JP2000292166A

JP2000292166A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2000292166A
Application number: JP11100669A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Otani; 仁志大谷; Tadayuki Ito; 忠之伊藤; Nobuo Takachi; 伸夫高地
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2000-10-20
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: JP4138145B2

Abstract

(57)【要約】【課題】画像図面（オルソ画像）を現地にてリアルタ
イムで確認しながら簡単に作成する。【解決手段】基準点計測（３点以上）（Ｓ１１０）を
行い、それらの画像データと測量データをもとにオルソ
画像作成の準備を行う。さらに複数方向から撮影を行っ
ている場合は、追加画像計測（Ｓ１４０）を行う。つぎ
に、ＰＣ上で、オルソ画像形成（Ｓ１６０）を行う。こ
こで作成されたオルソ画像が所望のものでない場合は、
オルソ画像修正（Ｓ１８０）を行う。充分な画像が得ら
れたら（Ｓ２００）、次の計測したいエリアへ移動し、
同じ作業を繰り返す。一方、満足のいく画像が得られな
い場合は、追加画像計測（Ｓ１４０）を再び行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像形成装置に係り、
特に、計測現場にて図面を作成する際に、図面上にの
る、即ち、寸法が正しく合って重ねられるような正射投
影画像（オルソ画像）を形成する画像形成装置に関す
る。本発明は、図面にオルソ画像を貼り付けることで、
誰でも簡単に正射投影画像を図化できるようにし、計測
現場の状況が詳細にわかる正射投影画像を作成・修正す
ることができる画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術によれば、計測現場で測量する
ことにより得られる図面は、平板測量に代表されるよう
な紙と鉛筆等により作成されていた。また、近年では、
電子平板に代表されるような測量機とポータブルコンピ
ュータとの組み合わせにより、計測現場の線画図面が作
成されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように、電子平板等により現地にて図面を作成しても、
線画で表現されているだけで、現地の状況を十分に把握
することができなかった。そこで、カメラ等により現場
状況を撮影していたが、撮影は斜め方向からであるのに
対し、要求される図面は鉛直方向（正射投影）であるた
め、撮影した画像は、図面と直接結びつかない。したが
って、操作者は、図面と画像の双方を見比べて、現場の
状況を把握するしかなく、不便であり且つ状況の把握が
困難であった。

【０００４】また、１枚の画像だと撮影できる範囲は狭
く、複数枚撮影した場合でも、それぞれの写真に関連性
・連続性がないため、相互の整合がとりにくく、図面と
見比べるのは煩雑且つ難しいものとなっていた。また、
精度の高いオルソ画像が求められる場合、カメラのレン
ズ歪みが問題となり、従来は、レンズ歪みデータの無い
カメラでは、精度良いオルソ画像が作成できなかった。

【０００５】本発明は、以上の点に鑑み、計測現場の状
況を図化する際に、寸法の反映された正射投影画像（オ
ルソ画像）から簡単に現場を図化でき、状況を容易に把
握できるようにした画像形成装置を提供することを目的
とする。本発明は、計測現場において、迅速且つ簡単
に、計測忘れやミスがなく画像の作成・修正ができ、現
場状況の把握がその場ででき、画像図面（オルソ画像）
を現地にてリアルタイムで確認しながら簡単に作成する
ことを目的とする。本発明は、簡単な撮影と、測量機に
よる数点の測量だけで、画像の補測を行うと同時に、現
場状況を容易に把握可能な画像図面を得て、さらに写っ
ていない部分やわかりにくい部分を補間し、高解像度化
され且つ広範囲なオルソ画像を作成することを目的とす
る。

【０００６】本発明は、１枚の画像では、見えにくい所
があったり、遠くの画像が粗くなる等のように、状況が
わかりにくい場合であっても、複数枚の画像から状況を
把握することができ、且つ、精度の高いオルソ画像を作
成することを目的とする。また、本発明は、簡単な作業
を繰り返すことにより複数枚の画像を統合し、広範囲な
オルソ画像を取得することを目的とする。本発明は、さ
らに、隣接領域とオーバーラップした画像を複数撮影す
ることにより、精度が高く品質の高いオルソ画像を高速
に作成することを目的とする。

【０００７】また、本発明は、簡単な計測でレンズ歪み
補正（カメラキャリブレーション補正）を行なうと同時
に、レンズ歪みデータの無いカメラでも高精度なオルソ
画像を作成することを目的とする。さらに、本発明は、
各種測量機を利用して３次元座標を計測しながらオルソ
画像修正を行なえば、必要個所を必要な精度で、品質の
良いオルソ画像が作成することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の解決手段による
と、複数の基準点が写し込まれた中心投影画像を計測
し、該基準点について画像座標を求める基準点計測部
と、上記基準点計測部により求められた該基準点の画像
座標と実際に測定された基準点の３次元座標とに基づ
き、画像座標と３次元座標との対応付けを行う変換パラ
メータを求める座標変換パラメータ算出部と、上記座標
変換パラメータ算出部により求められた変換パラメータ
に基づき、中心投影画像から正射投影画像を作成するオ
ルソ画像形成部と、実測した追加点の３次元座標に基づ
き、上記オルソ画像形成部により求められた画像座標を
修正し、正射投影画像の修正を行うオルソ画像修正部と
を備えた画像形成装置を提供する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。

【００１０】Ａ．画像形成装置の構成及び動作概要図１に、本発明に係る画像形成装置の構成図を示す。画
像形成装置は、制御部１０、記憶部２、入出力インター
フェース３、３次元座標入力部７、画像入力部４、表示
部５、入出力部６を備える。さらに、制御部１０は、基
準点計測部１０１、座標変換パラメータ算出部１０２、
オルソ画像形成部１０３、オルソ画像修正部１０４、追
加画像計測部１０５を含む。これらの各部（機能）は、
例えばポータブルコンピュータ（ＰＣ）により実現する
ことができる。

