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技術 ブレイクライン抽出プログラム、ブレイクライン抽出システム

出願人 北川悦司国際航業株式会社
発明者 北川悦司村木広和安彦智史米田将津村拓実加藤諒
出願日 2018年7月26日 (2年5ヶ月経過) 出願番号 2018-140246
公開日 2020年1月30日 (11ヶ月経過) 公開番号 2020-017109
状態 未査定
技術分野 測量一般 イメージ分析
主要キーワード 照射姿勢 セグメント点 付与画像 計測点データ 拡張幅 レーザ計測器 色勾配 RANSAC法
関連する未来課題
重要な関連分野

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課題

本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち点群密度に依存することなく従来技術より正確なブレイクラインを安定的に設定することができる、ブレイクライン抽出プログラム、ブレイクライン抽出システムを提供することである。

解決手段

本願発明のブレイクライン抽出プログラムは、暫定ブレイクライン設定処理部分画像抽出処理、部分画像出力処理構成点座標算出処理コンピュータに実行させる機能を備えたものである。このうち部分画像抽出処理は、暫定ブレイクラインを基準に設定される部分画像を、座標付与画像から抽出する処理であり、構成点座標算出処理は、確定ブレイクラインに基づいて確定ブレイクラインを構成するブレイクライン構成点の座標を求める処理である。

概要

背景

地形図を作製するため広範囲に渡って計測を行う場合、従来では航空機から撮影した空中写真を利用する空中写真測量が一般的であったが、近年では航空レーザ計測も多用されるようになった。

空中写真測量は、同一箇所を写した異なる2枚の空中写真を一組とするステレオペア写真を用意し、双方の写真に写された同一対象物を同定するとともに、その対象物の写真上の位置の相違視差)を利用して地上における対象物の座標を求める手法である。

一方の航空レーザ計測は、計測したい地形上空を航空機で飛行し、地形に対して照射したレーザパルス反射信号を受けて計測するものである。航空機には通常、全球測位衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)などの測位計とIMU(Inertial Measurement Unit)などの慣性計測装置が搭載されているためレーザパルスの照射位置(x,y,z)と照射姿勢(ω,φ,κ)を把握することができ、その結果、照射時刻受信時刻時間差から計測点(レーザパルスが反射した地点)の3次元座標を得ることができるわけである。また昨今では、航空機にレーザ計測器を搭載する航空レーザ計測のほか、地上にレーザ計測器を設置して計測する地上型レーザ計測も広まりつつある。

空中写真測量や航空レーザ計測、地上型レーザ計測などによれば、3次元座標を有する多数の計測点(以下、多数の計測点のことを「点群」という。)が得られる。3次元座標のままでは点群の相対的な位置関係を把握し難いこともあって、通常はこの点群から作成される3次元モデルを利用する。3次元モデルは、点群の3次元座標に基づいて計測対象の形状をいわば3次元的に再現したものであり、「数値表層モデル(DSM:DigitalSurfaceModel)」や「数値標高モデル(DEM:DigitalElevationModel)」などを例示することができる。これらDSMやDEMは多数のメッシュによって構成されることが多く、メッシュごとの代表点に高さを与えることでモデルを形成している。なおメッシュの代表点に高さを与える手法としては、ランダムデータから形成される不整三角網によって高さを求めるTIN(TriangulatedIrregularNetwork)による手法、最も近い計測点を採用する最近隣法(NearestNeighbor)による手法、逆距離加重法(IDW)、Kriging法、平均法など従来から用いられる種々の手法が採用される。

3次元モデルを作成する場合、正確なブレイクラインを設定することが極めて重要である。ここでブレイクラインとは、異なる2面の境界線であり、図7(a)のケースでは上面SF1と側面SF2によってブレイクラインBL1が形成され、側面SF2と下面SF3によってブレイクラインBL2が形成されている。例えば図7(b)に示すオフィスビルの3次元モデルを作成する場合、4つの略鉛直面によって形成される4つのブレイクライン(略鉛直方向)や、略鉛直面と略水平面によって形成されるブレイクライン(略水平方向)などを正確に表現(再現)することが重要となる。

ブレイクラインは、TINなどの手法によって面を形成するときに欠かせないものであり、またダウンサンプリングする際に残すべき点として抽出するときに、沈下や隆起など形状変化を把握するときに、あるいはCAD(Computer Aided Design)図面との整合性を図るときに欠かせないものである。

従来、点群からブレイクラインを設定するに当たっては、平面と平面の交線を用いる手法や、各点群の法線ベクトルを用いる手法、平面の輪郭線を用いる手法などが採用されていた。特許文献1では、同一平面に投影した計測点の配置から地物の輪郭線(ブレイクライン)を設定する発明を開示しており、特許文献2では、セグメント点群からラインデータを抽出したうえで地物の輪郭線(ブレイクライン)を設定する発明を開示している。

