(57)【要約】【課題】測量機と光学的に略等価な位置にカメラを配置して撮影された画像を簡便に得る。【解決手段】セオドライトが設置される付近で位置を変えて、測量物の画像をＪ枚撮影する。測量物上の異なる測点Ｐｉをセオドライトで測量する。各画像おいて、測点Ｐｉの画像座標（Ｘｊｉ，Ｙｊｉ）を求める（Ｓ２０１、Ｓ２０４）。測定された測点Ｐｉの水平角θｈｉ、高度角θｐｉから、共線条件を満たす仮想的な３次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を算出する（Ｓ２０２）。カメラの位置が、セオドライトの位置と同じであるとし、カメラの傾き（α，β，γ）は未知変数として最小二乗法を用いて傾きの最適値を算出する（Ｓ２０６〜Ｓ２０９）。カメラの位置を（０，０，０）、傾きを（α，β，γ）としたときに座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）に基づいて算出される測点Ｐｉの画像座標と、実際の画像上の画像座標との差をメリット関数Φｊで評価する。【選択図】　　　　図５
2004085550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の位置から測点を含む複数の画像を撮影する画像撮影手段と、
前記測点の測量情報と、前記測点の前記各画像上の位置情報とに基づいて、前記複数の画像のうち前記測量手段が設置された位置に最も近い位置から撮影された画像を選別する最適画像選別手段と
を備えることを特徴とする測量システム。
【請求項２】
測量を行う測量手段を有することを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
【請求項３】
前記測量情報が、前記測点が存在する方向に関するものであることを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
【請求項４】
前記方向が、角度で示されることを特徴とする請求項３に記載の測量システム。
【請求項５】
前記角度が前記測点の水平角と、高度角であることを特徴とする請求項４に記載の測量システム。
【請求項６】
前記測量手段が、交叉する第１及び第２の回動軸の周りに回動可能であり、前記測量手段が設置された位置が前記第１及び第２の回動軸の交点であることを特徴とする請求項２に記載の測量システム。
【請求項７】
前記第１及び第２の回動軸がそれぞれ水平軸及び鉛直軸であることを特徴とする請求項６に記載の測量システム。
【請求項８】
前記画像撮影手段の光学系の投影投影中心が、前記画像が撮影される位置であることを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
【請求項９】
前記測点の位置を前記画像上で指定するための入力手段を備えることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の測量システム。
【請求項１０】
前記複数の画像うちの第１の画像に対して前記入力手段により前記測点の位置を指定し、残りの画像に対する前記測点の位置は、前記第１の画像とのマッチング処理を各々の画像に施すことにより決定されることを特徴とする請求項９に記載の測量システム。
【請求項１１】
前記最適画像選別手段が、前記測量手段が設置された位置で前記画像の各々が撮影されたとしたときの前記測量情報に基づく共線条件と、前記測点に対する前記画像上の位置情報に基づく共線条件とのズレに基づいて、前記測量手段が設置された位置に近い位置で撮影された画像を選別することを特徴とする請求項２に記載の測量システム。
【請求項１２】
前記最適画像選別手段が、前記測量手段が設置された位置で所定の方向に向けて前記画像の各々が撮影されたものとし、前記測点の測量情報に対する共線条件から前記測点に対応する画像上の位置を算出する画像位置算出手段と、前記各画像について，算出された前記測点の画像上の位置と前記測点の実際の画像上の位置との距離が最も小さくなる画像撮影方向を算出する撮影方向算出手段とを備え，前記画像の選別が、前記画像撮影方向に基づいて算出された前記測点の画像上の位置と、前記各画像における前記測点の実際の位置との間の距離に基づいて行われることを特徴とする請求項１に記載の測量システム。
【請求項１３】
測点を含む複数の画像において、前記測点に対応する画像上の位置をそれぞれ指定する位置指定手段と、
所定の原点に対する前記測点の方向を表わす測量情報と、前記位置指定手段により指定された前記測点の画像上の位置とから、前記各画像のうち撮影時の光学系の投影中心が前記所定の原点に最も近い画像を選別する画像選別手段と
を備えることを特徴とする画像選別システム。
