JP2004206527A - 船舶識別システム及び船舶識別方法及びプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】人工衛星で撮影された光学画像に含まれる船舶を識別する船舶識別システムに係り、太陽光の方向と撮影方向による影響を排除し、いかなる光学的条件下で撮影された衛星画像を用いる場合であっても正確な船舶識別を可能とすることを課題とする。
【解決手段】反射領域算出部１０３は、対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出し、船舶判定部１０４は、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置、範囲及び面積を候補船舶データベース１０５から読み出し、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する。更に、光学画像上反射しないと想定される箇所についても判定する。
【選択図】 図１
【解決手段】反射領域算出部１０３は、対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出し、船舶判定部１０４は、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置、範囲及び面積を候補船舶データベース１０５から読み出し、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する。更に、光学画像上反射しないと想定される箇所についても判定する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、人工衛星で撮影された光学画像に含まれる船舶を識別する船舶識別システムに係り、識別精度を向上させる技術に関する。
本発明は、人工衛星から撮影された光学画像に限らず、高空（主に、航空機、飛行船、気球、ヘリコプターなどの飛行体）から撮影された光学画像、高所（例えば、海峡などの岸壁の上などの地点、橋などの施設）から撮影された光学画像、宇宙（宇宙船、宇宙ステーションなどの施設、月などの天体）から撮影された光学画像を用いて、その光学画像に含まれる船舶を識別する船舶識別システムにおいても有効である。
以下、人口衛星から撮影された衛星画像を光学画像の例として説明するが、上述のような高空、高所、あるいは宇宙から撮影された光学画像のいずれかに置きかえることができる。
【０００２】
【従来の技術】
各画素の輝度値により構成される光学センサー画像である衛星画像を用いて、船舶を識別するシステムが知られている。このような光学センサー画像は、人工衛星に搭載された光学センサーがＣＣＤカメラを通じて地球表面からの太陽光の反射に感光して得られる受信信号を、基地局において更に信号処理を施したものであり、光の反射から得られるものである。
【０００３】
従来の識別方法として、特開２００１−２２１８５７に開示されているように船舶の全長と艦橋の幅の比較が知られている。しかし、上方から撮影された画像では、艦橋の幅を自動的に計測することは困難である。
【０００４】
また、特開２０００−２３１５７１に開示されているように分割した部分画像の画素数の比較や、特開２００１−１９５５６５に開示されているように輝度分布に基づく判断も知られているが、これらは、光学的条件による影響を排除できないという問題がある。つまり、同じ船舶であっても、太陽光の方向と撮影方向が異なると、反射する箇所や影の出方が異なり、統一的な判断基準を設けることができない。そのため、様々な光学的条件下で撮影される画像から、正確な判定を行うことができず、実用的でない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２２１８５７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２３１５７１号公報
【特許文献３】
特開２００１−１９５５６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、太陽光の方向と撮影方向による影響を排除し、いかなる光学的条件下で撮影された衛星画像を用いる場合であっても正確な船舶識別を可能とすることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る船舶識別システムは、
以下の要素を有することを特徴とする
（１）候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射位置を記憶する候補船舶データベース
（２）識別対象である対象船舶の光学画像を取得する船舶画像取得部
（３）対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出する反射領域算出部
（４）候補船舶毎に、すべての必須反射位置が、算出した反射領域に含まれるか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する船舶判定部。
【０００８】
候補船舶データベースは、光学画像上必ず反射する箇所の範囲を必須反射位置と併せて記憶し、
船舶判定部は、候補船舶データベース上の必須反射位置に併せて前記範囲が記憶されている場合には、更に、前記範囲が当該必須反射位置を含む反射領域の範囲と合致するか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行うことを特徴とする。
【０００９】
候補船舶データベースは、光学画像上必ず反射する箇所の大きさを必須反射位置と併せて記憶し、
船舶判定部は、候補船舶データベース上の必須反射位置に併せて前記大きさが記憶されている場合には、更に、前記大きさが当該必須反射位置を含む反射領域の大きさと合致するか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行うことを特徴とする。
【００１０】
候補船舶データベースは、更に、候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上反射しないと想定される箇所の船体上の位置である非反射想定位置を記憶し、
船舶判定部は、更に、候補船舶毎に、すべての非反射想定位置が、算出した反射領域外の非反射領域に含まれる否かにより非反射想定箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて非反射想定箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する。
【００１１】
候補船舶データベースは、光学画像上反射しないと想定される箇所の範囲を非反射想定位置と併せて記憶し、
船舶判定部は、候補船舶データベース上の非反射想定位置に併せて前記範囲が記憶されている場合には、更に、前記範囲が当該非反射想定位置を含む反射領域の範囲と合致するか否かにより非反射想定箇所が不適合か否かの判断を行うことを特徴とする。
【００１２】
候補船舶データベースは、光学画像上反射しないと想定される箇所の大きさを非反射想定位置と併せて記憶し、
船舶判定部は、候補船舶データベース上の非反射想定位置に併せて前記大きさが記憶されている場合には、更に、前記大きさが当該非反射想定位置を含む反射領域の大きさと合致するか否かにより非反射想定箇所が不適合か否かの判断を行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る船舶識別方法は、
候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射位置を記憶する候補船舶データベースを有する船舶識別システムによる船舶識別方法であって、以下の要素を有することを特徴とする
（１）識別対象である対象船舶の光学画像を取得する工程
（２）対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出する工程
（３）候補船舶毎に、すべての必須反射位置が、算出した反射領域に含まれるか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する工程。
【００１４】
本発明に係るプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、
候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射位置を記憶する候補船舶データベースを有する船舶識別システムとなるコンピュータに、以下の処理を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることを特徴とする
（１）識別対象である対象船舶の光学画像を取得する処理
（２）対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出する処理
（３）候補船舶毎に、すべての必須反射位置が、算出した反射領域に含まれるか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する処理。
【００１５】
本発明に係るプログラムは、
