JP2964402B1 - 三次元地図データベースの作成方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 三次元地図データベースを簡単な手法で高
精度に作成する。 【解決手段】二次元地図データベース記憶手段11内に格
納されている既得の二次元地図データベース上の特定の
地域内に存在する各地物の隅角部の中、高さを求めたい
隅角部の集合を目標端点群として予め決めておく。移動
計測車21により地表上を移動しながら各目標端点を撮像
手段31，32により撮像して行く。地表位置座標計測手段
12によりその時々で求められる目標端点撮像時の各測定
点の三次元位置座標、もしくは二次元位置座標と予め定
めた測定点の高さ位置と、目標端点を撮像時の各撮像デ
ータとに基づき、撮像手段31，32により撮像した撮像画
像中に表れる目標端点を三次元位置座標算出手段16によ
り算出する。得られた三次元位置座標または高さデータ
を、その目標端点の二次元地図データベース上における
二次元位置座標と対応付ける関係で二次元地図データベ
ースに追加し、三次元地図データベースを作成して格納
手段17に格納する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータシス
テムが取り扱える電子データにより、地物の高さ情報を
有する三次元地図データベースを作成する方法と装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からも、いわゆる電子地図と呼ばれ
るものでは、コンピュータが取り扱える電子データによ
って地図情報をデータベース化した二次元地図データベ
ースとして、かなり満足なものが提供されている。しか
し、単に平面的な地図だけではなく、そうした二次元地
図上に表示される建物や陸橋、横断歩道橋等々、種々の
地物を立体的に表示し得るような「三次元地図データベ
ース」の必要性が高まっている。例えば、最近のいわゆ
るカーナビゲ―ションと呼ばれるような行先案内システ
ムでは、車両運転者に対し、ディスプレィを介して直感
的に現在地点を教えたりするのに、当該地点近傍の建物
等、二次元地図上の地物を立体的に示すことが出来れ
ば、極めて有効である。

【０００３】もちろん、こうした要請に応えるには、結
局、既得の二次元地図データベースに対し、各地物の高
さ情報を付与して行くことになるが、従来そのために採
られていた手法は、地図記載地物が建築物の場合にはそ
の階数を高さ情報として用いるか、あるいはその建物の
設計図・建築図等から高さ情報を入手して逐一書き込ん
で行くという、ある意味では原始的な手法であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような手
法では、戸別の調査が必要であり、階数情報では十分な
高さ精度が得られず、設計図、建築図等も入手困難な場
合が殆どである。もし仮に、全ての地物からそのような
情報が得られたとしても（そういったことは考えられな
いが）、そもそも二次元地図上に表示される地物の数は
膨大であるから、例え都市部の僅か一街区をのみ対象と
した場合ですら、そのような人手による入力作業は大変
なものとなり、まして、市区町村全体、県全体、さらに
は日本国内全体にまで展開しようとすると、それは到
底、現実的な作業量には留まらない。得られた三次元地
図データベースを商用利用するにしても、そのコストは
天文学的数字になる可能性すらある。

【０００５】実際、現在既に、極く限られた一部の地区
に関してならば、こうした手法で限られた各地物の立体
情報を入手、格納し、表示できる三次元地図データベー
スもあることはある。が、逆に言えば、極く限られた領
域に関しての三次元地図データベース化で我慢せねばな
らない実情である。

【０００６】なお、最近では、航空機あるいは衛星から
の高精度ステレオ画像データによる視差を利用して地物
の高さを推定する方法も研究されているが、やはり高さ
方向の推定精度は、未だとても十分とは言えない。

【０００７】本発明はこのような事情の下に成されたも
ので、三次元地図データベースを作成するに際し、原理
的に人手の関与を極力少なくし得る手法及び装置の提供
をその目的としたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、次のような三次元地図データベースの作成方
法を提案する。既得の二次元地図データベース上の特定
の地域内に存在する各地物において、当該二次元地図デ
ータベースに基づく二次元平面投影画像中にて表示され
る各地物の隅角部の中、高さを求めたい隅角部の集合を
目標端点群として予め決めておき；地表上を移動しなが
ら各目標端点を少なくとも二個所以上の互いに異なる測
定点から撮像手段により撮像して行く一方；移動しなが
らも地表位置検出システムによりその時々で求められる
目標端点撮像時の各測定点の三次元位置座標、もしくは
二次元位置座標と予め定めた測定点の高さ位置と、目標
端点を撮像した時の各撮像データとに基づき、上記二個
所以上の撮像画像中に表れる目標端点を立体解析幾何学
により解析し、その三次元位置座標または高さを算出し
た後；得られた三次元位置座標または高さデータを、そ
の目標端点の二次元地図データベース上における二次元
位置座標と対応付ける関係で二次元地図データベースに
追加すること；を特徴とする三次元地図データベースの
作成方法。

