JP7508722B1 - 高速超解像度画像立体視化処理システム及び高速超解像度画像立体視化処理プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
赤色立体地図の概要は、5mDEM(Digital Elevation Model)を用いて斜度と、地上開度、地下開度を求め、地上開度と地下開度斜度とから尾根谷度(浮沈度ともいう)を求め、斜度に赤の彩度を割り当て、尾根谷度を明度に割り当て合成して生成している。
すなわち、地理院地図に赤色立体地図を重ねて、拡大したとしてもジャッギー(ギザギザ)が見えることになるので、画像が汚れる。
特許文献2の超解像度立体視化処理システムは、数値標高モデルの所定エリア(例えば、1km×1km)の緯度経度のメッシュ群を平面直角座標で定義する(場所によって平行四辺形、縦方向に長い台形又は長方形となる)。
そして、所定エリア(例えば、1km×1km)に対応する領域の二次元平面(X-Y)を前記分割距離で分割して二次元平面(X-Y)に分割距離のサイズの超解像度微細メッシュ(約55cm)を定義する。
そして、この移動平均フィルタ(平滑メッシュ(5m×5m))における超解像度微細メッシュ群の補間後標高値群に基づいて平滑した平滑後標高値を求め、この平滑後標高値を前記指定した超解像度微細メッシュに割り付ける。
(B).前記超解像度化正方形メッシュ毎に、内挿補間処理を行って、その超解像度化正方形メッシュの各々の超解像度微細メッシュに内挿補間後標高値を割り付ける手段と、
(C).前記超解像度化正方形メッシュ毎に、各々の超解像度微細メッシュに対して移動平均化処理を所定回数かけ、前記内挿補間後標高値をこの滑らか処理後標高値に更新する手段と、
(D).前記(C)手段の後の超解像度化正方形メッシュを平面直角座標で定義した平面直角超解像度化メッシュを生成する手段と、
(E).前記平面直角解像度化メッシュの平面直角超解像度微細メッシュに基づいて正方形超解像度立体視画像を生成する手段とを有することを特徴とする。
また、本発明に係る高速超解像度画像立体視化処理プログラムは、コンピュータに、
(A).数値標高モデルの所定エリアの正方形メッシュ群毎に、この正方形メッシュを微細な正方形の超解像度微細メッシュ群で定義した超解像度化正方形メッシュを記憶手段に生成する手段、
(B).前記超解像度化正方形メッシュ毎に、内挿補間処理を行って、その超解像度化正方形メッシュの各々の超解像度微細メッシュに内挿補間後標高値を割り付ける手段と、
(C).前記超解像度化正方形メッシュ毎に、各々の超解像度微細メッシュに対して移動平均化処理を所定回数かけ、前記内挿補間後標高値をこの滑らか処理後標高値に更新する手段、
(D).前記(C)手段の後の超解像度化正方形メッシュを平面直角座標で定義した平面直角超解像度化メッシュを記憶手段に生成する手段、
(E).前記平面直角解像度化メッシュの平面直角超解像度微細メッシュに基づいて正方形超解像度立体視画像を記憶手段に生成する手段、
としての機能を実行させる。
本実施の形態1の概要を説明する。
(1)国土地理院の基盤地図(DEM:数値標高モデル)の5mDEM(等緯度経度の0.2秒:5mDEMメッシュともいう)のポイント間を、9等分(奇数:1含まず)にオーバーサンプリング(超解像度化)する(ポイント数は81倍になる(超解像度微細メッシュは8×8=64個))。
(2)次に、すべての超解像度微細メッシュについて、9×9(超解像度微細メッシュは8×8=64個)のBox average(2次元的な移動平均処理)を求めることで、滑らかにする。これは、必要に応じて複数回繰り返し行う(ジャギーがなくなるまでが好ましい)。
また、DEM(Digital Elevation Model)は、メッシュに緯度、経度、標高等を割り付けて定義しているが、本実施の形態では単にメッシュと称し、分割された微細メッシュ(微細格子ともいう)は超解像度微細メッシュと称する。
例えば、メッシュの角のいずれかに代表点を割り付ける場合は、2点間(緯度方向、経度方向)のポイントを含んで奇数分割する。
図1に示すように、メモリに記憶されている国土地理院の緯度経度で定義された基盤地図(5mDEM(A))を引き当てる(S10)。
そして、任意のエリアEi(例えば、1km×1km)を指定し(S20)、このエリアEi内を、緯度経度のままで正方形の超解像度微細メッシュmbiで定義して、各々の超解像度微細メッシュmbiにバイリニア補間による標高値を割り付ける微細ラスタ化処理を行う(S30)。
そして、エリアEiの基準点(例えば、エリアEiの原点又は角)から5mDEMの大きさのメッシュ(以下、超解像度化正方形メッシュMbiという)を順次定義する。
そして、オペレータは、画面の移動平均後微細ラスタ画像GHiが滑らかになっているかどうかを判断し(ぼかしが適当かどうか)、滑かになっていない場合は、再度の超解像度度用滑らか処理を行うコマンドを入力して、ステップS50の処理を再び行わせる。
すなわち、初期の処理として、緯度経度で定義されている正方形の5mDEMメッシュに対して平面直角座標変換(例えば、メカトル)を行わないで、緯度経度の値のままで微細(超解像度)な正方形メッシュ(超解像度微細メッシュ)に定義してTIN(triangulated irregular network)バイリニア補間、移動平均化処理を行い、この後で平面直角投影変換を行ってX方向を調整して正方形化してリサンプリングして赤色立体画像生成処理を行っている。
