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JP7445969B2 - Estimation device, estimation method, and program - Google Patents
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特許法第30条第2項適用 (1) 発行日 令和元年6月10日 刊行物 JSTnews 2019年6月号(June 2019) P5-7(ウェブ版URL:https://www.jst.go.jp/pr/jst-news/backnumber/2019/201906/index.html https://www.jst.go.jp/pr/jst-news/backnumber/2019/201906/pdf/2019_06.pdf ) 国立研究開発法人科学技術振興機構 発行 <資 料> JSTnews 2019年6月号(June 2019) 抜粋 (2) ウェブサイト公開日 令和元年7月9日 ウェブサイトアドレス https://www.jstage.jst.go.jp/browse/jstnews/-char/ja https://www.jstage.jst.go.jp/article/jstnews/2019/6/2019_5/_article/-char/ja/ <資 料> 公開ウェブサイト(J-Stage)プリントアウト (3) 発行日 令和元年8月6日 刊行物 国立研究開発法人科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業(さきがけ) 「情報科学との協働による革新的な農作物栽培手法を実現するための技術基盤の創出」 研究領域 領域活動・評価報告書-2018年度終了研究課題-国立研究開発法人科学技術振興機構 発行 (ウェブ版URL)https://www.jst.go.jp/kisoken/presto/evaluation/posteriori/h30/JST_1112075_2018_PEE.pdf <資 料> 〔研究報告書〕Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act (1) Publication date June 10, 2019 Publication JSTnews June 2019 issue (June 2019) P5-7 (Web version URL: https://www.jst. go.jp/pr/jst-news/backnumber/2019/201906/index.html https://www.jst.go.jp/pr/jst-news/backnumber/2019/201906/pdf/ 2019_06.pdf ) National Published by Japan Science and Technology Agency <Reference> JSTnews June 2019 issue Excerpt (2) Website publication date July 9, 2019 Website address https://www. jstage. jst. go. jp/browse/jstnews/-char/ja https://www. jstage. jst. go. jp/article/jstnews/2019/6/2019_5/_article/-char/ja/ <Data> Public website (J-Stage) printout (3) Publication date August 6, 2019 Publication National research Japan Science and Technology Agency Strategic Creative Research Promotion Project (PRESTO) “Creation of technological base to realize innovative crop cultivation methods through collaboration with information science” Research Area Area Activities/Evaluation Report - FY2018 Final Research Project - Published by the Japan Science and Technology Agency (Web version URL) https://www. jst. go. jp/kisoken/presto/evaluation/posteriori/h30/JST_1112075_2018_PEE. pdf <Materials> [Research report]

本発明は、作物の収穫量を推定する推定装置、推定方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to an estimation device, an estimation method, and a program for estimating the yield of crops.

圃場における作物の収量を収穫前に推定することができれば、収穫作業やその後の加工工程のスケジューリングに有用な情報となる。作物の画像と作物生長モデルを組み合わせることにより、作物の収穫量を推定する方法が報告されている(例えば、非特許文献1-2)。 If the yield of crops in the field can be estimated before harvesting, this information will be useful for scheduling harvesting operations and subsequent processing steps. A method of estimating crop yield by combining crop images and crop growth models has been reported (for example, Non-Patent Documents 1-2).

非特許文献1-2では、衛星画像やドローンによる空撮画像と、既存の作物生長モデルを統合して、稲の収穫量を推定する技術が開示されている。非特許文献1-2で用いられる作物生長モデルは、葉面積指数(LAI、Leaf Area Index)を観測変数としたものである。非特許文献1-2では、画像から推定したLAIを用いて、作物生長モデルの内部パラメータを決定し、内部パラメータを決定したモデルを用いて生長シミュレーションを行う。そして、生長シミュレーションの結果を基に、最終的な収穫量を計算する。 Non-Patent Document 1-2 discloses a technique for estimating the yield of rice by integrating satellite images or aerial images taken by a drone with an existing crop growth model. The crop growth model used in Non-Patent Document 1-2 uses Leaf Area Index (LAI) as an observed variable. In Non-Patent Document 1-2, internal parameters of a crop growth model are determined using LAI estimated from images, and a growth simulation is performed using the model with determined internal parameters. The final yield is then calculated based on the results of the growth simulation.

リモートセンシングと作物モデルを用いた水稲の生育と収量の高精度予測、[online]、科学研究費助成事業データベース、[令和2年4月2日検索],インターネット <https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-23780263/>High-accuracy prediction of rice growth and yield using remote sensing and crop models, [online], Grants-in-Aid for Scientific Research database, [searched on April 2, 2020], Internet <https://kaken.nii .ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-23780263/> 濱ら、2018. UAVリモートセンシングおよび日射量を用いた水稲の草丈と収量の推定、水文・水資源学会誌31(2)、68-82.Hama et al., 2018. Estimation of plant height and yield of paddy rice using UAV remote sensing and solar radiation, Journal of the Japanese Society of Hydrology and Water Resources 31(2), 68-82.

しかしながら、LAIは、画像からは直接的に計測することができない。このため、画像からのLAIを推定する方法を作物ごとに決定する必要があり、作物によってLAIを推定する精度がばらつくという問題があった。画像から精度よくLAIを推定することができなければ、モデルの内部パラメータを適切に決定することができず、収穫量を正確に推定することが困難となる。また、LAIは、ある特定の面積を持つ作物群落を対象にした物理量である。このため、LAIを、作物個体の情報として扱うことができない。非特許文献1-2に記載の方法では、作物の圃場単位あるいは群落単位での収穫量を推定することができるが、作物個体ごとの収穫量を推定することが難しいという問題があった。 However, LAI cannot be directly measured from images. For this reason, it is necessary to determine a method for estimating LAI from images for each crop, and there is a problem in that the accuracy of estimating LAI varies depending on the crop. If LAI cannot be accurately estimated from images, the internal parameters of the model cannot be appropriately determined, making it difficult to accurately estimate the yield. Furthermore, LAI is a physical quantity that targets a crop community with a certain specific area. Therefore, LAI cannot be treated as information about individual crops. Although the methods described in Non-Patent Documents 1-2 can estimate the yield of crops on a field or community basis, there is a problem in that it is difficult to estimate the yield of each individual crop.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、作物個体ごとに収穫量を推定することができる推定装置、推定方法、及びプログラムを提供する。 The present invention has been made in view of these circumstances, and provides an estimation device, an estimation method, and a program that can estimate the yield of each individual crop.

本発明の一態様によれば、推定装置は、対象場所における三次元情報に基づいて、前記対象場所における作物個体ごとの地上部体積を算出する地上部体積算出部と、前記地上部体積算出部によって算出された、前記対象場所における作物個体ごとの地上部体積に基づいて、作物個体ごとに作物生育モデルの内部パラメータを決定するパラメータ決定部と、前記パラメータ決定部によって内部パラメータが決定された作物生育モデルを用いて、前記対象場所における作物個体ごとの収穫量を推定する収穫量推定部と、を備える。 According to one aspect of the present invention, the estimation device includes an above-ground part volume calculating section that calculates an above-ground part volume of each crop individual at the target location based on three-dimensional information at the target location; a parameter determination unit that determines internal parameters of a crop growth model for each crop individual based on the above-ground volume of each crop individual at the target location calculated by; and a crop whose internal parameters are determined by the parameter determination unit. A yield estimating unit that estimates the yield of each individual crop at the target location using a growth model.

前記三次元情報は、前記対象場所が撮像された対象画像に基づいて復元された情報、または距離を測定する測定器により測定された情報であるようにしてもよい。 The three-dimensional information may be information restored based on a target image in which the target location is captured, or information measured by a distance measuring device.

前記パラメータ決定部は、作物生育モデルを用いたシミュレーション結果から得られる作物個体の地上部体積が、前記地上部体積算出部によって算出された圃場における作物個体ごとの地上部体積に近づくように、作物生育モデルの内部パラメータを決定するようにしてもよい。 The parameter determination unit adjusts the crop so that the above-ground volume of each crop individual obtained from the simulation result using the crop growth model approaches the above-ground volume of each crop individual in the field calculated by the above-ground volume calculation unit. The internal parameters of the growth model may also be determined.

前記パラメータ決定部は、作物生育モデルを用いたシミュレーション結果から得られる作物個体の地上部体積の時系列変化が、前記地上部体積算出部によって算出された圃場における作物個体ごとの地上部体積の時系列変化に沿うように、作物生育モデルの内部パラメータを決定するようにしてもよい。 The parameter determination unit is configured to calculate a time-series change in the above-ground volume of each crop individual obtained from a simulation result using a crop growth model as a time-series change in the above-ground volume of each crop individual in the field calculated by the above-ground volume calculation unit. The internal parameters of the crop growth model may be determined in accordance with series changes.

前記パラメータ決定部は、前記地上部体積算出部によって算出された圃場における作物個体ごとの、発芽または萌芽から収穫時期までの地上部体積の時系列変化を用いて、作物生育モデルの内部パラメータを決定するようにしてもよい。 The parameter determining unit determines internal parameters of the crop growth model using the time-series changes in above-ground volume from germination or budding to harvest time for each crop individual in the field calculated by the above-ground volume calculation unit. You may also do so.

前記収穫量推定部は、前記パラメータ決定部によって内部パラメータが決定された作物生育モデルを用いたシミュレーション結果から得られる収穫時期における作物個体の乾物質量を、当該作物個体の収穫量として推定するようにしてもよい。 The yield estimating unit estimates the amount of dry matter of the individual crop at the harvest time obtained from the simulation result using the crop growth model whose internal parameters are determined by the parameter determining unit as the yield of the individual crop. It's okay.

前記地上部体積算出部は、前記空撮画像に基づいて作物が植生している植生部分を抽出し、抽出した前記植生部分に含まれる作物個体の個体数を推定し、推定した個体数を用いて、圃場における作物個体ごとの地上部体積を算出するようにしてもよい。 The above-ground area volume calculation unit extracts a vegetation area where crops are vegetated based on the aerial photographed image, estimates the number of individual crop plants included in the extracted vegetation area, and uses the estimated number of individuals. Then, the above-ground volume of each individual crop in the field may be calculated.

本発明の一態様によれば、推定方法は、地上部体積算出部が、対象場所における三次元情報に基づいて、前記対象場所における作物個体ごとの地上部体積を算出し、パラメータ決定部が、前記地上部体積算出部によって算出された、前記対象場所における作物個体ごとの地上部体積に基づいて、作物個体ごとに作物生育モデルの内部パラメータを決定し、収穫量推定部が、前記パラメータ決定部によって内部パラメータが決定された作物生育モデルを用いて、前記対象場所における作物個体ごとの収穫量を推定する。 According to one aspect of the present invention, in the estimation method, the above-ground volume calculation unit calculates the above-ground volume of each crop individual at the target location based on three-dimensional information at the target location, and the parameter determination unit: The internal parameters of the crop growth model are determined for each crop individual based on the above-ground volume of each crop individual at the target location calculated by the above-ground part volume calculation unit, and the yield estimation unit Using the crop growth model whose internal parameters have been determined, the yield of each individual crop at the target location is estimated.

本発明の一態様によれば、プログラムは、コンピュータに、対象場所における三次元情報に基づいて、前記対象場所における作物個体ごとの地上部体積を算出させ、前記算出された前記対象場所における作物個体ごとの地上部体積に基づいて、作物個体ごとに作物生育モデルの内部パラメータを決定させ、前記内部パラメータが決定された作物生育モデルを用いて、前記対象場所における作物個体ごとの収穫量を推定させるためのプログラムである。 According to one aspect of the present invention, the program causes a computer to calculate the above-ground volume of each crop individual at the target location based on three-dimensional information at the target location, and determining the internal parameters of a crop growth model for each crop individual based on the above-ground volume of each crop, and estimating the yield of each crop individual at the target location using the crop growth model with the determined internal parameters. This is a program for

本発明によれば、作物個体ごとに収穫量を推定することができる。 According to the present invention, it is possible to estimate the yield for each individual crop.

第1の実施形態に係る推定装置1の構成の例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an estimation device 1 according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る植生部分抽出部12が行う処理を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating processing performed by the vegetation portion extraction unit 12 according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る個体数推定部13が行う処理を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating processing performed by the number of individuals estimating unit 13 according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る個体数推定部13が行う処理を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating processing performed by the population estimation unit 13 according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る個体数推定部13が行う処理を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating processing performed by the number of individuals estimating unit 13 according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る個体位置決定部14が行う処理を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating processing performed by the individual position determination unit 14 according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る個体位置決定部14が行う処理を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating processing performed by the individual position determination unit 14 according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る個体位置決定部14が行う処理を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating processing performed by the individual position determination unit 14 according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る個体間境界決定部15が行う処理を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating processing performed by the inter-individual boundary determination unit 15 according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る個体生長領域算出部16が行う処理を説明する図である。It is a figure explaining the process performed by the individual growth area calculation part 16 based on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る個体生長領域算出部16が行う処理を説明する図である。It is a figure explaining the process performed by the individual growth area calculation part 16 based on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る個体生長領域算出部16が行う処理を説明する図である。It is a figure explaining the process performed by the individual growth area calculation part 16 based on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る個体生長領域算出部16が行う処理を説明する図である。It is a figure explaining the process performed by the individual growth area calculation part 16 based on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る個体生長領域算出部16が行う処理を説明する図である。It is a figure explaining the process performed by the individual growth area calculation part 16 based on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る個体生長領域算出部16が行う処理を説明する図である。It is a figure explaining the process performed by the individual growth area calculation part 16 based on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る個体生長領域算出部16が行う処理を説明する図である。It is a figure explaining the process performed by the individual growth area calculation part 16 based on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る推定装置1が行う処理の流れを示すフロー図である。It is a flow diagram showing the flow of processing performed by the estimation device 1 according to the first embodiment. 第2の実施形態に係る推定装置100の構成の例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of the composition of estimation device 100 concerning a 2nd embodiment. 第2の実施形態に係る画像取得部110が取得する画像の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an image acquired by the image acquisition unit 110 according to the second embodiment. 第2の実施形態に係る画像取得部110が取得する画像の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an image acquired by the image acquisition unit 110 according to the second embodiment. 第2の実施形態に係る地上部体積算出部112により算出される地上部体積と乾物質量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the above-ground part volume and dry matter amount calculated by the above-ground part volume calculation part 112 based on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るパラメータ決定部113により内部パラメータが決定されるモデルを説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a model in which internal parameters are determined by a parameter determination unit 113 according to the second embodiment. 第2の実施形態に係るパラメータ決定部113が行う処理を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating processing performed by a parameter determination unit 113 according to the second embodiment. 第2の実施形態に係る地上部体積算出部112により算出される地上部体積と、モデルによるシミュレーション結果から算出された地上部体積とを比較した例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which the above-ground volume calculated by the above-ground volume calculation unit 112 according to the second embodiment is compared with the above-ground volume calculated from the simulation results using the model. 第2の実施形態に係るモデルによるシミュレーション結果の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a simulation result using a model according to a second embodiment. 第2の実施形態に係るモデルによるシミュレーション結果の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a simulation result using a model according to a second embodiment. 第2の実施形態に係るモデルによるシミュレーション結果の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a simulation result using a model according to a second embodiment. 第2の実施形態に係るモデルによるシミュレーション結果の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a simulation result using a model according to a second embodiment. 第2のモデルを用いて推定した収穫量と、実際の収穫量とを比較した結果の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the result of comparing the harvest amount estimated using the 2nd model, and an actual harvest amount. 第2の実施形態に係る推定装置100が行う処理の流れを示すフロー図である。It is a flow diagram showing the flow of processing performed by the estimation device 100 according to the second embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。第1の実施形態は、第2の実施形態を説明するための前段階の実施形態である。第2の実施形態は、第1の実施形態を用いて、作物の収穫量を推定する実施形態である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The first embodiment is a preliminary embodiment for explaining the second embodiment. The second embodiment is an embodiment in which the yield of crops is estimated using the first embodiment.

