(57)【要約】【課題】    従来、対象物状態の判定（例えば、災害の場合の災害地の崩壊現場の状態と特定）に時間がかかっていたものを、迅速に判断することを可能にし、適切な対応、行動を、適切なタイミングで実行できるようにすること、および、正確に判断できる方法等、従来の欠点のない方法の提供が望まれている。【解決手段】    レーザーパルスを対象物に照射して得られる反射パルスと、反射強度とを用いて、前記対象物の状態を検出する対象物状態検出方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーを対象物に照射して得られる反射光の反射強度と該反射強度の時間的変化を用いて、前記対象物の状態を検出することを特徴とする対象物状態検出方法。
【請求項２】
前記照射は、レーザーパルスによる走査であり、前記反射強度の時間的変化は、反射パルスの数と時間とに関するデータ（反射パルスデータ）を用いることを特徴とする請求項１の対象物状態検出方法。
【請求項３】
前記反射パルスデータと前記反射強度に関する反射強度データを用い、前記反射パルスデータが、ひとつの前記レーザーパルスにつき発生する複数の反射パルスに関するデータを含むことを特徴とする請求項２の対象物状態検出方法。
【請求項４】
前記反射パルスに関して、セカンドパルス以降のパルスがない領域（領域Ａ）を抽出する工程と、前記領域Ａの中から、反射強度の低い領域（領域Ｂ）を抽出することを特徴とする請求項３の対象物状態検出方法。
【請求項５】
前記照射は、航空レーザースキャニングであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の対象物状態検出方法。
【請求項６】
前記対象物が災害地または調査地であり、前記災害地または前記調査地の土地の崩壊状態を検出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の対象物状態検出方法。
【請求項７】
前記レーザーの波長が近赤外域であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の対象物状態検出方法。
【請求項８】
一つの軸（横軸）を前記反射強度として、前記軸に直交する他の軸（縦軸）に同一反射強度を有する前記反射パルスの数をプロットしたときに得られ反射強度分布曲線の前記反射強度が特定の値以上の領域で極大値を大局的にひとつ持つ前記分布曲線と同一あるいは略同一の極大値をもち、前記極大値の前後で、前記分布曲線が一致するあるいは略一致する正規分布を前記分布曲線から差し引いた残りを利用することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の対象物状態検出方法。
【請求項９】
航空レーザースキャニングを行い、一つの軸（横軸）を前記反射強度として、前記軸に直交する他の軸（縦軸）に同一反射強度を有する前記反射パルスの数をプロットしたときに得られる反射強度分布曲線の横軸の最大値を２５５として、２５６のステップワイドに反射強度を表したときの８０あるいは略８０の位置で縦軸に平行な直線で前記反射強度分布曲線を２分し、前記反射強度の大きい領域を植生分布として、前記反射強度の小さい領域を裸地とすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の対象物状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は、対象物の状態の検出を行う検出方法に関するもので、特に対象物の表面状態の検出に優れた検出方法に関するものである。更に具体的には、例えば、航空レーザースキャナで、土地の自然崩壊状態あるいは災害時の災害としての土地の崩壊状態を検出する方法として、優れた方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】    従来の代表的なこの種の検出方法として、例えば、崩壊地の自動抽出に関する研究が行われていて、地形モデル（ＤＴＭ）とか、衛星リモートセンシングを利用する方法が提案されてきている。一方、航空レーザースキャナが研究段階から実利用段階に移向してきている現代さえ、パルス解析の領域に留まっていて、下層植生と裸地の判別ができない状態にある現状である。【０００３】    例えば、特開２００７−１８８１１７号（特許文献１）には、ＤＳＭメッシュデータとＤＴＭメッシュデータを使って、裸地を検出する方法が提案されているが、十分な結果が得られていない。
