WO2022044682A1 - 植物の寸法測定方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring plant dimensions.
  • a method for measuring the size of a plant a method of measuring the diameter of a plant stem in contact with the stem of a plant using a measuring tool such as a measure or a nogis has been carried out.
  • a measuring tool such as a measure or a nogis
  • the point at which the diameter of the stem of the plant is measured is the branching portion of the plant, that portion becomes an obstacle and it is difficult to contact the measuring tool.
  • a system in which a target plant is imaged from above by an imaging unit and the characteristics of the stem of the plant are measured by image analysis (see, for example, Patent Document 1). ).
  • image analysis By measuring the plant by image analysis in this way, simple and highly accurate measurement is possible, and measurement is possible with almost no contact with the plant.
  • a white background plate is placed behind the plant, the stem of the plant is imaged with an imager such as a digital camera, and a predetermined image analysis program is used. It is conceivable to measure the diameter of the stem of the plant. In that case, the value is calculated assuming that the stem of the plant is in close contact with the white background plate even though there is actually a distance between the stem of the plant and the background plate. For this reason, image analysis programs often measure plant stem diameters above their true values. In addition, it is difficult to measure the distance between the stem of a plant and the white background plate by an image analysis program.
  • the present invention provides a method for measuring the size of a plant, which improves the method of imaging a plant stem and reduces the error of the measured value of the diameter of the plant stem.
  • the purpose is to do.
  • the ultimate goal is to be able to control the vegetative growth of the plant based on the measured value of the stem diameter of the plant measured with high reliability.
  • the parameter to be measured may be other than the diameter of the stem of the plant.
  • the present invention for solving the above problems It is a method of measuring plant dimensions for measuring the dimensions of plants imaged by an imager.
  • a background plate on which a dimensional standard is written is placed behind the plant.
  • the distance between the dimensional measurement point and the background plate is not changed, and the imaging distance is changed only by moving the imager, and the image is taken a plurality of times.
  • the dimensions of the plant are It is characterized in that it is measured based on the dimension of the dimension measurement point in each image pickup and the image pickup range by the imager in each image pickup obtained by using the dimension reference of the background plate. It is a method for measuring the dimensions of plants.
  • the present invention it is possible to geometrically calculate the actual dimensions of the target plant using each parameter obtained in a plurality of imagings.
  • the distance between the dimensional measurement point and the background plate is not changed, and the imaging distance is changed only by moving the imager. Therefore, the distance between the dimensional measurement point and the background plate is taken into consideration. This eliminates the need and makes it possible to calculate plant dimensions with higher measurement accuracy.
  • the plant dimension measurement point may be a plant dimension measurement method characterized in that the stem diameter is a portion below a predetermined length from the growth point of the plant. According to this, the optimum part can be set as the measurement point as an index for judging whether the level of vegetative growth of the plant is appropriate or inappropriate, and the nutrition of the plant can be more accurately performed. It becomes possible to acquire the state of growth.
  • the predetermined length may be, for example, 20 cm.
  • the dimensional reference may be a method for measuring the size of a plant, which is characterized by a plurality of markers arranged on the white background plate and having a known distance from each other. .. According to this, in the analysis using the image analysis program, it is possible to calculate the parameters of the dimension measurement point and the image pickup range by the imager based on the distance between the plurality of markers.
  • the distance between the plurality of markers may be, for example, 30 cm.
  • the frame-shaped image pickup mask is displayed on the image pickup screen of the imager, and the dimension measurement point and the dimension reference are set in the image pickup.
  • the dimensional measurement of a plant which is located in the frame in the shape of the frame of the imaging mask, and in the shape of the frame, the inside of the frame is brighter than the outside of the frame at the time of imaging. It may be a method. According to this, in the imaging of the dimension measurement point, the positioning of the dimension measurement point becomes easier, and it is possible to prevent the occurrence of measurement error due to being extremely close to the end portion.
  • the present invention it is possible to efficiently and accurately measure the dimensions of a plant, and it is possible to more efficiently manage the cultivation of plants based on the obtained dimensional values. It will be possible. For example, in the case of measuring the diameter of a plant's stem, the obtained value can be used to more accurately determine whether the level of vegetative growth of the plant is appropriate or inappropriate, and to determine the amount of water or fertilizer to be supplied. It is possible to make more accurate adjustments.
  • a method for measuring the diameter of a plant stem will be described as an example of a method for measuring the size of a plant.
  • a white background plate with a marker with a known distance from each other is placed behind the stem of the plant to make the information on the position coordinates of the measurement points of interest more accurate.
  • the background plate placed behind the stem of the plant to be measured the stem of the plant and the background plate are imaged, and in the analysis of the captured image, the distance between the markers marked on the white background plate. It is possible to calculate the diameter of the stem of the plant on the image based on.
