專利名稱：種植場中農(nóng)作物營養(yǎng)狀況的診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用在農(nóng)田里生長的農(nóng)作物的反射光獲得用農(nóng)作物氮含量等表示的農(nóng)作物信息從而診斷農(nóng)作物營養(yǎng)的方法。
獲得諸如農(nóng)作物氮含量比率、葉色素(leaf color)值、氮吸收量、植物高度、干物質(zhì)(dry matter)重量等農(nóng)作物信息的第一常規(guī)方法是這種方法，利用諸如數(shù)字攝象機之類的光接收裝置、涂有硫酸鋇等的參考板和其中生長農(nóng)作物的單位農(nóng)田(或其一部分)通過攝象來獲得來自參考板和來自農(nóng)田中農(nóng)作物的反射光量，由參考板和農(nóng)作物的反射光量獲得農(nóng)作物的反射率，然后根據(jù)得到的反射率和為了由反射率獲得氮含量比率(氮吸收量，葉色素值，植物高度，干物質(zhì)重量)而預(yù)定的關(guān)系式，獲得氮含量比率(氮吸收量，葉色素值，植物高度，干物質(zhì)重量)，接著相對氮含量曲線與基于生長天數(shù)的該時間階段的標準氮含量比率進行比較，從而進行生長診斷?？墒?，從農(nóng)田獲得的農(nóng)作物的反射光量因天氣而改變。此外，即使在用參考板補償天氣時，也需要使測量方向、風和種植密度中的各項處于與準備預(yù)定關(guān)系式以由反射率獲得氮含量比率時所施加的條件相同。當條件不同時，需要由此進行補償，但不能認為僅通過由作為基準的參考板獲得反射率來補償所有的條件。實際上，在太陽高度、測量方向、種植密度或種類的限制條件下進行測量。
至于第二種獲得農(nóng)作物信息的常規(guī)方法，有一個裝置，其中具有與農(nóng)作物信息有關(guān)的波長的光隨農(nóng)作物的生長而增加或降低，對農(nóng)作物的葉片照射例如從可見光區(qū)到近紅外區(qū)范圍的光，和基于利用具有與農(nóng)作物信息有關(guān)的波長的光獲得的接收光量和為了由接收光量計算例如葉片氮含量等而預(yù)定的氮含量關(guān)系式，測量葉片氮含量。該裝置用于測量農(nóng)田里農(nóng)作物的葉片數(shù)，并能夠高精度地獲得葉片氮含量?？墒?，為了準確地捕獲整個農(nóng)田中的農(nóng)作物信息，需要對整個農(nóng)田進行復(fù)雜并且麻煩的短暫測量。
上述第一常規(guī)方法是這種方法，盡管該方法測量簡單，但從農(nóng)田獲得的農(nóng)作物信息受諸如測量位置和植物密度等因素的影響，由于測量時間和位置情況，因而不能精確地測量。對測量沒有限制并且有較高精度的第二種方法優(yōu)于第一種方法。可是，第二種方法的問題是必須對每一個葉片進行測量，因而要求大量的測量點并因此需要長時間。
本發(fā)明的目的在于，當測量反射光量獲得農(nóng)作物信息時，可以進行補償，以便沒有因測量位置和植物密度引起的誤差出現(xiàn)，并且所提供的診斷農(nóng)作物營養(yǎng)的方法能夠簡單和容易地測量農(nóng)作物信息并可提高測量精度。
本發(fā)明的第一種方法是診斷農(nóng)田中農(nóng)作物的方法，其中測量光的反射率，該光來自暴露于自然光下的農(nóng)作物農(nóng)田的固定區(qū)域中的農(nóng)作物且其波長與隨農(nóng)作物的生長而增加或降低的農(nóng)作物信息有關(guān)；利用所述反射率和為由反射率獲得農(nóng)作物信息而預(yù)定的第一農(nóng)作物關(guān)系式，獲得預(yù)定農(nóng)作物的農(nóng)作物信息并作為第一農(nóng)作物信息存儲；測量透射光和反射光中至少任一個的光量，所述光的波長與隨農(nóng)作物生長而增加或降低的農(nóng)作物信息有關(guān)；利用所述光量和為由光量獲得農(nóng)作物信息而預(yù)定的第二農(nóng)作物關(guān)系式，獲得農(nóng)作物信息并作為第二農(nóng)作物信息存儲；獲得所述第一農(nóng)作物信息與所述第二農(nóng)作物信息之差；獲得來自相同農(nóng)田中預(yù)定區(qū)域的未知農(nóng)作物的第一農(nóng)作物信息；根據(jù)所述差補償該第一農(nóng)作物信息；和根據(jù)所述補償?shù)牡谝晦r(nóng)作物信息進行在農(nóng)田中農(nóng)作物的營養(yǎng)診斷。
預(yù)先已研究了通過獲得農(nóng)作物的反射光量獲得反射率和用于獲得第一農(nóng)作物信息的反射光量來獲得第一農(nóng)作物關(guān)系式，并且它是常規(guī)的，此外，還研究了通過對葉子照射光獲得反射率來獲得確定的用于獲得第二農(nóng)作物信息的第二農(nóng)作物關(guān)系式，并且它也是常規(guī)的。因此，可容易地獲得這種信息。按照本發(fā)明，并有效地組合上述兩個有用的方式，計算由這兩個方式分別獲得的第一農(nóng)作物信息與第二農(nóng)作物信息之差。利用該差補償?shù)谝晦r(nóng)作物信息，不僅可以補償因天氣變化(天氣、時間、存儲位置)引起的誤差，而且還可補償被認為難以補償?shù)囊蚋N因素(測量方向、種植密度)變化引起的誤差。因補償能夠簡單容易地進行，因而該方法特別適于在同一農(nóng)田中的多點進行營養(yǎng)診斷。
存儲如上確定的第一農(nóng)作物信息與第二農(nóng)作物信息之差，僅獲得已獲得第一農(nóng)作物信息的該農(nóng)田中固定區(qū)域的未知農(nóng)作物的第一農(nóng)作物信息，便可利用第一農(nóng)作物信息和上述差來補償?shù)谝晦r(nóng)作物信息。該方法能夠容易地補償因種植密度和測量方向引起的誤差，該方法可在提供補償值的設(shè)備中實施。這種設(shè)備容易用于農(nóng)作物營養(yǎng)診斷。
第二發(fā)明涉及診斷農(nóng)作物的方法，其中測量光的反射率，該光來自暴露于自然光下的農(nóng)田固定區(qū)域中的農(nóng)作物且其波長與隨農(nóng)作物的生長而增加或降低的農(nóng)作物信息有關(guān)；根據(jù)多個部分的每一部分的反射率和為由反射率獲得農(nóng)作物信息而預(yù)定的第一農(nóng)作物關(guān)系式，計算各部分的農(nóng)作物信息，和將這種信息作為第一農(nóng)作物信息并存儲；從存儲的各部分的第一農(nóng)作物信息中選擇至少兩個部分的農(nóng)作物信息；將光照射到農(nóng)田的這兩個部分中的葉片上；測量透射光或反射光中的至少任一個，所述光的波長與隨農(nóng)作物生長而增加或降低的農(nóng)作物信息有關(guān)；利用所述光量和為由光量獲得農(nóng)作物信息而預(yù)定的農(nóng)作物關(guān)系式，計算這兩個部分的農(nóng)作物信息，將這種信息作為第二農(nóng)作物信息并存儲；確定用于根據(jù)第二農(nóng)作物信息校正第一農(nóng)作物信息的補償換算公式；利用補償換算公式補償各部分的第一農(nóng)作物信息并將其作為第三農(nóng)作物信息；和利用獲得的第三農(nóng)作物信息進行在種植場中農(nóng)作物的營養(yǎng)診斷。
為了比第一農(nóng)作物營養(yǎng)診斷方法更精確地進行補償，采用第二種農(nóng)作物營養(yǎng)診斷方法。即，在獲得農(nóng)作物信息并分成多個部分之后，從多個部分內(nèi)選擇至少兩個數(shù)據(jù)點，由與選擇這兩個數(shù)據(jù)點的農(nóng)田相同的農(nóng)田中的農(nóng)作物葉子直接獲得第二農(nóng)作物信息。這樣，利用第一和第二農(nóng)作物信息的這兩個數(shù)據(jù)點，確定其相互關(guān)系并限定補償關(guān)系式，然后根據(jù)該公式，補償多個部分中的所有值。在獲得的補償關(guān)系式中，可由區(qū)域的固定范圍獲得多個農(nóng)作物信息，并且利用補償關(guān)系式，可對大范圍的區(qū)域補償?shù)谝晦r(nóng)作物信息。
