JP7699489B2 - Information processing device, information processing method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、情報処理装置、情報処理方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to an information processing device, an information processing method, and a program.
近年、様々な分野に機械学習の技術が活用されており、農業分野への活用も期待されている。農地が水田である場合、生産計画を立てるためには水張領域と畦畔領域を把握してその面積等に見合ったコストを見積もる必要がある。しかし、水張領域や畦畔領域を把握するための測量には多くの時間と労力がかかり、広大な地域にわたって人手による測量を行うことは現実的でない。 In recent years, machine learning technology has been used in a variety of fields, and it is expected to be used in the agricultural field as well. When farmland is paddy field, in order to create a production plan, it is necessary to identify the flooded areas and ridge areas and estimate the costs according to the area, etc. However, surveying to identify the flooded areas and ridge areas takes a lot of time and effort, and it is not realistic to conduct manual surveys over a vast area.
一方、機械学習技術の活用には、学習モデルを構築するための学習データの準備が欠かせない。学習モデルを構築するためには一般的に大量のデータが必要であり、このデータに正解となる答えをラベル付けする作業には多くの時間と労力がかかる。特許文献1では、画像から対象物体を識別したり対象物体を検出する装置の学習に用いられる学習データを低コストで大量に生成するための技術が開示されている。 On the other hand, to utilize machine learning technology, it is essential to prepare training data for constructing a learning model. A large amount of data is generally required to construct a learning model, and the task of labeling this data with correct answers takes a lot of time and effort. Patent Document 1 discloses a technology for generating large amounts of training data at low cost to be used in training a device that identifies or detects target objects from images.
画像から水張領域及び畦畔領域を識別するための学習モデルを構築するための学習データを生成するために、一般に公表されているデータの活用を検討する。農林水産省は、衛星画像等をもとに作成された農地の区画情報である筆ポリゴンを公表している。また、国土地理院は、地表面を等間隔の正方形に区切り、それぞれの正方形に中心点の標高値を持たせた標高データの集合である数値標高モデル(DEM)を公表している。 We will consider using publicly available data to generate learning data for building a learning model to identify flooded and ridge areas from images. The Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries publishes brush polygons, which are plot information for farmland created based on satellite images, etc. The Geospatial Information Authority of Japan also publishes digital elevation models (DEMs), which are a collection of elevation data in which the earth's surface is divided into equally spaced squares, with each square assigned an elevation value for its center point.
筆ポリゴンは農地に関する基盤情報として非常に有用である。一方で、筆ポリゴンは衛星画像等から農地の有無を判断しているので、画像の撮影時期等により実際の情報とは必ずしも一致しない。また、筆ポリゴンの作成に使用される衛星画像は太陽光が地表面で反射した可視光線を宇宙空間から撮影、加工し製造される。地形の起伏や標高の影響等を補正してはいるものの、撮影時の衛星の位置や姿勢の誤差、補正に使用する地形データの誤差等によるズレやゆがみを完全には修正できないので、対応する背景画像と筆ポリゴンとがずれている場合がある。さらに、多くのポリゴンには水張領域と畦畔領域とが含まれているが、一部、畦畔領域を含まないポリゴンも存在する。 Brush polygons are extremely useful as basic information on agricultural land. However, because brush polygons determine whether agricultural land exists or not from satellite images, etc., they do not always match the actual information depending on the time the image was taken. In addition, the satellite images used to create brush polygons are produced by photographing and processing visible light reflected from the earth's surface by sunlight from outer space. Although the effects of terrain undulations and altitude are corrected, it is not possible to completely correct deviations and distortions caused by errors in the satellite's position and attitude at the time of shooting, or errors in the terrain data used for correction, so there may be a misalignment between the corresponding background image and the brush polygon. Furthermore, while many polygons include water-filled areas and ridge areas, there are also some polygons that do not include ridge areas.
そこで、本発明は、実際の情報とは必ずしも一致しない区画情報を利用して、可視画像中の水張領域を容易に精度よく抽出することが可能な情報処理装置、情報処理方法及びプログラムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an information processing device, information processing method, and program that can easily and accurately extract water-filled areas in a visible image by using partition information that does not necessarily match the actual information.
