JP2010507127A - 異なるソースの位置データをマッチングさせるためのコンピュータ装置及び方法 - Google Patents

Abstract

コンピュータ装置は、プロセッサ（１１）とメモリ（１２，１３，１４，１５）とを有する。メモリ（１２，１３，１４，１５）は、コンピュータプログラムと、第１のソースに由来し、オブジェクト位置データを含む、オブジェクトのデータと、第２のソース（３（ｊ））に由来し、オブジェクトに関連するレーザサンプルのサブセットを含み、それぞれのレーザサンプルについてのレーザサンプル位置データを含む、レーザサンプルとを格納する。プロセッサ（１１）は、オブジェクト位置データと、レーザサンプルのサブセットのレーザサンプル位置データとを比較し、比較に基づいて、オブジェクト位置データを、レーザサンプルのサブセットのレーザサンプル位置データにマッチングさせ、第１のソースと第２のソースとの間で位置データの相対的位置誤差を修正する。オブジェクトは、建築物ファサードであってもよい。

Description

本発明は、建築物のファサードの位置データを、地理的に位置決めされたモバイル・マッピング・システム上のレーザスキャナに由来するファサードの位置データとマッチングさせることに関する。レーザスキャナは２Ｄ回転してもよいが、応用領域はこれに限られない。

モバイル・マッピング・システム上のカメラのようなソースから生じる、建築物のファサードの位置データを、航空画像のような他のソースから生じる、ファサードの位置データとマッチングさせるシステム及び方法は、従来技術から既知である。同様に、建築物のファサードのテクスチャ要素を検知し、わずかな標準テクスチャ要素だけしかメモリに格納される必要がないように、それらのテクスチャ要素を標準テクスチャ要素で置き換え、メモリスペースを節約することが既知である。

しかしながら、現在用いられている処理は、要求されるこれらの２つのソースの間の関係を得るためには、かなりの人間の関与を必要とするだろう。手動でのマッチングの速度は、平均２ｋｍ／ｈであろう。そして、平均的な市についてこれらの２つのソースをマッピングするために、全体では何千人時ものコストをもたらすだろう。

さらに、ファサードテクスチャ付け処理において使用されるテクスチャ要素データをマッピングすることは、３Ｄ建築物のデータとの同期を必要とする。質が許容できるレベルでの工業的プロセスを達成するためには、両方のソースの間での最大の位置偏差は、０．５ｍよりも小さくなるべきである。しかしながら、これらの別々のソースに関係する位置精度は、典型的には１ｍよりも小さくはない。このことはマッチングプロセスにおいて、質が許容できないレベルになる結果となるだろう。

それゆえ、２つの異なったソースからのこれらのデータをマッチングする時に、より高いレベルでの正確性を与える、システム及び方法を提供することが望まれている。

最も広いコンテクストにおいて、本発明は、メモリと通信するように構成されたプロセッサを備えるコンピュータ装置であって、
前記メモリは、
前記プロセッサによって実行されうる命令及びデータを含むコンピュータプログラムを格納し、
第１のソースに由来し、オブジェクト位置データを含む、オブジェクトのデータを格納し、
第２のソースに由来し、前記オブジェクトに関連するレーザサンプルのサブセットを含み、それぞれのレーザサンプルについてのレーザサンプル位置データを含む、レーザサンプルを格納し、
前記プロセッサは、
前記オブジェクト位置データと、前記レーザサンプルの前記サブセットの前記レーザサンプル位置データとの比較を行い、
前記比較に基づいて、前記オブジェクト位置データを、前記レーザサンプルの前記サブセットの前記レーザサンプル位置データにマッチングさせることにより、前記第１のソースと前記第２のソースとの間で位置データの相対的位置誤差を修正する、コンピュータ装置に関する。

第１のソース（例えば航空写真）に由来するオブジェクトの位置データを、第２のソース（例えば地表面上の乗り物に位置するレーザスキャナ）に由来するレーザサンプルの位置データへマッチングすることを、このことは提供する。

一実施形態においては、オブジェクトは建築物のファサードである。

さらなる実施形態においては、本発明はコンピュータ装置に関し、前記コンピュータ装置において、前記メモリは前記建築物のファサードのテクスチャ情報を含む写真をまた格納し、
前記写真は前記第２のソースに対する位置が既知である第３のソースに由来し、
前記プロセッサは、前記建築物のファサード位置データの、前記レーザサンプルの前記サブセットの前記レーザサンプル位置データに対する前記マッチングを用いながら、前記第１のソースで得られた前記建築物のファサードに、前記テクスチャ情報を与えるように構成されている。

従って、請求の範囲のシステム及び方法は、その最も広いコンテクストにおいて、上記の背景技術の説明で述べたように、第１のソースと第３のソースとの間での自動同期処理、すなわち自動位置マッチング処理において用いられてもよい。ある実施形態においては、第２及び第３のソースはＭＭＳシステム上に位置し、第１のソースは航空写真である。すると実際には、ＭＭＳ写真と、航空写真に由来する建築物との間の相対的位置誤差が、除かれうるか又は劇的に削減されうる。

本発明は、２つの異なるソースを考慮するどんな処理も、実際には両方のソースの絶対的な精度を必要としないという洞察に基づいている。本システム及び方法はしかし、自動処理を達成するために、高いレベルの位置関連付けを必要とする。

本発明に従うシステム及び方法を適用することにより、人の関与が９５％ものファクタで削減されることができる。

ある実施形態においては、いくつかの関連付け点のみが処理される。写真が撮られるローカル・モバイル・マッピング・システムが高い相対的精度を持つことができるために、写真が撮られたそれぞれの位置について、正確にシフトベクタを決定する必要はない。このようなそれぞれのシフトベクタは、近隣の関係付け点について処理されたシフトベクタの重み付け平均として、計算されうる。

本発明はまた、このようなコンピュータ装置によって実行される方法、コンピュータ装置が本方法を実行することを可能とするコンピュータプログラム、及びこのようなコンピュータプログラムを格納するデータキャリアに関する。