【００１１】記憶部２には、基準点のデータがあらかじ
め記憶されるとともに、画像データ等が記憶される。基
準点のデータは、例えば地上座標と呼ばれる３次元座標
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で記憶される。入出力インターフェース
３は、共通バス等で構成され、各種装置を接続する。３
次元座標入力部７は、例えばグローバルポジショニング
システム（ＧＰＳ）やトータルステーション等の各種測
量機や３次元座標測定装置から、基準点や追加計測点等
の３次元座標を得るものである。画像入力部４は、例え
ばデジタルカメラ、固体撮像素子又は電荷結合素子（Ｃ
ＣＤ、Charge Coupled Device）等の２次元又は３次元
画像を得るものである。画像入力部４からは、基準点が
含まれ、且つ、１枚あるいは複数枚の画像が入力され
る。

【００１２】表示部５は、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ又
はプラズマディスプレイ等を備え、２次元又は３次元表
示を行うものである。表示部５は、制御部１０のオルソ
画像形成部１０３やオルソ画像修正部１０４等で形成さ
れたオルソ画像を表示する。また、表示部５は、基準点
計測部１０１で入力された基準点位置や、追加画像計測
部１０５で追加された画像等を表示する。入出力部６
は、各種画像データや判定結果、又は、測量機等の３次
元座標入力装置からの３次元座標データ等を、他の装置
と入出力するものである。入出力部６としては、例え
ば、光ディスク装置やカード型の記憶媒体（ＨＤＤ、メ
モリ等）、フロッピーディスク、キーボード、ペン、マ
ウス、ターミナル、ＣＤ−ＲＯＭディスクドライブなど
の各種入力装置・出力装置を備えることができる。入出
力部６は、マウス、ライトペン等のポインティングデバ
イスにより、表示部５の画面上の基準点や各種の位置を
指示する。

【００１３】基準点計測部１０１は、複数の基準点が写
し込まれた中心投影画像を計測し、それらの基準点につ
いて画像座標を求める。基準点計測部１０１は、既知点
からの距離と角度を測定する測量機又はグローバルポジ
ショニングシステム等を画像入力部４として用いること
により、得られた座標に基づき、基準点の３次元座標を
計測し、必要に応じて記憶部２に記憶する。基準点計測
部１０１は、基準点によっては、３次元座標を得た各基
準点に対応する中心投影した各画像座標値を自動的に求
めるようにすることもできる。

【００１４】座標変換パラメータ算出部１０２は、基準
点計測部１０１により求められた画像座標を、原点を主
点（レンズ中心を通り画面と直交する線が画像と交わる
点）とする写真座標に変換するとともに、基準点計測部
１０１により求められた基準点の画像座標と３次元座標
とに基づき、写真座標と３次元座標との対応付けを行う
変換パラメータを求める。また、座標変換パラメータ算
出部１０２は、後述のように、中心投影について共線条
件を満足させ、画面距離が既知の画像入力部を使用する
ことにより、地上座標系が既知である最低３点の基準点
に基づいて変換パラメータを計算することができる。ま
た、座標変換パラメータ算出部１０２は、画像入力部の
レンズ歪みデータ又は複数の基準点の実測データに基づ
いて、レンズ歪みを補正することができる。

【００１５】オルソ画像形成部１０３は、座標変換パラ
メータ算出部１０２により求められた変換パラメータに
基づき、３次元座標を画像座標に変換し、正射投影画像
を作成する。オルソ画像形成部１０３は、複数の画像を
貼り合わせて正射投影画像を形成する場合、各画像から
基準点までの距離又は各画像から計測点までの距離に基
づいて得られた各画像を選択することができる。

【００１６】オルソ画像修正部１０４は、実測した追加
点の３次元座標に基づき、オルソ画像形成部１０３によ
り求められた画像座標を修正し、正射投影画像の修正を
行う。また、オルソ画像修正部１０４は、複数の中心投
影画像が得られている場合に、適宜の基準で選択した画
像、例えば、各箇所の縮尺が所定の縮尺以下若しくは縮
尺の比較的小さい画像、又は、計測位置若しくは基準点
に近い画像を、優先的に組み合わせて正射投影画像を形
成することができる。オルソ画像修正部１０４は、複数
の中心投影画像が得られている場合に、オルソ画像形成
部１０３により正射投影画像を形成した結果、画像の不
足箇所又は不適切箇所を表示部５に表示させることもで
きる。

【００１７】追加画像計測部１０５は、基準点計測部１
０１により計測された基準点を含むように、他の中心投
影画像を計測するとともに、座標変換パラメータ算出部
１０２を用いて他の中心投影画像についての変換パラメ
ータを計算する。

【００１８】つぎに、全体的な動作概略を説明する。図
２に、本発明に係る画像形成処理のフローチャートを示
す。以下に、この図に従って、制御部１０における画像
形成処理について説明する。

【００１９】図２の処理は、現場で行うオンライン処理
と、基準点計測だけ現場で行い、あとは持ち帰ってオフ
ィス等で行うオフライン処理の２通りがある。オンライ
ン処理では、オフライン処理と異なり、基準点計測とそ
の後の画像形成及び表示等を、現場で実行するものであ
る。

