WO2014057919A1 - クロロフィル蛍光画像計測装置、クロロフィル蛍光画像計測方法およびクロロフィル蛍光画像計測プログラム - Google Patents

クロロフィル蛍光画像計測装置、クロロフィル蛍光画像計測方法およびクロロフィル蛍光画像計測プログラム Download PDF

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frame rate
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chlorophyll fluorescence
camera
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塚田　正人
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日本電気株式会社
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    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6486—Measuring fluorescence of biological material, e.g. DNA, RNA, cells
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    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging

Definitions

  • the present invention relates to an image measurement apparatus, an image measurement method, and an image measurement program for efficiently measuring images of chlorophyll fluorescence emitted in plant photosynthesis.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram regarding chlorophyll fluorescence.
  • plant photosynthesis not all of the energy of the irradiated light can be used for the photochemical reaction, but it is dissipated as heat or emits chlorophyll fluorescence, which is light having a longer wavelength than the irradiated light.
  • light having a short wavelength near 460 nm
  • light having a long wavelength near 680 nm
  • Non-Patent Document 1 As described in Non-Patent Document 1, it has been conventionally known that the fluorescence intensity changes in a complex manner when a photosynthesis cell of a plant in a dark place is irradiated with constant continuous light. Such a change in fluorescence intensity over time is called a chlorophyll fluorescence induction period.
  • FIG. 2 is an example of a fluorescence induction curve.
  • the fluorescence induction curve has a special shape in which a plurality of peaks (O ⁇ I ⁇ D ⁇ P ⁇ S ⁇ M1 ⁇ M2 ⁇ T) appear, and each peak is deeply related to the function of photosynthesis.
  • Non-Patent Document 2 and Patent Document 1 a method using image measurement of chlorophyll fluorescence in plant photosynthesis is proposed as a method for diagnosing the growth state of a plant.
  • Sonoike “3. Pulse-modulated fluorescence a. Photosynthesis measurement by chlorophyll fluorescence and absorption”, Low Temperature Science, vol.67, p.p.507-524, 2009. Takayama, Nishina: “Chlorophyll fluorescence image measurement for plant diagnosis in facility horticulture”, Plant Environmental Engineering (J.SHITA) 20 (3), p.p.143-151,2008.
  • the present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to provide a chlorophyll fluorescence image measurement device, a chlorophyll fluorescence image measurement method, and a chlorophyll fluorescence image measurement program capable of greatly reducing the storage capacity compared to the prior art.
  • the present invention that solves the above-described problems includes a light source that irradiates a plant that is a dark-adapted measurement object with blue light, a camera that captures chlorophyll fluorescence emitted from the plant, and an arithmetic device that controls chlorophyll fluorescence measurement.
  • a chlorophyll fluorescence image measuring device comprising: an operation control means for controlling the operation of the light source and the camera; and a pixel value detected from an image frame taken by the camera, and a change in the pixel value
  • a pixel value change amount calculating means for calculating the amount
  • a feature P detecting means for detecting a feature P of the fluorescence induction curve based on the pixel value change amount
  • a recording means for recording an image frame taken by the camera.
  • the recording means records the image frames up to the switching point including the image frame of the feature P at a high-speed frame rate higher than a normal frame rate, and An image frame after the point is recorded in the normal frame rate.
  • the present invention for solving the above-mentioned problems is to darkly adapt a plant to be measured, irradiate the plant with blue light from a light source, photograph chlorophyll fluorescence emitted from the plant with a camera, and image captured by the camera.
  • the pixel value is detected from the frame, the change amount of the pixel value is calculated, the feature P of the fluorescence induction curve is detected based on the change amount of the pixel value, and the image frame up to the switching point including the image frame of the feature P is obtained.
  • This is a chlorophyll fluorescence image measurement method of recording at a high frame rate higher than the normal frame rate and recording an image frame after the switching point at the normal frame rate.
  • the present invention that solves the above-described problem is a process for controlling the operation of the light source so as to irradiate the plant that is a dark-adapted measurement target with blue light, and so as to photograph the chlorophyll fluorescence emitted from the plant,
  • a process for controlling the operation of the camera a process for detecting a pixel value from an image frame taken by the camera, calculating a change amount of the pixel value, and a feature P of the fluorescence induction curve based on the change amount of the pixel value.
  • the detection processing and the image frames up to the switching point including the image frame of the feature P are recorded at a high frame rate higher than the normal frame rate, and the image frames after the switching point are recorded at the normal frame rate.
  • a chlorophyll fluorescence image measurement program to be executed by the apparatus.
  • the storage capacity can be greatly reduced compared to the conventional technology.
  • the feature P can be detected with high accuracy by judging the validity of the feature P detection.
  • FIG. 3 shows the basic configuration of the chlorophyll fluorescence imaging apparatus.
  • the chlorophyll fluorescence imaging apparatus includes a light source 1 that irradiates a plant 4 that is a dark adaptation target with blue light, a camera 2 that captures chlorophyll fluorescence emitted from the plant 4, and an arithmetic device 3 that controls chlorophyll fluorescence measurement.
  • a light source 1 that irradiates a plant 4 that is a dark adaptation target with blue light
  • a camera 2 that captures chlorophyll fluorescence emitted from the plant 4
  • an arithmetic device 3 that controls chlorophyll fluorescence measurement.
  • the image measurement of the chlorophyll fluorescence of the plant 4 is performed in a dark environment such as at night or in a dark room, and the plant 4 is also in a state of dark adaptation.
  • the geometric positional relationship between the light source 1, the camera 2, and the plant 4 is not limited.
  • the video imaged by the camera 2 is a set of image data of one frame.
  • the light source 1 uses a light source such as a blue LED having a peak in light having a short wavelength (460 nm). ON / OFF of light emission of the light source 1 and light emission intensity can be controlled by the arithmetic device 3.
  • the camera 2 can shoot at a frame rate (for example, 250 fps) faster than a normal video frame rate (30 frames per second (fps)), and the frame rate can be controlled by the arithmetic unit 3. It is assumed that the sensor mounted on the camera 2 has sensitivity in the vicinity of the spectrum of chlorophyll fluorescence of 680 nm. Furthermore, by mounting an optical filter that transmits only red light in the optical system of the camera 2, chlorophyll fluorescence near 680 nm can be preferentially observed.
  • FIG. 4 is an example of the spectral transmittance of the optical filter.
  • the camera 2 may be a color camera, but a monochrome camera may be used by using an optical filter that transmits red light.
  • Measured plant 4 measures chlorophyll fluorescence in a dark-adapted state.
  • FIG. 5 is a functional block diagram of the arithmetic device 3.
  • the arithmetic device 3 includes an operation control unit 11, a memory 12, a pixel value change amount calculation unit 13, a feature P detection unit 14, a feature P confirmation unit 15, a recording frame rate switching command unit 16, and a recording unit 17. And have.
  • the operation control means 11 controls the operation of the light source 1 and the camera 2.
  • a high-speed frame rate 250 fps is set as the shooting frame rate of the camera 2, and shooting is started.
  • a predetermined number of image frame rates for example, 10 frames
  • the light source 1 is turned on and the light emission intensity of the light source 1 is kept constant.
