JP2012203582A - Determination method, determination device, determination system and determination program of vegetation region in color image - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a determination method which can properly determine harmless vegetation areas (lawn areas) and harmful vegetation areas in a vegetation region by reducing an influence of data acquisition conditions such as seasonal variation, sunlight and the like and extracting the vegetation region from a color image.SOLUTION: A determination method of a vegetation region in a color image includes: a step for extracting pixels composing a vegetation region by using magnitude correlations between RGB values of respective pixels in a color image; a step for calculating an R/G value by dividing an R component value by a G component value for each pixel in the extracted vegetation region; a step for creating histogram by using the R/G values; a step for classifying the vegetation region as a single vegetation region or a mixed vegetation region by using a static obtained from the created histogram; a step for, when the vegetation region is classified as the mixed vegetation region, determining an area composed of pixels having R/G values less than a threshold in the vegetation region as a harmful vegetation area.

Description

本発明は、カラー画像から植生領域を抽出し、当該植生領域において、無害植生領域(芝領域)と有害植生領域とを判別することが可能な、判別方法、判別装置、判別システム、及び判別プログラムに関する。   The present invention extracts a vegetation region from a color image and can determine a harmless vegetation region (turf region) and a harmful vegetation region in the vegetation region, a determination method, a determination device, a determination system, and a determination program About.

河川堤防は、洪水時に流水が河川外に流出することを防止し、流域付近の財産を守っている。河川堤防の斜面には芝が張られる場合があり、当該芝によって河川堤防の斜面を強固に固定し、洪水時の流水による河川堤防の決壊等を防いでいる。一方で、河川堤防には自然に雑草等の有害植生が繁茂する。当該有害植生が繁茂してしまうと、芝が枯死してしまい、河川堤防の斜面の強度が落ちてしまう。このため、河川堤防においては、定期的に有害植生を対象とした除草を実施する必要がある。除草を行う際の判断基準は、植生の種類や成長程度(面積、背丈等)である。現状では、除草の判断は目視により行われており、河川堤防管理者の負担となっている。   The river embankment protects the property near the basin by preventing water from flowing out of the river during floods. The slope of the river levee may be covered with turf, and the slope of the river levee is firmly fixed by the turf to prevent the river levee from being destroyed by running water during a flood. On the other hand, harmful vegetation such as weeds grows naturally on the river bank. If the harmful vegetation grows, the lawn will die and the strength of the slope of the river dike will be reduced. For this reason, it is necessary to periodically carry out weeding for harmful vegetation on river dikes. The criteria for weeding are the type of vegetation and the degree of growth (area, height, etc.). At present, weeding decisions are made visually and are a burden on river embankment managers.

一方、河川堤防には、河川管理用のカメラが設置されている場合がある。これにより、任意の地点及び時間毎に静止画像を取得することが可能である。現在、係る画像は河川の遠隔監視に利用されており、植生の状況も撮影可能である。このため、取得した画像に画像処理を施して、河川堤防の状況を自動的に収集し、有害植生の定量的な評価を行うことは、河川堤防の維持管理を支援する技術となり得る。   On the other hand, a river management camera may be installed on the river bank. Thereby, it is possible to acquire a still image at an arbitrary point and time. Currently, such images are used for remote monitoring of rivers, and the vegetation situation can also be taken. For this reason, performing image processing on the acquired images, automatically collecting river levee conditions, and quantitatively evaluating harmful vegetation can be a technology for supporting river bank maintenance.

しかしながら、屋外の自然環境下で取得した画像データを解析に用いる場合、観測対象の色情報が一様とはならない。また、観測対象が同一であっても、天候や時間等のデータ取得条件によって、画像中の色調が異なることから、解析において誤認識を引き起こしやすい。したがって、河川堤防画像を解析する際も、これらを考慮する必要がある。   However, when image data acquired in an outdoor natural environment is used for analysis, color information to be observed is not uniform. Even if the observation target is the same, the color tone in the image differs depending on the data acquisition conditions such as the weather and time, and thus erroneous recognition is likely to occur in the analysis. Therefore, these must be taken into account when analyzing river levee images.

例えば、航空写真や衛星写真から自動的に植生状況を判定する手法が各種提案されているが(特許文献1〜3等)、これら手法にあっては、複数の植生が混在している場合、当該植生が有害植生であるか否かを判別することができず、有害植生のみを検出することは困難であった。   For example, various methods for automatically determining the vegetation status from aerial photographs and satellite photographs have been proposed (Patent Documents 1 to 3 and the like). In these methods, when a plurality of vegetation are mixed, Whether or not the vegetation is harmful vegetation could not be determined, and it was difficult to detect only harmful vegetation.

当該問題を解決すべく、特許文献4においては、植生調査対象地域を撮影した植生調査対象地域画像中の識別対象植生画像から、R成分画像、G成分画像、B成分画像を作成し、テクスチャ解析によって、これらR成分画像、G成分画像、B成分画像から、各々の画像の特徴量としての、輝度値の平均値、コントラストの平均値、滑らかさ、一様性、エントロピーのうちの1つ以上を抽出することにより、対象画像から有害植生のみを検出可能としている。しかしながら、特許文献4に係る技術にあっては、天候や時間等のデータ取得条件によって変化し得るパラメータを特徴量として抽出しており、解析において誤認識を引き起こしやすいものであった。   In order to solve the problem, in Patent Document 4, an R component image, a G component image, and a B component image are created from an identification target vegetation image in a vegetation survey target region image obtained by photographing a vegetation survey target region, and texture analysis is performed. From the R component image, the G component image, and the B component image, one or more of an average value of luminance values, an average value of contrast, smoothness, uniformity, and entropy as a feature amount of each image By extracting, only harmful vegetation can be detected from the target image. However, in the technique according to Patent Document 4, a parameter that can be changed according to data acquisition conditions such as weather and time is extracted as a feature amount, and erroneous recognition is likely to occur in the analysis.

特開2007−303855号公報JP 2007-303855 A 特開2006−252529号公報JP 2006-252529 A 特開2007−128141号公報JP 2007-128141 A 特開2008−210165号公報JP 2008-210165A

そこで本発明は、季節変化や太陽光等のデータ取得条件の影響を低減しつつ、カラー画像から植生領域を抽出し、当該植生領域において、無害植生領域(芝領域)と有害植生領域とを適切に判別することが可能な、判別方法、判別装置及び判別プログラムを提供することを課題とする。   Therefore, the present invention extracts a vegetation area from a color image while reducing the influence of seasonal changes and data acquisition conditions such as sunlight, and in the vegetation area, a harmless vegetation area (turf area) and a harmful vegetation area are appropriately selected. It is an object of the present invention to provide a determination method, a determination device, and a determination program that can be determined easily.

本発明者らは、画像データにおける植生領域の判別方法について研究を進めた結果、以下の知見を得た。
(1)植生領域においては、RGBの各成分のうち、G成分が他の成分よりも値が大きくなる。また、植生領域とそれ以外の領域とでは、RGBの各成分値に所定の大小関係がある。すなわち、カラー画像の各画素におけるRGB値の大小関係を用いることで、画像から植生領域のみを適切に抽出することが可能である。
(2)植生領域に含まれる有害植生領域と芝領域とについてRGB値を比較・解析した場合、(G−R)値が、有害植生領域では大きく、芝領域では小さな値となる。すなわち、R成分値をG成分値で除したR/G値は、有害植生領域では小さく、芝領域では大きな値となる。
(3)植生領域を解析する際、R/G値をパラメータとして用いると、季節変化や太陽光等のデータ取得条件の影響が低減された相対的な解析が可能となる。例えば、植生領域において有害植生領域と芝領域とが混在する場合、R/G値が閾値以上の画素部分を芝領域、R/G値が閾値未満の画素部分を有害植生領域として相対的に判別することが可能である。
(4)植生領域における各画素について、それぞれR/G値を算出し、R/G値についてのヒストグラムを作成した場合、植生領域において有害植生領域と芝領域とが混在する場合(混在植生領域)と、芝領域のみ又は有害植生領域のみが存在する場合(単一植生領域)とで、ヒストグラムの形状が異なる。すなわち、作成したヒストグラムから取得される統計量を用いることにより、植生領域が混在植生領域であるのか単一植生領域であるのかを適切に分類することが可能である。
As a result of researches on a method for discriminating vegetation regions in image data, the present inventors have obtained the following knowledge.
(1) In the vegetation region, among the RGB components, the G component has a larger value than the other components. In addition, there is a predetermined magnitude relationship between the RGB component values in the vegetation region and other regions. That is, it is possible to appropriately extract only the vegetation region from the image by using the magnitude relationship of the RGB values in each pixel of the color image.
(2) When the RGB values are compared and analyzed for the harmful vegetation area and the turf area included in the vegetation area, the (GR) value is large in the harmful vegetation area and small in the turf area. That is, the R / G value obtained by dividing the R component value by the G component value is small in the harmful vegetation region and large in the turf region.
(3) When an R / G value is used as a parameter when analyzing a vegetation region, a relative analysis in which the influence of data acquisition conditions such as seasonal changes and sunlight is reduced is possible. For example, when a harmful vegetation region and a turf region are mixed in a vegetation region, a pixel portion having an R / G value equal to or greater than a threshold is relatively determined as a turf region, and a pixel portion having an R / G value less than the threshold is determined as a harmful vegetation region. Is possible.
(4) When the R / G value is calculated for each pixel in the vegetation region and a histogram for the R / G value is created, the harmful vegetation region and the turf region are mixed in the vegetation region (mixed vegetation region) The shape of the histogram differs between when only the turf area or only the harmful vegetation area exists (single vegetation area). That is, it is possible to appropriately classify whether the vegetation region is a mixed vegetation region or a single vegetation region by using a statistic obtained from the created histogram.

本発明は上記知見に基づいてなされたものである。すなわち、
第1の本発明は、カラー画像の各画素におけるRGB値の大小関係を用いて、植生領域を構成する画素を抽出する、植生領域抽出工程と、
抽出した植生領域の各画素について、R成分値をG成分値で除してR/G値を算出し、当該R/G値を用いたヒストグラムを作成する、ヒストグラム作成工程と、
作成されたヒストグラムから得られる統計量を用いて、植生領域が単一植生領域であるか混在植生領域であるかを分類する、クラス分類工程と、
クラス分類工程において、植生領域が混在植生領域に分類された場合、当該植生領域においてR/G値が閾値未満である画素から構成される領域を、有害植生領域と判別する、判別工程と、
を備える、カラー画像に含まれる植生領域の判別方法である。
The present invention has been made based on the above findings. That is,
The first aspect of the present invention is a vegetation region extraction step of extracting pixels constituting a vegetation region using the magnitude relationship of RGB values in each pixel of a color image;
For each pixel of the extracted vegetation region, a R / G value is calculated by dividing the R component value by the G component value, and a histogram using the R / G value is created.
A class classification process for classifying whether the vegetation region is a single vegetation region or a mixed vegetation region using a statistic obtained from the created histogram,
In the class classification step, when the vegetation region is classified as a mixed vegetation region, a determination step of determining a region composed of pixels having an R / G value less than a threshold in the vegetation region as a harmful vegetation region;
A method for determining a vegetation area included in a color image.

