(57)【要約】【課題】  撮影による画像の取得から正射投影画像の作成までを簡易化し、正射投影画像を精度良く作成する画像処理方法、装置およびプログラムを提供する。【解決手段】  本発明は、所定間隔で離れた二つの標点を持つ被写体が対象面上に配置された状態で対象面を撮影機器によって撮影した画像の情報、撮影条件に関する情報および撮影機器の光学特性に関する情報を取得する情報取得工程と、撮影条件に関する情報および撮影機器の光学特性に関する情報から射影変換式を定めた上で、被写体における二つの標点間の距離情報を考慮して射影変換式を決定する要素を調整し、調整された射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する画像変換工程とを備える。【選択図】図１１
2010267224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔で離れた二つの標点を持つ被写体が配置された状態の対象面を撮影機器によって撮影した画像の情報、該撮影画像の撮影条件に関する情報および撮影機器の光学特性に関する情報を取得する情報取得工程と、撮影画像の撮影条件に関する情報および撮影機器の光学特性に関する情報から射影変換式を定めた上で、被写体における二つの標点間の距離情報を考慮して射影変換式を決定する要素を調整し、調整された射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する画像変換工程とを備えることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２】
前記画像変換工程は、正射投影画像解析処理と収束計算処理とを備え、前記正射投影画像解析処理は、撮影画像の撮影条件に関する情報および撮影機器の光学特性に関する情報に基づき、撮影範囲を算出し、該撮影範囲を利用して射影変換式を定め、該射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する処理を備え、前記収束計算処理は、実際の被写体における二つの標点間の距離情報と正射投影画像内の被写体における二つの標点間の距離情報とを比較することによって得られる誤差情報を考慮して射影変換式を決定する要素を調整し、調整された射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する処理を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像処理方法。
【請求項３】
所定間隔で離れた二つの標点を持つ被写体が配置された状態の対象面を撮影機器によって撮影した画像を正射投影画像に変換する画像処理装置であって、撮影画像の情報の入力手段ならびに記憶手段と、該撮影画像の撮影条件に関する情報、撮影機器の光学特性に関する情報および被写体における二つの標点間の距離情報の入力手段ならびに記憶手段と、画像を表示する表示手段と、撮影範囲を算出し、該撮影範囲を利用して射影変換式を定め、該射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する正射投影画像解析処理手段と、実際の被写体における二つの標点間の距離情報と正射投影画像内の被写体における二つの標点間の距離情報とを比較することによって得られる誤差情報を考慮して射影変換式を決定する要素を調整し、調整された射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する収束計算処理手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項４】
所定間隔で離れた二つの標点を持つ被写体が配置された状態の対象面を撮影機器によって撮影した画像を正射投影画像に変換する画像処理をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、撮影画像の情報、該撮影画像の撮影条件に関する情報、撮影機器の光学特性に関する情報および被写体における二つの標点間の距離情報をコンピュータへ入力することによって、コンピュータを、撮影範囲を算出し、該撮影範囲を利用して射影変換式を定め、該射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する正射投影画像解析処理手段、実際の被写体における二つの標点間の距離情報と正射投影画像内の被写体における二つの標点間の距離情報とを比較することによって得られる誤差情報を考慮して射影変換式を決定する要素を調整し、調整された射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する収束計算処理手段、として機能させるための画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影機器によって撮影された画像を正射投影画像に変換する画像処理方法、装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
事件や事故が起きた際には、実況見分調書などの作成にあたり、警察機関は見取り図、現場実況見分図、現況図、実測平面図と呼ばれる現場証拠のための平面図を作成することになっている。
【０００３】
平面図の作成方法には、測量機器を用いて現場を地上実測して手作業で平面図を作成する方法、ステレオカメラなどの撮影機器を用いて現場を撮影し、専用画像処理機を通して撮影画像を解析して平面図を作成する方法などが主に知られている。前者の地上実測による方法は、全工程が手作業によるため、費用は安い反面、多くの労力が費やされる割には、平面図の精度は低い。そのため、現場の状況保存が適切ではない。一方で後者の、ステレオカメラなどの撮影機器を用いる方法においては、対象面を斜めから撮影した画像から、その対象面の法線方向から撮影した画像（正射投影画像）を作成した上で、この正射投影画像を専用実体視処理機などでトレースして平面図が作成される。この後者の方法は前者の方法と比較して、費用は高くなるが、費やされる労力は少なくなり、また平面図の精度は正射投影画像の精度に依存するところが大きいものの、撮影機器や画像処理方法、装置の発展進歩に伴って、高いものとなっている。的確な現場の状況保存が第一義的に要請される側面を有する平面図にあっては、こうした正射投影画像を利用した平面図作成が社会的に望ましい。
