(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラー画像である航空写真から一定の色範囲に属する領域を浸透域として抽出し、浸透域から不浸透面積率を求める不浸透面積率調査方法において、調査対象流域の航空写真と等到達時間域図を読み込む画像読込手段と、等到達時間域図の境界線に沿って航空写真を切り取り、等到達時間域別の画像データに分割する画像分割手段と、該画像データのうち一定の色範囲に属する領域を浸透域として抽出する色抽出手段と、前記画像分割手段により得られた等到達時間域別の画像データにおいて前記色抽出手段により抽出された浸透域と浸透域以外の領域とに前記画像データを２値化する２値化手段と、前記画像分割手段で分割された等到達時間域別の面積を求めると共に前記２値化手段により求めた等到達時間域別の浸透域の面積を求める面積計算手段と、前記面積計算手段により求めた等到達時間域別の面積から浸透域の面積を引算して不浸透面積とし、等到達時間域別の全面積に対する不浸透面積の割合を計算する不浸透面積率計算手段と、前記色抽出手段の色範囲の許容値を設定する許容値設定手段よりなることを特徴とする不浸透面積率調査方法。
【請求項２】
前記画像分割手段は、等到達時間域の境界線内部を白、その外部を黒で塗りつぶしたマスク画像と、前記航空写真の画像間の積を計算して、等到達時間域の画像データを切り取ることを特徴とする請求項１記載の不浸透面積率調査方法。
【請求項３】
前記色抽出手段は、一定の緑色領域及び茶色領域に属する領域を浸透域として抽出することを特徴とする請求項１記載の不浸透面積率調査方法。
【請求項４】
前記色抽出手段は、色抽出条件を変更できることを特徴とする請求項１記載の不浸透面積率調査方法。
【請求項５】
前記色抽出条件は、色相、明度及び彩度の３表色であることを特徴とする請求項４記載の不浸透面積率調査方法。
【請求項６】
前記色抽出条件は、正規化されたｕｖ表色であることを特徴とする請求項４記載の不浸透面積率調査方法。
【請求項７】
前記許容値設定手段は、複数の不浸透面積率による雨水流出量の予測値を懸案点の実測値と比較することにより最適な許容値を設定することを特徴とする請求項１記載の不浸透面積率調査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不浸透面積率調査方法に関する。詳しくは、雨水流出解析に用いる地表面データ処理に関する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
懸案地点における時々刻々の雨水流出量を予測手法として様々な方法があるが、これらの方法で地表面においてどのような降雨損失が起きるかをその土地利用を調査してモデルに反映させる方法があり、例えば、ＲＲＬ（Road Resarch Laboratory)法や修正ＲＲＬ法などでは主として以下のパラメータを決定する。
【０００３】
１）不浸透面積率
２）不浸透域直接流出面積率、浸透域直接流出面積率
３）不浸透域凹地貯留量、浸透域凹地貯留量
４）浸透能
５）等到達時間域面積
６）貯留量〜流出量曲線
【０００４】
これらのうち、１）の不浸透面積率とは、排水面積に対する不浸透域の割合のことであり、下水道が整備された地域では、下式で求められる。
不浸透面積＝屋根面積＋舗装道路面積＋舗装駐車場面積＋その他舗装面積
また、不浸透面積率については、以下のような調査方法がある。
【０００５】
１）サンプリング法：
航空写真或いは土地利用図に適当なメッシュを切り、乱数でいくつかのメッシュを選び出し、選んだメッシュ内の表面工種が浸透面か不浸透面かを読み取り、その割合から全体の不浸透面積率を推進値とする（東京都下水道局「東京都における雨天時流出水の解析」1973年、渡辺・川本『合流式下水道の改善対策に関する調査研究−雨天時流量・汚濁負荷流出モデルと簡略化の検討−』「下水道協会誌」Vol.24 1987）。
【０００６】
２）切り抜き法：
航空写真などで不浸透面を切り抜き、その重量と流域全体の重量との割合を不浸透面積率とする（前掲）。
【０００７】
３）光学式測定法：
航空写真などで不浸透面を黒く塗り、それを光学式測定器にかけて黒色部分の割合を求め、不浸透面積率とする（前掲）。
【０００８】
４）色塗り法：
航空写真や土地利用図を参考にし、地形図から不浸透域のみを抜き出して色塗りし、その面積と流域全体の面積との割合を不浸透面積率とする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
不浸透面積率の調査においては、以下のような問題がある。
１）作業量が膨大であり、調査に時間がかかる。
