JP3490774B2 - ジオスペシフィックテクスチャ生成の方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は、フライトシミュレー
タ等、訓練装置における、窓外視界発生装置に使用す
る、ジオスペシフィックテクスチャパターンの生成方
法、特に空中写真の歪補正に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来のフライトシミュレータの窓外視界
発生装置における、地表にマッピングするためのテクス
チャパターンに、一様な模様の繰り返しのものがあっ
た。これは、地域の固有性を表現することができず、ま
た、現実性にも欠けるものであった。これに対し、ジオ
スペシフィックテクスチャパターンをマッピングするも
のがあり、これはその地域独特な地形映像を発生させる
ことができるものである。 【０００３】ジオスペシフィックテクスチャパターンの
生成源は、航空機から地表を撮影した、空中写真が考え
られる。その場合、写真が中心投影であるため、地表の
標高の高低による歪みがあり、写真そのものをテクスチ
ャパターンとして使用することはできない。写真をテク
スチャパターンとして使用するには、中心投影像から正
射影像に歪補正しなければならない。 【０００４】カメラで地表を撮影する場合、地表の任意
の点は、簡単な座標変換により、フィルム上のある点に
中心投影される。この座標変換式は、撮影を行った航空
機（カメラ）の位置と姿勢によって与えられる。さら
に、この座標変換式を使って空中写真上から座標変換を
して正射影像に変換することが考えられる。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかし、この座標変換
式を使って空中写真上から座標変換をして正射影像に変
換するには、以下のような問題があった。 【０００６】問題１ 空中写真を撮影した航空機の位置
と姿勢が明確でなければならないが、空中写真からこれ
らを数式で得ることはできない。 【０００７】問題２ 空中写真の像にはｚ方向（高さ方
向）の情報がないため、空中写真のみでは座標変換でき
ない。 【０００８】問題３ 問題２を解決するため、地表の点
と空中写真上の点との対応をつける上記座標変換式によ
り地表から空中写真に座標変換するとしても、地表にお
ける非常に細かい標高データが必要となり、これをあら
かじめ準備しておくことは、不可能である。この標高デ
ータを得るための地表の点の数は、運用上必要なジオス
ペシフィック・パターンの分解能に関係しており、航空
機であれば例えば４ｍ四方の分解能が必要である。これ
は、空中写真に座標変換すべき地表の点を地表座標系の
Ｘ_w，Ｙ_w平面において、Ｘ_w方向、Ｙ_w方向に、それぞれ
例えば４ｍ間隔で設定しなければならないことである。
前記地表の各点のＺ_w成分である標高値Ｚ_owは、その
Ｘ，Ｙ成分であるＸ_ow，Ｙ_owの関数では与えられないの
で、データとして保持していなければならないが、広域
のジオスペシフィックテクスチャパターンを生成しよう
とする場合、４ｍ間隔の標高データでは膨大な量になっ
てしまうのである。 【０００９】この発明は、上記のような問題を解決し、
空中写真の歪補正を半自動的に行い、ジオスペシフィッ
クテクスチャを生成させる方法を提供することを目的と
する。 【００１０】 【課題を解決するための手段】この発明に係るジオスペ
シフィックテクスチャパターンの生成方法は、空中写真
によりジオスペシフィックテクスチャ・パターンを生成
するものであって、空中写真を画像データとして得てお
くとともにコンピュータの画面上に表示した該空中写真
上の任意の複数標本地点を人がマウスで画面指示してそ
の位置をコンピュータにより計算し、実写写真位置とし
て得ておく第１の過程と、前記コンピュータの画面と同
一画面に同時に表示させ、前記任意の複数標本地点に対
応するように人がマウスで画面指示した地図上の位置を
コンピュータにより計算し、標高値を含めて地表位置と
して得ておく第２の過程と、コンピュータにより、仮想
