JP6789017B2 - 地形可視化装置、地形可視化方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、地形可視化装置、地形可視化方法、及びプログラムに関する。

従来、航空レーザ計測により得られた地形の点群データに基づいて生成する地形図画像としては、段彩図（Color Map）や、陰影図（Shaded Map）等が広く知られている。

なお、原地形データを凹部、凸部及び平坦部に分離し、凹部に寒色系の色を付与し、凸部に暖色系の色を付与することで、窪地部分を明瞭に図示しようとする地形図の作成装置が特許文献１に開示されている。

特開２００６−０７２８５７号公報

しかしながら、上記従来の装置・方法で生成される地形図画像では、地形等の起伏は示されるものの、地形の形成に影響する構造物との位置関係や土地利用状況等が視覚化されず、構造物との位置関係等との把握が困難であった。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、地形等の起伏に加え、構造物との位置関係等を可視化して地形図の判読を支援する地形可視化装置、地形可視化方法、及びプログラムを提供することを、その目的の一つとする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、地形可視化装置であって、航空レーザ計測により得られた地形の点群データに基づいて生成される地形画像を受け入れる手段と、前記地形画像の地表面領域に対応して生成されたオルソ画像を受け入れる手段と、前記地形画像に、前記オルソ画像を半透明合成した合成画像データを生成する手段と、当該生成した合成画像データを出力する手段と、を含むこととしたものである。

ここで前記点群データに基づいて生成される地形画像は、フィルタリング後の点群データに基づく陰影起伏画像、フィルタリング前の点群データに基づく陰影起伏画像、のいずれかであってもよい。さらに前記オルソ画像は、前記地形画像の元となった点群データの航空レーザ計測時に撮像された同時オルソ画像であってもよい。

また本発明の一態様に係る地形可視化方法は、コンピュータを用い、前記コンピュータのプロセッサが航空レーザ計測により得られた地形の点群データに基づいて生成される地形画像を受け入れる工程と、前記プロセッサが前記地形画像の地表面領域に対応して生成されたオルソ画像を受け入れる工程と、前記プロセッサが前記地形画像に、前記オルソ画像を半透明合成した合成画像データを生成する工程と、前記プロセッサが当該生成した合成画像データを出力する工程と、を含むこととしたものである。

さらに本発明の別の態様に係るプログラムは、コンピュータを、航空レーザ計測により得られた地形の点群データに基づいて生成される地形画像を受け入れる手段と、前記地形画像の地表面領域に対応して生成されたオルソ画像を受け入れる手段と、前記地形画像に、前記オルソ画像を半透明合成した合成画像データを生成する手段と、当該生成した合成画像データを出力する手段と、として機能させる。

本発明によると、地形等の起伏に加え、構造物との位置関係や土地利用状況等を視覚化できる。

本発明の実施の形態に係る地形可視化装置の例を表す構成ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る地形可視化装置の例を表す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る地形可視化装置における合成画像データ生成部の一例を表す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る地形可視化装置の動作例を表すフローチャート図である。 本発明の実施の形態に係る地形可視化装置が生成する陰影起伏画像の例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る地形可視化装置が生成する合成画像データの例を表す説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係る地形可視化装置１は図１に例示するように、制御部１１と、記憶部１２と、操作部１３と、表示部１４と、インタフェース部１５とを含んで構成される。

制御部１１は、ＣＰＵ等のプログラム制御デバイスであり、記憶部１２に格納されたプログラムに従って動作する。本実施の形態において、この制御部１１は、航空レーザ計測により得られた地形の点群データに基づいて生成される地形画像と、当該地形画像の地表面領域に対応して生成されたオルソ画像とを受け入れ、この地形画像にオルソ画像を半透明合成（アルファブレンド）した合成画像データを生成して出力する処理を実行する。この制御部１１の詳しい動作については後に述べる。記憶部１２は、ディスクデバイスやメモリデバイス等であり、制御部１１によって実行されるプログラムを保持する。またこの記憶部１２は制御部１１のワークメモリとしても動作する。

