(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象体から離れた左右経路において得られる左右二次元アッフィン画像データであってこの両画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複するものと、前記対象体の三次元座標との間に、二次元アッフィン変換が前記左右二次元アッフィン画像データにおける重複部の全てにおいて成立するという条件により、その二次元アッフィン変換のパラメータを決定することによって、三次元モデル空間を形成する画像解析方法であって、
前記左右二次元アッフィン画像データが、対象体上においてほぼ線状をなす左右細長部が左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての左右二次元画像データがそれぞれ左右二次元アッフィン画像データに変換されたものであり、
前記左右二次元画像データは、ほぼ線状をなす左右線状中心投影画像がそれぞれ前記左右経路の方向に対応した方向に平行状に複数連続してなるものである三次元対象体画像解析方法。
【請求項２】
上記左右線状中心投影画像の線方向の画角が５度以下である請求項１記載の三次元対象体画像解析方法。
【請求項３】
対象体についての左右二次元アッフィン画像データを得るために、
対象体から離れた左右経路上からそれぞれ取得した左右二次元画像データであってその左右画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複するものを、それぞれ左右二次元アッフィン画像データに変換するステップを有し、
前記左右二次元画像データは、前記左右経路に対し対象体上においてほぼ線状をなす左右細長部が左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての画像データであって、ほぼ線状をなす左右線状中心投影画像がそれぞれ前記左右経路の方向に対応した方向に平行状に複数連続してなり、
各左右線状中心投影画像は、左右経路上における各左右細長部に対応する位置から取得した画像データである請求項１又は２記載の三次元対象体画像解析方法。
【請求項４】
上記左右二次元画像データを、繰り返し計算により、それぞれ左右二次元アッフィン画像データに変換する請求項３記載の三次元対象体画像解析方法。
【請求項５】
三次元モデル空間と対象体の三次元空間との間の三次元アッフィン変換のパラメータを、左右二次元アッフィン画像データの共面条件及び対象体における左右二次元アッフィン画像データに重複する４基準点の座標データにより決定するステップを有する請求項１乃至４の何れか１項に記載の三次元対象体画像解析方法。
【請求項６】
対象体から離れた第１乃至第ｎ左右経路［ｎは正の整数］において得られる左右二次元アッフィン画像データであって第１乃至第ｎの各左右二次元アッフィン画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複すると共に第ｍ左画像と第（ｍ＋１）左画像及び第ｍ右画像と第（ｍ＋１）右画像［ｍは（ｎ−１）以下の任意の正の整数］が対象とする部分が部分的に隣接重複するものと、前記対象体の三次元座標との間に、二次元アッフィン変換が前記第ｍ及び第（ｍ＋１）左右二次元アッフィン画像データのそれぞれにおける左右重複部の全てにおいて成立するという条件により、その二次元アッフィン変換のパラメータを決定することによって、第ｍ及び第（ｍ＋１）三次元モデル空間を形成するステップと、
第ｍ三次元モデル空間と第（ｍ＋１）三次元モデル空間との間の三次元アッフィン変換のパラメータを決定するステップを備える画像解析方法であって、
前記第１乃至第ｎの各左右二次元アッフィン画像が、対象体上においてほぼ線状をなす第１乃至第ｎ左右細長部が、それぞれ左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての第１乃至第ｎ左右二次元画像データがそれぞれ第１乃至第ｎ左右二次元アッフィン画像データに変換されたものであり、
前記第１乃至第ｎ左右二次元画像データは、ほぼ線状をなす第１乃至第ｎの左右線状中心投影画像がそれぞれ前記第１乃至第ｎ左右経路の方向に対応した方向に平行状に複数連続してなるものである三次元対象体画像解析方法。
【請求項７】
上記左右線状中心投影画像の線方向の画角が５度以下である請求項６記載の三次元対象体画像解析方法。
【請求項８】
対象体についての第ｍ及び第（ｍ＋１）左右二次元アッフィン画像データを得るために、
対象体から離れた第１乃至第ｎ左経路上及び第１乃第ｎ右経路上からそれぞれ取得した第１乃至第ｎ左右二次元画像データであって第１乃至第ｎの各左右画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複すると共に第ｍ左画像と第（ｍ＋１）左画像及び第ｍ右画像と第（ｍ＋１）右画像が対象とする部分が部分的に隣接重複するものを、それぞれ第１乃至第ｎ左右二次元アッフィン画像データに変換するステップを有し、
前記第１乃至第ｎ左右二次元画像データは、前記第１乃至第ｎ左右経路に対し対象体上においてほぼ線状をなす第１乃至第ｎ左右細長部が、それぞれ第１乃至第ｎ左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての画像データであって、ほぼ線状をなす第１乃至第ｎの左右線状中心投影画像がそれぞれ前記第１乃至第ｎ左右経路の方向に対応した方向に平行状に複数連続してなり、
第１乃至第ｎの各左右線状中心投影画像は、それぞれ第１乃至第ｎ左右経路上における第１乃至第ｎの各左右細長部に対応する位置から取得したものである請求項６又は７記載の三次元対象体画像解析方法。
【請求項９】
上記第１乃至第ｎ左右二次元画像データを、繰り返し計算により、それぞれ第１乃至第ｎ左右二次元アッフィン画像データに変換する請求項８記載の三次元対象体画像解析方法。
【請求項１０】
