(57)【要約】    【課題】植物の成育過程における形状の変化を高精度な計測を高精度に画像情報に記憶することを可能とする画像取得装置と、取得した画像を解析し、植物の成育を解析するための解析方法を提供すること。    【解決手段】本システムでは、画像内の観察する対象の植物体が常に一定の位置・アングルで撮影するために、植物体の搬送機構の動作検出手段と、取得した画像内の位置検出用マークと、検出したデータを評価し、搬送量の制御を行うための演算部と搬送制御部を備え、長期間にわたって、多数の植物個体の成育過程を画像情報に記憶し、記憶した画像を用いて、高精度な計測を実現することを特徴とする、植物解析成育解析システムを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被観察体を成育するための複数の容器と、
前記複数の容器を搬送するための搬送手段と、
前記複数の容器にある被観察体を電子的な画像情報として出力する画像取得手段と、
前記画像取得手段にて取得した画像を処理する手段と、
前記画像を処理する手段による処理結果を一時的に保存する第１の記憶手段と、
前記一時的に保存された結果を基に、前記容器の搬送量の適否を評価して、否と判定されたときは前記容器の位置を修正するための搬送量の制御を行う手段を備え、
修正後の容器の位置で再度前記画像取得手段にて前記複数の容器にある被観察体の電子的な画像情報を取得するとともに、再度取得された画像情報および前記容器の搬送量の適否が適と判定されたときの画像情報を保存する第２の記憶手段を備えることを特徴とする被観察体の成育解析システム。
【請求項２】
前記複数の容器を搬送するための搬送手段の動作状態を電子的な画像情報として出力することのできる画像取得手段を備え、
前記画像取得手段で取得した前記画像を画像処理した結果を基に、前記容器の搬送手段の動作の適否を評価して、否と判定されたときはその旨の表示あるいは警報を行う手段を備える請求項１記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項３】
前記第２の記憶手段に保存された画像情報を逐次表示する手段を持つ請求項１記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項４】
前記第２の記憶手段に保存された画像情報の画像情報間から植物の一部分の変位量をもとめ、その変位量の時間変化を数値化し、植物の成育解析に適用する請求項１記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項５】
前記複数の容器を搬送するための搬送手段は、前記容器を回転軌道上を搬送するものであって、１回転ごとに、同じ容器を前記画像取得手段に対向させるものである請求項１記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項６】
前記画像取得手段は、前記容器が前記画像取得手段に対向する位置に搬送された後、所定の時間の経過を待って画像を取得する請求項５記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項７】
被観察体を成育するための複数の容器と、
前記複数の容器を搬送するための搬送手段と、
前記複数の容器にある被観察体を電子的な画像情報として出力するともに前記搬送手段に対する相対位置が可変とされた画像取得手段と、
前記画像取得手段にて取得した画像を処理する手段と、
前記画像を処理する手段による処理結果を一時的に保存する第１の記憶手段と、
前記一時的に保存された結果を基に、前記容器の搬送量の適否を評価して、否と判定されたときは前記容器の位置を修正するための搬送量の制御を行う手段を備え、
修正後の容器の位置で再度前記画像取得手段にて前記複数の容器にある被観察体の電子的な画像情報を取得するとともに、再度取得された画像情報および前記容器の搬送量の適否が適と判定されたときの画像情報を保存する第２の記憶手段を備えることを特徴とする被観察体の成育解析システム。
【請求項８】
前記複数の容器を搬送するための搬送手段の動作状態を電子的な画像情報として出力することのできる画像取得手段を備え、
前記画像取得手段で取得した前記画像を画像処理した結果を基に、前記容器の搬送手段の動作の適否を評価して、否と判定されたときはその旨の表示あるいは警報を行う手段を備える請求項７記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項９】
前記第２の記憶手段に保存された画像情報を逐次表示する手段を持つ請求項７記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項１０】
前記第２の記憶手段に保存された画像情報の画像情報間から植物の一部分の変位量をもとめ、その変位量の時間変化を数値化し、植物の成育解析に適用する請求項７記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項１１】
前記複数の容器を搬送するための搬送手段は、前記容器を回転軌道上を搬送するものであって、１回転ごとに、同じ容器を前記画像取得手段に対向させるものである請求項７記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項１２】
前記画像取得手段は、前記容器が前記画像取得手段に対向する位置に搬送された後、所定の時間の経過を待って画像を取得する請求項１１記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項１３】
被観察体を成育するための複数の容器と、
前記複数の容器を個々に積載するとともに自走して搬送するための複数の搬送手段と、
前記複数の容器にある被観察体を電子的な画像情報として出力する画像取得手段と、
前記画像取得手段にて取得した画像を処理する手段と、
前記画像を処理する手段による処理結果を一時的に保存する第１の記憶手段と、
前記一時的に保存された結果を基に、前記容器の搬送量の適否を評価して、否と判定されたときは前記容器の位置を修正するための搬送量の制御を行う手段を備え、
修正後の容器の位置で再度前記画像取得手段にて前記複数の容器にある被観察体の電子的な画像情報を取得するとともに、再度取得された画像情報および前記容器の搬送量の適否が適と判定されたときの画像情報を保存する第２の記憶手段を備えることを特徴とする被観察体の成育解析システム。
【請求項１４】
前記自走して搬送するための複数の搬送手段が平面上に設けられた案内手段によって所定のルートを走行するものであるとともに、該搬送手段は無線方式によって伝達される搬送制御信号によって制御される請求項１３記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項１５】
前記案内手段は、前記容器を回転軌道上を搬送する構成のものであって、１回転ごとに、同じ容器を前記画像取得手段に対向させるものである請求項１４記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項１６】
前記画像取得手段は、前記容器が前記画像取得手段に対向する位置に搬送された後、所定の時間の経過を待って画像を取得する請求項１５記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項１７】
前記複数の容器を搬送するための搬送手段の動作状態を電子的な画像情報として出力することのできる画像取得手段を備え、
前記画像取得手段で取得した前記画像を画像処理した結果を基に、前記容器の搬送手段の動作の適否を評価して、否と判定されたときはその旨の表示あるいは警報を行う手段を備える請求項１３記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項１８】
前記第２の記憶手段に保存された画像情報を逐次表示する手段を持つ請求項１３記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項１９】
