定量データとして正確迅速に計測できる計測方法を提案するものである色を数値で表す方法には大きく XYZ 表色系と Luv* 表色系とがある一般に人間の感覚量と物理量の関係は非線形であることが多く光や色の感覚においても例外ではないしたがって物理量に比例した尺度で表される XYZ 色空

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しげじろうはまもり
5 years ago
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1 均等色度図を用いた緑視率自動計測装置の開発財団法人都市緑化機構都市緑化技術研究所外崎公知アドバンストシステムズ株式会社瀧澤惣一 1. はじめに居住環境における緑は景観を構成する重要な要素の一つであるやすらぎ落ち着き美しさなど人間の心理に直接及ぼす効果によるものであるこの人間の知覚を通して把握される緑は立体的に存在する緑であろう知覚の中心となる視覚については視覚量として写真の緑視量を用いて分析され緑視率が高まるにつれ潤い感安らぎ感さわやかさなどの心理的効果が向上し真夏日の不快感をやわらげるのに役立つまた緑視率 25% 以上で緑が多いと感じる等快適性や緑の多少感との間に密接な関係があることが数多く報告されている 1) 2) 3) 4) 都市における緑景観については景観緑三法や環境性能表示等を契機に社会的な関心が高まってきている都市緑地法に基づく緑の基本計画や景観法に基づく景観計画に市民が生活の中で緑の豊かさが実感できる指標として緑視率の計画目標を定めている地方公共団体や緑視率の向上を明記している地方公共団体が増えてきている平成 23 年 5 月に策定された第 1 次京のみどり推進プラン ( 京都市緑の基本計画実施計画) では人々が感じる緑の豊かさ ( 緑に対する満足度 ) を向上させるため目に見える範囲の緑の割合を計測評価する緑視率等を取り入れながら今後 5 年間の目標や実施する事業をまとめている平成 23 年 9 月にソウル市で開催された都市景観改善のための立体緑化活用方策セミナーにおいてソウル市の担当者は市内約 500 箇所の緑視率を 2010 年 9 月に計測し平均で 20.35% 2009 年 9 月 (19.32%) よりも 1.03% 増加したと報告しているまた日本学術会議の魅力ある都市構築のための空間緑化 - 近未来のアーバングリーニング- ( 平成 19 年 9 月 ) 産業構造審議会の工場立地法の課題と今後のあり方について ( 平成 19 年 10 月 ) ( 独 ) 都市再生機構のみどりのちから~ 緑景観の不動産価値 ~ ( 平成 20 年 3 月 ) ( 社 ) プレハブ建築協会のまちなみ景観評価の提案 ( 平成 20 年 3 月 ) 等の中でも緑視率の重要性有効性が指摘されているしかしながらこの緑視率については検討すべき課題がいくつかあり緑視率に含める緑の範囲又は緑視率の定義に関するものと緑視率の計測方法に関するものとがありこれらが密接に関連し緑視率の環境指標としての一般化を困難にしている中でも画像に占める緑の面積を計測する方法については画像処理ソフト ( 例えば Photoshop) による緑色指定法方眼法点格子板法などの方法 ( 図 1) があるがいずれも人間による目視計測のため多くの時間と労力を要するだけでなく測定者による誤差が生じ正確で客観的なデータを取ることが容易ではないのが現状である図 1 これまでの緑視率計測方法 2. 緑視率計測方法の概要本研究では樹木などの植物の葉の色はクロロフィルの反射特性に起因して緑に見えること 5)6) に着目し植物の葉の定点観測の結果等により緑に見える範囲 ( 以下緑視領域という ) を精度よく識別することを試みるその上で葉の緑視領域を画像の識別基準に用い緑視率を客観的な

定量データとして正確迅速に計測できる計測方法を提案するものである色を数値で表す方法には大きく XYZ 表色系と L*u*v* 表色系とがある一般に人間の感覚量と物理量の関係は非線形であることが多く光や色の感覚においても例外ではないしたがって物理量に比例した尺度で表される XYZ 色空間は人間の感覚量のスケールに対応していない一方 L*u*v* 表色系は CIE が 1976

