JP2013253868A - Method for measuring size of arbitrary portion of animal photographed by camera trap - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カメラトラップ法による動物のデータ取得方法に関する。さらに詳述すると、本発明は単一カメラによるカメラトラップで撮影された動物の任意の部位のサイズの計測方法に関する。尚、本明細書において、カメラトラップあるいはカメラトラップ法とは、単一のカメラの内部あるいは外部に赤外線センサーを装着し、カメラの前方を通過した野生動物を感知して自動的にその画像を記録する手法を意味するものとして使用している。 The present invention relates to an animal data acquisition method using a camera trap method. More specifically, the present invention relates to a method for measuring the size of an arbitrary part of an animal photographed by a camera trap using a single camera. In this specification, the camera trap or the camera trap method means that an infrared sensor is attached to the inside or outside of a single camera, and a wild animal passing in front of the camera is detected and automatically recorded. It is used to mean the technique to do.
生態系の保全・管理や環境影響評価等において行われる野生動物の調査では、人目に触れることの少ない野生動物のデータを効果的に取得する手法として、カメラトラップ法の利用が広がりつつある（非特許文献１）。このカメラトラップ法は、小型の単一カメラを基本としたものであり、システムを手軽に設置可能なことから、現在では、自然環境保全・管理、環境アセスメント等、実用的な場面において利用が進んでいる。例えば、カメラトラップ法により継続的にカメラを設置して撮影を一定期間続けることで、種や個体密度等の変化を検出できることから、最近の野生動物を対象とした諸課題、例えば鳥獣による農林業被害、移入種による生態系撹乱、生物多様性や生態系への温暖化影響等において、カメラトラップ法は効率的なモニタリング手法として位置づけられている。 In wildlife surveys conducted in ecosystem conservation and management and environmental impact assessments, the use of the camera trap method is becoming increasingly popular as a method for effectively acquiring wildlife data that is rarely seen by humans (non- Patent Document 1). This camera trap method is based on a small single camera and can be easily installed, so it is currently being used in practical situations such as natural environment conservation and management and environmental assessment. It is out. For example, it is possible to detect changes in species, individual density, etc. by continuously installing cameras using the camera trap method and continuing shooting for a certain period of time, so various problems for recent wild animals such as agriculture and forestry by birds and beasts The camera trap method is positioned as an efficient monitoring method in terms of damage, ecosystem disturbance due to introduced species, biodiversity and the effects of global warming on the ecosystem.
カメラトラップ法により画像に写される野生動物の情報には、模様、形態、体サイズがある。このうち、体サイズの情報は、個体や種の最も基本的な定量的データであるが、単一カメラの画像（２次元）のみでは、動物の空間的位置や向きが特定できないため、サイズ計測に利用できない。このため、従来のカメラトラップ法では、撮影された動物の種類と撮影頻度の情報のみが用いられており、画像に写った体の部位の定量的な情報は動物個体群の評価や管理に有用な情報であるにもかかわらず活用されていない。このカメラトラップで撮影された動物の体サイズの情報は、動物を捕獲することなしには得られない。 There are patterns, forms, and body sizes in the information of wild animals captured in images by the camera trap method. Of these, the body size information is the most basic quantitative data of individuals and species, but the size and size of the animal cannot be determined from a single camera image (2D) alone. Not available for For this reason, in the conventional camera trap method, only information on the type and frequency of imaging of the captured animal is used, and quantitative information on the body part in the image is useful for evaluation and management of animal populations. It is not utilized even though it is a lot of information. Information on the body size of an animal photographed with this camera trap cannot be obtained without capturing the animal.
一方、個体や種の最も基本的な定量的データである体サイズの情報が得られれば、形態や模様からは判別しにくい種・個体を区別したり、動物個体や動物個体群の状態や変化を評価したり管理することも可能となることから、サイズ計測に対するニーズは高い。そこで、従来から、単一カメラの画像（２次元）のみからでも、動物の体サイズ計測を可能にしようとする試みは行われている。例えば、国内のコウモリ類調査の例では、地面に写ったコウモリの影を撮影することで、コウモリの部位のおおよそのサイズを測定し、形態からだけでは判別しにくい種の判別を行っている（非特許文献２）。また、西オーストラリアでのジンベイザメの例では、サメと並行して泳ぐダイバーが持つメジャーをサメと併せて撮影し、メジャーとの比較からサメのサイズを推定したうえ、体長の分布、体長と尾長（dorsal fin）との回帰関係等、個体群の特徴を把握している(非特許文献３)。さらには、複数のカメラが同時に対象物を撮影する、いわゆる３Ｄカメラ撮影の技術(非特許文献４)が提案されている。 On the other hand, if body size information, which is the most basic quantitative data of individuals and species, can be obtained, it is possible to distinguish species and individuals that are difficult to distinguish from their forms and patterns, and the state and changes of animals and animal populations. The need for size measurement is high because it is possible to evaluate and manage the size. Therefore, conventionally, attempts have been made to make it possible to measure the body size of an animal only from a single camera image (two-dimensional). For example, in the case of bat surveys in Japan, by capturing the shadow of a bat on the ground, the approximate size of the part of the bat is measured, and species that are difficult to distinguish from the form alone are determined ( Non-patent document 2). Also, in the example of whale sharks in Western Australia, a major diver who swims in parallel with the sharks was photographed together with the sharks, and the size of the sharks was estimated from the comparison with the majors. The characteristics of the population, such as the regression relationship with dorsal fin), are grasped (Non-patent Document 3). Furthermore, a so-called 3D camera imaging technique (Non-Patent Document 4) in which a plurality of cameras capture an object simultaneously has been proposed.