本願において、「植生」とは、植物の集団を意味する。特に、河川堤防における植生にあっては、芝と有害植生とに大別される。河川堤防において、有害植生は繁茂によって芝を枯死させるものである。有害植生の具体例としては、例えば、多年生植物であるイタドリを挙げることができる。   In the present application, “vegetation” means a group of plants. In particular, vegetation on river banks is roughly divided into turf and harmful vegetation. In river dikes, harmful vegetation is what causes lawn to die by overgrowth. As a specific example of harmful vegetation, for example, a Japanese perennial plant, a Japanese knotweed.

第1の本発明に係るヒストグラム作成工程においては、R/G値を所定の階調に正規化し、各階調における画素数をヒストグラム化することが好ましい。   In the histogram creating step according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the R / G value is normalized to a predetermined gradation and the number of pixels in each gradation is histogrammed.

第1の本発明に係るクラス分類工程においては、統計量として、R/G値の平均値、ヒストグラムの歪度及び尖度を用いることが好ましい。   In the classification process according to the first aspect of the present invention, it is preferable to use the average value of R / G values, the skewness and kurtosis of the histogram as the statistics.

第1の本発明に係るヒストグラム作成工程においては、R/G値を所定の階調(例えば、256階調が望ましい。)に正規化して、各階調における画素数についてヒストグラム化し、クラス分類工程において、当該ヒストグラムから得られる統計量が下記(1)〜(3)の条件をすべて満たす場合に、植生領域を混在植生領域に分類し、下記(1)〜(3)の条件をいずれか一つでも満たさない場合に、植生領域を単一植生領域に分類することが特に好ましい。
(1)R/G値の平均値が閾値以下(256階調に正規化した場合は、例えば、120以下が望ましい。)
(2)ヒストグラムの歪度が閾値以下(256階調に正規化した場合は、例えば、1以下が望ましい。)
(3)ヒストグラムの尖度が閾値以下(256階調に正規化した場合は、例えば、14以下が望ましい。)
In the histogram creation process according to the first aspect of the present invention, the R / G value is normalized to a predetermined gradation (for example, 256 gradations are desirable), and the number of pixels in each gradation is histogrammed. When the statistics obtained from the histogram satisfy all of the following conditions (1) to (3), the vegetation area is classified as a mixed vegetation area, and any one of the following conditions (1) to (3) However, it is particularly preferable to classify the vegetation region into a single vegetation region when it is not satisfied.
(1) The average value of R / G values is equal to or less than a threshold value (when normalized to 256 gradations, for example, 120 or less is desirable).
(2) The skewness of the histogram is equal to or less than a threshold value (when normalized to 256 gradations, for example, 1 or less is desirable).
(3) The kurtosis of the histogram is equal to or less than a threshold (when normalized to 256 gradations, for example, 14 or less is desirable).

第1の本発明に係る植生領域抽出工程においては、カラー画像の各画素についてRGB値を求め、当該RGB値が下記条件(I)又は(II)を満たす画素から構成される領域を植生領域として抽出することが好ましい。
(I)0<B/(G−B)<N、且つ、R≦G又はB+M<G
(ここで、Nは最大階調値の1%以上6%以下のいずれかの値であり、Mは最大階調値の9%以上14%以下のいずれかの値である。)
(II)R、G、Bともに、最大階調値の78%以上
In the vegetation area extracting step according to the first aspect of the present invention, an RGB value is obtained for each pixel of the color image, and an area composed of pixels satisfying the following condition (I) or (II) is defined as the vegetation area. It is preferable to extract.
(I) 0 <B / (GB) <N and R ≦ G or B + M <G
(N is any value between 1% and 6% of the maximum gradation value, and M is any value between 9% and 14% of the maximum gradation value.)
(II) For all of R, G, and B, 78% or more of the maximum gradation value

第2の本発明は、カラー画像の各画素におけるRGB値の大小関係を用いて、植生領域を構成する画素を抽出する、植生領域抽出手段と、
抽出した植生領域の各画素について、R成分値をG成分値で除してR/G値を算出し、当該R/G値を用いたヒストグラムを作成する、ヒストグラム作成手段と、
作成されたヒストグラムから得られる統計量を用いて、植生領域が単一植生領域であるか混在植生領域であるかを分類する、クラス分類手段と、
クラス分類手段において、植生領域が混在植生領域に分類された場合、当該植生領域においてR/G値が閾値未満である画素から構成される領域を有害植生領域と判別する、判別手段と、
を備える、カラー画像に含まれる植生領域の判別装置である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a vegetation area extracting means for extracting pixels constituting the vegetation area using a magnitude relationship of RGB values in each pixel of the color image.
For each pixel of the extracted vegetation region, a histogram creating means for calculating an R / G value by dividing the R component value by the G component value and creating a histogram using the R / G value;
Class classification means for classifying whether the vegetation region is a single vegetation region or a mixed vegetation region using statistics obtained from the created histogram,
In the class classification means, when the vegetation area is classified as a mixed vegetation area, a determination means for determining an area composed of pixels having an R / G value less than a threshold in the vegetation area as a harmful vegetation area;
A vegetation area determination device included in a color image.

第2の本発明において、ヒストグラム作成手段が、R/G値を所定の階調に正規化し、各階調における画素数をヒストグラム化する手段であることが好ましい。   In the second aspect of the present invention, the histogram creating means is preferably means for normalizing the R / G value to a predetermined gradation and making the number of pixels in each gradation a histogram.

第2の本発明に係るクラス分類手段において、統計量として、R/G値の平均値、ヒストグラムの歪度及び尖度が用いられることが好ましい。   In the class classification means according to the second aspect of the present invention, it is preferable that an average value of R / G values, a skewness of a histogram, and a kurtosis are used as statistics.

第2の本発明において、ヒストグラム作成手段が、R/G値を所定の階調(例えば、256階調が望ましい。)に正規化して、各階調における画素数をヒストグラム化する手段であり、クラス分類手段が、当該ヒストグラムから得られる統計量が下記(1)〜(3)の条件をすべて満たす場合に、植生領域を混在植生領域に分類し、下記(1)〜(3)の条件をいずれか一つでも満たさない場合に、植生領域を単一植生領域に分類する手段であることが特に好ましい。
(1)R/G値の平均値が閾値以下(256階調に正規化した場合は、例えば、120以下が望ましい。)
(2)ヒストグラムの歪度が閾値以下(256階調に正規化した場合は、例えば、1以下が望ましい。)
(3)ヒストグラムの尖度が閾値以下(256階調に正規化した場合は、例えば、14以下が望ましい。)
In the second aspect of the present invention, the histogram creating means is means for normalizing the R / G value to a predetermined gradation (for example, 256 gradations are desirable) and forming a histogram of the number of pixels in each gradation. When the statistic obtained from the histogram satisfies all of the following conditions (1) to (3), the classification means classifies the vegetation area into a mixed vegetation area, and any of the following conditions (1) to (3) It is particularly preferable that the vegetation region is classified into a single vegetation region when any one of them is not satisfied.
(1) The average value of R / G values is equal to or less than a threshold value (when normalized to 256 gradations, for example, 120 or less is desirable).
(2) The skewness of the histogram is equal to or less than a threshold value (when normalized to 256 gradations, for example, 1 or less is desirable).
(3) The kurtosis of the histogram is equal to or less than a threshold (when normalized to 256 gradations, for example, 14 or less is desirable).

第2の本発明において、植生領域抽出手段が、カラー画像の各画素についてRGB値を求め、当該RGB値が下記条件(I)又は(II)を満たす画素から構成される領域を植生領域として抽出する手段であることが好ましい。
(I)0<B/(G−B)<N、且つ、R≦G又はB+M<G
(ここで、Nは最大階調値の1%以上6%以下のいずれかの値であり、Mは最大階調値の9%以上14%以下のいずれかの値である。)
(II)R、G、Bともに、最大階調値の78%以上
In the second aspect of the present invention, the vegetation area extracting means obtains an RGB value for each pixel of the color image, and extracts an area composed of pixels satisfying the following condition (I) or (II) as the vegetation area. It is preferable that it is a means to do.
(I) 0 <B / (GB) <N and R ≦ G or B + M <G
(N is any value between 1% and 6% of the maximum gradation value, and M is any value between 9% and 14% of the maximum gradation value.)
(II) For all of R, G, and B, 78% or more of the maximum gradation value

第3の本発明は、カラー画像を撮像する撮像装置と、第2の本発明に係る判別装置とを備える、カラー画像に含まれる植生領域の判別システムである。   A third aspect of the present invention is a system for discriminating a vegetation area included in a color image, comprising an imaging device that captures a color image and a determination device according to the second aspect of the present invention.

第4の本発明は、カラー画像が入力された第2の本発明に係る判別装置に、
カラー画像の各画素におけるRGB値の大小関係を用いて、当該カラー画像に含まれる植生領域を抽出させ、
抽出させた植生領域の各画素に係るRGB値について、R成分値をG成分値で除してR/G値を算出させ、当該R/G値を用いたヒストグラムを作成させ、
作成させたヒストグラムから得られる統計量を用いて、植生領域が単一植生領域であるか混在植生領域であるかを分類させ、
植生領域が混在植生領域に分類された場合、当該植生領域においてR/G値が閾値未満である画素部分を有害植生領域と判別させる、
カラー画像に含まれる植生領域を判別させるプログラムである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the discrimination device according to the second aspect of the present invention, in which a color image is input.
Using the magnitude relationship of RGB values in each pixel of the color image, the vegetation area included in the color image is extracted,
For the RGB values related to each pixel of the extracted vegetation region, the R component value is divided by the G component value to calculate the R / G value, and a histogram using the R / G value is created.
Using the statistics obtained from the created histogram, classify whether the vegetation area is a single vegetation area or a mixed vegetation area,
When the vegetation region is classified as a mixed vegetation region, a pixel portion having an R / G value less than a threshold in the vegetation region is determined as a harmful vegetation region.
This is a program for discriminating a vegetation area included in a color image.

第4の本発明において、上記の判別装置に、R/G値を所定の階調に正規化させ、各階調における画素数をヒストグラム化させることが好ましい。   In the fourth aspect of the present invention, it is preferable that the discriminating apparatus normalizes the R / G value to a predetermined gradation and makes the number of pixels in each gradation a histogram.

第4の本発明において、上記の判別装置に、統計量として、R/G値の平均値、ヒストグラムの歪度及び尖度を算出させることが好ましい。   In the fourth aspect of the present invention, it is preferable that the discriminating device described above calculates an average value of R / G values, skewness and kurtosis of a histogram as statistics.

