(57)【要約】本発明は、デジタルカメラで撮影した画像から高い精度で３次元座標を算出することができるデジタル空撮３次元計測システムを提供することを目的とするものである。  本発明は、デジタルカメラの仕様に基づく内部標定要素と前記デジタルカメラで撮影した複数の航空写真と前記航空写真の撮影に伴い受信したＧＰＳデータをコンピュータに入力し、幾何補正の手段と、連続性解析の手段と、タイポイント抽出の手段と、外部標定の手段と、偏位補正の手段と、ステレオマッチングの手段と、オルソ補正の手段とにより、補正済写真をコンピュータから出力することを特徴とするデジタル空撮３次元計測システムの構成とした。
2008152740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルカメラの仕様に基づく内部標定要素と前記デジタルカメラで撮影した複数の航空写真をコンピュータに入力し、前記内部標定要素を係数として放射方向歪みと接線方向歪みについて前記航空写真の画像上座標を変換した幾何補正済写真のデータを記憶装置に保存する幾何補正の手段と、前記航空写真を記憶装置から読み出すと共に前記航空写真の撮影に伴い受信したＧＰＳデータをコンピュータに入力し、前記航空写真について連続する２枚の写真の重なり具合を求めて前記ＧＰＳデータの高度情報を基に撮影位置の差を算出し、前記ＧＰＳデータの緯度及び経度情報と比較して各写真に結び付けたカメラ位置のデータを記憶装置に保存する連続性解析の手段と、前記幾何補正済写真と前記カメラ位置を記憶装置から読み出し、前記カメラ位置を基に前記幾何補正済写真のうち隣接する写真同士をペアとしたとき、一方の写真上の複数点が他方の写真のどこに写っているかを画像照合により探し出したタイポイントのデータを記憶装置に保存するタイポイント抽出の手段と、前記内部標定要素と前記幾何補正済写真と前記カメラ位置と前記タイポイントを記憶装置から読み出し、前記タイポイントが前記カメラ位置において直下方向の姿勢で撮影されたと仮定して実空間での中心投影を逆にたどる直線を算出し、ペアの写真における２つの直線間の捩れが最小となるように姿勢を調整した位置姿勢のデータを記憶装置に保存する外部標定の手段と、前記内部標定要素と前記航空写真と前記位置姿勢を記憶装置から読み出し、前記航空写真を前記内部標定要素で幾何補正したものに対し前記位置姿勢を基に直下方向の姿勢で撮影した状態となるように投影し直した偏位補正済写真のデータを記憶装置に保存する偏位補正の手段と、前記位置姿勢と前記偏位補正済写真を記憶装置から読み出し、前記偏位補正済写真のうち重なり合う写真同士をペアにしたとき、一方の写真上の複数の点が他方の写真のどこに写っているかを画像照合により探し出し、前記位置姿勢に基づいて実空間での中心投影を逆にたどる直線を算出して、ペアの写真における２つの直線により求めた３次元座標のデータを記憶装置に保存するステレオマッチングの手段と、前記内部標定要素と前記航空写真と前記位置姿勢と前記３次元座標を記憶装置から読み出し、前記３次元座標で表されるものを前記内部標定要素の幾何的歪みを持った状態で前記位置姿勢の姿勢で撮影した際の対応関係を算出して前記航空写真上の各点を前記３次元座標に結び付け、画像を中心投影から正射影に変換した補正済写真のデータをコンピュータから出力するオルソ補正の手段とからなることを特徴とするデジタル空撮３次元計測システム。
【請求項２】
写真測量のタイポイント抽出又はステレオマッチングで画像照合する際の画素値取得において、画像上の点に対して、前記点が中央付近の場合は正方形状、前記点が画像外縁付近の場合は放射方向に引き延ばした形状で設定した枠を、カメラの進行方向に合わせて回転、カメラの傾きに合わせて歪曲、又はカメラの高度に合わせて拡大縮小し、前記枠の形状に合わせて画素値の取得位置を変更して周囲のピクセル中心との距離により画素値を算出することを特徴とする画像照合方法。
【請求項３】
写真測量の外部標定で撮影範囲が重なり合う写真の共面条件及び共線条件を利用して行うカメラの姿勢推定において、カメラの進行方向に沿った連続する２枚の写真と、前記写真と撮影範囲が重なり合い且つ進行方向と直交する位置で撮影した写真とで推定することを特徴とする姿勢推定方法。
【請求項４】
写真測量の偏位補正で直下方向の中心投影に補正する際において、写真撮影時のカメラの傾きによって傾いた中心投影の写真に対し、撮像面が水平となるようにレンズ主点を中心に回転させ、回転前の撮像面上の各点を回転後の撮影面に投影し直した後、各写真の辺の向きを揃えてリサンプルすることを特徴とする偏位補正方法。
【請求項５】
写真測量のステレオマッチングで一方の画像上の各点に対応する他方の画像上の点を探し出す場合において、処理精度の段階としきい値を設定し、帰納的な手順で各点の３次元座標を求めることを特徴とするステレオマッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像機器としてデジタルカメラを利用して航空機から行う写真測量に関するシステムである。
【背景技術】
【０００２】
写真測量は、対象物を複数の位置・角度から写真に収め、これらの写真を撮影したときのカメラ位置・姿勢の情報を元に、対象物の３次元座標を算出する技術である。写真測量の中でも、飛行する航空機から直下方向を撮影することで地物又は地形の緯度・経度・高度を算出するものを航空写真測量といい、特に写真の記録媒体として化学的なフィルムではなく電子的なメディアを利用するものをデジタル航空写真測量という。
通常、カメラの撮像面に記録される画像は、カメラの画角に入る範囲を中心投影によって射影したものである。即ち、撮像面上の各点からレンズの主点を通る直線を延ばしていったとき、その直線がはじめてぶつかるものがその点に記録される。
したがって、ある写真上に写っている各点の３次元座標は、その写真を撮ったカメラの光学系と、撮ったときの撮像面の位置及び姿勢が分かれば、その光学系を逆にたどっていった場合に得られる各１本の直線上のどこかにある。このとき、同一の対象を違う位置及び姿勢で撮影した写真がもう１枚あれば、同様にして各点に対応する直線を得ることができるが、先の写真と後の写真とで同一の点に対し得られる直線は必ず異なっており、かつ必ず交わる。即ち、その交点が、求める座標にあたる。
従来の航空写真測量においては、専用に開発された大掛かりなシステムを使用することが多く、精度は高いが、導入コストや運用コストも高く、予算規模の大きいプロジェクトでないと困難であった。しかしながら、民生用デジタルカメラの市場も急成長しており、写真測量に耐えうる高解像度を持ったカメラも存在する。
