地形モデル化のためのデジタル標高モデル（ＤＥＭ）を向上させる方法および装置
土地（５２）およびその上の複数のオブジェクト（５４、５６）についてのデータを含む独自のデジタル標高モデル（DEM）を処理するためのコンピュータ実装される方法。本方法は、元のDEM（１０２）から低解像度DEM（１０４）を生成し、低解像度DEM（１０４）と元のDEM（１０２）との比較に基づいてオブジェクトのみのDEM（１０８）を生成することを含む。本方法はさらに、オブジェクトのみDEM（１１４、１１６）におけるノイズを削減することを含む。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
地理的領域の地形モデルは、フライト・シミュレータおよび氾濫原解析を含め多くの用途に使用されうる。さらに、人工構造（たとえば都市）の地形モデルは、たとえば携帯電話のアンテナ配置、都市計画、災害の備えおよび解析ならびに地図作成といった用途においてきわめて役に立つことがありうる。
【０００２】
現在、地形モデルを作成するためのさまざまな種類および方法が使われている。一つの一般的な地形モデルはデジタル標高モデル（DEM: digital elevation model）である。DEMは、ある地理的領域のサンプリングされたマトリクス表現であり、コンピュータによって自動化された方法で生成されうる。DEMでは、座標点に高さの値が対応付けられる。DEMは典型的には、ある標高から次の標高にかけて、異なる標高（たとえば谷、山など）の間の遷移が概してなめらかである土地をモデル化するために使われる。すなわち、DEMは典型的には土地を複数の曲面としてモデル化し、その間に不連続があったとしても「ならされ」てしまう。この理由で、DEMは一般に、都市中心域の高層ビルのような人工構造を、上記の用途の多くのために十分な精度でモデル化するには好適でない。
【０００３】
Rahmes et al.に対する米国特許第6,654,690号は地形学における著しい進歩を開示している。この'690特許は、土地およびその上の建物を含む領域の地形モデルを、標高対位置のランダムに離間したデータに基づいて作成する自動化された方法を開示している。'690特許は、本発明の被譲渡者に譲渡されており、ここに参照によってその全体において組み込まれる。その方法は、前記のランダムに離間したデータを処理して所定の位置グリッドに合う標高対位置のグリッド化データを生成し、該グリッド化データを処理して土地データから建物データを区別し、建物データについてポリゴン抽出を実行してその領域の土地およびその上の建物を含む地形モデルを作成することを含む。
【０００４】
さらに、DEMの品質は土地のモデル化ならびに該土地上の建物および植生のモデル化に影響する。上述のように、'690特許は、初期DEMが、土地のみのDEMと建物のみのDEMに分離されることを開示する。これはモデル化前の各個別DEMの品質向上の役に立つが、表示される地形モデルがよりリアルになりうるよう、個別DEMの向上をさらに改善する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の背景に鑑み、デジタル標高モデル（DEM）を、該DEM内の建物、植生および土地をモデル化するのに先立ってさらに向上させることが本発明の一つの目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に基づくこの目的およびその他の目的、特徴および効果は、土地およびその上の複数のオブジェクトを含む元のデジタル標高モデル（DEM）を処理するためのコンピュータ実装される方法によって提供される。該方法は、元のDEMからより低い解像度の低解像度DEMを生成し、該低解像度DEMと元のDEMとの比較に基づいてオブジェクトのみのDEMを生成し、該オブジェクトのみのDEMにおけるノイズを削減することを含みうる。
【０００７】
オブジェクトのみのDEMにおけるノイズ削減は、第一のウィンドウ・サイズに基づいてオブジェクトのみのDEMにおけるヌル（null）を同定し、オブジェクトのみのDEM中に同定されたヌルを拡張し、オブジェクトのみのDEMの拡張されたヌルを埋めて第一の洗練されたオブジェクトのみDEMを生成することを含みうる。
【０００８】
本方法はさらに、前記第一のウィンドウ・サイズに基づいて前記第一の洗練されたオブジェクトのみのDEMにおけるヌルを同定し、前記第一の洗練されたオブジェクトのみのDEM中に同定されたヌルを拡張し、前記第一の洗練されたオブジェクトのみのDEMの拡張されたヌルを埋めて第二の洗練されたオブジェクトのみDEMを生成することを含みうる。
【０００９】
前記第一の洗練されたオブジェクトのみDEMと前記第二の洗練されたオブジェクトのみDEMとの比較に基づいて、ノイズのみのDEMが生成されうる。該ノイズのみのDEMが、前記第二の洗練されたオブジェクトのみDEMから引き算されて、最終的な洗練されたオブジェクトのみDEMが生成される。最終的な洗練されたオブジェクトのみDEMは、従来技術で地形モデル化のために典型的に使われる当初のオブジェクトのみDEMよりも著しく少ないノイズを有しうる。これは、よりリアルな地形モデル化につながる。
【００１０】
オブジェクトのみDEMを向上させるもう一つの実施形態は次のようなものである。低解像度DEMが元のDEMから生成されることができ、該低解像度DEM中のヌルが第一のウィンドウ・サイズに基づいて同定され、該ヌルが埋められる。次いで、そのヌルが埋められた低解像度DEMと元のDEMとの比較に基づいて、オブジェクトのみDEMが生成されうる。該オブジェクトのみDEMと元のDEMとの比較に基づいて、該オブジェクトのない元のDEMが生成されうる。オブジェクトのない元のDEMにおけるヌルが第一のウィンドウ・サイズに基づいて同定され、ヌルが拡張される。
【００１１】
オブジェクトのない元のDEMからオブジェクトのない低解像度DEMが生成され、該オブジェクトのない低解像度DEM中のヌルが第一のウィンドウ・サイズに基づいて同定され、該ヌルが埋められて土地のみのDEMが生成される。すると、該土地のみDEMと元のDEMとの比較に基づいて、洗練されたオブジェクトのみDEMが生成されうる。該洗練されたオブジェクトのみDEMは、従来技術で地形モデル化のために典型的に使われる当初のオブジェクトのみDEMより、著しくノイズが少ないことがありうる。
【００１２】
洗練された土地のみDEMも生成されうる。これは、前記の洗練されたオブジェクトのみDEMと元のDEMとの比較に基づいて洗練された該オブジェクトのないDEMを生成し、該洗練されたオブジェクトのないDEMから低解像度のオブジェクトのないDEMを生成し、前記第一のウィンドウ・サイズに基づいて前記低解像度のオブジェクトのないDEM中にヌルを同定することを含む。すると該ヌルが埋められて、前記した洗練された土地のみDEMが生成される。さらに、前記の洗練された土地のみDEMと元のDEMとの比較に基づいて、最終的な洗練されたオブジェクトのみDEMが生成されうる。
【００１３】
本発明に基づくもう一つの側面は、土地およびその上の複数のオブジェクトについてのデータを含むデジタル標高モデル（DEM）を処理するためのデータ構造が記憶されているコンピュータ可読媒体に向けられる。該コンピュータ可読媒体の第一の実施形態は、元のDEMからの低解像度DEMを生成するためのデータを含む第一のデータ・フィールドと、前記低解像度DEMと元のDEMとの比較に基づいてオブジェクトのみDEMを生成するためのデータを含む第二のデータ・フィールドと、前記オブジェクトのみDEMのノイズを削減するためのデータを含む第三のデータ・フィールドとを含みうる。
【００１４】
前記コンピュータ可読媒体の第二の実施形態は、元のDEMからの低解像度DEMを生成するためのデータを含む第一のデータ・フィールドと、第一のウィンドウ・サイズに基づいて前記低解像度DEM中のヌルを同定し、該ヌルを埋めるためのデータを含む第二のデータ・フィールドと、ヌルを埋めた前記低解像度DEMと元のDEMとの比較に基づいてオブジェクトのみDEMを生成するためのデータを含む第三のデータ・フィールドとを含みうる。第四のデータ・フィールドは、前記オブジェクトのみDEMと元のDEMとの比較に基づいて該オブジェクトのない元のDEMを生成するためのデータを含みうる。第五のデータ・フィールドは、前記第一のウィンドウ・サイズに基づくオブジェクトのない元のDEMにおけるヌルを同定し、該ヌルを拡張するためのデータを含みうる。第六のデータ・フィールドは、オブジェクトのない元のDEMからオブジェクトのない低解像度DEMを生成するためのデータを含みうる。第七のデータ・フィールドは、前記第一のウィンドウ・サイズに基づくオブジェクトなしの低解像度DEMにおけるヌルを同定し、土地のみのDEMを生成するために該ヌルを埋めるためのデータを含みうる。第八のデータ・フィールドは、前記土地のみのDEMと元のDEMとの比較に基づいて洗練されたオブジェクトのみDEMを生成するためのデータを含みうる。
【００１５】
本発明に基づくさらにもう一つの側面は、土地およびその上の複数のオブジェクトについてのデータを含む元のデジタル標高モデル（DEM）を処理するプロセッサを有する、地形モデル化のためのコンピュータ・システムに向けられる。前記プロセッサは、上で論じたコンピュータ可読媒体の第一および第二の実施形態を処理しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明について、これから付属の図面を参照しつつより完全に記述する。その際、本発明の好ましい実施形態を示すが、本発明は多くの異なる形で具現されうるものであり、ここに述べられる実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は本開示を十全かつ完備なものとし、当業者に本発明の範囲を完全に伝達するために与えられるものである。全体を通じて同様の参照符号は同様の要素を指す。
