JPH0727552B2

JPH0727552B2 - 画像歪の補正方法

Info

Publication number: JPH0727552B2
Application number: JP58072895A
Authority: JP
Inventors: 文伸古村; 弘一本間; 洋一瀬戸; 振武山縣; 裕久保
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-04-27
Filing date: 1983-04-27
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPS59200370A

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
表を投影した画像中に含まれる形状歪の補正方法、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
方法に関する。

〔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R.Bernstein,“Digital Image Processing o
f Earth Observation Sensor Date,IBM Journal of Res
earch,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
をサンプ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
（l,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。
第２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た。これには次
の２つの仮定を用いる。

（ｉ）観測画像の画素格子９は局所的に等間隔とみなせ
る。

（ii）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（1,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バ法、バイリニア法、キユ
ービツクコンボルーシヨ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（ｉ），（ii）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り、地
表の起伏による位置ずれ（パララツクス）が無視できな
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、山によつ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（ｉ），（i
i）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法が適用できない
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
方法が考えられる。

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（l,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（1,p）の値の小さい順、例えば（1,1），
（1,2），…（1,N），（2,1），（2,2）…と行ない、結
果はバツフアメモリ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
上記バツフアメモリ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（x₀,y₀）に
おける画像強度を算出する。この計算を画素座標（x₀,y
₀）の値の小さい順、例えば（1,1），（1,2），…（1,
N′），（2,1），（2,2）…と行ない結果を磁気テープ2
2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、バイリニア法、キユービツ
クコンボルーシヨン法と異なる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、用途によつて固有の
リ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図の構成ではリサンプリング装置21のプロ
グラムあるいはハードウエ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
なつ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間式を適用するのに好適な画
像歪の補正方法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素強度データ
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
示すフローチヤートである。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，姿勢情報により、画素座標（1,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、これをバツフアメモリ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（l,p）
の画素強度を読み込み、これにバツフアメモリ23にたく
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（l,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８図（ａ）に示すようにすれ
ばよい。各画素に対応する画素データ26を座標（l,p）
の値の順に並べる。各画素データは第８図（ｂ）のごと
く、センサの感光周波数帯域（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リ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（x₀,y₀）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（X_i,Y_i）とし、その点での観測画
像の強度をz_iとする。（ｉ＝1,…,M）Ｍは４ないし16程
度でよい。このときリサンプリングの問題は、（X_i,Y_i,
z_i）（ｉ＝1,…,M）から（x₀,y₀）点での強度z₀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ｚをx,yの３次関数で近似する。

ｚ＝a₁x³＋a₂x²y＋a₃xy²＋a₄y³＋a₅x²＋a₆xy＋a₇y²＋a₈
x＋a₉y＋a₁₀ （１）（x₀,y₀）点のまわりに15点の観測画像画素（x_i,y_i）
（ｉ＝1,…,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、同式の未知係数a₁,a
₂，…，a₁₀は次式で求められる。

こうして得た係数a₁,a₂，…，a₁₀を用いて、（x₀,y₀）
における所要の強度z₀を（３）式により得ることができ
る。

z₀＝a₁▲ｘ³ ₀▼＋a₂▲ｘ² ₀▼y₀＋a₃x₀▲ｙ² ₀▼＋a₄▲ｙ
³ ₀▼＋a₅▲ｘ² ₀▼＋a₆x₀y₀＋a₇▲ｙ² ₀▼＋a₈x₀＋a₉y₀＋
a₁₀ （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つ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り精密な歪
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ヤー
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…バツフアメモ
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…バツフアメモリ、24
…座標付加装置、25…座標付き観測画像磁気テープ、26
…画素データ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者瀬戸洋一神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地株式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者山縣振武神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地株式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者久保裕茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (56)参考文献特開昭53−115262（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−59573（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−84058（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センサにより受光信号を入力し、入力した受光信号をサンプリングして観測画像に変換
し、上記観測画像をリサンプリングすることにより所定の地
図投影法に従う補正画像を得る画像歪の補正方法におい
て、センサの位置および姿勢情報により上記観測画像空間で
の画素座標（1,p）に対応する衛星からの視線ベクトル
を算出し、上記地図投影法に従う起伏を考慮した地表の形状モデル
を用いて、上記視線ベクトルと上記地表の形状モデルの
対応する交点座標（x,y）を算出し、上記観測画像により上記画素座標（1,p）の画素強度を
求め、求めた上記画素強度に、算出された上記交点座標（x,
y）を付加して記憶し、記憶された上記画素強度および上記交点座標を用いて、
観測画像を各画素ごとにリサンプリングすることにより
上記所定の地図投影法に従う補正画像を得ることを特徴
とする画像歪の補正方法。