技術資料

簡易歪み補正技術を用いた３次元写真計測の災害現場への適用について
山﨑

１．はじめに貴志＊

住田則行＊＊

岸寛人＊＊＊

写真は災害時において各方面から入手できる可能性が高い情報であり、これらの写真を用いて計測を行う

斜面崩落災害が発生した場合、迅速な災害復旧対策を行うためにも崩落箇所や周囲の地形形状を計測することができれば、災害時における迅速な計測に資するものとなる。

ことは重要である。しかし、斜面崩落により道路が分断されるなど観測方向が限られ崩落箇所の全体像を把握できない状況や、２次災害の危険があり現場に近づくことができない状況など、計測が困難となる場合がある。
近年ラジコンヘリコプターを比較的手軽に飛行させることができるようになってきており、通常のデジタルカメラを搭載して空中から撮影することができる機種もあることから、今後災害時の写真撮影等にも利用されていくと考えられる。これを使用した場合、前述のような状況においても危険箇所に立ち入ることなく、現場全体を見渡せる条件の良い位置からの写真撮影が可能となる。

図－１

３次元写真計測イメージ

以上により、災害時において斜面崩落箇所の計測を行う場合、特殊な計測機器を必要とせず、通常のデジ３．写真歪みの補正タルカメラを使用して行うことができる３次元写真計測が有効であると考える。

一般的に、３次元写真計測を行うためには、計測にそこで、この３次元写真計測を災害時により適用し使用する写真の歪みを補正する必要がある。写真の歪やすくするために、計測に必要な写真歪み補正を簡易

みのイメージを図－２に示す。この歪みの補正を行わ的に行う方法を開発した。また、本方法により歪み補ないで計測を行った場合、精度の良い計測が行えない

正した写真を用いて計測試験を行うことにより、本方ばかりか、歪みが大きい場合には計測自体が行えない法を適用した場合の計測精度や現場適用性を確認しこともある。

た。
２．３次元写真計測
３次元写真計測とは、それぞれ異なる撮影位置から撮影した複数枚の写真から、計測対象物の３次元形状を計測する方法である（図－１）。計測に使用する写真には、複数枚の写真に共通する特徴点（岩の角など位

写真の歪み ( 直線が湾曲している )図－２

歪み補正後 ( イメージ )写真の歪み置を確定できる点）を多く抽出できることなどの条件が必要であるが、特別なカメラで撮影した写真である

写真の歪みはカメラ固有のレンズ特性等により生じ必要はなく、通常のデジタルカメラで撮影した写真でる。通常、歪み補正は、撮影に使用するカメラを用い、計測を行うことができる。

カメラ固有の歪み量を計測して得られるカメラ校正デ

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ータをもとに行っている。しかし、災害時において写また、比較のため、計測ソフトウェア標準方法（５

真だけを入手した場合、撮影カメラを特定できない場方向から撮影した専用テストパターンの写真を用いて合も多いと考えられ、この場合はカメラ校正データをカメラ校正データを算出する）で補正した写真を用い得ることができない。て計測を行った場合と、歪み補正しない写真を用いてそこで、撮影カメラを特定できない写真について、ノンプリズム型のトータルステーションで現地計測を計測を行った場合についても上記と同様の計測を行った。

行うことにより簡易に歪みを補正する方法を開発しなお、３次元写真計測ではスケールの設定が必要でた。写真歪み補正のフローを図－３に示す。計測対象あるが、各計測とも、作成された３次元モデル内のタを撮影した写真上の特徴点の位置座標をピクセル数とーゲット番号１－２間距離にトータルステーション計して計測するとともに、その特徴点に対応する現地の測値を与えた。

３次元位置座標をトータルステーションにより現地計

計測結果を図－５、表－１に示す。図－５は各カメ測を行い、これらの計測値から写真の歪み度合い等をラ、各計測条件ごとに計測したターゲット番号１～算出する。この写真の歪み度合いを基に写真を変形す10のターゲット間距離（ターゲット間の数：45）についることにより写真の歪み補正を行う。なお、写真歪みての、真値に対する割合を示している。表－１は、図２）補正の詳細は寒地土木研究所月報第688号 を参照さ

－５における各値の真値（100％）からのずれを誤差とれたい。

して、各条件ごとにそれぞれ平均したものを平均誤差として表示している。また、歪み補正無しの場合の平均誤差に対する、各条件における平均誤差の減少した

図－４ ３次元モデル
数字はターゲット番号を表し、各ターゲットを頂点とする３次元モデルを黄色線で表す。

図－３

写真歪み補正フロー４．計測試験
４．１

屋内計測

前項の方法（以下、本方法という）で歪み補正した写真を使用して３次元写真計測を行った。計測対象は屋内に設置したターゲット（図－４）とし、６機種のカメラについて、それぞれ撮影位置を変えて撮影した２枚の写真を使用して３次元モデルを作成した（図－４）。
この３次元モデル内の各ターゲット間の距離を計測し、トータルステーションで直接計測した値を真値として比較した。計測に用いたソフトウェアは倉敷紡績
株式会社製 Kuraves ３）とした。
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図－５ターゲット間距離計測値分布
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表－１

