(57)【要約】  本発明は、センサのＬＯＳベクトルを調整して誤差補正データを獲得し、前記誤差補正データと映像の補助データを用いて映像の各映像座標に正確な地上座標を付与する方法およびその装置に関するものである。本発明のＬＯＳベクトル調整モデルを用いる映像の幾何補正方法では,地表面を撮影して獲得される映像および 映像の補助データが取得される。地上基準点の地上座標およびその地上座標とマッチする映像の映像座標が取得される。撮影機構センサのＬＯＳベクトを調整して誤差補正データを取得する。補助データと前記誤差補正データをＬＯＳベクトル調整モデルに適用して映像の各映像座標に地上座標を付与することで外部標定を実行する。
2009501996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）地表面を撮影した映像と、前記映像に対する補助データを獲得するステップ；
（ｂ）地上基準点の地上座標（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）と、前記地上座標にマッチする映像の映像座標（ｉ，ｊ）を獲得するステップ；
（ｃ）前記（ａ）ステップの補助データと前記（ｂ）ステップの地上座標および映像座標を用いて前記映像を撮影した撮影機構センサのＬＯＳベクトルを調整することによって誤差補正データを獲得するステップ；および
（ｄ）前記（ａ）ステップの補助データと前記（ｃ）ステップの誤差補正データをＬＯＳベクトル調整モデルに適用して、映像の各映像座標に地上座標を付与して映像の歪みを補正する外部標定を遂行するステップ：を含むことを特徴とするＬＯＳベクトル調整モデルを用いる映像の幾何補正方法。
【請求項２】
前記（ｂ）ステップで前記地上座標にマッチする映像座標を獲得するのは下記数１および２で表されるセンサモデルを用いて得られたセンサモデルに基づく映像座標を用いて獲得することを特徴とする請求項１に記載のＬＯＳベクトル調整モデルを用いる映像の幾何補正方法。
【数１】
2009501996.tif 000040
【数２】
2009501996.tif 000041
ここで、
2009501996.tif 000042
および
2009501996.tif 000043
は補助データ中でセンサの撮影角で、
【数３】
2009501996.tif 000044
および
【数４】
2009501996.tif 000045
は補助データ中で撮影機構の位置、速度および姿勢によって求められる撮影角である。
【請求項３】
前記ＬＯＳベクトル調整モデルは、下記数５および６で表されることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＯＳベクトル調整モデルを用いる映像の幾何補正方法。
【数５】
2009501996.tif 000046
【数６】
2009501996.tif 000047
ここで、ＥｘおよびＥｙはｘおよびｙ方向の誤差補正データである。
【請求項４】
前記誤差補正データは、下記の数７および数８によって求められることを特徴とする請求項３に記載のＬＯＳベクトル調整モデルを用いる映像の幾何補正方法。
【数７】
2009501996.tif 000048
【数８】
2009501996.tif 000049
ここで、ａｘ０、ｂｘｍ、ｃｘｍ、ａｙ０、ｂｙｍ、ｃｙｍは地上基準点によって補正されるＬＯＳベクトルの係数で、ｉは映像のラインで、ｊは映像の画素である。
【請求項５】
前記誤差補正データは、ｉとｊの１次項まで計算された値であることを特徴とする請求項４に記載のＬＯＳベクトル調整モデルを用い映像の幾何補正方法。
【請求項６】
地表面を撮影した映像の補助データから撮影機構の位置、速度、姿勢およびセンサのＬＯＳベクトルに関する情報を獲得する映像情報獲得部；
地上基準点に対する地上座標と前記地上座標にマッチする映像座標を獲得し、格納する地上基準点獲得部；
映像情報獲得部と地上基準点獲得部からデータを提供され、センサのＬＯＳベクトルを調整することによって誤差補正データを生成する誤差補正データ生成部;および
前記映像情報獲得部と誤差補正データ生成部からデータを提供され,前記データをＬＯＳベクトル調整モデルに適用して、映像のそれぞれの映像座標に対応する地上座標を演算する外部標定実行部を含むことを特徴とするＬＯＳベクトル調整モデルを用いる映像の幾何補正装置。
【請求項７】