本発明の他の態様によれば、本発明はメモリと通信するように構成されたプロセッサを備えるコンピュータ装置であって、
前記メモリは、
前記プロセッサによって実行されうる命令及びデータを含むコンピュータプログラムを格納し、
複数の物理的なオブジェクトに関連し、それぞれのレーザサンプルについてのレーザサンプル位置データを含む、連続するレーザサンプルのシリーズを複数格納し、
前記レーザサンプルのシリーズのそれぞれは地表面に対して実質的に垂直な別々の平面にあり、
前記プロセッサは、
連続するベクトルのシリーズであって、それぞれのシリーズが前記レーザサンプルのシリーズと関連するシリーズを計算し、
前記連続するベクトルに基づいて、前記オブジェクトの少なくとも一部の形を特定するように構成されており、
それぞれの前記ベクトルの開始点は、連続するレーザサンプルのシリーズ内の１つのレーザサンプルにあり、それぞれの前記ベクトルの終了点は、前記連続するレーザサンプルのシリーズ内の次のレーザサンプルにあるコンピュータ装置に関する。

この他の態様によれば、本発明はまた、このようなコンピュータ装置によって実行される方法、コンピュータ装置が本方法を実行することを可能とするコンピュータプログラム、及びこのようなコンピュータプログラムを格納するデータキャリアに関する。

本発明を図示することが意図されるが、添付の請求の範囲及びその均等実施形態によって定義される本発明の範囲を制限することは意図していない、いくつかの図面を参照して、本発明が詳細に説明されるだろう。

カメラとレーザスキャナとを備えるＭＭＳシステムを示す。 位置及び向きパラメータの図を示す。 本発明が実行されうる、コンピュータ装置の図を示す。 ３Ｄ建築物のテクスチャ付けを行うために実行される動作のブロック図を示す。 ある建築物のフットプリントの例を示す。 図５のフットプリントを、ＭＭＳシステムの軌跡とともに示す。 建築物のファサードに向けられたレーザスキャナの出力を示し、３Ｄ透視図で表現されている。 図６に示される状況でＭＭＳシステムによって収集された、ロー・レーザ・スキャナ・サンプルのセットを示す。 図８と同様に例を示すが、本発明をさらに明確とするために拡大された縮尺において示す。 、 、 建築物のファサードと関連するレーザサンプルがどのように選択されうるかを示す。 ファサードと関連するレーザサンプルが、航空写真に由来する同じファサードに、どのようにマッピングされるかを示す。 、 どのように、ＭＭＳシステムの軌跡が航空写真に由来するファサードに対応するようにシフトされるかを示す。 、 ＭＭＳシステムから得られたカメラ写真から見られるファサードが、航空写真によって定められたファサードに、どのようにマッピングされるかを示す。

ＭＭＳシステム上のカメラによって得られた建築物のファサードと、航空写真によって得られたそれらの建築物のフットプリントと、ＭＭＳシステム上のレーザスキャナによって得られたレーザ・スキャン・サンプルとの絵を参照して、本発明が説明される。しかしながら、レーザサンプルを用いながら異なるソースの位置データをマッチングさせるという考えは、この文脈よりもより大きな実施可能性を有する。

本発明の一実施形態においては、モバイル・マッピング・システム（ＭＭＳ）上の１以上のカメラによって得られた、建築物のファサードのデータが処理される。さらに、そのようなＭＭＳシステム上の１以上のレーザスキャナによって得られたレーザ・スキャン・データが、使われてもよい。

図１は、車１の形をとるＭＭＳシステムを示す。車１は、１以上のカメラ９（ｉ）, i = 1, 2, 3, ... I と、１以上のレーザスキャナ３（ｊ）, j = 1, 2, 3, ... J を備える。車１は、関心のある道路に沿って、ドライバーによって運転されることができる。

車１は、複数のホイール２を備える。さらに、車１は高精度位置／方向決定デバイスを備える。図１に示されるように、位置決定デバイスは以下の構成部品を備える。

・アンテナ８に接続され、複数の衛星ＳＬｉ(i = 1, 2, 3, ...)と通信するように構成され、衛星ＳＬｉから受信した信号から位置信号を計算する、ＧＰＳ（全地球測位システム）ユニット。ＧＰＳユニットはマイクロプロセッサμＰに接続される。ＧＰＳユニットから得た信号に基づいて、マイクロプロセッサμＰは、車１内のモニタ４上に表示される適切な表示信号を決定してもよい。そうしてドライバーに車がどこに位置するかを知らせ、可能なら車がどの方向に移動しているかを知らせる。

・ＤＭＩ（距離測定装置）。この装置は、１以上のホイール２の回転回数を検知することにより、車が移動した距離を測定する走行距離計である。ＤＭＩはまた、ＧＰＳユニットからの出力信号による表示信号を計算する時に、マイクロプロセッサμＰがＤＭＩによって測定された距離を考慮に入れることを可能にするために、マイクロプロセッサμＰと接続される。

・ＩＭＵ（慣性測定ユニット）。このようなＩＭＵは、回転加速度と３直交方向に沿った並進加速度とを測定するように構成された、３つのジャイロユニットとして実装されてもよい。ＩＭＵはまた、ＧＰＳユニットからの出力信号による表示信号を計算する時に、マイクロプロセッサμＰがＤＭＩによる測定値を考慮に入れることを可能にするために、マイクロプロセッサμＰと接続される。

図１に示されるシステムは、例えば車１上に搭載された１以上のカメラ９（ｉ）で写真を撮ることにより、地理的なデータを集めるいわゆる「モバイル・マッピング・システム」である。カメラはマイクロプロセッサμＰに接続される。さらに、レーザスキャナ３（ｊ）は車１が運転されている間にレーザサンプルを得る。それらもまたμＰに接続され、これらのレーザサンプルをμＰへと送る。

