JPH11328378A

JPH11328378A - 地図情報更新方法および装置

Info

Publication number: JPH11328378A
Application number: JP10148427A
Authority: JP
Inventors: Yukio Ogawa; 祐紀雄小川; Kazuaki Iwamura; 岩村　　一昭; Shigeru Kakumoto; 繁角本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 1999-11-30
Anticipated expiration: 2018-05-13
Also published as: JP3776591B2

Abstract

(57)【要約】【課題】地図と画像との精度の高い照合、平面地図の
立体地図への変換、変化した地物の検出、高さ情報の更
新、情報更新時間の追加ができる装置の提供。【解決手段】数値地図を射影変換し、撮影静止画像に
重畳して地図の図形と画像の対応地物を対応付ける照合
手段106と、照合図形を利用して画像の建物の高さを検
出する108と、照合図形を利用して地物の画素特性値、
テクスチャの解析し、ユーザ指定の特徴を有する地物を
検出する手段111と、照合図形を利用して地物の画素特
性値やテクスチャの解析し、地図と比べて特徴が変化し
ている地物を検出する手段112と、新旧二枚の画像にお
いて、照合した図形を利用して新旧の地物の画素特性値
やテクスチャの解析を行い、特徴が変化している地物の
検出する手段113、検出した建物高さ情報および地物の
属性情報に登録時間を追加して個々の図形に加え、以前
の情報と共に新情報を登録する手段114からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地図情報更新方法
および装置に関し、さらに詳しくは、地域を撮影した画
像を利用し、当該地域の地図に建物の高さ情報および建
物を含む地物の属性情報を登録して地図情報の更新を行
う地図情報更新方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平5-181411号公報「地図情報照合更
新方式」には、(X,Y,Z)座標列からなる立体数値地図に対
して座標変換を行って中心投影図を作成し、それと航空
写真画像を照合し、照合図から地図情報を利用して経年
変化や景観情報を抽出し、地図情報を更新する従来技術
が開示されている。特開平5-181949号公報「画像位置合
わせ装置」には、教示画像から抽出した特徴点を照合用
特徴点として地図と対応付けしておき、この照合用特徴
点を利用して対応点対抽出を行い、地図と画像の位置合
わせを行う従来技術が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平5-181411号
公報に開示の従来技術では、(X,Y,Z)座標列からなる立
体地図を中心投影図に変換し画像とを照合するために、
地図の変換パラメータ算出の基準となる地図と画像の同
一地点の座標を複数点求めているが、その選出技術につ
いては考慮されていない。また、上記画像から建物の高
さ情報を検出して平面地図を立体地図に変換する技術に
ついては考慮されていない。また、画像から地物の形状
を表す画素(セグメント)を抽出しているが、地物が他の
地物に一部隠されている場合や地物の立体形状が地図に
表されている形状より複雑な場合、また、地物を表す画
素の特徴が複雑な場合は、図形形状に近いセグメントを
抽出できない可能性がある。したがって、その場合はセ
グメントと図形との照合がうまくいかず地物の特徴を検
出できない。また、地図において図形情報の更新時間を
登録する手段がないので、図形情報の発生時間がわから
ない。また図形の過去の情報を保存できない。

【０００４】また、上記特開平5-181949号公報に開示の
従来技術では、画像の解像度が地図の精度に比べて十分
でない場合や、地物の形が地図の図形で表現されている
形状より複雑である場合や、また、地物の一部分が他の
地物に隠されている場合に、精度の高い対応点を選出で
きない。したがって、これらの場合、精度の高い地図と
画像の照合ができない。

【０００５】そこで、本発明の第１の目的は、中心投影
図に変換した地図と画像との照合において、画像の解像
度が地図の精度に比べて十分でない場合や、地物の形が
地図の図形で表現されている形状より複雑である場合
や、また、地物の一部分が他の地物に隠されている場合
でも、基準となる建物と図形とを照合し地図と画像の同
一地点の座標を選出することにより、容易に精度の高い
地図と画像との照合が出来る地図情報更新装置を提供す
ることにある。また、本発明の第２の目的は、斜めから
撮影された画像から建物の高さを検出することにより、
平面地図を立体地図に変換することができる、あるいは
立体地図の高さ情報を更新することができる地図情報更
新装置を提供することにある。また、本発明の第３の目
的は、画像における地物の立体形状や特徴が複雑である
場合においても、照合した図形を画像の地物の形状およ
び属性のモデルとすることにより地物の形状および属性
を規定し、地物を表す画素の解析処理を行ことにより、
ユーザーが指定した特徴を有する地物、地図と画像で特
徴が変化した地物、または過去の画像と最新の画像とで
特徴が変化した地物を検出できる地図情報更新装置を提
供することにある。また、本発明の第４の目的は、地図
の各図形における情報発生時間がわかり、また図形の過
去の情報を保持できる地図情報更新装置を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、地域を撮影した静止画像と、(X,Y)座標
列からなる平面数値地図あるいは(X,Y,Z)座標列からな
る立体数値地図とを用いて、前記地図に対して前記画像
の座標系への座標変換を行い該地図を該画像に照合し、
前記画像における地物の形状および属性のモデルとして
前記地図の図形を利用して該画像にける地物の形状や画
素特性値(明るさ、色相、彩度)およびテクスチャといっ
た特徴を解析することにより、該画像から建物の高さ情
報および建物を含む地物の属性情報を検出し、該検出し
た高さ情報および属性情報を前記地図に登録することに
より地図情報を更新するようにしている。

