JPS59200370A

JPS59200370A - 画像歪の補正方式

Info

Publication number: JPS59200370A
Application number: JP58072895A
Authority: JP
Inventors: Fuminobu Furumura; 文伸古村; Koichi Honma; 弘一本間; Yoichi Seto; 洋一瀬戸; Nobutake Yamagata; 山縣　振武; Yutaka Kubo; 裕久保
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-04-27
Filing date: 1983-04-27
Publication date: 1984-11-13
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH0727552B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、人工衛星、航空機等に搭載されたセンサが地
表を撮影した画像中に含まれる形状歪の補正方式、特に
、地表の起伏に起因する形状歪の高精度補正に好適な方
式に関する。

〔発明の背景〕

上記形状歪の補正は従来次のように行なわれている。例
えば、文献Ｒ０Ｊ３ｅｒｎｓｔｅｉｎ、　”］）ｉｇｉ
ｔａｌ■ｍａｇｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　Ｅａ
ｒｔｈ　ＱｂｓｅｒｖａｔｉｏｎＳｅｎｓｏｒ　１）ａ
ｔａ”、ＩＢＭ　Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　Ｒｅ５ｅａ
ｒｃｈ。

Ｊａｎ、１９７６、に述べられているように、概略は次
のとおりである。第１図の１を人工衛星、航空機等に搭
載されたセンサ、２を地表とする。地表２の１点３はセ
ンサ面４上の点５に像を作る。このとき点３と像５の位
置関係は、センサ１の空間における位置、姿勢、センサ
光学系のモデルおよび地表２の形状モデルを用いて幾何
学計算により求められる。いま、センサ面４上の受光信
号をサンブリングして得たものを観測画像と呼ぶ。また
、各サンプルを画素と呼ぶ。第２図（ａ）は観測画像の
各画素を等間隔格子点（図の黒点）に並べたもので、こ
れを観測画像空間と名づける。この空間の任意の点は座
標（ｔ、ｐ）で指定される。一方、画像の利用解析の目
的に供する所望の画像は、第２図（ｂ）に示すごとく、
所定の地図投影法に従う座標Ｘ−Ｙの上で画素が等間隔
格子点（図の白点）に並んだものである。これを補正画
像と名づける。

観測画像から補正画像を得るには画素の位置並べかえ、
すなわちリサンプリング処理が必要となる。

８２図（ｂ）の格子９は観測画像の画素格子６を補正画
像空間に投影したものである。問題はこの格子９の格子
点で与えられた画素強度から、補正画像空間の等間隔格
子８の各格子点での画素強度を補間することである。こ
れを形状歪の補正という。

このような形状歪の補正を行なうための従来の方法では
通常次のような近似解法が用いられてき之。これには次
の２つの仮定を用いる。

（１）観測画像の画素格子９は局所的に等間隔とみなせ
る。

（１１）　　観測画像の画素格子９と補正画像の画素格
子８との間の歪は連続で局所的に線形とみなせる。

以上の仮定のもとに補正画像空間の画素位置（Ｘ、Ｙ）
を観測画像空間の画素位置（ｔ、ｐ）に写像する歪補正
モデルを作る。次にこのモデルを用いて、補正画像の格
子８上の各画素に対応する観測画像の格子７上の各画素
位置を算出する。

この画素位置は一般に整数格子点、すなわち格子６の黒
点、にならない。そこで格子６の各点の画像強度から格
子７の各点の画像強度を補間する。

この際観測点、すなわち格子６の各点、が等間隔にある
とみなしているので、少ない演算量で補間計算ができる
。前述の文献にあるニアレストネイハ法、パイリニア法
、キュービックコンポルージョン法等が適用できる。以
上の歪補正の従来方法のフローは第３図に示すごとくな
る。

従来方法は前述の（Ｄ、　（＋Ｄの仮定にもとづいてい
る。この仮定は地表に急激な起伏の変化がなく、センサ
がほぼ真上から地表を観測している場合には実用上十分
な精度で成立つ。ところがセンサの解像度が高まシ、地
表の起伏による位置ずれ（バクラックス）が無視できな
い場合、地表の起伏を積極的に観測するため斜め上方か
ら地表を観測する場合には、山によって裏側の部分が隠
れる現象が発生する。このような場合には第４図に示す
ごとく補正画像空間内で観測画像の画素格子１６が局所
的に不等間隔となり、かつ格子１６と補正画像の画素格
子１５との間の歪は非線形となる。すなわち前述の（１
）、　（ｉｉ）の仮定は成立せず、したがつて観測画像
空間でリサンプリング処理を行なうという従来方式が適
用できないという困難が生ずる。