【００２０】画像形成処理では、まず、基準点計測処理
（３点以上）（ステップＳ１１０）を行い、それらの画
像データと測量データをもとにオルソ画像作成の準備を
行う。さらに複数方向から撮影を行っている場合は、追
加画像計測処理（ステップＳ１４０）を行う。１枚のみ
で解析を行う場合は、追加画像計測（ステップＳ１４
０）を行う必要はない。つぎに、例えばＰＣ上で、オル
ソ画像形成処理（ステップＳ１６０）を行う。ここで作
成されたオルソ画像が所望のものでない場合は、オルソ
画像修正処理（ステップＳ１８０）を行う。このオルソ
画像修正作業で、充分な画像が得られたか否かを判断し
（ステップＳ２００）、「ＯＫ」となれば、次の計測し
たいエリアへ移動し、基準点計測処理（ステップＳ１１
０）から同じ作業を繰り返す。一方、オルソ画像修正作
業（ステップＳ１８０）でも満足のいく画像が得られな
い場合は、追加画像計測処理（ステップＳ１４０）を再
び行い、これら作業を満足のいく画像が得られるまで繰
り返す。

【００２１】追加画像計測処理（ステップＳ１４０）
は、例えば、１方向からの撮影であるとよくみえない箇
所がある場合や、１枚の画像上でも遠い部分は画像が粗
くなり精度が充分でない場合等に行なわれる。すなわ
ち、既に入力された画像を補う他方向や、不足と思われ
る他方向からさらに撮影し、オルソ画像作成を行なえ
ば、見えないところや精度の粗い場所は、他方向のカメ
ラ画像から選択・合成し、品質の良いオルソ画像が作成
できるようになる。

【００２２】また、図３に、広範囲を計測する場合の説
明図を示す。計測したい範囲が広範囲な場合は、必要精
度にあわせて計測範囲を決め、図２の作業を、図３の計
測範囲１、２、３・・・と各エリアで順次繰り返してい
けばよい。なお、必要精度は、例えば、対象物との距
離、ＣＣＤ１画素の大きさ等に依存する。このように、
広い範囲を分割して処理することで、どんなに広い範囲
でも簡単にオルソ画像を作成していくことができる。

【００２３】Ｂ．処理動作の詳細以下に、図２のフローチャートについて詳細に説明す
る。

【００２４】（１）基準点計測部１０１による基準点計
測処理（ステップＳ１１０）ここでは、基準点計測部１０１による基準点計測処理
（ステップＳ１１０）について詳細に説明する。

【００２５】（１−１）オンライン計測まず、オンライン計測の例について説明する。図４に、
オンラインによる基準点計測のフローチャートを示す。
作業現場のフィールド上でオルソ画像作成を行うオンラ
インによる基準点計測は、現場にてオルソ画像をリアル
タイムで作成し、確認しながら作業を行うものである。
したがって、オンライン基準点計測によると、計測ミス
や撮影画像を持ち帰って解析してから不足部分に気づい
た場合のように、現地にて再測するなどの効率的でない
作業を未然に防ぐことができる。

【００２６】最初に、計測したい範囲に最低基準点３点
を設置する（ステップＳ１１２）。また、基準点は、画
像上で見分けがつくようなもので、かつ測量機等（３次
元座標入力部７）で計測可能なターゲットとすると良
い。基準点は、例えば、プリズムや反射ターゲットを用
いたり、又は、ノンプリズムトータルステーションの場
合には反射（測定）信号が返ってくるようなものを用い
ることができる。つぎに、デジタルカメラ等（画像入力
部４）で撮影する（ステップＳ１１４）。撮影は、１枚
でも、複数方向からでも何枚撮影してもよい。例えば、
１方向からではよくみえないものがあるときや、画像の
精度を考慮するとき等、複数方向からさらに撮影すると
よい。

【００２７】つぎに、デジタルカメラで撮影しカメラの
記憶装置に記憶された画像を、画像形成装置の制御部１
０に転送し、記憶部２に読み込む（ステップＳ１１
６）。制御部１０に読み込まれた画像は、ＰＣ上で計測
可能な状態になり、撮影された画像が表示部５に表示さ
れる。ここでターゲットを測量機で視準し（ステップＳ
１１８）、確認する。ＯＫであれば、ＰＣの画像上でタ
ーゲットである基準点を計測する（ステップＳ１２
０）。この際、例えば、ターゲット（基準点）位置を、
入出力部６の入力デバイスであるペンなどで指示する。
ここで、ＰＣ上で画像座標（ｐｘ、ｐｙ）（ＣＣＤ座標
系、原点を画面の左上端等の画面端とする。）が計測さ
れると、３次元座標入力部７に計測の指示を出力し、３
次元座標入力部７は計測を行い（ステップＳ１２２）、
その基準点の地上座標計測値を入出力Ｉ／Ｆ３を介して
制御部１０及び記憶部２に送る（ステップＳ１２４）。
このようにして、基準点の地上座標とＰＣ上の画像座標
の対応付けと計測が行われた。ここで、この作業を最低
３点について繰り返す（ステップＳ１２６）。

【００２８】以下に、基準点計測部１０１による自動基
準点計測について説明する。

【００２９】図５に、基準点計測部により基準点を自動
計測する場合のフローチャートを示す。また、図６に、
基準点配置の一例の説明図を示す。

【００３０】まず、反射シートのついた基準点を設置す
る（ステップＳ５０１）。反射シートを取り付ければ、
画像による自動計測と同時に、通常のトータルステーシ
ョンやノンプリ型のトータルステーション等による計測
作業が容易になる。基準点は、どの方向からも見えるよ
うなターゲットとし、例えば、三角錐や三角柱の頂点に
取り付けることができる。また、基準点が３点であれ
ば、例えば、図に示すような配置とし、あきらかに大き
さの異なるものを１つ設定しておくと良い。つぎに、一
例として、ストロボをたいて撮影する（ステップＳ５０
３）。こうすることで、どのような状況でも確実に検出
が可能となる。そして、パソコンに撮影画像を読み込む
（ステップＳ５０５）。つぎに、測量機により基準点の
３次元座標を計測する（ステップＳ５０７）。一番大き
い反射シートをつけた基準点を計測する際には、属性と
して測量機からその情報を同時に制御部１０に転送す
る。

