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JP6692984B1 - 超解像度立体視化処理システム及びそのそのプログラム - Google Patents

超解像度立体視化処理システム及びそのそのプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】地理院のDEMを用いた赤色立体視画像を拡大したとしも、ジャッギー(ギザギザ)の発生を抑えて、かつ詳細な解像度で凹凸の画像で見せることができる超解像度立体視化処理システムを得る。【解決手段】5mDEM基盤地図Faを記憶した基盤地図用データベース110と、5mDEMメッシュ読込部112と、地理座標用XYZポイントファイル114と、平面直角座標変換部115と、平面直角用XYZポイントファイル118と、ラスタ化処理部135と、微細格子用メモリ142(レイヤ)と、滑か処理部141と、滑か画像用メモリ147(レイヤ)と、考慮距離格子数算出部148と、赤色立体視画像生成部145と、赤色立体視画像用メモリ149(レイヤ)等を備えて、5mDEMの超解像度赤色立体化視画像Gai´を表示部200の画面に得る。【選択図】図3

Description

本発明は、超超解像度立体視化処理システムに関する。
近年は国土地理院(以下、地理院という)が、インターネット網でデジタル標高モデル(DEM: Digital Elevation Model)を公開している。
このDEMは、航空機からレーザ光を地上に照射して得た各々のレーザ計測点をTIN(triangulated irregular network)で結び、これに経度差、緯度差0.2秒(約5m)間隔若しくは経度差、緯度差0.4秒(約10m)のメッシュで区切った枠を被せ、各々のメッシュの中心点の高さを、その中心点を含むTINの頂点の高さから内挿補間により求めている。
このようなDEMを用いて近年は、特許文献1に基づく赤色立体地図が地理院から公開されている。
赤色立体地図の概要は、5mDEM( Digital Elevation Model)を用いて斜度と、地上開度、地下開度を求め、地上開度と地下開度斜度とから尾根谷度(浮沈度ともいう)を求め、斜度に赤の彩度を割り当て、尾根谷度を明度に割り当て合成して生成している。
一方、近年は赤色立体地図は、災害防止、不動産の価値等の観点から数百メートルの狭い範囲(エリアともいう)においても詳細に立体的に可視化できることが求められている。
特許第3670274号公報
しかしながら、赤色立体地図は、地形の凹凸をより詳細に見ようとして拡大した場合は図46に示すようにジャッギー(ギザギザ)が生じる。図46は5mDEMに基づく赤色立体地図を国土地理院の25000分の都市図に重ねた例を示している。
すなわち、地理院地図に赤色立体地図を重ねても、拡大したとしてもジャッギー(ギザギザ)が見えることになるので、立体的に見えない。
本発明は以上の課題を鑑みてなされたもので、地理院のDEMを用いた赤色立体視画像を拡大したとしも、ジャッギー(ギザギザ)の発生を抑えて、かつ詳細な解像度で凹凸の画像で見せることができる超解像度立体視可画像生成方法を得ることを目的とする。
本発明に係る超解像度立体視化処理システムは、
(A).数値標高モデル用メモリに記憶されている数値標高モデルの所定エリアの緯度経度のメッシュ群を平面直角座標で平面直角座標用メモリに定義する手段と、
(B).前記平面直角座標用メモリに定義された平面直角座標のメッシュ群の各々のX方向の辺を均等に奇数(1:含まず)に分割する分割距離を求める手段と、
(C).前記所定エリアに対応する領域の二次元平面(X−Y)をメモリに定義し、このメモリの二次元平面(X−Y)を前記分割距離で分割して前記二次元平面(X−Y)に前記分割距離のサイズの微細格子を定義する手段と、
(D).前記二次元平面(X−Y)に前記平面直角座標のメッシュ群を定義して、前記微細格子の標高値を補間した補間後標高値を求める手段と、
(E1).前記サイズの格子を平滑用格子とし、この平滑用格子を縦横に前記奇数の個数で配列した平滑用格子群よりなる平滑メッシュを生成する手段と、
(E2).前記二次元平面(X−Y)に定義された前記微細格子順次指定し、この指定された微細格子毎に前記平滑メッシュの中央の平滑用格子を、その微細格子に定めて前記二次元平面(X−Y)に前記平滑メッシュを定義し、この平滑メッシュにおける微細格子群の補間後標高値群に基づいて平滑した平滑後標高値を求め、この平滑後標高値を前記指定した微細格子に割り付ける手段と、
(F).前記二次元平面(X−Y)の微細格子に前記平滑後標高値が割り付けられる毎に、この微細格子を着目点とし、この着目点毎に、この着目点からの考慮距離を前記分割距離に対応する微細格子数で定義し、この微細格子数内における浮沈度を求めて、この浮沈度を諧調表示する手段とを備えることを要旨とする。
以上のように本発明によれば、DEMを用いた超解像度立体視画像を拡大したとしても、ジャッギー(ギザギザ)が見えなくなり、かつ詳細な解像度で凹凸が立体的に見える。
また、格子状のアーチファクトが生じない。
実施の形態1の超解像度立体視化処理システムの概念を説明するフローチャートである。 従来の5mDEMを用いて生成した5mDEM赤色画像GRoiと超解像度赤色立体化視画像Gai´との比較説明図である。 実施の形態1の超解像度立体視化システムの概略構成図である。 5mDEM緯度経度ポイントデータPaiの具体例の説明図である。 5mDEM緯度経度ポイントデータPaiに基づく緯度経度5mメッシュMaiの具体例の説明図である。 平面直角座標5mDEMポイントデータPbi(xbi、ybi、zbi、・・)の具体的な説明図である。 は平面直角座標5mDEMポイントデータPbiに基づく平面直角5mメッシュMbiの具体例の説明図である。 正角円筒図法の説明図である。 5m平面直角メッシュMbiの説明図である。 微細格子用メモリ142のX−Y平面の0.559mサイズの微細格子miの説明図である。 分割後の微細格子mi(m1、m2、m3、・・・)の三角形の座標例の説明図である。 等高線データをカラー表示(平面直角座標)させ、このカラー段彩図上に平面直角5mメッシュMbiを重ねた例の説明図である。 TINバイナリ補間の説明図である。 TINバイナリ補間後の説明図である。 TINバイナリ補間の問題点の説明図である。 移動平均化用メッシュFmiの説明図である。 本実施の形態の移動平均化処理による効果の説明図である。 一回目の移動平均化処理による例の説明図である。 二回目の移動平均化処理による説明図である。 は二回目の移動平均化処理の拡大表示例の説明図である。 滑か微細標高値ラスタ画像データRGiの説明図である。 平滑前の微細格子用メモリ142のX−Y平面におけるデータと滑か画像用メモリ147の平滑処理後のX−Y平面におけるデータの具体例の説明図である。 スムージング処理の前のバイリニア補間後標高値zriに対して赤色立体視画像生成処理を行った例の説明図である。 スムージング処理後の滑か処理後標高値zfiに対して超解像度赤色立体画像生成処理を行った例の説明図である。 実施の形態2の超解像度立体視化システムの概略構成図である。 実施の形態2の超解像度立体視化システムの概略を説明するフローチャートである。 25000分の1の標準地図Gki(レベル16)の説明図である。 滑か等高線情報Jiの生成の説明図である。 TINバイナリ補間後の補間後等高線画像GJoiの説明図である。 図29の範囲Ubi付近の拡大図である。 スムージング処理後の滑か等高線画像GJiの説明図である。 図31のUai付近の拡大図である。 「滑か等高線+赤色」画像GaCiの説明図である。 「標準地図+赤色+滑か等高線」画像Gamiの説明図である。 「標準地図+赤色+滑か等高線」画像Gamiの拡大図である。 図35をさらに拡大した拡大図である。 赤色立体画像の生成の流れを説明する説明図である。 赤色立体視画像生成部145の概略構成図である。 地下開度、地上開度の説明図である。 標高0mを基準とする標本地点のAとBの関係の説明図である。 地下開度、地上開度の標本地点及び距離の説明図である。 グレースケールの割り当ての説明図である。 凸部強調画像生成部及び凹部強調画像生成部のブロック図である。 斜度強調画像及び第2合成部のブロック図である。 上に凸がある場合の傾斜角と見通し角(仰角)とが、メッシュサイズと移動平均とでどのように変化するかを示す説明図である。 5mDEMを用いた場合の従来の赤色画像の説明図である。
