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JP7637030B2 - Cloud layer measuring device and cloud layer measuring method - Google Patents
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JP7637030B2 JP2021165196A JP2021165196A JP7637030B2 JP 7637030 B2 JP7637030 B2 JP 7637030B2 JP 2021165196 A JP2021165196 A JP 2021165196A JP 2021165196 A JP2021165196 A JP 2021165196A JP 7637030 B2 JP7637030 B2 JP 7637030B2
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Description

本発明は、雲形雲層計測装置及び雲形雲層計測方法に関する。 The present invention relates to a cloud layer measurement device and a cloud layer measurement method.

従来、航空気象観測では、どのような雲がどの高度に存在するかが重要な観測項目である。具体的には、同じ高度帯に存在する雲のまとまりについて、その雲形と雲底高度をまとめた情報を雲層情報として提供することが行われている。このような情報は、従来は観測員の目視観測により記録されるものであり、自動化することで人件費を削減することができるほか、多くの経験を要する観測員の習熟支援に貢献できる。 Traditionally, an important observation item in aviation weather observations is what type of clouds exist at what altitude. Specifically, for groups of clouds that exist in the same altitude band, information summarizing the cloud shape and cloud base altitude is provided as cloud layer information. Such information has traditionally been recorded by observers through visual observation, but automating this process can reduce labor costs and contribute to helping observers who require a lot of experience become accustomed to the process.

このため、可視光画像に対する画像認識によって雲形を推定するモデルが作成されている。
また、雲高を計測するため、特開2004-170350号公報(特許文献1)に記載の技術がある。この公報には、「任意の地点から所定の視野角を有する受光手段によって、観測対象からの光を受け、所定の演算手段によって観測対象の温度情報を算出することを特徴とする。特に、受光手段が赤外線放射温度計であって、8~13μmを主たる透過帯とする光学フィルタを有する場合には、空気中のHOやCOの影響を大幅に低減し精度の高い観測が可能となる。また、こうした温度情報に基づいて雲底の高度を演算し、霜降り予測や降雨予測に応用することも可能である。」という記載がある。
For this reason, models have been developed that estimate cloud shapes through image recognition of visible light images.
Furthermore, there is a technology for measuring cloud height described in JP 2004-170350 A (Patent Document 1). This publication states that "light from an observation target is received by a light receiving means having a predetermined viewing angle from an arbitrary point, and temperature information of the observation target is calculated by a predetermined calculation means. In particular, when the light receiving means is an infrared radiation thermometer and has an optical filter with a main transmission band of 8 to 13 μm, the influence of H 2 O and CO 2 in the air is significantly reduced, enabling highly accurate observation. In addition, the altitude of the cloud base can be calculated based on such temperature information, and this can be applied to frost prediction and rainfall prediction."

特開2004-170350号公報JP 2004-170350 A

しかしながら、可視光画像に対する画像認識により雲形マップを作成しても、雲高の情報を得ることができない。例えば雲層が2層形成されており、いずれも同じ雲形の場合、雲形マップはすべての領域が同一となる。一方で、赤外線カメラからは雲の相対的な雲高が取得できるものの、雲のテクスチャなどの画像特徴量が失われるため雲形の認識が困難である。
そこで、本発明では、雲形と雲高に関する情報を総合的に提供することを目的とする。
However, even if a cloud shape map is created by image recognition of visible light images, it is not possible to obtain information on cloud height. For example, if two cloud layers are formed and both have the same cloud shape, all areas of the cloud shape map will be the same. On the other hand, although an infrared camera can obtain the relative cloud height of clouds, image features such as the cloud texture are lost, making it difficult to recognize the cloud shape.
Therefore, an object of the present invention is to provide comprehensive information regarding cloud shape and cloud height.

上記目的を達成するために、代表的な本発明の雲形雲層計測装置の一つは、画像内における雲の位置及び雲形を示す雲形マップと画像内における雲の位置及び相対雲高を示す相対雲高マップとを比較し、該比較の結果に基づいて前記雲形マップと前記相対雲高マップの位置関係を同定する画像内位置同定部と、前記位置関係を用いて前記雲形マップに示された雲形を前記相対雲高により分離し、雲形と相対雲高とを対応付けた雲形・雲層情報を出力する雲層推定部と、を備えたことを特徴とする。
また、代表的な本発明の雲形雲層計測方法の一つは、装置が、画像内における雲の位置及び雲形を示す雲形マップと画像内における雲の位置及び相対雲高を示す相対雲高マップとを比較し、該比較の結果に基づいて前記雲形マップと前記相対雲高マップの位置関係を同定する画像内位置同定ステップと、前記位置関係を用いて前記雲形マップに示された雲形を前記相対雲高により分離し、雲形と相対雲高とを対応付けた雲形・雲層情報を出力する雲層推定ステップと、を含むことを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, one of the representative cloud shape and cloud layer measurement devices of the present invention is characterized by comprising an in-image position identification unit that compares a cloud shape map indicating the position and cloud shape of clouds in an image with a relative cloud height map indicating the position and relative cloud height of clouds in an image, and identifies the positional relationship between the cloud shape map and the relative cloud height map based on the result of the comparison, and a cloud layer estimation unit that uses the positional relationship to separate the cloud shapes shown in the cloud shape map by the relative cloud height, and outputs cloud shape and cloud layer information that corresponds to the cloud shape and relative cloud height.
Furthermore, one of the representative cloud shape and cloud layer measurement methods of the present invention is characterized in that it includes an in-image position identification step in which an apparatus compares a cloud shape map indicating the position and cloud shape of clouds in an image with a relative cloud height map indicating the position and relative cloud height of clouds in an image, and identifies the positional relationship between the cloud shape map and the relative cloud height map based on the result of the comparison, and a cloud layer estimation step in which an apparatus uses the positional relationship to separate the cloud shapes shown in the cloud shape map by the relative cloud height, and outputs cloud shape and cloud layer information that corresponds to the cloud shape and the relative cloud height.

本発明によれば、雲形と雲高に関する情報を総合的に提供できる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施の形態の説明により明らかにされる。 The present invention can provide comprehensive information on cloud shape and cloud height. Problems, configurations, and advantages other than those described above will become clear from the description of the embodiments below.