つまり、初期の過程で緯度経度座標を平面直角座標に変換する処理を行わないので、誤差が生じない。このため、超解像度画像を得るまでの時間が早くなる(処理速度が速い)。
図3に示すように、実施の形態1の高速超解像度画像立体視化処理システム300は、コンピュータ本体部100と、表示部200等で構成されている。
エリア定義部112は、オペレータにより入力(指定)されたエリアEi(例えば、縦横が50m~1500m)に対応する領域を基盤地図用データベース110の5mDEM数値モデルから5mDEMメッシュMai(緯度、経度、標高、5mの枠)をメモリ118に読み込む。
そして、この超解像度化正方形メッシュMbi(緯度経度)毎に、TINバイリニア補間(内挿補間処理)を行って、その超解像度化正方形メッシュMbiの各々の超解像度微細メッシュmbiに内挿補間後標高値zriを割り付ける。
移動平均部134は、メモリ142の超解像度化正方形メッシュMbi毎に、各々の超解像度微細メッシュmbiに対して移動平均化処理(9×9の移動平均化メッシュを用いる)を所定回数かけ、内挿補間後標高値zriをこの滑らか処理後標高値zhiに更新する。
この平面直角超解像度化メッシュMdiは、正方形、長方形、台形等となるが、本実施の形態では正方形を主として説明する。
X方向調整部152は、平面直角超解像度化メッシュMdi(メモリ149)を正方形に調整した正方形調整後超解像度化メッシュMei(正方形変換後超解像度化メッシュともいう)をメモリ153に生成する。
なお、超解像度画像生成部151は、メモリ149の平面直角超解像度化メッシュMdiの平面直角超解像度微細メッシュmdiに色値を割り付けて超解像度立体視画像として表示処理部150により表示させてもよい。
図4及び図5は本実施の形態1の高速超解像度画像立体視化処理システムの詳細フローチャートである。
基盤地図用データベース110には、5mDEM基盤地図Fa(地形)を記憶している(S200)。
これらの点群は、緯度、経度、標高値、強度等を含んでおり、本実施の形態ではこれを単に5mDEMポイントと称し、5mDEMの枠の4角を5mDEM4角ポイントMaq(q:a、b、c、d)と称している。
つまり、メモリ118に5mDEMメッシュMai(緯度、経度、標高、枠)を定義する。なお、このメモリ118は、X軸が経度、Y軸が緯度で定義されている。
(超解像度用ラスタ化処理部135)
超解像度用ラスタ化処理部135の5mDEM奇数分割部115は、入力された分割ポイント数DKi(3×3、5×5、7×7又は9×9)と、DEMの種類(本実施の形態では5mDEMとして説明する)等から、メモリ118の5mDEMメッシュMai内を分割した超解像度微細メッシュmbi群を得るための分割ポイント数DKi(3×3、5×5、7×7又は9×9)で分割した、超解像度化正方形メッシュMbiをメモリ118に順次、生成する(S230)。
なお、分割幅daで述べると、緯度経度で約0.02秒(例えば、9×9の場合は0.55555mに相当)である。
図7においては、この超解像度化正方形メッシュMbiの4角のポイントを超解像度化後正方形メッシュ角代表ポイントMpq(Mpa、Mpb、Mpc、Mpd)と称する。
本実施の形態では、これを超解像度微細メッシュポイントPijと称している。「i」は緯度方向を示し(X方向)、「j」は経度方向(Y方向)を示す。
超解像度化正方形メッシュMbiの代表値(標高)は、そのメッシュの4角のポイントを平均して求めるので、4角のポイント(標高)が分からないと定義できない。
このため、仮想10×10メッシュ生成処理を行う。
初めに、超解像度化正方形メッシュMbiの4角の超解像度化後正方形メッシュ角代表ポイントMpq(Mpa、Mpb、Mpc、Mpd)を決定(算出)する。
そして、この指定された超解像度微細メッシュmbiの超解像度微細メッシュ代表ポイントPqij(標高)を仮想超解像度化メッシュMbbiの超解像度化後正方形メッシュ角代表ポイントMpqと、超解像度化正方形メッシュMbiの指定された超解像度微細メッシュmbiの超解像度微細メッシュポイントPijと、超解像度化正方形メッシュ中央代表ポイントPMoi等に基づいてTINバイリニア補間(標高値を内挿補間)により算出する(図9参照)。
なお、図9は超解像度微細メッシュmbiの中央を超解像度微細メッシュ代表ポイントPqijとした例である。また、図10はTINバイリニア補間処理を行うときのポイントの説明図である。
図10においては、一部の箇所の領域(例えば、5m×5m)に、超解像度化正方形メッシュMbiの枠と、mbiの枠を記載している。
図12はバイリニア補間前とバイリニア補間後を説明する拡大図である。図12(a)がバイリニア補間前であり、図12(b)がバイリニア補間後であり、それぞれ、標高を色付けさせて表示させたものである。図12(a)に示すようにmbiはギザギザであるが、図12(b)に示すように、全体的に色が分散している。
移動平均部134は、オペレータによって、入力された分割ポイント数DKi(例えば、3×3、5×5、7×7又は9×9)の移動平均メッシュFmi(図14参照)をメモリ117に生成する。本実施の形態1では分割ポイント数DKiは9×9として説明している。
なお、図14(b)に示すように、移動平均メッシュFmi(フィルタとも称する)は、分割ポイント数DKiは11×11(1つのメッシュは、サイズは0.02秒に相当)であってもよい(Fmbと記載している:点線)。
そして、オペレータは、画面の超解像度画像GZiが希望する滑らかな画像であるかどうかを判断する(S300)。
