(57)【要約】【課題】従来は、どのような画像を選択してステレオ画像とすればよいのかという選択手段が無いため、多様な画像に対するステレオ処理が不可能である。【解決手段】画像選択手段１４は、画像蓄積手段１３に蓄積された撮影手段１１及び１２のステレオ撮影により得られた画像の中から、目標地域の標高算出に適した画像を選択し、ステレオ画像を作成する。視差算出手段１５は、画像選択手段１４により選択された前記ステレオ画像から視差を算出する。視差地形変換手段１６は、視差算出手段１５で算出された視差を地形データに変換する。この地形データは地形出力手段１７によりディスプレイ等へ出力される。撮影手段１１及び１２により地表をステレオ撮影して得られた画像の中からステレオ画像を構成する二枚の画像を、画像選択手段１４により選択するため、撮影手段１１及び１２を多様に利用して広い範囲にわたって高精度な地形計測ができる。【選択図】　　　　　　図１
2004021921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表を上空から撮影する複数の撮影手段と、
前記複数の撮影手段による撮影により得られた画像を蓄積する画像蓄積手段と、
前記画像蓄積手段に蓄積された前記画像の中からステレオ画像を構成する二枚の画像を選択する画像選択手段と、
前記画像選択手段により選択された前記ステレオ画像から視差を算出する視差算出手段と、
前記視差算出手段で算出された視差を地形データに変換する視差地形変換手段と、
前記視差地形変換手段により得られた前記地形データを出力して地形を計測させる地形出力手段と
を有することを特徴とするステレオ画像を用いた地形計測システム。
【請求項２】
上空から撮影された、地表の同一の目標地点を含む複数の画像が少なくとも予め蓄積されている画像記憶媒体の該画像の中から、ステレオ画像を構成する二枚の画像を選択する画像選択手段と、
前記画像選択手段により選択された前記ステレオ画像から視差を算出する視差算出手段と、
前記視差算出手段で算出された視差を地形データに変換する視差地形変換手段と、
前記視差地形変換手段により得られた前記地形データを出力して地形を計測させる地形出力手段と
を有することを特徴とするステレオ画像を用いた地形計測システム。
【請求項３】
地表を上空から撮影する複数の撮影手段と、
前記複数の撮影手段による撮影により得られた画像を蓄積する画像蓄積手段と、
前記画像蓄積手段に蓄積された前記画像の中からステレオ画像を構成する二枚の画像を選択する画像選択手段と、
前記画像蓄積手段に蓄積された前記画像の中に、前記画像選択手段により選択可能な所定レベル以上のステレオ画像を構成する一枚又は二枚の画像が存在しないときに、前記複数の撮影手段のうちの少なくとも一の撮影手段を利用して新たな撮影を行わせる撮影計画手段と、
前記画像選択手段により選択された前記ステレオ画像から視差を算出する視差算出手段と、
前記視差算出手段で算出された視差を地形データに変換する視差地形変換手段と、
前記視差地形変換手段により得られた前記地形データを出力して地形を計測させる地形出力手段と
を有することを特徴とするステレオ画像を用いた地形計測システム。
【請求項４】
前記画像選択手段は、目標地域が含まれる画像を選択して候補ステレオ画像を作成するエリア判定手段と、前記候補ステレオ画像に対して幾何的条件に基づく得点を与える幾何条件判定手段と、前記幾何条件判定手段の得点に基づき、最も得点が高い前記候補ステレオ画像を選択する総合判定手段とよりなることを特徴とする請求項１、２又は３記載のステレオ画像を用いた地形計測システム。
【請求項５】
前記画像選択手段は、目標地域が含まれる画像を選択して候補ステレオ画像を作成するエリア判定手段と、前記候補ステレオ画像に対して幾何的条件に基づく得点を与える幾何条件判定手段と、前記候補ステレオ画像に対してセンサのフィルタ条件が形状計測に適したものほど大きな得点を与えるフィルタ条件判定手段と、前記候補ステレオ画像を構成する画像ペアが太陽光条件に近いほど大きな得点を与える太陽光条件判定手段と、前記候補ステレオ画像に対して撮影の時間差が少ないほど大きな得点を与える時間差判定手段と、前記候補ステレオ画像に対して前記視差算出手段で算出された視差の整合度を判定し該整合度が大きいほど大きな得点を与える対応整合度判定手段と、前記幾何条件判定手段、フィルタ条件判定手段、太陽光条件判定手段、時間差条件判定手段及び対応整合度判定手段の各得点に対して、予め定めた重み付けを加えた計算により総合得点を求め、最も該総合得点が高い前記候補ステレオ画像を選択する総合判定手段とよりなることを特徴とする請求項１、２又は３記載のステレオ画像を用いた地形計測システム。
【請求項６】
前記撮影計画手段は、前記複数の撮影手段のうち目標地域を撮影可能な撮影手段を選択する撮影手段選択手段と、該撮影手段選択手段で選択された撮影手段を組み合わせて撮影可能なすべての候補ステレオ画像を列挙した上で、撮影時の幾何条件に基づく得点を計算する幾何条件設定手段と、前記撮影可能なすべての候補ステレオ画像に対してセンサのフィルタ条件が形状計測に適したものほど大きな得点を与えるフィルタ条件設定手段と、前記撮影可能なすべての候補ステレオ画像を構成する画像ペアが太陽光条件に近いほど大きな得点を与える太陽光条件設定手段と、前記撮影可能なすべての候補ステレオ画像に対して撮影の時間差が少ないほど大きな得点を与える第２の時間差判定手段と、前記撮影可能なすべての候補ステレオ画像に対して前記視差算出手段で算出された視差の整合度を判定し該整合度が大きいほど大きな得点を与える第２の対応整合度判定手段と、前記幾何条件設定手段、フィルタ条件設定手段、太陽光条件設定手段、第２の時間差条件判定手段及び第２の対応整合度判定手段の各得点に対して、予め定めた重み付けを加えた計算により総合得点を求め、最も該総合得点が高い前記候補ステレオ画像を選択する総合設定手段とよりなることを特徴とする請求項３、４又は５記載のステレオ画像を用いた地形計測システム。
【請求項７】
前記撮影手段選択手段は、前記複数の撮影手段のうち目標地域を撮影可能な範囲を、一定期間内に通過して撮影する撮影手段を選択することを特徴とする請求項６記載のステレオ画像を用いた地形計測システム。
【請求項８】
前記複数の撮影手段は、地表の同一目標地点を異なる時期で撮影可能な一の地球観測衛星若しくは一の航空機に搭載された撮影装置、又は地表の同一目標地点を異なる時期又は同じ時期に撮影可能な複数の地球観測衛星若しくは複数の航空機に搭載された撮影装置であることを特徴とする請求項１又は３記載のステレオ画像を用いた地形計測システム。
【請求項９】
請求項１、２又は３記載の地形計測システムにおける前記地形出力手段から出力された前記地形データを格納していることを特徴とする記憶媒体。
【請求項１０】
コンピュータを、
地表を上空から撮影する複数の撮影手段による撮影により得られた画像を蓄積する画像蓄積手段に蓄積された前記画像の中からステレオ画像を構成する二枚の画像を選択する画像選択手段と、
前記画像選択手段により選択された前記ステレオ画像から視差を算出する視差算出手段と、
前記視差算出手段で算出された視差を地形データに変換する視差地形変換手段と、
前記視差地形変換手段により得られた前記地形データを出力して地形を計測させる地形出力手段として機能させることを特徴とする地形計測システム用のプログラム。
【請求項１１】
コンピュータを、
地表を上空から撮影する複数の撮影手段による撮影により得られた画像を蓄積する画像蓄積手段に蓄積された前記画像の中からステレオ画像を構成する二枚の画像を選択する画像選択手段と、
前記画像蓄積手段に蓄積された前記画像の中に、前記画像選択手段により選択可能な所定レベル以上のステレオ画像を構成する一枚又は二枚の画像が存在しないときに、前記複数の撮影手段のうちの少なくとも一の撮影手段を利用して新たな撮影を行わせる撮影計画手段と、
