JPH11183172A - 写真測量支援システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】操作が容易で、測定対象物の画像撮影を安全に
行えるようにした写真測量支援システムを提供するこ
と。 【解決手段】撮像手段にて得た画像から測定対象物の３
次元計測を行う写真測量システムにおいて、測定対象物
の３次元形状モデルと測定しようとする測定点の３次元
位置情報を作成するモデル作成手段１と、作成した３次
元形状モデルを用いて撮影対象としての測定対象物の注
視点位置と撮像手段の視点位置座標又は撮像手段の位置
座標および向きを入力するインターフェイスを有する撮
影位置座標入力手段２と、入力した撮像手段の視点位置
から撮影した画像上の測定点の推定位置座標と測定点画
像間の位置関係情報を作成する推定手段３と、入力画像
を処理して複数の異なる視点位置から撮影した画像間で
測定点画像間の対応付けを行い測定点の３次元座標を計
算する計算手段５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】プラント内において配管やタ
ンクといった構造物のアズビルドデータを入力データと
して用いる写真測量システムや、大型構造物の組み立て
加工工程において、高精度の３次元計測を行うための写
真測量システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】写真測量システムは、測定対象物を、離
れたそれぞれ異なる数点の位置から撮像装置でそれぞれ
撮像し、得られた各画像から前記測定対象物の全体の形
状、寸法、位置、配置状況などを測定するものである。

【０００３】ここで、従来技術として、リモートセンシ
グに用いている写真測量システムの一例を図７に示す。
図７において、２１は撮像装置であるカメラで撮像され
た測定対象物２４の画像データを取り込む画像入力部、
２２は３次元座標計算部で、この画像入力部２０で取り
込まれた画像を処理して複数の異なる視点位置から撮影
した画像間で測定点画像間の対応付けを行い、測定点の
３次元座標を計算するものである。２３は端末であり、
この端末２３はパソコンなどのような入力手段とディス
プレイと演算処理データ入力機能を持つインテリジェン
ト端末を使用している。

【０００４】このような構成の従来のシステムは、ま
ず、同一の測定対象物２４をカメラににて異なる複数の
視点位置からそれぞれ撮像してそれぞれの視点位置での
画像を得る。そして、得られた画像を画像入力部２０に
てデータとして取り込み、このデータを３次元座標計算
部２２にて処理して複数の異なる視点位置から撮影した
画像間で測定点画像間の対応付けを行い、測定点の３次
元座標を計算する。

【０００５】すなわち、図７において、測定対象物２４
をカメラにより異なる視点位置２１ａ〜２１ｃから撮影
し、複数の画像を得る。そして、得られた画像間におけ
る測定点画像の対応付けを行う。この対応付けは、画像
を図７の写真測量システムに入力し、当該画像を端末５
０のディスプレイに写し、この画面上の画像に対して操
作者が、画像位置を指示する。つまり、異なる画像間の
測定点位置を端末５０上で手作業で指示するようにする
か、あるいは、クロススケールバーという既知の主次元
座標を有して、世界座標系を決定する基準点を自動的に
認識させるようにすることにより、世界座標系における
カメラ視点の位置と向きとを求め、共面条件を用いて異
なる視点位置から撮影した画像間の所望測定点の対応付
けを行うようにしている。

【０００６】そして、このようにして求めた対応付け情
報（複数の異なる視点位置から撮影した画像間での測定
点画像間の対応付け情報）から、３次元座標計算部２２
にて測定対象物２４における画像測定点の３次元座標を
計算する。そして、計算結果を端末５０のディスプレイ
に表示し、また、端末５０よりデータとして外部に出力
する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、写真測量
システムにおいては、測定対象物を異なる視点位置から
撮影し、この撮影により得た画像間での測定点対応付け
を行う。そして、従来のシステムの場合、測定点の画像
間対応探索は、人が行い、測定点の画像間での対応付け
を行っていたため、膨大な作業時間が掛かることとなっ
ていた。

【０００８】そのため、能率が良くないことから、沢山
の画像を取り扱うことは困難であった。また、画像が測
定対象物のどの位置をどの方向から撮影しているか、と
いった撮影位置情報がないために、時の経過とともに、
その画像の視点位置が分からなくなるといった運用上の
問題がある。

【０００９】また、撮影位置や撮影範囲は、カメラの撮
影特性を把握し、測定点がどのように画像に写っている
かを判断した上で対応位置の決定をする必要があり、熟
練した撮影者の経験や知識を必要とし、従って、誰でも
が簡単にシステムを操作できるというものではなかっ
た。

【００１０】また、工場設備やプラント設備などでは巨
大な設備構成を持つものも多く、それを建屋の中に設置
してあるような場合に、広い屋内環境で高精度な３次元
計測を実現するためには、高い撮影位置からの写真や画
像が必要であり、そのために脚立等の道具や、クレーン
といった昇降機を使用してカメラを所望の位置に配置す
るなどしなければならないこともあり、その場合、カメ
ラの高所設置作業に当たって危険が避けられない。ま
た、原子力プラント内のアズビルトデータを入力する場
合には、プラントの性質上、場所によっては放射能汚染
といった危険があるなど、カメラ設置に危険作業が伴
う。

【００１１】そこで、この発明の目的とするところは、
誰でもが容易に操作できると共に、測定対象物の画像撮
影に危険を伴うことがないようにした写真測量支援シス
テムを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成する。すなわち、カメラで
撮影した写真、デジタル画像を用いて対象物の３次元計
測を行う写真測量を用いて、測定対象物を３次元計測す
る写真測量支援システムにおいて、 （１） 第１には、測定対象物の３次元形状と測定しよ
うとする測定点の３次元位置情報を作成する３次元モデ
ル作成部と、作成した３次元モデルを用いて撮影しよう
とする測定対象物の注視点位置とカメラの視点位置座標
またはカメラの位置座標および向きを入力するインター
フェイスを有する撮影位置座標入力部と、入力したカメ
ラの視点位置から撮影した画像上の測定点の推定位置座
標と測定点画像間の位置関係を作成する測定点画像位置
推定部と、複数の異なる視点位置から撮影した入力画像
間で測定点画像間の対応付けを行い、測定点の３次元座
標を計算する３次元座標計算部とを備えて構成する。

