(57)【要約】 【課題】  空中や地上で撮影された対象物の画像を集成して、効率よく当該対象物に関する３Ｄモデルを作成できる撮影装置を提供すること。【解決手段】  撮影部１１０と、撮影部１１０の撮影位置情報を取得する撮影位置測定部１２０と、位置既知点を有する対象物１０の複数の画像データを記憶する画像データ記憶部１３０と、画像データ記憶部１３０に記憶された画像データを用いて、対象物１０の三次元モデルを形成するモデル形成部２１０と、モデル形成部２１０で形成された対象物１０の三次元モデルに関して、画像データ記憶部１３０に記憶された画像データと、撮影位置測定部１２０で得られる撮影位置情報に基づいて、撮影部１１０の撮影位置から視認される対象物１０の三次元モデル画像を表示するモデル表示部１６０とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影部と；
前記撮影部の撮影位置情報を取得する撮影位置測定部と；
位置既知点を有する対象物の複数の画像データを記憶する画像データ記憶部と；
前記画像データ記憶部に記憶された画像データを用いて、前記対象物の三次元モデルを形成するモデル形成部と；
前記モデル形成部で形成された前記対象物の三次元モデルに関して、前記画像データ記憶部に記憶された画像データと、前記撮影位置測定部で得られる撮影位置情報に基づいて、当該撮影部の撮影位置から視認される前記対象物の三次元モデル画像を表示するモデル表示部と；
を備える撮影装置。
【請求項２】
さらに、撮影位置情報と共に前記画像データ記憶部に記憶された第１の撮影画像と、前記モデル表示部に表示される第２の撮影画像とを用いて、前記モデル形成部において前記対象物の三次元モデルを形成すると共に；
前記第１及び第２の撮影画像に関する撮影位置情報から、前記対象物の三次元測定をする場合の測定精度、基線、撮影位置、撮影角度、撮影部間隔の少なくとも一つを求める撮影条件測定部を備える請求項１記載の撮影装置。
【請求項３】
対象物を撮影する撮影部と；
前記撮影部の撮影位置を指定する撮影位置指示部と；
位置既知点を有する対象物の複数の画像データを記憶する画像データ記憶部と；
前記画像データ記憶部に記憶された画像データを用いて、前記対象物の三次元モデルを形成するモデル形成部と；
前記モデル形成部で形成された前記対象物の三次元モデルに関して、前記画像データ記憶部に記憶された画像データと、前記撮影位置指示部で指定された撮影位置に基づいて、当該撮影部の指定撮影位置から視認される前記対象物の三次元モデル画像を表示するモデル表示部と；
を備える撮影装置。
【請求項４】
さらに、前記撮影部の撮影位置情報を取得する撮影位置測定部を有し；
撮影位置情報と共に前記画像データ記憶部に記憶された第１の撮影画像と、前記モデル表示部に表示される第２の撮影画像とを用いて、前記モデル形成部において前記対象物の三次元モデルを形成すると共に；
前記第１及び第２の撮影画像に対する撮影位置情報から、前記対象物の三次元測定をする場合の測定精度、基線、撮影位置、撮影角度、撮影部間隔の少なくとも一つを求める撮影条件測定部を備える請求項３記載の撮影装置。
【請求項５】
前記画像データ記憶部には、前記撮影部以外の撮影機器で撮影された少なくとも一組のステレオ画像であって、前記モデル形成部において当該ステレオ画像を用いて前記対象物の三次元モデルが形成可能な当該ステレオ画像が記憶される請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の撮影装置。
【請求項６】
前記画像データ記憶部に記憶されている画像は、前記撮影部以外の撮影機器で撮影された、ステレオ航空写真、ステレオの小縮尺写真、ステレオの低解像度画像、広域撮影画像の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の撮影装置。
【請求項７】
前記撮影部で撮影された画像データに、前記対象物画像に重畳して前記対象物の位置既知点を表示することが可能な状態で、前記画像データ記憶部に記憶されるように構成され；
しかして、前記画像データ記憶部に記憶された前記対象物画像が、前記モデル形成部において前記対象物の三次元モデルを形成するための画像として用いることができる請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の撮影装置。
【請求項８】
前記撮影部は、撮影位置情報と共に前記画像データ記憶部に記憶される第１の撮影画像と、前記対象物画像に関して当該第１の撮影画像と重複領域を有する状態で撮影される第２の撮影とを撮影し；
前記画像データ記憶部は、第１の撮影画像と第２の撮影画像を逐次記憶するように構成される請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の撮影装置。
【請求項９】
前記撮影部は、視野に含まれている対象物を異なる撮影位置で逐次撮影すると共に；
さらに、当該逐次撮影された対象物の画像データに基づく対象物画像を表示するモニター画像表示部を有する請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の撮影装置。
【請求項１０】
さらに、前記モニター画像表示部に、前記逐次撮影された対象物の画像データに重畳させて、基準点又はパスポイントの少なくとも一方を表示する基準点表示位置演算部を備える請求項９記載の撮影装置。
