(57)【要約】【課題】  同一の被写体を撮影した解像度の異なる画像間において、一方の画像において指定された点に対応する他方の画像における対応点を簡便かつ高精度に求める。【解決手段】  高解像度画像で指定された指定点の周りの画像と、指定点に略対応する低解像度画像の点周りの画像を低解像度切取り画像が高解像度切取り画像に包含されるように切り取る。低解像度画像（ｘｙ座標）から高解像度画像（ＸＹ座標）への座標変換の拡大率ｍ、シフト量ΔＸ、ΔＹ、回転角αに初期値を与える。低解像度切取り画像の画素（画素番号ｎ）に重なる高解像度切取り画像の複数の画素から、画素番号ｎの画素に対応する合成輝度ＩAを算出する。画素番号ｎの画素の輝度Ｉnと合成輝度ＩAとの差を求め、全ての画素（ｎ＝１〜ＮL）に関して自乗和を求めメリット関数Φとする。パラメータｍ、ΔＸ、ΔＹ、αの値を最小二乗法を用いて更新し、Φ＜所定値となるまで繰り返す。【選択図】        図１１
2005106505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の被写体を撮影した解像度の異なる第１画像と第２画像との間において、前記第１画像上における１つの点を指定点として指定するための点指定手段と、
前記第１画像において、前記指定点周りに所定範囲の画像を第１切取り画像として切り取る第１画像切取り手段と、
前記第１切取り画像と前記第２画像との間において、画像マッチングを行なうことにより、前記第２画像上における前記指定点に対応する対応点を探索する対応点探索手段と
を備えることを特徴とする画像間対応点検出装置。
【請求項２】
前記画像マッチングが、前記第１切取り画像と前記第２画像とが重なる重複領域に含まれる両画像の画素情報の一致度を比較して行なわれることを特徴とする請求項１に記載の画像間対応点検出装置。
【請求項３】
前記一致度が、前記第１および第２画像のうち、前記重複領域に包含まれる低解像度画像の画素を単位に算出されることを特徴とする請求項２に記載の画像間対応点検出装置。
【請求項４】
前記一致度が、前記重畳領域に包含される前記低解像度画像の画素に包含される高解像度画像の画素の画素情報と、前記重畳領域に包含される前記低解像度画像の画素の画素情報とを、前記低解像度画像の画素単位に比較することにより算出されることを特徴とする請求項３に記載の画像間対応点検出装置。
【請求項５】
前記画素情報が、各画素の輝度値または画素値であり、前記重畳領域に包含される前記低解像度画像の画素に包含される前記高解像度画像の画素の画素情報が、前記重畳領域に包含される前記低解像度画像の画素に包含される前記高解像度画像の各画素における前記輝度値または画素値の総和に基づく合成輝度であることを特徴とする請求項４に記載の画像間対応点検出装置。
【請求項６】
前記合成輝度が、前記重畳領域に包含される前記低解像度画像の画素に包含される前記高解像度画像の各画素の面積と、前記第１および第２画像間の輝度差または画素値差を補正するための補正係数を含めて算出されることを特徴とする請求項５に記載の画像間対応点検出装置。
【請求項７】
前記補正係数が、前記一致度に基づくメリット関数を用いた最小二乗法を用いて求められることを特徴とする請求項６に記載の画像間対応点検出装置。
【請求項８】
前記対応点探索手段が、前記画像マッチングにおける一致度が高い前記第１画像と前記第２画像との間の座標変換を求めることにより前記対応点を探索することを特徴とする請求項１に記載の画像間対応点検出装置。
【請求項９】
前記座標変換が、並進移動量、回転角、拡大率に係わるパラメータを含むことを特徴とする請求項８に記載の画像間対応点検出装置。
【請求項１０】
前記パラメータの最適値が、前記一致度をメリット関数とする最小二乗法を用いて求められることを特徴とする請求項９に記載の画像間対応点検出装置。
【請求項１１】
前記第２画像から前記第１切取り画像を包含する所定範囲の画像を第２切取り画像として切り取る第２画像切取り手段を備え、前記画像マッチングが、前記第１切取り画像と前記第２切取り画像との間で行なわれることを特徴とする請求項１に記載の画像間対応点検出装置。
【請求項１２】
前記第１画像が低解像度画像であることを特徴とする請求項１に記載の画像間対応点検出装置。
【請求項１３】
同一の被写体を撮影した解像度の異なる第１画像と第２画像との間において、前記第１画像上における１つの点を指定点として指定する点指定処理と、
前記第１画像において、前記指定点周りに所定範囲の画像を第１切取り画像として切り取る第１画像切取り処理と、
前記第１切取り画像と前記第２画像との間において、画像マッチングを行なうことにより、前記第２画像上における前記指定点に対応する対応点を探索する対応点探索処理と
を実行させることを特徴とする画像間対応点検出用プログラム。
【請求項１４】
同一の被写体を撮影した解像度の異なる第１画像と第２画像との間において、前記第１画像上における１つの点を指定点として指定する点指定ステップと、
前記第１画像において、前記指定点周りに所定範囲の画像を第１切取り画像として切り取る第１画像切取りステップと、
前記第１切取り画像と前記第２画像との間において、画像マッチングを行なうことにより、前記第２画像上における前記指定点に対応する対応点を探索する対応点探索ステップと
を備えることを特徴とする画像間対応点検出方法。
【請求項１５】
ステレオ画像から撮影画像内の物点の３次元座標を算出する測量システムであって、
相対的に画角が広い低解像度のステレオ画像を撮影するステレオ画像撮影手段と、
相対的に画角が狭い高解像度の望遠画像を撮影する望遠画像撮影手段と、
前記望遠画像撮影手段を回動して複数の望遠画像を撮影することにより、前記ステレオ画像において撮影される領域を前記複数の望遠画像により再現するステレオ画像再現手段と、
前記望遠画像上において指定される指定点周辺の所定範囲の画像を前記ステレオ画像から低解像度切取り画像として切り取る低解像度画像切取り手段と、
前記低解像度切取り画像と前記望遠画像との間において、画像マッチングを行なうことにより、前記望遠画像上において指定された前記指定点に対応する対応点を前記ステレオ画像上においてサブピクセルレベルで探索する対応点探索手段と
を備えることを特徴とする測量システム。
【請求項１６】
測点に視準するとともに、その測角または測距を行なう測量機を用いた測量システムであって、
前記測量機との位置関係が既知であるとともに、前記測点の画像を撮影する第１撮像手段と、
前記測量機に対し任意の位置から前記測点の画像を前記第１撮像手段とは異なる解像度で撮影する第２撮影手段と、
前記第１撮像手段において撮影された画像において、前記測点周りに所定範囲の画像を切取り画像として切り取る画像切取り手段と、
前記切取り画像と前記第２撮像手段において撮影された画像との間において、画像マッチングを行なうことにより、前記第２撮像手段において撮影された画像上における前記測点に対応する対応点を探索する対応点探索手段と
を備えることを特徴とする測量システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２以上の画像間において対応付けを行なう装置および方法に関し、特にデジタル画像が用いられる測量システムにおける画像間の対応付けに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラの普及にともない、近年では、測量の分野においてもデジタル画像が多く用いられる。デジタル画像は、例えばステレオ画像として（特許文献１参照）、あるいは測量現場の状況を記録しておくために撮影される。測量現場の画像を記録可能な測量機としては、測量機内に高精度なデジタルカメラを搭載したものが知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
測量で用いられる画像では、多くの場合、測点など画像上の任意の位置を指定、特定する必要が生じる。例えばステレオ画像を用いた解析写真測量において、任意に指定される測点の３次元座標を得るには、ステレオ画像を構成する一対の画像間において、その測点に対応する各画像上の位置を指定する必要がある。これは従来、モニタにステレオ撮影されたデジタル画像をそれぞれ表示し、オペレータがマウス等のポインティングデバイスを用いて対応する点をそれぞれの画像上で指定することにより行われる。
