JP2014126537A - 座標補正装置、座標補正プログラム、及び座標補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち現地の位置変化を適切に表した「座標補正パラメータ」で補正し、そのうえ変化前後が明確にわかる「標識」がなくても任意の場所で「座標補正パラメータ」を得ることのできる座標補正装置、座標補正プログラム、及び座標補正方法を提供することにある。
【解決手段】本願発明は、ＤＳＭやＤＥＭなど３次元の空間情報に基づく２時期の地形モデルを利用し、地形量を画像化したうえで比較するという点に着目したものであり、座標入力手段、地形モデル記憶手段、パラメータ算出手段、及び座標補正手段を備えたものである。
【選択図】図４

Description

本願発明は、地殻変動による位置の変化を補正する技術に関するものであり、より具体的には２時期の地形をその地形量から画像化し、これら画像どうしを比較照合することで座標補正パラメータを求める座標補正装置、座標補正プログラム、及び座標補正方法に関するものである。

我が国は地震が頻発する国として知られ、近年では、東北地方太平洋沖地震をはじめ、兵庫県南部地震、新潟県中越地震など大きな地震が発生し、そのたびに甚大な被害を被ってきた。加えて火山大国といわれる我が国には１００を超える活火山が存在し、これら活火山は断続的に噴火しており、その周辺では火山灰や噴石による被害を受けている。

ところで、測量を行う場合には基準点が使用される。この基準点に基づいて測量することで、目的の座標や標高を得ることができる。基準点には、平面座標の基準となる三角点や、標高の基準となる水準点、あるいはＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）計測で利用される電子基準点などがあり、平面座標値や標高値といった基準値が付与されている。基準点に基づく測量結果は、この基準値に対する相対的な位置ということができる。そのため基準点は、簡単に移動しないよう堅固な構造で構築され、いわゆる不動点として扱われる。

しかしながら、前述の地震や火山活動によって大きく地殻が変動する場合があり、このとき基準点も地殻変動に伴って移動してしまう。基準点の位置が変化すると、通常、変化後の基準値を求めるべく「改測」が行われる。この改測によれば、新たな基準点が得られると同時に、その基準点の移動の程度を把握することができる。国土地理院では、地殻変動により基準点の位置が変化する都度、改測を行って新しい基準値（改定値）を提供している。

国土地理院が管理する基準点はそれほど多くなく、例えば電子基準点は２０〜３０ｋｍ間隔で配置されており、その数は全国で１，２００点程度である。しかも、地殻変動が生じた範囲に限れば、位置が変化した電子基準点、すなわち改測対象となる電子基準点の数は限定的である。一方、市区町村など自治体が管理する基準点は、国土地理院に比べ密に配置されており、公共基準点１級は約１ｋｍの間隔で、公共基準点２級は約５００ｍの間隔で設置されており、さらに電子基準点に基づいて設置された１等三角点、２等三角点、３等三角点、４等三角点の数は１０万点を超えるといわれている。地殻変動が生ずると自治体のうち広い範囲が影響を受けることもあり、多くの基準点の位置が変化する結果、膨大な数の基準点に対して改測しなければならない。

そこで、膨大な量の改測作業を回避するため、実際には「座標補正」が行われている。この座標補正とは、改測を行わず計算によって基準点の改定値を求めるもので、地殻変動前後の基準点の移動ベクトル（移動方向と移動距離）を求め、これに基づいて地殻変動前の座標を補正するものである。なお、座標を補正する際に用いられる値（この場合移動ベクトル）は、「座標補正パラメータ」といわれている。例えば国土地理院では、電子基準点の「座標補正パラメータ」と、これに基づいて座標補正するソフトウェア（ＰａｔｃｈＪＧＤ）が提供されている。

また、過去の測量成果についても「座標補正」が行われる。地殻変動前には数多くの測量作業が実施されており、膨大な量の測量成果が取得されているが、基準点の位置変化によって測量成果をそのまま利用することができなくなる。なぜなら、測量対象（土地や建物など）も地殻変動によってその位置が変化しているうえに、地殻変動前の旧基準値を用いているため、現状（地殻変動後）には合致しないからである。とはいえ、地殻変動が生ずるたびに、過去の測量作業を破棄して新たに測量することは、費用の面から考えても現実的ではない。したがって、「座標補正」が行われるわけである。

地殻変動による位置の変化の程度は場所によって異なるため、「座標補正」する際もその場所に応じた「座標補正パラメータ」を用いることになる。例えば、電子基準点に基づく「座標補正パラメータ」で補正する場合、複数の電子基準点から「座標補正パラメータ」を求め、これら電子基準点で囲まれる範囲を概ね１ｋｍメッシュで分割し、複数の「座標補正パラメータ」によって補完した値を各メッシュに付与している。