【００１７】
地形データを収集する収集機５０および収集された地形データからデジタル標高モデル（DEM）を生成するためのシステム６０についてこれから図１を参照しつつ説明する。該DEMは土地５２およびその土地の上のオブジェクトを含むある地域のものであり、ここでオブジェクトは建物５４および植生５６でありうる。植生５６は主として樹木を含み、したがって植生および樹木は交換可能である。土地５２、建物５４および植生５６のモデル化は、当該地域でのランダムかつ任意に離間した標高対位置のデータに基づく。
【００１８】
光検出および測距（LIDAR: light detection and ranging）のような収集機５０はそのランダムに離間したデータを収集するために使用されうる。ランダムに離間したデータは、名目上は、非一様に離間した位置および高度の測定値の組でありうる。LIDAR収集機５０は、都市のような関心のある地域の上を航空機７０によって運ばれうる。当該地域は、たとえば道路５８のような、建物５４および樹木５６に比べて比較的小さな特徴をも含んでいてもよい。
【００１９】
当業者は、LIDAR源は、単一の画像からの標高対位置情報を含むデータを提供することを認識するであろう。標高対位置データを与えるには、一般には、種々の視点から撮影された当該地域の複数の光学画像が必要とされるが、その同じ情報を単一のLIDAR画像から得ることができる。もちろん、当業者が認識するであろうように、本発明はLIDAR収集機に加えて、たとえば光学的（たとえば写真）、電気光学的および赤外線の源といった種々の源からの標高対位置データを使うことができる。LIDARデータによって与えられる位置情報は、たとえば緯度および経度の情報を含みうるが、他の好適な位置指標も使われうる。
【００２０】
ひとたびランダムに離間したデータが収集されたら、該データは、コンピュータ６２への転送のために、たとえば磁気ディスクまたは光ディスクといった記憶媒体８０に記憶されうる。もちろん、当業者がすぐ認識するであろうように、データ転送のための他の好適な方法を使ってもよい。ランダムに離間されたデータは、コンピュータ６２によって見るためのDEMを生成するために使われる。
【００２１】
DEMを見るためにディスプレイ６４がコンピュータ６２に接続されている。キーボード６６およびマウス６８のような入力装置もコンピュータ６２に接続されている。本発明によれば、コンピュータ６２は、１）土地のみDEMおよびオブジェクトのみDEMを生成し、次いでオブジェクトのみDEMからノイズを除去することによってDEMを向上させ、２）オブジェクトのみDEMを建物DEMおよび植生DEMに分離するためのプロセッサ６９を含む。
【００２２】
元のDEMすなわち当初のDEMの生成および向上について、これから図２の流れ図および図３〜２５に示されるコンピュータ表示画面を参照しつつ論じる。流れ図では、ステップ（１）〜（１９）についてまず論じる。ここで、ステップ（２）〜（１９）は、のちにより詳細に論じるように、バッチ・プロセスの一部と考えられる。バッチ・プロセスでは、流れ図に示されるブロックのいくつかは二度以上論じられる。そのそれぞれの機能がループ・プロセスに基づいて繰り返されるからである。元のDEMを向上させる本方法をよりよく解説するため、論じられる各ステップの番号を、対応するブロック内に括弧に入れて与えてある。
【００２３】
開始（ブロック１００）から、初期ステップ（１）はブロック１０２でコンピュータ６２を使って、記憶媒体８０を介して提供されるランダムに離間されたデータから元のDEMを生成する。図３に示される初期コンピュータ画面２００を参照すると、ユーザーはフィールド２０２で「点からDEMを生成」を選択する。すると図４に示されるように「点からDEMの設定」コンピュータ画面２０４が生成される。
【００２４】
「点からDEMの設定」コンピュータ画面２０４では、収集データを記憶しているファイルの名前がフィールド２０６に入力される。点の書式がフィールド２０８で選択される。この場合、点はユニバーサル横メルカトル（UTM）グリッドに基づく。点の測定単位がフィールド２１０で選択され、たとえばメートルである。UTMグリッドは、60個の南北方向のゾーンを含んでおり、各ゾーンは緯度において6度の幅である。関心のあるUTMゾーンがフィールド２１２で選択される。たとえばフィールド２１２でゾーン15が選択される。データの解像度がフィールド２１４で選択され、ウィンドウ・フィルタ・サイズがフィールド２１６で選択される。これは当業者はすぐ認識するであろう。生成された元のDEMは、図５に示されるようにコンピュータ画面３００に与えられる。
【００２５】
元のDEMを向上させるためのステップ（２）〜（１９）は、図３に示される初期コンピュータ画面２００からフィールド２２０で「バッチ・プロセス実行」を選択することによって開始される。バッチ・プロセスが実行されると、フィールド２２２、２２４および２２６によって、ユーザーは、バッチ・プロセスに関連するある種のパラメータを設定することが許容される。これらのパラメータについては下記で述べる。
【００２６】
ブロック１０４でのステップ（２）は、元のDEMの再サンプリングである。再サンプリングに関連する設定は、図６に示されるようにコンピュータ画面２３０で与えられる。元のDEMの再サンプリングはたとえば1メートルの解像度を有しているが、ここで、より低い解像度で再サンプリングされる。その解像度はフィールド２３２で設定され、たとえば30メートルである。ウィンドウ・フィルタ・サイズも、フィールド２３４において選択される。結果は図７に示されるようなコンピュータ画面３０２で与えられる。この結果は、土地５２の上のオブジェクト５４、５６をならしたものである。
【００２７】
ブロック１０６では、再サンプリングされたDEMに対してヌル充填（null filling）が実行される。該ヌル充填は、図３に示される初期コンピュータ画面２００からのフィールド２２６で与えられるヌル操作と関連している。ヌル操作は、図８のコンピュータ画面２４０で与えられるようにヌル拡張（null expansion）またはヌル充填に分けられうる。フィールド２４２がヌル拡張に対応し、フィールド２４４がヌル充填に対応する。ヌル充填が実行されるので、図９に示されるようなコンピュータ画面２５０が表示される。ヌル充填に関連する設定は、充填方法についてのフィールド２５２、実行されるべき充填パス数についてのフィールド２５４および充填到達距離（fill reach）についてのフィールド２５６を含む。ヌル充填後に結果として得られる再サンプリングされたDEMは、図１０に示されるようにコンピュータ画面３０４で与えられる。
【００２８】
ブロック１０８では、DEM引き算（subtraction）が実行される。コンピュータ画面２６０は、図１１に示されるDEM引き算に関連している。DEM引き算で使われる閾値はフィールド２６２で選択される。ステップ（３）でのヌル充填後の再サンプリングされたDEMが、ステップ（１）での元のDEMから引き算されて、オブジェクトのみDEMが生成される。オブジェクトのみDEMは図１２に示されるようなコンピュータ画面３０６で与えられる。
【００２９】
ブロック１１０で、ステップ（５）は別のDEM除去（subtraction）である。ステップ（４）からのオブジェクトのみDEMはステップ（１）での元のDEMから除去されて、該オブジェクトのないDEMが生成される。このDEMは図１３に示されるようにコンピュータ画面３０８で与えられる。
【００３０】
ブロック１１２では、ステップ（６）に対応して、前記のオブジェクトのないDEMに対してヌル拡張が実行される。図１４に示されるように、コンピュータ画面２７０はヌル拡張に関連付けられている。ヌルはフィールド２７２で選択された値に対応して拡張される。ヌル拡張は、すべてのオブジェクトが除去され、コンピュータ画面３１０で与えられ、図１５に示されるように結果が1メートルの解像度でオブジェクトがないDEMとなることを確実にする。
【００３１】
実行バッチ・プロセスは、ステップ（７）のためにブロック１０４にループで戻る。ブロック１０４は、図１５で与えられるようなオブジェクトのないDEMに対して再サンプリングを実行する。この再サンプリングはより低い解像度、すなわち1メートルないし30メートルの解像度で実行される。その結果は、図１６に示されるようなコンピュータ画面３１２で与えられる。
【００３２】
ブロック１０６では、ステップ（８）に対応して二度目のヌル充填が実行される。この二度目のヌル充填は、ブロック１１２で与えられるような再サンプリングされたオブジェクトのないDEMに対して実行される。このプロセスは、図１７のコンピュータ画面３１４で与えられるような土地のみDEMを生成する。ブロック１０８では、ステップ（９）に対応して二度目のDEM引き算が実行される。ステップ（８）からの土地のみDEMがここでステップ（１）での元のDEMから引き算されて、向上されたオブジェクトのみDEMが生成される。向上されたオブジェクトのみDEMは図１８に示されるようなコンピュータ画面３１６で与えられる。ブロック１１０では、ステップ（１０）は別のDEM除去ステップである。ステップ（９）からの向上されたオブジェクトのみDEMがステップ（１）での元のDEMから除去されて、向上された、オブジェクトのないDEMが生成される。この向上された、オブジェクトのないDEMは図１９に示されるようにコンピュータ画面３１８で与えられる。
【００３３】
