(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を育成する環境のスペクトル画像を撮影するカメラを制御するカメラ制御部と、
前記環境に入射する入射光の状態が前記カメラによる撮影に適しているか否かを判定する光状態判定部と、
を備え、
前記光状態判定部は、
外乱光源ではない光源の動作を停止させた状態で前記カメラが撮影した複数の前記スペクトル画像を比較し、
各前記スペクトル画像が相互に一致する時点において、前記環境に入射する入射光の状態が前記カメラによる撮影に適していると判定し、
前記カメラ制御部は、
前記光状態判定部が前記カメラによる撮影に適していると判定した時点において、前記環境のスペクトル画像を撮影するように前記カメラへ指示する
ことを特徴とする植生制御装置。
【請求項２】
前記カメラ制御部は、
前記入射光の状態が前記カメラによる撮影に適しているか否かを前記光状態判定部が判定するための複数の前記スペクトル画像を前記カメラが撮影する際に、
前記カメラにランダムな時間間隔で各前記スペクトル画像を撮影させることにより、ランダムな時点における前記外乱光源の影響が前記スペクトル画像上に表れるようにする
ことを特徴とする請求項１記載の植生制御装置。
【請求項３】
前記環境に光を照射する光源を制御する光源制御部を備え、
前記光源制御部は、
前記入射光の状態が前記カメラによる撮影に適しているか否かを前記光状態判定部が判定するための複数の前記スペクトル画像を前記カメラが撮影する際に、
前記光源の動作を停止させることにより、前記外乱光源の影響が前記スペクトル画像上に表れ、前記光源の影響が前記スペクトル画像上に表れないようにする
ことを特徴とする請求項１記載の植生制御装置。
【請求項４】
前記環境に光を照射する光源を制御する光源制御部を備え、
前記光源制御部は、
前記光状態判定部が前記カメラによる撮影に適していると判定した時点において、前記光源を点灯または消灯させ、
前記カメラ制御部は、
前記光源制御部が前記光源を点灯または消灯させるのに併せて、前記環境のスペクトル画像を撮影するように前記カメラへ指示する
ことを特徴とする請求項１記載の植生制御装置。
【請求項５】
前記光源制御部は、
前記光状態判定部が前記カメラによる撮影に適していると判定した時点において、前記光源をランダムな順序で点灯または消灯させる
ことを特徴とする請求項４記載の植生制御装置。
【請求項６】
前記光源制御部は、
前記光状態判定部が前記カメラによる撮影に適していると判定した時点であり、かついずれの前記光源が点灯または消灯したのかを前記カメラが識別することができる時点において、前記光源を点灯または消灯させる
ことを特徴とする請求項４記載の植生制御装置。
【請求項７】
前記光状態判定部は、
前記環境に入射する入射光の光量が所定の上限閾値以上であるときは、前記環境に入射する入射光の状態が前記カメラによる撮影に適していないと判定し、
前記環境に入射する入射光の光量が所定の下限閾値以下であるときは、前記環境に入射する入射光の状態が前記カメラによる撮影に適していると判定し、
前記環境に入射する入射光の光量が前記上限閾値と前記下限閾値の間であるとき、または光量が不明であるときは、各前記スペクトル画像が相互に一致する時点において、前記環境に入射する入射光の状態が前記カメラによる撮影に適していると判定する
ことを特徴とする請求項１記載の植生制御装置。
【請求項８】
前記光状態判定部は、
または前記環境に入射する入射光の光量が所定閾値以上であるときは、前記環境に入射する入射光の状態が前記カメラによる撮影に適していないと判定し、
前記環境に入射する入射光の光量が前記閾値未満であるときは、前記環境に入射する入射光の状態が前記カメラによる撮影に適していると判定する
ことを特徴とする請求項１記載の植生制御装置。
【請求項９】
前記光状態判定部は、
前記入射光の状態が前記カメラによる撮影に適しているか否かを判定する際に、前記カメラが撮影したスペクトル画像の品質を検査し、
その品質が基準値を満たせば前記カメラによる撮影に適していると判定し、満たしていなければ前記カメラによる撮影に適していると判定する
ことを特徴とする請求項１記載の植生制御装置。
【請求項１０】
請求項１記載の植生制御装置と、
前記植生制御装置からの指示にしたがって前記カメラが撮影したスペクトル画像に基づき前記植物の育成状態を計算する分析装置と、
前記分析装置が計算する前記育成状態が均一になるように前記植物の育成を制御する育成制御装置と、
を有することを特徴とする植物育成システム。
【請求項１１】
前記分析装置は、
前記光状態判定部が前記カメラによる撮影に適していると判定した時点において前記カメラが撮影した複数の画像の画素値が互いに定数倍の範囲内にある場合には、これら複数の画像が一致しているものとみなす
ことを特徴とする請求項１０記載の植物育成システム。
【請求項１２】
出力スペクトル強度が時間的に安定している安定光源と、
出力スペクトル強度が時間的に変動する変動光源と、
を有し、
前記植生制御装置は、前記安定光源を制御する光源制御部を備える
ことを特徴とする請求項１０記載の植物育成システム。
【請求項１３】
前記安定光源は、
近赤外線領域の光を放射することのできる光源と、
赤色領域の光を放射することのできる光源と、
を含み、
前記分析装置は、
近赤外線領域の光の反射率と赤色領域の光の反射率を加算した値で、近赤外線領域の光の反射率から赤色領域の光の反射率を減算した値を除することにより、前記育成状態を計算する
ことを特徴とする請求項１０記載の植物育成システム。
【請求項１４】
前記安定光源は、
近赤外線領域の光を放射することのできる光源と、
緑色領域の光を放射することのできる光源と、
を含み、
前記分析装置は、
近赤外線領域の光に対するスペクトル画像を用いて、前記植物の位置を特定し、
緑色領域の光に対するスペクトル画像を用いて、前記植物の位置における画素値積算値を計算し、その画素積算値を前記育成状態として用いる
ことを特徴とする請求項１０記載の植物育成システム。
【請求項１５】
前記安定光源は、
赤色領域の光を放射することのできる光源と、
青色領域の光を放射することのできる光源と、
を含み、
前記分析装置は、
赤色領域の光の反射率と青色領域の光の反射率を加算した値で、青色領域の光の反射率から赤色領域の光の反射率を減算した値を除することにより、前記育成状態を計算する
ことを特徴とする請求項１０記載の植物育成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の育成を制御する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、農作物の成長度合いを均一化し、収穫量や品質を安定化することを目的として、圃場内の土壌や生育植物の分析結果に基づいて、施肥量などを調整する精密農法への取り組みが進んでいる。また、閉鎖型の園芸施設を用いた管理農法の事例も見られるようになってきている。
【０００３】
人工光のみを用いて植物の育成を完全に管理する、閉鎖型の園芸施設では、植物の生育進度に応じて植物に照射する光の波長や強度を調整することにより、植物育成の均一化を図っている。一部の植物については、ある成長段階において、特定の波長の光のみを照射すれば、期待される成長が見られることが、実験的にも明らかにされている。この知見に基づいて植物体を生育させれば、露地栽培等と比較して、生育の安定性や収穫量の安定性が実現される。そのため、上記のような閉鎖型の園芸施設が登場している。安定的に植物体を供給できるという期待から、このような園芸施設は「植物工場」と呼ばれる。
【０００４】
植物工場に関する発明として、下記特許文献１では、ＣＣＤカメラを用いて苗画像を撮影し、葉の長さ、葉の面積を解析し、その結果に応じて、プロジェクタから苗に照射する光の波長、強度、時間を変化させる「植物体栽培装置および方法」が開示されている。
【０００５】
また、下記特許文献２では、植物の苗の成長前期には比較的赤外光を多く含む光を照射して植物体を伸長させ、花芽形成期ないし果実等成熟期には、赤外光をより少なく含む光照射に切り替える「植物育成光の照射方法及び装置」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１２１０３３号公報
【特許文献２】特開２００１−５７８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
園芸施設は、光源として、完全に人工光のみで作物を育成する方式、太陽光と人工光の両方を用いて作物を育成する方式、太陽光のみを用いて作物を育成する方式に分類される。本明細書では、これらをそれぞれ、閉鎖型（完全制御型）、半閉鎖型（太陽光併用型）、光開放型（の園芸施設または植物工場）と呼ぶことにする。
【０００８】
植物体の成長には、適切な気温、日照、水分、栄養素などが必要である。また、生育の各段階で必要とされる条件は変化する。この点、露地栽培では、これらの条件のほとんどが天候に支配されるため、育成する植物体の量や品質を均一化することは容易ではなく、多大な労力を必要とする。栄養素の制御は、土壌への施肥量を調整する等によってある程度まで可能であるが、水分や気温や日照の調整は、露地においては難しい。このような課題に対処するため、雨よけや遮光カーテンを備えた簡易ハウスを用いた栽培法が用いられるようになった。さらに気温を調整するために送風、冷暖房などの空調設備を備える園芸施設も用いられるようになっている。近年では、日照量やスペクトルを含め、全ての条件を制御することのできる、完全制御型の園芸施設（完全制御型の植物工場）も登場している。
【０００９】
完全制御型の園芸施設は、植物の生育に関わるほとんどのパラメータを制御することができるため、品質の安定度は最も高い。しかし、植物体を育成するために必要な光量をまかなうための電力等の運営コストや、施設建築にかかるコストが増加することは避けられない。そのため、生産物の需要価格とのバランスを見ながら、他方式との併用が続いている。このような運営、生産コストは、露地栽培を下限として、トンネル型、雨よけ型、簡易ハウス型、鉄骨ハウス型、太陽光併用型、完全制御型に向けて、上昇するのが一般的である。反面、制御可能な項目の数は、完全制御型を上限として、露地栽培に向かって減少する。
【００１０】
各生産者が現時点で所有している植生制御装置（露地用も含む）はそれぞれ異なり、また、その後の投資計画も異なるため、生産者それぞれに最適な植生制御装置や植生制御方法が存在する。さらには、時期が異なれば、同一の生産者についても最適な植生制御装置や植生制御方法が異なる。そのため、各制御装置や制御方法は、今後も併用されていくことが見込まれる。
【００１１】
園芸施設が備える設備が異なると、その設備を制御するための植生制御装置も異なる。例えば、閉鎖型施設、半閉鎖型施設、光開放型施設それぞれが備える光源は特性が異なるため、植物をカメラで撮影して育成状態を計測し、育成状態を均一化するように光源を制御しようとする場合、カメラ撮影に適した条件は各施設が備える光源の特性によって異なる。そのため、各光源の特性に応じて植生制御装置を個別に設ける必要があり、植生制御装置を個別にカスタマイズするためのコストや手間が必要となる。