３つの測定ユニット、ＧＰＳ、ＩＭＵ及びＤＭＩによる位置及び向きのデータを可能な限り正確に提供することが、一般に要求されている。これらの位置及び向きのデータは、カメラ９（ｉ）が写真を撮り、レーザスキャナ３（ｊ）がレーザサンプルを得る間に、測定される。写真とレーザサンプルとの双方は、後に用いるために、これらの写真とレーザサンプルとが得られた時の車１の対応する位置及び向きのデータと関連づけられて、μＰの適切なメモリに格納される。

図２は、図１に示される３つの測定ユニットＧＰＳ、ＤＭＩ、及びＩＭＵからどの位置信号が得られうるかを示す。図２はマイクロプロセッサμＰが、６つの異なるパラメータ、すなわち所定の座標系における原点に対する３つの距離パラメータｘ，ｙ，ｚと、それぞれがｘ軸、ｙ軸及びｚ軸周りの回転を示す３つの角度パラメータω_ｘ，ω_ｙ，ω_ｚとを、それぞれ計算するように構成されているのを示す。ｚ方向は、重力ベクトルの方向と一致する。

この写真及びレーザサンプルは、建築物のファサードに関する情報を含む。ある実施形態においてレーザスキャナ３（ｊ）は、十分に高い密度の出力を生成するために、最低でも毎秒５０スキャン及び分解能１度の出力を生成するように構成される。（時速５０ｋｍのスピードでは、車はスキャン毎に０．２８ｍの距離を移動する。また、１度の角度分解能は、１０ｍの距離にある約０．２２ｍの範囲をカバーする。）ＳＩＣＫ製のＭＯＤＥＬ ＬＭＳ２９１−Ｓ０５のようなレーザスキャナは、このような出力を生成する能力がある。

車内のマイクロプロセッサは、コンピュータ装置として実装されてもよい。このようなコンピュータ装置の例が、図３に示される。

図３において、算術演算を行うためのプロセッサ１１を備える、コンピュータ装置１０の概要が示されている。

プロセッサ１１は、ハードディスク１２と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１３と、電気的消去可能プログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１４と、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）１５とを含む、複数のメモリ部品に接続されている。これらのメモリ形式の全てが備えつけられる必要はない。さらに、メモリ部品はプロセッサ１１に物理的に接近して配置される必要はなく、プロセッサ１１から離れたところに位置していてもよい。

プロセッサ１１はまた、キーボード１６及びマウス１７のような、ユーザが命令、データ等を入力するための手段に接続されている。タッチスクリーン、トラックボール、及び声変換器のうちの少なくとも１つのような、当業者に知られている他の入力手段がまた、備え付けられてもよい。

プロセッサ１１に接続された読み取りユニット１９が備えられる。読み取りユニット１９は、フロッピー（登録商標）ディスク２０又はＣＤＲＯＭ２１のようなデータキャリアからデータを読み、可能ならばデータキャリアにデータを書き込むように構成される。当業者に知られているように、ほかのデータキャリアは、テープ、ＤＶＤ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、メモリスティック等であってもよい。

プロセッサ１１はまた、出力データを紙上に印刷するためのプリンタ２３に接続され、例えばモニタ又はＬＣＤ（液晶ディスプレイ）スクリーンのようなディスプレイ１８、又は当業者に知られているどんな型の表示装置にもまた接続される。

プロセッサ１１は、スピーカ２９に接続されてもよい。

プロセッサ１１は、例えば公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、インターネット等の通信ネットワーク２７に、Ｉ／Ｏ手段２５によって接続されてもよい。プロセッサ１１は、ネットワーク２７を介して他の通信装置と通信するように構成されていてもよい。

データキャリア２０，２１は、プロセッサに本発明に従う方法を実行する能力を与えるように構成された、データ又は命令の形を取るコンピュータプログラムを含んでもよい。しかしながら、そのようなコンピュータプログラムは、代わりに遠距離通信ネットワーク２７を介してダウンロードされてもよい。

プロセッサ１１は、スタンド・アロン・システムとして実装されてもよいし、それぞれがより大きいコンピュータプログラムのサブタスクを実行するように構成されている複数の並列に動作するプロセッサとして実装されてもよいし、いくつかのサブプロセッサを伴う１以上のメインプロセッサとして実装されてもよい。本発明の機能のうちいくつかは、ネットワーク２７を介してプロセッサ１１と通信する、リモートプロセッサによって実行されてもよい。

車１に使用される時、コンピュータ装置は図３に示される全ての部品を持つ必要はないことが認められる。例えばコンピュータ装置は、その時スピーカ及びプリンタを持つ必要はない。車１における実装についていえば、コンピュータ装置は少なくともプロセッサ１１と、適切なプログラムを格納するためのいくつかのメモリと、操作者から命令及びデータを受け取り、操作者に出力データを示すためのいくつかの種類のインタフェースと、を必要とする。

もしそのコンピュータ装置が車１の中に位置せず、便利なようにオフライン後処理のために建物の中に位置してもよいのならば、カメラ９（ｉ）及びレーザスキャナ３（ｊ）によって得られた写真及びスキャンを後処理するために、図３に示されるコンピュータ装置と類似のものが用いられるだろう。カメラ９（ｉ）及びスキャナ３（ｊ）によって得られた写真及びレーザサンプルは、メモリ１２−１５の１つに格納される。このことは、それらをまずＤＶＤ若しくはメモリスティック等に格納すること、又はそれらを、可能なら無線で、車の中に位置するコンピュータ装置から送信することによってなされうる。

本発明のよりよい理解のために、まず本発明の状況が、図４を参照して記述される。図４は、テスクチャ付けされた３Ｄ都市建築物をモデリングするのにおける単純化されたデータフローを示す。

図４は、この処理が２つのデータソースを持つことを示す。

１．地上基準点３２（ＧＣＰ）を伴う航空写真３０（例えば飛行機、ヘリコプタ又は衛星によって撮影される）。地上基準点とは、典型的には手動のＧＰＳ測定調査によって得られる、また遠隔検知された画像又はスキャンされた地図のようなイメージ・データ・ソースを地理的に参照するために用いられる、既知の位置の地球表面上の点である（すなわち、確立された座標系において固定されている）。

