JP3834296B2 - 少数の地上基準点を用いたikonosrpcデータ更新方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星映像を用いて地形情報を抽出する方法に関し、特に、1mの空間解像度を有するIKONOS衛星映像を用いて地形情報を抽出する場合、映像を提供する事業者で衛星映像と共に提供する媒介変数の正確度を少数の地上基準点を導入して向上させる、少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、IKONOS衛星映像は1mの空間解像度を提供する高解像度光学衛星映像であり、SPOT及びKOMPSATのような衛星映像で提供する衛星の航法資料またはセンサの撮影姿勢(Attitude:衛星が映像センサ(CCD)を用いて地球を撮影する時の3次元軸を基準にどのぐらい傾いているかを表す姿勢、角で表現される)を提供しない代わりに、RFM(Rational Function Model)という数学的なセンサモデルを用いることができるようにRPC(Rational Polynomial Coefficient)という媒介変数を提供している。映像の最終ユーザは、RPCを用いて映像に表れた対象の位置情報を取得することができるようになる。
【0003】
しかし、ユーザが提供されるRPCの正確度より高い位置正確度を求める場合、映像に表れた地域で多数の地上基準点を取得し、より厳密なセンサモデルを直接構築しなければならないという問題があった。また、地上基準点の取得は、映像購買以上の費用的な支出及び時間が必要であり、新しいセンサモデルの適用もユーザにとって大きい負担になるという問題点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来のシステムには上述したような種々の問題があり、さらなる改善が望まれている。
【0005】
従って、本発明の目的は、ユーザの位置正確度に対するニーズを満たすために、多数の地上基準点を用いて提供されたRPCを少数の基準点により正確に更新できるようにする少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するための本発明は、少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法において、(a)RPCデータと少数の地上基準点座標値を入力するステップと、(b)前記入力されたRPCデータの誤差を計算するステップと、(c)前記RPCデータから生成される仮想の基準点に対して正規化された3次元基準点の加重値を計算するステップと、(d)前記少数の地上基準点に対する加重値を計算するステップと、(e)正規化された3次元空間を生成し、前記基準点に対する3次元基準点正規座標を抽出するステップと、(f)前記基準点を用いてRFM観測方程式を構成して最小二乗法でRPCパラメータ値を更新させるステップとを備えたことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による好適な実施形態の動作を詳細に説明する。
【0008】
まず、IKONOS衛星映像は、センサモデルに必要な補助データを提供しない代わりに、RPCというRFMに必要な媒介変数をユーザに提供する。RPCにはRFMセンサモデルのために必要な媒介変数が全て含まれており、正規化された座標を用いるので、座標に対するオフセット(Offset)及びスケール(Scale)も含まれている。
【0009】
上記正規化された座標とは、2次元映像座標及び3次元地上座標を「−1.0」から「+1.0」の間の値に変換したことを意味する。従って、元の座標値を一定量だけ移動させても、座標値の縮尺を調整して一定範囲内の全ての座標値が定義されるようにする。
【0010】
IKONOS衛星映像のユーザは、このようなRPCを用いてRFMセンサモデルに必要な媒介変数を入力し、映像に表れた対象の位置情報を得るか、3次元地上座標を入力して映像での位置を見付かることができる。以下の式(1)〜(3)は上記RFMの一般的な形態を示すものであり、式(4)〜(8)は座標を一定量移動し、縮尺を適用して正規化させる方法を数式で示すものである。
【0011】
【数1】
【0012】
【数2】
【0013】
ここで、上記提供されたRPCがユーザが要求する正確度を提供していない場合、ユーザは必要な正確度を得るために上記RPCを更新して使用しなければならない。映像から正確な位置情報を得るための最も一般的な方法は、該当地域で地上基準点を最小10個余りの点から最大数十個の点を用いてユーザーが選定したセンサモデルの媒介変数を計算し、これを用いて2次元映像と3次元実際空間との関係を明らかにしなければならない。しかし、本発明では、最小1つの地上基準点のみが使用可能な場合にも、RFMセンサモデル媒介変数であるRPCを更新することにより、提供されたRPCを用いる場合より高い正確度の必要な位置情報を得ることができる。
【0014】