本発明の一態様に係る情報処理装置は、可視画像、可視画像に対応する区画情報及び数値標高モデルを取得するデータ取得部と、可視画像、区画情報及び数値標高モデル中の対応する領域を抽出する領域抽出部と、区画情報の領域及び数値標高モデルの領域から水張領域を抽出する水張領域抽出部であって、区画情報の領域の第1の点を数値標高モデルの領域上にプロットし、プロットした点の標高との標高差が所定範囲のピクセルの集合を水張領域として抽出する水張領域抽出部とを備える。 An information processing device according to one aspect of the present invention includes a data acquisition unit that acquires a visible image, partition information corresponding to the visible image, and a digital elevation model, an area extraction unit that extracts corresponding areas in the visible image, partition information, and digital elevation model, and a water-filled area extraction unit that extracts water-filled areas from the area of the partition information and the area of the digital elevation model, where the water-filled area extraction unit plots a first point of the area of the partition information on the area of the digital elevation model, and extracts a set of pixels whose elevation difference from the elevation of the plotted point is within a predetermined range as the water-filled area.
この態様によれば、可視画像に対応する区画情報と数値標高モデルの情報を利用して、可視画像中の水張領域を容易に抽出することができる。 According to this aspect, water-covered areas in a visible image can be easily extracted by using the area information corresponding to the visible image and the digital elevation model information.
上記情報処理装置は、可視画像から得られる色情報と数値標高モデルから得られる標高情報とを有する、抽出した領域に属するピクセルを分類手法を用いて分類し、分類したピクセル群から畦畔領域を抽出する畦畔領域抽出部をさらに備えてもよい。この態様によれば、可視画像中の水張領域だけでなく可視画像中の畦畔領域についても容易に抽出することができる。 The information processing device may further include a ridge area extraction unit that classifies pixels belonging to the extracted area using a classification method, the pixels having color information obtained from the visible image and elevation information obtained from the digital elevation model, and extracts ridge areas from the classified pixel group. According to this aspect, it is possible to easily extract not only water-filled areas in the visible image, but also ridge areas in the visible image.
上記情報処理装置において、畦畔領域抽出部は、領域抽出部が抽出した区画情報の領域を所定条件に従って拡張し、拡張した区画情報の領域に属するピクセルを分類手法を用いて分類してもよい。この態様によれば、拡張した領域に属するピクセルを用いることで、区画情報中の畦畔領域を含まない一部の領域についても、畦畔領域を効果的に抽出することができる。 In the above information processing device, the ridge area extraction unit may expand the area of the partition information extracted by the area extraction unit according to a predetermined condition, and classify pixels belonging to the expanded area of the partition information using a classification method. According to this aspect, by using the pixels belonging to the expanded area, it is possible to effectively extract the ridge area even from some areas in the partition information that do not include the ridge area.
上記情報処理装置は、水張領域抽出部が抽出した水張領域に対応する可視画像をヒストグラム分析し、分析結果の特徴に基づいて非水田と決定される領域を水張領域から除去する非水田除去部をさらに備えてもよい。この態様によれば、実際の情報とは必ずしも一致しない区画情報を用いた場合であっても、非水田を確実に除去して実際の情報と一致させることができる。 The information processing device may further include a non-paddy field removal unit that performs histogram analysis of the visible image corresponding to the water-filled area extracted by the water-filled area extraction unit, and removes areas determined to be non-paddy fields based on the characteristics of the analysis results from the water-filled area. According to this aspect, even when using plot information that does not necessarily match the actual information, it is possible to reliably remove non-paddy fields and match the actual information.
上記情報処理装置において、特徴は、曲線の尖度及びなめらかさを含んでもよい。この態様によれば、ヒストグラム分析の曲線の尖度及びなめらかさを利用して、容易に非水田領域を決定することができる。 In the above information processing device, the features may include the kurtosis and smoothness of the curve. According to this aspect, the kurtosis and smoothness of the curve of the histogram analysis can be used to easily determine non-paddy field areas.
上記情報処理装置は、可視画像中の水張領域及び畦畔領域を示すラベル付けが行われた学習データを生成する学習データ生成部をさらに備えてもよい。この態様によれば、可視画像、区画情報、及び数値標高モデルを用いることで、可視画像中の水張領域及び畦畔領域を示すラベル付けが行われた学習データを容易に生成することができる。 The information processing device may further include a learning data generating unit that generates learning data labeled with the water-filled areas and ridge areas in the visible image. According to this aspect, by using the visible image, the plot information, and the digital elevation model, learning data labeled with the water-filled areas and ridge areas in the visible image can be easily generated.
上記情報処理装置において、第1の点は重心点であってもよい。この態様によれば、水張領域の抽出を、水張領域の周囲に存在し得る畦畔領域等から確実に区別可能な点を用いることができる。 In the above information processing device, the first point may be a center of gravity. According to this aspect, the water-filled region can be extracted using a point that can be reliably distinguished from ridge regions and the like that may exist around the water-filled region.
