JP2004046777A - Image processor, image processing method used therefor, and its program - Google Patents

Image processor, image processing method used therefor, and its program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image processor which is hardly affected by noise included in DEM data, and obtains a natural orthorectified image with few strange feeling due to a deficiency area. <P>SOLUTION: A stereo processing means 11 performs a stereo matching processing with respect to a plurality of kinds of image data, so as to extract DEM data b. A DEM smoothing means 12 applies a smoothing filter to the DEM data b obtained by the stereo processing means 11, so as to generate smoothing DEM data c. An orthorectifying means 13 orthogonally converts the image through the use of the smoothing DEM data c which is smoothed by the DEM smoothing means 12, thereby generating an ortho-image d. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像処理装置及びそれに用いる画像処理方法並びにそのプログラムに関し、特にステレオ画像からの3 次元データ生成及び正射影変換に用いる画像処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ディジタル写真測量や地図作成作業等においては、地上に設置したカメラから得られるステレオ画像、あるいは衛星や航空機から撮影される画像を基に3次元データ[以下、DEM(Digital Elevation Map)データとする]をステレオマッチングによって生成し、それを用いて画像を正射変換してオルソ画像を生成し、図面化等に応用する方法が広く行われている。
【0003】
ここで、オルソ画像とは、通常のカメラの場合、図11(a)に示すように、中心投影のために傾いて撮影される対象を、図11(b)に示すように、所定の面に対して正射影して得られる画像のことであり、複数の画像を連結して広範囲の対象を把握し、図面等を作成するためには不可欠な画像である。
【0004】
上記の手法を応用した例としては、地上でのディジタル画像計測を行う際に上記の手法を用いる技術がある(例えば、特許文献1,2参照)。また、上記の技術を航空写真や衛星画像に応用したシステム例としは、航空写真や衛星画像をステレオマッチングして正射変換する技術がある(例えば、特許文献3参照)。
【0005】
図12は従来の画像処理装置の構成例を示すブロック図である。この図12に示すように、従来の画像処理装置5は複数の画像に対してステレオマッチング処理を行ってDEMデータを抽出するステレオ処理手段11と、DEMデータを用いて画像を正射変換するオルソ化手段13とを備えている。
【0006】
上記のような構成を持つ画像処理装置5では、図13に示すような動作が行われている。すなわち、複数の写真から得られる画像データがステレオ処理手段11に与えられ、従来のシステムと同様に、ステレオマッチングを行うことによって自動的にDEMデータを抽出する(図13ステップS41)。
【0007】
これによって得られるDEMデータは画像データとともに、オルソ化手段13に与えられ、DEM情報と標定された撮影角度情報とに基づいて画像内の画素を移動させることによってオルソ画像が生成される(図13ステップS42)。
【0008】
【特許文献1】
特開2000−182059号公報(第3〜7頁、図1,2)
【特許文献2】
特開平11−351865号公報(第4,5頁、図1)
【特許文献3】
特開2000−348160号公報(第2,3頁、図1)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のオルソ画像生成手法では、ステレオマッチングによって得られたDEMデータに、対応点のミスマッチングによって生じた誤差が含まれており、正射変換の際に誤ったDEMデータを持つ画素が誤った位置に移されてしまうため、上記の方法によって生成されたオルソ画像の画質が低いという問題がある。
【0010】
また、従来のオルソ画像生成手法では、市街地を撮影した航空画像等、画像中の撮影対象が不連続な形状を多く含む場合、ビル等によって隠れた道路等の隠蔽領域で画素が撮像されていないため、オルソ画像中に対応する画素を移すことができず、図14に示すように、隠蔽領域に画素の欠損した抜け領域が生じるので、上記の方法によって生成されたオルソ画像に画素が欠損した領域を多く含むこととなり、不自然な画像になるという問題がある。
【0011】
従来のオルソ画像生成手法では、上述したような問題があるため、作図やCG(Computer Graphics)生成に活用することができ、より自然なオルソ画像が得られる処理方法が望まれている。
【0012】
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、DEMデータに含まれるノイズの影響を受けにくく、また欠損領域に起因する違和感の少ない、より自然なオルソ画像を得ることができる画像処理装置及びそれに用いる画像処理方法並びにそのプログラム画像処理装置及びそれに用いるオルソ画像自動整形方法並びにそのプログラムを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像処理装置は、複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データを生成する画像処理装置であって、前記ステレオマッチング処理によって前記3次元データを抽出するステレオ処理手段と、前記ステレオ処理手段で抽出された前記3次元データに平滑化フィルタを適用して前記3次元データのノイズを除去して平滑化するDEM平滑化手段と、前記DEM平滑化手段で平滑化された3次元データを用いて前記画像を正射変換するオルソ化手段とを備えている。
【0014】
本発明による他の画像処理装置は、複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データを生成する画像処理装置であって、前記ステレオマッチング処理によって前記3次元データを抽出するステレオ処理手段と、前記3次元データを用いて前記画像を正射変換するオルソ化手段と、前記画像を正射投影面に対する標定角にしたがって射影変換する射影変換手段と、前記オルソ化手段で得られたオルソ画像と前記射影変換手段で得られた射影変換画像とを合成して欠損した画素が補間された補間オルソ画像を生成する画像合成手段とを備えている。
【0015】
本発明による画像処理方法は、複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データを生成する画像処理方法であって、前記ステレオマッチング処理によって前記3次元データを抽出するステップと、その抽出された前記3次元データに平滑化フィルタを適用して前記3次元データのノイズを除去して平滑化するステップと、平滑化された3次元データを用いて前記画像を正射変換するステップとを備えている。
【0016】
本発明による他の画像処理方法は、複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データを生成する画像処理方法であって、前記ステレオマッチング処理によって前記3次元データを抽出するステップと、前記3次元データを用いて前記画像を正射変換するステップと、前記画像を正射投影面に対する標定角にしたがって射影変換するステップと、前記画像の正射変換で得られたオルソ画像と前記射影変換で得られた射影変換画像とを合成して欠損した画素が補間された補間オルソ画像を生成するステップとを備えている。
【0017】
本発明による画像処理方法のプログラムは、複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データを生成する画像処理方法のプログラムであって、コンピュータに、前記ステレオマッチング処理によって前記3次元データを抽出する処理と、その抽出された前記3次元データに平滑化フィルタを適用して前記3次元データのノイズを除去して平滑化する処理と、平滑化された3次元データを用いて前記画像を正射変換する処理とを実行させている。
【0018】
本発明による他の画像処理方法のプログラムは、複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データを生成する画像処理方法のプログラムであって、コンピュータに、前記ステレオマッチング処理によって前記3次元データを抽出する処理と、前記3次元データを用いて前記画像を正射変換する処理と、前記画像を正射投影面に対する標定角にしたがって射影変換する処理と、前記画像の正射変換で得られたオルソ画像と前記射影変換で得られた射影変換画像とを合成して欠損した画素が補間された補間オルソ画像を生成する処理とを実行させている。
【0019】
すなわち、本発明の画像処理装置は、複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データ[以下、DEM(Digital Elevation Map)データとする]を抽出するステレオ処理手段と、DEMデータに平滑化フィルタを適用してノイズを除去するDEM平滑化手段と、DEMデータを用いて画像を正射変換するオルソ化手段と、画像を正射投影面に対する標定角にしたがって射影変換する射影変換手段と、射影変換画像とオルソ画像とを合成して補間オルソ画像を生成する画像合成手段とを備えている。
【0020】
本発明の画像処理装置では上記のような構成とすることで、複数の画像に対してステレオマッチング処理を自動的に行い、得られた視差情報による画像中の各点における高さ情報、すなわちDEMデータを抽出し、平滑化フィルタを適用してDEMデータ中のノイズを除去した後、画像を平滑化したDEMデータを用いて正射変換してオルソ画像を生成し、さらに画像を正射投影面と平行な面に対して射影変換した射影変換画像と合成し、欠損した画素を補間した補間オルソ画像を生成するよう動作している。
【0021】
これによって、本発明の画像処理装置では、DEMデータ中のノイズを低減してオルソ化に利用し、また隠蔽による画素の欠損領域を射影変換画像で補間することで、ノイズによる画質低下や欠損領域による違和感の少ない、より自然なオルソ画像を生成することが可能となる。
【0022】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施例による画像処理装置の構成を示すブロック図である。図1において、画像処理装置1は複数の画像(航空画像データa)に対してステレオマッチング処理を行って3次元データ[以下、DEM(Digital ElevationMap)データとする]bを抽出するステレオ処理手段11と、抽出されたDEMデータbに平滑化フィルタ(図示せず)を適用してノイズを除去するDEM平滑化手段12と、平滑化DEMデータcを用いて画像(航空画像データa)を正射変換するオルソ化手段13と、画像処理装置1の各手段を実現するためのプログラムを格納する記録媒体14とから構成されている。
【0023】
上記の画像処理装置1の各手段はそれぞれ概略、次のように動作する。つまり、画像処理装置1を主に構成するコンピュータが記録媒体14のプログラムを実行することで、以下の処理が行われる。
【0024】
まず、ステレオ処理手段11は複数の画像データ(航空画像データa)に対してステレオマッチング処理を行い、DEMデータbを抽出する。DEM平滑化手段12はステレオ処理手段11によって得られたDEMデータbに平滑化フィルタを適用して平滑化DEMデータcを生成する。
【0025】
オルソ化手段13はDEM平滑化手段12によって平滑化された平滑化DEMデータcを用いて画像(航空画像データa)の正射変換を行い、オルソ画像dを生成する。ここで、オルソ画像とは、上述したように、通常のカメラの場合、図11(a)に示すように、中心投影のため傾いて撮影される対象を、図11(b)に示すように、所定の面に対して正射影して得られる画像のことであり、複数の画像を連結して広範囲の対象を把握し、図面等を作成するためには不可欠な画像である。
【0026】
図2は本発明の第1の実施例による画像処理装置1の動作を示すフローチャートである。これら図1及び図2を参照して本発明の第1の実施例による画像処理装置1の動作について説明する。尚、図2に示す処理は画像処理装置1を主に構成するコンピュータが記録媒体14のプログラムを実行することで実現される。
【0027】
まず、ステレオ処理手段11は複数の画像(航空画像データa)に対して自動的にステレオマッチング処理を行い、DEMデータを抽出する(図2ステップS1)。ここで用いるステレオマッチング処理には特に制限がなく、例えば、特開平3−167678号公報に開示された方法で実現することができる。
【0028】
次に、DEM平滑化手段12は、上記のステレオ処理手段11によって得られたDEMデータbに対して平滑化フィルタを適用し、平滑化DEMデータcを生成する(図2ステップS2)。ここで用いる平滑化フィルタはノイズを軽減する効果を持つフィルタであれば、特に制限はなく、例えば、メディアンフィルタ、多値モルフォロジカルフィルタ等を用いてもよい。また、それらのフィルタを複数組合せて適用することも可能である。