２）作業者が浸透域／不浸透域を判断するため、閾値にばらつきがある。つまり、作業者が異なると結果に差が出てしまう。
３）紙ベースのため、面積の測定が難しく、誤差が大きい。
４）調査した結果を容易に変更できない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る不浸透面積率調査方法は、カラー画像である航空写真から一定の色範囲に属する領域を浸透域として抽出し、浸透域から不浸透面積率を求める不浸透面積率調査方法において、調査対象流域の航空写真と等到達時間域図を読み込む画像読込手段と、等到達時間域図の境界線に沿って航空写真を切り取り、等到達時間域別の画像データに分割する画像分割手段と、該画像データのうち一定の色範囲に属する領域を浸透域として抽出する色抽出手段と、前記画像分割手段により得られた等到達時間域別の画像データにおいて前記色抽出手段により抽出された浸透域と浸透域以外の領域とに前記画像データを２値化する２値化手段と、前記画像分割手段で分割された等到達時間域別の面積を求めると共に前記２値化手段により求めた等到達時間域別の浸透域の面積を求める面積計算手段と、前記面積計算手段により求めた等到達時間域別の面積から浸透域の面積を引算して不浸透面積とし、等到達時間域別の全面積に対する不浸透面積の割合を計算する不浸透面積率計算手段と、前記色抽出手段の色範囲の許容値を設定する許容値設定手段よりなることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る不浸透面積率調査方法は、請求項１における前記画像分割手段は、等到達時間域の境界線内部を白、その外部を黒で塗りつぶしたマスク画像と、前記航空写真の画像間の積を計算して、等到達時間域の画像データを切り取ることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る不浸透面積率調査方法は、請求項１における前記色抽出手段は、一定の緑色領域及び茶色領域に属する領域を浸透域として抽出することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係る不浸透面積率調査方法は、請求項１における前記色抽出手段は、色抽出条件を変更できることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係る不浸透面積率調査方法は、請求項４における前記色抽出条件は、色相、明度及び彩度の３表色であることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係る不浸透面積率調査方法は、請求項４における前記色抽出条件は、正規化されたｕｖ表色であることを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する本発明の請求項７に係る不浸透面積率調査方法は、請求項１における前記許容値設定手段は、複数の不浸透面積率による雨水流出量の予測値を懸案点の実測値と比較することにより最適な許容値を設定することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
〔実施例１〕
本発明の第１の実施例を図１に示す。
本実施例は、カラー画像である航空写真から一定範囲の緑色又は茶色に属する領域を浸透域として抽出し、更に、浸透域から不浸透面積率を求めるものである。
【００１８】
即ち、本実施例に係る調査装置は、図１に示すように画像読込手段１０、画像分割手段２０、緑色抽出手段３１、茶色抽出手段３２、画像２値化手段４０、面積計算手段５０、不浸透面積率計算手段６０及び許容値設定手段７１，７２より構成され、緑色と茶色の２色を使用し、航空写真から浸透域に該当する緑色箇所及び茶色箇所を抽出するものである。
【００１９】
画像読込手段１０は、調査対象流域の航空写真と等到達時間域図を、例えば、スキャナー装置等により本装置のメモリヘ読み込む。
航空写真は、図７に簡略的に示すように、森、公園などの樹木の範囲は緑色で示され、また、グラウンド、公園など主に土で覆われた地表面は茶色で示されている。尚、舗装された道路等は、灰色系の色で示される。
等到達時間域図としては、管きょ設計データに基づいて定められるものであり、例えば、図８に示すように、懸案地点に対して、破線で示す境界線により、５分域、１０分域、１５分域、２０分域、２５分域のように区分される。
【００２０】
画像分割手段２０は、図９に示すように、航空写真に等到達時間域図の境界線を重ね、この境界線に沿ってマウスなど指示装置で画像を切り取り、等到達時間域別の画像データに分割する。
