JP7616656B2 - Strawberry plant leaf area calculation system - Google Patents
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Description
本発明は、イチゴの株の葉面積算出システムに関する。 The present invention relates to a system for calculating the leaf area of strawberry plants.
果菜類の生育診断や収量予測を行う場合の重要な指標として、光合成量の推定に利用できる総葉面積がある。近年、株を撮影した画像から総葉面積を計測する方法が開発されつつある。 Total leaf area is an important index for diagnosing the growth of fruit vegetables and predicting yields, and can be used to estimate the amount of photosynthesis. In recent years, methods for measuring total leaf area from photographs of plants have been developed.
例えば、トマト、キュウリ、パプリカ等の場合、上方から茎を吊り下げる方式の栽培様式が普及しており、一枚一枚の葉を外部から観察できることから、画像を用いた総葉面積の計測は比較的容易である。 For example, in the case of tomatoes, cucumbers, peppers, etc., the cultivation method of hanging the stems from above is widespread, and each leaf can be observed from the outside, so measuring the total leaf area using images is relatively easy.
しかしながら、イチゴの場合、株の内側に存在する葉を外部から観察するのが難しかったり、隣接する株同士の葉が重なって観察しにくかったりするため、株を外部から撮影した画像を用いても、各株の総葉面積を計測することが難しい。 However, in the case of strawberries, it is difficult to observe the leaves inside the plant from the outside, and the leaves of adjacent plants overlap, making them difficult to observe, so it is difficult to measure the total leaf area of each plant even using images taken from the outside.
そこで、本発明は、イチゴの株それぞれの総葉面積を精度よく算出することが可能なイチゴの株の葉面積算出システムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a strawberry plant leaf area calculation system that can accurately calculate the total leaf area of each strawberry plant.
本発明のイチゴの株の葉面積算出システムは、イチゴの株に上方から風を吹き付ける吹き付け装置と、前記株に風が吹き付けられた状態で前記株の画像を上方から撮影する撮影装置と、前記画像から、前記イチゴの株の総葉面積を算出する算出装置と、を備え、前記算出装置は、過去に算出した前記株の葉それぞれの葉面積を記憶する記憶部を有し、新たに撮影された第1画像の中から、前記株のうち、最も幼い第1葉と次に幼い第2葉を少なくとも含む対象葉を特定し、前記対象葉の葉面積を前記画像から算出し、前記記憶部に記憶されている前記対象葉以外の葉の葉面積と、算出した前記対象葉の葉面積と、を合計して、前記株の総葉面積を算出する。 The strawberry plant leaf area calculation system of the present invention comprises a blowing device that blows wind onto the strawberry plant from above, an image capture device that captures an image of the plant from above while the wind is blowing onto the plant, and a calculation device that calculates the total leaf area of the strawberry plant from the image. The calculation device has a memory unit that stores the leaf area of each leaf of the plant that was previously calculated, identifies target leaves that include at least the youngest first leaf and the next youngest second leaf of the plant from a newly captured first image, calculates the leaf area of the target leaves from the image, and calculates the total leaf area of the plant by adding up the leaf areas of the leaves other than the target leaves stored in the memory unit and the calculated leaf area of the target leaves.
本発明のイチゴの株の葉面積算出システムは、イチゴの株それぞれの総葉面積を精度よく算出することができるという効果を奏する。 The strawberry plant leaf area calculation system of the present invention has the effect of being able to accurately calculate the total leaf area of each strawberry plant.
以下、一実施形態に係る葉面積算出システムについて、詳細に説明する。 The leaf area calculation system according to one embodiment is described in detail below.
