独立偏位修正画像セットおよび方法
【課題】 従来、重複撮影航空写真（デジタル写真）は、情報が多く取得される。前記情報を最大限活用する工夫が強く望まれている。また、目的とする情報を得るための時間の短縮、工程の簡素化、コスト低減、情報の種類の多様化等々、近来の急速な環境変化に対応した新しいニーズに答えることが要求されている。
【解決手段】 重複撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像を含む独立偏位修正画像セットを提供する。
【解決手段】 重複撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像を含む独立偏位修正画像セットを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地理空間情報に関する偏位修正画像およびその活用法に関するものである。特に、新しい偏位修正画像に関し、その活用範囲が広く、種々の応用が期待できるものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、デジタル化が進行し、例えば、航空写真もデジタルカメラで撮影され、アナログ写真では、不可能であった新しい活用が提案され、急速な発展が始っている。先ず、アナログでは必要であった現像処理その後のスキャニング等は、デジタルでは不要となり、撮影後の現像処理に必要な時間が大幅に短縮され、迅速に処理できるようになった。
【０００３】
更に、撮影移動方向に重複撮影（オーバーラップ撮影）することが行われ、水平面内で該撮影移動方向に直角な方向にも重複撮影（サイドラップ撮影）を行うようになり、多くの画像が得られるようになった。最初は、安全撮影のために重複撮影を意図していたが、今は、多数重複撮影された画像の活用を図る工夫がされ始めている。
【０００４】
また、例えば、画素レベルで、画像を修正できるので、色々な活用ができるようになった。例えば、特開２００３−３２３６０３（特許文献１）、特開２００３−３１６２５６、（特許文献２）および特開２００２−０９２６５８（特許文献３）などに記載されているように、ステレオマッチング方法、オルソフォト生成方法、３次元デジタル地図作成等に使われるようになってきているが、まだ、撮影で得られた情報に関して、十分な活用がされていなくて、重複撮影で得られる情報の更なる有効な活用が望まれている。
【特許文献１】 特開２００３−３２３６０３
【特許文献２】 特開２００３−３１６２５６
【特許文献３】 特開２００２−０９２６５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、重複撮影航空写真（デジタル写真）は、重複度が多くなると、情報が多く取得される。従って、該重複撮影航空写真の情報を最大限活用する工夫が望まれている。そのための方法と、前記工夫の提案が強く望まれている。また、更に、目的とする情報を得るための時間の短縮、工程の簡素化、コスト低減、情報の種類の多様化等々、近来の急速な環境変化に対応した新しいニーズに答えることが要求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像を含む独立偏位修正画像セットが有用であって、請求項１として提案している。前記基準面は、一般的には、水平面であるが、調査などの目的で例えば斜面が基準面になることもあり、その場合は、前記斜面が基準面となる。
【０００７】
また、オーバーラップして撮影された空中写真画像を、絶対座標系における鉛直方向に射影変換を実施して水平面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像を含む独立偏位修正画像セットを請求項２としている。
【０００８】
本発明において、前記独立偏位修正画像とは、絶対座標系における鉛直方向に対して、或る標定画像（航空写真画像）の射影変換を水平な仮想撮像面に実施して得られる画像をいう。また、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像の組み合わせをセットとしている。このセットは、同時に存在することもあるが、時差をもって、用いられることもあり、その両方を意図している。また、前記セットは、記憶させて、用いることもあり活用の途中で一時的に存在することもある。
【０００９】
また本発明は、オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像に関し、特徴点に対してマルチマッチングを行うことを特徴とするマルチマッチング方法を請求項３として提案している。
【００１０】
更に、前記独立偏位修正画像の倍率変換画像群を３次元空間におけるボクセル画像と捉え、３次元の写像空間配列として作成し、前記空中写真画像の画素値を記録した前記写像空間配列を利用する請求項３のマルチマッチング方法を請求項４としている。
【００１１】
また、更に、前記画素値が、単一レイヤーのモノクロ画像、３層レイヤーのカラー画像、もしくは、複数レイヤーのマルチスペクトラム画像およびハイパースペーススペクトラム画像、の階調情報を格納することができる前記写像空間配列である請求項４のマルチマッチング方法を請求項５としている。
【００１２】
