JP2000516341A - 写真測量用ステレオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、入力光学系（２）と、入力光学系の合焦面（３）内に配置される複数個の光学的検出器とを有しているデジタル写真測量用ステレオカメラに関する。光学的検出器の出力信号は評価装置（６）で画像情報に処理される。所望の立体角を設定するため、合焦面内にある複数個の光学的検出器のうちそれぞれ少なくとも２個の光学的検出器を被写体に依存して同時に制御可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 写真測量用ステレオカメラ 本発明は、請求項１の前提概念に記載の写真測量用ステレオカメラに関するも のである。 地図用の地形断面を作成するため、今日でも従来のフィルタを備えたカメラが 使用される。撮影されたフィルムのデータはデジタル化され、公知の写真評価方 法により地形断面に変換される。 デジタル写真測量は従来の写真に比べて著しい進歩を示している。これは、高 解像度のデジタル撮像器と、たとえば差動型ＧＰＳ或いはファイバージャイロス コープのような高精度の位置・状態検出器によるところが大きい。この場合、従 来のフィルムの代わりに、たとえばＣＣＤ素子のような光学的検出器が使用され る。デジタル写真測量の利点は、撮影されたデータがデジタル形式であり、前も ってデジタル化されないことである。これはかなりの時間の節約になる。観察さ れる地形のある一点の高度値を決定するためには、異なる位置からその地域を少 なくとも２回撮影することが必要である。これは、一つの地域を複数回飛行する こと、或いは複数個のカメラシステムを使用して重複画像を生じさせることによ り実現される。 専門的な論文「動的写真測量法；写真測量および遠隔測定、画像測定、航空写 真法に関する雑誌、オットー ホフマン ３／８６ 第１０５頁以下」から、３ 個のＣＣＤアレイを備えたステレオカメラが知られている。このステレオカメラ を用いると、ステレオカメラを担持している飛行機または衛星の固有運動を利用 して、１回飛行するだけで地形を撮影することができる。その基本原理は、３個 のＣＣＤアレイを用いて地形のある一点の重複撮影を異なる視点から行なうこと にある。高度値を算出するにあたって比較的大きな数値安定性を得ることができ 、他方起伏の激しい地形が一定の時間見えなくなることがないようにするため、 通常は理論的に必要な２個のＣＣＤアレイの代わりに少なくとも３個のＣＣＤア レイが使用される。 このため、入射光学系に対して間隔ｆを持って設置される合焦面上に３個のＣ ＣＤアレイが等間隔で互いに平行になるように配置される。入射光学系の主軸に 関しある時は正方向へ、ある時は負方向へずらすことにより、一つのＣＣＤアレ イは前方を仰ぎ、一つのＣＣＤアレイは下方を仰ぎ、第３のＣＣＤアレイは後方 を仰ぐ。焦点距離とＣＣＤアレイ間の距離とにより表される角度が立体角αであ る。次に、ストライプモデルを幾何学的に再構築するため、３個のフィルムスト ライプの同種の像点が面積相関法により決定される。この場合、これらの像点は ほぼ網状に配置されている。ステレオスキャナーの ６個の外部配向パラメータの決定はいわゆる撮影支持点において規則的な時間間 隔で飛行航路に沿って行なわれ、相関像点に関係付けられているような点の地形 座標の決定が行なわれる。このようなステレオカメラはすでに有用されており、 DLR zur Mars96 Mission,WAOSS「広角光電子ステレオスキャナー(WAOSS)，Mars9 4 Mission，Phase B Study，WAOSS Technical Part;Berlin 1991」およびその後 継器であるWACC「広角機上カメラ、OEPE Workshop，Digital Camera，IGN Paris 28.-29.9.1994，A.Eckardt」に貢献している。 ＤＥ４２１３２８１からは、入力光学系と、合焦面（カメラ像面）内に配置さ れている多数の光学的検出器とを有する写真測量用ステレオカメラが知られてい る。この場合、少なくとも３個のスキャンアレイが互いに非等間隔で配置されて おり、したがって隣接するそれぞれ２個のスキャンアレイの間に異なる立体角が 設定される。