(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態を説明する。図1は、第1の実施形態に係る推定装置1の構成の例を示すブロック図である。推定装置1は、圃場に植生する個々の作物(作物個体)の生長領域を推定するコンピュータ装置である。作物の生長領域とは、作物の生長に利用することが可能な領域である。推定装置1は、圃場の作物が発芽、或いは萌芽してから、定期的(例えば、1週間毎)に作物個体の生長領域を推定する。これにより、作物個体それぞれの生育状況に応じた生長領域の実態を把握する。
(First embodiment)
The first embodiment will be described below. FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an estimation device 1 according to the first embodiment. The estimation device 1 is a computer device that estimates the growth area of each crop (crop individual) growing in a field. The crop growth area is an area that can be used for crop growth. The estimation device 1 estimates the growth area of individual crops periodically (for example, every week) after the crops in the field germinate or sprout. This allows us to grasp the actual state of the growth area according to the growth situation of each individual crop.

推定装置1は、例えば、画像取得部10と、画像合成部11と、植生部分抽出部12と、個体数推定部13と、個体位置決定部14と、個体間境界決定部15と、個体生長領域算出部16と、記憶部17とを備える。 The estimation device 1 includes, for example, an image acquisition unit 10, an image synthesis unit 11, a vegetation part extraction unit 12, an individual number estimation unit 13, an individual position determination unit 14, an inter-individual boundary determination unit 15, and an individual growth It includes an area calculation section 16 and a storage section 17.

画像取得部10は、空撮画像を取得する。空撮画像は上空からみた圃場に植生している作物の様子が撮像された画像であり、例えば、デジタルカメラなどの撮像装置が搭載されたドローンなどを用いて撮像される。この場合、ドローンは、圃場の上空を往復飛行しながら、定期的(例えば、1~2秒毎)に静止画像(空撮画像)を連続的に撮像し、複数に分けて圃場の全体が撮像されるようにする。画像取得部10は、取得した空撮画像を画像合成部11に出力する。 The image acquisition unit 10 acquires aerial images. Aerial images are images of crops growing in a field as seen from above, and are captured using, for example, a drone equipped with an imaging device such as a digital camera. In this case, the drone continuously captures still images (aerial images) at regular intervals (for example, every 1 to 2 seconds) while flying back and forth over the field, dividing the drone into multiple images that capture the entire field. to be done. The image acquisition section 10 outputs the acquired aerial image to the image composition section 11.

画像合成部11は、画像取得部10によって得られた空撮画像に基づいて、圃場全体の合成画像(以下、単に「合成画像」という)を生成する。画像合成部11は、複数の空撮画像の中心から所定の範囲にある画像をつなぎ合わせたオルソ画像を生成し、生成したオルソ画像を合成画像とする。この場合において、画像合成部11は複数の空撮画像から得られる土壌や作物個体の高さ情報等に基づいて画像に生じる歪を補正するようにしてもよい。 The image composition unit 11 generates a composite image of the entire field (hereinafter simply referred to as a “composite image”) based on the aerial photographed image obtained by the image acquisition unit 10. The image synthesizing unit 11 generates an ortho image by joining images within a predetermined range from the center of a plurality of aerial images, and uses the generated ortho image as a composite image. In this case, the image synthesizing unit 11 may correct distortion occurring in the image based on height information of the soil and individual crops obtained from a plurality of aerial images.

本実施形態において、合成画像は、後述する画像処理に要求される精度を満たす空間分解能であることが好ましい。後述する画像処理とは、画像合成部11、植生部分抽出部12、個体数推定部13、個体位置決定部14、及び個体生長領域算出部16により行われる画像処理である。合成画像に求められる空間分解能は、例えば、1[cm/pixel]、すなわち、画像の1[ピクセル]に、実際の空間における1[cm]程度の範囲が撮像されるような分解能である。この場合、合成画像に要求される空間分解能に応じて、例えば、空撮画像の空間分解能が決定され、決定された空間分解能により空撮画像が撮像される。 In this embodiment, the composite image preferably has a spatial resolution that satisfies the accuracy required for image processing, which will be described later. The image processing described later is image processing performed by the image synthesis section 11, the vegetation part extraction section 12, the number of individuals estimation section 13, the individual position determination section 14, and the individual growth area calculation section 16. The spatial resolution required for the composite image is, for example, 1 [cm/pixel], that is, a resolution such that a range of about 1 [cm] in the actual space is imaged in 1 [pixel] of the image. In this case, for example, the spatial resolution of the aerial image is determined according to the spatial resolution required for the composite image, and the aerial image is captured using the determined spatial resolution.

以下、合成画像を用いて、推定装置1が生長領域を推定する場合を例に説明する。しかしながらこれに限定されることはない。推定装置1は、少なくとも生長領域を推定する対象とする作物とその周囲の領域が撮像された画像を用いて生長領域を推定できればよい。例えば、推定装置1は、圃場の一部のみが撮像された画像を用いて、その画像に撮像されている作物個体の生長領域を推定するようにしてもよい。また、推定装置1は、空撮画像に生じ得る歪が低減される観点から、オルソ画像を用いて生長領域を推定することが好ましいが、これに限定されることはない。推定装置1は、合成前の空撮画像を用いて作物個体の生長領域を推定してもよい。 Hereinafter, a case in which the estimation device 1 estimates a growth region using a composite image will be described as an example. However, it is not limited to this. The estimating device 1 only needs to be able to estimate the growing area using at least an image of the crop whose growing area is to be estimated and its surrounding area. For example, the estimation device 1 may use an image in which only a part of the field is captured to estimate the growth area of the individual crop imaged in the image. Further, from the viewpoint of reducing distortion that may occur in aerial images, it is preferable that the estimation device 1 estimates the growth region using an orthogonal image, but the estimation device 1 is not limited thereto. The estimation device 1 may estimate the growth area of the individual crop using the aerial photographed image before composition.

植生部分抽出部12は、合成画像から植生部分を抽出する。例えば、植生部分抽出部12は、合成画像における植生部分と土壌部分との色の相違に基づいて両者を分離する。この場合、植生部分抽出部12は、植生部分と土壌部分の色の特徴に基づいて、画素ごとの色情報(例えば、RGB値)を2値化する。 The vegetation portion extraction unit 12 extracts vegetation portions from the composite image. For example, the vegetation portion extraction unit 12 separates the vegetation portion and the soil portion in the composite image based on the difference in color between the two. In this case, the vegetation portion extraction unit 12 binarizes color information (for example, RGB values) for each pixel based on the color characteristics of the vegetation portion and the soil portion.

例えば、植生部分抽出部12は、植生部分と想定される標準的な色(例えば、緑色:RGB値(0、128、0))と、色空間上の距離が所定の範囲内にある色の画素を特定の第1色(例えば、白色)に変換する。植生部分抽出部12は、植生部分における標準的な色と、色空間上の距離が所定の範囲外にある色の画素を特定の第2色(例えば、黒色)に変換する。植生部分抽出部12は、合成画像において、第1色(例えば、白色)に変換された部分を、植生部分として抽出する。植生部分抽出部12は、合成画像において植生部分を示す情報(例えば、画素の座標値)を、個体数推定部13に出力する。 For example, the vegetation part extraction unit 12 selects a standard color assumed to be a vegetation part (for example, green: RGB values (0, 128, 0)) and a color whose distance in the color space is within a predetermined range. Converting a pixel to a particular first color (eg, white). The vegetation portion extraction unit 12 converts pixels of a standard color in the vegetation portion and a color whose distance in the color space is outside a predetermined range to a specific second color (for example, black). The vegetation portion extracting unit 12 extracts the portion converted to the first color (for example, white) from the composite image as a vegetation portion. The vegetation portion extraction unit 12 outputs information indicating the vegetation portion (for example, pixel coordinate values) in the composite image to the population estimation unit 13.

ここで、合成画像から抽出される植生部分としては、1つの作物個体からなる植生部分として抽出されるもの(図2の植生部分R21参照)のみならず、2つ以上の作物個体がつながった状態で抽出されるもの(図2の植生部分R22参照)があり得る。本実施形態の推定装置1では、作物個体の生長領域を推定する。このため、推定装置1では、合成画像から2つ以上の作物個体がつながった状態で植生部分が抽出された場合、抽出された植生部分を、1つの作物個体に相当する植生部分ごとに分離する必要がある。 Here, the vegetation part extracted from the composite image is not only one extracted as a vegetation part consisting of one crop individual (see vegetation part R21 in FIG. 2), but also a state in which two or more crop individuals are connected. (See vegetation part R22 in FIG. 2). The estimation device 1 of this embodiment estimates the growth area of an individual crop. Therefore, in the estimation device 1, when a vegetation part is extracted from a composite image in a state where two or more crop individuals are connected, the extracted vegetation part is separated for each vegetation part corresponding to one crop individual. There is a need.

この対策として、推定装置1では、個体数推定部13により、植生部分に含まれる作物の個体数を推定する。そして、推定装置1では、作物個体の生長領域を推定する方法を、植生部分に含まれる作物の個体数に応じて、それぞれの個体数に適した方法を用いて作物個体の生長領域を推定する。これにより、推定装置1は、合成画像から2つ以上の作物個体がつながった状態で植生部分が抽出された場合であっても、1つの作物ごとに、その作物個体の生長領域を推定することが可能となる。 As a countermeasure for this, in the estimation device 1, the population estimation unit 13 estimates the number of plants included in the vegetation area. Then, the estimation device 1 estimates the growth area of each crop individual using a method suitable for each number of crops, depending on the number of crops included in the vegetation area. . As a result, the estimation device 1 can estimate the growth area of each crop individual even if a vegetation part is extracted from the composite image in a state where two or more crop individuals are connected. becomes possible.

個体数推定部13は、植生部分抽出部12によって抽出された植生部分に含まれる作物の個体数を推定する。一般に、植生部分の面積が大きい程、その植生部分に含まれる作物の個体数が多いことが推定される。また、1つの作物個体からなる植生部分は、略円形の形状となり、複数の作物個体の植生部分がつながって1つの植生部分が構成される場合、個々の作物個体の略円形の形状における周縁部が重なった形状と面積が大きい程、その植生部分に含まれる作物の個体数が多いことが推定される。 The population estimation unit 13 estimates the number of crops included in the vegetation area extracted by the vegetation area extraction unit 12. Generally, it is estimated that the larger the area of a vegetation part, the greater the number of crops contained in that vegetation part. In addition, the vegetation part consisting of one crop individual has a substantially circular shape, and when the vegetation parts of multiple crop individuals are connected to form one vegetation part, the peripheral edge of the approximately circular shape of each crop individual It is estimated that the larger the overlapped shape and area, the larger the number of crops included in that vegetation area.

個体数推定部13は、この性質を利用し、植生部分のそれぞれの大きさや形状に基づいて、当該植生部分に含まれる作物の個体数を推定する。例えば、個体数推定部13は、サポートベクタマシンによる分類結果を利用して、植生部分に含まれる作物の個体数を2つのクラスに分離する。この場合、サポートベクタマシンに入力する説明変数は、植生部分の面積、及び形状に関する特徴である。形状に関する特徴は、任意の特徴であってよいが、特に、植生部分に含まれる作物個体の個体数に応じた形状の特徴であることが好ましい。これにより、形状に関する特徴を入力することにより、サポートベクタマシンから得られる結果を、植生部分に含まれる作物個体の個体数に応じて分離された結果とすることが可能である。 The population estimation unit 13 utilizes this property to estimate the number of crops included in the vegetation area based on the size and shape of each vegetation area. For example, the population estimation unit 13 uses the classification result by the support vector machine to separate the population of crops included in the vegetation area into two classes. In this case, the explanatory variables input to the support vector machine are features related to the area and shape of the vegetation portion. The shape-related feature may be any feature, but it is particularly preferable that it is a shape feature that corresponds to the number of crop individuals included in the vegetation portion. Thereby, by inputting features related to the shape, it is possible to make the results obtained from the support vector machine into results separated according to the number of crop individuals included in the vegetation portion.

個体数推定部13は、例えば、植生部分の形状に関する特徴として、植生部分の周囲長、円形度、最小外接矩形の長辺長と短辺長、回帰円からのRMS(Root Mean Square)誤差、及び回帰円の半径などを用いる。周囲長は、植生部分の周囲の長さであり、例えば、植生部分の輪郭(エッジ)に相当する画素を抽出し、抽出した画素の数に応じて導出される。円形度は、植生部分の形状における円形らしさを示す指標であり。例えば、円形度は、植生部分の形状が円形であった場合の面積と周囲長の関係に対する、実際の植生部分の面積と周囲長の関係、に応じて導出される。最小外接矩形は、植生部分に外接する最小の矩形である。回帰円は、植生部分の形状に当てはめることができる円である。 For example, the population estimation unit 13 uses, as characteristics related to the shape of the vegetation part, the circumference of the vegetation part, circularity, long side length and short side length of the minimum circumscribed rectangle, RMS (Root Mean Square) error from the regression circle, and the radius of the regression circle. The perimeter is the length of the perimeter of the vegetation portion, and is derived, for example, by extracting pixels corresponding to the contour (edge) of the vegetation portion and depending on the number of extracted pixels. Circularity is an index indicating the circularity of the shape of a vegetation part. For example, the degree of circularity is derived according to the relationship between the area and perimeter of the actual vegetation portion, compared to the relationship between the area and perimeter when the shape of the vegetation portion is circular. The minimum circumscribed rectangle is the smallest rectangle that circumscribes the vegetation portion. A regression circle is a circle that can be fitted to the shape of a vegetation section.

まず、個体数推定部13は、合成画像から抽出された植生部分の全てを対象として、植生部分の面積、及び形状に関する特徴をサポートベクタマシンに入力する。これにより、サポートベクタマシンは、入力された説明変数に基づいて、例えば、植生部分を、1つの作物個体からなる植生部分と、複数(2つ以上)の作物個体からなる植生部分とに分離する(図3参照)。 First, the population estimation unit 13 inputs features related to the area and shape of all the vegetation parts extracted from the composite image to the support vector machine. Thereby, the support vector machine separates the vegetation part into a vegetation part made up of one crop individual and a vegetation part made up of multiple (two or more) crop individuals based on the input explanatory variables. (See Figure 3).

次に、個体数推定部13は、サポートベクタマシンにより、複数(2つ以上)の作物個体からなる植生部分に分類された植生部分を対象として、植生部分の面積、及び形状に関する特徴をサポートベクタマシンに入力する。これにより、サポートベクタマシンは、入力された説明変数に基づいて、例えば、植生部分を、2つの作物個体からなる植生部分と、3つ以上の作物個体からなる植生部分とに分離する(図4参照)。 Next, the population estimation unit 13 uses a support vector machine to calculate features related to the area and shape of the vegetation part, which are classified into vegetation parts consisting of a plurality of (two or more) crop individuals, using a support vector machine. Enter into the machine. As a result, the support vector machine separates the vegetation part into a vegetation part made up of two crop individuals and a vegetation part made up of three or more crop individuals, for example, based on the input explanatory variables (Figure 4 reference).

さらに、個体数推定部13は、サポートベクタマシンにより、3つ以上の作物個体からなる植生部分に分類された植生部分を対象として、植生部分の面積、及び形状に関する特徴をサポートベクタマシンに入力する。これにより、サポートベクタマシンは、入力された説明変数に基づいて、例えば、植生部分を、3つの作物個体からなる植生部分と、それ以上(4つ以上)の作物個体からなる植生部分とに分離する(図5参照)。 Furthermore, the population estimation unit 13 inputs characteristics related to the area and shape of the vegetation part into the support vector machine, targeting the vegetation part classified into a vegetation part consisting of three or more crop individuals by the support vector machine. . Based on the input explanatory variables, the support vector machine can, for example, separate the vegetation part into a vegetation part made up of three crop individuals and a vegetation part made up of more (four or more) crop individuals. (See Figure 5).

