JP2023151082A - Detection device, detection method and control program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検出装置、検出方法及び制御プログラムに関する。 The present invention relates to a detection device, a detection method, and a control program.
近年、敷地内における植栽樹木の巨木化及び老木化の進行、並びに未管理樹木の増加等により、点検対象となる樹木が増加傾向にあり、点検作業の効率化が求められている。 In recent years, the number of trees subject to inspection has been increasing due to the progress of growing larger and older trees on premises, as well as an increase in the number of unmanaged trees, and there is a need to improve the efficiency of inspection work.
特許文献1には、衛星画像の解析により推定された樹種と、正規化植生指標(Normalized Difference Vegetation Index、NDVI)とを組み合わせて、樹木の健全度を樹種に応じて判定する樹木の健全度判定方法が記載されている。
樹木の点検作業において、枯損木が存在する枯損木領域を高精度に検出することが求められている。 In tree inspection work, it is required to detect with high accuracy the dead tree area where dead trees are present.
本発明は、枯損木が存在する枯損木領域を高精度に検出することができる検出装置、検出方法及び制御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 detection device, a detection method, and a control program that can detect with high accuracy a dead tree area where dead trees exist.
本発明の一側面に係る検出装置は、対象領域を上空から撮影した光学画像を取得する画像取得部と、光学画像に含まれる複数の画素ごとに植生指標を算出する指標算出部と、光学画像内に複数の区分領域を設定する設定部と、複数の区分領域ごとに、各区分領域に含まれる各画素の植生指標のばらつき度合いを算出するばらつき度合い算出部と、ばらつき度合いに基づいて、複数の区分領域の中から、枯損木が存在する枯損木領域を検出する検出部と、枯損木領域に関する情報を出力する出力部と、を有することを特徴とする。 A detection device according to one aspect of the present invention includes: an image acquisition unit that acquires an optical image of a target area photographed from above; an index calculation unit that calculates a vegetation index for each of a plurality of pixels included in the optical image; a setting section that sets a plurality of segmented areas within the area; a dispersion degree calculation section that calculates the degree of variation in the vegetation index of each pixel included in each segmented area for each of the plurality of segmented areas; The present invention is characterized by having a detection unit that detects a dead tree area in which a dead tree exists from among the divided areas, and an output unit that outputs information regarding the dead tree area.
本発明の一側面に係る検出装置において、検出部は、複数の区分領域のうち、各区分領域に含まれる各画素の植生指標の平均値が第1閾値より小さく、且つ、各区分領域に含まれる各画素の植生指標の標準偏差が第2閾値より大きい区分領域を、枯損木領域として検出する、ことが好ましい。 In the detection device according to one aspect of the present invention, the detection unit is configured such that the average value of the vegetation index of each pixel included in each segmented region among the plurality of segmented regions is smaller than a first threshold value, and It is preferable that a segmented area in which the standard deviation of the vegetation index of each pixel is larger than a second threshold value be detected as a dead tree area.
本発明の一側面に係る検出装置において、指標算出部は、光学画像に含まれる複数の画素ごとにGSI指標を算出し、植生指標とGSI指標との差分に基づいて、光学画像から植生領域を抽出する抽出部をさらに有し、設定部は、植生領域内に複数の区分領域を設定する、ことが好ましい。 In the detection device according to one aspect of the present invention, the index calculation unit calculates a GSI index for each of the plurality of pixels included in the optical image, and calculates a vegetation area from the optical image based on the difference between the vegetation index and the GSI index. It is preferable that the image forming apparatus further includes an extracting section for extracting data, and that the setting section sets a plurality of segmented regions within the vegetation region.
本発明の一側面に係る検出方法は、コンピュータにより、対象領域を上空から撮影した光学画像を取得し、光学画像に含まれる複数の画素ごとに植生指標を算出し、光学画像内に複数の区分領域を設定し、複数の区分領域ごとに、各区分領域に含まれる各画素の植生指標のばらつき度合いを算出し、ばらつき度合いに基づいて、複数の区分領域の中から、枯損木が存在する枯損木領域を検出し、損木領域に関する情報を出力する、ことを特徴とする。 A detection method according to one aspect of the present invention uses a computer to acquire an optical image of a target area photographed from above, calculates a vegetation index for each of a plurality of pixels included in the optical image, and divides a target area into a plurality of divisions within the optical image. The areas are set, and the degree of variation in the vegetation index of each pixel included in each divided area is calculated for each divided area, and based on the degree of variation, dead trees where dead trees exist are selected from among the multiple divided areas. It is characterized by detecting tree areas and outputting information regarding damaged wood areas.
本発明の一側面に係る制御プログラムは、出力部を有するコンピュータの制御プログラムであって、対象領域を上空から撮影した光学画像を取得し、光学画像に含まれる複数の画素ごとに植生指標を算出し、光学画像内に複数の区分領域を設定し、複数の区分領域ごとに、各区分領域に含まれる各画素の植生指標のばらつき度合いを算出し、ばらつき度合いに基づいて、複数の区分領域の中から、枯損木が存在する枯損木領域を検出し、損木領域に関する情報を出力部から出力する、ことを検出装置に実行させることを特徴とする。 A control program according to one aspect of the present invention is a control program for a computer having an output unit, which acquires an optical image of a target area taken from above, and calculates a vegetation index for each of a plurality of pixels included in the optical image. Then, multiple segmented areas are set in the optical image, and the degree of variation in the vegetation index of each pixel included in each segmented area is calculated for each of the multiple segmented areas. The present invention is characterized in that the detecting device detects a dead tree area in which a dead tree exists, and outputs information regarding the damaged tree area from an output unit.
本発明によれば、検出装置、検出方法及び制御プログラムは、枯損木が存在する枯損木領域を高精度に検出することができる。 According to the present invention, the detection device, the detection method, and the control program can detect with high precision a dead tree area where dead trees exist.
以下、図面を参照して本発明の様々な実施形態について説明する。本発明の技術的範囲はこれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明及びその均等物に及ぶ点に留意されたい。 Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.