前記地上座標にマッチする映像座標を迅速に検出し、前記映像情報獲得部からのデータと前記地上基準点抽出部で獲得された地上座標とを受けて、センサモデルをもとに映像座標を演算するセンサモデル演算部をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載にＬＯＳベクトル調整モデルを用いる映像の幾何補正装置。
【請求項８】
前記外部標定演算実行部に用いられるＬＯＳベクトル調整モデルは請求項３に記載された数９および数１０で表されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のＬＯＳベクトル調整モデルを用いる映像の幾何補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地表面の特性を探査するために撮影した映像に対する歪みを補正する方法およびその装置に関し、より詳しくは、センサのＬＯＳベクトルを調整して誤差補正データを獲得し、該誤差補正データと映像の補助データを用いて映像の各映像座標に正確な地上座標を付与する方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、地表面が撮影された映像は主に地表面から一定の高さを有する飛行機と衛星に搭載されたカメラとセンサによって得られる。飛行機は数百ｍから数Ｋｍで相対的に低い高度を有するが、人工衛星に比べて速度と姿勢が比較的不安定である。反面、人工衛星は、大気圏外で動く撮影機構で数百Ｋｍの非常に高い高度を有するが、速度と姿勢が比較的安定的であり、よく定義された軌道楕円体について動く。また、飛行機によって得られた航空写真は、非常に高解像度の映像で小〜中縮尺の地形図、映像地図、数値標高データ等を製作するのに主に利用しており、衛星によって撮影された映像は最近になってからは高解像で得られるが、概して低い解像度で中〜大縮尺の地形図、映像地図、数値標高データ等の地図製作関連に用いられている。このような衛星には、Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ  Ｐｏｕｒ  ｌ’Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｄｅ  ｌａ  Ｔｅｒｒｅ  （ＳＰＯＴ）、Ｉｎｄｉａｎ  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  （ＩＲＳ）、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｌａｎｄ  Ｏｂｓｅｒｖｉｎｇ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  （ＡＬＯＳ）、Ｌａｎｄ  Ｒｅｍｏｔｅ−ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  （ＬＡＮＤＳＡＴ）、ａｎｄ  ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  ｅａｒｔｈ  ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ  （ＩＫＯＮＯＳ  ａｎｄ  ＱＵＩＣＫＢＩＲＤ）等があり、地表面の観測に関連する変化探知、山火事災害モニター等の数多くの応用分野で利用されている。
【０００３】
飛行機や衛星のような撮影機構を用いて撮影された地表面映像は、直ちに軍事用や産業に活用されるのではない。その理由は、撮影方法上、該地表面映像が歪んでいるためである。
【０００４】
したがって、該歪みを補正し、補正された映像をもとに正確な正射映像、数値地形図または３次元映像等を製作して、軍事用、産業用に活用することになる。
【０００５】
ここで、映像の歪みを補正するとは、映像の各座標に正確な実際の地上の地上座標を付与することを意味する。
【０００６】
映像の歪みを補正（すなわち、幾何補正）する一般的な方法は、センサモデルを用いることである。前記センサモデルは、図１のように地球の中心を基準に撮影機構の位置
2009501996.tif 000003
と地上点の位置
2009501996.tif 000004
との関係から導いた数式であって、映像の座標(ｉ、ｊ)と地上の座標Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚに対する関数である。