候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射位置を記憶する候補船舶データベースを有する船舶識別システムとなるコンピュータに、以下の手順を実行させるためのプログラムであることを特徴とする
（１）識別対象である対象船舶の光学画像を取得する手順
（２）対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出する手順
（３）候補船舶毎に、すべての必須反射位置が、算出した反射領域に含まれるか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する手順。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。図１は、船舶識別システムの構成を示す図である。
船舶識別システムは、船舶画像取得部１０１、全長全幅図形的重心算出部１０２、反射領域算出部１０３、船舶判定処理部１０４、候補船舶データ登録部１０５、候補船舶データベース１０６、及び判定結果出力部１０７から構成されている。但し、図中カッコ書きのデータは、本実施の形態では流れない。
【００１７】
図２は、船舶識別処理の全体フローを示す図である。船舶識別システムは、まず、船舶画像取得部１０１により、切り出された対象船舶の光学画像を取得する船舶画像取得処理（Ｓ２０１）を行う。衛星画像（高空、高所、あるいは宇宙から撮影された光学画像の例）全体から対象船舶の光学画像を切り出す処理は、本システムで行ってもよいし、あるいは他のシステムで行い、その結果を本システムに入力するようにしてもよい。次に、全長全幅図形的重心算出部１０２により、対象船舶の光学画像から全長、全幅、図形的重心を算出する全長全幅図形的重心算出処理（Ｓ２０２）行う。そして、反射領域算出部１０３により、対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出する反射領域算出処理（Ｓ２０３）を行い、船舶判定処理部１０４により、候補船舶毎に、すべての必須反射箇所が、相当する反射領域に適合するか否かの判断を行い、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する船舶判定処理（Ｓ２０４）を行う。最後に、判定結果出力部１０７により、判定結果（判定した船舶の名称等の識別情報）を出力する判定結果出力処理（Ｓ２０５）を行う。
尚、船舶判定処理（Ｓ２０４）の詳細については、後述する。
【００１８】
ここで、船舶判定処理（Ｓ２０４）に用いる候補船舶データベース１０６について説明する。図３は、候補船舶データベースの構成例（その１）を示す図である。
候補船舶の単位でレコード３２０，３３０，３４０が設けられ、候補船舶ＩＤ３０１、候補船舶名３０２、全長３０３、全幅３０４、図形的重心３０５、必須反射箇所数３０６、及び必須反射箇所数３０６分の必須反射箇所情報３０７の項目を有している。必須反射箇所は、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所である。必須反射箇所情報３０７は、必須反射位置３０８、必須反射範囲情報３０９、及び必須反射面積３１０を有している。更に、必須反射範囲情報３０９は、形状種別３１１、最小座標３１２、及び最大座標３１３を有している。必須反射箇所情報３０７の詳細については、図を用いて後述する。
この例では、船体上の位置を船体上の実際の長さ（Ｘ×Ｙ ｍ）を用いて特定しているが、所定の解像度を前提として、画像上の画素位置（行×列 ｄｏｔ）を基準として特定しても構わない。
これらの候補船舶データは、候補船舶データ登録部１０５から候補船舶データベース１０６に登録されるように構成されている。
【００１９】
図３の３２０レコードに登録されている「イ艦」（船舶ＩＤ：Ｓ０１）を例として必須反射箇所について説明する。図４は、船舶の構造の例を示す図である。
各位置は、所定の原点を基準として特定される。この例では、図のように左方向に船首を向けた状態での船体を含む最小矩形（最小被覆矩形）の左上端を原点としている。
船舶全体に、灰色の色彩が施されているが、４０３と４０４（ヘリコプター定着位置を示すマーク）、４０５と４０６（船舶番号）の部分は、白色の色彩が施されている。また、４０１と４０２は、近距離防衛システム（ＣＩＷＳ：Ｃｌｏｓｅ−ｉｎ Ｗｅａｐｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）の装備であり、バルカン砲の上に上部半球形（直径２ｍ程度）のレーダー・ドームを備えている。
【００２０】
本システムでは、人口衛星等により船体上方から撮影された光学画像を扱う。但し、人工衛星から撮影された光学画像に限らず、高空（主に、航空機、飛行船、気球、ヘリコプターなどの飛行体）から撮影された光学画像、高所（例えば、海峡などの岸壁の上などの地点、橋などの施設）から撮影された光学画像、宇宙（宇宙船、宇宙ステーションなどの施設、月などの天体）から撮影された光学画像を用いても有効である。ここでは、人口衛星から撮影された衛星画像を光学画像の例として説明するが、上述のような高空、高所、あるいは宇宙から撮影された光学画像のいずれかに置きかえることができる。次に、光学画像から切り出されたこの船舶の画像について説明する。図５は、船舶の多値画像の例を示す図である。この図は、模式図であるが、光学画像は、通常多値（多階調）の白黒画像として得られる。この例では、１ｍ×１ｍを１画素とする解像度を想定しているが、それよりも高い解像度、あるいは低い解像度を用いることも考えられる。
【００２１】
本処理では、二値化を行い、光学画像を、反射領域（太陽光を反射する明るい部分）、それ以外の非反射領域に分ける。図６は、船舶の二値画像の第一例を示す図である。この図は、図５の多値画像を二値化した画像である。二値化は、画素値を閾値と比較することにより行う。このとき、例えばＰタイル法などが用いられる。
図に示すように、この例では、４０３〜４０６の白色部分が反射した領域６０３〜６０６の他に、４０１と４０２の近距離防衛システムの装備が反射した領域６０１と６０２、更に４０７の面が反射した領域６０７が、反射領域として抽出されている。
【００２２】
しかし、同じ船舶であっても、太陽光の方位及び入射角や光の拡散状態、人工衛星（高空、高所、あるいは宇宙の撮影箇所の例）からの撮影角度等により、反射領域が異なる。他の光学的条件における二値画像の例を示す。
図７は、他の光学的条件における二値画像の第二例を示す図である。第二例では、４０３〜４０６の白色部分が反射した領域７０３〜７０６と、４０１と４０２の近距離防衛システムの装備が反射した領域７０１と７０２が、反射領域として抽出されている。
図８は、他の光学的条件における二値画像の第三例を示す図である。第三例では、４０３〜４０６の白色部分が反射した領域８０３〜８０６、４０１と４０２の近距離防衛システムの装備が反射した領域８０１と８０２、更に４０８の面が反射した領域８０８が、反射領域として抽出されている。
【００２３】
図６の第一例の場合は、図９に示すように、前方の小さい仰角から太陽光が入射し、やや前方の人工衛星により撮影している為、４０７面においても、ある程度強い反射光が人工衛星の方向（高空、高所、あるいは宇宙の撮影箇所の方向の例）に反射する。従って、４０７面の画像部分が反射領域６０７となる。一方、４０８面は、人工衛星方向に強い反射光が向かないため、４０８面の画像部分は非反射領域となる。
図７の第二例の場合は、図１０に示すように、前方の小さい仰角から太陽光が入射し、上方の人工衛星により撮影している為、４０７面と４０８面のいずれにおいても、人工衛星方向に強い反射光が向かないため、４０７面と４０８面の画像部分は非反射領域となる。
図８の第三例の場合は、図１１に示すように、上方から太陽光が入射し、上方の人工衛星により撮影している為、４０８面の画像部分は反射領域８０８となり、４０７面の画像部分は非反射領域となる。
一方、近距離防衛システムの装備４０１は、いずれの太陽光の入射角と人工衛星の方向の組合せにおいても、直接的な強い反射光が人工衛星の方向に反射する。これは、同装置４０１の頭部が、半球面であり、通常の撮影条件として想定される太陽光（３６０度全方位、通常撮影する太陽仰角の範囲）を、通常の撮影条件として想定される人工衛星の方向に反射するあらゆる面を備えた半球面により構成されているからである。
従って、光学的条件（太陽光の方向と撮影方向）に拠らず、近距離防衛システムの装備４０１と４０２の画像部分は、常に反射領域（例えば、６０１と６０２、７０１と７０２、８０１と８０２）となる。
【００２４】
このように、白色部分４０３〜４０６と近距離防衛システムの装備４０１，４０２の領域が、光学画像上必ず反射する必須反射箇所となる。図３の必須反射箇所情報３１１は、これらの必須反射箇所を特定する為の情報である。
必須反射位置３０８は、必須反射箇所の位置を特定する情報であり、この例では、同箇所の図形上の重心を用いている。但し、この例に拠らず、必須反射箇所のいずれかの位置（必ず反射すると想定される位置）であれば、他の点でもよい。
必須反射範囲情報３１１は、必須反射箇所の範囲（輪郭）の特徴を示す情報であり、この例では、形状種別３１１、最小座標３１２、最大座標３１３を用いている。形状種別は、予め定義されている種別コードを用いる。例えば、１：円、２：楕円、３：矩形、４：台形、５：その他のように定義している。最小座標は、当該箇所を囲む最小の矩形（最小被覆矩形）のうち最も原点に近い端点の座標であり、最大座標は、同最小被覆矩形のうち最も原点から遠い端点の座標である。図１２は、最小被覆矩形の例を示す図である。１２０２は、１２０１の必須反射箇所に対する最小被覆矩形であり、１２０３が最小座標であり、１２０４が最大座標である。この例に拠らず、最小座標と最大座標と反対の２端点の座標を用いても構わない。
