JP2007271869A - Map creating method by image processing, its device and its computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、民生用品を使用して災害監視などに利用される地図(位置情報を有する画像)を低価格、かつ、高性能で作成することのできる画像処理による地図作成方法、その装置及びそのコンピュータプログラムに関するものである。 The present invention relates to a map creation method by image processing, an apparatus thereof, and a map thereof capable of creating a map (image having position information) used for disaster monitoring or the like using consumer goods at low cost and high performance It relates to computer programs.
従来、火山噴火、雪崩、斜面崩壊、山火事、河川氾濫、津波などの災害が発生した場合の他、植生分布の変化を調査したい場合などには、飛行機、ヘリコプター、人工衛星などによって高度のある上空から特殊な専用の計測装置により撮影された写真画像を用いて災害状況などを示す画像の地図化がなされてきた。
しかし、緊急を要する場合には、人工衛星では地球を一周する周期が長くて間に合わず、たとえ、利用できたとしても高額な費用がかかる。飛行機やヘリコプターでは、天候によっては飛ばせなかったり、飛ばすのに許可を必要としたりするだけでなく、計測には多大な費用がかかり、緊急の場合には不向きである。
また、写真画像を用いて位置情報を有する地図画像に変換するには、地上に地図座標の既知点であるいわゆる基準点を設置しなければならず、緊急時に山岳地域に基準点を設置することは容易でなかった。スカイラインなどの輪郭を示す特徴線を利用した方法もあるが、雨、雲、霧、噴煙などが発生したときにはスカイラインを捉えられないなどの地図画像の取得方法に制限があり、また、写真画像の処理にも時間がかかるために、緊急な事態に対応する迅速な計測に難点があった。
Conventionally, in the event of disasters such as volcanic eruptions, avalanches, slope failures, forest fires, river floods, tsunamis, etc., and when you want to investigate changes in vegetation distribution, it is highly advanced by airplane, helicopter, artificial satellite, etc. A map of an image showing a disaster situation or the like has been made using a photographic image taken from above by a special dedicated measuring device.
However, in case of urgent need, artificial satellites have a long period of going around the earth and cannot keep up, and even if they can be used, they are expensive. In airplanes and helicopters, not only can you not fly depending on the weather, or you need permission to fly, but also the measurement is very expensive and unsuitable for emergencies.
In addition, in order to convert to a map image having position information using a photographic image, a so-called reference point, which is a known point of map coordinates, must be set on the ground, and a reference point should be set in a mountain area in an emergency. Was not easy. There is also a method using feature lines indicating the outline of the skyline, etc., but there are restrictions on the method of obtaining map images, such as when the rain, clouds, fog, smoke, etc. occur, the skyline cannot be captured, Since processing also takes time, there was a difficulty in quick measurement corresponding to an emergency situation.
一方、地上から一般的な写真を撮影する方法は、撮影が容易で観察に便利なこともあり、広く利用されているが、これらはあくまで風景写真であるため、現象の概略は分かっても、その位置を即座に求めることができない。リアルタイムでの観測には、ビデオ映像や定点カメラが多くの現場で利用されているが、計測という観点からは不十分である。
例えば、噴煙の場所、火砕流や溶岩流の流下位置(一体標高何mまで降りてきたのか)、面積、方向、速度などは写真画像では分からない。さらに、これらの地上から撮影された写真を地図上の正確な位置に変換するには、撮影された写真画像内に最低3点の基準点を必要とするとともに、特殊な専用の装置を必要とするステレオ写真の撮影が不可欠である、という問題点があった。
On the other hand, the method of taking a general photograph from the ground is easy to shoot and sometimes convenient for observation, and is widely used, but since these are only landscape photographs, even if the outline of the phenomenon is known, The position cannot be determined immediately. For real-time observation, video images and fixed-point cameras are used at many sites, but they are not sufficient from the viewpoint of measurement.
For example, the location of volcanic plume, pyroclastic flow or lava flow downflow position (how much the total altitude has come down to), area, direction, speed, etc. are not known in photographic images. Furthermore, in order to convert these photographs taken from the ground into accurate positions on the map, a minimum of three reference points are required in the photographed photograph image, and a special dedicated device is required. However, there was a problem that taking a stereo photograph was indispensable.
このような状況にあって、特殊な専用の装置を必要とせず、低価格かつ簡便で即時性のある計測装置と地図作成方法が望まれていた。特に、災害などの緊急を要する事態においては、航空機の利用が困難であり、また、長時間連続した計測を必要とする場合の有効、低価格、簡便性、即時性のある計測装置と地図作成方法が強く望まれていた。 Under such circumstances, there has been a demand for a measurement device and a map creation method that do not require a special dedicated device, are inexpensive, simple, and instantaneous. Especially in emergency situations such as disasters, it is difficult to use an aircraft, and it is effective, low price, simplicity, and immediacy when a long-time continuous measurement is required and map creation A method was strongly desired.