在上述第一和第二營養(yǎng)診斷方法和用該方法進行農(nóng)作物診斷中，可獲得各單位農(nóng)作物農(nóng)田的第一農(nóng)作物信息，或獲得可任意確定并且小于單位農(nóng)作物農(nóng)田的各單位區(qū)域的信息。其中單位農(nóng)作物農(nóng)田指用通常稱為“犁溝”的東西分割的一塊農(nóng)田。
第三發(fā)明涉及診斷農(nóng)作物的方法，其中測量光的反射率，該光來自暴露于自然光的農(nóng)田中多個分割部分的各部分的農(nóng)作物且其波長與隨農(nóng)作物的生長而增加或降低的農(nóng)作物信息有關(guān)；根據(jù)反射率和為由反射率獲得農(nóng)作物信息而預(yù)定的第一農(nóng)作物關(guān)系式，計算各部分的農(nóng)作物信息，和將這種信息作為第一農(nóng)作物信息并存儲；從存儲的各部分的第一農(nóng)作物信息中選擇至少兩個部分的農(nóng)作物信息；將光照射到位于農(nóng)田的這兩個部分中的葉片上；測量透射光或反射光中的至少任一個，所述光的波長與隨農(nóng)作物生長而增加或降低的農(nóng)作物信息有關(guān)；利用所述光量和為由光量獲得農(nóng)作物信息而預(yù)定的農(nóng)作物關(guān)系式，計算這兩個部分的農(nóng)作物信息，將這種信息作為第二農(nóng)作物信息并存儲；確定用于根據(jù)第二農(nóng)作物信息校正第一農(nóng)作物信息的補償換算公式；利用補償換算公式補償各部分的第一農(nóng)作物信息并將其作為第三農(nóng)作物信息；和利用獲得的第三農(nóng)作物信息進行農(nóng)作物種植場的營養(yǎng)診斷。
與上述第二種農(nóng)作物診斷方法不同，該第三方法獲得與多個分割部分單獨有關(guān)的信息。從多個部分中選擇至少兩個部分的數(shù)據(jù)，通過從與這兩個部分相同的部分中的農(nóng)作物葉子直接獲得第二農(nóng)作物信息，利用這兩點的數(shù)據(jù)確定第一農(nóng)作物信息與第二農(nóng)作物信息之間的相互關(guān)系，限定補償關(guān)系式。根據(jù)該公式，可補償多個部分的所有值。在獲得補償關(guān)系式中，可由大范圍區(qū)域獲得多個農(nóng)作物信息，并且由補償關(guān)系式，可對大范圍區(qū)域補償?shù)谝晦r(nóng)作物信息。
至于第三農(nóng)作物診斷方法中的部分，單位農(nóng)作物農(nóng)田可以由一個部分形成，由多個單位農(nóng)作物農(nóng)田信息可獲得第一農(nóng)作物信息，或由設(shè)在單位農(nóng)作物農(nóng)田內(nèi)的多個部分獲得各部分的第一農(nóng)作物信息。
在上述第二和第三農(nóng)作物診斷方法中，存儲第一農(nóng)作物關(guān)系式和補償換算公式并測量未知農(nóng)田農(nóng)作物葉子的反射率，由此根據(jù)第一農(nóng)作物關(guān)系式和補償換算公式，獲得第三農(nóng)作物信息。在控制裝置的存儲器部分中存儲這些項目并用于適當?shù)夭僮?，該方法可用于設(shè)備中，不僅實現(xiàn)農(nóng)作物診斷而且還對提高測量精度有利。
有關(guān)第二和第三農(nóng)作物診斷方法，從多個部分中選擇的任意兩個部分可以分別是第一農(nóng)作物信息的最大值和最小值的部分。以這種方式，在高和低的兩點，可容易地確定第一農(nóng)作物信息和第二農(nóng)作物信息的補償換算中的直線，而不受其余數(shù)據(jù)的影響。
可以是各種農(nóng)作物信息，但為了診斷農(nóng)作物營養(yǎng)的目的，認為葉子的氮含量或葉子的色素值最好。這種考慮的原因是，在農(nóng)作物中，葉子中的氮含量是直接表示化肥作用或施肥適當或不適當?shù)囊蛩亍?br> 在第一至第三農(nóng)作物診斷方法中，為了測量光的反射率，該光的波長與隨農(nóng)作物生長而增加或降低的農(nóng)作物信息有關(guān)，利用多個圖象元(element)構(gòu)成的攝象元拍攝農(nóng)作物反射率的圖象，選擇相應(yīng)于農(nóng)作物的接收反射光的圖象元，和根據(jù)所選圖象元的接收數(shù)據(jù)的光測量反射率，由此提供通過獲得第一農(nóng)作物信息而診斷農(nóng)作物的方法。無論單位農(nóng)田是否在例如1m2范圍內(nèi)，用如數(shù)字攝象機之類的攝象裝置獲得的反射光受種植密度或?qū)r(nóng)田攝象的方向的影響，以致作為反射光的拍攝農(nóng)作物圖象的光不一定是反射光。即，從單元圖象元的觀點來看，可能包括從不是農(nóng)作物反射的反射光，例如從農(nóng)田土壤反射的光。這樣，僅僅選擇與區(qū)域的預(yù)定范圍的反射率有關(guān)的圖象元并用作來自農(nóng)作物的反射光，根據(jù)這種接收光數(shù)據(jù)獲得第一農(nóng)作物信息。
根據(jù)參照


的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的下列描述，將明了本發(fā)明的以上和其它目的、特征和優(yōu)點，其中圖1是表示設(shè)置于農(nóng)田中且用于測量農(nóng)作物葉子反射光的攝象機和參考板的位置簡圖；圖2是用于測量農(nóng)作物葉子反射光的攝象機的方框圖；圖3是數(shù)據(jù)處理裝置的方框圖；圖4是表示拍攝農(nóng)作物農(nóng)田圖象時俯角和張角的圖；圖5是表示圖象元和圖象傳感器拍攝區(qū)域配坐(coordinate)的圖；圖6是葉片氮含量測量裝置的控制框圖；圖7是表示葉片氮含量測量裝置的操作的圖；圖8是表示用葉片氮含量測量裝置的測量與用攝象機攝象之間的氮含量關(guān)系的曲線圖；圖9是表示在多個部分中進行營養(yǎng)診斷補償?shù)闹档谋砀瘢?br> 圖10是表示農(nóng)作物葉子和土壤的相對于波長的反射率曲線的圖；圖11是表示用攝象機獲得的由農(nóng)作物葉子和土壤接收的光的數(shù)據(jù)的圖；圖12是示意性表示測量入射光的照明光度計的側(cè)剖面圖；圖13是表示自動化肥撒肥機的側(cè)視圖；圖14是表示在農(nóng)作物農(nóng)田中使用自動化肥撒肥機時農(nóng)作物農(nóng)田的平面圖；和圖15是其中安裝按照本發(fā)明的裝置的耕種機的側(cè)視圖。
參照圖1-圖3說明本發(fā)明的測量裝置。其中，水稻植物用作農(nóng)作物例。作為光接收裝置的攝象機2對著生長著農(nóng)作物的農(nóng)田1，用于測量農(nóng)作物的反射光。當然，農(nóng)田1暴露于自然光下。此外，白色的參考板3設(shè)置在農(nóng)作物農(nóng)田1中。
圖2是展示攝象機2的方框圖。攝象機2具有數(shù)量級在240000(600×400)象素的分辨率并配有面型傳感器4。在攝象機2中，有配備多個窄帶通濾波器5的濾光輪6，通過例如旋轉(zhuǎn)濾光輪6轉(zhuǎn)換濾光器5。通過例如作為光學裝置的會聚透鏡7由面型傳感器4接收通過濾光器5的光。在控制電路8的控制下利用步進電機9旋轉(zhuǎn)濾光輪6。并且，控制電路8將從傳感器4接收的光信號傳送給數(shù)據(jù)處理裝置20。