【0029】
オルソ化手段13は上記のDEM平滑化手段12によって平滑化された平滑化DEMデータcを用い、画像(航空画像データa)をある基準面に対して正射変換し、オルソ画像dを作成する(図2中のステップS3)。この時の正射投影面は、例えば、衛星画像や航空写真を用いる場合であれば、地上面に平行な面となるが、用途によって任意の面を定めて正射変換することができる。
【0030】
上述したように、本実施例では、平滑化したDEMデータをオルソ化処理に用いる構成とすることで、元々のDEMデータbに含まれるノイズの影響を軽減したオルソ画像dを生成することができる。
【0031】
図3は本発明の第2の実施例による画像処理装置の構成を示すブロック図である。図3において、本発明の第2の実施例はDEM平滑化手段12を省き、射影変換手段21と画像合成手段22と追加した以外は図1に示す本発明の第1の実施例と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。また、同一構成要素の動作は本発明の第1の実施例と同様である。
【0032】
すなわち、画像処理装置2は複数の画像(航空画像データa)に対してステレオマッチング処理を行ってDEMデータbを抽出するステレオ処理手段11と、その抽出されたDEMデータbを用いて画像(航空画像データa)を正射変換するオルソ化手段13と、画像(航空画像データa)を正射投影面に対する回転角にしたがって射影変換する射影変換手段21と、射影変換画像(射影変換航空画像e)とオルソ画像dとを合成し、欠損した画素が補間された補間オルソ画像fを生成する画像合成手段22と、画像処理装置2の各手段を実現するためのプログラムを格納する記録媒体14とから構成されている。
【0033】
上記の画像処理装置2の各手段はそれぞれ概略、次のように動作する。つまり、画像処理装置2を主に構成するコンピュータが記録媒体14のプログラムを実行することで、以下の処理が行われる。
【0034】
ステレオ処理手段11は、上述したように、複数の画像データ(航空画像データa)に対してステレオマッチング処理を行い、DEMデータbを抽出する。オルソ化手段13は上記のステレオ処理手段11によって得られたDEMデータaを用いて画像(航空画像データa)を正射変換する。
【0035】
射影変換手段21は画像(航空画像データa)を標定計算によって得られた正射投影面への回転角にしたがって射影変換する。画像合成手段22は上記のオルソ化手段13によって得られたオルソ画像dと、上記の射影変換手段21によって変換された画像(射影変換航空画像e)とを重ね合わせて補間し、欠損した画素が補間された補間オルソ画像fを生成する。
【0036】
図4は本発明の第2の実施例による画像処理装置2の動作を示すフローチャートである。これら図3及び図4を参照して本発明の第2の実施例による画像処理装置2の動作について説明する。尚、図4に示す処理は画像処理装置2を主に構成するコンピュータが記録媒体14のプログラムを実行することで実現される。
【0037】
まず、ステレオ処理手段11は複数の画像(航空画像データa)に対して自動的にステレオマッチング処理を行い、DEMデータbを抽出する(図4ステップS11)。ここで用いるステレオマッチング処理には特に制限はなく、例えば、特開平3−167678号公報に開示された方法で実現することができる。
【0038】
次に、オルソ化手段13は上記のステレオ処理手段11によって得られたDEMデータbを用いて、画像(航空画像データa)をある基準面に対して正射変換し、オルソ画像dを作成する(図4ステップS12)。この時の正射投影面は、例えば、衛星画像や航空写真を用いる場合であれば、地上面に平行な面となるが、用途によって任意の面を定めて正射変換することができる。
【0039】
射影変換手段21は上記のステレオ処理手段11で用いた複数の画像(航空画像データa)のうちのいずれかの画像を、正射投影面への回転角にしたがって射影変換した画像(射影変換航空画像e)を生成する(図4ステップS13)。これは画像を平面で近似し、視点を固定したまま正射投影面に再投影する操作である。その際に用いる画像はステレオ処理手段11で用いた画像(航空画像データa)のうちの任意の画像を用いて良いが、正射投影面に対する回転角が小さい画像の方が望ましい。
【0040】
最後に、画像合成手段22はオルソ化手段13において得られたオルソ画像d及び射影変換変換手段21において得られた射影変換航空画像eを重ね合わせて補間し、補間オルソ画像fを生成する(図4ステップS14)。具体的には、オルソ画像d中に値が得られない抜け領域の画素に対し、対応する位置の射影変換航空画像eの画素を用いて補間する処理を行う。
【0041】
上述したように、本実施例では、画像(航空画像データa)を正射投影面に対する回転角に合せて射影変換し、その画像(射影変換航空画像e)の対応領域の画素をオルソ画像dの欠損領域において代用する構成としているため、オルソ画像dの抜け領域を補間することができ、その結果、オルソ画像dをCG等に応用する際、抜け領域によって発生していた違和感を減少させることができる。
【0042】
図5は本発明の第3の実施例による画像処理装置の構成を示すブロック図である。図5において、本発明の第3の実施例はDEM平滑化手段12を追加した以外は図3に示す本発明の第2の実施例と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。また、同一構成要素の動作は本発明の第2の実施例と同様である。
【0043】
すなわち、画像処理装置3は複数の画像(航空画像データa)に対してステレオマッチング処理を行い、DEMデータbを抽出するステレオ処理手段11と、DEMデータbに平滑化フィルタを適用してノイズを除去するDEM平滑化手段12と、平滑化DEMデータcを用いて画像(航空画像データa)を正射変換するオルソ化手段13と、画像(航空画像データa)を正射投影面に対する標定角にしたがって射影変換する射影変換手段21と、射影変換航空画像eとオルソ画像dとを合成し、欠損した画素が補間された補間オルソ画像fを生成する画像合成手段22と、画像処理装置2の各手段を実現するためのプログラムを格納する記録媒体14とから構成されている。
【0044】
上記の画像処理装置3の各手段はそれぞれ概略、次のように動作する。つまり、画像処理装置3を主に構成するコンピュータが記録媒体14のプログラムを実行することで、以下の処理が行われる。
【0045】
ステレオ処理手段11は複数の画像データ(航空画像データa)に対してステレオマッチング処理を行い、DEMデータbを抽出する。DEM平滑化手段12は上記のステレオ処理手段11によって得られたDEMデータbに平滑化フィルタを適用し、平滑化DEMデータcを生成する。
【0046】
オルソ化手段13は上記のDEM平滑化手段12によって平滑化された平滑化DEMデータcを用いて画像(航空画像データa)を正射変換し、オルソ画像dを作成する。
【0047】
射影変換手段21は画像(航空画像データa)を、標定された正射投影面への回転角にしたがって射影変換する。画像合成手段22は上記のオルソ化手段13によって得られたオルソ画像dと、上記の射影変換手段21によって変換された画像(射影変換航空画像e)とを重ね合わせて補間し、欠損した画素が補間された補間オルソ画像fを生成する。
【0048】
図6は本発明の第3の実施例による画像処理装置3の動作を示すフローチャートである。これら図5及び図6を参照して本発明の第3の実施例による画像処理装置3の動作について説明する。尚、図6に示す処理は画像処理装置3を主に構成するコンピュータが記録媒体14のプログラムを実行することで実現される。
【0049】
まず、ステレオ処理手段11は複数の画像(航空画像データa)に対して自動的にステレオマッチング処理を行い、DEMデータbを抽出する(図6ステップS21)。ここで用いるステレオマッチング処理には、特に制限はなく、例えば、特開平3−167678号公報に開示された方法で実現することができる。
【0050】
次に、DEM平滑化手段12は上記のステレオ処理手段11によって得られたDEMデータbに対し、平滑化フィルタを適用して平滑化DEMデータcを作成する(図6ステップS22)。ここで用いる平滑化フィルタはノイズを軽減する効果を持つフィルタであれば、特に制限はなく、例えば、メディアンフィルタ、多値モルフォロジカルフィルタ等を用いてよい。また、それらのフィルタを複数組合せて適用することも可能である。
【0051】
オルソ化手段13は上記のDEM平滑化手段12によって平滑化された平滑化DEMデータcを用いて、画像(航空画像データa)をある基準面に対して正射変換し、オルソ画像dを作成する(図6ステップS23)。この時の正射投影面は、例えば、衛星画像や航空写真を用いる場合であれば、地上面に平行な面となるが、用途によって任意の面を定めて正射変換することができる。
【0052】
続いて、射影変換手段21は上記のステレオ処理手段11で用られた複数の画像(航空画像データa)のうちのいずれかの画像を、正射投影面への回転角にしたがって射影変換した画像(射影変換航空画像e)を生成する(図6ステップS24)。これは画像を平面で近似し、視点を固定したまま正射投影面に再投影する操作である。この際に用いる画像は、ステレオ処理手段11で用いた画像(航空画像データa)のうちの任意の画像を用いて良いが、正射投影面に対する回転角が小さい画像の方が望ましい。
【0053】
最後に、画像合成手段22は上記のオルソ化手段13において得られたオルソ画像d及び上記の射影変換変換手段21において得られた射影変換航空画像eを重ね合わせて補間し、欠損した画素が補間された補間オルソ画像fを生成する(図6ステップS25)。具体的には、オルソ画像d中に値が得られない抜け領域の画素に対し、対応する位置の射影変換航空画像eの画素を用いて補間する処理を行う。
【0054】
上述したように、本実施例では平滑化された平滑化DEMデータcをオルソ化処理に用いる構成としているので、元々のDEMデータbに含まれるノイズの影響を軽減したオルソ画像dを生成することができる。
【0055】
また、本実施例では、画像(航空画像データa)を正射投影面に対する回転角に合せて射影変換し、その画像(射影変換航空画像e)の対応領域の画素をオルソ画像dの欠損領域において代用する構成としているので、オルソ画像dの抜け領域を補間することができ、その結果、オルソ画像dをCG等に応用する際、抜け領域によって発生していた違和感を減少させることができる。
【0056】
図7は本発明の第4の実施例による画像処理装置の構成を示すブロック図である。図7において、本発明の第4の実施例はステレオペア設定手段42を追加した以外は図5に示す本発明の第3の実施例と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。また、同一構成要素の動作は本発明の第3の実施例と同様である。
【0057】
すなわち、画像処理装置4は複数の画像(航空画像データa)の中から対になる画像を選択するステレオペア設定手段42と、オルソ画像dを生成するオルソ画像生成手段41と、画像(航空画像データa)を正射投影面に対する標定角にしたがって射影変換する射影変換手段21と、射影変換航空画像eとオルソ画像dとを合成し、欠損した画素が補間された補間オルソ画像fを生成する画像合成手段22と、画像処理装置2の各手段を実現するためのプログラムを格納する記録媒体14とから構成されている。
【0058】
ここで、オルソ画像生成手段41は複数の画像(航空画像データa)に対してステレオマッチング処理を行い、DEMデータbを抽出するステレオ処理手段11と、その抽出されたDEMデータbに平滑化フィルタを適用してノイズを除去するDEM平滑化手段12と、平滑化された平滑化DEMデータcを用いて画像(航空画像データa)を正射変換するオルソ化手段13とから構成されている。
【0059】
上記の画像処理装置4の各手段はそれぞれ概略、次のように動作する。つまり、画像処理装置4を主に構成するコンピュータが記録媒体14のプログラムを実行することで、以下の処理が行われる。
【0060】
ステレオペア設定手段42は同一地点を撮影した3枚以上の画像データ群から、うち2枚を選択して得られるステレオ画像対を複数決定し、処理単位とする。ステレオ処理手段11は上記のステレオペア設定手段42によって与えられる各ステレオ画像対に対してステレオマッチング処理を行い、DEMデータbを抽出する。
【0061】
DEM平滑化手段12は上記のステレオ処理手段11によって得られたDEMデータbに平滑化フィルタを適用して平滑化する。オルソ化手段13は上記のDEM平滑化手段12によって平滑化された平滑化DEMデータcを用いて画像(航空画像データa)を正射変換する。
【0062】
射影変換手段21は画像(航空画像データa)を、標定された正射投影面への回転角にしたがって射影変換する。画像合成手段22は上記のオルソ化手段13によって得られた各オルソ画像dと、上記の射影変換手段21によって変換された画像(射影変換航空画像e)とを重ね合わせて補間し、欠損した画素が補間された補間オルソ画像fを生成する。
【0063】
図8は本発明の第4の実施例による画像処理装置4の動作を示すフローチャートである。これら図7及び図8を参照して本発明の第4の実施例による画像処理装置4の動作について説明する。尚、図8に示す処理は画像処理装置4を主に構成するコンピュータが記録媒体14のプログラムを実行することで実現される。
【0064】
まず、ステレオペア設定手段42は同一地点を撮影した3枚以上の画像データ群から、うち2枚を選択して得られるステレオ画像対を複数決定し、処理単位とする(図8ステップS31)。例えば、4枚の画像を得た場合、これらのうちある2枚で一組、残りの2枚でもう一組のステレオ画像対を設定する。選べる組合せは全部で6通り存在するが、必ずしもこれらを全てステレオ画像対として設定する必要はなく、隠蔽領域を減らすために全ての画像が使われるよう、ステレオ画像対を複数定めればよい。
【0065】
次に、ステレオ処理手段11は上記のステレオペア設定手段42によって設定された各ステレオ画像対についてステレオマッチング処理を行い、DEMデータbを抽出する(図8ステップS32)。ここで用いるステレオマッチング処理には、特に制限はなく、例えば、特開平3−167678号公報に開示された方法で実現することができる。