第4の本発明において、上記の判別装置に、R/G値を所定の階調(例えば、256階調が望ましい。)に正規化して各階調における画素数をヒストグラム化させ、当該ヒストグラムから得られる統計量が下記(1)〜(3)の条件をすべて満たす場合に、植生領域を混在植生領域に分類させ、下記(1)〜(3)の条件をいずれか一つでも満たさない場合に、植生領域を単一植生領域に分類させることが特に好ましい。
(1)R/G値の平均値が閾値以下(256階調に正規化した場合は、例えば、120以下が望ましい。)
(2)ヒストグラムの歪度が閾値以下(256階調に正規化した場合は、例えば、1以下が望ましい。)
(3)ヒストグラムの尖度が閾値以下(256階調に正規化した場合は、例えば、14以下が望ましい。)
In the fourth aspect of the present invention, the discriminating device described above normalizes the R / G value to a predetermined gradation (for example, 256 gradations are desirable) to form a histogram of the number of pixels in each gradation, and obtains it from the histogram. When the statistic to be satisfied satisfies all the following conditions (1) to (3), the vegetation area is classified as a mixed vegetation area, and any one of the following conditions (1) to (3) is not satisfied It is particularly preferable to classify the vegetation region into a single vegetation region.
(1) The average value of R / G values is equal to or less than a threshold value (when normalized to 256 gradations, for example, 120 or less is desirable)
(2) The skewness of the histogram is equal to or less than a threshold value (when normalized to 256 gradations, for example, 1 or less is desirable).
(3) The kurtosis of the histogram is equal to or less than a threshold (when normalized to 256 gradations, for example, 14 or less is desirable).

第4の本発明において、上記の判別装置に、カラー画像の各画素についてRGB値を求め、当該RGB値が下記条件(I)又は(II)を満たす画素部分を植生領域として抽出させることが好ましい。
(I)0<B/(G−B)<N、且つ、R≦G又はB+M<G
(ここで、Nは最大階調値の1%以上6%以下のいずれかの値であり、Mは最大階調値の9%以上14%以下のいずれかの値である。)
(II)R、G、Bともに、最大階調値の78%以上
In the fourth aspect of the present invention, it is preferable that the discrimination device obtains an RGB value for each pixel of the color image and extracts a pixel portion in which the RGB value satisfies the following condition (I) or (II) as a vegetation region. .
(I) 0 <B / (GB) <N and R ≦ G or B + M <G
(N is any value between 1% and 6% of the maximum gradation value, and M is any value between 9% and 14% of the maximum gradation value.)
(II) For all of R, G, and B, 78% or more of the maximum gradation value

本発明においては、RGB値の大小関係を考慮して画像から植生領域を適切に抽出するとともに、R/G値を用いて画像中の植生領域を解析し、植生領域に含まれる有害植生領域とそれ以外とを判別するものとしている。植生領域を解析する際、R/G値をパラメータとして用いると、季節変化や太陽光等のデータ取得条件の影響が低減された相対的な解析が可能となる。すなわち、本発明によれば、季節変化や太陽光等のデータ取得条件の影響を低減しつつ、カラー画像から植生領域を抽出し、当該植生領域において、無害植生領域(芝領域)と有害植生領域とを適切に判別することが可能な判別方法、判別装置、判別システム及び判別プログラムを提供することができる。   In the present invention, the vegetation region is appropriately extracted from the image in consideration of the magnitude relationship of the RGB values, and the vegetation region in the image is analyzed using the R / G value. It is assumed that other than that is discriminated. When an R / G value is used as a parameter when analyzing a vegetation region, a relative analysis in which the influence of data acquisition conditions such as seasonal changes and sunlight is reduced is possible. That is, according to the present invention, a vegetation region is extracted from a color image while reducing the influence of seasonal data and data acquisition conditions such as sunlight, and in the vegetation region, a harmless vegetation region (turf region) and a harmful vegetation region are extracted. It is possible to provide a determination method, a determination device, a determination system, and a determination program.

一実施形態に係る本発明の判別方法を示す図である。It is a figure which shows the discrimination method of this invention which concerns on one Embodiment. 本発明に係る判別方法に供される前の画像データを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the image data before using for the determination method which concerns on this invention. 植生領域が抽出された状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state from which the vegetation area | region was extracted. ヒストグラムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a histogram. 単一植生領域と混在植生領域とを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a single vegetation area | region and a mixed vegetation area | region. 植生領域の判別工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the discrimination process of a vegetation area. 本発明に係る判別方法に供された後の画像データを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the image data after being provided to the determination method which concerns on this invention. 一実施形態に係る本発明の判別装置100の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the discrimination device 100 of this invention which concerns on one Embodiment. 実施例に係る結果を示す図である。It is a figure which shows the result which concerns on an Example.

1.カラー画像に含まれる植生領域の判別方法
図1に、カラー画像に含まれる有害植生領域の判別方法の一例を示す。図1に示すように判別方法S10は、カラー画像データを入力し、任意に当該画像データを前処理する工程S0、カラー画像の各画素におけるRGB値の大小関係を用いて、植生領域を構成する画素を抽出する、植生領域抽出工程S1、抽出した植生領域の各画素について、R成分値をG成分値で除してR/G値を算出し、当該R/G値を用いたヒストグラムを作成する、ヒストグラム作成工程S2、作成されたヒストグラムから得られる統計量を用いて、植生領域が単一植生領域であるか混在植生領域であるかを分類する、クラス分類工程S3、及び、クラス分類工程S3において植生領域が混在植生領域に分類された場合、当該植生領域においてR/G値が閾値未満である画素から構成される領域を、有害植生領域と判別する、判別工程S4を備えている。
1. Method for Determining Vegetation Regions Included in Color Image FIG. 1 shows an example of a method for determining harmful vegetation regions included in a color image. As shown in FIG. 1, the discrimination method S10 inputs color image data and arbitrarily preprocesses the image data, and forms a vegetation region using the magnitude relationship of RGB values in each pixel of the color image. A vegetation region extraction step S1 that extracts pixels, calculates an R / G value by dividing the R component value by the G component value for each pixel of the extracted vegetation region, and creates a histogram using the R / G value Histogram creation step S2, classifying whether the vegetation region is a single vegetation region or a mixed vegetation region using statistics obtained from the created histogram, class classification step S3, and class classification step When the vegetation region is classified into the mixed vegetation region in S3, a determination step of determining, from the vegetation region, a region composed of pixels having an R / G value less than a threshold value as a harmful vegetation region. It is equipped with a 4.

(工程S0)
工程S0は、カラー画像データを判別装置に入力し、任意に前処理を行う工程である。入力される画像のサイズや階調等は特に限定されるものではない。例えば、RGBともに256階調のカラー画像を用いれば良い。前処理については、例えば、入力した画像データにおいて、画像端部に、撮像装置の仕様による歪みや画像の撮影日時等を示す文字列が存在する場合があり、このような場合には、画像端部を所定画素数分だけ除去することにより、不要な歪みや文字列を除去することが好ましい。これにより、有害植生領域の判別精度を向上させることができる。
(Process S0)
Step S0 is a step in which color image data is input to the discriminator and optionally preprocessed. The size, gradation, etc. of the input image are not particularly limited. For example, a color image with 256 gradations may be used for both RGB. As for preprocessing, for example, in the input image data, there may be a character string indicating distortion due to the specifications of the imaging device, the shooting date of the image, or the like at the end of the image. It is preferable to remove unnecessary distortions and character strings by removing the portion by a predetermined number of pixels. Thereby, the discrimination | determination precision of a harmful vegetation area | region can be improved.

(植生領域抽出工程S1)
植生領域抽出工程S1は、カラー画像の各画素におけるRGB値の大小関係を用いて、植生領域を構成する画素を抽出する工程である。処理対象である画像には、例えば、図2に概略的に示す画像10のように、植生領域1(芝領域1a、有害植生領域1b)とそれ以外の領域(土領域2)とが混在して存在する場合がある。工程S1では、このように複数混在する領域から、植生領域1のみを抽出する。
(Vegetation region extraction step S1)
The vegetation region extraction step S1 is a step of extracting pixels constituting the vegetation region using the magnitude relationship of the RGB values in each pixel of the color image. In the image to be processed, for example, a vegetation region 1 (turf region 1a, harmful vegetation region 1b) and other regions (soil region 2) are mixed, as in an image 10 schematically shown in FIG. May exist. In step S1, only the vegetation region 1 is extracted from the plurality of regions mixed in this way.

本発明者らが鋭意研究し、画像に含まれる植生領域1(芝領域1a、有害植生領域1b)及びそれ以外の領域(土領域2)のRGB値をそれぞれ調査した結果、芝領域1aおよび土領域2におけるR成分及びG成分の値、並びに、有害植生領域1b及び土領域2におけるB成分の値はそれぞれ近似することがわかった。より具体的には、R成分値やG成分値は、有害植生領域1bにおいて、芝領域1aや土領域2よりも高くなり、B成分値は、有害植生領域1b及び土領域2において、芝領域1aよりも高くなることが分かった。すなわち、RGB値のうちのいずれか一つの値に着目しただけでは、画像から植生領域1のみを抽出することは困難と考えられた。一方、植生領域1においては、RGB値のうち、G成分値が他の成分値よりも大きくなることもわかった。   As a result of intensive studies by the present inventors and investigating the RGB values of the vegetation region 1 (turf region 1a, harmful vegetation region 1b) and other regions (soil region 2) included in the image, the turf region 1a and soil It was found that the values of the R component and the G component in the region 2 and the values of the B component in the harmful vegetation region 1b and the soil region 2 are approximated, respectively. More specifically, the R component value and the G component value are higher in the harmful vegetation region 1b than in the turf region 1a and the soil region 2, and the B component value is in the harmful vegetation region 1b and the soil region 2. It was found to be higher than 1a. That is, it was considered difficult to extract only the vegetation region 1 from the image only by paying attention to any one of the RGB values. On the other hand, in the vegetation area | region 1, it turned out that G component value becomes larger than another component value among RGB values.

すなわち、RGB値のうちのいずれか一つの値のみに着目するのではなく、RGB値の大小関係を用いることにより、画像から植生領域1のみを適切に抽出できる。好ましくは下記の通りである。   That is, instead of focusing on only one of the RGB values, only the vegetation region 1 can be appropriately extracted from the image by using the magnitude relationship of the RGB values. Preferably, it is as follows.

RGB値の大小関係を考慮した結果、植生領域1と土領域2とでは、B値を(G−B)値で除した値である「B/(G−B)値」に差が生じることを認めた。より具体的には、B/(G−B)値が下記条件(I−1)を満たす画素から構成される領域を抽出することで、植生領域1を適切に抽出することができる。
(I−1) 0<B/(G−B)<N
As a result of considering the magnitude relationship of RGB values, there is a difference in the “B / (GB) value” that is a value obtained by dividing the B value by the (GB) value between the vegetation region 1 and the soil region 2. Admitted. More specifically, the vegetation area | region 1 can be extracted appropriately by extracting the area | region comprised from the pixel whose B / (GB) value satisfy | fills the following conditions (I-1).
(I-1) 0 <B / (GB) <N

上記数値範囲の上限値Nは、判別対象であるカラー画像の最大階調値の1%以上6%以下のいずれかの値である。最大階調が256階調の場合は5以上15以下のいずれかの値とすることができる。特に、植生領域1を最も良好に抽出できる上限値Nは、最大階調値の4%程度の値(256階調の場合は10)である。また、上述の通り、植生領域1は、B成分と比較してG成分が高い値を示すため、下限値を0とすることができる。   The upper limit value N of the numerical range is any value between 1% and 6% of the maximum gradation value of the color image to be determined. When the maximum gradation is 256 gradations, the value can be any value from 5 to 15. In particular, the upper limit value N that can best extract the vegetation region 1 is about 4% of the maximum gradation value (10 in the case of 256 gradations). Moreover, since the vegetation area | region 1 shows a value with high G component compared with B component as above-mentioned, a lower limit can be made into 0.