【請求項１１】
さらに、撮影条件測定部で測定された撮影条件を表示する測定条件表示部を有する請求項２又は請求項４に記載の撮影装置。
【請求項１２】
対象物を撮影する撮影部と；
前記撮影部が撮影する対象物を表示するファインダー画像表示部と；
位置既知点を有する前記対象物の複数の画像データを記憶する画像データ記憶部と；
前記画像データ記憶部に記憶された画像データを用いて、前記対象物の基準点データ又は三次元モデルを形成するデータ形成部と；
を備え、前記ファインダー画像表示部は、前記基準点データ又は三次元モデルを前記対象物画像上に、表示するように構成されている撮影装置。
【請求項１３】
撮影部により対象物を撮影する際の撮影位置情報を取得し；
位置既知点を有する前記対象物の複数の画像データを記憶する画像データ記憶部に記憶された画像データを用いて、前記対象物の三次元モデルを形成し；
前記対象物の三次元モデルに関して、前記画像データ記憶部に記憶された画像データと、前記撮影位置情報に基づいて、当該撮影部の撮影位置から視認される前記対象物の三次元モデル画像を表示する；
各工程をコンピュータに実行させる撮影方法。
【請求項１４】
撮影部により対象物を撮影する際の撮影位置として指定された情報を入力し；
位置既知点を有する前記対象物の複数の画像データを記憶する画像データ記憶部に記憶された画像データを用いて、前記対象物の三次元モデルを形成し；
前記対象物の三次元モデルに関して、前記画像データ記憶部に記憶された画像データと、前記指定された撮影位置に基づいて、当該撮影部の指定撮影位置から視認される前記対象物の三次元モデル画像を表示する；
各工程をコンピュータに実行させる撮影方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空中や地上で撮影された対象物の画像から効率よく当該対象物に関する３Ｄ（三次元）モデルを作成するのに好適な撮影装置及び撮影方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人の提案にかかる特許文献１に記載されているように、最近のデジタル技術の進歩により、レーザースキャナー或いはデジタル写真測量の手法を用いて、計測対象の詳細な３Ｄデータ及び高分解能な画像データが容易に取得出来るようになってきている。たとえば、デジタルカメラによる近接写真測量や、地上型の自動追尾式測量機のような機器によれば、地上からの対象物側面に関しては詳細な計測が可能である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５２２２４号公報  図２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、自動追尾式測量機により取得した３Ｄデータは、基本的には距離データを含む三次元座標データにて構成されている。そこで、自動追尾式測量機により取得した３Ｄデータと現場状況との対応づけが困難で、３Ｄデータを測定対象物の画像情報と紐付ける作業を行なう際に、測定対象物の何れの位置を計測したのか困難になるという課題があることが判明した。また、地上に設置された自動追尾式測量機により取得した３Ｄデータには、たとえばビルの屋上や道路などの上空からの３Ｄデータが取得できないという課題があった。
【０００５】
他方で、ヘリコプターや航空機等の飛行体に設置するための、デジタルカメラやレーザースキャナー機器も近年になって開発されてきている。しかし、このような上空からの撮影画像と、地上からの撮影画像を組合せて対象物の３Ｄモデルを作成する場合には、撮影方向の相違や撮影縮尺・レンズ収差の相違に基づく画像歪が大きくなり、撮影画像の集成負担が大きく、対象物の３Ｄモデルを作成することが困難であるという課題があった。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決したもので、空中や地上で撮影された対象物の画像を集成して、効率よく当該対象物に関する３Ｄモデルを作成できる撮影装置及び撮影方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の撮影装置は、例えば図１に示すように、撮影部１１０と、撮影部１１０の撮影位置情報を取得する撮影位置測定部１２０と、位置既知点を有する対象物１０の複数の画像データを記憶する画像データ記憶部１３０と、画像データ記憶部１３０に記憶された画像データを用いて、対象物１０の三次元モデルを形成するモデル形成部２１０と、モデル形成部２１０で形成された対象物１０の三次元モデルに関して、画像データ記憶部１３０に記憶された画像データと、撮影位置測定部１２０で得られる撮影位置情報に基づいて、撮影部１１０の撮影位置から視認される対象物１０の三次元モデル画像を表示するモデル表示部１６０とを備えている。
【０００８】
