JP2003075153A - 測量データ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のラインセンサで取得した画像間中の対
象物を撮像した対応画素関係を見出し、対象物の空間位
置情報を容易に求めることが可能な測量データ処理方法
を提供する。 【解決手段】 複数のラインセンサで取得した画像を連
結して（ステップＳ１）モニタに表示させ（ステップＳ
２）、操作者が指示した対象物（ステップＳ３）に対応
する他画像中の像点を画像相関を用いて検出し（ステッ
プＳ４）、各像点からその空間位置を検出し（ステップ
Ｓ７）、出力する（ステップＳ８）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラインセンサを利
用して地表を撮像することで得られた画像データと、ラ
インセンサの位置・姿勢データを基にして地表にある対
象物の空間位置情報を求める測量データ処理方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】航空写真、衛星写真などの地表を上空か
ら撮影した空中写真を利用して地表の位置情報を求める
解析写真測量という手法が知られている。これは写真に
投影された像と投影中心（つまりカメラの姿勢・位置）
から被写体自体の空間位置を求めるものである。単一の
写真からは正確な空間位置座標を求めることはできない
が、視線の異なる複数の写真を用いることで、正確な空
間位置座標を求めることが可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、視線の
異なる複数の写真間では、投影される像の形状が異なっ
てくるため各写真間でどの投影点が対応しているかを判
定することが困難であり、操作者が投影点の対応づけを
行う必要があった。この形状の変形は、地表上の平面形
状についても起こりうるが、特に建造物などの立体物に
おいては顕著なものとなる。

【０００４】また、航空写真の撮像装置として特許２８
０７６２２号公報に開示されているようなラインセンサ
を用いる手法が知られている。この手法によっては視線
の異なる多数の一次元画像が取得される。このため、通
常の２次元写真画像と異なり、気流等の影響で撮像中に
航空機の姿勢変化が起こった場合には、これを単に２次
元上につなぎ合わせた画像では視認が困難な場合もあ
り、対応点を確認するのが難しいという問題がある。

【０００５】そこで本発明は、複数のラインセンサで取
得した画像間中の対象物を撮像した対応画素関係を見出
し、対象物の空間位置情報を容易に求めることが可能な
測量データ処理方法を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る測量データ処理方法は、視線方向の異なる
複数のラインセンサを用いて地表を撮像して得られた多
数の一次元画像データと該一次元画像データのそれぞれ
を取得した際のラインセンサ群の位置・姿勢情報データ
からなる測量データを処理する方法であって、各ライン
センサで取得した各画像において同一の対象物を撮像し
ている画素を画像相関に基づき判別する判別工程と、対
応画素と対応する位置・姿勢情報を基にして交会法によ
り該対象物の空間位置情報を求める測量工程と、を備え
ていることを特徴とする。

【０００７】この方法によれば、画像相関を用いること
で、自動的または半自動的に同一対象物を撮像している
画素の対応関係を求めることができる。したがって、交
会法を用いて当該対象物の空間位置情報を正確に求める
ことができる。なお、対象物の指定は自動でも、操作者
の指定に基づいて行ってもよい。

【０００８】判別工程に先立ち、任意の画像センサの取
得画像データ中から判別を行う対象物を抽出する抽出工
程をさらに備えていることが好ましい。例えば、所定の
パターンを基にして抽出を行うことで、対象物の指定を
自動的に行うことが可能となり、操作者の操作が軽減さ
れる。

【０００９】判別工程において、対象物として空間位置
が既知の基準点を用い、基準点の既知の空間位置と測量
工程で求めた空間位置の偏差に基づいて測量工程におけ
る誤差修正を行ってもよい。この誤差修正としては、測
量工程で求めた空間位置の修正および／またはラインセ
ンサ群の位置・姿勢情報の修正がある。

【００１０】この誤差修正によって、基準点以外の対象
物についてもより正確な空間位置情報を取得することが
可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理
解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に
対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説
明は省略する。