このように「座標補正」を行う際には補完した値を用い、しかも既述のとおり電子基準点の配点間隔は２０〜３０ｋｍであることを考えれば、各メッシュに付与される「座標補正パラメータ」が必ずしも現地の位置変化を表しているとはいえない。すなわち従来の「座標補正は、現地の位置変化を適切に表現できないという問題を抱えていた。

さらに、そもそも従来の「座標補正」を行うためには、基準点のように変化前後が明確にわかる「標識」が必要であり、山林など認識できる「標識」がない場合には「座標補正」ができないという問題もあった。

本願の出願人は、このような「標識」がない場合であっても２時期の地形変化を把握できる技術を特許文献１で提案している。

特許第４５４５２１９号公報

しかしながら、特許文献１は２時期における地形の変化を把握するものであって、「座標補正」を行う技術について提案しているものではない。本願発明の課題は、上記問題を解決することであり、すなわち現地の位置変化を適切に表した「座標補正パラメータ」で補正し、そのうえ変化前後が明確にわかる「標識」がなくても任意の場所で「座標補正パラメータ」を得ることのできる座標補正装置、座標補正プログラム、及び座標補正方法を提供することにある。

本願発明は、ＤＳＭやＤＥＭなど３次元の空間情報に基づく２時期の地形モデルを利用し、地形量を画像化したうえで比較するという点に着目したものであり、従来にはなかった発想に基づいてなされた発明である。

本願発明の座標補正装置は、座標入力手段、地形モデル記憶手段、パラメータ算出手段、及び座標補正手段を備えたものである。それぞれの手段の内容は次に示すとおりである。座標入力手段は、任意の座標を入力するものである。地形モデル記憶手段は、地殻変動前の地形を表し複数のメッシュからなる変動前地形モデルと、地殻変動後の地形を表し複数のメッシュからなる変動後地形モデルを記憶するものである。パラメータ算出手段は、変動前地形モデル及び変動後地形モデルに基づいて、位置の変化を補正する座標補正パラメータを求めるものである。座標補正手段は、座標入力手段によって入力された座標と、座標補正パラメータとに基づいて、地殻変動による位置変化後の座標を求めるものである。またパラメータ算出手段は、変動前地形モデルを構成するメッシュごとに地形量を算出するとともに、変動後地形モデルを構成するメッシュごとに地形量を算出し、メッシュに基づいて画像作成のための画素を形成する。さらに、地形量に応じた画素情報を画素に付与することによって、地殻変動前の地形を表す変動前画像と、地殻変動後の地形を表す変動後画像とを作成し、変動前画像と変動後画像を照合することによって地形の移動ベクトルを算出し、この移動ベクトルに基づいて座標補正パラメータを求める。

本願発明の座標補正装置は、パラメータ算出手段を次のものとすることもできる。パラメータ算出手段は、変動前画像と変動後画像のうち一方を検索画像として選択するとともに、他方を被検索画像として選択し、検索画像の部分的範囲である検索領域を設定する。さらに、検索領域を構成する画素のうち二以上の画素の組合せからなる画素群を抽出し、被検索画像の中からこの画素群と照合する画素の組合せを検出することによって、検索領域の移動ベクトルを算出し、この移動ベクトルを補正領域（当該検索領域に基づいて構成される）の座標補正パラメータとする。

本願発明の座標補正プログラムは、地形モデル読出処理、パラメータ算出処理、及び座標補正処理をコンピュータに実行させる機能を備えたものである。それぞれの処理の内容は次に示すとおりである。地形モデル読出処理は、地殻変動前の地形を表し複数のメッシュからなる変動前地形モデル、及び地殻変動後の地形を表し複数のメッシュからなる変動後地形モデルを読み出すものである。パラメータ算出処理は、変動前地形モデルと変動後地形モデルに基づいて、位置の変化を補正する座標補正パラメータを求めるものである。座標補正処理は、座標補正パラメータに基づいて、任意座標における地殻変動による位置変化後の座標を求めるものである。またパラメータ算出処理は、変動前地形モデルを構成するメッシュごとに地形量を算出するとともに、変動後地形モデルを構成するメッシュごとに地形量を算出し、地形量に応じた画素情報を設定し、この画素情報をメッシュに基づいて構成される画素に付与する。これによって、地殻変動前の地形を表す変動前画像と、地殻変動後の地形を表す変動後画像とを作成し、さらに変動前画像と変動後画像を照合することによって地形の移動ベクトルを算出し、この移動ベクトルに基づいて座標補正パラメータを求める。

本願発明の座標補正プログラムは、パラメータ算出処理を次のものとすることもできる。パラメータ算出処理は、変動前画像と変動後画像のうち一方を検索画像として選択するとともに、他方を被検索画像として選択し、検索画像の部分的範囲である検索領域を設定する。さらに、検索領域を構成する画素のうち二以上の画素の組合せからなる画素群を抽出し、被検索画像の中からこの画素群と照合する画素の組合せを検出することによって、検索領域の移動ベクトルを算出し、この移動ベクトルを補正領域（当該検索領域に基づいて構成される）の座標補正パラメータとする。

