(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
施工現場とその周辺を含む地上からデジタルカメラを用いてステレオ撮影された一連のデジタル画像データを用いて、施工管理に利用する出来形の３次元データを求める際に、「計画準備」−「撮影」−「計測」−「出来形」までの作業工程の各種データをデータベースに保存して管理し、上記データベースに保存したデータを用いて写真測量を行う写真撮影管理方法であって、上記データベースに、計測・計算情報としての施工現場の平面図の画像データと基準点データ、及び、撮影機器情報としての使用カメラの機種とレンズ焦点距離とをプロジェクト情報として入力する第１のステップと、
上記プロジェクト情報を用いて撮影位置，撮影方向を決定し、所定の撮影点から基準点を示す装置である標定点装置が配設されている施工現場の写真撮影を行う第２のステップと、
撮影条件としての上記撮影点名，撮影位置，撮影方向と上記第２のステップにおいて撮影された施工現場のデジタル画像データとをリンクさせた撮影点情報を生成して上記データベースに保存する第３のステップと、
上記撮影点情報である撮影位置や撮影方向とリンクされたデジタル画像データと上記プロジェクト情報である上記撮影機器情報と上記基準点データとをリンクさせて、上記デジタル画像データにモデル名と左右の写真番号とを付加するとともに標定点計測データを計測し、上記各デジタル画像データに上記モデル名と上記左右の写真番号と上記標定点計測データとが付加されたステレオモデル情報を生成する第４のステップと、
上記ステレオモデル情報に基づいて計測モデルとして使用する画像を選択して標定解析を行い、その結果を上記ステレオモデル情報に付加して上記データベースに保存する第５のステップと、
上記第５のステップにおいて選択された計測モデルの２つの画像中において共通して撮影されている範囲の中から、被測定物の計測可能範囲である計測範囲を指定する第６のステップと、
実際に３次元座標の計測を実施する被測定物の範囲である３次元計測範囲を含む３次元計測情報を生成する第７のステップと、
上記ステレオモデル情報と３次元計測情報とを用いて、上記被測定物の３次元座標データを作成して、出来形情報である３次元座標データ及びブレイクラインデータを生成する第８のステップとを備え、
写真測量の作業を導き行うことができるようにしたことを特徴とする写真撮影管理方法。
【請求項２】
被測定物の３次元計測範囲が当該計測モデルの２つの画像中において共通して撮影されている範囲である計測可能範囲を超えた場合には、上記ステレオモデル情報及び３次元計測情報に基づいて、上記計測モデルに隣接する画像から成る計測モデルを選択し、上記選択された計測モデルを用いて上記被測定物の３次元座標データを算出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の写真撮影管理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、施工対象物の写真測量法による３次元計測を容易にするための、計測システム及びデータベースの管理に関するもので、特に、デジタルカメラの画像データを用いて施工現場の出来形モデルを求める写真撮影管理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の写真測量法は、施工現場の地形等の被測定物を地上空間の相異る２地点より撮影（ステレオ撮影）し、上記撮影された２枚の写真画像に基づいて上記被測定物の３次元座標を算出し、上記被測定物の３次元形状情報及び３次元モデルを作成していた。上記写真画像は、施工現場において作業者がカメラ等の撮影機器や施工現場の３次元計測に適した複数の撮影位置を決定し撮影を行い、上記撮影された複数の写真画像から選択されたものである。このとき施工現場には、地上座標が既知の複数の基準点やステレオ撮影する２つの画像（計測モデルという）に共通して撮影される複数の点（パスポイント）等の標定点を示す標定点装置が予め設置される。次に作業者は、上記計測モデル上の標定点に基づいて、上記２枚の画像の撮影時における相対的位置関係を決定（相互標定）し、更に上記標定点の地上座標を決定（対地標定）する。