  • a predetermined time a sufficient time for capturing the characteristics of the fluorescence induction curve of the plant 4, for example, 60 seconds
  • the light source 1 is turned off. While the light source 1 is on, the camera 2 continues to shoot, and after the light source 1 is turned off, the camera 2 shoots.
  • the memory 12 temporarily stores images of a plurality of frames taken by the camera 2.
  • the pixel value change amount calculation means 13 detects the pixel value from the image frame taken by the camera 2 and calculates the change amount of the pixel value.
  • FIG. 6 is an example of the amount of change in pixel value.
  • the horizontal axis represents time (seconds) expressed on the LOG scale, and the vertical axis represents pixel values representing the luminescence intensity of chlorophyll fluorescence.
  • the plant 4 in the dark adaptation state starts photosynthesis by the light emitted from the light source 2, and chlorophyll fluorescence is generated by this photosynthesis. In the image photographed by the camera 2, only the pixel capturing this chlorophyll fluorescence has a high pixel value. When this pixel value is plotted at predetermined time intervals (50 fps in the case of FIG. 6), a fluorescence induction curve is obtained.
  • Feature O is a reaction almost simultaneously with light irradiation. It is said that the characteristic O ⁇ I reaction in which the pixel value increases rapidly reflects the reduction of the initial electron acceptor QA in the photosystem PS II.
  • the feature I ⁇ D where the pixel value slightly increases, is said to reflect the reoxidation of QA by electron transfer to plastoquinone and the like.
  • the change from O ⁇ I ⁇ D ⁇ P which is the initial reaction is about 1 to several seconds.
  • the feature P ⁇ S reaction in which the pixel value gradually decreases after the peak formation at feature P reflects the oxidation of QA due to the activation of the reaction after PS I and the generation of a high energy state via the thylakoid film. Is done. After the pixel value gradually increases at the feature S ⁇ M, a gentle peak is formed at the feature M, and the pixel value gradually decreases again at the feature M ⁇ T.
  • the reaction of the feature M ⁇ T reflects the oxidation of QA due to the activation of the reaction after PS I and the generation of a high energy state via the thylakoid film.
  • the feature S appears about 6 seconds after the feature O
  • the feature M appears about 10 seconds after the feature O. Further, after about 60 seconds from the feature O, the change is stabilized.
  • the inventor needs to capture the initial reaction O ⁇ I ⁇ D ⁇ P as a change in the millisecond range for the characteristic of the change in the fluorescence induction curve, and the characteristic P ⁇ S ⁇ M ⁇ T Focusing on the fact that it is possible to capture the change in seconds, we came to the conclusion that the detection of the feature P is important.
  • Feature P detection means 14 detects a feature P of the fluorescence induction curve based on the amount of change in pixel value. Specifically, the feature P is detected from the zero cross of the first derivative on the time axis of the fluorescence induction curve.
  • FIG. 7 is the first derivative of the fluorescence induction curve. An image frame in which the first-order differential value changes from plus to minus (zero cross) for the first time is detected, and it is determined that the chlorophyll fluorescence observed in the image frame represents the feature P.
  • the feature P confirmation unit 15 confirms that the feature P detected by the feature P detection unit 14 is valid.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the feature P confirmation means 15. The vicinity of the characteristic P of the first derivative is enlarged.
  • the differential values F (t-1) and F (t + 1) of the frame (t-1) immediately before and the frame (t + 1) immediately before and after the zero-crossing image frame (t) The difference information is set to D (t ⁇ 1, t + 1), and it is determined whether or not the feature P is based on the equation (1).
  • the differential values F (t ⁇ 1) and F (t + 1) may be calculated using a plurality of frames before and after.
  • the difference information of the differential values F (t-2) and F (t + 2) is D (t-2, t + 2), and the difference information D (t-2, t + 2) is preset. It may also be confirmed that the threshold THp2 is exceeded.
  • the recording frame rate switching command means 16 changes from the high-speed frame rate (250 fps) to the normal frame rate (30 fps) at the switching point based on the detection result of the feature P detection means 14 and the determination result of the feature P confirmation means 15.
  • the recording means 17 is instructed to switch and record.
  • the image frame of the feature P is included in the image frame up to the switching point.
  • an image frame (t + 10) 10 frames after the image frame (t) of the feature P is set as a switching point.
  • the recording unit 17 records an image taken by the camera 2 that is temporarily stored in the memory 12.
  • the image frames up to the switching point are recorded at a high frame rate (250 fps), and the image frames after the switching point are recorded at a normal frame rate (30 fps). In other words, after the switching point, it is thinned out and recorded.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the processing contents of the arithmetic device 3. Each process is executed by a program stored in the arithmetic device 3. The operation of this embodiment will be described with a flowchart.
  • the plant 4 to be measured is dark-adapted.
  • the irradiation control of the light source 1 is performed (step S1), and the shooting control of the camera is performed (step S2). Specifically, a high-speed frame rate (250 fps) is set as the shooting frame rate of the camera 2, and shooting is started. When several frames are photographed, the light source 1 is turned on and the light emission intensity of the light source 1 is kept constant. The plant 4 is irradiated with blue light from the light source 1 and the chlorophyll fluorescence emitted from the plant 4 is photographed by the camera 2.
  • An image frame taken at a high frame rate (250 fps) is temporarily stored in the memory 12 and recorded in the recording means 17 at a high frame rate (250 fps) (step S3).
  • step S4 image analysis is performed, a pixel value is detected from the image frame, and a change amount of the pixel value is calculated (step S4).
  • the fluorescence induction curve is obtained from the change in the pixel value, the fluorescence induction curve is first-order differentiated with respect to the time axis, and the feature P is detected from the zero cross (step S5).
  • step S6 when the difference information D (t ⁇ 1, t + 1) between the differential values before and after the zero cross exceeds the threshold value THp, it is determined that the feature P is appropriate (step S6).
  • a switching point several frames (for example, 10 frames) after the feature P is set. Further, at the switching point, the recording means 17 is instructed to switch the recording frame rate from the high-speed frame rate (250 fps) to the normal frame rate (30 fps) (step S7).
  • An image frame taken at a high frame rate (250 fps) is temporarily stored in the memory 12 and recorded in the recording means 17 at a normal frame rate (30 fps) (step S8). In other words, thin out and record.
  • the feature P is detected and a switching point (2.5 seconds in the examples of FIGS. 6 and 7) is set.
  • a switching point 2.5 seconds in the examples of FIGS. 6 and 7.
  • the storage capacity can be greatly reduced as compared with the prior art.
  • the switching point is an image frame that is 10 frames after the image frame of the feature P.
  • the switching point is not limited to 10 frames.
  • the switching point may be the feature P.
  • the recording frame rate switching command means 16 outputs a switching command.
  • the feature P confirmation unit 15 is provided in order to avoid erroneous detection of zero crossing in the feature I ⁇ D. However, if the detection accuracy of the feature P detection unit 14 can be confirmed, the feature P confirmation unit 15 is not necessarily configured. No (see FIG. 10).
  • the feature P confirmation unit 15 determines that the feature P is valid when the difference information D (t ⁇ 1, t + 1) of the differential value before and after the zero cross exceeds the threshold value THp. You may confirm by the method of. For example, if it is confirmed that the differential values F (t-2), F (t-1) F (t), and F (t + 1) F (t + 2) around the zero crossing continuously decrease, the characteristic P Is deemed appropriate.