特許文献１である特開２００７−１０８０２９号公報に記載されているように、撮像部の撮影した撮像データと各地点における撮像部の撮影範囲に対応する地理データとを比較した誤差量に基づいて位置特定部が位置を特定することにより、ＧＰＳの衛星補足数が十分確保できない条件下においても測位することができる発明も公開されている。
特許文献２である特開２００６−０７９５２１号公報に記載されているように、撮影対象物につき撮影位置を異ならせて複数地点からデジタルカメラで撮影した複数の画像情報と、撮影対象物の３次元座標情報とを用い、撮影対象物の所定位置における３次元座標情報に対応する画像情報上での画像座標情報を求め、求められた画像座標情報に対応するＲＧＢ値を取得して撮影対象物の正射投影画像を形成する発明も公開されている。
特許文献３である特開２００１−１１４０４７号公報に記載されているように、車に設置されたカメラからの画像を用いて任意の視点からの画像を合成する際に、路面指標合成手段によって路面投影像に路面以外の物体を区別する指標を合成することで、運転者に路面以外の物体を判断しやすいように提示する発明も公開されている。
特許文献４である特開２００６−１９５７５８号公報に記載されているように、横軸が平行投影のステレオ画像を２枚取得する画像入力手段と、画像入力手段により得られた２枚の画像のうち１枚の画像における局所領域を変形させた補正画像に対し、もう一枚の画像との類似度を算出する画像照合手段と、画像照合手段により算出された類似度を基に３次元点群を生成する３次元点群生成手段を備える発明も公開されている。
特許文献５である再表２００４−０３８６６０号公報に記載されているように、基準画像および参照画像に対して、それぞれ所定の相関関係に基づいて対応付けされた複数のウィンドウを設定し、このうち、参照画像に形成された複数のウィンドウを伸縮させて変形させることにより、参照画像における隣接するウィンドウ同士間の離間又は重なり合いを解消させて、基準画像のウィンドウと参照画像のウィンドウとのステレオマッチングを行い、対象物の形状を復元する発明も公開されている。
しかしながら、従来の専用システムは、全てハードウェアで構成されているため、装置全体が大型化しやすく、メンテナンスにも手間が掛かる。また、技術が向上しても部分的に交換することが困難である。
尚、特許文献１である特開２００７−１０８０２９号公報に記載の発明は、天空画像カメラを使用して赤外線で全周囲を撮像するものであるため、専用のハードウェアが必要となり、民生用デジタルカメラで実現することはできない。
特許文献２である特開２００６−０７９５２１号公報に記載の発明は、撮影対象物の３次元座標情報から正射投影画像を形成するものであり、撮影対象物を複数地点からデジタルカメラで撮影して３次元座標を算出するものではない。
特許文献３である特開２００１−１１４０４７号公報に記載の発明は、車両に搭載したカメラで撮影した画像を合成して車両の周囲の状況を判りやすく表示するものであり、画像を補正する等して高精度な３次元座標を算出するものではない。
特許文献４である特開２００６−１９５７５８号公報に記載の発明は、２台のカメラを固定し、平行移動しながら撮影してステレオマッチングするものであり、カメラの位置や姿勢が不定である場合にも対応できるものではない。
特許文献５である再表２００４−０３８６６０号公報に記載の発明は、同一対象物を撮影した基準画像と参照画像をそれぞれ同数のウィンドウに分割しウィンドウ同士の対応関係によってステレオマッチングするものであり、２つの画像が重なり合う領域全体にわたって１点ごとの対応関係を求め高精度な３次元座標を算出するものではない。
そこで、本発明は、デジタルカメラで撮影した画像から高い精度で３次元座標を算出することができるデジタル空撮３次元計測システムを提供することを目的とするものである。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、上記の課題を解決するために、デジタルカメラの仕様に基づく内部標定要素と前記デジタルカメラで撮影した複数の航空写真をコンピュータに入力し、前記内部標定要素を係数として放射方向歪みと接線方向歪みについて前記航空写真の画像上座標を変換した幾何補正済写真のデータを記憶装置に保存する幾何補正の手段と、前記航空写真を記憶装置から読み出すと共に前記航空写真の撮影に伴い受信したＧＰＳデータをコンピュータに入力し、前記航空写真について連続する２枚の写真の重なり具合を求めて前記ＧＰＳデータの高度情報を基に撮影位置の差を算出し、前記ＧＰＳデータの緯度及び経度情報と比較して各写真に結び付けたカメラ位置のデータを記憶装置に保存する連続性解析の手段と、前記幾何補正済写真と前記カメラ位置を記憶装置から読み出し、前記カメラ位置を基に前記幾何補正済写真のうち隣接する写真同士をペアとしたとき、一方の写真上の複数点が他方の写真のどこに写っているかを画像照合により探し出したタイポイントのデータを記憶装置に保存するタイポイント抽出の手段と、前記内部標定要素と前記幾何補正済写真と前記カメラ位置と前記タイポイントを記憶装置から読み出し、前記タイポイントが前記カメラ位置において直下方向の姿勢で撮影されたと仮定して実空間での中心投影を逆にたどる直線を算出し、ペアの写真における２つの直線間の捩れが最小となるように姿勢を調整した位置姿勢のデータを記憶装置に保存する外部標定の手段と、前記内部標定要素と前記航空写真と前記位置姿勢を記憶装置から読み出し、前記航空写真を前記内部標定要素で幾何補正したものに対し前記位置姿勢を基に直下方向の姿勢で撮影した状態となるように投影し直した偏位補正済写真のデータを記憶装置に保存する偏位補正の手段と、前記位置姿勢と前記偏位補正済写真を記憶装置から読み出し、前記偏位補正済写真のうち重なり合う写真同士をペアにしたとき、一方の写真上の複数の点が他方の写真のどこに写っているかを画像照合により探し出し、前記位置姿勢に基づいて実空間での中心投影を逆にたどる直線を算出して、ペアの写真における２つの直線により求めた３次元座標のデータを記憶装置に保存するステレオマッチングの手段と、前記内部標定要素と前記航空写真と前記位置姿勢と前記３次元座標を記憶装置から読み出し、前記３次元座標で表されるものを前記内部標定要素の幾何的歪みを持った状態で前記位置姿勢の姿勢で撮影した際の対応関係を算出して前記航空写真上の各点を前記３次元座標に結び付け、画像を中心投影から正射影に変換した補正済写真のデータをコンピュータから出力するオルソ補正の手段とからなることを特徴とするデジタル空撮３次元計測システムの構成と、写真測量のタイポイント抽出又はステレオマッチングで画像照合する際の画素値取得において、画像上の点に対して、前記点が中央付近の場合は正