從450、550、625、650、675和700nm的可見光波長和從750、850、950-1300nm的近紅外區(qū)波長中適當選擇各濾光器5。就這些波長來說，需要選擇能夠展示因改變氮含量比率或農(nóng)作物葉色素值而引起特性改變的區(qū)域。因此，可從可見光波長和近紅外區(qū)波長或從它們中的任一個中選擇濾光器。并且，波長不限于本發(fā)明實施例中的那些波長。圖2示出四個濾光器，但濾光器的數(shù)量并不受限制，是可以改變的，可按照期望的目的進行改變。操作開關(guān)10連接到控制電路8。操作開關(guān)10配有起動攝象操作的攝象起動開關(guān)10a、停止攝象操作的攝象停止開關(guān)10b、轉(zhuǎn)換濾光器的濾光器轉(zhuǎn)換開關(guān)10c、傳送攝象數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳送開關(guān)10d和電源開關(guān)10e。
圖3用方框圖表示數(shù)據(jù)處理裝置20。數(shù)據(jù)處理裝置20配有模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(以下稱為“A/D轉(zhuǎn)換器”)21、在A/D轉(zhuǎn)換之后存儲圖象數(shù)據(jù)的幀存儲器22、可視地顯示圖象數(shù)據(jù)的監(jiān)視器23、和數(shù)字圖象處理板24。這些部分通過輸入/輸出端口(以下稱為“I/O端口”)25與算術(shù)處理圖象數(shù)據(jù)的CPU26連接，并通過接口板(以下稱為“I/F板”)27與后述的葉片氮含量測量裝置30連接。此外，其中存儲控制程序等的只讀存儲器(以下稱為“ROM”)28和能夠存儲計算結(jié)果和可按要求讀出它們的讀寫存儲器(以下稱為“RAM”)29連接到CPU26。
當按壓傳感器的電源開關(guān)10e時，面型傳感器4接收圖象的反射光信號并變成圖象信號，當按壓數(shù)據(jù)傳送開關(guān)10d時，該圖象信號傳送給數(shù)據(jù)處理裝置20。在數(shù)據(jù)處理裝置20，利用圖象處理板24處理圖象信號并在監(jiān)視器23上顯示被處理的圖象。在監(jiān)視器23，當確認農(nóng)田1時，設(shè)置攝象機的位置并確定攝象范圍。一旦攝象的范圍確定，便按壓攝象起動開關(guān)10a通過當前設(shè)置的濾光器5拍攝農(nóng)田1中生長的水稻植物葉子的圖象，然后旋轉(zhuǎn)步進電機9和濾光輪6，轉(zhuǎn)換濾光器轉(zhuǎn)換開關(guān)10c，由此從控制電路8輸出信號。在旋轉(zhuǎn)濾光輪6轉(zhuǎn)換濾光器5之后，按壓攝象起動開關(guān)10a再進行圖象拍攝。結(jié)果，對各濾光器5來說產(chǎn)生圖象信號。其中，如果攝象機2的面型傳感器4缺少大容量的存儲元件，那么每次攝象便按壓數(shù)據(jù)傳送開關(guān)10d，，將數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)處理裝置20。
由攝象機2的面型傳感器4接收的反射光是參考板3的反射光量和農(nóng)田1中農(nóng)作物葉子的反射光量。當測量參考板3的反射光量，即參考光量時，可計算自然光入射的光量。即，如果參考板3是已知反射率的板，那么參考板3的反射率被解釋為例如95％的固定反射率，當測量從參考板3反射的光時假設(shè)反射光量為X，未知的自然光光量(參考光量)假設(shè)為Y，那么建立下式1。
Y=X/0.95………………… (1)Y自然光量(參考光量)X來自參考板的光量利用上式1，可計算自然光量(參考光量)Y。因此，如果測量的水稻農(nóng)作物的反射光為Z，那么建立下式2。
U=Z/Y……………………(2)U水稻農(nóng)作物葉子的反射率Y自然光量(參考光量)Z水稻農(nóng)作物葉子的反射光量因此，可獲得水稻農(nóng)作物葉子的反射率。利用該反射率計算水稻農(nóng)作物葉子中的氮含量。公式1和2存儲在ROM28中。以下列方式測量和存儲上述自然光量。轉(zhuǎn)換攝象機2配備的濾光器5，測量各濾光器的參考板3的反射光量，并將測量的數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)處理裝置20，由A/D轉(zhuǎn)換器21數(shù)字轉(zhuǎn)換該數(shù)據(jù)并存儲在RAM29中。即，在各濾光器5測量并存儲自然光Y的量值。
利用攝象機2，轉(zhuǎn)換濾光器5，在各濾光器5，接收農(nóng)田1某范圍中水稻農(nóng)作物葉子的反射光量并將其傳送給數(shù)據(jù)處理裝置20。在數(shù)據(jù)處理裝置20，由A/D轉(zhuǎn)換器21對該信號進行數(shù)字轉(zhuǎn)換并將其存儲在幀存儲器22中。在CPU26，對于存儲在幀存儲器22中的各濾光器5的葉子反射光量來說，獲得由各圖象元接收的反射光量平均值，根據(jù)預(yù)先存儲在ROM28中的上述公式2計算反射率，計算結(jié)果存儲在RAM29中。以這種方式，存儲按單位圖象元在某一范圍例如1平方米(1m2)內(nèi)農(nóng)作物葉子的反射率。就其中所獲得的反射率而言，最好補償入射光量之差，該入射光量之差是在攝象機置于大體與農(nóng)作物農(nóng)田相同水平面的地上的情況下，因攝象機與農(nóng)作物農(nóng)田之間的遠近關(guān)系引起的從農(nóng)作物農(nóng)田到攝象機的反射光入射角之差所致。
圖4表示拍攝的農(nóng)場1中的農(nóng)作物葉子的240000象素的圖象數(shù)據(jù)被再分成多個部分(divisions)的例子。例如，利用攝象機2，轉(zhuǎn)換濾光器5，在各濾光器，接收農(nóng)田1中某一范圍中水稻農(nóng)作物葉子的反射光量并傳送給處理裝置20。在數(shù)據(jù)處理裝置20，由A/D轉(zhuǎn)換器21對信號進行數(shù)字轉(zhuǎn)換并將其存儲在幀存儲器22中。在CPU26，相對于存儲在幀存儲器22中的各濾光器5的葉子反射光量，例如從圖4中左側(cè)頂部開始形成第①-⑨部分，獲得由各圖象元2接收的反射光量平均值。然后，基于預(yù)選存儲在ROM28中的上述公式2，計算這9個部分各部分的反射率并存儲在RAM29中。如果假定一個攝象機接收光的范圍，例如為1m2，那么存儲在1m2內(nèi)這9個部分的反射率。在監(jiān)視器23上，顯示正由圖象處理板24處理的圖象。
在RAM29中，存儲通過多個濾光器5中的每一個接收的上述農(nóng)田某一區(qū)域內(nèi)的農(nóng)作物葉子的反射率和利用各濾光器5在這9個部分中分別處理的農(nóng)作物葉子的反射率。使存儲在RAM29中的各濾光器5的反射率或利用各濾光器5在這9個部分中處理的反射率作為說明變量，通過收集相同的某一區(qū)域或相同部分內(nèi)生長的葉子，直接化學分析來自這些葉子的農(nóng)作物信息，例如氮含量，或通過直接測量葉子顏色來獲得顏色值，使氮含量比率或顏色值作為客觀變量。然后，制定并在ROM28中存儲用于獲得農(nóng)田某一區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物葉子的農(nóng)作物信息的關(guān)系式(第一農(nóng)作物關(guān)系式)和用于獲得這9個部分中各部分的農(nóng)作物葉子的農(nóng)作物信息的公式(第一農(nóng)作物關(guān)系式)。
并且，假定在第①部分有利用濾光器1的反射率R1，有利用濾光器2的反射率R2，有利用濾光器3的反射率R3，有利用濾光器4的反射率R4，有通過化學分析相同部分內(nèi)農(nóng)作物葉子所獲得的氮含量比率N1，如果滿足下列公式3，N1=F0+F1·R1+F2·R2+F3·R3·F4·R4，………… (3)通過測量多個氮含量比率N，將滿足下列公式4，N1=F0+F1·R11+F2·R21+F3·R31·F4·R41N2=F0+F1·R12+F2·R22+F3·R32·F4·R42Nn=F0+F1·R1n+F2·R2n+F3·R3n·F4·R4n…………(4)如果在這里進行多重回歸分析，那么獲得下列公式5，即，第一農(nóng)作物關(guān)系式。
