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JP2554615B2 - 画像の位置合せ装置 - Google Patents
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JP2554615B2 - 画像の位置合せ装置 - Google Patents

画像の位置合せ装置

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JP2554615B2
JP2554615B2 JP60056523A JP5652385A JP2554615B2 JP 2554615 B2 JP2554615 B2 JP 2554615B2 JP 60056523 A JP60056523 A JP 60056523A JP 5652385 A JP5652385 A JP 5652385A JP 2554615 B2 JP2554615 B2 JP 2554615B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、衛星画像や医用画像等の画像処理に必要な
入力画像の位置合せ処理を対話的に簡易に行い得る画像
の位置合せ装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕 衛星画像や医用画像を画像処理して必要な画像情報を
求める場合、その前処理として視点の異なる位置からそ
れぞれ求められた複数の画像間の位置合せを行うことが
必要となる。例えば衛星から地表を撮像入力したサイド
スキャナ画像を地図に対応させて、その地表情報を探査
する場合等、地表を真上から見た地図に対して同じ地表
を斜め方向から視野したサイドスキャナ画像を位置合せ
することが必要となる。同様に角度を異ならせてX線撮
影された複数枚の医用画像から、その診断対象部位の診
断情報を得る場合にも、それらの医用画像間の位置合せ
が必要となる。
そこで従来では視点の異なる複数の入力画像に対し、
その平行移動や回転で、その位置合せを行うようにして
いる。然し乍ら、画像処理効率の向上が望めず、また画
像処理精度の向上も期待できなかった。
〔発明の目的〕
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、装置の複雑化を招くことな
く、種々の画像処理に必要な複数の画像間の位置合せを
簡易に、且つ精度良く行うことができ、画像処理の効率
向上とその処理精度の向上を図ることのできる画像の位
置合せ装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明に係る画像の位置合せ装置は、共通した特徴点
を含む対象物を観察して得られた2枚の画像情報をそれ
ぞれ記憶する入力画像記憶手段と、この入力画像記憶手
段に記憶された前記2枚の画像情報を表示画面上に表示
する表示手段と、表示された前記2枚の画像情報におけ
る前記特徴点の位置座標を表示画面上での対話的な指示
によって入力する指示入力手段と、この手段で入力され
た前記特徴点の各位置座標から前記2枚の画像情報間の
2次元射影変換に必要な変換係数を求める手段と、この
手段で求められた変換係数を用いて一方の画像情報を座
標変換する手段と、この手段により座標変換された前記
一方の画像情報を格納する出力画像記憶手段とを備えて
いる。
つまり2枚の入力画像における特徴点の位置座標を、
表示された画像上でそれぞれ直接的に指示入力し、その
特徴点の位置座標を用いて画像の位置合せに用いる2次
元射影変換処理に必要な変換係数をそれぞれ計算するよ
うにしたものである。
〔発明の効果〕
かくして本発明によれば、表示画面上に写し出された
各画像情報の特徴点の位置座標を表面画面上での対話的
な指示によって入力する指示入力手段を設け、この手段
で入力された特徴点の各位置座標から2枚の画像情報間
の2次元射影変換に必要な変換係数を求めるようにして
いるので、特徴点の各位置座標をたとえば電子的な特徴
抽出法で検出して入力する場合などとは違って、装置の
単純化を図れるばかりか、オペレータの判断の下で複数
の画像における相互に共通した特徴点の位置座標を各画
像毎に対話的に指示入力できるので、特徴点自体を正確
に特定してその位置座標から複数の画像間の位置合せに