【００１３】（２） また、第２には本発明は、（１）
項の構成において、撮影位置座標入力部にカメラの視点
位置と向き情報を入力する手段として、ＧＰＳ（Ｇｌｏ
ｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や加
速センサやコーナミラーや高度計といった自己位置計測
装置と、傾斜計やエンコーダやポテンショメータといっ
たカメラの向きを計測するためのカメラ向き計測装置を
用いるようにした。

【００１４】（３） また、第３には本発明は、（１）
項の構成において、測定点画像位置推定部において作成
した測定点画像位置情報と、撮影位置座標と向き情報
と、測定点の３次元計測誤差を事前に評価して、誤差が
小さくなるように３次元計測できるカメラの視点位置お
よびカメラの向きを決定する撮影位置評価部を付加した
構成とするようにした。

【００１５】（４） また、第４には本発明は、（１）
項の構成において、画像撮影手段および位置計測装置
を、遠隔操作可能なラジコンヘリコプタや軽気球や飛行
船といった飛翔体に搭載することにより、人が接近でき
ない位置からの撮影や、原子力炉施設内といった極限作
業箇所において無人で撮影する遠隔操作装置を用いた構
成とする。

【００１６】上記（１）項に記載した構成の本システム
は、３次元モデル作成部１によって作成された測定対象
物の形状情報、たとえば、測定対象物の各頂点位置座標
Ｖi（但し、Ｖi ＝（Ｘｖ，Ｙｖ，Ｚｖ）i ， ｉ＝１
〜Ｎ， Ｎ：頂点数）と測定対象物における測定点（測
定したい点）の位置情報Ｐj （但し、Ｐj ＝（Ｘｐ，Ｙ
ｐ，Ｚｐ）j ， ｊ＝１〜Ｍ， Ｍ：測定点数）と、撮
影位置入力部２に事前に入力したｋ番目の撮影位置にお
ける視点位置と向き情報Ｃk （但し、Ｃk ＝（Ｘｏ，Ｙ
ｏ，Ｚｏ，ωｏ，φｏ，κｏ）k ， ｋ＝１〜Ｌ，
Ｌ：カメラ視点数）、または、測定点画像位置推定部３
において測定対象物の画像を撮影したカメラの実際の視
点位置と向き情報Ｃk とから式（１）を用いて求めた測
定点画 像部分の推定位置、すなわち、撮像される画像
中での測定点画像部分の推定位置である測定点画像推定
位置ｐj （ｐj ＝（ｘ，ｙ）j ）と、３次元座標計算部
５においてカメラからの入力画像を処理して検出した測
定点画像位置ｐ′j （但し、ｐ′j ＝（ｘ′，ｙ′）j
）を照合することにより、複数の異なる視点から入力
した画像に写った測定点画像間の対応付けを行う。

【００１７】写真測量の原理は、図６に示すように、世
界座標系におけるＭ個の測定点の３次元座標Ｐj （但
し、Ｐj ＝（Ｘp ，Ｙp ，Ｚp ）j ， ｊ＝１〜Ｍ）を
Ｌ個のカメラ視点Ｃk （但し、Ｃk ＝Ｘo ，Ｙo ，Ｚo
）k ， ｋ＝１〜Ｌ）から撮影して得られる画像上の
位置座標ｐj ^k （但し、ｐj ^k ＝（ｘ，ｙ）j ^k ， ｊ
＝１〜Ｍ，ｋ＝１〜Ｌ）の関係式（式（１））から、２
Ｍ×Ｌ個の連立一次方程式を作成し、６Ｌ個のカメラ視
点位置座標・向きＣk （但し、Ｃk ＝（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚ
ｏ，ωｏ，φｏ，κo ）k ）、及び３Ｍ個の測定点３次
元座標Ｐj ＝（Ｘp，Ｙp ，Ｚp ）j を未知数として解
く手法である。

【００１８】本手法ではカメラ視点位置座標・向き及び
測定点の３次元座標の他、光軸中心、レンズ歪み、スケ
ールファクタといったカメラ内部標定要素も未知数とし
て同時に解くことが可能である。

【００１９】式（１）は次の通りである。 ｘj ^k ＝（ｒ11k （Ｘpj−Ｘok）＋ｒ12k （Ｙpj−Ｙok）＋ｒ13k （Ｚpj−Ｚok ））／（ｒ31k （Ｘpj−Ｘok）＋ｒ32k （Ｙpj−Ｙok）＋ｒ33k （Ｚpj−Ｚok） ） ｙj ^k ＝（ｒ21k （Ｘpj−Ｘok）＋ｒ22k （Ｙpj−Ｙok）＋ｒ23k （Ｚpj−Ｚok ))/(r31k （Ｘpj−Ｘok）＋ｒ32k （Ｙpj−Ｙok）＋ｒ33k （Ｚpj−Ｚok） ） …（１） ここで、座標変換は回転行列を用いて行う。すなわち、
座標変換を行うための回転行列は

【００２０】

【数１】 なる回転行列を用いる。但し、ｒi,j （ｉ＝１〜３，ｊ
＝１〜３）は変換行列の要素である。

【００２１】この時、閉じた面の頂点位置座標から求ま
る面の情報から、測定点が面に隠れることなく撮影され
ていることを判定する。このような本システムによれ
ば、撮影画像それぞれについて測定点位置の設定入力を
行わずに済むので、誰でもが容易に操作できるようにな
る写真測量支援システムを提供することができる。

【００２２】また、（２）項の構成においては、（１）
項の構成において、位置検出装置と向き検出装置を具備
することにより、カメラ撮影位置と向き情報Ｃｋをそれ
ぞれ検出する。そして、この検出したカメラ撮影位置と
向き情報とを撮影位置入力部へ入力して、画像の情報と
セットになつた撮影位置情報と向き情報とを得る。

【００２３】このような本システムによれば、撮影画像
それぞれについて測定点位置の設定入力を行わずに済む
ので、誰でもが容易に操作できるようになる写真測量支
援システムを提供することができる。

