JP2015008699A - 植物計測処理装置、植物計測処理方法および植物計測処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】周囲の光環境や植物の影の影響を受けずに植物の生育状態を計測する処理について提供する。
【解決手段】コンピュータに、植物が植えられた栽培スペースの温度変化（温度／時間）の位置依存性を求める処理と、温度変化の位置依存性に基づいて、栽培スペース内の植物が植えられていない背景領域よりも温度変化の大きい領域を植物の被覆領域とする処理と、を実行させるための構成で植物計測処理する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、非破壊植物計測技術に関し、特に、葉菜類等の生育状態を計測する技術に関し、より詳細には、葉菜類の非破壊植物計測処理装置、非破壊植物計測処理方法および非破壊植物計測処理プログラムに関する。

葉菜類等の植物の生育状況は、収穫時期を見極めるために重要である。例えば、施設内の気象条件を最適に制御する植物生産システムを有し、高度に自動化された生産を行うことが可能な植物工場においては、生産者の日々の栽培作業の負荷を可能な限り低減していくことが求められる。この中で、植物の成長管理に関しては、従来、植物の生育状態は、人の目で見る目視により判断するのが一般的であったが、目視判断は、人によって判断基準が異なることから、植物の生育状態を客観的かつ定畳的に測定できる方法が必要とされてきた。

植物の日々の生育状態を計測する方法として、従来、下記特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載の技術が知られている。

下記特許文献１に記載の技術は、植物の画像情報から植物を複数の成長段階に分類し、成長段階に応じて異なる評価指標を用いて植物の成長度合いを検出する技術である。

下記特許文献２に記載の技術は、葉が繁茂し隣り合う株の葉が互いに重なり合う状況において、カメラで取得した植物のカラーの投影画像を画像解析するとともに、葉の繁茂によって生じる画像の変化をテクスチャ特徴量として検出する方法を組み合せることによって、植物体が十分大きく成長した段階においても植物の成長度合いを検出することを可能にする技術である。

下記特許文献３に記載の技術は、栽培培地に敷設された２枚の導体を用いてコンデンサを形成し、この上を流れる静電容量の単位時間当たりの変化量を測定することで、静電容量を測定し、植物の体積変化に基づく植物の成長を把握する技術である。

特開２０１３−５７２５号公報（成長度合検出装置、植物栽培システム、植物栽培プラント、成長度合検出方法及びプログラム） 特開２０１２−２０８８３９号公報（植物体の画像領域抽出方法、植物体の画像領域抽出装置、および植物体の生育監視システム） 特開２０１０−２６３７９４号公報（植物成長測定システム及びその制御方法並びに制御プログラム）

しかしながら、上記特許文献１および特許文献２に記載の技術は、植物画像から色や形状を解析し、それによって植物の成長度合いを計測する技術である。植物の伸長成長が活性化する夜間にリアルタイムに計測を行うことができないだけでなく、周囲の光環境や植物の葉が重なることによって形成される影の影響を受ける。特許文献１では植物を複数の成長段階に分類し、成長段階に応じて異なる評価指標を用いることを特徴とし、特許文献２では葉の繁茂によって生じる画像の変化をテクスチャ特徴量として検出する方法を組み合せることを特徴としているが、経験的な手法を用いていることから、測定精度を常に一定に保つことは困難である。

また、上記特許文献３に記載の技術は、静電容量を用いた測定方法であり、特許文献１や特許文献２と同様に測定精度を常に一定に保つことは困難である。また、特許文献３のように栽培培地全体にコンデンサを形成する方法では、株単位の植物の成長を把握することができない。一方、植物の１株ごとに電極を設けて静電容量を測定する方法では、センサーの設置の手間が増大するため、大量生産できることを特徴とした植物工場での利用には不向きである。

本発明は、上記の先行技術では実現できなかった、例えば、以下の課題の少なくともいずれか１つを解決することを目的とする。
１）植物の生育状態を計測する際に、周囲の光環境や植物の影等の影響を受けにくくする。
２）株単位で植物の生育状態を計測しやすくする。
３）植物と栽培施設との温度差が小さい環境でも植物の生育状態を計測しやすいようにする。

本発明では、熱赤外画像計測装置など植物の温度を計測できる装置を用いて、施設全体の温度分布から植物工場で栽培する植物の日々の生育状態を表すデータを計測する。

本発明の一観点によれば、コンピュータに、時間変化（以下、「温度変化」と称する。）植物が植えられた栽培スペースの温度の時間変化（以下、「温度変化」と称する。）（温度／時間）の位置依存性を求める処理と、前記温度変化の位置依存性に基づいて、前記栽培スペース内の植物が植えられていない背景領域よりも前記温度変化の大きい領域を前記植物の被覆領域とする処理と、を実行させるための植物計測処理プログラムが提供される。前記栽培スペース内の植物が植えられていない背景領域よりも前記温度変化の大きい領域は、蒸散の度合いの大きい領域として、植物の被覆領域とすることができる。尚、蒸散の度合いの小さい領域を背景領域としても良い。

