JP2015141118A - Forest physiognomy analyzer, forest physiognomy analysis method and program - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To use a color image to visualize a difference in forest physiognomy.SOLUTION: A laser measurement feature quantity extraction unit 20 extracts predetermined one or more laser measurement feature quantities on the basis of aerial laser measurement data obtained by scanning a target area including a forest. An aerial photographic image feature quantity extraction unit 22 extracts predetermined one or more aerial photographic image feature quantities on the basis of an aerial photographic image obtained by imaging the target area from the air. A color image generation unit 24 generates a color image of the target area on the basis of each set of the laser measurement quantities and the aerial photographic image feature quantities. The color image generation unit 24 determines a pixel value of the color image on the basis of values in an area that correspond to pixels of multiple imaging feature quantities respectively being the laser measurement quantities or the aerial photographic image feature quantities.

Description

本発明は、航空画像及び航空レーザ計測データから森林の林相の違いをカラー画像で可視化する林相解析装置、林相解析方法及びプログラムに関する。   The present invention relates to a forest facies analysis apparatus, a forest facies analysis method, and a program for visualizing differences in forest fauna with color images from aerial images and aerial laser measurement data.

林相は樹種・樹齢、樹冠や木の生育状態などによる森林の様子・形態であり、林相区画は林相によって区分された森林領域である。一般に、林相区分図は林相区画における林相のタイプ(林相区分)を判別することで作成される。   The forest fauna is the state and form of the forest according to the tree species / age age, the canopy and the growth state of the tree, and the forest fauna compartment is a forest area divided by the forest fauna. In general, forest type maps are created by identifying the type of forest type (forest type) in the forest type section.

ここで、航空機などによる上空からのリモートセンシングは、広範囲での地上の状況把握が可能であり、林相区分図の作成などの林相の解析に利用されている。具体的には、従来、林相の解析には主として航空写真等の上空からの高分解能画像データが利用されている。そして当該データを利用した林相区画の抽出や林相区分図の作成は、人間が実体視鏡やデジタル図化機等を用いて目視判読で行っている。しかし、航空写真を用いた林相の判読は、撮影の時期、撮影の方向・角度、及び太陽の方位角・高度角などにより画像が影響を受け、またそれを避けようとすると撮影機会が制限されるという問題を有する。また、例えば、樹種が異なる林相を色で区別することが難しい場合があることや、同じ樹種であっても樹齢や生育状況の異なる林相を、高さ情報を含まない航空写真から区別することは難しいことなどから、航空写真に基づいて正確に林相を目視判別することは必ずしも容易ではない。   Here, remote sensing from the sky by an aircraft or the like can grasp the situation on the ground in a wide range, and is used for analysis of forest fauna such as creation of forest fauna division maps. Specifically, conventionally, high-resolution image data from the sky such as aerial photographs has been mainly used for forest phase analysis. Extraction of forest facies sections and creation of forest facies division maps using the data are performed by humans by visual interpretation using a stereoscope or a digital mapper. However, the interpretation of forestry using aerial photography is affected by the timing of shooting, the direction and angle of shooting, the azimuth and altitude of the sun, and if you try to avoid it, shooting opportunities are limited. Have a problem. Also, for example, it may be difficult to distinguish forest fauna with different tree species by color, or to distinguish forest fauna with different age and growth status even from the same tree species from aerial photographs that do not include height information. Due to difficulties, it is not always easy to visually distinguish forest stands based on aerial photographs.

ここで他のリモートセンシング技術として航空レーザ計測がある。航空レーザ計測で取得した3次元点群データは森林の地形や樹高の計測、立木密度や材積の推定などに幅広く利用されている。   Another remote sensing technology here is aviation laser measurement. Three-dimensional point cloud data acquired by aerial laser measurement is widely used for measurement of forest topography and tree height, and estimation of standing tree density and volume.

航空レーザ計測データからは樹木の高さ情報を得ることができるので、航空レーザ計測データを用いて、又はこれを航空写真と併用して林相を自動判別することも研究されている。しかし従来提案されている林相解析では、航空レーザ計測データに含まれ得る情報のうち高さや反射強度など単純な情報しか利用しないものが主である。   Since the height information of trees can be obtained from the aerial laser measurement data, it has been studied to use the aerial laser measurement data or use it in combination with aerial photographs to automatically determine the forest fauna. However, the forest phase analysis that has been proposed in the past mainly uses simple information such as height and reflection intensity among the information that can be included in the aviation laser measurement data.

特開2008−46837号公報JP 2008-46837 A 特開2011−24471号公報JP 2011-24471 A 特開2013−54660号公報JP2013-54660A

航空レーザ計測は地物の3次元構造情報を直接計測によって取得し、またレーザを自ら照射する能動的なセンシングであるので航空写真に比べて地物の3次元構造情報データ収集時に関する条件が緩やかである。そのため、航空写真と航空レーザ計測とを併用することで、より安定かつ正確に林相区分図の作成などの林相解析を行える可能性がある。しかし、航空写真や衛星画像などの空中撮影画像及び航空レーザ計測データを併用して林相の目視判読、又は自動判読処理結果を目視確認するための技術については従来、十分には検討されていなかった。   The aerial laser measurement is an active sensing that directly acquires the 3D structure information of the feature and irradiates the laser itself, so the conditions for collecting the 3D structure information data of the feature are gentler than the aerial photograph. It is. Therefore, by using aerial photographs and aerial laser measurements in combination, there is a possibility that forest facies analysis such as creation of forest facies division maps can be performed more stably and accurately. However, techniques for visual interpretation of forest facies or visual interpretation processing results using aerial images such as aerial photographs and satellite images and aerial laser measurement data have not been sufficiently studied. .

具体的には、目視判読、目視確認の作業を行うには林相の可視化(Visualization:ビジュアライゼーション)が必要となるが、従来は空中撮影画像及び航空レーザ計測データから林相判読に必要な情報を如何に抽出し可視化するかについて十分な検討がなされていない。特に、林相の可視化に関し、航空レーザ計測データに含まれるどのような情報を、林相の違いを鮮明に表現するのに利用できるのかについての検討は必ずしも十分ではなかった。   Specifically, visual interpretation (visualization) is required to perform visual interpretation and visual confirmation work, but in the past, how to obtain information necessary for interpretation of forest phase from aerial images and aerial laser measurement data. There has not been sufficient study on whether to extract and visualize them. In particular, regarding visualization of forestry, it was not always sufficient to examine what information contained in aerial laser measurement data could be used to clearly express differences in forestry.

本発明は、空中撮影画像及び航空レーザ計測データを併用して森林の林相の違いをカラー画像で可視化する林相解析装置、林相解析方法及びプログラムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a forest facies analysis apparatus, a forest facies analysis method, and a program for visualizing a difference in forest facies in a color image by using an aerial image and aerial laser measurement data together.

(1)本発明に係る林相解析装置は、森林を含む対象地域をスキャンして取得した航空レーザ計測データに基づき、予め定められた1又は複数のレーザ計測特徴量を抽出するレーザ計測特徴量抽出手段と、前記対象地域を上空から撮影した空中撮影画像に基づき、予め定められた1又は複数の空中撮影画像特徴量を抽出する空中撮影画像特徴量抽出手段と、前記レーザ計測特徴量と前記空中撮影画像特徴量との組に基づいて前記対象地域のカラー画像を生成する手段であって、それぞれ前記レーザ計測特徴量又は前記空中撮影画像特徴量である複数の画像化特徴量の画素に対応する領域での値に基づいて前記カラー画像の画素値を定めるカラー画像生成手段と、を有する。   (1) The forest fauna analysis apparatus according to the present invention extracts a laser measurement feature amount that extracts one or more predetermined laser measurement feature amounts based on aerial laser measurement data acquired by scanning a target area including a forest. Means, an aerial photographed image feature quantity extracting means for extracting one or more predetermined aerial photographed image feature quantities based on an aerial photographed image obtained by photographing the target area from above, the laser measurement feature quantity and the aerial image A means for generating a color image of the target area based on a set with a captured image feature amount, each corresponding to a plurality of pixels of the imaging feature amount that is the laser measurement feature amount or the aerial captured image feature amount Color image generating means for determining pixel values of the color image based on values in the area.