【０００４】
また、トータルステーションやセオドライト等の測量機を用いた測量では、測量後の報告書等において、測量を行なった位置を明確にするため、測点を含む画像上において測点の位置を指し示すことが行われる。
【特許文献１】特許第３１９２８７５号公報
【特許文献２】特開平１１−３３７３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ステレオ画像の撮影に用いられる撮像素子の解像度が十分でないと、左右画像における対応点の指定を正確に行なえないという問題がある。測量機を用いた測量後の報告書の作成においても、測点の正確な位置を画像上に表示することは極めて煩雑な作業となる。
【０００６】
本発明は、同一の被写体を撮影した解像度の異なる画像間において、一方の画像において指定された点に対応する他方の画像における対応点を簡便かつ高精度に求めることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る画像間対応点検出装置は、同一の被写体を撮影した解像度の異なる第１画像と第２画像との間において、第１画像上における１つの点を指定点として指定するための点指定手段と、第１画像において、指定点周りに所定範囲の画像を第１切取り画像として切り取る第１画像切取り手段と、第１切取り画像と第２画像との間において、画像マッチングを行なうことにより、第２画像上における指定点に対応する対応点を探索する対応点探索手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
画像マッチングは、第１切取り画像と第２画像とが重なる重複領域に含まれる両画像の画素情報の一致度を比較して行なわれ、この一致度は、第１および第２画像のうち、重複領域に包含まれる低解像度画像の画素を単位に算出される。また、一致度は、重畳領域に包含される低解像度画像の画素に包含される高解像度画像の画素の画素情報と、重畳領域に包含される低解像度画像の画素の画素情報とを、低解像度画像の画素単位に比較することにより算出される。
【０００９】
画素情報は、各画素の輝度値または画素値であり、重畳領域に包含される低解像度画像の画素に包含される高解像度画像の画素の画素情報が、重畳領域に包含される低解像度画像の画素に包含される高解像度画像の各画素における輝度値または画素値の総和に基づく合成輝度であることが好ましい。また、このとき、より正確に一致度を評価するには、合成輝度は、重畳領域に包含される低解像度画像の画素に包含される高解像度画像の各画素の面積と、第１および第２画像間の輝度差または画素値差を補正するための補正係数を含めて算出されることが好ましい。また補正係数は、一致度に基づくメリット関数を用いた最小二乗法を用いて求められる。
【００１０】
対応点探索手段は、画像マッチングにおける一致度が高い第１画像と第２画像との間の座標変換を求めることにより対応点を探索することが好ましい。このとき座標変換は、並進移動量、回転角、拡大率に係わるパラメータを含む。また、これらのパラメータの最適値は、一致度に基づくメリット関数を用いた最小二乗法を用いて求められる。
【００１１】
画像間対応点検出装置は、更に第２画像から第１切取り画像を包含する所定範囲の画像を第２切取り画像として切り取る第２画像切取り手段を備え、画像マッチングは、第１切取り画像と第２切取り画像との間で行なわれることが好ましい。これにより計算時間を短縮することが可能となる。また、画像マッチングの処理を簡便にするには、第１画像が低解像度画像であることが好ましい。
【００１２】
本発明の請求項１３に係る画像間対応点検出用プログラムは、同一の被写体を撮影した解像度の異なる第１画像と第２画像との間において、第１画像上における１つの点を指定点として指定する点指定処理と、第１画像において、指定点周りに所定範囲の画像を第１切取り画像として切り取る第１画像切取り処理と、第１切取り画像と第２画像との間において、画像マッチングを行なうことにより、第２画像上における指定点に対応する対応点を探索する対応点探索処理とを実行させたことを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の請求項１４に係る画像間対応点検出方法は、同一の被写体を撮影した解像度の異なる第１画像と第２画像との間において、第１画像上における１つの点を指定点として指定する点指定ステップと、第１画像において、指定点周りに所定範囲の画像を第１切取り画像として切り取る第１画像切取りステップと、第１切取り画像と第２画像との間において、画像マッチングを行なうことにより、第２画像上における指定点に対応する対応点を探索する対応点探索ステップとを備えたことを特徴としている。
【００１４】
本発明の請求項１５に係る測量システムは、ステレオ画像から撮影画像内の物点の３次元座標を算出する測量システムであって、相対的に画角が広い低解像度のステレオ画像を撮影するステレオ画像撮影手段と、相対的に画角が狭い高解像度の望遠画像を撮影する望遠画像撮影手段と、望遠画像撮影手段を回動して複数の望遠画像を撮影することにより、ステレオ画像において撮影される領域を複数の望遠画像により再現するステレオ画像再現手段と、望遠画像上において指定される指定点周辺の所定範囲の画像をステレオ画像から低解像度切取り画像として切り取る低解像度画像切取り手段と、低解像度切取り画像と望遠画像との間において、画像マッチングを行なうことにより、望遠画像上において指定された指定点に対応する対応点をステレオ画像上においてサブピクセルレベルで探索する対応点探索手段とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
更に本発明の請求項１６に係る測量システムは、測点に視準するとともに、その測角または測距を行なう測量機を用いた測量システムであって、測量機との位置関係が既知であるとともに、測点の画像を撮影する第１撮像手段と、測量機に対し任意の位置から測点の画像を第１撮像手段とは異なる解像度で撮影する第２撮影手段と、第１撮像手段において撮影された画像において、測点周りに所定範囲の画像を切取り画像として切り取る画像切取り手段と、この切取り画像と第２撮像手段において撮影された画像との間において、画像マッチングを行なうことにより、第２撮像手段において撮影された画像上における測点に対応する対応点を探索する対応点探索手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明によれば、同一の被写体を撮影した解像度の異なる画像間において、一方の画像において指定された点に対応する他方の画像における対応点を簡便かつ高精度に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した第１実施形態の解析写真測量システムにおいて用いられるステレオ画像撮影装置の斜視図である。図１（ａ）は第１実施形態のステレオ画像撮影装置を前方斜め下から見たときの斜視図であり、図１（ｂ）は同装置を後方斜め上から見たときの斜視図である。
【００１８】
第１実施形態のステレオ画像撮影装置１０は中央制御部１１と、その両側から左右に延在する桁部１１Ｌ、１１Ｒを備える。左側桁部１１Ｌ、右側桁部１１Ｒの先端部の下側にはそれぞれ、カメラ取付部１２Ｌ、１２Ｒが設けられ、カメラ取付部１２Ｌ、１２Ｒには、各々左ステレオ画像用カメラ１３Ｌおよび右ステレオ画像用カメラ１３Ｒが取り付けられる。また、左側桁部１１Ｌ、右側桁部１１Ｒの先端部の上側にはそれぞれ、回動機構１４Ｌ、１４Ｒが設けられ、回動機構１４Ｌ、１４Ｒにはそれぞれ望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒが搭載される。
【００１９】
また、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒおよび望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒには、共にデジタルスチルカメラが用いられる。左右のステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒは、写真測量用のカメラであり、各々正確に位置決めされた上でカメラ取付部１２Ｌ、１２Ｒに固定される。したがって、２つのステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒの間の位置関係は、予め高い精度で知られている。また、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒの内部定位要素なども予め正確にキャリブレーションされる。