しかしながら、非特許文献３記載の発明は、人を恐れないジンベイザメのような動物に対して有効であり、人を避ける野生動物などと一緒にメジャーを持って撮影することは事実上不可能である。また、非特許文献２記載の発明のように、野生動物の影をカメラトラップで撮影しようとしても、動物の空間的位置や向きが正確に特定できないため、精度良くサイズ計測ができない。また、非特許文献４記載の複数のカメラが同時に対象物を撮影する、いわゆる３Ｄカメラ撮影の技術は、小型の単一カメラでは実現できずコスト高となることから、カメラトラップ法が普及している最大の要素の簡便性を失う。つまり、従来のカメラトラップが利用されている場面での使用に適さず、利用可能な場面が大きく制約を受けることとなる。 However, the invention described in Non-Patent Document 3 is effective for animals such as whale sharks that are not afraid of humans, and it is virtually impossible to shoot with a major together with wild animals that avoid humans. . Further, as in the invention described in Non-Patent Document 2, even if an attempt is made to capture a shadow of a wild animal with a camera trap, the spatial position and orientation of the animal cannot be accurately specified, and therefore size measurement cannot be performed with high accuracy. In addition, the so-called 3D camera photographing technique in which a plurality of cameras described in Non-Patent Document 4 simultaneously photograph an object cannot be realized by a small single camera, and the cost is high. Losing the convenience of the largest element that is. That is, it is not suitable for use in a scene where a conventional camera trap is used, and the usable scene is greatly restricted.
本発明は、単一カメラの画像から動物のサイズ計測を可能にするカメラトラップ法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a camera trap method that enables animal size measurement from a single camera image.
かかる目的を達成するために請求項１記載のカメラトラップで撮影された動物の任意の部位のサイズの計測方法は、カメラトラップを仕掛ける場所を複数の角度から撮影した複数の画像から三次元モデル解析手法を用いてカメラトラップを仕掛ける場所の撮影空間を３次元座標化するステップと、前記撮影空間に侵入した動物を単一のカメラで自動的に撮影するカメラトラップステップと、前記３次元モデル解析に用いた前記画像と前記カメラトラップステップにおいて撮影されたカメラトラップ画像との同じ地点を照合し、前記カメラトラップ画像に前記撮影空間の３次元座標を適用して前記カメラトラップ画像の３次元化処理を施し前記撮影空間における位置を特定するステップと、前記カメラトラップ画像中の動物が地面と接する地点から動物の空間的な位置を座標化することにより前記動物の任意の部位のサイズを計測するステップとを備えるようにしている。 In order to achieve this object, a method for measuring the size of an arbitrary part of an animal photographed with a camera trap according to claim 1 is a three-dimensional model analysis based on a plurality of images obtained by photographing a place where the camera trap is set from a plurality of angles. A method of converting a shooting space where a camera trap is set using a technique into a three-dimensional coordinate, a camera trap step of automatically shooting an animal that has entered the shooting space with a single camera, and the three-dimensional model analysis. The same point of the used image and the camera trap image taken in the camera trap step are collated, and the three-dimensional processing of the camera trap image is performed by applying the three-dimensional coordinates of the shooting space to the camera trap image. Giving the position in the shooting space, and a point where the animal in the camera trap image touches the ground So that and a step of measuring the size of any portion of the animal by coordinate the spatial position of the Luo animals.
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のカメラトラップで撮影された動物の任意の部位のサイズの計測方法において、撮影場所には計測テスト用のメジャーをセットしていることを特徴とする。 The invention described in claim 2 is the method for measuring the size of an arbitrary part of an animal photographed by the camera trap according to claim 1, wherein a measurement test measure is set at the photographing location. And
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のカメラトラップで撮影された動物の任意の部位のサイズの計測方法におい、撮影場所には地点照合用の目印をセットしていることを特徴とする。 The invention described in claim 3 is the method for measuring the size of an arbitrary part of an animal photographed by the camera trap according to claim 1 or 2, wherein a mark for point matching is set at the photographing location. It is characterized by.
請求項１記載の発明によると、複数の角度からカメラトラップ法と同じ場所を撮影して得られた画像を用いて３次元モデル解析により撮影空間を３次元座標化し、この３次元モデル解析に用いた画像とカメラトラップ法による画像の同じ地点を照合し、カメラトラップ法で得られた２次元の画像を３次元座標化処理をすることで、動物が地面と接する地点から動物の空間的な位置を座標化できるので、カメラトラップで撮影された動物の任意の部位のサイズの計測が可能である。依って、カメラトラップ法により撮影した動物の画像から、動物の模様、形態のみならず個体や種の最も基本的な定量的データである体サイズの情報までもが得られれる。 According to the first aspect of the present invention, the imaging space is three-dimensionally coordinated by three-dimensional model analysis using images obtained by photographing the same place as the camera trap method from a plurality of angles, and used for this three-dimensional model analysis. The spatial position of the animal from the point where the animal is in contact with the ground by collating the same point of the captured image and the same point of the image by the camera trap method and performing the three-dimensional coordinate processing of the two-dimensional image obtained by the camera trap method Can be coordinated, so that it is possible to measure the size of an arbitrary part of an animal photographed by a camera trap. Therefore, from the image of the animal photographed by the camera trap method, not only the pattern and form of the animal but also the information of the body size which is the most basic quantitative data of the individual and the species can be obtained.
