JP2014174817A - 情報取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 対象領域の情報を容易に取得可能な情報取得方法を提供する。
【解決手段】 対象領域の上空から対象領域を撮像することにより得られる対象領域のハイダイナミックレンジ画像を取得する。そして、取得したハイダイナミックレンジ画像に対してトーンマッピング処理を施す。このため、トーンマッピング処理が施された画像に基づいて、対象領域の地形情報や構造物情報を容易に取得することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンピュータを用いて対象領域における地形情報及び／又は構造物情報を取得するための情報取得方法に関する。

特許文献１には、海底を測深するための測深システムが記載されている。特許文献１に記載の測深システムは、４台のＧＰＳアンテナと音響測深機とが設置された測量船を含む。この測深システムは、ＧＰＳアンテナによって音響測深機の実際の位置及び垂直角度に対するずれの情報を得ると共に、音響測深機からの音波を海底面に照射しながら測量船を航行させることにより、測定海域の海底面の位置情報を取得する。

特開平９−２１１１２６号公報

上述した特許文献１に記載の測深システムのように、従来の技術にあっては、例えば測定海域の海底面の位置情報を得るためには、実際に測定海域に測量船を航行させて測量を行う必要がある。したがって、測定海域が広範な場合には、広範にわたって測量船を航行させる必要があり、情報の取得に時間がかかり困難である。

本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、対象領域の情報を容易に取得可能な情報取得方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、次のような知見を得るに至った。すなわち、本発明者は、対象領域のハイダイナミックレンジ画像を上空より撮像し、得られたハイダイナミックレンジ画像に対してトーンマッピング（階調変換）処理を施せば、所謂「白とび」や「黒つぶれ」等が抑制された画像が得られるため、対象領域の地形情報や構造物情報を容易に取得可能であるという知見を得た。本発明は、そのような知見に基づいてなされたものである。

すなわち、本発明に係る情報取得方法は、コンピュータを用いて対象領域における地形情報及び／又は構造物情報を取得するための情報取得方法であって、対象領域の上空から対象領域を撮像することにより得られる対象領域のハイダイナミックレンジ画像を取得する画像取得工程と、画像取得工程で取得したハイダイナミックレンジ画像に対してトーンマッピング処理を施す画像処理工程と、を含む、ことを特徴とする。

この情報取得方法においては、対象領域の上空から対象領域を撮像することにより得られる対象領域のハイダイナミックレンジ画像を取得する。そして、取得したハイダイナミックレンジ画像に対してトーンマッピング処理を施す。このため、トーンマッピング処理が施された画像に基づいて、対象領域の地形情報や構造物情報を容易に取得することが可能となる。なお、地形情報は、例えば、対象領域における地表や水底等の起伏等を示す情報であり、構造物情報は、例えば、対象領域に配設された構造物（自然物及び人工物）の有無及び形状等を示す情報である。

ここで、現在、洋上開発の適地選定や海底ケーブルの敷設のルート選定等をよりスムーズに行うことが要望されている。洋上開発の適地選定や海底ケーブルの敷設のルート選定を行うためには、その対象領域の情報を予め取得する必要がある。しかしながら、従来の技術にあっては、測量船等を当該対象領域に実際に航行させる必要があり、情報の取得が容易ではない。これに対して、本発明者は、対象領域が海洋や河川等の水域である場合には、上述した方法によって、水中の構造物情報や水底の地形情報等をも容易に取得可能であるということを見出した。すなわち、本発明に係る情報取得方法は、対象領域が水域を含む場合に適用することがより有効である。

ところで、対象領域の写真を得る際に、互いに部分的に重複した複数の画像を取得し、それらを接合（モザイク処理）して一つの写真を生成する場合がある。本発明者は、そのような場合には、各画像に対して単純にトーンマッピング処理を施すと、画像間の明るさの違いがより強調される結果、画像を接合する際に明るさの調整が必要になってしまうという問題が生じることを見出した。特に、航空写真を生成する場合には、広範な対象領域を異なる時間帯において複数回にわたり撮像することが想定されるため、この問題が顕著となる。

