JP4131930B2

JP4131930B2 - 地図更新プログラム及び地図更新装置

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Publication number: JP4131930B2
Application number: JP2002364158A
Authority: JP
Inventors: 岩村　　一昭; 伸裕石丸; 浩民金; 隆司樋野
Original assignee: Hitachi Software Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Software Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: JP2004198530A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星や航空機によって撮影された空中写真画像を用いたリモートセンシングシステムに関し、特に、空中写真画像を地図とを照合して地上構造物等の変化を検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、衛星や航空機によって撮像された空中写真画像を用いて、地図を作成し、又は地図を更新することが行われている。例えば、空中写真画像より地形、自然物、地上構造物等の形状輪郭を取り出し、それを地図上の対応する地図図形と照合することによって、地形、自然物、地上構造物等の変化を判定する。
【０００３】
特許文献１には、平面又は立体地図と斜め視による空中写真画像とを照合して、建物高さを取得し地図を作成する技術が記載されている。また、特許文献２には、経年変化を検出して地図を更新する方式が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特願平１１−３２８３７８号公報
【特許文献２】
特開平５−１８１４１１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では地上構造物等の変化を検出することはできるが、変化の詳細な内容を判定していない。
【０００６】
例えば、家屋のような地上構造物の場合、変化の態様として、新築、増改築、撤去等がある。また、建物が樹木の陰に隠れた場合のように、空中写真画像では、実際の建物の状態が不明の場合もある。
【０００７】
本発明の目的は、空中写真画像と地図を照合することによって、地上構造物等の変化を詳細に判定することにある。
本発明の目的は、地上構造物等の変化を検出し、それを地図に反映させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、地図更新システムは、地図と該地図が作成された後に撮像された空中写真画像とを照合する照合手段と、上記地図と上記空中写真画像の照合に基づいて上記空中写真画像中の構造物の変化を検出し、該構造物を表す地図図形に対して「存続」、「撤去」、「増改築」、「新築」及び変化したかどうかは現地調査の必要があることを示す「要調査」のいずれかの属性を付与する判定手段と、上記地図上に上記構造物の地図図形を上記属性に従って表示する表示手段と、を有する。
【０００９】
こうして、「新築」のように構造物が未知の場所に存在する場合と「増改築」「要調査」のようにあらかじめ地図図形によって示される場所の周囲に存在する場合を考慮し、それぞれの場合に形状を抽出する手段を追加することによって地図更新を行う。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１を参照して本発明による地図更新システムの例を説明する。本例の地図更新システムは、画像蓄積装置１０１、地図蓄積装置１０２、画像検索部１０３、地図検索部１０４、地図・画像重畳部１０５、境界画像抽出部１０６、構造物特徴データ蓄積装置１０７、構造物変化抽出部１０８、及び、構造物表示属性付加部１１７を有する。
【００１１】
構造物変化抽出部１０８は、構造物図形選択部１０９、構造物判定部１１０、図形サイズ・位置変換部１１１、境界解析部１１２、図形内画像解析部１１３、未探索範囲特定部１１４、新規構造物抽出部１１５、及び、詳細形状抽出部１１６を有する。
【００１２】
構造物表示属性付加部１１７は、存続構造物表示属性付加部１１８、撤去構造物表示属性付加部１１９、増改築構造物表示属性付加部１２０、要調査構造物表示属性付加部１２１及び新築構造物表示属性付加部１２２を有する。
【００１３】
本例の地図更新システムは、航空機写真や衛星写真のような空中写真画像を地図と照合することによって地域、建物、構造物等の変化を抽出し、変化を分類し、表示する。本例では、空中写真画像の撮影が地図作成時よりも後に行われていることを前提とする。図１の地図更新システムにおける各部の機能の内容を以下に説明する。
