(57)【要約】【課題】偏西風と雲の移動方向のずれを加味することによって雷発生確率の正確性を高める。【解決手段】第４確率分布生成手段９は、各生起確率ＭＶに、対応する画素について読み出された生起確率Ｋを乗じ、この乗算の結果である各雷発生確率ＭＶＫを対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布Ｌ４を生成する。雷発生確率ＭＶＫは、対応する雲の部分が、その雲の部分の速さ、移動方向および濃淡によって雷を生起する確率を示している。【選択図】図１
2010156653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時系列の雲の画像を入力する画像入力手段と、
該画像が蓄積される画像蓄積手段と、
偏西風における空気の移動方向である東方向と画像内の各画素について求められた動きベクトルが示す方向とでなし得る角度の全範囲を分割してなる各範囲に対し、当該画素についての角度が当該範囲内にある場合に当該雲の部分で雷が生起する生起確率を対応づけた第１生起確率記憶手段と、
画像内の各画素が有する濃淡値のとり得る全範囲を分割してなる各範囲に対し、当該濃淡値が当該範囲内にある場合に当該画素に対応する雲の部分で雷が生起する生起確率を対応づけた第２生起確率記憶手段と、
前記画像蓄積手段から複数の画像を読み出し、当該複数の画像から各画素に対応する雲の部分の動く方向および速さを示す動きベクトルを計算する動きベクトル計算手段と、
前記第１生起確率記憶手段から、前記東方向と前記各動きベクトルが示す方向とでなす角度を含む範囲に対応づけられた生起確率を読み出し、読み出した各生起確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成する第１確率分布生成手段と、
前記画像蓄積手段から画像を読みだし、該画像の各画素から濃淡値を読み出し、前記第２生起確率記憶手段から、各濃淡値を含む範囲に対応づけられた生起確率を読み出し、各生起確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成する第２確率分布生成手段と、
前記第２確率分布生成手段により生成された確率分布内の各生起確率に、対応する画素について計算された動きベクトルが示す速さを乗じ、乗算の結果である各生起確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成する第３確率分布生成手段と、
前記第３確率分布生成手段により生成された確率分布内の各生起確率に、前記第１確率分布生成手段により生成された確率分布内の対応する生起確率を乗じ、乗算の結果である各雷発生確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成する第４確率分布生成手段と
を備えることを特徴とする雷発生確率計算装置。
【請求項２】
請求項１記載の雷発生確率計算装置が行う雷発生確率計算方法であって、
前記動きベクトル計算手段が、前記画像蓄積手段から複数の画像を読み出し、当該複数の画像から各画素に対応する雲の部分の動く方向および速さを示す動きベクトルを計算し、
前記第１確率分布生成手段が、前記第１生起確率記憶手段から、前記東方向と前記各動きベクトルが示す方向とでなす角度を含む範囲に対応づけられた生起確率を読み出し、読み出した各生起確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成し、
前記第２確率分布生成手段が、前記画像蓄積手段から画像を読みだし、該画像の各画素から濃淡値を読み出し、前記第２生起確率記憶手段から、各濃淡値を含む範囲に対応づけられた生起確率を読み出し、各生起確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成し、
前記第３確率分布生成手段が、前記第２確率分布生成手段により生成された確率分布内の各生起確率に、対応する画素について計算された動きベクトルが示す速さを乗じ、乗算の結果である各生起確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成し、
前記第４確率分布生成手段が、前記第３確率分布生成手段により生成された確率分布内の各生起確率に、前記第１確率分布生成手段により生成された確率分布内の対応する生起確率を乗じ、乗算の結果である各雷発生確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成する
ことを特徴とする雷発生確率計算方法。
【請求項３】
請求項２記載の雷発生確率計算方法を請求項１記載の雷発生確率計算装置に実行させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雷発生確率計算装置及び雷発生確率計算方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、温暖化現象に起因すると考えられる集中豪雨や台風の発生頻度が急増している。このような気象現象は気象レーダによって観測される。気象レーダは、広域における雲の画像を得ることができ、画像の空間分解能も高い。画像に示された雲の濃い部分は雷を生起しやすい。よって、雲の濃さは雷発生確率と考えられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】J.L. Barron, D. J. Fleet, and S.S. Beauchemin, "Performance of optical flow techniques", IJCV, vol. 12, no. 1, pp. 43-77, 1994