本実施の形態では、地理院の5mDEM(A:Aはレーザを意味する)の基盤地図(以下、5mDEM基盤地図Faという)を一例として超解像度立体視化画像Giを得る過程を説明する。
超解像度立体視化画像Giは、対象とするエリア、季節等によっても異なるが(青、緑、黄緑等)、本実施の形態では赤色系(赤、紫、朱色、橙、黄色等)の色を用いて説明する。
5mDEM基盤地図Faを用いて後述する本実施の形態により生成した赤色系の超解像度立体視化画像Giを超解像度赤色立体化視画像Gai´と称する。
<実施の形態1>
図1は実施の形態1の超解像度立体視化処理システムの概念を説明するフローチャートであり、コンピュータが行う処理である。
図1に示すように、任意のエリアEiの、緯度及び経度等で定義された5mDEM(以下、緯度経度5mDEMという)のメッシュ(緯度経度5mメッシュMaiという:図5参照)を読込み(S10)、これを平面直角座標系の座標に変換(以下、平面直角5mメッシュMbiという:図7参照)してメモリ(図示せず)に記憶する(S20)。
図5においては、緯度軸N、経度軸Eを0.1秒間隔で区切った枠を示し、TIN補間用の斜線を示す。また、サイズスケールQi(0.0m〜6.0m)と、等高線の標高を知らせる色バーViを示す。
つまり、エリアEi内の平面直角5mメッシュMbi(Mb1、Mb2・・、Mb100、・・)をX−Y平面(二次元平面)に定義(求める)する。
そして、ラスタ化処理を行う(S30)。
ラスタ化処理は、5mメッシュx方向分割・y方向分割処理(S40)と、TINバイリニア補間処理(S50)等よりなる。
5mメッシュx方向分割・y方向分割処理(S40)は、この平面直角5mメッシュMbi(Mb1、Mb2・・、Mb100、・・)を指定し、この指定毎に、この平面直角5mメッシュMbiのX軸の辺(以下、単にx方向と称する)を9分割した5mメッシュ毎X方向分割距離di(d1、d2、・・・)を求める。
そして、これらの5mメッシュ毎X方向分割距離diを平均化し、エリアEiに対応するX−Y平面を、この平均化距離(以下、5mメッシュ毎X方向分割平均距離daという:例えば、0.559m)で分割する(S40)。この分割された格子を微細格子mi(微細オリジナル格子とも称する)と称している(図10参照)。
なお、分割は、5mメッシュ毎X方向分割平均距離da(5844m又は0.559m)で分割している。この5mメッシュx方向分割・y方向分割処理については後述する。
そして、TINバイリニア補間処理(S50)が、エリアEiに対応するX−Y平面に対して平面直角5mメッシュMbiを順次定義し(レイヤ)、平面直角5mメッシュMbi毎に、この平面直角5mメッシュMbi内における微細格子mi毎(m1又はm2、・・・)にTINバイリニア補間(図13参照)を行う(S50)。
この平面直角5mメッシュMbiにおける微細格子miの標高値をバイリニア補間後標高値zriと称している。
エリアEiに対応するX−Y平面に定義されたメッシュ群(平面直角5mメッシュMbi)の塊(集合)を本実施の形態では、ラスタ用微細メッシュ大枠Miと称する。
そして、TINバイリニア補間処理(S50)が、バイリニア補間後標高値zriが得られる毎に、このバイリニア補間後標高値zriを該当の微細格子miに割付ける(ラスタ化ともいう:図14参照)。
次に、滑か処理(S60)を行う。
滑か処理(S60)は、微細格子miを指定し、この指定毎に、9×9格子(格子サイズは0.5844m又は0.559m)の移動平均化メッシュFmi(相加平均、移動平均等)をかける(スムージング処理ともいう)。この移動平均化メッシュFmi(図16参照)の格子(fmi)に与えらえた値をスムージング標高値zfi(zf1、zf2、・・・)と称する。このスムージング標高値zfi(zf1、zf2、・・・)を画像化したものを滑か画像Gfiと称する(図18、図19、図20参照)。
次に、赤色画像化処理(S70)が微細格子miを順次指定し、この指定毎に、この微細格子miを着目点とし、この着目点から考慮距離L(例えば、50m)内に存在する滑か微細標高値(スムージング標高値ともいう)を用いて斜度と地上開度と地下開度とを求め、地上開度と地下開度とから尾根谷度を求め、斜度を赤の彩度に割りあて、尾根谷度(浮沈度ともいう)を明度に割り付け、これらを合成した微細格子mi毎(0.559m)の赤色画像データgmi(gm1、gm2、・・・)を生成する(S70)。
前述の考慮距離Lは、微細格子数に変換する。微細格子数は、L/daに相当する格子数にする。
そして、これらの赤色画像データgmi(gm1、gm2、・・・)を表示用メモリに書込んで(S90)、画面に図2(b)に示す超解像度赤色立体化視画像Gai´として表示する(S100)。
この赤色立体視画像生成処理の前に、滑か処理を行うのが好ましい。この滑か処理及び赤色立体視画像生成処理については実施の形態2で詳細に説明する。
図2は図2(a)に5mDEM基盤地図Faの5mDEMを用いて生成した赤色立体地図(本実施の形態では、5mDEM赤色画像GRoiと称する)を示し、図2(b)に本実施の形態1の超解像度赤色立体化視画像Gai´を示している。
図2(a)の5mDEM赤色画像GRoiは、航空機で取得したレーザ点群に基づく5mDEMを赤色立体画像化処理して、表示画面において横約450m〜500m、縦500m〜550mのエリアを数倍に拡大した画像であり、表示画面の1セルは5m程度に該当している。5mDEM赤色画像GRoiは、図2(a)に示すように、ギザギザになっている。
これに対して、図2(b)の超解像度赤色立体化視画像Gai´は、ギザギザが出ていない。
次に、図3を用いて具体的な構成を説明する。
図3は本実施の形態1の超解像度立体視化システムの概略構成図である。図3に示すように、実施の形態1の超解像度立体視化システム300は、コンピュータ本体部100と、表示部200等で構成されている。
コンピュータ本体部100は、5mDEM基盤地図Faを記憶した基盤地図用データベース110と、5mDEMメッシュ読込部112と、地理座標用XYZポイントファイル114と、平面直角座標変換部115と、平面直角用XYZポイントファイル118と、ラスタ化処理部135と、微細格子用メモリ142(レイヤ)と、滑か処理部141と、滑か画像用メモリ147(レイヤ)と、考慮距離格子数算出部148と、赤色立体視画像生成部145と、赤色立体視画像用メモリ149(レイヤ)等を備えている。
ラスタ化処理部135は、X方向分割距離算出部132と、微細格子生成部134と、TINバイリニア補間部137とを備えている。
また、表示処理部150等を備えて、図2(b)に示す5mDEMの超解像度赤色立体化視画像Gai´等を表示部200の画面に得る。
(各部の説明)
基盤地図用データベース110は、5mDEM基盤地図Fa(地形)を記憶している。この5mDEM基盤地図Faの5mDEMは、航空レーザによって取得(数十センチ間隔)された点群であり、この点群のエリアは、日本全国(数十キロ〜数百キロ)である。
これらの点群は、緯度Ii、経度Ii、標高値zi、強度等を含んでおり、本実施の形態では5mDEM緯度経度ポイントデータPaiと称する。
5mDEMメッシュ読込部112は、オペレータにより入力(指定)されたエリアEi(例えば、縦横が50m〜1500m)に対応する5mDEM緯度経度ポイントデータPaiを5mDEMの基盤地図用データベース110より地理座標用XYZポイントファイル114(メモリ)にエクスポートする。図4は地理座標用XYZポイントファイル114の5mDEM緯度経度ポイントデータPaiの具体例である。
図5は5mDEM緯度経度ポイントデータPaiに基づく緯度経度5mメッシュMaiの具体例である。図5においては、標高値をカラー段彩図で示している。このカラー段彩図は、本実施の形態によって得られた微細格子用メモリ142(レイヤ)に生成された微細格子miに割り付けられている標高値に基づく等高線データを緯度経度座標に変換してカラー表示させ、このカラー段彩図上に緯度経度5mメッシュMaiを重ねるのが好ましい。
平面直角座標変換部116は、地理座標用XYZポイントファイル114(メモリ)の5mDEM緯度経度ポイントデータPai(緯度Ii、経度Ii、標高値zi)を平面直角座標に投影変換し(高さはそのまま用いるのが好ましい)、これを5mDEM平面直角ポイントデータPbiとして平面直角用XYZポイントファイル118(メモリ)にエクスポートする。