  • a modified example is added to the operation explanatory diagram of the feature P confirmation means 15 in FIG. Confirm that the difference information D (t-2, t-1), D (t-1, t), D (t, t + 1), D (t + 1, t + 2) are all positive To do.
  • the high-speed frame rate is set to 250 fps and the normal frame rate is set to 30 fps.
  • the present invention is not limited to this as long as the high-speed frame rate is higher than the normal frame rate.
  • Second Embodiment ⁇ Configuration ⁇ The configuration of the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • the recording frame rate is switched based on the feature P detection.
  • the second embodiment is different in that the shooting frame rate is switched based on the feature P detection.
  • FIG. 11 is a functional block diagram of the arithmetic device 3.
  • the arithmetic unit 3 includes an operation control unit 11, a memory 12, a pixel value change amount calculation unit 13, a feature P detection unit 14, a feature P confirmation unit 15, a shooting frame rate switching command unit 18, and a recording unit 17. And have.
  • the shooting frame rate switching command means 18 changes from the high-speed frame rate (250 fps) to the normal frame rate (30 fps) at the switching point based on the detection result of the feature P detection means 14 and the determination result of the feature P confirmation means 15.
  • the operation control means 11 is instructed to switch and shoot.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the processing contents of the arithmetic device 3. Each process is executed by a program stored in the arithmetic device 3. The operation of this embodiment will be described with a flowchart.
  • the plant 4 to be measured is dark-adapted.
  • the irradiation control of the light source 1 is performed (step S11), and the shooting control of the camera is performed (step S12). Specifically, a high-speed frame rate (250 fps) is set as the shooting frame rate of the camera 2, and shooting is started. When several frames are photographed, the light source 1 is turned on and the light emission intensity of the light source 1 is kept constant. The plant 4 is irradiated with blue light from the light source 1 and the chlorophyll fluorescence emitted from the plant 4 is photographed by the camera 2.
  • Image frames taken at a high frame rate (250 fps) are temporarily stored in the memory 12 and recorded in the recording means 17 at a high frame rate (250 fps) (step S13).
  • step S14 image analysis is performed, a pixel value is detected from the image frame, and a change amount of the pixel value is calculated (step S14).
  • the fluorescence induction curve is obtained from the change in the pixel value, the fluorescence induction curve is first-order differentiated with respect to the time axis, and the feature P is detected from the zero cross (step S15).
  • step S16 when the difference information D (t ⁇ 1, t + 1) between the differential values before and after the zero cross exceeds the threshold value THp, it is determined that the feature P is appropriate (step S16).
  • a switching point several frames (for example, 10 frames) after the feature P is set. Furthermore, at the switching point, the operation control means 11 is instructed to switch the shooting frame rate from the high frame rate (250 fps) to the normal frame rate (30 fps) (step S17).
  • the operation control means 11 sets the normal frame rate (30 fps) as the shooting frame rate of the camera 2 and continues shooting (step S18).
  • the image frame taken at the normal frame rate (30 fps) is temporarily stored in the memory 12 and recorded in the recording means 17 at the normal frame rate (30 fps) (step S13).
  • image frames taken at a high frame rate are thinned out and recorded at a normal frame rate.
  • the second embodiment there is no thinning process, which is efficient.
  • each unit may be configured by hardware or may be realized by a computer program.
  • functions and operations similar to those described above are realized by a processor that operates according to a program stored in the program memory. Further, only some functions may be realized by a computer program.
  • the present invention is a chlorophyll fluorescence image measuring device, A light source that emits blue light to a dark-adapted measurement target plant; A camera for photographing chlorophyll fluorescence emitted from the plant; An arithmetic unit that controls chlorophyll fluorescence measurement, The arithmetic unit is: Operation control means for controlling operations of the light source and the camera; A pixel value change amount calculating means for detecting a pixel value from an image frame taken by the camera and calculating a change amount of the pixel value; Feature P detecting means for detecting a feature P of the fluorescence induction curve based on the pixel value change amount; Recording means for recording image frames taken by the camera; The recording means includes The image frames up to the switching point including the image frame of the feature P are recorded at a high-speed frame rate higher than the normal frame rate, An image frame after the switching point is recorded at a normal frame rate.
  • the arithmetic unit is: It further has a feature P confirmation means for confirming that the feature P detected by the feature P detection means is valid.
  • the feature P detection means detects a feature P from a zero cross of a first derivative on the time axis of the fluorescence induction curve
  • the feature P confirmation unit determines that the feature P is appropriate if the difference between the differential values before and after the zero crossing is equal to or greater than a predetermined value.
  • the feature P detection means detects a feature P from a zero cross of a first derivative on the time axis of the fluorescence induction curve
  • the feature P confirmation means determines that the feature P is valid when it is confirmed that the differential value around the zero cross continuously decreases.
  • the operation control means always operates the camera to shoot at a high frame rate
  • the arithmetic unit is: Based on the detection result of the feature P detection means, there is further provided a recording frame rate switching instruction means for instructing the recording means to perform recording while switching from a high frame rate to a normal frame rate.
  • the arithmetic unit is: Based on the detection result of the feature P detection means, further comprising a shooting frame rate switching command means for instructing the operation control means to switch from a high-speed frame rate to a normal frame rate for shooting.
  • the operation control means operates the camera based on the switching command.
  • the present invention is a chlorophyll fluorescence image measurement method, Adapt the plant to be measured to dark adaptation, irradiate the plant with blue light from the light source, Taking chlorophyll fluorescence emitted from the plant with a camera, A pixel value is detected from an image frame taken by the camera, and a change amount of the pixel value is calculated; Based on the pixel value change amount, the feature P of the fluorescence induction curve is detected, The image frames up to the switching point including the image frame of the feature P are recorded at a high-speed frame rate higher than the normal frame rate, An image frame after the switching point is recorded at a normal frame rate.
  • the chlorophyll fluorescence image measurement method of the present invention more preferably, Detecting the feature P from the zero cross of the first derivative on the time axis of the fluorescence induction curve; If the difference between the differential values before and after the zero crossing is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the feature P is appropriate.
  • the feature P detection means detects a feature P from a zero cross of a first derivative on the time axis of the fluorescence induction curve
  • the feature P confirmation means determines that the feature P is valid when it is confirmed that the differential value around the zero cross continuously decreases.
  • the chlorophyll fluorescence image measurement method of the present invention preferably, Always operate the camera to shoot at a high frame rate, Based on the feature P detection result, a command is issued to switch from the high-speed frame rate to the normal frame rate for recording.
  • the camera is operated based on the switching command.
  • the present invention is a chlorophyll fluorescence image measurement program, A process of controlling the operation of the light source so as to irradiate the plant that is the dark-adapted measurement object with blue light, A process for controlling the operation of the camera so as to photograph the chlorophyll fluorescence emitted from the plant; A process of detecting a pixel value from an image frame taken by the camera and calculating a change amount of the pixel value; Processing for detecting a feature P of the fluorescence induction curve based on the pixel value change amount; The processing unit records the image frames up to the switching point including the image frame of the feature P at a high frame rate higher than the normal frame rate, and records the image frames after the switching point at the normal frame rate.