【００２４】また、（３）項の構成においては、（１）
項の構成において、撮影位置入力部に端末装置から入力
した撮影位置と注目点の位置情報Ｃｋを用いて、撮像面
に投影可能な測定点Ｐｊを３次元モデルから選び、
（１）式により計算した測定点の画像位置ｐｊと、視点
の向きと測定点の向きから投影した画像位置との誤差か
ら、撮影位置を評価する。

【００２５】図５に示すように、測定対象を斜めから撮
影すると、画像処理によって検出した測定対象の画像位
置は、対象の中心を画像に投影した場合での位置と異な
る位置になる。

【００２６】図５において、ｄは測定対象の直径、ｒ１
は測定対象の片方の端点ｐ´１の画像位置、ｒ２はもう
一方のｐ′２の画像位置、ｒｍは測定対象中心ｐ´ｍの
画像位置、αはカメラ光軸と閉じた頂点座標から求めた
対称面とのなす角度、Ｒｍは測定対象中心とカメラ光軸
との距離、ｈはカメラと測定対象間距離、カメラの焦点
距離をｆとすると、測定対象の真の投影中心位置ｒｍ
と、画像処理で求まると推定される２つの端点を撮像面
に投影してその中心点（ｒ１＋ｒ２）／２を求めた結果
との誤差εは次式となる。 ε＝ｒｍ−（ｒ１＋ｒ２）／２ ＝ｒｍ−（ｆ／２）・（（Ｒｍ＋（ｄ／２）・cos α）／ｈ−（ｄ／２）・si n α）＋（（Ｒｍ−（ｄ／２）・cos α）／（ｈ＋（ｄ／２）・sin α） …（２） また、対象面が曲面、例えば円柱面・球面であるとする
と、同様にして測定対象の投影中心位置ｒｍと、画像処
理で求まると推定される画像位置ｒ´ｍとの誤差ε´は
次式で求められる。 ε´＝（ｒ´ｍ−ｒｍ）／２ ＝ｆ（（ sin（β−φ） sin2 ｄθ）／（ cos（α−φ） cos（β−φ） c os（γ−φ））） …（３） ここで、βは測定対象の中心に対する中心角であり、
α，γはそれぞれ測定対象の端点に対する中心角を示
す。また、φはカメラ視点と円柱の中心線または球の中
心点を結ぶ直線とカメラの光軸が成す角度を示し、ｄθ
は、測定対象の中心角と端点の中心角との差を、また、
ｒ´ｍは画像処理で求まった測定対象中心の画像位置を
示す。

【００２７】実際に、画像処理で求めた中心位置に対
し、（２）式または（３）式で求めた誤差分εの補正を
加えることにより、測定点画像中心位置検出精度を高め
る。このような本システムによれば、撮影画像それぞれ
について測定点位置の設定入力を行わずに済むので、誰
でもが容易に操作できるようになる写真測量支援システ
ムを提供することができる。

【００２８】また、（４）項の構成においては、（１）
項の構成において、撮影位置評価部で求めた最適なカメ
ラの視点位置の高度が高かったり原子力プラント内とい
った極限作業箇所である場合、遠隔操作可能な飛翔体を
用いて安全に撮影ができる。

【００２９】このような本システムによれば、撮影画像
を得るために測定対象物に対してカメラをセットする場
合に、人間が高い位置や、危険領域に赴かずに済み、従
って、測定対象物の画像撮影にあたり危険を伴うことが
ない写真測量支援システムを提供することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。 （第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態とし
ての写真測量支援システムの構成図である。図１におい
て、１は３次元モデル作成部、２は撮影位置座標入力
部、３は測定点画像位置推定部、４は画像入力部、５は
３次元座標計算部、５０は端末である。

【００３１】これらのうち、端末５０は例えば、パソコ
ンなどのインテリジェント端末であり、３次元モデル作
成部１は、ＣＡＤ（計算機利用設計支援システム）の機
能を有するものであり、端末５０から与えられる測定対
象物の形状情報と測定しようとする位置の座標情報とを
受け、測定対象物の３次元形状を示すモデルを作成する
と共に、測定しようとする位置の３次元情報を作成する
と共に、その作成したこれら３次元モデルの情報と測定
しようとする位置の３次元情報とを測定点画像位置推定
部３に与えるためのものである。

【００３２】また、撮影位置座標入力部２は端末５０の
操作により入力された測定対象物に対するカメラの視点
位置と向き情報を座標データとして測定点画像位置推定
部３に与えるためのものであり、測定点画像位置推定部
３は、これら与えられた情報をもとに、測定点が投影さ
れる画像位置を推定するためのものである。また、画像
入力部４は撮像装置である図示しないカメラで得られた
測定対象物の画像をシステムに取り込むためのものであ
り、３次元座標計算部５はこの取り込まれた画像と測定
点画像位置推定部３からの推定情報とから測定対象物に
おける測定したい対象ポイントである測定点が投影され
る点の３次元座標を計算するためのものである。さらに
また、３次元座標計算部５には複数の異なる視点から入
力した画像に写った測定点画像間の対応付けが済むと、
これを利用して３次元座標計算部５は三角測量法などの
手法により測定点間の距離や寸法を求める機能を有す
る。

【００３３】このような構成の本システムは、図示しな
い測定対象物の画像を、図示しないカメラで撮影位置を
変えて複数枚、撮像する。また、端末５０を操作して３
次元モデル作成部１に測定対象物の形状情報と所望の測
定点の位置を入力する。これにより、３次元モデル作成
部１は測定対象物の３次元形状を表したモデルを生成
し、また、モデル上の測定点の位置の座標情報を生成す
る。ここで、測定点とは測定対象物の測定したいポイン
ト位置を示している。

【００３４】モデル作成部１が生成したこれらモデルの
データと測定点位置の座標情報は、測定点画像位置推定
部３に入力され、また、端末５０にもフィードバックさ
れる。従って、端末５０のディスプレイ上には、生成さ
れたモデルと、測定点の画像若しくはデータが表示さ
れ、測定点の位置決め等をディスプレイ画面上でできる
ことになる。

【００３５】また、端末５０を操作してカメラの視点位
置情報と向きの情報とを入力する。この入力操作対応に
撮影位置座標入力部２はカメラの視点位置と向き情報を
座標情報化し、測定点画像位置推定部３に入力する。

