第５回（平成２6年度第２回）CRCフォーラム（平成２6年９月１９日（金）開催）「安全・安心のための画像・映像技術」

デジタルカメラによる画像計測近津 博文 教授
理工学部理工学科建築・都市環境学系

デジタルカメラによる画像計測 測量から空間情報工学

・空間情報工学とは 測量界における技術革新

・画像によるセンシング• デジタルカメラによる画像計測
・デジカメの性能評価
・近接写真測量の課題
・3DiVisionの開発コンセプト

東京電機大学 理工学部
建築・都市環境学系
教授 近津博文 3DiVisionによる応用事例

・地形測量
・文化財調査

 その他
・ UAV

第2回CRCフォーラム“安全・安心のための画像・映像技術”
東京電機大学 千住キャンパス １号館１階100周年ホール
2014 9月19日(金）
Dept. of Civil and Environmental Engineering 測量から空間情報工学へ
 測量という言葉から想像できる事
What can you image from the term of “Survey”• 道路などでカメラみたいな器械を覗いている光景• 道路をメジャーで測る事• 長い定規を持って何かを測る事• 道路で赤白の長い棒を持って何かしている光景• 炎天下で作業服を着て土地を測る事• 地味、裏方、面倒くさそう、難しそう

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Dept. of Civil and Environmental Engineering• 空間情報工学の概念
空間情報工学
ハードウエア

地域規模

国規模

GIS
データウエア

デジタル
写真測量

地球規模

測量の基礎

ソフトウエアGPSヒューマンウエア

リモートセンシング

観測値の処理、最小二乗法、誤差伝播、距離測量、水準測量、基準点測量、etc.,

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Dept. of Civil and Environmental Engineering 測量界における技術革新
Technological Innovation in Geomatics
 高解像度人工衛星 (High Resolution Satellite)
IKONOS(1999), QuickBird（2001）、OrbView-3 (2003)

高分解能空間データの取得。
 ３Ｄレーザースキャナー (3D Laser Scanner)

高密度３Ｄ点群データの取得。
 高解像度デジタルカメラの普及 (Digital camera)

高解像度デジタル画像の取得。

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Dept. of Civil and Environmental Engineering• 衛星データ (Satellite data)
88

96

94

93

99

88

90

89

92 100

91

91

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95

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92

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90

97

97

著作権は著者に帰属

Dept. of Civil and Environmental Engineering ３Ｄレーザスキャナーによる空間データの取得

Data Acquisition by 3D Laser Scanner
 航空レーザ測量
Aerial-born
Laser
Scanning

提供：(株） デベロ
Dept. of Civil and Environmental Engineering

出雲大社 （H18.9.9撮影、対地高度300m)
Izumo Shrine

提供：(株） デベロ
Dept. of Civil and Environmental Engineering デジタルカメラによる空間データの取得

Data Acquisition by Digital Camera

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Dept. of Civil and Environmental Engineering 測量界における技術革新
Technological Innovation in Geomatics
 高解像度人工衛星 (High-Spatial-Resolution Satellite Image)

高分解能空間データの取得。
 ３Ｄレーザースキャナー (3D Laser Scanner)

高密度３Ｄ点群データの取得。
 高解像度民生用デジタルカメラの普及(Digital camera)

高解像度デジタル画像の取得。

共通するキーワード：画像
Common Key word：Image
Dept. of Civil and Environmental Engineering

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• 50 Consumer grade digital cameras～1.0 M
LV10

LV20

DC50

EX-S1

PowerShotA10HDC1

IXYDIGITAL300

1.0 M～
QV2900-UX

EX-Z3

CP-900Z

CyberShotP7

CAMEDIA C-770UZμ30IXYDIGITAL55

3.0 M～IXYDIGITAL60

EX-Z55

FinePixZ1

FinePixZ3EasyShareV570

DiMAGEX50

IXYDIGITAL70

LUMIX DMC-FZ7

LUMIX DMC-FX9IXYDIGITALL4IXIDIGITAL700

CyberShotT10

FinePixZ100fd

FinePixF40fd

COOLPIXL18

μ810

7.0 M

COOLPIX S500

7.0 M～
OptioW20

5.0 M

OptioSvi

5.0 M～Xacti DSC-S5

3.0 M

10.0 Mμ830

10.0 M～
OptioM50

OptioV20

CyberShotN1

OptioM60

OptioW60

IXYDIGITAL2000IS

IXYDIGITAL1000

EX-Z1000

EasyShareV1003

COOLPIXS600

Dept.
of CivilCOOLPIXS700
and EnvironmentalEngineering
FinePixF50fd
OptioA40
LUMIX DMC-FX100

