JP2005021074A

JP2005021074A - 画像処理計数方法と画像処理計数装置

Info

Publication number: JP2005021074A
Application number: JP2003189587A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kageyama; 淳影山; Hiroshi Nishimura; 博西村; Hiroaki Imura; 裕朗井村
Original assignee: Terada Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Terada Seisakusho Co Ltd
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】農薬削減のためには、薬剤による防除と天敵による防除を兼ね合わせた防除体系が合理的であるが、農作物中にどれほどの害虫、益虫が生息しているかの計測が出来ていなかった。また、フェロモン剤のない虫は誘引できず、ライトでの誘引は農作物に関与しない余りにも多くの虫が一晩に飛来し、粘着シートを一晩で覆ってしまい、画像処理での識別計数は不可能であった。
【解決手段】粘着シートの粘着面に農作物近辺より吸引した空気を吹き付けて、虫が吹き付けられた粘着シート部分を撮影し、コンピュータを用いて撮影された画像を解析し、虫の捕獲数を数える画像処理計数方法である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
農作物に寄生する虫の発生量を調べ、農作物の栽培指針を得るための農業技術分野に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
農業技術分野における、虫を画像にて識別する従来の技術には、下記のものがある。正常な農作物を最初に撮影記憶しておき、次に病気や害虫に侵された農作物の上を跨ぎ正常、不正常の差で病気、害虫を発見し、併せて農薬の散布まで行う病害検出・防除機（例えば、特許文献１）や、フェロモン剤かライトで誘引し、ＣＣＤカメラかビデオカメラで撮影をして画像を管理者が見て目視判断をする装置（例えば、特許文献２）や、単体の１枚ずつの粘着シートを農作物（みかん）の枝にぶらさげて、定期的に人力で回収し、ＸＹプロッターに取り付けられたデジタルカメラにて撮影し、害虫チャノキイロアザミウマの計数する試み（例えば、非特許文献１、２、３）や、フェロモン剤で誘引した害虫を粘着板にて捕獲し、画像処理により識別計数するシステム（例えば、非特許文献４）などがある。
【０００３】
国内には約８，０００種類前後の昆虫が生息し、名前が付けられているものが約５，０００種類であり、一部の専門家によると、総数は１万種類に上るともいわれている。これらの昆虫には、害虫もいれば、害虫の天敵となる益虫も数多く生息して自然形態が保たれている。農薬の種類も、各昆虫に対して農林水産省が現在約５，０００種類の農薬を認可している。特許文献１のように、跨いで撮影し画像から昆虫の種類を判読し農薬を散布することは不可能であり、益虫まで殺してしまったり、画像から昆虫や作物病名の判断をすることは出来ず、普及に至っていない。
【０００４】
フェロモン剤は現在国内で販売許可が出ている種類が２８種類あり、内訳は水稲・野菜関係１０種、茶３種、果樹７種、芝・その他８種であるが、芝・その他８種以外は全てが鱗翅目科の虫が対象である。鱗翅目科の虫は、捕獲時に大量の鱗粉を撒き散らし、撮影するカメラのレンズがたちどころに曇ってしまう。また、ライトでの誘引は昔ながらの誘蛾灯方式で、昆虫は無差別に誘引される。ＣＣＤカメラやビデオでの画像にて、８，０００種類の虫を識別する事は不可能である。名前のない昆虫が数多くおり、専門家でも画像で識別できる虫はほんの一握りである。従って、特許文献２は普及に至っていない。
【０００５】