ただし、上記条件(I−1)のみでは、一部領域を誤抽出してしまう場合がある。この観点から、植生領域1のみを一層適切に抽出するためには、上記条件(I−1)とともに、下記条件(I−2)を同時に満たす画素領域を抽出することが特に好ましい。
(I−2) R≦G又はB+M<G
However, a partial region may be erroneously extracted only with the above condition (I-1). From this viewpoint, in order to more appropriately extract only the vegetation region 1, it is particularly preferable to extract a pixel region that simultaneously satisfies the following condition (I-2) together with the above condition (I-1).
(I-2) R ≦ G or B + M <G

上記条件(I−2)は、植生領域1においては、R成分値及びB成分値と比較して、G成分値が大きくなることに着目して設定したものである。尚、植生領域1におけるG成分値とR成分値との差よりも、G成分値とB成分値との差の方が大きくなるため、B+M<Gとするとよい。ここで、B成分値に加算する値Mは、最大階調値の9%以上14%以下のいずれかの値である。最大階調値が256階調の場合は25以上35以下のいずれかの値とすることができる。特に、植生領域1を最も良好に抽出できる値Mは、最大階調値の12%程度(256階調の場合は30)である。   The condition (I-2) is set by paying attention to the fact that, in the vegetation region 1, the G component value is larger than the R component value and the B component value. In addition, since the difference between the G component value and the B component value is larger than the difference between the G component value and the R component value in the vegetation region 1, it is preferable that B + M <G. Here, the value M to be added to the B component value is any value between 9% and 14% of the maximum gradation value. When the maximum gradation value is 256 gradations, it can be any value between 25 and 35. In particular, the value M that can extract the vegetation region 1 best is about 12% of the maximum gradation value (30 in the case of 256 gradations).

さらに、本発明者らが鋭意研究したところ、有害植生領域1bにおいては、他の領域よりも太陽光の影響を大きく受け、階調値が著しく上昇する部分が存在することを知見した。すなわち、RGB値がともに最大階調値の78%以上(256階調の場合は、例えば200以上)の領域は、太陽光の影響を受けた有害植生領域1bであると言える。この観点から、下記条件(II)を満たす画素領域についても、植生領域1として抽出することができる。
(II) R、G、Bともに最大階調値の78%以上
Furthermore, as a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that the harmful vegetation region 1b is affected by sunlight more than other regions, and there is a portion where the gradation value is significantly increased. That is, it can be said that the region where both the RGB values are 78% or more of the maximum gradation value (for example, 200 or more in the case of 256 gradations) is the harmful vegetation region 1b affected by sunlight. From this viewpoint, a pixel region that satisfies the following condition (II) can also be extracted as the vegetation region 1.
(II) 78% or more of the maximum gradation value for R, G and B

以上をまとめると、植生領域抽出工程S1において、画像に含まれる植生領域1のみを適切に抽出可能とするためには、RGB値が下記条件(I)又は(II)を満たす画素から構成される領域を抽出することが最も好ましい。
(I)0<B/(G−B)<N、且つ、R≦G又はB+M<G
(ここで、Nは最大階調値の1%以上6%以下のいずれかの値、好ましくは最大階調値の4%程度の値であり、Mは最大階調値の9%以上14%以下のいずれかの値、好ましくは最大階調値の12%程度の値である。)
(II)R、G、Bともに、最大階調値の78%以上
In summary, in the vegetation region extraction step S1, in order to appropriately extract only the vegetation region 1 included in the image, the RGB values are configured from pixels that satisfy the following condition (I) or (II). Most preferably, the region is extracted.
(I) 0 <B / (GB) <N and R ≦ G or B + M <G
(Here, N is any value from 1% to 6% of the maximum gradation value, preferably about 4% of the maximum gradation value, and M is 9% to 14% of the maximum gradation value. Any of the following values, preferably about 12% of the maximum gradation value)
(II) For all of R, G, and B, 78% or more of the maximum gradation value

判別対象であるカラー画像のRGBがともに256階調である場合は、上記条件(I)、(II)は具体的には下記の通りとすることが望ましい。
(I)0<B/(G−B)<N、且つ、R≦G又はB+M<G
(ここで、Nは5以上15以下のいずれかの値、好ましくは10であり、Mは25以上35以下のいずれかの値、好ましくは30である。)
(II)R≧200、且つ、G≧200、且つ、B≧200
When the RGB of the color image to be discriminated has 256 gradations, it is desirable that the conditions (I) and (II) are specifically as follows.
(I) 0 <B / (GB) <N and R ≦ G or B + M <G
(Here, N is any value from 5 to 15, preferably 10, and M is any value from 25 to 35, preferably 30.)
(II) R ≧ 200, G ≧ 200, and B ≧ 200

このように、工程S1において、RGB値の大小関係を用いて植生領域1を抽出することによって、例えば、図3に示すような、植生領域1以外の領域(土領域2)が棄却された画像20を得ることができる。   Thus, in step S1, by extracting the vegetation region 1 using the magnitude relationship of the RGB values, for example, an image in which a region (soil region 2) other than the vegetation region 1 is rejected as shown in FIG. 20 can be obtained.

(ヒストグラム作成工程S2)
ヒストグラム作成工程S2は、抽出した植生領域1の各画素について、R成分値をG成分値で除してR/G値を算出し、当該R/G値を用いたヒストグラムを作成する工程である。
(Histogram creation step S2)
The histogram creation step S2 is a step of calculating an R / G value by dividing the R component value by the G component value for each pixel of the extracted vegetation region 1, and creating a histogram using the R / G value. .

植生領域1に含まれる芝領域1aと有害植生領域1bとについてRGB値を比較・解析したところ、(G−R)値が、有害植生領域1bでは大きく、芝領域1aでは小さな値となることが分かった。すなわち、R成分値をG成分値で除したR/G値は、有害植生領域1bでは小さく、芝領域1aでは大きな値となる。ここで、R/G値をパラメータとして用いると、季節変化や太陽光等のデータ取得条件の影響が低減された相対的な解析が可能となる。R成分値、G成分値それぞれにデータ取得条件の影響が含まれているが、R成分値をG成分値で除することにより、当該データ取得条件の影響が相殺・低減されるためである。ここで、植生領域1における各画素について、それぞれR/G値を算出し、R/G値についてのヒストグラムを作成した場合、植生領域1において芝領域1aと有害植生領域1bとが混在する場合(混在植生領域)と、芝領域のみ又は有害植生領域のみが存在する場合(単一植生領域)とで、ヒストグラムの形状が異なる。   When the RGB values of the turf area 1a and the harmful vegetation area 1b included in the vegetation area 1 are compared and analyzed, the (GR) value may be large in the harmful vegetation area 1b and small in the turf area 1a. I understood. That is, the R / G value obtained by dividing the R component value by the G component value is small in the harmful vegetation region 1b and large in the turf region 1a. Here, when the R / G value is used as a parameter, a relative analysis in which the influence of data acquisition conditions such as seasonal changes and sunlight is reduced is possible. This is because the influence of the data acquisition condition is included in each of the R component value and the G component value, but the influence of the data acquisition condition is offset / reduced by dividing the R component value by the G component value. Here, when the R / G value is calculated for each pixel in the vegetation region 1 and a histogram for the R / G value is created, the grass region 1a and the harmful vegetation region 1b are mixed in the vegetation region 1 ( The shape of the histogram differs between the mixed vegetation region) and the case where only the turf region or only the harmful vegetation region exists (single vegetation region).

工程S2においては、特に、R/G値を所定の階調に正規化し、各階調における画素数をヒストグラム化するとよい。「所定の階調」とは、通常256階調であるが、それ以外の階調(64階調や128階調等)であっても良い。ただし、解析を容易とする観点、及び、より好適なヒストグラムを作成する観点からは、R/G値を256階調に正規化することが好ましい。図4にヒストグラムの一例(ヒストグラム30)を示す。   In step S2, it is particularly preferable to normalize the R / G value to a predetermined gradation and form a histogram of the number of pixels in each gradation. The “predetermined gradation” is usually 256 gradations, but may be other gradations (64 gradations, 128 gradations, etc.). However, it is preferable to normalize the R / G value to 256 gradations from the viewpoint of facilitating analysis and creating a more suitable histogram. FIG. 4 shows an example of the histogram (histogram 30).

(クラス分類工程S3)
クラス分類工程S3は、作成されたヒストグラムから得られる統計量を用いて、植生領域1が単一植生領域であるか混在植生領域であるかを分類する工程である。単一植生領域としては、例えば、図5(A)の画像10aに示すような芝領域1aのみからなる植生領域が挙げられる。また、図5(B)の画像10bに示すような有害植生領域1bのみからなる植生領域も単一植生領域に分類される。混在植生領域としては、図3に示したような芝領域1aと有害植生領域1bとが混在するような植生領域が挙げられる。
(Class classification process S3)
The class classification step S3 is a step of classifying whether the vegetation region 1 is a single vegetation region or a mixed vegetation region, using a statistic obtained from the created histogram. An example of the single vegetation region is a vegetation region composed of only the turf region 1a as shown in the image 10a in FIG. In addition, a vegetation region including only the harmful vegetation region 1b as shown in the image 10b of FIG. 5B is also classified as a single vegetation region. Examples of the mixed vegetation region include a vegetation region in which the turf region 1a and the harmful vegetation region 1b are mixed as shown in FIG.

クラス分類工程S3において用いられる「ヒストグラムから得られる統計量」としては、R/G値の平均値、並びに、ヒストグラムの分散度、歪度及び尖度等のヒストグラムの形状から得られる値が挙げられる。特に、R/G値の平均値、ヒストグラムの歪度及び尖度のいずれかを用いることが好ましく、少なくともヒストグラムの歪度及び尖度を用いることがより好ましく、少なくともR/G値の平均値、ヒストグラムの歪度及び尖度を用いることが最も好ましい。尚、本願において、ヒストグラムの「分散度」、「歪度」及び「尖度」は、従来公知の算出式を用いて算出することができる。   Examples of the “statistic obtained from the histogram” used in the class classification step S3 include an average value of R / G values and values obtained from the shape of the histogram, such as histogram dispersion, skewness, and kurtosis. . In particular, it is preferable to use any one of an average value of R / G values, histogram skewness and kurtosis, more preferably at least histogram skewness and kurtosis, and at least an average value of R / G values, Most preferably, histogram skewness and kurtosis are used. In the present application, the “dispersion degree”, “distortion degree”, and “kurtosis” of the histogram can be calculated using a conventionally known calculation formula.

