WO2007069736A1 - 樹体生産能力を評価する方法、樹体生産能力を評価するための撮像装置及び樹体生産能力を評価するためのプログラム - Google Patents

樹体生産能力を評価する方法、樹体生産能力を評価するための撮像装置及び樹体生産能力を評価するためのプログラム Download PDF

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Haruhiko Yamamoto
Kiyoshi Iwaya
Yasushi Tsuchiya
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G23/00—Forestry
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules

Definitions

  • the present invention relates to a method for evaluating a chassis production capacity, an imaging device for evaluating the chassis production capacity, and a program for evaluating the chassis production capacity.
  • Non-Patent Document 1 Takayuki Nakano “Application of Plant Canopy Analyzer to Tea Bowl” (Articles of the Japanese Society of Art and Design 69 (3): 419-423 (2000))
  • Non-patent document 2 J. Broadheaa et al. “Comparison of method for leaf area in three rows” Agricultural and Forest Meteorology 115: 151-161 (2003)
  • Non-Patent Document 1 a plant canopy analyzer is applied to the leaf area diagnosis of teacups that are isolated communities.
  • the sensor is directed to the center of the chassis, and a view cap with an opening of 90 ° is attached to restrict the field of view in the azimuth direction (horizontal direction), and the field of view in the zenith angle direction is restricted to 0 ° force 60 °.
  • a view control filter is installed.
  • Non-Patent Document 2 the savanna in Kenya's savannah (Croton megalocarpus, Melia v olkensil) using a plant canopy analyzer to estimate the leaf area density (ratio of leaf area per unit volume), and using the optical path length estimated assuming that the cross section of the row is elliptical,
  • the leaf area density is calculated based on the method of measuring isolated soot.
  • the correlation between the calculated results and the measured leaf area density is low, and therefore, the zenith angle distribution of the inclination angle of each individual leaf is newly measured, and the correlation between the calculated result and the measured value is calculated using a model based on the measured zenith angle distribution.
  • PCA Plant Canonobi analyzer: LAI-2000 manufactured by LI-Cor USA. It includes a lens system including a fisheye lens that captures light with an incident angle of 148 ° on the tip side, a reflector, a filter, and a detector, and the detector has concentric circles of silicon for the light receiving element. In addition, it detects light at five different zenith angles, processes the data obtained by the measurement with the detector, and controls the transfer of data to the computer.
  • PCA Plant Canonobi analyzer: LAI-2000 manufactured by LI-Cor USA. It includes a lens system including a fisheye lens that captures light with an incident angle of 148 ° on the tip side, a reflector, a filter, and a detector, and the detector has concentric circles of silicon for the light receiving element. In addition, it detects light at five different zenith angles, processes the data obtained by the measurement with the detector, and controls the transfer of data to the computer.
  • the objects measured by PCA are plant populations that generally have a radial extent that is at least three times the population height z, and the leaf area distribution and height according to orientation are almost uniform.
  • the cross section is as shown in Fig.2.
  • the optical path length S ( ⁇ ) at the zenith angle ⁇ when the population transmittance is measured on the ground surface is estimated by the following equation.
  • the present inventor measured the transmitted light of the cadaver using the PCA, and the leaf area distribution and height according to the above-mentioned orientation were almost uniform.
  • the leaf area of the rod was estimated by assuming the plant population.
  • the relationship between the leaf area index by PCA (ratio of leaf area per unit area) and crown leaf area index (ratio of leaf area per area projected by crown on land) is shown in Figure 3.
  • the body of the citrus body to be measured is not a body group of uniform bodies originally intended for PCA. It is conceivable.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and there are a plurality of methods for evaluating the capacity of producing a skeleton according to the present invention, with a plurality of isolated skeletons or intervals.
  • This is a method for evaluating the production capacity of each individual body by measuring the light transmitted through the body, and the height and average crown radius of the main body of one chassis are two diameters.
  • determining a rotating semi-ellipsoid model to be a convex rotating semi-ellipsoid, and placing the optical enclosure structure measuring device at a position near the ground at a predetermined distance from the main trunk.
  • the optical frame structure measuring device is arranged so that the axis is oriented vertically upward with respect to the horizontal plane.
  • the porosity at the plurality of zenith angles and the plurality of zenith angles Determining the amount of light attenuation corresponding to each zenith angle from the corresponding optical path length, determining the attenuation amount of the light, the leaf area density, and determining the total leaf area of the body from this and the crown volume; It can also be a force.
  • the housing production capacity by measuring the transmitted light of the housing by using a plurality of isolated housings or individual housings that exist in an isolated manner. Determining a rotating semi-ellipsoidal model having an eaves height and an average crown radius as two diameters around the main trunk of one frame, and a convex rotating semi-ellipsoid, The main power is arranged by placing an imaging device with a fisheye lens at a position near the ground at a predetermined distance so that the incident optical axis is vertically upward with respect to the horizontal plane, and a plurality of measurement targets by the imaging device.
  • the image data obtained from the image data is subjected to a calculation process for obtaining the openness of incident light at the plurality of zenith angles, and the incident light is rotated with respect to the plurality of zenith angles to be measured.
  • the rotating semi-ellipsoidal model may be an upwardly convex rotating semi-ellipsoidal model with the heel height and the average crown crown radius each having two diameters around the main axis.
  • An imaging apparatus for evaluating the body production capacity includes a fisheye lens, an imaging element disposed at an imaging position of the fisheye lens, an imaging operation control unit, and the imaging element.
  • An imaging apparatus comprising: an arithmetic circuit that performs arithmetic processing on the acquired image data; and an output unit that outputs an arithmetic result of the arithmetic circuit, wherein the arithmetic circuit is an isolated enclosure Or, when measuring the transmitted light of a plurality of individual enclosures at intervals! /, It is the position near the ground that is a predetermined distance away from the main trunk of one enclosure.
  • the image pickup device is arranged with the incident optical axis directed vertically upward with respect to the horizontal plane, and the image portion of the plurality of angle ranges each including a plurality of zenith angles to be measured with respect to an image obtained by imaging.
  • Image data power Obtaining the openness in the multiple angle ranges Therefore, based on the rotating semi-ellipsoidal model that is determined as a convex rotating semi-ellipsoid with the main axis as the axis and the height of the collar and the average crown radius each having two diameters.
  • the optical path length and the crown volume through which the incident light passes from the incident point on the rotating semi-ellipsoid surface in the rotating semi-ellipsoid model to the image pickup device with respect to the zenith angle is determined, and the openness and the plurality of zeniths are determined.
  • the light attenuation corresponding to the angle range including each zenith angle is obtained from the optical path length with respect to the angle, the light attenuation force is also obtained from the leaf area density, and the total leaf area of the body is obtained from this and the crown volume.
  • the processing is performed.
  • the arithmetic circuit uses the following equation (5) for the acquired image data:
  • the rotating semi-ellipsoidal model may be an upwardly convex rotating semi-ellipsoidal model with the heel height and the average crown crown radius each having two diameters around the main axis.
  • a computer program for executing arithmetic processing for evaluating the chassis production capacity according to the present invention on a computer is an isolated chassis or a plurality of individual chassis with a plurality of intervals.
  • the optical enclosure structure measuring device When measuring the transmitted light of the enclosure, the optical enclosure structure measuring device is placed near the ground at a predetermined distance from the main trunk of one enclosure, and the incident optical axis is vertically above the horizontal plane.
  • the optical enclosure structure measuring device is placed at the position where the incident light is incident at multiple zenith angles measured through And determining the porosity at the plurality of zenith angles from the intensity of light that does not pass through the cocoon leaves at the plurality of zenith angles measured by being arranged so as to face vertically upward with respect to a horizontal plane, About the main axis, the height and the average crown radius are each two diameters Based on rotation semi ellipsoid model determined as a rotating half ellipsoidal convex over to With respect to the obtained zenith angles, the optical path length and crown volume through which incident light passes from the incident point on the rotating semi-ellipsoid surface in the rotating semi-ellipsoid model to the optical enclosure structure measuring device The light attenuation corresponding to each zenith angle is obtained from the light, the leaf surface area density is obtained from the light attenuation, and a calculation process for obtaining the total leaf area of the body from this and the crown volume is performed.
