JP5088627B2 - マルチマッチング方法 - Google Patents

Description

本発明は、地理空間情報に関する偏位修正画像およびその活用法に関するものである。特に、新しい偏位修正画像に関し、その活用範囲が広く、種々の応用が期待できるものである。

最近、デジタル化が進行し、例えば、航空写真もデジタルカメラで撮影され、アナログ写真では、不可能であった新しい活用が提案され、急速な発展が始っている。先ず、アナログでは必要であった現像処理その後のスキャニング等は、デジタルでは不要となり、撮影後の現像処理に必要な時間が大幅に短縮され、迅速に処理できるようになった。

更に、撮影移動方向に重複撮影（オーバーラップ撮影）することが行われ、水平面内で該撮影移動方向に直角な方向にも重複撮影（サイドラップ撮影）を行うようになり、多くの画像が得られるようになった。最初は、安全撮影のために重複撮影を意図していたが、今は、多数重複撮影された画像の活用を図る工夫がされ始めている。

また、例えば、画素レベルで、画像を修正できるので、色々な活用ができるようになった。例えば、特開２００３−３２３６０３（特許文献１）、特開２００３−３１６２５６、（特許文献２）および特開２００２−０９２６５８（特許文献３）などに記載されているように、ステレオマッチング方法、オルソフォト生成方法、３次元デジタル地図作成等に使われるようになってきているが、まだ、撮影で得られた情報に関して、十分な活用がされていなくて、重複撮影で得られる情報の更なる有効な活用が望まれている。
特開２００３−３２３６０３ 特開２００３−３１６２５６ 特開２００２−０９２６５８

従来、重複撮影航空写真（デジタル写真）は、重複度が多くなると、情報が多く取得される。従って、該重複撮影航空写真の情報を最大限活用する工夫が望まれている。そのための方法と、前記工夫の提案が強く望まれている。また、更に、目的とする情報を得るための時間の短縮、工程の簡素化、コスト低減、情報の種類の多様化等々、近来の急速な環境変化に対応した新しいニーズに答えることが要求されている。

本発明は、同一の注視点を含むようにオーバーラップして撮影された２以上の空中写真画像を、水平な仮想撮像面に対して射影変換を実施してそれぞれ独立偏位修正画像を得る工程と、前記２以上の独立偏位修正画像に対してそれぞれ基準面を設け、該基準面の高さに応じた倍率変換を行って独立偏位修正画像の倍率変換画像を得る工程とを備えた方法であり、前記２以上の倍率変換画像の前記注視点が一致するような、前記それぞれの基準面高さを求めて、前記２以上の独立偏位修正画像のマッチングを行う方法である。

本願発明は、前記２以上の独立偏位修正画像に対してそれぞれ基準面高さを変えて倍率変換を行うことで、階層状に複数の前記倍率変換画像を蓄積する工程を備えた方法とすることもできる。この場合、前記２以上の独立偏位修正画像に基づくそれぞれの階層状の前記倍率変換画像に対して、鉛直方向に探索することで、前記２以上の独立偏位修正画像のマッチングを行う。

本願発明は、前記独立偏位修正画像に基づく階層状の倍率変換画像群を３次元空間におけるボクセル画像と捉え、３次元の写像空間配列として作成し、前記空中写真画像の画素値を記録した前記写像空間配列を利用する方法とすることもできる。

本願発明は、前記マッチングを行うにあたり、前記注視点に対して画素マッチングを行う方法とすることもできる。

本発明によれば、前記したように、簡単な射影で、種々の応用が可能で、重複撮影した画像をもれなく利用することも可能で、撮影された情報を無駄なく有効活用ができる。また、簡単な方法で応用が可能となり、望まれていた工夫、効果を得ることができる。加えて、大きくは、前記独立偏位修正画像においては、全ての水平線分の方向性が一致する利点があり、これを元に種々の応用が可能になる。前記水平線分は、同一の標高値を有する頂点で構成される線分であって、水平な基準面内の点で構成される。水平線分のみで構成される水平輪郭ポリゴンの場合は、必ず相似の関係が成り立っている。

更に、前記独立偏位修正画像は、全画像の同時参照によるオクルージョンの回避ができる効果がある。オブジェクト空間において独立偏位修正画像の倍率変換による特徴点の重ね合わせが可能であることから、任意の探索位置に対応する全画像の同時参照が可能である。従って、正しい対応点を決定することができる利点がある。

