WO2016098353A1 - 画像情報処理装置、画像情報処理システム、画像情報処理方法、及び、画像情報処理プログラムが格納された記録媒体 - Google Patents

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    • G06T2207/30181—Earth observation
    • G06T2207/30188—Vegetation; Agriculture

Definitions

  • the present invention relates to an image information processing apparatus or the like that removes environmental fluctuation components from an observation image representing a result of observation of electromagnetic waves radiated from the ground surface.
  • the technology for observing the earth's surface from a high place with an observation device installed on an artificial satellite or aircraft is generally called remote sensing.
  • this remote sensing the intensity of electromagnetic waves such as light emitted from a predetermined range of the ground surface is often observed.
  • one observation value is often stored as pixel values of a plurality of pixels constituting an image (observation image). This pixel value is a value of a pixel corresponding to a position according to the arrangement of the observed region on the ground surface in the observed image.
  • the observation device is an image sensor, the observation result is generated as an image.
  • the pixel value of the pixel included in the image is a value obtained by observing the intensity of the observation light emitted in the direction incident on the light receiving element of the image sensor by the light receiving element.
  • the pixel value is composed of at least one brightness value for each observed wavelength band, the brightness value is also expressed as a luminance value.
  • Observation is often performed using a filter that selectively transmits electromagnetic waves having wavelengths within a specific range of wavelength bands. In this case, the intensity of the electromagnetic wave observed for each wavelength band can be obtained as an observation image by using a plurality of filters having different wavelength bands of the transmitted electromagnetic wave.
  • observation images include farming support and resource exploration.
  • the observation value obtained as an observation image is affected by the brightness of illumination by sunlight, absorption by the atmosphere, and scattering by the atmosphere in addition to the surface reflection by the observation target. Therefore, in addition to the surface reflectance of the object to be observed, the observed values include components that depend on the intensity of sunlight illumination and the transmittance of electromagnetic waves that pass through the atmosphere, and components of electromagnetic waves that are scattered by the atmosphere and incident on the sensor. Represented by a formula containing.
  • Equation 1 is an expression representing the influence of these environmental conditions on the electromagnetic waves (observation light) observed.
  • Equation 1 L ( ⁇ ) is the luminance value of the observation light for each wavelength ⁇ .
  • R ( ⁇ ) is the surface reflectance of the surface object.
  • the environmental variation component includes a component ⁇ ( ⁇ ) expressed as a coefficient term and a component ⁇ ( ⁇ ) expressed as an addition term with respect to the surface reflectance R ( ⁇ ) of the surface object.
  • the coefficient component ⁇ ( ⁇ ) is a component related to the intensity of illumination by sunlight and the transmittance through which electromagnetic waves pass through the atmosphere.
  • the addition component ⁇ ( ⁇ ) represented as an addition term is a component representing the light path luminance, which is observation light that reaches the image sensor without passing through the ground surface object, such as sunlight scattered by the atmosphere.
  • the relationship expressed by Equation 1 holds also for observed values observed in an arbitrary wavelength band.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between observation light and an environmental variation component (environmental noise) expressed as a coefficient component and an addition component in an altitude photographed image.
  • the luminance value L ( ⁇ ) of the observation light is obtained by adding a component (ground reflected light) obtained by multiplying the surface reflectance R ( ⁇ ) of the surface object by the coefficient component ⁇ ( ⁇ ) to the addition component ⁇ ( ⁇ ) (Optical path luminance).
  • Patent Document 1 discloses an image processing apparatus that calculates an optical path luminance based on an observation image including an optical path luminance and corrects the optical path luminance calculated from the observed image.
  • This image processing apparatus uses the minimum pixel value L ( ⁇ ) as the calculated value of the optical path luminance for the observed image in the wavelength band ⁇ .
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the image information processing apparatus 4 using the technique disclosed in Patent Document 1.
  • the image information processing apparatus 4 includes an image reading unit 41, a dark pixel specifying unit 42, a sensor parameter storage unit 43, and an atmospheric propagation correction unit 44.
  • the image reading unit 41 reads an observation image from the image supply device 5.
  • the dark pixel specifying unit 42 extracts the minimum pixel value of the input observation image for each wavelength band ⁇ .
  • the dark pixel specifying unit 42 sets the minimum pixel value extracted for each wavelength band ⁇ as the calculated optical path luminance value ⁇ W ( ⁇ ).
  • the sensor parameter storage unit 43 stores the atmospheric transmittance ⁇ ( ⁇ ) in each wavelength band.
  • the atmospheric propagation correction unit 44 subtracts the calculated value ⁇ W ( ⁇ ) of the optical path luminance in each wavelength band ⁇ from the luminance value L ( ⁇ ) for all pixels of the observation image. Then, the atmospheric propagation correction unit 44 divides the atmospheric transmittance ⁇ ( ⁇ ) in each wavelength band ⁇ stored in the sensor parameter storage unit 43 to generate an optical path luminance correction image. The atmospheric propagation correction unit 44 outputs the generated optical path luminance correction image to the output device 6.
  • the image processing apparatus using the technique described in Patent Document 1 sets the minimum luminance value to the calculated value of the optical path luminance for the observed image in the wavelength band ⁇ .
  • a specific condition is that the surface reflectance of the dark region corresponding to the pixel exhibiting the minimum luminance in the ground region observed as an image can be regarded as 0 (zero) in the wavelength band ⁇ .
  • this condition does not hold, the image processing apparatus described in Patent Document 1 cannot correctly calculate the optical path luminance because the luminance value includes the component of the surface reflected light even in a dark region.
  • the main object of the present invention is to provide an image information processing apparatus that solves this problem.
  • an observation image representing a result of observation of electromagnetic waves of different wavelength bands reflected on the ground surface, information representing the wavelength bands, and the electromagnetic waves are observed.
  • an image information processing method includes an observation image representing a result of observation of electromagnetic waves of different wavelength bands reflected on the ground surface, and the wavelength bands.
  • the information processing device stores the associated observation image for each wavelength band.
  • the luminance of a dark pixel whose luminance satisfies the standard is set as the first intermediate optical path luminance, and for each wavelength band, the irradiance due to sunlight is calculated based on the information representing the observation environment, Based on the irradiance and the first intermediate optical path luminance, a final optical path luminance is calculated for each wavelength band.
  • an image information processing program provides an observation image representing a result of observation of electromagnetic waves in a plurality of different wavelength bands reflected on the ground surface, and the wavelength Information associated with a band and information representing an observation environment when the electromagnetic wave is observed are associated with and stored in a computer accessible to storage means, and the associated observation image is associated with each wavelength band. Based on information representing the observation environment for each wavelength band and calculation processing of the intermediate optical path luminance in which the luminance of a dark pixel whose luminance satisfies the standard is the first intermediate optical path luminance among the constituent pixels.
  • the final optical path luminance for calculating the final optical path luminance for each wavelength band A calculation processing thereby the execution.
  • the present invention can also be realized by a computer-readable non-volatile recording medium in which the image information processing program (computer program) is stored.
  • the present invention makes it possible to calculate the optical path luminance with high accuracy even in a wavelength band in which the surface reflectance of a dark region cannot be regarded as 0 in an image representing an observed ground region.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of an image information processing apparatus using a technique disclosed in Patent Document 1. It is a block diagram which shows the structure of the information processing apparatus which can perform the image information processing apparatus which concerns on each embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an image information processing system 100 according to the first embodiment of this invention.
  • the image information processing system 100 according to this embodiment is roughly provided with an image information processing device 1, an image supply device 5, and an output device 6.
  • the image information processing apparatus 1 is communicably connected to the image supply apparatus 5 and the output apparatus 6.
  • the direction of the arrow in the block diagram of FIG. 1 and the like of the present application is an example, and the direction of the signal between the blocks is not limited.
  • the image supply device 5 is, for example, a photographing device that observes the intensity of electromagnetic waves (observation light) reflected from an observation target for a plurality of different wavelength bands and outputs the observation results as an observation image.
  • the image supply device 5 may be a storage device such as a hard disk or an information processing device such as a server device that stores an observation image that is a result observed by such a photographing device.
  • N N is an integer of 2 or more
  • N is the number of wavelength bands in which the image supply device 5 (imaging device) observes the observation target.
  • the image supply apparatus 5 supplies N (sheets) observation images associated with the wavelength band to the image information processing apparatus 1.
  • the image supply device 5 may supply the N observation images and the upper limit value and the lower limit value of the wavelength band associated with each observation image to the image information processing device 1.
  • the image supply device 5 supplies information representing the observation environment when observed to the image information processing device 1.
  • the information representing the observation environment includes, for example, the solar altitude at the time of observation, the observation date, the observation time, the latitude and longitude of the observation target region, the topography of the observation target region, the water vapor amount and the aerosol amount in the observation target region, and the like.
  • the image supply device 5 observes the distribution of the intensity of observation light that reaches the image supply device 5 through the medium such as air or dust from the observation target.
  • the observation light includes visible light, infrared light, and ultraviolet light.
  • the image supply device 5 may observe the distribution of the intensity of electromagnetic waves not included in visible light, infrared light, and ultraviolet light.
  • the observation light reaching the image supply device 5 includes a component reaching from the medium in addition to a component reaching due to reflection at the observation target.
  • the observation target is, for example, the ground surface.
  • the image supply device 5 is mounted on an airplane or an artificial satellite, for example, and observes reflected light reflected from the ground surface as a part of observation light for a plurality of different wavelength bands.
  • the image supply device 5 is, for example, a camera that photographs through a band pass filter.
  • the image supply device 5 may perform observation using N band-pass filters that selectively transmit observation light in any of N (seed) wavelength bands.
  • the image supply apparatus 5 may observe the ground surface far away from the ground surface or near the ground surface instead of observing the ground surface from the sky.
  • the width of the wavelength band may not be uniform.
  • the image supply device 5 outputs the observation results as N observation images.
  • the N observation images are images representing the distribution of brightness related to the observation target, observed in any of N different wavelength bands.
  • the luminance value of each pixel represents the intensity of observation light that has arrived from the direction corresponding to the pixel.
  • These N observation images are images obtained by observing the same observation target, for example.
  • the N images are, for example, the result of the image supply device 5 observing the target for N wavelength bands.
  • these N images may be images obtained by observing different observation targets. In that case, for example, an administrator who manages the image supply device 5 or the image information processing device 1 may select N images.
  • the output device 6 is, for example, a display device.
  • the output device 6 may be, for example, an object identification device that extracts information indicating the material and state of the photographed object from the observation image.
  • the image information processing apparatus 1 includes a storage unit 11, a first intermediate optical path luminance calculation unit 12, an illuminance calculation unit 13, a final optical path luminance calculation unit 14, an optical path luminance correction unit 15, and an output unit 19.
  • the storage unit 11 is a storage device such as a magnetic disk or an electronic memory.
  • the first intermediate optical path luminance calculation unit 12, the illuminance calculation unit 13, the final optical path luminance calculation unit 14, the optical path luminance correction unit 15, and the output unit 19 may be an electronic circuit or a computer program and its computer. In some cases, it is realized by a processor that operates according to a program.
  • the storage unit 11 reads N observation images associated with the observed wavelength band from the image supply device 5.
  • the storage unit 11 stores the read N observation images in association with the wavelength band in which the images are observed.
  • the wavelength band associated with the observation image may be a combination of an upper limit value and a lower limit value of wavelengths indicating the wavelength band, for example.