方形状、前記点が画像外縁付近の場合は放射方向に引き延ばした形状で設定した枠を、カメラの進行方向に合わせて回転、カメラの傾きに合わせて歪曲、又はカメラの高度に合わせて拡大縮小し、前記枠の形状に合わせて画素値の取得位置を変更して周囲のピクセル中心との距離により画素値を算出することを特徴とする画像照合方法と、写真測量の外部標定で撮影範囲が重なり合う写真の共面条件及び共線条件を利用して行うカメラの姿勢推定において、カメラの進行方向に沿った連続する２枚の写真と、前記写真と撮影範囲が重なり合い且つ進行方向と直交する位置で撮影した写真とで推定することを特徴とする姿勢推定方法と、写真測量の偏位補正で直下方向の中心投影に補正する際において、写真撮影時のカメラの傾きによって傾いた中心投影の写真に対し、撮像面が水平となるようにレンズ主点を中心に回転させ、回転前の撮像面上の各点を回転後の撮影面に投影し直した後、各写真の辺の向きを揃えてリサンプルすることを特徴とする偏位補正方法と、写真測量のステレオマッチングで一方の画像上の各点に対応する他方の画像上の点を探し出す場合において、処理精度の段階としきい値を設定し、帰納的な手順で各点の３次元座標を求めることを特徴とするステレオマッチング方法とにより実現した。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの処理の流れを示すフローチャート、第２図は本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの処理、データ及び装置の関係を示す図、第３図は本発明であるデジタル空撮３次元計測システムコンピュータの構成を示す図、第４図は本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの画像相関法における図形の変形を示す図、第５図は本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの画像相関法における図形の変形を示す図、第６図は本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの画素値の取得を示す図、第７図は共面条件及び共線条件を示す図、第８図は本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの位置及び姿勢推定における画像の組を示す図、第９図は本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの偏位補正の手法を示す図、第１０図は本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの偏位補正した画像のリサンプルを示す図、第１１図は本発明であるデジタル空撮３次元計測システムのステレオマッチングの手法を示す図、第１２は本発明であるデジタル空撮３次元計測システムで使用する民生用デジタルカメラの斜視図、第１３図は本発明であるデジタル空撮３次元計測システムで使用する民生用デジタルカメラの平面図、第１４図は本発明であるデジタル空撮３次元計測システムで使用する民生用デジタルカメラの正面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下に、添付図面に基づいて、本発明であるデジタル空撮３次元計測システムについて詳細に説明する。図１は、本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの処理の流れを示すフローチャートである。図２は、本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの処理、データ及び装置の関係を示す図である。図３は、本発明であるデジタル空撮３次元計測システムコンピュータの構成を示す図である。
図１に示すように、デジタル空撮３次元計測システム１は、幾何補正２、連続性解析３、タイポイント抽出４、外部標定５、偏位補正６、ステレオマッチング７、及びオルソ補正８の手段よりなる。
幾何補正２では、内部標定９で得られたパラメータを用いて各写真に含まれる歪曲収差を補正した写真を生成する。
連続性解析３では、各写真はＧＰＳ信号と同期してシャッターが切られているが、具体的にどの写真がどのＧＰＳ記録に対応しているのかを決定する。基準となる１枚の写真とそれに対応するＧＰＳ記録を入力すると、それを基準にして、残りの画像とＧＰＳ記録とを照合及び解析させる。
タイポイント抽出４では、外部標定５を行うためのデータを生成する。具体的には、撮影範囲の一部が重なる写真同士について、画像照合技術を用いて、共通に写っている特徴的な点を探し出して画像上座標をデータとして保存する。
外部標定５では、各写真の撮像時のカメラの撮像面の位置と姿勢を、ＧＰＳにより計測された位置データ及びカメラにより撮影された写真に基づいて、高精度に推定する。
具体的には、各写真がＧＰＳ記録通りの位置から直下方向を向いて撮影されたものとの仮定を初期条件とし、タイポイント４ａから光学系を逆にたどって得られる光線について本来同一平面上になるはずの各光線同士の捩れが最も小さくなるよう、撮像面の位置と姿勢をニュートン法などの解法によって算出する。また、予め地理座標の分かっている地物（地上基準点）が写真に収められている場合、この推定にその情報を利用することもできるが、必須ではない。
偏位補正６では、ステレオマッチング７の計算を簡便にするため、直下方向を向いて撮影されていた場合に写るはずの画像へと射影し直した写真を生成する。具体的には、各写真の外部標定５の結果を用いて、直下方向を向いて撮影された場合に射影されるはずの位置へと写真上各点の画像上座標を変換し、ステレオマッチングする写真同士で向きを揃えてリサンプルする処理を行う。
ステレオマッチング７では、内部標定９及び外部標定５が済み偏位補正６した後の複数の写真のうち、重なり合う範囲の大きい２枚について、その共通に写る部分の３次元情報を算出する。
具体的には、画像照合技術を用いて各写真上の点の対応関係（一方に写っている点が他方のどこに写っているか）を求め、対応する点同士それぞれについて光学系を逆にたどって得られる直線の交点を導き、その座標を求める。写真はラスター画像であるため、この処理はピクセルごとの対応関係を求めていくことによってなされる。
写真は中心投影であるため、奥行きの探い（高度が高い）ものが写真の外縁付近に写る場合、その影になって見えない範囲（倒れ込み）が発生する。倒れ込みによって隠れる範囲は撮影の位置と角度で変わるため、写真ごとに異なり、この範囲についてのステレオマッチング７を行うことはできない。したがって、穴の無い３次元情報を得たい場合には各写真中の倒れ込みを互いに補えるよう、様々な位置又は角度からの写真を必要とする。