【００３６】測定点の位置座標と、カメラの視点位置情
報および向き情報とを受けた測定点画像位置推定部３で
は、これら情報を基に（１）式を用いて測定点画像推定
位置を計算する。

【００３７】一方、図示しないカメラで撮像した測定対
象物の画像情報は、画像入力部４より取り込まれ、この
画像情報は３次元座標計算部５に与えられる。３次元座
標計算部５では、カメラからの入力画像を処理して検出
した測定点画像位置と、測定点画像推定位置との照合を
行い、異なる視点位置から撮影した画像間の測定点画像
を対応付けすることにより、異なる画像間の測定点画像
位置を対応付けることことができる。

【００３８】ここで、カメラからの入力画像を処理して
検出した測定点画像位置は、特定の点ではなく、画像中
の測定対象物の輪郭線の各位置や測定対象物の特徴点な
どであり、測定点画像推定位置との照合を行うことで、
測定点画像推定位置に対応する画像位置が、カメラから
の入力画像におけるどの位置に対応するかを特定するも
のであり、異なる視点位置から撮影した画像間の測定点
画像をこのようにして対応付けることにより、操作者が
端末５０により指示した測定点対応の画像位置が異なる
画像間においてそれぞれどこであるかを対応付けること
ことができる。

【００３９】そして、複数の異なる視点から入力した画
像に写った測定点画像間の対応付けが済むと、これを利
用して３次元座標計算部５は三角測量法などの手法によ
り測定点間の距離や寸法を求める。

【００４０】このようにして、測定対象物の測定ができ
ることになる。このような本システムによれば、写真測
量を行う場合に、カメラにより異なる複数の位置から得
た測定対象物の撮影画像それぞれについて、いちいち操
作者が測定点位置の設定入力を行わずに済むので、誰で
もが容易に操作できるようになる写真測量支援システム
を提供することができる。

【００４１】（第２の実施形態）図２は本発明の第２の
実施形態としての写真測量支援システムの構成図であ
る。図２において、５０はパソコン等のインテリジェン
トな端末であり、１は３次元モデル作成部、２は撮影位
置座標入力部、３は測定点画像位置推定部、４は画像入
力部、５は３次元座標計算部、６はカメラの向き計測装
置、７は撮像手段としてのカメラである。

【００４２】３次元モデル作成部１は、ＣＡＤ（計算機
利用設計支援システム）の機能を有するものであり、端
末５０から与えられる測定対象物の形状情報と測定しよ
うとする位置の座標情報とを受け、測定対象物の３次元
形状を示すモデルを作成すると共に、測定しようとする
位置の３次元情報を作成すると共に、その作成したこれ
ら３次元モデルの情報と測定しようとする位置の３次元
情報とを測定点画像位置推定部３に与えるためのもので
ある。

【００４３】カメラ７は、測定対象物の画像を撮像して
画像入力部４に入力するためのものであり、カメラ位置
向き検出器６はカメラ７の撮影位置を計測する撮影位置
計測装置およびカメラの向き計測装置からなり、計測し
たカメラ撮影位置の計測情報とカメラの向き情報とを出
力するものである。このカメラ位置向き検出器６は、撮
影位置計測装置としてはＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓ
ｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や加速センサやコー
ナミラーや高度計といった計測装置を使用して構成して
おり、また、カメラの向き計測装置としては傾斜計やエ
ンコーダやポテンショメータといった計測装置を使用し
て構成している。

【００４４】また、撮影位置座標入力部２はカメラ位置
向き検出器６より入力されたカメラの位置および向き計
測情報を受けてこれより測定対象物に対するカメラの視
点位置と向き情報を座標データ化して測定点画像位置推
定部３に与えるためのものであり、測定点画像位置推定
部３は、これら与えられた情報をもとに、測定点が投影
される画像位置を推定するためのものである。

【００４５】また、画像入力部４は撮像装置であるカメ
ラ７で得られた測定対象物の画像をシステムに取り込む
ためのものであり、３次元座標計算部５はこの取り込ま
れた画像と測定点画像位置推定部３からの推定情報とか
ら測定対象物における測定したい対象ポイントである測
定点が投影される点の３次元座標を計算するためのもの
である。さらにまた、３次元座標計算部５には複数の異
なる視点から入力した画像に写った測定点画像間の対応
付けが済むと、これを利用して３次元座標計算部５は三
角測量法などの手法により測定点間の距離や寸法を求め
る機能を有する。

【００４６】ここで、ＧＰＳとは地球を周回する複数の
ＧＰＳ衛星の電波を受信して自己の位置を計算で求める
位置測定システムであり、加速センサとはジャイロ効果
により、モーメントを感知し、加速度を検出センサであ
る。（１／２）ａ² ｔで求まる移動量の各軸の累積値か
ら現在位置を求めることが可能である。

【００４７】また、コーナミラーとは、光の入射方向に
反射光を返すミラーであり、複数の既知の３次元座標を
有するコーナミラーを用意することにより、フラッシュ
等の投光装置を用いて反射光の画像位置を検出すること
により、現在位置を求めることが可能である。

【００４８】このような構成の本システムは、図示しな
い測定対象物の画像を、カメラ７で撮像する。この撮像
に当たっては測定対象物に対するカメラ７の撮影位置を
変えながら複数枚、撮像する。また、端末５０を操作し
て３次元モデル作成部１に測定対象物の形状情報と所望
の測定点（測定対象物の測定したいポイント）の位置を
入力する。これにより、３次元モデル作成部１は測定対
象物の３次元形状を表したモデルを生成し、また、モデ
ル上の測定点の位置の座標情報を生成する。

【００４９】モデル作成部１が生成したこれらモデルの
データと測定点位置の座標情報は、測定点画像位置推定
部３に入力され、また、端末５０にもフィードバックさ
れる。従って、端末５０のディスプレイ上には、生成さ
れたモデルと、測定点の画像若しくはデータが表示さ
れ、測定点の位置決め等をディスプレイ画面上でできる
ことになる。