【請求項１４】
前記画像選別手段が、前記各画像が前記所定の原点に投影中心を配置して撮影されたものと仮定したときに、前記測量情報を用いた共線条件から算出される前記測点の画像上の位置と、前記位置指定手段により指定された前記測点の画像上の位置とのズレに基づいて、撮影時の投影中心が前記所定の原点に最も近い画像を選別することを特徴とする請求項１３に記載の画像選別システム。
【請求項１５】
測量機用の三脚に対し、位置及び向きを固定可能な基台部と、
前記基台部に鉛直軸周りに回動自在に保持される鉛直回動部と、
前記鉛直回動部に水平軸周りに回動自在に保持される俯仰部と、
カメラが装着され、第１及び第２の方向に前記カメラを移動可能な雲台部と、
前記雲台部を前記俯仰部と連絡し、支持する雲台支持部とを備え、
前記雲台支持部は、前記雲台部を前記第１及び第２の方向に対して一次独立となる第３の方向に摺動自在に支持し、前記鉛直軸と前記水平軸は交叉し、カメラ装着時、前記カメラは前記鉛直軸と前記水平軸が交叉する点を本体内に含むように取り付けられる
ことを特徴とするカメラ装着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測量機とカメラとを用いた測量システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来測量においては、測量しようとする点（測点）を含む周囲の風景を測量現場の概観画像として撮影し、撮影された画像を測定データと共に保存することがある。概観画像の撮影は、測量機の回転中心と光学的に等価な位置にカメラの投影中心を配置して行なうことが好ましいが、市販されている通常のカメラをこのように配置することは難しい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、測量機と光学的に略等価な位置にカメラを配置して撮影された画像を簡便に得ることを目的としている。特に本発明は、測量機の位置に近い位置から画像を撮影できるとともに、測量機に対する測点の方向のみ測定可能な測量機においても、その測量情報から撮影された画像のうち最も測量機に近い位置で撮影された画像を簡単に選別することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の測量システムは、複数の位置から測点を含む複数の画像を撮影する画像撮影手段と、測量手段により測定された測点の測量情報と、測点の各画像上の位置情報とに基づいて、複数の画像のうち測量手段が設置された位置に最も近い位置から撮影された画像を選別する最適画像選別手段とを備えたことを特徴としている。
【０００５】
測量システムは測量を行なうための測量手段を備え、測量情報は、例えば水平角、高度角等のように測点が存在する方向を表わす角度等の情報に関する。また測量手段は、交叉する第１及び第２の回動軸の周りに回動可能であり、測量手段が設置された位置は、第１及び第２の回動軸の交点として定義される。このとき第１及び第２の回動軸は、それぞれ水平軸及び鉛直軸であることが好ましい。また、画像が撮影される位置は、画像撮影手段の光学系の投影中心として定義される。
【０００６】
測量システムは、測量手段により測定された測点の位置を画像上で指定するための入力手段を備え、このとき複数の画像のうちの、第１の画像に対しては、この入力手段により測点の位置が指定される。これに対し、残りの画像に対する測点の位置は、第１の画像とのマッチング処理を各々の画像に施すことにより決定されることが好ましい。これにより、画像上において測点を指定するための作業の多くの部分を自動化することができ、その作業は大幅に簡略化される。
【０００７】
最適画像選別手段は、測量手段が設置された位置において各々の画像が撮影されたとしたときの測点に対する測量情報に基づく共線条件と、測点に対する画像上の位置情報に基づく共線条件とのズレに基づいて、測量手段が設置された位置に近い位置で撮影された画像を選別する。これにより、測量情報が測点の方向に関する情報しか持たない場合でも最適な画像を選別することができる。
【０００８】
また、最適画像選別手段は例えば、測量手段が設置された位置で所定の方向に向けて各々の画像が撮影されたものとし、測点の測量情報に対する共線条件から測点に対応する画像上の位置を算出する画像位置算出手段と、各画像について，算出された測点の画像上の位置と測点の実際の画像上の位置との距離が最も小さくなる画像撮影方向を算出する撮影方向算出手段とを備える。このとき画像の選別は、画像撮影方向に基づいて算出された測点の画像上の位置と、各画像における測点の実際の位置との間の距離に基づいて行われる。これにより、最適な画像を簡便に選別することができる。