【０００４】
正射投影画像を得るに際し、撮影機器を用いて対象面を斜めから撮影した画像を正射投影画像に変換する画像処理方法には、従来から、幾何学的な撮影条件に関する情報に基づいて、射影変換式などの平面変換式を利用して、異なる位置から同一対象面を複数回撮影した複数の画像を正射投影画像に変換する方法がある（例えば、特許文献１）。また、近年では、平面や画像変換のための演算処理内容に改善を加えた上で、撮影条件に関する情報に基づき、射影変換式を利用することによって、デジタルカメラなど汎用の撮影機器によって撮影された画像から高精度の正射投影画像を得ようとする技術的取り組みが多く見受けられる（例えば、特許文献２）。
【０００５】
特許文献１に記載された画像処理方法では、異なる撮影位置から同一の撮影対象物をデジタルカメラによって複数回撮影して取得した複数の撮影画像の情報と、撮影対象物における三次元座標情報の仮想の初期値と、撮影高度・角度などの幾何学的な撮影条件に関する情報と、焦点距離やカメラレンズの歪曲収差の係数などの撮影機器の光学特性に関する情報とを用いた共線条件式によって、カメラの位置や傾きを把握し、正射投影面を含む投影面の設定がなされる。また、撮影画像の正射投影面への画像変換は共一次内挿法によってなされ、正射投影画像が作成されている。
【０００６】
特許文献２に記載された画像処理方法では、矩形状の枠の上に撮影対象物を載せた状態で、これらを全て含むように、デジタルカメラなどの撮影機器を用いて撮影が一回実施される。そして、撮影画像内の矩形状の枠の直線部と撮影条件に関する情報とに基づく射影変換式を通して正射投影画像を取得した上で、ハフ変換を実施することで、正射投影化された矩形状の枠の直線部が精度良く画像上で認識される。この結果を踏まえた射影変換式と、実測などから取得した反射特性データとに基づき、高精度の正射投影画像の作成がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−７９５２１号公報
【特許文献２】特開２００８−９０５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載された画像処理方法は、異なる位置から同一対象面を複数回撮影して取得される複数の撮影画像から共線条件式を算出し、三次元座標情報を取得した上で二次元の正射投影画像を取得しており、複数の撮影画像の処理を伴う正射投影画像を取得するまでの工程がやや複雑となっている。また、上記特許文献２に記載された画像処理方法は、正射投影画像を作成するまでの演算処理工程がハフ変換を用いた複雑高度で長いものとなっている。このような正射投影画像の作成までの複雑性は、例えば、汎用の画像処理機では演算処理に多くの時間が費やされる。あるいは、画像処理機の高スペック化がコストを上昇させるなどの副次的な問題を惹起させうる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、撮影による画像の取得から正射投影画像の作成までを簡易化し、正射投影画像を精度良く作成する画像処理方法、装置およびプログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る画像処理方法は、上記課題を解決するためになされたもので、所定間隔で離れた二つの標点を持つ被写体が配置された状態の対象面を撮影機器によって撮影した画像の情報、該撮影画像の撮影条件に関する情報および撮影機器の光学特性に関する情報を取得する情報取得工程と、撮影画像の撮影条件に関する情報および撮影機器の光学特性に関する情報から射影変換式を定めた上で、被写体における二つの標点間の距離情報を考慮して射影変換式を決定する要素を調整し、調整された射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する画像変換工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成からなる画像処理方法によれば、画像変換工程は、撮影画像の撮影条件に関する情報など各種情報を利用した射影変換式に基づくリーンな実行がなされる。また、情報取得工程で取得する所定間隔で離れた二つの標点を持つ被写体を含めて撮影した画像から作成される正射投影画像内の被写体における二つの標点間の距離情報と実際の被写体における二つの標点間の距離情報との比較検討が可能となる。そして、これを考慮した射影変換式の決定がなされる結果、より精度の良い正射投影画像の作成が簡易になされる。
【００１２】
また、本発明に係る画像処理方法においては、前記画像変換工程は、正射投影画像解析処理と収束計算処理とを備え、前記正射投影画像解析処理は、撮影画像の撮影条件に関する情報および撮影機器の光学特性に関する情報に基づき、撮影範囲を算出し、該撮影範囲を利用して射影変換式を定め、該射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する処理を備え、前記収束計算処理は、実際の被写体における二つの標点間の距離情報と正射投影画像内の被写体における二つの標点間の距離情報とを比較することによって得られる誤差情報を考慮して射影変換式を決定する要素を調整し、調整された射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する処理を備える構成を採用することができる。
【００１３】
かかる構成からなる画像処理方法によれば、画像変換工程の正射投影画像解析処理で正射投影画像が仮想的に簡易作成された後、収束計算処理で被写体における二つの標点間の距離情報を用いた精度計算に基づき、射影変換式を定める要素が繰り返し調整されることによって、より精度の良い正射投影画像が得られる。