図6はXYZポイントファイルの平面直角座標5mDEMポイントデータPbi(xbi、ybi、zbi、・・)の具体的な説明図である。図7は平面直角座標5mDEMポイントデータPbiに基づく平面直角5mメッシュMbiの具体例である。図7においては、標高値をカラー段彩図で示している。図7に示すように、図5の正方形の緯度経度5mメッシュMaiが長方形(詳細には歪がある)になっている。
図7においては、標高値をカラー段彩図で示している。このカラー段彩図は、本実施の形態によって得られた微細格子用メモリ142(レイヤ)に生成された微細格子miに割り付けられている標高値に基づく等高線データを平面直角座標に変換してカラー表示させ、この等高線のカラー段彩図に平面直角5mメッシュMbiを重ねたものである。
5mDEM平面直角ポイントデータPbiは、図6に示すように、エリアEiと、5m平面直角メッシュMbiのメッシュ番号(単に、5m平面直角メッシュMbiと記載する)と、5m平面直角メッシュMbiを構成する4点の5mDEM平面直角ポイントデータPbi等(反射強度を含めてもよい)よりなる。
これらを本実施の形態では、5m平面直角ポイントデータPbiと称している。zbiは属性情報であるの括弧書で示している。
なお、5mDEM平面直角ポイントデータPbiは、5m間隔で平面直角用XYZポイントファイル118に実データ(実際の反射強度、標高値があるデータ)として5mDEM平面直角ポイントデータPbiが記憶されていない場合は、周囲の5mDEM平面直角ポイントデータPbiを用いて内挿補間(TIN)により求めるのが好ましい。
平面直角座標変換は、地球の赤道のみが接する円筒内に地球を置き、経緯線を円筒に投影してから円筒を開いて生成した「正角円筒図法」であり、図8に示すように、極に近づくほど緯線の間隔が広くなる。図8においては「0」は地球中心を示す。
このため、平面直角座標に変換した場合は、歪があるので、4点の5mDEM平面直角ポイントデータPbiを繋げたメッシュは、エリアEiによっては、図9(a)に示すように、5m平面直角メッシュMbi(Mb20)が斜めな長方形になったり、歪がない図9(b)に示す長方形(正方形の場合もある)になったりする。なお、本実施の形態では、歪があるないにかかわらず説明上、5m平面直角メッシュMbiと称する。
図9(a)は、5mDEM平面直角ポイントデータPb20、Pb21、Pb30、Pb31を繋げて、これを平面直角5mメッシュMb20として示した例である。
図9(b)には、5mDEM平面直角ポイントデータPb80、Pb81、Pb100、Pb101を繋げて、これを平面直角5mメッシュMb80として示した例である。
これらの平面直角5mメッシュMbi(Mb1、Mb2、・・・)の塊(集合)を本実施の形態では平面直角5mメッシュ大枠Maiと称する。
ラスタ化処理部135のX方向分割距離算出部132は、平面直角用XYZポイントファイル118の4個の5mDEM平面直角ポイントデータPbiを指定する。
具体的には、5mDEM平面直角ポイントデータPbiを指定し、これと同じ座標yaiを有し、X座標が隣(次となる)となる5mDEM平面直角ポイントデータPbiを検索し、指定した5mDEM平面直角ポイントデータPbiに対して対角となる5mDEM平面直角ポイントデータPbiと、検索したX座標が隣(次となる)となる5mDEM平面直角ポイントデータPbiの対角となる5mDEM平面直角ポイントデータPbiの4点を5m平面直角メッシュMbiとする。
そして、5m平面直角メッシュMbi毎に、X方向分割距離算出部132は、X方向の5mDEM平面直角ポイントデータPbiと、隣の5mDEM平面直角ポイントデータPbiとの5mメッシュX方向距離を順次求める。
そして、5mメッシュX方向距離毎に、この5mメッシュX方向距離を均等に9分割(例えば、0.559m)する5mメッシュ毎X方向分割距離di(例えば、0.559m又は0.5844m、0.592m、・・)を順次求める。そして、平面直角5mメッシュMbi毎の5mメッシュ毎X方向分割距離diを合計し、この合計値を9×平面直角5mメッシュMbの個数で平均化した5mメッシュ毎X方向分割平均距離da(例えば、0.5844m又は0.559m)を求める。
一般に格子間隔を適切にとらないと、平面直角座標系に対する緯度、経度の投影変換と、内挿補間の干渉による、格子状のアーチファクトが生じする。5mメッシュ毎X方向分割距離diは、できるだけ正方形又は長方形の微細格子miになる分割距離である。
実験の結果、5mメッシュの場合は、5mメッシュ毎X方向分割平均距離daを例えば、0.5844m又は0.559m(約60cm)で分割すると、画像を画面に表示させたときに、格子上にアーチファクトが最も生じないことが判明した。
微細格子生成部134(微細格子生成処理ともいう)は、微細格子用メモリ142に、エリアEiに対応するX−Y平面を定義する。
そして、X方向分割距離算出部132で得られた5mメッシュ毎X方向分割平均距離da(例えば、0.559m)を読込み、微細格子用メモリ142のX−Y平面の原点座標からX軸及びY軸を5mメッシュ毎X方向分割平均距離da(例えば、0.559m又は0.5844m)単位で分割して、各々の分割点からX軸及びY軸に平行な直線を定義して、微細格子用メモリ142のX−Y平面に縦横が例えば、0.559mサイズの微細格子miを生成する(図10参照)。縦行は「e」、横列は「k」としてもよい。
図11は分割後の微細格子mi(m1、m2、m3、・・・)の三角形の補間後の補間後標高値の座標例である。
Idx,X,Y,Elevation (m),Length,Total Length,Heading
1,-10835.893,-32871.056,41.274,0.559 m,---,269° 55' 48.4"
2,-10836.452,-32871.056,41.412,0.79 m,0.559 m,134° 52' 44.3"
3,-10835.893,-32871.614,41.214,---,1.349 m,---
となる。
この、微細格子用メモリ142のX−Y平面に、平面直角5mメッシュMbiを定義し、本実施の形態によって得られた微細格子用メモリ142(レイヤ)に生成された微細格子miに基づく等高線データをカラー表示(平面直角座標)させ、このカラー段彩図上に平面直角5mメッシュMbiを重ねた例を図12に示す。
但し、図12においては、平面直角5mメッシュMbiにおける微細格子mi(m1、m2、m3、・・・)は、おおむね9×11で分割された場合の例である。
TINバイリニア補間部137(単に標高値補間部ともいう)は、微細格子用メモリ142(レイヤ)の微細格子mi毎の標高値を内挿補間して割付ける。
そして、TINバイリニア補間部137は、図13に示すように、微細格子用メモリ142(レイヤ)のX−Y平面に平面直角5mメッシュMbiを定義して、TINバイナリ補間を行う。図13は、5mDEM平面直角ポイントデータPb10、Pb11.Pb22、Pb23で構成された平面直角5mメッシュMbiを示している。
そして、この平面直角5mメッシュMbi毎に、TINを定義して、微細格子mi(m1、m2、m3、・・・)を補間する(図13参照)。
この補間された標高値をバイリニア補間後標高値zri(zr1、zr2、・・)と称する。そして、滑か処理部141(スムージング処理ともいう)を起動する。
なお、平面直角5mメッシュMbiは、歪んでいるので、図13に示すように、X、Y方向がずれる。TINバイナリ補間処理による補間値の決定は、平面直角5mメッシュMbiに隣接する平面直角5mメッシュMbiの内で、微細格子mi(m1、m2、m3、・・・)の面積が大きい方の平面直角5mメッシュMbiの標高値を採用するのが好ましい。
図14はTINバイナリ補間後のバイリニア補間後標高値zri(zr1、zr2、・・)に基づく等高線の段彩図の例であり、微細格子用メモリ142(レイヤ)のバイリニア補間後標高値zriを色別で示した例である。また、平面直角5mメッシュMbiを重ねている。
図15(a)には、平面直角5mメッシュMbiの標高値(zb)を示し、図15(b)には、微細格子用メモリ142(レイヤ)に生成された微細格子miに割り付けられているバイリニア補間後標高値zri(zr1、zr2、・・:例えば0.559m(小数点4位以下省略)間隔)を示す。
