(57)【要約】【課題】テクスチャ画像を正確に、かつ、容易に取得することを目的とする。【解決手段】地上所定高さを飛行する飛行体１から撮影した撮影画像２の撮影位置を撮影画像に対応する３次元地理形状モデル空間内に特定し、次いで、前記３次元地理形状モデル３上での撮影位置から該３次元地理形状モデル３をモデル構成面４に関連付けて２次元投影し、この後、撮影画像２から前記２次元投影像５における前記モデル構成面４との対応領域を３次元地理形状モデル３のモデル構成面４に対するテクスチャ画像として切り出す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上所定高さを飛行する飛行体から撮影した撮影画像の撮影位置を撮影画像に対応する３次元地理形状モデル空間内に特定し、
次いで、前記３次元地理形状モデル上での撮影位置から該３次元地理形状モデルをモデル構成面に関連付けて２次元投影し、
この後、撮影画像から前記２次元投影像における前記モデル構成面との対応領域を３次元地理形状モデルのモデル構成面に対するテクスチャ画像として切り出す３次元地理形状モデルのテクスチャ画像取得方法。
【請求項２】
地上所定高さを飛行する飛行体に搭載し、該飛行体の飛行方向を副走査方向とするラインセンサにより撮影した撮影画像の撮影航路及び俯角を当該撮影領域に対応する３次元地理形状モデル空間内でシミュレーションして前記３次元地理形状モデルをモデル構成面に関連付けて２次元投影し、
この後、撮影画像から前記２次元投影像における前記モデル構成面との対応領域を３次元地理形状モデルのモデル構成面に対するテクスチャ画像として切り出す３次元地理形状モデルのテクスチャ画像取得方法。
【請求項３】
飛行体から取得した撮影画像の撮影位置を該撮影画像の撮影対象に対する３次元地理形状モデル上に指定し、該３次元地理形状モデルに対する２次元投影像をモデル構成面に関連付けて生成する２次元投影シミュレーション手段と、
前記撮影画像から前記２次元投影像における前記モデル構成面との対応領域をクリッピングして前記モデル構成面に対するテクスチャ画像として切り出すクリッピング手段とを有する３次元地理形状モデルのテクスチャ画像取得装置。
【請求項４】
前記２次元投影シミュレーション手段は、各モデル構成面に対応する２次元投影像が影領域、または隠蔽領域を含む不完全画像か否かを判定する画像判定部を備える請求項３記載の３次元地理形状モデルのテクスチャ画像取得装置。
【請求項５】
前記画像判定部において不完全画像であると判定された場合に、適宜のテクスチャ画像を生成する画像生成手段を備える請求項３記載の３次元地理形状モデルのテクスチャ画像取得装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元地理形状モデルのテクスチャ画像取得方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
３次元地理形状モデルのモデル構成面等にテクスチャ画像を貼り付けて、よりリアルな３次元テクスチャモデルを構成する場合には、モデル構成面等に対応する画像を作成、あるいは取得する必要があり、従来このようなテクスチャ画像は、例えば、特許文献１に記載されるように、別途個別に対応するオブジェクト（建築物等）を撮影する等して得られる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１２０３７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来例において、建築物を地上から個別に撮影してテクスチャ画像とするために、取得の工数が膨大となるという欠点がある。
【０００５】
本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、テクスチャ画像を正確に、かつ、容易に取得することのできる３次元地理形状モデルのテクスチャ画像取得方法及びこれに使用する３次元地理形状モデルのテクスチャ画像取得装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば上記目的は、
地上所定高さを飛行する飛行体１から撮影した撮影画像２の撮影位置を撮影画像に対応する３次元地理形状モデル空間内に特定し、