【００５０】また、撮影に当たり、カメラ７の視点位置
を変えるべく、カメラ７を移動させる。この移動による
カメラ位置や向きはカメラ位置向き検出器６により検出
され、カメラ位置向き検出器６より計測したカメラ撮影
位置の計測情報とカメラの向き情報とは撮影位置座標入
力部２に入力される。撮影位置座標入力部２ではこのカ
メラの位置と向きの情報を座標情報化し、測定点画像位
置推定部３に入力する。

【００５１】測定点の位置座標と、カメラの視点位置情
報および向き情報とを受けた測定点画像位置推定部３で
は、これら情報を基に（１）式を用いて測定点画像推定
位置を計算する。

【００５２】一方、図示しないカメラで撮像した測定対
象物の画像情報は、画像入力部４より取り込まれ、この
画像情報は３次元座標計算部５に与えられる。３次元座
標計算部５では、カメラからの入力画像を処理して検出
した測定点画像位置と、測定点画像推定位置との照合を
行い、異なる視点位置から撮影した画像間の測定点画像
を対応付けすることにより、異なる画像間の測定点画像
位置を対応付けることことができる。

【００５３】ここで、カメラからの入力画像を処理して
検出した測定点画像位置は、特定の点ではなく、画像中
の測定対象物の輪郭線の各位置や測定対象物の特徴点な
どであり、測定点画像推定位置との照合を行うことで、
測定点画像推定位置に対応する画像位置が、カメラから
の入力画像におけるどの位置に対応するかを特定するも
のであり、異なる視点位置から撮影した画像間の測定点
画像をこのようにして対応付けることにより、操作者が
端末５０により指示した測定点対応の画像位置が異なる
画像間においてそれぞれどこであるかを対応付けること
ことができる。

【００５４】そして、複数の異なる視点から入力した画
像に写った測定点画像間の対応付けが済むと、これを利
用して３次元座標計算部５は三角測量法などの手法によ
り測定点間の距離や寸法を求める。

【００５５】このようにして、測定対象物の測定ができ
ることになる。このような本システムによれば、写真測
量を行う場合に、カメラにより異なる複数の位置から得
た測定対象物の撮影画像それぞれについて、いちいち操
作者が測定点位置の設定入力を行わずに済むので、誰で
もが容易に操作できるようになる写真測量支援システム
を提供することができる。

【００５６】（第３の実施形態）図３は本発明の第３の
実施形態としての写真測量支援システムの構成図であ
り、第１の実施形態のシステムに撮影位置評価機能を持
たせたものである。

【００５７】第３の実施形態のシステムは、図３に示す
如く構成される。すなわち、図３において、５０はパソ
コン等のインテリジェントな端末であり、１は３次元モ
デル作成部、２は撮影位置座標入力部、３は測定点画像
位置推定部、４は画像入力部、５は３次元座標計算部、
８は撮影位置評価部である。

【００５８】これらのうち、端末５０は例えば、パソコ
ンなどのインテリジェント端末であり、３次元モデル作
成部１は、ＣＡＤ（計算機利用設計支援システム）の機
能を有するものであって、端末５０から与えられる測定
対象物の形状情報と測定しようとする位置の座標情報と
を受け、測定対象物の３次元形状を示すモデルを作成す
ると共に、測定しようとする位置の３次元情報を作成す
ると共に、その作成したこれら３次元モデルの情報と測
定しようとする位置の３次元情報とを測定点画像位置推
定部３に与えるためのものである。

【００５９】また、撮影位置座標入力部２は端末５０の
操作により入力された測定対象物に対するカメラの視点
位置と向き情報を座標データとして測定点画像位置推定
部３に与えるためのものであり、測定点画像位置推定部
３は、これら与えられた情報をもとに、測定点が投影さ
れる画像位置を推定するためのものである。また、画像
入力部４は撮像装置である図示しないカメラで得られた
測定対象物の画像をシステムに取り込むためのものであ
り、３次元座標計算部５はこの取り込まれた画像と測定
点画像位置推定部３からの推定情報とから測定対象物に
おける測定したい対象ポイントである測定点が投影され
る点の３次元座標を計算するためのものである。さらに
また、３次元座標計算部５には複数の異なる視点から入
力した画像に写った測定点画像間の対応付けが済むと、
これを利用して３次元座標計算部５は三角測量法などの
手法により測定点間の距離や寸法を求める機能を有す
る。

【００６０】撮影位置評価部８は、測定点画像の推定位
置から画像処理によって求まる測定点画像位置の誤差を
評価するためのものであって、測定点画像位置推定部３
において作成した測定点画像位置情報と、撮影位置座標
情報入力部２を介して与えられる撮影位置座標の情報お
よび向き情報と、測定点の３次元計測誤差を事前に評価
して、誤差が小さくなるように３次元計測できるカメラ
の視点位置およびカメラの向きを決定するものである。
この撮影位置評価部８による評価結果（すなわち、誤差
が小さくなるように３次元計測できる上記決定されたカ
メラの視点位置およびカメラの向き）は、端末５０に与
えられ、ディスプレイに表示されて、カメラ設定に利用
される。

【００６１】このような構成の本システムは、図示しな
い測定対象物の画像を、図示しないカメラで撮影位置を
変えて複数枚、撮像する。また、端末５０を操作して３
次元モデル作成部１に測定対象物の形状情報と所望の測
定点の位置を入力する。これにより、３次元モデル作成
部１は測定対象物の３次元形状を表したモデルを生成
し、また、モデル上の測定点の位置の座標情報を生成す
る。ここで、測定点とは測定対象物の測定したいポイン
ト位置を示している。

【００６２】モデル作成部１が生成したこれらモデルの
データと測定点位置の座標情報は、測定点画像位置推定
部３に入力され、また、端末５０にもフィードバックさ
れる。従って、端末５０のディスプレイ上には、生成さ
れたモデルと、測定点の画像若しくはデータが表示さ
れ、測定点の位置決め等をディスプレイ画面上でできる
ことになる。

【００６３】また、端末５０を操作してカメラの視点位
置情報と向きの情報とを入力する。この入力操作対応に
撮影位置座標入力部２はカメラの視点位置と向き情報を
座標情報化し、測定点画像位置推定部３に入力する。

【００６４】測定点の位置座標と、カメラの視点位置情
報および向き情報とを受けた測定点画像位置推定部３で
は、これら情報を基に（１）式を用いて測定点画像推定
位置を計算する。

