JP3351457B2 - 雨域成長・消滅予測装置 - Google Patents
雨域成長・消滅予測装置Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Description
に基づいた狭い地域の雨域の時系列変化を短時間に予測
し、それにより、気象の変化に敏感に影響されるような
狭い地域における様々な活動の円滑な実施に貢献するよ
うに、高速かつ簡易に雨域成長・消滅を予測する装置に
関する。
メダスや気象衛星から得られる2、3次元的な気温、気
圧、露点、風ベクトル等の様々な物理パラメーターを用
いて、数理・物理方程式を介した数十時間先もしくは数
日先の日本全国の気象現象の変化を予測してきている。
一方、近年、より狭い地域での、分刻みという短い時間
における気象予測が望まれてきて、局地的に配置した気
象レーダー装置による雨域の変化情報からの予測が必須
となっている。雨域の変化は、降雨や降雪がある領域の
変化を意味し、見かけ上、雲状をなしている。画像とし
ての雨域は、様々な形状と濃淡値の組み合わせとして表
現されており、明瞭な特徴量の記述が困難であるので、
画像処理手法に基づいた雨域の動きを容易できない。そ
のため現在でも、担当する人の経験則に基づいた雨域の
変化からの主観的な読み取りが行われ、活用されてい
る。自動的かつ客観的な雨域変化を計算機上で示すため
に、時空間的相関法により雨域変化検出が試みられてい
る。この方法は、tを時間とするとき、2つの画像フレ
ーム間 f(t)とf(t+1) の濃淡値の類似性に
ついて算出した後、最も相関値が高い点が対応している
と仮定した上、雨域の移動量を推定する。推定された移
動量に基づいて雨域を平行移動させて行く。推定された
次のステップの雨域画像を繰り返し、特定数のステップ
先までの予測が可能となる。
移動量に比べて、雨域の成長・消滅が激しい。特に、雨
域の成長については、拡散方程式を用いて、雨域の成長
を推定することが試みられてきた。
る時空間的相関法は、連続する2つの画像から1つの移
動ベクトルを推定する。しかしながら、相関係数を算出
するためには画素ごとに演算を施す必要があるので、画
像全体で数千回〜数万回オーダーの演算回数が要求され
る問題がある。また、画像の濃淡値は、雨域が生成・消
滅を絶えまなく繰り返しているので、前フレ一ムの濃淡
値と次フレームの濃淡値とが常に1対1に対応している
ことはないので、濃淡値に基づいた相関値への信頼性は
必ずしも高くなく、不安定であるという問題がある。さ
らに、相関係数が求められないような散漫な雨域画像の
場合は、ほとんど動きベクトルを推定することができ
ず、その間の補間方法についても見い出されていないの
が現状である。
量が大きいときは、大き目の窓関数を、移動量が小さい
ときは、小さ目の窓関数を適宜用意する必要があり、最
適な窓関数の大きさを決定することは容易ではなく、同
時に、決定しようとするならば、それに要する演算時間
は全体として数〜十倍増加する問題が生じる。
化に比べると、雨域の濃淡値の変化が激しい。このよう
な雨域において、相関法をそのまま適用すると、全体の
雨域の移動はなくても、雨域の濃淡変化があるので、何
らかの移動ベクトルが複数個得られてしまい、その移動
ベクトルで雨域を移動させていた。その結果、予測が進
むほど、雨域の領域がはずれて行ってしまう問題があっ
た。
程式を用いた方法があったが、拡散係数を適切に選択し
ないと、実際よりも拡散率が大きくなり勝ちであったこ
と、もともと2次元画像で3次元現象の断面をみている
ので、必ずしも物理的に拡散現象を拡散方程式で表現す
ること自体に無理があった。消滅についてはほとんど試
みられていなかった。
り、演算コストを大幅に軽減したレーダー画像から雨域
の生成・消滅を推定する雨域成長・消滅予測装置を提供
することである。
予測装置は、気象レーダー画像に基づいて、雨域の成長
・消滅を予測する装置であって、雨域のレーダー画像を
入力する画像入力手段と、過去の時系列画像を蓄積する
画像蓄積手段と、連続するフレーム間での雨域の強度変
化を検出する画像変化検出手段と、雨域の強度変化に応
じて、かつ必要とする予測時間だけ画像処理により画像
を生成もしくは消滅させる画像生成・消滅部と、雨域の
生成・消滅の予測画像をつくりだす出力部とを備えるこ
とを特徴としている。
の変化を、フレーム間差分値の和とする評価式を用いる
手段を含むことが好ましく、また、画像生成・消滅部
は、ガウス関数等と雨域との畳み込み積分もしくは、逆
畳み込み積分を施す手段を含むことが好ましく、さら
に、同部は、反復的に畳み込み積分(コンボリューショ
ン)もしくは、逆畳み込み積分(デコンボリューショ
ン)を施し、同時に、画像の濃淡レベルを一定レベルに
抑制するために強度値情報を反復毎に供給する手段を含
むことも好ましく、また同部は、画像の局所的に生成・
消滅を施すと同時に、その強度についても適応的に施す
手段を含むことも好ましい。
作用は、次のとおりである。
滅を統一的に施すことができる。これは、たとえば、ガ
ウス関数と雨域画像との畳み込み積分とその逆積分を反
復的に施すことで容易に達成できる。本手法は、本来画
像をぼかす効果として用いられてきている。また、画像
の濃淡レベルは雨域の強度と比例関係にあるが、反復的
に畳み込み計算を続けると、濃淡レベルは低下していく
ため、平均強度値を一定レベル以上に抑制するため、強
度値の供給を行いながら雨域の生成と消滅を行う。濃淡
レベル変化、すなわち、強度値の変化は、フレーム間の
差分値の和をとった関数に基づく。
いて図面を参照して説明する。
実施形態例の構成図、図2は、本実施形態例による典型
的な実レーダー画像における雨域の成長・消滅例を示す
図、図3は、本実施形態例による雨域の面積と濃淡レベ
