專利名稱：立體圖像生成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立體圖像生成裝置，通過用色調(diào)代替等高線來表現(xiàn)基于由三維坐標(biāo)表示的大量數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的地形凹凸部的高低和傾斜，生成可視覺地提供立體感的傾斜紅色化立體圖像。
背景技術(shù)：
以前，三維矢量場在二維面上的視覺化進行了很多嘗試。最典型地，已知如下方式，即將兩個分量變換成坐標(biāo)值，將其交點繪圖在二維面上，在各交點處附記剩余的第3分量的屬性(例如市內(nèi)導(dǎo)游圖)，但這樣不能簡單把握第3 分量的差異。在這點上，雖然也圖形顯示第3分量的屬性特征(例如市內(nèi)導(dǎo)游圖)，但即便如此也無法免去信息的局限性，無法知道屬性的連續(xù)變化。因此，盡管通用記入兩個分量的連續(xù)特征(例如海岸、河川、湖泊等的外形線)與第3分量的屬性等值線(例如等高線)的方式，但仍難以直觀地觀察屬性的變化狀態(tài)。這里，更具體地考慮地形圖。在基于解析圖化機的網(wǎng)格測量中，將地形分割成格子狀，向其賦予標(biāo)高值，得到 DEM(數(shù)字標(biāo)高模塊Digital Elavation Model)的數(shù)據(jù)。由計算機來對其進行處理，計算關(guān)于例如地形的高度、傾斜角、斜面方位、拉普拉斯算符、流域區(qū)分、水系等的參數(shù)，將分布在面上的計算結(jié)果變換成對應(yīng)的圖像。在航空機激光器測量中，得到包含更詳細信息的數(shù)據(jù)。不是說將這些數(shù)據(jù)全部放入地形圖中。例如，取出關(guān)于高低和傾斜的信息，作為等高線記入地圖中。但是，由此來想像立體的地形是不容易的。作為從斜上方照射光的陰影圖，也有顯出立體感的圖像，但這樣強調(diào)特定方向的傾斜。在這點上，用灰色標(biāo)度(gray scale)(亮度的階段)或色彩顏色(色相的階段) 表示的地形圖像可直觀地觀察地形的幾何特征與其分布狀態(tài)，盡管是有用的，但得不到有效的立體視感。文獻1 特開平1-46902號公報也有的將地上散度或地下散度之一用作兆(mega)濾波器，由此來處理圖像，這樣可彌補在較大區(qū)域中的地形特征，但在立體視感方面存在不足，尤其是對局部的立體視感感到不滿。文獻2 ‘巖手大論文橫山隆三、白沢道生、菊地祐(1999)基于散度的地形特征的顯示、照片測量與遙感，vo. 38，no. 4，26-34，這里，描述向地形圖提供立體視感的現(xiàn)有方法。(立體匹配圖像、三維圖像)基本上在使用視差的圖像中，使用兩張照片。雖然在基于紅/藍濾波器、偏光濾波器、衍射柵格或ι巧m，一透鏡的情況等下有各種方法，但任一方法都必需從特定方向看，還必需眼鏡。而且難以放大、縮小。三維圖像在從特定方向看去的圖像中，看不到影子部分，另外遠處小，近處分辨率不夠，所以不利于判斷。并且圖像制作需要時間。(基于等高線的表現(xiàn))等高線適于山地的地形表現(xiàn)，但在急劇傾斜(例如陡崖部)或平緩傾斜或平坦地 (平原部)，階段地分配高度的等高線極度集合、離散，地形的判斷花費時間。根據(jù)等高線的間隔變化來推測傾斜的角度和方向，因此，不習(xí)慣于單純的放大、縮小，根據(jù)不同情況有必要作出調(diào)整。若等高線混合，則沒有間隙，用崖信號來置換。該作業(yè)需要工夫，另外，妨礙矢量化。若向各等高線賦予高度，則不能判斷小的凹凸。(具有二維標(biāo)高值的圖像數(shù)據(jù)的集合)在基于航空照片測量的制圖作業(yè)中，直接取得連結(jié)特定高度的等高線信息，不提供等高線間的高度。在基于航空機激光器測量或解析圖化機的網(wǎng)格測量的情況下，取得DEM數(shù)據(jù)，據(jù)此求出等高線的二維分布，必要時執(zhí)行等高線的縮放，但最終無法使用未包含于等高線中的信息、例如等高線間的三維幾何信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于以上問題而做出。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種立體圖像生成裝置，用于生成能一眼就立體把握地形的高低及梯度的程度的傾斜紅色化立體圖像。為了解決上述問題，立體圖像生成裝置的特征在于，包括第一存儲單元，存儲有賦予了規(guī)定范圍的地表面的標(biāo)高值的三維的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；DEM數(shù)據(jù)生成部，讀入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，恢復(fù)地表面作為第一 DEM數(shù)據(jù)生成各格子的高度和坐標(biāo)；地上散度圖像生成部，從連結(jié)第一 DEM數(shù)據(jù)的地表面的著眼點的第一 DEM數(shù)據(jù)，在多個方向的每個方向上，分別求出在一定范圍內(nèi)成為最大頂點的第二 DEM數(shù)據(jù)與水平線所形成的角度矢量并對其求出平均值來求出地上散度，得到該地上散度的值越大分配了越明亮的顏色的地上散度圖像；地下散度圖像生成部，從把在一定范圍的第一 DEM數(shù)據(jù)上擠壓空氣層后的立體翻過來的反轉(zhuǎn)DEM數(shù)據(jù)的著眼點的第一 DEM數(shù)據(jù)開始在多個方向的每個方向上，分別求出在一定范圍內(nèi)的成為最大頂點的第三DEM數(shù)據(jù)與水平線所形成的第二角度矢量并對其求出平均值來求出地下散度， 得到該地下散度的值越大分配了越暗的顏色的地下散度圖像；以及第一合成部，加權(quán)合成地上散度圖像和地下散度圖像，輸出對應(yīng)該值灰度表現(xiàn)的第一合成圖像。


