JP6276100B2 - 農作物の成長観察システム - Google Patents

Description

本発明は、農作物を管理しながら育成させる施設園芸、例えば、ハウス栽培、水耕栽培、植物工場等にて使用される農作物の成長観察システムに関する。

施設園芸では、農作物例えばトマトを育成させる時、肥料濃度、日照、温度、湿度、飽差等を管理し、炭酸同化作用をコントロールすることによって、育成状況を変化させている。植物の環境条件を最適にすることによって、農作物から収穫される成果物の品質向上、収量増加が達成できる。

特開平８−２６６１５５公報

しかしながら、農作物の成長と成果物の品質及び収量等との関係について、生産者の経験と勘で捉えている要素を次世代の生産者に正確に継承することは困難であった。また、環境条件が最適かどうかの判断を農作物の全体観察から行うことは取得する情報が多様になりすぎるため、正確な生育状態の把握は困難であった。一方、農作物の一つ一つに対して作業者が手作業で生育状態を把握するためのデータ取得を行うことは多大な手間と労力が必要であり、情報の取得数にも限界があった。

そこで、上記課題を解決する手段として本発明に係る農作物の成長観察システムは、農作物が栽培されてなる育成空間と、前記農作物の中から選択された一の観察対象植物と、前記観察対象植物の地上構成部分の一端部である測定目標と、前記観察対象植物の茎に取り付けられた基点標識とを含んでなる画像取得領域と、前記観察対象領域を撮像するカメラ部と、前記カメラ部に接続され、情報記憶部を有する情報処理部を備え、前記カメラ部は撮像した前記画像取得領域の画像情報を前記情報処理部に送信する画像情報送信手段を有し、前記情報処理部は、前記カメラ部から送信された画像情報を受信する画像情報受信手段と、前記画像情報から前記基点標識を認識する基点認識手段と、前記画像情報から前記測定目標を認識する測定目標認識手段と、認識された前記基点標識から前記測定目標までの成長長さＬ１を取得する成長長さ取得手段と、取得した成長長さＬ１を前記情報記憶部に記憶する成長長さ記憶手段とを有することを特徴とする。

本発明は、農作物全般に適用することができ、農作物として好ましくは、トマト、ナス、じゃがいも、ピーマン等のナス科、及びウリ、キュウリ、かぼちゃ、スイカ、メロン、ゴーヤ等のウリ科から選ばれる果菜類が挙げられ、より好ましくはトマト、キュウリ、ナスであり、さらに好ましくはトマトである。

育成空間は農作物を育成させる施設園芸が実施されている空間を指すが、例えば、畑、田、ハウス栽培施設、水耕栽培施設、若しくは植物工場等が挙げられる。より好ましくは、ハウス栽培施設、水耕栽培施設、若しくは植物工場である。ハウス栽培施設、水耕栽培施設、若しくは植物工場であれば、本発明で得られた測定結果に基づき、農作物の周辺温度、周辺湿度、二酸化炭素濃度、並びに農作物に対する光照射時間、光照射量、肥料濃度等から選択できる一若しくは複数の農作物生育条件を人工的に調整することが可能だからである。

本発明が用いられる農作物は、水耕栽培されてなるものが好ましい。水耕栽培される農作物は、土耕栽培により根が土に埋設される代わりに、液肥を貯留した容器に根が浸された状態で栽培される。これにより、土に埋設されることで受けるストレスから根を解放させることができ、土耕栽培する場合と比較して肥料成分を植物体へ輸送する能力を向上させることができる。

そのため、水耕栽培で栽培されてなる農作物は土耕栽培する場合よりも成長が早く、農作物の成長点付近の部分についての成長管理がより重要となる。

特に観察するために重要な部分としては、観察対象植物の茎頂部から１０ｃｍ程度の部分が５０ｃｍ程度に成長するまでの一定時間当たりの成長長さについて観察することであり、これにより対象となる観察対象植物が育成環境から受ける育成状態の変化を的確に把握することができる。ここで育成状態の変化の例としては、一定時間当たりの茎の成長長さの変化若しくは茎径の変化が挙げられる。特に、水耕栽培されてなるトマトは土耕栽培の場合と比較して植物体を速く大きく育成させることができるため、前記観察対象植物の茎頂部から１０ｃｍ程度の部分が５０ｃｍ程度に成長するまでの一定時間当たりの成長長さを一若しくは複数回取得して観察することが有効である。

本発明によれば、水耕栽培で栽培されてなる農作物が特に生育環境に影響されやすい一部分の成長に伴う変化を選択的に観察して、当該変化に基づく情報を農作物に対して非侵襲で取得することができ、その結果から環境条件を変化させ、最適な生育環境を実現することができる。なお、農作物が水耕栽培されてなるものである場合は、観察対象植物の地上構成部分とは、観察対象植物の水面より上を構成する部分をいう。

カメラ部は、カメラ本体及びレンズを備え、レンズを介してカメラ本体内部で結像させた画像をカメラ本体内部に設けられたイメージセンサーで画像情報化できるものが好ましく、当該画像情報を画像情報送信手段によって、情報処理部等の外部機器に送信できる機能を備えている。