概要

本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち点群の密度に依存することなく従来技術より正確なブレイクラインを安定的に設定することができる、ブレイクライン抽出プログラム、ブレイクライン抽出システムを提供することである。 本願発明のブレイクライン抽出プログラムは、暫定ブレイクライン設定処理部分画像抽出処理、部分画像出力処理構成点座標算出処理コンピュータに実行させる機能を備えたものである。このうち部分画像抽出処理は、暫定ブレイクラインを基準に設定される部分画像を、座標付与画像から抽出する処理であり、構成点座標算出処理は、確定ブレイクラインに基づいて確定ブレイクラインを構成するブレイクライン構成点の座標を求める処理である。

目的

本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち点群の密度に依存することなく従来技術より正確なブレイクラインを安定的に設定することができる、ブレイクライン抽出プログラム、ブレイクライン抽出システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

次元点群データからブレイクラインを抽出する機能をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、前記3次元点群データから得られた暫定ブレイクラインの座標に基づいて、3次元座標対応付けられた座標付与画像上で該暫定ブレイクラインを設定する暫定ブレイクライン設定処理と、前記暫定ブレイクラインを基準に設定される部分画像を、前記座標付与画像から抽出する部分画像抽出処理と、前記部分画像抽出処理で抽出された前記部分画像を、表示手段に出力する部分画像出力処理と、前記表示手段に出力された前記部分画像を確認しながらオペレータが該部分画像上に設定した確定ブレイクラインに基づいて、該確定ブレイクラインを構成するブレイクライン構成点の座標を求める構成点座標算出処理と、を前記コンピュータに実行させる機能を備えた、ことを特徴とするブレイクライン抽出プログラム

請求項2

前記部分画像出力処理は、前記部分画像上に前記暫定ブレイクラインを表示させる、ことを特徴とする請求項1記載のブレイクライン抽出プログラム。

請求項3

3次元点群データからブレイクラインを抽出する機能をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、前記3次元点群データから得られた暫定ブレイクラインの座標に基づいて、3次元座標と対応付けられた座標付与画像上で該暫定ブレイクラインを設定する暫定ブレイクライン設定処理と、前記暫定ブレイクラインを基準に設定される部分画像を、前記座標付与画像から抽出する部分画像抽出処理と、前記部分画像抽出処理で抽出された前記部分画像の各画素が有する画素値に基づいて、確定ブレイクラインを生成するとともに、該確定ブレイクラインを構成するブレイクライン構成点の座標を求める構成点座標算出処理と、を前記コンピュータに実行させる機能を備えた、ことを特徴とするブレイクライン抽出プログラム。

請求項4

前記構成点座標算出処理で求められた前記ブレイクライン構成点の座標に基づいて、該ブレイクライン構成点に対応する点を前記3次元点群データから抽出するブレイクライン構成点抽出処理を、前記コンピュータに実行させる機能をさらに備えた、ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のブレイクライン抽出プログラム。

請求項5

前記構成点座標算出処理で求められた座標が付与された前記ブレイクライン構成点を、前記3次元点群データに追加するブレイクライン構成点追加処理を、前記コンピュータに実行させる機能をさらに備えた、ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のブレイクライン抽出プログラム。

請求項6

3次元点群データからブレイクラインを抽出するシステムにおいて、前記3次元点群データから得られた暫定ブレイクラインの座標に基づいて、3次元座標と対応付けられた座標付与画像上で該暫定ブレイクラインを設定する暫定ブレイクライン設定手段と、前記暫定ブレイクラインを基準に設定される部分画像を、前記座標付与画像から抽出する部分画像抽出手段と、前記部分画像抽出処理で抽出された前記部分画像を表示する表示手段と、前記表示手段に出力された前記部分画像を確認しながら、オペレータが該部分画像上に確定ブレイクラインを設定する確定ブレイクライン設定手段と、前記確定ブレイクライン設定手段で設定された前記確定ブレイクラインを構成するブレイクライン構成点の座標を求める構成点座標算出手段と、を備えた、ことを特徴とするブレイクライン抽出システム

請求項7

3次元点群データからブレイクラインを抽出するシステムにおいて、前記3次元点群データから得られた暫定ブレイクラインの座標に基づいて、3次元座標と対応付けられた座標付与画像上で該暫定ブレイクラインを設定する暫定ブレイクライン設定手段と、前記暫定ブレイクラインを基準に設定される部分画像を、前記座標付与画像から抽出する部分画像抽出手段と、前記部分画像抽出処理で抽出された前記部分画像の各画素が有する画素値に基づいて、確定ブレイクラインを生成する確定ブレイクライン生成手段と、前記確定ブレイクライン生成手段で生成された前記確定ブレイクラインを構成するブレイクライン構成点の座標を求める構成点座標算出手段と、を備えた、ことを特徴とするブレイクライン抽出システム。