第ｍ及び第（ｍ＋１）三次元モデル空間と対象体の三次元空間との間の三次元アッフィン変換のパラメータを、第ｍ及び第（ｍ＋１）左右二次元アッフィン画像データの共面条件及び第ｍ及び第（ｍ＋１）左右二次元アッフィン画像データのそれぞれにおいて重複する対象体における４基準点の座標データにより決定するステップを有する請求項６乃至９の何れか１項に記載の三次元対象体画像解析方法。
【請求項１１】
対象体から離れた左右経路において得られる左右二次元アッフィン画像データであってこの両画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複するものと、前記対象体の三次元座標との間に、二次元アッフィン変換が前記左右二次元アッフィン画像データにおける重複部の全てにおいて成立するという条件により、その二次元アッフィン変換のパラメータを決定することによって、三次元モデル空間を形成する画像解析システムであって、
前記左右二次元アッフィン画像データが、対象体上においてほぼ線状をなす左右細長部が左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての左右二次元画像データがそれぞれ左右二次元アッフィン画像データに変換されたものであり、
前記左右二次元画像データは、ほぼ線状をなす左右線状中心投影画像がそれぞれ前記左右経路の方向に対応した方向に平行状に複数連続してなるものである三次元対象体画像解析システム。
【請求項１２】
三次元対象体画像解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、その三次元対象体画像解析プログラムが、
対象体から離れた左右経路において得られる左右二次元アッフィン画像データであってこの両画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複するものと、前記対象体の三次元座標との間に、二次元アッフィン変換が前記左右二次元アッフィン画像データにおける重複部の全てにおいて成立するという条件により、その二次元アッフィン変換のパラメータを決定することによって、三次元モデル空間を形成する画像解析プログラムであって、
前記左右二次元アッフィン画像データが、対象体上においてほぼ線状をなす左右細長部が左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての左右二次元画像データがそれぞれ左右二次元アッフィン画像データに変換されたものであり、
前記左右二次元画像データは、ほぼ線状をなす左右線状中心投影画像がそれぞれ前記左右経路の方向に対応した方向に平行状に複数連続してなるものである三次元対象体画像解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１３】
対象体から離れた左右経路において得られる左右二次元アッフィン画像データであってこの両画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複するものと、前記対象体の三次元座標との間に、二次元アッフィン変換が前記左右二次元アッフィン画像データにおける重複部の全てにおいて成立するという条件により、その二次元アッフィン変換のパラメータを決定することによって、三次元モデル空間を形成する画像解析プログラムであって、
前記左右二次元アッフィン画像データが、対象体上においてほぼ線状をなす左右細長部が左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての左右二次元画像データがそれぞれ左右二次元アッフィン画像データに変換されたものであり、
前記左右二次元画像データは、ほぼ線状をなす左右線状中心投影画像がそれぞれ前記左右経路の方向に対応した方向に平行状に複数連続してなるものである三次元対象体画像解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元対象体についての二次元画像を利用して各種測量やオルソ画像作成等を行うための画像解析方法、画像解析システム、及び画像解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
地球観測衛星から得られる地表面の高分解能画像は、写真測量地形図作成やオルソ画像作成等を始めとする広範な利用が期待されている。
【０００３】
しかしながら、人工衛星搭載のラインスキャナ等の画像取得装置により得られる画像の画角、特に高分解能画像の画角は、航空カメラと比べて非常に狭い。そのため、中心投影による射影関係を用いたモデルの形成の際の標定パラメータ間における相関性が強く、モデル形成のための標定パラメータの精度として十分に満足することができるものとはなり得なかった。
【０００４】
本発明は、従来技術に存した上記のような点に鑑み行われたものであって、その目的とするところは、人工衛星搭載のラインスキャナ等による高分解能画像のように通常必要な画角よりも小さい画角の中心投影二次元画像データを用いて精度良く三次元モデル空間を形成することが可能な三次元対象体画像解析方法、三次元対象体画像解析システム、及び三次元対象体画像解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
(1)  本発明の三次元対象体画像解析方法は、
対象体から離れた左右経路において得られる左右二次元アッフィン(affine)画像データであってこの両画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複するものと、前記対象体の三次元座標との間に、二次元アッフィン変換が前記左右二次元アッフィン画像データにおける重複部の全てにおいて成立するという条件により、その二次元アッフィン変換のパラメータを決定（標定）することによって、三次元モデル空間を形成する画像解析方法であって、