図1は、本発明の実施形態による少数の地上基準点を用いてIKONOS RPCデータ更新を行うソフトウェアモジュールブロック構成を示す。RPCデータ更新ソフトウェアモジュール110はRPCを少数の地上基準点のみで最小二乗法を用いて更新することができる。
【0015】
図1を参照すると、本発明のRPCデータ更新ソフトウェアモジュール110は、IKONOS衛星で撮影した映像に対して地上座標への変換のためのパラメータ値RPCを入力して上記RPCデータの誤差を計算するRPC誤差計算部100と、上記RPCデータから生成される仮想の基準点に対して正規化された3次元基準点加重値を計算する正規化された3次元基準点の加重値計算部102と、上記少数の地上基準点に対する加重値を計算する地上基準点加重値計算部104と、上記基準点の適用のための正規化された3次元空間を生成する正規化された3次元空間生成部106と、上記基準点に対する3次元空間上の座標を抽出する3次元正規座標抽出部108などを含む。
【0016】
図2は、本発明の実施形態による少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新処理の流れを示す。
【0017】
RPCデータ更新モジュール110は、ステップS200でIKONOS RPCデータを入力し、ステップS202で実際測量により観測された少数の地上基準点を入力する。上記地上基準点は、同じ地域の地理座標が入力された異なる映像を用いて決定することもでき、地理院のデジタル地図を用いて地図にある座標を持って地上基準点を入力することもできる。
【0018】
次に、RPCデータ更新モジュール110は、ステップS204で上記少数の地上基準点を用いて上記IKONOSパラメータ値の誤差を計算する。上記地上基準点はRPCの誤差の改善に用いられるデータであり、本発明では極小数の地上基準点を用いてRPCの誤差を推定することができる。この時、上記RPC誤差の推定は、RPCの信頼度の計算において重要であり、上記計算された信頼度は以後の最小二乗法を用いたRPC更新時に加重値として適用される。即ち、従来のRPCの信頼度が落ちれば大きく改良し、信頼度が高ければ少し改良するなどの更新程度を決める役割をする。
【0019】
すると、RPCデータ更新モジュール110は、ステップS206で最小二乗法を用いてRPC値を更新した後、ステップS208で上記更新されたRPCを用いて該当地形情報を抽出する。
【0020】
図3は、本発明の実施形態による少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新処理の流れを示す。図3を参照すると、本発明のRPCデータ更新モジュール110は、ステップS300でIKONOS RPCデータを入力し、ステップS302で予め観測された少数の地上基準点を入力する。
【0021】
次に、RPCデータ更新モジュール110は、ステップS304で上記少数の地上基準点を用いて上記IKONOSパラメータ値の誤差を計算する。そして、RPCデータ更新モジュール110は、ステップS306でRPCを用いて仮想で生成した地上基準点に対する正規化された3次元基準点の加重値を計算する。
【0022】
即ち、本発明では、足りない地上基準点の代わりに提供されたRPCを用いて仮想の基準点を作り出す。上記RPCを用いれば、映像座標を地上座標に変えることができるが、その地上座標を基準点として用いる。
【0023】
このようにして、実際にほぼ真の値に近い少数の地上基準点と誤差を含めているRPCにより取得した仮想の基準点とを用いて、最小二乗法計算のために必要な基準点個数を決定する。しかし、上記仮想の基準点を実際に測定した少数の地上基準点と同じ加重値を設定する場合、上記仮想の基準点はRPCデータが有する誤差を同様に有するようになり、数学的には最小二乗法を使用可能な条件になるが、RPCの更新にはあまり影響を及ばないようになる。従って、本発明では、上記ステップS304で計算されたRPCの誤差値により上記仮想基準点の信頼度を上記実際に測定された少数の地上基準点の信頼度よりかなり低く設定することで、少数の基準点によりRPCが改善されるようにする。
【0024】
次に、RPCデータ更新モジュール110は、ステップS308で上記少数の地上基準点に対する加重値を計算した後、ステップS301〜S312で正規化された3次元空間を生成し、3次元基準点正規座標を抽出する。
【0025】
上記において、IKONOSのRPCはRFMセンサモデルの媒介変数であり、−1.0から1.0までの間の値で各軸の範囲が制限される空間上に撮影対象が存在すると設定されている。また、映像座標も−1.0から1.0までの間の値で表現される。従って、映像に表れた対象のWGS84座標と映像の行または列の値を得るためには、提供されるオフセット値及びスケール値を用いて正規化された座標を変換しなければならない。オフセット、スケール値は行(row)、列(column)及びWGS84座標系の緯度(Latitude)、経度(Longitude)、高さ(height)に対して各々存在する。上記式(2)は、オフセット/スケール値に対する正義を示している。u,v,w,yは、正規化された緯度、経度、高さ、縦行、横列の値である。このように正規化された座標を用いるRPC特性により提供されたRPCを用いて正規化された3次元空間上に基準点を仮想に設けることができ、地上基準点と正規化された3次元空間上の基準点を用いてRPCを更新する。
