JP2011209780A - Change area specification device and change area specification program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、リモートセンシングに用いる変化領域特定装置および変化領域特定プログラムに関するものである。 The present invention relates to a change area specifying device and a change area specifying program used for remote sensing, for example.
SARデータ(SAR:Synthetic Aperture Radar)を用いて変化領域を検出するCCD(Coherence Change Detection)という技術がある。
CCDは、観測時期の異なる2つのSARデータからコヒーレンス(複素相関)を算出し、コヒーレンスの低い領域を変化領域とみなす技術である。
例えば、CCDは、災害によって状態が変化した被災地域を検出するために用いられる。
しかし、植生域や水域などはコヒーレンスが常に低いため、CCDはこれらの領域を変化領域として検出してしまう。このため、被災地域を誤って検出してしまう可能性があった。
There is a technique called CCD (Coherence Change Detection) that detects a change area using SAR data (SAR: Synthetic Aperture Radar).
CCD is a technique for calculating coherence (complex correlation) from two SAR data with different observation periods and regarding a low coherence region as a change region.
For example, the CCD is used to detect a disaster area whose state has changed due to a disaster.
However, since the coherence is always low in the vegetation area and the water area, the CCD detects these areas as change areas. For this reason, there was a possibility of accidentally detecting the affected area.
この課題を解決する技術として特許文献1が存在する。
特許文献1が開示する技術は、コヒーレンス画像を2枚以上使用することにより、コヒーレンスが常に低い領域(植生域、水域など)を除外できる。
しかし、この技術は、コヒーレンス画像を2枚以上生成するため3枚以上のSAR画像が必要になる。
As a technique for solving this problem,
The technique disclosed in
However, since this technique generates two or more coherence images, three or more SAR images are required.
本発明は、例えば、植生域や水域などを除いた変化領域(例えば、被災地域)を1枚のコヒーレンス画像から検出できるようにすることを目的とする。
これにより、変化領域を検出する技術の利便性や即時性を向上させることができる。
An object of the present invention is to make it possible to detect a change area (for example, a disaster area) excluding a vegetation area and a water area from a single coherence image.
Thereby, the convenience and immediacy of the technique which detects a change area | region can be improved.
本発明の変化領域特定装置は、
特定の観測地域を観測して得られる第1の画像データと、前記第1の画像データの観測時刻と異なる観測時刻に前記観測地域を観測して得られる第2の画像データとを記憶する画像データ記憶部と、
前記観測地域内で時刻によって状態が変化する領域をマスク領域として特定するマスク領域特定データを記憶するマスク領域特定データ記憶部と、
前記画像データ記憶部に記憶される第1の画像データと第2の画像データとに基づいて前記第1の画像データと前記第2の画像データとのコヒーレンスを画素毎に算出するコヒーレンス算出部と、
前記観測地域内の前記マスク領域以外の領域であってコヒーレンスが所定のコヒーレンス閾値より小さい画素に映る部分を変化領域として特定する変化領域特定部とを備える。
The change area specifying device of the present invention is:
An image for storing first image data obtained by observing a specific observation area and second image data obtained by observing the observation area at an observation time different from the observation time of the first image data A data storage unit;
A mask region specifying data storage unit for storing mask region specifying data for specifying a region whose state changes with time in the observation region as a mask region;
A coherence calculating unit that calculates, for each pixel, a coherence between the first image data and the second image data based on the first image data and the second image data stored in the image data storage unit; ,
A change area specifying unit that specifies an area other than the mask area in the observation area, which is reflected in a pixel whose coherence is smaller than a predetermined coherence threshold, as a change area;
前記画像データ記憶部は、振動方向の異なる複数の電磁波を用いて前記観測地域を観測して得られるポラリメトリ画像データを記憶し、
前記変化領域特定装置は、さらに、
前記ポラリメトリ画像データのエントロピーと前記ポラリメトリ画像データのアルファ角とを画素毎に算出するエントロピーアルファ算出部と、
前記エントロピーアルファ算出部により算出されたエントロピーとアルファ角とに基づいて所定の組み合わせのエントロピーとアルファ角とを有する画素に映る部分を前記マスク領域として特定し、特定したマスク領域を示すデータを前記マスク領域特定データとして生成するマスク領域特定データ生成部とを備える。
The image data storage unit stores polarimetric image data obtained by observing the observation area using a plurality of electromagnetic waves having different vibration directions,
The change area specifying device further includes:
An entropy alpha calculator that calculates the entropy of the polarimetry image data and the alpha angle of the polarimetry image data for each pixel;
Based on the entropy and alpha angle calculated by the entropy alpha calculation unit, a portion appearing in a pixel having a predetermined combination of entropy and alpha angle is specified as the mask region, and data indicating the specified mask region is specified as the mask A mask region specifying data generating unit that generates the region specifying data.
前記画像データ記憶部は前記第1の画像データと前記第2の画像データとの少なくともいずれかを前記ポラリメトリ画像データとして記憶する。 The image data storage unit stores at least one of the first image data and the second image data as the polarimetric image data.