【０００９】本発明の構成は基本的には上記のようであ
るが、この思想は、より実践的に展開できる可能性を含
む原理的手法である。例えば本発明の下位態様において
は、地表上を移動するための移動手段上に少なくとも二
台の撮像手段を搭載位置を変えて搭載させる。当然、こ
れら二台以上の撮像手段の位置（測定点位置）は、移動
手段上のある基準点に対して既知としておくことができ
る。そして、移動手段上の当該基準点位置は、地表位置
検出システムにより求めることが出来るから、結局、少
なくとも二台以上の撮像手段を同時に稼動させても（す
なわち、少なくとも互いに異なる二個所以上の測定点か
ら同時に撮像しても）、それぞれの三次元位置座標が地
表位置検出システムにより求め得る各測定点から目標端
点を個別に撮像したことになり、上記した基本構成は満
たされる。

【００１０】その上で、このような移動手段（一般的に
は作業者が同乗できる適当な自動車両で良い）を用いる
と、上記した二次元地図データベース上の特定の地域内
に存在する各地物ごとの測定予定の目標端点を連続的に
撮像可能な移動経路を予め決定しておくことで、移動手
段上の基準点の三次元位置座標を地表位置検出システム
により求めながら少なくとも二台の撮像手段により目標
端点を連続的に撮像して行くことができ、多くの地物の
目標端点の三次元位置座標ないし高さデータを短い時間
で合理的に取得でき、かつ、コンピュータシステムの進
歩、データ処理システムの進歩によっては、移動開始か
ら移動終了までの間に、その移動経路に沿って得られた
各目標端点の高さ情報が全て、二次元地図データベース
上の各目標端点の対応する二次元座標位置に自動的に追
加されているような結果を得ることもできる。もちろ
ん、現状の技術でも、少なくとも撮像した情報に基づ
き、移動手段上で、ないし全撮像完了後に持ち帰った撮
像情報に基づき、人手が最小限関与する形で三次元地図
データベースの作成をなすことができる。

【００１１】なお、各地物にあって高さを求めたいとし
て予め決定しておく隅角部が二次元地図データベース上
では明確な角部として認識できないような場合には、二
次元平面解析幾何学における多角形近似により、そうし
た隅角部を得ても良い。さらに、二台以上の撮像手段を
一つの移動手段上に搭載させた場合、目標端点をそれら
複数台の撮像手段から見た場合の視線が同一の鉛直面内
に位置するか、もしくはこの鉛直面内の極く近傍に位置
するがために立体解析幾何学では解析できない場合に
は、特定の条件を定めて当該鉛直面内における平面幾何
学の適用により、目標端点位置を求めても良い。

【００１２】撮像手段は、一般的にはビデオカメラであ
っても良いし、デジタルカメラと呼ばれるような、デジ
タルデータの詐取可能なスチルカメラであっても良い。
ビデオカメラの場合には、ビデオテープの映像トラック
には当然、撮像画像を収めるが、音声トラックに撮像情
報（水平、垂直の各撮像角度やズーム角等）を収めるこ
ともできる。また、撮像方向(視野方向)を三次元の任意
方向に高精度で制御し得るように、コンピュータ制御に
よって撮像手段を水平、垂直に微細に回動できる装置を
設けるのが良い。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１には本発明方法に用い得る装
置の望ましい一構成例が示されている。本願要旨構成中
に言う地表上を移動するための移動手段として、通常の
適当なる自動車両で良い移動計測車21があり、ここでは
この車両内で三次元地図データベースの作成を完了し得
るような構成となっている。搭載されている各手段に就
き説明するに、二次元地図データベース記憶手段11は、
高さ情報を計測したい地域範囲の二次元地図データを格
納しておくもので、記述の通り、詳細な二次元地図デー
タベースは現今でも既に入手できるため、これを用いて
計測対象地域の詳細な二次元データは予め用意しておく
ことができる。格納媒体は望ましくは不揮発性であれば
何でも良く、静的な半導体メモリや磁気記憶媒体であっ
ても良いが、一般的にはCD-ROMが使いやすい。

【００１４】地表位置座標計測手段12は、移動計測車21
の現在位置（厳密には計測車内の予定の基準点位置）の
標高をも含めた三次元位置座標を検出できる手段、望ま
しくは距離換算で数十〜数百mmの精度で検出できる手段
であるのが良く、これには最近、富に研究、開発の進ん
でいる「高精度GPS(Grobal Positioning Sistem)」を利
用することができる。図示の実施形態ではそうであるこ
とを想定しており、アンテナ12T は衛星との通信をなす
ためのものである。ただし、GPS装置でも、これまでのカ
ーナビゲーションシステム等に用いられていたもののよ
うに、標高が検出できないか、検出できても精度の悪い
ものもあるので、このようなものを使用せねばならない
時、あるいは他の地表位置検出システムであって同様に
高精度の標高データを得ることが難しい場合には、既得
の二次元地図データから得た標高値を内挿するか、ある
いは後述の所から理解されるように、実際には高さを測
定すべき地物の近くを移動計測車21が通ることから、実
質的に移動計測車内の基準点位置を地表に接する高さ位
置として、この位置を仮の三次元座標の高さ原点とし、
測定対象地物が地表と接している部分の高さもこの原点
高さと同じと推定しても、それ程に大きな誤差は生ぜ
ず、これも後述のように、撮像された画像に基づいて補
正可能な範囲に入る。