【００１４】
また、本発明に係る画像処理装置は、所定間隔で離れた二つの標点を持つ被写体が配置された状態の対象面を撮影機器によって撮影した画像を正射投影画像に変換する画像処理装置であって、撮影画像の情報の入力手段ならびに記憶手段と、該撮影画像の撮影条件に関する情報、撮影機器の光学特性に関する情報および被写体における二つの標点間の距離情報の入力手段ならびに記憶手段と、画像を表示する表示手段と、撮影範囲を算出し、該撮影範囲を利用して射影変換式を定め、該射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する正射投影画像解析処理手段と、実際の被写体における二つの標点間の距離情報と正射投影画像内の被写体における二つの標点間の距離情報とを比較することによって得られる誤差情報を考慮して射影変換式を決定する要素を調整し、調整された射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する収束計算処理手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
かかる構成からなる画像処理装置によれば、各種情報が入力されて、画像変換工程の正射投影画像解析処理手段で正射投影画像が仮想的に簡易作成された上で、収束計算処理手段で被写体における二つの標点間の距離情報を用いた精度計算に基づき、射影変換式を定める要素が繰り返し調整されることによって、より精度の良い正射投影画像が簡易に得られる。
【００１６】
また、本発明に係る画像処理プログラムは、所定間隔で離れた二つの標点を持つ被写体が配置された状態の対象面を撮影機器によって撮影した画像を正射投影画像に変換する画像処理をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、撮影画像の情報、該撮影画像の撮影条件に関する情報、撮影機器の光学特性に関する情報および被写体における二つの標点間の距離情報をコンピュータへ入力することによって、コンピュータを、撮影範囲を算出し、該撮影範囲を利用して射影変換式を定め、該射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する正射投影画像解析処理手段、実際の被写体における二つの標点間の距離情報と正射投影画像内の被写体における二つの標点間の距離情報とを比較することによって得られる誤差情報を考慮して射影変換式を決定する要素を調整し、調整された射影変換式に基づき、撮影画像を正射投影画像に変換する収束計算処理手段、として機能させることを特徴とする。
【００１７】
かかる構成からなる画像処理プログラムによれば、情報取得工程で取得される撮影画像、撮影条件に関する情報や撮影機器の光学特性に関する情報、被写体の情報の入力値に基づき、画像変換工程の射影変換式中心のアルゴリズムに沿う処理が自動的になされ、より精度の良い正射投影画像が簡易に得られる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明に係る画像処理方法、装置およびプログラムによれば、撮影による画像の取得から正射投影画像の作成までを簡易化し、正射投影画像を精度良く作成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る画像処理方法を含んだ平面図作成の全体構成フローチャートを示す。
【図２】同実施形態に係る各工程によって得られた（ａ）撮影画像、（ｂ）正射投影画像、（ｃ）平面図を示す。
【図３】同実施形態に係る撮影工程のフローチャートを示す。
【図４】同実施形態に係る撮影工程で使用する（ａ）撮影機器とプラットホーム、および（ｂ）撮影状況の概況図を示す。
【図５】同実施形態に係る撮影工程における撮影条件に関する情報である撮影角度と撮影高度の説明図を示す。
【図６】同実施形態に係る撮影工程における撮影機器の光学特性に関する情報である焦点距離、画角、画像サイズの説明図を示す。
【図７】同実施形態に係る画像処理方法の画像変換工程における正射投影画像解析処理のフローチャートを示す。
【図８】同実施形態に係る画像処理方法の画像変換工程の撮影範囲計算に用いる撮影条件に関する情報と撮影機器の光学特性に関する情報の関係を鉛直断面方向と真上方向から見た説明図を示す。
【図９】同実施形態に係る画像処理方法の画像変換工程における原画像範囲とその座標系、撮影範囲とその座標系の説明図を示す。
【図１０】同実施形態に係る画像処理方法の最近隣内挿法の概念図を示す。
【図１１】同実施形態に係る画像処理方法の画像変換工程における収束計算処理のフローチャートを示す。
【図１２】同実施形態に係る画像処理方法の画像変換工程における収束計算処理内の精度算出処理のフローチャートを示す。
【図１３】同実施形態に係る画像処理方法の画像変換工程における収束計算内の原画像の四角の座標の調整に関する概念図である。
【図１４】他の実施形態に係る画像処理方法を含んだ平面図作成の全体構成フローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る画像処理方法、装置およびプログラムの一実施形態について、図面を参酌しつつ説明する。
【００２１】
本発明の一実施形態による平面図作成工程を図１に示す。図１は、本実施形態に係る画像処理方法、装置およびプログラムによる情報取得工程（ステップＳ２）と画像変換工程（ステップＳ３）とを含む平面図作成までのフローチャートである。全工程は、撮影工程（ステップＳ１）と、情報取得工程（ステップＳ２）と、画像変換工程（ステップＳ３）と、平面図トレース工程（ステップＳ４）とからなり、これらを経て平面図が作成される。図２は、各工程から得られる成果物であり、（ａ）,（ｂ）,（ｃ）はそれぞれ、情報取得工程（ステップＳ２）による撮影画像、画像変換工程（ステップＳ３）による正射投影画像、平面図トレース工程（ステップＳ４）による平面図である。
