JP2005156514A - 空中写真画像データーセットの構成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の空中写真測量においては、重複度が均質でないため、三次元計測の精度を向上させることが出来なかった。また、左右方向のステレオ写真のみしか使用しない場合、オーバーラップ部分に高い建物が存在すると、片側しか見えない、いわゆる隠蔽問題が生じる。隠蔽部分が存在すると三次元測定が不可能となる。三次元計測の精度を向上させ、隠蔽問題が生じない写真画像データーセットが強く望まれていた。
【解決手段】空中写真撮影において飛行コースの進行方向及び該飛行コースの進行方向に直交する方向ともに略３分の２ずつ重複する撮影をおこない、撮影された空中写真画像を左右及び上下方向にそれぞれ略３等分して、合計９枚の部分写真画像を得る。この部分写真画像を３行ｘ３列の行列に再構成し、写真画像データーセットとして利用することにより前記の課題を解決した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、空中写真画像データーセットの構成方法に関するものである。

従来、空中写真画像データーセットを構成するには、空中写真を撮影する工程において、飛行コースの進行方向に隣接する空中写真は略６０％の重複（オーバーラップと呼ばれる）、飛行コースの進行方向に直交する方向に隣接する空中写真は略３０％の重複（サイドラップと呼ばれる）を有するように、略鉛直下方向（３〜５度以内）に撮影し、これを元にデーターセットを構成し、これらのデーターセットの中から飛行コースの進行方向の略６０％の重複部分を用いて写真測量（例えば、非特許文献１参照。）が実施されてきた。写真測量は、空中写真による地形図作成の他、地上写真による工業計測、文化財計測、人体計測などに利用され、最近では、人工衛星画像のステレオ画像に写真測量の原理を適用して、地形図作成にも利用されている。

飛行コースの進行方向に直交する方向の略３０％の重複部分は、重複する写真に共通に写されている複数の点、いわゆる標定点を選択し、飛行コース間の幾何学的関係を求める為に利用されている。

図１−ａ、図１−ｂは、従来の空中写真撮影工程のオーバーラップ及びサイドラップの概念を示したものである。図において１は飛行コース、２は撮影点（カメラレンズの位置）、２−１１〜２−３１、２−２１〜２−２３は経時的に異なるそれぞれの撮影点、３は撮影された空中写真画像、３−１１〜３−３１、３−２１〜３−２３は経時的に異なるそれぞれの撮影された空中写真画像、４は空中写真画像の中心、４−１１〜４−３１、４−２１〜４−２３は経時的に異なるそれぞれの空中写真画像の中心、５はオーバーラップＡ、６はサイドラップＢを示している。

従来、前記のオーバーラップを有する一対のステレオ写真を用いて、光学・機械的な構造を有するステレオ写真測量図化機を利用し、主として目視による写真測量が実施されてきた。

空中写真測量においては、各空中写真は、空中写真が撮影された時の地上座標系でのカメラの位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及びカメラの三軸の傾きを表す回転角（ω、φ、κ）の６つの未知変量が含まれている。

一般にこれらの未知変量を解析的に求めるために、互いに重複する写真に共通に写されている複数の点、いわゆる標定点の写真座標（写真座標系上の座標）、地上座標（地上座標系上の座標）が既知である基準点の写真座標及び地上座標を計測する。写真座標系と地上座標系の関係を表す条件式に該写真座標及び該地上座標が与えられ、非線形連立方程式に最小二乗法を適用し、前記未知変量を求める。

この工程は、空中三角測量と呼ばれる。図２は、写真座標系と地上座標系の関係を示したものである。図において、７は地上座標系の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、８はカメラ座標系の座標（ｘ、ｙ、ｚ）、９はカメラの三軸の傾きを表す回転角（ω、φ、κ）、３は写真、１０は投影中心（カメラのレンズ中心）Ｏ（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）、１１は地上被写体Ｐ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、１２は写真像点ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）、１３はＰ−ｐを結ぶ直線（光束またはバンドルと呼ばれる）である。図は未知変量にかかわる写真測図において、投影中心１０（カメラのレンズ中心）、写真像点１２、地上被写体１１を結ぶ直線（光束またはバンドルと呼ばれる）が、未知変量にかかわる写真測量の条件式を与えることを図解的に示したものである。

