JPH08180206A - 画像の立体表示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】同一地点を異なる位置から撮影した二つの画像
（ステレオペア画像）１０に輝度レベルを補正する放射
強度処理と方位を平行にする共面条件補正処理からなる
前処理２０と、視点の位置を変えるための仮想撮影面へ
の変換処理と画像の座標を変換して画素の補間を行う画
像再配置処理からなる視点位置変換処理４０と、ディス
プレイに高速切替表示をする画像切替表示処理５０と、
仮想撮影面の傾斜角を入力する入力装置９０と、立体視
をするための立体視用眼鏡８０と、画像の切り替えと立
体視用眼鏡のシャッタの切り替えを同期させるコントロ
ーラ７０より構成される。 【効果】ステレオペア画像を用いて仮想撮影面の傾斜角
を対話的に設定して鳥瞰図のような観察位置で高速に高
精度な立体表現が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル計算機によ
る航空機写真や衛星画像の立体表示装置に係り、特に、
対話的に視点の位置を可変に設定し画像を表示する画像
の立体表示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像の立体表示方法における従来技術は
高木、下田監修「画像解析ハンドブック」（東京大学出
版局、１９９１年発行）の機能編第Ｉ部１．４節と機能
編第Ｉ部２．３．３項に記載されているようにステレオ
ペア画像に放射強度補正処理と共面補正処理からなる前
処理を行い、ディスプレイに高速切替表示をする画像切
替表示処理を行い、画像の切り替えと立体視用眼鏡のシ
ャッタの切り替えをコントローラにより同期させて画像
の立体表示を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】画像を撮影した撮影位
置と観測角が固定されているため、画像を立体表示した
場合、観測者の視点の位置が固定されてしまい、任意の
角度での立体表示ができないという問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の問題点を
解決するために、以下の手段を考案した。

【０００５】（１）実際の地表対象物を投影する実撮影
面に対し、異なる観測角の撮影面（仮想撮影面）を設け
る。

【０００６】（２）センサ焦点位置と実撮影面上の地表
対象物の対応点を結ぶ直線を用いて実撮影面上の地表対
象物の対応点を仮想撮影面に投影する。

【０００７】（３）実撮影面の位置から仮想撮影面の長
さを算出し、対応点を等間隔に配置するよう実撮影面上
の地表対象物の対応点を線形式により仮想撮影面に投影
する。

【０００８】（４）仮想撮影面の傾斜角を設定するため
操作バーあるいは操作ダイヤルをディスプレイ上に表示
する。入力装置を用いて操作バーを対話的に操作をす
る。

【０００９】

【作用】上記手段は、おのおの以下の作用がある。

【００１０】（１）仮想撮影面を設けたことにより観察
者の視点の位置を観測角が変わる方向に変えることが可
能となる。これにより任意の視点での画像の立体表示が
可能となる。

【００１１】（２）センサ焦点位置と実撮影面上の地表
対象物の対応点を結ぶ直線を用いて実撮影面上の地表対
象物の対応点を仮想撮影面に直接投影することにより、
実撮影面上の対応点を位置の誤差無く仮想撮影面に投影
することができる。これにより画像の立体表示の高精度
化が可能となる。

【００１２】（３）実撮影面の位置から仮想撮影面の長
さを算出し、対応点を等間隔に配置するよう実撮影面上
の地表対象物の対応点を線形式により仮想撮影面に投影
するため、仮想撮影面の傾斜角を変更したときの計算時
間が短縮可能である。これにより画像の立体表示の高速
化が可能となる。

【００１３】（４）操作バーをディスプレイ上に表示し
入力装置を用いて対話的に操作をすることにより仮想撮
影面の傾斜角を容易に設定することが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図１６を用
いて説明する。本実施例はステレオペアの画像（同一地
域を２方向から撮影したデータ）の立体表示システムで
ある。本実施例は、ステレオペアの画像を観測角の可変
方向の視点から立体表示を行い、その際の視点の位置設
定を対話的に行うシステムである。

【００１５】本発明を適用するシステム構成の概略を図
２を用いて述べる。画像を立体視するためには、右眼に
は右から撮影した画像（右眼用画像）、左眼には左から
撮影した画像（左眼用画像）のみを視認する必要があ
り、ステレオペア画像と立体視用眼鏡が必要となる。立
体表示する補正画像220は、ステレオペア画像210をディ
ジタル計算機230に入力して作成する。画像の立体視
は、この補正画像210をディスプレイ240に切替表示する
とともに、コントローラ250により画像の切り替えと同
期させた立体視用眼鏡260を用いて行う。観察者280は、
この立体視用眼鏡260をかけることで立体視が可能とな
る。また、視点の位置を任意に変更するには、ディスプ
レイ240に表示してある操作バーをマウス270で操作して
行う。