前記画像選択手段により選択された前記ステレオ画像から視差を算出する視差算出手段と、
前記視差算出手段で算出された視差を地形データに変換する視差地形変換手段と、
前記視差地形変換手段により得られた前記地形データを出力して地形を計測させる地形出力手段として機能させることを特徴とする地形計測システム用のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステレオ画像を用いた地形計測システム及び記憶媒体並びにプログラムに係り、特に衛星あるいは航空機によるステレオ画像を解析することにより地形を解析するステレオ画像を用いた地形計測システム及びそれに用いる地形データを記録した記録媒体並びにプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
衛星あるいは航空機によるステレオ画像を用いた従来の地形計測システムの各例が文献１（日本リモートセンシング研究会編集：「リモートセンシングハンドブック」、ｐ．１５８−ｐ．１７２　宇宙開発事業団発行、（１９９７））や文献２（阿居院猛、名倉理一著：「３次元画像解析」、ｐ．１３０−ｐ．１３５　昭晃堂発行、（２００１））に開示されており、また、特許出願により提案されている（例えば、特開平８−１８０２０６号、特開平１０−１９７２４４号、特開平１１−２７８４００号、特開２００２−６３５８０号各公報）。
【０００３】
上記の特開平８−１８０２０６号公報には、同一地点を異なる位置から撮影した二つの画像（ステレオペア画像）に輝度レベルを補正する放射強度処理と方位を平行にする共面条件補正処理からなる前処理と、視点の位置を変えるための仮想撮影面への変換処理と画像の座標を変換して画素の補間を行う画像再配置処理からなる視点位置変換処理と、ディスプレイに高速切換表示をする画像切換表示処理と、仮想撮影面の傾斜角を入力する入力装置と、立体視をするための立体視用眼鏡と、画像の切換えと立体視用眼鏡のシャッタの切換えを同期させるコントローラより構成され、ステレオペア画像を用いて仮想撮影面の傾斜角を対話的に設定して立体表現を行う計測システムが開示されている。
【０００４】
また、上記の特開平１０−１９７２４４号公報には、地球表面を指向する撮影機で地球表面を撮影可能な軌道を飛行する観測衛星、データベース、航法衛星とにより構成される地球形状計測装置において、撮影機の視線方向と鉛直方向とがなす角度が互いに異なる複数の観測衛星を有し、かつ、航法衛星の信号を受信するアンテナとして、それぞれの観測衛星上の異なる位置に固定された３個以上のアンテナを具備し、異なる衛星で取得した地球上の同一場所の画像の組を地球形状解析機で整合させ、複数のアンテナで受信した航法衛星信号を解析して求めた衛星位置座標と視線方向及び視差を利用して地球表面の標高を解析する地形計測システムが開示されている。
【０００５】
また、上記の特開平１１−２７８４００号公報には、目標対象となる衛星を観測し目標衛星画像を定期的に取得するレンズ倍率の一定な単一の画像センサと、画像センサの出力から目標衛星部分を抽出する２値化処理手段と、目標衛星部分に相当する２値化画像の面積等から目標衛星の距離を計算する手段と、計算された面積重心位置を基に、画像センサに対する目標衛星の見込み角を計算し、出力する手段を具備した衛星位置観測装置が開示されている。
【０００６】
更に、上記の特開２００２−６３５８０公報には、同一地域の異なる解像度の２種類の画像に対して標定作業を行って関数で関係付けた拡張ステレオモデルを生成する工程と、上記拡張ステレオモデルの両方の画像に共通に存在する既知の地物のポリゴン点列を基準の不定形窓とする工程と、不定形窓にそれぞれ高さを与えて、この高さを変化させる工程と、上記の高さが変化される毎に、その高さに応じた拡張ステレオモデルの両方の画像上における投影位置を求める工程と、拡張ステレオモデルの両画像の投影位置における不定形窓で区切られる領域の輝度値を比較する工程と、その比較結果が最も近似したときの不定形窓の高さを拡張ステレオモデルの両画像の地物の高さとして出力する工程と、出力された高さを用いて地物の３次元座標を決定する工程とを有する構成により、２次元地図を効率的に３次元地図化するイメージングマッチングを行う地形計測システムが開示されている。
【０００７】
このような文献や特許出願に開示されている、衛星あるいは航空機によるステレオ画像を用いた地形計測は、広い領域を一度に計測できること、現地に人間が行かなくても計測できるなどの利点がある。
【０００８】
上記の衛星ステレオ画像を取得するには、地表の同一個所を異なる位置から撮影する必要があり、二つの方式に大別できる。第一の方式は、衛星に搭載されたある一つのイメージセンサ（以下、イメージセンサをセンサと略称する）を使用するものである。この方式は、異なる軌道から同一地点を撮影するクロストラックステレオ撮影に多く用いられる（ＳＰＯＴ衛星のＨＲＶセンサやＡＤＥＯＳ衛星のＡＶＮＩＲセンサなど）。
【０００９】
第二の方式は、一つの衛星に異なった角度で取り付けられた複数のセンサを用いてステレオ撮影をするものである。この方式は、衛星が目標地点上空を通過中に、同一軌道上の異なる地点から撮影を行うアロングトラックステレオ撮影に多く用いられる（ＪＥＲＳ−１衛星のＯＰＳセンサ、ＡＬＯＳ衛星のＰＲＩＳＭセンサなど）。この方式は、常時ステレオ画像が得られるという利点があるが、オンボードでの画像蓄積量及び地上へのデータ伝送量が増えるという問題点があり、特に解像度１ｍ程度の高解像度になると、第一の方式を選択せざるを得ないことが多い。
【００１０】
なお、近年登場したものの中には、単一のセンサでクロストラックステレオ撮影と、アロングトラックステレオ撮影の双方を行うものがある（ＩＫＯＮＯＳ衛星やＱｕｉｃｋＢｉｒｄ衛星など）。
【００１１】
ステレオ画像が得られたら、次に相関解析（前記文献２の１１８頁参照）あるいは、図化機などを用いて対応点を探索し、二つの画像間でどれだけ対応点がずれているか、すなわち視差情報を得る。必要に応じては、相関解析の前に、カメラモデルの構築のために、外部標定、内部標定を行う（日本写真測量学会：「解析写真測量　改訂版」、昭和５８年）。視差情報が求められたら、撮影時のカメラモデルを用いて対応毎に３次元座標を算出する。この３次元座標データの集合が地形情報である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の地形計測システムは、以下の問題がある。すなわち、衛星での撮影には、衛星が目標地域付近に到達した時に、目標地域のローカル時刻が日中であり、かつ、目標地域上空に雲が無いという条件が必要である。そのため、目標地域を一定期間内に撮影する機会は必ずしも多くない。特に、高解像度衛星の場合、前述したように通常、単一センサ構成であり、撮影の際には、目標地域の上空を移動中に、センサを目標に向けポインティングさせるが、ステレオ画像を得るためには、同一地点に向けて二回ポインティングを行う必要がある。すなわち、貴重な撮影機会を二回も使う必要があるということである。
【００１３】
また、比較的角度の大きなポインティングが必要となるために、合間に他の目標の撮影をするということもできず、撮影効率が全体的に低下してしまうという問題もある。そのため、ステレオ画像の取得が進展せず、その結果として、地形計測可能エリアが少ないという問題が生じる。
【００１４】
以上の問題は、同一の衛星及びセンサで、ほぼ同じタイミングで得た画像のみをステレオ処理の対象としていたことが原因とみなすことができる。これに対して、異なる衛星で、異なる時間に同一地域を撮影した画像同士でステレオ処理を行うことが可能になれば、従来ステレオ画像とみなせなかった画像もステレオ処理の対象とすることができ、より広い範囲の地形を計測することが可能になる。しかし、前述した文献１及び２や各公開公報記載の従来の地形計測システムでは、どのような画像を選択してステレオ画像とすればよいのかという選択手段がいずれも無かったため、このような多様な画像に対するステレオ処理が不可能であった。