  • the wavelength band associated with the observation image may be an identifier assigned to a combination of an upper limit value and a lower limit value of wavelengths indicating the wavelength band.
  • the storage unit 11 stores information representing the observation environment in association with the observation image.
  • the information representing the observation environment is, for example, information including the solar altitude at the time of observation, the date of observation, the observation time, the latitude and longitude of the observation target area, the topography of the observation target area, the amount of water vapor and aerosol at the time of observation, etc. It is.
  • the first intermediate optical path luminance calculation unit 12 calculates the luminance value of a pixel whose luminance value satisfies the criterion from all the pixels constituting the observation image associated with the N wavelength bands stored in the storage unit 11. Take out. Then, the first intermediate optical path luminance calculation unit 12 sets the extracted N luminance values as the first intermediate optical path luminance for each wavelength band. For example, the first intermediate optical path luminance calculation unit 12 extracts the minimum luminance value as the luminance value satisfying the criterion. Further, for example, when the first intermediate optical path luminance calculation unit 12 arranges the luminance values of all the pixels in ascending order as the luminance value satisfying the standard, the rank is a number obtained by multiplying the total number of pixels by a certain ratio. The luminance value at which
  • a pixel corresponding to the luminance value extracted by the first intermediate optical path luminance calculation unit 12 is referred to as a “dark pixel”. Further, the assumption that the surface reflectance of the dark area on the ground surface, which is measured as the luminance value of the dark pixel, can be regarded as 0 is referred to as “dark pixel assumption”.
  • the i-th wavelength band (i is an integer from 1 to N) in the N wavelength bands associated with the observation image is represented as ⁇ i .
  • the luminance values of the dark pixels extracted in the N wavelength bands ⁇ i associated with the observation image are set as first intermediate optical path luminances ⁇ D ( ⁇ i ), respectively.
  • the illuminance calculation unit 13 calculates the irradiance due to sunlight in the N wavelength bands ⁇ i based on the information representing the observation environment stored in the storage unit 11.
  • the irradiance due to sunlight in the N wavelength bands ⁇ i calculated by the illuminance calculation unit 13 is represented as I ( ⁇ i ).
  • the illuminance calculation unit 13 calculates the irradiance I ( ⁇ i ) using a physical model representing the irradiance shown in Non-Patent Document 1.
  • the illuminance calculation unit 13 simulates the direct sunlight and the atmospheric scattered light using the solar zenith angle calculated from the location and the time, and the parameter representing the state of the atmosphere.
  • the illumination intensity calculation part 13 can calculate the spectral irradiance of sunlight at the time of fine weather for every wavelength, for example.
  • the illuminance calculation unit 13 first sets default values of parameters that have little influence on the simulation result. And the illumination intensity calculation part 13 is the irradiance per unit wavelength of the sunlight at the time of fine weather using the solar zenith angle and the value showing the state of the atmosphere among the information representing the observation environment. Calculate a certain spectral irradiance. And the illumination intensity calculation part 13 adds together the spectral irradiance of sunlight at the time of fine weather about the wavelength from the lower limit included in wavelength band (gamma) i to an upper limit. Thereby, the illuminance calculation unit 13 calculates the irradiance I ( ⁇ i ) for each of the N wavelength bands ⁇ i .
  • the illuminance calculation unit 13 may store standard irradiance due to sunlight in the N wavelength bands ⁇ i and use it instead of the irradiance I ( ⁇ i ).
  • the illuminance calculation unit 13 adds, for example, the spectral irradiance of sunlight at a point incident on the earth from outside the atmosphere shown in Non-Patent Document 2 with respect to the wavelengths from the lower limit value to the upper limit value included in the wavelength band ⁇ i . Thereby, the illuminance calculation unit 13 may calculate and store the irradiance for each of the N wavelength bands ⁇ i .
  • the final optical path luminance calculation unit 14 includes a cost calculation unit 141, a second intermediate optical path luminance calculation unit 142, and a cost minimization unit 143.
  • the second intermediate optical path luminance calculation unit 142 uses the irradiance I ( ⁇ i ) calculated by the illuminance calculation unit 13 and the atmospheric information output by the cost minimization unit 143 to use the second intermediate optical path luminance. Is calculated.
  • M parameters representing the atmospheric information calculated by the cost minimizing unit 143 are represented as X j (j is an integer from 1 to M, and is a subscript for distinguishing the parameters). Atmospheric information Xj represents information about particles contained in the atmosphere including molecules, aerosols, sand, soot and the like.
  • the atmospheric information X j is, for example, an angstrom index, atmospheric turbidity, atmospheric transmittance, optical thickness of atmospheric molecules, optical thickness of aerosol, visibility, or a value calculated using these.
  • the second intermediate optical path luminance in the N wavelength bands ⁇ i calculated by the second intermediate optical path luminance calculation unit 142 is expressed as ⁇ M ( ⁇ i ).
  • Formulas shown in Formulas 2 to 4 are examples of formulas representing a calculation method for calculating the second intermediate optical path brightness ⁇ M ( ⁇ i ) in the wavelength band ⁇ i .
  • the mathematical expressions shown in Equations 2 to 4 are empirical equations constructed based on empirical rules.
  • the second intermediate optical path luminance calculation unit 142 calculates the second intermediate optical path luminance ⁇ M ( ⁇ i ) using any one of Equations 2 to 4.
  • the unit (dimension) of ⁇ M ( ⁇ i ) in Equation 2 is W (watt) / steradian ⁇ (m (meter)) ⁇ 3 .
  • the unit of I ( ⁇ i ) is W / m ⁇ 3 .
  • the unit of ⁇ i is m.
  • X 1 and X 2 in Equation 2 are empirically obtained parameters representing atmospheric information having the following meanings, and the portion excluding I ( ⁇ i ) on the right side in Equation 2 is dimensionless.
  • X 1 a parameter representing the degree of atmospheric turbidity, such as the atmospheric turbidity coefficient
  • X 2 A parameter representing the tendency of the particle size of the particles contained in the atmosphere, such as the angstrom index (large value when there are many small particles).
  • Equation 3 The units of ⁇ M ( ⁇ i ), I ( ⁇ i ), and ⁇ i in Equation 3 are the same as those in Equation 2.
  • X 1 to X 3 in Equation 3 are empirically obtained parameters representing atmospheric information having the following meanings, and the portion excluding I ( ⁇ i ) on the right side in Equation 3 is dimensionless. It has a dimension that satisfies X 1 and X 2 : As in Equation 1, X 3 : A parameter representing the ratio of scattered light (depending on the positional relationship between the sun and the sensor).
  • Equation 4 The units of ⁇ M ( ⁇ i ), I ( ⁇ i ), and ⁇ i in Equation 4 are the same as those in Equation 2 and Equation 3.
  • X 1 to X 4 in Equation 4 are empirically obtained parameters representing atmospheric information having the following meanings, and the portion excluding I ( ⁇ i ) on the right side in Equation 4 is dimensionless. It has a dimension that satisfies X 1 to X 3 : As in Equation 3 , X 4 : A parameter representing the degree of influence of atmospheric transmittance on the light path luminance.
  • the cost calculation unit 141 includes the first intermediate optical path luminance ⁇ D ( ⁇ i ) output from the first intermediate optical path luminance calculation unit 12 and the second intermediate optical path calculated by the second intermediate optical path luminance calculation unit 142.
  • the cost C is calculated using the brightness ⁇ M ( ⁇ i ).
  • the cost C is a value indicating the degree of deviation between the second intermediate optical path luminance and the actual optical path luminance at the time of observation.
  • Equation 5 is an example of an expression representing a method for calculating the cost C.
  • the cost calculation unit 141 calculates the cost C using, for example, the mathematical formula shown in Equation 5.
  • the cost minimizing unit 143 generates the atmospheric information X j by sequentially changing the values of the M parameters.
  • the cost minimizing unit 143 outputs the final optical path luminance and the estimated atmospheric information when the value of the cost C calculated by the cost calculating unit 141 satisfies a predetermined condition.
  • the final optical path luminance output by the cost minimizing unit 143 is the minimum value of the cost C calculated by the cost calculating unit 141 among the second intermediate optical path luminances calculated by the second intermediate optical path luminance calculating unit 142. It is a value.
  • the estimated atmospheric information is atmospheric information when the cost calculated by the cost calculation unit 141 is minimized.
  • the final optical path brightness is a calculated value of the final optical path brightness at the time of observation.
  • the estimated atmospheric information is a final estimated value of atmospheric information at the time of observation.
  • the final optical path luminance in the N wavelength bands ⁇ i calculated by the cost minimizing unit 143 is represented as ⁇ E ( ⁇ i ). Further, representative of the estimated atmospheric information and X E J. Further, the cost minimizing unit 143 uses, as an intermediate variable used in the process of calculating the final optical path brightness ⁇ E ( ⁇ i ), the minimum cost C m that is the current minimum cost, and the cost value is the minimum cost C.
  • the atmospheric information X m j when m and the previous atmospheric information X b j when sequentially changing the values of the M parameters are stored.
  • the cost minimizing unit 143 stores predetermined values as initial values of the minimum cost C m , the atmosphere information X m j at the time of the minimum cost, and the atmosphere information X j , respectively.
  • the cost minimizing unit 143 outputs the atmospheric information X j by sequentially changing the values of the M parameters using the following method.
  • the cost minimizing unit 143 first outputs the initial value of the stored atmospheric information Xj .
  • the cost minimizing unit 143 performs the following processing and outputs the atmospheric information Xj .
  • Cost minimization section 143 compares the cost C and the minimum cost C m. Cost minimization section 143, if the cost C is the minimum cost C m smaller than substitutes cost C to the minimum cost C m, substitutes atmospheric information X j to atmospheric information X m j at the minimum cost. The cost minimizing unit 143 stores the minimum cost C m whose value has been changed and the atmospheric information X m j at the time of the minimum cost. Cost minimization unit 143, the parameters of the atmospheric information X j, assigns the value obtained by adding a predetermined value to the parameter of atmospheric information X b j of previous outputs a value obtained. The cost minimizing unit 143 substitutes the value of the atmospheric information X j whose value has been changed into the previous atmospheric information X b j , and stores the obtained value.
  • the cost minimizing unit 143 outputs the final optical path luminance ⁇ E ( ⁇ i ) and the estimated atmospheric information X E J when the value of the cost C satisfies a predetermined condition, for example, using the following method. .
  • the cost minimizing unit 143 uses the mathematical formula used when the second intermediate optical path luminance calculating unit 142 calculates the second intermediate optical path luminance ⁇ M ( ⁇ i ) when the value of the cost C is smaller than a predetermined value. Use the same formula as. For example, when the second intermediate optical path luminance calculation unit 142 calculates the second intermediate optical path luminance ⁇ M ( ⁇ i ) using the formula shown in Equation 2, the cost minimizing unit 143 Works as expected.
  • Cost minimization unit 143 the atmospheric information X j, substitutes the value of atmospheric information X b j last.
  • the cost minimizing unit 143 calculates the second intermediate optical path luminance ⁇ M ( ⁇ i ) using the mathematical formula shown in Equation 2.
  • the cost minimizing unit 143 substitutes the calculated value of the second intermediate optical path brightness ⁇ M ( ⁇ i ) for the final optical path brightness ⁇ E ( ⁇ i ).