【００１２】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、種々の園芸設備が備える様々なタイプの光源に対応することができる、植生制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る植生制御装置は、外乱光源ではない光源を停止させた状態で複数のスペクトル画像を撮影し、各スペクトル画像が相互に一致する時点において、入射光がカメラ撮影に適した状態にあると判定する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る植生制御装置によれば、外乱光源がスペクトル画像に与える影響が小さい時点においてスペクトル画像を撮影することができる。これにより、園芸設備のタイプによって外乱光源が異なる場合でも、撮影条件などを個別にカスタマイズすることなく、スペクトル画像を用いて育成状態を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１に係る植物育成システム１の構成図である。
【図２】光学系制御装置（１１０）の機能ブロック図である。
【図３】分析装置（１１１）の機能ブロック図である。
【図４】作物育成制御装置（１１２）の機能ブロック図である。
【図５】ユーザ端末（１１３）の機能ブロック図である。
【図６】植物育成システム１の動作手順を示すフローチャートである。
【図７】図６のステップＳ１０３の詳細処理フローである。
【図８】図６のステップＳ１０８の詳細処理フローである。
【図９】光学系制御装置（１１０）が撮影に適していると判定したタイミングでカメラ（１０６）による撮影を実施する動作例を示すタイミングチャートである。
【図１０】光学系制御装置（１１０）が撮影に適していると判定したタイミングでカメラ（１０６）による撮影を実施する別動作例を示すタイミングチャートである。
【図１１】育成棚（１０２）を真上から見た図である。
【図１２】カメラ（１０６）の配置を示す側面図である。
【図１３】実施形態２における、ステップＳ１０３の詳細処理フローである。
【図１４】実施形態３における、ステップＳ１０３の詳細処理フローである。
【図１５】実施形態４における植物育成システム１の動作手順を示すフローチャートである。
【図１６】コンピュータ（２００）の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜実施の形態１＞
以下では、初めに本発明の実施形態で用いる基本的な用語と育成制御の考え方について説明し、その後に図面を用いて実施形態の構成を説明する。
【００１７】
＜実施の形態１：用語の説明＞
本発明において、明滅を制御することができる光源とは、点灯と消灯を外部から制御することができる光源を意味する。同光源は、あらかじめ決まった波長の光を照射することができるように設計されている。照射の強度は、電源からの電力供給量や設定の変更によって変更することができるように設計されているものとする。すなわち、同光源は後述する光学系制御装置１１０からの指示に基づき電力供給を受けるように接続されており、光学系制御装置１１０は、その電源への電力供給量を増やすことによって同光源の照射強度（照度）を上げたり、電力供給量を減らすことによって同光源の照射強度（照度）を下げたりすることができる。または、光源への電力供給量は一定であって、配線を通じて同光源に照射強度を上げるか下げるかの指示を伝達し、同光源がそれに応じて自らの照射強度を相応に制御するように構成することもできる。この指示を伝達する手段は、任意に設計することができる。例えば、伝達用の配線の電圧を上下することによって指示を伝達してもよいし、照射強度をどのように変更するかの命令コードを、伝達用配線の電圧をＨＩＧＨ／ＬＯＷの間で繰り返し変化させるパルス信号として伝達してもよい。また、複数の光源を用いて同光源を構成し、一部の光源を点灯および消灯することによって光源全体の明るさを調整するように構成してもよい。明滅の応答速度については特に制約はないが、長時間残光が見られる光源を用いるよりも、短時間のうちに残光が消失する光源を用いることが望ましい。残光の長短の判断基準は、場合により異なるが、例えば、３秒程度を境界として、それ以下の時間で残光が消失する光源を用いるなどとする。
【００１８】
光源が照射する光の波長の特性は、例えば、“４００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲に含まれる波長を５０ｎｍの帯域幅で含む。”というように表現することができる。照射の強度は帯域幅全体に渡って一様である場合もあれば、ある特定の波長のみが強かったり弱かったりする場合もある。どのような特性を持つ光源を用いるかは、植物育成を実施する時に設定することができるが、主に植物の育成を制御することのできる波長や強度のパターンを用いることが望ましい。育成する植物体の全ての成長段階においてどの波長や強度が効果的であるかが判明していない場合は、白色光源のような、広帯域に渡る波長の光を照射することのできる光源を用いてもよい。
【００１９】
光源は複数設けてもよい。これら複数の光源は、それぞれ独立に明滅を制御することができるものとする。例えば、２つの光源から成る場合を考える。あるタイミングで第１光源のみを点灯状態とし、その期間中に第２光源は消灯状態とすることができる。その逆も可能である。さらに両者を同時に点灯状態とすることも、消灯状態とすることもできる。
【００２０】
３つ以上の光源を設ける場合、必ずしも全ての光源を独立に明滅させることができない場合も考えられる。この場合、少なくともこれら３つの光源は、互いに独立に明滅させることのできる２つのグループに分割することができればよい。以下、その理由について説明する。
【００２１】
例えば、４００ｎｍ〜４５０ｎｍの波長を５０ｎｍの帯域幅で含む光源を構成したい場合を考える。１つの光源のみでは２５ｎｍの帯域幅しか出力することができない場合、１つ目の光源は４００ｎｍ〜４２５ｎｍの波長を２５ｎｍの帯域幅に渡って照射し、２つ目の光源が４２５ｎｍ〜４５０ｎｍの波長を２５ｎｍの帯域幅に渡って照射するようにし、さらに２つの光源を隣接させるなどの配置とする。これにより、４００ｎｍ〜４５０ｎｍの波長の光を照射するように構成することができる。この場合、これら２つの光源は互いに独立に明滅を制御することができなくても実質的には支障ない。もちろん、これら２つの光源が互いに独立に明滅を制御することができれば何ら支障はない。
【００２２】
植生解析においては、上記のように隣接した波長の光に対する応答を分離して解析する必要がある場合もあるため、むしろ独立に明滅を制御することができるように構成することが望ましい場合がある。本実施形態１では、異なる波長間の相違を観察するため、明滅を独立に制御することができる光源を少なくとも２つ以上持つものとする。
【００２３】
さらに、光源は、照射する光のスペクトルや強度が時間的に安定な光源と、それらが時間的に変動する光源とに分類される。本発明では、前者を安定光源と呼び、後者を変動光源と呼ぶ。安定と変動の境界を決定するのは時間であり、これは実施の方法により変化する。例えば、６０分の１秒の露出時間でカメラ撮影する場合であれば、６０分の１秒（約１６７ｍｓ）以上に渡ってスペクトルや照射強度が一定である光源は、安定光源の候補とみなすことができる。また、６０分の１秒未満の早さでスペクトルや照射強度が変動する光源は、変動光源の候補であるとみなすことができる。一方、１０秒に１枚の画像を撮影する場合であれば、１０秒ごとにスペクトルや照射強度が一定である光源が安定光源の候補とみなされる。これら両方の意味において安定光源候補とみなされるものが、本発明における安定光源であり、いずれかの意味において変動光源候補とみなされるものが、本発明における変動光源である。
【００２４】
ここで注意するべきは、撮影の早さと撮影の間隔の２つのパラメータを元に、安定光源と変動光源を切り分ける点である。例えば、露出時間が短く撮影の間隔が短いほど、安定光源の候補は多くなる。このような性質を元に、本発明を実施する上で使用する光源やカメラを設定するものとする。
【００２５】
＜実施の形態１：基本動作の説明：撮影タイミングについて＞
次に、本実施形態１に係る植物育成システム１が、植生解析を行うための画像を撮影する際の動作について説明する。本実施形態１に係る植物育成システム１は、画像を撮影するタイミングを決定する手段と決定されたタイミングで撮影を行う手段を備えている。
【００２６】
本実施形態１に係る植物育成システム１は、まず始めに、前回の撮影時から所定時間が経過したかどうかを判定する。所定時間が経過していない場合は、待機する。所定時間が経過している場合は、画像を撮影するタイミングを決定するため、明滅を制御することができる光源の出力を全て停止したうえで、２回の撮影を実施する。撮影の間隔は自由に設定することができるが、仮に数秒とし、この間隔は毎回変動するように、乱数発生装置を用いてばらつきを持たせるようにしてもよい。このようにばらつきを持たせることによって、ある未知の周期で変動する光源の存在を検知することができる確率が向上する。
【００２７】
また、あらかじめ複数の撮影間隔値を記録したデータテーブルや、過去の実際の撮影間隔を記録したデータテーブルから、順次ないしランダムに撮影間隔値を抽出して、撮影間隔を決定してもよいし、任意の回数だけランダムに設定した撮影間隔にしたがったのち、それら過去の実績から最適な間隔を決定してもよい。最適値を選択する方法として、例えば中央値（メジアン）を用いる、平均値を用いる、最大値を用いる、最小値を用いる、といった実装形態が少なくとも挙げられる。
【００２８】
本実施形態１で用いるカメラは、少なくとも、明滅を制御することができる安定光源の出力波長の全てに感度を持つ。すなわち、順次点灯させる光源の反射光ないし透過光の強度を撮影することができる。一方で、明滅を制御することができない光源の出力波長については、必ずしも全ての出力波長に感度を持つ必要はない。なぜならば、本実施形態１に係る植物育成システム１は、明滅を制御することができる光源を用いて植生解析を行うためである。とはいえ、特に外形検査などの植生解析を行う上で、可視光帯の光に感度を有することは有用であるため、明滅を制御することができる光源の出力波長に当該帯域の光が含まれない場合であっても、カメラが同帯域に感度を有するように設計してもよい。
【００２９】
画像を撮影するタイミングを決定する上で、１回目の撮影画像と２回目の撮影画像とで差分を計算する。この差分値が所定の値以上であれば、明滅を制御することができない光源として変動光源がその時点において存在することを意味するため、撮影のタイミングとして適切ではないと判定する。この所定値を０とすれば、１回目の撮影画像と２回目の撮影画像が完全に一致することを条件として設定していることに相当する。
【００３０】
ただし、一般的なカメラの熱雑音の影響で、複数回の撮影画像が完全に一致することは稀であるので、所定値０とは、熱雑音の影響を勘案したうえで差異がないことを意味するように判定条件を設定するのが妥当である。例えば、熱雑音は撮影した画像の各画素値の下位数ビットに乱数を加減算するような効果を与えるものとしてモデル化し、画像を比較する際に下位数ビット分の差異は無視するといった実装が考えられる。
【００３１】
撮影タイミングが適切であるとの結果が得られれば、植物育成システム１は、明滅を制御することができる安定光源を順次明滅させながらカメラを用いて反射光ないし透過光を撮影する。すなわち、明滅を制御することができる安定光源の数だけ撮影を行うため、１回目の撮影では第１番目の光源を点灯してその他の光源は消灯する。２回目の撮影では第２番目の光源を点灯してその他の光源は消灯する。所定の枚数の画像を撮影するまで、撮影タイミングを決定するプロセスを繰り返す。
