(57)【要約】【課題】任意の範囲の地上をモニタリングして３次元映像化し、災害時の地形観察などを高精度に行う。【解決手段】地震などの自然災害が発生すると、高度約２万メートル程度上空の成層圏を飛行する高高度飛行体２が、被害を受けたある特定の領域を旋回しながら、カメラ２ａによって地上の映像を撮影し、カメラパラメータとともに、無線中継基地３を介して無線受信部６に送信する。受信した映像、およびカメラパラメータはデータベース７に格納され、任意のカメラ位置で撮影された各フレームを時系列毎に番号をそれぞれ付与する。それらフレーム画像は、画像処理部８により、それぞれ合成されて３次元地形画像が生成される。この３次元地形画像は、制御部１０によって通信回線ＴＬを介して画像表示端末５１　〜５ｎ　に配信される。【選択図】　　　図１
2004070475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信回線に接続され、受信した映像、およびデータパラメータから３次元地形画像を生成し、３次元地形画像を提供する３次元画像生成手段と、
地形映像を撮影する撮影手段が設けられ、大気中のある領域を旋回飛行しながら、前記撮影手段により地形映像を取り込み、データパラメータとともに前記地形映像を前記３次元画像生成手段に送信する飛行体と、
前記通信回線と接続され、前記３次元画像生成手段が生成した３次元地形画像を受信して表示する端末とを備えたことを特徴とする地形観察システム。
【請求項２】
請求項１記載の地形観察システムにおいて、
前記３次元画像生成手段は、
前記飛行体から送信された地形映像、およびデータパラメータを受信する受信部と、
受信した地形映像、ならびにデータパラメータを格納するデータベースと、
受信した地形映像のうち、任意の位置で撮影された各フレーム画像を時系列毎に取り出すフレーム処理部と、
前記フレーム処理部から取り出された各フレーム画像をデータパラメータに基づいて画像処理し、３次元地形画像を生成する画像処理部とを備えたことを特徴とする地形観察システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の地形観察システムにおいて、前記飛行体の飛行高度が、成層圏であることを特徴とする地形観察システム。
【請求項４】
任意の領域を旋回する飛行体から、地形撮影した映像をデータパラメータとともに送信するステップと、
受信した前記映像を、画像処理部が前記データパラメータを用いて画像処理し、３次元地形画像を生成するステップと、
前記３次元地形画像を通信回線を介して端末に配信し、前記端末に３次元地形画像を表示するステップとを有することを特徴とする地形観察方法。
【請求項５】
請求項４記載の地形観察方法において、
前記３次元地形画像を生成するステップが、
受信した前記映像うち、任意の位置で撮影された各フレーム画像を、フレーム処理部が時系列毎に取り出すステップと、
取り出された時系列毎の前記フレーム画像を、前記データパラメータを用いて画像処理部が画像処理し、３次元地形画像を生成するステップとを有することを特徴とする地形観察方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地形観察システムおよびその方法に関し、特に、災害時などにおける地形の３次元映像化に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、地震や台風などの自然災害時において、被害状況などを調査する際には、調査員が現地に出向いて現地調査を行ったり、ヘリコプターなどにより上空から目視によって調査することが広く行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような災害時の被害状況の調査技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【０００４】
すなわち、調査員が現地に出向く場合、地震などによる道路の崩壊などが生じると交通機関がマヒしてしまい、現地に出向くことが困難となってしまう。また、調査員が現地に到着しても、広範囲の被害状況を調べるには、かなりの時間がかかってしまうことになり、状況把握に障害が生じる恐れがある。
【０００５】
また、ヘリコプターなどによる上空からの被害状況の調査では、台風や大雨などの悪天候時にヘリコプターなどの偵察機が飛行することができないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、任意の範囲の地上をモニタリングして３次元映像化し、災害時の地形観察などを高精度に行うことのできる地形観察システムおよびその方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の地形観察システムは、通信回線に接続され、受信した映像、およびデータパラメータから３次元地形画像を生成し、３次元地形画像を提供する３次元画像生成手段と、地形映像を撮影する撮影手段が設けられ、大気中のある領域を旋回飛行しながら、前記撮影手段により地形映像を取り込み、データパラメータとともに前記地形映像を前記３次元画像生成手段に送信する飛行体と、通信回線と接続され、前記３次元画像生成手段が生成した３次元地形画像を受信して表示する端末とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の地形観察システムは、前記３次元画像生成手段