(57)【要約】【課題】植物の分光反射特性に基づいて，該植物の活性度を測定する植物の活性度測定装置および方法において，太陽光等光源が変化した場合にも正確な測定が可能なものを提供すること。【解決手段】植物からの反射光を，可視域の光と３以上の近赤外域の光とに分離する反射光分離手段１と，分離された光を撮像する撮像手段２と，撮像された複数の光の間で相対輝度を演算し，複数の相対輝度画像を生成する相対輝度画像生成手段と，生成された複数の上記相対輝度画像から特定の３つの相対輝度画像を選択してフォールスカラー合成し，フォールスカラー合成画像を生成する画像合成手段と，生成された上記フォールスカラー合成画像を色相変換し，色相画像を生成する画像処理手段とを具備してなることを特徴とする植物の活性度測定装置として構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象である植物の分光反射特性に基づいて，該植物の活性度を測定する植物の活性度測定装置において，
上記植物からの反射光を，可視域の光と３以上の近赤外域の光とに分離する反射光分離手段と，
分離された上記可視域及び上記近赤外域の光を撮像する撮像手段と，
撮像された複数の上記近赤外域の光と上記可視域の光との間で相対輝度を演算し，複数の相対輝度画像を生成する相対輝度画像生成手段と，
生成された複数の上記相対輝度画像から３つの相対輝度画像を選択してフォールスカラー合成し，フォールスカラー合成画像を生成する画像合成手段と，
生成された上記フォールスカラー合成画像を色相変換し，色相画像を生成する画像処理手段と，
を具備してなることを特徴とする植物の活性度測定装置。
【請求項２】
上記画像処理手段により生成された色相画像を，予め測定され記憶された上記植物の分光反射特性に基づいて補正する色相補正手段を更に具備してなる請求項１に記載の植物の活性度測定装置。
【請求項３】
測定対象である植物の分光反射特性に基づいて，該植物の活性度を測定する植物の活性度測定方法において，
上記植物からの反射光を，可視域の光と３以上の近赤外域の光とに分離する第１の工程と，
分離された上記可視域及び上記近赤外域の光を撮像する第２の工程と，
撮像された複数の上記近赤外域の光と上記可視域の光との間で相対輝度を演算し，複数の相対輝度画像を生成する第３の工程と，
生成された複数の上記相対輝度画像から３つの相対輝度画像を選択してフォールスカラー合成し，フォールスカラー合成画像を生成する第４の工程と，
生成された上記フォールスカラー合成画像を色相変換し，色相画像を生成する第５の工程と，
を具備してなることを特徴とする植物の活性度測定方法。
【請求項４】
上記第５の工程で生成された色相画像を，予め測定され記憶された上記植物の分光反射特性に基づいて補正する第６の工程を更に具備してなる請求項３に記載の植物の活性度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，植物の分光反射特性に基づいて該植物の活性度を測定する植物の活性度測定装置および方法であって，特に太陽光等光源が変化した場合にも正確な測定が可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自然光（太陽光）に対する植物の分光反射特性は，その植物の活性度に応じて変化することが知られている。
例えば，図７に示す如く，活性度の高い（健康な）植物（図中実線１で示す）の反射率は，可視域である６５０ｎｍ付近の波長帯域（図中網掛け（Ａ）で示す）で反射率が一旦下がった後に，近赤外域である８２０ｎｍ付近の波長帯域（図中網掛け（ｂ）で示す）まで急激に上昇する。
一方，活性度の低い（枯れた）植物（図中破線２で示す）の反射率は，６５０ｎｍ付近の波長帯域では一旦上昇して活性度の高い植物の反射率を上回るものの，それ以上の波長域では活性度の高い植物の反射率を大きく下回る。
近年，このような植物の分光反射特性に着目し，太陽光に対する植物からの反射光（率）の相達に基づいて植物の活性度を測定する植物の活性度測定装置が開発されている。
上記植物の活性度測定装置においては，測定対象である植物の活性度を評価する指数（植生指数）として，植物からの反射光における可視域（例えば上述した６５０ｎｍ）の反射光Ｒと近赤外域の反射光ＩＲ（例えば上述した８２０ｎｍ）との比を算出した分光反射比ＩＲ／Ｒを用いることが一般的である。