非特許文献１、２、３では高精度の値が得られているが、実験室での計数と粘着シートの入れ替えを人間が行わなければならない方法であり、今日も普及に至っていない。非特許文献４のフェロモン剤で誘引する虫は２８種類に限定されるので、画像判断の閾値（しきいち）の絞込みなどからして、実現可能である。しかし、フェロモン剤で害虫を誘引し計数する方法においては、画像ではなく他の方法の光電センサーや電撃パルスカウント方式で既に実用化されて、国内約２００ヶ所で実用化されている。実用化では、計測値は無線にて収集され、各地の農業協同組合で農薬散布の指針とされている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−４２４号公報
【特許文献２】
特開２００１−４５９４５号公報
【非特許文献１】
静岡県沼津工業技術センター研究報告第２号「難防除微小害虫の高速無人計数装置の開発に関する研究（第１報）」
【非特許文献２】
静岡県沼津工業技術センター研究報告第３号「難防除微小害虫の高速無人計数装置の開発に関する研究（第２報）」
【非特許文献３】
静岡県沼津工業技術センター研究報告第４号「難防除微小害虫の高速無人計数装置の開発に関する研究（第３報）」
【非特許文献４】
２００３年北海道立工業試験場技術支援成果事例集
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では下記の２つの課題があった。１つ目として、対象の虫を害虫と定めてきているが、天敵類の益虫の数を掴む方法が自動化されていなかった。農薬削減のためには、薬剤による防除と天敵による防除を兼ね合わせた防除体系が合理的であるが、農作物中にどれほどの害虫、益虫が生息しているかの計測が出来ていなかった。
【０００８】
２つ目は、害虫誘引にフェロモン剤やライトを用いていることであり、国内で入手出来るフェロモン剤２８種類は８，０００余種類の昆虫類に対して余りにも僅かであり、フェロモン剤のない虫は誘引できないのが課題であった。また、ライトでの誘引は農作物に関与しない余りにも多くの虫が一晩に飛来し、粘着シートを一晩で覆ってしまい、画像処理での識別計数は不可能であった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の手段は、粘着シートの粘着面に農作物近辺より吸引した空気を吹き付けて、虫が吹き付けられた粘着シート部分を撮影し、コンピュータを用いて撮影された画像を解析し、虫の捕獲数を数える画像処理計数方法である。
【００１０】
第２の手段は、粘着シートの粘着面に農作物近辺より吸引した空気を吹き付けて、虫が吹き付けられた粘着シート部分の先頭を撮影位置へ移動し、撮影手段を粘着シートの幅方向へあらかじめ定めた距離ずつ移動しながら撮影し、幅方向の撮影後、あらかじめ定めた距離ずつ粘着シートを長手方向に移動して、再度幅方向の撮影をすることを繰り返し、コンピュータを用いて撮影された画像を解析し、虫の捕獲数を数える画像処理計数方法である。
【００１１】
カメラの他の移動方法として、第３の手段は、粘着シートの粘着面に、農作物近辺より吸引した風を吹き付けて、虫が吹き付けられた粘着シート部分全体を撮影位置に移動し、撮影手段を粘着シートの幅方向及び長手方向にそれぞれ任意の距離を移動して撮影し、コンピュータを用いて撮影された画像を解析し、虫の捕獲数を数える画像処理計数方法である。
【００１２】
取り込み記憶された画像は次の解析処理工程にて対象の虫か否かを判断するが、第４の手段は、解析に必要な各種閾値を虫の種類毎に持たせ、複数の虫の計数をする画像処理計数方法である。
【００１３】
第５の手段は、粘着シートに付着した虫の画像が用意された閾値内に入らず、対象外の虫であると判読したときに、その虫の画像に対して後に閾値を付加することで画像解析値と虫の名前を関連づけ、新たな虫を計数する画像処理計数方法である。
【００１４】
第６の手段は、画像処理計数装置をロール状の粘着シートを装填するローラと、巻き取りローラと、誘導するローラと、巻き取りローラを駆動する駆動手段と、農作物近辺の空気を吸引して粘着面に吹き付けるファンと、吹き付け後の粘着シートの画像を撮影する撮影手段と、撮影した画像を解析し、粘着シートに付着した虫を計数するコンピュータとより構成する。