オルソ補正８では、中心投影を正射影に射影し直す。写真は中心投影であるが、ステレオマッチング７の結果として写真上の各点の座標が得られるため、この座標へと各点を写像した後、その奥行き軸（高度の軸）を潰して縦横軸のみにすれば、正射影された写真が得られる。尚、ステレオマッチング７の結果として得られた座標に基づいて３次元データを生成し、テクスチャとしてオルソ補正８された写真を用いれば、３次元写真地図が得られる。
図２に示すように、幾何補正２の手段は、内部標定要素９ｂ及び航空写真１０ａのデータを入力し、幾何補正済写真２ａのデータを出力する。内部標定要素９ｂの値を係数として、放射方向歪みの式と、接線方向歪みの式を決定し、その逆変換を航空写真１０ａに施す。具体的には、歪曲の逆変換により画像上座標を変換し、３次内挿などの内挿法によってラスター画像へとリサンプルする処理である。
内部標定要素９ｂのデータは、カメラ仕様９ａのデータを入力とする内部標定９の処理により作成される。カメラ仕様９ａのデータのうち民生用デジタルカメラ１４の光学系を規定するパラメータと、内部標定９の処理によって決定された光学系の歪みを表すパラメータである。
航空写真１０ａのデータは、航空撮影１０の実施により撮影される。尚、民生用デジタルカメラ１４の出力フォーマットに則った電子画像ファイルである。各写真はその前後の写真とそれぞれの撮影範囲の６０％以上が重なり合うように撮影され、また、全飛行経路中で最低１枚は、連続しない飛行経路（即ち、交差または並走する経路）から撮られた写真と、互いの撮影範囲の３０％以上が重なり合うように撮影される。
幾何補正済写真２ａのデータは、航空写真１０ａのデータのそれぞれから民生用デジタルカメラ１４の光学系固有の歪みを取り除いた電子画像ファイルである。
カメラ仕様９ａのデータは、民生用デジタルカメラ１４のカメラとレンズの主要諸元、即ち、主点位置、焦点距離、画素の寸法、画素の間隔などの属性を有するデータの集合である。
内部標定９の作業は、民生用デジタルカメラ１４が持つ光学系の歪み、即ち、カメラ仕様９ａによって決まる理想的な中心投影の様子と実際の中心投影の様子との誤差を計測し、それを補正するパラメータを決定する。写真撮影における中心投影は、理想的にはカメラの主点位置、焦点距離、画素の寸法、及び画素の間隔で決定されるが、その決定式自体が近似条件を使っていること、また工作精度の問題などから、現実のレンズは理想的ではなく、歪曲収差等を現物合わせて計測し、理想的な中心投影からの誤差を補正するためのパラメータを決定する必要がある。
具体的には、絶対的な座標が分かっている複数の対象物を、絶対的な座標が分かっている位置から撮影した写真について、理想的条件下でそれら対象物が写るはずの画像上座標（前記決定式で計算される）と実際にそれら対象物が写っている画像上座標とを、放射方向歪みと接線方向歪みを表す画像上座標変換の式にあてはめ解くことで、それら歪みの式がその光学系の歪みを再現する式に相当するときの係数を決定する。その光学系で撮影された写真は、このようにして決定した係数をそれら歪みの式に与えて決定される画像上座標変換の式を用いて逆変換することで、いずれも等しく理想的条件下で撮影された画像へと変換することができる
航空撮影１０の作業は、民生用デジタルカメラ１４と航空ＧＰＳ受信機１６を、取付・制御用台座１５を介して航空機に搭載し、航空ＧＰＳ受信機１６の機能を利用して航空機の軌跡を記録しつつ、取付・制御用台座１５の機能を利用して航空ＧＰＳ受信機１６の記録と同期したシャッター信号を民生用デジタルカメラ１４に送り、また取付・制御用台座１５の機能を利用して民生用デジタルカメラ１４を直下方向に向いた姿勢に維持したまま、民生用デジタルカメラ１４の機能によって航空機から直下方向の写真を撮影する。
民生用デジタルカメラ１４は、市販されている一眼レフデジタルカメラ等である。外部からシャッター信号を受け付けるインタフェースを持ち、それを取付・制御用台座１５と繋げる。取り付け部分には汎用性があり、より高性能なカメラが登場した場合には換装することができる。
取付・制御用台座１５は、民生用デジタルカメラ１４と航空ＧＰＳ受信機１６を搭載し、航空機に取り付ける台座である。航空機由来の振動を吸収し、民生用デジタルカメラ１４が常に直下方向を向くよう取付部をモーターで傾斜させる機能を持つ。また、航空ＧＰＳ受信機１６から信号を受信して内蔵のメモリーカードに記録すると同時に、その信号受信と同期して民生用デジタルカメラ１４へシャッター信号を送る機能を有する。
航空ＧＰＳ受信機１６は、衛星から発射した時刻信号の電波の到達時間などから、航空機の位置を三次元測位するための受信機である。電子基板は取付・制御用台座１５に内蔵され、アンテナのみを電波を受信しやすい航空機外又は機内の適切な場所へ取り付け、アンテナと基板とをケーブルで繋ぐ。
図２に示すように、連続性解析３の手段は、航空写真１０ａ及びＧＰＳデータ１２ａのデータを入力し、カメラ位置３ａのデータを出力する。航空写真１０ａのうち基準となる１枚の写真と、ＧＰＳデータ１２ａうちその写真に対応するＧＰＳ記録を入力すると、まず、その写真とそのＧＰＳ記録とを結び付ける。その後、ＧＰＳ記録と結び付けられた写真に連続する、ＧＰＳ記録と結び付けられていない写真１枚を航空写真１０ａから取り出す。一方の写真上からいくつかの点を選び、それらが他方の写真上のどこに写っているかを、画像相関法による画像照合によって探し出し、それら２枚の重なり具合を求める。この重なり具合と、一方の写真に結び付けられたＧＰＳ記録の高度情報から、それらの撮影位置の差を実距離に換算し、ＧＰＳデータ１２ａの各緯度・経度情報と比較して、他方の写真の地理座標に対応すべきＧＰＳデータ１２ａの記録を結び付ける。これを帰納的に繰り返し、航空写真１０ａの各写真に対応するＧＰＳ記録をＧＰＳデータ１２ａから取り出して結び付けて、カメラ位置３ａとする。
ＧＰＳデータ１２ａのデータは、ＧＰＳ解析１２の実施により、航空撮影１０の際に飛行経路を記録した航空ＧＰＳデータ１０ｂの精度を向上させたデータである。ＧＰＳ時間、地理座標、移動速度などのデータが含まれる。
カメラ位置３ａのデータは、航空写真１０ａのデータのそれぞれについて、ＧＰＳデータ１２ａの中から、撮影した瞬間に該当する記録（ＧＰＳ時間、地理座標、移動速度など）を結び付けたデータである。
ＧＰＳ解析１２の処理は、航空ＧＰＳデータ１０ｂを移動局データとして、定点ＧＰＳデータ１１ａを基地局データとして、ＲＴＫ−ＧＰＳ解析を実施し、より精度の高い航空撮影１０の飛行経路を算出する。