超解像度滑らか処理後DEMデータRGiは、図17に示すように、エリアEiと、超解像度化正方形メッシュMbiと、超解像度微細メッシュmbi(番号)と、分割幅(例えば、0.555mに相当する曲面幅)と、バイリニア補間後標高値zriと、一回目の滑か微細標高値zfiと、2回目の滑か微細標高値zfi´等よりなる。
また、zri、zfi、zfi´、・・・を総称して本実施の形態では滑らか処理後標高値zhiと称する。
この超解像度画像用滑らか処理(移動平均)を行わない場合の標高の軌跡を図18に示す。
滑か処理(9×9ボックスアベレージ処理ともいう)を画像化した例(拡大)を図19に示す。図19は斜度に応じた色で示している。図20は1回目の移動平均の効果を説明する拡大図であり、図21は2回目の移動平均の効果を説明する拡大図である。
さらに、2回目では、1回目の移動平均後の画像(図21(a))がさらに滑らかになっている。
この投影変換処理については、詳細に後述する。
すなわち、図22(a)に示す正方形の超解像度化正方形メッシュMbi(緯度経度座標)は図22(b)又は図22(c)に示す平面直角超解像度化メッシュMdiとなる。
Idx,X,Y,Elevation (m),Length,Total Length,Heading
1,-10835.893,-32871.056,41.274,0.555 m,---,269° 55' 48.4"
2,-10836.452,-32871.056,41.412,0.79 m,0.555 m,134° 52' 44.3"
320835.893,-32871.614,41.214,---,1.349 m,---
となる。
(X方向調整処理)
X方向調整部152は、メモリ149の平面直角超解像度化メッシュMdi(例えば、長方形、台形)を正方形に調整した正方形調整後超解像度化メッシュMeiをメモリ153に生成する(図24参照)。図24(d)に示すように、正方形になっている。
具体的には、メモリ149の正方形調整後超解像度化メッシュMeiのY方向(辺)の幅がX方向(辺)の幅と同じになるようにする。つまり、平面直角超解像度化メッシュMdiのX方向(辺)を、上側(+方向)に移動して平面直角超解像度化メッシュMdiのY方向(経度方向の辺)が平面直角超解像度化メッシュMdiのX方向(緯度方向の辺)の幅と等しくする。これをX方向の調整と称している。
すなわち、正方形になる。図26に示すように、正方形調整後超解像度化メッシュMeiが大きな4個の赤丸で形成され、調整後微細メッシュmeiは小さな4個の赤丸(Pai,j)で形成された、正方形になっている。
この正方形調整後超解像度化メッシュMeiを用いて後述する超解像度画像生成部151による画像の効果を図27及び図28を用いて説明する。
斜度算出処理は、メモリ153の超解像度DEM事前データRMi(エリアEi、正方形調整後超解像度化メッシュMei、調整後微細メッシュmei、滑らか標高値等)を指定する。
そして、この指定した調整後微細メッシュmeiに隣接(例えば4方向)する調整後微細メッシュmeiを有する超解像度DEM事前データRMiを指定する。
このような処理を全ての調整後微細メッシュmei毎に行う。
この斜度αi(α1、α2、・・・・)を距離軸に対応させると、図29(b)に示すようになる。
図29(b)の実線は、平均斜度プロット線SLi(実線)と称する。
図29(a)に示すように、A1とA2との間の調整後微細メッシュme1、me2、me3、me4の滑らか処理後標高値zhiは、zh1からzh5は、ほぼ一定の割合で増加している。
しかし、図29(a)に示すように、A1とA2との間のme5、me6、me7、me8は、zh5からzh9までは、高さが次第に緩やかに増加して行っている。
また、図29(a)に示すように、A2とA3との間のme9、me10、me11、me13は、zh9からzh14までは滑らかに高さが次第に増加している。
また、A2~A3(me9~me16)の間は、急激に下方に変化して点線Lsbiのようになる(me14~me16の間は実線に被さっている)。この変化箇所をDsiと記載している。
そして、この検索された最大の滑らか処理後標高値zhiを有する調整後微細メッシュmeiと、着目点の調整後微細メッシュmeiとを用いて、地上開度及び地下開度を求めて尾根谷度(浮沈度ともいう)を求める。
図30(a)はメモリ142の移動平均化後の超解像度化正方形メッシュMbi(9×9:線の数)を示している。縦軸が緯度、横軸が経度である。
また、図30(a)は、移動平均化後の超解像度化正方形メッシュMbi(9×9)のmbiの角に代表点(〇印)を示している。図30(a)においては、移動平均化後の超解像度化正方形メッシュMbiの上から三番目の横線に一例として〇印を示している。
なお、図30(a)においては、横軸は緯度方向を示し、横軸は経度方向を示す。
図30(b)は移動平均化後の超解像度化正方形メッシュMbi(平面直角変換前:9×9)を平面直角座標に変換後の面直角超解像度化メッシュMdi(実線)を示している。
平面直角座標に変換後の面直角超解像度化メッシュMdi(実線)は、縦軸をY、横軸をXで示している(Z方向は記載しない)。
なお、図30(b)は、平面直角座標に変換した場合に面直角超解像度化メッシュMdiが台形形状になった場合を示している。
また、図30(b)においては、図30(a)の移動平均化後の超解像度化正方形メッシュMbiを重ねて示している(点線)。