２．例えばＭＭＳシステム（図１を参照）によって得られたデータ４０。ＭＭＳシステムによって集められたデータは、二つの異なるデータ部分を含む。まずカメラ９（ｉ）によって撮影された写真であり、次にレーザスキャナ３（ｊ）によって集められたレーザサンプルである。この写真は他のソースに由来するかもしれないが、単純化のためにこれらの写真は「ＭＭＳ写真」と呼ばれる。

航空画像３０は、位置的に正確な、高低歪みを除去した航空画像を生成するために直される（３４）。これらの修正された航空写真から、標準的な写真測量方法を用いることで、建築物の輪郭線を示すデータ（時に建築物のフットプリントと呼ばれる）３６が生成される。図５は、３Ｄブロックのこのような建築物のフットプリントの例を示す。

建築物のフットプリントのそれぞれの線は、建物の壁の端の上面図を表す。この壁の外観が、我々が建築物のファサードと呼ぶものである。このような建物の３Ｄ表現を現実に即したものにするために、建築物はそのファサード上のテクスチャ情報とともに提供される必要があり、このテクスチャ情報のための現在での最良のソースはＭＭＳのカメラ９（ｉ）によって撮影された写真を含む。建築物のファサードのそれぞれは、適用される別々のテクスチャを必要とする。このテクスチャ情報を正確にファサード上に配置するために、ＭＭＳ写真４０と対応する建築物３６との間の正確な位置関係４２を持っている必要がある。すなわち、航空写真から得られた建築物の角は、カメラ９（ｉ）から得られたＭＭＳ写真４０の建築物のファサードの角と正確に一致する必要がある。もしこのような正確な位置関係４２があるならば、特定のファサードに対応する、写真におけるマッピングされた部分を表す、いわゆるローテクスチャ（未加工のテクスチャ）を抽出する自動的な方法がある。

もしあるＭＭＳ写真４０においてファサードが完全に目に見えるのならば、ファサード情報が複数のＭＭＳ写真から抽出される必要がある場合と比べて、要求される正確さは厳密なものではなく、実際にはこのことは９５％を超えるケースにおいて起こる。

ローテクスチャが作られた（４４）後に、このテクスチャは半自動処理によってきれいに（４６）されてもよく、きれいにした後に、それぞれのこのようなきれいにされたテクスチャは、「３Ｄブロックへのテクスチャ付け(texturing 3D blocks)」と呼ばれる動作３８において、対応するファサードへと適用される。

本発明は、図４において「ソース関連付け」４２及び「ローテクスチャ生成」４４で示されている動作に関する。本発明は、処理コスト及び処理スピードについて、好ましい影響を持つ。本発明は、関連付け処理を自動化することにより、時間を節約することを可能とする。

入力データ
以下の入力データが、処理を実行するために与えられる。
１．建築物のフットプリント
２．モバイル・マッピング・システム（ＭＭＳ）の軌跡
３．軌跡と関連付けられたレーザデータ
４．ＭＭＳカメラによって収集された画像

ここに、これらの入力データがさらに定義され、処理におけるそれらの役割が説明される。

１．建築物のフットプリント
建築物のフットプリントは、航空写真又は他のデータソースから収集された、３Ｄ建築物の形の、上から見下ろした図として定義される。これらの建築物のフットプリントについてのデータは、プロセッサ１１によってアクセスされ及び使われることができるように、メモリ１２−１５に格納される。モバイル・マッピング・システム（ＭＭＳ）によって撮影されたファサード写真もまた、メモリ１２−１５に格納され、これらの建築物のフットプリントとローカルに関連づけられる。すなわち、ファサード写真の地表面上への２Ｄ射影が航空写真からの建築物のフットプリントと実質的に同じ位置にあるように、ファサード写真は、デジタル的に建築物のフットプリントと関連づけられるはずである。よって建築物の写真は、ＭＭＳシステムのデータ（ファサード写真）に関連するその写真の位置を発見することを可能とする、既知の座標系、射影又は他の基準で地理的に参照されているはずである。

図５は、そのような建築物のフットプリント５０の例を示す。

２．モバイル・マッピング・システム（ＭＭＳ）の軌跡
本発明の方法のために必要とされる第２のデータ集合は、ＭＭＳシステムが移動したルートとＭＭＳシステムの向きを示す位置及び向きのデータの組、及びそのルートの全ての位置に沿った移動の向きであり、本明細書ではＭＭＳの軌跡と呼ばれる。この組は、複数の位置及び向きのサンプルで構成されている。位置及び向きのサンプルは、メモリ１２−１５に格納され、プロセッサ１１によってアクセスが可能である。これらのサンプルの数は、ＭＭＳシステムと共に経路に沿って移動しているときにこれらのサンプルを収集するために用いられるシステムに依存する。用いられるこのシステムの例は、図１に示されており、前に説明されている。このシステムでは、サンプルは秒あたりに定められた回数だけ収集される。

位置及び向きのサンプルは、収集時刻に従う順番で利用可能である。ＭＭＳシステムの連続する位置は、既知の座標系、射影又は他の基準で地理的に参照されている。この基準は、建築物のフットプリントが由来する航空写真の基準と同じであるか又は関連しており、建築物のフットプリントと関連するＭＭＳの位置を発見することを可能にする。位置及び向きのデータを地理的に参照する処理は、同時に係属中の未公開特許出願である「オフラインでの正確な位置測定のための装置及び方法(Arrangement for and method of off-line precision location measurement)」（代理人番号Ｐ６０１１１２８）に記載されているものと同じでよい。その特許出願に記載されている方法は、ＭＭＳシステムの位置データと向きデータとの双方の精度を向上させるために、位置及び向きのデータをオフラインで処理する、オフラインでの方法である。

図６は、建築物のフットプリント５０と関連する、ＭＭＳの軌跡６０の例を示す。軌跡６０と建築物のフットプリント５０とは全く異なるソースに由来し、互いに位置及び向きの誤差を有する可能性が非常に高いことに注意すべきである。