情報処理部は、カメラ部から送信された画像情報が受信可能な画像情報受信手段、情報記憶部、及び演算部を備えている。情報処理部は、カメラ部から受信した画像情報、取得した成長長さＬ１等を情報記憶部で記憶することができる。情報記憶部は、ハードディスクドライブ、若しくはフラッシュメモリ等の情報の書き込み、読み取りが可能な一時記憶装置を使用することができ、また、これらの一時記憶装置を複数組み合わせて使用することができる。情報処理部は、演算部により画像情報から基点標識の認識、及び測定目標の認識等を行うと共に、成長長さＬ１等を取得することができる。演算処理部には、一般にＣＰＵと呼ばれる中央処理装置を用いることができる。情報処理部に用いることができる具体的機器の例として、パーソナルコンピュータ、携帯型情報端末を挙げることができる。情報処理部は、画像情報、並びに取得した成長長さＬ１、基準長さＬ０、茎部径Ｌ２及び単位長さＤ０等の必要な情報を表示する表示画面を備えていることが好ましい。

画像取得領域は、選択された一の観察対象植物全体ではなく、当該観察対象植物の一部分である。これにより、不要な周辺の画像情報を極力排除し、使用者が観察するために重要であると判断した画像取得領域に含まれる基点標識、及び測定目標の認識精度を上げることができると共に、成長長さＬ１の正確性を向上させることができる。そのためより好ましくは、画像取得領域内の上端には測定目標に定められた観察対象植物の一端部が配置され、画像取得領域内の下端には基点標識が配置されるように画像取得領域を設定する。

基点標識は、観察対象植物の茎に着脱自在に直接取り付けることができる取付部を備えてなることが好ましい。取付部は、観察対象植物の表面に粘着層を介して貼付け可能なシール、若しくは観察対象植物の茎、枝、若しくは葉等を挟持可能なクリップであることが好ましい。なお本発明において茎は、観察対象植物がきゅうり、若しくはウリ等の蔓性植物の場合には親蔓を指す。

基点標識は、観察対象植物がトマトである場合には、茎頂部から根元方向に数えて３つ目の花房に至るまでの茎に取り付けられてなることが好ましい。これにより取得される成長長さＬ１は、観察対象植物が成長するにあたって育成空間内の環境条件の影響を強く発現する部分の情報であり、観察対象植物の環境条件が最適かどうかの判断を行うために有用な情報を得ることができるからである。

本発明は、観察対象植物が成長し、測定目標が基点標識から遠ざかった場合には、取付部を観察対象植物から離脱させ、基点標識を取り付けなおすことができる。これにより、画像取得領域を必要以上に広くすることなく、成長長さＬ１を正確に取得することができる。

基点認識手段は、あらかじめ基点標識全体の形状情報を情報処理部内の記憶装置に記憶しておき、画像情報に取り込まれた基点標識の形状と比較して形状一致を判断することで認識することとしても良い。

また、他の基点認識手段として、基点標識に基点記号を付加しておき、前記基点記号を認識することにより行われるものであっても好ましい。基点記号は、前記取付部の表面若しくは取付部と一体に連接して設けられてなることが好ましい。基点標識が観察対象植物に取り付けられた位置と、情報処理部が基点記号を認識する位置との差異を小さくして、成長長さＬ１の測定精度を向上させることができるからである。従って、基点記号は前記取付部と一体に形成されていることがより好ましい。

前記基点記号を用いた基点認識手段は、あらかじめ情報処理部内の記憶装置に記憶しておいた前記基点記号の形状情報と画像情報に取り込まれた基点記号の形状とを比較して形状一致を判断することで認識することとしても良い。前記基点記号としては、例えば十字型、×型、若しくは星型等の単純で中心位置が分かりやすい記号であることが好ましい。なお当該基点記号を用いた基点認識手段には、既知のＯＣＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ）機能を利用して画像情報から基点記号を認識することとしても好ましい。

さらに他の基点認識手段として、画像情報を情報処理部に設けられた表示画面に表示し、当該表示された画像情報中の基点標識を表示画面上において使用者が選択することによって認識することとしても良い。当該表示画面上における基点標識の選択は、カーソル操作に行う、若しくは表示画面がタッチパネル機能を備えている場合には使用者が表示画面に表示されている基点標識箇所を指で触れて行うことができる。

前記測定目標は、前記観察対象植物の成長に伴う変化が検出できる部分を設定することができるが、特に茎頂部、若しくは枝の先端部であることが好ましい。特に測定目標として好ましいのは、観察対象植物の茎頂部もしく枝の先端に存在する成長点と呼ばれる細胞分裂が活発な部分である。なお、枝は茎の側面から分かれ出ている葉若しくは花が付く部分である。

測定目標認識手段は、あらかじめ測定目標の形状情報を情報処理部と接続された情報記憶部に記憶しておき、画像情報に取り込まれた測定目標の形状と前記測定目標の形状情報とを比較して、情報処理部が形状一致を判断することで認識することとしてもよい。

また他の測定目標認識手段として、測定目標の画像情報を情報処理部に設けられた表示画面に表示し、当該表示された画像情報中の測定目標を表示画面上において使用者が選択することによって認識することとしても良い。当該表示画面上における測定目標の選択は、カーソル操作によって行うことができ、また表示画面がタッチパネル機能を備えている場合には使用者が表示画面に表示されている測定目標箇所を指で触れて行うこととしても好ましい。

成長長さ取得手段は、例えば、基点認識手段によって認識された基点標識を原点として、測定目標認識手段によって認識された測定目標が基点標識からどの程度離れているかを情報処理部がピクセル単位で取得する手段とすることができる。ここで、ピクセルとは画素のことをいい、画像情報を構成する最小単位の描画点を示す。

なお、成長長さ取得手段が機能するにあたり、認識された基点標識及び測定目標表示画面上で一定の面積を有する領域である場合には、それぞれの領域内の特定の画素を基点標識及び測定目標とすることができる。前記特定の画素の例としては、それぞれの領域内の中心にあたる画素とすることができる。

