8:20‑25(2008)

東北の雑草

TohokuWeedJ.
研究・技術情報

雑草調査に役立つ簡易空撮気球（ひばりは見た！）
村上敏文＊，小林浩幸＊，井沢憲行＊，山下伸夫＊，池永幸子＊，内田智子＊，好野奈美子＊

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hotosyste
mforweedresearch
Toshifu
miMurakami*,HiroyukiKobayashi*,NoriyukiIzawa*,NobuoYamashita*,SachilcoIkenaga*,TomokoUchida*andNamikoYoshino*
要約：圃場全体の空撮画像を簡易に得ることができれば，作物や雑草の生育やムラを大まかに把握でき，生育調査の効率や精度を大幅に改善することができる。そこで，一般家庭
1.
9X 1.
2m, 厚さ 0.
05mm) を加工してヘリウムガス気球を作製した。
用の大型のビニール袋 (それにラジコン式のシャッターとカメラ回転装置を組み込んだ小型デジタルカメラを吊り下げ，釣り糸とリールで係留するようにした。この空撮気球は，高度 150m程度まで掲揚.
5万円であった。これを用することができる。製作に要した費用は，カメラを除いて約 2いて圃場を空撮したところ，圃場全体の鮮明な画像が得られ，雑草の被度を画像処理により算出することが可能となった。
キーワード：ヘリウム気球，空撮，デジタルカメラ，ラジコン，雑草被度
はじめに撮は，この要求を満たしている。このうち，凧は掲揚に技術を要するので，ヘリウム気球の方がより扱いやすい。

雑草の生育量や被度を定量的に調べるには，コドラー

ヘリウム気球については，すでに農業環境技術研究所のトを使った方法が一般的である。しかし，圃場が広く雑1986) が，著者らと同様の考え方で，圃場を撮
芝山ら (草生育にムラがある場合は，小面積のコドラートによる影し画像解析を試みている。しかし，このときは，デジ調査は，たいへんな労力と時間を要し，精度をあげるこタルカメラはまだなく，体積が 7面の大型の気象観測用とはかなり困難になる。このような場合に，ちょうど，5mm カメラを搭載し，テレビカメラでモニター
気球に 3ひばりが空中で静止して地上を見るように，圃場を見るするという大がかりなものであった。小塑の気球としてことができれば，全体の概観をつかんで調査位置を決定

は，広島県林業技術センターの弓場 (1998) が，ゴミ袋したり，画像そのものを使って雑草量の調査をすることヘリウム気球に軽量のレンズ付きフィルムカメラを吊りも可能になる。

下げた空撮措置を開発している。その後の，デジタルカ空撮画像を得るには，今のところ，人工衛星画像を購

メラの軽量化と高解像度化は著しく，体積 l面以下の小入するか，航空機または気球による撮影を依頼するのが型気球にカメラをつり下げて精密な画像を得ることが可一般的である。また，ラジコンの飛行機やヘリコプター能になってきた。

undayを自ら飛ばして撮影する方法もある（例えば， SRCclubURL)。しかし，それらは 1ha未満の圃場を高度上に数々の空撮記事が掲載されるようになってきた。しな技術なしに，手軽にかつ安価に調べるという目的にはかし，その大部分は景観を撮影する目的のもので，研究このようなカメラの発達により，最近インターネットかなっていない。これに対し，小型のヘリウム気球や凧目的のものはあまり見あたらない。また気球の作製方法（日本カイトフォトグラフィー協会 URL) を使った空についても，詳しいものはほとんどない。そこで，一般＊東北農業研究センター福島研究拠点〒960‑2156 福島県福島市荒井原宿南 50 du
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12

村上ら：空撮気球によ る圃場調査

この角度をできるだけ> 0 i:::El

コ

係留索l\~一►‑℃

リール
190C m ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑第 3図 機体の設計図
点線はシールする部分