そこで、本発明に係る情報取得方法においては、画像取得工程において、互いに部分的に重複する複数のハイダイナミックレンジ画像を取得し、画像処理工程において、それぞれのハイダイナミックレンジ画像における画像輝度値の頻度分布に基づいて、それぞれのハイダイナミックレンジ画像に対するトーンマッピング処理の補正処理係数を決定すると共に、該補正処理係数を用いてそれぞれのハイダイナミックレンジ画像に対してトーンマッピング処理を施すことが好適である。

このように、互いに部分的に重複する複数枚の画像を取得した場合に、それぞれの画像における画像輝度値の頻度分布に基づいて、それぞれの画像に対するトーンマッピング処理の補正処理係数を決定し、その補正処理係数を用いてそれぞれの画像に対してトーンマッピング処理を施せば、画像間の明るさが均一化されるので、上述した問題が生じることを抑制することができる。したがって、この場合には、対象領域の地形情報や構造物情報をより容易且つ確実に取得することが可能となる。

本発明によれば、対象領域の情報を容易に取得可能な情報取得方法を提供することができる。

本実施形態に係る情報取得方法を実施するための情報取得装置の構成を示すブロック図である。 図１に示された情報取得装置における情報取得方法の主要な工程を示すフローチャートである。 本実施形態に係る情報取得方法により取得された対象領域の画像、及び従来の方法により取得された対象領域の画像を示す写真である。 本実施形態に係る情報取得方法により取得された対象領域の画像、及び従来の方法により取得された対象領域の画像を示す写真である。 本実施形態に係る情報取得方法により取得された対象領域の画像、及び従来の方法により取得された対象領域の画像を示す写真である。 本実施形態に係る情報取得方法により取得された対象領域の画像、及び従来の方法により取得された対象領域の画像を示す写真である。 本実施形態に係る情報取得方法の主要な工程を説明するための図である。 本実施形態に係る情報取得方法の主要な工程を説明するための図である。

引き続いて、本発明に係る情報取得方法の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る情報取得方法を実施するための情報取得装置の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、情報取得装置１は、撮像装置１０と画像処理装置２０とを備えている。情報取得装置１は、撮像装置１０及び画像処理装置２０を用いて得られる航空写真に基づいて、対象領域の地形情報や構造物情報等を取得するための装置である。

なお、対象領域は、地形情報や構造物情報を取得する対象となる領域であり、例えば、市街地や山間部等の陸地、海洋や河川や湖等の水域、及び、それらが混在する領域等の任意の領域である。また、地形情報は、例えば、対象領域における地表や水底の起伏等を示す情報であり、構造物情報は、例えば、対象領域における構造物の有無を示す情報や、対象領域に配設された構造物の形状等を示す情報である。さらに、構造物は、例えば、樹木等の自然物や、市街地等における建造物や水域における漁業用設置物等の人工物を含む。

撮像装置１０は、例えば航空機に搭載されている。撮像装置１０は、対象領域の上空から対象領域を撮像し、対象領域のハイダイナミックレンジ画像を取得する。ハイダイナミックレンジ画像は、例えば、ダイナミックレンジが２５６階調（８ビット）より広いダイナミックレンジ（例えば４０９６階調（１２ビット））を有する画像である。なお「２５６階調（８ビット）画像」は、一般用途に広く用いられているデジタルカメラ等で撮影される画像フォーマットである。撮像装置１０としては、上述したようなハイダイナミックレンジ画像を取得可能な任意のカメラ等を用いることができる。