本発明者等が撮影場所に長さの異なる計測テスト用のメジャーをセットし、カメラトラップ法で撮影した画像から長さを計測した結果、誤差は平均２％であり、一定の精度で計測が可能である事が分かった。また、カメラトラップ法により撮影したカモシカおよびニホンジカの測定では、３次元における位置の特定と後ろ足や胴体の高さ等の計測や（図２）、複数個体の後足長から体サイズ分布を推定することができ、有用性が確認できた（図３）。したがって、動物、特に野生動物の保全・管理等において、出現頻度に加えサイズ計測を活用した詳細な個体、個体群の分析に適用できる。 The inventors set a measurement test measure with a different length at the shooting location, and measured the length from the image captured by the camera trap method. As a result, the error was an average of 2%, and the measurement was performed with a certain degree of accuracy. I found that it was possible. Also, in the measurement of antelopes and sika deer taken by the camera trap method, the body size distribution is estimated from the identification of the position in three dimensions, the measurement of the height of hind legs and torso (Fig. 2), and the length of hind legs of multiple individuals. The usefulness was confirmed (FIG. 3). Therefore, the present invention can be applied to the analysis of detailed individuals and populations using size measurement in addition to the appearance frequency in the conservation and management of animals, particularly wild animals.
また、請求項２記載の発明によると、撮影画像に寸法が既知の計測テスト用のメジャーが含まれているので、３次元モデル解析が容易となる。 According to the second aspect of the present invention, since a photographed image includes a measurement test measure whose dimensions are known, three-dimensional model analysis is facilitated.
また、請求項３記載の発明によると、撮影画像に地点照合用の目印が含まれているので、セットしているので、３次元モデル解析に用いた画像とカメラトラップ画像との同じ地点の照合が容易となる。 According to the invention described in claim 3, since the mark for point matching is included in the photographed image, it is set, so the matching of the same point between the image used for the three-dimensional model analysis and the camera trap image is performed. Becomes easy.
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
図１に、本発明のカメラトラップで撮影された動物の任意の部位のサイズの計測方法（以下、カメラトラップによるサイズ計測方法と略称する）の実施形態の一例を示す。このカメラトラップによるサイズ計測方法は、単一カメラにより撮影された２次元画像から対象動物の体サイズを計測する手法である。しかしながら、撮影する動物は３次元空間に存在しており、カメラに近い距離で撮影された場合と遠い場合、カメラに対して横向きに撮影された場合と斜めから撮影された場合等とで、画像上の計測ではサイズが大きく変化する。したがって、対象動物の３次元空間における位置（ｘ，ｙ，ｚ座標を持つ位置）の情報が無ければ、一定の精度を持つ動物のサイズ計測はできない。 FIG. 1 shows an example of an embodiment of a method for measuring the size of an arbitrary part of an animal photographed with a camera trap of the present invention (hereinafter abbreviated as a size measuring method using a camera trap). This size measurement method using a camera trap is a method of measuring the body size of a target animal from a two-dimensional image taken by a single camera. However, the animal to be photographed exists in a three-dimensional space, and when the image is photographed at a distance close to the camera or far from the camera, the image is photographed sideways with respect to the camera, the image is photographed obliquely, etc. In the above measurement, the size changes greatly. Therefore, if there is no information on the position of the target animal in the three-dimensional space (position having x, y, z coordinates), it is impossible to measure the size of the animal with a certain accuracy.
そこで、本発明のカメラトラップによるサイズ計測方法では、カメラトラップを仕掛ける場所を複数の角度から撮影した複数の画像から三次元モデル解析手法を用いてカメラトラップを仕掛ける場所の撮影空間を３次元座標化し、カメラトラップ用カメラの前を通過した動物を自動的に撮影した２次元のカメラトラップによる画像（本明細書においてはカメラトラップ画像と呼ぶ）と３次元モデル解析に用いた画像との同じ地点を照合し、カメラトラップ画像に撮影空間の３次元座標を適用してカメラトラップ画像の３次元化処理を施し撮影空間における位置を特定して、カメラトラップ画像中の動物が地面と接する地点から動物の空間的な位置を座標化することにより動物の任意の部位のサイズを計測可能としている。 Therefore, in the size measurement method using the camera trap of the present invention, the shooting space of the place where the camera trap is set is converted into a three-dimensional coordinate using a three-dimensional model analysis method from a plurality of images obtained by shooting the place where the camera trap is set from a plurality of angles. A two-dimensional camera trap image obtained by automatically photographing an animal that has passed in front of a camera trap camera (referred to as a camera trap image in this specification) and an image used for three-dimensional model analysis The camera trap image is subjected to three-dimensional processing by applying the three-dimensional coordinates of the shooting space to the camera trap image, and the position in the shooting space is specified. From the point where the animal in the camera trap image is in contact with the ground, The size of an arbitrary part of an animal can be measured by converting the spatial position into a coordinate.