ここで、前記背景領域は、前記植物類の培養液の領域であることを特徴とする。前記温度変化の位置依存性は、前記培養液の配置に沿って、例えば培養液が直線状に配置されている場合にはその直線に沿って求められることを特徴とする。植物は、培養液の領域に沿って線方向に並ぶのが好ましい。

前記温度変化は、赤外センサーにより求められた赤外画像データとタイマとにより求められることを特徴とする。さらに、前記被覆領域の中心を前記植物の中心として算出する処理を実行させるようにしても良い。

さらに、前記植物の中心から半径を広げながら同心円を描いていき、前記同心円が前記背景領域と最初に接する第１の交点間を短径とする処理を実行させるようにしても良い。

さらに、前記植物の中心から半径を広げながら同心円を描き続け、前記短径と直交する直線と前記同心円との第２の交点が前記被覆領域内に有る場合に、前記第２の交点間の距離を長径とする処理を実行させるようにしても良い。

さらに、任意の時点における植物の被覆領域の温度が高くなっている部分は乾燥ストレスを受けている葉面領域、葉の被覆面の温度が低く活発に蒸散を行っている領域を正常な葉面領域と識別する方法で植物の葉の部分的なストレス状態を計測する処理と、を実行させるようにしても良い。

本発明は、上記のプログラムを格納するコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

また、本発明は、植物が植えられた栽培スペースの温度変化（温度／時間）の位置依存性を求める第１の処理部と、前記温度変化の位置依存性に基づいて、前記栽培スペース内の植物が植えられていない背景領域よりも前記温度変化の大きい領域を（蒸散の度合いの大きい領域として）前記植物の被覆領域とする第２の処理部と、を有することを特徴とする情報処理装置である。

また、本発明は、情報処理装置の第１の処理部により、植物が植えられた栽培スペースの温度変化（温度／時間）の位置依存性を求めるステップと、第２の処理部により、前記温度変化の位置依存性に基づいて、前記栽培スペース内の植物が植えられていない背景領域よりも前記温度変化の大きい領域を（蒸散の度合いの大きい領域として）前記植物の被覆領域とするステップと、を有することを特徴とする情報処理方法である。

本発明によれば、周囲の光環境によらず、植物と栽培施設の温度差が小さい環境でも精度良く植物の生育状態を計測することができるという利点がある。

本発明の一実施の形態による非破壊植物計測システムの一構成例を示す機能ブロック図である。 植物測定機能部の一構成例を示す機能ブロック図である。 レタス（葉菜類）中心計測処理部の一構成例を示す機能ブロック図である。 レタス（葉菜類）被覆面積計測処理部の一構成例を示す機能ブロック図である。 レタス（葉菜類）短径・長径計測処理部の一構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施の形態によるドーム型植物工場の上方からの構成例を示す図である。 本発明の一実施の形態による平面型植物工場の上方からの構成例を示す図である。 ドーム型植物工場の横からの構成例を示す図である。 本発明の一実施の形態におけるレタスの生育状態の計測データの例を示す図である。 本発明の一実施の形態におけるレタス中心を計測する際の中心線の計測方法の一例を示す図である。 本発明の一実施の形態におけるレタス中心の計測方法の一例を示す図である。 レタス被覆面積の計測における問題点を示す図である。 本発明の一実施の形態におけるレタス被覆面積の計測方法の一例を示す図である。 本発明の一実施の形態におけるレタス短径・長径の計測方法の一例を示す図である。 本発明の一実施の形態における植物計測データベースのテーブル構成例を示す図である。 本発明の一実施の形態における植物計測処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の一実施の形態におけるレタス中心の計測処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の一実施の形態におけるレタス被覆面積の計測処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の一実施の形態におけるレタス短径・長径の計測処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の一実施の形態における赤外画像処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明の一実施の形態における赤外画像計測の流れを示すフローチャート図である。

以下、本発明を実施する場合の一形態について、葉菜類としてレタスを例にし、図面を参照しながら詳細かつ具体的に説明する。図１Ａは、本発明の一実施の形態による非破壊植物計測システムの一構成例を示す機能ブロック図である。ここで、植物工場とは、施設内の日射量、温度、湿度、炭酸ガス濃度等の環境を制御し、植物の生育にとって最適な気象条件を保つことで、外部の気象条件によらず、均一な品質の植物を安定的に生産することを可能にする栽培施設である。