【００３２】
撮影の順序は必ずしも決まっていなくてもよい。例えば、１回目の撮影では第３番目の光源を点灯してその他の光源を消灯し、２回目の撮影では第１番目の光源を点灯してその他の光源を消灯するようにしてもよい。この順番は、あらかじめ決めておくほかに、乱数生成装置を用いて、毎回の植生解析においてランダムに順序を決定してもよい。ランダムに順序を決定することによって、観察する対象の受光順序に依存した応答を緩和することができる一方で、新たな受光順序依存の特性を発見する可能性を高めることができる。
【００３３】
例えば、青→赤の順序で照射した場合と赤→青の順序で照射した場合に、２回目の照射に対する観測対象の応答が異なれば、それを検知することができる。一方、常に青→赤の順序で照射すると、そのような発見の機会は得られない。とはいえ、すでに適切な照射順序が存在することが明らかであれば、ランダムではなくその順序にしたがうように設定することが望ましい。
【００３４】
以上のようにして撮影した画像は、明滅を制御することができる安定光源の照射光波長（スペクトル）に関する情報を表しているため、本明細書では、スペクトル画像と呼ぶ。また、複数の明滅を制御することができる安定光源から得られたスペクトル画像を、集合としてマルチスペクトル画像と呼ぶ。また、これら光源群からの特定波長の光をスペクトル光と呼び、集合として表す場合はマルチスペクトル光と呼ぶ。
【００３５】
＜実施の形態１：基本動作の説明：育成状態を表す特徴量＞
本実施形態１に係る植物育成システム１は、マルチスペクトル画像を用いて、植生解析を行う。植生解析を行う上で、マルチスペクトル画像から、観察対象の植物体の育成状態に相関をもつ特徴量を計算する。このような特徴量の種類は様々あるが、代表的なものとして、正規化植生指数（ＮＤＶＩ：Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｅｘ）が挙げられる。
【００３６】
ＮＤＶＩは、近赤外光の反射率ＮＩＲと赤色光の反射率Ｒを用いて、ＮＤＶＩ=（ＮＩＲ−Ｒ）／（ＮＩＲ＋Ｒ）と計算される値である。これは、葉緑素を多く含む健康な植物が、クロロフィルによって赤色光を吸収する一方で、近赤外光を反射することを利用している。ＮＤＶＩ値が高ければ、植物が健康であるとみなすことができる。この知見は、ＳＰＡＤメータと呼ばれる葉緑素計測器で利用されている。ＳＰＡＤメータは、農作における追肥タイミングの決定支援などに利用されている。本実施形態１に係る植物育成システム１においても、ＮＤＶＩ値を用いて植物体の育成状態を計算することができる。
【００３７】
ＳＰＡＤメータは、植物の葉を装置に挟み込み、局所的な暗室を作って計測を行うため、多くの植物体の計測を行うのが困難であるのに対し、本実施形態１に係る植物育成システム１は、多くの植物体のＮＤＶＩ値を１回の撮影で計算することができる。この理由について以下に説明する。
【００３８】
ＮＤＶＩを計算するための反射率を得る上で、未知の外光による影響を除外する必要がある。ここで言う外光とは、明滅を制御することができない外乱光源のうち特に変動光源であるものを意味している。外乱光源のうち安定光源に関しては、明滅を制御することができない場合でも、必ずしもその影響を除外する必要はない。ＳＰＡＤメータは、局所的な暗室を作ることによって外光の影響を除外している。その結果、ＳＰＡＤメータの方式をそのまま大型化することは困難である。閉鎖型の植物工場であれば、外光を遮断することができるが、半閉鎖型などその他の施設では、外光を遮断することはできない。また、閉鎖型においても、必ずしも全ての光源が制御下にあるわけではなく、人間が作業するための蛍光灯といった外光が存在しており、やはりＳＰＡＤメータの方式をそのまま大型化することは困難である。さらには、ＳＰＡＤメータは、暗室を作ることによって安定光源の影響も除外する構成となっているため、設備的に冗長である。これに対し本実施形態１に係る植物育成システム１は、外光の変動がないタイミングを選択してスペクトル画像を撮影することにより、外光の影響を除外するので、ＳＰＡＤメータのように暗室を設ける必要がなく、汎用性が高い。
【００３９】
＜実施の形態１：基本動作の説明：育成状態を表す特徴量の他例＞
本実施形態１に係る植物育成システム１が植生解析に用いる特徴量は、ＮＤＶＩ値のみではない。ＮＩＲとＲのほか、青色光の反射率Ｂ、緑色光の反射率Ｇをはじめ、ＧＮＤＶＩと呼ばれる植生指数ＧＮＤＶＩ=（ＮＩＲ−Ｇ）／（ＮＩＲ＋Ｇ）、（Ｇ−Ｒ）／（Ｇ＋Ｒ）、（Ｒ−Ｂ）／（Ｒ＋Ｂ）といった値を用いることができる。その他、特定の波長の光の反射率、その他複数の波長の正規化指数値（ＮＤＶＩに準じた式に各反射率を代入して得る値や、任意に設定した値を加減算することでさらに調整した値）を用いることもできる。
【００４０】
また、スペクトル画像間の計算のみではなく、あるひとつのスペクトル画像から、植物体の形状を読み取り、それを特徴量とすることもできる。例えば、葉面積は植物体の生育進度を表す良い指標であり、これは、緑色光に対するスペクトル画像を用いれば効率よく計算することができる。スペクトル画像中の植物体の位置は、近赤外光の反射や透過を撮影したスペクトル画像を用いて抽出することができる。育成棚の土の部分と植物の部分では、主として近赤外光の反射特性が異なるためである。すなわち、近赤外光のスペクトル画像から植物体の位置を抽出すれば、緑色光のスペクトル画像から、抽出された植物体の位置の輝度値を積算することにより、植物体の葉の健康度を捉えることができる。また、抽出された位置を中心として緑色光スペクトル画像の分布を解析することにより、葉の面積を抽出することもできる。同様に、近赤外光の透過を撮影したスペクトル画像を用いれば、葉に含まれる葉脈の長さや本数、面的分布を観察することができる。さらにはこれらの値から植物体の成長ばらつきを予測することができる。
【００４１】
これらの特徴量の計算手法は、本実施形態１に係る植物育成システム１が用いる、明滅を制御することができる安定光源の出力波長と強度に応じて、任意に設計および選択することができる。植生に相関をもつ波長は複数知られており、例えばクロロフィルの吸収帯である４５０ｎｍ（青色）付近の波長や６５０ｎｍ（赤色）付近の波長、植生における反射率の高い８００ｎｍ付近の波長、水分の吸収帯である１．４ｕｍ付近や１．９ｕｍ付近の波長など、様々な波長の光源を用いることができる。これら全てをカバーするように光源群を用意してもよいし、一部のみをカバーするようにしてもよい。可視光の波長帯も、植物体の形態を分析するには適しているため、同帯域をカバーするようにしてもよい。一方、明滅を制御することのできない蛍光灯を外光として備える施設においては、蛍光灯がほとんど照射しない赤外領域の光や紫外領域の光を用いて画像を撮影することにより、外光の影響を受けずに植生解析を行うことができる。
【００４２】
＜実施の形態１：基本動作の説明：影領域の除去＞
太陽などの時間とともに移動する外光が存在する場合、スペクトル画像の一部に施設の影が入り込む可能性がある。影領域を検出する方法としては、画像中の輝度分布を解析する方法、複数画像間の比較による方法など様々存在する。
【００４３】
影が入り込んだ画像中の一部領域のみを除外して解析を行うか、その画像自体を無効として再度撮影を行うかは、自由に設定することができる。一部領域のみを除外して解析を行う場合であれば、画像中のどの領域が解析対象となったかを管理し、解析が行われていない領域をユーザに対して明示することにより、解析が許容可能な程度の精度を保って行われているかどうかをユーザに判断させる機会を与えることができる。この際に、画像の各画素が実際の育成棚をはじめとする施設内のどの場所に対応するかをあらかじめ確認してデータベースに記憶しておき、施設内のどの部分が解析に用いられたか画面上で図示するようにしてもよい。このような補助表示により、ユーザの理解を助け、システムの完全性をより容易に確認することができるという効果を発揮する。
【００４４】
このようなデータベースは、例えば後述する分析装置１１１の中の記憶装置内に保持しておき、分析装置１１１が分析結果を送信する際や分析結果を表示する際に適宜参照するように構成することが適切である。一方で、後述するユーザ端末１１３側にこのようなデータベース機能の一部または全部を持たせ、分析装置１１１はカメラの撮影角等の情報のみを管理するようにし、ユーザ端末１１３側で実際の位置を確認するようにしてもよい。これにより、分析装置１１１をより幅広い環境で汎用に用いることができるため、コスト削減に効果的である。
【００４５】
＜実施の形態１：基本動作の説明：植物育成＞
後述する作物育成制御装置１１２は、上述した育成状態を表す特徴量を参照して、それらが育成棚の面上で均一化されるように作物の育成を制御する。すなわち、作物の育成程度が均一になり、他よりも成長が早かったり遅かったりする作物ができる限り少なくなるように、育成状態を制御する。作物育成制御装置１１２は、そのための手段として、植物体に与える光、水、栄養素の量などのパラメータの一部または全部を調整する。これらの一部または全部を自由に組み合わせてもよい。この制御は、作物育成制御装置１１２が自動的に実施してもよいし、作物育成制御装置１１２は制御内容を提示するのみにとどめ、実際の作業は人間が手動で実施してもよい。
【００４６】
光、水、栄養素などの育成手段が植物体に与える影響の速度には相違があり、また、生育の各段階で効果も異なる。例えば、ある植物体に対して赤外光を照射すると伸長を早める効果が認められるが、その効果は生育の初期の段階に限られ、後期には特段の効果が見込めない、といった場合が考えられる。水分についても、植物体の大きさによって必要量が異なり、栄養素については、さらに生育の初期段階で必要な栄養素と後期段階で必要な栄養素は異なる。
【００４７】
これらの育成手段ごとの設定値に関する情報は、作物育成制御装置１１２内の記憶装置に、育成モデルとしてテーブルとして記録されているものとする。生育段階をキーにしてこの育成モデルテーブルを検索することにより、適切な設定項目や設定値を読み出すことができる。例えば光の照射量を制御して植物体の生育を早める必要がある場合、育成モデルテーブルから読み出した設定値よりも多くの光を照射する。また、生育を遅くする必要がある場合、育成モデルテーブルから読み出した設定値よりも少ない光を照射する。生育に影響を与える光の例として、熱赤外領域の光が挙げられる。熱赤外領域の光は、植物体の温度を上昇させる効果があるため、それによって部分的な温度上昇を図り、生育を促進することができる。
【００４８】
どの程度の分解能で生育を調整できるようにするかは、光源の照射範囲と個数を調整することにより、必要に応じて設計することができる。本実施形態１に係る植物育成システム１は、水分量や栄養素の量を自動的に調整するようには構成されていないが、これは水分や栄養素は十分に均等に与えられていることを前提としているからである。これらは各営農形態において、営農者の手により改善することができ、光照射量の制御と比較して、制御の頻度が低いと想定したことを根拠とする。もっとも、さらなる自動化を促進するために、本実施形態１に係る植物育成システム１の一部に、これらを制御する機構を設けることは容易である。例えば、作物育成制御装置１１２が、水分や栄養素の供給量を計算してその指示を出力するように構成してもよい。その場合、データベースに記録している育成モデルテーブルには、各成長段階における水分量や栄養素量を記録しておく。