【０００９】
また、本発明の画像選別システムは、測点を含む複数の画像において、測点に対応する画像上の位置をそれぞれ指定する位置指定手段と、所定の原点に対する測点の方向を表わす測量情報と位置指定手段により指定された測点の画像上の位置とから、各画像のうち撮影時の光学系の投影中心が所定の原点に最も近い画像を選別する画像選別手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
例えば画像選別手段は、各画像が所定の原点に投影中心を配置して撮影されたものと仮定したときに、測量情報を用いた共線条件から算出される測点の画像上の位置と、位置指定手段により指定された測点の画像上の位置とのズレに基づいて、そのズレを最小にする画像撮影方向を各画像について算出し，その最小のズレを各画像間で比較し，そのズレが最小の画像を選択することにより、撮影時の投影中心が所定の原点に最も近い画像を選別する。
【００１１】
更に本発明のカメラ装着装置は、測量機用の三脚に対し、位置及び向きを固定可能な基台部と、基台部に鉛直軸周りに回動自在に保持される鉛直回動部と、鉛直回動部に水平軸周りに回動自在に保持される俯仰部と、カメラが装着され、第１及び第２の方向にカメラを移動可能な雲台部と、雲台部を俯仰部と連絡し、支持する雲台支持部とを備え、雲台支持部は、雲台部を第１及び第２の方向に対して一次独立となる第３の方向に摺動自在に支持し、鉛直軸と水平軸は交叉し、カメラ装着時、カメラは鉛直軸と水平軸が交叉する点を本体内に含むように取り付けられることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態である測量機とカメラを用いた測量システムの概略を示すブロック図である。
【００１３】
測量機１０は、例えば電子セオドライト等の測角儀であり、測点に視準するための視準望遠鏡１７を備える。視準望遠鏡１７は、視準望遠鏡を俯仰させる水平軸Ｌｈと、視準望遠鏡を水平面内で回転させる鉛直軸Ｌｐとを有し、これらの軸の周りに回動可能である。水平軸Ｌｈと鉛直軸Ｌｐとは点ＯＳ（以下視準原点ＯＳと呼ぶ）において直交し、視準望遠鏡１７の光軸（視準線）ＬＮＯは視準原点ＯＳを通る。
【００１４】
測角部１２はシステムコンロール回路１３に接続されており、水平軸Ｌｈ周りの高度角θｈと、鉛直軸Ｌｐ周りの水平角θｐとを検出する。すなわち、測角部１２は常時角度を測定しておりシステムコントロール回路１３からの要求に応じて測定値をシステムコントロール回路１３へ送出する。検出された高度角θｈ、水平角θｐ等の測定値はシステムコントロール回路１３において処理される。システムコントロール回路１３には、この他にも、スイッチ群１４、表示器１５（例えばＬＣＤ）、インターフェース回路１６等が接続されている。インターフェース回路１６には、インターフェースケーブルを介して例えばノート型パーソナルコンピュータ等のコンピュータ４０やデータコレクタ（図示せず）等の周辺機器が接続可能である。
【００１５】
コンピュータ４０は、ＣＰＵ４１を中心にハードディスク、ＤＶＤ、ＭＯ、ＩＣカード等の記録媒体４２、マウス４３やキーボード４４等の入力装置や、ＬＣＤ、ＣＲＴ等の画像表示装置（モニタ）４５、及びインターフェース回路４６から概ねなる。インターフェース４６は上述したように、インターフェースケーブルを介して測量機１０のインターフェース回路１６に接続可能である。また、インターフェース回路４６は、例えばデジタルスチルカメラ２０に接続可能である。すなわち、デジタルスチルカメラ２０で撮影された画像は、デジタル画像データとしてコンピュータ４０に伝送することができ、例えば記録媒体４２に記録可能である。
【００１６】
次に図１〜図４を参照して第１の実施形態の測量システムにおける全体の作業手順について説明する。
【００１７】
まず図２は、本実施形態の測量システムにおける全体の作業手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０１において、オペレータはデジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）２０をセオドライト設置台に装置する。ステップＳ１０２では、カメラ位置を前後・左右、あるいは上下に少しずつずらして測量現場の概観画像を複数枚（例えばＪ枚）撮影する。図３に、測量物を前後・左右に異なる９個の位置から順次撮影した場合（Ｊ＝９）のそれぞれのカメラ位置▲１▼〜▲９▼を模式的に表わす。なお、デジタルスチルカメラ２０のセオドライト設置台への装置方法及びカメラ位置の調整方法に関しては後に詳述する。
【００１８】