図1には、一実施形態に係る葉面積算出システム100の構成が概略的に示されている。本実施形態においては、葉面積算出システム100は、例えば、図1に示すような栽培ベッド12で高設栽培されているイチゴの株それぞれの葉面積(総葉面積)を算出し、記録するシステムである。なお、イチゴの株は、栽培ベッド12で栽培されていなくてもよく、例えば畝に地植えされていてもよい。
Figure 1 shows a schematic configuration of a leaf
葉面積算出システム100は、モニタリング装置10と、算出装置としての情報処理装置90と、を備える。モニタリング装置10は、栽培ベッド12近傍を移動して、イチゴの株を上方から撮影した画像を取得する装置である。情報処理装置90は、モニタリング装置10と通信可能に接続されており、モニタリング装置10から取得した画像や位置情報に基づいて、栽培ベッド12に植えられているイチゴの株それぞれの葉面積(総葉面積)を算出する。情報処理装置90とモニタリング装置10との間は、有線LAN(Local Area Network)等により有線接続されていてもよいし、WiFi等により無線接続されていてもよい。また、情報処理装置90は、モニタリング装置10に搭載されていてもよい。なお、本実施形態では、栽培ベッド12の延伸方向をX軸方向とし、水平面内でX軸方向と垂直に交差する方向をY軸方向とし、鉛直方向をZ軸方向として説明する。
The leaf
モニタリング装置10は、図1に示すように、栽培ベッド12の下方(地面上)においてX軸方向に沿って敷設されたレール14上に設置されている。モニタリング装置10は、レール14に沿ってX軸方向に移動可能となっている。
As shown in FIG. 1, the
モニタリング装置10は、筐体20と、車輪22と、撮影装置としてのカメラ24と、吹き付け装置としてのブロワー26と、モータ28と、位置検出装置29と、制御装置30と、を備える。筐体20は略矩形枠状の形状を有する。筐体20の天井板20aは、栽培ベッド12やイチゴの株の上方まで張り出しており、天井板20aの下面(-Z面)とイチゴの株は上下対向した状態となっている。
The
車輪22は、モータ28により、レール14上で回転駆動される。モータ28は、制御装置30により回転制御される。
The
カメラ24及びブロワー26は、筐体20の天井板20aの下面に設けられている。カメラ24は、イチゴの株を上方から撮影する。ブロワー26は、イチゴの株に対して上方から下方に向けて風を吹き付ける機能を有する。制御装置30は、ブロワー26によって株に風を吹きつけ、その状態で、カメラ24を用いて株を上方から撮影する。なお、カメラ24によって撮影された画像は、制御装置30に送信される。
The
位置検出装置29は、例えば、栽培ベッド12近傍に設置された複数のRFID(radio frequency identifier)タグと通信可能なRFIDリーダを有する位置検出装置や、栽培ベッド12近傍に設置されたマーカを撮影可能なカメラを有する位置検出装置、車輪22やモータ28の回転量から位置検出を行う位置検出装置などである。位置検出装置29は、カメラ24のXY位置を検出する。カメラ24のXY位置からは、撮影される画像(撮影範囲)内の各点のXY位置を特定することができる。また、位置検出装置29の検出結果は、制御装置30に送信され、制御装置30は、位置検出装置29の検出結果に基づいてモータ28を制御し、モニタリング装置10の位置(カメラ24の撮影箇所)を調整する。また、制御装置30は、カメラ24によって撮影された画像と、当該画像の位置情報(XY位置)とを、情報処理装置90に送信する。
The
情報処理装置90は、制御装置30から送信されてきた画像と位置情報とを用いて、株の位置を特定し、各株の総葉面積を算出する。図2には、情報処理装置90のハードウェア構成が示されている。図2に示すように、情報処理装置90は、CPU(Central Processing Unit)190、ROM(Read Only Memory)192、RAM(Random Access Memory)194、記憶部(HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等)196、ネットワークインタフェース197、及び可搬型記憶媒体用ドライブ199等を備えている。これら情報処理装置90の構成各部は、バス198に接続されている。情報処理装置90では、ROM192あるいは記憶部196に格納されているプログラム、或いは可搬型記憶媒体用ドライブ199が可搬型記憶媒体191から読み取ったプログラムをCPU190が実行することにより、図3に示す各部の機能が実現される。なお、図3の各部の機能は、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等の集積回路により実現されてもよい。
The
図3は、情報処理装置90のCPU190がプログラムを実行することにより実現されている機能を示すブロック図である。図3に示すように、情報処理装置90は、画像取得部50、画像解析部52、データ管理部54、総葉面積算出部56として機能する。なお、図3には、記憶部196に格納されている葉面積DB60及び総葉面積DB62も図示されている。
Figure 3 is a block diagram showing functions realized by the