このように構成された装置においては、撮影部１１０が移動した場合の、撮影部１１０の撮影位置から視認される対象物１０の三次元モデル画像がモデル表示部１６０に表示されるので、撮影部１１０の撮影位置が対象物１０のモデル形成に必要な撮影位置として適切であるか否かが、撮影者にとって判別可能である。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の撮影装置において、好ましくは、さらに、撮影位置情報と共に前記画像データ記憶部に記憶された第１の撮影画像と、モデル表示部１６０に表示される第２の撮影画像とを用いて、モデル形成部２１０において対象物１０の三次元モデルを形成すると共に、第１及び第２の撮影画像に関する撮影位置情報から、対象物１０の三次元測定をする場合の測定精度、基線、撮影位置、撮影角度、撮影部間隔の少なくとも一つを求める撮影条件測定部２２０を備えるとよい。
【００１０】
上記目的を達成する本発明の撮影装置は、例えば図３に示すように、対象物１０を撮影する撮影部１１０と、撮影部１１０の撮影位置を指定する撮影位置指示部１８０と、位置既知点を有する対象物の複数の画像データを記憶する画像データ記憶部１３０と、画像データ記憶部１３０に記憶された画像データを用いて、対象物１０の三次元モデルを形成するモデル形成部２１０と、モデル形成部２１０で形成された対象物１０の三次元モデルに関して、画像データ記憶部１３０に記憶された画像データと、撮影位置指示部１８０で指定された撮影位置に基づいて、撮影部１１０の指定撮影位置から視認される対象物１０の三次元モデル画像を表示するモデル表示部１６５とを備えるものである。
【００１１】
このように構成された装置においては、撮影位置指示部１８０で指定された撮影位置に撮影部１１０が移動した場合の、撮影部１１０の撮影位置から視認される対象物１０の三次元モデル画像がモデル表示部１６５に表示されるので、撮影位置指示部１８０で指定された撮影位置が対象物１０のモデル形成に必要な撮影位置として適切であるか否かが、撮影者にとって判別可能である。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の撮影装置において、好ましくは、さらに、撮影部１１０の撮影位置情報を取得する撮影位置測定部１２０を有し、第１及び第２の撮影画像に対する撮影位置情報から、対象物１０の三次元測定をする場合の測定精度、基線、撮影位置、撮影角度、撮影部間隔の少なくとも一つを求める撮影条件測定部２２０を備えるとよい。ここで、第１及び第２の撮影画像は、撮影位置情報と共に画像データ記憶部１３０に記憶された第１の撮影画像と、モデル表示部１６５に表示される第２の撮影画像とを用いて、モデル形成部２１０において対象物１０の三次元モデルを形成するものである。
【００１３】
本発明の撮影装置において、好ましくは、画像データ記憶部１３０には、撮影部１１０以外の撮影機器で撮影された少なくとも一組のステレオ画像であって、モデル形成部２１０において当該ステレオ画像を用いて対象物１０の三次元モデルが形成可能な当該ステレオ画像が記憶される。一組のステレオ画像には、例えば撮影部１１０以外の撮影機器で撮影されたステレオ画像（小縮尺の航空写真）が用いられる。このステレオ画像は、本撮影装置の撮影部以外で撮影された画像であり、撮影部１１０で撮影される画像と比較して広域撮影画像であることが望ましく、撮影部１１０で撮影された画像に対して、小縮尺、低解像度、広域を撮影した画像を意味することが一般的である。なお、本撮影装置の撮影部以外で撮影された画像に代えて、本撮影装置の撮影部１１０で撮影した画像のみを用いて、３Ｄモデルの形成処理等を施すこともできる。
【００１４】
本発明の撮影装置において、好ましくは、画像データ記憶部１３０に記憶されている画像は、撮影部１１０以外の撮影機器で撮影された、ステレオ航空写真、ステレオの小縮尺写真、ステレオの低解像度画像、広域撮影画像の少なくとも一つを含むとよい。
【００１５】
本発明の撮影装置において、好ましくは、撮影部１１０で撮影された画像データに、対象物画像に重畳して対象物１０の位置既知点を表示することが可能な状態で、画像データ記憶部１３０に記憶されるように構成され、しかして、画像データ記憶部１３０に記憶された前記対象物画像が、モデル形成部２１０において対象物１０の三次元モデルを形成するための画像として利用可能に構成されているとよい。
【００１６】
本発明の撮影装置において、好ましくは、撮影部１１０は、撮影位置情報と共に画像データ記憶部１３０に記憶される第１の撮影画像と、対象物画像に関して当該第１の撮影画像と重複領域を有する状態で撮影される第２の撮影とを撮影し、画像データ記憶部１３０は、第１の撮影画像と第２の撮影画像を逐次記憶するように構成されているとよい。
【００１７】
本発明の撮影装置において、好ましくは、撮影部１１０は、視野に含まれている対象物１０を異なる撮影位置で逐次撮影すると共に、さらに、当該逐次撮影された対象物１０の画像データに基づく対象物画像を表示するモニター画像表示部１５０を有するとよい。
【００１８】
本発明の撮影装置において、好ましくは、さらに、モニター画像表示部１５０に、前記逐次撮影された対象物１０の画像データに重畳させて、基準点又はパスポイントの少なくとも一方を表示するための基準点表示位置演算部２３０を有するとよい。
【００１９】
本発明の撮影装置において、好ましくは、さらに、撮影条件測定部２２０で測定された撮影条件を表示する測定条件表示部１７０を有するように構成されているとよい。
【００２０】