例えば、２０分域、１５分域の等到達時間域図で航空写真を切り取った場合には、図１０、図１１に示す画像となる。
【００２１】
緑色抽出手段３１は、マウスなど指示装置で図１０、図１１の画像中の緑色箇所（浸透域）を指示すると、そのＲＧＢに基づき、下式［数１］により色度Ｈ、彩度Ｓ、明度Ｉを計算し、ＨＳＩのそれぞれに許容値を設定して、一定の幅を持つ緑色に属する領域だけを緑色部分として抽出し、更に、下式［数２］によりＲＧＢへ戻し、抽出された緑色部分の画像をオペレータに表示する。
【００２２】
【数１】
0003804573.tif 000002
【００２３】
【数２】
0003804573.tif 000003
【００２４】
同様に、茶色抽出手段３２は、指示装置などで、図１０、図１１の画像中の茶色箇所のＲＧＢを取得し、その色度Ｈ、彩度Ｓ、明度Ｉを計算し、ＨＳＩのそれぞれに許容値を設定して、一定の幅を持つ茶色に属する領域だけを茶色部分として抽出する。
【００２５】
画像２値化手段４０は、画像分割手段２０で分割したそれぞれの等到達時間域を２値化し全体画像とし、更に、色抽出手段３１，３２で抽出した緑色部分と茶色部分を２値化し浸透域画像とする。
【００２６】
面積計算手段５０は、全体画像のうちの白領域の画素数を数え全体画素数とする。
同様に、２値化された緑色部分と茶色部分と論理和し、その白領域の画素数を浸透域画素数とする。
【００２７】
色抽出手段３１，３２、画像２値化手段４０及び面積計算手段５０についてのブロック図を図４に示す。
図４に示すように、入力ＲＧＢは色抽出ブロック（緑）３１ａ、色抽出ブロック（茶）３２ａ，…で緑色と茶色が抽出され、それらを２値化回路４０ａ，４０ａにより２値化画像とし、その論理和をａｎｄ回路５０ａで求め出力する。
【００２８】
色抽出ブロック３１ａ，３２ａの一例を図３に示す。
図３に示すように、入力ＲＧＢは、ＨＳＩ変換器３３によりＨＳＩ変換された後、各その色度Ｈ、彩度Ｓ、明度Ｉは許容値の設定されたバンドパスフィルタ３４，３５，３６を通過し、ＨＳＩ逆変換器３７によりＨＳＩ逆変換されることになる。
更に、緑色域或いは茶色域以外についても浸透域として抽出する場合には、色抽出ブロック（緑）３１ａ、色抽出ブロック（茶）３２ａの他に、更に、色抽出ブロック３２ｎをその色毎に追加することができる。
【００２９】
不浸透面積率計算手段６０は、等到達時間域別に全体画素数から浸透域画素数を引くことにより不浸透域画素数を求め、下式に示すように全体画素数に対する不浸透域画素数の割合を求め不浸透面積率を計算する。
不浸透面積率＝不浸透域画素数÷全体画素数×１００
【００３０】
許容値設定手段７１，７２は、色抽出手段３１，３２に対する許容値を離散的に増加（減少）させて、数パターンの不浸透面積率を求め、懸案地点における雨水流出量の予測値（不浸透面積率）と実測値の誤差が少ないものを最終的な許容値とする。
例えば、表１は、具体的な画像データについて色度を変更して色抽出を行い、算出される数パターンの不浸透面積率である。
【００３１】
【表１】
0003804573.tif 000004
【００３２】
［表１］に示す通り、ケース１では、緑色の抽出条件（色度）を９０〜１５０とし、茶色の抽出条件（色度）を１０〜８０としたときには、全体画素数１９７３８に対し、緑色としての浸透域画素数４７６８、茶色としての浸透域画素数３２４７であるから、不浸透域の画素数は１１５４３となり、不浸透面積率は５８．４８パーセントなる。
【００３３】
また、ケース２〜１１では更に条件を変化させており、ケース１２では、緑色の抽出条件（色度）を９０〜１４０とし、茶色の抽出条件（色度）を１０〜５０としたときには、全体画素数１９７３８に対し、緑色としての浸透域画素数３３０４、茶色としての浸透域画素数２１１７であるから、不浸透域の画素数は１４３１７となり、不浸透面積率は７２．５４パーセントなる。
尚、目視により実際の浸透域より緑色面積が大きければ許容値を小さく、緑色面積が小さければ許容値を大きくする処理を繰り返して、最終的に妥当な緑色部分を浸透域として抽出することができる。
【００３４】
このように説明したように、本発明では、航空写真の画像データを画像処理することにより、面積を測定することなく、容易に不浸透面積率を求めることができ、特に、本実施例では、２色以上の色抽出手段３１，３２を用いて並列に色抽出し、それら論理和から不浸透面積率を求めることができる。
【００３５】