本発明の他の態様に係る方法は、可視画像、可視画像に対応する区画情報及び数値標高モデルを取得する工程と、可視画像、区画情報及び数値標高モデル中の対応する領域を抽出する工程と、区画情報の領域及び数値標高モデルの領域から水張領域を抽出する工程であって、区画情報の領域の第1の点を数値標高モデルの領域上にプロットし、プロットした点の標高との標高差が所定範囲のピクセルの集合を水張領域として抽出する工程とを含む。 A method according to another aspect of the present invention includes the steps of acquiring a visible image, parcel information corresponding to the visible image, and a digital elevation model, extracting corresponding regions in the visible image, parcel information, and digital elevation model, and extracting a water-covered region from the parcel information region and the digital elevation model region, by plotting a first point of the parcel information region on the digital elevation model region, and extracting, as the water-covered region, a set of pixels whose elevation difference from the elevation of the plotted point is within a predetermined range.
本発明の他の態様に係るプログラムは、1又は複数のコンピュータに、可視画像、可視画像に対応する区画情報及び数値標高モデルを取得する処理と、可視画像、区画情報及び数値標高モデル中の対応する領域を抽出する処理と、区画情報の領域及び数値標高モデルの領域から水張領域を抽出する処理であって、区画情報の領域の第1の点を数値標高モデルの領域上にプロットし、プロットした点の標高との標高差が所定範囲のピクセルの集合を水張領域として抽出する処理とを実行させる。 A program according to another aspect of the present invention causes one or more computers to execute the following processes: acquiring a visible image, partition information and a digital elevation model corresponding to the visible image; extracting corresponding areas in the visible image, partition information and digital elevation model; and extracting a water-covered area from the area of the partition information and the area of the digital elevation model, in which a first point of the area of the partition information is plotted on the area of the digital elevation model, and a set of pixels whose elevation difference from the elevation of the plotted point is within a predetermined range is extracted as the water-covered area.
本発明によれば、実際の情報とは必ずしも一致しない区画情報を利用して、可視画像中の水張領域を容易に精度よく抽出することが可能な情報処理装置、情報処理方法及びプログラムを提供することができる。 The present invention provides an information processing device, information processing method, and program that can easily and accurately extract water-filled areas in a visible image by using partition information that does not necessarily match the actual information.
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。さらに、当業者であれば、以下に述べる各要素を均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であり、係る実施形態も本発明の範囲に含まれる。 The following embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. Note that the following embodiments are provided to facilitate understanding of the present invention and are not intended to limit the present invention. Furthermore, the present invention can be modified in various ways without departing from the gist of the invention. Furthermore, those skilled in the art will be able to adopt embodiments in which the elements described below are replaced with equivalent elements, and such embodiments are also within the scope of the present invention.
(システム構成) (System configuration)
図1を用いて、本発明の概要について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る情報処理装置の処理を説明する概略図である。 An overview of the present invention will be described using FIG. 1. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the processing of an information processing device according to one embodiment of the present invention.
情報処理装置100は、画像から水張領域及び畦畔領域を識別するための学習モデルを構築するための学習データを生成する装置である。図1に示すように、情報処理装置100は、可視画像Iと、筆ポリゴンPと、数値標高モデルMとを用いて、所望の学習データを生成する。一実施形態では、情報処理装置100は、可視画像と、可視画像中の水張領域及び畦畔領域で構成されるマスク画像とを含む学習データを生成する。
The
筆ポリゴンPは、衛星画像等をもとに作成された農地の区画情報である。数値標高モデルEは、地表面を等間隔の正方形に区切り、それぞれの正方形に中心点の標高値を持たせた標高データの集合である。 The brush polygon P is agricultural land division information created based on satellite images, etc. The digital elevation model E is a collection of elevation data in which the earth's surface is divided into equally spaced squares, with each square assigned an elevation value at its center.