上記目的を達成する本発明の撮影装置３００は、例えば図５に示すように、対象物１０を撮影する撮影部１１０と、撮影部１１０が撮影する対象物１０を表示するファインダー画像表示部１９０と、位置既知点を有する対象物１０の複数の画像データを記憶する画像データ記憶部１３０と、画像データ記憶部１３０に記憶された画像データを用いて、対象物１０の基準点データ又は三次元モデルを形成するデータ形成部２４０とを備え、ファインダー画像表示部１９０は、基準点データ又は三次元モデルを、対象物画像上に表示するように構成されている。
【００２１】
このように構成された装置においては、ファインダー画像表示部１９０に表示される撮影部１１０が撮影する対象物１０に対して、データ形成部２４０によって画像データ記憶部１３０に記憶された画像データを用いて形成された対象物１０の基準点データ又は三次元モデルを、対象物画像上に表示するので、撮影部１１０の撮影位置が既に対象物１０の基準点データ又は三次元モデルの存在しているものか、撮影者にとって判別可能であり、対象物１０の三次元モデル作成に必要とされる撮影作業が円滑に行なえる。
【００２２】
上記目的を達成する本発明の撮影方法は、例えば図２に示すように、撮影部１１０により対象物１０を撮影する際の撮影位置情報を取得し（Ｓ１１０）、位置既知点を有する対象物１０の複数の画像データを記憶する画像データ記憶部１３０に記憶された画像データを用いて、対象物１０の三次元モデルを形成し（Ｓ１２０）、対象物１０の三次元モデルに関して、画像データ記憶部１３０に記憶された画像データと、前記撮影位置情報に基づいて、撮影部１１０の撮影位置から視認される対象物１０の三次元モデル画像を表示する（Ｓ１３０）各工程をコンピュータに実行させるものである。
【００２３】
上記目的を達成する本発明の撮影方法は、例えば図４に示すように、撮影部１１０により対象物１０を撮影する際の、撮影位置として指定された情報を入力し（Ｓ２１０）、位置既知点を有する対象物１０の複数の画像データを記憶する画像データ記憶部１３０に記憶された画像データを用いて、対象物１０の三次元モデルを形成し（Ｓ２２０）、対象物１０の三次元モデルに関して、画像データ記憶部１３０に記憶された画像データと、前記指定された撮影位置に基づいて、撮影部１１０の指定撮影位置から視認される対象物１０の三次元モデル画像を表示する（Ｓ２３０）各工程をコンピュータに実行させるものである。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１に記載の本発明の撮影装置によれば、撮影部１１０が移動した場合の、撮影部１１０の撮影位置から視認される対象物１０の三次元モデル画像がモデル表示部１６０に表示されるので、撮影部１１０の撮影位置が対象物１０のモデル形成に必要な撮影位置として適切であるか否かが、撮影者にとって判別可能であり、対象物１０の三次元モデル作成に必要とされる撮影作業が円滑に行なえる。
【００２５】
請求項３に記載の本発明の撮影装置によれば、撮影位置指示部１８０で指定された撮影位置に撮影部１１０が移動した場合の、撮影部１１０の撮影位置から視認される対象物１０の三次元モデル画像がモデル表示部１６５に表示されるので、撮影位置指示部１８０で指定された撮影位置が対象物１０のモデル形成に必要な撮影位置として適切であるか否かが、撮影者にとって判別可能であり、対象物１０の三次元モデル作成に必要とされる撮影作業が円滑に行なえる。
【００２６】
請求項１２に記載の本発明の撮影装置によれば、ファインダー画像表示部１９０に表示される撮影部１１０が撮影する対象物１０に対して、データ形成部２４０によって画像データ記憶部１３０に記憶された画像データを用いて形成された対象物１０の基準点データ又は三次元モデルを、対象物画像上に表示するので、撮影部１１０の撮影位置が既に対象物１０の基準点データ又は三次元モデルの存在しているものか、撮影者にとって判別可能であり、対象物１０の三次元モデル作成に必要とされる撮影作業が円滑に行なえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下図面を用いて本発明を説明する。
【実施例１】
【００２８】
図６は本発明の一実施の形態を説明する全体構成図である。対象物１０は、測定対象物や製作対象物となる有体物で、例えば都市計画、建築、メンテナンス、文化財の領域に含まれる建築物等の各種工作物や人物・風景等が該当する。図において、本発明の撮影装置は、撮影ユニットハウジング１００、撮影部１１０、撮影部１１０の撮影位置情報を取得する撮影位置測定部１２０、１２５、位置既知点を有する対象物１０の複数の画像データを記憶する画像データ記憶部１３０、モニター画像表示部１５０、モデル表示部１６０、測定条件表示部１７０、演算処理部２００を有しているもので、例えば撮影ガイディングシステム（Virtual Guiding System）と呼ばれる。
【００２９】
撮影ユニットハウジング１００は、撮影部１１０と撮影位置測定部１２０、１２５を一体に保持するもので、撮影者が操作しやすいように小型軽量化されている。撮影部１１０には、例えばデジタルカメラとして、民生用のデジタルカメラが利用可能であり、好ましくはビデオ出力可能なものが好ましい。画素数は、必要な解像度に応じて選択される。撮影位置測定部１２０は、撮影部１１０の撮影位置（Ｘ,Ｙ,Ｚ）を地球上における緯度・経度・高度として測定できるようにＧＰＳが用いられる。撮影位置測定部１２０には、例えば、キネマティックとリアルタイムキネマティックの切替えが可能なものが好ましい。撮影位置測定部１２５は、撮影部１１０の撮影姿勢（Yaw, Pitch, Law）を測定する３軸角度センサーを用いる。撮影位置測定部１２５は、例えば分解能０．０５°で、静止時精度が１°RMS、動的精度が３°RMSとなっている。
