JP2017125907A - 地形表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】汎用の通信端末機器を利用して水底地形を分かりやすく表示可能な地形表示システムの提供。【解決手段】撮像装置１、ディスプレイ２、自位置計測手段３、および撮像装置１の撮影方向計測手段４を備えた携帯型通信端末装置５と、携帯型通信端末装置５から自位置計測情報、および撮影方向計測情報を受信する入力手段６を備えたサーバ装置７とを有し、サーバ装置７は、水域においては水底地形がモデル化された３次元地形モデルを格納した３次元地形データベース９と、３次元地形モデルから入力手段６内の自位置計測情報、および撮影方向計測情報を視点位置、および投影方向とする中心投影図を生成する投影図生成手段１０と、中心投影図を携帯型通信端末装置５に送信し、携帯型通信端末装置５は、画面切換手段１２により、サーバ装置７の出力手段１１から出力される中心投影図を撮像装置１による取得画像に代えてディスプレイ２に表示する。【選択図】図１

Description

本発明は、地形表示システムに関するものである。

水底の地形を表示する地形表示システムとしては、特許文献１に記載のものが知られている。この従来例において、システムは魚釣用リールとして構成されており、リール本体に組み込まれた位置検出手段と、海図情報を記憶した記憶手段とを有し、位置検出手段により検出した位置情報に基づいてリール本体の表示装置にリール位置、海底地形の等高線、所望により海底を船舶の進行方向に沿って切断した断面図を表示する。

特開２００４-２６７０８３号公報

しかし、上記従来例において、海底地形は等高線表示されるために、直感的でないために読み取りにくく、さらに、リールとして構成されているために、汎用性が欠けるという問題がある。

本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、汎用の通信端末機器を利用して水底地形を分かりやすく表示可能な地形表示システムの提供を目的とする。

本発明によれば上記目的は、
撮像装置１、ディスプレイ２、自位置計測手段３、および撮像装置１の撮影方向計測手段４を備えた携帯型通信端末装置５と、
前記携帯型通信端末装置５から自位置計測情報、および撮影方向計測情報を受信する入力手段６を備えたサーバ装置７とを有し、
前記サーバ装置７は、
水域においては水底地形がモデル化された３次元地形モデル８を格納した３次元地形データベース９と、
前記３次元地形モデル８から前記入力手段６内の自位置計測情報、および撮影方向計測情報を視点位置、および投影方向とする中心投影図を生成する投影図生成手段１０と、
前記中心投影図を携帯型通信端末装置５に送信する出力手段１１と、
を有し、
前記携帯型通信端末装置５には、前記サーバ装置７の出力手段１１から出力される中心投影図を撮像装置１による取得画像に代えてディスプレイ２に表示する画面切換手段１２が設けられる地形表示システムを提供することにより達成される。

本発明において、地形表示システムは、撮像装置１を備えた携帯型通信端末装置５と、サーバ装置７とを有して構成される。

携帯型通信端末装置５には、撮像装置１が設けられており、携帯型通信端末装置５を適宜位置に向けると、レンズ光軸方向の画像がディスプレイ２に表示され、さらに、撮像装置１の平面位置、および高さ（標高）位置情報が自位置計測手段３により、撮像装置１のレンズ光軸方向情報が撮影方向計測手段４により各々計測される。

一方、サーバ装置７は、３次元地形モデル８が格納された３次元地形データベース９を有しており、上記携帯型通信端末装置５からの計測値を受信すると、自位置計測値を３次元地形モデル８空間内に視点として配置し、レンズ光軸方向情報を撮影方向とする中心投影図を投影図生成手段１０により生成する。

３次元地形モデル８は、水域においては水底地形がモデル化されたもので、海、川等に撮像装置１を向けると、水底の投影図が作成されて携帯型通信端末装置５に送信される。

したがって本発明において、携帯型通信端末装置５の撮像装置１を海等に向けるだけで水底の地形がカメラで撮影したのと同様の画像、すなわち、中心投影図として表示される。

一方、近時、所謂スマートフォン等の携帯型通信端末装置５にあっては、ディスプレイ２、あるいは自位置計測装置等は概ね標準装備されているために、これらを使用して簡単に水底の地形を分かりやすく表示することができ、また、このような通信端末機器を利用することにより汎用性を極めて高めることができる。