COOLPIXS710

• 17 mobile phone cameras

1.0 M
2.0 M
3.2 M
5.0 M
8.0 M

F705i

W52S

P901i

P902i

W55SA

W53SA

SH903i

D903i

921P

W53CA

P906i

W63CA

W51SA

SH905iSH03-A

Dept. of Civil and Environmental Engineering

10.0 M

SO903i

SH06-A• 信頼性（Reliability） Consumer

Proportional accuracy

1/100

1/10001/50001/10000
1/15000
1/20000

1/100000
0246810121416182022Resolutions (Mpixel)
著作権は著者に帰属

Dept. of Civil and Environmental Engineering• 画質の評価

No.Pixel

0.38M

3.2M

6.0M

8.1M

10.1M

Pointing
Accuracy

1.49μm

0.28μm

0.17μm

0.17μm

0.15μmSubPixel

0.165pixel

0.101pixel

0.085pixel

0.080pixel

0.075pixel
著作権は著者に帰属

Dept. of Civil and Environmental Engineering• 画質の評価

No.Pixel

0.38M

3.2M

6.0M

8.1M

10.1M

Pointing

1.49μm

0.28μm

0.17μm

0.17μm

0.15μmSubPixel

0.165pixel

0.101pixel

0.085pixel

0.080pixel

0.075pixel

カメラ空間
θ
実空間

0.1画素
≒0.0002mm

  tan (l / f )1

 5.2"

f＝7.9mmDept. of Civil and Environmental Engineering

著作権は著者に帰属• 信頼性（Reliability） Mobile

Proportional accuracy

1/100

1/10001/50001/10000
1/15000
1/20000

1/100000
0246810121416182022

Number of Pixels (Mpixel)
著作権は著者に帰属

Dept. of Civil and Environmental Engineering 画質の評価

画素数

0.38M

画素数

3.2M

6.0M

8.1M

P906i

921P

W53CA

5.0M

5.0M

5.0M

10.1M

著作権は著者に帰属

Dept. of Civil and Environmental Engineering デジタル写真測量の現状と問題点
Current issues in Camera Calibration

外部標定要素z

位置; X0,Y0,Z0
姿勢; ω,φ,κyφκωO （X0,Y0,Z0）

内部標定要素

fp4

Zxyp3

p1p2x

主点位置; x0, y0
焦点距離; f
スケールファクタ; a1, a2
歪係数；k1,k2,k3,d1,d2

Y
P4 （Xp4,Yp4,Zp4）
P3 （Xp3,Yp3,Zp3）

P1 （Xp1,Yp1,Zp1）

P2 （Xp2,Yp2,Zp2）
X
Dept. of Civil and Environmental Engineering

著作権は著者に帰属

 近接写真測量の現状と問題点

Current issues in Close-Range Photogrammetry

1. 地上基準点を用い る場合

2. 標定シート用いる場合

3. 多視点画像を用いる場合

D• Great time & labor for GCP
surveying are serious issues.

IO parameters are utilized
repeatedly.
 Boring job for measuring a
few test sheets.
 Reliability for estimated IO
Parameters should beevaluated.

• Confusing job for taking amalti images.
 Huge memory is demanded

Dept. of Civil and Environmental Engineering

著作権は著者に帰属写真測量用ソフトウェア “3DiVision”
Software was designed to perform convenient 3D measurements using digitalcamera.
Software was named “3DiVision” with key words; 3Dimension; Digital image;
Visualization.

コンセプト:
・基準点無し・シンプル・ロバスト
・UAVに対応可
http://www.chikatsu-lab.g.dendai.ac.jp/3division/japanese/index.html
著作権は著者に帰属

Dept. of Civil and Environmental Engineering• 3DiVisionの特徴 （Triplet 画像）
距離を拘束にしたセルフキャリブレーション付きバンドル調整法
外部標定要素位置; X0,Y0,Z0
姿勢; ω,φ,κ
内部標定要素
主点位置; x0, y0
焦点距離; f
スケールファクタ; a1, a2
歪係数；k1,k2,k3,d1,d2

著作権は著者に帰属

Dept. of Civil and Environmental Engineering 3DiVisionによる応用事例■

地形計測への応用

10 m

12 m

LMS-Z210(Rigle)
20,000HZ,±25mm)

