JPH10253875A - センサ内蔵カメラ - Google Patents

センサ内蔵カメラ

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JPH10253875A
JPH10253875A JP9264990A JP26499097A JPH10253875A JP H10253875 A JPH10253875 A JP H10253875A JP 9264990 A JP9264990 A JP 9264990A JP 26499097 A JP26499097 A JP 26499097A JP H10253875 A JPH10253875 A JP H10253875A
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distance
sensor
distance measuring
measuring sensor
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Atsumi Kaneko
敦美 金子
Toshihiro Nakayama
利宏 中山
Atsushi Kida
敦 木田
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    • G01C11/02Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
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  • Focusing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カメラ本体から地表面までの距離を測定す
る。 【解決手段】 カメラの底部に測距センサ40を回動可
能に設ける。測距センサ駆動手段55はシステムコント
ロール回路50の指令により測距センサ40を駆動す
る。測距センサ40は得られた距離データをシステムコ
ントロール回路50に出力し、またCCD21は得られ
た撮像データをシステムコントロール回路50に出力す
る。システムコントロール回路50は距離データと撮像
データとを結合し、画像データとしてメモリカード30
に記録する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば写真測量に
用いられるセンサ内蔵カメラに関する。
【0002】
【従来の技術】従来交通事故調査などで行なわれる写真
測量において、例えば被写体は銀塩フィルムを用いたカ
メラ、あるいは電子スチルカメラにより撮影され、記録
画像における被写体の2次元座標から、演算により被写
体の3次元座標が得られる。
【0003】このような写真測量において、例えば円錐
形状の目印(以下コーンという)が3ヵ所に設置され、
これらコーンを含めた撮影が行なわれる。そして、記録
画像を用いて実際の座標を算出する際には、各コーンの
先端を基準点として、これら基準点によって規定される
基準平面を擬似的な水平面として演算が行なわれ、得ら
れた座標値に基づき、作図が行なわれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしコーンを置く道
路面に凸凹があったり、道路面自体が傾斜している場
合、コーン先端の基準点から想定される基準平面は、水
平面と平行にはならないため、座標値に誤差が生じ、正
確な作図ができないという問題がある。
【0005】本発明は、この様な問題に鑑みてなされた
ものであり、撮影時の地表面の水平面に対する傾斜角が
容易に得られるセンサ内蔵カメラを提供することが目的
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によるセンサ内蔵
カメラは、カメラ本体から所定の目標物までの距離を測
定するための測距センサが、前記カメラのレンズが設け
られる面以外の何れかの面に設けられることを特徴とす
る。
【0007】センサ内蔵カメラにおいて、好ましくは、
測距センサがカメラ底部に設けられる。
【0008】センサ内蔵カメラにおいて、好ましくは、
目標物が地表面である。
【0009】センサ内蔵カメラにおいて、好ましくは、
記録画像に基づいて任意の原点に対する被写体の座標を
求める写真測量に用いられる。
【0010】センサ内蔵カメラにおいて、好ましくは、
測距センサがカメラ光軸と垂直を成す軸に関して回動可
能である。さらに好ましくは、測距センサが地表面まで
の最短距離を測定する。
【0011】センサ内蔵カメラにおいて、好ましくは、
測距センサから得られた測距データが、前記記録画像と
共に記録媒体に記録される。
【0012】センサ内蔵カメラにおいて、好ましくは、
測距センサから得られた測距データに基づいて、地表面