画像処理装置２０は、撮像装置１０によって取得された対象領域のハイダイナミックレンジ画像を入力（取得）し、所定の画像処理を行う。より具体的には、画像処理装置２０は、トーンマッピング処理部２１及び正射投影変換処理部２３を有している。トーンマッピング処理部２１は、撮像装置１０からハイダイナミックレンジ画像を入力（取得）し、該ハイダイナミックレンジ画像に対してトーンマッピング処理を施す。正射投影変換処理部２３は、トーンマッピング処理が施された画像を入力し、正射投影処理を施して出力する。これにより、対象領域の航空写真が得られ、その航空写真に基づいて対象領域の地形情報や構造物情報を取得することが可能となる。

ここで、情報取得装置１を用いて、比較的広範な対象領域の航空写真を得る場合には、撮像装置１０によって、互いに部分的に重複する複数のハイダイナミックレンジ画像を取得し、画像処理装置２０によって該複数のハイダイナミックレンジ画像を互いに接合する（モザイク処理を施す）。そのために、画像処理装置２０は、統計情報取得部２５、補正処理係数決定部２７、及び、画像接合部２９をさらに有している。

統計情報取得部２５は、撮像装置１０から複数のハイダイナミックレンジ画像を入力（取得）し、それぞれのハイダイナミックレンジ画像における画像輝度値の頻度分布（統計情報）を取得して補正処理係数決定部２７に出力する。補正処理係数決定部２７は、それぞれのハイダイナミックレンジ画像における画像輝度値の頻度分布に基づいて、それぞれのハイダイナミックレンジ画像に対するトーンマッピング処理の補正処理係数（補正パラメータ）を決定し、トーンマッピング処理部２１に出力する。

したがって、トーンマッピング処理部２１においては、それぞれのハイダイナミックレンジ画像に対応した補正処理係数を用いて、それぞれのハイダイナミックレンジ画像に対してトーンマッピング処理を施す。トーンマッピング処理が施されたそれぞれのハイダイナミックレンジ画像は、正射投影変換処理部２３によって正射投影変換された後に、画像接合部２９によって互いに接合される。これにより、広範な対象領域の航空写真が得られ、その航空写真に基づいて対象領域の地形情報や構造物情報を取得することが可能となる。

なお、画像処理装置２０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を含むコンピュータを主体として構成される。画像処理装置２０の各部の機能（及び後述する情報取得方法）は、そのコンピュータにおいて所定のプログラムを実行することによって実現される。また、画像処理装置２０は、航空機等に搭載されている必要はない。

引き続いて、情報取得装置１における情報取得方法について詳細に説明する。図２は、図１に示された情報取得装置における情報取得方法の主要な工程を示すフローチャートである。図２に示される情報取得方法は、主に、画像処理装置２０といったコンピュータを用いて対象領域における地形情報及び／又は構造物情報を取得するための情報取得方法である。この情報取得方法においては、まず、航空機等に搭載された撮像装置１０を用いて対象領域の上空から対象領域を撮像して得られる対象領域のハイダイナミックレンジ画像を、画像処理装置２０（トーンマッピング処理部２１）が撮像装置１０から取得する（ステップＳ１０１：画像取得工程）。

続いて、ステップＳ１０１で取得したハイダイナミックレンジ画像に対して、画像処理装置２０のトーンマッピング処理部２１がトーンマッピング処理を施す（ステップＳ１０２：）。そして、ステップＳ１０２でトーンマッピング処理が施された画像に対して、正射投影変換処理部２３が正射投影処理を施す（ステップＳ１０３）。これにより、対象領域の画像（航空写真）が得られる。

なお、ここでのトーンマッピング処理は、デジタル画像として記録された光の強度を一般的なＰＣ等のディスプレイモニターやプリンターで表現できる２５６階調（８ビット）に変換する操作を含む。ステップＳ１０１で取得したハイダイナミックレンジ画像は、ディスプレイやプリンターの表現能力よりも高いコントラスト比をもつ１２ビット（４０９６階調）画像である。