【００１４】
（１）画像蓄積装置１０１は、航空写真や衛星写真のような空中写真の画像データファイルを格納する。例えばハードディスクであってよい。空中写真は、正射投影になるように補正したオルソフォト画像でもよいし、補正していない平射画像でもよいが、ここでは、平射画像であるとして説明する。
【００１５】
（２）地図蓄積装置１０２は、地図データファイルを格納する。例えばハードディスクであってよい。地図データは座標列によって表されるベクトル地図を用いる。
【００１６】
（３）画像検索部１０３は、画像蓄積装置１０１に格納された空中写真の画像データを検索して、読み出す。
【００１７】
（４）地図検索部１０４は、地図蓄積装置１０２に格納された地図データを検索して、読み出す。
【００１８】
（５）地図・画像重畳部１０５は、空中写真の画像と地図を重畳することによって両者を照合する。本例では、ベクトル地図を画像座標に座標変換したものを空中写真画像と重畳する。
【００１９】
（６）境界画像抽出部１０６は、空中写真の画像から画像マスクフィルタである境界抽出演算子を用いて境界線を表す境界画像を抽出する。
【００２０】
（７）構造物特徴データ蓄積装置１０７は、過去に行った構造物判定によって抽出した構造物特徴データを格納する。例えば、ハードディスクであってよい。構造物特徴データには、構造物の色相分布、平均色相、屋根及び屋上の形状、輪郭形状、パワースペクトル値等がある。
構造物特徴データは地図図形の属性として格納される。検索を容易にするために、地図図形に識別番号を付加し、構造物特徴データには、検索キーとして、地図図形と同一の識別番号を付加してよい。
【００２１】
（８）構造物変化抽出部１０８は、空中写真の画像と地図の差異より、構造物等の変化を抽出する。本例では、地図作成後に撮影された空中写真の画像と地図の差異を検出することによって、地図作成後に発生した地域変化、構造物変化等を検出する。以下に、構造物変化抽出部１０８の構成を説明する。
【００２２】
（９）構造物図形選択部１０９は、変化抽出を行う対象となる構造物を表すベクトル地図図形を選択する。ベクトル地図図形には層番号（レイヤ番号）が付加されており、レイヤ番号を指定することによって地図図形が選択される。
【００２３】
（１０）構造物判定部１１０は、空中写真の画像とベクトル地図図形の照合の結果に基づいて、地図図形に対して「存続」、「撤去」、「増改築」、「新築」、「要調査」の属性を付加する。
【００２４】
（１１）図形サイズ・位置変換部１１１は、次の２つの機能を有する。先ず第１の機能は、地図図形の大きさをスケーリングによって変換し、構造物の画像と大きさを一致させる。これは、構造物が高さを有する場合には、構造物の上部の画像は構造物の地図図形より大きくなるからである。尚、詳細は後に図７を参照して説明する。
第２の機能は、構造物の上部に対応する地図図形を、地図に記載する形状までスケーリングによって変換させる。これは第１の機能の逆の処理である。
【００２５】
（１２）境界解析部１１２は、境界画像抽出部１０６で得られた境界画像を地図図形と照合し、両者の一致度を判定する。尚、境界画像が断続的に現れた線分からなる場合には、線分を連結して境界画像を生成し、それを地図図形と照合する。
【００２６】
（１３）図形内画像解析部１１３は、構造物地図図形に包含される画像の特徴を検出し、構造物特徴データ蓄積装置１０７に格納された構造物特徴データと比較して構造物の存在を判定する。
【００２７】
（１４）未探索範囲特定部１１４は、「新築」構造物を検出するために、構造物が存在する可能性のある画像領域を特定する。
【００２８】
（１５）新規構造物抽出部１１５は、未探索範囲検索部１１４が検出した構造物存在可能域にある境界画像を選択し、かつ境界画像の内部に包含される画像特徴を解析することによって構造物画像を認識し、構造物である場合にはその地図図形を抽出する。
【００２９】
（１６）詳細形状抽出部１１６は、増改築の場合や、地図の精度が低いために地図の地図図形と画像の形状が一致しない場合（要調査の場合）に、構造物画像から正確な構造物形状を示す地図図形を抽出する。
【００３０】
（１７）構造物表示属性付加部１１７は、地図図形と画像の重畳によって抽出した構造物の状態を色分けによって表示する。以下に、構造物表示属性付加部１１７の構成を説明する。
【００３１】
（１８）存続構造物表示属性付加部１１８は、地図作成時と画像撮影時に変化せずに存在した構造物を表す地図図形に付加された「存続」属性に基づき、地図図形の表示色及び線種を、「存続」構造物を示す色・線種に変換する。
【００３２】
（１９）撤去構造物表示属性付加部１１９は、地図には形状が記載されているが、画像撮影時には撤去されていた構造物を表す地図図形に付加された「撤去」属性に基づき、地図図形の表示色及び線種を、「撤去」構造物を示す色・線種に変換する。
