本發(fā)明涉及一種植物栽培支持裝置和植物栽培支持方法。

背景技術(shù)：

存在一種稱為說話式種植方法(Speaking Plant Approach，SPA)，用于自動診斷植物并控制適合于植物生長的環(huán)境條件。此技術(shù)作為通過例如記錄植物的生長狀況以及遠程病理診斷而便于減少用于栽培的勞力、或者基于對灌溉的控制而便于實現(xiàn)高產(chǎn)量且高質(zhì)量的農(nóng)產(chǎn)品的方法，已經(jīng)在近年來引起關(guān)注。

對灌溉的控制可能對水果和蔬菜有影響。例如，如果水果和蔬菜在結(jié)出果實之后無法獲得充足水分，則果實的尺寸可能由于水分虧缺而減小，并且產(chǎn)量可能下降。然而，在中度水分虧缺下，所得到的果實將具有較高的糖含量。使用此技術(shù)的耕作方法通過對灌溉的控制生產(chǎn)具有高附加值的農(nóng)產(chǎn)品。

通過上述用于生產(chǎn)具有較高的糖含量的果實的耕作方法，由于提高農(nóng)產(chǎn)品的附加值，可以預期每單位面積的收入增加。然而，存在如下問題。第一個問題是灌溉的時間和量依賴于工人的經(jīng)驗和直覺，從而需要反復試驗以及技能以執(zhí)行合適的控制。第二個問題是最佳的灌溉量和時間將根據(jù)天氣以及農(nóng)產(chǎn)品的生成程度而改變，從而如果在這些因素中存在錯誤，則農(nóng)產(chǎn)品可能由于極度的水分虧缺而枯萎并死亡，或者可能由于沒有水分虧缺而具有質(zhì)量下降的果實。

鑒于這些問題，存在一種用于使用圖像輸入設(shè)備獲得植物葉子的投影面積、基于前一投影面積與當前投影面積的最大值的比較估計水分虧缺的狀態(tài)、以及確定液體供應的時間的技術(shù)(例如，參見專利文獻1)。此技術(shù)是無接觸式的，因為對水分虧缺狀態(tài)的估計是基于外觀的。該技術(shù)具有如下優(yōu)點：在引入和操作方面，比涉及對植物的破壞性測量和電極的附接的現(xiàn)有技術(shù)方法具有降低的難度。

然而，在上述技術(shù)中，存在如下情況：無法通過投影面積恰當?shù)毓烙嬋~子的萎蔫。其原因如下。

第一個原因是投影面積的幾何性質(zhì)。換言之，如果葉子與圖像平面之間形成的銳角θ為零(即，葉子變?yōu)榕c圖像平面成水平)，則葉子的投影面積達到最大值A(chǔ)0，并且投影面積隨著角θ變大而減小。如果假設(shè)葉子為平面并且到成像位置的距離充分大于葉子在垂直方向上的波動范圍，則可以使用(θ)＝A0·cosθ來近似于投影面積A(θ)。

換言之，投影面積的一階求導是A(θ)/dθ＝-A0·sinθ。這意味著由于1度的角度改變導致的投影面積的波動量在接近零度的角θ與接近45度的角θ之間大大不同。換言之，如果基于投影面積的改變評估萎蔫，則或許不能恰當?shù)卮_定在早期階段的萎蔫。

第二個原因是對水分虧缺的反應根據(jù)葉子的成熟度而改變。通常，幼嫩的葉子比成熟的葉子更有可能萎蔫，并且成熟的葉子比幼嫩的葉子具有更大面積。因此，隨著植物生長，成熟的葉子在投影面積中的百分比增加，成熟的葉子相對地不太可能萎蔫。根據(jù)此，即使施加相同水平的水分虧缺，投影面積的改變的百分比也根據(jù)生長程度而不同。因此，成熟植物的水分虧缺可能被低估。

第三個原因是由于茂密的葉子而導致投影面積的波動量下降。換言之，當由于葉子的搖擺不定導致在圖像平面上的面積占比減小并且背景的百分比相對增大時，通常發(fā)生由于葉子的萎蔫導致投影面積的減小。然而，當植物生長并且葉子生長繁茂時，從成像位置觀看到的葉子之間的重疊增加。因此，即使上部的葉子由于萎蔫而下垂，已經(jīng)被隱藏的下部的葉子也被看到，從而葉子的萎蔫可能不導致投影面積的改變。