【０００７】また、地域を撮影した静止画像と、(X,Y)
座標列からなる平面数値地図あるいは(X,Y,Z)座標列か
らなる立体数値地図とを用いて、前記地図を射影変換し
て前記画像に重畳することにより地図の図形と画像の対
応地物を対応付ける照合手段と、照合図形を建物の形状
および属性のモデルとして利用して前記画像における建
物の形状解析を行うことにより建物の高さ情報を検出す
る建物高さ検出手段と、ユーザによる特徴の指定にした
がい、照合図形を建物等の地物の形状および属性のモデ
ルとして利用して前記画像における地物の画素特性値
(明るさ、色相、彩度)やテクスチャの特徴解析を行うこ
とによりユーザーの指定した特徴を有する建物等の地物
を検出するユーザー指定特徴地物検出手段と、前記検出
した建物の高さ情報および前記建物等の地物の属性情報
を図形に登録することにより個々の図形情報を更新する
図形情報更新手段とを具備するようにしている。

【０００８】また、ユーザによる図形の属性の指定にし
たがい、前記照合図形を地物の形状および属性のモデル
として利用して前記画像における地物の画素特性値やテ
クスチャの特徴解析を行い、前記指定された図形の属性
から求められる特徴と比較することにより、特徴が変化
している前記画像における地物を検出する地図/画像特
徴変化地物検出手段をさらに具備するようにしている。

【０００９】また、前記照合手段により作成された、地
図の図形と新画像の対応地物とを対応付けた新照合図形
と、地図の図形と旧画像の対応地物とを対応付けた旧照
合図形とを建物等の地物の形状および属性のモデルとし
て利用して新旧の画像における地物の画素特性値やテク
スチャの特徴解析を行い、前記地図の図形を媒介として
該図形に対応する地物の過去の特徴と地物の新しい特徴
とを比較することにより、特徴が変化している地物を検
出する(旧)画像/(新)画像特徴変化地物検出手段をさら
に具備するようにしている。

【００１０】また、前記図形情報更新手段に代えて、検
出した建物の高さ情報および地物の属性情報に、さらに
情報更新時間を追加してそれぞれの図形に登録すること
より、以前の情報を消去することなく新たな情報を登録
して個々の図形情報を更新する図形情報更新手段を具備
するようにしている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる
地図情報更新方法および装置の機能構成例である。ま
ず、入力部を説明する。記憶装置101は、上記装置の内
部、あるいは上記装置が接続しているネットワーク上に
存在する。また、記憶装置101は、地図ファイル102およ
び画像103を含む。

【００１２】地図102は、(x,y)座標列からなるの平面数
値地図(以下平面地図と記す)、あるいは、(x,y,z)座標
列からなる立体数値地図(以下立体地図と記す)であり、
ともに、ベクトルデータ構造をしており、広い地域の地
物の位置や形状情報、属性情報を含む。立体地図には、
平面地図に図形の基準高さと相対高さの情報が加えられ
ている。したがって、立体地図における建物を表す図形
は、真上から見た形状情報に加えて地表面と屋根面の高
さ情報を持ち、建物を多角柱として表現する。また、属
性情報とは、家屋や道路、土地といった地物の種類の情
報などの図形に付属する情報である。木造やコンクリー
ト造、２階建てや３階建てといった建物の種類や、田畑
や裸地、草地、森といった土地の種類などのさらに詳細
な情報は詳細属性情報とする。

【００１３】画像103は、地域のある時点の情報を含む
画像(以下(新)画像と記す)や、それより過去の時点の地
域の情報を含む画像(以下(旧)画像と記す)であり、これ
らはラスターデータ構造をしており、地物の特徴は画素
の明るさ、色相、彩度やテクスチャにより表される。ま
た画像は撮影時間情報を併せ持つ。この画像のソース
は、航空写真や衛星画像である。ユーザーが指定した地
図更新該当地域の画像が、スキャナーによる読み込みや
ネットワークを通じたダウンロードにより記憶装置101
に入力される。

【００１４】次に、処理部を説明する。図形操作手段10
4は、地図と画像の照合時におけるユーザーの図形操作
に関する指示を地図/画像照合手段106に伝える。また、
建物高さ検出時におけるユーザーの手動補正に関する指
示を建物高さ検出手段108に伝える。地図/画像照合手段
106は、地図を画像に照合するための処理を行う。地図/
画像照合手段106に平面地図と(新)画像とを入力する
と、平面地図/(新)画像照合図107が出力される。建物高
さ検出手段108は、地図/画像照合図を利用して建物の形
状解析を行い、建物の高さ情報を検出する。建物高さ検
出手段に平面地図/(新)画像照合図107を入力すると、平
面地図に高さが付加されて立体地図となり、立体地図/
(新)画像照合図109が出力される。

【００１５】代表的特徴地物指定手段105は、検出する
地物の特徴に関するユーザーの指示をユーザー指定特徴
地物検出手段111に伝える。ユーザー指定特徴地物検出
手段111は、入力された立体地図/(新)画像照合図109を
利用して、検出属性指定手段105によりユーザーが指定
した特徴的な地物の画素特性値やテクスチャと、(新)画
像における地物の画素特性値やテクスチャとを比較する
ことにより、ユーザーが指定した特徴を有する地物を検
出する。地図/画像特徴変化地物検出手段112は、入力さ
れた立体地図/(新)画像照合図109を利用して、図形の属
性情報から求められる地物の画素特性値やテクスチャ
と、(新)画像における各地物の画素特性値やテクスチャ
を比較することにより、特徴が変化した地物を検出す
る。(新)画像/(旧)画像特徴変化地物検出手段113は、立
体地図と(新)画像とを照合した立体地図/(新)画像照合
図109と、同一の立体地図と(旧)画像とを照合した立体
地図/(旧)画像照合図110とを利用して、地物の(新)画像
と(旧)画像とにおける画素特性値やテクスチャを対応図
形を媒介として比較することにより、特徴が変化した地
物を検出する。