航空ＧＰＳデータ１０ｂのデータは、航空撮影１０の実施の際の飛行経路を、航空ＧＰＳ受信機１６によって記録したデータである。ＧＰＳ時間、地理座標、移動速度、搬送波などのデータが含まれる。
定点ＧＰＳデータ１１ａのデータは、予め地理座標の分かっている点に定点ＧＰＳ受信機１７を設置し、航空撮影１０の実施期間と同じかそれを含む期間中に観測したデータ、及び予め分かっていたその点の地理座標である。ＧＰＳ時間、搬送波などのデータが含まれる。
定点測位１１の作業は、航空撮影１０の飛行経路に近く（飛行経路全体が半径１０ｋｍ圏に収まるのが好ましい）、かつ地理座標が予め判明している地点に定点ＧＰＳ受信機１７を設置し、航空撮影１０の実施期間と同じかそれを含む期間中、測位する。尚、国土地理院の管理する電子基準点が航空撮影１０の飛行経路付近に存在していた場合、その電子基準点による観測は定点測位１１の要件を満たし、その電子基準点から提供されるデータは定点ＧＰＳデータ１１ａとして利用できる。
定点ＧＰＳ受信機１７は、地理座標が予め分かっている場所に設置し、衛星から発射した時刻信号の電波の到達時間などから、その地理座標における搬送波を記録するための受信機である。
図２に示すように、タイポイント抽出４の手段は、幾何補正済写真２ａ及びカメラ位置３ａのデータを入力し、タイポイント４ａのデータを出力する。また、内部標定要素９ｂを入力することもできる。カメラ位置３ａの写真対位置情報の関係から、幾何補正済写真２ａのうちの互いに重なり合う写真同士をペアにする。重なり合うかどうかの判断は、各写真に対応するカメラ位置３ａの間の距離が、外部から与えたしきい値を超えるかどうかで決定する。内部標定要素９ｂを入力する場合、内部標定要素９ｂの画角とカメラ位置３ａの高度から撮影範囲の大きさを概算することでこのしきい値を算出する。次に、ペアごとに一方の写真上からいくつかの点を選び、それらが他方の写真上のどこに写っているかを、画像相関法による画像照合によって探し出し、それぞれの画像上座標の対応関係として記録する。
タイポイント４ａのデータは、幾何補正済データ２ａのデータのうちの隣接しあう写真同士のペアについて、共通に写っている点のそれぞれの画像上の座標を記録したデータである。
図２に示すように、外部標定５の手段は、幾何補正済写真２ａ、カメラ位置３ａ、タイポイント４ａ及び内部標定要素９ｂのデータを入力し、位置姿勢５ａのデータを出力する。尚、ＧＣＰデータ１３ｂのデータを入力することもできる。タイポイント４ａの画像上座標について、内部標定要素９ｂを用いて中心投影を逆にたどり、撮像面への入射光線を算出すると、各ペアのうち一方の写真上の点への入射光線と他方の写真上の対応する点への入射光線とは同一平面上になるはずである。そこで、ニュートン法などの解法を用いて、対応する各光線同士の捩れが最小となるときの各撮像面の位置及び姿勢を算出することで、各写真撮影時の撮像面の位置と姿勢の情報とする。
また、ＧＣＰデータ１３ｂを使用する場合、ＧＣＰデータ１３ｂの点に対応する写真上各点についても同様に入射光線を算出し、前記解法を用いて、その点に結び付けられた地理座標とその光線との距離も同時に最短になるよう、各撮像面の位置及び姿勢の情報を算出する。尚、その場合、ＧＣＰデータ１３ｂの画像上座標を幾何補正済写真２ａに合わせて変形させる必要があるため、内部標定要素９ｂを用いて幾何補正２と同様の前処理をＧＣＰデータ１３ｂに施す。
位置姿勢５ａのデータは、幾何補正済写真２ａの写真のそれぞれについての撮影した瞬間のカメラの撮像面の位置と姿勢のデータである。
ＧＣＰデータ１３ｂのデータは、航空写真１０ａのうちＧＣＰ情報１３ａの地点が写っている写真について、その画像上座標と地理座標を結び付けたデータである。
ＧＣＰ指定１３の処理は、ＧＣＰ情報１３ａの地上基準点の様子から、航空写真１０ａの画像上でその場所に該当する点を探し出し、その地上基準点の地理座標（緯度、経度、高度）をその画像の画像上座標に結び付けて記録する。
ＧＣＰ情報１３ａのデータは、航空撮影１０の撮影対象地域のうち、航空撮影１０によって航空写真１０ａに記録され、かつ航空写真１０ａ上での判読が容易である地点の様子（画像判読の手がかりとなる風景写真等）と、その地点の地理座標のデータである。
図２に示すように、偏位補正６の手段は、内部標定要素９ｂ、航空写真１０ａ及び位置姿勢５ａのデータを入力し、偏位補正済写真６ａのデータを出力する。位置姿勢５ａの位置及び姿勢から、幾何補正済写真２ａの写真を、カメラが直下を向いていた場合の撮影の状態になるよう射影し直す。
尚、幾何補正済写真２ａは一度リサンプルされている画像であるため、これに再び処理を施すことは画像の精細性が失われるおそれがあるので、航空写真１０ａに内部標定要素９ｂを用いて幾何補正２を行うところから再計算する。即ち、ここでの処理は、歪曲の逆変換により画像上座標を変換し、位置・姿勢の傾きをキャンセルして直下方向に画像上座標を変換し、３次内挿などの内挿法によりラスター画像へとリサンプルする処理となる。
偏位補正済写真６ａのデータは、幾何補正済写真２ａの写真のそれぞれについて、直下方向で撮影した場合の写真へと射影し直した電子画像ファイルである。実際には、画像の精細性欠落を避けるために、幾何補正済写真２ａを直接処理するのではなく、航空写真１０ａから光学系固有の歪みを取り除くところから再処理して生成する。
図２に示すように、ステレオマッチング７の手段は、内部標定要素９ｂ、偏位補正済写真６ａ及び位置姿勢５ａのデータを入力し、３次元座標７ａのデータを出力する。偏位補正済写真６ａのうち重なり合う写真を位置姿勢５ａの位置情報を元に選び出しペアにする。このペアの写真同士で共通に含まれる撮影範囲について、一方の写真上の各点が他方の写真上のどこに写っているかを、画像相関法による画像照合によって探し出す。その後、それぞれの写真上の各点について、位置姿勢５ａの位置及び姿勢に基づいて、実空間からの中心投影を逆にたどる直線を算出する。外部標定５の処理を経て位置姿勢５ａのデータが得られているため、一方の写真のある点から延びる直線は、他方の写真の同じ点から延びる直線との距離が０であるか、又は非常に短い。そこで、その距離の中点をその点の地理座標とする。こうして得られた画像上座標と地理座標の対応関係を記録する。
３次元座標７ａのデータは、偏位補正済写真６ａの写真のそれぞれについて、他の写真と共通に写っている点の画像上座標と地理座標を結び付けたデータである。
