位置特定装置及び異動建物検出装置
【課題】撮影手段の正確な現在位置が判明しない場合でも、目標物の位置を正確に特定することができるようにする。
【解決手段】カメラ２の概略の位置を基準にして、撮影範囲に略対応する地表面上の領域を特定して、その領域の地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する標高点データ取得部１３と、透視投影変換用のパラメータを用いて、その標高点データの透視投影変換を行う透視投影変換部１４とを設け、地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンと透視投影変換された標高点データとの相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを計算して、そのパラメータを透視投影変換部１４に設定する。
【解決手段】カメラ２の概略の位置を基準にして、撮影範囲に略対応する地表面上の領域を特定して、その領域の地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する標高点データ取得部１３と、透視投影変換用のパラメータを用いて、その標高点データの透視投影変換を行う透視投影変換部１４とを設け、地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンと透視投影変換された標高点データとの相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを計算して、そのパラメータを透視投影変換部１４に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、防災ヘリコプタに搭載されているビデオカメラによって撮影された画像データから被災建造物の位置を特定する位置特定装置と、上記画像データから地上高が変化している建物を検出する異動建物検出装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、以下の特許文献１に開示されている位置特定装置は、ヘリコプタに搭載されている撮影装置が地表面上の目標物を撮影すると、ヘリコプタの現在位置から撮影装置の方向に向けて延びる直線と、予め記録されている３次元地理データ上の地表面との交点を求め、その交点を目標物の位置として特定している。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２８５５９０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の位置特定装置は以上のように構成されているので、撮影装置を搭載しているヘリコプタの現在位置を正確に検出することができなければ、目標物の位置を正確に特定することができないなどの課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ヘリコプタなどの移動体に搭載されている撮影手段の正確な現在位置が判明しない場合でも、目標物の位置を正確に特定することができる位置特定装置を得ることを目的とする。
また、この発明は、ヘリコプタなどの移動体に搭載されている撮影手段の正確な現在位置が判明しない場合でも、地上高が変化している建物を正確に検出することができる異動建物検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る位置特定装置は、撮影手段により撮影された地上の画像データから撮影手段の撮影範囲の３次元形状を推定し、その３次元形状から撮影範囲における各地点の地上高を示す地上高パタンを生成する地上高パタン生成手段と、計測手段により計測された撮影手段の概略の位置を基準にして、撮影範囲に略対応する地表面上の領域を特定して、地図データ記憶手段から上記地表面上の領域の地図データを読み込み、その地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する標高点データ取得手段と、透視投影変換用のパラメータを用いて、標高点データ取得手段により取得された標高点データの透視投影変換を行う透視投影変換手段とを設け、パラメータ更新手段が地上高パタン生成手段により生成された地上高パタンと透視投影変換手段により透視投影変換された標高点データとの相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを計算して、そのパラメータを透視投影変換手段に設定するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、撮影手段により撮影された地上の画像データから撮影手段の撮影範囲の３次元形状を推定し、その３次元形状から撮影範囲における各地点の地上高を示す地上高パタンを生成する地上高パタン生成手段と、計測手段により計測された撮影手段の概略の位置を基準にして、撮影範囲に略対応する地表面上の領域を特定して、地図データ記憶手段から上記地表面上の領域の地図データを読み込み、その地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する標高点データ取得手段と、透視投影変換用のパラメータを用いて、標高点データ取得手段により取得された標高点データの透視投影変換を行う透視投影変換手段とを設け、パラメータ更新手段が地上高パタン生成手段により生成された地上高パタンと透視投影変換手段により透視投影変換された標高点データとの相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを計算して、そのパラメータを透視投影変換手段に設定するように構成したので、ヘリコプタなどの移動体に搭載されている撮影手段の正確な現在位置が判明しない場合でも、目標物の位置を正確に特定することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による位置特定装置を示す構成図である。
図１において、ヘリコプタ１はカメラ２や計測装置３を搭載している移動体である。
カメラ２はヘリコプタ１に設置されている雲台に固定されており、上空から地上を撮影して、地上の画像データを演算装置４に出力する処理を実施する。なお、カメラ２は撮影手段を構成している。
計測装置３はＧＰＳ電波受信機、角度センサー、レーザーレンジファインダなどを内蔵しており、カメラ２により撮影された時点のカメラ２の概略位置を示す座標（ｘ，ｙ，ｚ）と、カメラ２から地上の目標地点までの距離Ｄと、機体ベクトル（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）と、光軸ベクトル（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）とを計測する処理を実施する。なお、計測装置３は計測手段を構成している。
【０００９】
ただし、カメラ２の概略位置を示す座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、ＧＰＳ電波受信機により受信されたＧＰＳデータから得られる緯度・経度・高度を変換した平面直角座標で与えられるものとする。
また、機体ベクトルは、ヘリコプタ１の機体の重心から機体の下部方向の単位ベクトルとして与えられ、光軸ベクトルは、ヘリコプタ１の重心を原点とする単位ベクトルとして与えられるものとする。
なお、カメラ２とヘリコプタ１の相対位置及び計測装置３とヘリコプタ１の相対位置は変化しないので、計測装置３が自己の位置を計測すれば、カメラ２の位置を相対的に求めることができる。
【００１０】
演算装置４はカメラ２により撮影された地上の画像データと計測装置３により計測された情報を収集して、カメラ２により撮影された地上の画像データの任意座標に対応する標高点データ（各地点の標高を示すデータ）を特定する処理を実施する。
ここでは、演算装置４の構成要素である地上高パタン生成部１１、地図データ記憶部１２、標高点データ取得部１３、透視投影変換部１４、パラメータ更新部１５及び標高点データ写像部１６のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路基板）で構成されているものを想定しているが、演算装置４がコンピュータで構成される場合には、地上高パタン生成部１１、標高点データ取得部１３、透視投影変換部１４、パラメータ更新部１５及び標高点データ写像部１６の処理内容が記述されているプログラム（地上高パタン生成プログラム、標高点データ取得プログラム、透視投影変換プログラム、パラメータ更新プログラム、標高点データ写像プログラム）をコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにしてもよい。
ディスプレイ５は演算装置４により特定された標高点データなどを表示する表示機器である。
【００１１】
地上高パタン生成部１１はカメラ２により撮影された地上の画像データからカメラ２の撮影範囲の３次元形状を推定し、その３次元形状から撮影範囲における各地点の地上高を示す地上高パタンを生成する処理を実施する。なお、地上高パタン生成部１１は地上高パタン生成手段を構成している。