画像取得部50は、ブロワー26によって風が吹きつけられた状態の株を上方から撮影した画像を制御装置30から取得する。なお、画像取得部50は、画像とともに、画像の位置情報についても取得する。
The
ここで、本実施形態において、ブロワー26からイチゴの株に風を吹き付けた状態で撮影を行う理由について説明する。図4(a)には、イチゴの株を上方から撮影した画像が示されている。図4(a)に示すように、イチゴの株は、内側に存在する葉を外部から観察するのが難しかったり、隣接する株同士の葉が重なって観察しにくかったりする。図4(b)には、1つの株を上方から撮影した画像が示され、図4(c)には、図4(b)の株に上方から風を吹き付け、撮影した画像が示されている。図4(b)と図4(c)とを比較するとわかるように、株に対して上方から風を吹き付けて撮影することで、内側に存在する葉が撮影しやすくなる。例えば、図4(d)に示すように、株の中心付近に存在している若い葉(最も幼い葉である第1葉(新葉)、次に幼い第2葉、次に幼い第3葉など)を撮影しやすくなっている。
Here, the reason why the strawberry plant is photographed while wind is blown from the
図3に戻り、画像解析部52は、画像取得部50が取得した画像を解析して、画像内に存在する株の中心位置を特定するとともに、例えば、第1葉(新葉)、第2葉、第3葉を計測対象葉として特定する。また、画像解析部52は、画像を解析して、特定した計測対象葉(第1葉~第3葉)の葉面積を算出する。
Returning to FIG. 3, the
データ管理部54は、画像解析部52による解析結果(例えば計測対象葉の葉面積の算出結果)を取得し、葉面積DB60を更新する。ここで、葉面積DB60においては、図5に示すようなデータを株ごとに管理しているものとする。図5に示すように、葉面積DB60には、「株ID」、「株中心位置」、「第1葉と株中心を結ぶ直線の角度」、「各葉の葉面積」の情報が格納されている。株IDは、株の定植直後に各株に割り振られる識別情報である。その他の情報の詳細については、後述する。
The
総葉面積算出部56は、葉面積DB60に格納されている情報を用いて、各株の葉面積(総葉面積)を算出する。総葉面積算出部56は、算出した総葉面積の情報を、総葉面積DB62に格納する。総葉面積DB62には、例えば、図6に示すように、算出年月日ごとに、株IDと対応付けて各株の総葉面積の値が格納されている。
The total leaf
(情報処理装置90の処理について)
次に、情報処理装置90の処理について、詳細に説明する。
(Regarding the processing of the information processing device 90)
Next, the processing of the
(1回目の算出処理について)
まず、株の定植後において、各株の総葉面積を最初に算出する際の処理(1回目の算出処理)について、図7のフローチャートに沿って説明する。この1回目の算出処理のタイミングは、株に4つ以上の葉が出てきていないタイミングであるものとする。
(Regarding the first calculation process)
First, the process for initially calculating the total leaf area of each plant after planting (first calculation process) will be described with reference to the flowchart in Fig. 7. The timing of this first calculation process is assumed to be the timing when four or more leaves have not yet appeared on the plant.
なお、モニタリング装置10は、栽培ベッド12上の全ての株を順に撮影する。すなわち、制御装置30は、位置検出装置29の検出結果に基づいて、モニタリング装置10の位置(カメラ24の位置)をX軸方向に所定距離ずつ移動させつつ、カメラ24を用いて画像を撮影する。この撮影の際には、ブロワー26からイチゴの株に対して上方から風を吹き付ける。情報処理装置90には、モニタリング装置10の制御装置30から、カメラ24で撮影された画像と、画像の位置情報とが順次送信されてくる。
The
図7の処理が開始されると、まず、ステップS10において、画像取得部50は、モニタリング装置10の制御装置30から、画像と画像の位置情報とが送信されてくるまで待機する。制御装置30から画像と位置情報が送られてくると、画像取得部50は、画像及び位置情報を取得し、ステップS12に移行する。
When the process in FIG. 7 is started, first, in step S10, the