必須反射範囲面積３１２は、必須反射箇所の面積である。この例では、実際の船舶上の面積（平方ｍ）を用いているが、所定の解像度を前提として、画像上の画素数（ｄｏｔ数）を用いて特定してもよい。
【００２５】
ここで、前述の船舶判定処理（Ｓ２０４）について詳述する。図１３は、船舶判定処理フロー（その１）を示す図である。
船舶判定処理部１０４は、候補船舶データベース１０６の各レコード毎、つまり候補船舶毎に以下の処理を繰り返す（Ｓ１３０１）。全長全幅図形的重心算出部１０２により、船舶画像から算出した全長、全幅、及び図形的重心が、それぞれ候補船舶データベース１０６から取得した全長、全幅、及び図形的重心と合致するか判定する（Ｓ１３０２）。いずれかが合致しない場合には、船舶画像に係る対象船舶は、当該候補船舶ではないと判定する（Ｓ１３０８）。尚、全長、全幅、及び図形的重心の各判定において、完全に一致しない場合であっても、画像撮影時に生じるゆがみや船舶画像の切り出しの精度を考慮し、差異が所定誤差の範囲内に含まれる場合には、「合致する」と判定することも有効である。
全長、全幅、及び図形的重心のすべてが合致する場合には、必須反射箇所毎に以下の処理を繰り返す（Ｓ１３０３）。必須反射箇所情報と、反射領域算出部１０３により抽出された反射領域に基づいて、船舶画像が必須反射箇所に相当する反射領域を備えているか否かを判定する必須反射箇所適合判定処理（Ｓ１３０４）を行う。この処理については、図１４を用いて後述する。
いずれかの必須反射箇所が適合しない場合（Ｓ１３０５）、つまり船舶画像がいずれかの必須反射箇所を備えていない場合には、船舶画像に係る対象船舶は、当該候補船舶ではないと判定する（Ｓ１３０８）。
他方、すべて必須反射箇所が適合する場合（Ｓ１３０５）、つまり船舶画像がすべての必須反射箇所を備えている場合には、船舶画像に係る対象船舶は、当該候補船舶であると判定する（Ｓ１３０７）。
そして、すべての候補船舶について処理した時点で（Ｓ１３０９）、終了する。
【００２６】
図１４は、必須反射箇所適合判定処理フローを示す図である。
必須反射位置が、反射領域に含まれるか判定し（Ｓ１４０１）、含まれない場合には、不適合と判定する（Ｓ１４０９）。
必須反射範囲情報が記憶されている場合には（Ｓ１４０２）、必須反射範囲情報により特定される範囲が、当該必須反射位置を含む反射領域の範囲と合致するか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行う。具体的には、Ｓ１４０３〜Ｓ１４０５の処理を行う。いずれかの処理結果がＮＯの場合には、不適合と判定する（Ｓ１４０９）。
まず、相当する反射領域の形状が、必須反射範囲の形状に合致するか判定する（Ｓ１４０３）。つまり、Ｓ１４０１で必須反射位置を含んだ反射領域の形状を、前述の形状種別に従って分類し、必須反射範囲情報に含まれる形状種別と一致するか判定する。
次に、相当する反射領域の最小座標が、必須反射範囲の最小座標に合致するか判定する（Ｓ１４０４）。つまり、Ｓ１４０１で必須反射位置を含んだ反射領域の最小被覆矩形を求め、更に最小座標を特定し、必須反射範囲情報に含まれる最小座標と一致するか判定する。また、差異が所定誤差の範囲内の場合には、合致すると判定することも有効である。座標の比較において、一方が船舶上の位置（Ｘ×Ｙ ｍ）であり、他方が画像上の画素位置（行×列 ｄｏｔ）である場合には、解像度に応じて、いずれかを相手側の単位に変換し、比較する。他の座標の比較においても同様である。
更に、相当する反射領域の最大座標が、必須反射範囲の最大座標に合致するか判定する（Ｓ１４０５）。つまり、前述同様にＳ１４０１で必須反射位置を含んだ反射領域の最小被覆矩形を求め、更に最大座標を特定し、必須反射範囲情報に含まれる最大座標と一致するか判定する。また、差異が所定誤差の範囲内の場合には、合致すると判定することも有効である。
必須反射面積が記憶されている場合には（Ｓ１４０６）、必須反射面積（大きさの例）が、当該必須反射位置を含む反射領域の面積と合致するか否かにより、必須反射箇所が適合するか否かの判断を行う。Ｓ１４０１で必須反射位置を含んだ反射領域の面積は、この反射領域の画素数に所定の倍率（解像度に応じて定められる倍率）を乗じて求めことができる（Ｓ１４０７）。あるいは、必須反射面積から相当する画素数（大きさの例）を求め、反射領域の画素数と比較してもよい。つまり、大きさの比較において、一方が船舶上の面積（平方ｍ）であり、他方が画像上の画素数（ｄｏｔ数）である場合には、解像度に応じて、いずれかを相手側の単位に変換し、比較する。他の大きさの比較においても同様である。また、差異が所定誤差の範囲内の場合には、合致すると判定することも有効である。例えば、所定ドット（例えば、２ドット）の増減範囲を許容誤差としたり、所定割合（例えば、１０％）の増減範囲を許容誤差とすることが考えられる。また、面積に応じて許容誤差を定めてもよい。
図に示す通り、不適合とならない場合には、適合と判定する（Ｓ１４０８）。
【００２７】
尚、必須反射範囲の判定（Ｓ１４０３〜Ｓ１４０５）においては、形状のみを判定する形態や、最小座標と最大座標のみを判定する形態も有効である。
【００２８】
また、Ｓ１４０１、Ｓ１４０３、Ｓ１４０４、Ｓ１４０５、Ｓ１４０７の判定において、重み付けを行い、その結果に基づいて総合的に適合（Ｓ１４０８）、不適合（Ｓ１４０９）の判定を行ってもよい。
【００２９】
実施の形態２．
上述の実施の形態では、必須反射箇所適合判定処理において、必須反射位置と必須反射範囲と必須反射面積について判定する例を示したが、この例に拠らず、必須反射位置のみについて判定する場合であっても有効である。また、必須反射位置と必須反射範囲について判定する場合や、必須反射位置と必須反射面積について判定する場合も有効である。
【００３０】
実施の形態３．
上述の実施の形態では、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射位置等に基づいて、船舶判定を行う形態について説明したが、本実施の形態では、更に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上反射しないと想定される箇所の船体上の位置である非反射想定位置に基づいて、船舶判定を行うことを特徴とする形態について説明する。
【００３１】
まず、本実施の形態における候補船舶データベースについて説明する。図１５は、候補船舶データベースの構成例（その２）を示す図である。
この例では、前述の項目に加えて、非反射想定箇所数１５０１と、非反射想定箇所数１５０１分の非反射想定箇所情報１５０２を備えている。非反射想定箇所情報１５０２は、非反射想定位置１５０３と、非反射想定範囲情報１５０４と、非反射想定面積１５０５を記憶している。そして、非反射想定範囲情報１５０４は、形状種別１５０６と、最小座標１５０７と、最大座標１５０８を記憶している。
【００３２】
続いて、非反射想定箇所について説明する。図４等に示した船舶（「イ艦」）の姉妹船舶（「イ２艦」）について説明する。図１６は、姉妹船舶の構造例を示す図である。
この姉妹船舶（「イ２艦」）は、近距離防衛システムの装備１６０７が増設されている点が前述の船舶（「イ艦」）と異なり、全長、全幅、図形的重心や、ヘリコプター定着位置を示すマーク１６０３，１６０４、船舶番号１６０５，１６０６の位置、他の近距離防衛システムの装備１６０１，１６０２等の構造は同一である。
【００３３】
図１７は、姉妹船舶の二値画像の例を示す図である。反射領域１７０１〜１７０８のうち、１７０１〜１７０７が必須反射箇所に対応する。つまり、前述の船舶（「イ艦」）の必須反射箇所に加えて、１７０７の部分が必須反射箇所として増えている。図１５の候補船舶データベースの１５３１〜１５３７に示す通りである。
【００３４】
一方、前述の船舶（「イ艦」）は、図４に示すように、姉妹船舶（「イ２艦」）の近距離防衛システムの装備１６０７に相当する部分に、反射する構造を有しない。そして、この相当部分は太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上反射しないと想定される。このように、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上反射しないと想定される箇所を非反射想定箇所と呼び、これを船舶の識別に用いることによって、類似する船舶の区別を行う。この例のように、類似する他の船舶の必須反射箇所（図１５の１５３７）を、自船舶の非反射想定箇所（図１５の１５１７）として用いることが、特に有効である。図１５の候補船舶データベース上では、１５１７のように姉妹船舶（「イ２艦」）の近距離防衛システムの装備１６０７に相当する部分の情報を、非反射想定箇所情報として記憶している。
【００３５】
本実施の形態における船舶識別システムの構成は、図１と同様であるが、図中のカッコ書きのデータも流れる点で前述の形態と異なる。船舶識別処理の全体フローは、前述の図２の通りであるが、船舶判定処理（Ｓ２０４）が前述と異なる。また、反射領域算出部１０３による反射領域算出処理（Ｓ２０３）では、対象船舶の光学画像から船体上の反射領域以外の非反射領域も算出する。