【0026】
即ち、RPCデータ更新モジュールは、ステップS314でRFM観測方程式を構成し、ステップS316で上記少数の地上基準点と仮想基準点を用いて最小二乗法計算を行ってRPCを更新した後、ステップS318で上記更新されたRPCを用いて地形情報を抽出する。
【0027】
図4は、正規化された空間に設けられた基準点を示し、各軸は−1.0から1.0までの間に範囲が制限され、正六面体形状を有するこの空間内に基準点が設けられる。
【0028】
少数の地上基準点を提供されたRPCで抽出した基準点と共に用いて、RPCを更新するので、地上基準点の影響力が十分反映されるように、加重値を適切に調節することが望ましい。各々の観測値に与えられた加重値により加重値行列が構成され、この行列の値により最終的な結果に対する影響力が決められる。従って、地上基準点の加重値は正規化された3次元空間の基準点より相対的に大きい値を与える。地上基準点を取得する当時の測量誤差を分析し、映像と共に最初提供されたRPCの誤差を地上基準点を用いて分析し、上記2つの誤差値を比較分析して加重値を決めることができる。
【0029】
このような方法により更新された新しいRPCを用いて、より正確な位置情報がIKONOS映像から抽出できるようになる。
【0030】
図5は、本発明の他の実施形態による少数の地上基準点を用いたIKONOSRPCデータ更新処理の流れを示す。
【0031】
図5のRPCデータ更新処理では、RPCを更新するための方程式を少数の地上基準点と正規化された3次元空間内に設けられた基準点を用いて構成した上記図3の方法とは異なり、提供されるRPCを直接媒介変数観測方程式に導入して用いる。媒介変数観測方程式とは、求める媒介変数、即ち未知の値を観測の一部として設定し、これを観測方程式で構成することを意味する。RPC媒介変数観測方程式で観測値が必要であり、これは映像と共に提供された初期のRPC値から決めることができる。RPC媒介変数観測方程式の数は、RPCに含まれた媒介変数(求めようとする未知数)の数と同じであり、従って最小二乗法を行う時必要なだけの方程式が確保される。即ち、図3の方法において、仮想の地上基準点を導入して解決した方程式数の不足の問題を、RPC媒介変数方程式の導入で解決するようになる。
【0032】
まず、RPCデータ更新モジュール110は、ステップS500でIKONOS RPCデータを入力し、ステップS502で予め観測された少数の地上基準点を入力する。次に、RPCデータ更新モジュール110は、ステップS504で上記少数の地上基準点を用いて上記IKONOSパラメータ値の誤差を計算する。
【0033】
RPCデータ更新モジュール110は、ステップS506で提供されたRPCの加重値計算をし、ステップS508で地上基準点加重値計算をする。
【0034】
そして、RPCデータ更新モジュール110は、ステップS510でRPCを用いた媒介変数観測方程式を構成する。これにより、媒介変数の数だけ方程式の数が増加するので、少数の地上基準点を用いてRPCを更新することができる。以下の式(9)は、媒介変数観測方程式の一般的な形態を示すものである。
【0035】
【数3】
【0036】
次に、RPCデータ更新モジュール110は、ステップS512で地上基準点を用いたRFM観測方程式を構成し、ステップS514で上記RFM媒介変数観測方程式と地上基準点RFM観測方程式を結合してRPC更新に必要な数以上の方程式を構成して最小二乗法を適用する。以下の式(10)は、媒介変数観測方程式と地上基準点のRFM観測方程式が結合された形態の最小二乗法行列式を示している。
【0037】
【数4】
【0038】
媒介変数観測方程式の加重値は、提供されたRPCの誤差を用いて決める。また、地上基準点を用いたRFM観測方程式の加重値は地上基準点取得誤差により決めるか、または媒介変数観測方程式の加重値より大きくして追加された少数の地上基準点によりRPCが更新されるようにする。
【0039】
RPCデータ更新モジュール110は、ステップS516で上記更新されたRPCを用いて地形情報を抽出する。
【0040】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【0041】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明はRPCデータから仮想の地上基準点座標を生成するか、RPCデータを用いて媒介変数観測方程式を構成することにより、RPCデータを用いた地形情報抽出時に必要な地上基準点の数をかなり減らすことができ、地上基準点測量に必要な費用及び時間が節約できるメリットがあり、またRPCファイルを用いるRFMセンサモデルを用いるので、新しいセンサモデルを適用しなくてもいいというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態によるRPCデータ更新モジュール構成図である。