また、本発明によれば、このオクルージョン回避に伴い計算コストの低減ができる。それは、本発明に従うと、単一の注視点の計測の方法を用い、水平方向に対して、等間隔な計測点をグリッド状に配置し、鉛直方向の探索を実施することで、均等な計測密度が得られ、各計測点では、全画像の同時参照によるオクルージョンの回避が可能であり、対応点探索の繰り返し演算が不要となる。また、本発明は、その他多くの効果を有するものである。

以下、本発明を実施例と図を挙げながら、更に具体的に詳しく説明する。先ず、本発明にかかる独立偏位修正法および該方法により得られる独立修正画像について、説明する。図１は前記独立偏位修正法の概念図である。１は、撮影対象物であり、２は注視点である。撮影対象物１を撮影した多重撮影画像の中から標定画像３と標定画像４の２枚選択し、それぞれの撮影中心をそれぞれ５、６とする。標定画像３と４について、下記の式（１）を用いて、写真座標系から絶対座標系に変換し、共線条件に基づき、水平な仮想撮像面に対してそれぞれ投影変換をして、独立偏位修正画像７と８を得る。

なお、ここで、各標定画像の標定要素から絶対座標系におけるカメラの投影中心位置をＣｋ（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）、その姿勢の回転角を（Ωｋ，Φｋ，Ｋｋ）とし、標定画像の写真座標系における任意の点の座標値（ｘ，ｙ，−ｃ）を絶対座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換できる。ただし、κ＝１，２，・・・，ｎ（ｎ：マッチングに使用する画像の枚数）とし、ｃはカメラの焦点距離を意味する。

この標定画像上の任意の点の絶対座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を投影中心点Ｃｋと焦点距離ｃは変えずに、共線条件に基づき、姿勢の回転角を全て０とした水平かつ同一方向の仮想撮像面を定義し、射影変換することで、変換後の写真座標系における座標値（ｘ‘，ｙ’，−ｃ）を得る。これを射影変換画像としてリサンプリングすることで、独立偏位修正画像を得ることができる。

また、全ての独立偏位修正画像が水平かつ同一方向の仮想撮像面に対して射影変換されていることから、基準面の高さに応じた画像の倍率変換により対応点の重ね合わせが可能である。図２は、対応点の重ね合わせの例である。独立偏位修正画像１１〜１４の４枚を注視点Ｐの対応点Ｐ１〜Ｐ４を注視点Ｐで重ね合わせたもの１５である。Ｃ１〜Ｃ４は、それぞれの撮影中心である。注視点Ｐの独立偏位修正画像における座標値を（ｘ，ｙ）とし、同じく点Ｐの標高値（Ｚｐ）に基準面を設定すると、下記の式（２）に示した倍率変換式により、点Ｐの水平位置（Ｘｐ，Ｙｐ）を算出できる。

全ての独立偏位修正画像に対して、この倍率変換を適用すると共通の基準面上で対応点は重なりあう。オブジェクト空間内で重ね合わせた画像データを階層状に蓄積し、この層状に蓄積された画像データを鉛直方向に探索することで、多重撮影画像間でのマッチングが可能になる。

渋谷区全域を撮影した航空写真の中から、選んだ多重撮影画像を実施例に用いた。（本発明は、このように任意の撮影方法に適応可能である。７枚を選択し、中央の一枚を中心に左右隣接のそれぞれ１枚と、写真上で、該中央の左斜め前の隣接と右斜め前の隣接画像をそれぞれ１枚と、該中央の左斜め下と右斜め下の隣接画像をそれぞれ１枚の合計７枚で、該中央を囲む６枚の隣接画像は、６角形を構成している。）撮影記録からは、撮影に使用した機器、ＤＭＣとして、インターグラフ社の緒元等は、画素数１３８２４×７８０画素、ＣＣＤサイズ１６５．９ｍｍ×９２，２ｍｍ、画素サイズ１２．０μｍ（正方格子）、焦点距離１２０ｍｍであって、撮影緒元は、対地高度６００ｍ、ラップ率（ＯＬ／ＳＬ）６６．７％×６６．７％、プロジェクト数２であった。

前記実施例の概略の流れを図３にフローチャートで示した。先ず、選択された前記多重撮影画像３１から独立偏位修正画像３２を得た（得る方法を独立偏位修正法と呼ぶ）。第１に元になった多重撮影画像（標定画像３１）とその独立偏位修正画像３２とを比較し、水平線分の方向同一性について３３で評価した。