上記分光反射比ＩＲ／Ｒを植生指数として用いることにより，植物の活性度による分光反射比の相達（変化）を顕著に表すことが可能となり，当該装置における植物の活性度の測定精度が向上する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，太陽光は時間，天候，或いは季節によって変化するため，それに伴って植物の反射率も変化する。
従って，単に分光反射率ＩＲ／Ｒを算出し，植生指数として用いる上記従来公知の植物の活性度測定装置では，太陽光の変化による影響を避けることができず，使用する情況によっては植物の活性度を正確に測定することができない（実験結果を後述する）。
そこで，本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，植物の分光反射特性に基づいて，該植物の活性度を測定する植物の活性度測定装置および方法において，太陽光等光源が変化した場合にも正確な測定が可能なものを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は，測定対象である植物の分光反射特性に基づいて，該植物の活性度を測定する植物の活性度測定装置において，上記植物からの反射光を，可視域の光と３以上の近赤外域の光とに分離する反射光分離手段と，分離された上記可視域及び上記近赤外域の光を撮像する撮像手段と，撮像された複数の上記近赤外域の光と上記可視域の光との間で相対輝度を演算し，複数の相対輝度画像を生成する相対輝度画像生成手段と，生成された複数の上記相対輝度画像から３つの相対輝度画像を選択してフォールスカラー合成し，フォールスカラー合成画像を生成する画像合成手段と，生成された上記フォールスカラー合成画像を色相変換し，色相画像を生成する画像処理手段とを具備してなることを特徴とする植物の活性度測定装置として構成される。
このように構成することにより，太陽光等光源が変化した場合にも正確に植物の活性度を測定することが可能である。
更には，植物の活性度を評価するために用いられる上記色相画像は，０〜３６０°の色相度数によって植物の活性度を表すものであるため，当該装置を使用する使用者は，植物の活性度を視覚的且つ容易に評価することが可能となり，汎用性に優れる。
【０００５】
また，上記画像処理手段により生成された色相画像を，予め測定され記憶された上記植物の分光反射特性に基づいて補正する色相補正手段を更に具備してなる形態も考えられる。
この様な形態とすれば，植物の活性度の評価における正確性を向上させることが可能である。
【０００６】
上記請求項１或いは２に記載の発明を方法として捉えることにより，本発明は，測定対象である植物の分光反射特性に基づいて，該植物の活性度を測定する植物の活性度測定方法において，上記植物からの反射光を，可視域の光と３以上の近赤外域の光とに分離する第１の工程と，分離された上記可視域及び上記近赤外域の光を撮像する第２の工程と，撮像された複数の上記近赤外域の光と上記可視域の光との間で相対輝度を演算し，複数の相対輝度画像を生成する第３の工程と，生成された複数の上記相対輝度画像から３つの相対輝度画像を選択してフォールスカラー合成し，フォールスカラー合成画像を生成する第４の工程と，生成された上記フォールスカラー合成画像を色相変換する第５の工程とを具備してなることを特徴とする植物の活性度測定方法と考えることが可能である。
また，上記同様，上記第５の工程で色相変換された画像を，予め測定され記憶された上記植物の分光反射特性に基づいて補正する第６の工程を更に具備してなる形態も考え得る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る植物の活性度測定装置の概略構成図，図２はバンドパスフィルタの特性を示す図，図３はマルチスペクトル分離装置及び特殊赤外線カメラの構成を示す図，図４は画像処理演算の手順の流れを示すフロー図，図５は本発明の実施の形態に係る植物の活性度測定装置による測定結果を示す図，図６は従来公知の植物の活性度測定装置による測定結果を示す図，図７は植物の健康状態と反射率の関係を示す図である。
【０００８】
ここで，図１を用いて，本発明の実施の形態に係る植物の活性度測定装置Ａの概略構成について説明する。
同図に示す如く，上記植物の活性度測定装置Ａは，太陽Ｙからの太陽光に対する植物Ｘからの反射光を所定の波長毎の反射光に分離するマルチスペクトル分離装置１（反射光分離手段の一例に該当）と，該マルチスペクトル分離装置１で分離された反射光を撮像する特殊赤外線カメラ２（撮像手段の一例に該当）と，上記マルチスペクトル分離装置１を回転駆動するためのフィルタ駆動装置３と，上記特殊赤外線カメラ２で撮像された画像をデジタル信号に変換する画像入力装置４と，取得したデジタル信号を画像処理し，モニタ出力するコンピュータ５とを具備して概略構成される。