【０００７】
センサモデルを用いて地上座標を付与するためには、映像座標だけでなく撮影機構の位置、速度、姿勢、撮影角等の補助データが必要である。該補助データは、撮影機構が映像と共に提供する。
【０００８】
ところで、問題は、該補助データが正確でないということである。図２で見るように、実際の撮影機構の撮影位置Ｓｃ、撮影角
2009501996.tif 000005
と補助データによる撮影位置Ｓ、撮影角
2009501996.tif 000006
に誤差がある。そして、図面に図示されてはいないが、撮影機構の実際の姿勢と補助データによる姿勢にも誤差がある。
【０００９】
このような誤差によって、図２に図示されたように、撮影機構が実際に撮影した地表面の座標Ｐｃ）とセンサモデルによって求められる地表面の座標Ｐは互いに異なるようになる。
【００１０】
このため、不正確な補助データによって生じる地表面地上座標の誤差を最小化するためにセンサモデルを修正する方案が提案された。
【００１１】
従来提示されたセンサモデルの修正方法は、補助データによる撮影機構の位置または姿勢またはこれらすべてを実際に撮影機構に近接するように修正するのである。
【００１２】
これに対する代表的なものが韓国特許出願番号第１０−２００５−５１３５８号“撮影機構回転モデルを用いた線形スキャニング映像の幾何補正方法”である。しかし、現在は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）やＤＯＲＩＳ（Ｄｏｐｐｌｅｒ  Ｏｒｂｉｔｏｇｒａｐｈｙ  ａｎｄ  Ｒａｄｉｏｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｂｙ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）等のようなシステムを用いて比較的正確な撮影機構の撮影位置、撮影速度、撮影姿勢等が分かる。すなわち、このような正確な情報のため、撮影機構の位置または姿勢を調整してセンサモデルを修正すると、むしろ地上座標の誤差をより大きくする可能性がある。このため、この正確な情報を最大限に利用してより容易かつ正確に地表面撮影映像の幾何歪みを補正することが必要となった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記のような必要から案出されたものであって、撮影機構センサの撮影角（ＬＯＳベクトル）を調整して樹立されたＬＯＳベクトル調整モデルを用いてより正確な幾何補正が可能にし、幾何補正のための時間および費用を節約することができる方法と装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成するための本発明のＬＯＳベクトル調整を通じた映像の幾何補正方法は、（ａ）地表面を撮影した映像と前記映像に対する補助データを獲得するステップ；（ｂ）地上基準点の地上座標（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）と前記地上座標にマッチする映像の映像座標（ｉ，ｊ）を獲得するステップ；（ｃ）前記（ａ）ステップの補助データと前記（ｂ）ステップの地上座標および映像座標を用いて前記映像を撮影した撮影機構センサのＬＯＳベクトルを調整することによって誤差補正データを獲得するステップ；および（ｄ）前記（ａ）ステップの補助データと前記（ｃ）ステップの誤差補正データをＬＯＳベクトル調整モデルに適用して映像の各座標に地上座標を付与し、映像の歪みを補正する外部標定遂行ステップ；を含む。
【００１５】
そして、本発明のＬＯＳベクトル調整を通じた映像の幾何補正装置は、地表面を撮影した映像の補助データから撮影機構の位置、速度、姿勢およびセンサのＬＯＳベクトルを含む補助データを獲得する映像情報獲得部；地上基準点に対する地上座標と前記地上座標にマッチする映像座標を獲得する地上基準点獲得部；映像情報獲得部と地上基準点獲得部からデータを提供され、センサのＬＯＳベクトルを調整することによって誤差補正データを生成する誤差補正データ生成部;および前記映像情報獲得部と誤差補正データ生成部からデータを提供され、前記データをＬＯＳベクトル調整モデルに適用して、それぞれの映像座標に地上座標を付与して映像の歪みを補正する外部標定実行部を含む。
【発明の効果】
【００１６】