【００３０】
演算処理部２００には、例えば汎用のノート型パソコンを用いることができ、撮影部１１０で撮影された画像情報と、撮影位置測定部１２０、１２５で測定された撮影部１１０の位置情報（Ｘ,Ｙ,Ｚ）と姿勢情報（Yaw, Pitch, Law）が入力される。汎用のノート型パソコンには、フレキシブル・ディスク記憶装置やＣＤＲＯＭ等の電磁気的記憶装置が設けられており、画像データ記憶部１３０として使用される。汎用のノート型パソコンの液晶表示パネルは、モニター画像表示部１５０、モデル表示部１６０、測定条件表示部１７０として使用される。汎用のノート型パソコンには、ソフトウェアとしてモデル形成部２１０、撮影条件測定部２２０並びに基準点表示位置演算部２３０が格納されている。
【００３１】
モデル形成部２１０は、画像データ記憶部１３０に記憶された画像データを用いて、対象物１０の三次元モデルを形成するもので、具体的な三次元モデル作成演算式は、例えば本出願人の提案にかかる特開2004−037270号公報に記載されている。モデル形成部２１０は、例えば株式会社トプコンより供給される３Ｄ計測システムPI−3000V2（商品名）として供給されており、航空写真からデジタルカメラによる画像まで一括して３Ｄ計測、モデリングできるシステムである。
【００３２】
撮影条件測定部２２０は、第１及び第２の撮影画像に関する撮影位置情報から、対象物１０の三次元測定をする場合の測定精度、基線、撮影位置、撮影角度、撮影部間隔を測定して、測定条件表示部１７０に測定結果を表示する。第１及び第２の撮影画像は、撮影位置情報と共に画像データ記憶部１３０に記憶された第１の撮影画像と、モニター画像表示部１５０に表示される第２の撮影画像であって、モデル形成部２１０において対象物１０の三次元モデルを形成するのに用いられる。
【００３３】
基準点表示位置演算部２３０は、撮影部１１０のファインダーの画像情報に対して、あらかじめ入力された基準点座標がファインダーの画像上の表示位置として配置されるかを計算して、モニター画像表示部１５０で表示されているファインダー画像上に、当該基準点が対象物１０に重畳した状態でリアルタイム表示を行なう。
【００３４】
図７は液晶表示パネルに表示される画面の一例を説明する図で、モニター画像表示部１５０、モデル表示部１６０、測定条件表示部１７０として使用される。モニター画像表示部１５０は、ファインダー画像表示部１９０としても用いられるもので、撮影部１１０のファインダーの画像情報が、各種インターフェースを経由して演算処理部２００を構成するコンピュータに送られ、液晶表示パネル上に表示される。基準点表示位置演算部２３０により、ファインダーの画像情報に含まれている対象物１０に関する基準点が、重畳した状態で表示される。これにより、モニター画像表示部１５０上に基準点が何個写るかが、撮影部１１０の撮影時に判断できる。モニター画像表示部１５０は、撮影部１１０で撮影され、画像データ記憶部１３０に記憶されている第１及び第２撮影画像を逐次呼び出して表示させる構造としてもよい。図７の装置においては、３個の画面を表示できるように設計されており、左２つの画面が撮影され画像データ記憶部１３０に記憶されている画像で、最も右の画面が現在撮影部１１０で取込まれている画像を表示させている。撮影者は、モニター画像表示部１５０で表示される３画面をリアルタイムで確認をしながら、撮影ポイントを探すことが容易となる。また、３個の画面全てに画像データ記憶部１３０に記憶されている第１及び第２撮影画像を逐次表示させることにより、既に撮影された画像の確認を行なうこともできる。
【００３５】
モデル表示部１６０には、モデル形成部２１０によって、対象物１０に関してモデリングされた結果を、撮影部１１０の撮影位置と姿勢から見た視点に適合させて表示することができる。これにより、対象物１０のモデリングの欠落部分を認識して、撮影方向として補充すべき対象物１０の撮影方向を確認しながら、対象物１０に対する撮影位置を決めることができる。対象物１０の三次元的な表示は、例えばOpenGL機能を利用することで、三次元計測して再構築した対象物１０の画像を、ワイヤーフレーム表示やテクスチャマッピング表示できる。これにより、モデル表示部１６０上で視点、解像度をリアルタイムに対象物１０の画像を表示可能となっている。
【００３６】
測定条件表示部１７０には、撮影位置測定部１２０により測定された撮影部１１０の位置情報（Ｘ,Ｙ,Ｚ）が表示され、撮影位置測定部１２５により測定された撮影部１１０の姿勢情報（Yaw, Pitch, Law）が表示される。
【００３７】
また、画像データ記憶部１３０は、前回撮影部１１０により撮影された画像及び撮影位置を保持している。撮影条件測定部２２０には、画像データ記憶部１３０に記憶された前回撮影画像の情報（第１の撮影画像）を元に、モニター画像表示部１５０に表示されるファインダー画像（第２の撮影画像）のオーバーラップ率が表示されている。撮影条件測定部２２０には、対象物１０の三次元測定をする場合の測定精度、基線、撮影位置、撮影角度、撮影部間隔を測定しているので、対象物１０の概略精度を計算して、測定条件表示部１７０に表示出力する。