この図30(b)に示している△印がmbiの角の代表点(〇印)のリサンプリング点である(但し、x、yが一致している例である)。平面直角座標に変換した面直角超解像度化メッシュMdiの上から三番目を一例として△印を示している。
図30(b)に示すように、〇印と△印とはずれている。
図31が図30(b)のZ方向(標高)を縦軸、X方向を横軸にした場合の説明図である。つまり、図31に示すように、△印同士を結ぶ線(実線)が標高の軌跡である。
なお、平面直角座標に変換した場合に面直角超解像度化メッシュMdiが長方形状になった場合を図32に示している。図32(a)が平面直角変換前の移動平均化後の超解像度化正方形メッシュMbiである。図32(b)は図32(a)の移動平均化後の超解像度化正方形メッシュMbiを重ねて示している(点線)。
このようなデータを用いて上記の超解像度画像立体視化処理(340)、考慮距離の算出を行わせている。
前述の超解像度画像立体視化処理(340)は、特許第3670274号公報の技術を用いている。
この概略を説明する。
そして、上記面領域Smに関し、その着目点Qmから上記所定半径内に位置する曲面Sの裏側(Z-側)の局所領域Lm-を確認し、それにより画成される着目点Qm周りの開放度(即ち、地側に対する見通し立体角又はそれと等価な二回微分値)Ψm-を求め(処理P3)、面領域Smの沈下度として記憶する。この沈下度Ψm-を曲面S全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Cとする。
但し、この画像Cが前記画像Aの単純な反転にならない点に留意する必要がある。
この画像(無彩色表示画像)を処理結果Fとする。この画像Fは、地形(つまり曲面S)に視覚的立体感が付与されている。
画像Gは、前記画像Dの情報(斜度Gmを示すR色調)と画像Cに対応する浮沈度(つまり沈下度Ψm-)の情報とを二次元面90に写像(処理P5)した結果を示し、谷部が強調されている。
そして、二次元面90上に、前記三次元座標空間80をその関連情報(Ψm、Gm, R)と共に写像ないしは出力表示するとともに、上記属性等値線Eaを写像ないしは出力表示する(処理P8)。その表示画像(の無彩色表示画像)を処理結果Hとする。この画像Hも、地形(つまり曲面S)に視覚的立体感が付与されている。
前記浮上度(A)と前記沈下度(C)とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での前記所定半径内の前記表側の領域及び前記裏側の領域が前記着目点周りにもたらす開放度を、前記局所領域の浮沈度(B)として求める第4のステップと、
となる。
標本地点Aの標本地点Bに対する仰角θはθ=tan-1{(HB-HA)/P}で与えられる。θの符号は(1)HA<HBの場合には正となり、(2)HA>HBの場合には負となる。
これを「着目する標本地点のD-L集合」を呼ぶことにする。ここで、
DβL:着目する標本地点のDSLの各要素に対する仰角のうちの最大値
DδL: 着目する標本地点のDSLの各要素に対する仰角のうちの最小値
として(図35(a)、図35(b)参照)、次の定義をおこなう。
DφL=90-DβL
及び
DψL=90+DδL
を意味するものとする。
測量学における高角度とは、着目する標本地点を通過する水平面を基準にして定義される概念であり、θとは厳密には一致しない。また地上角及び地下角を厳密に議論しようとすれば、地球の曲率も考慮しなければならず、定義1は必ずしも正確な記述ではない。定義1はあくまでもDEMを用いて地形解析をおこなうことを前提として定義された概念である。
定義II:着目する標本地点の考慮距離Lの地上開度及び地下開度とは、各々
ΦL=(0φL+45φL+90φL+135φL+180φL+225φL+270φL+325φL)/8
及び
ΨL=(0ψL+45ψL+90ψL+135ψL+180ψL+225ψL+270ψL+325ψL)/8
を意味するものとする。
次に、超解像度画像生成部151の処理を詳細に説明する。
図39は斜度強調部13を説明する概略構成図である。但し、図39においては、第1の合成部14、第2の合成部15等を記載している。
この凸部強調用色割当処理20は、図38に示すように、尾根、谷底を明るさで表現するための第1のグレイスケール11Aを備え、地上開度データ作成部9が地上開度(着目点からLの範囲を8方向見たときの、平均角度:高いところにいるかを判定するための指標)を求める毎に、この地上開度ψiの値に対応する明るさ(明度)を算出する。
つまり、尾根の部分(凸部)の部分ほど地上開度の値が大きいので、色が白くなる。
つまり、谷底の部分(凹部)の部分ほど地下開度の値が大きいので、色が黒くなることになる。
この斜度強調用色割当処理30は、傾斜の度合いを明るさで表現するに応じたで表現するための第3のグレイスケール11Cを備え(図40(c)参照)、斜度算出部8が傾斜度(着目点から4方向の平均)を求める毎に、この傾斜度の値に対応する第3のグレイスケール11Cの明るさ(明度)を算出する。
第1の合成部14は、地上開度画像Dpと地下開度画像Dqとを乗算して合成した合成画像Dhを得る。このとき、谷の部分が潰れないように両方のバランスを調整する。
例えば、色相が0°の赤、彩度が50%、明度が80%で構築される落ち着いた赤色にする。
RGB値は各色を0~255の範囲で指定した場合、REDが“204”・GREENが“102”・BLUEが“102”程度にする。HEX値(16進数のWEBカラー・HTMLカラーコード)は#CC6666にする。又は、カラー印刷に使用されるCMYK値はシアン“C20%”・マゼンタ“M70%”・イエロー“Y50%”・ブラック“K0%”がおよその色にする。