実行バッチ・プロセスは、ステップ（１１）のためにブロック１０４にループで戻る。ブロック１０４は、ブロック１１０で与えられるような向上された、オブジェクトのないDEMに対して、今一度再サンプリングを実行する。前回同様、この再サンプリングはより低い解像度、すなわち1メートルないし30メートルの解像度で実行される。その結果は、図２０に示されるようなコンピュータ画面３２０で与えられる。
【００３４】
ブロック１０６では、ステップ（１２）に対応して今一度、ヌル充填が実行される。この三度目のヌル充填は、ブロック１０４によって与えられるような再サンプリングされたオブジェクトのないDEMに対して実行され、図２１のコンピュータ画面３２２で与えられるような向上された土地のみDEMを生成する。このDEMは、最終的な土地のみDEMとも称される。
【００３５】
ブロック１０８では、ステップ（１３）に対応して三度目のDEM引き算が実行される。ステップ（１２）からの向上された土地のみDEMがステップ（１）での元のDEMから引き算されて、一層向上されたオブジェクトのみDEMが生成される。一層向上されたオブジェクトのみDEMは図２２に示されるようなコンピュータ画面３２４で与えられる。
【００３６】
ブロック１１４では、ステップ（１４）に対応して、前記の一層向上されたオブジェクトのみDEMに対してヌル拡張が実行される。ブロック１１６では、ステップ（１５）に対応してヌル充填が実行される。ステップ（１４）および（１５）は、オブジェクトのまわりからノイズを除去して、一層向上されたオブジェクトのみDEMを生成するために実行される。プロセスはブロック１１４にループで戻り、ステップ（１６）および（１７）が実行される。すなわち、今一度ヌル拡張およびヌル充填が実行されて、図２３のコンピュータ画面３２６で与えられるような第二の一層向上されたオブジェクトのみDEMが生成される。
【００３７】
ブロック１１８では、DEM引き算が実行される。ステップ（１７）からの第二の一層向上されたオブジェクトのみDEMが、ステップ（１５）からの一層向上されたオブジェクトのみDEMから引き算されて、ノイズのみDEMが生成される。ノイズのみDEMは図２４に示されるようなコンピュータ画面３２８で与えられる。
【００３８】
ブロック１２０では、別のDEM除去が実行される（ステップ１９）。ステップ（１８）からのノイズのみDEMはステップ（１５）からの第二の一層向上されたオブジェクトのみDEMから除去されて、最終的なオブジェクトのみDEMが生成される。この最終的なオブジェクトのみDEMは図２５に示されるようにコンピュータ画面３３０で与えられる。
【００３９】
ステップ（２）〜（１９）について上で論じたようにして、最終的な土地のみDEMおよび最終的なオブジェクトのみDEMが生成された。従来技術のDEMに比べ、これらのDEMは、ステップ（２）〜（１９）において実行されたループ反復の結果として向上されている。これから論じる本発明に基づくさらにもう一つの側面は、最終的なオブジェクトのみDEMの建物DEMおよび植生DEMへの分離である。換言すれば、最終的なオブジェクトのみDEMは二つの別個のDEMに分離され、各DEMは別個に処理されうるようになる。
【００４０】
最終的なオブジェクトのみDEMの建物DEMおよび植生DEMへの分離についてこれから図２６に示される流れ図および図２７〜２８を参照しつつ論じる。最初に図３に示されていたコンピュータ画面２００を参照するに、ユーザーはフィールド２２７で「建物と樹木を分離」を選択する。すると、図２７に示されるような「建物と樹木を分離」のコンピュータ画面４１０が表示される。
【００４１】
引き続き図２７を参照するに、ユーザーはいくつかの閾値パラメータを選択するオプションを有している。分離は、各オブジェクトについて面積当たりの周および各オブジェクトの高さを計算することに基づいて実行されるので、対応する比較閾値がコンピュータ画面４１０を介して設定される。たとえば、面積当たりの周の閾値がフィールド４１２で設定される。考慮すべき各オブジェクトの最小サイズがフィールド４１４で設定される。このフィールドは最小ポスト（minimum posts）と表示されている。フィールド４１６でコード残差（chord residue）が選択されるが、これは考慮されているオブジェクトの幅または一側の長さである。最大樹木高さがフィールド４１８で選択される。第二の面積当たりの周テストに関連した第二の閾値がフィールド４２０で選択される。フィールド４２０で選択されたこの第二の閾値は、フィールド４１２で選択された第一の閾値とは異なっていてもよい。
【００４２】
最終的なオブジェクトのみDEMの建物DEMおよび植生DEMへの分離を開始するため、最終的なオブジェクトのみDEMにおける各オブジェクトについて周対面積パラメータがブロック５０２で決定される。本発明を説明する目的のため、図２８も参照すると、最終的なオブジェクトのみDEMがどのように建物DEMと植生DEMに分離されるかが与えられている。たとえば、最初に、図２５で示されたような最終的なオブジェクトのみDEMを表す単純化された表現が図２８のフレーム６００に与えられる。
【００４３】
フレーム６００内に示されるように、オブジェクトは、同じDEM内にまとめられた建物５４および樹木５６を含む。各オブジェクトについての周対面積パラメータは、ブロック５０４で選択された閾値と比較されて、DEM中の各オブジェクトが建物５４であるか植生５６であるかが識別される。閾値との比較に基づいて、フレーム６０２および６０４に示されるように、オブジェクトは建物DEMと植生DEMに分離される。
【００４４】
各オブジェクトについてのデータは高さの値を含んでおり、フレーム６０４中の植生５６として識別された各オブジェクトについての高さの値が、ブロック５０６で高さ閾値と比較される。ブロック５０８では、フレーム６０４中の各植生５６は、それに関連する高さ値が高さ閾値より大きければ、建物５４と識別し直される。フレーム６０６および６０８に示されるように、フレーム６０４で植生５６と識別された建物５４がフレーム６０６では建物として識別し直されている。しかしながら、フレーム６０６に示されるように、フレーム６０４中の高い樹木５６が今度は高さ閾値との比較に基づいて建物と識別されてしまった。
【００４５】
ブロック５１０では、フレーム６０６で建物と識別されている各オブジェクトについて、第二の周対面積パラメータが決定される。第二の周対面積パラメータのそれぞれは、ブロック５１２で第二の閾値と比較される。各建物５４は、第二の周対面積パラメータが第二の閾値より大きければ、ブロック５１４で植生５６として識別し直される。
【００４６】
ブロック５１６では、建物５４として識別されたオブジェクトは建物DEMに分離され、植生として識別されたオブジェクトは植生DEMに分離される。別個の建物DEMおよび植生DEMは有利なことに、著しく少ないユーザー介入で、よりリアルな地形モデルが生成されることを許容する。建物DEMはフレーム６１０によって表され、植生DEMはフレーム６１２によって表されている。最終的なオブジェクトのみDEMを建物DEMと植生DEMに分離する本方法は、ブロック５１８で終了する。最終的なオブジェクトのみDEMを二つの別個のDEMに分離する上記の諸ステップは、図２のステップ（２０）に対応する。
【００４７】
ここで、残りのステップ（２１）〜（２６）について論じる。建物５４および樹木５６はそれぞれ異なってモデル化される。ブロック１２４はステップ（２１）に対応し、任意的であるが、自動プロセスが各オブジェクトを正しく識別しそこなった場合に建物５４と樹木５６の分離をユーザーが手動で仕上げまたは編集することを許容する。
【００４８】
ブロック１２６では、ステップ（２２）に対応して、植生DEM６１２中の各植生が3D点としてモデル化される。点をx（緯度）、y（経度）およびz（高度）のリストに変換するために、ユーザーは図３に示されるようなフィールド２２８で「DEMから点を生成」を選択する。
【００４９】
ブロック１２８は、ステップ（２３）に対応して、建物がベクトルとしてモデル化される。建物をベクトルとしてモデル化することは、背景技術の部分で論じた米国特許第6,654,690号に開示されている。ブロック１３０で、ステップ（２４）に対応して、建物を表すポリゴンにテクスチャーが配置される。換言すれば、ポリゴン上に画像が配置されて、地形モデルにリアルな見かけが与えられる。RealSite（商標）はこのタスクを実行する一つの市販のツールである。RealSite（商標）は本発明の被譲渡者であるハリス・コーポレーションによって開発されたものである。
【００５０】
ブロック１３２では、コンピュータ・システム６０上での表示のために生成された幾何学図形およびテクスチャーのすべてを整形するためにSceneBuilder（商標）が使用される。SceneBuilder（商標）も市販のツールである。ブロック１３４でInReality（商標）を使って、図２９に示されるような表示のための最終的な地形モデルが提供される。InReality（商標）は、ハリス・コーポレーションによって開発されたもう一つの市販のツールであり、ユーザーが仮想シーンを行き来し、さまざまな解析を遂行することを許容する。InReality（商標）は、RealSite（商標）ソフトウェアに対する相棒として設計されている。プロセスはブロック１３６で終了する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に基づく、地形データを収集し、収集された地形データから地形モデルを生成することのブロック概略図である。
【図２】本発明に基づく地形モデルを生成するための流れ図である。