前記左右二次元アッフィン画像データが、対象体上においてほぼ線状をなす左右細長部が左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての写像であるものである（請求項１）。
【０００６】
左右経路と左右細長部の線状方向（長手方向）がなす角は、例えば７０度乃至９０度とすることができ、直角又は直角に近いことが望ましい。
【０００７】
前記左細長部と右細長部の数は同数であることが好ましいが必ずしも同数に限るものではない。
【０００８】
この方法により、対象体についての左右二次元アッフィン画像データから、精度良く三次元モデル空間を形成することが可能である。その左右二次元アッフィン画像データとしては、中心投影画像をそのまま用いて解析する場合に通常必要な画角よりも小さい画角（例えば数度以下の画角）の左右線状中心投影画像が平行状に複数連続してなる左右二次元画像データを変換して得られるものを用いることができる。その場合、画角が小さくなるほど、中心投影からアッフィン投影に変換する誤差が小さくなることにより、形成する三次元モデル空間の精度をより良いものとすることができる。元の左右二次元画像がラインスキャナ画像である場合も、走査線の外部標定要素は時間変動のない関数として取り扱われ、これによりラインスキャン画像を空中写真とほとんど同じように処理することができる。
【０００９】
(1-1)  (1)の解析方法は、
対象体についての左右二次元アッフィン画像データを得るために、
対象体から離れた左右経路上からそれぞれ取得した左右二次元画像データであってその左右画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複するものを、それぞれ左右二次元アッフィン画像データに変換するステップを有し、
前記左右二次元画像データは、前記左右経路に対し対象体上においてほぼ線状をなす左右細長部が左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての画像データであって、ほぼ線状をなす左右線状中心投影画像がそれぞれ前記左右経路の方向に対応した方向に平行状に複数連続してなり、
各左右線状中心投影画像は、左右経路上における各左右細長部に対応する位置から取得した画像データであるものとすることが望ましい（請求項２）。
【００１０】
左経路上の前記各位置同士の位置関係と対象体上の各左細長部同士の位置関係、及び、右経路上の前記各位置同士の位置関係と対象体上の各右細長部同士の位置関係が、それぞれ中心投影とアッフィン投影で表される位置関係を座標変換することを可能にしている。
【００１１】
上記左右線状中心投影画像は、その線状である方向において一定画角であるものとすることができる。なお、左右の線状中心投影画像の画角は同一であっても異なっていても良い。
【００１２】
左右二次元画像データは、ステレオペアを構成する。
【００１３】
この場合、中心投影画像をそのまま用いて解析する場合に通常必要な画角よりも小さい画角（例えば数度以下の画角）の左右線状中心投影画像が平行状に複数連続してなる左右二次元画像データを変換して得られる左右二次元アッフィン画像データを用いて、精度良く三次元モデル空間を形成することが可能であり、元の左右二次元画像を構成する左右線状中心投影画像の線方向の画角が小さくなるほど三次元モデル空間の精度をより良いものとすることができる。その画角としては好ましくは５度又は４度（SPOT画像）以下、特に好ましくは２度又は１度（IKONOS画像）以下である。元の左右二次元画像がラインスキャナ画像である場合も、走査線の外部標定要素は時間変動のない関数として取り扱われ、これによりラインスキャン画像を空中写真とほとんど同じように処理することができる。
【００１４】
この解析方法において三次元モデル空間を形成するには、左右二次元画像についての鉛直傾斜角と画面距離の近似値があればよく、左右経路のデータ（人工衛星搭載の撮影装置による二次元画像を用いる例においては、衛星軌道パラメータのデータ）は必要ではない。前記の左右二次元画像と三次元モデル空間との関係は幾何学的に非常に安定なので、前記の鉛直傾斜角と画面距離の近似値があれば、パラメータの重量（重み）の変化にほとんど影響を受けないで精度の良い解（例えば三角測量の結果）が得られる。なお、初期値として用いる鉛直傾斜角と画面距離の近似値は、ある程度の精度（例えばそれぞれ１０度及び１０％以内の誤差の範囲内）があれば繰り返し計算により十分な精度を実現することができる。
【００１５】
この場合、中心投影画像をそのまま用いて解析する場合に比し、格段に安定した解が得られ、三次元モデル空間を利用した対象体についての画像三角測量の精度も良いものとなる。たとえ対象体に相当な起伏がある場合（例えば1000ｍの標高差のある地形）であっても同様である。
【００１６】
(1-2)  (1)及び(1-1)の解析方法は、
上記三次元モデル空間と対象体の三次元空間との間の三次元アッフィン変換のパラメータを、左右二次元アッフィン画像データの共面条件及び対象体における左右二次元アッフィン画像データに重複する４基準点の座標データにより決定（標定）するステップを有するものとすることができる（請求項３）。
【００１７】
このように、得られた三次元モデル空間を対象体の三次元空間に変換することによって、対象体についての左右二次元アッフィン画像データから対象体の三次元座標データを得ることができる。この場合、繰り返し計算により安定的に精度良く解を得ることが可能である。対象体における基準点が左右二次元画像上にかたよりなく分布していれば、計画した精度が得られる。なお、三次元モデル空間の形成において、左右二次元画像データを変換して得られる左右二次元アッフィン画像データを用いる場合、その左右二次元画像を構成する左右線状中心投影画像の線方向の画角が小さくなるほど対象体の三次元空間の精度をより良いものとすることができる。
【００１８】
(2)  また、本発明の三次元対象体画像解析方法は、