操作部１３は、マウスやキーボード等であり、ユーザの操作を受け入れて、当該操作の内容を表す情報を、制御部１１に出力する。表示部１４は、ディスプレイ等であり、制御部１１から入力される指示に従って画像を表示出力する。インタフェース部１５は、ネットワークインタフェースやＵＳＢ等のシリアルインタフェース、あるいはパラレルインタフェースであり、各種データを外部の機器から受け入れて制御部１１に出力する。またこのインタフェース部１５は、制御部１１からの指示により、制御部１１にて生成した合成画像データ等を外部に出力することとしてもよい。

本実施の形態の地形可視化装置１に入力されるデータは、航空レーザ計測により得られた地形の点群データと、当該点群データによりデータが取得された地表面領域に対応する、カラーの（ＲＧＢ色空間内の画素値で表された）オルソ画像（正射投影画像）とを含む。ここで航空レーザ計測の方法としては、河川等水域ではＡＬＢ（Airborne Laser Bathymetry）を用いてもよい。またオルソ画像は、点群データの取得時に撮影された画像（いわゆる同時オルソ画像）であってもよいし、他の時点で撮影された画像であっても（点群データに対応する地表面領域と同じ地表面領域に対応する部分が含まれれば）よい。

ここで制御部１１の動作について説明する。本実施の形態ではこの制御部１１は記憶部１２に格納されたプログラムを実行することで、機能的に図２に例示するように、点群データ受入部２１と、地形画像処理部２２と、オルソ画像受入部２３と、合成画像データ生成部２４と、出力部２５とを含んで構成される。

点群データ受入部２１は、航空レーザ計測により得られた地形の点群データの入力を受け入れて地形画像処理部２２に出力する。地形画像処理部２２は、入力された点群データに基づいて、地形を表す陰影起伏画像を生成する。このとき、地形画像処理部２２は入力された点群データについて、いわゆるフィルタリング処理を行ってもよい。このフィルタリング処理を行うと、例えば地表面の点群データが得られ、陰影起伏画像はこれらを反映したものとなる。一方、フィルタリングを行わない場合、建物や樹木の状況が反映された陰影起伏画像が得られる。

地形画像処理部２２は、フィルタリング処理後、またはフィルタリング処理していない点群データから、たとえば対応する地表面領域の所定格子点ごとの標高データ（メッシュ化データ）を生成する。ここでフィルタリング処理した点群データから得られるメッシュ化データは、例えば地表面の数値標高モデル（ＤＴＭ）、フィルタリング処理していない点群データから得られるメッシュ化データは、例えば数値表層モデル（ＤＳＭ）データである。

地形画像処理部２２は、仮想的な光源を設定して、メッシュ化データの表す標高を陰影起伏として表現した、陰影起伏画像を生成する。この陰影起伏画像の生成は、陰影図の生成方法として広く知られた方法を採用できるので、ここでの詳しい説明を省略する。また広く知られているように、点群データに基づいて生成されたこの陰影起伏画像には、オルソ画像との位置合わせを可能とする情報が含まれる。

オルソ画像受入部２３は、点群データ受入部２１が受け入れた点群データによりデータが取得された地表面領域に対応するオルソ画像の入力を受けて、記憶部１２に格納する。広く知られているように、このオルソ画像にも、陰影起伏画像との位置合わせを可能とする情報が含まれる。

合成画像データ生成部２４は、地形画像処理部２２が出力する陰影起伏画像に対して、記憶部１２に格納されたオルソ画像を半透明合成した画像データを生成する。具体的に本実施の形態の一例では合成画像データ生成部２４は、機能的には、図３に例示するように、画像調整部２４１と、半透明合成部２４２とを含む。

画像調整部２４１は、半透明合成するオルソ画像の画像を調整する。一例としてこの画像調整部２４１は、オルソ画像の彩度やコントラストを調整する。ここで彩度やコントラストの調整量は、
１．予め定められた割合または予め定められた量だけ彩度やコントラストを増減させる、
２．オルソ画像に含まれる画像の種類に基づいて増減量を定める、
などの種々の方法を採用できる。