本發(fā)明的至少一個實施例的目的是提供一種能夠以高準確度評估植物的狀態(tài)的植物栽培支持裝置。

相關(guān)技術(shù)文獻

[專利文獻1]日本未審查專利申請公布No.2007-306846

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在實施例中，提供了一種根據(jù)對植物的狀態(tài)的評估支持植物的栽培的植物栽培支持裝置。該植物栽培支持裝置包括：評估單元，配置為獲得指示從預定位置到植物的至少一點的距離的距離數(shù)據(jù)，并基于距離數(shù)據(jù)推導植物的水分虧缺評估值，所述水分虧缺評估值指示所述植物中水分短缺的程度；以及控制單元，配置為基于水分虧缺評估值，確定要施加到植物的控制，并生成要用于該控制的控制信號。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以提供一種能夠以高準確度評估植物的狀態(tài)的植物栽培支持裝置。

附圖說明

當結(jié)合附圖閱讀下面的詳細描述時，實施例的其它目的和進一步的特征將從下面的詳細描述變得顯而易見，其中：

圖1是描繪根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的植物栽培支持裝置的圖；

圖2是描繪由根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的植物栽培支持裝置執(zhí)行的處理的流程圖；

圖3是描繪根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的變型的植物栽培支持裝置的圖；

圖4是描繪根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的植物栽培支持裝置的圖；

圖5是描繪由根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的植物栽培支持裝置執(zhí)行的處理的流程圖；以及

圖6是描繪由根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的植物栽培支持裝置執(zhí)行的處理的流程圖。

具體實施方式

下面，將參考附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。在附圖中，對相同的組成元件賦予相同的參考標號，并且可以省略冗余描述。在下面的描述中，水和肥料可以統(tǒng)稱為“營養(yǎng)液”，并且用營養(yǎng)液喂養(yǎng)植物的動作可以稱為“液體供應”。

<第一實施例>

圖1是描繪根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的植物栽培支持裝置1的圖。參考圖1，植物栽培支持裝置1是用于基于對植物的狀態(tài)的評估支持植物的栽培的裝置。植物栽培支持裝置1包括計算機10和距離傳感器20作為主要構(gòu)成元件。雖然在圖1中分開地圖示計算機10和距離傳感器20，可以將這些元件以集成方式部署在單個箱體(case)中。例如，距離傳感器20可以包括內(nèi)置計算機，并且距離傳感器20中包括的內(nèi)置計算機可以被配置為具有計算機10的功能。另外，植物的狀態(tài)包括葉子的萎蔫、水分虧缺的程度、生長水平等。

計算機10包括接口11、算術(shù)單元12以及存儲單元13。接口11、算術(shù)單元12以及存儲單元13經(jīng)由總線14互連。計算機10例如可以是個人計算機(PC)。

接口11具有與距離傳感器20通信的功能。算術(shù)單元12例如是中央處理單元(CPU)，并且包括評估單元121和控制單元122。存儲單元13包括只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)等。存儲單元13可以包括非易失性存儲器，諸如，硬盤驅(qū)動器(HDD)、固態(tài)驅(qū)動器(SSD)等。例如，當為CPU的算術(shù)單元12與RAM合作地執(zhí)行存儲在ROM中的程序時，實施評估單元121和控制單元122的功能。

距離傳感器20被配置為能夠與計算機10的接口11通信。該通信可以是有線通信或無線通信。距離傳感器20可以例如以預定時間間隔、或者響應于來自計算機10的指令，獲得指示到作為拍攝對象的植物500的距離的距離數(shù)據(jù)。

距離傳感器20可以采用使用聚焦法、被動立體等的被動傳感器(單目相機、立體相機等)。此外，距離傳感器20可以采用使用飛行時間(TOF)、主動立體等的主動傳感器(光學雷達、投影儀相機系統(tǒng)等)。此外，距離傳感器20可以配置有多個相同類型的傳感器、或多種類型的傳感器。

優(yōu)選地采用單目相機或立體相機作為距離傳感器20，因為與用于檢測從主動距離傳感器發(fā)出的光的反射的方法相比，日光(外部光)的影響減小。

經(jīng)由接口11將由距離傳感器20獲得距離數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機10并存儲在存儲單元13中。由算術(shù)單元12從存儲單元13讀取所存儲的距離數(shù)據(jù)。評估單元121獲得距離數(shù)據(jù)，基于所獲得距離數(shù)據(jù)估計植物500的水分虧缺狀態(tài)，并推導水分虧缺評估值。水分虧缺評估值是指示植物中水分短缺程度的評估值。

控制單元122基于由評估單元121推導的水分虧缺評估值，確定要施加到植物500的控制，并生成要用于該控制的控制信號。例如，控制單元122確定對植物500的液體供應的必要性，確定液體供應作為要施加到植物500的控制，并生成要用于該液體供應的控制信號。