するカメラの位置及び姿勢を所定の範囲内で仮想的に変
化させて、前記任意の複数標本地点に対応する第２の過
程による地表位置を、前記カメラにより撮影したときの
地表座標系にある地表上の点をフィルム座標系に変換す
る変換式を用いてコンピュータにより、仮想写真位置と
して座標変換し、前記実写写真位置に最も近い仮想写真
位置をコンピュータにより検索し、そのときの仮想され
たカメラの位置及び姿勢を前記空中写真を撮影したとき
のカメラの位置及び姿勢とみなす第３の過程と、地表座
標系の複数地点に対応して記憶素子を配列した歪補正空
中写真用メモリを備え、地表座標系について前記複数地
点の数より少なく設定した参照地点の標高値をラグラン
ジュ補間で補間することにより前記複数地点の補間標高
値をコンピュータにより求め、その求めた複数地点の補
間標高値の地表位置を前記第３の過程によりみなされた
位置及び姿勢にあるカメラによって撮影されたものとし
てコンピュータにより前記変換式を用いてフィルム座標
系に歪補正写真位置として変換し、当該歪補正写真位置
にある前記第１の過程における画像データを前記複数地
点に対応して前記歪補正空中写真用メモリに格納する第
４の過程とを有するものである。 【００１１】 【作用】本発明に係るジオスペシフィックテクスチャパ
ターンの生成方法においては、次のように作用する。ま
ず、空中写真を画像データとして例えばファイル化して
おく。そして、この空中写真から任意の複数標本地点を
選び、その位置を実写写真位置として得ておく。写真上
において、ある一定点が基準位置に定められ、そこから
写真上の各地点の位置が測定される。また、地図上にお
いて、前記の任意の複数標本地点に対応する地点を探し
てその地点の標高値とともにその位置を地表位置として
得ておく。地図上において、ある一定点が基準位置に定
められ、そこから各地表位置が測定される。 【００１２】 空中写真はコンピュータの画面上に表示
させるようにし、その表示された画面上で前記任意の複
数標本地点をマウスで画面指示する。マウス指示により
写真上の位置をコンピュータにより計算し、実写写真位
置として得ることができる。また、地図についても前記
空中写真を表示したコンピュータの画面と同一画面に同
時に表示させるようにし、その表示された画面上で前記
任意の複数標本地点に対応するようにマウスで画面指示
する。指示された位置についての標高値を入力するとと
もにマウスの画面指示により地図上の位置をコンピュー
タにより計算し、地表位置として得ることができる。 【００１３】 次に、カメラが前記地図によって表わさ
れる地形の上空にあるものと仮定して、そのカメラが仮
想的に上空を移動かつ姿勢を変えて撮影すると仮定す
る。カメラが地表の基準位置から任意の位置にあるとき
地表を撮影した場合、その地表上の各点は変換式により
フィルム座標系の対応する点に座標変換される。この変
換された位置を仮想写真位置と呼ぶことにする。従っ
て、コンピュータにより仮想カメラが移動する毎に前記
任意の複数標本地点に対応する地図上の地点の仮想写真
位置は、フィルム座標系内で変化することになる。この
カメラの移動途中の所定箇所（計算により一次近似した
仮想カメラ位置を中心とし立方体の各格子点）毎に前記
任意の複数標本地点の実写写真位置と仮想写真位置を比
較し、その誤差の最も少ないものすなわち前記実写写真
位置に最も近い仮想写真位置をコンピュータにより検索
する。そのときの仮想されたカメラの位置及び姿勢を前
記空中写真を撮影したときのカメラの位置及び姿勢とみ
なす。空中写真はカメラの位置、姿勢がいかなるもので
撮影したかの情報はないのであるが、複数箇所の標本地
点の位置が互いに近似していれば、未知である空中写真
のカメラの位置、姿勢は既知のカメラのものと同じとみ
なしても差し支えない。 【００１４】ここで、空中写真が撮影された地図平面上
の領域を所定の複数に例えば格子状に細分し、その細分
された複数地点に記憶要素を対応させたメモリを用意し
ておく。このメモリを歪補正空中写真用メモリと呼ぶ。
この細分は、歪補正空中写真用メモリが空中写真の画像