【００２２】
まず始めに、撮影工程（ステップＳ１）の説明をする。図３は撮影工程（ステップＳ１）のフローチャートである。図４（ａ）は、撮影工程（ステップＳ１）において使用される撮影機器１とプラットホーム２である。本撮影工程（ステップＳ１）では、図４（ａ）に示すように、撮影機器１として、汎用のデジタルカメラであって、その底面には三脚用ネジ穴が設けられているものが使用される。また、プラットホーム２は、使用されるデジタルカメラ用に市販されるカメラ用三脚であり、中空の保護パイプ３の外側に取り付けた脚頭４に、開脚自在な脚部５が取り付けられており、各脚部５はレバー操作によって締結・解放の切り替えが可能なロックレバー６を介して伸縮可能な二つの脚部要素からなるものが用いられる。プラットホーム２の保護パイプ３の上端には、パン・チルト機能を持つ雲台７が取り付けられ、雲台７の上面中心部には雄ネジが突出しており、デジタルカメラの底部のネジ穴と螺合することによって、デジタルカメラは三脚に固定される。雲台７は、固定されるデジタルカメラとの相対位置を一定にしたまま、水平もしくは鉛直方向に可動できるように、水平方向と鉛直方向の首振り可動部と、それらにおのおの取り付けた２本のレバー８，９を具備する。水平方向首振りレバー８あるいは鉛直方向首振りレバー９の取っ手を右ネジ方向に締めれば、可動部は固定され、左ネジ方向に締めれば、可動部は自由に動かせる。
【００２３】
図４（ｂ）は撮影状況の概況図である。ステップＳ５では、図４（ｂ）に示すように、被写体１０が対象面１１に配置される。具体的には、被写体１０を四本用意し、対象面１１の四角近傍に、被写体１０が離散するように配置される。被写体１０の形状は四角柱の棒であり、またサイズは、例えば、縦１０ｃｍ、横２０ｃｍ、奥行き１ｍであって、使用される四本は全て同じ形状とサイズである。以下、被写体１０として使用する四角柱の棒を基準バーとする。対象面１１は、標高差のない路面の一部であって、至近距離に設置した撮影機器による一回の撮影で取得できる撮影範囲に収まる範囲である。
【００２４】
図５は撮影角度αと撮影高度ｈの説明図である。撮影角度αとは、対象面１１の法線方向とカメラレンズの光軸のなす角のうち、９０度より小さい角のほうのことであり、また撮影高度ｈとは、カメラレンズの中心の位置する水平面から対象面１１に下ろした垂線の距離のことである。ステップＳ６では、撮影画像の撮影条件に関する情報として、図５に示す撮影角度αと撮影高度ｈが設定される。具体的には、プラットホーム上面の雄ネジに撮影機器１の底面のネジ穴を螺合させることで、プラットホーム２と撮影機器１を固定し、対象面１１を一回で撮影できる位置にプラットホーム２と一体化した撮影機器１を設置し、脚部５に取り付けたロックレバーを解放し、脚部５を伸縮させ、ロックレバーを固定し、撮影高度ｈが設定される。また、水平方向および鉛直方向の首振りの両角度をプラットホーム２の雲台７のレバー８，９の操作によって調整し、撮影角度αが設定される。設定された撮影角度αと撮影高度ｈは標尺などの計測器を用いて実測される。
【００２５】
図６（ａ）は焦点距離と画角、（ｂ）は画像サイズを表す図である。画角は、水平方向の画角と鉛直方向の画角の二つがあり、水平方向の画角はカメラの水平方向の視野角、鉛直方向の画角はカメラの鉛直方向の視野角である。ステップＳ７では、撮影機器の光学特性に関する情報として、図６に示す焦点距離、画角、そして画像の画素サイズと解像度が確認把握される。具体的には、カメラの焦点距離、水平方向と鉛直方向の画角、縦と横の総画素数、解像度はカメラに付属の取り扱い説明書もしくはメーカーに問い合わせることによって確認される。なお、解像度とは、１インチ当たりの画素数のことであり、単位はｄｐｉ（ドッツ・パー・インチ）で表される。
【００２６】
ステップＳ８では、図４（ｂ）に示すように、プラットホーム２の上面に固定させた撮影機器１を用いて、被写体１０を全て含んだ対象面１１が斜め上方向から一回撮影される。なお、本実施形態の撮影工程の変更可能点について言及しておけば、撮影工程の順番は、上記の実施形態の順番でなくとも、例えば、カメラ条件確認、撮影条件に関する情報設定、被写体配置、撮影の順で実施されることもできる。また、撮影機器は、デジタルカメラのほか、アナログカメラを用いることも可能であり、この場合は、撮影した写真をスキャナ経由で下記のコンピュータに取り込む必要がある。プラットホームは、水平・鉛直方向の首振り角度や高さが可動のものでなくとも、固定されたものを用いることができ、この際には対象面に応じてプラットホームの設置位置を動かして決定する必要があるが、撮影角度や撮影高度の実測を省くことが可能である。また、カメラ用三脚のほか、他用途の三脚を使用することも可能であり、一方で三脚などのプラットホームを使用せず、人間が撮影機器を直接把持して撮影することも可能である。
【００２７】
次に、情報取得工程（ステップＳ２）では、図１に示すように、撮影工程（ステップＳ１）を経て、取得された撮影画像の撮影条件に関する情報と撮影機器の光学特性に関する情報、撮影画像の情報とをコンピュータに取り込み、各種データとして記憶装置に記録される。具体的には、撮影条件に関する情報として、撮影角度αと撮影高度ｈ、撮影機器の光学特性に関する情報として、鉛直方向の画角βと水平方向の画角γ、原画像サイズの縦と横方向の総画素数と解像度が、コンピュータのグラフィカルユーザインターフェイスからキーボード入力され、また撮影画像の情報がＣＤ−ＲＯＭやメモリカードを媒介としてコンピュータに保存される。以後、入力とは、このインターフェイス経由によるものである。また、コンピュータは、正射投影画像を作成するための画像処理装置（以下、画像処理装置とする。）であって、ハードディスクドライブ、ＲＡＭ（記憶装置）、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、マウス、キーボード、モニタなどを備えた汎用コンピュータに、正射投影画像を作成するための画像処理プログラム（以下、画像処理プログラムとする。）が組み込まれている。