ステップＳ１０３では、デジタルスチルカメラ２０がセオドライト設置台から取り外され、電子セオドライト１０が装着される。ステップＳ１０４において、測量物上の複数の異なる点（例えば３点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）に対する高度角θｈｉと水平角θｐｉがそれぞれ測定される。（またθｈ、θｐは、すでに測定されている値、国土地理院の測量情報、市販されている地理デ−タ等の所与の地理デ−タを使用してもよい。但し、本実施形態で用いる座標系と所与の地理デ−タと座標系が違う場合には座標変換により所与の地理デ−タを本実施形態で用いる座標系の値に変換する必要がある。また逆も可能である）なお、添字として用いられたパラメータｉは、電子セオドライト１０で測定された各測点を識別するためのものであり、本実施形態の場合ｉ＝１、２、３である。図４に、この測量の様子を模式的に示す。ステップＳ１０５では、カメラ位置▲１▼〜▲９▼で撮影された画像のうち、カメラの投影中心が、電子セオドライト１０の視準原点ＯＳに最も近い位置にあると考えられる画像を選別する最適画像選別処理が実行され、本実施形態の測量作業は終了する。なお、最適画像選別処理については、以下図５のフローチャートを参照して説明する。
【００１９】
図５は、ステップＳ１０５における最適画像選別処理のフローチャートである。最適画像選別処理は、デジタルスチルカメラ２０を用いて位置▲１▼〜▲９▼において撮影された９枚の画像（画像１〜画像９）の画像データと、電子セオドライト１０で測定された３つの測点Ｐ１〜Ｐ３の高度角θｈｉ、水平角θｐｉ等の測量データをコンピュータ４０に転送した後、コンピュータ４０上において実行される。なお、画像データのコンピュータ４０への転送は、図１のようにデジタルスチルカメラ２０とコンピュータ４０をインターフェースケーブルで接続して行なってもよいし、コンパクトフラッシュ（登録商標）等の取り外し可能なメモリを介して行なってもよい。
【００２０】
ステップＳ２０１では、例えば画像１をモニタ４５に表示し、マウス４３等を用いて測点Ｐ１〜Ｐ３に対応する画像上の位置を指定し、各測点に対応する画像座標（Ｘ１１，Ｙ１１）、（Ｘ１２，Ｙ１２）、（Ｘ１３，Ｙ１３）が取得される。なお、以下において画像座標（Ｘｊｉ，Ｙｊｉ）は、第１の添字ｊが画像１から画像９を識別するためのパラメータｊの値、第２の添字が測点Ｐ１から測点Ｐ３を識別するためのパラメータｉの値を表す。
【００２１】
ステップＳ２０２では、測点Ｐｉ（ｉ＝１，２，３）を代表する仮想的な３次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）が各測点Ｐｉの高度角θｈｉ、水平角θｐｉから算出される。座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）は、視準原点ＯＳを原点とする任意の３次元座標系で表わされたものであり、視準原点ＯＳと測点Ｐｉを結ぶ直線（共線）上の任意の共線ベクトルに対応する。なお、３次元座標系として例えば、高度角θｈｉ、水平角θｐｉが共に０の方向をｙ軸、ｘ軸を水平面内に、鉛直上向をｚ軸とした左手座標系が用いられる。このとき共線ベクトルの大きさをｒとすると、３次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）の各成分は、
ｘｉ＝ｒ・ｃｏｓθｈｉ・ｃｏｓθｐｉ
ｙｉ＝ｒ・ｃｏｓθｈｉ・ｓｉｎθｐｉ
ｚｉ＝ｒ・ｓｉｎθｈｉ
と表わされる。以下この座標系を機械座標系と呼ぶ。
【００２２】
次にステップＳ２０３で、パラメータｊが２に設定され、以下ステップＳ２０４〜ステップＳ２１２の処理がｊ＝Ｊとなるまで各画像ｊに対して繰り返し実行される。ステップＳ２０４では、画像ｊ上において測点Ｐｉに対応する画像座標（Ｘｊｉ，Ｙｊｉ）が求められる。本実施形態では、画像１と画像ｊに対してマッチング処理を行い、画像１の画像座標（Ｘ１ｉ，Ｙ１ｉ）に対応する画像ｊ上の画像座標（Ｘｊｉ，Ｙｊｉ）がそれぞれ求められるが、作業者がマウス４３を用いて画像毎に指定してもよい。
【００２３】
ステップＳ２０５では、画像ｊが撮影されたときのデジタルスチルカメラ１０の近似的な傾き（αＧｊ，βＧｊ，γＧｊ）が仮に（０，０，０）に初期設定される。ここで、角度αＧｊ、βＧｊ、γＧｊは、それぞれｘ軸、ｙ軸、ｚ軸周りの回転角であり、回転角の定義には任意の規約が用いられる。また、ステップＳ２０５では、画像ｊに対するメリット関数Φｊの値が０に初期設定される。以下、上記各設定値を初期値としてステップＳ２０６〜ステップＳ２０９の処理が反復される。なお、メリット関数Φｊについては、ステップＳ２０７の説明において述べる。
【００２４】