計算機10被配置為可連接至報告單元70。如果控制單元122確定液體供應是必要的，則將由控制單元122生成的控制信號傳送至報告單元70，使得報告單元70可以報告該液體供應是必要的。

例如，可以通過用于使蜂鳴器發(fā)聲的方法、或用于打開旋轉(zhuǎn)燈的方法來實現(xiàn)對于液體供應的必要性的報告。此外，可以通過用于經(jīng)由郵件或電話連接預先設(shè)置的聯(lián)系地址的方法來實現(xiàn)對于液體供應的必要性的報告。替代地，可以使用專用于智能電話的應用、而非郵件或電話，在視覺上執(zhí)行必要性的報告。

計算機10被配置為可連接至記錄介質(zhì)安裝單元80。在記錄介質(zhì)安裝單元80上，可以可拆卸地安裝其中存儲要由算術(shù)單元12執(zhí)行的程序的記錄介質(zhì)?？梢园惭b在記錄介質(zhì)安裝單元80上的記錄介質(zhì)的示例包括通用串行總線(USB)存儲器、SD存儲器、光盤(CD)、數(shù)字通用盤(DVD)以及藍光盤(BD)。然而，可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)將要由算術(shù)單元12執(zhí)行的程序下載到存儲單元13，而不使用記錄介質(zhì)安裝單元80。

雖然可以將距離傳感器20部署在任何位置，只要距離傳感器20可以在視角內(nèi)具有植物500即可，但是，優(yōu)選的是，將距離傳感器20部署在幾乎垂直地在植物500上方的位置。

下面，描述使用植物栽培支持裝置1的植物栽培支持方法。圖2是描繪由根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的植物栽培支持裝置1執(zhí)行的處理的流程圖。參考圖2詳細描述由植物栽培支持裝置1執(zhí)行的處理。

首先，在步驟S101中，計算機10從距離傳感器20獲得距離數(shù)據(jù)。具體地，算術(shù)單元12內(nèi)的評估單元121在預定時間獲得指示從距離傳感器20到植物500的距離的距離數(shù)據(jù)。例如，如果使用立體相機作為距離傳感器20，則距離傳感器20可以在立體相機內(nèi)處理分別由構(gòu)成立體相機的兩個相機拍攝的兩個圖像，使得將兩個圖像轉(zhuǎn)換為距離數(shù)據(jù)。在此情況下，算術(shù)單元12內(nèi)的評估單元121獲得在立體相機內(nèi)轉(zhuǎn)換的距離數(shù)據(jù)。

另外，預定時間是指例如當從計算機10接收觸發(fā)信號時的時間。此外，預定時間可以是基于預先設(shè)置的時間、或者時間間隔確定的時間。替代地，距離傳感器20可以生成觸發(fā)信號(距離傳感器20可以自己確定預定時間)。

在步驟S101中，可以獲得指示從預定位置(在該預定位置部署距離傳感器20)到植物500的至少一點的距離的距離數(shù)據(jù)。換言之，可以從空間中的僅一點或從多個點獲得距離數(shù)據(jù)。此外，可以將從空間中的多個點獲得的距離數(shù)據(jù)的集合整合并轉(zhuǎn)換為代表值(平均值、中值、標準偏差等)，并且可以使用該代表值。下面，作為示例，描述從空間中的多個點獲得距離數(shù)據(jù)的情況。

接下來，在步驟S102中，計算機10基于距離數(shù)據(jù)估計水分虧缺狀態(tài)。具體地，算術(shù)單元12內(nèi)的評估單元121基于從距離傳感器20獲得的距離數(shù)據(jù)估計植物500的水分虧缺狀態(tài)，并推導水分虧缺評估值。用于從距離數(shù)據(jù)估計水分虧缺狀態(tài)的方法的示例包括以下。

第一示例是基于校準曲線的估計。換言之，使用諸如破壞性測量方法的方法，預先測量植物的水分虧缺狀態(tài)。然后，將通過同時測量該同一植物而獲得的距離數(shù)據(jù)與水分虧缺狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，以描畫校準曲線。通過使用此校準曲線，可以基于在給定時間關(guān)于特定植物的距離數(shù)據(jù)估計水分虧缺狀態(tài)。

第二示例是基于距離的改變量的估計。換言之，在估計水分虧缺狀態(tài)的時間之前的預定時間范圍內(nèi)，從距離數(shù)據(jù)提取在未發(fā)生萎蔫的狀態(tài)中距離數(shù)據(jù)的代表值D0。通過將此代表值D0與距離數(shù)據(jù)在給定時間的代表值Dt相比較，計算指示葉子的萎蔫程度的萎蔫率。比較方法的示例包括用于獲得D0與Dt的比的方法、以及用于獲得D0與Dt之間的差的方法?；诖宋杪剩梢岳缡褂门c如上所述相同的過程中創(chuàng)建的校準曲線，估計水分虧缺狀態(tài)。