具体的には、図１に示すように、カメラトラップ法と同じ空間を対象に、事前または事後に複数の角度からカメラトラップ法と同じ場所を撮影する（ステップ２ａ）。ここで、撮影は、互いに異なる角度となるようにして、複数例えば３〜５方向の角度から撮影する。このとき、同一座標が３枚以上の写真によって撮影されていることが測定精度を向上させる上で好ましいことから、例えば４５°の角度で３台のカメラを配置して撮影する。また、水平方向だけでなく、高さを変えて写真を撮ることも測定結果の向上に繋がる。そこで、高さを変えてさらに１台あるいは２台のカメラを配置して撮影することが好ましい。そして、カメラトラップを仕掛ける場所を複数の角度から撮影した複数の画像から三次元モデル解析手法を用いてカメラトラップを仕掛ける場所の撮影空間を３次元座標化する（ステップ２ｂ）。この３次元座標化の際には、撮影画像に寸法が既知の要素・線を特定して実寸を入力することにより、他の全ての部分が実寸に設定される。この撮影空間の３次元座標化処理は、１つの撮影空間に対し一回で良く、同じ撮影空間におけるカメラトラップ法で得られた多数の動物画像に対処できる。また、この撮影空間の３次元座標化処理の実施はカメラトラップ法の事前、事後を問わない。依って、カメラトラップを仕掛ける場所の撮影空間を３次元座標化すれば、同撮影空間で撮影しこれまで蓄積された過去の画像資産を解析の対象にできる。 Specifically, as shown in FIG. 1, the same place as the camera trap method is photographed from a plurality of angles in advance or after the target in the same space as the camera trap method (step 2 a). Here, photographing is performed from a plurality of angles, for example, 3 to 5 directions so that the angles are different from each other. At this time, since it is preferable to improve the measurement accuracy that the same coordinates are taken with three or more photographs, for example, three cameras are arranged at an angle of 45 ° and photographed. In addition to taking pictures in the horizontal direction as well as changing the height, the measurement results can be improved. Therefore, it is preferable to change the height and further shoot with one or two cameras. Then, the imaging space of the place where the camera trap is set is converted into a three-dimensional coordinate from a plurality of images obtained by shooting the place where the camera trap is set from a plurality of angles (step 2b). At the time of the three-dimensional coordinate conversion, all other parts are set to the actual size by specifying the element / line having a known size in the captured image and inputting the actual size. This three-dimensional coordinate processing of the photographing space may be performed once for one photographing space, and can deal with a large number of animal images obtained by the camera trap method in the same photographing space. In addition, the three-dimensional coordinate processing of the photographing space may be performed before or after the camera trap method. Therefore, if the shooting space of the place where the camera trap is set is converted into three-dimensional coordinates, the past image assets shot in the shooting space and accumulated so far can be analyzed.
一方、カメラトラップ用のカメラを撮影場所に設置し、カメラの前を通過した動物を２次元で自動的に撮影し（ステップ１ａ）、動物が写された画像を蓄積する（ステップ１ｂ）。ここで、カメラトラップ用カメラの撮影角度は、３次元モデル解析に用いた複数枚の画像の１つと同じ角度から撮影するようにしても良いし、いずれの画像とも異なる角度から撮影するようにしても良い。尚、カメラトラップ法と３次元座標化のカメラは同じ機種である事が望ましいが、同じ機種である必要はなく、デジタルカメラでもフィルムカメラでも構わない。 On the other hand, a camera for camera trap is installed at the photographing location, and the animal passing in front of the camera is automatically photographed in two dimensions (step 1a), and an image showing the animal is accumulated (step 1b). Here, the shooting angle of the camera trap camera may be taken from the same angle as one of a plurality of images used for the three-dimensional model analysis, or from a different angle from any of the images. Also good. The camera trap method and the three-dimensional coordinated camera are preferably the same model, but need not be the same model, and may be a digital camera or a film camera.
さらに、カメラトラップ法による画像と３次元モデル解析に用いた画像の同じ地点を照合し、カメラトラップ法の画像を３次元座標化する（ステップ２ｃ）。これにより、動物が地面と接する地点から動物の空間的な位置を座標化できるので、任意の部位のサイズ測定が可能となる（ステップ２ｄ）。 Further, the same point of the image by the camera trap method and the image used for the three-dimensional model analysis are collated, and the image of the camera trap method is converted into a three-dimensional coordinate (step 2c). Thereby, since the spatial position of the animal can be coordinated from the point where the animal is in contact with the ground, the size of an arbitrary part can be measured (step 2d).
（カメラトラップ法画像の３次元座標化のプロセス）
（撮影）
カメラトラップ法（図１、ステップ１ａ）による撮影装置は、FieldNote DS6010（万里府商事製、幅13.5ｃｍ×高さ12ｃｍ×奥行7ｃｍ）を用いた。当装置は、図示していないが、防水タイプのデジタルカメラ、ペンタックス社のμTOUGH-6010と、赤外線センサーを組み込んだカメラケースから構成されている。ケース上部に装備された赤外線センサーが野生動物に反応すると、ケースのスイッチがデジタルカメラの電源ボタンを物理的に押し下げ、シャッターが自動的に押される仕組みになっている。本報告では当機種を用いたが、前述（２．１）で述べたように、カメラは機種に拘らずデジタルカメラやフィルムカメラでも対応可能であり、手持ちのカメラに外付けの赤外線センサーを用いた自作機材でも適用できる。
(Process of 3D coordinateization of camera trap method image)
(photograph)
FieldNote DS6010 (manufactured by Marifu Shoji Co., Ltd., width 13.5 cm × height 12 cm × depth 7 cm) was used as a photographing apparatus by the camera trap method (FIG. 1, step 1a). Although not shown, this device is composed of a waterproof digital camera, μTOUGH-6010 manufactured by Pentax, and a camera case incorporating an infrared sensor. When the infrared sensor mounted on the top of the case reacts to wild animals, the switch on the case physically presses the power button of the digital camera, and the shutter is automatically pressed. Although this model was used in this report, as described in (2.1) above, the camera can be used with any digital camera or film camera regardless of the model, and an external infrared sensor is used for the camera on hand. It can also be applied to original equipment.