  • the distance between the plant stem and the white background plate In order to eliminate measurement errors due to the distance between the plant stem and the white background plate, when imaging the plant stem, the distance between the plant stem and the white background plate is not changed, and the image is taken only by moving the imager. Change the distance and take two images.
  • the upper end of the stem of the imaged plant is set as the growth point of the target plant, and the diameter of the stem of the portion 20 cm below the growth point is measured.
  • the diameter of the stem is calculated by a calculation based on geometry with the diameter of the stem obtained in each of the two imagings as a parameter. All of these parameters are determined with reference to the marker provided on the background plate.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a state in which a plant stem 2 is imaged using an imager 1.
  • the imager 1 for example, a digital camera or the like is often used.
  • FIG. 2 is a schematic view showing the features of the surface of the background plate 3 shown in FIG.
  • the background plate 3 is often white.
  • a measurement point is specified in the image analysis of the stem 2 of the plant in which the background plate 3 is arranged behind and the image is taken by the imager 1, and the diameter of the measurement point is measured.
  • the stem 2 of the plant When imaging the stem 2 of a plant, it is ideal that the stem 2 of the plant is in close contact with the background plate 3 behind, but in reality, due to the three-dimensionality of the growth point of the plant due to the presence of branches and leaves, A distance of only H 2 is generated between the stem 2 of the plant and the background plate 3.
  • the growth point of a plant refers to an active part of cell division at the tip of the stem of the plant.
  • the true value of the diameter of the plant stem 2 is D 1 , but since the diameter of the plant stem 2 is measured assuming that the plant stem 2 is in close contact with the background plate 3.
  • the measured value of the diameter of the stem 2 of the plant is D 2 . Since D 2 has a larger value than D 1 , the measured value of the diameter of the stem 2 of the plant exceeds the true value.
  • D 1 can be calculated if H 1 which is the distance between the imager 1 and the stem 2 of the plant is known, but the distance between H 2 and the imager 1 and the background plate 3 is used. Since it is difficult to measure a certain H 3 , it is difficult to obtain H 1 , which is the difference between H 3 and H 2 . In the measurement of the diameter of the stem 2 of a plant, a method for eliminating this measurement error is required.
  • the dimensions such as the diameter of the stem 2 of the plant are measured by using the image captured by using the background plate 3 shown in FIG.
  • the background plate 3 has two marker areas 4 in the upper right and the upper left in the direction of FIG. 2, and has a plurality of markers 5 in each of the marker areas 4.
  • the vertical orientation of the background plate 3 at the time of imaging does not matter.
  • the marker 5 corresponds to the dimensional standard in the present invention.
  • the reference position coordinates of the plurality of markers 5 are predetermined, and the number of pixels between the plurality of markers 5 on the image is determined. And, it is possible to measure the diameter of the stem 2 of the plant from the number of pixels of the width of the stem 2 of the target plant.
  • the shape of the marker 5 is often a circle filled with black. Further, the marker 5 may be at least one in each of the two marker areas 4. When taking an image using the imager 1, the marker area 4 is completely within the image pickup range. Further, when taking an image, the shadow does not overlap the marker area 4.
  • the background plate 3 also has a survey line 6, and can be used for measuring the width of leaves of plants, for example.
  • a survey line 6 In the background plate 3 shown in FIG. 2, all the solid lines intersecting vertically and horizontally are survey lines, and the scales actually used as an aid for dimensional measurement are displayed, but they are omitted in FIG.
  • the stem 2 of the plant When the stem 2 of the plant is imaged, it is aligned so as to be within the measurement area 7 surrounded by the dotted line. Since the survey line 6 and the stem 2 of the plant are almost parallel to each other at the time of imaging, the approximate distance from the upper end of the plant to the portion whose diameter is to be measured can be known.
  • the background plate 3 shown in FIG. 2 is arranged behind the stem 2 of the plant, and when the image is taken, the stem 2 and the background plate 3 of the plant are imaged.
  • the imaging distance is changed only by moving the imager 1 without changing the distance between them, and imaging is performed twice while changing the imaging distance. A method of measuring the diameter of the stem 2 of a plant using the image obtained in this way will be described.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which the distance between the stem 2 of the plant and the background plate 3 is not changed, the imaging distance is changed only by moving the imager 1, and two images are taken.
  • FIG. 3A shows a simplified diagram of the positional relationship between the imager 1, the stem 2 of the plant, and the background plate 3 in the second imaging as viewed from above.