EOS20D(CANON) 800M

DSC-N1(SONY) 800M

Dept. of Civil and Environmental Engineering

SH03-A(NTT) 800M

• 崖の3Dモデル

3D Model of Cliffm

著作権は著者に帰属

Dept. of Civil and Environmental Engineering• 縦横段図Horizontal & Vertical profile
紫：Laser
赤：SLR
緑：DSC
青：Mobile

著作権は著者に帰属

Dept. of Civil and Environmental Engineering• 体積＆切断面形状（1.0m） Section shapes at 1.0m
Laser
V2 = 18.146 m3

SLR
V2 = 18.183 m3

DSC
V2 = 18.236 m3

MobileV2 = 18.335 m3

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Dept. of Civil and Environmental Engineering UAVによるデジタル写真測量
UAVの種類
・固定翼・回転翼・飛行船
・羽ばたき翼

T-REX550E
全長（mm）

ロター長（mm）

重量（g）

1,043

1,188

2,800

Dept. of Civil and Environmental Engineering• Ar.Drone2.0
UAVの種類
・固定翼・回転翼・飛行船
・羽ばたき翼カメラ センサー
SOC1040

CMOS
解像度/サイズ1/6CMOS 1280×720(9.2M)
2.4×1.85 mm

焦点距離(mm)

全長(mm)

重量（g）

2.855300

420

Dept. of Civil and Environmental Engineering マルチコプター（Hexa Kopter）

全長（mm)
900

ロータ長(mm) 重量（g）
390

4000

バッテリー・カメラを除く

Dept. of Civil and Environmental Engineering• 積載量
カメラ・レンズ・バッテリー
カメラ：Eos Kiss X7
センサー：CMOS
解像度：5184×3456
1800万画素センサーサイズ：22.3×14.9mm
重さ：370ｇ（本体のみ）
レンズ：EF20mm ｆ/2.8 USM
重さ：405ｇ
バッテリー：重さ：1630ｇ

合計 ２４50ｇ
Dept. of Civil and Environmental Engineering• テスト飛行

著作権は著者に帰属

Dept. of Civil and Environmental Engineering

著作権は著者に帰属• ﾄﾘﾌﾟﾚｯﾄ画像（H=80m）

Dept. of Civil and Environmental Engineeringタイポイント＆チェックポイント

Dept. of Civil and Environmental Engineering

著作権は著者に帰属

精度

処理時間 15″

3DiVisionH
82.927m

PA

σXY

σZ

1/156028.246mm

63.983mm

数値地形地図データの精度 公共測量作業規定 第80条
地図情報レベル
250
500
1000
2500

水平位置の標準偏差0.12m以内
0.25m以内

標高点の標準偏差0.25m以内
0.25m以内

等高線の標準偏差0.5m以内
0.5m以内著作権は著者に帰属

Dept. of Civil and Environmental Engineering デジタル写真測量の応用分野 Application of DP.
土木工学
機械工学

環境工学

建築学

デジタル
画像処理

マシン
ビジョン

計測工学
ロボット
ビジョン

イメージ
センサ

デジタル写真測量

考古学
ＶＲ

ＧＰＳ
ＩＮＳ

ＧＩＳ
アニメー
ション

農林畜産学

法科学

情報処理
工学

ＣＡＤ
ＣＡＭ

ＣＧ

要素技術

医学スポーツ科学人間 / アパレル
工学

連携する技術分野
Dept. of Civil and Environmental Engineering

著作権は著者に帰属 まとめ ＆ 展望

Conclusion and Outlook

１. デジタルカメラにより１級ＴＳ並みの精密写真測量が可能となる。
２. カメラ付携帯電話による遠距離写真測量の実用化が期待される。
３. 基準点を不要とする、距離・斜距離を拘束にした簡便的写真測量
は工事測量・遺跡測量・メンテナンス等において有効な手法となる。
４. TLS等とのデータフュージョンによる応用分野の発展性が見込まれる。
5. デジタルカメラによる低コストかつ自由度の高い写真測量システムの構築が多くの３Ｄ関連分野から期待されている。
デジタルカメラによる写真測量は将来にわたり有益な３Ｄ計測手法を提供しいくものと期待する。また、「測量」とは観光地でスナップ写真を撮っている風景へと発展していくものと期待する。
著作権は著者に帰属
Dept. of Civil and Environmental Engineering