上述した通り、R/G値は有害植生領域1bにおいて小さな値となるため、植生領域1が混在植生領域である場合には、R/B値の平均値が、芝領域1aのみからなる単一植生領域である場合よりも相対的に小さな値となり、有害植生領域1bのみからなる単一植生領域である場合よりも相対的に大きな値となりやすい。また、本発明者らの解析により、混在植生領域は、単一植生領域と比較し階調値のばらつきが大きくなることが分かった。当該階調値のばらつきは、例えば、階調毎に画素数をヒストグラム化した場合に、ヒストグラムの歪度や尖度に影響を与える。すなわち、ヒストグラムの歪度や尖度が閾値以下の場合、植生領域を混在植生領域として分類することができる。以上をまとめると、クラス分類工程S3においては、下記(1)〜(3)の条件をすべて満たす場合に、植生領域を混在植生領域に分類し、下記(1)〜(3)の条件をいずれか一つでも満たさない場合に、植生領域を単一植生領域に分類することが特に好ましい。
(1)R/G値の平均値が閾値以下
(2)ヒストグラムの歪度が閾値以下
(3)ヒストグラムの尖度が閾値以下
As described above, since the R / G value is a small value in the harmful vegetation region 1b, when the vegetation region 1 is a mixed vegetation region, the average value of the R / B values is a single value consisting only of the turf region 1a. The value is relatively smaller than that in the case of the vegetation region, and tends to be relatively larger than that in the case of the single vegetation region including only the harmful vegetation region 1b. In addition, according to the analysis by the present inventors, it was found that the mixed vegetation region has a larger variation in gradation value than the single vegetation region. The variation in the gradation value affects, for example, the skewness and kurtosis of the histogram when the number of pixels is histogrammed for each gradation. That is, when the skewness or kurtosis of the histogram is equal to or less than the threshold value, the vegetation region can be classified as a mixed vegetation region. In summary, in the class classification step S3, when all of the following conditions (1) to (3) are satisfied, the vegetation area is classified as a mixed vegetation area, and any of the following conditions (1) to (3) It is particularly preferable to classify the vegetation region into a single vegetation region when any one of them is not satisfied.
(1) Average R / G value is below threshold (2) Histogram skewness is below threshold (3) Histogram kurtosis is below threshold

特に、ヒストグラム作成工程S2において、R/G値を所定の階調に正規化してヒストグラムを作成した場合は、R/G値の平均値に係る閾値を最大階調値の40%〜50%(256階調に正規化した場合、最も好ましくは120)とすることができる。また、R/G値を256階調に正規化してヒストグラムを作成した場合、ヒストグラムの歪度に係る閾値を1とし、ヒストグラムの尖度に係る閾値を14とすることで、最も適切に植生領域1の分類を行うことができる。   In particular, when the histogram is created by normalizing the R / G value to a predetermined gradation in the histogram creation step S2, the threshold value related to the average value of the R / G value is set to 40% to 50% of the maximum gradation value ( When normalized to 256 gradations, 120) is most preferable. Further, when a histogram is created by normalizing the R / G value to 256 gradations, the threshold relating to the skewness of the histogram is set to 1, and the threshold relating to the kurtosis of the histogram is set to 14, so that the vegetation region is most appropriately applied. One classification can be performed.

(判別工程S4)
判別工程S4は、クラス分類工程S3において植生領域1が混在植生領域に分類された場合、当該植生領域1においてR/G値が閾値未満である画素から構成される領域を、有害植生領域1bと判別する工程である。上述の通り、R/G値は、有害植生領域1bでは小さく、芝領域1aでは大きな値となる。よって、図6に示すように、R/G値が閾値以上である画素から構成される領域を芝領域1a、R/G値が閾値未満である画素から構成される領域を有害植生領域1bとして適切に判別することができる。
(Determination step S4)
When the vegetation region 1 is classified as the mixed vegetation region in the classification step S3, the determination step S4 defines a region composed of pixels having an R / G value less than a threshold in the vegetation region 1 as the harmful vegetation region 1b This is a step of discriminating. As described above, the R / G value is small in the harmful vegetation region 1b and large in the turf region 1a. Therefore, as shown in FIG. 6, an area composed of pixels having an R / G value equal to or greater than a threshold is defined as a turf area 1a, and an area composed of pixels having an R / G value less than the threshold is defined as a harmful vegetation area 1b. It can be determined appropriately.

例えば、R/G値を所定の階調に正規化した場合は、判別工程S4におけるR/G値の閾値を最大階調値の41%〜46%に相当する値とすることが好ましい。例えば、256階調に正規化した場合は、104〜119を閾値として設定することができる。ただし、当該閾値はあくまでも例示である。閾値については適宜修正することができる。また、ヒストグラムを用いた公知の判別分析法(大津の方法)によって、閾値を設定してもよい。   For example, when the R / G value is normalized to a predetermined gradation, the threshold value of the R / G value in the determination step S4 is preferably set to a value corresponding to 41% to 46% of the maximum gradation value. For example, when normalized to 256 gradations, 104 to 119 can be set as the threshold value. However, the threshold value is merely an example. The threshold value can be corrected as appropriate. Further, the threshold value may be set by a known discriminant analysis method (Otsu's method) using a histogram.

尚、植生領域1中の有害植生領域1bにおいては、上述の通り、太陽光が有害植生の上部にて反射し、色情報が変化している場合がある。この場合、有害植生領域1bの一部画素において、R/B値が閾値以上となり、有害植生領域1bの一部が芝領域1bであると誤って判別される場合がある。これを防ぐ観点からは、有害植生領域1bに係る部分については膨張収縮処理を施すことが好ましい。具体的には、有害植生領域1bとして判別された画素の近傍8画素は、同様の有害植生領域1bであるものとみなして修正を行う膨張処理を行い、さらに有害植生領域1bの近傍8画素に芝領域1aなどの他の領域がある場合には、芝領域であるとみなして、有害植生領域1bを芝領域に修正する収縮処理を行うと良い。   In the harmful vegetation region 1b in the vegetation region 1, as described above, sunlight may be reflected on the upper part of the harmful vegetation, and the color information may be changed. In this case, in some pixels of the harmful vegetation region 1b, the R / B value may be equal to or greater than the threshold value, and it may be erroneously determined that a part of the harmful vegetation region 1b is the turf region 1b. From the viewpoint of preventing this, it is preferable to perform an expansion / contraction process on the portion related to the harmful vegetation region 1b. Specifically, eight pixels in the vicinity of the pixel determined as the harmful vegetation region 1b are regarded as being the same harmful vegetation region 1b, and subjected to an expansion process for correction, and further, the eight pixels in the vicinity of the harmful vegetation region 1b If there is another area such as the turf area 1a, the turf area may be regarded as a turf area, and a contraction process may be performed to correct the harmful vegetation area 1b to the turf area.

判別工程S4を経ることで、例えば、図7に概略的に示すように、芝領域と有害植生領域と土領域とが適切に判別された画像40を得ることができる。   Through the determination step S4, for example, as schematically shown in FIG. 7, an image 40 in which the turf area, the harmful vegetation area, and the soil area are appropriately determined can be obtained.

以上のように、判別方法S10においては、RGB値の大小関係を考慮して画像から植生領域1を適切に抽出するとともに(工程S1)、R/G値を用いて画像中の植生領域1を解析、ヒストグラム化し(工程S2)、当該ヒストグラムから得られる統計量を用いて植生領域1に含まれる有害植生領域1bとそれ以外(芝領域1a)とを判別するものとしている(工程S3、S4)。植生領域1を解析する際、R/G値をパラメータとして用いると、季節変化や太陽光等のデータ取得条件の影響が低減された相対的な解析が可能となる。すなわち、判別方法S10によれば、季節変化や太陽光等のデータ取得条件の影響を低減しつつ、カラー画像から植生領域1を抽出し、当該植生領域1において、無害植生領域(芝領域1a)と有害植生領域1bとを適切に判別することが可能である。また、画像中の植生領域1の割合や、植生領域1における有害植生領域1bの割合も適切に算出することが可能である。   As described above, in the discrimination method S10, the vegetation region 1 is appropriately extracted from the image in consideration of the magnitude relationship of the RGB values (step S1), and the vegetation region 1 in the image is determined using the R / G value. Analysis and histogram formation (step S2), and using the statistics obtained from the histogram, the harmful vegetation region 1b included in the vegetation region 1 and the other (turf region 1a) are determined (steps S3 and S4). . When the R / G value is used as a parameter when analyzing the vegetation region 1, it is possible to perform a relative analysis in which the influence of data acquisition conditions such as seasonal changes and sunlight is reduced. That is, according to the discrimination method S10, the vegetation region 1 is extracted from the color image while reducing the influence of the data acquisition conditions such as seasonal change and sunlight, and the harmless vegetation region (turf region 1a) is extracted from the vegetation region 1. And harmful vegetation region 1b can be appropriately determined. In addition, the ratio of the vegetation region 1 in the image and the ratio of the harmful vegetation region 1b in the vegetation region 1 can be appropriately calculated.

2.カラー画像に含まれる植生領域の判別装置、判別システム、及び判別プログラム
本発明に係る判別方法S10を実行可能な判別装置について説明する。図8に一実施形態に係る本発明の判別装置100を概略的に示す。図8に示すように、判別装置100は、上記前処理に係る工程S0を行う前処理手段、植生領域抽出工程S1を行う植生領域抽出手段、上記ヒストグラム作成工程S2を行うヒストグラム作成手段、上記クラス分類工程S3を行うクラス分類手段、及び、上記判別工程S4を行う判別手段、として機能するCPU11、並びに、CPU11に対する記憶装置等を備えている。CPU11は、マイクロプロセッサユニット及びその動作に必要な各種周辺回路を組み合わせて構成され、CPU11に対する記憶装置は、例えば、上記工程S1〜S4の判断、実行に必要なプログラムや各種データ(例えば、判定対象となる複数の画像データ)を記憶するROM12と、CPU11の作業領域として機能するRAM13等を組み合わせて構成されている。当該構成に加えて、さらに、CPU11が、ROM12に記憶されたソフトウェアと組み合わされることにより、判別装置100が機能する。
2. Discriminating device, discriminating system, and discriminating program for vegetation area included in color image A discriminating device capable of executing the discriminating method S10 according to the present invention will be described. FIG. 8 schematically shows a determination apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the discrimination apparatus 100 includes a preprocessing unit that performs the step S0 related to the preprocessing, a vegetation region extraction unit that performs the vegetation region extraction step S1, a histogram generation unit that performs the histogram generation step S2, and the class. The CPU 11 functions as a class classification unit that performs the classification step S3, a determination unit that performs the determination step S4, and a storage device for the CPU 11. The CPU 11 is configured by combining a microprocessor unit and various peripheral circuits necessary for the operation thereof, and a storage device for the CPU 11 includes, for example, programs and various data (for example, determination targets) necessary for the determination and execution of the above steps S1 to S4. ROM 12 that stores a plurality of image data), a RAM 13 that functions as a work area of the CPU 11, and the like. In addition to the configuration, the determination device 100 functions by combining the CPU 11 with software stored in the ROM 12.