第三示例是基于三維形狀的估計。換言之，基于在空間上獲得距離數(shù)據(jù)，在三個維度中恢復整個植物的形狀以及葉子的形狀。使用此三維形狀估計水分虧缺狀態(tài)。在此情況下，必須在使得可以在三個維度中恢復整個植物的形狀和葉子的形狀的程度上，詳細獲得距離數(shù)據(jù)。

如果使用整個植物的形狀，則存儲在未發(fā)生萎蔫的狀態(tài)中的整個植物的標準形狀，使得可以基于從標準形狀改變的程度估計葉子的萎蔫程度。在這種方法的一個示例中，將在未發(fā)生萎蔫的狀態(tài)中的樹冠的寬度和體積設(shè)置為標準形狀，并且，使用預先創(chuàng)建的校準曲線，將樹冠在當前時間的寬度和體積的百分比轉(zhuǎn)換為葉子的萎蔫程度。

此外，如果使用葉子的形狀，則獲得葉子相對于水平面的傾斜，使得可以基于傾斜的大小估計葉子的萎蔫程度。

無論是使用整個植物的形狀、還是使用葉子的形狀，都可以從獲得的葉子的萎蔫程度、以及預先設(shè)置的葉子的萎蔫程度與水分虧缺狀態(tài)之間的對應關(guān)系，估計水分虧缺狀態(tài)。

另外，如上所述估計的水分虧缺狀態(tài)可以是要用作對植物的水分虧缺狀態(tài)的指示的指標。不需要獲得施加到植物的水分虧缺的嚴格值。

從距離傳感器20獲得的距離數(shù)據(jù)除了包括到植物的距離之外，還可以包括不僅到地面、而且還到諸如桿或引導線的農(nóng)業(yè)用具的距離作為噪聲。如果使用與噪聲混合的這樣的距離數(shù)據(jù)估計水分虧缺狀態(tài)，則估計結(jié)果可能具有較大誤差。因此，如需要，則期望去除這樣的噪聲。

例如，可以基于距離傳感器20的高度計算到地面的距離，使得可以去除對應于地面的距離數(shù)據(jù)。此外，可以通過除去在不存在植物的狀態(tài)中預先獲得的距離數(shù)據(jù)、與包括植物的距離數(shù)據(jù)之間的差，去除到農(nóng)業(yè)用具的距離。

此外，可以基于來自由相機拍攝的圖像的顏色和形狀的特性指定除了該植物之外的物體，并且可以從距離數(shù)據(jù)選擇性地排除對應于此物體的數(shù)據(jù)。此方法自然可以施加到采用相機的距離傳感器，但是，如果將相機添加至距離傳感器，則此方法當然也可以施加至該沒有相機的距離傳感器。

接下來，在步驟S103中，計算機10基于水分虧缺狀態(tài)確定液體供應的必要性。具體地，算術(shù)單元12內(nèi)的控制單元122基于由評估單元121在步驟S102中估計的水分虧缺狀態(tài)，確定對植物500的液體供應的必要性。例如可以基于水分虧缺狀態(tài)是否超過預先設(shè)置的閾值，確定液體供應的必要性。

在步驟S103中，如果液體供應被確定為是必要的(是)，則處理進行至步驟S104。如果液體供應未被確定為是必要的(否)，則處理進行至步驟S105。

在步驟S104中，報告單元70執(zhí)行預定報告。換言之，如果控制單元122確定液體供應是必要的，則算術(shù)單元12將信息傳送至報告單元70，并且報告單元70報告液體供應是必要的。液體供應的報告的具體示例如上所述。

步驟S101至S104是在距離數(shù)據(jù)的單次獲取中執(zhí)行的系列處理。當這些步驟完成時，在步驟S105中確定是否結(jié)束控制。如果在步驟S105中確定控制結(jié)束(是)，則控制結(jié)束。如果在步驟S105中未確定控制結(jié)束(否)，則處理返回至步驟S101，并且，在預定時間、或在預定時間間隔之后，重復步驟S101至S104中的處理。

在上述描述中，在沒有特殊機制的情況下直接觀察植物500。然而，可以將標記等附加至植物500，以便使用距離傳感器20更穩(wěn)定地且以更高準確度獲得距離數(shù)據(jù)。例如，如果距離傳感器20采用其中使用光從拍攝對象的反射的光學雷達或投影儀相機系統(tǒng)，則可以使用用于用在入射方向上反射光的反光材料涂覆植物500的方法。

