JP2003323640A

JP2003323640A - レーザスキャナデータと空中写真画像を用いた高精度都市モデルの生成方法及び高精度都市モデルの生成システム並びに高精度都市モデルの生成のプログラム

Info

Publication number: JP2003323640A
Application number: JP2002127672A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Oda; 和夫織田; Heito O; 汪平涛; Takeshi Doihara; 健土居原; Ryosuke Shibazaki; 亮介柴崎
Original assignee: Asia Air Survey Co Ltd
Current assignee: Asia Air Survey Co Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-11-14
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP4058293B2

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザスキャナデータの標高精度の利点と、
航空写真の高分解能であることの利点、および既往の疎
密度ＤＥＭを組み合わせ、精度の高い都市３次元モデル
を構築することを目的とする。【解決手段】標計算モジュール１０、地盤高計算モジ
ュール１１、領域分割処理部１５、水平面ステレオマッ
チング処理部１６、領域分割処理部１７、多角形生成処
理部１８、３次元モデル化処理部１９を備えて、ステレ
オ空中写真画像の各々を領域分割する事により、色彩が
均一な画像領域を得る。各色領域に重なるレーザスキャ
ナの３次元点群の標高値を初期値として、ステレオマッ
チングを行う。その結果得られる標高値の計算速度が初
期値とほぼ同じ高さになった場合はその領域に計算結果
の標高値を与え、ＤＳＭを生成する。続いて上記で得ら
れたＤＳＭの水平な領域を領域分割によって認識し、各
領域に対応するステレオ画像上の周辺領域で直線抽出を
行い、その結果を多角形化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】レーザスキャナデータと空中
写真画像を用いて、空中写真画像の建物面を容易に精度
よく３次元化できる高精度都市モデルの生成装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高精度の都市モデルを生成する手法は、
一般にレーザスキャナデータを用いる手法とステレオマ
ッチングによる手法とがある。

【０００３】例えば、レーザスキャナデータは、飛行機
又はヘリコプター等の航空機から地表にレーザ光をスキ
ャニングし、これらの受光データを解析することで、図
２１に示すようなレーザデータを得る。この図２１は、
図２１（ｂ）に対象エリア（航空写真で示している）
を、図２１（ａ）にそのレーザデータを示している。図
２０（ａ）に示すように、レーザデータは細かな点列に
なっており、それぞれが３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）を有
している。

【０００４】従って、レーザスキャナデータは、３次元
座標を有するので航空写真のステレオマッチングなどに
比べて、図２２に示す標高精度の高いＤＳＭ（Ｄｉｇｉ
ｔａｌＳｕｒｆａｃｅＭｏｄｅｌの略で、建物など
の地物を含む地表面の形状を表現するモデル）をとるこ
とができる。

【０００５】一方、航空写真により自動標高計測を行う
ステレオマッチング手法（図２０を参照）もある。この
ステレオマッチングは、画像間の各画素の対応関係を求
め、三角測量の原理で各対応点位置での３次元座標を求
めるもので、高密度に標高データを計測することができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
スキャナーデータによる手法は標高に関する精度の高い
データが得られるが、３次元点群から都市モデルのよう
な直線構造を多く持つデータを生成する場合には、境界
部分を正確に取るために、データをさらに高密度化する
必要がある。

【０００７】つまり、レーザデータは細かな点列（３次
元点群）であり、これ以上の解像度を得ることは容易で
はない。

【０００８】また、レーザスキャナデータを高密度化す
ると、データ取得にかかるコスト及びデータ容量が莫大
になり、コスト面とデータハンドリングの両面で問題が
ある。

【０００９】一方、ステレオマッチング手法に用いる画
像は高分解能であり、人工構造物の境界や領域の識別に
有効である。しかしながら、ステレオマッチングは隠れ
などの影響により標高変化の激しい箇所での標高計測精
度が低く、境界を直接３次元的に計測するのに問題が生
じる。

【００１０】本発明は、レーザスキャナデータの標高精
度の利点と、航空写真の高分解能であることの利点、お
よび既往の疎密度ＤＥＭ（ＤｉｇｉｔａｌＥｌｅｖａ
ｔｉｏｎＭｏｄｅｌの略で、地盤高を表現するモデ
ル。概略地盤高がわかるので地盤高として利用できる）
を組み合わせ、精度の高い都市３次元モデルを構築する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザスキャナ
データと空中写真画像を用いた高精度都市モデルの生成
方法は、データベースに保存されている所定地域の空中
写真画像から連続して同じ色彩の画素の色領域を抽出
し、該抽出後に、データベースに保存されている前記所
定地域のレーザスキャナデータに基づいて得られたデジ
タル地表面モデルに対して前記色領域を用いた水平面ス
テレオマッチングを行いＤＳＭを生成し、前記ＤＳＭの
水平領域と空中写真画像とを用いて、前記ＤＳＭの水平
領域の周辺部に対応する画像上の線構造情報から直線化
を行い、この直線に囲まれた領域の画素列を３次元化す
ることによって前記水平領域を３次元点列化することを
要旨とする。

【００１２】また、本発明の高精度都市モデルの生成シ
ステムは、データベースに保存されている所定地域の空
中写真画像から連続して同じ色彩の画素の色領域を抽出
する手段と、該抽出後に、データベースに保存されてい
る前記所定地域のレーザスキャナデータに基づいて得ら
れたデジタル地表面モデルに対して前記色領域を用いた
水平面ステレオマッチングを行いＤＳＭ領域を生成する
手段と、前記ＤＳＭの水平領域と空中写真画像とを用い
て、前記ＤＳＭの水平領域の周辺部に対応する画像上の
線構造情報から直線化を行う手段と、この直線に囲まれ
た領域の画素列を３次元化することによって前記水平領
域を３次元点列化する手段とを備えたことを要旨とす
る。