(2)上記(1)に記載する林相解析装置において、前記レーザ計測特徴量抽出手段は前記レーザ計測特徴量として、レーザの照射パルスに対する反射パルスの個数に応じて定まる前記各計測地点での反射パルス指標、レーザの反射強度、当該レーザの反射強度を画素値とした前記対象地域での画像を二値化したパターンから抽出されたテクスチャ特徴量、及び樹高のうちの少なくとも1つを抽出し、前記空中撮影画像特徴量抽出手段は前記空中撮影画像特徴量として、それぞれ前記空中撮影画像から抽出されるテクスチャ情報及びスペクトル情報のうちの少なくとも1つを抽出する構成とすることができる。   (2) In the forest phase analysis apparatus described in (1) above, the laser measurement feature quantity extraction unit reflects the reflection at each measurement point determined according to the number of reflected pulses with respect to the laser irradiation pulse as the laser measurement feature quantity. Extracting at least one of a pulse index, a laser reflection intensity, a texture feature amount extracted from a pattern obtained by binarizing an image in the target area using the reflection intensity of the laser as a pixel value, and a tree height, The aerial captured image feature amount extraction unit may extract at least one of texture information and spectrum information extracted from the aerial captured image as the aerial captured image feature amount.

(3)上記(1)及び(2)に記載する林相解析装置において、前記レーザ計測特徴量抽出手段は、前記レーザ計測特徴量として少なくとも樹高を抽出し、前記カラー画像生成手段は、前記画像化特徴量に前記樹高を含んだ前記カラー画像を生成する構成とすることができる。   (3) In the forest phase analysis apparatus described in (1) and (2) above, the laser measurement feature amount extraction unit extracts at least a tree height as the laser measurement feature amount, and the color image generation unit includes the imaging The color image including the tree height in the feature amount can be generated.

(4)上記(3)に記載する林相解析装置において、複数の前記カラー画像を対比可能に表示する表示手段を有し、前記カラー画像生成手段は、前記表示手段により表示する前記複数のカラー画像として、前記複数の画像化特徴量の組み合わせが互いに異なるものを生成する構成とすることができる。   (4) In the forest fauna analysis apparatus described in (3) above, it has display means for displaying the plurality of color images in a comparable manner, and the color image generation means displays the plurality of color images displayed by the display means. As another example, the combination of the plurality of imaging feature amounts may be different from each other.

(5)本発明に係る林相解析方法は、森林を含む対象地域をスキャンして取得した航空レーザ計測データに基づき、予め定められた1又は複数のレーザ計測特徴量を抽出するレーザ計測特徴量抽出ステップと、前記対象地域を上空から撮影した空中撮影画像に基づき、予め定められた1又は複数の空中撮影画像特徴量を抽出する空中撮影画像特徴量抽出ステップと、前記レーザ計測特徴量と前記空中撮影画像特徴量との組に基づいて前記対象地域のカラー画像を生成する処理ステップであって、それぞれ前記レーザ計測特徴量又は前記空中撮影画像特徴量である複数の画像化特徴量の画素に対応する領域での値に基づいて前記カラー画像の画素値を定めるカラー画像生成ステップと、を有する。   (5) The forest fauna analysis method according to the present invention is a laser measurement feature extraction that extracts one or more predetermined laser measurement features based on aerial laser measurement data acquired by scanning a target area including a forest. A step of extracting a predetermined one or a plurality of aerial photographed image feature values based on an aerial photographed image obtained by photographing the target area from above, the laser measurement feature value and the aerial image A processing step of generating a color image of the target area based on a set with a captured image feature amount, each corresponding to a plurality of pixels of the imaging feature amount that is the laser measurement feature amount or the aerial captured image feature amount And a color image generation step for determining a pixel value of the color image based on a value in a region to be processed.

(6)本発明に係るプログラムは、コンピュータに林相解析を行わせるためのプログラムであって、当該コンピュータを、森林を含む対象地域をスキャンして取得した航空レーザ計測データに基づき、予め定められた1又は複数のレーザ計測特徴量を抽出するレーザ計測特徴量抽出手段、前記対象地域を上空から撮影した空中撮影画像に基づき、予め定められた1又は複数の空中撮影画像特徴量を抽出する空中撮影画像特徴量抽出手段、及び、前記レーザ計測特徴量と前記空中撮影画像特徴量との組に基づいて前記対象地域のカラー画像を生成する手段であって、それぞれ前記レーザ計測特徴量又は前記空中撮影画像特徴量である複数の画像化特徴量の画素に対応する領域での値に基づいて前記カラー画像の画素値を定めるカラー画像生成手段、として機能させる。   (6) A program according to the present invention is a program for causing a computer to perform forest facies analysis, and is predetermined based on aerial laser measurement data acquired by scanning the target area including the forest. Laser measurement feature quantity extraction means for extracting one or a plurality of laser measurement feature quantities; aerial photography for extracting one or more predetermined aerial photographed image feature quantities based on an aerial photographed image obtained by photographing the target area from above Image feature quantity extraction means, and means for generating a color image of the target area based on a set of the laser measurement feature quantity and the aerial photographed image feature quantity, the laser measurement feature quantity or the aerial photography respectively A color image generator that determines a pixel value of the color image based on values in a region corresponding to pixels of a plurality of imaging feature amounts that are image feature amounts , To function as.

本発明によれば、空中撮影画像及び航空レーザ計測データを併用して森林の林相の違いをカラー画像で可視化することができる。   According to the present invention, it is possible to visualize a difference in forest fauna in a color image by using an aerial photographed image and aerial laser measurement data in combination.

本発明の実施形態である林相解析システムの概略の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the outline of the forest facies analysis system which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態である林相解析システムにおける処理及びデータの概略のフロー図である。It is a flow chart of an outline of processing and data in a forest facies analysis system which is an embodiment of the present invention. 航空レーザ計測データから得られる特徴量の例を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the example of the feature-value obtained from aviation laser measurement data. 対象地域の航空写真(オルソ画像)の一例である。It is an example of the aerial photograph (ortho image) of an object area. 図4に示す対象地域のDCHM(デジタル樹冠高モデル:Digital Canopy Height Model)画像の一例である。It is an example of a DCHM (Digital Canopy Height Model) image of the target area shown in FIG. 図4に示す対象地域のRI(反射強度:Reflection Intensity)画像の一例である。5 is an example of an RI (Reflection Intensity) image of the target area shown in FIG. 4. 図4に示す対象地域のBRI(二値化反射強度:Binary Reflection Intensity)画像の一例である。It is an example of the BRI (Binary Reflection Intensity) image of the target area shown in FIG. 図4に示す対象地域のFPR(ファーストパルス比:First Pulse Ratio)画像の一例である。It is an example of the FPR (First Pulse Ratio: First Pulse Ratio) image of the object area shown in FIG. 図4に示す対象地域のIPR(中間パルス比:Intermediate Pulse Ratio)画像の一例である。It is an example of the IPR (Intermediate Pulse Ratio) image of the target area shown in FIG. 画像BI(二値画像:Binary Image)の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of image BI (binary image: Binary Image). 画像BGI(二値化勾配画像:Binary Gradient Image)の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of image BGI (binary gradient image: Binary Gradient Image). LBP(局所二値パターン:Local Binary Pattern)画像の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a LBP (Local Binary Pattern: Local Binary Pattern) image.

以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

図1は、実施形態である林相解析システム2の概略の構成を示すブロック図である。本システムは、演算処理装置4、記憶装置6、入力装置8及び出力装置10を含んで構成される。演算処理装置4として、本システムの処理を行う専用のハードウェアを作ることも可能であるが、本実施形態では演算処理装置4は、コンピュータ及び、当該コンピュータ上で実行されるプログラムを用いて構築される。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a forest phase analysis system 2 according to the embodiment. The system includes an arithmetic processing device 4, a storage device 6, an input device 8, and an output device 10. As the arithmetic processing unit 4, it is possible to make dedicated hardware for performing the processing of this system. However, in this embodiment, the arithmetic processing unit 4 is constructed using a computer and a program executed on the computer. Is done.

