(57)【要約】【課題】正確に樹木をモデリングが可能な樹木のモデリング方法の提供を目的とする。【解決手段】樹木群１を上空から撮像したステレオペア画像、あるいはレーザ標高データをもとに等高線Ｃを生成し、生成された等高線Ｃにより樹木群１から分離された独立樹木３をモデリング単位として抽出するように構成する。【選択図】  図１
2004361185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹木群を上空から撮像したステレオペア画像、あるいはレーザ標高データをもとに等高線を生成し、
生成された等高線により樹木群から分離された独立樹木をモデリング単位として抽出する樹木のモデリング方法。
【請求項２】
樹木を上空から撮像したステレオペア画像、あるいはレーザ標高データをもとに前記樹木の樹冠部分の等高線を生成し、
生成された等高線間を自由曲面により補間して樹冠部分の形状をモデリングする樹木のモデリング方法。
【請求項３】
樹木を上空から撮像したステレオペア画像、あるいはレーザ標高データをもとに前記樹木の樹冠部分の等高線を生成し、
生成された等高線に基づいて樹冠部分の形状をモデリングするとともに、
該樹冠形状及び高さ情報から樹幹部分の幾何学的諸量を推計する樹木のモデリング方法。
【請求項４】
樹木群を上空から撮像したステレオペア画像、あるいはレーザ標高データから等高線を生成する等高線生成手段、
等高線から樹木群を樹木単位に分離する独立樹木分離手段
としてコンピュータを機能させるための樹木のモデリングプログラム。
【請求項５】
樹木を上空から撮像したステレオペア画像、あるいはレーザ標高データをもとに前記樹木の樹冠部分の等高線を生成する等高線生成手段、
等高線に基づいて樹冠部分の形状をモデリングする樹冠モデリング手段
としてコンピュータを機能させるための樹木のモデリングプログラム。
【請求項６】
樹木を上空から撮像したステレオペア画像、あるいはレーザ標高データをもとに前記樹木の樹冠部分の等高線を生成する等高線生成手段、
等高線に基づいて樹冠部分の形状をモデリングする樹冠モデリング手段、
樹冠モデリング手段から出力される樹冠モデルの幾何学特性から樹幹部分の形態要素を推計する樹幹部分推計手段
としてコンピュータを機能させるための樹木のモデリングプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹木のモデリング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
航空測量の技術を利用して林相解析を行うものとして、特許文献１に記載されたものが知られている。この従来例において、レーザ原データの最高標高点を樹木代表点として選定し、該樹木代表点の直下に樹幹が存在するものとして樹木の抽出処理を行う。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２３２６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来例において、樹木代表点の決定に際しては、樹冠の範囲を予め知っておく必要があるという問題がある。すなわち、樹木代表点となる最高標高点を決定するための領域が樹冠に正確に対応していないと、隣接する複数本の樹木の最高標高点を１本の樹木代表点として決定したり、あるいは１本の樹木から複数の樹木代表点を抽出し、１本の樹木として特定してしまうことがあり、信頼性が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、正確に樹木をモデリングが可能な樹木のモデリング方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば上記目的は、
樹木群１を上空から撮像したステレオペア画像、あるいはレーザ標高データをもとに等高線Ｃを生成し、
生成された等高線Ｃにより樹木群１から分離された独立樹木３をモデリング単位として抽出する樹木のモデリング方法を提供することにより達成される。
【０００７】
複数の樹木が含まれる樹木群１から各樹木をモデリングするためには、樹木群１からモデリング対象の樹木を正確に抽出する必要があり、そのために、樹木群１から得られたステレオペア画像、あるいはレーザ標高データ（原データ２）をもとに等高線Ｃが生成される。
【０００８】
得られる等高線Ｃは、樹木の樹冠部分３ａに対するものであり、隣接する他の樹木の樹冠と区分することにより独立樹木３の抽出が行われる。等高線Ｃをもとにして独立樹木３を識別する本発明において、独立樹木３の判定は、所定領域内における最高点（頂点）と、該頂点を囲む等高線Ｃの配置を考慮して行うことができるために、頂点情報のみにより独立樹木３を判定する従来例に比して、樹木群１から高い精度で独立樹木３を分離、抽出することが可能になる。