次いで、前記３次元地理形状モデル３上での撮影位置から該３次元地理形状モデル３をモデル構成面４に関連付けて２次元投影し、
この後、撮影画像２から前記２次元投影像５における前記モデル構成面４との対応領域を３次元地理形状モデル３のモデル構成面４に対するテクスチャ画像として切り出す３次元地理形状モデルのテクスチャ画像取得方法を提供することにより達成される。
【０００７】
テクスチャ画像を取得するに当たって、テクスチャ画像のマッピング対象である３次元地理形状モデル３と、この３次元地理形状モデル３の対象となっている地物を所定高さから撮影した撮影画像２が用意される。３次元地理形状モデル３には、３次元ポリゴンモデルが使用可能であり、ポリゴンモデルのモデル構成面４の位置は、所定の３次元座標空間内で特定される。
【０００８】
また、上記撮影画像２の撮影位置（レンズ位置）は撮影時に記録されており、上記３次元地理形状モデル３の座標空間内で特定される。３次元地理形状モデル３の座標空間内で撮影位置が特定されると、撮影位置から３次元地理形状モデル３を俯瞰した際の２次元投影像５を得ることが可能であり、撮影画像２と２次元投影像５とを位置合わせした後、撮影画像２を上記２次元投影像５によりクリッピングすると、対応するモデル構成面４に対応するテクスチャ画像が取得される。
【０００９】
したがってこの発明において、テクスチャ画像は、飛行体１から撮影した撮影画像２を切り取ることにより得ることができ、取得工数が減少する。
【００１０】
また、例えば、３次元建物ポリゴンの屋上面のテクスチャ画像は、正射投影変換したオルソフォト撮影画像２を切り抜くことにより取得することも可能であるが、一般にオルソフォト撮影画像２は、地表面を投影面とした正射投影変換により得られるために、３次元建物ポリゴン上の屋上面と、オルソフォト撮影画像２とは、撮影点直下以外は、完全に一致することはないために、信頼性に劣るのに対し、本発明においては、テクスチャ画像の取得に際して、３次元地理形状モデル３側を、撮影条件に合わせて２次元投影するために、取得した撮影画像２と２次元投影像５は確実に一致するために、クリッピング処理が簡便になる上に、信頼性も向上する。
【００１１】
撮影画像２は、航空写真をスキャニングしたり、あるいは飛行体１に搭載したエリアセンサにより直接取得したデジタルデータのように、固定された撮影位置から取得した画像以外に、飛行体１の飛行方向を副走査方向とするラインセンサ６による画像を使用することができる。
【００１２】
ラインセンサ６を使用する場合には、
地上所定高さを飛行する飛行体１に搭載し、該飛行体１の飛行方向を副走査方向とするラインセンサ６により撮影した撮影画像２の撮影航路及び俯角（θ）を当該撮影領域に対応する３次元地理形状モデル空間内でシミュレーションして前記３次元地理形状モデル３をモデル構成面４に関連付けて２次元投影し、
この後、撮影画像２から前記２次元投影像５における前記モデル構成面４との対応領域を３次元地理形状モデル３のモデル構成面４に対するテクスチャ画像として切り出す３次元地理形状モデルのテクスチャ画像取得方法が使用できる。
【００１３】
ラインセンサ６を使用することにより、飛行方向、すなわち、副走査方向には、中心投影による歪みがなく、俯角（θ）が一定の画像を得ることができるために、２次元投影のシミュレーションが簡単になる。
【００１４】
また、これらの方法は、
飛行体１から取得した撮影画像２の撮影位置を該撮影画像２の撮影対象に対する３次元地理形状モデル３上に指定し、該３次元地理形状モデル３に対する２次元投影像５をモデル構成面４に関連付けて生成する２次元投影シミュレーション手段７と、
前記撮影画像２から前記２次元投影像５における前記モデル構成面４との対応領域をクリッピングして前記モデル構成面４に対するテクスチャ画像として切り出すクリッピング手段８とを有するテクスチャ画像取得装置により実現される。
【００１５】
この場合、２次元投影シミュレーション手段７に、各モデル構成面４に対応する２次元投影像５が影領域、または隠蔽領域を含む不完全画像か否かを判定する画像判定部９を加えると、撮影画像２全体をモデル構成面４に対応する２次元投影像５により分割し、不完全画像でない部分のみをテクスチャ画像として取り出し、採用することが可能となるために、取得効率がより向上する。
【００１６】