演算処理装置4は、コンピュータのCPU(Central Processing Unit)からなり、後述するレーザ計測特徴量抽出部20、空中撮影画像特徴量抽出部22及びカラー画像生成部24として機能する。   The arithmetic processing unit 4 includes a CPU (Central Processing Unit) of a computer and functions as a laser measurement feature amount extraction unit 20, an aerial captured image feature amount extraction unit 22, and a color image generation unit 24, which will be described later.

記憶装置6はROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等のメモリ装置である。記憶装置6は演算処理装置4にて実行される各種のプログラムや、本システムの処理に必要な各種データなどを記憶し、演算処理装置4との間でこれらの情報を入出力する。例えば、記憶装置6には航空レーザ計測データ30及びオルソ画像データ32が予め格納される。   The storage device 6 is a memory device such as a ROM (Read Only Memory) or a RAM (Random Access Memory). The storage device 6 stores various programs executed by the arithmetic processing device 4 and various data necessary for processing of the present system, and inputs / outputs such information to / from the arithmetic processing device 4. For example, the aviation laser measurement data 30 and the ortho image data 32 are stored in the storage device 6 in advance.

航空レーザ計測データ30は、例えば、航空機やヘリコプターなどに搭載されたレーザ計測システムを用いて取得される。レーザ計測システムはレーザスキャナ及びGPS/IMU(Global Positioning System/Inertial Measurement Unit)を含んで構成される。レーザスキャナは上空から地上へ向けてレーザパルスを掃射し、その反射パルスを受信する。航空レーザ計測データ30の取得に用いるレーザスキャナは近赤外レーザパルスを照射し、また1つの照射パルスに対する所定数(例えば、4点とする装置が多い)の反射パルスを記録できるものを用いる。レーザスキャナによりレーザパルスの照射方向、パルスの発射から受信までの時間差が得られ、一方、GPS/IMUにより航空機の位置・姿勢が得られ、これらのデータからレーザパルスの反射点の座標が算出される。航空レーザ計測データ30には例えば、レーザパルスの反射強度、レーザパルスごとの各反射点の座標が含まれる。また、レーザ計測システムとして、フルウェーブ(Full-Waveform)計測に対応したものを用いてもよい。   The aviation laser measurement data 30 is acquired using, for example, a laser measurement system mounted on an aircraft, a helicopter, or the like. The laser measurement system includes a laser scanner and a GPS / IMU (Global Positioning System / Inertial Measurement Unit). The laser scanner sweeps a laser pulse from the sky toward the ground and receives the reflected pulse. The laser scanner used for acquiring the aviation laser measurement data 30 irradiates a near-infrared laser pulse and uses a laser scanner capable of recording a predetermined number (for example, many devices having four points) of reflected pulses for one irradiation pulse. The laser scanner gives the laser pulse irradiation direction and the time difference from pulse emission to reception, while the GPS / IMU gives the aircraft position and orientation, and the coordinates of the laser pulse reflection point are calculated from these data. The The aviation laser measurement data 30 includes, for example, the reflection intensity of the laser pulse and the coordinates of each reflection point for each laser pulse. Further, a laser measurement system compatible with full-wave measurement may be used.

オルソ画像データ32は航空機等から撮影された空中撮影画像に基づいて生成される。本システムではオルソ画像データ32は、森林を含む対象領域を上空から撮影した航空写真等の高分解能画像データであり、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)の3成分からなる3バンドのマルチスペクトル画像、又はこれらに近赤外(NIR)を加えた4成分からなる4バンドのマルチスペクトル画像である。   The ortho image data 32 is generated based on an aerial photographed image taken from an aircraft or the like. In this system, the ortho image data 32 is high-resolution image data such as aerial photographs taken from above the target area including the forest, and includes, for example, three components of red (R), green (G), and blue (B). Or a four-band multispectral image composed of four components obtained by adding near-infrared (NIR) to these three-band multispectral images.

入力装置8は、キーボード、マウスなどであり、ユーザが本システムへの操作を行うために用いる。   The input device 8 is a keyboard, a mouse, or the like, and is used for a user to operate the system.

出力装置10は、ディスプレイ、プリンタなどであり、本システムにより生成された林相画像を画面表示、印刷等によりユーザに示す等に用いられる。また、林相画像を他のシステムで利用できるよう、データとして出力してもよい。   The output device 10 is a display, a printer, or the like, and is used to display the forest image generated by the present system to the user by screen display, printing, or the like. Further, the forest phase image may be output as data so that it can be used in other systems.

レーザ計測特徴量抽出部20は、記憶装置6に格納される航空レーザ計測データ30に基づき、予め定められた1又は複数種類の特徴量(レーザ計測特徴量)を、解析対象とする地域(対象地域)の各計測地点について算出し、計測地点間にて内挿処理を行い各画素での特徴量を定義し、対象地域について当該特徴量を画素値とする特徴量画像を生成する。例えば、レーザ計測特徴量抽出部20には特徴量画像を生成する特徴量の種類ごとに画像生成部が設けられる。本実施形態ではレーザ計測特徴量抽出部20がDCHM画像生成部50、RI画像生成部52、BRI画像生成部54及びPR画像生成部56を備えた例を示している。これら各画像生成部については後述する。   The laser measurement feature quantity extraction unit 20 is configured to analyze one or more types of predetermined feature quantities (laser measurement feature quantities) based on the aviation laser measurement data 30 stored in the storage device 6 (targets). (Region) is calculated for each measurement point, interpolation is performed between the measurement points, a feature amount at each pixel is defined, and a feature amount image having the feature amount as a pixel value for the target region is generated. For example, the laser measurement feature amount extraction unit 20 is provided with an image generation unit for each type of feature amount for generating a feature amount image. In the present embodiment, an example in which the laser measurement feature amount extraction unit 20 includes a DCHM image generation unit 50, an RI image generation unit 52, a BRI image generation unit 54, and a PR image generation unit 56 is shown. Each of these image generation units will be described later.

空中撮影画像特徴量抽出部22は、記憶装置6に格納されるオルソ画像データ32に基づき、予め定められた1又は複数の特徴量(空中撮影画像特徴量)を、対象地域の各計測地点について算出し、対象地域について当該特徴量を画素値とする特徴量画像を生成する。例えば、空中撮影画像特徴量抽出部22は、予め定められたテクスチャ情報と予め定められたスペクトル情報とのいずれか一方又は両方を例えば、オルソ画像データ32の画素ごとに算出する。本システムでは空中撮影画像特徴量抽出部22はテクスチャ情報を求めるテクスチャ解析部60と、スペクトル情報を求めるスペクトル解析部62とを備える。これら各解析部については後述する。   The aerial captured image feature amount extraction unit 22 calculates one or more predetermined feature amounts (aerial captured image feature amounts) for each measurement point in the target area based on the ortho image data 32 stored in the storage device 6. A feature amount image is generated with the feature amount as a pixel value for the target area. For example, the aerial captured image feature amount extraction unit 22 calculates one or both of predetermined texture information and predetermined spectrum information for each pixel of the ortho image data 32, for example. In the present system, the aerial captured image feature amount extraction unit 22 includes a texture analysis unit 60 that obtains texture information and a spectrum analysis unit 62 that obtains spectrum information. Each of these analysis units will be described later.

カラー画像生成部24はレーザ計測特徴量抽出部20及び空中撮影画像特徴量抽出部22により抽出された特徴量に基づいて林相を可視化した林相画像を生成する。この際、特徴量に応じてカラーテーブルを用意しておき、所定範囲の特徴量の値に対して所定の画素値を割り当て、林相画像を生成する構成としてもよい。   The color image generation unit 24 generates a forest phase image in which the forest phase is visualized based on the feature amounts extracted by the laser measurement feature amount extraction unit 20 and the aerial captured image feature amount extraction unit 22. At this time, a color table may be prepared according to the feature amount, a predetermined pixel value is assigned to a feature amount value in a predetermined range, and a forest phase image may be generated.