【0066】
続いて、DEM平滑化手段12は上記のステレオ処理手段11によって得られた各DEMデータbに対し、平滑化フィルタを適用して平滑化処理を行う(図8ステップS33)。ここで用いる平滑化フィルタはノイズを軽減する効果を持つフィルタであれば、特に制限はなく、例えば、メディアンフィルタ、多値モルフォロジカルフィルタ等を用いてよい。また、それらのフィルタを複数組合せて適用することも可能である。
【0067】
オルソ化手段13は上記のDEM平滑化手段12によって平滑化された各DEMデータ(平滑化DEMデータc)を用いて、画像(航空画像データa)をある基準面に対して正射変換し、オルソ画像dを作成する(図8ステップS34)。この時の正射投影面は、例えば、衛星画像や航空写真を用いる場合であれば、地上面に平行な面となるが、用途によって任意の面を定めて正射変換することができる。
【0068】
射影変換手段21は上記のステレオ処理手段11で用いた複数の画像(航空画像データa)のうちのいずれかの画像を正射投影面への回転角にしたがって射影変換した画像(射影変換航空画像e)を生成する(図8ステップS35)。これは画像(航空画像データa)を平面で近似し、視点を固定したまま正射投影面に再投影する操作である。その際に用いる画像は、ステレオ処理手段11で用いた画像のうちの任意の画像を用いて良いが、正射投影面に対する回転角が小さい画像の方が望ましい。
【0069】
最後に、画像合成手段22は上記のオルソ化手段13において得られた各オルソ画像d及び上記の射影変換変換手段21において得られた射影変換航空画像eを重ね合わせて補間し、欠損した画素が補間された補間オルソ画像fを生成する(図8ステップS36)。具体的には、オルソ画像d中に値が得られない抜け領域の画素に対し、他のオルソ画像中の対応画素を用いて補間する。この処理で残った抜け領域の画素に対しては、射影変換画像中の対応する画素を用いて補間する処理を行う。
【0070】
尚、上述した本発明の第4の実施例では、複数のステレオペアに対する処理をステレオ処理手段11、DEM平滑化手段12、オルソ化手段13において繰り返し行っているが、例えば上記のオルソ画像生成手段41を複数設け、複数のステレオペアについての処理を並列に行わせることも可能である。
【0071】
上述したように、本実施例では、平滑化した平滑化DEMデータcをオルソ化処理に用いているため、元々のDEMデータに含まれるノイズの影響を軽減したオルソ画像を生成することができる。
【0072】
また、本実施例では、視線方向の異なる複数のステレオペアからオルソ画像を相互補完して生成し、加えて画像を正射投影面に対する回転角に合せて射影変換し、その画像の対応領域の画素をオルソ画像の欠損領域において代用しているので、オルソ画像の抜け領域を補間することができ、その結果、オルソ画像をCG等に応用する際、抜け領域によって発生していた違和感を減少させることが可能となる。
【0073】
尚、本発明は、上述した本発明の第1〜第4の実施例各々に限定されるものではなく、様々な条件での実施が可能である。例えば、対象となる画像は航空写真や衛星画像に限定されるものではなく、地上あるいは室内においてステレオ撮影を行った画像に対しても適用が可能である。また画像は2台のカメラを使用して撮影しても、単眼カメラを2度用いて撮影したものでもよく、画像データについても、ディジタルカメラで直接撮影したもの、あるいはアナログ写真をスキャンしたデータであっても実施可能である。
【0074】
続いて、具体例を用いて本発明の実施例の動作について説明する。この説明ではステレオ航空写真から地上面に平行なオルソ画像を、上記の本発明の第3の実施例にしたがって生成する場合について述べる。
【0075】
ステレオ航空写真は連続して航空機から撮影された画像の重複部分をステレオ画像と見なして扱われ、まずスキャナを用いてディジタルデータ化される。続いて、撮影時のカメラパラメータを決定するため、標定作業が行われる。通常、鉛直に近い方向で撮影した航空写真でも、航空機の姿勢変化等の影響によって、撮影時にカメラパラメータを把握するのは難しいため、通常左右の画像中で共通に映っている対象の、それぞれの画像中における座標値を読取り、この対応点の座標対を用いて左右画像間のカメラ回転角等のパラメータを標定する。ここで用いる標定方法には、特に制限はなく、例えば、図化ソフトによって算出される値を使用しても良い。
【0076】
カメラパラメータの標定が行われた後、図9に示すように、左右の画像を必要に応じて共通平行面に再投影する。これは平行化と呼ばれる操作であり、平行化を行った後の左右画像中の同一対象は同一走査線上にくることになる。
【0077】
また、平行化を行った左右の画像に対し、ステレオ処理手段11において、自動的にステレオマッチング処理を行い、左右の画像間の対応を求めて密な視差画像を生成する。ここで用いるステレオマッチング処理には、特に制限はなく、例えば、特開平3−167678号公報に開示された方法で実現することができる。
【0078】
視差画像が得られたならば、標定されたカメラパラメータと組合せて各画素に対応する3次元座標系での位置を計算し、DEMデータを抽出する。得られたDEMデータはステレオマッチング処理時に対応付けを誤った画素等の影響によって、結果として不連続な3次元座標を持つスパイク状の孤立点をノイズとして多く含むこととなる。
【0079】
これら孤立点の影響を除くため、DEM平滑化手段12において、上記のステレオ処理手段11によって得られたDEMデータに対し、平滑化フィルタを適用して平滑化処理を行う。ここで用いる平滑化フィルタはノイズを軽減する効果を持つフィルタであれば、特に制限はないが、例えば、対象画素を中心とする小領域における画素値のメディアンを代表値として置換するメディアンフィルタを用いれば、実際の形状に依存するエッジを維持しつつ、上記のような孤立した雑音を効率的に除去することができる。
【0080】
その他、小領域に対する最大値フィルタと最小値フィルタとを組合せて構成される多値モルフォロジカルフィルタ等も、上記と同様の効果が期待できる。このようなフィルタを複数組合せて適用することも可能である。
【0081】
続いて、上記のDEM平滑化手段12によって平滑化され、ノイズが除去された平滑化DEMデータ及び標定されているカメラパラメータを用いて、オルソ化手段13によって元となる航空画像の地上面に対する正射影変換を行い、オルソ画像を作成する。
【0082】
具体的には、まずDEMデータ中の全ての点における3次元座標を地上面に投影した場合の地上座標系(例えば、平面直角座標系)での平面座標と、元の画像中の座標との対応を求める。次に、求めた対応にしたがって、元となる航空画像の画素を地表面に対応する画像に補間しながら写像する。
【0083】
さらに、射影変換手段21において、航空画像データを地表面に平行な面に射影変換によって再投影する作業が行われる。上述したように、航空写真撮影時のカメラの光軸は地上面に対して完全に鉛直ではなく、地表を斜めから撮影しているため、オルソ画像との重ね合わせは難しい。このため、航空画像に射影変換を適用して、カメラ中心位置を変えず、地上に平行な投影面に再投影する操作を適用する。この操作によって完全な鉛直写真に相当する画像を生成することができる。
【0084】
射影変換の具体的な方法は、撮影時のカメラパラメータのうち、地上面に対するカメラ座標系の回転角と、焦点距離とを用いて、例えば、特開平8−567号公報に開示された方法によって行うことができる。
【0085】
最後に、画像合成手段22は上記のオルソ化手段13によって生成されたオルソ画像と、上記の射影変換手段21によって生成された射影変換画像とを合成し、補間オルソ画像を生成する処理を行う。具体的には、オルソ画像と射影変換画像とを重ね合わせた後、隠蔽の影響によって値が得られていないオルソ画像中の抜け領域の画素について、対応する位置の射影変換画像の画素を引用し、補間する処理を行うことで補間オルソ画像を生成する。
【0086】
この際に画素を引用する元となる画像は、左右の射影変換画像のうち、対象となる位置に主点が近い位置に存在する画像、すなわち対象点になるべく正対する方を用いる。こうすることによって、平面近似のため倒れこんで写る建物壁面が隠蔽領域に使用されてしまう場合を減少させ、画質を向上させることができる。
【0087】
また、引用の際に境界部あるいは引用部をぼかすことによって、発生するエッジの影響を抑え、より違和感の少ない補間オルソ画像を生成することもできる。
【0088】
次に、上記第4の実施の形態の実施例に従って、4枚のステレオ航空写真から地上面に平行なオルソ画像を生成する場合の具体例を説明する。
【0089】
4枚のステレオ航空写真は、例えば、図10に示すように、2つの隣接する撮影コース#1,#2間の重なりを大きくとって撮影を行い、同一地点を撮影している画像対をそれぞれのコースから1組ずつ選択することによって得ることができる。しかしながら、撮影方法はこれに限られるものではなく、個別に撮影して得られた4枚の画像#1〜#4を用いても良い。得られた航空写真群は、まずスキャナを用いてディジタルデータ化される。
【0090】
次に、ステレオペア設定手段42において、ディジタルデータ化された4枚のステレオ航空写真からステレオペアを設定する。画像に付加されるメタデータ等を参照し、同じ撮影コース内の画像2枚をそれぞれ組合せて2組のステレオペアを得る。しかしながら、ペアの設定方法はこれに限るものではなく、4枚の画像#1〜#4全てを用いるならば、異なるコース間で画像対を設定しても良い。また、各画像#1〜#4を複数回使用して、最大6組のステレオペアを生成しても構わない。
【0091】
設定された各ステレオペアについて、本発明の第3の実施例と同様に、撮影時のカメラパラメータを決定する標定作業、平行化、ステレオマッチング処理、DEMデータの抽出、DEMデータの平滑化が行われる。
【0092】
続いて、上記のDEM平滑化手段12によって平滑化し、ノイズを除去された平滑化DEMデータ及び標定されているカメラパラメータを用いて、オルソ化手段13によって各航空写真毎に元となる航空画像の地上面に対する正射影変換を行い、オルソ画像を作成する。
【0093】
具体的には、まずDEMデータ中の全ての点における3次元座標を地上面に投影した場合の、地上座標系(例えば、平面直角座標系)での平面座標と、元の画像中の座標の対応を求める。次に、求めた対応にしたがって、元となる航空画像の画素を地表面に対応する画像に補間しながら写像する。
【0094】
さらに、射影変換手段21において、各ステレオペアの航空画像データを地表面に平行な面に射影変換によって再投影する作業が行われる。上述したように、航空写真撮影時のカメラの光軸は地上面に対して完全に鉛直ではなく、地表を斜めから撮影しているため、オルソ画像との重ね合わせは難しい。このため、航空画像に射影変換を適用し、カメラ中心位置を変えず、地上に平行な投影面に再投影する操作を適用する。この操作によって完全な鉛直写真に相当する画像を生成することができる。
【0095】
射影変換の具体的な方法は、撮影時のカメラパラメータのうちの地上面に対するカメラ座標系の回転角と焦点距離とを用いて、例えば特開平8−567号公報に記載されているような方法によってこれを行える。
【0096】
最後に、画像合成手段22において、上記のオルソ化手段13によって生成された各オルソ画像と、上記射影変換手段21によって生成された各射影変換画像とを合成し、補間オルソ画像を生成する処理を行う。
【0097】
具体的には、各オルソ画像と各射影変換画像を重ね合わせた後、まず複数のオルソ画像を画素を相互補間する形で合成する。すなわち、あるオルソ画像についてのみ画素が得られている点についてはその値を用い、複数のオルソ画像で値が得られている場合には、そのうちの対象となる位置に主点が近い位置に存在する画像、つまりその画素をなるべく正対して撮影している画像中の画素値を用いて合成する。
【0098】
さらに、隠蔽の影響によって値が得られていないオルソ画像中の抜け領域の画素については、対応する位置の射影変換画像の画素を引用し、補間する処理を行うことで補間オルソ画像を生成する。この際に画素を引用する元となる画像は、複数の射影変換画像のうち、対象となる位置に主点が近い位置に存在する画像、すなわち対象点になるべく正対する方を用いる。これによって、平面近似のために倒れこんで写る建物壁面が隠蔽領域に使用されてしまう場合を減少させ、画質を向上させることができる。また、引用の際に境界部あるいは引用部をぼかすことによって、発生するエッジの影響を抑え、より違和感の少ない補間オルソ画像を生成することもできる。
【0099】
このように、本発明は、平滑化したDEMデータをオルソ化処理に用いることによって、元のDEMデータに含まれるノイズを軽減することができ、ノイズのためにオルソ画像の画質が低下するのを防ぐことができるので、ノイズの少ない自然なオルソ画像を生成することができる。
【0100】
また、本発明は、画像を正射投影面に対する回転角に合せて射影変換し、その画像の対応領域の画素をオルソ画像の欠損領域において代用することによって、オルソ画像の抜け領域を補間することができるので、抜け領域による違和感の少ないオルソ画像を生成することができる。
【0101】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の画像処理装置は、複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データを生成する画像処理装置において、ステレオマッチング処理によって3次元データを抽出し、その抽出された3次元データに平滑化フィルタを適用して3次元データのノイズを除去して平滑化し、この平滑化された3次元データを用いて画像を正射変換することによって、3次元データに含まれるノイズの影響を受けにくく、また欠損領域に起因する違和感の少ない、より自然なオルソ画像を得ることができるという効果が得られる。
【0102】
