JP6044052B2 - Fisheye image data creation program and LAI calculation program - Google Patents

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Description

本発明は魚眼画像データ作成プログラム、LAI(Leaf Area Index)算出プログラム、LAI算出装置に関する。   The present invention relates to a fisheye image data creation program, an LAI (Leaf Area Index) calculation program, and an LAI calculation apparatus.

森林環境を評価する基準として、葉面積指数(Leaf Area Index、以下「LAI」という。)が広く知られている。LAIとは単位面積当たりの葉の面積をいい、森林内の光量を量る指標として用いることが可能である。すなわち、森林内の任意の場所においてLAIを算出できれば、それらの場所において、葉の量をどの程度削減すればどの程度の光量を増加させることができるか等、森林管理の際に必要な樹木の伐採量を定量的に行うことが可能となる。   As a standard for evaluating the forest environment, a leaf area index (hereinafter referred to as “LAI”) is widely known. LAI refers to the area of leaves per unit area, and can be used as an index for measuring the amount of light in the forest. In other words, if LAI can be calculated at any location in the forest, the amount of light that can be increased by reducing the amount of leaves at those locations, etc. The amount of felling can be performed quantitatively.

一般に、LAIは、魚眼カメラを用いて森林内の地面から真上に向けて撮影した画像から森林内への入光量を算出することによって求められる。具体的には、魚眼カメラによって撮影された画像を二値化し、影となるピクセル数を基に画像上で光量を得る。そして、森林内の光量が森林床へ到達する量をポワソン分布と仮定して推定式を用いてLAIを得る(例えば下記非特許文献1参照)。   In general, the LAI is obtained by calculating the amount of light incident on the forest from an image taken from directly above the ground in the forest using a fisheye camera. Specifically, the image taken by the fisheye camera is binarized, and the amount of light on the image is obtained based on the number of shadow pixels. Then, assuming that the amount of light in the forest that reaches the forest floor is a Poisson distribution, an LAI is obtained using an estimation formula (for example, see Non-Patent Document 1 below).

これまでの葉面積算出方法に関するものとして、例えば下記特許文献1に航空機レーザーによるデータ解析技術が、下記特許文献2に広角レンズ及び電子式撮影素子を用いる方法が、また、下記特許文献3に光学的植生指数センサによって測定する方法が開示されている。   As for conventional leaf area calculation methods, for example, the following patent document 1 discloses an aircraft laser data analysis technique, the following patent document 2 uses a wide-angle lens and an electronic imaging device, and the following patent document 3 describes an optical technique. A method for measuring with an artificial vegetation index sensor is disclosed.

また、下記非特許文献2には、地上レーザーを用いたLAIを算出した研究が開示されている。   Non-Patent Document 2 below discloses a study of calculating LAI using a ground laser.

特開2008−111725号公報JP 2008-1111725 A 特開2007−171033号公報JP 2007-171033 A 特開2011−133451号公報JP 2011-133451 A

MacAuthur&Horn,Ecology,50(5),1969MacAuthhur & Horn, Ecology, 50 (5), 1969. Seidel et al.,2012,Agricultural and Forest Meteology,154−155,pp.1−8Seidel et al. , 2012, Agricultural and Forest Metalogy, 154-155, pp. 1-8

上記特許文献1に記載の解析技術は、航空機レーザーデータ(上空から照射されたレーザーデータ)を用い、レーザーの「反射強度」から葉面積を算出する方法を用いている。しかしながら、航空機レーザーによって高密度でデータを取得したとしても、森林内へのレーザーの透過率は低く、林内の正確な状況を把握できているとする保証がない。また、「反射強度」は照射角度によって異なるため、レーザーを照射した際の航空機の位置や対象とする森林の位置によって反射強度が異なることになり、反射強度だけで推定するには限界がある。   The analysis technique described in Patent Literature 1 uses aircraft laser data (laser data emitted from the sky) and uses a method of calculating the leaf area from the “reflection intensity” of the laser. However, even if data is acquired at high density with an aircraft laser, the laser transmittance into the forest is low, and there is no guarantee that the exact situation inside the forest can be grasped. In addition, since the “reflection intensity” varies depending on the irradiation angle, the reflection intensity varies depending on the position of the aircraft when the laser is irradiated and the position of the target forest, and there is a limit to estimation based only on the reflection intensity.

また、上記特許文献2に記載の技術は、従来の方法における、魚眼カメラ等で撮影する際の天気がLAIを推定する結果に大きく影響を及ぼす課題を克服するために「電子式撮像素子」を導入するものである。しかしながら、上記特許文献2に記載の技術では、「電子式撮像素子」を新たに装置構成として追加しなければならないという課題がある。また、魚眼カメラ等を用いて実際の撮影を行うものであるため、天候や時間によって二値化の処理において主観的な判断が加わり、大きく差が生じてしまうといった課題もある。   In addition, the technique described in Patent Document 2 described above is an “electronic image sensor” in order to overcome the problem that the weather when photographing with a fish-eye camera or the like greatly affects the result of estimating the LAI in the conventional method. Is to introduce. However, the technique described in Patent Document 2 has a problem that an “electronic image sensor” must be newly added as a device configuration. In addition, since actual shooting is performed using a fisheye camera or the like, there is a problem in that subjective judgment is added in the binarization process depending on the weather and time, resulting in a large difference.