【００３３】
（２０）増改築構造物表示属性付加部１２０は、地図作成時以降に構造物の増改築が行われた構造物を表す地図図形に付加された「増改築」属性に基づき、地図図形の表示色及び線種を、「増改築」構造物を示す色・線種に変換する。
【００３４】
（２１）要調査構造物表示属性付加部１２１は、構造物画像の詳細構造を反映していない構造物地図図形に付加された「要調査」属性に基づき、地図図形の表示色及び線種を、「要調査」構造物を示す色・線種に変換する。
【００３５】
（２２）新築構造物表示属性付加部１２２は、地図には記載されていないが画像撮影時には存在した構造物を表す地図図形に付加された「新築」属性に基づき、地図図形の表示色及び線種を、「新築」構造物を示す色・線種に変換する。
【００３６】
図２を参照して、構造物の変化の状態「存続」、「撤去」、「増改築」、「新築」、「要調査」の内容を説明する。構造物として家屋を例として取り上げる。
【００３７】
「存続」は、地図作成時と画像撮影時に変化せずに存在したと判定されたものをいう。図２（ａ）に示すように、構造物画像２０１の境界（輪郭）と地図図形２０２が一致している場合である。
【００３８】
「撤去」は、地図には地図図形が記載されているが、画像撮影時には対応する構造物画像が存在しないため、撤去されたと判定されるものをいう。撤去には２つのタイプがある。図２（ｂ）に示すように、構造物画像は存在せず、地図図形２０３のみが存在している場合には「撤去」と判定される。図２（ｃ）に示すように、構造物画像２０５と地図図形２０４がほとんど一致しない場合も、「撤去」と判断される。
【００３９】
「増改築」は、地図図形と構造物画像が一致しないため、地図作成時以降に構造物の増改築が行われたと判定されたものである。「増改築」には「増築」と「改築」と「増改築」の３つのタイプがある。図２（ｄ）に示すように、増築２０８により構造物画像２０７が拡大し、構造物画像２０７が地図図形２０６と一致していない場合には、「増築」であると判定される。図２（ｅ）に示すように、構造物画像２１０の変化２１２及び縮小２１１のために構造物画像２１０が地図図形２０９と一致していない場合は「改築」と判定される。増築と改築の組み合わせを増改築と呼ぶ。
【００４０】
更に、「増改築」の場合、照合に使用した構造物地図図形に対しては「増改築：過去」属性を付加し、詳細形状抽出部１１６により新たに抽出した構造物地図図形については「増改築：現在」の属性を付加する。
【００４１】
「新築」は、画像撮影時には存在すると判定された構造物が地図には記載されていない場合である。図２（ｆ）に示すように、構造物画像２１３はあるが、対応する地図図形は存在しない場合である。
【００４２】
以上のように、地図作成時と画像撮影時の時間差を利用して変化を見出すことができるが、地図の作成段階で地図図形は構造物の詳細な形状を反映していないことがある。また、画像の中の構造物が他の建物の影や樹木などの自然物によって隠されており変化を判定することができないこともある。このような場合は、地図と画像の差異により変化を検出することができない。従って上記の分類に、次のような「要調査」の分類項目を付加する。
【００４３】
「要調査」は、地図と画像の比較によって構造物の変化を判定できない状態をいう。「要調査」には２つのタイプがある。
【００４４】
第１のタイプは、図２（ｇ）に示すように、構造物画像２１５は明確に現れているが、その一部２１６、２１７の詳細構造が地図図形２１４と一致しない場合である。これは地図を作成するときに形状の詳細が省略されたために構造物画像の境界が地図図形と一致せず、増改築されたのかどうかが不明な場合である。
【００４５】
第１のタイプの「要調査」が「増改築」と異なる点は、地図図形に属性が付されているか否かによる。すでに「存続」、「撤去」、「増改築」、「新築」の属性を付加されている場合には「増改築」の判定を行い、いずれの属性も付加されていない場合には「要調査」の判定を行う。
【００４６】
第２のタイプは、図２（ｈ）に示すように、構造物画像２１９の一部分が他の構造物の影２２０に隠れているため地図図形２１８の変化を判定することができない場合である。この場合、地図図形と構造物画像の比較によって形状が確実な部分とあいまいな部分を分けることが可能である。従って、調査すべき部分とそうでない部分を表示することになる。
【００４７】
更に、「要調査」の場合、照合に使用した構造物地図図形に対しては「要調査：過去」属性を付加し、詳細形状抽出部１１６により新たに抽出した構造物地図図形については「要調査：現在」の属性を付加する。
【００４８】
本発明では地図と画像の重畳により、構造物を表す地図図形の内部とその周辺にある画像特徴を抽出し、過去に取得された画像特徴と比較することによって「存続」「撤去」「増改築」「要調査」に対応する変化を判定する。構造物を表す地図図形の内部とその周辺にある画像特徴を抽出することによって変化を判定する対象領域が限定できるため、変化抽出の認識率が向上する。