【特許文献１】    特開２００７−１８８１１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】    従来、対象物状態の判定（例えば、災害の場合の災害地の崩壊現場の状態と特定）に時間がかかっていたものを、迅速に判断することを可能にし、適切な対応、行動を、適切なタイミングで実行できるようにすること、および、正確に判断できる方法等、従来の欠点のない方法の提供が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】    本発明は、レーザーを対象物に照射して得られる反射光の反射強度と該反射強度の時間的変化を用いて、前記対象物の状態を検出する対象物状態検出方法が、従来の欠点のない方法であることを確認し、この発明を請求項１としている。【０００６】    また本発明は、前記照射がレーザーパルスによる走査であり、前記反射強度の時間的変化として、反射パルスの数と時間とに関するデータ（反射パルスデータ）を用いる請求項１の対象物状態検出方法を請求項２とし、前記反射パルスデータと前記反射強度に関する反射強度データを用い、前記反射パルスデータが、ひとつの前記レーザーパルスにつき発生する複数の反射パルスに関するデータを含む請求項２の対象物状態検出方法を請求項３としている。【０００７】    本発明は、更に、前記反射パルスに関して、セカンドパルス以降のパルスがない領域（領域Ａ）を抽出する工程と、前記領域Ａの中から、反射強度の低い領域（領域Ｂ）を抽出する請求項３の対象物状態検出方法を請求項４とし、前記照射は、航空レーザースキャニングである請求項１乃至４のいずれかに記載の対象物状態検出方法を請求項５としている。【０００８】    また、本発明は、前記対象物が災害地または調査地であり、前記災害地または前記調査地の土地の崩壊状態を検出する請求項１乃至５のいずれかに記載の対象物状態検出方法を請求項６とし、前記レーザーの波長が近赤外域である請求項１乃至６のいずれかに記載の対象物状態検出方法を請求項７としており、また、一つの軸（横軸）を前記反射強度として、前記軸に直交する他の軸（縦軸）に同一反射強度を有する前記反射パルスの数をプロットしたときに得られる反射強度分布曲線の前記反射強度が、特定の値以上の領域で極大値を大局的にひとつ持つ前記分布曲線と同一あるいは略同一の極大値をもち、前記極大値の前後で、前記分布曲線が一致するあるいは略一致する正規分布を前記分布曲線から差し引いた残りを利用する請求項１乃至７のいずれかに記載の対象物状態検出方法を請求項８としている。【０００９】    更に、本発明は、航空レーザースキャニングを行い、一つの軸（横軸）を前記反射強度として、前記軸に直交する他の軸（縦軸）に同一反射強度を有する前記反射パルスの数をプロットしたときに得られる反射強度分布曲線の横軸の最大値を２５５として、２５６段階のステップワイドに反射強度を表したときの８０あるいは略８０の位置で縦軸に平行な直線で前記反射強度分布曲線を２分し、前記反射強度の大きい領域を植生分布として、前記反射強度の小さい領域を裸地とする請求項１乃至７のいずれかに記載の対象物状態検出方法を請求項９としている。
【発明の効果】
【００１０】    本発明によれば、例えば、高い精度で裸地を抽出することができる効果、ＤＳＭ、ＤＥＭ作成等の処理を待たずに前記裸地を抽出が可能であるので、大規模災害発生後の緊急調査等に有用である。更にこれらの結果、小規模崩壊地での、判読漏れを未然に防げる効果、従来法のように、判読技術者間の個性に起因する解釈の違いの問題も解消できる等の効果を有する【００１１】    加えて、反射強度は、植生分布状態が把握できるので、特定地域における拡大崩壊及び植生侵入等の推移を観測する方法としても、有用なものである。更に具体的には、一回の計測で必要なデータが得られるために、従来生じていた複数回測定により発生していた位置、時間差による不整合が発生しないとか、計測後最低限の処理で解析が可能で、迅速な対応が可能で、災害などへの迅速な対応ができる。【００１２】    更に、写真判読および／または画像解析が不可能な影の領域についても例えば裸地の抽出が可能である効果も有し、その他、種々の効果を有するが、逐次、以下の記載の中で補足される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】    本発明は、好ましくは、レーザーパルスを対象物に照射して得られる反射パルスと、反射強度とを用いて、前記対象物の状態を検出する対象物状態検出方法であり、例えば、この方法により、前記のような効果を有するものであるが、特に対象物の表面状態の変化の検出に良いので、製造物の生産工程に使用して、製造物の表面状態の異常検出に用いることもできるし、赤外線のレーザーを用いると、表面下の状態も見られるので、非破壊検査に用いて、異常検出することにも応用可能なものである。