図2は林相解析システム2における処理及びデータの概略のフロー図である。レーザ計測特徴量抽出部20は航空レーザ計測データ30から特徴量を抽出し、また空中撮影画像特徴量抽出部22はオルソ画像データ32から特徴量を抽出し、それぞれ各特徴量について特徴量画像(特徴量画像データ40)を生成する。カラー画像生成部24は特徴量画像データ40を入力され、特徴量に基づいて林相を可視化した林相画像(林相画像データ42)を生成する。   FIG. 2 is a schematic flow diagram of processing and data in the forest fauna analysis system 2. The laser measurement feature quantity extraction unit 20 extracts feature quantities from the aerial laser measurement data 30, and the aerial captured image feature quantity extraction unit 22 extracts feature quantities from the ortho image data 32, and each feature quantity image ( Feature image data 40) is generated. The color image generation unit 24 receives the feature amount image data 40 and generates a forest phase image (forest phase image data 42) in which the forest phase is visualized based on the feature amount.

特徴量には例えば、林相に応じて値や値の分布範囲に差異が生じる量が用いられる。図3は航空レーザ計測データ30から抽出される特徴量の例を説明する模式図であり、森林を含む或る対象地域を秋に観測した例を示している。同図には複数の特徴量それぞれについて観測により得られた数値が示されており、例えば、“D”に対応する数値は広葉樹林での特徴量の値であり、同様に、“H”,“S”,“NF”の数値はヒノキ林、スギ林、非森林領域での値である。   As the feature amount, for example, an amount that causes a difference in a value or a distribution range of the value according to the forest type is used. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an example of the feature amount extracted from the aviation laser measurement data 30, and shows an example in which a certain target area including a forest is observed in autumn. The figure shows numerical values obtained by observation for each of a plurality of feature amounts. For example, a numerical value corresponding to “D” is a feature amount value in a broadleaf forest, and similarly, “H”, The numerical values of “S” and “NF” are values in cypress forest, cedar forest, and non-forest areas.

デジタル樹冠高モデル(Digital Canopy Height Model:DCHM)は数値表層モデル(Digital Surface Model:DSM)に含まれる数値標高モデル(Digital Terrain Model:DTM)の影響を除去し正規化したDSMである。ちなみに、航空レーザ計測データ30からDSM及びDTMを生成し、DSMからDTMを減算してDCHMが生成される。DCHMが森林から想定される或るしきい値(例えば、図3の例では15cm程度)より低い場所は、水域、草地、更地などの非森林領域(NF)とすることができる。また、建物の領域ではDCHMから得られる高さが建物に想定されるしきい値以上で、高さの分散が森林に比べて小さくなる場合がある。よって、DCHMは森林領域と非森林領域である建物領域とを区別し得る。   The digital canopy height model (DCHM) is a DSM that is normalized by removing the influence of the digital elevation model (Digital Terrain Model: DTM) included in the digital surface model (Digital Surface Model: DSM). Incidentally, DSM and DTM are generated from the aviation laser measurement data 30, and DTM is subtracted from DSM to generate DCHM. A place where the DCHM is lower than a certain threshold assumed from the forest (for example, about 15 cm in the example of FIG. 3) can be a non-forest area (NF) such as a water area, grassland, and clear land. Also, in the building area, the height obtained from the DCHM is greater than or equal to the threshold value assumed for the building, and the dispersion of the height may be smaller than that of the forest. Thus, the DCHM can distinguish between forest areas and building areas that are non-forest areas.

森林地域ではレーザの反射パルスのうちファーストパルスに基づいてDSMを生成し、ラストパルスに基づいてDTMを生成し、DSMからDTMを減算してDCHMが生成される。DCHMは樹高を表すデータとして用いられる。図3には示していないが、樹高は森林の生育状況、樹齢といった林相情報を反映する。   In a forest area, a DSM is generated based on a first pulse among reflected laser pulses, a DTM is generated based on a last pulse, and a DTM is subtracted from the DSM to generate a DCHM. DCHM is used as data representing tree height. Although not shown in FIG. 3, the tree height reflects forest fauna information such as the growth status and age of the forest.

レーザパルスの反射強度(Reflection Intensity:RI)は、樹木の反射断面積や吸収率を反映する。特に、近赤外領域の波長を有する光に対する反射率の相違は、従来より植生のリモートセンシングに利用されている。図3に示す観測結果では、ヒノキ林(H)及び広葉樹林(D)がスギ林(S)より高い値を示している。ちなみに反射強度はファーストパルスの強度に基づいて定義している。なお、計測に用いられるレーザスキャナの照射パルスの強度が一定であれば、反射強度は反射パルスの強度の絶対値で表すことができ、一方、照射パルスの強度が変わり得る場合には、反射強度は照射パルスの強度で正規化した相対値で表すのが好適である。   The reflection intensity (RI) of the laser pulse reflects the reflection cross-sectional area and absorption rate of the tree. In particular, the difference in reflectance with respect to light having a wavelength in the near infrared region has been conventionally used for vegetation remote sensing. In the observation result shown in FIG. 3, the cypress forest (H) and the broad-leaved forest (D) show higher values than the cedar forest (S). Incidentally, the reflection intensity is defined based on the intensity of the first pulse. If the intensity of the irradiation pulse of the laser scanner used for measurement is constant, the reflection intensity can be expressed by the absolute value of the intensity of the reflection pulse. On the other hand, if the intensity of the irradiation pulse can change, the reflection intensity Is preferably expressed as a relative value normalized by the intensity of the irradiation pulse.

図3には、反射パルス指標の例として、トータルパルス(Total Pulse:TP)、ファーストパルス比(First Pulse Ratio:FPR)、及び中間パルス比(Intermediate Pulse Ratio:IPR)を示している。ここで、レーザの照射パルスに対する反射パルスの個数に応じて定まる値を反射パルス指標と総称している。その指標値は各計測地点にて定義される。マルチパルス機能を有したレーザスキャナにより取得した航空レーザ計測データに基づく反射パルス指標は森林の内部の構造情報を反映し得る。   FIG. 3 shows a total pulse (TP), a first pulse ratio (FPR), and an intermediate pulse ratio (IPR) as examples of the reflected pulse index. Here, values determined according to the number of reflected pulses with respect to the laser irradiation pulse are collectively referred to as a reflected pulse index. The index value is defined at each measurement point. The reflected pulse index based on the aviation laser measurement data acquired by the laser scanner with multi-pulse function can reflect the structural information inside the forest.

TPは各照射パルスに対する反射パルスの総数に基づく指標であり、例えば、地表の計測地点の単位面積当たりでの反射パルス数とすることができる。なお、上述のようにマルチパルス機能を有したレーザスキャナにより取得したTPは基本的に、単位面積の地表への照射パルス数とは必ずしも一致しない。   TP is an index based on the total number of reflected pulses for each irradiation pulse, and can be, for example, the number of reflected pulses per unit area of a measurement point on the ground surface. As described above, the TP acquired by the laser scanner having the multi-pulse function basically does not necessarily match the number of irradiation pulses to the ground surface of the unit area.

図3に示すように、ヒノキ林(H)、スギ林(S)及び広葉樹林(D)におけるTPは、広葉樹林、スギ林、ヒノキ林の順に小さくなる結果が観測された。   As shown in FIG. 3, it was observed that the TP in the cypress forest (H), cedar forest (S), and broadleaf forest (D) decreases in the order of broadleaf forest, cedar forest, and cypress forest.

FPRは、計測地点の例えば単位面積からの反射パルス総数(つまりTP)に対するファーストパルスの数の比の値である。ちなみにファーストパルスは照射パルスに対して最初に検知される反射パルスである。例えば、単位面積に2発のレーザパルスが照射され、1発に対しては2つの反射パルスが受信され、他の1発に対しては3つの反射パルスが受信された場合、TPは5、ファーストパルスの数は2となるので、FPRは2/5、つまり40%である。   FPR is a value of the ratio of the number of first pulses to the total number of reflected pulses (that is, TP) from, for example, a unit area of a measurement point. Incidentally, the first pulse is a reflected pulse detected first with respect to the irradiation pulse. For example, when two laser pulses are irradiated to a unit area, two reflected pulses are received for one shot, and three reflected pulses are received for the other shot, TP is 5, Since the number of first pulses is 2, FPR is 2/5, that is, 40%.