  • the cost minimizing unit 143 substitutes the value of the atmospheric information X m j at the minimum cost into the estimated atmospheric information X E J. Then, the cost minimizing unit 143 outputs the final optical path luminance ⁇ E ( ⁇ i ) and the estimated atmospheric information X E J.
  • the second intermediate optical path luminance calculation unit 142 calculates the second intermediate optical path luminance ⁇ M ( ⁇ i ) using the mathematical formula shown in Equation 3 or Equation 4, the cost minimizing unit 143 is used. Also, the second intermediate optical path luminance ⁇ M ( ⁇ i ) is calculated using the mathematical formulas shown in Equation 3 or Equation 4.
  • the cost minimizing unit 143 operates as follows when calculating the second intermediate optical path luminance ⁇ M ( ⁇ i ) using the mathematical formula shown in Equation 2, for example, and the air information X j Change the value sequentially and output. First, the cost minimizing unit 143 outputs an initial value of the atmospheric information Xj . Thereafter, each time the cost C is input, the cost minimizing unit 143 calculates and outputs the value of the atmospheric information X j using the mathematical formula (determinant) shown in Equation 6.
  • Cost minimization section 143 substitutes the value of atmospheric information X j to atmospheric information X b j of previous substitutes the value of the cost C to the cost C b of the previous.
  • the cost minimizing unit 143 stores the previous atmospheric information X b j and the previous cost C b whose values have been changed.
  • the cost minimizing unit 143 operates as follows when the second intermediate optical path luminance ⁇ M ( ⁇ i ) is calculated using the mathematical expression shown in Equation 2, for example, so that the cost C is predetermined. It is determined that the condition is satisfied, and the final optical path luminance ⁇ E ( ⁇ i ) and the estimated atmospheric information X E J are output. Cost minimization section 143, the difference between the cost C b of the cost C before, is compared with a predetermined value. If the cost C and the difference between the cost C b previous is smaller than a predetermined value, cost minimization unit 143 operates as follows.
  • Cost minimization unit 143 the atmospheric information X j, substitutes the value of atmospheric information X b j last.
  • the cost minimizing unit 143 calculates the second intermediate optical path luminance ⁇ M ( ⁇ i ) using the mathematical formula shown in Equation 2.
  • the cost minimizing unit 143 substitutes the calculated value of the second intermediate optical path brightness ⁇ M ( ⁇ i ) for the final optical path brightness ⁇ E ( ⁇ i ).
  • the cost minimizing unit 143 substitutes the value of the atmospheric information X m j at the minimum cost into the estimated atmospheric information X E J. Then, the cost minimizing unit 143 outputs the final optical path luminance ⁇ E ( ⁇ i ) and the estimated atmospheric information X E J.
  • the optical path luminance correction unit 15 uses the observation image stored in the storage unit 11 and the final optical path luminance ⁇ E ( ⁇ i ) output from the cost minimization unit 143 to calculate the optical path luminance component included in the observation image. By correcting, an optical path brightness correction image is generated.
  • the optical path luminance correction unit 15 operates as follows.
  • the optical path luminance correction unit 15 reads the observation image associated with the N wavelength bands ⁇ i from the storage unit 11.
  • the optical path luminance correction unit 15 subtracts the final optical path luminance ⁇ E ( ⁇ i ) output from the cost minimizing unit 143 from the luminance value L ( ⁇ i ) for all the pixels constituting the read observation image.
  • Make corrections That is, the corrected observation image is an image obtained by removing the optical path luminance component calculated by the final optical path luminance calculation unit 14 from the observation image stored in the storage unit 11. This image is used as an optical path brightness correction image.
  • the optical path brightness correction unit 15 performs the above-described correction processing on all observation images stored in the storage unit 11 and associated with the N wavelength bands ⁇ i .
  • the output unit 19 outputs the optical path luminance correction image generated by the optical path luminance correction unit 15 and the estimated atmospheric information X E J output from the cost minimizing unit 143 to the output device 6.
  • the storage unit 11 reads, from the image supply device 5, N observation images associated with the N wavelength bands where the observation was performed and information representing the observation environment at the time of observation.
  • the storage unit 11 stores the read observation image together with information representing the measurement environment in association with the wavelength band in which the observation image is observed (step S101).
  • the first intermediate optical path luminance calculation unit 12 extracts the luminance value of the dark pixel whose luminance value satisfies the criterion from all the pixels for the observed image associated with each wavelength band, and extracts the luminance values for the N wavelength bands. The value is output as the first intermediate optical path luminance (step S102).
  • the illuminance calculation unit 13 calculates the irradiance due to sunlight based on the information representing the measurement environment (step S103).
  • the cost minimizing unit 143 sequentially updates and outputs the value of the atmospheric information every time the cost calculating unit 141 calculates a new cost (step S104).
  • the second intermediate optical path luminance calculating unit 142 calculates the second intermediate optical path luminance based on the irradiance due to sunlight calculated by the illuminance calculating unit 13 and the atmospheric information output by the cost minimizing unit 143 (step S1). S105).
  • the cost calculation unit 141 calculates a cost based on the first optical path luminance output from the first intermediate optical path luminance calculation unit 12 and the second intermediate optical path luminance calculated by the second intermediate optical path luminance calculation unit 142. (Step S106).
  • Step S107 When the cost satisfies the predetermined condition (Yes in Step S107), the cost minimizing unit 143 calculates the final optical path luminance and the estimated atmospheric information (Step S108). If the cost does not satisfy the predetermined condition (No in step S107), the process returns to step S104.
  • the optical path luminance correction unit 15 generates an optical path luminance correction image by removing the optical path luminance component included in the observation image using the observation image and the final optical path luminance (step S109).
  • the output unit 19 outputs the optical path luminance correction image generated by the optical path luminance correction unit 15 to the output device 6 (step S110), and the entire process ends.
  • the image information processing system 100 can calculate the optical path luminance with high accuracy even in a wavelength band in which the surface reflectance of a dark region cannot be regarded as 0 in an image representing an observed ground region.
  • the reason is that the final optical path luminance calculation unit 14 performs the first intermediate optical path luminance calculation performed by the first intermediate optical path luminance calculation unit 12 and the second intermediate optical path luminance calculation unit 142.
  • the intermediate optical path luminance is used to calculate a cost indicating the degree of divergence between the second intermediate optical path luminance and the actual optical path luminance, and the second intermediate optical path luminance at the time when the cost value becomes the minimum is calculated as the final optical path luminance. This is because the luminance is output.
  • the optical path luminance is set for the wavelength band in which the surface reflectance of the region corresponding to the low luminance pixel in the ground region measured as an image cannot be regarded as zero. It cannot be calculated with high accuracy. That is, it is difficult to calculate the actual optical path luminance at the time of observation with high accuracy by assuming dark pixels.
  • the first intermediate optical path luminance calculation unit 12 calculates the luminance value of the dark pixel whose luminance value satisfies the criterion for the observation image associated with the wavelength band. Take out and output as the first intermediate optical path luminance.
  • the second intermediate optical path luminance calculation unit 142 repeats the second intermediate optical path luminance while changing the irradiance due to sunlight calculated by the illuminance calculation unit 13 and the atmospheric information calculated by the cost minimization unit 143. calculate.
  • the final optical path luminance calculation unit 14 outputs, as the final optical path luminance, the second intermediate optical path luminance when the cost calculated from the first and second intermediate optical path luminances is minimum.
  • the image information processing apparatus 1 according to the present embodiment calculates the optical path luminance with high accuracy even in a wavelength band in which the surface reflectance of the dark region cannot be regarded as 0 in the image representing the observed ground region. Can do.
  • the final optical path luminance calculation unit 14 outputs estimated atmospheric information via the output unit 19 in addition to the final optical path luminance.
  • the estimated atmospheric information is information indicating the state of the atmosphere at the time of observation. Therefore, the image information processing apparatus 1 according to the present embodiment can obtain atmospheric information that can be effectively used as weather information.
  • FIG. 3 is a block diagram conceptually showing the structure of the image information processing system 200 according to the second embodiment.
  • configurations that operate in the same manner as in the first embodiment are given the same numbers as in the first embodiment, and description thereof is omitted.
  • the image information processing system 200 roughly includes an image information processing device 2, an image supply device 5, and an output device 6.
  • the image information processing apparatus 2 includes a storage unit 11, a first intermediate optical path luminance calculation unit 12, an illuminance calculation unit 13, a final optical path luminance calculation unit 24, an optical path luminance correction unit 15, and an output unit 19.
  • the final optical path luminance calculation unit 24 may be an electronic circuit or a computer program and a processor that operates according to the computer program.
  • the final optical path luminance calculation unit 24 includes a wavelength selection unit 2411, a wavelength cost calculation unit 2412, a second intermediate optical path luminance calculation unit 142, and a cost minimization unit 143.
  • the final optical path brightness calculation unit 24 includes a first intermediate optical path brightness ⁇ D ( ⁇ i ) (i is an integer from 1 to N) output from the first intermediate optical path brightness calculation unit 12, and an illuminance calculation unit.
  • the final light path luminance ⁇ E ( ⁇ i ) and the estimated atmospheric information X E J are calculated using the irradiance I ( ⁇ i ) due to sunlight calculated by 13.
  • the final optical path luminance calculation unit 24 selects a wavelength band from the N wavelength bands ⁇ i based on a predetermined standard, and calculates the selected wavelength band and the wavelength band that was not selected by different methods. The sum of the obtained values is taken as the cost.
  • the final optical path brightness calculation unit 24 outputs the second intermediate optical path brightness when the cost satisfies a predetermined condition as the final optical path brightness.
  • the final optical path luminance calculation unit 24 outputs the atmospheric information when the cost is minimized as the estimated atmospheric information X E J.
  • the wavelength selection unit 2411 uses the first intermediate optical path luminance output from the first intermediate optical path luminance calculation unit 12 and the second intermediate optical path luminance calculated by the second intermediate optical path luminance calculation unit 142 to determine N One or more wavelength bands are selected from the observed wavelength bands, and the selected wavelength band is output.
  • the number of wavelength bands selected by the wavelength selection unit 2411 is any number P from 1 to (N ⁇ 1).
  • the wavelength band selected by the wavelength selection unit 2411 is represented as a selected wavelength band ⁇ j (j is an integer from s 1 to s P ).
  • the wavelength selection unit 2411 sequentially compares the first intermediate optical path luminance ⁇ D ( ⁇ i ) and the second intermediate optical path luminance ⁇ M ( ⁇ i ) in N wavelength bands ⁇ i .
  • the wavelength selection unit 2411 selects the wavelength band ⁇ i and selects the selected wavelength band ⁇ .
  • the wavelength selection unit 2411 updates the value of j every time the selected wavelength band ⁇ j is stored, and sequentially stores from ⁇ s 1 to ⁇ s P.
  • the wavelength cost calculation unit 2412 outputs the first intermediate optical path luminance ⁇ D ( ⁇ i ) output from the first intermediate optical path luminance calculation unit 12 and the second intermediate optical path calculated by the second intermediate optical path luminance calculation unit 142.
  • the cost C is calculated using the luminance ⁇ M ( ⁇ i ) and the wavelength band ⁇ i selected by the wavelength selection unit 2411.
  • the wavelength cost calculation unit 2412 stores predetermined values for the selected wavelength cost coefficient A and the non-selected wavelength cost coefficient B, respectively.
  • the selected wavelength cost coefficient A is a coefficient representing the degree of influence of the first intermediate optical path luminance on the calculation of the final optical path luminance in the wavelength band where the dark pixel assumption is not satisfied.