【００１５】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、異なる撮影手段で、異なる時間に同一地域を撮影した画像同士でのステレオ処理を可能とするステレオ画像を用いた地形計測システムを提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、地形計測に適したステレオ画像を撮影するための撮影計画機能を備えたステレオ画像を用いた地形計測システムを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、第１の発明の地形計測システムは、地表を上空から撮影する複数の撮影手段と、複数の撮影手段による撮影により得られた画像を蓄積する画像蓄積手段と、画像蓄積手段に蓄積された画像の中からステレオ画像を構成する二枚の画像を選択する画像選択手段と、画像選択手段により選択されたステレオ画像から視差を算出する視差算出手段と、視差算出手段で算出された視差を地形データに変換する視差地形変換手段と、視差地形変換手段により得られた地形データを出力して地形を計測させる地形出力手段とを有する構成としたものである。
【００１８】
この発明では、複数の撮影手段により地表を上空から撮影して得られた画像の中からステレオ画像を構成する二枚の画像を、画像選択手段により選択するようにしたため、複数の撮影手段を有効に利用してステレオ画像に適切な二枚の画像を選択することができる。
【００１９】
また、上記の目的を達成するため、第２の発明の地形計測システムは、上空から撮影された、地表の同一の目標地点を含む複数の画像が少なくとも予め蓄積されている画像記憶媒体の画像の中から、ステレオ画像を構成する二枚の画像を選択する画像選択手段と、画像選択手段により選択されたステレオ画像から視差を算出する視差算出手段と、視差算出手段で算出された視差を地形データに変換する視差地形変換手段と、視差地形変換手段により得られた地形データを出力して地形を計測させる地形出力手段とを有する構成としたものである。
【００２０】
この発明では、複数の撮影手段を有しなくても、地表の同一の目標地点を含む複数の画像が少なくとも予め蓄積されている画像記憶媒体を何らかの手段で入手して利用することにより、ステレオ画像に適切な二枚の画像を選択することができる。
【００２１】
また、上記の目的を達成するため、第３の発明の地形計測システムは、上記の第１の発明の構成に加えて、画像蓄積手段に蓄積された画像の中に、画像選択手段により選択可能な所定レベル以上のステレオ画像を構成する一枚又は二枚の画像が存在しないときに、複数の撮影手段のうちの少なくとも一の撮影手段を利用して新たな撮影を行わせる撮影計画手段を更に有する構成としたものである。
【００２２】
この発明では、画像蓄積手段に蓄積された画像の中に、画像選択手段により選択可能な所定レベル以上のステレオ画像を構成する一枚又は二枚の画像が存在しないときに、複数の撮影手段のうちの少なくとも一の撮影手段を利用して新たな撮影を行わせるようにしたため、常に最適なステレオ画像を構成する二枚の画像を選択することができる。
【００２３】
また、上記の目的を達成するため、第４の発明の地形計測システムは、画像選択手段を、目標地域が含まれる画像を選択して候補ステレオ画像を作成するエリア判定手段と、候補ステレオ画像に対して幾何的条件に基づく得点を与える幾何条件判定手段と、幾何条件判定手段の得点に基づき、最も得点が高い候補ステレオ画像を選択する総合判定手段とよりなる構成としたものである。
【００２４】
また、上記の目的を達成するため、第５の発明の地形計測システムは、画像選択手段を、目標地域が含まれる画像を選択して候補ステレオ画像を作成するエリア判定手段と、候補ステレオ画像に対して幾何的条件に基づく得点を与える幾何条件判定手段と、候補ステレオ画像に対してセンサのフィルタ条件が形状計測に適したものほど大きな得点を与えるフィルタ条件判定手段と、候補ステレオ画像を構成する画像ペアが太陽光条件に近いほど大きな得点を与える太陽光条件判定手段と、候補ステレオ画像に対して撮影の時間差が少ないほど大きな得点を与える時間差判定手段と、候補ステレオ画像に対して視差算出手段で算出された視差の整合度を判定し整合度が大きいほど大きな得点を与える対応整合度判定手段と、幾何条件判定手段、フィルタ条件判定手段、太陽光条件判定手段、時間差条件判定手段及び対応整合度判定手段の各得点に対して、予め定めた重み付けを加えた計算により総合得点を求め、最も総合得点が高い候補ステレオ画像を選択する総合判定手段とよりなる構成としたものである。
【００２５】
また、上記の目的を達成するため、第６の発明の地形計測システムは、上記の第３の発明の撮影計画手段を、複数の撮影手段のうち目標地域を撮影可能な撮影手段を選択する撮影手段選択手段と、撮影手段選択手段で選択された撮影手段を組み合わせて撮影可能なすべての候補ステレオ画像を列挙した上で、撮影時の幾何条件に基づく得点を計算する幾何条件設定手段と、撮影可能なすべての候補ステレオ画像に対してセンサのフィルタ条件が形状計測に適したものほど大きな得点を与えるフィルタ条件設定手段と、撮影可能なすべての候補ステレオ画像を構成する画像ペアが太陽光条件に近いほど大きな得点を与える太陽光条件設定手段と、撮影可能なすべての候補ステレオ画像に対して撮影の時間差が少ないほど大きな得点を与える第２の時間差判定手段と、撮影可能なすべての候補ステレオ画像に対して視差算出手段で算出された視差の整合度を判定し整合度が大きいほど大きな得点を与える第２の対応整合度判定手段と、幾何条件設定手段、フィルタ条件設定手段、太陽光条件設定手段、第２の時間差条件判定手段及び第２の対応整合度判定手段の各得点に対して、予め定めた重み付けを加えた計算により総合得点を求め、最も総合得点が高い候補ステレオ画像を選択する総合設定手段とよりなる構成としたものである。
【００２６】
更に、上記の目的を達成するため、第７の発明の地形計測システムは、撮影手段選択手段を、複数の撮影手段のうち目標地域を撮影可能な範囲を、一定期間内に通過して撮影する撮影手段を選択する構成としたことを特徴とする。
【００２７】
また、上記の目的を達成するため、第８の発明の地形計測システムは、第１又は第３の発明の複数の撮影手段を、地表の同一目標地点を異なる時期で撮影可能な一の地球観測衛星若しくは一の航空機に搭載された撮影装置、又は地表の同一目標地点を異なる時期又は同じ時期に撮影可能な複数の地球観測衛星若しくは複数の航空機に搭載された撮影装置としたことを特徴とする。この発明では、地球観測衛星若しくは航空機に搭載された撮影装置により、同じ目標地点を異なる時期で撮影した複数の画像を利用できるため、撮影機会を飛躍的に向上できる。
【００２８】
また、上記の目的を達成するため、本発明の記憶媒体は、第１、第２又は第３の発明の地形計測システムにおける地形出力手段から出力された地形データを格納していることを特徴とする。
【００２９】