具体的にオルソ画像に含まれる画像の種類に基づいて定める場合、画像調整部２４１は、河川や海等の水域がオルソ画像に含まれるか否か、森や林などがオルソ画像に含まれるか否か等、画像の種類の条件に関連付けて予め定めた割合、または予め定めた量だけ彩度を低減または増大させるよう制御する。

なお、ここでの例では、画像調整部２４１が彩度を増減させる例について述べたが、本実施の形態はこれに限られず、明度（輝度）や、色相を変更してもよい。また、特定の範囲の色について色相・明度・彩度を変更してもよい。ＲＧＢ画像データにおいて、色相・明度・彩度を変更する処理については、公知の方法を採用できるので、ここでの詳しい説明は省略する。

半透明合成部２４２は、画像調整部２４１が出力するオルソ画像を、地形画像処理部２２から入力される陰影起伏画像に半透明合成する。ここで半透明合成は、オルソ画像と陰影起伏画像との互いに対応する位置（ｘ，ｙ）にある画素の値をそれぞれＰ（ｘ，ｙ），Ｑ（ｘ，ｙ）とするとき、合成後の画像データの位置（ｘ，ｙ）にある画素の値Ｓ（ｘ，ｙ）を、
Ｓ（ｘ，ｙ）＝［α・Ｐ（ｘ，ｙ）＋Ｑ（ｘ，ｙ）］ ・・・（１）
と定めることで行う。なお、Ｓ，Ｐ，Ｑは例えばＲＧＢ色空間のベクトル値であり、対応する成分ごとにこの演算が行われる。また、［Ｘ］は、Ｘの色空間の各成分（ｒ，ｇ，ｂ）のうち、最大値を超えるものについてはその最大値とする（例えばｒの値が最大値２５５を超える場合ｒ＝２５５とし、ｇ，ｂについて最大値２５５を超えなければ、そのままα・Ｐ（ｘ，ｙ）＋Ｑ（ｘ，ｙ）により演算されるｇ，ｂの値とする）ことを意味する。
また、合成後の画像データの位置（ｘ，ｙ）にある画素の値Ｓ（ｘ，ｙ）の定め方は上記の例に限られず、
Ｓ（ｘ，ｙ）＝α・Ｐ（ｘ，ｙ）＋（１−α）Ｑ（ｘ，ｙ）］・・・（１′）
と定めてもよい（ただし０≦α≦１）。この場合は演算の結果得られる画素値の各成分は最大値を超えることがない。

ここで値αは、合成の係数であり、（１）式を用いる場合、０≦αである。α＝０の場合、合成後の画像データは、陰影起伏画像そのものとなる。半透明合成部２４２は、このαの値を、０≦αの範囲で所定の方法で定め、合成後の画像データの各画素の値を求めて、合成画像データを生成する。また、（１′）式を用いる場合、値αは上述の通り、０≦α≦１とする。この例でもα＝０の場合、合成後の画像データは、陰影起伏画像そのものとなる。またこの例では、α＝１の場合、合成後の画像データ（合成画像データ）は、オルソ画像そのものとなる。この（１′）式を用いる例の場合、半透明合成部２４２は、このαの値を、０≦α≦１の範囲で所定の方法で定め、合成後の画像データの各画素の値を求めて、合成画像データを生成する。

ここでαの決定方法としては、
１．予め定めた値とする方法のほか、
２．操作部１３から入力されるユーザの指示する値に設定する
こととしてもよい。さらに
（Ａ）αは、オルソ画像全体で共通の値としてもよいし、
（Ｂ）オルソ画像中、点群データから得られる情報で区分できる水域、傾斜地等の部分のαの値と、それ以外の部分のαの値とを異ならせてもよい（関心領域の強調）。

（Ｂ）のように各部でαの値を異ならせる場合において、上記２．のように操作部１３から入力されるユーザの指示する値にαを設定するときには、ユーザから各部分のαの値の入力を受けることとしてもよいし、ある部分に対するαの値の入力をユーザから受けておいて、他の部分に対するαの値を、入力された値に基づいて演算（所定割合だけ低減あるいは増大させるなど）してもよい。