【００４９】
植物の育成を制御するうえで、植物体の生育の段階を把握することが重要である。そのために、植物体の播種後または移植後の積算時間、積算温度、積算光照射量などを利用することができる。
【００５０】
積算時間は、後述する分析装置１１１が計算する。分析装置１１１は、播種や移植のタイミングから計算を開始する。積算温度は、温度センサからの情報を蓄積することにより計算する。積算光照射量は、光量計（カメラが光量計を兼ねてもよい）からの計測結果を蓄積することにより計算する。
【００５１】
播種時から上記パラメータを管理する場合であれば、これらの初期値を０として管理を開始してもよい。また、移植段階での積算時間、積算温度、積算光照射量などの初期値はユーザがユーザ端末１１３を用いて与えてもよい。もしくは、ユーザは、播種日のみをユーザ端末１１３に入力し、ユーザ端末１１３は、あらかじめ設定された地域情報や植物体情報を元に、気象情報センタ等に自動的に問い合わせ、適切な初期値を内部で設定するようにしてもよい。
【００５２】
積算温度、積算光照射量については、瞬時計測値を積算値に算入するかどうかを決める閾値を設けておく。例えば、２４時間などのある期間の平均気温が所定の値よりも小さければ、その時点の瞬時計測値は積算温度として算入しない。この閾値の設定の仕方は様々考えられる。例えば、日照量がある量以上の期間のみを用いて平均気温を計算する場合もある。
【００５３】
この閾値は、植物体ごとに個別に設定することもできる。例えば、本実施形態１に係る植物育成システム１を用いる施設内で複数種類の植物体を育成する場合や、播種時期の異なる植物体を育成する場合は、複数の積算時間、積算温度、積算光照射量を管理する。これらは、植物体番号をキーとするデータベースの形で記録してもよいし、育成棚の座標をキーとするデータベースの形で記録してもよい。育成棚の座標をキーとする管理方法であれば、同一植物体であっても、その部分ごとに情報を管理することができるため、より精細な管理を行うことができる。一方で、光量計や温度センサの計測結果をそれに対応する分解能のものに置き換えるか、相応の分解能を代表する値を計算で求める必要がある。前者であれば、容易に対応することができる。後者であれば、スペクトル画像を用いて、座標ごとの光の当たり方の違いを計算し、それを基にして座標ごとの光量や温度を推測するといった処理を実施する。
【００５４】
以上、本実施形態１で用いる基本的な用語と育成制御の考え方について説明した。以下では、図面を用いて植物育成システム１の構成を説明する。
【００５５】
＜実施の形態１：システム構成＞
図１は、本実施形態１に係る植物育成システム１の構成図である。植物育成システム１は、園芸施設（１００）、育成棚（１０２）、施設外不可制御光源（１０３）、施設内不可制御光源（１０４）、可制御不安定光源（１０５）、カメラ（１０６）、可制御安定光源群（１０７）、光量センサ（１０８）、環境センサ（１０９）、光学系制御装置（１１０）、分析装置（１１１）、作物育成制御装置（１１２）、ユーザ端末（１１３）を有する。本発明に係る「植生制御装置」は、光学系制御装置（１１０）がこれに相当する。
【００５６】
園芸施設（１００）は、植物体を育成する施設であり、配線（１０１）を介して各制御装置およびユーザ端末（１１３）と接続されている。育成棚（１０２）は、植物体を育成する棚である。施設外不可制御光源（１０３）は、明滅を制御可能ではない光源のうち園芸施設（１００）外に存在するものである。施設内不可制御光源（１０４）は、明滅を制御可能ではない光源のうち園芸施設（１００）内に存在するものである。可制御不安定光源（１０５）は、明滅を制御することができ、放射スペクトルやその強度が時間的に安定ではない光源である。カメラ（１０６）は、各光源から育成棚（１０２）に向けて照射される光の反射光ないし透過光を計測する。可制御安定光源群（１０７）は、明滅を制御することができ、放射スペクトルやその強度が時間的に安定である光源群である。光量センサ（１０８）は、育成棚（１０２）周辺の光量を計測するセンサである。カメラを用いて代用することもできる。環境センサ（１０９）は、育成棚（１０２）周辺の温度・湿度・日照等を計測するセンサである。
【００５７】
配線（１０１）は、可制御不安定光源（１０５）、カメラ（１０６）、可制御安定光源群（１０７）、光量センサ（１０８）、環境センサ（１０９）、光学系制御装置（１１０）、分析装置（１１１）、作物育成制御装置（１１２）、ユーザ端末（１１３）を接続する。育成棚（１０２）では、植物体（１０２１、１０２２）が育成される。
【００５８】
図１では、光学系制御装置（１１０）、分析装置（１１１）、作物育成制御装置（１１２）、ユーザ端末（１１３）が園芸施設（１００）の外部に設置されている構成を示した。しかし、これら各装置は園芸施設（１００）の内部に設置されていてもよい。その他、ユーザ端末（１１３）のみを、例えば営農者の事務所など園芸施設（１００）の外側に配置し、園芸施設（１００）の遠方から各制御装置を操作するようにしてもよいし、複数の園芸施設（１００）間で各制御装置の一部または全部を共有するように構成してもよい。本システムの機能を損なわない限り、様々な形態で各装置を設置することができる。
【００５９】
図２は、光学系制御装置（１１０）の機能ブロック図である。光学系制御装置（１１０）は、各光源の明滅を制御し、また撮影環境における光源状態が、カメラ（１０６）による撮影に適しているか否かを判定する。光学系制御装置（１１０）は、配線（１０１）を介して、明滅を制御することができる光源（１０５、１０７）、カメラおよびセンサ群（１０６、１０８、１０９）と接続されており、これら各装置との間で情報を授受することができる。また、配線（１０１）を通じて、分析装置（１１１）、作物育成制御装置（１１２）、ユーザ端末（１１３）との間で情報を授受することができる。
【００６０】
光学系制御装置（１１０）は、カメラ制御部（１１０１）、光源制御部（１１０２）、光状態受信部（１１０３）、光状態判定部（１１０４）、制御情報受信部（１１０５）、データ記憶部（１１０６）を備える。
【００６１】
カメラ制御部（１１０１）は、スペクトル画像を撮影する際に用いるカメラ（１０６）を制御する。光源制御部（１１０２）は、明滅を制御することができる光源（１０５、１０７）の明滅を制御する。光状態受信部（１１０３）は、光量センサ（１０８）から計測結果を受信する。光状態判定部（１１０４）は、光状態受信部（１１０３）が受信した計測結果に基づき、育成棚（１０２）周辺の光源状態が、カメラ（１０６）がスペクトル画像を撮影するのに適しているか否かを判定する。制御情報受信部（１１０５）は、作物育成制御装置（１１２）およびユーザ端末（１１３）から、光源強弱設定値を受信する。データ記憶部（１１０６）は、光源の出力設定値、光状態と制御の履歴、などを記憶する。
【００６２】
図３は、分析装置（１１１）の機能ブロック図である。分析装置（１１１）は、各センサおよびカメラの計測結果に基づき、植物体（１０２１、１０２２）の育成状態を分析する装置である。分析装置（１１１）は、配線（１０１）を介してカメラおよびセンサ群（１０６、１０８、１０９）と接続されており、これらとの間で情報を授受することができる。また、配線（１０１）を通じて、光学系制御装置（１１０）、作物育成制御装置（１１２）、ユーザ端末（１１３）との間で情報を授受することができる。
【００６３】
分析装置（１１１）は、データ受信部（１１１１）、データ分析部（１１１２）、分析結果送信部（１１１３）、データ記憶部（１１１４）を備える。
【００６４】
データ受信部（１１１１）は、カメラおよびセンサ群（１０６、１０８、１０９）から計測データを受信して、データ分析部（１１１２）に出力する。データ分析部（１１１２）は、先に説明した植物体（１０２１、１０２２）の特徴量を抽出する。また、抽出した特徴量と過去の特徴量との間で比較分析を実施する。分析結果送信部（１１１３）は、データ分析部（１１１２）の分析結果を作物育成制御装置（１１２）に送信する。分析結果データには、分析結果とともに、時刻、積算時間、積算温度などの基本的な情報を含めることができる。データ記憶部（１１１４）は、分析によって抽出する特徴量の計算方法、設定値、分析実施時に必要となるデータなどを記憶する。また、分析の途中結果や過去の履歴も記憶する。これらのデータは、分析で用いられるほか、作物育成制御装置（１１２）、光学系制御装置（１１０）、ユーザ端末（１１３）から任意に参照することができる。
【００６５】
図４は、作物育成制御装置（１１２）の機能ブロック図である。作物育成制御装置（１１２）は、分析装置（１１１）の分析結果に基づき、植物体（１０２１、１０２２）を育成し、または育成のための制御情報を出力する装置である。作物育成制御装置（１１２）は、配線（１０１）を介して光学系制御装置（１１０）、分析装置（１１１）、ユーザ端末（１１３）と接続されており、これらとの間で情報を授受することができる。
【００６６】
作物育成制御装置（１１２）は、分析結果受信部（１１２１）、光学系制御情報計算部（１１２２）、光学系制御情報送信部（１１２３）、データ記憶部（１１２４）を備える。
【００６７】
分析結果受信部（１１２１）は、分析装置（１１１）から分析結果を受信し、光学系制御情報計算部（１１２２）に直接出力するか、またはその分析結果をデータ記憶部（１１２４）に一旦格納する。あるいは、計測結果の一部を光学系制御情報計算部（１１２２）に直接出力し、残りの一部をデータ記憶部（１１２４）に格納する。光学系制御情報計算部（１１２２）は、受け取った分析結果、およびデータ記憶部（１１２４）が記憶している情報を利用して、育成棚（１０２）に設置されている植物体（１０２１、１０２２）の生育を均一化するために必要な光学系のスペクトル波長、強度、照射時間などの設定値を計算する。すでに生育の一様性が十分であるか見込まれる場合、前回の計算結果と同じものを出力するか、データ記憶部（１１２４）に記憶されている、標準的な育成用の設定値を出力する。光学系制御情報計算部（１１２４）の計算結果は、一旦データ記憶部（１１２４）に格納してもよいし、光学系制御情報送信部（１１２２）から光学系制御装置（１１０）に直接伝達してもよい。データ記憶部（１１２４）が記憶する、標準的な育成用の設定値は、作物育成制御装置（１１２）の製造段階であらかじめ記録してもよいし、ユーザ端末（１１３）から設定できるようにしてもよい。特に後者であれば、最新の研究成果等の情報を反映することができ、より正確な制御を実施することができる。
【００６８】
図５は、ユーザ端末（１１３）の機能ブロック図である。ユーザ端末（１１３）は、各制御装置に対する操作指示を入力するための端末である。ユーザ端末（１１３）は、配線（１０１）を介して光学系制御装置（１１０）、分析装置（１１１）、作物育成制御装置（１１２）と接続されており、これらとの間で情報を授受することができる。光源やカメラ等を同じ配線（１０１）上に接続することによって、ユーザ端末（１１３）からこれらを直接制御することができるようにしてもよい。
【００６９】
ユーザ端末（１１３）は、入力部（１１３１）、表示部（１１３２）、データ送信部（１１３３）、データ受信部（１１３４）、データ記憶部（１１３５）を備える。
【００７０】