【００４９】
本発明では、「新築」に対応する変化を抽出するために、空中写真画像にて構造物存在可能域を設定する。林野や河川などの明らかに構造物が存在しない領域及び構造物が既に存在する領域は、新築構造物の探索範囲に含める必要がなく、除外する。こうして探索範囲を限定することによって新築構造物の認識率が向上する。
【００５０】
図３〜図６を参照して、地図更新システムの処理を説明する。先ず図３を参照して説明する。
【００５１】
ステップ３０１にて、画像と地図の検索を行う。画像検索部１０３は、画像蓄積装置１０１より空中写真の画像を読み出し、地図検索部１０４は、地図蓄積装置１０２よりベクトル地図を読み出す。
【００５２】
ステップ３０２にて、画像と地図の重畳を行う。地図・画像重畳部１０５は、ベクトル地図図形を画像座標に座標変換して両者を照合する。地図の座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、画像の座標を（ｕ、ｖ）とすると、両者の関係は次の数１の式のようになる。
【００５３】
【数１】

【００５４】
ここで、Ｚ=０のためＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１４、Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ２４、Ｃ３１、Ｃ３２が地図変換係数となる。地図と画像の一つの対応点について２個の式が得られるため、画像の中の地表面の座標（ｕ，ｖ）より４点以上の対応点を選択する。そして最小二乗法を用いることによって、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１４、Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ２４、Ｃ３１、Ｃ３２の係数が得られる。
【００５５】
ステップ３０３にて、境界画像の抽出を行う。境界画像抽出部１０６は、境界抽出演算子を用いて画像より境界画像を抽出する。この境界抽出演算子は３×３のマスク画像であり、ラプラシアン（Ｌａｐｌａｃｉａｎ）、ロバーツ（Ｒｏｂｅｒｔｓ）、ソベル（Ｓｏｂｅｌ）フィルタなどを用いることができる。
【００５６】
ステップ３０４にて、全ての構造物の地図図形に対して変化の判定処理を実行したかを判定する。変化の判定処理とは、構造物図形選択部１０９が選択した地図図形に対してステップ３０５〜３２０を実行し、構造物判定部１１０が、地図図形に対して「存続」、「撤去」、「増改築」、「要調査」の判定を行うことである。全ての構造物の地図図形に対して「存続」、「撤去」、「増改築」、「要調査」の判定処理が終了すると、ステップ３２１以降を実行して「新築」構造物を含む地図図形を抽出する。全ての構造物の地図図形に対して「存続」、「撤去」、「増改築」、「要調査」の判定処理が終了していない場合には、構造物図形選択部１０９は次の地図図形を選択し、ステップ３０５に進む。
【００５７】
ステップ３０５にて、地図図形と境界画像との一致度を計算する。図形サイズ・位置変換部１１１は、構造物の地図図形のサイズと位置を変換し、構造物画像の上部の境界画像と一致させる。
【００５８】
図７（ａ）に空中写真画像による構造物の状態を示す。空中写真画像は平射であるため、高さのある構造物４０１は上部は下部より大きく、しかも倒れ込んだ状態で画像に写ることになる。そのため、構造物稜線４０２、４０３、４０４も境界画像として抽出される。
【００５９】
図７（ｂ）は、空中写真画像による建物と地図に記載された地図図形４０５を対比して示す。本例では、変化を判定するために、地図図形４０５を稜線４０２、４０３、４０４に沿って拡大し、且つ、移動させて建物の上部の画像４０６と一致させる。具体的には地図図形４０５を拡大し移動させて、新しい地図図形４０６に変換する。以降は、このようなサイズ変換された地図図形に対して変化の判定を行う。
【００６０】
境界解析部１１２は、構造物を表す地図図形と重畳する境界画像を抽出し、両者が一致するかを判断する。これは、地図図形の上に重なる境界画像の画素数を数えることによって行うことができる。境界画像が明確に表れていないため断片的にのみ地図図形と重畳する場合には、線分の方向が一致するものに対して延長と接続を行う。ただし、境界画像の延長と接続は、閾値範囲（例えば１０画素以内など）とする。
【００６１】
ステップ３０６にて、構造物特徴データを検索する。図形内画像解析部１１３は、構造物特徴データ蓄積装置１０７より地図図形の構造物特徴データを検索する。上述のように、地図図形の識別番号と同一の識別番号を構造物特徴データに付加することによって、検索が容易となる。
【００６２】