前記基準面が水平面であり、前記鉛直方向が絶対座標系における方向であって、前記写像空間配列が前記空中写真画像の東西南北方向に平行な格子状である請求項４または５のいずれかに記載のマルチマッチング方法として、請求項６の提案をしている。いずれにしろ、請求項３から請求項６は、基本的に前記独立偏位修正画像セットをマルチマッチングに使っているものである。前記マルチマッチングを行うにあたり、前記特徴点に対して画素マッチングを行う請求項３乃至６のいずれかに記載のマルチマッチング方法を請求項７としている。
【００１３】
本発明は、オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像に関して、３次元の写像空間配列の中における３次元ポリゴンについてポリゴンマッチングを行うことを特徴とするポリゴンマッチング方法を請求項８としている。そして、前記独立偏位修正画像の倍率変換画像群を３次元空間におけるボクセル画像と捉え、３次元の写像空間配列として作成し、前記空中写真画像の画素値を記録した前記写像空間配列を利用する請求項８のポリゴンマッチング方法を請求項９としている。
【００１４】
更に、前記画素値が、単一レイヤーのモノクロ画像、３層レイヤーのカラー画像、もしくは、複数レイヤーのマルチスペクトラム画像およびハイパースペーススペクトラム画像、の階調情報を格納することができる前記写像空間配列である請求項９のポリゴンマッチング方法を請求項１０として提案している。
【００１５】
また、前記基準面が水平面であり、前記鉛直方向が絶対座標系における方向であって、前記写像空間配列が前記空中写真画像の東西南北方向に平行な格子状である請求項９または１０のいずれかに記載のポリゴンマッチング方法を請求項１１としている。従って、請求項８乃至１１は、前記独立偏位修正画像セットをポリゴンマッチングに活用できるもので、非常に有用であり、また、このように利用したポリゴンマッチング方法は非常に使いやすい効果を有する。
【００１６】
本発明は、更に、オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像に関して、特定領域の倍率変換によるトゥルーオルソ画像を得るトゥルーオルソ画像作成方法を請求項１２とし、前記独立偏位修正画像の倍率変換画像群を３次元空間におけるボクセル画像と捉え、３次元の写像空間配列として作成し、前記空中写真画像の画素値を記録した前記写像空間配列を利用する請求項１２のトゥルーオルソ画像作成方法を請求項１３としている。
【００１７】
また、前記画素値が、単一レイヤーのモノクロ画像、３層レイヤーのカラー画像、もしくは、複数レイヤーのマルチスペクトラム画像およびハイパースペーススペクトラム画像、の階調情報を格納することができる前記写像空間配列である請求項１３のトゥルーオルソ画像作成方法を請求項１４として提案し、前記基準面が水平面であり、前記鉛直方向が絶対座標系における方向であって、前記写像空間配列が前記空中写真画像の東西南北方向に平行な格子状である請求項１３または１４のいずれかに記載のトゥルーオルソ画像作成方法を請求項１５としている。従って、請求項１２乃至１５は、例えば、前記独立偏位修正画像セットをトゥルーオルソ画像作成方法に使用する例を含んでいる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、前記したように、簡単な射影で、種々の応用が可能で、重複撮影した画像をもれなく利用することも可能で、撮影された情報を無駄なく有効活用ができる。また、簡単な方法で応用が可能となり、望まれていた工夫、効果を得ることができる。加えて、大きくは、前記独立偏位修正画像においては、全ての水平線分が方向性が一致する利点があり、これを元に種々の応用が可能になる。前記水平線分は、同一の標高値を有する頂点で構成される線分であって、水平な基準面内の点で構成される。水平線分のみで構成される水平輪郭ポリゴンの場合は、必ず相似の関係が成り立っている。
【００１９】
更に、前記独立偏位修正画像は、全画像の同時参照によるオクルージョンの回避ができる効果がある。オブジェクト空間において独立偏位修正画像の倍率変換による特徴点の重ね合わせが可能であることから、任意の探索位置に対応する全画像の同時参照が可能である。従って、正しい対応点を決定することができる利点がある。
【００２０】
また、本発明によれば、このオクルージョン回避に伴い計算コストの低減ができる。それは、本発明に従うと、単一の注視点の計測の方法を用い、水平方向に対して、等間隔な計測点をグリッド状に配置し、鉛直方向の探索を実施することで、均等な計測密度が得られ、各計測点では、全画像の同時参照によるオクルージョンの回避が可能であり、対応点探索の繰り返し演算が不要となる。また、本発明は、その他多くの効果を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施例と図を挙げながら、更に具体的に詳しく説明する。先ず、本発明にかかる独立偏位修正法および該方法により得られる独立修正画像について、説明する。図１は前記独立偏位修正法の概念図である。１は、撮影対象物であり、２は注視点である。撮影対象物１を撮影した多重撮影画像の中から標定画像３と標定画像４の２枚選択し、それぞれの撮影中心をそれぞれ５、６とする。標定画像３と４について、下記の式（１）を用いて、写真座標系から絶対座標系に変換し、共線条件に基づき、水平な仮想撮像面に対してそれぞれ投影変換をして、独立偏位修正画像７と８を得る。