また、上述の中心投影図は、画面切換手段１２による画面切り換え処理により表示されるために、例えば携帯型通信端末装置５への画面切り換えの操作入力に応じて任意のタイミングで表示自在にすることも可能であるが、陸上地形は水底地形のように見えづらくなる事情も考えにくいために、この場合、前記サーバ装置７は、投影領域が水底１３か否かを判定し、水底判定時に水底符号を出力手段１１に出力する水底判定手段１４を有するとともに、前記携帯型通信端末装置５の画面切換手段１２は、水底符号を受信した際に撮像装置１による取得画像に代えて中心投影図をディスプレイ２に表示して地形表示システムを構成すれば、使い勝手が向上する。

さらに、上述した投影領域が水底１３か否かの判定は、例えば表層が地表と水底のいずれかであるかを示す属性情報を３次元地形データベースに設定しておき、これを参照することも可能であるが、前記サーバ装置７は、前記３次元地形モデル８空間内における撮像装置１の光軸と３次元地形モデル８表層との交点位置における標高データを演算する標高演算手段１５を有し、前記水底判定手段１４は、標高演算手段１５による演算結果が負数である場合に水底符号を出力して構成すれば、データベース構築の手間を省くことが可能になる。

また、上述のように標高データを演算するときには、携帯型通信端末装置５は、ディスプレイ２への表示画像に前記交点対応位置の標高値を表示する標高値表示手段１６を備えることにより、水深についての中心投影図を通じてなされる感覚的な把握を補うことができる。

さらに、前記サーバ装置７の投影図生成手段１０は、前記３次元地形モデル８空間内における自位置計測位置と前記交点までの距離ｄ、および携帯型通信端末装置５の撮像装置１の焦点距離Ｆにより決定される撮影範囲Ｒに相当する投影領域ｒの中心投影図を生成する地形表示システムを構成すれば、画面切換手段１２による画面切り換え前後での距離感等の表示感覚がそのまま維持されるために、水底地形の直感的な把握が極めてしやすくなる。上記焦点距離Ｆは、焦点距離情報を自位置計測情報等とともに携帯型通信端末装置５からサーバ装置７により取得すれば足り、また、後述するように携帯型通信端末装置５についての機種毎の焦点距離Ｆを登録したデータベースをサーバ装置７に設けておき、携帯型通信端末装置５との通信時に取得可能な機種情報等を利用して検索、特定することもできる。

加えて、上述した自位置計測装置による自位置計測は、一般に標高方向の位置精度が低いＧＰＳ（ＧＮＳＳ）が利用されたり、Ｌ１帯のみの１周波数型の単独測位によることでも位置精度が低下しやすいが、前記サーバ装置７は、前記自位置計測情報内の平面位置情報に対応する前記３次元地形モデル８における標高値を抽出する標高値抽出手段１７を有し、前記投影図生成手段１０は、前記自位置計測情報内の標高情報に代えて、前記標高値抽出手段１７による標高値に所定の補正値ｃを加算した補正後標高値を標高データとして使用して中心投影図を生成して地形表示システムを構成すれば、標高位置精度をより向上できる。上記補正値ｃには、携帯型通信端末装置５が利用者によって構えられる一般的な高さを採用することができ、これは実験的に決定することが可能である。

また、上述のように汎用の通信端末機器に対して海底地形を分かりやすく表示するには、
自位置計測情報、および撮影方向計測情報を受信する入力手段６と、
水底地形を含む３次元地形モデル８を格納した３次元地形データベース９と、
前記３次元地形モデル８から前記入力手段６内の自位置計測情報、および撮影方向計測情報を視点位置、および投影方向とする中心投影図を生成する投影図生成手段１０と、
前記中心投影図が水底１３か否かを判定し、水底１３である場合に水底符号を出力する水底判定手段１４と、
前記水底符号を付与して前記中心投影図を携帯型通信端末装置５に送信する出力手段１１と、
を有するサーバ装置を利用することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、汎用の通信端末機器を利用して海底地形を分かりやすく表示可能にできるために、例えば釣りを楽しみやすくできたり、河川の管理をしやすくできるなど、水域に関わる様々な面において有用性を発揮できる。