ステップ３０７にて、構造物特徴データの有無を確認する。ステップ３０６の処理の結果、構造物特徴データが存在しない場合はステップ３０８以降を実行し、構造物特徴データが存在する場合はステップ３１３以降を実行する。
【００６３】
図４を参照して説明する。ステップ３０８にて、地図図形と境界画像の一致度を判定する。構造物判定部１１０は、ステップ３０５にて算出された境界画像と地図図形の一致度を確認し、一致度が閾値未満であれば、「要調査」構造物と判定し、ステップ３０９以降を実行し、一致度が閾値以上であれば「存続」構造物と判定し、ステップ３１１以降を実行する。
【００６４】
ステップ３０９にて、「要調査」構造物の詳細形状を抽出する。詳細形状抽出部１１６は、地図図形周囲の画像領域にある境界画像を選択することによって座標列から構成される地図図形を作成する。このとき、地図図形の面積の大きさが、抽出された構造物画像の面積の大きさに近くなるように境界画像を選択する。
【００６５】
例えば、地図図形の面積をＳ１、構造物画像の面積をＳ２としたときの両者の比（Ｓ１／Ｓ２）が１．０に近くなるように境界画像を選択する。境界画像を選択するときには、地図図形に包含され閉図形となる境界画像を選択し、周りの境界画像を取り込み、最後に最も外にある境界画像を選択することによって詳細地図図形を生成する。
【００６６】
ステップ３１０にて、「要調査」属性を付加する。先ず、図形サイズ・位置変換部１１１は、ステップ３０９にて抽出された詳細地図図形に対して、ステップ３０５にて実行した図形サイズ・位置変換の逆変換を行い、地上への投影を行い、地図に記載する地図図形に変換する。次に、構造物判定部１１０は、照合に利用した地図図形に対しては「要調査：過去」、新規に抽出した地図図形には「要調査：現在」の属性を付加する。
【００６７】
ステップ３１１にて、「存続」属性を付加する。構造物判定部１１０は、ステップ３０８において「存続」と判定された地図図形に対して、「存続」の属性を付加する。
【００６８】
ステップ３１２にて、構造物特徴データを生成する。図形内画像解析部１１３は、ステップ３０８〜３１１までの処理にて「要調査：現在」「存続」の属性が付加された地図図形に対応する構造物の画像について、色相分布、領域ごとの平均色相、屋根又は屋上形状、パワースペクトル値による属性を計算し、それを構造物特徴データとして構造物特徴データ蓄積装置１０７に格納する。上述のように、地図図形の識別番号と同一の識別番号を構造物特徴データに付加することによって、検索が容易となる。構造物特徴データが生成され格納されると、ステップ３０４へ戻る。
【００６９】
図５を参照して説明する。ステップ３１３にて、地図図形と境界画像の一致度が閾値未満か又は閾値以上かを判定する。ステップ３０５にて計算した地図図形と境界画像の一致度が閾値以上であれば、ステップ３１４以降を実行する。一致度が閾値未満であればステップ３１７以降を実行する。
【００７０】
ステップ３１４にて、画像特徴の比較を行う。図形内画像解析部１１３は、構造物特徴データとして検索した地図図形の色相分布、平均色相、屋根又は屋上形状、パワースペクトル値を地図図形に包含された画像特徴と比較し一致度を計算する。
【００７１】
ステップ３１５にて、構造物特徴データと画像特徴の一致度が閾値未満か閾値以下か判定する。構造物判定部１１０は、構造物特徴データと画像特徴の一致度を判定し、一致度が閾値以上である場合には、ステップ３１６以降を実施する。一致度が閾値未満である場合には、ステップ３１７以降を実行する。
【００７２】
ステップ３１６にて、「存続」属性を付加する。構造物判定部１１０は、構造物特徴データと画像特徴の一致度が閾値以上の地図図形には、「存続」属性を付加する。次にステップ３０４に戻る。
【００７３】
図６を参照して説明する。ステップ３１７にて、地図図形周辺の画像特徴を抽出する。図形内画像解析部１１３は、地図図形の周囲にある画像の中で矩形形状の構造物を探索する。これは、地図図形とその周囲を包含する矩形を設定し、矩形の中にある境界画像を選択して矩形を構成できるものを選択する。
【００７４】
ステップ３１８にて、構造物特徴データと画像特徴の一致度が閾値未満か閾値以下か判定する。図形内画像解析部１１３は、地図図形内の画像の特徴と構造物特徴データ蓄積装置１０７に格納されている過去に取得した構造物特徴データを比較する。両者が一致していれば、ステップ３１６に進み、両者が異なれば、ステップ３１９に進む。
【００７５】
ステップ３１９にて、「増改築」、「撤去」の属性を付加する。詳細形状抽出部１１６は、ステップ３１７において新しい構造物を示す画像特徴が検出された場合に、構造物を表す新しい地図図形の抽出を行う。構造物判定部１１０は、その新しい地図図形に「増改築：現在」の属性を付加し、照合に使用した地図図形に「増改築：過去」の属性を付加する。構造物が存在しない場合は、照合に使用した地図図形に「撤去」の属性を付加する。図形サイズ・位置変換部１１１は、新たに抽出した詳細地図図形に対して、ステップ３０５の図形サイズ・位置変換の逆変換を行い地上への投影を行い地図に記載する地図図形に変換する。