  • the incident light is rotated with respect to the plurality of zenith angles, and the rotation semi-ellipsoid surface in the rotating semi-ellipsoid model is obtained.
  • the optical path length and crown volume passing from the incident point to the imaging device are obtained. Therefore, the light attenuation corresponding to the angular range including each zenith angle is obtained from the openness and the optical path length corresponding to the plurality of zenith angles, and the attenuation force leaf area density of the light is obtained. It is good also as what performs the calculation process which calculates
  • the rotating semi-ellipsoidal model may be an upwardly convex rotating semi-ellipsoidal model with the heel height and the average crown crown radius each having two diameters around the main axis.
  • a semi-ellipsoidal model is applied to an isolated or spaced-apart housing, and light transmitted through the housing is measured using an optical housing structure measuring apparatus.
  • an imaging device equipped with a fisheye lens an image of an angle of view including incident light from a plurality of zenith angles to be measured can be captured, so that The total leaf area of the pod can also be evaluated appropriately for the worm body, and the correlation between the leaf area index and the crown leaf area index is high without requiring much time and labor. There is an effect that an equivalent measurement result can be obtained.
  • an imaging device equipped with a fisheye lens the cost for performing the measurement can be reduced.
  • a rotating hemispherical model is used for the skeleton. Based on this, the body productivity is evaluated by obtaining the data force leaf area index obtained by measurement using an optical body structure measuring means or an imaging device equipped with a fisheye lens. . Therefore, we will first describe the evaluation of rod productivity using a rotating semi-ellipsoidal model. [0022] [Evaluation of body productivity using rotating semi-ellipsoidal model]
  • Figure 4 shows a rotating semi-ellipsoid model as an example of a rotating semi-ellipsoid model.
  • the cross-sectional shape of the frame is a convex semi-ellipse with the height and the average crown radius as the major axis and minor axis, respectively, and the axis of rotation of one of the major axis and minor axis of the semi-ellipse is the axis.
  • the height of the skeleton is h and the radius is a. h and a are quantities determined according to the individual housing.
  • S is the incident point force on the rotating semi-ellipsoid surface in the rotating semi-ellipsoid model and the optical path length through which the incident light passes to the measurement point on the ground surface, and the zenith angle ⁇ (the direction perpendicular to the ground surface It depends on the angle.
  • An optical enclosure structure measuring device is placed near the ground at a distance c from the main surface, and the intensity of light that has entered through multiple zenith angles to be measured and passed through the cocoon leaves, and from the sky
  • An optical enclosure structure measuring device is placed at a position where light is not obstructed, and the intensity of light that does not pass through the leaves at multiple zenith angles is measured to determine the porosity at multiple zenith angles, or
  • An image pickup device equipped with a fisheye lens is placed near the ground at the position of the main surface force distance c, and an angle of view including multiple zenith angles to be measured is taken.Calculation processing is performed on the acquired image data. To obtain the openness of light incident at multiple zenith angles to be measured
  • the plant canopy analyzer (PCA), a representative optical housing structure measuring device, was used to actually evaluate the housing productivity, and to verify the effectiveness of the measurement.
  • PCA plant canopy analyzer
  • An example in which verification is performed on a body will be described.
  • the diameter of the main trunk is about 10 cm
  • the distance c from the main trunk surface is about several tens of cm (20-100 cm).
  • Set the value of c enter the PCA near the ground with the distance from the main surface c, and measure the light intensity (light intensity of the group drop part) transmitted through the cocoon leaves with the optical axis facing vertically upward did.
  • the PCA was placed in a position where the light from the sky was not obstructed so that the incident optical axis was vertically upward, and the intensity of the incident light at several zenith angles (light intensity at the top of the community) was measured.
  • the position where the aerodynamic light is not blocked should be the same height as the enclosure or an unusual height.
  • there are five different zenith angles 0 (0, ⁇ , ... ) The intensity of the light transmitted through the leaf is measured.
  • the zenith angles ⁇ are 7 °, 22 °, 38 °, 52 ° and 68 °, respectively.
  • the incident point force on the rotating semi-ellipsoidal surface in the semi-ellipsoid model is obtained for the optical path lengths S (0) to S (0) that pass to the measurement point.
  • the measurement position where the PCA is placed is obtained for the optical path lengths S (0) to S (0) that pass to the measurement point.
  • optical path length differs depending on the direction due to the main force that is the axis of the spheroid. Therefore, it is necessary to specify the optical path length in any direction.
  • the optical path length in the direction of the PCA position is also S ( ⁇ ) to S (0).
  • V Intensity of light transmitted through the coral leaves measured by PCA light intensity of the group fall part
  • light intensity light intensity of the upper part of the community
  • optical path length S ( ⁇ )
  • the amount of light attenuation can be obtained from the above.
  • the leaf area density (LAD) obtained using the rotating semi-ellipsoid model By multiplying the leaf area density (LAD) obtained using the rotating semi-ellipsoid model by the rod volume (V) calculated from the dimensional data obtained by the semi-ellipsoid model, the total leaf area (LA) is obtained. Calculated.
  • the porosity (transmittance) T (0) at the zenith angle ⁇ is obtained from the light intensity at the top of the canopy at the zenith angle ( ⁇ ), and ⁇ (0) and Equation (2)
  • Equation (2) is the average crown radius (m), and ⁇ is the height (m).
  • Equation (3) From Equation (2) and Equation (3), the total leaf area (LA) is obtained from Equation (4).
  • LA LAD x V ⁇ (4)
  • the leaf area of the rod was obtained by actual measurement for comparison.
  • the number of leaves of the pod is counted, the area of dozens of leaves selected as a sample is measured, and then the total leaf area is obtained.
  • FIG. 6 shows the relationship between the total leaf area of the cadaver obtained using the PCA and the total cadaver leaf area measured based on the rotating semi-ellipsoid model.
  • a shape obtained by rotating a semi-ellipse that is convex upward around the central axis was considered as a rotating semi-ellipsoidal model.
  • the cross-sectional shape of the rotating body is not limited to an ellipse as a quadratic curve, but a rotating semi-ellipse that can be used as another curve that can be used for calculating the optical path is a rotating semi-ellipsoid, Or special In this case, it can be considered as a more general shape of a rotating body including a hemisphere, and can be appropriately used depending on the shape of the casing.
  • the conventional method for estimating the crown leaf area index by PCA is not applicable to a cadaver having a low leaf area density.
  • the cadaver of only the old leaf is measured and the ratio of the new and old leaves is evaluated. It was difficult. This is due to the fact that both the leaf area density and the body volume increase in the process of increasing the leaf area of the old leaves only by developing new leaves. It can be said that the method of estimating the total leaf area using the semi-ellipsoidal model and PCA according to the present invention is very effective as an evaluation index of the body productivity.
  • the total leaf area of the rod can also be estimated by measurement using an imaging device (digital camera) equipped with a fisheye lens as an optical measurement means.
  • an imaging device digital camera
  • a fisheye lens as an optical measurement means.
  • an upwardly convex rotating semi-ellipsoid model as shown in FIG. 4 is considered as a rotating semi-ellipsoid model, and the viewing angle is set at a position near the value plane at a distance c from the main surface of 30 cm. Measurements were taken by imaging an imager equipped with a 184-degree all-around fisheye lens with the lens facing vertically upward. Conditions such as weather and time for imaging are the same as when PCA is used.
  • the imaging device can obtain an image showing a two-dimensional luminance distribution by the imaging device (CCD).
  • CCD imaging device
  • the image is taken into a personal computer, and image analysis is performed to calculate the openness.
  • the total leaf area is obtained in the same manner as above.
  • five concentric angles 0, ⁇ , ⁇ , ⁇ (7 °, 22 °, 38) are arranged concentrically.