【００３１】つぎに、テンプレートマッチングにより、
画像上の画像座標を検出する（ステップＳ５０９）。例
えば、反射シートから返ってくる光量は、輝度の高いも
のであり、また、その形状から、あらかじめテンプレー
トとしてそれらを登録しておけば、位置検出は容易にな
る。また、テンプレートは、この例では大小２種類とす
ることができる。つぎに、以上により位置検出した基準
点の画像座標と３次元座標の点と対応づけを行なう（ス
テップＳ５１１）。例えば、図のように３点の配置を行
い、１点だけ大きくしておけば、画像上での大きい基準
点はテンプレートにより識別可能となり、また、３次元
座標計測した属性より対応づけがなされる。他の２点に
対しては、その３次元座標位置と画像座標位置から、ど
の向きから撮影したものであっても対応づけが可能とな
る。

【００３２】位置検出の信頼性をさらに上げたければ、
同じ撮影場所について、ストロボをたいた画像とたかな
い画像を２枚撮影し、これら画像を差分処理すれば、タ
ーゲットだけ浮かび上がることとなり、マッチングによ
る自動座標位置検出は、一層確実で、信頼のおけるもの
となる。こうすることで、どのような状況でも確実に検
出が可能となる。

【００３３】以上、大小の反射シートによる説明を行な
ったが、これら反射シートに色をつけたり、模様をつけ
たりすること等によっても画像座標検出や対応づけがな
される。また、反射シートに限らず、画像上で見分けの
つくものなら良い。したがって、基準点の数、配置、形
状、その他はこの限りではない。

【００３４】ここで、以下に、テンプレートマッチング
処理の説明をする。

【００３５】テンプレートマッチングは、正規化相関法
や残差逐次検定法（ＳＳＤＡ法）などどのような適宜の
方法を用いても良い。例えば、残差逐次検定法を使用す
れば、処理が高速化できる。ここでは、残差逐次検定法
を説明する。

【００３６】残差逐次検定法の式を以下に示す。この式
で、残差Ｒ（a,b）が最小になる点が、求める画像の位
置である。処理の高速化をはかるためには、例えば、こ
の式の加算において、R（a,b）の値が過去の残差の最小
値を越えたら加算を打ち切り、次の（a,b）に移るよう
計算処理を行う。

【００３７】

【数１】

【００３８】（１−２）座標変換パラメータ算出部１０
２による座標変換パラメータ算出処理（ステップＳ３０
０）以上の基準点についての計測が、これでＯＫであれば、
次の座標変換パラメータ算出部１０２による座標変換パ
ラメータ算出処理（ステップＳ３００）を行う。

【００３９】図７に、座標変換パラメータ算出処理のフ
ローチャートを示す。

【００４０】まず、ＰＣ上で計測された点は、デジタル
カメラ等の固体撮像素子（ＣＣＤ）上に画像座標として
求められているので、これを写真座標系（ｘ、ｙ）に変
換する（ステップＳ２０３）。写真座標系（ｘ、ｙ）と
は、原点を主点とする２次元座標である。一方、画像座
標とは、ＣＣＤ座標系（ｐｘ、ｐｙ）であり、例えば左
上を原点として２次元座標である。

【００４１】測量機による計測により地上座標系（Ｘ、
Ｙ、Ｚ）で計測した３点と、ＰＣ上で計測した画像座標
系（ｘ、ｙ）の２点を以下に示す式に代入し、座標変換
のための各パラメータ（座標変換パラメータ）を求める
（ステップＳ２０５）。数式２及び数式３は、投影中
心、ＣＣＤ上の画像および対象物が一直線にあるという
共線条件式である。これらにより、最低３点以上の既知
点があれば、各座標変換パラメータを算出することがで
きる。但し、この場合は、画面距離ｃは、概略既知であ
る必要がある。検定済みのカメラを使用する場合は、画
面距離ｃがわかるので問題ない。

【００４２】

【数２】

【００４３】

【数３】

【００４４】一方、画面距離ｃが既知でない場合は、平
面の４点の座標値を計測することによって、２次の射影
関係からこの値を求めることが可能となる。また、６点
により画像座標と被写体の３次元座標（対象点座標）と
の関係を３次の射影変換式で近似したもので求めること
もできる。この場合は、例えば、直接線形変換法（Dire
ct Linier Transformation,ＤＬＴ）法を利用して、基
準点などから得られた地上座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と画像上
で計測されて得られた写真座標（ｘ、ｙ）との変換パラ
メータを計算する。ここで、ＤＬＴ法とは、極端に斜め
撮影された画像であっても、正射投影画像に変換するこ
とのできる画像変換方法である。ＤＬＴ法は、画像座標
と被写体の３次元座標（地上座標、対象点座標）との関
係を３次又は２次の射影変換式で近似したものである。

【００４５】以下に、ＤＬＴ法について説明する。これ
はオルソ画像上のピクセル位置を求めるための変換パラ
メータを算出する処理である。ここでは、主に、基準点
・標定点の既知の座標及び計測された画像（写真）座標
に基づいて処理が行われる。

【００４６】まず、次式にＤＬＴ法の基本式を示す。

【００４７】

【数４】ここで、（ｘ、ｙ）：画像座標、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）：地上座標、Ｌ_１〜Ｌ_１１：ＤＬＴ法の未知変量。

【００４８】これらのような数式４を、基準点のデータ
に基づき最小二乗法を用いて解くと、画像座標（ｘ、
ｙ）と地上座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）との関係を決定する座標
変換パラメータＬ_１〜Ｌ_１１を取得することができる。

【００４９】さらに、これら座標変換式は、上述のもの
だけでなく、地上座標と画像座標を対応づけできるもの
であれば良く、そのような適宜の座標変換式を採用する
ことができる。