【００７６】
ステップ３２０にて、構造物特徴データを生成する。図形内画像解析部１１３は、「増改築：現在」の属性を有する地図図形に対して、画像内の構造物特徴を抽出し、構造物特徴データ蓄積装置１０７に格納されている構造物特徴データを更新する。ステップ３２０が終了するとステップ３０４に戻る。
【００７７】
ステップ３２１にて、構造物存在可能域を決定する。未探索範囲特定部１１４は、「存続」「増改築」「撤去」「要調査」と判定された構造物領域以外に構造物が存在する可能性のある領域、即ち、構造物存在可能域を抽出する。建物構造物の場合、林野や鉄道、河川などの上には存在しないため、林野や鉄道、河川などの領域は除外される。また建物構造物を探索する場合は道路領域も除外される。
【００７８】
ステップ３２２にて、「新築」構造物を抽出する。新規構造物抽出部１１５は、構造物存在可能域の中にある境界画像のうち、矩形、円形、扇形、楕円形状の組み合わせによる構造物画像を選択し、境界画像を追跡して地図図形を生成し新築構造物とする。複数の境界画像が密集している場合には構造物境界は直線方向を優先し最小二乗法により線分の抽出を行う。得られた部分画像を統合することによって構造物画像とし、これより統合した画像の境界を追跡して地図図形を生成する。
【００７９】
図形サイズ・位置変換部１１１は、抽出した地図図形に対して、ステップ３０５の図形サイズ・位置変換の逆変換を行い地上への投影を行い、地図に記載する地図図形に変換する。
【００８０】
ステップ３２３にて、「新築」属性を付加する。構造物判定部１１０は、ステップ３２２にて抽出した全ての新築構造物の地図図形を「新築」構造物と判定する。
【００８１】
ステップ３２４にて、構造物特徴データを生成する。図形内画像解析部１１３は、「新築」の属性を有する地図図形について、画像内の構造物特徴を抽出し、構造物特徴データ蓄積装置１０７に格納する。
【００８２】
ステップ３２５にて、地図データの作成と表示を行う。存続構造物表示属性付加部１１８、撤去構造物表示属性付加部１１９、増改築構造物表示属性付加部１２０、要調査構造物表示属性付加部１２１、及び、新築構造物表示属性付加部１２２は、地図データに付加した「存続」、「撤去」、「増改築」、「要調査」、及び、「新築」の各構造物の属性を表示属性（線色、線種）に変換し、それを地図蓄積装置１０２に表示属性データとして格納する。表示属性は地図として表示する。表示方法は以下のように３通りが考えられる。
【００８３】
（１）過去作成した地図に対する評価表示
過去の地図に対して結果を「存続」、「撤去」、「増改築」、「要調査」で表示する。「増改築」、「要調査」は、「増改築：過去」、「要調査：過去」の属性を有する地図図形を表示する。
【００８４】
（２）最新状況の評価表示
過去の地図に対しては、「存続」、「撤去」の各属性を有する地図図形を表示すると同時に、「新築」地図図形と「増改築：現在」、「要調査：現在」属性を付加された地図図形を表示する。
【００８５】
（３）混在表示
上記の２通りの表示を混在させて表示する。
【００８６】
この方式において、構造物コントラストがはっきりしているため境界画像が明確に出せる部分と他の建物の影や周りの画像の色彩が一致するため、境界が明確に現れない部分がある。このような画像については、画像を表現するビット数が大きい場合（例えば濃淡画像では１１ビット）には画像輝度調整を行うことによって影の部分を消去して画像蓄積装置１０１に画像を蓄積する。
【００８７】
図８を参照して、構造物の推定方法の例を説明する。図８（ａ）に示す例では、画像データ中の構造物５０１の左側部分が構造物５０２の影５０３に隠されて形状が見えない。図８（ｂ）に示すように、この構造物５０１に対して照合する地図図形５０４が存在する場合には、地図図形を重畳する。しかしこの場合、影５０３に隠れている部分の形状は変化している可能性がある。そのため、図８（ｃ）に示すように、境界画像と画像特徴から構造物境界がわかる部分と明確に判別できない部分は分けて「要調査」属性を付加しさらに「明確」「不明確」の属性をさらに加えて表示する。具体的には境界線が明確な地図図形５０５（実線部分）は「要調査：現在：明確」、境界線が明確でない部分（破線部分）は、照合する地図に地図図形がある場合のみ地図図形の部分５０６を切り取って影の部分に配置する。そして地図図形の属性を「要調査：現在：不明確」とする。また、図８（ｄ）に示すように、新築構造物のように事前に地図に記載された地図図形が存在しない場合には、明確になっている地図図形部分５０７のみを新規構造物抽出部１１５で抽出・表示して「新築：現在：明確」属性を付加する。
【００８８】