ステップS12に移行すると、画像解析部52は、取得した画像内に存在する株の中心を検出する。画像解析部52は、例えば、株の形状と株の中心とを示す多数の画像を学習データとして深層学習を行い、得られた学習モデルを用いて、取得した画像内に存在する株の中心を検出することができる。また、画像解析部52は、深層学習以外の方法を用いて、株の中心を検出することもできる。例えば、画像解析部52は、図8(a)に示すように、複数の葉柄を検出し、それらの延長線上の交点を株の中心として検出することができる。この方法を採用すると、図8(b)に示すように株の中心が他の株の葉などにより隠れている場合でも、株の中心を精度よく検出することができる。また、図8(c)に示すように、イチゴは通常3枚の葉が1つの葉柄に接続されているので、画像解析部52は、例えば、3枚の葉のうち真ん中の葉の長手方向に直線(図8(c)の破線参照)を引く処理を複数回行い、それらの直線の交点を株の中心としてもよい。なお、画像解析部52は、深層学習を用いた株の中心の検出を優先的に実施し、深層学習では株の中心を検出できなかった場合に、図8(a)、図8(b)や図8(c)の方法で株の中心を検出するようにしてもよい。画像解析部52は、検出した株の中心のXY座標をデータ管理部54に送信し、データ管理部54は受信したXY座標を葉面積DB60に格納する。具体的には、データ管理部54は、中心を検出した株に株IDを割り当て、図5の葉面積DB60の「株ID」の欄に割当てた株IDを格納するとともに、「株中心位置」の欄に検出した株の中心のXY座標を格納する。
When proceeding to step S12, the
図7に戻り、次のステップS14では、画像解析部52は、第1葉を検出する処理を実行する。画像解析部52は、例えば、葉の画像と未展開の度合いとを関連付けた多数の学習データを用いて深層学習を行い、学習モデルを得る。そして、画像解析部52は、得られた学習モデルを用いて、画像内から株の未展開葉を検出し、検出された未展開葉を第1葉とすることができる。また、画像解析部52は、画像から葉を検出し、検出された葉のうち最も小さな葉を第1葉と決定することとしてもよい。また、画像解析部52は、画像から葉を検出し、検出された葉のうち最も色が薄い葉を第1葉と決定することとしてもよい。また、画像解析部52は、画像から葉を検出し、検出された葉のうち株の中心からの距離が最も短い葉を第1葉と決定することとしてもよい。なお、画像解析部52は、深層学習により第1葉を特定する方法を優先的に適用し、当該方法では第1葉を特定できなかった場合に、上述したその他の方法で第1葉を特定するようにしてもよい。また、画像解析部52は、上述した方法のうちの複数の方法を用いて第1葉を特定し、複数の特定結果を総合して第1葉を特定するようにしてもよい。
Returning to FIG. 7, in the next step S14, the
次いで、ステップS16では、画像解析部52は、第1葉と株の中心を結ぶ直線の、基準線に対する角度を検出する。具体的には、画像解析部52は、図9(a)に示すように、第1葉の株の中心から最も遠い点Pと、株の中心とを結ぶ直線Lと、画像の基準線(例えば、Y軸)との間の角度(時計回り方向の角度)θを検出する。画像解析部52は、検出した角度θをデータ管理部54に送信し、データ管理部54は受信した角度θを葉面積DB60に格納する。具体的には、データ管理部54は、図5の葉面積DB60の「第1葉と株中心を結ぶ直線の角度」の欄に角度θを格納する。
Next, in step S16, the
なお、図9(a)では、直線Lが、第1葉の株の中心から最も遠い点Pと、株の中心と、を結んだ直線である場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、直線Lは、第1葉の画像の重心点と、株の中心と、を結んだ直線であってもよい。また、第1葉の葉柄が伸びる方向を直線Lとしてもよい。また、第1葉の中央の葉(通常、第1葉は3枚の葉を有するため、それらの真ん中に位置する葉)を取り囲む矩形(近似矩形)を特定し、当該近似矩形の長辺を直線Lとしてもよい。また、第1葉全体(3枚の葉全て)を取り囲む近接した矩形(近似矩形)を特定し、当該近似矩形の辺のいずれか(例えば葉柄が伸びる方向と近似する方向に伸びる辺)を直線Lとしてもよい。更に、第1葉の中央の葉を近似した楕円の長軸や、第1葉をひし形に近似したときの、対角線の方向を直線Lとしてもよい。すなわち、直線Lは、画像から得られる、株の中心から第1葉が伸びる方向とみなすことが可能な直線であれば、上記以外の直線であってもよい。 9(a), the straight line L is a straight line connecting the point P of the first leaf farthest from the center of the plant and the center of the plant, but this is not limited to this. For example, the straight line L may be a straight line connecting the center of gravity of the image of the first leaf and the center of the plant. The straight line L may be the direction in which the petiole of the first leaf extends. A rectangle (approximate rectangle) surrounding the central leaf of the first leaf (usually the