前記マスク領域特定データ記憶部は、前記観測地域を領域毎に分類する領域分類データを前記マスク領域特定データとして記憶し、
前記変化領域特定部は、前記領域分類データに基づいて所定の種類に分類される領域を前記マスク領域として変化領域から除外する。
The mask area specifying data storage unit stores area classification data for classifying the observation area for each area as the mask area specifying data;
The change area specifying unit excludes an area classified into a predetermined type based on the area classification data as the mask area from the change area.
前記マスク領域特定データ記憶部は、前記観測地域内の植生領域を特定する植生指標データを前記マスク領域特定データとして記憶し、
前記変化領域特定部は、前記植生指標データに基づいて植生領域を前記マスク領域として変化領域から除外する。
The mask area specifying data storage unit stores vegetation index data for specifying a vegetation area in the observation area as the mask area specifying data,
The change area specifying unit excludes the vegetation area from the change area as the mask area based on the vegetation index data.
前記マスク領域特定データは植生域と水域との少なくともいずれかの領域をマスク領域として特定する。 The mask area specifying data specifies at least one of a vegetation area and a water area as a mask area.
本発明の変化領域特定プログラムは、
特定の観測地域を観測して得られる第1の画像データと、前記第1の画像データの観測時刻と異なる観測時刻に前記観測地域を観測して得られる第2の画像データとを記憶する画像データ記憶部と、前記観測地域内で時刻によって状態が変化する領域をマスク領域として特定するマスク領域特定データを記憶するマスク領域特定データ記憶部とを備える変化領域特定装置の変化領域特定プログラムであって、
前記画像データ記憶部に記憶される第1の画像データと第2の画像データとに基づいて前記第1の画像データと前記第2の画像データとのコヒーレンスを画素毎に算出するコヒーレンス算出処理と、
前記観測地域内の前記マスク領域以外の領域であってコヒーレンスが所定のコヒーレンス閾値より小さい画素に映る部分を変化領域として特定する変化領域特定処理とをコンピュータに実行させる。
The change area specifying program of the present invention is:
An image for storing first image data obtained by observing a specific observation area and second image data obtained by observing the observation area at an observation time different from the observation time of the first image data A change area specifying program of a change area specifying device comprising a data storage section and a mask area specifying data storage section for storing mask area specifying data for specifying a mask area specifying an area whose state changes with time in the observation area. And
A coherence calculation process for calculating, for each pixel, a coherence between the first image data and the second image data based on the first image data and the second image data stored in the image data storage unit; ,
The computer is caused to execute a change area specifying process for specifying, as a change area, a part of the observation area other than the mask area that appears in a pixel whose coherence is smaller than a predetermined coherence threshold.
本発明によれば、例えば、植生域や水域などを除いた変化領域(例えば、被災地域)を1枚のコヒーレンス画像から検出することができる。
これにより、変化領域を検出する技術の利便性や即時性を向上させることができる。
According to the present invention, for example, a change area (for example, a disaster area) excluding a vegetation area and a water area can be detected from one coherence image.
Thereby, the convenience and immediacy of the technique which detects a change area | region can be improved.
実施の形態1.
植生域や水域などを除いた変化領域(例えば、被災地域)を1枚のコヒーレンス画像から検出する形態について説明する。
A mode of detecting a change area (for example, a disaster area) excluding a vegetation area and a water area from a single coherence image will be described.
図1は、実施の形態1における変化領域検出装置100の機能構成図である。
実施の形態1における変化領域検出装置100の機能構成について、図1に基づいて以下に説明する。
FIG. 1 is a functional configuration diagram of a change
The functional configuration of the change
変化領域検出装置100(変化領域特定装置の一例)は、コヒーレンス画像生成部110、マスク領域除外部120、変化領域特定部130、補助データ記憶部180およびSAR撮像データ記憶部190を備える。
The change area detection apparatus 100 (an example of a change area specifying apparatus) includes a coherence
SAR撮像データ記憶部190(画像データ記憶部の一例)は、特定の観測地域を観測して得られる第1の画像データと、第1の画像データの観測時刻と異なる観測時刻に観測地域を観測して得られる第2の画像データとを記憶する。
SAR撮像データ記憶部190は、振動方向の異なる複数の電磁波を用いて観測地域を観測して得られるポラリメトリ画像データ(後述するポラリメトリ観測データ199)を記憶する。
例えば、SAR撮像データ記憶部190は、第1の画像データと第2の画像データとの少なくともいずれかをポラリメトリ画像データとして記憶する。
The SAR imaging data storage unit 190 (an example of an image data storage unit) observes an observation area at an observation time different from the first image data obtained by observing a specific observation area and the observation time of the first image data. The second image data obtained in this way is stored.
The SAR imaging
For example, the SAR imaging
補助データ記憶部180(マスク領域特定データ記憶部の一例)は、観測地域内で時刻によって状態が変化する領域をマスク領域として特定するマスク領域特定データを記憶する。
例えば、補助データ記憶部180は、観測地域を領域毎に分類する領域分類データをマスク領域特定データとして記憶する。
例えば、補助データ記憶部180は、観測地域内の植生領域を特定する植生指標データをマスク領域特定データとして記憶する。
例えば、マスク領域特定データは植生域と水域との少なくともいずれかの領域をマスク領域として特定する。
The auxiliary data storage unit 180 (an example of a mask region specifying data storage unit) stores mask region specifying data for specifying, as a mask region, a region whose state changes with time in the observation region.
