JP2012032304A - 地物の3次元データ生成方法及び地物の3次元データ生成システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】地上の任意の3次元座標値の地点が撮影されている左右の衛星画像データの座標位置をRPCモデル13に基づいて計算し、座標位置が撮影された左右の衛星画像データをサーバコンピュータ1に要求する第1のステップと、サーバコンピュータ1から入手した左右の衛星画像を撮影した各衛星の位置を結ぶ線分をステレオ基線とみなし、左右の衛星画像の座標位置同士を一致させた状態で、左右の衛星画像をステレオ基線の方向ベクトルと左右の衛星画像のスキャン方向とのなす角度だけ回転させてステレオ表示した場合に、左右の衛星画像の座標位置に写る地物が一致していれば、当該地物の3次元座標値が地上の地点の3次元座標値であると決定する第2のステップと、を備えた。
【選択図】図1
Description
しかしながら、衛星から撮影される衛星画像は、ライン型(プッシュブルーム型とも言う)センサカメラを固定搭載した衛星が飛行することにより当該ライン型センサカメラで撮影されるか、もしくは、衛星に搭載したライン型センサカメラを動かすことにより撮影されるため、前記エピポーラ・ラインが成立しない。このため、Web環境下において、衛星画像データから地物の3次元データを生成する方法については開発されていない。
したがって、結局のところユーザは、近年、携帯電話等に提供されているような、サーバである地図検索サイトが、ユーザからの入手希望が多いとサーバ側が予想して予め作成した地物の3DCADデータしか入手できないでいるのが現状である。
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、Web環境下において、サーバコンピュータの負担が少なく、ユーザが、衛星画像データから地物の3次元データを容易に作成することのできるネットワークを用いた地物の3次元データ生成方法等を提供することを目的とする。
前記各衛星画像がどの方向から撮影されたかを表わす前記各衛星の3次元方向ベクトルで形成される平面が撮影対象地表面と交差する交線ベクトルを前記ステレオ基線の方向ベクトルとしたので、ステレオ基線の方向ベクトルをエピポーラ・ラインの近似と見なすことによって立体視が可能となる。
前記左右の衛星画像の前記座標位置に写る地物が一致しない場合には、前記左右の衛星画像の前記座標位置に写る地物が一致するまで、前記地上の地点の3次元座標値を変化させて前記RPCモデルに基づいて前記左右の衛星画像の前記座標位置を再計算させるので、地物の3次元座標値を確実に得ることができる。
本発明に係る地物の3次元データ生成システムは、サーバコンピュータとユーザコンピュータとが公衆通信網を介して接続されて構成され、前記サーバコンピュータは、衛星情報付きの衛星画像データ、RPCモデル、前記ユーザコンピュータで作動するウェブブラウザと協働して動作する3次元データ生成プログラムを記憶手段に保存するとともに、前記ユーザコンピュータに配信可能に構成され、前記ユーザコンピュータは、前記サーバコンピュータから配信される前記3次元データ生成プログラムに基づいて3次元データ生成手段を構成し、前記3次元データ生成手段は、前記サーバコンピュータから配信される前記RPCモデルに基づいて、地上の任意の3次元座標値の地点が撮影されている左右の衛星画像データの座標位置を計算して、当該座標位置が撮影された左右の衛星画像データを前記サーバコンピュータから入手するとともに、前記左右の衛星画像を撮影した各衛星の位置を結ぶ線分をステレオ基線とみなし、前記左右の衛星画像の前記座標位置を一致させた状態で、前記左右の衛星画像を前記ステレオ基線の方向ベクトルと前記左右の衛星画像のスキャン方向とのなす角度だけ回転させてステレオ表示した場合に、前記左右の衛星画像の前記座標位置に写る地物が一致していれば、当該地物の3次元座標値が前記地上の地点の3次元座標値であると決定するので、Web環境下において、サーバコンピュータの負担が少なく、かつ、ユーザが、衛星画像データから地物の3次元データを容易に作成することができる。