【図３】本発明に基づく元のDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図４】本発明に基づく元のDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図５】本発明に基づく元のDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図６】本発明に基づく元のDEMの再サンプリングに対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図７】本発明に基づく元のDEMの再サンプリングに対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図８】本発明に基づく再サンプリングされたDEMに対して実行されるヌル充填プロセスに対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図９】本発明に基づく再サンプリングされたDEMに対して実行されるヌル充填プロセスに対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１０】本発明に基づく再サンプリングされたDEMに対して実行されるヌル充填プロセスに対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１１】本発明に基づく、オブジェクトのみDEMと該オブジェクトのないDEMを生成するためのDEM引き算に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１２】本発明に基づく、オブジェクトのみDEMと該オブジェクトのないDEMを生成するためのDEM引き算に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１３】本発明に基づく、オブジェクトのみDEMと該オブジェクトのないDEMを生成するためのDEM引き算に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１４】図１３で与えられるオブジェクトのないDEMに対して実行されるヌル拡張プロセスに対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１５】図１３で与えられるオブジェクトのないDEMに対して実行されるヌル拡張プロセスに対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１６】本発明に基づく土地のみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１７】本発明に基づく土地のみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１８】本発明に基づく、向上されたオブジェクトのみDEMと向上された、該オブジェクトのないDEMを生成するためのDEM引き算に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１９】本発明に基づく、向上されたオブジェクトのみDEMと向上された、該オブジェクトのないDEMを生成するためのDEM引き算に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図２０】本発明に基づく最終的な土地のみDEMおよび一層向上されたオブジェクトのみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図２１】本発明に基づく最終的な土地のみDEMおよび一層向上されたオブジェクトのみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図２２】本発明に基づく最終的な土地のみDEMおよび一層向上されたオブジェクトのみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図２３】本発明に基づく、ヌル充填／ヌル拡張に基づく第二の一層向上されたオブジェクトのみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図２４】本発明に基づく、ノイズのみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図２５】本発明に基づく最終的なオブジェクトのみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図２６】図２５で与えられる最終的なオブジェクトのみDEMを建物DEMおよび植生DEMに分離するための流れ図である。
【図２７】本発明に基づく、最終的なオブジェクトのみDEMの建物DEMおよび植生DEMへの分離に関連するパラメータを設定するためのコンピュータ画面表示の図である。
【図２８】本発明に基づく、最終的なオブジェクトのみDEMの建物DEMおよび植生DEMへの分離のためのステップの図的な表現である。
【図２９】本発明に基づいて生成された地形モデルのコンピュータ画面表示の図である。
【背景技術】
【０００１】
地理的領域の地形モデルは、フライト・シミュレータおよび氾濫原解析を含め多くの用途に使用されうる。さらに、人工構造（たとえば都市）の地形モデルは、たとえば携帯電話のアンテナ配置、都市計画、災害の備えおよび解析ならびに地図作成といった用途においてきわめて役に立つことがありうる。
【０００２】
現在、地形モデルを作成するためのさまざまな種類および方法が使われている。一つの一般的な地形モデルはデジタル標高モデル（DEM: digital elevation model）である。DEMは、ある地理的領域のサンプリングされたマトリクス表現であり、コンピュータによって自動化された方法で生成されうる。DEMでは、座標点に高さの値が対応付けられる。DEMは典型的には、ある標高から次の標高にかけて、異なる標高（たとえば谷、山など）の間の遷移が概してなめらかである土地をモデル化するために使われる。すなわち、DEMは典型的には土地を複数の曲面としてモデル化し、その間に不連続があったとしても「ならされ」てしまう。この理由で、DEMは一般に、都市中心域の高層ビルのような人工構造を、上記の用途の多くのために十分な精度でモデル化するには好適でない。
【０００３】
Rahmes et al.に対する米国特許第6,654,690号は地形学における著しい進歩を開示している。この'690特許は、土地およびその上の建物を含む領域の地形モデルを、標高対位置のランダムに離間したデータに基づいて作成する自動化された方法を開示している。'690特許は、本発明の被譲渡者に譲渡されており、ここに参照によってその全体において組み込まれる。その方法は、前記のランダムに離間したデータを処理して所定の位置グリッドに合う標高対位置のグリッド化データを生成し、該グリッド化データを処理して土地データから建物データを区別し、建物データについてポリゴン抽出を実行してその領域の土地およびその上の建物を含む地形モデルを作成することを含む。
【０００４】
さらに、DEMの品質は土地のモデル化ならびに該土地上の建物および植生のモデル化に影響する。上述のように、'690特許は、初期DEMが、土地のみのDEMと建物のみのDEMに分離されることを開示する。これはモデル化前の各個別DEMの品質向上の役に立つが、表示される地形モデルがよりリアルになりうるよう、個別DEMの向上をさらに改善する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の背景に鑑み、デジタル標高モデル（DEM）を、該DEM内の建物、植生および土地をモデル化するのに先立ってさらに向上させることが本発明の一つの目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に基づくこの目的およびその他の目的、特徴および効果は、土地およびその上の複数のオブジェクトを含む元のデジタル標高モデル（DEM）を処理するためのコンピュータ実装される方法によって提供される。該方法は、元のDEMからより低い解像度の低解像度DEMを生成し、該低解像度DEMと元のDEMとの比較に基づいてオブジェクトのみのDEMを生成し、該オブジェクトのみのDEMにおけるノイズを削減することを含みうる。
【０００７】
オブジェクトのみのDEMにおけるノイズ削減は、第一のウィンドウ・サイズに基づいてオブジェクトのみのDEMにおけるヌル（null）を同定し、オブジェクトのみのDEM中に同定されたヌルを拡張し、オブジェクトのみのDEMの拡張されたヌルを埋めて第一の洗練されたオブジェクトのみDEMを生成することを含みうる。
【０００８】
本方法はさらに、前記第一のウィンドウ・サイズに基づいて前記第一の洗練されたオブジェクトのみのDEMにおけるヌルを同定し、前記第一の洗練されたオブジェクトのみのDEM中に同定されたヌルを拡張し、前記第一の洗練されたオブジェクトのみのDEMの拡張されたヌルを埋めて第二の洗練されたオブジェクトのみDEMを生成することを含みうる。
【０００９】
前記第一の洗練されたオブジェクトのみDEMと前記第二の洗練されたオブジェクトのみDEMとの比較に基づいて、ノイズのみのDEMが生成されうる。該ノイズのみのDEMが、前記第二の洗練されたオブジェクトのみDEMから引き算されて、最終的な洗練されたオブジェクトのみDEMが生成される。最終的な洗練されたオブジェクトのみDEMは、従来技術で地形モデル化のために典型的に使われる当初のオブジェクトのみDEMよりも著しく少ないノイズを有しうる。これは、よりリアルな地形モデル化につながる。
【００１０】
