[論文レビュー] Image based Crop Monitoring Technologies in Protected Horticulture: A Review

Namal Jayasuriya, Yi Guo+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2024

Smart Agriculture and AI被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、保護型栽培で用いられる画像ベースの作物モニタリングと表現型評価プラットフォームを検討し、カメラ技術、プラットフォームタイプ、特徴抽出を詳述するとともに、半制御環境下での高く垂直支持の作物に対するギャップを指摘する。

ABSTRACT

Future food security is a major concern of the 21st century with the growing global population and climate changes. In addressing these challenges, protected cropping ensures food production year-round and increases crop production per land area by controlling environment conditions. Maintaining the growth and health of crops in these facilities is essential to ensure optimum food production. However, this is a laborious work and is currently done manually. Image-based non-destructive plant phenotyping is an emerging research area that reduces the skilled labour cost while enhancing the monitoring of crop growth, health, and identifying phenotype-genotype relations for plant breeding. With the proliferations of protected infrastructures and targeted plants, different technologies and sensor setups are needed for image-based crop monitoring. Conveyor-type plant-to-sensor systems, bench-top or gantry-based systems are commonly found in research facilities focussing on phenotyping of small, relatively short, or movable model plants. This review examines the literature on crop monitoring and phenotyping platforms in both field and protected facilities and explains different camera technologies and their ability to extract different plant traits. The review highlights the future research directions of image-based monitoring of commercial scale protected crops where crops can be relatively tall or vertically supported under semi controlled environments, which presents new challenges and is rarely covered in the literature.

研究の動機と目的

• 食料安全保障の促進と年中無休の保護栽培および作物健康モニタリングの改善。
• 保護施設および圃場で使われる画像ベースの非破壊的表現型評価手法の要約。
• 植物特徴抽出のためのセンサ配置とプラットフォームタイプ（コンベヤ式、ベンチトップ、ガントリー式）の特定。
• 半制御環境下での高く垂直に支持される作物に対する課題とギャップの議論。
• 商業規模の実装へ向けた将来の研究方向の提案。

提案手法

• 圃場および保護施設における作物モニタリングと表現型評価プラットフォームに関する文献をレビューする。
• 植物特徴を抽出するためのカメラ技術とその能力を説明する。
• 小型または移動可能な植物のための共通プラットフォーム構成（コンベヤ型、ベンチトップ、ガントリー型）を説明する。
• 半制御された保護環境と圃場条件を、画像ベースの表現型評価の観点で対比する。
• 保護施設内でのより高い作物に対応する将来の研究方向を強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 保護園芸において作物表現型評価のために用いられる画像ベースのモニタリング技術は何か。
• RQ2 保護環境で key plant traits を抽出するのに適したカメラ構成とプラットフォームは何か。
• RQ3 画像ベースの作物モニタリングの観点から、保護施設と圃場条件はどう異なるか。
• RQ4 商業高度の作物へ画像ベースモニタリングを拡張する際のギャップと将来の研究方向は何か。

主な発見

• 保護環境で多様な植物特徴を抽出するために、異なるカメラ技術が評価されている。
• コンベヤ式、ベンチトップ、ガントリー式などのプラットフォームタイプは、表現型研究で小型または移動可能な植物に対して一般的に用いられている。
• 半制御環境下での高いまたは垂直に支持された作物の画像ベースモニタリングに関する文献にはギャップがある。
• 小型モデリング植物を超える商業規模の保護栽培作物に焦点を当てた将来の研究の必要性が指摘されている。
• 本論文は、画像ベースの表現型を高い作物や半制御環境に適用する際の課題と機会を議論している。