技術分野

0001

本願発明は、地物等の3次元モデルの作成に関する技術であり、より具体的には、3次元点群データからより正確なブレイクラインを抽出することができるブレイクライン抽出プログラム、ブレイクライン抽出システムに関するものである。

背景技術

0002

地形図を作製するため広範囲に渡って計測を行う場合、従来では航空機から撮影した空中写真を利用する空中写真測量が一般的であったが、近年では航空レーザ計測も多用されるようになった。

0003

空中写真測量は、同一箇所を写した異なる2枚の空中写真を一組とするステレオペア写真を用意し、双方の写真に写された同一対象物を同定するとともに、その対象物の写真上の位置の相違視差)を利用して地上における対象物の座標を求める手法である。

0004

一方の航空レーザ計測は、計測したい地形上空を航空機で飛行し、地形に対して照射したレーザパルス反射信号を受けて計測するものである。航空機には通常、全球測位衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)などの測位計とIMU(Inertial Measurement Unit)などの慣性計測装置が搭載されているためレーザパルスの照射位置(x,y,z)と照射姿勢(ω,φ,κ)を把握することができ、その結果、照射時刻受信時刻時間差から計測点(レーザパルスが反射した地点)の3次元座標を得ることができるわけである。また昨今では、航空機にレーザ計測器を搭載する航空レーザ計測のほか、地上にレーザ計測器を設置して計測する地上型レーザ計測も広まりつつある。

0005

空中写真測量や航空レーザ計測、地上型レーザ計測などによれば、3次元座標を有する多数の計測点(以下、多数の計測点のことを「点群」という。)が得られる。3次元座標のままでは点群の相対的な位置関係を把握し難いこともあって、通常はこの点群から作成される3次元モデルを利用する。3次元モデルは、点群の3次元座標に基づいて計測対象の形状をいわば3次元的に再現したものであり、「数値表層モデル(DSM:DigitalSurfaceModel)」や「数値標高モデル(DEM:DigitalElevationModel)」などを例示することができる。これらDSMやDEMは多数のメッシュによって構成されることが多く、メッシュごとの代表点に高さを与えることでモデルを形成している。なおメッシュの代表点に高さを与える手法としては、ランダムデータから形成される不整三角網によって高さを求めるTIN(TriangulatedIrregularNetwork)による手法、最も近い計測点を採用する最近隣法(NearestNeighbor)による手法、逆距離加重法(IDW)、Kriging法、平均法など従来から用いられる種々の手法が採用される。

0006

3次元モデルを作成する場合、正確なブレイクラインを設定することが極めて重要である。ここでブレイクラインとは、異なる2面の境界線であり、図7(a)のケースでは上面SF1と側面SF2によってブレイクラインBL1が形成され、側面SF2と下面SF3によってブレイクラインBL2が形成されている。例えば図7(b)に示すオフィスビルの3次元モデルを作成する場合、4つの略鉛直面によって形成される4つのブレイクライン(略鉛直方向)や、略鉛直面と略水平面によって形成されるブレイクライン(略水平方向)などを正確に表現(再現)することが重要となる。

0007

ブレイクラインは、TINなどの手法によって面を形成するときに欠かせないものであり、またダウンサンプリングする際に残すべき点として抽出するときに、沈下や隆起など形状変化を把握するときに、あるいはCAD(Computer Aided Design)図面との整合性を図るときに欠かせないものである。

0008

従来、点群からブレイクラインを設定するに当たっては、平面と平面の交線を用いる手法や、各点群の法線ベクトルを用いる手法、平面の輪郭線を用いる手法などが採用されていた。特許文献1では、同一平面に投影した計測点の配置から地物の輪郭線(ブレイクライン)を設定する発明を開示しており、特許文献2では、セグメント点群からラインデータを抽出したうえで地物の輪郭線(ブレイクライン)を設定する発明を開示している。

先行技術

0009

特開2014−106118号公報
特開2016−205975号公報

発明が解決しようとする課題

0010

特許文献1や特許文献2に開示される発明を用いればブレイクラインを自動設定することができるが、これらの発明を含む従来技術はいずれも、ブレイクラインの正確さが点群の密度に依存するため安定的に正確なブレイクラインが得られないという問題が指摘されていた。特にブレイクライン周辺の計測点の密度が少ないと正確にブレイクラインを設定することができず、その結果、計測対象(例えば地物)を適切に表現(再現)した3次元モデルを得ることができない。

0011

本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち点群の密度に依存することなく従来技術より正確なブレイクラインを安定的に設定することができる、ブレイクライン抽出プログラム、ブレイクライン抽出システムを提供することである。

課題を解決するための手段

0012

本願発明は、暫定的に設定したブレイクラインと画像を照合することによって、そのブレイクラインを正しい位置に補正する、という点に着目したものであり、従来にはなかった発想に基づいてなされた発明である。