通過閱讀參照下面附圖的用于實施本發(fā)明的最佳方式的說明，本發(fā)明的上述和其它特征、使用及效果變得顯而易見。附圖中圖1是本發(fā)明第1實施方式的視覺化處理系統(tǒng)的方框圖；圖2是表示圖1的視覺化處理系統(tǒng)的處理步驟和處理結(jié)果的流程圖。圖3是圖2的流程圖的A部細節(jié)圖；圖4是圖2的流程圖的B部細節(jié)圖；圖5是圖2的流程圖的C部細節(jié)圖；圖6是圖2的流程圖的D部細節(jié)圖；圖7是圖2的流程圖的E部細節(jié)圖；圖8是圖2的流程圖的F部細節(jié)圖；圖9是圖2的流程圖的G部細節(jié)圖；圖10是圖2的流程圖的H部細節(jié)圖；圖11是本發(fā)明第2實施方式的用于生成傾斜紅色化立體圖像的視覺化處理系統(tǒng)的方框圖；圖12是圖11的視覺化處理系統(tǒng)的激光器計測的說明圖；圖13是圖11的視覺化處理系統(tǒng)的8方向排列的說明圖；圖14是圖11的視覺化處理系統(tǒng)的地上散度及地下散度的原理說明圖；圖15是圖11的視覺化處理系統(tǒng)的地上散度及地下散度的主要圖案說明圖；圖16是圖11的視覺化處理系統(tǒng)的地上散度及地下散度的立體說明圖；圖17是圖11的視覺化處理系統(tǒng)的地上散度及地下散度的標(biāo)本地點和距離的說明圖；圖18是圖11的視覺化處理系統(tǒng)的WAm分配說明圖。圖19是圖11的視覺化處理系統(tǒng)的凸部強調(diào)圖像生成部、凹部強調(diào)圖像生成部和第1合成部的方框圖；圖20是圖11的視覺化處理系統(tǒng)的斜度強調(diào)圖像制作部和第2合成部的方框圖；圖21是圖11的視覺化處理系統(tǒng)的地上散度圖像及地下散度圖像與合成圖像的生成過程說明圖；圖22是圖11的視覺化處理系統(tǒng)的傾斜紅色化立體圖像的生成過程說明圖；圖23是表示由圖11的視覺化處理系統(tǒng)得到的富士山青木原的立體視化圖像的圖。圖24是富士山青木原的天神山滑雪場南方地域基于航空照片測量的帶等高線的地形圖；圖25是上述地域基于激光器測量數(shù)據(jù)的帶等高線地形圖；圖26是表示上述地域的立體視化圖像的放大圖；圖27是表示其它地域的立體視化圖像的放大圖；圖28是表示其它地域的立體視化圖像的放大圖；圖29是人體的X射線透視圖；圖30是圖29的透視圖的高程分層設(shè)色切片圖像；
圖31是由圖1的視覺化處理系統(tǒng)處理圖29的透視圖后得到的紅色灰度沉浮度分布圖像；和圖32是將圖31的圖像重疊在圖30的圖像上的合成圖像。
具體實施例方式下面，示例說明用于實施本發(fā)明的最佳方式。(第1實施方式)首先，參照圖1 圖10來說明本發(fā)明的第1實施方式。圖1是本實施方式的視覺化處理系統(tǒng)VPSl的方框圖，圖2是表示該系統(tǒng)VPSl的處理步驟Pl P8和處理結(jié)果A I的流程圖，并且，圖3 圖10分別是詳細表示主要處理結(jié)果A H的圖。如圖1所示，視覺化處理系統(tǒng)VPSl具備中央信息處理裝置(CPU) 51，該裝置由工作站、處理器、微機、邏輯寄存器等的適當(dāng)組合來構(gòu)成；信息輸入部54，包含向該中央信息處理裝置51輸入必要的控制、操作信息的鍵盤(KB)、鼠標(biāo)、對話型軟開關(guān)、外部通信信道等；信息輸出部55，包含以廣義含義顯示、傳輸從中央信息處理裝置51輸出的信息的顯示器、打印機、外部通信信道等；只讀存儲器(ROM)等第1存儲部52，存儲讀入到中央信息處理裝置51的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等信息；和隨機存取存儲器(RAM)等第2存儲部53，存儲應(yīng)由中央信息處理裝置51隨時處理的信息和從中央信息處理裝置51隨時寫入的信息。適當(dāng)統(tǒng)一、細分第1和第2存儲部52、53也無妨。在第1存儲部52中存儲在規(guī)定的應(yīng)用程序上動作的視覺化處理程序60，該視覺化處理程序60在本實施方式中，由讀入到中央信息處理裝置51中、包含可分別執(zhí)行圖2所示的8個視覺化處理Pl P8的程序群的第1 第8處理文件61 68構(gòu)成，但這些程序群的分類、配備也可自由設(shè)定。在第2存儲部53中存儲構(gòu)成視覺處理程序60的處理對象的矢量場70。該矢量場70實質(zhì)上只要是具有可抽取3種或3種以上信息的一個或一個以上分量的信息矢量的有限集合(總數(shù)為N個)即可，本實施方式的各矢量就代表富士山地表面的微小有限分割區(qū)域的著眼點而言，是包含可由參照表格確認其經(jīng)度信息和緯度信息的識別(Id)序號、與相對于相鄰著眼點或三角基準(zhǔn)點的高度差的2分量適量。