前記第２の記憶手段に保存された画像情報の画像情報間から植物の一部分の変位量をもとめ、その変位量の時間変化を数値化し、植物の成育解析に適用する請求項１３記載の被観察体の成育解析システム。
【請求項２０】
前記画像取得手段で取得した前記画像の境界線上のデータに着目して、前記前記画像取得手段に対向した容器の位置の適否を評価する請求項１３記載の被観察体の成育解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の成育の過程における様子の変化を解析するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、植物の遺伝子機能解析においては、遺伝子配列のなかで、注目する遺伝情報を変更したものを、環境条件（例えば日照時間など）を変化させ、成育の観察を行い、成育過程における形態の変化の違いや成長後の植物個体の葉や全体の形状や葉や根などの色の違いなどを計測し、その結果から遺伝子の機能を特定するといった遺伝子の機能解析が進められている。
【０００３】
近年、植物の膨大な遺伝子情報が解明され、得られた膨大な遺伝子情報に対する機能解析が進められている。このためには、成育過程における形状や色の違いや変化の様子について、人間の目では判別が困難な小さな変化までも含めた成育過程の全てに対して、網羅的にもれなく計測を行うことが重要となっている。
【０００４】
従来、成育過程の計測にあたり、遺伝子情報と環境条件を変化させた際の成育過程の観察を、例えば１日に一回もしくは数日に一回という一定の間隔での計測作業により実施している。人手による計測の場合においては、観察対象の注目する個所、例えば根の長さや葉の大きさや生え方の角度など定量化が容易なものについての成育記憶を実施する。その際、通常１日やそれ以上の間隔といった長期間の間隔での計測を行い、大きな変化に着目した計測方法を行っている。実際にこうした方法による実験による研究が進められ、その結果は、論文や学会での発表といった形で公開されている。
【０００５】
自動的に生育の記憶を行う方法として、カメラを使った画像による監視装置がある。特許文献１（特開平６−１３８０４１）では、植物の生育状態の良否を監視するための装置が提案されている。この装置では、カメラを用いて苗の生育の状態を画像で取り込み、取り込んだ画像を評価し、生育状態の良・不良の判別を自動的に行う。
【０００６】
なお、カメラを使った自動記憶装置として、撮影の対象分野は異なるが、不審者や不審物を監視する分野がある。この監視の分野においては、不審者や不審物の判定を行うことを目的として、監視の対象となるエリアを一定間隔もしくは連続にカメラを使って画像を取り込み、取込み時間の隣り合う数枚の画像間の差分情報を画像処理により評価を行い、変化があった時点で警告を行う装置として提案がされている。
【０００７】
監視装置の提案として特許文献２（特開平１１−１１０５３０号公報）がある。これでは、時系列に取り込んだ画像間の変化を評価し、その評価値に基づき画像の記憶間隔を動的に変化させ、画像の記憶容量を少なくすることを提案している。こうした監視装置においては、形状変化を評価するために扱う画像は取込み時間の前後する２枚もしくは数枚の画像を評価するため、数時間や数分といった比較的短時間における取込み画像を使うため、カメラの動作誤差やカメラを固定している台や装置自体の振動などによる対象のアングル変化の影響を受けることは少ない。
【０００８】
上述の特許文献１の成育監視装置では、あらかじめ分かっている植物の成育過程と比較を行い、あらかじめ分かっている成育状態と比べた成育状態の良・不良を判別することが提案されている。
【０００９】
また、非特許文献１−５では、植物体を栽培する容器を搬送し、次々とカメラの前に取り出し画像を取り込む装置が提案されている。
【００１０】
さらに、特許文献３（特開２００３−５０９９６号公報）では、撮影する際に植物体を栽培する容器に、位置検出用のマークを取りつけ、撮影した画像内のマーク位置を検出し、その物理位置を基準として画像の補正を行うことを提案している。
【００１１】
【特許文献１】特開平６−１３８０４１号公報
【００１２】
【特許文献２】特開平１１−１１０５３０号公報
【特許文献３】特開２００３−５０９９６号公報
【非特許文献１】学会発表：Tanabata, T., Ishizuka, T., Takano, M., Shinomura, T., The rice growth monitoring system for the phenotypic functional analysis, The 10th International Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology, Edmonton, Canada, proceedigns p.67, August 3-7, 2002
【非特許文献２】学会誌解説記事：七夕高也, 石塚徹, 篠村知子, 遺伝子機能解析における画像処理システム, 電子情報通信学会誌, 86: 945-948, 2003.
【非特許文献３】学会発表：石塚徹, 七夕高也, 篠村知子, イネ生育自動モニタリングシステムの開発, 第26回日本分子生物学会年会, プログラム・講演要旨集, p. 1011, 2003.
【非特許文献４】学会発表：Ishizuka T, Tanabata T, and Shinomura T, Rice growth imaging system for phenotypic functional analysis from middle seedling to mature plant, Proceedings of International Genetic Resources Workshop on the Genus Oryza. pp. 81-83, 2003.
【非特許文献５】Ｗｅｂ公開記事：Tanabata T., Ishizuka T., Shinomura T., The Rice Growth Monitoring System for The Phenotypic Functional Analysis, http://www.gs.dna.affrc.go.jp/SY-1108/, 2003/08/16.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
植物の生育過程の情報をもれなく取得するためには、従来の人の手による観測方法では、植物の成育過程における微小な違いや変化を見逃す可能性がある。さらに加えて、人手による作業が主体では膨大な量の遺伝情報に対して機能解析を進めることは大変時間がかかり、その解析にかかる人件費コストも膨大なものになる。
【００１４】
これらの課題に対する解決方法として、カメラを用いた画像取得装置が提案され、画像取得装置を用いて成育の記憶を行い、集めた画像をもとに、成育過程における形状計測を行うという方法が提案されている。
【００１５】
特許文献１の成育監視装置では、成育状態の良・不良を判別するだけであり、成育状態のどこが悪いのかといった情報を取得することは不可能である。
【００１６】
本発明においては、複数の植物体の成育画像の撮影において、最適な撮影環境を提供することを実現している。その一方で、植物体の搬送機構において、成長に従って形状が大きく変化するイネなどの植物体の観察を実施する際、搬送機構の動作が一定となっているため、栽培期間をずらして観察するような場合、形状が大きなサンプルや小さなサンプルを一度に搬送する場合、植物体が重なったりしないためには、大きな形状のサンプルに合わせて搬送動作を行う必要があるが、これでは小さな植物体では、サイズが大きくなってしまい、搬送機構のスペースに無駄が発生する。
【００１７】
このことは、未知の遺伝子機能の解析を行う際、成育の様子が全く未知の植物体を観察する場合にも当てはまり、植物体を成育させたところ、想定していた以上に植物体が極端に大きく成長した場合、その状況を人が確認するまで、搬送動作が想定値のままで動作するため、人が状況を確認し、最適な画像の取得のための搬送動作の変更を行う必要が出てくる。従って、成育解析のための画像取得装置の完全な自動化はこれらの方式では困難である。
【００１８】