地図データ記憶部１２は地図データを記憶しているハードディスクなどの記憶媒体である。なお、地図データ記憶部１２は地図データ記憶手段を構成している。
【００１２】
標高点データ取得部１３は計測装置３により計測されたカメラ２の概略位置を基準にして、カメラ２の撮影範囲に略対応する地表面上の領域を特定して、地図データ記憶部１２から上記地表面上の領域の地図データを読み込み、その地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する処理を実施する。なお、標高点データ取得部１３は標高点データ取得手段を構成している。
透視投影変換部１４はパラメータ更新部１５により更新される透視投影変換用のパラメータを用いて、標高点データ取得部１３により取得された標高点データの透視投影変換を実施する。なお、透視投影変換部１４は透視投影変換手段を構成している。
【００１３】
パラメータ更新部１５は地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンと透視投影変換部１４により透視投影変換された標高点データとの相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを計算して、そのパラメータを透視投影変換部１４に設定する処理を実施する。なお、パラメータ更新部１５はパラメータ更新手段を構成している。
標高点データ写像部１６は例えばキーボードやマウスなどのマンマシンインタフェースを備えており、ユーザがマンマシンインタフェースを操作して、カメラ２により撮影された地上の画像データの任意座標を指定すると、透視投影変換部１４により透視投影変換された標高点データの中から、その任意座標に対応する標高点データを特定する処理を実施する。なお、標高点データ写像部１６は標高点データ写像手段を構成している。
【００１４】
次に動作について説明する。
ヘリコプタ１に搭載されているカメラ２は、上空から地上を撮影して、地上の画像データを演算装置４に出力する。
ここで、図２はカメラ２により撮影された地上の画像データの一例を示す説明図であり、地上の画像データが５１２×５１２ピクセルである例を示している。
特に、（Ａ）はカメラ２により時刻ｔに撮影された画像データであり、（Ｂ）は時刻ｔ−１（時刻ｔの１秒前）に撮影された画像データである。
【００１５】
計測装置３は、カメラ２の位置と姿勢を計測するものであり、カメラ２により撮影された時点のカメラ２の概略位置を示す座標（ｘ，ｙ，ｚ）と、カメラ２から地上の目標地点までの距離Ｄと、機体ベクトル（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）と、光軸ベクトル（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）とを計測する。
図３は計測装置３の計測結果の一例を示す説明図である。
この実施の形態１では、計測装置３は、カメラ２の概略位置を示す座標（ｘ，ｙ，ｚ）については、内蔵しているＧＰＳ電波受信機を用いて計測し、カメラ２から地上の目標地点までの距離Ｄについては、内蔵しているレーザーレンジファインダを用いて計測し、機体ベクトル（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）と光軸ベクトル（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）については、内蔵している角度センサーを用いて計測している。
【００１６】
演算装置４の地図データ記憶部１２には、予め地図データが記録されている。
地図データ記憶部１２に記録されている地図データは、図４（Ａ）に示すように、建物の形状と建物のＩＤを示すデータと、図４（Ｂ）に示すように、建物のＩＤと地上高の対応関係を示すテーブルとから構成されている。
【００１７】
演算装置４の地上高パタン生成部１１は、カメラ２から時刻ｔの画像データと、時刻ｔ−１の画像データとを受けると、例えば、それらの画像データに対してステレオ画像処理を実施することにより、カメラ２の撮影範囲の３次元形状を推定する。
なお、ステレオ画像処理は、一般に広く知られた計算機処理であるので、ここでは説明を省力する。
例えば、「金谷 健一，三島 等，未校正カメラによる２画像からの３次元復元とその信頼性評価，情報処理学会論文誌: コンピュータビジョンとイメージメディア， Vol．42，No．SIG 6 (CVIM 2) (2001)，pp．1-8」などの非特許文献にステレオ画像処理が開示されている。
【００１８】
地上高パタン生成部１１は、カメラ２の撮影範囲の３次元形状を推定すると、その３次元形状から撮影範囲における各地点の地上高を示す地上高パタンを生成する。
即ち、地上高パタン生成部１１は、撮影範囲の３次元形状から撮影範囲の各地点の地上高を特定し、各地点の地上高を例えば３３×３３の２次元アレイとして量子化する。
そして、地上高パタン生成部１１は、図５に示すように、各地点が量子化後の地上高に比例する濃淡値を有する地上高パタンを生成する。
図５の例では、撮影範囲が（−１６〜＋１６）×（−１６〜＋１６）の範囲であり、３３×３３＝１０８９の地点が表されている。各地点における各種の模様は、地上高の範囲を示している。
【００１９】
標高点データ取得部１３は、計測装置３により計測されたカメラ２の位置と姿勢を基準にして、カメラ２の撮影範囲に概ね対応する地表面上の領域を特定する。
即ち、標高点データ取得部１３は、図３の計測装置３の計測結果を参照して、カメラ２から出力された画像データの中央部分に相当する地表面上の座標である地表面基準座標（Ｇｘ，Ｇｙ）を計算する。
ここで、図６はカメラ２の概略位置を示す座標（ｘ，ｙ，ｚ）と、対地表距離Ｄ（カメラ２から地上の目標地点までの距離）と、機体ベクトル（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）と、光軸ベクトル（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）と、地表面基準座標（Ｇｘ，Ｇｙ）との関係を示す説明図である。
機体ベクトル（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）と光軸ベクトル（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）を示すＵＶＷ座標系は、原点から北への向きをＵ軸、原点から天底への向きをＷ軸とする右手座標系である。
【００２０】
地表面基準座標（Ｇｘ，Ｇｙ）は、下記の式（１）（２）から計算される。
Ｇｘ＝ｘ＋Ｏｕ×Ｄ （１）
Ｇｙ＝ｙ＋Ｏｖ×Ｄ （２）
標高点データ取得部１３は、地表面基準座標（Ｇｘ，Ｇｙ）を計算すると、その地表面基準座標（Ｇｘ，Ｇｙ）を中心として、例えば、東西南北にそれぞれ２００ｍの範囲が、カメラ２の撮影範囲に概ね対応する地表面上の領域であると特定する。
【００２１】
標高点データ取得部１３は、カメラ２の撮影範囲に概ね対応する地表面上の領域を特定すると、地図データ記憶部１２から上記地表面上の領域の地図データを読み込み、その地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する。
即ち、標高点データ取得部１３は、地図データ記憶部１２から東西南北にそれぞれ２００ｍの範囲の地図データを読み込み、図７に示すように、例えば、その地図データを１０ｍの解像度で量子化し、量子化後の各地点が標高に比例する濃淡値を有する３次元点群（標高点データ）を生成する。
図７の例では、（−２００〜＋２００）×（−２００〜＋２００）の範囲に４１×４１＝１６８１の地点が表されている。各地点における各種の模様は、標高の範囲を示している。
ここでは、説明の便宜上、地表面基準座標を原点（０，０，０）として、Ｘ軸とＹ軸がそれぞれ平面直角座標のＸ軸とＹ軸に平行な右手座標系中のデータとして、標高点データを正規化して用いる。
【００２２】
透視投影変換部１４は、標高点データ取得部１３が標高点データを取得すると、パラメータ更新部１５により更新される透視投影変換用のパラメータを用いて、その標高点データの透視投影変換を実施する。
下記の式（３）（４）は、透視投影変換部１４による透視投影変換の式であり、式（３）（４）では、６つのパラメータ（透視投影変換用カメラのＸ座標，Ｙ座標，Ｚ座標と、標高点データのＸ軸回りの回転角，Ｙ軸回りの回転角，Ｚ軸回りの回転角とをパラメータとしている）によって透視投影変換を定義している。
なお、ｉ番目の標高点データの座標を（ｘi，ｙi，ｚi）、透視投影変換用カメラのＸ値，Ｙ値，Ｚ値をそれぞれＣx，Ｃy，Ｃz、標高点データのＸ軸回りの回転角，Ｙ軸回りの回転角，Ｚ軸回りの回転角をそれぞれω，φ，κとしている。
【００２３】
【数１】
ただし、ｆは透視投影変換用カメラの焦点距離、ｘ''iとｙ''iは透視投影変換後の座標である。
【００２４】
図８、図９及び図１０は図７の標高点データに対する透視投影変換例を示す説明図である。
透視投影変換部１４が使用する透視投影変換用のパラメータ初期値は、計測装置３の計測結果である図３の数値に基づいて与える。