本発明に係る地形表示システムのハードウェア構成図である。 水面を写すときの撮影条件を説明する図で、（ａ）は要部縦断面図、（ｂ）は平面図である。 ３次元地形モデルの水底対応表面を投影処理するときの投影条件を説明する図で、（ａ）は要部縦断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明に係る地形表示処理のフローチャートである。

図１ないし図４に本発明の実施の形態を示す。図１に示すように、地形表示システムは、サーバ装置７と、スマートフォン（携帯型通信端末装置５）の適数とを通信網２１、具体的にはインターネットを介して接続して構成される。上記スマートフォン５の筐体には、単焦点レンズを備えた撮像装置１、すなわちカメラと、ＬＣＤ等からなるディスプレイ２と、情報処理時のメニュー選択等に使用する操作部２２とが配置される。

また、上記スマートフォン５には、地形表示システム用のアプリケーションソフトウェアがインストールされ、これにより上述のカメラ１によって取得される動画がスルー画像（ライブビュー画像）としてディスプレイ２に表示可能にされるとともに、制御部２３により制御されて動作する自位置計測手段３、および撮影方向計測手段４が形成される。上記自位置計測手段３は、ＧＰＳによりスマートフォン５の自位置、すなわちカメラ１位置を、撮影方向取得手段は、電子コンパス、すなわち３軸タイプの地磁気センサと、３軸加速度センサとによりカメラの撮影方向、すなわちカメラのレンズ光軸方向を検出する。以上のスマートフォン５は、交信部２４により上述の通信網２１に接続され、スルー画像取得時のカメラ位置および光軸方向を計測した情報をスマートフォン５の機種情報とともにサーバ装置７に送信する。

一方、サーバ装置７は、制御手段２５により制御されて動作する３次元地形データベース９、端末装置データベース２６、投影図生成手段１０、標高演算手段１５、水底判定手段１４、標高値抽出手段１７、および交信手段２７を有し、交信手段２７により上述した通信網２１に接続され、その入力手段６によってスマートフォン５から上述のカメラ位置計測情報等の受信を、出力手段１１によってスマートフォン５へのデータ送信を行う。

上記３次元地形データベース９は、数値地形モデル（３次元地形モデル８、ＤＥＭ）、具体的には例えば標高情報を一辺が所定長のグリッド単位で表現したものなどにより構成される。この数値地形モデル８は、陸域のみならず水域をも対象範囲も含み、航空レーザ測量等により取得される陸上地形に加え、ナローマルチビーム等により取得される水底地形をもカバーする。上記端末装置データベース２６は、スマートフォン５の機種情報と、各スマートフォン５に搭載されるカメラ１の焦点距離Ｆとを関連付けて格納する。

上記投影図生成手段１０は、入力手段６から入力されるカメラ位置計測情報および光軸方向計測情報に基づき、また、上述の焦点距離Ｆに基づいて、上記数値地形モデル８を利用して中心投影図を生成する。具体的には、上記数値地形モデル８により構成される仮想地理空間内にカメラ位置計測情報に基づいて視点位置を、光軸方向計測情報に基づいて光軸方向、すなわち投影方向を設定するとともに、さらに、上記焦点距離Ｆに基づいて投影時のレンズの焦点距離、すなわち像の大きさや、画角（撮影範囲）を設定し、これらの投影条件により得られる中心投影画像を生成する。生成された中心投影画像は、制御手段２５の制御に従って出力手段１１に出力される。

なお、上記焦点距離Ｆは、入力手段６から入力される上述の機種情報に基づいて端末装置データベース２６を検索して特定される。

上記標高演算手段１５は、上記光軸方向計測情報に基づく光軸と数値地形モデル８表層との交点位置を演算し、該交点位置における数値地形モデル８の標高データを取得する。取得された標高データは、制御手段２５の制御に従って出力手段１１に出力される。

上記水底判定手段１４は、上記標高データが水底１３を示すものであるか否か、すなわち負数であるか、あるいはそれ以外の０または正数であるかを判定し、負数であるときには制御手段２５の制御により水底符号を出力手段１１に出力する。