植物の成育過程の解析を行うためには、多数の植物体の成育過程の画像取得を行い、取得したさまざまな植物体の成育画像の比較を行う必要がある。比較を行う上で重要な点は、撮影時の植物体の成育変化以外の要因、例えば、形状の計測を行うためには、カメラと植物体との撮影の物理的な位置関係の条件は観察期間中、常に一定であることが計測精度を高いレベルで保つために非常に重要な項目である。
【００１９】
この課題に対して、本発明においては、搬送機構の動作中に発生する搬送機構の動作の誤差により生ずるカメラと植物体の物理的な位置関係のずれに伴う計測上の誤差要因を、取得した画像を用いて画像間の位置関係を補正することで低減し、計測精度を高めることを実現している。先の特許文献１の成育監視装置では、取得した画像のみの処理で実現できるが、遺伝子解析への応用を考える場合、非常に膨大な量の植物体の画像取得が必要となり、多数の画像取得装置を用いた画像取得を行うことが必要になる。こうした場合、成育解析のために他のサンプルとの正確な比較を行う際には、画像間でのカメラと植物体の物理位置あわせを厳密にするため、画像取得時の動作を高精度に行うことが重要である。
【００２０】
本発明の目的は、植物をはじめとする生物の時間経過を踏まえた生育過程の変化を、従来の人手での計測や、単なる監視装置の応用では困難となる数週間から数ヶ月以上という長期間の生育過程を微小な変化まで、安定して画像情報として記憶することが出来る遺伝子機能解析のための画像取得装置による植物成育解析システムを提供するとともに、取得した画像を用いた成育解析を効率よく行うための解析方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の植物成育解析システムにおいては、多数の観察対象をカメラの前を繰返し通過するように搬送する機構の動作検出手段と、カメラにより取得した画像を用いた搬送機構の動作誤差を検出する手段と、検出した搬送機構の誤差量を搬送機構に反映して動作を修正できるような搬送制御手段を備え、長期間にわたる植物体の成育過程を画像情報に記憶し、成育の形状変化の計測を高精度に実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、長期間にわたる植物をはじめとする生物の時間経過を踏まえた時系列の形状変化に対する大きさや色などさまざまな計測を、高精度なレベルで実施することができる画像の取得が可能となる。
【００２３】
さらに、取得した画像の効率よい解析の方法を提供し、生物の遺伝子機能解析における、微小な変化も含めた解析のための手法を提供することができる。
【００２４】
また、画像の取得において、観察対象の大きさがさまざまな生物に対しても、大量の成育の画像を効率よく取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。実施例１では被観察植物が試験管内で成育するような小さな植物体への適用を説明し、実施例２では被観察植物が１ｍ以上に成育するような植物体への適用を説明する。
【００２６】
（実施例１）
図１は、本発明システムの機能ブロックを示す図である。
【００２７】
本発明の植物成育解析システムは、画像取得装置制御部１、画像を取得するための画像読取部５、画像読取部制御部６、撮影時の照明として用いるための光照射手段７、光照射手段制御部８、複数の植物体の搬送を行うための搬送機構９、搬送機構制御部１０、搬送状態のモニタリングを行うための搬送機構移動量検出部１１から構成される成育過程の画像を長期間にわたり取得するための画像取得装置１００と、取得した画像を使って、さまざまな植物の成育の変化の比較を行うため、取得した画像に対して、形状変化の可視化や形状変化量の計測を行うための画像解析処理部２０１と解析結果を表示装置４で表示するためのデータに処理するための画像表示制御部２０２と解析した結果を保存するための解析結果記憶部３、解析結果の表示を行うディスプレイやプリンタなどの表示装置４とした画像解析部により構成する。
【００２８】
画像取得装置制御部１には画像取得動作管理部１０１、画像一時記憶部１０４、画像処理部１０５、画像情報記憶部１０６、データ処理部１０２および搬送動作データ記憶部１０３が備えられる。画像取得動作管理部１０１はデータ処理部１０２から与えられる信号により、上述した画像読取部制御部６、光照射手段制御部８および搬送機構制御部１０に制御信号を与える。画像読取部５が取得した画像信号は、画像一時記憶部１０４に保存され、画像処理部１０５により処理される。画像処理部１０５の信号は、データ処理部１０２に与えられるとともに、画像情報記憶部１０６を介して、上述した画像解析処理部２０１に送られ、所定の解析プログラムにしたがって解析される。また、搬送機構移動量検出部１１から得られる信号は、データ処理部１０２に送られる。データ処理部１０２は搬送動作データ記憶部１０３と結ばれ、搬送機構の動作状況を記憶するとともに、搬送機構制御部１０に与えるべきプログラム信号と搬送機構移動量検出部１１から得られる信号に応じた、搬送機構制御部１０への信号を画像取得動作管理部１０１へ送出する。
【００２９】
このような画像取得装置と画像解析部の構成で、大量の植物の成育過程における成育の変化や植物体ごとの成育の違いを画像に取得・解析し、その結果を表示することが実現できる。それぞれの動作等は順次説明する。
【００３０】
図２は、本発明システムを用いた植物成育解析の方法を示したフロー図である。
【００３１】
はじめに、植物を栽培するための栽培容器に成育の解析を行いたい植物体の種子や芽を播種する（Ｓ００１）。本システムでは、後述するように搬送機構制御部１０が容器の大きさに合わせて、常に最適な撮影を実現できるよう、搬送量の自動制御を行っているため、容器の大きさに制限がない点が特徴である。次に、栽培容器を搬送機構９に取り付けを行う（Ｓ００２）。取り付けが完了したら、画像取得装置１００を起動する（Ｓ００３）。準備が完了したら、まず、搬送機構９のテスト動作を行い、容器の取り付け状態をチェックする（Ｓ００４）。このテスト動作とチェックには、手作業により実現は可能であるが、事前に定義したチェック用動作を実行し、その間の動作状態を搬送機構移動量検出部１１の信号と画像処理部１０５の信号を用いて、監視することで、取り付けチェックの自動化も可能である。取り付けチェック（Ｓ００４）のあと、取り付けの状態を判定（Ｓ００６）し、取り付けが不完全であれば、取り付け状態を再チェック（Ｓ００５）し、再度取り付けチェック（Ｓ００４）を行い取り付けが完了するまで繰り返す。
【００３２】
取り付け判定（Ｓ００６）が完了後、画像取得の開始の操作を行う（Ｓ００７）。画像取得開始後、一定時間ごとに、植物体の画像の取得を行う。画像の取得間隔は数分に一回や数時間に一回など事前に指定し、成育解析の目的に合わせて自由に変更することが可能である。画像取得期間中は、一日に一度や一週間に一度という単位で植物個体の成育の状態をチェック（Ｓ００８）し、画像取得の終了を判断する（Ｓ００９）。この成育の状態チェックは、人間が取得した画像をチェックし判断する方法や、取得した画像を画像処理部１０５の信号によって、植物個体が容器一杯になっていることを自動的に判定し、終了とすることもできる。
【００３３】
画像処理部１０５の信号を用いて自動判定することで、画像取得の完全自動化が実現でき、効率よい画像取得ができるという効果がある。画像取得終了の判定後、終了操作（Ｓ０１０）を行い、取得した画像を用いて成育の解析を実施する（Ｓ０１１）。以上の作業フローにより、植物体の成育の画像取得から取得した画像を用いた成育解析までの処理を効率よく実施することが可能となる。
【００３４】
図３は、本発明システムの一実施例の概略を示す図である。
【００３５】
搬送機構９は、一例の詳細を後述するが、多数の栽培容器１３をリング１２に取り付けられて、搬送制御部１０により回転制御される。これらの栽培容器１３は、画像読取部５（図示しない）と画像読取部制御部６（図示しない）を収納して一体型となっているカメラ１５の前に一時的に静止し、画像の読み取りが行なわれる。栽培容器１３のそれぞれには、図では代表して一つの栽培容器１３のみにしたが、後述する位置検出用マーク１４が所定の位置に固定される。画像の読み取りは、観察対象の植物のみならず、位置検出用マーク１４を一体として行う。この際、撮影用の照明として、上部に光照射手段７を設けている。本実施例のように、上部に照明用の光照射手段７を設置することで、栽培容器１３の材質により発生する反射光の画像の映り込みを低減できるという効果がある。取得した画像の表示や解析結果の表示を行う表示装置４はパーソナルコンピュータ１６に接続している。