そこで、本発明者等は、図13及び図14に示すような市販のデジタルカメラと、カメラの撮影位置における緯度、経度、高度に対応したデジタル位置信号を出力するGPSと、地形標高データベースと、パソコンとを具備し、前記GPSの緯度、経度、高度に基づき、パソコンにてカメラの方位角と上下角を演算し、これらにより山岳の透視画像(コンピュータ画像)を作成し、この透視画像とカメラの写真画像とを重ね合わせて幾何補正した地図を作成する地図の作成方法をすでに提案している(特許文献1)。
特許文献1に記載された発明は、特殊な専用の装置を必要とせず、低価格かつ簡便で即時性のある地図作成ができ、災害などの緊急を要する事態において、航空機の利用が困難であり、また、長時間連続した計測が必要な場合の有効、低価格、簡便性、即時性のある地図作成が可能である。
さらに詳しくは、図13及び図14において、デジタルカメラなどの撮像装置10の設置点をP、被写体である火山29をQ、これらの水平距離をD、水平ラインをL、撮像装置10の光軸をO、撮像装置10の焦点をF、焦点距離をf、方位角をα、火山29の俯角をθ、撮像装置10の上下角をβ、焦点Fから光軸Oまでの距離をm、γ=θ−βとすれば、α、β、γが演算処理で求められる。
また、回転、縮小、縮尺変換も座標変換により求められる。
The invention described in Patent Document 1 does not require a special dedicated device, can create a low-priced, simple and immediate map, and is difficult to use an aircraft in an emergency situation such as a disaster. In addition, it is possible to create an effective, low-priced, simple and immediate map when continuous measurement is required for a long time.
More specifically, in FIGS. 13 and 14, the installation point of the
Further, rotation, reduction, and scale conversion are also obtained by coordinate conversion.
しかし、この方法では、被写体である火山29の点Qの位置を、予め調査し、かつ、GPSの緯度、経度、高度に基づき、パソコンにてカメラの方位角と上下角を演算して求めておかなければならないので、パソコンによる演算に時間がかかり、即時性にやや問題があるだけでなく、演算され方位角と上下角の精度にも問題があるという問題があった。
本発明の第1の目的は、本発明装置によって得られた写真画像データ、特に従来困難であった地上からの写真画像データに基づき、簡便で即時性のある地図を作成する方法を提供することである。
本発明の第2の目的は、画像撮影と同時に、カメラの位置と姿勢を計測する簡便な装置を提供することである。
本発明の第3の目的は、本発明装置によって得られたデータから、リアルタイムで地図投影済みのビデオ又はコマ送り画像を、撮影対象の動きや変化が地球上で動画として見える地図を作成する方法を提供することである。
本発明の第4の目的は、本発明装置によって得られたデータから、デジタルの写真画像におけるすべての点の地図座標と、標高、対応する数値地形図上の位置が分かっているので、デジタルの写真の任意の位置、直線、曲線をリアルタイムで地図に投影する地図を作成する方法を提供することである。
However, in this method, the position of the point Q of the
A first object of the present invention is to provide a method for creating a simple and immediate map based on photographic image data obtained by the device of the present invention, particularly photographic image data from the ground, which has been difficult in the past. It is.
A second object of the present invention is to provide a simple device that measures the position and orientation of a camera simultaneously with image shooting.
A third object of the present invention is a method for creating a map or a frame-advanced image that has been projected in real time from data obtained by the apparatus of the present invention, and creating a map in which the movement or change of the object to be photographed can be seen as a moving image on the earth. Is to provide.
The fourth object of the present invention is that the map coordinates of all points in the digital photographic image, the altitude, and the corresponding position on the digital topographic map are known from the data obtained by the apparatus of the present invention. To provide a method of creating a map that projects any position, straight line, or curve of a photograph onto a map in real time.
本発明は、一般的に市販されている民生用カメラ、衛星を利用して位置を計測する装置(GPSなど)、カメラの姿勢と方位を含む3軸を計測できる装置(電子コンパス)及びノート型パーソナルコンピュータが、近年の技術進歩により携帯性に優れ、高性能かつ安価で容易に入手可能であることに着目し、さらに地形標高データが格子状に数値化されている数値地図データが一般的に市販され容易に入手可能であることに着目し、写真画像とカメラの位置と姿勢が同時に取得できる装置により撮影された撮影対象の写真画像と同じ方向を見た数値地図データから作成されたコンピュータ画像を重ね合わせ、かつ、コンピュータ画像から位置情報を写真画像に与えるという逆投影をし、写真画像に対応する地図を得ることができる。近年の機器の精度の向上で重ね合わせによるずれはほとんど発生しない。しかし、目的によっては、拡大写真など更に高い精度を要する場合には、必要に応じて特徴点や特徴線を用いてより精密に重ね合わせ、地図に逆投影することにより、写真画像に対応するより精確な地図を得ることができる。このずれは少ないので、幾何補正したとしても短時間で処理できる。また、ビデオ又はコマ送り画像を利用することも可能になり、従来の課題が解決でき、本発明を達成されることを見出した。 The present invention relates to a commercially available consumer camera, a device that measures a position using a satellite (such as GPS), a device that can measure three axes including the orientation and orientation of the camera (electronic compass), and a notebook type. Focusing on the fact that personal computers are easily portable due to technological advances in recent years, high performance, low cost, and easy availability, numerical map data in which topographic elevation data is digitized in a grid pattern is generally used Focusing on the fact that it is commercially available and easily available, a computer image created from numerical map data viewed in the same direction as the photographic image to be photographed taken by a device that can simultaneously obtain the photographic image and the position and orientation of the camera And a back projection in which position information is given to a photographic image from a computer image, and a map corresponding to the photographic image can be obtained. Due to the recent improvement in accuracy of equipment, there is almost no deviation due to overlay. However, depending on the purpose, if higher accuracy is required, such as a magnified photograph, it can be more accurately superimposed using feature points and feature lines as necessary, and backprojected onto a map, so that it can correspond to a photographic image. An accurate map can be obtained. Since this deviation is small, even if geometric correction is performed, it can be processed in a short time. It has also been found that video or frame-by-frame images can be used, the conventional problems can be solved, and the present invention can be achieved.