  • the chlorophyll fluorescence image measurement program of the present invention preferably, It further includes a process of confirming that the detected feature P is valid.
  • the feature P is detected from the zero cross of the first derivative on the time axis of the fluorescence induction curve, In the process of checking the feature P, if the difference between the differential values before and after the zero crossing is equal to or greater than a predetermined value, the feature P is determined to be appropriate.
  • the feature P is detected from the zero cross of the first derivative on the time axis of the fluorescence induction curve, In the process of confirming the feature P, it is determined that the feature P is valid when it is confirmed that the differential value around the zero cross continuously decreases.
  • the process of controlling the operation of the camera always operates the camera so as to shoot at a high frame rate, Based on the feature P detection result, it further includes a process for instructing to record by switching from the high-speed frame rate to the normal frame rate.
  • the chlorophyll fluorescence image measurement program of the present invention preferably, Based on the feature P detection result, further includes a process of instructing to switch from the high-speed frame rate to the normal frame rate for shooting.
  • the process for controlling the operation of the camera operates the camera based on a switching command.

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Abstract

従来技術に比べて記憶容量を大幅に低減することができるクロロフィル蛍光画像計測装置を提供することを目的とする。演算装置３は、動作制御手段１１と、メモリ１２と、画素値変化量演算手段１３と、特徴Ｐ検出手段１４と、特徴Ｐ確認手段１５と、記録フレームレート切替指令手段１６と、記録手段１７とを有する。記録フレームレート切替指令手段１６は、特徴Ｐ検出手段１４の検出結果およびに特徴Ｐ確認手段１５の判定結果に基づいて、切替点（例えば、特徴Ｐの１０フレーム後）にて、高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）から通常フレームレート（３０ｆｐｓ）に切り替えて記録するように、記録手段１７に指令する。記録手段１７は、切替点までの画像フレームを高速フレームレートで記録し、切替点より後の画像フレームを通常フレームレートで記録する。

Description

クロロフィル蛍光画像計測装置、クロロフィル蛍光画像計測方法およびクロロフィル蛍光画像計測プログラム
　本発明は、植物の光合成において発光するクロロフィル蛍光を効率的に画像計測するための画像計測装置、画像計測方法ならびに画像計測プログラムに関する。
　植物工場等での収益向上を実現する一手法として、光を24時間照射するなどして成長促進し、栽培期間を短縮し生産効率を高める方法が取られている。この場合、予定された収量を確保するためには、植物の生育状態を把握し、生育環境を適切に管理および制御する必要がある。
　したがって、様々なセンサを用いて、植物の生育状態を計測し、生育状態を診断する手法が提案されている。植物の生育状態を把握できれば、植物においてカルシウム不足に起因する生理障害（チップバーン）などが発生を早期に検知し、何らかの対処が可能とされている。
　図１は、クロロフィル蛍光に関する概念図である。植物の光合成では、照射される光のエネルギー全てを光化学反応に用いることができるわけでなく、熱として放散されるか、照射光よりも長波長の光であるクロロフィル蛍光を発光する。ここで、短波長の光（460nm付近）を受けて、長波長（680nm付近）の光を放出する。
　非特許文献１で述べられているように、暗所においた植物の光合成細胞に一定の連続光を照射すると、その蛍光強度が複雑に変化することが従来から知られていた。このような蛍光強度の時間変化は、クロロフィル蛍光の誘導期現象と呼ばれている。
　図２は蛍光誘導曲線の一例である。蛍光誘導曲線は、複数のピーク（O→I→D→P→S→M1→M2→T）が表れる特殊な形状をしており、各ピークにおいて光合成の機能に深い関係があるとされる。
　画像計測により、蛍光誘導曲線の変化を把握することで、外見から発見できない環境ストレスによる植物の生理機能の変化を早期発見できる可能性があるとされている。非特許文献２および特許文献１では、植物の生育状態の診断法として、植物の光合成におけるクロロフィル蛍光の画像計測を利用した方法が提案されている。
特開２０１１－２４６４８８号公報
園池："３．パルス変調蛍光　a.クロロフィル蛍光と吸収による光合成測定"，低温科学,vol.67,p.p.507-524,2009. 高山,仁科:"施設園芸における植物診断のためのクロロフィル蛍光画像計測",植物環境工学(J.SHITA)20(3),p.p.143-151,2008.
　植物の光合成におけるクロロフィル蛍光の蛍光誘導曲線の特徴を詳細に捉えるためには、数ミリ秒単位から数十秒の広い時間レンジでの計測が必要となる。クロロフィル蛍光を画像（映像）で計測する場合、通常のビデオのフレームレート（30フレーム毎秒）では、1フレーム当り約33ミリ秒となるため、クロロフィル蛍光の初期の発光パターンであるO→I→D→Pに達するまでの詳細な変化を捉える事が出来ない。
　クロロフィル蛍光の蛍光誘導曲線の特徴を詳細に捉えるためには、例えば、250フレーム毎秒（1フレーム当り4ミリ秒）といった高速なフレームレートでの撮影が必要となる。しかし、250フレーム毎秒でクロロフィル蛍光をVGA（640×480）サイズの映像データ（モノクロ）で60秒間観測し、これを非圧縮で記録するためには、１回の測定で４．６ギガバイトもの記憶容量が必要となる。測定箇所、回数が増えると、更に大きな記憶容量が必要となる。