上述の本発明は、地上座標の抽出のための計算過程をより単純化でき、幾何補正のための費用および時間を節約し、抽出された地上座標の正確度を画期的に高める。そのようにして正射映像、映像地図、数値地形図および数値標高データ製作の作業工程等が単純化され、作業時間の短縮等の効果を有するようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図２に図示されたように、本発明は、映像の補助データ中でセンサの撮影角（Ｌｉｎｅ−Ｏｆ−Ｓｉｇｈｔ［ＬＯＳ］ベクトル）を調整することで、実際に撮影機構が撮影した地表面の位置Ｐｃと調整された撮影角
2009501996.tif 000007
を含む補助データをＬＯＳベクトル調整モデルに適用した場合に求められる地表面位置との誤差が最小化されるようにしたものである。
【００１８】
まず、本発明で樹立したＬＯＳベクトル調整モデルについて説明する。
【００１９】
地表面を撮影する機構は、図１に表されたように撮影機構の位置Ｓより方向付けられたＬＯＳベクトル
2009501996.tif 000008
を有して地表面Ｐを撮影する。地球の中心から撮影機構の位置をベクトル
2009501996.tif 000009
で表して地球の中心から地表面の位置をベクトル
2009501996.tif 000010
で表して数式で表すると次の通りである。
【数１】
2009501996.tif 000011
ここで、μは、媒介変数を示す。しかし、当該技術分野で周知の
2009501996.tif 000012
の値と
2009501996.tif 000013
の値は、地心座標系(Ｅａｒｔｈ−Ｃｅｎｔｅｒｅｄ  Ｅａｒｔｈ−Ｆｉｘｅｄ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ；ＥＣＥＦ)または慣性座標系(Ｅａｒｔｈ−Ｃｅｎｔｅｒｅｄ  Ｉｎｅｒｔｉａ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ；ＥＣＩ)で表され、
2009501996.tif 000014
の値は衛星姿勢座標系(Ａｔｔｉｔｕｄｅ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ)で表される。これら３つのベクトルが互いに異なる座標系を有しているため、同一の座標系で合わせなければならず、これらの座標系は局地軌道座標系(Ｌｏｃａｌ  Ｏｒｂｉｔａｌ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ)に合わせるために衛星姿勢座標系を局地軌道座標系に変える姿勢座標回転行列Ａと局地軌道座標系を地心座標系に変換する位置座標回転行列Ｍを用いることになる。姿勢座標回転行列Ａ及び位置座標回転行列Ｍは、下記の数２及び数３の通りである。これらを用いて数１をあらためて表すと下記の数４の通りである。
【数２−１】
2009501996.tif 000015
【数２−２】
2009501996.tif 000016
【数３】
2009501996.tif 000017
ここで、ωはロール角、φはピッチ角、κはヨー角、
2009501996.tif 000018
は撮影機構の位置ベクトル、
2009501996.tif 000019
は撮影機構の速度ベクトルで、Ωは昇交点赤経、Ｉは軌道傾斜角、Ｗは衛星緯度引数でケプラーの要素である。
【数４】
2009501996.tif 000020
ここで、Ｐｘ、Ｐｙ、ＰｚおよびＵｘ、Ｕｙ、Ｕｚはそれぞれ
2009501996.tif 000021
と
2009501996.tif 000022
の要素で、ρは地球の中心から撮影機構までの距離で
2009501996.tif 000023
と同一である。そして、ｘ、ｙ、ｚは方向成分、ｚは地球の中心から撮影機構に向かう方向、ｘは撮影機構の進行方向、ｙは右手の法則に従ったｘおよびｚに垂直な方向である。
【００２０】
数４の右辺から座標変換行列Ａを除去し、Ｍ−１＝ＭＴとＡ−１＝ＡＴである性質を用いると数４は下記のようにあらためて表すことができる。
【数５】
2009501996.tif 000024
【００２１】
前記数５を単純化して表すと下記の通りである。
【数６】
2009501996.tif 000025
ここでαは回転行列Ａの要素、γは行列Ｒ＝（Ｍ・Ａ）Ｔの要素であり、
2009501996.tif 000026
と
2009501996.tif 000027