【００１２】図１は、本発明に係る測量データ処理方法
を実施するデータ解析装置１を説明する図である。デー
タ解析装置１は、ワークステーション、パーソナルコン
ピュータ等の計算機１０と、表示装置となるモニタ１
１、入力装置であるキーボード１２、マウス１３とで構
成される。なお、計算機１０には、内部記憶装置として
ハードディスクを搭載するとともに、各種の外部記憶装
置が接続されていてもよい。

【００１３】計算機１０の内部あるいは外部の記憶装置
には、後述する航空機搭載撮像装置２内のハードディス
ク２１に記録された測量データが転送される。この転送
は、航空機搭載撮像装置２とデータ解析装置１とを無
線、有線で接続して行うほか、着脱可能な記録媒体を介
して行ってもよい。

【００１４】図２は、航空機搭載撮像装置２の構成を説
明する図である。この装置２は、図２（ａ）に示される
ように、航空機や飛行船、ヘリコプター等の飛翔体３の
下部に取り付けられ、飛翔体３の飛行中に上空から地表
の画像を取得するものである。

【００１５】図２（ｂ）は、装置の構成を示す図であ
る。図では、飛翔体３の通常の進行方向を左向きとして
示している。ここで、撮像部（カメラ）２７は、多数の
画素を一次元に配列して構成されたラインセンサ２７
Ｂ、２７Ｆ、２７Ｎを進行方向に対して直交させ、か
つ、それぞれ視線がクロスするように配置している。こ
の結果、ラインセンサ２７Ｆは飛翔体３の前寄りの下方
を、ラインセンサ２７Ｎは飛翔体３の直下の、ラインセ
ンサ２７Ｂは飛翔体３の後ろ寄り下方の画像をそれぞれ
取得することになる。

【００１６】カメラ２７はカメラ２７の姿勢（向き）を
検出するジャイロ２６とともにスタビライザ２５内に配
置されており、飛翔体３の動きに伴うカメラ２７の姿勢
変動は抑制されている。また、飛翔体３の位置、つまり
カメラ２７の位置を検出するため、慣性航法装置（ＩＮ
Ｓ）２２と、アンテナ２４に接続されたＧＰＳ受信機２
３とが装備されており、それぞれデータ処理装置２０に
接続されている。データ処理装置２０は、カメラ２７で
取得した各ライン画像とその時のカメラの位置・姿勢情
報を関連づけて記録装置であるハードディスク２１内に
格納する。

【００１７】図３は地表の対象物４をカメラ２７で上空
から撮像したときのカメラ２７と対象物４との位置関係
を説明する図である。対象物４の任意の点Ｐの像は、カ
メラ２７の３つのラインセンサ２７Ｆ、Ｂ、Ｎで同時に
取得されるわけでなく飛翔体３（図３では省略）が図の
右側から左側に向かって移動しているとすると、まず、
飛翔体３が対象物４の上空に近づいてきた段階で、前向
きのラインセンサ２７Ｆが点Ｐの画像を取得する。そし
て、飛翔体３が対象物４の直上に達した時点で、下向き
のラインセンサ２７Ｎが点Ｐの画像を取得する。そし
て、飛翔体３が対象物４の上空を通過して、通りすぎて
いく段階で、後ろ向きのラインセンサ２７Ｂが点Ｐの画
像を取得することになる。

【００１８】図４はこのようにして取得した画像群から
被写体の空間位置情報を算出する原理を説明する図であ
る。ここで、座標系としては地上座標系を用い、被写体
Ｐの空間位置を座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で表す。各ラインセ
ンサ２７Ｂ、Ｎ、Ｆで取得した画像中の被写体位置、つ
まり像点をｐ_B（Ｘ_PB，Ｙ_PB，Ｚ_PB）、ｐ_N（Ｘ_PN，
Ｙ _PN，Ｚ_PN）、ｐ_F（Ｘ_PF，Ｙ_PF，Ｚ_PF）とする。ま
た、このときの各ラインセンサ２７Ｂ、Ｎ、Ｆの投影中
心をそれぞれＯ_B（Ｘ_OB，Ｙ_OB，Ｚ_OB）、Ｏ_N（Ｘ_ON，Ｙ
_ON，Ｚ_ON）、Ｏ_F（Ｘ_OF，Ｙ_OF，Ｚ_OF）とする。ここ
で、図３に示されるように、被写体Ｐと像点ｐ、投影中
心Ｏは一直線上に並ぶから、次式が成立する。