【００１３】さらに、本発明の高精度都市モデルの生成
のプログラムは、コンピュータに、データベースに保存
された所定地域のレーザスキャナデータを読み込みさせ
る手段、データベースに保存された所定地域の空中写真
画像の内で色彩が均一な画素のかたまりの色領域を順次
抽出させる手段、前記抽出後にデータベースに保存され
た所定地域のデジタル地表モデルに対して、前記色領域
が水平であるとして前記水平面ステレオマッチングを行
わせる手段、前記水平面ステレオマッチングの結果得ら
れる標高値の計算結果が前記デジタル地表面モデルのレ
ーザスキャナデータと同程度の標高値かどうかを判定さ
せる手段、前記同程度の標高値と判定しときは、前記色
領域に標高値を適用してＤＳＭを生成し、保存させる手
段、前記ＤＳＭの水平領域をマスク領域とし、これを膨
張した画像及び収縮した画像を生成し、これらの領域を
合成して前記マスク領域の周辺の線抽出領域を取得させ
る手段、前記空中写真画像の前記マスク領域及びその周
辺に対応する箇所のエッジ画像を取得させ、該エッジ抽
出画像と前記線抽出領域を重ねさせ、前記マスク領域の
周辺のエッジ画像を抽出する手段、前記周辺エッジ画像
に対してＨｏｕｇｈ変換を行って周辺エッジ画像の各エ
ッジを直線化させる手段、前記直線化された直線化エッ
ジ画像に、前記収縮マスク画像と比較させ、前記直線化
エッジ画像上から不要なエッジを除去した線分を取得さ
せる手段、前記線分を追跡して得られる多角形を生成
し、その中から前記マスク領域と最も重なる多角形座標
列を取り出す手段、前記多角形座標列に対して前記標高
値を与えて前記抽出された色領域を３次元化させる手
段、として機能させるためのプログラムを備えたことを
要旨とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】本実施の形態は、レーザスキャナ
データにステレオ撮影された空中写真画像データから得
られる領域情報・線構造情報を援用することによって、
人工構造物の境界を精度よく抽出し、自動建物多角形化
および３次元モデル化を行う。

【００１５】まず、ステレオ空中写真画像の各々を領域
分割する事により、色彩が均一な画像領域を得る。この
ような画像領域は、建物の屋上及び路面・グランド・そ
の他広い平坦地に対応していると考えられる。

【００１６】各色領域に重なるレーザスキャナの３次元
点群の標高値を初期値として、ステレオマッチングを行
う。その結果得られる標高値の計算結果が初期値とほぼ
同じ高さになった場合はその領域に計算結果の標高値を
与え、ＤＳＭ（ＤｉｇｉｔａｌＳｕｒｆａｃｅＭｏ
ｄｅｌの略で、建物等の地物を含む地表面の形状を表現
するモデル）を生成する。これにより、レーザスキャナ
データでは曖昧であった地物境界をより高精度に表現す
ることができるようにしている。

【００１７】続いて上記で得られたＤＳＭの高い方から
順に水平な領域を領域分割によって認識し、各領域に対
応するステレオ画像上の周辺領域で直線抽出を行い、そ
の結果を多角形化する。既往のＤＥＭや地域の平均的地
盤高に対するＤＳＭの差が任意に設定する閾値以下にあ
る領域は、建物以外の領域であり、地盤高と推定する。
これによって、建物領域を３次元多角形化することがで
きる。更に多角形化された建物領域を角柱状に構成する
事によって、３次元モデルを得る事が可能となるもので
ある。

【００１８】本発明を実現する３次元計測装置の構成を
図１に示す。３次元計測システム１は、パーソナルコン
ピュータ本体２、ステレオ画像等を格納する外部記憶装
置３、ディスプレイ４という一般的なパーソナルコンピ
ュータからなる。また、次のことが前提として与えられ
ている。

【００１９】（１）入力データ次の各種データが、外部記憶装置３に格納されていると
する。

【００２０】（ａ）ステレオ空中写真画像（Ｉ_L および
Ｉ_R （図２０））とその標定要素と、（ｂ）レーザスキ
ャナデータが保存されている。このレーザスキャナデー
タは３次元座標の集まりであり、以下ではＬＰ_i （i=
1...n_LP）で表す（図２１（ａ））。

【００２１】（ｃ）デジタル地形モデル（ＤＥＭ））。
地盤高を表し、国土数値情報などの所与のデータを用い
てよい（図２２）。

【００２２】（２）計算モジュール次の計算モジュールが与えられているものとする。この
計算モジュールは、座標計算モジュール１０と、地盤高
計算モジュール１１等からなる。

【００２３】座標計算モジュール１０は、ステレオ空中
写真画像の標定要素を読み取り、３次元座標と、ステレ
オ画像Ｉ₁ およびＩ₂ の座標との間の変換を行う。これ
は特願２０００−２５１４５６で座標変換関数・逆座標
変換関数として与えられているものと同じとする。

【００２４】つまり、輝度画像ＩＬ、ＩＲについて、地
上の３次元座標が投影される各画像の画像座標算出のた
めの座標変換関数ＦＸ、逆座標変換関数関数ＧＸ（総称
して標定情報ともいう）を用いる。

