(57)【要約】【課題】  被写体を写真撮影すると、写真は、被写体とカメラの遠近距離により、正射投影図とは異なる形状に写る。本発明は、高価なステレオカメラや、高コストで、かつ高度な技術を必要とする航空測量や、高価な３次元測定機を使用せずに、安価に被写体の正射投影画像を作成するシステムを提供するものである。【解決手段】  本発明は、平面上にある被写体に限定し、簡便に遠近の歪を除去し、写真を正射投影画像に変換をするシステムである。既知の寸法の矩形モデルを被写体の写真に写し込み、歪んだ矩形モデルを元の矩形モデル形状に戻すことにより、被写体の写真を正射投影画像に変換する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面上にある被写体を写真撮影する場合、写真は遠近により歪んだ画像となる。既知の寸法の矩形モデルを写真画像に写し込み、歪んだ画像を、正射投影画像に変換するシステム、ソフトウェア並びにその方法。
【請求項２】
写真画像に写し込む矩形モデルの最適な形状、材料、並びに色彩。
【請求項３】
矩形モデルを写し込んだ写真を利用して、矩形モデルを入れない写真を正射投影画像に変換する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、遺跡や文化財の実測図を作成するために、写真を簡単に正射投影画像に変換するシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  遺跡の遺構図では、住居跡などの遺構や遺構に散らばる遺物を、上部から俯瞰する上面図として、又、遺構を垂直面に削った地層図などを描く。最も一般的な図化方法は、上面図では、遺構に格子状の水糸を張り、測量したい形状を水糸からの水平距離から測量する。地層図でも、同様に、水糸を張り、水糸からの垂直距離から、地層の形状を測量する。この方式では、測量精度を保つためには、多くの点を測量する必要があり、多くの時間がかかる。【０００３】  又、航空測量方式やステレオ画像装置では、あらかじめ距離がわかっている標点を入れ、かつ、重なり部分を持つ２枚以上の写真からステレオ画像を作り、投影図を描く。これらの方式では、高価な機器と技術が必要である。【０００４】  更に、３次元レーザースキャナと呼ばれる装置により、地形をレーザー測量し、遺構の３Ｄ画像を作成、更に、本３Ｄ画像から投影画像を作成し、図化する。やはり、装置が高価の上、機器の使用では高度な知識が必要である。又、レーザースキャナは、地層のような凹凸のない形状を測定できない。
【発明の開示】
【０００５】  上記に示す従来方法では、多くの時間を費やしたり、機器が高価な上、使用する機器の操作知識が必要で、遺跡発掘のような迅速、安価に図化したい状況のもとでは、その使用に限界がある。
一方、遺跡発掘の現場では、平面上の物体を図化する事例が多くある。本発明は、平面上にある被写体に限定して、これら被写体の投影画像を作成し、本投影画像を用いて、実測図を迅速に、正確に作図できる。
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】  被写体の写真を下絵にして実測図を作成する際、被写体を撮影すると、被写体とカメラの遠近距離により、投影図とは異なる形状になり、下絵として用いることができない。平面上にある被写体の形状も、遠近により、同様に歪を発生するが、本発明により、簡便に歪を除去できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  歪除去補正をしたい地層図に矩形モデルを取り付ける。水平面にある遺構の場合は、矩形モデルを置くか、あるいは、遺構にあらかじめ設置してある矩形様のグリッドを矩形モデルとして利用することもできる。
【０００８】  矩形モデルを、できるだけ被写体の中心部に設置すると、補正を高精度に行うことができる。又、矩形モデルの上辺を水平に設置すると、解析時に被写体の向きを容易に判断できる。
【０００９】  できるだけ大きな形状の矩形モデルを、被写体に設置すると、補正を高精度に行うことができる。
【００１０】  被写体の形状によって、矩形形状のモデルが設置しにくい場合は、十字形状のモデルを用いても、同様の補正ができる。
【００１１】  矩形モデルの形状は、正方形、あるいは長方形で、矩形の四隅と、各辺の中央に、計８点のマークが付けられている。マークは、写真で確認できるサイズを持ち、精度を高めるため、マークの中心位置で寸法を測る。矩形モデルの寸法は、あらかじめ、特定されており、この結果、８点のマークの位置も算出できる。
【００１２】  矩形モデルの色は、被写体の色と区別が付きやすい色が好ましい。土の上に設置する場合には白色など、被写体が淡色系であれば、暗色系の色を選定する。
【００１３】  デジタルカメラで、矩形モデルを中心に、被写体の全体を撮影する。撮影画像は、通常、レンズ歪と遠近による歪を含んでいる。レンズ歪は、Ｌ５５ｍｍ以上の長焦点レンズを用いることにより、精度上、支障のない歪に抑えることができる。遠近の歪は、カメラと被写体が正対している場合には少ないが、斜め方向から撮影する場合には、かなり大きい。従って、被写体は著しく歪み、矩形も同様に歪んでいる。