【００１５】そもそも、本発明により得られた三次元地
図データベースを、より改良されたカーナビゲーション
システムに応用、展開する場合には、使用者である車両
運転者の視界から見て地物が立体的に見えれば良いので
あるから、現在走行している車線上の標高を仮に零と仮
定しても、そこから正確な高さで地物が表されていれ
ば、装置機能として満足である。

【００１６】カメラ画像入力手段13は、撮像機構30中の
撮像手段31，32が撮像した画像データを後述の採取デー
タ格納手段14に送るインターフェイスであり、採取デー
タ格納手段14の種類に応じて適当な構成を採ることがで
きる。

【００１７】撮像機構30は、この実施形態の場合、二台
の撮像手段31，32を含んでおり、これら二台の撮像手段
31，32はまた、電子スチルカメラであっても良いが、こ
こではアナログまたはデジタルビデオカメラＡ，Ｂ（以
下、単にカメラ）であることを想定している。これら二
台のカメラＡ，Ｂは、移動計測車21の適当な位置、たと
えば屋根上に設けられた直線架台33上に位置を変えて搭
載してあり、互いの水平距離はＬ、垂直距離はＤとなっ
ている。

【００１８】架台33の初期位置は水平として良いが、水
平回動装置34、それも望ましくはコンピュータ制御によ
り高い分解能で回転角制御の可能な水平回動装置34によ
って水平面内で回動可能であることが良く、同様にこれ
も望ましくはコンピュータ制御で高精度に回転角調整の
可能な垂直回動装置35により、垂直面内で回動可能にな
っているのが良い。

【００１９】カメラＡ，Ｂの中、少なくとも一つは例え
ば視野角20度以上の広角画像モードでの撮像が可能なも
のとし、その上で両カメラＡ，Ｂ共、例えば視野角１度
レベル程度の狭角画像モードないし望遠計測モードを有
するものとする。また、連続的なズーミングが可能で、
自動焦点機能を有すればさらに良い。このようなカメラ
は、周知のように、既存の技術をしても最早開発されて
いる。カメラ画像入力手段13は、狭角カメラ画像から得
られる画像から単位画素あたり角度 5秒から36秒以内の
精度のデジタル画素データを出力できる付属装置を有す
るのが良い。たとえばズーミング30倍時、角度 5秒の分
解能は距離100mで2.42mmを見分け得ることを意味し、高
精度な測定に向くし、この程度ならば既存の技術でも十
分に達成し得る。逆にラフな測定をなすときには、距離
100mで17.5mmを見分ける位の角度36秒の分解能でも十分
であり、寧ろ神経質なカメラ操作を要求されないので望
ましい時がある。

【００２０】カメラ画像データと、そのデータを採取し
た瞬間の撮像三次元位置データ及び撮像条件（カメラ視
線の水平方向角、垂直方向角、ズーム係数等）とを互い
に対応の採れる形式で記憶格納する採取データ格納手段
14は、図２にその望ましい構成概念を示すように、例え
ばカメラＡ，Ｂの少なくとも一方で、あるいは専用の別
途なカメラ(図示せず)で撮像した広角画像と、カメラ
Ａ，Ｂの双方で撮像した狭角画像をビデオテープの画像
トラックに記録する外、音声トラックに計測条件との対
応付けIDないしデータヘッダを記録し、そのIDの三次元
座標位置、視線方向の水平、垂直方向角、ズーム条件
等、撮像条件及び計測データをデジタルデータとして別
のファイルに記録するか、あるいは大容量記憶媒体で画
像まで含めた上記一式のデータをデジタルデータとして
記録できるものとする。

【００２１】図１に戻って、カメラ画像対応点入力手段
15は、適当なる複数のモニタ手段を用いて一度に、また
は一つまたは幾つかのモニタ手段の画面を切り替えるこ
とで作業者に図３(A) 〜(D) に示す四種類の画面を表示
可能なディスプレィ装置（それ自体は図示せず）を有し
ており、まず同図(A) に示されている画面は、測定対象
地域及びその近辺の二次元地図データと高精度GPS 等の
高精度位置計測装置から得られる現在位置を表示するも
のである。説明の便宜のため、現在地は図示の場合、車
両21を模した形状で示してあるが、実際には適当なる点
表示であって良い。この画面上で、公知の画像点入力処
理技術により、マウス等の適当なポインティングデバイ
スで画像上の点、線上を指定すれば、その点、線が選択
されたことが作業者に明示できるようにするが、これは
例えば、色を変えて表示するとか点滅表示にするとかが
望ましい。さらに、このようにして選択された点や線の
二次元地図データベース上における二次元位置座標デー
タやその点や線の属する地物41のID等、対応するデータ
は、図示しないが所定メモリ領域に書き込まれる。例え
ば、今、測定のために着目する目標端点が、ある目標地
物41の一つの隅角部Ｐであったとするなら、この点を直
接にピンポイントで指定するか、あるいは二つの直線の
交点として指定すると、この点Ｐの二次元位置座標デー
タや、この点Ｐの属する地物のID等、関連データがメモ
リに書き込まれる。後述のように、計測前には下準備と
して各地物の各端点につき同様の作業を繰返して行くこ
とになるので、各目標端点にはその点の番号も付けら
れ、このデータも適当なるメモリに系統的に格納してお
く。