このように、例えば、個体数推定部13は、分離する対象を絞り込みながら、サポートベクタマシンから得られる結果を用いて、植生部分に含まれる作物個体の個体数を推定する。 In this way, for example, the population estimation unit 13 estimates the number of crop individuals included in the vegetation area using the results obtained from the support vector machine while narrowing down the targets to be separated.

なお、植生部分に含まれる作物の個体数が増加した場合、サポートベクタマシンを用いた分離の精度が劣化することが考えられる。例えば、4つの作物個体からなる植生部分と、それ以上(5つ以上)の作物個体からなる植生部分における植生部分の面積、及び形状に関する特徴が類似することが考えられる。植生部分を個体数ごとに分離し得る特徴が見いだされなかった場合、サポートベクタマシンを用いた分離の精度が劣化する可能性がある。 Note that if the number of crops included in a vegetation area increases, the accuracy of separation using a support vector machine may deteriorate. For example, it is conceivable that a vegetation part made up of four crop individuals and a vegetation part made up of more (five or more) crop individuals have similar characteristics regarding area and shape. If no features are found that can separate vegetation parts by number of individuals, the accuracy of separation using a support vector machine may deteriorate.

この対策として、個体数推定部13は、サポートベクタマシンにより分離する個体数の上限を予め設定するようにしてもよい。例えば、個体数推定部13は、サポートベクタマシンにより精度よく分離可能な範囲において、サポートベクタマシンを用いた個体数の推定を行う。例えば、個体数推定部13は、個体数が既知である植生部分を、サポートベクタマシンに分離させた場合に、実際の個体数と整合するか否かに基づいて、サポートベクタマシンを用いた分離を行う個体数の上限を決定する。 As a countermeasure against this, the number of individuals estimating unit 13 may set in advance an upper limit of the number of individuals to be separated by the support vector machine. For example, the number of individuals estimating unit 13 estimates the number of individuals using a support vector machine within a range that can be accurately separated by the support vector machine. For example, the population estimation unit 13 uses the support vector machine to separate a vegetation part whose population is known, based on whether or not the separation matches the actual population number when the support vector machine separates the vegetation part. Determine the upper limit on the number of individuals that will undergo this process.

なお、上記では、個体数推定部13がサポートベクタマシンを用いた分類を行う場合を例に説明したが、これに限定されない。個体数推定部13は、少なくとも、植生部分の面積、及び形状に基づいて分類した結果を用いて、個体数を推定すればよい。例えば、個体数推定部13は、植生部分の面積及び形状の組合せに、その植生部分の個体数が対応づけられたテーブルを参照することにより、植生部分に含まれる作物個体の個体数を推定するようにしもよい。 In addition, although the case where the population estimation part 13 performs classification using a support vector machine was explained above as an example, it is not limited to this. The number of individuals estimating unit 13 may estimate the number of individuals using at least the results of classification based on the area and shape of the vegetation portion. For example, the population estimation unit 13 estimates the number of crop individuals included in the vegetation area by referring to a table in which the combination of area and shape of the vegetation area is associated with the number of individuals in that vegetation area. You can do it like that.

個体位置決定部14は、植生部分における作物個体の個体位置を決定する。個体位置は、生長領域を推定する際に用いられる作物個体の位置である。個体位置決定部14は、植生部分に含まれる作物個体が、
(ケース1)1個体である場合
(ケース2)2個体又は3個体である場合
(ケース3)4個体以上である場合
のそれぞれに応じて、互いに異なる方法を用いて、個体位置を決定する。
The individual position determination unit 14 determines the individual position of the crop individual in the vegetation area. The individual position is the position of the individual crop used when estimating the growing area. The individual position determination unit 14 determines whether the crop individuals included in the vegetation area are
(Case 1) When there is one individual. (Case 2) When there are two or three individuals. (Case 3) When there are four or more individuals. The individual positions are determined using different methods depending on each case.

まず、(ケース1)植生部分に含まれる作物個体が1個体である場合において、個体位置決定部14が、植生部分における作物個体の個体位置を決定する方法について説明する。植生部分に含まれる作物個体が1個体である場合、個体位置決定部14は、植生部分の重心位置を、その植生部分における作物個体の個体位置とする(図6参照)。 First, a method will be described in which the individual position determination unit 14 determines the individual position of the crop individual in the vegetation area in the case (Case 1) in which there is only one crop individual included in the vegetation area. When the number of crop individuals included in the vegetation portion is one individual, the individual position determining unit 14 sets the center of gravity position of the vegetation portion as the individual position of the crop individual in the vegetation portion (see FIG. 6).

次に、(ケース2)植生部分に含まれる作物個体が2個体又は3個体である場合において、個体位置決定部14が、植生部分における作物個体の個体位置を決定する方法について説明する。まず、植生部分に含まれる作物個体が2個体である場合について説明する。個体位置決定部14は、植生部分における主軸を定義する。ここでの主軸は、植生部分に含まれる二つの作物個体の個体位置と想定される点を通る直線である(図7の主軸SG参照)。 Next, a method for the individual position determination unit 14 to determine the individual positions of the crop individuals in the vegetation area in the case where there are two or three crop individuals included in the vegetation area (case 2) will be described. First, a case will be described in which there are two crop individuals included in the vegetation area. The individual position determination unit 14 defines the main axis in the vegetation portion. The main axis here is a straight line passing through points assumed to be the individual positions of the two crop individuals included in the vegetation portion (see main axis SG in FIG. 7).

植生部分は、作物個体の個体位置を中心として同心円状に広がる傾向にある。そして、植生部分に二つの作物個体が含まれている場合には、二つの作物個体それぞれに相当する二つの略円形が、互いが隣接する周縁部において重なり、楕円の中央部分が窪んだ、ひょうたんのような形状となる。この場合における二つの円の中心を通る直線が、本実施形態における主軸に相当する。 The vegetation area tends to spread concentrically around the individual position of the crop. If the vegetation area contains two individual crops, two approximately circular shapes corresponding to the two individual crops overlap at the adjacent periphery, and the central part of the ellipse is depressed. It will have a shape like this. A straight line passing through the centers of the two circles in this case corresponds to the main axis in this embodiment.

上記のように定義される主軸は、植生部分における画素の分布のばらつきを最大にする軸とみなすことができる。この性質を利用して、個体位置決定部14は、例えば、主成分分析を用いて主軸を決定する。この場合、植生部分における画素の分布のばらつきを主成分分析して得られる第1主成分軸が、本実施形態における、植生部分の主軸に相当する。 The principal axis defined as above can be regarded as the axis that maximizes the variation in pixel distribution in the vegetation area. Utilizing this property, the individual position determination unit 14 determines the principal axis using, for example, principal component analysis. In this case, the first principal component axis obtained by principal component analysis of variations in pixel distribution in the vegetation portion corresponds to the principal axis of the vegetation portion in this embodiment.

具体的に、個体位置決定部14は、まず、植生部分の輪郭を構成する画素の位置座標の平均座標を原点とする座標系(以下、xy座標系という)を定義する。個体位置決定部14は、植生部分の輪郭を構成する画素のそれぞれの位置座標を、xy座標系を用いて表す。個体位置決定部14は、xy座標系の原点を通る直線TS(ax+by=0)を定義する。a、及びbは任意の実数である。個体位置決定部14は、植生部分の輪郭を構成する画素のxy座標(x、y)から直線TSまでの最短距離を誤差eとする。但し、iは、植生部分の輪郭を構成する画素の総数をNとした場合における、1~Nまでの任意の自然数である。誤差eは、下記(式1)で導出される。 Specifically, the individual position determining unit 14 first defines a coordinate system (hereinafter referred to as an xy coordinate system) whose origin is the average coordinate of the position coordinates of pixels forming the outline of the vegetation portion. The individual position determining unit 14 expresses the position coordinates of each pixel forming the outline of the vegetation portion using an xy coordinate system. The individual position determining unit 14 defines a straight line TS (ax+by=0) passing through the origin of the xy coordinate system. a and b are arbitrary real numbers. The individual position determination unit 14 sets the shortest distance from the xy coordinates (x i , y i ) of pixels forming the contour of the vegetation portion to the straight line TS as an error e i . However, i is any natural number from 1 to N, where N is the total number of pixels forming the outline of the vegetation portion. The error e i is derived by the following (Formula 1).

=|ax、by|/√(a+b) …(式1) e i = | ax i , by i |/√(a 2 + b 2 )...(Formula 1)

個体位置決定部14は、植生部分を構成する全ての画素における誤差eの和が最小となる条件を満たすa、及びbの組合せを導出する。この条件を満たすa、及びbの組合せは、下記(式2)で表現される。(式2)におけるα、及びβは、誤差eの和が最小となる条件を満たすa、及びbの組合せである。また、(式2)におけるΣで加算する範囲は、(i=1)から(i=N)まで、である。Nは、植生部分の輪郭を構成する画素の総数である。(式2)を変形すると、元のデータ(植生部分の輪郭を構成する画素)について分散共分散の固有ベクトル(α、β)を求める問題となる。 The individual position determining unit 14 derives a combination of a and b that satisfies the condition that the sum of errors e i in all pixels forming the vegetation portion is the minimum. A combination of a and b that satisfies this condition is expressed by the following (Formula 2). α and β in (Equation 2) are a combination of a and b that satisfy the condition that the sum of errors e i is the minimum. Further, the range to be added by Σ in (Equation 2) is from (i=1) to (i=N). N is the total number of pixels forming the outline of the vegetation area. When (Equation 2) is modified, it becomes a problem to find the eigenvectors (α, β) of variance and covariance for the original data (pixels forming the outline of the vegetation area).

α、β=argmin{Σe } …(式2) α, β=argmin {Σe i 2 } … (Formula 2)

個体位置決定部14は、(式2)を満たすα、βで定義される直線TS(αx+βy=0)を主軸にする。 The individual position determination unit 14 uses a straight line TS (αx+βy=0) defined by α and β that satisfies (Equation 2) as its main axis.

或いは、個体位置決定部14は、植生部分を貫通する直線のうち、植生部分を通る距離が長いものを主軸としてもよい。この場合、個体位置決定部14は、植生部分の輪郭を構成する画素から抽出した任意の2点を結ぶ直線のうち、直線の距離が最大となるものを主軸とする。 Alternatively, the individual position determination unit 14 may use a straight line passing through the vegetation part that has a long distance as the main axis. In this case, the individual position determination unit 14 sets the main axis to the straight line connecting any two points extracted from the pixels forming the outline of the vegetation portion, the straight line having the maximum distance.

或いは、個体位置決定部14は、植生部分の輪郭を構成する画素の回帰直線を主軸とすることが考えられる。上述した主成分分析における主軸と、回帰直線とは、直線までの距離の和が最小となる直線TSを求めるという点において共通するためである。 Alternatively, it is conceivable that the individual position determination unit 14 uses a regression line of pixels forming the contour of the vegetation portion as the main axis. This is because the principal axis in the above-mentioned principal component analysis and the regression line are common in that they seek a straight line TS that minimizes the sum of distances to the straight line.

しかしながら、植生部分の主軸を求める手法に回帰直線を採用することは困難である。主成分分析の主軸と回帰直線では、誤差eの取り方が異なるためである。主成分分析では、画素から直線までの最短距離を誤差と定義する。一方、回帰直線では、画素から直線までのy軸方向の距離を誤差と定義している。このため、植生部分が、y軸方向に縦長の形状である場合、誤差の和を最小とする直線の傾き(a/bの絶対値)が大きくなってしまう傾向になり、意図しない直線が主軸として導出されてしまう可能性がある。このため、本実施形態において、植生部分がy軸方向に縦長の形状である場合、植生部分における回帰直線を主軸として採用することは好ましくない。 However, it is difficult to use a regression line as a method for determining the principal axis of a vegetation area. This is because the method of calculating the error e i is different between the principal axis of the principal component analysis and the regression line. In principal component analysis, the shortest distance from a pixel to a straight line is defined as an error. On the other hand, in the regression line, the distance from the pixel to the straight line in the y-axis direction is defined as an error. Therefore, if the vegetation part has a vertically long shape in the y-axis direction, the slope of the straight line that minimizes the sum of errors (absolute value of a/b) tends to become large, and an unintended straight line It may be derived as For this reason, in this embodiment, when the vegetation part has a vertically elongated shape in the y-axis direction, it is not preferable to use the regression line in the vegetation part as the main axis.

個体位置決定部14は、主軸に対して水平な方向(図7の方向SH参照)に、植生部分の画素数を投影させたヒストグラム(図7のヒストグラムHG参照)を作成する。個体間境界決定部15は、作成したヒストグラムにおいて、分布を2分割する判別分析を行う。例えば、個体位置決定部14は、ヒストグラムのうち、画素の分布数が減少から増加に転じる位置に対応する箇所を、判別分析により分布を2分割する境界(図7の境界閾値KS参照)とする。 The individual position determination unit 14 creates a histogram (see histogram HG in FIG. 7) in which the number of pixels of the vegetation portion is projected in a direction horizontal to the main axis (see direction SH in FIG. 7). The inter-individual boundary determination unit 15 performs discriminant analysis to divide the distribution into two in the created histogram. For example, the individual position determining unit 14 determines, in the histogram, a location corresponding to a position where the distribution number of pixels changes from decreasing to increasing as a boundary for dividing the distribution into two by discriminant analysis (see boundary threshold KS in FIG. 7). .

個体位置決定部14は、植生部分の輪郭と主軸が交差する2点(図7の端点EP1、及びEP2)を、植生部分における端点とする。個体位置決定部14は、主軸上の端点EP1から、主軸と境界閾値KSの交点を結んだ直線の中間点(図7における点GP1)を、植生部分に含まれる二つの作物個体のうち、一方の作物個体の個体位置とする。また、個体位置決定部14は、主軸上の端点EP2から、主軸と境界閾値KSの交点を結んだ直線の中間点(図7における点GP2)を、植生部分に含まれる二つの作物個体のうち、他方の作物個体の個体位置とする。 The individual position determination unit 14 determines two points (endpoints EP1 and EP2 in FIG. 7) where the contour of the vegetation portion intersects with the main axis as endpoints in the vegetation portion. The individual position determination unit 14 locates one of the two crop individuals included in the vegetation portion by the midpoint (point GP1 in FIG. 7) of a straight line connecting the intersection of the principal axis and the boundary threshold value KS from the end point EP1 on the principal axis. Let be the individual position of the crop individual. In addition, the individual position determination unit 14 locates the midpoint (point GP2 in FIG. 7) of the straight line connecting the intersection of the principal axis and the boundary threshold value KS from the end point EP2 on the principal axis to one of the two crop individuals included in the vegetation area. , is the individual position of the other crop individual.

植生部分に含まれる作物個体が3個体である場合にも、植生部分に含まれる作物個体が2個体である場合と同様の手法を適用して、作物個体の個体位置を決定することができる。この場合、個体位置決定部14は、作成したヒストグラムにおいて、分布を3分割する判別分析を行う。 Even when the number of crop individuals included in the vegetation part is three, the individual positions of the crop individuals can be determined by applying the same method as when the number of crop individuals included in the vegetation part is two. In this case, the individual position determination unit 14 performs discriminant analysis to divide the distribution into three in the created histogram.