【００３８】
撮影条件測定部２２０により概略得られる精度は、次式で得られる。
ΔＸＹ＝Ｈ＊δｐ／ｆ                （１）
ΔＺ＝Ｈ＊Ｈ＊δｐ／（ｆ＊Ｂ）    （２）
ここで、δｐは撮影部１１０の画素分解能またはスキャナの読み取り分解能、ｆは焦点距離で、使用する撮影部１１０により既知である。基線長Ｂは、撮影した画像の撮影位置測定部１２０から計測された位置と、次に撮影する撮影位置測定部１２０の位置から算出される。撮影距離Ｈは、撮影する箇所に基準点もしくは３Ｄモデルがあれば撮影位置測定部１２０の位置と、基準点もしくは３Ｄモデルの位置から算出することができる。もし基準点もしくは３Ｄモデルが写っていないときは、概略値を入力する。上式で用いるパラメータである分解能δｐ、焦点距離ｆ、基線長Ｂ、撮影距離Ｈから、現在撮影しようとしているステレオモデルの計測後の概略精度ΔＸＹ、ΔＺが算出される。
【００３９】
このように構成された装置における撮影作業について説明する。図８は空中並びに地上で撮影された画像による３Ｄモデルの計測を説明するフローチャートである。まず、空中撮影を行う（Ｓ３００）。空中撮影画像には、航空写真（例えば国土地理院提供）、ヘリコプター、飛行船、バルーンなどの撮影システムにより取得したものや、エンジン付きのパラグライダーなどを用いて撮影した画像データなど、多種多様なものが利用できる。ただし、撮影部１１０の撮影条件での内部標定要素は、既知である必要がある。
【００４０】
次に、地上では、３Ｄモデル作成に必要な基準点を自動追尾式測量機やＧＰＳにて取得する（Ｓ３１０）。この際、自動追尾式測量機による計測値は、ＧＰＳによる地球測位座標系などに統一しておく。そして、Ｓ２００にて取得された空中撮影画像を用いて、モデル形成部２１０による対象物１０の３Ｄモデルの計測を行う（Ｓ３２０）。この場合、必要に応じてＳ２１０で取得した基準点を使用する。
【００４１】
次に、撮影ガイディングシステムを用いて、撮影部１１０による地上撮影を行う（Ｓ２３０）。この作業の前にあらかじめ、Ｓ２１０で計測された基準点や、Ｓ２２０で作成された３Ｄモデルデータを撮影ガイディングシステムに記憶させておく。これにより、撮影位置を確認する際、モニター画像表示部１５０には、撮影部１１０を向けたアングルの対象物画像がリアルタイムで表示され、モニター画像表示部１５０の対象物画像上にＳ２１０で計測された基準点が重畳した状態で表示される。また、モデル表示部１６０には、Ｓ２２０で作成された３Ｄモデルが、撮影部１１０を覗いたアングルで表示される。また、測定条件表示部１７０には、モニター画像表示部１５０での計測精度やオーバーラップの状態も確認できる。これら機能により、撮影者は３Ｄモデル作成のような後処理も考慮した最適な位置に、撮影部１１０の撮影位置が誘導される。
【００４２】
次に、撮影ガイディングシステムにて撮影した画像を、モデル形成部２１０にてステレオ計測することにより、地上による３Ｄモデルを作成する（Ｓ３４０）。
【００４３】
次に、モデル形成部２１０にて全体の３Ｄモデル作成をする（Ｓ３５０）。モデル形成部２１０にて、空中や地上で撮影された各ステレオモデルの画像のパスポイント及びタイポイントを同時にバンドル調整することにより、空中や地上で撮影された各ステレオモデルの画像の座標系を統一し、全体の３Ｄモデルを作成する。なお、撮影ガイディングシステムでは、地上による３Ｄモデル形成作業と、空中や地上で撮影された各ステレオモデルの画像全体の３Ｄモデル作成作業とは、バンドル調整しながら自動的に行なうことができる。
【００４４】
次に、上述の本発明にかかる撮影ガイディングシステムを用いた、航空写真、空中画像、地上画像による３Ｄモデル作成の一例を説明する。図９は、本発明にかかる撮影ガイディングシステムを用いた３Ｄモデル作成の対象物の全体敷地図である。対象物は、本出願人の所有する８階建てビルで、本出願人の本社登記地に所在している。利用した画像は、対象物全体の基礎画像情報として航空写真（図１０）、対象物上空からのモデリングにパワードグライダーから撮影部１１０により撮影した画像（図１２）、そして対象物の地上側面部を撮影ガイディングシステムの撮影部１１０にて取得した（図１５）。そして、これら３類型の画像をそれぞれモデル形成部２１０にて３Ｄモデル作成して、融合させた。基準点は、対象物であるビルの側面を自動追尾式測量機にて計測し、対象物の敷地内にてＧＰＳ計測した点を利用して、自動追尾式測量機で計測した基準点位置をＧＰＳ座標に変換した。
【００４５】
以下にそれぞれの撮影・解析について説明する。
（１）航空写真解析によるベース作成
図１０は、本出願人の本社登記地を含む、東京板橋区周辺約４ｋｍ四方が撮影されている国土地理院提供の航空写真である。撮影カメラは、いわゆる一般の航空写真撮影用カメラが利用可能である。焦点距離、画角などは、撮影に必要なものが適宜選択される。
【００４６】
図１１はモデル形成部により３Ｄモデル作成対象領域をモデル化した画像である。３Ｄモデル作成対象領域の解析には、航空写真をベース（下地）として使用するため、フィルムをスキャナにて、例えば読取解像度600dpiにて読み取り、モデル形成部２１０にて内部標定した。なお、図１２では、ステレオマッチングは行わず簡単な３Ｄ図化を行って使用しているが、山などの起伏がある場合は、３Ｄモデル作成対象領域の起伏部分をステレオマッチング処理して、３Ｄモデル化するとよい。