空中三角測量で最も進んだ方法は、バンドル法と呼ばれる方法である。バンドル法は複数コースに跨る複数枚の重複した空中写真に含まれる標定点（基準点含む）を選び、標定点の写真座標及び／又は地上座標を用いて、光束が１点で交わるといういわゆる光束交会条件から、未知変量を同時に求める方法である。バンドル法によって前記非線形連立方程式の同時解が求められ、各空中写真を撮影した時のカメラの位置と傾きが決定される。

バンドル法によって求められた未知変量すなわちカメラレンズの中心位置およびカメラの傾きは、一対のステレオ写真毎に与えられ、同一被写体の対応する写真座標を計測して、その地上の三次元座標を求める工程が実施される。

ステレオ対応点の写真座標の計測は、ステレオ写真測量図化機を使用して、立体視の目視により計測することもできるし、デジタル写真測量の技術として知られる画像相関法（イメージマッチングとも呼ばれる）によって自動的に計測することもできる。この場合、空中写真のフィルム（アナログ画像）は、高分解能スキャナーにより、デジタル画像に変換して用いられる。
写真測量、秋山実著、写真測量、山海堂２００１年４月３０日第１刷発行。

しかし、従来の空中写真撮影工程及びその工程によって得られるデーターセットでは左右のオーバーラップを有するステレオ写真対のみからのステレオ対応点を用いての計測となり、次に述べる課題及び限界がある。

第一の課題は、従来のデーターセットの構成方法では、撮影された場所によっては、２枚の空中写真に重複して撮影されているのみでなく、３枚、４枚または６枚の空中写真に重複して撮影されているにもかかわらず、空中三角測量に使用される標定点及び基準点以外は、左右に重複するステレオ写真のみしか使用されず、重複している全ての写真を同時に使用しないため、すなわち多くの情報が得られているにもかかわらず、これらを利用して三次元計測の精度を向上させる機会を利用していない。３枚の空中写真に重複する点を利用して空中三角測量を行うトリプレット法という方法が研究発表されたことがあるが、実用化には至っていない。

第二の課題は、従来のデーターセットの構成方法では、左右方向のステレオ写真のみしか使用しない場合、オーバーラップ部分に高い建物が存在すると、いわゆる隠蔽問題が生じる。すなわち、高い建物の右側の鉛直壁面は、左側の空中写真からは見えず、逆に建物の左側の鉛直壁面は、右側の空中写真からは見えないことが起きる。この場合、ステレオ写真の重複部に、片方の空中写真にしか写らない部分が存在し、ステレオ対応点がないため、三次元測定ができないことになる。ステレオ対応点がない画像に対してはコンピューターによる自動探索では誤認識や迷走が起きる問題があった。

この問題を解決するために、高層建物が密集する地域において、略８０％のオーバーラップで撮影されるケースがあったが、もっぱら正射写真（平行鉛直下方に見た写真画像）作成に限定した利用であり、本発明で意図する三次元測定の精度向上及び利用度の大きい写真画像データーベースの構成に関連するものではなかった。

第三の課題は、従来のデーターセットの構成方法では、オーバーラップ略６０％、サイドラップ略３０％の重複撮影をするため、場所によって２枚、３枚、４枚あるいは６枚と重複る度合いが非均質であり、その結果、被写体を見る方角が全方向に分布しないため、前述の隠蔽問題の解決に限界があった。

第四の課題は、従来のデーターセットの構成方法では、空中写真と、撮影された被写体あるいは地域の関係を対応づける場合、地図上に飛行コース、撮影中心およびその写真番号が付された標定図のみしかないため、着目する被写体あるいは、地域がどの空中写真に重複して撮影されているかを調べるには、空中写真を一枚ずつ目視で調べる手間がかかった。この問題は、重複度が均質でない空中写真撮影方法に起因する。本発明はこれらの多くの課題を鑑みてなされたものである。

本発明の第一の目的は、空中三角測量において、重複撮影された空中写真を有効に利用して三次元計測の精度を向上させる、新しいデーターセットの構成方法を提供することである。

