(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処理方法であって，
前記コンピュータが，
画像の各点において横方向と縦方向，または左右斜め方向の差分計算を行い，その結果取得される差分値を独立したベクトル成分として持つ２次元のエッジベクトルを各画素に付与し，エッジベクトル情報記憶部に記憶する処理過程と，
各画素を中心とする局所領域であるブロックを設定し，前記エッジベクトル情報記憶部に記憶された，該ブロック内における全エッジベクトルのすべての２ベクトルの組み合わせについて，ベクトル外積の絶対値を計算して加算し，加算した結果を外積和記憶部に記憶する処理過程と，
前記外積和記憶部に記憶されたベクトル外積和にもとづきブロック内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，
前記エッジベクトルの外積を計算するときに，２つのベクトルのうちどちらか一方のエッジベクトルと，該エッジベクトルを付与されたエッジ点から他方のエッジ点に向かう方向ベクトルとの内積を計算する処理過程と，
計算により得られた内積値がマイナス値の場合には，このエッジベクトルの組み合わせにおけるベクトル外積の加算処理をスキップ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３】
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処理装置であって，
画像の各点において横方向と縦方向，または左右斜め方向の差分計算を行い，その結果取得される差分値を独立したベクトル成分として持つ２次元のエッジベクトルを各画素に付与する手段と，
各画素を中心とする局所領域であるブロックを設定し，該ブロック内における全エッジベクトルのすべての２ベクトルの組み合わせについて，ベクトル外積の絶対値を計算して加算する手段と，
加算の結果得られるベクトル外積和にもとづきブロック内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４】
請求項１または請求項２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５】
請求項１または請求項２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したため，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】
なお，ここでエッジパワーとは，画像各点の２次元エッジベクトルの長さをいい，またエッジ接線とは，画像各点における該点の２次元エッジベクトルを法線ベクトルとする直線をいう。
【０００６】
【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ため，市街地領域のエッジパワーとエッジ接線の直交性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，以下の方法を用いることを特徴とする。
１．原画像に対してぼかし処理を施した後，各画素について横方向と縦方向，または左右斜め方向のエッジ差分計算を行い，得られた差分値を独立したベクトル成分として持つ２次元エッジベクトルを各画素に付与する。
２．各画素を中心とするブロックを設定し，その中に含まれるエッジベクトルのすべての２ベクトルの組み合わせについてベクトル外積の絶対値を計算し加算する。ベクトルＡ，Ｂの外積の絶対値は，この２ベクトルのなす角度をθとした場合，
｜Ａ×Ｂ｜＝｜（｜Ａ｜｜Ｂ｜ｓｉｎθ）｜
と計算されるため，各エッジベクトルのパワーが大きく，かつ２つのエッジベクトルの直交性が強いほど大きな値となる。
３．上記２の結果得られるベクトル外積和を，ブロック内の代表点に特徴量として付与し，この値にもとづき該点が市街地であるか否かを判定する。
【０００７】
本手法は，小さな家などが集合している市街地領域の抽出に有効であり，ブロックサイズは家程度の大きさにすると良い結果が得られる。以上の方法により，市街地領域で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。
【０００８】
【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。
【０００９】
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は画像に差分計算処理を施してエッジベクトルを取得するエッジベクトル取得処理部，１２は取得したエッジベクトル情報を記憶するエッジベクトル情報記憶部，１３は着目画素を中心としてブロックを取得するブロック取得処理部，１４はブロック内ですべての２ベクトルの組合せについてベクトル外積の絶対値を計算して加算する外積和計算処理部，１５は計算の結果得られたベクトル外積和を記憶する外積和記憶部，１６はベクトル外積和にもとづいてブロック内の代表点が市街地であるか否かを判定する市街地判定処理部，１７は判定結果の市街地領域情報である。
【００１０】
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。エッジベクトル取得処理２１は，エッジベクトル取得処理部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に差分計算を施してエッジベクトルを取得する。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。