【００１９】

【数１】

【００２０】ここで、ラインセンサ２７Ｂ、Ｎ、Ｆの投
影中心Ｏ_B、Ｏ_N、Ｏ_Fと像点ｐ_B、ｐ_N、ｐ_Fの空間座標位
置はカメラの姿勢・位置情報から既知であるから対応す
る投影中心と像点を結ぶ直線を延長して交差する点が被
写体Ｐの位置である。実際の計算では測定誤差等により
３本の直線が交差しないことがありうる。その場合に
は、例えば最小２乗法を用いてこれら３本の直線との距
離が最も小さい点を被写体の位置Ｐとすればよい。

【００２１】以下、本発明に係る測量データ処理方法に
ついて具体的に説明する。実際に、前述の原理に基づい
て被写体の位置を検出するためには、各画像中において
被写体を撮像した像点が既知である必要がある。本発明
に係る測量データ処理方法は、各画像中の対象物である
被写体を撮像した像点を対応づけて被写体（対象物）の
空間位置を求めるものである。

【００２２】最初に半自動で対応づけを行う処理方法
（第１の実施形態）を説明する。この第１の実施形態で
は、各ラインセンサで取得された１次元画像を連結する
ことで作成された２次元画像をそれぞれモニタ上に表示
させ、操作者がその任意の２次元画像中で対象物を指定
すると、他のラインセンサの対応点を判別して、空間位
置を求めるものである。図５は、この第１の実施形態を
説明するフローチャートであり、図６はモニタ１１の表
示画像例を示している。

【００２３】最初のステップＳ１では、計算機１０内に
取り込まれた（計算機１０に内蔵あるいは外付けの記憶
装置に格納されていてもよい）ラインセンサの取得１次
元画像をそれぞれについて連結して２次元画像を生成
し、生成された画像を複数個並べてモニタ１１上に表示
する（ステップＳ２）。図６では、ラインセンサ２７
Ｆ、２７Ｎでそれぞれ取得した１次元画像を連結した
（矢印Ａ方向に単純に取得した順に並べた画像）２次元
画像５Ｆ、５Ｎを表示させた例を示している。

【００２４】続くステップＳ３では、空間位置情報の取
得対象となる対象物４の対象点となるべき像点を表示さ
れている複数の画像のうち任意の画像中から操作者が指
定する。図６の例でいうと、画像５Ｆ中から家屋である
対象物４を撮像した画像４Ｆ中の屋根の交差点を像点ｐ
_Fとして指定する。

【００２５】ステップＳ４では、他の画像５Ｎ中の対応
する像点ｐ_Nを画像相関によって検出する。具体的に
は、画像５Ｆと画像５Ｎ中で特徴抽出処理により、画像
を小領域に分割する領域分割を行う。この特徴抽出とし
ては、いわゆるエッジ抽出法、領域拡張法、ヒューリス
ティック法、分割法、テクスチャー解析法等を用いるこ
とができ、これらを組み合わせたり、対象物によって使
い分けてもよい。こうして分割された中から統計的パタ
ーン認識や構造的パターン認識により画像５Ｎ中の対象
物を含むパターンと一致するパターンを画像５Ｆ中から
テンプレートマッチングなどのパターンマッチング手法
により検出することで対応点を見つけ出す。この際に他
方の視線を投影したエピポーラ線上を探索すれば、より
効率的な探索を行うことが可能である。

【００２６】ステップＳ５では、こうして求めた対応点
を画像中に表示する。表示の形式としては像点上にカー
ソルを表示する、像点付近の画像を反転、強調あるいは
画像の色とは異なる色で表示する等の手法により操作者
が対応する像点を画像中で視認しやすい形式で表示する
ことが好ましい。

