(57)【要約】【課題】画像中で花の像が非常に小さくても、簡易で高速な処理によって花を強調して表示し、その花が咲く植物の存在を容易に判定することが可能な植物の存在判定方法および存在判定装置を提供することを目的としている。【解決手段】本発明の特徴は、花が咲く植物の存在判定方法であって、花が咲く植物が撮影された原画像を取得し、原画像に対して所定のフィルタ半径で輝度が最大となる色を取得する最大値フィルタ処理を行い、原画像に対して所定のフィルタ半径で輝度が平均となる色を取得する平均値フィルタ処理を行い、２つの画像において各画素の輝度の差分値とその周辺画素の輝度の差分値との分散値を求める分散フィルタ処理を行うことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
花が咲く植物の存在判定方法であって、
花が咲く植物が撮影された原画像を取得し、
前記原画像に対して所定のフィルタ半径で輝度が最大となる色を取得する最大値フィルタ処理を行い、
前記原画像に対して所定のフィルタ半径で輝度が平均となる色を取得する平均値フィルタ処理を行い、
２つの画像において各画素の輝度の差分値とその周辺画素の輝度の差分値との分散値を求める分散フィルタ処理を行うことを特徴とする植物の存在判定方法。
【請求項２】
前記分散フィルタ処理後の画像と原画像を加算処理することを特徴とする、請求項１に記載の植物の存在判定方法。
【請求項３】
前記分散フィルタ処理後の画像の空間周波数に対してバンドパスフィルタ処理を行い、
バンドパスフィルタ処理後の画像に対してコントラストを平均化する平均化処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の植物の存在判定方法。
【請求項４】
日程をずらして撮影した複数の原画像を取得し、
複数の原画像に対して上記の画像処理を行った後に重ね合わせることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の植物の存在判定方法。
【請求項５】
花が咲く植物の存在判定装置であって、
花が咲く植物が撮影された原画像を取得する画像取得部と、
前記原画像に対して所定のフィルタ半径で輝度が最大となる色を取得する最大値フィルタと、
前記原画像に対して所定のフィルタ半径で輝度が平均となる色を取得する平均値フィルタと、
２つの画像において各画素の輝度の差分値とその周辺画素の輝度の差分値との分散値を求める分散フィルタとを備えたことを特徴とする植物の存在判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像中で花の像が非常に小さくても、簡易で高速な処理によって花を強調して表示し、その花が咲く植物の存在を容易に判定することが可能な植物の存在判定方法および存在判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
事業活動において、土木建設工事予定地などの環境への影響を把握または予測するため、植生調査が義務付けられることがある。植生調査では、その場にどのような種類の植物がどの程度の量や面積で生育しているのかが調査される。特に、我が国は、変化の大きい気候と起伏に富んだ地形を有しているため、草原や森林だけでなく、湿原や砂丘植生など、特殊な立地で成立する自然植生も多く生育している。これらの自然植生も我が国の貴重な資源であり、特に絶滅が危惧される植物については法律に基づき各事業者に環境保護に対する積極的な取り組みが求められる。
【０００３】
旧来の植生調査においては、専門家による実地調査（踏査）が一般的であった。しかしながら、例えば湿原などにおいては、そもそも人が立ち入ることが困難であり、なおかつ、寒冷地であると植物の生育速度や微生物の分解速度も遅く、人が地表面を踏むこと自体が植生への大きなダメージになってしまう。そのため、例えば植物保護のための仮設の足場（木道）を設けるなど、限定的な範囲のみでしか調査を行うことができない場合が多く、非常に手間がかかっていた。このような点を踏まえ、近年の植生調査においては、対象を遠隔から測定するリモートセンシングに関する技術が多く活用されている。
【０００４】
リモートセンシングを活用した植生調査では、例えば地表面を人工衛星や航空機などを利用して上空から撮影し、取得した画像を基にして植物の面積や種類を判定する。例えば、特許文献１に記載の画像クラスタ分析装置では、人工衛星から撮影した地表面のマルチスペクトル画像を分析して森林等の植生を調査している。
【０００５】