本発明の第二の目的は、空中三角測量において、いわゆる隠蔽問題を解決したデーターセットの構成方法を提供することである。

本発明の第三の目的は、重複する度合いが均質で、被写体を見る方角が全方向に分布した情報を持つ、データーセットの構成方法を提供することである。

本発明の第四の目的は、空中写真及び撮影された被写体の関係を効率良く管理できる、データーセットの構成方法を提供することである。

本発明の第五の目的は、多くのステレオペアーまたは複数の画像（マルチイメージと呼ばれる）を同時に利用できるデーターセットの構成方法を提供することである。

本発明の第六の目的は、再配列により新しい、視覚効果を生み出すデーターセットの構成方法を提供することである。

本発明は、上記課題に鑑み案出されたもので、飛行コースの進行方向及び飛行コースの進行方向に直交する方向共に、略３分の２の均質な重複度を有する空中写真撮影工程を含むことで前記多くの課題を解決したものである。空中写真撮影には画像の記録媒体として従来からフイルム（アナログ記録）が主体的に使われてきたが、最近では半導体素子を利用たデジタル的な記録に変わりつつある。本発明はいずれの記録方式に対しても有効な工程を含むことで前記多くの課題を解決したものである。

本発明によれば、飛行コースの進行方向と前記進行方向に直交する方向の両方向に隣り合う画像が、互いに略３分の２ずつ重なるように空中撮影して空中写真画像を得る工程を含み、前記空中写真画像の各々を左右及び上下方向にそれぞれ略３等分して、３Ｘ３枚の合計９枚の部分写真画像に分割し、前記部分写真画像の中央部分の中央写真画像に対して、上下、左右及び斜め方向に隣り合う他の８枚の空中写真画像のそれぞれの部分写真画像の中から前記中央写真画像と重複する重複部分写真画像を取り出し、前記中央写真画像を中心として、８枚の前記重複部分写真画像を前記空中写真画像の配置関係に対応して、３行ｘ３列の行列に並べ、写真画像データーセットの単位を構成する。本発明の写真画像データーセットには撮影範囲に入る被写体及び地域は、末端部を除いて、いずれも被写体に対して略鉛直及び前後、左右、斜めの８方向、合計９方角から見た、写真画像が含まれている。

従来の方法では重複する２枚の写真しか利用されなかったのに対して、本発明の方法では、重複する３枚以上９枚までの写真画像の光束交会条件から被写体の３次元計測を行うことを可能にし、三次元測定の精度を向上させることが出来る。本発明によれば９枚の空中写真に、略同一地域が重複撮影されていることになる。

図３は、本発明の撮影方法を図解的に説明したものである。図において４−１１〜４−３３はそれぞれ写真の中心である。今４−２２を含む部分写真画像の領域１４に着目すると、この領域１４は４−１１〜４−１３を中心とする写真、４−２１〜４−２３を中心とする写真、及び４−３１〜４−３３を中心とする写真の９枚の写真の中に写されていることになる。この９枚の写真をこのそれぞれ縦横に３等分して３行ｘ３列に小分割し９枚の部分写真に分割する。次に９枚の写真の中からそれぞれ領域１４が記録されている写真の部分写真を選び出し、これら９枚の部分写真を領域１４に対するデーターセットの単位とすることが出来る。

すなわち、このデーターセットおいては、任意の被写体は、略鉛直及び８つの異なる斜め方向から撮影した情報を含み、建物の鉛直壁面が隠蔽される確率が従来の撮影方式に比較して、大幅に低減できる。

本発明においては、いずれの空中写真も、中央の部分写真画像を中心にして、３行ｘ３列、合計９枚の重複部分写真画像を１セットにして並べる。並べる際には、中央部の部分写真画像と周りの８つの重複部分写真画像が互いに立体視できる状態に標定して並べることが望ましい。立体視可能な隣り合うステレオペアーの組み合わせは、図上で左右、上下、斜め方向に数えると、最大２０組になる。この際、各写真の主点（写真中心）及び中央の写真主点の対応点を打点描画しておくことが望ましい。