【００１４】  歪んだ写真は、開発した補正ソフトウェアにより、次の原理で正射投影画像に変換される。平面上にある矩形を斜めより撮影すると、撮影された被写体の大きさは、距離に反比例して写る。この原理から、矩形の辺の長さ及び辺の中点にマークを付け、写された画像でこれらのマーク位置を測定し、伸縮する係数を求める。撮影画像は、マトリックスの画素で構成されており、矩形モデルの中点の前後方向の画素数を求める。中点の前の画素数をｍ、中点の後の画素数をｎとすると、中点の後方向の画素数に、ｍ／ｎを乗ずると、遠近の歪みを除去できる。本方式を、全画素数で同様に展開すると、第１番目の画素に対し、第２番目の画素は（ｍ／ｎ）倍の長さになる。第３番目は（ｍ／ｎ）の２乗倍となり、第ｘ番目は、（ｍ／ｎ）の（ｘ−１）乗倍となる。（ｍ／ｎ）の（ｘ−１）乗倍が、整数より大きくなる時、その（整数−１）の数の画素数をｘ番目に加える。斜めより撮影した画像に対しては、タテヨコの両方で同様の算出を行い、画素数を加えることにより、写真を正射投影画像に変換できる。
【００１５】  補正ソフトウェアを操作するプロセスは、被写体に矩形モデルを貼り付ける。次に、デジタルカメラで被写体を撮影する。次に、撮影した画像を、本補正ソフトウェアで開く。次に、補正後の矩形形状を、対角線の始点、終点により設定する。始点、終点の座標値を入れることにより矩形形状を設定することもできる。次に、写し込まれた矩形モデルの四隅のマークを、時計回りに順次クリックする。次に、第一点目と第二点目の中間にあるマーク、順次、第二点目と第三点目、第三点目と第四点目、第四点目と第一点目のマークをクリックする。最後に、補正ＯＫをクリックすることにより、補正が行われる。四隅のクリックの順序は、時計回りにクリックする限り、任意の始点から行うことができる。
【００１６】  補正された矩形モデルは、投影形状に変換されている。正射投影画像に写された矩形モデルの寸法と形状を確認することにより、写真画像が、正確に補正されたことを確認できる。
【００１７】  補正後の正射投影画像には矩形モデルが写し込まれるが、矩形モデルが入らない正射投影画像も作成できる。被写体を撮影する際に、デジタルカメラを３脚などで固定し、矩形モデルを入れた写真と入れない写真を２枚撮影する。この場合、写真は、矩形モデルの有無以外には、写真の差はない。矩形入りの写真にて正射投影画像を作成した補正条件を記録し、矩形の入らない写真画像を、同じ条件で補正すると、矩形の入らない正射投影画像を作成できる。
【００１８】  写真画像を正射投影画像に変換した後、コンピュータ画面上で、正射投影画像をトレースすることにより、正射投影図を作成できる。正射投影画像を印刷し、印刷写真の上にトレース紙を置きトレースしても、同様に、正射投影図を作成できる。
【考案の効果】
【００１９】  従来技術では、正射投影図を作成するため、人手を用いて多くの時間を費やす方法や、航空測量と高度な知識を要する画像補正ソフトウェア、又、高価なステレオカメラ、あるいは、高価なレーザー測量機を用いて、正射投影図を作成していた。一般的な３次元形状の正射投影図の作成では、これら方式は有効である。しかしながら、平面上にある被写体の正射投影図を作成する場合には、本発明により、安価な矩形モデルと補正ソフトウェアにより、高度な知識を必要とせず、短時間に正射投影図を作成できる。
【００２０】  従来技術では、補正された正射投影画像の精度を確認するため、被写体を実際に測定した値との比較で行われ、多くの時間が必要であった。又、多くの被写体の正射投影画像を作る際には、サンプルの抜き取り検査で信頼性を確認し、精度を保証することが通常行われている。本発明によれば、矩形モデルが補正画像に写し込まれており、矩形モデルの寸法を確認することにより、個々に精度を確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】  本発明を実施するシステムとして、デジタルカメラ、矩形モデル、パソコン、補正ソフトウェアを用いる。矩形モデルを被写体に貼り付け、デジタルカメラで撮影し、補正ソフトウェアで画像処理を行う。
【実施例】
【００２２】  遺跡発掘においては、年代を確認するため、遺構や遺物が存在する地層図を作成する。土面を垂直及び平面上に削り取り、地層面を表出させるため、その地層形状は平面上にある。本発明では、この地層面に矩形モデルを取り付け、地層全体を撮影し、矩形モデルを元の形状に補正することにより、地層面の正射投影画像を作成し、本画像をなぞり描画することにより、簡単に地層図を作成できる。【００２３】  遺跡発掘においては、住居跡、柱穴跡、溝、道などの遺構や、遺物などの形状、位置を平面図で表す。一般の生活の地面は多くの場合ほぼ平面で、遺構や遺物も平面上の存在する。この場合、航空機にて真上から撮影する写真は正射投影画像になるが、地上から撮影する写真では、斜めから撮影されるので、歪んだ写真となる。