【００２５】例えば、３次元空間内の点（ｘ，ｙ，ｚ）
が投影される左右画像のピクセル座標（ｘ_１ｐｉｘ，ｙ
_１ｐｉｘ）および（ｘ_２ｐｉｘ，ｙ_２ｐｉｘ）を計算す
る。

【００２６】すなわち、次の４つの座標変換関数ＦＸ１
（ｘ，ｙ，ｚ）、ＦＹ１（ｘ，ｙ，ｚ）、ＦＸ２（ｘ，
ｙ，ｚ）、ＦＹ２（ｘ，ｙ，ｚ）を解析的、もしくは手
続き的に決定する。

【００２７】ｘ_１ｐｉｘ＝ＦＸ１（ｘ，ｙ，ｚ）式（１）ｙ_１ｐｉｘ＝ＦＹ１（ｘ，ｙ，ｚ）式（２）ｘ_２ｐｉｘ＝ＦＸ２（ｘ，ｙ，ｚ）式（３）ｙ_２ｐｉｘ＝ＦＹ２（ｘ，ｙ，ｚ）式（４）また、ｚ＝一定として式（１），式（２）を解析的又は
手続的に解くと、各画像上の点がある標高ｚにあると仮
定した時の地上でのｘ座標とｙ座標を求めることができ
る。

【００２８】ｘ＝ＧＸ１（ｘ_１ｐｉｘ，ｙ_１ｐｉｘ，ｚ）式（５）ｙ＝ＧＹ１（ｘ_１ｐｉｘ，ｙ_１ｐｉｘ，ｚ）式（６）同様に式（３），式（４）について解くと、ｘ＝ＧＸ２（ｘ_２ｐｉｘ，ｙ_２ｐｉｘ，ｚ）式（７）ｙ＝ＧＹ２（ｘ_２ｐｉｘ，ｙ_２ｐｉｘ，ｚ）式（８）である。

【００２９】このような関数は、例えば図２に示す不定
形窓を用いているときに使用する。この図２は、航空機
によって得た画像Ｉ１を画面に表示し、この画像上でマ
ウス操作等で地物Ｂｕの輪郭に相当する閉領域Ｂ１を与
える。そして、この閉領域に投影が一致する位置に不定
形窓Ｐｌｈを発生させ、標高Ｈ（ｚ）を変化させる。

【００３０】例えば３０ｍ、８０ｍ、１５０ｍの順に標
高を変化させると、３０ｍ、８０ｍ、１５０ｍと変化し
たときの輝度画像Ｉ１、Ｉ２における不定形窓Ｐｌｈの
輝度画像Ｉ１、Ｉ２の投影位置をその都度求めながら、
この位置における不定形窓Ｐｌｈを投影したときの輝度
画像Ｉ１、Ｉ２における輝度値を比較し、評価関数によ
って最も一致（近似）したと判定されるときの不定形窓
Ｐ１ｈの高さ（標高値）としている。

【００３１】地盤高計算モジュール１１は、ＤＥＭを読
み取り、適当な内挿計算を用いることによって、与えら
れた水平座標位置における地盤高を計算する。

【００３２】Ｈ＝ＧＥlv（ｘ，ｙ）例えばＤＥＭが正方メッシュデータならば、バイリニア
法等の内挿方法、ＤＥＭがランダムな配置の３次元点群
ならば、三角メッシュを用いた内挿法を用いる。

【００３３】すなわち、本実施の形態では、座標計算モ
ジュール１０、地盤高計算モジュール１１等によって、
レーザスキャナデータにステレオ撮影された空中写真画
像データから得られる領域情報・線構造情報を援用し
て、例えば、人工構造物の境界を精度よく抽出し、自動
建物多角形化および３次元モデル化を行う。

【００３４】この３次元化モデルの生成においては、ま
ず、ステレオ空中写真画像の各々を領域分割する事によ
り、色彩が均一な画像領域を得る。

【００３５】このような画像領域は、建物の屋上及び路
面・グランド・その他広い平坦地に対応していると考え
られる。

【００３６】各色領域に重なるレーザスキャナの３次元
点群の標高値を初期値として、ステレオマッチングを行
い、その結果得られる標高値の計算結果が初期値とほぼ
同じ高さになった場合はその領域に計算結果の標高値を
与え、ＤＳＭを生成する。これにより、レーザスキャナ
データでは曖昧であった地物境界をより高精度に表現す
ることができる。

【００３７】続いて上記で得られたＤＳＭの水平な領域
を領域分割によって認識し、各領域に対応するステレオ
画像上の周辺領域で直線抽出を行い、その結果を多角形
化する。

【００３８】既往のＤＥＭや地域の平均的地盤高に対す
るＤＳＭの差が任意に設定する閾値以下にある領域は、
建物以外の領域であり、地盤高と推定する。これによっ
て、建物領域を３次元多角形化することができる。更に
多角形化された建物領域を角柱状に構成する事によっ
て、３次元モデルを得る事ができる。