出力部２５は、合成画像データ生成部２４が生成した合成画像データを、表示部１４に表示出力する。

また制御部１１は、操作部１３から入力される指示操作により、表示している合成画像データの一部を拡大表示する等の処理を行ってもよい。

［動作］
本実施の形態の地形可視化装置１は以上の構成を備え、次のように動作する。本実施の形態の地形可視化装置１は、図４に例示するように、ユーザの指示操作により、処理の対象となる、航空レーザ計測によって得られた地形の点群データと、当該点群データの取得時に同時に取得したオルソ画像（いわゆる同時オルソ）との入力を受け入れる（Ｓ１）。この同時オルソは一般に、点群データによりデータが取得された地表面領域に対応したオルソ画像となっている。

地形可視化装置１は、入力された点群データについて、いわゆるフィルタリング処理を行う（Ｓ２）。地形可視化装置１は、フィルタリング処理後の点群データを用い、対応する地表面領域の所定格子点ごとの標高データ（メッシュ化データ）として、地表面の数値標高モデル（ＤＴＭ）を生成する（Ｓ３）。

そして地形可視化装置１は、さらに、この標高データを用い、このメッシュ化された標高を陰影起伏として表現した、陰影起伏画像を生成する（Ｓ４）。ここで生成される陰影起伏画像は例えば図５に例示するようなものとなる。

地形可視化装置１は、処理Ｓ１で受け入れたオルソ画像を、処理Ｓ４で生成した陰影起伏画像に対して、予め定めた方法で設定した割合αで、半透明合成（アルファブレンド）して（Ｓ５）、合成画像データを生成する。そして地形可視化装置１は、生成した合成画像データを、表示部１４に表示出力する（Ｓ６）。ここで得られる合成画像データの例を図６に例示する。

図５，６の比較によって理解されるように、図５において明示されない橋等の構造物（Ｘ）が図６では半透明合成されたオルソ画像によって確認可能となり（Ｘ）、地形と構造物との位置関係が明瞭に示される。また、河川についてはオルソ画像が、陰影起伏画像（水深に応じて明度が異なる）に対して半透明合成されることで、オルソ画像により着色された色の明度変化（つまり川の色の濃さ）によって水深が表現されることとなり、河川等の水域も含めて起伏が理解やすい表現の画像が得られる。また、植生がある範囲は植生の色で半透明に着色されるので、植生の範囲が見やすくできる。

なお、図４の処理Ｓ６において、ユーザから半透明合成のパラメータ（αの値）を変更する旨の指示を受け入れてもよい。この場合、地形可視化装置１は、処理Ｓ５に戻って当該受け入れたαの値で半透明合成をやりなおし、やりなおして得られた合成画像データを処理Ｓ６にて再度出力する。

［地形画像の別の例］
またここまでの説明では、地形画像として陰影起伏画像を例として説明したが、地形画像の色についてはグレースケールには限られない。このほか、
１．標高データに対して標高値を連続的に分類し、色分け表示する段彩図、
２．標高データに対する光源位置の方位と角度（高度）を設定し、地形の陰影起伏を表現する陰影図、
３．これらを合成した画像
等であってもよい。

これらの地形画像を用いる場合、半透明合成前に地形画像の彩度を調整（例えば低減してグレースケールに近い状態とするなど）してもよい。例えば彩度を低減しておけば、オルソ画像を半透明合成したときに、オルソ画像の色合い（可視画像の色合い）を反映した合成画像データを得ることが可能となる。

［エッジ抽出］
さらに、ここまでの説明において画像調整部２４１が半透明合成するオルソ画像の画像を調整する例として、オルソ画像の彩度やコントラストを調整する例について述べたが、画像調整の方法はこれだけに限られず、例えばエッジ強調処理やパターン認識処理等、広く知られた種々の画像処理を適用してもよい。

［関心領域の強調の別の例］
さらにこの画像調整部２４１は、オルソ画像の彩度やコントラストを調整する際に、オルソ画像全体を一斉に調整するのではなく、点群データから得られる情報で区分できる水域、傾斜地等の部分での彩度やコントラストの調整量と、それ以外の部分の調整量とを異ならせてもよい（関心領域の強調の別の例）。