このことにより、すべての点の位置情報が即座に読み取れる風景画像の作成ができ、風景画像の任意の点を指すと、そこの経度、緯度が表示され、地図との位置関係が分かる。
本発明装置は、一般的に市販されている民生品を使用するために、従来の高価な専用機器を使うことなく対象物の計測が可能である。
本発明の地図作成方法は、基準点を設置しなくとも、また、どのような形状の地形に対しても可能であり、しかも、ノート型パーソナルコンピュータ等を用いてリアルタイムで処理することができる。パーソナルコンピュータに携帯電話などの通信機器を接続すれば、危険箇所にカメラを設置し、安全な任意の場所でデータを処理することが可能である。
This makes it possible to create a landscape image in which the position information of all points can be read immediately. When an arbitrary point in the landscape image is pointed to, the longitude and latitude are displayed, and the positional relationship with the map is known.
Since the apparatus of the present invention uses consumer products that are generally commercially available, it is possible to measure an object without using a conventional expensive dedicated device.
The map creation method of the present invention can be applied to any shape of terrain without setting a reference point, and can be processed in real time using a notebook personal computer or the like. If a communication device such as a mobile phone is connected to a personal computer, it is possible to install a camera in a dangerous place and process data at a safe place.
本発明の画像をインターネット上で配信すれば、災害画像を世界中でリアルタイムに監視することが可能である。
本発明に使用される写真画像は、デジタルカメラの他に、フィルムを使った写真をスキャンしたものやサーモグラフィーなどから得られる画像も用いることができる。
ビデオ等を利用することにより、リアルタイムに動く地図を作成することが可能であり、サーモグラフィーを利用することにより夜間の監視にも利用できる。
本発明により、基準点を取得することのできない特徴の少ない地形、例えば、雲のかかった画像、ズームした画像、サーモグラフィー画像、スカイラインなどの特徴線を抽出することのできない画像などにおいても、画像を重ねあわせ、かつ、逆投影することにより、地図作成が可能である。
If the image of the present invention is distributed on the Internet, it is possible to monitor disaster images in real time all over the world.
As the photographic image used in the present invention, an image obtained by scanning a photograph using a film or thermography can be used in addition to the digital camera.
By using video or the like, it is possible to create a map that moves in real time, and by using thermography, it can also be used for nighttime monitoring.
According to the present invention, even in a terrain with few features for which a reference point cannot be obtained, for example, a cloudy image, a zoomed image, a thermographic image, an image from which a feature line such as a skyline cannot be extracted, etc. Map creation is possible by superimposing and backprojecting.
請求項1記載の画像処理による地図作成方法は、撮影したデジタルの写真画像を出力する撮像装置10と、この撮像装置10の撮影位置における緯度、経度、高度に対応したデジタル位置信号を出力する位置計測装置11と、前記撮像装置10の撮影時の方位と姿勢に対応したデジタル方位・姿勢信号を出力する電子コンパス12と、数値地図データを記憶した数値地図データベース13と、これらのデジタル信号に基づく演算、加工処理を行うパソコン15とを使用し、前記デジタル位置信号及びデジタル方位・姿勢信号に対応した前記数値地図からコンピュータ画像を作成する工程と、このコンピュータ画像の上に前記写真画像を重ね合わせる工程と、この重ね合わせた写真画像に逆投影し地図を作成する工程とを含むことを特徴とする。
The map creation method by image processing according to claim 1 is an
請求項2記載の画像処理による地図作成装置は、撮影したデジタルの写真画像を出力する撮像装置10と、この撮像装置10の撮影位置における緯度、経度、高度に対応したデジタル位置信号を出力する位置計測装置11と、前記撮像装置10の撮影時の方位と姿勢に対応したデジタル方位・姿勢信号を出力する電子コンパス12と、数値地図データを記憶した数値地図データベース13と、これらのデジタル信号に基づく演算、加工処理を行うパソコン15とを具備し、前記パソコン15は、前記デジタル位置信号及びデジタル方位・姿勢信号に対応した前記数値地図からコンピュータ画像を作成するコンピュータ画像形成部23と、このコンピュータ画像形成部23により作成されたコンピュータ画像の上に前記写真画像を重ね合わせる重ね合わせ部24と、この重ね合わせ部24により重ね合わせた写真画像に逆投影し地図を作成する逆投影・地図作成部25とを含むことを特徴とする。
The image processing map creating apparatus according to claim 2 outputs an
請求項3記載の画像処理による地図作成用コンピュータプログラムは、撮影したデジタルの写真画像を出力する撮像装置10と、この撮像装置10の撮影位置における緯度、経度、高度に対応したデジタル位置信号を出力する位置計測装置11と、前記撮像装置10の撮影時の方位と姿勢に対応したデジタル方位・姿勢信号を出力する電子コンパス12と、数値地図データを記憶した数値地図データベース13と、これらのデジタル信号に基づく演算、加工処理を行うパソコン15とを使用し、前記パソコン15に、前記デジタル位置信号及びデジタル方位・姿勢信号に対応した前記数値地図からコンピュータ画像を作成する手段、この手段により作成されたコンピュータ画像の上に前記写真画像を重ね合わせる手段、この手段により重ね合わせた写真画像に逆投影し地図を作成する手段として機能させることを特徴とする。
