JP7466853B2 - 圃園管理判断装置並びに圃園管理判断方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば茶畝等の作物畝の生育状況や病害虫による作物の被害状況等を観察乃至は予察するための圃園管理判断装置並びに圃園管理判断方法に関するものである。

農園芸作業の省力化、効率化の一環として、作物の生育状況を光学的な撮像データとして取得し、これにより施肥、防疫、防除等の作業を管理することが行われている（例えば特許文献１参照）。
このための撮像装置としては、近時、例えば作物畝上を飛行できるドローンにＣＣＤカメラ等を搭載したものが実用化されている。
しかし乍らこのような手法では、ドローン自体の飛行状況が風、降雨等の天候に左右され、また撮像状況も晴天か否かで異なる上、作物畝にその上方から充分に接近しきれない状況で撮像するため、観察される状況も微細なものまで得られないことが多い。

ところで茶園の場合、上記手法で一定レベルでの観察は可能ではあるものの、先に記した不都合が顕著になることは否めない。即ち茶葉の防除予察に当たっては、どのような病害虫が発生しているか、更に微細に観察しなければ、適切な判断ができない場合が多い。加えて、茶園でのドローン運用にあっては、防霜ファンなどの構造物や、茶園脇の植栽等があり、これらを避けてドローンを操作するとなると高度の技術が要求されてしまう。

特開２０００－１３９１６４号公報

本発明は、このような背景を考慮してなされたものであって、作物畝の撮像データを、季節、天候や時間帯による太陽光のバラツキ等に影響を受けることなく、異なる日時に採取された撮像データ間の相関性の信頼度を担保したものとして取得することができ、作物畝におけるゾーン毎の病害虫の発生状況や生育状況を正確に把握することができるとともに、この撮像データに基づいて、最適な農薬散布、施肥等の圃園管理作業の実施内容の判断を実現することができる、新規な圃園管理判断装置並びに圃園管理判断方法を開発することを技術課題とするものである。

請求項１記載の圃園管理判断装置は、管理すべき圃園内を移動可能とした遮光ボックスと、この遮光ボックス内に設けられる光源体と、遮光ボックス内に設けられる撮像装置とを具えて成り、前記遮光ボックスは、その下部を開放状態として作物畝上に臨ませるものであり、また前記光源体は、照射方向を作物畝に指向させるものであり、また前記撮像装置は、撮像対象を作物畝とし、作物畝の状況を、前記撮像装置により取得される撮像データから取得できるようにしたこと特徴として成るものである。

請求項２記載の圃園管理判断装置は、前記請求項１記載の要件に加え、前記撮像装置により取得される撮像データに、データ取得した位置情報が付加され、作物畝の状況に加えてその位置も撮像データから取得できるようにしたことを特徴として成るものである。

請求項３記載の圃園管理判断装置は、前記請求項２記載の要件に加え、前記撮像装置により取得される撮像データは、位置情報と共に記憶装置に保存されるものであることを特徴として成るものである。

請求項４記載の圃園管理判断装置は、前記請求項１、２または３記載の要件に加え、前記撮像装置による撮像対象となる作物畝は、茶畝であることを特徴として成るものである。

請求項５記載の圃園管理判断装置は、前記請求項１、２、３または４記載の要件に加え、前記遮光ボックス、光源体及び撮像装置は、乗用型の圃園管理機に搭載されていることを特徴として成るものである。

請求項６記載の圃園管理判断方法は、前記請求項１、２、３、４または５いずれか記載の圃園管理判断装置を用いて行う圃園管理判断方法であって、撮像装置による作物畝の画像取込工程と、取込んだ画像をスペクトル分解するスペクトル分解工程と、分解されたスペクトルの統計量を求める統計量算出工程と、求められたスペクトルの統計量を基に、画像撮影個所の作物畝状況程度を数段階で算出する作物畝状況程度算出工程と算出された作物畝状況程度に応じた対処を判断する圃園管理判断工程とを具えたことを特徴として成るものである。
そしてこれら各請求項記載の発明を手段として前記課題の解決が図られる。

まずこれらの発明によれば、作物畝の撮像データを、季節、天候や時間帯による太陽光のバラツキ等に影響を受けることなく、異なる日時に採取された撮像データ間の相関性の信頼度を担保したものとして取得することができ、作物畝におけるゾーン毎の病害虫の発生状況や生育状況を正確に把握することができる。
また撮像データに基づいて、最適な農薬散布、施肥等の圃園管理作業の実施内容の判断を実現することができる。

本発明の圃園管理判断装置及び遮光ボックスを示す斜視図である。 圃園管理判断装置を示す正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。 遮光ボックスを示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）、平面図（ｃ）及び底面図（ｄ）である。 茶畝上面に臨んだ遮光ボックスを示す縦断側面図（ａ）及びＡ－Ａ断面図（ｂ）である。 圃園センシングマップを示す概念図である。 摘採機及び移送ダクトが具えられた圃園管理判断装置を示す斜視図である。 防除機が具えられた圃園管理判断装置を示す斜視図である。