【００１６】図形情報更新手段114は、建物高さ検出手
段108やユーザー指定特徴地物検出手段111、地図/画像
特徴変化地物検出手段112、(新)画像/(旧)画像特徴変化
地物検出手段113が検出した建物の高さ情報や建物を含
む地物の属性情報を、それぞれの対応図形に登録し情報
の更新を行うときに、更新時間情報をも登録することに
より、それぞれの図形の過去の情報を消さずに保存しな
がら個々の図形情報を更新する。処理内容表示手段117
は、地図/画像照合手段106、建物高さ検出手段108、ユ
ーザー指定特徴地物検出手段111、地図/画像特徴変化地
物検出手段112、(旧)画像/(新)画像特徴変化地物検出手
段113が行う処理の内容を表示する。最後に、出力部を
説明する。記憶装置115はの記憶装置101と同様の装置で
あり、処理部において図形情報が更新された立体地図11
6が出力され格納される。

【００１７】図２は、地図情報更新方法および装置の処
理手順を示すフローチャートである。ステップ201で
は、ユーザーの指示に従い、記憶装置101内の管理領域
の地図から更新該当地域の平面地図を地図/画像照合手
段106に入力する。立体地図の情報を更新する場合は、
立体地図を入力する。ステップ202では、記憶装置101内
にある更新該当地域の(新)画像を地図/画像照合手段106
に入力する。建物の高さ情報を更新する場合は、建物の
立体形状を表す地域を斜めから撮影した斜め画像を使用
する。ステップ203では、地図/画像照合手段106は、図
３に示した地図/画像照合処理の流れに従って平面地図
と(新)画像とを照合する。処理内容表示手段117による
処理の過程の表示例を図８に示す。

【００１８】以下、図３の処理の流れと図８の表示例に
従い地図/画像照合処理を説明する。平面地図と(新)画
像とを照合するため、平面地図を(新)画像と同じ視点を
持つ中心投影図に変換し(新)画像に重畳する。そのた
め、平面地図と(新)画像の対応点を選出し、地図変換行
列を算出する。平面地図と(新)画像の対応点選出のポイ
ントは、双方から直接対応点を選出するのではなく、画
像における照合の基準となる建物(以下基準建物と記す)
と、それに対応する図形(以下基準図形と記す)を照合し
たの後、図形の各頂点に対応する画像の座標点を算出す
ることにより、対応点を選出する点にある。これによ
り、画像の解像度が十分でない場合や、地物の形状が地
図の図形で表現されている形状より複雑である場合や、
また地物の一部分が他の地物に隠されている場合でも，
精度の高い対応点を選出することが可能である。なお、
ここでは、後の建物高さの検出処理、ユーザー指定特徴
地物や特徴変化地物の検出処理のために、地図の二次元
座標( x,y )と画像の座標( u,v )との関係でなく、地図
の三次元座標( x,y,z )と画像の座標( u,v )との関係を
表す地図変換行列を算出する。

【００１９】ステップ301では、地図/画像対応点を求め
るために、基準建物数分だけステップ302から323を繰り
返す。基準建物の高さは、測量データなどにより既知で
ある必要がある。基準建物の個数は、多いほど地図と画
像との照合精度が高まるが、図８の(a)のように領域801
中の建物に加え他の画像の隅から建物802、803、804と
いうように、画像の四隅からそれぞれ1個程度でも良
く、全基準建物から同一平面上に無い地図/画像対応点
が6点以上求まることが必要条件である。なお、図８の
(a)においては基準領域801および他の基準建物802、80
3、804と代表的な道路のみを表示しており、その他の地
物は省略している。図８〜図１２において、ハッチで表
示されたものは画像を示し、実線で表示されたものは地
図を示すステップ302では、図８の(b)は図８(a)中の領
域801であるが、ここで示すように、ユーザーの指示に
従い、画像から基準建物805の存在する領域806を選択
し、選択領域806の座標をサブピクセルまで計測できる
ようにするために図８の(d)のように拡大して表示す
る。ステップ303では、図８の(c)に示すように、ユーザ
ーの指示に従い地図から基準建物805に対応する基準図
形807を選択する。ステップ304では、ユーザーの指示に
従い基準図形807の既知高さを入力する。ステップ305で
は、基準図形807を画像の表示枠の大きさを基準に拡大
縮小して画像の拡大領域上に表示する。さらに、ユーザ
ーの操作指示を伝える図形操作手段104により、基準図
形を移動、変形し、図８の(d)の図形808のように基準建
物の屋根809におおよそ一致させる。以下この図形を屋
根図形808とする。

【００２０】ステップ306からステップ310においては、
屋根図形808と基準建物の屋根面809が最も良く一致する
位置を自動検出し、実線で示す屋根図形810のように基
準建物の屋根面809に重畳して照合する。ステップ306で
は、図８の(d)のように屋根図形の各頂点のx座標、y座
標をそれぞれ±δ移動する。δの値は、画像の解像度や
屋根図形808の初期重畳位置からユーザーが判断し指定
する。ステップ307では、移動中の屋根図形808のそれぞ
れの位置において、屋根図形808における図形上のエッ
ジ強度Erを測定する。この図形上のエッジ強度とは、照
合した図形枠に沿った各座標において測定した画像のエ
ッジ強度(画素の明るさの変化の大きさ、色相の変化の
大きさ)の合計値のことである。

【００２１】図９を参照しながら図形上のエッジ強度に
ついて説明する。まず、照合図において、重畳した図形
線分上において本発明の一特徴であるフィルタ処理を行
い、各座標点における画像のエッジ強度を測定する。な
お、画像における既存のフィルタ処理については、は、
「高木幹雄，下田陽久監修，"画像解析ハンドブック"，
東京大学出版会，東京，1991」などに詳しい。図８の(d)
に等しい図９の(a)において、図形901の線分上の座標点
pij 902を中心とした(( 2m+1 )画素×( 2n+1 ))画素の
長方形の範囲903を考える。図９の(b)のように、各座標
における画素の明るさ、あるいは色相の値をf( i+k,j+l
)( k=-m〜m、l=-n〜n )とする。それに対して、図９の
(c)のように、フィルタの各重み係数の値をw( i+k,j+l)
( k=-m〜m、l=-n〜n )とする。このとき、フィルタの出
力値gijは、