  • the non-selected wavelength cost coefficient B is a coefficient representing the degree of influence of the first intermediate optical path luminance on the calculation of the final optical path luminance in the wavelength band where the dark pixel assumption is satisfied.
  • the default value of the selected wavelength cost coefficient A is set to a value smaller than the default value of the non-selected wavelength cost coefficient B. That is, the wavelength cost calculation unit 2412 calculates the cost C by assigning more weight to the wavelength band not selected by the wavelength selection unit 2411 than the wavelength band selected by the wavelength selection unit 2411.
  • the wavelength cost calculation unit 2412 calculates a wavelength band excluding the selected wavelength band ⁇ j from among the N observed wavelength bands ⁇ i , as any of the non-selected wavelength bands ⁇ k (k is t 1 to t ( NP ) . Any integer).
  • the wavelength cost calculation unit 2412 calculates the cost C using the mathematical formula shown in Equation 7. Note that “ ⁇ ” in the expression shown in Equation 7 is an operator indicating multiplication.
  • the image information processing system 200 has an optical path luminance in a wavelength band where the surface reflectance of a dark region cannot be regarded as 0 in the image representing the observed ground region. It can be calculated with high accuracy.
  • the final optical path luminance calculation unit 24 uses the first intermediate optical path luminance calculated by the first intermediate optical path luminance calculation unit 12 and the second intermediate optical path luminance calculation unit 142 calculated by the second intermediate optical path luminance calculation unit 142.
  • the intermediate optical path luminance is used to calculate a cost indicating the degree of divergence between the second intermediate optical path luminance and the actual optical path luminance, and the second intermediate optical path luminance at the time when this cost is minimized is used as the final optical path luminance. It is because it outputs.
  • the default value of the selected wavelength cost coefficient A stored in the wavelength cost calculation unit 2412 according to this embodiment is set to a value smaller than the default value of the non-selected wavelength cost coefficient B. Therefore, the image information processing apparatus 2 according to the present embodiment reduces the influence of the first intermediate optical path luminance estimation error that occurs in the wavelength band where the dark pixel assumption is not satisfied on the calculation of the final optical path luminance. Compared with the first embodiment, the optical path luminance can be calculated with higher accuracy.
  • FIG. 4 is a block diagram conceptually showing the structure of the image information processing apparatus 3 according to the third embodiment.
  • the image information processing apparatus 3 includes a storage unit 31, a first intermediate optical path luminance calculation unit 32, an illuminance calculation unit 33, and a final optical path luminance calculation unit 34.
  • the storage unit 31 includes an observation image representing a result of observation of electromagnetic waves of different wavelength bands reflected on the ground surface, information representing the wavelength band, and information representing an observation environment when the electromagnetic waves are observed. Are stored in association with each other.
  • the first intermediate optical path luminance calculation unit 32 sets, for each wavelength band, the luminance of a dark pixel whose luminance satisfies the standard among the pixels constituting the associated observation image as the first intermediate optical path luminance.
  • the illuminance calculation unit 33 calculates the irradiance due to sunlight based on information representing the observation environment for each wavelength band.
  • the final optical path brightness calculation unit 34 calculates the final optical path brightness for each wavelength band based on the irradiance and the first intermediate optical path brightness.
  • the image information processing apparatus 3 can calculate the optical path luminance with high accuracy even in a wavelength band where the surface reflectance of a dark region cannot be regarded as 0 in an image representing an observed ground region.
  • the reason is that the final optical path luminance calculation unit 34 uses the first intermediate optical path luminance calculated by the first intermediate optical path luminance calculation unit 32 and the irradiance due to sunlight calculated by the illuminance calculation unit 33. This is because the final optical path luminance close to the actual optical path luminance is calculated for each wavelength band.
  • the units shown in FIGS. 1, 3, and 4 can be realized by a dedicated HW (HardWare) (electronic circuit). Further, at least the first intermediate optical path luminance calculation units 12 and 32, the illuminance calculation units 13 and 33, and the final optical path luminance calculation units 14, 24, and 34 are function (processing) units (software modules) of the software program. Can be considered. However, the division of each part shown in these drawings is a configuration for convenience of explanation, and various configurations can be assumed for mounting. An example of the hardware environment in this case will be described with reference to FIG.
  • FIG. 7 is a diagram exemplarily illustrating a configuration of an information processing apparatus 900 (computer) that can execute the image information processing apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention. That is, FIG. 7 shows the configuration of a computer (information processing apparatus) that can realize the image information processing apparatus shown in FIGS. 1, 3, and 4, and can realize each function in the above-described embodiment. Represents the hardware environment.
  • the information processing apparatus 900 illustrated in FIG. 7 includes the following as constituent elements.