植物工場では、その環境制御のための栽培システム（１０１、１０２）に、赤外画像計測機能部（１１、１２）が組み込まれていることを前提に以下において説明を行う。植物などを含む面の温度等を計測できる面温度計測部として機能する赤外画像計測機能部（１１、１２）は、例えば、一定間隔で施設内の植物の赤外画像を計測し、ネットワーク（ＮＴ）を通じて、植物計測システム（１）上で稼働する赤外画像データ収集機能部（２３）に転送する機能を有する。赤外画像データ収集機能部（２３）は、赤外画像データを受信すると、自動的に赤外画像データベース（２）にデータを格納する機能を有する。

一方、植物計測機能部（２１）は、任意の時点で実行され、赤外画像データベースから赤外画像データを抽出し、植物計測データを自動的に算出後、植物計測データベース（３）に格納する機能を有する。本実施の形態における植物計測機能部（２１）は、植物工場の栽培管理者が実行する場合や、外部のアプリケーションから呼び出される場合など、あらゆる実行方法に対応する。情報処理部（５）が、植物計測機能部（２１）と赤外画像データ収集機能部（２３）とにおける処理を実行する。

また、植物計測システムに関して、個々のサーバやＰＣに加え、クラウドコンピューティング等のコンピュータ資源など、あらゆる実行環境が対象となる。本実施の形態においては、植物工場における例を示すが、このような構成に限定されるものではない。

図１Ｂは、植物計測機能部（２１）の一構成例を示す機能ブロック図である。植物計測機能部（２１）は、赤外データを取得・ＤＢに格納する赤外画像データ取得部（２１−１）と、レタス（葉菜類）の中心を計測するレタス（葉菜類）中心計測処理部（２１−２）と、例えば、レタスを上から見た面積を測定するレタス（葉菜類）被覆面積計測処理部（２１−３）と、レタスの短径・長径等を計測するレタス（葉菜類）短径・長径計測処理部（２１−４）と、赤外画像データや計測データ等を格納するデータ格納部（２１−５）を有している。

図１Ｃは、レタス（葉菜類）中心計測処理部（２１−２）の一構成例を示す機能ブロック図である。レタス（葉菜類）中心計測処理部（２１−２）は、赤外画像データから栽培レーンを計測する栽培レーン計測部（２１−２−１）と、解析していない栽培レーンの有無を判定する栽培レーン判定部（２１−２−２）と、栽培レーンの温度グラフ等を作成する栽培レーン温度グラフ作成部（２１−２−３）と、レタス中心を計測するレタス（葉菜類）中心計測部（２１−２−４）と、を有している。

図１Ｄは、レタス（葉菜類）被覆面積計測処理部（２１−３）の一構成例を示す機能ブロック図である。レタス（葉菜類）被覆面積計測処理部（２１−３）は、赤外画像データから、画像の各ピクセルの温度変化を計測する温度変化計測部（２１−３−１）と、全ピクセルを解析したか否かを判定するピクセル判定部（２１−３−２）と、温度変化と閾値とを比較する温度変化比較部（２１−３−３）と、温度変化と閾値との関係から、レタスの被覆面であるか、床面であるかをマーク等するマーク部（２１−３−４）と、個々のレタスの面積を計算する被覆面積算出部（２１−３−５）と、を有する。

図１Ｅは、レタス（葉菜類）短径・長径計測処理部（２１−４）の一構成例を示す機能ブロック図である。レタス（葉菜類）短径・長径計測処理部（２１−４）は、レタス中心解析判定部（２１−４−１）と、同心円描画部（２１−４−２）と、交点有無判定部（２１−４−３）と、レタス短径算出部（２１−４−４）と、レタス交点判定部（２１−４−５）と、レタス長径算出部（２１−４−６）と、を有する。

処理の内容については後述する。

図２Ａは、本発明の一実施の形態によるドーム型植物工場の上方からみた構成例を示す図である。図２Ａに示す一般的なドーム型植物工場では、円形の栽培施設（１０１）の内側に円形の栽培スペース（１１１）を有する。栽培スペース（１１１）を例えば一定間隔おきに自動的に回転することで、太陽光の入射方向の違いによる気象環境のムラを防ぐことができる（これを、自動スペーシング機能と称する。）。栽培スペース（１１１）の中央には、葉菜類などの植物苗の定植作業を行うための、作業スペース（１１２）が設けられており、栽培スペース（１１１）上に設置された桟橋（１１３）を渡って作業スペース（１１２）に、作業者や作業ロボットなどが移動することができる。一方、レタスなどの植物の収穫は栽培スペース（１１１）の外周で行われる。これは、栽培ステージ（段階）が進むにつれて、レタスなどの植物を自動的に外周に移動させる自動スペーシング機能によって実現される。なお、本実施の携帯では、植物としてレタス（２０１）を用いた例を示したが、草丈の低い葉菜類を始め、植えて収穫するような単一サイクルを持つ他の植物でも同様の方法で対応が可能である。水耕栽培を行う植物に適用できる。