次に、(ケース3)植生部分に含まれる作物個体が4個体以上である場合において、個体位置決定部14が、植生部分における作物個体の個体位置を決定する方法について説明する。 Next, a method will be described in which (Case 3) the individual position determination unit 14 determines the individual positions of the crop individuals in the vegetation area when the number of crop individuals included in the vegetation area is four or more.

植生部分に含まれる作物個体が4個体以上である場合、植生部分における長い楕円のような形状において、3つ以上の窪んだ部分を判別することが困難となる(図8における領域R51参照)。このため、(ケース2)と同様の方法を適用して個体位置を決定することが難しい。 When the number of crop individuals included in the vegetation part is four or more, it becomes difficult to distinguish three or more depressed parts in the long elliptical shape of the vegetation part (see region R51 in FIG. 8). Therefore, it is difficult to determine the individual position by applying a method similar to (Case 2).

ここで、一般的に、作物の生育がある程度進んだ場合に、4個体以上の作物が互いにつながって見えるようになってくると考えられる。個体位置決定部14は、この性質を利用し、前回以前の合成画像における作物個体の位置を用いて、今回の個体位置を決定する。 Generally, when the growth of crops has progressed to a certain extent, four or more crops will appear to be connected to each other. The individual position determination unit 14 utilizes this property and determines the current position of the crop individual using the position of the crop individual in the previous composite image.

具体的に、個体位置決定部14は、4個体以上の作物がつながる以前に撮像された空撮画像に基づく合成画像に基づいて、個体作物の個体位置を決定する。この場合、植生部分には、4個体未満の作物が含まれていることから、(ケース1)又は(ケース2)を用いて個体位置を決定することができる。個体位置決定部14は、決定した個体位置を、例えば、合成画像に対応させ記憶させておく。 Specifically, the individual position determination unit 14 determines the individual position of each individual crop based on a composite image based on aerial images captured before four or more crops are connected. In this case, since the vegetation part includes less than four individual crops, the individual positions can be determined using (Case 1) or (Case 2). The individual position determining unit 14 stores the determined individual position in association with, for example, a composite image.

個体位置決定部14は、今回の合成画像において抽出された植生部分に、4個体以上の作物が含まれていると推定された場合、その植生部分を用いた個体位置を決定しない。代わりに、個体位置決定部14は、前回以前の合成画像において、今回個体位置を決定しなかった植生部分に相当する領域における個体位置(図8における領域R31、或いはR41)を、当該植生部分の個体位置とする。 If it is estimated that four or more crops are included in the vegetation part extracted in the current composite image, the individual position determination unit 14 does not determine the individual position using the vegetation part. Instead, the individual position determination unit 14 determines the individual position in the area corresponding to the vegetation part for which the individual position has not been determined this time (region R31 or R41 in FIG. 8) in the previous composite image. Let it be the individual position.

個体間境界決定部15は、個体間の境界(以下、個体間境界ともいう)を決定する。個体間境界とは、作物個体と、それに隣り合う作物個体との生長領域の境界である。一般に、植生部分の面積が大きい作物個体は、植生部分の面積が小さい作物個体と比較して、より広い生長領域を有すると考えられる。この性質が反映されるように、個体間境界決定部15は、個体位置決定部14により決定された作物個体の個体位置、及び作物個体の被覆面積(植生部分の面積)に基づいて、個体間境界を決定する。 The inter-individual boundary determination unit 15 determines the boundary between individuals (hereinafter also referred to as inter-individual boundary). The inter-individual boundary is the boundary between the growth areas of a crop individual and its neighboring crop individuals. In general, it is considered that a crop individual with a large area of vegetation has a wider growing area than an individual crop with a small area of vegetation. In order to reflect this property, the inter-individual boundary determination unit 15 determines the inter-individual boundary based on the individual position of the crop individual determined by the individual position determination unit 14 and the covered area (area of the vegetation part) of the individual crop. Determine boundaries.

個体間境界決定部15は、個体間境界を決定する対象とする、二つの作物個体(植生部分SB3、及びSB4)に着目する。個体間境界決定部15は、二つの個体位置のそれぞれを結んだ線分の中間点を原点とし、二つの個体位置のそれぞれを結んだ直線をx軸とする直行座標系を定義する(図9参照)。 The inter-individual boundary determining unit 15 focuses on two crop individuals (vegetation portions SB3 and SB4) whose inter-individual boundaries are to be determined. The inter-individual boundary determining unit 15 defines a rectangular coordinate system in which the origin is the midpoint of the line segment connecting each of the two individual positions, and the x-axis is the straight line connecting each of the two individual positions (Fig. 9 reference).

個体間境界決定部15は、二つの個体位置を焦点とする双曲線(x/A-y/B=1)を、個体間境界(図9の境界RK34)として、係数A、Bを以下の方法で決定する。 The inter-individual boundary determining unit 15 sets the hyperbola (x 2 /A 2 -y 2 /B 2 =1) with the two individual positions as focal points as the inter-individual boundary (boundary RK34 in FIG. 9), and calculates the coefficients A and B. is determined by the following method.

まず、個体間境界決定部15は、二つの作物個体の被覆面積(植生部分の面積)を算出し、それぞれ面積w1、w2とする。また、個体間境界決定部15は、二つの作物個体の位置のxy座標を、それぞれ(-L、0)、(L、0)とする。また、個体間境界決定部15は、二つの個体位置の距離2Lを、面積w1:w2の割合で分割した距離をp、及びqとする(図9参照)。この場合、p、及びqは以下の(式3)により表すことができる。 First, the inter-individual boundary determination unit 15 calculates the covered area (area of the vegetation part) of the two crop individuals, and sets the areas to w1 and w2, respectively. Furthermore, the inter-individual boundary determining unit 15 sets the xy coordinates of the positions of the two crop individuals to (-L, 0) and (L, 0), respectively. Furthermore, the inter-individual boundary determination unit 15 divides the distance 2L between the two individual positions at a ratio of area w1:w2, and sets the distances to p and q (see FIG. 9). In this case, p and q can be expressed by the following (Formula 3).

p={2L/(w1+w2)}w1、
q={2L/(w1+w2)}w2 …(式3)
p={2L/(w1+w2)}w1,
q={2L/(w1+w2)}w2...(Formula 3)

個体間境界決定部15は、(式3)で示されるp、及びqを用いて、双曲線の頂点のxy座標が(p-L、0)となるように、以下の(式4)を示すようにA、及びBを決定する。 The inter-individual boundary determination unit 15 uses p and q shown in (Formula 3) to express the following (Formula 4) so that the xy coordinates of the vertex of the hyperbola become (p-L, 0). Determine A and B as follows.

A=(p-q)/2、
B=√(pq)
但し、w1>w2の場合、x>0
w1<w2の場合、x<0
w1=w2の場合、個体間境界はy軸に一致する …(式4)
A=(p-q)/2,
B=√(pq)
However, if w1>w2, x>0
If w1<w2, x<0
When w1=w2, the inter-individual boundary coincides with the y-axis...(Equation 4)

個体生長領域算出部16は、作物個体の生長領域を算出する。個体生長領域算出部16は、生長領域を算出する対象とする作物個体に着目する(図10の植生部分SB5)。個体生長領域算出部16は、着目した作物個体と隣り合う作物個体(図10の植生部分SB7~SB10)それぞれとの個体間境界を取得する。ここでの個体間境界は、個体間境界決定部15によって決定される。個体生長領域算出部16は、取得した境界によって囲まれる領域(図10の領域SR)を、その作物個体の生長領域とする。 The individual growth area calculation unit 16 calculates the growth area of an individual crop. The individual growth area calculation unit 16 focuses on the individual crop whose growth area is to be calculated (vegetation portion SB5 in FIG. 10). The individual growth area calculation unit 16 obtains the inter-individual boundaries between the focused crop individual and each of the adjacent crop individuals (vegetation parts SB7 to SB10 in FIG. 10). The inter-individual boundary here is determined by the inter-individual boundary determination unit 15. The individual growth area calculation unit 16 sets the area surrounded by the acquired boundary (region SR in FIG. 10) as the growth area of the individual crop.

上述した、推定装置1の機能部(画像取得部10、画像合成部11、植生部分抽出部12、個体数推定部13、個体位置決定部14、個体間境界決定部15、及び個体生長領域算出部16)は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などのハードウェアプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)などのハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めHDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリなどの記憶装置(非一過性の記憶媒体を備える記憶装置)に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROMなどの着脱可能な記憶媒体(非一過性の記憶媒体)に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。 The functional units of the estimation device 1 described above (image acquisition unit 10, image synthesis unit 11, vegetation part extraction unit 12, number of individuals estimation unit 13, individual position determination unit 14, inter-individual boundary determination unit 15, and individual growth area calculation The unit 16) is realized, for example, by a hardware processor such as a CPU (Central Processing Unit) executing a program (software). Some or all of these components are hardware (circuit parts) such as LSI (Large Scale Integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array), and GPU (Graphics Processing Unit). (including circuitry), or may be realized by collaboration between software and hardware. The program may be stored in advance in a storage device (a storage device with a non-transitory storage medium) such as an HDD (Hard Disk Drive) or flash memory, or may be stored in a removable storage device such as a DVD or CD-ROM. It is stored in a medium (non-transitory storage medium), and may be installed by loading the storage medium into a drive device.

記憶部17は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ、RAM(Random Access Memory)などで構成される。記憶部17は、例えば、画像情報を記憶する。例えば、記憶部17は、空撮画像の画像情報を記憶する。この場合、画像取得部10は、取得した空撮画像の情報を17に記憶させる。記憶部17は、合成画像の画像情報を記憶するようにしてもよい。この場合、画像合成部11は、生成した合成画像の画像情報を記憶部17に記憶させる。 The storage unit 17 includes, for example, an HDD (Hard Disk Drive), a flash memory, a RAM (Random Access Memory), and the like. The storage unit 17 stores, for example, image information. For example, the storage unit 17 stores image information of aerial images. In this case, the image acquisition unit 10 causes the 17 to store information on the acquired aerial image. The storage unit 17 may store image information of the composite image. In this case, the image composition section 11 causes the storage section 17 to store image information of the generated composite image.

記憶部17は、画像合成部11により抽出された植生部分が示された合成画像の画像情報を記憶するようにしてもよい。記憶部17は、個体数推定部13により推定された植生部分に含まれる個体数を示す情報を記憶するようにしてもよい。記憶部17は、個体位置決定部14により決定された個体位置を示す情報を記憶するようにしてもよい。記憶部17は、個体間境界決定部15により決定された個体間境界が示された合成画像の画像情報を記憶するようにしてもよい。記憶部17は、個体生長領域算出部16により算出された作物個体の生長領域が示された合成画像の画像情報を記憶するようにしてもよい。記憶部17は、他の情報、例えば、推定装置1のCPUに実行させるプログラムや、プログラムが実行される際に使用される各種パラメータなども記憶される。 The storage unit 17 may store image information of a composite image showing the vegetation portion extracted by the image composition unit 11. The storage unit 17 may store information indicating the number of individuals included in the vegetation portion estimated by the population estimation unit 13. The storage unit 17 may store information indicating the individual position determined by the individual position determination unit 14. The storage unit 17 may store image information of a composite image showing the inter-individual boundary determined by the inter-individual boundary determination unit 15. The storage unit 17 may store image information of a composite image showing the growth area of the individual crop calculated by the individual growth area calculation unit 16. The storage unit 17 also stores other information, such as a program to be executed by the CPU of the estimation device 1 and various parameters used when the program is executed.

図2は、第1の実施形態に係る植生部分抽出部12が行う処理を説明する図である。図2の左側には合成画像の一部を示す画像G1が示されている。図2の右側には画像G1から抽出した植生部分を白色、植生部分とは異なる部分を黒色で示した二値の画像G2が示されている。このように、植生部分抽出部12は、画像G1における画素ごとの色を、植生部分の色に基づいて二値化することにより、植生部分を抽出する。なお、画像G2における領域R20には、二つの個体作物が含まれる植生部分の例が示されている。また、画像G2における領域R21には、1つの個体作物からなる植生部分の例が示されている。 FIG. 2 is a diagram illustrating processing performed by the vegetation portion extraction unit 12 according to the first embodiment. On the left side of FIG. 2, an image G1 showing a part of the composite image is shown. On the right side of FIG. 2, a binary image G2 is shown in which the vegetation part extracted from the image G1 is shown in white, and the part different from the vegetation part is shown in black. In this manner, the vegetation portion extraction unit 12 extracts the vegetation portion by binarizing the color of each pixel in the image G1 based on the color of the vegetation portion. Note that in the region R20 in the image G2, an example of a vegetation portion including two individual crops is shown. Further, in the region R21 in the image G2, an example of a vegetation portion consisting of one individual crop is shown.

図3~図5は、第1の実施形態に係る個体数推定部13が行う処理を説明する図である。図3から図5には、植生部分の形状などの特徴に基づいてサポートベクタマシンにより生成された多次元のベクトル空間が示されている。それぞれのベクトル空間には、合成画像から抽出された植生部分のそれぞれの特徴が、ベクトル空間における特徴軸に応じた位置座標で示されている。 FIGS. 3 to 5 are diagrams illustrating the processing performed by the population estimation unit 13 according to the first embodiment. 3 to 5 illustrate multidimensional vector spaces generated by a support vector machine based on features such as the shape of vegetation sections. In each vector space, each feature of the vegetation portion extracted from the composite image is indicated by positional coordinates according to the feature axis in the vector space.

図3には、植生部分に含まれる個体数が1つであるクラスC1と、二つ以上であるクラスC2とに分離された様子が示されている。サポートベクタマシンは、合成画像から抽出された植生部分の全てを対象として入力された説明変数に基づいて、例えば、図3に示すような、クラスC1とC2との分離曲面を提示する。 FIG. 3 shows how the vegetation is divided into a class C1 in which the number of individuals included in the vegetation is one, and a class C2 in which the number of individuals included in the vegetation is two or more. The support vector machine presents a separation surface for classes C1 and C2 as shown in FIG. 3, for example, based on explanatory variables input for all the vegetation parts extracted from the composite image.

図4には、植生部分に含まれる個体数が二つ以上であるクラスC2が、個体数が二つであるクラスC21と、3つ以上であるクラスC22とに分離された様子が示されている。サポートベクタマシンは、クラスC2に分類された植生部分を対象として入力された説明変数に基づいて、例えば、図4に示すような、クラスC21とC22との分離曲面を提示する。 Figure 4 shows how class C2, in which the number of individuals included in the vegetation part is two or more, is separated into class C21, in which the number of individuals is two, and class C22, in which the number of individuals is three or more. There is. The support vector machine presents a separation surface between classes C21 and C22 as shown in FIG. 4, for example, based on explanatory variables input for the vegetation portion classified into class C2.

図5には、植生部分に含まれる個体数が3つ以上であるクラスC22が、個体数が3つであるクラスC221と、4つ以上であるクラスC222とに分離された様子が示されている。サポートベクタマシンは、クラスC22に分類された植生部分を対象として入力された説明変数に基づいて、例えば、図5に示すような、クラスC221とC222との分離曲面を提示する。 FIG. 5 shows how class C22, in which the number of individuals included in the vegetation part is three or more, is separated into class C221, in which the number of individuals is three, and class C222, in which the number of individuals is four or more. There is. The support vector machine presents a separation surface between classes C221 and C222, as shown in FIG. 5, for example, based on explanatory variables input for the vegetation portion classified into class C22.