ステップＳ２０６では、画像ｊを撮影したときのカメラ位置が視準原点ＯＳ（０，０，０）にあるものとするとともに、そのときのカメラの傾きを（αＧｊ，βＧｊ，γＧｊ）として、測点Ｐｉの実測に基づく３次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）に対応する画像ｊ上の画像座標（ＸＧｊｉ，ＹＧｊｉ）が共線条件を用いて近似的な画像座標として算出される。なお、画像座標の算出方法については後に詳述する。
【００２５】
ステップＳ２０７では、メリット関数Φｊが計算される。メリット関数Φｊは例えば（１）式で定義される。
【数１】
2004085550.tif 000003
すなわち、メリット関数Φｊは、各測点Ｐｉの画像ｊ上の実際の画像座標（Ｘｊｉ，Ｙｊｉ）と、画像ｊが視準原点ＯＳ（０，０，０）において傾き（αＧｊ，βＧｊ，γＧｊ）で撮影されたと仮定したときに共線条件から算出される近似的な画像座標（ＸＧｊｉ，ＹＧｊｉ）との間のズレの大きさ表わす。
【００２６】
ステップＳ２０８では、ステップＳ２０６〜ステップＳ２０９の繰り返し処理において、メリット関数Φｊが前回の値に対して変化しているか否かが判定される。例えば前回の処理におけるメリット関数の値がΦｊ０であり、今回の処理での値がΦｊ１であるとするとき、｜Φｊ１−Φｊ０｜の値が所定値以上であるか否かが判定される。
【００２７】
｜Φｊ１−Φｊ０｜Φ≧所定値であると判定された場合には、ステップＳ２０９において近似的に与えられた傾き（αＧｊ，βＧｊ，γＧｊ）に対する補正量（δα，δβ，δγ）が例えば最小二乗法により求められる。すなわち共線条件を近似値である（αＧｊ，βＧｊ，γＧｊ）の周りにテイラー展開し高次の項を省いて線形化し、補正量（δα，δβ，δγ）を未知量とする正規方程式を作成することにより適正な補正量（δα，δβ，δγ）が求められる。また、ステップＳ２０９では、算出された補正量（δα，δβ，δγ）に基づいて近似値である傾き（αＧｊ，βＧｊ，γＧｊ）の値が、それぞれ（αＧｊ＋δα，βＧｊ＋δβ，γＧｊ＋δγ）に更新される。その後処理はステップＳ２０６に戻り、ステップＳ２０８において｜Φｊ１−Φｊ０｜Φ＜所定値と判定されるまで、ステップＳ２０６〜ステップＳ２０９の処理が繰り返される。ステップＳ２０８において｜Φｊ１−Φｊ０｜Φ＜所定値と判定されると、処理はステップＳ２１０に進む。
【００２８】
ステップＳ２１０では、ステップＳ２０６〜ステップＳ２０９の繰り返し処理において、最後に求められたメリット関数Φｊの値、及び最後の（αＧｊ，βＧｊ，γＧｊ）の値がＣＰＵ４１の記憶領域に格納される。ステップＳ２１１では、ｊ＝Ｊ（＝９）であるか否かが判定される。すなわち、画像１〜画像９全てに対してメリット関数Φｊの値が算出されたか否かが判定される。ｊ＝Ｊでない、すなわちｊ＜Ｊ、と判定されるとステップＳ２１２においてパラメータｊの値が１インクリメントされ、処理はステップＳ２０４に戻る。
【００２９】
一方、ステップＳ２１１においてｊ＝Ｊと判定されると、ステップＳ２１３において画像ｊ（ｊ＝２，３，・・・，９）のうち、メリット関数Φｊが最小となる画像が選別され、そのときの画像番号ｊと傾き（αＧｊ，βＧｊ，γＧｊ）が例えば記録媒体４２等に記録される。すなわち、メリット関数Φｊが最小となる画像は、画像１〜画像９のうちで、電子セオドライト１０の視準原点ＯＳに最も近い位置から撮影された画像である。以上により本実施形態の最適画像選別処理は終了する。なお、上記説明では、カメラ位置を水平面上の９点（位置▲１▼〜▲９▼）としたが、カメラ位置は、これらの位置に限定されるものではないことは言うまでもない。例えば平面上の縦３点、横３点（合計９点）に、上下３点を加え、合計２７点に対応する位置で撮影を行ってもよい。
【００３０】
次にステップＳ２０６における近似的な画像座標（ＸＧｊｉ，ＹＧｊｉ）の算出方法について説明する。
【００３１】
機械座標系の３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、カメラ座標系の原点が（ｘ０，ｙ０，ｚ０）にあり、カメラ座標系がｘ軸、ｙ軸、ｚ軸周りに（α、β、γ）回転されているとき、次の（２）式によりカメラ座標系の３次元座標（ｃｘ，ｃｙ，ｃｚ）に変換される。
【数２】
2004085550.tif 000004
ここで行列｛Ｔｊｋ｝は回転行列であり、各成分Ｔｊｋは例えば次式で表される。
Ｔ１１＝ｃｏｓβ・ｃｏｓγ
Ｔ１２＝ｃｏｓα・ｓｉｎγ＋ｓｉｎα・ｓｉｎβ・ｃｏｓγ
Ｔ１３＝ｓｉｎα・ｓｉｎγ−ｃｏｓα・ｓｉｎβ・ｃｏｓγ
Ｔ２１＝−ｃｏｓβ・ｓｉｎγ
Ｔ２２＝ｃｏｓα・ｃｏｓγ−ｓｉｎα・ｓｉｎβ・ｓｉｎγ
Ｔ２３＝ｓｉｎα・ｃｏｓγ＋ｃｏｓα・ｓｉｎβ・ｓｉｎγ