はそれぞれｘとｙ方向での撮影角である。
【００２２】
前記数６からμを消去すると、下記のように撮影角によって定義されたセンサモデルの２つの方程式が成立する。
【数７】
2009501996.tif 000028
【数８】
2009501996.tif 000029
ここで、
2009501996.tif 000030
および
2009501996.tif 000031
は補助データのうちの撮影機構の位置、速度および姿勢によって求めることになるセンサの撮影角である。
【００２３】
前記数７、８で表される本発明のセンサモデルは、既存のセンサモデル（共線条件式、韓国特許出願番号第１０−２００５−５１３５８号のセンサモデル等）とは異なる新しい形式のセンサモデルである。
【００２４】
参考までに、前記センサモデルにおいてαとγは、映像の撮影時間ｔに対する関数で、撮影時間ｔはライン数ｉに比例し、
2009501996.tif 000032
と
2009501996.tif 000033
は、画素数ｊに対する関数である。したがって、前記センサモデルは、映像座標ｉ、ｊと地上座標Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚの関係を表す。
【００２５】
映像に歪みがないのであれば、ある１点に対する正確な地上座標と映像座標を前記数７、８に代入すればＦ１＝Ｆ２＝０になるはずである。しかし、歪みによりＦ１、Ｆ２は０でない値を有するようになる。該値が映像の歪み量を表す。数７、８の単位は角度（ｄｅｇｒｅｅ）である。したがって、歪み量も角度で表されるが、該角度によっては歪みの程度を把握するのに困難がある。このため、前記数７、８にスケール係数ｋをかけて（ｋＦ１、ｋＦ２）、角度を距離に変える方が良い。前記スケール係数は、衛星の高さｈと映像中心撮影角
2009501996.tif 000034
によって
2009501996.tif 000035
で定義される。
【００２６】
前述した通り、映像の補助データは不正確であるため前記センサモデルを用いて各映像座標ｉ、ｊに地上座標Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚを付与するようになると、相当な誤差がある。したがって、該誤差を相殺するための要素が前記センサモデルに追加されなければならない。
【００２７】
このように誤差を相殺するための要素が追加されたＬＯＳベクトル調整モデルは下記の２つの数式の通りである。
【数９】
2009501996.tif 000036
【数１０】
2009501996.tif 000037
ここで、ＥｘおよびＥｙは誤差補正データであって、それぞれ補助データの撮影機構センサの撮影角が有するｘとｙ方向での誤差を相殺させる値である。
【００２８】
前記誤差補正データは、映像のライン数ｉとライン当たり画素数ｊによって決定され、これらは下記のように表される。
【数１１】
2009501996.tif 000038
【数１２】
2009501996.tif 000039
ここで、ａｘ０、ｂｘｍ、ｃｘｍ、ａｙ０、ｂｙｍ、ｃｙｍは地上基準点によって補正されるＬＯＳベクトルの係数である。
【００２９】
以下では本発明のＬＯＳベクトル調整を通じた映像の幾何補正方法を、手続きフローチャート図を図示した図３を参照して説明する。
【００３０】
まず、（ａ）ステップで、地表面を撮影した映像と該映像に対する補助データを取得する。
【００３１】
前記映像と補助データは、飛行機や人工衛星等の撮影機構を介して得る。ここで、補助データは、映像を撮影した撮影機構の位置情報、撮影機構の速度情報、映像の中心ライン撮影時間、映像のライン当たり撮影時間、撮影機構の姿勢情報（ヨー、ピッチおよびロール）およびＸ、Ｙ方向での撮影角、レンズの歪みに対する情報を含む。
【００３２】
（ａ）ステップを遂行した後は、（ｂ）ステップで、地上基準点を選定して該地上基準点の地上座標Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚと該地上座標にマッチする映像の映像座標ｉ、ｊを取得する。
【００３３】
地上基準点の選定は、映像で容易に確認可能なように橋梁、建物等を選定するのが好ましい。地上基準点に対する地上座標は、現場でＧＰＳ測量を通して得たり、数値標高データを通して取得する。該地上座標にマッチする映像座標は、作業者が映像を確認して直接取得する。
【００３４】