図6~図8は、第1の実施形態に係る個体位置決定部14が行う処理を説明する図である。図6には、植生部分に含まれる作物の個体数が1つである場合における個体位置、つまり(ケース1)の手法により決定された個体位置が示されている。図6における画像G2は図2における画像G2と同様に、植生部分が白色に変換された合成画像である。画像G20は、画像G2における植生部分(1つの作物個体が含まれる植生部分)を拡大させたものである。この場合、個体位置決定部14は、(ケース1)の手法に基づいて、植生部分SB1の重心GP1の位置を、個体位置とする。 6 to 8 are diagrams illustrating the processing performed by the individual position determination unit 14 according to the first embodiment. FIG. 6 shows the individual position when the number of crops included in the vegetation part is one, that is, the individual position determined by the method of (Case 1). Image G2 in FIG. 6 is a composite image in which the vegetation portion is converted to white, similar to image G2 in FIG. Image G20 is an enlarged version of the vegetation portion (vegetation portion including one crop individual) in image G2. In this case, the individual position determination unit 14 sets the position of the center of gravity GP1 of the vegetation portion SB1 as the individual position based on the method of (Case 1).

図7には、植生部分に含まれる作物の個体数が2個体又は3個体である場合における個体位置、つまり(ケース2)の手法により決定された個体位置が示されている。図7における画像G2は図2における画像G2と同様に、植生部分が白色に変換された合成画像である。画像G21は、画像G2における植生部分(2つつの作物個体が含まれる植生部分)を拡大させたものである。この場合、個体位置決定部14は、(ケース2)の手法に基づいて、植生部分SB2の主軸SGを決定する。個体位置決定部14は、決定した主軸SGに垂直な方向SHに沿って、植生部分SBを構成する画素のヒストグラムHGを作成する。個体位置決定部14は、作成したヒストグラムに基づいて、境界閾値KSの位置を決定する。個体位置決定部14は、植生部分SB2の端点EP1から、主軸と境界閾値KSの交点までの距離を等分する点を、一方の個体位置GP1とする。個体位置決定部14は、植生部分SB2の端点EP2から、主軸と境界閾値KSの交点までの距離を等分する点を、他方の個体位置GP2とする。 FIG. 7 shows the individual positions when the number of crops included in the vegetation part is two or three, that is, the individual positions determined by the method of (Case 2). Image G2 in FIG. 7 is a composite image in which the vegetation portion is converted to white, similar to image G2 in FIG. Image G21 is an enlarged version of the vegetation portion (vegetation portion including two individual crops) in image G2. In this case, the individual position determining unit 14 determines the main axis SG of the vegetation portion SB2 based on the method of (Case 2). The individual position determination unit 14 creates a histogram HG of pixels forming the vegetation portion SB along the direction SH perpendicular to the determined main axis SG. The individual position determining unit 14 determines the position of the boundary threshold KS based on the created histogram. The individual position determination unit 14 sets a point that equally divides the distance from the end point EP1 of the vegetation portion SB2 to the intersection of the main axis and the boundary threshold KS as one individual position GP1. The individual position determining unit 14 sets the point that equally divides the distance from the end point EP2 of the vegetation portion SB2 to the intersection of the main axis and the boundary threshold KS as the other individual position GP2.

図8には、植生部分に含まれる作物の個体数が4個体以上である場合における個体位置、つまり(ケース3)の手法により決定された個体位置が示されている。図8には、撮像日が異なる3つの合成画像である画像G3~G5が示されている。画像G3~G5は、いずれも圃場における同じ領域が示されている。画像G3~G5のうち、画像G3が最も早い日付(例えば、6月7日)、画像G4が次点の日付(例えば、6月9日)、画像G5が最も遅い日付(例えば、6月11日)に撮像されたものである。 FIG. 8 shows the individual position when the number of crops included in the vegetation part is four or more, that is, the individual position determined by the method of (Case 3). FIG. 8 shows images G3 to G5, which are three composite images captured on different days. Images G3 to G5 all show the same area in the field. Among images G3 to G5, image G3 is the earliest date (for example, June 7th), image G4 is the runner-up date (for example, June 9th), and image G5 is the latest date (for example, June 11th). The image was taken on the following day.

図8の領域R51のように、4つ以上の作物がつながった植生部分が観察された場合、個体位置決定部14は、このままでは領域R51の個体位置を決定することができない。そこで、個体位置決定部14は、2日前に撮像された画像G4の領域R41、或いは、4日前に撮像された画像G3の領域R31で決定された個体位置を、画像G5における領域R51の個体位置とする。 When a vegetation part in which four or more crops are connected is observed, as in region R51 in FIG. 8, the individual position determining unit 14 cannot determine the individual position in region R51 as it is. Therefore, the individual position determination unit 14 converts the individual position determined in region R41 of image G4 captured two days ago or region R31 of image G3 captured four days ago into the individual position determined in region R51 of image G5. shall be.

(ケース3)における個体位置の決定をより安定して行うためには、より頻繁に(例えば、毎日、或いは数日おき)空撮画像を撮像することが考えられる。作物は固定され、生育の過程で個体位置が動くことがない。このため、作物の生育期間中に少なくとも1回個体位置を決定すれば、その後日以降の合成画像から個体位置を決定する必要がないとも考えられる。 In order to more stably determine the individual position in (Case 3), it is conceivable to take aerial images more frequently (for example, every day or every few days). The crops are fixed and do not move during the growing process. For this reason, it is considered that if the individual position is determined at least once during the growing period of the crop, there is no need to determine the individual position from the composite image on subsequent days.

しかしながら、毎回、個体位置を決定することにより、個体位置の精度を向上させることが可能である。例えば、毎回決定した個体位置について、複数回(例えば、3回)の個体位置がともに所定の範囲の領域内であれば、その個体位置は正確な位置を示しているとみなすことが可能である。 However, by determining the individual position each time, it is possible to improve the accuracy of the individual position. For example, for an individual position determined each time, if the individual positions determined multiple times (for example, three times) are all within a predetermined range, it is possible to consider that the individual position indicates an accurate position. .

これを利用して、例えば、個体位置決定部14は、毎回決定した個体位置について、複数回(例えば、3回)における個体位置のそれぞれのばらつき度合いに基づき、個体位置の尤度(確からしさ)を判定するようにしてもよい。 Using this, for example, the individual position determination unit 14 determines the likelihood (likelihood) of the individual position based on the degree of variation in the individual position in multiple times (for example, three times) for the individual position determined each time. may be determined.

図9は、第1の実施形態に係る個体間境界決定部15が行う処理を説明する図である。図9には、2つの植生部分SB3、SB4における個体間境界である境界RK34が示されている。図9に示すように、個体間境界決定部15は、2つの植生部分SB3、SB4の個体位置(-L、0)、(L、0)を焦点とし、植生部分SB3、SB4間の距離2Lを、植生部分SB3、SB4の面積w1、w2に応じた割合(w1:w2)で分割する点(p-L、0)が頂点となる双曲線を、植生部分SB3とSB4との個体間境界である境界RK34とする。 FIG. 9 is a diagram illustrating processing performed by the inter-individual boundary determination unit 15 according to the first embodiment. FIG. 9 shows a boundary RK34 that is an inter-individual boundary between two vegetation parts SB3 and SB4. As shown in FIG. 9, the inter-individual boundary determining unit 15 focuses on the individual positions (-L, 0) and (L, 0) of the two vegetation parts SB3 and SB4, and the distance 2L between the vegetation parts SB3 and SB4. A hyperbola whose apex is the point (p-L, 0) that divides the area at a ratio (w1:w2) according to the areas w1 and w2 of the vegetation parts SB3 and SB4 is defined as the inter-individual boundary between the vegetation parts SB3 and SB4. Assume that a certain boundary is RK34.

図10から図16は、第1の実施形態に係る個体生長領域算出部16が行う処理を説明する図である。図10には、作物個体の植生部分SB5の生長領域SRが示されている。図10に示すように、個体生長領域算出部16は、植生部分SB5と、その隣り合う作物個体の植生部分SB7~SB10のそれぞれとの間の境界を、個体間境界決定部15から取得する。植生部分SB5とSB6との個体間境界は境界RK56である。植生部分SB5とSB7との個体間境界は境界RK57である。植生部分SB5とSB8との個体間境界は境界RK58である。植生部分SB5とSB9との個体間境界は境界RK59である。植生部分SB5とSB10との個体間境界は境界RK510である。個体生長領域算出部16は、植生部分SB5と、その隣り合う作物個体の植生部分SB7~SB10のそれぞれとの間の境界(境界RK56、RK57、RK58、RK59、及びRK510)で囲まれる領域を、生長領域SRとする。 FIGS. 10 to 16 are diagrams illustrating processing performed by the individual growth area calculation unit 16 according to the first embodiment. FIG. 10 shows the growth region SR of the vegetation portion SB5 of the individual crop. As shown in FIG. 10, the individual growth area calculation unit 16 obtains the boundaries between the vegetation portion SB5 and each of the vegetation portions SB7 to SB10 of adjacent crop individuals from the inter-individual boundary determination unit 15. The boundary between the vegetation parts SB5 and SB6 is the boundary RK56. The boundary between the vegetation parts SB5 and SB7 is the boundary RK57. The boundary between the vegetation parts SB5 and SB8 is the boundary RK58. The inter-individual boundary between the vegetation parts SB5 and SB9 is the boundary RK59. The individual boundary between the vegetation parts SB5 and SB10 is the boundary RK510. The individual growth area calculation unit 16 calculates the area surrounded by the boundaries (boundaries RK56, RK57, RK58, RK59, and RK510) between the vegetation portion SB5 and each of the vegetation portions SB7 to SB10 of adjacent crop individuals. Let it be the growth region SR.

図11には、画像G10において抽出された植生部分のそれぞれに含まれる作物個体ごとの生長領域が示されている。図11に示すように、圃場の端に植えられた作物については、隣り合う作物個体が存在しない側の境界として、圃場と圃場外との境界を適用するようにしてもよい。 FIG. 11 shows the growth area of each individual crop included in each of the vegetation parts extracted in the image G10. As shown in FIG. 11, for crops planted at the edge of a field, the boundary between the field and the outside of the field may be applied as the boundary on the side where there are no adjacent crop individuals.

図12には、作物の生育の過程により、その生長領域が変化していく様子が示されている。隣り合う作物の植生部分の面積が同程度である場合、境界は、個体位置を結んだ直線の中心を通り、個体位置を結んだ直線にほぼ垂直な線となる(撮影日1参照)。作物の生長が進み、隣り合う作物の植生部分の面積に差が出てくると、その個体間境界は、個体位置を結んだ直線を、面積に比率で分割した点(面積の小さい方の側によった位置)を頂点とする双曲線となる(撮影日2参照)。隣り合う作物の植生部分の面積の差が大きくなると、その個体間境界は、双曲線の曲率が更に大きくしたものとなる(撮影日3参照)。隣り合う作物の植生部分がつながった場合、植生部分がつながる前に決定した境界を、最終的な境界として採用する(撮影日4参照)。 FIG. 12 shows how the growing area of a crop changes as the crop grows. If the areas of the vegetation parts of adjacent crops are the same, the boundary will be a line that passes through the center of the straight line connecting the individual positions and is almost perpendicular to the straight line connecting the individual positions (see photo date 1). As the growth of crops progresses and a difference appears in the area of the vegetation parts of adjacent crops, the boundary between the individual crops is determined by dividing the straight line connecting the individual positions into the area by the ratio (the side with the smaller area). It becomes a hyperbola with the apex at (position according to) (see photo date 2). When the difference in area between the vegetation parts of adjacent crops increases, the boundary between the individuals becomes a hyperbolic curvature that is further increased (see photographing date 3). When the vegetation parts of adjacent crops are connected, the boundary determined before the vegetation parts are connected is adopted as the final boundary (see shooting date 4).

図13~図16には、圃場における作物が発芽し始める段階から、植生部分がつながるまでの各段階において決定された個体間境界が示されている。作物が発芽し始める段階においては、空撮画像の撮像が行われる度に新しい個体位置が検出されるため、新たに検出された個体位置に基づいて新たな生長領域が決定される(図13、及び図14参照)。個体間境界は、植生部分の面積を重みとして決定されるため、作物が生長する段階では、撮像が行われる度に生長領域の形状が変化する(図14、及び15参照)。生長領域の形状は、隣り合う作物の植生部分がつながるまで更新される(図15、及び16参照)。 13 to 16 show interindividual boundaries determined at each stage from the stage when crops begin to germinate in the field until the vegetation parts are connected. At the stage when crops begin to germinate, a new individual position is detected every time an aerial image is taken, so a new growth area is determined based on the newly detected individual position (Fig. 13, and Figure 14). Since the inter-individual boundary is determined using the area of the vegetation part as a weight, the shape of the growing region changes every time an image is taken during the growing stage of the crop (see FIGS. 14 and 15). The shape of the growing area is updated until the vegetation parts of adjacent crops are connected (see Figures 15 and 16).

図17は、第1の実施形態に係る推定装置1が行う処理の流れを示すフロー図である。推定装置1は、ドローン等によって上空から圃場が撮像された空撮画像を取得する(ステップS1)。推定装置1は、取得した空撮画像をつなぎ合わせて合成し、圃場全体の合成画像(オルソ画像)を生成する(ステップS2)。推定装置1は、合成画像の色を二値化するなどして、合成画像における植生部分を抽出する(ステップS3)。推定装置1は、抽出した植生部分のそれぞれに含まれる作物個体の個体数を、サポートベクタマシンを利用するなどして推定する(ステップS4)。推定装置1は、推定した個体数に応じて、主成分分析を利用するなどして、作物個体の個体位置を決定する(ステップS5)。推定装置1は、決定した個体位置を用いて、隣り合う作物個体の被覆面積(植生部分の面積)を重みづけした境界(個体間境界)を決定する(ステップS6)。推定装置1は、作物個体に隣り合う作物との間で決定した境界により囲まれる領域を、その作物個体の生長領域として算出する(ステップS7)。 FIG. 17 is a flow diagram showing the flow of processing performed by the estimation device 1 according to the first embodiment. The estimation device 1 acquires an aerial image of a field taken from above by a drone or the like (step S1). The estimation device 1 connects and synthesizes the acquired aerial images to generate a composite image (orthoimage) of the entire field (step S2). The estimation device 1 extracts the vegetation portion in the composite image by, for example, binarizing the colors of the composite image (step S3). The estimation device 1 estimates the number of crop individuals included in each of the extracted vegetation parts by using a support vector machine or the like (step S4). The estimation device 1 determines the individual positions of the crop plants by using principal component analysis or the like according to the estimated number of plants (step S5). The estimation device 1 uses the determined individual position to determine a boundary (inter-individual boundary) weighted by the covered area (area of the vegetation part) of adjacent crop individuals (step S6). The estimation device 1 calculates the area surrounded by the boundary determined between the individual crop and the adjacent crop as the growth area of the individual crop (step S7).

(第2の実施形態)
第2の実施形態を説明する。図18は、第2の実施形態に係る推定装置100の構成の例を示すブロック図である。推定装置100は、圃場に植生する個々の作物(作物個体)の収穫量を推定するコンピュータ装置である。推定装置100は、例えば、画像取得部110と、三次元情報復元部111と、地上部体積算出部112と、パラメータ決定部113と、収穫量推定部114と、記憶部117とを備える。
(Second embodiment)
A second embodiment will be described. FIG. 18 is a block diagram showing an example of the configuration of an estimation device 100 according to the second embodiment. The estimation device 100 is a computer device that estimates the yield of each crop (individual crop) grown in a field. The estimation device 100 includes, for example, an image acquisition section 110, a three-dimensional information restoration section 111, an above ground volume calculation section 112, a parameter determination section 113, a harvest amount estimation section 114, and a storage section 117.