【００２２】
なお、ここで、各標定画像の標定要素から絶対座標系におけるカメラの投影中心位置をＣｋ（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）、その姿勢の回転角を（Ωｋ，Φｋ，Ｋｋ）とし、標定画像の写真座標系における任意の点の座標値（ｘ，ｙ，−ｃ）を絶対座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換できる。ただし、κ＝１，２，・・・，ｎ（ｎ：マッチングに使用する画像の枚数）とし、ｃはカメラの焦点距離を意味する。
【００２３】
この標定画像上の任意の点の絶対座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を投影中心点Ｃｋと焦点距離ｃは変えずに、共線条件に基づき、姿勢の回転角を全て０とした水平かつ同一方向の仮想撮像面を定義し、射影変換することで、変換後の写真座標系における座標値（ｘ‘，ｙ’，−ｃ）を得る。これを射影変換画像としてリサンプリングすることで、独立偏位修正画像を得ることができる。
【００２４】
また、全ての独立偏位修正画像が水平かつ同一方向の仮想撮像面に対して射影変換されていることから、基準面の高さに応じた画像の倍率変換により対応点の重ね合わせが可能である。図２は、対応点の重ね合わせの例である。独立偏位修正画像１１〜１４の４枚を注視点Ｐの対応点Ｐ１〜Ｐ４を注視点Ｐで重ねた合わせたもの１５である。Ｃ１〜Ｃ４は、それぞれの撮影中心である。注視点Ｐの独立偏位修正画像における座標値を（ｘ，ｙ）とし、同じく点Ｐの標高値（Ｚｐ）に基準面を設定すると、下記の式（２）に示した倍率変換式により、点Ｐの水平位置（Ｘｐ，Ｙｐ）を算出できる。
【００２５】
全ての独立偏位修正画像に対して、この倍率変換を適用すると共通の基準面上で対応点は重なりあう。オブジェクト空間内で重ね合わせた画像データを階層上に蓄積し、この層状に蓄積された画像データを鉛直方向に探索することで、多重撮影画像間でのマッチングが可能になる。
【００２６】
渋谷区全域を撮影した航空写真の中から、選んだ多重撮影画像を実施例に用いた。（本発明は、このように任意の撮影方法に適応可能である。７枚を選択し、中央の一枚を中心に左右隣接のそれぞれ１枚と、写真上で、該中央の左斜め前の隣接と右斜め前の隣接画像をそれぞれ１枚と、該中央の左斜め下と右斜め下の隣接画像をそれぞれ１枚の合計７枚で、該中央を囲む６枚の隣接画像は、６角形を構成している。）撮影記録からは、撮影に使用した機器、ＤＭＣとして、インターグラフ社の緒元等は、画素数１３８２４×７８０画素、ＣＣＤサイズ１６５．９ｍｍ×９２，２ｍｍ、画素サイズ１２．０μｍ（正方格子）、焦点距離１２０ｍｍであって、撮影緒元は、対地高度６００ｍ、ラップ率（ＯＬ／ＳＬ）６６．７％×６６．７％、プロジェクト数２であった。
【００２７】
前記実施例の概略の流れを図３にフローチャートで示した。先ず、選択された前記多重撮影画像３１から独立偏位修正画像３２を得た（得る方法を独立偏位修正法と呼ぶ）。第１に元になった多重撮影画像（標定画像３１）とその独立偏位修正画像３２とを比較し、水平線分の方向同一性について３３で評価した。
【００２８】
第２に、図化により得られた建物モデルを使用した可視、不可視判定３５に基づき、全画像の同時参照３４に対するオクルージョン領域３６の低減率について評価した。第３に、このオクルージョン領域が等価になるような条件で両者の計算コスト３７を比較して評価した。
【００２９】
前記対応点の倍率変換による座標値の一致度を評価するために、独立偏位修正画像を用いた図化による輪郭頂点を面積重心点の取得を実施した。図４はその一部を例示するもので、図化による輪郭頂点を示している。これを各画像に関して実施したところ、全ての画像において、建物輪郭の位置が一致（実線で表示部分）している様子が確認できた。図中の点線は、それぞれ異なる高さの建物輪郭線を示している。しかし、該当する高さに関して、それを基準面として、倍率変換すると、全ての画像で輪郭線が合致した。
【００３０】
図化で得られた建物の輪郭頂点と面積重心法で得られた特徴点について、それぞれの基準面に対する倍率変換による水平座標値の一致度は、平均点で表示すると、図化輪郭頂点について、Ｘは６．４５ｃｍ、Ｙは４．７４ｃｍであり、面積重心点は、Ｘは３．１２ｃｍ、Ｙは３．０２ｃｍで、図化輪郭頂点では、１画素程度、面積重心点では０．５画素程度の一致度を示していることになる。また、方向の一致性は、最上段の水平な建物輪郭線にあわせてみたところ、マルチレイ法では、不一致が見られたが、独立偏位修正画像法では、一致している様子がみられた。
【００３１】
第２のオクルージョンの低減の課題であるが、本発明にかかる独立偏位修正画像法で建物モデルを用いて、可視、不可視判定シミュレーションを行った。マルチレイ法の場合は、１０．０８％、独立偏位修正画像法の場合は、２．４２％であった。本発明にかかる方が、全画像の同時参照が可能であるので、自由な組み合わせで可視状態の画像が２枚以上あればマッチングが可能である。これがオクルージョンの低減に寄与している。
【００３２】