【００５０】（１−３）カメラキャリブレーション以上の説明は、レンズ歪みを無視できる精度の計測、あ
るいは無歪みレンズを利用した場合であるが、レンズ歪
みがあり、それが精度上無視できない場合は、レンズ歪
みが求められているカメラを使うか、次に述べるような
処理によってレンズ歪みを補正しながら計測を行なう。

【００５１】すなわち、レンズの歪みデータのないカメ
ラを利用する場合は、基準点計測を６点以上行い、以下
の数式５乃至７の計算によりカメラのレンズ歪みを求め
ることで、レンズ歪みを補正する。また、あらかじめレ
ンズ歪みが求まっているカメラは、最初からこれら式を
用いて補正しながら座標値を求めればよい。

【００５２】

【数５】

【００５３】

【数６】

【００５４】

【数７】これら計算は、基準点を地上座標と画像座標で６点以上
計測することにより、逐次近似解法によって算出され
る。

【００５５】また、上述の他にも、セルフキャリブレー
ション付き射影変換式（ＤＬＴ法）を用いて、数式８及
び９により、レンズ歪み補正を求めることもできる。但
し、この場合、基準点は８点必要となる。

【００５６】

【数８】

【００５７】

【数９】

【００５８】このような数式を分母を払って、基準点の
データに基づき最小二乗法を用いて解くと、未知変量で
あるｋ_１、ｋ_２、ｘ_０、ｙ_０を解くことができる。

【００５９】以上のように、これら数式によりレンズデ
ィストーションが求まり、レンズ歪み補正を兼ねた計測
が可能となる。なお、これらの数式は、一例であり、他
の数式によって計算しても良い。

【００６０】つぎに、図４に戻り、以上の座標変換パラ
メータ算出処理（ステップＳ３００）が終了したら、変
換されたパラメータを利用して、座標変換値と基準点と
の残差を求め、規定値以内かどうかを判定する（ステッ
プＳ１２８）。ここで、規定値以内であれば、つぎの処
理へ移る。一方、規定値に入らなかった場合は、ステッ
プＳ１１８にもどり、計測点数を増しながら、ステップ
Ｓ１１８〜Ｓ１２８を規定値に入るまで行なう。

【００６１】ここで、残差は、以下のように求めること
ができる。すなわち、数式２及び３（又は数式５及び
６）により求められた変換パラメータと、基準点計測し
た画像座標（ｘ、ｙ）を、以下に示す数式１０、１１に
代入し、地上座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の計算基準点Ｘ’、
Ｙ’を算出する。そして、実際に計測された地上座標値
（Ｘ、Ｙ）との残差を、数式１２によって求める。この
ようにして求められた残差δが、規定値以内であれば、
ＯＫとする。規定値は、例えば実際の現場における必要
精度等を設定する。なお、ここに、ｎは基準点数であ
る。なお、残差の式はこれらに限られず、他のものを用
いても良い。

【００６２】

【数１０】

【００６３】

【数１１】

【００６４】

【数１２】

【００６５】（２）追加画像計測部１０５による追加画
像計測処理（ステップＳ１４０）つぎに、追加画像計測処理（ステップＳ１４０）の詳細
を説明する。図８に、追加画像計測フローチャートを示
す。撮影する画像が、１枚でよい場合、あるいはとりあ
えず１枚だけで画像作成する場合は、この処理はスキッ
プしてよい。また、最初にステップＳ１１４、Ｓ１１６
において、複数枚画像を撮影している場合は、撮影ステ
ップ（ステップＳ１４２）及びＰＣ上への画像読みこみ
ステップ（ステップＳ１４４）はスキップしてもよい。

【００６６】追加画像の撮影は、基準点計測処理（ステ
ップＳ１１０）における基準点設置（ステップＳ１１
２）により設置した基準点を、全部含むように行なう。
つぎに、ＰＣ上に画像を読み込み（ステップＳ１４
４）、追加撮影した画像を表示部５に表示し、計測した
い追加画像を選択する（ステップＳ１４６）。つぎに、
その画像上に写しこまれている基準点を、ＰＣ上で画像
計測する（ステップＳ１４８）。この作業を基準点数分
繰り返す（ステップＳ１５０）。例えば、ペン入力タイ
プ等のポータブルコンピュータであれば、ターゲットを
ペン等のポインティングデバイスで基準点を指示するこ
とで、その画像座標（ｐｘ、ｐｙ）（又は、写真座標
（ｘ、ｙ））を求める。そして、上述のような座標変換
パラメータ算出処理（ステップＳ３００）を行なう。

【００６７】さらに、ここで他の画像を追加計測したい
ときは、追加画像選択（ステップＳ１４６）に戻り、こ
の手順を撮影枚数分繰り返して行う。追加計測しないと
きは、次のステップへ進んでオルソ画像形成（ステップ
Ｓ１６０）を行なう。

【００６８】（３）オルソ画像形成部１０３によるオル
ソ画像形成処理（ステップＳ１６０）つぎに、オルソ画像形成処理（ステップＳ１６０）の詳
細について説明する。図９に、オルソ画像形成処理のフ
ローチャートを示す。

【００６９】まず、オルソ画像上の各画素（ピクセル）
の地上座標を計算する（ステップＳ２０７）。この処理
では、オルソ画像作成のために、オルソ画像の画像座標
（ｘ、ｙ）を地上座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に変換するもので
ある。地上座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、先に座標変換パラメ
ータ算出処理（ステップＳ３００）のステップＳ２０５
で求められた変換パラメータを用いて計算される。即
ち、オルソ画像の画像座標（ｘ、ｙ）に対応する地上座
標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、以下の式で与えられる。このよう
にして、オルソ画像上の各ピクセルの取得位置を求める
ことができる。