本願発明の座標補正方法は、パラメータ算出工程、及び座標補正工程を備えたものである。それぞれの工程の内容は次に示すとおりである。パラメータ算出工程は、地殻変動前の地形を表し複数のメッシュからなる変動前地形モデルと、地殻変動後の地形を表し複数のメッシュからなる変動後地形モデルに基づいて、位置の変化を補正する座標補正パラメータを求める工程である。座標補正工程は、座標補正パラメータに基づいて、任意座標における地殻変動による位置変化後の座標を求める工程である。またパラメータ算出工程は、変動前地形モデルを構成するメッシュごとに地形量を算出するとともに、変動後地形モデルを構成するメッシュごとに地形量を算出し、地形量に応じた画素情報を設定し、この画素情報をメッシュに基づいて構成される画素に付与する。これによって、地殻変動前の地形を表す変動前画像と、地殻変動後の地形を表す変動後画像とを作成し、さらに変動前画像と変動後画像を照合することによって地形の移動ベクトルを算出し、この移動ベクトルに基づいて座標補正パラメータを求める。

本願発明の座標補正方法は、パラメータ算出工程を次のものとすることもできる。パラメータ算出工程は、変動前画像と変動後画像のうち一方を検索画像として選択するとともに、他方を被検索画像として選択し、検索画像の部分的範囲である検索領域を設定する。さらに、検索領域を構成する画素のうち二以上の画素の組合せからなる画素群を抽出し、被検索画像の中からこの画素群と照合する画素の組合せを検出することによって、検索領域の移動ベクトルを算出し、この移動ベクトルを補正領域（当該検索領域に基づいて構成される）の座標補正パラメータとする。

本願発明の座標補正装置、座標補正プログラム、及び座標補正方法には、次のような効果がある。
（１）遠方にある基準点の変化を補完する手法を採らず、その場所の地形変化に合わせて座標補正を行うので、現地の位置変化を適切に表した座標補正値を得ることができる。
（２）基準点などの「標識」がなくても、あらゆる場所で座標補正パラメータを得ることができるので、極めて汎用的である。
（３）基準点の改測を必要としないので、低コストで座標補正を行うことができる。

航空レーザーによる計測状況を示す説明図。 「表面」を説明するモデル図。 「地表面」を説明するモデル図。 座標補正装置の構成を示すブロック図。 パラメータ算出手段で実施される処理手順を示すフロー図。 検索画像における検索領域を示す説明図。 （ａ）は被検索画像における検索領域の相当範囲から左上に移動させた被検索領域を示す説明図、（ｂ）は被検索画像における検索領域の相当範囲から右上に移動させた被検索領域を示す説明図、（ｃ）は被検索画像における検索領域の相当範囲から左下に移動させた被検索領域を示す説明図、（ｄ）は被検索画像における検索領域の相当範囲から右下に移動させた被検索領域を示す説明図。 検索領域の中に抽出された画素群を示す説明図。 （ａ）は検索領域の画像を示したモデル図であり、（ｂ）は被検索領域の画像を示したモデル図。 （ａ）は地殻変動前の地形の表面をモデル化した説明図、（ｂ）は地殻変動後の地形の表面をモデル化した説明図。 照合程度の判定を行った後の処理手順を示すフロー図。

本願発明の座標補正装置、座標補正プログラム、及び座標補正方法の実施形態の一例を、図に基づいて説明する。

１．全体概要
本願発明は、例えば市区町村や都道府県といったある程度広い範囲（以下、「対象領域」という。）に対して座標補正パラメータを求め、これによって座標補正を行うものである。広範囲を一度に処理することから、地形を表す３次元の空間情報を利用する。そこで、まずは３次元の空間情報について説明する。

３次元の空間情報は、平面座標値と高さの情報を持つ点や線、面、あるいはこれらの組み合わせで構成される情報である。さらに平面座標値とは、緯度と経度あるいはＸ座標とＹ座標で表されるものであり、高さとは標高など所定の基準水平面からの鉛直方向の距離を意味する。この３次元の空間情報は、種々の手段によって作成することができる。例えば、２枚１組のステレオ航空写真（衛星写真）を基に作成したり、航空レーザー計測や衛星レーダー計測によって作成したり、あるいは直接現地を測量して作成することもできる。

図１は、航空レーザーによる計測状況を示す説明図である。この図に示すように航空レーザー計測は、計測したい地形１の上空を航空機２で飛行し、飛行中に地形１に対して照射したレーザー３の反射を受けて計測するものである。この手法によれば、１度の計測で多くの点群からなる３次元の空間情報を取得することができる。