上記標高値抽出手段１７は、上述した投影図生成手段１０による視点位置の設定を補助するもので、カメラ位置計測情報に含まれる平面位置情報に対応する数値地形モデル８における標高値を抽出し、投影図生成手段１０に提供する。提供を受けた投影図生成手段１０は、この標高値に所定の補正値ｃを加算した上で、得られた補正後標高値をカメラ位置計測情報に含まれる標高位置情報と差し換えて視点位置を設定する。

なお、上記補正値ｃには、撮影するときにスマートフォン５が構えられる通常の高さが採用され、この実施の形態において具体的には、人間の標準的な目の高さ位置から１５ｃｍ低い高さにされる。

また、以上のようにサーバ装置７の出力手段１１から交信部２４を介してスマートフォン５へと入力される中心投影画像、標高データ、および水底符号に基づいてディスプレイ２への表示処理を行うために、スマートフォン５は、画面切換手段１２、および標高値表示手段１６を有する。上記画面切換手段１２は、ディスプレイ２に上述のスルー画像、すなわちカメラ１が向けられた方向の景色などを捉えた画像に代えて上記中心投影画像を切換表示させるもので、この表示の切換は、上記水底符号の入力を条件としてなされる。

上記標高値表示手段１６は、画面切換手段１２が切換表示を実行した際に、上記標高データの数値をディスプレイ２に表示させる。この表示の際には、予め設定された所定の説明語や単位記号が付加され、この実施の形態においては具体的には「水深」の説明語がその前段に、メートルの単位記号「ｍ」がその後段に加えられる。なお、その表示態様は、中心投影画像の見やすさをあまり損ねない適宜位置に適宜サイズで、かつ適宜文字色でなされる。

図２は上述したスマートフォン５のカメラ１によるスルー画像の取得状況を示すもので、海岸堤防の天端Ｓ上に立っている図示省略のスマートフォン５所持者によりスルー画像として海面２８が捉えられた状況を示す。このときカメラ１は、図２（ａ）に示すように、天端上の高さＣ（図示省略の標高値Ｚ）において俯角Ａに傾けられ、また、図２（ｂ）に示すように、経緯度Ｘ，Ｙに位置し、真北（磁北）に対して東側に角度Ｂずれた方位に向けられている。なお、図２および後述する図３において一点鎖線はレンズの光軸を示す。

さらに、上記カメラ１は、その幾何学的パラメータに関しては、焦点距離Ｆで、水面までの撮影距離Ｄに応じて撮影範囲Ｒを捉える。なお、先においてはカメラ１として説明したが、図２においては、より正確にはカメラ１に搭載された光学センサを示している。

図３はサーバ装置７の投影図生成手段１０による中心投影画像の生成状況を説明するもので、スマートフォン５が上述した撮影条件をとるときの数値地形モデル８空間内での投影処理状況を仮想的に示したものである。投影処理に際し、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、視点位置が上記経緯度Ｘ，Ｙに対応する平面座標ｘ，ｙに設定されるとともに、上記堤防の天端Ｓに応じて構成された所定のモデル上面ｓから上記高さＺにほぼ対応する高さ（補正値ｃ）だけ上方に設定され、また、その投影方向は、上記俯角Ａと同じ俯角ａで、かつ、上記角度Ｂと同じ角度ｂの分だけ真北方向に対して東側にずれた方位にされる。

さらに、投影時の幾何学パラメータには、上記焦点距離Ｆに対応する焦点距離ｆが設定される。一方、数値地形モデル８が水域においては水底地形を備えて構成されて水に対応するものを含まないことにより、上記海面２８までの撮影距離Ｄよりも実質的に大きい、海底（水底１３）に応じて構成された所定のモデル表面１３'までの投影距離（距離）ｄが設定されるとともに、上記撮影範囲Ｒよりも実質的に広い投影領域ｒが設定される。

これにより、スマートフォン５のディスプレイ２には、スルー画像のときには近景の水面が表示されるが、中心投影画像に切り換えると、撮影位置、撮影方向、焦点距離が維持されたまま、言い換えれば撮影条件や遠近感をそのままにして、本来は海面２８での反射等により見ることができないはずの遠景の海底１３が表示されることとなる。なお、スマートフォン５のカメラ１は一般に被写界深度が深いために、近景から遠景まである程度明瞭に表示することが可能なものである。また、上述の３次元地形モデル８を白色で構成すると、中心投影画像も白色に陰影等を付加したものとなるが、海底写真等に基づいて３次元地形モデル８に着色を施しておけば、中心投影画像の臨場感が極めて高まる。