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、雷発生確率は、雲の濃さ以外の要因によっても左右される。例えば、雷を生起しにくい雲の薄い部分は、偏西風により、同じ東方向に移動するが、雷を生起しやすい雲の濃い部分は、空気の対流をもたらし、南東の方向に移動する傾向がある。よって、このような偏西風とのずれを要因として加味すれば、雷発生確率の正確性を高めることができる。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、偏西風と雲の移動方向のずれを加味することによって雷発生確率の正確性を高めることができる雷発生確率計算装置及び雷発生確率計算方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の雷発生確率計算装置は、時系列の雲の画像を入力する画像入力手段と、該画像が蓄積される画像蓄積手段と、偏西風における空気の移動方向である東方向と画像内の各画素について求められた動きベクトルが示す方向とでなし得る角度の全範囲を分割してなる各範囲に対し、当該画素についての角度が当該範囲内にある場合に当該雲の部分で雷が生起する生起確率を対応づけた第１生起確率記憶手段と、画像内の各画素が有する濃淡値のとり得る全範囲を分割してなる各範囲に対し、当該濃淡値が当該範囲内にある場合に当該画素に対応する雲の部分で雷が生起する生起確率を対応づけた第２生起確率記憶手段と、前記画像蓄積手段から複数の画像を読み出し、当該複数の画像から各画素に対応する雲の部分の動く方向および速さを示す動きベクトルを計算する動きベクトル計算手段と、前記第１生起確率記憶手段から、前記東方向と前記各動きベクトルが示す方向とでなす角度を含む範囲に対応づけられた生起確率を読み出し、読み出した各生起確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成する第１確率分布生成手段と、前記画像蓄積手段から画像を読みだし、該画像の各画素から濃淡値を読み出し、前記第２生起確率記憶手段から、各濃淡値を含む範囲に対応づけられた生起確率を読み出し、各生起確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成する第２確率分布生成手段と、前記第２確率分布生成手段により生成された確率分布内の各生起確率に、対応する画素について計算された動きベクトルが示す速さを乗じ、乗算の結果である各生起確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成する第３確率分布生成手段と、前記第３確率分布生成手段により生成された確率分布内の各生起確率に、前記第１確率分布生成手段により生成された確率分布内の対応する生起確率を乗じ、乗算の結果である各雷発生確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成する第４確率分布生成手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の雷発生確率計算方法は、前記動きベクトル計算手段が、前記画像蓄積手段から複数の画像を読み出し、当該複数の画像から各画素に対応する雲の部分の動く方向および速さを示す動きベクトルを計算し、前記第１確率分布生成手段が、前記第１生起確率記憶手段から、前記東方向と前記各動きベクトルが示す方向とでなす角度を含む範囲に対応づけられた生起確率を読み出し、読み出した各生起確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成し、前記第２確率分布生成手段が、前記画像蓄積手段から画像を読みだし、該画像の各画素から濃淡値を読み出し、前記第２生起確率記憶手段から、各濃淡値を含む範囲に対応づけられた生起確率を読み出し、各生起確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成し、前記第３確率分布生成手段が、前記第２確率分布生成手段により生成された確率分布内の各生起確率に、対応する画素について計算された動きベクトルが示す速さを乗じ、乗算の結果である各生起確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成し、前記第４確率分布生成手段が、前記第３確率分布生成手段により生成された確率分布内の各生起確率に、前記第１確率分布生成手段により生成された確率分布内の対応する生起確率を乗じ、乗算の結果である各雷発生確率を対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の雷発生確率計算装置及び雷発生確率計算方法によれば、偏西風とのずれを加味することによって雷発生確率の正確性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係る雷発生確率計算装置の構成図である。
