JP5327419B2 - Hyperspectral image analysis system, method and program thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイパースペクトル画像解析システムにおける自動大気吸収補正及び自動目標抽出に関する。 The present invention relates to automatic atmospheric absorption correction and automatic target extraction in a hyperspectral image analysis system.
リモートセンシング技術の目標抽出能力を向上させるために、従来高解像度化に注力がされてきたが、形状認識だけでは目標抽出に限界がある。 In order to improve the target extraction capability of remote sensing technology, efforts have been made to increase the resolution, but there is a limit to target extraction only by shape recognition.
例えば、カモフラージュされたものの探知は困難である。そこで、ハイパースペクトル撮像装置による物質の光学特性を利用したハイパースペクトルセンシング技術にて、目標抽出能力が格段に向上することが見込まれている(例えば特許文献1参照)。
もっとも、ハイパースペクトルセンシング技術を用いるにあたっては、以下の2つの問題点があった。 However, when using the hyperspectral sensing technology, there were the following two problems.
第1の問題点は、同物体でも撮像条件により得られるスペクトルが異なることである。この原因は、可視・近赤外のハイパースペクトル画像は、太陽光の大気による吸収の影響を受け、その吸収特性は大気の状態に依存し、一定にはならないためである。 The first problem is that the spectrum obtained by the imaging condition differs even for the same object. This is because the visible / near-infrared hyperspectral image is affected by the absorption of sunlight by the atmosphere, and its absorption characteristics depend on the state of the atmosphere and are not constant.
第2の問題点は、一般的なスペクトル照合関数では類似の色を持つ物体の識別が困難であることである。この原因は、類似色の物体はスペクトル形状も類似しているため、一般の照合関数による照合結果に際立った差異が生じないためである。 The second problem is that it is difficult to identify an object having a similar color with a general spectral matching function. This is because similar color objects have similar spectral shapes, so that there is no significant difference in the result of matching by a general matching function.
そこで、本発明は太陽光の大気による吸収の影響を抑えた上でスペクトル照合により自動で目標物体を抽出できるハイパースペクトル画像解析システム、ハイパースペクトル画像解析方法及びハイパースペクトル画像解析プログラムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a hyperspectral image analysis system, a hyperspectral image analysis method, and a hyperspectral image analysis program that can automatically extract a target object by spectral matching while suppressing the influence of sunlight absorption by the atmosphere. Objective.
本発明によれば、第1のシステムとして基準反射板を備えた撮像装置と画像解析装置を備え、ハイパースペクトル画像解析を行う解析システムにおいて、撮像装置が、基準反射板のスペクトルデータを取得する基準反射板撮像手段と、目標画像のスペクトルデータを取得する目標画像撮像手段を備え、画像解析装置が、大気吸収の影響を除外した基準反射板のスペクトルデータを保持する保持手段と、前記基準反射板スペクトルデータ撮像手段において取得したスペクトルデータと、前記保持手段において保持しているスペクトルデータとに基づいて大気補正係数を算出する大気補正係数算出手段と、前記大気補正係数を用いて前記目標画像のスペクトルデータに対し大気補正をする大気補正手段と、前記大気補正手段において大気補正されたスペクトルデータを用いてハイパースペクトル画像解析を行う解析手段と、を備えることを特徴とする解析システムが提供される。 According to the present invention, in the analysis system that includes the imaging device including the reference reflector and the image analysis device as the first system and performs the hyperspectral image analysis, the imaging device acquires the spectrum data of the reference reflector. A reflection plate imaging means; and a target image imaging means for acquiring spectral data of the target image, wherein the image analysis apparatus holds the spectral data of the reference reflection plate excluding the influence of atmospheric absorption; and the reference reflection plate An atmospheric correction coefficient calculating means for calculating an atmospheric correction coefficient based on the spectral data acquired in the spectral data imaging means and the spectral data held in the holding means; and a spectrum of the target image using the atmospheric correction coefficient. Atmospheric correction means for performing atmospheric correction on the data, and atmospheric correction by the atmospheric correction means Analysis means for performing a hyperspectral image analysis using spectral data, the analysis system comprising: a provided.