【００６５】一方、図示しないカメラで撮像した測定対
象物の画像情報は、画像入力部４より取り込まれ、この
画像情報は３次元座標計算部５に与えられる。３次元座
標計算部５では、カメラからの入力画像を処理して検出
した測定点画像位置と、測定点画像推定位置との照合を
行い、異なる視点位置から撮影した画像間の測定点画像
を対応付けすることにより、異なる画像間の測定点画像
位置を対応付けることことができる。

【００６６】ここで、カメラからの入力画像を処理して
検出した測定点画像位置は、特定の点ではなく、画像中
の測定対象物の輪郭線の各位置や測定対象物の特徴点な
どであり、測定点画像推定位置との照合を行うことで、
測定点画像推定位置に対応する画像位置が、カメラから
の入力画像におけるどの位置に対応するかを特定するも
のであり、異なる視点位置から撮影した画像間の測定点
画像をこのようにして対応付けることにより、操作者が
端末５０により指示した測定点対応の画像位置が異なる
画像間においてそれぞれどこであるかを対応付けること
ことができる。

【００６７】そして、複数の異なる視点から入力した画
像に写った測定点画像間の対応付けが済むと、これを利
用して３次元座標計算部５は三角測量法などの手法によ
り測定点間の距離や寸法を求める。

【００６８】このようにして、測定対象物の測定ができ
ることになる。一方、本システムにおいては、測定点画
像の推定位置から画像処理によって求まる測定点画像位
置の誤差を評価を行う撮影位置評価部８がさらに設けら
れている。

【００６９】そして、この撮影位置評価部８は、測定点
画像位置推定部３において作成した測定点画像位置情報
と、撮影位置座標情報入力部２を介して与えられる撮影
位置座標の情報および向き情報と、測定点の理論的に求
まる３次元計測誤差とを事前に評価して、誤差が小さく
なるように３次元計測できるカメラの視点位置およびカ
メラの向きを決定する。

【００７０】すなわち、撮影位置座標入力部２に入力さ
れた位置情報対応の位置からカメラにより撮影した画像
中における測定点画像の距離と向きから、（２）式およ
び（３）式を用いて演算することで、画像位置評価部８
は測定点画像位置座標に含まれる誤差を評価し、それに
よって生じる３次元座標計算誤差を推定することによ
り、もっとも３次元測定精度の向上を図ることができる
撮影位置を決定する。

【００７１】そして、この撮影位置評価部８による評価
結果（すなわち、誤差が小さくなるように３次元計測で
きる上記決定されたカメラの視点位置およびカメラの向
き）は、端末５０に与えられ、ディスプレイに表示さ
れ、操作者はこの評価結果に従ったカメラの位置や向き
で再撮影して画像入力部４に入力し、３次元座標計算部
５で計算させることで、精度の高い測定点間距離の測定
ができることになる。

【００７２】以上、本システムは、インテリジェント端
末５０と、この端末５０から測定対象物の形状情報と測
定点の位置座標を入力する３次元モデル作成部１と、端
末からカメラの視点位置と向き情報を入力する撮影位置
座標入力部２と、測定点が投影される画像位置を推定す
る測定点画像位置推定部３と、測定点画像の推定位置か
ら画像処理によって求まる測定点画像位置の誤差を評価
する撮影位置評価部８と、画像を入力する画像入力部４
と、測定点の３次元座標を計算する３次元座標計算部５
から構成したものであり、このような本システムによれ
ば、誤差が小さくなるように３次元計測できるカメラの
視点位置およびカメラの向きを決定することができるの
で、第１の実施形態の効果に加えて、高い精度で測定で
きるカメラ設定が行えるので、測定対象物の測定を写真
測量法によって高精度に実施できる効果が得られる。

【００７３】（第４の実施形態）図４は本発明の第４の
実施形態としての写真測量支援システムの構成図であ
る。図４において、５０はパソコン等のインテリジェン
トな端末であり、１は３次元モデル作成部、２は撮影位
置座標入力部、３は測定点画像位置推定部、４は画像入
力部、５は３次元座標計算部、８は撮影位置評価部、９
はコントローラ、１０はアンテナである。

【００７４】３次元モデル作成部１は、ＣＡＤ（計算機
利用設計支援システム）の機能を有するものであり、端
末５０から与えられる測定対象物の形状情報と測定しよ
うとする位置の座標情報とを受け、測定対象物の３次元
形状を示すモデルを作成すると共に、測定しようとする
位置の３次元情報を作成し、これら作成した３次元モデ
ルの情報と測定しようとする位置の３次元情報とを測定
点画像位置推定部３に与えるためのものである。

【００７５】画像入力部４は、図示しないカメラにより
撮像された測定対象物の画像をシステムに取り込むため
のものであり、３次元座標計算部５はこの取り込まれた
画像と測定点画像位置推定部３からの推定情報とから測
定対象物における測定したい対象ポイントである測定点
が投影される点の３次元座標を計算するためのものであ
る。さらにまた、３次元座標計算部５には複数の異なる
視点から入力した画像に写った測定点画像間の対応付け
が済むと、これを利用して３次元座標計算部５は三角測
量法などの手法により測定点間の距離や寸法を求める機
能を有する。

【００７６】また、撮影位置座標入力部２は、コントロ
ーラ９を介して与えられる図示しないカメラの位置や向
きの情報から、これを座標情報に変換して測定点画像位
置推定部３に与えるものである。

【００７７】また、撮影位置評価部８は、測定点画像の
推定位置から画像処理によって求まる測定点画像位置の
誤差を評価するためのものであって、測定点画像位置推
定部３において作成した測定点画像位置情報と、撮影位
置座標情報入力部２を介して与えられる撮影位置座標の
情報および向き情報と、測定点の３次元計測誤差を事前
に評価して、誤差が小さくなるように３次元計測できる
カメラの視点位置およびカメラの向きを決定するもので
ある。この撮影位置評価部８による評価結果（すなわ
ち、誤差が小さくなるように３次元計測できる上記決定
されたカメラの視点位置およびカメラの向き）は、端末
５０に与えられ、ディスプレイに表示されて、カメラ設
定のモニタ情報として利用される。また、この撮影位置
評価部８による評価結果は、コントローラ９に与えら
れ、当該コントローラ９ではこの評価結果対応の視点位
置およびカメラの向きといった位置・姿勢の制御指令を
出力する構成としてある。