【００２０】
一方、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒは、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒに対して相対的に画角が狭く、焦点距離の長い望遠カメラであり、その位置決め精度や内部定位要素に対する精度は、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒのように正確である必要はない。なお、本実施形態では、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒと望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒに、同一の画素数を有する撮像素子（例えばＣＣＤ）が搭載される。したがって、同一被写体に対し、画角が相対的に狭い望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒは、画角が相対的に広いステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒよりも精細な（解像度の高い）画像を撮影することができる。
【００２１】
なお、ステレオ画像撮影装置１０は、中央制御部１１の底面において、三脚等の支持部に固定される。また、中央制御部１１内には、ステレオ画像撮影装置１０の全体を制御するためのマイクロコンピュータ１６（図２参照）が搭載されており、マイクロコンピュータ１６は中央制御部１１の背面に設けられた操作パネル１１Ｐのスイッチ操作に基づいてステレオ画像撮影装置１０の全体を制御する。
【００２２】
図２は、ステレオ画像撮影装置１０を用いた第１実施形態の写真測量システムの電気的な構成を示すブロック図である。
【００２３】
上述したように、ステレオ画像撮影装置１０は、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒ、回動機構１４Ｌ、１４Ｒ、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒを備え、各々の機器は中央制御部１１に設けられたマイクロコンピュータ１６に接続され制御される。すなわち、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒ、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒのレリーズ動作は、マイクロコンピュータ１６からの指令に基づいて行なわれ、各カメラで撮影されたデジタル画像は、マイクロコンピュータ１６に送出される。
【００２４】
また、マイクロコンピュータ１６には、インターフェース回路１７が接続されており、インターフェース回路１７を介して汎用型（例えばノート型）のコンピュータ２０に接続される。すなわち、各カメラからマイクロコンピュータ１６に送出された画像データは、インタフェースケーブル等の通信媒体を介して、コンピュータ２０に転送可能であるとともに、マイクロコンピュータ１６には、コンピュータ２０から制御信号を伝送可能である。なお、マイクロコンピュータ１６には、更に操作パネル１１Ｐの操作スイッチ群１８、および表示器１９が接続される。
【００２５】
コンピュータ２０は、ＣＰＵ２１、インターフェース回路２２、記録媒体２３、ディスプレイ（画像表示装置）２４、入力装置２５から概ね構成され、ステレオ画像撮影装置１０のマイクロコンピュータ１６から転送された画像データは、インターフェース回路２２を介して記録媒体２３に送られ保存される。また、記録媒体２３に保存された画像データは必要に応じてディスプレイ２４に表示され、コンピュータ２０の各種操作は、マウス等のポインティングデバイスや、キーボード等から構成される入力装置２５を用いた操作によって行われる。
【００２６】
次に、図３を参照して本実施形態における回動機構１４Ｌ、１４Ｒの構造について説明する。回動機構１４Ｌ、１４Ｒは、それぞれに搭載された望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒを上下左右に回動させるための機構であり、マイクロコンピュータ１６からの駆動信号に基づいて制御される。なお、回動機構１４Ｌの構造は回動機構１４Ｒの構造に等しいので、以下の説明では回動機構１４Ｒの説明のみを行ない、回動機構１４Ｌの説明は省略する。
【００２７】
図３は、回動機構１４Ｒの断面図である。回動機構１４Ｒの本体１４０は、凹字形に形成され、その底面中央には、鉛直回動シャフト１４１が設けられる。右側桁部１１Ｒの右先端部の上面には、ボス１４２が形成され回動機構１４Ｒの鉛直回動シャフト１４１が挿通される。右側桁部１１Ｒの先端部内側に挿入された鉛直回動シャフト１４１にはギア１４３が取り付けられ、ギア１４３には、ステッピングモータ等の駆動モータ１４４に取り付けられたピニオンギア１４５が噛合される。すなわち、駆動モータ１４４は、中央制御部１１のマイクロコンピュータ１６からの信号に基づいて回転され、回動機構本体１４０を鉛直軸Ｙの回りに回動制御する。
【００２８】
回動機構本体１４０の凹部内には、望遠カメラ１５Ｒを取り付けるための載置台１４６が配置される。載置台１４６も略凹字形に形成され、望遠カメラ１５Ｒは、その凹部内にねじ等により固定される。載置台１４６の左右の外側面には、各々水平回動シャフト１４７Ｌ、１４７Ｒが設けられる。水平回動シャフト１４７Ｌ、１４７Ｒは各々回動機構本体１４０の内側面に形成されたボス１４８Ｌ、１４８Ｒに挿通される。また、水平回動シャフト１４７Ｌの端部にはギア１４８が取り付けられ、ギア１４８にはステッピングモータ等の駆動モータ１４９に取り付けられたピニオンギア１５０が噛合される。すなわち、駆動モータ１４９は、マイクロコンピュータ１６からの信号に基づいて回転され、回動機構本体１４０を水平軸Ｘの回りに回動制御する。
【００２９】
以上の構成により回動機構１４Ｒ（１４Ｌ）の載置台１４６に固定された望遠カメラ１５Ｒ（１５Ｌ）は、マイクロコンピュータ１６からの駆動信号により任意の方向に向けることができる。
【００３０】
次に図４を参照して、第１実施形態の写真測量システムにおける撮影作業全体の手順について説明する。なお、図４は、ステレオ画像撮影装置１０のマイクロコンピュータ１６において実行される処理のフローチャートである。
【００３１】
ステップＳ１００では、操作パネル１１Ｐの操作スイッチ群１８に設けられたシャッターボタンが押されたか否かの判定が繰り返し実行される。シャッターボタンが押されると、ステップＳ１０１において左右のステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒによる撮影が開始され、左右一対の画像が略同時に、ステレオ画像として撮影される。ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒによる撮影が完了すると、ステップＳ１０２において、回動機構１４Ｌ、１４Ｒの制御が開始されるとともに、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒによる撮影が開始される。望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒは、回動機構１４Ｌ、１４Ｒによりその撮影方向が制御され、ステレオ画像に対応する領域が撮影される。なお、ステップＳ１０２の望遠撮影が完了すると、この写真測量のための撮影作業は終了する。
【００３２】