更に、第2のシステムとして、基準反射板を備えた撮像装置と画像解析装置を備え、ハイパースペクトル画像解析を行う解析システムにおいて、撮像装置が、基準反射板のスペクトルデータを取得する基準反射板撮像手段と、目標画像のスペクトルデータを取得する目標画像撮像手段を備え、画像解析装置が、大気吸収の影響を除外した基準反射板のスペクトルデータを保持する保持手段と、前記基準反射板スペクトルデータ撮像手段において取得したスペクトルデータと、前記保持手段において保持しているスペクトルデータとに基づいて大気補正係数を算出する大気補正係数算出手段と、前記大気補正係数を用いて前記目標画像のスペクトルデータに対し大気補正をする大気補正手段と、目標物体の基準スペクトルデータを保持する基準スペクトルデータ保持手段と、前記基準スペクトルデータと前記大気補正手段において大気補正されたスペクトルデータとを全波長領域について照合する第1の照合手段と、前記基準スペクトルデータと前記大気補正手段において大気補正されたスペクトルデータとを特定の波長領域についてのみ照合する第2の照合手段と、前記第1の照合手段における照合の結果及び前記第2の照合手段における照合の結果に基づいて目標物体を選別する選別手段と、を備えることを特徴とする解析システムが提供される。 Further, as a second system, in an analysis system that includes an imaging device and an image analysis device including a reference reflector and performs hyperspectral image analysis, the imaging device acquires the spectral data of the reference reflector. And a target image capturing means for acquiring spectral data of the target image, wherein the image analysis apparatus holds the spectral data of the reference reflector excluding the influence of atmospheric absorption, and the reference reflector spectral data imaging An atmospheric correction coefficient calculating means for calculating an atmospheric correction coefficient based on the spectral data acquired in the means and the spectral data held in the holding means; and for the spectral data of the target image using the atmospheric correction coefficient. Atmospheric correction means for correcting the atmosphere and a reference for holding the reference spectrum data of the target object Spectrum data holding means; first reference means for checking the reference spectrum data and spectrum data corrected by the atmosphere correction means for all wavelength regions; and correction of the atmosphere by the reference spectrum data and the atmosphere correction means. A second collation unit that collates the spectrum data with respect to only a specific wavelength region, and a selection unit that selects a target object based on a collation result in the first collation unit and a collation result in the second collation unit. And an analysis system comprising: means.
更に、第1の方法として、基準反射板を備えた撮像装置と画像解析装置を備えたシステムにおける、ハイパースペクトル画像解析を行う解析方法において、画像解析装置が大気吸収の影響を除外した基準反射板のスペクトルデータを保持する保持ステップと、撮像装置が基準反射板のスペクトルデータを取得する基準反射板撮像ステップと、画像解析装置が前記基準反射板スペクトルデータ撮像ステップにおいて取得したスペクトルデータと、前記保持ステップにおいて保持しているスペクトルデータとに基づいて大気補正係数を算出する大気補正係数算出ステップと、撮像装置が目標画像のスペクトルデータを取得する目標画像撮像ステップと、画像解析装置が前記大気補正係数を用いて前記目標画像のスペクトルデータに対し大気補正をする大気補正ステップと、画像解析装置が前記大気補正ステップにおいて大気補正されたスペクトルデータを用いてハイパースペクトル画像解析を行う解析ステップと、を備えることを特徴とする解析方法が提供される。 Further, as a first method, in the analysis method for performing the hyperspectral image analysis in the system including the imaging device and the image analysis device including the reference reflection plate, the reference reflection plate from which the image analysis device excludes the influence of atmospheric absorption. A holding step for holding the spectrum data of the reference reflector, a reference reflector imaging step for the imaging device to acquire the spectrum data of the reference reflector, the spectral data acquired by the image analyzer in the imaging step of the reference reflector spectral data, and the holding An atmospheric correction coefficient calculating step for calculating an atmospheric correction coefficient based on the spectrum data held in the step, a target image imaging step for the imaging device to acquire spectral data of the target image, and an image analyzer for the atmospheric correction coefficient Is used to perform atmospheric correction on the spectral data of the target image. And atmospheric correction step that the analysis method by the image analyzing apparatus characterized by comprising a an analysis step of performing hyperspectral image analysis using atmospheric correction spectral data in the atmospheric correction step is provided.
更に、第2の方法として、基準反射板を備えた撮像装置と画像解析装置を備えたシステムにおける、ハイパースペクトル画像解析を行う解析方法において、画像解析装置が大気吸収の影響を除外した基準反射板のスペクトルデータを保持する保持ステップと、撮像装置が基準反射板のスペクトルデータを取得する基準反射板撮像ステップと、画像解析装置が前記基準反射板スペクトルデータ撮像ステップにおいて取得したスペクトルデータと、前記保持ステップにおいて保持しているスペクトルデータとに基づいて大気補正係数を算出する大気補正係数算出ステップと、撮像装置が目標画像のスペクトルデータを取得する目標画像撮像ステップと、画像解析装置が前記大気補正係数を用いて前記目標画像のスペクトルデータに対し大気補正をする大気補正ステップと、画像解析装置が目標物体の基準スペクトルデータを保持する基準スペクトルデータ保持ステップと、画像解析装置が前記基準スペクトルデータと前記大気補正ステップにおいて大気補正されたスペクトルデータとを全波長領域について照合する第1の照合ステップと、画像解析装置が前記基準スペクトルデータと前記大気補正ステップにおいて大気補正されたスペクトルデータとを特定の波長領域についてのみ照合する第2の照合ステップと、画像解析装置が前記第1の照合ステップにおける照合の結果及び前記第2の照合ステップにおける照合の結果に基づいて目標物体を選別する選別ステップと、を備えることを特徴とする解析方法が提供される。 Further, as a second method, in an analysis method for performing hyperspectral image analysis in a system including an imaging device and an image analysis device including a reference reflection plate, the reference reflection plate from which the image analysis device excludes the influence of atmospheric absorption A holding step for holding the spectrum data of the reference reflector, a reference reflector imaging step for the imaging device to acquire the spectrum data of the reference reflector, the spectral data acquired by the image analyzer in the imaging step of the reference reflector spectral data, and the holding An atmospheric correction coefficient calculating step for calculating an atmospheric correction coefficient based on the spectrum data held in the step, a target image imaging step for the imaging device to acquire spectral data of the target image, and an image analyzer for the atmospheric correction coefficient Is used to perform atmospheric correction on the spectral data of the target image. An atmospheric correction step, a reference spectrum data holding step in which the image analysis apparatus holds reference spectrum data of the target object, and an image analysis apparatus that converts the reference spectrum data and the spectrum data corrected in the atmosphere in the atmospheric correction step to all wavelengths. A first collation step for collating the region; a second collation step in which the image analysis device collates the reference spectrum data and the spectrum data corrected in the atmosphere in the atmospheric correction step only for a specific wavelength region; and image analysis There is provided an analysis method, characterized in that the apparatus includes a selection step of selecting a target object based on a result of the matching in the first matching step and a result of the matching in the second matching step.