また、上記の目的を達成するため、第１０の発明のプログラムは、コンピュータを、第１の発明における画像選択手段と、視差算出手段と、視差地形変換手段と、地形出力手段として機能させることを特徴とする。また、第１１の発明のプログラムは、コンピュータを、第３の発明における画像選択手段と、撮影計画手段と、視差算出手段と、視差地形変換手段と、地形出力手段として機能させることを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に詳細に説明する。図１は本発明になるステレオ画像を用いた地形計測システムの第１の実施の形態のブロック図、図２は本発明の一実施の形態のシステム構成図を示す。図１において、地表を撮影するための第１及び第２の撮影手段１１及び１２と、撮影した画像を蓄積する画像蓄積手段１３と、蓄積された画像から地形計測に適した画像を選択する画像選択手段１４と、画像間の視差を算出する視差算出手段１５と、視差情報を地形データに変換する視差地形変換手段１６と、得られた地形データを出力する地形出力手段１７とを備えている。なお、画像選択手段１４、視差算出手段１５、視差地形変換手段１６及び地形出力手段１７は、コンピュータプログラムによりコンピュータに機能させることもできる。
【００３１】
撮影手段１１及び１２は、地表を上空から撮影する機能を持った装置で、例えば図２に示す地球観測衛星２１及び２２に搭載され、地表の同じ目標地点２３を上空から別々に撮影する撮影装置であり、各々の画像解像度、観測波長、スキャン方式、高度、軌道傾斜角などの仕様が異なっていてもよい。地球観測衛星は通常、図２に２１及び２２で示すように２つ又はそれ以上の複数運用されているため、異なる種類の衛星で、また異なる時期で撮影することを許容すれば、ステレオ画像の撮影機会は飛躍的に増える。また、撮影手段１１及び１２の一つが地表撮影カメラを搭載した航空機であってもよい。このような様々な撮影手段を活用できるのが本実施の形態の特長である。なお、撮影手段１１及び１２には、地上にて衛星画像を受信する機能も含む。
【００３２】
画像蓄積手段１３は、受信した画像及び撮影条件などを蓄積しておくものである。画像選択手段１４は、画像蓄積手段１３に蓄積された画像の中から、目標地域の標高算出に適した画像を選択し、ステレオ画像を作成する手段であり、本発明の特徴となる手段である。これらの図１に示す画像蓄積手段１３、画像選択手段１４及び後に詳述する図１に示す視差算出手段１５、視差地形変換手段１６及び地形出力手段１７は、地球上に設けられた図２に示す受信手段２４及び計測装置２５により構成されている。
【００３３】
受信手段２４は、撮影手段１１及び１２を構成する地球観測衛星２１及び２２から送信された撮影画像情報を受信し、その受信信号を計測装置２５へ供給する。計測装置２５は、受信した画像情報を復調して画像蓄積し、その蓄積画像の中から目標地点２３の標高算出に適した画像を選択し、ステレオ画像を作成した後、ステレオ画像から視差を算出し、その視差を地形データに変換して出力する。この地形データはディスプレイに表示したり、あるいは任意の記憶媒体に格納して、その記憶媒体を有料又は無料にて頒布してもよい。
【００３４】
次に、図１に示した画像蓄積手段１３、画像選択手段１４、視差算出手段１５、視差地形変換手段１６及び地形出力手段１７のそれぞれについて、詳細に説明する。
【００３５】
図３は図１の画像選択手段１４の一実施の形態のブロック図を示す。図３に示すように、画像選択手段１４は、総合判定手段１４０、エリア判定手段１４１、幾何条件判定手段１４２、フィルタ条件判定手段１４３、太陽光条件判定手段１４４、時間差判定手段１４５及び対応整合度判定手段１４６からなる。この中で、総合判定手段１４０、エリア判定手段１４１及び幾何条件判定手段１４２は必須であるが、フィルタ条件判定手段１４３、太陽光条件判定手段１４４、時間差判定手段１４５及び対応整合度判定手段１４６の４つの手段は必須ではなく、それぞれ必要に応じて用いればよい。なお、ステレオ画像を構成する二つの画像を選択できない場合には、新たに撮影を行う必要があるが、その際は後述する第３の実施の形態を採用すればよい。
【００３６】
総合判定手段１４０は、エリア判定手段１４１、幾何条件判定手段１４２、フィルタ条件判定手段１４３、太陽光条件判定手段１４４、時間差判定手段１４５及び対応整合度判定手段１４６からの各判定結果を入力として受け、これらの判定結果を総合的に判断して、ステレオ画像として適切な画像ペアを作成する。
【００３７】
幾何条件判定手段１４２、フィルタ条件判定手段１４３、太陽光条件判定手段１４４、時間差判定手段１４５及び対応整合度判定手段１４６では、ステレオ画像毎に、判定基準に基づく得点Ｑ（１）、Ｑ（２）、Ｑ（３）、Ｑ（４）及びＱ（５）を求める。総合判定手段１４０では、各判定手段１４２〜１４６の得点Ｑ（１）〜Ｑ（５）に、予め決められた重み付けを加えた上で総合得点を求め、その結果から視差算出に用いる画像ペアを決定する。以下に各判定手段１４１〜１４６の詳細について説明する。
【００３８】
エリア判定手段１４１は、画像蓄積手段１３に蓄積されている画像の中で、まず目標地域が撮影されている画像をすべて選び出す。そして、選び出された画像の中から任意の二枚の画像を組み合わせてできるすべてのステレオ画像を作成する。ただし、異なる角度で撮影されていなければステレオ画像ではないため、同一センサ、かつ、同一タイミングで撮影された画像同士のペアは設定しない。
【００３９】
なお、複数のチャンネル（レッド、グリーン、ブルー、近赤外など）で構成されている画像はチャンネル別に分けることをせず、一つの画像とみなすが、解像度が異なれば別の画像とみなす。通常、パンクロマチック（グレースケール）画像はＲチャンネル画像、Ｇチャンネル画像、Ｂチャンネル画像の２倍程度の解像度を持っているため、パンクロマチック画像はその他のチャンネルとは別画像とする。
【００４０】
幾何条件判定手段１４２は、エリア判定手段１４１で作成されたステレオ画像に対して、幾何的条件に基づく得点Ｑ（１）を与える。原理的には、異なる方向から撮影された画像が最低二枚あれば地形算出は可能であるが、精度は画像の解像度（１画素がカバーする地表の範囲）や撮影の向きなどの幾何的条件により大きく異なる。
【００４１】
幾何的条件の得点の与え方としては、幾つかの方法が考えられる。まず、第一の例として簡単な方法を示す。それは解像度の高いステレオ画像に高い得点を与えるものである。ステレオ画像を構成する二つの画像の解像度が異なる場合には、低い方の解像度に応じた得点を与える。二つの解像度の平均値を用いる方法もあるが、通常は計測精度は前者の方がより正確な評価が行える。解像度の得点への換算方法の一例として次式を示す。
【００４２】
Ｑ（１）＝１／ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　　　　　　　　　（１）
ここで、ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎは、ステレオ画像を構成する二枚の画像のうち解像度の低い方の画像の解像度［単位ｍ］を示す。
【００４３】
次に、やや複雑な別の例について説明する。こちらの方がより正確な評価が可能である。具体的には、量子化誤差で評価する方法であり、これは視差を１画素単位で求めたとして、１画素のずれが、どれだけ３次元座標のずれとして表れるかとして測ることができる。量子化誤差が小さなほど精度が良い。そこで、量子化誤差が小さなステレオ画像に大きな得点を与える。
【００４４】
幾何的条件判定の具体的な計算方法を図４を参照しながら説明する。図４は撮影手段１１及び１２が目標地点ｏを撮影するためにポインティングしている様子を表している。まず、地表面１８に固定した３次元座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を設定する。原点は目標地点ｏの中心に置き、ｘ軸は北、ｙ軸は東を向いているものとする。ｚ軸は鉛直軸を表す。撮影手段１１の撮影位置をｓ１、撮影手段１２の撮影位置をｓ２とし、それぞれの高度をｈ１、ｈ２とする。また、撮影手段１１、撮影手段１２それぞれのアジマス角をａ１、ａ２、それぞれのエレベーション角をｅ１、ｅ２とする。また、ｓ１、ｓ２の地表面１８に対する直下点をｇ１、ｇ２とし、原点ｏからｇ１、ｇ２までの距離をそれぞれｂ１、ｂ２とする。
【００４５】