【００２８】
次に画像変換工程（ステップＳ３）の説明をする。画像変換工程（ステップＳ３）は、正射投影画像解析処理と収束計算処理とからなり、これらのアルゴリズムは画像処理プログラムとしてプログラム化されて、画像処理装置で実行される。画像処理プログラムは、上記の汎用コンピュータに、正射投影画像解析処理手段と収束計算処理手段とを機能させるためのプログラムであり、画像処理装置は、上記の汎用コンピュータに画像処理プログラムが組み込まれたものである。
【００２９】
本画像変換工程（ステップＳ３）の各処理の詳細な演算処理内容の説明に先立ち、本画像変換工程（ステップＳ３）における全容を説明しておく。正射投影画像を精度良く取得するために、第一に、正射投影画像解析処理として、撮影画像の撮影条件に関する情報と撮影機器の光学特性に関する情報に基づき、撮影画像（以下、原画像とする。）範囲と撮影範囲を計算する処理、原画像平面と撮影範囲平面（以下、正射投影面とする。）の座標系をおのおの定義し、原画像の四角と撮影範囲の四角の座標を計算する処理、射影変換式を決定し、原画像を正射投影画像に画像変換（以下、再サンプリングとする。）する処理が行われる。その上で、第二に、収束計算処理として、実際の被写体における二つの標点間の距離情報と正射投影画像内の被写体における二つの標点間の距離情報とを比較することによって得られる誤差情報を考慮して射影変換式を決定する要素を調整し、調整された射影変換式に基づき、最終的に正射投影画像の作成がなされる。以下では、画像変換工程（ステップＳ３）における正射投影画像解析処理と収束計算処理について詳細に説明する。
【００３０】
図７に正射投影画像解析処理のフローチャートを示す。ステップＳ９のルートとステップＳ９’のルートに分かれて、並行して処理がなされるため、記載の便宜上、異なる両ルートを並行して説明する。ステップＳ９は、ステップＳ９’と並行して処理がなされ、原画像範囲の計算がなされる。ステップＳ２で入力された原画像サイズの縦と横方向の総画素数と解像度を用いて、各総画素数を解像度で除算することで、原画像の縦と横方向の長さが計算され、矩形状の原画像範囲が計算される。ステップＳ９’では、撮影範囲を計算する処理が実施される。図８は、撮影角度αと撮影高度ｈと鉛直方向の画角β、水平方向の画角γの関係図である。理論的には、図８に示すように、撮影条件と撮影機器の光学特性に関する情報の関係を考慮して、撮影範囲の奥行きｄ、撮影範囲の前方の幅ｇ、撮影範囲の後方の幅ｉの３つの要素を計算することで、撮影範囲は算出される。具体的には、ステップＳ２で入力された撮影角度αと撮影高度ｈと鉛直方向の画角βのデータから、数式１に基づいて撮影範囲の奥行きｄが計算される。また、撮影角度αと撮影高度ｈと鉛直方向の画角β、水平方向の画角γのデータから、数式２に基づいて撮影範囲の前方の幅ｇが計算され、同様に、数式３に基づき撮影範囲の後方の幅ｉが計算される。その結果、撮影範囲の前方の幅ｇの中点から下ろした垂線の足が撮影範囲の後方ｉの幅の中点に一致し、互いの幅ｇ，ｉが撮影範囲の奥行きを隔てて平行となる台形の撮影範囲が計算される。
【数１】
2010267224.tif 000003
ここで、ｄは撮影範囲の奥行き、ｈは撮影高度、αは撮影角度、βは鉛直方向の画角を表す。
【数２】
2010267224.tif 000004
ここで、ｇは撮影範囲の前方の幅、ｈは撮影高度、αは撮影角度、βは鉛直方向の画角、γは水平方向の画角を表す。
【数３】
2010267224.tif 000005
ここで、ｉは撮影範囲の後方の幅、ｈは撮影高度、αは撮影角度、βは鉛直方向の画角、γは水平方向の画角を表す。
【００３１】
ステップＳ１０では、ステップＳ９で計算された原画像範囲に基づき、原画像平面の座標系の定義がなされ、原画像範囲の四角の座標が計算される。図９に示すように、矩形状の左上角点Ｐ４を原点として、ｕ軸は原点と右上角点Ｐ３を通る直線に沿って右方向に行くにつれて値が大きくなるように設定され、ｖ軸は原点を中心にｕ軸を時計回りに９０度回転した軸として設定され、全体として左手形の直交座標系（ｕ,ｖ）が定義される。ステップＳ１１では、ステップＳ１０の原画像平面の座標系（ｕ,ｖ）にしたがって、原画像四角の座標の計算がなされる。一方、ステップＳ１０と並行するステップＳ１０’では、ステップＳ９’で計算された撮影範囲に基づき、正射投影面の座標系の定義がなされ、撮影範囲の四角の座標が計算される。図９は、正射投影面の（ｘ,ｙ）座標系と原画像平面の（ｕ,ｖ）座標系、ならびに撮影範囲と原画像範囲における四角の座標である。図９に示すように、撮影範囲の四角の点のうち、左下角点Ｐ１’と右下角点Ｐ２’を結ぶ直線の中点を原点として、この直線に沿って、ｘ軸は原点から右方向に行くにつれて値が大きくなるように設定され、ｙ軸は原点を中心にｘ軸を反時計周りに９０度回転した軸として設定され、全体として右手系の直交座標系（ｘ,ｙ）が定義される。ステップＳ１１’では、ステップＳ１０’の正射投影面の座標系（ｘ,ｙ）にしたがって、撮影範囲四角の座標の計算がなされる。
【００３２】
ステップＳ１２では、ステップＳ９から１１のルートとステップＳ９’から１１’のルートとによって並行して計算された原画像範囲四角と撮影範囲四角の座標に基づき、以下の数式４，５によって射影変換式が計算される。
【数４】
2010267224.tif 000006
【数５】
2010267224.tif 000007