また、本発明の他の画像処理装置は、複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データを生成する画像処理装置において、ステレオマッチング処理によって3次元データを抽出し、この3次元データを用いて画像を正射変換し、画像を正射投影面に対する標定角にしたがって射影変換し、画像の正射変換で得られたオルソ画像と射影変換で得られた射影変換画像とを合成して欠損した画素が補間された補間オルソ画像を生成することによって、3次元データに含まれるノイズの影響を受けにくく、また欠損領域に起因する違和感の少ない、より自然なオルソ画像を得ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の第1の実施例による画像処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図3】本発明の第2の実施例による画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図4】本発明の第2の実施例による画像処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図5】本発明の第3の実施例による画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図6】本発明の第3の実施例による画像処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図7】本発明の第4の実施例による画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図8】本発明の第4の実施例による画像処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図9】本発明のステレオ撮影幾何を示す模式図である。
【図10】本発明の実施例における4方向からの航空写真撮影例を示す模式図である。
【図11】(a),(b)は中心投影画像と正射画像との違いを示す模式図である。
【図12】従来例による画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図13】従来例による画像処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図14】オルソ画像における抜け領域の発生を示す模式図である。
【符号の説明】
1,2,3,4 画像処理装置
11 ステレオ処理手段
12 DEM平滑化手段
13 オルソ化手段
14 記録媒体
21 射影変換手段
22 画像合成手段
41 オルソ画像生成手段
42 ステレオペア設定手段
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image processing apparatus, an image processing method used therefor, and a program therefor, and more particularly to an image processing method used for generating three-dimensional data from a stereo image and performing orthographic transformation.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in digital photogrammetry and map making, etc., three-dimensional data [hereinafter referred to as DEM (Digital Elevation Map) data based on a stereo image obtained from a camera installed on the ground or an image taken from a satellite or an aircraft. Is generated by stereo matching, an orthographic transformation of the image is performed using the matching to generate an ortho image, and the method is applied to drawing and the like.
[0003]
Here, in the case of a normal camera, an ortho image refers to an object to be photographed at an angle for central projection as shown in FIG. 11A, and a predetermined surface as shown in FIG. 11B. Is an image obtained by orthogonally projecting a plurality of images, and is indispensable for connecting a plurality of images to grasp a wide range of objects and create a drawing or the like.
[0004]
As an example of applying the above method, there is a technique using the above method when performing digital image measurement on the ground (for example, see Patent Documents 1 and 2). In addition, as an example of a system in which the above technology is applied to aerial photographs and satellite images, there is a technology of performing stereo matching on aerial photographs and satellite images and performing orthographic conversion (for example, see Patent Document 3).
[0005]
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of a conventional image processing apparatus. As shown in FIG. 12, a conventional image processing apparatus 5 performs a stereo matching process on a plurality of images to extract DEM data, and an orthographic unit 11 performs orthographic conversion of the images using the DEM data. Means 13.
[0006]
In the image processing apparatus 5 having the above-described configuration, an operation as shown in FIG. 13 is performed. That is, image data obtained from a plurality of photographs is provided to the stereo processing means 11, and DEM data is automatically extracted by performing stereo matching as in the conventional system (step S41 in FIG. 13).
[0007]
The obtained DEM data is supplied to the orthorification means 13 together with the image data, and an ortho image is generated by moving the pixels in the image based on the DEM information and the orientation information of the photographed angle (FIG. 13). Step S42).
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-182059 (pages 3 to 7, FIGS. 1 and 2)
[Patent Document 2]
JP-A-11-351865 (pages 4, 5; FIG. 1)
[Patent Document 3]
JP-A-2000-348160 (pages 2, 3; FIG. 1)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional ortho image generation method, DEM data obtained by stereo matching includes an error caused by mismatching of corresponding points, and pixels having erroneous DEM data during orthographic transformation are used. Is moved to the wrong position, and there is a problem that the image quality of the ortho image generated by the above method is low.
[0010]
In addition, in the conventional ortho image generation method, when an imaging target in an image includes many discontinuous shapes, such as an aerial image of an urban area, pixels are not imaged in a hidden area such as a road hidden by a building or the like. Therefore, it is not possible to move the corresponding pixel in the ortho image, and as shown in FIG. 14, there is a missing area in which the pixel is missing in the concealed area, and the pixel is lost in the ortho image generated by the above method. There is a problem that an image becomes unnatural because it includes many regions.
[0011]
Since the conventional ortho image generation method has the above-described problems, there is a demand for a processing method that can be used for drawing and CG (Computer Graphics) generation and that can obtain a more natural ortho image.
[0012]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to be less susceptible to noise included in DEM data, and to obtain a more natural orthoimage with less discomfort caused by a defective area. Another object of the present invention is to provide an image processing method used therefor, a program image processing apparatus therefor, an automatic orthographic image shaping method used therefor, and a program therefor.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
An image processing device according to the present invention is an image processing device that performs stereo matching processing on a plurality of images to generate three-dimensional data, and a stereo processing unit that extracts the three-dimensional data by the stereo matching processing. A DEM smoothing unit that applies a smoothing filter to the three-dimensional data extracted by the stereo processing unit to remove noise from the three-dimensional data and smoothes the noise; Orthographic means for performing orthographic transformation of the image using the dimensional data.