ステレオ航空写真や航空レーザー計測に基づいて作成される３次元の空間情報は、通常、「表面」を表すものである。ここで表面とは、図２にも示すように、森林や農地といった緑被物や建物など地面上に立ち上がる地物の上面を意味する。これに対して「地表面」は、図３にも示すように、緑被物や建物などを取り除いた後の面、すなわち地面のことを意味する。ここでは、「表面」を３次元の空間情報で表したものを「表層モデル」、「地表面」を３次元の空間情報で表したものを「地表モデル」というものとする。なお、表層モデルの代表的なものもとしてＤＳＭが知られており、地表モデルの代表的なものもとしてＤＥＭが知られている。

地表モデルを作成するためには、表層モデルから緑被物や建物などを取り除く処理、いわゆるフィルタリング処理が行われる。フィルタリング処理は広く知られた技術であり、所定の条件に合うものを緑被物や建物として認識し除外する。この処理は、汎用のソフトウェアを用いてコンピュータで実行されることが一般的である。

つぎに、本願発明の概要について説明する。本願発明では、表層モデルや地表モデルに基づいて作成される（あるいは、表層モデルや地表モデルそのものである）「地形モデル」を利用する。この「地形モデル」は多数のグリッドとそのグリッドで区切られるメッシュを備えており、言い換えれば「地形モデル」は複数のメッシュによって構成されている。また、本願発明は地殻変動による座標補正を行うものであるから、地殻変動の発生より以前の地形モデルと、発生後の地形モデルを用いる。なお便宜上ここでは、地殻変動発生前の地形モデルを「変動前地形モデル」と、地殻変動発生後の地形モデルを「変動後地形モデル」という。

座標補正を行うため、「変動前地形モデル」と「変動後地形モデル」を比較するわけであるが、このとき両地形モデルを画像化したうえで比較する。地形モデルを画像化するには、メッシュごとに地形量を算出し、この地形量に応じた画素情報を付与することによって行う。変動前地形モデルの画像と、変動後地形モデルの画像を比較することで、地形の移動量及び移動方向（以下、「移動ベクトル」という。）が求められ、この移動ベクトルに従って座標補正を行う。

以下、要素ごとに詳述する。なおここでは、座標補正装置の例で本願発明の技術内容を説明することとし、座標補正プログラム及び座標補正方法特有の内容については後に説明することとする。

２．座標補正装置
（入力手段）
図４は、座標補正装置４の構成を示すブロック図である。この図に示すように、座標補正装置４は入力手段５を備えている。入力手段５は、補正を行う前の座標を入力するもので、コンピュータを使用したものとすることができる。ここで入力された補正前の座標は、補正前座標記憶手段に格納される。なお、ここで入力する座標は、平面座標のみとすることも、高さ（標高）のみとすることも、平面座標と高さの組み合わせとすることもできる。

（地形モデル記憶手段）
図４に示す地形モデル記憶手段６は、変動前地形モデルと変動後地形モデルを記憶するものであり、コンピュータのハードディスクやＣＤ−ＲＯＭといった記憶媒体である。つまり、変動前地形モデルと変動後地形モデルはコンピュータで処理可能なデータ形式で形成されている。なお座標補正装置４は、変動前地形モデル用と変動前地形モデル用を別体として構成することもできるし、一体のものとして構成することもできる。また図４に示すようにデータ登録手段７を備え、このデータ登録手段７によって変動前地形モデルや変動後地形モデルを、コンピュータのハードディスク等に記憶させることもできる。

既述のとおり、地形モデルは複数のメッシュによって構成されている。メッシュは、例えば直交するグリッドに区切られて形成されるもので、メッシュごとに代表点を備えている。レーザー計測点は通常ランダムデータであるため、メッシュの代表点に高さを与えるには幾何計算されることが多い。この算出方法としては、ランダムデータから形成される不整三角網によって高さを求めるＴＩＮ（Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ Ｉｒｒｅｇｕｌａｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ）による手法、最も近いレーザー計測点４を採用する最近隣法（Ｎｅａｒｅｓｔ Ｎｅｉｂｏｒ）による手法のほか、逆距離加重法（ＩＷＤ）、Ｋｒｉｇｉｎｇ法、平均法など従来から用いられる種々の手法を採用することができる。なお、メッシュを構成するグリッドは必ずしも直交する必要はなく、任意の交差角によるグリッドとすることができる。また、ここで用いる変動前地形モデルと変動後地形モデルは、本願発明のために作成してもよいが、当然ながら既製のものがあればこれを利用することもできる。

（パラメータ算出手段）
図４に示すパラメータ算出手段８は、ソフトウェアを用いてコンピュータに処理させるものであり、変動前地形モデルと変動後地形モデルに基づいて、座標補正パラメータを求めるものである。図５は、パラメータ算出手段８で実施される処理手順を示すフロー図で、以下、この図に従って説明する。

まずは、地形モデル記憶手段６から変動前地形モデルと変動後地形モデルを読み出し、メッシュごとに地形量を算出する（図５のＡ１，Ａ２）。地形量とは、地形の特徴を表すいわば指標であり、メッシュの代表点や元のランダムデータなどによって算出される。