図２に示すように、オルソ補正８の手段は、内部標定要素９ｂ、航空写真１０ａ及び３次元座標７ａのデータを入力し、補正済写真８ａを出力する。３次元座標７ａの地理座標で表される地形を、内部標定要素９ｂの幾何的歪みを持った状態で、位置姿勢５ａによって撮影した場合に、撮像面上の各点がどの地点から射影されるかを画像座標と地理座標の対応関係として算出する。この対応関係によって航空写真１０ａの画像上各点に地理座標を結び付け、その地理座標に基づいて、各画像座標を中心投影のものから正射影のものへと変換する。変換された画像上座標について３次内挿などの内挿法によりラスター画像へとリサンプルしたものを記録する。
補正済写真８ａのデータは、航空写真１０ａの写真のそれぞれについて、他の写真と共通に写っている範囲を、正射影に射影し直した電子画像ファイルである。
デジタル空撮３次元計測システム１の各手段は、コンピュータ１８により実現される。図３に示すように、コンピュータ１８は、入力装置１８ａ、中央処理装置１８ｂ、記憶装置１８ｃ及び出力装置１８ｄ等からなる。
入力装置１８ａは、外部から入力データ１８ｅをコンピュータ１８内に取り込む装置である。入力データ１８ｅは、中央処理装置１８ｂの指示により記憶装置１８ｃに保存される。
入力データ１８ｅは、内部標定要素９ｂ、航空写真１０ａ、航空ＧＰＳデータ１２ａ、ＧＣＰデータ１３ｂなどのデータである。尚、記録媒体等に記録された状態で提供される場合もある。
中央処理装置１８ｂは、命令を解析して処理の実行及び制御を行う装置である。必要に応じて、記憶装置１８ｃからデータを取り出したり、記憶装置１８ｃにデータを保存したりする。
記憶装置１８ｃは、プログラム、入力データ１８ｅ、内部データ１８ｆ、出力データ１８ｇなどを記録する装置であり、データベースとして構築する場合もある。
内部データ１８ｆは、処理の過程においてコンピュータ１８内で作成されるデータである。幾何補正済写真２ａ、カメラ位置３ａ、タイポイント４ａ、位置姿勢５ａ、偏位補正済写真６ａ、３次元座標７ａなどのデータがある。
出力装置１８ｄは、コンピュータ１８から出力データ１８ｇを外部へ取り出す装置である。出力データ１８ｇは、中央処理装置１８ｂの指示により記憶装置１８ｃから呼び出される。
出力データ１８ｇは、補正済写真８ａなどのデータである。尚、画面に表示したり、用紙に印刷したり、記録媒体に記録するなどの手段により出力される。
図４及び図５は、本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの画像相関法における図形の変形を示す図である。図６は、本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの画素値の取得を示す図である。
２枚以上のデジタル画像について、ある１枚の画像上に写っているものが、他の画像上のどこに写っているのかを検出する技術を画像照合という。特に、写真測量においては、ラスター画像として記録された各写真上の各点について、その点が他の写真上のどの点に対応するのかを、画像相関法を用いて検出する。本発明においては、タイポイント抽出４及びステレオマッチング７の手段でこの手法を用いる。
２枚のデジタル画像を画像Ａ、画像Ｂとする。通常は、まず元となる画像Ａについて、画像照合の対象となる点Ａを１つ任意に選び出したら、予め定められた長さの辺を持つ正方形の枠Ａによってその点Ａの周りを囲み、枠Ａ中に含まれる各点Ａの画素値Ａを取得する。
次に、他方の画像Ｂ上に同じ大きさの枠Ｂを置き、そこに含まれる点Ｂの画素値Ｂを取得し、先に取得した枠Ａ内の画素値Ａとの相関係数を求める。画像Ａ上の枠Ａを固定したまま、他方の画像Ｂ上の枠Ｂを少しずつ動かしながら次々に相関係数を求めていき、相関係数が最も高くなるときの枠Ｂの中心点Ｂが、画像Ａ上の枠Ａの中心点Ａと一致する点とみなす。
図４に示すように、本発明では、画像１９上に置く枠２０ａの形状を変形する。同一のものであっても、画像１９外縁付近に写った点２１は、中央に写った点２０と比べて、倒れ込みが生じるため、周辺の地物が放射方向に引き延ばされた形状で写真上に記録される。そのため、位置が画像１９の中央付近であれば正方形の枠２０ａ、外縁付近であれば放射方向に引き延ばした四角形の枠２１ａとする。
タイポイント抽出４においては、偏位補正６がされておらず個々の画像の向き等が揃っていないので、図５の上段に示すように、タイポイント抽出する写真同士で向きが揃うように枠２０ａを回転させる。
次に、図５の中段に示すように、カメラの直下方向に対する傾きに合わせて枠２０ａを歪ませる。このとき用いる傾きの情報は外部から入力することができるが、入力しない場合、傾きは無いものとして扱われる。さらに、図５の下段に示すように、カメラ高度に合わせて枠２０ａを拡大又は縮小する。このとき用いる高度の情報はカメラ位置３ａから得ることができる。
また、図６に示すように、枠２０ａを変形させるに伴い、相関係数を計算するための画素値２０ｂ取得の位置も変更する。変形なしの正方形の枠２０ａでは各ピクセルの中心から画素値２０ｂを取得していたと考え、各中心点の位置を枠２０ａの変形に合わせて変更する。
尚、変更された取得位置から画素値２０ｂを取得する際は、まず取得位置がいすれかのピクセル中心と一致する場合は、そのピクセルの画素値２０ｂをそのまま使う。
次に、取得位置が連続する２つのピクセルの中心を結ぶ直線上にある場合は、それらのピクセルの画素値２０ｂをそれぞれ中心と取得位置との距離により内挿した値を使う。
それ以外の場合には、取得位置を囲む最近傍の４つのピクセルの画素値２０ｂをそれぞれ中心と取得位置との距離により内挿した値を使う。尚、内挿に使う式は、３次内挿などの内挿法に従う。
写真上の各点の地理座標を割り出すためには、各写真を撮影したときのカメラの位置と姿勢の情報が必要となる。従来の実測データに基づき、各写真撮影時の撮像装置の位置と姿勢がある程度正確に求められるので、これを初期値として各写真の撮影時の位置及び姿勢の推定を行う。本発明においては、外部標定５の手段でこの手法を用いる。
図７の上段は、共面条件を示す図である。尚、共面条件とは、同一の点を観測した２枚の写真について、その点に対応するそれぞれの撮像面上の点と、それぞれのレンズ主点は、同一の平面上に存在するという性質である。
従来の方法では、撮影範囲が互いに重なり合う２枚の写真について、撮像面２２上の点２２ａに対応する撮像面２３上の点２３ａを画像相関法で探し出す。点２２ａと点２３ａの地理座標は、カメラの位置と姿勢を変数とした式で表すことができ、このとき共面条件により、点２２ａ、レンズ主点２２ｂ、点２３ａ、レンズ主点２３ｂは、同一の平面上にある。２枚の写真間で対応し合う点の組を多く探し出せば、それらの式と条件を連立させることで、位置と姿勢に含まれる誤差を推定し、その誤差を除去することができる。
図７の下段は、共線条件を示す図である。尚、共線条件とは、撮影範囲の点と、その点に対応する撮像面上の点と、レンズ主点は、同一の直線上に存在するという性質である。