【００２２】

【数１】

【００２３】となる。このフィルタの出力値gijを、図
形901上の座標点pij902におけるエッジ強度とする。

【００２４】なお、本発明におけるフィルタ以外に、フ
ィルタとしては、SobelフィルタやRobinsonフィルタな
どの画像処理おける既存のエッジ抽出フィルタを、図形
901の線分の向きからエッジの方向を予想することによ
り、選択して使用しても良い。あるいは、図形901の線
分の向きから画像の建物904における屋根と壁の境界の
エッジの方向を予測したフィルタを作成することも可能
である。

【００２５】フィルタを作成する場合ついて、図９の
(a)の図形901上の座標点pij 902の付近の拡大図である
図９の(d)をもとに説明する。フィルタの範囲には２種
類ある。一つは、図９の(e)や(f)のような、図形の線分
905上の座標点pij 906を中心とした(7画素×7画素)の正
方形の領域907である。もう一つは、図９の(g)のよう
に、図形線分905を中心とした片側幅3画素の帯状の領域
908である。領域907の大きさや領域908の幅は、ユーザ
ーが、画像の解像度や対象地物の状態に合わせて(5画素
×5画素)や（9画素×9画素）というように適切な大きさ
を選択する。

【００２６】フィルタの型にも２種類ある。＋を正の値
の重み係数、−を負の値の重み係数とした場合に、一つ
は、図９の(e)や(g)のように図形線分909、911が重畳し
ている画素に対する重み係数を0とし、その上下に＋と
−の重み係数を配置した一次微分型である。もう一つ
は、図９の(f)のように図形線分910が重畳している画素
に+の重み係数を配置し、その外側の１画素に対する重
み係数を0とし、さらにその外側に−の重み係数を配置
した二次微分型である。重み係数については、明るさや
色の変化のない平坦な面においてはフィルタ出力値gij
が0になるように各値を調整する。

【００２７】このようにして作成したフィルタや既存の
フィルタを用いて、図形枠に沿った各座標点でエッジ強
度を測定する。それらエッジ強度を合計した値は、図形
線分に沿った画素の明るさの変化の大きさや色相の変化
の大きさを示しており、これを図形上のエッジ強度Eと
する。つまり、

【００２８】

【数２】

【００２９】となる。但し、（i,j）は図形線分上の画
素の座標である。

【００３０】この図形上のエッジ強度は、対象物の明る
さの変化や色相の変化が大きい部分に図形が重畳されて
いるときほど大きくなる。画像においては、建物の稜や
背景との境界線は明るさや色相の変化が他の部分に比べ
て大きい場合が多い。図形全体にわたって、図９の(h)
のＡ912ように図形線分が建物の稜線や背景との境界線
とややずれているとき、Ｂ913のように一致していると
き、Ｃ914のように全く一致していないときを考える
と、図形上のエッジ強度は、図９の(i)のように、図形
全体にわたって、Ｂ913のようなときが最も大きく、次
いでA912のようなときが大きく、そしてＣ914のような
ときが最も小さくなる。このようにして、図形上のエッ
ジの強度を測定することにより、図形線分が、建物の稜
や背景との境界線に一致しているか否かを判定する事が
できる。

【００３１】図３に戻り、ステップ308では、図形を移
動させながら測定した屋根図形上のエッジ強度Erの最大
値において、図形線分の単位長さあたりの値が、ユーザ
ーが設定したしきい値より大きいか否かを判定する。し
きい値は、画像の解像度や状態に依存する。ステップ30
9では、エッジ強度Erの最大値の単位長さあたりの値が
しきい値より大きいので、図８の(d)の屋根図形810と屋
根809のように一致していると判定する。ステップ310で
は、エッジ強度Erの最大値の単位長さあたりの値がしき
い値より小さいので、画像において屋根と背景の境界の
明るさや色相の差が不明確なために屋根図形と画像の屋
根の一致を判定できないとする。この場合、屋根図形が
屋根に一致してない可能性があるので、ユーザーの指示
を図形画像操作手段104により伝えて手動補正を行い、
屋根図形を画像における屋根に一致させる。

【００３２】ステップ311では、図８の(e)に示すよう
に、壁の稜を表す図形811を画像の拡大領域上に発生さ
せる。以下この図形を壁稜図形811とする。ステップ312
からステップ316においては、壁稜図形811と基準建造物
の壁812が最も良く一致する位置を自動検出し、壁稜図
形813のように基準建物の壁812に重畳して照合する。ス
テップ312では、壁稜図形811を、屋根図形814に接続す
る頂点を中心として±θ回転する。θの値は、画像の解
像度等からユーザーが判断し指定する。画像における壁
812の各稜が平行であると近似できる場合は、壁稜図形8
11の各線分を同時に回転させる。また、そうでない場合
は、各線分を別々に回転させる。

【００３３】ステップ313では、回転中の壁稜図形811の
それぞれの位置において、壁稜図形上のエッジ強度Ewを
測定する。画像における壁の各稜が平行であると近似で
きる場合は、壁稜図形の複数線分を一つの図形として図
形上のエッジ強度を測定する。また、そうでない場合
は、各線分について別々に図形上のエッジ強度を測定す
る。ステップ314では、測定した壁稜図形上のエッジ強
度Ewの最大値において、図形線分の単位長さあたりの値
が、ユーザーが設定したしきい値より大きいか否かを判
定する。しきい値は、画像の解像度、状態に依存する。
ステップ315では、エッジ強度Ewの最大値の単位長さあ
たりの値がしきい値より大きいので、図８の(e)の壁稜
図形813と壁812のように壁稜図形が壁に一致していると
判定する。ステップ316では、エッジ強度Ewの最大値の
単位長さあたりの値がしきい値より小さいので、画像に
おいて壁の境界の明るさや色相の差が不明確なために壁
稜図形と画像の壁の一致を判定できないとする。この場
合、壁稜図形が壁に一致してない可能性があるので、ユ
ーザーの指示を図形画像操作手段104により伝えて手動
補正を行い、壁稜図形を画像における壁に一致させる。