地形量としては、標高値、ラプラシアン値、地上開度値、地下開度値、傾斜量、あるいはこれらの組み合わせなどを例示することができる。ここでラプラシアン値とは、一般には傾斜の変化率を表すラプラシアン図を描画するためのものである。このラプラシアン図は、くぼんだ地形で正、突出した地形で負となり、地形の変化が大きいところで絶対値が大きくなるといった特徴がある。

地上開度値や地下開度値は、一般には開度図を描画するためのものである。開度図のうち地上開度図は、着目する地点から一定距離内で見える空の広さを表しているもので、周囲から突出している地点ほど地上開度値は大きくなり、例えば、山頂や尾根で大きな地上開度値を示し、くぼ地や谷底では小さい地上開度値を示し、突出した山頂や尾根が強調されるといった特徴がある。一方、開度図のうち地下開度図は、地上開度図とは逆に、地表面から地下を見渡す時、一定距離内における地下の広さを表しており、地下にくい込んでいる地点ほど地下開度値は大きい値を示し、例えば、くぼ地や谷底で大きな地下開度値を示し、山頂や尾根では小さい地下開度値を示し、くぼ地や谷地が強調されるといった特徴がある。

傾斜量は、一般に傾斜量図を描画するためのものである。傾斜量図は、地形の傾斜の度合いを示すもので、傾斜が大きければ大きいほど大きな傾斜値を示し、逆に緩やかな傾斜であるほど小さな傾斜値を示す。

つぎに、画像作成のための画素（ピクセル）が形成され、その画素に画素情報を付与して画像を作成する（図５のＢ１，Ｂ２）。この画素は、メッシュに基づいて形成されるものであり、例えば１メッシュを１画素としたり、４つのメッシュを１画素としたり、９つのメッシュを１画素とするなど、種々のメッシュの組み合わせで画素を形成することができる。

画素に付与する画素情報とは、輝度や色（色相、彩度、及び明度）を表すものであり、ＲＧＢや、ＣＭＹＫ、ＮＣＳのような色モデルを使用することができる。画素情報は、メッシュの地形量に応じて与えられ、例えば地形量が大きな値を示す順に、赤、橙、黄、緑、青と定めたり、地形量のレンジにあわせて２５６階調の濃淡を割り当てたり、あるいは、標高値は色，傾斜量は輝度の組み合わせとするなど、任意に設定することができる。

このようにして、地殻変動後の画像が作成される。すなわち、変動前地形モデルに基づいて、地殻変動前の地形を表す画像（以下、「変動前画像」という。）が作成され、変動後地形モデルに基づいて、地殻変動後の地形を表す画像（以下、「変動後画像」という。）が作成される。変動前画像と変動後画像が作成されると、一方を「検索画像」として選択し、他方を「被検索画像」として選ぶ。ここでは、変動前画像が検索画像、変動後画像が被検索画像の場合で説明するが、変動後画像を検索画像、変動前画像を被検索画像とすることもできる。

検索画像が選択されると、「検索領域（ウィンドウ）」が検索画像内に設定される（図５のＣ１）。図６は、検索画像における検索領域１１を示す説明図である。検索画像は（被検索画像も）、通常広い範囲を対象として作成されるため、図６に示すように所定の部分的な範囲、つまり「検索領域１１」で後続の処理を実行する方が効率的となる。検索領域は複数の画素で構成されるが、その画素数は任意に設定することができる。

検索領域１１が設定されると、これに対応する「被検索領域１２」が被検索画像内に設定される（図５のＣ２）。図７は、被検索画像における被検索領域１２を示す説明図である。この図のうち被検索画像の中央にある破線部分は検索領域１１に相当する範囲であり、図６（ａ）は検索領域１１の相当範囲から左上に移動させた被検索領域１２を示し、（ｂ）は右上に移動させた被検索領域１２、（ｃ）は左下に移動させた被検索領域１２、（ｄ）は右下に移動させた被検索領域１２を示している。このように、検索領域１１に相当する範囲を中心に少しずつ移動させて被検索領域１２を設定していく。このうち検索領域１１の画像と最も照合する被検索領域１２を抽出し、検索領域１１の移動ベクトルを求めるわけである。なお、検索領域１１の周辺のどの範囲までを、被検索領域１２の対象とするかは任意に設計できる。

つぎに、検索領域１１の中から画素群（ピクセルセット）を抽出する（図５のＤ）。図８は、検索領域１１の中に抽出された画素群１３を示す説明図である。この画素群１３は２以上の画素から構成されるもので、例えば画素情報が所定範囲内にある画素の集合とするなど、所定条件に合致する画素を集めたものとすることができる。あるいは、比較した画素間における画素情報の較差（残差）に応じて画素群１３の境界を決めるなど、様々な条件で画素群１３を抽出することができる。また、一つの検索領域１１の中から１種類のみ画素群１３を抽出することもできるし、２種類以上の画素群１３を抽出することもできる。