使用する画像については、一枚の画像で検証を試みても大気の状態によってコントラストが明確に表れない場合や影などの影響によって構造物の境界が明確に現れない場合がある。そのための対策として、（１）濃度値の変換（コントラストストレッチ）、（２）異なる日時、及び時間に撮影された同地点の画像、の２種類の画像を利用する。
【００８９】
濃度値の変換（コントラストストレッチ）については、例えば、濃度領域が１１ビットの場合は０から５２４２８８までの濃淡濃度値に相当する表現が可能であるが、この濃度値の広がりが特定の範囲に集中していることがある。あらかじめ決められた閾値この範囲を［Ａ、Ｂ］とする。このとき［Ａ、Ｂ］を［α、β］に変換する。それによって濃度値ｘは新しい濃度値ｘ‘に変換される。変換式は次の式によって表される。
【００９０】
【数２】

【００９１】
とくにこの中でαとβを数通り用意して、異なる濃度値の画像を生成する。そしてこの各画像に対して変化抽出処理を行うことによって正しさを検証することができる。
【００９２】
さらに、短期間で同じ画像を撮影できる場合には、数枚の画像を用意して、同じように濃度値変換をかけることによって検証用の画像を生成することができる。この複数の画像によって変化抽出を行い、多数決方式で検証することによって確実さを増加させることができる。
【００９３】
図９を参照して、補正画像及び異なる時間画像を用いて地図を高い精度にて更新する方法を説明する。撮影時期Ａの写真画像６０１と撮影時期Ｂの写真画像６０３を用意する。両者は数日の差によって撮影されたものである。これらの写真画像６０１、６０３を濃度値変換によって強調処理写真画像６０２、６０４を生成する。
【００９４】
次に、ステップ６０５にて撮影時期Ａの写真画像６０１に対して地図作成・更新処理を行う。ステップ６０６にて撮影時期Ａの強調処理写真画像６０２に対して地図作成・更新処理を行う。ステップ６０７にて撮影時期Ｂの写真画像６０３に対して地図作成・更新処理を行う。ステップ６０８にて撮影時期Ｂの強調処理写真画像６０４に対して地図作成・更新処理を行う。これらのステップにおける地図作成・更新処理は、ステップ３０１からステップ３２５の処理を行う変化抽出処理である。
【００９５】
ステップ６０９にて、ステップ６０５〜６０８の結果を比較することによって構造物の変化を確定する。具体的には、変化したと判定された地図図形数が、変化しないと判定された地図図形数よりも多い場合には変化したと結論する。また、逆の場合は、変化しないと結論する。
【００９６】
尚、上記処理フローはプログラムとして構成し、コンピュータで該プログラムを読み取ることで実行するようにすることができる。
【００９７】
以上、本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変形が可能であることは当業者に理解されよう。
【００９８】
【発明の効果】
本発明によると、空中写真画像と地図を照合することによって、地上構造物等の変化を詳細に判定することができる効果がある。
【００９９】
本発明によると、現状を反映した地図の作成を行うことができるため、地域の状況把握に利用することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による地図更新システムの例を説明するための説明図である。
【図２】本発明によって構造物の変化の状態を判定する方法を説明するための説明図である。
【図３】本発明による地図更新システムにおける処理を示す流れ図である。
【図４】本発明による地図更新システムにおける処理を示す流れ図である。
【図５】本発明による地図更新システムにおける処理を示す流れ図である。
【図６】本発明による地図更新システムにおける処理を示す流れ図である。
【図７】本発明により構造物の高さ方向の補正を説明するための説明図である。
【図８】本発明により地図の形状があいまいな場合の構造物の推定方法を説明するための説明図である。
【図９】本発明において複数の画像を用いて地図更新の精度を上げる手法を示す図である。
【符号の説明】
１０１……画像蓄積装置、１０２……地図蓄積装置、１０３……画像検索部、１０４……地図検索部、１０５……地図・画像重畳部、１０６……境界画像抽出部、１０７……構造物特徴データ蓄積部、１０８……構造物変化抽出部、１０９……構造物図形選択部、１１０……構造物判定部、１１１……図形サイズ・位置変換部、１１２……境界解析部、１１３……図形内画像解析部、１１４……未探索範囲特定部、１１５……新規構造物抽出部、１１６……詳細形状抽出部、１１７……構造物表示属性付加部、１１８……存続構造物表示属性付加部、１１９……撤去構造物表示属性付加部、１２０……増改築構造物表示属性付加部、１２１……要調査構造物表示属性付加部、１２２……新築構造物表示属性付加部

Claims