データを再生するのに十分な分解能を備えるように行わ
れている。 【００１５】 また、参照地点を前記複数地点の数より
少なく設定しておき、その地点の標高値を記録してお
く。この参照地点の標高値は、前記地図上の領域全てに
ついて与えたものではないから、前述のように格子状に
細分した複数地点の標高値を求める。この標高値は標本
地点の標高値を補間することにより補間標高値としてコ
ンピュータにより求められる。この補間は、ラグランジ
ュ補間により実現することができる。 【００１６】 次に、前述の位置、姿勢にあるとみなさ
れたカメラによって、各地点の前記補間標高値の地表を
撮影したものとする。各地点の地表はコンピュータによ
り前述の変換式を用いてフィルム座標系に歪補正写真位
置として変換される。当初説明したように空中写真が画
像データとして得られていて、前記歪補正写真位置にあ
る画像データを読出す。この読出された画像データは各
地点の前記補間標高値の地表を撮影したものであり、補
間標高値を得た各地点に対応して設けた歪補正空中写真
用メモリに格納する。歪補正空中写真用メモリは、地図
上の領域を細分化した複数地点に記憶要素を対応させて
いるから、そこに記憶されている画像データにより表現
される地形は地図の表現と同様に正射影したものとな
る。このようにして、空中写真の画像データが正射影に
歪補正されて歪補正空中写真用メモリに格納されて、ジ
オスペシフィックテクスチャパターンが生成される。 【００１７】 【実施例】以下、この発明に係るジオスペシフィックテ
クスチャパターン生成の方法の実施例を図について説明
する。以下、航空写真の撮影高度が約１０００ｍと仮定
して実施例を示す。図１は、空中写真からジオスペシフ
ィックテクスチャを生成する手順及び必要なデータ、フ
ァイルを表わすものであり、図示しないプロセッサによ
り実行される。図１において、（Ｐ１）は空中写真及び
地図のデジタルサンプリングの過程を表す。対象となる
地域（ゲーミングエリア）を撮影した複数の空中写真
と、その地域の地図（実施例では１：２５０００）をス
キャナーにより、例えば１００ｄｏｔ／ｉｎｃｈの詳細
度でサンプリングし、写真ファイルと地図ファイルを作
成する。 【００１８】図１において、（Ｐ２）は、各写真ファイ
ルに対して、それを撮影したカメラ（航空機に搭載され
る）の位置、姿勢の検索を施すに必要な情報をＥＷＳ(E
ngineering Workstation：対話性に優れたマン−マシン
インターフェイスによって、設計者自身によって、対話
的に設計作業を進めることができる小型パーソナルコン
ピュータ等）等の画面上で与える過程を示す。ここで、
情報とは以下の（ａ）〜（ｄ）である。 【００１９】（なお、本明細書において、ベクトル表
示、例えばベクトルｒを、＜ｒ＞と表示又は白抜きで表
示する。各図におけるベクトルは太字又は白抜きで表示
している。） 【００２０】（ａ） 写真ファイルの内容をＥＷＳ画面
に表示した空中写真の４端にある標準点のピクセル座標
＜ｒ＞_photorg[n] （ｎ＝１，２，３，４）。ここでピ
クセル座標はＥＷＳ画面上に設けた座標である。 【００２１】（ｂ） 地図ファイルの内容をＥＷＳ画面
に表示した地図上の任意の２点のピクセル座標＜ｒ＞
_maporg[n] （ｎ＝１，２）及び、各点の緯度、経度。
ここで緯度、経度は地表座標系で表わされる。 【００２２】（ｃ） 空中写真上の任意の５点の標本地
点のピクセル座標＜ｒ＞_{photcrsp[n ]} （ｎ＝１，２，
３，４，５）。 【００２３】（ｄ） （ｃ）で指定した各標本地点に対
応する地図上の点のピクセル座標＜ｒ＞_mapcrsp[n]
（ｎ＝１，２，３，４，５）及び、各点の標高値。 【００２４】これらの情報は、マウスによる画面指定、
及び例えばキーボード操作の数値入力によって行い、写
真ファイル及び地図ファイル内に保存する。図２はこれ
らの入力を行うために、ＥＷＳの画面に表示するウィン
ドウを示す。写真表示用ウインドウ２１と地図表示用ウ
インドウ２２はそれぞれ同じ大きさの表示領域を有し、