すなわち、超解像度画像生成部151のメモリ153には、図42に示すように、エリアEi(番号)と、正方形調整後超解像度化メッシュMei(番号)と、調整後微細メッシュmei(番号)と、分割幅daと、zriと、滑らか処理後標高値zhiと、斜度αiと、斜度の色値、浮沈度(図示せず:地上開度、地下開度)の色値等が超解像度DEMデータとして記憶される。この超解像度DEMデータの集合を単に超解像度化DEMともいう)。この超解像度化DEMを表示処理部によって色付けして表示させている。
図43は特許第6692984号に基づいて生成した5mDEMを用いた赤色立体画像の説明図である。図44は本実施の形態による高速超解像度画像立体視化処理システムで生成した超解像度画像の説明図である。
このような画像は、例えば図45に示すように、一般的な地図と重ね合わせて用いるのが好ましい。図45に示すように、地図全体の凹凸がはっきりするので立体感があり、都市部の地盤(道路含む)の高さ及び沈みが視覚的に立体的に分る。
なお、上記の実施の形態1では投影変換は超解像度赤色立体地図作成処理と、超解像度用斜度計算処理との間で実行したが、超解像度赤色立体地図作成処理の後で実行して構わない。
図46は実施の形態2の概略構成図である。
図46には、超解像度画像生成部151のメモリ153(図示せず)と、超解像度画像生成部151と、X方向調整部152とを示して説明する。
滑か等高線算出部156は、メモリ153の調整後微細メッシュmeiを指定し、この調整後微細メッシュmeiに割り付けられている超解像度微細メッシュ代表点ポイントdpijの滑らか処理後標高値zhiと同じ標高値を有する調整後微細メッシュmeiを検索する。
このとき、図47に示すように、調整後微細メッシュmeiの四角の例えば、超解像度微細メッシュ代表点ポイント(dp4、5)、(dp4、6)、(dp5、5)、(dp5、6)の内で、例えば、(dp4、5)と(dp4、6)とを結ぶ線を入り口の線、(dp5、5)と(dp5、6)とを結ぶ線を出口の線とする。
すなわち、滑か等高線情報Jiは、従来のように、スプライン曲線、ベジェ曲線等の曲率最大化処理を行わない、調整後微細メッシュmeiを通る直線を繋げた等高線となっている。
上記の滑か等高線情報Jiの等高線(ベクター)を、滑か処理を行わない赤色画像に重ねた例を図48に示す。また、図49には、図48の拡大図を示す。また、図50には標高値zhiを用いて等高線を滑か処理した結果の画像を示す。但し、図50は移動平均を2回実行した後の画像である。
このような等高線と、本実施の形態1の高速超解像度画像立体視化処理システムによる超解像度赤色画像と合成した画像が図52である。図52は、5mDEMの超解像度化DEMに基づく画像である。なお、等高線の間隔は数メートル(例えば、1m、2m又は3m)である。
図52に示すように、滑かな等高線が細かく表示されており、かつ凹凸の斜度の色合が(凹が深いと濃い赤色、凸部が高いと色が白っぽく)、細かくはっきりとわかる。
また、第1の画像合成部160(地理院地図+赤色)は、メモリ153(図示せず)の画像と、地理院標準地図用メモリ159の標準地図Gki(レベル16)のベクターデータの画像化データとを乗算合成した「地理院地図+赤色合成画像」GFiを生成し、これを第1の合成画像用メモリ161(地理院地図+赤色用)に記憶する(図52参照)。
第3の画像合成部166(等高線+地理院地図+赤色)は、第1の合成画像用メモリ161(地理院地図+赤色用)の「地理院地図+赤色合成画像」GFiと、第2の合成画像用メモリ164(滑か等高線+赤色)の「滑か等高線+赤色」画像GaCiとを乗算合成した「標準地図+赤色+滑か等高線」画像Gamiを第3の合成画像用メモリ168に記憶する(図49参照)。
地理院基盤地図の建物、道路等のベクターデータを表示用メモリに読み込んで表示させてもギザギザ感がない。すなわち、25000分の1の標準地図(レベル16)の複雑な線形の道路輪郭、建物輪郭とに解像度が調和している。
このため、地理院が作成を断念した1万分の1の地図とほぼ同様な地図が生成されたことになる。
(Labカラー化)
上記の本実施の形態の高速超解像度画像立体視化処理システムに対してLabカラー化処理を施すことがより画像が鮮明になる。このシステムを本実施の形態ではLabカラー付高速超解像度画像立体視化処理システムと称する。
例えば、谷が暗くなりすぎる。水系が追跡しにくい。谷筋が暗いためか、たどりにくい等がないようにする。
図53において、上記と同一符号のものは説明を省略する。
本実施の形態は、上記の図3の各部の他に、Labカラー部320と、Lab用合成部340とを備えている。
なお、超解像度画像生成部151のメモリ(図示せず)には、上記説明のメモリ153のデータ(正方形調整後超解像度化メッシュMeiを含む)が生成されているとして説明する。
Lab用合成部340は、超解像度L*a*b*カラー画像Liと、超解像度立体視化画像Ki(超解像度赤色立体視化画像)とを合成して(Labカラー赤色超解像度画像Lkiという)として、メモリ172に記憶する。
すなわち、Labカラー部320は、図54(図4と同様)、図55(図5と同様)に示す処理が行われた後で、図56に示すLabカラー赤色超解像度画像処理を行う。なお、図54は図4と同様であり、図55は図5と同様な処理であるので、説明を省略する。