共面条件による推定方法では、各画像間の位置及び姿勢情報のバラつきは除去できるが、全体が同じ誤差を定数的に含んでいる場合には、それを取り除くことはできない。特に、共面条件を適用する２枚の写真のレンズ主点同士を結んだ直線を軸とした回転の自由度に由来する誤差は大きく残る可能性がある。そこで、従来の方法では、いずれかの写真上に写っている地理座標の分かる点を地上基準点とし、撮影範囲２４ｂ内の地上基準点２４ｃと、撮像面２４上に記録された点２４ａと、レンズ主点２４ｄについて共線条件を用いて、その写真の位置及び姿勢情報に含まれる誤差を推定し、その誤差を除去する。
本発明では、３枚以上の写真を利用することで、位置の実測データのみから、従来の方法と同程度の推定精度を実現する。即ち、姿勢の実測データを用いず、また地上基準点を用いず、ＲＴＫ−ＧＰＳにより導出された位置データのみを用いる。
図８は、本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの位置及び姿勢推定における画像の組を示す図である。航空撮影１０において、進行方向に沿った連続する２枚の画像２５、２５ａと撮影範囲が重なり合うよう、これらの進行方向と直交する位置で撮影した画像２５ｂを用意する。
図８の上図に示すように、まず直線上に飛行しながら撮影を行って画像２５及び画像２５ａを得た後、その脇をほぼ平行に飛びながら撮影する飛行経路２５ｃにより画像２５ｂを得る。または、図８の下図に示すように、まず直線上に飛行しながら撮影を行って画像２５及び画像２５ａを得た後、その直線に直交する方向に飛びながら撮影する飛行経路２５ｄにより、画像２５ｂを得る。
このようにして得られた画像２５、２５ａ、２５ｂの各２枚ずつのペアにタイポイント抽出４を適用することで得られるタイポイント４ａの画像上座標について、内部標定要素９ｂを用いて中心投影を逆にたどり、各写真撮影時の撮像面への入射光線を算出すると、各ペアのうち一方の写真上の点への入射光線と他方の写真上の対応する点への入射光線とは、同一の地点を観測したそれぞれの撮像面上の点とそれぞれのレンズ主点とを結ぶ直線であるから、共面条件により、同一平面上になるはずである。したがって、初期条件としてこれら各画像がカメラ位置３ａの位置情報の位置で、カメラが直下方向を向いた状態で撮影されたものと仮定し、ニュートン法などの解法を用いて、それら３つのペアの間で対応する各光線同士の捩れが最小となるよう各撮像面の位置及び姿勢を算出すると、これが各写真撮影時の撮像面の位置及び姿勢に等しくなる。このとき、３枚の写真のレンズ主点が同一直線上にないため、これら３組の共面条件についてレンズ主点同士を結んだ直線を軸とした回転の自由度は互いに打ち消し合い、この自由度に由来する誤差はごく僅かになる。したがって、共線条件を用いなくとも、非常に高い精度でカメラの位置及び姿勢情報を推定することができる。これら３枚の画像に加えて、これら３枚のいずれかと重なり合う画像があるなら、その画像についても共面条件を適用することにより、その画像の位置及び姿勢情報もあわせて推定することができると同時に、元の３枚についての位置及び姿勢情報の推定も高精度になる。同様にして、帰納的に、推定の対象となる画像を増やすことができる。即ち、３枚以上の画像のグループがこの方法による推定を行うための条件を満たすとき、それらのグループに含まれない画像が、それらのグループに含まれるいずれかの画像と重なり合うなら、その画像もまたそのグループに加えてこの方法による推定の対象とすることができる。また、これらの画像のいずれかにＧＣＰデータ１３ｂの点が写っていた場合、内部標定要素９ｂを用いて中心投影を逆にたどり、その点への入射光線を算出し、前記解法を用いて、前記各光線の捩れが最小になると同時に、その点に結び付けられた地理座標とその光線との距離も最短になるよう、各撮像面の位置及び姿勢の情報を算出する。尚、その場合、ＧＣＰデータ１３ｂの画像上座標を幾何補正済写真２ａに合わせて変形させる必要があるため、内部標定要素９ｂを用いて幾何補正２と同様の前処理をＧＣＰデータ１３ｂに施す。
本発明においては、ステレオマッチング７に先立って、各写真に偏位補正６を施す。即ち、写真撮影時のカメラの傾きによって傾いた中心投影の写真を、直下方向の中心投影に投影し直す処理を行う。
図９は、本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの偏位補正の手法を示す図である。低緯度において、緯線及び経線は局所的には正方形状のマス目を形成しているが、カメラが傾いた状態で撮影した撮影写真２６は全て歪んだマス目になるので、カメラの傾きの情報を用いて正方形のマス目になるように補正して偏位補正済写真２７を生成する。
まず、撮影範囲２６ｂに対して傾いている撮像面２６ａを、撮影範囲２６ｂからの光線はそのままに水平になるように、レンズ主点２６ｃを中心に回転させる。次に、回転前の画像上各点について、それぞれ対応する各光線が回転後の撮像面２７ａと交わる位置へと、それらの点の位置を移動させる。
図１０は、本発明であるデジタル空撮３次元計測システムの偏位補正した画像のリサンプルを示す図である。撮影写真２８の水平化２９により移動された各点をラスター画像化するために、リサンプル処理を行って、偏位補正済画像として記録する。このとき、この後のステレオマッチング７の計算を簡便にするために、ステレオマッチングを行う画像同士で画像の辺の向きが揃うようにリサンプルする。特に、連続する写真である場合は、リサンプル後の画像の辺がそれぞれの撮影時における航空機の進行方向２８ａに揃うように回転２９ａさせる。
２枚以上のデジタル画像について、画像照合に基づき、あるものがある画像上に写っている画像上座標と、同じものが他の画像上に写っている画像上座標とを求め、そこにそれぞれのカメラの位置及び姿勢を加味することで、そのものの３次元座標を求めることができる。本発明においては、ステレオマッチング７の手段でこの手法を用いる。
共通に写っている範囲の広い２枚の画像について、位置及び姿勢推定手法によりそれらが撮影されたときのカメラの位置及び姿勢を求める。その上で、一方の画像上の各点について、画像相関法により他方の画像上から対応する点を見つけ出す。
図１１は、本発明であるデジタル空撮３次元計測システムのステレオマッチングの手法を示す図である。一方の撮像面３０上の点３０ａから光学系を逆に辿り、レンズ主点３０ｂを通って撮影範囲３０ｃにまで延びる直線３０ｄの式は一意に求めることができる。同様に、対応する他方の撮像面３１上の点３１ａから光学系を逆に辿り、レンズ主点３１ｂを通って撮影範囲３１ｃにまで延びる直線３１ｄの式も一意に求めることができる。