雲形雲層計測装置の機能構成図Functional configuration diagram of the cloud layer measurement device 雲形雲層計測装置のハードウェア構成図Hardware configuration of the cloud layer measurement device 雲の境界線に基づく位置同定の説明図Illustration of cloud boundary based localization 優先順位に沿った位置関係の同定処理を示すフローチャートFlowchart showing a process for identifying a positional relationship according to priority order 雲高のマージの処理手順を示すフローチャートFlowchart showing the process of merging cloud height 雲の外接矩形に基づく位置同定の説明図Illustration of location identification based on the circumscribing rectangle of a cloud 温度ヒストグラムからの雲層推定の説明図Illustration of cloud layer estimation from temperature histogram

以下、実施例を図面を用いて説明する。 The following describes the embodiment with reference to the drawings.

図1は、実施例に係る雲形雲層計測装置の機能構成図である。
図1に示した雲形雲層計測装置10は、可視光カメラ11と赤外線カメラ12とを備える。また、雲形雲層計測装置10は、可視光画像受付部21、赤外線画像受付部22、雲形推定部23、雲底温度算出部24、画像内位置同定部25及び雲層推定部26の機能部を有する。
FIG. 1 is a functional configuration diagram of a cloud layer measuring device according to an embodiment.
The cloud layer measuring device 10 shown in Fig. 1 includes a visible light camera 11 and an infrared camera 12. The cloud layer measuring device 10 also includes functional parts including a visible light image receiving unit 21, an infrared image receiving unit 22, a cloud shape estimating unit 23, a cloud base temperature calculating unit 24, an in-image position identifying unit 25, and a cloud layer estimating unit 26.

可視光カメラ11と赤外線カメラ12は、空の画像を撮像する撮像装置であり、撮像範囲の少なくとも一部が重複する。
可視光画像受付部21は、可視光カメラ11が撮像した可視光画像を取得し、雲形推定部23に出力する。
赤外線画像受付部22は、赤外線カメラ12が撮像した赤外線画像を取得し、雲底温度算出部24に出力する。
The visible light camera 11 and the infrared camera 12 are imaging devices that capture images of the sky, and their imaging ranges at least partially overlap.
The visible light image receiving unit 21 acquires the visible light image captured by the visible light camera 11 and outputs it to the cloud shape estimating unit 23 .
The infrared image receiving unit 22 acquires the infrared image captured by the infrared camera 12 and outputs it to the cloud base temperature calculation unit 24 .

雲形推定部23は、例えば機械学習により予め作成した雲形認識モデル31を用い、可視光画像内における雲の雲形を推定し、雲の位置及び雲形を示す雲形マップ32を生成する。ここで、雲形とは、雲をその形状により分類したものである。例えば、十種雲形と呼ばれる分類では、雲の形状は「巻雲、巻積雲、巻層雲、高積雲、高層雲、乱層雲、層積雲、層雲、積雲、積乱雲」のいずれかの雲形に分類される。 The cloud shape estimation unit 23 uses a cloud shape recognition model 31 created in advance, for example, by machine learning, to estimate the cloud shape of the cloud in the visible light image and generate a cloud shape map 32 that indicates the position and shape of the cloud. Here, cloud shapes are classified according to their shape. For example, in a classification called the ten types of cloud shapes, cloud shapes are classified into one of the following cloud shapes: "cirrus, cirrocumulus, cirrostratus, altocumulus, altostratus, nimbostratus, stratocumulus, stratus, cumulonimbus."

雲底温度算出部24は、赤外線画像内における雲の位置及び相対雲高を示す相対雲高マップ33を生成する。雲底温度は、雲の高度に対応することが知られている。大気の状態等に影響を受けるため、雲底温度から絶対的な高度を求めることは困難であるが、複数の雲層が存在する場合に雲層間の相対高度は特定可能である。
そこで、雲底温度算出部24は、赤外線画像から雲底の温度を計測して、赤外線画像内の雲の相対的な雲高を算出し、相対雲高マップ33を出力する。
The cloud base temperature calculation unit 24 generates a relative cloud height map 33 that indicates the positions and relative cloud heights of clouds in the infrared image. It is known that the cloud base temperature corresponds to the cloud height. Since it is affected by atmospheric conditions, it is difficult to obtain an absolute height from the cloud base temperature, but when multiple cloud layers exist, it is possible to identify the relative heights between the cloud layers.
Therefore, the cloud base temperature calculation unit 24 measures the temperature of the cloud base from the infrared image, calculates the relative cloud height of the clouds in the infrared image, and outputs a relative cloud height map 33.

画像内位置同定部25は、雲形マップ32と相対雲高マップ33とを比較し、該比較の結果に基づいて雲形マップ32と相対雲高マップ33の位置関係を同定する。
例えば、山の稜線や建造物等が、雲形マップ32と相対雲高マップ33に共通して含まれるならば、これらの物体を基準物体として用い、雲形マップ32と相対雲高マップ33の位置関係を同定することができる。
しかしながら、空を撮像した画像を処理対象とする関係上、雲形マップ32と相対雲高マップ33に基準物体の像が含まれることは必ずしも期待できない。
画像内位置同定部25は、基準物体に依存することなく、雲形マップ32と相対雲高マップ33の位置関係を同定することができる。
The intra-image position identification unit 25 compares the cloud shape map 32 with the relative cloud height map 33, and identifies the positional relationship between the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33 based on the result of the comparison.
For example, if mountain ridges, buildings, etc. are included in common in the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33, these objects can be used as reference objects to identify the positional relationship between the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33.
However, since the images to be processed are images of the sky, it cannot necessarily be expected that the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33 will contain images of the reference object.
The intra-image position identification unit 25 can identify the positional relationship between the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33 without relying on a reference object.

具体的には、画像内位置同定部25は、雲が占める領域に基づく位置関係の同定を行う。一例として、画像内位置同定部25は、雲形マップ32における雲の境界線と相対雲高マップ33における雲の境界線とを比較して、雲の境界線の一致度が閾値を超えるよう位置合わせを行う。 Specifically, the in-image position identification unit 25 identifies the positional relationship based on the area occupied by the cloud. As an example, the in-image position identification unit 25 compares the cloud boundary line in the cloud shape map 32 with the cloud boundary line in the relative cloud height map 33, and performs positioning so that the degree of coincidence of the cloud boundary lines exceeds a threshold value.