2 定量データとして正確迅速に計測できる計測方法を提案するものである色を数値で表す方法には大きく XYZ 表色系と L*u*v* 表色系とがある一般に人間の感覚量と物理量の関係は非線形であることが多く光や色の感覚においても例外ではないしたがって物理量に比例した尺度で表される XYZ 色空間は人間の感覚量のスケールに対応していない一方 L*u*v* 表色系は CIE が 1976 年に定めた均等色空間の一つである XYZ 表色系の xy 色度図は均等な知覚尺度を持っていないが u*v* 色度図は人の眼による等しい色差感を表したものであるこのため人間の心理に直接影響する緑視領域の識別には CIE1976 u'v' 色度図 ( 図 2) を用いる本研究は国営昭和記念公園 ( 立川市昭島市 ) において樹木等の景観画像を撮影し画像中の葉の色が CIE1976 u'v' 色度図上でどのように分布するかを求め葉の色度分布の範囲を緑視率の識別基準としようとするものである撮影方法は緑視率に関する文献に記された知見をもとに人間が広い場所で全体を見渡す感じのする自然な視野範囲としデジタルカメラ (35mm フィルム換算で焦点距離 28mm 相当 ) で人の視線に相当する高さ 1.5m で撮影した詳細は次の通りである撮影日時:2008 年 6~9 月の毎月中旬 1 回 10 時 ~14 時天候条件: 快晴薄曇り撮影条件: 三脚を使用し水平に出来るだけ順光下で撮影定点観測地点で撮影した 24 画像を用いて 1 画像当たり図 2 CIE1976 u'v' 色度図約 5~10 箇所の葉の測点 ( 大きさ 25~100 ピクセル相当 ) を抽出し約 200 箇所の測点の CIE1976 u'v' 色度データを月単位で取得した ( 図 3 図 4 参照 ) 多くの緑の要素が含まれるように目視により枝や幹等の情報ノイズを除去する方法として樹冠等で属性が同一の部分を円形に測定しその平均値を用いた CIE1976 u'v' 色度データの計測にはアドバンストシステムズ株式会社製のカラーコンフォートメータを使用した各月の色度データを CIE1976 u'v' 色度図にプロットした上で u v の最大値最小値平均値を求め 6~9 月における葉の色度が分布する領域 ( 以下緑視色度領域という ) を特定した CIE1976 u'v' 色度図は均等色空間であり色差感覚が色度図内の距離とほぼ等しいことから葉の色度領域を楕円形で指定することができる次に緑視率の測定データを取得するため定点観測地点から 12 地点を選択し 2008 年 6~9 月に撮影した画像を用いて目視による方眼法により緑視率を測定した一般に緑視率に含める緑については緑被率との関連から植物の属性 ( 樹木の幹枝葉花 ) や水面等を含めることが多い ( 属性緑視率 ) が本研究では心理学的統計学的に有意 7) と考えられる葉の緑視領域に限定する ( 色度緑視率 ) 具体的にはパソコンモニター上で計測画像に方眼 (45 30) を重ね肉眼で一法眼中の緑の割合が 50% 以上と判定できる場合に当該方眼に 1 を入力し全て判定後に文字カウント機能を利用し総数の集計を行い全方眼数 (1,350 メッシュ ) に対する割合として緑視率を算定した方眼を少し移動させこれを 3 回行いその平均値を緑視率の測定データとした上記の画像を用いて同様に CIE1976u'v' 空間の緑視色度領域による緑視データ ( 緑視率 ) を算出するとともに緑視率の計測方法として画像 RGB データを G(green)>R((red),B(blue) として緑視領域を識別している事例があることから G>R,B による緑視データ ( 緑視率 ) を算出したその上で葉の量や色が比較的安定する 7 月の 12 地点の画像を対象に方眼法で測定した緑視率 CIE1976u'v' 空間の緑視色度領域による緑視データ RGB データの G>R,B による緑視データで相関分析を実施した次にこの相関分析の結果を吟味し 7 月の定点画像から重複を除く全 23 画像のデータを用いて回帰分析を実施した