此外，如果距離傳感器20采用使用拍攝對象的視覺圖案的立體相機，則可以使用用于將球形標記或其中將幾何圖形相結(jié)合的標記附加至植物500的方法，以便有助于檢測該圖案。此外，為了使距離傳感器20容易地將作為拍攝對象的植物500與作為背景的地板或墻壁相區(qū)分，可以用具有與植物500不同的顏色的紙張覆蓋背景。

以此方式，根據(jù)第一實施例的植物栽培支持裝置1可以通過使用距離傳感器20觀察植物500的外觀在時間上的改變，以提高的準確度評估植物500的狀態(tài)。更具體地，植物栽培支持裝置1可以使用從部署在植物500上方的距離傳感器20獲得的、關(guān)于到植物500的特定區(qū)域(諸如葉子或莖)的距離的信息，以非接觸方式以提高的準確度評估植物500的水分虧缺狀態(tài)，使得植物栽培支持裝置1可以支持植物栽培。

換言之，通過使用距離傳感器20，可以將植物500的外觀的改變確定為從距離傳感器20到植物500的距離的改變。由于葉子的萎蔫而導致的葉子的搖擺不定導致從距離傳感器20到葉子的平均距離增大。因此，通過追蹤到葉子的平均距離的在時間上的改變，可以估計葉子的萎蔫程度以及作為萎蔫的因素的水分虧缺的大小。另外，距離傳感器20直接觀察葉子的形狀的改變，使得如在背景技術(shù)中所述使用投影面積的方法的問題不發(fā)生。

此外，通過確定水分虧缺的大小，可以恰當?shù)卮_定灌溉的量以及時間。在農(nóng)場的一般植物栽培中，在預定時間執(zhí)行預定量的灌溉。然而，由于由環(huán)境因素和植物的生長狀況導致的植物的水分虧缺狀態(tài)，灌溉的最佳量和灌溉時間每天都不同。如果給予的水多于所必要的，則水可能擴散和浪費而未被植物吸收，或者可能留在土壤中以成為根腐病的原因。相反，如果僅給予不滿足必要水平的水，則植物可能枯萎并死亡。

植物栽培支持裝置1通過實時確定植物500的水分虧缺狀態(tài)并且在恰當時間以必要量執(zhí)行灌溉以解決水分虧缺，可以實現(xiàn)根據(jù)栽培目的的最佳灌溉控制。換言之，可以通過使用水分虧缺評估值，恰當?shù)乜刂乒喔然蚍柿系牧亢蜁r間，從而可以穩(wěn)定且容易地生產(chǎn)具有高產(chǎn)量和高質(zhì)量的農(nóng)產(chǎn)品。此外，可以通過當水分虧缺滿足預定準則時進行報告，支持恰當?shù)囊后w供應控制并防止營養(yǎng)液的過量或不足。

另外，雖然植物栽培支持裝置1包括計算機10和距離傳感器20作為構(gòu)成元件，但是植物栽培支持裝置1可以僅配置有計算機10。在此情況下，計算機10從與計算機10分開地準備的距離傳感器獲得距離數(shù)據(jù)，并且計算機10例如基于所獲得距離數(shù)據(jù)推導植物500的水分虧缺評估值。

<第一實施例的變型>

在第一實施例的變型中，算術(shù)單元12推導距離數(shù)據(jù)。另外，在第一實施例的變型中，可以省略與在已經(jīng)描述的實施例中相同的構(gòu)成元件的描述。

圖3是描繪根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的變型的植物栽培支持裝置1A的圖。參考圖3，根據(jù)第一實施例的變型的植物栽培支持裝置1A與根據(jù)第一實施例的植物栽培支持裝置1(參見圖1)的不同在于：算術(shù)單元12包括距離數(shù)據(jù)推導單元123。

距離數(shù)據(jù)推導單元123具有從距離傳感器20獲得距離信息的功能，并基于所獲得的距離信息推導距離數(shù)據(jù)，其中距離信息是推導距離數(shù)據(jù)所必要的。換言之，在植物栽培支持裝置1A中，距離傳感器20僅獲得推導距離數(shù)據(jù)所必要的距離信息，并將距離信息傳送至計算機10。然后，計算機10的算術(shù)單元12內(nèi)的距離數(shù)據(jù)推導單元123基于從距離傳感器20獲得的距離信息，推導距離數(shù)據(jù)。

