JP2003329780A

JP2003329780A - 夜間雲量測定方法および夜間雲量測定装置

Info

Publication number: JP2003329780A
Application number: JP2002138204A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kubota; 実久保田
Original assignee: Communications Research Laboratory
Current assignee: Communications Research Laboratory
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2003-11-19
Anticipated expiration: 2022-05-14
Also published as: JP3593567B2

Abstract

(57)【要約】【課題】夜間におけるおおよその雲量をほぼリアルタ
イムに取得できると共に、全天上で雲のある範囲をある
程度特定できる雲量測定を可能とする。【解決手段】全天画像取得手段２によって夜空の全天
画像を撮像し、この全天画像から星像を除去した星像除
去画像を星像除去画像生成手段３ｂで生成し、この星像
除去画像と元の全天画像との差分をとることで星の光点
のみを抽出した星像を星像抽出手段３ｃによって生成
し、天空を仮想的に分割した複数の判定領域であるセク
ター毎に星像中の光点の数量を求めて雲の有無を推定す
る処理を雲量算出処理手段４が行い、雲量情報として出
力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、夜間の雲量を測定
するための夜間雲量測定方法および夜間雲量測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】夜間の雲量は大気放射に関わる気象学上
の重要なパラメータであり、気象学研究や天気予報への
有効活用が期待できる。従来、夜間の天気を判定する方
法として、例えば、特公昭５３−４３０７０号公報や特
公平６−１６１２０号公報で、放射収支量を測定するこ
とにより間接的に夜間雲量を推定するものが提案されて
いる。これは、夜間の放射冷却が大きければ晴れ、逆に
小さければ曇りという具合に夜間の天気を判別するので
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、放射冷
却によって夜間の天気を推定する従来の方法は、様々な
気象学的な仮定を用いているため、殊に雲量の判定は曖
昧なものにならざるを得ない。つまり、雲量を「晴れ」
「晴れたり曇ったり」「曇り」の三段階でしか判定でき
ず、また、夫々の段階を区分けする判定基準の境界も曖
昧であり、到底、満足の行く雲量データとはいえない。

【０００４】また、放射収支量は、雲の出現や消滅に比
べて非常にゆっくりと変化するので、実際に何時に雲が
出て、また何時に雲が消えたのかを正確に判定すること
はできない。おそらく、雲量の変化が放射収支量の影響
として現れて、これが検出されるまでには１時間程度の
時差が生ずるものと考えられ、雲量変化を測定するため
の即時性という点からも、到底満足の行く雲量データは
得られない。

【０００５】そこで、本発明は、夜間におけるおおよそ
の雲量をほぼリアルタイムに取得できると共に、全天上
で雲のある範囲をある程度特定できる夜間雲量測定方法
と、この方法を具現化できる夜間雲量測定装置の提供を
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決
するために、請求項１に係る発明は、夜空の全天画像を
取得し、該全天画像を用いて星の光点のみを抽出した星
像を取得し、天空を仮想的に分割した複数の判定領域毎
に星像中の光点の数量を求め、各判定領域毎に雲の有無
を推定することにより、全天における雲量を求めるよう
にしたことを特徴とする。

【０００７】また、請求項２に係る発明は、上記請求項
１に記載の夜間雲量測定方法において、恒星の等級や位
置に関する既知情報に基づいて、取得した全天画像中に
おける恒星の光点を特定し、当該恒星に対応する光点の
発光強度から雲の厚さを推定するようにしたことを特徴
とする。

【０００８】また、請求項３に係る発明は、夜空の全天
画像を取得可能な全天画像取得手段と、上記全天画像取
得手段により取得した全天画像に基づいて、星の光点を
抽出した星像を取得する星像取得手段と、上記星像取得
手段により取得した星像を用い、天空を仮想的に分割し
た複数の判定領域毎に星像中の光点の数量を求め、判定
領域毎に雲の有無を推定することにより、全天における
雲量を求める雲量算出処理手段と、を備える。

【０００９】また、請求項４に係る発明は、上記請求項
３に記載の夜間雲量測定装置において、恒星の等級や位
置に関する情報からなる恒星情報データベースを備え、
上記雲量算出処理手段は、上記恒星情報データベースの
恒星位置情報に基づいて、取得した全天画像中における
恒星の光点を特定し、当該恒星に対応する光点の発光強
度から雲の厚さを推定するようにしたことを特徴とす
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、添付図面に基づいて、本発
明に係る夜間雲量測定方法および該方法を具現化する夜
間雲量測定装置の実施形態を説明する。