【００２２】図３(B) は現在測定点より採取した広角画
像であり、図３(C) 〜(D) は二つのカメラＡ，Ｂを介し
て得られる狭角カメラ画像である。このような三枚の撮
像画像中でも、適当なるポインティングデバイスで広角
画像上の一点、二つの狭角画像上のそれぞれ一点を目標
端点Ｐとして指定すれば、望ましくはそれらが反転色で
表示される等、作業者に目立つ状態にされた上で、全て
同一点であるとして所定のメモリ領域に格納され、か
つ、それらの計測条件及び計測データ（少なくとも広角
画像、狭角画像データのそれぞれから得られる指定され
た点Ｐの水平方向角、垂直方向角データや撮像時のズー
ミングデータ等）をメモリに書き込み、また、図３(A)
で指定した点Ｐがこれら三つの画像中で指定された点Ｐ
とも同一点であるとして対応付ける。

【００２３】三次元座標位置算出手段16は、概念的に図
４に示すような内部構成を持ち、同一目標端点Ｐに対
し、現在位置情報、すなわち二つ以上の測定点（二台の
カメラによる撮像位置）の三次元位置座標データと、ズ
ーミング角や設置条件等の撮像条件データ、及び先に述
べた水平および垂直方向角データから、所定の計算プロ
グラムにより端点Ｐの三次元位置座標または高さを算出
するもので、実質的にはソフトウエアにより構成するこ
とができる。この計算手法の一例に就いては後述する。

【００２４】三次元地図データベース格納手段17は、図
５に概念構成を示すように、既得の二次元地図データベ
ースに対し、求めた高さ情報等を付加した三次元地図デ
ータベースを格納するものであり、このデータベース中
では、二次元地図上の一つの線分は垂直方向に起ち上が
っている一つの四辺形面（壁面）を表すデータで表現さ
れる。つまり、二次元地図データベース上でのある線分
の一端に相当する一つの目標端点Ｐの情報(x,y) は、(x,
y,z0,z1)または｛(x,y,z0)，(x,y,z1)｝になっている。
ここで、z0は対象地物端点Ｐの地表面の標高値、z1はz0
にその端点の高さを加えた値である。もちろん、この三
次元地図データベースを得ることが本発明方法を適用し
ての最終目的である。

【００２５】上述のような装置構成により本発明方法を
実施する場合には、例えば次のような具体的手順〜
となる。

【００２６】：各地物に関し高さを求めるべき点集合
の決定 (1) コンピュータシステムを用い、二次元地図データベ
ースのデータを適当なるモニタに地図形態で可視表示さ
せ、測定対象とする地域を指定し、その領域のみを望ま
しくはワーク領域に格納する。以下の処理はこのワーク
領域に就いてのみ行う。 (2) 対象領地域内に記載されている地物データを抽出
し、リストを作成する。地物データとは、図３(A) に示
した地物41に認められるように、原則として家屋、ビル
などを人工構造物を中心とするもので、閉曲線で表現さ
れているものとするが、高架道路等、特に指定するもの
については、開曲線のものを含めて良い。 (3) 全地物データについて、適当なしきい値を定めて多
角形近似を行い、目標端点数と目標端点列の二次元位置
座標を確定する。 (4) 全目標端点に就いて地物ID，地物多角形内端点位置
番号、二次元位置座標、及び作業エリアを付加した形で
端点集合を作り、これを二次元位置座標をキーにして、
高速位置検索が可能な形式に格納する。