図４は、互いに重複する部分写真画像が中央部の部分写真画像に対応する概念を示したものである。図において３−１１〜３−１３、３−２１〜３−２３、３−３１〜３−３３は重複する部分１４を含む写真画像、１４は中心部の部分写真画像（斜線で示されている）、４−１１〜４−３３は各写真画像の中心点、１５−１１〜１５−３３は隣接写真の１４を含む部分写真画像の中心点、矢印は部分写真画像１４に含まれる被写体を見る方向、点線は立体視可能な隣り合う写真の組の基線方向を示している。

図５は、重複撮影された９つの部分写真画像を立体視できるように並べた概念を示すものである。図において４−１１〜４−３３は各写真画像の中心点、１５−１１〜１５−３３は隣接写真画像の１４を含む部分写真画像の中心点である。

本発明においては、従来の空中写真を管理する標定図に加えて、上記空中写真をデジタル画像に変換した上で、３行ｘ３列に並べられた小分割された重複部分写真画像に加えて、写真毎に、写真番号、カメラ位置及び傾き（バンドル法によって算出された値）、デジタル画像から写真座標を算出するために必要な内部標定にかかわるパラメーター等を付加し、総合的なデーターセットとして登録することが出来る。データーセットとはメモリー上のある特定の場所に関連づけられているデーター要素のグループのことである。さらに詳しく述べれば、データーの要素とそのデーター要素を識別するための識別子とデーターを識別する場所が決められたデーター要素のグループのことである。

一般に撮影された空中写真画像は、航空機の揺れにより、鉛直から３ないし５度程度わずかに傾いて撮影される。この傾きを修正して、あたかも鉛直方向から見た写真に写真射影変換する方法として偏位修正法と呼ばれる方法がある。最近では、偏位修正法はデジタル画像処理の技法により実施される。

本発明においては、既に確立したデジタル偏位修正法を利用し、更に同一基準面に合わせて縮尺を統一させた、縮尺補正済み偏位修正画像を空中写真画像毎に作成し、該縮尺補正済み偏位修正画像を既に詳述した方法により、部分写真画像に小分割された９枚の重複撮影部分を並べる。偏位修正写真画像を並べる際には、中央部の偏位修正写真画像と周りの８つの偏位修正写真画像とが立体視できるように標定して並べる。図６は、９枚の部分写真に小分割された偏位修正済み空中写真を立体視及び計測可能な状態に配列した概念を示す。図において１６は縮尺補正済み偏位修正された空中写真の中心点、１７は隣接写真の中心部の部分写真を含む部分写真の中心点である。

上記の方法によって配列された偏位修正済みの空中写真画像においては、互いの対応する主点を結ぶ直線及びその平行線上にステレオ対応点が存在することが理論上知られているこれらの平行線は、共役線またはエピポラーラインと呼ばれ、ステレオ対応点の目視計測あるいは、画像相関法を利用した自動計測に利用される。

本発明においては、目視による計測の場合であっても、画像相関による自動測定の場合であっても、互いに重複する写真画像の組に対して、共役線に平行な順列の画像に再配列して測定する。

本発明の撮影方法によれば、建物壁面下部が他の建物によって隠蔽される場合を除いて、いかなる鉛直壁面も少なくとも３枚の空中写真に記録される可能性があり、従来の撮影工程の限界を大きく除去できる。また、視界の良い被写体は、９枚の空中写真に同時に重複して記録されることになり、複数の光束の交会条件を用いて精度の向上が期待できる。

ステレオ写真から３次元座標を測定する際の精度は、空中写真を撮影した時の飛行高度（Ｈ），写真を撮影した間隔（基線長に対応）（Ｂ）、航空写真を撮影したカメラの画面距離（ｆ）、写真座標あるいは視差を測定する精度（σ）に依存することが知られている。

平面座標の精度は、写真縮尺の逆数（Ｈ／ｆ）及びσの積によって決まる。高さの精度は基線／高度比（Ｂ／Ｈ）の逆数（Ｈ／Ｂ）、写真縮尺の逆数（Ｈ／ｆ）及びσの積によって決まる。撮影方法の相違によって異なるのは、基線／高度比のみであり、高さの精度は、基線／高度比に依存する。すなわち基線／高度比が大きいほど高さの精度は高くなり、逆に小さいほど精度は悪くなる。