［複数の調整画像の合成］
さらに画像調整部２４１と半透明合成部２４２とは、オルソ画像をそれぞれ複数の方法で調整した、複数の調整オルソ画像を生成し、これら複数の調整オルソ画像を半透明合成して、合成オルソ画像を得ておき、さらにこの合成オルソ画像を、地形画像に半透明合成することとしてもよい。この場合には、合成画像データの画素値を表す（１）式は次の（２）式のようになる。
ここでｉは調整オルソ画像の数であり、αiは、対応するｉ番目の調整オルソ画像（画素値がＰi（ｘ，ｙ）で表される調整オルソ画像）の合成の割合（いずれも正の値）を表す。この例でも、Ｓ（ｘ，ｙ）については、その色空間の各成分（ｒ，ｇ，ｂ）のうち、最大値を超えるものについてはその最大値とする。
なお、この（２）式に代えて、（１′）式に対応する
を用いて合成されるようにしてもよい。

１ 地形可視化装置、１１ 制御部、１２ 記憶部、１３ 操作部、１４ 表示部、１５ インタフェース部、２１ 点群データ受入部、２２ 地形画像処理部、２３ オルソ画像受入部、２４ 合成画像データ生成部、２５ 出力部、２４１ 画像調整部、２４２ 半透明合成部。

Claims (5)

1. 航空レーザ計測により得られた地形の点群データに基づいて生成される地形画像を受け入れる手段と、
   前記点群データに基づいて、前記地形画像を、少なくとも水域と、傾斜地と、それ以外の部分とに区分する手段と、
   前記区分された部分ごとに、合成の係数を決定する手段と、
   前記地形画像の地表面領域に対応して生成されたオルソ画像を受け入れる手段と、
   前記地形画像に、前記オルソ画像を、対応する地形画像の部分の、前記合成の係数に応じて半透明合成した合成画像データを生成する手段と、
   当該生成した合成画像データを出力する手段と、
   を含む地形可視化装置。
2. 請求項１記載の地形可視化装置であって、
   前記点群データに基づいて生成される地形画像は、
   フィルタリング後の点群データに基づく陰影起伏画像、
   フィルタリング前の点群データに基づく陰影起伏画像、
   のいずれかである地形可視化装置。
3. 請求項１または２に記載の地形可視化装置であって、
   前記オルソ画像は、前記地形画像の元となった点群データの航空レーザ計測時に撮像された同時オルソ画像である地形可視化装置。
4. コンピュータを用い、
   前記コンピュータのプロセッサが航空レーザ計測により得られた地形の点群データに基づいて生成される地形画像を受け入れる工程と、
   前記点群データに基づいて、前記地形画像を、少なくとも水域と、傾斜地と、それ以外の部分とに区分する工程と、
   前記区分された部分ごとに、合成の係数を決定する工程と、
   前記プロセッサが前記地形画像の地表面領域に対応して生成されたオルソ画像を受け入れる工程と、
   前記プロセッサが前記地形画像に、前記オルソ画像を、対応する地形画像の部分の、前記合成の係数に応じて半透明合成した合成画像データを生成する工程と、
   前記プロセッサが当該生成した合成画像データを出力する工程と、
   を含む地形可視化方法。
5. コンピュータを、
   航空レーザ計測により得られた地形の点群データに基づいて生成される地形画像を受け入れる手段と、
   前記点群データに基づいて、前記地形画像を、少なくとも水域と、傾斜地と、それ以外の部分とに区分する手段と、
   前記区分された部分ごとに、合成の係数を決定する手段と、
   前記地形画像の地表面領域に対応して生成されたオルソ画像を受け入れる手段と、
   前記地形画像に、前記オルソ画像を、対応する地形画像の部分の、前記合成の係数に応じて半透明合成した合成画像データを生成する手段と、
   当該生成した合成画像データを出力する手段と、
   として機能させるプログラム。