　本発明は上記課題を解決するものであり、従来技術に比べて記憶容量を大幅に低減することができるクロロフィル蛍光画像計測装置、クロロフィル蛍光画像計測方法およびクロロフィル蛍光画像計測プログラムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決する本発明は、暗順応させた計測対象である植物に青色光を照射する光源と、前記植物から発光されるクロロフィル蛍光を撮影するカメラと、クロロフィル蛍光計測を制御する演算装置とを備えたクロロフィル蛍光画像計測装置であって、前記演算装置は、前記光源および前記カメラの動作を制御する動作制御手段と、前記カメラの撮影した画像フレームから画素値を検出し、画素値の変化量を演算する画素値変化量演算手段と、前記画素値変化量に基づいて蛍光誘導曲線の特徴Ｐを検出する特徴Ｐ検出手段と、前記カメラの撮影した画像フレームを記録する記録手段とを有し、前記記録手段は、前記特徴Ｐの画像フレーム含む切替点までの画像フレームを通常フレームレートより高い高速フレームレートで記録し、前記切替点より後の画像フレームを通常フレームレートで記録する。
　上記課題を解決する本発明は、計測対象である植物を暗順応させ、該植物に光源から青色光を照射し、前記植物から発光されるクロロフィル蛍光をカメラにより撮影し、前記カメラの撮影した画像フレームから画素値を検出し、画素値の変化量を演算し、前記画素値変化量に基づいて、蛍光誘導曲線の特徴Ｐを検出し、前記特徴Ｐの画像フレーム含む切替点までの画像フレームを通常フレームレートより高い高速フレームレートで記録し、前記切替点より後の画像フレームを通常フレームレートで記録するクロロフィル蛍光画像計測方法である。
　上記課題を解決する本発明は、暗順応させた計測対象である植物に青色光を照射するように、光源の動作を制御する処理と、前記植物から発光されるクロロフィル蛍光を撮影するように、カメラの動作を制御する処理と、前記カメラの撮影した画像フレームから画素値を検出し、画素値の変化量を演算する処理と、前記画素値変化量に基づいて、蛍光誘導曲線の特徴Ｐを検出する処理と、前記特徴Ｐの画像フレーム含む切替点までの画像フレームを通常フレームレートより高い高速フレームレートで記録し、前記切替点より後の画像フレームを通常フレームレートで記録する処理とを演算装置に実行させるクロロフィル蛍光画像計測プログラムである。
　特徴Ｐに基づき記録フレームレートを切り替えることで、従来技術に比べて記憶容量を大幅に低減することができる。
　更に、特徴Ｐ検出の妥当性を判断することで、精度よく特徴Ｐを検出できる。
クロロフィル蛍光に関する概念図 蛍光誘導曲線の一例 クロロフィル蛍光画像装置の基本構成 光学フィルターの分光透過率の一例 演算装置の機能ブロック図 画素値の変化量（蛍光誘導曲線）の一例 蛍光誘導曲線の１次微分 特徴Ｐ確認手段の動作説明図 演算装置の処理内容を示すフローチャート 演算装置の機能ブロック図（変形例） 演算装置の機能ブロック図＜第２実施形態＞ 演算装置の処理内容を示すフローチャート＜第２実施形態＞
　＜第1実施形態＞
　～構成～
　次に、本発明の実施の形態の構成ついて図面を参照して詳細に説明する。
図３は、クロロフィル蛍光画像装置の基本構成である。
　クロロフィル蛍光画像装置は、暗順応させた計測対象である植物４に青色光を照射する光源１と、植物４から発光されるクロロフィル蛍光を撮影するカメラ２と、クロロフィル蛍光計測を制御する演算装置３とを備える。
　植物４のクロロフィル蛍光の画像計測は、夜間や暗室など暗い環境下で行われるものとし、植物４も暗順応している状態とする。
　光源１から照射される光が植物４に当たり、その部位の映像をカメラ２により撮影できれば、光源１とカメラ２と植物４の幾何学的位置関係は限定されない。ここで、カメラ２で撮影される映像は、1フレームの画像データの集合である。
　光源１は、短波長（460nm）の光にピークを有する青色LEDなどの光源を使用する。光源１の発光のＯＮ／ＯＦＦおよび発光強度は、演算装置３により制御可能である。
　カメラ２は、通常のビデオのフレームレート（３０フレーム毎秒（ｆｐｓ））よりも高速なフレームレート（例えば、２５０ｆｐｓ）での撮影が可能で、そのフレームレートは演算装置３により制御可能である。なお、カメラ２に搭載されるセンサは、クロロフィル蛍光のスペクトル680nm付近において感度を有しているものとする。さらに、カメラ２の光学系において、赤色光のみを透過する光学フィルターを搭載することで、680nm付近のクロロフィル蛍光を重点的に観測することができる。図４は光学フィルターの分光透過率の一例である。カメラ２は、カラーカメラでもよいが、赤色光を透過する光学フィルターを利用することによりモノクロカメラを使用してもよい。
　計測対象である植物４は、暗順応させた状態で、クロロフィル蛍光の計測を行う。
　図５は、演算装置３の機能ブロック図である。演算装置３は、動作制御手段１１と、メモリ１２と、画素値変化量演算手段１３と、特徴Ｐ検出手段１４と、特徴Ｐ確認手段１５と、記録フレームレート切替指令手段１６と、記録手段１７とを有する。
　動作制御手段１１は、光源１およびカメラ２の動作を制御する。カメラ２の撮影フレームレートとして高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）を設定し、撮影を開始する。所定数の画像フレームレート（例えば１０フレーム）を撮影した時点で、光源１をＯＮにし、光源１の発光強度を一定に維持する。所定時間（植物４の蛍光誘導曲線の特徴を捉えるのに十分な時間、例えば６０秒）経過した後、光源１をＯＦＦにする。光源１ＯＮの間、カメラ２の撮影を継続し、光源１ＯＦＦ後、カメラ２の撮影を終了する。
　メモリ１２は、カメラ２によって撮影された複数のフレームの画像を一時格納する。
　画素値変化量演算手段１３は、カメラ２の撮影した画像フレームから画素値を検出し、画素値の変化量を演算する。
　図６は、画素値の変化量の一例である。横軸はLOGスケールで表した時間（秒）、縦軸はクロロフィル蛍光の発光強度を表わす画素値を表わしている。光源２より照射された光によって、暗順応状態にある植物４は光合成を開始し、この光合成によってクロロフィル蛍光が発生する。カメラ２で撮影された画像において、このクロロフィル蛍光を捉えた画素のみ、高い画素値を有する。この画素値を所定の時間間隔（図６の場合、５０ｆｐｓ）毎にプロットすると、蛍光誘導曲線が求められる。
　ここで、蛍光誘導曲線の特徴について詳しく説明する。特徴Oは、光照射とほぼ同時の反応である。画素値が急増する特徴O→Iの反応は、光化学系PS　IIにおける初期電子受容体QAの還元を反映しているとされる。画素値が微増する特徴I→Dはプラストキノンなどへの電子伝達によるQAの再酸化を反映しているとされる。再び画素値が急増する特徴D→Pの反応は、水から電子供与によるQAの還元を反映しているとされる。特徴Ｐで明確なピークを形成する。初期反応であるO→I→D→Pまでの変化は約1～数秒である。
　特徴Ｐでのピーク形成後、画素値が漸減する特徴P→Sの反応は、PS　I以降の反応の活性化によるQAの酸化やチラコイド膜を介した高エネルギー状態の生成を反映しているとされる。特徴S→Mにて画素値は漸増した後、特徴Mで緩やかなピークを形成し、特徴M→Tにて画素値は再び漸減する。特徴M→Tの反応は、PS　I以降の反応の活性化によるQAの酸化やチラコイド膜を介した高エネルギー状態の生成を反映しているとされる。特徴Sは、特徴Oから約６秒程度、特徴Mは、特徴Oから約１０秒程度経た時間で、それぞれの特徴が表われる。更に特徴Oから約６０秒程度経ると、変化が安定する。
　発明者は、蛍光誘導曲線の変化の特徴について、初期反応O→I→D→Pはミリ秒レンジの変化で捉える必要があり、特徴Pを境に、P→S→M→Tの反応は秒単位の変化で捉えることが可能であることに着目し、特徴Pの検出が重要であるとの結論に至った。
　図５に戻り、機能ブロックの説明を続ける。
　特徴Ｐ検出手段１４は、画素値の変化量に基づいて蛍光誘導曲線の特徴Ｐを検出する。具体的には、蛍光誘導曲線の時間軸での一次微分のゼロクロスから特徴Ｐを検出する。
　図７は、蛍光誘導曲線の１次微分である。1次微分値が初めてプラスからマイナス（ゼロクロス）になる画像フレームを検出し、その画像フレームで観測されているクロロフィル蛍光が特徴Pを表わしていると判定する。