N=F0+F1·R1+F2·R2+F3·R3·F4·R4+C………… (5)其中，N被測目標的氮含量F0-F4常數(shù)R1~R4各濾光器反射率C補償值對于葉子色素值，同樣可獲得關(guān)系式。以上式5存儲于ROM28中。
如上那樣，如果，公式1、公式2和公式5預(yù)先存儲在ROM28中，用攝象機2拍攝參考板和農(nóng)田中某一區(qū)域內(nèi)水稻農(nóng)作物的葉子，將圖象信號傳送給數(shù)據(jù)處理裝置20，那么根據(jù)數(shù)據(jù)處理裝置20的第一農(nóng)作物關(guān)系式(公式5)計算氮含量比率。以這種方式，可獲得在農(nóng)田某一區(qū)域內(nèi)水稻農(nóng)作物的氮含量比率或各部分即第①-⑨部分中的氮含量比率(第一農(nóng)作物信息)。圖4的各部分中所給出的值是如上獲得的氮含量比率例。
下面參照圖5-圖7說明葉片氮含量測量裝置30的實例。在局部剖切圖中示出便攜式氮含量測量裝置(以下稱為“測量裝置”)30的主要部分。構(gòu)成圖5和圖6中所示的裝置，以便在主體31內(nèi)，配置光源部分32和在下部配置構(gòu)成光量檢測裝置33的光電二極管(未示出)。作為光源32，提供LED 34、35，即在相同周邊(periphery)上具有不同標稱波長峰值的多個光發(fā)射元件，并將分別具有不同波帶的窄帶通濾光器36、37提供給LED34、35。作為波帶，500nm-1100nm最好，從這些波帶，選擇與由這些波帶獲得的葉片氮含量有關(guān)的窄帶通濾光器36、37，或選擇與葉色素值有關(guān)的任意特定波長。利用窄寬通濾光器36、37從各LED34、35發(fā)射的光變成具有特定波長的光，并入射到在其上選擇光的擴散反射板38上。并且，形成塊39，以便來自各LED34、35的光以大體固定的角度入射到擴散反射板38上。
在擴散反射板38上反射的光入射到配置于塊39中心的反射光通路40中，然后入射到配置于反射光通路40的輻射側(cè)41上的擴散透射板42上。擴散透射板42垂直于反射光通路40的光軸設(shè)置，并由毛玻璃或乳白色玻璃形成。通過由反射光通路40和擴散反射板38包圍的空間，光射出反射光通路40同時重復(fù)反射并擴散，通過擴散透射板42和被測葉子43入射到光量檢測裝置44中。
并且，在光量檢測裝置32的頂部周邊，環(huán)繞地配置頂蓋31，用軸46樞軸地支撐從頂蓋31延伸的臂45。此外，樞軸地支撐頂蓋31的軸46載有線圈彈簧47，以便不斷地向頂蓋31加負荷。即，從圖7中將明白，在進行測量時，葉子43被插入測量部分，頂蓋31的頂部壓向下就能夠進行測量操作。在測量定時，向下壓頂蓋31，下壓突起(未示出)對配置于其相對方向的微型開關(guān)48加壓，檢測頂蓋31的下壓便可進行測量(光照射和光量測量)。
下面，說明圖5中的方框圖所示的光吸收測量裝置1。利用光量檢測裝置44，將光源部分32構(gòu)成的在測量部分檢測的樣品葉子43的透射光量轉(zhuǎn)換成模擬信號。光源部分32配有LED34、35的發(fā)光裝置51。在模擬板50，實施從模擬到數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換或從電壓到頻率的V/F轉(zhuǎn)換。被轉(zhuǎn)換的信號通過I/O板輸入到用作運算和控制裝置的CPU53中。在I/O板52中，配備用于顯示計算結(jié)果或操作指令的液晶顯示裝置LCD54、執(zhí)行操作的輸入部分55、從外部輸入數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)輸出到外部的裝置、和開關(guān)48。供電的電源板57連接到該CPU板53和I/O板52。此外，打印機58通過打印I/F板59連接到CPU板53上。并且，只讀存儲器(以下稱為“ROM”)60和讀寫存儲器(以下稱為“RAM”)61連接到CPU板53上。在ROM 60中存儲基于不同農(nóng)田或不同種類(品種)的多個校準曲線，校準曲線構(gòu)成用于獲得氮含量比率(第二農(nóng)作物信息)的關(guān)系式(第二農(nóng)作物關(guān)系式)，其中根據(jù)對預(yù)先測量氮含量比率的多片葉子照射光所獲得的多個吸收光量計算吸收率，利用作為說明變量的吸收率和作為客觀變量的多個已知氮含量比率，構(gòu)成多元回歸分析。至于回歸分析，已說明獲得上式5的過程，因此這里不再重復(fù)說明。并且，ROM60存儲一連串用于測量在測量裝置30的吸收率并計算如氮含量比率之類的量的程序，該程序根據(jù)吸收的測量和計算執(zhí)行操作，顯示計算結(jié)果。
以下說明如上構(gòu)成的測量裝置30的功能。在將葉子樣品43插入測量裝置30中之后，頂蓋31壓向下時，來自開關(guān)48的信號被傳送給CPU板53。從CPU板53，信號被輸出到發(fā)光控制裝置51，發(fā)光信號從發(fā)光控制裝置51傳送到光源部分32。以這種方式，交替地從LED34和LED35對樣品葉子43照射光。從LED34和LED35發(fā)射的光通過窄帶通濾光器36、37轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟úㄩL的光，即近紅外區(qū)域和可見射線區(qū)域的光。由于光從擴散透射板42到達光量檢測裝置44，同時如所述那樣不斷反射和擴散，以與集算球(integrating sphere)相同的均勻度照射樣品葉子43。
當光照射到樣品葉子43上時，由光量檢測裝置44分別接收各LED34、35的反射光或透射光，接收的光信號傳送到模擬板50進行A/D轉(zhuǎn)換。在模擬板50進行A/D轉(zhuǎn)換并通過I/O板52將轉(zhuǎn)換的信號輸入給CPU板53。在CPU板53，計算來自樣品葉子43的透射光或反射光的反射率、透射率或吸收率，然后將計算的值存儲在RAM61中。根據(jù)存儲在RAM61中的吸收率和預(yù)先存儲在ROM33中的氮含量的關(guān)系式，可以計算被測葉子的氮含量。輸入部分55配有用于轉(zhuǎn)換測量裝置30的電源開關(guān)55a、能夠測量透射光的測量開關(guān)55、和具有讀出存儲于ROM60中的校準曲線(公式)、或存儲在RAM61中的吸收率或透射光數(shù)據(jù)或計算結(jié)果、或樣品號的轉(zhuǎn)換功能的讀出開關(guān)55c。
以下，說明基于第一農(nóng)作物信息和第二農(nóng)作物信息處理農(nóng)田中農(nóng)作物診斷的本發(fā)明第一實施例。說明第一農(nóng)作物信息和第二農(nóng)作物信息。利用攝象機2，測量例如來自參考板3的反射光和與氮含量比率有關(guān)的波長的反射光量，它們是隨暴露于自然光下的農(nóng)田1的水稻植物的生長而增加和降低的農(nóng)作物信息。如圖3和圖4所示，在數(shù)據(jù)處理單元20中，根據(jù)由攝象機2測量的光接收范圍內(nèi)的葉子反射光量和用于獲得在存儲于ROM28中的光接收范圍內(nèi)的反射率的公式2，計算反射率，利用這樣獲得的該反射率和存儲于ROM28中的第一農(nóng)作物的所述公式，在RAM29中存儲在攝象機2的光接收范圍內(nèi)的作為第一農(nóng)作物信息的氮含量比率和氮含量比率。