得られた成長長さＬ１は、観察対象植物の環境条件が最適かどうかの判断を行うために有用な情報とすることができる。

また前記情報処理部は、前記成長長さＬ１を一定時間ごとに取得し、各成長長さＬ１を前記成長長さ記憶手段によって情報記憶部に記憶することとしても好ましい。

さらに前記情報処理部は、前記情報記憶部に記憶された複数の成長長さＬ１から、時間を前後して記憶された異なる二つの成長長さＬ１を選択して、成長長さＬ１の変化値である成長管理情報を取得する成長管理情報取得手段を有することとしても好ましい。成長管理情報は、取得時間の遅い成長長さＬ１を取得時間の早い成長長さＬ１で割った変化比率とすることができる。また前記変化値は、成長管理情報として取得時間の遅い成長長さＬ１から取得時間の早い成長長さＬ１を差し引いた差引値としても良い。

また本発明は、前記カメラ部から前記基点標識までの撮影距離と同じ距離に設けられた基準長さ指標を備え、前記情報処理部は、前記情報記憶部に記憶された前記基準長さ指標の実際の長さ情報である単位長さＤ０と、前記画像情報から前記基準長さ指標を認識する長さ指標認識手段と、認識した長さ指標から基準長さＬ０を取得する基準長さ取得手段と、前記成長長さＬ１、前記基準長さＬ０、及び単位長さＤ０から、Ｄ１＝（Ｄ０／Ｌ０）×Ｌ１で示される式より求められる標準化成長長さＤ１を取得する標準化成長長さ取得手段とを有することとしても好ましい。

長さ指標認識手段は、あらかじめ基準長さ指標の形状情報を情報処理部と接続された情報記憶部に記憶しておき、画像情報に取り込まれた基準長さ指標の形状と前記基準長さ指標の形状情報とを比較して、情報処理部が形状一致を判断することで認識することとしてもよい。

また他の長さ指標認識手段として、基準長さ指標の画像情報を情報処理部に設けられた表示画面に表示し、当該表示された画像情報中の基準長さ指標を表示画面上において使用者が選択することによって認識することとしても良い。当該表示画面上における基準長さ指標の選択は、カーソル操作によって行うことができ、また表示画面がタッチパネル機能を備えている場合には使用者が表示画面に表示されている基準長さ指標箇所を指で触れて行うことができる。

基準長さ取得手段は、例えば、長さ指標認識手段によって認識された基準長さ指標上の特定の２点間がどの程度離れているかを情報処理部がピクセル単位で取得する手段とすることができる。基準長さ指標上の特定の２点としては、例えば基準長さ指標を棒状としてその両端を特定の２点とすることができる。また、他の例として、基準長さ指標が、直線上において相反する両頭の矢印記号を象ったものであり、その二つの矢印の先端を特定の２点とすることができる。

また前記情報処理部は、前記標準化成長長さＤ１を一定時間ごとに取得し、各標準化成長長さＤ１を前記標準化成長長さ記憶手段によって情報記憶部に記憶することとしても好ましい。

さらに前記情報処理部は、前記情報記憶部に記憶された複数の標準化成長長さＤ１から、時間を前後して記憶された異なる二つの標準化成長長さＤ１を選択して、標準化成長長さＤ１の変化値である標準化成長管理情報を取得する標準化成長管理情報取得手段を有することとしても好ましい。標準化成長管理情報は、取得時間の遅い標準化成長長さＤ１を取得時間の早い標準化成長長さＤ１で割った変化比率とすることができる。なお、標準化成長管理情報として取得時間の遅い標準化成長長さＤ１から取得時間の早い標準化成長長さＤ１を差し引いた差引値としても良い。

さらにまた、前記情報処理部は、前記基点標識に隣接する観察対象植物の茎部を認識する茎部認識手段と、認識した茎部径Ｌ２を取得する茎部径取得手段とを有することとしても好ましい。ここで茎部径は、情報処理部が認識した茎部の直径をいう。

また、前記カメラ部から前記基点標識までの撮影距離と同じ距離に設けられた基準長さ指標を備え、前記情報処理部は、前記情報記憶部に記憶された前記基準長さ指標の実際の長さ情報である単位長さＤ０と、前記画像情報から前記基準長さ指標を認識する長さ指標認識手段と、認識した長さ指標から基準長さＬ０を取得する基準長さ取得手段と、前記茎部径Ｌ２、前記基準長さＬ０、及び単位長さＤ０から、Ｄ２＝（Ｄ０／Ｌ０）×Ｌ２で示される式より求められる標準化茎部径Ｄ２を取得する標準化茎部径取得手段とを有することとしても好ましい。

さらに前記情報処理部は、前記茎部径Ｌ２を一定時間ごとに取得することとしても好ましく、さらにまた、時間の経過によって変化する前記茎部径Ｌ２の変化値である茎部成長管理情報を取得する茎部成長管理情報取得手段を有することとしても好ましい。茎部成長管理情報は、取得時間の遅い茎部径Ｌ２を取得時間の早い茎部径Ｌ２で割った変化比率とすることができる。なお、茎部成長管理情報として取得時間の茎部径Ｌ２から取得時間の早い茎部径Ｌ２を差し引いた差引値としても良い。