[0014]
Another image processing apparatus according to the present invention is an image processing apparatus that performs stereo matching processing on a plurality of images to generate three-dimensional data, and a stereo processing unit that extracts the three-dimensional data by the stereo matching processing Orthographic means for orthographically transforming the image using the three-dimensional data, projective transformation means for projectively transforming the image in accordance with an orientation angle with respect to an orthographic projection plane, and orthorectification means obtained by the orthographic means. An image synthesizing means for synthesizing the image and the projective transformed image obtained by the projective transforming means to generate an interpolated ortho image in which defective pixels are interpolated.
[0015]
An image processing method according to the present invention is an image processing method for generating three-dimensional data by performing a stereo matching process on a plurality of images, and extracting the three-dimensional data by the stereo matching process, Applying a smoothing filter to the obtained three-dimensional data to remove noise from the three-dimensional data and perform smoothing; and performing orthographic transformation on the image using the smoothed three-dimensional data. Have.
[0016]
Another image processing method according to the present invention is an image processing method for performing three-dimensional data by performing a stereo matching process on a plurality of images, and extracting the three-dimensional data by the stereo matching process. Orthographically transforming the image using the three-dimensional data, projectingly transforming the image in accordance with an orientation angle with respect to an orthographic projection plane, and orthographic image obtained by orthographically transforming the image and the projection Generating an interpolated ortho image in which defective pixels have been interpolated by combining the projective transformed image obtained by the transformation.
[0017]
A program for an image processing method according to the present invention is a program for an image processing method for performing stereo matching processing on a plurality of images to generate three-dimensional data. Extracting, applying a smoothing filter to the extracted three-dimensional data to remove noise from the three-dimensional data, and smoothing the three-dimensional data, and transforming the image using the smoothed three-dimensional data. And an orthographic conversion process.
[0018]
A program of another image processing method according to the present invention is a program of an image processing method for performing stereo matching processing on a plurality of images to generate three-dimensional data. A process of extracting data, a process of orthographically transforming the image using the three-dimensional data, a process of projectively transforming the image according to an orientation angle with respect to an orthographic projection plane, and a process of orthogonally transforming the image. And a process of generating an interpolated ortho image in which defective pixels are interpolated by combining the obtained ortho image and the projection conversion image obtained by the projection conversion.
[0019]
That is, the image processing apparatus of the present invention performs stereo matching processing on a plurality of images to extract three-dimensional data [hereinafter, referred to as DEM (Digital Elevation Map) data], and smoothes the DEM data. DEM smoothing means for applying noise filters to remove noise, orthographic means for orthogonally transforming an image using DEM data, and projective transformation means for projecting an image according to an orientation angle with respect to an orthographic plane. Image synthesizing means for synthesizing the projective transformed image and the ortho image to generate an interpolated ortho image.
[0020]
In the image processing apparatus of the present invention, by adopting the above configuration, stereo matching processing is automatically performed on a plurality of images, and height information at each point in the image based on the obtained disparity information, that is, DEM After extracting the data and removing noise in the DEM data by applying a smoothing filter, the image is orthorectified using the DEM data obtained by smoothing the image to generate an orthorectified image. And a projection-transformed image obtained by projecting and transforming a plane parallel to the image to generate an interpolated ortho image in which missing pixels are interpolated.
[0021]
Thus, in the image processing apparatus of the present invention, the noise in the DEM data is reduced and used for the ortho-rectification, and the defective area of the pixel due to the concealment is interpolated with the projective transformed image, thereby deteriorating the image quality due to the noise and the defective area Thus, it is possible to generate a more natural orthoimage with less discomfort due to.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the image processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, an image processing apparatus 1 performs stereo matching processing on a plurality of images (aviation image data a) to extract three-dimensional data [hereinafter, referred to as DEM (Digital Elevation Map) data] b. A DEM smoothing means 12 for applying a smoothing filter (not shown) to the extracted DEM data b to remove noise, and direct injection of an image (aerial image data a) using the smoothed DEM data c It is composed of an orthographic unit 13 for conversion and a recording medium 14 for storing a program for realizing each unit of the image processing apparatus 1.
[0023]
Each unit of the image processing apparatus 1 operates as follows. That is, the following processing is performed by the computer mainly configuring the image processing apparatus 1 executing the program of the recording medium 14.
[0024]
First, the stereo processing means 11 performs a stereo matching process on a plurality of image data (aerial image data a) to extract DEM data b. The DEM smoothing means 12 applies a smoothing filter to the DEM data b obtained by the stereo processing means 11 to generate smoothed DEM data c.
[0025]
The orthographic unit 13 performs an orthographic transformation of an image (aerial image data a) using the smoothed DEM data c smoothed by the DEM smoothing unit 12 to generate an orthoimage d. Here, as described above, in the case of a normal camera, an orthoimage refers to an object to be photographed at an inclination for central projection as shown in FIG. 11A, as shown in FIG. Is an image obtained by orthogonally projecting a predetermined surface, and is indispensable for connecting a plurality of images to grasp a wide range of objects and create a drawing or the like.
[0026]
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the image processing apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The operation of the image processing apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the processing illustrated in FIG. 2 is realized by a computer mainly configuring the image processing apparatus 1 executing a program on the recording medium 14.
[0027]
First, the stereo processing means 11 automatically performs stereo matching processing on a plurality of images (aerial image data a) to extract DEM data (step S1 in FIG. 2). The stereo matching processing used here is not particularly limited, and can be realized by, for example, a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-167678.
[0028]
Next, the DEM smoothing means 12 applies a smoothing filter to the DEM data b obtained by the stereo processing means 11 to generate smoothed DEM data c (step S2 in FIG. 2). The smoothing filter used here is not particularly limited as long as it has an effect of reducing noise. For example, a median filter, a multi-valued morphological filter, or the like may be used. It is also possible to apply a combination of a plurality of these filters.
[0029]
The orthographic means 13 uses the smoothed DEM data c smoothed by the DEM smoothing means 12 to orthorectify an image (aerial image data a) with respect to a certain reference plane to create an orthoimage d. (Step S3 in FIG. 2). The orthographic projection plane at this time is, for example, a plane parallel to the ground surface when using a satellite image or an aerial photograph. However, an orthographic transformation can be performed by defining an arbitrary plane depending on the application.
[0030]
As described above, in the present embodiment, by using a configuration in which the smoothed DEM data is used for the ortho-rectification processing, it is possible to generate an ortho image d in which the influence of noise included in the original DEM data b is reduced. .
[0031]
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the image processing device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the second embodiment of the present invention is the same as the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 except that the DEM smoothing means 12 is omitted and the projection conversion means 21 and the image synthesizing means 22 are added. The same components are denoted by the same reference numerals. The operation of the same components is the same as in the first embodiment of the present invention.
[0032]
That is, the image processing apparatus 2 performs stereo matching processing on a plurality of images (aviation image data a) to extract DEM data b, and uses the extracted DEM data b to generate an image (aviation image data). An orthographic unit 13 for orthogonally transforming the image data a), a projection transforming unit 21 for projecting an image (aerial image data a) according to a rotation angle with respect to an orthographic projection plane, and a projective transformed image (projected transformed aerial image e) ) And the ortho image d, an image synthesizing means 22 for generating an interpolated ortho image f in which the defective pixels are interpolated, and a recording medium 14 for storing a program for realizing each means of the image processing apparatus 2. It is composed of
[0033]
Each unit of the image processing apparatus 2 operates roughly as follows. That is, the following processing is performed by the computer mainly configuring the image processing apparatus 2 executing the program on the recording medium 14.
[0034]
As described above, the stereo processing unit 11 performs stereo matching processing on a plurality of image data (aerial image data a) to extract DEM data b. The orthorification means 13 uses the DEM data a obtained by the stereo processing means 11 to perform orthographic conversion of an image (aerial image data a).
[0035]
The projection conversion unit 21 performs projection conversion of the image (aerial image data a) according to the rotation angle to the orthographic projection plane obtained by the orientation calculation. The image synthesizing unit 22 superimposes and interpolates the ortho-image d obtained by the above-mentioned ortho-formation unit 13 and the image (projection-transformed aerial image e) converted by the above-mentioned projection conversion unit 21, and eliminates the missing pixels. An interpolated ortho image f is generated.
[0036]
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the image processing apparatus 2 according to the second embodiment of the present invention. The operation of the image processing apparatus 2 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the processing illustrated in FIG. 4 is realized by a computer mainly configuring the image processing apparatus 2 executing a program on the recording medium 14.
[0037]
First, the stereo processing means 11 automatically performs stereo matching processing on a plurality of images (aerial image data a) and extracts DEM data b (step S11 in FIG. 4). The stereo matching processing used here is not particularly limited, and can be realized by, for example, a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-167678.
[0038]
Next, using the DEM data b obtained by the stereo processing means 11, the orthorification means 13 performs an orthographic transformation of an image (aerial image data a) on a certain reference plane to create an ortho image d. (Step S12 in FIG. 4). The orthographic projection plane at this time is, for example, a plane parallel to the ground surface when using a satellite image or an aerial photograph. However, an orthographic transformation can be performed by defining an arbitrary plane depending on the application.
[0039]
The projecting transformation unit 21 performs an image transformation (projection transformed aviation) on any one of the plurality of images (aerial image data a) used in the stereo processing unit 11 according to the rotation angle to the orthographic projection plane. An image e) is generated (step S13 in FIG. 4). This is an operation of approximating an image with a plane and re-projecting the image on an orthographic projection plane while keeping the viewpoint fixed. The image used at this time may be any image among the images (aerial image data a) used by the stereo processing means 11, but an image having a small rotation angle with respect to the orthographic projection plane is preferable.
[0040]
Finally, the image synthesizing unit 22 superimposes and interpolates the orthographic image d obtained by the orthographic unit 13 and the projection transformed aerial image e obtained by the projective transforming unit 21 to generate an interpolated ortho image f (FIG. 4 steps S14). Specifically, a process of interpolating the pixels in the missing area where no value is obtained in the orthographic image d using the pixels of the projection-transformed aerial image e at the corresponding positions.
[0041]
As described above, in this embodiment, the image (aerial image data a) is projected and transformed according to the rotation angle with respect to the orthographic projection plane, and the pixels in the corresponding area of the image (projected transformed aerial image e) are transformed into the ortho image d. , The missing area of the ortho image d can be interpolated. As a result, when applying the ortho image d to CG or the like, it is possible to reduce the discomfort caused by the missing area. Can be.
[0042]
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the image processing device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 5, the third embodiment of the present invention has the same configuration as that of the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3 except that a DEM smoothing means 12 is added. The reference numerals are attached. The operation of the same component is the same as that of the second embodiment of the present invention.