また、本実施例のように、画像読込手段１０、画像分割手段２０、緑色抽出手段３１、茶色抽出手段３２、画像２値化手段４０、面積計算手段５０、不浸透面積率計算手段６０及び許容値設定手段７１，７２は、パーソナルコンピュータ及びその付属装置により容易に構成できることから、コンピュータ処理により、作業時間を軽減できる利点があり、また、作業者が異なる場合も、浸透域と不浸透域の推定結果が一定になる。
【００３６】
更に、許容値設定手段７１，７２は、複数の不浸透面積率による雨水流出量の予測値を懸案点の実測値と比較することにより、緑色抽出手段３１、茶色抽出手段３２に対して最適な許容値を設定できることから、不浸透面積率の修正が容易になり、不浸透面積率の精度を高める利点もある。
尚、本実施例では、緑色と茶色の２色で浸透域を抽出したが、本発明は、これに限るものではなく、２色以上で浸透域を抽出し、浸透域と不浸透域を判定するようにしても良い。
【００３７】
〔実施例２〕
本発明の第２の実施例を図２に示す。
本実施例は、航空写真から一定の色範囲に属する領域を浸透域として抽出し、更に、浸透域から不浸透面積率を求めるものである。
即ち、本実施例に係る調査装置は、図２に示すように画像読込手段１０、画像分割手段２０、色抽出手段３０、画像２値化手段４０、面積計算手段５０、不浸透面積率計算手段６０及び許容値設定手段７０より構成され、航空写真から浸透域に該当する箇所を抽出するものである。
【００３８】
画像読込手段１０は、調査対象流域の航空写真と等到達時間域図を、本装置のメモリヘ読み込む。
画像分割手段２０は、航空写真に等到達時間域図の境界線を重ね、この境界線に沿ってマウスなど指示装置で画像を切り取り、等到達時間域別の画像データに分割する。
色抽出手段３０は、マウスなど指示装置で画像分割手段２０からの画像中の抽出したい箇所（浸透域）を指示し、このＲＧＢを取得する。
【００３９】
［数１］により色度Ｈ、彩度Ｓ、明度Ｉを計算し、ＨＳＩのそれぞれに許容値を設定して一定の色範囲に属する領域を浸透域として抽出し、更に、［数２］によりＲＧＢへ戻し、抽出された浸透域の画像をオペレータに表示する。
色抽出手段３０を構成する機器のブロック図を図３に示す。
図３に示すように、入力ＲＧＢは、ＨＳＩ変換器３３によりＨＳＩ変換された後、各その色度Ｈ、彩度Ｓ、明度Ｉは許容値の設定されたバンドパスフィルタ３４，３５，３６を通過し、ＨＳＩ逆変換器３７によりＨＳＩ逆変換されることになる。
画像２値化手段４０は、画像分割手段２０で取得した等到達時間域を２値化し全体画像とし、また、色抽出手段３０で取得した浸透部分を２値化し浸透域画像とする。
【００４０】
面積計算手段５０は、全体画像の白領域の画素数を数え全体画素数とし、同様に浸透域の白領域の画素数を数え浸透域画素数とする。
不浸透面積率計算手段６０は、等到達時間域別に全体画素数から浸透域画素数を引くことにより不浸透域画素数を求め、下式に示すように全体画素数に対する不浸透域画素数の割合を求め不浸透面積率を計算する。
不浸透面積率＝不浸透域画素数÷全体画素数×１００
許容値設定手段７０は、色抽出手段３０の許容値を離散的に増加（減少）させて、数パターンの不浸透面積率を求め、懸案地点における雨水流出量の予測値（不浸透面積率）と実測直の誤差が少ないものを最終的な許容値とする。
【００４１】
また、目視により実際の浸透域より抽出面積が大きければ、許容値設定手段７０により許容値を小さくし、抽出面積が小さければ許容値を大きくする処理を繰り返して、最終的に妥当な浸透部分を抽出した画像にすることができる。
このように説明したように本発明では、航空写真の画像データを画像処理することにより、面積を測定することなく、容易に不浸透面積率を求めることができ、特に、本実施例では、色抽出処理の条件（色度、彩度、明度）を変更するだけで、容易に浸透域と不浸透域を判定することができる。
【００４２】
また、本実施例でも前述した実施例と同様に、パーソナルコンピュータ及びその付属装置により容易に構成できることから、コンピュータ処理により、作業時間を軽減できる利点があり、また、作業者が異なる場合も、浸透域と不浸透域の推定結果が一定になる。
更に、許容値設定手段７０は、複数の不浸透面積率による雨水流出量の予測値を懸案点の実測値と比較することにより、色抽出手段３０に対して最適な許容値を設定できることから、不浸透面積率の修正が容易になり、不浸透面積率の精度を高める利点もある。
【００４３】
〔実施例３〕
本実施例は、実施例２の画像分割手段２０において、分割したそれぞれの等到達時間域の境界線内部を白、外部を黒で塗りつぶしたマスク画像と、航空写真との画像間の積を計算し、図１０、図１１のように分割された画像を取得するものである。
【００４４】
本実施例は、航空写真と等到達時間域図との画像積によって画像分割することができるので、オペレータの切り取り作業を自動化できる特長がある。