【００４７】
（２）空中撮影（パワードグライダー）画像からの３Ｄモデル作成
図１２は、対象物上空からのモデリングにパワードグライダーから撮影部１１０により撮影した画像である。図１３は、パワードパラグライダー（エンジン付きのパラグライダー）による写真撮影の説明図である。パワードパラグライダーは、航空機ではないため、高度規制等の制約が少なく、安価で安全な撮影ができる特徴がある。パワードグライダーの他に、ヘリコプター、気球、大縮尺な航空写真撮影可能なセスナ機なども利用することが可能である。撮影に使用した撮影カメラには、民生用のデジタルカメラが利用できる。。
【００４８】
図１４は空中写真の３Ｄモデル化の一例を説明する説明図である。３Ｄモデル解析の手順は以下の通りである。まず、モデル形成部２１０にて、自動追尾式測量機で測定した基準点を入れて標定を行い、対象物であるビルのエッジ部分、手前庭部のポリライン計測を行う（図１４ａ）。ここで、ポリライン計測とは、対応点をマニュアルで指示又は相関処理を用いた半自動で計測しながら三次元計測を行うことをいい、マニュアルや自動位置検出で行うことができる。次に、対象物であるビルについて、自動的にビル壁面の計測と、平面部メッシュ作成を行なう（図１４ｂ）。そして、対象物であるビルについて、テクスチャを貼り付けて（図１４ｃ）、ビルの外観形状を表す。そして、３Ｄモデル化されたビルの外観形状は、航空写真と一体化して、対象物付近の概括的な画像情報と融合する（図１４ｄ）。このとき、対象物であるビルの一部壁面に関しては、航空写真の制約により撮影されていない方向があり、３Ｄモデル化の際に欠けた状態となっている。
【００４９】
（３）撮影ガイディングシステムによる地上３Ｄモデルの追加
図１５は、撮影部１１０により対象物に関して補充すべき撮影方向から撮影している様子と、追加撮影画像を示している。このとき、撮影ガイディングシステムの表示画面は、例えば図７に示すようになっている。モニター画像表示部１５０に、対象物に関して補充すべき撮影方向からの画像が表示されている。対象物であるビルの一部壁面に関しては、航空写真の制約により撮影されていない方向があるが、補充すべき撮影方向から撮影することで、欠けていた壁面の画像情報が、精密な基準点情報と共に得られる。
【００５０】
図１６は、航空写真にワイヤーフレームを貼り付けた対象物の画像である。図１７は、航空写真にテクスチャを貼り付けた対象物の画像である。ここで、テクスチャとワイヤーフレームは、撮影ガイディングシステムにより補充された地上画像から、モデル形成部２１０により得られた３Ｄモデルから取得される。ここで、テクスチャとはグラフィックスなどにおいて、図形の表面に付けられた模様や、質感を表わすための描き込みをいい、対象物の二次元画像に立体感を表現するのに用いられる。また、ワイヤーフレームとは、例えば対象物の表面形状を多数の三角形等の多角形の頂点で表した場合の、頂点間を結ぶ多角形の線分図をいう。対象物であるビルの一部壁面に関しては、航空写真の制約により撮影されていない方向があるが、撮影ガイディングシステムにより補充すべき撮影方向からの対象物の撮影画像を取得して、３Ｄモデル化することで、対象物全体の３Ｄモデル化処理が行える。
【００５１】
図１８は、対象物に隣接するビルを追加した３Ｄモデルの説明図である。対象物に隣接するビルは、空中撮影した画像を用いて、図１７に示す対象物全体の３Ｄモデル化処理後、さらに追加したものである。このように、３Ｄモデル化処理で補充追加したい部分は、撮影ガイディングシステムや空中画像や航空写真からの解析を加えていくことで、容易に対処できる。
【実施例２】
【００５２】
図１９は、本発明の第２の実施の形態を説明する全体構成図である。実施例１においては、図６に示すようにデジタルカメラとノートパソコンの組合わせを示している。しかし、本実施例では、図１９に示すようにＧＰＳ、デジタルカメラ及び小型のホストＰＣとを一体に構成している。小型のホストＰＣには、例えばＰＤＡのような携帯用情報処理端末を用いる。ＧＰＳ、デジタルカメラ及び小型のホストＰＣの有する機能については、実施例１で説明したものと共通なので、その詳細は省略する。
【実施例３】
【００５３】
図２０は、本発明の第３の実施の形態を説明する全体構成図である。図において、本発明の撮影装置は、撮影ユニットハウジング１００、撮影部１１０、撮影部１１０の撮影位置情報を取得する撮影位置測定部１２０、１２５、画像データ記憶部１３０、モニター画像表示部１５０、モデル表示部１６５、測定条件表示部１７０、撮影位置指示部１８０、演算処理部２００を有している。なお、図２０において、図６と同一作用をするものには同一符号を付して、説明を省略する。
【００５４】
撮影位置指示部１８０は、撮影部１１０の撮影位置を指定するもので、例えばパソコンに接続されるマウスやカソールキーが用いられる。モデル表示部１６５は、モデル形成部２１０で形成された対象物１０の三次元モデルに関して、画像データ記憶部１３０に記憶された画像データと、撮影位置指示部１８０で指定された撮影位置に基づいて、撮影部１１０の指定撮影位置から視認される対象物１０の三次元モデル画像を表示する。
【００５５】