[0043]
That is, the image processing device 3 performs a stereo matching process on a plurality of images (aerial image data a), extracts the DEM data b, and applies a smoothing filter to the DEM data b to reduce noise. DEM smoothing means 12 for removing, orthographic means 13 for orthogonally transforming the image (aerial image data a) using the smoothed DEM data c, and orientation angle of the image (aerial image data a) with respect to the orthographic projection plane A projecting transformation unit 21 for projective transforming according to the above, an image combining unit 22 for combining the projectively transformed aerial image e and the ortho image d to generate an interpolated ortho image f in which defective pixels are interpolated, And a recording medium 14 for storing a program for realizing each means.
[0044]
Each unit of the image processing apparatus 3 operates roughly as follows. That is, the following processing is performed by the computer mainly configuring the image processing apparatus 3 executing the program on the recording medium 14.
[0045]
The stereo processing unit 11 performs a stereo matching process on a plurality of image data (aerial image data a) to extract DEM data b. The DEM smoothing means 12 applies a smoothing filter to the DEM data b obtained by the stereo processing means 11 to generate smoothed DEM data c.
[0046]
An orthographic unit 13 performs orthographic transformation of an image (aerial image data a) using the smoothed DEM data c smoothed by the DEM smoothing unit 12 to create an ortho image d.
[0047]
The projective transformation means 21 performs projective transformation of the image (aerial image data a) in accordance with the rotation angle to the specified orthographic projection plane. The image synthesizing unit 22 superimposes and interpolates the ortho-image d obtained by the above-mentioned ortho-formation unit 13 and the image (projection-transformed aerial image e) converted by the above-mentioned projection conversion unit 21, and eliminates the missing pixels. An interpolated ortho image f is generated.
[0048]
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the image processing apparatus 3 according to the third embodiment of the present invention. The operation of the image processing apparatus 3 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the processing illustrated in FIG. 6 is realized by a computer mainly configuring the image processing apparatus 3 executing a program of the recording medium 14.
[0049]
First, the stereo processing means 11 automatically performs a stereo matching process on a plurality of images (aerial image data a) and extracts DEM data b (step S21 in FIG. 6). The stereo matching process used here is not particularly limited, and can be realized by, for example, a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-167678.
[0050]
Next, the DEM smoothing means 12 creates a smoothed DEM data c by applying a smoothing filter to the DEM data b obtained by the stereo processing means 11 (step S22 in FIG. 6). The smoothing filter used here is not particularly limited as long as it has a noise reducing effect. For example, a median filter, a multi-valued morphological filter, or the like may be used. It is also possible to apply a combination of a plurality of these filters.
[0051]
Using the smoothed DEM data c smoothed by the above-mentioned DEM smoothing means 12, the orthographic means 13 orthogonally transforms an image (aerial image data a) to a certain reference plane to create an orthoimage d. (Step S23 in FIG. 6). The orthographic projection plane at this time is, for example, a plane parallel to the ground surface when using a satellite image or an aerial photograph. However, an orthographic transformation can be performed by defining an arbitrary plane depending on the application.
[0052]
Subsequently, the projection conversion unit 21 performs image projection conversion on any one of the plurality of images (aerial image data a) used by the stereo processing unit 11 according to the rotation angle to the orthographic projection plane. (Projected transformed aerial image e) is generated (step S24 in FIG. 6). This is an operation of approximating an image with a plane and re-projecting the image on an orthographic projection plane while keeping the viewpoint fixed. The image used at this time may be any of the images (aerial image data a) used by the stereo processing means 11, but is preferably an image having a small rotation angle with respect to the orthographic projection plane.
[0053]
Lastly, the image synthesizing means 22 superimposes and interpolates the orthoimage d obtained by the orthographic means 13 and the projection-transformed aerial image e obtained by the projective transformation means 21. The generated interpolated ortho image f is generated (step S25 in FIG. 6). Specifically, a process of interpolating the pixels in the missing area where no value is obtained in the orthographic image d using the pixels of the projection-transformed aerial image e at the corresponding positions.
[0054]
As described above, in the present embodiment, since the smoothed DEM data c is used for the ortho-rectification processing, an ortho image d in which the influence of noise included in the original DEM data b is reduced is generated. Can be.
[0055]
Further, in this embodiment, the image (aerial image data a) is projectively transformed in accordance with the rotation angle with respect to the orthographic projection plane, and the pixels of the corresponding region of the image (projected transformed aerial image e) are replaced with the defective region of the ortho image d. , The missing area of the ortho image d can be interpolated. As a result, when applying the ortho image d to CG or the like, the sense of discomfort caused by the missing area can be reduced.
[0056]
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 7, the fourth embodiment of the present invention has the same configuration as the third embodiment of the present invention shown in FIG. 5 except that a stereo pair setting means 42 is added. The reference numerals are attached. The operation of the same component is the same as that of the third embodiment of the present invention.
[0057]
That is, the image processing apparatus 4 includes a stereo pair setting unit 42 that selects an image to be paired from a plurality of images (aerial image data a), an ortho image generating unit 41 that generates an ortho image d, and an image (aerial image data). A projection transformation means 21 for projectively transforming the data a) in accordance with an orientation angle with respect to an orthographic projection plane, a projection transformation aerial image e and an ortho image d are synthesized to generate an interpolated ortho image f in which missing pixels are interpolated. It comprises an image synthesizing unit 22 and a recording medium 14 for storing a program for realizing each unit of the image processing apparatus 2.
[0058]
Here, the ortho image generating means 41 performs a stereo matching process on a plurality of images (aerial image data a) to extract DEM data b, and a smoothing filter for the extracted DEM data b. And an ortho-rectification unit 13 for orthogonally transforming the image (aerial image data a) using the smoothed DEM data c.
[0059]
Each unit of the image processing apparatus 4 operates roughly as follows. That is, the following processing is performed by the computer mainly configuring the image processing apparatus 4 executing the program of the recording medium 14.
[0060]
The stereo pair setting means 42 determines a plurality of stereo image pairs obtained by selecting two of the three or more image data groups from three or more image data obtained by photographing the same point, and sets the stereo image pairs as processing units. The stereo processing unit 11 performs a stereo matching process on each stereo image pair provided by the stereo pair setting unit 42 to extract DEM data b.
[0061]
The DEM smoothing means 12 applies a smoothing filter to the DEM data b obtained by the stereo processing means 11 to smooth the data. The orthorification means 13 uses the smoothed DEM data c smoothed by the DEM smoothing means 12 to perform orthographic transformation on an image (aerial image data a).
[0062]
The projective transformation means 21 performs projective transformation of the image (aerial image data a) in accordance with the rotation angle to the specified orthographic projection plane. The image synthesizing unit 22 superimposes and interpolates each of the ortho images d obtained by the above-described ortho-converting unit 13 and the image (projection-transformed aerial image e) converted by the above-mentioned projection conversion unit 21 to obtain the missing pixels. Generates an interpolated ortho image f.
[0063]
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the image processing apparatus 4 according to the fourth embodiment of the present invention. The operation of the image processing apparatus 4 according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the processing illustrated in FIG. 8 is realized by a computer mainly configuring the image processing apparatus 4 executing a program of the recording medium 14.
[0064]
First, the stereo pair setting means 42 determines a plurality of stereo image pairs obtained by selecting two of the three or more image data groups from three or more image data obtained by photographing the same point, and sets them as a processing unit (step S31 in FIG. 8). For example, when four images are obtained, one set of two of these images is set, and another stereo image pair is set of the remaining two images. There are a total of six combinations that can be selected, but it is not always necessary to set all of them as stereo image pairs, and a plurality of stereo image pairs may be determined so that all images are used to reduce the concealment area.
[0065]
Next, the stereo processing unit 11 performs a stereo matching process on each stereo image pair set by the stereo pair setting unit 42, and extracts DEM data b (step S32 in FIG. 8). The stereo matching process used here is not particularly limited, and can be realized by, for example, a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-167678.
[0066]
Subsequently, the DEM smoothing unit 12 applies a smoothing filter to each DEM data b obtained by the stereo processing unit 11 to perform a smoothing process (step S33 in FIG. 8). The smoothing filter used here is not particularly limited as long as it has a noise reducing effect. For example, a median filter, a multi-valued morphological filter, or the like may be used. It is also possible to apply a combination of a plurality of these filters.
[0067]
The orthorification means 13 uses the respective DEM data (smoothed DEM data c) smoothed by the DEM smoothing means 12 to perform orthographic conversion of an image (aerial image data a) with respect to a certain reference plane, An ortho image d is created (step S34 in FIG. 8). The orthographic projection plane at this time is, for example, a plane parallel to the ground surface when using a satellite image or an aerial photograph. However, an orthographic transformation can be performed by defining an arbitrary plane depending on the application.
[0068]
The projecting transformation means 21 is an image (projected transformed aerial image) obtained by projecting any one of the plurality of images (aerial image data a) used in the stereo processing means 11 according to the rotation angle to the orthographic projection plane. e) is generated (step S35 in FIG. 8). This is an operation of approximating an image (aerial image data a) by a plane and re-projecting the image on an orthographic projection plane while keeping the viewpoint fixed. The image used at that time may be any image among the images used by the stereo processing means 11, but an image having a small rotation angle with respect to the orthographic projection plane is more preferable.
[0069]
Finally, the image synthesizing unit 22 superimposes and interpolates each of the ortho images d obtained by the above-mentioned ortho-converting unit 13 and the projection-transformed aerial image e obtained by the above-mentioned projection conversion unit 21, and eliminates the missing pixels. An interpolated ortho image f is generated (step S36 in FIG. 8). Specifically, pixels in a missing area where no value is obtained in the ortho image d are interpolated using corresponding pixels in other ortho images. With respect to the pixels in the missing area remaining in this process, a process of interpolating using the corresponding pixels in the projected transformed image is performed.
[0070]
In the above-described fourth embodiment of the present invention, the processing for a plurality of stereo pairs is repeatedly performed by the stereo processing means 11, the DEM smoothing means 12, and the ortho-formation means 13. It is also possible to provide a plurality of 41 and perform processing for a plurality of stereo pairs in parallel.
[0071]
As described above, in this embodiment, since the smoothed DEM data c is used for the ortho-rectification processing, it is possible to generate an ortho image in which the influence of noise included in the original DEM data is reduced.
[0072]
In the present embodiment, ortho-images are generated from a plurality of stereo pairs having different line-of-sight directions by mutually complementing each other, and in addition, the image is projected and transformed in accordance with the rotation angle with respect to the orthographic projection plane, and the corresponding region of the image is transformed. Since the pixels are substituted for the defective area of the ortho image, the missing area of the ortho image can be interpolated. As a result, when applying the ortho image to CG or the like, the discomfort caused by the missing area is reduced. It becomes possible.
[0073]
Note that the present invention is not limited to each of the first to fourth embodiments of the present invention described above, and can be implemented under various conditions. For example, the target image is not limited to an aerial photograph or a satellite image, and can be applied to an image obtained by performing stereo shooting on the ground or indoors. Images may be taken using two cameras, or taken twice using a monocular camera, and image data may be taken directly from a digital camera or scanned from an analog photograph. It can be implemented even if there is.