【００３６】
本実施の形態における船舶判定処理（Ｓ２０４）について説明する。図１８は、船舶判定処理フロー（その２）を示す図である。
Ｓ１８０１からＳ１８０６までの処理は、図１３のＳ１３０１からＳ１３０６と同様である。
それに続いて、登録されている非反射想定箇所毎に以下の処理を繰り返す（Ｓ１８０７）。但し、非反射想定箇所が登録されていない場合には、Ｓ１８０８〜Ｓ１８１０の処理を省略する。
非反射想定箇所適合判定処理（Ｓ１８０８）では、主に、すべての非反射想定位置が、算出した反射領域外の非反射領域に含まれる否かにより非反射想定箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて非反射想定箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する。つまり、いずれかの非反射想定位置が反射領域に属するの場合（「不適合」）には、対象船舶が当該候補船舶でないと判定する（Ｓ１８１２）。
【００３７】
非反射想定箇所適合判定処理（Ｓ１８０８）について詳述する。図１９は、非反射想定箇所適合判定処理フローを示す図である。
非反射想定位置が、非反射領域に含まれるか判定し（Ｓ１９０１）、含まれる場合には、適合と判定する（Ｓ１９０９）。
他方、非反射領域に含まれない場合（非反射想定位置が反射領域に含まれる場合）であって（Ｓ１９０１）、非反射想定範囲情報が記憶されているときには（Ｓ１９０２）、非反射想定範囲情報により特定される範囲が当該非反射想定位置を含む反射領域の範囲と合致するか否かにより非反射想定箇所が不適合か否かの判断を行う。具体的には、Ｓ１９０３〜Ｓ１９０５の処理を行う。いずれかの処理結果がＮＯの場合には、適合と判定する。
まず、相当する反射領域の形状が、非反射想定範囲の形状に合致するか判定する（Ｓ１９０３）。つまり、非反射想定位置を含む反射領域の形状を、前述の形状種別に従って分類し、非反射想定範囲情報に含まれる形状種別と一致するか判定する。
次に、相当する反射領域の最小座標が、非反射想定範囲の最小座標に合致するか判定する（Ｓ１９０４）。つまり、非反射想定位置を含む反射領域の最小被覆矩形を求め、更に最小座標を特定し、非反射想定範囲情報に含まれる最小座標と一致するか判定する。
更に、相当する反射領域の最大座標が、非反射想定範囲の最大座標に合致するか判定する（Ｓ１９０５）。つまり、非反射想定位置を含む反射領域の最小被覆矩形を求め、更に最大座標を特定し、非反射想定範囲情報に含まれる最大座標と一致するか判定する。
非反射想定面積が記憶されている場合には（Ｓ１９０６）、非反射想定面積（大きさの例）が、非反射想定位置を含む反射領域の面積と合致するかの判断を行う（Ｓ１９０７）。Ｓ１４０１で非反射想定位置を含んだ反射領域の面積は、この反射領域の画素数に所定の倍率（解像度に応じて定められる倍率）を乗じて求めことができる。画素数（大きさの例）を用いて比較してもよいことは、前述の通りである。
図の通り、適合とならない場合には、不適合と判定する（Ｓ１９０８）。
【００３８】
尚、非反射想定範囲の判定（Ｓ１９０３〜Ｓ１９０５）においては、形状のみ判定する形態や、最小座標と最大座標のみを判定する形態も有効である。
【００３９】
また、Ｓ１９０１、Ｓ１９０３、Ｓ１９０４、Ｓ１９０５、Ｓ１９０７において、重み付けを行い、その結果に基づいて総合的に適合（Ｓ１９０９）、不適合（Ｓ１９０８）の判定を行ってもよい。
【００４０】
実施の形態４．
上述の実施の形態では、非反射想定位置と、非反射想定範囲と、非反射想定面積について判定する例を示したが、この例に拠らず、非反射想定位置のみについて判定する場合であっても有効である。また、非反射想定位置と非反射想定範囲について判定する場合や、非反射想定位置と非反射想定面積について判定する場合も有効である。
【００４１】
船体上の位置及び船体上の領域は、船首や図形上の重心を基準（原点）としてもよい。
【００４２】
船舶判定部は、すべての必須反射位置が、算出した反射領域に含まれるか否かを判断する際に、必須反射位置同士の相対的位置関係に基づいて判断してもよい。また、非反射想定位置の判定においても、必須反射位置との相対的位置関係に基づいて判断してもよい。
【００４３】
また、必須反射箇所の面積が所定の標準面積の場合には、候補船舶データベース上の当該面積の記憶を省略し、省略した面積として標準面積を用いて判断することも有効である。
【００４４】
船舶識別システムは、コンピュータであり、各要素はプログラムにより処理を実行することができる。また、プログラムを記憶媒体に記憶させ、記憶媒体からコンピュータに読み取られるようにすることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明においては、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射箇所に基づいて船舶を識別するので、光学的条件に左右されることなく、正確な船舶識別を行うことができる。
特に、必須反射箇所は、船体上の設備に依拠して生じるものであって、船舶の目的等に応じて配置される設備によって、様々な位置や範囲や大きさで出現する。そのため、必須反射箇所は、各船舶の個性的な特徴となり易く、識別能力が大きい。
【００４６】
また、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上反射しないと想定される箇所の船体上の位置である非反射想定位置による判定を組合わせるので、必須反射箇所が共通する姉妹船舶が存在すような場合であっても、他方において反射するべき箇所が、反射していないことに基づいて、船舶の判定が可能となる。
【００４７】
非反射想定位置による判定において、位置のみならず、範囲や大きさの比較も行うので、非反射想定位置が偶然に反射している場合でも、上述の他方の船舶における反射態様と異なることに基づく判断が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】船舶識別システムの構成を示す図である。
【図２】船舶識別処理の全体フローを示す図である。
【図３】候補船舶データベースの構成例（その１）を示す図である。
【図４】船舶の構造の例を示す図である。
【図５】船舶の多値画像の例を示す図である。
【図６】船舶の二値画像の第一例を示す図である。
【図７】他の光学的条件における二値画像の第二例を示す図である。
【図８】他の光学的条件における二値画像の第三例を示す図である。
【図９】第一例における反射状態を示す図である。
【図１０】第二例における反射状態を示す図である。
【図１１】第三例における反射状態を示す図である。
【図１２】最小被覆矩形を示す図である。
【図１３】船舶判定処理フロー（その１）を示す図である。
【図１４】必須反射箇所適合判定処理フローを示す図である。
【図１５】候補船舶データベースの構成例（その２）を示す図である。
【図１６】姉妹船舶の構造例を示す図である。
【図１７】姉妹船舶の二値画像の例を示す図である。
【図１８】船舶判定処理フロー（その２）を示す図である。
【図１９】非反射想定箇所適合判定処理フローを示す図である。
【符号の説明】
１０１ 船舶画像取得部、１０２ 全長全幅図形的重心算出部、１０３ 反射領域算出部、１０４ 船舶判定処理部、１０５ 候補船舶データ登録部、１０６候補船舶データベース、１０７ 判定結果出力部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、人工衛星で撮影された光学画像に含まれる船舶を識別する船舶識別システムに係り、識別精度を向上させる技術に関する。
本発明は、人工衛星から撮影された光学画像に限らず、高空（主に、航空機、飛行船、気球、ヘリコプターなどの飛行体）から撮影された光学画像、高所（例えば、海峡などの岸壁の上などの地点、橋などの施設）から撮影された光学画像、宇宙（宇宙船、宇宙ステーションなどの施設、月などの天体）から撮影された光学画像を用いて、その光学画像に含まれる船舶を識別する船舶識別システムにおいても有効である。
以下、人口衛星から撮影された衛星画像を光学画像の例として説明するが、上述のような高空、高所、あるいは宇宙から撮影された光学画像のいずれかに置きかえることができる。
【０００２】
【従来の技術】
各画素の輝度値により構成される光学センサー画像である衛星画像を用いて、船舶を識別するシステムが知られている。このような光学センサー画像は、人工衛星に搭載された光学センサーがＣＣＤカメラを通じて地球表面からの太陽光の反射に感光して得られる受信信号を、基地局において更に信号処理を施したものであり、光の反射から得られるものである。
【０００３】
従来の識別方法として、特開２００１−２２１８５７に開示されているように船舶の全長と艦橋の幅の比較が知られている。しかし、上方から撮影された画像では、艦橋の幅を自動的に計測することは困難である。
【０００４】
