(57)【要約】【課題】本発明は、従来のマルチスペクトル情報に基づく手法を用いずに、処理対象となる画像から森林領域を抽出できるようにすることを目的とする。【解決手段】森林領域ではエッジ接線方向に指向性がなくランダムであるというテクスチャ特徴があるという点に着目して、この傾向を定量的に表す特徴量に基づいて森林領域の判定を行う。具体的には、各画素を中心とする任意サイズのブロックを設定し、各画素においてエッジ差分計算を行い、得られたエッジ差分値に基づいてエッジ接線のパラメータを求める。そして、その求めたエッジ接線パラメータに対してＨｏｕｇｈ変換を行い、そのエッジ接線パラメータを２軸とする投票空間に各エッジ接線パラメータを投票して、その得られた投票空間から適当な特徴量を求め、これに基づいてブロックの代表点またはブロック全体が森林領域であるか否か判定するように処理する。【選択図】　　　　　図１
2004145403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像からエッジ接線方向に指向性を持たないテクスチャ領域を抽出するテクスチャ領域抽出方法であって、
画像各点を中心とした任意の大きさを持つ局所領域を作成する過程と、
上記局所領域内の全点または任意の点におけるエッジ接線を求める過程と、
上記エッジ接線を表わす２つのパラメータを２軸とする投票空間を投票先として、その２つのパラメータの指す点に投票値を投票する過程と、
上記投票により完成した投票空間に基づいて、上記局所領域の代表点または局所領域全体を抽出対象のテクスチャ領域として抽出する過程とを備えることを、
特徴とするテクスチャ領域抽出方法。
【請求項２】
画像から森林領域を抽出する森林領域抽出方法であって、
画像各点を中心とした任意の大きさを持つ局所領域を作成する過程と、
上記局所領域内の全点または任意の点におけるエッジ接線を求める過程と、
上記エッジ接線を表わす２つのパラメータを２軸とする投票空間を投票先として、その２つのパラメータの指す点に投票値を投票する過程と、
上記投票により完成した投票空間に基づいて、上記局所領域の代表点または局所領域全体を森林領域として抽出する過程とを備えることを、
特徴とする森林領域抽出方法。
【請求項３】
請求項２に記載の森林領域抽出方法において、
上記投票する過程では、上記点におけるエッジパワー値を投票値とすることを、
特徴とする森林領域抽出方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の森林領域抽出方法において、
上記作成する過程では、上記局所領域として円形の形を持つものを作成することを、
特徴とする森林領域抽出方法。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか１項に記載の森林領域抽出方法において、
上記抽出する過程では、２次元の投票空間をエッジ接線の角度パラメータ軸方向に射影をとることで１次元のヒストグラムに縮退させて、そのヒストグラムに基づいて森林領域を抽出することを、
特徴とする森林領域抽出方法。
【請求項６】
請求項５に記載の森林領域抽出方法において、
上記抽出する過程では、上記ヒストグラムの投票値平均と分散値とに基づいて森林領域を抽出することを、
特徴とする森林領域抽出方法。
【請求項７】
画像からエッジ接線方向に指向性を持たないテクスチャ領域を抽出するテクスチャ領域抽出装置であって、
画像各点を中心とした任意の大きさを持つ局所領域を作成する手段と、
上記局所領域内の全点または任意の点におけるエッジ接線を求める手段と、
上記エッジ接線を表わす２つのパラメータを２軸とする投票空間を投票先として、その２つのパラメータの指す点に投票値を投票する手段と、
上記投票により完成した投票空間に基づいて、上記局所領域の代表点または局所領域全体を抽出対象のテクスチャ領域として抽出する手段とを備えることを、
特徴とするテクスチャ領域抽出装置。
【請求項８】
画像から森林領域を抽出する森林領域抽出装置であって、
画像各点を中心とした任意の大きさを持つ局所領域を作成する手段と、