これにより、互いに結び付けられる支持位置の密な系列が得られ、 これらの支持位置によりステレオカメラの位置に正確に還元できる。 作成されるべき地形モデルのクオリティに対し重大な影響を与えるのは、すで に述べた立体角αである。このパラメータの最適な値は観察される地形に依存し ている。立体角αに関する信頼性のある研究は従来なかった。実験的な研究はコ ストがかかり、或いは不可能であるので、シュミレーション手段を用いてこのよ うな最適化を行な ン;Diplomarbeit，TU llmenau 1995」を参照)。この研究の主な成果は以下のよ うにまとめることができる。 −基本的には、立体角αは１０°よりも大きく、４０°（広角カメラ）よりも小 さく選定する必要がある。 −最適な立体角αは、飛行する地域の高度ダイナミックスに依存している。高度 ダイナミックスとは、飛行する地域の高度値の変化である。平坦な地域に対して は、立体角αは重要な役割を果たさない。これに対して地形の高度ダイナミック スが大きい場合、許容立体角αの範囲は制限され、特に都市上空を飛行する場合 に制限される。 −立体角αが１５°と２０°の間であれば、デジタル地形モデルの作成にあたり 、すべてのシュミレーションケースに対して最適なクオリティが提供される。 従来の写真測量用ステレオカメラの欠点は、立体角αが固定されていることで あった。したがって、地形または撮影条件がどんなに変化してもこの変化は考慮 されない。たとえば高楕円軌道において、立体構成を実現するために前方に指向 するＣＣＤアレイと後方に指向するＣＣＤアレイを組み合わせると、同じ地形を 撮影する場合に距離が異なるので不適当である。都市地域でも、撮影された画像 は観察角度に強く依存しているので、好ましい角度として挙げられた１５°の立 体角αは大きすぎ、したがって最適下限範囲で処理する必要がある。 したがって本発明の課題は、従来の技術的問題から出発して、構造が異なる種 々の地形に対し一定の撮影クオリティを達成できるようなステレオカメラを提供 することである。 従来の問題は、請求項１に記載の構成により解消される。多数の光学的検出器 を使用し、そのうちそれぞれ少なくとも２個の光学的検出器を、被写体に依存し て、特に被写体の事前の情報（とりわけ高度ダイナミックス）に依存して選択的 に同時に制御可能であることにより、立体角を常に地形の条件に適合するよう設 定でき、これにより測量時の最適な精度が達成される。本発明の他の有利な構成 は従属項から明らかである。 撮影されるべき地形または対象物の事前の情報は、メモリ手段にファイルされ ていることができ、メモリ手段から呼出し可能であり、制御信号を生じさせるた め評価することができる。基本的には、適当な装置を用いてこのような事前の情 報をステレオカメラにより直接検出してもよい。 光学的検出器をＣＣＤマトリックスまたはＣＣＤアレイとして構成することに より、特にコンパクトな構成が可能である。光学的検出器と評価装置の間にマル チプレクサーを配置することにより、選択的な制御を簡単に確実に行なうことが できる。モノリシックなＣＣＤマトリックスを使用する場合には、必要な際にマ ルチプレクサーを簡単に組み込むことができる。スペクトルフィルタ 層またはマイクロレンズを使用することにより、測量対象物を異なるスペクトル 範囲でも測定することができる。 次に、本発明の１実施形態に関し詳細に説明する。 図１は本発明によるステレオカメラの斜視図である。 図２は合焦面と評価装置のブロック図である。 ステレオカメラ１は入射光学系２と、合焦面３と、回路基板４とを有している 。合焦面３は入射光学系２の焦点面内に間隔を持って配置されている。焦点面３ 上には等間隔ｄで複数個のＣＣＤアレイ５が配置されている。 回路基板４は評価装置６と、複数個のメモリ素子７と、マルチプレクサー８と を有している。ＣＣＤアレイ５はデータバス９によりマルチプレクサー８に接続 されている。マルチプレクサー８の出力は評価装置６の入力に接続されている。 付加的に、マルチプレクサー８の出力をメモリ素子７の一つに接続してもよい。 評価装置６のデータ出力も同様にメモリ素子７の入力に接続されている。評価装 置６は、被写体に関する事前の情報に対応して、別の制御信号によりマルチプレ クサー８を制御する。