そして、上記標定解析作業により決定された画像上の座標系と地上座標系との関係から、上記画像上の任意の被測定物の各位置の３次元座標データを求める。また、複数の計測モデルについて上記作業を行い、各計測モデルから求められた被測定物の３次元データを繋ぎ合わせることで施工現場の３次元モデル（出来形モデル）を作成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の写真測量法においては、撮影機器の選択や撮影位置の決定などを行うためには、写真撮影法についての詳細な知識や経験が必要であった。また、使用カメラ，レンズ焦点距離などのプロジェクト情報や撮影位置，撮影方向などの撮影情報や写真名，標定点計測データ等のステレオモデル情報などの各データは、個別にファイル管理されているので、作業前に様々な準備をする場合、作業者は前後の工程の各ファイルを取出して作業準備を行わなければならず、作業能率が悪いという欠点があった。しかも個々の作業が専門的知識を必要とするため、各作業者間の連絡を密に取りながら作業を進めていかなければならず、短時間に写真測量の結果を出すことが困難であるという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、ステレオ撮影されたデジタル画像データをデータベースに管理し、上記データに基づいて写真測量全般に渡り各種データを管理し、作業者が容易にしかも効率よく写真撮影から出来形モデルの作成までの写真測量及びその管理を行えるような写真撮影管理方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の発明は、施工現場とその周辺を含む地上からデジタルカメラを用いてステレオ撮影された一連のデジタル画像データを用いて、施工管理に利用する出来形の３次元データを求める際に、「計画準備」−「撮影」−「計測」−「出来形」までの作業工程の各種データをデータベースに保存して管理し、上記データベースに保存したデータを用いて写真測量を行う写真撮影管理方法であって、上記データベースに、計測・計算情報としての施工現場の平面図の画像データと基準点データ、及び、撮影機器情報としての使用カメラの機種とレンズ焦点距離とをプロジェクト情報として入力する第１のステップと、
上記プロジェクト情報を用いて撮影位置，撮影方向を決定し、所定の撮影点から基準点を示す装置である標定点装置が配設されている施工現場の写真撮影を行う第２のステップと、
撮影条件としての上記撮影点名，撮影位置，撮影方向と上記第２のステップにおいて撮影された施工現場のデジタル画像データとをリンクさせた撮影点情報を生成して上記データベースに保存する第３のステップと、
上記撮影点情報である撮影位置や撮影方向とリンクされたデジタル画像データと上記プロジェクト情報である上記撮影機器情報と上記基準点データとをリンクさせて、上記デジタル画像データにモデル名と左右の写真番号とを付加するとともに標定点計測データを計測し、上記各デジタル画像データに上記モデル名と上記左右の写真番号と上記標定点計測データとが付加されたステレオモデル情報を生成する第４のステップと、
上記ステレオモデル情報に基づいて計測モデルとして使用する画像を選択して標定解析を行い、その結果を上記ステレオモデル情報に付加して上記データベースに保存する第５のステップと、
上記第５のステップにおいて選択された計測モデルの２つの画像中において共通して撮影されている範囲の中から、被測定物の計測可能範囲である計測範囲を指定する第６のステップと、
実際に３次元座標の計測を実施する被測定物の範囲である３次元計測範囲を含む３次元計測情報を生成する第７のステップと、
上記ステレオモデル情報と３次元計測情報とを用いて、上記被測定物の３次元座標データを作成して、出来形情報である３次元座標データ及びブレイクラインデータを生成する第８のステップとを備え、
写真測量の作業を導き行うことができるようにしたことを特徴とする。