ここで、例えば異なる雲高に同一の雲形が存在する場合、相対雲高マップ33の境界は雲高の境界に沿って生成されるが、雲形マップ32の境界線は雲形に沿って生成される。このため、相対雲高マップ33には境界線が存在するが、雲形マップ32には対応する境界線が存在しない状態が発生する可能性があり、このような状態では境界線の比較が適正に行えない。
そこで、画像内位置同定部25は、相対雲高マップ33に示された異なる雲高を結合するマージ処理を行って、マージにより得られた雲の境界線を雲形マップ32の境界線と比較する。
雲形と雲高については、「一つの雲高には一つの雲形しか出現しない」、「同一の雲形は複数の雲高に出現しうる」という前提を置くことができる。画像内位置同定部25は、これらの前提を制約条件として、雲高の組合せパターンを求め、それぞれのパターンの境界線を雲形マップ32の境界線と比較することで、一致度が閾値を超える組合せを探索する。
Here, for example, when the same cloud shape exists at different cloud heights, the boundaries of the relative cloud height map 33 are generated along the boundaries of the cloud heights, but the boundaries of the cloud shape map 32 are generated along the cloud shapes. For this reason, a situation may occur in which a boundary exists in the relative cloud height map 33 but a corresponding boundary does not exist in the cloud shape map 32, and in such a situation, the boundary comparison cannot be performed properly.
Therefore, the intra-image position identification unit 25 performs a merging process to combine different cloud heights shown in the relative cloud height map 33 , and compares the cloud boundary lines obtained by the merging with the boundary lines in the cloud shape map 32 .
Regarding cloud shape and cloud height, it is possible to make the assumptions that "only one cloud shape appears at one cloud height" and "the same cloud shape can appear at multiple cloud heights." The intra-image position identification unit 25 determines combination patterns of cloud heights using these assumptions as constraints, and searches for combinations whose degree of match exceeds a threshold by comparing the boundaries of each pattern with the boundaries of the cloud shape map 32.

また、雲形によっては赤外放射の強度が不足し、赤外線画像に写らない場合がある。このような場合には、雲形マップ32には境界線が存在するが、相対雲高マップ33には対応する境界線が存在しない状態が発生する可能性があり、このような状態では境界線の比較が適正に行えない。
そこで、画像内位置同定部25は、雲形マップ32に示された雲形のうち、所定の種別の雲形を除外して、相対雲高マップ33と比較する。
In addition, depending on the cloud shape, the intensity of infrared radiation may be insufficient and the cloud may not appear in the infrared image. In such a case, a boundary line may exist in the cloud shape map 32, but the corresponding boundary line may not exist in the relative cloud height map 33. In such a case, the boundary line comparison cannot be performed properly.
Therefore, the in-image position identification unit 25 excludes certain types of cloud shapes from the cloud shapes shown in the cloud shape map 32 and compares it with the relative cloud height map 33.

雲層推定部26は、画像内位置同定部25によってされた前記位置関係を用いて雲形マップ32に示された雲形を相対雲高により分離し、雲形と相対雲高とを対応付けた雲形・雲層情報34を出力する。
すなわち、雲形雲層計測装置10の出力である雲形・雲層情報34には、何層の雲層が存在するか、各層の雲形、各層の高さの相対関係が示されることになる。
The cloud layer estimation unit 26 separates the cloud shapes shown in the cloud shape map 32 by relative cloud height using the positional relationship determined by the in-image position identification unit 25, and outputs cloud shape/cloud layer information 34 that corresponds the cloud shape to the relative cloud height.
That is, the cloud shape/cloud layer information 34 output from the cloud shape/cloud layer measuring device 10 indicates how many cloud layers exist, the cloud shape of each layer, and the relative relationship between the heights of each layer.

図2は、実施例に係る雲形雲層計測装置のハードウェア構成図である。図2に示したように、雲形雲層計測装置10は、既に説明した可視光カメラ11及び赤外線カメラ12に加え、表示部13、入力部14、CPU(Central Processing Unit)15、主記憶装置16及び補助記憶装置17を備える。 Figure 2 is a hardware configuration diagram of the cloud layer measurement device according to the embodiment. As shown in Figure 2, the cloud layer measurement device 10 includes a display unit 13, an input unit 14, a CPU (Central Processing Unit) 15, a main memory device 16, and an auxiliary memory device 17 in addition to the visible light camera 11 and infrared camera 12 already described.

表示部13は、例えば液晶ディスプレイであり、雲形雲層計測装置10の操作者に対する各種情報の表示出力に用いられる。雲形・雲層情報34の出力についても、表示部13による表示により出力可能である。
入力部14は、例えばキーボードなどであり、操作者からの操作入力を受け付ける。
The display unit 13 is, for example, a liquid crystal display, and is used to display and output various information to the operator of the cloud type and cloud layer measuring device 10. The cloud type and cloud layer information 34 can also be output by displaying it on the display unit 13.
The input unit 14 is, for example, a keyboard, and receives operational input from an operator.

CPU15は、各種のプログラムやデータを主記憶装置16に展開し、プログラムを順次実行することで、各種機能を実現することができる。
主記憶装置16は、例えばRAM(Random Access Memory)である。
具体的には、CPU15は、雲形雲層計測プログラムを主記憶装置16に展開して実行することで、可視光画像受付部21、赤外線画像受付部22、雲形推定部23、雲底温度算出部24、画像内位置同定部25及び雲層推定部26の機能を実現する。
The CPU 15 can implement various functions by loading various programs and data into the main storage device 16 and sequentially executing the programs.
The main storage device 16 is, for example, a RAM (Random Access Memory).
Specifically, the CPU 15 deploys and executes a cloud shape cloud layer measurement program in the main memory device 16, thereby realizing the functions of a visible light image receiving unit 21, an infrared image receiving unit 22, a cloud shape estimation unit 23, a cloud base temperature calculation unit 24, an in-image position identification unit 25, and a cloud layer estimation unit 26.