対象体から離れた第１乃至第ｎ左右経路［ｎは正の整数］において得られる左右二次元アッフィン画像データであって第１乃至第ｎの各左右二次元アッフィン画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複すると共に第ｍ左画像と第（ｍ＋１）左画像及び第ｍ右画像と第（ｍ＋１）右画像［ｍは（ｎ−１）以下の任意の正の整数］が対象とする部分が部分的に隣接重複するものと前記対象体の三次元座標との間に、二次元アッフィン変換が前記第ｍ及び第（ｍ＋１）左右二次元アッフィン画像データのそれぞれにおける左右重複部の全てにおいて成立するという条件により、その二次元アッフィン変換のパラメータを決定（標定）することによって、第ｍ及び第（ｍ＋１）三次元モデル空間を形成するステップと、
第ｍ三次元モデル空間と第（ｍ＋１）三次元モデル空間との間の三次元アッフィン変換のパラメータを決定（標定）するステップを備える画像解析方法であって、
前記第１乃至第ｎの各左右二次元アッフィン画像が、対象体上においてほぼ線状をなす第１乃至第ｎ左右細長部が、それぞれ左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての写像であるものとすることができる（請求項４）。
【００１９】
この方法により、上記(1)と同様に、対象体についての第ｍ左右二次元アッフィン画像データから、精度良く第ｍ三次元モデル空間を形成することが可能であり、更に、その第ｍ三次元モデル空間と部分的に隣接重複する第（ｍ＋１）三次元モデル空間との間の三次元アッフィン変換により、第ｍ三次元モデル空間と第（ｍ＋１）三次元モデル空間を接続することができる。このようにして、一部重複し合う隣接三次元モデル空間同士を次々と接続することができる。
【００２０】
(2-1)  (2)の解析方法は、
対象体についての第ｍ及び第（ｍ＋１）左右二次元アッフィン画像データを得るために、
対象体から離れた第１乃至第ｎ左経路上及び第１乃第ｎ右経路上からそれぞれ取得した第１乃至第ｎ左右二次元画像データであって第１乃至第ｎの各左右画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複すると共に第ｍ左画像と第（ｍ＋１）左画像及び第ｍ右画像と第（ｍ＋１）右画像が対象とする部分が部分的に隣接重複するものを、それぞれ第１乃至第ｎ左右二次元アッフィン画像データに変換するステップを有し、
前記第１乃至第ｎ左右二次元画像データは、前記第１乃至第ｎ左右経路に対し対象体上においてほぼ線状をなす第１乃至第ｎ左右細長部が、それぞれ第１乃至第ｎ左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての画像データであって、ほぼ線状をなす第１乃至第ｎの左右線状中心投影画像がそれぞれ前記第１乃至第ｎ左右経路の方向に対応した方向に平行状に複数連続してなり、
第１乃至第ｎの各左右線状中心投影画像は、それぞれ第１乃至第ｎ左右経路上における第１乃至第ｎの各左右細長部に対応する位置から取得した画像データであるものとすることが望ましい（請求項５）。
【００２１】
第１乃至第ｎ左経路上における前記各位置同士の位置関係と対象体上の第１乃至第ｎの各左細長部同士の位置関係、及び、第１乃至第ｎ右経路上における前記各位置同士の位置関係と対象体上の第１乃至第ｎの各右細長部同士の位置関係が、それぞれ中心投影とアッフィン投影で表される位置関係を座標変換することを可能にしている。
【００２２】
第ｍ左右細長部はそれぞれ複数であり、第ｍ左右経路上における第ｍ左右細長部に対応する位置も、それぞれ複数である。
【００２３】
上記(1-1)と同様に、中心投影画像をそのまま用いて解析する場合に通常必要な画角よりも小さい画角の左右二次元画像データを変換して得られる左右二次元アッフィン画像データを用いて、精度良く三次元モデル空間を形成することが可能である。三次元モデル空間を形成するには、左右二次元画像についての鉛直傾斜角と画面距離の近似値があればよい。
【００２４】
(2-2)  (2)及び(2-1)の解析方法は、
第ｍ及び第（ｍ＋１）三次元モデル空間と対象体の三次元空間との間の三次元アッフィン変換のパラメータを、第ｍ及び第（ｍ＋１）左右二次元アッフィン画像データの共面条件及び第ｍ及び第（ｍ＋１）左右二次元アッフィン画像データのそれぞれにおいて重複する対象体における４基準点の座標データにより決定（標定）するステップを有するものとすることができる（請求項６）。
【００２５】
このようにして、接続された隣接三次元モデル空間を対象体の三次元空間に変換することによって、対象体についての左右二次元アッフィン画像データから対象体の三次元座標データを得ることができる。
【００２６】
(3)  本発明の三次元対象体画像解析システムは、
対象体から離れた左右経路において得られる左右二次元アッフィン画像データであってこの両画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複するものと、前記対象体の三次元座標との間に、二次元アッフィン変換が前記左右二次元アッフィン画像データにおける重複部の全てにおいて成立するという条件により、その二次元アッフィン変換のパラメータを決定（標定）することによって、三次元モデル空間を形成する画像解析システムであって、
前記左右二次元アッフィン画像データが、対象体上においてほぼ線状をなす左右細長部が左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての写像であるものである（請求項７）。
【００２７】
このシステムにより、上記(1)と同様に、対象体についての左右二次元アッフィン画像データから、精度良く三次元モデル空間を形成することが可能である。
【００２８】
(3-1)  (3)の解析システムは、
対象体についての左右二次元アッフィン画像データを得るために、