【００２７】：計測計画構築 (1) 二次元地図データから、道路を中心とした、移動計
測車21が走行可能な領域データを抽出し、一方通行その
他の交通条件を考慮しながら、走行可能車線ネットワー
クを確定する。 (2) 全端点のそれぞれについて、その端点を囲む走行車
線を確定し、端点からその車線が見える（可視）範囲の
車線リストを作成する。この車線リストには、端点IDと
車線に対応する線分ID、その線分上での位置範囲係数
（例えば線分の一端を0.0,他端を1.0 としたときの範
囲）、車線可視領域端までの二つの距離が登録される。
ただし、どの車線からも見えない端点は別にリストアッ
プする。 (3) 画像データを採取するには、最小ra、最大rbに亘る
適当な距離範囲が必要である。車線リストから同一目標
端点について少なくとも二回以上、この距離範囲を満た
したものが得られる場合には、当該端点の端点IDと車線
情報を計測リストに登録する。この実施形態では、移動
計測車21に設置位置の異なる二台のカメラＡ，Ｂを搭載
し、同時撮像が可能なことを想定しているので、両カメ
ラＡ，Ｂから無事に撮像データが得られる撮像地点を決
定できればそれで良しとする。撮像した時間瞬間は例え
同一であっても、カメラＡで一回、カメラＢで一回の計
二回に亘り、異なる距離から目標端点Ｐを撮像し得るこ
とになる。しかし、これを原理的に言うならば、計測車
21に一台のカメラしか搭載しない場合には、計測車自体
の位置を変えてこの一台のカメラから異なる距離で目標
端点Ｐを見通せるか否かに従い決定する。この場合、実
は、二回の撮像位置はある程度以上、大きく異ならせた
方が、後述のステレオ画像解析上は高精度が得られる。
その意味では、計測車21に二台のカメラＡ，Ｂを搭載す
る方が不利ではある。余程大型な車両を用いないと、二
台のカメラＡ，Ｂの離間距離は大きく採れないからであ
る。そのため、撮像位置を所定距離以上離すことを前提
にした結果、計測車自体の位置を変えて撮像する場合
に、当該所定距離だけ離れた異なる二個所から撮像可能
な位置が見当たらない場合には、その目標端点Ｐについ
てはその旨をマークし、計測リストに登録する。逆に、
データ取得の信頼度を増すために三回以上、より多くの
回数に亘り、同一端点を撮像する場合には、短い方の距
離の小さい順に優先度をつけておくことにする。 (4) このようにして得られた計測リストを当初の車線リ
ストにマッピングして行けば、車線のどの範囲・位置で
どの端点を計測すべきかの情報となるので、最後に、計
測を行うべき区間と定めた区間を可能な限り、最小累積
距離で一巡する計測ルートを設定すれば、それが計測計
画になる。

【００２８】：計測実行 (1) まずは構築した計測計画ルートにおいて、計測（撮
像）地点とその測定地点で撮像すべき目標端点Ｐの水平
方向角データに関する情報を計測順にリストアップす
る。例えば計測ルートID，測定（撮像）点座標、測定す
べき端点の数、端点番号、各端点の所属地物ID，端点の
相対位置、二次元座標、水平方向角推定値、概算距離、
計測処理用フラグ等がこの情報に当たる。 (2) 二次元地図データベースに三次元地図データベース
化のための領域を追加して、記憶領域に展開、初期化を
行っておく。すなわち、各端点のそれぞれの二次元座標
(x,y) の格納領域に加えて、高さ方向座標データ(zo,z
1) の格納エリアや地物コード、屋根の形パターン、処
理に用いたデータID，処理状態フラグ等の格納領域を確
保しておく。壁面の色情報なども併せて格納できる領域
を設けても良い。 (3) 実際に計測ルートを高精度位置測定を行いながら走
行し、測定地点に到達する。この時、計測ルート、要測
定地点を書き込んだ二次元地図を表示しながら現在位置
を確認表示するのが望ましい。 (4) 測定地点では、先に述べた計測計画に従ってカメラ
Ａ，Ｂを目標対象物端点が見える筈の方向に制御し、目
標端点Ｐ（建物の高い方の端点）が図３(C),(D)に示す
ように画面縦方向サイズの上三分の一等、適当な位置に
来るようにした上で画像データを採取し、現在位置情報
（撮像した瞬間における計測点（撮像点）の三次元位置
座標）と撮像条件情報を付けて、確保してある所定のメ
モリ領域に格納する。撮像条件情報とは、既に述べたよ
うに、目標端点ID，撮像した瞬間におけるカメラ視線の
水平方向角、垂直方向角、ズーム係数等である。なお、
この時、樹木その他に遮られて目標端点が見えない場合
は、その近くの目標端点を見通せる場所を新たに計測点
として設定し、上記の計測作業を行うものとする。この
ような場合には、他の作業は自動化し得ても、作業者の
認識、状況判断がどうしても必要となる場合が生じると
考えられる。いずれにしても、測定点を順に移動しなが
ら計測をなして行った結果、測定点がなくなれば計測終
了である。ただし、望ましくは各端点ごとに複数回、例
えば三回以上のデータ採取を行うのが良い。