例如，如果距離傳感器20采用立體相機，則在圖2的步驟S101中將由構(gòu)成立體相機的相應兩個相機拍攝的兩個圖像作為距離信息而傳送至計算機10。計算機10的算術(shù)單元12內(nèi)的距離數(shù)據(jù)推導單元123基于包括距離信息的兩個圖像推導距離數(shù)據(jù)。

以此方式，距離傳感器20自己可以推導距離數(shù)據(jù)。替代地，距離傳感器20可以獲得推導距離數(shù)據(jù)所必要的距離信息，并且距離數(shù)據(jù)推導單元123可以基于由距離傳感器20獲得的距離信息推導距離數(shù)據(jù)。

另外，植物栽培支持裝置1A可以僅配置有計算機10。在此情況下，計算機10從與計算機10分開地準備的距離傳感器獲得距離信息，并且計算機10推導距離數(shù)據(jù)，其中距離信息是推導距離數(shù)據(jù)所必要的。然后，計算機10例如基于所推導的距離數(shù)據(jù)推導植物500的水分虧缺評估值。

<第二實施例>

在第二實施例中，植物栽培支持裝置2包括液體供應單元30。另外，在第二實施例中，可以省略與在已經(jīng)描述的實施例中相同的構(gòu)成元件的描述。

圖4是描繪根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的植物栽培支持裝置2的圖。參考圖4，根據(jù)第二實施例的植物栽培支持裝置2與根據(jù)第一實施例的植物栽培支持裝置1(參見圖1)的不同在于：植物栽培支持裝置2包括液體供應單元30。此外，計算機10的接口11被配置為能夠與距離傳感器20和液體供應單元30通信。

距離傳感器20例如以預定時間間隔或者響應于來自計算機10的指令，獲得指示到作為拍攝對象的植物500的距離的距離數(shù)據(jù)。經(jīng)由接口11將所獲得距離數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機10并存儲在存儲單元13中。從存儲單元13讀取所存儲的距離數(shù)據(jù)，并且由算術(shù)單元12處理該距離數(shù)據(jù)，從而確定液體供應的必要性。如果液體供應是必要的，則確定液體供應的量(供應液體的量)以及時間。

在執(zhí)行液體供應的時間，算術(shù)單元12經(jīng)由接口11向液體供應單元30報告液體供應量。響應于從計算機10接收報告，液體供應單元30向植物500供應具有指定量的液體。

下面，描述使用植物栽培支持裝置2的植物栽培支持方法。圖5是描繪由根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的植物栽培支持裝置2執(zhí)行的處理的流程圖。參考圖5詳細描述由植物栽培支持裝置2執(zhí)行的處理。

首先，執(zhí)行與圖2的步驟S101至S103相同的處理。然而，在步驟S103中，算術(shù)單元12內(nèi)的控制單元122使用預先設(shè)置的液體供應量和液體供應時間，確定液體供應的必要性。此外，如果算術(shù)單元12內(nèi)的控制單元122還確定液體供應量和液體供應時間，則控制單元122可以參考將預先設(shè)置的水分虧缺狀態(tài)與液體供應量和液體供應時間相關(guān)聯(lián)的表，并確定液體供應量和液體供應時間。

在步驟S103中，如果液體供應被確定是必要的(是)，則處理進行至步驟S210。如果液體供應不被確定是必要的(否)，則處理進行至步驟S105。

在步驟S210中，算術(shù)單元12內(nèi)的控制單元122經(jīng)由接口11將關(guān)于液體供應量和液體供應時間的信息傳送至液體供應單元30。液體供應單元30基于所接收的信息向植物500供應液體。另外，控制單元122可以確定液體供應時間，并且，當該時間到來時，控制單元122可以向液體供應單元30報告液體供應量，以使得液體供應單元30立即執(zhí)行液體供應。

步驟S101至S210是在距離數(shù)據(jù)的單次獲取中執(zhí)行的系列處理。當這些步驟完成時，在步驟S105中確定是否結(jié)束控制。如果在步驟S105中確定控制結(jié)束(是)，則控制結(jié)束。如果在步驟S105中未確定控制結(jié)束(否)，則處理返回至步驟S101，并且，在預定時間、或在預定時間間隔之后，重復步驟S101至S210中的處理。

以此方式，根據(jù)第二實施例的植物栽培支持裝置2包括向植物500供應液體的液體供應單元30?？刂茊卧?22基于水分虧缺評估值，確定要施加到植物500的控制，并生成要用于該控制的控制信號。例如，控制單元122確定對植物500的液體供應的必要性，將液體供應確定為要施加到植物500的控制，并生成要用于液體供應的控制信號。液體供應單元30基于由控制單元122生成的控制信號，向植物500自動供應液體。在此情況下，控制單元122除了確定液體供應的必要性之外，還可以為植物500確定液體供應量和液體供應時間。