即ち、カメラ２の概略位置（ｘ，ｙ，ｚ）、カメラ２から目標地点までの距離Ｄ、機体ベクトル（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）、光軸ベクトル（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）を下記の式（５）〜（１２）に代入することで、透視投影変換用のパラメータ（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚ），ω，φ，κを計算する（光軸ベクトルがＵＶ平面の第一象限にある場合）。
【００２５】
【数２】
【００２６】
パラメータ更新部１５は、地上高パタン生成部１１が地上高パタンを生成し、透視投影変換部１４が標高点データの透視投影変換を行うと、その地上高パタンと透視投影変換後の標高点データとの相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを計算して、そのパラメータを透視投影変換部１４に設定する。
相関が最大になる透視投影変換用のパラメータの計算は、例えば、局所探索法などの公知のアルゴリズムによって相関評価を行うことにより、相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを探索するものである。
即ち、パラメータ更新部１５による透視投影変換部１４に対するパラメータの設定と、透視投影変換部１４による透視投影変換とが繰り返し実行されて、相関が最大になる透視投影変換用のパラメータが探索される。なお、局所探索法は、広く知られた方法であるため、ここでは説明を省略する。
図１１は相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを用いたときの標高点データの透視投影変換結果の一例を示す説明図である。
【００２７】
標高点データ写像部１６は、ユーザがマンマシンインタフェースを操作して、カメラ２により撮影された地上の画像データの任意座標を指定すると、透視投影変換部１４により透視投影変換された標高点データの中から、その任意座標に対応する標高点データを特定する。
例えば、図４（Ａ）の画像データにおいて、図１２（Ａ）に示すようなＩＸ−ＩＹ座標上の点（１５３，１６５）は、透視投影変換結果である図１２（Ｂ）のＰＸ−ＰＹ座標上の点（−３，２）に対応しているので、点（−３，２）の標高点データを特定する。また、図７のＸ−Ｙ座標上の点（−７０，５０）の標高点データに対応しているので、点（−７０，５０）の標高点データを特定する。
さらに、この標高点データは、図４において、建物ＩＤが“１００２”の建物に対応していることを辿ることができる。
標高点データ写像部１６は、任意座標に対応する標高点データを特定すると、その標高点データをディスプレイ５上で明示する。
以上のプロセスにより、上空から撮影された画像データの任意座標に対応する建物の特定が可能となる。
【００２８】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、カメラ２により撮影された地上の画像データからカメラ２の撮影範囲の３次元形状を推定し、その３次元形状から撮影範囲における各地点の地上高を示す地上高パタンを生成する地上高パタン生成部１１と、計測装置３により計測されたカメラ２の概略の位置を基準にして、撮影範囲に略対応する地表面上の領域を特定して、地図データ記憶部１２から上記地表面上の領域の地図データを読み込み、その地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する標高点データ取得部１３と、透視投影変換用のパラメータを用いて、標高点データ取得部１３により取得された標高点データの透視投影変換を行う透視投影変換部１４とを設け、パラメータ更新部１５が地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンと透視投影変換部１４により透視投影変換された標高点データとの相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを計算して、そのパラメータを透視投影変換部１４に設定するように構成したので、ヘリコプタ１に搭載されているカメラ２の正確な現在位置が判明しない場合でも、目標物の位置を正確に特定することができる効果を奏する。
【００２９】
実施の形態２．
図１３はこの発明の実施の形態２による位置特定装置（異動建物検出装置）を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
異動建物検出部１７は透視投影変換部１４により透視投影変換された標高点データの中から、地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンに対応する標高点データを特定して、その標高点データが透視投影変換される前の標高点データ（標高点データ取得部１３により取得された標高点データ）を特定し、透視投影変換される前の標高点データと地上高パタンを比較して、地上高が変化している建物を検出する処理を実施する。なお、異動建物検出部１７は異動建物検出手段を構成している。
【００３０】
次に動作について説明する。
異動建物検出部１７は、上記実施の形態１と同様にして、地上高パタン生成部１１が地上高パタンを生成し、透視投影変換部１４が標高点データの透視投影変換を実施すると、透視投影変換部１４により透視投影変換された標高点データの中から、地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンに対応する標高点データを特定する。
例えば、標高点データ写像部１６により特定された図４（Ａ）の画像データにおける建物ＩＤ「１００２」の透視投影変換後の標高点データは、図１２（Ｂ）の点（−３，２）の標高点データであり、図１２（Ｂ）の点（−３，２）の標高点データは、図５の地上高パタンＲＸ−ＲＹ座標上の点（−３，２）に対応する。
したがって、この例では、図５の点（−３，２）の地上高パタンに対応する透視投影変換後の標高点データは、図１２（Ｂ）の点（−３，２）の標高点データであると特定する。
【００３１】
異動建物検出部１７は、地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンに対応する標高点データを特定すると、その標高点データが透視投影変換される前の標高点データ（標高点データ取得部１３により取得された図７の標高点データ）を特定する。
図７の標高点データには、図４（Ｂ）の地図データを構成するテーブルの情報が含まれているので、建物ＩＤ「１００２」の建物の地上高として３８ｍを取得することができる。
一方、図５の地上高パタンは、カメラ２の画像データから推定された各地点の地上高を示すので、建物ＩＤ「１００２」の建物の推定地上高として、「３５ｍ以上」を得ることができる。
【００３２】
異動建物検出部１７は、図５の地上高パタンから得られる建物ＩＤ「１００２」の建物の推定地上高と、図７の標高点データから得られる建物ＩＤ「１００２」の建物の地上高とを比較して、建物ＩＤ「１００２」の建物の地上高が変化しているか否かを検出する。
ここでは、建物ＩＤ「１００２」の建物の地上高が変化しているか否かを検出するものについて示したが、カメラ２の撮影範囲内の各建物について、地上高が変化しているか否かを検出することで、地上高が増加している建物や、減少している建物を検出することができる。
【００３３】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、異動建物検出部１７が、透視投影変換部１４により透視投影変換された標高点データの中から、地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンに対応する標高点データを特定して、その標高点データが透視投影変換される前の標高点データを特定し、透視投影変換される前の標高点データと地上高パタンを比較して、地上高が変化している建物を検出するように構成したので、ヘリコプタ１に搭載されているカメラ２の正確な現在位置が判明しない場合でも、地上高が変化している建物を正確に検出することができる効果を奏する。
【００３４】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、標高点データ取得部１３が地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得するものについて示したが、地図データに含まれている標高点データのうち、重要度が所定値以上の標高点データだけを取得するようにしてもよい。
具体的には、以下の通りである。
【００３５】
標高点データ取得部１３により取得された標高点データを示している図７の例では、標高点の数が４１×４１＝１６８１点である。
透視投影変換部１４は、地上高が高い建物順に重要度が定義されており、例えば、重要度が所定値以上である標高点データが、標高が１５ｍ以上の標高点データであるとすれば、地図データに含まれている標高点データのうち、標高が１５ｍ以上の標高点データだけを取得するようにする。