これに対し、第５図に示す構成の補正装置を°用いて、
補正画像空間で不等間隔画素から直接リサンプリングす
る方式が考えられる。。

第５図において、歪量算出装置１７は、外部１８から与
えられたセンサの位置、姿勢情報および地表の形状モデ
ルを用いて、センサ系の幾何学計算により観測画像の各
画素すなわち第１図の像５の座標（ｔ、ｐ）に対応する
地表２の点３の座標を算出し、さらにこれから所定の地
図投影に従う補正画像上の座標（ｘ、ｙ）を算出する。

この計算は画素座標（ｔ、ｐ）の値の小さい順、例えば
　（ｌ　、　１　ン　、　　　（１，２）、　　・・・
　（１，Ｎ　ン　、　　（２。

１）、（２，２）・・・と行ない、結果はバッファメモ
リ１９にたくわえられる。ここでＮは観測画像の１ライ
ン上の画素数とする。

リサンプリング装置２１は、観測画像の各画素の強度を
順次磁気テープ２０から読み込む。そののちこの画素強
度と上記バッファメモリ１９にたくわえた各画素の補正
画像上の座標（ｘ＋・ｙ）から、所定の不等間隔データ
の補間式に従い補正画像上の所定の等間隔の画素位置（
Ｘｏ　＋　Ｙｏ　）における画像強度を算出する。この
計算を画素座標（ｘｔ３　＋　ｙｏ　）の値の小さい順
、例えば（ｌ、１＞、（１，２）、・・・、（１，Ｎ’
　）、（２，１）。

（２，２）・・・と行ない結果を磁気テープ２２に書き
出す。こうして補正画像が磁気テープの形で得られる。

ここでＮ′は補正画像の１ライン上の画素数とする。

さて、ここでリサンプリングの方式は、等間隔データに
対するニアレストネイバ法、パイリニア法、キューピッ
クコンポルージョン法、！４１方式が多数適用可能であ
る。画像データの利用解析の目的、用途によって固有の
りサンプリング方式を用いる必要が生ずる場合がある。

このとき第５図の構成ではりサンプリング装置２１のプ
ログラムあるいはハードウェアの一部をその都度変更す
る必要が生ずる難点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、地表の起伏のために画素が不等間隔と
なった観測画像の形状歪を高速かつ精密に補正し、画素
が等間隔な補正画像を得る際、画像データの利用目的に
応じて異なる画素データ補開式を適用するのに好適な画
像歪の補正方式を提供することにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため本発明では、センサの位置、姿
勢情報および起伏を考慮した地表の形状モデルを用いて
観測画像の各画素に対応する地表点の位置座標を精密に
求める手段を設け、観測画像の各画素の画像強度データ
に上記位置座標を付加したものを磁気テープ等の記憶媒
体に記録出力することに特徴がある。利用者はこの記憶
媒体中の情報から、画像データの用途に応じて最適な任
意の補間方式を適用し、補正済画像データを作成するこ
とができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図を用いて詳細に説明する。

第６図は本発明による画像歪の補正装置の一実施例の全
体構成図である。第７図は第６図の装置の動作の一例を
示すフローチャートである。

１７は第５図におけると同一の歪量算出装置である。こ
の装置は外部１８から与えられたセンサの位置、姿勢情
報によシ、画素座標（７，ｐ）に対応する衛星からの視
線ベクトルを算出し、また地表の形状モデルを用いて視
線ベクトルと地表の交点座標（ｘ、ｙ）を算出し、これ
をバッファメモリ２３に書き込む。座標付加装置２４は
観測画像磁気テープ２０から座標（７，ｐ）の画素強度
を読み込み、これにバッファメモリ２３にだくわえられ
た座標（ｘ、ｙ）を付加して磁気テープ２５に書き込む
。以上の処理を座標（ｔ、ｐ）の値の小さい順、例えば
（１，１）、（１，２）、・・・。

（１，Ｎ）、（２，１＞、（２，２）・・・と行なう。

得られた磁気テープ２５の内容は座標付き観測画像であ
る。記録形式は第７図（ａ）に示すようにすればよい。

各画素に対応する画素デ〜り２６を座標（ｚ、ｐ）の値
の順に並べる。各画素データは第７図（ｂ）のごとく、
セ／すの感光周波数帯域（バンド）毎の観測強度のうし
ろに座標ｘ、ｙを付加したものである。