A computer program for creating a map by image processing according to claim 3 outputs an
請求項4記載の画像処理による地図作成方法は、撮影したデジタルの写真画像を出力する撮像装置10と、この撮像装置10の撮影位置における緯度、経度、高度に対応したデジタル位置信号を出力する位置計測装置11と、前記撮像装置10の撮影時の方位と姿勢に対応したデジタル方位・姿勢信号を出力する電子コンパス12と、数値地図データを記憶した数値地図データベース13と、これらのデジタル信号に基づく演算、加工処理を行うパソコン15とを使用し、前記デジタル位置信号及びデジタル方位・姿勢信号に対応した前記数値地図からコンピュータ画像を作成する工程と、前記写真画像とコンピュータ画像におけるそれぞれの特徴を抽出する工程と、この特徴に基づき重ね合わせて幾何補正を行う工程と、前記重ね合わせて幾何補正した画像に逆投影し地図を作成する工程とを含むことを特徴とする。
The map creation method by image processing according to claim 4 includes: an
請求項5記載の画像処理による地図作成装置は、撮影したデジタルの写真画像を出力する撮像装置10と、この撮像装置10の撮影位置における緯度、経度、高度に対応したデジタル位置信号を出力する位置計測装置11と、前記撮像装置10の撮影時の方位と姿勢に対応したデジタル方位・姿勢信号を出力する電子コンパス12と、数値地図データを記憶した数値地図データベース13と、これらのデジタル信号に基づく演算、加工処理を行うパソコン15とを具備し、前記パソコン15は、前記デジタル位置信号及びデジタル方位・姿勢信号に対応した前記数値地図からコンピュータ画像を作成するコンピュータ画像形成部23と、前記写真画像とコンピュータ画像におけるそれぞれの特徴を抽出する特徴抽出部26,27と、この特徴に基づき重ね合わせて幾何補正を行う幾何補正・重ね合わせ部28と、前記重ね合わせて幾何補正した画像に逆投影し地図を作成する逆投影・地図作成部25とを含むことを特徴とする。
The map creating apparatus by image processing according to claim 5 outputs an
請求項6記載の画像処理による地図作成用コンピュータプログラムは、撮影したデジタルの写真画像を出力する撮像装置10と、この撮像装置10の撮影位置における緯度、経度、高度に対応したデジタル位置信号を出力する位置計測装置11と、前記撮像装置10の撮影時の方位と姿勢に対応したデジタル方位・姿勢信号を出力する電子コンパス12と、数値地図データを記憶した数値地図データベース13と、これらのデジタル信号に基づく演算、加工処理を行うパソコン15とを使用し、前記パソコン15に、前記デジタル位置信号及びデジタル方位・姿勢信号に対応した前記数値地図からコンピュータ画像を作成する手段、前記写真画像とコンピュータ画像におけるそれぞれの特徴を抽出する手段、この特徴に基づき重ね合わせて幾何補正を行う手段、前記重ね合わせて幾何補正した画像に逆投影し地図を作成する手段として機能させることを特徴とする。
The computer program for map creation by image processing according to claim 6 outputs an
請求項7記載の画像処理による地図作成方法は、撮像装置10により撮影したデジタルの写真画像を表示部22に表示し、デジタルの写真画像の指定した個所に対応する地図上の座標と標高を前記表示部22に表示し、かつ、デジタルの写真画像に書き込み付加した情報を地図上に表示する工程を具備したことを特徴とする。
The map creation method by image processing according to claim 7 displays a digital photographic image photographed by the
請求項8記載の画像処理による地図作成装置は、撮像装置10により撮影したデジタルの写真画像を表示部22に表示し、デジタルの写真画像の指定した個所に対応する地図上の座標と標高を前記表示部22に表示し、かつ、デジタルの写真画像に書き込み付加した情報を地図上に表示する付加手段を具備したことを特徴とする。
The map creation device by image processing according to
請求項9記載の画像処理による地図作成用コンピュータプログラムは、撮像装置10により撮影したデジタルの写真画像を表示部22に表示し、デジタルの写真画像の指定した個所に対応する地図上の座標と標高を前記表示部22に表示し、かつ、デジタルの写真画像に書き込み付加した情報を地図上に表示する手段として機能させるようにしたことを特徴とする。
The computer program for creating a map by image processing according to claim 9 displays a digital photographic image taken by the
請求項10記載の請求項1,4又は7記載の画像処理による地図作成方法において、撮像装置10は、動画の可能な装置からなり、この動画により刻々と変化する画像を作成するようにしたことを特徴とする。
11. The map creation method by image processing according to claim 1, 4 or 7, wherein the
請求項11記載の請求項2,5又は8記載の画像処理による地図作成装置において、撮像装置10は、動画の可能な装置からなり、この動画により刻々と変化する画像を作成するようにしたことを特徴とする。
12. The map creation apparatus according to
請求項12記載の請求項3,6又は9記載の画像処理による地図作成用コンピュータプログラムにおいて、撮像装置10は、動画の可能な装置からなり、パソコン15に、この動画により刻々と変化する画像を作成する手段として機能させるようにしたことを特徴とする。
13. The computer program for creating a map by image processing according to claim 3, 6 or 9, wherein the
本発明は、以上のように構成したので、以下の特有な作用効果を有する。
(1)民生用品を組み合わせることにより、低価格かつ高性能の画像処理による地図作成方法、その装置及びそのコンピュータプログラムを作ることができる。
Since this invention was comprised as mentioned above, it has the following specific effects.
(1) By combining consumer goods, it is possible to create a map creation method, an apparatus thereof, and a computer program thereof by low-cost and high-performance image processing.