図４に以上の地形表示システムの動作を示す。先ず、スマートフォン５の所持者が操作部２２を操作してアプリケーションソフトウェアを起動させ、ディスプレイ２にスルー画像を表示させると（ステップＣ１）、制御部２３は自位置計測手段３、撮影方向計測手段４からカメラ位置計測情報等を取得し（ステップＣ２）、サーバ装置７に送信する（ステップＣ３）。

一方、サーバ装置７は、カメラ位置計測情報等を受信すると（ステップＳ１）、まず最初に制御手段２５が、標高値抽出手段１７に数値地形モデル８のカメラ１位置に対応する標高値を抽出させるとともに、投影図生成手段１０により上記標高値に補正値ｃを加算して得られる補正後標高値によってカメラ位置計測情報を補正させた上で、このカメラ位置計測情報等に基づいて中心投影画像を生成させ、さらに、標高演算手段１５により数値地形モデル８表層と光軸との交点の標高データを演算させる（ステップＳ２）。

次いで、制御手段２５は、水底判定手段１４により上記標高データが負数か否かを判定させる（ステップＳ３）。判定の結果、負数であるときには、水底符号を付加した上で（ステップＳ４）、先に生成した中心投影画像、標高データとともにスマートフォン５に送信する（ステップＳ５）。一方、判定の結果、負数ではないときには、水底符号を付加することなく、中心投影画像と標高データのみをスマートフォン５に送信する（ステップＳ６）。

スマートフォン５は、これらいずれかのデータを受信すると（ステップＣ４）、受信データに水底符号が含まれるか否かを判定し（ステップＣ５）、水底符号が含まれている場合には、制御部２３は、画面切換手段１２によりスルー画像に代えて中心投影画像をディスプレイ２に表示させる（ステップＣ６）。また、この際には、合わせて標高値表示手段１６により標高データをもディスプレイ２に表示させる。一方、受信データに水底符号が含まれていない場合には、スルー画像のディスプレイ２への表示をそのまま維持し、以後の水底符号が含まれるようなスマートフォン５の撮影条件の変化に備える。

したがってスマートフォン５の所持者は、スルー画像として海岸の景色がカメラ１により捉えられているときには、これをそのままディスプレイ２により観察することができ、この状態からスマートフォン５を海面２８に向けるだけで、その表示感覚を維持したまま、海面２８ではなく、本来捉えられないはずの海底１３を中心投影画像によって観察することができる。

なお、中心投影画像を表示した後においても、上述のように表示しない場合のように、その後のスマートフォン５の撮影条件の変化に備え、撮影角度等が変わったときに当該撮影角度に応じた中心投影画像に切り換えれば、さらに使い勝手が向上する。例えば、スマートフォン５の俯角を順次大きくすることにより、海岸堤防側に次第に近づくようにして海底１３を観察することができるし、また、スマートフォン５を海側から陸側に向ければ、この際にはサーバ装置７からの受信データに水底符号が含まれないことにより、ディスプレイ２の表示が中心投影画像からスルー画像に切り換えられ、このスルー画像を通して海岸の景色を観察することができる。

したがって例えば、釣りを楽しむ際に現地において釣りやすいポイントを水底地形に基づいて検討することが可能となるし、また、河川を監視する際には、目視とディスプレイ２の表示とを比較すれば水量等を現地において感覚的に直ちに把握できるし、河川、海岸付近の海域、あるいは湖沼で浅瀬を把握すれば、水浴びや船舶運航についての安全確認の一助にもなる。

なお、上述した実施の形態においては、携帯型通信端末装置５としてスマートフォンを用いる場合を示したが、撮像装置１やＧＰＳ受信機、電子コンパスを備えていればタブレットコンピュータやウェアラブルコンピュータでも足りる。また、上述した実施の形態においては、中心投影図の画角（撮影範囲）を決定する際に焦点距離Ｆのみを用いる場合を示したが、例えば端末装置データベース２６にスマートフォン５毎の光学センサの寸法を格納しておけば、これを機種情報に基づいて特定することにより、光学センサの寸法をも利用して画角を算出することが可能である。さらに、上述した実施の形態においては、３次元地形モデル８に基づく水底地形画像に対して水深表示を付加する場合を示したが、３次元地形データベース９において、ＧＩＳのように３次元地形モデル８の位置に関する属性データとして付加情報を設定しておけば、水深表示に代えて観察位置に応じた付加情報、例えば河川に構造物があるときにおけるその説明文などを表示させることも可能である。