この実施例で作られた座標付き観測画像に対して、リサ
ンプリング装置２１において、画像データの利用者がそ
の目的、用途に応じて最適なりサンプリング方式を適用
し、磁気テープ２５に貯えられた座標値（ｘ、ｙ）を用
いて歪補正を行なうことが可能である。

ここで用いるリサンプリング方式の例について説明して
おく。第４図の格子１５の上で画素強度を求めたい点の
座標を（Ｘｏ　ｒ　Ｙｏ　　）とする。この点の周囲に
ある、格子１６上の第ｉの点の座標を（）Ｈ，）’ｔ）
とし、その点での観測画像の強度をｚＩとする。（ｉ＝
ｌ、・・・、Ｍ）Ｍは４ないし１６程度でよい。このと
きりサンプリングの問題は、（Ｘｌ　＊　）’ｌ　＋　
”ｌ　　）　（””１　ｒ　”’ｒ　Ｍ）から（Ｘｏ　
＋　）’ｏ　）点での強度ｚＯを推定することである。

これには多くの方法が可能であるがここでは一例を示す
。

いま（ｘ、ｙ）点での強度２をｘ、ｙの３次関数で近似
する。

ｚ＝ａｌＸ３＋ａ２ｘ２ｙ十ａ３Ｘｙ２＋ａ４ｙ３＋ａ
５Ｘ２＋ａ６Ｘｙ十ａ７ｙ２＋ａｇＸ＋ａｓｙ＋ａｔｏ
　　　　　　　　　　　（１）（Ｘｏ　ｒ　Ｙｏ　１点
のまわシに１５点の観測画像画素（Ｘｌ　ｈ　Ｙ＋　　
）（’＝Ｌ・・・、１５）を選定する。このときこれら
各画素において（１）式が成立つとすれば、間代の未知
係数ａ１　＋　ａ２　＊・・・。

（２）こうして得た係数ａ１１ａ２＋・・・ｔ　ａｌｏを用い
て、（Ｘｏ　＊　’Ｉｎ　）における所要の強度ｚｏを
（３）式によシ得ることができる。

ｚＯ°ａＩＸｏ＋８２ＸｏＹｏ＋ａａＸｏＹｏ十８４Ｙ
ｏ＋ａｓＸ。

十ａａＸｏＹｏ　＋ａｖＹｏ＋ａｓＸｏ　＋ａ９ｙｏ　
＋”ｉｏ　　　　（３）もちろん、これ以外の補間式を
、画像データの用途に応じて適用できる。

〔発明の効果〕

以上述べたごとく、本発明によれば、地表の起伏の影響
で各画素が不等間隔となった観測画像に対して、歪量の
算出と不等間隔画素の補間を行なうことによシ精密な歪
補正を行なうことが可能となる。また座標付き観測画像
データを作ることができるので、画像利用者の目的に応
じた解析に役立つという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はセンサによる地表の観測を示す図、第２図は観
測画像と補正画像の関係を示す図、第３図は歪補正処理
の従来方式のフローを示す図、第４図は不等間隔画素を
示す図、第５図は従来の画像歪補正装置の構成図、第６
図は本発明による画像歪補正装置の他の実施例の全体構
成図、第７図は第６図の動作の一例を示すフローチャー
ト、第８図は第６図の座標付き観測画像データの記録形
式の一例を示す図である。１・・・センサ、２・・・地表、３・・・地表点、４・
・・センサ面、５・・・センサ面上の像、６・・・観測
画像の画素格子、８・・・補正画像の画素格子、１７・
・・歪量算出装置、１９・・・バッファメモリ、２０・
・・観測画像磁気テープ、２１・・・リサンプリング装
置、２２・・・補正画像磁気テープ、２３・・・バッフ
ァメモリ、２４・・・座標付加装置、２５・・・座標付
き観測画像磁気チー第一　１　　図￥　　２　　図（良）　　　　　　　　　　　（リーＰ　　　）　　ノｌ　　　　　　　　「ｒ第　３　図と／−９第４　図第　　５　　図鱈　２　図第　７　　図

Claims

【特許請求の範囲】

１、地表の点に対応する像を空間に配置したセンサの面
上に形成するシステムにおいて、センサによる観測画像
の各画素に対応する対象物の位置座標を算出する手段と
、観測画像の各画素の画像強度データと該画素に対応す
る対象物の位置座標とを合わせ記録する記憶媒体とを備
えたことを特徴とする画像歪の補正方式。