第1處理文件61根據(jù)第η個(η = 1 N)處理的2分量適量Vn的識別序號Idn與高度差，算出其經(jīng)度Xn、緯度yn、和海拔高度zn，通過將該值對應(yīng)于存儲在第2存儲部53中的虛擬三維(3D)的X-Y-Z正交坐標(biāo)空間80內(nèi)的對應(yīng)坐標(biāo)點Qn(Xn = xn,Yn = yn、Zn = zn)， 即，通過在對應(yīng)于存儲部53內(nèi)的坐標(biāo)點Qn的存儲區(qū)域中存儲矢量Vn的識別序號Idn，將矢量Vn繪制到坐標(biāo)空間80中，通過對總數(shù)為N個的矢量執(zhí)行該步驟，將矢量場70繪制到坐標(biāo)空間80中(圖2的處理Pl)。第1處理文件61還利用最小二乘法來求出以必需坐標(biāo)空間80內(nèi)的總數(shù)N個或不足N個的適當(dāng)個數(shù)的帶Id的坐標(biāo)點列{Qn:n<N}的平滑度連結(jié)的曲面S，將其分割成總數(shù)為M個{M彡N}的微小的面區(qū)域{Sm :m彡Μ}，分別確定著眼點Qm，將關(guān)聯(lián)信息存儲在存儲部 53中。第2處理文件62就各面區(qū)域Sm而言，確認距該著眼點Qm規(guī)定半徑內(nèi)的曲面S的外側(cè)(Ζ+側(cè))的局部區(qū)域Lm+，并求出由此劃制的繞著眼點Qm的開闊度(即相對天側(cè)的透視立體角或與其等價的二次微分值)Ψπι+(圖2的處理Ρ2)，作為面區(qū)域Sm的上浮度來存儲。圖3中示出在整個曲面S中灰度顯示該上浮度Ψω+的圖像，作為處理結(jié)果Α。該圖像A 的確如凸部那樣明確表示地形的山脊側(cè)、S卩(曲面S的)凸部。第3處理文件63就上述面區(qū)域Sm而言，確認距該著眼點Qm上述規(guī)定半徑內(nèi)的曲面S的里側(cè)(Ζ-側(cè))的局部區(qū)域Lm-，并求出由此劃制的繞著眼點Qm的開闊度(即相對地側(cè)的視距立體角或與其等價的二次微分值)Ψω_ (圖2的處理Ρ3)，作為面區(qū)域Sm的下沉度來存儲。圖5中示出在整個曲面S中灰度顯示該下沉度Ψω-的圖像，作為處理結(jié)果C。該圖像A的確如凹部那樣明確表示地形的谷側(cè)、S卩(曲面S的)凹部。必需留意該圖像C不是所述圖像A的單純反轉(zhuǎn)。第4處理文件64就上述面區(qū)域Sm而言，通過以目的一致地(即按照重視山脊與谷哪個)確定的分配比例W+ :w-(w++w- = 0)加權(quán)合成該上浮度ψω+與下沉度 Ψ;( +Ψ:+^ΨπΓ)，求出位于所述規(guī)定半徑內(nèi)的曲面S的里外局部區(qū)域！^仏，Lffl-)繞著眼點Qm帶來的立體效果(圖2的處理Ρ4)，作為面區(qū)域Sm的沉浮度Ψω來存儲。圖4中示出在整個曲面S中灰度顯示該沉浮度Ψω的圖像，作為處理結(jié)果B。該圖像B通過的確如凸部那樣明確表示(曲面S的)凸部、或如凹部那樣明確表示凹部，使地形的山脊與谷突出，增強視覺的立體感。另外，圖像B的上述合成加權(quán)為W+ = -W- = 1。這里，說明第6處理文件66。該文件66就上述面區(qū)域Sm而言，直接或經(jīng)最小二乘法來間接求出其最大傾斜度(或與其等價的一次微分值(Gm)(圖2的處理Ρ6)，作為上述面區(qū)域Sm的斜度Gm來存儲。圖6中示出在整個曲面S中以紅色系的顏色R色調(diào)顯示該斜度 Gm的圖像(的無彩色顯示圖像)，作為處理結(jié)果D。該圖像D還具有視覺上釀成地形(即曲面S)的立體感的效果。第5處理文件將三維坐標(biāo)空間80與其關(guān)聯(lián)信息(Ψω、6ω、Κ) 一起繪制到信息輸出部55的二維面90中(圖2的處理Ρ5)，在對應(yīng)于連續(xù)所述坐標(biāo)點Qm列的面S的分割區(qū)域 Sffl的二維面90上的區(qū)域90m中，執(zhí)行所述斜度Gm的R色調(diào)顯示，同時，對該R色調(diào)的亮度， 執(zhí)行對應(yīng)于所述沉浮度屯 1的灰度顯示。圖8中示出該圖像(的無彩色顯示圖像)，作為處理結(jié)果F。該圖像F向地形(即曲面S)賦予視覺的立體感。圖7的圖像E表示由處理文件65將所述圖像D的信息(即表示斜度Gm的R色調(diào)) 與對應(yīng)于圖像A的沉浮度(即上浮度Ψω+)的信息繪制在二維面90上(處理Ρ5)的結(jié)果， 強調(diào)山脊部。圖9的圖像G表示由處理文件65將所述圖像D的信息(表示斜度Gm的R色調(diào)) 與對應(yīng)于圖像C的沉浮度(即下沉度Ψω_)的信息繪制在二維面90上(處理Ρ5)的結(jié)果， 強調(diào)谷部。第7處理文件67求出連結(jié)所述坐標(biāo)點Qn列中、從所述矢量場70的矢量Vn的分量中抽取的屬性(在本實施方式中，為海拔高度ζη)等值的坐標(biāo)點Qn的屬性等值線(在本實施方式中為地形的等高線和外形線)Ea，存儲該等值線，必要時輸出或顯示(圖2的處理P7)。 圖2中示出該顯示處理結(jié)果I。該結(jié)果I也有助于把握地形(即曲面S)的立體形狀。第8處理文件68將所述三維坐標(biāo)空間80與其關(guān)聯(lián)信息(Ψω、Gm、R) 一起繪制或輸出顯示于所述二維面90上，同時，繪制或輸出顯示上述屬性等值線Ea(圖2的處理P8)。 