更に、第1のプログラムとして、基準反射板を備えた撮像装置と画像解析装置を備えたシステムにおける画像解析装置に組み込まれるハイパースペクトル画像解析プログラムにおいて、大気吸収の影響を除外した基準反射板のスペクトルデータを保持する保持機能と、前記撮像装置より伝達される基準反射板スペクトルデータ撮像機能において取得したスペクトルデータと、前記保持機能において保持しているスペクトルデータとに基づいて大気補正係数を算出する大気補正係数算出機能と、前記大気補正係数を用いて前記撮像装置より伝達される目標画像のスペクトルデータに対し大気補正をする大気補正機能と、前記大気補正機能において大気補正されたスペクトルデータを用いてハイパースペクトル画像解析を行う解析機能と、をコンピュータに実現させることを特徴とする解析プログラムが提供される。 Further, as a first program, in a hyperspectral image analysis program incorporated in an image analysis apparatus in a system including an imaging apparatus and an image analysis apparatus provided with a reference reflector, the spectrum of the reference reflector excluding the influence of atmospheric absorption Atmosphere for calculating the atmospheric correction coefficient based on the holding function for holding data, the spectrum data acquired in the reference reflector spectral data imaging function transmitted from the imaging device, and the spectrum data held in the holding function Using the correction coefficient calculation function, the atmospheric correction function that performs atmospheric correction on the spectral data of the target image transmitted from the imaging device using the atmospheric correction coefficient, and the spectral data that has been atmospherically corrected in the atmospheric correction function With an analysis function to perform hyperspectral image analysis. Analysis program for causing realized Yuta is provided.
更に、第2のプログラムとして、基準反射板を備えた撮像装置と画像解析装置を備えたシステムにおける画像解析装置に組み込まれるハイパースペクトル画像解析を行う解析プログラムにおいて、大気吸収の影響を除外した基準反射板のスペクトルデータを保持する保持機能と、前記撮像装置より伝達される基準反射板スペクトルデータ撮像機能において取得したスペクトルデータと、前記保持機能において保持しているスペクトルデータとに基づいて大気補正係数を算出する大気補正係数算出機能と、前記大気補正係数を用いて前記撮像装置より伝達される目標画像のスペクトルデータに対し大気補正をする大気補正機能と、目標物体の基準スペクトルデータを保持する基準スペクトルデータ保持機能と、前記基準スペクトルデータと前記大気補正機能において大気補正されたスペクトルデータとを全波長領域について照合する第1の照合機能と、前記基準スペクトルデータと前記大気補正機能において大気補正されたスペクトルデータとを特定の波長領域についてのみ照合する第2の照合機能と、前記第1の照合機能における照合の結果及び前記第2の照合機能における照合の結果に基づいて目標物体を選別する選別機能と、をコンピュータに実現させることを特徴とする解析プログラムが提供される。 Further, as a second program, in the analysis program for performing the hyperspectral image analysis incorporated in the image analysis apparatus in the system including the imaging apparatus having the reference reflector and the image analysis apparatus, the reference reflection excluding the influence of the atmospheric absorption. An atmospheric correction coefficient is calculated based on the holding function for holding the spectral data of the plate, the spectral data acquired in the reference reflector spectral data imaging function transmitted from the imaging device, and the spectral data held in the holding function. An atmospheric correction coefficient calculation function for calculating, an atmospheric correction function for performing atmospheric correction on the spectral data of the target image transmitted from the imaging device using the atmospheric correction coefficient, and a reference spectrum for holding the reference spectral data of the target object A data holding function, the reference spectrum data and the The first collation function that collates the spectrum data corrected in the atmosphere in the air correction function for all wavelength regions, and the reference spectrum data and the spectrum data corrected in the atmosphere in the air correction function only in a specific wavelength region And a second collation function for selecting a target object based on a collation result in the first collation function and a collation result in the second collation function. An analysis program is provided.