3. 各種データの算出結果 (1) 植物の葉の色度データの整理図 3 は 7 月における葉の色度分布を CIE1976 u'v' 色度図上に示したものであり色度図上の境界線 ( 区分線 ) はカテゴリカルカラー分類 *1 による 11 色境界線であるまた図 3の一部を拡大したものが図 4である葉の色度はカテゴリカルカラーの Green 領域内に分布ししかも比較的狭い範囲に集中している

色度図上で傾斜楕円形として特定しこれを緑視率の基準としようとするものである表 1より各月の平均色度 u'v' 値がカテゴリカルカラーの Green 領域内にあることから 6~9 月までの各月の平均色度 u'v' 値より葉の色度の均等色度図上の中心点 ( 以下緑視色度中心という ) を求める 6~9 月の平均色度 u'v' 値 u 値 0.188 v 値 0.

3 3. 各種データの算出結果 (1) 植物の葉の色度データの整理図 3 は 7 月における葉の色度分布を CIE1976 u'v' 色度図上に示したものであり色度図上の境界線 ( 区分線 ) はカテゴリカルカラー分類 *1 による 11 色境界線であるまた図 3の一部を拡大したものが図 4である葉の色度はカテゴリカルカラーの Green 領域内に分布ししかも比較的狭い範囲に集中している表 1 に CIE1976u'v' 空間における葉の色度の基本統計量を示す図 3 CIE1976 u'v' 色度図上の葉 (7 月 ) の色度分布表 1 定点観測地点で撮影した画像中の葉の色度 u'v' 値図 4 図 3 の色度分布拡大図 (2) 葉の色度領域の特定葉の色度が CIE1976 u'v' 色度図上でどのように変化するかを求め葉の色度の範囲を CIE1976 u'v' 色度図上で傾斜楕円形として特定しこれを緑視率の基準としようとするものである表 1より各月の平均色度 u'v' 値がカテゴリカルカラーの Green 領域内にあることから 6~9 月までの各月の平均色度 u'v' 値より葉の色度の均等色度図上の中心点 ( 以下緑視色度中心という ) を求める 6~9 月の平均色度 u'v' 値 u 値 v 値緑視色度中心を軸とする傾斜角度は約 10 であるまた 6~9 月までの各月の色度 u'v' 値の最小値と最大値から葉の色度の均等色度図上における距離を求め緑視色度中心からの平均距離を求める u 値 v 値図 3に示す楕円に囲まれた色度 u'v' 値の範囲が葉の色度の均等色度図上における範囲緑視色度領域である u 値 0.14 ~ 0.23 v 値 0.49 ~ (3) 緑視率緑視データの検討 12 地点の定点観測地点で撮影した画像を用い方眼法により緑視率を測定するとともに CIE1 976u v 空間の緑視色度領域による方法 ( 以下緑視色度領域法という ) 及び画像 RGB 色度

の G>R,B による方法 ( 以下色度 G>R,B 法という ) で緑視データを取得した緑視率及び緑視データを表 2に示す緑視率と各緑視データの相関分析の結果を表 3に示す方眼法による緑視率の測定値と各緑視データの相関係数はいずれも高く特に緑視色度領域法による緑視データとの相関が高い値を示したい値を示した表 2 緑視率緑視データ

CIE1976u'v' 色度図を用いた緑視率の計測方法 (1) 緑視率の計測方法 CIE1976 u'v' 色度図は均等色空間であるため色差感覚が色度図内の距離とほぼ等しいので樹木など植物の緑視色度領域を楕円形で指定できるこのことから CIE1976 u'v' 色度図を用いて緑視色度領域を傾斜楕円形で指定すれば

は緑視色度中心からの u 軸上の距離,Gb は緑視色度中心からの v 軸上の距離,θ は緑視色度中心を軸とした傾斜角度である遠景の樹木などの緑は空気中の水分などにより彩度が低くなる ( 無彩色領域に向かう ) ためその色度は均等色度図 (CIE1976 u'v' 色度図 ) において緑視色度中心から光源方向へ移動するこの点を考慮し均等色度図

