コヒーレント光の散乱・反射特性を利用した植物体の水ストレス診断

利用相干光的散射和反射特性诊断植物水分胁迫

• 批准号: 21K19166
• 负责人: 福島 崇志
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Mie University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19166/
• 关键词: レーザスペックル; 水ストレス; 植物生理; 偏光; コヒーレント; コヒーレント光; スペックル

本研究課題では、植物生理・生育情報において現場要求度が最も高い植物体の水分状態を非破壊・非侵襲かつ広範な2次元画像により把握するため、レーザ光に代表されるコヒーレント光の散乱・反射特性を利用した計測原理の構築に挑戦する。植物体では、生理活性に伴う水動態や乾燥による水ストレスなど水分状態により、表面の組織構造変化が顕在化する。本研究では、コヒーレント光が対象粗面に照射される際、表面粗さを反映する拡散成分が観察される点に焦点を当て、植物体の水分状態に伴う組織構造変化を捉える。これまでに、提案手法の基本的な計測条件ならびに解析方法の検討を行った。光の特性として偏光を利用し、植物葉表面の反射光と表層内部で乱反射し再び表面から外に出る光について分類することで、ストレスに対する構造変化の把握が可能であると考えられる。水ストレスによる植物葉の表面構造の変化をより明確に検出するため、葉表面（境界面）で反射した偏光を選択的に検出することに取り組んだ。その結果、入射光・反射光ともにs偏光を利用することで、水ストレスによる表面構造の変化を反映する結果が得られた。また、従来レーザスペックル法では、動画像の輝度変動に着目した解析が行われてきたが、本研究課題では、一枚のスペックル画像から対象の構造を把握するため、これに特化した解析方法を検討した。解析には画像のテクスチャ情報を解析する濃度共起行列を適応し、水ストレス下の植物葉を対象に、そのストレス程度を評価できることを示した。

This research topic is about the construction of measurement principles for the measurement of plant physiological and reproductive information, the highest field requirements, and the non-invasive and non-invasive water state of plants. The physiological activity of the plant is accompanied by water dynamics, drying, water state and surface tissue structure. In this study, the light source and the surface roughness of the plant were observed during irradiation, and the scattered components were observed at the focal point. The basic measurement conditions and analytical methods of the proposed method are discussed. The characteristics of light polarization, reflection of light from plant leaf surface, random reflection of light from surface, classification of light from outside, structural variation of light are possible. The surface structure of the plant leaves is clearly reflected, and the surface of the leaves (boundary surface) is selectively reflected. The result is that the incident light and reflected light are polarized. The object of this study is to investigate the method of analyzing the luminance variation of an animated image. Analysis of the image and the concentration of the total column, the water and the plant leaves under the image, the degree of evaluation

项目成果

GLCMを適用したスペックル画像解析による植物の水ストレス評価

使用 GLCM 进行散斑图像分析来评估植物水分胁迫

• 发表时间: 2023
• 作者: 福田 晋;藤田 武弘;宮田亮介，稲垣陽介，長田紳，長谷川雄大，滝沢憲治，福島崇志
• 通讯作者: 宮田亮介，稲垣陽介，長田紳，長谷川雄大，滝沢憲治，福島崇志

偏光を選択したレーザスペックルによる植物葉の表面構造評価

使用选定偏振的激光散斑评估植物叶片的表面结构

• 发表时间: 2022
• 作者: 福田 晋;藤田 武弘;宮田亮介，稲垣陽介，長田紳，長谷川雄大，滝沢憲治，福島崇志;長田紳，稲垣陽介，宮田亮介，滝沢憲治，福島崇志
• 通讯作者: 長田紳，稲垣陽介，宮田亮介，滝沢憲治，福島崇志