本発明を実施するための形態は、以下の実施例に述べるものをその一つとするとともに、更にその技術思想内において改良し得る種々の手法を含むものである。
以下の説明にあたっては、まず本発明の圃園管理判断装置の構成を説明し、その後、この圃園管理判断装置を用いた本発明の圃園管理判断方法の説明を行う。

本発明の圃園管理判断装置１は、図１、２に示すように、茶畝Ｔの畝間を走行する走行機体２と、この走行機体２によって茶畝Ｔ上方に位置するように支持される画像センシング装置３とを主要部材として具えて成るものである。
更にこの実施例で示す圃園管理判断装置１は乗用型の摘採機が搭載された茶園管理機が改造されて流用されたものであり、この乗用型の装置には、茶葉Ａに作用してこのものを刈り取る刈刃が具えられた刈取機体と、刈り取られた茶葉Ａを収容するためのコンテナ等が配される荷台４と、これら刈取機体と荷台４との間に設けられる移送ダクトが設けられる。そして前記刈取機体と移送ダクトとが取り除かれ、この部位に前記画像センシング装置３が具えられることにより、本発明の圃園管理判断装置１が構成されている。
以下、圃園管理判断装置１の各構成部について詳しく説明する。

まず前記走行機体２について説明すると、このものは茶畝Ｔを跨いで走行するものであり、走行方向（正面）から見て概ね門型状に形成されたフレーム２１を骨格部材とする。
このフレーム２１は、一例としてクローラを適用した走行体２２上に立ち上げられるものであり、走行体２２の前後に設けられる前部ポストフレーム２１Ａ及び後部ポストフレーム２１Ｂが、茶畝Ｔを跨ぐ間隔で設けられるもう一基の走行体２２における前部ポストフレーム２１Ａ及び後部ポストフレーム２１Ｂと、連結フレーム２１Ｃによって繋がれることにより構成されている。
なお前記走行体２２としては、前記クローラに限らず、空気タイヤを適用することもでき、更には例えば前側に空気タイヤ、後側にクローラを適用した形態等が適宜採り得る。 また後部ポストフレーム２１Ｂに対しては、上下二個の昇降ブラケット２１Ｄが摺動自在に具えられるものであり、左右の後部ポストフレーム２１Ｂに具えられる昇降ブラケット２１Ｄはそれぞれ連結フレーム２１Ｃによって繋がれるとともに、これら昇降ブラケット２１Ｄを繋ぐ上下の連結フレーム２１Ｃ間は不図示のフレーム部材によって連結される。

そして下方の昇降ブラケット２１Ｄ付近に前記荷台４が接続され、一方、上方の昇降ブラケット２１Ｄに対しては適宜のリンク機構が接続されるとともに、このリンク機構を駆動するシリンダＣの収縮により、前記架台４を含むフレーム部材の一部が昇降するように構成される。
また上方の昇降ブラケット２１Ｄに対しては取付フレーム２１Ｅが設けられるものであり、この取付フレーム２１Ｅとその下方に位置する連結フレーム２１Ｃに対して、後述する遮光ボックス３１が取り付けられる。

またフレーム２１の前方側の上部には、操縦者用シート２３、操縦桿２４及び制御装置が具えられたコントロールボックス２５が設けられる。そして操縦者用シート２３の側傍には、例えばディーゼルエンジン等を適用した原動機２６が搭載されるものであり、この原動機２６により油圧ポンプ（図示省略）を駆動し、この油圧ポンプにより供給される作動油によって、前記走行体２２やシリンダＣ等の駆動が行われる。

また前記画像センシング装置３は、下部が開口部３１ａとして開放された箱体である遮光ボックス３１と、この遮光ボックス３１内に設けられる光源体３２と、遮光ボックス３１内に設けられる撮像装置３３とを具えて成るものである。
前記光源体３２は、一例として平均演色評価数６５以上、好ましくは８５以上、更に好ましくは９５以上の直管型蛍光管が適用される。

そしてこの光源体３２は、遮光ボックス３１の内側面であり、高さ方向の中間部付近に対して水平状態に設置される。
なおこの実施例では図３に示すように、遮光ボックス３１の前後の内側面に対し、それぞれ二本の光源体３２を並設するようにしたが、光量が十分に確保できるようであれば、前後の内側面に対し、それぞれ一本の光源体３２を設けるようにしてもよい。
そしてこのように配設された光源体３２の照射方向は、開口部３１ａを指向するようにされるものであり、実質的に開口部３１ａの下方に位置することとなる茶畝Ｔに指向するものとなる。
また図４（ｂ）に示すように、開口部３１ａの長手寸法が茶畝Ｔの幅寸法よりも長くなるようにし、撮像装置３３によって茶畝Ｔの幅方向全域を撮影することができるように設定される。
更にまた遮光ボックス３１の内側面は、つや消し加工された高反射率な素材により形成されるか、もしくはそれに代わる表面処理が施されたものとなっている。