第３の低減コストについて、計算を行ったところ、前記７枚の位置の中心の画像と右隣と左斜め上と左斜め下のそれぞれの位置にあるものの組み合わせに関して、マルチレイ法によるマルチマッチング処理を実施し、４回分の計算時間を合算して比較した。その結果、マルチレイ法（Ａ）で、画像読込０分１２秒、画像切出し６１分００秒、対応点検索３０分２４秒、これに対して、本発明にかかる方法では、画像読込０分５秒、画像切出し１６分８秒、対応点検索８分１２秒であって、マルチレイ法は、本発明にかかる方法に比較して３．７５倍の所要時間が必要であった。従って、本発明は、コスト低減が大きいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明にかかる独立偏位修正法の概念図である。
【図２】本発明にかかり、倍率変換画像による対応点の重畳の様子の概念図である。
【図３】本発明の実施例のフローチャートである。
【図４】本発明にかかり、図化による輪郭頂点を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ 被写体（撮影対象物）
２ 注視点
３ 多重撮影画像
４ 多重撮影画像
５ 撮影中心
６ 撮影中心
７ 独立偏位修正画像
８ 独立偏位修正画像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地理空間情報に関する偏位修正画像およびその活用法に関するものである。特に、新しい偏位修正画像に関し、その活用範囲が広く、種々の応用が期待できるものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、デジタル化が進行し、例えば、航空写真もデジタルカメラで撮影され、アナログ写真では、不可能であった新しい活用が提案され、急速な発展が始っている。先ず、アナログでは必要であった現像処理その後のスキャニング等は、デジタルでは不要となり、撮影後の現像処理に必要な時間が大幅に短縮され、迅速に処理できるようになった。
【０００３】
更に、撮影移動方向に重複撮影（オーバーラップ撮影）することが行われ、水平面内で該撮影移動方向に直角な方向にも重複撮影（サイドラップ撮影）を行うようになり、多くの画像が得られるようになった。最初は、安全撮影のために重複撮影を意図していたが、今は、多数重複撮影された画像の活用を図る工夫がされ始めている。
【０００４】
また、例えば、画素レベルで、画像を修正できるので、色々な活用ができるようになった。例えば、特開２００３−３２３６０３（特許文献１）、特開２００３−３１６２５６、（特許文献２）および特開２００２−０９２６５８（特許文献３）などに記載されているように、ステレオマッチング方法、オルソフォト生成方法、３次元デジタル地図作成等に使われるようになってきているが、まだ、撮影で得られた情報に関して、十分な活用がされていなくて、重複撮影で得られる情報の更なる有効な活用が望まれている。
【特許文献１】 特開２００３−３２３６０３
【特許文献２】 特開２００３−３１６２５６
【特許文献３】 特開２００２−０９２６５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、重複撮影航空写真（デジタル写真）は、重複度が多くなると、情報が多く取得される。従って、該重複撮影航空写真の情報を最大限活用する工夫が望まれている。そのための方法と、前記工夫の提案が強く望まれている。また、更に、目的とする情報を得るための時間の短縮、工程の簡素化、コスト低減、情報の種類の多様化等々、近来の急速な環境変化に対応した新しいニーズに答えることが要求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像を含む独立偏位修正画像セットが有用であって、請求項１として提案している。前記基準面は、一般的には、水平面であるが、調査などの目的で例えば斜面が基準面になることもあり、その場合は、前記斜面が基準面となる。
【０００７】
また、オーバーラップして撮影された空中写真画像を、絶対座標系における鉛直方向に射影変換を実施して水平面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像を含む独立偏位修正画像セットを請求項２としている。
【０００８】
本発明において、前記独立偏位修正画像とは、絶対座標系における鉛直方向に対して、或る標定画像（航空写真画像）の射影変換を水平な仮想撮像面に実施して得られる画像をいう。また、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像の組み合わせをセットとしている。このセットは、同時に存在することもあるが、時差をもって、用いられることもあり、その両方を意図している。また、前記セットは、記憶させて、用いることもあり活用の途中で一時的に存在することもある。
【０００９】
また本発明は、オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像に関し、特徴点に対してマルチマッチングを行うことを特徴とするマルチマッチング方法を請求項３として提案している。
【００１０】
更に、前記独立偏位修正画像の倍率変換画像群を３次元空間におけるボクセル画像と捉え、３次元の写像空間配列として作成し、前記空中写真画像の画素値を記録した前記写像空間配列を利用する請求項３のマルチマッチング方法を請求項４としている。
【００１１】
