先端研の研究領域
研究事例
超解像度赤色立体地図
なめらかな画像で立体感を改善し、地図の背景としての利用にも道を開く
はじめに
国土地理院の基盤地図情報の 5mDEM(A)の地形デー タは、公開されている地形データの中では、最も精密な レーザ計測による成果です。このデータから作成した赤 色立体地図を地理院地図と重ねると、地形が立体的に見 えるはずですが、最も詳しい地図データであるズームレ ベル 18 の画像となると、解像度不足となります(図 1)。
そこで、赤色立体地図をなめらかにして、地図と合成 する方法(以下、「超解像度処理」という。)を検討して きました。最近、国内外の特許を取得しましたので、そ の作成法と利用事例を紹介します。
注:普通に地理院地図でみることができる「赤色立体 地図」は、等高線から作成した 10mDEM のものです。
作成方法
これまで、赤色立体地図の解像度 は、データのメッシュサイズと一致 させていました。新手法は、ある種 のアンチエイリアス処理で、地形を 滑らかにするものです。元の地形を 復元推定しようとするものではあり ません。
作成の手順は以下の通りです。基 盤地図情報(標高)は、入手してあ るものとします。(1)オリジナルの DEM(等緯度経度の 0.2 秒メッシュ) を、9 等分にオーバーサンプリングします。バイリニア補間で、ポイント数は 81 倍になります。(2)すべ
図5 沼田市付近のフラクタル赤色立体地図 左:5m解像度、中央:50m解像度、右:合成図
ての点について、9 × 9 の Box average を求めることで、 2 次元的な移動平均処理を行って滑らかにしていきます。 これを必要に応じて複数回繰り返します。(3)平面直角 座標系に投影変換し、赤色立体地図を作成します。開度 考慮距離は、当初の一般的な 5m メッシュと同じになる ように調整します。
この画像を、「超解像度赤色立体地図」とよび、通常の 赤色立体地図と区別します。図 2 では、道路の位置や交 差点、谷や尾根の方向や形状が、わかりやすくなってい ます。図 2 の左の元画像に対する、単なる画像処理では、 尾根や谷のジャギーを解消しようとすると、全体にぼけ る結果でした。
作成事例
1)棚田地形
棚田は、主として地すべり分布域に見られる階段状の人工改変地形です。5m メッシュの赤色立体地図では、メッ シュのサイズの関係で、十分な可視化が困難なケースで も、超解像度手法により可視化できることがあります。
典 型 事 例 を、Esri User Conference 2020 の Map Gallery に Red Relief Image Map using Hyper Resolution DEM として出展しました。三重県熊野川中流域の棚田を、スワイプで両方の画像を交互に比較ができるようになっています。なお、赤色立体地図ラボでは、 三重県熊野川中流域のほか、長野県千曲市、山口県長門 市の棚田地形も公開中です。
2)山城地形
最近、山城調査で航空レーザ計測や赤色立体地図の利活用が増えています。安土城では、2019 年に、平米あた り 20 点以上の、高密度計測がおこなわれました。これ は樹木除去の精度の向上を計るためなのですが、階段部 分などの空が開いている部分では、10 cmメッシュなどの DEM を作成することも可能です。そのような DEM を使 用して作成した赤色立体地図は、鋭いエッジを持った高 精細な画像となります。階段の一段一段をも識別可能で、 このような画像をさらに超解像度処理をした画像は、「超々解像度赤色立体地図」と呼んでもいいのかもしれません。
フラクタル赤色立体地図
高解像度 DEM から作成した赤色 立体地図は、微地形の判読性は高い ものの大地形は見えづらく、一方、 低解像度 DEM から作成した赤色立 体地図は大地形を良く表現している ものの、細かなところがぼやけてし まう欠点がありました。
図 5 は、 元 デ ー タ か ら 50 m DEM を作成し、その超解像度赤色立体地図と、元の 5mDEM 赤色立体地図を合成したものです。これをフラクタル赤色立体地図といい、微地形・大地形両方の視認性を向上させることができました。
左：5m解像度、中央：50m解像度、右：合成図
段丘の高度差感と表面微地形を同時に表現
おわりに
解像度赤色立体地図は、地形図の背景として利用す ることで、地形をより分かりやすく表現することが可能となります。時間を要するという課題はありますが、今 後も改良や応用研究を進めていきたいと考えています。