(超解像度画像生成部151の超解像度画像立体視化処理S400)
超解像度画像生成部151は、上記の斜度算出処理によって、全ての調整後微細メッシュmei毎の斜度αi(α1、α2、・・・・)を求めている(図39(b)参照)。
また、図56に示す超解像度赤色立体視化処理(S340)は、尾根谷度と斜度(傾斜ともいう)の組み合わせの色値を示す諧調色値(赤系の色)を調整後微細メッシュmeiに割り付けている。つまり、画像化している。超解像度の地上開度の画像を本実施の形態では、上記と同様に、単に地上開度画像Dpと称し、地下開度の画像を本実施の形態では単に地下開度画像Dqと称し、斜度の画像を単に傾斜強調画像Drと称する。
このL*a*b*カラー調整画像生成処理は、地上開度画像Dpの調整後微細メッシュmei(微細メッシュ:超解像度メッシュ)の画像データを読み出し、該読み出し毎にa*チャンネルに割りあてたa*データを得る。
また、地下開度画像Dqの調整後微細メッシュmei(微細メッシュ)の画像データを読み出し、該読み出し毎にb*チャンネルに割りあてたb*データを得る。
また、傾斜強調画像Drの画像データを読み出し、該読み出し毎にL*チャンネルに割りあてL*データを得る。
そして、Lab用合成部340がステップS340で得た超解像度赤色立体化画像Kiと合成し、これをL*a*b*カラー赤色超解像度画像KLiとしてメモリ172に記憶する(S440)。
表示処理部150は、このL*a*b*カラー赤色超解像度画像KLi等を画面に表示する(S460)。
図57(a)には、超解像度L*a*b*カラー画像データLiを示し、図57(b)には超解像度立体視化画像Ki(超解像度赤色立体視化画像)を示し、これらの画像を合成したL*a*b*カラー赤色超解像度画像KLiを図57(c)に示している。このL*a*b*カラー赤色超解像度画像KLiは、L*a*b*の透明度を30%程度、低減させた画像である。
地下開度スペクトラムは、地下開度(0°~180°)を横軸、画素の頻度(n)を縦軸にとった地上開度ヒストグラムで示すと図59(c)に示すようになる。図59(c)に示すように、地下開度φiは、実質的には50°~130°で分布(中央が90°:50°~90°側が急激)している。
傾斜画像階調補正部62は、急斜面ほど暗くなるように階調補正する。つまり、入力側(横軸)を斜度0°~斜度50°とし、出力側を0(黒)~255(白)とし、斜度αiが50°であるときは「0」を斜度αiが0°の場合は、最大値255に変換する直線的な変換を行う(図60(a)参照)。具体的にはルックアップテーブルによって行う。
地上開度画像階調補正部63は、尾根すじが明るくなるように階調を補正する。つまり、入力側(横軸)を地上開度50°~地上開度130°とし、出力側を0(黒)~255(白)とし、地上開度θiが50°であるときは「0」を、地上開度θiが130°の場合は、最大値255に変換する直線的な変換を行う(図60(b)参照)。
但し、地上開度θiが90°の場合は、「120°」となるようにする。具体的にはルックアップテーブルで行う。すなわち、図60(b)に示すように、変換直線の中心が(90°、120)を通るようにしている。これによって、得られる地上のヒストグラムを図59(b)に示している。
プロット点の色から地上開度と地下開度との合計値と傾斜との間に、弱い比例関係があることが分る。
L*チャンネル化部66は、傾斜画像階調補正部62で斜度(0°→50°)が色値(255→0)に変換される毎に、これをL*チャンネルに割りあてる(図60(a)参照)。
諧調補正部69は、L*a*b*カラー画像Liは、RGB空間よりも色空間が広いので、レベル補正でおおよその色調整を行った後で、トーカーブを使用して細部を調整する。
すなわち、これらの画像と重ねあわせ合成することによって、暗くなりすぎた谷の表現をシアンがかった色に調整改善している。このため、谷が暗くて見にくいということはない。
この実施の形態3は水系を強調する方法である。
図65は実施の形態3の概略構成図である。上記と同一符号のものは説明を省略する。図65に示すように、水系調整部180を備えている。この水系調整部180は、地下開度のヒストグラムの明るい側を飛ばして、暗い側だけの画像となるように調整する。これにより、地下開度の高い部分(谷部分や周囲に対し相対的に低い部分)が抽出される。
なお、赤色立体地図は、等高線図等と異なり、高さの概念がなく、あくまで凹凸を表現している。このため、対象範囲内の標高差が大きい場合には全体的な起状感がたりなくなる場合がある。赤色立体地図を大地形を表現した場合、開度の考慮範囲を表現した地形のスケールに応じて大きくすることで実現できる(つまり、1km程度の範囲の地形起伏を見たければ開度の範囲を1000mにする)。
例えば、1mDEMに対し、1kmといった開度の範囲を設定すると、谷や尾根部分で開度の値が飽和してしまい、谷が暗くなりすぎたり、尾根が明るくなりすぎたりしてしまう。
これによって、大地系を考慮した計算が可能となる(図66参照)。
1mDEMと、4mDEMとでは4mDEMの方がより全体的ない起伏感が強い。
上記の実施の形態では、地上開度と地下開度とより得られる浮沈度(尾根谷度)を用いて超解像度画像を生成したが、例えば、天空率、地形保護係数、平面曲率、ハイバスフィルタ、メキシカンハット関数で求めた画像に重ね表示してもよい。
或いは、天空率、地形保護係数、平面曲率、ハイバスフィルタ、メキシカンハット関数等は反転させた画像を作って、これを地下開度画像としても良い。