画像データの植生領域の判別を行うユーザは、入力手段16(例えば、パソコンのキーボード等)を介して、判別装置100へとデータを入力していく。入力手段16からの入力信号は、入力ポート14を介して、入力信号としてCPU11へと到達する。CPU11は、入力手段16からの信号、及び、ROM12に記憶されたプログラムに基づいて、上記工程S1〜S4を行い、出力ポート15を介して、判別結果に関する信号を出力手段(例えば、パソコンの画面等)へと出力し、出力手段17に植生領域の判別結果が表示される。例えば、複数の画像データに対して植生領域の判別方法S10をそれぞれ実行し、画像データにおける植生領域が単一植生領域であるか混在植生領域であるかを分類し、当該分類結果や画像に占める有害植生領域の割合等が出力手段17に表示される形態のほか、画像データのうち有害植生領域の割合が一定以上である画像のみを表示したり、或いは、有害植生領域の割合が大きい順に複数の画像データが並び替えられて出力手段17に表示されるような形態とすることで、出力手段17に表示された結果により、ユーザは撮像地点の有害植生の除草作業の要否を容易に判断することができる。   A user who discriminates the vegetation area of the image data inputs data to the discriminating apparatus 100 via the input means 16 (for example, a keyboard of a personal computer). An input signal from the input means 16 reaches the CPU 11 as an input signal via the input port 14. The CPU 11 performs the above steps S1 to S4 based on the signal from the input means 16 and the program stored in the ROM 12, and outputs a signal related to the discrimination result via the output port 15 to the output means (for example, the screen of the personal computer). And the vegetation area discrimination result is displayed on the output means 17. For example, the vegetation area determination method S10 is executed for each of a plurality of image data to classify whether the vegetation area in the image data is a single vegetation area or a mixed vegetation area, and occupies the classification result or image. In addition to the form in which the ratio of harmful vegetation areas is displayed on the output means 17, only images with a ratio of harmful vegetation areas of a certain value or more are displayed in the image data, or a plurality of harmful vegetation areas are in descending order. The image data is rearranged and displayed on the output unit 17, so that the user can easily determine whether or not weeding of harmful vegetation at the imaging point is necessary based on the result displayed on the output unit 17. can do.

具体的には、入力手段16を介して、判別方法S10を実行するために必要となる信号や情報(画像データの選択信号、ヒストグラムを作成するための階調設定、ヒストグラムから得られる統計量の算出式、各種閾値等)が、判別装置100へと入力される。一方、ROM12には、本発明に係る判別方法S10を実行可能な判定プログラムが記憶されており、当該プログラムを実行することによって、CPU11にて判別方法S10を行わせることができる。判別プログラムは、判別装置100に判別方法S10を行わせることができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、下記のようなものとすることができる。   Specifically, signals and information (image data selection signal, gradation setting for creating a histogram, and statistics obtained from the histogram are necessary for executing the discrimination method S10 via the input unit 16. Calculation formulas, various threshold values, etc.) are input to the discrimination device 100. On the other hand, the ROM 12 stores a determination program capable of executing the determination method S10 according to the present invention, and the CPU 11 can execute the determination method S10 by executing the program. The determination program is not particularly limited as long as it can cause the determination apparatus 100 to perform the determination method S10. For example, the determination program may be as follows.

すなわち、カラー画像が入力された判別装置100において、ユーザからの入力信号によって、CPU11に、カラー画像の各画素におけるRGB値の大小関係を用いて、当該カラー画像に含まれる植生領域を抽出させ、抽出させた植生領域の各画素に係るRGB値について、R成分値をG成分値で除してR/G値を算出させ、当該R/G値を用いたヒストグラムを作成させ、作成させたヒストグラムから得られる統計量を用いて、植生領域が単一植生領域であるか混在植生領域であるかを分類させ、植生領域が混在植生領域に分類された場合、当該植生領域においてR/G値が閾値未満である画素部分を有害植生領域と判別させる、判別プログラムによって、判別装置100に判別方法S10を実行させることができる。   That is, in the discriminating apparatus 100 to which a color image has been input, the CPU 11 is caused to extract a vegetation region included in the color image using an RGB signal value in each pixel of the color image, based on an input signal from the user, For the RGB values related to each pixel of the extracted vegetation region, the R component value is divided by the G component value to calculate the R / G value, and a histogram using the R / G value is created, and the created histogram If the vegetation area is classified as a single vegetation area or a mixed vegetation area using the statistics obtained from the above, and the vegetation area is classified as a mixed vegetation area, the R / G value in the vegetation area is The discrimination device 100 can be caused to execute the discrimination method S10 by a discrimination program that discriminates a pixel portion that is less than the threshold value as a harmful vegetation region.

ここで、判別装置100に、R/G値を所定の階調に正規化させ、各階調における画素数をヒストグラム化させることが好ましい。上述の通り、所定の階調に正規化させたR/G値を用いてヒストグラムを作成することにより、ヒストグラムの形状等の統計量から、植生領域が単一植生領域であるか混在植生領域であるかをより適切に分類することができる。   Here, it is preferable that the discriminating apparatus 100 normalizes the R / G value to a predetermined gradation and makes the number of pixels in each gradation a histogram. As described above, by creating a histogram using R / G values normalized to a predetermined gradation, a vegetation region is a single vegetation region or a mixed vegetation region based on statistics such as the shape of the histogram. It can be classified more appropriately.

また、植生領域の分類をより適切に行う観点から、判別装置100に、統計量として、R/G値の平均値、ヒストグラムの歪度及び尖度を算出させることが好ましい。また、判別装置100に、R/G値の平均値、ヒストグラムの歪度及び尖度がいずれも閾値以下の場合に、植生領域を混在植生領域に分類させることがより好ましい。   Further, from the viewpoint of more appropriately classifying the vegetation regions, it is preferable that the determination device 100 calculate the average value of R / G values, the skewness and kurtosis of the histogram as the statistics. It is more preferable that the discriminating apparatus 100 classify the vegetation region into the mixed vegetation region when the average value of the R / G value, the skewness of the histogram, and the kurtosis are all equal to or less than the threshold value.

特に、判別装置100に、R/G値を所定の階調(例えば、256階調が望ましい。)に正規化して各階調における画素数をヒストグラム化させ、該ヒストグラムから得られる統計量が下記(1)〜(3)の条件をすべて満たす場合に、植生領域を混在植生領域に分類させ、下記(1)〜(3)の条件をいずれか一つでも満たさない場合に、植生領域を単一植生領域に分類させると、植生領域を単一植生領域又は混在植生領域に一層適切に分類することができる。
(1)R/G値の平均値が閾値以下(256階調に正規化した場合は、例えば、120以下が望ましい。)
(2)ヒストグラムの歪度が閾値以下(256階調に正規化した場合は、例えば、1以下が望ましい。)
(3)ヒストグラムの尖度が閾値以下(256階調に正規化した場合は、例えば、14以下が望ましい。)
In particular, the discriminating apparatus 100 normalizes the R / G value to a predetermined gradation (for example, 256 gradations are desirable) to make the number of pixels in each gradation a histogram, and the statistics obtained from the histogram are as follows ( When all of the conditions 1) to (3) are satisfied, the vegetation area is classified into a mixed vegetation area, and when any one of the following conditions (1) to (3) is not satisfied, the vegetation area is single If the vegetation region is classified, the vegetation region can be more appropriately classified into a single vegetation region or a mixed vegetation region.
(1) The average value of R / G values is equal to or less than a threshold value (when normalized to 256 gradations, for example, 120 or less is desirable).
(2) The skewness of the histogram is equal to or less than a threshold value (when normalized to 256 gradations, for example, 1 or less is desirable).
(3) The kurtosis of the histogram is equal to or less than a threshold (when normalized to 256 gradations, for example, 14 or less is desirable).

さらに、判別装置100に、カラー画像の各画素についてRGB値を求めさせ、当該RGB値が下記条件(I)又は(II)を満たす画素から構成される領域を植生領域として抽出させると、カラー画像から植生領域のみを一層適切に抽出することが可能である。
(I)0<B/(G−B)<N、且つ、R≦G又はB+M<G
(ここで、Nは最大階調値の1%以上6%以下のいずれかの値、好ましくは最大階調値の4%程度の値であり、Mは最大階調値の9%以上14%以下のいずれかの値、好ましくは最大階調値の12%程度の値である。)
(II)R、G、Bともに、最大階調値の78%以上
Further, when the discrimination device 100 determines an RGB value for each pixel of the color image and extracts an area composed of pixels satisfying the following condition (I) or (II) as the vegetation area, the color image It is possible to extract only the vegetation area more appropriately.
(I) 0 <B / (GB) <N and R ≦ G or B + M <G
(Here, N is any value from 1% to 6% of the maximum gradation value, preferably about 4% of the maximum gradation value, and M is 9% to 14% of the maximum gradation value. Any of the following values, preferably about 12% of the maximum gradation value)
(II) For all of R, G, and B, 78% or more of the maximum gradation value

判別対象であるカラー画像のRGBがともに256階調である場合は、上記条件(I)、(II)は具体的には下記の通りとすることが望ましい。
(I)0<B/(G−B)<N、且つ、R≦G又はB+M<G
(ここで、Nは5以上15以下のいずれかの値、好ましくは10であり、Mは25以上35以下のいずれかの値、好ましくは30である。)
(II)R≧200、且つ、G≧200、且つ、B≧200
When the RGB of the color image to be discriminated has 256 gradations, it is desirable that the conditions (I) and (II) are specifically as follows.
(I) 0 <B / (GB) <N and R ≦ G or B + M <G
(Here, N is any value from 5 to 15, preferably 10, and M is any value from 25 to 35, preferably 30.)
(II) R ≧ 200, G ≧ 200, and B ≧ 200

以上のように、判別装置100には、カラー画像の各画素におけるRGB値の大小関係を用いて、植生領域を構成する画素を抽出する、植生領域抽出手段(CPU11)と、抽出した植生領域の各画素について、R成分値をG成分値で除してR/G値を算出し、当該R/G値を用いたヒストグラムを作成する、ヒストグラム作成手段(CPU11)と、作成されたヒストグラムから得られる統計量を用いて、植生領域が単一植生領域であるか混在植生領域であるかを分類する、クラス分類手段(CPU11)と、クラス分類手段において、植生領域が混在植生領域に分類された場合、当該植生領域においてR/G値が閾値未満である画素から構成される領域を有害植生領域と判別する、判別手段(CPU11)とが備えられており、且つ、上記した判別プログラムによって、判別方法S10を実行可能とされている。すなわち、当該判別装置100によれば、季節変化や太陽光等のデータ取得条件の影響を低減しつつ、カラー画像から植生領域1を抽出し、当該植生領域1において、無害植生領域(芝領域1a)と有害植生領域1bとを適切に判別することが可能である。   As described above, the discriminating apparatus 100 includes the vegetation region extracting means (CPU 11) for extracting the pixels constituting the vegetation region using the magnitude relationship of the RGB values in each pixel of the color image, and the extracted vegetation region. For each pixel, the R component value is divided by the G component value to calculate an R / G value, and a histogram using the R / G value is created. Class classification means (CPU11) for classifying whether the vegetation area is a single vegetation area or a mixed vegetation area, and the class classification means, the vegetation area is classified into the mixed vegetation area A determination means (CPU 11) for determining an area composed of pixels having an R / G value less than a threshold value as a harmful vegetation area in the vegetation area; By the determination program, and it is capable of executing the determination method S10. That is, according to the discriminating apparatus 100, the vegetation region 1 is extracted from the color image while reducing the influence of data acquisition conditions such as seasonal changes and sunlight, and the harmless vegetation region (turf region 1a) is extracted from the vegetation region 1. ) And the harmful vegetation region 1b can be appropriately determined.