３．軌跡と関連付けられたレーザデータ
本発明に従う方法を実行するために必要とされる第３のデータ集合は、ＭＭＳシステムに搭載されたレーザスキャナ３（ｊ）で収集された、地理的に参照されたレーザサンプルの集合である。一実施形態において、レーザスキャナは２Ｄレーザスキャナである。２Ｄレーザスキャナ３（ｊ）は、測定時刻、測定角度及びこの角度においてレーザスキャナ３（ｊ）から見える最も近い固体オブジェクトへの距離を含む、３つ組のデータを与える。さらに、レーザスキャナ３（ｊ）はＭＭＳポジショニングシステムと時刻が関連付けられている必要があり、同様にカメラ９（ｉ）で写真を撮る時刻と関連付けられている必要がある。好ましい時刻の相互関係は１ｍｓよりも下である。レーザスキャナ・サンプルとＭＭＳ位置データとを収集時刻に従って組み合わせることにより、プロセッサ１１は、レーザスキャナ・サンプルをＭＭＳ位置データと組み合わせて３Ｄ空間内の点集団を与えることができる。このような組み合わせは、オンラインで計算され、又は好ましくは後処理において計算されることができる。これらのレーザスキャナ・サンプルはこの時、地理的に参照されている。従って、それぞれのレーザスキャナ・サンプルは、これらのデータの収集時刻によって、ＭＭＳ位置サンプルに同期される。再び、レーザサンプルはメモリ１２−１５に格納され、プロセッサ１１によってアクセスが可能である。

図７は典型的な建築物のファサード６５を横切って得られたレーザサンプルのデータの一例を示す。

図８は、図６に既に示した建築物のフットプリントと軌跡６０とに関連する、そのようなレーザサンプルのデータ７０の、２Ｄの、上から見下ろした図を示す。このレーザサンプルのデータ７０は、軌跡６０と既に位置を関連づけられていることに注意すべきである。

出力データ
図３のコンピュータ装置は、上述の３つのデータセットを処理する方法を実行するように、プロセッサ１１に命令するのに適切なコンピュータプログラムを格納する。この処理の最終的な出力の１つは、シフトされた位置サンプルを生成するためにＭＭＳシステムの軌跡の位置サンプルの２Ｄシフト（もしあるのなら）を示す、ＭＭＳシステムの軌跡の位置サンプルのローカル・シフト・ベクトルのセットである。シフトされた位置サンプルは、それぞれの位置サンプルにおけるＭＭＳシステムの向き及び位置が建築物のフットプリントの向き及び位置と関連づけられるように、建築物のフットプリントと一致している。このシフトは、ＭＭＳの地理的位置と、歪み除去された(orthorectified)航空写真／建築物のフットプリントの地理的位置との間のディファレンシャル誤差を修正する。

アルゴリズム
ローカル・シフト・ベクトルのセットを生成するためのアルゴリズムは、次の主要動作を含む。

１．レーザ・メッシュ・フィルタリング
図９ａは、説明を容易にするために図８と比べて拡大された縮尺での、建築物のフットプリント５０と軌跡６０とに関連する、レーザ・サンプル・データ７０の、２Ｄの、上から見下ろした図を示す。レーザサンプル７０は、これから説明されるように、フィルタされる。

このレーザサンプル・フィルタリング段階では、プロセッサ１１はレーザサンプルのサブセットのみを選択する。選択されたレーザサンプルは、建築物の前面（又は通りに面した面）の端（ファサード）と関連している。プロセッサ１１は、それらを見いだすために、以下の動作を実行する。（図９ｂ及び９ｃを参照せよ）

（ａ）図９ｂに示されるように、第１の動作においてプロセッサ１１はまず、地表面に実質的に垂直な平面において、レーザスキャナ３（ｊ）によって収集されたレーザサンプル、すなわちレーザスキャナ３（ｊ）による１回の走査の間に収集されたレーザサンプルを選択する。選択されたレーザサンプルは、レーザスキャナ３（ｊ）によって生成された、固体オブジェクトに対するレーザビームの反射に属する。当業者に知られているどんな方法でも、これらのレーザサンプルを収集するために用いられてもよい。これら選択されたレーザサンプルの位置は、参照符号ｌｓ（ｎ）(n = 1, 2, 3, ..., N)で示される。レーザサンプルの位置ｌｓ（１）...ｌｓ（５）は、地表に対するレーザビームの反射と関連する。レーザサンプルの位置ｌｓ（６）...ｌｓ（８）は、ファサード６５の正面のオブジェクトに対するレーザビームの反射に関連する。レーザサンプルの位置ｌｓ（９）及びｌｓ（１０）は、ファサード６５に対するレーザビームの反射に関連する。レーザサンプルの位置ｌｓ（１１）及びｌｓ（１２）は、バルコニー６７のような、ファサードから伸びるオブジェクトに対するレーザビームの反射に関連する。最後に、サンプル位置ｌｓ（１３）〜ｌｓ（１７）は、ファサード６５に対するレーザビームの反射に再び関連する。全てのこれらの位置ｌｓ（ｎ）が既知であり、メモリ１２−１５に格納されることが認められる。

ｂ）第２の動作において、プロセッサ１１はベクトルｖ（ｍ）のセットを計算する。ここでm = 1, 2, 3, ..., N-1であり、それぞれのベクトルｖ（ｍ）はレーザサンプルの位置ｌｓ（ｍ）に開始点を、レーザサンプルの位置ｌｓ（ｍ＋１）に終了点を持つ。

ｃ）第３の動作において、プロセッサ１１はベクトルｖ（ｍ）の地表面に対する向きを計算する。地表面に対して実質的に垂直であるこれらベクトルｖ（ｍ）が、ベクトルｖ（ｍ）のセットから選択される。このことを行う１つの方法は、以下の通りである。プロセッサ１１は、以下の式がどのベクトルｖ（ｍ）に当てはまるかを計算する。
｜ｓｉｎ（Ａ）｜≧１−ε，ε≧０
ここで、パラメータεの値は０に近く、例えば０．８であり、経験的に得られる。また、Ａは問題とするベクトルｖ（ｍ）と地表面との間の角度に等しい（図９ｃを参照）。

