(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上空からのレーザ掃射により取得されたレーザデータから建物領域を抽出し、
抽出された建物領域を前記レーザ掃射領域を撮影した撮像画像上に投影し、
撮像画像上に投影された建物領域内で撮像画像にエッジ抽出処理して得られた外形情報を建物エッジ領域として抽出し、
抽出された撮像画像上の建物エッジ領域を正射投影変換して建物外形として抽出する建物外形抽出方法。
【請求項２】
上空からのレーザ掃射により取得されたレーザデータから建物領域を抽出し、
抽出された建物領域を前記レーザ掃射領域を撮影した撮像画像を正射投影変換した正射投影画像上に投影し、
撮像画像上に投影された建物領域内で撮像画像にエッジ抽出処理して得られた外形情報を建物外形として抽出する建物外形抽出方法。
【請求項３】
前記撮像画像が、レーザ掃射領域を上空から飛行する飛行体に搭載され、該飛行体の飛行方向に直交する方向に撮像素子を配列したラインセンサにより取得される請求項１または２記載の建物外形抽出方法。
【請求項４】
上空からのレーザ掃射により取得されたレーザデータから建物領域を抽出する建物領域抽出手段と、
前記レーザ掃射領域を撮影した撮像画像上に前記建物領域を投影変換して撮像画像上に位置指定するレーザデータ投影変換手段と、
前記区画された建物領域内で撮像画像にエッジ抽出処理して得られた外形情報を建物エッジ領域として抽出する建物エッジ抽出手段と、
前記抽出された撮像画像上の建物エッジ領域を正射投影変換して建物外形として抽出する抽出手段とを有する建物外形抽出システム。
【請求項５】
上空からのレーザ掃射により取得されたレーザデータから建物領域を抽出する建物領域抽出手段と、
前記レーザ掃射領域を撮影した撮像画像を正射投影変換する画像投影変換手段と、
前記正射投影変換された撮像画像上に前記建物領域を投影するレーザデータ投影手段と、
前記撮像画像上に区画された建物領域内でエッジ抽出処理して得られた外形領域を建物外形として抽出する抽出手段とを有する建物外形抽出システム。
【請求項６】
前記撮像画像が、レーザ掃射領域を上空から飛行する飛行体に搭載され、該飛行体の飛行方向に直交する方向に撮像素子を配列したラインセンサによる取得画像である請求項４または５記載の建物外形抽出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空測量における建物外形抽出方法およびシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、航空測量等の手法を利用して地図を作成するに当たっては、地上の建物の形状を正確に認識する必要があり、従来、このような建物の形状の抽出には、図化機を使用した手法が多用される。この方法は、航空機等の飛行体からフィルムカメラ、あるいはＣＣＤカメラ等により取得した２枚以上の重合部分を有する画像（ステレオ画像）を立体視しながら建物の輪郭をなぞっていくもので、人手を要するために、コスト高等の問題がある。
【０００３】
一方、上記ステレオ画像を利用した三次元画像の自動取得も提案されているが、取得した画像の情報量が多いために、正確なパターンマッチングが困難で、信頼性が極めて低いという問題がある。
【０００４】
また、近時、飛行体からレーザスキャナで地上を走査して建物等の高さ情報を含む情報を得る手法も提案されているが、レーザスキャナにより取得した画像は解像度が低いために、建物の境界線があいまいになってしまうという問題がある。
【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、建物の輪郭情報を自動取得可能な建物外形抽出方法およびシステム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、
上空からのレーザ掃射により取得されたレーザデータ１から建物領域２を抽出し、
抽出された建物領域２を前記レーザ掃射領域を撮影した撮像画像３上に投影し、
撮像画像３上に投影された建物領域２内で撮像画像３にエッジ抽出処理して得られた外形情報を建物エッジ領域４として抽出し、
抽出された撮像画像３上の建物エッジ領域４を正射投影変換して建物外形５として抽出する建物外形抽出方法を提供することにより達成される。
【０００７】