  • position 1 the position of the imager 1 when the image is taken from a distance with respect to the stem 2 of the plant
  • position 2 the position of the imager 1 when the image is taken from near
  • the imaging range obtained based on the distance between the markers 5 in position 1 is x 1
  • the diameter of the stem 2 of the plant obtained in the same manner is d 1
  • the distance between the markers 5 in position 2 is used as a reference.
  • the obtained imaging range is x 2
  • the diameter of the stem 2 of the plant obtained in the same manner is d 2 .
  • the imaging range refers to the width of the image in the analysis using the image analysis program.
  • the true value of the diameter of the stem 2 of the plant, d 0 can be calculated by geometric calculation using x 1 , x 2 , d 1 , and d 2 .
  • d 0 can be expressed by the mathematical formula (1).
  • Table 1 shows the verification results of comparing the value of d0 obtained by using the mathematical formula ( 1 ) with the true value of two types of plants (plants A and B) having different stem diameters. ..
  • the measurement error between the value of d0 and the true value obtained by using the mathematical formula (1) converged within the absolute value of 1 mm, which is the target range.
  • FIG. 3B shows a simplified diagram of the images of the plant and the background plate 3 captured by the imager 1 in each of position 1 and position 2.
  • the diameter of the stem 2 of the plant in each image is measured from the distance between the markers 5 of the background plate 3 and the width of the stem 2 of the target plant in the images captured by each position. ..
  • the distance between the markers 5 held by the background plate 3 is acquired as the number of pixels existing between the pixels corresponding to the center of the markers 5 on the image. May be good.
  • the width of the stem 2 of the plant may be acquired as the number of pixels existing between the pixels corresponding to both ends in the horizontal direction of the stem 2.
  • the distance between the markers 5 indicated by W in FIG. 3B is, for example, 30 cm.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing how the diameter of the stem 2 of a plant is measured by using a predetermined image analysis program after imaging.
  • the background plate 3 is simply shown.
  • the image analysis program is a program prepared for calculating the diameter at the dimensional measurement point of the plant stem 2 from the image including the plant stem 2 and the background plate 3 captured by the imager 1.
  • the image analysis program may be read into a general PC (not shown), stored in a memory such as a ROM of the PC, and executed by the CPU of the PC.
  • the imager 1 is a general digital camera, the image captured by the imager 1 is taken into a PC, and then the image is called and analyzed by an image analysis program.
  • an image analysis program may also be read into the smartphone or tablet-type PC so that the image can be analyzed as it is after imaging.
  • the image analysis program when the image is traced downward from the upper end of the plant along the direction of the stem 2 of the plant, the traced trajectory is displayed on the image.
  • the traced trajectory is displayed as a thick line as shown in FIG. 4 (a).
  • the beginning of the traced locus is recognized as the growth point of the plant, and the measurement point of the diameter of the stem 2 of the plant is the portion 20 cm below the growth point.
  • L represents the length along the direction of the stem 2 of the plant downward from the growth point, and does not represent the vertical distance downward from the growth point.
  • a graph is output in which the value of L is taken on the horizontal axis and the value of the stem diameter is taken on the vertical axis.
  • the stem of a plant tends to be thicker toward the bottom, and as shown in FIG. 4 (b), the larger the value of L, the larger the diameter of the stem.
  • the width of the stem is calculated at each point of the traced locus according to the value of L. The width of the stem at each point is determined based on the distance between the markers 5 possessed by the background plate 3, and the value of the determined width is taken as the diameter of the stem at each point.
  • the stem 2 of the plant is covered with the branches and leaves of the plant, the stem 2 of the covered portion is not recognized in the analysis, and the stem 2 of the continuous plant is recognized as being interrupted. Therefore, in the image analysis program in this embodiment, it is possible to supplement a straight line or a spline curve later with respect to the interrupted portion of the curve at the end of the stem obtained by imaging. In this way, it is possible to recognize the stem 2 of the plant as continuous in the image analysis.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an image pickup mask 8 in an image pickup screen seen by a measurer when an image pickup machine 1 takes an image of a plant stem 2 and a background plate 3.
  • the background plate 3 is simply shown.
  • the stem 2 of the plant needs to be in the measurement area 7 shown in FIG. 2 on the background plate 3. Since the alignment of the stem 2 of the plant is important in the imaging screen, a digraph "king" -shaped imaging mask 8 is displayed to facilitate it.
  • the image pickup mask 8 is bright only in the frame of the "king" character, and the outside of the frame is shaded, so that it cannot be clearly seen by the imager.
  • the image pickup mask 8 is displayed on the image pickup screen seen by the measurer at the time of image pickup by the image pickup device 1, and the plant stem 2 and the marker area 4 are arranged within the frame.
  • the positional relationship between the plant stem 2 and the background plate 3 can be easily determined, and the measurement accuracy of the diameter of the plant stem 2 can be improved.