For example, the auxiliary
For example, the auxiliary
For example, the mask area specifying data specifies at least one of a vegetation area and a water area as a mask area.
コヒーレンス画像生成部110(コヒーレンス算出部の一例)は、SAR撮像データ記憶部190に記憶される第1の画像データと第2の画像データとに基づいて第1の画像データと第2の画像データとのコヒーレンスを画素毎に算出する。
The coherence image generation unit 110 (an example of a coherence calculation unit) is configured to generate first image data and second image data based on the first image data and the second image data stored in the SAR imaging
マスク領域除外部120(エントロピーアルファ算出部、マスク領域特定データ生成部の一例)は、マスク領域特定データに基づいて観測地域内のマスク領域を特定する。
例えば、マスク領域除外部120は、ポラリメトリ画像データのエントロピーとポラリメトリ画像データのアルファ角とを画素毎に算出する。マスク領域除外部120は、算出したエントロピーとアルファ角とに基づいて所定の組み合わせのエントロピーとアルファ角とを有する画素に映る領域をマスク領域として特定する。マスク領域除外部120は、特定したマスク領域を示すデータをマスク領域特定データとして生成する。
The mask area excluding unit 120 (an example of an entropy alpha calculating unit and a mask area specifying data generating unit) specifies a mask area in the observation area based on the mask area specifying data.
For example, the mask
変化領域特定部130(変化領域特定部の一例)は、観測地域内のマスク領域以外の領域であってコヒーレンスが所定のコヒーレンス閾値より小さい画素に映る部分を変化領域として特定する。
例えば、変化領域特定部130は、領域分類データに基づいて所定の種類に分類される領域をマスク領域として変化領域から除外する。
例えば、変化領域特定部130は、植生指標データに基づいて植生領域をマスク領域として変化領域から除外する。
The change area specifying unit 130 (an example of the change area specifying unit) specifies an area other than the mask area in the observation area that is reflected in a pixel whose coherence is smaller than a predetermined coherence threshold as the change area.
For example, the change
For example, the change
後述する第1のSAR撮像データ191は第1の画像データの一例であり、後述する第2のSAR撮像データ192は第2の画像データの一例である。
マスク領域は、コヒーレンスがいつも低い領域(例えば、植生域や水域)に相当する。
後述する土地被覆分類図181、植生指標図182、エントロピーアルファ分類図183はマスク領域特定データの一例である。土地被覆分類図181は観測領域分類データの一例であり、植生指標図182は植生指標データの一例である。
First
The mask area corresponds to an area where coherence is always low (for example, a vegetation area or a water area).
A land
図2は、実施の形態1における観測地域の観測方法を示す図である。
実施の形態1における観測地域の観測方法について、図2に基づいて以下に説明する。
FIG. 2 is a diagram illustrating an observation method of an observation area in the first embodiment.
The observation method of the observation area in
合成開口レーダ200(SAR:Synthetic Aperture Radar)は、航空機、人工衛星その他の移動体(飛行体)に搭載され、上空を飛行する。
合成開口レーダ200はアンテナを備え、アクティブ方式によって観測地域を観測する。アクティブ方式において、合成開口レーダ200は所定の波形を有する電磁波を観測信号としてアンテナから発信し、観測地域で反射して後方散乱した観測信号をアンテナで受信する。
合成開口レーダ200の進行方向を「アジマス方向」といい、観測信号の進行方向を「レンジ方向」という。
また、観測信号の受信方向と垂直方向とが成す角度θを「観測角(または入射角、オフナディア角)」という。
Synthetic Aperture Radar (SAR) is mounted on an aircraft, a satellite, or other moving object (flying object) and flies over the sky.
The traveling direction of the
Further, an angle θ formed by the observation signal reception direction and the vertical direction is referred to as an “observation angle (or incident angle, off-nadir angle)”.
合成開口レーダ200によって受信された観測信号を表す波形データ(観測データ)に対してレンジ圧縮、レンジマイグレーション補正およびアジマス圧縮などの処理を行うことにより、SAR画像データが生成される。
SAR image data is generated by performing processing such as range compression, range migration correction, and azimuth compression on the waveform data (observation data) representing the observation signal received by the
合成開口レーダ200は異なる観測日T1・T2に同じ観測地域を観測したものとする。
以下、観測日T1のSAR画像データを「第1のSAR撮像データ191」といい、観測日T2のSAR画像データを「第2のSAR撮像データ192」という。
また、観測日T1における合成開口レーダ200の観測位置と観測日T2における合成開口レーダ200の観測位置との距離(基線長)は、十分に短いものとする。基線長が長いと観測方向が大きく異なるため観測信号の波形が大きく変化し、状態が変化していない領域を変化領域として検出してしまう可能性があるからである。
It is assumed that the
Hereinafter, the SAR image data on the observation date T1 is referred to as “first
In addition, the distance (baseline length) between the observation position of the
例えば、観測衛星「だいち」に搭載されているPALSAR(Phased Array type L−band SAR)で観測する場合、基線長が1キロメートル以下であることが望ましい。
観測衛星「だいち」は基線長が500メートル程度となるように軌道制御されているため、観測衛星「だいち」の観測によって得られたSAR撮像データを本実施の形態で利用することが可能である。
For example, when observing with PALSAR (Phased Array type L-band SAR) mounted on the observation satellite “Daichi”, it is desirable that the baseline length is 1 km or less.