また、上記特許文献3に記載の技術は、上記特許文献2に記載の技術をさらに進めて「光学的植生指数を算出するセンサ」を独自に開発したものである。しかしながら、上記特許文献2と同様、その独自のセンサを利用しないといけないといった課題がある。また、魚眼カメラ等を用いて実際の撮影を行うものであるため、天候や時間によって二値化の処理において主観的な判断が加わり、大きく差が生じてしまうといった課題もある。   The technique described in Patent Document 3 is an original development of a “sensor for calculating an optical vegetation index” by further advancing the technique described in Patent Document 2. However, like the above-mentioned Patent Document 2, there is a problem that the unique sensor must be used. In addition, since actual shooting is performed using a fisheye camera or the like, there is a problem in that subjective judgment is added in the binarization process depending on the weather and time, resulting in a large difference.

また、上記非特許文献2には、確かに地上レーザーを用いてLAIを算出する技術であるが、計算のためすべての点群をVoxelに変換した後にLAIを算出しているため、1つの画像を得るのに4時間程度かかるため非常に低速であり、簡便な方法とはいえない。またその画像作成手順に関して詳細は殆ど明らかにされておらず、実施ができる程度に開示されたものとは言えない。   Non-Patent Document 2 is certainly a technique for calculating LAI using a terrestrial laser. However, since LAI is calculated after converting all point clouds to Voxel for calculation, one image is obtained. Since it takes about 4 hours to obtain the temperature, it is very slow and cannot be said to be a simple method. Further, the details of the image creation procedure are hardly clarified, and it cannot be said that it has been disclosed to the extent that it can be carried out.

そこで、本発明は、上記課題を鑑み、より簡便、高速、精密で天候に左右されにくい魚眼画像データ作成方法及び魚眼画像データ作成プログラムを提供し、さらにこれに基づきより簡便、高速、精密なLAI算出方法及びLAI算出プログラムを提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a fisheye image data creation method and a fisheye image data creation program that are simpler, faster, more precise and less affected by the weather, and based on this, more easily, faster, and more accurate. An object of the present invention is to provide an LAI calculation method and a LAI calculation program.

上記課題を解決するための本発明の一観点に係る魚眼画像データ作成プログラムは、コンピュータに、三次元の森林点群データを読み込むステップ、三次元の基準点データを作成するステップ、基準点データを基準として、森林点群データを構成する森林点データの少なくともいずれかの二つの偏角データを求めるステップ、森林点データの二つの偏角データに基づき二次元の魚眼画像データを作成するステップ、を実行させる。   A fisheye image data creation program according to an aspect of the present invention for solving the above-described problem is a step of reading three-dimensional forest point cloud data into a computer, a step of creating three-dimensional reference point data, and reference point data Obtaining at least two declination data of the forest point data constituting the forest point cloud data with reference to, and creating two-dimensional fisheye image data based on the two declination data of the forest point data , Execute.

また、本発明の他の一観点に係る魚眼画像データ作成プログラムは、コンピュータに、三次元の森林点群データを読み込むステップ、三次元の基準点データを作成するステップ、基準点データを基準として、森林点群データを構成する森林点データの少なくともいずれかの二つの偏角データを求めるステップ、森林点データの二つの偏角データに基づき二次元の魚眼画像データを作成するステップ、魚眼画像データに基づいてLAIを求めるステップ、を実行させる。   A fisheye image data creation program according to another aspect of the present invention includes a step of reading a three-dimensional forest point cloud data into a computer, a step of creating three-dimensional reference point data, and a reference point data as a reference. Obtaining at least any two declination data of the forest point data constituting the forest point cloud data, creating two-dimensional fisheye image data based on the two declination data of the forest point data, fisheye A step of obtaining an LAI based on the image data is executed.

以上、本発明により、より簡便、高速、精密で天候に左右されにくい魚眼画像データ作成方法及び魚眼画像データ作成プログラムを提供し、さらにこれに基づきより簡便、高速、精密なLAI算出方法及びLAI算出プログラムを提供することができる。   As described above, the present invention provides a fish-eye image data creation method and a fish-eye image data creation program that are simpler, faster, more accurate and less affected by the weather, and based on this, a more simple, faster, and more accurate LAI calculation method and An LAI calculation program can be provided.