しかし、バイナリ補間は、図15(b)に示すように、縁が急激に吐出(hi)したり、あるは谷が急激に下がったり(hi)する。このため、本実施の形態では、滑か処理部141を備えている。
なお、微細格子miは、バイリニア補間後標高値zri(zr1、zr2、・・)と、微細格子miを構成する4点座標、平面直角5mメッシュMbi、エリアEi名等が微細ラスタデータRaMi(図示せず)として記憶される。
滑か処理部141は、移動平均化処理を行う。この移動平均化処理は、オペレータによって滑か処理指示が入力する毎に、5mメッシュ毎X方向分割平均距離da(例えば、0.559m)を読み込む。そして、縦横のサイズをこの5mメッシュ毎X方向分割平均距離da(例えば、0.559m)にした格子(平滑用格子とも称する)を、横列に9個、縦に9個にした図16に示す移動平均化用メッシュFmiを生成する。
なお、図16は、移動平均化用メッシュFmiの縦行を「i」、横列を「j」した格子番号fm(i,j)を記載している。
そして、滑か画像用メモリ147(レイヤ)に、微細格子用メモリ142(第1のラスタ用メモリとも称する)と同じエリアEiのX−Y平面を定義し、このX−Y平面のX方向、Y方向を5mメッシュ毎X方向分割平均距離da(例えば、0.559m)で分割する上記の微細格子生成処理を行い、微細格子mi(m1、m2、・・・)を定義する。
そして、滑か処理部141は、図16に示すように、この移動平均化用メッシュFmiの中心格子(fm(5,5))を順次定義する。この中心格子における移動平均値(加重平均)を滑か処理後標高値zfiと称する(スムージング標高値ともいう)。
この滑か処理後標高値zfi(図示せず)を滑か画像用メモリ147(レイヤ)に定義されている微細格子miに割り付ける。
この滑か処理後標高値zfi(zf1、zf2、・・・)には各種データが関連付けられる(以下、滑か微細標高値ラスタ画像データRGiという(図21参照))。
図18は一回目の移動平均化処理による例であり、図19は二回目の移動平均化処理である。図20は二回目の移動平均化処理の拡大表示例である。
なお、図18〜図20は、滑か処理後標高値zfi(zf1、zf2、・・・)に基づく等高線の段彩図の例であり、平面直角5mメッシュMbiを重ねている。また、平面直角5mメッシュMbiにおける微細格子mi(m1、m2、m3、・・・)は、おおむね9×11で分割された場合の例である。
図18〜図20に示すように、図12の等高線の鋭い箇所が丸みを帯びて滑かになっている。
なお、図20には、0.559mサイズの微細格子mi(m1、m2、・・・)を示し、この微細格子mi(m1、m2、・・・)を代表する滑か処理後標高値zfi(zf1、zf2、・・・)を黒点で示している。
つまり、図15(b)のhiが平滑される(図17参照)。
オペレータは、画面に表示された滑か画像Gfiの等高線の滑か具合を確認して、必要により移動平均化処理(スムージングともいう)を指示している。この指示は、表示処理部150から滑か処理部141に出力される。
滑か微細標高値ラスタ画像データRGiは、図21に示すように、エリアEiと、平面直角5mメッシュMbiと、平面直角5mメッシュMbiと、平面直角5mメッシュMbiの四角の座標(例えば、Pb1、Pb2、Pb3、Pb4)と、微細格子mi(番号)と、5mメッシュ毎X方向分割平均距離da(例えば、0.559m)と、バイリニア補間後標高値zriと、微細格子mi(番号)と、微細格子miの四角の座標(例えば、PL1、PL2、PL3、PL4:図示せず)と、一回目の滑か微細標高値zfiと、2回目の滑か微細標高値zfi´等よりなる。なお、例えば、PL1とPL2とが入り口の線、PL3とPL4とが出口の線である。
本実施の形態では一回目の滑か微細標高値zfiとして説明する(以下、単に滑か微細標高値zfiと称する)。
すなわち、図17(b)に示すように、滑か画像用メモリ147のX−Y平面は0.559m又は0.5844mで分割されているので、Z軸とX軸とで標高値を示した場合は、5mDEMの格子サイズ(図17(a)参照)では、5m単位となるが、本実施の形態の移動平均化処理によって図17(b)に示すように図15(b)の吐出(hi)が抑制され、かつ各々の標高値が滑らかなになる。
図22(a)に、平滑前の微細格子用メモリ142のX−Y平面におけるデータの具体例を示し、図22(b)に滑か画像用メモリ147の平滑処理後のX−Y平面におけるデータの具体例を示す。
赤色立体視画像生成部145は、滑か画像用メモリ147(レイヤ)の滑か微細標高値ラスタ画像データRGiを用いて、赤色立体視画像生成処理を行う。
赤色立体視画像生成処理は、滑か画像用メモリ147(レイヤ)の滑か微細標高値ラスタ画像データRGiに含まれている微細格子mi(0.559mサイズ)を着目点として順次、指定し、この着目点から、この考慮距離Lを半径とする局所領域に存在する滑か処理後標高値zfiに基づいて、斜度と地上開度と地下開度とを求め、地上開度と地下開度とから尾根谷度を求め、斜度を赤の彩度に割りあて、尾根谷度(浮沈度ともいう)を明度に割り付け、これらを合成した微細格子mi毎の赤色画像データgmi(gm1、gm2、・・・)を赤色立体視画像用メモリ149(レイヤ)に生成する。これらを総称して超解像度赤色画像Gaiと称している。
図23はスムージング処理の前の微細格子用メモリ142(レイヤ)におけるバイリニア補間後標高値zri(zr1、zr2、・・:例えば0.559m)に対して赤色立体視画像生成処理を行った例である。但し、図23は、赤色を50%程度低減させた超解像度赤色立体化視画像Gai´で示している。
平面直角5mメッシュMbiにおける微細格子mi(m1、m2、m3、・・・)は、おおむね9×11で分割された場合の例である。但し、図23の微細格子miにおける黒点は、表示上のずれであり、実際は図24に示すように、miの中央に位置している。
図24はスムージング処理後の滑か処理後標高値zfiに対して超解像度赤色立体画像生成処理を行った例である。但し、図23は、赤色を50%程度低減させた超解像度赤色立体化視画像Gai´で示している。
平面直角5mメッシュMbiにおける微細格子mi(m1、m2、m3、・・・)は、おおむね9×11で分割された場合の例である。また、超解像度赤色化画像Gai及び超解像度赤色立体化視画像Gai´(50%低減)の生成については詳細に後述する。
図23と図24とを比較すると、スムージング処理を施した図24の方が全体的に赤色が柔らかい印象になっている。
表示処理部150は、赤色立体視画像用メモリ149(レイヤ)の超解像度赤色立体化視画像Gai´を画面に表示する(図2(b)参照)。図2(b)に示すように、図2(a)と比較すると、ジャギ―(ギザギザ)がないと共に、アーチファクトが生じてはいない。
また、平面直角5mメッシュMbiを例えば、0.559m単位で分割した微細格子miの滑か処理後標高値zfi単位に基づく超解像度赤色立体画像生成処理であるので、平面直角5mメッシュMbiでの赤色と比較すると、立体感も損なわない(色合い)し、かつ微細格子mi間隔の標高値に応じた色合いとなっている。このため、微細に標高を赤色化できている。
すなわち、5mDEMであっても、この5mDEMの間において、微細に凹凸を表現させることができる。
<実施の形態2>
実施の形態2においては、等高線Ci、地理院の標準地図Gki等を示して説明する。
図25は実施の形態2の超解像度立体視化システムの概略構成図である。図26は実施の形態2の超解像度立体視化システムの概略を説明するフローチャートである。
図25においては、5mDEM基盤地図を記憶した基盤地図用データベース110と、5mDEMメッシュ読込部112と、地理座標用XYZポイントファイル114と、平面直角座標変換部115と、平面直角用XYZポイントファイル118と、ラスタ化処理部135と、考慮距離格子数算出部148は図示しない。
図25には、微細格子用メモリ142(レイヤ)と、滑か処理部141と、滑か画像用メモリ147(レイヤ)と、赤色立体視画像生成部145と、赤色立体視画像用メモリ149(レイヤ)とを示して説明する。
また、実施の形態2は、滑か等高線算出部156と、滑か等高線データ用メモリ158と、地理院地図用メモリ151と、第1の画像合成部160(地理院地図+赤色)と、第1の合成画像用メモリ161(地理院地図+赤色)と、第2の画像合成部162(滑か等高線+赤色)と、第2の合成画像用メモリ164(滑か等高線+赤色)と、第3の画像合成部166(等高線+地理院地図+赤色)と、第3の合成画像用メモリ168(等高線+地理院地図+赤色)と、表示処理部150とを示す。