上記局所領域内の全点または任意の点におけるエッジ接線を求める手段と、
上記エッジ接線を表わす２つのパラメータを２軸とする投票空間を投票先として、その２つのパラメータの指す点に投票値を投票する手段と、
上記投票により完成した投票空間に基づいて、上記局所領域の代表点または局所領域全体を森林領域として抽出する手段とを備えることを、
特徴とする森林領域抽出装置。
【請求項９】
請求項１に記載のテクスチャ領域抽出方法の実現に用いられる処理をコンピュータに実行させるためのテクスチャ領域抽出プログラム。
【請求項１０】
請求項２ないし６のいずれか１項に記載の森林領域抽出方法の実現に用いられる処理をコンピュータに実行させるための森林領域抽出プログラム。
【請求項１１】
請求項１に記載のテクスチャ領域抽出方法の実現に用いられる処理をコンピュータに実行させるためのテクスチャ領域抽出プログラムを記録した記録媒体。
【請求項１２】
請求項２ないし６のいずれか１項に記載の森林領域抽出方法の実現に用いられる処理をコンピュータに実行させるための森林領域抽出プログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像からエッジ接線方向に指向性を持たないテクスチャ領域を抽出するテクスチャ領域抽出方法及びその装置と、そのテクスチャ領域抽出方法の実現に用いられるテクスチャ領域抽出プログラム及びそのプログラムを記録した記録媒体と、画像から森林領域を抽出する森林領域抽出方法及びその装置と、その森林領域抽出方法の実現に用いられる森林領域抽出プログラム及びそのプログラムを記録した記録媒体とに関する。
【０００２】
衛星写真画像や航空写真画像等、上空から撮影された画像の中から、森林領域を自動的に抽出することが行われている。このような森林領域の抽出は、どのような形で画像が撮影されることになっても、実現できるようにしていく必要がある。
【０００３】
【従来の技術】
従来の森林領域抽出技術は、樹木の持つ葉緑素の分光反射率特性に着目して、同一地域を撮影した可視光赤色画像と近赤外画像との間での輝度値の差に基づくマルチスペクトル情報から森林領域を抽出していた。
【０００４】
このマルチスペクトル情報に基づく従来の森林領域抽出技術の具体例として、以下に示す非特許文献１，２を挙げる。
【０００５】
【非特許文献１】
日本リモートセンシング研究会，「図解リモートセンシング」，ｐｐ．２２６−２２７（１９９８）
【非特許文献２】
日本写真測量学会，「空中写真の判読と利用」，ｐｐ．２１４−２１７（１９８０）
【非特許文献３】
本多正久他，「経営のための多変量解析法」，ｐｐ．２２−２８（１９９８）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術に従っていると、画像がグレースケール画像のみの場合や近赤外画像がない場合などというように、同一地点を撮影した可視光赤色画像と近赤外画像とがセットで得られない場合には、森林領域の抽出は不可能である。
【０００７】
そして、このような従来技術に従っていると、葉緑素の活性の低下や落葉などにより葉緑素の分光反射率特性を利用できない場合にも、森林領域の抽出は不可能である。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、従来のマルチスペクトル情報に基づく手法と異なり、森林領域特有のテクスチャ特徴に着目して、処理対象となる画像から森林領域を抽出する新たな森林領域抽出技術の提供と、処理対象となる画像からそのようなテクスチャ特徴を持つテクスチャ領域を抽出する新たなテクスチャ領域抽出技術の提供とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の森林領域抽出装置は、処理対象となる画像から森林領域を抽出するために、▲１▼画像各点を中心とした任意の大きさを持つ局所領域を作成する手段と、▲２▼局所領域内の全点または任意の点におけるエッジ接線を求める手段と、▲３▼エッジ接線を表わす２つのパラメータを２軸とする投票空間を投票先として、その２つのパラメータの指す点に投票値を投票する手段と、▲４▼投票により完成した投票空間に基づいて、局所領域の代表点または局所領域全体を森林領域として抽出する手段とを備えるように構成する。