抽出した画素群１３をテンプレートとして、被検索領域１２内に同様の画像を照合（マッチング）するわけであるが、ここで画素群１３によってマッチングさせる理由について説明する。図９（ａ）は検索領域１１の画像を示したモデル図であり、図９（ｂ）は被検索領域１２の画像を示したモデル図である。図９（ａ）のうちの一つの画素Ｖ_０に着目し、これに該当する画素を図９（ｂ）の中から検索すると、同じ輝度（明度）の画素Ｖ_１、画素Ｖ_２、画素Ｖ_３が照合される。すなわち、画素Ｖ_０の移動後は３パターンが考えられることになり、どれかひとつに特定することができない。一方、図９（ａ）のうち画素Ｖ_１を含む四つの画素からなる画素群１３（図中破線で囲った範囲）に着目して、これに該当する画像を図９（ｂ）の中から探すと、図９（ｂ）の破線で囲った画素群１３が特定できる。このように、画素群１３を利用すれば２つの画像が照合しやすくなるわけである。

画素群１３が抽出されると、この画素群１３をテンプレートとして被検索領域１２内に同様の画像を照合していく（図５のＥ）。具体的には、画素群１３が具備する画素情報に基づいて、同様の画素情報の配置となる組み合わせを、被検索領域１２の画像の中から検索していく。このとき、複数種類の画素群１３が抽出されていれば、その種類の数だけ検索処理を繰り返し行う。

画素群１３と全く同じ画像が被検索領域１２内に存在するケースばかりとは限らない。そこで、照合の程度にある程度の冗長性を持たせることもできる。例えば、比較した画素情報の残差に閾値を設け、この閾値以内であれば同等の画像（画素）と判定したり、相違する画素の数（あるいは割合）が所定の閾値以下であれば同等の画素群１３と判定したり、あるいはこれらを組み合わせて判定するなど、種々の条件で画像の相違を許容することができる。

ここでの処理を言いかえれば、図１０（ａ）に示すように地殻変動前の地形の表面をとらえ、この中から部分的な面（斜線部分）を抽出し、図１０（ｂ）に示すように地殻変動前の地形の表面から同様の面を探し出すという処理である。つまり変動前後において、いわば地形の面照合を行っているわけである。

この画素群１３によるマッチング処理は、設定された被検索領域１２の数だけ繰り返し行われ、これが実施されると最適の被検索領域１２が特定される（図５のＦ）。最適の被検索領域１２は、（例えば画素情報残差の絶対値の総和などによって）被検索領域１２のうち画素群１３に最も照合する画像（画素情報）配置を有するものが選択される。

最適の被検索領域１２が特定されると、移動ベクトル（移動量と移動方向）が算出される（図５のＧ）。検索領域１１の位置と、最適の被検索領域１２の位置を比較すれば、平面的な移動ベクトルは容易に算出することができる。また、変動前地形モデルと変動後地形モデルは３次元の空間情報からなるので、検索領域１１と最適の被検索領域１２は高さ（標高）の情報を具備しており、これを用いれば平面的な移動ベクトルに加え３次元的な移動ベクトルを求めることもできる。なお、複数種類の画素群１３が抽出されていれば、その種類の数だけ異なる移動ベクトルが算出されるケースもある。この場合、異なる移動ベクトルの平均値を採用する、中央値を採用する、など適宜設定することができるが、いずれにしろ算出された移動ベクトルに基づいて、代表する一つの移動ベクトルが決定される。

画素群１３によるマッチング処理の後（最適被検索領域の特定前）、照合程度の判定を行うこともできる（図１１のＨ）。図１１は、照合程度の判定を行った後の処理手順を示すフロー図である。画素群１３によるマッチング処理によって、最も照合する画像（画素情報）配置を有する被検索領域１２が選択されるが、その照合の程度は一様ではないことが考えられ、場合によっては極めて照合程度の低いケースもあり得る。ここでは、照合の程度に応じて、次工程のうちいずれに進むかを判断する。照合の程度は、例えば、比較した画素間における画素情報の残差が閾値以上となるもの（以下、「エラー画素」という。）の数や割合、あるいは全画素における画素情報残差の絶対値の総和などによって判定することができる。以下、エラー画素の数で照合程度を判定する場合で、後続の処理手順を説明する（図１１）。

抽出されたエラー画素の数が、事前に設定した上限閾値よりも大きい場合（矢印ａ）は、地殻変動によって当該地形が大きく変形したなどのケースと考え、これ以上の解析を進めず解析を終了させる（Ｉ）。エラー画素の数が、事前に設定した下限閾値よりも小さい場合（矢印ｂ）は、この段階で十分照合していると考えられ、そのまま最適の被検索領域１２とする（Ｆ）。エラー画素の数が、上限閾値と下限閾値の間にある場合（矢印ｃ）は、画素配置の微調整（Ｊ）を行う。この場合、被検索領域１２の中で検索された画素群１３に近似する画素配置（近似の画素配置）と、その周辺で構成される画素配置（周辺の画素配置）を基に調整する。つまり、近似の画素配置と周辺の画素配置からその間を補完し、画素群１３と最も照合する画素配置を、近似の画素配置と周辺の画素配置の間に求める。ここで求められた画素配置を含む被検索領域１２を再計算し、最適の被検索領域１２とする（Ｆ）。なお、照合程度の判定（図１１のＨ）を実施するか否かは、適宜設計することができる。