図1は、検出装置1の概略構成の一例を示す図である。検出装置1は、コンピュータの一例であり、枯損木が存在する枯損木領域を検出する。検出装置1は、記憶部11、通信部12、表示部13、操作部14及び処理部15を備える。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a
記憶部11は、プログラム又はデータを記憶する。記憶部11は、例えば、半導体メモリ装置を備える。記憶部11は、処理部15による処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。プログラムは、CD(Compact Disc)-ROM(Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)-ROM等のコンピュータ読み取り可能かつ非一時的な可搬型記憶媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部11にインストールされる。
The
通信部12は、出力部の一例である。通信部12は、検出装置1を他の装置と通信可能にする。通信部12は、通信インタフェース回路を備える。通信部12が備える通信インタフェース回路は、有線LAN(Local Area Network)又は無線LAN等の通信インタフェース回路である。通信部12は、データを他の装置から受信して処理部15に供給すると共に、処理部15から供給されたデータを他の装置に送信する。
The
表示部13は、出力部の一例である。表示部13は、画像を表示する。表示部13は、例えば、液晶ディスプレイ又は有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイを備える。表示部13は、処理部15から供給された表示データに基づいて画像を表示する。
The
操作部14は、検出装置1に対するユーザの入力操作を受け付ける。操作部14は、例えば、キーパッド、キーボード又はマウスを備える。操作部14は、表示部13と一体化されたタッチパネルを備えてもよい。操作部14は、ユーザの入力操作に応じた信号を生成して処理部15に供給する。
The
処理部15は、検出装置1の動作を統括的に制御するデバイスであり、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を備える。処理部15は、例えば、CPU(Central Processing Unit)を備える。処理部15は、GPU(Graphics Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等を備えてもよい。処理部15は、記憶部11に記憶されているプログラム並びに通信部12及び操作部14からの入力に基づいて検出装置1の各種処理が適切な手順で実行されるように、各構成の動作を制御すると共に、各種の処理を実行する。
The
処理部15は、画像取得部151、指標算出部152、抽出部153、設定部154、ばらつき度合い算出部155、検出部156及び出力制御部157を機能ブロックとして備える。これらの各部は、処理部15によって実行されるプログラムによって実現される機能モジュールである。これらの各部は、ファームウェアとして検出装置1に実装されてもよい。
The
図2は、枯損木領域検出処理の一例を示すフローチャートである。枯損木領域検出処理は、予め記憶部11に記憶されているプログラムに基づき主に処理部15により検出装置1の各要素と協働して実行される。
FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of dead tree area detection processing. The dead tree area detection process is mainly executed by the
まず、画像取得部151は、通信部12を介して外部の情報処理装置(例えば、光学衛星に搭載された情報処理装置)から、対象領域を上空から撮影した光学画像を取得する(ステップS101)。対象領域は、森林等の樹木が含まれる領域である。検出装置1は、対象領域に含まれる樹木を点検対象とし、対象領域から、枯れた樹木である枯損木が存在する枯損木領域を検出する。
First, the
光学画像は、Pleiades光学衛星画像等である。光学画像は、光学衛星に搭載されている光学センサが感知した、対象領域内の各位置における太陽光の反射光(電磁波)及び各位置からの放射光(電磁波)の強度を、各位置に対応する各画素の画素値とする画像である。光学画像は、光学衛星に搭載されている光学センサが感知する電磁波の波長のうちの所定幅(バンド)の波長毎に生成された複数の画像を含む。 The optical image is a Pleiades optical satellite image or the like. The optical image shows the intensity of sunlight reflected light (electromagnetic waves) and emitted light (electromagnetic waves) from each position at each position within the target area, detected by the optical sensor on board the optical satellite, corresponding to each position. This is an image with the pixel value of each pixel. The optical image includes a plurality of images generated for each wavelength of a predetermined width (band) among the wavelengths of electromagnetic waves detected by an optical sensor mounted on an optical satellite.
光学画像は、赤バンド画像と、緑バンド画像と、青バンド画像と、近赤外バンド画像とを含む。赤バンド画像は、赤色光の波長を含むバンドにおける光の強度を各画素の画素値とする画像である。緑バンド画像は、緑色光の波長を含むバンドにおける光の強度を各画素の画素値とする画像である。青バンド画像は、青色光の波長を含むバンドにおける光の強度を各画素の画素値とする画像である。近赤外バンド画像は、近赤外光の波長を含むバンドにおける光の強度を各画素の画素値とする画像である。 The optical image includes a red band image, a green band image, a blue band image, and a near-infrared band image. A red band image is an image in which the pixel value of each pixel is the intensity of light in a band that includes the wavelength of red light. A green band image is an image in which the pixel value of each pixel is the intensity of light in a band that includes the wavelength of green light. A blue band image is an image in which the pixel value of each pixel is the intensity of light in a band that includes the wavelength of blue light. A near-infrared band image is an image in which the pixel value of each pixel is the intensity of light in a band including the wavelength of near-infrared light.
光学画像は、RGB画像をさらに含む。RGB画像は、各画素の画素値を、赤バンド画像の対応する画素の画素値(16bit)と、緑バンド画像の対応する画素の画素値(16bit)と、青バンド画像の対応する画素の画素値(16bit)とからなる48bitの色値とするカラー画像である。ここで画素値のbit数は一例であり、衛星の仕様等に応じて8bitや12bitの画素値を有する画素を用いてもよい。 The optical image further includes an RGB image. In an RGB image, the pixel value of each pixel is divided into the pixel value (16 bits) of the corresponding pixel in the red band image, the pixel value (16 bits) of the corresponding pixel in the green band image, and the pixel value (16 bits) of the corresponding pixel in the blue band image. This is a color image with a 48-bit color value consisting of a value (16 bits). Here, the number of bits of the pixel value is an example, and pixels having a pixel value of 8 bits or 12 bits may be used depending on the specifications of the satellite.
図3Aは、所定の対象領域301を上空から撮像したRGB画像300の一例を示す。 FIG. 3A shows an example of an RGB image 300 of a predetermined target area 301 captured from above.