【００１０】
以上の各処理手段により実現される本発明の森林領域抽出方法はコンピュータプログラムで実現できるものであり、このコンピュータプログラムは、半導体メモリなどのような適当な記録媒体に記録して提供したり、ネットワークを介して提供することができる。
【００１１】
このように構成される本発明の森林領域抽出装置では、画像各点を中心とした任意の大きさを持つ例えば円形の形を持つ局所領域を作成すると、その局所領域内の全点または任意の点におけるエッジ接線を求める。
【００１２】
そして、エッジ接線を表わす２つのパラメータを２軸とする投票空間を投票先として、その２つのパラメータの指す点に、例えばエッジパワー値を投票値として投票して、その投票により完成した投票空間に基づいて、局所領域の代表点または局所領域全体を森林領域として抽出する。
【００１３】
例えば、２次元の投票空間をエッジ接線の角度パラメータ軸方向に射影をとることで１次元のヒストグラムに縮退させて、例えば、そのヒストグラムの投票値平均と分散値とに基づいて森林領域を抽出するのである。
【００１４】
このようにして、本発明の森林領域抽出装置は、森林領域特有のテクスチャ特徴、すなわち森林領域ではエッジ接線方向に指向性がなくランダムであるというテクスチャ特徴があるという点に着目して、この傾向を定量的に表す特徴量に基づいて森林領域の判定を行うものである。
【００１５】
これから、画像がグレースケール画像のみの場合や近赤外画像がない場合などというように、同一地点を撮影した可視光赤色画像と近赤外画像とがセットで得られない場合にも、森林領域の抽出が可能となるとともに、葉緑素の活性の低下や落葉などにより葉緑素の分光反射率特性を利用できない場合にも、森林領域の抽出が可能となる。
【００１６】
森林領域ではエッジ接線方向に指向性がなくランダムであるというテクスチャ特徴があるが、その他にも、このようなテクスチャ特徴を持つものがあり、本発明のテクスチャ領域抽出装置は、そのようなテクスチャ領域を抽出する処理を行うものであって、▲１▼画像各点を中心とした任意の大きさを持つ局所領域を作成する手段と、▲２▼局所領域内の全点または任意の点におけるエッジ接線を求める手段と、▲３▼エッジ接線を表わす２つのパラメータを２軸とする投票空間を投票先として、その２つのパラメータの指す点に投票値を投票する手段と、▲４▼投票により完成した投票空間に基づいて、局所領域の代表点または局所領域全体を抽出対象のテクスチャ領域として抽出する手段とを備えるように構成する。
【００１７】
以上の各処理手段により実現される本発明のテクスチャ領域抽出方法はコンピュータプログラムで実現できるものであり、このコンピュータプログラムは、半導体メモリなどのような適当な記録媒体に記録して提供したり、ネットワークを介して提供することができる。
【００１８】
このように構成される本発明のテクスチャ領域抽出装置では、画像各点を中心とした任意の大きさを持つ例えば円形の形を持つ局所領域を作成すると、その局所領域内の全点または任意の点におけるエッジ接線を求める。
【００１９】
そして、エッジ接線を表わす２つのパラメータを２軸とする投票空間を投票先として、その２つのパラメータの指す点に、例えばエッジパワー値を投票値として投票して、その投票により完成した投票空間に基づいて、局所領域の代表点または局所領域全体を抽出対象のテクスチャ領域として抽出する。
【００２０】
このようにして、本発明のテクスチャ領域抽出装置は、エッジ接線方向に指向性を持たないテクスチャ領域を抽出対象として、この傾向を定量的に表す特徴量に基づいてテクスチャ領域の判定を行うものである。
【００２１】
これから、エッジ接線方向に指向性を持たないテクスチャ領域を自動的に抽出できるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。