この時、地上座標にマッチする映像座標の取得のために前記センサモデル（数７、８）を用いた方が良い。映像は、かなり広い地域を含んでいるため、作業者が地上基準点に対応する映像座標をいかなる情報もなしに映像で探すということは容易なことでない。このため、地上基準点に対する地上座標を前記センサモデルに代入してセンサモデルによる映像座標を求め、映像で該センサモデルによる映像座標注意を検索すると地上座標にマッチする映像座標の取得がたやすくなる。
【００３５】
（ｂ）ステップを遂行した後は、（ｃ）ステップで、前記補助データと前記地上座標および映像座標を用いて映像を撮影した撮影機構センサのＬＯＳベクトルを調整することによって誤差補正データＥｘおよびＥｙを取得する。
【００３６】
これをより具体的に説明する。地上基準点に対する地上座標および映像座標、そして映像の補助データを前記数９、１０に代入すると未知数はＥｘおよびＥｙとなる。前記未知数ＥｘおよびＥｙは前記数１１、１２で見るように映像座標ｉ、ｊに対する関数であるから、未知数はＬＯＳベクトルの係数のａｘ０、ｂｘｍ、ｃｘｍ、ａｙ０、ｂｙｍ、ｃｙｍとなる。結局、これらＬＯＳベクトルの係数が決定されれば誤差補正データは取得できるのである。
【００３７】
地上基準点が１つならば、ｉとｊの０次項まで（すなわち、ａｘ０、ａｙ０）でＥｘおよびＥｙが計算され、地上基準点が２つならば、ｉとｊの１次項まで（すなわち、ａｘ０、ｂｘ０、ｃｘ０、ａｙ０、ｂｙ０、ｃｙ０）計算される。地上基準点がｎであればｉとｊのｎ−１次項まで計算されてＥｘおよびＥｙが求められる。
【００３８】
ここで、ＥｘおよびＥｙはｉとｊの１次項まで（すなわち、地上基準点２つ）計算されるのが好ましい。実験結果０次項まで計算する場合には誤差がたくさん発生し、２次項以上計算する場合、計算過程が複雑で過補正される誤りが発生した。
【００３９】
以上で調べた通り、誤差補正データＥｘおよびＥｙは前記数９、１０、１１、１２を用いて求めるが、その係数値は工学分野で多く用いられる正規方程式を用いて求める。正規方程式による計算過程は当該技術分野で周知であるためこれに対する詳細な説明は省略する。
【００４０】
（ｃ）ステップを遂行した後は、（ｄ）ステップで、映像の補助データと誤差補正データをＬＯＳベクトル調整モデルに適用して映像の各映像座標に地上座標を付与することで映像の歪みを補正する外部標定を行う。
【００４１】
補助データ、誤差補正データおよび映像座標を前記数９、１０に代入して地上座標Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚを求めることになるが、方程式は２つで未知数は３つである。したがって、地表面を撮影した映像１つだけでは地上座標を計算できず、同一の地表面を撮影した他の映像がさらに必要である。そうすると最初の映像で方程式が２つ、２つ目の映像で方程式が２つ求められるので地上座標を計算できる。
【００４２】
このように（ｄ）ステップを経ると映像は地上座標に対する情報を有するようになる。このようにしてこの情報をもとに３次元映像の製作が可能で、ピクセルの位置を再構成して正射映像の製作が可能で、数値地形図、数値標高データ等の製作が可能になる。
【００４３】
そして、参考までに、撮影機構の姿勢を調整すれば、外観上センサの撮影角を調整したのと類似の結果が得られる。しかし、撮影機構の姿勢を調整する場合、その計算過程がかなり複雑になり、地上座標の抽出に時間がかなりかかる。さらに、時間ｔに対する関数で、すなわち、ライン方向（ｉまたはｙ方向）の関数で画素方向（ｊまたはｘ方向）の誤差を効果的に補正することは難しい。
【００４４】
以下では、本発明のＬＯＳベクトル調整を通じた映像の幾何補正装置をブロック図で図示した図４を参照して説明する。
【００４５】
映像の幾何補正を手作業で行うということは現実的に不可能である。このため、コンピュータのような装置を用いて幾何を補正することになる。本発明の幾何補正装置はこの操作のためのものである。
【００４６】
図４に示すように、本発明の幾何補正装置は、映像情報獲得部１０、地上基準点獲得部２０、誤差補正データ生成部３０、そして外部標定実行部５０とセンサモデル演算部４０を含んでなる。
【００４７】
前記映像情報生成部１０は、入力された映像の補助データから幾何歪み補正に必要な情報の撮影機構の位置、速度、姿勢、そして撮影機構センサのＬＯＳベクトルを抽出する。
【００４８】