計測誤差

を用いたときには、歪み補正を行えない場合があった。
この原因としては、歪みの少ない写真中央付近に特徴点があるため、特徴点の計測誤差と歪みによるずれとの区別がつかなくなることにより歪み量の計算ができなかったためと考えられる。よって、歪み補正を行う
ためには、特徴点が写真全体から抽出できることが必要条件となる。

割合を平均誤差減少率としている。
図－５、表－１より、歪み補正しない写真を用いた計測では、計測値のばらつきが大きく、真値と比較して最大で10％近い誤差が生じているものもある。これに対し、本方法で補正した写真を用いた計測では、歪写真－１

み補正しない写真を用いた計測よりも計測値のばらつ

計測対象盛土きが小さくなっており、真値に対する誤差は概ね３％以内となっている。また、平均誤差の減少率は６機種

⸘᷹ᢿ㕙のカメラの平均で約65％となっている。
本方法による歪み補正は簡易的な補正であるため、補正を行ってもカメラによっては歪みが比較的多く残る場合がある。カメラＢにおいて平均誤差減少率が低くなっているのはこのためと考えられる。なお、計測
ソフトウェア標準方法で補正した写真を用いた計測に

写真－２

計測断面

おいて、本方法で補正した写真を用いた計測よりも平均誤差減少率が高くなっているのは、歪み補正がより精度良く行われるためと考えられる。

４機種のカメラについて、屋内計測と同様に３条件でそれぞれ３次元モデルを作成した。このうち２機種のカメラについて、写真－２に示す計測断面における４．２

屋外計測

断面形状を図－６、図－７に示す。

本方法の災害現場への適用性確認のために、災害現図－６、図－７にはレーザースキャナ計測で作成し場を想定した屋外計測試験における適用性および計測た３次元モデルにおける断面形状を真値として表示し精度の確認を行った。ている。

屋外計測では、特徴点を石の角などある程度角に丸

図－６、図－７より、本方法で補正した写真を用いみがあるもので設定することとなるため、屋内計測にた計測と計測ソフトウェア標準方法で補正した写真をおけるターゲットのように精度良く特徴点を確定する用いた計測との間には明確な精度の差は確認できなかことが難しい。このため歪み補正の計算や３次元写真った。また、歪み補正しない写真を用いて計測を行っ計測に影響が出ると考えられる。

た場合には、真値に近い値となる場合（図－６）もある

計測対象は、直径約18m、高さ約4.5m の円錐状の盛土とした（写真－１）。

が、真値と大きく異なる場合（図－７）もあった。真値と大きく異なる原因としては、写真の歪みが大きいこ

歪み補正を行う際に、写真－２のように特徴点が写とにより３次元写真計測における計算処理の精度が低真全体から抽出できる写真を用いて行った結果、屋内くなるためと考えられる。実際の計測を考えた場合、計測時に近い補正結果が得られた。しかし、写真－１

図－７のように真値と大きく異なる結果となっても真のように特徴点が写真中央付近からしか抽出できない値と比較することはできないため、計測結果が間違っ写真（写真周辺部分に特徴点となりうる固定物がない）ているということがわからない。このため、歪み補正

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しない場合、計測結果の信頼性が低いと言え、歪み補なる写真の歪み補正を現場において簡易的に行う方法

正は計測結果の信頼性向上にも有効であると考える。

を開発した。また、本方法により３次元写真計測を行った場合、写真歪み補正しない場合に比べて、計測精度と計測結果の信頼性が向上することを確認した。本方法は屋外での計測試験においても、特徴点が写真全体から抽出できることなどの条件が必要ではあるが適用することができたため、災害現場等への適用性があると考える。
本方法による計測は、計測精度ではカメラ校正データ作成から行う計測ソフトウェア標準方法での計測には及ばないものの、通常、撮影カメラを特定しなければならない写真歪み補正を、撮影カメラを特定せずに図－６断面形状（カメラＡ）行えることに利点がある。これにより、防災点検などで過去に撮影した災害前の写真に適用することで災害前の地形形状を把握できる可能性があることや、ラジコンヘリコプターなどで上空より撮影した写真に適用することで地上からは死角となり計測できない箇所の計測を行うことができるため、本方法は災害時の地形形状計測方法として有用であると考える。
参考文献
１）山﨑貴志、国島英樹、堀田歩：ラジコンヘリコプ

図－７断面形状（カメラＤ）

ターからの地形形状計測の精度についての検討、
第52回（平成20年度）北海道開発技術研究発表会、
2009.

５．まとめ

２）山﨑貴志、国島英樹、堀田歩：３次元写真計測に災害等緊急時に比較的入手しやすいと考えられる通常のデジタル写真を用いた地形形状計測方法である３次元写真計測について、より現場適用性を高めるため、撮影カメラが不明であっても、計測を行う際に必要と山﨑貴志＊

住田則行＊＊

使用する写真の簡易的な歪補正方法について、寒地土木研究所月報第688号、pp.30-34、2010.
３）倉敷紡績株式会社

www.kurabo.co.jp/el/3d/kuraves_g2_01.html

岸寛人＊＊＊

Takashi YAMAZAKI

Noriyuki SUMITA

Norihito KISHI

寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
研究員

寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
主任研究員

寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
研究員

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