圖10中示出該顯示圖像(的無彩色顯示圖像)，作為處理結(jié)果H。該圖像H也向地形(即曲面S)賦予視覺的立體感。因此，本實施方式的視覺化處理系統(tǒng)VPSl具備第1算子(61)，將矢量場70繪制到三維坐標(biāo)空間80，得到對應(yīng)的坐標(biāo)點陣Qm ；第2算子(62)，求出在連結(jié)所述坐標(biāo)點陣的面 S的局部區(qū)域Lm+中的上浮度Ψω+ ；第3算子(63)，求出在連結(jié)所述坐標(biāo)點陣的面S的局部區(qū)域Lm-中的下沉度Ψω_;第4算子(64)，加權(quán)合成所述上浮度與所述下沉度，求出在連結(jié)所述坐標(biāo)點陣的面S的局部區(qū)域Lm中的沉浮度Ψω ；和第5算子(65)，將所述坐標(biāo)空間80繪制到二維面90上，在對應(yīng)于連結(jié)所述坐標(biāo)點陣的面S的分割區(qū)域Sm的二維面90上的區(qū)域 90m中，執(zhí)行對應(yīng)于所述沉浮度的灰度顯示。這里，所謂算子是指執(zhí)行事先設(shè)定或編程的運算處理功能或運算處理命令的要素或其集合或單元。所述視覺化處理系統(tǒng)VPSl還具備第6算子(66)，求出連結(jié)所述坐標(biāo)點陣的面S的斜度Gm分布，所述第5算子(65)在所述二維面(90)上用紅色系的顏色R色調(diào)顯示所述斜度分布，并對其亮度執(zhí)行所述灰度顯示。所述視覺化處理系統(tǒng)VPSl還具備第7算子(67)，連結(jié)所述坐標(biāo)點陣中在所述矢量場70中的屬性等值的坐標(biāo)點，得到屬性等值線Ea ；和第8算子(68)，在執(zhí)行了所述灰度顯示的二維面90上繪制所述屬性等值線Ea。根據(jù)本實施方式，還包含其局部的立體屬性地利用可直觀地觀察的方式來在實質(zhì)的二維面90上視覺化矢量場70。本實施方式的視覺化處理方法具備第1工序P1，將矢量場繪制到三維坐標(biāo)空間， 得到對應(yīng)的坐標(biāo)點陣；第2工序P2，求出在連結(jié)所述坐標(biāo)點陣的面的局部區(qū)域中的上浮度； 第3工序P3，求出在連結(jié)所述坐標(biāo)點陣的面的局部區(qū)域中的下沉度；第4工序P4，加權(quán)合成所述上浮度與所述下沉度，求出在連結(jié)所述坐標(biāo)點陣的面的局部區(qū)域中的沉浮度；和第5 工序P5，將所述坐標(biāo)空間繪制到二維面上，在對應(yīng)于連結(jié)所述坐標(biāo)點陣的面的局部區(qū)域的二維面上的區(qū)域中，灰度顯示所述沉浮度。本發(fā)明的視覺化處理程序60用于使中央信息處理裝置51執(zhí)行如下處理第1處理P1，將矢量場繪制到三維坐標(biāo)空間，得到對應(yīng)的坐標(biāo)點陣；第2處理P2，求出在連結(jié)所述坐標(biāo)點陣的面的局部區(qū)域中的上浮度；第3處理P3，求出在連結(jié)所述坐標(biāo)點陣的面的局部區(qū)域中的下沉度；第4處理P4，加權(quán)合成所述上浮度與所述下沉度，求出在連結(jié)所述坐標(biāo)點陣的面的局部區(qū)域中的沉浮度；和第5處理P5，將所述坐標(biāo)空間繪制到二維面上，在對應(yīng)于連結(jié)所述坐標(biāo)點陣的面的局部區(qū)域的二維面上的區(qū)域中，灰度顯示所述沉浮度。(第2實施方式)下面，參照圖11 圖28來說明本發(fā)明的第2實施方式。圖11是本實施方式的包含傾斜紅色化立體圖像生成裝置4的視覺化處理系統(tǒng) VPS2的整體方框圖，圖12是該系統(tǒng)的VPS2的激光器計測的說明圖，圖13是8方向排列的說明圖，圖14是地上散度及地下散度的原理說明圖，圖15是地上散度及地下散度的主要圖案說明圖，圖16是地上散度及地下散度的立體說明圖，圖17是地上散度及地下散度的標(biāo)本地點和距離的說明圖，圖18是7 > 4 ^ * 一 7分配說明圖，圖19是凸部強調(diào)圖像生成部、 凹部強調(diào)圖像生成部和第1合成部的方框圖，圖20是斜度強調(diào)圖像制作部和第2合成部的方框圖，圖21是地上散度圖像及地下散度圖像與合成圖像的生成過程說明圖，和圖22是傾斜紅色化立體圖像的生成過程說明圖。
另外，圖23是由視覺化處理系統(tǒng)VPS2得到的富士山青木原的立體視化圖像，圖M 是富士山青木原的天神山滑雪場南方地域基于航空照片測量的帶等高線的地形圖，圖25 是上述地域基于激光器測量數(shù)據(jù)的帶等高線地形圖，圖沈是表示上述地域的立體視化圖像的放大圖，圖27是表示其它地域的立體視化圖像的放大圖，和圖觀是表示其它地域的立體視化圖像的放大圖。本實施方式根據(jù)DEM(Digital Elavation Model)數(shù)據(jù)，求出對應(yīng)于第1實施方式的斜度Gm的斜度、相當(dāng)于第1實施方式的上浮度Ψω+的地上散度、和相當(dāng)于第1實施方式的下沉度Ψω_的地下散度等三個參數(shù)，保存其平面分布，作為灰色標(biāo)度圖像。通過將地上散度與地下散度的差分圖像射到灰色通道，將傾斜射到紅色通道，制作虛擬彩色圖像，以白色表現(xiàn)山脊或山頂部分，以黑色表現(xiàn)谷或洼地，以紅色表現(xiàn)傾斜急的部分。