上記マルチスペクトル分離装置１は，可視域及び近赤外域の特定の波長のみを通過するバンドパスフィルタ６〜１０を有するものであり，それぞれのフィルタの仕様を表１に示し，その透過率特性を図２に示す。
【表１】
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尚，当該マルチスペクトル分離装置１は，図３（（ａ）：正面図，（ｂ）：側面図）に示す如く，上記バンドパスフィルタ６〜１０を円周上に配置すると共に，上記コンピュータ５からの指令に応じて上記フィルタ駆動装置３によって回転軸１ａ廻りに回転駆動される。
そのため，上記フィルタ駆動装置３は，上記コンピュータ５からの指令を受信するＩ／Ｆ部１１と，上記マルチスペクトル分離装置１の回転位置を検出する回転位置検出部１２と，上記コンピュータ５からの指令及び回転位置検出部１２により検出された回転位置に基づいてモータ１４を駆動するモータ制御部１３とを具備して構成され，上記コンピュータ５からの指令に応じて上記フィルタ駆動装置３を所定の位置に回転させ，上記特殊赤外線カメラ２前方に設置されるバンドパスフィルタを順次切り替える機能を有する。
このような構成により，上記特殊赤外線カメラ２は，上記植物Ｘからの反射光を所定の波長域毎に順次撮像することが可能となる。ここで，当該特殊赤外線カメラ２としては，近赤外域において感度を有する自黒ＣＣＤカメラを用いる。
上記画像入力装置４は，上記特殊赤外線カメラ２により順次撮像される所定の波長帯の画像をアナログ信号（ビデオ出力信号）からデジタル信号に変換し，上記コンピュータ５に入力する。
上記コンピュータ５は，上記画像入力装置４から入力されるデジタル信号に対して後述説明する画像処理演算を実行し，測定対象である植物の活性度を評価するための色相画像としてモニタ出力する。
【０００９】
次に，図４を用いて，上記コンピュータ５で実行される画像処理の手願について説明する。以下Ｓ１，Ｓ２，，は処理手順（ステップ）の番号を示す。
ここで，当該画像処理演算が開始される前に，上記植物Ｘからの反射光は，上記マルチスペクトル分離装置１によって可視域の反射光Ｒ，近赤外域の反射光ＩＲｎ（波長の短いものからＩＲ１，ＩＲ２，ＩＲ３，ＩＲ４と定義する）とに分離された後に上記特殊赤外線カメラ２で撮像され，デジタル信号として当該コンピュータ５に設けられる不図示のメモリ部に読み出し可能に記憶されているものとする。
（ステップＳ１）
先ず，当該画像処理が開始されると，上記不図示のメモリ部から読み出された上記近赤外域の反射光ＩＲｎ（ｎ＝１〜４）と上記可視域の反射光Ｒとの間で相対輝度が演算され，近赤外域の反射光ＩＲｎ毎に相対輝度画像ＩＲｎ−Ｒが生成される。
（ステップＳ２）
次に，上記ステップＳ１で生成された４枚の上記相対輝度画像（ＩＲｎ−Ｒ）から特定の３枚が選択され，各々Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）に色付けした後に合成される。これは，画像処理手法の一手法として公知であるフォールスカラー合成と呼ばれる画像処理である。
（ステップＳ３）
最後に，上記ステップＳ２で合成されたフォールスカラー画像を，後述説明する色相変換することにより，該フォールスカラー画像から抽出された色相情報を色相度数（０〜３６０°）で表した色相画像が生成される。
このように，本実施形態では，上述した手順に従って生成される上記色相画像を上記コンピュータ５にモニタ出力し，上記植物Ｘの活性度を評価するための指数として用いることを特徴とする。これにより，当該装置Ａの使用者は，植物の活性度に応じた分光反射特性の相達を，色相度数の達いとして視覚により直接的に評価することが可能となる。
更には，後述する実験結果が示す如く，上記色相度数は，太陽光が変化した場合にも，その植物の活性度に応じた値を示す指数であるため，植物の活性度を評価するための植生指数としては好適なものである。
ここで，上述説明した上記ステップＳ１〜Ｓ３（相対輝度画像生成手段，画像合成手段，及び画像処理手段に該当）により実現される上記画像処理演算は，上記コンピュータ５上で実行されるプログラムである。
【００１０】
続いて，上記ステップＳ３で実施される色相変換処理の詳細について説明する。
（色相変換処理）
色相変換処理とは，上記フォールスカラー画像の任意の点における色相情報を抽出し，強調する処理である。