Ｔ３１＝ｓｉｎβ
Ｔ３２＝−ｓｉｎα・ｃｏｓβ
Ｔ３３＝ｃｏｓα・ｃｏｓβ
【００３２】
また、カメラ座標系の原点をカメラの投影中心に一致させ、ｃｘ軸、ｃｙ軸をデジタルスチルカメラ２０の撮像素子の水平、垂直ラインに平行にし、ｃｚ軸を撮像面に垂直で、投影中心から像面の方向に向けて定義すると、カメラ座標系での３次元座標（ｃｘ、ｃｙ、ｃｚ）は、共線条件である次の（３）式により、撮像面上の２次元のスクリーン座標（ｓ、ｔ）に投影される。
【数３】
2004085550.tif 000005
なお、スクリーン座標系は主点を原点とした撮像面上の２次元座標系であり、ｓ軸は撮像素子２１の水平ライン方向に、ｔ軸は垂直ライン方向に対応する。また、ここでｆは画面距離である。
【００３３】
（３）式ので得られるスクリーン座標（ｓ，ｔ）は、デジタルスチルカメラ２０の光学系のディスト−ション等による共線条件からのズレを考慮していない。補正されたスクリーン座標（ｓｃ、ｔｃ）は、次の（４）式により求められる。
【数４】
2004085550.tif 000006
ここで、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６はそれぞれディストーション２次成分、４次成分、６次成分であり、Ｎ１、Ｎ２はディストーション非対称成分、ＸＣ、ＹＣは主点の画像中心からのｓ軸方向、ｔ軸方向への偏心量である。
【００３４】
画像座標（Ｘ，Ｙ）は、次の（５）式に補正されたスクリーン座標（ｓｃ，ｔｃ）を代入することにより求められる。
【数５】
2004085550.tif 000007
ここで、Ｐｘ、ＰｙはそれぞれＣＣＤの水平、垂直方向の画素ピッチであり、Ｗ、Ｈはそれぞれ画像の水平、垂直方向のピクセル数である。
【００３５】
以上の（２）式〜（５）式の変換により機械座標系の３次元座標は画像座標へ変換することができる。したがって、ステップＳ２０６において、（２）式にカメラ位置（０，０，０）、傾き（αＧｊ，βＧｊ，γＧｊ）、３次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を代入することにより、画像ｊにおける測点Ｐｉに対応する近似的な画像座標（ＸＧｊｉ，ＹＧｊｉ）が算出される。
【００３６】
次に、本実施形態におけるカメラのセオドライト設置台への装置方法及び、カメラ位置の調整方法について図６〜図９を参照して説明する。
【００３７】
図６は、電子セオドライト１０が三脚５０に取り付けられた状態が示されている。電子セオドライト１０は、視準望遠鏡１７を俯仰自在に支持するセオドライト本体１００と、水平目盛盤を備える水平目盛部１０１と、整準台１０２と、三脚５０に取り付けられる底板１０３とから概ねなる。本実施形態の電子セオドライト１０の本体及び水平目盛部１０１は、一体的に構成され、整準台１０２に着脱自在である。すなわち、本実施形態では、整準台１０２がセオドライト設置台としての機能を果たす。
【００３８】
図７は、本実施形態のカメラ装着装置の斜視図であり、図８は正面図、図９は図８のＡ−Ａ断面図である。
【００３９】
デジタルスチルカメラ２０は、カメラ装着装置２００を介して三脚５０に取り付けられたセオドライト設置台（整準台）１０２に装着される。セオドライト設置台１０２には、水平目盛り部１０１の代わりに円筒形の基台部２０１が取り付けられる。基台部２０１の底面には例えば３個の突起２０２が設けられており、突起２０２は、セオドライト設置台１０２の対応する窪みに嵌入され、基台部２０１をセオドライト設置台１０２に固定する。
【００４０】
基台部２０１の上面には、細長い扁平の板をコの字型に成形した水平回動部２０３が配置される。コの字型の水平回動部２０３は口の開いた方を上方に向け、基台部２０１の略中央にその中心が配置される。水平回動部２０３の基台部２０１の中央部に対応する位置には、回転軸部材２０４が貫入される軸穴２０３ｈが形成されている。また、これに対応して基台部２０１の中央には、底面から上面に達する軸穴２０１ｈが形成されている。軸穴２０３ｈ及び軸穴２０１ｈには回転軸部材２０４が貫入されてナット２０４ｎ等で固定される。これにより、水平回動部２０３は基台部２０１に対して鉛直軸Ｌｐ’周りに回動自在に保持される。
【００４１】