【００２９】：データ解析（この処理は、上述の計測
中にオンラインでなし得る可能性も十分あるし、計測車
上での、あるいはデータを持ち帰ってのオフライン処理
とすることももちろんできる；ここではオフライン処理
の場合に就き説明する） (1) 対象領域の高さを測定すべき地物をリストアップし
たファイル、および各地物の多角形近似した端点ファイ
ルを準備する。 (2) 適当なルールの下で、地物オブジェクトを順に選択
し、かつその地物の端点を適当なルールで（たとえば真
東方向から反時計周り）選択する。 (3) 適当なるディスプレィにて撮像して来た広角画像を
表示し、その画面上にて対応する端点Ｐを指定し、この
端点の水平方向角及び垂直方向角の概算値を求める。 (4) 撮像して来た狭角カメラＡ，Ｂの画像を画像処理ソ
フト等を用いて上述の指定端点Ｐの見える方向の画像に
なるように制御し、画面上での焦点・ズーム等の制御を
行い、当該端点Ｐが二つのカメラＡ，Ｂの画像に写って
いることを確認する。 (5) 二つの狭角画像データ上の目標端点Ｐを適当なるポ
インティングデバイスで指定し、指定確定操作（例えば
マウスを用いる場合は指定点上でクリックする）するこ
とで、それらの画像に関する計測条件を考慮しながら、
これら二枚の狭角画像データに基づきそれぞれ目標端点
Ｐを見通す水平方向角、垂直方向角の詳細データを得、
その後、図４に示した計算プログラムにより、目標端点
Ｐの三次元位置座標または高さを計算する。 (6) 処理結果を三次元データベースの対応地物部分に格
納する。 (7) さらに望ましくは、処理結果の目標端点Ｐの三次元
座標の高さ関係情報について、画像からの目視形状と計
算結果を確認し、必要なら平均化あるいは結果の修正を
行い、また地物種類、屋根形状のパターンコード、さら
に望ましくは屋根面とは垂直な関係の壁面の形、色等の
付帯情報も、作業者の選択操作、ないし予め定められた
パターンとの画像マッチングにより取得し、併せて格納
しておくとより望ましい。 (8) 上記で求めた三次元地図データベースを用いて、少
なくとも一つの計測点からの見え方の表示を行い、画像
データと対象としている地物に対しては、ほぼ同一であ
ることをチェックする。おかしな部分があればデータを
見直し修正し、未処理地物があればこの項の(2) に戻
る。

【００３０】しかるに、上記した三次元位置座標または
高さの計算プログラムは、公知の立体視解析手法（ステ
レオ画像解析法）から容易に得ることができる。しか
し、念の為、本書においても図６に即し、その原理的な
一例に就き、以下にて一応、掲げておく。

【００３１】先ずは図６(A) に従い、 計測点（撮像位
置）Ａ，Ｂからそれぞれ異なる視野方向に目標端点Ｐが
見込まれる一般的な場合から説明する。 なお、点Ｈは、
先に図３(A) に即し説明したように、二次元地図データ
ベース上では同一の端点ないし隅角部として示される
が、 同じく図３(B) に示したように、ある地物41の一つ
の頂点である目標端点Ｐの真下にあって地表に接する部
分である。さて、図６(A)中で点Ａ，Ｂで示されている
計測点Ａ，Ｂの三次元位置座標を、便宜的に点Ａを原点
としてそれぞれ(x0,y0,z0)，(x1,y1,z1)とする。ここ
で、GPS等では座標系は本来は「経度、緯度」座標系であ
るが、計測点と目標端点との距離は、本発明によると地
表上からの撮像であるために通常、500mを越えない範囲
に抑えることができるので、こうした経度、緯度系の値
をいわゆる「19座標系」と呼ばれる直交座標系(x,y) に
換算して用いることにする。ｚは標高値として、計測点
Ａ，Ｂでは、それら各点から目標端点Ｐを見るときの水
平方向角、垂直方向角がそれぞれ(φa,θa)及び (φb,
θb)として十分な精度で求まったものとする。しかる
に、目標端点Ｐの三次元直交座標系における座標値を(x,
y,z) とすると、いわゆるステレオ画像解析法で採られ
ている立体解析幾何学により、先に求められている水
平、垂直方向角について、次の方程式が成立する。

【００３２】 tan(φa)＝ (y-y0)／(x−x0) ・・・ ＃1) tan(θa)＝ (z−z0)／sqrt｛(x−x0)**2+(y−y0)**2｝ ・・・ ＃2) tan(φb)＝ (y-y1)／(x−x1) ・・・ ＃3) tan(θb)＝ (z−z1)／sqrt｛(x−x1)**2+(y−y1)**2｝ ・・・ ＃4)

【００３３】#1式を(y-y0)について、#3式を(y-y1)につ
いて解き、 y−y0＝tan(φa)*(x-x0) ・・・ ＃5) y−y1＝tan(φb)*(x-x1) ・・・ ＃6) とした上で、それぞれ#2，#4式に代入し、さらに、 1+tan(φ)**2＝ 1／cos(φ)**2 なる一般的な関係を各々用いて変形すると、下記#7，#8
式が得られる。 (x-x0)*tan(θa)／cos(φa)＝z−z0 ・・・ #7) (x-x1)*tan(θb)／cos(φb)＝z−z1 ・・・ #8)

【００３４】ここで、 λ0 ＝tan(θa)／cos(φa) ・・・ #9) λ1 ＝tan(θb)／cos(φb) ・・・ #10) としてこの値を求め、#7，#8式のx,z に関する連立一次
方程式からx を解き、先掲の式群を用いれば、最終的に
x,y,zが下式のように求まる。 x ＝｛(λ1*x1−λ0*x0)―(z1-z0)｝／（λ1-λ0） ・・・ #11) y ＝ 0.5*｛tan(φa)*(x-x0)+tan(φb)*(x-x1)+(y0+y1)｝ ・・・ #12) z ＝ 0.5*｛λ0*(x-x0)+λ1*(x-x1)+(z0+z1)｝ ・・・ #13)