ここでは，先ず，上記フォールスカラー画像の任意の点において，各色に対する輝度（赤に対する輝度：Ｉ＿Ｒ，緑に対する輝度：Ｉ＿Ｇ，青に対する輝度：Ｉ＿Ｂ）を検出する。
次に，下式１或いは２の如く，検出された上記各色の輝度のうち最大値と最小値のものを求める。
Ｉ＿ｍａｘ＝最大値（Ｉ＿Ｒ，Ｉ＿Ｇ，Ｉ＿Ｂ）　　　　　　　　　　　　　　　（式１）
Ｉ＿ｍｉｎ＝最小値（Ｉ＿Ｒ，Ｉ＿Ｇ，Ｉ＿Ｂ）　　　　　　　　　　　　　　　（式２）
続いて，上記Ｉ＿ｍａｘ及び上記Ｉ＿ｍｉｎに基づいて下式３〜５の如く，ｒ，ｇ，ｂを求める。
ｒ＝（Ｉ＿ｍａｘ−Ｒ）／（Ｉ＿ｍａｘ−Ｉ＿ｍｉｎ）　　　　　　　　　（式３）
ｇ＝（Ｉ＿ｍａｘ−Ｇ）／（Ｉ＿ｍａｘ−Ｉ＿ｍｉｎ）　　　　　　　　　（式４）
ｂ＝（Ｉ＿ｍａｘ−Ｂ）／（Ｉ＿ｍａｘ−Ｉ＿ｍｉｎ）　　　　　　　　　（式５）
但し，Ｉ＿ｍａｘ≠Ｉ＿ｍｉｎとする。
最後に，上記ｒ，ｇ，ｂを用いると共に，最大の輝度を示す色によって場合分けした下式６〜８の如く，色相度数Ｈが算出される。
（Ｉ＿Ｒが最大の場合）
Ｈ＝（ｂ−ｇ）・π／３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式６）
（Ｉ＿Ｇが最大の場合）
Ｈ＝（２＋ｒ−ｂ）・π／３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式７）
（Ｉ＿Ｂが最大の場合）
Ｈ＝（４＋ｇ−ｒ）・π／３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式８）
但し，Ｈ＜０となった場合には，Ｈの値に２πを加えるものとする。
このような処理を，上記フォールスカラー画像の全ての点について順次実行することにより上記フォールスカラー画像から色相情報を抽出した色相画像を生成することができる。
【００１１】
最後に，本実施形態に係る植物の活性度測定装置と，従来公知の植物の活性度測定装置とを比較した実験結果について説明する。
実験に用いた測定サンプルは，活性度の異なる植物の部位（例えば葉）であり，活性度の低い（枯れている）ものから順に健康度１，２，３，４とする。
また，太陽光の変化を模擬するために，任意に照射光量を変更可能なハロゲンランプを用い，「暗い」，「やや明るい」，「明るい」という条件を人為的に再現している。
（従来公知の植物の活性度測定装置）
上記測定サンプルに対して上記ハロゲンランプの光を変化させながら，所定の波長帯域（可視域Ｒ及び近赤外域ＩＲ）の反射光を取得し，従来公知の植物の活性度測定装置において，植物の活性度を評価するための植生指数として用いられる分光反射比ＩＲ／Ｒを計算した結果を下表２に，その表２をプロットしたグラフを図５に示す。
【表２】
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同図に示す如く，「やや明るい」条件における上記分光反射比ＩＲ／Ｒ（２）は植物の活性度に応じて増減しているものの，「明るい」及び「暗い」条件におけるＩＲ／Ｒ（３）及びＩＲ／Ｒ（１）は植物の活性度を無閑係な挙動を示している。
このように，上記分光反射比ＩＲ／Ｒでは，太陽光（実験ではハロゲンランプからの光）が変化した際に，植物の活性度を正確に評価することができない。
（本実施形態に係る植物の活性度測定装置）
これに対して同条件において，本実施形態に係る植物の活性度測定装置において，植物の活性度を評価するための植生指数として用いられる色相度数を算出した結果を下表３，その表３をプロットしたグラフを図６に示す。
【表３】
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同図に示す如く，色相度数は植物の活性度に応じて増減し，その増減の様子はハロゲンランプの光が変化した場合にも不変である。
従って，この実験結果から，本実施形態に係る植物の活性度測定装置は，上記色相度数に基づいて植物の活性度を正確に評価することが可能であり，且つその評価精度は太陽光が変化した場合にも低下することはないことが理解できる。
【００１２】
【実施例】
上記実施形態では，上記色相画像をそのまま上記コンピュータ５でモニタ出力し，植物の活性度評価に用いる形態について説明したが，予め実験室で測定した実験データ，或いは過去の測定データを上記コンピュータ５に予め記憶しておき，それらデータに応じて上記色相画像を補正する形態も考えられる。
このような形態によれば，上記コンピュータ５でモニタ出力される色相画像から推測（評価）される植物の活性度を，より現実の活性度に近づけることが可能となり，測定精度を向上させることができる。