その各々の左上をピクセル座標の原点とする。操作者が
前記（ｃ）の標本地点を写真表示用ウインドウ２１の写
真上にマウスで指示することにより、図示しないプロセ
ッサの処理でピクセル座標＜ｒ＞_photcrsp[n]が測定さ
れる。これが図１の（Ｐ２．１）の過程であり、これに
より測定された位置を実写写真位置とする。さらに前記
（ｄ）のように、その写真表示用ウインドウ２１に指示
した写真画面の地点を見ながら地図表示用ウインドウ２
２の地図からその標本地点に対応する地点を探してマウ
スで指示することにより、そのピクセル座標＜ｒ＞
_mapcrsp[n]が測定される。このとき、指示した標本地点
の標高値を数値入力用ウインドウ２５の表示を参照しつ
つキー入力する。これが図１の（Ｐ２．２）の過程であ
り、これにより測定された位置を地表位置とする。な
お、ＥＷＳの画面に表示する他のウインドウとしてファ
イル名入力ウインドウ２３、アラート表示用ウインドウ
２４がある。 【００２５】図１において、（Ｐ３）は、（Ｐ２）で入
力した写真上の標本地点のピクセル座標＜ｒ＞
_photcrsp[n]と地図上の点＜ｒ＞_mapcrsp[n]から、空中
写真を撮影したカメラの位置及び姿勢を検索する過程で
ある。この過程の処理フローを図３及び図４に示す。 【００２６】図５は地表を任意の位置及び姿勢にあるカ
メラで撮影した場合の、地表の点のフィルムへの投影を
説明する図である。このとき、地表座標系の地表の点の
フィルム座標系への座標変換は、次の式（１）による。 【００２７】 【数１】 【００２８】上記式（１）において、Ｔは式（２）で表
され、 【００２９】 【数２】 【００３０】であり、また、 【００３１】＜ｒ＞_f：フィルムへ投影された点のフィ
ルム座標系における位置ベクトル、 【００３２】Ｚ_oc：＜ｒ＞_ocのＺ成分、 【００３３】Ｄ_f：カメラの焦点距離（空中写真に記載
されている）、 【００３４】＜ｒ＞_ow：地表の点の地表座標系における
位置ベクトル、 【００３５】＜ｒ＞_cw：地表座標系におけるカメラの位
置ベクトル、 【００３６】＜Ｚ＞_c／Ｚ_c：カメラ座標系におけるＺc
軸方向単位ベクトル、 【００３７】Ｔ：航空機に搭載されたカメラの姿勢によ
る回転変換行列、 【００３８】ψ：航空機に搭載されたカメラのＺ軸回り
の回転角、 【００３９】θ：航空機に搭載されたカメラのＹ軸回り
の回転角、 【００４０】φ：航空機に搭載されたカメラのＸ軸回り
の回転角、である。 【００４１】図３及び図４において、（Ｓ１）〜（Ｓ
５）では、仮想するカメラの位置＜ｒ＞_cwの概算を行
う。（Ｓ１）では、カメラの位置検索中心＜ｒ＞_cwoを
設定する。この設定は、複数標本地点に対応する地図上
のピクセル座標＜ｒ＞_mapcrsp[n]をピクセル座標から地
表座標系に変換し、その平均値をとることにより行う。
この＜ｒ＞_mapcrsp[n]のピクセル座標から地表座標系へ
の変換は、前述の地図上の任意の２点の緯度、経度及び
ピクセル座標＜ｒ＞_maporg[n]を基準点として、そこか
らのピクセル座標の差により地図上すなわち地表座標系
に変換する。（Ｓ２）は、航空機に搭載されたカメラの
姿勢検索中心の設定であり、ψ_o＝０，θ_o＝０，φ_o＝
０とする。（Ｓ３）では、検索中心における回転変換行
列Ｔを式（２）により計算する。（Ｓ４），（Ｓ５）
は、カメラあるいはそれを搭載する航空機の位置を、ｄ
＜ｒ＞_cwの間隔で仮想的に移動させながら、地図上の標
本地点を式（１）で座標変換し、写真上の標本地点の座
標との相違が、最も小さくなる＜ｒ＞_cwを求める過程で
ある。カメラの位置の移動は、検索中心を中心とした、
一辺４０００ｍの立方体の内部で行なう。ここで、ｄ＜
ｒ＞_cw＝（１００ｍ，１００ｍ，１００ｍ）とする。す
なわち、一辺４０００ｍの立方体は４０×４０×４０個
の立方体に分けられ、この小立方体を特定するため、パ
ラメータｋ，ｌ，ｍ（−２０〜２０の整数）を指定す
る。そして、（Ｓ４．１）でカメラの位置を式（３）に