【００７０】

【数１３】ここで、（Ｘ_０、Ｙ_０）：地上座標系でのオルソ画像の左上の
位置、（ΔＸ、ΔＹ）：地上座標系での１画素の大きさ（例：
ｍ／ｐｉｘｅｌ）、（ｘ、ｙ）：オルソ画像の画像座標、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）：地上画像、ａ、ｂ、ｃ、ｄ：ある画像座標（ｘ、ｙ）を内挿する複
数の基準点により形成される平面方程式の係数である。

【００７１】今度は、ステップＳ２０５で求めた変換パ
ラメータを使用して、数式２及び３又は数式５及び６に
より、ステップＳ２０７で求められた地上座標（Ｘ、
Ｙ、Ｚ）に対応する画像座標（ｘ、ｙ）を計算する（ス
テップＳ２０９）。このように求められた画像座標
（ｘ、ｙ）から、該当する画像の地上座標（Ｘ、Ｙ、
Ｚ）上の濃度値を取得する。この濃度値が、オルソ画像
上における２次元の位置（Ｘ、Ｙ）のピクセルの濃度で
ある。このように、地上座標上の位置（Ｘ、Ｙ）に貼り
付ける画像濃度を取得する。以上のような処理を、オル
ソ画像のすべてのピクセルに対して行うことにより、画
像貼付が行なわれる（ステップＳ２１１）。

【００７２】ここで、複数枚の画像貼付についてさらに
説明する。画像が１枚でなく、複数枚であった場合は、
どの画像を選択するかは、基準点とカメラの位置関係に
よりきめる。すなわち、それぞれの画像の各カメラの位
置（Ｘ_０、Ｙ_０、Ｚ_０）は、数式２及び３により既に算
出されている。従って、この値と実際の基準点座標の値
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）から距離を算出し、近い方の画像のピク
セル濃度値を取得して、貼り合わせる。このように、基
準点に近い画像を使って画像合成を行なうことにより、
解像力の高い画像データを自動的に選択することが可能
となる。

【００７３】（４）オルソ画像修正部１０４によるオル
ソ画像修正処理（ステップＳ１８０）つぎに、オルソ画像修正処理（ステップＳ１８０）の詳
細について説明する。図１０に、オルソ画像修正処理の
フローチャートを示す。

【００７４】オルソ画像形成処理（ステップＳ１６０）
を行い、作成されたオルソ画像上で視覚的、あるいは後
述の処理によりチェックし、計測ミス及び計測データが
特に必要な部分があった場合は、それら部分について測
量機で計測を行う（ステップＳ１８４）。計測した３次
元座標（地上座標）は、測量機から制御部１０に転送さ
れ（ステップＳ１８８）、先に説明したオルソ画像形成
処理（ステップＳ１６０）を自動的に行い、表示部５に
より即座にオルソ画像表示を行い、再度チェックする。

【００７５】このようにすることで、１点１点計測しか
つ修正画像をリアルタイムで確認しながら処理が行える
ので、計測ミスや計測忘れ等を未然に防ぐことが可能と
なり、常に最終成果品となる画像を確認しながら計測を
行なえることになる。

【００７６】つぎに、作成されたオルソ画像から、基準
点不足部分や不適切個所を抽出、修正する方法を説明す
るフローを示す。

【００７７】図１１に、基準点不足個所又は画像不適切
個所表示についてのフローチャートを示す。また、図１
２に、基準点不足領域又は画像不適切領域の一例の説明
図を示す。

【００７８】最初に、基準点不足個所表示の処理を実行
する。まず、１枚〜複数枚から作成されたオルソ画像を
表示する（ステップＳ６０１）。つぎに、計測領域で確
認したい範囲を指定する（ステップＳ６０３）。ここ
で、基準点配置適切領域内に基準点が入っているかどう
かチェックし表示する（ステップＳ６０５）。例えば、
基準点６点であった場合、図１２のようになる。基準点
配置チェックは、基準点適切範囲を計測基準点数により
オルソ画像上で分割し、基準点の座標をチェックし、区
画内に基準点があるかないか判定し表示する。あるい
は、計算せずとも図１２のように基準点適切範囲枠（こ
の例では、領域を６分割）を表示する。但し、基準点適
切範囲を決める方法はこの限りではない。

【００７９】引き続き、画像不適切個所表示の処理を実
行する。まず、隣接基準点の間隔と高低差を計算する
（ステップＳ６０７）。ここで、計算値（例えば、高低
差）がしきい値以上の点は、その旨の表示を行なう（ス
テップＳ６０９）。しきい値は、例えば、基準点数、基
準点の間隔と高低差から急激に変化している点を検出で
きるよう、画像縮尺から算出する。

【００８０】つぎに、上述のように、オルソ画像修正処
理（ステップＳ１８０）にて、基準点不足部分ならびに
しきい値以上の点近傍を測量機で計測、画像修正を行な
う。もし、これら手順でも満足いかない場合は、これら
表示された画像の情報をもとに、追加画像計測を行なう
ようにしても良い。

【００８１】以上のような計測及び処理により、オルソ
画像の基準点不足個所や不適切部分を修正することがで
きる。

【００８２】つぎに、作成されたオルソ画像から、不足
部分や不適切個所を抽出、表示する方法を説明する。こ
こでは、画像解像度から不足・不適切個所を指示する方
法について説明する。

【００８３】図１３に、画像の不足個所又は不適切個所
表示についてのフローチャートを示す。また、図１４
に、画像の不足個所又は不適切個所表示の説明図を示
す。なお、必要計測精度は、対象物によって異なるの
で、対象にあわせた設定を行なっておく。