通過這種表現(xiàn)的組合，生成即便是一個也具有立體感的圖像(下面也稱為立體紅色化地圖)。S卩，本實施方式的立體化地圖的立體表現(xiàn)手法中，網(wǎng)格化等高線之間，與各自相鄰的網(wǎng)格的差、即傾斜用紅色的色調(diào)來表現(xiàn)，與周邊相比高或低用灰色標(biāo)度來表現(xiàn)。這相當(dāng)于第1實施方式的沉浮度Ψω，在本實施方式中，稱為山脊谷度，示意較亮的比周邊高(山脊的)，較暗的比周邊低(谷的)，通過相乘合成該明暗，產(chǎn)生立體感。圖11中示出本實施方式的傾斜化紅色立體圖像制作裝置4的示意構(gòu)成。如圖11 所示，本實施方式的傾斜紅色化立體圖像制作裝置4具備如下說明的計算機功能。另外，在該傾斜紅色化立體圖像制化裝置4上連接各種數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)庫1中保存激光器數(shù)據(jù)Ri。該激光器數(shù)據(jù)(Rx、Ry、Rz 為了表示是基于激光器數(shù)據(jù)的坐標(biāo)，附加R)如圖12所示，由在對象地域上空(最好是數(shù)碼相機攝影范圍) 中水平飛行的航空機，向下發(fā)射激光，并根據(jù)往復(fù)所需的時間、與航空機的位置、姿勢、發(fā)射角度，通過計算(計算機)，求出并保存地表面的x、y、z。在所述飛行位置的把握中，使用 GPS (未圖示)，在姿勢的把握中，使用IMlL激光器發(fā)射器(未圖示Z)可每秒發(fā)射33000次，可以SOcml點的密度取得標(biāo)高點 (Rx.Ry.Rz)。在對一次激光器發(fā)射測定多個反射脈沖的情況下，采用并保存最終反射的數(shù)據(jù)。另外，檢驗接收到的激光器數(shù)據(jù)的分布傾向，將火花狀比周邊高的點認定為不能通過的樹木的激光器數(shù)據(jù)并去除，并且，除樹木以外，還去除居室或汽車、橋等的激光器數(shù)據(jù)。因此，在數(shù)據(jù)庫1中僅保存地表面的激光器數(shù)據(jù)Ri。在數(shù)據(jù)庫2中，至少存儲數(shù)碼相機攝影范圍的等高線地圖Hi (2萬5000分之1 向等高線附加序號)。另外，附加該等高線圖的特征點的坐標(biāo)0^、辦、泡等高線圖數(shù)據(jù))。另外，在數(shù)據(jù)庫3中保存立體匹配數(shù)據(jù)Mi。該立體匹配數(shù)據(jù)Mi由攝影同一區(qū)域的兩個航空照片來生成立體圖像。例如，在兩個照片內(nèi)抽取已知的建筑物的面，并向該建筑物的面提供Z值后進行立體化(Mx、My、Mz)，將之作為基準(zhǔn)，向其它地物提供Z值。DEM數(shù)據(jù)制作部6讀入數(shù)據(jù)庫1的激光器數(shù)據(jù)Ri，生成連結(jié)各相同標(biāo)高值的等高線圖，并對該等高線圖制作TIN，恢復(fù)地面。之后，求出TIN與各格子點相交的點的高度，制作 DEM 數(shù)據(jù)(DEM:Digital Elavation Model)。另外，DEM數(shù)據(jù)制作部6讀取保存在數(shù)據(jù)庫2中的等高線地圖Hi，生成連結(jié)等高線彼此的TIN，并將其轉(zhuǎn)換成所述DEM數(shù)據(jù)。下面，說明本實施方式中使用的DEM數(shù)據(jù)。例如，以Im刻度讀出分別200等分‘?dāng)?shù)值地圖為50m網(wǎng)格(標(biāo)高)’為1/25，0000地形圖的縱、橫后的網(wǎng)格(網(wǎng)格間隔在緯線方向上為2. 25秒，在經(jīng)線方向上為1.50秒)的中心標(biāo)高，構(gòu)成二維排列。另外，本實施方式的傾斜紅色化立體圖像制化裝置4如圖11所示，具備地上散度數(shù)據(jù)制作部9、地下散度數(shù)據(jù)制作部10、傾斜算出部8、凸部強調(diào)圖像制作部11、凹部強調(diào)圖像制作部12、斜度強調(diào)部13、第1合成部14與第2合成部15。在本實施方式中，使用所謂散度的概念。散度是數(shù)量化該地點與周圍相比向地上突出的程度或向地下陷入的程度的值。即，地上散度如圖14所示，表示在距離著眼的標(biāo)本地點L的范圍內(nèi)看見的空的寬度，另外，地下散度相反，表示看地中時、在距離L范圍內(nèi)的地下的寬度。散度依存于距離L與周邊地形。圖15用每個方位的地上角和地下角的8角形曲線來表示對9種基本地形的地上散度和地下散度。一般，越是從周圍高高地突出的地點，地上散度越大，在山頂或山脊取大的值，在洼地或谷底小。相反，越是低低地陷入地下的地點， 地下散度越大，在洼地或谷底取大的值，在山頂或山脊小。實際上，由于即便在距離為L的范圍內(nèi)也混合存在各種基本地形，所以變形地上角及地下角的8角形曲線，散度也采取各種值。如上所述，因為Dc^L及DurL相對L具有非增加特性，所以Φ 及VL相對L也具有非增加特性。另外，散度圖通過指定計算距離，可抽取適合于地形規(guī)模的信息，可不依存于方向性和局部尺寸來顯示。S卩，可優(yōu)于山脊線和谷線的抽取，判斷豐富的地形、地質(zhì)信息，如圖16所示，在一定范圍的DEM數(shù)據(jù)上(地表面立體圖16(a))，求出從設(shè)定的該地點A連結(jié)看8個方向任一方時構(gòu)成最大頂點的點B的直線Ll與水平線所成的角度矢量9i。