空撮気球の全体写真

第 1図□ 罪一振/

カメラ部

活0.05mǹ^厚さ

冥ゃやl＇＼l,̲,機体r︑

ゞミ゜~cm2小さくする

̀OJ̀

ハト メ

150cm

一︳E309クツク 厚だ／，aHe
体積 0.8m3:
最大積載重量 560g
機体‑

サモ受ゴ枝／

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ポタ

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デジタ
カメラ

無せせ
ささ
下転ぷ

ジ コン有ウ:フ）r
投げ釣り用リール

第 2図~
第 4図 ポリエチレン袋を閉じるためのシーラー
半田ごてに似ていて先が回転するようにな っている 。セロハンを上にあてポリエチレンの溶けすぎを防ぐ。

＾ラジコン用送信機
地上用 A M
27MHz

空撮気球の概略)g41m(00gとなる 。糸 100lになり，浮力は 8r.8r
体積 0gで全機体重量
75, カメラ部は 2g45を含む機体重量 は 2gの余裕が00gとなる。し たが って積載重量に約 31l
は5に入手できる材料を使い，できるだけ簡単な方法で，ヘリウム気球（愛称ひばりは見た！）を作製し圃場撮影ある。
カメラ部は，第 5図に示すように，小型デジタルカメを行 ったので，その概要と画像解析の方法を紹介する 。

ラ，ゴンドラ，ラジコン送受信機，サーボモーター（ラなお，詳しい気球作製マニュアルは，無料で配布していジコンの電波で回転するモーター）から成っている。ゴるので著者までご連絡をお願いしたい。

ンドラは，小型プラスチックケースにカメラのレンズ用の穴を開け，吊り下げ用の針金をつけたものである。ゴ. 気球の作製方法
1

ンドラの上方には，撮影方向を変えるためのサーボモー
ターを固定してある 。 このサーボモーターは，ラジコン気球の写真を第 1図に，模式図を第 2図に示す。気球送信機のスティ ック を倒している間中，回転し続けるよは大きく分けて機体 とカメラ部からなる 。機体の作製は ，うに歯車部分を 加工してある。これは ，サーボモーター.2m.9mX l
1
まず，第 3図のような大型ポリエチレン袋 (の回転角度検知センサーを無効にして（第 6図），歯車m厚，規格品 ）に，ガス注入用のコ ック，ハ ト
5m
0.
X0の回転角度制御 ス トッパー を取り 除 くことで可能 になるメをつけ ，袋の口 を簡単な熱シーラー（第 4図）で接着（ひのき模型工房 URL)。 シャッター 押 し用 のサ ーボ

6m,.9X0.
.5X0する。機体 のサ イズはガスを入れると l

モーターはカメラ上部に セロ テープで 固定する。 この22

東北の雑草8号 (2008)ーレr﹇一︱︳一んダ重l①②③．

工~2t.

笠

シャッタ ー用
アンテナ
サーポモーターふデジタルカメラ 7M画素
第 5図 カメラ部の概要

接着剤＼心ぃ第 7図 ゴンドラ吊り下げ用のサルカン2つ連結して，図の 3カ所をビニールテープで固定する。

シャ ッター用
ステ ィック

カメラ回転用スティ ック

トリ ム
バー

トリ ム
Jゞ
一

回転角度検知センサ ー
第 6図 サーボモーターの改造
回転角度検知センサー（ポテンショメータ）が動かないよ
うに木片を入れて接着剤で固める 。

第 8図 ラジコン送信機（地上用， 27MHzAM)
この周波数帯は， 他機 と混信しないよう 12種類の周波数バンドに分かれている 。写真は， 05バンド 。

UVFメガセンサー，材質ポリエチレン， 6号，強力 40.
6動き，それを戻すとアームも元に戻るようにな っている 。 kg) を用いる 。 この糸では，風速 Sm／秒まで耐えられモーターの加工は不要で，スティックを倒すとアームが2つのサーボモータをラジコン受信機につなぎ，さらに4.8V,350mAh) をス充電式のリチウム水素充電池 (が水平になるようにサルカンをゴンドラの後方の位置へィ ッチを介して受信機につなぐ。ゴンドラをリリース型ずらして固定する 。 このサルカンの 一方に，の結束バンドで締め，シャッター用サーボモ ーターの動の投げ釣り糸を結ぶ。 これらの糸をつける作業は，機体きでカメラがぶれるのを防止する。カメラの方向を示すにヘリウムガスを入れて浮かせながら行う。最後に ，水矢印をゴンドラの上に固定し，その上に受信機と電池を0度の直角 三平翼を装着する 。水平翼は，ピアノ線で 6載せる。

角形の斜辺と短辺の形をつくり，そこにビニールを張 っ

ゴンドラは，工事用の水糸でつり下げる 。 まず，水糸る。 これをサルカンに通して 4隅のハトメにとめ，機体リールからて作成し，機体後部に水糸等を使 ってつける。に釣り用のスナップ付きサルカン（糸のねじれを防止す