オブジェクトのみDEMを向上させるもう一つの実施形態は次のようなものである。低解像度DEMが元のDEMから生成されることができ、該低解像度DEM中のヌルが第一のウィンドウ・サイズに基づいて同定され、該ヌルが埋められる。次いで、そのヌルが埋められた低解像度DEMと元のDEMとの比較に基づいて、オブジェクトのみDEMが生成されうる。該オブジェクトのみDEMと元のDEMとの比較に基づいて、該オブジェクトのない元のDEMが生成されうる。オブジェクトのない元のDEMにおけるヌルが第一のウィンドウ・サイズに基づいて同定され、ヌルが拡張される。
【００１１】
オブジェクトのない元のDEMからオブジェクトのない低解像度DEMが生成され、該オブジェクトのない低解像度DEM中のヌルが第一のウィンドウ・サイズに基づいて同定され、該ヌルが埋められて土地のみのDEMが生成される。すると、該土地のみDEMと元のDEMとの比較に基づいて、洗練されたオブジェクトのみDEMが生成されうる。該洗練されたオブジェクトのみDEMは、従来技術で地形モデル化のために典型的に使われる当初のオブジェクトのみDEMより、著しくノイズが少ないことがありうる。
【００１２】
洗練された土地のみDEMも生成されうる。これは、前記の洗練されたオブジェクトのみDEMと元のDEMとの比較に基づいて洗練された該オブジェクトのないDEMを生成し、該洗練されたオブジェクトのないDEMから低解像度のオブジェクトのないDEMを生成し、前記第一のウィンドウ・サイズに基づいて前記低解像度のオブジェクトのないDEM中にヌルを同定することを含む。すると該ヌルが埋められて、前記した洗練された土地のみDEMが生成される。さらに、前記の洗練された土地のみDEMと元のDEMとの比較に基づいて、最終的な洗練されたオブジェクトのみDEMが生成されうる。
【００１３】
本発明に基づくもう一つの側面は、土地およびその上の複数のオブジェクトについてのデータを含むデジタル標高モデル（DEM）を処理するためのデータ構造が記憶されているコンピュータ可読媒体に向けられる。該コンピュータ可読媒体の第一の実施形態は、元のDEMからの低解像度DEMを生成するためのデータを含む第一のデータ・フィールドと、前記低解像度DEMと元のDEMとの比較に基づいてオブジェクトのみDEMを生成するためのデータを含む第二のデータ・フィールドと、前記オブジェクトのみDEMのノイズを削減するためのデータを含む第三のデータ・フィールドとを含みうる。
【００１４】
前記コンピュータ可読媒体の第二の実施形態は、元のDEMからの低解像度DEMを生成するためのデータを含む第一のデータ・フィールドと、第一のウィンドウ・サイズに基づいて前記低解像度DEM中のヌルを同定し、該ヌルを埋めるためのデータを含む第二のデータ・フィールドと、ヌルを埋めた前記低解像度DEMと元のDEMとの比較に基づいてオブジェクトのみDEMを生成するためのデータを含む第三のデータ・フィールドとを含みうる。第四のデータ・フィールドは、前記オブジェクトのみDEMと元のDEMとの比較に基づいて該オブジェクトのない元のDEMを生成するためのデータを含みうる。第五のデータ・フィールドは、前記第一のウィンドウ・サイズに基づくオブジェクトのない元のDEMにおけるヌルを同定し、該ヌルを拡張するためのデータを含みうる。第六のデータ・フィールドは、オブジェクトのない元のDEMからオブジェクトのない低解像度DEMを生成するためのデータを含みうる。第七のデータ・フィールドは、前記第一のウィンドウ・サイズに基づくオブジェクトなしの低解像度DEMにおけるヌルを同定し、土地のみのDEMを生成するために該ヌルを埋めるためのデータを含みうる。第八のデータ・フィールドは、前記土地のみのDEMと元のDEMとの比較に基づいて洗練されたオブジェクトのみDEMを生成するためのデータを含みうる。
【００１５】
本発明に基づくさらにもう一つの側面は、土地およびその上の複数のオブジェクトについてのデータを含む元のデジタル標高モデル（DEM）を処理するプロセッサを有する、地形モデル化のためのコンピュータ・システムに向けられる。前記プロセッサは、上で論じたコンピュータ可読媒体の第一および第二の実施形態を処理しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明について、これから付属の図面を参照しつつより完全に記述する。その際、本発明の好ましい実施形態を示すが、本発明は多くの異なる形で具現されうるものであり、ここに述べられる実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は本開示を十全かつ完備なものとし、当業者に本発明の範囲を完全に伝達するために与えられるものである。全体を通じて同様の参照符号は同様の要素を指す。
【００１７】
地形データを収集する収集機５０および収集された地形データからデジタル標高モデル（DEM）を生成するためのシステム６０についてこれから図１を参照しつつ説明する。該DEMは土地５２およびその土地の上のオブジェクトを含むある地域のものであり、ここでオブジェクトは建物５４および植生５６でありうる。植生５６は主として樹木を含み、したがって植生および樹木は交換可能である。土地５２、建物５４および植生５６のモデル化は、当該地域でのランダムかつ任意に離間した標高対位置のデータに基づく。
【００１８】
光検出および測距（LIDAR: light detection and ranging）のような収集機５０はそのランダムに離間したデータを収集するために使用されうる。ランダムに離間したデータは、名目上は、非一様に離間した位置および高度の測定値の組でありうる。LIDAR収集機５０は、都市のような関心のある地域の上を航空機７０によって運ばれうる。当該地域は、たとえば道路５８のような、建物５４および樹木５６に比べて比較的小さな特徴をも含んでいてもよい。
【００１９】
当業者は、LIDAR源は、単一の画像からの標高対位置情報を含むデータを提供することを認識するであろう。標高対位置データを与えるには、一般には、種々の視点から撮影された当該地域の複数の光学画像が必要とされるが、その同じ情報を単一のLIDAR画像から得ることができる。もちろん、当業者が認識するであろうように、本発明はLIDAR収集機に加えて、たとえば光学的（たとえば写真）、電気光学的および赤外線の源といった種々の源からの標高対位置データを使うことができる。LIDARデータによって与えられる位置情報は、たとえば緯度および経度の情報を含みうるが、他の好適な位置指標も使われうる。
【００２０】
ひとたびランダムに離間したデータが収集されたら、該データは、コンピュータ６２への転送のために、たとえば磁気ディスクまたは光ディスクといった記憶媒体８０に記憶されうる。もちろん、当業者がすぐ認識するであろうように、データ転送のための他の好適な方法を使ってもよい。ランダムに離間されたデータは、コンピュータ６２によって見るためのDEMを生成するために使われる。
【００２１】
DEMを見るためにディスプレイ６４がコンピュータ６２に接続されている。キーボード６６およびマウス６８のような入力装置もコンピュータ６２に接続されている。本発明によれば、コンピュータ６２は、１）土地のみDEMおよびオブジェクトのみDEMを生成し、次いでオブジェクトのみDEMからノイズを除去することによってDEMを向上させ、２）オブジェクトのみDEMを建物DEMおよび植生DEMに分離するためのプロセッサ６９を含む。
【００２２】
元のDEMすなわち当初のDEMの生成および向上について、これから図２の流れ図および図３〜２５に示されるコンピュータ表示画面を参照しつつ論じる。流れ図では、ステップ（１）〜（１９）についてまず論じる。ここで、ステップ（２）〜（１９）は、のちにより詳細に論じるように、バッチ・プロセスの一部と考えられる。バッチ・プロセスでは、流れ図に示されるブロックのいくつかは二度以上論じられる。そのそれぞれの機能がループ・プロセスに基づいて繰り返されるからである。元のDEMを向上させる本方法をよりよく解説するため、論じられる各ステップの番号を、対応するブロック内に括弧に入れて与えてある。
【００２３】
開始（ブロック１００）から、初期ステップ（１）はブロック１０２でコンピュータ６２を使って、記憶媒体８０を介して提供されるランダムに離間されたデータから元のDEMを生成する。図３に示される初期コンピュータ画面２００を参照すると、ユーザーはフィールド２０２で「点からDEMを生成」を選択する。すると図４に示されるように「点からDEMの設定」コンピュータ画面２０４が生成される。
【００２４】
「点からDEMの設定」コンピュータ画面２０４では、収集データを記憶しているファイルの名前がフィールド２０６に入力される。点の書式がフィールド２０８で選択される。この場合、点はユニバーサル横メルカトル（UTM）グリッドに基づく。点の測定単位がフィールド２１０で選択され、たとえばメートルである。UTMグリッドは、60個の南北方向のゾーンを含んでおり、各ゾーンは緯度において6度の幅である。関心のあるUTMゾーンがフィールド２１２で選択される。たとえばフィールド２１２でゾーン15が選択される。データの解像度がフィールド２１４で選択され、ウィンドウ・フィルタ・サイズがフィールド２１６で選択される。これは当業者はすぐ認識するであろう。生成された元のDEMは、図５に示されるようにコンピュータ画面３００に与えられる。
【００２５】
元のDEMを向上させるためのステップ（２）〜（１９）は、図３に示される初期コンピュータ画面２００からフィールド２２０で「バッチ・プロセス実行」を選択することによって開始される。バッチ・プロセスが実行されると、フィールド２２２、２２４および２２６によって、ユーザーは、バッチ・プロセスに関連するある種のパラメータを設定することが許容される。これらのパラメータについては下記で述べる。
【００２６】