地表面１８上の三角形ｏ−ｇ１−ｇ２に関して、ｇ１、ｇ２間の距離をｂ３とし、内角をａ３、ａ４、ａ５で表す。厳密には、地表は楕円体の一部として表す必要があるが、ここでは平面近似を行うことにし、ｇ１、ｇ２は近似的にｘｙ平面上にあるとしている。ここで、ｓ１−ｓ２−ｏで作られる三角形を含む平面をエピポーラ平面と呼ぶことにする。エピポーラ平面の原点ｏ付近に着目した拡大図を図５に示す。
【００４６】
同図において、ｐ１１及びｐ１２は、撮影手段１１のある隣接する画素を表しており、ｖ１１、ｖ１２はそれぞれの画素ｐ１１、ｐ１２から伸びる視線ベクトルである。同様に、ｐ２１及びｐ２２は、撮影手段１２のある隣接する画素を表しており、ｖ２１、ｖ２２はそれぞれの画素ｐ２１、ｐ２２から伸びる視線ベクトルである。ｒ１は視線ベクトルｖ１１とｖ１２の地表面における水平距離（以下、解像度と呼ぶ）であり、ｒ２は視線ベクトルｖ２１とｖ２２の地表面における水平距離（解像度）である。ｅ１’は、エピポーラ平面内で水平線と視線ベクトルｖ１２とがなす角、ｅ２’はエピポーラ平面内で水平線と視線ベクトルｖ２２がなす角であり、それぞれ次式で表される。
【００４７】
ｅ１’＝ａｒｃｔａｎ｛　ｈ１／（ｂ１　ｃｏｓ（ａ３）｝　　　　　　　　　（２ａ）
ｅ２’＝ａｒｃｔａｎ｛　ｈ２／（ｂ２　ｃｏｓ（ａ４）｝　　　　　　　　　（２ｂ）
【００４８】
また、図４において、撮影手段１１が直下点ｇ１にポインティングした場合における解像度をｒ１’、同様に撮影手段１２が直下点ｇ２にポインティングした場合における解像度をｒ２’とすると、解像度ｒ１、ｒ２は次式で表される。
ｒ１＝ｒ１’ｓｉｎ（ｅ１’）　　　　　　　　　　　　（３ａ）
ｒ２＝ｒ２’ｓｉｎ（ｅ２’）　　　　　　　　　　　　（３ｂ）
計測対象地点ｏにおける量子化誤差は、図５の領域５１で表される。この領域５１がより小さなステレオ画像が、幾何的観点からみて精度が良いといえる。
【００４９】
なお、衛星は１次元直線状に多数の画素が配列されたＣＣＤイメージセンサを搭載し、それをスキャンすることにより２次元画像を得るため、地表面における解像度ｒ１やｒ２はスキャン方向とスキャン直交方向では厳密には異なる。ただし、通常はこの二つは大きく変わらないので、以上のように一方向の解像度のみを考えれば十分である。
【００５０】
図５に示す水平方向の量子化誤差Ｅｈと垂直方向の量子化誤差Ｅｖとは、それぞれ次式で表すことができる。
Ｅｈ＝（ｒ１’　ｔａｎ（ｅ１’）＋ｒ２’　ｔａｎ（ｅ２’））／（ｔａｎ（ｅ１’）＋ｔａｎ（ｅ２’））　　　　　（４ａ）
Ｅｖ＝（ｒ１’＋ｒ２’）（ｔａｎ（ｅ１’）ｔａｎ（ｅ２’））／（ｔａｎ（ｅ１’）＋ｔａｎ（ｅ２’））　　　　　（４ｂ）
幾何条件判定手段１４２が与える得点Ｑ（１）は、例えば次式で表される。
【００５１】
2004021921.tif 000003
ここで、上式中、Ｅｈ＿ｒｅｑはＥｈのしきい値、Ｅｖ＿ｒｅｑはＥｖのしきい値である。また、上記の得点Ｑ（１）は次式で与えるようにしてもよい。
Ｑ（１）＝ｑ＿１／Ｅｈ＋１／Ｅｖ　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
ここで、上式中、ｑ＿１は、ＥｈとＥｖの重みを変えるための正のパラメータである。通常は１でよい。幾何条件判定手段１４２は、他の判定手段１４３〜１４６と比較して、通常は最も重要な役割を果たす。
【００５２】
次に、フィルタ条件判定手段１４３について説明する。このフィルタ条件判定手段１４３は、エリア判定手段１４１で選択された画像ペアに対して、センサのフィルタ条件が形状計測に適したものに多くの得点を与える。一般に、可視波長領域全体にわたる観測を行って得られる画像、すなわちパンクロマチック画像は、Ｓ／Ｎ比が良く、地形計測に適している。また、フィルタ特性が近い画像同士の方が、視差算出時にフィルタ特性の違いによる影響を受け難いため、形状計測に適している。そこで、撮影手段１１と撮影手段１２のフィルタ特性が、可視波長領域全体を通過させ、かつ、同じ波長特性が似通っているほど高い得点を与える。
【００５３】
なお、殆どの場合、パンクロマチック画像を使用すればよいが、故障などの理由でパンクロマチック画像が使用不可能の場合を考慮してこのフィルタ条件判定手段１４３が設けられている。一例として、フィルタ条件判定手段１４３は、次式に基づいて得点Ｑ（２）を与える。
【００５４】
【数１】
2004021921.tif 000004
【００５５】
ここで、（７）式中、ｗは波長、ｆ（ｗ）、ｇ（ｗ）はそれぞれ撮影手段１１、撮影手段１２のフィルタ特性を示しており、値が大きなほどその波長の透過率が大きいことを示す。透過率は０以上１以下である。また、Ｓは可視領域の範囲を示す。すなわち、（７）式は可視波長領域において、撮影手段１１及び１２のフィルタ特性の重なりが大きいほど、大きな得点Ｑ（２）を与えることを示している。パンクロマチック画像が最も得点Ｑ（２）が大きい。
【００５６】
次に、太陽光条件判定手段１４４について説明する。太陽光条件判定手段１４４は、エリア判定手段１４１で選択された画像ペアに対して、太陽光条件が近いものに多くの得点Ｑ（３）を与える。一般に、画像ペアの太陽光条件がほぼ同じであれば、建物の影のつき方、建物の側面の陰影もほぼ同じとなり、良い精度で視差算出を行うことができる。画像ペアの太陽光条件が一定以上異なれば、影や陰影も異なり、悪影響を与える。そこで、この太陽光条件判定手段１４４は、画像ペアのそれぞれの太陽光条件が近いほど大きな得点Ｑ（３）を与える。
【００５７】
太陽光条件判定手段１４４の一実施の形態として、一つの評価式を示す。片方の画像撮影時の太陽のアジマス角をａ１、エレベーション角をｅ１とし、もう一方の画像撮影時の太陽のアジマス角をａ２、エレベーション角をｅ２とすると、上記の得点Ｑ（３）は次式で表される。
【００５８】
2004021921.tif 000005
ここで、上式中、ｄは角度にして数度程度のしきい値を示す。この（８）式は、アジマス角ａ１とａ２、エレベーション角ｅ１とｅ２がほぼ同じならば、大きな得点Ｑ（３）を与え、一定レベル以上異なると、得点Ｑ（３）をゼロにするというものである。十数度以上角度が異なれば、それ以上いくら条件が異なっても与える影響はほぼ一定であることを表現している。
【００５９】
次に、時間差判定手段１４５について説明する。時間差判定手段１４５は、エリア判定手段１４１で選択された画像ペアに対して、撮影の時間差が少ないものに多くの得点Ｑ（４）を与える。一般に撮影の時間差があると、それだけ地表の様子が変わってくるため、撮影の時間差の少ない方が良い精度で地形計測を行うことができる。具体的には、数秒の違いでも、車など乗り物の位置が異なる場合があり、それが計測に影響を与える可能性がある。一週間異なると、建物が取り壊されなくなっている場合があり、数ヶ月異なると新しい建物ができたり、あるいは季節変化により木の見え方が異なってくる。これらの変化は時間の関数で単純に表すことは難しいが、単純化した場合の例を下記に示す。
【００６０】
Ｑ（４）＝ｅｘｐ（−ｔｉｍｅ＿ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）　　　　　　　（９）
ここで、ｔｉｍｅ＿ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅは撮影時間差の絶対値を日数で表現したものである。
【００６１】
時間差判定手段１４５の第２の例としては、目視で主観的に判定し、得点を与える方法がある。この第２の例では、画像を観察し、大きな変化が見受けられた場合には得点Ｑ（４）を低くする。
【００６２】
次に、対応整合度判定手段１４６について説明する。対応整合度判定手段１４６は、エリア判定手段１４１で選択された画像ペアに対して、視差算出手段１５の出力である視差の整合度を判定し、整合度が大きいものに多くの得点Ｑ（５）を与える。上記の得点Ｑ（５）は例えば次式で表される。