Since the observation satellite “Daichi” is orbitally controlled so that the base line length is about 500 meters, the SAR imaging data obtained by the observation of the observation satellite “Daichi” can be used in this embodiment. .
変化領域検出装置100(図1参照)のSAR撮像データ記憶部190には、第1のSAR撮像データ191および第2のSAR撮像データ192が予め記憶されるものとする。
但し、第1のSAR撮像データ191および第2のSAR撮像データ192は合成開口レーダ200の観測によって得られたデータでなくても構わない。例えば、逆合成開口レーダ(ISAR:Inverse SAR)やその他の観測装置の観測によって得られたデータであっても構わない。
It is assumed that the first
However, the first
図3は、実施の形態1における変化領域検出装置100の変化領域検出方法を示すフローチャートである。
実施の形態1における変化領域検出装置100の変化領域検出方法について、図3に基づいて以下に説明する。
FIG. 3 is a flowchart showing a change region detection method of the change
The change area detection method of change
まず、変化領域検出方法(変化領域特定方法の一例)の概要について説明する。 First, an outline of a change area detection method (an example of a change area specifying method) will be described.
コヒーレンス画像生成部110は、第1のSAR撮像データ191と第2のSAR撮像データ192とに基づいて観測地域のコヒーレンスを算出し、コヒーレンス画像193を生成する(S110)。
マスク領域除外部120は、土地被覆分類図181、植生指標図182またはエントロピーアルファ分類図183に基づいて観測地域に含まれる植生域および水域をマスク領域として特定する(S120)。
変化領域特定部130は、コヒーレンス画像193に基づいて、観測地域(マスク領域を除く)内でコヒーレンスがコヒーレンス閾値より小さい領域を変化流域として特定する(S130)。
The coherence
The mask
Based on the
図4は、実施の形態1における第1のSAR画像191aと第2のSAR画像192aとの一例を示す図である。
第1のSAR撮像データ191を再生した画像を第1のSAR画像191aとし、第2のSAR撮像データ192を再生した画像を第2のSAR画像192aとする。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the first SAR image 191a and the second SAR image 192a according to the first embodiment.
An image obtained by reproducing the first
第1のSAR画像191aは浸水前の観測地域を映し、第2のSAR画像192aは市街地の一部が浸水した浸水後の観測地域を映している。
説明のため第1のSAR画像191aと第2のSAR画像192aとは変化領域(浸水地域)を明確に示しているが、観測信号の信号強度を解析して変化領域を明確に抽出することは困難であることが知られている。
The first SAR image 191a shows an observation area before inundation, and the second SAR image 192a shows an observation area after inundation where a part of the city area has been inundated.
For the sake of explanation, the first SAR image 191a and the second SAR image 192a clearly show the change area (flooded area), but analyzing the signal intensity of the observation signal clearly extracts the change area. It is known to be difficult.
以下に、第2のSAR画像192aに示す浸水地域を検出する場合を例にして、変化領域検出方法(図3参照)の詳細について説明する。 The details of the change area detection method (see FIG. 3) will be described below by taking as an example the case of detecting the flooded area shown in the second SAR image 192a.
S110において、コヒーレンス画像生成部110は、第1のSAR撮像データ191と第2のSAR撮像データ192とのコヒーレンスを第1のSAR撮像データ191(または第2のSAR撮像データ192)から得られるSAR画像の画素毎に算出する。
In S110, the coherence
コヒーレンスとは、複素関数として表される2つの波形データ(第1のSAR撮像データ191、第2のSAR撮像データ192)の相関をとった値である。
コヒーレンスは「0」から「1」の値を持ち、2つの波形データが似ているほど「1」に近い値になり、2つの波形データが異なるほど「0」に近い値になる。
つまり、コヒーレンスが「1」に近い値であれば、1回目の観測で得られた波形データと2回目の観測で得られた波形データとが似ているから、1回目の観測と2回目の観測とで観測地域の地表面が変化していないと考えられる。
逆に、コヒーレンスが「0」に近い値であれば、1回目の観測で得られた波形データと2回目の観測で得られた波形データとが異なるから、1回目の観測と2回目の観測とで観測地域の地表面が変化したと考えられる。
The coherence is a value obtained by correlating two pieces of waveform data (first
The coherence has a value from “0” to “1”, and the closer the two waveform data are, the closer the value is to “1”, and the closer the two waveform data are, the closer the value is to “0”.
In other words, if the coherence is a value close to “1”, the waveform data obtained in the first observation is similar to the waveform data obtained in the second observation, and therefore the first observation and the second observation. It is thought that the ground surface of the observation area has not changed between observations.
Conversely, if the coherence is close to “0”, the waveform data obtained in the first observation is different from the waveform data obtained in the second observation, so the first observation and the second observation. It is thought that the surface of the observation area has changed.
例えば、植生(木の枝葉など)は風に揺れ又成長し、水面は風に揺れる。このため、植生領域や水域のように常に変化する領域はコヒーレンスが「0」に近い値になる。
また、浸水した地域や、新しく建物が建った地域はその前後で状態が変化しているため、コヒーレンスが「0」に近い値になる。
For example, vegetation (such as tree branches and leaves) sways and grows in the wind, and the water surface sways in the wind. For this reason, areas that constantly change like vegetation areas and water areas have coherence values close to “0”.