より設定する。 【００４２】 【数３】 【００４３】（Ｓ４．２）では地図上の標本地点＜ｒ＞
_mapcrsp[n]を式（１）によりフィルム座標に座標変換し
て、＜ｒ＞_f[n]を計算する。この場合の＜ｒ＞_f[n]は仮
想カメラが撮影した点であるから仮想写真位置である。
（Ｓ４．３）では、各標本地点について、前記（Ｓ４．
２）で座標変換して得た計算値＜ｒ＞_fと写真上の測定
値（前記図１における（Ｐ２）の情報（ｄ）のピクセル
座標）＜ｒ＞_{photcrsp[n ]}との差をとり、その２乗した
値の大きい標本地点のものをそのカメラの位置＜ｒ＞
_cw[k][l][m]における差Ｄ[k][l][m]とする。 【００４４】次に、（Ｓ５）では、各点に対応するパラ
メータの組｛ｋ，ｌ，ｍ｝の内、前記差Ｄ[k][l][m]を
最小にする組｛ｋ_o，ｌ_o，ｍ_o｝を検索する。 【００４５】このように、（Ｓ１）〜（Ｓ５）でカメラ
の位置＜ｒ＞_cwの概算を行って、その位置が差Ｄ[k][l]
[m]を最小にする組｛ｋ_o，ｌ_o，ｍ_o｝であることが、求
められた。 【００４６】次に、（Ｓ６）〜（Ｓ１２）で、より精度
の高い検索を行い、カメラの位置と姿勢を決定する。位
置の検索中心は、（Ｓ６）で、＜ｒ＞_cwo＝＜ｒ＞
_{cw[ko][lo ][mo]}とする。すなわち、前記（Ｓ５）で検索
した＜ｒ＞_{cw[ko][lo][mo]}を新たな検索中心＜ｒ＞_cwo
として再設定する。 【００４７】（Ｓ７）で位置及び回転角の検索間隔の設
定を行う。回転角についてｄψ＝ｄθ＝ｄφ＝２ｄｅ
ｇ、位置についてｄ＜ｒ＞_wc＝（５０ｍ，５０ｍ，５０
ｍ）とする。 【００４８】（Ｓ８）の過程で、ｄ＜ｒ＞_cwの間隔で移
動させるとともに姿勢角ψ、θ、φを変化させ、式
（１）の座標変換の計算結果と、写真上の測定値（前記
図１における（Ｐ２）の情報（ｄ）のピクセル座標＜ｒ
＞_mapcrsp[n]）との比較を行う。姿勢角はパラメータ
ｊ，ｋ，ｌに与えられる整数によって±２０×２ｄｅｇ
だけ２ｄｅｇずつ変化し、位置はパラメータｍ1，ｍ2，
ｍ3に与えられる整数によって前記再設定した位置から
縦横高さに各±２０×５０ｍだけ５０ｍずつ移動する。 【００４９】（Ｓ８．１）の過程で、カメラの位置及び
回転角の設定が式（４）で行われる。すなわち、 【００５０】 【数４】 【００５１】である。 【００５２】（Ｓ８．２）で、上記のように設定された
角度ψ、θ、φが式（２）に与えられて、回転行列Ｔが
計算される。さらに、（Ｓ８．３）では、地図上の標本
地点＜ｒ＞_mapcrsp[n]を式（１）によりフィルム座標に
座標変換して、＜ｒ＞_f[n]を計算する。この場合の＜ｒ
＞_f[n]は仮想カメラが撮影した点であるから仮想写真位
置である。（Ｓ８．４）では、各標本地点について、前
記（Ｓ８．３）で座標変換して得た値＜ｒ＞_fと写真上
のピクセル座標＜ｒ＞_photcrsp[n]との差をとり、その
２乗した値の大きい標本地点のものをそのカメラの位置
＜ｒ＞_cwにおける差Ｄ[j][k][l][m1][m2][m3]とする。 【００５３】次に、（Ｓ９）では、各パラメータの組
｛ｊ，ｋ，ｌ，ｍ1，ｍ2，ｍ3｝の内、前記差Ｄ[j][k]
[l][m1][m2][m3]を最小にする組｛ｊ_o，ｋ_o，ｌ_o，ｍ
1_o，ｍ2_o，ｍ3_o｝を検索する。（Ｓ１０）では、検索し
た差Ｄ[j_o][k_o][l_o][m1_o][m2_o][m3_o]が、許容誤差の範
囲内であるか否かを判定し、許容誤差の範囲内すなわち 【００５４】 【数５】 Ｄ[j_o][k_o][l_o][m1_o][m2_o][m3_o]≦ＤMAX …（５） 【００５５】を満足すれば、このときの＜ｒ＞_cw，ψ，
θ，φを、写真撮影時のカメラの位置と姿勢であるとす
る。 【００５６】また、上記式（５）を満足しないときは、
（Ｓ１１）のように、位置及び回転角の検索中心の再設
定を行う。すなわち、前記（Ｓ９）で検索した[j_o][k_o]
[l_o][m1_o][m2_o][m3_o]で定まる位置及び姿勢角を式