ブロック１０４でのステップ（２）は、元のDEMの再サンプリングである。再サンプリングに関連する設定は、図６に示されるようにコンピュータ画面２３０で与えられる。元のDEMの再サンプリングはたとえば1メートルの解像度を有しているが、ここで、より低い解像度で再サンプリングされる。その解像度はフィールド２３２で設定され、たとえば30メートルである。ウィンドウ・フィルタ・サイズも、フィールド２３４において選択される。結果は図７に示されるようなコンピュータ画面３０２で与えられる。この結果は、土地５２の上のオブジェクト５４、５６をならしたものである。
【００２７】
ブロック１０６では、再サンプリングされたDEMに対してヌル充填（null filling）が実行される。該ヌル充填は、図３に示される初期コンピュータ画面２００からのフィールド２２６で与えられるヌル操作と関連している。ヌル操作は、図８のコンピュータ画面２４０で与えられるようにヌル拡張（null expansion）またはヌル充填に分けられうる。フィールド２４２がヌル拡張に対応し、フィールド２４４がヌル充填に対応する。ヌル充填が実行されるので、図９に示されるようなコンピュータ画面２５０が表示される。ヌル充填に関連する設定は、充填方法についてのフィールド２５２、実行されるべき充填パス数についてのフィールド２５４および充填到達距離（fill reach）についてのフィールド２５６を含む。ヌル充填後に結果として得られる再サンプリングされたDEMは、図１０に示されるようにコンピュータ画面３０４で与えられる。
【００２８】
ブロック１０８では、DEM引き算（subtraction）が実行される。コンピュータ画面２６０は、図１１に示されるDEM引き算に関連している。DEM引き算で使われる閾値はフィールド２６２で選択される。ステップ（３）でのヌル充填後の再サンプリングされたDEMが、ステップ（１）での元のDEMから引き算されて、オブジェクトのみDEMが生成される。オブジェクトのみDEMは図１２に示されるようなコンピュータ画面３０６で与えられる。
【００２９】
ブロック１１０で、ステップ（５）は別のDEM除去（subtraction）である。ステップ（４）からのオブジェクトのみDEMはステップ（１）での元のDEMから除去されて、該オブジェクトのないDEMが生成される。このDEMは図１３に示されるようにコンピュータ画面３０８で与えられる。
【００３０】
ブロック１１２では、ステップ（６）に対応して、前記のオブジェクトのないDEMに対してヌル拡張が実行される。図１４に示されるように、コンピュータ画面２７０はヌル拡張に関連付けられている。ヌルはフィールド２７２で選択された値に対応して拡張される。ヌル拡張は、すべてのオブジェクトが除去され、コンピュータ画面３１０で与えられ、図１５に示されるように結果が1メートルの解像度でオブジェクトがないDEMとなることを確実にする。
【００３１】
実行バッチ・プロセスは、ステップ（７）のためにブロック１０４にループで戻る。ブロック１０４は、図１５で与えられるようなオブジェクトのないDEMに対して再サンプリングを実行する。この再サンプリングはより低い解像度、すなわち1メートルないし30メートルの解像度で実行される。その結果は、図１６に示されるようなコンピュータ画面３１２で与えられる。
【００３２】
ブロック１０６では、ステップ（８）に対応して二度目のヌル充填が実行される。この二度目のヌル充填は、ブロック１１２で与えられるような再サンプリングされたオブジェクトのないDEMに対して実行される。このプロセスは、図１７のコンピュータ画面３１４で与えられるような土地のみDEMを生成する。ブロック１０８では、ステップ（９）に対応して二度目のDEM引き算が実行される。ステップ（８）からの土地のみDEMがここでステップ（１）での元のDEMから引き算されて、向上されたオブジェクトのみDEMが生成される。向上されたオブジェクトのみDEMは図１８に示されるようなコンピュータ画面３１６で与えられる。ブロック１１０では、ステップ（１０）は別のDEM除去ステップである。ステップ（９）からの向上されたオブジェクトのみDEMがステップ（１）での元のDEMから除去されて、向上された、オブジェクトのないDEMが生成される。この向上された、オブジェクトのないDEMは図１９に示されるようにコンピュータ画面３１８で与えられる。
【００３３】
実行バッチ・プロセスは、ステップ（１１）のためにブロック１０４にループで戻る。ブロック１０４は、ブロック１１０で与えられるような向上された、オブジェクトのないDEMに対して、今一度再サンプリングを実行する。前回同様、この再サンプリングはより低い解像度、すなわち1メートルないし30メートルの解像度で実行される。その結果は、図２０に示されるようなコンピュータ画面３２０で与えられる。
【００３４】
ブロック１０６では、ステップ（１２）に対応して今一度、ヌル充填が実行される。この三度目のヌル充填は、ブロック１０４によって与えられるような再サンプリングされたオブジェクトのないDEMに対して実行され、図２１のコンピュータ画面３２２で与えられるような向上された土地のみDEMを生成する。このDEMは、最終的な土地のみDEMとも称される。
【００３５】
ブロック１０８では、ステップ（１３）に対応して三度目のDEM引き算が実行される。ステップ（１２）からの向上された土地のみDEMがステップ（１）での元のDEMから引き算されて、一層向上されたオブジェクトのみDEMが生成される。一層向上されたオブジェクトのみDEMは図２２に示されるようなコンピュータ画面３２４で与えられる。
【００３６】
ブロック１１４では、ステップ（１４）に対応して、前記の一層向上されたオブジェクトのみDEMに対してヌル拡張が実行される。ブロック１１６では、ステップ（１５）に対応してヌル充填が実行される。ステップ（１４）および（１５）は、オブジェクトのまわりからノイズを除去して、一層向上されたオブジェクトのみDEMを生成するために実行される。プロセスはブロック１１４にループで戻り、ステップ（１６）および（１７）が実行される。すなわち、今一度ヌル拡張およびヌル充填が実行されて、図２３のコンピュータ画面３２６で与えられるような第二の一層向上されたオブジェクトのみDEMが生成される。
【００３７】
ブロック１１８では、DEM引き算が実行される。ステップ（１７）からの第二の一層向上されたオブジェクトのみDEMが、ステップ（１５）からの一層向上されたオブジェクトのみDEMから引き算されて、ノイズのみDEMが生成される。ノイズのみDEMは図２４に示されるようなコンピュータ画面３２８で与えられる。
【００３８】
ブロック１２０では、別のDEM除去が実行される（ステップ１９）。ステップ（１８）からのノイズのみDEMはステップ（１５）からの第二の一層向上されたオブジェクトのみDEMから除去されて、最終的なオブジェクトのみDEMが生成される。この最終的なオブジェクトのみDEMは図２５に示されるようにコンピュータ画面３３０で与えられる。
【００３９】
ステップ（２）〜（１９）について上で論じたようにして、最終的な土地のみDEMおよび最終的なオブジェクトのみDEMが生成された。従来技術のDEMに比べ、これらのDEMは、ステップ（２）〜（１９）において実行されたループ反復の結果として向上されている。これから論じる本発明に基づくさらにもう一つの側面は、最終的なオブジェクトのみDEMの建物DEMおよび植生DEMへの分離である。換言すれば、最終的なオブジェクトのみDEMは二つの別個のDEMに分離され、各DEMは別個に処理されうるようになる。
【００４０】
最終的なオブジェクトのみDEMの建物DEMおよび植生DEMへの分離についてこれから図２６に示される流れ図および図２７〜２８を参照しつつ論じる。最初に図３に示されていたコンピュータ画面２００を参照するに、ユーザーはフィールド２２７で「建物と樹木を分離」を選択する。すると、図２７に示されるような「建物と樹木を分離」のコンピュータ画面４１０が表示される。
【００４１】
引き続き図２７を参照するに、ユーザーはいくつかの閾値パラメータを選択するオプションを有している。分離は、各オブジェクトについて面積当たりの周および各オブジェクトの高さを計算することに基づいて実行されるので、対応する比較閾値がコンピュータ画面４１０を介して設定される。たとえば、面積当たりの周の閾値がフィールド４１２で設定される。考慮すべき各オブジェクトの最小サイズがフィールド４１４で設定される。このフィールドは最小ポスト（minimum posts）と表示されている。フィールド４１６でコード残差（chord residue）が選択されるが、これは考慮されているオブジェクトの幅または一側の長さである。最大樹木高さがフィールド４１８で選択される。第二の面積当たりの周テストに関連した第二の閾値がフィールド４２０で選択される。フィールド４２０で選択されたこの第二の閾値は、フィールド４１２で選択された第一の閾値とは異なっていてもよい。
【００４２】
最終的なオブジェクトのみDEMの建物DEMおよび植生DEMへの分離を開始するため、最終的なオブジェクトのみDEMにおける各オブジェクトについて周対面積パラメータがブロック５０２で決定される。本発明を説明する目的のため、図２８も参照すると、最終的なオブジェクトのみDEMがどのように建物DEMと植生DEMに分離されるかが与えられている。たとえば、最初に、図２５で示されたような最終的なオブジェクトのみDEMを表す単純化された表現が図２８のフレーム６００に与えられる。
【００４３】
フレーム６００内に示されるように、オブジェクトは、同じDEM内にまとめられた建物５４および樹木５６を含む。各オブジェクトについての周対面積パラメータは、ブロック５０４で選択された閾値と比較されて、DEM中の各オブジェクトが建物５４であるか植生５６であるかが識別される。閾値との比較に基づいて、フレーム６０２および６０４に示されるように、オブジェクトは建物DEMと植生DEMに分離される。