【００３６】
本実施例では、パーソナルコンピュータ１６上のソフトウエアにて、搬送機構制御や画像読取部制御を行う画像取得装置制御部１、画像解析部２および解析結果記憶部３を実現する。このようにソフトウエア処理にて実現できるため、装置構成がシンプルとなり、また柔軟にシステムの改変ができるという効果がある。
【００３７】
図４Ａ、図４Ｂは、画像取得装置制御部１の処理概要を示す図である。
【００３８】
図４Ａは実施例１の画像取得装置制御部の動作フローを示す図である。動作開始後、ユーザーが画像取得開始ボタン操作（Ｓ１０１）を行うと、ユーザーによる実験条件（画像取得条件）の設定を行うための表示を行う（Ｓ１０２）。この条件は、画像取得を数分に一度行うといった、取得時間間隔や、搬送機構に取りつけた植物体の数といった画像取得の動作に関するものである。条件入力（Ｓ１０２）後、装置の動作初期位置の復帰といった装置の初期化処理動作（Ｓ１０３）を行い、画像取得動作（Ｓ１０４）を開始する。この画像取得動作中は、条件入力（Ｓ１０２）の時に指定した時間スケジュールに従い、植物体の画像の取得を行う。画像取得の終了が判定されれば、終了動作を行い（Ｓ１０６）、画像取得が終了する。
【００３９】
図４Ｂは、実施例１の画像取得装置制御部１の操作盤の構成の一例を示す図である。この例では、パーソナルコンピュータ１６上のソフトウエアによる実施例を示している。操作盤の表示画面１０００は、画像取得操作の開始、中断、終了の操作ボタン１００２の他に、テスト動作などのオプショナルな搬送機構動作も備えている。さらに、画像撮影回数や、撮影時刻などの画像取得の状態を表示する画像取得状態表示画面１００１や搬送機構やカメラの異常発生時に警告を示すランプ１００３や、搬送機構やカメラの動作状態の表示１００４といった装置状態の表示画面を備えている。
【００４０】
図５Ａ、図５Ｂは、画像取得動作管理部１０１の説明図である。
【００４１】
図５Ａは実施例１の画像取得動作管理部１０１の機能ブロックを示す図である。画像取得動作管理部１０１は、画像取得動作（Ｓ１０４）における動作を実現する機能ブロックである。搬送機構制御部１０や画像読取部制御部６などのシステムが制御する装置への制御を指示するための外部機器制御インタフェース部１０１０と、画像取得時間の管理を行うための画像取得パラメータ記憶部１０１３と、時間監視を行うためのタイマー１０１２と、搬送機構などの装置の制御量をデータ処理部１０２より取得する制御量取得部１０１５と、搬送の動作や画像取得のシーケンス動作の手順を記憶するシーケンス動作順記憶部１０１４と、シーケンス動作手順に従って外部機器に動作信号を順次送り出し画像取得動作を実行するシーケンス動作処理部１０１１とから構成されている。
【００４２】
図５Ｂは実施例１のシーケンス動作順記憶部１０１４に記憶するデータテーブル１０１６の一例を示す図である。テーブル１０１６に示すように、画像取得に必要な搬送・画像取得の動作を、搬送機構に付いているモータなどの駆動部の制御や取り付けた栽培容器の数、撮影用照明制御など、システムに取り付けているすべての装置の動作順を順番に記憶している。この記憶部１０１４を持つ構成により、搬送機構の構成や栽培容器の個数に変更が発生した場合、この記憶部の内容を書き換えるだけで、シーケンス動作の変更ができるため、装置構成の変更が容易になるという効果がある。
【００４３】
図６は、実施例１の画像取得動作管理部１０１の処理動作フローを示す図である。
【００４４】
画像取得動作開始後、撮影動作の開始時に動作終了の指示がないかどうかをチェック（Ｓ２０１）し、終了の指示があれば（Ｓ２０２）、撮影動作を終了する。動作の終了指示は、ユーザーが操作盤（図４Ｂ参照）にて終了操作（実験終了ボタンの押し下げ）を行ったとき、動作終了の信号を画像取得動作管理部１０１に送ることで行なわれる。次に、時間をチェック（Ｓ２０３）し、画像取得時刻であれば（Ｓ２０４）、画像取得シーケンス動作を開始する（Ｓ２０５）。シーケンス動作は、シーケンス動作順記憶部１０１４に従い、シーケンス動作処理部が、順番に外部機器への動作指示を行う。従って、シーケンス動作順を参照し（Ｓ２０６）、制御する制御機器を選択（Ｓ２０７）し、制御量取得部１０１５より機器の制御量を取得する（Ｓ２０８）。取得した制御量を外部機器制御インタフェース１０１０を通して、対象となる機器へ動作信号を出力し（Ｓ２０９）、装置を動作させる。装置の動作信号出力後、装置の動作が完了するまで待機し（Ｓ２１０）、その後、次のシーケンス動作順を読み取る（Ｓ２１１）。次のシーケンス動作があれば、再度動作を行い（Ｓ２７）、シーケンス終了であれば次の画像取得動作時刻まで待機する（Ｓ２０１）。
【００４５】
図７Ａ、図７Ｂは、実施例１の画像取得動作における搬送制御の補正処理動作と撮影動作の詳細を示す図である。
【００４６】
図７Ａは実施例１の撮影シーケンスの動作の処理フローを示す図である。
【００４７】
シーケンス動作順記憶部１０１４の記憶内容に従い、搬送機構９を動作させ、栽培容器１３を画像読取部５を内蔵するカメラ１５の画像読取位置に移動する（Ｓ３０１）。搬送した量を搬送移動量検出部１１にて取得し（Ｓ３０２）、画像取得を行う（Ｓ３０３）。取得した画像内の栽培容器１３に付加されている位置検出用マーク１４を画像処理部１０５により検出し、マーク１４の座標位置を特定する（Ｓ３０４）。検出した座標位置データをデータ処理部１０２で処理を行う（Ｓ３０５）。データ処理部１０２で、搬送位置が正常位置にあるかどうかを判定する（Ｓ３０６）。判定結果がＮＧの場合、正常位置との偏差を求め、正常位置に搬送するために必要な搬送量補正値を算出し（Ｓ３０７）、算出した補正量に応じて搬送機構９を動作させ、栽培容器１３を移動させる（Ｓ３０８）。この動作を搬送位置が正常位置で停止するまで繰り返し動作させ、その都度栽培容器１３の画像取得を行う（Ｓ３０３）。
【００４８】
栽培容器１３が正常位置に搬送されたと判定された後に、一時記憶部１０４に記憶されている直前に撮影された画像に画像取得日時などの情報を付与し、画像情報記憶部１０６に保存する（Ｓ３０９）。このような方式により、搬送機構を用いる際に課題となっていた搬送動作時の動作誤差によるカメラと栽培容器の物理的な位置関係を高精度に保った画像の取得が可能となり、成育過程の計測を高精度に実現することが可能となる効果がある。
【００４９】
図７Ｂは実施例１の画像取得動作の処理フローを示す図である。
【００５０】
画像取得動作においては、搬送後に栽培容器１３が揺れるなどの現象があるため、搬送後に数秒程度の待機を行う（Ｓ３１１）。撮影パラメータに基づいて、照明の点灯／消灯制御を行い（Ｓ３１２）、画像の読取を行う（Ｓ３１３）。読み取った画像データは、一時記憶部１０４に転送し保存する（Ｓ３１４）。
【００５１】
図８は、実施例１の搬送機構９および搬送機構動作量検出部１１の構成を示す図である。
【００５２】
実施例１では、搬送機構９は図に示す矢印方向に回転動作するリング状のテーブル１２に複数の栽培容器１３を取り付ける手段を設けた実施例である。栽培容器１３を搬送するリング状のテーブル１２は、パルスモータ９０とギアボックス９１と回転軸９２により回転動作するように構成する。回転動作の制御は、搬送機構制御部１０から与えられるパルス信号に応動するパルスモータ９０の回転数により制御が可能である。この構成では、モータの制御量とテーブルの回転角度の対応付けが容易であり、制御がしやすいという利点がある。また、ダイレクトドライブモータをパルスモータ９０の代わりに用いることが可能であり、その際、テーブルを直接搬送することができ、ギアブックス９１は不要となる。この場合も、パルスモータと同様、搬送制御をモータの回転数により制御できる。
【００５３】