【００１５】
第７の手段は、第６の手段の撮影手段を粘着シートの幅方向に移動するための移動手段を設ける。
【００１６】
第８の手段は、第６または７の手段の撮影手段を粘着シートの長手方向に移動するための移動手段を設ける。
【００１７】
第９の手段は、第６、７または８の手段にあらかじめ定めた長さの粘着シートを巻き取るために、移動距離の測定手段を設ける。
【００１８】
剥離紙の処理に関して、第１０の手段は、第６、７、８または９の手段の粘着シートの粘着面より剥がした剥離紙を、粘着シート面の反対側を経由して再び巻き取りローラの粘着面に挟み込む。
【００１９】
【発明の実施の形態】
農作物の中の永年作物である茶樹の害虫において実施した例を記載する。茶樹には、２０種類の害虫が上げられている（静岡県病害虫防除所発行、農作物病害虫診断ガイドブック参照）。８，０００余種の虫類の中で、茶樹に生息するクワシロカイガラムシは難敵害虫であり、長年にわたり大きな被害が出されてきた。クワシロカイガラムシは、フェロモン剤で誘引できない、ライトで誘引できない、虫の大きさが０．２ｍｍと肉眼の確認が難しい、防除適期が約５日間と極めて短いので発生状況をできるだけ早く農家に知らせねばならないなど、多くの課題があった。そこで、本実施例において対象の虫として選択し、クワシロカイガラムシの孵化幼虫の捕獲及び判読を試みた。孵化盛期を知ることが防除の上で最も大切な事柄である。本実施例について、図面を参照して説明する。
【００２０】
１は新品の粘着シート収納軸であり、ロール状の粘着シート１１を装填する。粘着シート１１は２０ｃｍ巾１５ｍ巻きを用いる。２はガイド、３、４、５はローラであり、粘着シート１１を誘導する。６は巻き取りローラであり、ガイド２、ローラ３、４、５によって誘導された粘着シート１１を巻き取っている。引き出された粘着シート１１は、ローラ３を経て垂直に２０ｃｍ立ち上がり、ローラ４を経て水平に移動し、ローラ５を経て巻き取りローラ６へと達する。駆動手段であるモータ１４を巻き取りローラ６に取り付け、巻き取りローラ６を駆動軸として粘着シート１１を引き出す。本実施例では、駆動手段としてモータ１４を用いたが、巻き取りローラ６を回転することが出来るアクチュエータならば、他のものでもよい。１５は回転計であり、ローラ４の回転を検出して粘着シート１１の移動距離の基準としている。
【００２１】
７は剥離紙用ローラであり、粘着シート１１の粘着面に添えられている剥離紙１２をローラ３の下で粘着シート１１と上下に剥がし、剥離紙１２を剥離紙用ローラ７で誘導し、ローラ１下を経由して巻き取りローラ６の粘着面に挟み込む。これにより、巻き取られた粘着シート１１には再び剥離紙が付着しており、使用後の粘着シート１１の検証が容易に出来る。粘着シート１１と剥離紙１２が剥がれる位置は、剥離紙用ローラ７との角度が約９０度になるところがよい。
【００２２】
ローラ４とローラ５の間の粘着シート１１の上に撮影手段であるＣＣＤカメラ１０を設置する。ローラ４とローラ５の間の粘着シート１１の下に透明板８を設け、その下には照明灯９を設ける。照明灯９は高周波点灯蛍光灯が望ましく、ＬＥＤランプや安定している照明などでもよい。透明板８は、光を多量に取り入れ、色を判別しやすくするために設ける。ＣＣＤカメラ１０の幅方向への移動手段としてモータ１３を用い、ＣＣＤカメラ１０を約３ｍｍずつ移動させる。移動手段は、モータ１３だけでなくシリンダー等の他のアクチュエータでもよい。撮影手段は、本実施例ではＣＣＤカメラを用いるが、その他の撮像管カメラなどの画像を記録できるものならばよい。
【００２３】
１６はファンであり、虫（本実施例ではクワシロカイガラムシ）を強制的に吸い込み、吸い込んだ空気は、ローラ３とローラ４の間の垂直面に吹き付ける。
【００２４】
以上のような画像処理計数装置を、クワシロカイガラムシの雌が生息する可能性がある茶樹２０の傍らに、設置する。茶樹２０の中へ直径約１００ｍｍのホース１７を引き込み、茶樹２０の内部の空気を吸引する。