本発明によれば、太陽光の大気による吸収の影響を抑えた上で、スペクトル照合により自動で目標物体を抽出することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to automatically extract a target object by spectral matching while suppressing the influence of absorption of sunlight by the atmosphere.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1を参照すると、本発明の第一の実施形態として、ハイパースペクトル画像解析システムの構成図が示されている。 Referring to FIG. 1, a configuration diagram of a hyperspectral image analysis system is shown as a first embodiment of the present invention.
また、図2は、全波長照合処理と特定波長照合処理の説明図である。まず、図2に示す[1]のスペクトルの形状と[2]のスペクトルの形状を照合し、識別を行う場合について説明する。なお、以下では波線により挟まれている領域のことを特に「特定波長領域」と記載する。 FIG. 2 is an explanatory diagram of the all-wavelength matching process and the specific wavelength matching process. First, a case will be described in which the spectrum shape [1] and the spectrum shape [2] shown in FIG. Hereinafter, a region sandwiched between wavy lines is particularly referred to as a “specific wavelength region”.
[1]のスペクトルの形状と[2]のスペクトルの形状を特定波長領域のみについて照合した場合、両波長は大きく異なるため[1]のスペクトルの形状と[2]のスペクトルの形状を識別することができる。 When the shape of the spectrum of [1] and the shape of the spectrum of [2] are collated only for a specific wavelength region, both wavelengths are greatly different, so that the shape of the spectrum of [1] and the shape of the spectrum of [2] are identified. Can do.
一方、[1]のスペクトルの形状と[2]のスペクトルの形状を全領域について照合した場合、識別することは困難である。特定波長領域については異なっているが、特定波長領域以外の領域では波長が近似しているため全体的にみると両波長は大きく変わらないといえるためである。 On the other hand, when the shape of the spectrum of [1] and the shape of the spectrum of [2] are collated for all regions, it is difficult to identify. This is because although the specific wavelength region is different, the wavelengths are approximate in regions other than the specific wavelength region, so that it can be said that the two wavelengths do not change greatly as a whole.
次に、[1]のスペクトルの形状と[3]のスペクトルの形状の照合について説明する。[1]のスペクトルの形状と[3]のスペクトルの形状を特定波長領域のみについて照合した場合、両波長は近似するため[1]のスペクトルの形状と[3]のスペクトルの形状を識別することは困難である。 Next, verification of the spectrum shape [1] and the spectrum shape [3] will be described. When the shape of the spectrum of [1] and the shape of the spectrum of [3] are collated only for a specific wavelength region, both wavelengths are approximated so that the shape of the spectrum of [1] and the shape of the spectrum of [3] are identified. It is difficult.
一方、[1]のスペクトルの形状と[3]のスペクトルの形状を全領域について照合した場合、識別することができる。特定波長領域については近似しているが、特定波長領域以外の領域では波長が異なっているため全体的にみると両波長は大きく異なるといえるためである。 On the other hand, when the shape of the spectrum of [1] and the shape of the spectrum of [3] are collated for all regions, they can be identified. This is because although the specific wavelength region is approximated, the wavelengths are different in regions other than the specific wavelength region, so that it can be said that the two wavelengths are greatly different as a whole.
以上より、全波長照合処理と特定波長照合処理を組み合わせることにより、精度の高いスペクトルの形状の照合が可能となることが分かる。 From the above, it can be seen that by combining the all-wavelength matching process and the specific wavelength matching process, it is possible to accurately check the shape of the spectrum.
図1を参照すると、本発明のハイパースペクトル画像解析システムは、ハイパースペクトル撮像装置1及び画像解析装置2を備える。
Referring to FIG. 1, the hyperspectral image analysis system of the present invention includes a
また、ハイパースペクトル撮像装置1は、基準反射板3、走査装置4及び撮像装置5を備える。
The
また、画像解析装置2は、基準データ記憶部6、大気補正処理部7、全波長照合処理部8及び特定波長照合処理部9を備える。
Further, the
本発明による基準反射板3および大気補正処理部7の存在により、自動の大気補正が可能となっている。従って、後段のスペクトル照合処理において基準スペクトルとの照合が可能となる。
The presence of the
また、全波長照合処理部8、特定波長照合処理部9により、スペクトル全体の特徴および目標物体固有の特徴を用いて照合処理するので、目標抽出精度が向上する。
In addition, since the all-wavelength
次に、図1乃至図6を参照して第1の実施の形態の処理方法を説明する。 Next, the processing method of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
始めに、図1の点線で示すように基準反射板方向に走査装置を指向させ、基準反射板のスペクトルデータを得る。 First, as shown by the dotted line in FIG. 1, the scanning device is directed in the direction of the reference reflector to obtain spectral data of the reference reflector.