に対するカメラ光軸の傾きが求められる。さらに好まし
くは、カメラ光軸の傾きが前記記録画像と共に記録媒体
に記録される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるセンサ内蔵カ
メラの実施形態について添付図面を参照して説明する。
なお本実施形態に用いられるカメラは、撮像素子(以下
CCDという)を用いた電子スチルカメラであり、撮像
された画像は、記録媒体に電気的あるいは磁気的に記録
されるものとする。
【0014】図1には実施形態であるセンサ内蔵カメラ
の外観図が示される。カメラ本体10の正面のほぼ中央
には撮影光学系12が設けられる。撮影光学系12の右
上方にはストロボ14が、左上方にはレリーズボタン1
6が設けられる。カメラ本体10の上面の中央にはファ
インダ18が設けられ、このファインダ18の右側方に
はカメラの状態を示すための、例えばLCDから成る表
示装置20が設けられ、左側方にはメインスイッチ22
が設けられる。
【0015】カメラ本体10の側面にはスロット24が
設けられ、このスロット24には記録媒体であるメモリ
カード30が着脱可能である。スロット24の近傍には
排出スイッチ26が設けられ、この排出スイッチ26を
押すことにより、スロット24内のメモリカード30を
抜き取ることができる。さらにカメラ本体10の背面に
は図示しない液晶モニタが設けられる。
【0016】図2はカメラ本体10の底面図である。カ
メラ底部は略中央において陥没しており、その凹陥部4
1には測距センサ40が設けられる。測距センサ40
は、支持軸42を介して、撮影光学系12の光軸に対し
て垂直な方向に延びる回転軸Aの周りに回動自在に設け
られる。測距センサ40はモータ44により回転駆動さ
れるが、外力が加えられていない状態では、自重により
測距センサ40の検出面40aは常に水平である。
【0017】測距センサ40は、例えば公知のアクティ
ブ方式の3角測距ユニットであり、投光部から赤外光を
射出して、物体(地面)により反射されて戻ってくる反
射光を受光部に設けてあるPSD(Position Sensitive
Device )で受光し、PSD上の入射光の位置に基づい
て、物体までの距離を計測する構成を有している。
【0018】図3はセンサ内蔵カメラの構成を示すブロ
ック図である。システムコントロール回路50はマイク
ロコンピュータであり、本カメラの全体の制御はこのシ
ステムコントロール回路50により行なわれる。
【0019】撮影光学系12には複数のレンズ群のほ
か、絞り12aが設けられる。撮影光学系12の後方に
はクイックリターンミラー15を介してCCD21(Ch
arge Coupled Device ;撮像素子)が設けられる。クイ
ックリターンミラー15の上方には、ファインダ光学系
17のピント板17aが配設されている。クイックリタ
ーンミラー15はミラー駆動回路52に駆動され、ミラ
ー駆動回路52はさらに露出制御回路54により制御さ
れる。露出制御回路54はシステムコントロール回路5
0から出力される指令信号に従って動作する。また露出
制御時、露出制御回路54は測光センサ56からの出力
信号を受ける。
【0020】クイックリターンミラー15は、通常ダウ
ン位置(図中実線で示す傾斜状態)に定められ、撮影光
学系12を通過した光をファインダ光学系17に導いて
いる。撮影動作時、クイックリターンミラー15は露出
制御回路54の制御に従い、ミラー駆動回路52により
上方に回動せしめられ、アップ位置(図中破線で示す水
平状態)に定められる。これにより、撮影光学系12を
通過した光はCCD21の受光部に照射される。
【0021】システムコントロール回路50により、エ
リアセンサ駆動回路58を介してCCD21の受光部の
電荷蓄積時間が制御されて露光動作が行なわれ、蓄積時
間経過後、蓄積された電荷信号が撮像信号として読み出
される。読み出された画素信号は、アンプ60により増
幅され、A/D変換器62によってデジタル信号に変換
され、画像処理回路64に入力される。
【0022】またシステムコントロール回路50によ
り、測距センサ駆動手段55を介して測距センサ40の
動作制御が行なわれる。それと同時に、測距センサ40
からの距離データはシステムコントロール回路50へ出
力される。
【0023】画像処理回路64では、1画像分のメモリ
容量を持つメモリ66と協動して表示用映像データが生
成され、この表示用映像データはエンコーダ68へ出力
される。エンコーダ68では、画像処理回路64から出
力された表示用映像データに同期信号を付加処理するな
どしてモニタ表示用映像信号が生成される。エンコーダ
68から出力されたモニタ表示用映像信号は液晶モニタ
装置70に入力され、これにより液晶モニタ装置70に
おいて撮影した静止画がモニタできる。
【0024】またシステムコントロール回路50によ