対象体から離れた左右経路上からそれぞれ取得した左右二次元画像データであってその左右画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複するものを、それぞれ左右二次元アッフィン画像データに変換する手段を有し、
前記左右二次元画像データは、前記左右経路に対し対象体上においてほぼ線状をなす左右細長部が左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての画像データであって、ほぼ線状をなす左右線状中心投影画像がそれぞれ前記左右経路の方向に対応した方向に平行状に複数連続してなり、
各左右線状中心投影画像は、左右経路上における各左右細長部に対応する位置から取得した画像データであるものとすることが望ましい。
【００２９】
上記(1-1)と同様に、中心投影画像をそのまま用いて解析する場合に通常必要な画角よりも小さい画角の左右二次元画像データを変換して得られる左右二次元アッフィン画像データを用いて、精度良く三次元モデル空間を形成することが可能であり、三次元モデル空間を形成するには、左右二次元画像についての鉛直傾斜角と画面距離の近似値があればよい。
【００３０】
(3-2)  (3)及び(3-1)の解析システムは、
上記三次元モデル空間と対象体の三次元空間との間の三次元アッフィン変換のパラメータを、左右二次元アッフィン画像データの共面条件及び対象体における左右二次元アッフィン画像データに重複する４基準点の座標データにより決定（標定）する手段を有するものとすることができる。
【００３１】
これにより、(1-2)と同様に、得られた三次元モデル空間を対象体の三次元空間に変換することによって、対象体についての左右二次元アッフィン画像データから対象体の三次元座標データを得ることができる。この場合、繰り返し計算により安定的に精度良く解を得ることが可能である。
【００３２】
(3-3)  (3)、(3-1)及び(3-2)の解析システムは、
上記(3)により得られる隣接する三次元モデル空間であって、両三次元モデル空間を形成するための左二次元アッフィン画像同士及び右二次元アッフィン画像同士がそれぞれ部分的に隣接重複するものについて、前記両三次元モデル空間の間の三次元アッフィン変換のパラメータ決定（標定）する手段を備えるものとすることができる。
【００３３】
これにより、上記(2)と同様に、隣接三次元モデル空間の間の三次元アッフィン変換によって、両三次元モデル空間を接続することができる。
【００３４】
(4)  本発明の三次元対象体画像解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、その三次元対象体画像解析プログラムが、
対象体から離れた左右経路において得られる左右二次元アッフィン画像データであってこの両画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複するものと、前記対象体の三次元座標との間に、二次元アッフィン変換が前記左右二次元アッフィン画像データにおける重複部の全てにおいて成立するという条件により、その二次元アッフィン変換のパラメータを決定することによって、三次元モデル空間を形成する画像解析プログラムであって、
前記左右二次元アッフィン画像データが、対象体上においてほぼ線状をなす左右細長部が左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての写像であるものである（請求項８）。
【００３５】
この記録媒体に記録したプログラムにより、上記(1)と同様に、対象体についての左右二次元アッフィン画像データから、コンピュータに前記二次元アッフィン変換のパラメータを算出させ、精度良く三次元モデル空間を形成することが可能である。
【００３６】
(4-1)  (4)の三次元対象体画像解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体における三次元対象体画像解析プログラムは、
対象体についての左右二次元アッフィン画像データを得るために、
対象体から離れた左右経路上からそれぞれ取得した左右二次元画像データであってその左右画像が対象とする部分が全部又は部分的に重複するものを、それぞれ左右二次元アッフィン画像データに変換する手順を有し、
前記左右二次元画像データは、前記左右経路に対し対象体上においてほぼ線状をなす左右細長部が左右経路の方向に平行状に複数連続した部分についての画像データであって、ほぼ線状をなす左右線状中心投影画像がそれぞれ前記左右経路の方向に対応した方向に平行状に複数連続してなり、
各左右線状中心投影画像は、左右経路上における各左右細長部に対応する位置から取得した画像データであるものとすることが望ましい。
【００３７】
上記(1-1)と同様に、中心投影画像をそのまま用いて解析する場合に通常必要な画角よりも小さい画角の左右二次元画像データを変換して得られる左右二次元アッフィン画像データを用いて、精度良く三次元モデル空間を形成することが可能であり、三次元モデル空間を形成するには、左右二次元画像についての鉛直傾斜角と画面距離の近似値があればよい。
【００３８】
(4-2)  (4)及び(4-1)の三次元対象体画像解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体における三次元対象体画像解析プログラムは、
上記三次元モデル空間と対象体の三次元空間との間の三次元アッフィン変換のパラメータを、左右二次元アッフィン画像データの共面条件及び対象体における左右二次元アッフィン画像データに重複する４基準点の座標データにより決定（標定）する手順を有するものとすることができる。
【００３９】
これにより、(1-2)と同様に、得られた三次元モデル空間を対象体の三次元空間に変換することによって、対象体についての左右二次元アッフィン画像データから対象体の三次元座標データを得ることができる。この場合、繰り返し計算により安定的に精度良く解を得ることが可能である。
【００４０】