画像取得部110は、空撮画像を取得する。空撮画像は上空からみた圃場に植生している作物の様子が撮像された画像であり、例えば、デジタルカメラなどの撮像装置が搭載されたドローンなどを用いて撮像される。この場合、ドローンは、圃場の上空を往復飛行しながら、定期的(例えば、1~2秒毎)に静止画像(空撮画像)を連続的に撮像し、複数に分けて圃場の全体が撮像されるようにする。 The image acquisition unit 110 acquires aerial images. Aerial images are images of crops growing in a field as seen from above, and are captured using, for example, a drone equipped with an imaging device such as a digital camera. In this case, the drone continuously captures still images (aerial images) at regular intervals (for example, every 1 to 2 seconds) while flying back and forth over the field, dividing the drone into multiple images that capture the entire field. to be done.

本実施形態では、圃場の作物が発芽、或いは萌芽してから、定期的(例えば、1週間毎)に空撮が行われる。これにより、作物の生長過程を示す空撮画像が時系列で撮像される。画像取得部110は、撮像される度に空撮画像を取得し、取得した空撮画像を画像合成部11に出力する。 In this embodiment, after the crops in the field germinate or sprout, aerial photography is performed periodically (for example, every week). As a result, aerial images showing the growth process of crops are captured in chronological order. The image acquisition unit 110 acquires an aerial image every time an image is captured, and outputs the acquired aerial image to the image composition unit 11.

三次元情報復元部111は、画像取得部110によって得られた空撮画像に基づいて、圃場表面の三次元情報を復元する。ここでの三次元情報は、空撮画像の画素ごとの位置座標に、その画素の深度(奥行情報)が付与された情報、あるいは、3次元点群情報である。例えば、三次元情報復元部111は、互いに異なる撮像位置から撮像された複数の空撮画像を、ステレオカメラの原理を適用させる三次元再構成技術を用いて、画像における画素ごとの深度を算出する。あるいは、LiDAR(Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging)などの距離センサで測定することにより圃場表面3次元点群を得るようにしてもよい。ここでのLiDARなどの距離センサは、「距離を測定する測定器」の一例である。三次元情報復元部111は、三次元情報を地上部体積算出部112に出力する。 The three-dimensional information restoration unit 111 restores three-dimensional information on the surface of the field based on the aerial image obtained by the image acquisition unit 110. The three-dimensional information here is information in which the depth (depth information) of each pixel is added to the position coordinates of each pixel of an aerial photographed image, or three-dimensional point group information. For example, the three-dimensional information restoration unit 111 calculates the depth of each pixel in the image using three-dimensional reconstruction technology that applies the principle of a stereo camera to a plurality of aerial images taken from different imaging positions. . Alternatively, a three-dimensional point group on the field surface may be obtained by measuring with a distance sensor such as LiDAR (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging). A distance sensor such as LiDAR here is an example of a "measuring device that measures distance." The three-dimensional information restoration unit 111 outputs three-dimensional information to the above ground volume calculation unit 112.

地上部体積算出部112は、三次元情報復元部111によって復元された三次元情報に基づいて、圃場における作物個体の地上部の体積(以下、地上部体積ともいう)を算出する。ここでの地上部とは、作物において地上に出ている部分、つまり作物の葉部である。 The above-ground part volume calculating unit 112 calculates the volume of the above-ground part of each crop in the field (hereinafter also referred to as above-ground part volume) based on the three-dimensional information restored by the three-dimensional information restoring unit 111. The above-ground part here refers to the part of the crop that is above the ground, that is, the leaf part of the crop.

例えば、地上部体積算出部112は、圃場の三次元情報から土壌の三次元情報を減算することにより、まず、空撮画像から作物の三次元情報を抽出する。地上部体積算出部112は、作物がない状態(裸地)における圃場の三次元情報(図19参照)を取得する。裸地の圃場とは、例えば、作物が発芽する前に撮像された圃場の空撮画像である。地上部体積算出部112は、作物がある状態における圃場の三次元情報(図20参照)を取得する。作物がある状態の圃場とは、今回、作物個体の地上部体積を算出する対象とする圃場の空撮画像である。 For example, the above-ground volume calculation unit 112 first extracts three-dimensional information on crops from an aerial photographic image by subtracting three-dimensional information on soil from three-dimensional information on a field. The aboveground volume calculation unit 112 acquires three-dimensional information (see FIG. 19) of the field in a state where there are no crops (bare land). A bare field is, for example, an aerial image of a field taken before the crops germinate. The aboveground volume calculation unit 112 acquires three-dimensional information (see FIG. 20) of the field in a state where there are crops. The field with crops is an aerial image of the field for which the above-ground volume of individual crops is calculated.

作物個体の地上部体積は、以下の(式1)により表現することができる。(式1)において、Vnはn番目の作物個体の地上部体積である。Rnはn番目の作物個体の領域である。g(x、y、z)は裸地の圃場の三次元情報である。f(x、y、z)は作物がある状態の圃場の三次元情報である。 The above-ground volume of an individual crop can be expressed by the following (Equation 1). In (Formula 1), Vn is the above-ground volume of the n-th crop individual. Rn is the area of the nth crop individual. g(x, y, z) is three-dimensional information of a bare field. f(x, y, z) is three-dimensional information of a field with crops.

Vn=∫∫∫Rn{f(x、y、z)-g(x、y、z)}dxdydz …(式1) Vn=∫∫∫ Rn {f(x, y, z)-g(x, y, z)}dxdydz...(Formula 1)

地上部体積算出部112は、(式1)を用いて、作物がある状態の圃場の三次元情報から、裸地の圃場の三次元情報を差し引くことにより、圃場における作物のみの三次元情報を抽出する。地上部体積算出部112は、抽出した作物の三次元情報を、作物個体の領域で空間積分することにより、作物個体の地上部体積を算出する。地上部体積算出部112は、算出した作物個体の地上部体積を、パラメータ決定部113に出力する。 The above-ground volume calculation unit 112 subtracts the three-dimensional information of the bare field from the three-dimensional information of the field with crops, using (Formula 1) to obtain three-dimensional information of only the crops in the field. Extract. The above-ground part volume calculation unit 112 calculates the above-ground part volume of the individual crop by spatially integrating the extracted three-dimensional information of the crop over the area of the individual crop. The aboveground volume calculation unit 112 outputs the calculated aboveground volume of the crop individual to the parameter determination unit 113.

地上部体積算出部112は、空間積分を実行する際に、作物個体の領域を把握しておく必要がある。作物個体の領域として、例えば第1の実施形態における作物個体の生長領域が適用される。 The aboveground volume calculation unit 112 needs to know the area of each crop when performing spatial integration. As the area of the individual crop, for example, the growing area of the individual crop in the first embodiment is applied.

本実施形態では、作物生育モデルを用いて、作物個体の収穫量を推定する。作物生育モデルは、作物の生育状況をシミュレーションにより導出する数値モデルである。作物生育モデルが導出する作物の生育状況とは、例えば、地上部乾物質量、及び地下部乾物質量である。地上部乾物質量とは、作物の地上部(葉部)における乾物質量である。地下部乾物質量とは、作物の地下部(塊茎部)における乾物質量である。乾物質量とは、作物の重量であって、作物に含まれる水分量を除いた重量である。馬鈴薯などの根菜類の場合、地下部乾物質量が、収穫量に相当する。 In this embodiment, a crop growth model is used to estimate the yield of an individual crop. A crop growth model is a numerical model that derives the growth status of crops through simulation. The crop growth conditions derived by the crop growth model are, for example, the above-ground dry mass amount and the underground dry mass amount. Above-ground dry mass is the amount of dry matter in the above-ground part (leaf) of a crop. The amount of underground dry matter is the amount of dry matter in the underground part (tuber part) of a crop. The dry mass is the weight of a crop, excluding the amount of water contained in the crop. In the case of root vegetables such as potatoes, the amount of underground dry matter corresponds to the yield.

一般に、作物個体の地上部体積は、その作物個体の地上部乾物質量と線形の関係にあることが知られている(図21参照)。ここで、地上部乾物質量は、地上部体積と相関を有すると考えられる。本実施形態では、この作物個体の地上部体積と地上部乾物質量との関係を利用して、作物生育モデルの内部パラメータを決定する。 Generally, it is known that the above-ground volume of an individual crop has a linear relationship with the above-ground dry mass of the crop individual (see FIG. 21). Here, it is thought that the amount of dry matter above ground has a correlation with the volume of above ground. In this embodiment, the internal parameters of the crop growth model are determined using the relationship between the above-ground volume and the above-ground dry mass amount of the individual crop.

具体的に、パラメータ決定部113は、作物生育モデルのシミュレーションを実行した結果として得られる作物個体の体積が、地上部体積算出部112によって算出された作物個体の体積に近づくように作物生育モデルの内部パラメータを決定する。これにより、作物生育モデルに実際の作物の生育状況を反映させることができる。このため、作物生育モデルのシミュレーションによって、収穫量を精度よく推定することが可能となる。 Specifically, the parameter determination unit 113 adjusts the crop growth model so that the volume of the individual crop obtained as a result of executing the simulation of the crop growth model approaches the volume of the individual crop calculated by the above-ground volume calculation unit 112. Determine internal parameters. This allows the crop growth model to reflect the actual crop growth situation. Therefore, crop yield can be estimated with high accuracy by simulating crop growth models.

また、パラメータ決定部113は、作物生育モデルのシミュレーションを実行した結果として得られる作物個体の体積の時系列変化が、地上部体積算出部112によって算出された作物個体の体積の時系列変化に近づくように作物生育モデルの内部パラメータを決定する。これにより、作物生育モデルに、将来の作物の生育状況を精度よく予測させることができる。このため、作物生育モデルのシミュレーションによって、収穫量を精度よく推定することが可能となる。なお、作物生育モデルの内部パラメータについては、後で詳しく説明する。 Further, the parameter determining unit 113 determines that the time-series change in the volume of the individual crop obtained as a result of executing the simulation of the crop growth model approaches the time-series change in the volume of the crop individual calculated by the above-ground volume calculation unit 112. Determine the internal parameters of the crop growth model. This allows the crop growth model to accurately predict future crop growth conditions. Therefore, crop yield can be estimated with high accuracy by simulating crop growth models. Note that the internal parameters of the crop growth model will be explained in detail later.

収穫量推定部114は、パラメータ決定部113によって決定された内部パラメータが設定された作物生育モデルを用いて、作物個体の収穫量を推定する。収穫量推定部114は、例えば、作物生育モデルに入力変数(例えば、気象データなど)を入力することにより、作物生育モデルから作物の地下部乾物質量の時系列変化を示す情報を出力させる。収穫量推定部114は、地下部乾物質量の時系列変化のうち、収穫時期に相当する地下部乾物質量を、作物個体の収穫量と推定する。 The yield estimating unit 114 estimates the yield of an individual crop using a crop growth model in which the internal parameters determined by the parameter determining unit 113 are set. For example, the yield estimating unit 114 inputs input variables (for example, meteorological data, etc.) to the crop growth model, and causes the crop growth model to output information indicating a time-series change in the amount of underground dry matter of the crop. The yield estimating unit 114 estimates the amount of underground dry matter corresponding to the harvest time, out of the time-series changes in the amount of underground dry matter, as the yield of the individual crop.

上述した、推定装置100の機能部(画像取得部110、三次元情報復元部111、地上部体積算出部112、パラメータ決定部113、及び収穫量推定部114)は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などのハードウェアプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)などのハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めHDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリなどの記憶装置(非一過性の記憶媒体を備える記憶装置)に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROMなどの着脱可能な記憶媒体(非一過性の記憶媒体)に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。 The functional units of the estimation device 100 (the image acquisition unit 110, the three-dimensional information restoration unit 111, the above-ground volume calculation unit 112, the parameter determination unit 113, and the harvest amount estimation unit 114) described above include, for example, a CPU (Central Processing Unit). ) is realized by executing a program (software). Some or all of these components are hardware (circuit parts) such as LSI (Large Scale Integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array), and GPU (Graphics Processing Unit). (including circuitry), or may be realized by collaboration between software and hardware. The program may be stored in advance in a storage device (a storage device with a non-transitory storage medium) such as an HDD (Hard Disk Drive) or flash memory, or may be stored in a removable storage device such as a DVD or CD-ROM. It is stored in a medium (non-transitory storage medium), and may be installed by loading the storage medium into a drive device.

記憶部117は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ、RAM(Random Access Memory)などで構成される。記憶部117は、例えば、画像情報を記憶する。例えば、記憶部17は、空撮画像の画像情報を記憶する。この場合、画像取得部110は、取得した空撮画像の情報を記憶部117に記憶させる。記憶部117は、三次元情報復元部111により復元された三次元情報を記憶するようにしてもよい。記憶部17は、地上部体積算出部112により算出された地上部体積を示す情報を記憶するようにしてもよい。記憶部117は、パラメータ決定部113により決定された内部パラメータを作物個体に対応づけて記憶するようにしてもよい。記憶部117は、収穫量推定部114により推定された収穫量を作物個体に対応づけて記憶するようにしてもよい。記憶部117は、他の情報、例えば、推定装置100のCPUに実行させるプログラムや、プログラムが実行される際に使用される各種パラメータなども記憶される。 The storage unit 117 includes, for example, an HDD (Hard Disk Drive), a flash memory, a RAM (Random Access Memory), and the like. The storage unit 117 stores, for example, image information. For example, the storage unit 17 stores image information of aerial images. In this case, the image acquisition unit 110 causes the storage unit 117 to store information on the acquired aerial image. The storage unit 117 may store the three-dimensional information restored by the three-dimensional information restoration unit 111. The storage unit 17 may store information indicating the above-ground volume calculated by the above-ground volume calculation unit 112. The storage unit 117 may store the internal parameters determined by the parameter determination unit 113 in association with individual crops. The storage unit 117 may store the yield estimated by the yield estimation unit 114 in association with each crop. The storage unit 117 also stores other information, such as a program to be executed by the CPU of the estimation device 100 and various parameters used when the program is executed.

図19、及び図20は、第2の実施形態に係る画像取得部110が取得する画像の例を示す図である。図19には裸地の圃場の三次元情報の例が示されている。図20には作物がある状態の圃場の三次元情報の例が示されている。このように、三次元情報は、空撮画像における画素に対応づけられ、濃淡などによりその深度を示す情報であってもよい。 19 and 20 are diagrams showing examples of images acquired by the image acquisition unit 110 according to the second embodiment. FIG. 19 shows an example of three-dimensional information of a bare field. FIG. 20 shows an example of three-dimensional information of a field with crops. In this way, the three-dimensional information may be information that is associated with pixels in an aerial photographed image and indicates the depth of the image using shading or the like.

図21は、第2の実施形態に係る地上部体積算出部112により算出される地上部体積と乾物質量との関係を示す図である。図4の横軸は地上部体積、縦軸は地上部乾物質量を示す。図21に示すように、地上部体積と地上部乾物質量とは相関し、地上部体積が増加するにしたがって地上部乾物質量も増加する傾向がある。 FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the above ground volume and the dry matter amount calculated by the above ground volume calculation unit 112 according to the second embodiment. In Fig. 4, the horizontal axis shows the above-ground volume, and the vertical axis shows the above-ground dry mass amount. As shown in FIG. 21, the volume of the above-ground part and the amount of dry matter of the above-ground part are correlated, and as the volume of the above-ground part increases, the amount of dry matter of the above-ground part also tends to increase.

ここで、作物生育モデルの内部パラメータについて、図22を用いて説明する。図22は、第2の実施形態に係るパラメータ決定部113により内部パラメータが決定されるモデルを説明する図である。 Here, the internal parameters of the crop growth model will be explained using FIG. 22. FIG. 22 is a diagram illustrating a model in which internal parameters are determined by the parameter determination unit 113 according to the second embodiment.