　特徴Ｐ確認手段１５は、特徴Ｐ検出手段１４が検出した特徴Ｐが妥当であることを確認する。図８は特徴Ｐ確認手段１５の動作説明図である。１次微分の特徴Ｐ周辺を拡大している。
　ところで、１次微分値がゼロクロスする画像フレームを検出する際、画素値があまり変化しない特徴Iから特徴Dにおいて、観測誤差による１次微分値のゼロクロスが発生するおそれがある（図６、図７参照）。この問題を避けるために、ゼロクロスする画像フレーム(t)の直前のフレーム(t-1)と直前後のフレーム(t+1)における微分値F（t-1）,F(t+1)の差分情報をD（t-1,t+1）とし、式（１）に基づいて特徴Pであるかどうかを判定する。差分情報D（t-1,t+1）が、予め設定された閾値THｐを超える場合に、フレーム(t)において、特徴Pが発生していると判定する。
D(t-1,t+1)=F(t-1)-F(t+1)>THp       (1)
　高速フレームレートの撮影の場合、撮影画像の画素値が不安定になるおそれがある。そのような場合にはノイズ耐性を高めるため、微分値F（t-1），F(t+1)を計算する際、前後複数枚のフレームを利用して算出してもよい。
　また、微分値F（t-2）,F(t+2)の差分情報をD（t-2,t+2）とし、差分情報D（t-2,t+2）が、予め設定された閾値THｐ2を超えることを併せて確認してもよい。
　記録フレームレート切替指令手段１６は、特徴Ｐ検出手段１４の検出結果およびに特徴Ｐ確認手段１５の判定結果に基づいて、切替点にて、高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）から通常フレームレート（３０ｆｐｓ）に切り替えて記録するように、記録手段１７に指令する。
　上述の通り、特徴Pの検出が重要であるため、切替点までの画像フレームに特徴Ｐの画像フレームを含むようにする。例えば、特徴Ｐの画像フレーム(t)の１０フレーム後の画像フレーム(t+10)を切替点とする。
　記録手段１７は、メモリ１２に一時格納されているカメラ２の撮影した画像を記録する。切替点までの画像フレームを高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）で記録し、切替点より後の画像フレームを通常フレームレート（３０ｆｐｓ）で記録する。言い換えると、切替点後は、間引いて記録する。
　～動作～
　図９は、演算装置３の処理内容を示すフローチャートである。各処理は、演算装置３に記憶されているプログラムにより実行される。フローチャートとともに本実施形態の動作について説明する。
　計測対象である植物４を暗順応させた状態とする。
　光源１の照射制御をおこなう（ステップＳ１）とともに、カメラの撮影制御をおこなう（ステップＳ２）。具体的には、カメラ２の撮影フレームレートとして高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）を設定し、撮影を開始する。数フレームを撮影した時点で、光源１をＯＮにし、光源１の発光強度を一定に維持する。植物４に光源１から青色光を照射し、植物４から発光されるクロロフィル蛍光をカメラ２により撮影する。
　高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）で撮影した画像フレームをメモリ１２に一時格納し、高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）で記録手段１７に記録する（ステップＳ３）。
　一方、画像解析を行い、画像フレームから画素値を検出し、画素値の変化量を演算する（ステップＳ４）。
　画素値の変化から蛍光誘導曲線をもとめ、蛍光誘導曲線を時間軸で１次微分し、ゼロクロスから特徴Ｐを検出する（ステップＳ５）。
　更に、ゼロクロス前後の微分値の差分情報D（t-1,t+1）が閾値THｐを超える場合に、特徴Ｐが妥当であると判断する（ステップＳ６）。
　特徴Ｐを検出し、検出した特徴Ｐが妥当であると判断すると、特徴Ｐより数フレーム（例えば１０フレーム）後の切替点を設定する。更に、切替点にて、高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）から通常フレームレート（３０ｆｐｓ）に記録フレームレートを切り替えて記録するように、記録手段１７に指令する（ステップＳ７）。
　高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）で撮影した画像フレームをメモリ１２に一時格納し、通常フレームレート（３０ｆｐｓ）で記録手段１７に記録する（ステップＳ８）。いわば、間引いて記録する。
　６０秒経過した後、光源１をＯＦＦにする。光源１ＯＮの間、カメラ２の撮影を継続し、光源１ＯＦＦ後、カメラ２の撮影を終了する。
　～効果～　
　クロロフィル蛍光をVGA（640×480）サイズの映像データ（モノクロ）（約３００キロバイト）で６０秒間観測し、これを高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）で記録すると、１回の測定で４．６ギガバイトもの記憶容量が必要となる。測定箇所、回数が増えると、更に大きな記憶容量が必要となる。
　本実施形態では、特徴Ｐを検出し、切替点（図６および図７の例では２．５秒）を設定する。初期反応２．５秒間の画像フレームを高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）で記録し、切替点より後の画像フレームを通常フレームレート（３０ｆｐｓ）で記録すると、０．７ギガバイトとなる。すなわち、必要記憶容量を１５％（８５％ＯＦＦ）とすることができる。
　このように、従来技術に比べて記憶容量を大幅に低減することができる。
　～変形例～
　１．上記実施形態では、一例として、切替点を特徴Ｐの画像フレームの１０フレーム後の画像フレームとしたが、１０フレームに限定されるものではない。切替点を特徴Ｐとしてもよい。特徴Ｐを検出し確認すると同時に、記録フレームレート切替指令手段１６は切替指令を出力する。
　２．上記実施形態では、特徴I→Dにおけるゼロクロスの誤検出を避けるため、特徴Ｐ確認手段１５を設けたが、特徴Ｐ検出手段１４の検出精度を確認できれば、特徴Ｐ確認手段１５は必須の構成ではない（図１０参照）。
　３．上記実施形態では、特徴Ｐ確認手段１５は、ゼロクロス前後の微分値の差分情報D（t-1,t+1）が閾値THｐを超える場合に、特徴Ｐが妥当であると判断するが、他の方法で確認してもよい。例えば、ゼロクロス周辺の微分値F（t-2）,F(t-1) F（t）,F(t+1) F（t+2）が連続して減少することを確認すると、特徴Ｐが妥当であると判断する。図８の特徴Ｐ確認手段１５の動作説明図に変形例を追記する。差分情報D（t-2,t-1）,D（t-1,t）,D（t,t+1）,D（t+1,t+2）がいずれも正であることを確認する。
　４．上記実施形態では、高速フレームレートを２５０ｆｐｓとして、通常フレームレートを３０ｆｐｓとして説明したが、高速フレームレートが通常フレームレートより高ければ、これに限定されない。
　５．その他、本発明の技術思想の範囲で、下記第２実施形態を含めて、種々の変形が可能である。
　＜第２実施形態＞
　～構成～
　本発明の第２実施形態の構成ついて図面を参照して詳細に説明する。第１実施形態と共通の構成については同じ符号を付して適宜説明を省略する。第１実施形態においては、特徴Ｐ検出に基づいて、記録フレームレートを切り替えるが、第２実施形態においては、特徴Ｐ検出に基づいて、撮影フレームレートを切り替える点で相違する。
　図１１は、演算装置３の機能ブロック図である。演算装置３は、動作制御手段１１と、メモリ１２と、画素値変化量演算手段１３と、特徴Ｐ検出手段１４と、特徴Ｐ確認手段１５と、撮影フレームレート切替指令手段１８と、記録手段１７とを有する。