航空写真をスキャンして、あるいは適宜の撮像素子により直接撮影された撮像画像３から建物の外形を抽出するに際して、まず、当該撮影領域の上空からのレーザ計測データが取得される。レーザデータ１は、標高データ（Ｚ値）に加え、平面位置データ（Ｘ，Ｙ値）を有するポイントデータとして与えられ、このレーザデータ１から地表面からの高さを有する建物領域２を区画する。建物領域２の区画には、例えば、メッシュ化の手法を利用したり、あるいはＸＹＺ空間を特徴空間とするボロノイ図を使用した領域分割の手法が利用できる。
【０００８】
以上のようにしてレーザデータ１空間内に得られた建物領域２は、上記撮像画像３面上に関連付けられ、該撮像画像３上で指定される。飛行体１からの撮影によって取得された画像は、飛行コースの蛇行、上下動、撮影時の傾き等が補正され、撮影高度一定で傾きのない理想航路面上で撮影されたものとしての画像である撮像画像３とされるが、撮像画像３には、エリアセンサ、あるいは航空写真から取得された場合には、画面中心から放射状に、副走査方向を飛行体の飛行方向に設定したラインセンサで取得された場合には、主走査方向にそれぞれ倒れを有する。このため、撮像画像３へのレーザデータ１の関連付けは、まず、上記撮像画像３上の倒れのない位置、すなわち、鉛直点を基準として撮像画像３平面の座標系とレーザデータ１空間の座標系との共有を図り、さらに、上記建物領域２を画像撮像時の位置、高さ等の撮影点情報とを使用して撮像画像３平面の座標系に投影することにより行われる。
【０００９】
撮像画像３は、アナログ取得された航空写真をスキャナ装置によりデジタル化したものであっても、あるいはエリアセンサにより上空から直接取得したものであっても良いが、飛行体の飛行方向に直交する方向に撮像素子を配列したいわゆるラインセンサにより副走査方向に帯状の撮像画像３を取得すると、建物の倒れ込み方向が主走査方向のみに限定されるために、上記建物領域２の撮像画像３投影条件への変換作業等が格段に容易になる。
【００１０】
以上の処理を施された建物領域２は、撮像画像３と同様に中心投影によって比高による倒れ込みの位置ずれ、変形を有する像であり、該投影像により直接撮像画像３上における建物領域２を区画、指定できる。
【００１１】
このようにして撮像画像３上に指定された建物領域２に対して、エッジ抽出処理が行われる。エッジ抽出処理は、例えばエッジの周辺のピクセルの濃淡値の１次または２次微分を利用するなど、周知の画像処理手法を適用することができる。このエッジ抽出処理は、予め撮像画像３の全領域に施しておくことも、あるいは、処理時間の節約のために、建物領域２に指定された領域についてのみ行うことも可能である。
【００１２】
上述したように、レーザデータ１から生成される建物領域２は、実ポイント間に引かれた境界線の集合、あるいはメッシュ区画境界線の集合として得られる。このため、上記境界線（建物領域２の境界線）は概ね撮像画像３のエッジ画像に近接しており、この建物境界により包絡される領域中で、最外殻を形成するエッジ情報は建物外形に一致すると考えられるため、このエッジのみを抽出することにより建物外形が抽出できる。
【００１３】
ここで得られる建物外形画像は、中心投影像上の建物外形であり、比高による位置ずれ及び変形要素を含むために、最終的にこれを正射投影変換して建物外形５が得られる。正射投影変換は、指定された建物外形５に対して再び標定要素、およびサーフェイスモデルを適用して行うことも可能であるが、レーザデータ１の撮像画像３への投影処理の逆変換を行うことにより容易に行うことができる。
【００１４】
したがって本発明において、まず、レーザデータ１を利用して建物領域２を撮像画像３中に指定するために、撮像画像３中に建物以外の樹木等が撮影されていても、画像処理領域を確実に確定することができる。この結果、従来地物の完全な識別が困難なために自動化できなかった建物外形５を自動的に取得することができる。
【００１５】
また、最終の建物外形５の抽出に当たっては、レーザデータ１に比して解像度の高い撮像画像３が使用されるために、レーザデータ１のみによる場合に比して、信頼性を高めることができる。
【００１６】
以上においては、本来、直交座標系内で各ポイントデータが与えられるレーザデータ１を投影変換して撮像画像３の投影条件に合致させる手法を採用している。この結果、撮像画像３上の正射投影変換領域を求める建物領域２のみに限定し、処理の高速化が図られている。一方、撮像画像３全体のオルソ画像の取得をも要する場合には、
上空からのレーザ掃射により取得されたレーザデータ１から建物領域２を抽出し、