【図2】本発明の実施形態によるRPCデータ更新処理の流れ図である。
【図3】本発明の実施形態による仮想基準点生成によるRPCデータ更新処理の流れ図である。
【図4】上記図3の仮想基準点が分布される正規化された3次元空間例示図である。
【図5】本発明の実施形態によるRPCデータを用いた媒介変数方程式によるRPCデータ更新処理の流れ図である。
【符号の説明】
100 RPC誤差計算部
110 RPCデータ更新モジュール
102 正規化された3次元基準点の加重値計算部
104 地上基準点加重値計算部
106 正規化された3次元空間生成部
108 3次元正規座標抽出部
Claims (10)
- 少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法であって、
(a)RPCデータと少数の地上基準点座標値を入力するステップと、
(b)前記RPCデータの誤差を計算するステップと、
(c)前記RPCデータから生成される仮想の基準点に対して正規化された3次元基準点の加重値を計算するステップと、
(d)前記少数の地上基準点に対する加重値を計算するステップと、
(e)正規化された3次元空間を生成し、前記基準点に対する3次元基準点正規座標を抽出するステップと、
(f)前記基準点を用いてRFM観測方程式(observation equation)を構成して最小二乗法(least square method)でRPCパラメータ値を更新させるステップと
を備えたことを特徴とする少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法。 - 前記(b)ステップで前記RPCデータの誤差は前記実際に測定される少数の地上基準点により計算されることを特徴とする請求項1に記載の少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法。
- 前記(c)ステップで生成されたRPCデータからの仮想の基準点は、信頼度が低く付与された加重値で計算されるようにすることを特徴とする請求項1に記載の少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法。
- 前記仮想の基準点及び少数の地上基準点は、−1.0〜1.0の範囲に正規化されていることを特徴とする請求項1に記載の少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法。
- 少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法であって、
(a)RPCデータ及び少数の地上基準点座標値を入力するステップと、
(b)前記RPCデータの誤差を計算するステップと、
(c)前記RPCデータの加重値を計算するステップと、
(d)前記少数の地上基準点に対する加重値を計算するステップと、
(e)前記少数の地上基準点を用いてRFM観測方程式を構成するステップと、
(f)前記RPCデータを用いて媒介変数観測方程式を構成するステップと、(g)前記RFM観測方程式及び媒介変数観測方程式を用いて最小二乗法でRPCデータを更新するステップと
を備えたことを特徴とする少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法。 - 前記(b)ステップで前記RPCデータの誤差は、前記実際測定される少数の地上基準点により計算されることを特徴とする請求項5に記載の少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法。
- 前記(g)ステップで前記最小二乗法の適用のために、前記RFM媒介変数観測方程式と地上基準点のRFM観測方程式を結合してRPC更新に必要な数以上の方程式を構成することを特徴とする請求項5に記載の少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法。
- 前記RFM媒介変数観測方程式の加重値は、前記RPCの誤差により決められることを特徴とする請求項5に記載の少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法。
- 前記地上基準点を用いたRFM観測方程式の加重値は、地上基準点の取得誤差により決められることを特徴とする請求項8に記載の少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法。
- 前記地上基準点を用いたRFM観測方程式の加重値は、前記RFM媒介変数観測方程式の加重値より大きくなるように設定し、前記少数の地上基準点によりRPCが更新されるようにすることを特徴とする請求項9に記載の少数の地上基準点を用いたIKONOS RPCデータ更新方法。
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