また，測定対象である植物の品種が異なる場合には，その分光反射特性が異なるため，植物の品種によって上記コンピュータ５でモニタ出力される色相画像が異なる虞がある。
しかしながら，このような形態によれば，植物の品種に拘わらず，植物の活性度が同一であれば，上記コンピュータ５でモニタ出力される上記色相画像を同一となるように補正することが可能となり，使用者の混乱を防止することが可能となり，装置としての使用性を向上させることができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は，測定対象である植物の分光反射特性に基づいて，該植物の活性度を測定する植物の活性度測定装置において，上記植物からの反射光を，可視域の光と３以上の近赤外域の光とに分離する反射光分離手段と，分離された上記可視域及び上記近赤外域の光を撮像する撮像手段と，撮像された複数の上記近赤外域の光と上記可視域の光との間で相対輝度を演算し，複数の相対輝度画像を生成する相対輝度画像生成手段と，生成された複数の上記相対輝度画像から特定の３つの相対輝度画像を選択してフォールスカラー合成し，フォールスカラー合成画像を生成する画像合成手段と，生成された上記フォールスカラー合成画像を色相変換し，色相画像を生成する画像処理手段とを具備してなることを特徴とする植物の活性度測定装置として構成される。
このように構成することにより，太陽光等光源が変化した場合にも正確に植物の活性度を測定することが可能である。
更には，植物の活性度を評価するために用いられる上記色相画像は，０〜３６０°の色相度数によって植物の活性度を表すものであるため，当該装置を使用する使用者は，植物の活性度を視覚的且つ容易に評価することが可能となり，汎用性に優れる。
【００１４】
また，上記画像処理手段により生成された色相画像を，予め測定され記憶された上記植物の分光反射特性に基づいて補正する色相補正手段を更に具備してなる形態も考えられる。
この様な形態とすれば，植物の活性度の評価における正確性を向上させることが可能である。
【００１５】
上記請求項１或いは２に記載の発明を方法として捉えることにより，本発明は，測定対象である植物の分光反射特性に基づいて，該植物の活性度を測定する植物の活性度測定方法において，上記植物からの反射光を，可視域の光と３以上の近赤外域の光とに分離する第１の工程と，分離された上記可視域及び上記近赤外域の光を撮像する第２の工程と，撮像された複数の上記近赤外域の光と上記可視域の光との間で相対輝度を演算し，複数の相対輝度画像を生成する第３の工程と，生成された複数の上記相対輝度画像から特定の３つの相対輝度画像を選択してフォールスカラー合成し，フォールスカラー合成画像を生成する第４の工程と，生成された上記フォールスカラー合成画像を色相変換する第５の工程とを具備してなることを特徴とする植物の活性度測定方法と考えることが可能である。
また，上記同様，上記第５の工程で色相変換された画像を，予め測定され記憶された上記植物の分光反射特性に基づいて補正する第６の工程を更に具備してなる形態も考え得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る植物の活性度測定装置の概略構成図。
【図２】バンドパスフィルタの特性を示す図。
【図３】マルチスペクトル分離装置及び特殊赤外線カメラの構成を示す図。
【図４】画像処理演算の手順の流れを示すフロー図。
【図５】本発明の実施の形態に係る植物の活性度測定装置による測定結果を示す図。
【図６】従来公知の植物の活性度測定装置による測定結果を示す図。
【図７】植物の健康状態と反射率の関係を示す図。
【符号の説明】
Ａ　　…植物の活性度測定装置
Ｘ　　…植物
Ｙ　　…太陽
１　　…マルチスペクトル分離装置
１ａ　…回転軸
２　　…特殊赤外線カメラ
３　　…フィルタ駆動装置
４　　…画像入力装置
５　　…コンピュータ
６　　…バンドパスフィルタ
７　　…バンドパスフィルタ
８　　…バンドパスフィルタ
９　　…バンドパスフィルタ
１０　…バンドパスフィルタ
１１　…Ｉ／Ｆ部
１２　…回転位置検出部
１３　…モータ制御部
１４　…モータ
Ｓ１，Ｓ２　…処理手順（ステップ）の番号
【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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