図２Ｂは、本発明の一実施の形態によるドーム型植物工場とは異なる栽培スペース例（植物工場で無くても良い）を示す図である。図２Ｂに示すように、ほぼ矩形のスペース１０１ａ内に、桟橋１１３ａと、レタスの列２０１とが交互に並んでいる。このような栽培例も、本実施の形態を適用することができる。その他の形状、構造でも良い。

以下、図２Ａの植物工場を例にして説明する。

図３は、本発明の一実施の形態によるドーム型植物工場の横からの構成例を示す図である。この図３は、図２Ａを横から見た場合の図である。円形の栽培施設（１０１）、円形の栽培スペース（１１１）、レタス（２０１）については図２Ａで説明したものと同様である。本実施の形態では、赤外画像データを計測するための赤外画像計測装置（１２１）を、ドーム天井の中心から吊り下げる構成例を示している。このようにすることによって、栽培スペース（１１１）全体を赤外画像計測装置（１２１）により撮影することが可能になり、自動スペーシング機能を有するドーム型植物工場において、時間によって植物の定植位置が変わることへの対応が可能になる。

図４は本発明の一実施の形態におけるレタスの生育状態の計測データの命名例を示す図である。レタスの計測対象として重要なものには、長径Ｄ_Ｌ（ｃｍ）、短径Ｄ_Ｓ（ｃｍ）、レタス被覆面積Ａ（ｃｍ^２）に加え、草丈（ｃｍ）、生体重（ｇ）、乾燥重量（ｇ）などがある。レタス被覆面の外周をなぞるとできる略楕円の直交する二つの軸のうちで短い方の軸が短径Ｄ_Ｓ、長い方の軸が長径Ｄ_Ｌ、上方から見た場合の植物体の覆っている全体の面積が被覆面積Ａである。

また、植物体の背の高さが草丈、水分を含む全体の重さが生体重、乾燥して水を除いた後の重さが乾燥重量である。一般的にレタス等の葉菜類では、被覆面積や草丈から生体重や乾燥重量を高精度で推定する手法が存在している。このため、本実施の形態では、収穫サイクルを持つ個々の植物体において、被覆面積、長径・短径を計測すること、これらの値を計測する過程で必要になるレタス中心も併せて計測することを可能にする。

図５は、本発明の一実施の形態におけるレタス中心を計測する際の中心線の計測方法の概略を示す図であり、ドーム型植物工場の上方からの構成を拡大した図である。レタス（２２１〜２２６）は、栽培スペース（１１１）に定植されている。より具体的には、培養液の入った水槽に栽培スペースの資材が浮いている状態である。ここで、培養液は、赤外画像における葉菜類の背景となる。葉菜類がなく培養液などが露出している領域を背景領域と呼ぶ。

レタス（２２１〜２２６）は栽培用の容器に入れられ、栽培スペース上に設けた栽培レーン（１３１、１３２）に置かれる。そして、レタス（２２１〜２２６）の栽培ステージが進むにつれて、栽培レーン（１３１、１３２）の外周側に自動的に移動する。

本実施の形態では、収穫日から二日前のレタス（２２１、２２４）、収穫日前日のレタス（２２２、２２５）、収穫日のレタス（２２３、２２６）が示されている。レタス中心は、栽培容器の座標位置であり、栽培レーン（１３１、１３２）の中心上にあるとみなすことができる。これが、栽培レーン（１３１、１３２）の中心線（３０１）である。通常、栽培レーン（１３１、１３２）の表面は培養液で満たされている。培養液の温度は、室内気温、栽培スペース（１１１）の資材温度、レタス（２２１〜２２６）の葉面温度よりも低い温度が設定されるため、赤外画像では、有意な温度差となる。この特徴を利用して、赤外画像のピクセル数や基準となる長さから、レタス中心線（３０１）と栽培レーン（１３１、１３２）上のレタス幅（３２１〜３２３）が算出できる。従って、レタス幅（３２１〜３２３）の中心をレタス中心（３１１〜３１３）とした近似値を算出することができる。