ラジコン送信機は，周波数 27MHzで地上用 の 2チャンる金具）を 通し， 4隅 のハトメにとめる。サルカンは 2ネルのものを使用する（第 8図）。左がシャッター押し個を連結してゴ ンドラを 吊 り下げ，第 7図のように 3カ用のスティ ック，右がカメラ回転用 のものである。その所をビニールテ ープでとめる。こ れは，ゴ ンドラを回転側に ある，スライ ドバ ーは ， トリム調整用バーである

させたときに慣性で回転しすぎないようにするためであ（サーボモーターの回転を微調整する）。この送信機は5cm程度前になる。ゴンドラの位置は，機体の重心から 1150m程度電波を飛ばせる。空用のものは電波がさらにるようにする。 一方， 係留索には，投げ釣り糸（ダイ ワ

飛ぶが，もし， 近隣に同じ周波数のラ ジコン飛行機が飛村上 ら ：空撮気球による圃場調査／
ゴンドラつり下げ糸

23／

サルカン

l

① 土:

ヽ連結金具

令df28mmレンス
水平方向画角65度

ヽ¥／第 9図 カメラ回転装置
ゴンドラワイヤの上のサルカンの 2カ所をビニールテープで固定す る。

第10図 カメラの画角と撮影範囲んでいた場合混信による事故の可能性もあるので， 地像と比較できてよい 。リー ルの糸巻き部分を締めている

上用を使用している 。

0mほどねじ（ドラグ）をゆるめて，糸を出して気球を 1

デジタルカメラは，写る範囲が広い広角レンズ付きあげ，風向きを確認する。必要な高さになるまで糸を繰(
28mm程度）のものが有利である。画素数は 300万以上

り出しつつ目的とする圃場の真ん中に気球が上がるようであれば充分である。ラジコン装置を組み込まない場合に操作者が移動する。突風により，糸が急に出ることもは，インターバルタイマーで撮影することになる。現在，あるので，必ず手袋をする。撮影は 2人組で行い，一人小型デジタルカメラでこの機能が充実しているのは， Rは気球操作，もう 一人はラジコン操作を受け持つ。さら社の Cシリーズである。カメラの方向制御は，係留索をにもう一人いれば，位置確認が確実になる。所定の高度上下に引っ張ってゴンドラを回転させる簡単な装置によに達したら，ねじを締めて糸の繰り出しを止める。ゴンり行う（第 9図）。この装置は気球が斜めに上がると充ドラを回転させて，適当枚数を撮影をする。ゴンドラを分に機能しない。もう少し精度の高い方向制御を行うに回転させた直後は，ゴ ン ドラがまだ動いており，写真がは，少し複雑であるがカイトフォトで使われる装置を 利ぶれるので， l‑2秒をおいてからシャッターを 切る 。撮006)。気球の製作費用は，用する（例えば， ベン トン 2影が終了したら ， リールを巻いて，気球を降ろす。画像

デジタルカメラを除くと約 2.
5万円である（この価格に確認後 ，受信機，送信機 ，カ メラの順で電源を切 って終は，シーラー，ハトメパンチ，ヘリウムガス，ビニール了する。ヘリウムガスは ，ポリ エチレン を簡単に透過す

用両面テ ープ，マジックテープ， 釣 り糸， リール，ラジるので ，時間の経過とともにガスが抜け，浮力が減少す

コン送受信機など， 全ての材料， 工作道具が含まれる）。

‑2日後であれば，ガスを足すことで再掲る。満充填の 1揚できる。なお本機は，折り畳むと 小さ くなり ，重さも2. 空撮の方法.5kg程度なので，手持ちで運カメラや送信機を含めて 1ぶことができる 。

風力が 2以下 の 日を選ぷ。 風力 2は風速 1.6‑3.3m／秒

気球の 高さと写る 範囲の関係は，レンズの焦点距離にに相 当し ，木 の葉が動く程度の 風である（カイト ワール

0図に示すように，カメラを真下によって変わる。第 1ドURL)。 これ以上 の風速では， 気球が斜めにあがり，向けた場 合， 28mm広角レンズでは，画角（水平方向 65

また揺れて安定しないので撮影は難しい。 1日のうち度）から計算すると，高さの l.27倍の水平距離が撮影ででは朝夕 の時間帯が風が少な く，撮影に 適して いる。ま00mの圃場を 全て写 すには，気球を圃場の中きる 。横 1ず，送信機の電源，次いで受信機 の電源を入れ る（逆に央で， 100‑‑:‑1.2
7=79mの高さに揚げる必要がある。 35