【００７８】本システムにおいては、撮像装置であるカ
メラは高所に人手にて設置しないで済むように、遠隔操
作可能なラジコンヘリコプタや軽気球あるいは飛行船と
いった飛翔体に搭載している。そして、この飛翔体には
カメラの他に、カメラ位置向き検出器が搭載してある。

【００７９】このカメラ位置向き検出器は図２で説明し
たように、カメラの撮影位置を計測する撮影位置計測装
置およびカメラの向き計測装置からなり、計測したカメ
ラ撮影位置の計測情報とカメラの向き情報とを出力する
ものである。このカメラ位置向き検出器は、撮影位置計
測装置としてはＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏ
ｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）やジャイロやコーナミラーや
高度計といった計測装置を使用して構成しており、ま
た、カメラの向き計測装置としては傾斜計やエンコーダ
やポテンショメータといった計測装置を使用して構成し
ている。飛翔体にはこの他、無線による送受信装置やコ
ントローラが備えてあり、飛翔体の飛行状態の制御や、
カメラの操作、カメラの向きなどの制御のほかに、カメ
ラからの画像信号やカメラ位置向き計測装置の計測信号
などを無線で本システムと授受できるように構成してあ
る。

【００８０】そのため、本システムではその無線通信の
ための送受信アンテナ１０があり、また、情報授受や指
令授受、そして、各種制御の中枢としてコントローラ９
がある。従って、コントローラ９には制御機能の他に、
無線信号の送受信系も備えた構成としてある。、このよ
うな構成の本システムは、図示しない測定対象物の画像
を、空中に浮かぶ飛翔体に搭載したカメラで撮像する。
この撮像に当たっては飛翔体やカメラの視野方向をコン
トロールして測定対象物に対するカメラの撮影位置を変
えながら複数枚、撮像する。撮像されて得られた画像は
飛翔体側より無線で地上に送信される。そして、地上で
はこの送信信号をアンテナ１０で受信し、コントローラ
９を介して画像入力部４に入力する。

【００８１】また、飛翔体上のカメラの視点位置や向き
は飛翔体上のカメラ位置向き検出器により計測され、こ
の計測結果であるカメラ撮影位置の計測情報とカメラの
向き情報も飛翔体側より無線で地上に送信される。そし
て、地上ではこの送信信号をアンテナ１０で受信し、コ
ントローラ９はこの信号を撮影位置座標入力部２に入力
する。

【００８２】一方、操作者は端末５０を操作して３次元
モデル作成部１に測定対象物の形状情報と所望の測定点
（測定対象物の測定したいポイント）の位置を入力す
る。これにより、３次元モデル作成部１は測定対象物の
３次元形状を表したモデルを生成し、また、モデル上の
測定点の位置の座標情報を生成する。

【００８３】モデル作成部１が生成したこれらモデルの
データと測定点位置の座標情報は、測定点画像位置推定
部３に入力され、また、端末５０にもフィードバックさ
れる。従って、端末５０のディスプレイ上には、生成さ
れたモデルと、測定点の画像若しくはデータが表示さ
れ、測定点の位置決め等をディスプレイ画面上でできる
ことになる。

【００８４】飛翔体上のカメラの視点位置や向きの情報
が入力された撮影位置座標入力部２ではこのカメラの位
置と向きの情報を座標情報化し、測定点画像位置推定部
３に入力する。

【００８５】測定点の位置座標と、カメラの視点位置情
報および向き情報とを受けた測定点画像位置推定部３で
は、これら情報を基に（１）式を用いて測定点画像推定
位置を計算する。

【００８６】一方、飛翔体上のカメラで撮像した測定対
象物の画像情報を受けた画像入力部４はこれを３次元座
標計算部５に与える。３次元座標計算部５では、カメラ
からの入力画像を処理して検出した測定点画像位置と、
測定点画像推定位置との照合を行い、異なる視点位置か
ら撮影した画像間の測定点画像を対応付けすることによ
り、異なる画像間の測定点画像位置を対応付ける。

【００８７】ここで、カメラからの入力画像を処理して
検出した測定点画像位置は、特定の点ではなく、画像中
の測定対象物の輪郭線の各位置や測定対象物の特徴点な
どであり、測定点画像推定位置との照合を行うことで、
測定点画像推定位置に対応する画像位置が、カメラから
の入力画像におけるどの位置に対応するかを特定するも
のであり、異なる視点位置から撮影した画像間の測定点
画像をこのようにして対応付けることにより、操作者が
端末５０により指示した測定点対応の画像位置が異なる
画像間においてそれぞれどこであるかを対応付けること
ことができる。

【００８８】そして、複数の異なる視点から入力した画
像に写った測定点画像間の対応付けが済むと、これを利
用して３次元座標計算部５は三角測量法などの手法によ
り測定点間の距離や寸法を求める。

【００８９】ここで本システムにおいては、撮影位置評
価部８が設けられている。そして、この撮影位置評価部
８は、測定点画像位置推定部３において作成した測定点
画像位置情報と、撮影位置座標情報入力部２を介して与
えられる撮影位置座標の情報および向き情報と、測定点
の理論的に求まる３次元計測誤差とを事前に評価して、
誤差が小さくなるように３次元計測できるカメラの視点
位置およびカメラの向きを決定する。

【００９０】すなわち、撮影位置座標入力部２に入力さ
れた位置情報対応の位置からカメラにより撮影した画像
中における測定点画像の距離と向きから、（２）式およ
び（３）式を用いて演算することで、画像位置評価部８
は測定点画像位置座標に含まれる誤差を評価し、それに
よって生じる３次元座標計算誤差を推定することによ
り、もっとも３次元測定精度の向上を図ることができる
撮影位置を決定する。そして、この撮影位置評価部８に
よる評価結果（すなわち、誤差が小さくなるように３次
元計測できる上記決定されたカメラの視点位置およびカ
メラの向き）は、コントローラ９に与えられ、このコン
トローラ９は上記決定されたカメラの視点位置およびカ
メラの向きを与える指令信号を発生して送受信アンテナ
１０を介して飛翔体に送信する。飛翔体側ではこれを受
信し、飛翔体側の図示しないコントローラがカメラの姿
勢や飛翔体の高さや位置をその指令に従って制御する。