在8個方向上實施該角度矢量的求出，將平均化求出值后的平均值稱為地上散度θ i，在一定范圍的DEM數(shù)據(jù)上(地表面立體)，求出從將擠壓空氣層的立體(圖16(b))翻過來的反轉(zhuǎn)DEM數(shù)據(jù)(圖 16(c))的該地點A連結(jié)看8個方向任一方時構(gòu)成最大頂點的點C(相當(dāng)于最深的地方)的直線L2與水平線所成的角度。在8個方向上求出該角度，將平均化求出值后的平均值稱為地下散度￥i。S卩，地上散度數(shù)據(jù)制作部9在包含于距著眼點規(guī)定距離范圍中的DEM數(shù)據(jù)上，對8 個方向的每個，生成地形截面，并求出連結(jié)各個地點與著眼點的線(圖16(a)的Li)的傾斜的最大值(從鉛直方向看時)。對8個方向執(zhí)行這種處理。傾斜的角度為距天頂?shù)慕嵌?(平坦為90度，山脊或山頂為90度或90度以上，谷底或洼地為90度或90度以下)，或者， 地下散度數(shù)據(jù)制作部10相反，在距反轉(zhuǎn)DEM數(shù)據(jù)的著眼點規(guī)定距離范圍中，對8個方向的每個，生成地形截面，并求出連結(jié)各個地點與著眼點的線的傾斜的最大值(圖16(a)的地表面的立體圖中，從鉛直方向看L2時的最小值)。對8個方向執(zhí)行這種處理。圖16(a)的地表面的立體圖中，鉛直方向看L2時的角度Ψ 為平坦為90度，山脊或山頂為90度或90度以下，谷底或洼地為90度或90度以上。S卩，地上散度與地下散度如圖17所示，考慮兩個基本地點A (iA、jA、HA)與B(iB、jB、HB)。由于標(biāo)本間隔為lm，所以A與B的距離為P= {(iA-iB)2+(Ja-Jb)'11/2···⑴圖17 (a)中將標(biāo)高Om作為基準(zhǔn)，表示標(biāo)本地點A與B的關(guān)系。標(biāo)本地點A相對標(biāo)本地點B的仰角θ由θ = tan-l{ (HB-HA)/P來提供。θ的符號在①HA < HB時為正，在②HA > HB時為負。將位于距著眼的標(biāo)本地點方位D距離L范圍內(nèi)的標(biāo)本地點的集合記為DSL，將之稱為‘著眼的標(biāo)本地點的D-L集合’。這里，為Di3 L 著眼的標(biāo)本地點相對DSL各要素的仰角中的最大值D δ L 著眼的標(biāo)本地點相對DSL各要素的仰角中的最下值(參照圖17(b))，如下定義。定義1 著眼的標(biāo)本地點的D-L集合的地上角和地下角分別是指D<jiL = 90-D3L 禾口DvL = 90+DSL。Dc^L是指能在距著眼的標(biāo)本地點距離L以內(nèi)看方位D的空處的天頂角的最大值。 一般說的地平線角相當(dāng)于將L設(shè)為無限大時的地上角。另外，D VL是指能在距著眼的標(biāo)本地點距離L以內(nèi)看方位D的空處的天底角的最大值。因為若使L增大，則屬于DSL的標(biāo)本地點的數(shù)量增，所以對于D β L具有非減少特性，相反，對于D δ L具有非增加特性。因此，D Φ L 和D U/L都對L具有非增加特性。測量學(xué)中的高角度是將通過著眼的標(biāo)本地點的水平面設(shè)為基準(zhǔn)來定義的概念，與 θ不嚴(yán)格一致。另外，若嚴(yán)格地講地上角和地下角，則必需還考慮地球的曲率，定義1未必正確記述。定義1是以始終使用DEM來進行地形解析為前提所定義的概念。地上角和地下角是對指定方位D的概念，但作為擴展其的概念，導(dǎo)入如下定義。定義II 著眼的標(biāo)本地點的距離L的地上散度和地下散度分別是指ΦΙ = (0 Φ L+45 Φ L+90 Φ L+135 Φ L+180 Φ L+225 Φ +270 Φ L+315 Φ L) /8和ΨΙ = (0vL+45vL+90vL+135vL+180vL+225 vL+270 vL+315vL)/8。地上散度表示在距離著眼的標(biāo)本地點L的范圍內(nèi)看見的空處的寬度，另外，地下散度相反，表示在遠望地中時、在距離L范圍內(nèi)的地下的寬度(參照圖14)。傾斜算出部8將DEM數(shù)據(jù)網(wǎng)格化成正方形，求出該網(wǎng)格上與著眼點相鄰的正方形的面的平均傾斜。相鄰的正方形存在4個，將任一個設(shè)為著眼正方形。之后，求出該著眼正方形的4個角的高度與平均傾斜。平均傾斜是使用最小二乘法來從4個點近似的面的傾斜。凸部強調(diào)圖像制作部11如圖18(a)所示，具備用于以亮度表現(xiàn)山脊、谷底的第1 灰色標(biāo)度，每當(dāng)?shù)厣仙⒍葦?shù)據(jù)制作部9求出地上散度(用于判斷在8個方向看距著眼點L 的范圍時的平均角度是否高的指標(biāo))時，算出對應(yīng)于該地上散度θ i的值的亮度。例如，在地上散度的值容納在40度到120度左右的范圍內(nèi)時，使50度到110度對應(yīng)于第1灰色標(biāo)度，分配成255灰度。即，因為越是山脊部分(凸部)的部分，地上散度的值越大，所以顏色變白。