(57)【要約】【課題】地形や対象物体の三次元形状計測を画像処理によって計測する際に必要なステレオ画像を撮影する装置を提供することである。【解決手段】１台のＩＴＶカメラ、記憶装置、仰角調整用ステージ、方位角調整用ステージ、スライダー、台座、水準器、電源とで構成し、ステレオ画像を撮影する場合は、まず三脚等の台に本装置を固定して、本装置を水平に設置し、スライダーとステージを操作してカメラを計測対象へ向けて１枚目の画像を撮影し、次に、スライダーとステージを操作して異なる位置姿勢にしたカメラを計測対象へ向けて２枚目の画像を撮影し、これら一組の画像をステレオ画像として、それぞれの画像を記憶装置に保存し、撮影した際のカメラ位置はスライダーの目盛りから、また、カメラの姿勢はステージの目盛りから読み取り記録しておく。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１台のＩＴＶカメラ、記憶装置、仰角調整用ステージ、方位角調整用ステージ、スライダー、台座、水準器及び電源とで構成し、ステレオ画像を撮影する場合は、まず三脚等の台に本装置を固定して、本装置を水平に設置し、スライダーとステージを操作してカメラを計測対象へ向けて１枚目の画像を撮影し、次に、スライダーとステージを操作して異なる位置姿勢にしたカメラを計測対象へ向けて２枚目の画像を撮影し、これら一組の画像をステレオ画像として、それぞれの画像を記憶装置に保存し、撮影した際のカメラ位置はスライダーの目盛りから、また、カメラの姿勢はステージの目盛りから読み取り記録しておくことを特徴とするステレオ画像撮影装置。
【請求項２】
請求項１記載のステレオ画像撮影装置において、前記１台のＩＴＶカメラ、前記記憶装置及び前記電源の３つを１台の記憶機能付カメラに置き換えたことを特徴とするステレオ画像撮影装置。
【請求項３】
１台のＩＴＶカメラ、記憶装置、仰角調整用ステージ、方位角調整用ステージ、スライダー、台座、水準器、電源、ＧＰＳ、コンパス及び距離計とで構成し、ステレオ画像を撮影する場合は、まず三脚等の台に本装置を固定して、本装置を水平に設置し、スライダーとステージを操作してカメラを計測対象へ向けて１枚目の画像を撮影し、次に、スライダーとステージを操作して異なる位置姿勢にしたカメラを計測対象へ向けて２枚目の画像を撮影し、これら一組の画像をステレオ画像として、それぞれの画像を記憶装置に保存し、撮影した際のカメラ位置はスライダーの目盛りから、また、カメラの姿勢はステージの目盛りから読み取り記録しておき、また、絶対的な撮影位置をＧＰＳで計測し、絶対的な装置の方位をコンパスから読み取り、カメラから計測対象までの距離を距離計によって計測し、それぞれのデータを記録しておくことを特徴とするステレオ画像撮影装置。
【請求項４】
請求項３記載のステレオ画像撮影装置において、前記１台のＩＴＶカメラ、前記記憶装置及び前記電源の３つを１台の記憶機能付カメラに置き換えたことを特徴とするステレオ画像撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地形や対象物体の三次元形状計測に関する。特に画像処理によって三次元形状計測を行う際に必要なステレオ画像を撮影する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地形形状を計測する方法として最も一般的な方法は測量器による測量である。
これは測量器を測量対象の近傍へ設置し作業員が測量を行う場所へターゲットを配置し、そのターゲットの位置を計測することによって行う。
【０００３】
また、画像を使った地形形状の計測方法としては航空写真による方法がある。
これは飛行機にカメラを搭載し、測量対象を異なる場所から２枚一組の写真（ステレオ画像）を撮影し、持ち帰ったステレオ画像を基に作業員が２枚の画像の同じ点をマークすることで三次元形状を得るものである（非特許文献１参考）。
【０００４】
また、測量器とカメラを組み合わせた方法も提案されている（特許文献１参照）。
これは測量器にＩＴＶカメラを設置した装置を用いてステレオ画像を撮影するもので、ある位置で１枚の画像を撮影した後、場所を移して別の位置で同じ対象地形を撮影する。
この時のカメラの位置姿勢については測量器の位置と姿勢のデータを使用し、ステレオ画像間の対応点探索を自動で行い三次元計測を行うことで地形形状を計測する（非特許文献２参考）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２８５５８５号公報
【０００６】
【非特許文献１】
「地形情報処理学」星仰著，森北出版（株），１９９１）
【非特許文献２】
藤原他「ステレオ画像を使用する地形形状計測システム」電気学会論文誌ｖｏｌ．１２２−Ｃ，Ｎｏ．６，ｐｐ９５０−９５６，２００２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