情報処理装置100は、学習データを生成する地域の可視画像I、この可視画像に対応する筆ポリゴンP及び数値標高モデルMを取得して、可視画像Iが有する色情報と筆ポリゴンPが有する農地の区画情報と、数値標高モデルMが有する標高情報とを利用することで、画像から水張領域及び畦畔領域を識別するための学習モデルを構築するための高精度の学習データを生成することができる。
The
(機能構成) (Functional configuration)
図2は、本発明の一実施形態に係る情報処理装置のブロック図である。なお、図2では、単一の情報処理装置100を想定し、必要な機能構成だけを示しているが、情報処理装置100を、複数のコンピュータシステムによる多機能の分散システムの一部として構成することもできる。
Figure 2 is a block diagram of an information processing device according to one embodiment of the present invention. Note that while Figure 2 assumes a single
情報処理装置100は、入力部110と、制御部120と、記憶部130と、通信部140とを備えている。
The
入力部110は、情報処理装置100の管理者からの操作を受け付けるように構成され、キーボードやマウス、タッチパネル等によって実現することができる。
The
制御部120は、CPUやMPU等の演算処理部121及びRAM等のメモリ122を備えている。演算処理部121は、各種入力に基づき、記憶部130に記録されたプログラムを実行することで、各種機能部を動作させるものである。このプログラムは、CD-ROM等の記録媒体に記憶され、若しくはネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされるものであってもよい。メモリ122は、各種プログラムにおいて処理の実行中に、演算等に必要な各種データを、一時的に記憶するためのものである。
The
記憶部130は、ハードディスク等の記憶装置によって構成され、制御部120における処理の実行に必要な各種プログラムや、各種プログラムの実行に必要なデータ等を記録しておくものである。本実施形態では、記憶部130は、画像記憶部131、筆ポリゴン記憶部132、数値標高モデル(DEM)記憶部133及び学習データ記憶部134を有していることが望ましい。
The
画像記憶部131には、水田を含む可視画像が保存されている。
The
筆ポリゴン記憶部132には、衛星画像等をもとに作成された農地の区画情報が保存されている。一実施形態では、農地の区画情報として、農林水産省が公表している筆ポリゴンが用いられる。
The brush
DEM記憶部133には、地表面を等間隔の正方形に区切り、それぞれの正方形に中心点の標高値を持たせた標高データの集合が保存されている。一実施形態では、標高データの集合として、国土地理院が公表している基盤地図情報中の数値標高モデルが用いられる。
The
学習データ記憶部134には、可視画像中の水張領域及び畦畔領域を示すラベル付けが行われた学習データが保存される。一実施形態では、学習データ記憶部134には、可視画像と、可視画像中の水張領域及び畦畔領域で構成されるマスク画像とを含む学習データが保存されることが望ましい。
The learning
通信部140は、情報処理装置100をネットワークに接続するように構成される。例えば、通信部140は、LANカード、アナログモデム、ISDNモデム等、及びこれらをシステムバス等の伝送路を介して処理部と接続するためのインタフェースから実現することができる。
The
さらに、図2に示すように、演算処理部121は、機能部として、データ取得部123、領域抽出部124、水張領域抽出部125、非水田除去部126、畦畔領域抽出部127、学習データ生成部128及び出力部129を備えている。
Furthermore, as shown in FIG. 2, the calculation processing unit 121 has, as functional units, a
データ取得部123は、学習データを生成する地域の可視画像、この可視画像に対応する筆ポリゴン及びDEMを取得する。本実施形態では、データ取得部123は、画像記憶部131、筆ポリゴン記憶部132、DEM記憶部133からそれぞれデータを取得する。
The
領域抽出部124は、取得した可視画像、筆ポリゴン、DEM中の対応する所定形状の領域を抽出する。本実施形態では、領域抽出部124は、可視画像、筆ポリゴン、DEMを重ね合わせて筆ポリゴン中の1の領域を選択し、選択した領域が十分に含まれる領域を可視画像及びDEMから抽出する。図3に、領域抽出部124により抽出された可視画像、筆ポリゴン、DEM中の対応する領域を示す。図3(a)は筆ポリゴン、図3(b)は可視画像、図3(c)はDEMを例示する図である。
The
水張領域抽出部125は、抽出した筆ポリゴンの領域及びDEMの領域から、標高情報に基づいて水張領域を抽出する。本実施形態では、水張領域抽出部125は、筆ポリゴンの領域の重心点をDEMの領域上にプロットし、プロットした点の標高との標高差が所定範囲のピクセルの集合を水張領域として抽出する。具体的には、水張領域抽出部125は、まず、重心点ピクセルxijの周辺の16個のピクセルxi+1j-1、xi+1j、xi+1j+1、xij-1、xij+1、xi-1j-1、xi-1j、xi-1j+1、xi+4j-4、xi+4j、xi+4j+4、xij-4、xij+4、xi-4j-4、xi-4j、xi-4j+4のうち、重心点ピクセルxijとの標高差が±0.1998m以内に収まるピクセルを水張領域として抽出する。水張領域抽出部125はさらに、既に水張領域として抽出したピクセルとの標高差が±0.1998m以内に収まる、隣接するピクセルを水張領域として抽出し、この処理を繰り返すことで水張領域を抽出する。