補助記憶装置17は、例えばハードディスクドライブなどであり、各種データを記憶する。
具体的には、補助記憶装置17は、雲形認識モデル31、雲形マップ32、相対雲高マップ33及び雲形・雲層情報34などを記憶する。
The auxiliary storage device 17 is, for example, a hard disk drive, and stores various data.
Specifically, the auxiliary storage device 17 stores a cloud shape recognition model 31, a cloud shape map 32, a relative cloud height map 33, and cloud shape/cloud layer information 34, etc.

図3は、雲の境界線に基づく位置同定の説明図である。同図では、同じ空を撮像して作成した雲形マップ32と相対雲高マップ33を示している。
雲形マップ32には、雲形T1、雲形T2、雲形T3が含まれている。一方、相対雲高マップ33には、雲高H1、雲高H2、雲高H3が示されている。
3 is an explanatory diagram of position identification based on cloud boundaries, showing a cloud shape map 32 and a relative cloud height map 33 created by capturing images of the same sky.
The cloud shape map 32 includes cloud shapes T1, T2, and T3, while the relative cloud height map 33 shows cloud heights H1, H2, and H3.

雲高H2と雲高H3の雲は、同一の雲形T2である。そのため、相対雲高マップにおける雲高H2と雲高H3の境界線は、雲形マップには存在しない。
そこで、雲形雲層計測装置10は、雲高の組合せパターンを探索し、雲高をマージすることで相対雲高マップ33aを生成する。組合せパターンの探索については後述することとし、図3では、雲高H2と雲高H3をマージした相対雲高マップ33aを示す。
Clouds with cloud heights H2 and H3 are of the same cloud shape T2. Therefore, the boundary between cloud heights H2 and H3 in the relative cloud height map does not exist in the cloud shape map.
Therefore, the cloud-shaped cloud layer measurement device 10 searches for a combination pattern of cloud heights and merges the cloud heights to generate a relative cloud height map 33a. The search for a combination pattern will be described later. In FIG. 3, a relative cloud height map 33a in which the cloud heights H2 and H3 are merged is shown.

雲形マップ32の雲形T3は、例えばガス状の層雲であり、赤外放射の強度不足により、相対雲高マップ33には含まれていない。相対雲高マップ33に写ることが期待できない雲は、雲形により判別可能である。
そこで、雲形雲層計測装置10は、予め所定の種別の雲形を除外対象として設定しておき、雲形マップ32から除外対象の種別の雲形を除外して、相対雲高マップ33aを生成する。図3では、雲形T3を除外した雲形マップ32aを示す。
Cloud type T3 in the cloud type map 32 is, for example, a gaseous stratus cloud, and due to insufficient infrared radiation intensity, is not included in the relative cloud height map 33. Clouds that are not expected to appear in the relative cloud height map 33 can be identified by their cloud shapes.
Therefore, the cloud-shaped cloud layer measuring device 10 sets a predetermined type of cloud shape as an exclusion target in advance, and generates a relative cloud height map 33a by excluding the cloud shape of the exclusion target type from the cloud shape map 32. FIG. 3 shows a cloud shape map 32a excluding the cloud shape T3.

雲形雲層計測装置10は、雲高のマージを行った相対雲高マップ33aにおける雲の境界線と、所定の雲形を除外した雲形マップ32aにおける雲の境界線とを比較し、一致度が閾値を超えるよう位置合わせを行う。 The cloud shape and cloud layer measurement device 10 compares the cloud boundary lines in the relative cloud height map 33a after merging the cloud heights with the cloud boundary lines in the cloud shape map 32a after excluding a specific cloud shape, and performs alignment so that the degree of agreement exceeds a threshold value.

雲形雲層計測装置10は、基準物体に基づく位置関係の同定、雲の境界線に基づく位置関係の同定、雲高のマージ、所定の種別の雲形の除外を適宜組み合わせて用いることができる。これらの位置関係の同定方法は、いずれを優先して使用するかについて順位を設定してもよい。 The cloud layer measuring device 10 can use an appropriate combination of the following: identification of positional relationships based on a reference object, identification of positional relationships based on cloud boundaries, merging of cloud heights, and exclusion of a specified type of cloud shape. A priority order may be set for each of these methods of identifying positional relationships.

図4は、優先順位に沿った位置関係の同定処理を示すフローチャートである。まず、雲形雲層計測装置10の画像内位置同定部25は、建造物や山の稜線を基準物体として位置同定する(ステップS101)。基準物体による位置同定が行えたならば、そのまま処理を終了することができる。 Figure 4 is a flowchart showing the process of identifying positional relationships according to priority order. First, the image position identification unit 25 of the cloud layer measurement device 10 identifies the position using a building or mountain ridge as a reference object (step S101). If position identification using the reference object has been performed, the process can be terminated.

基準物体による位置同定が行えなければ、画像内位置同定部25は、雲形マップ32と相対雲高マップ33から境界線を抽出して比較し、位置同定を行う(ステップS102)。雲高のマージや所定雲形の除外を行うことなく、境界線による位置同定が行えた場合、すなわち、境界線の一致度が閾値を超えた場合、そのまま処理を終了することができる。 If position identification using a reference object is not possible, the in-image position identification unit 25 extracts and compares boundary lines from the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33 to identify the position (step S102). If position identification using boundary lines can be performed without merging cloud heights or excluding a specific cloud shape, that is, if the degree of coincidence of the boundary lines exceeds a threshold, the process can be terminated.

ステップS102で境界線の一致度が閾値を超えなければ、画像内位置同定部25は、雲高をマージして境界線を比較し、位置同定を行う(ステップS103)。その結果、境界線の一致度が閾値を超えた場合、そのまま処理を終了することができる。 If the degree of coincidence of the boundary lines does not exceed the threshold in step S102, the in-image position identification unit 25 merges the cloud height, compares the boundary lines, and performs position identification (step S103). As a result, if the degree of coincidence of the boundary lines exceeds the threshold, the process can be terminated.

