(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表を撮影した画像の中から，コンピュータにより市街地領域を自動的に抽出する方法であって，
前記コンピュータが，
画像各点を中心とした局所領域のブロックを設定する処理過程と，
前記ブロック内の各点においてエッジ接線をそれぞれ算出する処理過程と，
算出されたエッジ接線の角度パラメータと距離パラメータに対してハフ変換を行い，投票空間メモリ内に該２つのパラメータを２軸とする２次元の投票空間を作成する処理過程と，
前記投票空間メモリ内の投票空間にもとづき該ブロックの代表点が市街地であるか否かを判定する処理過程とを有する
ことを特徴とする市街地領域抽出処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の市街地領域抽出処理方法において，
前記エッジ接線パラメータに対してハフ変換を行う際にエッジパワー値を投票値とする
ことを特徴とする市街地領域抽出処理方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の市街地領域抽出処理方法において，
前記ブロックの代表点が市街地であるか否かを判定する処理過程では，前記２次元の投票空間について角度パラメータ軸方向に射影をとり１次元のヒストグラムに縮退させ，該ヒストグラムにもとづき該ブロックの代表点が市街地であるか否を判定する
ことを特徴とする市街地領域抽出処理方法。
【請求項４】
地表を撮影した画像の中から，コンピュータにより市街地領域を自動的に抽出する装置であって，
画像各点を中心とした局所領域のブロックを設定する手段と，
前記ブロック内の各点においてエッジ接線をそれぞれ算出する手段と，
算出されたエッジ接線の角度パラメータと距離パラメータに対してハフ変換を行い，該２つのパラメータを２軸とする２次元の投票空間を作成する手段と，
得られた投票空間にもとづき該ブロックの代表点が市街地であるか否かを判定する手段とを備える
ことを特徴とする市街地領域抽出処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の市街地領域抽出処理方法を，コンピュータに実行させるための市街地領域抽出処理プログラム。
【請求項６】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の市街地領域抽出処理方法を，コンピュータに実行させるためのプログラムを記録した
ことを特徴とする市街地領域抽出処理プログラムのコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，衛星写真画像や航空写真画像などの上空から撮影された画像の中から，そのテクスチャ情報にもとづき市街地領域を自動的に抽出する市街地領域抽出処理方法，市街地領域抽出処理装置，市街地領域抽出処理プログラムおよびそのプログラムの記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の市街地領域抽出技術では，特定の色や輝度条件を満たす閉領域に着目し，その閉領域の形状があらかじめ規定しておいたものに近い場合に，該閉領域を建造物領域であるとし，このような手法で抽出された建造物を統合して市街地であると認識していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし，この種の従来の方法は，画像がモノクロまたはグレースケールで色情報がない場合や，建造物の一部が木や別の建造物で隠れていて閉領域形状を取らない場合や，画像の解像度が低いために各建造物が十分な大きさを持たず閉領域の形状が崩れているような場合などに，安定して市街地領域抽出を行うことができないという問題があった。
【０００４】
本発明は，市街地領域でのテクスチャ特徴，すなわち市街地領域ではエッジのパワーが強く，かつエッジ接線方向が直交している傾向が強いという特徴に着目することにより，上記従来の技術では問題となるような場合でも，安定して市街地領域抽出を行うことができるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は，前記課題を解決するめ，市街地領域ではエッジ接線のエッジパワーが強く，かつ接線方向が直交する傾向が強いという特徴から，この傾向を定量的に表す特徴量にもとづき市街地領域判定を行うものであり，実現手段として以下の方法を用いることを特徴とする。
１．市街地領域抽出対象の画像について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およ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もとづきエッジ接線の角度パラメータと距離パラメータとを算出する。
２．算出されたエッジ接線パラメータに対してハフ（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する。
３．得られた投票空間から適当な特徴量を求め，これにもとづきブロックの代表点が市街地であるか否かを判定する。
【０００６】
本方法は，特に工場等の大きな建造物の抽出に有効であり，ブロックサイズは建造物が十分に入る程度の大きさにすると良い結果となる。以上により，市街地領域のテクスチャ特徴にもとづく安定した領域抽出が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を，図を用いて詳細に説明する。
【０００８】