図3Aに示すように、RGB画像300に含まれる対象領域301には、樹木が含まれる植生領域302と、樹木が含まれない非植生領域303とが含まれる。また、植生領域302には、枯損木が存在する枯損木領域304と、枯損木が存在しない非枯損木領域305とが含まれる。非植生領域303には、裸地領域のように土壌が地表面に表れている土壌領域306と、コンクリート等が存在し、土壌が地表面に表れていない非土壌領域307とが含まれる。 As shown in FIG. 3A, a target area 301 included in an RGB image 300 includes a vegetation area 302 that includes trees and a non-vegetation area 303 that does not include trees. The vegetation area 302 also includes a dead tree area 304 where dead trees exist and a non-dead tree area 305 where no dead trees exist. The non-vegetated area 303 includes a soil area 306 where soil is exposed on the ground surface like a bare field area, and a non-soil area 307 where concrete or the like is present and soil is not exposed on the ground surface.
図3Bは、対象領域301を上空から撮像した赤バンド画像310の一例を示す。 FIG. 3B shows an example of a red band image 310 captured from above the target area 301.
図3Bに示す例では、放射又は反射する赤色光の強度が大きい位置に対応する画素ほど、高い輝度(白色に近い)で示され、放射又は反射する赤色光の強度が小さい位置に対応する画素ほど、低い輝度(黒色に近い)で示されている。 In the example shown in FIG. 3B, pixels corresponding to positions where the intensity of emitted or reflected red light is greater are shown with higher luminance (closer to white), and pixels corresponding to positions where the intensity of emitted or reflected red light is smaller. The brighter the image, the lower the brightness (closer to black).
図4Aは、対象領域301を上空から撮像した緑バンド画像400の一例を示す。 FIG. 4A shows an example of a green band image 400 obtained by capturing an image of the target region 301 from above.
図4Aに示す例では、放射又は反射する緑色光の強度が大きい位置に対応する画素ほど、高い輝度(白色に近い)で示され、放射又は反射する緑色光の強度が小さい位置に対応する画素ほど、低い輝度(黒色に近い)で示されている。 In the example shown in FIG. 4A, pixels corresponding to positions where the intensity of emitted or reflected green light is greater are shown with higher luminance (closer to white), and pixels corresponding to positions where the intensity of emitted or reflected green light is smaller. The brighter the image, the lower the brightness (closer to black).
図4Bは、対象領域301を上空から撮像した青バンド画像410の一例を示す。 FIG. 4B shows an example of a blue band image 410 captured from above the target area 301.
図4Bに示す例では、放射又は反射する青色光の強度が大きい位置に対応する画素ほど、高い輝度(白色に近い)で示され、放射又は反射する青色光の強度が小さい位置に対応する画素ほど、低い輝度(黒色に近い)で示されている。 In the example shown in FIG. 4B, pixels corresponding to positions where the intensity of emitted or reflected blue light is higher are shown with higher luminance (closer to white), and pixels corresponding to positions where the intensity of emitted or reflected blue light is lower. The brighter the image, the lower the brightness (closer to black).
図5Aは、対象領域301を上空から撮像した近赤外バンド画像500の一例を示す。 FIG. 5A shows an example of a near-infrared band image 500 obtained by capturing an image of the target region 301 from above.
図5Aに示す例では、放射又は反射する近赤外光の強度が大きい位置に対応する画素ほど、高い輝度(白色に近い)で示され、放射又は反射する近赤外光の強度が小さい位置に対応する画素ほど、低い輝度(黒色に近い)で示されている。 In the example shown in FIG. 5A, the pixel corresponding to the position where the intensity of near-infrared light emitted or reflected is higher is shown with higher luminance (closer to white), and the position where the intensity of near-infrared light emitted or reflected is lower. A pixel corresponding to a pixel is shown with lower luminance (closer to black).
次に、指標算出部152は、光学画像から、光学画像に含まれる複数の画素ごとに植生指標を算出する(ステップS102)。植生指標は、対象領域における植生の状況を把握するための指標であり、植物の量又は活力を示す。指標算出部152は、広ダイナミックレンジ植生指数(Wide Dynamic Range Vegetation Index、WDRVI)を植生指標として算出する。WDRVIは、植物の量又は活力が大きいほど、高い値を有し、植物の量又は活力が小さいほど、低い値を有する。指標算出部152は、赤バンド画像及び近赤外バンド画像に基づいて、下記式(1)から、各画素の植生指標を算出する。
WDRVI=(αIR-R)/(αIR+R) …(1)
Next, the
WDRVI=(αIR−R)/(αIR+R)…(1)
ここで、αは補正係数であり、例えば0.1以上且つ0.2以下の範囲内の値に設定される。IRは、近赤外バンド画像内の対応する画素の画素値、即ちその画素に対応する位置における近赤外光の強度である。Rは、赤バンド画像内の対応する画素の画素値、即ちその画素に対応する位置における赤色光の強度である。WDRVIは、-1.0以上であり且つ+1.0以下である範囲内の値を有する。植物については、クロロフィルの働きにより、近赤外光の反射率が高く、赤色光の反射率が低いことが知られている。また、植物については、衰弱することでクロロフィルの働きが鈍化し、近赤外光の反射率が低くなることが知られている。したがって、検出装置1は、上記式(1)により算出されるWDRVIを植生指標として利用することにより、植生領域の検出精度を向上できる。
Here, α is a correction coefficient, and is set to a value within a range of, for example, 0.1 or more and 0.2 or less. IR is the pixel value of a corresponding pixel in the near-infrared band image, that is, the intensity of near-infrared light at the position corresponding to that pixel. R is the pixel value of the corresponding pixel in the red band image, ie the intensity of the red light at the position corresponding to that pixel. WDRVI has a value within a range of -1.0 or more and +1.0 or less. It is known that plants have a high reflectance of near-infrared light and a low reflectance of red light due to the action of chlorophyll. It is also known that when plants become weakened, their chlorophyll activity slows down, and their near-infrared light reflectance decreases. Therefore, the
なお、指標算出部152は、WDRVIの代わりに、正規化植生指標(Normalized Difference Vegetation Index、NDVI)を植生指標として算出してもよい。その場合、指標算出部152は、赤バンド画像及び近赤外バンド画像に基づいて、下記式(2)から、各画素の植生指標を算出する。
NDVI=(IR-R)/(IR+R) …(2)
Note that the
NDVI=(IR-R)/(IR+R)...(2)
なお、WDRVIは、葉面積指数(Leaf Area Index、LAI)が大きい領域で、NDVIの値が飽和する問題を緩和するために改良された植生指数である。LAIは、植物群落の葉量を表す指数であり、葉が多いほどLAIの値は大きい。検出装置1は、WDRVIを植生指標として利用することにより、NDVIを植生指標として利用することと比較して、植生領域の検出精度をより向上できる。
Note that WDRVI is a vegetation index that has been improved to alleviate the problem of saturation of the NDVI value in areas where the Leaf Area Index (LAI) is large. LAI is an index representing the amount of leaves in a plant community, and the more leaves there are, the larger the LAI value is. By using WDRVI as a vegetation index, the
指標算出部152は、各画素の画素値を植生指標とする植生指標画像を生成する。
The
図5Bは、WDRVIを植生指標として、赤バンド画像310及び近赤外バンド画像500から生成された植生指標画像510の一例を示す。 FIG. 5B shows an example of a vegetation index image 510 generated from the red band image 310 and the near-infrared band image 500 using WDRVI as a vegetation index.