地図図形を格納する地図蓄積手段と空中写真画像を格納する画像蓄積手段と上記地図図形中の構造物特徴データを格納する構造物特徴データ蓄積手段とを有する地図更新システムにおいて地図更新方法を実行させる地図更新プログラムであって、
上記地図更新方法は、上記地図図形と該地図図形が作成された後に撮像された上記空中写真画像より抽出される境界画像との間の第１の一致度と、上記地図図形中の構造物特徴データと上記空中写真画像より抽出される画像特徴との間の第２の一致度を計算し、上記２つの一致度の少なくとも一方が所定の閾値未満である該構造物を表す地図図形に対して「増改築」又は「撤去」の属性を付与し、上記２つの一致度の両者が所定の閾値以上である該構造物を表す地図図形に対して「存続」の属性を付与し、上記構造物特徴データを抽出することができない場合であってかつ上記第１の一致度が所定の閾値未満である場合に上記構造物を表す地図図形に対して「要調査」の属性を付与し、上記構造物特徴データを抽出することができない場合であってかつ上記第１の一致度が所定の閾値以上である場合に上記構造物を表す地図図形に対して「存続」の属性を付与し、上記「増改築」、「撤去」、「存続」、及び「要調査」の属性が付与された後に上記地図図形に存在しないが上記空中写真画像に存在する構造物を検出して「新築」の属性を付与し、上記地図図形上に上記構造物の地図図形を上記属性に従って表示手段に表示させることを特徴とする地図更新プログラム。
上記地図更新方法は、上記地図図形中の構造物に上記「増改築」、「新築」及び「要調査」の属性が付与された場合に上記空中写真画像中の上記構造物の画像形状に基づいて、新たな地図図形を作成し、該作成した地図図形を表示することを特徴とする請求項１記載の地図更新プログラム。
上記地図図形の作成は、上記構造物の上部の画像形状をスケール変換して地面へ投影することによって上記構造物を表す地図図形を生成することを特徴とする請求項２記載の地図更新プログラム。
上記地図図形の作成は、上記地図図形中の構造物に上記「要調査」の属性が付与された場合であって、上記地図図形と上記構造物の画像の比較によって形状が確実な部分と曖昧な部分を分けることが可能である場合に、上記空中写真画像中の構造物の一部分が、他の構造物の影や樹木などの自然物に隠蔽されていると判定し、上記構造物が確認できる範囲内で部分地図図形を生成し、確認できない部分については、上記構造物と照合する地図図形を用いて上記構造物の地図図形を補完することを特徴とする請求項２記載の地図更新プログラム。
上記地図更新方法は、上記「増改築」及び「要調査」の属性を付与する場合に、上記照合に使用した地図図形に対して過去のものであることを示す「増改築：過去」及び「要調査：過去」の属性をそれぞれ付与し、新たに作成した地図図形に対しては現状のものであることを示す「増改築：現在」及び「要調査：現在」の属性をそれぞれ付与し、上記表示手段に上記過去及び現在の属性を有する地図図形を表示させることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の地図更新プログラム。
上記地図更新方法は、異なる時間に撮影した複数の空中写真画像と上記地図図形との照合を行い、該複数の照合結果を用いた多数決処理により付与する属性を決定することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の地図更新プログラム。
地図図形を格納する地図蓄積手段と、
空中写真画像を格納する画像蓄積手段と、
上記地図図形中の構造物特徴データを格納する構造物特徴データ蓄積手段と、
上記地図図形と上記空中写真画像より抽出される境界画像との間の第１の一致度を計算する境界解析手段と、
上記構造物特徴データと上記空中写真画像より抽出される画像特徴との間の第２の一致度を計算する図形内画像解析手段と、
上記２つの一致度から上記空中写真画像中の構造物の変化を判定する構造物判定手段と、
上記２つの一致度の少なくとも一方が所定の閾値未満である該構造物を表す地図図形に対して「増改築」又は「撤去」の属性を付与し、上記２つの一致度の両者が所定の閾値以上である該構造物を表す地図図形に対して「存続」の属性を付与し、上記構造物特徴データを抽出することができない場合であってかつ上記第１の一致度が所定の閾値未満である場合に上記構造物を表す地図図形に対して「要調査」の属性を付与し、上記構造物特徴データを抽出することができない場合であってかつ上記第１の一致度が所定の閾値以上である場合に上記構造物を表す地図図形に対して「存続」の属性を付与し、上記「増改築」、「撤去」、「存続」、及び「要調査」の属性が付与された後に上記地図図形に存在しないが上記空中写真画像に存在する構造物を検出して「新築」の属性を付与する構造物表示属性付加手段と、
上記地図図形上に上記構造物の地図図形を上記属性に従って表示する表示手段とを有することを特徴とする地図更新装置。