【００４４】
各オブジェクトについてのデータは高さの値を含んでおり、フレーム６０４中の植生５６として識別された各オブジェクトについての高さの値が、ブロック５０６で高さ閾値と比較される。ブロック５０８では、フレーム６０４中の各植生５６は、それに関連する高さ値が高さ閾値より大きければ、建物５４と識別し直される。フレーム６０６および６０８に示されるように、フレーム６０４で植生５６と識別された建物５４がフレーム６０６では建物として識別し直されている。しかしながら、フレーム６０６に示されるように、フレーム６０４中の高い樹木５６が今度は高さ閾値との比較に基づいて建物と識別されてしまった。
【００４５】
ブロック５１０では、フレーム６０６で建物と識別されている各オブジェクトについて、第二の周対面積パラメータが決定される。第二の周対面積パラメータのそれぞれは、ブロック５１２で第二の閾値と比較される。各建物５４は、第二の周対面積パラメータが第二の閾値より大きければ、ブロック５１４で植生５６として識別し直される。
【００４６】
ブロック５１６では、建物５４として識別されたオブジェクトは建物DEMに分離され、植生として識別されたオブジェクトは植生DEMに分離される。別個の建物DEMおよび植生DEMは有利なことに、著しく少ないユーザー介入で、よりリアルな地形モデルが生成されることを許容する。建物DEMはフレーム６１０によって表され、植生DEMはフレーム６１２によって表されている。最終的なオブジェクトのみDEMを建物DEMと植生DEMに分離する本方法は、ブロック５１８で終了する。最終的なオブジェクトのみDEMを二つの別個のDEMに分離する上記の諸ステップは、図２のステップ（２０）に対応する。
【００４７】
ここで、残りのステップ（２１）〜（２６）について論じる。建物５４および樹木５６はそれぞれ異なってモデル化される。ブロック１２４はステップ（２１）に対応し、任意的であるが、自動プロセスが各オブジェクトを正しく識別しそこなった場合に建物５４と樹木５６の分離をユーザーが手動で仕上げまたは編集することを許容する。
【００４８】
ブロック１２６では、ステップ（２２）に対応して、植生DEM６１２中の各植生が3D点としてモデル化される。点をx（緯度）、y（経度）およびz（高度）のリストに変換するために、ユーザーは図３に示されるようなフィールド２２８で「DEMから点を生成」を選択する。
【００４９】
ブロック１２８は、ステップ（２３）に対応して、建物がベクトルとしてモデル化される。建物をベクトルとしてモデル化することは、背景技術の部分で論じた米国特許第6,654,690号に開示されている。ブロック１３０で、ステップ（２４）に対応して、建物を表すポリゴンにテクスチャーが配置される。換言すれば、ポリゴン上に画像が配置されて、地形モデルにリアルな見かけが与えられる。RealSite（商標）はこのタスクを実行する一つの市販のツールである。RealSite（商標）は本発明の被譲渡者であるハリス・コーポレーションによって開発されたものである。
【００５０】
ブロック１３２では、コンピュータ・システム６０上での表示のために生成された幾何学図形およびテクスチャーのすべてを整形するためにSceneBuilder（商標）が使用される。SceneBuilder（商標）も市販のツールである。ブロック１３４でInReality（商標）を使って、図２９に示されるような表示のための最終的な地形モデルが提供される。InReality（商標）は、ハリス・コーポレーションによって開発されたもう一つの市販のツールであり、ユーザーが仮想シーンを行き来し、さまざまな解析を遂行することを許容する。InReality（商標）は、RealSite（商標）ソフトウェアに対する相棒として設計されている。プロセスはブロック１３６で終了する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に基づく、地形データを収集し、収集された地形データから地形モデルを生成することのブロック概略図である。
【図２】本発明に基づく地形モデルを生成するための流れ図である。
【図３】本発明に基づく元のDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図４】本発明に基づく元のDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図５】本発明に基づく元のDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図６】本発明に基づく元のDEMの再サンプリングに対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図７】本発明に基づく元のDEMの再サンプリングに対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図８】本発明に基づく再サンプリングされたDEMに対して実行されるヌル充填プロセスに対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図９】本発明に基づく再サンプリングされたDEMに対して実行されるヌル充填プロセスに対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１０】本発明に基づく再サンプリングされたDEMに対して実行されるヌル充填プロセスに対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１１】本発明に基づく、オブジェクトのみDEMと該オブジェクトのないDEMを生成するためのDEM引き算に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１２】本発明に基づく、オブジェクトのみDEMと該オブジェクトのないDEMを生成するためのDEM引き算に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１３】本発明に基づく、オブジェクトのみDEMと該オブジェクトのないDEMを生成するためのDEM引き算に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１４】図１３で与えられるオブジェクトのないDEMに対して実行されるヌル拡張プロセスに対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１５】図１３で与えられるオブジェクトのないDEMに対して実行されるヌル拡張プロセスに対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１６】本発明に基づく土地のみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１７】本発明に基づく土地のみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１８】本発明に基づく、向上されたオブジェクトのみDEMと向上された、該オブジェクトのないDEMを生成するためのDEM引き算に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図１９】本発明に基づく、向上されたオブジェクトのみDEMと向上された、該オブジェクトのないDEMを生成するためのDEM引き算に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図２０】本発明に基づく最終的な土地のみDEMおよび一層向上されたオブジェクトのみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図２１】本発明に基づく最終的な土地のみDEMおよび一層向上されたオブジェクトのみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図２２】本発明に基づく最終的な土地のみDEMおよび一層向上されたオブジェクトのみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図２３】本発明に基づく、ヌル充填／ヌル拡張に基づく第二の一層向上されたオブジェクトのみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図２４】本発明に基づく、ノイズのみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図２５】本発明に基づく最終的なオブジェクトのみDEMの生成に対応するコンピュータ画面表示の図である。
【図２６】図２５で与えられる最終的なオブジェクトのみDEMを建物DEMおよび植生DEMに分離するための流れ図である。
【図２７】本発明に基づく、最終的なオブジェクトのみDEMの建物DEMおよび植生DEMへの分離に関連するパラメータを設定するためのコンピュータ画面表示の図である。
【図２８】本発明に基づく、最終的なオブジェクトのみDEMの建物DEMおよび植生DEMへの分離のためのステップの図的な表現である。
【図２９】本発明に基づいて生成された地形モデルのコンピュータ画面表示の図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土地およびその上の複数のオブジェクトについてのデータを含む元のデジタル標高モデル（DEM）を処理するためのコンピュータ実装される方法であって：
元のDEMからより低い解像度の低解像度DEMを生成する段階と；
該低解像度DEMと元のDEMとの比較に基づいてオブジェクトのみのDEMを生成する段階と；