【００２３】
図１に、本発明を具備する森林領域抽出処理装置１の一実施形態例を図示する。
【００２４】
この図に示すように、本発明の森林領域抽出処理装置１は、衛星写真画像や航空写真画像などの地表を撮影した画像を記憶する入力画像記憶部１０と、着目画素を中心として所定の大きさのブロックを取得するブロック取得処理部１１と、ブロック内の各点におけるエッジ接線のパラメータを求めるエッジ接線パラメータ算出処理部１２と、得られたエッジ接線パラメータをＨｏｕｇｈ変換して２次元の投票空間に投票するＨｏｕｇｈ変換処理部１３と、作成される投票空間用の投票空間メモリ１４と、投票空間に基づいて森林領域であるのか否かを判定する森林領域判定処理部１５と、判定結果の森林領域情報１６とを備える。
【００２５】
図２に、本発明の森林領域抽出処理装置１の処理の流れを示す。
【００２６】
ブロック取得処理２００は、図１のブロック取得処理部１１が行う処理であり、入力画像記憶部１０に記憶されている衛星写真画像や航空写真画像などの地表を撮影した入力画像１００について、着目画素を中心として一定サイズのブロックを取得する処理である。
【００２７】
ブロックの形は正方形、円形など任意であるが、本実施形態例では、図３に示すような円形のブロック３０を取得するものとする。円形のブロック３０を取得するのは、その後に行われるエッジ接線パラメータのＨｏｕｇｈ変換に都合が良いからである。
【００２８】
エッジ接線パラメータ計算処理３００は、図１のエッジ接線パラメータ算出処理部１２が行う処理であり、ブロック内の各点におけるエッジ接線を求める処理である。
【００２９】
ここでは、先ず最初に、画像に対して横方向及び縦方向の差分計算を施してエッジベクトルを取得し、続いて、その取得したエッジベクトルに基づいてエッジ接線パラメータを求める手法を説明する。この差分計算を行う前に、前処理としてガウシアンフィルタなどでぼかし処理を施すことにより、ノイズの影響を小さくすることができる。
【００３０】
図４は、エッジベクトルの算出方法を説明する図である。横方向の差分計算は、着目画素の左右の画素値を減算することにより、また、縦方向の差分計算は、着目画素の上下の画素値を減算することにより行う。以下、横方向をＸ方向、縦方向をＹ方向と表すこととする。
【００３１】
図４（ａ）に示した例では、画素ＣにおけるエッジベクトルＣは、横方向の差分値をＣＸ　、縦方向の差分値をＣＹ　とおくと、隣接画素Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅの画素値より、
ＣＸ　＝（Ｄ−Ｂ）／２，ＣＹ　＝（Ｅ−Ａ）／２
と計算される。
【００３２】
また、画像の端にある画素については、上下左右の隣接画素が存在しない場合もある。この場合には、隣接画素と着目画素自身との差分を計算して、エッジベクトルの成分とする。
【００３３】
このような例を図４（ｂ）に示す。画素ＧにおけるエッジベクトルＧは、横方向の差分値をＧＸ　、縦方向の差分値をＧＹ　とおくと、隣接画素Ｆ、Ｈ、Ｉの画素値より、
ＧＸ　＝（Ｈ−Ｇ），ＧＹ　＝（Ｉ−Ｆ）／２
と計算される。
【００３４】
次に、得られたエッジベクトルからエッジ接線を表わす２つのパラメータを計算する。ここでブロックの中心を原点とおき、原点から接線までの距離ｒと、接線の法線ベクトルがＸ方向となす角度θとを、求めるべきエッジ接線パラメータとする。
【００３５】
図５は、エッジ接線パラメータの一例を説明する図である。図５から明らかなように、点Ｐにおけるエッジベクトル成分ＰＸ　，ＰＹ　から、点Ｐにおけるエッジ接線のパラメータθＰ　，ｒＰ　が簡単に計算される。
【００３６】
Ｈｏｕｇｈ変換処理４００は、図１のＨｏｕｇｈ変換処理部１３が行う処理であり、算出されたエッジ接線パラメータに対してＨｏｕｇｈ変換を行い、２次元の投票空間５００に投票していく処理である。
【００３７】
図６は、その投票処理の例を説明する図である。図５で示した点Ｐでのエッジ接線パラメータθＰ　とｒＰ　は、Ｈｏｕｇｈ変換の原理に従って、投票空間内の座標（θＰ　，　ｒＰ　）　に投票される。