【０００９】
例えば、等高線Ｃ間の標高差が十分に小さければ、図２（ａ）に示すように、３個の頂点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を有する等高線Ｃが得られた場合、頂点Ｔ１、Ｔ２の関係は、該頂点Ｔ１、Ｔ２のみを包含する最外周の等高線Ｃ１が囲む面積が通常の樹木の樹冠部分３ａの面積と想定される面積以下であれば、同一樹木に属すると考えられ、等高線Ｃ１の囲む面積が同一樹木とするには過大である場合には、別個の樹木と推定できる。
【００１０】
同様に、頂点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を包含する等高線Ｃ２の囲む面積が通常の樹木の樹冠部の面積程度である場合には、これらは、頂部が３つに枝分かれした同一樹木であることが判定できる。
【００１１】
以上の等高線Ｃの生成及び独立樹木３の分離は、手動、あるいは目視による確認作業により行うことも可能であるが、全工程、あるいはその一部を自動化することも可能であり、全工程の自動化には、
樹木群１を上空から撮像したステレオペア画像、あるいはレーザ標高データ２から等高線Ｃを生成する等高線生成手段４、
等高線Ｃから樹木群１を樹木単位に分離する独立樹木分離手段５
としてコンピュータを機能させるための樹木のモデリングプログラムが利用できる。
【００１２】
この場合、等高線生成手段４には周知の手法を採用することが可能であり、例えば、標高計測点間をｓｐｌｉｎｅ補間、あるいはｂｅｚｉｅｒ補間等の曲線補間をしながら直接接続する手法が利用できる。
【００１３】
また、独立樹木分離手段５として機能させるためのプログラムは、例えば、上述した独立樹木３の判定方法を手順として記述することにより得ることができる。
【００１４】
以上のように、本発明によれば、密集した樹木から単一の樹木を正確に分離、抽出することができるために、森林等における樹木の本数を正確に計測することが可能になる。
【００１５】
また、等高線Ｃはそれ自体形状を示すデータであるために、後述するように、他の追加データを要することなく、直ちに目視可能な３次元形状として表示することも可能であるが、森林の材積推定等を目的とする場合には、目視可能状態を経由することなく形状特性を持つ統計量として処理する事もできる。
【００１６】
この場合、等高線Ｃの平面的な配置だけからでも、例えば、図２（ｂ）と図２（ｃ）に示す等高線Ｃを有する樹木とでは、等高線Ｃの密度が相違することから、樹種が相違することを容易に知ることができるように、樹種区別程度は可能であるが、樹冠部分３ａの３次元モデリングを行うことにより、より多くの情報を得ることができる。
【００１７】
すなわち、樹冠部分３ａの３次元モデリングを行うことにより、樹冠部分３ａの容積等の３次元形状要素を統計量として蓄積することが可能になるために、例えば、樹種による樹冠部分３ａの容積、面積、あるいは高さ等の幾何学的特性値と樹幹部分３ｂの太さ等を関連付けたテーブルを用意しておくと、材積等、特定樹木の樹幹部分３ｂについての情報を直ちに導き出すことが可能になる。
【００１８】
なお、樹冠部分３ａに対する等高線Ｃと樹幹部分３ｂとの関連付けは、統計的にほぼ１対１対応がとれることを条件に種々の要素に着目して行うことが可能である。
【００１９】
樹冠部分３ａの３次元モデリングによる出力は、必ずしも３次元表示画像である必要はなく、上述したように、樹冠部分３ａの形状特性から樹幹部分３ｂの材積等を推計する場合には、３次元座標系における着目値が導き出せれば足りる。
【００２０】
以上のように、本発明によれば、得られた樹冠部分３ａに対して等高線Ｃを付与することにより、樹幹部分３ｂを正確に把握することが可能となるために、森林解析等の精度を高めるために利用することが可能であるが、この他に、樹木を３次元表示するために利用することも可能である。
【００２１】
この場合、樹木を上空から撮像したステレオペア画像、あるいはレーザ標高データ２をもとに前記樹木の樹冠部分３ａの等高線Ｃを生成する等高線生成手段４、
等高線生成手段４に基づいて樹冠部分３ａの形状をモデリングする樹冠モデリング手段６、
としてコンピュータを機能させるための樹木のモデリングプログラムが利用可能である。また、樹木全体の形状を得るためには、上述したモデリングプログラムに樹幹部分推計手段７としての機能を付加したプログラムが使用できる。
【００２２】
樹木の３次元表示を目的とする場合には、樹幹部分３ｂの正確な太さ等は必ずしも必要ないために、樹幹部分推計手段７は、樹幹部分３ｂの位置、形状等を描出できれば足りる。樹幹部分３ｂのモデリングは、樹冠部分３ａに対する樹幹位置を決定した後、該樹幹位置から地表に向けて直線的に延伸させたり、あるいは、各等高面Ｃｆにおける図心等の代表点を順次連結することにより行われる。