入力部（１１３１）は、ユーザからの操作入力を受け取る。例えば、キーボードやタッチパネルといった入力装置を用いて構成することができる。入力部（１１３１）は、データ、コマンド、植物育成システム１からユーザに対する問い合わせの応答などを受け取り、データ記憶部（１１３５）に格納するか、またはデータ送信部（１１３３）と配線（１０１）を通じて、入力されたデータが必要とされる装置へ送信する。例えば、光学系制御装置（１１０）に対して、光源の明滅を指示することができるように構成する場合は、ユーザは入力部（１１３１）を通じて明滅を指示する。表示部（１１３２）は、植物育成システム１からユーザへの問い合わせ内容を表示する。また、植物育成システム１がユーザに提示する情報、例えば分析結果や動作状態などを表示する。データ受信部（１１３４）は、配線（１０１）を通じて植物育成システム１からユーザに提示する情報を受け取り、必要な加工を施したのちに、表示部（１１３２）にその情報を表示するよう指示する。データ受信部（１１３４）は、植物育成システム１から一方的に送られてくる情報を受信するだけでなく、データ送信部（１１３４）から、データのバックアップ指示を、光学系制御装置（１１０）、分析装置（１１１）、作物育成制御装置（１１２）にブロードキャストして、その応答として各装置からバックアップデータを受信し、データ記憶部（１１３５）に格納するようにしてもよい。このように動作することにより、各制御装置の故障に備えたり、データを一カ所にまとめて独自の分析を実施したりすることができる。
【００７１】
＜実施の形態１：システム全体動作＞
図６は、植物育成システム１の動作手順を示すフローチャートである。以下、図６の各ステップについて説明する。
【００７２】
（図６：ステップＳ１００）
植物育成システム１は、図１に示す各制御装置、ユーザ端末（１１３）、カメラ、各センサ、各光源が起動することによって動作を開始する。これらのうち一部については、いずれかの制御装置から起動するように指示を受けてから起動するようにしてもよい。
【００７３】
（図６：ステップＳ１０１）
光学系制御装置（１１０）のカメラ制御部（１１０１）は、各種初期化処理の一部として、カメラ（１０６）のキャリブレーションを実施する。ここでいうカメラのキャリブレーションとは、まだ育成棚（１０２）に作物が設置されていない状態または仮の植物体を設置した状態で撮影を行って画角を調整すること、撮影画像の輝度値が過小や過大になっていないか、また光源の明滅によって同様に撮影画像の輝度値が過小や過大にならないか、などを確認することによって、カメラ（１０６）による観測が運用機関を通じて適切に行われるようにする作業のことをいう。本ステップは、例えばユーザ端末（１１３）を介してユーザが手動で実施してもよいし、所定の手順にしたがってカメラ制御部（１１０１）は自動的に実施してもよい。
【００７４】
（図６：ステップＳ１０２）
ユーザは、育成対象である植物体（１０２１、１０２２）を育成棚（１０２）に設置する。植物体を設置した後は、光学系制御装置（１１０）、分析装置（１１１）、作物育成制御装置（１１２）が連携して、育成棚（１０２）に設置された植物体群（１０２１、１０２２）の生育を均一化させながら育成する。
【００７５】
（図６：ステップＳ１０２：補足）
植物体を設置する方法としては、育成棚（１０２）に置かれた土壌に植物体の種を播く、すでにある程度の育成が進んでいる植物体を育成棚（１０２）に置かれた土壌に移植する、などがある。植物育成システム１は、そのいずれにも対応することができるが、設置方法によって、分析装置（１１１）、作物育成制御装置（１１２）などの設定値を初期化する方法が異なる。例えば、播種より育成を開始する場合は、上述の積算温度を０より開始し、移植により育成を開始する場合は、すでに播種時から計算している積算温度を設定初期値として設定する、などが挙げられる。
【００７６】
（図６：ステップＳ１０３）
光学系制御装置（１１０）のカメラ制御部（１１０１）は、カメラ（１０６）に対し、育成棚（１０２）周辺のスペクトル画像を撮影するよう指示する。光状態判定部（１１０４）は、カメラ（１０６）が撮影するのに適切な条件が整っているか否かを判定する。この判定は主に、光源からの光量が適切な状態にあるか否かによる。本ステップの詳細は、後述の図７で改めて説明する。撮影条件が整っていると判定する場合はステップＳ１０４へ進み、整っていないと判定する場合は本ステップを継続する。
【００７７】
（図６：ステップＳ１０３：補足）
撮影条件が整っていないと判定して本ステップを繰り返す際に、数秒から数分程度の待ち時間を入れてもよい。これにより、撮影機会を損なわず、かつ光学系制御装置（１１０）およびカメラ（１０６）に過剰な負荷を与えずに、運用することができる。また、本ステップで撮影条件が整っていないと判定する回数が所定の回数を超えた場合、ユーザに警告することができるようにしてもよい。これにより、適切な撮影間隔を設定する機会をユーザに提供することができる。ユーザにとっては、光学系制御装置（１１０）が設置されている環境について把握する機会が得られる。また、撮影間隔を適切に設定することにより、判定処理を過剰に繰り返さないようにすることができるので、消費電力を低減するなどの効果が見込める。
【００７８】
（図６：ステップＳ１０４〜Ｓ１０５）
光学系制御装置（１１０）の光源制御部（１１０２）は、可制御安定光源群（１０７）を順次明滅させる（Ｓ１０４）。カメラ制御部（１１０１）は、各光源が点灯している時点で、スペクトル画像を撮影する（Ｓ１０５）。
【００７９】
（図６：ステップＳ１０４〜Ｓ１０５：補足）
可制御安定光源群（１０７）を明滅させる順序は、必ずしも固定でなくともよい。どの光源を明滅させているかは、光源制御部（１１０２）が自ら把握しているので、カメラ制御部（１１０１）は各光源に対応するスペクトル画像を重複なく撮影すれば十分である。
【００８０】
（図６：ステップＳ１０６）
光源制御部（１１０２）は、全ての光源についてスペクトル画像を撮影したか否かを判定する。撮影完了していない光源がある場合は、ステップＳ１０３に戻って同様の処理を繰り返す。全ての光源について撮影完了している場合は、ステップＳ１０７に進む。
【００８１】
（図６：ステップＳ１０６：補足）
本ステップからステップＳ１０３に戻るとき、撮影時刻などについては、光学系制御装置（１１０）が適切に設定する。また、明滅を制御することができない変動光源が存在しないことが判明している場合には、必ずしもステップＳ１０３を実施しなくともよい。
【００８２】
（図６：ステップＳ１０７）
分析装置（１１１）のデータ分析部（１１１２）は、カメラ（１０６）が撮影したスペクトル画像を分析する。分析の例は、すでに述べた通りである。なお本実施形態１では、カメラ（１０６）が撮影したスペクトル画像は直接分析装置（１１１）のデータ受信部（１１１１）に送信されるように記載したが、スペクトル画像をいったん光学系制御装置（１１０）のデータ記憶部（１１０６）に記録し、一部または全てのスペクトル画像が撮影終了したのちに分析装置（１１１）に送信されるように構成してもよい。
【００８３】
（図６：ステップＳ１０８）
作物育成制御装置（１１２）の分析結果受信部（１１２１）は、分析装置（１１１）の分析結果を受信する。光学系制御情報計算部（１１２２）は、植物体（１０２１、１０２２）の育成が終了したか否かを判定する。育成を継続する場合はステップＳ１０９へ進み、育成を終了する場合は本処理フローを終了する。本ステップの詳細は、後述の図８で改めて説明する。
【００８４】
（図６：ステップＳ１０９）
作物育成制御装置（１１２）の光学系制御情報計算部（１１２２）は、光学系制御情報を計算する。例えば、分析装置（１１１）の分析結果により、カメラ（１０６）が撮影したスペクトル画像内の一部の植物体（１０２１）の生育がその他の植物体（１０２２）の生育よりも遅いと判断された場合、光学系制御情報計算部（１１２２）は、植物体（１０２１）により多くの時間および強度の光を照射するような制御情報を計算し、光学系制御装置（１１０）の光源制御部（１１０２）に通知する。あるいは、植物体（１０２２）の生育が進みすぎていると判断された場合、植物体（１０２２）により少ない時間および強度の光を照射するような制御情報を計算し、光源制御部（１１０２）に通知する。
【００８５】
（図６：ステップＳ１１０）
光学系制御情報計算部（１１２２）の計算結果は、光学系制御装置（１１０）の制御情報受信部（１１０５）を介して光源制御部（１１０２）に通知される。光学系制御装置（１１０）の光源制御部（１１０２）は、その計算結果に基づき、各光源を制御する。これにより、光源の動作状態は、育成棚（１０２）に設置されている植物体（１０２１、１０２２）の育成状態を均一化する状態となる。本ステップの後はステップＳ１０３に戻り、同様の処理を繰り返す。
【００８６】
＜実施の形態１：ステップＳ１０３の詳細＞
図７は、図６のステップＳ１０３の詳細処理フローである。以下、図７の各ステップについて説明する。
【００８７】
（図７：ステップＳ２００）
光学系制御装置（１１０）の光状態判定部（１１０４）は、図６のステップＳ１０３において、カメラ制御部（１１０１）から撮影条件を判定するよう要求を受けると、本処理フローを開始する。
【００８８】
（図７：ステップＳ２０１）
光状態判定部（１１０４）は、現在時刻が撮影条件に適合しているか否かを判定する。具体的には、現在時刻があらかじめ設定された撮影時刻ではない、もしくは前回の撮影時刻からの経過時間が所定の時間間隔に達していない場合は、撮影条件に適合していないと判定し、ステップＳ２０８へ進む。現在時刻が撮影条件に適合している場合は、ステップＳ２０２へ進む。
【００８９】
（図７：ステップＳ２０１：補足）
上記のどちらの方式で撮影条件を判定するかは、植物育成システム１を運用開始する時に設定することができるものとする。撮影間隔の長短は、観測対象や生育環境に依存して変化する。例えば、１２時間に１回撮影するように設定した場合、前回からの経過時間が１２時間未満であれば、撮影条件に適合していないと判定する。
【００９０】
（図７：ステップＳ２０２〜Ｓ２０３）
光状態判定部（１１０４）は、制御することができる光源を全て消灯する（Ｓ２０２）。光状態判定部（１１０４）は、カメラ（１０６）による撮影を行う（Ｓ２０３）。
【００９１】
（図７：ステップＳ２０４）
光状態判定部（１１０４）は、制御することができない光源の存在や影響を観察するため、あらかじめ定めた時間の間、待機する。待ち時間は、制御することができない光源の特性をあらかじめ知っている場合は、その知識に基づいて設定すればよい。そうでない場合は、例えば乱数生成装置を用いてランダムに設定すればよい。乱数生成装置は、植物育成システム１全体で１つ持って各装置間で共有してもよい。その場合は、配線（１０１）に乱数生成装置を直接接続するか、または光学系制御装置（１１０）、分析装置（１１１）、作物育成制御装置（１１２）、ユーザ端末（１１３）のいずれかの内部に乱数発生装置を備えておき、配線（１０１）を通じて外部からアクセスできるようにすればよい。
【００９２】
（図７：ステップＳ２０４：待ち時間の例）
例えば、制御することができない光源として蛍光灯が存在する場合を考える。蛍光灯が５０Ｈｚの電源に接続されている場合は６０分の１秒の待ち時間とし、６０Ｈｚの電源に接続されている場合は５０分の１の待ち時間とする、というように周期が一致しないような待ち時間を設定する。これにより、制御することができない光源に起因する輝度の揺らぎをうまく検出することができる。また、待ち時間にランダム要素を含ませることによって、予測していなかった外光の存在を検出できるようになることが期待される。
【００９３】
（図７：ステップＳ２０５）