前記3次元データ生成手段は、前記左右の衛星画像がそれぞれ1画素の地上投影寸法の異なる衛星によって撮影されたものである場合に、前記ユーザコンピュータの表示手段の画像表示倍率を調整するスケールファクタを乗じる処理を行うので、左右の衛星画像がそれぞれ1画素の地上投影寸法の異なる衛星によって撮影されたものである場合でも自然な立体視を実現できる。
前記3次元データ生成手段は、前記ステレオ表示に縦視差が残る場合には、前記RPCモデルのバイアス補正値を算出して前記RPCモデルを修正する処理を行うので、縦視差を解消できる。
前記3次元データ生成手段は、ジオイドモデルを用いて、前記地上の地点の3次元座標値の楕円体高を標高へ換算する処理を行うので、地球のジオイドを考慮した標高(海抜標高)hを表した地物の3次元座標値を得ることができる。
実施形態1に係る地物の3次元データ生成システムは、図1に示すように、地図作成情報提供サイトのWebサーバのようなサーバコンピュータ1とユーザコンピュータ2とがインターネット3等の公衆通信網を介して接続されて構成される。
尚、各衛星画像データ11と各衛星画像データ11の衛星情報12とが関連付けされて記憶され、衛星画像データ11が検索された場合、その検索された衛星画像データ11と当該衛星画像データ11に関する衛星情報12とを一緒に取り出せるようにデータベース化されており、衛星画像データ11と当該衛星画像データ11の衛星情報12とが一緒にユーザコンピュータ2に送信される。
また、衛星画像は、データの取出しが容易になるように、例えば、等倍画像と、距離比が等倍画像の1/2である中領域画像と、距離比が中領域画像の1/2である大領域画像とに階層化/小分割(タイル)化されて保存されている。
即ち、3次元データ生成手段20は、ユーザコンピュータ2とユーザコンピュータ2上で動作するWebブラウザと3次元データ生成プログラム14との協働により実現される。この3次元データ生成手段20は、サーバコンピュータ1に対して3次元計測対象となるステレオ立体視のための左右の衛星画像(以下、ステレオペア画像という)を要求する処理、及び、当該ステレオペア画像に基づいて地物の3次元データを生成する処理を行う。
はじめに、ユーザは、ユーザコンピュータ2を用い、インターネット3を介してサーバコンピュータ1にアクセスする。これにより、サーバコンピュータ1からユーザコンピュータ2に3次元データ生成プログラム14、RPCモデル13が送信される。
当該3次元データ生成プログラム14は、ユーザコンピュータ2上で作動しているWebブラウザに、地上の任意の点Pの3次元座標値P(U,V,W)を指定するための初期入力画面の表示を指示する。これにより、ユーザコンピュータ2の表示手段30の表示画面31に初期入力画面が表示される。
RPCモデル13とは、地上の座標系と衛星画像の座標系を有理多項式で関係づけるモデルである。
RPCモデル13を用いることによって、図2に示すように、衛星の軌道情報が未知であっても3次元座標値P(U,V,W)に対応する画像座標p(c,l)を計算できる。但し、cは衛星画像のスキャン方向座標、lは衛星画像のライン方向座標である。
画像座標p(c,l)は、次の式により表される。但し、U,Vは経緯度座標、Wは楕円体高である。
但しRPCi(U,V,W)は以下により与えられる。
(1)ステレオペア画像を撮影した衛星1および衛星2(図4;図5参照)のそれぞれの撮影位置(撮影時の衛星位置S1;S2)及び撮影対象地表位置Pの3点で作られる面が撮影対象地表面と交差する交差線を計算し、この交差線をステレオ基線aの方向とする。