【００３８】
投票される値は“＋１”の場合もあるが、本実施形態例では、エッジパワー値そのもの、すなわち、“（ＰＸ　２　＋ＰＹ　２　）１／２　”を投票値とする。エッジパワー値を投票値とすることで、パワーの強いエッジのパラメータに重み付けをすることができる。
【００３９】
ここで、エッジ接線パラメータ計算時の原点をブロックの中心に設定していることから、見た目の傾きが同じ直線でも、ブロック中心に対して反対側に位置するときには、その角度パラメータθは１８０°の差を持つこととなる。
【００４０】
そこで、角度パラメータθが１８０〜３６０°の間の値をとる場合には、１８０°減算することで０〜１８０°の間の値となるように補正して、角度パラメータの範囲を０〜１８０°とすることで、同一の傾きを持つ直線は同一の角度パラメータを持つように補正する方法も考えられる。以下、本実施形態例では、この方法を用いることで説明する。
【００４１】
また、ノイズの抑制等を目的として、エッジパワーが一定値以下の場合には投票処理を行わない手法も有効である。
【００４２】
投票空間５００は、Ｈｏｕｇｈ変換処理４００をブロック内の全画素について行った結果、得られる投票空間である。
【００４３】
図７にその例を示す。図７（ａ）は原画像、図７（ｂ）は投票空間の例を示している。図７（ａ）に示す例では、直径５０画素の円形ブロック３０内の全画素に対して投票を行っている。図７（ｂ）の投票空間では、得票値を色分けして示している。投票空間の横軸は角度パラメータの軸（範囲０〜１８０°）、縦軸は距離パラメータの軸（範囲０〜２５画素）である。
【００４４】
ブロックが円形でなく、例えば正方形を用いる場合、原点であるブロック中心点からブロック端までの距離が角度θにより異なることから、投票空間には独特のパターンが現れる。すなわち、２次元の投票空間には、４５°、１３５°、２２５°、３１５°方向にピークを持つようなパターンが原理的に発生してしまう。
【００４５】
これを補正する場合には、原点からブロック端までの距離Ｒを表わす関数Ｒ（θ）を求め、この関数に基づいて、２次元の投票空間のｒ軸を正規化していく方法がある。関数Ｒ（θ）は三角関数を使い簡単に求めることができる。
【００４６】
ブロック内処理終了判定６００は、ブロック内の全画素について、エッジ接線パラメータ計算処理３００およびＨｏｕｇｈ変換処理４００が終了したのか否か判定する処理である。未処理画素が存在する場合には、再びエッジ接線パラメータ計算処理３００へ戻り、未処理画素での処理を行う。
【００４７】
森林領域判定処理７００は、図１の森林領域判定処理部１５が行う処理であり、投票空間５００に基づいて、ブロックの代表点またはブロック全体が森林領域であるのか否か判定する処理である。
【００４８】
ブロックの代表点として、ブロックの中心画素、ブロック中心付近の画素などを用いることが考えられる。本実施形態例では、２次元の投票空間をそのまま用いるのではなくて、Ｘ軸方向（角度パラメータ軸方向）に射影をとり、１次元に縮退させたヒストグラム（以下、角度パラメータヒストグラムと呼称する）を用いる方法を説明する。
【００４９】
図８に、図７（ｂ）に示す投票空間から作成した角度パラメータヒストグラムを示す。角度パラメータヒストグラムの最大値、最小値、平均値、投票値平均、分散値、モード（最頻値）、レンジ（範囲）、変動係数、歪度、尖度などの統計量に基づいて森林領域を判定する。ヒストグラムから求められる統計量の具体例については、上記した非特許文献３などに紹介されている。
【００５０】
本実施形態例では、角度パラメータヒストグラムの投票値平均と分散値とを算出して、これらの２つの値のしきい値処理によって森林領域の判定を行う方法を説明する。
【００５１】
すなわち、角度パラメータヒストグラムの投票値平均と分散値とを求めて、投票値平均が一定値以上で、かつ分散値が一定値以上の場合、ブロックの代表点またはブロック全体を森林領域と判定する。
【００５２】
