光環境の計測

全天空写真からの光環境計測 （とくに森林の林床における光環境）

• 解析ソフトウェア ； Winphoto 5.0 を使用。提供元, Dr.Hans ter Steege, Univ. Utrecht (提供元へ)

1. 調査携行道具（Utility）

   1. ・ （魚眼レンズの取り付け可能な）デジタルカメラ ； Nikon，coolpix

   2. ・ 魚眼レンズ ； Nikon，フィッシュアイコンバータFC-E8

   3. ・ 三脚 ； 撮影は短時間に複数点をやる（はず）なので、なるべく軽いものを。

   4. ・ 水平器 ； カメラが真上を向いているかを確かめるため、水平器の固定をひと工夫する。 ベストは水平器を端に取付けた円盤（CD使用）を、カメラと三脚の間に据え付けるのがベスト

   5. ・ 方位磁針 ； 南北を確かめるため。フィールドコンパスを用い、三脚－コンパス－水平器（CD）が一体の状態に。

   6. ・ （ハンディスイッチ ； 斜面，高い／低い位置での撮影など、直接シャッターボタンを押せないときの遠隔操作用）

   7. 全天空写真の撮影

   8. ベストは曇天。なるべく直射日光のないように（絞りを調節することでなんとか撮れるが、望ましくはない）。

   9. 林床の光環境を撮る場合は、なるべく林床近くにカメラがセットできると良い。ただし、写真に人が写り込まないように。 魚眼レンズを用いるので、撮影時にレンズより垂直下方向に自分がいるようにしゃがむ。（ハンディスイッチを用いても）

   10. 方位磁針でカメラ上下面を南北方向に合わせた後、水平を合わせる。（解析の都合上、カメラ下部が南を向くのがいいが、斜面に合わせて変更可能）

   11. カメラは、魚眼レンズ仕様の設定にする（ズームができなくなる）。撮影モードはマニュアルで、シャッタースピードの変更用モード（S）にする。

   12. シャッタースピードを調整する。天気・時間で変わるが、 ほとんど白黒に近くして撮ることで、林冠の葉がとぶ（画像から消える）のを防ぎ、後の編集がいらない。晴れていれば1/2000, 1000, 500 くらいか

   13. 露出の調整。 これは複数地点で撮るときの、各地点の環境で若干変更。

   14. シャッタースピードを変えて2～3枚撮ると良い（らしい）。 撮影写真からは地点の判別が容易ではないので、撮影時に対応を取っておく。

   15. データセットを作成

   16. 解析用のデータ（生データはバックアップしておく）を、解析ソフト上での作業をスムースにするため、画像をダウンサイズ（1000×750 pixel に）。

   17. 画面に向かって上が“真北”となるよう調整 （撮影時にこの操作が必用な方角で撮影していた場合）

   18. ＜画像の処理 ； フリーソフトGIMPを使用＞

   19. 画像の白黒化（二値化）を行い、画像をチェック → もしも修正必要な場合（地面や幹が白になっている場合、林冠の葉がとぶ場合）、元データを編集し、もう一度白黒化する。

   20. ・ ペン ＞ エアーブラシ ＞ settings ； Galaxy(AP), scale;0.6, 割合;25, 圧力;90

   21. ・ 二値化の方法 ； 画像 ＞ モード ＞ インデックス ＞ 白黒パレット で二値化（閾値は自動設定）

   22. （応用） 色 ＞ しきい値 で白黒の閾値設定を自分で行う。ただし、作成画像はグレースケールなので、保存時に画像モードを二値化へ変更（←そうしないと解析時にWINPHOTO上で開けない）

   23. 保存時に白黒のまま、解像度変更なし（100%）のまま、JPG形式のまま、で保存

• • 1. ⇒（二値化）⇒ （サンプル写真＠秩父実生育成試験区。ここは南側斜面の林冠が開けており、林床の光条件が非常に良い。 撮影は曇天、かつもっとシャッタースピードを速いほうが望ましい。）

• 1. ＜解析データ形式に変換 ； フリーソフトIrfan Viewを使用（もしくは他のファイル形式変換ソフト）＞

  2. 一括変換を用い、全データ（JPG形式）をWinphotoの解析データ（PCX形式）へ変換する。

  3. ※ 変換したファイルが新規作成されるように設定しておく

  4. データ分析

  5. PC上でWinphotoの起動と初期設定

  6. ・ 調査地情報を入力 ； Option ＞ LocationOption ＞ Latitude, Longitude, Altitude の入力（過去に作ったデータがあれば .INF 形式で保存でき、それを再利用できる）

  7. ・ かつ、散乱光も計算するようにチェック

  8. ・ 年間PPFD計算のため "Number of Days" ＞ 365days にチェック

  9. データの読み込み

  10. ・ 作成した PCX 形式ファイルを読み込む

  11. ・ 解析ツールの（XYR)アイコンから、解析範囲を入力してセット （1度入力したらあとは自動で入っているので、最初だけ調べておく）

  12. ＜開空度の計算＞

  13. 解析範囲がセットされたら、（雲）アイコンをクリック → 自動で開空度が計算される。

  14. 全て解析終了後、データファイルを全て閉じる。このときセーブを聞かれるがどちらでもいい。

  15. ソフトの終了後、『WINPHOTO.LOG』 のテキストファイルがワーキングディレクトリに作成される。

  16. このテキストファイルに解析した順番に開空度が記録されている。これをコピーして使う。

  17. ＜年間PPFDの計算 と 分析＞

  18. 解析範囲がセットされたら、（太陽）アイコンで、計算を走らせる。一年分の計算をしてくれる。 ← calculate RRFD

  19. ※ ここで、太陽の軌跡を架空の天空上に描き、白・黒のピクセル情報から計算する。参考図は下のよう。日本の中部山岳域。冬至から夏至にかけて幾通りかの太陽の軌跡をプロット。太陽高度の変化が見れる。

• • 1. （Winphoto のソフト上での解析例．写真は上記のサンプルを用いている）

• 1. 計算後、（赤・黒点グラフ）アイコンで年間PPFDを表示させる ← show graph with total PPFD

  2. 表示後、閉じると、保存を聞かれるので "yes" を選択

  3. 任意の場所に ［ファイル名.txt］ 形式で 1地点の 1年分のデータを保存

  4. → 以降、上記の作業の繰り返し

  5. 保存したテキストデータを表計算ソフトで開く

  6. 出力ファイルは５列。左より、1/1からの積算日，全天条件の直達光，散乱光，撮影地点の直達光，散乱光。

  7. 光環境を示す相対照度の指標はrelativePPFD (rPPFD)。これは

  8. （撮影地点の直達光＋散乱光合計） ÷ （全天条件の直達光＋散乱光合計）

  9. を割合（％）表示したもの。表計算ソフト上で容易に計算可能。

  10. （できれば、この作業を Excel マクロ を用いて自動化して一度にやるとラク）

by. 石塚航 Ishizuka Wataru