搬送機構９のテーブル１２の移動量を検出するために、テーブル１２の端面位置に回転量を検出するための検出片１１ａとこれに対応する位置検出センサ１１ｂを設ける。検出片１１ａは、図では１つしか示さなかったが、テーブル１２の回転量の検出の分解能を上げるために、等間隔で多数設けられる。位置検出センサ１１ｂは検出片１１ａの通過に対応してパルス出力を出すから、パルス出力を計数すれば、テーブル１２の回転量は容易に検出できる。取得した画像から位置移動量を検出するための検出用マーク１４を栽培容器１３に取り付けている。図３では検出用マーク１４を栽培容器１３の上下に付けるものとしたが、１つとしても良い。位置検出センサ１１ｂあるいは画像から取得した動作移動量のデータは、データ処理部１０２へ送られ、テーブル１２の回転制御および搬送量の補正制御に用いる。また、動作異常が発生した際、異常の原因がモータなのかテーブルなのかといった原因を特定する際にも、有効である。
【００５４】
図９Ａ−図９Ｃは、実施例１の栽培容器１３の固定方法と位置検出用マーク１４の取り付け方法の一例を示す図である。
【００５５】
図９Ａは実施例１の栽培容器１３を固定するリングテーブル１２を上面から見た図である。栽培容器１３を固定するテーブル１２は、厚みのある材質からなる円形のリングテーブルである。リングテーブル１２の周片部に栽培容器１３の本体部が貫通できる大きさの穴を開け、この穴に栽培容器１３を落とし込む構造としている。栽培容器１３の上端部には、栽培容器１３の本体部より太くされた保持部９４が形成されていて、栽培容器１３の本体部が貫通できる穴を通過できない。このため、栽培容器１３はリングテーブル１２に保持される。リングテーブル１２には中心部を通る十字に交差した梁９９が設けれら、交差部でテーブルを回転させるための駆動シャフト９２と固定される。従って、搬送用モータの回転運動は、シャフト９２を通して、テーブル１２を回転させる。
【００５６】
図９Ｂは実施例１のリングテーブル１２と栽培容器１３との関係を取り出して示す図である。この例では、テーブル１２は２段構成とされている。栽培容器１３の保持部９４は本体部より太くされているから、栽培容器１３はリングテーブル１２にぶら下がるように保持される。その際、図には示さなかったが、栽培容器１３とリングテーブル１２との相対的な回転が起きないように、上段のリングテーブル１２の穴と保持部９４とが係合する構造とするのが良い。テーブル１２は、リング状であっても、植物の栽培において重要な光を遮らないような材質、例えばアクリル製などの材質にすることが望ましい。もし、テーブルを平板にするときは、光を遮らない材質とすることは不可欠である。テーブル１２を２段構成とすると、搬送動作の際に、動作中に栽培容器１３が揺れて、回転や左右に振動することを抑止することができるという効果がある。
【００５７】
図９Ｃは実施例１の栽培容器１３と位置検出用マーク１４とを取り出して示す図である。栽培容器１３の上下に位置検出用マーク１４を取り付けるのが良い。マーク１４の模様は、位置検出の画像処理が容易となるようなマークが有効であり、本実施例では図９Ｃに示すような模様のマークを用いている。栽培容器１３の位置を検出するためのマークの取り付けは、最低一ヶ所あれば検出は可能であるが、図に示したように栽培容器１３の上下方向など二ヶ所以上取り付けることで、左右方向・回転方向の位置の誤差を検出することが可能となり、搬送位置の誤差の検出精度の向上に効果がある。また、このマーク１４は、装置の構造により、栽培容器１３以外にもテーブル１２の外周面など搬送機構に直接取りつけることでもよい。
【００５８】
図１０Ａ−図１０Ｃは、実施例１の位置検出用検出マークを用いた位置検出方法を説明する図である。
【００５９】
図１０Ａは実施例１の位置検出用マーク１４を取り付けた状態で取得した栽培容器１３の画像の例を示す。画像は、左上を原点として、画像の座標を定義する。図１０Ｂは実施例１のテンプレート画像として用意された画像を示す図であり、検出用マーク１４と同じ模様の画像である。画像サイズは、取得した画像内の検出用マーク１４に合わせたものを用意する。取得した画像とテンプレート画像を用いて、取得した画像内のテンプレート画像の位置の検出を行う。この検出処理は、一般に画像処理で用いられるテンプレートマッチングの方式が有効である。テンプレートマッチングは、取得した画像内のすべての座標について、式（１）の値を算出し、その値の最も大きくなるときの、（ｘ，ｙ）の座標を検出結果として出力する。
【００６０】
【数１】
2005229818.tif 000003
【００６１】
ここで、ｈ（ｘ，ｙ）：マーク検出のための評価係数、ｘ，ｙ：マーク検出する画像内の座標値、ｉ，ｊ：テンプレート画像内の座標値、δ（デルタ）：テンプレート画像サイズにより決まる値、Ｗ：マーク検出する画像の幅、Ｈ：マーク検出する画像の高さを、それぞれ、表す。
【００６２】
図１０Ｃは実施例１の位置検出用マーク１４の検出結果例を示す図である。この場合、二ヶ所のマークが存在し、式（１）で得られる評価係数の上位２ヶ所を検出結果として算出している。
【００６３】
図１１は、実施例１のデータ処理部１０２の機能ブロックを示す図である。
【００６４】
搬送機構移動量検出部１１で検出した機構移動量のデータは機構移動量データ入力部１０２２を介して搬送機構動作量演算部１０２３に入力される。一方、画像処理部１０５で検出されたマーク位置座標データは画像検出結果データ入力部１０２４を介して、搬送機構動作量演算部１０２３に入力され、さらに搬送機構動作量履歴一時記憶部１０２５に記憶される。また、搬送機構の標準動作データ量は、搬送機構標準動作量記憶部１０２６に記憶しておく。搬送動作後、搬送機構移動量検出部１１で検出した機構移動量のデータと画像検出結果をもとに、正しい搬送位置に静止するために必要な動作量の補正値を搬送機構動作量演算部１０２３で算出する。算出した結果は、搬送機構の標準動作データとの差分を補正し、機器制御量出力１０２０を通して、画像取得動作管理部１０１に出力する。
データ入力部１０２２および１０２４から入力したデータから、搬送動作量を演算した結果が、無限大値などの搬送動作が不可能な値になってしまう場合、搬送動作の動作異常と判定を行い、動作異常アラーム出力１０２１を通して、表示装置４を通じて、異常が発生したとの表示や警報を行う。このときは、当然、操作はロックされる。
【００６５】
図１２Ａ−図１２Ｃは、実施例１の検出部、画像処理部から検出するデータの例を示す図である。
【００６６】
図１２Ａは実施例１の搬送機構移動量検出部１１などから得られる機器移動量データテーブルの例を示した図である。この図１２Ａにあるように、実際に動作した日時と動作時に指示したモータの指示値とその結果実際にテーブルが移動したテーブル移動量といったデータを記憶しておく。このように、機器制御量出力１０２０から送信する搬送の指示量と実際の搬送量の対応をつけた記憶を活用し、搬送量の補正値の算出や、搬送がうまくいかないなどのトラブル発生時に原因を特定する際の情報として活用することができるという効果がある。
【００６７】
図１２Ｂは検出したマークの中心座標について示す図である。座標値は、画像の左上を原点とした座標系での座標値を示す。
【００６８】
図１２Ｃは検出した座標の時系列の変位量について示す図である。図１２Ｂで示す座標値を元に、変位量を式（２）により変位量を求める。
【００６９】
【数２】
2005229818.tif 000004
【００７０】
ここで、ｉ：対象となる画像の画像取得を始めてからのトータル回数、δｉ（デルタ）：ｉ番目の画像の変位量、ｘｉ，ｙｉ：対象となる画像内の座標値、ｘ，ｙ０：ｉ＝０の画像のマーク検出結果の座標値、をそれぞれ、表す。
【００７１】
その結果、搬送機構の動作誤差による画像のずれの時系列変化を図１２Ｃに示すグラフのような結果として得られる。この結果、搬送機構の動作精度の許容範囲にあるかどうかを判定することが可能となる。
【００７２】
以上のように動作状態の記憶を行うことで、装置異常の検出や、最適な補正値の算出に役立てることができるという効果がある。
【００７３】
図１３Ａ、図１３Ｂは、実施例１のデータ処理部１０２の一時記憶データの例について示す図である。
【００７４】