用いる2次元射影変換に必要な変換係数を簡易に、且つ
効果的に算出することができる。従って画像位置合せの
処理効率の飛躍的な向上を図ることができると共に、そ
の処理精度の大幅な向上を図ることができる。
しかも上述したように位置合せ処理に必要な特徴点の
位置座標を対話的に指示入力するだけで良いので、その
位置座標入力処理が容易であり、オペレータに対してさ
ほど負担をかけることがない。従って装置の取扱い易さ
を十分に確保した上で、その処理効率と処理精度の飛躍
的な向上を図り、種々の画像処理に大きく寄与すること
が可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明す
る。
第1図は本発明に係る画像の位置合せの基本的な概念
を示すものである。
衛生からみた地表のように僅かの凹凸を含む面や、X
線撮影された医用写真のように距離を隔てた位置から撮
影した画像にあっては、その観測画像における垂直(高
さ)方向の成分は殆んど無視することができる。つま
り、視点距離を隔てた位置から見た対象物体の観測画像
における垂直方向成分は、その水平方向(面)成分に比
較して無視できる程度であると仮定できる。
しかして今、第1図に示すように或る対象物体Pを、
その垂直方向成分が無視できる程度の距離を隔てた視点
位置Aから見た画像Apは、その透視投影画像として考え
ることができ、例えばその座標系を(X,Y)として {X(k),Y(k);k=1,2,3〜k} として表現することができる。また同じ対象物体Pを上
記視点位置Aとは異なる視点位置Bから見た画像Bpは、
その座標系を(x,y)として {x(k),y(k);k=1,2,3〜k} として表現することができる。
これらの2枚の画像Ap,Bpは、同じ対象物体Pを撮像
したものであるから、同じパラメータkで示される画像
情報は、同一地点(位置)に対応するものとして捕える
ことができ、従って上記2枚の画像Ap,Bp間の相互関係
は X=(b0+b1x+b2y)/(1+a1x+a2y) Y=(c0+c1x+c2y)/(1+a1x+a2y) なる2次元射影変換で示すことができる。従って、前記
画像Bpに上記2次元射影変換を施せば、該画像Bpを前記
画像Apに重ね合せる(位置合せする)ことが可能とな
る。
尚、この2次元射影変換で必要とする8つの未知数
(変換係数;a1,a2,b0,b2,b3,c0,c1,c2)は、上記2枚の
画像Ap,Bp間の関係を示す式が2つであることから、4
つの対応点の位置座標を与えることによってその連立1
次方程式の解として求められ、また4点以上の対応点位
置座標を与えた場合には、例えば最小自乗法を導入する
等してその解を一意的に求めることが可能となる。
即ち、2枚の画像Ap,Bp間の相互に対応する4点以上
の位置座標の組を {x(k),y(k),X(k),Y(k);k=1,2,3〜k} として与えれば、これらの各データに基づいて前述した
連立方程式を解き、その変換係数をそれぞれ求めること
ができる。
しかる後、これらの各変換係数を前記2次元射影変換
式に導入し、この式を用いて前記画像Bpに対して2次元
射影変換処理を施せば、ここに画像Apに位置合せされた
画像Bp′を得ることが可能となる。
尚、画像処理にあっては、画素の座標計算をラスタ走
査しながら行うことが一般的である。従って出力画像の
画素を指定し、これに対応する入力画像の画素を計算す
る方が、そのサンプリング処理等の点で有利である。こ
のことは、前述した座標系の変換処理を逆に実行すれば
良いことを意味しており、従って前記画像Ap,Bp間の関
係を逆に求め、その変換処理を行うようにすれば良い。
即ち、射影幾何学的には、その双対性から上述した逆
関数も全く同様に得ることができるから、 x=(b0+b1X+b2Y)/(1+a1X+a2Y) y=(c0+c1X+c2Y)/(1+a1X+a2Y) なる座標変換処理を行うようにすれば良い。
本装置はこのような技術思想に立脚したもので、例え
ば第2図に示すように構成される。
第1および第2の入力画像メモリ1a,1bは、同じ対象
物体を含む視点を異にする2枚の画像Ap,Bpをそれぞれ
入力して記憶するもので、これらの各入力画像メモリ1
a,1bにそれぞれ記憶された入力画像Ap,Bpは表示装置9
にて表示されるようになっている。入力画像Apは、例え
ば地図等の地表を真上から見た第3図(a)に示す如き