【００２３】
各等高面Ｃｆにおける代表点の決定には、所定の平面形状のスケルトンを求めるアルゴリズムであるＭＡＴ（Ｍｅｄｉａｌ  Ａｘｉｓ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が適用できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施の形態を示す。この実施の形態は、森林に植生する樹木の本数、材積、樹種等を解析するために構成されたもので、原データ２から等高線Ｃを生成する等高線生成手段４と、等高線Ｃをもとに樹木密集部から独立樹木３を分離する独立樹木分離手段５と、分離された独立樹木３の樹幹部分３ｂの形状を求める樹冠モデリング手段６と、樹冠形状から樹幹部分３ｂを推定する樹幹部分推計手段７とを有して構成される。
【００２５】
これら各手段は、所定のコンピュータプログラムをコンピュータ上で走行させることにより実現される。
【００２６】
原データ２は、対象地域の上空を飛行する航空機等の飛行体から取得され、立体視可能なステレオペア画像、あるいは対象地域に対して上空からレーザ掃射して得られるレーザ標高データが利用される。
【００２７】
これら原データ２に対し、等高線生成手段４において等高線Ｃが抽出される。等高線Ｃは、図３に示すように、等高面Ｃｆ内でのＢｅｚｉｅｒ補間法によるスムージング処理に加え、上下方向（高さ方向）に隣接する等高面Ｃｆ間でのスムージング処理も行われ、最適化が図られる。
【００２８】
以上のようにして得られた等高線Ｃをもとに、独立樹木分離手段５において樹木群１から処理対象の樹木が分離、抽出される。樹木が密集している森林等において抽出された等高線Ｃが、図２（ａ）に示すように、同一の等高線Ｃにより区画される領域内に複数の頂点Ｔを包含する場合には、独立樹木分離手段５は、上述したように、頂点Ｔを包含する等高線Ｃの面積をもとに樹木の単一性を識別する。
【００２９】
以上の等高線生成手段４と独立樹木分離手段５における処理が終了すると、樹木数および各独立樹木３について、樹木の頂点高さ、樹冠の半径、樹冠の高さが統計量として取得され、さらに、地表面の標高データを参照することにより樹高が取得され、樹木データベースに蓄積される。
【００３０】
次いで、各樹木は、樹冠モデリング手段６と、樹幹部分推計手段７によりモデリングされ、３次元表示される。樹冠モデリング手段６は、ＮＵＲＢＳ（Ｎｏｎ−Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒａｔｉｏｎａｌ  Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ）曲面により樹冠部分３ａの表層をモデリングし、樹冠部分３ａの立体形状を与える。
【００３１】
一方、樹幹部分推計手段７は、樹幹部分３ｂの太さと樹幹位置とを推計するもので、樹幹部分３ｂの太さは、樹冠部分３ａの半径、あるいは容積等から統計的に割り出される。これに対し、樹幹位置は、各等高面Ｃｆの図心等の代表点の平面位置のメジアン値が使用され、樹幹部分３ｂは、図４に示すように、当該メジアン値により与えられる平面位置から直立して樹冠部分３ａの上端に至る棒状体で示される。
【００３２】
なお、以上においては、説明の便宜上、森林等の樹木密集部から抽出、分離された独立樹木３に対してモデリングを行って３次元形状を取得する場合を説明したが、単一で生立する樹木の場合には、独立樹木分離手段５を除いて構成することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、正確に樹木をモデリングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を示すブロック図である。
【図２】本発明の動作の説明図で、（ａ）は独立樹木分離手段の動作を示す図、（ｂ）、（ｃ）は樹種の識別状態を示す図である。
【図３】独立樹木の樹冠部分の等高線を示す図で、（ａ）はスムージング前の状態、（ｂ）はスムージング処理後の状態を示す図である。
【図４】樹木を３次元モデリングした状態を示す図である。
【符号の説明】
１        樹木群
２        原データ
３        独立樹木
３ａ      樹冠部分
３ｂ      樹幹部分
４        等高線生成手段
５        独立樹木分離手段
６        樹冠モデリング手段
７        樹幹部分推計手段
Ｃ        等高線
【図１】
2004361185.tif 000003
【図２】
2004361185.tif 000004
【図３】
2004361185.tif 000005
【図４】
2004361185.tif 000006