  • the image pickup mask 8 is merely a tool for facilitating the alignment of the stem 2 of the plant, and is not essential in the image pickup screen.
  • the shape of the image pickup mask 8 does not have to be a "king" shape as long as the plant stem 2 and the marker area 4 are within the frame, and may be, for example, a "T” shape. Further, it does not have to be a character type such as a "+" type.
  • the diameter of the plant stem 2 is measured with high accuracy with almost no contact with the plant stem 2 except for the contact for fixing the plant stem 2. Is possible. Specifically, regarding the measurement accuracy, it has become possible to keep the absolute value within an error of 1 mm with respect to the true value. In general, plants need to achieve an optimum growth balance for each growth stage, and measurement of the diameter of the stem 2 of a plant is one of the indexes for managing nutritional growth required for the growth balance.
  • ⁇ Invention 1> It is a method of measuring the dimensions of a plant for measuring the dimensions of the plant imaged by the imager (1).
  • a background plate (3) on which the dimensional reference (5) is written is placed behind the plant.
  • the imaging distance is changed only by moving the imager, and the image is taken a plurality of times.
  • the dimensions of the plant are It is characterized in that it is measured based on the dimension of the dimension measurement point in each image pickup and the image pickup range by the imager in each image pickup obtained by using the dimension reference of the background plate. How to measure plant dimensions.
  • Imager 2 Plant stem 3: Background plate 4: Marker area 5: Marker 6: Survey line 7: Measurement area 8: Imaging mask

Abstract

植物の寸法を効率的に、且つ高精度に測定する寸法測定方法を提供することを目的とする。撮像機で撮像した植物の寸法を測定するための植物の寸法測定方法であって、撮像機で前記植物を撮像する際には、寸法の基準が記された背景板を植物の背後に配置し、植物の寸法測定箇所を撮像する際、寸法測定箇所と前記背景板の間の距離は変更せず、撮像機の移動のみによって撮像距離を変更して複数回にわたって撮像し、植物の寸法は、背景板の前記寸法の基準を用いて得られた、各撮像における寸法測定箇所の寸法の取得値及び各撮像における撮像機による撮像範囲に基づいて測定される。

Description

植物の寸法測定方法
　本発明は、植物の寸法測定方法に関する。
　従来より、植物の寸法測定方法の一例として、植物の茎の直径を、メジャーやノギスといった測定ツールを用いて植物の茎に接触して測定する方法が実施されている。しかし、測定時に植物に接触するため、植物の栄養成長に負の影響を与えるリスクがある。さらに、植物の茎の直径を測定するポイントが、植物の枝分かれ部分である場合、その部分が障害となり、測定ツールを接触させることが困難である。