通過使用植物栽培支持裝置2連續(xù)監(jiān)測植物500的狀態(tài)并確定所需水量，可以在恰當時間以恰當量自動執(zhí)行液體供應。根據(jù)此，可以自動實現(xiàn)最佳液體供應控制。此外，通過自動化液體供應，可以防止人為錯誤，減少工作的勞力以及實現(xiàn)高質(zhì)量。此外，可以以較少工人實現(xiàn)在巨大型農(nóng)場等中的植物栽培。

另外，雖然植物栽培支持裝置2包括計算機10、距離傳感器20和液體供應單元30作為構(gòu)成元件，但是植物栽培支持裝置2可以僅配置有計算機10。在此情況下，計算機10從與計算機10分開準備的距離傳感器獲得距離數(shù)據(jù)，并且計算機10例如基于所獲得的距離數(shù)據(jù)推導植物500的水分虧缺評估值。此外，將信息傳送至與計算機10分開準備的液體供應單元30，并且執(zhí)行液體供應。

<第三實施例>

在第三實施例中，根據(jù)第二實施例的植物栽培支持裝置2用于自動確定液體供應量和時間。另外，在第三實施例中，可以省略與已經(jīng)描述的實施例中相同的構(gòu)成元件的描述。

圖6是描繪由根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的植物栽培支持裝置2執(zhí)行的處理的流程圖。參考圖6詳細描述由植物栽培支持裝置2執(zhí)行的處理。

首先，執(zhí)行與圖2的步驟S101至S102相同的處理。接下來，在步驟S310中，計算機10基于距離數(shù)據(jù)估計生長程度。具體地，算術(shù)單元12內(nèi)的評估單元121基于距離數(shù)據(jù)估計植物500的生長程度，并推導指示植物500的生長狀態(tài)的生長評估值。

換言之，隨著植物500的高度根據(jù)生長而增加，從距離傳感器20到葉子的距離減小。因此，通過追蹤到葉子的距離在時間上的改變，可以估計植物500的高度，即，生長程度。另外，葉子的萎蔫和植物500的生長是相對于從距離傳感器20的距離在相反方向上作用的改變。然而，前者是短期改變，而后者是長期改變，從而可以容易地使用在時間軸的方向上的頻率分析來區(qū)分改變。

用于基于距離數(shù)據(jù)估計生長程度的具體方法的示例包括以下。第一示例是基于校準曲線的估計。換言之，預先測量表示植物500的生長程度的高度、葉子面積等，并且將通過同時測量同一植物500而獲得的距離數(shù)據(jù)與這些項相關(guān)聯(lián)以描畫校準曲線。通過使用此校準曲線，可以在給定時間基于距離數(shù)據(jù)估計生長程度。

第二示例是基于距離的估計。換言之，通過從預定時間范圍中的距離數(shù)據(jù)推導代表值，可以估計植物的高度并使用其作為生長程度的標準。

第三示例是基于三維形狀的估計。換言之，基于在空間上獲得的距離數(shù)據(jù)，在三個維度中恢復整個植物的形狀和葉子的形狀。從三維形狀，估計樹冠的寬度和體積以獲得生長程度。

另外，如上所述估計的生長程度可以是要用作指示的指標。不需要獲得生長的嚴格值。

此外，雖然在圖6的流程圖中每次獲得距離數(shù)據(jù)時都估計生長程度，但是估計不限于此。因為植物的生長是在比葉子的萎蔫更長的時間間隔中發(fā)生的現(xiàn)象，所以可以例如一天估計一次生長程度，并且，可以使用同一值直到下次估計為止。此外，期望在當未發(fā)生葉子的萎蔫時的時間估計生長程度。

接下來，執(zhí)行與圖2的步驟S103中相同的處理。然而，在步驟S103中，期望根據(jù)植物的生長程度改變液體供應量和時間。例如，通過預先創(chuàng)建將這些項相關(guān)聯(lián)的表并參考此表，可以確定液體供應量和時間。此外，可以根據(jù)估計的生長程度改變肥料。例如，如需要，則可以通過控制在準備營養(yǎng)液時混合的水和肥料的量和類型，向植物供應適合于生長階段的營養(yǎng)液。