図１４は標高が１５ｍ以上の標高点データの一例を示す説明図である。
図１４の例では、標高点の数が５３０点に減少している。
【００３６】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、地図データに含まれている標高点データのうち、重要度が所定値以上の標高点データだけを取得するように構成したので、透視投影変換部１４における透視投影変換の処理量が減少し、その結果、位置の特定や建物の検出を高速に行うことができる効果を奏する。
【００３７】
実施の形態４．
以下、上記実施の形態１〜３の変形例について説明する。
＜変形例１＞
上記実施の形態１では、カメラ２の位置と姿勢を特定する情報として、計測装置３が緯度・経度・高度・ロール角・ピッチ角・ヨー角を計測するものについて示したが、さらに、カメラ２を固定している雲台の取付角（パン角・チルト角）を計測するようにしてもよい。
これにより、カメラ２の撮影方向が固定されておらず、撮影方向が変化する場合にも適用することができる。
【００３８】
＜変形例２＞
上記実施の形態１では、標高点データ取得部１３が地図データを１０ｍの解像度で量子化するものについて示したが、量子化の解像度は１０ｍに限るものではなく、例えば、５ｍや１ｍなどの細かい解像度で量子化するようにしてもよい。
このように、細かい解像度で量子化すれば、１０ｍの解像度では、情報が欠落して位置の特定が困難であった小規模建物についても、位置を特定することができるようになる。
【００３９】
＜変形例３＞
上記実施の形態１では、透視投影変換部１４が、透視投影変換用の６つのパラメータとして、透視投影変換用カメラのＸ座標，Ｙ座標，Ｚ座標と、標高点データのＸ軸回りの回転角，Ｙ軸回りの回転角，Ｚ軸回りの回転角とを用いるものについて示したが、透視投影変換用の６つのパラメータとして、透視投影変換用カメラのＸ座標，Ｙ座標，Ｚ座標と、ロール角，ピッチ角，ヨー角とを用いるようにしてもよい。
【００４０】
＜変形例４＞
上記実施の形態１では、計測装置３が内蔵するレーザーレンジファインダを用いて、カメラ２から地上の目標地点までの距離Ｄを計測するものについて示したが、レーザーレンジファインダを用いずに、カメラ２により撮影された画像データを参照して、カメラ２から地上の目標地点までの距離Ｄを計算するようにしてもよい。
図１５はカメラ２により撮影された画像データと計測装置３の計測データから、カメラ２から地上の目標地点までの距離Ｄを計算する方法を示す説明図である。
【００４１】
距離Ｄの概算値は、下記の式（１３）によって計算される。
【数３】
【００４２】
ただし、（Ｘt，Ｙt，Ｚt）は時刻ｔにおけるカメラ２の座標、（Ｘt-1，Ｙt-1，Ｚt-1）は時刻ｔ−１におけるカメラ２の座標、ｍは地表面上の地点Ａのカメラ投影面（モデル）上の時刻ｔ−１から時刻ｔまでの間の移動距離、ｆはカメラ２の焦点距離、（ｅx，ｅy，ｅz）はカメラ２の光軸ベクトル、φはカメラ２の移動ベクトルと光軸ベクトルのなす角、Ｍはカメラ２の時刻ｔ−１から時刻ｔまでの間の移動距離である。
なお、地点Ａは、時刻ｔに撮影された画像データにおいて、画像中央付近にある構造物の地点である。
【００４３】
＜変形例４＞
上記実施の形態３では、標高点データの重要度として、地上高が高い建物順に重要度が定義されているものについて示したが、標高点データの重要度として、建物の建築面積、耐震強度、上部構造物の複雑さ又は単純さなどを定義するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施の形態１による位置特定装置を示す構成図である。
【図２】カメラ２により撮影された地上の画像データの一例を示す説明図である。
【図３】計測装置３の計測結果の一例を示す説明図である。
【図４】地図データ記憶部１２に記録されている地図データの一例を示す説明図である。
【図５】地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンの一例を示す説明図である。
【図６】カメラ２の概略位置を示す座標（ｘ，ｙ，ｚ）と、対地表距離Ｄ（カメラ２から地上の目標地点までの距離）と、機体ベクトル（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）と、光軸ベクトル（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）と、地表面基準座標（Ｇｘ，Ｇｙ）との関係を示す説明図である。
【図７】標高点データ取得部１３により取得された標高点データの一例を示す説明図である。
【図８】図７の標高点データに対する透視投影変換例を示す説明図である。
【図９】図７の標高点データに対する透視投影変換例を示す説明図である。
【図１０】図７の標高点データに対する透視投影変換例を示す説明図である。
【図１１】相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを用いたときの標高点データの透視投影変換結果の一例を示す説明図である。
【図１２】画像データと透視投影変換後の標高点データの一例を示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態２による位置特定装置（異動建物検出装置）を示す構成図である。
【図１４】標高が１５ｍ以上の標高点データの一例を示す説明図である。
【図１５】カメラ２により撮影された画像データと計測装置３の計測データから、カメラ２から地上の目標地点までの距離Ｄを計算する方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ ヘリコプタ、２ カメラ、３ 計測装置、４ 演算装置、１１ 地上高パタン生成部（地上高パタン生成手段）、１２ 地図データ記憶部（地図データ記憶手段）、１３ 標高点データ取得部（標高点データ取得手段）、１４ 透視投影変換部（透視投影変換手段）、１５ パラメータ更新部（パラメータ更新手段）、１６ 標高点データ写像部（標高点データ写像手段）、１７ 異動建物検出部（異動建物検出手段）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、防災ヘリコプタに搭載されているビデオカメラによって撮影された画像データから被災建造物の位置を特定する位置特定装置と、上記画像データから地上高が変化している建物を検出する異動建物検出装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、以下の特許文献１に開示されている位置特定装置は、ヘリコプタに搭載されている撮影装置が地表面上の目標物を撮影すると、ヘリコプタの現在位置から撮影装置の方向に向けて延びる直線と、予め記録されている３次元地理データ上の地表面との交点を求め、その交点を目標物の位置として特定している。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２８５５９０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の位置特定装置は以上のように構成されているので、撮影装置を搭載しているヘリコプタの現在位置を正確に検出することができなければ、目標物の位置を正確に特定することができないなどの課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ヘリコプタなどの移動体に搭載されている撮影手段の正確な現在位置が判明しない場合でも、目標物の位置を正確に特定することができる位置特定装置を得ることを目的とする。
また、この発明は、ヘリコプタなどの移動体に搭載されている撮影手段の正確な現在位置が判明しない場合でも、地上高が変化している建物を正確に検出することができる異動建物検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る位置特定装置は、撮影手段により撮影された地上の画像データから撮影手段の撮影範囲の３次元形状を推定し、その３次元形状から撮影範囲における各地点の地上高を示す地上高パタンを生成する地上高パタン生成手段と、計測手段により計測された撮影手段の概略の位置を基準にして、撮影範囲に略対応する地表面上の領域を特定して、地図データ記憶手段から上記地表面上の領域の地図データを読み込み、その地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する標高点データ取得手段と、透視投影変換用のパラメータを用いて、標高点データ取得手段により取得された標高点データの透視投影変換を行う透視投影変換手段とを設け、パラメータ更新手段が地上高パタン生成手段により生成された地上高パタンと透視投影変換手段により透視投影変換された標高点データとの相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを計算して、そのパラメータを透視投影変換手段に設定するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、撮影手段により撮影された地上の画像データから撮影手段の撮影範囲の３次元形状を推定し、その３次元形状から撮影範囲における各地点の地上高を示す地上高パタンを生成する地上高パタン生成手段と、計測手段により計測された撮影手段の概略の位置を基準にして、撮影範囲に略対応する地表面上の領域を特定して、地図データ記憶手段から上記地表面上の領域の地図データを読み込み、その地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する標高点データ取得手段と、透視投影変換用のパラメータを用いて、標高点データ取得手段により取得された標高点データの透視投影変換を行う透視投影変換手段とを設け、パラメータ更新手段が地上高パタン生成手段により生成された地上高パタンと透視投影変換手段により透視投影変換された標高点データとの相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを計算して、そのパラメータを透視投影変換手段に設定するように構成したので、ヘリコプタなどの移動体に搭載されている撮影手段の正確な現在位置が判明しない場合でも、目標物の位置を正確に特定することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による位置特定装置を示す構成図である。