前記地上基準点生成部２０は、多数の地上基準点に対する地上座標および映像座標を受けてこれを格納する。該地上座標および映像座標は作業者が入力する。
【００４９】
前記センサモデル演算部４０は、作業者が地上座標にマッチする映像座標を容易に探せるようにするためのものである。映像座標は、作業者が映像を見て探すことになる。広範囲な地域を撮影した映像で地上基準点に該当するある１点を探すというのは容易なことでない。このため、センサモデル演算部４０は、映像情報生成部からデータを提供され、地上基準点生成部から地上座標を提供されて、そのデータと地上座標を演算し、映像座標を求める。該センサモデルによる映像座標は、誤差があるが正確な映像座標に近接する。したがって、作業者は、映像でセンサモデルによって演算された映像座標周囲を探索して正確な映像座標を容易に探すことになる。
【００５０】
前記誤差補正データ生成部３０は、前記映像情報獲得部１０および前記地上基準点獲得部２０からデータを提供されて撮影機構センサのＬＯＳベクトル調整による誤差補正データＥｘおよびＥｙを生成する。
【００５１】
前記外部標定実行部５０は、前記映像情報獲得部１０および誤差補正データ生成部３０からデータを提供され、これをＬＯＳベクトル調整モデルの前記数９、１０に適用して映像の各映像座標に対する地上座標を演算する。
【００５２】
本発明を詳細に説明するため、添付された図面を参考にして、特定のステップと構成要素を有するＬＯＳベクトル調整を通した幾何補正方法および装置を説明したが、当該技術分野で通常の知識を持った者は本発明に多様な変形、付加および代替が可能だということを理解するだろう。このような変形、付加および代替は本発明の範囲内に含まれると解釈されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】撮影機構と地表面の幾何を図示した幾何例示図である。
【図２】ＬＯＳベクトル調整に対する幾何例示図である。
【図３】本発明による幾何補正方法の手続きフローチャート図である。
【図４】本発明による幾何補正装置の概略的なブロック図である。
【図１】
2009501996.tif 000050
【図２】
2009501996.tif 000051
【図３】
2009501996.tif 000052
【図４】
2009501996.tif 000053
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月21日(2008.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）地表面を撮影した映像と、前記映像に対する補助データを獲得するステップ；
（ｂ）地上基準点の地上座標と、前記地上座標にマッチする映像の映像座標を獲得するステップ；
（ｃ）前記（ａ）ステップの補助データと前記（ｂ）ステップの地上座標および映像座標を用いて前記映像を撮影した撮影機構センサのＬＯＳベクトルを調整することによって誤差補正データを獲得するステップ；および
（ｄ）前記（ａ）ステップの補助データと前記（ｃ）ステップの誤差補正データをＬＯＳベクトル調整モデルに適用して、映像の各座標に地上座標を付与して映像の歪みを補正する外部標定遂行ステップ：を含むことを特徴とする映像の幾何補正方法。
【請求項２】
前記（ｂ）ステップで前記地上座標にマッチする映像の映像座標を獲得するのは下記数１および２で表されるセンサモデルをもとに獲得することを特徴とする請求項１に記載の映像の幾何補正方法。
【数１】
2009501996.tif 000054
【数２】
2009501996.tif 000055
ここで、Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚは、前記地上基準点の地上座標を示すベクトル
2009501996.tif 000056
要素で、ρは地球の中心から前記撮影機構センサまでの距離であり、
2009501996.tif 000057
および
2009501996.tif 000058
は、撮影機構の位置、速度および姿勢に依存するｘ軸およびｙ軸方への撮影角で、Ｆ１とＦ２は、映像歪みによる残留誤差値で、γ１１ないしγ３３は姿勢座標の回転行列Ａと位置座標の回転行列Ｍを用いた内的変換行列Ｒ＝（Ｍ・Ａ）Ｔの要素であって、行列ＡとＭは
【数３】
2009501996.tif 000059
を満たし、ｕｘ、ｕｙ、ｕｚは前記ＬＯＳベクトル