  • the luminance distributed in the image is represented by the part of the skeleton containing the trunk and leaf group And the other parts (mainly the sky) are divided into two values, and then each of the angle ranges (0 to 14 °, 0 to 14 °, centered around five celestial angles 0, ⁇ ,. 15 ⁇ 29 °,
  • G is the degree of openness ⁇ ⁇ ⁇ ( ⁇ ) by the “total number of pixenole at zenith angle ⁇ 0”.
  • the degree of openness is an amount defined as equivalent to the porosity when using an optical enclosure structure measuring device.
  • the degree of openness was calculated for the fan-shaped part with a central angle of 90 ° facing the main trunk in the omnidirectional range. Furthermore, from this openness ⁇ ( ⁇ and the optical path length S (0) obtained by the rotating semi-ellipsoid model,
  • LA LADxV ⁇ ⁇ ⁇ (4)
  • the value of 68 ° (60-74 °), which contains many main trunks in the image is excluded.
  • the total leaf area of the cadaver is obtained by the arithmetic processing of the image data obtained by imaging with the imaging device equipped with the fisheye lens.
  • the number of leaves of the cadaver is counted, the area of dozens of leaves selected as a sample is measured, and the total leaf area is calculated from the measured area to obtain the actual measured value.
  • the result shown in FIG. 7 was obtained by comparing the leaf area density (LAD) of the rod obtained by measurement using an image with an imaging device equipped with a fisheye lens and the leaf area density measured actually.
  • LAD leaf area density
  • it is larger optionally correlation has high summer (each R 2 0. 553, 0 . 472), underestimation trend using the imaging device equipped with a fisheye lens than with PCA.
  • This is thought to be due to the difference in the degree of influence on the measurement equipment when there is overlap of leaf groups.
  • the image obtained by an imaging device equipped with a fisheye lens no matter how many leaf groups overlap, it is evaluated.
  • PCA is considered to be due to the fact that the overlap of leaf groups can be evaluated to some extent in order to measure transmitted light with PCA.
  • the cost required for measurement can be reduced compared to PCA.
  • the light receiving element has a concentric shape corresponding to each zenith angle, so the measurement result may be affected by strong light received at one point on the light receiving element.
  • This image sensor uses the result of receiving light for each of a large number of pixels, so it can be said that the influence of such strong light is small.
  • the longitudinal cross-sectional shape may be other than an ellipse as a rotating semi-ellipsoid model, as in the case of PCA.
  • an imaging device equipped with a fisheye lens for evaluating the body production capacity includes a fisheye lens 1 of an imaging optical system, an imaging device (CCD) 2, an imaging drive circuit 3, and a display 4.
  • an imaging device includes an arithmetic circuit 5 for calculating the openness for a plurality of zenith angles and calculating the leaf area density and the total leaf area of the frame.
  • the arithmetic circuit 5 may be in the form of an IC chip built in the body of the image pickup apparatus, or in the form of a unit connected via the IZO terminal 6 of the image pickup apparatus.
  • an input means for parameters (such as the height of the casing and the average crown radius) necessary for the calculation is provided for such a built-in type or external connection unit type calculation circuit.
  • the chassis production capacity is evaluated by a personal computer using the memory card storing the image acquired by the imaging device. Calculation is performed, or image data is transferred from the iZo terminal of the imaging device to a personal computer via a cable, and calculation for evaluating the housing production capacity by the personal computer is performed.