【００８４】まず、１枚〜複数枚から作成されたオルソ
画像を表示する（ステップＳ７０１）。ここでは、撮影
位置Ａ及びＢから撮影された場合を想定する。つぎに、
計測領域で確認したい範囲を指定する（ステップＳ７０
３）。カメラ位置（Ｘ_０、Ｙ _０、Ｚ_０）は、数式２、３
より求まっているので、その位置から計測確認領域の１
画素の精度を計算する（ステップＳ７０５）。なお、複
数方向から撮影されている場合は、この計算を、各カメ
ラについて算出する。つぎに、各カメラの画素精度が、
設定された精度に満たない場所で、かつ重複する範囲を
オルソ画像上に表示する（ステップＳ７０７）。そし
て、表示された場所の方向から追加画像計測する（ステ
ップＳ７０９）。ここでは、追加画像撮影位置Ｃから追
加画像を撮影する場合が示される。

【００８５】このようにすれば、画像の不足個所や不適
切個所の画素解像力（１画素精度）を補う画像が取得さ
れ、結果的に満足のいく画像を得ることができる。ま
た、画素精度の判定は、例えば、中心投影画像をオルソ
画像に変換する際の比率が大きくなるにつれ精度が低下
し、画像の撮影点から画像として写り込んでいる対象物
まで距離が遠くなるにつれて、精度が低下するというよ
うに行うことができる。

【００８６】Ｃ．応用

【００８７】（１）各種測量機の使用つぎに、各種の測量機の使用と、それによる利点につい
て説明する。

【００８８】・例えば、ノンプリズム型のトータルステ
ーションで修正作業を行えば、光（計測信号）が返って
くる対象物の場合は、対象物に向かって計測する作業だ
けでオルソ画像が随時更新されるので簡便に作業が済み
かつ多数点が計測できるという卓越した効果がある。・また、自動追尾型のトータルステーションで修正処理
を行えば、不足計測領域をプリズムを持って歩くだけで
より精度の高いオルソ画像が作成できるという卓越した
効果がある。・さらに電波の届くところであればＧＰＳをもって歩く
だけでオルソ画像が更新され、誰でも簡単に補測しなが
らオルソ画像作成が行えるようになるという非常に優れ
た効果がある。・また、高密度かつ高精度で失敗のないオルソ画像を得
たい場合は、この計測したい範囲をオーバーラップする
ようステレオ撮影を行い、現場にて相互標定を行ってお
けばよい（特開平１０−１６３９）。こうすることによ
り、ステレオ画像から自動ステレオマッチングを行って
高密度な３次元計測点を取得、オルソ画像形成部にてオ
ルソ画像作成を行えば、高密度かつ精度のよいオルソ画
像が取得可能となる。あるいは、形成された立体画像を
見ながら、不足部分や不連続部分等を立体ディスプレイ
上でマニュアル計測し、それらの計測点を合わせて、オ
ルソ画像形成部にてオルソ画像作成を行なえば、失敗が
なく精度が高いオルソ画像が取得される。

【００８９】（２）広範囲領域の計測さらに、広範囲の計測を行いたい場合は、図３に示した
計測範囲１についての計測の終了後、次の計測範囲２、
３・・・について、図２に示した画像形成処理のスター
トから再び同じように始めればよい。この場合、計測範
囲の境界は、特に意識する必要はない。あるいは、計測
範囲１と計測範囲２等の隣接する範囲をわざとオーバー
ラップさせて、その領域に基準点を数点を入れれば、そ
の分の測量機による基準点計測は省略することができ、
それらの点の画像計測（ステップＳ１４８）さえ行なえ
ば良いということになる。こうして、計測範囲１、２、
・・・の画像と基準点とを利用して、オルソ画像作成を
各領域で行なっていけば、計測範囲１、２、・・・が統
合されたオルソ画像を容易に作成することができる。以
上のようにして、順次計測領域を拡大していくことが簡
単にできる。

【００９０】（３）オフライン計測以上は、基準点計測処理（ステップＳ１１０）におい
て、オンラインで基準点を計測する例であるが、つぎ
に、オフライン処理について説明する。図１５に、オフ
ライン処理のフローチャートを示す。

【００９１】オフライン処理の場合は、現地にて撮影と
測量機による基準点計測とを行なうだけで、他はすべて
オフライン（例えば、オフィス内等）で行なうものであ
る。基準点計測処理（ステップＳ１１０）におけるオフ
ライン計測は、例えば、画像撮影の作業と基準点計測の
作業とを分けて別々に現場で行い、オフィス等でゆっく
り解析作業をするときに利用する。この場合は、画像を
複数取得しておいて、後で適宜の画像を選択しながらの
画像形成処理が可能となる。

【００９２】したがって、基準点計測は、測量機とＰＣ
を連動させず（即ち、ＰＣはなくともよい）、測量機だ
けで計測を行なう（ステップＳ１３２）。そして、計測
した基準点データを一括してＰＣに送ればよい（ステッ
プＳ１３６）。さらに、つぎに、追加画像計測処理（ス
テップＳ１４０）の処理を行うこととなる。このよう
に、オフライン処理の場合は、基準点計測と撮影とを別
々に行えるので、ヘリコプターやバルーン等の空撮で得
られた画像を処理することが可能となる。

【００９３】

【発明の効果】本発明によると、以上のように、計測現
場の状況を図化する際に、寸法の反映された正射投影画
像（オルソ画像）から簡単に現場を図化でき、状況を容
易に把握することができる。本発明によると、計測現場
において、迅速且つ簡単に、計測忘れやミスがなく画像
の作成・修正ができ、現場状況の把握がその場ででき、
画像図面（オルソ画像）を現地にてリアルタイムで確認
しながら簡単に作成することができる。本発明による
と、簡単な撮影と、測量機による数点の測量だけで、画
像の補測を行うと同時に、現場状況を容易に把握可能な
画像図面を得ることができ、さらに写っていない部分や
わかりにくい部分を補間し、高解像度化され且つ広範囲
なオルソ画像を作成することができる。