ｄ）第４の動作において、プロセッサ１１は連続するベクトルをグループ化し、全てが地表面に対して実質的に垂直である連続するベクトルのサブセットを生成する。例えば、図９ｃの例において、プロセッサ１１は３つのサブセットを生成するだろう。ｖ（９）、ｖ（１１）、及びｖ（１３）...ｖ（１６）である。（すなわち、２つのサブセットは１つのベクトルだけである。）

ｅ）第５の動作において、プロセッサ１１は全ての連続するベクトルのサブセットから、地表から特定の高さにおいて始まり、少なくとも所定の最小長（そのサブセットの最初のベクトルの開始点から、そのサブセットの最後のベクトルの終了点までの距離）を有する、連続するベクトルのサブセットを選択する。もし１より多いサブセットがこの条件を満たすならば、最も長いサブセットが選択される。図９ｂの例においては、選択されたサブセットはベクトルｖ（１３）...ｖ（１６）を含むだろう。

ｆ）第６の動作において、このようにプロセッサ１１によって選択されたベクトルに関連するレーザサンプルのそれぞれは、プロセッサ１１によって地表面に射影される。これは、図９ｃにおいて点線で示される。ベクトルｖ（１３）...は、１つの直線上に、又は１つの平面上にある必要はないことに留意する。従って、この射影はおそらくいくつかの射影点を与える。そして、中央の値（例えば、平均又は他の値）を計算する原理によって、プロセッサ１１はレーザによって推定された前面端点を得る。

ｇ）プロセッサ１１は、上述のこれらの６つの動作を、軌跡６０に沿いながら行われたレーザビームの複数の走査と関連する、このようなレーザサンプルの組に対して繰り返す。一般的には、これはそれぞれのレーザ走査に対して行われる必要はない。この最後の動作は、レーザによって推定された前面端のベースを与える。

地表面に実質的に垂直なベクトルｖ（ｍ）を与える第３の動作は、建築物のファサードに関連するかもしれない、レーザ・サンプル・シーケンスの候補を選択することを可能とする。特定の高さで始まる連続するベクトルのサブセットのみを選択することに関する第５の動作は、主に地表面の近くにある、車や植物のようなオブジェクトをフィルタリングすることを可能にする。最小のベクトル長に関する条件は、最終的に選択されたグループが建築物のファサードを表す可能性を高めることを可能とする。

このフィルタリング及び射影動作の結果としてプロセッサ１１は、車軌跡６０に関して測定された、建築物のファサードの前面端を決定する、レーザによって推定された前面端のベースを得る。レーザによって推定された前面端のベースは、図１０に表され、参照符号７２で示される。

（図１０の場合のように）軌跡６０が建築物のファサードと平行ではないような場所であってさえ、建築物の端を決定するこの方法は非常に強力である。しかしながら、同時に係属中の出願である「建築物のファサードに関連するレーザ・スキャン・サンプル及びデジタル・フォトグラフィック・イメージを処理するシステム及び方法(System for and method of processing laser scan samples and digital photographic images relating to building facades)」（代理人ファイルＰ６０１１５５８）で説明されているような他の方法が、ヒストグラムを伴うレーザサンプルから建築物の前面端を得るために用いられてもよい。

２．レーザ・ポイント・ローカル・シフトの生成
この動作では、プロセッサ１１は、フィルタリング及び射影動作の出力に属するそれぞれのレーザサンプルについて、射影されたレーザサンプル位置から最も近い建築物の前面端への、ローカル・シフト・ベクトルを計算する。このことは、建築物に垂直であり、レーザによって推定された前面端のベースの位置で始まり、建築物の前面端に向けて終わるベクトルを計算することによってなされる。図１１は、レーザにより推定された前面端サンプル７２についての、これらのローカル・シフト・ベクトル７４を示す。これらのローカル・シフト・ベクトルは、地理的に位置決めされたＭＭＳの絶対座標と、航空画像から測定された建築物の前面端の絶対座標測定値との間の、相対的な誤り差分を表す。

３．車ポイント・ローカル・シフトの生成
この動作ではプロセッサ１１は、車軌跡点のセット（このセットは例えば、通り又は通りの一部に対応する）のうち選択された車軌跡点のそれぞれについての、レーザによって推定された前面端点のうち隣り合うもののサブセットを収集する。車軌跡点は、図１に示されるＭＭＳシステムで測定された車軌跡６０上の位置である。図１２は、車軌跡点７６を示す。選択された、レーザによって推定された前面端点のサブセットは、問題とする車軌跡点７６から軌跡６０に沿って前又は後ろに所定の距離内にある、ＭＭＳシステム上のレーザスキャナ３（ｊ）で収集されたレーザサンプルのセットに関連する（仮定の１つは、レーザサンプル及び車軌跡点７６が関連づけられていることである）。プロセッサ１１はここで、レーザによって推定された前面端点のうち選択されたものを用いて、車軌跡点のセットのうちの車軌跡点７６のそれぞれについて、ローカル・シフト・ベクトル７８の第２のセットを計算する。これは、以下の式で実行される。
ここで、
(car_pt_vec_X, car_pt_vec_Y)−軌跡点シフトベクトル７８
(x_i, y_i)−ローカルに選択された、レーザによって推定された、番号ｉ(i = 1, ... n)の前面端点についてのシフトベクトル
α_i−マッチングされた建築物の端の、番号ｉのレーザ点への角度
f(i)−０と１との間の値の関数であって、現在の車軌跡点７６とレーザによって推定された番号ｉの前面端点シフトベクトル(x_i, y_i)に対応する車軌跡点との間の距離に反比例する。１に等しい関数f(j)の値は、これらの点が同じ位置にあることを意味する。
ｎ−ローカルに選択された、レーザによって推定された前面端点についての、シフトベクトル(x_i, y_i)の数である。