【００３５】ただし上式では、cos(φa)，cos(φb)はい
ずれも“０”でないとしている。これらが“０”の時、
あるいは“０”に極めて近いときは、上記の計算式は急
激に精度が悪化するので、このような場合には対応した
計算式に切り替えるものとする。このような場合とは、
具体的には、目標端点Ｐが、カメラＡ，Ｂの含まれる鉛
直平面上あるいはその平面の極く近傍にある場合であ
る。図６(B) がこの模様を示している。

【００３６】EPSをある定数、 例えばcos(75度) ないしc
os(89度) レベルにある予定の定数として、 ｜cos(φa)｜<EPS，または、｜cos(φb)｜<EPS であって測定目標端点ＰがカメラＢからカメラＡを見通
す方向にある時、カメラＡ及びカメラＢの水平方向角を
“０”とした上でカメラＡを介して得られた鉛直方向角
をθa 、 カメラＢを介して得られた鉛直方向角をθb と
し、測定目標端点Ｐからｘ−ｙ平面に降ろした垂線の足
をＨとする。なお、先にも少し触れたが、カメラＡ，Ｂ
の高さ方向原点位置は実際にも図３(B) に示される対象
地物41の地表と接する高さとして問題のない場合も多
い。 移動計測車21は対象地物41のすぐ近くを通るからで
ある。

【００３７】ここで、 PA＝a, PB＝b, PH＝h, AH＝r, とし、さらに、 θc ＝atan(D／L) LD ＝sqrt(L*L+D*D) とおくと、三角法により、 h,r が次のように求まる。 h＝ LD*sin(θa)*sin（θb+θc）／sin(θa-θb)； r＝ LD*cos(θa)*sin（θb+θc）／sin(θa-θb) ・・・ #14)

【００３８】これは、測定目標点が、カメラＢからカメ
ラＡを見通す垂直平面内にあるとした場合の解である
が、その極く近傍にある場合も含めて、次のように近似
解を構成する。 x＝ x0+r*cos(φa)； y＝ y0+r*sin(φa)； z＝ z0+h ・・・ #15) このような計算式を用いれば、カメラＡの前方領域、す
なわち左右90度から前の領域については、ほぼ一様な精
度で解が求まる。従って、-90<θa、θb<90度でθa とθ
b が等しくないという条件をつければ、全ての場合に、
目標端点Ｐの三次元座標(x,y,z) を計算できる。そし
て、実用上は、上記の処理を行う関数を、GetPos3D(x0,
y0,z0,x1,y1,z1,φa,θa,φb,θb,*x,*y,*z) として用
いる。すなわち、計測点Ａ，Ｂの三次元位置座標(x0,y
0,z0)，(x1,y1,z1)、及び計測点からの目標端点Ｐの方
向角 (φa,θa), (φb,θb) を入力データとして、当該
目標端点Ｐの三次元座標値(x,y,z) を出力する関数であ
る。

【００３９】以上、本発明の望ましい実施形態に即して
説明したが、本発明の要旨構成に従う限り、任意の改変
は自由である。撮像手段31，32としても、先に述べた通
り、デジタルビデオカメラが望ましいが、他の適当なる
撮像手段を用いることができる。移動手段21も、図示の
ような自動車両でなくても良く、任意のものであって良
い。搭載する撮像手段も、二台以上として一度に目標端
点を二回撮像したに等しい結果を得ることができるのが
作業上は便利であるが、これも先に少し触れたように、
一台として、かなり距離を置いた所から目標端点Ｐを文
字通り二回に亘り撮像するようにしても良く、その方が
精度上は好ましいこともある。画像解析手法自体も、本
発明が直接にこれを規定するものではなく、市場に提供
される任意の技法によって良い。

【００４０】

【発明の効果】本発明によると、既得の二次元地図デー
タベースを有効に利用し、予定の計測ルートに従って測
定すべき予定の地物のすぐ近くの地表上を移動しなが
ら、当該地物の目標端点を順次撮像し、画像解析するの
で、二次元地図データベースに地物の三次元座標位置な
いし少なくとも高さ情報を付加する形でデータ入力する
に際し、従来の人海戦術による戸別調査法や、余りに高
すぎる所からの情報であるために精度の出せない航空写
真を利用した手法に比し、遥かに簡単、低コストで三次
元地図データベースを構築することができる。また、将
来の技術の進歩の影響をそのままに享受し得る構成原理
となっているため、画像認識技術のハードウエアの高速
化、大容量化、ソフトウエアによる解析手法の進歩等々
に伴い、最終的には計測車を予定のルートに沿って走ら
せながらデータ採取と解析をオンラインでなして行くこ
とで、予定の走行範囲を走行し終わればそこで既に三次
元地図データベースが作成されている，と言う状況に至
るのも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に用いるに適当な装置構成の概略構
成図である。