first leaf has three leaves, so the leaf located in the middle of them) may be specified, and the long side of the approximate rectangle may be the straight line L. A close rectangle (approximate rectangle) surrounding the entire first leaf (all three leaves) may be specified, and one of the sides of the approximate rectangle (for example, a side extending in a direction approximating the direction in which the petiole extends) may be the straight line L. Furthermore, the long axis of an ellipse approximating the central leaf of the first leaf, or the diagonal direction when the first leaf is approximated to a rhombus may be the straight line L. In other words, the straight line L may be any straight line other than those mentioned above, so long as it can be regarded as a straight line obtained from the image and can be regarded as the direction in which the first leaf grows from the center of the plant.
次いで、ステップS18では、画像解析部52は、第2葉と第3葉を特定し、第1葉~第3葉を計測対象葉とする。ここで、イチゴの場合、図9(b)に示すように、第2葉は、株の中心を起点に第1葉の伸びる方向から約144°回転したところにあることが知られている。また、第3葉は、株の中心を起点に第2葉の伸びる方向から約144°回転したところにある(第1葉の伸びる方向から約288°回転したところにある)ことが知られている。したがって、画像解析部52は、第1葉を基準として、第2葉、第3葉を特定し、第1~第3葉を計測対象葉とする。なお、第3葉がない場合もあるので、その場合には、第1葉、第2葉を計測対象葉とすればよい。
Next, in step S18, the
次いで、ステップS20では、画像解析部52が、計測対象葉の葉面積を算出する。この場合、画像解析部52は、計測対象葉に対応する画素の数(面積)と、予め定められている撮影高さと、を用いて計測対象葉の葉面積を算出することができる。なお、撮影高さは、複数カメラの画像を用いて算出することとしても良いし、深度カメラや距離センサを用いて計測してもよい。また、移動計測による多点計測から、株までの高さを3次元化してもよい。画像解析部52は、計測された葉面積をデータ管理部54に送信し、データ管理部54は受信した葉面積を葉面積DB60に格納する。具体的には、データ管理部54は、図5の葉面積DB60の各葉の葉面積の欄に葉面積の計測値を格納する。
Next, in step S20, the
次いで、ステップS22では、総葉面積算出部56が、葉面積DB60に記憶されている全ての葉の葉面積を合計し、総葉面積DB62に格納する。以上により、1つの株についての1回目の算出処理が終了する。なお、取得した画像内に、別の株が存在している場合には、当該株について、図7のステップS12~S22の処理を繰り返し実行するものとする。また、図7の処理が終わった後も、モニタリング装置10で順次撮影される画像に対し図7の処理は繰り返し実行され、栽培ベッド12で栽培されている全ての株の総葉面積が算出されるようになっている。
Next, in step S22, the total leaf
なお、図7の処理(1回目の算出処理)は、株に4つ以上の葉が出てきているタイミングで行われてもよい。
例えば、(1)第1葉(新葉)、第2葉、第3葉の葉面積については、図7の処理により算出し、その他の葉の葉面積については、上方から撮影した画像から算出し、これらを合算して株の総葉面積を算出してもよい。
また、例えば、(2)第1葉(新葉)、第2葉、第3葉の葉面積については、図7の処理により算出し、その他の葉については、予め定めた葉面積であると仮定して、これらを合算して株の総葉面積を算出してもよい。
更に、例えば、(3)第1葉(新葉)、第2葉、第3葉の葉面積については、図7の処理により算出し、その他の葉の葉面積については無視する(葉面積=0)こととしてもよい。第1回目の算出処理が定植時に近ければ、その他の葉の大きさは然程大きくないので無視しても問題ないと考えられるからである。
The process in FIG. 7 (first calculation process) may be performed when four or more leaves appear on the plant.