そして図3に示すように、大気補正処理部にて次式により大気補正係数を得る。 As shown in FIG. 3, the atmospheric correction processing unit obtains an atmospheric correction coefficient by the following equation.
α(k)=S(k)/S0(k)
但し、
α(k):大気補正係数
S(k):基準反射板スペクトル
S0(k):基準データ記憶部に保存された、大気吸収の影響を除外した基準反射板スペクトル
k:波長番号
であるとする。
α (k) = S (k) / S0 (k)
However,
α (k): Atmospheric correction factor
S (k): Reference reflector spectrum
S0 (k): Reference reflector spectrum stored in the reference data storage unit, excluding the effects of atmospheric absorption
k: Wavelength number.
次に図1の実線で示すように走査装置を目標方向に指向させて目標画像を取得し,図4に示すように、大気補正処理部7にて前記補正係数α(k)を用いて次式により目標画像の大気補正を行う。
Next, as shown by the solid line in FIG. 1, the scanning device is directed in the target direction to acquire the target image, and as shown in FIG. 4, the atmospheric
Zi(k)=Xi(k)/α(k)
但し、
Zi(k):補正後の目標スペクトル
Xi(k):補正前の目標スペクトル
α(k):大気補正係数
i:画素番号
k:波長番号
であるとする。
Zi (k) = Xi (k) / α (k)
However,
Zi (k): Target spectrum after correction
Xi (k): Target spectrum before correction
α (k): Atmospheric correction factor
i: Pixel number
k: Wavelength number.
次に、全波長照合処理部において、スペクトル全体の特徴による目標物体の一次抽出を行う。図5には例として、基準スペクトル、目標1スペクトル、目標2スペクトル、目標3スペクトルを示した。なお、ここで基準スペクトルとは、基準データ記憶部6に保持している大気吸収の影響を除外した目標物体スペクトルデータのことを指す。
Next, the all-wavelength matching processing unit performs primary extraction of the target object based on the characteristics of the entire spectrum. As an example, FIG. 5 shows a reference spectrum, a
目標1は基準スペクトルと同等のスペクトル、目標2はスペクトル全体の形状は基準スペクトルと類似しているが特定領域のスペクトル形状が基準スペクトルとは異なるもの、目標3は、スペクトル全体の形状は基準スペクトルと異なるが特定領域のスペクトル形状は基準スペクトルと類似しているものを示している。
目標1、目標2、目標3に対して、代表的な照合関数であるSAM(Spectral Angle Mapper)による基準スペクトルと照合した結果は以下となる。ここでSAMは、スペクトルの形状をベクトルに置き換え、ベクトルの角度を尺度として照合度を算出する方法である。
The result of collating with the reference spectrum by SAM (Spectral Angle Mapper) which is a typical collation function for the
目標1の照合結果 0度
目標2の照合結果 1度
目標3の照合結果 20度
(角度が小さいほど照合度が高い。照合度最大は0度、最小は90度)
この結果、全波長照合結果として、目標1および目標2が抽出される。
As a result,
最後に、特定波長照合処理部9において、特定波長での照合を行ない、目標物体の抽出を行う。ここで図6に特定波長照合の処理を示す。
Finally, the specific wavelength
まず波長選択部91が基準データ記憶部6より、基準スペクトルに応じた処理波長域を取得し、目標スペクトルに対して波長域を選択する。同様に、波長選択部92が基準スペクトルに対して波長域を選択する。
First, the
最小輝度算出部93及び最小輝度算出部94が前記選択スペクトルの最小値を求め、最小値を減算してオフセット除去を行う。照合処理部95が前記オフセット除去後のスペクトルについてスペクトル照合関数を用いて照合処理を行い、照合度を算出する。
The minimum
図5の目標1、目標2に対して、代表的な照合関数であるSAM(Spectral Angle Mapper)によって特定波長において基準スペクトルと照合した結果は以下となり、特定波長照合結果として、目標1が抽出される。
For the
目標1の照合結果 0度
目標2の照合結果 32度
(参考に、目標3の照合結果は7度である。)
本実施の形態では基準反射板を用いて大気補正を行うので、大気吸収の影響を自動で除去でき、またスペクトル全体の特徴および物体に応じた特定の波長域の特徴により照合を行うので、所望の目標を抽出することができる。
In this embodiment, since atmospheric correction is performed using the reference reflector, the influence of atmospheric absorption can be automatically removed, and matching is performed using characteristics of the entire spectrum and characteristics of a specific wavelength range according to the object. Goals can be extracted.
[発明の他の実施の形態]
上記実施の形態において、スペクトル特定波長照合処理部を複数段重ねた形態とすることも可能である。
[Other Embodiments of the Invention]
In the above-described embodiment, a plurality of spectrum specific wavelength matching processing units may be stacked.