実施形態に係るLAI算出方法におけるステップの概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the step in the LAI calculation method which concerns on embodiment. 森林点群データの取得方法のイメージ図である。It is an image figure of the acquisition method of forest point cloud data. 取得された森林点群データのイメージ図である。It is an image figure of the acquired forest point cloud data. 基準点データを作成する際に用いる仮想空間のイメージ図である。It is an image figure of the virtual space used when creating reference point data. 偏角データを求める際の計算のイメージ図である。It is an image figure of calculation at the time of calculating | requiring declination data. 射影変換処理のイメージを示す図である。It is a figure which shows the image of a projective transformation process. 球の表面上に森林点群をすべて配置させるイメージを示す図である。It is a figure which shows the image which arrange | positions all the forest point clouds on the surface of a sphere. 森林点群データが存在する領域、森林点群が配置されていない領域を判断する場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of determining the area | region where forest point cloud data exist, and the area | region where the forest point cloud is not arrange | positioned. 作成された魚眼画像データのイメージを示す図である。It is a figure which shows the image of the produced fisheye image data. 中心から所定の範囲の円領域のみを抽出し、LAIの計算対象とさせる処理のイメージ図である。It is an image figure of the process which extracts only the circular area | region of the predetermined range from the center, and makes it the calculation object of LAI. AccuPARによるLAIと魚眼レンズによるLAIを比較した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having compared LAI by AccuPAR and LAI by a fisheye lens. レーザーセンサによる森林点群データを用いて求めたLAIとAccuPARによるLAIとを比較した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having compared LAI calculated | required using the forest point cloud data by a laser sensor, and LAI by AccuPAR. 魚眼レンズを用いて定めたLAIと、レーザーセンサにより求めた森林点群データを用いて定めたLAIとの関連を示す図である。It is a figure which shows the relationship between LAI defined using the fisheye lens, and LAI defined using the forest point cloud data calculated | required with the laser sensor.

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態の具体的な例示にのみ限定されるわけではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different forms, and is not limited to specific examples of the embodiments shown below.

本実施形態は、LAI算出方法に関する。本実施形態にかかるLAI算出方法(以下「本方法」という。)は(1)三次元の森林点群データを読み込むステップ、(2)三次元の基準点データを作成するステップ、(3)基準点データを基準として、前記森林点群データを構成する森林点データの少なくともいずれかの二つの偏角データを求めるステップ、(4)森林点データの二つの偏角データに基づき二次元の魚眼画像データを作成するステップ、(5)魚眼画像データに基づいてLAIを求めるステップ、を有する。図1に、本方法によるステップの概略を示しておく。   The present embodiment relates to an LAI calculation method. The LAI calculation method according to the present embodiment (hereinafter referred to as “the present method”) includes (1) a step of reading three-dimensional forest point cloud data, (2) a step of generating three-dimensional reference point data, and (3) a reference. Obtaining at least any two declination data of the forest point data constituting the forest point cloud data on the basis of the point data; (4) two-dimensional fisheye based on the two declination data of the forest point data; Creating image data; and (5) obtaining LAI based on the fisheye image data. FIG. 1 shows an outline of the steps according to the present method.

本方法は、限定されるわけではないが、たとえばコンピュータのハードディスク等の記録媒体に上記各ステップを実行することのできるプログラムを記録し、これを実行させることで実現させることが容易であり好ましい。以下、コンピュータによるデータ処理を前提に説明する。   Although this method is not limited, it is preferable because it is easy to realize by recording a program capable of executing the above steps on a recording medium such as a hard disk of a computer and executing the program. The following description is based on data processing by a computer.

まず、本方法の(1)三次元の森林点群データを読み込むステップは、文字通り、三次元の森林点群データを読み込むステップである。このステップは、たとえばコンピュータのハードディスク等の記録媒体に予め記録しておき、必要に応じて三次元の森林点群データをメモリ等の記録媒体に読み込むことが典型的な一態様である。このようにすることで後述の処理を開始することができるようになる。ここで「三次元の森林点群データ」とは、森や林等の樹木が存在する領域(以下「森林等」という。)において樹木等の存在を表現する座標情報を含む点データ(森林点データ)の集合をいう。すなわち、森林点データが存在する位置には樹木の幹や葉等が存在することを意味する。なお、三次元の森林点群データは、取得できる限りにおいて限定されるわけではないが、より詳細な方法によって取得することが好ましく、例えば森林等の地表近くにレーザーセンサ等の三次元データを取得することができる装置を配置し作動させることより取得することができる。この場合における森林点群データの取得方法のイメージ図を図2に、取得された森林点群データのイメージ図を図3に示しておく。ここで三次元の森林点群データは、限定されるわけではないが、x座標、y座標、z座標に関する情報を含んだバイナリデータであることが好ましい。このようにすることで、後のステップにおいて簡便な処理を行うことができるようになる。   First, the step (1) of reading the three-dimensional forest point cloud data of this method is literally the step of reading the three-dimensional forest point cloud data. This step is a typical mode in which, for example, recording is performed in advance on a recording medium such as a hard disk of a computer, and three-dimensional forest point cloud data is read into a recording medium such as a memory as necessary. By doing so, the processing described later can be started. Here, “three-dimensional forest point cloud data” refers to point data (forest points) including coordinate information representing the presence of trees, etc. in an area where trees such as forests or forests exist (hereinafter referred to as “forests”). Data). That is, it means that there are tree trunks, leaves, and the like at positions where forest point data exists. The three-dimensional forest point cloud data is not limited as long as it can be acquired, but it is preferable to acquire the three-dimensional forest point cloud data by a more detailed method. Can be obtained by placing and operating a device capable of doing so. An image diagram of the forest point cloud data acquisition method in this case is shown in FIG. 2, and an image diagram of the acquired forest point cloud data is shown in FIG. Here, the three-dimensional forest point cloud data is not limited, but is preferably binary data including information on the x coordinate, the y coordinate, and the z coordinate. By doing in this way, a simple process can be performed in a later step.