図5Bに示す例では、植生指標が高い画素ほど、高い輝度(白色に近い)で示され、植生指標が低い画素ほど、低い輝度(黒色に近い)で示されている。図5Bに示すように、対象領域301に対応する領域511のうち、植生領域302に対応する領域512では植生指標が高く、非植生領域303に対応する領域513では植生指標が低い。したがって、検出装置1は、WDRVIを植生指標として利用することにより、植生領域と非植生領域とを精度良く識別することができる。
In the example shown in FIG. 5B, a pixel with a higher vegetation index is shown with higher brightness (closer to white), and a pixel with a lower vegetation index is shown with lower brightness (closer to black). As shown in FIG. 5B, among the regions 511 corresponding to the target region 301, a region 512 corresponding to the vegetation region 302 has a high vegetation index, and a region 513 corresponding to the non-vegetation region 303 has a low vegetation index. Therefore, the
なお、植生領域302に対応する領域512のうち、非枯損木領域305に対応する領域515では全体的に植生指標が高く、枯損木領域304に対応する領域514では一部の領域で植生指標がわずかに低い。また、非植生領域303に対応する領域513のうち、非土壌領域307に対応する領域517では植生指標が十分に低いが、土壌領域306に対応する領域516では植生指標がわずかに高い。 Note that among the regions 512 corresponding to the vegetation regions 302, the vegetation index is high overall in the region 515 corresponding to the non-dead tree region 305, and the vegetation index is high in some regions in the region 514 corresponding to the dead tree region 304. Slightly lower. Further, among the regions 513 corresponding to the non-vegetated regions 303, the vegetation index is sufficiently low in the region 517 corresponding to the non-soil region 307, but the vegetation index is slightly high in the region 516 corresponding to the soil region 306.
次に、指標算出部152は、光学画像から、光学画像に含まれる複数の画素ごとにGSI指標(Grain Size Index)を算出する(ステップS103)。GSI指標は、粒度指数とも呼ばれ、裸地領域を検出するための指標である。GSI指標は、その画素に対応する位置が裸地領域に含まれる可能性が高いほど高い値を有する。指標算出部152は、赤バンド画像、緑バンド画像及び青バンド画像に基づいて、下記式(3)から、各画素のGSI指標を算出する。
GSI指標=(R-B)/(R+G+B) …(3)
Next, the
GSI index = (R-B)/(R+G+B)...(3)
ここで、Gは、緑バンド画像内の対応する画素の画素値、即ちその画素に対応する位置における緑色光の強度である。Bは、青バンド画像内の対応する画素の画素値、即ちその画素に対応する位置における青色光の強度である。GSI指標は、WDRVIと同様に、-1.0以上であり且つ+1.0以下である範囲内の値を有する。 Here, G is the pixel value of the corresponding pixel in the green band image, ie, the intensity of green light at the position corresponding to that pixel. B is the pixel value of the corresponding pixel in the blue band image, ie, the intensity of blue light at the position corresponding to that pixel. Like WDRVI, the GSI index has a value within a range of -1.0 or more and +1.0 or less.
指標算出部152は、各画素の画素値をGSI指標とするGSI指標画像を生成する。
The
図6Aは、赤バンド画像310、緑バンド画像400及び青バンド画像410から生成されたGSI指標画像600の一例を示す。 FIG. 6A shows an example of a GSI index image 600 generated from a red band image 310, a green band image 400, and a blue band image 410.