雲高のマージを行っても境界線の一致度が閾値を超えなければ、画像内位置同定部25は、所定の種別の雲高を除外して境界線を比較し、位置同定を行う(ステップS104)。 If the degree of coincidence of the boundary lines does not exceed the threshold even after merging the cloud heights, the intra-image position identification unit 25 excludes a specified type of cloud height, compares the boundary lines, and performs position identification (step S104).

図4では、雲形雲層計測装置10は、基準物体による位置同定を優先している。これは、基準物体が存在するならば、高い精度で確実に位置同定が可能だからである。
基準物体による位置同定ができない場合に、雲形雲層計測装置10は、境界線による位置同定を採用する。そして、一致度が閾値を超えなければ、雲高マージ、雲形除外の順に採用する。雲形除外の優先度を下げるのは、所定の種別の雲形であっても赤外線画像に写っている場合があり、雲形の除外が一致度の低下を招く可能性があるためである。
なお、図4に示した優先順位はあくまで一例であり、位置関係の同定方法をどのように選択するかは任意に定めることができる。
In Fig. 4, the cloud layer measurement device 10 prioritizes position identification using a reference object, because if a reference object exists, position identification can be reliably performed with high accuracy.
When position identification using a reference object is not possible, the cloud type cloud layer measurement device 10 adopts position identification using a boundary line. If the degree of coincidence does not exceed a threshold, the cloud height merge and cloud type exclusion are adopted in that order. The reason for lowering the priority of cloud type exclusion is that even a certain type of cloud shape may appear in the infrared image, and the exclusion of the cloud type may lead to a decrease in the degree of coincidence.
It should be noted that the priority order shown in FIG. 4 is merely an example, and the method for identifying the positional relationship can be selected arbitrarily.

図5は、雲高のマージの処理手順を示すフローチャートである。画像内位置同定部25は、まず、雲形マップ32、相対雲高マップ33を取得する(ステップS201)。次に、画像内位置同定部25は、両マップから境界線を抽出する(ステップS202)。 Figure 5 is a flowchart showing the processing procedure for merging cloud heights. The in-image position identification unit 25 first acquires the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33 (step S201). Next, the in-image position identification unit 25 extracts boundary lines from both maps (step S202).

画像内位置同定部25は、抽出した境界線の一致度を計算し(ステップS203)、一致度が閾値を超えるか否かを判定する(ステップS204)。 The image position identification unit 25 calculates the degree of coincidence of the extracted boundary lines (step S203) and determines whether the degree of coincidence exceeds a threshold value (step S204).

ステップS204で一致度が閾値を超えなければ(ステップS204;No)、画像内位置同定部25は、相対雲高マップ33の雲高の組み合わせを選択し、マージする(ステップS205)。その後、ステップS202に戻ることで、雲高をマージした相対雲高マップ33aと雲形マップ32から境界線を抽出する。 If the degree of coincidence does not exceed the threshold in step S204 (step S204; No), the image position identification unit 25 selects and merges a combination of cloud heights in the relative cloud height map 33 (step S205). After that, by returning to step S202, a boundary line is extracted from the relative cloud height map 33a with the merged cloud heights and the cloud shape map 32.

一致度が閾値を超えず、ステップS205に移行する度に、画像内位置同定部25は、異なる組合せを選択する。
そして、一致度が閾値を超えたならば(ステップS205;Yes)、画像内位置同定部25は、両マップの重ね合わせ位置を決定し(ステップS206)、処理を終了する。
Each time the degree of coincidence does not exceed the threshold and the process proceeds to step S205, the intra-image position identifying unit 25 selects a different combination.
If the degree of coincidence exceeds the threshold value (step S205; Yes), the intra-image position identifying unit 25 determines the position where the two maps are superimposed (step S206), and ends the process.

雲層推定部26は、画像内位置同定部25が決定した重ね合わせ位置で雲形マップ32と相対雲高マップ33とを重ね合わせ、雲形マップ32に示された雲形を相対雲高により分離し、雲形と相対雲高とを対応付けた雲形・雲層情報34を出力する。
重ね合わせに用いる相対雲高マップ33は、雲高マージを行う前の相対雲高マップ33である。また、雲形を分離する雲形マップ32は、所定の種別の雲形を除外する前の雲形マップ32である。したがって、雲高を対応付けられていない雲層が、雲形・雲層情報34に含まれる場合がある。
一例として、図3の雲形マップ32及び相対雲高マップ33から得られる雲形・雲層情報34は、次の通りである。
第1層:雲形T1,相対高度H1
第2層:雲形T2,相対高度H2
第3層:雲形T2,相対高度H3
第4層:雲形T3,相対高度不明
(相対高度は、H1<H2<H3)
The cloud layer estimation unit 26 overlays the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33 at the overlay position determined by the in-image position identification unit 25, separates the cloud shapes shown in the cloud shape map 32 by relative cloud height, and outputs cloud shape/cloud layer information 34 that corresponds the cloud shapes to the relative cloud heights.
The relative cloud height map 33 used for the superposition is the relative cloud height map 33 before cloud height merging. Also, the cloud shape map 32 for separating cloud shapes is the cloud shape map 32 before excluding a predetermined type of cloud shape. Therefore, a cloud layer that is not associated with a cloud height may be included in the cloud shape/cloud layer information 34.
As an example, the cloud shape/cloud layer information 34 obtained from the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33 in FIG.
First layer: Cloud type T1, relative height H1
Second layer: Cloud type T2, relative height H2
3rd layer: Cloud shape T2, relative height H3
4th layer: Cloud type T3, relative altitude unknown (relative altitude is H1<H2<H3)

これまでの説明では、雲形マップ32と相対雲高マップ33における雲の境界線を比較することで、雲が占める領域に基づく位置関係の同定を行う場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。他の例として、雲形マップ32における雲に外接する矩形と、相対雲高マップ33における雲に外接する矩形とを比較することでも、雲が占める領域に基づく位置関係の同定が可能である。 In the explanation so far, a case has been given in which the positional relationship based on the area occupied by the cloud is identified by comparing the cloud boundary lines in the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33, but the present invention is not limited to this. As another example, it is also possible to identify the positional relationship based on the area occupied by the cloud by comparing a rectangle circumscribing the cloud in the cloud shape map 32 with a rectangle circumscribing the cloud in the relative cloud height map 33.