本法における(2)三次元の基準点データを作成するステップは、魚眼画像データを作成する際の中心となる基準点を決定するステップである。すなわち基準点データは後に作成される魚眼画像データの中心となる点である。   The step (2) of creating three-dimensional reference point data in this method is a step of determining a reference point that is the center when creating fisheye image data. That is, the reference point data is a point that becomes the center of fish-eye image data created later.

ここで基準点データは、上記三次元の森林点群データと同じ座標系で表現されたものであることが好ましく、限定されるわけではないが、x座標、y座標、z座標に関する情報を含んだバイナリデータであることが好ましい。   Here, the reference point data is preferably expressed in the same coordinate system as the three-dimensional forest point cloud data, and includes, but is not limited to, information on the x coordinate, y coordinate, and z coordinate. It is preferably binary data.

また、本ステップにおいて、LAI算出の際に地表面からの高さ等を考慮しようとする場合、基準点の地表面からの高さ等を特定するために、DTM(Digigtal Terrain Model)を新たに作成することが好ましい。   Also, in this step, when considering the height from the ground surface when calculating the LAI, a new DTM (Digital Terrain Model) has been added to specify the height of the reference point from the ground surface. It is preferable to create.

点群データには地表面からの反射とそれ以外からの反射等、予め分類されている訳ではない。よって地表面DTMを作成する。DTMとは森林点群データから作成される地表面データであり、滑らかとなるように処理が施されている。このデータを求めることで基準点の地表面からの高さを精度よく決定することができる。このDTMは、森林点群データにおけるxy座標面を複数の領域に分割し、その各々の領域(セル)において最小値を求め、それら各領域に隣接するセルと比較し、最小値であるものだけ残した表面を作成する。
作成された表面上で、各セルを中心に隣接するセル(例えば、3x3または5x5範囲)でより低いセル値がある場合は、より低い隣接セル値を中心セルに代入する(最小値を抽出する画像フィルター)。この処理を全域で行う。最小値フィルターを施したDTMと元のDTMとを比較することで、変動しない(隣接セルから最小値の代入がされていない)セルだけを判別する。変動してない場所のみからTIN(Triangular Irregular Network)を作成し、さらにTINからラスターへ変換する。同様の処理をDSMにも適用する。DSMでも隣接セルとの値を比較し、最大値を中心セルに代入する最大値フィルターを施す。最大値フィルターと元のDSMを比較することで、変動しないセルだけを判別する。判別されたセルは樹木の頂点を表す。DSMから得られた樹木頂点と位置は、立木密度を簡易的に算出することに優れているため、基準点を定めるための有効な情報となる。
The point cloud data is not classified in advance, such as reflection from the ground surface and reflection from other points. Therefore, the ground surface DTM is created. DTM is ground surface data created from forest point cloud data, and is processed to be smooth. By obtaining this data, the height of the reference point from the ground surface can be accurately determined. This DTM divides the xy coordinate plane in the forest point cloud data into a plurality of areas, finds the minimum value in each area (cell), compares it with the cells adjacent to each area, and only those that are the minimum value Create the remaining surface.
On the created surface, if there is a lower cell value in the adjacent cell centered around each cell (eg 3x3 or 5x5 range), substitute the lower adjacent cell value into the central cell (extract the minimum value) Image filter). This process is performed throughout. By comparing the DTM that has been subjected to the minimum value filter and the original DTM, only the cells that do not vary (the minimum value is not substituted from the adjacent cells) are determined. A TIN (Triangular Irregular Network) is created only from a place where there is no change, and the TIN is converted to a raster. Similar processing is applied to the DSM. In DSM, the maximum value filter for comparing the value with the adjacent cell and substituting the maximum value into the central cell is applied. By comparing the maximum value filter and the original DSM, only cells that do not change are determined. The determined cell represents the top of the tree. The tree vertices and positions obtained from the DSM are excellent information for determining the reference point because they are excellent in simply calculating the density of standing trees.

また限定されるわけではないが、基準点データを作成する際すなわち基準点を決定する際は、例えば情報処理装置に接続される表示装置に仮想空間を表示させ、使用者に仮想空間上の所望の位置を選択させ、当該位置を基準点とする処理を行わせることで基準点データを作成することができる。このようにすることで、森林点群データを取得しておけば、任意の位置における魚眼画像データを作成することが可能となるとともに、その場におけるLAIを求めることができるようになる。この場合のイメージ図を図4に示しておく。   Although not limited, when creating the reference point data, that is, when determining the reference point, for example, the virtual space is displayed on the display device connected to the information processing device, and the user can select the desired virtual space. The reference point data can be created by selecting the position and causing the position to be used as a reference point. In this way, if the forest point cloud data is acquired, fisheye image data at an arbitrary position can be created, and the LAI on the spot can be obtained. An image diagram in this case is shown in FIG.