(2)撮像装置10から撮影された撮影対象の画像を現地で即座に地図化することができる。このことにより、災害の監視などに計測や測量の機能を付加することができ、実際の距離を知ることができる。
(2) It is possible to immediately map the image to be imaged taken from the
(3)従来、写真測量で必要とされた基準点や基準線を設置しなくても、撮像装置10と撮影対象の位置関係が分かっているので数値地図から作られたコンピュータ画像と重ね合わせることにより、幾何補正なしでも精確に重ね合わせができ、写真画像の幾何補正を自動的に行うことができる。
(3) Conventionally, it is possible to superimpose a computer image made from a numerical map because the positional relationship between the
(4)従来の方法では、スカイライン、建造物、地形の特徴点などの基準点が見えなければ幾何補正(写真測量では標定と呼ばれる)が不可能であったが、本発明では、特徴点や特徴線を抽出できなくても、重ね合わせが可能となる。 (4) In the conventional method, geometric correction (called orientation in photogrammetry) is impossible unless a reference point such as a skyline, a building, or a feature point of terrain is visible. Even if feature lines cannot be extracted, superposition is possible.
(5)撮像装置10としてビデオカメラを利用することにより、リアルタイムで動く地図を作ることが可能である。災害などにおいて、刻々と変化する溶岩流、津波などの現況をリアルタイムで計測、監視できる。また、可視光線だけでなく、熱赤外線を用いたサーモグラフなどの電子イメージセンサによる写真画像が使用できる。サーモグラフを用いれば、昼夜間の熱映像を計測することが可能になる。さらに、赤外線カメラを用いれば、植生分布の変化を知ることもできる。
(5) By using a video camera as the
(6)本発明により得られる幾何補正済みの地図を経時的にインターネット上に表示することにより、リアルタイムで多くの人々に災害状況を伝達することが可能である。また、携帯電話を利用した画像の伝達も可能である。 (6) By displaying the geometrically corrected map obtained by the present invention on the Internet over time, it is possible to convey the disaster situation to many people in real time. It is also possible to transmit images using a mobile phone.
(7)本発明は、固定カメラにも適用可能であり、数多く設置されていながら対象物や現象の位置が計測されていないモニタリングシステム(火山監視など)に情報の位置特定という価値を付加できる。 (7) The present invention can also be applied to a fixed camera, and can add the value of specifying the position of information to a monitoring system (such as volcano monitoring) in which the position of an object or phenomenon is not measured although it is installed in large numbers.
(8)デジタル写真画像の情報は、すでに地図化され、表示されているのであるが、デジタルの写真上で対象物の同定を行う方が容易であることも多い。例えば、森林火災、雪の前線、溶岩流の到達範囲、噴火の場所など、デジタルの写真画像の中での方が認識が容易であるような場合には、デジタルの写真画像をコンピュータの表示部に表示し、そのデジタルの写真画像上で指定した点に対応する地図上の座標と標高を即座に表示することができ、デジタルの写真画像上での同定結果がそのまま地図上に記録できることになり、位置や範囲の把握が飛躍的に容易になる。逆に、地図上で指定した点を対応するデジタルの写真画像上で表示するようにしてもよい。 (8) Although the information of the digital photographic image has already been mapped and displayed, it is often easier to identify the object on the digital photograph. For example, when it is easier to recognize digital photographic images such as forest fires, snow fronts, lava flow reach, and eruption locations, the digital photographic images are displayed on the computer display. The coordinates and elevation on the map corresponding to the point specified on the digital photographic image can be displayed immediately, and the identification result on the digital photographic image can be recorded on the map as it is. , Grasping the position and range is greatly facilitated. Conversely, a point designated on the map may be displayed on the corresponding digital photographic image.
本発明を実施するための装置は、一般的に使用されている民生用カメラ、衛星を利用して位置を計測する装置(GPSなど)、カメラの姿勢と方位を含む3軸を計測できる装置(電子コンパス)及びノート型パーソナルコンピュータからなる。 A device for carrying out the present invention includes a commonly used consumer camera, a device that measures a position using a satellite (such as GPS), and a device that can measure three axes including the orientation and orientation of the camera ( Electronic compass) and a notebook personal computer.
本発明を実施するための地図作成方法は、カメラの位置と姿勢と数値地形図を用いてコンピュータ風景画像を得る工程と、カメラにより撮影された写真画像とコンピュータ風景画像を重ね合わせる工程と、重ね合わせた写真画像に逆投影することにより地図を作成する工程からなる。 A map creation method for carrying out the present invention includes a step of obtaining a computer landscape image using the position and orientation of a camera and a numerical topographic map, a step of superimposing a photographic image taken by a camera and a computer landscape image, The method includes a step of creating a map by back projecting the combined photographic images.
本発明は、撮像装置による写真画像としてビデオ画像を利用することによりリアルタイムに動く地図に関するものである。 The present invention relates to a map that moves in real time by using a video image as a photographic image by an imaging apparatus.
本発明は、コンピュータに、地図作成手段として機能させるコンピュータプログラムに関するものである。 The present invention relates to a computer program that causes a computer to function as map creation means.
本発明は、いずれかの工程を、撮影位置から離れた位置に通信する工程を含み、その他の工程を、離れた位置で行うことを特徴とする生データ又は完成されたデータを転送する工程を含む地図作成方法に関するものである。 The present invention includes a step of transferring raw data or completed data, characterized in that any of the steps includes a step of communicating to a position distant from the photographing position, and the other steps are performed at a distant position. It is related to the map creation method.