For example, (1) the leaf area of the first leaf (new leaf), second leaf, and third leaf may be calculated using the process of Figure 7, and the leaf area of the other leaves may be calculated from images taken from above, and these may be added together to calculate the total leaf area of the plant.
Also, for example, (2) the leaf areas of the first leaf (new leaf), second leaf, and third leaf may be calculated using the process of Figure 7, and the leaf areas of the other leaves may be assumed to be predetermined values, and these may be added together to calculate the total leaf area of the plant.
Furthermore, for example, (3) the leaf areas of the first leaf (new leaf), second leaf, and third leaf may be calculated by the process in Fig. 7, and the leaf areas of the other leaves may be ignored (leaf area = 0). This is because if the first calculation process is close to the time of planting, the size of the other leaves is not so large that it is considered that there is no problem in ignoring them.
(2回目以降の算出処理について)
次に、2回目以降の葉面積の算出処理について、図11、図12のフローチャートに沿って処理が行われる。以下の説明においては、1回目の算出処理において葉面積DB60に図10に示すようなデータが格納された株(株ID=00001)の2回目の算出処理について説明する。なお、2回目の算出処理が実行されるタイミングは、例えば、1回目の算出処理において第1葉(新葉)と特定された葉が、第2葉又は第3葉と特定されるようなタイミングであるものとする。
(Regarding calculation process from the second time onwards)
Next, the second and subsequent leaf area calculation processes are performed according to the flowcharts of Figures 11 and 12. In the following description, the second calculation process of a stock (stock ID = 00001) in which data such as that shown in Figure 10 was stored in the
図11の処理では、まず、ステップS50において、画像取得部50は、モニタリング装置10の制御装置30から、画像と画像の位置情報とが送信されてくるまで待機する。制御装置30から画像と位置情報が送られてくると、画像取得部50はこれを取得し、ステップS52に移行する。
In the process of FIG. 11, first, in step S50, the
ステップS52に移行すると、画像解析部52は、第1葉を検出する処理を実行する。具体的には、画像解析部52は、図12のフローチャートに沿った処理を実行する。
When the process proceeds to step S52, the
図12の処理においては、画像解析部52は、まずステップS102において、株の中心を検出する。この処理は、前述したステップS12と同様である。そして、画像解析部52は、葉面積DB60を参照して、検出した株の中心座標と最も近い中心座標が格納されているデータ(株ID)を特定する。ここでは、図10に示す株ID=00001の株の中心と、今回検出された株の中心とが最も近かったため、株ID=00001が特定されたものとする。
In the process of FIG. 12, the
次いで、ステップS104では、画像解析部52が、第1葉を検出する。この処理は、前述したステップS14と同様である。
Next, in step S104, the
次いで、ステップS106では、画像解析部52が、第1葉と株の中心を結ぶ直線の基準線に対する角度(角度θ2とする)を検出する。この処理は、前述したステップS16と同様である。
Next, in step S106, the
次いで、ステップS108では、画像解析部52が、前回の計測で得られた、第1葉と株の中心を結ぶ直線の基準線に対する角度(図10のθ1)との差を算出する。この場合、画像解析部52は、θ1-θ2を算出する。
Next, in step S108, the
ステップS110では、画像解析部52が、ステップS108で算出した差(θ1-θ2)が約0°か否かを判断する。このステップS110の判断が肯定された場合、ステップS112に移行し、画像解析部52は、検出された第1葉が前回検出時の第1葉と同一の葉である特定する。その後は、図12の全処理を終了し、図11のステップS54に移行する。
In step S110, the
一方、ステップS110の判断が否定されると、ステップS114に移行し、画像解析部52は、差が約144°であるか否かを判断する。このステップS114の判断が肯定されると、ステップS116に移行し、画像解析部52は、検出された第1葉が新たに出てきた1枚目の葉であると特定する。その後は、図12の全処理を終了し、図11のステップS54に移行する。
On the other hand, if the determination in step S110 is negative, the process proceeds to step S114, where the
一方、ステップS114の判断が否定されると、ステップS118に移行し、画像解析部52は、差が約288°か否かを判断する。このステップS118の判断が肯定されると、ステップS120に移行し、画像解析部52は、検出された第1葉が新たに出てきた2枚目の葉であると特定する。その後は、図12の全処理を終了し、図11のステップS54に移行する。
On the other hand, if the determination in step S114 is negative, the process proceeds to step S118, where the
一方、ステップS118の判断が否定されると、ステップS122に移行し、画像解析部52は、エラー出力し、図11の以降の処理を実行せずに、終了する。なお、ステップS118が否定される場合とは、計測間隔が長すぎる場合やわき芽が発生している場合であると考えられるため、画像解析部52は、その旨を生産者等に通知する。
On the other hand, if the determination in step S118 is negative, the process proceeds to step S122, where the
図12の処理が行われ、図11のステップS54に移行すると、画像解析部52は、第2葉と第3葉を特定し、第1葉~第3葉を計測対象葉とする。このステップS54の処理は、前述した図7のステップS18と同様であるので、第1葉を基準として、第2葉、第3葉を特定するようにすればよい。ただし、2回目以降の算出処理においては、前回の算出処理で得られた情報を利用することで、第2葉、第3葉が正しく特定されたかを確認し、特定精度を高めてもよい。例えば、前回の算出処理で、今回の第2葉(例えば前回の第1葉)、今回の第3葉(例えば前回の第2葉)の面積が得られているので、その面積と算出処理の実施間隔とから今回の第2葉、第3葉の面積がどの程度であるかを推定し、特定した第2葉、第3葉の面積が推定した面積と類似している場合に、第2葉、第3葉が正しく特定されたと判断してもよい。また、例えば、前回の算出処理で、今回の第2葉(例えば前回の第1葉)、今回の第3葉(例えば前回の第2葉)の株の中心からの距離が得られている場合には、その距離と算出処理の実施間隔とから今回の第2葉、第3葉の株の中心からの距離がどの程度であるかを推定し、特定した第2葉、第3葉の株の中心からの距離が推定した距離と類似している場合に、第2葉、第3葉が正しく特定されたと判断してもよい。