0013

本願発明のブレイクライン抽出プログラムは、3次元点群データからブレイクラインを抽出する機能をコンピュータに実行させるプログラムであって、暫定ブレイクライン設定処理部分画像抽出処理、部分画像出力処理構成点座標算出処理をコンピュータに実行させる機能を備えたものである。暫定ブレイクライン設定処理は、3次元点群データから得られた暫定ブレイクラインの座標に基づいて、座標付与画像(3次元座標と対応付けられた画像)上で暫定ブレイクラインを設定する処理である。部分画像抽出処理は、暫定ブレイクラインを基準に設定される部分画像を、座標付与画像から抽出する処理である。部分画像出力処理は、部分画像抽出処理で抽出された部分画像を表示手段に出力する処理である。そして構成点座標算出処理は、表示手段に出力された部分画像を確認しながらオペレータが部分画像上に設定した確定ブレイクラインに基づいて、確定ブレイクラインを構成するブレイクライン構成点の座標を求める処理である。この場合、部分画像出力処理によって、部分画像上に暫定ブレイクラインを表示させることもできる。

0014

本願発明のブレイクライン抽出プログラムは、オペレータ操作によることなく確定ブレイクラインを自動生成する処理を、コンピュータに実行させる機能を備えたものとすることもできる。この場合、構成点座標算出処理によって、部分画像抽出処理で抽出された部分画像の各画素が有する画素値に基づいて確定ブレイクラインを生成する。

0015

本願発明のブレイクライン抽出プログラムは、ブレイクライン構成点抽出処理をコンピュータに実行させる機能を備えたものとすることもできる。このブレイクライン構成点抽出処理は、構成点座標算出処理で求められたブレイクライン構成点の座標に基づいて、ブレイクライン構成点に対応する点を3次元点群データから抽出する処理である。

0016

本願発明のブレイクライン抽出プログラムは、ブレイクライン構成点追加処理をコンピュータに実行させる機能を備えたものとすることもできる。このブレイクライン構成点追加処理は、構成点座標算出処理で求められた座標が付与されたブレイクライン構成点を、3次元点群データに追加する処理である。

0017

本願発明のブレイクライン抽出システムは、3次元点群データからブレイクラインを抽出するシステムであって、暫定ブレイクライン設定手段と部分画像抽出手段、表示手段、確定ブレイクライン入力手段、構成点座標算出手段を備えたものである。暫定ブレイクライン設定手段は、3次元点群データから得られた暫定ブレイクラインの座標に基づいて、3次元座標と対応付けられた座標付与画像上で暫定ブレイクラインを設定する手段である。部分画像抽出手段は、暫定ブレイクラインを基準に設定される部分画像を、座標付与画像から抽出する手段である。表示手段は、部分画像抽出処理で抽出された部分画像を表示する手段である。確定ブレイクライン入力手段は、表示手段に出力された部分画像を確認しながら、オペレータが部分画像上に確定ブレイクラインを設定する手段である。そして構成点座標算出手段は、確定ブレイクライン入力手段で設定された確定ブレイクラインを構成するブレイクライン構成点の座標を求める手段である。

0018

本願発明のブレイクライン抽出システムは、暫定ブレイクライン設定手段と部分画像抽出手段、確定ブレイクライン生成手段、構成点座標算出手段を備えたものとすることもできる。この確定ブレイクライン生成手段は、部分画像抽出処理で抽出された部分画像の各画素が有する画素値に基づいて確定ブレイクラインを生成する手段である。

発明の効果

0019

本願発明のブレイクライン抽出プログラム、ブレイクライン抽出システムには、次のような効果がある。
(1)画像上で明確に表れた境界線に基づいて設定することから、従来技術より正確なブレイクラインを設定することができ、すなわち計測対象をより適切に表現した3次元モデルを得ることができる。
(2)正確なブレイクラインが得られることから、重要な点を適切に残したダウンサンプリングを実行することができる。
(3)適切な3次元モデルが得られることから、沈下や隆起といった形状変化をより正確に把握することができ、3次元モデルとCAD図面との整合性を容易かつ効率的に図ることができる。

図面の簡単な説明

0020

入力型ブレイクライン抽出プログラムの主な処理の流れを示すフロー図。
(a)は暫定ブレイクラインが表示された座標付与画像を示す画像図、(b)は座標付与画像から抽出された部分画像を示す画像図。
暫定ブレイクラインを基準に設定される部分画像の領域を示すモデル図。
自動生成型ブレイクライン抽出プログラムの主な処理の流れを示すフロー図。
入力型ブレイクライン抽出プログラムの主な構成を示すブロック図。
自動生成型ブレイクライン抽出プログラムの主な構成を示すブロック図。
(a)は、上面と側面によって形成されるブレイクラインと側面と下面によって形成されるブレイクラインを示す斜視図、(b)はオフィスビルに形成されるブレイクラインを説明する斜視図。