なお、上記プロジェクト情報は、測定対象地区，作業開始日時，作業担当者等の作業管理情報や、使用カメラの機種，レンズ焦点距離，カメラキャリブレーションデータ等の撮影機器情報や、基準点データ，背景画像データ，座標変換パラメータ等の計測・計算情報などの写真撮影を行う場合に使用するための情報である。撮影点情報は、撮影された各写真のデジタル画像毎に、各撮影点名，撮影位置，撮影方向等の撮影条件と実際に撮影された画像データとをリンクさせた情報である。ステレオモデル情報は、上記デジタル画像データのモデル名，コース番号，左右の写真番号，標定点計測データ，相互標定パラメータ，対地標定パラメータ，コース調整データ，ハンドル調整データ等の計測モデルに関する情報である。また、３次元計測情報は、３次元計測範囲等の３次元座標データを作成するための情報で、出来形情報は、３次元座標データ，のり肩やのり尻などのブレイクラインデータ，断面データ等の施工現場の３次元データに関する情報である。
【０００６】
本発明の請求項２記載の発明は請求項１に記載の写真撮影管理方法において、被測定物の３次元計測範囲が当該計測モデルの２つの画像中において共通して撮影されている範囲である計測可能範囲を超えた場合には、上記ステレオモデル情報及び３次元計測情報に基づいて、上記計測モデルに隣接する画像から成る計測モデルを選択し、上記選択された計測モデルを用いて上記被測定物の３次元座標データを算出するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本実施の形態に係わる写真撮影管理装置１の構成を示すブロック図で、撮影に使用するカメラの機種やレンズ焦点距離等を写真撮影管理装置１に入力するための入力手段２と、上記入力データやデジタルカメラで撮影された画像データ及びその撮影点情報等の各種データを保存するデータベース３と、データベースに保存された各種データに基づいて写真撮影から出来形モデル作成までの作業を支援する制御手段４と、ディスプレイ５と、プリンタ６とを備えている。制御手段４は、撮影機器や施工現場における撮影計画を管理し撮影された画像データや上記画像データの撮影位置，撮影方向等の撮影点情報を生成するする撮影管理手段７と、上記撮影点情報を基に計測モデルを選出し標定解析を行い相互標定パラメータ等のステレオモデル情報を生成する標定解析管理手段８と、上記ステレオモデル情報を基に施工現場に測定対象物の３次元データを算出する３次元処理手段９と上記各モデルの３次元情報を接合し出来形モデルを生成するモデル間接合管理手段１０とを備えている。上記３次元データ処理手段９とモデル間接合管理手段１０は、３次元計測情報管理手段１１により制御される。
【０００８】
次に、写真撮影管理装置１により撮影計画管理を行う方法について説明する。まず施工現場の写真撮影を行う前に計測対象となる施工現場の地形図をスキャナーを用いてパソコンに読み込み、図２に示すような、施工現場の平面図の画像データを作成する。この画像データは、撮影計画及び計測精度のシミレーションを行うための背景画像データである。上記背景画像データに対して座標系を設定するため、上記地形図において地上座標が既知である点Ｐ1（Ｘ1，Ｙ1）及び点Ｐ2（Ｘ2，Ｙ2）に対応する上記背景画像データ上の点ｐ1（ｘ1，ｙ1）及び点ｐ2（ｘ2，ｙ2）の座標データを用いてヘルマート変換係数を算出する。そして、上記ヘルマート変換係数を用いて上記背景画像データの任意の点ｐ（ｘ，ｙ）の座標を地上座標Ｐ（Ｘ，Ｙ）に変換することができる。
【０００９】
次に、作業者は撮影に使用するカメラの機種及びレンズ焦点距離を入力し、上記背景画像データ上で、図２に示すように、撮影位置（同図の□印）及び撮影方向（同図の矢印）の予定を設定する。また、画面上に標定点（同図の黒△印）の配置を指示することで標定点の配置計画も合わせて行う。また、上記撮影位置や標定点の配置計画をプリンタ６により印刷し確認することができる。なお、作業者は、上記背景画像データにブレイクライン等の高さデータも入力する。写真撮影管理装置１は、上記入力された複数の撮影位置で効率的なステレオ撮影が可能かどうか、例えば、選択された計測モデルについて、標定解析に必要な標低点数が確保されているかどうかを判断し、入力撮影点の適否を作業者に表示する。作業者は、上記選択された撮影位置等の撮影計画に基づき、実際の施工現場においてデジタルカメラによる写真撮影を行う。なお、施工現場の写真撮影の際には、パスポイントや基準点等の標定点を示す標定点装置を施工現場に配設する。この標定点装置には、中心に反射シールが設けられ、撮影されたデジタルカメラの実画像データ上での座標位置を決定するための目安となるものである。写真撮影後、実際の施工現場で撮影されたデジタルカメラの実画像データは、背景画像データ，使用カメラ等のプロジェクト情報や撮影位置，撮影方向等の撮影点情報とともにデータベース３に登録保存される。なお、上記実画像データは、撮影点情報として登録される。