尚、画像データの取得については公知の撮像装置を用いればよい。例えば、河川堤防の監視等に用いられる定点カメラから逐次得られる画像を用いることができる。上記説明においては、画像データをユーザが入力するものとして説明したが、定点カメラからの情報を、ネットワークを介して、判別装置100が自動的・逐次的に受信可能なものとし、判別装置100に対して、一定期間毎に、受信した画像データに対して上記判別方法S10を行わせるように、プログラムを設定してもよい。   In addition, what is necessary is just to use a well-known imaging device about acquisition of image data. For example, images sequentially obtained from a fixed point camera used for river bank monitoring or the like can be used. In the above description, the image data is described as being input by the user. However, it is assumed that the determination device 100 can automatically and sequentially receive information from the fixed point camera via the network. On the other hand, a program may be set so that the determination method S10 is performed on the received image data at regular intervals.

<評価手法>
本発明に係る判別方法を以下の方法により評価した。
(1)河川堤防に設置された撮像装置(マルチキャストCCTV画像提供システム)から取得された画像(720画素×480画素、RGB各256階調)54枚について、本発明に係る判別装置を用いて本発明に係る判別方法を実施し、画像に含まれる植生領域が単一植生領域か混在植生領域かを分類した。
(2)植生領域として混在植生領域を含む画像18枚を対象とし、本発明に係る判別方法によって、画像を有害植生領域、芝領域、並びにその他の領域へと判別した判別結果(実施例)と、RGB成分又はa*成分を特徴量として用い、k−means法(k=3)を対象画像に施して得られる判別結果(比較例)と、目視により有害植生領域、芝領域、並びにその他の領域へと判別した判別結果(参考例)とをそれぞれ取得して判別結果の類似性を比較した。なお、比較例について、a*成分は、芝におけるa*の値が有害植生と比較して高い結果が得られたため、特徴量として用いた。
(3)植生領域として混在植生領域を含む画像18枚を対象とし、本発明に係る判別方法によって、画像を有害植生領域、芝領域、並びにその他の領域へと判別した判別結果(実施例)と、目視により有害植生領域、芝領域、並びにその他の領域へと判別した判別結果(参考例)とをそれぞれ取得し、判別結果の一致率を算出した。「一致率」とは、実施例と参考例との間で、同一領域と判定された画素の割合を算出したものである。
<Evaluation method>
The discrimination method according to the present invention was evaluated by the following method.
(1) For 54 images (720 pixels × 480 pixels, 256 gradations for each RGB) acquired from an imaging device (multicast CCTV image providing system) installed on a river bank, the image is recorded using the determination device according to the present invention. The discriminating method according to the invention was carried out to classify whether the vegetation area included in the image is a single vegetation area or a mixed vegetation area.
(2) Discrimination results (examples) for 18 images including mixed vegetation regions as vegetation regions, and discriminating images into harmful vegetation regions, turf regions, and other regions by the discrimination method according to the present invention. , RGB components or a * components as feature quantities, and a discrimination result (comparative example) obtained by applying the k-means method (k = 3) to the target image, and a harmful vegetation region, a turf region, and other The discrimination results (reference examples) discriminated into areas were respectively acquired and the similarity of the discrimination results was compared. For the comparative example, the a * component was used as a feature value because a value of a * in the turf was higher than that of harmful vegetation.
(3) Discrimination results (examples) for 18 images including mixed vegetation regions as vegetation regions, and discriminating images into harmful vegetation regions, turf regions, and other regions by the discrimination method according to the present invention. Then, the discrimination results (reference examples) discriminate | determined into the harmful vegetation area | region, the turf area | region, and the other area | region by visual observation were acquired, respectively, and the coincidence rate of the discrimination result was computed. The “match rate” is a ratio of pixels determined to be the same region between the example and the reference example.

<評価結果>
本発明の判別方法に係るクラス分類処理の結果、対象画像データ54枚中54枚(100%)で、堤防画像に含まれる植生領域が混在植生領域か単一植生領域かを正しく分類することできた。
<Evaluation results>
As a result of the class classification processing according to the discrimination method of the present invention, it is possible to correctly classify whether the vegetation area included in the levee image is a mixed vegetation area or a single vegetation area in 54 out of 54 target image data (100%). It was.

図9に、一の画像データ(図9(A))に対して、目視により有害植生領域、芝領域、並びにその他の領域を判別した判別結果(参考例:図9(B))と、本発明の判別方法により得られた有害植生領域および芝領域の判別結果(実施例:図9(C))と、a*成分を特徴量として用い、k−means法(k=3)を対象画像に施して得られる判別結果(比較例:図9(D))と、RGB成分を特徴量として用い、k−means法(k=3)を対象画像に施して得られる判別結果(比較例:図9(E))とを示す。図9から明らかなように、k−means法を用いて判別した結果(図9(D)、(E))においては、芝領域をその他の領域と誤分類し、また、有害植生領域を芝領域と誤分類していることが分かる。一方、本発明に係る判別方法により植生領域を判別した場合(図9(C))、目視により判別した場合(図9(B))に類似した結果が得られることが分かる。すなわち、本発明に係る判別方法が、河川堤防画像の分類および植生領域の判別に有用であると言える。   FIG. 9 shows a discrimination result (reference example: FIG. 9B) obtained by visually discriminating a harmful vegetation region, a turf region, and other regions with respect to one image data (FIG. 9A). Results of discrimination of harmful vegetation area and turf area obtained by the discrimination method of the invention (Example: FIG. 9C) and the k-means method (k = 3) using the a * component as a feature amount And the discrimination result obtained by applying the k-means method (k = 3) to the target image using the RGB components as feature quantities (comparative example: FIG. 9D). FIG. 9E) is shown. As is clear from FIG. 9, in the results (FIGS. 9D and 9E) determined using the k-means method, the turf area is misclassified as other areas, and the harmful vegetation area is classified as turf. It can be seen that it is misclassified as a region. On the other hand, it can be seen that when the vegetation region is determined by the determination method according to the present invention (FIG. 9C), a result similar to that obtained when visually determined (FIG. 9B) is obtained. That is, it can be said that the discrimination method according to the present invention is useful for classification of river bank images and discrimination of vegetation regions.

本発明に係る判別方法によって、画像を有害植生領域、芝領域、並びにその他の領域へと判別した判別結果(実施例)と、目視により有害植生領域、芝領域、並びにその他の領域へと判別した判別結果(参考例)とをそれぞれ取得し、判別結果の一致率を算出したところ、全画素の一致率(18枚の平均値)は81.3%と良好な結果が得られた。また、不一致率(18.7%)については、下記表1のような内訳となった。不一致率の主なものは、植生領域抽出工程(工程S1)において、ポールやコドラート等の画像に含まれるその他領域が、有害植生領域や芝領域として誤抽出されていることに起因するものであった。したがって、植生領域抽出工程における抽出精度を向上させることで、一致率をさらに向上させることができるものと考えられる。   By the discrimination method according to the present invention, the discrimination result (Example) in which the image is discriminated into the harmful vegetation region, the turf region, and other regions, and the visual discrimination into the harmful vegetation region, the turf region, and other regions are made. When the discrimination results (reference examples) were obtained and the coincidence rate of the discrimination results was calculated, the coincidence rate of all pixels (average value of 18 images) was 81.3% and a good result was obtained. The discrepancy rate (18.7%) is as shown in Table 1 below. The main reason for the discrepancy rate is that in the vegetation region extraction step (step S1), other regions included in the image such as poles and chords are erroneously extracted as harmful vegetation regions and turf regions. It was. Therefore, it is considered that the matching rate can be further improved by improving the extraction accuracy in the vegetation region extraction step.

以上、現時点において、最も実践的であり、且つ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う植生領域の判別方法、判定装置、判別システム、及び判定プログラムもまた本発明の技術範囲に包含されるものとして理解されなければならない。   Although the present invention has been described with reference to the most practical and preferred embodiments at the present time, the invention is not limited to the embodiments disclosed herein. The vegetation area determination method, determination apparatus, determination system, and determination program can be changed as appropriate without departing from the spirit or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification. It should be understood as encompassed within the scope of the present invention.

本発明によれば、例えば、河川堤防に設けられたカメラから取得される画像を用いて、河川堤防の状況を自動的に収集し、有害植生の定量的な評価を行うことができ、河川堤防の維持管理を支援することができる。   According to the present invention, for example, the situation of a river levee can be automatically collected using an image acquired from a camera provided on the river levee, and a quantitative evaluation of harmful vegetation can be performed. Can support the maintenance.

1 植生(植生領域)
1a 芝(芝領域)
1b 有害植生(有害植生領域)
2 土(土領域)
1 Vegetation (vegetation area)
1a Turf (turf area)
1b Harmful vegetation (harmful vegetation area)
2 soil (soil area)

Claims (16)