2009501996.tif 000060
の要素で、μは前記、
2009501996.tif 000061
、
2009501996.tif 000062
および前記撮影機構の位置と関連した媒介変数である。
【請求項３】
前記（ｄ）ステップのＬＯＳベクトル調整モデルは,下記数５および６で表されることを特徴とする請求項２に記載の映像の幾何補正方法。
【数５】
2009501996.tif 000063
【数６】
2009501996.tif 000064
ここで、ＥｘおよびＥｙはｘおよびｙ方向の誤差補正データである。
【請求項４】
前記誤差補正データは、下記の数７および数８によって求められることを特徴とする請求項３に記載の映像の幾何補正方法。
【数７】
2009501996.tif 000065
【数８】
2009501996.tif 000066
ここで、ａｘ０、ｂｘｍ、ｃｘｍ、ａｙ０、ｂｙｍ、ｃｙｍは地上基準点によって補正されるＬＯＳベクトルの係数で、ｉは映像のラインで、ｊは映像の画素である。
【請求項５】
前記誤差補正データは、ｉとｊの１次項まで計算された値であることを特徴とする請求項４に記載の映像の幾何補正方法。
【請求項６】
地表面に対する映像と撮影機構の位置、速度、姿勢およびセンサのＬＯＳベクトルを含む補助データを獲得する映像情報獲得部；
地上基準点に対する地上座標と前記地上座標にマッチする映像座標を獲得する地上基準点獲得部；
前記補助データと前記地上座標と映像座標を用いて前記ＬＯＳベクトルを調整することによって誤差補正データを生成する誤差補正データ生成部；および
前記補助データと前記誤差補正データをＬＯＳベクトル調整モデルに適用して、それぞれの映像座標に地上座標を付与して映像の歪みを補正する外部標定実行部を含むことを特徴とする映像の幾何補正装置。
【請求項７】
前記映像情報獲得部で獲得された前記補助データと、前記地上基準点抽出部で獲得された地上座標の入力を受けてセンサモデルをもとに映像座標を演算するセンサモデル演算部をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の映像の幾何補正装置。
【請求項８】
前記外部標定演算実行部に用いられるＬＯＳベクトル調整モデルは、下記数９および１０で表されることを特徴とする請求項７に記載の映像の幾何補正装置。
【数９】
2009501996.tif 000067
【数１０】
2009501996.tif 000068
ここで、Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚは、前記地上基準点の地上座標を示すベクトル
2009501996.tif 000069
要素で、ρは地球の中心から前記撮影機構センサまでの距離で、
2009501996.tif 000070
および
2009501996.tif 000071
は、撮影機構の位置、速度および姿勢に依存するｘ軸およびｙ軸方への撮影角であり、ＥｘおよびＥｙはｘおよびｙ方向の誤差補正データで、γ１１ないしγ３３は姿勢座標の回転行列Ａと位置座標の回転行列Ｍを用いた内的変換行列Ｒ＝（Ｍ・Ａ）Ｔの要素であって、行列ＡとＭは
【数１１】
2009501996.tif 000072
を満たし、ｕｘ、ｕｙ、ｕｚは前記ＬＯＳベクトル
2009501996.tif 000073
の要素で、μは前記、
2009501996.tif 000074
、
2009501996.tif 000075
および前記撮影機構の位置と関連した媒介変数である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
そして、本発明のＬＯＳベクトル調整を通じた映像の幾何補正装置は、地表面に対する映像と撮影機構の位置、速度、姿勢およびセンサのＬＯＳベクトルを含む補助データを獲得する映像情報獲得部；地上基準点に対する地上座標と前記地上座標にマッチする映像座標を獲得する地上基準点獲得部；前記補助データと前記地上座標と映像座標を用いて前記ＬＯＳベクトルを調整することによって誤差補正データを生成する誤差補正データ生成部；および前記補助データと前記誤差補正データをＬＯＳベクトル調整モデルに適用してそれぞれの映像座標に地上座標を付与し、映像の歪みを補正する外部標定実行部を含む。
【国際調査報告】
2009501996.tif 000076
2009501996.tif 000077