（６）のように新たな検索中心とする。 【００５７】 【数６】 【００５８】（Ｓ１２）で位置及び回転角の検索間隔の
再設定を行う。回転角についてｄψ＝ｄψ／２，ｄθ＝
ｄθ／２，ｄφ＝ｄφ／２、位置についてｄ＜ｒ＞_wc＝
ｄ＜ｒ＞_wc／２として、より細かく変化させる。このよ
うに設定して、（Ｓ８）に戻り上述と同様に（Ｓ１０）
まで進める。 【００５９】上述のように、（Ｓ１０）で差Ｄ[j_o][k_o]
[l_o][m1_o][m2_o][m3_o]が、許容誤差の範囲内であると判
定された場合は、この[j_o][k_o][l_o][m1_o][m2_o][m3_o]で
定まる位置、姿勢角を空中写真を撮影した位置、姿勢角
として、図１の（Ｐ４）の歪補正に進む。（Ｐ４）は、
（Ｐ３）で求めたカメラの位置、姿勢角＜ｒ＞_cw，ψ，
θ，φを使って、空中写真を歪補正する過程である。空
中写真は、図６のように中心投影であるため、地表の標
高の高低による歪みがあり、地図のように正射影になっ
ていない。そのため、空中写真の点を地図上に正射影し
て歪補正するのである。後述するように、空中写真が撮
影された地図平面上の領域の所定の複数地点に記憶要素
を対応させた歪補正空中写真用メモリ６１を用意して、
歪補正を施した後の空中写真の点の画像データを歪補正
空中写真用メモリ６１に格納する。ここで歪補正空中写
真用メモリ６１は、ある一色の色を記録することができ
る記憶要素の２次元の配列からなり、この記憶要素をテ
クセルと呼ぶ。歪補正空中写真用メモリのテクセル数は
１０００×１０００個以上程度とする。各テクセルは色
の成分である赤緑青の強度を各８ｂｉｔで記憶する。図
６において、６２はフィルムである。 【００６０】（Ｐ４）の処理をするについて、空中写真
が撮影されている地形に対応する地図の地表座標系のＸ
w，Ｙw平面において、Ｘw軸方向及びＹw軸方向ともに、
等間隔（１００ｍ）に設定した参照地点の標高値が記録
されているメッシュタイプの標高データ群を用意してお
く。図７はこの標高データ群を模式的に表示した図であ
る。７１は地表を編目に分けるメッシュ、７２は参照地
点の標高データである。 【００６１】（Ｐ４）の歪補正の処理フローを図８に示
す。図８において、（Ｔ１）は地表座標系で座標変換を
行う有効領域を探索する過程である。メッシュ標高デー
タを式（１）で座標変換し、写真の有効範囲に適応する
領域すなわち有効領域を探索する。なお、写真の有効範
囲とは、写真の４端にある標準点を結んだ長方形であ
る。この探索を行う目的は、ある１枚の空中写真の歪補
正を行うとき、歪補正した後の画像データを格納するた
めの歪補正空中写真用メモリを地表座標系Ｘw，Ｙw平面
の適切な領域すなわち有効領域に対応させるためであ
る。この地表座標系の有効領域は、この空中写真に写っ
ている領域であり、この領域内の地点＜ｒ＞_owを座標変
換すると写真の有効範囲内に写像されるが、この領域外
の＜ｒ＞_owを座標変換すると、写真の有効範囲外（写真
の枠の外へ）写像されてしまい意味がない。そこで、カ
メラ位置周辺の標高データを式（１）で座標変換し、そ
れが写真の有効範囲内に写像されるか、または、有効範
囲外に写像されるかを調べることで、有効領域を決め
る。有効領域が決まると、そこへ、歪補正空中写真用メ
モリを対応させる（図９参照）ので、歪補正空中写真用
メモリ６１の（ｐ，ｑ）＝（０，０）でアドレスされる
テクセルに対応する地表座標系における位置ベクトル
が、求めた有効領域９１の南西端（Ｙ_w方向を北、Ｘ_w方
向を東とする。）の座標となり、これを＜ｒ＞_memowと
する。また、有効領域９１の一辺の長さを、歪補正空中
写真用メモリ６１のｐ方向のテクセル数で割った値が地
表座標系におけるテクセル間隔ｄ_texelとなる。 【００６２】図８において、（Ｔ２）はカメラの姿勢角
から回転変換行列Ｔを計算する過程である。この姿勢角
は、（Ｐ３）で求めたものであり、これを式（２）に代
入する。 【００６３】図８において、（Ｔ３）は歪補正を行う過
程であり、（Ｔ３．１）では歪補正空中写真用メモリの