図１３Ａは、実施例１の搬送機構動作履歴一時記憶部１０２５のデータテーブルの例を示す図である。このデータは、図１２Ａ、図１２Ｂで説明したデータを時系列の順番に記憶したテーブルである。その際、一回の搬送動作におけるデータ、すなわち、モータ動作量、テーブル移動量および動作後に検出したマークの位置をすべて記憶するものである。
【００７５】
図１３Ｂは、実施例１の搬送機構標準動作量記憶部１０２６のデータテーブルの例を示す図である。ここに記憶するデータは、装置の搬送動作すべてについて、装置の搬送機構の制御量や、搬送した結果の検出データの理想値を記憶している。このデータを基準として、搬送の制御を行う。なお、このデータは装置ごとに決まり、装置の動作開始前に記憶しておく必要がある。搬送動作量は、標準値として、この記憶部の値だけ制御を行い、動作後の検出データとこの記憶部の値を比較し、その値が異なった場合、その差が搬送誤差を示していることになる。
【００７６】
なお、マーク検出位置の誤差としてあらわれている変位量と搬送量の対応は、装置に使われる駆動部の動作量と対応をとり決まってくる。この対応は、搬送機構の設計時や装置くみあげ後にテスト動作（モータの動作量と移動量と画像のマーク検出動作）を行い、取得することも可能である。
【００７７】
図１４Ａ、図１４Ｂは、実施例１の画像情報記憶部１０６と解析結果記憶部３の記憶データのデータテーブルの例を示す図である。
【００７８】
図１４Ａは、実施例１の画像情報記憶部１０６のデータの例を示す図である。この表に示すように、栽培容器ごとに通し番号（サンプルＮｏ．）を設け、サンプルＮｏ．ごとに管理を行う。取得した画像ごとに画像取得した日時とそのときの環境条件（温度、湿度など）を記憶しておくと、成育解析の情報に有効である。
【００７９】
図１４Ｂは、実施例１の解析結果記憶部３のデータの例を示す図である。この表に示すように、図１４Ａで保存した画像情報から得られる解析データ（対象物の葉や根などの長さ、角度）を追加したデータとする。この結果、成育の画像と解析データを合わせて管理を行うことで、画像を見ながら成育の数値データを評価することが可能となり、解析作業を効率よく行うことができるという利点がある。
【００８０】
図１５Ａ、図１５Ｂは実施例１の画像解析部２における画像解析処理部２０１における処理の例および画像解析処理部２０１の出力を受けた画像表示制御部２０２の機能ブロックを示す図である。
【００８１】
図１５Ａは実施例１の取得した画像列を用いた疑似動画表示による解析処理のフローを示す図である。疑似動画表示は、図に示したように、取得した画像２０を時系列に並べ、表示装置に逐次表示を行う処理である。このように、取得した画像を動画表示することで、植物のようなゆっくりした変化を、人が認識できるような変化速度の変化として表示でき、変化の解析への効果が得られる。図１５Ｂは、実施例１の疑似動画を行うことを実現する表示制御部２０２の機能ブロックを示す図である。取得した画像を順次画像読込部２０２５にて読み出しを行い、一時記憶第０メモリ２０２４と一時記憶第１メモリ２０２３に交互に画像データを展開する。展開した画像データは、表示用画像メモリ２０２２に交互に転送し、表示装置インタフェース２０２１を通して、表示装置４へと表示する。このように２つの一時画像メモリを用いることで、ちらつきのない表示が可能である。以上の一連の処理は、表示制御部２０２０で処理を行う。
【００８２】
図１６Ａ−図１６Ｃは実施例１の画像解析処理部２０１の成育速度計測を説明する図である。取得した画像列を用いた解析手法の別の例として、先端部検出による成長速度計測の例を示す。
【００８３】
図１６Ａは実施例１の植物体の先端部の検出についてのフローを示す図である。図に示すように、画像取得開始時から取得した画像すべてについて、植物体の成長先端部の検出を行う。取得した先端部の座標の実験開始時からの変位量を上述した式（２）と同じ演算式にて算出する。
【００８４】
図１６Ｂは、図１６Ａの処理による植物体の成長先端部の検出結果のグラフ表示を示す図である。このように、成育の形状の変化を、見た目だけでは評価することが難しい微小な形状の変化を、連続的な数値データとして表現することで、成育過程における形状の変化を定量的に評価することができ、多数の植物体の成育の違いを定量的に比較できるという効果が得られる。
【００８５】
図１６Ｃは植物体の成長先端部の成育速度比較を行った例を示す図である。このグラフでは、図１６Ｂで示した計測結果を、２つの植物体について解析した例を示している。この例のように、最終的な長さがほぼ一致する植物体Ａと植物体Ｂでも、その成育過程において、異なる変化をしている植物体であるということを読み取ることができる。このように、複数個体の植物体の画像取得とその解析の結果からこのような結果が得られるという効果がある。
【００８６】
図１７は、本発明のシステムの応用動作として、栽培容器の据え付け時の据え付け状態の自動チェック機能処理フローについて示す図である。
【００８７】
栽培容器１３が搬送機構９にしっかりと据え付られていることが、カメラ１５と被観察植物体の物理的な位置精度を保つために重要なことである。そのため、栽培容器１３が搬送機構９にしっかりと取り付けられているかを、取り付け時にチェックし、きちんと固定されていることを確認することが望ましい。そのための確認動作処理を提案する。栽培容器取り付けを行い（Ｓ４０１）、その後、据え付け確認用動作シーケンスを実行する（Ｓ４０２）。この動作は、通常より動作速度を早くする、動作・停止を繰り返す、意図的に揺らすなどの動作をさせることが望ましい。
【００８８】
こうした動作を行った後、通常の撮影動作をｎ回（ｎ＞１）実行する（Ｓ４０３）。撮影したｎ回分の画像中のマーク座標を検出し（Ｓ４０４）、座標値の変位を求める（Ｓ４０５）。求めた変位が、撮影動作の許容範囲かどうかを判定（Ｓ４０５）する。許容範囲の設定は、目的とする解析の計測精度に合わせて決める。以上の結果、判定が不合格の場合、再度据え付け状態を確認し、再度チェックを行い、判定結果が合格するまで、繰り返す。以上のように、取得する画像を用いて据え付け状態のチェックを行うため、すべての動作誤差要因のチェックを行うことができるという効果が得られる。
【００８９】
（実施例２）
これまでは、試験管内で成育するような小さな植物体による実施例を記載してきたが、実際には、植物体は大きなものでは１ｍ以上に成育するようなものもある。本発明は、こうした植物体の解析装置への応用も可能である。植物体が大きいものの場合、成育の形状変化量が大きいため、多数のサンプルの成育の画像を取得するためには、栽培するスペースの確保が課題となる。
【００９０】
図１８は本発明の装置を大きな植物体に適用した実施例２のシステムの概略図を示す図である。実施例２のシステムの概略図を示す図３と同じ構成要素については同じ参照符号を付した。図１８を図３と対比して明らかなように、実施例２でも、搬送機構９により、栽培容器１３を、矢印に示すように、搬送方向に向かって搬送を行い、カメラ１５の前で画像取得を行う構成と言う点では違いがない。なお、３０は植物体の育成室を示す。
【００９１】
図１８では、栽培容器１３および植物が大きくて重いから、連動する二つの搬送機構９の上に載せられたテーブル９３の上に栽培容器１３が載置されて、搬送されるものとする。カメラ１５はテーブル９３に対して、ステージ３１の上で前後に移動することができるものとする。この構成は、光学機器で用いられている可動式ステージと同様に実現することができる。
【００９２】
図１８の構成での栽培容器１３の搬送制御は、実施例１における栽培容器１３の搬送機構と同等のもので実施可能である。ステージ３１の上のカメラ１５の搬送機構を追加した場合の制御は、図５Ａで説明したシーケンス動作順記憶部１０１４と図１１で説明した搬送機構標準動作量記憶部１０２６のデータに、カメラ１５の搬送に関するデータを追加して記憶させることで実現が可能である。このような画像取得装置に搬送機構を取り付けることで、画像取得時の画像取得範囲の設定を画像取得時ごとにステージ３１により制御が可能となる。従って、対象となる栽培容器の大きさや画像取得の対象となる生体の大きさによって、個々に最適な位置での画像取得が可能となる効果が得られ、解析の精度を高めることができるという効果が得られる。なお、実施例２の全体のシステム構成は図１に示したものでよい。