なお、基盤地図のDEMは、ALB:Airborne lidar Bathymetry)であってもよい(点群密度1点/m2)。
112 エリア定義部
115 5mDEM奇数分割部
132 ラスタ色付処理部
134 移動平均部
135 超解像度ラスタ化処理部
137 TINバイリニア補間部
145 平面直角座標変換部
148 考慮距離格子数算出部
151 超解像度画像生成部
152 X方向調整部
Claims (14)
- (A).数値標高モデルの所定エリアの正方形メッシュ群毎に、この正方形メッシュを微細な正方形の超解像度微細メッシュ群で定義した超解像度化正方形メッシュを得る手段と、
(B).前記超解像度化正方形メッシュ毎に、内挿補間処理を行って、その超解像度化正方形メッシュの各々の超解像度微細メッシュに内挿補間後標高値を割り付ける手段と、
(C).前記超解像度化正方形メッシュ毎に、各々の超解像度微細メッシュに対して移動平均化処理を所定回数かけ、前記内挿補間後標高値をこの滑らか処理後標高値に更新する手段と、
(D).前記(C)手段の後の超解像度化正方形メッシュを平面直角座標で定義した平面直角超解像度化メッシュを生成する手段と、
(E).前記平面直角解像度化メッシュの平面直角超解像度微細メッシュに基づいて正方形超解像度立体視画像を生成する手段と
を有することを特徴とする高速超解像度画像立体視化処理システム。 - 前記(E)の手段は、
(E1).前記平面直角超解像度化メッシュを正方形に調整する正方形調整後超解像度化メッシュを生成する手段と、
(E2).前記正方形調整後超解像度化メッシュの正方形調整後微細メッシュを順次、着目点として指定し、これに隣接する正方形調整後微細メッシュとの斜度を前記滑らか処理後標高値に基づいて求めて、前記着目点の前記正方形調整後微細メッシュに割り付ける手段と、
(E3).前記正方形調整後微細メッシュを順次、着目点とし、この着目点毎に、この着目点に隣接する前記正方形調整後微細メッシュとの間の地上開度と地下開度とに基づいて尾根谷度を求め、この尾根谷度と前記斜度の組み合わせの色値を示す諧調色値を前記着目点の前記正方形調整後微細メッシュに割り付ける手段と、
(E4).前記(E3)の手段の後に、前記正方形調整後微細メッシュ及びその諧調色値を表示用メモリに定義して前記正方形超解像度立体視画像として表示する手段と、
を有することを特徴とする請求項1記載の高速超解像度画像立体視化処理システム。 - 前記地上開度の値の大きさほどに明るい色を割りあてた地上開度画像(Dp)、前記地下開度の値の大きさほどに暗い色を割りあてた地下開度画像(Dq)、前記斜度の値が大きいほどに赤が強調された色を割り付けた傾斜強調画像(Dr)を得る手段と、
前記地上開度画像(Dp)と地下開度画像(Dq)と傾斜強調画像(Dr)とを重ね合わせた第1の合成画像(Ki:超解像度赤色画像)を得る手段と、
前記地上開度画像(Dp)の画像データを読み出し、該読み出し毎にa*チャンネルに割りあてたaデータを得る手段と、
前記地下開度画像(Dq)の画像データを読み出し、該読み出し毎にb*チャンネルに割りあてたbデータを得る手段と、
前記傾斜強調画像(Dr)の画像データを読み出し、該読み出し毎にL*チャンネルに割りあてLデータを得る手段と、
前記aデータと、bデータ及び前記Lデータとが得られる毎に、これらのデータをL*a*b*空間に定義していくことで前記地上開度画像(Dp)と地下開度画像(Dq)と傾斜強調画像(Dr)のLab画像データ(Li)を得る手段と、
前記Lab画像(Li)と前記第1の合成画像(Ki:超解像度赤色画像)とを合成した第2の合成画像(Labカラー超解像度赤色画像KLi)を生成する手段と
を有することを特徴とする請求項2記載の高速超解像度画像立体視化処理システム。 - 前記(A)の手段は、
(A1).数値標高モデル用記憶部に記憶されている数値標高モデルの所定エリアの正方形メッシュ群を第1のメモリに読み込む手段と、
(A2).前記第1のメモリの正方形メッシュ毎に、この正方形メッシュの緯度方向の辺及び経度方向の辺を、奇数(1含まず)の分割ポイント数で等分割して前記超解像度微細メッシュ群を有する前記超解像度化正方形メッシュを生成する手段と、
を有することを特徴とする請求項1記載の高速超解像度画像立体視化処理システム。 - 前記(C)の手段は、
前記所定エリアの前記滑らか処理後標高値を表示用メモリに読み出して前記超解像度立体視画像として画面に表示し、超解像度度用滑らか処理指示の入力に伴って、再び前記移動平均化処理を行わせる手段と、
を行うことを特徴とする請求項1記載の高速超解像度画像立体視化処理システム。 - 前記(C)の手段は、
(C1).前記超解像度化正方形メッシュを順次指定し、この指定された超解像度化正方形メッシュ毎に、超解像度微細メッシュを順次指定する手段と、
(C2).この超解像度微細メッシュに、分割ポイント数で分割した移動平均化メッシュを所定回数かけて前記滑らか処理後標高値を生成する手段と、
(C3).前記指定した前記超解像度微細メッシュの前記内挿補間後標高値を、前記(C2)の手段の超解像度度用滑らか処理後の前記滑らか処理後標高値に更新する手段と、
を有することを特徴とする請求項1記載の高速超解像度画像立体視化処理システム。 - 前記斜度の色調表示は、赤系の色にすることを特徴とする請求項2記載の高速超解像度画像立体視化処理システム。
- コンピュータに、
(A).数値標高モデルの所定エリアの正方形メッシュ群毎に、この正方形メッシュを微細な正方形の超解像度微細メッシュ群で定義した超解像度化正方形メッシュを記憶手段に生成する手段、