テクセル（ｐ，ｑ）を地表座標系における＜ｒ＞_texelw
に変換する。テクセル（ｐ，ｑ）は式（７）によって座
標変換される。 【００６４】 【数７】 【００６５】＜ｒ＞_texelwと＜ｒ＞_memowのベクトルは
２次元である。テクセル（ｐ，ｑ）の地表座標系への変
換と、各ベクトルの関係を図１０に示す。 【００６６】図８において、（Ｔ３．２）は＜ｒ＞
_texelwにおける標高値を与えるために、ラグランジュ補
間を行う過程である。標高値の補間について、図１１、
図１２により説明する。図１１において、メッシュ７１
の交差点は標高データが既知の点すなわち参照点であ
る。点Ｒは標高値を補間しようとする点であり、各テク
セルに対応する＜ｒ＞_texelwの点である。まず、標高デ
ータを使って、Ｘ方向、及びＹ方向にラグランジュ補間
式を適用し、補間中間値Ａ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4，Ｂ1，Ｂ
2，Ｂ3，Ｂ4を計算する。Ａ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4からラグ
ランジュ補間により、点Ｒの標高値ＺAを求める。Ｂ1，
Ｂ2，Ｂ3，Ｂ4から同様にして点Ｒの標高値ＺBを求め、
（ＺA＋ＺB）／２を点Ｒの標高値とする。ラグランジュ
の補間式は次の式（８）を使用する。 【００６７】 【数８】【００６８】ここで、ｑ_n：標高が既知の点のＸまたは
Ｙ座標値、 【００６９】Ｚ（ｑ_n）：点ｑ_mにおける標高値、 【００７０】Ａ：標高を求めようとするＸまたはＹ座標
値 【００７１】である。 【００７２】図１において、（Ｐ５）は、歪補正後の空
中写真をつなぎ合わせる過程である。ゲーミングエリア
全体のジオスペシフィックテクスチャパターンを与える
ためには、数十枚の歪補正写真をつなげる必要がある。
これら数十枚の歪み補正写真は各々のファイルに格納さ
れ、この各々ファイルを、歪補正空中写真用メモリのテ
クセルと関連つけられた地表座標が連続するように、一
つの連続写真ファイルにまとめる。 【００７３】（Ｐ６）は、連接した歪補正写真を、ジオ
スペシフィックテクスチャファイルに分割する過程であ
る。このファイルは、ジオスペシフィックテクスチャパ
ターンを格納するファィルであり、このファイルに格納
されているデータをテクスチャパターンとして、ビデオ
プロセッサで用いられる。そのため、このジオスペシフ
ィックテクスチャファイルはマッピングを行うビデオプ
ロセッサが要求するフォーマットを持つ。また、摸擬視
界発生装置は、ゲーミングエリアを地理的に、いくつか
のブロックに分割し、ブロックごとにデータを保持する
ので、ジオスペシフィックテクスチャパターンもこのブ
ロックに対応して分割する必要がある。歪補正後の写真
ファイルはこのブロックに対応していないため、（Ｐ
５）で連接を行った後に、（Ｐ６）で再びブロック単位
に分割する。 【００７４】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
写真上の複数標本地点の位置と、地図上で移動すると仮
定するカメラで撮影されたと仮定する地図上の複数標本
地点が座標変換された位置との差が、最小となるカメラ
位置を検索することで、空中写真を撮影したカメラの位
置と姿勢とを知ることができ、少ない参照地点の標高値
を補間することで前記参照地点より多い複数地点の高さ
情報を得て、地表の点と空中写真上の点との対応をつけ
る座標変換式により前記定まった位置と姿勢のカメラで
撮影したものとして地表から空中写真に座標変換するこ
とができ、その空中写真の画像データをその地表の座標
に対応させたメモリに格納して、正射影することができ
るから、空中写真の歪補正を半自動的に行い、ジオスペ
シフィックテクスチャパターンを生成させることができ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】空中写真からジオスペシフィックテクスチャを
生成する手順を説明する図である。 【図２】ＥＷＳの画面に表示したウィンドウを説明する