また、更に、前記画素値が、単一レイヤーのモノクロ画像、３層レイヤーのカラー画像、もしくは、複数レイヤーのマルチスペクトラム画像およびハイパースペーススペクトラム画像、の階調情報を格納することができる前記写像空間配列である請求項４のマルチマッチング方法を請求項５としている。
【００１２】
前記基準面が水平面であり、前記鉛直方向が絶対座標系における方向であって、前記写像空間配列が前記空中写真画像の東西南北方向に平行な格子状である請求項４または５のいずれかに記載のマルチマッチング方法として、請求項６の提案をしている。いずれにしろ、請求項３から請求項６は、基本的に前記独立偏位修正画像セットをマルチマッチングに使っているものである。前記マルチマッチングを行うにあたり、前記特徴点に対して画素マッチングを行う請求項３乃至６のいずれかに記載のマルチマッチング方法を請求項７としている。
【００１３】
本発明は、オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像に関して、３次元の写像空間配列の中における３次元ポリゴンについてポリゴンマッチングを行うことを特徴とするポリゴンマッチング方法を請求項８としている。そして、前記独立偏位修正画像の倍率変換画像群を３次元空間におけるボクセル画像と捉え、３次元の写像空間配列として作成し、前記空中写真画像の画素値を記録した前記写像空間配列を利用する請求項８のポリゴンマッチング方法を請求項９としている。
【００１４】
更に、前記画素値が、単一レイヤーのモノクロ画像、３層レイヤーのカラー画像、もしくは、複数レイヤーのマルチスペクトラム画像およびハイパースペーススペクトラム画像、の階調情報を格納することができる前記写像空間配列である請求項９のポリゴンマッチング方法を請求項１０として提案している。
【００１５】
また、前記基準面が水平面であり、前記鉛直方向が絶対座標系における方向であって、前記写像空間配列が前記空中写真画像の東西南北方向に平行な格子状である請求項９または１０のいずれかに記載のポリゴンマッチング方法を請求項１１としている。従って、請求項８乃至１１は、前記独立偏位修正画像セットをポリゴンマッチングに活用できるもので、非常に有用であり、また、このように利用したポリゴンマッチング方法は非常に使いやすい効果を有する。
【００１６】
本発明は、更に、オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像に関して、特定領域の倍率変換によるトゥルーオルソ画像を得るトゥルーオルソ画像作成方法を請求項１２とし、前記独立偏位修正画像の倍率変換画像群を３次元空間におけるボクセル画像と捉え、３次元の写像空間配列として作成し、前記空中写真画像の画素値を記録した前記写像空間配列を利用する請求項１２のトゥルーオルソ画像作成方法を請求項１３としている。
【００１７】
また、前記画素値が、単一レイヤーのモノクロ画像、３層レイヤーのカラー画像、もしくは、複数レイヤーのマルチスペクトラム画像およびハイパースペーススペクトラム画像、の階調情報を格納することができる前記写像空間配列である請求項１３のトゥルーオルソ画像作成方法を請求項１４として提案し、前記基準面が水平面であり、前記鉛直方向が絶対座標系における方向であって、前記写像空間配列が前記空中写真画像の東西南北方向に平行な格子状である請求項１３または１４のいずれかに記載のトゥルーオルソ画像作成方法を請求項１５としている。従って、請求項１２乃至１５は、例えば、前記独立偏位修正画像セットをトゥルーオルソ画像作成方法に使用する例を含んでいる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、前記したように、簡単な射影で、種々の応用が可能で、重複撮影した画像をもれなく利用することも可能で、撮影された情報を無駄なく有効活用ができる。また、簡単な方法で応用が可能となり、望まれていた工夫、効果を得ることができる。加えて、大きくは、前記独立偏位修正画像においては、全ての水平線分が方向性が一致する利点があり、これを元に種々の応用が可能になる。前記水平線分は、同一の標高値を有する頂点で構成される線分であって、水平な基準面内の点で構成される。水平線分のみで構成される水平輪郭ポリゴンの場合は、必ず相似の関係が成り立っている。
【００１９】
更に、前記独立偏位修正画像は、全画像の同時参照によるオクルージョンの回避ができる効果がある。オブジェクト空間において独立偏位修正画像の倍率変換による特徴点の重ね合わせが可能であることから、任意の探索位置に対応する全画像の同時参照が可能である。従って、正しい対応点を決定することができる利点がある。
【００２０】
また、本発明によれば、このオクルージョン回避に伴い計算コストの低減ができる。それは、本発明に従うと、単一の注視点の計測の方法を用い、水平方向に対して、等間隔な計測点をグリッド状に配置し、鉛直方向の探索を実施することで、均等な計測密度が得られ、各計測点では、全画像の同時参照によるオクルージョンの回避が可能であり、対応点探索の繰り返し演算が不要となる。また、本発明は、その他多くの効果を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施例と図を挙げながら、更に具体的に詳しく説明する。先ず、本発明にかかる独立偏位修正法および該方法により得られる独立修正画像について、説明する。図１は前記独立偏位修正法の概念図である。１は、撮影対象物であり、２は注視点である。撮影対象物１を撮影した多重撮影画像の中から標定画像３と標定画像４の２枚選択し、それぞれの撮影中心をそれぞれ５、６とする。標定画像３と４について、下記の式（１）を用いて、写真座標系から絶対座標系に変換し、共線条件に基づき、水平な仮想撮像面に対してそれぞれ投影変換をして、独立偏位修正画像７と８を得る。