【００３４】ステップ317では、図８の(f)に示すよう
に、建物の地表面境界線を表す図形815を画像の拡大領
域上に発生させる。以下この図形を地表面境界図形815
とする。ステップ318からステップ322においては、地表
面境界図形815と基準建物の地表面境界が最も良く一致
する位置を自動検出し、地表面境界図形816のように基
準建物の地表面境界に重畳して照合する。ステップ318
では、地表面境界図形815を、屋根側から地表面の方へ
δだけ鉛直方向に降下させる。δの値は、画像の解像度
等からユーザーが判断し指定する。ステップ319では、
移動中の地表面境界図形815のそれぞれの位置におい
て、地表面境界図形上のエッジ強度Egを測定する。ステ
ップ320では、測定した地表面境界図形上のエッジ強度E
gの最大値において、図形線分の単位長さあたりの値
が、ユーザーが設定したしきい値より大きいか否かを判
定する。しきい値は、画像の解像度や状態に依存する。
ステップ321では、エッジ強度Egの最大値の単位長さあ
たりの値がしきい値より大きいので、図８の(f)の地表
面境界図形816のように、地表面境界図形が地表面に一
致していると判定する。ステップ322では、エッジ強度E
gの最大値の単位長さあたりの値がしきい値より小さい
ので、画像において地表面境界の明るさや色相の差が不
明確なために地表面境界図形と画像の地表面の一致を判
定できないとする。この場合、地表面境界図形が地表面
画像と一致してない可能性があるので、ユーザーの指示
を図形画像操作手段104により伝えて手動補正を行い、
地表面境界図形を地表面に一致させる。

【００３５】ステップ323では、ステップ302からステッ
プ322までの処理により、図８の(f)のように基準建物に
照合された基準図形の頂点の座標と、それに対応する画
像での基準建物のサプピクセルレベルの座標を検出する
ことにより、平面地図/画像対応点を検出する。ステッ
プ324では、検出された地図/画像対応点から、上記地図
を上記画像と同じ視点を持つ中心投影図に幾何変換する
ための地図変換行列を算出する。

【００３６】ここで、地図の幾何変換のために画像座標
と地図座標の関係を考える。地図と画像の関係は、地図
座標から画像座標への射影変換行列で表される。これを
地図変換行列とする。地図座標( X,Y,Z )と画像座標(
u,v )の関係を、斉示座標系で表現すると、

【００３７】

【数３】

【００３８】となる。但し、C11からC33は射影変換行列
の成分である。また、ｈは0でない実数であり、画像の
奥行き方向の距離に関係している。斉示座標系を画像の
座標系に変換すると、

【００３９】

【数４】

【００４０】となる。すなわち地図座標( X,Y,Z )と画
像座標( u,v )の関係は、

【００４１】

【数５】

【００４２】

【数６】

【００４３】と表される。地図座標点( Xi,Yi,Zi )に対
応する画像座標点( ui,vi )が分かれば、(4)，(5)式をC
11からC33を未知数とする方程式

【００４４】

【数７】

【００４５】

【数８】

【００４６】として表すことができる。先に求めた地図
/画像対応点の地図座標( Xi,Yi,Zi )と画像座標( ui,vi
)を(7)，(8)式に代入し最小二乗法で全行列要素を求
め、地図変換行列を完成させる。

【００４７】ステップ325では、情報更新の対象図形
を、求めた地図変換行列をもとに(5)、(6)式に従って中
心投影図に変換し、画像に重畳することにより照合す
る。その結果、図８の(g)のような地図/画像照合図が出
力される。

【００４８】図２に戻り、ステップ204では、建物高さ
検出手段108は、図４に示した高さ情報検出処理の流れ
に従って、建物の高さ情報を(新)画像から検出し、平面
地図に建物の高さ情報を加え立体地図に変換する。処理
の過程の表示例を図１０に示す。なお、立体地図の高さ
情報を更新する場合も同様の手法である。

【００４９】以下、図４の処理の流れと図１０の表示例
に従い高さ情報検出処理を説明する。ステップ401で
は、高さの検出対象である建物を示す全ての図形につい
てステップ402からステップ410までの処理を行い、画像
から建物図形の高さを取得する。この建物高さ検出のポ
イントは、図形に高さを与えて鉛直方向に上昇させなが
ら図形上のエッジ強度を測定することにより、図形と屋
根が最も良く一致する位置を自動検出する点にある。

【００５０】初期状態では、建物図形は、図１０の(a)
の図形1001のように、建物1002の地表面に照合されてい
る。ステップ402では、建物図形について、高さの調査
範囲h1からh2を図形の属性より決定する。例えば、二階
建て家屋ならば、h1=3mからh2=9mというように決定す
る。ステップ403では、h1からh2までδh刻みの各高さh
について、ステップ404からステップ405の処理を行う。
刻み幅δhは、画像の解像度を超えない最大の値とす
る。

【００５１】ステップ404では、(5)、(6)式をもとに、
地図/画像照合図上に上記建造物図形の屋根を表す屋根
図形を発生させる。屋根図形の平面座標は、元の図形の
平面座標とし、高さ座標には高さhを用いる。従って、h
を増加させると、図１０の(b)のように、屋根図形1003
は、照合図上でA1004、B1005、C1006と鉛直方向に上昇
していく。ステップ405では、先に図９を例に説明した
ように、屋根図形の形状をもとに屋根図形の各座標点に
おいてエッジ強度測定フィルタを作成し、図形上の全座
標点にわたってエッジ強度を測定することにより、図形
上のエッジ強度Erを測定する。画像における建物の屋根
と壁の境界では、明るさや色相が大きく変化する。した
がって、屋根の位置に図形が一致していれば、図形上の
エッジ強度も大きくなる。図１０の(c)に示すように、
横軸に図形の高さを、縦軸に図形線分の単位長さあたり
の図形上のエッジ強度をとると、屋根図形はb1005の位
置で最大値となる。