図１において、ヘリコプタ１はカメラ２や計測装置３を搭載している移動体である。
カメラ２はヘリコプタ１に設置されている雲台に固定されており、上空から地上を撮影して、地上の画像データを演算装置４に出力する処理を実施する。なお、カメラ２は撮影手段を構成している。
計測装置３はＧＰＳ電波受信機、角度センサー、レーザーレンジファインダなどを内蔵しており、カメラ２により撮影された時点のカメラ２の概略位置を示す座標（ｘ，ｙ，ｚ）と、カメラ２から地上の目標地点までの距離Ｄと、機体ベクトル（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）と、光軸ベクトル（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）とを計測する処理を実施する。なお、計測装置３は計測手段を構成している。
【０００９】
ただし、カメラ２の概略位置を示す座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、ＧＰＳ電波受信機により受信されたＧＰＳデータから得られる緯度・経度・高度を変換した平面直角座標で与えられるものとする。
また、機体ベクトルは、ヘリコプタ１の機体の重心から機体の下部方向の単位ベクトルとして与えられ、光軸ベクトルは、ヘリコプタ１の重心を原点とする単位ベクトルとして与えられるものとする。
なお、カメラ２とヘリコプタ１の相対位置及び計測装置３とヘリコプタ１の相対位置は変化しないので、計測装置３が自己の位置を計測すれば、カメラ２の位置を相対的に求めることができる。
【００１０】
演算装置４はカメラ２により撮影された地上の画像データと計測装置３により計測された情報を収集して、カメラ２により撮影された地上の画像データの任意座標に対応する標高点データ（各地点の標高を示すデータ）を特定する処理を実施する。
ここでは、演算装置４の構成要素である地上高パタン生成部１１、地図データ記憶部１２、標高点データ取得部１３、透視投影変換部１４、パラメータ更新部１５及び標高点データ写像部１６のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路基板）で構成されているものを想定しているが、演算装置４がコンピュータで構成される場合には、地上高パタン生成部１１、標高点データ取得部１３、透視投影変換部１４、パラメータ更新部１５及び標高点データ写像部１６の処理内容が記述されているプログラム（地上高パタン生成プログラム、標高点データ取得プログラム、透視投影変換プログラム、パラメータ更新プログラム、標高点データ写像プログラム）をコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにしてもよい。
ディスプレイ５は演算装置４により特定された標高点データなどを表示する表示機器である。
【００１１】
地上高パタン生成部１１はカメラ２により撮影された地上の画像データからカメラ２の撮影範囲の３次元形状を推定し、その３次元形状から撮影範囲における各地点の地上高を示す地上高パタンを生成する処理を実施する。なお、地上高パタン生成部１１は地上高パタン生成手段を構成している。
地図データ記憶部１２は地図データを記憶しているハードディスクなどの記憶媒体である。なお、地図データ記憶部１２は地図データ記憶手段を構成している。
【００１２】
標高点データ取得部１３は計測装置３により計測されたカメラ２の概略位置を基準にして、カメラ２の撮影範囲に略対応する地表面上の領域を特定して、地図データ記憶部１２から上記地表面上の領域の地図データを読み込み、その地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する処理を実施する。なお、標高点データ取得部１３は標高点データ取得手段を構成している。
透視投影変換部１４はパラメータ更新部１５により更新される透視投影変換用のパラメータを用いて、標高点データ取得部１３により取得された標高点データの透視投影変換を実施する。なお、透視投影変換部１４は透視投影変換手段を構成している。
【００１３】
パラメータ更新部１５は地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンと透視投影変換部１４により透視投影変換された標高点データとの相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを計算して、そのパラメータを透視投影変換部１４に設定する処理を実施する。なお、パラメータ更新部１５はパラメータ更新手段を構成している。
標高点データ写像部１６は例えばキーボードやマウスなどのマンマシンインタフェースを備えており、ユーザがマンマシンインタフェースを操作して、カメラ２により撮影された地上の画像データの任意座標を指定すると、透視投影変換部１４により透視投影変換された標高点データの中から、その任意座標に対応する標高点データを特定する処理を実施する。なお、標高点データ写像部１６は標高点データ写像手段を構成している。
【００１４】
次に動作について説明する。
ヘリコプタ１に搭載されているカメラ２は、上空から地上を撮影して、地上の画像データを演算装置４に出力する。
ここで、図２はカメラ２により撮影された地上の画像データの一例を示す説明図であり、地上の画像データが５１２×５１２ピクセルである例を示している。
特に、（Ａ）はカメラ２により時刻ｔに撮影された画像データであり、（Ｂ）は時刻ｔ−１（時刻ｔの１秒前）に撮影された画像データである。
【００１５】
計測装置３は、カメラ２の位置と姿勢を計測するものであり、カメラ２により撮影された時点のカメラ２の概略位置を示す座標（ｘ，ｙ，ｚ）と、カメラ２から地上の目標地点までの距離Ｄと、機体ベクトル（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）と、光軸ベクトル（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）とを計測する。
図３は計測装置３の計測結果の一例を示す説明図である。
この実施の形態１では、計測装置３は、カメラ２の概略位置を示す座標（ｘ，ｙ，ｚ）については、内蔵しているＧＰＳ電波受信機を用いて計測し、カメラ２から地上の目標地点までの距離Ｄについては、内蔵しているレーザーレンジファインダを用いて計測し、機体ベクトル（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）と光軸ベクトル（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）については、内蔵している角度センサーを用いて計測している。
【００１６】
演算装置４の地図データ記憶部１２には、予め地図データが記録されている。
地図データ記憶部１２に記録されている地図データは、図４（Ａ）に示すように、建物の形状と建物のＩＤを示すデータと、図４（Ｂ）に示すように、建物のＩＤと地上高の対応関係を示すテーブルとから構成されている。
【００１７】
演算装置４の地上高パタン生成部１１は、カメラ２から時刻ｔの画像データと、時刻ｔ−１の画像データとを受けると、例えば、それらの画像データに対してステレオ画像処理を実施することにより、カメラ２の撮影範囲の３次元形状を推定する。
なお、ステレオ画像処理は、一般に広く知られた計算機処理であるので、ここでは説明を省力する。
例えば、「金谷 健一，三島 等，未校正カメラによる２画像からの３次元復元とその信頼性評価，情報処理学会論文誌: コンピュータビジョンとイメージメディア， Vol．42，No．SIG 6 (CVIM 2) (2001)，pp．1-8」などの非特許文献にステレオ画像処理が開示されている。
【００１８】
地上高パタン生成部１１は、カメラ２の撮影範囲の３次元形状を推定すると、その３次元形状から撮影範囲における各地点の地上高を示す地上高パタンを生成する。