  • CPU Central_Processing_Unit
  • ROM Read_Only_Memory
  • RAM Random_Access_Memory
  • -Hard disk storage device
  • a communication interface 905 with an external device ⁇ Bus 906 (communication line)
  • a reader / writer 908 capable of reading and writing data stored in a recording medium 907 such as a CD-ROM (Compact_Disc_Read_Only_Memory) -I / O interface 909
  • the information processing apparatus 900 is a general computer in which these configurations are connected via a bus 906.
  • the present invention described by taking the above embodiment as an example supplies a computer program capable of realizing the following functions to the information processing apparatus 900 shown in FIG.
  • the functions are the first intermediate optical path luminance calculation units 12 and 32, the illuminance calculation units 13 and 33, and the block configuration diagrams (FIGS. 1, 3, and 4) referred to in the description of the embodiment.
  • This is the function of the final optical path luminance calculation units 14, 24 and 34, or the flowchart (FIG. 2).
  • the present invention is then achieved by reading the computer program into the hardware CPU 901 for interpretation and execution.
  • the computer program supplied to the apparatus may be stored in a readable / writable volatile memory (RAM 903) or a nonvolatile storage device such as the hard disk 904.
  • a general procedure can be adopted as a method for supplying a computer program into the hardware.
  • the procedure includes, for example, a method of installing in the apparatus via various recording media 907 such as a CD-ROM, and a method of downloading from the outside via a communication line such as the Internet.
  • the present invention can be understood to be configured by a code constituting the computer program or a recording medium 907 in which the code is stored.
  • the present invention can be used for farming support and resource exploration based on the result of measuring the ground surface from a high place.

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Abstract

　本願発明は、観測された地表領域を表す画像において、暗い領域の表面反射率が０とみなせない波長帯域においても、光路輝度を高い精度で算出する。　画像情報処理装置３は、地表にて反射した異なる複数の波長帯域の電磁波が観測された結果を表す観測画像と、波長帯域を表す情報と、当該電磁波が観測された際の観測環境を表す情報とが、関連付けられて記憶された記憶部３１と、波長帯域ごとに、関連付けられた観測画像を構成する画素の中から、輝度が基準を満たす暗画素の輝度を第一の中間光路輝度とする第１中間光路輝度の算出部３２と、波長帯域ごとに、観測環境を表す情報に基づき、太陽光による放射照度を算出する照度算出部３３と、放射照度と、第一の中間光路輝度と、に基づき、波長帯域ごとに、最終光路輝度を算出する最終光路輝度の算出部３４と、を備える。

Description

画像情報処理装置、画像情報処理システム、画像情報処理方法、及び、画像情報処理プログラムが格納された記録媒体
　本願発明は、地表から放射された電磁波が観測された結果を表す観測画像から、環境変動成分を除去する画像情報処理装置等に関する。
　人工衛星や航空機などに設けられた観測装置によって高所から地表を観測する技術は、一般に、リモートセンシングと呼ばれる。このリモートセンシングでは、地表の所定範囲の領域から放射される、光などの電磁波の強さが観測されることが多い。リモートセンシングによって得られる観測結果は、一つの観測値が、画像（観測画像）を構成する複数画素の画素値として保存されることが多い。この画素値は、観測画像において、観測された領域の地表における配置に従った位置に対応する画素の値である。特に、観測装置がイメージセンサである場合、観測結果は画像として生成される。その画像に含まれる画素の画素値は、イメージセンサの受光素子に入射する方向に放射された観測光の強さが、受光素子によって観測された値である。なお、画素値が、観測された波長帯域毎の、少なくとも一つの明るさを表す値により構成される場合、その明るさを表す値は、輝度値とも表記される。観測は、特定の範囲の波長帯域に含まれる波長の電磁波が選択的に透過するフィルタを使用して行われることも多い。この場合、透過する電磁波の波長帯域が異なる複数のフィルタを使用することにより、波長帯域毎に観測した電磁波の強さが、観測画像として得られる。
　このような観測画像を活用することが期待されるアプリケーションとして、営農支援や資源探査等がある。的確な営農支援や資源探査等を実現するためには、農作物や鉱石など、地表物に関する正確な情報を得る必要がある。しかし、観測画像として得られる観測値は、観測対象による表面反射に加えて、太陽光による照明の明るさ、大気による吸収、及び、大気による散乱に影響される。そのため、観測値は、観測対象物体が持つ表面反射率に加えて、太陽光による照明の強度や電磁波が大気を透過する透過率に依存する成分、大気により散乱されセンサに入射する電磁波の成分を含む数式によって表される。しかし、太陽光による照明の強度、大気の透過率、及び、大気による散乱光は、太陽高度の変化及び大気状態の揺らぎ等の環境条件によって変動する。そのため、地表物に関する正確な情報を得るためには、地表物に依存しない環境変動成分を算出し、除去する必要がある。数１は、これらの環境条件が観測する電磁波（観測光）に及ぼす影響を表す式である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　数１において、Ｌ(λ)は、波長λごとの観測光の輝度値である。Ｒ(λ)は、地表物体の表面反射率である。数１が示すように、環境変動成分は、地表物体の表面反射率Ｒ(λ)に対して、係数項として表される成分α(λ)と、加算項として表される成分β(λ)に大別できる。このうち係数成分α(λ)は、太陽光による照明の強度や電磁波が大気を透過する透過率に関する成分である。加算項として表される加算成分β(λ)は、大気により散乱された太陽光のように、地表物を経由せずにイメージセンサに到達した観測光である、光路輝度を表す成分である。式１が示す関係は、任意の波長帯域において観測された観測値に対しても成り立つ。
　図５は、高所撮影画像における、観測光と、係数成分及び加算成分として表される環境変動成分（環境雑音）との関係を表す図である。図５に示す通り、観測光の輝度値Ｌ(λ)は、地表物体の表面反射率Ｒ(λ)に係数成分α(λ)を乗算した成分（地表反射光）に、加算成分β(λ)（光路輝度）を加算した値である。
　上述した通り、地表物に関する正確な情報を得るためには、地表物に依存しない環境変動成分を算出したのち、この環境変動成分を観測光から除去する必要がある。したがって、この環境変動成分を高い精度で算出する技術に対する期待が高まってきている。
　このような技術の一例として、特許文献１には、光路輝度を含む観測画像に基づき光路輝度を算出し、その観測画像から算出された光路輝度を補正する画像処理装置が開示されている。この画像処理装置は、波長帯域γにおける観測画像について、最小画素値Ｌ(γ)を光路輝度の算出値にする。
　図６は、特許文献１が開示した技術を使用した画像情報処理装置４の構成を表すブロック図である。画像情報処理装置４は、画像読込部４１、暗画素特定部４２、センサパラメタ記憶部４３、及び、大気伝搬補正部４４を備える。画像読込部４１は、画像供給装置５から観測画像を読み込む。暗画素特定部４２は、波長帯域γごとに、入力された観測画像について、最小画素値を取り出す。暗画素特定部４２は、波長帯域γごとに取り出した最小画素値を、光路輝度の算出値βＷ(γ)とする。センサパラメタ記憶部４３は、各波長帯域における大気透過率τ(γ)を記憶している。大気伝搬補正部４４は、各波長帯域γにおける光路輝度の算出値βＷ (γ)を、観測画像の全ての画素について、輝度値Ｌ(γ)から減算する。そして、大気伝搬補正部４４は、センサパラメタ記憶部４３に記憶された、各波長帯域γにおける大気透過率τ(γ)で除算することによって、光路輝度の補正画像を生成する。大気伝搬補正部４４は、生成した光路輝度の補正画像を、出力装置６に出力する。
　特許文献１に記載された技術を使用した画像処理装置は、波長帯域γにおける観測画像について、最小輝度値を光路輝度の算出値にする。しかし、光路輝度が、波長帯域γにおける観測画像について最小輝度値となるには、特定の条件が成り立つ必要がある。その特定の条件とは、画像として観測された地表領域において、最小輝度を示す画素に対応する、暗い領域の表面反射率が、波長帯域γにおいて０（ゼロ）とみなせることである。この条件が成り立たない場合には、暗い領域においても、輝度値に表面反射光の成分が含まれているため、特許文献１に記載された画像処理装置は、光路輝度を正しく算出できない。
　すなわち、観測された地表領域を表す画像において、暗い領域の表面反射率が０とみなせない波長帯域においても、光路輝度を正しく算出できるようにすることは課題となっている。本願発明の主たる目的は、この課題を解決した画像情報処理装置を提供することである。
　本願発明の一態様に係る画像情報処理装置は、地表にて反射した異なる複数の波長帯域の電磁波が観測された結果を表す観測画像と、前記波長帯域を表す情報と、前記電磁波が観測された際の観測環境を表す情報とが、関連付けられて記憶された記憶手段と、前記波長帯域ごとに、関連付けられた前記観測画像を構成する画素の中から、輝度が基準を満たす暗画素の輝度を第一の中間光路輝度とする第一中間光路輝度の算出手段と、前記波長帯域ごとに、前記観測環境を表す情報に基づき、太陽光による放射照度を算出する照度算出手段と、前記放射照度と、前記第一の中間光路輝度と、に基づき、前記波長帯域ごとに、最終光路輝度を算出する最終光路輝度の算出手段と、を備える。
　上記目的を達成する他の見地において、本願発明の一態様に係る画像情報処理方法は、地表にて反射した異なる複数の波長帯域の電磁波が観測された結果を表す観測画像と、前記波長帯域を表す情報と、前記電磁波が観測された際の観測環境を表す情報と、を関連付けて記憶手段が記憶している場合に、情報処理装置によって、前記波長帯域ごとに、関連付けられた前記観測画像を構成する画素の中から、輝度が基準を満たす暗画素の輝度を第一の中間光路輝度とし、前記波長帯域ごとに、前記観測環境を表す情報に基づき、太陽光による放射照度を算出し、前記放射照度と、前記第一の中間光路輝度と、に基づき、前記波長帯域ごとに、最終光路輝度を算出する。
　また、上記目的を達成する更なる見地において、本願発明の一態様に係る画像情報処理プログラムは、地表にて反射した異なる複数の波長帯域の電磁波が観測された結果を表す観測画像と、前記波長帯域を表す情報と、前記電磁波が観測された際の観測環境を表す情報と、が関連付けされて記憶された記憶手段にアクセス可能なコンピュータに、前記波長帯域ごとに、関連付けられた前記観測画像を構成する画素の中から、輝度が基準を満たす暗画素の輝度を第一の中間光路輝度とする中間光路輝度の算出処理と、前記波長帯域ごとに、前記観測環境を表す情報に基づき、太陽光による放射照度を算出する照度算出処理と、前記放射照度と、前記第一の中間光路輝度と、に基づき、前記波長帯域ごとに、最終光路輝度を算出する最終光路輝度の算出処理と、を実行させる。
　更に、本発明は、係る画像情報処理プログラム（コンピュータプログラム）が格納された、コンピュータ読み取り可能な、不揮発性の記録媒体によっても実現可能である。