第２に、図化により得られた建物モデルを使用した可視、不可視判定３５に基づき、全画像の同時参照３４に対するオクルージョン領域３６の低減率について評価した。第３に、このオクルージョン領域が等価になるような条件で両者の計算コスト３７を比較して評価した。

前記対応点の倍率変換による座標値の一致度を評価するために、独立偏位修正画像を用いた図化による輪郭頂点を面積重心点の取得を実施した。図４はその一部を例示するもので、図化による輪郭頂点を示している。これを各画像に関して実施したところ、全ての画像において、建物輪郭の位置が一致（実線で表示部分）している様子が確認できた。図中の点線は、それぞれ異なる高さの建物輪郭線を示している。しかし、該当する高さに関して、それを基準面として、倍率変換すると、全ての画像で輪郭線が合致した。

図化で得られた建物の輪郭頂点と面積重心法で得られた特徴点について、それぞれの基準面に対する倍率変換による水平座標値の一致度は、平均点で表示すると、図化輪郭頂点について、Ｘは６．４５ｃｍ、Ｙは４．７４ｃｍであり、面積重心点は、Ｘは３．１２ｃｍ、Ｙは３．０２ｃｍで、図化輪郭頂点では、１画素程度、面積重心点では０．５画素程度の一致度を示していることになる。また、方向の一致性は、最上段の水平な建物輪郭線にあわせてみたところ、マルチレイ法では、不一致が見られたが、独立偏位修正画像法では、一致している様子がみられた。

第２のオクルージョンの低減の課題であるが、本発明にかかる独立偏位修正画像法で建物モデルを用いて、可視、不可視判定シミュレーションを行った。マルチレイ法の場合は、１０．０８％、独立偏位修正画像法の場合は、２．４２％であった。本発明にかかる方が、全画像の同時参照が可能であるので、自由な組み合わせで可視状態の画像が２枚以上あればマッチングが可能である。これがオクルージョンの低減に寄与している。

第３の低減コストについて、計算を行ったところ、前記７枚の位置の中心の画像と右隣と左斜め上と左斜め下のそれぞれの位置にあるものの組み合わせに関して、マルチレイ法によるマルチマッチング処理を実施し、４回分の計算時間を合算して比較した。その結果、マルチレイ法（Ａ）で、画像読込０分１２秒、画像切出し６１分００秒、対応点検索３０分２４秒、これに対して、本発明にかかる方法では、画像読込０分５秒、画像切出し１６分８秒、対応点検索８分１２秒であって、マルチレイ法は、本発明にかかる方法に比較して３．７５倍の所要時間が必要であった。従って、本発明は、コスト低減が大きいことがわかる。

本発明にかかる独立偏位修正法の概念図である。 本発明にかかり、倍率変換画像による対応点の重畳の様子の概念図である。 本発明の実施例のフローチャートである。 本発明にかかり、図化による輪郭頂点を示す図である。

１ 被写体（撮影対象物）
２ 注視点
３ 多重撮影画像
４ 多重撮影画像
５ 撮影中心
６ 撮影中心
７ 独立偏位修正画像
８ 独立偏位修正画像

Claims (4)

1. 同一の注視点を含むようにオーバーラップして撮影された２以上の空中写真画像を、水平な仮想撮像面に対して射影変換を実施して、それぞれ独立偏位修正画像を得る工程と、
   前記２以上の独立偏位修正画像に対して、それぞれ基準面を設け、該基準面の高さに応じた倍率変換を行って独立偏位修正画像の倍率変換画像を得る工程と、を備え、
   前記２以上の倍率変換画像の前記注視点が一致するような、前記それぞれの基準面高さを求めて、前記２以上の独立偏位修正画像のマッチングを行うことを特徴とするマルチマッチング方法。
2. 前記２以上の独立偏位修正画像に対して、それぞれ基準面高さを変えて倍率変換を行うことで、階層状に複数の前記倍率変換画像を蓄積する工程を備え、
   前記２以上の独立偏位修正画像に基づくそれぞれの階層状の前記倍率変換画像に対して、鉛直方向に探索することで、前記２以上の独立偏位修正画像のマッチングを行うことを特徴とする請求項１記載のマルチマッチング方法。
3. 前記独立偏位修正画像に基づく階層状の倍率変換画像群を３次元空間におけるボクセル画像と捉え、３次元の写像空間配列として作成し、前記空中写真画像の画素値を記録した前記写像空間配列を利用することを特徴とする請求項２記載のマルチマッチング方法。
4. 前記マッチングを行うにあたり、前記注視点に対して画素マッチングを行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のマルチマッチング方法。

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