数式４，５は、射影変換式のうち、二次元射影変換式と呼ばれるものであり、（ｕ,ｖ）は原画像平面の座標、（ｘ,ｙ）は正射投影面の座標、a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7，a8は未知の係数を表す。数学の定理上、求めたい未知数の数と同じ数の方程式を立てれば、全未知数を求めることが可能である。すなわち、八個の未知の係数について、最低八個の方程式を立式し連立方程式を解くことで、未知数が決定される。その結果、確定される二次元射影変換式を使用して、原画像平面の（ｕ,ｖ）座標系を正射投影面の（ｘ,ｙ）座標系に変換することが可能となる。なお、未知の係数には、一般的に、撮影機器の焦点距離が積算される形で含まれる。ステップＳ１２をより具体的に説明すれば、数式４，５に、原画像範囲の四角の座標とそれに対応する撮影範囲の四角の座標をおのおのセットにして代入し、八つの方程式を立式し、連立方程式を解くことによって、a1からa8までの未知の係数が求められる。ここで、原画像範囲の四角の座標とそれに対応する撮影範囲の四角の座標をおのおのセットにして代入するとは、図９に示すような原画像範囲の左上角点Ｐ４は撮影範囲の左上角点Ｐ４’と対にして、数式４，５に代入して二つの方程式を得る。同様に、原画像範囲の右上角点Ｐ３は撮影範囲の右上角点Ｐ３’と対にして、数式４，５に代入し、さらにもう二つの方程式を得る。残りの原画像範囲の左下角点Ｐ２は撮影範囲の左下角点Ｐ２’と、原画像範囲の右下角点Ｐ１は撮影範囲の右下角点Ｐ１’と対にしておのおの数式４，５に代入して、二つずつ方程式を得ることができ、合計八つの方程式が得られるということである。
【００３３】
ステップＳ１３では、原画像を入力し、ステップＳ１４ではステップＳ１２の二次元射影変換式を利用して、ステップＳ１３の原画像の画素値から正射投影面の画素値を決定する再サンプリングによって、正射投影画像が取得される。本実施形態において、再サンプリング手法には、最近隣内挿法が用いられる。図１０に最近隣内挿法の概念図を示す。最近隣内挿法は、（ｘ,ｙ）平面で決定したい画素の画素値に対して、その画素位置周囲に変換されて配置される（ｕ,ｖ）平面からの四点のうち、最も近い距離に位置する画素の画素値を採用して割り当てる方法である。具体的には、二次元射影変換式を用いて、原画像平面の（ｕ,ｖ）座標は正射投影面の（ｘ,ｙ）座標に変換されるが、図１０に示すように、正射投影面のある任意の画素（ｘ1,ｙ1）の周囲には、原画像平面から変換された画素が四点（ｕ1,ｖ1），（ｕ2,ｖ2），（ｕ3,ｖ3），（ｕ4,ｖ4）配置されることになる。この時、（ｘ1,ｙ1）と四点の距離のうち、（ｕ1,ｖ1）間の距離が最小である。そこで、画素（ｘ1,ｙ1）に最も近い距離の画素（ｕ1,ｖ1）の画素値が画素（ｘ1,ｙ1）の画素値として採用されて、割り当てられる。同様な処理が正射投影面の全画素に展開される結果、正射投影画像が取得される。なお、再サンプリング手法は、原画像の周囲四点の画素値とその距離関係を利用する共一次内挿法（バイリニア補間法）や、原画像の周囲の十六点の画素値と補間関数を用いる三次畳み込み内挿法などを採用することも可能である。
【００３４】
図１１に収束計算処理のフローチャートを示す。本収束計算処理の目的は、正射投影画像解析で得た正射投影画像を踏まえて、最終的に作成される正射投影画像が一定の精度を保持できるようにすることであり、そのために、正射投影画像の精度を大きく左右する二次元射影変換式において、これを決定する要素を調整し、かつ被写体における二つの標点間の距離情報の考慮がなされる。
【００３５】
ステップＳ１５では、撮影角度について、撮影画像の撮影条件に関する情報として取得した元々の撮影角度の値の調整がなされる。具体的には、情報取得工程（ステップＳ２）で入力した撮影角度の値を上下に微修正した撮影角度の値が再入力される。ステップＳ１６では、ステップＳ１５で変更した撮影角度に基づき、上記のステップＳ９，Ｓ９’からステップＳ１４の正射投影画像解析処理が実行され、正射投影画像が作成される。数学上、撮影角度を微修正すると、上記の数式１，２，３から示されるように、撮影範囲が変わり、その撮影範囲の四角の座標値が変更される。そして、変更された撮影範囲の四角の座標値を用いて、上記の数式４，５によって、新たな二次元射影変換式が決定され、この二次元射影変換式に基づいて、精度の異なる正射投影画像が作成されることとなる。
【００３６】
図１２に図１１中の精度算出処理のフローチャートを示す。ステップＳ１７では、ステップＳ３４からステップＳ３７までの精度算出処理がなされる。ステップＳ３４では、実際の各基準バーにおける二つの標点間の距離情報を入力する。各基準バーにおける二つの標点間の距離情報には、実際の基準バーの両端点を標点として、基準バーの長さを採用する。ステップＳ３５では、ステップＳ１６で作成された正射投影画像内の基準バーの両端点を標点とし、これらの座標をコンピュータのモニタ上で目視によって抽出して入力する。ステップＳ３６では、ステップＳ３５の入力座標に基づき、正射投影画像上の各基準バーにおける二つの標点間の距離情報が計算される。ステップＳ３７では、ステップＳ３４の実際の基準バーとステップＳ３６の正射投影画像上の基準バーにおける二つの標点間の距離情報とに基づき、両者の残差の二乗和が計算される。
【００３７】
ステップＳ１８では、ステップＳ１７の精度算出処理の残差二乗和の値がユーザーの別途設定する許容値以下となる場合（Ｙｅｓの場合）、そのときの残差二乗和の値と撮影高度と撮影角度を記録し、調整された撮影角度を保持して、ステップＳ１９に進行する。しかし、許容値より上となる場合（Ｎｏの場合）は、上記のステップＳ１５からステップＳ１７を再度実行し、再びステップＳ１８に回帰することになるが、ステップＳ１８で設定された許容値以下となるまで、ステップＳ１５からステップＳ１８は循環実行されることになる。
【００３８】