図22の例に示すように、作物生育モデルは、例えば、気象データTを入力変数とする。kは萌芽日以降の日数である。気象データTは、萌芽日から現在(k日経過後)までの気象データtの集合として表現される。気象データtは、その日の気象を示す情報であって、例えば、最低気温、最高気温、平均気温、日射エネルギ(PAR、Photosynthetically Active Radiation)、日長時間などを示す情報である。 As shown in the example of FIG. 22, the crop growth model uses, for example, weather data Tk as an input variable. k is the number of days after germination. The weather data Tk is expressed as a set of weather data tk from the germination date to the present (k days have passed). The weather data tk is information indicating the weather of the day, such as minimum temperature, maximum temperature, average temperature, solar radiation energy (PAR, Photosynthetically Active Radiation), and day length.

作物生育モデルは、その生育の時期に応じた生育状況を出力する。例えば、図5の例に示すように、萌芽日(k=0)の5月下旬、及び塊茎形成の6月中旬の時期には、地上部乾物質量が増加する一方で、地下部乾物質量はさほど増加しない。生長ピークの7月中旬、及び黄変の8月中旬の時期には、地上部乾物質量、及び地下部乾物質量が共に増加する。そして、完全枯凋の8月下旬には、葉部が枯れて地上部乾物質量が減少し、地下部乾物質量はさほど増加しない。 The crop growth model outputs growth conditions according to the growing season. For example, as shown in the example in Figure 5, at the time of germination (k = 0) in late May and the time of tuber formation in mid-June, the amount of aboveground dry matter increases, while the amount of underground dry matter increases. It doesn't increase much. During the growth peak in mid-July and the yellowing season in mid-August, both the above-ground dry matter amount and the underground dry matter amount increase. Then, in late August, when the leaves are completely withered, the aboveground dry mass decreases, and the underground dry mass does not increase much.

作物生育モデルの内部パラメータは、生育の時期などに対応して設定される。例えば、地上部乾物質量における1日あたりの増加量ΔWは、地上部乾物の増加量f(T)から減少量g(T)を減算させたものとして表される。増加量f(T)における、発芽直後、初期生育期間、及び地上部被覆飽和のそれぞれの時期に応じた生長速度が、内部パラメータa、a、aによって設定可能である。減少量g(T)における、葉形成から枯死までの期間が、内部パラメータaによって設定可能である。 The internal parameters of the crop growth model are set in accordance with the growing season and the like. For example, the daily increase amount ΔW k in the amount of above-ground dry matter is expressed as the increase amount f (T k ) of above-ground dry matter minus the decrease amount g (T k ). The growth rate in the increase amount f(T k ) can be set according to the respective periods immediately after germination, during the initial growth period, and when the aboveground cover is saturated, using the internal parameters a 1 , a 2 , and a 3 . The period from leaf formation to withering in the amount of decrease g (T k ) can be set by the internal parameter a4 .

地上部の乾物質量Wk+1は、前日の地上部乾物質量Wに、その日の地上部乾物増加量ΔWを加算させたものとして表される。 The above-ground dry matter amount W k+1 is expressed as the above-ground dry matter amount W k of the previous day plus the above-ground dry matter increase amount ΔW k on that day.

地上部体積Vは、地上部乾物質量Wに、関数h(k)を乗算させたものとして表される。関数h(k)は、内部パラメータa5、によって、その振る舞いが設定可能である。 The above-ground volume V k is expressed as the above-ground dry mass W k multiplied by a function h(k). The behavior of the function h(k) can be set by internal parameters a5 and a6 .

地下部乾物質量の増加量ΔYは、地上部受光エネルギに、地下部乾物質量への変換割合L(T)を乗算させたものとして表される。地上部受光エネルギは、日射エネルギPARに、地上部体積Vを乗算させたものとして表される。変換割合L(T)は、内部パラメータaによって、品種等に応じた設定が可能である。 The amount of increase ΔY k in the amount of underground dry matter is expressed as the above-ground received light energy multiplied by the conversion ratio L(T k ) to the amount of underground dry matter. The above-ground part received light energy is expressed as the solar radiation energy PAR k multiplied by the above-ground part volume V k . The conversion ratio L( Tk ) can be set according to the product type, etc. using the internal parameter a7 .

地下部の乾物質量Yk+1は、前日の地下部乾物質量Yに、その日の地下部乾物増加量ΔYを加算させたものとして表される。 The underground dry matter amount Y k+1 is expressed as the sum of the underground dry matter amount Y k of the previous day and the underground dry matter increase amount ΔY k on that day.

ここで、パラメータ決定部113が内部パラメータを決定する方法について、図23を用いて説明する。図23は、第2の実施形態に係るパラメータ決定部113が行う処理を説明する図である。図23の左上、左下及び右側のそれぞれのグラフにおける横軸は時期、縦軸は地上部体積を示す。 Here, the method by which the parameter determination unit 113 determines internal parameters will be explained using FIG. 23. FIG. 23 is a diagram illustrating processing performed by the parameter determination unit 113 according to the second embodiment. In the upper left, lower left, and right graphs of FIG. 23, the horizontal axes indicate the time period, and the vertical axes indicate the aboveground volume.

図23の左上のグラフに示すように、作物生育モデルの内部パラメータによって、地上部体積の時系列変化のパターンが無数に存在する。上述したように、作物生育モデルには多数の内部パラメータが存在する。内部パラメータに設定された値の組合せにより、作物生育モデルの振る舞いが異なるためである。 As shown in the upper left graph of FIG. 23, there are countless patterns of time-series changes in aboveground volume depending on the internal parameters of the crop growth model. As mentioned above, there are many internal parameters in crop growth models. This is because the behavior of the crop growth model differs depending on the combination of values set for the internal parameters.

一方、図23に左下のグラフに示すように、空撮画像(図23ではドローン画像と記載)から導出した地上部体積の時系列変化は、画像から算出されるものであるため、毎回、一意に決定される。 On the other hand, as shown in the graph at the bottom left of Figure 23, the time-series changes in ground volume derived from aerial images (denoted as drone images in Figure 23) are unique each time because they are calculated from the images. determined.

パラメータ決定部113は、作物生育モデルによる地上部体積の時系列変化が、空撮画像から導出した地上部体積の時系列変化に近づくように、内部パラメータを決定することによりデータ同化を行う。データ同化は、任意の方法で行われてよいが、例えばマルコフ連鎖モンテカルロ法(MCMC)、又は最小二乗法や粒子フィルタなどの手法が用いられる。 The parameter determining unit 113 performs data assimilation by determining internal parameters so that the time-series change in the above-ground volume based on the crop growth model approaches the time-series change in the above-ground volume derived from the aerial photographic image. Data assimilation may be performed using any method, such as the Markov chain Monte Carlo method (MCMC), the least squares method, or a particle filter.

図23の右のグラフに示すように、データ同化により内部パラメータが決定された作物生育モデルから出力される上部体積の時系列変化は、空撮画像から導出された地上部体積の時系列変化と同じようなパターンとなる。例えば、パラメータ決定部113は、作物生育モデルによるシミュレーション結果の中から、空撮画像から導出された地上部体積の時系列変化によく似たものを抽出する。パラメータ決定部113は、抽出したシミュレーションを行った作物生育モデルに設定されていた内部パラメータを、収穫量を推定するモデルの内部パラメータとする。 As shown in the graph on the right of Figure 23, the time-series changes in the above-ground volume output from the crop growth model whose internal parameters have been determined by data assimilation are the same as the time-series changes in the above-ground volume derived from the aerial images. It will be a similar pattern. For example, the parameter determining unit 113 extracts, from among the simulation results based on the crop growth model, those that closely resemble the time-series changes in above-ground volume derived from aerial images. The parameter determination unit 113 sets the internal parameters set in the extracted crop growth model subjected to the simulation as the internal parameters of the model for estimating the yield.

図24は、第2の実施形態に係る空撮画像から導出された地上部体積と、シミュレーション結果が示した地上部体積とを比較した例を示す図である。図24には16個の作物個体のそれぞれの地上部体積の時系列変化が示されている。図24の各グラフの横軸は時期、縦軸は地上部体積を示す。 FIG. 24 is a diagram illustrating an example in which the above-ground volume derived from the aerial image according to the second embodiment is compared with the above-ground volume shown by the simulation results. FIG. 24 shows the time-series changes in the aboveground volume of each of the 16 individual crops. In each graph in FIG. 24, the horizontal axis indicates the time period, and the vertical axis indicates the above-ground volume.

図24に示すように、実際に観測された地上部体積の時系列変化に合うように、適切に内部パラメータを設定することにより、作物個体の生育状況を忠実にシミュレーションさせることが可能となる。このように、内部パラメータが適切に設定されたモデルを用いることにより、より正確に収穫量を推定することが可能である。 As shown in FIG. 24, by appropriately setting internal parameters to match the actually observed time-series changes in above-ground volume, it is possible to faithfully simulate the growth status of individual crops. In this way, by using a model with appropriately set internal parameters, it is possible to estimate the yield more accurately.

図25~図28は、第2の実施形態に係るモデルによるシミュレーション結果の例を示す図である。図25には、地上部体積Vの時系列変化が、観測値(空撮画像から導出された地上部体積)と共に示されている。図26には、図25と同じ内部パラメータが設定されたモデルの地上部乾物増加量ΔWの時系列変化が示されている。図27には、図25と同じ内部パラメータが設定されたモデルの地下部乾物増加量ΔYの時系列変化が示されている。図28には、地下部乾物質量Yとして、図27に示す地下部乾物増加量ΔYを積分値の時系列変化が示されている。地上部体積の時系列変化が、実情(空撮画像から導出された地上部体積)の時系列変化によく似た変化をする場合、モデルが実際の作物の生育状況を精度よく示していると推測できる。このように実際の作物の生育状況を精度よく示すモデルは、地上部乾物増加量ΔW、及び地下部乾物増加量ΔYの時系列変化においても実際の変化の状況によく似た変化をしていると考えられる。したがって、このモデルを用いて推定される収穫量が、実際の収穫量を正確に示していることが期待できる。 25 to 28 are diagrams showing examples of simulation results using the model according to the second embodiment. FIG. 25 shows the time-series change in the above-ground volume V k together with the observed value (the above-ground volume derived from the aerial image). FIG. 26 shows a time-series change in the above-ground dry matter increase amount ΔW k of a model in which the same internal parameters as in FIG. 25 are set. FIG. 27 shows a time-series change in the underground dry matter increase amount ΔY k of a model in which the same internal parameters as in FIG. 25 are set. FIG. 28 shows a time-series change in the integral value of the underground dry matter increase amount ΔY k shown in FIG. 27 as the underground dry matter amount Y k . If the time-series change in above-ground volume closely resembles the time-series change in the actual situation (above-ground volume derived from aerial images), it can be said that the model accurately represents the actual crop growth situation. I can guess. In this way, a model that accurately represents the actual growth status of crops can produce changes that closely resemble actual changes in the time-series changes in the above-ground dry matter increase ΔW k and the below-ground dry matter increase ΔY k . It is thought that Therefore, it can be expected that the yield estimated using this model accurately represents the actual yield.

図29は、第2の実施形態に係るモデルを用いて推定した収穫量と、実際の収穫量とを比較した結果の例を示す図である。図12の横軸は実際の収穫量、縦軸は推定した収穫量を示す。図12に示すように、推定した収穫量と、実際の収穫量とが相関しており、モデルが精度よく収穫量を予測できていることが判る。 FIG. 29 is a diagram illustrating an example of a comparison result between the harvest amount estimated using the model according to the second embodiment and the actual harvest amount. The horizontal axis of FIG. 12 shows the actual harvest amount, and the vertical axis shows the estimated harvest amount. As shown in FIG. 12, there is a correlation between the estimated harvest amount and the actual harvest amount, indicating that the model can accurately predict the harvest amount.

図30は、第2の実施形態に係る推定装置100が行う処理の流れを示すフロー図である。推定装置100は、ドローン等によって上空から圃場が撮像された空撮画像を取得する(ステップS11)。推定装置100は、取得した空撮画像を用いて三次元再構成技術により、圃場の三次元情報を復元する(ステップS12)。推定装置100は、作物個体の地上部体積を算出する(ステップS13)。推定装置100は、例えば、圃場の三次元情報から裸地圃場の三次元情報を減算し、減算後の三次元情報を作物個体の領域について空間積分するなどして、作物個体の地上部体積を算出する。推定装置100は、内部パラメータを取得する(ステップS14)。推定装置100は、モデルのシミュレーション結果から得られる地上部体積の時系列変化が、空撮画像から導出した作物個体の地上部体積に近づくように、内部パラメータを設定する。推定装置100は、作物個体から得られる収穫量を推定する(ステップS15)。推定装置100は、ステップS4で決定した内部パラメータを設定したモデルから得られるシミュレーション結果に基づいて、収穫量を推定する。 FIG. 30 is a flow diagram showing the flow of processing performed by the estimation device 100 according to the second embodiment. The estimation device 100 acquires an aerial image of a field taken from above by a drone or the like (step S11). The estimation device 100 uses the acquired aerial images to restore three-dimensional information of the field by three-dimensional reconstruction technology (step S12). The estimation device 100 calculates the above-ground volume of the individual crop (step S13). For example, the estimation device 100 subtracts the three-dimensional information of the bare field from the three-dimensional information of the field, and spatially integrates the three-dimensional information after the subtraction with respect to the area of the individual crop, thereby calculating the above-ground volume of the individual crop. calculate. The estimation device 100 acquires internal parameters (step S14). The estimation device 100 sets internal parameters such that the time-series change in the above-ground volume obtained from the simulation results of the model approaches the above-ground volume of the individual crop derived from the aerial photographed image. The estimation device 100 estimates the yield obtained from the individual crop (step S15). The estimation device 100 estimates the harvest amount based on the simulation results obtained from the model in which the internal parameters determined in step S4 are set.

以上説明したように、説明した通り、第2の実施形態の推定装置100は、地上部体積算出部112と、パラメータ決定部113と、収穫量推定部114とを備える。地上部体積算出部112は、圃場における三次元情報に基づいて、圃場における作物個体ごとの地上部体積を算出する。圃場は「対象場所」の一例である。空撮画像は、「対象画像」の一例である。パラメータ決定部113は、地上部体積算出部112によって算出された圃場における作物個体ごとの地上部体積に基づいて、作物個体ごとに作物生育モデルの内部パラメータを決定する。収穫量推定部114は、パラメータ決定部113によって内部パラメータが決定された作物生育モデルを用いて、圃場における作物個体ごとの収穫量を推定する。これにより、第2の実施形態の推定装置100では、作物個体の地上部体積に基づいて、作物個体ごとにモデルの内部パラメータが個別に設定される作物個体ごとに収穫量を推定する。このため、作物個体ごとに収穫量を推定することが可能である。 As explained above, the estimation device 100 of the second embodiment includes the aboveground volume calculation section 112, the parameter determination section 113, and the harvest amount estimation section 114. The above-ground part volume calculation unit 112 calculates the above-ground part volume of each crop individual in the field based on three-dimensional information in the field. A field is an example of a "target location." An aerial photographed image is an example of a "target image." The parameter determination unit 113 determines internal parameters of the crop growth model for each crop individual based on the above-ground volume of each crop individual in the field calculated by the above-ground volume calculation unit 112. The yield estimating unit 114 estimates the yield of each individual crop in the field using the crop growth model whose internal parameters have been determined by the parameter determining unit 113. As a result, the estimation device 100 of the second embodiment estimates the yield for each crop individual, for which the internal parameters of the model are individually set for each crop individual, based on the above-ground volume of the crop individual. Therefore, it is possible to estimate the yield for each individual crop.