図６は、本発明の一実施の形態におけるレタス中心の計測方法の一例を示す図である。図６の上図は、図５における栽培レーン（１３１）に沿って横から見た構成例を示す図であり、図６の下図は、赤外画像における温度（線）分布を示す図である。レタス（２２１〜２２３）は、栽培容器（１４１〜１４３）に取り付けられ、栽培容器（１４１〜１４３）は栽培レーン（１３１）上を移動する。本実施の形態では、例えば、培養液の温度は１７〜１８℃、レタス葉面温度が２５〜２７℃であり、その温度分布の一例を図示している。この時、例えば、レタスと培養液との境界を決める閾値を、例えば２０℃に設定すれば、レタス領域幅の中心の位置としてレタス中心を求めることが可能である。

図７はレタス被覆面積の計測における問題点を説明するための図である。

図７上図は、栽培スペース（１１１）の外周に沿って形成された栽培レーン（１３１）を横から見た構成例を示し、図７下図は、赤外画像に基づく温度分布の例を示す図である。本実施の形態では、栽培スペース（１１１）の温度は２５〜２６℃、レタス葉面温度が２５〜２７℃温度分布の一例を示している。本実施の形態で特徴的な点として、栽培スペース（１１１）と葉面温度に有意な温度差がないこと、そして、葉面においても、温度帯が２６〜２７℃の高い部分と、２５〜２６℃の低い部分がある点である。

発明者は、この原因として、以下のような考察を行った。

通常、植物の葉は、体内の温度管理のため、葉の気孔から水分を放出する。この際、内部の熱エネルギーを潜熱として外部に放出し、植物体内の温度を下げる蒸散と呼ばれる機構を持っている。ただし、葉がストレスを受けている場合には、外側の葉など葉面の一部で蒸散が阻害され、温度を下げることができない又はできにくい場合がある。これが葉の温度帯に違いが生ずる原因である。このような状況を考えると、図７に示すように、温度帯に一定の閾値を設定し、栽培スペースのうちの背景領域と葉面（葉菜類が覆っている被覆領域）とを見分ける方法では、精度良く葉面領域を計測できないという課題がある。

図８は、本発明の一実施の形態におけるレタス被覆面積の計測方法の一例を示す図である。図８上図は、栽培スペース（１１１）の外周に沿って栽培レーン（１３１）を横から見た構成で図７上図と同様であり、図８下図は、赤外画像における一定時間内での温度変化分布である。本実施の形態では、栽培スペースのうちの背景領域と葉面の被覆領域との間に有意な差を作るため、赤外画像データ、ＣＰＵが有するタイマなどにより求めた温度変化（温度／単位時間）等を用いることによって、図７で示した問題点に対応することができる。通常、栽培スペースの資材としては、比熱が大きく温度が上がりにくい性質の素材が用いられる。特に、培養液の領域の比熱が高い。

一方、葉面は蒸散の作用により、温度変化が大きい。１分間で５℃下がることもある。一時的にストレス状態にあった植物であっても、一定時間がたち、ストレス状態から解放された後で再び蒸散を開始するため、温度変化が発生する。この特徴を利用し、温度変化を用いることによって、例えば、図８下で温度変化の閾値を１℃に設定すれば、背景領域の温度変化よりも温度変化が大きい、例えばある程度位置的に連続した領域を被覆領域と判定することで、栽培スペースの背景領域と葉面の被覆領域とを精度良く見分けることができため、ピクセル数や基準となる長さから葉の被覆面積を算出することができる。これは、温度の時間変化の位置依存性を求めていることになる。

尚、位置的にある程度連続した領域でない場合には、ノイズなどとみなすことができる。また、赤外データと昼間などに撮影した近接した時間のデジカメの画像データとの両方を参照して、画像データから被覆領域とみなせる領域であることを条件に温度変化の大きい領域を被覆領域と判定するようにしても良い。

一方、葉の被覆面積として認識された領域のうちで、図７のレタス葉面温度の分布を組み合せることによって、例えば、葉の被覆面の温度が高い領域はストレスを受けている葉面領域、葉の被覆面の温度が低く、活発に蒸散を行っている領域を正常な葉面領域と識別する方法で、植物の葉の部分的なストレス状態を計測することも可能である。

すなわち、任意の時点における葉の被覆面の温度が高くなっている部分は乾燥ストレスを受けている葉面領域、葉の被覆面の温度が低く活発に蒸散を行っている領域を正常な葉面領域と識別する方法で植物の葉の部分的なストレス状態を計測することができる。

尚、葉面の温度をＴｅ、時間をｔとすると、時間変化は、ΔＴｅ／Δｔで表されるが、その他、Σ（ΔＴｅ／Δｔ）など、ΔＴｅ／Δｔに基づく値や関数を用いても良い。要するに、単位時間当たりの葉面と培養液との間の温度変化を見ることは、葉面からの蒸散の度合いを見ていることになる。温度変化が大きいと、蒸散が良く行われていることになる。