Moreover, since the state has changed before and after the flooded area and the area where a new building has been built, the coherence is a value close to “0”.
コヒーレンスの算出方法については後述する。 A method for calculating the coherence will be described later.
以下、S110で算出されたコヒーレンスを用いて表した画像を「コヒーレンス画像193」という。コヒーレンス画像193は観測地域を輝度(信号強度)ではなくコヒーレンスで表す。
Hereinafter, the image represented using the coherence calculated in S110 is referred to as a “
S110の後、S120に進む。 It progresses to S120 after S110.
図5は、実施の形態1におけるコヒーレンス画像193の一例を示す図である。
第1のSAR画像191a(図4、浸水前)と第2のSAR画像192a(図4、浸水後)とに対して図5に示すようなコヒーレンス画像193が得られる。
コヒーレンス画像193は、山、湖および浸水地域を「0」に近い値(コヒーレンス)で表している。このため、コヒーレンス画像193から浸水地域を特定することができない。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the
A
The
図3に戻り、変化領域検出方法の説明を続ける。 Returning to FIG. 3, the description of the change region detection method will be continued.
S120において、マスク領域除外部120は、土地被覆分類図181、植生指標図182またはエントロピーアルファ分類図183に基づいて、観測地域に含まれる植生領域および水域をマスク領域として特定する。
以下に、土地被覆分類図181、植生指標図182およびエントロピーアルファ分類図183について説明する。
In S120, the mask
The land
図6は、実施の形態1における土地被覆分類図181を表した概略図である。
土地被覆分類図181は、地域を市街地、水田、畑地、芝地、広葉樹林、針葉樹林、砂地、裸地、水域などの領域に分けて示した地図データである。
マスク領域除外部120は、土地被覆分類図181に基づいて観測地域内の水田、畑地、芝地、広葉樹林、針葉樹林、砂地、裸地、水域などをマスク領域として特定する。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the land
The land
Based on the land
図7は、実施の形態1における植生指標図182を表した概略図である。
植生指標図182は、植生の分布状況を表す地図データであり、植物から放射される近赤外線を植生指標(NDVI:Normalized Difference Vegetation Index)にして生成される。
図7では、植生が活性している地域(植生領域)を濃い網掛けで示している。
マスク領域除外部120は、植生指標図182に基づいて観測地域内の植生領域をマスク領域として特定する。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the vegetation index diagram 182 in the first embodiment.
The vegetation index diagram 182 is map data representing the distribution of vegetation, and is generated using the near infrared rays emitted from the plants as a vegetation index (NDVI: Normalized Difference Vegetation Index).
In FIG. 7, an area where vegetation is active (vegetation area) is indicated by dark shading.
The mask
図8は、実施の形態1におけるエントロピーアルファ分類表184の概要図である。
エントロピーアルファ分類図183は、図8に示すようなエントロピーアルファ分類表184に基づいて生成される。
FIG. 8 is a schematic diagram of the entropy alpha classification table 184 in the first embodiment.
The entropy alpha classification diagram 183 is generated based on the entropy alpha classification table 184 as shown in FIG.
エントロピーアルファ分類表184は、エントロピーとアルファ角と観測対象の分類とを対応付けた表データである。エントロピーは観測信号の散乱の複雑さを表し、アルファ角は散乱メカニズムを表す。
エントロピーとアルファ角とに基づいて観測対象を分類できることが知られている(非特許文献1参照)。
The entropy alpha classification table 184 is table data in which entropy, alpha angle, and observation target classification are associated with each other. Entropy represents the scattering complexity of the observed signal, and alpha angle represents the scattering mechanism.
It is known that observation objects can be classified based on entropy and alpha angle (see Non-Patent Document 1).
エントロピーとアルファ角は、合成開口レーダ200からポラリメトリ観測して得られた観測データから求まる。ポラリメトリ観測とは、振動方向の異なる複数の電磁波(多偏波)を観測信号として用いる観測方法である。
以下、ポラリメトリ観測して得られた観測データを「ポラリメトリ観測データ199」という。ポラリメトリ観測データ199はSAR撮像データの一種である。
The entropy and the alpha angle are obtained from observation data obtained by polarimetric observation from the
Hereinafter, observation data obtained by polarimetry observation is referred to as “polarimetry observation data 199”. Polarimetry observation data 199 is a type of SAR imaging data.
マスク領域除外部120は、観測地域を観測して得られたポラリメトリ観測データ199を用いてエントロピーとアルファ角とをSAR画像の画素毎に算出する。エントロピーとアルファ角との算出式については説明を省略する(例えば、非特許文献2参照)。
ポラリメトリ観測データ199は、SAR撮像データ記憶部190に記憶されているものとする。
但し、第1のSAR撮像データ191と第2のSAR撮像データ192との少なくともいずれかがポラリメトリ観測データである場合、別のポラリメトリ観測データ199を用意する必要はない。マスク領域除外部120は第1のSAR撮像データ191または第2のSAR撮像データ192を用いてエントロピーとアルファ角とを算出する。
The mask
The polarimetry observation data 199 is stored in the SAR imaging
However, when at least one of the first
マスク領域除外部120は、エントロピーアルファ分類表184を参照してエントロピーとアルファ角とに対応する分類を画素毎に特定し、植生に分類されるSAR画像内の範囲を植生領域として特定する。
マスク領域除外部120は、特定した植生領域を示す地図データとしてエントロピーアルファ分類図183を生成し、生成したエントロピーアルファ分類図183を補助データ記憶部180に記憶する。エントロピーアルファ分類図183は土地被覆分類図181や植生指標図182と同様に植生領域の分布を表す。
The mask
The mask
図3に戻り、変化領域検出方法の説明を続ける。 Returning to FIG. 3, the description of the change region detection method will be continued.