抽出された建物領域２を前記レーザ掃射領域を撮影した撮像画像３を正射投影変換した正射投影画像上に投影し、
撮像画像３上に投影された建物領域２内で撮像画像３にエッジ抽出処理して得られた外形情報を建物外形５として抽出する建物外形抽出方法が利用できる。
【００１７】
また、以上の方法は、
上空からのレーザ掃射により取得されたレーザデータ１から建物領域２を抽出する建物領域抽出手段６と、
前記レーザ掃射領域を撮影した撮像画像３上に前記建物領域２を投影変換して撮像画像３上に位置指定するレーザデータ投影変換手段７と、
前記区画された建物領域２内で撮像画像３にエッジ抽出処理して得られた外形情報を建物エッジ領域４として抽出する建物エッジ抽出手段８と、
前記抽出された撮像画像３上の建物エッジ領域４を正射投影変換して建物外形５として抽出する抽出手段９とを有する建物外形抽出システムにより実現可能である。さらに、
上空からのレーザ掃射により取得されたレーザデータ１から建物領域２を抽出する建物領域抽出手段６と、
前記レーザ掃射領域を撮影した撮像画像３を正射投影変換する画像投影変換手段１０と、
前記正射投影変換された撮像画像３上に前記建物領域２を投影するレーザデータ投影手段１１と、
前記撮像画像３上に区画された建物領域２内でエッジ抽出処理して得られた外形領域を建物外形５として抽出する抽出手段９とを有する建物外形抽出システムを利用することも可能である。また、これらシステムは、所定のプログラムに従って動作するコンピュータ装置によって実現することも可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に建物外形抽出システムの機能ブロック図を示す。建物外形抽出システムは、入力部１２と、演算部１３と、出力部１４とを有し、入力部１２には、上述したレーザデータ１、撮像画像３に加え、撮像画像３取得時における飛行コース、高度、撮影カメラの傾き等の位置、姿勢情報１５が入力される。撮像画像３には、飛行体の進行方向に対して直交方向に撮像素子を配列したラインセンサによる飛行体の直下画像が使用される。
【００１９】
演算部１３は、前処理部１６と、建物エッジ抽出手段８と、建物領域抽出手段６と、レーザデータ投影変換手段７と、抽出手段９とからなり、上記撮像画像３には、前処理部１６の座標付与部１６ａにおいて撮像画像３上の鉛直点に相当する位置、即ち飛行コース直下の位置を基準に、後述するレーザデータ空間座標との共有を図る為の座標系が設定される。また、前処理部１６は撮影点情報算出部１６ｂを有し、撮影点情報算出部１６ｂにおいて上記位置、姿勢情報１５から撮像画像３の撮影点情報、即ち、理想航路面上での位置、高さ情報が算出される。
【００２０】
この実施の形態において、建物領域抽出手段６は、レーザデータ１をメッシュ化し、各メッシュに付与された標高データを基準に建物領域２を推計し、レーザデータ投影変換手段７に出力する。図２（ａ）はこのようにして求められた建物領域２を示す。なお、図２において後述するラインセンサの副走査方向を矢印Ｓで示し、さらに、撮像画像３との区別を明確にするために、レーザデータ空間におけるＸＹ面を符号１ａで示す。
【００２１】
抽出された建物領域２は、上記撮影点情報算出部１６ｂからの出力をもとに、レーザデータ投影変換手段７により、撮像画像３の投影条件に変換される。投影条件の変換により、建物領域２は、図２（ｂ）に示すように、ラインセンサの主走査方向にやや変形しながら変位する。上述したように、レーザデータ１は平面位置情報を有しており、該レーザデータ空間と、座標情報を有しない撮像画像３とは、前処理部１６において座標系が共有されているために、レーザデータ投影変換手段７は、この共有座標系を利用して出力像を撮像画像３上に関連付け、該撮像画像３上の所定領域を指定する。
【００２２】
一方、建物エッジ抽出手段８は、画像エッジ抽出部８ａと、建物エッジ抽出部８ｂとからなり、撮像画像３には、まず、画像エッジ抽出部８ａにおいてエッジ抽出処理が行われて後段の建物エッジ抽出部８ｂに出力する。図２（ｃ）に画像エッジ抽出部８ａからの出力イメージを示す。なお、図２（ｃ）において、エッジ抽出処理された画像を実線で、上記レーザデータ投影変換手段７において指定された建物領域２を破線で示す。
【００２３】