また、前記画像判定部９において不完全画像であると判定された場合に、適宜のテクスチャ画像を生成する画像生成手段１０を設けた場合には、不完全画像もテクスチャ画像として利用することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に３Ｄ都市景観モデルの建物屋上、壁面等のモデル構成面４のテクスチャを取得するために使用されるテクスチャ画像取得装置のブロック図を示す。このテクスチャ画像取得装置は、データ入力部１１と２次元投影シミュレーション手段７とを有し、該データ入力部１１に地上から所定高度で飛行する航空機（飛行体１）から撮影した撮影画像２と、撮影位置情報１２、撮影時刻情報１３及び３Ｄモデル（３次元地理形状モデル３）が入力される。
【００１８】
この実施の形態において、撮影画像２は、図２（ａ）に示すように、飛行体１の飛行方向（図２における矢印Ｆ方向）に対して直交する水平方向、すなわち、図２において紙面に直交方向に複数の撮像素子を配列したＲＧＢラインセンサ６を使用して取得されたディジタル画像であり、主走査方向へのスキャン操作に伴い取得されるラインデータの集合として得られる。
【００１９】
飛行体１には、撮影画像２を取得するためのＲＧＢカラーラインセンサ６に加え、３Ｄモデル生成用ラインセンサ画像１４を取得するための３個のパンクロ（白黒）ラインセンサ６’が搭載される。
【００２０】
各ラインセンサ６、６’は、光軸を含む平面（光軸面）がラインセンサ６毎に飛行体１の飛行方向線Ｆに対して異なるように配置される。この実施の形態において、３個のパンクロラインセンサ６’は、対物レンズ１５を介して、飛行方向に対して斜め前後方及び直下の３方向から同時にラインデータを取得可能なように配置され、ＲＧＢカラーラインセンサ６は、直下視以外（この実施の形態においては前方視）の方向に向けられる。
【００２１】
図２にラインセンサ６、６’により取得されたラインデータを時系列で並べて画像とした３Ｄモデル生成用ラインセンサ画像１４及び撮影画像２を示し、図２（ｂ）は斜め前方視用のカラーラインセンサ６及びパンクロラインセンサ６’からの出力画像、図２（ｃ）は直下視用のパンクロラインセンサ６’からの出力画像、図２（ｄ）は斜め後方視用のパンクロラインセンサ６’からの出力画像を各々示す。
【００２２】
なお、説明を容易にするために、以下、地上の３棟の建物Ａ、Ｂ、Ｃの壁面を各々Ａ１、Ａ２・・・Ｃ３と付番し、これを撮影した撮影画像２及び３Ｄモデル生成用ラインセンサ画像１４には、各壁面と同一の番号を付して建物の対応壁面を示す。また、図３、４においては、これら建物Ａ、Ｂ、Ｃに対応する３次元ポリゴンは、各々現物建物の符号を小文字にしてａ、ｂ、ｃと付番し、これら３次元ポリゴンのモデル構成面４は、建物番号と壁面番号を加えて区別する。すなわち、建物Ａの３次元ポリゴンにはａが付番され、建物Ａの壁面Ａ１に対応するポリゴン上のモデル構成面には、４ａ１が付番される。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、上記飛行体１には、ＧＰＳ１６及び慣性計測装置（ＩＭＵ１７）が搭載され、上記ＧＰＳ１６と陸上に配置した図外のＧＰＳ基地局によりラインセンサ６、６’の位置（撮影位置情報１２）が取得される。また、ＩＭＵ１７は、図２（ａ）におけるＸ軸周りの傾き（ロール角）、Ｚ軸周りの傾き（ヨー角）及びＸ、Ｚ軸に直交するＹ軸周りの傾き（ピッチ角）を出力し、これらＧＰＳ１６及びＩＭＵ１７からの出力は、構成ラインデータを取得する際に逐一評定情報として同時取得される。さらに、ＧＰＳ時計の出力値が撮影時刻情報１３として構成ラインデータ取得に同期して蓄積される。
【００２４】
以上のようにして得られた３Ｄモデル生成用ラインセンサ画像１４と評定情報は図外の３Ｄモデル生成部に出力されて３Ｄモデル３が生成され、データ入力部１１に入力される。３Ｄモデル３は、各フレーム面（モデル構成面４）の位置が一義的に決定可能なように、例えば稜線等に座標が付与された３次元ポリゴンデータとして構成される。
【００２５】
以上の３Ｄモデル３と撮影位置情報１２とは２次元投影シミュレーション手段７に出力され、該２次元投影シミュレーション手段７の２次元投影像取得部１８において、図３（ａ）に示すように、３Ｄモデル３上で上記カラーラインセンサ６の撮影位置をトレースしながら２次元投影像５を生成する。建物ポリゴンｂの屋上面４ｂ２及び側壁面４ｂ１のテクスチャ画像を取得する場合を例にとると、まず、建物ポリゴンｂの上方所定高さを俯角（θ）で視点１９が移動することによるモデル構成面４ｂ１、４ｂ２の２次元投影像５の形状、位置が、幾何学的計算により求められる。