実施例

0021

本願発明のブレイクライン抽出プログラム、ブレイクライン抽出システムの実施形態の一例を、図に基づいて説明する。本願発明のブレイクライン抽出システムは、本願発明のブレイクライン抽出プログラムを実行するシステムである。したがって、まずは本願発明のブレイクライン抽出プログラムについて説明し、その後に本願発明のブレイクライン抽出システムについて説明することとする。

0022

1.ブレイクライン抽出プログラム
本願発明のブレイクライン抽出プログラムは、3次元座標を具備する多数の計測点データ(以下、「3次元点群データ」という、)からブレイクラインを抽出する機能をコンピュータに実行させるプログラムである。ここで3次元座標とは、平面位置と高さの情報を持つ座標であり、3軸の直交座標系における座標(X,Y,Z)や測地座標系における緯度経度標高などを例示することができる。本願発明のブレイクライン抽出プログラムによってブレイクラインを抽出する過程では、3次元点群データから暫定的にブレイクライン(以下、「暫定ブレイクラインBLt」という。)を求め、この暫定ブレイクラインBLtを利用して部分的な画像(以下、「部分画像」という。)を切り出し、そして部分画像に基づいて最終的なブレイクライン(以下、「確定ブレイクラインBLc」という。)を確定する。なお本願発明のブレイクライン抽出プログラムは、オペレータ操作によって確定ブレイクラインBLcを設定する形式(以下、「入力型ブレイクライン抽出プログラム」という。)と、部分画像から確定ブレイクラインBLcを自動生成する形式(以下、「自動生成型ブレイクライン抽出プログラム」という。)に大別することができる。以下、入力型ブレイクライン抽出プログラムと自動生成型ブレイクライン抽出プログラムについてそれぞれ順に説明する。

0023

(入力型ブレイクライン抽出プログラム)
図1を参照しながら、入力型ブレイクライン抽出プログラムについて説明する。図1は、入力型ブレイクライン抽出プログラムの主な処理の流れを示すフロー図である。はじめに画像に3次元座標を対応付けて「座標付与画像」を作成する(Step10)。この画像は、抽出しようとするブレイクラインを含む範囲を取得したものであって、3次元点群が配置される領域のうち一部あるいは全部を含む範囲を取得した画像である。

0024

上記したとおり座標付与画像は、3次元座標が対応付けられた画像であり、例えば画素(ピクセル)ごとに3次元座標が付与されている。この座標付与画像は、従来の写真測量技術や、近年多用されているSfM(Structure from Motion)などを利用して作成することができ、レーザスキャナによる3次元座標データと画像が独立して用意されている場合はICP(Iterative Closest Point)を利用して画像に3次元座標を付与することもできる。なお、座標付与画像があらかじめ用意されているときは座標付与画像を作成する処理(Step10)を省略することができ、すなわち当該処理は入力型ブレイクライン抽出プログラムにとって必須ではない。

0025

座標付与画像の作成(あるいは、既製の座標付与画像の準備)とは別に、空中写真測量や航空レーザ計測(地上型レーザ計測)などの計測を行うことで取得した3次元点群データから暫定ブレイクラインBLtを設定する(Step20)。この暫定ブレイクラインBLtは、平面と平面の交線を用いる手法や、各点群の法線ベクトルを用いる手法、平面の輪郭線を用いる手法など従来用いられている手法によって設定することができる。

0026

座標付与画像が作成され(あるいは、既製の座標付与画像が準備され)、暫定ブレイクラインBLtが設定されると、座標付与画像のうち暫定ブレイクラインBLtを含む範囲を切り出して部分画像を抽出する(Step30)。以下、部分画像の抽出処理について詳しく説明する。

0027

まず、座標付与画像上で、暫定ブレイクラインBLtを設定する。既述のとおり座標付与画像は3次元座標を具備しており、もちろん暫定ブレイクラインBLtも3次元座標を具備していることから、座標付与画像においても暫定ブレイクラインBLtを表すことができるわけである。ただし、座標付与画像の3次元座標の座標系と暫定ブレイクラインBLtの3次元座標の座標系が異なる場合は、一方の3次元座標を他方の座標系に変換したうえで暫定ブレイクラインBLtを設定する。

0028

図2は、暫定ブレイクラインBLtと部分画像PHbの関係を説明する画像図であり、(a)は暫定ブレイクラインBLtが表示された座標付与画像PHaを示す画像図、(b)は座標付与画像PHaから抽出された部分画像PHbを示す画像図である。また図3は、暫定ブレイクラインBLtを基準に設定される部分画像PHbの領域を示すモデル図である。図2(a)では実際の境界線DL(実線で示す)とともに暫定ブレイクラインBLt(破線で示す)が表示されているが、本来であれば暫定ブレイクラインBLtは境界線DLと重なるべきところ、その暫定ブレイクラインBLtの位置は若干ずれている。既述したとおり、従来手法により設定されるブレイクラインは、その正確さが点群の密度に依存するため図2(a)のような状態が生じ得るわけである。