4 の G>R,B による方法 ( 以下色度 G>R,B 法という ) で緑視データを取得した緑視率及び緑視データを表 2に示す緑視率と各緑視データの相関分析の結果を表 3に示す方眼法による緑視率の測定値と各緑視データの相関係数はいずれも高く特に緑視色度領域法による緑視データとの相関が高い値を示したい値を示した表 2 緑視率緑視データ (%) 表 3 相関分析の結果表 4 回帰分析の結果緑視率と各緑視データの相関分析結果をもとに方眼法による緑視率の測定値を目的変数とし緑視データを説明変数に用いて回帰分析を実施した回帰分析の結果表 4に示すようにP 値及び相関係数から緑視色度領域法の方が色度 G>R,B 法より精度よく識別できることが判明した 4.CIE1976u'v' 色度図を用いた緑視率の計測方法 (1) 緑視率の計測方法 CIE1976 u'v' 色度図は均等色空間であるため色差感覚が色度図内の距離とほぼ等しいので樹木など植物の緑視色度領域を楕円形で指定できるこのことから CIE1976 u'v' 色度図を用いて緑視色度領域を傾斜楕円形で指定すれば明度に影響されずに植物の葉の部分を画像の中からより正確に特定することができると期待される CIE1976 u'v' 色度図空間における緑視色度領域の範囲は次の式 (1) となる Gu は CIE1976 u'v' 色度図 u 軸上で緑視色度中心からの距離 Gv は CIE1976 u'v' 色度図 v 軸上で緑視色度中心からの距離,Ga は緑視色度中心からの u 軸上の距離,Gb は緑視色度中心からの v 軸上の距離,θ は緑視色度中心を軸とした傾斜角度である遠景の樹木などの緑は空気中の水分などにより彩度が低くなる ( 無彩色領域に向かう ) ためその色度は均等色度図 (CIE1976 u'v' 色度図 ) において緑視色度中心から光源方向へ移動するこの点を考慮し均等色度図 (CIE1976u v 色度図 ) 空間でカテゴリカルカラー分類の無彩色領域 ( グレイ領域 ) にある緑視色度領域を取り除き緑視率を計測する緑視率の算出方法はデジタル画像処理により画像中からグレイ領域を除いた緑視色度領域を緑視量として抽出し画像データ全体に占める緑視量の割合を緑視率として算出するものであるなおこの計測方法は画像中の緑視色度領域を葉の緑と識別することから以下の点に留意する必要がある ( 緑と識別しないもの )

ベニカナメモチやクス等赤い若葉の葉赤や黄色に紅葉した葉花や樹幹の部分光が反射しない影の部分遠景の樹木等 ( 緑と識別するもの ) 水面や鏡等に反射した樹木の緑樹木トンネル下の道路面等の葉群下部 (

画像データとともに保存できる緑視率自動計測装置 ( アドバンストシステムズ社アーバングリーング ) を開発したデータ処理の流れ及び装置の概観等を図 5 図 6に示す図 5 自動計測装置でのデータ処理の流れ図

自動計測装置の開発により大量のデータを容易に取得できるようになり多面的な調査分析が可能となる試みに銀座三越前 ~ 銀座松屋表参道交差点 ~アニバーサリーの間を 10m ピッチで緑視率を計測した ( 図

5 ベニカナメモチやクス等赤い若葉の葉赤や黄色に紅葉した葉花や樹幹の部分光が反射しない影の部分遠景の樹木等 ( 緑と識別するもの ) 水面や鏡等に反射した樹木の緑樹木トンネル下の道路面等の葉群下部 ( 可視光の内緑の光がやや多くなる ) 緑視色度領域内の色で被覆された人工物( 塗装タイル等 ) 等 (2) 緑視率自動計測装置簡単な操作で正確な緑視率をその場で瞬時に計測表示し画像データとともに保存できる緑視率自動計測装置 ( アドバンストシステムズ社アーバングリーング ) を開発したデータ処理の流れ及び装置の概観等を図 5 図 6に示す図 5 自動計測装置でのデータ処理の流れ図 6 自動計測装置の外観と緑視率表示 (3) 有効性これまで緑視率は計測方法の煩雑さから特定の地点で撮影された単一画像又はパノラマ画像を用いることが多かったが自動計測装置の開発により大量のデータを容易に取得できるようになり多面的な調査分析が可能となる試みに銀座三越前 ~ 銀座松屋表参道交差点 ~アニバーサリーの間を 10m ピッチで緑視率を計測した ( 図 7 図 8) ところ両者の差異が明瞭となり連続して緑視率を計測することにより線的な評価分析にも有効であると考えられる図 7 表参道 ( 撮影地点 2) の画像データ図 8 10m ピッチの緑視率の変化 (4) 効率性先の撮影画像を用いて目視による方眼法とアーバングリーニングによる緑視色度領域法により