また本方法における(3)基準点データを基準として、森林点群データを構成する森林点データの少なくともいずれかの二つの偏角データを求めるステップは、本方法において重要なステップである。この処理により三次元の森林点群に基づき二次元の魚眼画像を作成することが容易となる。本処理は、極座標系、より具体的には球座標系に変換する座標変換処理であるということもできる。   Further, the step (3) of obtaining at least any two declination data of the forest point data constituting the forest point cloud data on the basis of the reference point data in the present method is an important step in the present method. This process makes it easy to create a two-dimensional fisheye image based on a three-dimensional forest point cloud. This process can also be said to be a coordinate conversion process for converting to a polar coordinate system, more specifically, a spherical coordinate system.

本ステップにおいて求める二つの偏角データは、限定されるわけではないが、基準点と処理対象となる森林点とを結ぶ線のxy平面への射影線がxy平面上においてx軸(又はy軸)となす角である水平角θに対応する水平角データと、上記射影線がz軸(又はxy平面)となす角である仰角φ二対応する仰角データであることが好ましい。このようにすることで、極座標、より具体的には球座標での表現となり、魚眼画像の形状である円に対応した処理が容易となる。   The two declination data obtained in this step is not limited, but the projection line to the xy plane of the line connecting the reference point and the forest point to be processed is the x axis (or y axis) on the xy plane. ) And horizontal angle data corresponding to the horizontal angle θ, and elevation data corresponding to an elevation angle φ that is an angle between the projection line and the z axis (or xy plane). By doing in this way, it becomes an expression in polar coordinates, more specifically in spherical coordinates, and processing corresponding to a circle which is the shape of a fisheye image becomes easy.

また本ステップにおいて、二つの偏角はどのような方法によって求めても良いが、二つの偏角を求めるに際し、基準点と森林店との間の距離Dを求めておくことが好ましい。距離Dを求めることで、容易に偏角を求めることが可能となるとともに正確な球座標表現が可能となる。この場合の計算のイメージ図を図5に示しておく。   In this step, the two declination angles may be obtained by any method, but it is preferable to obtain the distance D between the reference point and the forest store when obtaining the two declination angles. By obtaining the distance D, it is possible to easily obtain the declination and to accurately represent spherical coordinates. An image of calculation in this case is shown in FIG.

また本ステップでは、上記処理によって二つの偏角データを求めた後、(4)森林点データの二つの偏角データに基づき二次元の魚眼画像データを作成する。本ステップでは、まず、射影変換処理を行い二次元の射影画像データを作成する。具体的には、上記森林点群データの各森林点データに対し二つの偏角データを用いて射影変換処理を行う。このイメージ図を図6に示しておく。なお、本図では、説明の観点から正射影の変換処理を示しているが、その他の射影変換として、等立体角射影、等距離射影を用いても良い。   In this step, after obtaining the two declination data by the above process, (4) two-dimensional fisheye image data is created based on the two declination data of the forest point data. In this step, first, projective transformation processing is performed to create two-dimensional projected image data. Specifically, projective transformation processing is performed on each forest point data of the forest point cloud data using two declination data. This image diagram is shown in FIG. In this figure, orthographic projection conversion processing is shown from the viewpoint of explanation, but as other projection transformation, equisolid angle projection and equidistant projection may be used.

またこの射影変換処理において、又は、その前において、基準点と各森林点データの距離Dを、いずれも同じ値(例えば1)となるよう処理しておくことが好ましい。このようにすることで、処理対象となる森林点群すべてを所定の半径(例えば1)の範囲内に射影することが可能となり、レンズを実際に使用した魚眼画像に違い射影画像データとなる。なお、射影変換処理前に基準点からの距離Dをいずれも同じ値(例えば1)にする場合、イメージとしては、当該値の球の表面上に森林点群をすべて配置させる処理と同視することができる。この場合のイメージ図を図7に示しておく。   In addition, in this projective transformation process, or before that, it is preferable to process the distance D between the reference point and each forest point data so as to have the same value (for example, 1). By doing so, it becomes possible to project all the forest point groups to be processed within a range of a predetermined radius (for example, 1), which is different from a fish-eye image actually using a lens and becomes projection image data. . When the distance D from the reference point is set to the same value (for example, 1) before the projective transformation process, the image should be regarded as the process of arranging all the forest point groups on the surface of the sphere having the value. Can do. An image diagram in this case is shown in FIG.

