JP7637030B2 - 雲形雲層計測装置及び雲形雲層計測方法 - Google Patents
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Description
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H2OやCO2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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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| 森川 優 他,全天球画像のデータ収集と雲形と状態判定,第32回人工知能学会全国大会論文集,2018年06月05日,1~4頁 |
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