既述のとおり、最適の被検索領域１２が特定されると移動ベクトルが算出され、これに基づいて座標補正パラメータが求められる。このとき、移動ベクトルをそのまま座標補正パラメータとすることもできるし、移動ベクトルに所定の係数を乗ずるなど移動ベクトルとは異なる値を座標補正パラメータとすることもできる。

また、一つの検索領域１１に対して一つの移動ベクトルが算出されるが、必ずしも一つの検索領域１１に対して一つの座標補正パラメータを求める必要はない。２以上の検索領域１１から構成される領域を「補正領域」とし、この補正領域に対して一つの座標補正パラメータを求めることもできる。この場合、（補正領域を構成する）２以上の検索領域１１が具備する移動ベクトルに基づいて、座標補正パラメータが求められる。２以上の移動ベクトルの平均値としてもよいし、中央値としてもよいし、他の手法で求めてもよい。いずれにしろ、１又は２以上の検索領域１１によって補正領域が構成され、一つの補正領域に対して一つの座標補正パラメータが求められる。

（座標補正手段）
図４に示す座標補正手段９は、ソフトウェアを用いてコンピュータに処理させるものであり、座標入力手段５によって入力された座標（補正前座標）を補正するものである。例えば、補正前座標に、座標補正パラメータを加えて補正する。このとき、補正前座標をその範囲内に含む補正領域が抽出され、この補正領域に対応する座標補正パラメータが用いられる。このように算出された座標が、補正後の座標として与えられる。この結果を、図４に示す出力手段１０によって出力させることもできる。出力手段としては、印刷機を用いて紙等に印刷したり、ディスプレイに表示したり、種々の出力手段を採用することができる。

３．座標補正プログラム
座標補正プログラムは、座標補正装置４を動作させるものであって、座標補正装置４が具備する各手段をコンピュータに対して実行させる機能を有するものである。以下、個別に説明する。なお、処理の内容については座標補正装置４で説明した内容と重複するため、ここでは繰り返しての説明は行わない。

地形モデル読出処理は、パラメータ算出手段において、地形モデル記憶手段から表変動前地形モデルと変動後地形モデルを読み出す処理を実行させるものである。パラメータ算出処理は、同じくパラメータ算出手段において、既述のとおり移動ベクトルを算出し、これに基づいて座標補正パラメータを求める処理を実行させるものである。座標補正処理は、座標補正手段において、地殻変動による位置変化後の座標を求める処理を実行させるものである。

４．座標補正方法
座標補正方法は、座標補正装置４で説明した内容を人によって実施するものである。このとき、座標補正装置４を使用することもできる。以下、個別に説明する。なお、処理の内容については座標補正装置４で説明した内容と重複するため、ここでは繰り返しての説明は行わない。

パラメータ算出工程は、パラメータ算出手段で説明した内容を実施するものであり、既述のとおり移動ベクトルを算出し、これに基づいて座標補正パラメータを求めるものである。座標補正工程は、座標補正手段で説明した内容を実施するものであり、地殻変動による位置変化後の座標を求めものである。

本願発明の座標補正装置、座標補正プログラム、及び座標補正方法は、地震や火山活動による地殻変動があった際、速やかに座標補正を実施できるものであり、例えば電子基準点の改測を待たずとも適切な座標を得ることができるものである。その結果、地震後の調査や応急対策などが従前よりも極めて迅速に実施でき、産業上利用できるばかりでなく、社会的にも大きな貢献を期待し得る発明である。

１ 地形
２ 航空機
３ レーザー
４ 座標補正装置
５ 入力手段
６ 地形モデル記憶手段
７ データ登録手段
８ パラメータ算出手段
９ 座標補正手段
１０ 出力手段
１１ 検索領域
１２ 被検索領域
１３ 画素群

Claims (6)