り、画像処理回路64からの1画像分の撮像データ、測
距センサ40からの距離データ、および撮影日時、ファ
イル名などの情報が記録制御回路72へ出力される。記
録制御回路72では、これらの情報が結合されて所定の
記録様式に沿った記録用データが生成され、この記録用
データはメモリカード30に記録される。
【0025】一方、記録制御回路72を介して、記録用
データは記憶媒体であるメモリカード30へ記録保存さ
れる。メモリカード30はカメラ本体10から着脱自在
であり、外部のコンピュータ(図示しない)によって記
録用データが読み取られ、この記録用データから前述の
撮像データと距離データとが読み取られて、図面化や補
正に必要なデータなどの各種演算処理が行なわれる。
【0026】システムコントロール回路50には、レリ
ーズスイッチ74と測光スイッチ76とが接続され、こ
れらのスイッチの操作に従って撮影動作、および画像信
号の読み出し動作が行なわれる。またシステムコントロ
ール回路50には、このセンサ内蔵カメラの種々の設定
状態などを表示するするための表示装置20と、ストロ
ボ14の発光制御を行なうためのストロボ駆動回路57
とが接続される。
【0027】次に図4のフローチャートを参照して、セ
ンサ内蔵カメラの動作を説明する。動作がスタートする
と、ステップS202では初期動作テストが行なわれ、
カメラ10の種々の装置が正常に動くかどうかチェック
される。ステップS204ではレリーズボタン16が半
押しされかどうかが検出される。半押しされなければス
テップS204が繰り返し実行される。レリーズボタン
16が半押しされると測光スイッチ76がONになり、
システムコントロール回路50による動作が開始され
る。
【0028】ステップS206では測光センサ56によ
って被写体照度が測定され、露出制御回路54ではこの
被写体照度に基づいて、適正な露光時間(電荷蓄積時
間)が演算され、決定される。
【0029】次にステップS208では、測距センサ駆
動手段55が駆動される。測距センサ40は測距センサ
駆動手段55により自由に動く状態の下で動作させら
れ、カメラ中心から地面までの鉛直方向の距離L1 が計
測される。ステップS210では、測距センサ駆動手段
55は、測距センサ40をA軸(図2参照)回りに回転
させながら測距動作を行ない、測距情報が最短となると
きの距離、即ち地面からの垂直方向の高さL2 を測定す
る。計測された距離データL1 、L2 はシステムコント
ロール回路50へ送出され、一時的に記憶される。
【0030】ステップS212ではレリーズボタン16
が全押しされたかどうかが検出される。全押しされなけ
ればステップS204から再実行される。レリーズボタ
ン16が全押しされるとステップS214へ進み、レリ
ーズスイッチ74がONし、CCD21の露光が開始さ
れる。露光はステップS206において演算された露光
時間に基づいて行なわれる。またこの時、距離データL
1 、L2 は更新不可となり、レリーズボタン全押し直前
の最新の距離データが記録保持される。
【0031】ステップS216では、一定時間後CCD
21から画素データが読み出される。ステップS218
では読み出された撮像データと距離データ等の付加情報
とが結合され、画像データとして、例えば図5に示すよ
うな所定のフォーマットでメモリカード30に記録され
る。図5は1回の撮影における画像データの形式を示す
図である。ヘッダー部には画像名、シャッタスピード、
レンズ焦点距離などの撮影条件、撮影日時、測定された
距離データが順に書き込まれ、その後に撮像データが書
き込まれる。撮像データの後には予備のスペースが設け
られる。
【0032】またデータ記録と同時に画像データは表示
装置20に表示される。この画像データは一定時間ある
いは次にレリーズボタン16が半押しされるまで表示さ
れる。ステップS220でレリーズスイッチのロックが
解除される。
【0033】ステップS222では電源が切断されたか
どうかが検出される。電源が再び切断されると動作は終
了するが、電源が切断されなければステップS204か
ら再び実行される。
【0034】すなわち、レリーズボタン16が半押し状
態であれば、ステップS204〜S212が繰り返し実
行され、カメラ10が移動してもカメラ10と地表面と
の鉛直方向の距離L1 と垂直方向の距離L2 は、逐次測
定される。レリーズボタン16が全押しされたときに、
最新の測距データ、即ち撮影された時の距離データ
1 ,L2 が撮像データとともに記録される。
【0035】このように測定されたデータに基づいて図
面化が行なわれる。図面化は、まずカメラを用いて、測
量対象となる被写体を2方向から撮影を行い、2つの異
なる記録画像を得る。
【0036】図6は被写体上の物点P1 と、2枚の画像
におけるそれぞれの像点と、撮影レンズの後側主点位置
との関係を3次元的に示す図である。画像1、および画