The water-filled
なお、水張領域の抽出に用いた標高差の範囲は例示のものであり、他の適切な標高差の範囲を用いて水張領域の抽出をすることができ、さらに、水張領域の抽出に用いる点(第1の点)は重心点に限られることなく、中心点や、水張領域の周囲に存在し得る畦畔領域等から区別可能な内側の任意の点を用いることができる。水張領域抽出部125は、水路等のノイズを除去するために、例えばモルフォロジー変換を行ってもよい。なお、ノイズを除去する手法はモルフォロジー変換に限られることなく、他の任意の手法を用いることができる。
Note that the range of elevation difference used to extract the water-filled region is merely an example, and other appropriate elevation difference ranges can be used to extract the water-filled region. Furthermore, the point (first point) used to extract the water-filled region is not limited to the center of gravity, but can be a center point or any point inside that can be distinguished from ridge regions that may exist around the water-filled region. The water-filled
非水田除去部126は、可視画像の色情報に基づいて、非水田の領域を除去する。本実施形態では、非水田除去部126は、水張領域抽出部125が抽出した水張領域に対応する可視画像をヒストグラム分析し、分析結果の特徴に基づいて非水田と決定される領域を水張領域から除去する。
The non-paddy
図4の上段に示すように、水田のヒストグラムは、同図下段の非水田のヒストグラムと比べて尖度が大きく、より滑らかな曲線を示す。非水田除去部126は、曲線の尖度及びなめらかさ、すなわち曲線を微分したときにY軸の0を通過する回数に基づいて、非水田領域を決定する。
As shown in the upper part of Figure 4, the histogram of paddy fields has a larger kurtosis and shows a smoother curve than the histogram of non-paddy fields in the lower part of the figure. The non-paddy
畦畔領域抽出部127は、水張領域及び畦畔領域を含む領域を可視画像の色情報とDEMの標高情報とに基づいて分類して、畦畔領域を抽出する。本実施形態では、畦畔領域抽出部127は、領域抽出部124が抽出した筆ポリゴンの領域を所定条件に従って拡張し、可視画像から得られる色情報とDEMから得られる標高情報とを有する、拡張した筆ポリゴンの領域に属するピクセルをK-meansを用いて分類する。例えば、畔領域抽出部127は、モルフォロジー変換を行って筆ポリゴンの領域を拡張してもよい。本実施形態では、30×30サイズのカーネルを用いてモルフォロジー変換を行うが、他の任意のカーネルサイズを用いることができる。
The ridge
次に、畦畔領域抽出部127は、分類したピクセル群が水張領域、畦畔領域、その他の領域のいずれに属するのかを推定し、畦畔領域を抽出する。例えば、畦畔領域抽出部127は、分類したピクセル群の面積や色の分布を用いて、水張領域、畦畔領域、その他の領域のいずれに属するのかを推定することができる。
Next, the ridge
図5に示す散布図中の各点はピクセルを意味しており、点の色は標高を表し、点の位置は色情報を表している。 Each point in the scatter plot shown in Figure 5 represents a pixel, the color of the point represents the altitude, and the position of the point represents the color information.
このように、筆ポリゴンの領域を拡張することで、筆ポリゴン中の畦畔領域を含まない一部のポリゴンについても、畦畔領域を効果的に抽出することができる。なお、分類に用いる手法はK-meansに限られることなく、他の分類手法を用いることができる。また、本実施形態では、Lab色空間の色情報を用いているが、分類に用いる色情報はLab色空間に限られることなく、他の色空間を用いることができる。 In this way, by expanding the area of the brush polygon, it is possible to effectively extract ridge areas even for some polygons that do not contain ridge areas in the brush polygon. Note that the method used for classification is not limited to K-means, and other classification methods can be used. Also, in this embodiment, color information in the Lab color space is used, but the color information used for classification is not limited to the Lab color space, and other color spaces can be used.
