제2 보정값의 대응 관계를 제2 보정 정보로서 기억하는 제2 보정 정보 기억부를 더 구비하고, 상기 생육 지표 연산부는, 상기 태양광 측정부에서 측정한 상기 제3 및 제4 파장 각각에서의 상기 태양광의 각 광강도에 기초하여, 상기 반사광 측정부에서 측정한 상기 제1 및 제2 파장 각각에서의 상기 반사광의 각 광강도의 비율이 소정 값으로 되도록 정규화하면서, 상기 반사광 측정부에서 측정한 상기 제1 및 제2 파장 각각에서의 상기 반사광의 각 광강도에 기초하여, 보정 전의 생육 지표를 구하고, 상기 태양 각도 취득부에서 취득한 상기 태양 각도, 상기 태양 방향 취득부에서 취득한 상기 태양 방향, 및 상기 확산도 취득부에서 취득한 상기 확산도에 대응하는 제2 보정값을 상기 제2 보정 정보로부터 구하고, 상기 구한 제2 보정값으로 상기 보정 전의 생육 지표를 보정하여 상기 생육 지표를 구한다.
이러한 식물 생육 지표 측정 시스템은, 생육 지표를 구할 때에, 추가로, 제3 및 제4 파장 각각에서의 태양광의 각 광강도 및 확산도도 고려하므로, 더욱 고정밀도로 생육 지표를 측정할 수 있다.
다른 일 형태에서는, 상술한 식물 생육 지표 측정 시스템에 있어서, 상기 측정 대상에 대한 상기 반사광 측정부의 측정 방향의 각도를 측정 각도로서 취득하는 측정 각도 취득부와, 상기 측정 대상의 잎 밀도를 취득하는 잎 밀도 취득부를 더 구비하고, 상기 생육 지표 연산부는, 상기 반사광 측정부에서 측정한 상기 제1 및 제2 파장 각각에서의 상기 반사광의 각 광강도, 상기 태양 각도 취득부에서 취득한 상기 태양 각도, 상기 태양 방향 취득부에서 취득한 상기 태양 방향, 상기 태양광 측정부에서 측정한 상기 제3 및 제4 파장 각각에서의 상기 태양광의 각 광강도, 상기 확산도 취득부에서 취득한 상기 확산도, 상기 측정 각도 취득부에서 취득한 상기 측정 각도, 및 상기 잎 밀도 측정부에서 취득한 상기 잎 밀도에 기초하여, 상기 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표를 구한다. 바람직하게는, 상술한 식물 생육 지표 측정 시스템에 있어서, 상기 태양 각도, 상기 태양 방향, 상기 확산도, 상기 측정 각도 및 상기 잎 밀도와 상기 생육 지표의 제3 보정값의 대응 관계를 제3 보정 정보로서 기억하는 제3 보정 정보 기억부를 더 구비하고, 상기 생육 지표 연산부는, 상기 태양광 측정부에서 측정한 상기 제3 및 제4 파장 각각에서의 상기 태양광의 각 광강도에 기초하여, 상기 반사광 측정부에서 측정한 상기 제1 및 제2 파장 각각에서의 상기 반사광의 각 광강도의 비율이 소정 값으로 되도록 정규화하면서, 상기 반사광 측정부에서 측정한 상기 제1 및 제2 파장 각각에서의 상기 반사광의 각 광강도에 기초하여, 보정 전의 생육 지표를 구하고, 상기 태양 각도 취득부에서 취득한 상기 태양 각도, 상기 태양 방향 취득부에서 취득한 상기 태양 방향, 상기 확산도 취득부에서 취득한 상기 확산도, 상기 측정 각도 취득부에서 취득한 상기 측정 각도, 및 상기 잎 밀도 측정부에서 취득한 상기 잎 밀도에 대응하는 제3 보정값을 상기 제3 보정 정보로부터 구하고, 상기 구한 제3 보정값으로 상기 보정 전의 생육 지표를 보정하여 상기 생육 지표를 구한다.