【００９４】本発明によると、１枚の画像では、見えに
くい所があったり、遠くの画像が粗くなる等のように、
状況がわかりにくい場合であっても、複数枚の画像から
状況を把握することができ、且つ、精度の高いオルソ画
像を作成することができる。また、本発明によると、簡
単な作業を繰り返すことにより複数枚の画像を統合し、
広範囲なオルソ画像を取得することができる。本発明に
よると、さらに、隣接領域とオーバーラップした画像を
複数撮影することにより、精度が高く品質の高いオルソ
画像を高速に作成することができる。

【００９５】また、本発明によると、簡単な計測でレン
ズ歪み補正（カメラキャリブレーション補正）を行なう
と同時に、レンズ歪みデータの無いカメラでも高精度な
オルソ画像を作成することができる。さらに、本発明に
よると、各種測量機を利用して３次元座標を計測しなが
らオルソ画像修正を行なえば、必要個所を必要な精度
で、品質の良いオルソ画像が作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像形成装置の構成図。

【図２】本発明に係る画像形成処理のフローチャート。

【図３】広範囲を計測する場合の説明図。

【図４】オンラインによる基準点計測のフローチャー
ト。

【図５】基準点計測部により基準点を自動計測する場合
のフローチャート。

【図６】基準点配置の一例の説明図。

【図７】座標変換パラメータ算出処理のフローチャー
ト。

【図８】追加画像計測フローチャート。

【図９】オルソ画像形成処理のフローチャート。

【図１０】オルソ画像修正処理のフローチャート。

【図１１】基準点不足個所又は画像不適切個所表示につ
いてのフローチャート。

【図１２】基準点不足領域又は画像不適切領域の一例の
説明図。

【図１３】画像の不足個所又は不適切個所表示について
のフローチャート。

【図１４】画像の不足個所又は不適切個所表示の説明
図。

【図１５】オフライン処理のフローチャート。

【符号の説明】

１０制御部２記憶部３入出力インターフェース４画像入力部５表示部６入出力部７３次元座標入力部１０１基準点計測部１０２座標変換パラメータ算出部１０３オルソ画像形成部１０４オルソ画像修正部１０５追加画像計測部Ｓ１１０基準点計測処理Ｓ１４０追加画像計測処理Ｓ１６０オルソ画像形成処理Ｓ１８０オルソ画像修正処理

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０６Ｆ 15/66 ４７０Ｊ (72)発明者高地伸夫東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプコン内Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA17 EE08 FF00 FF04 FF67 JJ03 JJ26 LL16 LL46 QQ00 QQ03 QQ24 QQ38 SS01 SS02 5B057 AA13 BA02 CA12 CA16 CB12 CB16 CC03 CD12 CD20 CE10 DA07 DA17 DB02 DC02 5C076 AA13 AA19 AA23 AA40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の基準点が写し込まれた中心投影画像
を計測し、該基準点について画像座標を求める基準点計
測部と、上記基準点計測部により求められた該基準点の画像座標
と実際に測定された基準点の３次元座標とに基づき、画
像座標と３次元座標との対応付けを行う変換パラメータ
を求める座標変換パラメータ算出部と、上記座標変換パラメータ算出部により求められた変換パ
ラメータに基づき、中心投影画像から正射投影画像を作
成するオルソ画像形成部と、実測した追加点の３次元座標に基づき、上記オルソ画像
形成部により求められた画像座標を修正し、正射投影画
像の修正を行うオルソ画像修正部とを備えた画像形成装
置。
【請求項２】請求項１に記載の画像形成装置において、上記基準点計測部により計測された基準点を含むよう
に、他の中心投影画像を計測するとともに、上記座標変
換パラメータ算出部を用いて、計測された他の中心投影
画像についての座標変換パラメータを計算する追加画像
計測部をさらに備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の画像形成装置にお
いて、上記測定された基準点は、３次元座標入力部である既知
点からの距離と角度を測定する測量機、又は、グローバ
ルポジショニングシステムにより、計測されることを特
徴とする画像形成装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形
成装置において、上記基準点計測部は、３次元座標を得た各基準点に対応
する中心投影画像の各画像座標値を自動的に求めるよう
にしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形
成装置において、上記座標変換パラメータ算出部は、中心投影について共
線条件を満足させ、画面距離が既知の画像入力部を使用
することにより、地上座標系が既知である少なくとも３
点の基準点に基づいて変換パラメータを計算できるよう
にしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形
成装置において、上記座標変換パラメータ算出部は、画像入力部のレンズ
歪みデータ又は複数の基準点の実測データに基づいて、
レンズ歪みを補正するようにしたことを特徴とする画像
形成装置。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形
成装置において、上記オルソ画像形成部は、複数の画像を貼り合わせて正
射投影画像を形成する場合、各画像から基準点までの距
離又は各画像から計測点までの距離に基づいて、得られ
た各画像を選択することを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形
成装置において、上記オルソ画像修正部は、複数の中心投影画像が得られ
ている場合に、各箇所の縮尺が所定の縮尺以下若しくは
縮尺の比較的小さい画像、又は、計測位置若しくは基準
点に近い画像を優先的に組み合わせて正射投影画像を形
成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の画像形
成装置において、上記オルソ画像修正部は、複数の中心投影画像が得られ
ている場合に、上記オルソ画像形成部により正射投影画
像を形成した結果、画像の不足箇所又は不適切箇所を表
示させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれかに記載の画像
形成装置において、広範囲領域の計測をする場合、第１の計測範囲内の基準
点と第２の計測範囲内の基準点とを一部共通に使用し、
各々の計測範囲において正射投影画像を形成するように
したことを特徴とする画像形成装置。