該オブジェクトのみのDEMにおけるノイズを削減する段階とを有する方法。
【請求項２】
請求項１記載のコンピュータ実装される方法であって：
第一のウィンドウ・サイズに基づいて前記オブジェクトのみのDEMにおけるヌルを同定する段階と；
前記オブジェクトのみのDEM中に同定されたヌルを拡張する段階と；
前記オブジェクトのみのDEM中の拡張されたヌルを埋めて第一の洗練されたオブジェクトのみDEMを生成する段階とを有する方法。
【請求項３】
請求項２記載のコンピュータ実装される方法であって：
前記第一のウィンドウ・サイズに基づいて前記第一の洗練されたオブジェクトのみのDEMにおけるヌルを同定する段階と；
前記第一の洗練されたオブジェクトのみDEM中に同定されたヌルを拡張する段階と；
前記第一の洗練されたオブジェクトのみDEM中の拡張されたヌルを埋めて第二の洗練されたオブジェクトのみDEMを生成する段階とをさらに有する方法。
【請求項４】
前記第一の洗練されたオブジェクトのみDEMと前記第二の洗練されたオブジェクトのみDEMとの比較に基づいて、ノイズのみのDEMを生成する段階をさらに有する、請求項３記載のコンピュータ実装される方法。
【請求項５】
前記ノイズのみのDEMを、前記第二の洗練されたオブジェクトのみDEMから引き算して、最終的な洗練されたオブジェクトのみDEMを生成する段階をさらに有する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
地形モデル化のためのコンピュータ・システムであって：
土地およびその上の複数のオブジェクトについてのデータを含む元のデジタル標高モデル（DEM）を処理するためのプロセッサを有しており、前記処理は：
元のDEMからより低い解像度の低解像度DEMを生成する段階と；
該低解像度DEMと元のDEMとの比較に基づいてオブジェクトのみのDEMを生成する段階と；
該オブジェクトのみのDEMにおけるノイズを削減する段階とを有しており、
当該コンピュータ・システムがさらに、前記プロセッサに結合され、前記処理に基づく地形モデルを表示するディスプレイを有する、コンピュータ・システム。
【請求項７】
請求項６記載のコンピュータ・システムであって、前記プロセッサが、前記オブジェクトのみのDEMにおけるノイズを削減するために：
第一のウィンドウ・サイズに基づいて前記オブジェクトのみのDEMにおけるヌルを同定する段階と；
前記オブジェクトのみのDEM中に同定されたヌルを拡張する段階と；
前記オブジェクトのみのDEM中の拡張されたヌルを埋めて第一の洗練されたオブジェクトのみDEMを生成する段階とを実行する、コンピュータ・システム。
【請求項８】
請求項７記載のコンピュータ・システムであって、前記プロセッサがさらに：
前記第一のウィンドウ・サイズに基づいて前記第一の洗練されたオブジェクトのみのDEMにおけるヌルを同定する段階と；
前記第一の洗練されたオブジェクトのみDEM中に同定されたヌルを拡張する段階と；
前記第一の洗練されたオブジェクトのみDEM中の拡張されたヌルを埋めて第二の洗練されたオブジェクトのみDEMを生成する段階とを実行する、コンピュータ・システム。
【請求項９】
前記プロセッサが、前記第一の洗練されたオブジェクトのみDEMと前記第二の洗練されたオブジェクトのみDEMとの比較に基づいて、ノイズのみのDEMを生成する、請求項８記載のコンピュータ・システム。
【請求項１０】
前記プロセッサが、前記ノイズのみのDEMを、前記第二の洗練されたオブジェクトのみDEMから引き算して、最終的な洗練されたオブジェクトのみDEMを生成し；前記ディスプレイが前記最終的な洗練されたオブジェクトのみDEMに基づく地形モデルを表示する、請求項９記載のコンピュータ・システム。
【請求項１】
土地およびその上の複数のオブジェクトについてのデータを含む元のデジタル標高モデル（DEM）を処理するためのコンピュータ実装される方法であって：
元のDEMからより低い解像度の低解像度DEMを生成する段階と；
該低解像度DEMと元のDEMとの比較に基づいてオブジェクトのみのDEMを生成する段階と；
該オブジェクトのみのDEMにおけるノイズを削減する段階とを有する方法。
【請求項２】
請求項１記載のコンピュータ実装される方法であって：
第一のウィンドウ・サイズに基づいて前記オブジェクトのみのDEMにおけるヌルを同定する段階と；
前記オブジェクトのみのDEM中に同定されたヌルを拡張する段階と；
前記オブジェクトのみのDEM中の拡張されたヌルを埋めて第一の洗練されたオブジェクトのみDEMを生成する段階とを有する方法。
【請求項３】
請求項２記載のコンピュータ実装される方法であって：
前記第一のウィンドウ・サイズに基づいて前記第一の洗練されたオブジェクトのみのDEMにおけるヌルを同定する段階と；
前記第一の洗練されたオブジェクトのみDEM中に同定されたヌルを拡張する段階と；
前記第一の洗練されたオブジェクトのみDEM中の拡張されたヌルを埋めて第二の洗練されたオブジェクトのみDEMを生成する段階とをさらに有する方法。
【請求項４】
前記第一の洗練されたオブジェクトのみDEMと前記第二の洗練されたオブジェクトのみDEMとの比較に基づいて、ノイズのみのDEMを生成する段階をさらに有する、請求項３記載のコンピュータ実装される方法。
【請求項５】
前記ノイズのみのDEMを、前記第二の洗練されたオブジェクトのみDEMから引き算して、最終的な洗練されたオブジェクトのみDEMを生成する段階をさらに有する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
地形モデル化のためのコンピュータ・システムであって：
土地およびその上の複数のオブジェクトについてのデータを含む元のデジタル標高モデル（DEM）を処理するためのプロセッサを有しており、前記処理は：
元のDEMからより低い解像度の低解像度DEMを生成する段階と；
該低解像度DEMと元のDEMとの比較に基づいてオブジェクトのみのDEMを生成する段階と；
該オブジェクトのみのDEMにおけるノイズを削減する段階とを有しており、
当該コンピュータ・システムがさらに、前記プロセッサに結合され、前記処理に基づく地形モデルを表示するディスプレイを有する、コンピュータ・システム。
【請求項７】
請求項６記載のコンピュータ・システムであって、前記プロセッサが、前記オブジェクトのみのDEMにおけるノイズを削減するために：
第一のウィンドウ・サイズに基づいて前記オブジェクトのみのDEMにおけるヌルを同定する段階と；
前記オブジェクトのみのDEM中に同定されたヌルを拡張する段階と；
前記オブジェクトのみのDEM中の拡張されたヌルを埋めて第一の洗練されたオブジェクトのみDEMを生成する段階とを実行する、コンピュータ・システム。
【請求項８】
請求項７記載のコンピュータ・システムであって、前記プロセッサがさらに：
前記第一のウィンドウ・サイズに基づいて前記第一の洗練されたオブジェクトのみのDEMにおけるヌルを同定する段階と；
前記第一の洗練されたオブジェクトのみDEM中に同定されたヌルを拡張する段階と；
前記第一の洗練されたオブジェクトのみDEM中の拡張されたヌルを埋めて第二の洗練されたオブジェクトのみDEMを生成する段階とを実行する、コンピュータ・システム。
【請求項９】
前記プロセッサが、前記第一の洗練されたオブジェクトのみDEMと前記第二の洗練されたオブジェクトのみDEMとの比較に基づいて、ノイズのみのDEMを生成する、請求項８記載のコンピュータ・システム。
【請求項１０】
前記プロセッサが、前記ノイズのみのDEMを、前記第二の洗練されたオブジェクトのみDEMから引き算して、最終的な洗練されたオブジェクトのみDEMを生成し；前記ディスプレイが前記最終的な洗練されたオブジェクトのみDEMに基づく地形モデルを表示する、請求項９記載のコンピュータ・システム。
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公表番号】特表２００８−５３０５９５（Ｐ２００８−５３０５９５Ａ）
【公表日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５５４２７５（Ｐ２００７−５５４２７５）
【出願日】平成１８年２月６日（２００６．２．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００３９７９
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８６２５３
【国際公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【出願人】（５９４０７１６７５）ハリス コーポレイション (287)
【氏名又は名称原語表記】Ｈａｒｒｉｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月６日（２００６．２．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００３９７９
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８６２５３
【国際公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【出願人】（５９４０７１６７５）ハリス コーポレイション (287)
【氏名又は名称原語表記】Ｈａｒｒｉｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【Ｆターム（参考）】
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