また、第2の実施形態の推定装置100では、三次元情報は、三次元情報復元部111によって空撮画像を用いて復元された圃場の三次元形状を示す情報、またはLiDARなどの距離センサを用いて測定された情報である。これにより、第2の実施形態の推定装置100では、上述した効果と同様の効果を奏する。 Further, in the estimation device 100 of the second embodiment, the three-dimensional information is information indicating the three-dimensional shape of the field restored using an aerial image by the three-dimensional information restoration unit 111, or information using a distance sensor such as LiDAR. This is the information measured using Thereby, the estimating device 100 of the second embodiment produces effects similar to those described above.

また、第2の実施形態の推定装置100では、パラメータ決定部113は、作物生育モデルを用いたシミュレーション結果から得られる作物個体の地上部体積が、実情(地上部体積算出部112によって算出された圃場における作物個体ごとの地上部体積)に近づくように、作物生育モデルの内部パラメータを決定する。これにより、第2の実施形態の推定装置100では、実情に合うように内部パラメータを決定することができ、実情に沿ったシミュレーションを実行可能な、精度の良いモデルを作成することができる。したがって、精度の良いモデルを用いて、精度よく収穫量を推定することが可能となる。 Further, in the estimation device 100 of the second embodiment, the parameter determining unit 113 determines that the above-ground volume of the individual crop obtained from the simulation result using the crop growth model is based on the actual situation (calculated by the above-ground volume calculating unit 112). The internal parameters of the crop growth model are determined so as to approximate the above-ground volume of each individual crop in the field. As a result, the estimation device 100 of the second embodiment can determine internal parameters in accordance with the actual situation, and can create a highly accurate model that can perform simulations in accordance with the actual situation. Therefore, using a highly accurate model, it is possible to estimate the harvest amount with high accuracy.

また、第2の実施形態の推定装置100では、パラメータ決定部113は、作物生育モデルを用いたシミュレーション結果から得られる作物個体の地上部体積の時系列変化が、実情(地上部体積算出部によって算出された圃場における作物個体ごとの地上部体積の時系列変化)に沿うように、作物生育モデルの内部パラメータを決定する。これにより、第2の実施形態の推定装置100では、実情に合うように内部パラメータを決定することができ、実情に沿ったシミュレーションを実行可能な、精度の良いモデルを作成することができる。したがって、上述した効果と同様の効果を奏する。 Furthermore, in the estimation device 100 of the second embodiment, the parameter determination unit 113 determines that the time-series change in the above-ground volume of an individual crop obtained from the simulation results using the crop growth model is based on the actual situation (the above-ground volume calculation unit). The internal parameters of the crop growth model are determined in accordance with the calculated time-series changes in the above-ground volume of each crop individual in the field. As a result, the estimation device 100 of the second embodiment can determine internal parameters in accordance with the actual situation, and can create a highly accurate model that can perform simulations in accordance with the actual situation. Therefore, the same effects as those described above are achieved.

また、第2の実施形態の推定装置100では、パラメータ決定部113は、地上部体積算出部によって算出された圃場における作物個体ごとの、発芽から収穫時期までの地上部体積の時系列変化を用いて、作物生育モデルの内部パラメータを決定する。これにより、第2の実施形態の推定装置100では、発芽から収穫時期までの地上部体積の時系列変化が、実情に合うように内部パラメータを決定することができ、実情に沿ったシミュレーションを実行可能な、精度の良いモデルを作成することができる。したがって、上述した効果と同様の効果を奏する。 Furthermore, in the estimation device 100 of the second embodiment, the parameter determination unit 113 uses the time-series changes in the above-ground volume from germination to harvest time for each individual crop in the field calculated by the above-ground volume calculation unit. Then, determine the internal parameters of the crop growth model. As a result, the estimation device 100 of the second embodiment can determine the internal parameters to match the actual situation regarding the time-series change in the above-ground volume from germination to the harvest time, and execute a simulation that matches the actual situation. It is possible to create a highly accurate model. Therefore, the same effects as those described above are achieved.

また、第2の実施形態の推定装置100では、収穫量推定部114は、パラメータ決定部113によって内部パラメータが決定された作物生育モデルを用いたシミュレーション結果から得られる収穫時期における作物個体の地下部乾物質量を、当該作物個体の収穫量として推定する。これにより、第2の実施形態の推定装置100では、収穫時期における作物個体の地下部乾物質量を収穫量と推定することができる。したがって、収穫の時期に応じた収穫量を推定することが可能である。 Further, in the estimation device 100 of the second embodiment, the yield estimation unit 114 calculates the underground portion of the individual crop at the harvest time obtained from the simulation result using the crop growth model whose internal parameters are determined by the parameter determination unit 113. The amount of dry matter is estimated as the yield of the individual crop. Thereby, the estimation device 100 of the second embodiment can estimate the amount of underground dry matter of an individual crop at the harvest time as the harvest amount. Therefore, it is possible to estimate the harvest amount according to the harvest time.

また、第2の実施形態の推定装置100では、地上部体積算出部112は、空撮画像に基づいて作物が植生している植生部分を抽出し、抽出した植生部分に含まれる作物個体の個体数を推定し、推定した個体数を用いて、圃場における作物個体ごとの地上部体積を算出する。これにより、第2の実施形態の推定装置100では、画像において複数の作物がつながって見えている場合であっても、個々の作物個体を抽出して、その領域を特定することができる。したがって、地上部体積算出部112が精度よく地上部体積を算出できる。このため、より正確な実情に沿って内部パラメータを決定でき、精度の良いモデルを用いて、精度よく収穫量を推定することが可能となる。 Furthermore, in the estimation device 100 of the second embodiment, the above-ground volume calculation unit 112 extracts the vegetation portion where crops are vegetated based on the aerial photographed image, and calculates the individual crop portions included in the extracted vegetation portion. The above-ground volume of each individual crop in the field is calculated using the estimated number of individuals. As a result, in the estimation device 100 of the second embodiment, even if a plurality of crops appear connected in an image, each individual crop can be extracted and its area can be specified. Therefore, the above ground volume calculation unit 112 can accurately calculate the above ground volume. Therefore, internal parameters can be determined in accordance with more accurate actual conditions, and yields can be estimated with high accuracy using a highly accurate model.

また、上述した実施形態では、空撮画像を用いて作物個体の収穫量を推定する場合を例に説明した。しかしながら空撮画像に限定されることはない。推定装置1は、圃場に植生する作物における位置と大きさとが少なくとも判る程度に撮像されたデジタル画像であれば、任意の画像を用いて作物個体の収穫量を推定してよい。 Moreover, in the embodiment described above, the case where the yield of an individual crop is estimated using an aerial photographed image has been described as an example. However, it is not limited to aerial images. The estimation device 1 may estimate the yield of an individual crop using any digital image as long as it is a digital image captured to the extent that at least the position and size of the crop growing in the field can be seen.

また、上述した実施形態では、圃場に植生する作物個体の収穫量を推定する場合を例に説明した。しかしながら圃場に限定されることはない。推定装置1は、少なくとも作物が植生する場所であれば、任意の場所における作物個体の収穫量を推定してよい。 Moreover, in the embodiment described above, the case where the yield of individual crops growing in a field is estimated is explained as an example. However, it is not limited to fields. The estimation device 1 may estimate the yield of an individual crop at any location as long as it is at least a location where crops grow.

また、上述した実施形態では、地下部乾物質量を用いて作物個体の収穫量を推定する合を例に説明した。しかしながら地下部乾物質量に限定されることはない。地上部乾物質量や地下部乾物質量に限定することなく、単に乾物質量を用いて作物個体の収穫量を推定するようにしてもよい。この場合、例えば、収穫時期における作物個体の乾物質量のうち、所定比率を乗算して得られる質量を収穫量と推定するようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where the yield of an individual crop is estimated using the underground dry matter amount has been described as an example. However, it is not limited to underground dry mass. The yield of an individual crop may be estimated simply by using the dry matter amount without being limited to the aboveground dry matter amount or the underground dry matter amount. In this case, for example, the mass obtained by multiplying the dry mass of the individual crop at the harvest time by a predetermined ratio may be estimated as the harvest amount.

なお、推定装置100の機能部が行う処理(演算及び制御)の全部または一部を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することで各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
Note that a program for realizing all or part of the processing (calculations and control) performed by the functional units of the estimation device 100 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium is readable by the computer system. Each part may be processed by loading and executing the program. Note that the "computer system" herein includes hardware such as an OS and peripheral devices.
Furthermore, the term "computer system" includes the homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
Furthermore, the term "computer-readable recording medium" refers to portable media such as flexible disks, magneto-optical disks, ROMs, and CD-ROMs, and storage devices such as hard disks built into computer systems. Furthermore, a "computer-readable recording medium" refers to a storage medium that dynamically stores a program for a short period of time, such as a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. It also includes devices that retain programs for a certain period of time, such as volatile memory inside a computer system that serves as a server or client. Further, the program may be one for realizing a part of the above-mentioned functions, or may be one that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system.

以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments, and design changes may be made within the scope of the gist of the present invention. .

100 推定装置
110 画像取得部
111 三次元情報復元部
112 地上部体積算出部
113 パラメータ決定部
114 収穫量推定部
117 記憶部
100 Estimation device 110 Image acquisition unit 111 Three-dimensional information restoration unit 112 Above ground volume calculation unit 113 Parameter determination unit 114 Harvest amount estimation unit 117 Storage unit

Claims (9)

対象場所における三次元情報に基づいて、前記対象場所における作物個体ごとの地上部体積を算出する地上部体積算出部と、
前記地上部体積算出部によって算出された、前記対象場所における作物個体ごとの地上部体積に基づいて、作物個体ごとに作物生育モデルの内部パラメータを決定するパラメータ決定部と、
前記パラメータ決定部によって内部パラメータが決定された作物生育モデルを用いて、前記対象場所における作物個体ごとの収穫量を推定する収穫量推定部と、
を備える推定装置。
an aboveground volume calculation unit that calculates the aboveground volume of each crop individual at the target location based on three-dimensional information at the target location;
a parameter determination unit that determines internal parameters of a crop growth model for each crop individual based on the above-ground volume of each crop individual at the target location calculated by the above-ground volume calculation unit;
a yield estimation unit that estimates the yield of each crop individual at the target location using the crop growth model whose internal parameters have been determined by the parameter determination unit;
An estimation device comprising:
前記三次元情報は、前記対象場所が撮像された対象画像に基づいて復元された前記対象場所の三次元形状を示す情報、または距離を測定する測定器により測定された情報である、
請求項1に記載の推定装置。
The three-dimensional information is information indicating a three-dimensional shape of the target location restored based on a target image in which the target location was captured, or information measured by a measuring device that measures distance.
The estimation device according to claim 1.
前記パラメータ決定部は、作物生育モデルを用いたシミュレーション結果から得られる作物個体の地上部体積が、前記地上部体積算出部によって算出された、前記対象場所における作物個体ごとの地上部体積に近づくように、作物生育モデルの内部パラメータを決定する、
請求項1又は請求項2に記載の推定装置。
The parameter determination unit is configured to make the above-ground volume of each crop individual obtained from a simulation result using a crop growth model approach the above-ground volume of each crop individual at the target location, which is calculated by the above-ground volume calculation unit. to determine the internal parameters of the crop growth model;
The estimation device according to claim 1 or claim 2.
前記パラメータ決定部は、作物生育モデルを用いたシミュレーション結果から得られる作物個体の地上部体積の時系列変化が、前記地上部体積算出部によって算出された圃場における作物個体ごとの地上部体積の時系列変化に沿うように、作物生育モデルの内部パラメータを決定する、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の推定装置。
The parameter determination unit is configured to calculate a time-series change in the above-ground volume of each crop individual obtained from a simulation result using a crop growth model as a time-series change in the above-ground volume of each crop individual in the field calculated by the above-ground volume calculation unit. Determine the internal parameters of the crop growth model to follow the series changes,
The estimation device according to any one of claims 1 to 3.
前記パラメータ決定部は、前記地上部体積算出部によって算出された、前記対象場所における作物個体ごとの、発芽または萌芽から収穫時期までの地上部体積の時系列変化を用いて、作物生育モデルの内部パラメータを決定する、
請求項1から請求項4の何れか一項に記載の推定装置。
The parameter determination unit calculates the internal structure of the crop growth model using the time-series change in the above-ground volume from germination or budding to harvest time for each crop individual at the target location, which is calculated by the above-ground volume calculation unit. determine the parameters,
The estimation device according to any one of claims 1 to 4.
前記収穫量推定部は、前記パラメータ決定部によって内部パラメータが決定された作物生育モデルを用いたシミュレーション結果から得られる収穫時期における作物個体の乾物質量を、当該作物個体の収穫量として推定する、
請求項1から請求項5の何れか一項に記載の推定装置。
The yield estimating unit estimates the dry mass of the individual crop at the harvest time obtained from the simulation result using the crop growth model whose internal parameters are determined by the parameter determining unit, as the yield of the individual crop.
The estimation device according to any one of claims 1 to 5.
前記地上部体積算出部は、前記対象場所が撮像された対象画像に基づいて作物が植生している植生部分を抽出し、抽出した前記植生部分に含まれる作物個体の個体数を推定し、推定した個体数を用いて、前記対象場所における作物個体ごとの地上部体積を算出する、
請求項1から請求項6の何れか一項に記載の推定装置。
The above-ground area volume calculation unit extracts a vegetation area where crops are vegetated based on the target image in which the target location is captured, and estimates and estimates the number of crop individuals included in the extracted vegetation area. Calculating the above-ground volume of each crop individual at the target location using the number of individuals obtained,
The estimation device according to any one of claims 1 to 6.
地上部体積算出部が、対象場所における三次元情報に基づいて、前記対象場所における作物個体ごとの地上部体積を算出し、
パラメータ決定部が、前記地上部体積算出部によって算出された、前記対象場所における作物個体ごとの地上部体積に基づいて、作物個体ごとに作物生育モデルの内部パラメータを決定し、
収穫量推定部が、前記パラメータ決定部によって内部パラメータが決定された作物生育モデルを用いて、前記対象場所における作物個体ごとの収穫量を推定する、
推定方法。
the above-ground part volume calculation unit calculates the above-ground part volume of each crop individual at the target location based on three-dimensional information at the target location;
a parameter determination unit determines internal parameters of a crop growth model for each crop individual based on the above-ground volume of each crop individual at the target location calculated by the above-ground volume calculation unit;
a yield estimation unit estimates the yield of each individual crop at the target location using the crop growth model whose internal parameters have been determined by the parameter determination unit;
Estimation method.
コンピュータに、
対象場所における三次元情報に基づいて、前記対象場所における作物個体ごとの地上部体積を算出させ、
前記算出された前記対象場所における作物個体ごとの地上部体積に基づいて、作物個体ごとに作物生育モデルの内部パラメータを決定させ、
前記内部パラメータが決定された作物生育モデルを用いて、前記対象場所における作物個体ごとの収穫量を推定させる、
ためのプログラム。
to the computer,
Calculating the above-ground volume of each individual crop at the target location based on three-dimensional information at the target location;
determining internal parameters of a crop growth model for each crop individual based on the calculated above-ground volume of each crop individual at the target location;
using the crop growth model for which the internal parameters have been determined, estimating the yield of each individual crop at the target location;
program for.
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三次元点群を拡張したボクセル空間における果樹の生育特徴量の抽出方法の検討,電子情報通信学会技術研究報告 Vol.119 No.266 SeMI2019-98,一般社団法人電子情報通信学会,2019年10月29日
季節を考慮した農作物の生育予測手法の提案,日立TO技報 第18号,株式会社日立東日本ソリューションズ,2012年11月20日,6~10
果樹の生育把握に向けたヒューリスティックな近傍モデルによる三次元点群からの個体分割方法,情報処理学会第82回(2020年)全国大会講演論文集(1) コンピュータシステム ソフトウェア科学・工学 データとウェブ 6M-03,一般社団法人情報処理学会,2020年02月20日

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