本ステップでは、この射影画像データをそのまま魚眼画像データとすることも可能であるが、さらにこの射影画像データの粗さ調整を行うことが好ましい。具体的には、射影画像を複数の領域に切りわけ、各領域内に射影された森林点群が配置されている場合は当該領域が森林点群データが存在する領域、森林点群が配置されていない場合は当該領域が森林点群データが存在しない領域と判断する。この場合のイメージを図8に示すとともに、図9に、作成された魚眼画像データのイメージを示しておく。この結果、魚眼画像データを作成することができる。この処理を行うと、所望の精度のLAIを自在に求めることが可能となり、処理時間の短縮と精度とのバランスを図ることができるようになる。なお、魚眼画像データは、各画素データが白又は黒の0、1の二値のいずれかとなっているものであることがLAIをより簡便に求めることができる観点から好ましいが、距離をより明確にするため、LAI算出前においては例えば距離に応じて明暗の重み付けを行うことも好ましい(例えば、基準点から近い距離にある森林点を表す場合はより暗く、基準点から遠い距離にある森林点を表す場合はより明るくすることも好ましい)。   In this step, the projected image data can be used as fisheye image data as it is, but it is preferable to further adjust the roughness of the projected image data. Specifically, the projected image is cut into a plurality of regions, and when the projected forest point cloud is arranged in each region, the region where the forest point cloud data exists, the forest point cloud is placed. If not, the region is determined to be a region where no forest point cloud data exists. FIG. 8 shows an image in this case, and FIG. 9 shows an image of the created fisheye image data. As a result, fisheye image data can be created. When this processing is performed, it is possible to freely obtain an LAI having a desired accuracy, and it is possible to achieve a balance between the reduction of processing time and accuracy. Note that the fisheye image data is preferably one in which each pixel data is one of white and black binary values of 0 and 1, from the viewpoint of more easily obtaining the LAI, but the distance is more For the sake of clarity, it is also preferable to perform weighting according to distance, for example, before calculating LAI (for example, forests that are darker and farther from the reference point are darker when representing forest points that are closer to the reference point). When expressing a point, it is also preferable to make it brighter).

また、上記の粗さ調整の処理によると、森林点群データ取得の際に生じる誤差を除去することもできる。この点について具体的に説明すると、森林点群データ取得は、レーザーセンサ等を用いた三次元の位置計測装置によって取得されることが好ましいが、この場合、当該装置はレーザー光を一定角度間隔(例えばα)で回転させながら森林点群データを取得していく。すなわち、レーザー光の発生源から測定点までの距離をrとした場合、この距離rと回転角度間隔αを乗じた値が分解能の限界となるため、誤差を低く抑えるためには射影画像データの粗さがこの分解能の限界よりも粗くなっている必要がある。より具体的には、射影画像データの粗さは、回転角度間隔αの二次元射影成分よりも大きくしておく必要があり、より好ましくはこの回転角度間隔αの二次元射影成分の2倍以上である。このようにすることで、誤差を低減させることができる。   In addition, according to the above-described roughness adjustment process, it is possible to remove errors that occur when acquiring forest point cloud data. This point will be specifically described. Forest point cloud data acquisition is preferably acquired by a three-dimensional position measurement device using a laser sensor or the like. In this case, the device transmits laser light at a certain angular interval ( For example, forest point cloud data is acquired while rotating at α). That is, when r is the distance from the laser light source to the measurement point, the value obtained by multiplying the distance r and the rotation angle interval α is the limit of resolution. The roughness needs to be coarser than this resolution limit. More specifically, the roughness of the projection image data needs to be larger than the two-dimensional projection component at the rotation angle interval α, and more preferably at least twice the two-dimensional projection component at the rotation angle interval α. It is. By doing so, errors can be reduced.

以上、本ステップにより、二次元の魚眼画像データを得ることができる。   As described above, two-dimensional fisheye image data can be obtained by this step.

なお本ステップにおいては、森林点の有無の判断処理を必要な範囲のみに限定して処理を行うようにしておいてもよい。具体的には、所定の距離、所定の角度の少なくともいずれかを定め、この所定の範囲内にある森林点群データのみを処理の対象とするようにしても良い。このようにすることで、不必要な森林点群データの処理を避けることが可能となるだけでなく、他の装置が測定することのできる範囲に合わせることで、当該装置が測定したLAI値と、同様の範囲に合わせて算出したLAIとを比較することが可能となる。   In this step, the process for determining the presence / absence of forest points may be limited to a necessary range. Specifically, at least one of a predetermined distance and a predetermined angle may be determined, and only the forest point cloud data within the predetermined range may be processed. In this way, it is possible not only to avoid unnecessary processing of the forest point cloud data, but also by matching the LAI value measured by the device with the range that other devices can measure. It is possible to compare the LAI calculated in accordance with the same range.

上記処理の具体的な例としては、例えば、所定の距離の範囲内とする場合、所定の距離の情報を含む距離範囲データを作成し、基準点から所定の距離以上となっている点データを処理対象から除外する処理とすることが好ましい。   As a specific example of the above processing, for example, when the distance is within a predetermined distance range, distance range data including information on the predetermined distance is created, and point data that is equal to or greater than the predetermined distance from the reference point It is preferable that the processing is excluded from the processing target.

また、所定の角度の範囲内の場合は、所定の角度の情報を含む角度範囲データを作成し、基準点から仰角が所定の角度以上となっている点データを処理対象から除外する処理とすることが好ましい。   If the angle is within a predetermined angle range, angle range data including information on the predetermined angle is created, and point data whose elevation angle is greater than or equal to the predetermined angle from the reference point is excluded from the processing target. It is preferable.

また本方法では、(5)魚眼画像データに基づいてLAIを求めるステップを有する。上記のステップで作成された魚眼画像データは、二次元の円形状の画像データであって、この円の中の森林点データを二値化し、円中において森林点が占める面積を算出することでLAIを算出することができる。LAIの算出方法としては、公知の手法により実現することができ、限定されるわけではないが、例えば上記非特許文献1に基づいて行うことができる。   The method further includes the step of (5) obtaining LAI based on the fisheye image data. The fisheye image data created in the above steps is two-dimensional circular image data, and the forest point data in this circle is binarized to calculate the area occupied by the forest points in the circle. To calculate the LAI. The LAI calculation method can be realized by a known method and is not limited. For example, the LAI calculation method can be performed based on Non-Patent Document 1.