なお、前記茎部径取得手段は、単独で行うこともできることとしても好ましい。すなわち、農作物が栽培されてなる育成空間と、前記農作物の中から選択された一の観察対象植物と、前記観察対象植物の地上構成部分の一端部である測定目標と、前記観察対象植物の茎に取り付けられた基点標識とを含んでなる画像取得領域と、前記観察対象領域を撮像するカメラ部と、前記カメラ部に接続され、情報記憶部を有する情報処理部を備え、前記カメラ部は撮像した前記画像取得領域の画像情報を前記情報処理部に送信する画像情報送信手段を有し、前記情報処理部は、前記カメラ部から送信された画像情報を受信する画像情報受信手段と、前記画像情報から前記基点標識を認識する基点認識手段と、前記画像情報から前記測定目標を認識する測定目標認識手段と、前記基点標識に隣接する観察対象植物の茎部を認識する茎部認識手段と、認識した茎部径Ｌ２を取得する茎部径取得手段とを有することを特徴とする農作物の成長観察システムであってもよい。

また前記基点標識には、測定事項指示記号が付加されてなり、前記情報処理部は、前記画像情報から前記測定事項指示記号を認識する指示記号認識手段と、認識した前記測定事項指示記号に対応して前記成長長さ取得手段若しくは前記茎部径取得手段のいずれかを選択する測定事項選択手段を備えることとしても好ましい。ここで、測定事項とは、成長長さ取得手段を実行して成長長さを取得すること、若しくは、茎部径取得手段を実行して茎部径を取得することのいずれかを指す。

測定事項指示記号としては、平仮名、片仮名、アルファベット、及び数字から選択された任意の文字の組み合わせであることが好ましい。測定事項指示記号が前記文字の組み合わせであることによって、例えばＯＣＲ機能を用いて情報処理部が認識することによって対応する測定事項を間違いなく選択して認識させることができる。また、測定事項指示記号の形状情報をあらかじめ情報処理部内の記憶装置に記憶しておき、当該測定事項指示記号の形状情報と画像情報に取り込まれた測定事項指示記号の形状とを比較して形状一致を判断することで認識することとしても良い。なお、測定事項指示記号にはアルファベット一文字と数字一文字の組み合わせ等、単純な組み合わせとすることで認識の誤認率を抑えることができる。

また、前記カメラ部及び情報処理部が、前記画像情報を出力可能な表示画面を備えた携帯情報端末に組み込まれていることとしても好ましい。

本発明によれば、農作物のうち特に生育環境に影響されやすい一部分の成長に伴う変化を選択的に観察して、当該変化に基づく情報を農作物に対して非侵襲で取得することができ、その結果から環境条件を変化させ、最適な生育環境を実現することができる。

また、本発明による成長長さＬ１に係る情報は一定時間ごとに繰り返し自動的に取得できるため、多数の情報取得に際しても従来よりも手間と労力を低減することができるため、観察対象植物の環境に対する変化を詳細に知ることができる。

また、取得された情報のデータベース化も容易であり、将来の栽培条件を決定するための指標を作成することができる。その結果、高品質な成果物を生産できる農作物の開発が可能となる。また、成果物の収量の増加も可能となる。

温室２とその内部に栽培されている観察対象植物３、及びカメラ部１２の様子を示す概略図である。 本発明を構成する一の観察対象植物３、カメラ部１２、及び情報処理部１７を示す概略図である。 基点標識８の全体斜視図である。 本発明を構成する技術的手段のブロック図である。 情報記憶部１９に記憶される情報の内容の概要を示すブロック図である。 本発明に係る画像情報１５の取得、及び情報処理部１７における情報処理に関するフロー図である。 標準化成長管理情報取得手段４１に関するフロー図である。 茎部径取得手段４９に関するフロー図である。

以下、本発明に係る実施の形態を、図を参照しながら詳しく説明する。

図１及び２は、本発明に係る作物の成長管理システム１の概略を示す図である。図１に示すように、本実施の形態において農作物である観察対象植物３は育成空間である温室２に備え付けられた水耕栽培用容器Ｐに多数植えられ、水耕栽培されている。水耕栽培用容器Ｐには、液肥含有用水Ｗが貯留されており、観察対象植物３は根が液肥含有用水Ｗ内に浸された状態で栽培されている。本実施の形態において、観察対象植物３はトマトである。温室２は、内部空間の液肥濃度、日照、温度、湿度、飽差等の環境条件を管理し、炭酸同化作用を人工的にコントロールすることができる。

図２には、温室２に栽培されている内の一の観察対象植物３の地上構成部分について、茎頂部付近が示されている。観察対象植物３は、茎４、花房５、及び葉６を有しており、茎４の頂点には茎頂部７が形成されてなる。

茎４には基点標識８が取り付けられており、当該基点標識８は、図３に示すように茎４の前後からばねの力で挟み込むことで茎４に直接取り付けることができるクリップ状の取付部９、及び取付部９の表面に設けられた基点記号１０を備えてなる。本実施の形態において、基点記号１０は図２に示すように円形の枠内に形成された×型の記号からなる。また基点標識８は、取付部９の側面から突出して連続に形成されてなる基準長さ指標１１を備えており、基準長さ指標１１は上下方向に相反する両頭の矢印記号を象った形状に形成されている。

基点標識８は、観察対象植物３がトマトである本実施の形態の場合には、茎頂部７から根元方向に数えて３つ目の花房５に至るまでの茎４に取り付けられてなることが好ましい。これにより取得される成長長さＬ１は、観察対象植物３が成長するにあたって温室２内の環境条件の影響を強く発現する部分の情報であり、観察対象植物３の環境条件が最適かどうかの判断を行うために有用な情報を得ることができる。