上記の式により最も近い面にマッチするオブジェクトは、ファサード面と垂直なシフトを決定する。なぜなら、点の比較に対する直線を有する方向において、変位は測定されうるからである。このシフトのさらなる重み付けアプリケーションにより、ベクトルは複数のファサードからの最終的なシフトに整列する。

プロセッサ１１は、軌跡点のセット中の全ての車軌跡点７６について、ローカル軌跡点シフトベクトル７８を計算する。そして、プロセッサ１１はそれぞれの車軌跡点７６を、計算されたローカル軌跡点シフトベクトル７８だけシフトする。このことで、シフトされた車軌跡６０’を得る（図１３を参照せよ）。

図１３はまた、二つの三角形８０、８２を示す。第１の三角形８０は、軌跡６０上の車軌跡点からの視角を概略的に示す。一方、第２の三角形８２は、シフトされた軌跡６０’上のシフトされた車軌跡点からの視角を概略的に示す。図１４ａ及び１４ｂは、どのようにこのシフトされた視角が建築物の写真とマッチするかの例を示す。図１４ａにおいて、第１のソース（例えば航空画像）で測定された建築物の形は参照符号８４で示され、またＭＭＳシステム上のカメラから見られる同じ建物も示されている。図１４ａは、位置及び向きの明らかな不一致を示している。図１４ｂは同じ２つの図を示すが、しかしながら、軌跡６０が軌跡６０’へとシフトされるように、以上で説明された方法を実行した後である。

以上に記述されたアルゴリズムは、レーザサンプルと建築物の端との距離誤差に関する所定の基準が満たされるまで、１以上の回数繰り返されることができることが認められる。

一実施形態においては、車軌跡点のセットのうち全ての車軌跡点が選択されるわけではない。ＭＭＳシステムによって行われる、ファサード写真が生成されるような位置及び向きの測定は、高い正確性を有するために、写真が生成されたそれぞれの車軌跡点７６について、シフトベクトルを正確に決定する必要はない。選択されなかった車軌跡点についてのシフトベクトル７８は、以上で説明された方法に従って、この選択されなかった車軌跡点の近傍の１以上の選択された車軌跡点に対して決定された、シフトベクトル７８の重み付け合計として計算されることができる。

従って、最も広いコンテクストにおいて、本発明はプロセッサ１１と、適切なコンピュータプログラム、第１のソースに由来しオブジェクト位置データを含むオブジェクトのデータと、第２のソースに由来しオブジェクトに関連するレーザサンプルのサブセットを含みそしてそれぞれのレーザサンプルに関するレーザサンプル位置データとを含む、ある種類のメモリ１２、１３、１４、１５とを備えるコンピュータ装置に関する。プロセッサ１１はオブジェクト位置データとレーザサンプルのサブセットのレーザサンプル位置データとを比較し、この比較に基づいてオブジェクト位置データをレーザサンプルのサブセットのレーザサンプル位置データとマッチングさせる。そうして、第１のソースと第２のソースとの間の位置データの相対的位置誤差を修正する。このオブジェクトは、建築物のファサードであってもよい。

ある実施形態においては、写真に由来するテクスチャ要素が航空写真のような他のソースに由来する建築物のファサードとマッチさせられるようなマッチング処理において、この修正動作は用いられてもよい。

本発明の他の態様において、本発明はプロセッサ１１と、プロセッサによって実行されうる命令及びデータを含む適切なコンピュータプログラムを格納し、複数の物理的なオブジェクトに関連し、それぞれのレーザサンプルについてのレーザサンプル位置データを含む、連続するレーザサンプルのシリーズを複数格納する、ある種類のメモリ１２、１３、１４、１５とを備えるコンピュータ装置に関する。レーザサンプルのそれぞれのシリーズは、地表面に対して実質的に垂直な別々の平面にある。プロセッサ１１は、連続するベクトルのシリーズを計算する。連続するベクトルのそれぞれのシリーズはレーザサンプルのシリーズと関連し、それぞれのベクトルの開始点は、連続するレーザサンプルのシリーズ内の１つのレーザサンプルにあり、それぞれのベクトルの終了点は、連続するレーザサンプルのシリーズ内の次のレーザサンプルにある。そしてプロセッサ１１は、連続するベクトルに基づいて、これらのオブジェクトの少なくとも一部の形を特定する。

Claims (17)