　また、植物に関連する測定方法の一例として、撮像部によって対象の植物を上方側から撮像し、画像解析によって、植物の茎に関する特性を測定するシステムが提供されている（例えば、特許文献１参照）。このように画像解析により植物の測定を行うことで、簡易且つ高精度の測定が可能となり、また、植物にほとんど接触することなく測定が可能となる。
　そして、画像解析を用いて植物の寸法を測定する方法としては、植物を撮像する際に、植物の背後に黒いマーカーが記された白い背景板を配置する方法も提案されている。しかし実際は、枝や葉の存在による植物の立体性により、植物の茎を白い背景板に密着させることが困難であり、結果として、植物の茎と白い背景板の間の距離に起因する測定誤差が生じてしまう場合があった。
特開２０１７－１０４０３７号公報
　上述の測定方法に関して、植物の栄養成長の度合いを評価するために、白い背景板を植物の背後に配置し、デジタルカメラ等の撮像機で植物の茎を撮像し、所定の画像解析プログラムを用いて植物の茎の直径を測定することが考えられる。その場合には、実際は植物の茎と背景板の間に距離があるにもかかわらず、植物の茎が白い背景板に密着しているものとする値が算出される。このような理由で画像解析プログラムによる植物の茎の直径の測定値が、真値を上回ることがしばしばある。また、画像解析プログラムによる植物の茎と白い背景板の間の距離の測定は困難である。
　そこで、本発明では、上記のような測定誤差の問題に鑑みて、植物の茎を撮像する方法を改善し、植物の茎の直径の測定値の誤差が低減する、植物の寸法測定方法を提供することを目的とする。そして、高い信頼性をもって測定した植物の茎の直径の測定値を基に、その植物の栄養成長の管理が可能になることを最終的な目的とする。
　ここで、本発明における植物の寸法測定方法について、測定の対象となるパラメーターは、植物の茎の直径以外であってもよい。
　上記の課題を解決するための本発明は、
　撮像機で撮像した植物の寸法を測定するための植物の寸法測定方法であって、
　前記撮像機で前記植物を撮像する際には、寸法の基準が記された背景板を前記植物の背後に配置し、
　前記植物の寸法測定箇所を撮像する際、前記寸法測定箇所と前記背景板の間の距離は変更せず、前記撮像機の移動のみによって撮像距離を変更して複数回にわたって撮像し、
　前記植物の寸法は、
　前記背景板の前記寸法の基準を用いて得られた、各撮像における前記寸法測定箇所の寸法及び各撮像における前記撮像機による撮像範囲に基づいて測定されることを特徴とする、
　植物の寸法測定方法である。
　本発明によれば、複数回の撮像において得られる各パラメーターを用いて、幾何学的に対象の植物の実際の寸法を算出することが可能である。また、植物の寸法測定箇所を撮像する際に、寸法測定箇所と背景板の間の距離を変更せず、撮像機の移動のみによって撮像距離を変更するため、寸法測定箇所と背景板の間の距離を考慮する必要がなくなり、より高い測定精度で植物の寸法を算出することが可能となる。
　また、本発明においては、前記植物の寸法測定箇所は、前記植物の成長点から所定長さ下の部分の茎の直径であることを特徴とする、植物の寸法測定方法としてもよい。これによれば、その植物の栄養成長のレベルが適正であるか不適正であるかを判断する指標とするのに最適な部分を測定箇所とすることができ、より精度よく、当該植物の栄養成長の状態を取得することが可能となる。なお、本発明において、所定長さは例えば２０ｃｍとしてもよい。
　また、本発明においては、前記寸法の基準は、白色の前記背景板上に配置された、互いの距離が既知である複数のマーカーであることを特徴とする、植物の寸法測定方法としてもよい。これによれば、画像解析プログラムを用いた解析において、複数のマーカーの間の距離を基準として、寸法測定箇所及び撮像機による撮像範囲のパラメーターを算出することが可能となる。なお、本発明において、複数のマーカーの間の距離は例えば３０ｃｍとしてもよい。
　また、本発明においては、前記寸法測定箇所の撮像において、前記撮像機の撮像画面中に枠型の形状の撮像マスクを表示させ、前記寸法測定箇所及び前記寸法の基準は、撮像の際には、前記撮像マスクの前記枠型の形状における枠内に位置し、前記枠型の形状において、撮像の際には、前記枠内は枠外と比較して明るいことを特徴とする、植物の寸法測定方法としてもよい。これによれば、寸法測定箇所の撮像において、寸法測定箇所の位置決めがより容易になり、極端に端部に寄りすぎることによる測定誤差の発生を防止することが可能である。
　本発明によれば、植物の寸法の測定を効率的に、且つ高精度に実施することが可能となり、得られた寸法の値を基に、より効率的に、植物の栽培管理をすることが可能となる。例えば、植物の茎の直径の測定であれば、得られた値からその植物の栄養成長のレベルが適正であるか不適正であるかをより精度よく判断し、供給する水や肥料の量をより精度よく調整することが可能となる。