【００１１】夜間雲量測定方法の概要は、夜空の全天画
像を撮像し、この全天画像に光学処理を施すことで星の
光点のみを抽出した星像を生成し、天空を仮想的に分割
した複数の判定領域（以下、この判定領域をセクターと
言う）毎に星像中の光点の数量を求め、各セクター毎に
雲の有無を推定することにより、全天における雲量を求
めるのである。

【００１２】上記の夜間雲量測定方法を具現化し得る夜
間雲量測定装置の概略構成を図１に示す。すなわち、夜
間雲量測定装置１は、全天画像取得手段２によって夜空
の全天画像を撮像し、この全天画像に光学処理を施すこ
とで星の光点のみを抽出した星像を星像取得手段３によ
って生成し、セクター毎に星像中の光点の数量を求めて
雲の有無を推定する処理を雲量算出処理手段４が行い、
雲量情報が求まるのである。

【００１３】なお、夜間雲量測定装置１は、全天型カメ
ラ（魚眼レンズ、光学フィルター、ＣＣＤカメラ、操作
用コンピューター等よりなる）と画像データ処理用コン
ピュータ（全天型カメラの出力画像を取り込めるハード
ウェアを含み、上述した雲量情報を求めるためのデータ
処理プログラムを実行可能なもの）とを用いて実現でき
る。

【００１４】夜間雲量測定装置１において、全天画像取
得手段２は、全天（雲量測定を行う上で必要十分な空の
領域）を臨める広角レンズ（魚眼レンズ）２ａと、この
広角レンズ２ａからの像に対して一定帯域の波長（例え
ば、波長５７２ｎｍ付近の波長）の光のみを透過させる
光学フィルタ２ｂと、この光学フィルタ２ｂを透過した
像を撮像するＣＣＤカメラ２ｃとからなる。本実施形態
のように光学フィルタ２ｂを用いれば、オーロラ光や市
街光の進入を効果的に防ぐことができ、後の光学処理に
よってより純粋な星像を得ることができる。

【００１５】上記のようにして全天画像取得手段２によ
って取得された全天画像は、星像取得手段３の全天画像
一時記憶手段３ａによって一時記憶されると共に、この
記憶された全天画像が星像除去画像生成手段３ｂおよび
星像抽出手段３ｃへ供給される。この全天画像の一例を
図２（ａ）に示す。

【００１６】全天画像を受けた星像除去画像生成手段３
ｂは、全天画像に対してメジアンフィルター処理もしく
は平滑化処理を施すことで、星像のみを除去した画像
（星像除去画像）を生成する。この星像除去画像の一例
を図２（ｂ）に示す。

【００１７】ここで、メジアンフィルター処理と平滑化
処理を簡単に説明する。例えば、一つの星の光点付近の
ディジタル画像（５ドット×５ドットの領域）を拡大し
た状態を図３に示し、夫々のドットにおける発光強度の
レベルを１〜１０で表記してある。メジアンフィルター
処理は、デジタル画像中のあるドットに対して、その周
りの指定した範囲の明るさの中央値を調べて、その中央
値をドットの明るさに置き換えるという働きをする。よ
って、図３の画像における中心のドット（発光強度レベ
ル＝１０）に対して５×５のメジアンフィルター処理を
施すと、中心のドットの明るさは１に置き換えられる。
また、平滑化処理は、デジタル画像中のあるドットに対
して、その周りの指定した範囲の明るさの平均値を調べ
て、その平均値をドットの明るさに置き換えるという働
きをする。よって、図３における中心のドットに対して
５×５の平滑化処理を施すと、中心のドットの明るさは
２．４８に置き換えられる。

【００１８】このように、メジアンフィルター処理や平
滑化処理を星の光点（例えば、発光強度や光点の大きさ
などから星である蓋然性の高い光点を絞り込める）に対
して施してゆけば、星像のみを除去した星像除去画像を
生成することができるのである。なお、星像除去画像を
生成する方法は、メジアンフィルター処理や平滑化処理
を用いる方法に限らず、公知既存の画像処理技術を適宜
利用することができ、全天画像取得手段２により得られ
る全天画像の特性（画像の解像度や色分解能など）に応
じて、良好な星像除去画像を取得できる手法を採用すれ
ば良い。