するとサーボモータが異常回転を起こすことがあ る）。

mm レンズ （水平方向画角 54度）では高さと同じ範囲がまた，サーボモータ ーが勝手に回転する場合は，送信機写るので， 100mまで揚げる必要がある。カメラを 地面の トリム調整バ ーを動かして，回転を止める。カメラのに対して斜めにすると，広い範囲を写すことができる 。

電源を入れ，画素数，ズーム の設定を確認し，送信機で，今回使用した投げ釣り用糸は， 10mごとに色が異な って回転 ，シャ ッターの動作確認をする 。 この際，空撮予定おり高さの目安を得るのが容易である 。写真にスケール地の地上写真を 1‑2枚撮影しておくと ，後に空からの画を入れ るには， 測量用ポ ールま たは道路などの構造物を

北の 雑草東248号 (2008)

ヽ： 9.

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第13図

第11図

ダイズ／オオムギのリビングマルチ圃場
（福島研究拠点）200
7年 9月 3日
， 地上 から撮影（広角 28mm)=画像処理ソフト (Image]）による解析

第 1表

空撮と地上調査によるシロザ被度の比較
ダイズ／コムギ区 ダイズ／オオムギ区両区の 比
空撮画像被度
7.
4%
15.9%
2.
l
3.
0
換算乾物重 tコドラート法に
56.
Sg
217.
Sg
3.
9
よる乾物重 it乾物重の 3/2乗。
i空撮は 9月 3日。コドラー ト調査は 9月 19日で， 50X 70cmサイ ズの 3枠の雑草を 合計した。

する必要がある 。

ロ，
舛9＊39,‑ 効が ,合空撮画像の例と画像解析‑ィ第12図 ダイズリビングマルチ圃場（福島研究拠点）
200
7年 9月 3日，上空 37mから撮影（広角 28mm)。黒丸と1の撮影地点と方向を示す。スケールの右の四角
矢印は，図 170x50cm)の実際の大きさ 。
形は，コドラート (本気球で撮影した雑草抑制試験の例を紹介する 。 これはダイズ畑の雑草を抑制するため，コムギ及びオオムギをリビングマルチにして栽培したものである。この圃場
は100X 42mの大きさで，地上からの撮影では，ほとんど全体の様子がわからない（第 11図） 。地上で の調査で写し込む必要がある。
空撮では以下の点に注意する。まず，許可なく 他 人のは，シロザが優占種で，他の草種では，草冠を出たものはほとんどなか った。空撮装置で上空 37mから撮影する

家屋や圃場を撮影したり，その画像を使用したりしない

2図のように左のダイズ／コムギマルチ区と右のと，第 1ようにする 。空撮では意図しない場合にもそれらが写る

ダイズ／オオムギマルチ区のシロザ（うすい色の部分）ことがある ので充分に注意する 。高圧線，道路，鉄道，の発生量や分布の違いがよくわかる 。 このような画像が空港等の近くは危険なので掲揚しない。また，掲揚の際，あれば例えば，コドラート法で調査する場合に，圃場移動するのでその余裕がある場所で掲揚する 。気球は，の状態を代表するようなサ ンプ リング位置を決めること

高度 250m以上に揚げる場合，航空機の運航に支障をきが容易になる 。 また，この画像を画像処理し ，雑草の被たすことがあるので，空港事務所への届出義務を生じる度を表すことも可能である 。方法は，まず， 一般的な画（航空法施行規則 209条の 4 URL)。ただし，玩具やそ像処理用ソフ ト （例えば Photoshop) の色選択ツールでれに類する気球は除くとな っている 。本気球が玩具類に雑草部分を抽出する 。 これを白黒の 2値画像に変換し，分類されるかどうかは不明だが， 250m掲揚する場合は，画像処理フリーソフト (ImageJURL) でその部分の面ラジコン送信機を空用に変え，糸も強風に耐えられるも積比率（被度）を計算する（第 13図）。結果は，第 l表のにし，カメ ラの 向き や掲揚位置を確認す る方法を改良に示すように，コムギ区の雑草被度は 7.4%，オオムギ