次に図５〜図８を参照して、ステップＳ１０２の望遠画像撮影動作の詳細について説明する。図５は、回動機構１４Ｒまたは回動機構１４Ｌの回動角と、ステレオ画像用カメラおよび望遠カメラの水平画角との関係を模式的に示す図であり、図６、図７はステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒの一方で撮影された左または右画像を、４枚の望遠画像で構成する場合を模式的に示すものである。また、図８は、回動機構１４Ｒ、１４Ｌの回動制御処理のフローチャートである。なお、図６には、図７において、個別的に例示された４枚望遠画像を合成して、一枚の左画像または右画像を作成した状態が示されている。
【００３３】
図５において、θLRはステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒの水平画角に対応し、θCは望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒの水平画角に対応する。点Ｏは、ステレオ画像用カメラ１３Ｌと望遠カメラ１５Ｌの投影中心（または視点）、またはステレオ画像用カメラ１３Ｒと望遠カメラ１５Ｒの投影中心に対応する。なお、本説明では、ステレオ画像用カメラ１３Ｌと望遠カメラ１５Ｌ、およびステレオ画像用カメラ１３Ｒと望遠カメラ１５Ｒが略同一位置に配置されたものとし、それぞれの投影中心が一致しているものとして説明を行なう。
【００３４】
図５から明らかなように、回動機構１４Ｌ、１４Ｒを用いて望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒを鉛直軸Ｙの回りに回動し、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒによって撮影される水平画角θLRに含まれる範囲を余すことなく水平方向に撮影し、撮影された複数の画像を合成すれば、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒにより撮影された水平画角θLRの画像を、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒによって撮影された水平画角θCの望遠画像を用いて水平方向に沿って再現することができる。
【００３５】
また、垂直方向に関しては、回動機構１４Ｌ、１４Ｒを用いて望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒを水平軸Ｘの回りに回動させて、ステレオ画像カメラ１３Ｌ、１３Ｒの垂直画角φLRに含まれる範囲を余すことなく撮影すれば、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒで撮影された複数の画像を合成することにより、垂直画角φLRの画像を垂直方向に沿って再現することができる。したがって、このように水平、垂直方向に望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒを回動させて複数の画像を撮影し、それらを合成することにより、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒによって撮影された画像を望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒの合成画像として再現できる。
【００３６】
望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒには、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒに搭載された撮像素子と等しい画素数を有する撮像素子が用いられるので、望遠カメラ１５により撮影された望遠画像を合成して作成されるステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒで撮影される領域に対応する画像は、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒにより撮影された画像よりも精細な画像となる。例えば、図６では、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒによって撮影された画像が、図６に示される４枚の望遠画像Ｍ１〜Ｍ４によって再現されている。各望遠画像Ｍ１〜Ｍ４は、撮り残しが発生しないように、例えば若干重複して撮影される。本実施形態では、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒによって撮影された画像は、４枚の望遠画像Ｍ１〜Ｍ４によって合成されるので、略４倍の画素数でステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒで撮影された画像を再現することができる。
【００３７】
ステップＳ２００では、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒの水平回転角θR、垂直回転角φRが、次式で表わされるθ1、φ1に初期設定される。
θ1＝−θLR／２＋θC／２−ω
φ1＝−φLR／２＋φC／２−ω
ここで、それぞれの角度は例えば図５において時計回りが正となるように、また、上向きへの回転が正となるように定義される。ωは撮り残しが発生しないように重複して望遠画像を撮影するための重複角度であり、予め所定の値に設定されている。すなわち、図５に示すように、水平回転角θRの初期値θ1は、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒの水平画角θCの左側境界を画定する直線がステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒの水平画角θLRの左側境界を画定する直線に一致する角度から更に重複角度ωだけ反時計回りに回転させた角度に対応する。また、図示はしないが、垂直回転角φRの初期値φ1は、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒの垂直画角φCにおける下側の境界を画定する直線が、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒの垂直画角φLRにおける下側の境界を画定する直線と一致する角度から更に重複角度ωだけ下向きに回転させた角度に対応する。
【００３８】
ステップＳ２０１では、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒが向けられた方向の望遠画像がそれぞれ撮影される。ステップＳ２０２では、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒの現在における水平回転角θRの値にθINCが足され、その値がθR＝θR＋θINCに更新される。ここで、θINCは望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒの水平方向への首振り角度（鉛直軸Ｙ回りの回転角度）であり、例えば次式で表わされる。
θINC＝θC−ω
すなわち、水平方向首振り角度θINCは、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒの水平画角θCから重複角度ωを差し引いたものであり、これにより、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒにより撮影される画像は、各々水平方向に重複角度ω分重複して撮影される。
【００３９】
ステップＳ２０３では、現在の水平回転角θRが、水平方向撮影終了判定角θEよりも大きいか否かが判定される。水平方向撮影終了判定角θRは、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒが、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒにより水平画角θLRで撮影される領域を水平方向に全て撮影したか否かを判定するための角度であり、例えば次式で表わされる。
θE＝θLR／２＋θC／２
すなわち、水平方向撮影終了判定角θEは、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒの水平画角θCの左側境界を画定する直線が、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒの水平画角θLRの右側境界を画定する直線に一致する角度に対応する。