【００５２】ステップ406では、屋根図形1003のh1からh
2までの移動時に測定した屋根図形上のエッジ強度Erの
最大値を検出する。高さの誤検出を防ぐために、その最
大値の図形線分の単位長さあたりの値が、しきい値より
大きいかを判定する。ステップ407では、屋根図形上の
エッジ強度Erの最大値の単位長さあたりの値がしきい値
より大きいので、図１０の(c)のように、図形枠上のエ
ッジ強度最大値における上記屋根図形の高さhを検出す
る。ステップ408では、エッジ強度Erの最大値の単位長
さあたりの値がしきい値より小さいので、画像において
屋根と背景の明るさや色相の差が不明確なために屋根図
形と画像の屋根の一致を判定できないとする。この場
合、屋根図形が建物の屋根と一致してない可能性がある
ので、ユーザーの指示を図形画像操作手段104により伝
えて手動補正を行い、屋根図形を建物の屋根に一致さ
せ、その高さhを検出する。図１０の(d)は得られた立体
地図(新)画像照合図である。ステップ409では、検出し
た屋根の高さhを図形の属性情報として登録する。ステ
ップ410では、さらに図形に高さの更新時間を属性情報
に付して登録する。

【００５３】図１２の(a)のように、建物1201の高さh0
と登録時刻t0とを消去せずに対応図形に保存しておき、
そこに高さh1と登録時刻t1とを追加する。したがって、
建物1201については、時刻t0からt1までは、高さはh0、
時刻t1以降は、高さh1となる。高さ情報を取り出す際
は、ユーザーの指定時間に合わせて情報を選ぶ。

【００５４】図２に戻り、ステップ205では、平面地図
は、ステップ203とステップ204の処理により、立体地図
になっている。この立体地図と(新)画像の照合図を利用
し、(新)画像から特徴的な地物を検出し、立体地図の図
形の属性情報を更新する。ここでのポイントは、地物の
検出において画像から地物の形状を認識する際に、重畳
した図形形状を利用する点にある。ステップ205でユー
ザーは、特徴的な地物の検出において、「ユーザー指定
情報を基準とするか」、「地図情報を基準とするか」、
「(旧)画像情報を基準とするか」の何れかを選択する。

【００５５】ステップ206では、ステップ205において、
ユーザーが、「ユーザー指定情報を基準とするか」を選択
した場合に、図５に示すユーザー指定特徴地物検出処理
を行う。以下、図５の処理の流れに従いステップ206の
ユーザー指定特徴地物検出を説明する。ステップ501で
は、立体地図/(新)画像照合図109を入力する。ユーザー
は、照合図において、基準となる特徴的な地物(以下基
準地物と記す)を指定する。基準地物とは、ある特徴を
有する地物で、例えば、地物自身の性質により、あるい
は、災害などのためにある特徴的な色相やテクスチャを
もつ家屋や道路，土地といった地物である。ユーザー
が、指定した地物の個数分だけこのステップ502を繰り
返す。ステップ502では、ユーザーの指定した地物に照
合した図形につき、図形内の特性値(明るさ、色相、彩
度)分布を測定することにより、地物の特徴を表す。

【００５６】ここで、図１１を参照しながら、図形内の
画素特性値分布について説明する。図１１の(a)に示す
ように、画像における建物1101に重畳した立体建物図形
1102から壁図形1103を選択し、図１１の(b)に示すよう
に、図形1103内の画素を壁を表す画素として画像より切
り出す。図形内の画素特性値分布とは、切り出した図形
内の画素1104について求めた特性値の分布やテクスチャ
のことである。これにより壁の特徴を記述する。この手
法のポイントは、立体地図の図形を建物のモデルとして
利用することにより、画像における建物の形状を認識す
ることにある。この図では、壁図形内の特性値分布よ
り、建物の特徴を規定しているが、屋根図形を利用する
ことも可能であり、また、屋根と壁をともに用いて総合
的に特徴を規定することも可能である。これは、ユーザ
ーの指示による。また、この手法は、建物だけでなく、
どの地物にも適用できる。

【００５７】図５に戻り、ステップ503では、ユーザー
が指定した全基準地物において図形内の特性値分布の平
均、分散などから基準分布を求める。これをもって、ユ
ーザー指定地物の特徴の基準とする。ステップ504で
は、属性情報更新の対象図形は、基準地物の照合図形に
登録された家屋や道路といった属性と、同じ属性を有す
る図形とする。これらの対象図形について、ステップ50
5からステップ508の処理を行う。ステップ505では、先
に図１１を用いて説明したように、照合図において、基
準地物に照合された図形と同じ属性の全図形について図
形内の特性値分布を測定する。例えば、ユーザーが、壁
図形内の特徴をもって建物の特徴を規定している場合
は、全建物図形の壁図形内の特性値分布を調べる。ステ
ップ506では、各図形について求めた図形内特性値分布
と、先に求めたユーザー指定地物の基準分布と比較す
る。

【００５８】比較方法は、図１１の(c)に示すように、
画素特性値の累積度数分布にし、kolmogorov-Smirnov検
定に従う。これは、画素特性値(明るさ、色相、彩度)z
に対して、基準の累積分布1105をcs(z)、対象図形内の
特性値分布測定値1106をc(z)とするとき、しきい値δに
対して、

【００５９】

【数９】

【００６０】が成り立つとき、対象図形の分布c(z)は基
準分布cs(z)と同じ分布であるとする検定方法である。
δの大きさは、画像の質や基準となるユーザー指定地物
における図形内の特性値分布の分散の大きさによる。こ
こでは、２つの特性値分布の比較方法として、Kolmogor
ov-Smirnov検定を挙げたが、Smoothed-Difference検定
に従っても良い。あるいは、同時生起行列によって検定
を行っても良い。