また、特開２０００−２３１５７１に開示されているように分割した部分画像の画素数の比較や、特開２００１−１９５５６５に開示されているように輝度分布に基づく判断も知られているが、これらは、光学的条件による影響を排除できないという問題がある。つまり、同じ船舶であっても、太陽光の方向と撮影方向が異なると、反射する箇所や影の出方が異なり、統一的な判断基準を設けることができない。そのため、様々な光学的条件下で撮影される画像から、正確な判定を行うことができず、実用的でない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２２１８５７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２３１５７１号公報
【特許文献３】
特開２００１−１９５５６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、太陽光の方向と撮影方向による影響を排除し、いかなる光学的条件下で撮影された衛星画像を用いる場合であっても正確な船舶識別を可能とすることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る船舶識別システムは、
以下の要素を有することを特徴とする
（１）候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射位置を記憶する候補船舶データベース
（２）識別対象である対象船舶の光学画像を取得する船舶画像取得部
（３）対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出する反射領域算出部
（４）候補船舶毎に、すべての必須反射位置が、算出した反射領域に含まれるか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する船舶判定部。
【０００８】
候補船舶データベースは、光学画像上必ず反射する箇所の範囲を必須反射位置と併せて記憶し、
船舶判定部は、候補船舶データベース上の必須反射位置に併せて前記範囲が記憶されている場合には、更に、前記範囲が当該必須反射位置を含む反射領域の範囲と合致するか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行うことを特徴とする。
【０００９】
候補船舶データベースは、光学画像上必ず反射する箇所の大きさを必須反射位置と併せて記憶し、
船舶判定部は、候補船舶データベース上の必須反射位置に併せて前記大きさが記憶されている場合には、更に、前記大きさが当該必須反射位置を含む反射領域の大きさと合致するか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行うことを特徴とする。
【００１０】
候補船舶データベースは、更に、候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上反射しないと想定される箇所の船体上の位置である非反射想定位置を記憶し、
船舶判定部は、更に、候補船舶毎に、すべての非反射想定位置が、算出した反射領域外の非反射領域に含まれる否かにより非反射想定箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて非反射想定箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する。
【００１１】
候補船舶データベースは、光学画像上反射しないと想定される箇所の範囲を非反射想定位置と併せて記憶し、
船舶判定部は、候補船舶データベース上の非反射想定位置に併せて前記範囲が記憶されている場合には、更に、前記範囲が当該非反射想定位置を含む反射領域の範囲と合致するか否かにより非反射想定箇所が不適合か否かの判断を行うことを特徴とする。
【００１２】
候補船舶データベースは、光学画像上反射しないと想定される箇所の大きさを非反射想定位置と併せて記憶し、
船舶判定部は、候補船舶データベース上の非反射想定位置に併せて前記大きさが記憶されている場合には、更に、前記大きさが当該非反射想定位置を含む反射領域の大きさと合致するか否かにより非反射想定箇所が不適合か否かの判断を行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る船舶識別方法は、
候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射位置を記憶する候補船舶データベースを有する船舶識別システムによる船舶識別方法であって、以下の要素を有することを特徴とする
（１）識別対象である対象船舶の光学画像を取得する工程
（２）対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出する工程
（３）候補船舶毎に、すべての必須反射位置が、算出した反射領域に含まれるか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する工程。
【００１４】
本発明に係るプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、
候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射位置を記憶する候補船舶データベースを有する船舶識別システムとなるコンピュータに、以下の処理を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることを特徴とする
（１）識別対象である対象船舶の光学画像を取得する処理
（２）対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出する処理
（３）候補船舶毎に、すべての必須反射位置が、算出した反射領域に含まれるか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する処理。
【００１５】
本発明に係るプログラムは、
候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射位置を記憶する候補船舶データベースを有する船舶識別システムとなるコンピュータに、以下の手順を実行させるためのプログラムであることを特徴とする
（１）識別対象である対象船舶の光学画像を取得する手順
（２）対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出する手順
（３）候補船舶毎に、すべての必須反射位置が、算出した反射領域に含まれるか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する手順。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。図１は、船舶識別システムの構成を示す図である。
船舶識別システムは、船舶画像取得部１０１、全長全幅図形的重心算出部１０２、反射領域算出部１０３、船舶判定処理部１０４、候補船舶データ登録部１０５、候補船舶データベース１０６、及び判定結果出力部１０７から構成されている。但し、図中カッコ書きのデータは、本実施の形態では流れない。
【００１７】
図２は、船舶識別処理の全体フローを示す図である。船舶識別システムは、まず、船舶画像取得部１０１により、切り出された対象船舶の光学画像を取得する船舶画像取得処理（Ｓ２０１）を行う。衛星画像（高空、高所、あるいは宇宙から撮影された光学画像の例）全体から対象船舶の光学画像を切り出す処理は、本システムで行ってもよいし、あるいは他のシステムで行い、その結果を本システムに入力するようにしてもよい。次に、全長全幅図形的重心算出部１０２により、対象船舶の光学画像から全長、全幅、図形的重心を算出する全長全幅図形的重心算出処理（Ｓ２０２）行う。そして、反射領域算出部１０３により、対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出する反射領域算出処理（Ｓ２０３）を行い、船舶判定処理部１０４により、候補船舶毎に、すべての必須反射箇所が、相当する反射領域に適合するか否かの判断を行い、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する船舶判定処理（Ｓ２０４）を行う。最後に、判定結果出力部１０７により、判定結果（判定した船舶の名称等の識別情報）を出力する判定結果出力処理（Ｓ２０５）を行う。
尚、船舶判定処理（Ｓ２０４）の詳細については、後述する。
【００１８】
ここで、船舶判定処理（Ｓ２０４）に用いる候補船舶データベース１０６について説明する。図３は、候補船舶データベースの構成例（その１）を示す図である。
候補船舶の単位でレコード３２０，３３０，３４０が設けられ、候補船舶ＩＤ３０１、候補船舶名３０２、全長３０３、全幅３０４、図形的重心３０５、必須反射箇所数３０６、及び必須反射箇所数３０６分の必須反射箇所情報３０７の項目を有している。必須反射箇所は、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所である。必須反射箇所情報３０７は、必須反射位置３０８、必須反射範囲情報３０９、及び必須反射面積３１０を有している。更に、必須反射範囲情報３０９は、形状種別３１１、最小座標３１２、及び最大座標３１３を有している。必須反射箇所情報３０７の詳細については、図を用いて後述する。
この例では、船体上の位置を船体上の実際の長さ（Ｘ×Ｙ ｍ）を用いて特定しているが、所定の解像度を前提として、画像上の画素位置（行×列 ｄｏｔ）を基準として特定しても構わない。