図6は、雲の外接矩形に基づく位置同定の説明図である。まず、雲形雲層計測装置10は、図3と同様に、雲形除去と雲高マージを行い、雲形マップ32aと相対雲高マップ33aを生成する。 Figure 6 is an explanatory diagram of position identification based on the circumscribing rectangle of a cloud. First, the cloud shape and cloud layer measurement device 10 performs cloud shape removal and cloud height merging in the same manner as in Figure 3, and generates a cloud shape map 32a and a relative cloud height map 33a.

その後、雲形雲層計測装置10は、雲形マップ32aにおける雲に外接する矩形と、相対雲高マップ33aにおける雲に外接する矩形とをそれぞれ検出し、矩形領域として設定する。
図6では、矩形領域を設定した雲形マップ32bと、矩形領域を設定した相対雲高マップ33bを示している。
雲形マップ32bには、矩形領域A1~A3が設定され、相対雲高マップ33bには、矩形領域B1~B3が設定されている。
Then, the cloud shape cloud layer measuring device 10 detects a rectangle circumscribing the cloud in the cloud shape map 32a and a rectangle circumscribing the cloud in the relative cloud height map 33a, and sets them as rectangular areas.
FIG. 6 shows a cloud shape map 32b in which a rectangular region is set, and a relative cloud height map 33b in which a rectangular region is set.
Rectangular regions A1 to A3 are set on the cloud shape map 32b, and rectangular regions B1 to B3 are set on the relative cloud height map 33b.

雲形雲層計測装置10は、矩形領域A1~A3と矩形領域B1~B3を比較し、一致度が閾値を超えるよう位置合わせを行う。
このように矩形領域を比較することで、境界線を比較するよりも処理負荷を軽減することができる。なお、矩形領域を用いる場合には、雲高マージにおける組合せの探索も矩形領域の比較により行えばよい。
The cloud layer measuring device 10 compares the rectangular areas A1 to A3 with the rectangular areas B1 to B3, and aligns them so that the degree of coincidence exceeds a threshold value.
By comparing rectangular regions in this way, the processing load can be reduced compared to comparing boundary lines. When rectangular regions are used, the search for combinations in cloud height merging can also be performed by comparing rectangular regions.

次に、相対雲高マップ33の作成について説明する。
雲底温度算出部24は、同一温度帯の領域をグルーピングすることで同一雲高の領域を決定する。
赤外線カメラ12の温度分解能が高く、同一の雲層内であっても温度が一定でない場合、温度のヒストグラムを作成して出現したピークの数からグルーピングする際のグループ数を決定する。その後に一般的なクラスタリングを実施してもいい。クラスタリングはグループ数を自動決定する手法でも良い。あるいは、各雲層で最頻の温度からの差異の許容値を手動で決定しても良い。
Next, the creation of the relative cloud height map 33 will be described.
The cloud base temperature calculation unit 24 determines areas of the same cloud height by grouping areas of the same temperature zone.
If the infrared camera 12 has a high temperature resolution and the temperature is not constant even within the same cloud layer, a temperature histogram is created and the number of groups is determined based on the number of peaks that appear. General clustering may then be performed. The clustering may be a method of automatically determining the number of groups. Alternatively, the allowable difference from the most frequent temperature in each cloud layer may be manually determined.

図7は、温度ヒストグラムからの雲層推定の説明図である。図7では、ピクセル数を温度ごとに集計して温度ヒストグラムを作成している。図7の温度ヒストグラムは、3つのピークを有しており、3つのピークに対応する3つの雲層L1~L3が存在すると推定可能である。 Figure 7 is an explanatory diagram of estimating cloud layers from a temperature histogram. In Figure 7, the number of pixels is tallied for each temperature to create a temperature histogram. The temperature histogram in Figure 7 has three peaks, and it can be estimated that there are three cloud layers L1 to L3 corresponding to the three peaks.

上述してきたように、開示の雲形雲層計測装置10は、画像内における雲の位置及び雲形を示す雲形マップ32と画像内における雲の位置及び相対雲高を示す相対雲高マップ33とを比較し、該比較の結果に基づいて前記雲形マップ32と前記相対雲高マップ33の位置関係を同定する画像内位置同定部25と、前記位置関係を用いて前記雲形マップ32に示された雲形を前記相対雲高により分離し、雲形と相対雲高とを対応付けた雲形・雲層情報34を出力する雲層推定部26と、を備えたことを特徴とする。
かかる構成及び動作により、雲形雲層計測装置10は、雲形と雲高に関する情報を総合的に提供できる。
As described above, the disclosed cloud shape and cloud layer measuring device 10 is characterized by comprising an image position identification unit 25 that compares a cloud shape map 32 indicating the position and cloud shape of clouds in an image with a relative cloud height map 33 indicating the position and relative cloud height of clouds in an image, and identifies the positional relationship between the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33 based on the result of the comparison, and a cloud layer estimation unit 26 that uses the positional relationship to separate the cloud shapes shown in the cloud shape map 32 by the relative cloud height, and outputs cloud shape and cloud layer information 34 that corresponds the cloud shapes to the relative cloud heights.
With such a configuration and operation, the cloud shape and cloud layer measuring device 10 can provide comprehensive information regarding cloud shape and cloud height.

また、開示の雲形雲層計測装置10は、予め作成した雲形認識モデル31により可視光画像内の雲の雲形を推定して前記雲形マップ32を出力する雲形推定部23と、赤外線カメラ12により撮像された赤外線画像の出力から雲底の温度を計測し相対的な雲高を算出して前記相対雲高マップ33を出力する雲底温度算出部24と、をさらに備える。
このため、雲形認識モデル31から求められる雲形と、正外線画像から得られる雲梯の温度を利用し、雲形と相対雲高を対応付けて出力できる。
In addition, the disclosed cloud shape cloud layer measurement device 10 further includes a cloud shape estimation unit 23 that estimates the cloud shape of a cloud in a visible light image using a previously created cloud shape recognition model 31 and outputs the cloud shape map 32, and a cloud base temperature calculation unit 24 that measures the temperature at the cloud base from the output of the infrared image captured by the infrared camera 12, calculates the relative cloud height, and outputs the relative cloud height map 33.
Therefore, by utilizing the cloud shape obtained from the cloud shape recognition model 31 and the temperature of the cloud ladder obtained from the external radiation image, the cloud shape and the relative cloud height can be output in correspondence with each other.