本発明では、遺構区に設定された矩形モデル、あるいは、又、発掘する遺構区に張られた矩形状のグリッドを活用する。矩形モデル、あるいは、矩形状のグリッドを入れた遺構写真を撮影し、これらを元の形状に補正することにより、遺構区の正射投影画像を作成し、本画像をなぞり描画することにより、簡単に遺構図を作成できる。【００２４】  文化財である建築物や構造物には、平面上の壁画が描かれている場合が多くある。壁画の図面を作成したい場合、しばしば、写真をとる位置が限定され、写真は歪んだ画像となる。
本発明では、壁画に矩形モデルを取り付けるか、あるいは、壁画の四隅及び辺の中間点相当する位置にマークを取り付け、写真を撮影する。矩形モデルあるいはマーク位置から、壁画の正射投影画像が作成される。
【産業上の利用可能性】
【００２５】  ビルや住居などの建築物、道路、橋などの構造物は、多くの平面から構成されている。これらの建築物や構造物の同一平面上にある被写体は、本発明により補正できる。例えば、ビルの窓枠は、形状と寸法が既知であり、ビルの写真に本窓枠を写し込み、窓枠の形状を元に戻すことにより、ビル全体の写真を正射投影画像に変換することができる。【００２６】  道路、橋などの構造物は、多くの平面から構成されている。これらの構造物の平面上にある被写体は、本発明により補正できる。例えば、道路上の形状と寸法を簡単に測量できる横断歩道を写し込み、横断歩道の形状を元に戻すことにより、道路の正射投影画像を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】  デジタルカメラ、矩形モデル、パソコンに搭載された正射投影変換ソフトウェアから構成されるシステム図である。本ソフトウェアは、写真画像取込部、矩形モデルによる画像補整処理部、補正画像のなぞりトレース処理部から構成されている。
【図２】  正方形の枠に、正確な位置を持つ８個のマーカーが付き、裏面に被写体に貼り付けるボスが付いた正方形型矩形モデル図である。四隅のマーカーは正確な正方形をなし、各辺には、正確な中点にマーカーが付いている。枠は、プラスチック、木、金属など耐候性の材料で作製し、色は背景色を区別できる色をつける。
【図３】  長方形の枠に、正確な位置を持つ８個のマーカーが付き、裏面に被写体に貼り付けるボスが付いた長方形型矩形モデルの平面図である。正方形型と同様に、四隅のマーカーは正確な長方形をなし、各辺には、正確な中点にマーカーが付いている。
【図４】  矩形モデルを被写体に水平に取り付けるため、矩形モデルの上辺に水準器を取り付けた水準器付き矩形モデルの平面図である。
【図５】  矩形モデルを被写体に取り付けるために、取り付け孔を付けた取り付け孔付き型矩形モデルの平面図である。孔の個数は、矩形モデルの大きさにより、増減させる。
【図６】  十字形の枠に、正確な位置を持つ５個のマーカーが付いた十字形型矩形モデルの平面図である。四隅のマーカーを結ぶ矩形は、正確な正方形もしくは長方形で、中心のマーカーは、正方形もしくは長方形の中心位置にある。従って、中心点のマーカーは、上下及び左右のマーカーの２等分点にある。
【図７】  正方形で構成される補正前のマトリックス画像である。このマトリックス画像には、四隅と辺の中央部にマーカーが置かれている。写真を正面から撮ると、各正方形は、歪みのない正しい形状を保っている。
【図８】  写真を斜めから撮ると、マトリックス画像は正方形で構成されているにもかかわらず、ひし形に変形している。
【図９】  ［００１５］の要領で、マーカーをクリックすると、補正後のマトリックス画像の形状になる。マトリックス画像の内部にある正方形はすべて正しい正方形に補正されており、中央部の太枠の矩形も正しい形状に補正されている。
【図１０】  矩形モデルを地層断面図に取り付け、例えば、上方から撮影した地層の状態を表す補正前の地層模型図である。近くが大きく、遠くが小さく写るため、矩形モデルは下部が縮んだ形状となる。
【図１１】  矩形モデルを元の形状に戻すことにより、正射投影形状に変換された補正後の地層模型図である。
【図１２】  建物の窓枠を下方から撮影した補正前の建物写真である。矩形上部が縮み、歪んでいる。
【図１３】  窓枠の四隅及び各辺の中間点を用いて、正射投影形状に変換された補正後の建物写真である。窓枠は元の形状に戻り、写真は、正射投影形状の写真に変換されている。
【符号の説明】
【００２８】  １  デジタルカメラ
２  被写体（平面上の地層断面）
３  地層線
４  矩形モデル
５  マーカー（計８個）
６  プラスチック材料などによる枠
７  被写体への取り付け用ボス
８  長方形型矩形モデル
９  水準器付き矩形モデル
１０  水準器
１１  取り付け孔の付いた矩形モデル
１２  被写体への取り付け孔
１３  十字形型矩形モデル
１４  正面から撮影した正方形からなるマトリックス画像
１５  斜めから撮影した正方形からなるマトリックス画像
１６  補正後のマトリックス画像
１７  矩形モデルを取り付けた地層を斜めから撮影した写真のなぞり描画図
１８  矩形モデルを取り付けた地層を補正した写真のなぞり描画図
１９  補正前の建物図
２０  補正後の建物図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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