学習データ生成部128は、可視画像中の水張領域及び畦畔領域を示すラベル付けが行われた学習データを生成する。本実施形態では、学習データ生成部128は、水張領域抽出部125が抽出した水張領域及び畦畔領域抽出部127が抽出した畦畔領域で構成されるマスク画像を生成して、生成したマスク画像と対応する可視画像とを学習データ記憶部134に保存する。
The learning
出力部129は、学習データ記憶部134に保存された学習データを出力する。
The
(学習データ生成処理) (Learning data generation process)
図6を参照して、本発明の実施形態に係る学習データ生成処理を詳細に説明する。本実施形態では、図6で説明される学習データ生成処理を行う前に、情報処理装置100の管理者の管理の下、画像記憶部131、筆ポリゴン記憶部132及びDEM記憶部133に各データが格納されているものとする。
The learning data generation process according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 6. In this embodiment, before the learning data generation process described in FIG. 6 is performed, each data is stored in the
ステップS601において、情報処理装置100のデータ取得部123は、学習データを生成する地域の可視画像、この可視画像に対応する筆ポリゴン及びDEMを取得する。本実施形態では、データ取得部123は、画像記憶部131、筆ポリゴン記憶部132、DEM記憶部133からそれぞれデータを取得する。
In step S601, the
ステップS602において、情報処理装置100の領域抽出部124は、取得した可視画像、筆ポリゴン、DEM中の対応する所定形状の領域を抽出する。本実施形態では、領域抽出部124は、可視画像、筆ポリゴン、DEMを重ね合わせて筆ポリゴン中の1の領域を選択し、選択した領域が十分に含まれる領域を可視画像及びDEMから抽出する。図3に、領域抽出部124により抽出された可視画像、筆ポリゴン、DEM中の対応する領域を示す。図3(a)は筆ポリゴン、図3(b)は可視画像、図3(c)はDEMを例示する図である。
In step S602, the
ステップS603において、情報処理装置100の水張領域抽出部125は、抽出した筆ポリゴンの領域及びDEMの領域から、標高情報に基づいて水張領域を抽出する。詳細については図7を用いて後述する。
In step S603, the water-filled
ステップS604において、情報処理装置100の非水田除去部126は、可視画像の色情報に基づいて、非水田の領域を除去する。本実施形態では、非水田除去部126は、水張領域抽出部125が抽出した水張領域に対応する可視画像をヒストグラム分析し、分析結果の特徴に基づいて非水田と決定される領域を水張領域から除去する。
In step S604, the non-paddy
図4の上段に示すように、水田のヒストグラムは、同図下段の非水田のヒストグラムと比べて尖度が大きく、より滑らかな曲線を示す。非水田除去部126は、曲線の尖度及びなめらかさ、すなわち曲線を微分したときにY軸の0を通過する回数に基づいて、非水田領域を決定する。
As shown in the upper part of Figure 4, the histogram of paddy fields has a larger kurtosis and shows a smoother curve than the histogram of non-paddy fields in the lower part of the figure. The non-paddy
ステップS605において、情報処理装置100の畦畔領域抽出部127は、水張領域及び畦畔領域を含む領域を可視画像の色情報とDEMの標高情報とに基づいて分類して、畦畔領域を抽出する。本実施形態では、畦畔領域抽出部127は、領域抽出部124が抽出した筆ポリゴンの領域をモルフォロジー変換を行って拡張し、可視画像から得られる色情報とDEMから得られる標高情報とを有する、拡張した筆ポリゴンの領域に属するピクセルをK-meansを用いて分類する。本実施形態では、30×30サイズのカーネルを用いてモルフォロジー変換を行うが、他の任意のカーネルサイズを用いることができる。
In step S605, the ridge
図5に示す散布図中の各点はピクセルを意味しており、点の色は標高を表し、点の位置は色情報を表している。拡張した領域に水張領域及び畦畔領域のみが含まれる場合、畦畔領域抽出部127は、ピクセルを2つのクラスに分類する。一方、拡張した領域に水張領域及び畦畔領域以外の他の領域、例えばビニールハウスや道路等が含まれる場合、畦畔領域抽出部127は、ピクセルを3つのクラスに分類する。
Each point in the scatter plot shown in Figure 5 represents a pixel, the color of the point represents the altitude, and the position of the point represents color information. If the expanded area includes only water-filled areas and ridge areas, the ridge
次に、畦畔領域抽出部127は、分類したピクセル群が水張領域、畦畔領域、その他の領域のいずれに属するのかを推定し、畦畔領域を抽出する。例えば、畦畔領域抽出部127は、分類したピクセル群の面積や色の分布を用いて、水張領域、畦畔領域、その他の領域のいずれに属するのかを推定することができる。
Next, the ridge
このように、筆ポリゴンの領域を拡張することで、筆ポリゴン中の畦畔領域を含まない一部のポリゴンについても、畦畔領域を効果的に抽出することができる。なお、分類に用いる手法はK-meansに限られることなく、他の分類手法を用いることができる。また、本実施形態では、Lab色空間の色情報を用いているが、分類に用いる色情報はLab色空間に限られることなく、他の色空間を用いることができる。 In this way, by expanding the area of the brush polygon, it is possible to effectively extract ridge areas even for some polygons that do not contain ridge areas in the brush polygon. Note that the method used for classification is not limited to K-means, and other classification methods can be used. Also, in this embodiment, color information in the Lab color space is used, but the color information used for classification is not limited to the Lab color space, and other color spaces can be used.