撮像機を用いて植物の茎を撮像する様子を示す模式図である。 本発明における背景板の表面の特徴を示す模式図である。 本発明において植物の茎と背景板の間の距離は変更せず、撮像機の移動のみによって撮像距離を変更し、二度の撮像を行う様子を示す模式図である。 本発明において撮像後に画像解析プログラムを用いて、植物の茎の直径を測定する様子を示す模式図である。 本発明において撮像機で植物の茎と背景板を撮像する際に、測定者が見る撮像画面中における撮像マスクを示す模式図である。
〔適用例〕
　本適用例においては、植物の寸法測定方法の一例として、植物の茎の直径の測定方法について説明する。植物の茎の直径の測定において、対象となる測定箇所の位置座標の情報をより正確にするため、互いの距離が既知であるマーカーが記された白い背景板を植物の茎の背後に配置する方法がある。背景板が測定対象である植物の茎の背後に配置された状態で、植物の茎と背景板を撮像し、撮像された画像の解析において、白い背景板に記されたマーカーどうしの間の距離を基に、画像上における植物の茎の直径を算出することが可能である。
　しかし、実際には、植物の茎を撮像機により撮像する際に、枝や葉の存在による植物の成長点の立体性により、植物の茎を白い背景板に密着させることが困難であるが、植物の茎は白い背景板に密着しているものとして撮像される。このように、植物の茎の直径の測定において、植物の茎と白い背景板の間の距離に起因する測定誤差が生じ、植物の茎の直径の測定値は真値より大きくなる。
　植物の茎と白い背景板の間の距離に起因する測定誤差を排除するため、植物の茎を撮像する際には、植物の茎と白い背景板の間の距離は変更せず、撮像機の移動のみによって撮像距離を変更し、二度の撮像を行う。
　撮像された画像の解析の際には、撮像した植物の茎の上端部を対象の植物の成長点とし、成長点から例えば２０ｃｍ下の部分の茎の直径を測定する。茎の直径は、二度の撮像の各々において得られた茎の直径をパラメーターとして幾何学に基づく演算により算出する。これらのパラメーターは全て、背景板に設けられたマーカーを基準として求められる。
〔実施例〕
　以下、本発明の実施形態に係る植物の寸法測定方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下では、植物の寸法測定について、植物の茎の直径の測定を実施例として示す。また、以下の実施例はあくまで本発明に係る植物の寸法測定方法の一例に過ぎず、寸法測定の対象や寸法測定において使用する手順等を限定する趣旨ではない。
＜寸法測定手法＞
　図１は、撮像機１を用いて植物の茎２を撮像する様子を示す模式図である。撮像機１として、例えばデジタルカメラ等を用いることが多い。図２は、図１に示す背景板３の表面の特徴を示す模式図である。背景板３は白色であることが多い。背景板３を背後に配置し、撮像機１を用いて撮像した植物の茎２は、画像解析において測定箇所が特定され、その部分の直径が測定される。植物の茎２を撮像する際、植物の茎２は背後の背景板３に密着していることが理想的であるが、実際には枝や葉の存在による植物の成長点の立体性により、植物の茎２と背景板３の間にＨ２だけの距離が生じてしまう。ここで、植物の成長点とは、植物の茎の先端にある細胞分裂の活発な部分のことを指す。
　図１に示すように、植物の茎２の直径の真値はＤ１であるが、植物の茎２が背景板３に密着しているものとして植物の茎２の直径が測定されるため、植物の茎２の直径の測定値はＤ２となってしまう。Ｄ２はＤ１より値が大きいため、植物の茎２の直径の測定値は真値を超えてしまう。撮像する際には、撮像機１から植物の茎２の間の距離であるＨ１が分かればＤ１が算出可能であるが、Ｈ２、及び撮像機１から背景板３の間の距離であるＨ３の測定が困難であるため、Ｈ３とＨ２の差であるＨ１を求めることは困難である。植物の茎２の直径の測定においては、この測定誤差を排除する方法が求められる。
　なお、植物の茎２の直径等の寸法測定は、図２に示す背景板３を用いて、撮像された画像を利用して行う。背景板３は、図２の向きで右上と左上の２ヶ所にマーカーエリア４を有し、マーカーエリア４内のそれぞれに複数のマーカー５を有する。撮像時の背景板３の上下の向きは不問である。ここで、マーカー５は、本発明における寸法の基準に相当する。
　背景板３を背後に配置して植物の茎２を撮像した画像上において、複数のマーカー５は、あらかじめ基準となる位置座標が決まっており、画像上の複数のマーカー５どうしの間のピクセル数と、対象となる植物の茎２の幅のピクセル数から植物の茎２の直径を測定することが可能である。なお、マーカー５の形状は、黒色に塗りつぶされた円形であることが多い。また、マーカー５は、２ヶ所のマーカーエリア４内に少なくとも１つずつあればよい。撮像機１を用いて撮像する際には、マーカーエリア４が完全に撮像範囲に収まるようにする。また、撮像する際には、マーカーエリア４に影が重ならないようにする。