【００２２】
なお、ここで、各標定画像の標定要素から絶対座標系におけるカメラの投影中心位置をＣｋ（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）、その姿勢の回転角を（Ωｋ，Φｋ，Ｋｋ）とし、標定画像の写真座標系における任意の点の座標値（ｘ，ｙ，−ｃ）を絶対座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換できる。ただし、κ＝１，２，・・・，ｎ（ｎ：マッチングに使用する画像の枚数）とし、ｃはカメラの焦点距離を意味する。
【００２３】
この標定画像上の任意の点の絶対座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を投影中心点Ｃｋと焦点距離ｃは変えずに、共線条件に基づき、姿勢の回転角を全て０とした水平かつ同一方向の仮想撮像面を定義し、射影変換することで、変換後の写真座標系における座標値（ｘ‘，ｙ’，−ｃ）を得る。これを射影変換画像としてリサンプリングすることで、独立偏位修正画像を得ることができる。
【００２４】
また、全ての独立偏位修正画像が水平かつ同一方向の仮想撮像面に対して射影変換されていることから、基準面の高さに応じた画像の倍率変換により対応点の重ね合わせが可能である。図２は、対応点の重ね合わせの例である。独立偏位修正画像１１〜１４の４枚を注視点Ｐの対応点Ｐ１〜Ｐ４を注視点Ｐで重ねた合わせたもの１５である。Ｃ１〜Ｃ４は、それぞれの撮影中心である。注視点Ｐの独立偏位修正画像における座標値を（ｘ，ｙ）とし、同じく点Ｐの標高値（Ｚｐ）に基準面を設定すると、下記の式（２）に示した倍率変換式により、点Ｐの水平位置（Ｘｐ，Ｙｐ）を算出できる。
【００２５】
全ての独立偏位修正画像に対して、この倍率変換を適用すると共通の基準面上で対応点は重なりあう。オブジェクト空間内で重ね合わせた画像データを階層上に蓄積し、この層状に蓄積された画像データを鉛直方向に探索することで、多重撮影画像間でのマッチングが可能になる。
【００２６】
渋谷区全域を撮影した航空写真の中から、選んだ多重撮影画像を実施例に用いた。（本発明は、このように任意の撮影方法に適応可能である。７枚を選択し、中央の一枚を中心に左右隣接のそれぞれ１枚と、写真上で、該中央の左斜め前の隣接と右斜め前の隣接画像をそれぞれ１枚と、該中央の左斜め下と右斜め下の隣接画像をそれぞれ１枚の合計７枚で、該中央を囲む６枚の隣接画像は、６角形を構成している。）撮影記録からは、撮影に使用した機器、ＤＭＣとして、インターグラフ社の緒元等は、画素数１３８２４×７８０画素、ＣＣＤサイズ１６５．９ｍｍ×９２，２ｍｍ、画素サイズ１２．０μｍ（正方格子）、焦点距離１２０ｍｍであって、撮影緒元は、対地高度６００ｍ、ラップ率（ＯＬ／ＳＬ）６６．７％×６６．７％、プロジェクト数２であった。
【００２７】
前記実施例の概略の流れを図３にフローチャートで示した。先ず、選択された前記多重撮影画像３１から独立偏位修正画像３２を得た（得る方法を独立偏位修正法と呼ぶ）。第１に元になった多重撮影画像（標定画像３１）とその独立偏位修正画像３２とを比較し、水平線分の方向同一性について３３で評価した。
【００２８】
第２に、図化により得られた建物モデルを使用した可視、不可視判定３５に基づき、全画像の同時参照３４に対するオクルージョン領域３６の低減率について評価した。第３に、このオクルージョン領域が等価になるような条件で両者の計算コスト３７を比較して評価した。
【００２９】
前記対応点の倍率変換による座標値の一致度を評価するために、独立偏位修正画像を用いた図化による輪郭頂点を面積重心点の取得を実施した。図４はその一部を例示するもので、図化による輪郭頂点を示している。これを各画像に関して実施したところ、全ての画像において、建物輪郭の位置が一致（実線で表示部分）している様子が確認できた。図中の点線は、それぞれ異なる高さの建物輪郭線を示している。しかし、該当する高さに関して、それを基準面として、倍率変換すると、全ての画像で輪郭線が合致した。
【００３０】
図化で得られた建物の輪郭頂点と面積重心法で得られた特徴点について、それぞれの基準面に対する倍率変換による水平座標値の一致度は、平均点で表示すると、図化輪郭頂点について、Ｘは６．４５ｃｍ、Ｙは４．７４ｃｍであり、面積重心点は、Ｘは３．１２ｃｍ、Ｙは３．０２ｃｍで、図化輪郭頂点では、１画素程度、面積重心点では０．５画素程度の一致度を示していることになる。また、方向の一致性は、最上段の水平な建物輪郭線にあわせてみたところ、マルチレイ法では、不一致が見られたが、独立偏位修正画像法では、一致している様子がみられた。
【００３１】
第２のオクルージョンの低減の課題であるが、本発明にかかる独立偏位修正画像法で建物モデルを用いて、可視、不可視判定シミュレーションを行った。マルチレイ法の場合は、１０．０８％、独立偏位修正画像法の場合は、２．４２％であった。本発明にかかる方が、全画像の同時参照が可能であるので、自由な組み合わせで可視状態の画像が２枚以上あればマッチングが可能である。これがオクルージョンの低減に寄与している。