【００３９】本発明の実施形態の概略を図１を用いて簡
単に説明する。図１に示すように、次の５つの部分から
成り立っている。

【００４０】初めに、データベース（図示せず）に保存
されているステレオ空中写真画像（ＩＲ、ＩＬ）を読み
込んで、ステレオ空中写真画像の各々を領域分割（同じ
色を一塊りとする領域：同じ色彩の画素が連続する領
域）する事により、色彩が画像領域（建物の屋上及び路
面・グランド・その他広い平坦地に対応していると考え
られる）を得るステレオ画像の色彩による領域分割処理
部１５と、各分割領域（分割色領域ともいう）に重なる
レーザスキャナデータの３次元点群の標高値を初期値と
して、ステレオマッチングを行う水平面ステレオマッチ
ング処理部１６と、この水平面ステレオマッチング処理
後の結果得られる標高値の計算結果が初期値とほぼ同じ
高さになった場合はその領域に計算結果の標高値を与
え、ＤＳＭ（ＤｉｇｉｔａｌＳｕｒｆａｃｅＭｏｄ
ｅｌの略で、建物等の地物を含む地表面の形状を表現す
るモデル）を生成するＤＳＭの領域分割処理部１７と、
多角形生成処理部１８と、３次元モデル化処理部１９等
とからなる。

【００４１】以下にこれらの各処理（ステレオ画像の色
彩による領域分割処理、水平面ステレオマッチング処
理、ＤＳＭの分割処理、多角形生成処理、３次元モデル
化処理）の詳細をフローチャートを用いて説明する。

【００４２】（ステレオ画像の色彩による領域分割処理
部１５）ステレオ画像の色彩による領域分割について図
３のフローチャートを用いて詳細に説明する。

【００４３】初めに、領域分割に必要なパラメータを設
定する（Ｓ１０）。例えば、反復型領域拡張法によって
領域分割を行う場合は、次の３つのパラメータがユーザ
により指定されているものとする。

【００４４】・初期しきい値・しきい値の増分・反復打ち切りのためのしきい値次に、ステレオ空中写真画像の内、左画像Ｉ_Lを外部記
憶装置３から内部に読み込む（Ｓ１１）。

【００４５】次に、画像の輝度情報や色情報を用いて領
域分割処理を行う（図４参照）。この領域分割処理で
は、まずメディアンフィルタなどで小さな孤立点を除去
した後、除去画像の輝度や色が均一な連続領域ごとに識
別番号を付ける。

【００４６】なお、領域分割の方法としては、反復型領
域拡張法など一般に広く行われている領域分割方法を用
いてもよい。

【００４７】そして、領域分割の結果（単色で塗られた
領域）、各画素が何番目の識別番号の領域に属するかが
わかるラベル番号が与えられるものとする。この左画像
のラベル番号を格納する配列をＬＬ（ｉ，ｊ）とする。

【００４８】すなわち、ＬＬ（ｉ，ｊ）＝ｎならば、画
像ｉカラムｊラインの画素が、ラベル番号ｎの領域に属
することを意味する。

【００４９】次に、領域分割によって求められたラベル
格納配列ＬＬ（ｉ，ｊ）を左画像のラベルとして外部記
憶装置３に格納する領域分割結果保存処理を行う（Ｓ１
３）。

【００５０】そして、左画像読込（Ｓ１１）〜領域分割
結果保存処理（Ｓ１３）と同様の処理を右画像Ｉ_R につ
いて同様に行う右画像読込処理（Ｓ１４）と領域分割処
理（Ｓ１５）とを行い、右画像のラベル格納配列ＬＲ
（ｉ，ｊ）を外部記憶装置３に格納する（Ｓ１６）。

【００５１】つまり、Ｓ１４〜Ｓ１６は右画像読み込み
・領域分割・領域分割結果保存を行っている。

【００５２】次に、水平面ステレオマッチング処理につ
いて説明する。

【００５３】（水平面ステレオマッチング）領域分割さ
れた各画像領域が水平であると仮定し、その拘束の元で
領域分割された部分を「不定形窓を用いた画像間拡張イ
メージマッチング方法（特願２０００−２５１４５
６）」を行い、デジタル地表面モデル（ＤＳＭ）を生成
する。ここでのＤＳＭとは、地表面の標高をメッシュ点
上で表現するものである。例えば、メッシュの原点を
（ｘ０，ｙ０）、メッシュ間隔をｄとすると、ＤＳＭ配
列ｈ（ｉｘ，ｉｙ）は、座標（ｘ０＋ｄ・ｉｘ、ｙ０＋
ｄ・ｉｙ）での標高を与えるものとする。また、ＤＳＭ
配列の原点や大きさは、ユーザが与える対象範囲にあわ
せて設定するものとする。前述の水平面ステレオマッチ
ングは、各分割領域を不定形窓として、これを変化させ
て拡張ステレオモデルの両方の画像上の投影位置を求
め、この投影位置における不定形窓で区切られた領域の
輝度値をそれぞれ求めて輝度値を比較し、比較結果が最
も一致するときの不定形窓の高さを拡張ステレオモデル
における地物の高さとする拡張ステレオマッチングによ
る標高付与処理を行う。

【００５４】図５は平面ステレオマッチングを説明する
フローチャートである。初めに、左右画像をメモリ上に
読み込む（Ｓ２０）。

【００５５】次に、ＤＳＭ配列を格納するＤＳＭ配列を
初期化する（Ｓ２１）。初期化するＤＳＭ配列は次の３
つとする。

【００５６】・ｈＬ（ｉｘ，ｉｙ）：左画像領域分割結
果から生成されるＤＳＭ・ｈＲ（ｉｘ，ｉｙ）：右画像領域分割結果から生成さ
れるＤＳＭ・ｈＬＲ（ｉｘ，ｉｙ）：左右画像領域分割結果から生
成されるＤＳＭなお、ＤＳＭ配列の原点や範囲は、ユーザがあらかじめ
与えるものとする。初期化にあたっては、すべての配列
の値を一定値ｈｉｎｉｔとしておく。ｈｉｎｉｔは、実
際にはありえない小さな値（−９９９９など）であり、
ＤＳＭ配列がｈｉｎｉｔであるということは、平面ステ
レオマッチングによってＤＳＭが計算されていないこと
を示す。