図6Aに示す例では、GSI指標が高い画素ほど、高い輝度(白色に近い)で示され、GSI指標が低い画素ほど、低い輝度(黒色に近い)で示されている。図7Aに示すように、対象領域301に対応する領域601のうち、土壌領域306に対応する領域606では、植生領域302に対応する領域602及び非土壌領域307に対応する領域607と比較して、GSI指標が高い。したがって、検出装置1は、GSI指標を利用することにより、土壌領域と他の領域とを精度良く識別することができる。
In the example shown in FIG. 6A, a pixel with a higher GSI index is shown with higher brightness (closer to white), and a pixel with a lower GSI index is shown with lower brightness (closer to black). As shown in FIG. 7A, in the region 601 corresponding to the target region 301, the region 606 corresponding to the soil region 306 is compared with the region 602 corresponding to the vegetation region 302 and the region 607 corresponding to the non-soil region 307. , the GSI index is high. Therefore, the
次に、指標算出部152は、光学画像に含まれる複数の画素ごとに植生指標とGSI指標との差分を算出する(ステップS104)。指標算出部152は、各画素の画素値を、植生指標画像の対応する画素の画素値から、GSI指標画像の対応する画素の画素値を減じた差分値とする画像を、植生指標画像とGSI指標画像との差分指標画像として生成する。
Next, the
上記したように、植生指標は、対象領域における植生の状況を把握するための指標であり、植生領域では高い値を有し、非植生領域では低い値を有する。しかしながら、非植生領域のうち、土壌領域には、草地又は畑地が含まれる場合があり、その場合、植生指標は土壌領域においても高い値を有する。GSI指標は、土壌領域に対応する領域において、他の領域より高い値を有する。したがって、植生指標からGSI指標を減算した差分は、植生領域では植生指標に近似する高い値を維持し、土壌領域では植生指標に対して十分に低い値を有する。なお、非土壌領域では、植生指標が低いため、植生指標からGSI指標を減算した差分は低い値を有する。指標算出部152は、裸地領域らしさを示すGSI指標を用いて植生指標を補正することにより、草地又は畑地を植生領域として抽出する可能性を低減できる。
As described above, the vegetation index is an index for grasping the state of vegetation in a target area, and has a high value in a vegetated area and a low value in a non-vegetated area. However, among the non-vegetated areas, the soil area may include grassland or farmland, and in that case, the vegetation index has a high value even in the soil area. The GSI index has a higher value in the area corresponding to the soil area than in other areas. Therefore, the difference obtained by subtracting the GSI index from the vegetation index maintains a high value close to the vegetation index in the vegetation area, and has a sufficiently low value with respect to the vegetation index in the soil area. Note that in the non-soil area, since the vegetation index is low, the difference obtained by subtracting the GSI index from the vegetation index has a low value. The
次に、抽出部153は、指標算出部152が生成した差分指標画像に対して二値化処理を実行する(ステップS105)。抽出部153は、差分指標画像に含まれる各画素の画素値が閾値以上であるか否かを判定する。閾値は、例えば大津の二値化により決定される。なお、閾値は、差分指標画像に含まれる各画素の画素値の平均値又は中央値等に設定されてもよい。また、閾値は、予め固定値に設定されてもよい。抽出部153は、各画素の画素値を、差分指標画像の対応する画素の画素値が閾値以上である場合に有効値とし、差分指標画像の対応する画素の画素値が閾値未満である場合に無効値とする二値画像を生成する。
Next, the
次に、抽出部153は、指標算出部152が算出した植生指標とGSI指標との差分に基づいて、光学画像から植生領域を抽出する(ステップS106)。抽出部153は、二値画像に対してラベリング等の処理を実行し、相互に隣接する有効画素で構成される領域を有効領域として抽出する。抽出部153は、抽出した有効領域の座標を示すデータを植生領域ポリゴンデータとして生成し、光学画像内で、植生領域ポリゴンデータに対応する領域を植生領域として抽出する。
Next, the
図6Bは、植生領域について説明するための模式図である。 FIG. 6B is a schematic diagram for explaining the vegetation area.
図6Bに示す画像610は、図3Aに示したRGB画像300と同じ画像である。画像610において、領域612は、抽出部153により抽出された植生領域302に対応する領域を示す。図6Bに示すように、植生領域302に対応する各領域が、抽出部153により植生領域612として抽出されている。このように、検出装置1は、植生指標とGSI指標との差分を利用することにより、植生領域を高精度に検出することができる。
The image 610 shown in FIG. 6B is the same image as the RGB image 300 shown in FIG. 3A. In the image 610, an area 612 indicates an area corresponding to the vegetation area 302 extracted by the
また、以降、この植生領域に対してのみ処理が実行されるため、検出装置1は、枯損木領域検出処理を高速化できる。なお、抽出部153は、例えばJAXAが提供する日本域高解像度土地利用土地被覆図等により、土地の利用状況を事前に取得している場合には、その利用状況に基づいて植生領域を抽出してもよい。
Moreover, since the process is executed only for this vegetation area from now on, the
次に、設定部154は、光学画像内に複数の区分領域を設定する(ステップS107)。設定部154は、光学画像内で抽出部153により抽出された植生領域を複数の領域に分割することにより、複数の区分領域を設定する。設定部154は、光学画像内で水平方向及び垂直方向にそれぞれ3画素以上の画素を含む各領域を区分領域に設定する。これにより、検出装置1は、後述する処理において、各区分領域における植生指標のばらつき度合い及び代表値を精度良く算出することができる。設定部154は、光学画像内で水平方向及び垂直方向にそれぞれ3画素ずつ含む正方形領域を区分領域として設定する。
Next, the
なお、設定部154は、水平方向と垂直方向のサイズが異なる矩形領域を区分領域として設定してもよい。また、設定部154は、円形領域、三角形領域等の他の形状を有する領域を区分領域として設定してもよい。
Note that the
図7Aは、区分領域について説明するための模式図である。 FIG. 7A is a schematic diagram for explaining the segmented areas.
図7Aに示す画像700は、図6Bに示した画像610と同じ画像である。画像700において、領域701は、設定部154により設定された区分領域に対応する領域を示す。図7Aに示すように、抽出部153により抽出された植生領域302に対応する領域612が複数の矩形領域に分割されることにより、複数の区分領域701が設定される。
Image 700 shown in FIG. 7A is the same image as image 610 shown in FIG. 6B. In the image 700, an area 701 indicates an area corresponding to the segmented area set by the
次に、ばらつき度合い算出部155は、複数の区分領域ごとに、各区分領域に含まれる各画素の植生指標のばらつき度合いを算出する(ステップS108)。ばらつき度合い算出部155は、各区分領域に含まれる各画素の植生指標の標準偏差をばらつき度合いとして算出する。なお、ばらつき度合い算出部155は、分散、半値幅(植生指標の分布のピーク値が半分になるところの山の幅)等の他の指標をばらつき度合いとして算出してもよい。ばらつき度合い算出部155は、各画素の画素値を、各画素に対応する画素が含まれる区分領域のばらつき度合いとするばらつき度合い画像を生成する。
Next, the variation
図7Bは、標準偏差をばらつき度合いとして、赤バンド画像310及び近赤外バンド画像500から生成されたばらつき度合い画像710の一例を示す。なお、図7Bに示すばらつき度合い画像710では、視認性を高めるために、植生領域302に対応する領域712以外の領域についてはRGB画像300の対応する領域が示されている。 FIG. 7B shows an example of a variation degree image 710 generated from the red band image 310 and the near-infrared band image 500, using the standard deviation as the variation degree. Note that in the variation degree image 710 shown in FIG. 7B, in order to improve visibility, the corresponding areas of the RGB image 300 are shown for areas other than the area 712 corresponding to the vegetation area 302.