撮影の試験地は、富士山亜高山帯下部、標高１８００ｍ付近の針葉樹林内に設定した（山梨県南都留郡鳴沢村）。富士山亜高山帯は、様々な野生動物の貴重な生息場所となっており（小林亜由美ら2009）、多様な動物種の撮影場所として適している。さらに、亜高山帯域は主な野生動物の生息可能なエリアの最標高部にあたるが、厳しい環境条件が存在している。当地点において本手法の有用性、実効性を検証すれば、国内の他の多くの地域における実用性に関して、一定の評価を下せると考える。 The test site for photography was set in a coniferous forest near the altitude of 1800m in the lower part of Mt. The Mt. Fuji sub-alpine zone is a precious habitat for various wild animals (Ayumi Kobayashi et al. 2009) and is suitable for shooting various animal species. In addition, the subalpine zone is the highest altitude of the main wildlife habitat, but severe environmental conditions exist. If the usefulness and effectiveness of this method are verified at this point, we can make a certain evaluation regarding the practicality in many other regions in Japan.
本試験地におけるカメラ設置場所の選定においては、あらかじめ地図上で標高や傾斜の状況から対象地点を選んだうえ、現地において、対象地点の周辺、半径５００ｍ程度の範囲を踏査し、けもの道上、または、けもの道付近で前方を遮らない空間を選んだ。枯死木等の幹を利用し、地面から約１．５ｍの高さに簡易なバンドでFieldNote DS6010をセットした。 In selecting the camera location at the test site, the target point is selected in advance from the altitude and inclination on the map, and then the area around the target point and a radius of about 500 m are surveyed on the site. Or, I chose a space that doesn't block the front near the kemono road. Using a trunk such as dead trees, FieldNote DS6010 was set with a simple band at a height of about 1.5m from the ground.
カメラトラップ法の画像を３次元座標化するための撮影（図１、ステップ２ａ）は、カメラトラップ法（図１、ステップ１ａ）で用いたデジタルカメラと同じカメラとして、前述したμTOUGH-6010を用いた。カメラトラップ法で撮影する、あるいは撮影した空間に向けて、撮影空間に対して複数の角度から互いに重複した場所が写る様に撮影した。 The above-mentioned μTOUGH-6010 is used as the same camera as the digital camera used in the camera trap method (FIG. 1, step 1a) for photographing (FIG. 1, step 2a) for converting the image of the camera trap method into three-dimensional coordinates. It was. The images were taken by the camera trap method, or toward the space where the images were photographed, so that overlapping locations could be seen from multiple angles with respect to the space.
（解析）
撮影画像の３次元座標化およびサイズ計測の考え方にもとづく解析項目を図２に示した。ここでの解析項目、すなわち３次元モデル解析から体サイズ計測までの作業には、
ＰＣソフトウェアPhotomodeler 2012（Eos Systems Inc. 2012，http://www.photomodeler.com/contact_us/default.htm）を用いた。本ソフトは、複数の画像から３次元モデルを作成し、画像から測量を効率的に行う機能を有している。また、事前処理に必要なカメラレンズのキャリブレーション（カメラのレンズの歪み特性の算出）を簡易に行う機能を保持している。なお、本発明にかかる計測方法は、上述した基本的な考え方に基づいた処理を行えば、複数写真から３次元モデル解析を行う他のソフトウェアや自作のプログラムによっても実施できる。
(analysis)
FIG. 2 shows analysis items based on the concept of three-dimensional coordinate conversion and size measurement of captured images. The analysis items here, that is, the work from 3D model analysis to body size measurement,
PC software Photomodeler 2012 (Eos Systems Inc. 2012, http://www.photomodeler.com/contact_us/default.htm) was used. This software has a function of creating a three-dimensional model from a plurality of images and efficiently performing surveying from the images. It also has a function of easily performing camera lens calibration (calculation of camera lens distortion characteristics) necessary for pre-processing. Note that the measurement method according to the present invention can be implemented by other software that performs a three-dimensional model analysis from a plurality of photographs or by a self-made program if processing based on the basic concept described above is performed.