IPRは、計測地点の例えば単位面積からの反射パルス総数(つまりTP)に対する中間パルスの数の比の値である。ちなみに中間パルスは照射パルスに対する反射パルスのうち最初に検知されるファーストパルス及び最後に検知されるラストパルスを除いた残りのパルスであり、1つの照射パルスに対する反射パルスの数が1又は2の場合は中間パルスの数は0となる。例えば、単位面積に2発のレーザパルスが照射され、1発に対しては2つの反射パルスが受信され、他の1発に対しては3つの反射パルスが受信された場合、TPは5、中間パルスの数は1となるので、IPRは1/5、つまり20%である。   IPR is a value of the ratio of the number of intermediate pulses to the total number of reflected pulses (ie, TP) from, for example, a unit area of the measurement point. Incidentally, the intermediate pulse is a remaining pulse excluding the first detected first pulse and the last detected last pulse among the reflected pulses with respect to the irradiation pulse, and the number of reflected pulses for one irradiation pulse is 1 or 2. The number of intermediate pulses is zero. For example, when two laser pulses are irradiated to a unit area, two reflected pulses are received for one shot, and three reflected pulses are received for the other shot, TP is 5, Since the number of intermediate pulses is 1, the IPR is 1/5, that is, 20%.

図3の観測結果においてFPRは基本的にTPに反比例する傾向を示している。またIPRは基本的にTPと正の相関を有するが、樹種間における差異の程度はTPとIPRとで異なる。なお、FPR、IPRは無次元量であり、レーザパルスの照射密度の影響を受けにくい。   In the observation results of FIG. 3, FPR basically shows a tendency to be inversely proportional to TP. IPR basically has a positive correlation with TP, but the degree of difference between tree species differs between TP and IPR. Note that FPR and IPR are dimensionless quantities and are not easily affected by the irradiation density of laser pulses.

図2に戻りレーザ計測特徴量抽出部20が行う処理について説明する。上述のように反射パルス指標、反射強度及び樹高は特徴量として利用することができる。本実施形態は反射パルス指標に関してはFPR(又はIPR)を特徴量として利用する。これに対応して、レーザ計測特徴量抽出部20のDCHM画像生成部50、RI画像生成部52及びPR画像生成部56がそれぞれ特徴量画像データ40を生成する。   Returning to FIG. 2, the processing performed by the laser measurement feature amount extraction unit 20 will be described. As described above, the reflection pulse index, the reflection intensity, and the tree height can be used as feature amounts. In the present embodiment, FPR (or IPR) is used as a feature amount for the reflected pulse index. In response to this, the DCHM image generation unit 50, the RI image generation unit 52, and the PR image generation unit 56 of the laser measurement feature amount extraction unit 20 generate the feature amount image data 40, respectively.

具体的には、DCHM画像生成部50は航空レーザ計測データ30からDCHMを生成し、DCHM画像を生成する。RI画像生成部52は航空レーザ計測データ30から反射強度を取得し、RI画像を生成する。また、PR(パルス比:Pulse Ratio)画像生成部56は航空レーザ計測データ30からパルス比PRとしてFPR又はIPRを算出し、FPR画像又はIPR画像を生成する。   Specifically, the DCHM image generation unit 50 generates DCHM from the aviation laser measurement data 30 and generates a DCHM image. The RI image generation unit 52 acquires the reflection intensity from the aviation laser measurement data 30 and generates an RI image. The PR (Pulse Ratio) image generation unit 56 calculates FPR or IPR as the pulse ratio PR from the aviation laser measurement data 30, and generates an FPR image or IPR image.

また、RI画像を二値化処理して生成するBRI(Binary Reflection Intensity)画像から得られるテクスチャ情報も特徴量として利用することができ、BRI画像生成部54は特徴量画像データ40としてBRI画像を生成する。ここで、二値化のしきい値は例えば大津の手法により決定することができる。   Further, texture information obtained from a BRI (Binary Reflection Intensity) image generated by binarizing the RI image can also be used as a feature amount, and the BRI image generating unit 54 uses the BRI image as the feature amount image data 40. Generate. Here, the threshold value for binarization can be determined by, for example, the method of Otsu.

図4は対象地域の航空写真(オルソ画像)の一例である。図5〜図9は図4に示す対象地域にて取得された航空レーザ計測データ30に基づく特徴量画像の例であり、図5はDCHM画像、図6はRI画像、図7はBRI画像、図8はFPR画像、図9はIPR画像である。   FIG. 4 is an example of an aerial photograph (ortho image) of the target area. 5 to 9 are examples of feature amount images based on the aviation laser measurement data 30 acquired in the target area shown in FIG. 4, FIG. 5 is a DCHM image, FIG. 6 is an RI image, FIG. 7 is a BRI image, 8 is an FPR image, and FIG. 9 is an IPR image.

特徴量画像データ40は既に述べたようにレーザ計測特徴量抽出部20により生成されると共に、空中撮影画像特徴量抽出部22によっても生成される。オルソ画像データ32から得られる特徴量として、テクスチャ情報及びスペクトル情報のうちの少なくとも1つを用いることができる。これらテクスチャ情報、スペクトル情報は空中撮影画像特徴量抽出部22のテクスチャ解析部60及びスペクトル解析部62により生成され、テクスチャ解析部60が生成するテクスチャ情報及びスペクトル解析部62が生成するスペクトル情報のいずれか又は全部を特徴量として用いることができる。   As described above, the feature amount image data 40 is generated by the laser measurement feature amount extraction unit 20 and also by the aerial photographed image feature amount extraction unit 22. As the feature amount obtained from the ortho image data 32, at least one of texture information and spectrum information can be used. The texture information and the spectrum information are generated by the texture analysis unit 60 and the spectrum analysis unit 62 of the aerial captured image feature amount extraction unit 22, and either the texture information generated by the texture analysis unit 60 or the spectrum information generated by the spectrum analysis unit 62. Or all of them can be used as feature quantities.

テクスチャ解析部60は、特徴量画像データ40としてオルソ画像データ32からテクスチャ情報である画像BI、画像BGI及びLBP画像を生成する。   The texture analysis unit 60 generates an image BI, an image BGI, and an LBP image that are texture information from the ortho image data 32 as the feature amount image data 40.

画像BIはオルソ画像データ32を二値化処理した二値画像(Binary Image)である。図10は画像BIの例を示す説明図である。図10(a)〜(d)はそれぞれスギ林、ヒノキ林、広葉樹林、非森林の例であり、左右に並ぶ2つの画像のうち左側がオルソ画像データ32、右側が画像BIである。当該画像BIにおいて白領域がオルソ画像データ32にて輝度がしきい値以上の領域であり、黒領域がしきい値未満の領域である。ちなみに、ここでの二値化のしきい値は例えば大津の手法により決定することができる。例えば、画像BIには日向及び日陰の分布パターンが現れる。   The image BI is a binary image obtained by binarizing the ortho image data 32. FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of the image BI. FIGS. 10A to 10D are examples of a cedar forest, a cypress forest, a broad-leaved forest, and a non-forest, respectively. Of the two images arranged side by side, the left side is the ortho image data 32 and the right side is the image BI. In the image BI, the white area is an area where the luminance is higher than the threshold in the ortho image data 32, and the black area is an area less than the threshold. Incidentally, the threshold value for binarization here can be determined by the method of Otsu, for example. For example, sunny and shaded distribution patterns appear in the image BI.

画像BGIはオルソ画像データ32における輝度勾配を二値化処理した画像(二値化勾配画像:Binary Gradient Image)である。図11は画像BGIの例を示す説明図である。図11(a)〜(d)は図10と同様、それぞれスギ林、ヒノキ林、広葉樹林、非森林の例であり、左右に並ぶ2つの画像のうち左側がオルソ画像データ32、右側が画像BGIである。当該画像BGIにおいて白領域が輝度勾配がしきい値以上の領域であり、黒領域がしきい値未満の領域である。ここでも、しきい値は例えば大津の手法により決定することができる。例えば、画像BGIからは日向と日陰とが切り替わる空間的な頻度の多寡が読み取れる。   The image BGI is an image obtained by binarizing the luminance gradient in the ortho image data 32 (binary gradient image). FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of the image BGI. FIGS. 11A to 11D are examples of cedar forest, cypress forest, broadleaf forest, and non-forest, respectively, as in FIG. 10. Of the two images arranged on the left and right, the left side is the ortho image data 32 and the right side is the image. BGI. In the image BGI, the white area is an area where the luminance gradient is equal to or greater than the threshold value, and the black area is an area where the brightness gradient is less than the threshold value. Again, the threshold can be determined, for example, by Otsu's technique. For example, from the image BGI, the spatial frequency of switching between the sun and the shade can be read.