0029

図2(a)に示すように座標付与画像上で暫定ブレイクラインBLtが設定されると、暫定ブレイクラインBLtを基準とした拡張領域を設定する。具体的には図3に示すように、暫定ブレイクラインBLtを中心に拡張幅WDだけ広げた拡張領域を設定する。そして、座標付与画像PHaからこの拡張領域に相当する画像を切り出して、図2(b)に示す部分画像PHbを抽出する。なお、拡張領域を設定するに当たっては、図3に示す手法に限らず、暫定ブレイクラインBLtの左右を非対象にしたり、楕円多角形を含む形状としたり、様々な手法で設定することができる。もちろん図3に示す拡張幅WDに関しても、要求仕様に応じて任意の寸法(あるいは画素数)で設計することができる。また、ブレイクラインが複数の線分によって(つまり、折れ線によって)構成される場合は、線分ごとにそれぞれ拡張領域を設定し部分画像PHbを抽出するとよい。

0030

部分画像PHbが抽出できると、ディスプレイなどの表示手段にこの部分画像PHbを表示する(Step41)。このとき、部分画像PHbのみを表示する仕様としてもよいし、部分画像PHbに暫定ブレイクラインBLtを重ねて表示する仕様としてもよい。そして、表示手段に表示された部分画像PHb(あるいは、部分画像PHbと暫定ブレイクラインBLt)を確認しながら、オペレータが本来設定されるべきブレイクラインを確定ブレイクラインBLcとして入力する(Step42)。このときオペレータは、暫定ブレイクラインBLtを基準とした部分画像PHbの範囲のみを目視すればよく、図2(b)に示すように部分画像PHbを見れば明確に境界線DLを確認することができることから、容易に確定ブレイクラインBLcを入力することができるわけである。なお、オペレータ操作によって確定ブレイクラインBLcを入力するには、マウスキーボード等の入力手段を用いて画像上をトレスする手法や、画像上の境界線DLの特徴点端点変化点)を指定(クリック)する手法など、従来用いられている種々の手法を採用することができる。

0031

確定ブレイクラインBLcが設定できると、この確定ブレイクラインBLcを構成する点(以下、「ブレイクライン構成点」という。)の3次元座標を、座標付与画像PHa(つまり、部分画像PHb)の標定要素に基づいて算出する(Step50)。このとき、確定ブレイクラインBLcのうち端点や変化点といった特徴点を抽出してブレイクライン構成点とすることもできるし、これに加えて(あるいは代えて)確定ブレイクラインBLcを表す直線式(3次元座標系における一般式)を算出したうえで当該直線式上にある点を所定間隔で抽出してブレイクライン構成点とすることもできる。

0032

ブレイクライン構成点を抽出してそれぞれの3次元座標が算出されると、座標付与画像の標定要素を参照しながらこれらブレイクライン構成点と3次元点群データを照らし合わせる。なおこの3次元点群データは、暫定ブレイクラインBLtを設定した3次元点群データである。ブレイクライン構成点と3次元点群データを照らし合わせた結果、ブレイクライン構成点と同一あるいは近似する(閾値距離内にある)計測点データが3次元点群データから検出されると、この計測点データにはブレイクラインを構成する点であることが記録される(Step60)。一方、ブレイクライン構成点と同一あるいは近似する計測点データが3次元点群データから検出されない場合は、そのブレイクライン構成点を新たに3次元点群データのデータとして追加するとよい(Step60)。

0033

3次元点群データからブレイクラインを構成する計測点が抽出され、新たにブレイクライン構成点が3次元点群データに追加されると、この3次元点群データからブレイクラインを設定し、3次元モデルを作成する(Step70)。ここで設定されるブレイクラインは、確定ブレイクラインBLcを基礎としているためその位置は正確であり、したがってこのブレイクラインに基づいて作成される3次元モデルも計測対象(例えば地物)を適切に表現(再現)したものとなっているわけである。

0034

(自動生成型ブレイクライン抽出プログラム)
図4を参照しながら、自動生成型ブレイクライン抽出プログラムについて説明する。図4は、自動生成型ブレイクライン抽出プログラムの主な処理の流れを示すフロー図である。入力型ブレイクライン抽出プログラムと同様、はじめに座標付与画像を作成し(Step10)、従来技術によって3次元点群データから暫定ブレイクラインBLtを設定し(Step20)、そして暫定ブレイクラインBLtを基準に部分画像を抽出する(Step30)。このケースでも、座標付与画像があらかじめ用意されているときは座標付与画像を作成する処理(Step10)を省略することができ、すなわち当該処理は自動生成型ブレイクライン抽出プログラムにとって必須ではない。