  • the present invention is also characterized as a program for performing calculation processing for obtaining the leaf area density and the total body leaf area based on the image data force rotating semi-ellipsoidal model acquired by the imaging device in this way. It is.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a crown structure measuring apparatus.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional shape of a general housing group to be measured.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the leaf area index and the crown area index obtained by a conventional method using PCA.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a rotating semi-ellipsoid model.
  • FIG. 5 is a graph showing a comparison between the leaf area density of a rod obtained based on a rotating semi-ellipsoid model using PCA and the measured leaf area density.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the total body leaf area obtained using a rotating semi-ellipsoid model using PCA and the total body leaf area measured.
  • FIG. 7 is a graph showing the leaf area density of a rod obtained based on a rotating semi-ellipsoid model using an imaging device equipped with a fisheye lens and the measured leaf area density.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the total leaf area of a rod body obtained by using a rotating semi-ellipsoid model using an imaging device equipped with a fisheye lens and the total leaf area of a rod body actually measured.
  • FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of an imaging apparatus equipped with a fisheye lens.

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Abstract

【課題】 　孤立した樹体または間隔をおいた樹体について、樹冠構造測定装置または魚眼レンズを装着した撮像装置を用いて非破壊的な手法により、多くの時間を要さずに樹体生産力を評価できるようにする。 【解決手段】 　樹体の外形を表すものとして回転半長円体モデルを決定し、主幹から所定の距離の位置に光学的樹体構造測定装置を配置して測定した樹葉を透過した光の強度と、樹葉を透過しない光の強度とを測定し、半長円体モデルにより樹体への入射した光が通過する光路長を計算し、測定された光の強度と、光路長とから樹体総葉面積を求める。光学的樹体構造測定装置の代わりに魚眼レンズを装着した撮像装置を配置し、撮像により取得された画像データについての演算処理によっても樹体総葉面積が求められる。

Description

樹体生産能力を評価する方法、樹体生産能力を評価するための撮像装 置及び樹体生産能力を評価するためのプログラム
技術分野
[0001] 本発明は、榭体生産能力を評価する方法、榭体生産能力を評価するための撮像 装置及び榭体生産能力を評価するためのプログラムに関する。
背景技術
[0002] 榭体生産能力の指標の一つである榭体の葉面積を非破壊で推定する方法につい て、これまでに種々検討されており、その 1つとして光学的榭体構造測定装置を用い て榭葉の透過光を計測することにより榭体総葉面積を推定する方法がある。これは、 孤立した榭体な!/、し間隔をお!/、て多数存在する榭体下の位置に光学的榭体構造測 定装置を配置して、榭葉の透過光を計測して得られたデータを用いて榭体の総葉面 積を推定し、榭体生産力を評価するものである。
[0003] 光学的榭体構造測定装置としてプラントキヤノピーアナライザー (PCA :商品名）を 用いて榭体の葉面積推定を行うことにつ 、て、次のような文献に開示されて 、る。 非特許文献 1：中野敬之「プラントキヤノピーアナライザーの茶榭への適用」（日本作 物学会記事 69(3):419-423(2000))
非特干文献 2： J. .Broadheaa et al.「Comparison of method for leaf area in three rows 」 Agricultural and Forest Meteorology 115: 151—161(2003》
[0004] 非特許文献 1では、孤立した群落である茶榭の榭列の葉面積診断にプラントキヤノ ピーアナライザーを適用している。測定時にセンサーを榭体中心部に向け、方位方 向（水平方向）の視野を規制するため開度 90° のビューキャップを装着し、また天頂 角方向の視野を 0° 力 60° に規制する視野規制用フィルターを取り付けている。こ の方法では、葉面積推定の際に一様な個体群の仮定のまま計算し、また、茶榭の場 合に葉群に比して枝の存在量が多いために葉面積指数を過大評価することになり、 葉面積推定には使用し難 、ものとなって!/、る。
[0005] 非特許文献 2では、ケニアのサバンナにおける榭木 (Croton megalocarpus, Melia v olkensil)の榭列の葉面積密度（単位体積当たりの葉の面積の比率)の推定にプラント キヤノピーアナライザーを適用し、榭列の横断面を楕円形と仮定して推定した光路長 を用い、孤立榭の測定方法に基づいて葉面積密度を算出している。この方法では、 算出結果と実測した葉面積密度との相関が低くなり、そのため新たに個々の葉の傾 斜角の天頂角分布を実測しそれに基づいたモデルにより算出結果と実測した値との 相関を高めている。しかしながら、新たなモデルの追カ卩のために個々の葉の傾斜角 を測定するのに多大の労力と時間を要するため、実用的な方法とは言えないもので めつに。
[0006] 代表的に用いられている光学的榭体構造測定装置として、 PCA (プラントキヤノビ 一アナライザー：米国 LI— COR社製の LAI— 2000)がある力 これは、図 1に示すよ うなもので、先端側の入射角 148° の範囲の光を取り込む魚眼レンズを含むレンズ 系、反射鏡、フィルター、検出器を含む構成であり、検出器は受光素子のシリコンが 同心円状に配設されていて、 5つの異なる天頂角の光を検出するようにしてあり、検 出器での測定により得られたデータを処理し、コンピュータへのデータの転送制御を 行うものである。
PCAでの測定対象は、一般的には個体群の高さ zの 3倍以上の半径方向の広がり をもち、方位による葉面積の分布及び高さがほぼ一様な植物個体群であり、図 2に示 すような断面形状になっている。この場合、地表面で個体群の透過率を測定した際 の天頂角 Θにおける光路長 S ( Θ )は以下の式により推定される。
S ( Θ ) =z/cos θ
[0007] し力しながら、上記式の仮定の成立しない孤立した群落 (孤立した 1本の榭、すなわ ち孤立榭等)の場合、一般的には幹の根元で群落外側へセンサーを向けた透過光 測定とともに、測定地点から天頂角 Θにおける光路長を実測する必要がある。孤立 群落の形状及び葉面積は方位により一様ではないため、 4方位程度の測定を行うこ とが必要になり、結局、合計 20箇所の長さ測定 (5箇所の光路長 X 4方位)を行う必 要がある。さらに、センサーを外側に向けるため、個体群中心部上方は測定対象に ならない。また、この方法で求められるのは葉面積密度 (榭体単位体積当たりの葉面 積)であるため、総葉面積を算出するためには群落の体積について別途測定する必 要がある。