【００３２】
第３の低減コストについて、計算を行ったところ、前記７枚の位置の中心の画像と右隣と左斜め上と左斜め下のそれぞれの位置にあるものの組み合わせに関して、マルチレイ法によるマルチマッチング処理を実施し、４回分の計算時間を合算して比較した。その結果、マルチレイ法（Ａ）で、画像読込０分１２秒、画像切出し６１分００秒、対応点検索３０分２４秒、これに対して、本発明にかかる方法では、画像読込０分５秒、画像切出し１６分８秒、対応点検索８分１２秒であって、マルチレイ法は、本発明にかかる方法に比較して３．７５倍の所要時間が必要であった。従って、本発明は、コスト低減が大きいことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明にかかる独立偏位修正法の概念図である。
【図２】本発明にかかり、倍率変換画像による対応点の重畳の様子の概念図である。
【図３】本発明の実施例のフローチャートである。
【図４】本発明にかかり、図化による輪郭頂点を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ 被写体（撮影対象物）
２ 注視点
３ 多重撮影画像
４ 多重撮影画像
５ 撮影中心
６ 撮影中心
７ 独立偏位修正画像
８ 独立偏位修正画像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像を含むことを特徴とする独立偏位修正画像セット。
【請求項２】
オーバーラップして撮影された空中写真画像を、絶対座標系における鉛直方向に射影変換を実施して水平面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像を含むことを特徴とする独立偏位修正画像セット。
【請求項３】
オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像に関し、特徴点に対してマルチマッチングを行うことを特徴とするマルチマッチング方法。
【請求項４】
前記独立偏位修正画像の倍率変換画像群を３次元空間におけるボクセル画像と捉え、３次元の写像空間配列として作成し、前記空中写真画像の画素値を記録した前記写像空間配列を利用することを特徴とする請求項３のマルチマッチング方法。
【請求項５】
前記画素値が、単一レイヤーのモノクロ画像、３層レイヤーのカラー画像、もしくは、複数レイヤーのマルチスペクトラム画像およびハイパースペーススペクトラム画像、の階調情報を格納することができる前記写像空間配列であることを特徴とする請求項４のマルチマッチング方法。
【請求項６】
前記基準面が水平面であり、前記鉛直方向が絶対座標系における方向であって、前記写像空間配列が前記空中写真画像の東西南北方向に平行な格子状であることを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載のマルチマッチング方法。
【請求項７】
前記マルチマッチングを行うにあたり、前記特徴点に対して画素マッチングを行うことを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のマルチマッチング方法。
【請求項８】
オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像に関して、３次元の写像空間配列の中における３次元ポリゴンについてポリゴンマッチングを行うことを特徴とするポリゴンマッチング方法。
【請求項９】
前記独立偏位修正画像の倍率変換画像群を３次元空間におけるボクセル画像と捉え、３次元の写像空間配列として作成し、前記空中写真画像の画素値を記録した前記写像空間配列を利用することを特徴とする請求項８のポリゴンマッチング方法。
【請求項１０】
前記画素値が、単一レイヤーのモノクロ画像、３層レイヤーのカラー画像、もしくは、複数レイヤーのマルチスペクトラム画像およびハイパースペーススペクトラム画像、の階調情報を格納することができる前記写像空間配列であることを特徴とする請求項９のポリゴンマッチング方法。
【請求項１１】
前記基準面が水平面であり、前記鉛直方向が絶対座標系における方向であって、前記写像空間配列が前記空中写真画像の東西南北方向に平行な格子状であることを特徴とする請求項９または１０のいずれかに記載のポリゴンマッチング方法。
【請求項１２】
オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像に関して、特定領域の倍率変換によるトゥルーオルソ画像を得ることを特徴とするトゥルーオルソ画像作成方法。
【請求項１３】
前記独立偏位修正画像の倍率変換画像群を３次元空間におけるボクセル画像と捉え、３次元の写像空間配列として作成し、前記空中写真画像の画素値を記録した前記写像空間配列を利用することを特徴とする請求項１２のトゥルーオルソ画像作成方法。
【請求項１４】
前記画素値が、単一レイヤーのモノクロ画像、３層レイヤーのカラー画像、もしくは、複数レイヤーのマルチスペクトラム画像およびハイパースペーススペクトラム画像、の階調情報を格納することができる前記写像空間配列であるこをを特徴とする請求項１３のトゥルーオルソ画像作成方法。
【請求項１５】