また本ステップにおいて、魚眼画像データにおいて、所定の領域のみをLAIの計算対象とさせる処理を行わせることも好ましい。より具体的には、中心から所定の範囲の円領域のみを抽出し、LAIの計算対象とさせる処理が好ましい。このようにすると、所定の仰角の領域におけるLAIを計算することが可能となり、仰角に制限のある他のLAI測定装置との結果を対比することができる。この場合のイメージ図を図10に示しておく。   In this step, it is also preferable to perform a process for making only a predetermined region of the fisheye image data the LAI calculation target. More specifically, it is preferable to extract only a circular region within a predetermined range from the center and make it an LAI calculation target. In this way, it is possible to calculate the LAI in a region of a predetermined elevation angle, and to compare the results with other LAI measurement devices having a limitation on the elevation angle. An image diagram in this case is shown in FIG.

以上、本方法により、より簡便、高速、精密で天候に左右されにくい魚眼画像データ作成方法及び魚眼画像データ作成プログラムを提供し、さらにこれに基づきより簡便、高速、精密で天候に左右されにくいLAI算出方法及びLAI算出プログラムを提供することができる。   As described above, this method provides a fisheye image data creation method and a fisheye image data creation program that are simpler, faster, more accurate and less affected by the weather. It is possible to provide a difficult LAI calculation method and LAI calculation program.

上記方法を検証するため実証実験を行った。具体的には、様々な樹種で構成されているニュージーランドのクライストチャーチにあるHagley Parkにおいて、魚眼レンズを用いて実際に魚眼画像を撮影し、その魚眼画像を読み込みLAIを求める一方、レーザーセンサ装置を用いて森林点群データを取得し、上記実施形態に記載の方法に従い二次元魚眼画像データを作成しLAIを求めた。   A demonstration experiment was conducted to verify the above method. Specifically, at Hagley Park in Christchurch, New Zealand, which is composed of various tree species, a fisheye image is actually taken using a fisheye lens, the fisheye image is read and an LAI is obtained, while a laser sensor device Forest point cloud data was acquired using, two-dimensional fisheye image data was created according to the method described in the above embodiment, and LAI was obtained.

なお、現地検証用データとして、AccuPAR(Dragon Device社製)を用い、測定した同じ場所と開けた場所の2箇所でデータを同時に取得し測定日の天候を補正した光強度を取得し、LAIを計算した。   In addition, as the data for field verification, using AccuPAR (manufactured by Dragon Device), the data was acquired simultaneously at the two locations of the same measured location and the opened location, the light intensity corrected for the weather on the measurement date was acquired, and the LAI Calculated.

まず、AccuPARによるLAIと魚眼レンズによるLAIを比較した結果を図11に示す。本結果によると、魚眼レンズを用いてLAIを求めた場合、相関係数R=0.79であったものの、LAIのレンジが狭く、AccuPARのLAI評価より過小評価してしまう傾向があった。   First, FIG. 11 shows the result of comparing LAI with AccuPAR and LAI with fisheye lens. According to this result, when LAI was obtained using a fisheye lens, although the correlation coefficient R = 0.79, the LAI range was narrow and there was a tendency to underestimate the AccuPAR LAI evaluation.

一方、本実施例にかかるレーザーセンサによる森林点群データを用いて求めたLAIとAccuPARによるLAIとを比較した場合、本方法により求めたLAIはレンジが広く、LAIの様々な状況を捉えることが可能であることを確認した。また相関係数Rも0.81と優れていることを確認した。この結果を図12に示しておく。   On the other hand, when the LAI obtained by using the forest point cloud data by the laser sensor according to the present embodiment and the LAI obtained by AccuPAR are compared, the LAI obtained by this method has a wide range and can capture various situations of the LAI. Confirmed that it was possible. It was also confirmed that the correlation coefficient R was excellent at 0.81. The result is shown in FIG.

またここで魚眼レンズを用いて定めたLAIと、レーザーセンサにより求めた森林点群データを用いて定めたLAIとの関連について図13に示しておく。この結果、LAIが高い場所では魚眼レンズを用いた評価では値が飽和する傾向があるものの、本方法ではLAIが高い場所であっても精度よく算出できていることが確認できた。これはLAIが高い場合、二値化の判断基準において測定者の主観等の要素が入ってきてしまうことと考えられる。   FIG. 13 shows the relationship between the LAI determined using the fisheye lens and the LAI determined using the forest point cloud data obtained by the laser sensor. As a result, it was confirmed that although the value tends to saturate in the evaluation using the fisheye lens in the place where the LAI is high, the calculation can be performed accurately even in the place where the LAI is high. This is thought to be due to factors such as the subjectivity of the measurer being included in the binarization criteria when the LAI is high.