【００５７】次に、左右画像の画像領域の分割結果を読
込む（Ｓ２２）。つまり、画像領域分割結果をメモリ上
の配列Ｌ（ｉ，ｊ）に読み込む。

【００５８】そして、各領域毎Ｌ（ｉ，ｊ）に記録され
ているラベル番号が付けられた各々の領域について、番
号順に次の処理を行う。

【００５９】この処理は、レーザスキャナデータの重ね
合わせと概略標高の計算を行う（Ｓ２３）。

【００６０】例えば、レーザスキャナデータＬ_piの画像
への投影位置を座標計算モジュールによって計算し、そ
の中で処理中の領域に重なるものを検索する（図６を参
照）。次に、更に重なった点のヒストグラムを作り、
ヒストグラムが最大になる標高Ｈ_modeを、領域の概略標
高として与える。

【００６１】次に、平面ステレオマッチングによる標高
値の計算を行う（Ｓ２４）。この計算は、領域形状を不
定形窓として、特願２０００−２５１４５６の不定形窓
法により画像領域の最適標高を計算する（図７参照）。

【００６２】そして、計算結果の標高をＨ_opt とする。
なお、Ｌ（ｉ，ｊ）にＬＬ（ｉ，ｊ）を読み込んだ場合
は、画像Ｉ_LをＩ₁、Ｉ_RをＩ₂とする。また、ＬＲ（ｉ，
ｊ）を読み込んだ場合は、画像Ｉ_RをＩ₁、Ｉ_LをＩ₂とす
る。

【００６３】そして、標高値が次の条件を満たすかどう
かを検定する（Ｓ２５）。

【００６４】｜Ｈ_mode −Ｈ_opt ｜＜ΔＨここでΔＨは標高検定のしきい値である。

【００６５】次に、標高値の検定で条件を満たす場合
は、座標計算モジュール１０を用いて画像領域に対応す
る地上座標を求め、処理画像が左画像ならＤＳＭ配列ｈ
Ｌ（ｉｘ，ｉｙ）に標高値Ｈ_opt を格納する。右画像な
らＤＳＭは配列ｈＲ（ｉｘ，ｉｙ））に格納する。すべ
ての領域について処理済みでなければ、Ｓ２３に戻る
（Ｓ２７）。すべての領域について処理が終わった場合
は、Ｓ２２に戻って次の画像を読み込み、同様の処理を
行う（Ｓ２８）。

【００６６】次に、ＤＳＭ配列ｈＬ（ｘ，ｙ）とｈＲ
（ｘ，ｙ）を融合し、ｈＬＲ（ｘ，ｙ）を生成するＤＳ
Ｍの融合処理を行う（Ｓ２９：図８参照）。

【００６７】

【数１】このＤＳＭ配列を外部記憶装置に格納する（Ｓ３０）。

【００６８】（ＤＳＭの領域分割）ＤＳＭを水平な領域
に分割する。ＤＳＭの領域分割のフローを図９に示す。

【００６９】ＤＳＭの領域分割は、図９に示すように、
ＤＳＭｈＬＲ（ｘ，ｙ）をＤＳＭ配列ｈ（ｘ，ｙ）に読
み込む（Ｓ３１）。

【００７０】そして、この読み込んだＤＳＭ配列ｈ
（ｘ，ｙ）、水平領域ごとに領域分割する（Ｓ３２）。

【００７１】具体的には、高さが一定の範囲Ｄｈの間に
ある連続領域をひとつの領域とする。そして、各領域に
識別番号をラベルとして付け、ラベル格納配列ＬＨ
（ｘ，ｙ）に格納する。すなわち、ＬＨ（ｘ，ｙ）＝ｎ
ならば、ＤＳＭｈ（ｘ，ｙ）が、識別番号ｎの領域に属
することを意味する。識別番号がｎに対応する領域をＲ
ＬＨ（ｎ）とする。

【００７２】次に、このラベル格納配列ＬＨ（ｘ，ｙ）
を外部記憶装置に格納する（Ｓ３３）。

【００７３】（水平領域の多角形化）次に、各水平領域
の境界を直線によって多角形化する。多角形化にあたっ
ては、ステレオ画像を援用する。多角形化の概略フロー
を図１０に示す。

【００７４】初めに、ＤＳＭとその領域分割結果を読み
込む（Ｓ４０）。具体的には、ラベルＬＨ（ｘ，ｙ）と
それに対応するＤＳＭｈ（ｘ，ｙ）を外部記憶装置から
読み込む。

【００７５】次に、水平領域ごとの処理として、ＬＨ
（ｘ，ｙ）に格納されたラベル番号ｋ＝1〜ｎ（ｎはラ
ベルの個数）の各々の領域について、以下の処理を行
う。

【００７６】まず、地盤高計算モジュール１１を用い
て、各領域ＲＬＨ（ｋ）の位置での地盤高ＨＧを計算す
る。このとき、領域の標高Ｈ（ｋ）との差が閾値（２ｍ
程度）より大きいかどうかを以下の式で判定する地表面
からの高さの判定処理を行う（Ｓ４１）。

【００７７】Ｈ（ｋ）−ＨＧ＞ΔＨＢそして、領域の標高Ｈ（ｋ）との差が閾値より、大きい
場合は、この領域が建物であるとみなし、以下の処理を
行う。

【００７８】座標計算モジュール１０を用いてラベル領
域ＲＬＨ（ｋ）に対応する画像領域を求め、その周辺を
含めて切り出す「対応する画像領域の切り出し」処理を
行う（Ｓ４２）。