また、開示の雲形雲層計測装置10では、前記画像内位置同定部25は、前記雲形マップ32における雲の境界線と前記相対雲高マップ33における雲の境界線とを比較して前記位置関係を同定する。
このため、基準となる物体の有無に依存することなく、雲形マップ32と相対雲高マップ33の位置関係を同定することができる。
In addition, in the disclosed cloud shape cloud layer measuring device 10, the image position identification unit 25 compares the cloud boundary line in the cloud shape map 32 with the cloud boundary line in the relative cloud height map 33 to identify the positional relationship.
Therefore, the positional relationship between the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33 can be identified regardless of the presence or absence of a reference object.

また、開示の雲形雲層計測装置10では、前記画像内位置同定部25は、前記相対雲高マップ33に示された異なる雲高の雲を結合して、前記雲形マップと比較する。
このため、雲高の情報を持たない雲形マップ32との比較を実現することができる。
In addition, in the disclosed cloud shape layer measuring device 10, the image position identification unit 25 combines clouds of different cloud heights shown in the relative cloud height map 33 and compares them with the cloud shape map.
This makes it possible to realize a comparison with the cloud shape map 32 that does not have cloud height information.

また、開示の雲形雲層計測装置10は、前記画像内位置同定部25は、前記雲形マップ32に示された雲形のうち、所定の種別の雲形を除外して、前記相対雲高マップ33と比較する。
このため、赤外線画像に写らない雲形が含まれる場合にも、雲形マップ32と相対雲高マップ33との比較を行うことができる。
In addition, in the disclosed cloud shape cloud layer measuring device 10, the image position identification unit 25 excludes a predetermined type of cloud shape from the cloud shapes shown in the cloud shape map 32 and compares it with the relative cloud height map 33.
Therefore, even when a cloud shape that is not captured in the infrared image is included, the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33 can be compared.

また、開示の雲形雲層計測装置10では、前記画像内位置同定部25は、前記雲形マップ32と前記相対雲高マップ33に共通して含まれる物体を基準物体として用いて前記位置関係を同定する。
このため、基準となる物体が存在する場合には、簡易且つ高精度に位置合わせを行うことができる。
In addition, in the disclosed cloud shape cloud layer measurement device 10, the in-image position identification unit 25 identifies the positional relationship by using an object that is commonly included in the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33 as a reference object.
Therefore, when a reference object is present, alignment can be performed easily and with high accuracy.

また、開示の雲形雲層計測装置10では、前記画像内位置同定部25は、前記雲形マップ32における雲に外接する矩形と、前記相対雲高マップ33における雲に外接する矩形とを比較して前記位置関係を同定する。
このため、処理負荷を抑制しつつ、基準となる物体の有無に依存することなく、雲形マップ32と相対雲高マップ33の位置関係を同定することができる。
In addition, in the disclosed cloud-shaped cloud layer measurement device 10, the image position identification unit 25 compares a rectangle circumscribing the cloud in the cloud shape map 32 with a rectangle circumscribing the cloud in the relative cloud height map 33 to identify the positional relationship.
Therefore, the positional relationship between the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33 can be identified without depending on the presence or absence of a reference object, while suppressing the processing load.

また、開示の雲形雲層計測装置10では、前記画像内位置同定部25は、前記雲形マップ32と前記相対雲高マップ33に共通して含まれる物体による位置関係の同定、前記雲が占める領域に基づく位置関係の同定、前記相対雲高の異なる雲を結合して行う位置関係の同定、所定の種別の雲形を除外して行う位置関係の同定の順に優先的に位置関係の同定方法を選択する。
このように優先順位を設けることで、状況に応じて適応的な同定方法の選択が可能である。
In addition, in the disclosed cloud-shaped cloud layer measurement device 10, the in-image position identification unit 25 selects a method of identifying the positional relationship in the following order of priority: identifying the positional relationship based on objects commonly included in the cloud shape map 32 and the relative cloud height map 33, identifying the positional relationship based on the area occupied by the cloud, identifying the positional relationship by combining clouds with different relative cloud heights, and identifying the positional relationship by excluding a specified type of cloud shape.
By setting priorities in this way, it is possible to select an identification method that is appropriate for the situation.

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、かかる構成の削除に限らず、構成の置き換えや追加も可能である。 The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, but includes various modified examples. For example, the above-mentioned embodiment has been described in detail to clearly explain the present invention, and is not necessarily limited to having all of the configurations described. Furthermore, it is possible to replace or add configurations, rather than deleting such configurations.

10:雲形雲層計測装置、11:可視光カメラ、12:赤外線カメラ、13:表示部、14:入力部、15:CPU、16:主記憶装置、17:補助記憶装置、21:可視光画像受付部、22:赤外線画像受付部、23:雲形推定部、24:雲底温度算出部、25:画像内位置同定部、26:雲層推定部、31:雲形認識モデル、32:雲形マップ、32a:雲形マップ、32b:雲形マップ、33:相対雲高マップ、33:雲形マップ、33a:相対雲高マップ、33a:雲形マップ、33b:相対雲高マップ、34:雲形・雲層情報 10: Cloud shape and cloud layer measurement device, 11: Visible light camera, 12: Infrared camera, 13: Display unit, 14: Input unit, 15: CPU, 16: Main memory device, 17: Auxiliary memory device, 21: Visible light image reception unit, 22: Infrared image reception unit, 23: Cloud shape estimation unit, 24: Cloud base temperature calculation unit, 25: Image position identification unit, 26: Cloud layer estimation unit, 31: Cloud shape recognition model, 32: Cloud shape map, 32a: Cloud shape map, 32b: Cloud shape map, 33: Relative cloud height map, 33: Cloud shape map, 33a: Relative cloud height map, 33a: Cloud shape map, 33b: Relative cloud height map, 34: Cloud shape and cloud layer information