したがって、作業者は、高度な写真測量の技術がなくても、前もって施工現場での写真撮影についての計画をたてることができるので、標定点装置の設定や写真撮影を効率的に行うことができる。またデータベース３には、使用カメラや背景画像データ等のプロジェクト情報や撮影位置，撮影方向等の撮影点情報が上記実画像データとリンクされて登録されているので情報の管理が容易であり、したがって、作業者が交替した場合でも、担当者を集めたり，複数のファイルを準備する必要がないので、早急に対応することができる。
【００１０】
標定解析は、データベース３に登録保存された基準点データ，背景画像データ，座標変換パラメータ等のプロジェクト情報と撮影点情報とをリンクしたデジタルカメラの実画像データによって行う。始めに、ディスプレイ５の表示画面には、図３に示すように、撮影位置，撮影方向が記入された背景画像データと撮影された実画像データが表示される。また、上記実画像データは、原則的に撮影箇所が隣接する順に並べられて表示される。デジタルカメラの実画像データと背景画像データや撮影点情報はリンクされているので、作業者は上記表示画面から計測モデルとして使用する画像を選択すれば、標定解析管理手段８は、上記画像と計測モデルを構成できる画像を自動的に選択し、作業者に示す。作業者は、上記指示された画像のうちから、標定解析を行う画像、例えば画像０１１と画像０１２から成る計測モデルを選択すれば良い。
また、上記表示された画像０１１，０１２における標定点の識別は、標定解析管理手段８が、上記標定点装置の反射シールの画像の輝度等を検知することで自動的に行い、図４に示すように、画面上に輝点として表示されるので、作業者は上記２枚の写真の輝点を基に、表示画面の指示に従って標定点の３次元座標やカメラ座標等のステレオモデル情報をデータベースより呼び出して、上記計測モデルの標定解析を行うことができる。標定解析の結果は、ステレオモデル情報に付加されて登録保存される。
上記標定作業では、写真測量の知識や経験がある程度必要であるが、標定解析の手順は予め決まっているので、上述したように、デジタル画像のデータにプロジェクト情報や撮影点情報をリンクさせたデータをデーターベース３に登録しておけば、作業者は標定点の特定等の簡単な作業を行うだけで標定解析を行うことができる。
【００１１】
上記標定解析された２枚の画像データには、撮影点情報とともに上記ステレオモデル情報が付加され登録されている。したがって、作業者に表示された画像データには既に標定解析結果に基づいた座標系が準備されているので、３次元座標データを求めようとする場合、作業者が例えば、図５に示すように、被測定物を画面上でトレースするなどして被測定物の３次元計測範囲を指定すれば、３次元計測管理手段１１は、上記ステレオ情報を３次元データ処理手段９に転送し上記指定された計測範囲の３次元データを、従来の偏位修正座標系を用いた解析法により算出することができる。なお、上記算出された被測定物の３次元データは、出来形情報としてデータベース３に登録される。そして、各計測モデルを順次解析し、各計測モデル中の被測定物の３次元データを上記出来形情報としてデータベース３に登録することにより、施工現場の３次元座標データが蓄積される。
【００１２】
例えば、図６（ａ）に示す断面Ａ1−Ａ2上のような、複数の計測モデルにより被測定物の３次元データを計測する場合には、撮影位置や計測可能範囲が計測モデル毎にデータベース３に登録されているので、モデル間接合管理手段１０は、図６（ｂ）に示すような撮影点０１１，０１２から撮影した計測モデルＫ０１により順次解析を行った後、上記計測モデルＫ０１の計測できる範囲を越えると、データベース３に登録された計測モデルの位置関係や計測可能範囲及び計測モデルＫ０１における計測実施範囲に基づいて、図６（ｃ）に示すような撮影点０３３，０３４から撮影した計測モデルＫ０３をデータベース３から呼び出し、計測モデルの入れ替えを行う。３次元データ処理手段９は、上記計測モデルＫ０３により断面Ａ1−Ａ2の３次元計測を継続する。したがって、作業者は計測におけるモデル境界を意識することなく作業を行うことができるので、一般の作業者でも被測定物の３次元データの算出を行うことができる。