0035

部分画像PHbが抽出できると、従来用いられている画像処理技術によって確定ブレイクラインBLcを生成する(Step43)。具体的には、部分画像PHbを構成する画素に付与された画素値に基づいて、すなわち隣接画素間における画素値の差や画素値勾配画素値差画素間距離で除した値)などを利用して明確な境界エッジ)を抽出し、これを確定ブレイクラインBLcとする。なお画素値としては、RGBやCMYK(Cyan、Magenta、Yellow、Keycolor)、NCS、オストワルト表色系といった色モデルで定められる値を採用することもできるし、グレースケールを採用することもできる。

0036

通常、画像処理技術によってエッジを抽出するときは比較的大きな(広い範囲の)画像を対象とするため、処理に時間がかかるうえ、場合によっては正確に抽出できない(あるいは抽出できない)ことすらある。ところが自動生成型ブレイクライン抽出プログラムは、部分画像PHbの範囲のみを検索すれば足りることから、処理時間も短く、しかも比較的正確に確定ブレイクラインBLcを抽出することができる。さらに、事前処理として暫定ブレイクラインBLtを表す形状(例えば、3次元座標系における直線式)を算出しておけば、当該形状を頼りに確定ブレイクラインBLcを抽出することができるため、より短時間で処理でき、より正確に抽出することができて極めて好適となる。従来多用されているRANSAC(Random Sampling Consensus)法やハフ変換といった画像処理では、抽出結果(例えば抽出された直線)の上に最も多くの特徴点(例えばエッジなど)が存在するかどうかを判断基準としている。一方、本願発明では,暫定ブレイクラインBLtの形状と、この暫定ブレイクラインBLtに基づく部分画像PHbとを照らし合わせることで確定ブレイクラインBLcを抽出する。したがって、RANSAC法などの従来手法では、たとえ形状が著しく相違していたとしても色勾配(エッジ)が明確であればそれを結果として抽出してしまうが、本願発明では,色勾配(エッジ)に加え暫定ブレイクラインBLtの形状にしたがって検出することから従来手法に比してより高精度に確定ブレイクラインBLcを抽出することができるわけである。

0037

確定ブレイクラインBLcが生成できると、入力型ブレイクライン抽出プログラムと同様、ブレイクライン構成点の3次元座標を算出し(Step50)、3次元点群データからブレイクラインを構成する計測点を抽出し、新たにブレイクライン構成点が3次元点群データに追加する(Step60)。そして、3次元点群データからブレイクラインを設定したうえで3次元モデルを作成する(Step70)。

0038

2.ブレイクライン抽出システム
次に本願発明のブレイクライン抽出システムについて図を参照しながら説明する。なお、本願発明のブレイクライン抽出システムは、ここまで説明したブレイクライン抽出プログラムを実行するシステムであり、したがってブレイクライン抽出プログラムで説明した内容と重複する説明は避け、本願発明のブレイクライン抽出システムに特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「1.ブレイクライン抽出プログラム」で説明したものと同様である。また本願発明のブレイクライン抽出システムは、本願発明のブレイクライン抽出プログラムと同様、オペレータ操作によって確定ブレイクラインBLcを設定する「入力型ブレイクライン抽出システム」と、部分画像から確定ブレイクラインBLcを自動生成する「自動生成型ブレイクライン抽出システム」に大別することができる。以下、入力型ブレイクライン抽出システムと自動生成型ブレイクライン抽出システムについてそれぞれ順に説明する。

0039

(入力型ブレイクライン抽出システム)
図5を参照しながら、入力型ブレイクライン抽出システム100aについて説明する。図5は、入力型ブレイクライン抽出システム100aの主な構成を示すブロック図である。この図に示すように入力型ブレイクライン抽出システム100aは、暫定ブレイクライン設定手段101と部分画像抽出手段102、表示手段103、確定ブレイクライン入力手段104、構成点座標算出手段105を含んで構成され、さらに3次元点群データ記憶手段106や座標付与画像記憶手段107、構成点抽出追加手段108、3次元モデル作成手段109を含んで構成することもできる。

0040

図5に示す各手段は、それぞれの手段が行う内容が記述されたプログラムを実行するものであり、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。このコンピュータ装置は、パーソナルコンピュータ(PC)や、iPad(登録商標)といったタブレット型端末スマートフォン、あるいはPDA(Personal Data Assistance)などによって構成することができる。コンピュータ装置は、CPU等のプロセッサ、ROMやRAMといったメモリを具備しており、さらにマウスやキーボード等の入力手段やディスプレイを含むものもある。なお、一般的なPCであればマウスやキーボード等のデバイスから入力するが、タブレット型端末やスマートフォンではタッチパネルを用いた操作(タップピンチインアウトスライド等)で入力することが多い。