これらの候補船舶データは、候補船舶データ登録部１０５から候補船舶データベース１０６に登録されるように構成されている。
【００１９】
図３の３２０レコードに登録されている「イ艦」（船舶ＩＤ：Ｓ０１）を例として必須反射箇所について説明する。図４は、船舶の構造の例を示す図である。
各位置は、所定の原点を基準として特定される。この例では、図のように左方向に船首を向けた状態での船体を含む最小矩形（最小被覆矩形）の左上端を原点としている。
船舶全体に、灰色の色彩が施されているが、４０３と４０４（ヘリコプター定着位置を示すマーク）、４０５と４０６（船舶番号）の部分は、白色の色彩が施されている。また、４０１と４０２は、近距離防衛システム（ＣＩＷＳ：Ｃｌｏｓｅ−ｉｎ Ｗｅａｐｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）の装備であり、バルカン砲の上に上部半球形（直径２ｍ程度）のレーダー・ドームを備えている。
【００２０】
本システムでは、人口衛星等により船体上方から撮影された光学画像を扱う。但し、人工衛星から撮影された光学画像に限らず、高空（主に、航空機、飛行船、気球、ヘリコプターなどの飛行体）から撮影された光学画像、高所（例えば、海峡などの岸壁の上などの地点、橋などの施設）から撮影された光学画像、宇宙（宇宙船、宇宙ステーションなどの施設、月などの天体）から撮影された光学画像を用いても有効である。ここでは、人口衛星から撮影された衛星画像を光学画像の例として説明するが、上述のような高空、高所、あるいは宇宙から撮影された光学画像のいずれかに置きかえることができる。次に、光学画像から切り出されたこの船舶の画像について説明する。図５は、船舶の多値画像の例を示す図である。この図は、模式図であるが、光学画像は、通常多値（多階調）の白黒画像として得られる。この例では、１ｍ×１ｍを１画素とする解像度を想定しているが、それよりも高い解像度、あるいは低い解像度を用いることも考えられる。
【００２１】
本処理では、二値化を行い、光学画像を、反射領域（太陽光を反射する明るい部分）、それ以外の非反射領域に分ける。図６は、船舶の二値画像の第一例を示す図である。この図は、図５の多値画像を二値化した画像である。二値化は、画素値を閾値と比較することにより行う。このとき、例えばＰタイル法などが用いられる。
図に示すように、この例では、４０３〜４０６の白色部分が反射した領域６０３〜６０６の他に、４０１と４０２の近距離防衛システムの装備が反射した領域６０１と６０２、更に４０７の面が反射した領域６０７が、反射領域として抽出されている。
【００２２】
しかし、同じ船舶であっても、太陽光の方位及び入射角や光の拡散状態、人工衛星（高空、高所、あるいは宇宙の撮影箇所の例）からの撮影角度等により、反射領域が異なる。他の光学的条件における二値画像の例を示す。
図７は、他の光学的条件における二値画像の第二例を示す図である。第二例では、４０３〜４０６の白色部分が反射した領域７０３〜７０６と、４０１と４０２の近距離防衛システムの装備が反射した領域７０１と７０２が、反射領域として抽出されている。
図８は、他の光学的条件における二値画像の第三例を示す図である。第三例では、４０３〜４０６の白色部分が反射した領域８０３〜８０６、４０１と４０２の近距離防衛システムの装備が反射した領域８０１と８０２、更に４０８の面が反射した領域８０８が、反射領域として抽出されている。
【００２３】
図６の第一例の場合は、図９に示すように、前方の小さい仰角から太陽光が入射し、やや前方の人工衛星により撮影している為、４０７面においても、ある程度強い反射光が人工衛星の方向（高空、高所、あるいは宇宙の撮影箇所の方向の例）に反射する。従って、４０７面の画像部分が反射領域６０７となる。一方、４０８面は、人工衛星方向に強い反射光が向かないため、４０８面の画像部分は非反射領域となる。
図７の第二例の場合は、図１０に示すように、前方の小さい仰角から太陽光が入射し、上方の人工衛星により撮影している為、４０７面と４０８面のいずれにおいても、人工衛星方向に強い反射光が向かないため、４０７面と４０８面の画像部分は非反射領域となる。
図８の第三例の場合は、図１１に示すように、上方から太陽光が入射し、上方の人工衛星により撮影している為、４０８面の画像部分は反射領域８０８となり、４０７面の画像部分は非反射領域となる。
一方、近距離防衛システムの装備４０１は、いずれの太陽光の入射角と人工衛星の方向の組合せにおいても、直接的な強い反射光が人工衛星の方向に反射する。これは、同装置４０１の頭部が、半球面であり、通常の撮影条件として想定される太陽光（３６０度全方位、通常撮影する太陽仰角の範囲）を、通常の撮影条件として想定される人工衛星の方向に反射するあらゆる面を備えた半球面により構成されているからである。
従って、光学的条件（太陽光の方向と撮影方向）に拠らず、近距離防衛システムの装備４０１と４０２の画像部分は、常に反射領域（例えば、６０１と６０２、７０１と７０２、８０１と８０２）となる。
【００２４】
このように、白色部分４０３〜４０６と近距離防衛システムの装備４０１，４０２の領域が、光学画像上必ず反射する必須反射箇所となる。図３の必須反射箇所情報３１１は、これらの必須反射箇所を特定する為の情報である。
必須反射位置３０８は、必須反射箇所の位置を特定する情報であり、この例では、同箇所の図形上の重心を用いている。但し、この例に拠らず、必須反射箇所のいずれかの位置（必ず反射すると想定される位置）であれば、他の点でもよい。
必須反射範囲情報３１１は、必須反射箇所の範囲（輪郭）の特徴を示す情報であり、この例では、形状種別３１１、最小座標３１２、最大座標３１３を用いている。形状種別は、予め定義されている種別コードを用いる。例えば、１：円、２：楕円、３：矩形、４：台形、５：その他のように定義している。最小座標は、当該箇所を囲む最小の矩形（最小被覆矩形）のうち最も原点に近い端点の座標であり、最大座標は、同最小被覆矩形のうち最も原点から遠い端点の座標である。図１２は、最小被覆矩形の例を示す図である。１２０２は、１２０１の必須反射箇所に対する最小被覆矩形であり、１２０３が最小座標であり、１２０４が最大座標である。この例に拠らず、最小座標と最大座標と反対の２端点の座標を用いても構わない。
必須反射範囲面積３１２は、必須反射箇所の面積である。この例では、実際の船舶上の面積（平方ｍ）を用いているが、所定の解像度を前提として、画像上の画素数（ｄｏｔ数）を用いて特定してもよい。
【００２５】
ここで、前述の船舶判定処理（Ｓ２０４）について詳述する。図１３は、船舶判定処理フロー（その１）を示す図である。
船舶判定処理部１０４は、候補船舶データベース１０６の各レコード毎、つまり候補船舶毎に以下の処理を繰り返す（Ｓ１３０１）。全長全幅図形的重心算出部１０２により、船舶画像から算出した全長、全幅、及び図形的重心が、それぞれ候補船舶データベース１０６から取得した全長、全幅、及び図形的重心と合致するか判定する（Ｓ１３０２）。いずれかが合致しない場合には、船舶画像に係る対象船舶は、当該候補船舶ではないと判定する（Ｓ１３０８）。尚、全長、全幅、及び図形的重心の各判定において、完全に一致しない場合であっても、画像撮影時に生じるゆがみや船舶画像の切り出しの精度を考慮し、差異が所定誤差の範囲内に含まれる場合には、「合致する」と判定することも有効である。
全長、全幅、及び図形的重心のすべてが合致する場合には、必須反射箇所毎に以下の処理を繰り返す（Ｓ１３０３）。必須反射箇所情報と、反射領域算出部１０３により抽出された反射領域に基づいて、船舶画像が必須反射箇所に相当する反射領域を備えているか否かを判定する必須反射箇所適合判定処理（Ｓ１３０４）を行う。この処理については、図１４を用いて後述する。
いずれかの必須反射箇所が適合しない場合（Ｓ１３０５）、つまり船舶画像がいずれかの必須反射箇所を備えていない場合には、船舶画像に係る対象船舶は、当該候補船舶ではないと判定する（Ｓ１３０８）。
他方、すべて必須反射箇所が適合する場合（Ｓ１３０５）、つまり船舶画像がすべての必須反射箇所を備えている場合には、船舶画像に係る対象船舶は、当該候補船舶であると判定する（Ｓ１３０７）。
そして、すべての候補船舶について処理した時点で（Ｓ１３０９）、終了する。
【００２６】
図１４は、必須反射箇所適合判定処理フローを示す図である。
必須反射位置が、反射領域に含まれるか判定し（Ｓ１４０１）、含まれない場合には、不適合と判定する（Ｓ１４０９）。
必須反射範囲情報が記憶されている場合には（Ｓ１４０２）、必須反射範囲情報により特定される範囲が、当該必須反射位置を含む反射領域の範囲と合致するか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行う。具体的には、Ｓ１４０３〜Ｓ１４０５の処理を行う。いずれかの処理結果がＮＯの場合には、不適合と判定する（Ｓ１４０９）。
まず、相当する反射領域の形状が、必須反射範囲の形状に合致するか判定する（Ｓ１４０３）。つまり、Ｓ１４０１で必須反射位置を含んだ反射領域の形状を、前述の形状種別に従って分類し、必須反射範囲情報に含まれる形状種別と一致するか判定する。