図１に，本実施の形態による市街地領域抽出処理装置の構成例を示す。図中，１はＣＰＵおよびメモリなどからなる市街地領域抽出処理装置，１０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，１１は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，１２は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，１３は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，１４は作成される投票空間用の投票空間メモリ，１５は投票空間にもとづいて市街地であるか否かを判定する市街地判定処理部，１６は判定結果の市街地領域情報である。
【０００９】
図２に，図１に示す市街地領域抽出処理装置１の処理の流れを示す。ブロック取得処理２１は，ブロック取得処理部１１が行う処理であり，ここでは，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２０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。ブロックの形は正方形，円形など任意であるが，本実施の形態では，円形のブロックを取得するものとする。これ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。
【００１０】
円形ブロックの例を，図３に示す。円形ブロック３０のサイズは，建造物が十分に入る程度の大きさが好ましく，画像の解像度等によって異なるが，例えば数十画素〜百数十画素というようなサイズである。
【００１１】
エッジ接線パラメータ計算処理２２は，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。ここでは，図１のエッジ接線パラメータ算出処理部１２が行う処理として，まず画像に横方向および縦方向の差分計算を施してエッジベクトルを取得し，取得したエッジベクトルにもとづきエッジ接線パラメータを求める手法を説明する。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。
【００１２】
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，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。
【００１３】
図４（ａ）に示した例では，画素Ｃ（点Ｃ）における横方向の差分値をＣX ，縦方向の差分値をＣY として，エッジベクトルＣ（ＣX ，ＣY ）は，隣接画素Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅの画素値から，
ＣX ＝（Ｄ−Ｂ）／２
ＣY ＝（Ｅ−Ａ）／２
と計算される。
【００１４】
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。このような例を図４（ｂ）に示す。画素Ｇ（点Ｇ）におけるエッジベクトルＧ（ＧX ，ＧY ）は，隣接画素Ｆ，Ｈ，Ｉの画素値から，
ＧX ＝Ｈ−Ｇ
ＧY ＝（Ｉ−Ｆ）／２
と計算される。
【００１５】
図５に，エッジベクトル情報の例を示す。図５（ａ）は原画像の画素値，（ｂ）はエッジベクトル成分の値を示している。
【００１６】
次に，得られたエッジベクトルからエッジ接線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を求めるべきエッジ接線パラメータとする。
【００１７】
図６は，エッジ接線パラメータの例を説明する図である。図６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 とＰY とから，点Ｐにおけるエッジ接線のパラメータθP とｒP は簡単に計算される。
【００１８】
Ｈｏｕｇｈ変換処理２３は，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２４に投票していく処理であり，図１のＨｏｕｇｈ変換処理部１３が行う。図７は，その投票処理の例を説明する図である。図７で示した点Ｐでのエッジ接線パラメータθP とｒP は，投票空間内の座標（θP ，ｒP ）に投票される。
【００１９】
投票される値は，＋１の場合もあるが，本実施の形態ではエッジパワー値そのもの，すなわち（ＰX 2 ＋ＰY 2 ）の平方根を投票値とする。この方法により，市街地領域に多く存在するパワーが強いエッジのパラメータが，より強調されることになる。
【００２０】
また，ノイズの悪影響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とか，またはエッジパワーに何らかの重みをつけて投票値とするなどの方法も有効である。
【００２１】
投票空間２４は，Ｈｏｕｇｈ変換処理２３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。図８にその例を示す。図８（ａ）は原画像，図８（ｂ）は投票空間の例を示している。図８（ａ）に示す例では，直径５０画素の円形ブロック内の全画素に対して投票を行っている。図８（ｂ）の投票空間では，得票値の大小を濃度を変えて示している。投票空間の横軸は，角度パラメータθの軸（範囲０〜３６０°），縦軸は距離パラメータｒの軸（範囲０〜２５）である。画像内の直線が投票空間内では得票値の高い点として変換されていることが分かる。
【００２２】
ブロック内処理終了判定２５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２２，Ｈｏｕｇｈ変換処理２３が終了したか否かを判定する処理である。未処理画素が存在する場合，再びエッジ接線パラメータ計算処理２２へ戻り，未処理画素の処理を行う。
【００２３】
市街地判定処理２６は，投票空間メモリ１４内の投票空間２４の情報にもとづき，ブロックの代表点が市街地であるかどうかを判定する処理であり，図１の市街地判定処理部１５が行う。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，ブロックを構成する全画素，ブロック内の一定値以上のエッジパワーを持つ画素などが考えられる。本実施の形態では，２次元の投票空間をそのまま用いず，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，角度ヒストグラムと呼称する）を用いる方法を説明する。