図7Bに示す例では、ばらつき度合いが大きい画素ほど、高い輝度(白色に近い)で示され、ばらつき度合いが小さい画素ほど、低い輝度(黒色に近い)で示されている。図7Bに示すように、植生領域302に対応する領域712のうち、枯損木領域304に対応する領域714では、非枯損木領域305に対応する領域715と比較して、ばらつき度合いが大きい。 In the example shown in FIG. 7B, pixels with a greater degree of variation are shown with higher luminance (closer to white), and pixels with a smaller degree of variation are indicated with lower luminance (closer to black). As shown in FIG. 7B, in a region 712 corresponding to the vegetation region 302, a region 714 corresponding to the dead tree region 304 has a greater degree of variation than a region 715 corresponding to the non-dead tree region 305.
上記したように、植生領域302に対応する領域712のうち、非枯損木領域305に対応する領域715では全体的に植生指標が大きく、枯損木領域304に対応する領域714では一部の領域で植生指標がわずかに小さい。しかしながら、非枯損木領域305に対応する領域715と枯損木領域304に対応する領域714とで、植生指標の値自体の差は小さく、植生指標の値自体に基づいて、枯損木領域304と非枯損木領域305とを識別することは困難である。一方、検出装置1は、植生指標のばらつき度合いを利用することにより、枯損木領域と非枯損木領域とを精度良く識別することができる。
As described above, among the regions 712 corresponding to the vegetation regions 302, the vegetation index is large overall in the region 715 corresponding to the non-dead tree region 305, and in some regions in the region 714 corresponding to the dead tree region 304. The vegetation index is slightly smaller. However, the difference in the vegetation index value itself between the region 715 corresponding to the non-dead tree region 305 and the region 714 corresponding to the dead tree region 304 is small, and based on the vegetation index value itself, It is difficult to distinguish between the dead tree area 305 and the dead tree area 305. On the other hand, the
次に、ばらつき度合い算出部155は、複数の区分領域ごとに、各区分領域に含まれる各画素の植生指標の代表値を算出する(ステップS109)。ばらつき度合い算出部155は、各区分領域に含まれる各画素の植生指標の平均値を代表値として算出する。
Next, the variation
なお、ばらつき度合い算出部155は、最大値、最小値、中央値等の他の指標を代表値として算出してもよい。ばらつき度合い算出部155は、各画素の画素値を、各画素に対応する画素が含まれる区分領域の代表値とする代表値画像を生成する。
Note that the variation
図8は、平均値を代表値として、赤バンド画像310及び近赤外バンド画像500から生成された代表値画像800の一例を示す。なお、図8に示す代表値画像800では、視認性を高めるために、植生領域302に対応する領域802以外の領域についてはRGB画像300の対応する領域が示されている。 FIG. 8 shows an example of a representative value image 800 generated from the red band image 310 and the near-infrared band image 500, using the average value as the representative value. Note that in the representative value image 800 shown in FIG. 8, in order to improve visibility, the corresponding areas of the RGB image 300 are shown for areas other than the area 802 corresponding to the vegetation area 302.
図8に示す例では、代表値が小さい画素ほど、高い輝度(白色に近い)で示され、代表値が大きい画素ほど、低い輝度(黒色に近い)で示されている。図8に示すように、植生領域302に対応する領域802のうち、枯損木領域304に対応する領域804では、非枯損木領域305に対応する領域805と比較して、代表値が小さい傾向にある。検出装置1は、植生指標のばらつき度合いに加えて、植生指標の代表値を利用することにより、枯損木領域と非枯損木領域とをより高精度に識別することができる。
In the example shown in FIG. 8, a pixel with a smaller representative value is shown with higher luminance (nearly white), and a pixel with a larger representative value is shown with lower luminance (closer to black). As shown in FIG. 8, in the region 802 corresponding to the vegetation region 302, the representative value tends to be smaller in the region 804 corresponding to the dead tree region 304 compared to the region 805 corresponding to the non-dead tree region 305. be. The
次に、検出部156は、ばらつき度合い算出部155が算出したばらつき度合い及び代表値に基づいて、複数の区分領域の中から、枯損木が存在する枯損木領域を検出する(ステップS110)。検出部156は、複数の区分領域のうち、各区分領域に含まれる各画素の植生指標の代表値が第1閾値より小さく、且つ、各区分領域に含まれる各画素の植生指標のばらつき度合いが第2閾値より大きい区分領域を枯損木領域として検出する。
Next, the
例えば、検出部156は、複数の区分領域のうち、各区分領域に含まれる各画素の植生指標の平均値が第1閾値より小さく、且つ、各区分領域に含まれる各画素の植生指標の標準偏差が第2閾値より大きい区分領域を枯損木領域として検出する。
For example, the
第1閾値は、例えば、事前の実験において、様々な光学画像に含まれる枯損木領域について算出された代表値の平均値又は最大値と、非枯損木領域について算出された代表値の平均値又は最小値との間の値に設定される。第2閾値は、例えば、事前の実験において、様々な光学画像に含まれる枯損木領域について算出されたばらつき度合いの平均値又は最小値と、非枯損木領域について算出されたばらつき度合いの平均値又は最大値との間の値に設定される。 The first threshold value is, for example, the average value or maximum value of the representative values calculated for the dead tree area included in various optical images and the average value or the maximum value of the representative values calculated for the non-dead tree area in a preliminary experiment. Set to a value between the minimum value. The second threshold is, for example, the average value or minimum value of the degree of variation calculated for dead tree areas included in various optical images in a preliminary experiment, and the average value or minimum value of the degree of variation calculated for non-dead tree areas in a prior experiment. Set to a value between the maximum value.