Ｑ（５）＝ＡＶｓ　　　　　　　　　　　　　　　　（１０）
ここで、ＡＶｓは視差算出手段１５により得られた対応の相関値の平均値を示す。
【００６３】
すなわち、画素対応毎に、その画素を中心とする数画素程度のウィンドウ同士の相関値を求め、相関値（−１以上１以下）の平均を得点とする。対応整合度判定手段１４６は、視差算出手段１５により適切な視差が得られたかという観点での指標であり、適切な視差が得られたということはステレオ画像が適切であったということができる。これは、他の判定手段１４２〜１４５より直接的な評価であるが、視差計算を行わないとこの判定はできないという問題がある。また、地表に規則的な模様があった場合など、相関値が高くても必ずしも正しい視差が得られない場合もあるため、この指標も万能ではない。
【００６４】
総合判定手段１４０は、エリア判定手段１４１、幾何条件判定手段１４２、フィルタ条件判定手段１４３、太陽光条件判定手段１４４、時間差判定手段１４５及び対応整合度判定手段１４６の結果を総合的に判定して、最も良い画像ペアを選び、ステレオ画像とする。
【００６５】
次に、総合的に判定する具体的な一方法について次式に示す。
Ｑ＝ｗ（１）Ｑ（１）＋ｗ（２）Ｑ（２）＋ｗ（３）Ｑ（３）＋ｗ（４）Ｑ（４）＋ｗ（５）Ｑ（５）　　　（１１）
ここで、ｗ（１）からｗ（５）までは各判定手段１４２〜１４６に対する重みを示す。例えば、
ｗ（１）＝１０、ｗ（２）＝ｗ（３）＝ｗ（４）＝ｗ（５）＝１
とする。幾何条件判定手段１４２のみを用いる場合には、ｗ（１）＝１、ｗ（２）からｗ（５）まではゼロとする。このようにして、各ステレオ画像に対して総合得点を求め、最も総合得点の高いステレオ画像で地形計測を行う。
【００６６】
以上が画像選択手段１４の詳細な構成である。この画像選択手段１４があることにより、多様な画像の中からステレオ画像として適切なものを選択することが可能になる。
【００６７】
次に、図１に示した視差算出手段１５について説明する。視差算出手段１５は、ステレオ画像同士でマッチングを行い、対応を視差情報として出力するものである。図６は視差算出手段１５の一実施の形態のブロック図を示す。同図に示すように、視差算出手段１５は、高解像度化手段１５１、画像補正手段１５２及び相関計算手段１５３により構成される。高解像度化手段１５１は、ステレオ画像の解像度を一致させるために、選択されたステレオ画像を構成する二つの画像のうち、低解像度の方の画像を高解像度化する。
【００６８】
高解像度化手段１５１は具体的には、共１次内挿法、３次畳み込み内挿法（「画像解析ハンドブック」、東京大学出版会、４４２頁）などにより、画素補間をすることにより、解像度を高める。なお、二つの画像の解像度が一致していれば、この高解像度化手段１５１は必要ない。また、高解像度化は相関計算で視差を求めるためには必要であるが、特徴点マッチングなどにより視差を求める場合には必ずしも必要ではない。
【００６９】
図６の画像補正手段１５２は、相関計算を行う準備として、ステレオ画像のエピポーラ線（「画像と空間」、昭晃堂、４４２頁）が画像に対して水平になるように画像を回転・変形するものである。こうすると、対応探索は水平方向に対してのみ行えばよいため、計算量を減らすことができる。
【００７０】
図６の相関計算手段１５３は、画像補正手段１５２で得られた補正済みの画像（画像１と画像２とする）に対して相関計算を行い、画像間の対応点を求める手段である。相関計算手段１５３は、具体的には、図７に示すように、まず、二つの画像（画像１と画像２）を一辺数画素程度のウィンドウＡとウィンドウＢにそれぞれ分割する。次に、ウィンドウＡとウィンドウＢ同士の相互相関係数ｒを次式に基づいて求める。
【００７１】
【数２】
2004021921.tif 000006
ここで、（１２）式中、Ｉ（Ａ，ｊ，ｋ）はウィンドウＡの位置（ｊ，ｋ）の画素値、Ｉ（Ｂ，ｊ，ｋ）はウィンドウＢの位置（ｊ，ｋ）の画素値、Ｍ（Ａ）はウィンドウＡの画素値の平均値、Ｍ（Ｂ）はウィンドウＢの画素値の平均値である。
【００７２】
そして、相関計算手段１５３は、ウィンドウＡとウィンドウＢの位置をずらしながら相互相関係数ｒが極大あるいは最大になる地点を探し、そのウィンドウＡとウィンドウＢの中心画素同士が対応しているとする。この相関計算手段１５３により得られた計算結果は、視差データ１５４として出力される。この相関計算処理を画像全体にわたって行うことにより、画像全体の対応情報を得る。
【００７３】
次に、図１の視差地形変換手段１６について説明する。視差地形変換手段１６は、上記の視差データ１５４を入力として受け、その入力視差データ１５４が示す視線ベクトル情報を地形データに変換する手段である。すなわち、この変換方法について図５と共に説明するに、例えば撮影手段１１の画素ｐ１１と撮影手段１２の画素ｐ２２とが対応しているものとすると、画素ｐ１１から伸びる視線ベクトルｖ１１と、画素ｐ２２から伸びる視線ベクトルｖ２２の交点ｃ１が、求めるべき地形の一点となる。
【００７４】
このようにして、視差地形変換手段１６は、対応する画素から伸びる視線ベクトルの交点を全て求め、その交点を地表固定の３次元座標で表したものを地形データとして出力する。
【００７５】
図１の地形出力手段１７は、上記の視差地形変換手段１６から出力された地形データを入力として受け、ディスプレイにその地形データを出力して表示させたり、記憶装置に入力地形データを出力してファイルとして記憶させたりする。
【００７６】
以上詳細に第１の実施の形態について説明したが、相関計算手段１５及び視差地形算出手段１６の構成は、当業者にとって良く知られているので、その詳細な説明は省略した。
【００７７】
次に、本発明の第１の実施の形態のシステムの動作を詳細に説明する。図８は本発明になるステレオ画像を用いた地形計測システムの第１の実施の形態の動作説明用フローチャートを示す。通常状態において、図１に示した撮影手段１１及び１２は予め決められた撮影スケジュールに従って各地域の撮影を行う（図８のステップＳ１）。この撮影スケジュールは、必ずしも地形計測だけを目的としたものでなくてもよい。また、撮影手段の数や種類の制限はなく、使用可能な全ての撮影手段が対象である。
【００７８】
次に、撮影された画像が図１の画像蓄積手段１３に蓄積される（図８のステップＳ２）。画像蓄積手段１３に蓄積される画像にも制限はなく、可能な限り蓄積を行う。続いて、地形生成の要求があった場合（図８のステップＳ３）、図１の画像選択手段１４を用いて、地形生成の要求仕様に応じた地形生成が可能な画像を選択する（図８のステップＳ４）。要求仕様としては、地形生成地点及び範囲、地形計測精度、画像撮影時期、地形データ納期などがある。
【００７９】
上記のステップＳ４の画像選択では、まず図３に示したエリア判定手段１４１により目標地点が写っている画像を選択し、更に候補ステレオ画像を設定する。次に、図３に示した幾何条件判定手段１４２、フィルタ条件判定手段１４３、太陽光条件判定手段１４４、時間差判定手段１４５が各ペア毎に得点を与えていく。そして、図３に示した総合判定手段１４０により、ある程度候補とするステレオ画像を絞る。
【００８０】
次に、ステレオ画像候補の各画像について視差算出を行う（図８のステップＳ５）。ここで、ステップＳ４ではステレオ画像候補を一つに絞ってもよいが、時間的、あるいはコスト的に余裕がある場合は、複数のステレオ画像候補を残しておき、ステップＳ５ではそれぞれのステレオ画像について視差算出を行う。
【００８１】
続いて、再び画像選択手段１４に戻り、今度は図３の対応整合度判定手段１４６を含めて総合的な判定を行い、最適な画像ペアを選択する（図８のステップＳ６）。最適なステレオ画像が得られたら、視差計算を行っていない場合は視差計算を行った後、図１に示した視差地形変換手段１６により視差地形変換を行って地形データを得る（図８のステップＳ７）。そして、最後に地形データを図１に示した地形出力手段１７により出力し、地形をディスプレイに表示したり、記憶装置に保存する（図８のステップＳ８）。