従来の撮影工程によって得られる基線／高度比と、本発明による撮影工程によって得られる基線／高度比を比較すると、高さの精度に与える影響の優劣が分かる。空中写真の一辺の長さを１とすると、従来の撮影方法の６０％オーバーラップでは、基線／高度比は、０．４となる。本発明で提案する３分の２のオーバーラップまたはサイドラップでは、左右及び上下の基線／高度比は、０．３３となり、従来の方法より、約１．２倍高さの精度は低下する。しかし、中央の写真と、左上、右上、左下、及び右下の写真との基線／高度比は、約０．４７となり、高さの精度は、約１．１８倍良くなる。

本発明おいては複数光束を同時交会法に用いることができるので、中央と周辺に隣接する写真との２本の光束のみの交会でなく、最大９本の光束を同時に交会させることが出来る。中央の写真を飛び越えた一つおきの写真の交会も可能になるので、基線／高度比は、最大約０．９４となり、高さの精度は、従来の方法に比較して、約２．３５倍と飛躍的に向上する
ことが期待できる。

複数光束の同時交会による３次元座標の算出は、下記の式を観測方程式として、最小二乗法により行う。重複撮影された写真の番号をｉとし、同一被写体の求点の写真座標を（ｘｉ，ｙｉ）、写真を撮影した時のカメラ位置を（Ｘｏｉ、Ｙｏｉ、Ｚｏｉ）、写真の傾きを表す三軸周りの回転角を（ωｉ、φｉ、κｉ）、カメラ画面距離をｆ、求点の地上の三次元座標を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とすると、観測方程式は、次のように表される。
Ｘ −（Ｕ／Ｗ）Ｚ ＝ Ｘｏｉ −ＵＺｏｉ
Ｙ −（Ｖ／Ｗ）Ｚ ＝ Ｙｏｉ −ＶＺｏｉ
ここで、Ｕ，Ｖ，Ｗはそれぞれ以下の式で与えられる。
Ｕ ＝ ａｉ１ｘｉ＋ａｉ２ｙｉ−ａｉ３ｆ
Ｖ ＝ ａｉ４ｘｉ＋ａｉ５ｙｉ−ａｉ６ｆ
Ｗ ＝ ａｉ７ｘｉ＋ａｉ８ｙｉ−ａｉ９ｆ
ａｉｊは写真番号ｉ（ｉ＝１〜９）に対応するカメラの回転角ωｉ、φｉ、κｉによって作られる３ｘ３の回転行列の要素のｊ番目の要素（ｊ＝１〜９）である。

重複した空中写真画像の同一被写体に対応する点の写真座標は、立体視の目視により計測することもできるし、デジタル画像計測の技法である画像相関法（イメージマッチングとも呼ばれる）によって、自動的に計測することも可能である。いずれの場合であっても、上記に説明した複数光束に関する最小二乗法による同時解を求めれば、従来の２本の光束のみを用いる方法より、確率統計理論上、３次元計測の精度は、遙かに高くなる。

本発明によって以下の効果を得ることが出来る。
（１） 従来の空中写真撮影工程に比較して、重複度が高くかつ均質な重複度を確保できるため、全体として、隠蔽部が少ない空中写真画像データーセットを提供することができる。
（２） 撮影範囲に入る被写体は、最大９枚の重複した空中写真画像（マルチイメージ（から対応する三次元座標の測定ができるため、測定精度を高くすることができる。
（３） 重複した領域を、３ｘ３に小分割し、本発明によって案出された工程で空中写真画像及び偏位修正写真画像を配列することにより、空中写真及び撮影された被写体の関係を効率良く管理することができる。
（４） 高層ビルの鉛直壁面を８方位から見た空中写真が得られるため、ほぼすべての壁面に関するテクスチュアを収集できる。
（５） ３ｘ３の９枚の空中写真をそれぞれ上下逆にして再配列することで、影が手前になるようにでき、かつ８方角から見た高層ビルなどの高低感やパノラマ的な眺望感が得られる。
本発明によれば、実業のみでなく、教育及び研究の分野において、空中写真の新しい利用方法を開拓できる。

本発明の第一の実施の最良の態様は、空中写真撮影において飛行コースの進行方向及び該飛行コースの進行方向に直交する方向ともに、略３分の２ずつ重複する撮影をおこなう工程を含むことを特徴とする空中写真画像データーセットの構成方法に関するものである。