（３次元モデリング解析）
カメラトラップ法の撮影場所を対象に、撮影角度が異なる位置から複数の画像を撮影し（図２、ステップ２ｂ−１）、画像上の同じ地点（画像上の判別しやすい地点、目印として設置したマーカー等）を画像間で照合する（前述したＰＣソフトによる試験地での計測例では１０〜１５地点程度）とともに、撮影空間における計測済みの長さ情報を用い（図２、ステップ２ｂ−２）、３角測量を基本原理とした３次元モデル解析を行って、カメラトラップ法の対象となる撮影空間の３次元座標を決定する（図２、ステップ２ｂ−３）。なお、本報告での作業では、画像における共通部分を照合する作業を効率化するため、あらかじめ地面に目印となる小さなマーカーを配置し、簡便に照合できるよう工夫した。
(3D modeling analysis)
A plurality of images were taken from different shooting angles at the shooting location of the camera trap method (FIG. 2, step 2b-1), and set as the same point on the image (a point that can be easily discriminated on the image, as a mark) (Markers etc.) are collated between images (about 10 to 15 points in the example of measurement at the test site by the PC software described above), and length information already measured in the imaging space is used (FIG. 2, step 2b-2) Three-dimensional model analysis based on triangulation is performed to determine the three-dimensional coordinates of the imaging space that is the target of the camera trap method (FIG. 2, step 2b-3). In the work in this report, in order to improve the efficiency of collating the common parts in the image, a small marker serving as a marker is placed on the ground beforehand so that it can be collated easily.
（３次元座標化）
カメラトラップ法により撮影空間に侵入した野生動物の画像を取り込む（図２、ステップ２ｃ−１）。そして、このカメラトラップ画像と前述のステップ２ｂ−３において３次元化した空間画像とを照合し、カメラトラップ画像を３次元座標化させる（図２、ステップ２ｃ−２）。すでにステップ２ｂ−３において空間画像は３次元化されているため、照合作業は４、５地点と少ない作業で可能となる。カメラトラップ法の実施中、撮影したカメラのセッティング（すなわち画角）が同じであれば、画像の照合作業は１回で済み、同じ座標情報を他の動物写真にも適用できる。野生動物の撮影された単一画像のｘｙ座標が、３次元のｘ，ｙ，ｚ座標とマッチングされる（図２、ステップ２ｃ−３）。
(3D coordinate)
An image of a wild animal that has entered the shooting space is captured by the camera trap method (FIG. 2, step 2c-1). Then, the camera trap image is collated with the three-dimensional space image obtained in step 2b-3 described above, and the camera trap image is converted into a three-dimensional coordinate (FIG. 2, step 2c-2). Since the aerial image has already been three-dimensionalized in step 2b-3, the collation work can be performed with as few as four or five points. If the settings of the photographed camera (that is, the angle of view) are the same during the camera trap method, the image collation is only required once, and the same coordinate information can be applied to other animal photographs. The xy coordinates of a single image taken of a wild animal are matched with the three-dimensional x, y, z coordinates (FIG. 2, step 2c-3).
（空間の位置特定とサイズ計測）
図３に３次元座標化した野生動物画像を示す。この画像において、地面に動物が足をついている前足−後ろ足を結ぶ線上を、その胴体と平行な面として、その線上で地面に垂直な面を作成することで、胴体と平行な面における部位を測定可能とした（ステップ２ｄ−１）。胴体と平行な面における部位としてサイズ計測の対象となる候補は、胴体、胴の長さ、肩の高さ、胴下の高さ、前足、後ろ足の長さ等となる。なお、サイズ計測の作業は、画面上で測定対象を指定する作業で済む（ステップ２ｄ−２）。
(Space location and size measurement)
FIG. 3 shows a three-dimensional coordinated wild animal image. In this image, by creating a plane perpendicular to the ground on the line connecting the front foot and the hind paw where the animal has feet on the ground, the surface is parallel to the trunk. Measurement was possible (step 2d-1). Candidates for size measurement as a part in a plane parallel to the torso are the torso, the torso length, the shoulder height, the torso height, the forefoot, the back leg length, and the like. Note that the size measurement operation can be performed by designating a measurement target on the screen (step 2d-2).
（画像計測の精度検証と野生動物を対象としたサイズ計測例）
画像での計測精度の検証を目的として、撮影空間内に一定の長さ（５ｃｍ−５０ｃｍまでを５ｃｍ間隔、其々の長さを２本ずつ）を持つメジャーをランダムに置き、画像上での計測と、実際の長さを比較した。さらに野生動物への適用の有用性を検討するため、カメラトラップ法により野生動物を実際に撮影し、得られた動物画像の３次元座標化を行ったうえ、動物の体サイズの画像計測を行った。
(Image measurement accuracy verification and size measurement example for wild animals)
For the purpose of verifying the measurement accuracy in the image, a measure having a certain length (5 cm to 50 cm up to a distance of 5 cm, each two in length) is randomly placed in the shooting space. The measurement and actual length were compared. Furthermore, in order to examine the usefulness of the application to wild animals, we actually photographed the wild animals with the camera trap method, converted the obtained animal images into three-dimensional coordinates, and measured the body size of the animals. It was.
（結果）
（画像計測の精度）
画像から得られた計測値の誤差（実際の測定値との比較）の平均は０．５１ｃｍ（０．１４−０．９６ｃｍ）、誤差精度の平均は約２％であり、一定の精度をもって撮影場所の物体を計測可能である事が分かった。
(result)
(Image measurement accuracy)
The average of the measured value error (compared with the actual measured value) obtained from the image is 0.51 cm (0.14-0.96 cm), and the average error accuracy is about 2%. It turns out that the object of the place can be measured.