地理院地図用メモリ151には、25000分の1の標準地図Gki(レベル16)のベクタデータが記憶されている(図27参照)。但し、図28はベクタデータを画像化して示している。
図25を図26のフローチャートを用いて説明する。但し、図1、図3と同一符号を付しているものは説明を省略する。
5mDEMメッシュ読込部112が、オペレータにより入力(指定)されたエリアEi(例えば、縦横が50m〜1500m)に対応する5mDEM緯度経度ポイントデータPaiを5mDEMの基盤地図用データベース110より読込み(S9)、地理座標用XYZポイントファイル114(メモリ)にエクスポートする(S10)。
そして、5mDEM緯度経度ポイントデータPaiを5mDEMの基盤地図用データベース110より読み込んで、地理座標用XYZポイントファイル114にエクスポートし(S10)、平面直角座標変換部116が地理座標用XYZポイントファイル114の5mDEM緯度経度ポイントデータPaiを平面直角座標に投影変換して(S20)、5mDEM平面直角ポイントデータPbiとして、平面直角用XYZポイントファイル118にエクスポート(S22)し、ラスタ化処理を行う(S30)。
すなわち、微細格子用メモリ142(レイヤ)に、例えば0.559mサイズの微細格子miを生成し、これらの微細格子miにバイリニア補間後標高値zri(zr1、zr2、・・)を割り付けている(図14参照)。
そして、滑か処理部141が滑か処理S60を行い、滑か画像用メモリ147(レイヤ)の0.559mサイズの微細格子miに、滑か処理後標高値zfi(zf1、zf2、・・・)を割り付ける(滑か微細標高値ラスタ画像データRGi、(図21参照))。
そして、赤色立体視画像生成部145が滑か画像用メモリ147(レイヤ)の滑か微細標高値ラスタ画像データRGiを用いて、赤色立体視画像生成処理を行い、赤色立体視画像用メモリ149(レイヤ)に超解像度赤色画像Gaiを生成する。
滑か等高線算出部156は、滑か画像用メモリ147(レイヤ)の0.559mサイズの微細格子miを指定する。
そして、指定した微細格子mi(0.559mサイズ)毎に、一定範囲(例えば、5m、10m、20m、・・)を定義し、指定した微細格子mi(滑か微細標高値ラスタ画像データRGi)の滑か微細標高値zfiと同じ標高値を有する微細格子mi(微細標高値ラスタ画像データRGi)を検索する。
そして、これらの微細格子mi(微細標高値ラスタ画像データRGi)に対して標準偏差算出処理等により、繋ぐ微細格子mi(微細標高値ラスタ画像データRGi)を決定して行って、閉曲させる。
このとき、微細格子miの四角の座標(例えば、PL1、PL2、PL3、PL4)の内で、例えば、PL1とPL2とを入り口の線、PL3とPL4とが出口の線として、PL1とPL2の間の標高値を補間し、かつPL3とPL4との間を補間して、略同標高となる点を結ぶ線(y=ax+b)を生成して繋ぐ(図28参照)。
そして、この閉曲となる微細格子mi(微細標高値ラスタ画像データRGi)の直線の集合をベクター化(関数)し、これを滑か等高線情報Jiとして滑か等高線データ用メモリ158に記憶する。滑か等高線情報Jiを画像化した場合は、滑かな等高線Ciと称する。
このベクター化は、繋ぐべき、隣の微細メッシュmiがX方向又はY方向の場合は、中心座標同士(x、y)を直線で結ぶ、また繋ぐ隣の微細格子miが斜め方向の場合は、繋ぐ方向の微細格子mi側の角2点を座標の中心と、繋ぐ斜め方向の微細格子miの2点間の中心座標とを結んで直線にする。
そして、これらの直線の集合を関数(近似関数にしてもよい)にする。
すなわち、滑か等高線情報Jiは、従来のように、スプライン曲線、ベジェ曲線等の曲率最大化処理を行わない、微細格子mi(0.559m)を通る直線を繋げた等高線となっている。
このとき、色値を割り付ける。すなわち、滑か等高線情報Jiは、エリアEiと、微細格子miと、サイズ(0.559m)と、滑か微細標高値Riと、色値と、接続方向(X方向上(又は下)、Y方向上(又は下)又は右斜め或いは左斜め)等よりなる。
なお、滑かな等高線Ciの間隔は、1m、2m、3m、・・でも構わない。
次に、図29〜図32を用いて、スムージング処理を行わなかった場合の滑か等高線画像GJiの違いを説明する。
図29はTINバイナリ補間後の補間後等高線画像GJoiを表示した例であり、図30は図29の範囲Ubi付近の拡大図である。図31はスムージング処理後の滑か等高線画像GJiを表示した例であり、図29と同様なエリアである。
図32は図31のUai付近の拡大図である。
図30に示すように、TINバイナリ補間後の滑か等高線画像GJiのUaciの箇所は等高線がギザギザに湾曲しているが、スムージング処理を施した場合は、図32に示すように、Uaciの箇所は滑か湾曲している。
すなわち、本実施の形態の等高線は1万分の1の等高線図として利用できる。
第1の画像合成部160(地理院地図+赤色)は、赤色立体視画像用メモリ149(レイヤ)の超解像度赤色化画像Gaiの赤色を50%程度低減させた超解像度赤色立体化視画像Gai´にして、地理院地図用メモリ151の標準地図Gki(レベル16)のベクタデータの画像化データとを乗算合成した「地理院地図+赤色合成」画像GFiを生成し、これを第1の合成画像用メモリ161(地理院地図+赤色用)に記憶する(図34参照)。但し、図34は等高線も示している。
このとき、第1の画像合成部160(地理院地図+赤色)は、標準地図(建物、道路等の都市図)のベクタを画像化した場合の色(例えば、橙)と相違するように、赤色立体視画像用メモリ149(レイヤ)の超解像度赤色立体化視画像Gaiの色値を50%低下させる。
例えば、色相が0°の赤、彩度が50%、明度が80%で構築される落ち着いた赤色にする。
RGB値は各色を0〜255の範囲で指定した場合、REDが“204”・GREENが“102”・BLUEが“102”程度にする。HEX値(16進数のWEBカラー・HTMLカラーコード)は#CC6666にする。又は、カラー印刷に使用されるCMYK値はシアン“C20%”・マゼンタ“M70%”・イエロー“Y50%”・ブラック“K0%”がおよその色にする。
この色値を50%低下させた超解像度赤色画像Gaiを超解像度赤色立体化視画像Gai´と称している。
第2の画像合成部162(滑か等高線+赤色)は、第1の合成画像用メモリ161(地理院地図+赤色用)の超解像度赤色立体化視画像Gai´(50%低減)と、滑か等高線データ用メモリ158の滑か等高線情報CJiを画像化したデータとを乗算合成した「滑か等高線+赤色」画像GaCiを生成して第2の合成画像用メモリ164(滑か等高線+赤色)に記憶する(図33参照)。
第3の画像合成部166(等高線+地理院地図+赤色)は、第1の合成画像用メモリ161(地理院地図+赤色用)の「地理院地図+赤色合成」画像GFiと、第2の合成画像用メモリ164(滑か等高線+赤色)の「滑か等高線+赤色」画像GaCiとを乗算合成した「標準地図+赤色+滑か等高線」画像Gamiを3の合成画像用メモリ168に記憶する(図34、図35参照)。なお、各メモリの超解像度赤色立体化視画像Gai´(50%低減)の乗算合成はいずれかの方を読み込んで合成するのが好ましい。
なお、図35は「標準地図+赤色+滑か等高線」画像Gamiの拡大図である。但し、図34とは相違している場所の拡大図である。さらに、図36は図35をさらに拡大した拡大図である。
図36に示すように、地理院基盤地図の建物、道路等のベクタデータを表示用メモリに読み込んで表示させてもギザギザ感がない。すなわち、25000分の1の標準地図Gki(レベル16)の複雑な線形の道路輪郭、建物輪郭とに解像度が調和している。
また、図36に示すように拡大したとしても、ギザギザ(ジャギ―)感がない。従って、崖の状況、平面の状況、道路の傾斜等を詳細に確認できる。
このため、地理院が作成を断念した1万分の1の地図とほぼ同様な地図が生成されたことになる。
<実施の形態4:赤色立体画像>
赤色立体画像の生成は、特許第3670274号公報の技術を用いている。
この概略を図37を用いて説明する。