【００４０】
ステップＳ２０３において、水平回転角θRの値が水平方向撮影終了判定角θEよりも大きくないと判定された場合は、更新された水平回転角θRとなるように望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒを鉛直軸Ｙ回りに回動させステップＳ２０１以下の処理が繰り返される。すなわち、水平回転角θRが水平方向撮影終了判定角θEよりも大きくなるまで、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒは、水平方向首振り角度θINC分ずつ鉛直軸Ｙ回りに時計回りに回転され順次望遠画像が撮影される。
【００４１】
一方ステップＳ２０３において、水平回転角θRの値が水平方向撮影終了判定角θEよりも大きいと判定されると、ステップＳ２０４において、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒの現在における垂直回転角φRの値にφINCが足され、その値がφR＝φR＋φINCに更新される。ここで、φINCは望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒの垂直方向への首振り角度（水平軸Ｘ回りの回転角度）であり、例えば次式で表わされる。
φINC＝φC−ω
すなわち、垂直方向首振り角度φINCは、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒの垂直画角φCから重複角度ωを差し引いたものであり、これにより、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒにより撮影される画像は、垂直方向に重複角度ω分重複して撮影される。
【００４２】
次にステップＳ２０５では、現在の垂直回転角φRが、垂直方向撮影終了判定角φEよりも大きいか否かが判定される。垂直方向撮影終了判定角φRは、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒが、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒの垂直画角φLRの範囲を垂直方向に全て撮影したか否かを判定するための角度であり、例えば次式で表わされる。
φE＝φLR／２＋φC／２
すなわち、垂直方向撮影終了判定角φEは、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒの垂直画角φCにおいて下側境界を画定する直線が、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒの垂直画角φLRの上側境界を画定する直線に一致する角度に対応する。
【００４３】
ステップＳ２０５において、垂直回転角φRの値が垂直方向撮影終了判定角φEよりも大きくないと判定された場合は、ステップＳ２０６において、水平回転角θRが再びθ1に設定されるとともに、更新された水平回転角θR、垂直回転角φRとなるように望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒが、回動機構１４Ｌ、１４Ｒにより水平軸Ｘ、および鉛直軸Ｙ回りに回動させられ、ステップＳ２０１以下の処理が再び繰り返される。すなわち、垂直回転角φRが垂直方向撮影終了判定角φEよりも大きくなるまで、望遠カメラ１５Ｌ、１５Ｒは、φINC分ずつ水平軸Ｘ回りに上向きに回転され順次望遠画像が撮影される。
【００４４】
一方ステップＳ２０５において、垂直回転角φRが垂直方向撮影終了判定角φEよりも大きいと判定された場合には、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒにより撮影された画像の全領域が、望遠カメラ１５により余すことなく撮影されたこととなるので、この回動機構１４Ｌ、１４Ｒの回動制御処理は終了する。
【００４５】
なお、本実施形態では、回動制御処理が全てステレオ画像撮影装置１０のマイクロコンピュータ１６において実行されるものととして説明したが、例えば、コンピュータ２０において回転角を計算し、これらのデータに基づいてマイクロコンピュータ１６が回動制御を行なう構成としてもよい。
【００４６】
次に、図５、図８〜図１０を参照して、第１実施形態における高解像度画像−低解像度画像対応付処理動作について説明する。高解像度画像−低解像度画像対応付処理動作は、画像データを全てコンピュータ２０に転送した後、コンピュータ２０において実行される。
【００４７】
コンピュータ２０のディスプレイ２４には、初め、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒの何れかにおいて撮影された画像（左画像あるいは右画像）の一方が表示される。以下説明の便宜上左画像がディスプレイ２４に表示されたものとして説明を行なうが、これを右画像としても同様である。オペレータは、入力装置２５におけるマウス等のポインティングデバイスを用いて、左画像上において測定しようとする任意の測定点（画素）をディスプレイ２４上において指定する（例えば図６における点Ｐ）。コンピュータ２０は、指定された測定点（画素）の位置を取得し、この測定点に対応する画像を含む望遠画像（例えば望遠画像Ｍ１〜Ｍ４の中の点Ｐを含む望遠画像Ｍ２）を選択し、ディスプレイ２４に表示する。すなわち、ディスプレイ２４には、指定点を含むより精細な拡大画像（望遠画像）が表示される。その後、コンピュータ２０では、図９のフローチャートで示される画像対応付処理が実行される。なお、望遠カメラ１５Ｌ（１５Ｒ）の首振り角度（望遠画像の撮影方向）や、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ（１３Ｒ）の画角、および望遠カメラ１５Ｌ（１５Ｒ）の画角は既知であり、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ（１３Ｒ）と望遠カメラ１５Ｌ（１５Ｒ）の投影中心は略同じ位置に配置されているので、ステレオ画像用カメラ１３Ｌにおいて撮影された左画像内の点（画素）の位置が特定されると、その点に対応する画像を含む望遠画像は簡単に求めることができる。
【００４８】
ステップＳ３００では、ディスプレイ２４に表示された望遠画像（例えば望遠画像Ｍ２）において、オペレータは、改めて測定点（画素）をディスプレイ２４上において指定する（例えば図７における点Ｐ）。すなわち、オペレータは、拡大されたより精細な望遠画像上において、測定点（画素）を改めて正確に指定することができる。また、このとき望遠画像上で指定された測定点（例えばマウスカーソルがクリックされた点）の位置が取得される。
【００４９】
ステップＳ３０１では、望遠画像上で指定された測定点周りに、所定の大きさ、所定の形状を有する画像（切出し画像）が望遠画像および左画像から切り出される。切出し画像は例えば、測定点を中心とした矩形領域の画像であり、図１０に示されるように、左画像から切出される低解像度切出し画像Ｓ１は、望遠画像から切出される高解像度切出し画像Ｓ２に包含される大きさに設定される。高解像度切出し画像Ｓ２の大きさは、低解像度切出し画像Ｓ１を包含していればよく、望遠画像全体を切出し画像としてもよい。なお、前述のように、望遠カメラ１５Ｌ（１５Ｒ）の首振り角度（望遠画像の撮影方向）や、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ（１３Ｒ）の画角、および望遠カメラ１５Ｌ（１５Ｒ）の画角が既知であること、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ（１３Ｒ）と望遠カメラ１５Ｌ（１５Ｒ）の投影中心が略同じ位置に配置されていることから、望遠画像上で指定された測定点（画素）に対応する左画像上の位置は大まかではあるが簡単に求められる。
【００５０】
図１０の例では、低解像度切出し画像Ｓ１として２×２画素の矩形領域が切り出され、高解像度切出し画像Ｓ２としては、１２×１２画素の矩形領域が切り出される。なお、図１０において、低解像度切出し画像Ｓ１と高解像度切出し画像Ｓ２は、左画像の画角と望遠画像の画角とに基づいて、撮影されている画像が略同じ縮尺となるように設定されている。