[0074]
Subsequently, the operation of the embodiment of the present invention will be described using a specific example. In this description, a case will be described in which an ortho image parallel to the ground surface is generated from a stereo aerial photograph according to the above-described third embodiment of the present invention.
[0075]
Stereo aerial photographs are treated by regarding overlapping portions of images continuously taken from an aircraft as stereo images, and are first converted into digital data using a scanner. Subsequently, an orientation operation is performed to determine camera parameters at the time of photographing. Usually, even in aerial photographs taken in a direction close to vertical, it is difficult to grasp the camera parameters at the time of shooting due to the influence of aircraft attitude change and so on. A coordinate value in the image is read, and parameters such as a camera rotation angle between the left and right images are located using the coordinate pair of the corresponding point. The orientation method used here is not particularly limited, and for example, a value calculated by plotting software may be used.
[0076]
After the camera parameters have been located, the left and right images are re-projected on a common parallel plane as necessary, as shown in FIG. This is an operation called “parallelization”, and the same object in the left and right images after the parallelization is performed on the same scanning line.
[0077]
In addition, the stereo processing means 11 automatically performs stereo matching processing on the left and right images that have been parallelized, and generates a dense parallax image by obtaining correspondence between the left and right images. The stereo matching process used here is not particularly limited, and can be realized by, for example, a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-167678.
[0078]
When the parallax image is obtained, the position in the three-dimensional coordinate system corresponding to each pixel is calculated in combination with the oriented camera parameters, and DEM data is extracted. The obtained DEM data contains a lot of spike-like isolated points having discontinuous three-dimensional coordinates as noise as a result of the influence of pixels that are incorrectly associated during the stereo matching processing.
[0079]
In order to eliminate the influence of these isolated points, the DEM smoothing means 12 performs a smoothing process on the DEM data obtained by the stereo processing means 11 by applying a smoothing filter. The smoothing filter used here is not particularly limited as long as it has a noise reducing effect. For example, a median filter that replaces the median of the pixel value in a small area around the target pixel as a representative value is used. For example, the above-described isolated noise can be efficiently removed while maintaining the edge depending on the actual shape.
[0080]
In addition, a multi-valued morphological filter or the like configured by combining a maximum value filter and a minimum value filter for a small area can be expected to have the same effect as described above. It is also possible to apply a combination of a plurality of such filters.
[0081]
Subsequently, using the smoothed DEM data smoothed by the DEM smoothing means 12 and the noise-removed DEM data and the camera parameters specified, the orthographic means 13 corrects the original aerial image with respect to the ground surface. Projective transformation is performed to create an orthoimage.
[0082]
Specifically, first, the three-dimensional coordinates of all the points in the DEM data are projected onto the ground surface, and the plane coordinates in the ground coordinate system (for example, a plane rectangular coordinate system) and the coordinates in the original image are used. Ask for a response. Next, according to the obtained correspondence, the pixels of the original aerial image are mapped while interpolating into the image corresponding to the ground surface.
[0083]
Further, the projective transformation means 21 performs an operation of reprojecting the aerial image data onto a plane parallel to the ground surface by projective transformation. As described above, since the optical axis of the camera at the time of aerial photography is not completely vertical to the ground surface, but is taken obliquely on the ground surface, it is difficult to superimpose it on an ortho image. For this reason, an operation of applying a projective transformation to an aerial image and re-projecting onto a projection plane parallel to the ground without changing the camera center position is applied. By this operation, an image corresponding to a complete vertical photograph can be generated.
[0084]
A specific method of the projective transformation is, for example, a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-567 using a rotation angle of a camera coordinate system with respect to the ground surface and a focal length among camera parameters at the time of shooting. It can be carried out.
[0085]
Finally, the image synthesizing unit 22 performs a process of synthesizing the ortho image generated by the ortho unit 13 and the projection transformed image generated by the project transformation unit 21 to generate an interpolated ortho image. Specifically, after superimposing the orthographic image and the projective transformed image, with respect to the pixels in the missing area in the orthographic image for which no value is obtained due to the effect of concealment, the pixels of the projective transformed image at the corresponding positions are quoted. , An interpolated ortho image is generated by performing an interpolation process.
[0086]
At this time, the image from which the pixels are quoted is an image in which the principal point is close to the target position, that is, the one that faces the target point as much as possible among the left and right projective transformed images. By doing so, it is possible to reduce the number of cases in which the wall surface of the building, which falls down due to the plane approximation, is used as the concealed area, and improve the image quality.
[0087]
In addition, by blurring the boundary portion or the quoted portion at the time of quote, the influence of the generated edge can be suppressed, and an interpolated ortho image with less discomfort can be generated.
[0088]
Next, a specific example in which an ortho image parallel to the ground surface is generated from four stereo aerial photographs according to the example of the fourth embodiment will be described.
[0089]
For example, as shown in FIG. 10, four stereo aerial photographs are taken with a large overlap between two adjacent photographing courses # 1 and # 2, and image pairs photographing the same point are respectively taken. Can be obtained by selecting one set at a time from the courses. However, the photographing method is not limited to this, and four images # 1 to # 4 obtained by individually photographing may be used. The obtained aerial photograph group is first converted into digital data using a scanner.
[0090]
Next, the stereo pair setting means 42 sets a stereo pair from the four stereo aerial photographs converted into digital data. By referring to metadata or the like added to the images, two images in the same shooting course are respectively combined to obtain two stereo pairs. However, the pair setting method is not limited to this, and if all four images # 1 to # 4 are used, image pairs may be set between different courses. Further, up to six stereo pairs may be generated by using each of the images # 1 to # 4 a plurality of times.
[0091]
For each set stereo pair, similarly to the third embodiment of the present invention, orientation work for determining camera parameters at the time of shooting, parallelization, stereo matching processing, extraction of DEM data, and smoothing of DEM data are performed. Is
[0092]
Subsequently, using the smoothed DEM data from which noise has been removed by the DEM smoothing means 12 and the camera parameters which have been standardized, the orthorification means 13 generates an original aerial image for each aerial photograph. An orthographic transformation is performed on the ground surface to create an orthorectified image.
[0093]
Specifically, first, when three-dimensional coordinates at all points in the DEM data are projected onto the ground surface, plane coordinates in a ground coordinate system (for example, a plane rectangular coordinate system) and coordinates in the original image are used. Ask for a response. Next, according to the obtained correspondence, the pixels of the original aerial image are mapped while interpolating into the image corresponding to the ground surface.
[0094]
Further, the projective transformation means 21 performs an operation of projecting the aerial image data of each stereo pair onto a plane parallel to the ground surface by projective transformation. As described above, since the optical axis of the camera at the time of aerial photography is not completely vertical to the ground surface, but is taken obliquely on the ground surface, it is difficult to superimpose it on an ortho image. For this reason, a projective transformation is applied to the aerial image, and an operation of reprojecting onto a projection plane parallel to the ground without changing the camera center position is applied. By this operation, an image corresponding to a complete vertical photograph can be generated.
[0095]
A specific method of the projective transformation is, for example, a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-567 using a rotation angle and a focal length of a camera coordinate system with respect to the ground surface among camera parameters at the time of shooting. Can do this.
[0096]
Finally, the image synthesizing unit 22 synthesizes each ortho image generated by the above-mentioned ortho conversion unit 13 and each projection-converted image generated by the projection conversion unit 21 to generate an interpolation ortho-image. Do.
[0097]
Specifically, after superposing each ortho image and each projective transformed image, first, a plurality of ortho images are synthesized by mutually interpolating pixels. That is, the value is used for a point where a pixel is obtained only for a certain ortho image, and when a value is obtained for a plurality of ortho images, the principal point is located at a position closer to the target position among the target images. The image is synthesized by using pixel values in an image to be captured, that is, an image of the pixel which is photographed while facing the pixel as much as possible.
[0098]
Further, with respect to the pixels in the missing area in the ortho image where the value is not obtained due to the influence of the concealment, the interpolation ortho image is generated by referring to the pixels of the projection conversion image at the corresponding position and performing the interpolation process. At this time, an image from which a pixel is quoted is an image in which a principal point is located close to a target position, that is, an image facing as close as possible to a target point, among a plurality of projective transformed images. As a result, it is possible to reduce the number of cases in which the wall surface of the building that is reflected and falls down for the plane approximation is used as the concealed area, and to improve the image quality. In addition, by blurring the boundary portion or the quoted portion at the time of quote, the influence of the generated edge can be suppressed, and an interpolated ortho image with less discomfort can be generated.
[0099]
As described above, according to the present invention, noise included in the original DEM data can be reduced by using the smoothed DEM data for the ortho-rectification process, and the image quality of the ortho image is reduced due to the noise. Therefore, a natural ortho image with less noise can be generated.
[0100]
Also, the present invention interpolates a missing area of an ortho image by projective transforming an image according to a rotation angle with respect to an orthographic projection plane, and substituting pixels of a corresponding area of the image in a defective area of the ortho image. Therefore, it is possible to generate an orthoimage with less discomfort due to the missing area.
[0101]
【The invention's effect】
As described above, according to the image processing apparatus of the present invention, in an image processing apparatus that performs stereo matching processing on a plurality of images to generate three-dimensional data, three-dimensional data is extracted by stereo matching processing, and the extracted three-dimensional data is extracted. The three-dimensional data is included in the three-dimensional data by applying a smoothing filter to the three-dimensional data to remove noise from the three-dimensional data and performing smoothing, and using the smoothed three-dimensional data to perform orthogonal transformation on an image. The effect is obtained that a more natural ortho image can be obtained, which is less susceptible to noise and has less discomfort due to the defective area.
[0102]
According to another image processing apparatus of the present invention, in an image processing apparatus that performs stereo matching processing on a plurality of images to generate three-dimensional data, the three-dimensional data is extracted by stereo matching processing. The image is orthographically transformed using, the image is projected and transformed according to the orientation angle with respect to the orthographic projection plane, and the orthographic image obtained by the orthogonal transformation of the image and the projective transformed image obtained by the projective transformation are combined. By generating an interpolated ortho image in which defective pixels have been interpolated, it is possible to obtain a more natural ortho image that is less affected by noise included in the three-dimensional data and has less discomfort due to the defective area. The effect is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation of the image processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation of the image processing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation of the image processing apparatus according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart illustrating an operation of the image processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a stereo shooting geometry of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of aerial photography from four directions according to the embodiment of the present invention.
FIGS. 11A and 11B are schematic diagrams showing a difference between a center projected image and an orthographic image.
FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of a conventional image processing apparatus.
FIG. 13 is a flowchart illustrating an operation of the image processing apparatus according to the related art.
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating occurrence of a missing area in an ortho image.