が、飛行体から送信された地形映像、およびデータパラメータを受信する受信部と、受信した地形映像、ならびにデータパラメータを格納するデータベースと、受信した地形映像のうち、任意の位置で撮影された各フレーム画像を時系列毎に取り出すフレーム処理部と、該フレーム処理部から取り出された各フレーム画像をデータパラメータに基づいて画像処理し、３次元地形画像を生成する画像処理部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の地形観察システムは、前記飛行体の飛行高度が成層圏であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の地形観察方法は、任意の領域を旋回する飛行体から、地形撮影した映像をデータパラメータとともに送信するステップと、受信した前記映像を、画像処理部が前記データパラメータを用いて画像処理し、３次元地形画像を生成するステップと、３次元地形画像を通信回線を介して端末に配信し、端末に３次元地形画像を表示するステップとを有することを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明の地形観察方法は、前記３次元地形画像を生成するステップが、受信した前記映像うち、任意の位置で撮影された各フレーム画像を、フレーム処理部が時系列毎に取り出すステップと、取り出された時系列毎の前記フレーム画像を、データパラメータを用いて画像処理部が画像処理し、３次元地形画像を生成するステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態による地形観察システムの構成図、図２は、図１の地形観察システムにおける動作を示すフローチャートである。
【００１４】
本実施の形態において、地形観察システム１は、任意の範囲の地上をモニタリングして３次元映像化して提供するシステムである。地形観察システム１は、図１に示すように、高高度飛行体（飛行体）２、無線中継基地３、３次元画像生成手段４、ならびに複数の画像表示端末（端末）５１　〜５ｎ　などから構成されている。
【００１５】
高高度飛行体２は、たとえば、高度約２万メートル程度上空の成層圏のある領域を旋回飛行する。高高度飛行体２は、高度約２万メートル程度上空の成層圏を飛行することによって気象状況に左右されることなく安定した飛行を実現することができるとともに、飛行コストを小さくすることができる。
【００１６】
この高高度飛行体２には、カメラ（撮影手段）２ａ、カメラ制御部、および飛行体制御部が備えられている。カメラ２ａは、任意の範囲の地形映像を取得する。
【００１７】
このカメラ２ａは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ、および合成開口レーダなどからなる。ＣＣＤカメラは日中などの撮影に用いられ、合成開口レーダは悪天候時や夜間などの撮影に用いられている。
【００１８】
カメラ制御部は、カメラ２ａのカメラパラメータ（データパラメータ）などの情報を収集し、該カメラ２ａの映像とともに無線中継基地３に送信する。飛行体制御部は、高高度飛行体２の飛行に関するすべての制御を司り、旋回領域、旋回コースなどを制御する。
【００１９】
無線中継基地３は、あるエリア毎に設けられており、高高度飛行体２と３次元画像生成手段４との情報通信を取り持つとともに、高高度飛行体２のカメラ２ａが取り込んだ地形の映像の電波を受信する。
【００２０】
３次元画像生成手段４は、無線受信部６、データベース７、画像処理部８、ディスプレイ９、および制御部１０などから構成されている。無線受信部６には、制御部１０が接続されており、無線中継基地３を介して高高度飛行体２との情報の送受信を行う。
【００２１】
また、制御部１０には、データベース７、画像処理部８、ならびにディスプレイ９が接続されている。制御部１０は、３次元画像生成手段４におけるすべての制御を司る。
【００２２】
データベース７は、高高度飛行体２のカメラ２ａから取り込まれた映像や画像処理に用いる情報などを格納する。画像処理部８は、データベース６に格納された映像を画像処理して３次元画像を生成する。ディスプレイ９は、画像処理部８が生成した３次元画像などを表示する。
【００２３】
画像表示端末５１　〜５ｎ　は、たとえば、警察署や消防署、あるいは各自治体などに設けられており、３次元画像生成手段４がら配信される３次元地形画像をインターネット、あるいは専用回線などの通信回線ＴＬを介して受信し、表示する。
【００２４】
また、インターネットを用いた場合には、画像表示端末を備えるだけで、瞬時に、日本だけでなく世界中に３次元地形画像を配信することができる。
【００２５】
次に、本実施の形態における地形観察システム１の動作について、図１、および図２のフローチャートを用いて説明する。
【００２６】
まず、地震などの自然災害が発生すると、高高度飛行体２が、被害を受けたある特定の領域を旋回しながら、カメラ２ａによって地上の映像を撮影する（ステップＳ１０１）。その映像は、カメラパラメータとともにカメラ制御部２ｂによって送信される（ステップＳ１０２）。
【００２７】
カメラパラメータは、内部パラメータ、外部パラメータ、および球面歪みパラメータから構成されている。
【００２８】
内部パラメータは、カメラ２ａにおける光学系の性質のうち、投影変換の性質を表すパラメータである。外部パラメータは、カメラ２ａにおける光学系の性質のうち、カメラの位置を表すパラメータである。球面歪みパラメータは、カメラ２ａの球面歪みの度合いを表すパラメータである。