さらに近年は、遠隔操作可能な無人の小型マルチコプター、いわゆるドローンの性能向上および利用拡大に注目が集まっている。このマルチコプターにカメラを搭載して、環境調査を行うことも検討されている。マルチコプターを利用することで、人工衛星や航空機などを利用する場合に比べて、簡単かつより細かな環境調査も可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−８９６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、植生調査において、植物に花が咲いていたり、実がなったりしていると、植物の同定をしやすい。ダム管理上の環境保全のための植生調査では、開花期及び結実期に該当する植物の種類が多い時期が植生調査に適していることが知られている。しかしながら、マルチコプターによって比較的低空から地表面を撮影（空撮）した場合であっても、画像中の花の像は非常に小さく、画像中で花を識別するのは困難であった。
【０００８】
そこで本発明は、画像中で花の像が非常に小さくても、簡易で高速な処理によって花を強調して表示し、その花が咲く植物の存在を容易に判定することが可能な植物の存在判定方法および存在判定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の特徴は、花が咲く植物の存在判定方法であって、花が咲く植物が撮影された原画像を取得し、原画像に対して所定のフィルタ半径で輝度が最大となる色（画素）を取得する最大値フィルタ処理を行い、原画像に対して所定のフィルタ半径で輝度が平均となる色（画素）を取得する平均値フィルタ処理を行い、最大値フィルタ処理後の画像と平均値フィルタ処理後の２つの画像を用いて、各画素の輝度の差分値と、その周辺画素の輝度の差分値との分散値を求める分散フィルタ処理を行うことを特徴とする。ただし、最大値フィルタ処理と平均値フィルタ処理の順序は問わない。
【００１０】
本発明は、花の輝度が葉や茎より高いことを利用している。最大値フィルタ処理画像と平均値フィルタ処理画像の輝度の差の分散を取ることにより、フィルタ半径単位で花の色をピックアップすることができる。そしてさらに分散フィルタ処理を行うことにより、花をあたかもマーカーのように強調して表示させることができる。これにより、原画像中で花の像が非常に小さくても、簡易で高速な処理によって花を強調して表示し、その花が咲く植物の存在を容易に判定することが可能となる。
【００１１】
分散フィルタ処理後の画像と原画像を加算処理してもよい。これにより、分散フィルタ処理画像に対して、周辺の草木の様子を復元することができる。言い換えると、原画像に対して、強調された花をマーカーとして付加することができる。これにより周辺状況に対する花の位置を確認しやすくすることができる。
【００１２】
分散フィルタ処理後の画像の空間周波数に対してバンドパスフィルタ処理を行い、バンドパスフィルタ後の画像に対してコントラストを平均化する平均化処理を行ってもよい。バンドパスフィルタにより、草木の形状に依存する細かな形状や、地形に依存する大きなうねりなどを消失させることができ、花を表すマーカーをさらに強調して表示させることができる。
【００１３】
日程をずらして撮影した複数の原画像を取得し、複数の原画像に対して上記の画像処理を行った後に重ね合わせてもよい。これにより、順次に咲いては枯れる花を、１つの画像に重ねて表示することができる。すると、その花が咲く植物の存在範囲および群生密度を視覚的に容易に判定することが可能となる。
【００１４】
本発明の他の特徴は、花が咲く植物の存在判定装置であって、花が咲く植物が撮影された原画像を取得する画像取得部と、原画像に対して所定のフィルタ半径で輝度が最大となる色（画素）を取得する最大値フィルタと、原画像に対して所定のフィルタ半径で輝度が平均となる色（画素）を取得する平均値フィルタと、最大値フィルタ処理後の画像と平均値フィルタ処理後の２つの画像の各画素について輝度の差分値を取り、その差分値と周辺画素の輝度の差分値との分散値を求める分散フィルタとを備えたことを特徴とする。
【００１５】
上述した植物の存在判定方法における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該植物の存在判定装置にも適用可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、画像中で花の像が非常に小さくても、簡易で高速な処理によって花を強調して表示し、その花が咲く植物の存在を容易に判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態にかかる植物の存在判定装置の構成について説明する図である。