【００２７】画像相関による認識の確度と認識の速度、
検出率とは相反する関係にあり、達成しうる認識精度に
は限界がある。そこで、ステップＳ６では、操作者の視
認による像点の位置修正を可能としている。画像全体か
ら操作者が像点を見つけ出す場合と比較して、候補とな
る位置が表示されているので、対応する像点を見つけや
すいという利点がある。

【００２８】ステップＳ７では、こうして対応づけられ
た像点位置を基にして前述した原理に基づいてその空間
位置Ｐを算出し、ステップＳ８でその空間位置情報を出
力する。

【００２９】ステップＳ９では、他の対象点についても
処理が必要か否かを判定し、処理が不要であれば、処理
を終了し、必要な場合には、ステップＳ３以降を繰り返
すことで、複数の対象点について空間位置の検出を行
う。

【００３０】このようにして半自動的に各画像中で対象
物を写している像点を対応づけることで、像点の対応づ
けに要する時間を短縮することができ、短時間で多数の
対象物についての空間位置情報を求めることが可能とな
り、従来より詳細な３次元マップ作成や別の投影面へ変
換した画像の作成が容易に行える。

【００３１】次に、画像中から自動的に対象物を抽出し
て対応づけを行う手法（第２の実施形態）について説明
する。図７は、この第２の実施形態の処理フロー図であ
る。この第２の実施形態のうち、第１の実施形態と共通
する処理には同一のステップ番号を付し、その詳細な説
明は省略する。

【００３２】計算機１０内には予め、木、道路、橋梁、
鉄道、車等の移動体、河川、看板、屋根等の代表的な被
写体のパターンが記憶されている。ステップＳ２におけ
るモニタ表示の後、ステップＳ３では、画像５Ｆの領域
分割を行い、統計的パターン認識や構造的パターン認識
により画像５Ｆ中から記憶されている被写体パターンと
合致するパターンを画像相関により探索する。そして、
合致したパターンを対象物として設定することで対象物
の抽出処理を行う。この対象物の抽出処理はステップＳ
２のモニタ表示に先立って行ってもよい。

【００３３】こうして抽出した対象物ごとに各画像中の
対応点の対応づけを行う。具体的には、ステップＳ１２
で、抽出した対象物の対象点を選択し、第１の実施形態
と同様にステップＳ４〜Ｓ８の処理により当該対象点の
空間位置情報を求める。ステップＳ１３では抽出した全
対象物についてこの処理が行われたかを判定し、処理が
終了していない場合にはステップＳ１２へと戻って次の
対象点についての処理を行うことで、全対象物について
その空間位置情報を求めることができる。

【００３４】本実施形態の場合には、空間位置情報を求
める対象物は画像５Ｆ中でパターンマッチングにより探
索されたものであるから、別の画像５Ｎ中でもパターン
マッチングによる探索が容易である可能性が高い。した
がって、対応点の識別率が高く、自動処理が可能とな
り、従来に比較して多数の対応点を設定することで詳細
な３次元マップ作成が容易に行え、処理の省力化が可能
となる。

【００３５】このようにして空間位置情報を求めた場
合、カメラの位置情報、姿勢情報の誤差により、本来の
対象物の位置Ｐと計算で求めた位置Ｐｃとの間にずれが
生じてしまう。図８はこの様子を説明する図である。基
準点４Ｒの頂部の被写体となる点Ｐの像は、実際にはｐ
_f、ｐ_nとして取得される。しかし、この時のカメラの位
置、姿勢情報誤差があり、像点はｐ_n’、ｐ_f’であると
して実際とは異なる視線で空間位置を求めた場合、求ま
る被写体の空間位置はＰｃとなり、本来の位置Ｐからず
れてしまう。特に飛翔体３の高度を高くとると、カメラ
の姿勢のずれは、算出される位置情報のずれに大きく影
響する。このような誤差を解消するため、空間位置情報
が予め既知である基準点を複数個配置し、計算により求
めた空間位置Ｐｃと既知の空間位置Ｐとの偏差を基にし
て、誤差修正を行うことが好ましい。