LBP画像はオルソ画像データ32から局所二値パターン(Local Binary Pattern)演算子を用いて得られる画像である。図12はLBP画像の例を示す説明図である。図12(a)〜(d)は図10及び図11と同様、それぞれスギ林、ヒノキ林、広葉樹林、非森林の例であり、左右に並ぶ2つの画像のうち左側がオルソ画像データ32、右側がLBP画像である。LBP画像は原画像の詳細な模様構造パターンを反映しており、しかも画像のコントラストの影響を受けにくいという特性を有する。   The LBP image is an image obtained from the ortho image data 32 using a local binary pattern operator. FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of an LBP image. FIGS. 12A to 12D are examples of a cedar forest, a cypress forest, a broadleaf forest, and a non-forest, respectively, as in FIGS. The right side is an LBP image. The LBP image reflects the detailed pattern structure pattern of the original image and has a characteristic that it is not easily affected by the contrast of the image.

スペクトル解析部62はオルソ画像データ32からスペクトル情報を抽出する。本実施形態ではスペクトル解析部62はR,G,B,NIRの4バンドのマルチスペクトル画像に対して次式で示される正規化処理を行い、正規化後の成分R’,G’,B’からなる画像を生成する。   The spectrum analysis unit 62 extracts spectrum information from the ortho image data 32. In the present embodiment, the spectrum analysis unit 62 performs normalization processing represented by the following expression on the 4-band multispectral image of R, G, B, and NIR, and normalizes the components R ′, G ′, and B ′. Generate an image consisting of

Figure 2015141118
Figure 2015141118

なお、スペクトル解析部62は正規化処理を行わないR,G,B,NIRの4バンドのマルチスペクトル画像を出力する構成とすることもできる。   Note that the spectrum analysis unit 62 may be configured to output a 4-band multispectral image of R, G, B, and NIR that is not subjected to normalization processing.

上述のようにDCHM画像生成部50、RI画像生成部52、BRI画像生成部54、PR画像生成部56、テクスチャ解析部60、スペクトル解析部62が特徴量画像データ40を生成する。   As described above, the DCHM image generation unit 50, the RI image generation unit 52, the BRI image generation unit 54, the PR image generation unit 56, the texture analysis unit 60, and the spectrum analysis unit 62 generate the feature amount image data 40.

カラー画像生成部24は特徴量画像データ40に特徴量画像として得られているレーザ計測特徴量と空中撮影画像特徴量との組に基づいて、林相画像(林相画像データ42)として対象地域のカラー画像を生成する。カラー画像生成部24は、それぞれレーザ計測特徴量又は空中撮影画像特徴量である複数の画像化特徴量を用い、各画素に対応する領域での画像化特徴量の値に基づいてカラー画像の画素値を定める。具体的には、カラー画像生成部24は、林相画像の各画素の画素値を、画像化特徴量に対応する特徴量画像における当該画素の画素値に基づいて定める。   The color image generation unit 24 uses the combination of the laser measurement feature amount and the aerial captured image feature amount obtained as the feature amount image in the feature amount image data 40, as a forest phase image (forest phase image data 42). Generate an image. The color image generation unit 24 uses a plurality of imaging feature amounts that are laser measurement feature amounts or aerial captured image feature amounts, respectively, and based on the value of the imaging feature amount in an area corresponding to each pixel, a pixel of the color image Determine the value. Specifically, the color image generation unit 24 determines the pixel value of each pixel of the forest phase image based on the pixel value of the pixel in the feature amount image corresponding to the imaging feature amount.

カラー画像生成部24は、画像化特徴量の組(特徴量セット)を例えば、RGB色空間におけるR座標,G座標,B座標の座標値に変換して画素値を定める。変換は例えば、線形変換とすることができ、この場合、変換対象とするn種類(n≧2)の画像化特徴量からなる列ベクトルをμ、RGB各座標値からなる列ベクトルをνとすると、変換は例えば、3行n列の行列Mを用いて、ν=Mμで表される。nが3以上である場合には、Mは基本的にはRGBそれぞれの座標値が線形独立になるように設定され、これにより3色からなるカラー画像が得られる。一方、nが2である場合には、RGBは線形従属となるが2色からなるカラー画像を生成することはできる。なお、RGB各座標値は、複数の画像化特徴量の線形和であっても、1つの画像化特徴量であってもよい。   The color image generation unit 24 determines a pixel value by converting a set of imaging feature values (feature value set) into, for example, R, G, and B coordinate values in the RGB color space. The conversion can be, for example, linear conversion. In this case, if a column vector composed of n types (n ≧ 2) of imaging features to be converted is μ and a column vector composed of RGB coordinate values is ν. The conversion is expressed by ν = Mμ using a matrix M of 3 rows and n columns, for example. When n is 3 or more, M is basically set so that the coordinate values of RGB are linearly independent, thereby obtaining a color image composed of three colors. On the other hand, when n is 2, RGB is linearly dependent, but a color image composed of two colors can be generated. In addition, each RGB coordinate value may be a linear sum of a plurality of imaging feature values or a single imaging feature value.

1つの林相画像を構成する複数の画像化特徴量のうち少なくとも1つはレーザ計測特徴量であり、また少なくとも1つは空中撮影画像特徴量である。好適な林相画像が得られる画像化特徴量の組の一例は樹高を含むものである。この場合、DCHM画像生成部50が特徴量画像としてDCHM画像を生成し、カラー画像生成部24は当該DCHM画像を用いて林相画像を生成する。画像化特徴量としてDCHM画像(樹高)を用いることにより、同じ樹種でも樹齢や生育状況が異なる林相を判別可能な画像が得られる。   At least one of the plurality of imaging feature quantities constituting one forest phase image is a laser measurement feature quantity, and at least one is an aerial captured image feature quantity. An example of a set of imaging feature values for obtaining a suitable forest image includes a tree height. In this case, the DCHM image generation unit 50 generates a DCHM image as a feature amount image, and the color image generation unit 24 generates a forest phase image using the DCHM image. By using a DCHM image (tree height) as an imaging feature amount, an image capable of discriminating forest fauna having different tree ages and growth conditions even with the same tree species can be obtained.

ここで、林相画像の各画素のRGB値を(R,G,B)と表す。以下にDCHM画像を用いて生成する林相画像の2つの例におけるRGB値の定義式を示す。なお、次式にて“DCHM”,“FPR”,“BRI”はそれぞれDCHM画像、FPR画像、BRI画像の画素値を表し、また“G’”等は正規化処理後のG成分等を表す。   Here, the RGB value of each pixel of the forest phase image is represented as (R, G, B). Below, the definition formulas of RGB values in two examples of forest phase images generated using DCHM images are shown. In the following equations, “DCHM”, “FPR”, and “BRI” represent pixel values of the DCHM image, FPR image, and BRI image, respectively, and “G ′” and the like represent G components after normalization processing. .