本発明は、成長長さＬ１を一定時間Ｔごとに繰り返し取得することができるが、観察対象植物３が成長し、茎頂部７が基点標識８から遠ざかった場合には、取付部９を茎４から離脱させ、基点標識８を取り付けなおすことができる。本実施例において、基点標識８の当初取り付け位置、及び取り付けなおし直後の取り付け位置（以下、単に取り付け位置という。）は、茎頂部７から５ｃｍ〜５０ｃｍの範囲内であることが好ましく、特に好ましいのは茎頂部７から８ｃｍ〜１２ｃｍの位置である。茎頂部７から５ｃｍよりも近いと基点標識８を取り付けようとする部分の茎４が細すぎて基点標識８を安定に取り付けることができない可能性が高いからである。一方、茎頂部７から５０ｃｍよりも遠いと画像取得領域１４が大きくなりすぎ、基点標識８の認識処理が困難になる可能性があるからである。また、基点標識８の取り付け位置を茎頂部７から８ｃｍ〜１２ｃｍとすれば、当該取り付け位置が茎頂部７から５０ｃｍとなるまでの間の観察対象植物３の成長に伴う変化が特に著しいので、成長長さＬ１を繰り返し取得することで観察対象植物３が育成環境から受ける育成状態の変化を把握することが容易となる。

また、基点標識８の取り付け位置を、第一花のみが咲いている花房５が茎４から枝分かれしている部分とすることとしても好ましい。トマトは、成長するに伴って茎頂部７付近に発生させる花房５と次に発生させる花房５までの時間がほぼ一定である。そのため、花房５の第一花のみが咲いているときに、当該花房５が茎４から枝分かれしている部分に基点標識８を取り付けて茎頂部７までの成長長さＬ１を測定し、さらに次の花房５においても同様に成長長さＬ１を測定することで、前後の成長長さＬ１の変化から観察対象植物３が育成環境から受ける育成状態の変化を把握することができる。このような構成であれば、新しく花房５が発生した時点で基点標識８を取り付ける位置を明確に把握することができ、基点標識８を取り付ける度ごとに茎頂部７からの長さを測定する手間を省くことができる。なお、前記第一花とは、一の花房５に発生した複数の花のうち最初に咲いた花をいう。

観察対象植物３から離れた位置には、基点標識８に形成された基点記号１０と基準長さ指標１１とから同じ距離となる位置にカメラ部１２が設置されており、カメラ部１２は観察対象植物３に向けて設けられたレンズ部１３を介して二点鎖線で表された画像取得領域１４を撮像し、画像情報１５を取得する。本実施の形態においては、画像取得領域１４は観察対象植物３の茎頂部７から基点標識８までを範囲としており、茎頂部７が測定目標として設定されている。

図４には、本発明を構成する技術的手段のブロック図を示す。カメラ部１２は、内部に画像情報送信手段１６を備えており、取得した画像情報１５をカメラ部１２と離間した場所に設置された情報処理部１７に送信することができる。情報処理部１７は、内部に備えた画像情報受信手段１８を介してカメラ部１２から送信された画像情報１５を受信すると共に、情報記憶部１９に一時保存する。情報記憶部１９に保存された画像情報１５は、必要に応じて表示画面２０に表示され、また、画像情報１５から認識した情報に基づいて演算部２１が必要な情報を取得する。演算部２１が取得した情報は情報記憶部１９に一時保存される。

図６は、本発明に係る技術的手段の一例を示すフロー図である。本発明に係る作物の成長管理システム１を、情報処理部１７に設けた開始ボタンを起動させて開始させる（ステップＳ１）と、カメラ部１２が前記画像取得領域１４を撮像して画像情報１５を取得する（ステップＳ２）と共に、情報処理部１７に前記画像情報１５を画像情報送信手段１６によって送信する（ステップＳ３）。

次に、情報処理部１７が画像情報受信手段１８を介して画像情報１５を受信すると共に画像情報１５を情報記憶部１９に保存し（ステップＳ４）、受信した画像情報１５を表示画面２０に表示する（ステップＳ５）。情報処理部１７は、画像情報１５に含まれている基点標識７に付加された基点記号１０を基点認識手段２２によって認識する（ステップＳ６）。

ここで図５に示すように、情報記憶部１９には記号記憶領域２３が設けられており、当該記号記憶領域２３にあらかじめ基点記号１０の形状情報１０ａが記憶されている。演算部２１はステップＳ６において、前記記号記憶領域２３から基点記号１０の形状情報１０ａを取得すると共に、画像情報１５に取り込まれた基点記号１０の形状とを比較して形状一致を判断することで基点認識手段２２を機能させ、基点記号１０を認識する。この際の前記形状一致の判断は、画像情報１５に重ね合わせた前記基点記号１０の形状情報１０ａを、画像情報１５の全範囲に対して走査させつつ行うこととしても好ましい。

さらに情報処理部１７は、画像情報１５に含まれている茎頂部７を、測定目標認識手段２４によって認識する（ステップＳ７）。

ここで図５に示すように、情報記憶部１９には目標記憶領域２５が設けられており、当該目標記憶領域２５にあらかじめ茎頂部７の形状情報７ａが記憶されている。演算部２１はステップＳ７において、前記目標記憶領域２５から茎頂部７の形状情報７ａを取得すると共に、画像情報１５に取り込まれた茎頂部７の形状とを比較して形状一致を判断することで測定目標認識手段２４を機能させる。この際の前記形状一致の判断は、画像情報１５に重ね合わせた前記茎頂部７の形状情報７ａを、画像情報１５の全範囲に対して走査させつつ行うこととしても好ましい。