（野生動物を対象としたサイズ計測）
撮影されたニホンジカに適用した例を図３に示した。２次元の平面で写されたニホンジカに対して、本発明にかかる計測方法の３次元座標化を行うことにより、３次元空間における位置と方向が与えられた。画像計測した結果、体の胴体と平行面にある後ろ足や胴の高さ等の部位が計測可能であった。ニホンカモシカについても同様な計測を行い、後ろ足、耳の部位を計測した結果を図４に示した。
(Size measurement for wild animals)
The example applied to the photographed sika deer is shown in FIG. A sika deer photographed on a two-dimensional plane was given a position and direction in a three-dimensional space by performing the three-dimensional coordinate conversion of the measurement method according to the present invention. As a result of image measurement, it was possible to measure parts such as hind legs and torso height in a plane parallel to the torso of the body. The same measurement was performed for the Japanese serow, and the result of measuring the back leg and the ear region is shown in FIG.
実際に撮影された動物画像のうち、約８割がニホンジカであったことから、ニホンジカの複数個体を対象とした計測を試みた。体位の直線が保たれやすく、画像計測しやすい後足長（後ろ足の膝からかかとまで、図３および図４参照）を計測部位として統一した。画像からオスの角等により、オスとメスの成獣、および幼獣と判断できるものに絞って計測したところ（図５）、３つのグループのそれぞれの数値は他のグループと長さの重なりが少ないものとなっていた。実際にこれらのニホンジカを捕獲しなければ精度の検証はできないが、過去の文献において実際に捕獲されたニホンジカの該当部位の計測値（蹄部分含む：Takatsuki 1997,高槻成紀2006）を蹄の長さ（門崎2009）を勘案して比較すると、妥当な数値になっているといえる。 About 80% of the animal images actually photographed were sika deer, so we attempted to measure multiple sika deer. The rear leg length (from the knee of the hind leg to the heel, see FIG. 3 and FIG. 4) was unified as the measurement site, which makes it easy to maintain a straight line of posture. From the image, we measured the male and female adults and those that can be judged as cubs by male horns etc. (Fig. 5). Each group's numerical value has little overlap with other groups. It was a thing. The accuracy cannot be verified without actually capturing these sika deer, but the measured values of the relevant parts of the sika deer actually captured in the past literature (including the hoof part: Takatsuki 1997, Naruki Takatsuki 2006) are the length of the hoof. (Kadozaki 2009) is a reasonable figure when compared.
（本手法の適用性）
本発明では、これまでアセスメント調査や研究分野で利用が進んでいる単一カメラを用いたカメラトラップ法において、その２次元画像を３次元座標化することにより、撮影された動物個体の位置特定とサイズ計測を可能とした。簡易な手法として利用が進んだカメラトラップ法において、画像に写った動物の出現頻度の情報に加え、空間的な位置や体の部位の長さの情報を取得できることになる。体サイズのデータを得るためには、これまで捕獲個体か死亡個体からの計測に頼る以外に方法がなかった。動物の捕獲には多大な労力を要するうえ、個体に対する影響も大きく、わなや麻酔銃によって傷害を与えたり、死をもたらすこともある（Bookhout 1996）。このため、動物への影響の少ない手法は、特に社会性が求められる事業活動に関わる調査において必要性が高い。本発明にかかるカメラトラップで撮影された動物の任意の部位のサイズの計測方法は、事業活動等に伴う環境影響評価や野生動物管理・保全等での実用的なニーズに応えうるものであるうえ、すでに利用が進んでいるカメラトラップ法の機器を用いており、汎用性が高い技術と考える。
(Applicability of this method)
In the present invention, in a camera trap method using a single camera, which has been used in the assessment research and research fields, the two-dimensional image is converted into a three-dimensional coordinate, thereby identifying the position of the photographed animal individual. Size measurement is possible. In the camera trap method that has been increasingly used as a simple method, in addition to information on the appearance frequency of animals in an image, information on the spatial position and the length of a body part can be acquired. There has been no way to obtain body size data other than relying on measurements from captured or dead individuals. Capturing animals is labor intensive, has a significant impact on individuals, and can be injured or killed by traps or anesthesia guns (Bookhout 1996). For this reason, methods that have little impact on animals are particularly needed in surveys related to business activities that require sociality. The method for measuring the size of any part of an animal photographed with a camera trap according to the present invention can meet practical needs in environmental impact assessment and wildlife management / conservation accompanying business activities, etc. The camera trap method equipment, which is already in use, is used and is considered to be a highly versatile technology.