本発明の第二の実施の最良の態様は前記空中写真画像の各々を左右及び上下方向にそれぞれ略３等分して、３Ｘ３枚の合計９枚の部分写真画像に分割する工程と、前記部分写真画像の中央部分の中央写真画像に対して、上下、左右及び斜め方向に隣り合う他の８枚の空中写真画像のそれぞれの部分写真画像の中から前記中央写真画像と重複する重複部分写真画像を取り出し、前記中央写真画像を中心として、８枚の前記重複部分写真画像を前記空中写真画像の配置関係に対応して、３行ｘ３列の行列に並べる工程を含むこと第一の実施の態様の写真画像データーセットの構成方法に関するものである。

本発明の第三の実施の最良の態様は前記空中写真画像の傾き及び縮尺を補正した偏位修正写真画像を得る工程と、前記偏位修正写真画像の各々を左右及び上下方向にそれぞれ略３等分して、３Ｘ３枚の合計９枚の偏位修正部分写真画像に分割する工程と、前記偏位修正部分写真画像の中央部分の偏位修正中央写真画像に対して、上下、左右及び斜め方向に隣り合う他の８枚の偏位修正写真画像のそれぞれの偏位修正部分写真画像の中から前記偏位修正中央写真画像と重複する重複偏位修正部分写真画像を取り出し、前記偏位修正中央写真画像を中心として、８枚の前記重複偏位修正部分写真画像を前記空中偏位修正写真画像の配置関係に対応して、３行ｘ３列の行列に並べる工程を含む第一の実施の態様の写真画像データーセットの構成方法に関するものである。

本発明の第四の実施の最良の態様は第二の実施の態様により得られた写真画像データーセットを構成する写真画像に対して回転及び／又は組み替えを行う工程を含む他の写真画像データーセットの構成方法に関するものである。例えば３行、３列の９枚の空中写真のそれぞれを、上下逆さにして３行３列に配列することである。一般に北半球に位置する我が国では、空中写真画像が撮影される時の太陽は、略南の方角にあり、建物などの影は略北方向に生じる。一般の慣習で、北方向を上にして空中写真画像を配列すると、影は建物の略上方向に見える。人間の心理から、影が手前になるようにして、写真や画像を見ると正常な高低感が得られることが知られている。本実施の形態では、影を手前になるように配列するだけでなく、それぞれの建物が、中心に向かうように配列する効果を生み、見やすい画像が得られる。

本発明の第五の実施の最良の態様は第三の実施の態様により得られた写真画像データーセットを構成する写真画像に対して回転及び／又は組み替えを行う工程を含む他の写真画像データーセットの構成方法に関するものである。

本発明の第六の実施の最良の態様は第三の実施の態様で得られたデーターセットの中に存在する同一被写体の対応点を認識し、写真座標を求める写真座標計測方法に関するものである。

本発明の第七の実施の最良の態様は第六の実施の態様で得られた該写真座標の複数の組から地上座標の３次元座標を算定する３次元座標算定方法に関するものである。

本発明の第八の実施の最良の態様は第二の実施の態様によって得られた写真画像データーセットを可視化する写真画像に関するものである。

本発明の第九の実施の最良の態様は第三の実施の態様によって得られた写真画像データーセットを可視化する写真画像に関するものである。

本発明の第十の実施の最良の態様は第八の実施の態様によって得られた写真画像を立体視のための画像として用いる立体視の方法に関するものである。

本発明の第十一の実施の最良の態様は第九の実施の態様によって得られた写真画像を立体視のための画像として用いる立体視の方法に関するものである。

本発明の第十二の実施の最良の態様は第五の実施の態様の方法により得られた他の写真画像データーセットを可視化して得られる写真画像を立体視のための画像として用いる立体視の方法に関するものである。

本発明の第十三の実施の最良の態様は第六の実施の態様の方法で得られた該写真座標の複数の組から地上座標の３次元座標を算定する工程を含むコンピューター用ソフトウエアに関するものである。