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づき説明する。
図1において、本発明による画像処理による地図作成装置は、写真画像30を撮影する撮像装置10、衛星を使用して撮像装置10の設置位置(緯度、経度、高度)を計測するGPSなどの位置計測装置11、撮像装置10の姿勢と方位を含む3軸(方位(ヨー)角、ロール角、ピッチ角)を計測する電子コンパス12、地形標高データが格子状毎(例えば、50m×50m、10m×10mなど)に数値化されている数値地図データベース13、携帯に便利なノート型パソコンなどのパソコン15、LUTからなるメモリ40、これら撮像装置10,位置計測装置11、電子コンパス12、数値地図データベース13、メモリ40をパソコン15に接続するUSBハブ14からなる。
また、前記撮像装置10は、固定した写真画像や動画を撮像するデジタルカメラ16からなるが、フィルムカメラ17からなる場合にはスキャナ18にてデジタル信号に変換したものであっても良い。前記パソコン15は、インタフェース20、入力部21、表示部22を含むものとする。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, a map creation device using image processing according to the present invention includes an
The
前記パソコン15は、さらに詳しくは、図2に示すように、コンピュータ画像形成部23、重ね合わせ部24、逆投影・地図作成部25、コンピュータ画像の特徴抽出部26、写真画像の特徴抽出部27、幾何補正・重ね合わせ部28、写真画像へ入力端子21aから入力するための付加手段41、地図画像へ入力端子21bから入力するための付加手段42を含んで構成されている。
また、前記メモリ40には、数値地図データベース13に基づき、位置計測装置11と電子コンパス12で計測された撮像装置10の設置位置、姿勢、方位に対応したコンピュータ画像に変換されたデータがLUTとして形成されて記憶されている。
More specifically, the
Further, in the
本発明による画像処理による地図作成方法の工程を以下に説明する。
工程1
本発明の画像処理による地図作成方法は、図1に示すように、一般的な民生用カメラからなる撮像装置10、衛星を利用して位置を計測するGPSなどの位置計測装置11、カメラの姿勢と方位を含む3軸を計測できる電子コンパス12、地形標高データが格子状に数値化されている数値地図データベース13、ノート型パーソナルコンピュータなどのパソコン15が用いられる。
前記撮像装置10、位置計測装置11、電子コンパス12、数値地図データベース13は、パソコン15により制御され、撮像装置10による撮影と同時に、そのときの撮像装置10の焦点距離、画素数などの撮影パラメータ及び撮影位置と方位を含む姿勢を制御できるような仕組みとなっている。前記撮像装置10の焦点距離、画素数などの撮影パラメータは、表示部22で表示するコンピュータ画像33の見た目の大きさである画角が決定される。
それぞれの機器は、詳細に時刻同期がなされている。固定カメラとして機能する場合は、カメラ10の位置は不変となるので、位置計測装置11は、計測の後、取り外すか、又は他の方法によって位置を計測しておいてもよい。
The steps of the map creation method by image processing according to the present invention will be described below.
Process 1
As shown in FIG. 1, a map creation method by image processing according to the present invention includes an
The
Each device is time-synchronized in detail. When functioning as a fixed camera, the position of the
工程2
工程1によって作成された画像処理による地図作成装置の撮像装置10により撮影を行い、図3に示す写真画像30を撮像する。この写真画像30には、火山29、溶岩流31、溶岩流先端部32などが撮影されているものとする。
この撮像装置10は、撮影した写真画像のデジタル信号を出力すると同時に、撮像装置10の画素数、焦点距離などの撮影パラメータをデジタル信号で出力する。また、位置計測装置11からは、撮像装置10の緯度、経度、高度のデジタルデータ信号を出力し、電子コンパス12からは、方位角(ヨー角)、ロール角、ピッチ角のデジタルデータ信号を出力し、撮像装置10の位置、方位を含む撮影の情報を得る。この位置計測装置11と電子コンパス12の情報が得られるので、対象物の撮影は、地上、低空、斜め上空などのいかなる場所からの撮影においても対応できる。特に、地上から撮影された画像が最大限に利用可能である。
なお、前記撮像装置10による写真画像30の情報だけでは、溶岩流31がどこを流れ、溶岩流先端部32がどこまで達しているかなどを詳細に確認することができないが、本発明では、この写真画像30に基づく以下の工程によって詳細な確認を可能としている。
Process 2
Photographing is performed by the
The
Note that it is not possible to confirm in detail the location where the
工程3
撮像装置10による写真画像と同時に位置計測装置11,電子コンパス12により求められた撮像装置10の撮影パラメータ、位置、方位を含む姿勢の情報をアドレスとして用い、コンピュータ画像形成部23にて既知の数値地図データベース13より図6に示すような該当するコンピュータ画像33を得る。
さらに詳しくは、図5(a)に示すような格子状毎に数値化されている数値地図データにおいて、P点に設置された撮像装置10の水平視野角δ、光軸Oの方位角αとすると、この範囲内の数値地図データに基づきコンピュータ画像形成部23にて図6に示すようなコンピュータ画像33が形成される。このとき、、図5(b)において、P点の高度(Hx)により、上下視野角η内でQ1−Q2間、Q3−Q4間のデータ(図5(a)の斜線箇所)だけがコンピュータ画像33に表示される。すなわち、Q3より後方でP−Q3を結ぶ線の下側に隠れる箇所Q2−Q3、Q1より後方でP−Q1を結ぶ線の下側に隠れる箇所は、コンピュータ画像33には現れない。このような処理が撮像装置10の水平視野角δ及び上下視野角η内のすべての数値地図データに基づきコンピュータ画像形成部23にて図6に示すようなコンピュータ画像33が形成される。