なお発生時期が異なる病害虫の種類によって、茶葉Ａに現れる被害も異なるため、前記光源体３２は病害虫の種類に応じて適宜好適なものに交換することが好ましい。

また前記撮像装置３３は、ＣＣＤイメージセンサ等の撮像素子及びレンズを具えて成るカメラであり、遮光ボックス３１の天板部に対して、開口部３１ａにレンズが指向するように配設される。

そしてこのように構成される画像センシング装置３は、前部ポストフレーム２１Ａと後部ポストフレーム２１Ｂとの間に配されるものであり、遮光ボックス３１が取付フレーム２１Ｅ及び連結フレーム２１Ｃに取り付けられて、図１、４に示すように、開口部３１ａが作物畝たる茶畝Ｔ上に臨むような状態を取り得るものである。

なお画像センシング装置３の周辺機器として、ＧＰＳ、ＱＺＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＧＬＯＮＡＳＳ等の衛星測位システムの電波を受信解析するためのＧＮＳＳ装置５及び外部記憶装置６が具えられる。

本発明の圃園管理判断装置１は、一例として以上のように構造されるものであり、以下、この装置を用いた圃園管理判断方法について、作物畝を茶畝Ｔとして説明する。
なお圃園管理に先立ち、シリンダＣを適宜伸縮させて遮光ボックス３１の位置を調整し、開口部３１ａが茶畝Ｔの上面に臨むような高さにしておく。

（１）画像取込工程
まず操作者は、走行体２２を畝間に位置させ、圃園管理判断装置１が茶畝Ｔを跨いだ状態となるようにして進行する。
このとき図４に示すように、遮光ボックス３１における開口部３１ａが茶畝Ｔの上面に臨むこととなり、光源体３２から発せられる光が茶畝Ｔ上面に照射されるものであり、撮像装置３３により開口部３１ａから露見する茶畝Ｔの上面を撮影し、撮像データを取得する。
そして得られた撮像データには、ＧＮＳＳ装置５によって得られる、撮像データを取得した位置の位置情報が付加されて、記憶装置６に記憶される。なお前記記憶装置６は、圃園管理判断装置１に搭載されたメモリ等の他、適宜の通信手段を用いて接続される外部記憶装置とすることができる。

その後も圃園管理判断装置１の走行が継続されると、光源体３２から発せられる光によって茶畝Ｔ上面が走査されるものであり、茶畝Ｔ上面の撮像が切れ目なく連続するように一定間隔で撮像装置３３による撮影が行われ、位置情報が付加されて記憶装置に記憶される。
そしてこのような位置情報が付加された撮像データを用いて、図５に示すような圃園センシングマップＭが作成されるものであり、例えば茶畝ＴのゾーンＺ１～Ｚ２０それぞれにおいて取得されたデータＤ１～Ｄ２０が紐付けられる。

（２）スペクトル分解工程と統計量算出工程
次いで撮像データはスペクトル分解されるとともに統計量の算出が行われるものであり、例えば茶畝Ｔの撮像データにおける可視光帯域のＲ、Ｇ、Ｂ各成分の平均値及びヒストグラムが算出され、データＤに追加される。
なおこのとき、図４（ｂ）に示すように茶畝Ｔの外側部分（畝間）の映像が撮像データに含まれている場合には、この部分を除外してスペクトル分解と統計量の算出が行われるものとする。

（３）作物畝状況程度算出工程
次いで前工程で得られたデータＤに基づいて、作物畝状況程度の算出が行われる。
ここで作物畝状況程度とは、茶畝Ｔの病害虫被害の程度や、茶畝Ｔの生育状況の程度を意味するものである。
また作物畝状況程度の算出とは、例えば下表１に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂ各成分の統計量（ここでは平均値及びヒストグラム）から作業判断値を算出し、更に所定の基準値と比較することにより、データＤが取得された茶畝Ｔの各ゾーンＺ毎の作物畝状況程度の度合いを格付けするものである。

（４）圃園管理判断工程
そして圃園センシングマップＭと、各茶畝ＴのゾーンＺ毎の作物畝状況程度の度合いに応じて圃園管理判断が行われる。例えば作業判断値が基準値以上であれば、表１に基づいて農薬散布が必要と判断され、基準値以下であれば農薬散布が不要と判断される。