下面，說明有關(guān)在攝象機2的光接收范圍內(nèi)生長的水稻植物葉子的氮含量比率的情況。用裝置30測量的水稻植物葉子的氮含量比率(第二農(nóng)作物信息)是直接由水稻植物葉子獲得的測量值，該值不受諸如測量方向和植物密度等因素的影響。因此，按照本發(fā)明，計算第一農(nóng)作物信息與第二農(nóng)作物信息之間的差。例如，假定首先測量的第一農(nóng)作物信息是4.0％，用裝置30測量的第二農(nóng)作物信息是3.0％，用裝置30測量的值作為第二農(nóng)作物信息并存儲在RAM61中。將利用測量裝置30獲得的第二農(nóng)作物信息從測量裝置30的連接端口20通過數(shù)據(jù)處理單元20的I/F板傳送到數(shù)據(jù)處理單元20，該信息存儲在RAM29中。在單元20，根據(jù)RAM29中的第一農(nóng)作物信息與第二農(nóng)作物信息之間的差-1％，通過對第一農(nóng)作物信息加-1％補償?shù)?.0％，補償?shù)谝晦r(nóng)作物信息。
即，該差最新地存儲于RAM29中作為補償值，在用攝象機2測量光接收范圍內(nèi)的其它農(nóng)作物葉子的反射光之后，增加-1％的差以補償由單元20計算的所有值。以這種方式，利用攝象機2和單元20可實現(xiàn)不受測量方向和植物密度影響的測量。并且，在RAM29中存儲補償值之后，至少不需要對同一農(nóng)田進行由裝置30進行的多次測量，僅由攝象機2進行一次測量便導(dǎo)致比以前的情況更高精度的測量。并且，不需要相對農(nóng)田內(nèi)所有農(nóng)作物進行利用測量裝置30進行的氮含量比率的測量，而相同地測量農(nóng)田1內(nèi)有代表性的農(nóng)作物葉子就足夠了。
下面說明用于營養(yǎng)診斷的本發(fā)明的第二實施例。利用攝象機2，測量來自參考板3的反射光，例如，與氮含量有關(guān)的波長的反射光量，該反射光量是按照暴露于自然光的農(nóng)田1的水稻植物的生長而增加和降低的農(nóng)作物信息。如圖2-圖4所示，在數(shù)據(jù)處理單元20中，根據(jù)由攝象機2測量的第①-⑨分割部分中反射光量和存儲在ROM28中的各部分反射率的公式2計算反射率，利用所獲得的該反射率和存儲于ROM28中的第一農(nóng)作物關(guān)系式，按一部分一部分方式的氮含量比率作為第一農(nóng)作物信息，并在RAM29中存儲氮含量比率。
利用操作者或單元20，選擇按一部分一部分方式所獲得的比率中的任意兩個部分的氮含量比率，最好，選擇的是氮含量比率值最大和氮含量最小的部分。在圖4所示被選的部分中，利用測量裝置30測量在相應(yīng)農(nóng)田的部分例如最大值為4．2％的第⑤部分和為最小值2.4％的第⑦部分中生長的水稻農(nóng)作物葉子的氮含量比率。其中測量的氮含量比率是在不受測量方向或植物密度的任何影響的情況下導(dǎo)出的。
在測量裝置30中，通過照射與依照農(nóng)作物的生長其農(nóng)作物信息增加或降低的葉片氮含量比率有關(guān)的波長的光，由相應(yīng)于上述農(nóng)田中所選的兩個部分的水稻農(nóng)作物葉片直接獲得接收光量，由該接收光量并根據(jù)吸收率和用于從吸收率獲得葉片氮含量的預(yù)定第二農(nóng)作物關(guān)系式計算與以上兩個部分有關(guān)的氮含量比率，在本實施例中，吸收率由接收光量轉(zhuǎn)換而成。然后，獲得第⑤部分的3.0％的氮含量比率和第⑦部分的2.4％的氮含量比率，這些值存儲在RAM61中作為第二農(nóng)作物信息。將由測量裝置30獲得的這兩個部分的氮含量比率中的每一個從測量裝置30的連接端口56通過數(shù)據(jù)處理單元20的I/F板傳送給數(shù)據(jù)處理單元20，該信息被存儲于RAM29中。
參照圖8，說明第三農(nóng)作物信息，該第三農(nóng)作物信息是根據(jù)存儲于RAM29中的構(gòu)成第二農(nóng)作物信息的兩個部分的氮含量比率，補償也存儲于RAM29中的各部分(在第①-第⑨部分中的氮含量比率)的第一農(nóng)作物信息而獲得的。圖8是在其橫坐標軸上表示由測量裝置30測量的氮含量比率(第二農(nóng)作物信息)同時在其縱坐標軸上表示由數(shù)據(jù)處理裝置20計算的氮含量比率(第一農(nóng)作物信息)的曲線圖。即，該曲線表示由測量裝置30測量的兩個部分的氮含量比率為3.0％和2.4％，和由數(shù)據(jù)處理單元20計算的第⑤部分的氮含量比率為4.2％和第⑦部分的氮含量比率為3.6％。以這種方式，由測量裝置30實際和直接從水稻農(nóng)作物葉片實際測量的兩個部分的氮含量比率和由利用攝象機2測量的氮含量比率的關(guān)系構(gòu)成的簡單函數(shù)表示的直線，使相互關(guān)系更清楚，并且利用該簡單函數(shù)，補償用攝象機2測量的氮含量比率。其中，利用函數(shù)表示的直線進行補償，該函數(shù)被存儲于RAM29中作為補償換算公式。圖8中，特別是，將第5部分的4.2％的氮含量比率補償?shù)?.0％，和將第⑧部分的3.6％的氮含量比率補償為2.4％。同樣地，如圖9中所示，根據(jù)由這兩個部分相互關(guān)系確定的補償換算公式對其余部分的值進行補償。這表示如何獲得第三農(nóng)作物信息。這樣獲得的第三農(nóng)作物信息是對于這9個部分但由這些進一步獲得平均值，對于用攝象機拍攝的圖象范圍可以作為單一農(nóng)作物信息進行處理。至于補償系數(shù)，展示并說明利用這兩個部分的典型值獲得的簡單函數(shù)表示的值，但該補償系數(shù)有可能是利用攝象機攝象的整個部分的農(nóng)作物信息作為說明變量和利用測量裝置30獲得的整個部分的農(nóng)作物信息作為客觀變量獲得的相互關(guān)系系數(shù)，無論是線性或非線性的都可利用這種系數(shù)。
隨后用數(shù)據(jù)處理單元20根據(jù)圖8所示的補償換算公式補償由攝象機2測量的氮含量比率，以便將該結(jié)果用于更精確地測量。因此，與僅用測量裝置30的常規(guī)方法相比，，在農(nóng)田中多個點測量葉片的氮含量比率，可更快地獲得要尋找的信息。并且，當考慮到拍攝參考板獲得農(nóng)作物氮含量比率和農(nóng)田仍處于研究階段這一事實，當然認為上述方法對提高測量精確更有利。并不是對農(nóng)田1中所有農(nóng)作物葉子都要用測量裝置30來測量氮含量比率。
顯然，就其目的來說，按照本發(fā)明第一和第二實施例從農(nóng)田1獲得農(nóng)作物信息進行營養(yǎng)診斷減弱了對攝象機2位置的依賴。即，其中的農(nóng)田1可以是被一般稱其為“犁溝”的東西劃分的一塊農(nóng)田或可以在面積上大于一塊農(nóng)田。在限定補償值或補償系數(shù)上重要的是，由攝象機獲得的農(nóng)作物信息源和由測量裝置30獲得的農(nóng)作物信息源來自相同農(nóng)田。就本發(fā)明第二實施例中進行營養(yǎng)診斷的部分而言，無論是將一次攝象行動拍攝的從一塊農(nóng)田獲得的農(nóng)作物信息分割成多個部分，還是將從小于一塊農(nóng)田的農(nóng)田獲得的農(nóng)作物信息分割成多個部分，都沒有關(guān)系?？墒?，重要的是，在限定補償值或補償系數(shù)中，從同一源收集農(nóng)作物信息。
下面，說明進行診斷的本發(fā)明第三實施例。其中，作為從農(nóng)田1分割的多個部分信息的方法，用與多個部分的數(shù)量相同的攝象行動的數(shù)量利用攝象機2獲得反射光量。即，與第二實施例不同的營養(yǎng)診斷在于對于各部分單獨使用攝象機2來獲得農(nóng)作物信息。以這種方式，由于按一個部分一個部分的方式獲得的農(nóng)作物信息量大于按照第二實施例的一次攝象獲得的信息量，因而可提高由相對于農(nóng)作物信息的相互關(guān)系限定的補償系數(shù)的精度。由于如何確定補償系數(shù)的方式與第二實施例相同，因而這里不再進行說明。其中補償系數(shù)可以是相互關(guān)系系數(shù)，該相互關(guān)系系數(shù)通過使利用攝象機攝象的所有部分的農(nóng)作物信息作為說明變量和使利用測量裝置30獲得的所有部分的農(nóng)作物信息作為客觀變量的相互關(guān)系系數(shù)來獲得。無論是線性還是非線性的都可利用這種系數(shù)的事實與第二實施例相同。