【００７９】このとき、図１１に示すように、切り出し
原点を（ｘｃ０，ｙｃ０）、切り出した画像をＩｃ、切
り出しサイズをｓｘｃ，ｓｙｃとする。また、Ｉｃと同
じサイズをもつＤＳＭのマスク画像Ｉｃｍとする。

【００８０】このＩｃｍのマスク画像は、Ｉｃ上でＲＬ
Ｈ（ｋ）に対応する領域でコードＴ（≠０）、それ以外
で０となる２値画像である。

【００８１】次に、画像Ｉｃ上で、Ｉｃｍで指定される
マスクの周辺部で直線抽出を行うために、線抽出のため
のバッファＩｃｂを生成する線抽出域のバッファリング
処理を行う（Ｓ４３：図１２参照）。

【００８２】具体的には、Ｉｃｂは、図１２に示すよう
に、ＩｃｍをＮｆａｔ回膨張させた膨張マスクＩｃｍｆ
ａｔと、ＩｃｍｆａｔをＮｔｈｉｎ回収縮された収縮マ
スクＩｃｍｔｈｉｎとを生成し、この２つのマスクから
次のような関係式を成立させる。

【００８３】Ｉｃｂ（i,j）＝Ｔ（Ｉｃｍｆａｔ（i,j）＝Ｔ∩Ｉｃｍｔｈｉｎ（i,j）＝０）＝０（それ以外）収縮マスクＩｃｍｔｈｉｎは、もとのマスクＩｃｍと同
じかそれよりも少なくする。よって、Ｎｆａｔ＜Ｎｔｈ
ｉｎとする。

【００８４】次に、図１３に示すように、切り出し画像
Ｉｃ上でエッジ抽出を行う（Ｓ４４）。エッジ抽出方法
は例えば、次の仕様を満たすものとする。

【００８５】・エッジ上の点とそれ以外で２値化され
る。

【００８６】・エッジが細線化されている（エッジの幅
が１ピクセルである）。

【００８７】このようなエッジ抽出方法として、Ｃａｎ
ｎｙオペレータやＳｕｓａｎｓオペレータなどがある。
また、Ｓｏｂｅｌ等のエッジ強調オペレータを施し、そ
の後２値化・細線化を行っても良い。

【００８８】ここで得たエッジをＩｃｅとする。これに
線抽出用バッファのマスク画像Ｉｃｂの共通領域をとる
ことによって、マスクの周辺部のみのエッジ画像をＩｃ
ｅから得る。このエッジ画像をＩｃｅｂとする（図１
４）。

【００８９】次に、マスク周辺のエッジ抽出画像Ｉｃｅ
ｂのエッジ上の点を使ってＨｏｕｇｈ変換の原理で直線
の抽出を行う直線化処理を行う（Ｓ４５：図１４参
照）。

【００９０】Ｈｏｕｇｈ変換では、直線の方程式を法線
方向θと原点からの距離ρを使ってｘcosθ＋ｙsinθ＝
ρとおき、（θ−ρ）空間において直線を抽出する方法
である。Ｈｏｕｇｈ変換は画像から直線や円等の図形を
抽出するための一手法である。

【００９１】また、抽出する直線の数ｎ_houghとして、
最もたくさんのエッジ上の点を通る直線のパラメータの
対（θ₁ ，ρ₁ ）からｎ_hough番目にエッジの点を通る
直線の対（θ_ｎhoughρ_ｎhough）までを抽出する（図１
５参照）。

【００９２】次に、Ｈｏｕｇｈ変換で抽出されたすべて
の直線について交点を求め、線分化する直線の線分化処
理を行う（Ｓ４６、図１４の線分化）。

【００９３】そして、収縮マスクＩｃｍｔｈｉｎと重な
る線分を削除するマスクとの重複部分削除処理を行う
（図１４参照）。

【００９４】次に、線分を領域毎に多角形化（点列化）
し、更に、その多角形の中で、マスク画像Ｉｃｍと最も
大きな共通領域を持つ多角形を、ラベル領域ＲＬＨ
（ｋ）に対応する多角形とする（Ｓ４８）。この多角形
は、画像座標列ＰｌＩ（ｋ）とする（図１６参照）。

【００９５】次に、画像座標で与えられたＰｌＩ（ｋ）
を、３次元空間の多角形ＰｌＴ（ｋ）に変換する３次元
点列化処理を行う（Ｓ４９）。このとき、３次元空間で
の多角形のＺ座標は、領域の標高Ｈ（ｋ）とする（図１
７参照）。

【００９６】そして、得られた多角形座標列ＰｌＩ
（ｋ）を外部記憶装置に保存した後に（Ｓ５０）、次の
領域に移る（Ｓ５１）。

【００９７】（３次元モデル化処理）前述の３次元モデ
ル化処理について説明を補充する。各多角形を角柱状の
三次元モデルに変換する概略フローを図１８に示す。

【００９８】３次元モデル化処理においては、図１６に
示す多角形座標列ＰｌＩ（ｋ）を外部記憶装置から読み
出し（Ｓ６０）、多角形の地表面位置の計算を行う（Ｓ
６１）。

【００９９】この計算は、地盤高計算モジュールによ
り、多角形座標列ＰｌＴ（ｋ）を構成する各点の水平座
標位置において、地表面位置の高さを求め、ＰｌＴ
（ｋ）に対応する底面多角形ＰｌＥ（ｋ）を計算する
（図１９参照）。