上述のように本発明によれば、光源体３２から発せられる光が照射された茶畝Ｔの上面を、遮光ボックス３１における開口部３１ａを通じて、遮光ボックス３１内にレンズが位置する撮像装置３３により撮影する。この手法により、季節、天候や時間帯による太陽光のバラツキ等に影響を受けることなく、異なる日時に採取された撮像データ間の相関性の信頼度を担保して、最適な農薬散布、施肥等の圃園管理作業の実施内容の判断を実現することができる。
因みに太陽光の下で茶畝Ｔの上面を撮影した場合には、季節、天候や時間帯により、茶畝Ｔの上面に照射される太陽光の状況が異なってくる。このため、撮像データを元に行われる作物畝状況程度の判定の際に、複雑な補正操作が必要となるばかりでなく、異なる日時に採取された撮像データ間の相関性の信頼度が低下してしまうことは避けられない。

〔他の実施例〕
本発明は上述した実施例を基本となる実施例とするものであるが、本発明の技術的思想の範囲内で以下に示すような形態を採ることもできる。
まず上述した基本となる実施例では、圃園管理判断装置１を、茶畝Ｔの上面を撮影し撮像データを取得するための専用機として構成したが、摘採機、中刈機、剪枝機、裾刈機、摘採前洗浄機、防除機等を具え、これらの機器による作業と同時に撮像データを取得するような構成を採ることもできる。
図６には、摘採機７を具えた圃園管理判断装置１に対し、摘採機７の後方、且つ移送ダクト８の下部後方に遮光ボックス３１が具えられた実施例を示した。
また図７には、防除機９を具えた圃園管理判断装置１に対し、防除機９の後方に遮光ボックス３１が具えられた実施例を示した。なお図６、７ではＧＮＳＳ装置５の記載は省略してあるが、適宜の箇所に具えられるものとする。

また上述した基本となる実施例では、圃園管理判断装置１を乗用型のものとして、操作者が操作する形態としたが、圃園管理判断装置１を自動走行が可能なものとして無人運転するような形態とすることもできる。この場合、例えば夜間に圃園管理判断装置１を自動走行させて撮像データを取得することができ、この撮像データに基づいて昼間に管理作業を行うことで、効率的な管理運営が可能となる。

１ 圃園管理判断装置
２ 走行機体
２１ フレーム
２１Ａ 前部ポストフレーム
２１Ｂ 後部ポストフレーム
２１Ｃ 連結フレーム
２１Ｄ 昇降ブラケット
２１Ｅ 取付フレーム
２２ 走行体
２３ 操縦者用シート
２４ 操縦桿
２５ コントロールボックス
２６ 原動機

３ 画像センシング装置
３１ 遮光ボックス
３１ａ 開口部
３２ 光源体
３３ 撮像装置

４ 荷台
５ ＧＮＳＳ装置
６ 記憶装置
７ 摘採機
８ 移送ダクト
９ 防除機

Ａ 茶葉
Ｃ シリンダ
Ｄ データ
Ｍ 圃園センシングマップ
Ｔ 茶畝
Ｚ ゾーン

Claims (6)

1. 管理すべき圃園内を移動可能とした遮光ボックスと、
   この遮光ボックス内に設けられる光源体と、
   遮光ボックス内に設けられる撮像装置とを具えて成り、
   前記遮光ボックスは、その下部を開放状態として作物畝上に臨ませるものであり、
   また前記光源体は、照射方向を作物畝に指向させるものであり、
   また前記撮像装置は、撮像対象を作物畝とし、
   作物畝の状況を、前記撮像装置により取得される撮像データから取得できるようにしたこと特徴とする圃園管理判断装置。
   
2. 前記撮像装置により取得される撮像データに、データ取得した位置情報が付加され、作物畝の状況に加えてその位置も撮像データから取得できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の圃園管理判断装置。
   
3. 前記撮像装置により取得される撮像データは、位置情報と共に記憶装置に保存されるものであることを特徴とする請求項２記載の圃園管理判断装置。
   
4. 前記撮像装置による撮像対象となる作物畝は、茶畝であることを特徴とする請求項１、２または３いずれか記載の圃園管理判断装置。
   
5. 前記遮光ボックス、光源体及び撮像装置は、乗用型の圃園管理機に搭載されていることを特徴とする請求項１、２、３または４いずれか記載の圃園管理判断装置。
   
6. 前記請求項１、２、３、４または５いずれか記載の圃園管理判断装置を用いて行う圃園管理判断方法であって、
   撮像装置による作物畝の画像取込工程と、
   取込んだ画像をスペクトル分解するスペクトル分解工程と、
   分解されたスペクトルの統計量を求める統計量算出工程と、
   求められたスペクトルの統計量を基に、画像撮影個所の作物畝状況程度を数段階で算出する作物畝状況程度算出工程と
   算出された作物畝状況程度に応じた対処を判断する圃園管理判断工程とを具えたことを特徴とする圃園管理判断方法。

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