　本願発明は、観測された地表領域を表す画像において、暗い領域の表面反射率が０とみなせない波長帯域においても、光路輝度を高い精度で算出することを可能とする。
本願発明の第１の実施形態に係る画像情報処理システムの構成を示すブロック図である。 本願発明の第１の実施形態に係る画像情報処理システムの動作を示すフローチャートである。 本願発明の第２の実施形態に係る画像情報処理システムの構成を示すブロック図である。 本願発明の第３の実施形態に係る画像情報処理システムの構成を示すブロック図である。 高所撮影画像における観測光と環境変動成分との関係を示す図である。 特許文献１が開示した技術を使用した画像情報処理装置の構成を示すブロック図である。 本願発明の各実施形態に係る画像情報処理装置を実行可能な情報処理装置の構成を示すブロック図である。
　以下、本願発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
　＜第１の実施形態＞
　図１は、本発明の第一の実施の形態の画像情報処理システム１００を示すブロック図である。本実施形態に係る画像情報処理システム１００は、大別して、画像情報処理装置１、画像供給装置５、及び、出力装置６を備えている。画像情報処理装置１は、画像供給装置５及び出力装置６と通信可能に接続されている。尚、本願の図１等のブロック図における矢印の向きは一例であって、ブロック間の信号の向きを限定しない。
　画像供給装置５は、例えば、互いに異なる複数の波長帯域について、観測対象において反射した電磁波（観測光）の強さを観測し、観測した結果を観測画像として出力する撮影装置である。あるいは、画像供給装置５は、そのような撮影装置によって観測された結果である観測画像を記憶する、ハードディスクなどの記憶装置やサーバ装置などの情報処理装置であってもよい。以降の説明において、Ｎ（Ｎは２以上の整数）は、画像供給装置５（撮影装置）が観測対象を観測する波長帯域の数である。
　画像供給装置５は、波長帯域に関連付けられたＮ個（枚）の観測画像を、画像情報処理装置１に供給する。画像供給装置５は、Ｎ個の観測画像と、各観測画像に関連付けられた波長帯域の上限値と下限値とを、画像情報処理装置１に供給してもよい。また、画像供給装置５は、観測したときの観測環境を表す情報を、画像情報処理装置１に供給する。観測環境を表す情報は、例えば、観測時の太陽高度、観測年月日、観測時刻、観測対象領域の緯度および経度、観測対象領域の地形、観測対象領域における水蒸気量およびエアロゾル量等を含む。
　画像供給装置５は、観測対象から、大気やチリなどの媒質を通過して画像供給装置５に届く観測光の強さの分布を観測する。本願発明の各実施形態では、観測光は、可視光、赤外線、及び紫外線を含む。但し、画像供給装置５は、可視光、赤外線、及び紫外線に含まれない電磁波の強さの分布を観測してもよい。
　後述するように、画像供給装置５に届く観測光には、観測対象における反射によって届く成分に加えて、媒質から届く成分が含まれる。観測対象は、例えば地表である。画像供給装置５は、例えば飛行機や人工衛星に搭載され、互いに異なる複数の波長帯域を対象として、上空から、地表において反射した反射光を観測光の一部として観測する。画像供給装置５は、例えば、帯域通過フィルタを通して撮影するカメラである。画像供給装置５は、互いに異なるＮ個（種）の波長帯域のいずれかの観測光が選択的に透過するＮ個の帯域通過フィルタを使用して観測を行えばよい。なお、画像供給装置５は、上空から地表を観測するのではなく、地表あるいは地表の近くから遠方の地表を観測してもよい。波長帯域の幅は、均一でなくてもよい。画像供給装置５は、観測結果を、Ｎ個の観測画像として出力する。
　Ｎ個の観測画像は、互いに異なるＮ個の波長帯域のいずれかについて観測した、観測対象に関する明るさの分布を表す画像である。それぞれの観測画像において、各画素の輝度値は、当該画素に応じた方向から届いた観測光の強さを表す。これらのＮ個の観測画像は、例えば、同一の観測対象を観測することによって得られた画像である。その場合、Ｎ個の画像は、例えば、画像供給装置５がその対象をＮ個の波長帯域について観測した結果である。また、光路輝度の値が各画像の全観測領域について同一あるいはほぼ同一である場合、これらのＮ個の画像は、異なる観測対象を観測して得られた画像であってもよい。その場合、例えば画像供給装置５あるいは画像情報処理装置１を管理する管理者が、Ｎ個の画像を選択すればよい。
　出力装置６は、例えば、ディスプレイ装置である。また、出力装置６は、例えば、観測画像から撮影物体の材質や状態を示す情報を抽出する、物体同定装置などであってもよい。
　画像情報処理装置１は、記憶部１１、第１中間光路輝度の算出部１２、照度算出部１３、最終光路輝度の算出部１４、光路輝度の補正部１５、及び、出力部１９を備える。記憶部１１は、磁気ディスクあるいは電子メモリ等の記憶デバイスである。第１中間光路輝度の算出部１２、照度算出部１３、最終光路輝度の算出部１４、光路輝度の補正部１５、及び、出力部１９は、電子回路の場合もあれば、コンピュータプログラムとそのコンピュータプログラムに従って動作するプロセッサによって実現される場合もある。
　記憶部１１は、画像供給装置５から、観測された波長帯域に関連付けられた、Ｎ個の観測画像を読み込む。記憶部１１は、読み込んだＮ個の観測画像を、当該画像が観測された波長帯域に関連付けて記憶する。観測画像に関連付けられる波長帯域は、例えば、当該波長帯域を示す波長の上限値及び下限値の組み合わせであればよい。観測画像に関連付けられる波長帯域は、あるいは、当該波長帯域を示す波長の上限値及び下限値の組み合わせに付与された識別子であってもよい。記憶部１１は、観測環境を表す情報を、観測画像と関連付けて記憶する。観測環境を表す情報とは、例えば、観測時の太陽高度、観測年月日、観測時刻、観測対象領域の緯度および経度、観測対象領域の地形、観測時の水蒸気量およびエアロゾル量等を含む情報である。
　第１中間光路輝度の算出部１２は、記憶部１１に記憶された、Ｎ個の波長帯域に関連付けられた観測画像を構成する全画素の中から、輝度値が基準を満たす画素の輝度値を取り出す。そして、第１中間光路輝度の算出部１２は、取り出したＮ個の輝度値を、波長帯域毎の第１の中間光路輝度とする。例えば、第１中間光路輝度の算出部１２は、基準を満たす輝度値として、最小の輝度値を取り出す。また、例えば、第１中間光路輝度の算出部１２は、基準を満たす輝度値として、全画素の輝度値を小さい順に並べたときに、順位が、全画素数に一定の割合を掛け合わせた数となるところの輝度値を取り出してもよい。
　以降の説明において、第１中間光路輝度の算出部１２が取り出す輝度値に対応する画素を「暗画素」と称する。また、暗画素の輝度値として測定される、地表の暗い領域について表面反射率が０とみなせるとする仮定を、「暗画素仮定」と称する。また、観測画像と関連付けられているＮ個の波長帯域におけるｉ（ｉは１乃至Ｎのいずれかの整数）番目の波長帯域を、γｉと表す。観測画像と関連付けられているＮ個の波長帯域γｉにおいて取り出された暗画素の輝度値を、それぞれ第１の中間光路輝度βＤ（γｉ）とする。
　照度算出部１３は、記憶部１１に記憶された、観測環境を表す情報に基づき、Ｎ個の波長帯域γｉにおける、太陽光による放射照度を算出する。以降の説明において、照度算出部１３により算出されるＮ個の波長帯域γｉにおける、太陽光による放射照度をＩ（γｉ）と表す。例えば、照度算出部１３は、非特許文献１に示す放射照度を表す物理モデルを用いて放射照度Ｉ（γｉ）を算出する。照度算出部１３は、この物理モデルを使用することにより、場所と時刻とから算出される太陽天頂角、及び、大気の状態を表すパラメタを用いて直射日光と大気散乱光とをシミュレートする。これにより、照度算出部１３は、例えば、晴天時の太陽光の分光放射照度を波長ごとに算出できる。
　この物理モデルを用いる場合、照度算出部１３は、まず、シミュレート結果へ及ぼす影響の少ないパラメタの既定値を設定する。そして、照度算出部１３は、これら既定値と、観測環境を表す情報のうち、太陽天頂角、及び、大気の状態を表す値を用いて、晴天時における太陽光の単位波長あたりの放射照度である分光放射照度を算出する。そして、照度算出部１３は、晴天時における太陽光の分光放射照度を、波長帯域γｉが含む下限値から上限値までの波長について足し合わせる。これにより、照度算出部１３は、Ｎ個の波長帯域γｉごとに、放射照度Ｉ（γｉ）を算出する。
　また、照度算出部１３は、Ｎ個の波長帯域γｉにおける、太陽光による標準的な放射照度を記憶して、放射照度Ｉ（γｉ）の代わりに用いても良い。照度算出部１３は、例えば非特許文献２に示す、大気圏外から地球に入射する地点における太陽光の分光放射照度を、波長帯域γｉが含む下限値から上限値までの波長について足し合わせる。これにより、照度算出部１３は、Ｎ個の波長帯域γｉごとに放射照度を算出して記憶してもよい。
　最終光路輝度の算出部１４は、コスト算出部１４１、第２中間光路輝度の算出部１４２、及び、コスト最小化部１４３を備える。
　第２中間光路輝度の算出部１４２は、照度算出部１３により算出された放射照度Ｉ（γｉ）と、コスト最小化部１４３により出力された大気情報とを用いて、第２の中間光路輝度を算出する。以降の説明において、コスト最小化部１４３により算出される、大気情報を表すＭ個のパラメタをＸｊ（ｊは１乃至Ｍのいずれかの整数であり、当該パラメタを区別する添字）と表す。大気情報Ｘｊは、分子、エアロゾル、砂、及び、煤等を含む、大気に含まれる粒子に関する情報を表す。大気情報Ｘｊは、例えば、オングストローム指数、大気混濁度、大気透過率、大気分子の光学的厚さ、エアロゾルの光学的厚さ、視程、もしくはこれらを用いて算出される値である。また、第２中間光路輝度の算出部１４２により算出されたＮ個の波長帯域γｉにおける第２の中間光路輝度をβＭ（γｉ）と表す。数２乃至数４に示す数式は、波長帯域γｉにおける第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）を算出する算出方法を表す式の例である。数２乃至数４に示す数式は、経験則に基づいて構築された経験式である。第２中間光路輝度の算出部１４２は、例えば、数２乃至数４のいずれかの数式を用いて、第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　数２におけるβM（γｉ）の単位（ディメンジョン）は、W（ワット）／ステラジアン・（ｍ（メートル））－３である。I（γｉ）の単位はW／ｍ－３である。γｉの単位はｍである。数２におけるＸ１及びＸ２は、下記の意味を有する大気情報を表す、経験的に求められたパラメタであり、数２における右辺において、Ｉ（γｉ）を除く部分が無次元となることを満たすようなディメンジョンを有する。
  Ｘ１：大気混濁係数等の、大気の混濁度合を表すパラメタ、
  Ｘ２：オングストローム指数等の、大気中に含まれる粒子の粒径の傾向（小さい粒子が多く存在していると大きい値）を表すパラメタ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　数３におけるβM（γｉ）、I（γｉ）、及び、γｉの単位は数２と同様である。数３におけるＸ１乃至Ｘ３は、下記の意味を有する大気情報を表す、経験的に求められたパラメタであり、数３における右辺において、Ｉ（γｉ）を除く部分が無次元となることを満たすようなディメンジョンを有する。
  Ｘ1及びＸ２：数１と同様、
  Ｘ3：散乱される光の割合を表すパラメタ（太陽とセンサとの位置関係に依存する）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　数４におけるβM（γｉ）、I（γｉ）、及び、γｉの単位は数２及び数３と同様である。数４におけるＸ１乃至Ｘ４は、下記の意味を有する大気情報を表す、経験的に求められたパラメタであり、数４における右辺において、Ｉ（γｉ）を除く部分が無次元となることを満たすようなディメンジョンを有する。
  Ｘ１乃至Ｘ3：数３と同様、
  Ｘ４：光路輝度における大気透過率の影響度合を表すパラメタ。
　コスト算出部１４１は、第１中間光路輝度の算出部１２により出力された第１の中間光路輝度βＤ（γｉ）と第２中間光路輝度の算出部１４２により算出された第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）とを用いて、コストＣを算出する。ここで、コストＣは、第２の中間光路輝度と、観測時における実際の光路輝度との乖離度合を示す値である。数５は、コストＣの算出方法を表す式の一例である。コスト算出部１４１は、例えば、数５に示す数式を用いて、コストＣを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　コスト最小化部１４３は、大気情報Ｘｊを、Ｍ個のパラメタの値を順次変更して生成する。コスト最小化部１４３は、コスト算出部１４１により算出されたコストＣの値が所定の条件を満たすとき、最終光路輝度および推定大気情報を出力する。コスト最小化部１４３により出力される最終光路輝度は、第２中間光路輝度の算出部１４２によって算出された第２の中間光路輝度のうち、コスト算出部１４１により算出されるコストＣの値を最小とする値である。また、推定大気情報は、コスト算出部１４１により算出されるコストが最小となるときの大気情報である。最終光路輝度は、観測時における最終的な光路輝度の算出値である。また、推定大気情報は、観測時における最終的な大気情報の推定値である。
　以降の説明において、コスト最小化部１４３により算出される、Ｎ個の波長帯域γｉにおける最終光路輝度をβＥ（γｉ）と表す。また、推定大気情報をＸＥ Ｊと表す。また、コスト最小化部１４３は、最終光路輝度βＥ（γｉ）を算出する過程において使用する中間変数として、現時点でのコストの最小値である最小コストＣｍ、コストの値が最小コストＣｍであるときの大気情報Ｘｍ ｊ、及び、Ｍ個のパラメタの値を順次変更する際の前回の大気情報Ｘｂ ｊを記憶する。コスト最小化部１４３は、最小コストＣｍ、最小コスト時の大気情報Ｘｍ ｊ、及び、大気情報Ｘｊの初期値として、それぞれ所定の値を記憶している。