【００２９】
高高度飛行体２から送信された映像、ならびにカメラパラメータは、無線中継基地３を介して無線受信部６が受信する。制御部１０は、受信した映像、およびカメラパラメータをデータベース６に格納する（ステップＳ１０３）。
【００３０】
その後、制御部１０は、データベース６から、映像のうち、任意のカメラ位置で撮影された各フレームを時系列毎に取り出す（ステップＳ１０４）。たとえば、高高度飛行体２が旋回するある領域の円周を１６〜６４程度に分割し、それら分割した位置において撮影された映像のフレーム画像を取り出すものとする。よって、１６分割の場合には、１６台の固定された疑似カメラから画像が撮影されたことと同じになる。
【００３１】
また、この旋回円周の分割は任意であり、高高度飛行体２が旋回する円周の大きさにより適宜変更するものとする。
【００３２】
そして、制御部１０は、取り出されたフレーム画像に、ある位置のフレームを先頭として、フレーム番号をそれぞれ付与し（ステップＳ１０５）、画像処理部８に出力する。
【００３３】
画像処理部８は、入力されたフレーム画像をそれぞれ合成して３次元地形画像を生成する（ステップＳ１０６）。
【００３４】
ここで、画像処理部８による画像処理について説明する。
【００３５】
入力されたフレーム画像は、いわゆるマルチベースラインステレオ法などにより対応点が抽出され、その位置関係から各画素毎に算出した３次元空間での物体までの距離を表す距離画像を出力する。
【００３６】
その後、各フレーム毎の距離画像を対象の体積空間を離散化したボクセル空間内で融合し、該ボクセル空間の各ボクセルが物体により占有されている可能性を示すボクセル占有度を求める。
【００３７】
そして、算出されたボクセル占有度が、ゼロになる面の集合を物体表面として３次元ポリゴンメッシュの形で抽出し、該３次元ポリゴンメッシュの数を、微細形状を壊さないように減少させるポリゴンリダクションを行い、３次元モデルを生成する。３次元モデルは、すべての３角メッシュについて統合され、テクスチャマップとして出力される。
【００３８】
その後、インタラクティブ視点画像、固定視点画像、あるいは超解像画像などにより、任意の視点からの３次元地形画像を生成する。
【００３９】
インタラクティブ視点画像の場合、３次元モデル、およびテクスチャマップがそれぞれ統合され、仮想視点におけるレタリングによりレタリング画像が合成される。
【００４０】
また、固定視点画像の場合には、各々のフレームに対して設定された仮想カメラ視点から補完処理により、仮想カメラ視点の軌跡を算出し、その算出された軌跡から仮想視点画像を算出する。
【００４１】
超解像画像では、テスクチャマップを用いずに、フレーム画像そのものを用いて３次元形状にレタリングし、テスクチャマップの大きさに制限されない高解像度のレタリング画像を合成する。
【００４２】
このように画像処理部８によって画像処理された３次元地形画像は、制御部１０によって通信回線ＴＬを介して画像表示端末５１　〜５ｎ　に配信される（ステップＳ１０７）。また、３次元地形画像は、高高度飛行体２が１周旋回する毎に更新されて画像表示端末５１　〜５ｎ　に配信される。
【００４３】
画像表示端末５１　〜５ｎ　に表示される地形の３次元画像は、たとえば、地震などの自然災害時における避難場所誘導や、崖崩れ、橋、道路の崩壊などの被害状況の調査などに用いることができる。
【００４４】
それにより、本実施の形態によれば、自然災害時などにおいて、臨場感のある３次元地形画像を短時間で、かつ高精度に提供することができるので、被害状況を短時間の間に正確で詳細に観察することができる。
【００４５】
また、定期的に画像が更新されるので、被害状況の移り変わりなどをすぐに把握することができるので、避難経路の誘導などを的確に行うことができる。
【００４６】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４７】
たとえば、前記実施の形態では、自然災害時の３次元地形画像の提供について記載したが、地形観察システムによる該３次元地形画像は、原子力発電所などの観察、農作物情報（収穫量予測、自然被害などの被害状況）、あるいは火山活動状況などの様々な観察に用いることができる。
【００４８】
【発明の効果】
（１）本発明によれば、任意の領域の３次元地形画像を短時間で、かつ高精度に配信することができるので、災害状況などの時事刻々と変化する情報であっても的確に提供することができる。
【００４９】
（２）また、上記（１）により、被害状況の移り変わりなどを把握することができるので、地震などの自然災害時における避難経路の誘導などを的確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による地形観察システムの構成図である。
【図２】図１の地形観察システムにおける動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　地形観察システム
２　高高度飛行体（飛行体）
２ａ　カメラ（撮影手段）
３　無線中継基地
４　３次元画像生成手段
５１　〜５ｎ　　　画像表示端末（端末）
６　無線受信部
７　データベース
８　画像処理部
９　ディスプレイ
１０　制御部
ＴＬ　通信回線
【図１】
2004070475.tif 000003
【図２】
2004070475.tif 000004