【００１１】
本実施の形態では，横方向と縦方向の差分計算を行う方法について説明する。図３は，その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，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。
【００１２】
図３（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。
【００１３】
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３（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。
【００１４】
エッジベクトル取得処理２１の結果得られたエッジベクトル情報２２は，エッジベクトル情報記憶部１２に記憶される。エッジベクトル情報２２は，全画素に二次元のエッジベクトルが付与された情報である。図４に，エッジベクトル情報５３の例を示す。図４（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。
【００１５】
ブロック取得処理２３では，ブロック取得処理部１３が着目画素を中心として一定サイズの領域を取得する。図５は，領域のサイズを３画素×３画素とした場合のブロックの例を示している。
【００１６】
外積和計算処理２４では，ブロック取得処理２３で取得したブロック内において，外積和計算処理部１４がすべての２つのエッジベクトルの組み合わせ間でのベクトル外積を計算し，その絶対値を加算する処理を行う。ここでは，図６に示した例のように，９画素で構成されるブロック内のすべての２つのベクトルの組み合わせ，すなわち 9Ｃ2 ＝３６通りの組み合わせ間でベクトル外積の絶対値を計算して加算する。
【００１７】
また，図７（ａ）に示すように，白地に黒い領域と黒字に白い領域とを区別するため，外積を計算する２つのベクトルのうちのどちらか一方のエッジベクトルＶE と，該エッジベクトルＶE を付与されたエッジ点から他方のエッジ点に向かう方向ベクトルＶD との内積を計算し，図７（ｂ）に示すように内積値がプラス値の場合にのみベクトル外積の加算処理を行い，図７（ｃ）に示すように内積値がマイナス値の場合には，それら２つのエッジベクトルの組み合わせにおけるベクトル外積の加算処理をスキップする方法も考えられる（図７（ｄ））。
【００１８】
外積和計算処理２４の結果得られた外積和２５は，画像各点に特徴量として与えられ，外積和記憶部１５に記憶される。
【００１９】
市街地判定処理２６は，市街地判定処理部１６が行う処理であり，ここでは外積和記憶部１５に記憶されている外積和２５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。代表点はブロックの中心点，ブロックを構成する全点，ブロック中心付近の点など任意に設定可能である。本実施の形態では，ブロックの中心点とする。外積和２５の値に対してしきい値処理を行って市街地と非市街地領域の二つに分別する。また，しきい値処理を行わずに外積和の値をそのまま市街地らしさを表す値として出力することも考えられる。
【００２０】
終了判定処理２７では，全画素についてブロック取得処理２３，外積和計算処理２４，市街地判定処理２６が行われたかを判定し，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２３に戻り，未処理画素について同様に市街地判定を行う。すべての画素について市街地判定を行ったならば，入力画像２０の各画素が市街地領域であるか非市街地領域であるかを示す市街地領域情報１７を処理結果として出力する。
【００２１】
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。
【００２２】
【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，従来手法では安定して閉領域が抽出できないような問題となるケースでも，安定して市街地領域抽出を行うことができるようになる。
【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】エッジベクトルの算出方法を説明する図である。
【図４】エッジベクトル情報の例を示す図である。
【図５】ブロックの例を示す図である。
【図６】ベクトル外積和の計算の例を示す図である。
【図７】内積符号チェック方法の例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  エッジベクトル取得処理部
１２  エッジベクトル情報記憶部
１３  ブロック取得処理部
１４  外積和計算処理部
１５  外積和記憶部
１６  市街地判定処理部
１７  市街地領域情報
【図１】
0003816827.tif 000002
【図２】
0003816827.tif 000003
【図３】
0003816827.tif 000004
【図４】
0003816827.tif 000005
【図５】
0003816827.tif 000006
【図６】
0003816827.tif 000007
【図７】
0003816827.tif 000008