カラー画像の各画素におけるRGB値の大小関係を用いて、植生領域を構成する画素を抽出する、植生領域抽出工程と、
抽出した前記植生領域の各画素について、R成分値をG成分値で除してR/G値を算出し、該R/G値を用いたヒストグラムを作成する、ヒストグラム作成工程と、
作成された前記ヒストグラムから得られる統計量を用いて、前記植生領域が単一植生領域であるか混在植生領域であるかを分類する、クラス分類工程と、
前記クラス分類工程において、前記植生領域が混在植生領域に分類された場合、該植生領域において前記R/G値が閾値未満である画素から構成される領域を、有害植生領域と判別する、判別工程と、
を備える、カラー画像に含まれる植生領域の判別方法。
A vegetation region extracting step of extracting pixels constituting the vegetation region using the magnitude relationship of RGB values in each pixel of the color image;
For each pixel of the extracted vegetation region, a R / G value is calculated by dividing the R component value by the G component value, and a histogram using the R / G value is created.
Classifying whether the vegetation region is a single vegetation region or a mixed vegetation region using a statistic obtained from the created histogram,
In the class classification step, when the vegetation region is classified as a mixed vegetation region, a determination step of determining, from the vegetation region, a region composed of pixels having the R / G value less than a threshold value as a harmful vegetation region. When,
A method for determining a vegetation area included in a color image.
前記ヒストグラム作成工程において、前記R/G値を所定の階調に正規化し、各階調における画素数をヒストグラム化する、請求項1に記載の判別方法。   The determination method according to claim 1, wherein in the histogram creation step, the R / G value is normalized to a predetermined gradation, and the number of pixels in each gradation is histogrammed. 前記クラス分類工程において、前記統計量として、前記R/G値の平均値、前記ヒストグラムの歪度及び尖度を用いる、請求項1又は2に記載の判別方法。   The discrimination method according to claim 1 or 2, wherein, in the class classification step, an average value of the R / G values, skewness and kurtosis of the histogram are used as the statistics. 前記ヒストグラム作成工程において、前記R/G値を所定の階調に正規化して、各階調における画素数についてヒストグラム化し、前記クラス分類工程において、該ヒストグラムから得られる統計量が下記(1)〜(3)の条件をすべて満たす場合に、前記植生領域を混在植生領域に分類し、下記(1)〜(3)の条件をいずれか一つでも満たさない場合に、前記植生領域を単一植生領域に分類する、請求項1に記載の判別方法。
(1)R/G値の平均値が閾値以下
(2)ヒストグラムの歪度が閾値以下
(3)ヒストグラムの尖度が閾値以下
In the histogram creation step, the R / G value is normalized to a predetermined gradation, and the number of pixels in each gradation is converted into a histogram. In the class classification step, the statistics obtained from the histogram are the following (1) to ( When all the conditions of 3) are satisfied, the vegetation area is classified into a mixed vegetation area, and when any one of the following conditions (1) to (3) is not satisfied, the vegetation area is defined as a single vegetation area. The discrimination method according to claim 1, which is classified into:
(1) Average R / G value is below threshold (2) Histogram skewness is below threshold (3) Histogram kurtosis is below threshold
前記植生領域抽出工程において、前記カラー画像の各画素についてRGB値を求め、該RGB値が下記条件(I)又は(II)を満たす画素から構成される領域を植生領域として抽出する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の判別方法。
(I)0<B/(G−B)<N、且つ、R≦G又はB+M<G
(ここで、Nは最大階調値の1%以上6%以下のいずれかの値であり、Mは最大階調値の9%以上14%以下のいずれかの値である。)
(II)R、G、Bともに、最大階調値の78%以上
2. The vegetation region extracting step obtains an RGB value for each pixel of the color image and extracts a region composed of pixels satisfying the following condition (I) or (II) as a vegetation region. The discrimination | determination method of any one of -4.
(I) 0 <B / (GB) <N and R ≦ G or B + M <G
(N is any value between 1% and 6% of the maximum gradation value, and M is any value between 9% and 14% of the maximum gradation value.)
(II) For all of R, G, and B, 78% or more of the maximum gradation value
カラー画像の各画素におけるRGB値の大小関係を用いて、植生領域を構成する画素を抽出する、植生領域抽出手段と、
抽出した前記植生領域の各画素について、R成分値をG成分値で除してR/G値を算出し、該R/G値を用いたヒストグラムを作成する、ヒストグラム作成手段と、
作成された前記ヒストグラムから得られる統計量を用いて、前記植生領域が単一植生領域であるか混在植生領域であるかを分類する、クラス分類手段と、
前記クラス分類手段において、前記植生領域が混在植生領域に分類された場合、該植生領域において前記R/G値が閾値未満である画素から構成される領域を有害植生領域と判別する、判別手段と、
を備える、カラー画像に含まれる植生領域の判別装置。
A vegetation region extracting means for extracting pixels constituting the vegetation region using the magnitude relationship of RGB values in each pixel of the color image;
For each pixel of the extracted vegetation region, a R / G value is calculated by dividing the R component value by the G component value, and a histogram creating means for creating a histogram using the R / G value;
Classifying means for classifying whether the vegetation region is a single vegetation region or a mixed vegetation region, using a statistic obtained from the created histogram,
In the class classification means, when the vegetation area is classified as a mixed vegetation area, a determination means that determines an area composed of pixels having the R / G value less than a threshold in the vegetation area as a harmful vegetation area; ,
An apparatus for discriminating a vegetation area included in a color image.
前記ヒストグラム作成手段が、前記R/G値を所定の階調に正規化し、各階調における画素数をヒストグラム化する手段である、請求項6に記載の判別装置。   The discrimination apparatus according to claim 6, wherein the histogram creating means is means for normalizing the R / G value to a predetermined gradation and forming a histogram of the number of pixels in each gradation. 前記クラス分類手段において、前記統計量として、前記R/G値の平均値、前記ヒストグラムの歪度及び尖度が用いられる、請求項6又は7に記載の判別装置。   The discriminating apparatus according to claim 6 or 7, wherein in the class classification means, an average value of the R / G values, skewness and kurtosis of the histogram are used as the statistics. 前記ヒストグラム作成手段が、前記R/G値を所定の階調に正規化して、各階調における画素数をヒストグラム化する手段であり、前記クラス分類手段が、該ヒストグラムから得られる統計量が下記(1)〜(3)の条件をすべて満たす場合に、前記植生領域を混在植生領域に分類し、下記(1)〜(3)の条件をいずれか一つでも満たさない場合に、前記植生領域を単一植生領域に分類する手段である、請求項6に記載の判別装置。
(1)R/G値の平均値が閾値以下
(2)ヒストグラムの歪度が閾値以下
(3)ヒストグラムの尖度が閾値以下
The histogram creating means is means for normalizing the R / G value to a predetermined gradation and forming a histogram of the number of pixels in each gradation, and the class classification means has a statistic obtained from the histogram as follows: When all the conditions of 1) to (3) are satisfied, the vegetation area is classified into a mixed vegetation area, and when any one of the following conditions (1) to (3) is not satisfied, the vegetation area is The discriminating apparatus according to claim 6, which is means for classifying into a single vegetation region.
(1) Average R / G value is below threshold (2) Histogram skewness is below threshold (3) Histogram kurtosis is below threshold
前記植生領域抽出手段が、前記カラー画像の各画素についてRGB値を求め、該RGB値が下記条件(I)又は(II)を満たす画素から構成される領域を植生領域として抽出する手段である、請求項6〜9のいずれか1項に記載の判別装置。
(I)0<B/(G−B)<N、且つ、R≦G又はB+M<G
(ここで、Nは最大階調値の1%以上6%以下のいずれかの値であり、Mは最大階調値の9%以上14%以下のいずれかの値である。)
(II)R、G、Bともに、最大階調値の78%以上
The vegetation area extracting means is means for obtaining an RGB value for each pixel of the color image and extracting an area composed of pixels satisfying the following condition (I) or (II) as a vegetation area: The discrimination device according to any one of claims 6 to 9.
(I) 0 <B / (GB) <N and R ≦ G or B + M <G
(N is any value between 1% and 6% of the maximum gradation value, and M is any value between 9% and 14% of the maximum gradation value.)
(II) For all of R, G, and B, 78% or more of the maximum gradation value
カラー画像を撮像する撮像装置と、
請求項6〜10のいずれか1項に記載の判別装置と、
を備える、カラー画像に含まれる植生領域の判別システム。
An imaging device for imaging a color image;
The discrimination device according to any one of claims 6 to 10,
A vegetation area discrimination system included in a color image.
カラー画像が入力された請求項6〜10のいずれか1項に記載の判別装置に、
前記カラー画像の各画素におけるRGB値の大小関係を用いて、該カラー画像に含まれる植生領域を抽出させ、
抽出させた前記植生領域の各画素に係るRGB値について、R成分値をG成分値で除してR/G値を算出させ、該R/G値を用いたヒストグラムを作成させ、
作成させた前記ヒストグラムから得られる統計量を用いて、前記植生領域が単一植生領域であるか混在植生領域であるかを分類させ、
前記植生領域が混在植生領域に分類された場合、該植生領域において前記R/G値が閾値未満である画素部分を有害植生領域と判別させる、
カラー画像に含まれる植生領域を判別させるプログラム。
The discrimination apparatus according to any one of claims 6 to 10, wherein a color image is input,
Using the magnitude relationship of RGB values in each pixel of the color image, the vegetation region included in the color image is extracted,
For the RGB value related to each pixel of the extracted vegetation region, the R component value is divided by the G component value to calculate the R / G value, and a histogram using the R / G value is created.
Using the statistics obtained from the created histogram, classify whether the vegetation region is a single vegetation region or a mixed vegetation region,
When the vegetation region is classified as a mixed vegetation region, the pixel portion in which the R / G value is less than a threshold in the vegetation region is determined as a harmful vegetation region.
A program for discriminating vegetation areas included in color images.
前記判別装置に、前記R/G値を所定の階調に正規化させ、各階調における画素数をヒストグラム化させる、請求項12に記載のプログラム。   The program according to claim 12, wherein the discriminating apparatus normalizes the R / G value to a predetermined gradation and causes the number of pixels in each gradation to be a histogram. 前記判別装置に、前記統計量として、前記R/G値の平均値、前記ヒストグラムの歪度及び尖度を算出させる、請求項12又は13に記載のプログラム。   The program according to claim 12 or 13, which causes the discrimination device to calculate an average value of the R / G values, skewness and kurtosis of the histogram as the statistics. 前記判別装置に、前記R/G値を所定の階調に正規化して各階調における画素数をヒストグラム化させ、該ヒストグラムから得られる統計量が下記(1)〜(3)の条件をすべて満たす場合に、前記植生領域を混在植生領域に分類させ、下記(1)〜(3)の条件をいずれか一つでも満たさない場合に、前記植生領域を単一植生領域に分類させる、請求項12に記載のプログラム。
(1)R/G値の平均値が閾値以下
(2)ヒストグラムの歪度が閾値以下
(3)ヒストグラムの尖度が閾値以下
The discriminating apparatus normalizes the R / G value to a predetermined gradation and makes the number of pixels in each gradation a histogram, and the statistics obtained from the histogram satisfy all the following conditions (1) to (3): In this case, the vegetation region is classified into a mixed vegetation region, and if any one of the following conditions (1) to (3) is not satisfied, the vegetation region is classified into a single vegetation region. The program described in.
(1) Average R / G value is below threshold (2) Histogram skewness is below threshold (3) Histogram kurtosis is below threshold
前記判別装置に、前記カラー画像の各画素についてRGB値を求めさせ、該RGB値が下記条件(I)又は(II)を満たす画素から構成される領域を植生領域として抽出させる、請求項12〜15のいずれか1項に記載のプログラム。
(I)0<B/(G−B)<N、且つ、R≦G又はB+M<G
(ここで、Nは最大階調値の1%以上6%以下のいずれかの値であり、Mは最大階調値の9%以上14%以下のいずれかの値である。)
(II)R、G、Bともに、最大階調値の78%以上
The discrimination device is caused to obtain an RGB value for each pixel of the color image, and an area composed of pixels satisfying the following condition (I) or (II) is extracted as a vegetation area: 15. The program according to any one of 15.
(I) 0 <B / (GB) <N and R ≦ G or B + M <G
(N is any value between 1% and 6% of the maximum gradation value, and M is any value between 9% and 14% of the maximum gradation value.)
(II) For all of R, G, and B, 78% or more of the maximum gradation value
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