之后，如圖19所示，凸部強調(diào)圖像制作部11的凸部強調(diào)用色分配處理20讀取地上散度圖像數(shù)據(jù)Da，向具有著眼點(坐標(biāo))的網(wǎng)格區(qū)域(用正方形來網(wǎng)格化連接DEM數(shù)據(jù)相同Z值的等高線(例如lm)，將該網(wǎng)格的4個角任一點設(shè)為著眼點的情況)分配基于第1 灰色標(biāo)度的顏色數(shù)據(jù)，將其保存在地上散度文件21中(地上散度圖像數(shù)據(jù)Dpa)。接著，灰度補償部22將使該地上散度圖像數(shù)據(jù)Dpa的色灰度反轉(zhuǎn)后的地上散度分層Dp保存在文件 23中。即，得到調(diào)整得山脊變白的地上散度分層Dp。凹部抽取部12如圖18(b)所示，具備用于由亮度來表現(xiàn)谷底、山脊的第2灰色標(biāo)度，每當(dāng)?shù)叵律⒍葦?shù)據(jù)制作部10求地下散度UU (距著眼點的8個方向的平均)時，算出對應(yīng)于該地上散度Vi的值的亮度。例如，在地下散度的值容納在40度到120度左右的范圍內(nèi)時，使50度到110度對應(yīng)于第2灰色標(biāo)度，分配成255灰度。S卩，因為越是谷底部分(凹部)的部分，地下散度的值越大，所以顏色變黑。之后，如圖19所示，凹部強調(diào)圖像制作部12的凹部強調(diào)用色分配處理25讀取地下散度圖像數(shù)據(jù)Db，向具有著眼點(坐標(biāo))的網(wǎng)格區(qū)域(用正方形來網(wǎng)格化連接DEM數(shù)據(jù)相同Z值的等高線(例如lm)，將該網(wǎng)格的4個角任一點設(shè)為著眼點的情況)分配基于第2 灰色標(biāo)度的顏色數(shù)據(jù)，將其保存在地下散度文件26中。接著，灰度補償處理27補償?shù)叵律⒍葓D像數(shù)據(jù)Db的顏色灰度。在顏色變得過黑的情況下，變?yōu)檠a償色調(diào)曲線程度的顏色。將其稱為地下散度分層Dq，保存在文件觀中。斜度強調(diào)部13如圖18(c)所示，具備用于通過對應(yīng)于由亮度表現(xiàn)傾斜程度來表現(xiàn)的第3灰色標(biāo)度，每當(dāng)傾斜算出部8求傾斜度(距著眼點的4個方向的平均)時，算出對應(yīng)于該傾斜度值的第3灰色標(biāo)度的亮度。例如，在斜度α i的值容納在0度到70度左右的范圍內(nèi)時，使0度到50度對應(yīng)于第3灰色標(biāo)度，分配成255灰度。即，0度白，50度或50度以上黑。越是傾斜α大的地點，
顏色越黑。之后，如圖20所示，斜度強調(diào)圖像制作部13的斜度強調(diào)用色分配處理30將地下散度圖像數(shù)據(jù)Db與地上散度圖像數(shù)據(jù)Da的差圖像作為斜度圖像Dra，保存在文件31中。此時，向具有著眼點(坐標(biāo))的網(wǎng)格區(qū)域(用正方形來網(wǎng)格化連接DEM數(shù)據(jù)相同 Z值的等高線(例如lm)，將該網(wǎng)格的4個角任一點設(shè)為著眼點的情況)分配基于第3灰色標(biāo)度的顏色數(shù)據(jù)。接著，紅色處理通過RGB彩色模式功能強調(diào)R。即，在文件33中得到傾斜越大、越強調(diào)紅色的傾斜強調(diào)圖像Dr。第1合成部14得到將地上散度分層Dp與地下散度分層Dq相乘后合成的合成圖像Dh(Dh = Dp+Dl)。此時，調(diào)整雙方的平衡，不弄壞谷的部分。上述‘乘法，是PHOTOSHOP上的分層模式術(shù)語，在數(shù)值處理上為OR運算。
權(quán)利要求
1.一種立體圖像生成裝置，其特征在于，具有第一存儲單元，存儲有賦予了規(guī)定范圍的地表面的標(biāo)高值的三維的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) (X、Y、Z)；DEM數(shù)據(jù)生成部，讀入所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，恢復(fù)地表面作為第一 DEM數(shù)據(jù)生成各格子的高度和坐標(biāo)；地上散度圖像生成部，從連結(jié)所述第一DEM數(shù)據(jù)的地表面的著眼點的第一 DEM數(shù)據(jù)，在多個方向的每個方向上，分別求出在一定范圍內(nèi)成為最大頂點的第二 DEM數(shù)據(jù)與水平線所形成的角度矢量并對其求出平均值來求出地上散度，得到該地上散度的值越大分配了越明亮的顏色的地上散度圖像(Dp)；地下散度圖像生成部，從把在所述一定范圍的所述第一 DEM數(shù)據(jù)上擠壓空氣層后的立體翻過來的反轉(zhuǎn)DEM數(shù)據(jù)的所述著眼點的第一 DEM數(shù)據(jù)開始在多個方向的每個方向上，分別求出在一定范圍內(nèi)的成為最大頂點的第三DEM數(shù)據(jù)與水平線所形成的第二角度矢量并對其求出平均值來求出地下散度，得到該地下散度的值越大分配了越暗的顏色的地下散度圖像(Dq)；以及第一合成部，加權(quán)合成所述地上散度圖像(Dp)和地下散度圖像(Dq)，輸出對應(yīng)該值灰度表現(xiàn)的第一合成圖像(Dh)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體圖像生成裝置，其特征在于，所述三維數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是激光器數(shù)據(jù)、或等高線圖數(shù)據(jù)、或數(shù)字照片數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的立體圖像生成裝置，其特征在于，所述地上散度圖像生成部具備第一灰色標(biāo)度，在所述地上散度的值容納在40度到120 