【００１９】続いて、上記星像除去画像生成手段３ｂは
生成した星像除去画像を星像抽出手段３ｃへ渡し、この
星増収出手段３ｃは、全天画像から星像除去画像を差し
引くことにより、星の光点のみを抽出した星像を生成す
る。かくして得られた星像の一例を図２（ｃ）に示す。

【００２０】なお、本実施形態においては、全天画像一
時記憶手段３ａと星像除去画像生成手段３ｂと星像抽出
手段３ｃとによって星像取得手段３を構成するものとし
たが、この構成に限定されるものではなく、適宜な画像
処理技術によって全天画像から星像を取得することがで
きれば、どのような構成であっても構わない。

【００２１】上記のようにして、星像取得手段３が生成
した星像を受けた雲量算出処理手段４は、星像からセク
ター毎に星の数量をカウントして雲の有無を推定し、全
天における雲量を判定する。例えば、全天を“天頂セク
ター”，“東セクター”，“西セクター”，“南セクタ
ー”，“北セクター”の５つに分割した場合、「全て晴
れ」，「４セクターが晴れ」，「３セクターが晴れ」，
「２セクターが晴れ」，「１セクターが晴れ」，「全て
曇り」、の６段階で雲量の判定を行うことができる。

【００２２】図２（ｃ）の星像においては、天頂セクタ
ー、東セクター、西セクター、北セクターでは星をカウ
ントできたが、南セクターでは星がカウントできなかっ
たので、「５セクターが晴れ」（雲量は全天の１／６）
と判定できると共に、雲の位置は南という情報を得るこ
とができる。このようにして得られた雲量情報は、適宜
な記録手段へ順次自動保存したり、ディスプレイなどの
適宜な表示手段を用いて視覚的に表示したりする。

【００２３】なお、雲のある位置を知るためには、各セ
クターの方位が正しく認識できなければならないので、
例えば、ＣＣＤカメラ２ｃを設置する度に、全天画像と
セクター方位との関連づけを更正したり、逆に、全天画
像とセクター方位とが適正な関係を保持するようにＣＣ
Ｄカメラ２ｃを設置したりする必要があり、必ずしも利
便性の高いものではない。そこで、恒星の等級や位置に
関する情報からなる恒星情報データベース５を予め夜間
雲量測定装置１に設けておくものとし、この恒星情報デ
ータベース５より得た恒星位置情報に基づいて雲量算出
処理手段４が星像の東西南北を判定するようにしても良
い。近来の処理能力の高いコンピュータを用いて夜間雲
量測定装置を構成すれば、マップマッチングの手法等に
より、全天画像の撮像日時における適正な恒星位置と、
取得された星像との相関を瞬時にとることができるの
で、夜間雲量を測定する度に星像の方位判定を行うよう
にしても、雲量測定処理に大きな障害となることはな
い。

【００２４】また、星像からカウントした星の数量に基
づいて雲量を判定する雲量判定手法は、上記の手法に限
定されるものではなく、セクターの数や配置、取得され
る星像の解像度などに応じて種々の判定手法を採用すれ
ば良い。例えば、上記の雲量判定手法では、セクター毎
に「晴れ」か「曇り」かを判定することとなるので、セ
クター数が少ない場合（判定領域の分割数が少ない場
合）には、誤差が大きくなってしまうため、例えば、セ
クター毎に平均的な星の数量を判定基準として予め設定
しておき、この判定基準の数量に対してカウントされた
星の数が著しく少ない場合は曇りのセクターと判定する
ようにしても良いし、カウントされた星の数量と判定基
準の数量との簡単な比率から算出した曇りの度合いを雲
量（例えば、天頂セクターは４０％曇り）とするように
しても良い。更に、上述した恒星情報データベース５の
恒星位置データを利用すれば、夫々のセクターに本来何
個の星が写っているべきか正確に分かるので、一層信頼
性の高い判定を行うことができる。

【００２５】上述した実施形態では、全天に占める雲の
面積としての雲量を測定するものであったが、これに加
えて雲の厚さを雲量情報として取得することもできる。
すなわち、恒星情報データベース５を利用することによ
り、全天画像内のどの位置に何等星の星が写っているべ
きかを予め計算して知ることができ、空に薄雲がかかっ
ている場合、明るい星であれば、雲を通して全天画像中
に星像が写ることを利用するのである。