水平回動部２０３の内側には、水平回動部２０３と略同じ幅を持つが、水平回動部２０３よりも一回り小さいコの字型の俯仰部２０５が所定の間隔を隔てて配置される。水平回動部２０３及び俯仰部２０５の両者は、互いに左右の上端部において係合される。すなわち、水平回動部２０３と俯仰部２０５の両上端部にはそれぞれ回転軸部材２０６ａ、２０６ｂを挿通するための軸穴がそれぞれ設けられている。回転軸部材２０６ａは、水平回動部２０３と俯仰部２０５の正面図（図８）において右側の上端に設けられたそれぞれの軸穴にスペ−サ−２０６Ｃを介して回転自在に挿通される。一方、回転軸部材２０６ｂは、左側の上端に設けられたそれぞれの軸穴にスペ−サ−２０６Ｃを介して回転自在に挿通される。回転軸部材２０６ａ、２０６ｂは同軸Ｌｈ’上に配置され、軸Ｌｈ’は基台部２０１の中心を通る鉛直軸Ｌｐ’と直交する。すなわち俯仰部２０５は水平回動部２０３により、水平軸Ｌｈ’周りに回動自在に保持され、これによりカメラの俯仰動作が実現される。また、回転軸部材２０６ａの端部には、俯仰操作の固定を行うための摘み部２０７が取り付けられている。なお、水平軸Ｌｈ’と鉛直軸Ｌｐ’との交点は電子セオドライト１０が取り付けられたときの視準原点ＯＳの位置に略対応する。
【００４２】
俯仰部２０５の横方向に延在する底板中央には、円柱部材２０８が底板に垂直に設けられる。すなわち、円柱部材２０８は、俯仰部２０５の両側板に平行に底板中央に取り付けられている。また、円柱部材２０８の上端側は、円管部材２０９に嵌入され、円管部材２０９は、円柱部材２０８に対して摺動自在である。円管部材２０９の位置は、円管部材２０９の下端よりに設けられた上下固定摘み部２０９ｄにより固定される。すなわち、円管部材２０９の下端よりには、円管の内側と外側を連通する穿孔が穿設されており、この穿孔には上下固定摘み部２０９ｄの雄ネジと螺合する雌ネジが穿刻されている。円管部材２０９の上下方向の運動は、上下固定摘み部２０９ｄを回転し、雄ネジを円管部材２０９の内の円柱部材２０８の側面に押し付けることにより規制される。なお、円筒部材２０８の側面には目盛２０８ｍが描かれており、作業者は目盛２０８ｍを参照して円管部材２０９の俯仰部２０５からの距離を知ることができる。
【００４３】
円管部材２０９の上部には、雲台部２１０が設けられている。雲台部２１０は、下から固定部２１１、左右移動部２１２、前後移動部２１３の３層構造をなす。固定部２１１は円管部材２０９に固着されており、固定部２１１は、水平面が正方形の扁平な直方体形状を略呈する。固定部２１１の上面には水平軸Ｌｈ’方向に沿った蟻ほぞ形状のキー溝が形成されている。左右移動部２１２も固定部２１１と略同型の直方体形状を呈し、その底面には、上記固定部２１１の上面に形成されたキー溝と噛合う蟻ほぞ形状のキーが形成されている。すなわち、左右移動部２１２は、固定部２１１に対して水平軸Ｌｈ’方向に摺動自在である。また、固定部２１１の正面側の側面中央には、固定部２１１の上面に形成されたキー溝に達する穿孔が設けられており、この穿孔には、左右調整摘み部２１１ｄが取り付けられている。すなわち、左右調整摘み部２１１ｄを回転させることにより左右移動部２１２を固定部２１１に対して左右方向（水平軸Ｌｈ’に沿って）に移動することができる。なお、固定部２１１、左右移動部２１２には、固定部２１１に対する左右移動部２１２の移動量を示す目盛２１１ｍが描かれている。
【００４４】
一方、左右移動部２１２の上面には水平軸Ｌｈ’と直交する方向に沿って、蟻ほぞ形状のキー溝が形成されており、左右移動部２１２と略同型の直方体形状を呈した前後移動部２１３の底面には、左右移動部２１２の上面に設けられたキー溝と噛合う蟻ほぞ形状のキーが形成されている。すなわち、前後移動部２１３は、左右移動部２１２に対して水平軸Ｌｈ’と直交する方向（前後方向）に沿って摺動自在である。また、左右移動部２１２の右側面中央には、左右移動部２１２の上面に形成されたキー溝に達する穿孔が設けられており、この穿孔には、前後調整摘み部２１２ｄが取り付けられている。すなわち、前後調整摘み部２１２ｄを回転させることにより、前後移動部２１３を左右移動部２１２に対して前後方向に移動することができる。なお、左右移動部２１２、前後移動部２１３には、左右移動部２１２に対する前後移動部２１３の移動量を示す目盛２１２ｍが描かれている。
【００４５】
前後移動部２１３の上面には、略正方形の凹部２１３ｃが形成されており、前後移動部２１３の正面側の側面中央には、凹部２１３ｃに達するネジ孔が形成されている。このネジ孔には、ボルト状のカメラ固定摘み部２１３ｄが装着される。凹部２１３ｃには、カメラ取付部２１４が嵌入される。カメラ取付部２１４は、略凹部２１３ｃと同型の直方体形状をしており、その底面中央には、底面から上面に貫通する穿孔が形成されており、取付ボルト２１４ｄが嵌挿されている。取付ボルト２１４ｄは、カメラ取付部２１４の上面から突出し、カメラ底面に設けられた、三脚取付孔に螺着され、カメラをカメラ取付部２１４に固定する。カメラ取付部２１４の正面側の側面には、カメラ取付部２１４を凹部２１３ｃ内に装着したときに、カメラ固定摘み部２１３ｄに対応する位置に例えば水平方向の溝が切られている。すなわち、カメラ固定摘み部２１３ｄを回転し、凹部２１３ｃ内に送り出すことにより、カメラ取付部２１４を雲台２１０の前後移動部２１３に固定することができる。