点３０ａと点３１ａは、同一の物点を異なる中心投影の系で射影したものであるから、直線３０ｄと直線３１ｄは交わるはずで、これらの直線３０ｄ、３１ｄの式を連立させて解いた結果がその交点の座標、即ち、３次元座標３２にあたる。尚、直線３０ｄ、３１ｄが交わらない場合は、２直線の中点を求め、それを３次元座標３２とする。
本発明では、偏位補正６を施した互いに重なり合う２枚の画像Ａ、画像Ｂについて、帰納的な手順で画像Ａ上の各点３０ａと対応する画像Ｂ上の点３１ａを探し出し、各点の３次元座標３２を求める。
第０手順
処理精度の段階分けの数をｎとし、しきい値ｔｈ（１）〜ｔｈ（ｎ）としきい値ｄｉｆｆ（１）〜ｄｉｆｆ（ｎ）を定める。画像Ａ上に動点Ｘａ、画像Ｂ上に動点Ｘｂを置き、その初期位置とそれらを動かす方向を定める。
第ｉ手順（ｉ＝１〜ｎ）
（第１ステップ）
画像Ａ上の点のうち、第０〜（ｉ−１）手順でまだ対応関係が決まっていない点のうち、動点を動かす方向に関して初期位置に最も近い点に動点Ｘａを置く。また、画像Ｂの初期位置に動点Ｘｂを置く。
（第２ステップ）
動点Ｘａ、動点Ｘｂをそれぞれ中心とする枠をＷａ、Ｗｂとして、画像相関法により枠Ｗａと枠Ｗｂの相関係数ｃｃを求める。相関係数ｃｃがしきい値ｔｈ（ｉ）以上なら第３ステップへ移り、それ以外は第４ステップへ移る。
（第３ステップ）
動点Ｘａを含む小範囲Ｓａを取り、小範囲Ｓａに含まれる各点について、その点を中心とする枠Ｗｓと枠Ｗｂとの相関係数をそれぞれ計算し、最も相関係数の高い点をＸａ’とする。動点Ｘａと点Ｘａ’の画像上座標しての距離がしきい値ｄｉｆｆ（ｉ）以下であった場合は第５ステップへ移り、それ以外は第４ステップへ移る。
（第４ステップ）
動点Ｘｂを画像Ｂの次の点に移して第２ステップに戻る。尚、次の点がなければ第６ステップへ移る。
（第５ステップ）
動点Ｘａに対応する点をＸｂとする。
（第６ステップ）
動点Ｘａを画像Ａ上の次の点に移して第２ステップに戻る。尚、次の点がなければ第（ｉ＋１）手順に進む。
第（ｎ＋１）手順
第０〜ｎ手順で対応関係が決まった点について、３次元座標を求める。
第（ｎ＋２）手順
第０〜ｎ手順で対応関係が決まらなかった点については、その旨を示す値を入れるか、又は第（ｎ＋１）手順で得られた３次元座標から３次内挿などの内挿法により内挿した値を入れる。
各点の対応関係が第１〜ｎ手順のどの段階で決まったかによって、その点のステレオマッチ精度を区分し、その区分を色別に表示させると、測量精度分布図を作成することができる。
図１２は、本発明であるデジタル空撮３次元計測システムで使用する民生用デジタルカメラの斜視図である。図１３は、本発明であるデジタル空撮３次元計測システムで使用する民生用デジタルカメラの平面図である。図１４は、本発明であるデジタル空撮３次元計測システムで使用する民生用デジタルカメラの正面図である。
民生用デジタルカメラ１４は、カメラ１４ａ、制御部１４ｂ、外フレーム１４ｃ、内フレーム１４ｄ、モーター１４ｅ、取付部１４ｆ、及びコイルバネ１４ｇ等からなる。
尚、民生用デジタルカメラ１４を設置する取付・制御用台座１５には、中央に円形の穴１５ｂが空けられ、四隅に民生用デジタルカメラ１４を支えるための支柱１５ａが設けられる。
カメラ１４ａは、レンズを下に向けて設置される。取付・制御用台座１５に固定した際に穴１５ｂを通して写真を撮影することができる。画素数は１２００万以上であり、広角レンズを取り付けて使用する。
制御部１４ｂは、カメラ１４ａの上に設けた箱であり、内部にジャイロを搭載しており、重力方向に対する傾きを検知して、カメラ１４ａが常に直下方向を向くように制御することができる。
制御部１４ｂには、ケーブルを介して、航空ＧＰＳアンテナ１６やコンピュータ１８等が接続される。カメラとシャッター信号用送信用のケーブルを繋ぎ、ＧＰＳ信号を受信すると同時にシャッターを切る信号を送る。
外フレーム１４ｃは、内フレーム１４ｄの周囲を覆う略８角形の枠である。内フレーム１４ｄは、ピッチ軸及びロール軸の両方について自由に動く形で外フレーム１４ｃに繋がる。
内フレーム１４ｄは、カメラ１４ａ及び制御部１４ｂが取り付けられる略８角形の枠であり、モーター１４ｅにより傾きを変えることができる。
モーター１４ｅは、カメラ１４ａの四方に設置され、制御部１４ｂの指示により動作してカメラ１４ａの傾きを調整する。
取付部１４ｆは、外フレーム１４ｃの四隅において、支柱１５ａに固定する部分である。四隅とはコイルバネ１４ｇを介して連結しているので、振動を吸収してカメラ１４ａがぶれるのを防止することができる。
以上のように、本発明であるデジタル空撮３次元計測システムは、計測機器は民生用デジタルカメラとＧＰＳのみだけとなり、精度を維持しつつ、小型、軽量及び低コスト化されるので、コスト的に困難だった小規模プロジェクトにも航空写真測定を利用できるようになる。
また、誤差要素の補正又は除去、カメラ視線方向の推定などをソフトウェアで行うことにより、精度向上のためのバージョンアップが容易となり、ハードウェアで行う場合よりも、高精度に計算することができるようになる。
さらに、民生用デジタルカメラは換装可能であり、民生用デジタルカメラの性能が変わってもソフトウェアを調整するだけで容易に対応することができるので、柔軟に運用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
本発明は、以上の構成であるから以下の効果が得られる。第１に、計測機器は民生用デジタルカメラとＧＰＳのみだけとなり、精度を維持しつつ、小型、軽量及び低コスト化されるので、コスト的に困難だった小規模プロジェクトにも航空写真測量を利用できるようになる。
第２に、誤差要素の補正又は除去、カメラ視線方向の推定などをソフトウェアで行うことにより、精度向上のためのバージョンアップが容易となり、ハードウェアで行う場合よりも、高精度に計算することができるようになる。
第３に、民生用デジタルカメラは換装可能であり、民生用デジタルカメラの性能が変わってもソフトウェアを調整するだけで容易に対応することができるので、柔軟に運用することが可能である。
【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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【図１４】
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【国際調査報告】
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