【００２６】具体的には、全天画像一時記憶手段３ａよ
り雲量算出処理手段４へ全天画像を供給し、この全天画
像から実際に観測された恒星（恒星情報データベース５
を用いて位置が特定された恒星）の発光強度を取得し、
当該恒星の本来の等級から予想される発光強度と実際の
発光強度とを対比することによって、その発光強度の低
下状態から遮光の度合いを知ることができ、この遮光の
度合いと関連付けされた雲の厚さのデータベースを使う
ことで、その恒星位置における雲の厚さを推定するので
ある。なお、雲の厚さを判定するための恒星の選定は、
星像から雲があると判定されたセクターのみを対象にし
ても良いし、そのセクターに隣接しているセクタからも
選定するようにしても良い。また、予め定めた等級以上
の恒星全てに対して、観測された光点の発光強度との対
比を行うようにすれば、より細かい雲の広がりを判別で
きるという利点もある。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る夜
間雲量測定方法によれば、直接的に星が見えているかど
うかを画像処理技術を使って判定し、その結果より雲の
有無を推定するので、ほぼリアルタイムで正確な雲量測
定を実現できる。また、雲の有無の推定は判定領域毎に
行うので、全天上において雲のある位置を特定すること
もでき、気象学研究や天気予報などに有効活用できる利
用価値の高い雲量情報を取得できる。

【００２８】また、請求項２に係る夜間雲量測定方法に
よれば、実際に観測された恒星の発光強度と、当該恒星
の本来の等級から予想される発光強度とを対比すること
によって、遮光の度合いを知ることができ、この遮光の
度合いと予め関連付けておいた情報を使って雲の厚さを
推定できる。このように、雲の厚さも雲量情報として取
得できるので、その利用価値は一層高いものとなる。

【００２９】また、請求項３に係る夜間雲量測定装置に
よれば、上述した請求項１に係る夜間雲量測定方法と同
様な効果を期せる。しかも、請求項３に係る夜間雲量測
定装置は、全天画像の取得から雲量情報の取得までを自
動で処理させることができるので、比較的短時間（例え
ば、１分）毎に雲量情報を自動取得するようにすれば、
急激な天候変化（例えば、１０分もかからずに全天快晴
の状態から全天曇りの状態に変化するようなケース）に
も追随した雲量測定を行うことができ、時系列な雲量変
化の情報を取得できるという利点もある。

【００３０】また、請求項４に係る夜間雲量測定装置に
よれば、上述した請求項２に係る夜間雲量測定方法と同
様な効果を期せる。

【図面の簡単な説明】

【図１】夜間雲量測定装置の概略構成図である。

【図２】（ａ）全天画像のイメージ図である。（ｂ）星像除去画像のイメージ図である。（ｃ）星像のイメージ図である。

【図３】星の光点を中心とした５×５ドットのディジタ
ル画像のイメージ図である。

【符号の説明】

１夜間雲量測定装置２全天画像取得手段３星像取得手段４雲量算出処理手段５恒星情報データベース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】夜空の全天画像を取得し、該全天画像を
用いて星の光点のみを抽出した星像を取得し、天空を仮
想的に分割した複数の判定領域毎に星像中の光点の数量
を求め、各判定領域毎に雲の有無を推定することによ
り、全天における雲量を求めるようにしたことを特徴と
する夜間雲量測定方法。
【請求項２】恒星の等級や位置に関する既知情報に基
づいて、取得した全天画像中における恒星の光点を特定
し、当該恒星に対応する光点の発光強度から雲の厚さを
推定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
夜間雲量測定方法。
【請求項３】夜空の全天画像を取得可能な全天画像取
得手段と、上記全天画像取得手段により取得した全天画像に基づい
て、星の光点を抽出した星像を取得する星像取得手段
と、上記星像取得手段により取得した星像を用い、天空を仮
想的に分割した複数の判定領域毎に星像中の光点の数量
を求め、判定領域毎に雲の有無を推定することにより、
全天における雲量を求める雲量算出処理手段と、を備えることを特徴とする夜間雲量測定装置。
【請求項４】恒星の等級や位置に関する情報からなる
恒星情報データベースを備え、上記雲量算出処理手段は、上記恒星情報データベースの
恒星位置情報に基づいて、取得した全天画像中における
恒星の光点を特定し、当該恒星に対応する光点の発光強
度から雲の厚さを推定するようにしたことを特徴とする
請求項３に記載の夜間雲量測定装置。