[0008] 本発明者は、カンキッ榭の 33榭体にっ 、て、 PCAを用いて榭体の透過光を計測 し、前述のような方位による葉面積の分布及び高さがほぼ一様な植物個体群を想定 して榭体の葉面積の推定を行った。その結果では、 PCAによる葉面積指数 (単位面 積当たりの葉の面積の比率)と榭冠葉面積指数 (榭冠を土地に投影した面積当たり の葉の面積の比率)との関係は図 3に示すようになり、葉面積密度の高低に関係なく 相関が低く (r=0. 418)、分散している。このように、 PCAによる葉面積指数と榭冠 葉面積指数との相関が低くなる要因として、測定対象となるカンキッ榭の榭体が本来 PCAの対象とする高さの均一な榭体群ではないこと等が考えられる。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 光学的榭冠構造測定装置を用いたこれまでの榭冠葉面積の推定方法では、葉面 積密度の低い旧葉 (冬を越した葉)のみの榭体には適用できず、計測することが困難 になることがあり、新葉 (冬を過ぎて新たに展開した葉)と旧葉の比率の評価が行えな いという問題があった。また、孤立した、あるいは間隔をおいて存在し高さが均一な榭 体群とならない榭体に対して榭冠葉面積の推定を実施する場合に、実施に要する時 間が多くなるとともに、測定結果として得られる葉面積指数と榭冠葉面積指数との相 関が低いものとならざるを得な力つた。そのため、実施に多くの時間を要することなく 、測定結果として得られる葉面積指数と榭冠葉面積指数との相関を高いものとし、ま た、必要な経費を少なくすることが求められていた。
課題を解決するための手段
[0010] 本発明は、前述した課題を解決すべくなしたものであり、本発明による榭体生産能 力を評価する方法は、孤立して存在する榭体または間隔をお!ヽて複数存在する個々 の榭体について榭体の透過光を測定することにより榭体生産能力を評価する方法で あって、 1本の榭体の主幹を軸として榭高及び平均榭冠半径をそれぞれ 2つの径と する上に凸の回転半長円体とする回転半長円体モデルを決定することと、該主幹か ら所定の距離だけ離れた地面近辺の位置に光学的榭体構造測定装置を入射光軸 が水平面に対して垂直上方に向くようにして配置して該光学的榭体構造測定装置に より測定対象となる複数の天頂角で入射し榭葉を通過した光の強度を測定することと 、天空からの光が遮られない位置に光学的榭体構造測定装置を入射光軸が水平面 に対して垂直上方に向くようにして配置して該光学的榭体構造測定装置により測定 対象となる前記複数の天頂角での榭葉を通過しない光の強度を測定することと、前 記複数の天頂角で入射し榭葉を通過した光の強度と榭葉を通過しない光の強度とか ら該複数の天頂角での空隙率を求めることと、測定対象とする前記複数の天頂角に 対して入射光が回転半楕円体モデルでの回転半楕円体面における入射点から前記 光学的榭体構造測定装置までに通過する光路長及び榭冠体積を回転半長円体モ デルに基づいて計算することと、前記複数の天頂角での空隙率と前記複数の天頂角 に対応する光路長とから各天頂角に対応する光の減衰量を求めることと、該光の減 衰量力 葉面積密度を求めこれと前記榭冠体積とから榭体総葉面積を求めることと、 力もなるものである。
[0011] 前記測定された複数の天頂角での入射光の強度から、次式（1)
[数 1]
( 天頂角 Θ) における群落下部の光強度
—天頂角 (Θ) における群落上部の光強度
により該複数の天頂角での空隙率 Τ( θ )を求め、次式 (2)
[数 2]
Figure imgf000006_0001
により葉面積密度 (LAD)を求めるようにしてもょ 、。
[0012] また、孤立して存在する榭体または間隔をお 、て複数存在する個々の榭体にっ 、 て、榭体の透過光を測定することにより榭体生産能力を評価する方法であって、 1本 の榭体の主幹を軸として榭高及び平均榭冠半径をそれぞれ 2つの径とする上に凸の 回転半長円体とする回転半長円体モデルを決定することと、該主幹力 所定の距離 だけ離れた地面近辺の位置に魚眼レンズを装着した撮像装置を入射光軸が水平面 に対して垂直上方に向くようにして配置することと、前記撮像装置により測定対象とな る複数の天頂角からの入射光を含む画角の画像を撮像することと、前記撮像装置に より取得された画像データについて前記複数の天頂角での入射光の開空度を求め る演算処理を行うことと、測定対象とする前記複数の天頂角に対して入射光が回転 半楕円体モデルでの回転半楕円体面における入射点カゝら前記光学的榭体構造測 定装置までに通過する光路長及び榭冠体積を回転半長円体モデルに基づいて計 算することと、前記複数の天頂角からの入射光の開空度と前記複数の天頂角に対応 する光路長とから各天頂角に対応する光の減衰量を求めることと、該光の減衰量か ら葉面積密度を求めこれと前記榭冠体積とから榭体総葉面積を求めることと、力ゝらな るちのとしてちょい。
[0013] 前記撮像装置により撮像された画像について、次式（5)
[数 5]
(0 ) 天頂角 （ —における葉間隙ピクセル数
、 J 天頂角 {Θ における総ピクセノレ数
により前記複数の天頂角での入射光に対する開空度を Τ( Θ )求め、次式 (2)
[数 2]
ΜΏ = .2± ^; ) . . . ( 2 )
,）
により葉面積密度 (LAD)を求めるようにしてもょ 、。
前記回転半長円体モデルを、主幹を軸として榭高及び平均榭冠半径をそれぞれ 2 つの径とする上に凸の回転半楕円体モデルとしてもよい。
[0014] 本発明による榭体生産能力を評価するための撮像装置は、魚眼レンズと、該魚眼 レンズの結像位置に配設された撮像素子と、撮像動作制御部と、前記撮像素子によ り取得された画像データについて演算処理を行う演算回路と、該演算回路による演 算結果を出力する出力部とを備えてなる撮像装置であって、前記演算回路は、孤立 して存在する榭体または間隔をお!/、て複数存在する個々の榭体につ!、て榭体の透 過光を測定する際に、 1本の榭体の主幹から所定の距離だけ離れた地面近辺の位 置に前記撮像装置を入射光軸が水平面に対して垂直上方に向くようにして配置して 撮像し取得された画像について測定対象となる複数の天頂角をそれぞれ含む複数 の角度範囲の画像部分におる画像データ力 前記複数の角度範囲での開空度を求 め、前記榭体についてその主幹を軸とし榭高及び平均榭冠半径をそれぞれ 2つの径 とする上に凸の回転半長円体として決定された回転半長円体モデルに基づいて前 記複数の天頂角に対して入射光が回転半楕円体モデルでの回転半楕円体面にお ける入射点から前記撮像装置まで通過する光路長及び榭冠体積を求め、前記開空 度と前記複数の天頂角に対する光路長とから各天頂角を含む角度範囲に対応する 光の減衰量を求め、該光の減衰量力も葉面積密度を求めこれと前記榭冠体積とから 榭体総葉面積を求める演算処理を行うものである。
[0015] 前記演算回路は取得された画像データについて、次式（5)
[数 5] ^ 天頂角 （ —における葉間隙ピクセル数
、 ') 天頂角 {0 における総ピクセノレ数
により前記複数の天長角での入射光に対する開空度を Τ( Θ )求め、次式 (2)
[数 2]
ΜΏ = .2± ^; ) . . . ( 2 )
,）
により葉面積密度 (LAD)を求める演算処理を行うようにしてもよ!ヽ。
前記回転半長円体モデルを、主幹を軸として榭高及び平均榭冠半径をそれぞれ 2 つの径とする上に凸の回転半楕円体モデルとしてもよい。
[0016] 本発明による榭体生産能力を評価するための演算処理をコンピュータ上で実行す るためのプログラムは、孤立して存在する榭体または間隔をお 、て複数存在する個 々の榭体について該榭体の透過光を測定する際に、 1本の榭体の主幹から所定の 距離だけ離れた地面近辺の位置に光学的榭体構造測定装置を入射光軸が水平面 に対して垂直上方に向くようにして配置して測定された複数の天頂角で入射し榭葉 を通過した光の強度と、天空からの光が遮られない位置に光学的榭体構造測定装 置を入射光軸が水平面に対して垂直上方に向くようにして配置して測定された前記 複数の天頂角での榭葉を通過しない光の強度とから該複数の天頂角での空隙率を 求め、前記榭体についてその主幹を軸とし榭高及び平均榭冠半径をそれぞれ 2つの 径とする上に凸の回転半長円体として決定された回転半長円体モデルに基づいて 求められた前記複数の天頂角に対して入射光が回転半楕円体モデルでの回転半楕 円体面における入射点から前記光学的榭体構造測定装置までに通過する光路長及 び榭冠体積とから各天頂角に対応する光の減衰量を求め、該光の減衰量から葉面 積密度を求めこれと前記榭冠体積とから榭体総葉面積を求める演算処理を行うもの である。
[0017] 前記測定された複数の天頂角での入射光の強度から、次式（1)
[数 1]
天頂角 （ ） における群落下部の光強度
） ( 1 )
=天頂角 （ における群落上部の光強度
により該複数の天頂角での空隙率 Τ( θ )を求め、次式 (2)
[数 2] — ( ( 2 )
=1 ）
により葉面積密度 (LAD)を求めるようにしてもょ 、。