図である。 【図３】航空機の位置及び姿勢を検索する過程の処理フ
ローを説明する図であり、前半部を示す。 【図４】航空機の位置及び姿勢を検索する過程の処理フ
ローを説明する図であり、後半部を示す。 【図５】地表を任意の位置及び姿勢にあるカメラで撮影
した場合の、地表の点のフィルムへの投影を説明する図
である。 【図６】地表からフィルムへの中心投影、地図平面に対
応する歪補正空中写真用メモリと地表との正射影を説明
する図である。 【図７】参照地点の標高値が記録されているメッシュタ
イプの標高データ群を説明する図である。 【図８】歪補正の処理フローを説明する図である。 【図９】地表座標系の有効領域と歪補正空中写真用メモ
リとの対応を説明する図である。 【図１０】テクセル（ｐ，ｑ）の地表座標系への変換
と、各ベクトルの関係を示す図である。 【図１１】標高値の補間を説明する図である。 【図１２】二次元のラグランジュ補間を説明する図であ
る。 【符号の説明】 Ｐ１……デジタルサンプリング過程、Ｐ２……写真地図
の表示過程、Ｐ３……姿勢検索過程、Ｐ４……歪補正過
程。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−281593（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−28980（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−325150（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−274650（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G09B 29/00 - 29/14 G03B 37/00

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 空中写真によりジオスペシフィックテク
   スチャ・パターンを生成する方法において、 空中写真を画像データとして得ておくとともにコンピュ
   ータの画面上に表示した該空中写真上の任意の複数標本
   地点を人がマウスで画面指示してその位置をコンピュー
   タにより計算し、実写写真位置として得ておく第１の過
   程と、 前記コンピュータの画面と同一画面に同時に表示させ、
   前記任意の複数標本地点に対応するように人がマウスで
   画面指示した地図上の位置をコンピュータにより計算
   し、標高値を含めて地表位置として得ておく第２の過程
   と、コンピュータにより、 仮想するカメラの位置及び姿勢を
   所定の範囲内で仮想的に変化させて、前記任意の複数標
   本地点に対応する第２の過程による地表位置を、前記カ
   メラにより撮影したときの地表座標系にある地表上の点
   をフィルム座標系に変換する変換式を用いてコンピュー
   タにより、仮想写真位置として座標変換し、前記実写写
   真位置に最も近い仮想写真位置をコンピュータにより検
   索し、そのときの仮想されたカメラの位置及び姿勢を前
   記空中写真を撮影したときのカメラの位置及び姿勢とみ
   なす第３の過程と、 地表座標系の複数地点に対応して記憶素子を配列した歪
   補正空中写真用メモリを備え、地表座標系について前記
   複数地点の数より少なく設定した参照地点の標高値をラ
   グランジュ補間で補間することにより前記複数地点の補
   間標高値をコンピュータにより求め、その求めた複数地
   点の補間標高値の地表位置を前記第３の過程によりみな
   された位置及び姿勢にあるカメラによって撮影されたも
   のとしてコンピュータにより前記変換式を用いてフィル
   ム座標系に歪補正写真位置として変換し、当該歪補正写
   真位置にある前記第１の過程における画像データを前記
   複数地点に対応して前記歪補正空中写真用メモリに格納
   する第４の過程とを有することを特徴とするジオスペシ
   フィックテクスチャ生成の方法。