　コスト最小化部１４３は、例えば、以下の方法を用いて、大気情報Ｘｊを、Ｍ個のパラメタの値を順次変更することにより出力する。コスト最小化部１４３は、最初に、記憶している大気情報Ｘｊの初期値を出力する。コスト最小化部１４３は、コストＣが入力される度に、以下の処理を行い、大気情報Ｘｊを出力する。
　コスト最小化部１４３は、コストＣと最小コストＣｍとを比較する。コスト最小化部１４３は、コストＣが最小コストＣｍより小さい場合には、最小コストＣｍにコストＣを代入し、最小コスト時の大気情報Ｘｍ ｊに大気情報Ｘｊを代入する。コスト最小化部１４３は、値が変更された最小コストＣｍ及び最小コスト時の大気情報Ｘｍ ｊを記憶する。コスト最小化部１４３は、大気情報Ｘｊのパラメタに、前回の大気情報Ｘｂ ｊのパラメタに所定の値を加えた値を代入し、求めた値を出力する。コスト最小化部１４３は、前回の大気情報Ｘｂ ｊに、値が変更された大気情報Ｘｊの値を代入し、求めた値を記憶する。
　また、コスト最小化部１４３は、例えば、以下の方法を用いて、コストＣの値が所定の条件を満たすときに、最終光路輝度βＥ（γｉ）及び推定大気情報ＸＥ Ｊを出力する。コスト最小化部１４３は、コストＣの値が所定の値より小さい場合に、第２中間光路輝度の算出部１４２が第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）を算出したときに用いた数式と同じ数式を使用する。例えば、第２中間光路輝度の算出部１４２が、第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）を、数２に示す数式を用いて算出する場合には、コスト最小化部１４３は、以下の通り動作する。
　コスト最小化部１４３は、大気情報Ｘｊに、前回の大気情報Ｘｂ ｊの値を代入する。コスト最小化部１４３は、数２に示す数式を用いて、第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）を算出する。コスト最小化部１４３は、最終光路輝度βＥ（γｉ）に、算出した第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）の値を代入する。コスト最小化部１４３は、推定大気情報ＸＥ Ｊに、最小コスト時の大気情報Ｘｍ ｊの値を代入する。そして、コスト最小化部１４３は、最終光路輝度βＥ（γｉ）及び推定大気情報ＸＥ Ｊを出力する。同様に、第２中間光路輝度の算出部１４２が、第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）を、数３あるいは数４に示す数式を用いて算出する場合には、コスト最小化部１４３も、数３あるいは数４に示す数式を用いて、第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）を算出する。
　また、コスト最小化部１４３は、例えば、第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）を数２に示す数式を用いて算出する場合に、以下の通りに動作して、大気情報Ｘｊの値を順次変更して出力する。まず、コスト最小化部１４３は、大気情報Ｘｊの初期値を出力する。以降、コスト最小化部１４３は、コストＣが入力される度に、数６に示す数式（行列式）を用いて、大気情報Ｘｊの値を算出し、出力する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　コスト最小化部１４３は、前回の大気情報Ｘｂ ｊに大気情報Ｘｊの値を代入し、前回のコストＣｂにコストＣの値を代入する。コスト最小化部１４３は、値が変更された前回の大気情報Ｘｂ ｊと前回のコストＣｂを記憶する。
　また、コスト最小化部１４３は、例えば、第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）を、数２に示す数式を用いて算出する場合に、以下通り動作することによって、コストＣが所定の条件を満たすことを判定し、最終光路輝度βＥ（γｉ）および推定大気情報ＸＥ Ｊを出力する。コスト最小化部１４３は、コストＣと前回のコストＣｂとの差分を、所定の値と比較する。コストＣと前回のコストＣｂとの差分が所定の値より小さい場合、コスト最小化部１４３は、以下の通り動作する。
　コスト最小化部１４３は、大気情報Ｘｊに、前回の大気情報Ｘｂ ｊの値を代入する。コスト最小化部１４３は、数２に示す数式を用いて、第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）を算出する。コスト最小化部１４３は、最終光路輝度βＥ（γｉ）に、算出した第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）の値を代入する。コスト最小化部１４３は、推定大気情報ＸＥ Ｊに、最小コスト時の大気情報Ｘｍ ｊの値を代入する。そして、コスト最小化部１４３は、最終光路輝度βＥ（γｉ）及び推定大気情報ＸＥ Ｊを出力する。
　光路輝度の補正部１５は、記憶部１１が記憶した観測画像、及び、コスト最小化部１４３が出力した最終光路輝度βＥ（γｉ）を用いて、観測画像に含まれる光路輝度の成分を補正することによって、光路輝度の補正画像を生成する。例えば、光路輝度の補正部１５は、以下の通り動作する。
　光路輝度の補正部１５は、記憶部１１からＮ個の波長帯域γｉに関連付けられている観測画像を読み出す。光路輝度の補正部１５は、コスト最小化部１４３が出力した最終光路輝度βＥ（γｉ）を、読み出された観測画像を構成する全画素について、輝度値Ｌ（γｉ）から減算する補正を行う。すなわち、補正された観測画像は、記憶部１１が記憶する観測画像から、最終光路輝度の算出部１４によって算出された光路輝度の成分が除かれた画像である。この画像を光路輝度の補正画像とする。光路輝度の補正部１５は、記憶部１１が記憶する、Ｎ個の波長帯域γｉに関連付けされた全ての観測画像に対して、上述した補正処理を行う。
　出力部１９は、光路輝度の補正部１５により生成された光路輝度の補正画像と、コスト最小化部１４３から出力された推定大気情報ＸＥ Ｊとを、出力装置６に出力する。
　次に図２のフローチャートを参照して、本実施形態に係る画像情報処理システム１００の動作（処理）について詳細に説明する。
　記憶部１１は、観測が行われたＮ個の波長帯域に関連付けられたＮ個の観測画像と、観測時の観測環境を表す情報を、画像供給装置５から読み込む。記憶部１１は、読み込んだ観測画像を、当該観測画像が観測された波長帯域に関連付けて、測定環境を表す情報とともに記憶する（ステップＳ１０１）。第１中間光路輝度の算出部１２は、波長帯域ごとに関連付けられた観測画像について、全画素の中から輝度値が基準を満たす暗画素の輝度値を取り出し、Ｎ個の波長帯域について取り出した輝度値を、第１の中間光路輝度として出力する（ステップＳ１０２）。
　照度算出部１３は、測定環境を表す情報に基づき、太陽光による放射照度を算出する（ステップＳ１０３）。コスト最小化部１４３は、コスト算出部１４１が新たなコストを算出する度に、大気情報の値を順次更新して出力する（ステップＳ１０４）。第２中間光路輝度の算出部１４２は、照度算出部１３が算出した太陽光による放射照度と、コスト最小化部１４３が出力した大気情報とに基づき、第２の中間光路輝度を算出する（ステップＳ１０５）。
　コスト算出部１４１は、第１中間光路輝度の算出部１２が出力した第１の光路輝度と、第２中間光路輝度の算出部１４２が算出した第２の中間光路輝度とに基づき、コストを算出する（ステップＳ１０６）。
　コストが所定の条件を満たす場合（ステップＳ１０７でＹｅｓ）、コスト最小化部１４３は、最終光路輝度、及び、推定大気情報を算出する（ステップＳ１０８）。コストが所定の条件を満たさない場合（ステップＳ１０７でＮｏ）、処理はステップＳ１０４へ戻る。
　光路輝度の補正部１５は、観測画像と最終光路輝度とを用いて、観測画像に含まれる光路輝度の成分を除去することによって、光路輝度の補正画像を生成する（ステップＳ１０９）。出力部１９は、光路輝度の補正部１５が生成した光路輝度の補正画像を出力装置６に出力し（ステップＳ１１０）、全体の処理は終了する。
　本実施形態に係る画像情報処理システム１００は、観測された地表領域を表す画像において、暗い領域の表面反射率が０とみなせない波長帯域においても、光路輝度を高い精度で算出することができる。その理由は、最終光路輝度の算出部１４が、第１中間光路輝度の算出部１２により算出された第１の中間光路輝度と、第２中間光路輝度の算出部１４２により算出された第２の中間光路輝度とを用いて、第２の中間光路輝度と実際の光路輝度との乖離度合を示すコストを算出し、このコストの値が最小となるときの第２の中間光路輝度を、最終光路輝度として出力するからである。
　本実施形態に係る画像情報処理システム１００による効果を、以下により具体的に説明する。図６に示す一般的な画像情報処理装置４では、画像として測定された地表領域の中の、輝度の小さい画素に対応する領域の表面反射率が０とみなせない波長帯域については、光路輝度を高い精度で算出することができない。すなわち、暗画素仮定によって、観測時の実際の光路輝度を高い精度で算出することは困難である。
　これに対して、本実施形態に係る画像情報処理装置１では、第１中間光路輝度の算出部１２が、波長帯域に関連付けられた観測画像について、輝度値が基準を満たす暗画素の輝度値を取り出し、第１の中間光路輝度として出力する。第２中間光路輝度の算出部１４２は、照度算出部１３により算出された太陽光による放射照度、及び、コスト最小化部１４３が算出した大気情報を変更しながら、第２の中間光路輝度を繰り返し算出する。そして、最終光路輝度の算出部１４は、第１及び第２の中間光路輝度から算出するコストが最小となるときの第２の中間光路輝度を、最終光路輝度として出力する。これにより、本実施形態に係る画像情報処理装置１は、観測された地表領域を表す画像において、暗い領域の表面反射率が０とみなせない波長帯域においても、光路輝度を高い精度で算出することができる。
　また、本実施形態に係る画像情報処理装置１では、最終光路輝度の算出部１４が、最終光路輝度に加えて、推定大気情報を出力部１９を介して出力する。推定大気情報は、観測時における大気の状態を示す情報である。したがって、本実施形態に係る画像情報処理装置１は、気象情報として有効活用可能な大気情報を得ることができる。
　＜第２の実施形態＞
　図３は、第２の実施形態に係る画像情報処理システム２００の構成を概念的に示すブロック図である。以下の説明では、第１の実施形態と同様に動作する構成については、第１の実施形態と同じ番号を付与することにより、説明を省略する。
　本実施形態に係る画像情報処理システム２００は、大別して、画像情報処理装置２、画像供給装置５、及び、出力装置６を備える。
　画像情報処理装置２は、記憶部１１、第１中間光路輝度の算出部１２、照度算出部１３、最終光路輝度の算出部２４、光路輝度の補正部１５、及び、出力部１９を備える。最終光路輝度の算出部２４は、電子回路の場合もあれば、コンピュータプログラムとそのコンピュータプログラムに従って動作するプロセッサによって実現される場合もある。
　最終光路輝度の算出部２４は、波長選択部２４１１、波長コスト算出部２４１２、第２中間光路輝度の算出部１４２、及び、コスト最小化部１４３を備える。
　最終光路輝度の算出部２４は、第１中間光路輝度の算出部１２が出力した第１の中間光路輝度βＤ（γｉ）（ｉは１乃至Ｎのいずれかの整数）と、照度算出部１３が算出した太陽光による放射照度Ｉ（γｉ）とを用いて、最終光路輝度βＥ（γｉ）、及び、推定大気情報ＸＥ Ｊを算出する。最終光路輝度の算出部２４は、Ｎ個の波長帯域γｉの中から、所定の基準に基づき、波長帯域を選択し、選択した波長帯域と選択しなかった波長帯域において、それぞれ異なる方法で算出した値の和をコストとする。そして、最終光路輝度の算出部２４は、このコストが所定の条件を満たすときの第２の中間光路輝度を、最終光路輝度として出力する。最終光路輝度の算出部２４は、このコストが最小となるときの大気情報を、推定大気情報ＸＥ Ｊとして出力する。
　波長選択部２４１１は、第１中間光路輝度の算出部１２が出力した第１の中間光路輝度と、第２中間光路輝度の算出部１４２が算出した第２の中間光路輝度とを用いて、Ｎ個の観測波長帯域から１以上の波長帯域を選択し、選択した波長帯域を出力する。波長選択部２４１１が選択する波長帯域の数は１乃至（Ｎ－１）のいずれかの数Ｐである。以降の説明において、波長選択部２４１１が選択した波長帯域を、選択波長帯域γｊ（ｊはｓ１乃至ｓＰのいずれかの整数）と表す。
　例えば、波長選択部２４１１は、Ｎ個の波長帯域γｉにおいて順番に、第１の中間光路輝度βＤ（γｉ）と、第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）とを比較する。そして、第１の中間光路輝度βＤ（γｉ）が第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）より大きくなる場合、波長選択部２４１１は、波長帯域γｉを選択し、選択波長帯域γｊとして記憶する。波長選択部２４１１は、選択波長帯域γｊを記憶する度にｊの値を更新し、γｓ１からγｓＰまで順次記憶する。
　波長コスト算出部２４１２は、第１中間光路輝度の算出部１２が出力した第１の中間光路輝度βＤ（γｉ）と、第２中間光路輝度の算出部１４２が算出した第２の中間光路輝度βＭ（γｉ）と、波長選択部２４１１が選択した波長帯域γｉとを用いて、コストＣを算出する。例えば、波長コスト算出部２４１２は、選択波長コスト係数Ａと非選択波長コスト係数Ｂについて、それぞれ既定値を記憶しておく。選択波長コスト係数Ａは、暗画素仮定が満たされない波長帯域において、第１の中間光路輝度が、最終光路輝度の算出に及ぼす影響の度合いを表す係数である。非選択波長コスト係数Ｂは、暗画素仮定が満たされている波長帯域において、第１の中間光路輝度が、最終光路輝度の算出に及ぼす影響の度合いを表す係数である。選択波長コスト係数Ａの既定値は、非選択波長コスト係数Ｂの既定値より小さい値に設定されている。すなわち、波長コスト算出部２４１２は、波長選択部２４１１が選択しなかった波長帯域について、波長選択部２４１１が選択した波長帯域よりも重みを付けて、コストＣを算出する。