【００６１】ステップ507では、基準分布との差がしき
い値δ以内であるので、対象図形の特性値分布がユーザ
ー指定地物と同じであると判断して、図形を検出する。
ユーザー指定地物の画素の特徴に対して、木造やコンク
リート造といったように図形の既存の詳細な属性が対応
する場合は、その詳細属性情報を図形に登録する。ユー
ザー指定地物の特徴と図形の既存の詳細属性が対応しな
い場合は、「ユーザー指定特徴地物」という属性情報を図
形に登録する。ステップ508では、属性情報を登録した
図形に属性更新時間情報を登録する。例えば、図１２の
(B)のように、建物1202の属性a0と登録時刻t0とを消去
せずに対応図形に保存しておき、そこに属性a1と登録時
刻t1とを追加する。したがって、建物1202については、
時刻t0からt1までは、属性はa0、時刻t1以降は、属性a1
とする。属性情報を取り出す際は、ユーザーの指定時間
に合わせて情報を選ぶ。ステップ501からステップ508で
は、ユーザーが指定した特徴を有する地物を検出する場
合を例として挙げたが、同様の手法で、ユーザーが指定
した特徴を持たない地物を検出することも可能である。

【００６２】図２に戻り、ステップ207では、ステップ2
05において、ユーザーが、「地図情報を基準とするか」を
選択した場合に、図６に示す地図/画像特徴変化地物検
出処理を行う。以下、図６の処理の流れに従いステップ
207の地図/画像属性変化地物検出を説明する。ステップ
601では、立体地図/(新)画像照合図を入力する。ユーザ
ーは、家屋や畑地といった図形の属性を指定して、情報
更新の対象図形を決める。対象図形数分だけステップ60
2を繰り返す。ステップ602では、全対象図形につき、図
１１の(a)、(b)のように図形内の特性値分布を測定す
る。ステップ603では、測定した全対象図形の図形内の
特性値分布の平均分布、分散などを求める。これをもっ
て、対象図形の対応する地物の特徴の基準とする。

【００６３】ステップ604では、全対象図形について、
ステップ605からステップ607の処理を行う。ステップ60
5では、先に測定した個々の対象図形の図形内の特性値
分布と、基準分布とを比較する。比較方法は、ユーザー
指定属性地物検出時と同じとする。ステップ606では、
基準分布との差がしきい値δ以上であるので、対象図形
における図形内の特性値分布が準値分布と異なる、つま
り、属性が変化していると判断して、図形を検出し、詳
細属性情報を図形に登録する。変化後の地物の画素の特
徴に対して、コンクリート造家屋や稲作地といったよう
に図形の既存の詳細な属性が対応する場合は、その詳細
属性情報を図形に登録する。変化後の地物の特徴と図形
の既存の詳細属性が対応しない場合は、「地図/画像特徴
変化地物」という属性情報を図形に登録する。ステップ6
07では、対象図形に更新時間情報を登録する。時間情報
の登録方法は、ユーザー指定属性地物検出時と同じとす
る。

【００６４】図２に戻り、ステップ208では、ステップ2
05において、ユーザーが、「(旧)画像情報を基準とする
か」を選択した場合に、まず、地図/画像照合手段106に
より、地物の情報の基準となる(旧)画像と立体地図とを
照合し、立体地図/(旧)画像照合図を作成する。(旧)画
像については、画素の明るさの取り得る範囲や平均値が
(新)画像と同じになるように補正をしておく。ステップ
209では、ステップ208で作成した立体地図/(旧)画像照
合図と、すでにある立体地図/(新)画像照合図とを利用
して、(旧)画像と(新)画像とにおいて特徴の変化した地
物を検出する。

【００６５】以下、図７の処理に従いステップ209の
(旧)画像/(新)画像属性変化情報検出を説明する。ステ
ップ701では、立体地図/(旧)画像照合図と、立体地図/
(新)画像照合図を入力する。ユーザーは、家屋や畑地と
いった属性を指定して、情報更新の対象図形を決める。
全対象図形につきステップ702からステップ706を繰り返
す。ステップ702では、立体地図/(旧)画像照合図におい
て、対象図形につき、図１１の(a)、(b)のように対象図
形内の画素を切り出し、図形内特性値分布を測定する。
この測定値を対象図形の特徴の基準値とする。

【００６６】ステップ703では、立体地図/(新)画像照合
図において、同一の対象図形につき、図１１の(d)、(e)
のように対象図形内の画素を切り出し、図形内の特性値
分布を測定する。ステップ704では、対象図形につき、
立体地図/(旧)画像照合図における基準値と立体地図/
(新)画像照合図とにおける測定値を比較する。ここでの
ポイントは、図１１の(a)と(d)のように、(旧)画像と
(新)画像とで撮影条件が異なる場合でも、図形を媒介と
して地物の特徴の比較ができる点にある。比較方法は、
ユーザー指定地物検出時と同じとする。ステップ705で
は、測定値と基準値との差がしきい値δ以上であれば、
(新)画像における地物の特徴が(旧)画像における同一地
物の特徴と異なる、つまり、属性が変化していると判断
して、図形を検出し、属性情報を図形に登録する。変化
後の地物の画素の特徴に対して、コンクリート造家屋や
稲作地といったように図形の既存の詳細な属性が対応す
る場合は、その詳細属性情報を図形に登録する。地物の
特徴と図形の既存の詳細な属性が対応しない場合は、
「(旧)画像/(新)画像特徴変化地物」という属性情報を図
形に登録する。ステップ706では、対象図形に更新時間
情報を登録する。時間情報の登録方法は、ユーザー指定
属性地物検出時と同じとする。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、画像の解像度が地図の
精度に比べて十分でない場合や、地物の形が地図の図形
で表現されている形状より複雑である場合や、また、地
物の一部分が他の地物に隠されている場合でも、精度の
高い対応点を選出でき、対応点を選出しにくい場合で
も、精度の高い地図と画像の照合が可能になる。また、
斜めから撮影された画像と地図を照合し、建物の高さ情
報を検出し、平面地図から立体地図への変換や、立体地
図の高さ情報の更新ができる。また、地図/画像照合図
において、照合した図形を地物の形状や属性のモデルと
することにより画像における地物の形状や属性を規定す
るので、他の地物に隠れていたり地物の立体形状や特徴
が複雑なために画像からのみでは地物の立体形状を抽出
できないような場合でも、ユーザーが指定した特徴の地
物、あるいは、特徴が変化した地物を検出できる。さら
に、過去の画像と最新の画像を比較し、属性が変化した
地物を検出する際には、過去の画像と最新の画像との撮
影位置などの条件が異なる場合でも、それぞれの画像に
照合した地図を媒介して地物を比較することにより、個
々の地物の新旧の属性を比較して変化を検出することが
可能になる。また、地図の個々の図形情報を更新する際
に、過去の情報に、登録時間情報を加えた新たな情報を
追加できる。また、これにより、図形に過去の情報も保
存できる。また、地図全体を更新するのではなく、地図
の図形毎に情報を更新することにより、更新にかかる費
用を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる地図情報更新装置の機能構成図
である。