S120において、マスク領域除外部120は、土地被覆分類図181、植生指標図182またはエントロピーアルファ分類図183に示される観測地域内の植生領域および水域をマスク領域として特定する。
マスク領域除外部120は、検出する変化領域(例えば、浸水地域)からマスク領域を除外するため、コヒーレンス画像193内のマスク領域をマスクする。例えば、マスク領域除外部120は、コヒーレンス画像193内のマスク領域の各画素にマスク領域であることを示す所定のマスク値を設定する。また例えば、マスク領域除外部120は、コヒーレンス画像193に対応する画像であってマスク領域にマスク値を設定したマスク画像を生成する。コヒーレンス画像193とマスク画像と対比することにより、コヒーレンス画像193に対してマスク領域とマスク領域以外の領域とを区別することができる。
以下、S120でマスクしたコヒーレンス画像193を「コヒーレンスマスク画像194」という。
S120の後、S130に進む。
In S120, the mask
The mask
Hereinafter, the
It progresses to S130 after S120.
図9は、実施の形態1におけるコヒーレンスマスク画像194の一例を示す図である。
コヒーレンス画像193(図5参照)内の山および湖をマスク領域としてマスクすると、図9に示すようなコヒーレンスマスク画像194が得られる。
FIG. 9 is a diagram showing an example of the
When the mountains and lakes in the coherence image 193 (see FIG. 5) are masked as mask regions, a
図3に戻り、変化領域検出方法の説明を続ける。 Returning to FIG. 3, the description of the change region detection method will be continued.
S130において、変化領域特定部130は、コヒーレンスマスク画像194に示されるコヒーレンスを所定のコヒーレンス閾値(「0」に近い値)と画素毎に比較する。コヒーレンスマスク画像194に示されるコヒーレンスとは、マスク領域以外の画素のコヒーレンスのことである。
変化領域特定部130は、コヒーレンスマスク画像194内でコヒーレンスがコヒーレンス閾値より小さい部分を変化画素領域として特定する。
変化領域特定部130は、変化画素領域に映る領域を変化領域として特定する。例えば、変化領域特定部130は、合成開口レーダ200の観測位置、アンテナの観測角、観測信号の伝播時間(発信から受信までの時間)などの情報に基づいて変化画素領域内の画素に対応する緯度、経度を算出し、変化領域の緯度、経度の範囲を特定する。
In S <b> 130, the change
The change
The change
例えば、変化領域特定部130は、コヒーレンスマスク画像194(図9参照)を閾値処理することにより、浸水地域だけを変化領域として特定することができる。
S130により、変化流域検出方法は終了する。
For example, the change
By S130, the change basin detection method ends.
図10は、実施の形態1における変化領域検出装置100の変化領域検出方法を示すフローチャートの別例を示す図である。
上記の変化領域検出方法(図3参照)では、コヒーレンス画像193を生成(S110)した後にマスク領域を特定し(S120)、コヒーレンスマスク画像194に基づいてマスク領域以外の領域から変化領域を特定している(S130)。
但し、図10に示すように、コヒーレンス画像193の生成(S220)とマスク領域の特定(S210)との順序を変えてもよい。
FIG. 10 is a diagram showing another example of a flowchart showing the change region detection method of the change
In the change area detection method (see FIG. 3), after generating the coherence image 193 (S110), the mask area is specified (S120), and the change area is specified from areas other than the mask area based on the
However, as shown in FIG. 10, the order of generating the coherence image 193 (S220) and specifying the mask area (S210) may be changed.
S210において、マスク領域除外部120は、土地被覆分類図181、植生指標図182またはエントロピーアルファ分類図183に基づいて観測地域に含まれる植生域および水域をマスク領域として特定する。
S220において、コヒーレンス画像生成部110は、第1のSAR撮像データ191と第2のSAR撮像データ192とに基づいて観測地域(マスク領域を除く)のコヒーレンスを算出し、コヒーレンス画像193を生成する。このコヒーレンス画像193は上記のコヒーレンスマスク画像194に相当する。
S230において、変化領域特定部130は、コヒーレンス画像193に基づいて、観測地域(マスク領域を除く)内でコヒーレンスがコヒーレンス閾値より小さい領域を変化流域として特定する。
In S210, the mask
In S220, the coherence
In S230, based on the
図10の処理順序であれば、S220でマスク領域内の画素に対してコヒーレンスを算出しないため、処理時間を短縮することができる。 In the processing order of FIG. 10, since the coherence is not calculated for the pixels in the mask area in S220, the processing time can be shortened.
次に、コヒーレンスの算出方法について説明する。 Next, a method for calculating coherence will be described.