(B).前記超解像度化正方形メッシュ毎に、内挿補間処理を行って、その超解像度化正方形メッシュの各々の超解像度微細メッシュに内挿補間後標高値を割り付ける手段、
(C).前記超解像度化正方形メッシュ毎に、各々の超解像度微細メッシュに対して移動平均化処理を所定回数かけ、前記内挿補間後標高値をこの滑らか処理後標高値に更新する手段、
(D).前記(C)手段の後の超解像度化正方形メッシュを平面直角座標で定義した平面直角超解像度化メッシュを記憶手段に生成する手段、
(E).前記平面直角解像度化メッシュの平面直角超解像度微細メッシュに基づいて正方形超解像度立体視画像を記憶手段に生成する手段、
としての機能を実行させる高速超解像度画像立体視化処理プログラム。 - 前記(E)の手段は、
(E1).前記平面直角超解像度化メッシュを正方形に調整する正方形調整後超解像度化メッシュを生成する手段、
(E2).前記正方形調整後超解像度化メッシュの正方形調整後微細メッシュを順次、着目点として指定し、これに隣接する正方形調整後微細メッシュとの斜度を前記滑らか処理後標高値に基づいて求めて、前記着目点の前記正方形調整後微細メッシュに割り付ける手段、
(E3).前記正方形調整後微細メッシュを順次、着目点とし、この着目点毎に、この着目点に隣接する前記正方形調整後微細メッシュとの間の尾根谷度を求め、この尾根谷度と前記斜度の組み合わせの色値を示す諧調色値を前記着目点の前記正方形調整後微細メッシュに割り付ける手段、
(E4).前記(E3)の手段の後に、前記正方形調整後微細メッシュ及びその諧調色値を表示用メモリに定義して前記正方形超解像度立体視画像として表示する手段、
としての機能を実行する請求項8記載の高速超解像度画像立体視化処理プログラム。 - コンピュータに、
前記地上開度の値の大きさほどに明るい色を割りあてた地上開度画像(Dp)、前記地下開度の値の大きさほどに暗い色を割りあてた地下開度画像(Dq)、前記傾斜度の値が大きいほどに赤が強調された色を割り付けた傾斜強調画像(Dr)を得る手段、
前記地上開度画像(Dp)と地下開度画像(Dq)と傾斜強調画像(Dr)とを重ね合わせた第1の合成画像(Ki:超解像度赤色画像)を得る手段、
前記地上開度画像(Dp)の画像データを読み出し、該読み出し毎にa * チャンネルに割りあてたaデータを得る手段、
前記地下開度画像(Dq)の画像データを読み出し、該読み出し毎にb * チャンネルに割りあてたbデータを得る手段、
前記傾斜強調画像(Dr)の画像データを読み出し、該読み出し毎にL * チャンネルに割りあてLデータを得る手段、
前記aデータと、bデータ及び前記Lデータとが得られる毎に、これらのデータをL * a * b * 空間に定義していくことで前記地上開度画像(Dp)と地下開度画像(Dq)と傾斜強調画像(Dr)のLab画像データ(Li)を得る手段、
前記Lab画像(Li)と前記第1の合成画像(Ki:超解像度赤色画像)とを合成した第2の合成画像(Labカラー超解像度赤色画像KLi)を生成する手段、
としての機能を実行させる請求項8記載の高速超解像度画像立体視化処理プログラム。 - 前記(A)の手段は、
(A1).数値標高モデル用記憶部に記憶されている数値標高モデルの所定エリアの正方形メッシュ群を第1のメモリに読み込む手段、
(A2).前記第1のメモリの正方形メッシュ毎に、この正方形メッシュの緯度方向の辺及び経度方向の辺を、奇数(1含まず)の分割ポイント数で等分割して前記超解像度微細メッシュ群を有する前記超解像度化正方形メッシュを生成する手段、
としての機能を実行させる請求項8記載の高速超解像度画像立体視化処理プログラム。 - 前記(C)の手段は、
前記所定エリアの前記滑らか処理後標高値を表示用メモリに読み出して前記超解像度画像として画面に表示し、超解像度度用滑らか処理指示の入力に伴って、再び前記超解像度度用滑らか処理を行わせる手段、
としての機能を実行させる請求項8記載の高速超解像度画像立体視化処理プログラム。 - 前記(C)の手段は、
(C1).前記超解像度化正方形メッシュを順次指定し、この指定された超解像度化正方形メッシュ毎に、超解像度微細メッシュを順次指定する手段、
(C2).この超解像度微細メッシュに、分割ポイント数で分割した移動平均化メッシュを所定回数かけて前記滑らか処理後標高値を生成する手段、
(C3).前記指定した前記超解像度微細メッシュの前記内挿補間後標高値を、前記(C2)の手段の超解像度度用滑らか処理後の前記滑らか処理後標高値に更新する手段、
としての機能を実行させる請求項8記載の高速超解像度画像立体視化処理プログラム。 - 前記斜度の色調表示は、赤系の色にすることを特徴とする請求項9記載の高速超解像度画像立体視化処理プログラム。
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WO2021053917A1 (ja) | 2019-09-20 | 2021-03-25 | アジア航測株式会社 | 超解像度立体視化処理システム及びそのプログラム |
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WO2021053917A1 (ja) | 2019-09-20 | 2021-03-25 | アジア航測株式会社 | 超解像度立体視化処理システム及びそのプログラム |
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