【００５１】
ステップＳ３０２では、左画像の低解像度切取り画像Ｓ１と望遠画像の高解像度切取り画像Ｓ２との間の一致度を規定するメリット関数Φが最小になるように、画像Ｓ１、Ｓ２間における正確な倍率、ＸＹシフト量（並進移動量）、回転角、輝度補正係数が最小二乗法を用いて算出される。なお、これらのパラメータを算出するための処理の詳細については後述する。
【００５２】
ステップＳ３０３では、ステップＳ３０２において求められたパラメータを用いて、望遠画像において指定された測定点に対応する左画像内の位置（座標）がサブピクセル単位で正確に求められる。
【００５３】
以上のように、ステップＳ３００〜ステップ３０３の処理により、高解像度画像である望遠画像を用いて測定点の位置をより精密に指定することができるとともに、この測定点に対応する左画像内の位置をサブピクセル単位で正確に求めることができる。また、ステップＳ３００〜Ｓ３０３の処理を、右画像に対して同様に適用することにより、左画像において指定した測定点に対応する右画像における測定点の位置をサブピクセル単位で正確に求めることができる。したがって、左右両画像においてサブピクセル単位で求められた正確な測定点の位置から、従来周知の解析写真測量の手法を用いて、任意に指定された測定点の３次元座標を精度よく算出することが可能となる。
【００５４】
次に図６、図７、図１０と図１１のフローチャートを参照して、ステップＳ３０２において実行されるパラメータ算出処理について説明する。
【００５５】
図６、図７に示されるように、左（右）画像上の位置は、例えば画像Ｍの左下隅を原点とし、１画素（ピクセル）を１単位としたＸＹ座標系で表わされ、望遠画像（例えば望遠画像Ｍ２）上の位置は、例えば各望遠画像の左下隅を原点とし、１画素（ピクセル）を１単位としたｘｙ座標系で表わされる。このとき、ｘｙ座標系から、ＸＹ座標系への座標変換は、次の（１）式により表わされる。
【数１】
2005106505.tif 000003
ここで、ｍは倍率、ΔＸ、ΔＹはＸＹシフト量、αは回転角である。
【００５６】
ステップＳ４００では、倍率ｍ、ｘｙシフト量Δｘ、Δｙ、回転角α、輝度補正係数Ｃの初期値が設定される。倍率ｍ、ｘｙシフト量Δｘ、Δｙ、回転角αのパラメータの初期値としては、望遠カメラ１５Ｌ（１５Ｒ）の首振り角度（望遠画像の撮影方向）や、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ（１３Ｒ）の画角、および望遠カメラ１５Ｌ（１５Ｒ）の画角等から概算される値が用いられる。また、輝度補正係数Ｃは、左（右）画像と望遠画像とでは、被写体の同じ位置を撮影した画素であっても、その画素値が露出を同じにしてもカメラの個体差などで一般に異なるので、このずれを補正するための係数である。輝度補正係数Ｃの初期値としては例えば両者において画素値が等しいと仮定して１とされる。なお輝度補正係数Ｃはをシェーディング補正の方法などでカメラの組み合わせごとの固有値として予め計測しておいてもよい．
【００５７】
ステップＳ４０１では、後述するメリット関数Φの値が０にリセットされ、ステップＳ４０２では、低解像度切取り画像Ｓ１に含まれる画素の各々に振り付けられた画素番号（ピクセル番号）ｎの値が１にリセットされる。例えば図１０の４画素に対しては、左下の画素Ｐ１にｎ＝１、左上の画素Ｐ２にｎ＝２、右上の画素Ｐ３にｎ＝３、右下の画素Ｐ４にｎ＝４が振り付けられる。
【００５８】
ステップＳ４０３では、現在のパラメータｍ、ΔＸ、ΔＹ、αの値を代入した式（１）を用いて、画素番号ｎの４隅に対応する位置の低解像度画像におけるｘｙ座標値が高解像度画像におけるＸＹ座標系の座標値に変換される。例えばｎ＝１のとき、図１０における画素Ｐ１の四隅を構成する４点Ｑ１〜Ｑ４のｘｙ座標値（ｉ，ｊ）、（ｉ，ｊ＋１）、（ｉ＋１，ｊ＋１）、（ｉ＋１，ｊ）の値がＸＹ座標値に変換される（なお、ｉ、ｊは整数）。
【００５９】
ステップＳ４０４では、ＸＹ座標系において、４点Ｑ１〜Ｑ４によって画定される矩形領域に含まれる高解像度画像の画素の面積Ａk（ｋ：画素Ｐｎに対応する矩形領域Ｑ１〜Ｑ４に含まれる高解像度画像の画素の各々を区別するための添え字）が画素毎に算出される。例えば図１０において、矩形領域Ｑ１〜Ｑ４に完全に包含される画素Ｒ１の面積は１であり、矩形領域Ｑ１〜Ｑ４の境界上にある画素Ｒ２は、その一部しか矩形領域Ｑ１〜Ｑ４に含まれないので、１よりも小さい小数点の値をとる。
【００６０】
ステップＳ４０５では、低解像度画像の画素Ｐｎに対応する矩形領域に含まれる高解像度画像の全画素の（２）式で定義される合成輝度ＩA(n)が算出される。
【数２】
2005106505.tif 000004
ここで、Ｉkは、高解像度画像における画素番号ｋの画素の輝度であり、Ｎkは、画素Ｐｎの矩形領域に含まれる高解像度画像の画素数である。
【００６１】
ステップＳ４０６では、低解像度画像の画素Ｐｎの輝度Ｉnと、ステップＳ４０５において算出された画素Ｐｎに含まれる高解像度画像の画素による合成輝度ＩA(n)とに基づいて、メリット関数Φの値が更新される。すなわち、現在のΦの値に（Ｉn−ＩA(n)）を加算したものが新しいΦの値とされる。
【００６２】
画素番号ｎの値はステップＳ４０７において１インクリメントされる。ステップＳ４０８では、画素番号ｎの値が低解像度切取り画像の全画素数ＮL（本実施形態ではＮL＝４）に達したか否かが判定される。画素番号ｎがＮLに達していない場合には、処理は再びステップＳ４０３に戻り更新された画素Ｐｎに対して同様の処理が繰り返される。一方、ステップＳ４０８においてｎ＝ＮL＋１と判定されると、ステップＳ４０９において、このときのメリット関数Φの値が所定値よりも小さいか否かが判定される（両画像の一致度が所定値よりも高いか否かが判定される）。
【００６３】
Φ＜所定値ではないと判定されるとステップＳ４１０において、パラメータｍ、ΔＸ、ΔＹ、α、Ｃの変分量が最小二乗法によって求められ、算出された変分量を現在のパラメータの値に付加した値が、新たにパラメータｍ、ΔＸ、ΔＹ、α、Ｃの値とされる。その後処理はステップＳ４０１に戻り、更新されたパラメータｍ、ΔＸ、ΔＹ、α、Ｃの値を用いて、同様の処理が繰り返される。一方ステップＳ４０９において、Φ＜所定値と判定されると、このパラメータ算出処理は終了し、このときのパラメータｍ、ΔＸ、ΔＹ、αの値が、ｘｙ座標系からＸＹ座標系への適正な座標変換パラメータであるとされる。
【００６４】
すなわち、図９のステップＳ３０３では、上記パラメータ算出処理において求められたパラメータｍ、ΔＸ、ΔＹ、αの値を用いた、（１）式の逆変換である（３）式に、高精細な望遠画像において指定された測定点（画素）のＸＹ座標を代入することにより、測定点として指定された画素に対応する左画像上および右画像上の位置がサブピクセルの精度で得られる。なお、望遠画像を拡大表示し、測定点をサブピクセル精度で指定することも可能である。
【数３】
2005106505.tif 000005
【００６５】
以上のように、第１実施形態の写真測量システムでは、測定点を高解像度画像上において指定できるため、高い精度で目的とする測定点の位置を指定することができる。また、指定された測定点の周りにおいて、画像マッチングを行なうことにより、望遠カメラで撮影された高解像度画像と、ステレオ画像用カメラで撮影された低解像度画像との間の座標変換パラメータを高い精度で算出しているので、高解像度画像上において指定された測定点に対応する低解像度画像（ステレオ画像）上の位置をサブピクセルレベルで極めて精度よく算出することができる。したがって、本実施形態において算出された測定点の左右画像上における位置を用いたステレオ写真測量によれば、ステレオ画像用カメラの画素数を増やすことなく高精度に測定点の３次元座標値を算出することが可能となる。
【００６６】
また、第１実施形態によれば、望遠カメラの画角を調整することで、望遠カメラの画素数を増やすことなく、簡単な構成で高精細な撮像素子を搭載したのと同様の効果を得ることができる。
【００６７】
次に図１２、図１３を参照して第１実施形態の変形例について説明する。図１２（ａ）、（ｂ）は、変形例の解析写真測量システムにおいて用いられるステレオ画像撮影装置１０’の斜視図である。図１２（ａ）はステレオ画像撮影装置１０’を前方斜め下から見たときの斜視図であり、図１２（ｂ）は同装置を後方斜め上から見たときの斜視図である。