52

村上ら：空撮気球による圃場調査.1倍多いという結果と9％で，オオムギ区が 2.
5区は 1謝 辞なった。被度は，通常，無作為に配置した数枠ないし十程度）を対象として達観で決め数枠のコドラート (lm'本研究を実施するにあたり，東北農業研究センター福ているので，空撮によって定量性や正確度が高まると期

島研究拠点の斎藤みき子氏には，気球作製，撮影等を支待される。なお，両区の雑草発生の違いは，オオムギは援していただいた。また，同業務第 4科の宍戸力雄氏，早期に枯れて雑草を抑止できなくなったのに対し，コム櫻井貴雄氏には，リビングマルチ均一栽培圃場を試験にギは枯れるのが遅く，抑止力が残っていたためと思われ使わせていただいた。北海道大学工学部の小野里雅彦先)。
800る（好野ら 2生には，エバールフィルムや空撮について貴重なご助言

mc0
また，同時期に，空撮画像を考慮せずに行った 5をいただいた。ここに記してお礼を申し上げます。

m コドラートによる広葉雑草乾物重の調査では，
c0X7gとなり，その比S.
6. コムギ区が 5g
S.
71
オオムギ区が 2引用文献) を重さの.129となった。空撮で得た両区の比 (.
は30となり.
比に換算するため， 3/2乗したところ，比は 3. カイトフォトで上空からの眺めを手
600ベントン， C2)
lrr
コドラート法に近い値になった。この換算は面積 (, オライリージャパン，東京，1e:0kaに入れる． M)の6002) の次元にするためであり，小林 (lrrを体積 (.
504‑17pp

データもそれを裏付けている。ただし，どちらのデータが正確なのか，また両者の値が近いことについての意味

バードアイ（バルーン空撮会社）

lmth.
xedni/
pj.
oe.
eyedrib.
www//:ptthは，今後データを蓄積して明らかにする必要がある。

ひのき模型工房（サーボの改造）. まとめと今後の課題
4lmt
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b512mm/
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ofni.
bsr/
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ptt
eJ（画像解析のフリーソフト） hg
amI
カイトワールド（風力とスポーツカイト）

このように本気球は、空撮画像を簡易に得ることができるので、圃場全体を直感的に判断するのに有効であり，

lmt
h.
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pj
‑
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eti
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//:
ptt
h. 不耕起ダイズ栽培における雑草の生態
600
小林浩幸 2定量データを得る方法としても使用できることが示されと耕種的防除。
た.
457‑15:901

今後の課題として，気球については，まず，カメラの撮影範囲をモニターする方法の開発があげられる。これにはワイヤレスカメラを使うのが簡単であるが，電波法mの画像電送は難しい。気球は風に弱い
00との関係で 1のでこの点も改良する必要がある。これを補うために凧と合体した機体を使っている空撮会社（バードアイURL) もある。ポリエチレン袋の機体では， 2日程度経つとヘリウムガスがかなり抜けて，追加注入が必要にな

東北農業研究センター研究報告，

航空法施行規則（電子政府）

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(10930F
72S/
72S/.
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クラレ（エバールフィルムのガス透過性）．

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日本カイトフォトグラフィー協会

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芝山道郎・山形与志樹・秋山. 係留気球によ689侃 1る 作 物 生 育 計 測 手 法 の 開 発 第 1報

カイトバルーる。ガス透過性が小さいエバールというフィルム（クランを利用した遠隔撮影装憤の試作． 日本作物学会紀

0日程度はガスが漏れないのでそのレ URL) を使うと 2.
382‑18） ：1
別5（事5

使用も有効と思われる。
画像解析については，空撮と地上での調査の関係を明b （ラジコン飛行機による空撮）
ulyRCC
adnuSlmth.
27rehto/cr/moc.
aep‑i//:ptth

らかにするため，データの蓄積を行う必要がある。撮影.大800
好野奈美子・小林浩幸・内田智子・島崎由美 2する画像も，近赤外線カメラなどを使えば，様々な作物豆リビングマルチ栽培に用いる麦類の成長・枯死解生育情報を得ることができる。画像解析では，リモート.
13（別）： 4
析．雑草研究 5

センシング分野で多くの研究蓄積があり，様々なソフトも市販されているので，それらの活用を考えたい。

) 係留気球による簡易空撮装置
8991
弓場憲生 (特許第．
1月 4日)189910年 (8号 公 開 日 平 成 1096192

8年 6月時点で確認したもの）
00(URLはいずれも 2OH受理）
7年 6月 2002(