【図２】雷発生確率計算装置によって扱われる画像の構成を示す図である。
【図３】第１生起確率記憶手段４を例示した図である。
【図４】雲の薄い部分と濃い部分の移動方向を示す図である。
【図５】第２生起確率記憶手段６を例示した図である。
【図６】２つの画像から動きベクトルｖが計算される様子を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本実施の形態に係る雷発生確率計算装置の構成図である。
【００１２】
雷発生確率計算装置は、画像入力手段１と、画像蓄積手段２と、動きベクトル計算手段３と、第１生起確率記憶手段４と、第１確率分布生成手段５と、第２生起確率記憶手段６と、第２確率分布生成手段７と、第３確率分布生成手段８と、第４確率分布生成手段９と、表示手段１０とを備える。雷発生確率計算装置は、予め作成されたコンピュータプログラムを読み込み実行したコンピュータによって実現することができる。
【００１３】
図２は、雷発生確率計算装置によって扱われる画像の構成を示す図である。
【００１４】
各画像は、例えば関東地方の雲を撮影して得たものである。つまり、各画像の撮影範囲は互いに等しく、各画像は四角形である。各画像は、同一の形状を有する画素を升目のように並べてなるものである。画素数は、図２のものに限らず、任意である。
【００１５】
各画素は、画像内における左右方向での自身の位置を示す成分ｉ、画像内における上下方向での自身の位置を示す成分ｊ（成分ｉとあわせて「位置情報」という）、当該画素に対応する位置での雲の濃淡を表す濃淡値ｄを有する。各画像の右、左、上、下の方向は東、西、北、南の方向にそれぞれ対応する。各画像の縦方向の画素数は互いに等しい。横方向の画素数、画像内の画素数も同様である。一方、各画像の撮影時刻は互いに異なる。例えば、各画像は１分おきに撮影して得たものである。すなわち、各画像は気象レーダなどにより得られる。
【００１６】
図３は、第１生起確率記憶手段４を例示した図である。
【００１７】
図３（ａ）に示すように、第１生起確率記憶手段４は、西から東へ吹く偏西風における空気の移動方向（以下、「東方向」という）と画像内の各画素について求められた動きベクトルが示す方向（当該画素に対応する位置にある雲の部分の動く方向を表す）とでなし得る角度（つまり東方向と当該雲の部分の動く方向とでなす角度θがとり得る角度）の全範囲（０度〜３６０度）を分割してなる各範囲に対し、当該画素についての角度θが当該範囲内にある場合に当該雲の部分で雷が生起する生起確率Ｋを対応づけたものである。角度θは、いわば偏西風と雲の移動方向のずれである。角度θが９０度である場合、例えば、当該動きベクトルに対応する画素の位置にある雲の部分は、北から南に動いていることになる。当該雲の部分で雷が生起する生起確率は、９０度を含む範囲に対応づけられている。なお、各生起確率Ｋの合計は１である。第１生起確率記憶手段４は、図３（ｂ）のようにも表現できる。
【００１８】
図４（ａ）は、雲の薄い部分の移動方向を示す図であり、図４（ｂ）は、雲の濃い部分の移動方向を示す図である。
【００１９】
図４（ａ）に示すように、雷を生起しにくい雲の薄い部分は、偏西風により、同じ東方向に移動する。一方、図４（ｂ）に示すように、雷を生起しやすい雲の濃い部分は、空気の対流をもたらし、南東の方向に移動する傾向がある。第１生起確率記憶手段４には、このような傾向が反映されているのである。
【００２０】
図５は、第２生起確率記憶手段６を例示した図である。
【００２１】
図５（ａ）に示すように、第２生起確率記憶手段６は、画像内の各画素が有する濃淡値（雲の濃淡を表す）ｄのとり得る全範囲を分割してなる各範囲に対し、当該濃淡値ｄが当該範囲内にある場合に当該画素に対応する雲の部分で雷が生起する生起確率Ｍを対応づけたものである。なお、各生起確率Ｍの合計は１である。第２生起確率記憶手段６は、図５（ｂ）のようにも表現できる。雲の濃い部分は雷を生起しやすく、すなわち、濃淡値が高いほど生起確率Ｍは高くなる。第２生起確率記憶手段６には、このような傾向が反映されているのである。なお、濃淡値が正規化される場合は、全範囲を、正規化後の濃淡値のとり得る全範囲とすればよい。
【００２２】
（雷発生確率計算方法）
図１において、画像入力手段１は、雲を含む時系列な画像を入力し、画像蓄積手段２に蓄積させる。
【００２３】
動きベクトル計算手段３は、蓄積手段２から複数の画像を読み出し、当該複数の画像から各画素に対応する雲の部分の動く方向および速さを示す動きベクトルｖを計算する。図６は、２つの画像から動きベクトルｖが計算される様子を例示した図である。この計算には、オプティカルフロー法を適用すればよい。例えば、特許文献１に記載されたLucas-Kanade法を適用すればよい。動きベクトルｖは、右方向すなわち東方向に動く速さを示すｘ成分と、画像の上方向すなわち北方向に動く速さを示すｙ成分とからなる。動きベクトルｖは、東方向と当該動きベクトルが示す雲の部分の移動方向とでなす角度θを間接的に示している。動きベクトルｖのｘ成分の２乗とｙ成分の２乗の和は、当該動きベクトルに対応する位置にある雲の部分が角度θの方向に動く速さＶを示している。
【００２４】