Claims (9)

画像内における雲の位置及び雲形を示す雲形マップと画像内における雲の位置及び相対雲高を示す相対雲高マップとを比較し、該比較の結果に基づいて前記雲形マップと前記相対雲高マップの位置関係を同定する画像内位置同定部と、
前記位置関係を用いて前記雲形マップに示された雲形を前記相対雲高により分離し、雲形と相対雲高とを対応付けた雲形・雲層情報を出力する雲層推定部と、
を備えたことを特徴とする雲形雲層計測装置。
An image position identification unit that compares a cloud shape map showing the position and shape of clouds in an image with a relative cloud height map showing the position and relative cloud height of clouds in an image, and identifies the positional relationship between the cloud shape map and the relative cloud height map based on the result of the comparison;
A cloud layer estimation unit that separates the cloud shapes shown in the cloud shape map by the relative cloud height using the positional relationship and outputs cloud shape and cloud layer information in which the cloud shapes and the relative cloud heights are associated with each other;
A cloud layer measuring device comprising:
請求項1に記載の雲形雲層計測装置であって、
予め作成した雲形認識モデルにより可視光画像内の雲の雲形を推定して前記雲形マップを出力する雲形推定部と、
赤外線カメラにより撮像された赤外線画像の出力から雲底の温度を計測し相対的な雲高を算出して前記相対雲高マップを出力する雲底温度算出部と、
をさらに備えたことを特徴とする雲形雲層計測装置。
The cloud layer measuring device according to claim 1,
A cloud shape estimation unit that estimates the cloud shape of a cloud in a visible light image using a cloud shape recognition model created in advance and outputs the cloud shape map;
a cloud base temperature calculation unit that measures a cloud base temperature from an output of an infrared image captured by an infrared camera, calculates a relative cloud height, and outputs the relative cloud height map;
The cloud layer measuring device further comprises:
請求項1に記載の雲形雲層計測装置であって、
前記画像内位置同定部は、前記雲形マップにおける雲の境界線と前記相対雲高マップにおける雲の境界線とを比較して前記位置関係を同定することを特徴とする雲形雲層計測装置。
The cloud layer measuring device according to claim 1,
The cloud shape layer measurement device is characterized in that the in-image position identification unit identifies the positional relationship by comparing the cloud boundary lines in the cloud shape map with the cloud boundary lines in the relative cloud height map.
請求項1に記載の雲形雲層計測装置であって、
前記画像内位置同定部は、前記相対雲高マップに示された異なる雲高の雲を結合して、前記雲形マップと比較することを特徴とする雲形雲層計測装置。
The cloud layer measuring device according to claim 1,
The cloud layer measurement device is characterized in that the image position identification unit combines clouds of different cloud heights shown in the relative cloud height map and compares them with the cloud shape map.
請求項1に記載の雲形雲層計測装置であって、
前記画像内位置同定部は、前記雲形マップに示された雲形のうち、所定の種別の雲形を除外して、前記相対雲高マップと比較することを特徴とする雲形雲層計測装置。
The cloud layer measuring device according to claim 1,
The cloud shape and cloud layer measurement device is characterized in that the image position identification unit excludes a predetermined type of cloud shape from the cloud shapes shown in the cloud shape map and compares it with the relative cloud height map.
請求項1に記載の雲形雲層計測装置であって、
前記画像内位置同定部は、前記雲形マップと前記相対雲高マップに共通して含まれる物体を基準物体として用いて前記位置関係を同定することを特徴とする雲形雲層計測装置。
The cloud layer measuring device according to claim 1,
The cloud shape layer measurement device is characterized in that the in-image position identification unit identifies the positional relationship using an object that is commonly included in the cloud shape map and the relative cloud height map as a reference object.
請求項1に記載の雲形雲層計測装置であって、
前記画像内位置同定部は、前記雲形マップにおける雲に外接する矩形と、前記相対雲高マップにおける雲に外接する矩形とを比較して前記位置関係を同定することを特徴とする雲形雲層計測装置。
The cloud layer measuring device according to claim 1,
The cloud shape cloud layer measurement device is characterized in that the in-image position identification unit identifies the positional relationship by comparing a rectangle circumscribing the cloud in the cloud shape map with a rectangle circumscribing the cloud in the relative cloud height map.
請求項1に記載の雲形雲層計測装置であって、
前記画像内位置同定部は、前記雲形マップと前記相対雲高マップに共通して含まれる物体による位置関係の同定、前記雲が占める領域に基づく位置関係の同定、前記相対雲高の異なる雲を結合して行う位置関係の同定、所定の種別の雲形を除外して行う位置関係の同定の順に優先的に位置関係の同定方法を選択することを特徴とする雲形雲層計測装置。
The cloud layer measuring device according to claim 1,
The cloud shape cloud layer measurement device is characterized in that the in-image position identification unit selects a positional relationship identification method in the following order of priority: identification of positional relationships based on objects commonly included in the cloud shape map and the relative cloud height map, identification of positional relationships based on the area occupied by the clouds, identification of positional relationships by combining clouds with different relative cloud heights, and identification of positional relationships by excluding a specified type of cloud shape.
装置が、
画像内における雲の位置及び雲形を示す雲形マップと画像内における雲の位置及び相対雲高を示す相対雲高マップとを比較し、該比較の結果に基づいて前記雲形マップと前記相対雲高マップの位置関係を同定する画像内位置同定ステップと、
前記位置関係を用いて前記雲形マップに示された雲形を前記相対雲高により分離し、雲形と相対雲高とを対応付けた雲形・雲層情報を出力する雲層推定ステップと、
を含むことを特徴とする雲形雲層計測方法。
The device,
An in-image position identification step of comparing a cloud shape map showing the position and shape of clouds in the image with a relative cloud height map showing the position and relative cloud height of clouds in the image, and identifying the positional relationship between the cloud shape map and the relative cloud height map based on the result of the comparison;
A cloud layer estimation step of separating the cloud shapes shown in the cloud shape map by the relative cloud height using the positional relationship and outputting cloud shape and cloud layer information in which the cloud shapes and the relative cloud heights are associated with each other;
A method for measuring a cloud layer comprising:
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