接著，根據(jù)利用數(shù)據(jù)處理裝置20的如圖8所示的補償變換原理，對由攝象機2測量的所有氮含量比率進行補償，以便所獲得的值可用作更精確測量的值。因此，與僅利用測量裝置30測量農(nóng)田中多個點的葉片的氮含量比率的常規(guī)方法相比，可以非?？斓孬@得尋找的信息。并且，當考慮到利用參考板和農(nóng)田的攝象獲得農(nóng)作物氮含量比率還在研究階段這一事實時，可認為上述方法對提高測量精度非常有利。利用測量裝置30的氮含量測量并不對農(nóng)田1中所有的農(nóng)作物葉子進行，而是僅測量農(nóng)田1中某些有代表性的葉子。
顯然，按照本發(fā)明第三實施例的由農(nóng)田1獲得的用于營養(yǎng)診斷的農(nóng)作物信息減弱了攝象機2相對于目標位置的依賴性。即，其中的農(nóng)田1可以是用一般稱為“犁溝”的東西分割的一塊農(nóng)田或可以是大于區(qū)域中一塊農(nóng)田的農(nóng)田。在限定補償值或補償系數(shù)方面重要的是用攝象機獲得農(nóng)作物信息的源和用測量裝置30獲得的農(nóng)作物信息的源來自同一農(nóng)田和同一部分。并且，就本發(fā)明實施例中的部分而言，將由一次攝象行動獲得的農(nóng)作物信息看作一個部分，還是將由小于一塊農(nóng)田的農(nóng)田獲得的農(nóng)作物信息看作一個部分都無關(guān)緊要?？墒?，重要的是，在限定補償值或補償系數(shù)方面，所收集的農(nóng)作物信息基于同一來源。
如前所述，由攝象機進行的測量能夠利用參考板3補償因天氣引起的誤差，和利用由測量裝置30獲得的值補償因測量方向以及種植密度引起的誤差。即，當由測量裝置30進行補償時，由于在攝象機2的測量中，利用由相同攝象機2直接測量農(nóng)作物葉子而獲得的值來補償利用參考板補償因天氣誤差引起的天氣誤差的補償值，和由于利用測量裝置30直接測量的農(nóng)作物葉子的值是與測量方向和種值密度無關(guān)的值，因而通過補償最后獲得的值是不受各種外部因素影響的值，與僅使用常規(guī)攝象機2和數(shù)據(jù)處理的所謂遙感器中的值不同。
在第一至第三實施例中利用攝象機2收集的農(nóng)作物信息中，利用攝象機2獲得的信息不必是所有農(nóng)作物信息。即，當檢查各圖象元中的數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)，盡管幾乎所有的是農(nóng)作物信息，但由于在向下看農(nóng)作物的狀態(tài)下獲得農(nóng)作物信息，因而能取決于種植密度，包括在圖象中的土壤。這樣，按照本發(fā)明，使作為農(nóng)作物信息接收的圖象元和作為非農(nóng)作物信息接收的圖象元分開，僅僅作為農(nóng)作物信息接收的圖象元的數(shù)據(jù)被看作為農(nóng)作物信息。
圖10是表示土壤反射率和農(nóng)作物葉子反射率相對于波長變化的曲線圖。在750nm-1300nm的波長中，發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物葉子反射率相對于土壤反射率相差在20％的數(shù)量級。因而，由公式1和公式2獲得的例如值超過40％的反射率作為從農(nóng)作物葉子接收的光的數(shù)據(jù)進行處理。另一方面，低于上述百分數(shù)的值，不作為從農(nóng)作物葉子接收的光的數(shù)據(jù)進行處理并被刪除。僅僅利用接收的超過40％的光的數(shù)據(jù)，或在獲得各圖象元的平均值之后利用該數(shù)據(jù)，并作為利用攝象機2獲得的農(nóng)作物信息對該值進行處理。例如，圖11(a)假定接收光的數(shù)據(jù)是多個圖象元。在這種情況下，對于1象素的單元，用斜格子表示的部分是農(nóng)作物葉子的反射光，其反射率大于40％。如果斜格子部分相對于土壤而不是農(nóng)作物葉子，如果計算表明反射率低于40％，那么刪除其反射率低于40％的圖象元的接收光數(shù)據(jù)，作為農(nóng)作物信息用的數(shù)據(jù)是由圖11(b)中所示的斜條表示的圖象元獲得的接收光的數(shù)據(jù)。以這種方式，按照本發(fā)明，增加對由攝象機2接收的數(shù)據(jù)的選擇，以便根據(jù)利用攝象機2的農(nóng)作物信息和利用測量裝置30的農(nóng)作物信息確定補償值或補償系數(shù)。這樣，由攝象機2獲得的選擇信息是僅從農(nóng)作物葉子獲得的信息。從測量裝置30獲得的信息當然是從農(nóng)作物葉子直接測量的信息，以便通過農(nóng)作物信息和補償值或補償系數(shù)進行的農(nóng)作物診斷是準確和精確的。
至此已說明，通過測量參考板的反射光，獲得利用攝象機2的農(nóng)作物葉子的反射光的測量，但可以按用照明光度計測量形式測量入射光。圖12示意性表示照明光度計93。具有從近紅外線區(qū)域到可見光線區(qū)域光譜特性的該光度計配有光電轉(zhuǎn)換部分(硅傳感器)94，用于選擇入射到光電轉(zhuǎn)換部分94的光的多個窄帶通濾光器96被提供給利用步進電機97旋轉(zhuǎn)的濾光輪95的周邊部分。通過旋轉(zhuǎn)該濾光輪95，轉(zhuǎn)換多個濾光器96。在光電轉(zhuǎn)換部分94的光接收面?zhèn)?圖12的上部)，在屏蔽板中配置開口部分98，在此之上，配置擴散圓屋頂99，該擴散圓屋頂99由其中心具有光電轉(zhuǎn)換部分94的擴散反射板形成。光電轉(zhuǎn)換部分94和步進電機97與控制部分100接通，它旋轉(zhuǎn)用以轉(zhuǎn)換濾光器96步進電機97，并輸出光電轉(zhuǎn)換部分94的信號。至于濾光器96的種類它們與攝象機2的濾光器5相同?？刂撇糠?00連接到數(shù)據(jù)處理裝置20的I/O端口25(圖3)并受其控制。濾光器96包括中斷光的濾光器，以這種方式，利用濾光器96的轉(zhuǎn)換能夠進行零補償。
利用來自數(shù)據(jù)處理裝置20的信號，照明光度計93的控制部分100轉(zhuǎn)換濾光器96為期望的濾光器。此時，用濾光器96檢測從擴散圓屋頂99擴散-反射和進入的自然光量，將用光電轉(zhuǎn)換部分94檢測的信號傳送給數(shù)據(jù)處理裝置20。在數(shù)據(jù)處理裝置20，將用照明光度計93獲得的光量作為入射光量Y并應(yīng)用于公式2中，以便將從農(nóng)作物葉子獲得的反射光量計算成反射率。當使用照明光度計93時，根據(jù)照明光度計93測量反射光量時的隨時間的反射率獲得第一農(nóng)作物關(guān)系式。
上述說明是在攝象機2拍攝一塊農(nóng)作物農(nóng)田的一部分(1m2)的圖象的前提下作出的。可是，可以對要攝象的一整塊農(nóng)田進行類似補償，可以在例如水稻農(nóng)作物生長階段的穗分化初期那樣的各特定時間階段進行測量，或可以對農(nóng)田的一部分進行補償和評價整個農(nóng)田的氮含量。在該方法中，如果按一種類一種類的方式或一個區(qū)域一個區(qū)域的方式(或一塊農(nóng)田一塊農(nóng)田的方式)進行，那么可更有效地補償。即，如果ROM28分別存儲各種類或各區(qū)域的多個補償校正曲線，那么當需要它們時便可讀出和使用它們。用于本實施例中的攝象機有240000象素的分辨率。如果一次攝象10個區(qū)域的農(nóng)田以獲得農(nóng)作物信息，那么每一平方米的圖象元為250象素。如果在這種數(shù)量級的分辨率是可獲得的，那么使用人造衛(wèi)星代替將攝象機2置于地上的情況，可拍攝所需要的圖象。并且，攝象的攝象機可安裝在氣球、無線電控制的飛機或有人駕駛的飛機里。