図９は、本発明の一実施の形態におけるレタス短径・長径の計測方法の一例を示す図である。図面の構成は図５と同様である。本実施の形態では、例えばレタス（２２３）において、既にレタス中心（３１３）や被覆面積は計測されているものとする。レタス中心から例えば画像において１ピクセルずつ半径を広げながら同心円を描いていき、最初に栽培スペース（１１１）の床面と接する交点を見つけたところを短径（３３１）とし、さらに例えば画像において１ピクセルずつ半径を広げながら同心円を描き、短径と直交しつつ、レタス葉面と接する交点がなくなったところを長径（３３２）とする。このようにして、レタスの短径と長径とを精度良く求めることができる。

図１０は本発明の一実施の形態における植物計測データベース３のテーブル構成例を示す図である。本実施の形態では、一意に施設（或いは農地など）を一意に特定するための施設ＩＤ、栽培施設内の個々の植物（或いは一群の植物など）を特定するための作物ＩＤに加え、日付、時刻などの基本情報と、レタスの中心座標、被覆面積、短径、長径などの植物計測データ、気温、葉面温度、温度変化など植物のストレス状態を表す温度データから構成されるテーブル構成の例を示している。本実施の形態で示したデータ項目以外にも、一般的な植物工場のセンサー群で収集するあらゆるデータをテーブルに追加することが可能である。

以下、本実施の形態における処理の流れの例を、フローチャートを用いて具体的に説明する。図１Ｄから図１Ｅまでも参照する。

図１１Ａは、本発明の一実施の形態における植物計測処理の流れを示すフローチャート図である。植物計測機能部（２１）において、赤外画像データベース（２）に未探索の赤外画像データが存在するかチェックし（ステップ１１０１）、赤外画像データが存在する間、以下のステップを順次実行することによって、植物計測を行う。最初に、赤外画像データ取得部（２１−１）が赤外画像データベース（２）から赤外画像データを取り出し（ステップ１１０２）、レタス（葉菜類）中心計測処理部（２１−２）が、図１１Ｂに示すレタス中心の計測処理（ステップ１１０３）、レタス（葉菜類）被覆面積計測処理部（２１−３）が、図１１Ｃに示すレタス被覆面積の計測処理（ステップ１１０４）、レタス（葉菜類）短径・長径計測処理部（２１−４）が、図１１Ｄに示すレタス短径・長径の計測処理（ステップ１１０５）を実行する。全ての処理を実行した後で、植物計測データベース（３）用にデータ形式を整形し、データ格納部（２１−５）が格納する（ステップ１１０６）。

図１１Ｂは、本発明の一実施の形態におけるレタス（葉菜類）中心計測処理部（２１−２）によるレタス中心の計測処理の流れを示すフローチャートである。ステップ１１０２によって栽培レーン計測部（２１−２−１）が、取り出された赤外画像データから栽培レーンを計測する（ステップ１１１１）。培養液の温度が１７〜１８℃で周辺温度と5℃以上違うことを利用して、直線として抽出する。複数ある栽培レーンのうちで、解析を行っていない栽培レーンが存在するか栽培レーン判定部（２１−２−２）がチェックし（ステップ１１１２）、存在する間、以下のステップを順次実行することによってレタス中心を計測する。最初に、栽培レーン温度グラフ作成部（２１−２−３）が、図６下に示す栽培レーンの温度グラフを作成する（ステップ１１１３）。次に温度グラフを利用し、レタス（葉菜類）中心計測部（２１−２−４）が、レタス中心を計測する（ステップ１１１４）。これは、温度閾値を２０℃に設定することによって、培養液とレタス葉面を見分け、レタス葉面領域の中心座標をレタス中心として算出する。

図１１Ｃは本発明の一実施の形態におけるレタス（葉菜類）被覆面積計測処理部（２１−３）によるレタス被覆面積の計測処理の流れを示すフローチャート図である。温度変化計測部（２１−３−１）が、ステップ１１０２によって取り出された赤外画像データと、それより一定時間前の赤外画像データから、図８に示す温度変化グラフを作成する（ステップ１１２１）。次にピクセル判定部（２１−３−２）が、温度変化グラフの全ピクセルを解析したかチェックし（ステップ１１２２）、解析していないピクセルが存在する間、温度変化比較部（２１−３−３）が、以下のステップを順次実行することによってレタス被覆面を抽出する。最初に温度変化は閾値である１℃より大きいかチェックする（ステップ１１２３）。閾値よりも大きい場合は温度変化が十分にあり、蒸散を行う葉面である可能性が示唆されるため、ピクセルをレタス被覆面としてマークする（ステップ１１２４）。一方、閾値よりも小さい場合は温度変化がないと言え、マーク部（２１−３−４）が、ピクセルを栽培スペースの床面としてマークする（ステップ１１２５）。すべてのピクセルのマーキングが完了した後で、最後に被覆面積算出部（２１−３−５）が、レタス被覆面積を計測する（ステップ１１２６）。個々のレタスごとに被覆面としてマークされたピクセル数を算出し、基準となる面積を掛け合わせることによって、レタス被覆面積を算出する。