図１の第１確率分布生成手段５は、第１生起確率記憶手段４から、動きベクトル計算手段３により計算された各動きベクトルが示す角度θを含む範囲に対応づけられた生起確率Ｋを読み出す。第１確率分布生成手段５は、読み出した各生起確率Ｋを対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布Ｌ１を生成する。確率分布Ｌ１は、生起確率Ｋを位置情報の位置に分布させたものである。生起確率Ｋは、対応する雲の部分が、その雲の部分の移動方向によって雷を生起する確率を示している。
【００２５】
第２確率分布生成手段７は、画像蓄積手段２から最新の画像を読みだし、該画像の各画素から濃淡値ｄを読み出す。第２生起確率記憶手段６の全範囲が、正規化後の濃淡値のとり得る全範囲とした場合、第２確率分布生成手段７は、さらに、濃淡値ｄを正規化する。正規化とは、正規化後の値の合計が１となるように値を変換することである。便宜上、正規化後の濃淡値も濃淡値ｄという。第２確率分布生成手段７は、第２生起確率記憶手段６から、各濃淡値ｄを含む範囲に対応づけられた生起確率Ｍを読み出す。第２確率分布生成手段７は、読み出した各生起確率Ｍを対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布Ｌ２を生成する。確率分布Ｌ２は、生起確率Ｍを位置情報の位置に分布させたものである。生起確率Ｍは、対応する雲の部分が、その雲の部分の濃淡によって雷を生起する確率を示している。
【００２６】
第３確率分布生成手段８は、各生起確率Ｍに、対応する画素について計算された動きベクトルが示す速さＶを乗じ、この乗算の結果である生起確率ＭＶを求める。なお、速さＶを正規化し、それを乗じてもよい。第３確率分布生成手段８は、求めた各生起確率ＭＶを対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布Ｌ３を生成する。確率分布Ｌ３は、各生起確率ＭＶを位置情報の位置に分布させたものである。生起確率ＭＶは、対応する雲の部分が、その雲の部分の移動方向および濃淡によって雷を生起する確率を示している。        
【００２７】
第４確率分布生成手段９は、各生起確率ＭＶに、対応する生起確率Ｋを乗じ、この乗算の結果である各雷発生確率ＭＶＫを対応する画素の位置情報に対応づけてなる確率分布Ｌ４を生成する。確率分布Ｌ４は、各雷発生確率ＭＶＫを位置情報の位置に分布させたものである。雷発生確率ＭＶＫは、対応する雲の部分が、その雲の部分の速さ、移動方向および濃淡によって雷を生起する確率を示している。
【００２８】
ところで、ベイス推定は一般に、ｐ（ｘ／ｙ）ｐ（ｙ）＝ｐ（ｙ／ｘ）ｐ（ｘ）のように表される。ｐは確率、ｘ，ｙは事象である。ｐ（ｘ／ｙ）は条件付き確率であり、ｙが生じることを条件にｘが生じる確率を表す。ここで、ｐ（ｘ／ｙ）＝ｐ（ｙ／ｘ）ｐ（ｘ）／ｐ（ｙ）のように変形する。すると、ｐ（ｙ）が事前確率として、一定値で与えられると仮定すると、ｐ（ｘ／ｙ）∞ｐ（ｙ／ｘ）ｐ（ｘ）となる。
【００２９】
ここで、ｘ，ｙをそれぞれ２次元の位置に読み替える。即ち、ｐ（ｘ／ｙ）∞ｐ（ｙ／ｘ）ｐ（ｘ）とする。ただし、ｘ，ｙはそれぞれ（ｉ，ｊ）をもつと同時に、離散化された時刻である。この左辺の意味は、ある時刻ｙでの条件から、次の時刻ｘで何か事象が生じる条件付き確率を表す。
【００３０】
ここで、この右辺については、本実施の形態では、生起確率ＭＶ  ×  生起確率Ｋである。これにより、画像の濃淡値と速度ベクトルに関する事前情報だけを用いると、ＭＶとＫによる統合確率（雷発生確率ＭＶＫ）が求まる。これにより、各画素ごとでの次の時刻での、落雷が生じる確率分布（Ｌ３）が得られる。即ち、確率的に、２つの異なる性質の属性とベイズ推定により、次の時刻での落雷が生じる確率分布が予測されることが示された。
【００３１】
さて、表示手段１０は、確率分布Ｌ４を、図示しない表示装置に表示する。つまり、表示手段１０は、各雷発生確率ＭＶＫを、対応づけた位置情報に応じた表示画面内の位置に当該生起確率に応じた数値や濃淡などで表示する。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態に係る雷発生確率計算装置によれば、偏西風と雲の移動方向のずれを加味することによって雷発生確率の正確性を高めることができる。
【００３３】
なお、雷発生確率計算方法を雷発生確率計算装置に実行させるためのコンピュータプログラムは、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納し、陳列などして流通させたり、当該コンピュータプログラムをインターネットなどの通信網を介して伝送させてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１…画像入力手段
２…画像蓄積手段
３…動きベクトル計算手段
４…第１生起確率記憶手段
５…第１確率分布生成手段
６…第２生起確率記憶手段
７…第２確率分布生成手段
８…第３確率分布生成手段
９…第４確率分布生成手段
１０…表示手段
【図１】
2010156653.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010156653.tif 000007
【図６】
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