ステップS606において、情報処理装置100の学習データ生成部128は、可視画像中の水張領域及び畦畔領域を示すラベル付けが行われた学習データを生成する。本実施形態では、学習データ生成部128は、水張領域抽出部125が抽出した水張領域及び畦畔領域抽出部127が抽出した畦畔領域で構成されるマスク画像を生成して、生成したマスク画像と対応する可視画像とを学習データ記憶部134に保存する。
In step S606, the learning
以上、本実施形態によれば、情報処理装置100は、画像から水張領域及び畦畔領域を識別するための学習モデルを構築するための学習データを、筆ポリゴンを用いて生成することができる。既存の筆ポリゴンを活用することで、データの収集からラベル付けに至る学習データの準備にかかる時間と労力を削減することができる。特に、学習データを生成する地域が平地であり、長方形の水田が並んでいる場合に好適である。
As described above, according to this embodiment, the
(水張領域抽出処理) (Water-filled area extraction process)
図7を参照して、ステップS603の水張領域抽出処理を詳細に説明する。図7は、本発明の一実施形態に係る水張領域抽出処理を示すフローチャートである。 The water-filled region extraction process of step S603 will be described in detail with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a flowchart showing the water-filled region extraction process according to one embodiment of the present invention.
ステップS701において、水張領域抽出部125は、筆ポリゴンの領域の重心を求める。次に、ステップS702において、水張領域抽出部125は筆ポリゴンの領域の重心点をDEMの領域上にプロットし、ステップS703において、プロットした点の標高との標高差が所定範囲のピクセルを塗りつぶす。
In step S701, the water-filled
具体的には、水張領域抽出部125は、まず、重心点ピクセルxijの周辺の16個のピクセルxi+1j-1、xi+1j、xi+1j+1、xij-1、xij+1、xi-1j-1、xi-1j、xi-1j+1、xi+4j-4、xi+4j、xi+4j+4、xij-4、xij+4、xi-4j-4、xi-4j、xi-4j+4のうち、重心点ピクセルxijとの標高差が±0.1998m以内に収まるピクセルを水張領域として抽出する。水張領域抽出部125はさらに、既に水張領域として抽出したピクセルとの標高差が±0.1998m以内に収まる、隣接するピクセルを水張領域として抽出し、この処理を繰り返すことで水張領域を抽出する。
Specifically, the water-filled
なお、水張領域の抽出に用いた標高差の範囲は例示のものであり、他の適切な標高差の範囲を用いて水張領域の抽出をすることができ、さらに、水張領域の抽出に用いる点は重心点に限られることなく、中心点や、水張領域の周囲に存在し得る畦畔領域等から区別可能な内側の任意の点を用いることができる。 The range of elevation difference used to extract the water-filled area is merely an example, and other appropriate elevation difference ranges can be used to extract the water-filled area. Furthermore, the point used to extract the water-filled area is not limited to the center of gravity, but can be the center point or any point inside that can be distinguished from ridge areas that may exist around the water-filled area.
ステップS704において、水張領域抽出部125は、モルフォロジー変換を行って水路等のノイズを除去し、水張領域を抽出する。なお、ノイズを除去する手法はモルフォロジー変換に限られることなく、他の任意の手法を用いることができる。
In step S704, the water-filled
100…情報処理装置、110…入力部、120…制御部、121…演算処理部、122…メモリ、123…データ取得部、124…領域抽出部、125…水張領域抽出部、126…非水田除去部、127…畦畔領域抽出部、128…学習データ生成部、129…出力部、130…記憶部、131…画像記憶部、132…筆ポリゴン記憶部、133…DEM記憶部、134…学習データ記憶部、140…通信部、I…可視画像、P…筆ポリゴン、M…標高モデル 100...information processing device, 110...input unit, 120...control unit, 121...arithmetic processing unit, 122...memory, 123...data acquisition unit, 124...area extraction unit, 125...water-filled area extraction unit, 126...non-paddy field removal unit, 127...ridge area extraction unit, 128...learning data generation unit, 129...output unit, 130...storage unit, 131...image storage unit, 132...brush polygon storage unit, 133...DEM storage unit, 134...learning data storage unit, 140...communication unit, I...visible image, P...brush polygon, M...elevation model
Claims (7)
前記可視画像、前記区画情報及び前記数値標高モデル中の対応する領域を抽出する領域抽出部と、
前記区画情報の領域及び前記数値標高モデルの領域から水張領域を抽出する水張領域抽出部であって、前記区画情報の領域の第1の点を前記数値標高モデルの領域上にプロットし、プロットした点の標高との標高差が所定範囲のピクセルの集合を水張領域として抽出する水張領域抽出部と、
前記水張領域抽出部が抽出した前記水張領域に対応する可視画像をヒストグラム分析し、分析結果の特徴に基づいて非水田と決定される領域を水張領域から除去する非水田除去部と、
可視画像中の水張領域及び畦畔領域を示すラベル付けが行われた学習データを生成する学習データ生成部と
を備える情報処理装置。 a data acquisition unit for acquiring a visible image, section information corresponding to the visible image, and a digital elevation model;
an area extraction unit that extracts corresponding areas in the visible image, the block information, and the digital elevation model;
a water-filled region extraction unit that extracts a water-filled region from the region of the partition information and the region of the digital elevation model, the water-filled region extraction unit plotting a first point of the region of the partition information on the region of the digital elevation model, and extracting, as the water-filled region, a set of pixels whose elevation difference from the elevation of the plotted point is within a predetermined range ;