成長長さ取得手段２６は、情報処理部１７が基点記号１０及び茎頂部７を認識後、基点記号１０から茎頂部７までの成長長さＬ１を取得する。

前記成長長さＬ１の取得は、基点記号１０である×型記号の交点を原点２７として、前記原点２７から茎頂部７の目標中心点２８が程度離れているかをピクセル単位で取得することが好ましい。ここで、ピクセルとは画素のことをいい、画像情報１５を構成する最小単位の描画点を示す。情報処理部１７は、取得した成長長さＬ１を成長長さ記憶手段２９によって情報記憶部１９に設けた成長長さ記憶領域３０に記憶する（ステップＳ８）。

なお、茎頂部７の目標中心点２８は、茎頂部７として認識された領域内の中心にあたる画素とすることができる。本実施の形態において、目標中心点２８は茎頂部７と一致する。

さらに情報処理部１７は、画像情報１５から基点標識８と連続に形成されてなる基準長さ指標１１を長さ指標認識手段３１によって認識する。

ここで図５に示すように、情報記憶部１９には長さ指標記憶領域３２が設けられており、当該長さ指標記憶領域３２にあらかじめ基準長さ指標１１の形状情報１１ａが記憶されている。演算部２１は、前記長さ指標記憶領域３２から基準長さ指標１１の形状情報１１ａを取得すると共に、画像情報１５に取り込まれた基準長さ指標１１の形状とを比較して形状一致を判断することで長さ指標認識手段３１を機能させる（ステップＳ９）。この際の前記形状一致の判断は、画像情報１５に重ね合わせた前記基準長さ指標１１の形状情報１１ａを、画像情報１５の全範囲に対して走査させつつ行うこととしても好ましく、また、長さ指標認識手段３１の処理時間の短縮化を可能とするために、認識した基点記号１０から側方に走査させて形状一致の判断を行うことがより好ましい。

基準長さ取得手段３３は、情報処理部１７が基準長さ指標１１を認識後、基準長さＬ０を取得する。

前記基準長さＬ０の取得は、基準長さ指標１１を構成する二つの矢印の先端を特定の２点１１ｂ、１１ｃとし、特定の２点１１ｂ、１１ｃ間がどの程度離れているかの画像情報１５上の長さをピクセル単位で取得することにより行う。情報処理部１７は、取得した基準長さＬ０を基準長さ記憶手段３４によって情報記憶部１９に設けた基準長さ記憶領域３５に記憶する（ステップＳ１０）。

また図５に示すように、情報記憶部１９の単位長さ記憶領域３６には、基準長さ指標１１の実際の長さである単位長さＤ０が記憶されている。なお単位長さＤ０は、単位をｃｍ若しくはｍｍといった一般に用いられている長さ単位で記憶されていることが望ましい。

情報処理部１７は、において単位長さ取得手段３７により情報記憶部１９から単位長さＤ０を取得する（ステップＳ１１）。さらに情報処理部１７は、標準化成長長さ取得手段３８により前記単位長さＤ０、前記成長長さＬ１及び前記基準長さＬ０からＤ１＝（Ｄ０／Ｌ０）×Ｌ１で示される式より求められる標準化成長長さＤ１を取得する。標準化成長長さＤ１は、基点記号１０から茎頂部７までの実際の長さをｃｍ若しくはｍｍといった一般に用いられている長さ単位で表したものであり、観察対象植物３の状態を把握するために有用な情報として活用することができる。

情報処理部１７は、取得した標準化成長長さＤ１を標準化成長長さ記憶手段３９によって情報記憶部１９に設けた標準化成長長さ記憶領域４０に記憶する（ステップＳ１２）。

情報処理部１７は、前記ステップＳ１２を処理した後、一定時間Ｔが経過すると、ステップＳ２から再び処理を繰り返す（ステップＳ１４）。このとき、本発明の使用者は、あらかじめ当該繰り返し処理を行う処理回数ｎを指定しておくことで、成長長さＬ１１〜Ｌ１ｎ、基準長さＬ０１〜Ｌ０ｎ、及び標準化成長長さＤ１１〜Ｄ１ｎをそれぞれ情報記憶部１９に設けた成長長さ記憶領域３０、基準長さ記憶領域３５、及び標準化成長長さ記憶領域４０に記憶させることができる。例えば、一定時間Ｔを２４時間とし、処理回数ｎを７とすることで、観察対象植物３が成長する過程における成長長さＬ１及び標準化成長長さＤ１を１週間の間１日１回の割合で自動的に取得することができる。なお、ｎは１以上の整数である。

なお情報処理部１７は、ステップＳ１３において、ステップＳ１２を処理する毎に処理回数を１ずつ加算し、処理回数が指定されていたｎよりも少なければステップＳ１４により一定時間Ｔの経過を待ってステップＳ２に戻り、処理回数がｎに達するとステップＳ１５により処理を終了する。

なお、基点記号１０から茎頂部７までの長さ情報について、ｃｍ若しくはｍｍ等の単位を付したものである必要がない場合には、標準化成長長さＤ１を取得する必要がないので、前記ステップＳ２〜Ｓ１２の処理をステップＳ２〜Ｓ８までとして、繰り返し処理をｎ回行うこととしても良い。

また、ステップＳ２〜Ｓ１２までの処理を行う場合において、ステップＳ７〜Ｓ８の処理群とステップＳ９〜Ｓ１０までの処理群の処理を行う順序は前後が入れ替わっても構わない。

次に情報処理部１７は図７に示すように、標準化成長管理情報取得手段４１によって、情報記憶部１９に記憶された複数の標準化成長長さＤ１１〜Ｄ１ｎから、時間を前後して記憶された異なる二つの標準化成長長さＤ１ｍ、Ｄ１（ｍ＋１）を選択して、標準化成長長さＤ１（ｍ＋１）を標準化成長長さＤ１ｍで割った値から得られた変化比率を標準化成長管理情報４２として取得する（ステップＳ１６）。なお、ｍは１以上（ｎ−１）以下の整数である。