図示のように、エッジ抽出処理された画像は、建物外形線以外に、例えば、屋上等に引かれた白線１７等、地物表面の高さのない線や模様等を含むために、建物エッジ抽出部８ｂにおいてこれら建物外形以外のエッジ情報を削除し、建物エッジのみが建物エッジ原画像１８として抽出される。建物エッジの抽出は、撮像画像３上に指定された建物領域２により包絡される領域内での最外殻エッジを建物エッジとして抽出することにより行われる。図２（ｄ）に建物エッジ抽出部８ｂからの出力イメージを示す。
【００２４】
このようにして得られた建物エッジ原画像は、ラインセンサによる取得画像をもとに生成されたものであるために、主走査方向に変形、位置ずれを有しており、これを撮影点情報算出部１６ｂからの出力をもとに抽出手段９の正射投影変換部９ａにおいて正射投影変換し、変形、位置ずれを修正する。
【００２５】
レーザデータ１が撮像画像３の投影条件に変換されて、撮像画像３の画素位置に関連付けられるこの実施の形態において、レーザデータ投影変換手段７におけるレーザデータ１の正射投影から撮像画像３投影への投影変換処理に際して使用した、例えば、移動方向、距離情報を含むベクトル情報等の移動情報は、撮像画像３上の画素数に対応させることが可能である。従って、上記正射投影変換部９ａにおける建物エッジ原画像１８の正射投影変換処理は、この移動情報をもとに簡単に行うことができる。
【００２６】
また、抽出手段９は、補完部９ｂを有する。補完部９ｂは、必要に応じ、上記正射投影変換部９ａからの出力に対して、例えば、上記撮像画像３上に指定された建物領域２の投影領域が近傍の建物の倒れ込みにより隠蔽されている場合には、ラインセンサの副走査方向に平行に撮像されたサイドラップ画像を利用して補完し、さらに、得られたエッジにより形成される画像が外に開いた画像である場合には、適宜の処理を施して閉じた画像として、建物外形５を出力部１４に出力する。この時、互いに接続すべきエッジは建物領域２内に限定できるので、誤接続は遙かに少なくできる。
【００２７】
図２（ｅ）に正射投影変換部からの出力イメージを、図２（ｆ）に出力部１４に出力される建物外形を示す。
【００２８】
図３に本発明の第２の実施の形態を示す。なお、この実施の形態の説明において、上述した実施の形態と実質的に同一の構成要素は、図中に同一符号を付して説明を省略する。この実施の形態において、まず、撮像画像３には、撮影点情報算出部１６ｂからの出力と、建物抽出手段６から出力される建物領域２とをもとに画像投影変換手段１０において正射投影変換処理が行われる。この時、建物領域２は正射投影変換処理の際のサーフェイスモデルとして利用される。その後、抽出部９の画像エッジ抽出部９ｃにおいてエッジ抽出処理が行われる。
【００２９】
一方、建物領域抽出手段６から出力される建物領域２は、レーザデータ投影手段１１において撮像画像３上に位置指定される。予め撮像画像３に正射投影変換を行うこの実施の形態において、撮像画像３上の画素はレーザデータ１の座標系に関連付けられており、レーザデータ１の建物領域２は、直接撮像画像３上の所定位置を指定することができ、この後、上述した実施の形態と同様に、補完部９ｂにおいて必要な処理が行われ、出力部１４に出力される。
【００３０】
【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、建物の輪郭情報を正確、かつ迅速に自動取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示す処理経過を示す図で、（ａ）はレーザデータ空間に指定された建物領域を示す図、（ｂ）は投影変換後の建物領域を示す図、（ｃ）はエッジ抽出処理後の撮像画像を示す図、（ｄ）は建物エッジ原画像を示す図、（ｅ）は建物エッジ原画像を正射投影変換した状態を示す図、（ｆ）はシステムの出力図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
１        レーザデータ
２        建物領域
３        撮像画像
４        建物エッジ領域
５        建物外形
６        建物領域抽出手段
７        レーザデータ投影変換手段
８        建物エッジ抽出手段
１０      画像投影変換手段
１１      レーザデータ投影手段
１２      入力部
１３      演算部
１４      出力部
１５      位置、姿勢情報
１６      前処理部
【図１】
0004139137.tif 000002
【図２】
0004139137.tif 000003
【図３】
0004139137.tif 000004