　背景板３は、測量線６も有しており、例えば植物の葉の幅等の測定に用いることが可能である。なお、図２に示す背景板３における、縦横に垂直に交わる実線は全て測量線であり、実際には寸法測定の補助として用いる目盛りが表示されているが、図２中では省略する。植物の茎２は、撮像する際には、点線で囲い表示した測定エリア７に入るように位置合わせをする。測量線６と植物の茎２は、撮像時にはほとんど平行な位置関係にあるため、植物の上端部から直径の測定対象となる部分までのおおよその距離が分かる。
　次に、撮像機１を用いて植物の茎２を撮像する際、図２に示す背景板３を植物の茎２の背後に配置し、撮像する際には植物の茎２と背景板３の間の距離は変更せず、撮像機１の移動のみによって撮像距離を変更し、撮像は撮像距離を変更しつつ二度行う。このようにして得られる画像を用いて植物の茎２の直径を測定する方法について説明する。
　図３は、植物の茎２と背景板３の間の距離は変更せず、撮像機１の移動のみによって撮像距離を変更し、二度の撮像を行う様子を示す模式図である。図３（ａ）に、二度の撮像における撮像機１、植物の茎２及び背景板３の位置関係を上から見た様子の簡略図を示す。二度の撮像のうち、植物の茎２に対して遠くから撮像した際の撮像機１の位置をｐｏｓｉｔｉｏｎ１、近くから撮像した際の撮像機１の位置をｐｏｓｉｔｉｏｎ２とする。また、ｐｏｓｉｔｉｏｎ１における、マーカー５の間の距離を基準として得られる撮像範囲をｘ１、同様にして得られる植物の茎２の直径をｄ１とし、ｐｏｓｉｔｉｏｎ２における、マーカー５の間の距離を基準として得られる撮像範囲をｘ２、同様にして得られる植物の茎２の直径をｄ２とする。ここで、撮像範囲とは、画像解析プログラムを用いた解析における、画像の幅のことを指す。
　植物の茎２の直径の真値であるｄ０はｘ１、ｘ２、ｄ１、ｄ２を用いて幾何学に基づく計算によって算出することができる。ｄ０は数式（１）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
ここで、茎の直径が異なる二種類の植物（植物Ａ及び植物Ｂとする）について、数式（１）を用いて得られたｄ０の値を真値と比較した検証結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
表１に示す通り、数式（１）を用いて得られたｄ０の値と真値との計測誤差は、目標範囲である絶対値１ｍｍ以内に収束した。
　また、図３（ｂ）に、ｐｏｓｉｔｉｏｎ１とｐｏｓｉｔｉｏｎ２の各々において、撮像機１によって撮像された植物及び背景板３の画像の簡略図を示す。ここでは、各ｐｏｄｉｔｉｏｎで撮像された画像における、背景板３が有するマーカー５どうしの間の距離と、対象となる植物の茎２の幅とから、各画像における植物の茎２の直径を測定する。実際には、撮像機１で得られた画像において、背景板３が有するマーカー５どうしの間の距離は、画像上のマーカー５の中心に対応するピクセルの間に存在するピクセル数として取得してもよい。また、植物の茎２の幅は、茎２の水平方向の両端に対応するピクセルの間に存在するピクセル数として取得してもよい。図３（ｂ）においてＷと表示した、マーカー５どうしの間の距離は例えば３０ｃｍである。なお、撮像の際には、背景板３が撮像範囲に入れば、植物は真ん中に位置している必要はなく、また、角度をつけて撮像してもよい。
　図４は、撮像後に所定の画像解析プログラムを用いて、植物の茎２の直径を測定する様子を示す模式図である。ここでは背景板３は、簡略的に示す。ここで、画像解析プログラムは、撮像機１で撮像した植物の茎２と背景板３を含む画像から、植物の茎２の寸法測定箇所における直径を算出するために準備されたプログラムである。画像解析プログラムは、一般的なＰＣ（図示省略）に読み込まれ、ＰＣが有するＲＯＭ等のメモリに格納され、ＰＣのＣＰＵによって実行されてもよい。撮像機１が一般的なデジタルカメラである場合には、撮像機１で撮像された画像がＰＣに取り込まれた上で、画像解析プログラムによって、画像が呼び出され解析される。撮像機１が例えばスマートフォンや、タブレット型ＰＣである場合には、画像解析プログラムも当該スマートフォンやタブレット型ＰＣに読み込まれ、撮像後にそのまま画像解析する事が可能としてもよい。画像解析プログラムにおいて、撮像された植物の上端部から植物の茎２の方向に沿って下方になぞると、なぞった軌跡が画像上に表示される。なお、なぞった軌跡は図４（ａ）に示すように太線で表示される。なぞった軌跡の始端を植物の成長点と認識し、植物の茎２の直径の測定点は、成長点から２０ｃｍ下の部分である。Ｌは成長点から下方に植物の茎２の方向に沿った長さを表しており、成長点からの下方への垂直距離を表しているわけではない。
　図４（ｂ）に示すように、画像解析プログラムを用いた解析においては、Ｌの値を横軸に、茎の直径の値を縦軸に取ったグラフが出力される。植物の茎は、一般的に下方ほど太くなる傾向があり、図４（ｂ）に示す通り、Ｌの値が大きいほど茎の直径の値も大きくなる。茎の直径の測定において、図４（ａ）に示す通りに画像上の植物の茎をなぞった際、Ｌの値に応じてなぞった軌跡の各々のポイントで茎の幅の算出を行う。各々のポイントにおける茎の幅は、背景板３が有するマーカー５の間の距離を基準に決定され、決定された幅の値を各ポイントにおける茎の直径とする。