次に、相当する反射領域の最小座標が、必須反射範囲の最小座標に合致するか判定する（Ｓ１４０４）。つまり、Ｓ１４０１で必須反射位置を含んだ反射領域の最小被覆矩形を求め、更に最小座標を特定し、必須反射範囲情報に含まれる最小座標と一致するか判定する。また、差異が所定誤差の範囲内の場合には、合致すると判定することも有効である。座標の比較において、一方が船舶上の位置（Ｘ×Ｙ ｍ）であり、他方が画像上の画素位置（行×列 ｄｏｔ）である場合には、解像度に応じて、いずれかを相手側の単位に変換し、比較する。他の座標の比較においても同様である。
更に、相当する反射領域の最大座標が、必須反射範囲の最大座標に合致するか判定する（Ｓ１４０５）。つまり、前述同様にＳ１４０１で必須反射位置を含んだ反射領域の最小被覆矩形を求め、更に最大座標を特定し、必須反射範囲情報に含まれる最大座標と一致するか判定する。また、差異が所定誤差の範囲内の場合には、合致すると判定することも有効である。
必須反射面積が記憶されている場合には（Ｓ１４０６）、必須反射面積（大きさの例）が、当該必須反射位置を含む反射領域の面積と合致するか否かにより、必須反射箇所が適合するか否かの判断を行う。Ｓ１４０１で必須反射位置を含んだ反射領域の面積は、この反射領域の画素数に所定の倍率（解像度に応じて定められる倍率）を乗じて求めことができる（Ｓ１４０７）。あるいは、必須反射面積から相当する画素数（大きさの例）を求め、反射領域の画素数と比較してもよい。つまり、大きさの比較において、一方が船舶上の面積（平方ｍ）であり、他方が画像上の画素数（ｄｏｔ数）である場合には、解像度に応じて、いずれかを相手側の単位に変換し、比較する。他の大きさの比較においても同様である。また、差異が所定誤差の範囲内の場合には、合致すると判定することも有効である。例えば、所定ドット（例えば、２ドット）の増減範囲を許容誤差としたり、所定割合（例えば、１０％）の増減範囲を許容誤差とすることが考えられる。また、面積に応じて許容誤差を定めてもよい。
図に示す通り、不適合とならない場合には、適合と判定する（Ｓ１４０８）。
【００２７】
尚、必須反射範囲の判定（Ｓ１４０３〜Ｓ１４０５）においては、形状のみを判定する形態や、最小座標と最大座標のみを判定する形態も有効である。
【００２８】
また、Ｓ１４０１、Ｓ１４０３、Ｓ１４０４、Ｓ１４０５、Ｓ１４０７の判定において、重み付けを行い、その結果に基づいて総合的に適合（Ｓ１４０８）、不適合（Ｓ１４０９）の判定を行ってもよい。
【００２９】
実施の形態２．
上述の実施の形態では、必須反射箇所適合判定処理において、必須反射位置と必須反射範囲と必須反射面積について判定する例を示したが、この例に拠らず、必須反射位置のみについて判定する場合であっても有効である。また、必須反射位置と必須反射範囲について判定する場合や、必須反射位置と必須反射面積について判定する場合も有効である。
【００３０】
実施の形態３．
上述の実施の形態では、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射位置等に基づいて、船舶判定を行う形態について説明したが、本実施の形態では、更に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上反射しないと想定される箇所の船体上の位置である非反射想定位置に基づいて、船舶判定を行うことを特徴とする形態について説明する。
【００３１】
まず、本実施の形態における候補船舶データベースについて説明する。図１５は、候補船舶データベースの構成例（その２）を示す図である。
この例では、前述の項目に加えて、非反射想定箇所数１５０１と、非反射想定箇所数１５０１分の非反射想定箇所情報１５０２を備えている。非反射想定箇所情報１５０２は、非反射想定位置１５０３と、非反射想定範囲情報１５０４と、非反射想定面積１５０５を記憶している。そして、非反射想定範囲情報１５０４は、形状種別１５０６と、最小座標１５０７と、最大座標１５０８を記憶している。
【００３２】
続いて、非反射想定箇所について説明する。図４等に示した船舶（「イ艦」）の姉妹船舶（「イ２艦」）について説明する。図１６は、姉妹船舶の構造例を示す図である。
この姉妹船舶（「イ２艦」）は、近距離防衛システムの装備１６０７が増設されている点が前述の船舶（「イ艦」）と異なり、全長、全幅、図形的重心や、ヘリコプター定着位置を示すマーク１６０３，１６０４、船舶番号１６０５，１６０６の位置、他の近距離防衛システムの装備１６０１，１６０２等の構造は同一である。
【００３３】
図１７は、姉妹船舶の二値画像の例を示す図である。反射領域１７０１〜１７０８のうち、１７０１〜１７０７が必須反射箇所に対応する。つまり、前述の船舶（「イ艦」）の必須反射箇所に加えて、１７０７の部分が必須反射箇所として増えている。図１５の候補船舶データベースの１５３１〜１５３７に示す通りである。
【００３４】
一方、前述の船舶（「イ艦」）は、図４に示すように、姉妹船舶（「イ２艦」）の近距離防衛システムの装備１６０７に相当する部分に、反射する構造を有しない。そして、この相当部分は太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上反射しないと想定される。このように、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上反射しないと想定される箇所を非反射想定箇所と呼び、これを船舶の識別に用いることによって、類似する船舶の区別を行う。この例のように、類似する他の船舶の必須反射箇所（図１５の１５３７）を、自船舶の非反射想定箇所（図１５の１５１７）として用いることが、特に有効である。図１５の候補船舶データベース上では、１５１７のように姉妹船舶（「イ２艦」）の近距離防衛システムの装備１６０７に相当する部分の情報を、非反射想定箇所情報として記憶している。
【００３５】
本実施の形態における船舶識別システムの構成は、図１と同様であるが、図中のカッコ書きのデータも流れる点で前述の形態と異なる。船舶識別処理の全体フローは、前述の図２の通りであるが、船舶判定処理（Ｓ２０４）が前述と異なる。また、反射領域算出部１０３による反射領域算出処理（Ｓ２０３）では、対象船舶の光学画像から船体上の反射領域以外の非反射領域も算出する。
【００３６】
本実施の形態における船舶判定処理（Ｓ２０４）について説明する。図１８は、船舶判定処理フロー（その２）を示す図である。
Ｓ１８０１からＳ１８０６までの処理は、図１３のＳ１３０１からＳ１３０６と同様である。
それに続いて、登録されている非反射想定箇所毎に以下の処理を繰り返す（Ｓ１８０７）。但し、非反射想定箇所が登録されていない場合には、Ｓ１８０８〜Ｓ１８１０の処理を省略する。
非反射想定箇所適合判定処理（Ｓ１８０８）では、主に、すべての非反射想定位置が、算出した反射領域外の非反射領域に含まれる否かにより非反射想定箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて非反射想定箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する。つまり、いずれかの非反射想定位置が反射領域に属するの場合（「不適合」）には、対象船舶が当該候補船舶でないと判定する（Ｓ１８１２）。
【００３７】
非反射想定箇所適合判定処理（Ｓ１８０８）について詳述する。図１９は、非反射想定箇所適合判定処理フローを示す図である。
非反射想定位置が、非反射領域に含まれるか判定し（Ｓ１９０１）、含まれる場合には、適合と判定する（Ｓ１９０９）。
他方、非反射領域に含まれない場合（非反射想定位置が反射領域に含まれる場合）であって（Ｓ１９０１）、非反射想定範囲情報が記憶されているときには（Ｓ１９０２）、非反射想定範囲情報により特定される範囲が当該非反射想定位置を含む反射領域の範囲と合致するか否かにより非反射想定箇所が不適合か否かの判断を行う。具体的には、Ｓ１９０３〜Ｓ１９０５の処理を行う。いずれかの処理結果がＮＯの場合には、適合と判定する。
まず、相当する反射領域の形状が、非反射想定範囲の形状に合致するか判定する（Ｓ１９０３）。つまり、非反射想定位置を含む反射領域の形状を、前述の形状種別に従って分類し、非反射想定範囲情報に含まれる形状種別と一致するか判定する。
次に、相当する反射領域の最小座標が、非反射想定範囲の最小座標に合致するか判定する（Ｓ１９０４）。つまり、非反射想定位置を含む反射領域の最小被覆矩形を求め、更に最小座標を特定し、非反射想定範囲情報に含まれる最小座標と一致するか判定する。
更に、相当する反射領域の最大座標が、非反射想定範囲の最大座標に合致するか判定する（Ｓ１９０５）。つまり、非反射想定位置を含む反射領域の最小被覆矩形を求め、更に最大座標を特定し、非反射想定範囲情報に含まれる最大座標と一致するか判定する。
非反射想定面積が記憶されている場合には（Ｓ１９０６）、非反射想定面積（大きさの例）が、非反射想定位置を含む反射領域の面積と合致するかの判断を行う（Ｓ１９０７）。Ｓ１４０１で非反射想定位置を含んだ反射領域の面積は、この反射領域の画素数に所定の倍率（解像度に応じて定められる倍率）を乗じて求めことができる。画素数（大きさの例）を用いて比較してもよいことは、前述の通りである。
図の通り、適合とならない場合には、不適合と判定する（Ｓ１９０８）。
【００３８】
尚、非反射想定範囲の判定（Ｓ１９０３〜Ｓ１９０５）においては、形状のみ判定する形態や、最小座標と最大座標のみを判定する形態も有効である。
【００３９】
また、Ｓ１９０１、Ｓ１９０３、Ｓ１９０４、Ｓ１９０５、Ｓ１９０７において、重み付けを行い、その結果に基づいて総合的に適合（Ｓ１９０９）、不適合（Ｓ１９０８）の判定を行ってもよい。