【０１００】次に、多角形ＰｌＴ（ｋ）と底面多角形Ｐ
ｌＥ（ｋ）の対応する辺と、これらの辺の両端を鉛直線
で結んだ四角形を側面として、角柱３次元モデルＢＬＤ
を建物モデルとする多角形の建物モデル化処理を行う
（Ｓ６２）。

【０１０１】この角柱３次元モデルＢＬＤは、角柱の頂
上多角形ＰｌＴ（ｋ）と底面多角形ＰｌＥ（ｋ）、およ
び側面多角形群ＰｌＷ_i （ｉ＝１,...ｎ_PlT(k)）から構
成される（図１９参照）。ここでｎ_PlT(k)は、頂上多角
形ＰｌＴ（ｋ）の頂点数である。

【０１０２】そして、得られた角柱３次元ＢＬＤを外部
記憶装置に格納する（Ｓ６３）。格納にあたっては、Ｖ
ＲＭＬなどの３次元モデル表記用フォーマットを用いる
のが好ましい。

【０１０３】従って、航空写真内の建物形状の精密計算
や、３次元モデル生成に利用可能である。

【０１０４】なお、上記実施の形態では、水平面ステレ
オマッチングは不定形窓を用いた水平面ステレオマッチ
ングとして説明したが特願２００２−１２７５１２に記
載の平面ステレオマッチング方式を用いてもよい。

【０１０５】この平面ステレオマッチングは、ステレオ
写真に写る平面が中心投影の原理に基づき射影変換によ
り、対応付けられることを利用し、その平面上にある３
点（どの３点も一直線上にない）の対応関係についてエ
ピポーラ条件を満たす拘束条件を設定することによっ
て、その面の上での射影変換係数を自動的に決定する。

【発明の効果】以上のように本発明によれば、データベ
ースに保存されている所定地域の空中写真画像から連続
して同じ色彩の画素の色領域を抽出し、該抽出後に、デ
ータベースに保存されている前記所定地域のレーザスキ
ャナデータに基づいて得られたデジタル地表面モデルに
対して前記色領域を用いたステレオマッチングを行いＤ
ＳＭを生成する。

【０１０６】そして、ＤＳＭ内の水平領域と画像を用い
て、水平領域周辺部に対応する画像上の線構造情報から
直線化を行い、この直線に囲まれた領域の画素列を３次
元化することによって前記水平領域を３次元点列化す
る。

【０１０７】これにより、レーザスキャナデータでは曖
昧であった地物境界をより高精度に表現することができ
るという効果が得られている。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザスキャナデータと空中写真画像を用いた
高精度都市モデルの生成装置の概略構成図である。