図37に示すように、滑か画像用メモリ147のn番目(n=1〜 N)に処理した2成分ベクトルVnの識別番号Idnと高度差とから、その経度xn、緯度yn、及び海抜高度znを算出し、その値をメモリ(図示せず)に格納された仮想的な三次元(3D)のX−Y−Z直交の三次元座標空間80内の対応する座標点Qn={Xn=xn、Yn=yn、Zn=zn}に対応付ける(平面直角座標変換部115に対応する)。
つまり、メモリ内の座標点Qnに対応した記憶領域にベクトルVnの識別番号Idnを格納することにより、ベクトルVnを三次元座標空間80に写像し、これを総数N個のベクトルについて行うことにより、ベクトル場70を三次元座標空間80に写像する(図37の処理P1)。
更に、三次元座標空間80内の総数N個又はそれ未満の適宜な個数のId付き座標点の列{Qn:n<≦N}を必要な滑かさで連結する曲面Sを最小二乗法等で求めて、これを総数M個{M≦N}の微小な面領域{Sm:m≦M}に分割し、それぞれ着目点Qm(例えば、0.559m)を定め、関連情報をメモリに格納する。
そして、各面領域Smに関し、その着目点Qmから所定半径内に位置する曲面Sの表側(Z+側)の局所領域Lm+を確認し、それにより画成される着目点Qm周りの開放度(即ち、天側に対する見通し立体角又はそれと等価な二回微分値)Ψm+を求め(図37の処理P2)、面領域Smの浮上度として記憶する。
この浮上度Ψm+を曲面S全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Aとする。この画像Aは、地形の尾根側、つまり(曲面Sの)凸部をいかにも凸部らしく明瞭に示す。
そして、上記面領域Smに関し、その着目点Qmから上記所定半径内に位置する曲面Sの裏側(Z-側)の局所領域Lm -を確認し、それにより画成される着目点Qm周りの開放度(即ち、地側に対する見通し立体角又はそれと等価な二回微分値)Ψm-を求め(図37の処理P3)、面領域Smの沈下度として記憶する。この沈下度Ψm-を曲面S全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Cとする。
この画像Cは、地形の谷側、つまり(曲面Sの)凹部をいかにも凹部らしく明瞭に示す。この画像Cが前記画像Aの単純な反転にならない点に留意する必要がある。
そして、上記面領域Smに関し、その浮上度Ψm+と沈下度Ψm-とを合目的的に(つまり、尾根と谷のどちらを重視するかに従い)定めた配分割合w+:w−(w++w−=0)で重み付け合成(w+Ψm++w−Ψm-)することにより、所定半径内に位置する曲面Sの表裏の局所領域Lm(Lm+,Lm-)が着目点Qm周りにもたらす立体的効果を求め(図37の処理P4)、面領域Smの浮沈度Ψmとして記憶する。
この浮沈度Ψmを曲面S全体に渡り諧調表示した画像を処理結果Bとする。この画像Bは、(曲面Sの)の凸部を凸部らしくまた凹部を凹部らしく明瞭に示すことにより、地形の尾根と谷とを際立たせ、視覚的立体感を増強する。なお、画像Bは、上記合成の重み付けがw+=−w−=1になっている。
そして、上記面領域Smに関し、その最大傾斜度(又はそれと等価な一回微分値)Gmを、直接的に又は最小二乗法を介し間接的に求め(図37の処理P6)、上記面領域Smの斜度Gmとして記憶する。
この斜度Gmを曲面S全体に渡り赤系統の色Rで色調表示した画像の無彩色表示画像)を処理結果Dとする。この画像Dも、地形(つまり曲面S)の立体感を視覚的に醸成する効果を持つ。
そして、三次元座標空間80をその関連情報(Ψm、Gm, R)と共に、二次元面90に写像(図37の処理P5)することにより、前記座標点Qmの列を連結する面Sの分割領域Smに対応する二次元面90上の領域90mに、前記斜度GmのR色調表示を行うとともに、そのR色調の明度について、前記浮沈度Ψmに対応する諧調表示を行う。
この画像(の無彩色表示画像)を処理結果Fとする。この画像Fは、地形(つまり曲面S) に視覚的立体感が付与されている。
画像Eは、前記画像Dの情報(つまり斜度G mを示すR色調)と、画像Aに対応する浮沈度(つまり浮上度Ψm+)の情報とを二次元面90に写像(処理P5)した結果を示し、尾根部が強調されている。
画像Gは、前記画像Dの情報(斜度Gmを示すR色調)と画像Cに対応する浮沈度(つまり沈下度Ψm-)の情報とを二次元面90に写像(処理P5)した結果を示し、谷部が強調されている。
前記座標点Qnの列のうち、前記ベクトル70場のベクトルVnの成分から抽出される属性(本実施形態では海抜高度zn)が等値な座標点Qnを連結した属性等値線(本実施形態では地形の等高線及び外形線)Eaを求めて、これを記憶し、必要に応じ、出力ないしは表示する(図37の処理P7)。
この結果Iも、地形(つまり曲面S)の立体形状の把握に寄与する。
そして、二次元面90上に、前記三次元座標空間80をその関連情報(Ψm、Gm, R)と共に写像ないしは出力表示するとともに、上記属性等値線Eaを写像ないしは出力表示する(図37の処理P8)。その表示画像(の無彩色表示画像)を処理結果Hとする。この画像Hも、地形(つまり曲面S)に視覚的立体感が付与されている。
従って、ベクトル場(70)を三次元の三次元座標空間(80)に写像して対応する座標点列(mfi)を得る第1のステップ(61)を行った後で、前記座標点列を連結する面の局所領域での着目点の所定半径内に位置する表側の領域により画成される、前記着目点周りの開放度を、前記局所領域の浮上度(浮沈度)(A)として求める第2のステップ(62)と、
前記座標点列を連結する面の局所領域での前記着目点の前記所定半径内に位置する裏側の領域により画成される、前記着目点周りの開放度を、前記局所領域の沈下度(C)として求める第3のステップ(63)と、
前記浮上度(A)と前記沈下度(C)とを重み付け合成して前記座標点列を連結する面の局所領域での前記所定半径内の前記表側の領域及び前記裏側の領域が前記着目点周りにもたらす開放度を、前記局所領域の浮沈度(B)として求める第4のステップ(64)と、
前記三次元座標空間(80)を二次元面(90) に写像し、前記座標点列を連結する面の局所領域に対応する二次元面(90)上の領域に前記局所領域の浮沈度に対応する諧調表示(F)を行う第5 のステップ(65)とを行っている。
次に、より具体的に説明する。DEM(DigitalElav ationModel)データ(mri)をもとに、斜度Gmに対応する斜度と、第1の実施の形態の浮上度Ψm+に相当する地上開度と、沈下度Ψm-に相当する地下開度との3つのパラメータを求め、その平面分布をグレイスケール画像として保存する。
地上開度と地下開度の差分画像をグレイに、傾斜を赤のチャンネルにいれて、擬似カラー画像を作成することにより、尾根や山頂部分を白っぽく、また谷や窪地を黒っぽく表現し、傾斜が急な部分ほど赤く表現する。このような表現の組み合わせにより、1枚でも立体感のある画像が生成される。
つまり、本実施形態の立体化マップの立体表現手法は、等高線の間をメッシュ化し、それぞれの隣のメッシュとの差すなわち傾斜は赤の色調で表現し、周辺に比べて高いか低いかはグレイスケールで表現する。これは第1の実施の形態の浮沈度Ψmに相当し、本実施形態では、尾根谷度と呼ばれ、より明るいほうが周辺に比べて高く(尾根的)、より暗いほうが周辺に比べて低い(谷的)ことを示唆し、その明暗を乗算合成することにより立体感が生じる。
図38に示すように、滑か画像用メモリ147(レイヤ)の滑か微細標高値ラスタ画像データRGiに含まれている滑か微細標高値zfiを読込む地上開度データ作成部9と、地下開度データ作成部10と、傾斜算出部8とを備え、さらに凸部強調画像作成部11と、凹部強調画像作成部12と、斜度強調部13と、第1の合成部14と、第2の合成部15とを備える。
本実施形態では、開度という概念を用いている。開度は当該地点が周囲に比べて地上に突
き出ている程度及び地下に食い込んでいる程度を数量化したものである。つまり、地上開
度は、図39に示すように、着目する標本地点から距離Lの範囲内で見える空の広さを表
しており、また地下開度は逆立ちをして地中を見渡す時、考慮距離Lの範囲における地下の広さを表している。
本実施の形態では考慮距離Lは、入力された考慮距離が50mの場合で5mDEMのメッシュの場合は、考慮距離格子数算出部148によって求められた、微細格子miのサイズである0.5844m×9×(50m/9)にか相当する長さである。開度は考慮距離Lと周辺地形に依存している。一般に地上開度は周囲から高く突き出ている地点ほど大きくなり、山頂や尾根では大きな値をとり窪地や谷底では小さい。逆に地下開度は地下に低く食い込んでいる地点ほど大きくなり、窪地や谷底では大きな値をとり山頂や尾根では小さい。