地形形状を計測する方法として最も一般的な方法である測量器による方法では、少なくとも二人一組の作業員が一方は測量器を操作し、もう一方がターゲットを配置する必要がある。
そして、一度の操作によって得られる三次元位置データはターゲットを配置した一点の三次元位置データで、これにより対象地形の三次元形状を得るためには対象地形の全域に渡ってターゲットを配置しながら測量を行う作業を繰り返す必要がある。
【０００８】
またターゲットを配置する場所は作業員が配置できる平坦な場所に限られており、例えば崖のような作業員にとって危険な場所にはターゲットを配置することができないため測量が不可能である。
【０００９】
非特許文献１に記載される航空写真による方法は、まず航空機を使用することになりコストがかかる。
また航空機による撮影は航空機が運航できる天候で、かつ、測量対象が霧や霜などで隠れておらず、写真うつりの良い天候に限られるため日程調整が大変である。
また航空写真による計測は広範囲な地域を大まかに計測することには有利であるが、そのためには航空機の手配、撮影ルートの設定、天候状態を考慮した日程、撮影後の解析作業と大がかりな測量作業となり、小規模の測量対象や、突発的な崖崩れ等の急な測量には向かない。
【００１０】
また上空からの撮影となるため撮影方向が限定されており、上空から見える平坦な場所では問題ないが切り立った崖や急斜面といった上空から見え難い場所の測量には不利である。
【００１１】
特許文献１に記載される測量器とカメラを組み合わせた方法では、比較的安易にステレオ画像を得ることができる。
しかしながら、測量器にカメラを設置する構造であるため、小型のカメラやレンズを使用する必要があり、より明瞭な画像を得るようなカメラとレンズの組み合わせや、歪みの少ないレンズの使用、自動絞りレンズの使用、高解像度カメラの使用といった光学系の選択の幅が小さく、計測対象の状況に応じた対応が難しい。
【００１２】
また、画像を撮影した際のカメラの位置姿勢を測量器の位置と姿勢のデータから得るのだが、このためには測量器自身の自己位置計算を行っておく必要がある。
この測量器位置の計算は設置した目標物を測量器にて測量することにより行われるのだが、これをごく近傍でも撮影位置を移す毎に行う必要があり、撮影手順が煩雑となっている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係るステレオ画像撮影装置は、１台のＩＴＶカメラ、記憶装置、仰角調整用ステージ、方位角調整用ステージ、スライダー、台座、水準器及び電源とで構成し、ステレオ画像を撮影する場合は、まず三脚等の台に本装置を固定して、本装置を水平に設置し、スライダーとステージを操作してカメラを計測対象へ向けて１枚目の画像を撮影し、次に、スライダーとステージを操作して異なる位置姿勢にしたカメラを計測対象へ向けて２枚目の画像を撮影し、これら一組の画像をステレオ画像として、それぞれの画像を記憶装置に保存し、撮影した際のカメラ位置はスライダーの目盛りから、また、カメラの姿勢はステージの目盛りから読み取り記録しておくことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係るステレオ画像撮影装置は、請求項１記載のステレオ画像撮影装置において、前記１台のＩＴＶカメラ、前記記憶装置及び前記電源の３つを１台の記憶機能付カメラに置き換えたことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係るステレオ画像撮影装置は、１台のＩＴＶカメラ、記憶装置、仰角調整用ステージ、方位角調整用ステージ、スライダー、台座、水準器、電源、ＧＰＳ、コンパス及び距離計とで構成し、ステレオ画像を撮影する場合は、まず三脚等の台に本装置を固定して、本装置を水平に設置し、スライダーとステージを操作してカメラを計測対象へ向けて１枚目の画像を撮影し、次に、スライダーとステージを操作して異なる位置姿勢にしたカメラを計測対象へ向けて２枚目の画像を撮影し、これら一組の画像をステレオ画像として、それぞれの画像を記憶装置に保存し、撮影した際のカメラ位置はスライダーの目盛りから、また、カメラの姿勢はステージの目盛りから読み取り記録しておき、また、絶対的な撮影位置をＧＰＳで計測し、絶対的な装置の方位をコンパスから読み取り、カメラから計測対象までの距離を距離計によって計測し、それぞれのデータを記録しておくことを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係るステレオ画像撮影装置は、請求項３記載のステレオ画像撮影装置において、前記１台のＩＴＶカメラ、前記記憶装置及び前記電源の３つを１台の記憶機能付カメラに置き換えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（１）基本的な考え方（実施例１）