【図２】第１実施形態にかかる存在判定方法のフローチャートである。
【図３】第１実施形態の画像処理の例を示す図である。
【図４】分散フィルタ処理後の画像の例を示している。
【図５】第２実施形態にかかる植物の存在判定装置の構成について説明する図である。
【図６】第２実施形態にかかる存在判定方法のフローチャートである。
【図７】第２実施形態の加算処理画像を示す図である。
【図８】第２実施形態のさらに詳細な拡大図である。
【図９】第３実施形態にかかる植物の存在判定装置の構成について説明する図である。
【図１０】第３実施形態にかかる存在判定方法のフローチャートである。
【図１１】第３実施形態の平均化処理画像を示す図である。
【図１２】撮影日の異なる複数の画像を重ね合わせた図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１９】
［第１実施形態］
本発明にかかる植物の存在判定方法および存在判定装置の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態にかかる植物の存在判定装置（以下、単に「存在判定装置１００」という。）の構成について説明する図、図２は第１実施形態にかかる存在判定方法のフローチャートである。
【００２０】
存在判定装置１００は花が咲く植物が撮影された原画像に対して処理を行い、花をあたかもマーカーのように強調した画像を出力する装置である。原画像とは、存在判定装置１００によって処理する前の画像である。原画像は、一例としてマルチコプター２００のカメラ２１０を用いて撮影することができる。マルチコプター２００は、湿原や山岳地帯、海岸線、その他観測員が容易には立ち入れない場所を飛行して撮影を行うことができる。
【００２１】
カメラ２１０はマルチコプター２００に標準装備されているものであってもよいが、広い範囲を撮影できるように広角レンズ（広角フィルタ）を備えていることが望ましい。なお、広範囲を撮影すれば当然に花の像が小さくなるが、後述するように、本発明を用いれば花の像が非常に小さくても、強調して表示することができる。
【００２２】
なお原画像を撮影する装置はマルチコプター２００に限られない。手持ちのカメラや、定点カメラで撮影したものであってもよい。さらには原画像が過去に撮影された既存の画像であっても処理対象とすることができる。原画像は、上方から（上空から）撮影したものが好ましいが、側方から撮影したものでもよい。
【００２３】
存在判定装置１００は、専用の装置であってもよいが、具体的には汎用のコンピュータで構築することができる。以下、図１と図２を同時に参照しながら、存在判定装置１００の構成と動作について説明する。
【００２４】
画像取得部１１０は原画像のデータを取得する（ステップＳ３００）。原画像がデータファイルになっている場合にはＵＳＢやＩ／Ｏインターフェースが画像取得部１１０に該当し、原画像が映像信号である場合にはＨＤＭＩ（登録商標）やＩＥＥＥ１３９４インターフェースが画像取得部１１０に該当する。いずれにしても画像取得部１１０は、存在判定装置１００内で処理可能なように原画像のデータを取得できればよい。
【００２５】
以下の各フィルタは、具体的にはコンピュータ（存在判定装置１００）で実行されるプログラムである。
【００２６】
最大値フィルタ１１２は、取得された原画像に対し、最大値フィルタ処理を行う（ステップＳ３０２）。最大値フィルタ１１２は、原画像に対して所定のフィルタ半径で輝度が最大となる色（画素データ）を取得する。所定のフィルタ半径は、画像中の花の大きさに合わせて設定する。画像中の花の大きさはまちまちであるが、その画像における平均的な大きさでよい。画像中の画素の座標（ｘ、ｙ）を左上（０，０）から右下（ｘ最大値，ｙ最大値）までスイープし、フィルタ半径内にある画素のうち輝度が最大である画素のデータに置き換える。画像のカラースペースがＹＣｂＣｒの場合は、輝度Ｙが最大となるときのＹＣｂＣｒの値をその画素のデータとする。カラースペースがＲＧＢのときは、一例として輝度Ｙ＝０．２９９Ｒ＋０．５８７Ｇ＋０．１１４Ｂで算出し、輝度Ｙが最大となるときのＲＧＢの値をその画素のデータとする。
【００２７】
ここで、一般的に花の輝度は葉や茎より高いので、ある画素のフィルタ半径内に花が写った画素があると、その画素は花の色になる。したがって、１点でも花が写った画素があれば、それを中心としたフィルタ半径内の画素が花の色になる。結果として、花があたかもマーカーのように強調される。