図１１Ｄは本発明の一実施の形態におけるレタス（葉菜類）短径・長径計測処理部（２１−４）によるレタス短径・長径の計測処理の流れを示すフローチャート図である。レタス中心解析判定部（２１−４−１）が、図１１Ｂで算出されたレタス中心について、全てのレタス中心を解析したかチェックし（ステップ１１３１）、解析していないレタス中心が存在する間、以下のステップを順次実行することによってレタス短径・長径を算出する。同心円描画部（２１−４−２）が、最初にレタス中心から同心円を描く（ステップ１１３２）。同心円の半径は１ピクセルとする。レタス短径・長径の算出処理は、レタス短径、レタス長径の順に算出する。レタス短径が算出済かチェックし（ステップ１１３３）、算出していない場合は、交点有無判定部（２１−４−３）が、同心円と床面との交点が存在するかチェックする（ステップ１１３４）。レタス短径算出部（２１−４−４）が、同心円と床面との交点が見つかった場合は、同心円の半径から１ピクセル減算した値をレタス短径とする（ステップ１１３５）。ステップ１１３５終了後、もしくはステップ１１３４で同心円と床面との交点が存在しない場合、すなわちレタス短径のチェックが終わった時点で、同心円の半径を１ピクセル加算し（ステップ１１３６）、ステップ１１３２から繰り返す。ステップ１１３３のチェックにおいて、レタス短径を算出した後では、レタス長径を算出する処理に移行する。すなわち、レタス交点判定部（２１−４−５）が、レタス短径と直交する直線と同心円の交点がレタス被覆面内にあるかチェックし（ステップ１１３７）、レタス被覆面に有る間はレタス長径ではないため、同心円の半径を１ピクセル加算し（ステップ１１３８）、ステップ１１３２から繰り返す。ステップ１１３７において、レタス長径算出部（２１−４−６）が、レタス短径と直交する直線と同心円の交点がレタス被覆面内にない場合がレタス長径に相当するため、同心円の半径から１ピクセル減算した値をレタス長径とする（ステップ１１３９）。この時点で、レタス短径・長径の算出は終了しているため、別のレタス中心の解析に移るため、ステップ１１３１から繰り返す。

図１２は、本発明の一実施の形態における赤外画像処理のフローチャート図である。赤外画像データ収集機能部（２３）は、赤外画像計測機能部（１１、１２）からの赤外画像データの受信を待ち（ステップ１２０１）、データを受信すると（ステップ１２０２）、赤外画像データベース（２）にデータを格納する。

図１３は本発明の一実施の形態における赤外画像計測のフローチャート図である。赤外画像計測機能部（１１、１２）は、あらかじめ設定された間隔で赤外画像データを計測する。赤外画像データを計測すると（ステップ１３０１）、施設ＩＤ、日付・時間など必要な付加情報を組み合せた後、赤外画像データ収集機能部（２３）にデータを送信する（ステップ１３０２）。この後、あらかじめ設定された指定時間だけ処理を待った後（ステップ１３０３）、ステップ１３０１から繰り返す。

本実施の形態によれば、熱赤外画像計測装置など植物の温度を計測できる装置を用いることによって、周囲の光環境や植物の影の影響を受けずに夜間であっても植物の生育状態を把握することができる。また、培養液と植物や栽培スペースの資材の温度差を利用することによって、株単位で植物の生育状態を計測できる。また、温度の変化率を利用することによって、植物と栽培施設の温度差が小さい環境で植物の生育状態を計測することができる。

また、上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。

また、本実施の形態で説明した機能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、実行することにより各部の処理を行ってもよい。尚、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、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、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。また前記プログラムは、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。機能の少なくとも一部は、集積回路などのハードウェアで実現しても良い。

本発明は、植物工場に利用可能である。

（付記）
本明細書は、以下の発明の開示を含む。
（１）施設内の気象条件を最適に制御する植物生産システムを有し、高度に自動化された生産を行うことが可能な植物工場において、熱赤外画像計測装置など植物の温度を計測できる装置を設置し、施設全体の温度分布から中心座標、被覆面積、短径・長径など、植物の日々の生育状態を表すデータを昼夜問わず計測することを特徴とする非破壊植物計測方法（プログラム）および装置。