(DCHM,G’,FPR)   (DCHM, G ', FPR)

(0.5R’+0.5DCHM,0.5G’+0.5FPR,0.5B’+0.5BRI)   (0.5R '+ 0.5DCM, 0.5G' + 0.5FPR, 0.5B '+ 0.5BRI)

このような定義式は予め記憶装置6又はカラー画像生成部24に設定され、カラー画像生成部24はその定義式に基づいて画像化特徴量から林相画像のRGB値への変換を行う。なお、画像化特徴量から色への変換は、上述の例に限られず、例えば、上述の列ベクトルμの成分はレーザ計測特徴量抽出部20が生成する任意のレーザ計測特徴量と空中撮影画像特徴量抽出部22が生成する任意の空中撮影画像特徴量との組み合わせとすることができる。また例えば、上に示す2番目の例において、航空レーザ計測データ30から抽出されるテクスチャ情報であるBRI画像に代えて、オルソ画像データ32からテクスチャ解析部60により抽出される画像BI、画像BGI、LBP画像を用いることができる。さらに変換は線形変換に限られない。また、RGB各成分を相互に入れ替えてもよい。   Such a definition formula is set in the storage device 6 or the color image generation unit 24 in advance, and the color image generation unit 24 converts the imaging feature amount into the RGB value of the forest phase image based on the definition formula. The conversion from the imaging feature quantity to the color is not limited to the above example. For example, the component of the column vector μ described above is an arbitrary laser measurement feature quantity generated by the laser measurement feature quantity extraction unit 20 and an aerial captured image. A combination with any aerial captured image feature amount generated by the feature amount extraction unit 22 can be used. Further, for example, in the second example shown above, instead of the BRI image that is the texture information extracted from the aviation laser measurement data 30, the image BI, the image BGI, which are extracted from the ortho image data 32 by the texture analysis unit 60, LBP images can be used. Further, the conversion is not limited to linear conversion. Further, the RGB components may be interchanged.

表色系はRGB表色系に限られない。例えば、L表色系にて明度LにDCHMを対応付け、樹高の相違や森林/非森林の区別を明度で表すことができる。例えば、DCHM画像の画素値が大きい、つまり樹高が高いほどL成分を大きく設定し明るく表示する。この場合、DCHMが小さな値となる非森林は暗く表示される。 The color system is not limited to the RGB color system. For example, in the L * a * b * color system, DCM is associated with lightness L, and differences in tree height and forest / non-forest distinction can be represented by lightness. For example, as the pixel value of the DCHM image is larger, that is, the tree height is higher, the L * component is set larger and displayed brighter. In this case, the non-forest with a small value of DCHM is displayed darkly.

他の表色系として、HSV表色系がある。当該表色系では、色相(Hue)、彩度(Saturation,Chroma)、明度(Value,Lightness)の3つの成分からなる色空間が定義される。HSV表色系に類似したものとして、HLS(又はHSL,HSI)表色系があり、当該表色系では色相(Hue)、彩度(Saturation)、輝度(Lightness,Luminance,Intensity)の3つの成分からなる色空間が定義される。これらの表色系では色相は色環に沿った角度(0〜360°)、つまり1次元量で表現される。ここで、図3から理解されるように、反射パルス指標(TP,FPR,IPR)には3種類の樹種(H,S,D)間に差が存在し、反射パルス指標のみで樹種の弁別は可能である。そこで、例えば、FPRに基づいてHSV表色系等の色相成分を定め、カラー画像を生成することができる。また、HSV表色系等において、明度(輝度)にDCHMを対応付けて、L表色系で述べたように、樹高の相違や森林/非森林の区別をカラー画像に表すことができる。また、HSV表色系等において、彩度に航空レーザ計測データ30、オルソ画像データ32から抽出されるテクスチャ情報を対応付けることもできる。 Another color system is the HSV color system. In the color system, a color space including three components of hue (Hue), saturation (Saturation, Chroma), and lightness (Value, Lightness) is defined. Similar to the HSV color system, there is an HLS (or HSL, HSI) color system, in which there are three colors: Hue, Saturation, and Luminance (Lightness, Luminance, Intensity). A color space consisting of components is defined. In these color systems, the hue is expressed by an angle (0 to 360 °) along the color wheel, that is, a one-dimensional amount. Here, as understood from FIG. 3, there is a difference between the three types of tree species (H, S, D) in the reflected pulse index (TP, FPR, IPR), and the tree type is discriminated only by the reflected pulse index. Is possible. Therefore, for example, a hue component such as an HSV color system can be determined based on the FPR, and a color image can be generated. Further, in the HSV color system, etc., the brightness (luminance) is associated with DCHM, and as described in the L * a * b * color system, the difference in tree height and the distinction between forest / non-forest is represented in the color image. be able to. In the HSV color system or the like, texture information extracted from the aviation laser measurement data 30 and the ortho image data 32 can be associated with saturation.

或る表色系における関係式は、他の種々の表色系における関係式に変換することができるので、カラー画像生成部24は所望の表色系で表現された林相画像データ42を生成することができる。   Since a relational expression in a certain color system can be converted into a relational expression in other various color systems, the color image generation unit 24 generates forest image data 42 expressed in a desired color system. be able to.

林相解析システム2はカラー画像生成部24により画像化特徴量の組み合わせが互いに異なる複数の林相画像を生成し、表示手段である出力装置10にそれら複数のカラー画像を対比可能に表示する構成としてもよい。例えば、演算処理装置4は同じ対象地域の複数種類のカラー画像をディスプレイの画面上に左右又は上下に並べて表示したり、入力装置を用いて入力されるユーザの指示に応じて画面を切り換えて表示したりする。   The forest phase analysis system 2 may be configured to generate a plurality of forest phase images with different combinations of imaging feature amounts by the color image generation unit 24 and display the plurality of color images on the output device 10 serving as a display unit so as to be comparable. Good. For example, the arithmetic processing device 4 displays a plurality of types of color images in the same target area side by side on the display screen, or switches the screens according to user instructions input using the input device. To do.

複数の林相画像はそれぞれ複数の画像化特徴量に基づいて生成され、それら画像化特徴量はレーザ計測特徴量及び空中撮影画像特徴量の両方を含む。なお、複数の林相画像の一部は、レーザ計測特徴量のみに基づいて生成されるもの、又は空中撮影画像特徴量のみに基づいて生成されるものであってもよい。   A plurality of forest phase images are respectively generated based on a plurality of imaging feature amounts, and these imaging feature amounts include both a laser measurement feature amount and an aerial captured image feature amount. Note that some of the plurality of forest phase images may be generated based only on the laser measurement feature amount, or may be generated based only on the aerial captured image feature amount.

以上説明したように、本発明による林相解析システム2は航空写真等の空中撮影画像とレーザ計測データとを併用して林相画像を生成する。   As described above, the forest phase analysis system 2 according to the present invention generates a forest phase image by using aerial images such as aerial photographs and laser measurement data in combination.

例えば、航空写真からは、広い波長帯域の色情報が対象地域にて高解像度に得られる一方、色は撮影季節の影響を受けたり、異なる樹種が色的に非常に類似する場合が生じたりする。一方、レーザ計測データからは森林の地形や樹高、樹冠表面及び内部の構造などに関する情報が得られる一方、航空写真ほどには高解像度の情報は得られず、また近赤外波長領域での情報しか得られない。林相解析システム2では空中撮影画像及び航空レーザ計測データを併用することで、それぞれの特長を活かして林相の違いを判別容易とするカラー画像を生成することが可能となる。   For example, from aerial photography, color information in a wide wavelength band can be obtained with high resolution in the target area, but the color is affected by the shooting season, and different tree species may be very similar in color. . Laser measurement data, on the other hand, provides information on forest topography, tree height, crown surface, and internal structure, but not as high-resolution information as aerial photography, and information in the near-infrared wavelength region. Can only be obtained. The forest phase analysis system 2 can generate a color image that makes it easy to discriminate the forest phase difference by using the aerial captured image and the aerial laser measurement data in combination.

例えば、レーザ計測データから得られる高さ情報を用いることにより、同じ樹種でも樹齢や生育状況が異なる林相を区別することができる。一方、航空写真からは高解像度のテクスチャ情報が生成され、カラー画像上での林相の違いに反映される。また、レーザ計測データを併用することで、撮影の時期、撮影の方向・角度、及び太陽の方位角・高度角などにより航空写真が受ける影響が林相画像に与える影響が相対的に軽減され、より安定かつ正確に林相の違いが現れた林相画像を作成しユーザに提示することが可能となる。なお、オルソ画像データ32は衛星画像に基づいて取得したものであってもよい。   For example, by using the height information obtained from the laser measurement data, it is possible to distinguish forest types having different tree ages and growing conditions even in the same tree species. On the other hand, high-resolution texture information is generated from aerial photographs, and is reflected in the difference in forest fauna on color images. In addition, by using laser measurement data together, the effects of aerial photography on the forest phase image are relatively reduced due to the timing of shooting, shooting direction and angle, and the azimuth and altitude angle of the sun. It is possible to create and present to the user a forest phase image in which differences in forest phases appear stably and accurately. The ortho image data 32 may be acquired based on a satellite image.