本発明の目的は、地形や対象物体の三次元形状計測を画像処理によって計測する際に必要なステレオ画像を撮影する装置を提供することである。
２枚一組の画像から構成されるステレオ画像による形状計測は、画像に撮影された比較的広い範囲を三次元計測することができる。
【００１８】
この三次元計測の計算には、同じ計測対象を撮影した２枚一組のステレオ画像、撮影の際のそれぞれのカメラの位置姿勢が必要であり、測量器とカメラを組み合わせた方法では測量器の位置と姿勢のデータによりカメラの位置姿勢を求めた。しかしながら、カメラの位置姿勢を求めるためには必ずしも測量器のように大がかりで高価な装置を使用する必要はなく、カメラを移動するための移動機構、カメラを対象方向へ向けるための回転機構、及びそれぞれの位置と角度を計測できる機能があればよい。
【００１９】
そこで、本発明ではできるだけ簡素な手段にてステレオ画像による形状計測に必要な各種データを得られる装置を考える。
本発明によるステレオ画像撮影装置の基本的構成は、図１に示すように、１台のＩＴＶカメラ１０、記憶装置２０、仰角調整用ステージ３０、方位角調整用ステージ４０、スライダー５０、台座６０、水準器７０、電源８０からなる。
【００２０】
本装置でステレオ画像を撮影する場合は、まず三脚等の台に本装置を固定して、水準器７０により本装置を水平に設置し、スライダー５０を水平方向に移動させ、或いは、方位角調整用ステージ４０による旋回、更には、仰角調整用ステージ４０による回転などの操作により、カメラ１０を計測対象へ向けて１枚目の画像を撮影し、次に、スライダー５０とステージ３０，４０を操作して異なる位置姿勢にしたカメラ１０を計測対象へ向けて２枚目の画像を撮影し、これら一組の画像をステレオ画像とする。
【００２１】
それぞれの画像は記憶装置２０に保存し、撮影した際のカメラ１０の位置はスライダー５０の目盛りから、また、カメラ１０の姿勢はステージ３０，４０の目盛りから読み取り、メモ用紙などに記録しておく。
仰角調整用ステージ３０の一例を図５に示す。この例は、図５に示すように、垂直方向についての傾斜角を調整するものであり、微動ハンドルを１回転により１°１９′２５″動くようになっている。
方位角調整用ステージ４０の一例を図６に示す。この例は、図６に示すように、ウォームギヤによる３６０度回転の微動ユニットであり、微動ねじ１回転により約３．５°回転するようになっている。
【００２２】
なお、記憶装置２０に代えてノートパソコンをＩＴＶカメラ１０に接続し、ＩＴＶカメラ１０から一組の画像であるステレオ画像を保存すると共に、これと組み合わせてステージ３０，４０及びスライダー５０の目盛りをキーボードから入力してデジタル的に記録するようにしても良い。
本実施例の応用例として、さきに述べた装置の構成の内、１台のＩＴＶカメラ１０、記憶装置２０、電源８０の３つを、１台の記憶機能付カメラ１１に置き換えた装置が考えられる。
【００２３】
この構成は、図３に示すように、１台の記憶機能付きカメラ１１、仰角調整用ステージ３０、方位角調整用ステージ４０、スライダー５０、台座６０、水準器７０からなる。
デジタルカメラのような近年の記憶機能付カメラ１１は解像度が大きくなり工業用ＩＴＶカメラと同程度の解像度を持つ物も存在する。
このような記憶機能付カメラ１１はカメラ自体に記憶機能を持ち、電池による動作が可能であるため屋外での撮影には携帯性の面で有利である。
この装置でステレオ画像を撮影する手順は、さきに述べた装置の撮影手順と同様で、画像の保存についてはカメラ１１目身の記憶機能によって行う。
【００２４】
本実施例に係る装置は、計測地域にターゲットを配置する必要が無いため作業員が一名でも測量地域のステレオ画像を撮影可能であり、画像を使用する計測であるため、広範囲な計測地域を容易に計測できる。
また、ターゲットの配置を必要としないことで、崖や土砂崩れ現場のような危険な場所への計測にも対応できる。
【００２５】
更に、構成が簡単であるため、航空写真のように大がかりな日程調整を行う必要が無く、作業コストを安価に抑えることができる。
更に、本実施例に係る装置は構成が簡単で装置自体を安価に抑えることができ、一つのステレオ画像を得るため撮影位置の変更もカメラ１０，１１のスライダー５０による移動とステージ３０，４０による回転だけでよく単純である。
【００２６】
またその時のカメラ１０，１１の位置姿勢はスライダー５０とステージ３０，４０の目盛りを読み取り記録するだけで良い。
本実施例のカメラ１０，１１の設置移動範囲がスライダー５０の移動範囲（平面内）に固定され、距離が正確である点及びスライダー５０上に設置された仰角調整用ステージ３０、方位角調整用ステージ４０によってカメラ１０の向きを正確に計測できる点で、特開平０８−２８５５８５８号に係る発明と相違する。
【００２７】
（２）実施例２