(4-3)  (4)、(4-1)及び(4-2)の三次元対象体画像解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体における三次元対象体画像解析プログラムは、
上記(4)により得られる隣接する三次元モデル空間であって、両三次元モデル空間を形成するための左二次元アッフィン画像同士及び右二次元アッフィン画像同士がそれぞれ部分的に隣接重複するものについて、前記両三次元モデル空間の間の三次元アッフィン変換のパラメータ決定（標定）する手順を備えるものとすることができる。
【００４１】
これにより、上記(2)と同様に、隣接三次元モデル空間の間の三次元アッフィン変換によって、両三次元モデル空間を接続することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。
[1]  左右二次元画像データは、例えば、対象体から離れた直線又は曲線（例えばほぼ直線状である曲線）を構成する左経路（例えば図１におけるＦＬ）及び右経路（例えば図１におけるＦＲ）上の各位置Ｌ１乃至Ｌ５、Ｒ１乃至Ｒ５から、対象体（例えば図１におけるＯＰ。但し、通常の場合、このような平坦面よりも、起伏のある面を構成するもの（地形等）を対象とすることが多い。）上において左右経路に対しそれぞれねじれの位置にあるほぼ線状をなす左右細長部Ｐ１乃至Ｐ５（左右細長部Ｐ１乃至Ｐ５は左右経路の方向に平行状に連続している。図１の場合、左右の細長部は同一、すなわち全部重複するものとして描かれているが、一部重複であっても良い。また、通常の場合、細長部の長さと幅の比は、例えば数千乃至数万対１程度とすることができる。左右経路に対し左右細長部は、通常の場合、ねじれの位置にある。）を線状に走査して得られる左右線状中心投影画像を、左経路及び右経路上をそれぞれ移動しつつ各経路の方向に平行に連続取得することにより得ることができる。各経路に対し走査方向がなす角度、画角（例えば数度以内の画角）、経路上の走査を行う位置（Ｌ１乃至Ｌ５、Ｒ１乃至Ｒ５）とその位置から走査される線状走査対象部（ほぼ線状をなす左又は右細長部Ｐ１乃至Ｐ５）の両者を含む平面（例えばＰ１を直線とみなして底辺としＬ１を頂点とする三角形を含む平面）と経路（ＦＬ又はＦＲ）とがなす角度（９０度の場合直下視のスキャニング画像となり、９０度以外であって線状走査対象部が走査を行う位置よりも前方に位置する場合は前視のスキャニング画像、後方に位置する場合は後視のスキャニング画像となる。前視、直下視、後視の何れでも可能である。）、及び、経路上の走査を行う位置とその位置から走査される線状走査対象部との位置関係は、それぞれ実質上一定とすることができる。
【００４３】
より具体的には、例えば、人工衛星の飛行経路（左右経路、例えば図１におけるＦＬ）に対し一定角度（好ましくは９０度又はなるべく９０度に近い角度、例えば７０度乃至９０度）をなす地表面走査方向において、その人工衛星に搭載したラインスキャナにより地表面を走査することにより左右何れかの線状中心投影画像データを得ることができる。その場合、線状中心投影画像の画角（例えば数度以内の画角）、飛行経路上の走査を行う位置とその位置から走査される地表面における線状走査対象部（ほぼ線状をなす左又は右細長部）の両者を含む平面と飛行経路とがなす角度、及び、飛行経路上の走査を行う位置とその位置から走査される線状走査対象部との位置関係は、それぞれ実質上一定である。
【００４４】
飛行方向に平行に地表面における線状走査対象部が連続するように、人工衛星の進行に伴い走査を繰り返すことにより、連続する線状走査対象部にそれぞれ対応する線状中心投影画像を飛行方向に対応した方向に平行状に連続取得して左右何れかの二次元画像データを得ることができる。飛行経路上で前記走査を行った位置同士の位置関係と、それぞれの位置から走査された地表面における各線状走査対象部同士の位置関係は、それぞれ中心投影とアッフィン投影で表される位置関係を座標変換することを可能にしている。
【００４５】
例えば連続した経路における一部重複した異なる区間において、又は別個の経路において、上記のような二次元画像データを複数得ることにより、例えば第１乃至第ｎの各左二次元画像データ又は右二次元画像データが得られる。また、飛行経路を変えて、又は別の飛行経路の別の人工衛星に搭載したラインスキャナにより、同様に地表面を走査することにより、左右のうち他方の第１乃至第ｎの各画像データが得られる。第１乃至第ｎ左経路及び第１乃第ｎ右経路は、それぞれ人工衛星の飛行曲線等の一定の直線又は曲線に沿うものとすることができる。
【００４６】
各画像同士に必要な重複は、飛行経路と撮影方向と撮影（走査）タイミングを適切に設定することにより実現し得る。なお、各線状中心投影画像の撮影は、所要画角範囲を一定方向に走査するのでなく、プッシュブルーム方式のラインスキャナのように、所要の画角について同時に行うことも可能である。ラインスキャナやその他の左右画像データを得るための装置としては、例えばＣＣＤ[Charge Coupled Device]等の撮像素子を用いたものを利用することができる。ＣＣＤラインスキャナの場合、例えば１列×数千乃至数万以上の個数の画素からなるものとすることができるほか、数列×数千乃至数万以上の個数の画素からなるものとすることも可能である。
【００４７】
本発明における対象体は、一般的には地形であるが、それ以外のものであってもよい。
【００４８】
左経路及び右経路における左及び右は、対象体に対する位置関係が異なることを示すものであり、必ずしも両者が左右の位置関係にあることを意味するものではない。他の用語における左及び右についても、必ずしも両者が左右の位置関係にあることを意味するものではない。
【００４９】
[2]  上記二次元画像データの二次元アッフィン画像データへの変換は、例えば次のように行うことができる。例として、人工衛星に搭載されたＣＣＤカメラにより地表面（対象体）についての二次元画像データを得る場合を挙げる。
【００５０】