이러한 식물 생육 지표 측정 시스템은, 생육 지표를 구할 때에, 추가로, 측정 각도 및 잎 밀도도 고려하므로, 더욱 고정밀도 생육 지표를 측정할 수 있다.
이 출원은, 2015년 5월 12일에 출원된 일본 특허 출원 제2015-97586을 기초로 하는 것이며, 그의 내용은 본원에 포함되는 것이다.
본 발명을 표현하기 위해서, 상술에 있어서 도면을 참조하면서 실시 형태를 통하여 본 발명을 적절히 또한 충분히 설명했지만, 당업자라면 상술한 실시 형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 할 수 있을 것으로 인식해야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하는 레벨의 것이 아닌 한, 당해 변경 형태 또는 당해 개량 형태는 당해 청구항의 권리 범위에 포괄된다고 해석된다.
본 발명에 따르면, 식물 생육 지표 측정 장치 및 식물 생육 지표 측정 방법 그리고 식물 생육 지표 측정 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 제1 및 제2 파장으로 측정한, 복수의 잎을 갖는 측정 대상의 반사광의 각 광강도 데이터와, 태양광의 측정 대상으로의 입사 각도인 태양 각도 데이터와, 상기 각 광강도 데이터의 측정 방향에 대한 상기 태양의 방향인 태양 방향 데이터에 기초하여, 상기 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표를 구하는 생육 지표 연산부를 구비하는,
    식물 생육 지표 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 생육 지표 연산부는, 또한 제3 및 제4 파장으로 측정한, 상기 태양의 태양광의 광강도 데이터와, 상기 태양의 태양광의 확산도 데이터에 기초하여, 상기 측정 대상의 상기 생육 지표를 구하는,
    식물 생육 지표 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 생육 지표 연산부는, 또한 상기 측정 대상에 대한 상기 각 광강도 데이터의 측정 방향의 각도인 측정 각도 데이터와, 상기 측정 대상의 잎 밀도 데이터에 기초하여, 상기 측정 대상의 상기 생육 지표를 구하는,
    식물 생육 지표 측정 장치.
  4. 복수의 잎을 갖는 측정 대상의 반사광의 광강도를, 서로 다른 제1 및 제2 파장으로 측정하는 반사광 측정 공정과,
    태양광의 측정 대상으로의 입사 각도를 태양 각도로서 취득하는 태양 각도 취득 공정과,
    상기 반사광의 측정 방향에 대한 상기 태양의 방향을 태양 방향으로서 취득하는 태양 방향 취득 공정과,
    상기 반사광 측정 공정에서 측정한 상기 제1 및 제2 파장 각각에서의 상기 반사광의 각 광강도, 상기 태양 각도 취득 공정에서 취득한 상기 태양 각도, 그리고 상기 태양 방향 취득 공정에서 취득한 상기 태양 방향에 기초하여, 상기 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표를 구하는 생육 지표 연산 공정을 구비하는,
    식물 생육 지표 측정 방법.
  5. 복수의 잎을 갖는 측정 대상의 반사광의 광강도를, 제1 및 제2 파장으로 측정하는 반사광 측정부와,
    태양광의 측정 대상으로의 입사 각도를 태양 각도로서 취득하는 태양 각도 취득부와,
    상기 반사광 측정부의 측정 방향에 대한 상기 태양의 방향을 태양 방향으로서 취득하는 태양 방향 취득부와,
    상기 반사광 측정부에서 측정한 상기 제1 및 제2 파장 각각에서의 상기 반사광의 각 광강도, 상기 태양 각도 취득부에서 취득한 상기 태양 각도, 그리고 상기 태양 방향 취득부에서 취득한 상기 태양 방향에 기초하여, 상기 측정 대상에 있어서의 생육의 정도를 나타내는 생육 지표를 구하는 생육 지표 연산부를 구비하는,
    식물 생육 지표 측정 시스템.
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