在步驟S103中，如果液體供應被確定是必要的(是)，則處理進行至步驟S210。如果液體供應未被確定是必要的(否)，則處理進行至步驟S105。

步驟S101至S210是在距離數(shù)據(jù)的單次獲取中執(zhí)行的系列處理。當這些步驟完成時，在步驟S105中確定是否結(jié)束控制。如果在步驟S105中確定控制結(jié)束(是)，則控制結(jié)束。如果在步驟S105中未確定控制結(jié)束(否)，則處理返回至步驟S101，并且，在預定時間、或在預定時間間隔之后，重復步驟S101至S210中的處理。

以此方式，在根據(jù)第三實施例的植物栽培支持裝置2中，除了推導水分虧缺評估值之外，評估單元121還基于距離數(shù)據(jù)推導指示植物500的生長狀態(tài)的生長評估值。此外，控制單元122基于由評估單元121推導的水分虧缺評估值和生長評估值，確定要施加到植物500的控制(液體供應量和時間)，并生成要用于該控制的控制信號。

換言之，植物栽培支持裝置2總是監(jiān)測作為觀察對象的植物500，并根據(jù)植物500的生長程度確定液體供應量和時間。因此，可以控制灌溉量、時間以及甚至肥料的量和類型，從而可以在每個生長階段中實現(xiàn)最佳液體供應控制。

最佳灌溉量和灌溉時間根據(jù)植物500的生長狀況而不同。即使施加相同水平的水分虧缺，不成熟的植物和成熟的植物也在尺寸上不同。因此，容易想象所需水量不同。鑒于此，可以通過總是確定植物500的生長狀況，實現(xiàn)比相關(guān)技術(shù)更恰當?shù)墓喔瓤刂啤?/p>

此外，在植物栽培支持裝置2中，控制單元122可以基于生長評估值(根據(jù)植物500的生長程度)確定關(guān)于應當由液體供應單元30施加到植物500的營養(yǎng)液的類型或濃度的信息，并且可以生成包括所確定的信息的控制信號。根據(jù)此，可以根據(jù)植物500的生長階段供應恰當類型的肥料或具有該濃度的營養(yǎng)液。

<第四實施例>

在第四實施例中，在第一至第三實施例中的生長點附近，觀察區(qū)域是有限的。另外，在第四實施例中，可以省略與在已經(jīng)描述的實施例中相同的構(gòu)成元件的描述。

在第一至第三實施例中，基于有關(guān)整個植物的距離數(shù)據(jù)估計水分虧缺狀態(tài)。然而，估計不限于此。幼嫩的葉子比成熟的葉子更有可能由于水分虧缺而萎蔫。因此，如果將幼嫩的葉子設(shè)置為評估萎蔫的目標，則預期比整個植物更早地且以更高準確度檢測水分虧缺。

因此，第四實施例在估計水分虧缺狀態(tài)時關(guān)注于生長點的周圍。例如，從距離數(shù)據(jù)，僅選擇有關(guān)植物的生長點周圍的數(shù)據(jù)，并且基于改變估計水分虧缺狀態(tài)。換言之，雖然在其它實施例中評估整個植物的葉子的萎蔫，但是在第四實施例中僅評估上部的葉子的萎蔫。

具體地，因為在植物的相對高的部分中存在幼嫩的葉子，所以在距離數(shù)據(jù)中僅使用對應于植物的相對高的部分的距離數(shù)據(jù)的一部分，推導水分虧缺評估值等。用于選擇對應于相對高的部分的距離數(shù)據(jù)的方法的示例包括以下。

第一示例是基于高度的絕對值的選擇。例如，使用例如第三實施例中描述的方法估計該植物的高度，從而可以提取根據(jù)植物的高度預先確定的垂直位置的范圍內(nèi)的距離數(shù)據(jù)。

第二示例是基于距生長點的距離的選擇。換言之，從在空間上獲得距離數(shù)據(jù)確定植物的形狀，并且將最高部分處置為生長點。然后，在垂直方向上設(shè)置從生長點的高度起的預定范圍，并且選擇該范圍中包括的距離數(shù)據(jù)。使用如上所述提取的關(guān)于生長點周圍的幼嫩葉子的距離數(shù)據(jù)，從而例如在圖6的步驟S102中估計水分虧缺狀態(tài)。

以此方式，根據(jù)第四實施例，評估對象限于最有可能由于萎蔫而在外觀上具有改變的生長點的周圍。根據(jù)此，與其它實施例相比，可以以更高準確度和更高靈敏度估計水分虧缺狀態(tài)和生長程度，從而可以確定最佳液體供應量和液體供應時間。

雖然優(yōu)選實施例如上所述，但是本發(fā)明不限于上述實施例，而是可以將各種類型的修改和替換添加到上述實施例，而不偏離權(quán)利要求的范圍。