コヒーレンスγ(0≦γ≦1)は、SAR複素データS1(第1のSAR撮像データ191)とSAR複素データS2(第2のSAR撮像データ192)とを用いて、以下の式(1)で算出される。
「<>」は平均値を示し、「*」は複素共役を示す。
Coherence γ (0 ≦ γ ≦ 1) is expressed by the following equation (1) using SAR complex data S1 (first SAR image data 191) and SAR complex data S2 (second SAR image data 192). Calculated.
“<>” Represents an average value, and “*” represents a complex conjugate.
但し、(i,j)画素のコヒーレンスγ(i,j)は、(i,j)画素を含む画素領域のSAR複素データS1・S2に基づいて算出する。(i,j)画素は、SAR画像内の座標(i,j)に位置する画素を意味する。
(i,j)画素のSAR複素データSは、以下の式(2)のように表される。「a」は振幅(実部)を示し、「e」は複素数(虚部)を示す。
However, the coherence γ (i, j) of the (i, j) pixel is calculated based on the SAR complex data S1 and S2 of the pixel region including the (i, j) pixel. The (i, j) pixel means a pixel located at coordinates (i, j) in the SAR image.
The SAR complex data S of (i, j) pixels is expressed as in the following equation (2). “A” indicates an amplitude (real part), and “e” indicates a complex number (imaginary part).
例えば、コヒーレンスγ(i,j)は、(i,j)画素を含む「2×2」ピクセルの画素領域または(i,j)画素を中心とする「3×3」ピクセルの画素領域のSAR複素データS1・S2に基づいて算出される。 For example, the coherence γ (i, j) is a SAR of a pixel region of “2 × 2” pixels including (i, j) pixels or a pixel region of “3 × 3” pixels centered on (i, j) pixels. It is calculated based on the complex data S1 and S2.
上記式(1)を展開した式(3)を以下に示す。
(i’,j’)は対象とする画素領域内の画素の座標を示す。
Expression (3) obtained by developing the above expression (1) is shown below.
(I ′, j ′) indicates the coordinates of the pixel in the target pixel region.
対象とする画素領域を大きくするほどサンプリング量が増え、観測信号の波形を詳細に表すことができるため、コヒーレンスγ(i,j)の精度が高まる。但し、画素領域を大きくするほど、コヒーレンスγ(i,j)の算出に要する計算量は増える。
画素領域の大きさは、コヒーレンスγ(i,j)の精度と計算量とを考慮して設定するとよい。
As the target pixel area is increased, the amount of sampling increases and the waveform of the observation signal can be expressed in detail, so that the accuracy of the coherence γ (i, j) is increased. However, the larger the pixel area, the greater the amount of calculation required to calculate the coherence γ (i, j) .
The size of the pixel area may be set in consideration of the accuracy of the coherence γ (i, j) and the calculation amount.
図11は、実施の形態1における変化領域検出装置100のハードウェア資源の一例を示す図である。
図11において、変化領域検出装置100は、CPU911(Central・Processing・Unit)(マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータともいう)を備えている。CPU911は、バス912を介してROM913、RAM914、通信ボード915、表示装置901、キーボード902、マウス903、ドライブ装置904、磁気ディスク装置920と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。ドライブ装置904は、FD(Flexible・Disk・Drive)、CD(Compact Disc)、DVD(Digital・Versatile・Disc)などの記憶媒体を読み書きする装置である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of hardware resources of the change
In FIG. 11, the change
通信ボード915は、有線または無線で、LAN(Local Area Network)、インターネット、電話回線などの通信網に接続している。
The
磁気ディスク装置920には、OS921(オペレーティングシステム)、ウィンドウシステム922、プログラム群923、ファイル群924が記憶されている。
The
プログラム群923には、実施の形態において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが含まれる。プログラムは、CPU911により読み出され実行される。すなわち、プログラムは、「〜部」としてコンピュータを機能させるものであり、また「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
The
ファイル群924には、実施の形態において説明する「〜部」で使用される各種データ(入力、出力、判定結果、計算結果、処理結果など)が含まれる。
The
実施の形態において構成図およびフローチャートに含まれている矢印は主としてデータや信号の入出力を示す。 In the embodiment, arrows included in the configuration diagrams and flowcharts mainly indicate input and output of data and signals.
実施の形態において「〜部」として説明するものは「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明するものは、ファームウェア、ソフトウェア、ハードウェアまたはこれらの組み合わせのいずれで実装されても構わない。 In the embodiment, what is described as “to part” may be “to circuit”, “to apparatus”, and “to device”, and “to step”, “to procedure”, and “to processing”. May be. That is, what is described as “to part” may be implemented by any of firmware, software, hardware, or a combination thereof.