[0018] また、孤立して存在する榭体または間隔をお!、て複数存在する榭体につ!、て榭体 の透過光を測定する際に 1本の榭体の主幹から所定の距離だけ離れた地面近辺の 位置に魚眼レンズを装着した撮像装置を入射光軸が水平面に対して垂直上方に向 くようにして配置して撮像し取得された画像について測定対象となる複数の天頂角を それぞれ含む複数の角度範囲の画像部分におる画像データ力 前記複数の角度範 囲での開空度を求め、前記榭体についてその主幹を軸とし榭高及び平均榭冠半径 をそれぞれ 2つの径とする上に凸の回転半長円体として決定された回転半長円体モ デルに基づ 1ヽて前記複数の天頂角に対して入射光が回転半楕円体モデルでの回 転半楕円体面における入射点から前記撮像装置まで通過する光路長及び榭冠体積 を求め、前記開空度と前記複数の天頂角に対応する光路長とから各天頂角を含む 角度範囲に対応する光の減衰量を求め、該光の減衰量力 葉面積密度を求めこれ と前記榭冠体積とから榭体総葉面積を求める演算処理を行うものとしてもよい。
[0019] 複数の天頂角からの入射光を含む画角につ 、て取得された画像データにつ 、て、 次式（5) [数 5]
(n、 天頂角 （ における葉間隙ピクセル数
、 — ~天頂角 （ ） における総ピクセノレ数
により前記複数の天長角での入射光に対する開空度を Τ( Θ )求め、次式 (2)
[数 2]
Figure imgf000010_0001
により葉面積密度 (LAD)を求めるようにしたことを特徴とする請求項 11に記載の榭 体生産能力を評価するための演算処理をコンピュータ上で実行するためのプロダラ ム。
前記回転半長円体モデルを、主幹を軸として榭高及び平均榭冠半径をそれぞれ 2 つの径とする上に凸の回転半楕円体モデルとしてもよい。
発明の効果
[0020] 本発明にお 、ては、孤立した、または間隔をお 、た榭体に対して半長円体モデル を適用し、光学的榭体構造測定装置を用いて榭体の透過光を測定することにより、 あるいは魚眼レンズを装着した撮像装置を用いて測定対象となる複数の天頂角から の入射光を含む画角の画像を撮像することにより、葉面積密度の低い榭体ゃ旧葉の みの榭体に対しても榭体総葉面積が適切に評価でき、かつ多くの時間、労力を要す ることなく葉面積指数と榭冠葉面積指数との相関が高い、実測の場合と同等の測定 結果が得られるという効果がある。また、魚眼レンズを装着した撮像装置を用いること により、測定を実行するための経費を軽減できる。
発明を実施するための最良の形態
[0021] 本発明において、高さの均一な榭体群とならない、孤立した、あるいは間隔をおい て存在する榭体について榭体総葉面積を推定するにあたり、榭体について回転半 長円体モデルを設定し、それに基づき光学的榭体構造測定手段あるいは魚眼レン ズを装着した撮像装置を用いて測定して得られたデータ力 葉面積指数を求めるこ とにより榭体生産力の評価を行う。そこで、まず回転半長円体モデルを用いた榭体生 産力の評価ついて説明する。 [0022] 〔回転半長円体モデルを用いた榭体生産力の評価〕
図 4に回転半長円体モデルの例として回転半楕円体モデルを示す。このモデルは 、榭体の断面形状を、榭高と平均榭冠半径とをそれぞれ長径及び短径とする上に凸 の半楕円とし、この半楕円の長径または短径の一方を軸とする回転体が榭体を表す ものとして考えるものである。図 4において、回転半楕円体モデルによる榭体の高さを h、半径を aとする。 h, aは個々の榭体に応じて決まる量である。 Sは入射光が回転半 楕円体モデルでの回転半楕円体面における入射点力 地表の測定点まで通過する 光路長であり、天頂角 Θ (地表面に対して垂直の方向と測定方向とのなす角）によつ て異なる。
[0023] 主幹表面から距離 cの位置で地面近辺に光学的榭体構造測定装置を配置して測 定対象となる複数の天頂角で入射し榭葉を通過した光の強度と、天空からの光が遮 られない位置に光学的榭体構造測定装置を配置して複数の天頂角での榭葉を通過 しない光の強度とを測定して複数の天頂角での空隙率を求め、あるいは、主幹表面 力 距離 cの位置で地面近辺に魚眼レンズを装着した撮像装置を配置して測定対象 となる複数の天頂角を含む画角の撮像を行 ヽ取得された画像データにっ ヽて演算 処理を行って測定対象となる複数の天頂角で入射した光についての開空度を求める
[0024] 〔光学的榭体構造測定装置による測定〕
回転半楕円体モデルに基づき代表的な光学的榭体構造測定装置であるプラントキ ヤノピーアナライザー (PCA)を用いて実際に榭体生産力を評価し、測定の有効性に ついて、カンキッ榭の榭体を対象として検証を行った例について説明する。カンキッ 榭の場合、主幹の径は 10cm程度で、主幹表面からの距離 cは数 10cm (20〜100c m)程度になる。 cの値を設定し、主幹表面からの距離が cで地面近辺に PCAを入射 光軸が鉛直上方を向くように配置して榭葉を透過した光の強度 (群落下部の光強度） を計測した。また、天空からの光が遮られない位置に PCAを入射光軸が鉛直上方を 向くように配置して複数の天頂角での入射光の強度 (群落上部の光強度)を測定した 。天空力 の光が遮られない位置としては、榭体と同等の高さ、またはそれ異常の高 さとするのがよい。 PCAでは図 4において異なる 5つの天頂角 0 ( 0 , θ , · · · , Θ )の方向について、榭葉を透過した光の強度を計測するものであり、用いた PCAでは 、天頂角 Θは、それぞれ 7° , 22° , 38° , 52° , 68° としてある。
[0025] PCAでの測定は、太陽の直達光が卓越する条件においては過小評価になるので 、太陽光を直接受けないように散乱光が卓越する曇天日、もしくは晴天日の場合に 太陽高度が低く直達光の影響が少ない早朝あるいは夕方に行うことが良好な測定結 果を得るために望ましい。
[0026] 回転半楕円体モデルの場合、各天頂角 0 , θ , · · · , Θ に対して入射光が回転
1 2 5
半楕円体モデルでの回転半楕円体面における入射点力 測定点まで通過する光路 長 S ( 0 )〜S ( 0 )がそれぞれ求められる。ただし、 PCAを配置した測定位置が回
1 5
転半楕円体の軸となる主幹力 外れていることにより、光路長は方位によって異なる 。そのため、どの方位による光路長を規定しておく必要があり、ここでは、 PCAの位置 力も主幹の付け根に向力 方位での光路長を S ( Θ )〜S ( 0 )とする。各光路につ
1 5
Vヽて PCAで計測した榭葉を透過した光の強度 (群落下部の光強度)及び榭葉を透 過しな 、光の強度 (群落上部の光強度)と光路長 (S ( Θ ) )とから光量の減衰量が求 められる。回転半楕円体モデルを用いて得られた葉面積密度 (LAD)に、同様に半 楕円体モデルによる寸法データから算出した榭体体積 (V)を乗ずることで榭体総葉 面積 (LA)が算出される。
[0027] まず、式（1)
[数 1]
Λ 天頂角 Θ) における群落下部の光強度
、 —天頂角 (Θ) における群落上部の光強度 、 により天頂角 Θでの空隙率 (透過率) T( 0 )を求め、このように求められた Τ( 0 )と 式 (2)
[数 2]
Figure imgf000012_0001
(w ( θ )は天頂角ごとの重み付け係数である。 )により葉面積密度 (LAD)を求める。 次に、回転半楕円体モデルにより榭冠体積 (V)を式 (3) [数 3] ν = π_^ Η_ . . . ( 3 )
3 2
(R は平均榭冠半径 (m)、 Ηは榭高 (m)である。）により求め、式（2)と式（3)とから、 総葉面積 (LA)を式 (4)
画
LA = LAD x V · · · ( 4 ) により求める。
[0028] 本発明において、回転半楕円体モデルによる PCAでの測定をカンキッ榭の 19榭 体について行った。主幹の根元から距離 cが 60cmの地表位置に榭体中心部に向け て PCAを配置して測定した。測定項目としては、 PCAから榭体中心部に向力う方位 として 4方位の透過光の測定と、榭体の寸法 (4方位の榭冠半径と榭高の 5箇所)とな る。榭体形状を、 4方位の榭冠半径を平均した平均榭冠半径をもつ上に凸の回転半 楕円体と仮定しているため、上記 5箇所の寸法測定により、榭冠体積 (V)と測定地点 での各天頂角 Θでの光路長を推定可能である。
[0029] 一方、対比のために実測により、榭体の葉面積を求めた。これは、榭体の葉の枚数 を計数し、サンプル的に選んだ数十枚の葉の面積を計測し、それから総葉面積を求 めるものである。上記 PCAを用いた測定により得られた榭体の葉面積密度 (榭体単 位体積当たりの葉面積: LAD)と実測による葉面積密度とを対比して、図 5に示す結 果が得られた。この場合回帰直線の傾きはほぼ 1となり、また、力なり高い相関 (r=0 . 617)が得られた。
[0030] 回転半楕円体モデルに基づ 、て PCAを用いて得られた榭体総葉面積と実測によ る榭体総葉面積との関係を図 6に示す。同図において、きわめて榭体が大きい 1点だ け大きく外れている力 全体として非常に高い相関 (r=0. 897)が得られている。
[0031] なお、本発明の実施例としては、回転半長円体モデルとして、上に凸の半楕円を中 心軸の周りに回転した形状を考えたが、これはモデルにより光路長を計算する上で の手法であり、回転体の断面形状は単に二次曲線としての楕円に限らず、光路の計 算に利用できる他の曲線としてもよぐ回転半長円体は回転半楕円体、あるいは特殊 な場合として半球体を含む、より一般的な回転体の形状として考えることができ、榭体 の形態に応じて適宜使い分けられるものである。