【００２５】
次に、本実施例の画像処理計数装置の動作を説明する。まず、手動により粘着シート１１を粘着シート収納軸１に装填する。ファン１６を駆動して、約２４時間吸引し続け、深夜２４時に達するとファン１６を停止する。その後、吹き付け面の上端をＣＣＤカメラ１０の直下まで移動する。ＣＣＤカメラ１０を一方の端で撮影し、モータ１３により約３ｍｍ移動した後撮影し、再び約３ｍｍ移動した後撮影することを繰り返す。クワシロカイガラムシの幼虫は０．２ｍｍと小さく、カメラレンズ倍率は６０倍とし、１画面が縦横約３ｍｍの範囲を撮影した。横移動は図４のように、両端を除いて約３ｍｍ間隔で約５０回の撮影を繰り返した。ＣＣＤカメラ１０が他方の端まで撮影し終わると、モータ１４を駆動させて約９ｍｍの巻取り移動を行い、再びＣＣＤカメラ１０を一方の端から他方の端まで撮影と移動を繰り返す。約２０行の繰り返しにて約１，０００枚の画面を撮影する。
【００２６】
虫の付着面積は約２０ｃｍ×約２０ｃｍであり、約３ｍｍ間隔で撮影すれば、４，３００余の画面数となるが、画像処理時間の関係で１日の画面数を約１，０００画面とした。撮影された画像を１枚撮影する度にコンピュータへ逐次送信し、直ちに画像解析に入り、クワシロカイガラムシの孵化幼虫が何匹付着しているかの計数をする。約１，０００枚の処理時間は約５５分間を要する。画像を解析処理して計数するコンピュータは、数十メートル離れたところへ置いて、有線または無線のネットワーク（図１０、１１参照）によって画像を転送してもよいし、装置内へＣＰＵを組み込み、日付毎の捕獲数の表示をすることも可能である。
【００２７】
次に、コンピュータでの画像解析の方法について説明する。本実施例で用いたＣＣＤカメラ１０の１画面の画素数は３０７，２００画素である。１画素はＲＧＢ（赤、緑、青）の２５６階調から成り立ち、一般的な処理方法であり、ＲＧＢ値から図５の如く輝度、色差信号１、色差信号２、面積、円形度に変換して用意された閾値と比較をし、クワシロカイガラムシか否かの判断を行なう。ＲＧＢからの変換は一般的な下記のような演算を用いる。
輝度＝Ｙ、色差信号１＝Ｃ１、色差信号２＝Ｃ２、面積＝Ａ、円形度＝Ｅ
Ｙ＝０．３Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｂ。
Ｃ１＝Ｒ−Ｙ＝０．７Ｒ−０．５９Ｇ−０．１１Ｂ。
Ｃ２＝Ｂ−Ｙ＝−０．３Ｒ−０．５９Ｇ＋０．８９Ｂ。
Ａは、各画素が上記Ｙ，Ｃ１，Ｃ２の閾値以内で連続して幾つ存在するかの値。Ｅは、真円を１．０としＹ，Ｃ１，Ｃ２の閾値以内で境界部を追跡し求めた円形度である。閾値としては、１，０００倍してある。
【００２８】
上記実施例では、撮影中の長手方向の移動を、粘着シートを巻き取り移動させることで行ったが、撮影手段であるＣＣＤカメラをモータ、シリンダー等のアクチュエータで幅方向だけでなく長手方向にも移動させてもよい。
【００２９】
こうして得られた計測値が図６である。見出し欄のＰＣ計数は上記閾値にてパソコンが数えた数である。ＰＣ計数画像内はＰＣ計数した画面を人間が目視して目的の害虫であるか否か判断した数である。全画像約１，０００枚は１日に撮影された全ての画像を人間が目視した数である。
【００３０】
図７は図６をグラフ化したものである。多少の誤差はあるものの高精度に計数していることが解る。クワシロカイガラムシの発生ピークが５月１８日であることが掴めている。
【００３１】
図８は５月１８日の撮影画面の一つで、ＰＣ計数は１０匹であり、目視でも１０匹である。画面淵に半欠けが３つ数えられるがこの画像は計数されていない。図９も同じく５月１８日の撮影画面の一つで、ＰＣ計数は９匹であるが目視では１１匹である。×印左上の二つの画像は周囲がぼやけているために計数されていない。以上のように目視と多少の誤差が生じるが、目的性能は充分発揮されていることが解る。
【００３２】