変化領域検出装置100は、植生領域や水域など常に変化している流域を除いて変化領域(例えば、浸水地域)を検出することができる。また、検出できる変化領域は浸水地域に限られず、火災や地震などによって倒壊した建物や亀裂の生じた道路を検出することもできる。さらに、変化領域検出装置100は、災害が発生した場合でなく、新しく建造された建物を検出する場合などにも利用することができる。
変化領域検出装置100は、2枚のSAR画像から生成される1枚のコヒーレンス画像を用いて変化領域を検出することができる。このため、変化領域検出装置100は、観測時期の異なる3枚のSAR画像が入手できない場合や3枚目のSAR画像の観測を待たず早急に災害地域を特定したい場合などにも使用することができる。
The change
The change
100 変化領域検出装置、110 コヒーレンス画像生成部、120 マスク領域除外部、130 変化領域特定部、180 補助データ記憶部、181 土地被覆分類図、182 植生指標図、183 エントロピーアルファ分類図、184 エントロピーアルファ分類表、190 SAR撮像データ記憶部、191 第1のSAR撮像データ、191a 第1のSAR画像、192 第2のSAR撮像データ、192a 第2のSAR画像、193 コヒーレンス画像、194 コヒーレンスマスク画像、199 ポラリメトリ観測データ、200 合成開口レーダ、901 表示装置、902 キーボード、903 マウス、904 ドライブ装置、911 CPU、912 バス、913 ROM、914 RAM、915 通信ボード、920 磁気ディスク装置、921 OS、922 ウィンドウシステム、923 プログラム群、924 ファイル群。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記観測地域内で時刻によって状態が変化する領域をマスク領域として特定するマスク領域特定データを記憶するマスク領域特定データ記憶部と、
前記画像データ記憶部に記憶される第1の画像データと第2の画像データとに基づいて前記第1の画像データと前記第2の画像データとのコヒーレンスを画素毎に算出するコヒーレンス算出部と、
前記観測地域内の前記マスク領域以外の領域であってコヒーレンスが所定のコヒーレンス閾値より小さい画素に映る部分を変化領域として特定する変化領域特定部と
を備えたことを特徴とする変化領域特定装置。 An image for storing first image data obtained by observing a specific observation area and second image data obtained by observing the observation area at an observation time different from the observation time of the first image data A data storage unit;
A mask region specifying data storage unit for storing mask region specifying data for specifying a region whose state changes with time in the observation region as a mask region;
A coherence calculating unit that calculates, for each pixel, a coherence between the first image data and the second image data based on the first image data and the second image data stored in the image data storage unit; ,
A change area specifying apparatus comprising: a change area specifying unit that specifies an area other than the mask area in the observation area, which is reflected in a pixel whose coherence is smaller than a predetermined coherence threshold, as a change area.
前記変化領域特定装置は、さらに、
前記ポラリメトリ画像データのエントロピーと前記ポラリメトリ画像データのアルファ角とを画素毎に算出するエントロピーアルファ算出部と、
前記エントロピーアルファ算出部により算出されたエントロピーとアルファ角とに基づいて所定の組み合わせのエントロピーとアルファ角とを有する画素に映る部分を前記マスク領域として特定し、特定したマスク領域を示すデータを前記マスク領域特定データとして生成するマスク領域特定データ生成部とを備える
ことを特徴とする請求項1記載の変化領域特定装置。 The image data storage unit stores polarimetric image data obtained by observing the observation area using a plurality of electromagnetic waves having different vibration directions,
The change area specifying device further includes:
An entropy alpha calculator that calculates the entropy of the polarimetry image data and the alpha angle of the polarimetry image data for each pixel;
Based on the entropy and alpha angle calculated by the entropy alpha calculation unit, a portion appearing in a pixel having a predetermined combination of entropy and alpha angle is specified as the mask region, and data indicating the specified mask region is specified as the mask The change area specifying device according to claim 1, further comprising: a mask area specifying data generating unit that generates the area specifying data.
前記変化領域特定部は、前記領域分類データに基づいて所定の種類に分類される領域を前記マスク領域として変化領域から除外する
ことを特徴とする請求項1記載の変化領域特定装置。 The mask area specifying data storage unit stores area classification data for classifying the observation area for each area as the mask area specifying data;
The change area specifying device according to claim 1, wherein the change area specifying unit excludes an area classified into a predetermined type based on the area classification data as the mask area from the change area.
前記変化領域特定部は、前記植生指標データに基づいて植生領域を前記マスク領域として変化領域から除外する
ことを特徴とする請求項1記載の変化領域特定装置。 The mask area specifying data storage unit stores vegetation index data for specifying a vegetation area in the observation area as the mask area specifying data,
The change area specifying device according to claim 1, wherein the change area specifying unit excludes a vegetation area from the change area as the mask area based on the vegetation index data.
前記画像データ記憶部に記憶される第1の画像データと第2の画像データとに基づいて前記第1の画像データと前記第2の画像データとのコヒーレンスを画素毎に算出するコヒーレンス算出処理と、
前記観測地域内の前記マスク領域以外の領域であってコヒーレンスが所定のコヒーレンス閾値より小さい画素に映る部分を変化領域として特定する変化領域特定処理と
をコンピュータに実行させる変化領域特定プログラム。 An image for storing first image data obtained by observing a specific observation area and second image data obtained by observing the observation area at an observation time different from the observation time of the first image data In a change area specifying program of a change area specifying device comprising a data storage section and a mask area specifying data storage section for storing mask area specifying data for specifying a mask area specifying an area whose state changes with time in the observation area,
A coherence calculation process for calculating, for each pixel, a coherence between the first image data and the second image data based on the first image data and the second image data stored in the image data storage unit; ,
A change area specifying program that causes a computer to execute a change area specifying process that specifies an area other than the mask area in the observation area and having a coherence reflected in a pixel smaller than a predetermined coherence threshold as a change area.
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