[0032] 従来の PCAによる榭冠葉面積指数の推定方法では、葉面積密度の低い榭体には 適用できず、また、旧葉のみの榭体を計測すること、新旧葉比の評価が行うことが困 難であった。これは旧葉のみの榭体が新葉展開により葉面積を増カロしていく過程に おいては、葉面積密度と榭体体積との両方が増加するということにもよるのであるが、 その点カゝらも本発明による半長円体モデルと PCAとを用いた総葉面積推定の方法 は榭体生産力の評価指標として非常に有効であると言える。
[0033] また、 PCAを用いた従来の総葉面積の推定方法では、本発明のように回転半楕円 体モデルを用いて 、な 、ので、 20箇所の光路長（5箇所の光路長 X 4方位)を測定 する必要があり、葉面積密度力 総葉面積を算出するために、群落の体積を別途測 定する必要があって、測定に多くの時間、労力を要しており、さらに、 PCAを主幹の 根元に配置して外方に向けるため、榭体中心部上方が測定対象とならないなどの要 因があって、良好な測定結果が得難いものであった。それに対し、本発明による総葉 面積の測定方法では、これらの難点が解消され、従来の方法に比べて実施に要する 時間が 1Z3以下になると言える。
[0034] 〔魚眼レンズを装着した撮像装置による測定〕
回転半長円体モデルにより、光学的測定手段として魚眼レンズを装着した撮像装 置 (デジタルカメラ)を用いた測定によっても、榭体の総葉面積を推定できる。本発明 において、回転半長円体モデルとして図 4に示すような上に凸の回転半楕円体モデ ルを考え、主幹の表面からの距離 cが 30cmの位置で値面近辺の位置に視野角 184 度の全周魚眼レンズを装着した撮像装置を、レンズを鉛直上方に向けて配置し、撮 像することにより測定を行った。撮像の際の天候、時間等の条件は PCAを用いた場 合と同様である。
[0035] 撮像装置では撮像素子 (CCD)により二次元的な輝度分布を示す画像が得られる 力 その画像をパーソナルコンピュータに取り込み、画像解析を行って開空度を算出 することにより、 PCAの場合と同様に総葉面積を求める。 PCAのシステムにおいて同 心上に配置された測光素子により 5つの天長角 0 , θ , · · · , Θ (7° , 22° , 38 ° , 52° , 68° ；))の方向について榭葉を透過した光の強度を計測するのである力 撮像装置による画像を用いる場合、画像において分布する輝度を幹と葉群を含む榭 体の部分とそれ以外の部分 (主として天空）とに分けて 2値ィ匕した後に、それぞれ 5つ の天長角 0 , θ , ···, Θ を中心とした設定した角度範囲（0〜14° , 15〜29° ,
1 2 5
30〜44° , 45〜59° , 60〜74° )について榭体部分（黒）と天空部分（白）とのそ れぞれのピクセル数を計数し、式（5)
[数 5]
( ^ 天頂角 （ —における葉間隙ピクセル数
、 'ト 天頂角 {0 における総ピクセノレ数 ' により開空度 Τ(θ )を求める。開空度は、光学的榭体構造測定装置を用いた場合の 空隙率と同等のものとして規定される量である。開空度の計算は、撮影全方位範囲 のうち主幹部を向いた中心角 90° の扇形部分について行った。さらに、この開空度 Τ( θ と、回転半楕円体モデルにより求めた光路長 S( 0 )とから、式 (2)
[数 2] - 2 „ ) - . . (2)
,）
(w( Θ )は天頂角ごとの重み付け係数であり、 Τ( Θ )は天頂角に対応する開空度で ある。）により葉面積密度 LADを求め、回転半楕円体モデルにより榭冠体積 (V)を式 (3)
[数 3]
3 2
(R は平均榭冠半径 (m)、 Hは榭高 (m)である。）により求め、式 (6)と式（3)とから、 総葉面積 (LA)を式 (4)
画
LA = LADxV · · · (4) により求める。葉面積密度の算出において、主幹部を画像内に多く含む 68° (60〜 74° )の値を除いている。 このようにして、魚眼レンズを装着した撮像装置での撮像により取得された画像デ 一タカ の演算処理により榭体総葉面積が求められる。一方で、榭体の葉の枚数を 計数し、サンプル的に選んだ数十枚の葉の面積を計測し、それから総葉面積を求め ることにより実測値を得ている。
[0036] 魚眼レンズを装着した撮像装置による画像を用いた測定により得られた榭体の葉 面積密度 (LAD)と実測による葉面積密度とを対比して、図 7に示す結果が得られた 。この場合、 PCAを用いた場合よりも相関が高くなつており（それぞれ R2=0. 553, 0 . 472)、過小評価傾向は魚眼レンズを装着した撮像装置を用いた場合により大きく なっている。これは、葉群の重なりが存在する場合の測定機器への影響の程度が異 なるためであると考えられ、魚眼レンズを装着した撮像装置による画像では葉群が何 枚重なっても画像に写らなければ評価できな ヽのに対して、 PCAでは透過光を測定 するために葉群の重なりをある程度まで評価できることによるものと考えられる。
[0037] 回転半楕円体モデルに基づいて魚眼レンズを装着した撮像装置を用いた測定に より得られた榭体総葉面積と実測による榭体総葉面積とを対比して、図 8に示す結果 が得られた。他の値力も大きく外れた 1点を除外して、魚眼レンズを装着した撮像装 置の場合にも、 PCAの場合と同様に高い相関が得られている（それぞれ R2=0. 76 4, 0. 790)。
魚眼レンズを装着した撮像装置を用いる場合、測定に要する経費を PCAの場合よ りも少なくすることができる。また、 PCAの場合には受光素子が各天頂角に対応する 同心円状のものであるために、測定結果が受光素子上の 1点で受ける強い光の影響 を受けることがあるが、デジタルカメラでの撮像素子は多数の画素ごとに受光した結 果を用いるために、このような強い光の影響は少ないと言える。さらに、魚眼レンズを 装着した撮像装置の場合にも、回転半長円体モデルとして、縦方向の断面形状を楕 円以外のものとしてもよいことは、 PCAの場合と同様である。
[0038] 榭体生産能力を評価するための魚眼レンズを装着した撮像装置は、図 9に示すよう に、撮像光学系の魚眼レンズ 1、撮像素子 (CCD) 2、撮像駆動回路 3、ディスプレイ 4を含む撮像装置としての構成に加えて、複数の天頂角に対する開空度を求め、葉 面積密度、榭体総葉面積を求める演算処理を行うための演算回路 5を含むものとす る。演算回路 5は撮像装置のボディ内に ICチップを内蔵した形態としてもよぐあるい は撮像装置の IZO端子 6を介して接続されるユニットの形態としてもよい。さらに、こ のような内蔵型あるいは外部接続ユニット型の演算回路に対し、演算に必要なパラメ ータ (榭体の高さ、平均榭冠半径等)の入力手段を備えるようにする。
[0039] このように、魚眼レンズを装着した撮像装置に演算回路を備える形態でない場合に は、撮像装置により取得された画像を記憶したメモリーカードを用いて、パーソナルコ ンピュータにより榭体生産能力を評価するための演算を行うか、撮像装置の iZo端 子から画像データをケーブルを介してパーソナルコンピュータに転送してパーソナル コンピュータにより榭体生産能力を評価するための演算を行う。本発明は、このように 撮像装置により取得された画像データ力 回転半長円体モデルに基づいて葉面積 密度、榭体総葉面積を求める演算処理を行うためのプログラムとしても特徴づけられ るものである。
図面の簡単な説明
[0040] [図 1]榭冠構造測定装置の概略的構成を示す図である。
[図 2]測定対象となる一般的な榭体群の断面形状を示す図である。
[図 3]PCAを用いた従来の方法により得られた葉面積指数と榭冠面積指数との関係 を示すグラフである。
[図 4]回転半楕円体モデルについて説明する図である。
[図 5]PCAを用いて回転半楕円体モデルに基づき得られた榭体の葉面積密度と実 測による葉面積密度とを対比して示すグラフである。
[図 6]PCAを用いて回転半楕円体モデルを用いて得られた榭体総葉面積と実測によ る榭体総葉面積との関係を示す図である。
[図 7]魚眼レンズを装着した撮像装置を用いて回転半楕円体モデルに基づき得られ た榭体の葉面積密度と実測による葉面積密度とを対比して示すグラフである。
[図 8]魚眼レンズを装着した撮像装置を用いて回転半楕円体モデルを用いて得られ た榭体総葉面積と実測による榭体総葉面積との関係を示す図である。
[図 9]魚眼レンズを装着した撮像装置の概略的構成を示す図である。
符号の説明 魚眼レンズ 撮像素子 撮像駆動回路 ディスプレイ 演算回路

Claims