6 緑視率の測定時間を比較した撮影及びデータ集計の作業は両者とも同様なので緑視率計測の効率性は画像判読の作業時間が大きく影響する方眼法による 24 枚の判読作業の結果を表 5に示すなお方眼メッシュ設定やデータ平均値の算出等に関する所要時間は含めていない画像判読の作業が実質ゼロとなることから緑視色度領域法の効率性は飛躍的に高いことが分かる表 5 方眼法による所要時間作業平均所要時間備考画像判読 ( メッシュデータ入力 ) 1 枚約 5 分 3 回 = 約 15 分熟練度で 2 割程度の増減あり画像メッシュ調整 1 枚約 5 分 2 回 = 約 10 分計約 25 分 5. おわりに今回開発した緑視率自動計測装置は植物の葉の色度領域を特定することにより測定者による誤差の影響を受けることなく客観的且つ定量的な緑視率の自動測定を可能にしたその結果都市景観の画像データあるいはシュミレーションした画像データ等の緑視率を瞬時に測定することできるようになる緑視色度領域法を都市における緑地の快適性を科学的にモニタリングするための標準的な手法とすることにより画像データのアーカイブ化やデータ相互の科学的な比較検証も可能となる都市緑化が都市の熱環境改善や生物多様性保全はもとより人間の快適性を高める心理的生理的効果を踏まえ一層促進されることを期待したい参考文献 1) 外崎公知 : 住環境における緑地景観に関する研究 - 札幌市をケーススタディとして- 北海道大学大学院農学研究科修士論文 ) Ohno,R.: Ambient Vision of the Environmental Perception : Describing Ambient Visual Information Proceedings of the 22 nd EDRA Conference, Mexico ) 青木陽二 :1974 年からの緑視研究の歴史環境情報科学 34(4) ) 国土交通省都市地域整備局 : 都市の緑量と心理的効果の相関関係の社会実験調査について 2006 国土交通省ホームページ更新参照 5) Inada, Katsumi:Spectral Ratio of Reflectance for Estimating Chlorophyll Content of Leaf Japan Jour. Crop Sci. 54(3) ) 吉川賢他 : 樹木の葉のクロロフィル濃度の季節的変化日緑工誌 19(4) ) 加藤雪枝 :2 色配色に対する心理的及び生理的反応日本色彩学会誌 29(3) ) 外崎公知 : 植物の葉の色度領域を用いた緑視率の新たな計測手法に関する基礎的研究ランドスケープ研究 ( オンライン論文集 ) Vol ) Saitoh, M, Takizawa, S, Tonosaki, K:A Measurement Method of the Ratio of Vertical Green Coverage with Leaves Colors Proceeding of the 2nd International Conference of Urban Biodiversity and Design(URBIO 2010) 2010 *1 カテゴリカルカラー分類提唱者である Berlin and Kay によれば発達した文化を有する国や民族の言語には文化言語の違いによらずカテゴリカルカラーの基本分類は赤橙黄緑青紫茶桃白灰黒の 11 色となる言語学的に調査した結果から出てきた概念

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1 ランドスケープ研究オンライン論文集 (21 年 5 月 7 日付受理 ) 植物の葉の色度領域を用いた緑視率の新たな計測手法に関する基礎的研究 Research on the new measurement method of the ratio of vertical green coverage with leaf colors 5 * 外崎公知 Kochi TONOSAKI 1 15 2 25