引き続いて、本実施形態に係る情報取得方法の作用・効果について説明する。図３の（ａ）は、以上のような本実施形態に係る情報取得方法により得られた対象領域の画像である。一方、図３の（ｂ）は、上述した方法とは異なり、画像全体を線形変換して得られた対象領域の従来の画像である。図３に示される画像は、対象領域を所定の市街地の一部としたものである。

図３に示されるように、従来の画像においては、例えば、対象領域の中央部分ＡＲが樹木Ａの影となっており（黒つぶれが生じており）、その中央部分ＡＲにおいて地形情報及び構造物情報が得られていない等、視認性が低下している。これに対して、本実施形態に係る情報取得方法により得られた画像においては、例えば、対象領域の中央部分ＡＲが相対的に明るく表示されており、その中央部分ＡＲにおいて地形情報及び構造物情報が十分に得られている。なお、従来の画像においては、例えば、影となっている中央部分ＡＲにおいて地形情報や構造物情報を得るためには、明るさを手動調整することが考えられるが、その場合には、もともと明るい領域に白とびが生じ、やはり視認性が低下してしまう。

以上のように、本実施形態に係る情報取得方法においては、対象領域の上空から対象領域を撮像することにより、対象領域のハイダイナミックレンジ画像を取得する。そして、取得したハイダイナミックレンジ画像に対してトーンマッピング処理を施す。このため、トーンマッピング処理が施された画像に基づいて、対象領域の地形情報や構造物情報を容易に取得することが可能となる。

ここで、本実施形態に係る情報取得方法は、対象領域が水域を含む場合により有効である。図４、図５、及び図６は、対象領域が海洋を含む場合に得られた対象領域の画像（航空写真）である。特に、図４〜６の（ａ）は、本実施形態に係る情報取得方法により得られた対象領域の画像であり、図４〜６の（ｂ）は、比較のための従来の画像である。

図４〜６に示されるように、本実施形態に係る情報取得方法により得られた画像においては、対象領域の水中に至るまで明確に表示されており、岩場や漁礁といった水底の地形情報や、定置網の有無やその形状といった水中の構造物情報が十分に得られている。これに対して、従来の画像においては、対象領域における水中の大部分が暗く、地形情報や構造物情報を得ることが困難である。

このように、本実施形態に係る情報取得方法を、対象領域が水域を含む場合に適用すれば、対象領域の水底の地形情報や水中の構造物情報が好適に得られる。このため、例えば、洋上開発の適地選定や海底ケーブル敷設のルート選択等において、その後の調査範囲を的確に絞り込むことが可能となる。

ここで、上述したように、比較的広範な対象領域の航空写真を得る場合には、互いに部分的に重複する複数のハイダイナミックレンジ画像を取得し、それらの複数のハイダイナミックレンジ画像を互いに接合する（モザイク処理を施す）。引き続いて、そのような場合における情報取得方法について説明する。

図２に示されるように、そのような場合、本実施形態に係る情報取得方法においては、まず、撮像装置１０を用いて対象領域の上空から対象領域を複数回にわたって撮像して得られる互いに部分的に重複する複数のハイダイナミックレンジ画像を、画像処理装置２０（トーンマッピング処理部２１及び統計情報取得部２５）が撮像装置１０から取得する（ステップＳ１０１：画像取得工程）。このとき得られる複数のハイダイナミックレンジ画像は、例えば、図７の（ａ）に示されるように、互いに、全体的な明るさが異なる場合がある。このため、各ハイダイナミックレンジ画像に対して単純にトーンマッピング処理を施すと、例えば図７の（ｂ）に示されるように、画像間の明るさの違いがより強調されてしまう場合がある。

そこで、本実施形態に係る情報取得方法は、続く工程において、統計情報取得部２５が、ステップＳ１０１で取得したそれぞれのハイダイナミックレンジ画像における画像輝度分布（統計情報）を取得する（工程Ｓ２０１：画像処理工程）。このとき、図８の（ａ）に示されるように、各ハイダイナミックレンジ画像に写り込む物体等に応じて、得られる画像輝度分布の形状が異なる。