被写体に関する事前の情報は、たとえば評価装置６に付設 されるメモリ手段にファイルされている。被観察対象物から送られてくる光また は反射した光は入射光学系２にあたり、入射光学系２により合焦面３に結像され る。その結果、合焦面３上に配置されているすべてのＣＣＤアレイ５が照射され る。主軸１０と脚１１により形成される角度は立体角αと呼ばれる。立体角αは 、−４０°と ＋４０°の間の値をとることができる。ＣＣＤアレイ５のそれぞれのデータはデ ータバス９を介してマルチプレクサー８のデータ入力に印加される。この場合、 特定のＣＣＤアレイ５のデータだけが評価装置６に接続されるようにマルチプレ クサー８は評価装置６により制御される。ステレオカメラ１がたとえば砂漠のよ うな平坦な地形の上空を飛行すると、たとえば外側の２つのＣＣＤアレイ５が通 電される。いまステレオカメラ１がたとえば山脈或いは市街地のような比較的大 きな高度ダイナミクスを持った地域の上空を飛行したとすると、評価装置６はマ ルチプレクサー８に対するその制御信号を変更し、その結果比較的小さな立体角 αを持ったそれぞれ一つのＣＣＤアレイ５が通電される。このとき適当な制御ル ープにより、その都度最適な立体角αを選択することができる。必要であれば、 たとえば楕円軌道から観察するような場合には、立体角αが異なるＣＣＤアレイ ５を選択してもよい。 図２は、合焦面３と評価装置６のブロック回路図である。各ＣＣＤアレイ５の データはデータバス９を介してマルチプレクサー８のデータ入力に印加される。 制御線１２により評価装置６は２つのＣＣＤアレイ５を選択し、そのデータはデ ータ線１３を介して評価装置６の入力に送られ、そこでさらに処理される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．入力光学系と、入力光学系の合焦面内に配置される複数個の光学的検出器と を有し、光学的検出器の出力信号を評価装置で画像情報に処理するようにしたデ ジタル写真測量用ステレオカメラにおいて、 可変な立体角を設定するため、複数個の光学的検出器のうちそれぞれ少なくと も２個の光学的検出器を被写体に依存して選択的に同時に制御可能であることを 特徴とするデジタル写真測量用ステレオカメラ。 ２．ステレオカメラ（１）に、被写体に関する事前の情報をファイルしたメモリ 手段が付設されていることを特徴とする、請求項１に記載のデジタル写真測量用 ステレオカメラ。 ３．ステレオカメラ（１）が、次に撮影されるべき被写体に関する事前の情報を 検出するための装置を有していることを特徴とする、請求項１または２に記載の デジタル写真測量用ステレオカメラ。 ４．光学的検出器がＣＣＤマトリックスとして形成されていることを特徴とする 、請求項１から３までのいずれか一つに記載のデジタル写真測量用ステレオカメ ラ。 ５．光学的検出器がＣＣＤアレイ（５）として形成されていることを特徴とする 、請求項１から３までのいずれか一つに記載のデジタル写真測量用ステレオカメ ラ。 ６．ＣＣＤアレイ（５）が互いに等間隔で配置されてい ることを特徴とする、請求項５に記載のデジタル写真測量用ステレオカメラ。 ７．ＣＣＤマトリックスまたはＣＣＤアレイ（５）がハイブリッド技術により一 つの担持体に装着されていることを特徴とする、請求項４から６までのいずれか 一つに記載のデジタル写真測量用ステレオカメラ。 ８．選択的な制御のため、光学的検出器と評価装置（６）の間にマルチプレクサ ー（８）が配置されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一 つに記載のデジタル写真測量用ステレオカメラ。 ９．隣接している光学的検出器が、異なるスペクトルフィルタ層またはマイクロ レンズを備えていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記 載のデジタル写真測量用ステレオカメラ。 １０．光学的検出器の主軸（１０）と脚（１１）の間の立体角（α）が−４０° と＋４０°の間であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一つに 記載のデジタル写真測量用ステレオカメラ。