即ち、地上高パタン生成部１１は、撮影範囲の３次元形状から撮影範囲の各地点の地上高を特定し、各地点の地上高を例えば３３×３３の２次元アレイとして量子化する。
そして、地上高パタン生成部１１は、図５に示すように、各地点が量子化後の地上高に比例する濃淡値を有する地上高パタンを生成する。
図５の例では、撮影範囲が（−１６〜＋１６）×（−１６〜＋１６）の範囲であり、３３×３３＝１０８９の地点が表されている。各地点における各種の模様は、地上高の範囲を示している。
【００１９】
標高点データ取得部１３は、計測装置３により計測されたカメラ２の位置と姿勢を基準にして、カメラ２の撮影範囲に概ね対応する地表面上の領域を特定する。
即ち、標高点データ取得部１３は、図３の計測装置３の計測結果を参照して、カメラ２から出力された画像データの中央部分に相当する地表面上の座標である地表面基準座標（Ｇｘ，Ｇｙ）を計算する。
ここで、図６はカメラ２の概略位置を示す座標（ｘ，ｙ，ｚ）と、対地表距離Ｄ（カメラ２から地上の目標地点までの距離）と、機体ベクトル（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）と、光軸ベクトル（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）と、地表面基準座標（Ｇｘ，Ｇｙ）との関係を示す説明図である。
機体ベクトル（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）と光軸ベクトル（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）を示すＵＶＷ座標系は、原点から北への向きをＵ軸、原点から天底への向きをＷ軸とする右手座標系である。
【００２０】
地表面基準座標（Ｇｘ，Ｇｙ）は、下記の式（１）（２）から計算される。
Ｇｘ＝ｘ＋Ｏｕ×Ｄ （１）
Ｇｙ＝ｙ＋Ｏｖ×Ｄ （２）
標高点データ取得部１３は、地表面基準座標（Ｇｘ，Ｇｙ）を計算すると、その地表面基準座標（Ｇｘ，Ｇｙ）を中心として、例えば、東西南北にそれぞれ２００ｍの範囲が、カメラ２の撮影範囲に概ね対応する地表面上の領域であると特定する。
【００２１】
標高点データ取得部１３は、カメラ２の撮影範囲に概ね対応する地表面上の領域を特定すると、地図データ記憶部１２から上記地表面上の領域の地図データを読み込み、その地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する。
即ち、標高点データ取得部１３は、地図データ記憶部１２から東西南北にそれぞれ２００ｍの範囲の地図データを読み込み、図７に示すように、例えば、その地図データを１０ｍの解像度で量子化し、量子化後の各地点が標高に比例する濃淡値を有する３次元点群（標高点データ）を生成する。
図７の例では、（−２００〜＋２００）×（−２００〜＋２００）の範囲に４１×４１＝１６８１の地点が表されている。各地点における各種の模様は、標高の範囲を示している。
ここでは、説明の便宜上、地表面基準座標を原点（０，０，０）として、Ｘ軸とＹ軸がそれぞれ平面直角座標のＸ軸とＹ軸に平行な右手座標系中のデータとして、標高点データを正規化して用いる。
【００２２】
透視投影変換部１４は、標高点データ取得部１３が標高点データを取得すると、パラメータ更新部１５により更新される透視投影変換用のパラメータを用いて、その標高点データの透視投影変換を実施する。
下記の式（３）（４）は、透視投影変換部１４による透視投影変換の式であり、式（３）（４）では、６つのパラメータ（透視投影変換用カメラのＸ座標，Ｙ座標，Ｚ座標と、標高点データのＸ軸回りの回転角，Ｙ軸回りの回転角，Ｚ軸回りの回転角とをパラメータとしている）によって透視投影変換を定義している。
なお、ｉ番目の標高点データの座標を（ｘi，ｙi，ｚi）、透視投影変換用カメラのＸ値，Ｙ値，Ｚ値をそれぞれＣx，Ｃy，Ｃz、標高点データのＸ軸回りの回転角，Ｙ軸回りの回転角，Ｚ軸回りの回転角をそれぞれω，φ，κとしている。
【００２３】
【数１】
ただし、ｆは透視投影変換用カメラの焦点距離、ｘ''iとｙ''iは透視投影変換後の座標である。
【００２４】
図８、図９及び図１０は図７の標高点データに対する透視投影変換例を示す説明図である。
透視投影変換部１４が使用する透視投影変換用のパラメータ初期値は、計測装置３の計測結果である図３の数値に基づいて与える。
即ち、カメラ２の概略位置（ｘ，ｙ，ｚ）、カメラ２から目標地点までの距離Ｄ、機体ベクトル（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）、光軸ベクトル（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）を下記の式（５）〜（１２）に代入することで、透視投影変換用のパラメータ（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚ），ω，φ，κを計算する（光軸ベクトルがＵＶ平面の第一象限にある場合）。
【００２５】
【数２】
【００２６】
パラメータ更新部１５は、地上高パタン生成部１１が地上高パタンを生成し、透視投影変換部１４が標高点データの透視投影変換を行うと、その地上高パタンと透視投影変換後の標高点データとの相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを計算して、そのパラメータを透視投影変換部１４に設定する。
相関が最大になる透視投影変換用のパラメータの計算は、例えば、局所探索法などの公知のアルゴリズムによって相関評価を行うことにより、相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを探索するものである。
即ち、パラメータ更新部１５による透視投影変換部１４に対するパラメータの設定と、透視投影変換部１４による透視投影変換とが繰り返し実行されて、相関が最大になる透視投影変換用のパラメータが探索される。なお、局所探索法は、広く知られた方法であるため、ここでは説明を省略する。
図１１は相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを用いたときの標高点データの透視投影変換結果の一例を示す説明図である。
【００２７】
標高点データ写像部１６は、ユーザがマンマシンインタフェースを操作して、カメラ２により撮影された地上の画像データの任意座標を指定すると、透視投影変換部１４により透視投影変換された標高点データの中から、その任意座標に対応する標高点データを特定する。
例えば、図４（Ａ）の画像データにおいて、図１２（Ａ）に示すようなＩＸ−ＩＹ座標上の点（１５３，１６５）は、透視投影変換結果である図１２（Ｂ）のＰＸ−ＰＹ座標上の点（−３，２）に対応しているので、点（−３，２）の標高点データを特定する。また、図７のＸ−Ｙ座標上の点（−７０，５０）の標高点データに対応しているので、点（−７０，５０）の標高点データを特定する。
さらに、この標高点データは、図４において、建物ＩＤが“１００２”の建物に対応していることを辿ることができる。
標高点データ写像部１６は、任意座標に対応する標高点データを特定すると、その標高点データをディスプレイ５上で明示する。
以上のプロセスにより、上空から撮影された画像データの任意座標に対応する建物の特定が可能となる。
【００２８】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、カメラ２により撮影された地上の画像データからカメラ２の撮影範囲の３次元形状を推定し、その３次元形状から撮影範囲における各地点の地上高を示す地上高パタンを生成する地上高パタン生成部１１と、計測装置３により計測されたカメラ２の概略の位置を基準にして、撮影範囲に略対応する地表面上の領域を特定して、地図データ記憶部１２から上記地表面上の領域の地図データを読み込み、その地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する標高点データ取得部１３と、透視投影変換用のパラメータを用いて、標高点データ取得部１３により取得された標高点データの透視投影変換を行う透視投影変換部１４とを設け、パラメータ更新部１５が地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンと透視投影変換部１４により透視投影変換された標高点データとの相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを計算して、そのパラメータを透視投影変換部１４に設定するように構成したので、ヘリコプタ１に搭載されているカメラ２の正確な現在位置が判明しない場合でも、目標物の位置を正確に特定することができる効果を奏する。
【００２９】
実施の形態２．
図１３はこの発明の実施の形態２による位置特定装置（異動建物検出装置）を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