エッジ接線方向に指向性がなくランダムである場合、角度パラメータヒストグラムの分散値は大きな値となるため、森林領域であると判定できるからである。ここで、投票値平均を算出するのは、水面領域や砂地領域など、森林領域と同様に角度パラメータヒストグラムの分散値が大きい領域が森林領域として誤検出されるのを避けるためである。水面領域や砂地領域などでは角度パラメータヒストグラムの分散値が大きいものの、森林領域と異なり投票値平均が小さな値となるため、この値を判定基準の一つとすることで、これらの領域を森林領域と誤検出するのを防ぐことができるからである。
【００５３】
本実施形態例では角度パラメータヒストグラムに基づいて森林領域を判定する方法を説明したが、二次元の投票空間をそのまま使用して適当な特徴量を算出する方法も考えられる。
【００５４】
終了判定処理８００は、全画素について森林領域判定処理７００が行われたか否かを判定する処理である。まだ未処理である画素が存在する場合には、ブロック取得処理２００へ再度戻り、未処理画素について処理を行うことになる。
【００５５】
このように、本発明では、各画素を中心とする任意サイズのブロックを設定し、各画素において横方向及び縦方向のエッジ差分計算を行い、得られたエッジ差分値に基づいてエッジ接線のパラメータである角度パラメータおよび距離パラメータを求める。
【００５６】
そして、その求めたエッジ接線パラメータに対してＨｏｕｇｈ変換を行い、角度パラメータと距離パラメータとを２つの軸とする２次元の投票空間に各エッジ接線パラメータを投票して、その得られた投票空間から適当な特徴量を求め、これに基づいてブロックの代表点またはブロック全体が森林領域であるか否か判定するように処理するのである。
【００５７】
図示実施形態例に従って本発明を説明したが本発明はこれに限定されるものではない。例えば、実施形態例では、衛星写真画像や航空写真画像などの地表を撮影した画像から森林領域を抽出することで説明したが、通常の写真画像に含まれる生け垣などのような森林領域の抽出にも、そのまま適用できる。
【００５８】
また、実施形態例では、森林領域の抽出を具体例にして本発明を説明したが、本発明は、森林領域以外のエッジ接線方向に指向性を持たないテクスチャ領域の抽出に対しても、そのまま適用できる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、森林領域特有のテクスチャ特徴、すなわち森林領域ではエッジ接線方向に指向性がなくランダムであるという特徴に着目した領域抽出を行うことから、マルチスペクトル情報が得られずに従来手法では不可能な場合にあっても、森林領域を自動的に抽出することができるようになる。
【００６０】
そして、本発明によれば、森林領域以外のエッジ接線方向に指向性を持たないテクスチャ領域を自動的に抽出することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の森林領域抽出処理装置の一実施形態例である。
【図２】本発明の森林領域抽出処理装置の処理の流れを示す図である。
【図３】円形ブロックの例を示す図である。
【図４】エッジベクトルの算出方法を説明する図である。
【図５】エッジ接線パラメータの例を示す図である。
【図６】投票処理の例を説明する図である。
【図７】投票空間の例を示す図である。
【図８】角度ヒストグラムの例を示す図である。
【符号の説明】
１　　森林領域抽出処理装置
１０　入力画像記憶部
１１　ブロック取得処理部
１２　エッジ接線パラメータ算出処理部
１３　Ｈｏｕｇｈ変換処理部
１４　投票空間メモリ
１５　森林領域判定処理部
１６　森林領域情報
【図１】
2004145403.tif 000003
【図２】
2004145403.tif 000004
【図３】
2004145403.tif 000005
【図４】
2004145403.tif 000006
【図５】
2004145403.tif 000007
【図６】
2004145403.tif 000008
【図７】
2004145403.tif 000009
【図８】
2004145403.tif 000010