(2)図5に示すように、立体視のためのステレオペア画像(図5の画像1;画像2)に付加されている衛星情報の一つである撮影時の衛星1と衛星2のそれぞれの方位角θiと仰角φiとにもとづき計算する。即ち、衛星画像1;衛星画像2(ステレオペア画像)がどの方向から撮影されたかを表わす衛星1、衛星2の3次元方向ベクトルで形成される平
・ラインの近似と見なすことによって立体視が可能となる。
めのステレオペア画像の回転角τとして算出する。ここで、iは衛星番号、jは四隅の番号である。
されていることから、例えば、図5,図6に示すように、画像の中心付近が位置する地上の座標Q(U,V,W0)に対応する画像座標q(c,l)i=1,2と、Qにステレオ
向に一致させるように回転させる。高さ方向Wは任意の一定値とする。
ステレオペア画像の画像座標pi(c,l)を、例えば測標(表示画面の中央などを設定した目印(メスマーク))の位置に一致させ、かつ、その時それぞれの画像について上述した回転角で画像を回転させて表示するが、この際、もし、計算された画像座標位置の地物が立体視しても一致しない場合は、図7に示す如く、(U,V,W+ΔW)や(U+ΔU,V+ΔV,W)もしくは(U+ΔU,V+ΔV,W+ΔW)のように地上座標値を変化させて画像座標を再計算させ、再度、立体表示させて画像に写る地物が一致するまで繰り返し、一致したところを地物の3次元座標値として決定する。このようにすれば、地物の3次元座標値を確実に得ることができる。尚、図7はWを変化させた場合を図示している。
このとき、ΔU,ΔV,ΔWの変化は、ユーザコンピュータ2のポインティングデバイスとしての3次元ホイール付きマウスなどの動きとして、ΔU,ΔVをマウスの左右前後の動きに、ΔWをホイールの動きにそれぞれ対応させることができるため、マウスの動きにより、立体表示する位置や3次元計測する位置を制御することができる。
なお、マウスの左右前後の動きに対応させる方向は、マウスの左右の動きを例えばステ
それぞれ設定する。
従って、ユーザコンピュータ2側で3次元データ生成処理を行うので、Web環境下において、サーバコンピュータ1の負担が少なく、かつ、ユーザが、衛星画像データから地物の3次元データを容易に作成することができる。
衛星画像配信元より提供されるRPCモデル13のみでは縦視差が残る場合がある。この場合には、所与の手法であるシフトバイアスA0,B0および画像座標軸方向のドリフトバイアスA1,B1を、
を観測方程式として、k個の地上基準点(U,V,W)kおよびそれに対応する画素の画
場合はシフトバイアスのみ、k≧2の場合はドリフトバイアスまで計算できる。以上により、縦視差を解消できる。
即ち、ステレオ表示に縦視差が残る場合には、RPCモデルのバイアス補正値を算出してRPCモデルを修正する処理を行う残存縦視差除去手段を備えた構成の3次元データ生成手段20とした。
1画素の地上投影寸法の異なる2衛星によるステレオ形成について説明する。
衛星画像データのステレオ形成は、1画素の地上投影寸法が同じである衛星同士の組み合わせのみならず、1画素の地上投影寸法が互いに異なる衛星同士の組み合わせであっても、RPCモデルが存在し、かつステレオ基線方向が計算されるなら可能である。画像の地上投影寸法の異なるときは、左右画像(i=1,2、iは画像の区別)のそれぞれの1画素の地上投影寸法の縦mk、横nk、の長さに基づき、1:n1/m1:m2/m1:n2/m1をスケールファクタとして左右の画像のディスプレイ上の画像表示倍率をスキャン方向とライン方向でそれぞれ1:n1/m1:m2/m1:n2/m1とすれば、自然な立体視を得ることができる。
即ち、左右の衛星画像がそれぞれ1画素の地上投影寸法の異なる衛星によって撮影されたものである場合に、ユーザコンピュータ2の表示手段30の画像表示倍率を調整するスケールファクタを乗じる処理を行う手段を備えた構成の3次元データ生成手段20とした。
また、画像座標を計算する処理、ステレオ表示に必要な範囲領域を計算する処理をサーバコンピュータ1に負担させてもよい。