ルの推移を示すグラフ、図4は、本実施形態例における
量み込み(コンボリューション)と逆畳み込み(デコン
ボリューション)演算の選択基準を示すフローシート、
図5は、本実施形態例の操作における強度値(S)と分
散値(σ)の関係を示す図、図6は、本実施形態例によ
り得られる、不定形物体における成長と消滅の例を示す
図である。
像を入力する画像入力部100、過去の時系列画像を蓄
積する画像蓄積器手段110、強度値の変化を算出する
画像変化検出部120、その強度値が増加した場合は画
像を生成し、強度値が減少した場合は消滅させて行く画
像生成・消滅部130、および雨域の生成・消滅の予測
画像を作り出す出力部140が示されている。
較的面積の小さい雨域は消滅して行き、大きい面積の雨
域は成長して行くのがわかる。しかしながら、これらは
面積の変化よりも、フレーム間の差分をとったときの、
濃淡レベルの変化の和にその特徴が顕著に生じている。
の時系列変化に見る雨域の発達の例である。面積変化は
必ずしも雨域の発達とともに増加傾向になくても、濃淡
レベルの変化には、発達の兆候が存在していることがわ
かる。従って、濃淡レベルの変化を指標とすることが雨
域の生成・消滅の基準として用いることが適当である。
の強度値変化に基づいた雨域の生長・消滅を切り替える
判別過程についての説明とも云える。画像の濃淡値変
化、すなわち、強度値変化は式(1)のように定義でき
る。
とることで、濃淡値が作り出すテクスチャーパターンの
時間変化を定量化している。
る計算式である。
を制御する分散値と大きさの2つのパラメーターがあ
る。演算の際、画像とガウス関数のそれぞれにFFTを
施した後、両者の積をとり、その逆FFTを求めること
で高速化が図れる。
ガウス関数の広がり度パラメーターすなわち分散値
(σ)との関係を示す。大きさについては、反復回数に
応じて可変するが、せいぜい1.0〜2.0である。
と消滅による変形が画像の物体に加えられた例を示す。
4つの突起をもつ物体は成長と消滅を施すと全体として
は細長い物体に変形される。実際の画像では、画像の局
所領域ごとに成長と消滅を施す。
手段、画像蓄積手段、画像変化検出手段、画像生成・消
滅部及び出力部を有する構造とすることにより、雨域の
成長と消滅を画像処理技法の一つである畳み込み積分お
よび逆畳み込み積分を反復的に適用することで拡散方程
式等の物理方程式を用いずに実現することが可能であ
り、しかも、アルゴリズム的にもほとんど複雑さを含ん
でいないのでその実現が簡易である雨域成長・消滅予測
装置を提供できる効果がある。
構成図である。
おける雨域の成長・消滅例を示す図である。
推移を示すグラフである。
ション)と逆畳み込み(デコンボリューション)演算の
選択基準を示すフローシートである。
散値(σ)の関係を示す図である。
ける成長と消滅の例を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 気象レーダー画像に基づいて、雨域の成
長・消滅を予測する装置であって、 雨域のレーダー画像を入力する画像入力手段と、 過去の時系列画像を蓄積する画像蓄積手段と、 連続するフレーム間での雨域の強度変化を検出する画像
変化検出手段と、 雨域の強度変化に応じて、かつ必要とする予測時間だけ
画像処理により画像を生成もしくは消滅させる画像生成
・消滅部と、 雨域の生成・消滅の予測画像をつくりだす出力部とを備
えることを特徴とする雨域成長・消滅予測装置。 - 【請求項2】 前記画像変化検出手段は、雨域の強度値
の変化を、フレーム間差分値の和とする評価式を用いる
手段を含む、請求項1記載の雨域成長・消滅予測装置。 - 【請求項3】 前記画像生成・消滅部は、ガウス関数等
と雨域との畳み込み積分もしくは、逆畳み込み積分を施
す手段を含む、請求項1記載の雨域成長・消滅予測装
置。 - 【請求項4】 前記画像生成・消滅部は、反復的に畳み
込み積分もしくは、逆畳み込み積分を施し、同時に、画
像の濃淡レベルを一定レベルに抑制するために強度値情
報を反復毎に供給する手段を含む、請求項3記載の雨域
成長・消滅予測装置。 - 【請求項5】 前記画像生成・消滅部は、画像の局所的
に生成・消滅を施すと同時に、その強度についても適応
的に施す手段を含む、請求項3記載の雨域成長・消滅予
測装置。
Priority Applications (9)
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---|---|---|---|
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ID=18391878
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JP34768496A Expired - Lifetime JP3351457B2 (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | 雨域成長・消滅予測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
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JP6138430B2 (ja) * | 2012-06-20 | 2017-05-31 | 古野電気株式会社 | 危険物標検出装置 |
-
1996
- 1996-12-26 JP JP34768496A patent/JP3351457B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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