1. 地殻変動による位置の変化を補正する座標補正装置において、
   任意の座標を入力する座標入力手段と、
   地殻変動前の地形を表し複数のメッシュからなる変動前地形モデル、及び地殻変動後の地形を表し複数のメッシュからなる変動後地形モデルを記憶する地形モデル記憶手段と、
   前記変動前地形モデル及び前記変動後地形モデルに基づいて、位置の変化を補正する座標補正パラメータを求めるパラメータ算出手段と、
   前記座標入力手段によって入力された座標、及び前記座標補正パラメータに基づいて、地殻変動による位置変化後の座標を求める座標補正手段と、を備え、
   前記パラメータ算出手段は、
   前記変動前地形モデルを構成するメッシュごとに地形量を算出するとともに、前記変動後地形モデルを構成するメッシュごとに地形量を算出し、
   前記メッシュに基づいて画像作成のための画素を形成し、
   前記地形量に応じた画素情報を前記画素に付与することによって、地殻変動前の地形を表す変動前画像と、地殻変動後の地形を表す変動後画像と、を作成し、
   前記変動前画像と前記変動後画像を照合することによって地形の移動ベクトルを算出し、
   前記移動ベクトルに基づいて、座標補正パラメータを求めることを特徴とする座標補正装置。
2. 前記パラメータ算出手段は、
   前記変動前画像と前記変動後画像のうち、一方を検索画像として選択するとともに、他方を被検索画像として選択し、
   前記検索画像の部分的範囲である検索領域を設定し、
   前記検索領域を構成する画素のうち、二以上の画素の組合せからなる画素群を抽出し、
   前記被検索画像の中から、前記画素群と照合する画素の組合せを検出することによって、前記検索領域の移動ベクトルを求め、
   前記移動ベクトルを、当該検索領域に基づいて構成される補正領域の座標補正パラメータとすることを特徴とする請求項１記載の座標補正装置。
3. 地殻変動による位置の変化を補正する処理を、コンピュータに実行させる座標補正プログラムにおいて、
   地殻変動前の地形を表し複数のメッシュからなる変動前地形モデル、及び地殻変動後の地形を表し複数のメッシュからなる変動後地形モデルを読み出す地形モデル読出処理と、
   前記変動前地形モデル及び前記変動後地形モデルに基づいて、位置の変化を補正する座標補正パラメータを求めるパラメータ算出処理と、
   前記座標補正パラメータに基づいて、任意座標における地殻変動による位置変化後の座標を求める座標補正処理と、を前記コンピュータに実行させる機能を備え、
   前記パラメータ算出処理は、
   前記変動前地形モデルを構成するメッシュごとに地形量を算出するとともに、前記変動後地形モデルを構成するメッシュごとに地形量を算出し、
   前記地形量に応じた画素情報を設定し、
   前記画素情報を、前記メッシュに基づいて構成される画素に付与することによって、地殻変動前の地形を表す変動前画像と、地殻変動後の地形を表す変動後画像と、を作成し、
   前記変動前画像と前記変動後画像を照合することによって地形の移動ベクトルを算出し、
   前記移動ベクトルに基づいて、座標補正パラメータを求めることを特徴とする座標補正プログラム。
4. 前記パラメータ算出処理は、
   前記変動前画像と前記変動後画像のうち、一方を検索画像として選択するとともに、他方を被検索画像として選択し、
   前記検索画像の部分的範囲である検索領域を設定し、
   前記検索領域を構成する画素のうち、二以上の画素の組合せからなる画素群を抽出し、
   前記被検索画像の中から、前記画素群と照合する画素の組合せを検出することによって、前記検索領域の移動ベクトルを算出し、
   前記移動ベクトルを、当該検索領域に基づいて構成される補正領域の座標補正パラメータとすることを特徴とする請求項３記載の座標補正プログラム。
5. 地殻変動による位置の変化を補正する座標補正方法において、
   地殻変動前の地形を表し複数のメッシュからなる変動前地形モデル、及び地殻変動後の地形を表し複数のメッシュからなる変動後地形モデルに基づいて、位置の変化を補正する座標補正パラメータを求めるパラメータ算出工程と、
   前記座標補正パラメータに基づいて、任意座標における地殻変動による位置変化後の座標を求める座標補正工程と、を備え、
   前記パラメータ算出工程は、
   前記変動前地形モデルを構成するメッシュごとに地形量を算出するとともに、前記変動後地形モデルを構成するメッシュごとに地形量を算出し、
   前記地形量に応じた画素情報を設定し、
   前記画素情報を、前記メッシュに基づいて構成される画素に付与することによって、地殻変動前の地形を表す変動前画像と、地殻変動後の地形を表す変動後画像と、を作成し、
   前記変動前画像と前記変動後画像を照合することによって地形の移動ベクトルを算出し、
   前記移動ベクトルに基づいて、座標補正パラメータを求めることを特徴とする座標補正方法。
6. 前記パラメータ算出工程は、
   前記変動前画像と前記変動後画像のうち、一方を検索画像として選択するとともに、他方を被検索画像として選択し、
   前記検索画像の部分的範囲である検索領域を設定し、
   前記検索領域を構成する画素のうち、二以上の画素の組合せからなる画素群を抽出し、
   前記被検索画像の中から、前記画素群と照合する画素の組合せを検出することによって、前記検索領域の移動ベクトルを算出し、
   前記移動ベクトルを、当該検索領域に基づいて構成される補正領域の座標補正パラメータとすることを特徴とする請求項５記載の座標補正方法。

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