本発明によるステレオ画像撮影装置の構成は、（１）基本的な考え方で示した装置の基本構成に加え、図２に示すように、ＧＰＳ９０、コンパス１００、距離計１１０からなる。
この装置でステレオ画像を撮影する場合は、（１）基本的な考え方で示した装置の撮影手順に加え、絶対的な撮影位置をＧＰＳ９０で計測し、絶対的な装置の方位をコンパス１００から読み取り、カメラ１０から計測対象までの距離を距離計１１０によって計測し、それぞれのデータをメモ用紙などに記録しておく。
【００２８】
本実施例の応用例として、さきに述べた装置の構成の内、１台のＩＴＶカメラ１０、記憶装置２０、電源８０の３つを、１台の記憶機能付カメラ１１に置き換えた装置が考えられる。
この構成は、図４に示すように、１台の記憶機能付きカメラ１１、仰角調整用ステージ３０、方位角調整用ステージ４０、スライダー５０、台座６０、水準器７０、ＧＰＳ９０、コンパス１００、距離計１１０からなる。
この装置でステレオ画像を撮影する手順は、さきに述べた装置の撮影手順と同様で、画像の保存についてはカメラ１１自身の記憶機能によって行う。
【００２９】
本発明の実施例による装置は、実施例１の装置のメリットに加えて、装置を設置した絶対的な位置と方位が分かっているので、複数ヶ所から撮影したステレオ画像で計測した対象地域の三次元形状を組み合わせることができるため、一組のステレオ画像では入らない広範囲の計測に対応できる。
【００３０】
また、距離計１１０で撮影位置から対象地域までの距離を計測してあるので、計測する位置の範囲指定ができる。
これによって、範囲指定をすることで効率的な処理ができ、位置計測に大きな間違いが生じた計測点は指定した計測範囲と比較して削除することが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明の請求項１に係るステレオ画像撮影によれば、以下の効果を奏する。
▲１▼一台の装置で簡単にステレオ計測ができる。
▲２▼計測地域にターゲットを配置する必要が無いため作業員が一名でも計測地域のステレオ画像を撮影することができる。
▲３▼計測地域にターゲットを配置する必要が無いため崖や土砂崩れ現場のような危険な場所への計測にも対応できる。
【００３２】
▲４▼画像を使用する計測であるため、広範囲な計測地域を容易に計測できる。
▲５▼構成が簡単であるため、航空写真のように大がかりな日程調整を行う必要が無く、作業コストを安価に抑えることができる。
▲６▼構成が簡単であるため、装置自体を安価に抑えることができる。
▲７▼一つのステレオ画像を得るための撮影位置の変更を、スライダーとステージによってカメラを移動、回転させるだけでよく、操作が非常に簡単である。
▲８▼撮影時のカメラの位置姿勢はスライダーの位置の目盛り、ステージの角度の目盛りを読み取り記録するだけで良く、作業が簡単である。
▲９▼撮影作業が簡単であるため、作業者の負担を軽減することができる。
【００３３】
また、本発明の請求項３に係るステレオ画像撮影装置によれば、以下の効果を奏する。
▲１▼請求項１に係る発明の効果に加えて、装置を設置した絶対的な位置と方位が分かるので、複数ヶ所から撮影したステレオ画像で計測した対象地域の三次元形状を組み合わせることができるため、一組のステレオ画像では入らない広範囲の計測に対応できる。
▲２▼距離計で撮影位置から対象地域までの距離を計測してあるので、計測する位置の範囲指定ができる。
▲３▼計測位置範囲を指定することで効率的な位置計測計算を行うことができる。
▲４▼計測位置範囲を指定することで位置計測に大きな間違いが生じた計測点は指定した計測範囲を元に削除することが可能となる。
【００３４】
本発明の請求項２，４に係る発明によれば、請求項１，３に係る発明に比較して、記録装置や電源が不要となることから携帯性が良好であり、屋外での撮影には便利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な考え方（実施例１）によるステレオ画像撮影装置を示す概念図である。
【図２】本発明の実施例２によるステレオ画像撮影装置を示す概念図である。
【図３】本発明の実施例１の応用例によるステレオ画像撮影装置を示す概念図である。
【図４】本発明の実施例２の応用例によるステレオ画像撮影装置を示す概念図である。
【図５】仰角調整用ステージの説明図である。
【図６】方位角調整用ステージの説明図である。
【符号の説明】
１０  １台のＩＴＶカメラ
２０  記憶装置
３０  仰角調整用ステージ
４０  方位角調整用ステージ
５０  スライダー
６０  台座
７０  水準器
８０  電源
９０  ＧＰＳ
１００  コンパス
１１０  距離計
【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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