標準化成長管理情報４２を複数取得することで、観察対象植物３の成長速度の変化を容易に把握することができるため、温室２内の環境条件が観察対象植物３から得られる成果物の品質等に与える因果関係を見出すための根拠となる情報を導き出すことが可能となる。

また標準化成長管理情報４２は、標準化成長長さＤ１（ｍ＋１）から標準化成長長さＤ１ｍを差し引いた差引値であっても好ましい。本実施の形態において、標準化成長長さＤ１を１日１回の割合で自動的を取得して前記差引値を取得したときの観察対象植物３の成長状態の判断例を以下に示す。

観察対象植物３がトマトである本実施の形態においては、前記差引値が５０ｃｍよりも長い場合には観察対象植物３の成長異常であると判断することができる。この場合、環境条件として日照不足が有力な原因として考えられるため、温室２内における照射光量を増加させる等の対応を取ることができる。一方前記差引値が１０ｃｍよりも短い場合には温室２内の温度が適正でないことが有力な原因として考えられるため、温室２内の温度を調整する等の対応を取ることができる。なお、観察対象植物３がトマトである場合には、前記差引値は１５ｃｍ程度であることが望ましい。

なお前記変化比率は、成長管理情報取得手段４３として、情報記憶部１９に記憶された複数の成長長さＬ１１〜Ｌ１ｎから、時間を前後して記憶された異なる二つの成長長さＬ１ｍ、Ｌ１（ｍ＋１）を選択して、成長長さＬ１（ｍ＋１）を成長長さＬ１ｍで割った値から得られた値を成長管理情報４４として取得することとしてもよい。成長管理情報４４を複数取得することによっても、前記と同様に温室２内の環境条件が観察対象植物３から得られる成果物の品質等に与える因果関係を見出すための根拠となる情報を取得することができるからである。取得された標準化成長管理情報４２、若しくは成長管理情報４４は、成長管理情報記憶手段４５によって情報記憶部１９に設けられた成長管理情報記憶領域４６に記憶される（ステップＳ１７）。

また、上記実施の形態に加えて、前記情報処理部１７は、前記基点標識８に隣接する観察対象植物３の茎部４７を認識する茎部認識手段４８と、認識した茎部径Ｌ２を取得する茎部径取得手段４９とを有することとしても好ましい。

茎部認識手段４８は図９に示すように、情報処理手段１７が基点標識７に付加された基点記号１０をステップＳ６と同じ手法により基点認識手段２２を用いて認識した後、認識した基点記号１０から茎頂の方向若しくは根の方向における基点標識７に隣接した茎部４６を、画像情報１５における茎部４７とその背景との境界線で生じる明度若しくは色彩のコントラストの変化によって認識する（ステップＳ１８）。

前記茎部径取得手段４９は、認識された茎部４７とその背景との一対の境界線４７ａ、４７ｂの間がどの程度離れているかの画像情報１５上の長さをピクセル単位で取得する。情報処理部１７は、取得した茎部径Ｌ２を茎部径記憶手段５０によって情報記憶部１９に設けた茎部径記憶領域５１に記憶する（ステップＳ１９）。また、得られた茎部径Ｌ２は前記単位長さＤ０、及び前記基準長さＬ０からＤ２＝（Ｄ０／Ｌ０）×Ｌ２で示される式より求められる標準化茎部径Ｄ２を取得することとしても好ましい。標準化茎部径Ｄ２はｃｍ若しくはｍｍといった一般に用いられている長さ単位で表したものであり、標準化成長長さＬ２と共に、観察対象植物３の状態を把握するために有用な情報として活用することができる。

ここで前記基点標識８には、測定事項指示記号５２が付加されてなり、情報処理部１７は、画像情報１５から測定事項指示記号５２を認識する指示記号認識手段５３と、認識した測定事項指示記号５２に対応して前記成長長さ取得手段３３若しくは前記茎部径取得手段４９のいずれかを選択する測定事項選択手段５４を備える。測定事項とは、成長長さ取得手段３３を実行して成長長さＬ１を取得すること、若しくは、茎部径取得手段４９を実行して茎部径Ｌ２を取得することのいずれかを指す。

測定事項指示記号５２としては、アルファベット一文字と数字一文字の組み合わせである。測定事項指示記号５２が前記文字の組み合わせであることによって、例えばＯＣＲ機能を用いて情報処理部１７が認識することによって対応する測定事項を間違いなく選択して認識させることができる。また、測定事項指示記号５２の形状情報５２ａをあらかじめ記憶装置１９に設けられた指示記号記憶領域５５に記憶しておき、当該測定事項指示記号５２の形状情報５２ａと画像情報１５に取り込まれた測定事項指示記号５２の形状とを比較して形状一致を判断することで認識する。

なお、前記基点認識手段２２における基点記号１０、測定目標認識手段２４における茎頂部７、長さ指標認識手段３１における基準長さ指標１１、茎部認識手段４８における茎部４７、及び指示記号認識手段５３における測定事項指示記号５２は、それぞれ前述の認識処理に代えて、表示画面２０に示された画像情報１５内におけるそれぞれの認識対象に対して使用者が画面上のカーソルで選択、若しくは画面上を指で触れることで認識を完了することとしてもよい。