a non-paddy field removal unit that performs a histogram analysis of a visible image corresponding to the water-filled region extracted by the water-filled region extraction unit, and removes a region determined to be a non-paddy field based on a characteristic of the analysis result from the water-filled region;
A learning data generating unit that generates learning data labeled with water-filled regions and ridge regions in a visible image;
An information processing device comprising:
前記可視画像、前記区画情報及び前記数値標高モデル中の対応する領域を抽出する工程と、
前記区画情報の領域及び前記数値標高モデルの領域から水張領域を抽出する工程であって、前記区画情報の領域の第1の点を前記数値標高モデルの領域上にプロットし、プロットした点の標高との標高差が所定範囲のピクセルの集合を水張領域として抽出する工程と、
前記抽出した前記水張領域に対応する可視画像をヒストグラム分析し、分析結果の特徴に基づいて非水田と決定される領域を水張領域から除去する工程と、
可視画像中の水張領域及び畦畔領域を示すラベル付けが行われた学習データを生成する工程と、
を含む方法。 obtaining a visible image, parcel information corresponding to said visible image, and a digital elevation model;
extracting the visible imagery, the parcel information and corresponding areas in the digital elevation model;
a step of extracting a water-covered region from the region of the partition information and the region of the digital elevation model, in which a first point of the region of the partition information is plotted on the region of the digital elevation model, and a set of pixels whose elevation difference from the elevation of the plotted point is within a predetermined range is extracted as the water-covered region ;
a step of performing a histogram analysis on the visible image corresponding to the extracted water-filled region, and removing a region determined to be a non-paddy field based on characteristics of the analysis result from the water-filled region;
generating learning data labeled with labels indicating water-filled regions and ridge regions in a visible image;
The method includes:
可視画像、前記可視画像に対応する区画情報及び数値標高モデルを取得する処理と、
前記可視画像、前記区画情報及び前記数値標高モデル中の対応する領域を抽出する処理と、
前記区画情報の領域及び前記数値標高モデルの領域から水張領域を抽出する処理であって、前記区画情報の領域の第1の点を前記数値標高モデルの領域上にプロットし、プロットした点の標高との標高差が所定範囲のピクセルの集合を水張領域として抽出する処理と、
前記抽出した前記水張領域に対応する可視画像をヒストグラム分析し、分析結果の特徴に基づいて非水田と決定される領域を水張領域から除去する処理と、
可視画像中の水張領域及び畦畔領域を示すラベル付けが行われた学習データを生成する処理と
を実行させるプログラム。 On one or more computers,
obtaining a visible image, parcel information corresponding to the visible image, and a digital elevation model;
extracting corresponding areas in the visible image, the parcel information, and the digital elevation model;
a process of extracting a water-covered region from the region of the partition information and the region of the digital elevation model, the process including plotting a first point of the region of the partition information on the region of the digital elevation model, and extracting a set of pixels whose elevation difference from the elevation of the plotted point is within a predetermined range as the water-covered region ;
a process of performing a histogram analysis on the visible image corresponding to the extracted water-filled region, and removing a region determined to be a non-paddy field based on characteristics of the analysis result from the water-filled region;
A process for generating learning data labeled with water-filled areas and ridge areas in visible images;
A program that executes the following.
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| JP2021119831A JP7699489B2 (en) | 2021-07-20 | 2021-07-20 | Information processing device, information processing method, and program |
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2019133292A (en) | 2018-01-30 | 2019-08-08 | 株式会社オーエムアイ | Watered area acquisition device, watered area acquisition method and program |
-
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- 2021-07-20 JP JP2021119831A patent/JP7699489B2/en active Active
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| 平島 景 他4名,航空写真からのCNNによる土地利用分類の半教師あり学習を用いた精度改善,知能と情報 第33巻 第1号,日本,日本知能情報ファジィ学会誌,2021年02月15日,p.520-524 |
| 浅見 直也 他1名,観測衛星データ活用による農業共済業務効率化の実証,FUJITSU Vol.64 No.1,日本,2013年01月,p.95-101 |
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