JP2016194515A - Imaging method of image for point group data generation, and point group data generation method using image - Google Patents

Imaging method of image for point group data generation, and point group data generation method using image Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging method of an image for accurately generating point group data indicating a three-dimensional shape of a target region using a plurality of images taken from a high place using a flight vehicle, crane, or lift, and provide a generation method of the point group data.SOLUTION: An imaging method of an image used for generating point group data indicating a three-dimensional shape of a target region from a plurality of taken images is provided. In this method, the plurality of taken images using a standard lens for generating the point group data are taken so that the plurality of taken images overlap each other by 30% or more and at least some images, of the plurality of images, include at least one of three or more reference marks set at a predetermined interval in a target region in which the plurality of taken images are taken.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は複数の撮影画像を使用して、対象領域の三次元形状を表す点群データを生成する為の画像を撮影する方法と、当該撮影画像を使用して点群データを生成する方法に関し、特に点群データの精度を高める事の出来る点群データ生成用画像の撮影方法、及び当該画像を用いた点群データ生成方法に関する。
The present invention relates to a method for capturing an image for generating point cloud data representing a three-dimensional shape of a target region using a plurality of captured images, and a method for generating point cloud data using the captured images. In particular, the present invention relates to a method for capturing an image for generating point cloud data that can improve the accuracy of point cloud data, and a method for generating point cloud data using the image.

従来、航空機などの飛行体から撮影した写真を使用して、広域の地理・地形情報を精密に抽出する写真測量は、地形図作成や、地形・土地利用の判読解析などに利用されている。かかる写真測量は、地表の垂直写真を飛行体の飛行コースに沿って60%〜80%ずつ重複させながら撮影した航空写真と地上の位置関係を詳細に求め、写真上での像の違いを立体的に測定することによって正確な3次元画像を作成し、計測、地形図作成に利用する事ができるものとなっている。   Conventionally, photogrammetry that accurately extracts wide-area geographic and topographical information using photographs taken from flying objects such as aircraft has been used for topographic map creation and interpretation analysis of topography and land use. Such photogrammetry is based on the detailed relationship between the aerial photograph and the ground position taken by overlapping the vertical photograph of the ground surface by 60% to 80% along the flight course of the flying object. By measuring automatically, an accurate three-dimensional image can be created and used for measurement and topographic map creation.

このような空中写真測量方法は、特許文献1(特開2004−245741号公報)でも提案されている。即ちこの文献では、地上所定高度を飛行する飛行体から撮影した複数の撮影画像中に指定された求点の地上座標を求める空中写真測量方法であって、前記各撮影画像取得時におけるカメラ位置及びカメラ姿勢を飛行体に搭載したGPS及びIMUにより直接定位し、前記撮影画像中に指定されたタイポイントを介して連結された複数の写真からなるブロックの全体を、測量範囲に配置した適数の地上基準点をブロック調整点として前記直接定位データを含めて同時調整計算を行って外部標定要素及び求点座標を得る空中写真測量方法を提案している。   Such aerial photogrammetry is also proposed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-245741). That is, in this document, there is an aerial photogrammetry method for obtaining ground coordinates of a specified point in a plurality of captured images captured from a flying object flying at a predetermined altitude on the ground, the camera position and The camera posture is directly localized by GPS and IMU mounted on the flying object, and an appropriate number of blocks are arranged in the surveying range, consisting of a plurality of pictures connected via tie points specified in the captured image. An aerial photogrammetry method is proposed in which a ground control point is used as a block adjustment point to perform simultaneous adjustment calculation including the direct localization data to obtain external orientation elements and point coordinates.

また、特許文献2(特開2004−28728号公報)では、地面の起伏形状を認識する地形認識装置に関し、前記地面を含む景色を撮像し、一対の画像データを出力するステレオカメラと、前記一対のステレオ画像に基づき、ステレオマッチングにより視差を算出するとともに、1フレーム相当の画像データに関する視差群と、当該画像データにより規定される画像平面上の座標位置とが対応付けられた距離データを出力する画像処理部と、少なくとも前記画像データにより規定される画像平面上の座標位置に対応する二次元的な平面において前記距離データを複数の区分に分割する分割部と、前記分割された区分のそれぞれにおいて、前記距離データに基づき1区分に関する高さ群を算出するとともに、前記算出された高さ群について高さに関する頻度分布を算出する算出部と、前記算出された頻度分布に基づき、当該頻度分布が算出された区分に関する地面の高さを特定する高さ特定部とを有する地形認識装置が提案されている。   Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-28728) relates to a terrain recognition device that recognizes the undulating shape of the ground, and captures a scene including the ground and outputs a pair of image data, and the pair of images. The parallax is calculated by stereo matching on the basis of the stereo image, and the distance data in which the parallax group related to the image data corresponding to one frame is associated with the coordinate position on the image plane defined by the image data is output. In each of the divided sections, an image processing section, a dividing section that divides the distance data into a plurality of sections on a two-dimensional plane corresponding to a coordinate position on an image plane defined by at least the image data, and And calculating a height group for one section based on the distance data, and calculating a height for the calculated height group. A terrain recognition device has been proposed that includes a calculation unit that calculates a frequency distribution relating to a height, and a height specifying unit that specifies the height of the ground relating to the section for which the frequency distribution is calculated based on the calculated frequency distribution. .