When the process of FIG. 12 is performed and the process proceeds to step S54 of FIG. 11, the
また、一般的には、第1葉、第2葉、第3葉の順で、(1)葉の面積の増大、(2)葉柄長の伸長度合、(3)色の変化、が大きいことが知られているので、この情報を利用して、第2葉、第3葉が正しく特定されたかを確認してもよい。 In addition, it is generally known that the order of the first leaf, second leaf, and third leaf is the largest in terms of (1) increase in leaf area, (2) degree of elongation of petiole length, and (3) change in color. Therefore, this information can be used to confirm whether the second and third leaves have been correctly identified.
次いで、ステップS56では、画像解析部52が、計測対象葉の葉面積を算出する。この処理は、図7のステップS20と同様である。なお、株には、計測対象葉以外の葉もあるが、計測対象葉以外の葉については葉面積を算出しないこととする。ここで、図13には、第1葉(新葉)~第5葉の1週間ごとの葉面積の変化量が示されている。図13に示すように、第1葉(新葉)、第2葉、第3葉は、葉面積が大きく変化する一方、第4葉、第5葉については、ほとんど変化(成長)しないことがわかる。したがって、本実施形態においては、2回目以降の算出処理において、株の全ての葉の葉面積を算出するのではなく、計測対象葉(ここでは、第1葉~第3葉)の葉面積のみを算出し、第4葉以降の葉については、前回の算出処理において得られた葉面積をそのまま用いることとしている。
Next, in step S56, the
次いで、ステップS58では、データ管理部54が、検出された第1葉が、前回までなかった葉であるか否かを判断する。この場合、データ管理部54は、ステップS52bにおいて、図12のステップS116、S120のいずれかを経たかを判断する。このステップS58の判断が肯定されると、ステップS60に移行し、画像解析部52は、新たに検出された葉数をmとし、前回の第n葉が第n+m葉となるように葉面積DB60を書き換える。例えば、新たに1枚の葉が検出された場合(図12のステップS116を経た場合)には、図10の葉面積DB60は、図14(a)に示すように書き換えられる。また、新たに2枚の葉が検出された場合(図12のステップS120を経た場合)には、図10の葉面積DB60は、図14(b)に示すように書き換えられる。
Next, in step S58, the
次いで、ステップS62では、データ管理部54は、計測対象葉の葉面積を葉面積DB60に上書きする。例えば、ステップS56において、第1葉の葉面積=S1a'、第2葉の葉面積=S2a'、第3葉の葉面積=S3a'が算出された場合、図14(a)の葉面積DB60であれば、図15(a)のように上書きされる。また、図14(b)の葉面積DB60であれば、図15(b)のように上書きされる。その後は、ステップS66に移行する。
Next, in step S62, the
一方、ステップS58の判断が否定された場合、すなわち、図12のステップS112を経た場合には、ステップS64に移行し、データ管理部54は、計測対象葉の葉面積を葉面積DB60に上書きする。例えば、図10の葉面積DB60は、図16のように上書きされる。その後はステップS66に移行する。
On the other hand, if the determination in step S58 is negative, i.e., if step S112 in FIG. 12 has been executed, the process proceeds to step S64, where the
次いで、ステップS66に移行すると、データ管理部54は、葉面積DB60から減算対象の葉を特定し、葉面積DB60から削除する。例えば、生産者がどの葉を摘葉したかや、どの葉が枯死したかを記録している場合には、データ管理部54は、摘葉した葉や枯死した葉のデータを葉面積DB60から削除する。また、時期によって各株で何枚葉を残すかが予め定められている場合には、データ管理部54は、栽培開始からの期間に基づいて、古い葉のデータを葉面積DB60から削除する。また、古い葉は光合成活性が低いので、古い葉を総葉面積に含めないようにするために、データ管理部54は、古い葉のデータを葉面積DB60から削除する。更に、下の方の葉は、他の葉と重なり、光が当たり難いため、データ管理部54は、下の方の葉のデータを葉面積DB60から削除する。
Next, when the process proceeds to step S66, the
次いで、ステップS68では、総葉面積算出部56は、葉面積DB60に記憶されている全ての葉の葉面積(総葉面積)を算出し、総葉面積DB62に格納する。この処理は、図7のステップS22と同様である。
Next, in step S68, the total leaf
以上により、1つの株についての2回目以降の算出処理が終了する。なお、取得した画像内に、別の株が存在している場合には、当該株について、図11、図12の処理を繰り返し実行するものとする。また、図11の処理が終わった後も、モニタリング装置10で順次撮影される画像に対し図11の処理は繰り返し実行され、栽培ベッド12で栽培されている全ての株の総葉面積が算出されるようになっている。
This completes the second and subsequent calculation processes for one plant. If another plant is present in the acquired image, the processes in Figures 11 and 12 are repeated for that plant. Even after the process in Figure 11 is completed, the process in Figure 11 is repeated for images captured sequentially by the
上記のようにして算出される各株の総葉面積は、各株における光合成量の推定に用いることができる。したがって、本実施形態のように精度よく算出された総葉面積を用いることで、光合成量を精度よく推定することができる。なお、光合成量を推定する際には、総葉面積を用いずに、各葉の葉面積を用いることもできる。この場合、光合成量の推定において、葉位に応じた光合成活性の差異を考慮することで、光合成量をより精度よく推定することができる。また、精度よく推定された光合成量を用いることで、生育予測や収量予測を精度よく行うことが可能である。 The total leaf area of each plant calculated as described above can be used to estimate the amount of photosynthesis in each plant. Therefore, by using the total leaf area calculated with high accuracy as in this embodiment, the amount of photosynthesis can be estimated with high accuracy. When estimating the amount of photosynthesis, the leaf area of each leaf can be used instead of the total leaf area. In this case, by taking into account the difference in photosynthetic activity according to the leaf position in estimating the amount of photosynthesis, the amount of photosynthesis can be estimated with high accuracy. Furthermore, by using the amount of photosynthesis estimated with high accuracy, it is possible to perform growth prediction and yield prediction with high accuracy.