【００３６】この誤差修正としては、偏差に基づいて算
出される空間位置自体を補正する手法と、空間位置の偏
差が小さくなるよう、例えば、偏差の自乗の和が最小と
なるようにカメラの位置・姿勢情報を修正する手法があ
る。このようにすると、空間位置情報の誤差を少なく
し、その算出精度を向上させることが可能となる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
自動または全自動でライン画像群中から同一対象物を撮
像した像点を探索して、その空間位置情報を求めること
ができるので、処理の省力化が可能となり、短時間で多
数のポイントの空間位置情報を求めて、詳細な３次元マ
ップを作成することが可能となる。

【００３８】さらに、空間位置情報が既知の基準点につ
いて空間位置情報を求め、求めた空間位置情報と既知の
空間位置情報との偏差を利用して他の対象物の空間位置
情報の補正あるいはカメラの姿勢・位置情報の補正を行
うことで高精度の空間位置情報検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る測量データ処理方法を実施するデ
ータ解析装置を説明する図である。

【図２】本発明に係る測量データ処理方法が処理対象と
する測量データを取得するための航空機搭載撮像装置を
説明する図である。

【図３】図１の撮像装置において地表の構造物を撮像し
たときのラインセンサと構造物との位置関係を説明する
図である。

【図４】画像群から被写体の空間位置情報を算出する原
理を説明する図である。

【図５】本発明に係る測量データ処理方法の第１の実施
形態を説明するフローチャートである。

【図６】本発明に係る測量データ処理方法における測量
データ画像の表示例を示す図である。

【図７】本発明に係る測量データ処理方法の第２の実施
形態を説明するフローチャートである。

【図８】基準点の空間位置と計算で求めた空間位置との
ずれを説明する図である。

【符号の説明】

１…データ解析装置、２…航空機搭載撮像装置、３…飛
翔体、４…対象物、１０…計算機、１１…モニタ、１２
…キーボード、１３…マウス、２１…ハードディスク、
２２…ＩＮＳ、２３…ＧＰＳ受信機、２４…アンテナ、
２５…スタビライザ、２６…ジャイロ、２７…カメラ、
２７Ｂ、２７Ｎ、２７Ｆ…ラインセンサ、Ｏ…投影中
心、Ｐ…被写体、ｐ…像。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B047 AA02 BB03 BC23 CA12 CA23 CB18 CB22 DC13 5B057 AA14 BA02 BA19 BA24 DA07 DB01 DC08 DC34 DC36 5C054 AA05 CA04 CC02 CE01 EA01 EA03 EH00 EH07 EJ07 FA00 FC15 FD01 HA05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 視線方向の異なる複数のラインセンサを
   用いて地表を撮像して得られた多数の一次元画像データ
   と該一次元画像データのそれぞれを取得した際のライン
   センサ群の位置・姿勢情報データからなる測量データを
   処理する方法であって、 各ラインセンサで取得した各画像において同一の対象物
   を撮像している画素を画像相関に基づき判別する判別工
   程と、 前記対応画素と対応する位置・姿勢情報を基にして交会
   法により該対象物の空間位置情報を求める測量工程と、
   を備えている測量データ処理方法。
2. 【請求項２】 前記判別工程に先立ち、任意の画像セン
   サの取得画像データ中から判別を行う対象物を抽出する
   抽出工程をさらに備えている請求項１記載の測量データ
   処理方法。
3. 【請求項３】 前記判別工程において、対象物として空
   間位置が既知の基準点を用い、前記基準点の既知の空間
   位置と前記測量工程で求めた空間位置の偏差に基づいて
   測量工程における誤差修正を行うことを特徴とする請求
   項１または２に記載の測量データ処理方法。
4. 【請求項４】 前記誤差修正は、前記測量工程で求めた
   空間位置の修正および／または前記ラインセンサ群の位
   置・姿勢情報の修正であることを特徴とする請求項３記
   載の測量データ処理方法。