このようにスペクトル特定波長照合処理部を複数段重ねた形態とする利点は、複数の特徴波長域を持つ物体の抽出が可能となること、および、特徴波長域を断定できない目標に対する抽出確度を向上できることである。 The advantage of having multiple spectrum specific wavelength matching processing units stacked in this way is that objects with multiple characteristic wavelength ranges can be extracted, and the extraction accuracy for targets for which characteristic wavelength ranges cannot be determined is improved. It can be done.
さらに、大気補正後のスペクトルデータを基準データ記憶部に格納するという形態にすることにより、撮像スペクトルから基準データを蓄積していくことが可能である。 Further, by storing the spectrum data after atmospheric correction in the reference data storage unit, it is possible to accumulate the reference data from the imaging spectrum.
[発明の効果]
第1の効果は、基準反射板のスペクトルを使用することで、自動で大気補正を行うことができ、大気の影響を除外したスペクトル照合処理を可能とすることができることである。
[Effect of the invention]
The first effect is that the atmospheric correction can be automatically performed by using the spectrum of the reference reflector, and the spectral matching process can be performed without the influence of the atmosphere.
第2の効果は、スペクトル全体の特徴および目標物体固有の特徴を用いて照合処理することで、高精度の目標抽出機能を持つ画像解析装置を提供することができることである。 The second effect is that an image analysis apparatus having a highly accurate target extraction function can be provided by performing a matching process using the characteristics of the entire spectrum and the characteristics unique to the target object.
なお、ハイパースペクトル画像解析システムは、ハードウェアとソフトウェアの組合せにより実現することができる。 Note that the hyperspectral image analysis system can be realized by a combination of hardware and software.
本発明の活用例として、災害調査、植生調査、捜索、救難等のリモートセンシングに使用されるハイパースペクトル画像解析システムといった例が挙げられる。 Examples of the utilization of the present invention include hyperspectral image analysis systems used for remote sensing such as disaster investigation, vegetation investigation, search, and rescue.
1 ハイパースペクトル撮像装置
2 画像解析装置
3 基準反射板
4 走査装置
5 撮像装置
6 基準データ記憶部
7 大気補正処理部
8 全波長照合処理部
9 特定波長照合処理部
91、92 波長選択部
93、94 最小輝度算出部
95 照合処理部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
撮像装置が、
基準反射板のスペクトルデータを取得する基準反射板撮像手段と、
目標画像のスペクトルデータを取得する目標画像撮像手段を備え、
画像解析装置が、
大気吸収の影響を除外した基準反射板のスペクトルデータを保持する保持手段と、
前記基準反射板スペクトルデータ撮像手段において取得したスペクトルデータと、前記保持手段において保持しているスペクトルデータとに基づいて大気補正係数を算出する大気補正係数算出手段と、
前記大気補正係数を用いて前記目標画像のスペクトルデータに対し大気補正をする大気補正手段と、
前記大気補正手段において大気補正されたスペクトルデータを用いてハイパースペクトル画像解析を行う解析手段と、
を備えることを特徴とする解析システム。 In an analysis system that includes an imaging device and an image analysis device equipped with a reference reflector and performs hyperspectral image analysis,
The imaging device
A reference reflector imaging means for obtaining spectral data of the reference reflector;
A target image capturing means for acquiring spectral data of the target image;
Image analysis device
Holding means for holding the spectral data of the reference reflector excluding the influence of atmospheric absorption;
Atmospheric correction coefficient calculating means for calculating an atmospheric correction coefficient based on the spectral data acquired in the reference reflector spectral data imaging means and the spectral data held in the holding means;
Atmospheric correction means for performing atmospheric correction on spectral data of the target image using the atmospheric correction coefficient;
Analyzing means for performing hyperspectral image analysis using the spectrum data corrected in the atmosphere by the atmospheric correction means;
An analysis system comprising:
撮像装置が、
基準反射板のスペクトルデータを取得する基準反射板撮像手段と、
目標画像のスペクトルデータを取得する目標画像撮像手段を備え、
画像解析装置が、
大気吸収の影響を除外した基準反射板のスペクトルデータを保持する保持手段と、
前記基準反射板スペクトルデータ撮像手段において取得したスペクトルデータと、前記保持手段において保持しているスペクトルデータとに基づいて大気補正係数を算出する大気補正係数算出手段と、
前記大気補正係数を用いて前記目標画像のスペクトルデータに対し大気補正をする大気補正手段と、
目標物体の基準スペクトルデータを保持する基準スペクトルデータ保持手段と、
前記基準スペクトルデータと前記大気補正手段において大気補正されたスペクトルデータとを全波長領域について照合する第1の照合手段と、
前記基準スペクトルデータと前記大気補正手段において大気補正されたスペクトルデータとを特定の波長領域についてのみ照合する第2の照合手段と、
前記第1の照合手段における照合の結果及び前記第2の照合手段における照合の結果に基づいて目標物体を選別する選別手段と、
を備えることを特徴とする解析システム。 In an analysis system that includes an imaging device and an image analysis device equipped with a reference reflector and performs hyperspectral image analysis,
The imaging device
A reference reflector imaging means for obtaining spectral data of the reference reflector;
A target image capturing means for acquiring spectral data of the target image;
Image analysis device
Holding means for holding the spectral data of the reference reflector excluding the influence of atmospheric absorption;
Atmospheric correction coefficient calculating means for calculating an atmospheric correction coefficient based on the spectral data acquired in the reference reflector spectral data imaging means and the spectral data held in the holding means;
Atmospheric correction means for performing atmospheric correction on spectral data of the target image using the atmospheric correction coefficient;
Reference spectrum data holding means for holding reference spectrum data of the target object;
First collating means for collating the reference spectral data and the spectral data corrected in the atmosphere by the atmospheric correction means for all wavelength regions;
A second collating unit that collates the reference spectral data with the spectral data that has been atmospherically corrected by the atmospheric correction unit only for a specific wavelength region;
Screening means for selecting a target object based on the result of matching in the first matching means and the result of matching in the second matching means;
An analysis system comprising:
画像解析装置が、
前記大気補正手段において大気補正されたスペクトルデータを前記基準スペクトルデータとして記録する記録手段を更に備えることを特徴とする解析システム。 The analysis system according to claim 2 ,
Image analysis device
The analysis system further comprising recording means for recording the spectrum data corrected by the atmosphere correction means as the reference spectrum data.