本発明にかかる計測方法で得られる体のサイズは、個体、個体群、種を評価するための最も基本的な情報の一つとなる。また、本発明にかかる計測方法により画像から体サイズ計測が可能になれば、種間で形態が類似していたり、画像から種が判別しにくい場合において、サイズの情報が種の区分を決定する手法として適用できる。さらに、本発明にかかる計測方法でのニホンジカの計測例では、子や成獣の雌雄によるサイズ情報が得られたが、これらの計測データを増やすことによって、動物の種内の質的な特徴、すなわち個体群としての性質（サイズ分布）について分析することも可能となる。本来のカメラトラップ法による出現頻度情報に加え、本発明にかかる計測方法によるサイズ計測を元にしたサイズクラス（子・若齢・成獣等）の情報があれば、個体群が増加傾向にあるのか、減少して絶滅するリスクがあるのか、といった個体群動態解析も可能となる。例えば、私有地や国立公園等の一定領域に侵入する外来種の個体が増加傾向にあるのか、土地開発にともない実施した重要種に対する保全措置が適切に行われ個体群が復元されているか、等をカメラトラップ法のみで把握できるようになる可能性がある。 The size of the body obtained by the measurement method according to the present invention is one of the most basic information for evaluating an individual, an individual group, and a species. In addition, if body size measurement can be performed from an image by the measurement method according to the present invention, the size information determines the species classification in the case where the shape is similar between species or when it is difficult to distinguish the species from the image. It can be applied as a method. Furthermore, in the measurement example of sika deer in the measurement method according to the present invention, size information by male and female pups and adult animals was obtained, but by increasing these measurement data, qualitative characteristics within the species of animals, that is, It is also possible to analyze the properties (size distribution) as a population. Does the population tend to increase if there is information on the size class (child, young, adult, etc.) based on the size measurement by the measurement method according to the present invention in addition to the appearance frequency information by the original camera trap method? It is also possible to analyze population dynamics, such as whether there is a risk of extinction by declining. For example, whether there are increasing numbers of alien species that invade certain areas such as private land and national parks, whether conservation measures for important species implemented in land development have been properly taken, and populations have been restored. There is a possibility that it can be grasped only by the camera trap method.
また、デジタルカメラの普及により、現在取り扱うデータはすべてデジタル化されていることから、無線通信による自動画像転送や画像認識等の技術の導入により、地点単位でのデータを、地図等の面的な評価へと展開することが可能である。実用的な適用場面、例えば地域に生息する希少種や重要種の定量的な把握や影響評価を行う際には、それらの種がどのような土地に多いのか、計画地の開発によりどの程度影響を受けるのか、といった面的な評価を求められる事が多い。３次元座標化を行う新しいカメラトラップ法を用いて、地点ごとの分析結果を面的な情報として地図化できれば、動物個体群の特徴や増減傾向などを踏まえた具体的な保全、管理、開発の策定に適用できる。 In addition, because of the widespread use of digital cameras, all data handled at present is digitized, so by introducing technologies such as automatic image transfer and image recognition by wireless communication, data on a point-by-point basis, such as maps, etc. It is possible to develop into evaluation. In practical application situations, for example, when quantitatively assessing rare species and important species inhabiting the region and assessing impacts, what kind of land these species are common in, and how much influence is due to the development of the planned land In many cases, a face-to-face evaluation is required. If the analysis results at each point can be mapped as plane information using the new camera trap method that performs three-dimensional coordinates, specific conservation, management, and development based on the characteristics of animal populations and trends Applicable to formulation.
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、主に野生動物の調査に用いるカメラトラップ法に適用した場合について説明したが、野生動物の調査に特に限られるものではなく、家畜やその他の動物、人間などの非野生動物の行動を把握したり測定するのに利用することも可能である。また、撮影状況の良いカメラトラップの画像が得られる場合には、カメラトラップ用カメラの位置とは異なる角度からカメラトラップの事前あるいは事後に撮影したカメラトラップを仕掛ける場所の撮影空間の写真を１枚あるいは２枚以上用意すれば、その写真とカメラトラップ画像とを用いて三次元モデル解析を行って、カメラトラップ画像の３次元化処理を行うこともできる。この場合にも、撮影した動物の任意の部位のサイズを測定することができる。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, the case where the present invention is applied to the camera trap method mainly used for wildlife surveys has been described. However, the present invention is not limited to wildlife surveys, and is not limited to wild animals such as domestic animals, other animals, and humans. It can also be used to understand and measure animal behavior. In addition, when a camera trap image with good shooting conditions can be obtained, one photo of the shooting space where the camera trap was placed before or after the camera trap was taken from an angle different from the camera trap camera position. Alternatively, if two or more sheets are prepared, a three-dimensional model analysis can be performed using the photograph and the camera trap image to perform a three-dimensional process of the camera trap image. Also in this case, the size of an arbitrary part of the photographed animal can be measured.
Claims (3)
前記撮影空間に侵入した動物を単一のカメラで自動的に撮影するカメラトラップステップと、
前記３次元モデル解析に用いた前記画像と前記カメラトラップステップにおいて撮影されたカメラトラップ画像との同じ地点を照合し、前記カメラトラップ画像に前記撮影空間の３次元座標を適用して前記カメラトラップ画像の３次元化処理を施し前記撮影空間における位置を特定するステップと、
前記カメラトラップ画像中の動物が地面と接する地点から動物の空間的な位置を座標化することにより前記動物の任意の部位のサイズを計測するステップとを備える
ことを特徴とするカメラトラップで撮影された動物の任意の部位のサイズの計測方法。 3D coordinates the shooting space of the place where the camera trap is set using a 3D model analysis technique from a plurality of images obtained by shooting the place where the camera trap is set from a plurality of angles;
A camera trap step of automatically photographing an animal that has entered the photographing space with a single camera;
The camera trap image is obtained by collating the same point between the image used for the three-dimensional model analysis and the camera trap image photographed in the camera trap step, and applying the three-dimensional coordinates of the photographing space to the camera trap image. Performing a three-dimensional process and specifying a position in the imaging space;
Measuring the size of an arbitrary part of the animal by coordinating the spatial position of the animal from a point where the animal in the camera trap image contacts the ground. To measure the size of any part of an animal
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