ステップＳ１９では、撮影高度の調整がなされる。具体的には、情報取得工程（ステップＳ２）で入力した撮影高度の値を上下に微修正した撮影角高度の値が再入力される。ステップＳ２０では、ステップＳ１９で変更した撮影高度に基づき、上記のステップＳ１６と同様の正射投影画像解析処理の結果、正射投影画像が作成される。撮影角度の調整と同様に、数学上、撮影高度を微修正すれば、撮影範囲の四角の座標値が変更され、変更された撮影範囲の四角の座標値を用いて、新たな二次元射影変換式が決定される。そして、この二次元射影変換式に基づいて、精度の異なる正射投影画像が作成されることとなる。ステップＳ２１では、上記のステップＳ１７と同様の精度算出処理がなされる。ステップＳ２２では、ユーザーの別途設定する許容値に基づき、ステップＳ２１の残差二乗和の値がこの許容値より上の場合（Ｎｏの場合）、ステップＳ１９からステップＳ２２が循環的に実行される。一方で、許容値以下であって、かつあらかじめユーザーが設定する回数よりもステップＳ２２を許容値以下で通過した回数が小さい場合（Ｙｅｓ（Ｓ２２の通過回数＜設定回数））、そのときの残差二乗和の値と撮影高度と撮影角度を記録し、調整された撮影高度を保持して、ステップＳ１５に戻り、図１１のフローにしたがって処理が再び実行される。また、許容値以下であって、かつステップＳ２２を許容値以下で通過した回数がユーザーの設定回数以上となる場合（Ｙｅｓ（Ｓ２２の通過回数≧設定回数））、そのときの残差二乗和の値と撮影高度と撮影角度を記録し、ステップＳ２３に進行する。
【００３９】
ステップＳ２３では、ステップＳ１５からステップＳ２２までの過程で、精度算出処理の残差二乗和の値が最小を記録したときの撮影高度と撮影角度の組み合わせを抽出し、ステップＳ２４では、ステップＳ２３で抽出した撮影高度と撮影角度とを入力する。入力値に基づき、ステップＳ２５からステップＳ２７では、正射投影画像解析処理内のステップＳ９からステップＳ１１と同様な処理を実施し、並行してステップＳ２５’からステップＳ２７’では、正射投影画像解析処理内のステップＳ９’からステップＳ１１’と同様な処理を実施する。ステップＳ２８では、原画像範囲四角の座標の調整がなされる。具体的には、ステップＳ２７で取得した原画像範囲四角の座標の値に対して、図１３に示すように、（ａ）四角の座標を内側に移動、（ｂ）下側の二つの座標を外側に移動、（ｃ）右側の二つの座標を外側に移動、（ｄ）四角の座標を外側に移動、（ｅ）左側の二つの座標を外側に移動、（ｆ）上側の二つの座標を外側に移動するなどの微修正がなされた値が入力される。ステップＳ２９からステップＳ３１では、ステップＳ２７’における撮影範囲四角の座標とステップＳ２８で変更した原画像範囲の四角の座標に基づき、正射投影画像解析処理内のステップＳ１２からステップＳ１４と同様な処理がなされる結果、正射投影画像が作成される。数学的に換言すれば、原画像範囲の四角の座標を微修正すれば、上記の数式４，５によって、新たな二次元射影変換式が決定され、この二次元射影変換式に基づいて、精度の異なる正射投影画像が作成されることとなる。ステップＳ３２では、上記のステップＳ１７と同様な精度算出処理がなされる。ステップＳ３３では、ステップＳ３２の精度算出処理の残差二乗和の値がユーザーの別途設定する許容値以下となる場合（Ｙｅｓの場合）、そのときのステップＳ３１で得られた正射投影画像が図２の（ｂ）に示すような成果物として保存される。一方、許容値より上となる場合（Ｎｏの場合）は、上記のステップＳ２８からステップＳ３２を再度実行し、再びステップＳ３３に回帰することになるが、ステップＳ３３で設定された許容値以下となるまで、ステップＳ２８からステップＳ３３が循環実行されることになる。
【００４０】
画像変換工程（ステップＳ３）の収束計算処理を終えると、図１に示すように、最終工程である平面図トレース工程（ステップＳ４）の実施がなされる。平面図トレース工程（ステップＳ４）では、画像変換工程（ステップＳ３）において作成された正射投影画像を汎用のＣＡＤソフトに取り込み、トレースを行うことによって、平面図の作成がなされる。具体的には、市販のＣＡＤソフトを画像処理装置にインストールし、ＣＡＤソフト上に正射投影画像を表示させ、基準バーの輪郭を除いて、正射投影画像内の縁石や側溝などの物体の輪郭をなぞることで、輪郭ラインを作成する。図２の（ｃ）に示すように、平面図は、原画像や正射投影画像のような絵的な情報ではなく、線的な情報であり、被写体である基準バーは平面図上からは除去される。
【００４１】
以上のように、本発明の本実施形態に係る画像処理方法、装置およびプログラムによれば、正射投影画像解析処理と収束計算処理からなる画像変換工程は、二次元射影変換式を中心とする簡易なものであり、正射投影画像の作成を簡易化している。本発明における被写体の意義は、所定間隔で離れた二つの標点を持つため、実際の被写体における二つの標点間の距離情報と正射投影画像の対応する被写体における二つの標点間の距離情報との比較を可能とし、正射投影画像の精度検証や精度向上の面で重要な役割を果たすことである。また、原画像は撮影機器の原理によって中心投影されたものであるため、画像の中心から外縁に行くにつれて画像の歪みが大きくなる。そこで、被写体の配置位置を、対象面の四角とすることによって、原画像に由来する歪みの補正が極力行える。さらに、二次元射影変換式を決定する要素の調整の意義は、正射投影画像の精度は二次元射影変換式によって大きく左右されるものであるため、二次元射影変換式を規定する要素として、実測機器や人為的な誤差を含む、撮影角度、撮影高度、また撮影機器の光学特性に関する誤差を含む、原画像範囲の四角の座標を微修正することによって、実測機器や人為的な誤差、撮影機器の光学特性に関する誤差に起因する正射投影画像の精度劣化を解消し、正射投影画像の精度向上に寄与することである。つまり、情報取得工程で取得した対象面四角に配置される基準バーを含む原画像から作成される正射投影画像における各基準バーとそれらに対応する実際の各基準バーとにおける二つの標点間距離の比較による誤差情報の精度算出処理に基づき、ユーザーの設定する一定の精度に到達するまで、二次元射影変換式の導出に必要となる撮影角度、撮影高度、原画像範囲の四角の座標を繰り返し調整することを通して、精度の良い正射投影画像を簡易に得ることを可能としている。さらには、作成された正射投影画像を用いることによって、精度の良い平面図の作成が可能となる。
【００４２】