【００４０】
実施の形態４．
上述の実施の形態では、非反射想定位置と、非反射想定範囲と、非反射想定面積について判定する例を示したが、この例に拠らず、非反射想定位置のみについて判定する場合であっても有効である。また、非反射想定位置と非反射想定範囲について判定する場合や、非反射想定位置と非反射想定面積について判定する場合も有効である。
【００４１】
船体上の位置及び船体上の領域は、船首や図形上の重心を基準（原点）としてもよい。
【００４２】
船舶判定部は、すべての必須反射位置が、算出した反射領域に含まれるか否かを判断する際に、必須反射位置同士の相対的位置関係に基づいて判断してもよい。また、非反射想定位置の判定においても、必須反射位置との相対的位置関係に基づいて判断してもよい。
【００４３】
また、必須反射箇所の面積が所定の標準面積の場合には、候補船舶データベース上の当該面積の記憶を省略し、省略した面積として標準面積を用いて判断することも有効である。
【００４４】
船舶識別システムは、コンピュータであり、各要素はプログラムにより処理を実行することができる。また、プログラムを記憶媒体に記憶させ、記憶媒体からコンピュータに読み取られるようにすることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明においては、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射箇所に基づいて船舶を識別するので、光学的条件に左右されることなく、正確な船舶識別を行うことができる。
特に、必須反射箇所は、船体上の設備に依拠して生じるものであって、船舶の目的等に応じて配置される設備によって、様々な位置や範囲や大きさで出現する。そのため、必須反射箇所は、各船舶の個性的な特徴となり易く、識別能力が大きい。
【００４６】
また、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上反射しないと想定される箇所の船体上の位置である非反射想定位置による判定を組合わせるので、必須反射箇所が共通する姉妹船舶が存在すような場合であっても、他方において反射するべき箇所が、反射していないことに基づいて、船舶の判定が可能となる。
【００４７】
非反射想定位置による判定において、位置のみならず、範囲や大きさの比較も行うので、非反射想定位置が偶然に反射している場合でも、上述の他方の船舶における反射態様と異なることに基づく判断が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】船舶識別システムの構成を示す図である。
【図２】船舶識別処理の全体フローを示す図である。
【図３】候補船舶データベースの構成例（その１）を示す図である。
【図４】船舶の構造の例を示す図である。
【図５】船舶の多値画像の例を示す図である。
【図６】船舶の二値画像の第一例を示す図である。
【図７】他の光学的条件における二値画像の第二例を示す図である。
【図８】他の光学的条件における二値画像の第三例を示す図である。
【図９】第一例における反射状態を示す図である。
【図１０】第二例における反射状態を示す図である。
【図１１】第三例における反射状態を示す図である。
【図１２】最小被覆矩形を示す図である。
【図１３】船舶判定処理フロー（その１）を示す図である。
【図１４】必須反射箇所適合判定処理フローを示す図である。
【図１５】候補船舶データベースの構成例（その２）を示す図である。
【図１６】姉妹船舶の構造例を示す図である。
【図１７】姉妹船舶の二値画像の例を示す図である。
【図１８】船舶判定処理フロー（その２）を示す図である。
【図１９】非反射想定箇所適合判定処理フローを示す図である。
【符号の説明】
１０１ 船舶画像取得部、１０２ 全長全幅図形的重心算出部、１０３ 反射領域算出部、１０４ 船舶判定処理部、１０５ 候補船舶データ登録部、１０６候補船舶データベース、１０７ 判定結果出力部。
Claims (9)
- 以下の要素を有することを特徴とする船舶識別システム
（１）候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射位置を記憶する候補船舶データベース
（２）識別対象である対象船舶の光学画像を取得する船舶画像取得部
（３）対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出する反射領域算出部
（４）候補船舶毎に、すべての必須反射位置が、算出した反射領域に含まれるか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する船舶判定部。 - 候補船舶データベースは、光学画像上必ず反射する箇所の範囲を必須反射位置と併せて記憶し、
船舶判定部は、候補船舶データベース上の必須反射位置に併せて前記範囲が記憶されている場合には、更に、前記範囲が当該必須反射位置を含む反射領域の範囲と合致するか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行うことを特徴とする請求項１記載の船舶識別システム。 - 候補船舶データベースは、光学画像上必ず反射する箇所の大きさを必須反射位置と併せて記憶し、
船舶判定部は、候補船舶データベース上の必須反射位置に併せて前記大きさが記憶されている場合には、更に、前記大きさが当該必須反射位置を含む反射領域の大きさと合致するか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行うことを特徴とする請求項１記載の船舶識別システム。 - 候補船舶データベースは、更に、候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上反射しないと想定される箇所の船体上の位置である非反射想定位置を記憶し、
船舶判定部は、更に、候補船舶毎に、すべての非反射想定位置が、算出した反射領域外の非反射領域に含まれる否かにより非反射想定箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて非反射想定箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する請求項１記載の船舶識別システム。 - 候補船舶データベースは、光学画像上反射しないと想定される箇所の範囲を非反射想定位置と併せて記憶し、
船舶判定部は、候補船舶データベース上の非反射想定位置に併せて前記範囲が記憶されている場合には、更に、前記範囲が当該非反射想定位置を含む反射領域の範囲と合致するか否かにより非反射想定箇所が不適合か否かの判断を行うことを特徴とする請求項４記載の船舶識別システム。 - 候補船舶データベースは、光学画像上反射しないと想定される箇所の大きさを非反射想定位置と併せて記憶し、
船舶判定部は、候補船舶データベース上の非反射想定位置に併せて前記大きさが記憶されている場合には、更に、前記大きさが当該非反射想定位置を含む反射領域の大きさと合致するか否かにより非反射想定箇所が不適合か否かの判断を行うことを特徴とする請求項４記載の船舶識別システム。 - 候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射位置を記憶する候補船舶データベースを有する船舶識別システムによる船舶識別方法であって、以下の要素を有することを特徴とする船舶識別方法
（１）識別対象である対象船舶の光学画像を取得する工程
（２）対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出する工程
（３）候補船舶毎に、すべての必須反射位置が、算出した反射領域に含まれるか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する工程。 - 候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射位置を記憶する候補船舶データベースを有する船舶識別システムとなるコンピュータに、以下の処理を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
（１）識別対象である対象船舶の光学画像を取得する処理
（２）対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出する処理
（３）候補船舶毎に、すべての必須反射位置が、算出した反射領域に含まれるか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する処理。 - 候補船舶毎に、太陽光の方向と撮影方向に拠らず、光学画像上必ず反射すると想定される箇所の船体上の位置である必須反射位置を記憶する候補船舶データベースを有する船舶識別システムとなるコンピュータに、以下の手順を実行させるためのプログラム
（１）識別対象である対象船舶の光学画像を取得する手順
（２）対象船舶の光学画像から船体上の反射領域を算出する手順
（３）候補船舶毎に、すべての必須反射位置が、算出した反射領域に含まれるか否かにより必須反射箇所が適合するか否かの判断を行い、すべて必須反射箇所が適合する場合に、対象船舶が当該候補船舶であると判定する手順。
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