【図２】図１中の採取データ格納手段の内部構成概念の
説明図である。

【図３】ディスプレィを介し作業者に提示すべき画像例
の説明図である。

【図４】図１中の三次元位置座標算出手段の構成例の説
明図である。

【図５】本発明により作成されるべき図１中の三次元地
図データベースの概念の説明図である。

【図６】目標端点の三次元位置座標または高さを算出す
る原理の説明図である。

【符号の説明】

11 二次元地図データベース記憶手段 12 地表位置座標計測手段 13 カメラ画像入力手段 14 採取データ格納手段 15 カメラ画像対応点入力手段 16 三次元位座標算出手段 17 三次元地図データベース格納手段 21 移動手段( 移動計測車) 30 撮像機構 31,32 撮像手段 33 架台 34 水平回動装置 35 垂直回動装置 41 目標地物 Ｐ 目標端点

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既得の二次元地図データベース上の特定
   の地域内に存在する各地物において、該二次元地図デー
   タベースに基づく二次元平面投影画像中にて表示される
   各地物の隅角部の中、高さを求めたい隅角部の集合を目
   標端点群として予め決めておき；地表上を移動しながら
   該各目標端点を少なくとも二個所以上の互いに異なる測
   定点から撮像手段により撮像して行く一方；移動しなが
   らも地表位置検出システムによりその時々で求められる
   目標端点撮像時の各測定点の三次元位置座標、もしくは
   二次元位置座標と予め定めた測定点の高さ位置と、目標
   端点を撮像した時の各撮像データとに基づき、上記二個
   所以上の撮像画像中に表れる目標端点を立体解析幾何学
   により解析し、その三次元位置座標または高さを算出し
   た後；得られた三次元位置座標または高さデータを、そ
   の目標端点の二次元地図データベース上における二次元
   位置座標と対応付ける関係で二次元地図データベースに
   追加すること；を特徴とする三次元地図データベースの
   作成方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法であって；上記地表
   上を移動するための移動手段上に、上記撮像手段を少な
   くとも二台以上、搭載位置を変えて搭載させ、これら少
   なくとも二台以上の撮像手段から上記目標端点を撮像す
   ることにより、該目標端点を上記少なくとも二個所以上
   の互いに異なる測定点から撮像した撮像画像を得るこ
   と；を特徴とする方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の方法であって；上記移動
   手段は作業者が同乗できる自動車両であること；を特徴
   とする方法。
4. 【請求項４】 請求項２記載の方法であって；上記二次
   元地図データベース上の特定の地域内に存在する各地物
   ごとの測定予定の目標端点を連続的に撮像可能な移動経
   路を予め決定した後、上記移動手段上の基準点の三次元
   位置座標を上記地表位置検出システムにより求めなが
   ら、上記少なくとも二台以上の撮像手段により、上記目
   標端点群中の各目標端点を連続的に撮像して行くこと；
   を特徴とする方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の方法であって；上記各地
   物にあって高さを求めたいとして予め決定しておく上記
   隅角部が二次元地図データベース上では明確な角部とし
   て認識できない場合、二次元平面解析幾何学における多
   角形近似により、該隅角部を決定すること；を特徴とす
   る方法。
6. 【請求項６】 請求項２記載の方法であって；上記目標
   端点を上記少なくとも二台以上の撮像手段から見た場合
   の視線が同一の鉛直面内に位置するか、もしくはこの鉛
   直面内の極く近傍に位置するがために立体解析幾何学で
   は解析できない場合、当該鉛直面内における平面幾何学
   の適用により、該目標端点の三次元位置座標または高さ
   を算出すること；を特徴とする方法。
7. 【請求項７】 請求項１記載の方法であって；撮像手段
   はビデオカメラであること；を特徴とする方法。
8. 【請求項８】 地表上を移動する移動計測車と；該移動
   計測車上に搭載され、既に提供されている二次元地図デ
   ータベースを格納しておく手段と；該移動計測車上に搭
   載され、該移動計測車上に定めた基準点位置の三次元位
   置座標、もしくは該基準点の二次元位置座標と高さ位置
   を検出する地表位置座標計測手段と；該移動計測車上に
   搭載され、互いの位置関係が既知、固定の少なくとも固
   定の二台以上の撮像手段と；該移動計測車上に搭載さ
   れ、上記撮像手段の撮像画像データと、該データを採取
   した瞬間の撮像三次元位置データ及び撮像条件とを互い
   に対応付けて格納する採取データ格納手段と；該移動計
   測車上に搭載され、上記撮像手段により撮像した画像中
   に含まれる地物の各頂点と、上記二次元地図データベー
   スに基づく二次元平面投影画像では角点で表される各地
   物の隅角部の中、予め高さを求めたいとして決定してあ
   る隅角部の各々との対応を採る撮像画像対応点入力手段
   と；該移動計測車上に搭載され、上記目標端点撮像時の
   上記基準点の三次元位置座標、もしくは二次元位置座標
   及び高さ位置と、該目標端点を撮像した時の各撮像デー
   タとに基づき、該少なくとも二つの撮像画像中に表れる
   該目標端点を立体解析幾何学により解析し、その三次元
   位置座標または高さを算出する算出手段と；該移動計測
   車上に搭載され、上記算出された三次元位置座標または
   高さデータを、その目標端点の上記二次元地図データベ
   ース上における二次元位置座標と対応付ける関係で二次
   元地図データベースに追加、格納する格納手段と；を有
   して成る三次元地図データベースの作成装置。