一方、検出部156は、複数の区分領域のうち、各区分領域に含まれる各画素の植生指標の代表値が第1閾値以上である区分領域、及び、各区分領域に含まれる各画素の植生指標のばらつき度合いが第2閾値以下である区分領域を非枯損木領域として検出する。
On the other hand, the
通常、複数の樹木が含まれる領域において、複数の樹木が一斉に枯損する可能性は低く、複数の樹木が順次枯損していく可能性が高い。そのため、枯損した樹木が含まれる区分領域には健康な樹木も含まれている可能性が高く、健康な樹木のみが含まれる区分領域と比較して、植生指標のばらつきが大きい傾向にある。したがって、検出装置1は、植生指標のばらつき度合いを利用することによって、画像処理により枯損木領域を適切に検出することができる。
Normally, in an area that includes multiple trees, it is unlikely that all the trees will die all at once, but it is highly likely that the multiple trees will die one after another. Therefore, a divided area that includes dead trees is likely to also include healthy trees, and the variation in vegetation indices tends to be larger than a divided area that includes only healthy trees. Therefore, the
また、ある程度の大きさを有する領域において、枯損した樹木については植生指標が小さくなるが、健康な樹木については植生指標が大きくなる。検出装置1は、ある程度の大きさを有する区分領域における植生指標の代表値を利用することによって、一部のみに枯損木が存在する区分領域を枯損木領域として精度良く検出することができる。
Further, in an area having a certain size, the vegetation index becomes small for dead trees, but the vegetation index becomes large for healthy trees. By using the representative value of the vegetation index in a segmented area having a certain size, the
例えば、植生指標の代表値が大きい場合であっても、植生指標のばらつき度合いが大きい場合、枯損木と健康な樹木が混在している可能性が高い。検出装置1は、ばらつき度合い及び代表値の両方を利用することで、枯損木領域の検出精度を向上できる。
For example, even if the representative value of the vegetation index is large, if the degree of variation in the vegetation index is large, there is a high possibility that dead trees and healthy trees are mixed. The
なお、検出部156は、複数の区分領域毎に、植生指標のばらつき度合い及び代表値から評価値を算出し、算出した評価値に基づいて枯損木領域を検出してもよい。検出部156は、植生指標のばらつき度合いが大きいほど大きくなり、植生指標の代表値が小さいほど大きくなるように評価値を算出する。
Note that the
検出部156は、複数の区分領域のうち、評価値が閾値より大きい区分領域を枯損木領域として検出し、評価値が閾値以下である区分領域を非枯損木領域として検出する。閾値は、例えば、事前の実験において、様々な光学画像に含まれる枯損木領域について算出された評価値の平均値又は最小値と、非枯損木領域について算出された評価値の平均値又は最大値との間の値に設定される。この場合も、検出部156は、精度良く枯損木領域を検出することができる。
The
また、検出部156は、複数の区分領域毎に、植生指標の代表値に基づいて、植生指標のばらつき度合いと比較するための第2閾値を変更し、植生指標のばらつき度合いが第2閾値より大きいか否かにより、各区分領域が枯損木領域であるか否かを判定してもよい。その場合、検出部156は、植生指標の代表値が小さいほど、第2閾値を小さくして、各区分領域が枯損木領域であると判定しやすくする。
Furthermore, the
なお、検出部156は、複数の区分領域毎に、植生指標のばらつき度合いに基づいて、植生指標の代表値と比較するための第1閾値を変更し、植生指標の代表値が第1閾値より小さいか否かにより、各区分領域が枯損木領域であるか否かを判定してもよい。その場合、検出部156は、植生指標のばらつき度合いが大きいほど、第1閾値を大きくして、各区分領域が枯損木領域であると判定しやすくする。これらの場合も、検出部156は、精度良く枯損木領域を検出することができる。
Note that the
なお、検出部156は、公知の数値分類技術を利用して、区分領域をグループに分類し、グループに分類された区分領域群毎に、区分領域群が枯損木領域であるか否かを判定してもよい。その場合、ばらつき度合い算出部155は、例えば相互に隣接し且つ植生指標の代表値が近似する(代表値の差が所定値以下である)区分領域を同一のグループに分類する。
Note that the
ばらつき度合い算出部155は、例えば自然分類技術を利用して、植生指標の代表値の差が比較的大きい、相互に隣接する区分領域が別のグループに分類されるように、所定値を設定してもよい。ばらつき度合い算出部155は、分類した区分領域群毎に、植生指標のばらつき度合い及び代表値を算出する。検出部156は、複数の区分領域群のうち、各区分領域群に含まれる各画素の植生指標の代表値が第1閾値より小さく、且つ、各区分領域群に含まれる各画素の植生指標のばらつき度合いが第2閾値より大きい区分領域群を枯損木領域としてまとめて検出する。
The degree of
検出部156は、枯損木領域をまとめて検出できるため、枯損木領域検出処理に要する処理時間を低減できる。また、検出部156は、画像内のノイズ等の影響による、枯損木領域の検出漏れ、又は、枯損木領域の検出誤りを低減させることができる。
Since the
次に、出力制御部157は、枯損木領域に関する情報を出力し(ステップS111)、一連の枯損木領域検出処理を終了する。出力制御部157は、検出部156により検出された枯損木領域に関する情報を表示部13に表示することにより出力する。出力制御部157は、通信部12を介して、枯損木領域に関する情報を外部の情報処理装置に送信することにより、出力してもよい。出力制御部157は、例えばRGB画像上で枯損木領域を他の領域と異なる色で表示すること又は太線で囲うことにより強調表示して、他の領域に対して区別可能に表示した画像を生成し、枯損木領域に関する情報として出力する。出力制御部157は、枯損木領域を示す緯度又は経度を枯損木領域に関する情報として出力してもよい。
Next, the
なお、ステップS103の処理は省略され、ステップS106において、抽出部153は、GSI指標画像を用いずに、植生指標画像のみを用いて植生領域を抽出してもよい。また、ステップS106において、抽出部153は、植生指標画像を用いずに、GSI指標画像のみを用いて植生領域を抽出してもよい。また、ステップS103~S106の処理は省略され、ステップS107において、設定部154は、光学画像の全領域に複数の区分領域を設定してもよい。また、ステップS109の処理は省略され、ステップS110において、設定部154は、植生指標の代表値を用いずに植生指標のばらつき度合いのみを用いて、枯損木領域を検出してもよい。
Note that the process in step S103 may be omitted, and in step S106, the
以上詳述したように、検出装置1は、各区分領域における植生指標のばらつき度合いに基づいて枯損木領域を検出する。これにより、検出装置1は、一部の樹木のみが枯損木である区分領域、又は、完全な枯損に至っていないものの衰弱している樹木が含まれる区分領域を枯損木領域として検出することができる。したがって、検出装置1は、枯損木が存在する枯損木領域を高精度に検出することができる。
As described in detail above, the
また、検出装置1が枯損木領域を画像処理で自動的に検出することにより、利用者は、効率良く樹木の点検作業を行うことができる。したがって、検出装置1は、利用者の利便性を向上させることができる。
Further, since the