2 林相解析システム、4 演算処理装置、6 記憶装置、8 入力装置、10 出力装置、20 レーザ計測特徴量抽出部、22 空中撮影画像特徴量抽出部、24 カラー画像生成部、30 航空レーザ計測データ、32 オルソ画像データ、40 特徴量画像データ、42 林相画像データ、50 DCHM画像生成部、52 RI画像生成部、54 BRI画像生成部、56 PR画像生成部、60 テクスチャ解析部、62 スペクトル解析部。   2 Forest Phase Analysis System, 4 Arithmetic Processing Device, 6 Storage Device, 8 Input Device, 10 Output Device, 20 Laser Measurement Feature Extraction Unit, 22 Aerial Image Feature Extraction Unit, 24 Color Image Generation Unit, 30 Aircraft Laser Measurement Data , 32 Ortho image data, 40 Feature amount image data, 42 Forest phase image data, 50 DCHM image generation unit, 52 RI image generation unit, 54 BRI image generation unit, 56 PR image generation unit, 60 Texture analysis unit, 62 Spectrum analysis unit .

Claims (6)

森林を含む対象地域をスキャンして取得した航空レーザ計測データに基づき、予め定められた1又は複数のレーザ計測特徴量を抽出するレーザ計測特徴量抽出手段と、
前記対象地域を上空から撮影した空中撮影画像に基づき、予め定められた1又は複数の空中撮影画像特徴量を抽出する空中撮影画像特徴量抽出手段と、
前記レーザ計測特徴量と前記空中撮影画像特徴量との組に基づいて前記対象地域のカラー画像を生成する手段であって、それぞれ前記レーザ計測特徴量又は前記空中撮影画像特徴量である複数の画像化特徴量の画素に対応する領域での値に基づいて前記カラー画像の画素値を定めるカラー画像生成手段と、
を有することを特徴とする林相解析装置。
Laser measurement feature quantity extraction means for extracting one or more predetermined laser measurement feature quantities based on aerial laser measurement data obtained by scanning a target area including a forest;
An aerial photographed image feature amount extracting means for extracting one or more predetermined aerial photographed image feature amounts based on an aerial photographed image obtained by photographing the target area from above;
A means for generating a color image of the target area based on a set of the laser measurement feature quantity and the aerial photographed image feature quantity, each of which is the laser measurement feature quantity or the aerial photographed image feature quantity. Color image generation means for determining a pixel value of the color image based on a value in a region corresponding to the pixel of the normalized feature amount;
A forest phase analysis apparatus characterized by comprising:
請求項1に記載の林相解析装置において、
前記レーザ計測特徴量抽出手段は前記レーザ計測特徴量として、レーザの照射パルスに対する反射パルスの個数に応じて定まる前記各計測地点での反射パルス指標、レーザの反射強度、当該レーザの反射強度を画素値とした前記対象地域での画像を二値化したパターンから抽出されたテクスチャ特徴量、及び樹高のうちの少なくとも1つを抽出し、
前記空中撮影画像特徴量抽出手段は前記空中撮影画像特徴量として、それぞれ前記空中撮影画像から抽出されるテクスチャ情報及びスペクトル情報のうちの少なくとも1つを抽出すること、
を特徴とする林相解析装置。
In the forest phase analysis apparatus according to claim 1,
The laser measurement feature amount extraction unit uses the reflected pulse index at each measurement point, the reflection intensity of the laser, and the reflection intensity of the laser as the laser measurement feature amount according to the number of reflection pulses with respect to the laser irradiation pulse. Extracting at least one of a texture feature amount extracted from a pattern obtained by binarizing an image in the target area as a value, and a tree height;
The aerial captured image feature amount extraction means extracts at least one of texture information and spectrum information extracted from the aerial captured image as the aerial captured image feature amount;
Forest phase analysis device characterized by
請求項1又は請求項2に記載の林相解析装置において、
前記レーザ計測特徴量抽出手段は、前記レーザ計測特徴量として少なくとも樹高を抽出し、
前記カラー画像生成手段は、前記画像化特徴量に前記樹高を含んだ前記カラー画像を生成すること、
を特徴とする林相解析装置。
In the forest fauna analysis apparatus according to claim 1 or 2,
The laser measurement feature amount extraction means extracts at least a tree height as the laser measurement feature amount,
The color image generating means generates the color image including the tree height in the imaging feature amount;
Forest phase analysis device characterized by
請求項3に記載の林相解析装置において、
複数の前記カラー画像を対比可能に表示する表示手段を有し、
前記カラー画像生成手段は、前記表示手段により表示する前記複数のカラー画像として、前記複数の画像化特徴量の組み合わせが互いに異なるものを生成すること、
を特徴とする林相解析装置。
In the forest phase analysis apparatus according to claim 3,
A display means for displaying the plurality of color images in a comparable manner;
The color image generation means generates the plurality of color images to be displayed by the display means with different combinations of the plurality of imaging feature amounts;
Forest phase analysis device characterized by
森林を含む対象地域をスキャンして取得した航空レーザ計測データに基づき、予め定められた1又は複数のレーザ計測特徴量を抽出するレーザ計測特徴量抽出ステップと、
前記対象地域を上空から撮影した空中撮影画像に基づき、予め定められた1又は複数の空中撮影画像特徴量を抽出する空中撮影画像特徴量抽出ステップと、
前記レーザ計測特徴量と前記空中撮影画像特徴量との組に基づいて前記対象地域のカラー画像を生成する処理ステップであって、それぞれ前記レーザ計測特徴量又は前記空中撮影画像特徴量である複数の画像化特徴量の画素に対応する領域での値に基づいて前記カラー画像の画素値を定めるカラー画像生成ステップと、
を有することを特徴とする林相解析方法。
A laser measurement feature extraction step for extracting one or more predetermined laser measurement features based on aerial laser measurement data acquired by scanning a target area including a forest;
An aerial captured image feature amount extracting step for extracting one or more predetermined aerial captured image feature amounts based on an aerial captured image captured from above the target area;
A processing step of generating a color image of the target area based on a set of the laser measurement feature quantity and the aerial photographed image feature quantity, each of which is a plurality of laser measurement feature quantities or aerial photographed image feature quantities A color image generating step for determining a pixel value of the color image based on a value in a region corresponding to a pixel of the imaging feature amount;
The forest phase analysis method characterized by having.
コンピュータに林相解析を行わせるためのプログラムであって、当該コンピュータを、
森林を含む対象地域をスキャンして取得した航空レーザ計測データに基づき、予め定められた1又は複数のレーザ計測特徴量を抽出するレーザ計測特徴量抽出手段、
前記対象地域を上空から撮影した空中撮影画像に基づき、予め定められた1又は複数の空中撮影画像特徴量を抽出する空中撮影画像特徴量抽出手段、及び、
前記レーザ計測特徴量と前記空中撮影画像特徴量との組に基づいて前記対象地域のカラー画像を生成する手段であって、それぞれ前記レーザ計測特徴量又は前記空中撮影画像特徴量である複数の画像化特徴量の画素に対応する領域での値に基づいて前記カラー画像の画素値を定めるカラー画像生成手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
A program for causing a computer to perform forest analysis,
Laser measurement feature amount extraction means for extracting one or more predetermined laser measurement feature amounts based on aerial laser measurement data acquired by scanning a target area including a forest;
An aerial photographed image feature quantity extracting means for extracting one or more predetermined aerial photographed image feature quantities based on an aerial photographed image obtained by photographing the target area from above; and
A means for generating a color image of the target area based on a set of the laser measurement feature quantity and the aerial photographed image feature quantity, each of which is the laser measurement feature quantity or the aerial photographed image feature quantity. A color image generating means for determining a pixel value of the color image based on a value in a region corresponding to the pixel of the normalized feature amount;
A program characterized by functioning as
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