(X,Y)座標系の画像であり、また入力画像は同じ地表
を衛星等から斜め方向に視野した、例えば第3図(b)
に示す如き(x,y)座標系の画像からなる。
位置座標入力装置2は、制御装置3の制御の下で前記
表示装置9と協働して前記2枚の画像Ap,Bp間で相互に
共通する特徴点の位置座標の情報を対話的に入力するも
ので、例えばカーソルやライトペン装置等によって実現
される。この位置座標入力装置2を介して前記2枚の画
像Ap,Bp間で共通する少なくとも4点以上の特徴点(k
=1,2,3〜k)の位置座標の情報 {x(k),y(k),X(k),Y(k);k=1,2,3〜k} が指示入力される。
しかしてこのようにして入力された特徴点の位置座標
の情報は係数計算回路4に与えられ、前述した2次元射
影変換による画像の位置合せに用いられる座標計算式の
係数算出に用いられる。この係数計算回路4では、例え
ば4点(k=1,2,3,4)の位置座標データが入力された
場合、 X(1)={b0+b1x(1)+b2y(1)} ÷{1+a1x(1)+a2y(1)} Y(1)={C0+C1x(1)+C2y(1)} ÷{1+a1x(1)+a2y(1)} X(2)={b0+b1x(2)+b2y(2)} ÷{1+a1x(2)+a2y(2)} Y(2)={c0+c1x(2)+c2y(2)} ÷{1+a1x(2)+a2y(2)} X(3)={b0+b1x(3)+b2y(3)} ÷{1+a1x(3)+a2y(3)} Y(3)={c0+c1x(3)+c2y(3)} ÷{1+a1x(3)+a2y(3)} X(4)={b0+b1x(4)+b2y(4)} ÷{1+a1x(4)+a2y(4)} Y(4)={c0+c1x(4)+b2y(4)} ÷{1+a1x(4)+a2y(4)} を解くことによって、その未知数である変換係数(a1,a
2,b0,b2,b3,c0,c1,c2)を求めている。そしてこれらの
変換係数(a1,a2,b0,b2,b3,c0,c1,c2)は、係数レジス
タ5にセットされてX座標計算回路6、およびY座標計
算回路7にそれぞれ与えられ、これらの各計算回路6,7
による X=(b0+b1x+b2y)/(1+a1x+a2y) Y=(c0+c1x+c2y)/(1+a1x+a2y) なる2次元射影変換に基づくX座標およびY座標の各座
標変換計算に供せられるようになっている。
X座標計算回路6、およびY座標計算回路7は、上述
した2次元座標変換式に従って前記入力画像Bpの座標系
(x,y)の各座標点(x(k),y(k))に対して、そ
の変換座標系である(X,Y)座標系の変換座標点(X
(k),y(k))をそれぞれ計算し、この計算された座
標位置の出力画像メモリ8上のアドレスを指定してい
る。出力画像メモリ8はこのアドレス指定を受けてその
当該アドレスに前記入力画像メモリ1bに格納された入力
画像Bpの対応座標位置(x(k),y(k))の画像情報
を書き込んでいる。
このような座標変換処理が前記入力画像メモリ1bの全
座標点に対して順次行われ、出力画像メモリ8上には座
標変換された、つまり入力画像Bpを入力画像Apの座標系
に位置合せした出力画像Bp′が格納されることになる。
尚、この座標変換に際しては、座標変換処理で求めら
れた位置座標の小数点成分で示される座標の内挿が発生
する。この内挿については、適宜最短距離の座標を選ん
だり、或いは内挿処理を導入する等して対処すれば良
い。また前記画像Ap,Bp間の視点のずれに起因する画像
の傾きによって、或る領域が同一整数座標に変換される
画像情報が出現する場合がある。これに対しては、例え
ば画像情報に対する平均化処理や重み付け加算処理等を
導入して対処すれば十分である。
かくして上述した如く構成された本装置によれば、対
話的に指示された位置座標データに従って2枚の画像間
の位置合せ処理に必要な変換係数を簡易に求め、この変
換係数に従って2枚の画像の位置合せの為の座標変換計
算を実行し、この座標変換計算結果に従って入力画像メ
モリ1bに格納された入力画像Bpを出力画像メモリ8に書
込むだけで、該出力画像メモリ8上に入力画像Apに位置
合せされた画像Bp′を得ることが可能となる。
しかも前述した変換係数は、対話的に指示された位置
座標情報に基づいて行われるので、簡易に、且つ精度良
く求めることができる。特に2枚の入力画像Ap,Bp中か