　波長コスト算出部２４１２は、Ｎ個の観測波長帯域γｉのうち、選択波長帯域γｊを除いた波長帯域を、非選択波長帯域γｋ（ｋはｔ１乃至ｔ（Ｎ－Ｐ）のいずれかの整数）とする。波長コスト算出部２４１２は、数７に示す数式を用いてコストＣを算出する。尚、数７に示す数式における「・」は、乗算を示す演算子である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　本実施形態に係る画像情報処理システム２００は、第１の実施形態と同様に、観測された地表領域を表す画像において、暗い領域の表面反射率が０とみなせない波長帯域においても、光路輝度を高い精度で算出することができる。その理由は、最終光路輝度の算出部２４が、第１中間光路輝度の算出部１２により算出された第１の中間光路輝度と、第２中間光路輝度の算出部１４２により算出された第２の中間光路輝度とを用いて、第２の中間光路輝度と実際の光路輝度との乖離度合を示すコストを算出し、このコストが最小となるときの第２の中間光路輝度を、最終光路輝度として出力するからである。
　本実施形態に係る波長コスト算出部２４１２に記憶された選択波長コスト係数Ａの既定値は、非選択波長コスト係数Ｂの既定値より小さい値に設定されている。したがって、本実施形態に係る画像情報処理装置２は、暗画素仮定が満たされない波長帯域において発生する、第１の中間光路輝度の推定誤差が、最終光路輝度の算出に及ぼす影響を軽減するので、第１の実施形態と比較して、さらに高い精度で光路輝度を算出できる。
　＜第３の実施形態＞
　図４は、第３の実施形態に係る画像情報処理装置３の構成を概念的に示すブロック図である。
　本実施形態に係る画像情報処理装置３は、記憶部３１、第１中間光路輝度の算出部３２、照度算出部３３、及び、最終光路輝度の算出部３４を備える。
　記憶部３１は、地表にて反射した異なる複数の波長帯域の電磁波が観測された結果を表す観測画像と、当該波長帯域を表す情報と、当該電磁波が観測された際の観測環境を表す情報と、を関連付けて記憶している。
　第１中間光路輝度の算出部３２は、波長帯域ごとに、関連付けられた観測画像を構成する画素の中から、輝度が基準を満たす暗画素の輝度を第１の中間光路輝度とする。
　照度算出部３３は、波長帯域ごとに、観測環境を表す情報に基づき、太陽光による放射照度を算出する。
　最終光路輝度の算出部３４は、放射照度と、第１の中間光路輝度と、に基づき、波長帯域ごとに、最終光路輝度を算出する。
　本実施形態に係る画像情報処理装置３は、観測された地表領域を表す画像において、暗い領域の表面反射率が０とみなせない波長帯域においても、光路輝度を高い精度で算出することができる。その理由は、最終光路輝度の算出部３４が、第１中間光路輝度の算出部３２により算出された第１の中間光路輝度と、照度算出部３３により算出された太陽光による放射照度とを用いることによって、波長帯域ごとに、実際の光路輝度と値が近い最終光路輝度を算出するからである。
　＜ハードウェア構成例＞
　上述した各実施形態において図１、図３、及び、図４に示した各部は、専用のＨＷ（ＨａｒｄＷａｒｅ）（電子回路）によって実現することができる。また、少なくとも、第１中間光路輝度の算出部１２及び３２、照度算出部１３及び３３、及び、最終光路輝度の算出部１４、２４及び３４は、ソフトウェアプログラムの機能（処理）単位（ソフトウェアモジュール）と捉えることができる。但し、これらの図面に示した各部の区分けは、説明の便宜上の構成であり、実装に際しては、様々な構成が想定され得る。この場合のハードウェア環境の一例を、図７を参照して説明する。
　図７は、本発明の模範的な実施形態に係る画像情報処理装置を実行可能な情報処理装置９００（コンピュータ）の構成を例示的に説明する図である。即ち、図７は、図１、図３、及び、図４に示した画像情報処理装置を実現可能なコンピュータ（情報処理装置）の構成であって、上述した実施形態における各機能を実現可能なハードウェア環境を表す。
　図７に示した情報処理装置９００は、構成要素として下記を備えている。
・ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ＿Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＿Ｕｎｉｔ）９０１、
・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ＿Ｏｎｌｙ＿Ｍｅｍｏｒｙ）９０２、
・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ＿Ａｃｃｅｓｓ＿Ｍｅｍｏｒｙ）９０３、
・ハードディスク（記憶装置）９０４、
・外部装置との通信インタフェース９０５、
・バス９０６（通信線）、
・ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ＿Ｄｉｓｃ＿Ｒｅａｄ＿Ｏｎｌｙ＿Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録媒体９０７に格納されたデータを読み書き可能なリーダライタ９０８、
・入出力インタフェース９０９、
　情報処理装置９００は、これらの構成がバス９０６を介して接続された一般的なコンピュータである。
　そして、上述した実施形態を例に説明した本発明は、図７に示した情報処理装置９００に対して、次の機能を実現可能なコンピュータプログラムを供給する。その機能とは、その実施形態の説明において参照したブロック構成図（図１、図３、及び、図４）における、第１中間光路輝度の算出部１２及び３２、照度算出部１３及び３３、及び、最終光路輝度の算出部１４、２４及び３４、或いはフローチャート（図２）の機能である。本発明は、その後、そのコンピュータプログラムを、当該ハードウェアのＣＰＵ９０１に読み出して解釈し実行することによって達成される。また、当該装置内に供給されたコンピュータプログラムは、読み書き可能な揮発性のメモリ（ＲＡＭ９０３）またはハードディスク９０４等の不揮発性の記憶デバイスに格納すれば良い。
　また、前記の場合において、当該ハードウェア内へのコンピュータプログラムの供給方法は、現在では一般的な手順を採用することができる。その手順としては、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ等の各種記録媒体９０７を介して当該装置内にインストールする方法や、インターネット等の通信回線を介して外部よりダウンロードする方法等がある。そして、このような場合において、本発明は、係るコンピュータプログラムを構成するコード或いは、そのコードが格納された記録媒体９０７によって構成されると捉えることができる。
　以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
　この出願は、２０１４年１２月１９日に出願された日本出願特願２０１４－２５７０３９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本願発明は、高所から地表を測定した結果に基づく、営農支援や資源探査に利用可能である。
　１　　画像情報処理装置
　１１　　記憶部
　１２　　第１中間光路輝度の算出部
　１３　　照度算出部
　１４　　最終光路輝度の算出部
　１４１　　コスト算出部
　１４２　　第２中間光路輝度の算出部
　１４３　　コスト最小化部
　１５　　光路輝度の補正部
　１９　　出力部
　５　　画像供給装置
　６　　出力装置
　１００　　画像情報処理システム
　２　　画像情報処理装置
　２４　　最終光路輝度の算出部
　２４１１　　波長選択部
　２４１２　　波長コスト算出部
　２００　　画像情報処理システム
　３　　画像情報処理装置
　３１　　記憶部
　３２　　第１中間光路輝度の算出部
　３３　　照度算出部
　３４　　最終光路輝度の算出部
　４　　画像情報処理装置
　４１　　画像読込部
　４２　　暗画素特定部
　４３　　センサパラメタ記憶部
　４４　　大気伝搬補正部
　９００　　情報処理装置
　９０１　　ＣＰＵ
　９０２　　ＲＯＭ
　９０３　　ＲＡＭ
　９０４　　ハードディスク（記憶装置）
　９０５　　通信インタフェース
　９０６　　バス
　９０７　　記録媒体
　９０８　　リーダライタ
　９０９　　入出力インタフェース

Claims (10)

  1. 　地表にて反射した異なる複数の波長帯域の電磁波が観測された結果を表す観測画像と、前記波長帯域を表す情報と、前記電磁波が観測された際の観測環境を表す情報とが、関連付けられて記憶された記憶手段と、
    　前記波長帯域ごとに、関連付けられた前記観測画像を構成する画素の中から、輝度が基準を満たす暗画素の輝度を第一の中間光路輝度とする第一中間光路輝度の算出手段と、
    　前記波長帯域ごとに、前記観測環境を表す情報に基づき、太陽光による放射照度を算出する照度算出手段と、
    　前記放射照度と、前記第一の中間光路輝度と、に基づき、前記波長帯域ごとに、最終光路輝度を算出する最終光路輝度の算出手段と、
    　を備える画像情報処理装置。
  2. 　前記最終光路輝度の算出手段は、
    　　大気の状態に関する大気情報を、前記大気情報を表す変数の値を変更することによって順次生成するコスト最小化手段と、
    　　前記コスト最小化手段が前記大気情報を生成するたびに、前記大気情報、及び、前記放射照度に基づき、第二の中間光路輝度を算出する第二中間光路輝度の算出手段と、
    　　前記第二の中間光路輝度と、前記電磁波を観測した際の実際の光路輝度との乖離度合を示すコストの値を、前記第一及び第二の中間光路輝度に基づき算出するコスト算出手段と、
    　を含み、
    　前記コスト最小化手段は、前記コストの値が所定の条件を満たすときの前記第二の中間光路輝度を、前記最終光路輝度として算出する、
    　請求項１に記載の画像情報処理装置。
  3. 　前記最終光路輝度の算出手段は、
    　　大気の状態に関する大気情報を、前記大気情報を表す変数の値を変更することによって順次生成するコスト最小化手段と、
    　　前記コスト最小化手段が前記大気情報を生成するたびに、前記大気情報、及び、前記放射照度に基づき、第二の中間光路輝度を算出する第二中間光路輝度の算出手段と、
    　　前記第一及び第二の中間光路輝度を基に、前記複数の波長帯域の中から、１以上の波長帯域選択する波長選択手段と、
    　　前記第一及び第二の中間光路輝度、及び、前記波長選択手段が選択した波長帯域を示す情報を基に、前記第二の中間光路輝度と、前記電磁波を観測した際の実際の光路輝度との乖離度合を示すコストの値を算出する波長コスト算出手段と、
    　を含み、
    　前記コスト最小化手段は、前記コストの値が所定の条件を満たすときの前記第二の中間光路輝度を、前記最終光路輝度として算出する、
    　請求項１に記載の画像情報処理装置。
  4. 　前記波長選択手段は、前記第一の中間光路輝度が前記第二の中間光路輝度よりも大きくなる前記波長帯域を選択し、
    　前記波長コスト算出手段は、前記波長選択手段が選択しなかった前記波長帯域について、前記波長選択手段が選択した前記波長帯域よりも重みを付けて、前記コストの値を算出する、
    　請求項３に記載の画像情報処理装置。
  5. 　前記コスト最小化手段は、前記コストの値が最小となるときの前記第二の中間光路輝度を、前記最終光路輝度として算出する、
    　請求項２乃至４のいずれかに記載の画像情報処理装置。
  6. 　前記コスト最小化手段は、前記コストの値が、前記所定の条件を満たすときの前記大気情報を外部に出力する、
    　請求項２乃至５のいずれかに記載の画像情報処理装置。
  7. 　前記波長帯域ごとに、前記観測画像から前記最終光路輝度が示す成分を除去した光路輝度補正画像を生成する光路輝度の補正手段
    　をさらに備える請求項１乃至６のいずれかに記載の画像情報処理装置。
  8. 　請求項１乃至７のいずれかに記載の画像情報処理装置と、
    　前記画像情報処理装置と通信可能に接続され、前記観測画像を、当該観測画像が観測された前記波長帯域、及び、前記測定環境を表す情報に関連付けて、前記画像情報処理装置に入力する画像供給装置と、
    　を備える、画像情報処理システム。
  9. 　地表にて反射した異なる複数の波長帯域の電磁波が観測された結果を表す観測画像と、前記波長帯域を表す情報と、前記電磁波が観測された際の観測環境を表す情報と、を関連付けて記憶手段が記憶している場合に、
    　情報処理装置によって、
    　前記波長帯域ごとに、関連付けられた前記観測画像を構成する画素の中から、輝度が基準を満たす暗画素の輝度を第一の中間光路輝度とし、
    　前記波長帯域ごとに、前記観測環境を表す情報に基づき、太陽光による放射照度を算出し、
    　前記放射照度と、前記第一の中間光路輝度と、に基づき、前記波長帯域ごとに、最終光路輝度を算出する、
    　画像情報処理方法。
  10. 　地表にて反射した異なる複数の波長帯域の電磁波が観測された結果を表す観測画像と、前記波長帯域を表す情報と、前記電磁波が観測された際の観測環境を表す情報と、が関連付けされて記憶された記憶手段にアクセス可能なコンピュータに、
    　前記波長帯域ごとに、関連付けられた前記観測画像を構成する画素の中から、輝度が基準を満たす暗画素の輝度を第一の中間光路輝度とする中間光路輝度の算出処理と、
    　前記波長帯域ごとに、前記観測環境を表す情報に基づき、太陽光による放射照度を算出する照度算出処理と、
    　前記放射照度と、前記第一の中間光路輝度と、に基づき、前記波長帯域ごとに、最終光路輝度を算出する最終光路輝度の算出処理と、
    　を実行させる画像情報処理プログラムが格納された記録媒体。
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