なお、観察対象植物３を温室２内に複数設定し、それぞれの観察対象植物３に基点標識８、及びカメラ部１２を設けて成長長さＬ１、標準化成長長さＤ１、茎部径Ｌ２、標準化成長管理情報４２、及び成長管理情報４４を取得しても好ましい。例えば、図２に示すように、カメラ部１２を温室２内の５カ所に設置し、それぞれのカメラ部１２に対して観察対象植物３及び基点標識８を設け、５カ所につきそれぞれ標準化成長管理情報４２を一定時間ごとに取得することができる。この場合、同一時間に得られた５カ所の標準化成長管理情報４２のうちの最大値及び最小値を除き、残りの３点の平均値を取得することで、この値を温室２内に栽培されている農作物全体の成長に関する標準化成長管理情報として環境条件の適正化を図ることもできる。

本発明は、農作物を管理しながら栽培してなる育成空間を備えた施設園芸、例えば、ハウス栽培、水耕栽培、植物工場等で利用することができる。本発明によって得られた成長長さＬ１に基づく情報によって育成空間内の肥料濃度、日照、温度、湿度、飽差等の環境条件を制御することによって、農作物の樹勢をコントロールすることが可能となり、成果物の収量、品質の向上を図ることができる。

１ 農作物の成長観察システム
２ 温室
３ 観察対象植物
４ 茎
５ 花房
６ 葉
７ 茎頂部
８ 基点標識
９ 取付部
１０ 基点記号
１１ 基点長さ指標
１２ カメラ部
１４ 画像取得領域
１５ 画像情報
１６ 画像情報送信手段
１７ 情報処理部
１８ 画像情報受信手段
１９ 情報記憶部
２０ 表示画面
２２ 基点認識手段
２４ 測定目標認識手段
２６ 成長長さ取得手段
２７ 原点
２８ 目標中心点
２９ 成長長さ取得手段
３１ 長さ指標認識手段
３３ 基準長さ取得手段
３７ 単位長さ取得手段
３８ 標準化成長長さ取得手段
４１ 標準化成長管理情報取得手段
４２ 標準化成長管理情報
Ｌ０ 基準長さ
Ｌ１ 成長長さ
Ｄ０ 単位長さ
Ｄ１ 標準化成長長さ

Claims (8)

1. 農作物が栽培されてなる育成空間と、
   前記農作物の中から選択された一の観察対象植物と、
   前記観察対象植物の地上構成部分の一端部である測定目標と、前記観察対象植物の茎に取り付けられた基点標識とを含んでなる画像取得領域と、
   前記観察対象領域を撮像するカメラ部と、
   前記カメラ部に接続され、情報記憶部を有する情報処理部を備え、
   前記カメラ部は撮像した前記画像取得領域の画像情報を前記情報処理部に送信する画像情報送信手段を有し、
   前記情報処理部は、
   前記カメラ部から送信された画像情報を受信する画像情報受信手段と、
   前記画像情報から前記基点標識を認識する基点認識手段と、
   前記画像情報から前記測定目標を認識する測定目標認識手段と、
   認識された前記基点標識から前記測定目標までの成長長さ（Ｌ１）を取得する成長長さ取得手段と、
   取得した成長長さ（Ｌ１）を前記情報記憶部に記憶する成長長さ記憶手段とを有する
   ことを特徴とする農作物の成長観察システム。
2. 前記情報処理部は、
   前記成長長さ（Ｌ１）を一定時間ごとに取得し、各成長長さ（Ｌ１）を前記成長長さ記憶手段によって情報記憶部に記憶する
   ことを特徴とする請求項１に記載の農作物の成長観察システム。
3. 前記情報処理部は、
   前記情報記憶部に記憶された複数の成長長さ（Ｌ１）から、時間を前後して記憶された異なる二つの成長長さ（Ｌ１）を選択して、成長長さ（Ｌ１）の変化値である成長管理情報を取得する成長管理情報取得手段を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の農作物の成長観察システム。
4. 前記カメラ部から前記基点標識までの撮影距離と同じ距離に設けられた基準長さ指標を備え、
   前記情報処理部は、
   前記情報記憶部に記憶された前記基準長さ指標の実際の長さ情報である単位長さ（Ｄ０）と、
   前記画像情報から前記基準長さ指標を認識する長さ指標認識手段と、
   認識した長さ指標から基準長さ（Ｌ０）を取得する基準長さ取得手段と、
   前記成長長さ（Ｌ１）、前記基準長さ（Ｌ０）、及び単位長さ（Ｄ０）から、Ｄ１＝（Ｄ０／Ｌ０）×Ｌ１で示される式より求められる標準化成長長さ（Ｄ１）を取得する標準化成長長さ取得手段と、
   取得した標準化成長長さ（Ｄ１）を前記情報記憶部に記憶する標準化成長長さ記憶手段とを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の農作物の成長観察システム。
5. 前記情報処理部は、
   前記標準化成長長さ（Ｄ１）を一定時間ごとに取得し、各標準化成長長さ（Ｄ１）を前記標準化成長長さ記憶手段によって情報記憶部に記憶する
   ことを特徴とする請求項４に記載の農作物の成長観察システム。
6. 前記情報処理部は、
   前記情報記憶部に記憶された複数の標準化成長長さ（Ｄ１）から、時間を前後して記憶された異なる二つの標準化成長長さ（Ｄ１）を選択して、標準化成長長さ（Ｄ１）の変化値である標準化成長管理情報を取得する標準化成長管理情報取得手段を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の農作物の成長観察システム。
7. 前記測定目標は、前記観察対象植物の茎頂部である
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の農作物の成長観察システム。
8. 前記農作物が水耕栽培されてなるトマトである
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の農作物の成長観察システム。

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