画像解析装置が、
前記第2の照合手段を前記特定の波長領域を異なるものとして複数回動作させることを特徴とする解析システム。 The analysis system according to claim 2 or 3,
Image analysis device
The analysis system characterized in that the second collating means is operated a plurality of times with different specific wavelength regions.
画像解析装置が大気吸収の影響を除外した基準反射板のスペクトルデータを保持する保持ステップと、
撮像装置が基準反射板のスペクトルデータを取得する基準反射板撮像ステップと、
画像解析装置が前記基準反射板スペクトルデータ撮像ステップにおいて取得したスペクトルデータと、前記保持ステップにおいて保持しているスペクトルデータとに基づいて大気補正係数を算出する大気補正係数算出ステップと、
撮像装置が目標画像のスペクトルデータを取得する目標画像撮像ステップと、
画像解析装置が前記大気補正係数を用いて前記目標画像のスペクトルデータに対し大気補正をする大気補正ステップと、
画像解析装置が前記大気補正ステップにおいて大気補正されたスペクトルデータを用いてハイパースペクトル画像解析を行う解析ステップと、
を備えることを特徴とする解析方法。 In an analysis method for performing a hyperspectral image analysis in a system including an imaging device and an image analysis device including a reference reflector,
A holding step in which the image analyzer retains the spectral data of the reference reflector excluding the influence of atmospheric absorption;
A reference reflector imaging step in which the imaging device acquires spectral data of the reference reflector;
An atmospheric correction coefficient calculating step for calculating an atmospheric correction coefficient based on the spectral data acquired by the image analysis device in the reference reflector spectral data imaging step and the spectral data held in the holding step;
A target image imaging step in which the imaging device acquires spectral data of the target image; and
An atmospheric correction step in which the image analysis apparatus performs atmospheric correction on the spectral data of the target image using the atmospheric correction coefficient;
An analysis step in which the image analyzer performs a hyperspectral image analysis using the spectrum data corrected in the atmosphere in the atmosphere correction step;
An analysis method comprising:
画像解析装置が大気吸収の影響を除外した基準反射板のスペクトルデータを保持する保持ステップと、
撮像装置が基準反射板のスペクトルデータを取得する基準反射板撮像ステップと、
画像解析装置が前記基準反射板スペクトルデータ撮像ステップにおいて取得したスペクトルデータと、前記保持ステップにおいて保持しているスペクトルデータとに基づいて大気補正係数を算出する大気補正係数算出ステップと、
撮像装置が目標画像のスペクトルデータを取得する目標画像撮像ステップと、
画像解析装置が前記大気補正係数を用いて前記目標画像のスペクトルデータに対し大気補正をする大気補正ステップと、
画像解析装置が目標物体の基準スペクトルデータを保持する基準スペクトルデータ保持ステップと、
画像解析装置が前記基準スペクトルデータと前記大気補正ステップにおいて大気補正されたスペクトルデータとを全波長領域について照合する第1の照合ステップと、
画像解析装置が前記基準スペクトルデータと前記大気補正ステップにおいて大気補正されたスペクトルデータとを特定の波長領域についてのみ照合する第2の照合ステップと、
画像解析装置が前記第1の照合ステップにおける照合の結果及び前記第2の照合ステップにおける照合の結果に基づいて目標物体を選別する選別ステップと、
を備えることを特徴とする解析方法。 In an analysis method for performing a hyperspectral image analysis in a system including an imaging device and an image analysis device including a reference reflector,
A holding step in which the image analyzer retains the spectral data of the reference reflector excluding the influence of atmospheric absorption;
A reference reflector imaging step in which the imaging device acquires spectral data of the reference reflector;
An atmospheric correction coefficient calculating step for calculating an atmospheric correction coefficient based on the spectral data acquired by the image analysis device in the reference reflector spectral data imaging step and the spectral data held in the holding step;
A target image imaging step in which the imaging device acquires spectral data of the target image; and
An atmospheric correction step in which the image analysis apparatus performs atmospheric correction on the spectral data of the target image using the atmospheric correction coefficient;
A reference spectrum data holding step in which the image analysis device holds the reference spectrum data of the target object;
A first collation step in which the image analysis apparatus collates the reference spectral data with the spectral data that has been atmospherically corrected in the atmospheric correction step for all wavelength regions;
A second collation step in which the image analysis apparatus collates the reference spectral data with the spectral data that has been atmospherically corrected in the atmospheric correction step only for a specific wavelength region;
A selection step in which the image analysis apparatus selects a target object based on a result of the matching in the first matching step and a result of the matching in the second matching step;
An analysis method comprising:
画像解析装置が、
前記大気補正ステップにおいて大気補正されたスペクトルデータを前記基準スペクトルデータとして記録する記録ステップを更に備えることを特徴とする解析方法。 The analysis method according to claim 6 , comprising:
Image analysis device
The analysis method further comprising a recording step of recording the spectrum data corrected in the atmosphere in the atmosphere correction step as the reference spectrum data.