１ 撮像装置
２ ディスプレイ
３ 自位置計測手段
４ 撮影方向計測手段
５ 携帯型通信端末装置
６ 入力手段
７ サーバ装置
８ ３次元地形モデル
９ ３次元地形データベース
１０ 投影図生成手段
１１ 出力手段
１２ 画面切換手段
１３ 水底
１４ 水底判定手段
１５ 標高演算手段
１６ 標高値表示手段
１７ 標高値抽出手段
ｄ 距離
Ｆ 焦点距離
Ｒ 撮影範囲
ｒ 投影領域
ｃ 補正値

Claims (7)

1. 撮像装置、ディスプレイ、自位置計測手段、および撮像装置の撮影方向計測手段を備えた携帯型通信端末装置と、
   前記携帯型通信端末装置から自位置計測情報、および撮影方向計測情報を受信する入力手段を備えたサーバ装置とを有し、
   前記サーバ装置は、
   水域においては水底地形がモデル化された３次元地形モデルを格納した３次元地形データベースと、
   前記３次元地形モデルから前記入力手段内の自位置計測情報、および撮影方向計測情報を視点位置、および投影方向とする中心投影図を生成する投影図生成手段と、
   前記中心投影図を携帯型通信端末装置に送信する出力手段と、
   を有し、
   前記携帯型通信端末装置には、前記サーバ装置の出力手段から出力される中心投影図を撮像装置による取得画像に代えてディスプレイに表示する画面切換手段が設けられる地形表示システム。
2. 前記サーバ装置は、投影領域が水底か否かを判定し、水底判定時に水底符号を出力手段に出力する水底判定手段を有するとともに、
   前記携帯型通信端末装置の画面切換手段は、水底符号を受信した際に撮像装置による取得画像に代えて中心投影図をディスプレイに表示する請求項１記載の地形表示システム。
3. 前記サーバ装置は、前記３次元地形モデル空間内における撮像装置の光軸と３次元地形モデル表層との交点位置における標高データを演算する標高演算手段を有し、
   前記水底判定手段は、標高演算手段による演算結果が負数である場合に水底符号を出力する請求項２記載の地形表示システム。
4. 前記サーバ装置は、前記３次元地形モデル空間内における撮像装置の光軸と３次元地形モデル表層との交点位置における標高データを演算する標高演算手段を有し、
   前記携帯型通信端末装置は、ディスプレイへの表示画像に前記交点対応位置の標高値を表示する標高値表示手段を備える請求項１または２記載の地形表示システム。
5. 前記サーバ装置の投影図生成手段は、
   前記３次元地形モデル空間内における自位置計測位置と前記交点までの距離、および携帯型通信端末装置の撮像装置の焦点距離により決定される撮影範囲に相当する投影領域の中心投影図を生成する請求項３または４に記載の地形表示システム。
6. 前記サーバ装置は、前記自位置計測情報内の平面位置情報に対応する前記３次元地形モデルにおける標高値を抽出する標高値抽出手段を有し、
   前記投影図生成手段は、前記自位置計測情報内の標高情報に代えて、前記標高値抽出手段による標高値に所定の補正値を加算した補正後標高値を標高データとして使用して中心投影図を生成する請求項１から５のいずれかに記載の地形表示システム。
7. 自位置計測情報、および撮影方向計測情報を受信する入力手段と、
   水底地形を含む３次元地形モデルを格納した３次元地形データベースと、
   前記３次元地形モデルから前記入力手段内の自位置計測情報、および撮影方向計測情報を視点位置、および投影方向とする中心投影図を生成する投影図生成手段と、
   前記中心投影図が水底か否かを判定し、水底である場合に水底符号を出力する水底判定手段と、
   前記水底符号を付与して前記中心投影図を携帯型通信端末装置に送信する出力手段と、
   を有するサーバ装置。

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