【００６８】
第１実施形態では、望遠カメラおよび回動機構を左右１組ずつ用いたが、変形例では、図１２に示すように、中央に望遠カメラ１５と回動機構１４を１台ずつ配置している。すなわち、回動機構１４は、中央制御部１１の上に設けられ、望遠カメラ１５は、回動機構１４に搭載される。望遠カメラ１５の投影中心は、略左右のステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒの投影中心を結ぶ線分の中間に配置される。
【００６９】
図１３は、回動機構１４の回動角と、ステレオ画像用カメラおよび望遠カメラの画角、および左右の画像において重複撮影される領域（ステレオ画像による測定が可能な領域、以下ステレオ計測領域と呼ぶ）との関係を模式的に示す図である。
【００７０】
図１３において、点ＯL、ＯRは、それぞれ左ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、右ステレオ画像用カメラ１３Ｒの投影中心（または視点）に対応し、点ＯCは望遠カメラ１５の投影中心（または視点）に対応する。本実施形態において、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒは、光軸が各々平行となるように配置され、望遠カメラの投影中心ＯCは、投影中心ＯL、ＯRの略中間に配置される。このとき、左右のステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒによって、撮影されるステレオ計測領域は、右ステレオ画像用カメラ１３Ｒの水平画角θLRの左側境界を画定する直線Ｌ１と、左ステレオ画像用カメラ１３Ｌの水平画角θLRの右側境界を画定する直線Ｌ２とに挟まれる領域である。したがって、回動機構１４を用いて望遠カメラ１５を鉛直軸Ｙの回りに回動し、直線Ｌ３、Ｌ４に挟まれる領域（すなわち投影中心ＯCを頂点とした水平画角θLRに含まれる範囲）を余すことなく撮影し、撮影された複数の画像を合成してステレオ計測領域を含む画像を水平方向に沿って再現することができる。
【００７１】
また、垂直方向に関しては、投影中心ＯL、ＯC、ＯRが略同一水平軸上に配列されることから、回動機構１４を用いて望遠カメラ１５を水平軸Ｘの回りに回動させて、投影中心ＯCに対する垂直画角φLRに含まれる範囲を余すことなく撮影すれば、望遠カメラ１５で撮影された複数の画像を合成することにより、ステレオ計測領域を含む画像を垂直方向に沿って再現することができる。したがって、このように水平、垂直方向に望遠カメラ１５を回動させて複数の画像を撮影することにより、ステレオ計測領域全体を含む画像を望遠カメラ１５の合成画像として得られる。望遠カメラ１５には、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒに搭載された撮像素子と略等しい画素数を有する撮像素子が用いられるので、望遠カメラ１５により撮影された画像を合成して作成されるステレオ計測領域の画像は、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒにより撮影された画像よりも精細な画像となる。なお、ステレオ計測領域全体を望遠カメラ１５で撮影されるための回動機構１４の制御は、第１実施形態のときと同様である。
【００７２】
変形例においては、オペレータにより、１枚の望遠画像上において１つの測定点が指定されると、これに対応してステレオ画像用カメラ１３Ｌ、１３Ｒでそれぞれ撮影された左画像上および右画像上の対応点の位置が第１実施形態と同様に画像マッチングにより求められる。なお、変形例の場合には、望遠画像と左右のステレオ画像との間における対応関係は、第１実施形態ほど正確に予め分からないので、低解像度切取り画像および高解像度切取り画像を広めに取る必要がある。
【００７３】
以上のように、第１実施形態の変形例において、第１実施形態と略同様の効果を得られる。
【００７４】
次に図１４〜図１６を参照して本発明が適用された第２実施形態の測量システムについて説明する。第２実施形態の測量システムは、トータルステーションやセオドライト等の測量機を用いたシステムであり、図１４は、第２実施形態における測量システムの構成の概略を模式的に示す図である。また、図１５は、第２実施形態の測量システムの電気的な構成を示すブロック図である。
【００７５】
図１４に示されるように、測量システムは、デジタルカメラを内蔵した測量機（例えばトータルステーション）３０と、測量機３０とは別個独立にオペレータにより持ち運ばれる手持ちデジタルカメラ４０と、ノート型パソコン等のコンピュータ２０から概ね構成される。測量機３０は、鉛直軸、水平軸周りに回動可能な視準望遠鏡を備え、この回動角を検知する測角部３１や、視準された位置までの距離を計測する測距部３２を備える。また、本実施形態の測量機３０は、視準された方向の画像を撮影するための内蔵カメラ３３を備える。
【００７６】
測角部３１、測距部３２、内蔵カメラ３３は、マイクロコンピュータ３４によって制御され、各々において得られた角度データ、距離データ、画像データは、マイクロコンピュータ３４に送られる。また、マイクロコンピュータ３４には、操作スイッチ群３５、インターフェース回路３６、ＬＣＤ等の表示器３７等が接続されており、インターフェース回路３６は、コンピュータ２０のインターフェース回路２２にインタフェースケーブル等を介して接続される。すなわち、測量機３０で得られた角度データ、距離データ、画像データは、コンピュータ２０に転送され、コンピュータ２０に設けられた記録媒体２３に記録される。また、コンピュータ２０のインターフェース回路２２には、デジタルカメラである手持ちカメラ４０が接続され、手持ちカメラ４０において撮影された画像も、コンピュータ２０に画像データとして転送され記録媒体２３に記録される。
【００７７】
測量機３０に搭載された内蔵カメラ３３には、測量点周り全体の画像を撮影するため、比較的画角が広いレンズが用いられる。これに対して、手持ちカメラ４０では、測量点近傍の詳細な画像を撮影するため、画角の狭い望遠レンズが用いられる。したがって、同一被写体を略同距離から撮影した場合、手持ちカメラ４０で撮影した望遠画像の方が、測量機３０の内蔵カメラ３３により撮影した広角画像よりも高い解像度で得られる。また、測量機３０に内蔵された内蔵カメラ３３に関しては、予め高精度にキャリブレーションされており、測量機３０に対する撮影画像の外部標定要素や内部定位要素は、予め高精度に知られているが、手持ちカメラ４０に関しては、キャリブレーションがなされていなくてもよい。
【００７８】
図１６に第２実施形態の測量システムにおける測量手順を示し、図１７に手持ちカメラ４０において撮影された測量点の画像と測量機３０の内蔵カメラ３３において撮影された測量点の画像の一例を示す。以下図１６、図１７を参照して、第２実施形態の測量システムにおける作業手順について説明する。
【００７９】
ステップＳ５００においては、測量機３０の視準望遠鏡を測量点Ｒ（図１４参照）に視準し、測量点Ｒまでの距離と角度を求め、これらの値から測量点Ｒの３次元座標値を取得する。また、このとき同時に、測量点Ｒの広角画像（低解像度画像）Ｍ５を内蔵カメラ３３において撮影し、得られた測量データ（角度データ、距離データ）と画像データ（広角画像）をコンピュータ２０に転送する。
【００８０】
ステップＳ５０１では、測量点Ｒの３次元座標値を、測量点Ｒの広角画像Ｍ５上におけるマッピング座標（２次元の画像座標）に変換する。すなわち、コンピュータ２０では、予め高精度に知られた内蔵カメラ３３の外部標定要素、内部定位要素を用いて、測量点Ｒの３次元座標を射影変換により広角画像Ｍ５上の２次元座標に変換する。
【００８１】
ステップＳ５０２では、測量機３０に近い位置から、測量点Ｒの近傍を拡大した望遠画像（高解像度画像）Ｍ６が手持ちカメラ４０を用いて撮影され、その画像データがコンピュータ２０に転送される。ステップＳ５０３では、第１実施形態において図１１を参照して説明したのと同様の方法により、コンピュータ２０において、広角画像Ｍ５と望遠画像Ｍ６との間でメリット関数Φが最小になるパラメータｍ、ΔＸ、ΔＹ、α、Ｃが最小二乗法を用いて算出される。なお、第２実施形態では、高解像度切取り画像として例えば望遠画像Ｍ６の全体を用いる。