図２１は、撮影位置指示部１８０による撮影位置の入力に用いられる撮影位置入力画面の一例を示す説明図である。撮影位置入力画面は、例えばモデル表示部１６５に表示される対象物の平面図を用いるとよい。撮影位置入力画面では、ライトペン、マウスなどの器具により撮影位置１〜６が入力される。すると、モデル形成部２１０によって撮影位置として入力された位置からの対象物の３Ｄモデルが形成され、視認画像がモデル表示部１６５に表示される。
【００５６】
図２２は、モデル表示部１６５に表示される指定撮影位置からの対象物視認画像の一例を示す図で、図中符号１〜６は図２１の撮影指定位置１〜６に対応している。撮影位置指示部１８０から撮影指定位置１〜６が入力されると、モニター画像表示部１５０には、指示された撮影位置１〜６から、撮影部１１０を向けたアングルの対象物画像の３Ｄ画像が形成され、これがモニター画像表示部１５０に表示される。なお、本実施例のシステム構成を図１９のような構成としても良い。
【００５７】
以上説明したように、航空写真と撮影ガイディングシステムの撮影部１１０による地上からの撮影画像をバンドル調整する場合、基準点もしくはタイポイントの配置および認識が重要である。本実施例によれば、それらの標定点を撮影ガイディングシステムで撮影部１１０の撮影時にリアルタイムに表示させることで、効率よく空中および地上からの３Ｄモデル構築が可能となる。また、本実施例によれば、多種多様な撮影部１１０と解像度で撮影された画像を一括してバンドル調整を行うことで、各種の画像計測データの整合性を確保し、さらに、高性能なステレオマッチングにより計測されたＤＳＭ（Digital stereo matching）データでテクスチャ付きの３Ｄモデルを作成して、あらゆる視点位置から多種多様な解像度にて表示できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の撮影装置における第１の実施の形態を説明する全体構成ブロック図である。
【図２】本発明の第1の撮影方法を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の撮影装置における第２の実施の形態を説明する全体構成ブロック図である。
【図４】本発明の第２の撮影方法を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の撮影装置における第３の実施の形態を説明する全体構成ブロック図である。
【図６】本発明の一実施の形態を説明する全体構成図である。
【図７】液晶表示パネルに表示される画面の一例を説明する図である。
【図８】空中並びに地上で撮影された画像による３Ｄモデルの計測を説明するフローチャートである。
【図９】本発明にかかる撮影ガイディングシステムを用いた３Ｄモデル作成の対象物の全体敷地図である。
【図１０】本出願人の本社登記地を含む、東京板橋区周辺約４ｋｍ四方が撮影されている国土地理院提供の航空写真である。
【図１１】モデル形成部により３Ｄモデル作成対象領域をモデル化した画像である。
【図１２】対象物上空からのモデリングにパワードグライダーから撮影部１１０により撮影した画像である。
【図１３】パワードパラグライダー（エンジン付きのパラグライダー）による写真撮影の説明図である。
【図１４】空中写真の３Ｄモデル化の一例を説明する説明図である。
【図１５】撮影部１１０により対象物に関して補充すべき撮影方向から撮影している様子と、追加撮影画像を示している。
【図１６】航空写真にワイヤーフレームを貼り付けた対象物の画像である。
【図１７】航空写真にテクスチャを貼り付けた対象物の画像である。
【図１８】対象物に隣接するビルを追加した３Ｄモデルの説明図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態を説明する全体構成図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態を説明する全体構成図である。
【図２１】撮影位置指示部１８０による撮影位置の入力に用いられる撮影位置入力画面の一例を示す説明図である。
【図２２】モデル表示部１６５に表示される指定撮影位置からの対象物視認画像の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  測定対象物
１１０  撮影部
１２０  撮影位置測定部
１３０  画像データ記憶部
１５０  モニター画像表示部
１６０、１６５  モデル表示部
１７０  測定条件表示部
１８０  撮影位置指示部
１９０  ファインダー画像表示部
２１０  モデル形成部
２２０  撮影条件測定部
２３０  基準点表示位置演算部
【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８】
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【図１９】
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【図６】
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【図７】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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