1. メモリ（１２，１３，１４，１５）と通信するように構成されたプロセッサ（１１）を備えるコンピュータ装置であって、
   前記メモリ（１２，１３，１４，１５）は、
   前記プロセッサ（１１）によって実行されうる命令及びデータを含むコンピュータプログラムを格納し、
   第１のソースに由来し、オブジェクト位置データを含む、オブジェクトのデータを格納し、
   第２のソース（３（ｊ））に由来し、前記オブジェクトに関連するレーザサンプルのサブセットを含み、それぞれのレーザサンプルについてのレーザサンプル位置データを含む、レーザサンプルを格納し、
   前記プロセッサ（１１）は、
   前記オブジェクト位置データと、前記レーザサンプルの前記サブセットの前記レーザサンプル位置データとの比較を行い、
   前記比較に基づいて、前記オブジェクト位置データを、前記レーザサンプルの前記サブセットの前記レーザサンプル位置データにマッチングさせることにより、前記第１のソースと前記第２のソースとの間で位置データの相対的位置誤差を修正するように構成されている、ことを特徴とする、コンピュータ装置。
2. 前記プロセッサ（１１）は、所定のアルゴリズムに基づいて、自動的に前記レーザサンプルのセットから、前記レーザサンプルの前記サブセットを収集するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のコンピュータ装置。
3. 前記プロセッサ（１１）は、
   それぞれが地表面に対して実質的に垂直な別々の平面にある、連続するレーザサンプルのシリーズを複数収集し、
   前記連続するレーザサンプルのそれぞれのシリーズからの、地表面に対して実質的に垂直に伸びる線分と実質的に同一直線上にあるレーザサンプル位置に関連するレーザサンプルであるように、レーザサンプルの前記サブセットを収集するように構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のコンピュータ装置。
4. 前記プロセッサ（１１）は、
   それぞれが地表面に対して実質的に垂直な別々の平面にある、連続するレーザサンプルのシリーズを複数収集し、
   連続するレーザサンプルの全てのシリーズについて、地表面に対して実質的に垂直に伸びる線分と実質的に同一直線上にあるレーザサンプル位置と関連する、連続するレーザサンプルの全てのグループを計算し、
   レーザサンプルのそれぞれのシリーズについて、連続するレーザサンプルのグループが最も長い線分上にあるように、レーザサンプルの前記サブセットを選択するように構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のコンピュータ装置。
5. 前記第１のソースの前記オブジェクトのデータは３Ｄオブジェクトの地表面上への２Ｄ射影に関連し、
   前記プロセッサ（１１）は、前記最も長い線分上にある前記連続するレーザサンプルのそれぞれのグループを、地表面上の１点に射影することで、地表面上に単一点のグループを生成し、前記比較において当該単一点のグループを用いるように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載のコンピュータ装置。
6. 前記プロセッサ（１１）は、前記単一点が前記第１のソースの前記オブジェクトのデータと一致するように、前記単一点と前記第１のソースの前記オブジェクトのデータとの間の相互シフトを生成するために例えば適用される、シフトベクトル（７４）を計算するように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載のコンピュータ装置。
7. 前記レーザサンプルは、前記オブジェクトの前面を軌跡（６０）に沿って移動したレーザスキャナ（３（ｊ））に由来し、
   前記プロセッサ（１１）は前記シフトベクトルを用いて、前記軌跡（６０）の位置及び向きを補正するように構成されていることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか１項に記載のコンピュータ装置。
8. 前記オブジェクトのデータは建築物のファサードに関連することを特徴とする、請求項１乃至７の何れか１項に記載のコンピュータ装置。
9. 前記オブジェクトのデータは建築物のファサードに関連し、前記２Ｄ射影は当該建築物のファサードの建築物のフットプリントであることを特徴とする、請求項５に記載のコンピュータ装置。
10. 前記メモリ（１２，１３，１４，１５）は、前記建築物のファサードのテクスチャ情報を含む写真をまた格納し、
    前記写真は、前記第２のソース（３（ｊ））に対する位置が既知である第３のソース（９（ｉ））に由来し、
    前記プロセッサ（１１）は、前記建築物のファサード位置データの、前記レーザサンプルの前記サブセットの前記レーザサンプル位置データに対する前記マッチングを用いながら、前記第１のソースで得られた前記建築物のファサードに、前記テクスチャ情報を与えるように構成されていることを特徴とする、請求項８又は９に記載のコンピュータ装置。
11. 第１のソースに由来し、オブジェクト位置データを含む、オブジェクトのデータと、
    第２のソースに由来し、前記オブジェクトに関連するレーザサンプルのサブセットを含み、それぞれのレーザサンプルについてのレーザサンプル位置データを含む、レーザサンプルとを処理する方法であって、
    前記方法は、前記オブジェクト位置データと、前記レーザサンプルの前記サブセットの前記レーザサンプル位置データとを比較する工程と、
    前記比較に基づいて、前記オブジェクト位置データを、前記レーザサンプルの前記サブセットの前記レーザサンプル位置データにマッチングさせることにより、前記第１のソースと前記第２のソースとの間の位置データの相対的位置誤差を修正する工程とを含むことを特徴とする方法。
12. コンピュータ装置が請求項１１に記載の方法を実行することを可能とするために、前記コンピュータ装置によって読み込まれることが可能な命令及びデータを含む、コンピュータプログラム。
13. 請求項１２に記載のコンピュータプログラムを含むデータキャリア。
14. メモリ（１２，１３，１４，１５）と通信するように構成されたプロセッサ（１１）を備えるコンピュータ装置であって、
    前記メモリ（１２，１３，１４，１５）は、
    前記プロセッサ（１１）によって実行されうる命令及びデータを含むコンピュータプログラムを格納し、
    複数の物理的なオブジェクトに関連し、それぞれのレーザサンプルについてのレーザサンプル位置データを含む、連続するレーザサンプルのシリーズを複数格納し、
    前記レーザサンプルのシリーズのそれぞれは地表面に対して実質的に垂直な別々の平面にあり、
    前記プロセッサ（１１）は、
    連続するベクトル（ｖ（ｍ））のシリーズであって、それぞれのシリーズが前記レーザサンプルのシリーズと関連するシリーズを計算し、
    前記連続するベクトルに基づいて、前記オブジェクトの少なくとも一部の形を特定するように構成されており、
    それぞれの前記ベクトルの開始点は、連続するレーザサンプルのシリーズ内の１つのレーザサンプルにあり、それぞれの前記ベクトルの終了点は、前記連続するレーザサンプルのシリーズ内の次のレーザサンプルにあることを特徴とする、コンピュータ装置。
15. 複数の物理的なオブジェクトに関連し、それぞれのレーザサンプルについてのレーザサンプル位置データを含む、連続するレーザサンプルのシリーズを処理する方法であって、
    前記レーザサンプルのシリーズのそれぞれは地表面に対して実質的に垂直な別々の平面にあり、
    前記方法は、
    連続するベクトル（ｖ（ｍ））のシリーズであって、それぞれのシリーズが前記レーザサンプルのシリーズと関連するシリーズを計算する工程と、
    前記連続するベクトルに基づいて、前記オブジェクトの少なくとも一部の形を特定する工程とを含み、
    それぞれの前記ベクトルの開始点は、連続するレーザサンプルのシリーズ内の１つのレーザサンプルにあり、それぞれの前記ベクトルの終了点は、前記連続するレーザサンプルのシリーズ内の次のレーザサンプルにあることを特徴とする方法。
16. コンピュータ装置が請求項１５に記載の方法を実行することを可能とするために、前記コンピュータ装置によって読み込まれることが可能な命令及びデータを含む、コンピュータプログラム。
17. 請求項１６に記載のコンピュータプログラムを含むデータキャリア。