地表面が平坦であり、その二次元画像が、地表面に対するＣＣＤカメラの飛行方向回りの回転角がω、飛行方向に直交する水平方向回りの回転角がφである状態で撮影されたものとする。
【００５１】
図２に示されるように、基準座標系（X',Y',Z'）を、前記画像の投影中心を原点としX'-Y'平面が画像面の大きさに縮小された地表面に平行である右手系のデカルト直交座標系とする。更に、前記画像は、その主点が画像面の大きさに縮小された地表面上に位置する状態でその画像面の大きさに縮小された地表面に交差するものとする。
【００５２】
すると、前記二次元画像上の点p(x,y)の三次元座標(X'p,Y'p,Z'p)は、基準座標系において次式(1)で表される。
【００５３】
【数１】
0004262830.tif 000002
【００５４】
式(1)中、ｃは前記画像の画面距離である。
【００５５】
また、前記二次元画像上の主点Ｈは、前記基準座標系において次式(2)で表される。
【００５６】
【数２】
0004262830.tif 000003
【００５７】
更に、前記ｐと投影中心を通る光線
【００５８】
【数３】
0004262830.tif 000004
が画像面の大きさに縮小された地表面に交差する点を
【００５９】
【数４】
0004262830.tif 000005
とすると、この点の三次元座標は次式(3)
【００６０】
【数５】
0004262830.tif 000006
で表される。
【００６１】
画像面の大きさに縮小された地表面上の点
【００６２】
【数６】
0004262830.tif 000007
を、前記画像についての座標系(x,y,z)において観察すると、二次元アッフィン画像における対応点pa(xa,ya)は、下記式(4)で表される。
【００６３】
【数７】
0004262830.tif 000008
【００６４】
二次元画像データの二次元アッフィン画像データへの変換においては、標定要素の近似値による誤差と、撮影された地形（対象体）の高低差による誤差が不可避である。
【００６５】
外部標定要素（ω，φ）及び内部標定要素（xH,yH,c）は精度の良い近似値が得られるため、標定要素の近似値による誤差は小さいものとすることができる。その場合、前者、すなわち標定要素の近似値による誤差は、標定要素ai（i=1,...,8）において自動的に修正される。
【００６６】
後者による変換誤差は、高低差の増大に応じて増大するものであり、地形上にほぼランダムに分布する。この誤差の修正には、標定計算の反復が最も好適である。地表面の位置の画像変換エラーは、画面距離の変更により修正される。この画面距離の変更量は、直前の反復計算において得られた平均高さとの差に対応する。
【００６７】
[3]  三次元対象空間における対象体上の点Ｐ（X,Y,Z）と左右二次元アッフィン画像データとの間の二次元アッフィン変換は、左二次元アッフィン画像上の点Ｐの座標を（Xc1,Yc1）、右二次元アッフィン画像上の点Ｐの座標を（Xc2,Yc2）とすると、例えば、次式(5)・(6)で表される。
【００６８】
【数８】
0004262830.tif 000009
そのニ次元アッフィン変換が前記左右二次元アッフィン画像データにおける重複部の全てにおいて成立するという条件は、次式(7)で表される。
【００６９】
【数９】
0004262830.tif 000010
【００７０】
この式は、左右画像データの対応する光線の共面条件と等価である。
【００７１】
式(7)の条件下で、二次元アッフィン変換のパラメータ（a11-a18）及び（a21-a28）を標定して三次元モデル空間（XM,YM,ZM）を形成することができる。
[4]  前記三次元モデル空間は、次式(8)で表される三次元アッフィン変換により、対象体の三次元空間に変換することができる。
【００７２】
【数１０】
0004262830.tif 000011
【００７３】
式(8)における１２のパラメータのうち４つは、左右二次元アッフィン画像データの重複部分についての対応する光線の共面条件により決定（標定）することができる。残りのパラメータは、対象体における４基準点の座標データにより決定（標定）することができる。基準点の座標データによる３Ｄアッフィン変換パラメータの決定（標定）は、４基準点の座標データを、対応する左右二次元アッフィン画像データに変換し、それを更に対応する三次元モデルにおけるデータに変換することにより行うことができる。なお、基準点は４以上であってもよい。
【００７４】
対象体上の任意の点の座標は、例えば空中三角測量の手法により特定することができる。
【００７５】
[5]  隣接する三次元モデル空間であって、両三次元モデル空間を形成するための左二次元アッフィン画像同士及び右二次元アッフィン画像同士がそれぞれ部分的に隣接重複するものについて、隣接重複する一方の三次元モデル（XM2,YM2,ZM2）は、次式(9)で表される三次元アッフィン変換により、隣接重複する他方の三次元モデル（XM1,YM1,ZM1）に変換することができる。
【００７６】
【数１１】
0004262830.tif 000012
式(9)におけるパラメータは、第（ｍ＋１）三次元モデルと第ｍ三次元モデルの３Ｄアッフィン変換により標定することができる。
【００７７】
【実施例】
表１に示す条件で地表面についてのステレオ人工衛星ラインスキャナ画像（SPOT画像）を得、その画像データを用いて、本発明に従った標定と、他の５種の方法による標定を行った。
【００７８】
【表１】
0004262830.tif 000013
【００７９】
５−１０ｍレベルの標定精度を得るために、SPOT画像の点位置確認と測定は、ディジタルステレオ図化機上で1/4乃至1/10ピクセル単位で単眼及びステレオ視を用いて行った。標定計算に際しては、大誤差検出法（デンマーク法）を用いて計測されたデータの洗浄を行った。なお、検出された大誤差は、主に点同一位置確認誤差であった。また、スキャナの飛行コースに沿った外部標定パラメータの挙動を考察するために、Hofmannによって数式化された線形補間を伴う標定画像ラインブロックを採用した。