【００４６】
雲台２１０に装置されたカメラ２０は、固定摘み部２０９ｄを操作することにより上下の位置を、２つの調整摘み部２１１ｄ、２１２ｄを操作することにより前後左右の位置を調整することができる。カメラを雲台２１０に配置すると、その投影中心は、略水平軸Ｌｈ’と鉛直軸Ｌｐ’との交点（視準原点ＯＳ）付近に配置される。通常作業者は、カメラの投影中心の位置を知ることはできないので、これを視準原点ＯＳに正確に一致させることはできない。カメラ２０の位置は、固定摘み部２０９ｄ、左右調整摘み部２１１ｄ、前後調整摘み部２１２ｄを操作して視準原点ＯＳの周囲の異なる位置（例えば位置▲１▼〜▲９▼）に配置することができるので、これらの各位置で撮影された画像に上記最適画像選別処理を適用することによりカメラの投影中心が測量機１０の視準原点ＯＳに最も近い位置で撮影された画像を選別することができる。
【００４７】
以上のように本実施形態によれば、セオドライト等のように測点の方向のみを計測できる測量機であっても、測量機と光学的に略等価な位置に配置されたカメラで撮影された画像を簡単に選別することができる。また、本実施形態のカメラ装着装置を用いれば、測量機と光学的に略等価な位置と推定される複数の位置から画像を簡単に撮影することができる。さらに、等価な位置選択後には、その位置に固定することにより本条件を再現できる、よって本検出を再度行う必要がなくなり作業性を上げる事ができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、電子セオドライトを測量機として用いたため、測量機に対する測点の方向を表わす角度情報（水平角、高度角）のみに基づいて最適画像選別処理を実行した。測点までの距離と角度情報が得られるトータルステーション等では、測点の３次元的な位置が特定できるので、各画像が撮影されたときのカメラの外部標定要素を各々算出することができる。この場合には、画像毎に算出されたカメラの位置（外部標定要素）のうち最も測量機の位置に近い位置で撮影された画像を選択すればよい。
【００４９】
本実施形態では、各測点の水平角、高度角から仮想的な（視準原点に対する方向を表わす）３次元座標を算出し、この３次元座標に対する共線条件から求められる画像座標を、各画像における実際の測点の画像座標と比べることにより最適な画像を選別しているが、実際の測点の画像座標から対応する仮想的な３次元座標を算出し、これを水平角、高度角から求められる３次元座標と比較してもよい。また更に、測点の画像座標から対応する水平角、高度角を算出し、これを実測された各測点の水平角、高度角と比較してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、測量機と光学的に略等価な位置にカメラを配置して撮影された画像を簡便に得ることができる。更に本発明によれば、測量機の位置に近い位置から画像を撮影できるとともに、測量機に対する測点の方向のみ測定可能な測量機においても、その測量情報から撮影された画像のうち最も測量機に近い位置で撮影された画像を簡単に選別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施形態である測量システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】本実施形態の測量システムにおける全体の作業手順を示すフローチャートである。
【図３】測量物を前後・左右に異なる９個の位置から順次撮影した場合（Ｊ＝９）のカメラ位置▲１▼〜▲９▼を模式的に表わす。
【図４】図３で示される測量物の画像の撮影に続いて、測量物上の測点Ｐ１〜Ｐ３に対する測量を行うときの模式図である。
【図５】図２のステップＳ１０５における最適画像選別処理のフローチャートである。
【図６】電子セオドライトが三脚に取り付けられた状態を示す。
【図７】本実施形態のカメラ装着装置の斜視図である。
【図８】図８は図７に示したカメラ装着装置の正面図である。
【図９】図８のカメラ装着装置のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１０　測量機
１２　測角部
２０　デジタルスチルカメラ
４０　コンピュータ
４１　ＣＰＵ
Ｌｈ　　水平軸
Ｌｐ　　鉛直軸
【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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