像2は2つのカメラ位置(撮影レンズの主点位置)
1 ,M2 からそれぞれ撮影されたときの画像である。
このときの撮影光学系12の光軸をそれぞれO1 ,O2
とする。
【0037】画像1において、撮像中心c1 を原点とす
る2次元直交座標系である第1の写真座標系(x1 ,y
1 )が画像上に設定される。この第1の写真座標系(x
1 ,y1 )における物点P1 の像点はp11(px11, p
11)で示される。同様に画像2においても、第2の写
真座標系(x2 ,y2 )における物点P1 の像点は、p
21(px21, py21)で示される。
【0038】2枚の画像から物点P1 の3次元座標(P
1 ,PY1 ,PZ1 )を求めるためには、所定の3次
元座標系(X,Y,Z)における2枚の画像の位置を定
めることが必要である。図6に示す3次元座標系(X,
Y,Z)において、画像1の位置は第1のカメラ位置M
1 (X1 ,Y1 ,Z1 )及び光軸O1 の回転角(α1
β1 ,γ1 )で示され、画像2の位置は第2のカメラ位
置M2 (X2 ,Y2 ,Z2 )及び光軸O2 の回転角(α
2 ,β2 ,γ2 )で示される。
【0039】第1のカメラ位置M1 (X1 ,Y1
1 )、および第2のカメラ位置M2 (X2 ,Y2 ,Z
2 )は、図示しない外部の測定器によって測定される。
この2つのカメラ位置の座標データから、互いの相対変
位量(Xo,Yo,Zo)は以下の式で求められる。た
だしこの3次元座標系(X,Y,Z)の原点Moを、カ
メラに電源が投入された直後の初期位置とする。
【0040】Xo=X2 −X1 Yo=Y2 −Y1 Zo=Z2 −Z1
【0041】同様に、光軸O1 から光軸O2 の相対回転
角(α,β,γ)は、以下の式で求められる。なお、回
転角αi (i=1〜2)はX軸に関する光軸Oi の回転
角、回転角βi はY軸に関する光軸Oi の回転角、回転
角γi はZ軸に関する光軸Oi の回転角を示す。
【0042】α=α2 −α1 β=β2 −β1 γ=γ2 −γ1
【0043】物点Pj の3次元座標は、例えば(1)式
に示す共線方程式を用いて、2つの画像の2次元座標か
ら共通の3次元座標に変換する手法が用いられる。iは
画像の数であり、jは物点個数である。ここではj=1
とする。なお、(1)式におけるCは主点距離、即ち焦
点距離であり、2枚の画像において同一であることとす
る。図6において、主点距離Cは、撮影レンズの主点位
置M1 と撮像中心c1との距離、あるいは撮影レンズの
主点位置M2 と撮像中心c2 との距離である。この場
合、主点距離Cは一定とし、既知であるものとする。
【0044】
【数1】
【0045】実際の演算では、2点以上の物点Pj (j
≧2)のi枚の画像における2次元座標pij(pxij
pyij)を用いて、逐次近似解法により物点Pj の3次
元座標(PXj ,PYj ,PZj )が求められる。こう
して得られた3次元座標(PXj ,PYj ,PZj
を、座標変換や補正等を施して、X−Z平面などの任意
の図面が得られる。
【0046】この場合例えば図7に示すような傾斜した
地表面P上で撮影が行なわれた場合、地表面Pを水平面
Phとみなすと誤差が生じるので、X−Z平面を傾斜角
θだけ回転変換し各点の座標値の補正を行なう。この傾
斜角θは幾何学的に(2)式から求められる。
【0047】 θ=cos -1(L1 /L2 ) ・・・(2)
【0048】本願発明のカメラは、撮影時にL1 ,L2
を同時に記録している。これにより、外部装置(コンピ
ュータ)側において、必要に応じて(2)式に基づいて
傾斜角θが演算できる。また、建物の高さなど水平面P
hあるいは地表面Pに対して鉛直方向の座標軸が必要な
地図を作成する際に、各点の座標補正を行うのに利用で
きる。即ち、解析時に容易に地表面の傾斜度が分かるの
で、図面の精度が向上する。
【0049】なお、実施形態では傾斜角θの演算を外部
のコンピュータで行なっているが、傾斜角θを求める演
算をカメラ内のシステムコントロール回路で行なっても
よい。この場合、システムコントロール回路の動作は、
例えば、図4のステップS218において上述の(2)
式を実行して角度θを求め、この角度θの情報を、前述
のスペース領域(図5参照)に記録する構成にすればよ
い。
【0050】図8は、個々に作成した複数のX−Z平面
図を繋げて1つのX−Z平面図を作成する場合に生じる
誤差を示した模式図である。広範囲の地形の写真測量を
行うときは、複数の画像からX−Z平面図を作成する。
図8(a)は、Y−Z平面に平行な断面におけるZ方向
の長さ(以下、実測水平長さという)がDt である地形
を、カメラ10によって7回撮影した場合を示す図であ
る。7回の撮影範囲のZ方向長さをそれぞれD1 〜D7
とする。この7回の撮影によって図8(b)に示す7枚
の画像G1 〜G7 が得られる。画像G1 〜G7 における