異動建物検出部１７は透視投影変換部１４により透視投影変換された標高点データの中から、地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンに対応する標高点データを特定して、その標高点データが透視投影変換される前の標高点データ（標高点データ取得部１３により取得された標高点データ）を特定し、透視投影変換される前の標高点データと地上高パタンを比較して、地上高が変化している建物を検出する処理を実施する。なお、異動建物検出部１７は異動建物検出手段を構成している。
【００３０】
次に動作について説明する。
異動建物検出部１７は、上記実施の形態１と同様にして、地上高パタン生成部１１が地上高パタンを生成し、透視投影変換部１４が標高点データの透視投影変換を実施すると、透視投影変換部１４により透視投影変換された標高点データの中から、地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンに対応する標高点データを特定する。
例えば、標高点データ写像部１６により特定された図４（Ａ）の画像データにおける建物ＩＤ「１００２」の透視投影変換後の標高点データは、図１２（Ｂ）の点（−３，２）の標高点データであり、図１２（Ｂ）の点（−３，２）の標高点データは、図５の地上高パタンＲＸ−ＲＹ座標上の点（−３，２）に対応する。
したがって、この例では、図５の点（−３，２）の地上高パタンに対応する透視投影変換後の標高点データは、図１２（Ｂ）の点（−３，２）の標高点データであると特定する。
【００３１】
異動建物検出部１７は、地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンに対応する標高点データを特定すると、その標高点データが透視投影変換される前の標高点データ（標高点データ取得部１３により取得された図７の標高点データ）を特定する。
図７の標高点データには、図４（Ｂ）の地図データを構成するテーブルの情報が含まれているので、建物ＩＤ「１００２」の建物の地上高として３８ｍを取得することができる。
一方、図５の地上高パタンは、カメラ２の画像データから推定された各地点の地上高を示すので、建物ＩＤ「１００２」の建物の推定地上高として、「３５ｍ以上」を得ることができる。
【００３２】
異動建物検出部１７は、図５の地上高パタンから得られる建物ＩＤ「１００２」の建物の推定地上高と、図７の標高点データから得られる建物ＩＤ「１００２」の建物の地上高とを比較して、建物ＩＤ「１００２」の建物の地上高が変化しているか否かを検出する。
ここでは、建物ＩＤ「１００２」の建物の地上高が変化しているか否かを検出するものについて示したが、カメラ２の撮影範囲内の各建物について、地上高が変化しているか否かを検出することで、地上高が増加している建物や、減少している建物を検出することができる。
【００３３】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、異動建物検出部１７が、透視投影変換部１４により透視投影変換された標高点データの中から、地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンに対応する標高点データを特定して、その標高点データが透視投影変換される前の標高点データを特定し、透視投影変換される前の標高点データと地上高パタンを比較して、地上高が変化している建物を検出するように構成したので、ヘリコプタ１に搭載されているカメラ２の正確な現在位置が判明しない場合でも、地上高が変化している建物を正確に検出することができる効果を奏する。
【００３４】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、標高点データ取得部１３が地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得するものについて示したが、地図データに含まれている標高点データのうち、重要度が所定値以上の標高点データだけを取得するようにしてもよい。
具体的には、以下の通りである。
【００３５】
標高点データ取得部１３により取得された標高点データを示している図７の例では、標高点の数が４１×４１＝１６８１点である。
透視投影変換部１４は、地上高が高い建物順に重要度が定義されており、例えば、重要度が所定値以上である標高点データが、標高が１５ｍ以上の標高点データであるとすれば、地図データに含まれている標高点データのうち、標高が１５ｍ以上の標高点データだけを取得するようにする。
図１４は標高が１５ｍ以上の標高点データの一例を示す説明図である。
図１４の例では、標高点の数が５３０点に減少している。
【００３６】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、地図データに含まれている標高点データのうち、重要度が所定値以上の標高点データだけを取得するように構成したので、透視投影変換部１４における透視投影変換の処理量が減少し、その結果、位置の特定や建物の検出を高速に行うことができる効果を奏する。
【００３７】
実施の形態４．
以下、上記実施の形態１〜３の変形例について説明する。
＜変形例１＞
上記実施の形態１では、カメラ２の位置と姿勢を特定する情報として、計測装置３が緯度・経度・高度・ロール角・ピッチ角・ヨー角を計測するものについて示したが、さらに、カメラ２を固定している雲台の取付角（パン角・チルト角）を計測するようにしてもよい。
これにより、カメラ２の撮影方向が固定されておらず、撮影方向が変化する場合にも適用することができる。
【００３８】
＜変形例２＞
上記実施の形態１では、標高点データ取得部１３が地図データを１０ｍの解像度で量子化するものについて示したが、量子化の解像度は１０ｍに限るものではなく、例えば、５ｍや１ｍなどの細かい解像度で量子化するようにしてもよい。
このように、細かい解像度で量子化すれば、１０ｍの解像度では、情報が欠落して位置の特定が困難であった小規模建物についても、位置を特定することができるようになる。
【００３９】
＜変形例３＞
上記実施の形態１では、透視投影変換部１４が、透視投影変換用の６つのパラメータとして、透視投影変換用カメラのＸ座標，Ｙ座標，Ｚ座標と、標高点データのＸ軸回りの回転角，Ｙ軸回りの回転角，Ｚ軸回りの回転角とを用いるものについて示したが、透視投影変換用の６つのパラメータとして、透視投影変換用カメラのＸ座標，Ｙ座標，Ｚ座標と、ロール角，ピッチ角，ヨー角とを用いるようにしてもよい。
【００４０】
＜変形例４＞
上記実施の形態１では、計測装置３が内蔵するレーザーレンジファインダを用いて、カメラ２から地上の目標地点までの距離Ｄを計測するものについて示したが、レーザーレンジファインダを用いずに、カメラ２により撮影された画像データを参照して、カメラ２から地上の目標地点までの距離Ｄを計算するようにしてもよい。
図１５はカメラ２により撮影された画像データと計測装置３の計測データから、カメラ２から地上の目標地点までの距離Ｄを計算する方法を示す説明図である。
【００４１】
距離Ｄの概算値は、下記の式（１３）によって計算される。
【数３】
【００４２】
ただし、（Ｘt，Ｙt，Ｚt）は時刻ｔにおけるカメラ２の座標、（Ｘt-1，Ｙt-1，Ｚt-1）は時刻ｔ−１におけるカメラ２の座標、ｍは地表面上の地点Ａのカメラ投影面（モデル）上の時刻ｔ−１から時刻ｔまでの間の移動距離、ｆはカメラ２の焦点距離、（ｅx，ｅy，ｅz）はカメラ２の光軸ベクトル、φはカメラ２の移動ベクトルと光軸ベクトルのなす角、Ｍはカメラ２の時刻ｔ−１から時刻ｔまでの間の移動距離である。
なお、地点Ａは、時刻ｔに撮影された画像データにおいて、画像中央付近にある構造物の地点である。
【００４３】
＜変形例４＞
上記実施の形態３では、標高点データの重要度として、地上高が高い建物順に重要度が定義されているものについて示したが、標高点データの重要度として、建物の建築面積、耐震強度、上部構造物の複雑さ又は単純さなどを定義するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施の形態１による位置特定装置を示す構成図である。
【図２】カメラ２により撮影された地上の画像データの一例を示す説明図である。
【図３】計測装置３の計測結果の一例を示す説明図である。
【図４】地図データ記憶部１２に記録されている地図データの一例を示す説明図である。
【図５】地上高パタン生成部１１により生成された地上高パタンの一例を示す説明図である。
【図６】カメラ２の概略位置を示す座標（ｘ，ｙ，ｚ）と、対地表距離Ｄ（カメラ２から地上の目標地点までの距離）と、機体ベクトル（Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ）と、光軸ベクトル（Ｏｕ，Ｏｖ，Ｏｗ）と、地表面基準座標（Ｇｘ，Ｇｙ）との関係を示す説明図である。
【図７】標高点データ取得部１３により取得された標高点データの一例を示す説明図である。
【図８】図７の標高点データに対する透視投影変換例を示す説明図である。
【図９】図７の標高点データに対する透視投影変換例を示す説明図である。
【図１０】図７の標高点データに対する透視投影変換例を示す説明図である。