クワシロカイガラムシでの実施例を記載したが、今後、図６の閾値を変更することで、クワシロカイガラムシのみならず他の害虫や益虫等の各種の虫を計数することが可能である。また、目的以外の虫が捕獲されて、その画像に対して後に虫の名前を付加することで、画像解析値と虫の名を関連づけ、新たな昆虫名で計数される学習機能を備えることも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
益虫等各種の虫の発生量を無人で観察でき、生態研究等での活用もできる。専門家でなくても適切な害虫防除情報を発することが出来、農薬散布量の軽減に役立つ。また、虫の発生の傾向を知ることで、効率的な農薬散布をすることが出来、農作物の品質、収穫量等を上げることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の画像処理計測装置の斜視図。
【図２】図１を後ろから見た一部詳細図。
【図３】図１の正面概念図。
【図４】粘着シートの撮影範囲を示した図。
【図５】閾値を示した図。
【図６】実施計数表を示した図。
【図７】図６をグラフ化した図。
【図８】撮影画像例１を示した図。
【図９】撮影画像例２を示した図。
【図１０】ネットワークの例１の概念図。
【図１１】ネットワークの例２の概念図。
【符号の説明】
１粘着シート収納軸
２ガイド
３ローラ
４ローラ
５ローラ
６巻き取りローラ
７剥離紙用ローラ
８透明板
９照明灯
１０ＣＣＤカメラ
１１粘着シート
１２剥離紙
１３モータ
１４モータ
１５回転計
１６ファン
１７ホース
１８フレーム
１９制御手段
２０茶樹
２１虫
３５建物
３６コンピュータ
４０ＬＡＮケーブル
４２無線機
４３無線機

Claims

粘着シートの粘着面に農作物近辺より吸引した空気を吹き付けて、虫が吹き付けられた粘着シート部分を撮影し、コンピュータを用いて撮影された画像を解析し、虫の捕獲数を数えることを特徴とする画像処理計数方法。
粘着シートの粘着面に農作物近辺より吸引した空気を吹き付けて、虫が吹き付けられた粘着シート部分の先頭を撮影位置へ移動し、撮影手段を粘着シートの幅方向へあらかじめ定めた距離ずつ移動しながら撮影し、幅方向の撮影後、あらかじめ定めた距離ずつ粘着シートを長手方向に移動して、再度幅方向の撮影をすることを繰り返し、コンピュータを用いて撮影された画像を解析し、虫の捕獲数を数えることを特徴とする画像処理計数方法。
粘着シートの粘着面に、農作物近辺より吸引した風を吹き付けて、虫が吹き付けられた粘着シート部分全体を撮影位置に移動し、撮影手段を粘着シートの幅方向及び長手方向にそれぞれ任意の距離を移動して撮影し、コンピュータを用いて撮影された画像を解析し、虫の捕獲数を数えることを特徴とする画像処理計数方法。
解析に必要な各種閾値を虫の種類毎に持たせ、複数の虫の計数をすることを特徴とする請求項１、２または３記載の画像処理計数方法。
粘着シートに付着した虫の画像が用意された閾値内に入らず、対象外の虫であると判読したときに、その虫の画像に対して後に閾値を付加することで画像解析値と虫の名前を関連づけ、新たな虫を計数することを特徴とする請求項１、２、３または４記載の画像処理計数方法。
ロール状の粘着シートを装填するローラと、巻き取りローラと、誘導するローラと、巻き取りローラを駆動する駆動手段と、農作物近辺の空気を吸引して粘着面に吹き付けるファンと、吹き付け後の粘着シートの画像を撮影する撮影手段と、撮影した画像を解析し、粘着シートに付着した虫を計数するコンピュータとより構成することを特徴とする画像処理計数装置。
撮影手段を粘着シートの幅方向に移動するための移動手段を設けることを特徴とする請求項６記載の画像処理計数装置。
撮影手段を粘着シートの長手方向に移動するための移動手段を設けることを特徴とする請求項６または７記載の画像処理計数装置。
あらかじめ定めた長さの粘着シートを巻き取るために、移動距離の測定手段を設けることを特徴とする請求項６、７または８記載の画像処理計数装置。
粘着シートの粘着面より剥がした剥離紙を、粘着シート面の反対側を経由して再び巻き取りローラの粘着面に挟み込むことを特徴とする請求項６、７、８または９記載の画像処理計数装置。