画像解析装置が、
前記第2の照合ステップを前記特定の波長領域を異なるものとして複数回行うことを特徴とする解析方法。 The analysis method according to claim 6 or 7 , wherein
Image analysis device
The analysis method characterized in that the second matching step is performed a plurality of times with different specific wavelength regions.
大気吸収の影響を除外した基準反射板のスペクトルデータを保持する保持機能と、
前記撮像装置より伝達される基準反射板スペクトルデータ撮像機能において取得したスペクトルデータと、前記保持機能において保持しているスペクトルデータとに基づいて大気補正係数を算出する大気補正係数算出機能と、
前記大気補正係数を用いて前記撮像装置より伝達される目標画像のスペクトルデータに対し大気補正をする大気補正機能と、
前記大気補正機能において大気補正されたスペクトルデータを用いてハイパースペクトル画像解析を行う解析機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする解析プログラム。 In the hyperspectral image analysis program incorporated in the image analysis apparatus in the system including the imaging apparatus and the image analysis apparatus including the reference reflector,
A holding function to hold the spectrum data of the reference reflector excluding the influence of atmospheric absorption,
An atmospheric correction coefficient calculation function for calculating an atmospheric correction coefficient based on the spectral data acquired in the reference reflector spectral data imaging function transmitted from the imaging device and the spectral data held in the holding function;
An atmospheric correction function for performing atmospheric correction on the spectral data of the target image transmitted from the imaging device using the atmospheric correction coefficient;
An analysis function for performing a hyperspectral image analysis using the spectrum data corrected in the atmosphere in the atmosphere correction function;
An analysis program characterized in that a computer is realized.
大気吸収の影響を除外した基準反射板のスペクトルデータを保持する保持機能と、
前記撮像装置より伝達される基準反射板スペクトルデータ撮像機能において取得したスペクトルデータと、前記保持機能において保持しているスペクトルデータとに基づいて大気補正係数を算出する大気補正係数算出機能と、
前記大気補正係数を用いて前記撮像装置より伝達される目標画像のスペクトルデータに対し大気補正をする大気補正機能と、
目標物体の基準スペクトルデータを保持する基準スペクトルデータ保持機能と、
前記基準スペクトルデータと前記大気補正機能において大気補正されたスペクトルデータとを全波長領域について照合する第1の照合機能と、
前記基準スペクトルデータと前記大気補正機能において大気補正されたスペクトルデータとを特定の波長領域についてのみ照合する第2の照合機能と、
前記第1の照合機能における照合の結果及び前記第2の照合機能における照合の結果に基づいて目標物体を選別する選別機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする解析プログラム。 In an analysis program for performing a hyperspectral image analysis incorporated in an image analysis apparatus in a system including an imaging apparatus and an image analysis apparatus including a reference reflector,
A holding function to hold the spectrum data of the reference reflector excluding the influence of atmospheric absorption,
An atmospheric correction coefficient calculation function for calculating an atmospheric correction coefficient based on the spectral data acquired in the reference reflector spectral data imaging function transmitted from the imaging device and the spectral data held in the holding function;
An atmospheric correction function for performing atmospheric correction on the spectral data of the target image transmitted from the imaging device using the atmospheric correction coefficient;
A reference spectrum data holding function for holding the reference spectrum data of the target object;
A first collation function for collating the reference spectrum data and the spectrum data corrected in the atmosphere by the atmospheric correction function for all wavelength regions;
A second collation function for collating the reference spectral data with the spectral data that has been atmospherically corrected in the atmospheric correction function only for a specific wavelength region;
A selection function for selecting a target object based on a result of matching in the first matching function and a result of matching in the second matching function;
An analysis program characterized in that a computer is realized.
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