【００１６】本システムの処理とデータの流れの概略を
図１を用いて述べる。入力するステレオペア画像10は、
衛星やセンサに起因する輝度レベルおよび方位が一定で
ないため前処理20を行う必要がある。

【００１７】前処理20は、図３の処理フローを行う。前
処理20は、ステレオペア画像10の輝度レベルを補正する
放射強度補正処理630と、対応するラインが平行になる
ように補正する共面条件補正処理640から構成される。
前処理20を図式化したものが図４である。前処理する前
の画像710は、互いの輝度レベルが一致しておらず、ま
た、画像の撮影位置が異なるため対となるライン720が
平行でない。前処理は、互いの画像730の輝度レベルお
よび対となるライン740が平行になるように補正する。

【００１８】前処理20により作成された補正画像30は、
マウス90より入力されたパラメータを用いて視点位置変
換処理40し、画像の一方を左眼用画像、他方を右眼用画
像としてディスプレイ60に交互に切り替え表示する画像
切替表示処理50を行う。コントローラ70は、立体視用眼
鏡80のシャッタで左眼用画像を表示しているときには右
眼の視界をさえぎるように、右眼用画像を表示している
ときには左眼の視界を遮るようにする。以上の画像表示
に立体視用眼鏡80のシャッタを同期させる。

【００１９】本システムの画像表示イメージの概略を図
５で説明する。図５はステレオペア画像をフルカラーで
交互に切り替えて表示するものである。ディスプレイに
左眼用画像310と右眼用画像320を交互に切り替え表示
し、同時に左眼用画像310と右眼用画像320に対応した操
作バー（左330、右340）を表示する。視点の位置は、入
力装置により操作バーの中心にあるスライダ（左350、
右360）を左右に移動させることで変更する。

【００２０】その他の例として、図６は左眼用画像410
を赤色（または青色）右眼用画像420を青色（または赤
色）で重ねて表示するアナグリフ方式である。レンズ部
に画像の色に対応したフィルムを用いた立体視用眼鏡
（アナグリフ眼鏡）を用いる。

【００２１】図７は右眼用画像510を左に、左眼用画像5
20は右に並行に表示したものである。立体視は裸眼で行
う。

【００２２】また、操作バーはダイヤル式（右530、左5
40）にして、左右に回転させることにより視点の位置を
変えてもよい。

【００２３】本発明の中心的な技術である視点位置変換
処理の詳細を図８によって説明する。処理は、仮想撮影
面への変換処理840と画像再配置処理860より構成され
る。衛星・センサ諸元830とマウスより入力された仮想
撮影面の傾斜角820を入力パラメータとして、仮想撮影
面の座標を仮想撮影面への変換処理840により求め、補
正画像を画像再配置処理860により変換する。その際、
仮想撮影面の傾斜角820をマウス等の入力装置によりリ
アルタイムに変更するため、傾斜角の変更が行われたと
きには本処理を繰り返し870て行う。

【００２４】１．仮想撮影面への変換処理840 視点の位置を変えるため実撮影面上の地表対象物の対応
点を傾斜角が可変な仮想撮影面に投影する。仮想撮影面
への変換処理は図９のような処理構成である。画像全体
を変換するには、ライン数だけ以下の処理を繰り返し97
0て行う。例えばＳＰＯＴ衛星の場合、１シーンの画像
は６０００ラインあるので処理を６０００回繰り返す。

【００２５】（１）初期パラメータの取得処理930 衛星・センサ諸元920から衛星の位置とセンサの観測角
と視野角とセンサ焦点距離などの初期パラメータを入力
する。

【００２６】（２）実撮影面位置算出処理940 撮影された地表対象物の各対応点位置を算出する。実撮
影面位置算出処理940を図１０で詳細に説明する。

【００２７】衛星による地上撮影の座標系は、左センサ
焦点位置1000を原点としてセンサのライン方向をｘ101
0、高さ方向をｙ1015とする。また、地表面の座標を
（ｘｇi，ｙｇi）1054、センサ焦点距離をｆ1020、ライ
ン方向の最大画素数をｎ、ｉ＝１，２，…ｎ、センサ間
の距離をＢとする。実撮影面上の地表対象物の対応点位
置（1064、1074）は、センサ焦点（1000、1002）と地表
面の座標1054を結ぶ一次式（1084、1094）と、実撮影面
を表わす一次式（1060、1070）の交点より求まる。