（２）（１）に記載の植物工場で計測された熱赤外画像から植物の中心座標を計測する場合に、培養液の温度は植物や栽培スペースの資材よりも低い事実と培養液は比熱が大きく温度変動が小さい性質を利用して、定植されている植物の間から垣間見られる培養液の領域を検出するとともに、個々の植物は栽培容器に入れられ、栽培スペース上を直線的に配置されるという事実を組み合せて、植物の中心座標を自動的に算出すること。

（３）（１）に記載の植物工場で計測された熱赤外画像から植物の被覆面積を計測する場合に、植物と床面には有意な温度差がない状態において、植物は蒸散という仕組によって体内の熱を外部に放出し、植物体温を下げることを頻繁に行っている性質を利用して、任意の時間間隔における温度の変化率が高い領域を植物領域と認識し、被覆面積を自動的に算出すること。

（４）（１）に記載の植物工場で計測された熱赤外画像から植物の短径・長径を計測する場合に、（２）に記載した方法により算出される植物の中心座標と、（３）に記載した植物領域の認識方法を組み合せることによって、植物の短径・長径を自動的に算出すること。

（５）（３）に記載の方法で認識された植物領域において、任意の時点における葉の被覆面の温度が高くなっている部分は乾燥ストレスを受けている葉面領域、葉の被覆面の温度が低く活発に蒸散を行っている領域を正常な葉面領域と識別する方法で植物の葉の部分的なストレス状態を計測すること。

ＮＴ…ネットワーク、１…植物計測システム、２…赤外画像データベース、３…植物計測データベース、４…植物計測機能部、２３…赤外画像データ収集機能部、１０１…植物工場Ａ栽培システム、１０２…植物工場Ｂ栽培システム、１１…赤外画像計測機能部、１２…赤外画像計測機能部。

Claims (10)

1. コンピュータに、
   植物が植えられた栽培スペースの温度の時間変化（以下、「温度変化」と称する。）の位置依存性を求める処理と、
   前記温度変化の位置依存性に基づいて、前記栽培スペース内の植物が植えられていない背景領域よりも前記温度変化の大きい領域を前記植物の被覆領域とする処理と、
   を実行させるための植物計測処理プログラム。
2. 前記背景領域は、前記植物の培養液の領域であることを特徴とする請求項１に記載の植物計測処理プログラム。
3. 前記温度変化の位置依存性は、前記培養液の配置に沿って求められることを特徴とする請求項２に記載の植物計測処理プログラム。
4. 前記温度変化は、赤外センサーにより求められた赤外画像データとタイマとにより求められることを特徴とする請求項１に記載の植物計測処理プログラム。
5. さらに、
   前記被覆領域の中心を前記植物の中心として算出する処理を実行させるための請求項１から４までのいずれか１項に記載の植物計測処理プログラム。
6. さらに、
   前記植物の中心から半径を広げながら同心円を描いていき、前記同心円が前記背景領域と最初に接する第１の交点間を短径とする処理を実行することを特徴とする請求項５に記載の植物計測処理プログラム。
7. さらに、
   前記植物の中心から半径を広げながら同心円を描き続け、前記短径と直交する直線と前記同心円との第２の交点が前記被覆領域内に有る場合に、前記第２の交点間の距離を長径とする処理を実行させるための請求項６に記載の植物計測処理プログラム。
8. さらに、
   任意の時点における植物の被覆領域の温度が高くなっている部分は乾燥ストレスを受けている葉面領域、葉の被覆面の温度が低く活発に蒸散を行っている領域を正常な葉面領域と識別する方法で植物の葉の部分的なストレス状態を計測する処理と、
   を実行させるための請求項１から７までのいずれか１項に記載の植物計測処理プログラム。
9. 植物が植えられた栽培スペースの温度変化の位置依存性を求める第１の処理部と、
   前記温度変化の位置依存性に基づいて、前記栽培スペース内の植物が植えられていない背景領域よりも前記温度変化の大きい領域を前記植物の被覆領域とする第２の処理部と
   を有することを特徴とする情報処理装置。
10. 情報処理装置の第１の処理部により、植物が植えられた栽培スペースの温度変化（温度／時間）の位置依存性を求めるステップと、
    第２の処理部により、前記温度変化の位置依存性に基づいて、前記栽培スペース内の植物が植えられていない背景領域よりも前記温度変化の大きい領域を前記植物の被覆領域とするステップと
    を有することを特徴とする情報処理方法。

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