【００１４】    本発明に用いるレーザー光は、好ましくは、パルス発光のレーザー光が用いられ、波長は、単一の波長のもの、あるいは、数種の波長の混合を用いることも可能である。更に好ましくは、近赤外のもので、０．７μｍ〜１．３μｍの波長のものが用いられる。より好ましくは、１μｍ近辺のものが用いられる。また、一般的には、航空レーザースキャンをすることが望ましいが、その場合は、対地高度にも依存するが、地面上で、好ましくは、５０ｃｍ前後の正方形の範囲で、レーザーパルスがランダムに照射され、一般的に１乃至４段階の立体構造が取得可能であり、即ち、第一のパルス（ファーストパルス）、第二のパルス（セカンドパルス）、第三のパルス（サードパルス）、第四のパルス（フォースパルス）の４種の反射パルスがひとつの前記照射パルスで取得されることがある。【００１５】    即ち、ひとつの前記レーザーパルスが、地物で反射される際に、地物により、分割され、同一パルス域内に存在する地物の違いにより、反射位置（高度）の違いから、発光から受光までの距離の違いが生じて、反射パルスが分割され、強度が減少され、時差が生じて、複数の反射パルスが生じる。受信の順番に従って、第一のパルスから順次第四のパルスに変化するが、一般的に、第四のパルスまでカウント可能である。また、この第二のパルスを用いることで、裸地およびエッジ（遷急線）の抽出が可能である。【００１６】    なお、航空レーザースキャンをする場合の航空機は、飛行機あるいはヘリコプタなどが使われるが、空中写真を同時に撮影して置くのが一般的であり、それぞれに組み合わせて、あるいは、特徴を生かして使用することができる。前記反射強度および前記反射強度データは、例えば、地物等で反射してくるレーザーパルスの反射強度を測定して得られるが、２５６段階で、強度ゼロの反射から強度１００％の反射までを表現するのが処理を容易にする利点があって好ましい。これは、大きくは、約３０ｃｍ以内（前記約５０ｃｍ角のビームの場合）の反射物の構造、素材で変化する。【００１７】    本発明の更に別の好ましい態様によれば、航空レーザースキャンにより得られた反射強度データについて、一つの軸（横軸）を前記反射強度として、前記軸に直交する他の軸（縦軸）に同一反射強度を有する前記反射パルスの数をプロットしたときに得られ反射強度分布曲線の前記反射強度が特定の値以上の領域で極大値を大局的にひとつ持つ前記分布曲線と同一あるいは略同一の極大値をもち、前記極大値の前後で、前記分布曲線が一致するあるいは略一致する正規分布を前記分布曲線から差し引いた残りを利用するが、それは前記正規分布が実際の植生域の分布と極���てよく類似している。それは、植生による反射が正規分布に非常に近いことを示していることでもある。【００１８】    前記特定の値以上の領域で、極大値は、細かいものは沢山あるが細かい極大値を大きく大局的にまとめるように大きな極大値が見られるので、本発明において、この大局的にひとつ存在する極大値に着目するものである。また、前記正規分布との一致性であるが、前記反射強度分布曲線は、前記したように、細かい極大値を多数有している。従って、理論的な前記正規曲線と前記反射強度分布曲線とが一致する領域では、ゼロクロッシングが起こるので、その領域での一致性を見るのが良く、即ち、ゼロクロッシングの起こることで一致性があるとするのが良い。また、ゼロクロッシングの起こり始める点あるいはこの近傍が、反射強度が最大値を２５５として、２５６段階のステップワイドにしたときに、反射強度８０あるいは略８０の位置になる。【００１９】    前記正規分布を、全体に関する前記分布曲線から差し引いた残りを利用すると、それは、結局、植生域の反射強度分布を引いたものとなり、即ち、反射強度に関する非植生分布が得られるので、非植生分布が簡単に得られ、従って、植生分布と非植生分布の両方が簡単に得られるので、それらの活用が図れることになる。【００２０】    また、多数の実際のケースで、この植生分布と非植生分布の境目が、不思議と一定になり、航空レーザースキャニングを行い、一つの軸（横軸）を前記反射強度として、前記軸に直交する他の軸（縦軸）に同一反射強度を有する前記反射パルスの数をプロットしたときに得られる反射強度分布曲線の横軸の最大値を２５５として、２５６段階の一定の段階でステップワイドに反射強度を表したときの前記反射強度８０あるいは略８０の位置に該当し、この位置で縦軸に平行な直線で前記反射強度分布曲線を２分し、前記反射強度の大きい領域を植生分布として、前記反射強度の小さい領域を裸地として、問題ないほどに一定であることが分かった。