【００２８】右実撮影面1070において地表対象物の対応
点位置（ｘri，ｙri）1074を求める。センサの観測角を
θr1045、センサ焦点を（Ｂ，０）1002とするとき、セ
ンサ焦点と地表面の座標（ｘｇi，ｙｇi）を結ぶ一次式
1094は数１となる。

【００２９】

【数１】

【００３０】また、実撮影面は、傾きtanθrで実撮影面
の原点（Ｂ，−ｆ／cosθr）1006を通る一次式1070で表
わせるので、数２となる。

【００３１】

【数２】

【００３２】したがって、数１、数２より画素位置（ｘ
ri，ｙri）1074は、数３、数４となる。

【００３３】

【数３】

【００３４】

【数４】

【００３５】同様に、左実撮影面1060において画素位置
（ｘli，ｙli）1064は、焦点位置（０，０）1000と地表
面の座標（ｘｇi，ｙｇi）1054を通る一次式1084と、傾
きtanθlで実撮影面の原点（０，−ｆ／cosθl）1004を
通る一次式1060の交点であるから、数５、数６となる。

【００３６】

【数５】

【００３７】

【数６】

【００３８】（３）仮想撮影面の傾斜角入力処理950 仮想撮影面の傾斜角を設定する。傾斜角は、ディスプレ
イに表示している操作バーを入力装置により操作するこ
とで入力する。入力した傾斜角は図１１のように衛星の
進行方向1540（紙面の法線方向）に対し直角方向1520
（紙面に平行方向）のみ可変であるため、観察者の視点
の位置1520は一次元方向のみに可変である。実際には、
仮想撮影面の傾斜角を入力すると図１２のように、観察
者1610の視点の位置は変わらず、立体表示している地表
面1630がａ1640、ｂ1650、ｃ1660のように傾く。

【００３９】（４）仮想撮影面の位置算出処理960 仮想撮影面に投影される画像の位置を算出する。算出す
る方法として二通りの方法がある。一つは図１３の精密
投影法で、他は図１４の高速投影法であり、目的にあわ
せて選択すれば良い。以下に各方法について説明する。

【００４０】（ａ）精密投影法 精密投影法について図１３を用いて詳細に説明する。

【００４１】仮想撮影面1160上の画素位置（ｘi'，ｙ
i'）1164は、センサ焦点1100と実撮影面上の画素位置11
54を結ぶ一次式1174と、仮想撮影面を表わす一次式1160
の交点より求まる。

【００４２】右仮想撮影面1160において仮想撮影面の傾
斜角をα1130とするとき、センサ焦点（Ｂ，０）1100と
実撮影面の画素位置（ｘi，ｙi）1154を結ぶ一次式1174
は、数７となる。

【００４３】

【数７】

【００４４】また、仮想撮影面は、傾きtanαrで仮想撮
影面の原点（Ｂ，−ｆcosα）1104を通る一次式1160で
表わせるので、数８となる。

【００４５】

【数８】

【００４６】したがって、数７、数８より仮想撮影面の
画素位置（ｘi'，ｙi'）1164は、数９となる。

【００４７】

【数９】

【００４８】同様に、左仮想撮影面において、センサ焦
点（０，０）と実撮影面の画素位置（ｘi，ｙi）を通る
一次式と、傾きtanαで仮想撮影面の原点（０，−ｆcos
α）を通る一次式の交点より、仮想撮影面の画素位置
（ｘｉ’，ｙｉ’）が求まるから、数１０となる。

