JP2007143490A

JP2007143490A - 気球空撮マルチバンドセンシングにより植生を診断する方法

Info

Publication number: JP2007143490A
Application number: JP2005343163A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Yamamoto; 晴彦山本; Kiyoshi Iwatani; 潔岩谷
Original assignee: Yamaguchi University NUC
Current assignee: Yamaguchi University NUC
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】画像解析による植生の診断において、植生のバイオマス量とストレス度合とを同時に診断し、植生の量的形質とともに、水分ストレスや病虫害ストレスのような質的形質の評価を行えるようにする。
【解決手段】可視光カメラ、近赤外カメラ、熱赤外カメラをリモコン式に撮影制御可能に気球に搭載し、気球を飛行させて空中から診断すべき範囲の植生を可視光カメラ、近赤外カメラ、熱赤外カメラにより撮影し、可視光カメラにより得られたＲ画像と近赤外カメラにより得られた画像とからＮＤＶＩ画像を取得し、ＮＤＶＩ画像と熱赤外カメラにより得られた熱赤外画像とにより植生を診断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、気球空撮マルチバンドセンシングによる植生診断の方法に関する。

地表における植物の生育状況の調査、豪雨や長雨により森林や丘陵地で発生する地滑り、土砂崩れ、土石流の状況の調査、広がりを有する森林や丘陵のモニタリングを行う手法として、人工衛星や航空機からの撮影、センシングの技術の開発が進められている。衛星によるリモートセンシングは、わが国のような雨量の多い国で、豪雨、長雨の時期には対象とする地域を十分に観測できず、観測回数が限られるため、必要な時期に必要な画像を取得できないというような問題がある。

航空機を用いることにより、対象とする地域の画像、写真を必要とする時期に取得することが可能であるが、必要経費が多くなるという難点がある。空撮手法として、ラジコン機、セスナ機、ヘリコプター用いる手法が開発されているが、経費、安全性等においての問題がある。空撮に用いるには、気球を用いたものが経費、安全性等の面からは有利であると考えられる。

地表の状態、植生の状態の評価、診断について、例えば次のような文献に開示されている。
特開２００４−１５１０９２号公報特開２００４−１４７６５１号公報山本晴彦外２名「熱赤外画像によるイネ葉いもち病の発生箇所の隔測検出」」（日本作物学会、６４、４６７−４７４、１９９５）山本晴彦外２名「熱赤外映像による樹木の燃焼状態の隔測評価と雲仙普賢岳の火砕流被害への適用」（地盤工学分野でのリモートセンシングデータの活用に関するシンポジウム論文集、２１３−２２０、１９９３）特許文献１には、自然斜面内部の亀裂などの異常部を検地する植生のヘルスモニタリング方法について記載されており、これは、植生を赤外線熱画像撮影し植生の表面温度挙動を定量的に把握し温度上昇箇所の描出を行い、一方、同植生の分光反射特性を検出し植生の活性度を定量的に把握し活性度低下箇所を描出し、これら温度上昇箇所及び活性度低下箇所を可視デジタル画像上に表示し、植生の活性度低下箇所を特定するようにしたものである。

特許文献２には、対象とする植生を赤外線熱画像撮像し植生の表面温度挙動を定量的に把握し温度上昇植生を描出し活性度低下の可能性を把握し、一方、同植生の分光反射特性を検出し植生の活性度を確認し、活性度が低い場合は肥料散布、植え替えなどのメンテナンスを行う植生のヘルスモニタリング方法について記載されている。

これら特許文献１、２においては、赤外線熱画像と分光反射特性により植生の表面温度上昇と活性度低下とを求めており、植生指標としてＲＶＩあるいはＮＤＶＩを用いる。ＮＤＶＩは正規化植生指数と呼ばれ、一般的に植生の活性度を表す指標として用いられている。また、可視画像のＲ画像は植生のクロロフィル量に基づく赤色の選択吸収量の大小による反射率の高低に依存している。このことから、植生の繁茂度合とクロロフィル量との積がバイオマス量（生物資源量）と考えられる。しかしながら、植生の診断には、バイオマス量のような量的形質の評価以外に、水分ストレスや病害虫ストレスの程度を示す質的形質の評価が必要であり、特許文献１、２においては、この点にについて考慮されていはいない。

非特許文献１では、イネのいもち病害による蒸散量の低下を熱赤外画像の計測と解析に基づいて診断することについて、また、非特許文献２では、熱赤外画像を樹木の燃焼状態の隔測評価に用いることについて記載されているが、ＮＤＶＩ画像と熱赤外画像とを併せて評価するものではなく、適切な植生の診断を行う上で十分なものではなかった。

従来の画像解析による植生の診断においては、植生のバイオマス量とストレス度合とを同時に診断することはなされておらず、植生の量的形質を評価してはいるが、水分ストレスや病虫害ストレスのような質的形質の評価はなされておらず、植生の診断として不十分なものであった。