続いて、補正処理係数決定部２７が、ステップＳ２０１で取得したそれぞれのハイダイナミックレンジ画像の画像輝度分布に基づいて、それぞれのハイダイナミックレンジ画像に対する適切なトーンマッピング処理の補正処理係数を決定する（工程Ｓ２０２：画像処理工程）。そして、トーンマッピング処理部２１が、ステップＳ２０２で決定された補正処理係数を用いて、それぞれのハイダイナミックレンジ画像に対してトーンマッピング処理を施す（ステップＳ１０２：画像処理工程）。

これにより、図８の（ｂ）に示されるように、写り込む物体が互いに異なるハイダイナミックレンジ画像同士を、略均一な明るさ・コントラストとすることができる。換言すれば、ステップＳ２０２において、補正処理係数決定部２７は、ハイダイナミックレンジ画像同士が略均一な明るさ・コントラストとなるように、補正処理係数を決定する。

その後、ステップＳ１０２でトーンマッピング処理が施されたそれぞれの画像に対して、正射投影変換処理部２３が正射投影処理を施した（ステップＳ１０３）後に、その画像同士を互いに接合する（ステップＳ２０３）ことにより、対象領域の一枚の画像（航空写真）が得られる。このとき、画像同士の明るさ・コントラストが略均一であるので、それらの接合処理が容易となる。その結果、図８の（ｃ）に示されるように、接合画像の品質が良好となる。

以上のように、本実施形態に係る情報取得方法によれば、複数のハイダイナミックレンジ画像を接合して一つの航空写真を生成する場合には、それぞれのハイダイナミックレンジ画像の画像輝度値の頻度分布に基づいて、トーンマッピング処理の補正処理係数を決定し、その補正処理係数を用いてそれぞれのハイダイナミックレンジ画像に対してトーンマッピング処理を施すので、画像間の明るさが均一化される。よって、各画像を接合して得られる航空写真に基づいて、対象領域の地形情報や構造物情報をより容易且つ確実に取得することが可能となる。

なお、複数の画像を接合して一つの写真を生成する際に、トーンマッピング処理によって画像間の明るさの違いがより強調される結果、画像の接合の際に明るさの調整が必要になってしまうという問題点は、特に、航空写真を生成する場合に顕著となる。これは、航空写真を生成する場合には、広範な対象領域を異なる時間帯において複数回にわたり撮像することが想定されるためである。

以上の実施形態は、本発明に係る情報取得方法の一実施形態について説明したものである。したがって、本発明に係る情報取得方法は、上述した実施形態に係る情報取得方法に限定されない。本発明に係る情報取得方法は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述した実施形態に係る情報取得方法を任意に変更したものとすることができる。

１…情報取得装置、１０…撮像装置、２０…画像処理装置、２１…トーンマッピング処理部、２５…統計情報取得部、２７…補正処理係数決定部。

Claims (3)

1. コンピュータを用いて対象領域における地形情報及び／又は構造物情報を取得するための情報取得方法であって、
   前記対象領域の上空から前記対象領域を撮像することにより得られる前記対象領域のハイダイナミックレンジ画像を取得する画像取得工程と、
   前記画像取得工程で取得した前記ハイダイナミックレンジ画像に対してトーンマッピング処理を施す画像処理工程と、を含む、
   ことを特徴とする情報取得方法。
2. 前記対象領域は水域を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の情報取得方法。
3. 前記画像取得工程においては、互いに部分的に重複する複数の前記ハイダイナミックレンジ画像を取得し、
   前記画像処理工程においては、それぞれの前記ハイダイナミックレンジ画像における画像輝度値の頻度分布に基づいて、それぞれの前記ハイダイナミックレンジ画像に対する前記トーンマッピング処理の補正処理係数を決定すると共に、該補正処理係数を用いてそれぞれの前記ハイダイナミックレンジ画像に対して前記トーンマッピング処理を施す、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の情報取得方法。