なお、本発明に係る画像処理方法、装置およびプログラムにおいて、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、全体として、図１４に示すような工程を採用しても良い。図１４は、一回目の正射投影画像解析処理（ステップＳ３’）の後に、精度算出処理（ステップＳ４’）と許容値の判断過程（ステップＳ５’）が実行されることによって、収束計算処理（ステップＳ６’）に移行するか、あるいは直に平面図トレース工程（ステップＳ７’）に移行することを可能にしている。これにより、より簡易かつ迅速に正射投影画像の作成ができる。そのほかの変更可能点については、情報取得工程、画像変換工程の順に以下に説明する。
【００４３】
本発明に係る画像処理方法、装置およびプログラムにおける情報取得工程の変更可能点に関しては、撮影条件に関する情報の取得において、キーボードを用いた手入力のほか、角度計や距離計などのデジタル計測器を使用し、それらの計器を画像処理装置と接続することによって、撮影条件に関する情報の各種数値を画像処理装置に自動入力し、撮影工程と情報取得工程を並行することも可能である。
【００４４】
取得される撮影画像にあっては、対象面は、路面のほかに、屋内外問わず取得可能であるが、標高差の少ない面を対象とすることが好ましい。また、被写体は、四本の四角柱の棒に限定しない。被写体の形状は、四角柱でなくとも、被写体の端点を認識できる形状として、石灰を直線状に散布することや、直角の「く」の字型の標識や定規を採用することができる。一つの被写体が所定間隔で離れた二つの端点などを標点として有さずとも、所定間隔で離れて配置される二つの被写体の各基準点などを標点として、二つの被写体に跨る二点間距離を距離情報として扱うことも可能であり、また対象面にもともと存在する標識などを標点として利用することも可能である。また、被写体の大きさは、特に限定しないが、例えば一つの被写体で二つの標点を取得しようとする場合、画像上で両点が視認できるように、被写体の大きさは原画像の１画素の大きさと比較して十分に大きいものを使用する必要がある。実際の被写体における二つの標点間の距離情報は、既知でなくとも、未知のものであっても良く、その際は被写体における二つの標点間の距離情報は巻尺などによる実測によって取得される。被写体を配置する位置は、必ずしも対象面の四角近傍である必要はなく、一直線上や対象面の前方もしくは後方、右側、左側のおのおの一部のように、特定の一箇所に集中して被写体が置かれる場合を除いて、任意の場所に配置可能である。また、被写体の数は、必ずしも四個でなくとも、一個以上の使用が可能であるが、正射投影画像の精度上、三個以上用いられることが好ましい。用いられる被写体は、全て同じ形状、大きさである必要はなく、互いに異なる形状と大きさを有するものを使用することが可能である。
【００４５】
一方、本発明に係る画像処理方法、装置およびプログラムにおける画像変換工程の変更可能点に関しては、図７のステップＳ９から１１とステップＳ９’から１１’が並行して実施されているが、例えば、ステップＳ９から１１の後に、ステップＳ９’から１１’を実施するなど段階的な処理がなされても良い。また、撮影角度の調整における精度算出処理（ステップＳ１７）では、全基準バーを対象にして、各基準バーにおける二つの標点間の距離情報の誤差を用いた精度の判断基準をしているが、より簡易的に、対象面上に前後して配置される二つの基準バーを対象にして、二つの基準バーにおける二つの標点間の距離情報の誤差に基づく精度の判断基準を採用しても良い。収束計算処理では、段階的に撮影角度、撮影高度、原画像の四角の座標の順に調整を行うほか、撮影角度と撮影高度と原画像の四角の座標の調整のうち、二つ以上を並行して実施することも可能である。精度算出処理は、残差の二乗和でなくとも平均二乗誤差を採用することもできる。
【００４６】
なお、単撮影で捉えきれない対象面を正射投影画像作成の対象とする場合については、まず、対象面の単撮影可能範囲に基準バー以外に基準物（以下、合成用ターゲットとする。）を一つ以上置いた状態で、対象面の単撮影可能範囲を撮影する。撮影した画像を原画像１とする。合成用ターゲットは、撮影画像上で視認しやすく、特徴的な色彩と形状を有するものなら何でも可能であって、その数は一つ以上で可能であるが、正射投影画像の精度上、好ましくは二つ以上用いられる。次に、原画像１の撮影領域に隣接する残りの対象面を撮影する際に、その残りの対象面の単撮影可能範囲に、基準バーを配置し、原画像１の撮影の際に使用した同一の合成用ターゲットを同一の場所に設置したままの状態で、基準バーと合成用ターゲットを全て含んで撮影する。これを原画像２とする。こうして取得した、原画像１と２に対して、個別に、上記の実施形態に示す画像処理方法、装置およびプログラムによる正射投影画像の作成を行い、正射投影画像に変換した画像同士を互いの合成用ターゲットを一致させることで広域の正射投影画像を得ることができる。これにより、単撮影から作成が可能となる正射投影画像の領域を超えて、より広域の正射投影画像を簡易かつ精度良く作成することが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１…撮影機器、１０…被写体、１１…対象面
【図１】
2010267224.tif 000008
【図３】
2010267224.tif 000009
【図５】
2010267224.tif 000010
【図６】
2010267224.tif 000011
【図７】
2010267224.tif 000012
【図８】
2010267224.tif 000013
【図９】
2010267224.tif 000014
【図１０】
2010267224.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
2010267224.tif 000017
【図１３】
2010267224.tif 000018
【図１４】
2010267224.tif 000019
【図２】
2010267224.tif 000020
【図４】
2010267224.tif 000021