すなわち、地上開度データ作成部9は、着目点から一定距離(考慮距離L)までの範囲に含まれる微細格子mi上において、8方向毎に地形断面を生成し、それぞれの地点と着目点を結ぶ線)の傾斜の最大値(鉛直方向から見たとき)を求める。このような処理を8方向に対して行う。
また、地下開度データ作成部10は、反転させた微細格子miの滑か微細標高値zfiの着目点から一定距離までの範囲において、8方向毎に地形断面を生成し、それぞれの地点と着目点を結ぶ線の傾斜の最大値の地表面の立体図において鉛直方向からL2(図示せず)を見たときには最小値)を求める。
このような処理を8方向に対して行う。つまり、地上開度と地下開度は、図40に示すように、2つの基本地点A(iA,jA,HA)とB(iB,jB,HB)を考える。標本間隔が約60cmであることからAとBの距離はP=[(iA−iB)2+(jA−jB)2]1/2 … (1)
となる。
図40は標高0mを基準として、標本地点のAとBの関係を示したものである。
標本地点Aの標本地点Bに対する仰角θはθ=tan-1{(HB−HA)/P}で与えられる。θの符号は(1)HA<HBの場合には正となり、(2)HA>HBの場合には負となる。
着目する標本地点から方位D、考慮距離Lの範囲内にある標本地点の集合をDSLと記述して、
これを「着目する標本地点のD−L集合」を呼ぶことにする。ここで、
DβL:着目する標本地点のDSLの各要素に対する仰角のうちの最大値
DδL: 着目する標本地点のDSLの各要素に対する仰角のうちの最小値
として(図40(a)、(b)参照)、次の定義をおこなう。
定義1:着目する標本地点のD−L集合の地上角及び地下角とは、各々
DφL=90−DβL
及び
DψL=90+DδL
を意味するものとする。
DφLは着目する標本地点から距離L 以内で方位Dの空を見ることができる天頂角の最大値を意味している。一般に言われる地平線角とはLを無限大にした場合の地上角に相当している。また、DψLは着目する標本地点から考慮距離L以内で方位Dの地中を見ることができる天底角の最大値を意味している。Lを増大させると、DSLに属する標本地点の数は増加することから、DβLに対して非減少特性を持ち、逆にDδLは非増加特性を持つ。
したがってDφL及びDψ1.は共にLに対して非増加特性を持つことになる。
測量学における高角度とは、着目する標本地点を通過する水平面を基準にして定義される
概念であり、θとは厳密には一致しない。また地上角及び地下角を厳密に議論しようとす
れば、地球の曲率も考慮しなければならず、定義1は必ずしも正確な記述ではない。定義
1はあくまでもDEMを用いて地形解析をおこなうことを前提として定義された概念である。
地上角及び地下角は指定された方位Dについての概念であったが、これを拡張したものと
して、次の定義を導入する。
定義II:着目する標本地点の距離L の地上開度及び地下開度とは、各々
ΦL=(0φL+4 5φL+9 0φL+135φL+180φL+225φL+270φL+315φL )/8
及び
ΨL=(0ψL+ 45ψL+90ψL+135ψL+180ψL+225ψL+270ψL+315ψL)/8
を意味するものとする。
すなわち、5mメッシュでは、図41(a)に示すように、約5m間隔で着目点Qm(標本地点)を定義して仰角を求めるに対して、本実施の形態は図41(b)に示すように約0.559m間隔で着目点Qm(標本地点)を定義して仰角を求めている。
また、図45には、上に凸がある場合の傾斜角と見通し角(仰角)とが、メッシュサイズと移動平均とでどのように変化するかを示す。
図45(a)は、縦軸に標高値(高度ともいう)、横軸に距離を示し、図45(b)は縦軸に傾斜(斜度)、横軸に距離を示す。
すなわち、本実施の形態は、滑か処理部141を有することによって、図45(a)に示すように、5mDEMの標高値Aさの線Laiは、移動平均後は、高さが低い高B(標高値)になる滑らかな線Lbiとなる(繰り返しすれば、さらに低くなる)。
また、図45(b)に示すように、傾斜(斜度)は、5mDEMのメッシュの場合の傾斜(斜度)の値の線Laaiと、0.559mサイズの格子の場合の傾斜(斜度)の値の線Lbbiとを示している。この0.559mサイズの格子の場合の傾斜(斜度)の値に、カラースケール(図示せず)の色値(255:赤系)が割り付けられる。従って、5mDEMのメッシュよりも、微細に傾斜を色値で表すことができる。
傾斜算出部8は、着目点(微細格子mi)と隣接する正方形の面の平均傾斜を求める。隣接する正方形は4通り存在しており、いずれか一つを着目正方形とする。そして、この着目正方形の4隅の高度と平均傾斜とを求める。平均傾斜は最小二乗法を用いて4点から近似した面の傾きである。
凸部強調画像作成部11は、図42に示すように、尾根、谷底を明るさで表現するための第1のグレイスケール(図42(a)、図42(b)参照)を備え、地上開度データ作成部9が地上開度(着目点からLの範囲を8方向見たときの、平均角度:高いところにいるかを判定するための指標)を求める毎に、この地上開度ψiの値に対応する明るさ(明度)を算出する。
例えば、地上開度の値が40度から120度程度の範囲に収まる場合は、50度から110度を第1のグレイスケールに対応させ、255諧調に割り当てる(図20(a)、図45参照)。
つまり、尾根の部分(凸部)の部分ほど地上開度の値が大きいので、色が白くなる。
そして、図43に示すように、凸部強調画像作成部11の凸部強調用色割当処理20が地上開度画像データDaを読み、着目点(座標)を有する微細格子miの同じZ値の微細格子miに、第1のグレイスケールに基づく色データを割り付け(図42(a)、図42(b)参照)、これを地上開度ファイル21に保存(地上開度画像データDpa)する。
次に、諧調補部22がこの地上開度画像データDpaの色諧調を反転させた地上開度レイヤーDpを保存する。つまり、尾根が白くなるように調整した地上開度レイヤーDpを得ている。
凹部抽出部12(凸部強調画像作成部ともいう)は、図43に示すように、谷底、尾根を明るさで表現するための第2のグレイスケールを備え、地下開度データ作成部10が地下開度ψi(着目点から8方向の平均)を求める毎に、この地上開度ψiの値に対応する明るさを算出する。
例えば、地下開度の値が40度から120度程度の範囲に収まる場合は、50度から110度を第2のグレイスケールに対応させ(図42(b)参照)、255諧調に割り当てる。
つまり、谷底の部分(凹部)の部分ほど地下開度の値が大きいので、色が黒くなることになる。
そして、図43に示すように、凹部強調画像作成部12の凹部強調用色割当処理25は、地下開度画像データDbを読み、着目点(座標又は微細格子miの座標)と同じZ値の微細格子mi(例えば、0.559mサイズ)に、第2のグレイスケールに基づく色データを割り付け、これを地下開度ファイル26に保存する。次に、諧調補正処理27が地下開度画像データDbの色諧調を補正し、レイヤ28(メモリ)に記憶する。
色が黒くなり過ぎた場合は、トーンカーブを補正した度合いの色にする。これを地下開度レイヤーDqと称して保存する。
斜度強調部13は、図44に示すように、傾斜の度合いを明るさで表現するに応じたで表現するための第3のグレイスケールを備え(図42(c)参照)、傾斜算出部8が傾斜度(着目点から4方向の平均)を求める毎に、この傾斜度の値に対応する第3のグレイスケールの明るさ(明度)を算出する。
例えば、斜度αiの値が0度から70度程度の範囲に収まる場合は、0度から50度を第3のグレイスケールに対応させ、255諧調に割り当てる(図42(c)参照)。つまり、0度が白、50度以上が黒。傾斜αの大きい地点ほど色が黒くなる。
そして、図44に示すように、斜度強調部13の斜度強調用色割当処理30は、地下開度画像データDbと地上開度画像データDaとの差画像を斜度画像Draとしてメモリ31に保存する。
このとき、着目点(座標)と同じZ値の微細格子(例えば、0.559mサイズ)に、第3のグレイスケールに基づく色データを割り付ける。
次に、赤色化処理32がRGBカラーモード機能でRを強調する(ただし、50%の強調を行う場合もある)。つまり、傾斜が大きいほど赤が強調された傾斜強調画像Drをメモリ33(レイヤ)に得る(図44参照)。