各範囲長さ(以下、画像長さという)をそれぞれd1
7 とする。
【0051】傾斜の補正を行わない場合、図8(c)に
示すように、実際には水平面に対して傾斜した画像G1
〜G7 を水平面とみなして連結したことになるので、各
画像長さd1 〜d7 の総和である全画像長さdt は、Z
方向長さDt よりもEt 分だけ長くなる。画像G1 にお
けるZ方向長さD1 と画像長さd1 との誤差をE1
し、同様にZ方向長さD2 〜D7 と画像長さd2 〜d7
との誤差をE2 〜E7 とすると、誤差Et は誤差E1
7 の総和である。繋げる画像枚数が多くなればなるほ
ど、この誤差Et は拡大する。
【0052】しかし本実施形態では、各画像G1 〜G7
における傾斜角が測定され、この傾斜角に基づいて画像
1 〜G7 はそれぞれ水平面上の画像G’1 〜G’7
して補正される。即ち図8(b)の各画像G1 〜G7
図8(d)に示すようにそれぞれ傾斜角分だけ回転変換
され、画像G’1 〜G’7 が求められる。補正後の画像
G’1 〜G’7 の画像長さは、d’1 〜d’7 であり、
全画像長さd’t はd’1 〜d’7 の総和となる。図8
(d)には画像長さd’1 のみを示す。各画像G’1
G’7 における補正後の画像長さd’1 〜d’7 はZ方
向長さD1 〜D7 とほぼ同値になるので、全画像G’1
〜G’7 を連結した長さd’t はZ方向長さDt との誤
差が小さくなり、より精度の高いX−Z平面図が得られ
る。
【0053】以上のように、本実施形態のセンサ内蔵カ
メラを用いると、1枚の画像における誤差が小さくなる
だけでなく、さらに複数の画像を連結して1枚の平面図
を作成するときには、全画像の誤差の総和が小さくなる
ので、平面図の精度の向上に特に有効である。
【0054】
【発明の効果】本発明のセンサ内蔵カメラを用いると、
撮影地点の地表面の傾斜角が容易に得られ、精度の高い
図面が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態であるセンサ内蔵カメラを示
す外観図である。
【図2】図1に示すセンサ内蔵カメラの底面図である。
【図3】図1に示すセンサ内蔵カメラの回路構成を示す
ブロック図である。
【図4】図1に示すセンサ内蔵カメラの動作のフローチ
ャートを示す図である。
【図5】画像データのフォーマットを示す図である。
【図6】画像と被写体上の物点との位置関係を3次元的
に示す模式図である。
【図7】カメラと地表面との関係を示す模式図である。
【図8】傾斜の補正を行う測量と、傾斜の補正を行わな
い測量とにおける測量誤差を示す模式図である。
【符号の説明】
10 カメラ本体 12 撮影光学系 16 レリーズボタン 30 メモリカード 40 測距センサ 50 システムコントロール回路

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カメラ本体から所定の目標物までの距離
    を測定するための測距センサが、前記カメラのレンズが
    設けられる面以外の何れかの面に設けられることを特徴
    とするセンサ内蔵カメラ。
  2. 【請求項2】 前記測距センサが前記カメラ底部に設け
    られることを特徴とする請求項1に記載のセンサ内蔵カ
    メラ。
  3. 【請求項3】 前記目標物が地表面であることを特徴と
    する請求項1に記載のセンサ内蔵カメラ。
  4. 【請求項4】 記録画像に基づいて任意の原点に対する
    被写体の座標を求める写真測量に用いられることを特徴
    とする請求項1に記載のセンサ内蔵カメラ。
  5. 【請求項5】 前記測距センサが、カメラ光軸と垂直を
    成す軸に関して回動可能であることを特徴とする請求項
    1に記載のセンサ内蔵カメラ。
  6. 【請求項6】 前記測距センサが、地表面までの最短距
    離を測定することを特徴とする請求項5に記載のセンサ
    内蔵カメラ。
  7. 【請求項7】 前記測距センサから得られた測距データ
    が、前記記録画像と共に記録媒体に記録されることを特
    徴とする請求項6に記載のセンサ内蔵カメラ。
  8. 【請求項8】 前記測距センサから得られた測距データ
    に基づいて、地表面に対するカメラ光軸の傾きが求めら
    れることを特徴とする請求項6に記載のセンサ内蔵カメ
    ラ。
  9. 【請求項9】 前記カメラ光軸の傾きが、前記記録画像
    と共に記録媒体に記録されることを特徴とする請求項8
    に記載のセンサ内蔵カメラ。
JP26499097A 1997-01-07 1997-09-11 センサ内蔵カメラ Expired - Fee Related JP3766518B2 (ja)

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