また、航空写真と等到達時間域図に基準点（＝三角点、水準点）や、地表に写っている建物・地形をランドマークとして、航空写真と等到達時間域とが位置合わせできる際に有効である。
【００４５】
〔実施例４〕
本実施例は、図３に示す色抽出ブロックに代えて、色度、彩度、明度の３表色から１表色又は２表色を用いて、色抽出し、不浸透面積率を求めるものである。
明度の１表色を使用する場合の実施例を図５に示す。
本実施例は、［数１］により色度Ｈ、彩度Ｓ、明度Ｉを計算し、色度Ｈ、彩度Ｓはそのまま通過させ、明度Ｉだけ許容値を設定して一定の色範囲に属する領域を浸透域として抽出し、抽出画像をオペレータに表示する。
【００４６】
即ち、図５に示すように、入力ＲＧＢは、ＨＳＩ変換器３３によりＨＳＩ変換された後、色度Ｈ、彩度Ｓはそのまま、明度Ｉは許容値の設定されたバンドパスフィルタ３６を通過し、ＨＳＩ逆変換器３７によりＨＳＩ逆変換されることになる。
このように本実施例は、バンドパスフィルタ３６に許容値を設定することにより明度を変更するだけで、浸透域と不浸透域を判定することができるという利点がある。
特に、明度の１表色を使用するため、微妙な色合いが少ない航空写真や単調な色だけで撮影された航空写真、又は赤外線画像などから不浸透面積率を求める際に有効な方法である。
【００４７】
〔実施例５〕
本実施例は、図３に示す色抽出ブロックに代えて、下式［数３］のｕｖ表色で航空写真から不浸透面積率を求めるものである。
本実施例に係る色抽出ブロックを図６に示す。
本実施例では、［数３］によりｕ，ｖを計算し、それぞれに許容値を設定し、一定範囲を浸透域として抽出するものである。
【００４８】
【数３】
0003804573.tif 000005
【００４９】
即ち、入力ＲＧＢをｕｖ変換器１３１でｕｖ変換し、許容値を設定したバンドパスフィルタ１３２，１３３を通過させ、更に、ａｎｄ回路１３４で加算し、２値化回路１３５、乗算器１３６を通過したピクセル座標の入力ＲＧＢを色抽出画像として出力する。
【００５０】
このように説明したように、本実施例では、バンドパスフィルタ１３５，１３６に許容値を設定することにより色抽出処理の条件（ｕ，ｖ）を変更することができ、これにより浸透域と不浸透域を判定することができる。
また、ｕｖ表色を使用する本実施例では、色空間ｕｖで正規化されているため、人間の感覚に近いＨＳＩ表色と比べ許容値を調節しやすい利点がある。
【００５１】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明によれば、以下の効果を奏する。
１）コンピュータ処理により、作業時間を軽減できる。
２）作業者が異なる場合も、浸透域と不浸透域の推定結果が一定になる。
３）画像処理により面積を測定せずに不浸透面積率を求めることができる。
４）１）〜３）により、不浸透面積率の修正が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る不浸透面積率調査方法を実施するための装置を示す構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る不浸透面積率調査方法を実施するための装置を示す構成図である。
【図３】色抽出ブロックの説明図である。
【図４】論理和出力ブロックの説明図である。
【図５】色抽出ブロックの説明図である。
【図６】色抽出ブロックの説明図である。
【図７】航空写真の模式図である。
【図８】
等到達時間域図の模式図である。
【図９】重ね合わされた航空写真に等到達時間域図の説明図である。
【図１０】２０分域の等到達時間域図である。
【図１１】１５分域の等到達時間域図である。
【符号の説明】
１０  画像読込手段
２０  画像分割手段
３０  色抽出手段
３１  緑色抽出手段
３２  茶色抽出手段
４０  画像２値化手段
５０  面積計算手段
６０  不浸透面積率計算手段
７０，７１，７２  許容値設定手段
【図１】
0003804573.tif 000006
【図２】
0003804573.tif 000007
【図３】
0003804573.tif 000008
【図４】
0003804573.tif 000009
【図５】
0003804573.tif 000010
【図６】
0003804573.tif 000011
【図７】
0003804573.tif 000012
【図８】
0003804573.tif 000013
【図９】
0003804573.tif 000014
【図１０】
0003804573.tif 000015
【図１１】
0003804573.tif 000016