従って、コンピュータ風景画像33は、P点に設置された撮像装置10の緯度、経度、高度、方位角、姿勢によって変化する。
P点のコンピュータ画像33は、撮像装置10がP点に固定的に設置されている場合、その位置P点において電子コンパス12の方位角(ヨー角)、ロール角、ピッチ角をあらゆる角度に変化した状態のコンピュータ画像33を記憶したLUTを作成しておき、その中から該当するコンピュータ画像33を選択すれば、より迅速にコンピュータ画像33が形成される。
Process 3
At the same time as the photographic image by the
More specifically, in the numerical map data digitized for each grid pattern as shown in FIG. 5A, the horizontal viewing angle δ of the
Accordingly, the computer landscape image 33 changes depending on the latitude, longitude, altitude, azimuth angle, and posture of the
When the
工程4
図2の重ね合わせ部24により、撮像装置10の写真画像30を数値地図データベース13に基づくコンピュータ画像33に重ね合わせる。この重ね合わせは、コンピュータ画像33が写真画像30の位置データ等で得られたものであるから、両者は、本来一致しているので、単純に重ね合わせれば良い。
Process 4
The superimposing
工程5
重ね合わせ後、逆投影・地図作成部25にて重ね合わせた画像43に逆投影して図7に示すような目的の地図画像43を得る。ここで、逆投影とは、コンピュータ画像33から位置情報を写真画像30又は重ね合わせた画像に与えて地図を作成することをいう。そのため、この工程で、位置情報を持った地図画像43が得られる。
Process 5
After the superposition, the backprojection /
工程6
図8は、地上から撮影された図3に示す写真画像30を、座標変換式を用いて真上から見た正射投影画像36に変換して、数値地図データベース13により作成した平面地図38に付加したものである。ここで、代表的な座標変換式としては、ヘルマート変換、アフィン変換が知られており、写真画像と数値地形図の間に成り立つ座標変換式(幾何学的関係を示す式である)を得、この座標変換を地上、低空、斜め上空などから撮影された撮影対象の写真画像全体に移動、回転、縮小、縮尺変換などの幾何補正を施すものである。
この図8によれば、図3の写真画像30では分からない火山29の火口から溶岩流先端部32までの溶岩流31の水平距離T(図4における水平距離T)を知ることができるだけでなく、実際の距離も知ることができる。
Step 6
8 converts the
According to FIG. 8, not only the horizontal distance T (horizontal distance T in FIG. 4) of the
工程7
図9は、地上から撮影された図3に示す写真画像30を、前記座標変換式を用いて地上からの撮影とは異なる方向、例えば、俯角δ方向から撮影された鳥かん画像37に変換して、数値地図データベース13により作成した俯角δ方向の鳥かん地図39に付加したものである。この図9によれば、図3の写真画像30では分からない火山29の火口から溶岩流先端部32までの溶岩流31の傾斜距離U(図4における傾斜距離U)を知ることができるだけでなく、実際の距離も知ることができる。
Step 7
9 converts the
工程8
最近の前記撮像装置10、位置計測装置11、電子コンパス12は、その精度に優れ、補正を必要とすることはほとんど必要としない。しかし、使用目的によっては、拡大写真としたため、写真画像30とコンピュータ画像33に不一致が生じ、より高精度の地図を必要とする場合がある。このような場合には、特徴点や特徴線を用いてより精密に重ね合わせて地図作成することができる。特徴点として撮影対象物の特徴的な形状(角、頂点、工作物等)や、特徴線として撮影対象物の輪郭を示すスカイライン、稜線、河川、線状の工作物などを抽出する。さらに詳しくは、コンピュータ画像形成部23にて作成されたコンピュータ画像33については特徴抽出部26にて、また、撮像装置10にて作成された写真画像30については特徴抽出部27にて、それぞれ図11に示すように、例えばスカイライン35を抽出する。そして、写真画像30とコンピュータ画像33の精密マッチングを行う。
この工程8で、もし、図10に示すように、写真画像30のスカイライン画像34aとコンピュータ画像33のスカイライン画像34bがマッチングしていなければ、幾何補正・重ね合わせ部28にて、写真画像と数値地形図の間に成り立つ座標変換式(幾何学的関係を示す式である)を得、この座標変換を地上、低空、斜め上空などから撮影された撮影対象の写真画像全体に移動、回転、縮小、縮尺変換などの幾何補正を施す。
この工程8で得られる移動量及び回転・縮小・縮尺変換を行う座標変換は、写真画像と数値地形図の地図座標系との間の座標変換式(ヘルマート変換、アフィン変換など)を与える。
この工程8において、カメラの画素数、焦点距離などの撮影パラメータ、位置、方位を含む姿勢は、位置計測装置11、電子コンパス12より得られているので、これらの値を精密マッチングの初期値として利用しマッチングの検索範囲を絞る。
最近の前記撮像装置10、位置計測装置11、電子コンパス12は、その精度に優れていることにより、補正は、限られたわずかな量だけであり補正のための演算は、短時間で済む。
このことにより、マッチングの自動化、処理時間の短縮、高精度化ができる。
The
In this
The amount of movement obtained in
In
Since the
This makes it possible to automate matching, reduce processing time, and improve accuracy.