【００９１】このように制御することにより、撮影位置
評価部８での評価結果に従ったカメラの位置や向きで撮
影した画像を自動的に得てこれを送信させ、これを画像
入力部４で取り込んで３次元座標計算部５で計算させる
ことで、精度の高い測定点間距離の測定ができることに
なる。

【００９２】このようにして、測定対象物の測定ができ
ることになる。このように、第４の実施形態のシステム
は、端末５０から測定対象物の形状情報と測定点の位置
座標を入力する３次元モデル作成部２と、遠隔操作可能
なラジコンヘリコプターや軽気球や飛行船といった飛翔
体に搭載した撮影位置検出装置からカメラの視点位置と
向き情報を入力する撮影位置座標入力部２と、測定点が
投影される画像位置を推定する測定点画像位置推定部３
と、無線で画像を入力する画像入力部４と、測定点の３
次元座標を計算する３次元座標計算部５からなるから構
成したものであり、高さ位置や状態を無線操縦（遠隔操
縦）によりコントロールできる飛翔体にカメラを搭載
し、かつ、カメラの撮影位置検出装置を搭載してこれら
からの情報や制御・操作のためのコントロール信号をを
無線で通信できるようにして測定対象の画像を無線で受
信し、処理するようにしたことから、危険作業を伴う大
型構造物の撮影などにおいて、人が危険作業を行わずに
すむようになる。

【００９３】また、このような本システムによれば、第
１乃至第３の実施形態の基本的機能を備えているから、
その効果を併せ持っており、従って、写真測量を行う場
合に、カメラにより異なる複数の位置から得た測定対象
物の撮影画像それぞれについて、いちいち操作者が測定
点位置の設定入力を行わずに済み、しかも、カメラは飛
翔体に搭載されてカメラの視野方向や向きも自動的に最
適状態に制御される構成であるので、誰でもが容易に操
作できるようになるなど、操作性の簡便さと測定精度の
向上効果の他、危険な場所での測定において操作者には
安全が保証されるなどの高い安全性が確保される写真測
量支援システムを提供することができる。

【００９４】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
写真測量を行う場合に、カメラにより異なる複数の位置
から得た測定対象物の撮影画像それぞれについて、いち
いち操作者が測定点位置の設定入力を行わずに済み、し
かも、カメラは飛翔体に搭載されてカメラの視野方向や
向きも自動的に最適状態に制御される構成であるので、
誰でもが容易に操作できるようになるなど、操作性の簡
便さと測定精度の向上効果の他、危険な場所での測定に
おいて操作者には安全が保証されるなどの高い安全性が
確保される写真測量支援システムを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための図であって、本発明の
第１の実施形態としての写真測量支援システムの構成例
を示すシステムブロック図。

【図２】本発明を説明するための図であって、本発明の
第２の実施形態としての写真測量支援システムの構成例
を示すシステムブロック図。

【図３】本発明を説明するための図であって、本発明の
第３の実施形態としての写真測量支援システムの構成例
を示すシステムブロック図。

【図４】本発明を説明するための図であって、本発明の
第４の実施形態としての写真測量支援システムの構成例
を示すシステムブロック図。

【図５】本発明を説明するための図であって、本発明に
おける撮影位置評価部において、３次元座標の誤差要因
となる撮影角度による測定点中心と画像処理によって求
まる測定点画像中心位置との誤差の関係を説明するため
の原理図。

【図６】写真測量の原理を説明するための図。

【図７】従来の写真測量システムの構成図。

【符号の説明】

１…３次元モデル作成部 ２…撮影位置座標入力部 ３…測定点画像位置推定部 ４…画像入力部 ５…３次元座標計算部 ６…カメラの向き計測装置 ７…カメラ（撮像手段） ８…撮影位置評価部 ５０…端末。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像手段により得られた画像から測定対象
   物の３次元計測を行う写真測量システムにおいて、 測定対象物の３次元形状モデルと測定しようとする測定
   点の３次元位置情報を作成する３次元モデル作成部と、 作成した３次元形状モデルを用いて撮影しようとする測
   定対象物の注視点位置と前記撮像手段の視点位置座標ま
   たは撮像手段の位置座標および向きを入力するインター
   フェイスを有する撮影位置座標入力部と、 入力した撮像手段の視点位置から撮影した画像上の測定
   点の推定位置座標と測定点画像間の位置関係情報を作成
   する測定点画像位置推定部と、 入力画像を処理して複数の異なる視点位置から撮影した
   画像間で測定点画像間の対応付けを行い、測定点の３次
   元座標を計算する３次元座標計算部と、を備えることを
   特徴とする写真測量支援システム。
2. 【請求項２】請求項１記載の写真測量支援システムにお
   いて、 撮影位置座標入力部に撮像手段の視点位置と向き情報を
   入力する手段として位置計測装置と、撮像手段の視野方
   向計測装置を具備すると共に、位置計測装置としてＧＰ
   Ｓ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔ
   ｅｍ）または加速度センサまたはコーナミラーまたは高
   度計のいずれかを用い、また、撮像手段の撮像視野方向
   を計測する計測装置として傾斜計またはエンコーダまた
   はポテンショメータのいずれかを用いることを特徴とす
   る写真測量支援システム。
3. 【請求項３】請求項１記載の写真測量支援システムにお
   いて、 測定点画像位置推定部において作成した測定点画像位置
   情報と、撮影位置座標と向き情報と、測定点の３次元計
   測誤差を事前に評価し、最も精度良く３次元計測できる
   撮像手段視点位置および撮像手段撮像視野方向を決定す
   る撮影位置評価手段を更に具備することを特徴とする写
   真測量支援システム。
4. 【請求項４】請求項１記載の写真測量支援システムにお
   いて、 遠隔操作装置を設けると共に、画像撮影手段および位置
   計測装置を、遠隔操作可能な飛翔体に搭載することを特
   徴とする写真測量支援システム。