本発明は、前述の課題を解決すべくなしたものであり、可視光カメラ、近赤外カメラ、熱赤外カメラをリモコン式に撮影制御可能に気球に搭載することと、気球を飛行させて空中から診断すべき範囲の植生を前記可視光カメラ、近赤外カメラ、熱赤外カメラにより撮影することと、前記可視光カメラにより得られたＲ画像と近赤外カメラにより得られた画像とからＮＤＶＩ画像を取得することと、該ＮＤＶＩ画像と前記熱赤外カメラにより得られた熱赤外画像とにより植生を診断するようにしたものである。

本発明によれば、気球に搭載した可視カメラで得られる可視Ｒ画像、近赤外カメラで得られる近赤外画像から得られるＮＤＶＩ画像と、熱赤外ＣＣＤカメラで得られる熱赤外画像を用いて植生の状態を診断するので、広範囲に詳細な植生の状態が判断でき、必要な経費を格段に少なくすることができる。

本発明において、植生の診断のために、図１に示すようなカメラユニットを用いる。カメラユニット１０は可視光カメラ１、近赤外カメラ２、熱赤外カメラ３のデジタルカメラを各１台ずつと、カメラ１〜３の撮影操作、送受信のための制御装置４とを備えている。各カメラ１〜３は撮影画像を記憶保持するのに必要なメモリーを備え、制御装置４は送受信の機能を備え、遠隔操作による各カメラ１〜３の撮影動作の指令信号を受けて撮影動作の制御を行い、各カメラ１〜３のモニター画像を送信できるようにするのがよい。

図２は図１に示すようなカメラユニット１０を気球２０に搭載したものを地上において操作制御装置３０により撮影操作を行う状況を示している。各カメラ１〜３、制御装置４として軽量小型のものを採用することにより、気球の大きさとして全長６〜７ｍ程度の小規模のものを用いることができる。

操作制御装置３０はカメラユニット１０の各カメラ１〜３の撮影操作を行うように操作指令信号の送信を行い、気球２０に搭載されたカメラユニット１０から送信される信号、モニター画像信号を受信し、それらのデータのモニターを行う表示装置を備えている。各カメラ１〜３のモニター画像がカメラユニット１０側から送信されるものであれば、そのモニター画像を見ながら撮影操作を行うことができる。

気球を例えば地上２００ｍ程度の高さに係留した状態で地表面の撮影操作を行う。カメラユニット１０における各カメラ１〜３は姿勢制御の機能を備えていれば、操作制御装置３０側でのモニターにより各カメラ１〜３でのモニター画像を見ながらカメラ１〜３の姿勢制御を行って撮影することができる。カメラ１〜３の姿勢制御を備えていない場合、予めカメラ１〜３を想定される地表からの位置において適切な画像が撮影できる状態に設定しておき、その想定された位置において撮影を行うことになる。

各カメラ１〜３のレンズは、地上２００ｍ程度の高さを主に考えると、標準から広角系のレンズであり、簡易なものとしては、固定焦点レンズでもよいが、ある程度撮影の高度が変わることを考慮する場合には自動合焦機能を有するレンズとし、また画角を変化する必要があれば広角系ズームレンズとするのがよい。しかしながら、気球に搭載することを考えた場合、その機能はカメラユニット１０の重量から適宜なものとすることになる。

植生診断のために撮影を行う際に、カメラユニット１０を搭載した気球で撮影を行う位置に係留し、各カメラ１〜３の操作により撮影を行う。各カメラ１〜３は必要な撮影画像フレーム分のメモリーを有しており、撮影画像が記憶保持される。

このように気球に搭載された各カメラ１〜３により撮影された画像を用いて植生診断を行う。可視光カメラ１の画像のうちのＲ画像と近赤外カメラ２の画像とによりＮＤＶＩ画像を取得し、このＮＤＶＩ画像と熱赤外カメラ３による得られる熱赤外画像とを併せて植生の診断を行う。植生診断のために、画像解析を行うためのアプリケーション、必要な記憶手段を有するパーソナルコンピュータを用いる。

ＮＤＶＩ画像では植生の量的形質としてのバイオマス量の評価がなされ、また、熱赤外画像により水分ストレスや病虫害ストレスの程度を表現する質的評価がなされ、植生の状態を的確に検知し、生育量とストレス程度に見合った適切な処置を施すことにより、植生を健全な状態に維持、管理することが可能になる。

本発明による植生診断に用いられるカメラユニットの構成を概略的に示す図である。カメラユニットを気球に搭載し地表において操作制御装置により撮影操作を行う状況を示す図である。

符号の説明

１可視光カメラ
２近赤外カメラ
３熱赤外カメラ
４制御装置
１０カメラユニット
２０気球
３０操作制御装置

Claims

可視光カメラ、近赤外カメラ、熱赤外カメラをリモコン式に撮影制御可能に気球に搭載することと、
気球を飛行させて空中から診断すべき範囲の植生を前記可視光カメラ、近赤外カメラ、熱赤外カメラにより撮影することと、
前記可視光カメラにより得られたＲ画像と近赤外カメラにより得られた画像とからＮＤＶＩ画像を取得することと、
該ＮＤＶＩ画像と前記熱赤外カメラにより得られた熱赤外画像とにより植生を診断することと、
からなることを特徴とする気球空撮マルチバンドセンシングにより植生を診断する方法。