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。

在本研究项目中，为了了解现场对植物生理和生长信息要求最高的植物水分状况，利用非破坏性、非侵入性、大范围的二维图像，我们将利用激光等相干光的散射。我们正在尝试开发一种利用反射特性的测量原理。在植物中，表面组织结构的变化变得明显，具体取决于水条件，例如与生理活动相关的水动力学和由于干燥引起的水胁迫。在本研究中，我们重点观察当相干光照射到目标粗糙表面时反映表面粗糙度的漫射成分，并捕捉与植物水分状况相关的组织结构的变化。到目前为止，我们已经研究了该方法的基本测量条件和分析方法。人们认为，通过使用偏振光作为光的特性，并对从植物叶子表面反射的光和在表层内漫反射并从表面层射出的光进行分类，可以理解响应压力的结构变化。再次浮出水面。为了更清楚地检测由于水分胁迫而导致的植物叶子表面结构的变化，我们致力于选择性地检测从叶子表面（边界面）反射的偏振光。结果，通过对入射光和反射光均使用s偏振光，获得了反映水分胁迫导致的表面结构变化的结果。此外，在传统的激光散斑方法中，分析的重点是运动图像中的亮度波动，但在本研究项目中，为了从单个散斑图像中了解目标的结构，我们将使用专门用于此目的的方法。我们考虑了分析方法。我们将分析图像纹理信息的浓度共生矩阵应用于分析，并证明可以评估水分胁迫下植物叶片的胁迫水平。

项目成果

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: 長田紳;稲垣陽介;宮田亮介;滝沢憲治;福島崇志
• 通讯作者: 福島崇志

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: 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: 福島崇志