[Explanation of symbols]
1,2,3,4 image processing device
11 Stereo processing means
12 DEM smoothing means
13 Ortho-formation means
14 Recording medium
21 Projection conversion means
22 Image synthesis means
41 Ortho image generating means
42 Stereo pair setting means

Claims (13)

複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データを生成する画像処理装置であって、前記ステレオマッチング処理によって前記3次元データを抽出するステレオ処理手段と、前記ステレオ処理手段で抽出された前記3次元データに平滑化フィルタを適用して前記3次元データのノイズを除去して平滑化するDEM平滑化手段と、前記DEM平滑化手段で平滑化された3次元データを用いて前記画像を正射変換するオルソ化手段とを有することを特徴とする画像処理装置。An image processing apparatus that performs stereo matching processing on a plurality of images to generate three-dimensional data, wherein the stereo processing means extracts the three-dimensional data by the stereo matching processing, and the three-dimensional data extracted by the stereo processing means A DEM smoothing means for applying a smoothing filter to the three-dimensional data to remove noise from the three-dimensional data and smooth the image; and using the three-dimensional data smoothed by the DEM smoothing means to transform the image using the three-dimensional data. An image processing apparatus comprising: an orthographic unit for performing orthographic conversion. 前記画像を正射投影面に対する標定角にしたがって射影変換する射影変換手段と、前記オルソ化手段で得られたオルソ画像と前記射影変換手段で得られた射影変換画像とを合成して欠損した画素が補間された補間オルソ画像を生成する画像合成手段とを含むことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。Projection conversion means for projecting the image in accordance with the orientation angle with respect to the orthographic projection plane, and defective pixels obtained by synthesizing the orthographic image obtained by the orthographic means and the projection conversion image obtained by the projection conversion means 2. An image processing apparatus according to claim 1, further comprising: image synthesizing means for generating an interpolated ortho image. 前記複数の画像の中から対になる画像を選択するステレオペア設定手段を含み、前記ステレオ処理手段と前記オルソ化手段と前記射影変換手段とが前記ステレオペア設定手段で選択された画像対に対して各々の処理を行うことを特徴とする請求項2記載の画像処理装置。A stereo pair setting unit that selects an image to be paired from the plurality of images, wherein the stereo processing unit, the ortho-rectification unit, and the projection conversion unit are configured for the image pair selected by the stereo pair setting unit. The image processing apparatus according to claim 2, wherein each processing is performed by performing the respective processing. 複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データを生成する画像処理装置であって、前記ステレオマッチング処理によって前記3次元データを抽出するステレオ処理手段と、前記3次元データを用いて前記画像を正射変換するオルソ化手段と、前記画像を正射投影面に対する標定角にしたがって射影変換する射影変換手段と、前記オルソ化手段で得られたオルソ画像と前記射影変換手段で得られた射影変換画像とを合成して欠損した画素が補間された補間オルソ画像を生成する画像合成手段とを有することを特徴とする画像処理装置。An image processing apparatus that performs stereo matching processing on a plurality of images to generate three-dimensional data, the stereo processing means extracting the three-dimensional data by the stereo matching processing, and Orthographic means for orthographically transforming an image, projective transforming means for projectively transforming the image in accordance with an orientation angle with respect to an orthographic projection plane, and an orthographic image obtained by the orthographic means and obtained by the projective transforming means. An image processing apparatus, comprising: an image synthesizing unit configured to generate an interpolated ortho image in which a defective pixel is interpolated by synthesizing a projection-transformed image. 前記画像合成手段は、複数のオルソ画像において値の得られていない画素を相互に補間するとともに、重複して値が得られる画素について値を持つ画像のうちの当該点に最も近い撮影主軸を持つオルソ画像を選択して合成し、複数生成されたオルソ画像のいずれにおいても値が得られない画素について当該点に最も近い撮影主軸を持つ射影変換画像から対応する画素を用いて補間することで前記補間オルソ画像を合成することを特徴とする請求項4記載の画像処理装置。The image synthesizing unit interpolates pixels for which values are not obtained in a plurality of ortho images with each other, and has an imaging main axis closest to the point in an image having values for pixels whose values are obtained in duplicate. By selecting and synthesizing an ortho-image, for a pixel for which a value is not obtained in any of a plurality of generated ortho-images, the pixel is interpolated by using a corresponding pixel from a projective transformation image having an imaging main axis closest to the point. The image processing apparatus according to claim 4, wherein an interpolated ortho image is synthesized. 画像処理装置において複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データを生成する画像処理方法であって、前記画像処理装置に、前記ステレオマッチング処理によって前記3次元データを抽出するステップと、その抽出された前記3次元データに平滑化フィルタを適用して前記3次元データのノイズを除去して平滑化するステップと、平滑化された3次元データを用いて前記画像を正射変換するステップとを有することを特徴とする画像処理方法。An image processing method for performing stereo matching processing on a plurality of images in an image processing apparatus to generate three-dimensional data, wherein the image processing apparatus extracts the three-dimensional data by the stereo matching processing. Applying a smoothing filter to the extracted three-dimensional data to remove noise from the three-dimensional data and perform smoothing; and performing orthographic transformation on the image using the smoothed three-dimensional data. An image processing method comprising: 前記画像処理装置に、前記画像を正射投影面に対する標定角にしたがって射影変換するステップと、前記画像の正射変換で得られたオルソ画像と前記射影変換で得られた射影変換画像とを合成して欠損した画素が補間された補間オルソ画像を生成するステップとを含むことを特徴とする請求項6記載の画像処理方法。The image processing device, projecting the image according to an orientation angle with respect to an orthographic projection plane, and synthesizing an orthoimage obtained by the orthographic transformation of the image and a projective transformed image obtained by the projective transformation. Generating an interpolated ortho image in which the defective pixels have been interpolated. 前記画像処理装置に、前記複数の画像の中から対になる画像を選択するステップを含み、この選択された画像対に対して前記3次元データの抽出と前記画像の正射変換と前記射影変換とを行うことを特徴とする請求項7記載の画像処理方法。The image processing apparatus includes a step of selecting an image to be paired from the plurality of images, and extracting the three-dimensional data, orthographic transformation of the image, and projective transformation for the selected image pair. 8. The image processing method according to claim 7, wherein 画像処理装置において複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データを生成する画像処理方法であって、前記画像処理装置に、前記ステレオマッチング処理によって前記3次元データを抽出するステップと、前記3次元データを用いて前記画像を正射変換するステップと、前記画像を正射投影面に対する標定角にしたがって射影変換するステップと、前記画像の正射変換で得られたオルソ画像と前記射影変換で得られた射影変換画像とを合成して欠損した画素が補間された補間オルソ画像を生成するステップとを有することを特徴とする画像処理方法。An image processing method for performing stereo matching processing on a plurality of images in an image processing apparatus to generate three-dimensional data, wherein the image processing apparatus extracts the three-dimensional data by the stereo matching processing. Orthographically transforming the image using the three-dimensional data, projecting the image according to an orientation angle with respect to an orthographic plane, and orthorectifying the image and orthographically transforming the image. Generating an interpolated ortho image in which defective pixels are interpolated by synthesizing a projective transformed image obtained by the transformation. 前記補間オルソ画像を生成するステップは、複数のオルソ画像において値の得られていない画素を相互に補間するとともに、重複して値が得られる画素について値を持つ画像のうちの当該点に最も近い撮影主軸を持つオルソ画像を選択して合成し、複数生成されたオルソ画像のいずれにおいても値が得られない画素について当該点に最も近い撮影主軸を持つ射影変換画像から対応する画素を用いて補間することによって前記補間オルソ画像を合成することを特徴とする請求項9記載の画像処理方法。The step of generating the interpolated ortho image interpolates the pixels for which the values are not obtained in the plurality of ortho images with each other, and is the pixel closest to the point in the image having the value for the pixel whose value is obtained repeatedly. Select and combine ortho-images with the main shooting axis and interpolate for pixels for which no value is obtained in any of the multiple generated ortho-images using the corresponding pixels from the projected transformed image with the main shooting axis closest to the point 10. The image processing method according to claim 9, wherein the interpolated ortho-image is synthesized by performing the processing. 複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データを生成する画像処理方法のプログラムであって、コンピュータに、前記ステレオマッチング処理によって前記3次元データを抽出する処理と、その抽出された前記3次元データに平滑化フィルタを適用して前記3次元データのノイズを除去して平滑化する処理と、平滑化された3次元データを用いて前記画像を正射変換する処理とを実行させるためのプログラム。A program of an image processing method for performing stereo matching processing on a plurality of images to generate three-dimensional data, comprising: a computer for extracting the three-dimensional data by the stereo matching processing; A process for applying a smoothing filter to the three-dimensional data to remove noise from the three-dimensional data and perform smoothing, and a process for performing orthographic transformation on the image using the smoothed three-dimensional data. Program. 複数の画像に対してステレオマッチング処理を行って3次元データを生成する画像処理方法のプログラムであって、コンピュータに、前記ステレオマッチング処理によって前記3次元データを抽出する処理と、前記3次元データを用いて前記画像を正射変換する処理と、前記画像を正射投影面に対する標定角にしたがって射影変換する処理と、前記画像の正射変換で得られたオルソ画像と前記射影変換で得られた射影変換画像とを合成して欠損した画素が補間された補間オルソ画像を生成する処理とを実行させるためのプログラム。A program of an image processing method for generating a three-dimensional data by performing a stereo matching process on a plurality of images, comprising: a computer for extracting the three-dimensional data by the stereo matching process; A process of orthogonally transforming the image using the process, a process of projective transforming the image in accordance with an orientation angle with respect to an orthographic plane, and an orthographic image obtained by orthographic transformation of the image and the projective transform. A process for generating an interpolated ortho image in which defective pixels are interpolated by synthesizing the projection-transformed image. 前記コンピュータに、前記補間オルソ画像を生成する処理を実行する際に、複数のオルソ画像において値の得られていない画素を相互に補間するととも、重複して値が得られる画素について値を持つ画像のうちの当該点に最も近い撮影主軸を持つオルソ画像を選択して合成し、複数生成されたオルソ画像のいずれにおいても値が得られない画素について当該点に最も近い撮影主軸を持つ射影変換画像から対応する画素を用いて補間することによって前記補間オルソ画像を合成することを特徴とする請求項12記載のプログラム。In the computer, when performing the process of generating the interpolated ortho image, an image having a value for a pixel for which a value is obtained by overlapping with a pixel for which a value is not obtained in a plurality of ortho images with each other. The orthographic image having the imaging main axis closest to the point is selected and synthesized, and the projection conversion image having the imaging main axis closest to the point is obtained for pixels for which a value is not obtained in any of the plurality of generated ortho images. 13. The program according to claim 12, wherein the interpolated ortho image is synthesized by interpolating using a corresponding pixel from.
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