【００４９】

【数１０】

【００５０】（ｂ）高速投影法 高速投影法について図１４を用いて詳細に説明する。

【００５１】センサの視野角をβ1240とする。仮想撮影
面上の画素位置（ｘi'，ｙi'）1264は、仮想投影面の長
さを係数とした線形式により求める。

【００５２】右仮想撮影面1260において仮想撮影面の長
さは、前記数９より、数１１となる。

【００５３】

【数１１】

【００５４】これより仮想撮影面での画素位置（ｘi'，
ｙi'）1264は、数１２より算出される。

【００５５】

【数１２】

【００５６】同様に、左仮想撮影面において数１０より
仮想撮影面の画素位置（ｘi'，ｙi'）は、前記数１２と
なる。

【００５７】２．画像再配置処理860 実撮影面の位置にある画像を仮想撮影面の位置に補正す
る。画像再配置処理は図１５のような処理構成である。
仮想撮影面の座標を内挿処理1330により補正する。内挿
処理1330を図式化したものが図１６である。傾斜角α14
60の仮想撮影面1440に投影された画素1450は整数値の位
置に配置されておらず、画像データとして扱うには内挿
処理により補正する必要がある。内挿処理により補正さ
れた画像1470は、画素を補間して正数値の位置に配置さ
れる。内挿処理の詳細は高木、下田監修「画像解析ハン
ドブック」（東京大学出版局、１９９１年発行）の機能
編第Ｉ部１．３．２項を参照。

【００５８】以上が本発明の視点位置を任意に変更可能
な画像の立体視方法の詳細実施例であるが、本方法は航
空機写真（空中写真）やステレオＣＧ等のステレオペア
画像の立体視にも利用可能である。また、画像から標高
データを抽出する立体処理技術や図化機処理技術にも適
用可能である。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、ステレオペア画像を用
いて仮想撮影面の傾斜角を対話的に設定して鳥瞰図のよ
うな観察位置で高速に高精度な立体表現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】衛星画像立体表示システムの処理のブロック
図。

【図２】衛星画像立体表示システムのブロック図。

【図３】前処理のブロック図。

【図４】前処理の説明図。

【図５】衛星画像立体表示システムの表示例１の説明
図。

【図６】衛星画像立体表示システムの表示例２の説明
図。

【図７】衛星画像立体表示システムの表示例３の説明
図。

【図８】視点位置変換処理のフローチャート。

【図９】仮想撮影面への変換処理のフローチャート。

【図１０】実撮影面位置算出処理の説明図。

【図１１】観察者の視点の位置の説明図。

【図１２】観察者の視点の位置の説明図。

【図１３】仮想撮影面の位置算出処理における精密投影
法の説明図。

【図１４】仮想撮影面の位置算出処理における高速投影
法の説明図。

【図１５】画像再配置処理のブロック図。

【図１６】画像再配置処理のブロック図。

【符号の説明】

10…ステレオペア画像、20…前処理、30…補正画像、40
…視点位置変換処理、50…画像切替表示処理、60…ディ
スプレイ、70…コントローラ、80…立体視用眼鏡、90…
入力装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野本 安栄 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一地域を異なる角度から撮影した二つの
   画像に放射強度補正処理と共面条件補正処理からなる前
   処理と画像切替表示処理と立体視用眼鏡を用いて立体表
   示を行う方法において、入力装置を用いて仮想撮影面の
   傾斜角を入力し仮想撮影面への変換処理と画像再配置処
   理からなる視点位置変換処理を行うことで視点の位置を
   変えて立体表示を行うことを特徴とする画像の立体表示
   方法。
2. 【請求項２】請求項１において、センサの観測角と視野
   角と衛星位置の情報を用いて実撮影面における地表対象
   物の対応点を算出する実撮影面位置算出処理と仮想撮影
   面の傾斜角入力処理と仮想的に設けた仮想撮影面に実撮
   影面上の地表対象物の対応点を投影する仮想撮影面の位
   置算出処理を行う画像の立体表示方法。
3. 【請求項３】請求項２において、ディスプレイに表示し
   た操作バーまたは操作ダイヤルを入力装置により操作す
   ることで仮想撮影面の傾斜角の入力を対話的に行う画像
   の立体表示方法。
4. 【請求項４】請求項１において、マウスまたはジョイス
   ティックまたはトラックボールまたはスペースボールま
   たはキーボードを用いる画像の立体表示方法。
5. 【請求項５】請求項１において、仮想撮影面への変換処
   理により算出した座標を用いて仮想撮影面上の画像を補
   間する内挿処理を行う画像の立体表示方法。
6. 【請求項６】請求項１において、レンズ部分が液晶シャ
   ッタあるいは偏向フィルムである立体視用眼鏡のシャッ
   タ切り替えとディスプレイの表示画面の切り替えをコン
   トローラを用いて同期させて立体視する方法とアナグリ
   フ眼鏡により表示画像を立体視する方法を用いる画像の
   立体表示方法。
7. 【請求項７】請求項６において、左右の眼に対応した画
   像を交互に表示する方法あるいは一方を赤色画像とし他
   方を青色画像にして重ねて同時表示する方法あるいは左
   右横に並べて同時表示する方法を用いる画像の立体表示
   方法。