度的范圍內(nèi)時，按照使110度為最亮，使50度為最暗的灰度，對所述地上散度圖像分配所述第一灰色標(biāo)度，由此得到地上散度越大越使顏色變白的所述地上散度圖像(Dp)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的立體圖像生成裝置，其特征在于，所述地下散度圖像生成部具備第二灰色標(biāo)度，在所述地下散度的值容納在40度到120 度的范圍內(nèi)時，按照使110度為最暗，使50度為最亮的灰度，對所述地下散度分配所述第二灰色標(biāo)度，由此得到地下散度越大越使顏色變暗的所述地下散度圖像(Dq)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立體圖像生成裝置，其特征在于，所述地上散度圖像生成部使連接了所述地表面的第一 DEM數(shù)據(jù)的相同Z值的等高線網(wǎng)格化，在具有所述著眼點的網(wǎng)格區(qū)域中，生成對地上散度分配了基于所述第一灰色標(biāo)度的顏色數(shù)據(jù)的地上散度圖像(Dpa)，得到以使該地上散度圖像(Dpa)的色灰度反轉(zhuǎn)，山脊變白的方式調(diào)整后的所述地上散度圖像(Dp)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的立體圖像生成裝置，其特征在于，所述地下散度圖像生成部使連接了所述地表面的第一DEM數(shù)據(jù)的相同Z值的等高線網(wǎng)格化，在具有所述著眼點的網(wǎng)格區(qū)域中，生成分配了基于所述第二灰色標(biāo)度的顏色數(shù)據(jù)的地上散度圖像(Db)，在該地上散度圖像(Db)的顏色過黑時，補償為對色調(diào)曲線進行了補償?shù)某潭鹊念伾?，得到所述地下散度圖像(Dq)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體圖像生成裝置，其特征在于，具有傾斜計算部，使所述地表面網(wǎng)格化，根據(jù)各個網(wǎng)格的所述第一 DEM數(shù)據(jù)求出所述著眼點的網(wǎng)格與相鄰的網(wǎng)格的平均傾斜，對其求出平均值作為平均傾斜度進行輸出；斜度強調(diào)部，求出所述地上散度圖像(Dp)和地下散度圖像(Dq)的差圖像(Dra)，讀入具有與該差圖像(Dra)相同的標(biāo)高值的所述平均傾斜度，對每個該平均傾斜度，得到分配了該平均傾斜度的值越大越強調(diào)紅色的顏色的傾斜強度圖像(Dr)；第二合成部，輸出將所述地上散度圖像(Dp)和地下散度圖像(Dq)以及所述傾斜強度圖像(Dr)合成后的第二合成圖像(Ki)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的立體圖像生成裝置，其特征在于，所述斜度強調(diào)部具備第三灰色標(biāo)度，當(dāng)所述斜度的值收容在O度到70度左右的范圍內(nèi)時，按照0度最亮，使50度以上為最暗的灰度，對所述差圖像(Dra)分配所述第三灰色標(biāo)度，由此得到傾斜越大顏色越變黑的斜度圖像(Dra)，通過RGB彩色模式功能強調(diào)R得到所述傾斜強度圖像(Dr)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體圖像生成裝置，其特征在于，作為顏色亮度的指標(biāo)，所述第一合成部把強調(diào)山脊部分的系數(shù)a和所述地上散度的積與強調(diào)山脊部分的系數(shù)b和地下散度的積的差，作為所述乘法的系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的立體圖像生成裝置，其特征在于，所述第二合成部將所述傾斜強調(diào)圖像(Dr)和由所述第一合成部進行合成得到的合成圖像(Dh)合成，輸出通過紅色強調(diào)了山脊的立體圖像(Ki)。
全文摘要
提供一種立體圖像生成裝置，具有第一存儲單元，存儲三維的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(X、Y、Z)；DEM數(shù)據(jù)生成部，生成各格子的高度和坐標(biāo)；地上散度圖像生成部，求出地上散度，得到該地上散度的值越大分配了越明亮的顏色的地上散度圖像(Dp)；地下散度圖像生成部，求出地下散度，得到該地下散度的值越大分配了越暗的顏色的地下散度圖像(Dq)；以及第一合成部，加權(quán)合成所述地上散度圖像(Dp)和地下散度圖像(Dq)，輸出對應(yīng)該值灰度表現(xiàn)的第一合成圖像(Dh)。
文檔編號G09B29/00GK102214410SQ20101062529
公開日2011年10月12日 申請日期2003年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月5日
發(fā)明者千葉達朗 申請人:亞洲航測株式會社