【００９３】
（実施例３）
図１９Ａ−図１９Ｃは、図１８に示す実施例２と基本的に類似の構成を取るが、栽培容器１３が載置されているテーブル９３は動かないものとして、栽培容器１３を保持している栽培容器固定手段９４自体が自走するための駆動部を持つ構成とした実施例３を説明する図である。
【００９４】
図１９Ａは、実施例３の栽培容器１３、栽培容器固定手段９４およびテーブル９３に着目した搬送機構を示す図である。２５はモノレールであり、テーブル９３の面上の中央部に敷設される。栽培容器固定手段９４は栽培容器１３を載置した状態でモノレール２５でガイドされて一定の姿勢を保って、駆動部の動力により自走して栽培容器１３の搬送を行う。
【００９５】
図１９Ｂは、実施例３の栽培容器固定手段９４の一例の詳細を示す図である。栽培容器固定手段９４は台車３７を備える。台車３７は、その上面に栽培容器１３を載置したとき、台車３７との関係位置が所定の状態となるように、周辺に立ち上がり部を備えて、これで栽培容器１３を固定的に保持するものとする。一方、台車３７は、下面に自走するための駆動輪２６とモノレール２５と係合するためのガイド２７を備える。さらに、駆動輪２６の１つを回転させるための駆動用モータ９６が設けられている。このモータ９６は、実施例１で説明したように、パルスモータやダイレクトドライブモータなど、動作量を指示することができるものとして搬送量の制御ができるようにすることが望ましい。また、駆動輪２６の他の１つに台車３７が動いた量を検出するための台車移動量検出手段９８を取り付ける。この検出手段は、自動車や自転車などで使われている、走行距離や速度を計測するような手段で実現できるものである。駆動輪２６の両方をモータ９６でドライブして、台車３７が動いた量を検出するための台車移動量検出手段９８は、モータ９６の軸に取り付けるものとしても良い。９５は台車移動制御部であり、搬送機構制御部１０から台車の移動量に関する信号を無線通信で受領するものとする。また、台車移動量検出手段９８の検出した台車移動量に関する信号を無線通信でデータ処理部１０２に送信するものとする。なお、モータ９６の動力は、図示しないが、台車３７の一部に実装されているバッテリーにより供給されるものとする
図１９Ｃは、実施例３の台車移動制御部９５の一例の詳細を示す図である。台車移動制御部９５は搬送機構制御部１０およびデータ処理部１０２との間の信号授受を制御するための制御部との通信手段９７を備え、搬送機構制御部１０から受信した信号を制御回路部４１を介して駆動用モータ９６に送る。また、台車移動量検出手段９８の検出した台車移動量に関する信号を制御回路部４１を介してデータ処理部１０２に送る。なお、この通信は、有線による方式でも可能であるが、搬送中のケーブルのたわみなどによるトラブルを避けるため、無線通信方式による実現が望ましい。
【００９６】
実施例３では、搬送機構が自走可能な台車によるものとした他は図３で説明した実施例１、２と同じである。したがって、実施例３の全体のシステム構成は図１に示したものでよい。
【００９７】
実施例３でも、したがって、栽培容器１３は、モノレール２５にガイドされて、一定の姿勢を維持してカメラ１５と対向できるように、テーブル９３上の任意の位置に移動することができる。すなわち、搬送動作の位置を細かく指示しながら搬送動作をさせることができる。さらに、栽培容器ごとに搬送量を制御することができ、さまざまな形状の容器、成長段階の異なる被観察植物を同じテーブル上に設置した場合の画像取得を実現するという効果が得られる。
【００９８】
図２０Ａ、図２０Ｂは実施例３の搬送機構制御の具体例を説明する図である。図１９Ａ−Ｃで説明したとおり、実施例３では栽培容器１３はテーブル９３上の任意の位置へ搬送することが可能である。従って、カメラ１５の決まった位置に対向して停止するための検出が必要となる。
【００９９】
図２０Ａは実施例３の成長段階の異なる栽培容器１３の被観察植物をテーブル９３上で矢印方向に搬送している状態を示す図である。この動作は、図７で説明した動作フローに従い、栽培容器１３ごとに動作を行う。また、栽培容器１３には、位置検出用マーク１４を取り付けている。ここで一点鎖線で囲って示す領域３５がカメラ１５に正しく対向する位置であり、画像取得可能な領域を意味する。位置検出用マーク１４の位置検出を行いながら画像取得可能な領域３５に栽培容器１３が正しく停止するまで、搬送動作を行う。
【０１００】
図２０Ｂは、図２０Ａの状態から、着目している栽培容器１３が画像取得可能な領域３５に近接した状態とその後の制御結果をいっしょに示した図である。この例では、図２０Ａに表れている栽培容器１３が同時に矢印方向に搬送されている状態で、着目している栽培容器１３が画像取得可能な領域３５に接近したことが位置検出用マーク１４の位置検出で検知されたとき、他の栽培容器１３の搬送を停止して、着目している栽培容器１３のみを画像取得可能な領域３５まで移動させた例が示されている。
【０１０１】
着目している栽培容器１３が、他の栽培容器１３と密着した状態で搬送されているなら、着目している栽培容器１３のみを画像取得可能な領域３５に到達した状態で、両側の栽培容器１３が画像取得領域３５の外に出るように、両側の栽培容器１３を移動させる。このように、補正動作を行うことで、着目している栽培容器１３のみが画像取得可能な領域３５の中心で静止し、隣同士の植物体が画像取得時に像に移らないようにすることが可能となる効果がある。制御を簡便にするには、着目している栽培容器１３の進行方向側に常時スペースが残されているように、搬送のスケジュール化を計るのが良い。すなわち、図２０Ｂの例で見れば、着目している栽培容器１３の画像取得が終わったら、この栽培容器１３を、まず、進行方向側に移した後に、全体の搬送をさせることにすれば良い。
【０１０２】
図２１Ａ、図２１Ｂは、被観察植物が幼苗に近い状態から成長が進んだ状態まで、同じ栽培容器１３で育成されているときの実施例３による搬送動作を説明する図であり、図２１Ａでは被観察植物が幼苗に近い状態での搬送動作を、図２１Ｂでは被観察植物の成長が進んだ状態での搬送動作を、それぞれ示す。図は、搬送テーブル９３を上部から見ている状態を示している。図２１Ａでは栽培容器１３は、密接してテーブル９３上に配置しても良い。図２１Ｂでは、被観察植物の葉が茂り、隣の栽培容器１３の植物の生育を阻害する可能性があるので、適当に離してテーブル９３上に配置することが必要である。
【０１０３】
実施例３では、個々の栽培容器１３を独立して移動させることができるから、当初から、被観察植物の成長段階を考慮した数だけ配列しておけば、栽培容器１３を成長に合わせて減らしていくような作業は不要となる。さらに、図２１Ｂに示すように、カメラ１５に、栽培容器１３が対向したとき、図２０Ｂのように、画像取得領域３５に、１つの栽培容器１３のみが入るだけの余裕があれば良いから、高密度での育成が可能となる。
【０１０４】
実施例３では、当初から、隣り合う栽培容器１３の植物体が画像取得領域３５に入らないように配慮する必要がない。テーブル９３上の栽培容器１３すべての画像取得にかかる時間を短縮するためには、搬送にかかる時間の短縮が必要であるので、栽培容器１３を詰めて画像取得後の搬送量を減らし、搬送時間を短縮することが有効である。その結果、図２０Ｂに示したように、位置検出用マーク１４の位置検出によって、着目している栽培容器１３のみを画像取得可能な領域３５まで移動させた場合に、隣り合う栽培容器１３の植物体の画像の一部が領域３５に入っている可能性がある。
【０１０５】
図２２Ａは隣り合う栽培容器１３の植物体の画像の一部が領域３５に入って状態で画像取得をする例を示す図である。図２２Ａの左側に示すように、着目している栽培容器１３の位置検出用マーク１４が領域３５と所定の関係であることが検出できた状態で画像取得をする。その結果、図２２Ａの右側に示すように、取得画像には、隣り合う栽培容器１３の植物体の茂った葉の一部が含まれることになる。
【０１０６】