工程9
工程8で精密マッチングした後、工程6に示す正射投影画像36に変換して図8に示す平面地図38に作成し、または、工程7に示す鳥かん画像37に変換して図9に示す鳥かん地図39に作成すれば、より精密な地図を作成することができる。
Step 9
After precise matching in
工程10
工程1から工程9において、デジタルカメラの代わりにビデオカメラ又はコマ送り画像を撮影し、リアルタイムで地図投影し、撮影対象の動きや変化が地図上で動画として見えるようにする。
例えば、カメラは定点に設置し、溶岩流31の先端部32が刻々と変化する動画として表示する。
具体的には、メモリとしてのLUT40が用いられる。このLUT40には、次のようなデータが記憶されている。
(1)撮像装置10がP点に固定的に設置されている場合、このP点の位置はそのままで、その位置P点において電子コンパス12の方位角(ヨー角)、ロール角、ピッチ角をあらゆる角度に変化した状態のコンピュータ画像33を記憶したLUTを作成しておく。
(2)撮像装置10をこれから設置しようとする位置及び高度が複数点ある場合には、複数点毎に方位角(ヨー角)、ロール角、ピッチ角をあらゆる角度に変化した状態のコンピュータ画像33を記憶したLUT40を作成しておく。
このようなLUT40のコンピュータ画像33を利用し、このコンピュータ画像33にビデオカメラ又はコマ送り画像を重ね合わせることにより、固定した風景画における溶岩流31等のミリ秒単位で変化する動画として表示することができる。また、変化する動画から溶岩流31等の進行速度や進行方向なども知ることができる。
また、LUT40のコンピュータ画像33も刻々と取り込んで動画とし、このコンピュータ画像33にビデオカメラ又はコマ送り画像を重ね合わせることにより、風景画像の首振り状態での溶岩流31等の変化する動画として表示することができる。
また、溶岩流31等の変化のみならず、サーモグラフィーや赤外線カメラなども利用して、夜間の温度変化等の変化する動画として表示することができる。また、変化する動画から溶岩流31等の進行速度や進行方向なども知ることができる。
In Step 1 to Step 9, a video camera or a frame advance image is taken instead of a digital camera, and a map is projected in real time so that the movement and change of the photographing target can be seen as a moving image on the map.
For example, the camera is installed at a fixed point and displayed as a moving image in which the
Specifically, an
(1) When the
(2) When there are a plurality of positions and altitudes at which the
By using the computer image 33 of the
Also, the computer image 33 of the
Moreover, not only the change of the
工程11
パーソナルコンピュータに携帯電話などの通信機器を接続し、任意の場所でデータを処理する。本発明の画像をインターネット上でリアルタイムに配信することが可能である。
このようにすれば、危険箇所などに設置したカメラのデータを安全な場所で演算処理し、全世界に発信することができる。
A communication device such as a mobile phone is connected to a personal computer, and data is processed at an arbitrary location. It is possible to distribute the image of the present invention on the Internet in real time.
In this way, it is possible to process the data of the camera installed in the dangerous place etc. in a safe place and transmit it to the whole world.
工程12
図3に示したデジタル写真画像の情報は、すでに地図化され、図8又は図9に示すように表示されているのであるが、図8又は図9に示す地図よりも図3に示すデジタルの写真上で対象物の同定を行う方が容易であることも多い。
例えば、森林火災、雪の前線、溶岩流の到達範囲、噴火の場所など、デジタルの写真画像の中での認識が図8又は図9に示す地図よりも容易であるような場合には、図2に示すように、デジタルの写真画像30と図8(又は図9)に示す地図36(又は37)をコンピュータの表示部22に表示し、そのデジタルの写真画像30の上で指定した点に対応する図8(又は図9)の地図36(又は37)上の座標と標高を即座に表示することができ、また、デジタルの写真画像30上で雪の前線44を入力端子21aから付加手段41に付加すると、図8(又は図9)の地図36(又は37)上の対応する位置に雪の前線44が表示される。逆に、図8(又は図9)の地図36(又は37)上で雪の前線44を入力端子21bから付加手段42に付加すると、デジタルの写真画像30上の対応する位置に雪の前線44が表示される。このように、デジタル写真画像30(又は図8(又は図9)の地図36(又は37))上の同定結果がそのまま図8(又は図9)の地図36(又は37)(又はデジタル写真画像30)の上に記録できることになり、位置や範囲の把握が飛躍的に容易になる。
The information of the digital photographic image shown in FIG. 3 is already mapped and displayed as shown in FIG. 8 or 9, but the digital photographic image shown in FIG. It is often easier to identify an object on a photograph.
For example, if the recognition in digital photographic images such as forest fires, snow fronts, reach of lava flows, and eruption locations is easier than the map shown in FIG. As shown in FIG. 2, the digital
10…撮像装置、11…位置計測装置、12…電子コンパス、13…数値地図データベース、14…USBハブ、15…パソコン、16…デジタルカメラ、17…フィルムカメラ、18…スキャナ、19…CPU、20…インタフェース、21…入力部、22…表示部、23…コンピュータ画像形成部、24…重ね合わせ部、25…逆投影・地図作成部、26…特徴抽出部、27…特徴抽出部、28…幾何補正・重ね合わせ部、29…火山、30…写真画像、31…溶岩流、32…溶岩流先端部、33…コンピュータ画像、34…スカイライン画像、35…スカイライン、36…正射投影画像、37…鳥かん画像、38…平面地図、39…鳥かん地図、40…メモリ(LUT)、41…付加手段、42…付加手段、43…重ね合わせ画像、44…雪の前線。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
10. The image according to claim 3, 6 or 9, wherein the imaging device 10 comprises a device capable of moving images, and causes the personal computer 15 to function as means for creating an image that changes every moment according to the moving images. Computer program for map creation by processing.
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