【００２４】
図９に，図８（ｂ）に示す投票空間から作成した角度ヒストグラムを示す。角度ヒストグラムの最大値，最小値，平均値，分散値などの統計量から市街地を求める方法もあるが，ここでは（１）最大値／最小値，（２）エッジ接線直交性にもとづく判定処理について説明する。
【００２５】
（１）最大値／最小値
角度ヒストグラムの最大値と最小値を求め，最大値を最小値で除算して比率を計算する。この値が一定値以上である場合，ブロックの代表点を市街地と判定する。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ため，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，その角度パラメータθは１８０°の差を持つこととなる。そこで角度ヒストグラムの１８０〜３６０°部分を０〜１８０°部分に加算し，角度ヒストグラムの範囲を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。
【００２６】
ランダムノイズのようにエッジ方向がばらばらである画像の場合，最大値／最小値は小さな値であり，この値が大きな値となるのはブロック内に強いエッジパワーを持つ直線が存在するなどの場合である。
【００２７】
（２）エッジ接線直交性
ブロック内に直交する直線が存在する場合，角度ヒストグラムには，９０°の間隔を持つ２つのピークが発生する。９０°間隔の２つのピークがあるか否かは，次の方法により判定することができる。
【００２８】
図１０に，その判定方法の説明図を示す。図１０に示すヒストグラムは，上記（１）において説明したように１８０〜３６０°部分を０〜１８０°部分に重ねて角度ヒストグラムの角度範囲を０〜１８０゜としたものである。はじめにこのヒストグラムにおいて最大値を取る角度θ1 を求める。次に，θ1 から９０°の差を持つ角度θ2 を中心として任意の幅を持つ第２ピーク探索領域ＳA を設定し，その領域内での最大値（第２ピーク値）を求める。図１０の例では，θ2 を中心として±１０°の幅を第２ピーク探索領域ＳA の範囲と設定した。
【００２９】
第２ピーク値を求めた後，この値をヒストグラムの最小値で除算し，その比率が一定値以上の場合，該ブロックの代表点を市街地領域であると判定する。第２ピーク値と最小値との比率以外にも，第２ピーク値そのものの値，第２ピーク値と最小値との差分などを判定尺度としたり，最大値そのものの値も判定尺度に加えることも考えられる。
【００３０】
また，範囲を０〜１８０°とした角度ヒストグラムの，さらに９０〜１８０°部分を０〜９０°部分に重ね，角度範囲を０〜９０°としたヒストグラムを作成し，該ヒストグラムの最大値と最小値の比率を判定尺度とすることも考えられる。
【００３１】
ここでは，角度ヒストグラムにもとづき市街地を判定する方法を説明したが，２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。
【００３２】
終了判定処理２７は，全画素について市街地判定処理２６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，ブロック取得処理２１に再度戻り，未処理画素について同様に処理を行う。
【００３３】
以上の処理を全画素について行うことにより，画素ごとに市街地であるか否かのビットマップまたはラベルが付された市街地領域情報１６が求められる。
【００３４】
以上の市街地領域抽出処理装置１が行う処理は，コンピュータとソフトウェアプログラムとによって実現することができ，そのプログラムは，コンピュータが読み取り可能な可搬媒体メモリ，半導体メモリ，ハードディスク等の適当な記録媒体に格納して，そこから読み出すことによりコンピュータに実行させることができる。また，そのプログラムは通信回線を経由して他のコンピュータからダウンロードすることができ，それをインストールして実行させることもできる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明は，市街地領域でのテクスチャ特徴，すなわち市街地領域ではエッジのパワーが強く，かつエッジ接線方向が直交している傾向が強いという特徴に着目した市街地領域抽出を行う。このため，安定した閉領域抽出が困難なために従来手法では問題となるような場合でも，安定して市街地領域抽出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態による市街地領域抽出処理装置の構成例を示す図である。
【図２】市街地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】エッジベクトル情報の例を示す図である。
【図６】エッジ接線パラメータの例を説明する図である。
【図７】投票処理の例を説明する図である。
【図８】投票空間の例を示す図である。
【図９】角度ヒストグラムの例を示す図である。
【図１０】第２ピーク探索処理を説明する図である。
【符号の説明】
１    市街地領域抽出処理装置
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  市街地判定処理部
１６  市街地領域情報
【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】
0003816826.tif 000009
【図９】
0003816826.tif 000010
【図１０】
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