　撮影フレームレート切替指令手段１８は、特徴Ｐ検出手段１４の検出結果およびに特徴Ｐ確認手段１５の判定結果に基づいて、切替点にて、高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）から通常フレームレート（３０ｆｐｓ）に切り替えて撮影するように、動作制御手段１１に指令する。
　～動作～
　図１２は、演算装置３の処理内容を示すフローチャートである。各処理は、演算装置３に記憶されているプログラムにより実行される。フローチャートとともに本実施形態の動作について説明する。
　計測対象である植物４を暗順応させた状態とする。
　光源１の照射制御をおこなう（ステップＳ１１）とともに、カメラの撮影制御をおこなう（ステップＳ１２）。具体的には、カメラ２の撮影フレームレートとして高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）を設定し、撮影を開始する。数フレームを撮影した時点で、光源１をＯＮにし、光源１の発光強度を一定に維持する。植物４に光源１から青色光を照射し、植物４から発光されるクロロフィル蛍光をカメラ２により撮影する。
　高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）で撮影した画像フレームをメモリ１２に一時格納し、高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）で記録手段１７に記録する（ステップＳ１３）。
　一方、画像解析を行い、画像フレームから画素値を検出し、画素値の変化量を演算する（ステップＳ１４）。
　画素値の変化から蛍光誘導曲線をもとめ、蛍光誘導曲線を時間軸で１次微分し、ゼロクロスから特徴Ｐを検出する（ステップＳ１５）。
　更に、ゼロクロス前後の微分値の差分情報D（t-1,t+1）が閾値THｐを超える場合に、特徴Ｐが妥当であると判断する（ステップＳ１６）。
　特徴Ｐを検出し、検出した特徴Ｐが妥当であると判断すると、特徴Ｐより数フレーム（例えば１０フレーム）後の切替点を設定する。更に、切替点にて、高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）から通常フレームレート（３０ｆｐｓ）に撮影フレームレートを切り替えて撮影するように、動作制御手段１１に指令する（ステップＳ１７）。
　動作制御手段１１は、カメラ２の撮影フレームレートとして通常フレームレート（３０ｆｐｓ）を設定し、撮影を継続する（ステップＳ１８）。
　通常フレームレート（３０ｆｐｓ）で撮影した画像フレームをメモリ１２に一時格納し、通常フレームレート（３０ｆｐｓ）で記録手段１７に記録する（ステップＳ１３）。
　６０秒経過した後、光源１をＯＦＦにする。光源１ＯＮの間、カメラ２の撮影を継続し、光源１ＯＦＦ後、カメラ２の撮影を終了する。
　～効果～
　第２実施形態においても、初期反応にかかる画像フレームを高速フレームレート（２５０ｆｐｓ）で記録し、切替点より後の画像フレームを通常フレームレート（３０ｆｐｓ）で記録するため、第１実施形態と同様に、記憶容量を大幅に低減することができる。
　また、第１実施形態では、高速フレームレートで撮影した画像フレームを間引いて通常フレームレートで記録したが、第２実施形態では、間引く処理がなく、効率的である。
　～付記～
　上記実施形態において、各部をハードウェアで構成してもよいし、コンピュータプログラムにより実現してもよい。この場合、プログラムメモリに格納されているプログラムで動作するプロセッサによって、上述と同様の機能、動作を実現させる。また、一部の機能のみをコンピュータプログラムにより実現してもよい。
　また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
　本発明は、クロロフィル蛍光画像計測装置であって、
　暗順応させた計測対象である植物に青色光を照射する光源と、
　前記植物から発光されるクロロフィル蛍光を撮影するカメラと、
　クロロフィル蛍光計測を制御する演算装置と
　を備え、
　前記演算装置は、
　　前記光源および前記カメラの動作を制御する動作制御手段と、
　　前記カメラの撮影した画像フレームから画素値を検出し、画素値の変化量を演算する画素値変化量演算手段と、
　　前記画素値変化量に基づいて蛍光誘導曲線の特徴Ｐを検出する特徴Ｐ検出手段と、
　　前記カメラの撮影した画像フレームを記録する記録手段と
　を有し、
　前記記録手段は、
　　前記特徴Ｐの画像フレーム含む切替点までの画像フレームを通常フレームレートより高い高速フレームレートで記録し、
　　前記切替点より後の画像フレームを通常フレームレートで記録する。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測装置において、好ましくは、
　前記演算装置は、
　　前記特徴Ｐ検出手段が検出した特徴Ｐが妥当であることを確認する特徴Ｐ確認手段
　を更に有する。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測装置において、更に好ましくは、
　前記特徴Ｐ検出手段は、前記蛍光誘導曲線の時間軸での一次微分のゼロクロスから特徴Ｐを検出し、
　前記特徴Ｐ確認手段は、前記ゼロクロス前後の微分値の差分が所定値以上であれば、前記特徴Ｐが妥当であると判断する。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測装置において、更に好ましくは、
　前記特徴Ｐ検出手段は、前記蛍光誘導曲線の時間軸での一次微分のゼロクロスから特徴Ｐを検出し、
　前記特徴Ｐ確認手段は、前記ゼロクロス周辺の微分値が連続して減少することを確認すると、前記特徴Ｐが妥当であると判断する。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測装置において、好ましくは、
　前記動作制御手段は、常時、高速フレームレートで撮影するようカメラを動作させ、
　前記演算装置は、
　　前記特徴Ｐ検出手段の検出結果に基づいて、高速フレームレートから通常フレームレートに切り替えて記録するように、前記記録手段に指令する記録フレームレート切替指令手段
　を更に有する。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測装置において、好ましくは、
　前記演算装置は、
　　前記特徴Ｐ検出手段の検出結果に基づいて、高速フレームレートから通常フレームレートに切り替えて撮影するように、前記動作制御手段に指令する撮影フレームレート切替指令手段
　を更に有し、
　前記動作制御手段は、切替指令に基づいてカメラを動作させる。
　本発明は、クロロフィル蛍光画像計測方法であって、
　計測対象である植物を暗順応させ、該植物に光源から青色光を照射し、
　前記植物から発光されるクロロフィル蛍光をカメラにより撮影し、
　前記カメラの撮影した画像フレームから画素値を検出し、画素値の変化量を演算し、
　前記画素値変化量に基づいて、蛍光誘導曲線の特徴Ｐを検出し、
　前記特徴Ｐの画像フレーム含む切替点までの画像フレームを通常フレームレートより高い高速フレームレートで記録し、
　前記切替点より後の画像フレームを通常フレームレートで記録する。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測方法において、好ましくは、
　特徴Ｐを検出したのち、
　検出した特徴Ｐが妥当であることを確認する。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測方法において、更に好ましくは、
　前記蛍光誘導曲線の時間軸での一次微分のゼロクロスから特徴Ｐを検出し、
　前記ゼロクロス前後の微分値の差分が所定値以上であれば、前記特徴Ｐが妥当であると判断する。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測方法において、更に好ましくは、
　前記特徴Ｐ検出手段は、前記蛍光誘導曲線の時間軸での一次微分のゼロクロスから特徴Ｐを検出し、