本発明に従った標定結果と、他の５種の方法による標定結果を、表２に示す。
【００８０】
前記５種の方法は、中心投影標定法に属する４つの方法、すなわち▲１▼通常の中心投影標定法、▲２▼拡張したDLT中心投影標定法、▲３▼時間変動する標定要素を持つ一次元（1D）中心投影（射影変換）標定法、及び、▲４▼中心投影/平行投影標定法［スキャンライン（走査線）において中心投影、衛星飛行方向において平行投影］と、アッフィン標定法に属する▲５▼時間変動する標定要素を持つ一次元（1D）アッフィン変換標定法である。一方、本発明における方法は、アッフィン標定法に属するもので、▲６▼標定要素が時間変動しない二次元（2D）アッフィン変換標定法である。
【００８１】
【表２】
0004262830.tif 000014
【００８２】
表２中、
GCP/NOIL：地上基準点数/  画像上標定区域線数
Check Pts：地上検証点数、平面位置と標高
EEINI-RMS：検証点での初期値の標準偏差・平均二乗誤差
σ0：計測された画像座標の先験的な標準偏差
AIECH：検証点での平均内的誤差（平均二乗誤差値、地上基準点を含まない）
AEECH：検証点での平均外的誤差（平均二乗誤差値、地上基準点を含まない）
である。
前記▲１▼乃至▲６▼の標定法の特徴は下記の通りである。
【００８３】
中心投影標定法に属する▲１▼乃至▲４▼の標定法では、センサの画角が広くなれば精度が向上する。大きな比高差がある場合には、より厳密な数式化により適正に処理することが可能である。
【００８４】
アッフィン標定法に属する▲５▼及び▲６▼の標定法では、得られる精度は、センサの画角が狭くなるほどよくなる。ある程度の起伏の大きい画像範囲については、中心投影からアッフィンへの変換を繰り返し方式により行うことにより精度が保証される。
【００８５】
アッフィン標定法は中心投影標定法よりもずっと安定した解法を与え、同時に地上での検証点での精度も高い。相当な起伏（例えば比高が１０００ｍ程度）のある地形についての画像に関しても同様である。
【００８６】
▲１▼通常の中心投影標定法
時間変動する標定要素を持つので近似値の取得はきわめて困難である。経験的には標定要素の最初の重み付けが困難であり、これが幾何学的な弱さを示すものである。従って解が不安定になる。画角が狭いこの例の場合、実用的に最も問題があることがわかった。
【００８７】
▲２▼拡張したDLT中心投影標定法
個別の標定要素の近似値が多くの場合必要とされないので、画像モデルが厳密性を欠く場合でも近似値の取得が確実に行われる。ある程度の幾何学的な安定性が得られるが、地上基準点が少ししかない場合には精度の劣化が生じるものと認められる。
【００８８】
▲３▼時間変動する標定要素を持つ一次元（1D）中心投影（射影変換）標定法
最小二乗三角測量調整計算（未知の標定要素と地上座標値）の際のパラメータ近似値の取得は容易である。しかしながら、モデル形成は確実性を欠き、安定した結果を得るには、限られた数の標定画像線にあわせて地上基準点の適正な配置と数量が必要である。この標定法は安定性が問題となるので、写真測量での適用は常時実用的であるとは限らない。
【００８９】
▲４▼中心投影/平行投影標定法［スキャンライン（走査線）において中心投影、衛星飛行方向において平行投影］
多くの画像取得状況では不必要な近似計算処理工程を用いて、パラメータの近似値が容易に得られる。但し、この標定法は数値的に不安定であることがある。
【００９０】
▲５▼時間変動する標定要素を持つ一次元（1D）アッフィン変換標定法
センサの鉛直傾斜角と画面距離のよい近似値が、安定した標定の解を得るために必要である。中心投影からアッフィン投影への繰り返し変換で満足できる結果が得られるが、地形図作成を前提とすると、全域にわたって安定してはいないと判断される。
【００９１】
▲６▼本発明による二次元（2D）アッフィン変換標定法
投影変換のためには、鉛直傾斜角とセンサ画面距離についての概略の近似値だけが必要である。これらの近似値があれば、この標定法は幾何学的に非常に安定しており、パラメータの重量の変化にほとんど影響を受けないで１次元アッフィンモデルよりももっと精度のよい標定結果が得られる。中心投影からアッフィン投影への変換での繰り返し解もまた満足できるものであり、ある程度の地上基準点が二次元画像面にかたよりなく分布していれば、計画した精度が得られる。また、ステレオ観測もできるので、写真測量地形図作成に好適であり、ステレオ衛星画像シーンから安定した三次元モデルを得る上で最適である。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、対象体についての左右二次元アッフィン画像データから、精度良く三次元モデル空間を形成することが可能である。左右中心投影画像データを左右二次元アッフィン画像データに変換して用いる場合、左右二次元画像についての鉛直傾斜角と画面距離の近似値があれば、通常必要な画角よりも小さい画角の二次元画像データを用いて精度良く三次元モデル空間を形成することが可能であり、その画角が小さくなるほど精度をより良いものとすることができる。高低差の大きい対象体の二次元画像データについては、繰り返し計算により十分な精度で二次元アッフィン画像データに変換することができる。そのため人工衛星搭載のラインスキャナ等による高分解能画像のように画角が極めて小さい画像の解析、それによる写真測量地形図作成、ディジタルステレオ図化機の実現及びそれによるオルソ画像作成等に最適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】左右二次元画像撮影の概要を示す図である。
【図２】二次元画像データの二次元アッフィン画像データへの変換についての説明図である。
【図１】
0004262830.tif 000015
【図２】
0004262830.tif 000016