ら、共通する特徴点を機械的に検索するものとは異なっ
て、そのオペレータの判断を交えて位置合せの手掛りと
なる特徴点を適切に指示することができるので、オペレ
ータの負担をさほど増やすことなく、装置にとっての処
理負担の大幅な軽減と、その処理精度の向上を図ること
ができる。
ところで上述した実施例では、表示された2枚の画像
Ap,Bpに対して4点以上の特徴点の位置座標を直接的に
指示入力したが、上記2枚の画像Ap,Bp間の関係を、そ
の座標系の関係として示す3軸回転量、3軸平行移動
量、3次元縮小拡大量等として与えて前述した変換係数
を求めるようにしても良い。
例えば入力画像Bpがx軸の回りにθ゜回転した簡単な
場合について考えてみれば、hを視点距離として で示されるから、 X=X′/w′ =x/(1−y sinθ/h) Y=Y′/w′ =y cosθ/(1−y sinθ/h) なる関係が求められる。この関係から前記変換係数を a1=0 a2=−sinθ/h b0=b2=0 b1=1 c0=c2=0 c1=−cosθ として求めることが可能となる。
従ってジョイステックやマウス等の対話的情報入力機
器を用いて、その角度情報を0からθ゜に至るまで順次
入力し、これによって得られる変換画像を順次モニタす
ることによって、画像の位置合せの指示を適確に入力す
ることが可能となる。
尚、平行移動量や拡大縮小に対する情報も基本的には
同様に入力することができ、その入力情報に従って画像
の位置合せの為の変換係数を同様に求めることが可能で
ある。
以上説明したように本発明によれば、簡易に、且つ精
度良く2枚の画像間の位置合せを行うことができ、衛星
画像に基づく地表探査や、医用画像の処理等に絶大なる
効果を奏する。
尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば複数の画像間の共通する特徴点の位置座標の
対話的な入力法や、変換係数の計算アルゴリズム等は装
置の仕様に応じて設定すれば良いものである。また座標
変換の計算アルゴリズムも適宜変更できる。要するに本
発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本概念を示す図、第2図は本発明の
一実施例装置の概略構成図、第3図(a)(b)は2枚
の入力画像例を示す図である。 1a,1b……入力画像メモリ、2……位置座標入力装置、
3……制御装置、4……係数計算回路、5……係数レジ
スタ、6……X座標計算回路、7……Y座標計算回路、
8……出力画像メモリ、9……表示装置。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】共通した特徴点を含む対象物を観察して得
    られた2枚の画像情報をそれぞれ記憶する入力画像記憶
    手段と、この入力画像記憶手段に記憶された前記2枚の
    画像情報を表示画面上に表示する表示手段と、表示され
    た前記2枚の画像情報における前記特徴点の位置座標を
    表示画面上での対話的な指示によって入力する指示入力
    手段と、この手段で入力された前記特徴点の各位置座標
    から前記2枚の画像情報間の2次元射影変換に必要な変
    換係数を求める手段と、この手段で求められた変換係数
    を用いて一方の画像情報を座標変換する手段と、この手
    段により座標変換された前記一方の画像情報を格納する
    出力画像記憶手段とを具備してなることを特徴とする画
    像の位置合せ装置。
  2. 【請求項2】前記指示入力手段は、前記2枚の画像間に
    おける3軸回転量、3次元平行移動量、3次元拡大縮小
    量および視点距離からなるパラメータを入力する手段を
    含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の画像
    の位置合せ装置。
  3. 【請求項3】前記入力画像メモリに入力される2枚の画
    像情報は、3次元の立体的な対象物を、上記対象物の高
    さを無視できる距離を隔てた点から観察して得られるも
    のであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    画像の位置合せ装置。
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