本発明においては、画面距離１５０ｍｍ、画面寸法２３ｃｍのフィルムを有する航測カメラを用いて、対地高度１，２００ｍから、東京都世田谷区太子堂三軒茶屋地区にあるキャロットタワーが略中心になるようにして、平成１５年８月に、東西方向のコースに対してオーバーラップ及びサイドラップ共に互いに略３分の２の重複（約７０％の重複度）になるように、５行５列、合計２５枚の空中写真を撮影した。写真縮尺は、約８，０００分の１であった。

撮影された空中写真を目視により、良好に撮影されていることを確認した上で、キャロットタワーが略中心になる空中写真を選択し、東西及び南北に３行３列の空中写真を取り出し、１７００ｄｐｉ（１インチあたり１７００ドット）の密度（地上で約１２ｃｍに対応する）で、デジタル画像に変換した。

合計２５枚の空中写真に対して、共通の基準点を利用して、バンドル法により空中三角測量が実施され、空中写真が撮影された時のカメラ位置及びカメラの三軸姿勢角が解析的に求められた。

選択された３ｘ３の９枚の空中写真に対して、空中三角測量の結果を利用して、偏位修正を実施し、偏位修正写真画像を作成した。各偏位修正写真画像を略３等分し、立体視可能な状態に配列し、第三の実施の形態を確認した。

上記の３ｘ３の９枚の写真画像のそれぞれを上下逆にして、配列した所、キャロットタワーの様な高層ビルに関して、極めて見やすい９方角から見た写真画像組が得られ、第四の実施の形態が確認できた。

選択された９枚の空中写真すべてに視認可能な参照点を選択し、従来法で実施される隣り合う２枚のみを使って算出した３次元座標と、本発明で提案する３枚以上９枚以下の重複撮影空中写真画像を使って算出した３次元座標のバラツキの標準偏差を比較した結果、本発明の手法は、従来法に比較して、平面座標、及び高さの標準偏差共に約３倍の良い結果を示した。

小分割された中央の空中写真画像に撮影された高層ビルのキャロットタワー（１２６ｍの高さ）に着目して、東西、南北の３ｘ３の隣接するコースの空中写真画像観察した結果、略鉛直及び異なる８方位から見た建物の斜め写真画像が得られた。

略長方形をしたキャロットタワーの４つの異なる鉛直壁面は、それぞれ３枚の空中写真画像で観察可能であり、壁面が隠蔽されている部分は殆ど視認されなかった。

図７は９枚の写真に写された、キャロットタワーを示したものである。図を見れば明らかなように高層ビルの壁面が全て観測可能である。

本発明によれば、従来の撮影方式及び測定手法では、解決できなかった高層ビルの隠蔽問題を解決することが出来、本発明の有効性が確認された。

図８は他の実施例を示したもので、それぞれの写真画像を１８０度回転させ、上下を逆にして配列したものである。

上記実施例を通じて、本発明で案出された空中写真画像データーセットの構成方法の高均質性、高効率性及び高精度性が確認できた。

本発明によれば、極めて容易に利用度の大きいデーターベースを構築することが出来る。即ち、このデーターベースは隠蔽が殆どなく被写体の略全ての壁面の情報を含み、極めて高い精度で被写体の計測を行う事が出来る。またこのデーターベースを利用して多数の方向からの立体視が可能となり、さらに配列を変えることによって新しい視覚効果を生み出す事も出来る。本発明は実業のみでなく、教育、研究、美術の分野においても幅広く利用する事が出来る。

従来の空中写真撮影工程を説明する図である。 従来の空中写真撮影工程を説明する図である。 写真測量の条件式及びパラメーターを示した図である。 本発明の空中写真撮影の工程を示した図である。 重複して撮影された９枚の写真画像と部分写真画像の関係を示した図である。 中央の部分写真と隣接重複領域を立体視可能な状態に再配列する方法を示した図である。 偏位修正済み写真画像を立体視可能な状態で再配列する方法を示した図である。 実施例を示した図である。 他の実施例を示した図である。