【図２】本発明にかかる地図情報更新処理のフローチャ
ートを示す図である。

【図３】地図と画像の照合処理のフローチャートを示す
図である。

【図４】建物の高さの検出処理のフローチャートを示す
図である。

【図５】ユーザー指定特徴地物の検出処理のフローチャ
ートを示す図である。

【図６】地図/画像特徴変化地物の検出処理のフローチ
ャートを示す図である。

【図７】(旧)画像/(新)画像特徴変化地物の検出処理の
フローチャートを示す図である。

【図８】地図と画像との照合処理の表示例を示す図であ
る。

【図９】図形上エッジ強度を説明するための図である。

【図１０】建物の高さの検出処理の表示例を示す図であ
る。

【図１１】図形内画素特性値を説明するための図であ
る。

【図１２】図形情報更新処理を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１０１記憶装置１０２地図１０３画像１０４図形操作手段１０５代表的特徴地物指定手段１０６地図/画像照合手段１０７平面地図/(新)画像照合図１０８建物高さ検出手段１０９立体地図/(新)画像照合図１１０立体地図/(旧)画像照合図１１１ユーザー指定特徴地物検出手段１１２地図/画像特徴変化地物検出手段１１３ (旧)画像/(新)画像特徴変化地物抽出手段１１４図形情報更新手段１１５記憶装置１１６更新地図１１７処理内容表示手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地域を撮影した静止画像と、(X,Y)座標
列からなる平面数値地図あるいは(X,Y,Z)座標列からな
る立体数値地図とを用いて、前記地図に対して前記画像
の座標系への座標変換を行い該地図を該画像に照合し、前記画像における地物の形状および属性のモデルとして
前記地図の図形を利用して該画像にける地物の形状や画
素特性値(明るさ、色相、彩度)およびテクスチャといっ
た特徴を解析することにより、該画像から建物の高さ情
報および建物を含む地物の属性情報を検出し、該検出した高さ情報および属性情報を前記地図に登録す
ることにより地図情報を更新することを特徴とする地図
情報更新方法。
【請求項２】地域を撮影した静止画像と、(X,Y)座標
列からなる平面数値地図あるいは(X,Y,Z)座標列からな
る立体数値地図とを用いて、前記地図を射影変換して前
記画像に重畳することにより地図の図形と画像の対応地
物を対応付ける照合手段と、照合図形を建物の形状および属性のモデルとして利用し
て前記画像における建物の形状解析を行うことにより建
物の高さ情報を検出する建物高さ検出手段と、ユーザによる特徴の指定にしたがい、照合図形を建物等
の地物の形状および属性のモデルとして利用して前記画
像における地物の画素特性値(明るさ、色相、彩度)やテ
クスチャの特徴解析を行うことによりユーザーの指定し
た特徴を有する建物等の地物を検出するユーザー指定特
徴地物検出手段と、前記検出した建物の高さ情報および前記建物等の地物の
属性情報を図形に登録することにより個々の図形情報を
更新する図形情報更新手段とを具備することを特徴とす
る地図情報更新装置。
【請求項３】請求項２記載の地図情報更新装置におい
て、ユーザによる図形の属性の指定にしたがい、前記照合図
形を地物の形状および属性のモデルとして利用して前記
画像における地物の画素特性値やテクスチャの特徴解析
を行い、前記指定された図形の属性から求められる特徴
と比較することにより、特徴が変化している前記画像に
おける地物を検出する地図/画像特徴変化地物検出手段
をさらに具備することを特徴とする地図情報更新装置。
【請求項４】請求項２記載の地図情報更新装置におい
て、前記照合手段により作成された、地図の図形と新画像の
対応地物とを対応付けた新照合図形と、地図の図形と旧
画像の対応地物とを対応付けた旧照合図形とを建物等の
地物の形状および属性のモデルとして利用して新旧の画
像における地物の画素特性値やテクスチャの特徴解析を
行い、前記地図の図形を媒介として該図形に対応する地
物の過去の特徴と地物の新しい特徴とを比較することに
より、特徴が変化している地物を検出する(旧)画像/
(新)画像特徴変化地物検出手段をさらに具備することを
特徴とする地図情報更新装置。
【請求項５】請求項２乃至請求項４のいずれかの請求
項記載の地図情報更新装置において、前記図形情報更新手段に代えて、検出した建物の高さ情
報および地物の属性情報に、さらに情報更新時間を追加
してそれぞれの図形に登録することより、以前の情報を
消去することなく新たな情報を登録して個々の図形情報
を更新する図形情報更新手段を具備することを特徴とす
る地図情報更新装置。