【図１１】相関が最大になる透視投影変換用のパラメータを用いたときの標高点データの透視投影変換結果の一例を示す説明図である。
【図１２】画像データと透視投影変換後の標高点データの一例を示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態２による位置特定装置（異動建物検出装置）を示す構成図である。
【図１４】標高が１５ｍ以上の標高点データの一例を示す説明図である。
【図１５】カメラ２により撮影された画像データと計測装置３の計測データから、カメラ２から地上の目標地点までの距離Ｄを計算する方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ ヘリコプタ、２ カメラ、３ 計測装置、４ 演算装置、１１ 地上高パタン生成部（地上高パタン生成手段）、１２ 地図データ記憶部（地図データ記憶手段）、１３ 標高点データ取得部（標高点データ取得手段）、１４ 透視投影変換部（透視投影変換手段）、１５ パラメータ更新部（パラメータ更新手段）、１６ 標高点データ写像部（標高点データ写像手段）、１７ 異動建物検出部（異動建物検出手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上空から地上を撮影する撮影手段と、上記撮影手段の概略の位置を計測する計測手段と、上記撮影手段により撮影された地上の画像データから上記撮影手段の撮影範囲の３次元形状を推定し、上記３次元形状から上記撮影範囲における各地点の地上高を示す地上高パタンを生成する地上高パタン生成手段と、地図データを記憶している地図データ記憶手段と、上記計測手段により計測された上記撮影手段の概略の位置を基準にして、上記撮影範囲に略対応する地表面上の領域を特定して、上記地図データ記憶手段から上記地表面上の領域の地図データを読み込み、上記地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する標高点データ取得手段と、透視投影変換用のパラメータを用いて、上記標高点データ取得手段により取得された標高点データの透視投影変換を行う透視投影変換手段と、上記地上高パタン生成手段により生成された地上高パタンと上記透視投影変換手段により透視投影変換された標高点データとの相関が最大になる上記透視投影変換用のパラメータを計算して、上記パラメータを上記透視投影変換手段に設定するパラメータ更新手段と、上記透視投影変換手段により透視投影変換された標高点データの中から、上記撮影手段により撮影された地上の画像データの任意座標に対応する標高点データを特定する標高点データ写像手段とを備えた位置特定装置。
【請求項２】
透視投影変換手段により透視投影変換された標高点データの中から、地上高パタン生成手段により生成された地上高パタンに対応する標高点データを特定して、上記標高点データが透視投影変換される前の標高点データを特定し、透視投影変換される前の上記標高点データと上記地上高パタンを比較して、地上高が変化している建物を検出する異動建物検出手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の位置特定装置。
【請求項３】
標高点データ取得手段は、地図データに含まれている標高点データのうち、重要度が所定値以上の標高点データだけを取得することを特徴とする請求項１または請求項２記載の位置特定装置。
【請求項４】
上空から地上を撮影する撮影手段と、上記撮影手段の概略の位置を計測する計測手段と、上記撮影手段により撮影された地上の画像データから上記撮影手段の撮影範囲の３次元形状を推定し、上記３次元形状から上記撮影範囲における各地点の地上高を示す地上高パタンを生成する地上高パタン生成手段と、地図データを記憶している地図データ記憶手段と、上記計測手段により計測された上記撮影手段の概略の位置を基準にして、上記撮影範囲に略対応する地表面上の領域を特定して、上記地図データ記憶手段から上記地表面上の領域の地図データを読み込み、上記地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する標高点データ取得手段と、透視投影変換用のパラメータを用いて、上記標高点データ取得手段により取得された標高点データの透視投影変換を行う透視投影変換手段と、上記地上高パタン生成手段により生成された地上高パタンと上記透視投影変換手段により透視投影変換された標高点データとの相関が最大になる上記透視投影変換用のパラメータを計算して、上記パラメータを上記透視投影変換手段に設定するパラメータ更新手段と、上記透視投影変換手段により透視投影変換された標高点データの中から、上記地上高パタン生成手段により生成された地上高パタンに対応する標高点データを特定して、上記標高点データが透視投影変換される前の標高点データを特定し、透視投影変換される前の上記標高点データと上記地上高パタンを比較して、地上高が変化している建物を検出する異動建物検出手段とを備えた異動建物検出装置。
【請求項１】
上空から地上を撮影する撮影手段と、上記撮影手段の概略の位置を計測する計測手段と、上記撮影手段により撮影された地上の画像データから上記撮影手段の撮影範囲の３次元形状を推定し、上記３次元形状から上記撮影範囲における各地点の地上高を示す地上高パタンを生成する地上高パタン生成手段と、地図データを記憶している地図データ記憶手段と、上記計測手段により計測された上記撮影手段の概略の位置を基準にして、上記撮影範囲に略対応する地表面上の領域を特定して、上記地図データ記憶手段から上記地表面上の領域の地図データを読み込み、上記地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する標高点データ取得手段と、透視投影変換用のパラメータを用いて、上記標高点データ取得手段により取得された標高点データの透視投影変換を行う透視投影変換手段と、上記地上高パタン生成手段により生成された地上高パタンと上記透視投影変換手段により透視投影変換された標高点データとの相関が最大になる上記透視投影変換用のパラメータを計算して、上記パラメータを上記透視投影変換手段に設定するパラメータ更新手段と、上記透視投影変換手段により透視投影変換された標高点データの中から、上記撮影手段により撮影された地上の画像データの任意座標に対応する標高点データを特定する標高点データ写像手段とを備えた位置特定装置。
【請求項２】
透視投影変換手段により透視投影変換された標高点データの中から、地上高パタン生成手段により生成された地上高パタンに対応する標高点データを特定して、上記標高点データが透視投影変換される前の標高点データを特定し、透視投影変換される前の上記標高点データと上記地上高パタンを比較して、地上高が変化している建物を検出する異動建物検出手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の位置特定装置。
【請求項３】
標高点データ取得手段は、地図データに含まれている標高点データのうち、重要度が所定値以上の標高点データだけを取得することを特徴とする請求項１または請求項２記載の位置特定装置。
【請求項４】
上空から地上を撮影する撮影手段と、上記撮影手段の概略の位置を計測する計測手段と、上記撮影手段により撮影された地上の画像データから上記撮影手段の撮影範囲の３次元形状を推定し、上記３次元形状から上記撮影範囲における各地点の地上高を示す地上高パタンを生成する地上高パタン生成手段と、地図データを記憶している地図データ記憶手段と、上記計測手段により計測された上記撮影手段の概略の位置を基準にして、上記撮影範囲に略対応する地表面上の領域を特定して、上記地図データ記憶手段から上記地表面上の領域の地図データを読み込み、上記地図データから各地点の標高を示す標高点データを取得する標高点データ取得手段と、透視投影変換用のパラメータを用いて、上記標高点データ取得手段により取得された標高点データの透視投影変換を行う透視投影変換手段と、上記地上高パタン生成手段により生成された地上高パタンと上記透視投影変換手段により透視投影変換された標高点データとの相関が最大になる上記透視投影変換用のパラメータを計算して、上記パラメータを上記透視投影変換手段に設定するパラメータ更新手段と、上記透視投影変換手段により透視投影変換された標高点データの中から、上記地上高パタン生成手段により生成された地上高パタンに対応する標高点データを特定して、上記標高点データが透視投影変換される前の標高点データを特定し、透視投影変換される前の上記標高点データと上記地上高パタンを比較して、地上高が変化している建物を検出する異動建物検出手段とを備えた異動建物検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−１０７２２４（Ｐ２０１０−１０７２２４Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７６８４５（Ｐ２００８−２７６８４５）
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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