以上討論了氮含量比率，按一種類一種類或一區(qū)域一區(qū)域的方法常規(guī)地研究了水稻農(nóng)作物，以便在諸如穗分化初期和減數(shù)分裂期等任意生長階段有最好的氮含量比率?？梢詫Π凑毡景l(fā)明獲得的利用被補償?shù)牡谝晦r(nóng)作物信息或第三農(nóng)作物信息的氮含量比率和作為農(nóng)作物生長參考的常規(guī)研究所確定的氮含量比率進行比較。當相對這種基準進行比較時，無論氮含量比率變高或變低，都可以由此決定隨后的施肥量。以上所述的可應(yīng)用于葉色素值。由于葉片的色素值與氮含量比率之間有非常高的相互關(guān)系，并且在兩者中的變化彼此相似。因此，可以認為上述說明和討論可應(yīng)用于任何與葉色素值有關(guān)的任何實施例中。參照圖1-圖3所述的方法可用于不是氮含量比率和色素值的情況，例如植物高度、干物質(zhì)重和氮吸收量等，并且還可用于種植非水稻的其它植物。
下面說明將上述方法應(yīng)用于自動化肥撒肥機。圖13表示配有化肥罐71和設(shè)置于罐71下且利用電機72旋轉(zhuǎn)的螺桿(screw)73的自動化肥撒肥機。在罐71的這側(cè)，配置用于測量農(nóng)作物農(nóng)田中植物葉子氮含量的攝象機74，和用于測量入射光的照明光度計93。用于支撐罐的腿部76配有允許罐在其上旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置77。旋轉(zhuǎn)裝置77的旋轉(zhuǎn)軸78載有接收電機83的驅(qū)動力的滑輪79。電機72和螺桿73裝載皮帶80，電機83和滑輪79裝載皮帶81。攝象機74和電機72連接到控制裝置82。作為其電源，使用蓄電池或電纜連接的AC電源。圖14表示設(shè)置軌道91以允許自動化肥撒肥機70在其上行駛的農(nóng)作物農(nóng)田90的平面圖。允許滾筒裝置在軌道91上行駛，可以使自動化肥撒肥機在農(nóng)作物農(nóng)田90上撒化肥。
參照圖3的數(shù)據(jù)處理裝置30說明如上構(gòu)成的化肥撒肥機?？刂蒲b置76有與數(shù)據(jù)處理裝置30類似的結(jié)構(gòu)，并且在ROM28中存儲計算反射率以獲得第一農(nóng)作物信息所需的上述公式1和公式2、第一農(nóng)作物關(guān)系式(公式5)、由兩個部分確定且用于獲得第三農(nóng)作物信息的補償換算公式(圖8)、和根據(jù)按一種類(品種)一種類方式在生長的特定階段(撒肥階段)的參考氮含量比率與氮含量比率之差計算化肥量的計算公式。
一旦開始操作，電機83便驅(qū)動滑輪79旋轉(zhuǎn)，自動化肥撒肥機70按恒定速度開始沿軌道91行駛。當行駛開始時，數(shù)據(jù)處理裝置30接收來自照明光度計93的入射光。并且，攝象機74拍攝作為所觀察農(nóng)田信息的農(nóng)作物農(nóng)田的圖象。當如上那樣獲得農(nóng)作物農(nóng)田90的反射光和入射光時，根據(jù)照明光度計93的入射光、ROM28中的公式2和農(nóng)作物農(nóng)田的反射光，計算農(nóng)作物農(nóng)田中植物的反射率。當計算反射率時，根據(jù)ROM28中的第一農(nóng)作物關(guān)系式計算作為第一農(nóng)作物信息的氮含量比率。當計算氮含量比率作為第一農(nóng)作物信息時，根據(jù)計算值和ROM28中的補償換算公式獲得第三農(nóng)作物信息。如上獲得的作為第三農(nóng)作物信息的氮含量比率幾乎具有與本發(fā)明其它實施例所獲得的精度相同的精度。
如上所獲得的氮含量與存儲于ROM28中的在生長期間特定階段的已知氮含量曲線(參考值)比較，通過比較在本農(nóng)作物農(nóng)田的氮含量比率與參考氮含量，計算它們之間之差。這樣進行該比較，如果進行本測量的生長特定階段是例如穗分化階段，那么將進行比較的參考值按照相同穗分化階段的該值。這樣，需要在測量前將測量時間或階段輸入控制裝置82中。換言之，自動化肥撒肥機70用于該特定時間或階段。相對參考值計算的差值被轉(zhuǎn)換為根據(jù)差值預(yù)先確定的化肥量，并根據(jù)這種化肥量，確定電機72的旋轉(zhuǎn)速度并驅(qū)動電機72。自然地，隨著電機72旋轉(zhuǎn)速度的增加，化肥施加速度增加，另一方面，隨著旋轉(zhuǎn)速度降低，化肥的施加減少。并且，即使不存在差值，也可以對隨后可能的化肥有效地進行撒肥。
以上說明了自動化肥撒肥機70在設(shè)置于農(nóng)作物農(nóng)田90的軌道91上的行駛。當然，如圖15所示，也可以將自動化肥撒肥機70、攝象機74和照明光度計93附著于常規(guī)耕田機93的前端。以這種方式，即使農(nóng)作物農(nóng)田沒有規(guī)則形狀(不是方的)時，那么按照直接在化肥撒肥機70操作之前的農(nóng)作物信息可完成施肥。即使現(xiàn)在，即使在機械施肥之后，要施加的化肥量仍通過將植物葉子顏色或測量的葉片氮含量值與由經(jīng)驗獲得的生長階段中的參考值進行比較經(jīng)驗地確定，一般對整個農(nóng)作物農(nóng)田施加平均化肥量。但是，當應(yīng)用本發(fā)明的特征時，可自動計算化肥量，并且，可以與農(nóng)作物農(nóng)田中有關(guān)的部分成比例地施加化肥。
通過測量農(nóng)作物葉子的反射光可按簡單和容易的農(nóng)作物氮含量計算方式進行農(nóng)作物營養(yǎng)診斷，此外還可通過直接照射農(nóng)作物葉子和測量反射光或透射光計算農(nóng)作物的氮含量比率，準確并精確地進行農(nóng)作物營養(yǎng)診斷。
此外，在通過測量農(nóng)作物葉子的反射光和計算農(nóng)作物氮含量進行簡單和容易的農(nóng)作物營養(yǎng)診斷的方法中，直接照射農(nóng)作物葉子來測量反射光或透射光，可高精度地補償由測量方向、在風中葉子的顫動、種植密度不同所引起的任何誤差，和通過計算農(nóng)作物氮含量進行農(nóng)作物診斷。利用該簡單和容易的農(nóng)作物診斷方法，可以進行比用常規(guī)方法獲得的數(shù)值更高精度的診斷。
盡管在其優(yōu)選實施例中已描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解，所進行的描述僅僅是說明的文字而不是限定性的，可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)進行改變而不會脫離由權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的實際范圍。
權(quán)利要求
1．在暴露于自然光下的種植場固定區(qū)域中的農(nóng)作物營養(yǎng)狀況的診斷方法，所述方法包括下列步驟測量光的反射率，該光來自所述種植場中預(yù)定農(nóng)作物且其波長與隨農(nóng)作物的生長而增加或減少的農(nóng)作物信息有關(guān)；將所述測量反射率用于為由反射率獲得農(nóng)作物信息而預(yù)先建立的第一農(nóng)作物關(guān)系式，獲得所述預(yù)定農(nóng)作物的第一農(nóng)作物信息，并存儲所述第一農(nóng)作物信息；照射所述預(yù)定農(nóng)作物的葉片，測量透射光和反射光中至少任一個的光量，所述光的波長與隨農(nóng)作物生長而增加或減少的農(nóng)作物信息有關(guān)；將所述測量的光量用于為由光量獲得農(nóng)作物信息而預(yù)先建立的第二農(nóng)作物關(guān)系式，獲得所述預(yù)定農(nóng)作物的第二農(nóng)作物信息，并存儲所述第二農(nóng)作物信息；計算所述第一農(nóng)作物信息與所述第二農(nóng)作物信息之差；測量來自所述相同種植場中未知農(nóng)作物的光的反射率，所述光的波長與隨農(nóng)作物生長而增加或減少的農(nóng)作物信息有關(guān)；將所述未知農(nóng)作物的所述被測反射率用于所述第一農(nóng)作物關(guān)系式，獲得所述未知農(nóng)作物的所述第一農(nóng)作物信息；根據(jù)所述差校正所述未知農(nóng)作物的所述第一農(nóng)作物信息；和根據(jù)所述校正的第一農(nóng)作物信息確定在所述種植場中所述未知農(nóng)作物的營養(yǎng)狀況。