　なお、撮像の際に、植物の茎２がその植物の枝や葉とかぶり、解析においてかぶった部分の植物の茎２が認識されず、連続性のある植物の茎２が途切れて認識されることがあるため、本実施例における画像解析プログラムでは、撮像により得られた茎の端部の曲線のうち、途切れた部分に対して直線やスプライン曲線を後から補完することが可能である。このようにして、画像解析において、植物の茎２を連続性のあるものとして認識することが可能である。図４（ｂ）では、Ｌ＝２０のときの茎２の直径が、植物の茎２の直径の測定値とされる。
　図５は、撮像機１で植物の茎２と背景板３を撮像する際に、測定者が見る撮像画面中における撮像マスク８を示す模式図である。背景板３は、簡略的に示す。植物の茎２を撮像する際、植物の茎２は、背景板３における、図２に示す測定エリア７内に入る必要がある。撮像画面中において、植物の茎２の位置合わせは重要であるので、それを容易にすべく、二重字の「王」字型の撮像マスク８を表示させる。なお、図５では簡略的に示すが、撮像マスク８は「王」字の枠内のみ明るく、枠外は影がかかっており、撮像者にははっきりと見えない。撮像マスク８の枠内に、植物の茎２とマーカーエリア４が入っていることが撮像時の必要条件である。本実施例では、このように、撮像機１による撮像時に、測定者が見る撮像画面上に撮像マスク８が表示され、植物の茎２とマーカーエリア４とをその枠内に配置することで、植物の茎２と背景板３との位置関係を容易に定めることができ、植物の茎２の直径の測定精度を向上させることができる。なお、撮像マスク８はあくまで植物の茎２の位置合わせを容易にするためのツールに過ぎず、撮像画面中に必須のものではない。また、撮像マスク８の形状は、植物の茎２とマーカーエリア４がその枠内に入れば、「王」字型である必要はなく、例えば「Ｔ」字型であってもよい。また、「＋」型等、文字の型でなくてもよい。
　本実施例に示した寸法測定方法により、植物の茎２の固定のための接触を除いて、植物の茎２にほとんど接触することなく、且つ植物の茎２の直径を高精度に測定することが可能となる。測定精度について、具体的には真値に対して絶対値が１ｍｍ以内の誤差に収めることが可能となった。一般的に、植物は成長段階毎に最適な成長バランスを実現することが必要であり、植物の茎２の直径の測定は、成長バランスに必要となる栄養成長を管理する指標の一つとなる。
　なお、以下には本発明の構成要件と実施例の構成とを対比可能とするために、本発明の構成要件を図面の符号付きで記載しておく。
＜発明１＞
　撮像機（１）で撮像した植物の寸法を測定するための植物の寸法測定方法であって、
　前記撮像機で前記植物を撮像する際には、寸法の基準（５）が記された背景板（３）を前記植物の背後に配置し、
　前記植物の寸法測定箇所を撮像する際、前記寸法測定箇所と前記背景板の間の距離は変更せず、前記撮像機の移動のみによって撮像距離を変更して複数回にわたって撮像し、
　前記植物の寸法は、
　前記背景板の前記寸法の基準を用いて得られた、各撮像における前記寸法測定箇所の寸法及び各撮像における前記撮像機による撮像範囲に基づいて測定されることを特徴とする、
　植物の寸法測定方法。
１　　　：撮像機
２　　　：植物の茎
３　　　：背景板
４　　　：マーカーエリア
５　　　：マーカー
６　　　：測量線
７　　　：測定エリア
８　　　：撮像マスク
 

Claims (4)

  1. 　撮像機で撮像した植物の寸法を測定するための植物の寸法測定方法であって、
    　前記撮像機で前記植物を撮像する際には、寸法の基準が記された背景板を前記植物の背後に配置し、
    　前記植物の寸法測定箇所を撮像する際、前記寸法測定箇所と前記背景板の間の距離は変更せず、前記撮像機の移動のみによって撮像距離を変更して複数回にわたって撮像し、
    　前記植物の寸法は、
    　前記背景板の前記寸法の基準を用いて得られた、各撮像における前記寸法測定箇所の寸法の取得値及び各撮像における前記撮像機による撮像範囲に基づいて測定されることを特徴とする、
    　植物の寸法測定方法。
  2. 　前記植物の寸法測定箇所は、前記植物の成長点から所定長さ下の部分の茎の直径であることを特徴とする、
    　請求項１に記載の植物の寸法測定方法。
  3. 　前記寸法の基準は、白色の前記背景板上に配置された、互いの距離が既知である複数のマーカーであることを特徴とする、
    　請求項１または２に記載の植物の寸法測定方法。
  4. 　前記寸法測定箇所の撮像において、前記撮像機の撮像画面中に枠型の形状の撮像マスクを表示させ、
    　撮像の際には、前記寸法測定箇所及び前記寸法の基準を、前記撮像機の撮像画面において前記撮像マスクの内部の所定位置に配置させることで、前記寸法測定箇所と前記寸法の基準の位置関係を確定することを特徴とする、
    　請求項１から３のいずれか一項に記載の植物の寸法測定方法。
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