0041

図5に示す暫定ブレイクライン設定手段101は暫定ブレイクライン設定処理(図1に示すStep20)を実行する手段であり、部分画像抽出手段102は部分画像抽出処理(図1に示すStep30)を実行する手段であり、表示手段103はディスプレイなど部分画像を表示する手段であり、確定ブレイクライン入力手段104はマウスやキーボードなど確定ブレイクラインを入力する手段であり、構成点座標算出手段105は構成点座標算出処理(図1に示すStep50)を実行する手段である。また、3次元点群データ記憶手段106は3次元点群データを記憶する手段であり、座標付与画像記憶手段107は座標付与画像を記憶する手段であり、構成点抽出追加手段108は3次元点群データ記憶手段106に構成点を抽出・追加する処理(図1に示すStep60)を実行する手段であり、3次元モデル作成手段109は3次元モデル作成処理図1に示すStep70)を実行する手段である。なお3次元点群データ記憶手段106と座標付与画像記憶手段107は、例えばデータベースサーバ構築することができ、それぞれ異なるデータベースサーバに構築してもよいし、1つのデータベースサーバを兼用して構築してもよい。また3次元点群データ記憶手段106と座標付与画像記憶手段107は、ローカルネットワークに置くこともできるし、もちろんインターネット経由で保存するクラウドサーバとすることもできる。

0042

(自動生成型ブレイクライン抽出システム)
図6を参照しながら、自動生成型ブレイクライン抽出システム100bについて説明する。図6は、自動生成型ブレイクライン抽出システム100bの主な構成を示すブロック図である。この図に示すように自動生成型ブレイクライン抽出システム100bは、暫定ブレイクライン設定手段101と部分画像抽出手段102、確定ブレイクライン生成手段110、構成点座標算出手段105を含んで構成され、さらに表示手段103や3次元点群データ記憶手段106、座標付与画像記憶手段107、構成点抽出追加手段108、3次元モデル作成手段109を含んで構成することもできる。

0043

図6に示す各手段は、それぞれの手段が行う内容が記述されたプログラムを実行するものであり、入力型ブレイクライン抽出システム100aと同様、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。

0044

図6に示す暫定ブレイクライン設定手段101は暫定ブレイクライン設定処理(図4に示すStep20)を実行する手段であり、部分画像抽出手段102は部分画像抽出処理(図4に示すStep30)を実行する手段であり、確定ブレイクライン生成手段110は確定ブレイクラインの生成処理図4に示すStep43)を実行する手段であり、構成点座標算出手段105は構成点座標算出処理(図4に示すStep50)を実行する手段である。また、3次元点群データ記憶手段106は3次元点群データを記憶する手段であり、座標付与画像記憶手段107は座標付与画像を記憶する手段であり、構成点抽出追加手段108は3次元点群データ記憶手段106に構成点を抽出・追加する処理(図4に示すStep60)を実行する手段であり、3次元モデル作成手段109は3次元モデル作成処理(図4に示すStep70)を実行する手段である。この場合の3次元点群データ記憶手段106と座標付与画像記憶手段107も、入力型ブレイクライン抽出システム100aと同様、例えばデータベースサーバに構築することができ、それぞれ異なるデータベースサーバに構築してもよいし、1つのデータベースサーバを兼用して構築してもよい。また3次元点群データ記憶手段106と座標付与画像記憶手段107は、ローカルなネットワークに置くこともできるし、もちろんインターネット経由で保存するクラウドサーバとすることもできる。

0045

本願発明のブレイクライン抽出プログラム、ブレイクライン抽出システムは、橋梁擁壁といった土木構造物集合住宅やオフィスビルといった建築構造物などの人工構造物の3次元モデルを作成するために利用することができるほか、自然地形の3次元モデルを作成するために利用することができる。本願発明によれば、自然の地形の正確な3次元モデルを作成することができ、その結果、2時期の3次元モデルを比較することによって地形変化を適切に把握でき、ひいては効果的な災害対策を実施できることを考えれば、本願発明は産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。

0046

100a 入力型ブレイクライン抽出システム
100b自動生成型ブレイクライン抽出システム
101 (ブレイクライン抽出システムの)暫定ブレイクライン設定手段
102 (ブレイクライン抽出システムの)部分画像抽出手段
103 (ブレイクライン抽出システムの)表示手段
104 (ブレイクライン抽出システムの)確定ブレイクライン入力手段
105 (ブレイクライン抽出システムの)構成点座標算出手段
106 (ブレイクライン抽出システムの)3次元点群データ記憶手段
107 (ブレイクライン抽出システムの)座標付与画像記憶手段
108 (ブレイクライン抽出システムの)構成点抽出追加手段
109 (ブレイクライン抽出システムの)3次元モデル作成手段
110 (ブレイクライン抽出システムの)確定ブレイクライン生成手段
BLt 暫定ブレイクライン
DL境界線
PHa 座標付与画像
PHb部分画像
WD 拡張幅

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