【００８２】
ステップＳ５０４では、ステップＳ５０２において算出されたパラメータｍ、ΔＸ、ΔＹ、α、および測量点Ｒのマッピング座標を（１）式に代入し、測量点Ｒに対応する望遠画像Ｍ６上の位置を算出する。また、このとき同時に広角画像Ｍ５、望遠画像Ｍ６に測量点Ｒの位置が記号等を用いて表示され、第２実施形態の測量システムにける測量作業は終了する。
【００８３】
以上のように、第２実施形態によれば、低解像度の広角画像において指定された点（測量点）の位置を高解像度画像である望遠画像上の位置に高精度に対応付けることができ、測量機において測量された測量点の位置を、キャリブレーションされていない手持ちカメラにおいて撮影された高解像度の望遠画像に簡単かつ高精度に対応付けることができる。これにより、測量作業者は、測量後の報告書の提出において迅速かつ正確に測量点の位置を示す望遠画像を作成することができる。
【００８４】
なお、第２実施形態においては、測量機との位置関係が既知なデジタルカメラとして内蔵カメラを例として挙げたが、測量機との位置が予め既知で、キャリブレーションが予め行なわれたデジタルカメラであれば、測量機内に内蔵されている必要はなく、外付けであってもよい。また、第２実施形態においては、内蔵カメラが広角・低解像度、手持ちカメラが望遠・高解像度であったが、内蔵カメラが望遠・低解像度、手持ちカメラが広角・低解像度であてもよい。
【００８５】
以上のように第１および第２実施形態によれば、略同じ方向から同一点を撮影した解像度の異なる２以上の画像間において、低解像度画像から高解像度画像、あるいは高解像度画像から低解像度画像への何れにおいても高精度に対応関係を求めることができる。
【００８６】
なお、本実施形態では、望遠カメラ、広角カメラともに同一画素数の撮像素子を用いることを前提に説明を行なったが、高解像度、低解像度の区別は、画角と画素数の関係（比）で決まるので必ずしも同一画素数の撮像素子を用いる必要はない。すなわち、画角当たりの画素数が大きい方が高解像度画像、小さい方が低解像度画像に対応している。
【００８７】
本実施形態では、輝度を用いて低解像度切取り画像と高解像度切取り画像との間のマッチングを行なったが、撮影画像がカラー画像の場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像毎にそれぞれの画素値を用いて切取り画像間のマッチングを行なってもよい。また、ＲＧＢの画素値を輝度値に変換してマッチングを行なってもよい。
【００８８】
また、本実施形態では、低解像度切取り画像が高解像度切取り画像に包含されるように各々の画像が切り取られたが、逆に、高解像度切取り画像が低解像度切取り画像に包含されるように各々の画像を切り取ってもよい。ただし、この場合には、高解像度切取り画像は、低解像度画像の複数の画素を含む大きに設定される必要があるが、低解像度切取り画像は低解像度画像全体であってもよい。また、高解像度切取り画像の合成輝度（または画素値）は、高解像度切取り画像と部分的に重なる低解像度切取り画像の画素に対しても、その重なり合う領域において比較され、メリット関数に導入される。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明を適用した第１実施形態の解析写真測量システムにおいて用いられるステレオ画像撮影装置の斜視図である。
【図２】ステレオ画像撮影装置を用いた第１実施形態の写真測量システムの電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】回動機構の断面図である。
【図４】ステレオ画像撮影装置のマイクロコンピュータにおいて実行される処理のフローチャートである。
【図５】回動機構の回動角と、ステレオ画像用カメラおよび望遠カメラの水平画角との関係を模式的に示す図である。
【図６】ステレオ画像用カメラの一方で撮影された左画像または右画像を、４枚の望遠画像で構成する場合を模式的に示すものである。
【図７】図６の４枚の望遠画像を個別に示した図である。
【図８】回動機構に対する回動制御処理のフローチャートである。
【図９】画像対応付処理のフローチャートである。
【図１０】パラメータ算出処理における低解像度切出し画像と高解像度切出し画像との関係を模式的に示す図である。
【図１１】パラメータ算出処理のフローチャートである。
【図１２】変形例の解析写真測量システムにおいて用いられるステレオ画像撮影装置の斜視図である。
【図１３】回動機構の回動角と、ステレオ画像用カメラおよび望遠カメラの画角、および左右の画像において重複撮影されるステレオ計測領域の関係を模式的に示す図である。
【図１４】第２実施形態における測量システムの構成の概略を模式的に示す図である。
【図１５】第２実施形態の測量システムの電気的な構成を示すブロック図である。
【図１６】第２実施形態の測量システムにおける測量手順のフローチャートである。
【図１７】手持ちカメラにおいて撮影された測量点の画像と、測量機の内蔵カメラにおいて撮影された測量点の画像とを例示したものである。
【符号の説明】
【００９０】
１０  ステレオ画像撮像装置
１３Ｌ、１３Ｒ  ステレオ画像用カメラ
１５、１５Ｌ、１５Ｒ  望遠カメラ
２０  コンピュータ
３０  測量機
３３  内蔵カメラ
４０  デジタルカメラ
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月20日(2004.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
回動機構本体１４０ の凹部内には、望遠カメラ１５Ｒ を取り付けるための載置台１４６が配置される。載置台１４６ も略凹字形に形成され、望遠カメラ１５Ｒ は、その凹部内にねじ等により固定される。載置台１４６ の左右の外側面には、各々水平回動シャフト１４７Ｌ 、１４７Ｒ が設けられる。水平回動シャフト１４７Ｌ 、１４７Ｒ は各々回動機構本体１４０ の内側面に形成されたボス１４８Ｌ 、１４８Ｒ に挿通される。また、水平回動シャフト１４７Ｌ の端部にはギア１４８ が取り付けられ、ギア１４８ にはステッピングモータ等の駆動モータ１４９ に取り付けられたピニオンギア１５０ が噛合される。すなわち、駆動モータ１４９ は、マイクロコンピュータ１６ からの信号に基づいて回転され、載置台１４６を水平軸Ｘ の回りに回動制御する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
ステップＳ２０３ では、現在の水平回転角θR が、水平方向撮影終了判定角θE よりも大きいか否かが判定される。水平方向撮影終了判定角θE は、望遠カメラ１５Ｌ 、１５Ｒ が、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ 、１３Ｒ により水平画角θLR で撮影される領域を水平方向に全て撮影したか否かを判定するための角度であり、例えば次式で表わされる。
θE ＝θLR ／２ ＋θC ／２
すなわち、水平方向撮影終了判定角θE は、望遠カメラ１５Ｌ 、１５Ｒ の水平画角θC の左側境界を画定する直線が、ステレオ画像用カメラ１３Ｌ 、１３Ｒ の水平画角θLR の右側境界を画定する直線に一致する角度に対応する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
次に、図５ 、図９ 〜図１０ を参照して、第１ 実施形態における高解像度画像−低解像度画像対応付処理動作について説明する。高解像度画像−低解像度画像対応付処理動作は、画像データを全てコンピュータ２０ に転送した後、コンピュータ２０ において実行される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
なお、第２ 実施形態においては、測量機との位置関係が既知なデジタルカメラとして内蔵カメラを例として挙げたが、測量機との位置が予め既知で、キャリブレーションが予め行なわれたデジタルカメラであれば、測量機内に内蔵されている必要はなく、外付けであってもよい。また、第２ 実施形態においては、内蔵カメラが広角・低解像度、手持ちカメラが望遠・高解像度であったが、内蔵カメラが望遠・高解像度、手持ちカメラが広角・低解像度であてもよい。