また、３次元データ処理手段９により算出された被測定物の３次元データから、図７に示すような、計測データの等高線表示等の表示データを作成することができる。更に、のり肩Ｋ1やのり尻Ｋ2等のブレイクライン情報を用いて、図８に示すように、施工現場のブレイクラインの設定編集を行うこともできる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の写真撮影管理方法によれば、施工現場とその周辺を含む地上からデジタルカメラを用いてステレオ撮影された一連のデジタル画像データを用いて、施工管理に利用する出来形の３次元データを求める際に、「計画準備」−「撮影」−「計測」−「出来形」までの作業工程の各種データをデータベースで管理するようにし、使用カメラ，レンズ焦点距離，基準点データ等のプロジェクト情報に基づいて、撮影点名，撮影位置，撮影方向，画像データ等の撮影点情報と、モデル名，左右の写真番号，標定点計測データ等のステレオモデル情報と、３次元計測範囲等の３次元計測情報と、３次元座標データ，ブレイクラインデータ等の出来形情報とをデータ処理して生成可能として写真測量等の作業を導き行うことができるようにしたので、作業者は高度な写真測量の技術がなくても、前もって施工現場での写真撮影についての計画をたてることができ、標定点装置の設定や写真撮影を効率的に行うことができる。また、デジタル画像のデータにプロジェクト情報や撮影点情報をリンクさせたデータをデーターベースに登録されているので、作業者は標定点の指示等の簡単な作業を行うだけで標定解析を行い、被測定物の３次元データを算出することができる。
【００１４】
また、請求項２記載の写真撮影管理方法によれば、被測定物の３次元計測範囲が当該計測モデルの２つの画像中において共通して撮影されている範囲である計測可能範囲を超えた場合には、上記ステレオモデル情報及び３次元計測情報に基づいて、上記計測モデルに隣接する画像から成る計測モデルを選択し、上記選択された計測モデルを用いて上記被測定物の３次元座標データを算出するようにしたので、作業者は計測モデルの境界を意識することなく作業を行うことができる。したがって、一般の作業者でも容易に被測定物の３次元座標データの算出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる写真撮影管理装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わる施工現場での撮影点や標定点の設定の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係わる施工現場での撮影点とデジタル画像による実画像を表示した表示画面の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係わる計測モデルの一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係わる被測定物の３次元データの算出法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態に係わる複数の計測モデルの入れ替えを説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態に係わる計測データの等高線表示の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係わるブレイクラインの設定編集例を示す図である。
【符号の説明】
１  写真撮影管理装置
２  入力手段
３  データベース
４  制御手段
５  ディスプレイ
６  プリンタ
７  撮影管理手段
８  標定解析管理手段
９  ３次元データ処理手段
１０  モデル間接合管理手段
１１  ３次元計測情報管理手段
【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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