2．如權(quán)利要求1所述的種植場中農(nóng)作物營養(yǎng)狀況的診斷方法，還包括下列步驟存儲由所述第一農(nóng)作物信息與所述第二農(nóng)作物信息計算的所述差。
3．在暴露于自然光下的種植場固定區(qū)域中的農(nóng)作物營養(yǎng)狀況的診斷方法，所述方法包括下列步驟測量光的反射率，該光來自所述種植場中預(yù)定農(nóng)作物且其波長與隨農(nóng)作物的生長而增加或減少的農(nóng)作物信息有關(guān)，獲得分割所述種植場形成的多個部分的按一個部分一個部分方式的反射率；將所述各部分的所述反射率用于為由反射率獲得農(nóng)作物信息而預(yù)先建立的第一農(nóng)作物關(guān)系式，獲得所述預(yù)定農(nóng)作物的第一農(nóng)作物信息，并存儲各部分的所述第一農(nóng)作物信息；選擇所述多個部分中至少兩個部分的第一農(nóng)作物信息；照射所選兩個部分中所述預(yù)定農(nóng)作物的葉片，測量透射光和反射光中至少任一個的光量，所述光的波長與隨農(nóng)作物生長而增加或減少的農(nóng)作物信息有關(guān)；將各部分的所述被測光量用于為由光量獲得農(nóng)作物信息而預(yù)先建立的第二農(nóng)作物關(guān)系式，獲得在所選兩個部分中所述預(yù)定農(nóng)作物的第二農(nóng)作物信息，并存儲所選兩個部分的所述第二農(nóng)作物信息；確定用于根據(jù)所述第二農(nóng)作物信息校正所述第一農(nóng)作物信息的補償換算公式；測量來自所述相同種植場中未知農(nóng)作物的光的反射率，所述光的波長與隨農(nóng)作物生長而增加或減少的農(nóng)作物信息有關(guān)；將所述未知農(nóng)作物的所述被測反射率用于所述第一農(nóng)作物關(guān)系式，獲得所述未知農(nóng)作物的所述第一農(nóng)作物信息；根據(jù)所述補償換算公式一個部分一個部分地校正所述未知農(nóng)作物的所述第一農(nóng)作物信息，獲得第三農(nóng)作物信息；和根據(jù)所述校正的第三農(nóng)作物信息確定在所述種植場中所述未知農(nóng)作物的營養(yǎng)狀況。
4．如權(quán)利要求1或3所述的種植場中農(nóng)作物營養(yǎng)狀況的診斷方法，其特征在于，在其中獲得各單位種植場的所述第一農(nóng)作物信息。
5．如權(quán)利要求1或3所述的種植場中農(nóng)作物營養(yǎng)狀況的診斷方法，其特征在于，在其中獲得比單位種植場小的種植場各任意預(yù)定單位區(qū)域的所述第一農(nóng)作物信息。
6．在暴露于自然光下的種植場中農(nóng)作物營養(yǎng)狀況的診斷方法，所述方法包括下列步驟測量光的反射率，該光來自被分割成多個部分的所述種植場中各部分的預(yù)定農(nóng)作物且其波長與隨農(nóng)作物的生長而增加或減少的農(nóng)作物信息有關(guān)；將所述各部分的所述反射率用于為由反射率獲得農(nóng)作物信息而預(yù)先建立的第一農(nóng)作物關(guān)系式，獲得所述預(yù)定農(nóng)作物的第一農(nóng)作物信息，并存儲各部分的所述第一農(nóng)作物信息；選擇所述多個部分中至少兩個部分的第一農(nóng)作物信息；照射所選兩個部分中所述預(yù)定農(nóng)作物的葉片，測量透射光和反射光中至少任一個的光量，所述光的波長與隨農(nóng)作物生長而增加或減少的農(nóng)作物信息有關(guān)；將各部分的所述被測光量用于為由光量獲得農(nóng)作物信息而預(yù)先建立的第二農(nóng)作物關(guān)系式，獲得在所選兩個部分中所述預(yù)定農(nóng)作物的第二農(nóng)作物信息，并存儲所選兩個部分的所述第二農(nóng)作物信息；確定用于根據(jù)所述第二農(nóng)作物信息校正所述第一農(nóng)作物信息的補償換算公式；測量來自所述相同種植場中未知農(nóng)作物的光的反射率，所述光的波長與隨農(nóng)作物生長而增加或減少的農(nóng)作物信息有關(guān)；將所述未知農(nóng)作物的所述被測反射率用于所述第一農(nóng)作物關(guān)系式，獲得所述未知農(nóng)作物的所述第一農(nóng)作物信息；根據(jù)所述補償換算公式一個部分一個部分地校正所述未知農(nóng)作物的所述第一農(nóng)作物信息，獲得第三農(nóng)作物信息；和根據(jù)所述校正的第三農(nóng)作物信息確定在所述種植場中所述未知農(nóng)作物的營養(yǎng)狀況。
7．如權(quán)利要求6所述的種植場中農(nóng)作物營養(yǎng)狀況的診斷方法，其特征在于，在其中所述一個部分相應(yīng)于單位種植場。
8．如權(quán)利要求6所述的種植場中農(nóng)作物營養(yǎng)狀況的診斷方法，其特征在于，其中所述多個部分被限定在單位種植場中。
9．如權(quán)利要求3或6所述的種植場中農(nóng)作物營養(yǎng)狀況的診斷方法，其特征在于，在其中存儲所述第一農(nóng)作物關(guān)系式和補償換算公式，測量未知種植場中農(nóng)作物葉片的反射率，根據(jù)所述第一農(nóng)作物關(guān)系式和所述補償換算公式獲得所述第三農(nóng)作物信息。
10．如權(quán)利要求3、6或9所述的種植場中農(nóng)作物營養(yǎng)狀況的診斷方法，其特征在于，其中所述兩個部分之一是呈現(xiàn)最大值的部分，所述兩個部分中的另一部分是呈現(xiàn)最小值的部分。
11．如權(quán)利要求1、2、3、6或9所述的種植場中農(nóng)作物營養(yǎng)狀況的診斷方法，其特征在于，其中所述農(nóng)作物信息是氮含量。
12．如權(quán)利要求1、2、3、6或9所述的種植場中農(nóng)作物營養(yǎng)狀況的診斷方法，其特征在于，其中所述農(nóng)作物信息是葉片色素。
13．如權(quán)利要求1、2、3、6或9所述的種植場中農(nóng)作物營養(yǎng)狀況的診斷方法，其特征在于，其中，為了測量其波長與隨農(nóng)作物生長而增加或減少的農(nóng)作物信息有關(guān)的光的反射率，用具有多個象素的圖象拍攝裝置拍攝農(nóng)作物反射光圖象，僅選擇已接收相應(yīng)于農(nóng)作物的反射光的象素，和根據(jù)所選象素的接收光數(shù)據(jù)，獲得所述第一農(nóng)作物信息。
全文摘要
用攝象機測量在暴露于自然光下的農(nóng)田或種植場中預(yù)定區(qū)域的農(nóng)作物的光反射率;利用第一農(nóng)作物關(guān)系式,獲得第一農(nóng)作物信息;選擇至少兩個部分的第一農(nóng)作物信息;將光照射在農(nóng)作物葉片上并測量光量;利用第二農(nóng)作物關(guān)系式,獲得第二農(nóng)作物信息;計算第一農(nóng)作物信息與第二農(nóng)作物信息之差; 根據(jù)該差校正第一農(nóng)作物信息;和根據(jù)校正的第一農(nóng)作物信息進行農(nóng)田中農(nóng)作物的營養(yǎng)診斷。由于進行補償或校正,因而不發(fā)生大誤差,農(nóng)作物的診斷簡單容易,還能提高測量精度。
文檔編號G06T7/40GK1286898SQ0012175
公開日2001年3月14日 申請日期2000年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月17日
發(fā)明者佐竹覺, 保坂幸男, 丸山秀春, 中村信彥 申請人:株式會社佐竹制作所