当業者は、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。例えば、上述した各部の処理は、本発明の範囲において、適宜に異なる順序で実行されてもよい。また、上述した実施形態及び変形例は、本発明の範囲において、適宜に組み合わせて実施されてもよい。 It should be understood that those skilled in the art can make various changes, substitutions, and modifications thereto without departing from the spirit and scope of the invention. For example, the processing of each part described above may be executed in a different order as appropriate within the scope of the present invention. Furthermore, the embodiments and modifications described above may be implemented in appropriate combinations within the scope of the present invention.
1 検出装置
151 画像取得部
152 指標算出部
153 抽出部
154 設定部
155 ばらつき度合い算出部
156 検出部
157 出力制御部
1
Claims (5)
前記光学画像に含まれる複数の画素ごとに植生指標を算出する指標算出部と、
前記光学画像内に複数の区分領域を設定する設定部と、
前記複数の区分領域ごとに、各区分領域に含まれる各画素の前記植生指標のばらつき度合いを算出するばらつき度合い算出部と、
前記ばらつき度合いに基づいて、前記複数の区分領域の中から、枯損木が存在する枯損木領域を検出する検出部と、
前記枯損木領域に関する情報を出力する出力部と、
を有することを特徴とする検出装置。 an image acquisition unit that acquires an optical image of the target area taken from above;
an index calculation unit that calculates a vegetation index for each of a plurality of pixels included in the optical image;
a setting unit that sets a plurality of segmented areas within the optical image;
a variation degree calculation unit that calculates, for each of the plurality of segmented areas, a degree of variation in the vegetation index of each pixel included in each segmented area;
a detection unit that detects a dead tree area in which a dead tree exists from among the plurality of divided areas based on the degree of variation;
an output unit that outputs information regarding the dead tree area;
A detection device comprising:
前記植生指標と前記GSI指標との差分に基づいて、前記光学画像から植生領域を抽出する抽出部をさらに有し、
前記設定部は、前記植生領域内に前記複数の区分領域を設定する、請求項1又は2に記載の検出装置。 The index calculation unit calculates a GSI index for each of a plurality of pixels included in the optical image,
further comprising an extraction unit that extracts a vegetation area from the optical image based on a difference between the vegetation index and the GSI index,
The detection device according to claim 1 or 2, wherein the setting unit sets the plurality of divided areas within the vegetation area.
対象領域を上空から撮影した光学画像を取得し、
前記光学画像に含まれる複数の画素ごとに植生指標を算出し、
前記光学画像内に複数の区分領域を設定し、
前記複数の区分領域ごとに、各区分領域に含まれる各画素の前記植生指標のばらつき度合いを算出し、
前記ばらつき度合いに基づいて、前記複数の区分領域の中から、枯損木が存在する枯損木領域を検出し、
前記枯損木領域に関する情報を出力部から出力する、
ことを特徴とする検出方法。 By computer,
Obtain an optical image of the target area taken from above,
calculating a vegetation index for each of a plurality of pixels included in the optical image;
setting a plurality of segmented areas within the optical image;
For each of the plurality of divided areas, calculate the degree of variation in the vegetation index of each pixel included in each divided area,
detecting a dead tree area in which a dead tree exists from among the plurality of divided areas based on the degree of variation;
outputting information regarding the dead tree area from an output unit;
A detection method characterized by:
対象領域を上空から撮影した光学画像を取得し、
前記光学画像に含まれる複数の画素ごとに植生指標を算出し、
前記光学画像内に複数の区分領域を設定し、
前記複数の区分領域ごとに、各区分領域に含まれる各画素の前記植生指標のばらつき度合いを算出し、
前記ばらつき度合いに基づいて、前記複数の区分領域の中から、枯損木が存在する枯損木領域を検出し、
前記枯損木領域に関する情報を前記出力部から出力する、
ことを検出装置に実行させることを特徴とする制御プログラム。 A control program for a computer having an output section,
Obtain an optical image of the target area taken from above,
calculating a vegetation index for each of a plurality of pixels included in the optical image;
setting a plurality of segmented areas within the optical image;
For each of the plurality of divided areas, calculate the degree of variation in the vegetation index of each pixel included in each divided area,
detecting a dead tree area in which a dead tree exists from among the plurality of divided areas based on the degree of variation;
outputting information regarding the dead tree area from the output unit;
A control program characterized by causing a detection device to perform the following.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022060513A JP2023151082A (en) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | Detection device, detection method and control program |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022060513A JP2023151082A (en) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | Detection device, detection method and control program |
Publications (1)
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