【００８２】
このように、本実施の形態では、画像選択手段１４を設けているため、あらゆる撮影手段を用いて得られたすべての画像の中から、ステレオ画像を選択できるという特長がある。そのため、必要なステレオ画像がないために、地形算出が行えないということが少なくなり、更には目的に応じたステレオ画像が選択できるようになるため、より要求に適う地形データを算出することが可能になる。
【００８３】
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図９は本発明になるステレオ画像を用いた地形計測システムの第２の実施の形態のブロック図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図９に示す第２の実施の形態は、第１の実施の形態の撮像手段１１及び１２を削除し、かつ、画像蓄積手段１３に代えて画像蓄積手段１９を設けた点に特徴がある。
【００８４】
前述した第１の実施の形態では、撮像手段１１及び１２が必須の構成要素であり、画像蓄積手段１３はこの撮像手段１１及び１２から送信された画像を受信して蓄積するようにしているが、この第２の実施の形態では、撮影手段１１及び１２は使用せず、画像蓄積手段１９に蓄積された画像及び撮影条件を使用する点に特徴がある。
【００８５】
上記の画像蓄積手段１９は、例えば、既に撮影手段１１及び１２と同様の複数の撮影手段により同一目標地点を、異なる角度で上空から撮影された複数の画像及びその撮影条件などが蓄積されている記憶媒体である。
【００８６】
第２の実施の形態は、画像蓄積手段１９の蓄積画像を用いる点を除いて、画像選択手段１４、視差算出手段１５、視差地形変換手段１６及び地形出力手段１７により第１の実施の形態と同様の動作を行う。すなわち、上記の画像蓄積手段１９の蓄積画像の中から画像選択手段１４目標地点２３の標高算出に適した画像を選択し、ステレオ画像を作成した後、視差算出手段１５によりステレオ画像から視差を算出し、その視差を視差地形変換手段１６により地形データに変換して、地形出力手段１７により地形データをディスプレイに表示したり、あるいは任意の記憶媒体に格納する。この実施の形態によれば、撮影手段１１及び１２を有しなくても、画像蓄積手段１９を構成する記憶媒体を入手することで、高精度な地形計測ができる。
【００８７】
次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１０は本発明になるステレオ画像を用いた地形計測システムの第３の実施の形態のブロック図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１０に示す第３の実施の形態は、撮影手段１１及び１２、画像蓄積手段１３、画像選択手段１４、視差算出手段１５、視差地形変換手段１６並びに地形出力手段１７からなる第１の実施の形態の構成に加えて、撮影計画手段３０を追加した点に特徴がある。
【００８８】
第１及び第２の実施の形態では、地形生成要請が出た時点で既に蓄積されていた画像の中からステレオ画像を選択していたため、適切なステレオ画像が存在しない可能性がある。そこで、この第３の実施の形態では、最高総合得点が一定レベルを超えない場合、適切なステレオ画像が存在しないと判断して、撮影計画手段３０により新規に撮影計画を立てて新規の画像を得るようにしたものである。
【００８９】
新規の撮影はステレオ画像を撮影する場合もあり、また使用可能な画像が既に一枚蓄積されている場合は、新規撮影は一回でもよい。また、既に使用可能なステレオ画像が画像蓄積手段１３に蓄積されているとしても、時間的余裕、予算的余裕があれば、よりよい画像を得るために新規に撮影してもよい。新規撮影を行う場合でも、撮影手段が複数あるため、従来と比較して撮影機会は多く、必要な画像が得られるまでの時間も従来より少なくて済む。なお、一つの撮影手段で目的とするステレオ画像が得られるのであれば、当然一つの撮影手段のみ撮影に使用してもよい。
【００９０】
図１１は図１０の撮影計画手段３０の一実施の形態のブロック図を示す。図１１において、撮影計画手段３０は、総合設定手段３００、撮影手段選択手段３０１、幾何条件設定手段３０２、フィルタ条件設定手段３０３、太陽光条件設定手段３０４、時間差判定手段３０５及び対応整合度範囲手段３０６から構成される。
【００９１】
総合設定手段３００は、幾何条件設定手段３０２、フィルタ条件設定手段３０３、太陽光条件設定手段３０４及び対応整合度判定手段３０６でそれぞれ求められた設定結果や判定結果を総合的に判断して、撮影計画を立てる。撮影計画の内容は、撮影手段、撮影位置、撮影時期、フィルタ条件などである。
【００９２】
撮影手段選択手段３０１は、目標地域を撮影可能な範囲を、一定期間内に通過する地球観測衛星などの撮影手段を選択する。一定期間とは、１０分の場合もあり、あるいは数ヶ月の場合もある。地形データの納期に間に合う限りなるべく長い期間に設定する。同一撮影手段が一定期間内に複数回目標地点近辺を通過する場合には、それぞれを別の撮影手段とみなす。
【００９３】
幾何条件設定手段３０２は、撮影手段選択手段３０１で選択された撮影手段を組み合わせて、撮影可能なステレオ画像をすべて列挙し、更にそれぞれのステレオ画像の量子化誤差を求め、量子化誤差が小さな画像ペアに多くの得点を与える。
【００９４】
次に、ステレオ画像を二枚とも新規に撮影する場合の、幾何的条件設定手段３０２の動作の一例を図１２と共に説明する。二つの撮影手段１１と１２が、撮影手段選択手段３０１で選択されたものとする。図１２において、撮影手段１１の目標地点３２の上空の軌道Ｉ上に、ある間隔で撮影ポイント（ｐ１−１、ｐ１−２、ｐ１−３、・・・）を設定する。同様に、撮影手段１２の目標地点３２の上空の軌道ＩＩ上に、ある間隔で撮影ポイント（ｐ２−１、ｐ２−２、ｐ２−３、・・・）を設定する。続いて、撮影ポイント２点の任意の組み合わせ（ただし、同一撮影ポイント同士の組み合わせは除く。）間で量子化誤差を求め、得点Ｑ（６）を次式により設定する。
【００９５】
Ｑ（６）＝ｑ＿６／Ｅｈ＋１／Ｅｖ　　　　　　　　　　　（１３）
（１３）式から水平方向の量子化誤差Ｅｈと垂直方向の量子化誤差Ｅｖが小さな方が得点Ｑ（６）が高くなることが分かる。ここで、上式中、ｑ＿６は、ＥｈとＥｖの重みを変えるための正のパラメータである。通常は１でよい。
【００９６】
一般的に、撮影ポイント間の距離は大きな方が輻輳角が大きくなるという点では有利であるが、一方で撮影手段と目標地点との距離が離れるため、解像度が下がり、不利になるという面もある。本実施の形態では、二つの要因がバランスする点を見付けることができる。なお、撮影ポイント間の間隔は小さい方が精度は高まるが、同時に計算量が増えるため、許容される計算コストに応じて撮影ポイント間の間隔を設定する。
【００９７】
撮影手段が三つ以上ある場合も、それぞれの軌道上に撮影ポイントを設定し、すべての撮影ポイント間（ただし、同一撮影ポイントを除く）の組み合わせを求め、それぞれの幾何的ポイントを求める。ステレオ画像のうち、一つを既に蓄積されている画像を用い、もう一つを新規に撮影する場合は、一つの撮影手段の撮影ポイントが固定された一点しかないものとして、上記の計算を行えばよい。
【００９８】
フィルタ条件設定手段３０３、太陽光条件設定手段３０４、時間差判定手段３０５及び対応整合度判定手段３０６は、第１の実施の形態のフィルタ条件判定手段１４３、太陽光条件判定手段１４４、時間差判定手段１４５及び対応整合度判定手段１４６と同様の方法で、それぞれ得点Ｑ（７）、Ｑ（８）、Ｑ（９）及びＱ（１０）を計算する。