光状態判定部（１１０４）は、ステップＳ２０４の待機時間が経過した後、カメラ（１０６）による２回目の撮影を行う
【００９４】
（図７：ステップＳ２０６）
光状態判定部（１１０４）は、ステップＳ２０３のカメラ撮影結果とステップＳ２０５のカメラ撮影結果を比較する。ステップＳ２０４で述べたように、待ち時間を適切に設定すれば、２つの画像を比較することにより、制御することができない光源であってスペクトルや強度が安定ではない光源の存在を、検出することができる。２つの画像が一致している場合は、ステップＳ２０７へ進む。２つの画像が一致しない場合は、ステップＳ２０８へ進む。
【００９５】
（図７：ステップＳ２０６：補足その１）
本ステップにおいて、２つの画像が一致すれば、制御することができない光源は安定光源であることが分かる。安定光源は、スペクトル強度などがあまり経時変化しないため、分析装置（１１１）が画像の分析を行う上で、各画像間のスペクトル毎の相違を分析する必要はなく、画素値が画像全体として互いにどの程度相違しているかを分析すればよいことになる。植物体の特徴量としてＮＤＶＩなどを用いる場合は、反射率が分かれば十分だからである。この場合、画像間の相違は、１つ目の画像の画素値を定数倍すると２つ目の画像の画素値になる、という関係となる。この定数倍パラメータを調整することにより、どの程度の相違を許容するかを調整することができる。
【００９６】
（図７：ステップＳ２０６：補足その２）
上記定数パラメータは、光量センサ（１０８）の検出結果によって定まる。例えば、光量センサ（１０８）の検出光量が０であれば、植物育成システム１内に制御することができない光源が存在しないことになるので、定数パラメータは１とすればよい。光量センサ（１０８）が検出した光量が０より大きければ、その大きさにしたがって定数パラメータを大きくすればよい。
【００９７】
（図７：ステップＳ２０６：補足その３）
本実施形態１において、光量センサとは、全体的な光量を計測するものであり、カメラとは、画角内の各領域の光量を捉えることのできるセンサであることを想定している。光量センサ（１０８）を、スペクトル画像を撮影するためのカメラ（１０６）で代用することもできる。このような代用を行う場合は、植物育成システム１は光量センサ（１０８）を備えなくともよいが、カメラ（１０６）は、スペクトル画像を撮影すべき旨の要求と光量を計測すべき旨の要求の両方に応答する必要がある。
【００９８】
（図７：ステップＳ２０６：補足その４）
本ステップにおいて、２つの画像が一致するか否かを判定する際の判定精度は、任意に設定することができる。例えば、撮影時の熱雑音により、ステップＳ２０３の撮影結果とステップＳ２０５の撮影結果が厳密に一致する確率は低く、一般的にはわずかながら相違が生じる。しかし、熱雑音に起因する相違の場合、画像全体に均等にわずかな相違が現れるため、その特徴をもって、十分に一致しているとみなすこともできる。どの程度の熱雑音が混入するかは、撮影時の明るさなどに依存するため、光量をパラメータとして、許容可能な熱雑音の大きさを自動的に調整してもよい。これにより、熱雑音の影響を緩和してスペクトル画像による解析を実施する機会を増やすことができる。
【００９９】
（図７：ステップＳ２０７）
光状態判定部（１１０４）は、現在の光源状態がカメラ（１０６）による撮影に適している旨の判定結果を出力する。
【０１００】
（図７：ステップＳ２０８）
光状態判定部（１１０４）は、現在の光源状態がカメラ（１０６）による撮影に適していない旨の判定結果を出力する。
【０１０１】
＜実施の形態１：ステップＳ１０８の詳細＞
図８は、図６のステップＳ１０８の詳細処理フローである。以下、図８の各ステップについて説明する。
【０１０２】
（図８：ステップＳ３００）
作物育成制御装置（１１２）の分析結果受信部（１１２１）は、分析装置（１１１）からの指示にしたがって、本処理フローを開始する。
【０１０３】
（図８：ステップＳ３０１）
分析結果受信部（１１２１）は、分析装置（１１１）から、分析結果として植物体（１０２１、１０２２）の生育特徴量を受信する。
【０１０４】
（図８：ステップＳ３０２）
光学系制御情報計算部（１１２２）は、ステップＳ３０１で受信した生育特徴量が、育成棚（１０２）で育成中である植物体（１０２１、１０２２）が所定の生育段階に到達したことを示す所定値に達しているか否かを確認する。所定の生育段階に達していればステップＳ３０３に進み、達していなければステップＳ３０４に進む。
【０１０５】
（図８：ステップＳ３０２：補足）
所定の生育段階に到達したかどうかは、生育特徴量と、データ記憶部（１１２４）があらかじめ記憶している当該植物体の生育終了時の生育特徴量とを比較することによって判定することができる。両者が一致ないし十分一致していれば、所定の生育段階に到達したと判定する。比較処理は、例えば生育特徴量を数値化してその結果をベクトルに表現し、両者の差分を計算することによって実施する。十分一致しているとは、両者の差分値が所定の閾値未満であることをいう。閾値は、作物育成制御装置（１１２）を初期化する際にデータ記憶部（１１２４）へあらかじめ記録してもよいし、ユーザがユーザ端末（１１３）を通じて適当な時点で入力してもよい。
【０１０６】
（図８：ステップＳ３０３）
光学系制御情報送信部（１１２３）は、植物体（１０２１、１０２２）の育成を終了すべき旨の制御情報を、光学系制御装置（１１０）に送信する。
【０１０７】
（図８：ステップＳ３０４）
光学系制御情報送信部（１１２３）は、植物体（１０２１、１０２２）の育成を継続すべき旨の制御情報を、光学系制御装置（１１０）に送信する。
【０１０８】
＜実施の形態１：光源の動作とカメラ撮影＞
図９は、光学系制御装置（１１０）が撮影に適していると判定したタイミングでカメラ（１０６）による撮影を実施する動作例を示すタイミングチャートである。以下、図９の各時点における動作について説明する。
【０１０９】
（図９：前提条件）
図９では、照射する光の波長が少なくとも一部異なる光源群Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄがあることを想定し、１つのカメラ（１０６）を用いて撮影する例を示した。撮影可能な光の波長帯が異なる複数のカメラ（１０６）を用いて、撮影できる光の波長帯を広くしたり、カメラ（１０６）のコストを低減させたりすることもできる。これについては詳細には述べないが、以下に説明する動作例をそのまま適用することによって実現することができる。カメラ（１０６）は、カメラトリガが０から１に変化した時刻に撮影を行い、光源は、動作指示値が０の場合に消灯、設定値が１の場合に点灯するものとする。
【０１１０】
（図９：時刻Ｌ）
時刻Ｌでは、明滅を制御することができる全ての光源が消灯状態となっている。この時間帯において、光学系制御装置（１１０）は、カメラ撮影に適した状態であるか否かを判定する。判定を実施する際のカメラ撮影に関するカメラトリガについては、図９では記載を省略した。
【０１１１】
（図９：時刻Ｍ〜時刻Ｎ）
光学系制御装置（１１０）は、カメラ撮影に適したタイミングを判定した後、時刻Ｍにおいて光源Ａを点灯させる。時刻Ｎには、光源Ａを消灯させる。光学系制御装置（１１０）は、時刻Ｍ〜時刻Ｎの間にカメラトリガ信号を０から１に変化させて、カメラ撮影（スペクトル画像の撮影）を実施する。その後、カメラトリガ信号は０へ戻る。
【０１１２】
（図９：時刻Ｎ〜時刻Ｑ）
光学系制御装置（１１０）は、光源Ａを時刻Ｎに消灯させた後、時刻Ｐにおいて、光源Ｂを点灯させる。光学系制御装置（１１０）は、その直後にカメラトリガ信号を０から１へ変化させ、カメラ撮影を実施する。その後、カメラトリガ信号は再び０へ戻る。光学系制御装置（１１０）は、時刻Ｑにおいて光源Ｂを消灯させる。
【０１１３】
（図９：時刻Ｎ〜時刻Ｑ：補足その１）
カメラ撮影は、カメラトリガ信号が０から１に変化した際に行われるため、カメラトリガ信号が１から０に戻るタイミングは、次の撮影が行われるべきタイミングの前であれば任意でよい。光源Ａの消灯（時刻Ｎ）から光源Ｂの点灯（時刻Ｐ）までの期間については、光源Ａの残光時間や光源Ｂの発光までの時間に依存して、カメラトリガ信号の適切なタイミングが定まる。そのため、あらかじめ適正なカメラトリガ信号のタイミングを確認しておき、光学系制御装置（１１０）のデータ記憶部（１１０６）に格納しておくとよい。
【０１１４】
（図９：時刻Ｎ〜時刻Ｑ：補足その２）
図９では、カメラトリガ信号が０から１に変化したタイミングで撮影をおこなうこととしたが、カメラトリガ信号が１である期間は撮影を複数回繰り返し、カメラトリガ信号が０の期間は、撮影した画像データを光学系制御装置（１１０）や分析装置（１１１）に伝送する期間としてもよい。あるいは、撮影するごとに画像データを伝送し、カメラトリガ信号が０の期間は、カメラの初期化などの処理を行う以外の特段の処理を行わないように設定してもよい。
【０１１５】
（図９：時刻Ｎ〜時刻Ｑ：補足その３）
例えば光源の輝度が小さい場合には、複数回の撮影画像を積算することによって、より多くの光を集積し、画像の特徴をより正確に捉えることができる。このように、光源の特徴に応じてカメラトリガ信号の設定を変更すると有用である。カメラトリガ信号の設定調整を、光量センサ（１０８）を用いて自動的に実施することにより、事前の設定の手間を省略することができ、また、光源の特性変化にもよく対応することができる。その場合、光の波長毎に計測を実施することができる光量センサ（１０８）を用いると、より高い効果をあげることができる。
【０１１６】
（図９：時刻Ｎ〜時刻Ｑ：補足その４）
カメラトリガ信号の極性は、上記説明の反対でもよい。一般に０がＯＦＦ、１がＯＮに対応するように用いられることが多いが、１がＯＦＦ、０がＯＮに対応するようにしてもよい。
【０１１７】
（図９：時刻Ｑ〜）
以下、同様に光源の明滅とカメラ撮影を実施する。図９に示した動作例では、光源Ｂの明滅とカメラ撮影の後、光源Ｃではなく、光源Ｄを明滅させてカメラ撮影を実施している。すなわち、各光源の明滅とカメラ撮影の順序は、必ずしも一定ではなくてもよい。例えば各光源の明滅とカメラ撮影の順序をランダムに定めてもよい。
【０１１８】
（図９：時刻Ｑ〜：補足）
図９において、カメラトリガ信号が１になる１回目のタイミングと２回目のタイミングの間の期間は、３回目のタイミングと４回目のタイミングの間の期間よりも短くなっている。カメラトリガ信号が０から１に変化したタイミングで撮影を行う場合は、この期間の相違はなんら影響を与えない。一方、カメラトリガ信号が１の期間に撮影を連続して複数回実施するように設定している場合は、後者のほうが撮影回数が多いことになる。
【０１１９】
図１０は、光学系制御装置（１１０）が撮影に適していると判定したタイミングでカメラ（１０６）による撮影を実施する別動作例を示すタイミングチャートである。ここでは複数の光源を同時に点灯させる動作例を示した。
【０１２０】
光学系制御装置（１１０）は、時刻Ｍにおいて光源Ａと光源Ｂを点灯させ、時刻Ｎにこれら光源を消灯させる。光学系制御装置（１１０）は、時刻Ｍと時刻Ｎの間において、カメラ（１０６）による撮影を実施する。この場合、カメラ（１０６）は、光源Ａと光源Ｂに対する反射光や透過光に関するスペクトル画像を取得する。
【０１２１】
図１０において、光源Ａと光源Ｂは、少なくとも照射光の波長の一部が異なっていることを想定している。例えば、光源Ａは波長８００ｎｍから８１０ｎｍの光を照射し、光源Ｂは波長８１０ｎｍから８４０ｎｍの光を照射する。両者の光源を同時に点灯させることにより、波長８００ｎｍから８４０ｎｍの光に対するスペクトル画像を一度に取得するなどの応用ができる。