第1の合成部14は、地上開度レイヤーDpと地下開度レイヤーDqとを乗算して合成した合成画像Dh(Dh=Dp+D1)を得る。このとき、谷の部分が潰れないように両方のバランスを調整する。
前述の「乗算」というのは、数値処理上はOR演算となる。
このバランス調整は、地上開度と地下開度の値の配分は、ある地点を中心として一定の半径(L/2)の地表面を切り取る。
空全体が一様な明るさの場合に地表面から見上げる空の広さが地面の明るさを与える。
つまり、地上開度が明るさとなる。しかし、光が回り込むことまで考えると、地下開度の
値も考慮するべきである。
両者の比をどのようにするべきかで、地形の尾根の部分を強調したり、任意に変化させることができる。谷の中の地形を強調したいときはbの値を大きくする。
一方、第2の合成部15は、ファイルの傾斜強調画像Drと第1の合成部14で合成して得た合成画像Dhとを合成した、尾根が赤色で強調された立体赤色化画像Kiを得て、表示部200に表示する。
すなわち、地上開度レイヤーDp(尾根を白強調)と地下開度レイヤーDq(底を黒く強調)と乗算合成した灰色の諧調表現の合成画像Dhを得ると共に、斜度画像Draに対して傾斜が多きほど赤が強調された傾斜強調画像Drを得る。そして、この傾斜強調画像Drと合成画像Dhとを合成している。
なお、解像度設定部(図示せず)を有して、この解像度設定部が、5mメッシュ毎X方向分割平均距離da(5m/9≒0.5844m又は0.559m)を用いて表示用メモリ(図示せず)の解像度を設定するようにしてもよい。
本発明は、地図の作成に利用できる。
110 基盤地図用データベース
112 5mDEMメッシュ読込部
114 地理座標用XYZポイントファイル
118 平面直角用XYZポイントファイル
122 5mメッシュ定義部
132 X方向分割距離算出部
134 微細格子生成部
135 ラスタ化処理部
145 赤色立体視画像生成部
148 考慮距離格子数算出部

Claims (14)

  1. (A).数値標高モデル用メモリに記憶されている数値標高モデルの所定エリアの緯度経度のメッシュ群を平面直角座標で平面直角座標用メモリに定義する手段と、
    (B).前記平面直角座標用メモリに定義された平面直角座標のメッシュ群の各々のX方向の辺を均等に奇数(1:含まず)に分割する分割距離を求める手段と、
    (C).前記所定エリアに対応する領域の二次元平面(X−Y)をメモリに定義し、このメモリの二次元平面(X−Y)を前記分割距離で分割して前記二次元平面(X−Y)に前記分割距離のサイズの微細格子を定義する手段と、
    (D).前記二次元平面(X−Y)に前記平面直角座標のメッシュ群を定義して、前記微細格子の標高値を補間した補間後標高値を求める手段と、
    (E1).前記サイズの格子を平滑用格子とし、この平滑用格子を縦横に前記奇数の個数で配列した平滑用格子群よりなる平滑メッシュを生成する手段と、
    (E2).前記二次元平面(X−Y)に定義された前記微細格子順次指定し、この指定された微細格子毎に前記平滑メッシュの中央の平滑用格子を、その微細格子に定めて前記二次元平面(X−Y)に前記平滑メッシュを定義し、この平滑メッシュにおける微細格子群の補間後標高値群に基づいて平滑した平滑後標高値を求め、この平滑後標高値を前記指定した微細格子に割り付ける手段と、
    (F).前記二次元平面(X−Y)の微細格子に前記平滑後標高値が割り付けられる毎に、この微細格子を着目点とし、この着目点毎に、この着目点からの考慮距離を前記分割距離に対応する微細格子数で定義し、この微細格子数内における浮沈度を求めて、この浮沈度を諧調表示する手段と
    を有することを特徴とする超解像度立体視化処理システム。
  2. (G).前記着目点毎に、微細格子数内における微細格子毎の斜度を求め、この斜度の色調及び前記浮沈度を諧調表示した画像に重ね表示する手段と
    を有することを特徴とする請求項1記載の超解像度立体視化処理システム。
  3. 前記斜度の色調表示は、赤系の色にすることを特徴とする請求項2記載の超解像度立体視化処理システム。
  4. 前記数値標高モデルは、5mDEM又は10mDEMであることを特徴とする請求項1記載の超解像度立体視化処理システム。
  5. 前記奇数(1含まず)は、「9」であることを特徴とする請求項1記載の超解像度立体視化処理システム。
  6. (H).道路、建物、河川、沼地又は樹木若しくはこれらの何れかの組み合わせ或いは全てのベクタデータを標準地図として記憶した地図用記憶手段を備え、
    (I).前記斜度の色調を30%〜60%、低減させる手段と、
    (J).前記ベクターデータを画像化して前記重ね表示した画像にさらに重ね表示する手段とを有することを特徴とする請求項2記載の超解像度立体視化処理システム。
  7. 前記標準地図は、2万5000分の1の地図であることを特徴とする請求項6記載の超解像度立体視化処理システム。
  8. (K).前記二次元平面(X−Y)の微細格子に対して、一定範囲を順次定め、該一定範囲毎に、この一定範囲内の前記微細格子に割り付けられている前記平滑後標高値と同じ連続した平滑後標高値が割り付けられている微細格子を検索して等高線のベクタデータを生成する手段と、
    (L).前記等高線のベクタデータを画像化して前記重ね表示した画像にさらに重ね表示する手段と
    を有することを特徴とする請求項6記載の超解像度立体視化処理システム。
  9. コンピュータに、
    (A).数値標高モデル用メモリに記憶されている数値標高モデルの所定エリアの緯度経度のメッシュ群を平面直角座標で平面直角座標用メモリに定義する手段、
    (B).前記平面直角座標用メモリに定義された平面直角座標のメッシュ群の各々のX方向の辺を均等に奇数に分割する分割距離を求める手段、
    (C).前記所定エリアに対応する領域の二次元平面(X−Y)をメモリに定義し、このメモリの二次元平面(X−Y)を前記分割距離で分割して前記二次元平面(X−Y)に前記分割距離のサイズの微細格子を定義する手段と、
    (D).前記二次元平面(X−Y)に前記平面直角座標のメッシュ群を定義して、前記微細格子の標高値を補間する手段、
    (E1).前記サイズの格子を平滑用格子とし、この平滑用格子を縦横に前記奇数の個数で配列した平滑用格子群よりなる平滑メッシュを生成する手段、
    (E2).前記二次元平面(X−Y)に定義された前記微細格子順次指定し、この指定された微細格子毎に前記平滑メッシュの中央の平滑用格子を、その微細格子に定めて前記二次元平面(X−Y)に前記平滑メッシュを定義し、この平滑メッシュにおける微細格子群の補間後標高値群に基づいて平滑した平滑後標高値を求め、この平滑後標高値を前記指定した微細格子に割り付ける手段、
    (F).前記二次元平面(X−Y)の微細格子に前記平滑後標高値が割り付けられる毎に、この微細格子を着目点とし、この着目点毎に、この着目点からの考慮距離を前記分割距離に対応する微細格子数で定義し、この微細格子数内における浮沈度を求めて、この浮沈度を諧調表示する手段
    としての機能を実行させる超解像度立体視化処理プログラム。
  10. コンピュータに、
    (G).前記着目点毎に、微細格子数内における微細格子毎の斜度を求め、この斜度の色調及び前記浮沈度を諧調表示した画像に重ね表示する手段
    としての機能を実行させる請求項9記載の超解像度立体視化処理プログラム。
  11. 前記斜度の色調表示は、赤系の色にすることを特徴とする請求項10記載の超解像度立体視化処理プログラム。
  12. 前記数値標高モデルは、5mDEM又は10mDEMであることを特徴とする請求項9記載の超解像度立体視化処理プログラム。
  13. 前記奇数(1含まず)は、「9」であることを特徴とする請求項9記載の超解像度立体視化処理プログラム。
  14. コンピュータに、
    (H).道路、建物、河川、沼地又は樹木若しくはこれらの何れかの組み合わせ或いは全てのベクタデータを標準地図として地図用記憶手段に記憶する手段、
    (I).前記斜度の色調を30%〜60%、低減させる手段、
    (J).前記ベクターデータを画像化して前記重ね表示した画像にさらに重ね表示する手段
    としての機能を実行させる請求項10記載の超解像度立体視化処理プログラム。
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