【００２８】
図３は第１実施形態の画像処理の例を示す図である。図３（ａ）は処理前の原画像の例である。中央に広場があり、広場の左上の辺に紫の花がまばらに咲いており、広場の右下の辺に白い花がまばらに咲いている。本実施形態では、画像の左上の紫の花について処理を行う。
【００２９】
図３（ｂ）は最大値フィルタ処理後の画像の例である。各画素はフィルタ半径内の明るい画素を拾っているから、全体的に明るい画像になっている。この段階でも花は既に強調されているのであるが、周囲の草木も明るいため識別できる状態ではない。
【００３０】
次に平均値フィルタ１１４は、原画像に対して所定のフィルタ半径で色を平均化する平均値フィルタ処理を行う（ステップＳ３０４）。平均値フィルタ１１４のフィルタ半径は最大値フィルタ１１２と同じとする。画像中の画素の座標（ｘ、ｙ）を左上（０，０）から右下（ｘ最大値，ｙ最大値）までスイープし、フィルタ半径内にある画素データの輝度が平均となる色を取得して、その画素のデータとする。平均値フィルタ処理画像は、見た目には原画像を粗くしたようになり、原画像と大差がないので図示していない。
【００３１】
なお最大値フィルタ処理（ステップＳ３０２）と平均値フィルタ処理（ステップＳ３０４）は、いずれも原画像に対する処理である。したがって、これらの処理の順序は問わず、いずれを先に処理してもよい。また、これらの処理を同時に並列で処理してもよい。
【００３２】
そこで次に、分散フィルタ１１８は、最大値フィルタ処理画像と平均値フィルタ処理画像の２つの入力画像から輝度の分散値を求める分散フィルタ処理を行う（ステップＳ３０８）。分散フィルタとは、２つの画像の注目画素の輝度の差分値とその周辺画素の輝度の差分値との分散値を求めて、分散値をその注目画素の画素データ（輝度差分分散値）とするものである。輝度差分分散値は、輝度差分値のばらつきが大きいほど大きな値となる。この分散値画像において、オブジェクト（物体）の輪郭や画像間の輝度の差の大きな画素は輝度差分分散値が大きくなるため、輪郭や特異な形状を抽出することになる。
【００３３】
図４は分散フィルタ処理後の画像の例を示している。図４（ａ）は画像全体を示していて、図４（ｂ）は図４（ａ）の画像の左上１／４（白枠部分）を示している。特に図４（ｂ）の拡大図を参照すれば、分散フィルタ処理によって花があたかもマーカーＭのように強調されて表示できていることが理解できる。このマーカーＭは、フィルタ半径内に花の画素が存在した画素の集合である。言い換えると、花の色をフィルタ半径で広げた領域である。
【００３４】
出力部１３０は、上記で生成した分散フィルタ処理画像を出力する。出力は標準出力であるモニタに表示してもよいし、プリンタから紙に印刷してもよい。
【００３５】
上記説明したように、本発明の構成によれば、最大値フィルタ処理画像と平均値フィルタ処理画像の輝度の差の分散をとることにより、フィルタ半径単位で花の色をピックアップすることができる。そしてさらに分散フィルタ処理を行うことにより、花をあたかもマーカーのように強調して表示させることができる。これにより、原画像中で花の像が非常に小さくても、簡易で高速な処理によって花を強調して表示し、その花が咲く植物の存在を容易に判定することが可能となる。
【００３６】
［第２実施形態］
本発明にかかる植物の存在判定方法および存在判定装置の第２実施形態について説明する。図５は第２実施形態にかかる植物の存在判定装置（以下、単に「存在判定装置１０２」という。）の構成について説明する図、図６は第２実施形態にかかる存在判定方法のフローチャートである。上記第１実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３７】
上記第１実施形態においては、分散フィルタ１１８で処理した分散フィルタ処理画像（図４参照）を出力すると説明した。
【００３８】
これに対し第２実施形態においては、加算部１２０において、分散フィルタ処理後の画像と原画像を加算処理（ステップＳ３１０）してから出力する。分散フィルタ処理画像は図４に示したように全体的に黒っぽく、分散値が大きい画素だけが明るい色をしている。この分散フィルタ処理画像と原画像を加算すると、分散フィルタ処理画像のうち黒い部分は原画像に与える影響が小さく、明るい部分は原画像の画素を明るくする。すなわち、分散フィルタ処理画像に生成された花のマーカーが原画像に追加されたような状態となる。
【００３９】