前記基準面が水平面であり、前記鉛直方向が絶対座標系における方向であって、前記写像空間配列が前記空中写真画像の東西南北方向に平行な格子状であることを特徴とする請求項１３または１４のいずれかに記載のトゥルーオルソ画像作成方法。
【請求項１】
オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像を含むことを特徴とする独立偏位修正画像セット。
【請求項２】
オーバーラップして撮影された空中写真画像を、絶対座標系における鉛直方向に射影変換を実施して水平面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像を含むことを特徴とする独立偏位修正画像セット。
【請求項３】
オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像に関し、特徴点に対してマルチマッチングを行うことを特徴とするマルチマッチング方法。
【請求項４】
前記独立偏位修正画像の倍率変換画像群を３次元空間におけるボクセル画像と捉え、３次元の写像空間配列として作成し、前記空中写真画像の画素値を記録した前記写像空間配列を利用することを特徴とする請求項３のマルチマッチング方法。
【請求項５】
前記画素値が、単一レイヤーのモノクロ画像、３層レイヤーのカラー画像、もしくは、複数レイヤーのマルチスペクトラム画像およびハイパースペーススペクトラム画像、の階調情報を格納することができる前記写像空間配列であることを特徴とする請求項４のマルチマッチング方法。
【請求項６】
前記基準面が水平面であり、前記鉛直方向が絶対座標系における方向であって、前記写像空間配列が前記空中写真画像の東西南北方向に平行な格子状であることを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載のマルチマッチング方法。
【請求項７】
前記マルチマッチングを行うにあたり、前記特徴点に対して画素マッチングを行うことを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のマルチマッチング方法。
【請求項８】
オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像に関して、３次元の写像空間配列の中における３次元ポリゴンについてポリゴンマッチングを行うことを特徴とするポリゴンマッチング方法。
【請求項９】
前記独立偏位修正画像の倍率変換画像群を３次元空間におけるボクセル画像と捉え、３次元の写像空間配列として作成し、前記空中写真画像の画素値を記録した前記写像空間配列を利用することを特徴とする請求項８のポリゴンマッチング方法。
【請求項１０】
前記画素値が、単一レイヤーのモノクロ画像、３層レイヤーのカラー画像、もしくは、複数レイヤーのマルチスペクトラム画像およびハイパースペーススペクトラム画像、の階調情報を格納することができる前記写像空間配列であることを特徴とする請求項９のポリゴンマッチング方法。
【請求項１１】
前記基準面が水平面であり、前記鉛直方向が絶対座標系における方向であって、前記写像空間配列が前記空中写真画像の東西南北方向に平行な格子状であることを特徴とする請求項９または１０のいずれかに記載のポリゴンマッチング方法。
【請求項１２】
オーバーラップして撮影された空中写真画像を、基準面に対して鉛直方向に射影変換を実施して前記基準面の平行面上に得られた独立偏位修正画像であって、前記独立偏位修正画像の奥行き距離に応じた倍率変換をし、同一の注視点を含む複数の前記独立偏位修正画像に関して、特定領域の倍率変換によるトゥルーオルソ画像を得ることを特徴とするトゥルーオルソ画像作成方法。
【請求項１３】
前記独立偏位修正画像の倍率変換画像群を３次元空間におけるボクセル画像と捉え、３次元の写像空間配列として作成し、前記空中写真画像の画素値を記録した前記写像空間配列を利用することを特徴とする請求項１２のトゥルーオルソ画像作成方法。
【請求項１４】
前記画素値が、単一レイヤーのモノクロ画像、３層レイヤーのカラー画像、もしくは、複数レイヤーのマルチスペクトラム画像およびハイパースペーススペクトラム画像、の階調情報を格納することができる前記写像空間配列であるこをを特徴とする請求項１３のトゥルーオルソ画像作成方法。
【請求項１５】
前記基準面が水平面であり、前記鉛直方向が絶対座標系における方向であって、前記写像空間配列が前記空中写真画像の東西南北方向に平行な格子状であることを特徴とする請求項１３または１４のいずれかに記載のトゥルーオルソ画像作成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２７１８９５（Ｐ２００９−２７１８９５Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４０１２５（Ｐ２００８−１４０１２５）
【出願日】平成２０年４月３０日（２００８．４．３０）
【出願人】（３９００２３２４９）国際航業株式会社 (55)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月３０日（２００８．４．３０）
【出願人】（３９００２３２４９）国際航業株式会社 (55)
【Ｆターム（参考）】
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