符号の説明

１ 飛行コース。
２ 撮影点（カメラレンズの位置）。
２−１１〜２−３１、２−２１〜２−２３ 経時的に異なるそれぞれの撮影点、
３ 撮影された空中写真画像。
３−１１〜３−３１、３−２１〜３−２３ 経時的に異なるそれぞれの撮影され空中写真画像。
４ 空中写真の中心。
４−１１〜４−３１、４−２１〜４−２３ 経時的に異なるそれぞれの空中写真画像の中心。
５ オーバーラップＡ。
６ サイドラップＢ。
７ 地上座標系の座標（ＸＹＺ）。
８ カメラ座標系の座標（ｘｙｚ）。
９ カメラの三軸の傾きを表す回転角（ω、φ、κ）。
１０ 投影中心（カメラのレンズ中心）Ｏ（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）。
１１ 地上被写体Ｐ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）。
１２ 写真像点ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）。
１３ Ｐ−ｐを結ぶ直線（光束またはバンドルと呼ばれる）。
１４ 中心部の部分写真画像（斜線で示されている）。
１５（１５−１１〜１５−３３） 隣接写真の中心部の部分写真画像１４を含む部分写真画像の中心点。
１６（１６−１１〜１６−３３） 縮尺補正済み偏位修正された空中写真画像の中心点。
１７（１７−１１〜１７−３３） 隣接写真画像の中心部の部分写真を含む部分写真画像の中心点。

Claims (13)

1. 飛行コースの進行方向と前記進行方向に直交する方向の両方向に隣り合う画像が、互いに略３分の２ずつ重なるように空中撮影して空中写真画像を得る工程を含むことを特徴とする写真画像データーセットの構成方法。
2. 前記空中写真画像の各々を左右及び上下方向にそれぞれ略３等分して、３Ｘ３枚の合計９枚の部分写真画像に分割する工程と、前記部分写真画像の中央部分の中央写真画像に対して、上下、左右及び斜め方向に隣り合う他の８枚の空中写真画像のそれぞれの部分写真画像の中から前記中央写真画像と重複する重複部分写真画像を取り出し、前記中央写真画像を中心として、８枚の前記重複部分写真画像を前記空中写真画像の配置関係に対応して、３行ｘ３列の行列に並べる工程を含むことを特徴とする請求項１の写真画像データーセットの構成方法。
3. 前記空中写真画像の傾き及び縮尺を補正した偏位修正写真画像を得る工程と、前記偏位修正写真画像の各々を左右及び上下方向にそれぞれ略３等分して、３Ｘ３枚の合計９枚の偏位修正部分写真画像に分割する工程と、前記偏位修正部分写真画像の中央部分の偏位修正中央写真画像に対して、上下、左右及び斜め方向に隣り合う他の８枚の偏位修正写真画像のそれぞれの偏位修正部分写真画像の中から前記偏位修正中央写真画像と重複する重複偏位修正部分写真画像を取り出し、前記偏位修正中央写真画像を中心として、８枚の前記重複偏位修正部分写真画像を前記空中偏位修正写真画像の配置関係に対応して、３行ｘ３列の行列に並べる工程を含むことを特徴とする請求項１の写真画像データーセットの構成方法。
4. 請求項２の方法により得られた写真画像データーセットを構成する写真画像に対して回転及び／又は組み替えを行う工程を含むことを特徴とする他の写真画像データーセットの構成方法。
5. 請求項３の方法により得られた写真画像データーセットを構成する写真画像に対して回転及び／又は組み替えを行う工程を含むことを特徴とする他の写真画像データーセットの構成方法。
6. 請求項３で得られたデーターセットの中に存在する同一被写体の対応点を認識し、写真座標を求めることを特徴とする写真座標計測方法。
7. 請求項６で得られた前記写真座標の複数の組から地上座標の３次元座標を算定することを特徴とする３次元座標算定方法。
8. 請求項２の方法によって得られた写真画像データーセットを可視化したことを特徴とする写真画像。
9. 請求項３の方法によって得られた写真画像データーセットを可視化したことを特徴とする写真画像。
10. 請求項８の方法によって得られた写真画像を立体視のための画像として用いることを特徴とする立体視の方法。
11. 請求項９の方法によって得られた写真画像を立体視のための画像として用いることを特徴とする立体視の方法。
12. 請求項５の方法により得られた他の写真画像データーセットを可視化して得られる写真画像を立体視のための画像として用いることを特徴とする立体視の方法。
13. 請求項６で得られた該写真座標の複数の組から地上座標の３次元座標を算定する工程を含むことを特徴とするコンピューター用ソフトウエア。

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