　前記特徴Ｐ確認手段は、前記ゼロクロス周辺の微分値が連続して減少することを確認すると、前記特徴Ｐが妥当であると判断する。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測方法において、好ましくは、
　常時、高速フレームレートで撮影するようカメラを動作させ、
　前記特徴Ｐ検出結果に基づいて、高速フレームレートから通常フレームレートに切り替えて記録するように、指令する。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測方法において、好ましくは、
　前記特徴Ｐ検出結果に基づいて、高速フレームレートから通常フレームレートに切り替えて撮影するように、指令し、
　前記切替指令に基づいてカメラを動作させる。
　本発明は、クロロフィル蛍光画像計測プログラムであって、
　暗順応させた計測対象である植物に青色光を照射するように、光源の動作を制御する処理と、
　前記植物から発光されるクロロフィル蛍光を撮影するように、カメラの動作を制御する処理と、
　前記カメラの撮影した画像フレームから画素値を検出し、画素値の変化量を演算する処理と、
　前記画素値変化量に基づいて、蛍光誘導曲線の特徴Ｐを検出する処理と、
　前記特徴Ｐの画像フレーム含む切替点までの画像フレームを通常フレームレートより高い高速フレームレートで記録し、前記切替点より後の画像フレームを通常フレームレートで記録する処理と
　を演算装置に実行させる。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測プログラムにおいて、好ましくは、
　前記検出した特徴Ｐが妥当であることを確認する処理
　を更に有する。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測プログラムにおいて、更に好ましくは、
　前記特徴Ｐを検出する処理は、前記蛍光誘導曲線の時間軸での一次微分のゼロクロスから特徴Ｐを検出し、
　前記特徴Ｐを確認する処理は、前記ゼロクロス前後の微分値の差分が所定値以上であれば、前記特徴Ｐが妥当であると判断する。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測プログラムにおいて、更に好ましくは、
　前記特徴Ｐを検出する処理は、前記蛍光誘導曲線の時間軸での一次微分のゼロクロスから特徴Ｐを検出し、
　前記特徴Ｐを確認する処理は、前記ゼロクロス周辺の微分値が連続して減少することを確認すると、前記特徴Ｐが妥当であると判断する。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測プログラムにおいて、好ましくは、
　前記カメラの動作を制御する処理は、常時、高速フレームレートで撮影するようカメラを動作させ、
　前記特徴Ｐ検出結果に基づいて、高速フレームレートから通常フレームレートに切り替えて記録するように、指令する処理を
　を更に有する。
　本発明のクロロフィル蛍光画像計測プログラムにおいて、好ましくは、
　前記特徴Ｐ検出結果に基づいて、高速フレームレートから通常フレームレートに切り替えて撮影するように、指令する処理
　を更に有し、
　前記カメラの動作を制御する処理は、切替指令に基づいてカメラを動作させる。
　本出願は、２０１２年１０月９日に出願された日本出願特願２０１２－２２４３２１号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１　光源
　２　カメラ
　３　演算装置
　４　植物
　１１　動作制御手段と
　１２　メモリ
　１３　画素値変化量演算手段
　１４　特徴Ｐ検出手段
　１５　特徴Ｐ確認手段
　１６　記録フレームレート切替指令手段
　１７　記録手段
　１８　撮影フレームレート切替指令手段＜第２実施形態＞

Claims (8)

  1. 　暗順応させた計測対象である植物に青色光を照射する光源と、
    　前記植物から発光されるクロロフィル蛍光を撮影するカメラと、
    　クロロフィル蛍光計測を制御する演算装置と
    　を備え、
    　前記演算装置は、
    　　前記光源および前記カメラの動作を制御する動作制御手段と、
    　　前記カメラの撮影した画像フレームから画素値を検出し、画素値の変化量を演算する画素値変化量演算手段と、
    　　前記画素値変化量に基づいて蛍光誘導曲線の特徴Ｐを検出する特徴Ｐ検出手段と、
    　　前記カメラの撮影した画像フレームを記録する記録手段と
    　を有し、
    　前記記録手段は、
    　　前記特徴Ｐの画像フレーム含む切替点までの画像フレームを通常フレームレートより高い高速フレームレートで記録し、
    　　前記切替点より後の画像フレームを通常フレームレートで記録する
    　ことを特徴とするクロロフィル蛍光画像計測装置。
  2. 　前記演算装置は、
    　　前記特徴Ｐ検出手段が検出した特徴Ｐが妥当であることを確認する特徴Ｐ確認手段
    　を更に有することを特徴とする請求項１記載のクロロフィル蛍光画像計測装置。
  3. 　前記特徴Ｐ検出手段は、前記蛍光誘導曲線の時間軸での一次微分のゼロクロスから特徴Ｐを検出し、
    　前記特徴Ｐ確認手段は、前記ゼロクロス前後の微分値の差分が所定値以上であれば、前記特徴Ｐが妥当であると判断する
    　ことを特徴とする請求項２記載のクロロフィル蛍光画像計測装置。
  4. 　前記特徴Ｐ検出手段は、前記蛍光誘導曲線の時間軸での一次微分のゼロクロスから特徴Ｐを検出し、
    　前記特徴Ｐ確認手段は、前記ゼロクロス周辺の微分値が連続して減少することを確認すると、前記特徴Ｐが妥当であると判断する
    　ことを特徴とする請求項２記載のクロロフィル蛍光画像計測装置。
  5. 　前記動作制御手段は、常時、高速フレームレートで撮影するようカメラを動作させ、
    　前記演算装置は、
    　　前記特徴Ｐ検出手段の検出結果に基づいて、高速フレームレートから通常フレームレートに切り替えて記録するように、前記記録手段に指令する記録フレームレート切替指令手段
    　を更に有することを特徴とする請求項１記載のクロロフィル蛍光画像計測装置。
  6. 　前記演算装置は、
    　　前記特徴Ｐ検出手段の検出結果に基づいて、高速フレームレートから通常フレームレートに切り替えて撮影するように、前記動作制御手段に指令する撮影フレームレート切替指令手段
    　を更に有し、
    　前記動作制御手段は、切替指令に基づいてカメラを動作させる
    　ことを特徴とする請求項１記載のクロロフィル蛍光画像計測装置。
  7. 　計測対象である植物を暗順応させ、該植物に光源から青色光を照射し、
    　前記植物から発光されるクロロフィル蛍光をカメラにより撮影し、
    　前記カメラの撮影した画像フレームから画素値を検出し、画素値の変化量を演算し、
    　前記画素値変化量に基づいて、蛍光誘導曲線の特徴Ｐを検出し、
    　前記特徴Ｐの画像フレーム含む切替点までの画像フレームを通常フレームレートより高い高速フレームレートで記録し、
    　前記切替点より後の画像フレームを通常フレームレートで記録する
    　ことを特徴とするクロロフィル蛍光画像計測方法。
  8. 　暗順応させた計測対象である植物に青色光を照射するように、光源の動作を制御する処理と、
    　前記植物から発光されるクロロフィル蛍光を撮影するように、カメラの動作を制御する処理と、
    　前記カメラの撮影した画像フレームから画素値を検出し、画素値の変化量を演算する処理と、
    　前記画素値変化量に基づいて、蛍光誘導曲線の特徴Ｐを検出する処理と、
    　前記特徴Ｐの画像フレーム含む切替点までの画像フレームを通常フレームレートより高い高速フレームレートで記録し、前記切替点より後の画像フレームを通常フレームレートで記録する処理と
    　を演算装置に実行させることを特徴とするクロロフィル蛍光画像計測プログラム。
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