【図２】不定形窓を用いた標高値の付与を説明する説明
図である。

【図３】ステレオ画像の色彩による領域分割を説明する
フローチャートである。

【図４】画像の領域分割を説明する説明図である。

【図５】水平面ステレオマッチングを説明するフローチ
ャートである。

【図６】レーザスキャナーデータの重ね合わせを説明す
る説明図である。

【図７】不定形窓による水平ステレオマッチングを説明
する説明図である。

【図８】ＤＳＭの合成を説明する説明図である。

【図９】ＤＳＭの領域分割を説明するフローチャートで
ある。

【図１０】水平領域の多角形化を説明するフローチャー
トである。

【図１１】画像領域の切り出しを説明する説明図であ
る。

【図１２】線抽出域のバッファリングを説明する説明図
である。

【図１３】エッジ抽出を説明する説明図である。

【図１４】直線化および直線の線分化の説明図である。

【図１５】Ｈｏｕｇｈ変換の説明図である。

【図１６】多角形化の説明図である。

【図１７】３次元点列化を説明する説明図である。

【図１８】３次元モデル化を説明するフローチャートで
ある。

【図１９】本実施の形態による建物の３次元モデル化を
説明する説明図である。

【図２０】ステレオ空中写真を説明する説明図である。

【図２１】レーザスキャナーデータを説明する説明図で
ある。

【図２２】デジタル地形モデルを説明する説明図であ
る。

【符号の説明】

１０標計算モジュール１１地盤高計算モジュール１５領域分割処理部１６水平面ステレオマッチング処理部１７領域分割処理部１８多角形生成処理部１９３次元モデル化処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０６Ｔ 7/00 ２００Ｇ０６Ｔ 7/00 ２００Ａ 7/60 ３００ 7/60 ３００ＡＧ０９Ｂ 29/00 Ｇ０９Ｂ 29/00 Ｚ (72)発明者土居原健東京都新宿区新宿４−２−18新宿光風ビルアジア航測株式会社内 (72)発明者柴崎亮介東京都江東区猿江１丁目５−３−408 Ｆターム(参考） 2C032 HB05 HC23 5B050 AA01 BA04 BA09 BA15 DA04 EA06 EA09 EA13 EA19 EA26 FA02 FA06 5B057 AA13 CA01 CA12 CA16 CB13 CB16 CD14 CE08 CE15 CH01 DA08 DA16 DB02 DB06 DC09 DC16 DC25 5L096 AA02 AA09 BA20 CA04 EA02 FA06 FA15 GA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】データベースに保存されている所定地域
の空中写真画像から連続して同じ色彩の画素の色領域を
抽出し、該抽出後に、データベースに保存されている前記所定地
域のレーザスキャナデータに基づいて得られたデジタル
地表面モデルに対して前記色領域を用いた水平面ステレ
オマッチングを行いＤＳＭを生成し、前記ＤＳＭの水平領域と空中写真画像とを用いて、前記
ＤＳＭの水平領域の周辺部に対応する画像上の線構造情
報から直線化を行い、この直線に囲まれた領域の画素列を３次元化することに
よって前記水平領域を３次元点列化することを特徴とす
るレーザスキャナデータと空中写真画像を用いた高精度
都市モデルの生成方法。
【請求項２】前記水平面ステレオマッチングは、前記
空中写真画像の色彩情報を利用して均一な色領域を抽出
し、各色領域が水平であると仮定して行うことを特徴と
する請求項１記載のレーザスキャナデータと空中写真画
像を用いた高精度都市モデルの生成方法。
【請求項３】前記水平面ステレオマッチングを行った
ときの標高値の計算結果がレーザスキャナデータとほぼ
同じ高さになった場合はその領域に計算結果の標高値を
与えることによって、レーザスキャナデータで得られる
ＤＳＭと同じ標高値を有する前記水平領域を前記ＤＳＭ
の領域に生成することを特徴とする請求項１又は２記載
のレーザスキャナデータと空中写真画像を用いた高精度
都市モデルの生成方法。
【請求項４】前記ＤＳＭの中の水平領域は、領域分割
によって抽出し、各領域に対応するステレオ画像上の周
辺領域で直線抽出を行い、その結果を多角形化すること
によって建物領域の３次元多角形化を行うことを特徴と
する請求項１、２又は３記載のレーザスキャナデータと
空中写真画像を用いた高精度都市モデルの生成方法。
【請求項５】前記建物領域の３次元多角形化は、角柱
状に構成することを特徴とする請求項１、２、３又は４
記載のレーザスキャナデータと空中写真画像を用いた高
精度都市モデルの生成方法。
【請求項６】データベースに保存されている所定地域
の空中写真画像から連続して同じ色彩の画素の色領域を
抽出する手段と、該抽出後に、データベースに保存されている前記所定地
域のレーザスキャナデータに基づいて得られたデジタル
地表面モデルに対して前記色領域を用いた水平面ステレ
オマッチングを行いＤＳＭ領域を生成する手段と、前記ＤＳＭの水平領域と空中写真画像とを用いて、前記
ＤＳＭの水平領域の周辺部に対応する画像上の線構造情
報から直線化を行う手段と、この直線に囲まれた領域の画素列を３次元化することに
よって前記水平領域を３次元点列化する手段とを有する
ことを特徴とする高精度都市モデルの生成システム。
【請求項７】前記水平面ステレオマッチングは、前記
空中写真画像の色彩情報を利用して均一な色領域を抽出
し、各色領域が水平であると仮定して行うことを特徴と
する請求項６記載の高精度都市モデルの生成システム。
【請求項８】前記水平面ステレオマッチングを行った
ときの標高値の計算結果がレーザスキャナデータとほぼ
同じ高さになった場合は、その領域に計算結果の標高値
を与えることによって、レーザスキャナデータで得られ
るＤＳＭと同じ標高値を有する前記水平領域を前記ＤＳ
Ｍの領域に生成する手段とを有することを特徴とする請
求項６又は８記載の高精度都市モデルの生成システム。
【請求項９】前記ＤＳＭの中の水平領域は、領域分割
によって抽出し、各領域に対応するステレオ画像上の周
辺領域で直線抽出を行い、その結果を多角形化すること
によって建物領域の３次元多角形化を行うことを特徴と
する請求項６、７又は８記載のレーザスキャナデータと
空中写真画像を用いた高精度都市モデルの生成システ
ム。
【請求項１０】前記建物領域の３次元多角形化は、角
柱状に構成することを特徴とする請求項６、７、８又は
９記載の高精度都市モデルの生成システム。
【請求項１１】コンピュータに、データベースに保存された所定地域のレーザスキャナデ
ータを読み込みさせる手段、データベースに保存された所定地域の空中写真画像の内
で色彩が均一な画素のかたまりの色領域を順次抽出させ
る手段、前記抽出後にデータベースに保存された所定地域のデジ
タル地表モデルに対して、前記色領域が水平であるとし
て前記水平面ステレオマッチングを行わせる手段、前記ステレオマッチングの結果得られる標高値の計算結
果が前記デジタル地表面モデルのレーザスキャナデータ
と同程度の標高値かどうかを判定させる手段、前記同程度の標高値と判定しときは、前記色領域に標高
値を適用してＤＳＭを生成し、保存させる手段、前記ＤＳＭの水平領域をマスク領域とし、これを膨張し
た画像及び収縮した画像を生成し、これらの領域を合成
して前記マスク領域の周辺の線抽出領域を取得させる手
段、前記空中写真画像の前記マスク領域及びその周辺に対応
する箇所のエッジ画像を取得させ、該エッジ抽出画像と
前記線抽出領域を重ねさせ、前記マスク領域の周辺のエ
ッジ画像を抽出する手段、前記周辺エッジ画像に対してＨｏｕｇｈ変換を行って周
辺エッジ画像の各エッジを直線化させる手段、前記直線化された直線化エッジ画像に、前記収縮マスク
画像と比較させ、前記直線化エッジ画像上から不要なエ
ッジを除去した線分を取得させる手段、前記線分を追跡して得られる多角形を生成し、その中か
ら前記マスク領域と最も重なる多角形座標列を取り出す
手段、前記多角形座標列に対して前記標高値を与えて前記抽出
された色領域を３次元化させる手段、として機能させるための高精度都市モデルの生成のプロ
グラム。