即ち、前記ゼロクロッシングが起こり始めるところが一定していることがわかった。【００２１】    以下、本発明を図面により、実施例を挙げながら、更に具体的に詳しく説明する。図１は、一実施例に係る検査方法の例である。１は、航空レーザースキャンで得られた反射強度データで、少なくともパルスの時間と前記パルスの反射強度を記録したデータで、第一のパルスから第四のパルスまでの関係も記録されている。２は、オリジナルデータで、少なくとも時間と反射パルスの関係が記録されていて、第一のパルスから第四のパルスまでの関係も記録されている。前記オリジナルデータは、少なくとも、或る時間内の反射パルス数が分かる。【００２２】    前記反射強度データは、３で、グリッド化され、４で、ヒストグラムになり、分析に提供され、５で、閾値算出を行う。一方、前記オリジナルデータは、セコンド・パルスが抽出され、グリッド化されて、更にノイズ除去されて、前記セコンド・パルスがあるものとないものに分離され、前記セコンド・パルスがあるデータは、立体構造領域（例えば、森林等）と認識される。【００２３】    また、前記分離の際に、前記セコンド・パルスがないと分類されたデータは、前記閾値算出で、決まった���値以上か以下に１３で分けられ閾値以下のデータは、崩壊地と判断され、他方は下層植生等と判断される。従って、従来に比較して、極めて、迅速に且つ、経験を不要として、正確に崩壊地が判断できる。実際に用いたレーザー光は、近赤外で１，０６４μｍのものを用いた。【００２４】    図２は、反射強度の応用のひとつで、（ａ）は、航空写真で、得られたオルソフォトの概念図であり、（ｂ）は、反射強度測定で得られた反射パルスの強度変化を濃度変化で表した概念図である。前記オルソフォトでは、潰れて見えない影の部分２０が、反射強度の図では、見えるようになっていて、影の部分２０の中に位置する対象体２１の識別に有用である。【００２５】    図３は、反射強度ヒストグラムを用いた閾値算出あるいは前記ヒストグラムの様子を示す図であり、横軸が反射強度を表示し、２５６の数値は、１００％の反射を意味するものである。９６ぐらいの位置に大局的に一つの極大が見られる。一方、縦軸は、反射パルスの数であり、数値の一万倍がパルスの数である。【００２６】    点線で表示された曲線は、前記実施例における反射パルス全体の分布をプロットしたものであり、実際には、細かい極大、極小が多数存在しているものであるが、大きくは、図に示したような曲線になる。２点鎖線は、植生の分布をプロットしたもので、反射強度９６の位置（９６／２５６×１００％の反射強度）に点線が示す極大に前記２点鎖線の極大が一致して、きれいな正規分布を示していた。従って、本実施例では、前記正規分布を理論的に作成し、前記点線から引いたものが、実線の曲線であり、非植生分布を表すことになる。非常に簡単に、裸地、植生、非植生の領域が識別できる。このようにして、裸地が反射強度８０までだったので、これを閾値とした例である。【００２７】    本発明は、以上のように構成されるので、一回の計測で必要なデータが得られるため、複数計測に比較して、位置、時間のずれ、不整合が生じない利点を有する。また、計測後、最低限の処理で、解析が可能となり、迅速化に有利である。更に、計測回数、処理作業の迅速化で短時間解析が可能であって、災害対処に迅速且つ、適切な対応が可能である。また、航空写真の影の領域でも、崩壊地の抽出が可能であるばかりでなく、影領域の様子が判断できる効果も有する。等々、高い精度、正確さで、迅速に、崩壊地、崩壊の様子等の情報が得られるようになる。また、土砂移動量の解析に使用されるマスクデータの抽出にも有効な方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明にかかる対象物状態検出方法の一例のフローチャートである。
【図２】オルソ画像の概念図と反射強度図の概念図である。
【図３】反射強度ヒストグラムである。
【符号の説明】
【００２９】１    反射強度データ
２    反射パルスデータ
９    セコンド・パルスの有り無し判定
１３  閾値比較で、崩壊地データの抽出
３１  全体データ
３２  植生分布
【図１】
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【図２】
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【図３】
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