図７は第２実施形態の加算画像を示す図である。図３（ａ）に示した原画像と比較すると、原画像に対して、強調された花がマーカーＭとして付加されていることがわかる。逆に、図４に示した分散フィルタ処理画像と比較すると、周辺の草木の様子を復元されていることがわかる。これにより周辺状況に対する花の位置を確認しやすくすることができる。
【００４０】
図８は第２実施形態のさらに詳細な拡大図であり、図８（ａ）は加算処理画像の部分拡大図、図８（ｂ）は原画像の同じ位置の部分拡大図である。図８（ａ）から、周辺の草木の様子が把握できることがわかる。また図８（ｂ）の原画像と比較すると、花のマーカーＭが大きく、明るくなっていて、顕著に把握できるようになっていることがわかる。また図（ｂ）の原画像では、花の存在をほとんど把握できないことも理解できる。
【００４１】
［第３実施形態］
本発明にかかる植物の存在判定方法および存在判定装置の第３実施形態について説明する。図９は第３実施形態にかかる植物の存在判定装置（以下、単に「存在判定装置１０４」という。）の構成について説明する図、図１０は第３実施形態にかかる存在判定方法のフローチャートである。上記第１実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
上記第１実施形態においては分散フィルタ処理画像（図４参照）を出力すると説明し、第２実施形態においては加算画像（図７参照）を出力すると説明した。
【００４３】
これに対し第３実施形態においては、分散フィルタ処理画像に対して、さらにバンドパスフィルタ処理（ステップＳ３２０）と平均化処理（ステップＳ３２２）を行ってから出力する。
【００４４】
バンドパスフィルタ１２２は、分散フィルタ処理後の画像の空間周波数に対してバンドパスフィルタ処理を行う（ステップＳ３２０）。空間周波数は、２次元の画像に対して単位長さ当たりの正弦波状の濃淡変化の繰返し回数を表すものである。空間周波数は、濃淡変化の急激な箇所において高くなり、濃淡変化の緩やかな箇所において低くなる。一方、バンドパスフィルタは、所定の帯域のみを通過させるフィルタであり、例えば低域と高域を減衰させることができる。バンドパスフィルタにより、草木の形状に依存する微細な形状や、地形に依存する大きなうねりなどを消失させることができる。
【００４５】
平均化処理部１２４は、バンドパスフィルタ処理後の画像に対してコントラストを平均化する平均化処理を行う（ステップＳ３２２）。これにより全体的なコントラストを同程度にすることができ、花や草木のそれぞれを平坦に塗りつぶしたような状態となる。
【００４６】
図１１は第３実施形態の平均化処理画像を示す図である。図１１に示される画像では、草木の詳細は失われていて、かろうじて広場の境界や大きめの木の外周が見て取れる。その一方で、花を表すマーカーＭは、極めて顕著に強調されている。このように、バンドパスフィルタ処理および平均化処理を行うことにより、花を表すマーカーをさらに強調して表示させることができる。
【００４７】
図１２は撮影日の異なる複数の画像を重ね合わせた図である。詳しくは、日程をずらして撮影した複数の原画像を取得し、複数の原画像に対してそれぞれ第３実施形態の画像処理を行った後に、重ね合わせを行っている。日程をずらして撮影しているため、異なる位置で花が咲いている。これは、花が咲いている期間が数時間〜数日しかなく、順次に咲いては枯れるためである。
【００４８】
草木は飽和してしまっているので、重ね合わせた画像上ではほとんど違いが出ていない。しかしながら図１２のようにマーカーＭは残っていくため、順次に咲いては枯れる花を１つの画像に重ねて表示することができる。すると、その花が咲く植物の存在範囲および群生密度を視覚的に容易に判定することが可能となる。
【００４９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、画像中で花の像が非常に小さくても、簡易で高速な処理によって花を強調して表示し、その花が咲く植物の存在を容易に判定することが可能な植物の存在判定方法および存在判定装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１００、１０２、１０４…存在判定装置、１１０…画像取得部、１１２…最大値フィルタ、１１４…平均値フィルタ、１１８…分散フィルタ、１２０…加算部、１２２…バンドパスフィルタ、１２４…平均化処理部、１３０…出力部、２００…マルチコプター、２１０…カメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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