なお、本実施例に係る方法では、森林点群データ約300万点を処理対象としているが、この処理は45秒程度で完了することができ、非常に短時間で行うことができることも確認した。(コメント:実際の処理点数と、処理時間について言及をお願いできますでしょうか。)   In addition, in the method according to the present embodiment, about 3 million points of forest point cloud data are targeted for processing, but it has been confirmed that this processing can be completed in about 45 seconds and can be performed in a very short time. . (Comment: Can you mention the actual number of processing points and processing time?)

以上、本実施例により、より簡便、高速、精密で天候に左右されにくい魚眼画像データ作成方法及び魚眼画像データ作成プログラムを提供し、さらにこれに基づきより簡便、高速、精密で天候に左右されにくいLAI算出方法及びLAI算出プログラムを提供することができることを確認した。   As described above, according to the present embodiment, a fisheye image data creation method and a fisheye image data creation program that are simpler, faster, more accurate and less affected by the weather are provided. It was confirmed that an LAI calculation method and an LAI calculation program that are difficult to be provided can be provided.

本発明は、魚眼画像データ作成方法及びLAI算出方法並びに魚眼画像データ作成プログラム及びLAI算出プログラムとして産業上の利用可能性がある。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has industrial applicability as a fisheye image data creation method, LAI calculation method, fisheye image data creation program, and LAI calculation program.

Claims (2)

コンピュータに、
三次元の森林点群データを読み込むステップ、
三次元の基準点データを作成するステップ、
前記基準点データを基準として、前記森林点群データを構成する森林点データの少なくともいずれかの二つの偏角データを求めるステップ、
前記森林点データの二つの偏角データに基づき二次元の魚眼画像データを作成するステップ、を実行させるための、魚眼画像データ作成プログラム。
On the computer,
Reading 3D forest point cloud data;
Creating 3D reference point data;
Obtaining at least any two declination data of the forest point data constituting the forest point cloud data on the basis of the reference point data;
A fisheye image data creation program for executing the step of creating two-dimensional fisheye image data based on two declination data of the forest point data.
コンピュータに、
三次元の森林点群データを読み込むステップ、
三次元の基準点データを作成するステップ、
前記基準点データを基準として、前記森林点群データを構成する森林点データの少なくともいずれかの二つの偏角データを求めるステップ、
前記森林点データの二つの偏角データに基づき二次元の魚眼画像データを作成するステップ、前記魚眼画像データに基づいてLAIを求めるステップ、を実行させるための、魚眼画像データ作成プログラム。
On the computer,
Reading 3D forest point cloud data;
Creating 3D reference point data;
Obtaining at least any two declination data of the forest point data constituting the forest point cloud data on the basis of the reference point data;
A fisheye image data creation program for executing a step of creating two-dimensional fisheye image data based on two declination data of the forest point data and a step of obtaining an LAI based on the fisheye image data.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105004327A (en) * 2015-07-09 2015-10-28 北京师范大学 Intelligent terminal-based vegetation leaf area index information automatic measurement system
CN106482673B (en) * 2016-08-27 2018-11-23 中国农业科学院草原研究所 Multi-angle grassland vegetation leaf area index observation method and instrument
CN108492332B (en) * 2018-04-03 2021-05-18 中国林业科学研究院资源信息研究所 Real-time calculation method for leaf area index in forest three-dimensional scene
CN113503839B (en) * 2021-07-13 2022-04-19 电子科技大学 Vegetation parameter is measuring robot independently

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050010365A1 (en) * 2001-08-02 2005-01-13 Lee Chapman Road weather prediction system and method
JP2006052045A (en) * 2004-08-11 2006-02-23 Kyocera Mita Corp Image forming device
JP2007171033A (en) * 2005-12-22 2007-07-05 Univ Nagoya Indirect measuring method and system of leaf area index
JP2008111725A (en) * 2006-10-30 2008-05-15 Tokyo Electric Power Co Inc:The Leaf area index calculator, leaf area index calculation method, and its program
JP2010226968A (en) * 2009-03-25 2010-10-14 Nagaoka Univ Of Technology Method and system for diagnosing growth of crop

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005052045A (en) * 2003-08-01 2005-03-03 Japan Science & Technology Agency System for quantitatively evaluating environmental influence of plant

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050010365A1 (en) * 2001-08-02 2005-01-13 Lee Chapman Road weather prediction system and method
JP2006052045A (en) * 2004-08-11 2006-02-23 Kyocera Mita Corp Image forming device
JP2007171033A (en) * 2005-12-22 2007-07-05 Univ Nagoya Indirect measuring method and system of leaf area index
JP2008111725A (en) * 2006-10-30 2008-05-15 Tokyo Electric Power Co Inc:The Leaf area index calculator, leaf area index calculation method, and its program
JP2010226968A (en) * 2009-03-25 2010-10-14 Nagaoka Univ Of Technology Method and system for diagnosing growth of crop

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6013033606; 三上寛了、外2名: '魚眼デジタルカメラ画像による林冠の開空域の自動識別と葉面積指数の推定' 写真測量とリモートセンシン 第45巻、第5号, 2006, 第13頁-第22頁 *
JPN6013033607; STENBERG P: 'Simple analytical formula for calculating average photon recollision probability in vegetation canop' Remote Sensing of Environment Vol.109, 2007, pp.221-224 *

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