【００９９】
総合設定手段３００は、上記の幾何条件設定手段３０２、フィルタ条件設定手段３０３、太陽光条件設定手段３０４、時間差判定手段３０５及び対応整合度判定手段３０６によりそれぞれ算出された各得点Ｑ（６）、Ｑ（７）、Ｑ（８）、Ｑ（９）及びＱ（１０）を入力として受け、例えば次式による総合得点Ｑを求める演算を行って、最も高い総合得点Ｑが得られる画像ペアを選び、ステレオ画像とする。
【０１００】
Ｑ＝ｗ（６）Ｑ（６）＋ｗ（７）Ｑ（７）＋ｗ（８）Ｑ（８）＋ｗ（９）Ｑ（９）＋ｗ（１０）Ｑ（１０）　　　（１４）
ここで、ｗ（６）からｗ（１０）までは各判定手段３０２〜３０６に対する重みを示す。例えば、幾何条件設定手段３０２のみを用いる場合には、ｗ（６）＝１、ｗ（７）からｗ（１０）まではゼロとする。
【０１０１】
他の領域の撮影など衛星運用の制約上、必ずしも最適な位置から撮影できるとは限らないが、その場合には可能な限り、この総合得点Ｑが大きいステレオ画像が得られるようにすればよい。以上が、撮影計画手段３０の詳細な構成の説明である。
【０１０２】
次に、図１０に示した本発明システムの第３の実施の形態の動作について図１３のフローチャートと共に説明する。図１３は本発明になるステレオ画像を用いた地形計測システムの第３の実施の形態の動作説明用フローチャートを示す。地形生成要請があった場合（図１３のステップＳ１１）、まず、図１０の画像蓄積手段１３に蓄積されていた画像を図１０の画像選択手段１４により選択する（図１３のステップＳ１２）。そして、使用可能なステレオ画像があるか否か判定する（図１３のステップＳ１３）。
【０１０３】
使用可能なステレオ画像ある場合は、その画像を用いて図１０の視差算出手段１５により視差を算出し（図１３のステップＳ１４）、視差データに問題があるかどうか判定する（図１３のステップＳ１５）。ステップＳ１３で使用可能なステレオ画像がないと判定された場合、又はステップＳ１５で視差データに問題があると判定された場合には、図１０の撮影計画手段３０により撮影計画が立案され（図１３のステップＳ１６）、撮影手段１１や撮影手段１２により新規に撮影を行う（図１３のステップＳ１７）。
【０１０４】
新規に撮影が行われた場合は、図１０の画像選択手段１４により改めて使用可能なステレオ画像があるか否か判定される（図１３のステップＳ１３）。使用可能な画像がなければ、再び撮影計画が立案されて新規に撮影が行われる（図１３のステップＳ１６、Ｓ１７）。以下、同様にして、使用可能なステレオ画像が得られ、かつ、視差データに問題がない画像が得られるまで、撮影計画の立案、新規撮影、撮影された画像がステレオ画像として使用可能か否かの判定の処理が繰り返される。
【０１０５】
ステップＳ１５で視差データに問題がない（対応の整合性に問題がない）と判定されると、図１０に示した視差地形変換手段１６により地形データが作成され（図１３のステップＳ１８）、最後に、図１０に示した地形出力手段１７による地形データの出力が行われる（図１３のステップＳ１９）。ステップＳ１５の視差算出からステップＳ１９の地形データ出力までの処理は、第１の実施の形態と同様であり、その詳細な説明は省略する。
【０１０６】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、撮影手段は１１及び１２の二つで構成されるように表現したが、一つの場合、あるいは三つ以上で構成される場合も含み、数の制限はない。また、撮影手段１１及び１２は衛星に搭載されたものに限定されるものではなく、航空機などの他の飛翔体に搭載されたものであってもよい。また、第２の実施の形態において、画像蓄積手段１９は別途入手した記憶媒体であるものとして説明したが、配信された複数の画像を蓄積する手段であってもよい。
【０１０７】
また、本発明は、地形出力手段１７により出力された地形データが記憶された記憶媒体を包含するものである。この場合の記憶媒体には、フレキシブルディスク、光ディスク、半導体メモリなどがある。更に、本発明は、撮影手段１１及び１２と画像蓄積手段１３、１９を除く、各実施の形態の各手段１４〜１７、３０をコンピュータに実行させるためのプログラムも包含するものである。このプログラムには、撮影手段１１及び１２の軌道制御、撮影タイミング制御その他の制御プログラムや、画像蓄積手段１３、１９の読み出し制御プログラムを含んでもよい。また、このプログラムは、記憶媒体に記憶されて配布されるもの、通信媒体などを介して配信されるもののいずれでもよい。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の撮影手段により地表を上空から撮影して得られた画像の中からステレオ画像を構成する二枚の画像を、画像選択手段により選択することにより、複数の撮影手段を有効に利用してステレオ画像に適切な二枚の画像を選択するようにしたため、複数の撮影手段を多様に利用して広い範囲にわたって高精度な地形計測ができる。
【０１０９】
また、本発明によれば、画像蓄積手段に蓄積された画像の中に、画像選択手段により選択可能な所定レベル以上のステレオ画像を構成する一枚又は二枚の画像が存在しないときに、複数の撮影手段のうちの少なくとも一の撮影手段を利用して新たな撮影を行わせることにより、常に最適なステレオ画像を構成する二枚の画像を選択することができるようにしたため、広い範囲を高精度で、かつ、より早く地形データを生成可能な撮影計画を立てることができ、常に高精度な地形計測ができる。
【０１１０】
更に、本発明によれば、地球観測衛星若しくは航空機に搭載された撮影装置により、同じ目標地点を異なる時期で撮影した複数の画像を利用できるため、撮影機会を飛躍的に向上でき、高精度な地形計測を短期間で、しかも安価なシステムコストで行うのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明システムの第１の実施の形態のブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態のシステム構成図である。
【図３】図１中の画像選択手段の一実施の形態のブロック図である。
【図４】幾何的条件判定の具体的な計算方法の一例の説明図である。
【図５】ステレオ計測の量子化誤差の一例の説明図である。
【図６】図１中の視差算出手段の一実施の形態のブロック図である。
【図７】図６中の相関計算手段による相関計算の説明図である。
【図８】本発明システムの第１の実施の形態の動作説明用フローチャートである。
【図９】本発明システムの第２の実施の形態のブロック図である。
【図１０】本発明システムの第３の実施の形態のブロック図である。
【図１１】図１０中の撮影計画手段の一実施の形態のブロック図である。
【図１２】撮影ポイントの設定方法を示す図である。
【図１３】本発明システムの第３の実施の形態の動作説明用フローチャートである。
【符号の説明】
１１、１２　撮影手段
１３、１９　画像蓄積手段
１４　画像選択手段
１５　視差算出手段
１６　視差地形変換手段
１７　地形出力手段
２１、２２　地球観測衛星
２３、３２　目標地点
２４　受信手段
２５　計測装置
３０　撮影計画手段
１４０　総合判定手段
１４１　エリア判定手段
１４２　幾何条件判定手段
１４３　フィルタ条件判定手段
１４４　太陽光条件判定手段
１４５、３０５　時間差判定手段
１４６、３０６　対応整合度判定手段
１５１　高解像度化手段
１５２　画像補正手段
１５３　相関計算手段
３００　総合設定手段
３０１　撮影手段選択手段
３０２　幾何条件設定手段
３０３　フィルタ条件設定手段
３０４　太陽光条件設定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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