以上、詳細に説明したように、本実施形態の葉面積算出システム100は、イチゴの株に上方から風を吹き付けるブロワー26と、株に風が吹き付けられた状態で株の画像を上方から撮影するカメラ24とを有するモニタリング装置10と、画像から、イチゴの株の総葉面積を算出する情報処理装置90と、を備えている。この情報処理装置90は、過去に算出した葉それぞれの葉面積を記憶する葉面積DB60を有している。そして、情報処理装置90は、新たに撮影された画像の中から、計測対象葉(第1葉~第3葉)を特定し、計測対象葉の葉面積を画像から算出して、葉面積DB60に記憶されている計測対象葉以外の葉の葉面積と、算出した対象葉の葉面積を合計して、株の総葉面積を算出する。このように、本実施形態では、ブロワー26で風を吹き付けた状態で株を上方から撮影するので、株の中心近傍に存在する幼い葉(例えば第1葉~第3葉)を撮影しやすくすることができる。また、総葉面積を算出する際に、幼い葉を計測対象葉とし、計測対象葉の葉面積のみを算出し、計測対象葉以外(葉面積がほとんど変化しない葉)の葉面積は、葉面積DB60に記憶されている葉面積を用いることで、イチゴの株の総葉面積を精度よく算出することができる。また、株のうちの一部の葉の葉面積を算出しないこととしているので、全ての葉の葉面積を算出する場合に比べ、処理量を削減することができる。
As described above in detail, the leaf
また、本実施形態では、情報処理装置90は、株の総葉面積を算出する際に、株から無くなった葉(摘葉された葉)、株から無くなったと推定される葉、光合成に寄与しないと推定される葉、の葉面積を加算しないこととしている。これにより、株の総葉面積や、光合成に寄与する株の総葉面積を精度よく算出することができる。
In addition, in this embodiment, when calculating the total leaf area of a plant, the
また、本実施形態では、情報処理装置90は、撮影された画像を解析して、株の中心と、第1葉(新葉)の位置を特定し、株の中心と第1葉を結ぶ直線を基準として、第2葉や第3葉を特定する。これにより、イチゴの株の特性を利用して、第2葉や第3葉を精度よく特定することができる。
In addition, in this embodiment, the
また、本実施形態では、情報処理装置90は、撮影された画像から株が有する2以上の葉柄の位置を検出(図8(a)、図8(b))又は推定(図8(c))し、2以上の葉柄が交差する位置を株の中心と特定する。これにより、イチゴの株の特性を利用して、株の中心を精度よく特定することができる。また、特定された株の中心を用いて、中心の位置が一致する株は同一の株であることとして株のデータを管理することで、株のデータを継続的に管理することができる。
In addition, in this embodiment, the
なお、上記実施形態では、計測対象葉が第1葉~第3葉である場合について説明したが、これに限られるものではない。品種や、栽培方法、栽培地域により異なるが、図13のグラフにおいて、第3葉の変化量が第4葉や第5葉とほとんど変わらないと判断できるような場合には、計測対象葉は、第1葉と第2葉のみであってもよい。また、図13のグラフにおいて、第4葉の変化量が大きいと判断できるような場合には、計測対象葉を第1葉~第4葉としてもよい。 In the above embodiment, the measurement leaves are the first to third leaves, but this is not limited to the above. Although this will vary depending on the variety, cultivation method, and cultivation region, if it is determined in the graph of FIG. 13 that the amount of change in the third leaf is almost the same as that in the fourth and fifth leaves, the measurement leaves may be only the first and second leaves. Also, if it is determined in the graph of FIG. 13 that the amount of change in the fourth leaf is large, the measurement leaves may be the first to fourth leaves.
なお、上記実施形態では、モニタリング装置10がレール14に沿って移動する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、カメラ24やブロワー26、位置検出装置29、制御装置30を搭載した無人航空機(ドローンやマルチコプタ)をモニタリング装置として用いることとしてもよい。この場合、無人航空機のプロペラによる風圧がブロワー26からの風と同等の風圧である場合には、ブロワー26を省略してもよい。
In the above embodiment, the
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。 The above-described embodiment is a preferred example of the present invention. However, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
10 モニタリング装置
24 カメラ(撮影装置)
26 ブロワー(吹き付け装置)
60 葉面積DB(記憶部)
90 情報処理装置(算出装置)
100 葉面積算出システム
10
26 Blower (spraying device)
60 Leaf area DB (memory part)
90 Information processing device (calculation device)
100 Leaf area calculation system
Claims (7)
前記株に風が吹き付けられた状態で前記株の画像を上方から撮影する撮影装置と、
前記画像から、前記イチゴの株の総葉面積を算出する算出装置と、を備え、
前記算出装置は、
過去に算出した前記株の葉それぞれの葉面積を記憶する記憶部を有し、
新たに撮影された第1画像の中から、前記株のうち、最も幼い第1葉と次に幼い第2葉を少なくとも含む対象葉を特定し、
前記対象葉の葉面積を前記画像から算出し、
前記記憶部に記憶されている前記対象葉以外の葉の葉面積と、算出した前記対象葉の葉面積と、を合計して、前記株の総葉面積を算出する、
ことを特徴とするイチゴの株の葉面積算出システム。 A blowing device that blows air onto strawberry plants from above,
A photographing device that photographs an image of the plant from above while wind is blowing on the plant;
A calculation device for calculating a total leaf area of the strawberry plant from the image,
The calculation device is
A memory unit that stores previously calculated leaf areas of each of the leaves of the plant,
Identifying target leaves including at least the youngest first leaf and the next youngest second leaf of the plant from the newly captured first image;
Calculating the leaf area of the target leaf from the image;
The leaf area of the leaves other than the target leaf stored in the storage unit and the calculated leaf area of the target leaf are summed to calculate a total leaf area of the plant.
A system for calculating the leaf area of strawberry plants.
前記株の中心と前記第1葉を結ぶ直線を基準として、前記第1葉以外の前記対象葉を特定する、ことを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のイチゴの株の葉面積算出システム。 The computing device analyzes the first image to identify a center of the plant and a location of the first leaf;
The strawberry plant leaf area calculation system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the target leaves other than the first leaf are identified based on a straight line connecting the center of the plant and the first leaf.
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