図２２Ｂは、隣り合う栽培容器１３の植物体の茂った葉の一部が含まれるような状態を検出するための判定処理の一例を説明する図である。図２２Ａ右側に示す取得画像の境界部の輝度値を参照することで、隣り合う植物体が含まれたか否かの判定を行う。図に示すように、取得画像の境界部のｘ軸、ｙ軸のそれぞれについて、境界上の輝度値の変化をプロットする。その結果、境界上に画像の要素が無ければ輝度値は零、画像の要素が有れば輝度値はあるレベル以上となる。したがって、輝度値の検知の閾値をＬとして判定し、Ｌを越える輝度値が検出されたとき、隣り合う栽培容器１３の植物体の茂った葉の一部が含まれると判定する。輝度値の検出を取得画像の境界部の両側について、それぞれ、行うものとすれば、判定結果に応じて、進行方向側の栽培容器１３のみの搬送を進め、あるいは、進行方向と反対側の栽培容器１３を逆方向に搬送し、あるいは、両方の搬送制御をすることにより、隣り合う栽培容器１３の植物体の茂った葉の一部が含まれることの無い画像を取得することができる。その結果、搬送にかかる時間を短縮しながら、常に一定の植物体の画像を取得することができるという効果が得られ、形状計測の際の計測精度の向上に効果が得られる。なお、像検出の判定値は、画像取得の照明条件などの環境に左右されるため、事前のテスト動作にて、決定することが望ましい。このように、隣り合う植物体の判定を行いながら、画像取得を行うことで、常に対象の植物体のみの画像取得が行える効果が得られる。
【０１０７】
なお、上述したいずれの実施例においても、栽培容器１３を特定するためのＩＤを付すことについては言及しなかったが、位置検出用マーク１４の上または下、あるいは、左または右に併設した形でＩＤのための表示を付すことにしても良い。そうすれば、栽培容器１３に関する情報を位置マークに関する情報に合わせて取得することができるので、管理上有用である。
【０１０８】
以上により、植物の成育過程における成育の変化の画像を、搬送機構の動作誤差から起因する計測誤差を高精度に抑え、多数の植物体についても同様に成育の比較と成育解析を高精度に実現するためのシステムを提供することができる。さらに、取得した多数の植物体の成育画像を効率よく成育解析を実現する手段を提供することができる。
【０１０９】
本発明における画像取得装置及び解析方法は、画像取得装置の栽培容器に入るものであれば、植物以外の生体の成育の変化や化学物質の合成反応における変化を栽培容器に収め、その時系列の形状変化を解析することにも有効である。例えば、動物や人の臓器、血管や細胞を栽培容器におさめ、成長の様子を本発明の画像取得装置により画像取得し、本発明の解析方法により、画像から血管の成長速度や臓器や細胞の形状変化を解析することに適用できる。また、プラスチックなどの化学合成反応における、生成する形状の変化も同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明システムの機能ブロックを示す図である。
【図２】本発明システムを用いた植物成育解析の方法を示したフロー図である。
【図３】本発明システムの一実施例の概略を示す図である。
【図４Ａ】実施例１の画像取得装置制御部の動作フローを示す図である。
【図４Ｂ】実施例１の画像取得装置制御部１の操作盤の構成の一例を示す図である。
【図５Ａ】実施例１の画像取得動作管理部１０１の機能ブロックを示す図である。
【図５Ｂ】実施例１のシーケンス動作順記憶部１０１４に記憶するデータテーブル１０１６の一例を示す図である。
【図６】実施例１の画像取得動作管理部１０１の処理動作フローを示す図である。
【図７Ａ】実施例１の撮影シーケンスの動作の処理フローを示す図である。
【図７Ｂ】実施例１の画像取得動作の処理フローを示す図である。
【図８】実施例１の搬送機構９および搬送機構動作量検出部１１の構成を示す図である。
【図９Ａ】実施例１の栽培容器１３を固定するリングテーブル１２を上面から見た図である。
【図９Ｂ】実施例１のリングテーブル１２と栽培容器１３との関係を取り出して示す図である。
【図９Ｃ】実施例１の栽培容器１３と位置検出用マーク１４とを取り出して示す図である。
【図１０Ａ】実施例１の位置検出用マーク１４を取り付けた状態で取得した栽培容器１３の画像の例を示す図である。
【図１０Ｂ】実施例１のテンプレート画像として用意された画像を示す図である。
【図１０Ｃ】実施例１の位置検出用マーク１４の検出結果例を示す図である。
【図１１】実施例１のデータ処理部１０２の機能ブロックを示す図である。
【図１２Ａ】実施例１の搬送機構移動量検出部１１などから得られる機器移動量データテーブルの例を示した図である。
【図１２Ｂ】検出したマークの中心座標について示す図である。
【図１２Ｃ】検出した座標の時系列の変位量について示す図である。
【図１３Ａ】実施例１の搬送機構動作履歴一時記憶部１０２５のデータテーブルの例を示す図である。
【図１３Ｂ】実施例１の搬送機構標準動作量記憶部１０２６のデータテーブルの例を示す図である。
【図１４Ａ】実施例１の画像情報記憶部１０６のデータの例を示す図である。
【図１４Ｂ】実施例１の解析結果記憶部３のデータの例を示す図である。
【図１５Ａ】実施例１の取得した画像列を用いた疑似動画表示による解析処理のフローを示す図である。
【図１５Ｂ】実施例１の疑似動画を行うことを実現する表示制御部２０２の機能ブロックを示す図である。
【図１６Ａ】実施例１の植物体の先端部の検出についてのフローを示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａの処理による植物体の成長先端部の検出結果のグラフ表示を示す図である。
【図１６Ｃ】植物体の成長先端部の成育速度比較を行った例を示す図である。
【図１７】本発明のシステムの応用動作として、栽培容器の据え付け時の据え付け状態の自動チェック機能処理フローについて示す図である。
【図１８】本発明の装置を大きな植物体に適用した実施例２のシステムの概略図を示す図である。
【図１９Ａ】実施例３の栽培容器１３、栽培容器固定手段９４およびテーブル９３に着目した搬送機構を示す図である。
【図１９Ｂ】実施例３の栽培容器固定手段９４の一例の詳細を示す図である。
【図１９Ｃ】実施例３の台車移動制御部９５の一例の詳細を示す図である。
【図２０Ａ】実施例３の成長段階の異なる栽培容器１３の被観察植物をテーブル９３上で矢印方向に搬送している状態を示す図である。
【図２０Ｂ】図２０Ａの状態から、着目している栽培容器１３が画像取得可能な領域
【図２１Ａ】実施例３の被観察植物が幼苗に近い状態での搬送動作を説明する図である。
【図２１Ｂ】実施例３の被観察植物の成長が進んだ状態での搬送動作を説明する図である。
【図２２Ａ】実施例３の隣り合う栽培容器１３の植物体の画像の一部が領域３５に入って状態で画像取得をする例を示す図である。
【図２２Ｂ】実施例３の隣り合う栽培容器１３の植物体の茂った葉の一部が含まれるような状態を検出するための判定処理の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１…画像取得装置制御部、２…取得した画像から成育の様子を解析するための画像解析部、３…成育を解析した結果を記憶する記憶装置、４…成育を解析した結果を表示するための装置、５…植物体の成育を画像に記憶するための画像読取装置、６…画像読取装置の動作を制御するための制御装置、７…撮影のための照明光照射手段、８…照明光照射を制御するための制御装置、９…植物体を搬送するための搬送機構、１０…搬送機構を制御するための制御装置、１１…搬送機構の動作状態を検出するための検出手段、１２…リングテーブル、１３…植物体を栽培する栽培容器、１４…搬送状態を検出するための位置検出用マーク、２０…取得した画像、２５…モノレール、２６…駆動輪、２７…ガイド、３０…植物体を栽培する部屋、３１…画像読取部移動ステージ、３５…画像取得領域、３７…台車、４１…制御回路部、９０…搬送用モータ、９１…ギアボックス、９２…シャフト、９３…搬送テーブル、９４…栽培用容器の固定手段、９５…台車移動制御部、９６…栽培容器固定手段の駆動用モータ、９７…搬送機構制御部との通信手段用アンテナ、９８…台車移動量検出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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