【００２６】
以上のようにして得られた２次元投影像５と上記撮影画像２とは、クリッピング手段８において、重ね合わせられた後、撮影画像２の２次元投影像５との重合領域がテクスチャ画像として切り出される。
【００２７】
また、２次元投影シミュレーション手段７は画像判定部９を備える。画像判定部９は、切り出された各テクスチャ画像が太陽光による影領域、あるいは隣接する建物の陰になって非可視領域を含むか否かを判定し、その状態に応じたフラグを立てて後段に伝達する。
【００２８】
影領域の存否判定は、図４（ａ）に示すように、撮影画像２、正確にはその構成ラインデータを取得したときの撮影時刻情報１３をもとにして太陽光照射方向２０を算出し、３Ｄモデル３上に太陽光照射をシミュレートして行われ、図示の例においては、ハッチングを施して示すように、隣接する建物Ａの影がモデル構成面４ｂ１に入り込んでいるために、画像判定部９は、当該モデル構成面４ｂ１は影領域を含む旨のフラグを添付してクリッピング手段８に出力する。これに対し、図４（ｂ）に示すように、建物Ｂの屋上面４ｂ２は、太陽光による他の建物の影は発生しないので、影なしのフラグが添付される。
【００２９】
非可視領域とは、図４（ｂ）の建物Ｃのように、隣接する他の建物Ｂの陰に隠れて撮影画像２に表示されない部分を指すもので、３Ｄモデル３への投影において画像判定部９が非可視領域を検出した際には、図４（ｂ）において破線で示す領域を補充した上で、非可視領域を含む旨のフラグが添付されて後段に出力される。
【００３０】
このようにして画像判定部９において不完全画像であることが判定されると、画像生成手段１０において不完全画像の修正が行われる。修正は、不完全画像の状態により適宜選択され、例えば、影領域を含む場合には、該影領域が色相を有する場合には、影領域の輝度を周囲の輝度に合わせることにより修正される。
【００３１】
また、影領域がＲＧＢともに輝度を有しない黒画像である場合には、周囲の画像を重ね合わせ、全領域が黒画像である場合には、予め用意しておいた適宜の画像を貼り付けてテクスチャ画像とする。
【００３２】
さらに、不完全画像が非可視領域を含む場合にも、同様に、周辺の画像を適用するか、あるいは予め用意しておいた画像を貼り付けてテクスチャ画像とする。
【００３３】
このようにして得られたテクスチャ画像は、図３（ｂ）に示すように、建物ポリゴンの側モデル構成面４形状に対して投影による歪みを有しているために、これをアフェイン変換して形状を一致させた後、建物ポリゴンのモデル構成面４に関連付けて記憶される。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、テクスチャ画像を正確に、かつ、容易に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を示すブロック図である。
【図２】撮影画像の取得状態を示す説明図で、（ａ）は飛行体による地物の撮影状態を示す図、（ｂ）は撮影画像を示す図、（ｃ）は飛行体直下画像を示す図、（ｄ）は後方画像を示す図である。
【図３】本発明の動作を示す図で、（ａ）は３Ｄモデル上での飛行経路のシミュレーションを示す図、（ｂ）はテクスチャ画像の切り出しを示す図である。
【図４】不完全画像の修正を示す図で、（ａ）は３Ｄモデル上での太陽光線のシミュレーションを示す図、（ｂ）は影部と隠蔽部とを示す図である。
【符号の説明】
１        飛行体
２        撮影画像
３        ３次元地理形状モデル
４        モデル構成面
５        ２次元投影像
６        ラインセンサ
７        ２次元投影シミュレーション手段
８        クリッピング手段
９        画像判定部
１０      画像生成手段
θ        俯角
【図１】
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【図２】
2004220516.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004220516.tif 000006