【０１２２】
この場合、照射光の波長が一部重複してもよい。例えば、光源Ａが波長８００ｎｍから８２０ｎｍを照射し、光源Ｂが波長８１０ｎｍから８４０ｎｍの光を照射する場合、８１０ｎｍから８２０ｎｍの範囲の光は光源Ａからのものと光源Ｂからのものの和となる。結果として、重複領域の光の強度は、各単独で照射した場合よりも強くなるため、反射光や透過光の強さの絶対値を解析したい場合など、あえてそのように設計してもよい。
【０１２３】
光源からの放射量に対する、反射光または透過光の観測量の割合を、植物体の育成分析に用いる場合には、上記のような波長重複は特に影響を与えない。とはいえ、一般的な受光素子は、製造時にあらかじめ決まった感度（分解能：例えば８ビット＝２５６段階）で受光量を計測するため、受光量が小さすぎる場合、光を計測することができない。その場合、高輝度の光源を調達することが難しければ、複数個の同種の光源を用意して、同一範囲に照射するようにしてもよい。これにより、光量を増加させることができる。すなわち、図１０において、光源Ａと光源Ｂは同一の属性を持つように構成してもよい。
【０１２４】
＜実施の形態１：育成棚（１０２）の構成＞
図１１は、育成棚（１０２）を真上から見た図である。光源やカメラの設置場所は、育成棚（１０２）の各植物体領域をカバーするように決定する。例えば、図１１に示すように、育成棚を３×６の格子状に分割し、各格子領域に植物体をひとつずつ割り当てて育成する場合を考える。
【０１２５】
図１１に示す例であれば、植物体（１０２２）に対して、植物体（１０２１）、植物体（１０２３）〜（１０２６）の育成が遅れていることが目視確認できる。分析装置（１１１）は、この育成状態をスペクトル画像に基づき把握し、光源の光量を調整する。これにより、各植物体の育成度を均一化することを図る。そのため、光源の光量は、格子サイズごとに調整できることが望ましい。すなわち、理想的には、各格子の直上に明滅を制御することができる光源を設置することが望ましい。このような設置にすれば、播種から育成を行う場合に起こりがちな、種ごとの生育特性のばらつきにも対応することができる。
【０１２６】
一方で、ある程度の育苗後に植物体を育成棚（１０２）に移植する場合など、育成棚（１０２）に植物体を設置する時点である程度のばらつきを除去しておく場合、植物体の生育ばらつきは、育成棚（１０２）の土壌中の栄養分ばらつきに起因するものに支配されがちである。土壌中の栄養分ばらつきは、育成棚（１０２）の複数格子にまたがって生じるのが通常であるため、例えば、植物体（１０２３）〜（１０２６）のように、ある程度のまとまった範囲で生育ずれが発生する。このような場合、必ずしも格子１つ毎に光源を設ける必要はない。例えば、２×２の格子ごとに光源を設ければ（図１１中の破線の交差点の直上に光源を配置するなど）、光源の総数を減らすことができるので、施設設計を容易化することができる。
【０１２７】
＜実施の形態１：カメラ（１０６）の配置＞
図１２は、カメラ（１０６）の配置を示す側面図である。カメラ（１０６）は、解像度と画角が十分に大きいものであれば、育成棚（１０２）全体を画面内に納めることのできる位置に設置すればよい。簡単には、図１２のカメラ（１０６２）のように、育成棚（１０２）中心の直上に設置するとよい。
【０１２８】
この場合、植物体（１０２９）間の比較を容易にするため、カメラ（１０６）または光学系制御装置（１１０）は、カメラ（１０６）が撮影した画像を補正する。ここでいう補正とは、各植物体（１０２９）を直上から見た場合にどのような画像になるかを得る補正であり、一般にオルソ補正とも呼ばれる。もちろん、各格子で異なるカメラを用いてもよい。各格子の直上にカメラを配置すれば、カメラ（１０６）が必要とする解像度が小さくなるため、カメラ（１０６）のコストが下がる。また、全てのスペクトル画像が同じ方向からの光をとらえているため、異なる格子領域を比較する際に、画像を各座標で直上から見た画像に補正する必要がなくなる。
【０１２９】
植物体（１０２９）の透過光は、育成棚（１０２）表面からの反射光にも含まれているが、透過光を主に観察する場合は、植物体（１０２９）と育成棚（１０２）の間に、上向きにカメラを設置してもよい。例えば、図１２のカメラ（１０６１）のように、育成棚（１０２）の上に若干のスペースができるように、育成棚上面部（１０２７）と育成棚下部（１０２８）を設ける。
【０１３０】
育成棚上面部（１０２７）は、植物体（１０２９）の根よりも上の部分を支持し、カメラ（１０６１）のレンズ面を保護する。育成棚下部（１０２８）には、土壌等が設置されており、植物体（１０２９）の根の部分を支持する。図１２における各カメラは、図１と同様に、配線（１０１）に接続されている。
【０１３１】
図１２において、育成棚上面部（１０２７）と育成棚下部（１０２８）は、間隔が大きく開いているように見えるが、これはカメラ（１０６１）の位置を明示するために模式的に示したものであり、カメラ（１０６１）のサイズが小さければこの間隔も小さくすることができる。
【０１３２】
さらには、全ての植物体（１０２９）を撮影せず、一部の植物体（１０２９）のみに絞って撮影してもよい。例えば、透過光を観察するカメラは、いくつかの植物体（１０２９）につき１つのみ設置し、カメラが透過光を観察しない植物体（１０２９）の植生は、反射光のみから解析するように構成することができる。
【０１３３】
＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る光学系制御装置（１１０）は、外乱光源ではない可制御光源を消灯させた状態で撮影した複数のスペクトル画像が一致した時点で、カメラ（１０６）による撮影に適した状態にあると判定する。これにより、外乱光源の影響が小さいタイミングで植物体のスペクトル画像を撮影することができるので、光源の種類が異なる様々なタイプの園芸施設において、光学系制御装置（１１０）を汎用的に用いることができる。
【０１３４】
また、本実施形態１に係る光学系制御装置（１１０）は、光源の状態がカメラ（１０６）による撮影に適しているか否かを判定する際に、ステップＳ２０４において、ランダムな時間間隔だけ待機する。これにより、予測外の外乱光源の存在を検出することができる可能性が高まるので、外乱光源の影響を緩和し、光学系制御装置（１１０）をより汎用的に用いることができる。
【０１３５】
また、本実施形態１に係る光学系制御装置（１１０）は、カメラ（１０６）による撮影に適したタイミングで植物体を撮影する際に、ランダムな順序で光源を明滅させる。これにより、観察する対象の受光順序に依存した応答を緩和することができる。また、受光順序に依存する新たな特性を発見する可能性を高めることができる。
【０１３６】
また、本実施形態１に係る分析装置（１１１）は、光学系制御装置（１１０）はカメラ（１０６）による撮影に適していると判定した時点において撮影した複数画像の画素値が所定の定数倍の範囲内にある場合は、これら複数画像が一致しているものとみなす。これにより、分析装置（１１１）の処理負荷を軽減することができる。
【０１３７】
＜実施の形態２＞
本発明の実施形態２では、実施形態１の図７で説明した処理フローにおいて、光源の状態が撮影に適しているか否かを、光源の光量に基づき判定する動作例を説明する。植物育成システム１の各構成要素は実施形態１と同様である。
【０１３８】
図１３は、本実施形態２における、ステップＳ１０３の詳細処理フローである。以下、図１３の各ステップについて説明する。
【０１３９】
（図１３：ステップＳ４００〜Ｓ４０２）
これらのステップは、図７のステップＳ２００〜Ｓ２０２と同様である。
【０１４０】
（図１３：ステップＳ４０３）
光状態受信部（１１０３）は、光量センサ（１０８）から計測結果を受信する。
【０１４１】
（図１３：ステップＳ４０４）
光状態判定部（１１０４）は、光量センサ（１０８）が計測した光量が、カメラ（１０６）による撮影に適しているか否かを判定する。光量が適切であればステップＳ４０９へスキップし、適切でなければステップＳ４１０へスキップする。光量が適切であるか否かを判定できない場合は、ステップＳ４０５へ進む。
【０１４２】
（図１３：ステップＳ４０４：補足）
光量が適切であるとは、光量がゼロすなわち外光が存在しないか、または外光がカメラ撮影によるスペクトル画像生成に影響を与えないほど微弱である場合である。光量が不適切であるとは、光量が多すぎてカメラ（１０６）のセンサ計測値が飽和することが明確な場合である。それ以外の場合は、光量のみを基準として撮影適否を判定することができないものとし、図７と同様にカメラ画像を比較することによって撮影適否を判定する。具体的には、光量センサ（１０８）の計測値が所定の上限閾値以上であるときは撮影に適していないと判定し、所定の下限閾値以下であるときは撮影に適していると判定する。光量がこれらの中間であるとき、または光量が不明であるときは、光量のみで撮影適否を判定することができないものとする。
【０１４３】
（図１３：ステップＳ４０５〜Ｓ４１０）
これらのステップは、図７のステップＳ２０３〜Ｓ２０８と同様である。
【０１４４】
＜実施の形態２：まとめ＞
以上のように、本実施形態２に係る光学系制御装置（１１０）は、光源の状態がカメラ（１０６）による撮影に適しているか否かを、光源の光量に基づいて判定する。また、光源の光量のみで判定できない場合は、図７と同様の手法を用いて、撮影適否を判定する。これにより、特に不可制御光源が少ない環境、または不可制御光源の光量が少ない環境において、撮影適否を判定する処理を簡易化し、光学系制御装置（１１０）の処理負荷を軽減することができる。
【０１４５】
＜実施の形態３＞
本発明の実施形態３では、実施形態２の図１３で説明した処理フローを簡易化し、光源の光量を主な基準として撮影適否を判定する動作例を説明する。植物育成システム１の各構成要素は実施形態１〜２と同様である。
【０１４６】
図１４は、本実施形態３における、ステップＳ１０３の詳細処理フローである。以下、図１４の各ステップについて説明する。
【０１４７】
（図１４：ステップＳ５００〜Ｓ５０３）
これらのステップは、図１３のステップＳ４００〜Ｓ４０３と同様である。
【０１４８】
（図１４：ステップＳ５０４）
光状態判定部（１１０４）は、図１３のステップＳ４０４と同様に、光量センサ（１０８）が計測した光量が、カメラ（１０６）による撮影に適しているか否かを判定する。ただし、判定閾値は１つのみとする。光量がこの閾値以上である場合は、光源の状態がカメラ（１０６）による撮影に適していると判定し、ステップＳ５０５に進む。光量がこの閾値未満である場合は、光源の状態がカメラ（１０６）による撮影に適していないと判定し、ステップＳ５０６に進む。
【０１４９】
（図１４：ステップＳ５０５〜Ｓ５０６）
これらのステップは、図１３のステップＳ４０９〜Ｓ４１０と同様である。
【０１５０】
＜実施の形態３：まとめ＞
以上のように、本実施形態３に係る光学系制御装置（１１０）は、光源の状態がカメラ（１０６）による撮影に適しているか否かを、光源の光量に基づいて判定する。これにより、実施形態２よりもさらに、撮影適否を判定する処理を簡易化し、光学系制御装置（１１０）の処理負荷を軽減することができる。
【０１５１】
＜実施の形態４＞
本発明の実施形態４では、実施形態１の図６で説明した処理フローにおいて、撮影適否を判定するためのステップＳ１０３を省略し、これに代えて撮影品質を判定するステップを新たに導入した動作例を説明する。植物育成システム１の各構成要素は実施形態１〜３と同様である。