14 3次元データ生成プログラム、20 3次元データ生成手段。
Claims (7)
- サーバコンピュータから地物が撮影された衛星情報付きの衛星画像データ及びRPCモデルを入手して前記地物の3次元データを生成する方法であって、
地上の任意の3次元座標値の地点が撮影されている左右の衛星画像データの座標位置を前記RPCモデルに基づいて計算し、前記座標位置が撮影された左右の衛星画像データを前記サーバコンピュータに要求する第1のステップと、
前記サーバコンピュータから入手した前記左右の衛星画像を撮影した各衛星の位置を結ぶ線分をステレオ基線とみなし、前記左右の衛星画像の前記座標位置同士を一致させた状態で、前記左右の衛星画像を前記ステレオ基線の方向ベクトルと前記左右の衛星画像のスキャン方向とのなす角度だけ回転させてステレオ表示した場合に、前記左右の衛星画像の前記座標位置に写る地物が一致していれば、当該地物の3次元座標値が前記地上の地点の3次元座標値であると決定する第2のステップと、
を備えたことを特徴とする地物の3次元データ生成方法。 - 前記各衛星画像がどの方向から撮影されたかを表わす前記各衛星の3次元方向ベクトルで形成される平面が撮影対象地表面と交差する交線ベクトルを前記ステレオ基線の方向ベクトルとしたことを特徴とする請求項1に記載の地物の3次元データ生成方法。
- 前記左右の衛星画像の前記座標位置に写る地物が一致しない場合には、前記左右の衛星画像の前記座標位置に写る地物が一致するまで、前記地上の地点の3次元座標値を変化させて前記RPCモデルに基づいて前記左右の衛星画像の前記座標位置を再計算させることを特徴とする請求項1に記載の地物の3次元データ生成方法。
- サーバコンピュータとユーザコンピュータとが公衆通信網を介して接続されて構成され、
前記サーバコンピュータは、衛星情報付きの衛星画像データ、RPCモデル、前記ユーザコンピュータで作動するウェブブラウザと協働して動作する3次元データ生成プログラムを記憶手段に保存するとともに、前記ユーザコンピュータに配信可能に構成され、
前記ユーザコンピュータは、前記サーバコンピュータから配信される前記3次元データ生成プログラムに基づいて3次元データ生成手段を構成し、
前記3次元データ生成手段は、前記サーバコンピュータから配信される前記RPCモデルに基づいて、地上の任意の3次元座標値の地点が撮影されている左右の衛星画像データの座標位置を計算して、当該座標位置が撮影された左右の衛星画像データを前記サーバコンピュータから入手するとともに、前記左右の衛星画像を撮影した各衛星の位置を結ぶ線分をステレオ基線とみなし、前記左右の衛星画像の前記座標位置を一致させた状態で、前記左右の衛星画像を前記ステレオ基線の方向ベクトルと前記左右の衛星画像のスキャン方向とのなす角度だけ回転させてステレオ表示した場合に、前記左右の衛星画像の前記座標位置に写る地物が一致していれば、当該地物の3次元座標値が前記地上の地点の3次元座標値であると決定することを特徴とする地物の3次元データ生成システム。 - 前記3次元データ生成手段は、前記左右の衛星画像がそれぞれ1画素の地上投影寸法の異なる衛星によって撮影されたものである場合に、前記ユーザコンピュータの表示手段の画像表示倍率を調整するスケールファクタを乗じる処理を行うことを特徴とする請求項4に記載の地物の3次元データ生成システム。
- 前記3次元データ生成手段は、前記ステレオ表示に縦視差が残る場合には、前記RPCモデルのバイアス補正値を算出して前記RPCモデルを修正する処理を行うことを特徴とする請求項4に記載の地物の3次元データ生成システム。
- 前記3次元データ生成手段は、ジオイドモデルを用いて、前記地上の地点の3次元座標値の楕円体高を標高へ換算する処理を行うことを特徴とする請求項4に記載の地物の3次元データ生成システム。
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