請求の範囲 [1] 孤立して存在する榭体または間隔をお 、て複数存在する個々の榭体にっ 、て榭 体の透過光を測定することにより榭体生産能力を評価する方法であって、 1本の榭体の主幹を軸として榭高及び平均榭冠半径をそれぞれ 2つの径とする上 に凸の回転半長円体とする回転半長円体モデルを決定することと、 該主幹から所定の距離だけ離れた地面近辺の位置に光学的榭体構造測定装置を 入射光軸が水平面に対して垂直上方に向くようにして配置して該光学的榭体構造測 定装置により測定対象となる複数の天頂角で入射し榭葉を通過した光の強度を測定 することと、 天空からの光が遮られない位置に光学的榭体構造測定装置を入射光軸が水平面 に対して垂直上方に向くようにして配置して該光学的榭体構造測定装置により測定 対象となる前記複数の天頂角での榭葉を通過しない光の強度を測定することと、 前記複数の天頂角で入射し榭葉を通過した光の強度と榭葉を通過しない光の強度 とから該複数の天頂角での空隙率を求めることと、 測定対象とする前記複数の天頂角に対して入射光が回転半楕円体モデルでの回 転半楕円体面における入射点から前記光学的榭体構造測定装置までに通過する光 路長及び榭冠体積を回転半長円体モデルに基づいて計算することと、 前記複数の天頂角での空隙率と前記複数の天頂角に対応する光路長とから各天 頂角に対応する光の減衰量を求めることと、 該光の減衰量力 葉面積密度を求めこれと前記榭冠体積とから榭体総葉面積を求 めることと、 からなることを特徴とする榭体生産能力を評価する方法。 [2] 前記測定された複数の天頂角での入射光の強度から、次式（1)
[数 1]
( 天頂角 Θ) における群落下部の光強度
—天頂角 (Θ) における群落上部の光強度
により該複数の天頂角での空隙率 Τ( θ )を求め、次式 (2)
[数 2]
Figure imgf000020_0001
により葉面積密度 (LAD)を求めるようにしたことを特徴とする請求項 1に記載の榭体 生産能力を評価する方法。
[3] 孤立して存在する榭体または間隔をお 、て複数存在する個々の榭体にっ 、て、榭 体の透過光を測定することにより榭体生産能力を評価する方法であって、
1本の榭体の主幹を軸として榭高及び平均榭冠半径をそれぞれ 2つの径とする上 に凸の回転半長円体とする回転半長円体モデルを決定することと、
該主幹カゝら所定の距離だけ離れた地面近辺の位置に魚眼レンズを装着した撮像 装置を入射光軸が水平面に対して垂直上方に向くようにして配置することと、 前記撮像装置により測定対象となる複数の天頂角力 の入射光を含む画角の画像 を撮像することと、
前記撮像装置により取得された画像データについて前記複数の天頂角での入射 光の開空度を求める演算処理を行うことと、
測定対象とする前記複数の天頂角に対して入射光が回転半楕円体モデルでの回 転半楕円体面における入射点から前記光学的榭体構造測定装置までに通過する光 路長及び榭冠体積を回転半長円体モデルに基づいて計算することと、
前記複数の天頂角からの入射光の開空度と前記複数の天頂角に対応する光路長 とから各天頂角に対応する光の減衰量を求めることと、
該光の減衰量力 葉面積密度を求めこれと前記榭冠体積とから榭体総葉面積を求 めることと、
からなることを特徴とする榭体生産能力を評価する方法。
[4] 前記撮像装置により撮像された画像について、次式 (5)
[数 5] f ) 天頂角 （ ） _における葉間隙ピクセル数 ( 5 ) 、 — ~天頂角 （ ） における総ピクセノレ数
により前記複数の天頂角での入射光に対する開空度を Τ ( Θ )求め、次式 (2)
[数 2]
Figure imgf000021_0001
により葉面積密度 (LAD)を求めるようにしたことを特徴とする請求項 3に記載の榭体 生産能力を評価する方法。
[5] 前記回転半長円体モデルを、主幹を軸として榭高及び平均榭冠半径をそれぞれ 2 つの径とする上に凸の回転半楕円体モデルとしたことを特徴とする請求項 1〜4のい ずれか 1項に記載の榭体生産能力を評価する方法。
[6] 魚眼レンズと、該魚眼レンズの結像位置に配設された撮像素子と、撮像動作制御 部と、前記撮像素子により取得された画像データについて演算処理を行う演算回路 と、該演算回路による演算結果を出力する出力部とを備えてなる撮像装置であって、 前記演算回路は、孤立して存在する榭体または間隔をおいて複数存在する個々の 榭体について榭体の透過光を測定する際に、 1本の榭体の主幹力も所定の距離だ け離れた地面近辺の位置に前記撮像装置を入射光軸が水平面に対して垂直上方 に向くようにして配置して撮像し取得された画像について測定対象となる複数の天頂 角をそれぞれ含む複数の角度範囲の画像部分におる画像データ力 前記複数の角 度範囲での開空度を求め、前記榭体についてその主幹を軸とし榭高及び平均榭冠 半径をそれぞれ 2つの径とする上に凸の回転半長円体として決定された回転半長円 体モデルに基づ 、て前記複数の天頂角に対して入射光が回転半楕円体モデルで の回転半楕円体面における入射点から前記撮像装置まで通過する光路長及び榭冠 体積を求め、前記開空度と前記複数の天頂角に対する光路長とから各天頂角を含 む角度範囲に対応する光の減衰量を求め、該光の減衰量から葉面積密度を求めこ れと前記榭冠体積とから榭体総葉面積を求める演算処理を行うものであることを特徴 とする榭体生産能力を評価するための撮像装置。
[7] 前記演算回路は取得された画像データについて、次式 (5)
[数 5]
( ^ 天頂角 （^—における葉間隙ピクセル数
、 天頂角 (Θ.) における総ピクセル数 により前記複数の天長角での入射光に対する開空度を Τ ( Θ )求め、次式 (2) [数 2]
Figure imgf000022_0001
により葉面積密度 (LAD)を求める演算処理を行うようにしたものであることを特徴と する請求項 6に記載の榭体生産能力を評価するための撮像装置。
[8] 前記回転半長円体モデルを、主幹を軸として榭高及び平均榭冠半径をそれぞれ 2 つの径とする上に凸の回転半楕円体モデルとしたことを特徴とする請求項 6または 7 のいずれか 1項に記載の榭体生産能力を評価するための撮像装置。
[9] 孤立して存在する榭体または間隔をお 、て複数存在する個々の榭体にっ 、て該 榭体の透過光を測定する際に、 1本の榭体の主幹力 所定の距離だけ離れた地面 近辺の位置に光学的榭体構造測定装置を入射光軸が水平面に対して垂直上方に 向くようにして配置して測定された複数の天頂角で入射し榭葉を通過した光の強度と 、天空からの光が遮られない位置に光学的榭体構造測定装置を入射光軸が水平面 に対して垂直上方に向くようにして配置して測定された前記複数の天頂角での榭葉 を通過しない光の強度とから該複数の天頂角での空隙率を求め、前記榭体につい てその主幹を軸とし榭高及び平均榭冠半径をそれぞれ 2つの径とする上に凸の回転 半長円体として決定された回転半長円体モデルに基づいて求められた前記複数の 天頂角に対して入射光が回転半楕円体モデルでの回転半楕円体面における入射 点から前記光学的榭体構造測定装置までに通過する光路長及び榭冠体積とから各 天頂角に対応する光の減衰量を求め、該光の減衰量から葉面積密度を求めこれと 前記榭冠体積とから榭体総葉面積を求める演算処理を行うことにより榭体生産能力 を評価するための演算処理をコンピュータ上で実行するためのプログラム。
[10] 前記測定された複数の天頂角での入射光の強度から、次式（1)
[数 1]
天頂角 における群落下部の光強度
( 1 )
T ）=天頂角 (Θ) における群落上部の光強度
により該複数の天頂角での空隙率 Τ( θ )を求め、次式 (2)
[数 2]
Figure imgf000023_0001
により葉面積密度 (LAD)を求めるようにしたことを特徴とする請求項 9に記載の榭体 生産能力を評価するための演算処理をコンピュータ上で実行するためのプログラム。
[11] 孤立して存在する榭体または間隔をお 、て複数存在する榭体にっ 、て榭体の透 過光を測定する際に 1本の榭体の主幹から所定の距離だけ離れた地面近辺の位置 に魚眼レンズを装着した撮像装置を入射光軸が水平面に対して垂直上方に向くよう にして配置して撮像し取得された画像にっ 、て測定対象となる複数の天頂角をそれ ぞれ含む複数の角度範囲の画像部分におる画像データ力 前記複数の角度範囲 での開空度を求め、前記榭体についてその主幹を軸とし榭高及び平均榭冠半径を それぞれ 2つの径とする上に凸の回転半長円体として決定された回転半長円体モデ ルに基づ 、て前記複数の天頂角に対して入射光が回転半楕円体モデルでの回転 半楕円体面における入射点から前記撮像装置まで通過する光路長及び榭冠体積を 求め、前記開空度と前記複数の天頂角に対応する光路長とから各天頂角を含む角 度範囲に対応する光の減衰量を求め、該光の減衰量力 葉面積密度を求めこれと 前記榭冠体積とから榭体総葉面積を求める演算処理を行うことにより榭体生産能力 を評価するための演算処理をコンピュータ上で実行するためのプログラム。
[12] 複数の天頂角からの入射光を含む画角につ 、て取得された画像データにつ 、て、 次式（5)
[数 5]
(n、 天頂角 （ における葉間隙ピクセル数
、 — ~天頂角 （ ） における総ピクセノレ数
により前記複数の天長角での入射光に対する開空度を Τ( Θ )求め、次式 (2)
[数 2]
Figure imgf000023_0002
により葉面積密度 (LAD)を求めるようにしたことを特徴とする請求項 11に記載の榭 体生産能力を評価するための演算処理をコンピュータ上で実行するためのプロダラ ム。
前記回転半長円体モデルを、主幹を軸として榭高及び平均榭冠半径をそれぞれ 2 つの径とする上に凸の回転半楕円体モデルとしたことを特徴とする請求項 9〜 12の V、ずれか 1項に記載の榭体生産能力を評価するための演算処理をコンピュータ上で 実行するためのプログラム。
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