【０１５２】
図１５は、本実施形態４における植物育成システム１の動作手順を示すフローチャートである。以下、図１５の各ステップについて説明する。
【０１５３】
（図１５：ステップＳ６００〜Ｓ６０５）
これらのステップは、図６のステップＳ１００〜Ｓ１０６と同様である。ただし、ステップＳ６０２の後に続くステップＳ１０３に相当するステップは省略されている。
【０１５４】
（図１５：ステップＳ６０６）
光状態判定部（１１０４）は、ステップＳ６０４およびＳ６０５でカメラ（１０６）が撮影した画像を取得し、その品質を判定する。画像の品質が良好であればステップＳ６０７へ進み、品質が良好でなければステップＳ６０３に戻ってスペクトル画像群の一部または全部を再撮影する。
【０１５５】
（図１５：ステップＳ６０６：補足）
画像の品質を判定する具体的方法の例としては、各スペクトル画像のヒストグラム分析、分散分析、過去の同一スペクトルに関する画像との間の差分分析、などが挙げられる。スペクトル画像を分析する前に、画像の品質を検査することにより、予想外の外光が含まれてしまった場合には、その影響が解消されるまで、再撮影を行うようにすることができる。これにより、あらかじめ外光の存在を検知する手段を設けなくてもよいという効果がある。また、ステップＳ６０３を実施する回数が増加するため、植生解析を実施する頻度を高めて、育成調整をより細かく実施することができる。
【０１５６】
（図１５：ステップＳ６０６：補足：ヒストグラム分析）
ヒストグラム分析とは、画像中の画素値についてヒストグラムを作成し、ヒストグラムの形状がいびつではないかなどを確認する分析方法である。ヒストグラム形状の歪度の判断基準は、状況により様々であるが、例えば、正規分布の形状とヒストグラム形状がどの程度異なるかを基準とする方法がある。すなわち、あるスペクトル画像の画素値についてヒストグラムを作成したときに、正規分布の形状と同一であれば品質が良好であるとみなし、正規分布の形状から逸脱していれば品質が良くないと判定する。自然現象を観測する場合、多くの場面で正規分布が見られるため、この方法の適用可能範囲は広い。
【０１５７】
（図１５：ステップＳ６０６：補足：分散分析）
分散分析は、画素値の統計的な分散値を計算し、この分散値がある所定の値よりも大きい場合は、何らかの余計なノイズが画像に含まれていると推定する手法である。
【０１５８】
（図１５：ステップＳ６０６：補足：差分分析）
過去の画像との間の差分を分析する場合、画像中の多くの部分で画像が一致することが予想されるため、差分が大きすぎる場合は、画像が正常に取得されなかったと判断する。
【０１５９】
＜実施の形態４：まとめ＞
以上のように、本実施形態４に係る光学系制御装置（１１０）は、分析装置（１１１）が植物体のスペクトル画像を分析する前に、スペクトル画像の品質を判定し、品質が良好でない場合は再撮影する。これにより、植生解析を実施する頻度を高めて、育成調整をより細かく実施することができる。
【０１６０】
＜実施の形態５＞
実施形態１〜４では、光学系制御装置（１１０）、分析装置（１１１）、作物育成制御装置（１１２）、ユーザ端末（１１３）がそれぞれ個別の装置として構成されている構成例を示したが、これら装置は必ずしも異なる筐体に分かれている必要はなく、機能の一部は一般的なコンピュータを用いてソフトウェアで実装してもよい。本発明の実施形態５では、コンピュータを用いてこれら装置を構成した例を説明する。
【０１６１】
図１６は、光学系制御装置（１１０）、分析装置（１１１）、作物育成制御装置（１１２）、またはユーザ端末（１１３）を構成するコンピュータ（２００）の機能ブロック図である。コンピュータ（２００）は、中央演算装置（２０１）、メモリ（２０２）、ハードディスク（２０３）、表示装置（２０４）、入出力制御装置（２０５）、キーボード（２０６）を備える。これら構成要素は、内部配線（２０７）で接続されている。また、配線（１０１）は入出力制御装置（２０５）を介してコンピュータ（２００）の外部と接続され、情報を授受することができる。表示装置（２０４）やキーボード（２０６）は、必ずしもコンピュータ（２００）の筐体に内蔵されている必要はなく、外付けとしてもよい。
【０１６２】
中央演算装置（２０１）は、ハードディスク（２０３）やメモリ（２０２）に格納されているプログラムを実行し、その記述にしたがって、制御情報の計算やデータの処理を実施する。メモリ（２０２）は、一次記憶装置とも呼ばれ、中央演算装置（２０１）が効率よく計算を行うための一時的な情報退避場所や作業場所として使用される。ハードディスク（２０３）は、二次記憶装置とも呼ばれ、一次記憶装置よりも安価であり、記録されている情報が不揮発性であるが、中央演算装置（２０１）からの読み書き速度は一次記憶装置には及ばない。二次記憶装置は、一次記憶装置には収まりきらない情報を記録したり、不揮発性を利用して設定データを記憶したりする用途で用いられる。表示装置（２０４）は、計算状況、計算結果、ユーザへの問い合わせ内容などをユーザに提示する場合などに情報を視覚的に表示する装置である。キーボード（２０６）は、文字や数字などの操作入力を、ユーザがコンピュータ（２００）に伝達するための装置である。入出力制御装置（２０５）は、キーボード（２０６）からの操作入力、表示装置（２０４）への表示内容の出力、配線（１０１）を通じた情報の授受などを補助する装置である。以上のような特性を備えていれば、例えばハードディスク（２０３）に代えてフラッシュメモリなどを用いたり、キーボード（２０６）に代えてタブレットやタッチパネルを用いたりしても、特段の支障はない。
【０１６３】
以下では、コンピュータ（２００）を用いて光学系制御装置（１１０）を構成する場合の例を示す。光学系制御装置（１１０）が備えるカメラ制御部（１１０１）、光源制御部（１１０２）、光状態判定部（１１０４）は、ハードディスク（２０３）上に記録されたプログラムを実行する中央演算装置（２０１）、メモリ（２０２）、入出力制御装置（２０５）を用いて実現することができる。
【０１６４】
カメラ制御部（１１０１）は、以下のような手順で構成することができる。まずカメラ（１０６）に撮影を指示する命令を中央演算装置（２０１）が発行し、その命令は、内部配線（２０７）および入出力制御装置（２０５）を介して、配線（１０１）に適切に整形された形で送出される。同命令は、カメラ（１０６）に伝達され、撮影命令が実行される。その撮影結果は、カメラ（１０６）から入出力制御装置（２０５）に向けて送信され、ハードディスク（２０３）やメモリ（２０２）に格納される。
【０１６５】
光源制御部（１１０２）は、以下のような手順で実現することができる。まず中央演算装置（２０１）は、光源を点灯または消灯することを決定し、それに応じた命令を発行する。発行された命令は、明滅を制御することができる光源それぞれに対して必要に応じて送信される。各光源は、受信した命令に対応する動作を実行する。実行結果は、必要に応じて入出力制御装置（２０５）に送信され、中央演算装置（２０１）がその内容を確認して、続く動作の内容や順序を変更する。
【０１６６】
光状態受信部（１１０３）、制御情報受信部（１１０５）は、入出力制御装置（２０５）に適切な配線を接続することによって実現される。特に装置ごとに配線を用意する必要のない、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を通じた接続の場合には、この配線はＬＡＮケーブルに相当する。この場合、入出力制御装置（２０５）は、ＬＡＮケーブル接続ポートを持つ。入出力制御装置（２０５）が受信した情報は、中央演算装置（２０１）に送られるか、またはメモリ（２０２）やハードディスク（２０３）などの記憶装置に伝送される。データ記憶部（１１０６）は、ハードディスク（２０３）に代表される不揮発性記憶装置で実現される。
【０１６７】
分析装置（１１１）については、データ受信部（１１１１）、分析結果送信部（１１１３）を、コンピュータ（２００）のハードディスク（２０３）上に記録されたプログラムを実行する中央演算装置（２０１）、メモリ（２０２）、入出力制御装置（２０５）を用いて実現することができる。データ分析部（１１１２）は、ハードディスク（２０３）上に記録されたプログラムを実行する中央演算装置（２０１）、メモリ（２０２）で実現することができる。データ記憶部（１１１４）は、ハードディスク（２０３）で実現することができる。
【０１６８】
作物育成制御装置（１１２）については、分析結果受信部（１１２１）、光学系制御情報送信部（１１２３）は、コンピュータ（２００）のハードディスク（２０３）上に記録されたプログラムを実行する中央演算装置（２０１）、メモリ（２０２）、入出力制御装置（２０５）を用いて実現することができる。光学系制御情報計算部（１１２２）は、ハードディスク（２０３）上に記録されたプログラムを実行する中央演算装置（２０１）、メモリ（２０２）で実現することができる。データ記憶部（１１２４）は、ハードディスク（２０３）で実現することができる。
【０１６９】
ユーザ端末（１１３）は、入力部（１１３１）をキーボード（２０６）で実現し、表示部（１１３２）を表示装置（２０４）で実現し、データ送信部（１１３３）およびデータ受信部（１１３４）を入出力制御装置（２０５）で実現し、データ記憶部（１１３５）をハードディスク（２０３）で実現することができる。
【０１７０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１７１】
また、上記各構成、機能、処理部などは、それらの全部または一部を、例えば集積回路で設計することによりハードウェアとして実現することもできるし、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを実行することによりソフトウェアとして実現することもできる。各機能を実現するプログラム、テーブルなどの情報は、メモリやハードディスクなどの記憶装置、ＩＣカード、ＤＶＤなどの記憶媒体に格納することができる。
【符号の説明】
【０１７２】
１：植物育成システム、１００：園芸施設、１０１：配線、１０２：育成棚、１０２１〜１０２６：植物体、１０３：施設外不可制御光源、１０４：施設内不可制御光源、１０５：可制御不安定光源、１０６：カメラ、１０６１〜１０６２：カメラ、１０７：可制御安定光源群、１０８：光量センサ、１０９：環境センサ、１１０：光学系制御装置、１１０１：カメラ制御部、１１０２：光源制御部、１１０３：光状態受信部、１１０４：光状態判定部、１１０５：制御情報受信部、１１０６：データ記憶部、１１１：分析装置、１１１１：データ受信部、１１１２：データ分析部、１１１３：分析結果送信部、１１１４：データ記憶部、１１２：作物育成制御装置、１１２１：分析結果受信部、１１２２：光学系制御情報計算部、１１２３：光学系制御情報送信部、１１２４：データ記憶部、１１３：ユーザ端末、１１３１：入力部、１１３２：表示部、１１３３：データ送信部、１１３４：データ受信部、１１３５：データ記憶部、２００：コンピュータ、２０１：中央演算装置、２０２：メモリ、２０３：ハードディスク、２０４：表示装置、２０５：入出力制御装置、２０６：キーボード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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