また、特許文献3(特開2002−81008号公報)では、デジタル地図データを用いて土工設計の掘削線及び土量・面積を計算し設計図面を作成するデジタル地図データを用いた土工設計支援システムを提案している。この土工設計支援システムは、3次元情報を有する地形データ及び地質・材質等の情報を有する地質データから3次元地質モデルを生成する3次元地質モデル生成手段と、前記3次元地質モデルを基に掘削条件の入力にしたがって土工設計の掘削形状を生成する掘削線生成手段と、前記3次元地質モデル及び前記掘削形状を基に掘削土量及び掘削面積を計算する計算手段と、前記3次元地質モデル及び前記掘削形状を基に設計図を作成する設計図作成手段とを備えている。   Further, in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-81008), an earthwork design support system using digital map data that uses digital map data to calculate an excavation line and an amount / area of earthwork design and create a design drawing. Has proposed. This earthwork design support system includes 3D geological model generation means for generating a 3D geological model from topographic data having 3D information and geological data having information on geology / material, and excavation based on the 3D geological model. Excavation line generating means for generating an excavation shape of earthwork design according to an input of conditions, calculation means for calculating excavation soil amount and excavation area based on the three-dimensional geological model and the excavation shape, the three-dimensional geological model, And a design drawing creating means for creating a design drawing based on the excavation shape.

特開2004−245741号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-245741 特開2004−28728号公報JP 2004-28728 A 特開2002−81008号公報JP 2002-81008 A

上記の通り、従前においては、飛行体を使用して航空写真を撮影し、此れを用いて測量を行う技術は種々提案されており、また一対のステレオ画像を使用して、地面の高さ群を算出し、地面の起伏形状を認識する地形認識装置も提案されている。   As described above, in the past, various techniques have been proposed for taking aerial photographs using a flying object and performing surveys using these aerial photographs, and using a pair of stereo images, A terrain recognition device that calculates groups and recognizes the undulation shape of the ground has also been proposed.

しかしながら、従来提案されている空中写真測量方法は面積や距離等を測定する2次元の測量を行うものであり、高さや体積を含む三次元の立体形状を認識するものではなかった。この点、特許文献2では、ステレオ画像を使用して地面の高さ群を算出する技術が提案されているが、その算出結果は、測量として使用できる程の精度とはなっていなかった。   However, conventionally proposed aerial photogrammetry methods perform two-dimensional surveys that measure area, distance, etc., and do not recognize a three-dimensional solid shape including height and volume. In this regard, Patent Document 2 proposes a technique for calculating a ground height group using a stereo image, but the calculation result is not accurate enough to be used for surveying.

そこで本発明は、飛行体、クレーン、又はリフトなどを利用して高所から撮影した複数の画像を使用し、対象領域の三次元形状を表す点群データを高精度で生成する為の画像の撮影方法と、当該点群データの生成方法を提供する事を第一の課題とする。   Therefore, the present invention uses a plurality of images taken from a high place using a flying object, a crane, a lift, etc., and generates an image for generating point cloud data representing the three-dimensional shape of the target region with high accuracy. A first problem is to provide a photographing method and a method for generating the point cloud data.

また土木工事などにおいて造成を行うに際しては、設計した造成地にする為の土量計算が行われる事も多く、その際には造成する土地の形状、傾斜、凹凸等を把握する為に測量が行われている。そしてこの測量は、光波測量や地上における三次元レーザー測量、或いは三角測量などが行われているのが実情である。しかしながら、これらの測量を行った場合には、人件費が嵩む他、作業日数も膨大になってしまう。更に、光波測量や地上における三次元レーザー測量等を実施し、その結果から土量計算を行う場合には、測量結果に基づいて取得した測量点における三次元座標データを、土量計算を行う為のコンピュータに手入力しなければならなかった。   In addition, when performing construction in civil engineering work, etc., soil volume is often calculated to make the designed land, and in that case, surveying is necessary to grasp the shape, slope, unevenness, etc. of the land to be constructed. Has been done. This survey is actually carried out by light wave survey, three-dimensional laser survey on the ground, or triangulation. However, when these surveys are performed, labor costs increase and the number of work days becomes enormous. In addition, when conducting light wave surveying or 3D laser surveying on the ground and performing soil volume calculation based on the results, 3D coordinate data at surveying points acquired based on the survey results are used to perform soil volume calculation. Had to manually enter the computer.

そこで本発明は、短期且つ少人数で地形測量を行う事ができるようにし、更に測量によって取得したデータを使用して土量計算を行う事ができるようにするべく、対象領域の三次元形状を表す点群データを高精度で生成する為の画像の撮影方法と、当該点群データの生成方法を提供する事を第二の課題とする。
In view of this, the present invention provides a three-dimensional shape of the target area so that the topographic survey can be performed with a small number of people in a short period of time, and the soil volume can be calculated using the data acquired by the survey. A second problem is to provide an image capturing method for generating point cloud data to be represented with high accuracy and a method for generating the point cloud data.

上記課題の少なくとも何れかを解決するべく、本発明では、対象領域の三次元形状を表す点群データを、より正確に生成する事ができるようにした画像の撮影方法と、当該撮影画像を用いた点群データの生成方法を提供するものである。   In order to solve at least one of the above problems, the present invention uses an image capturing method capable of more accurately generating point cloud data representing the three-dimensional shape of the target region, and the captured image. It provides a method for generating point cloud data.

即ち、本発明にかかる画像の撮影方法は、複数の撮影画像から、対象領域の三次元形状を表す点群データを生成する為に使用する画像の撮影方法であって、当該点群データを生成する為の複数の撮影画像を、相互に30%以上オーバーラップさせて、且つ複数の撮影画像の少なくとも何れかは、当該複数の撮影画像を撮影する対象領域内に所定の間隔で設定した3か所以上の基準標識の少なくとも1つ以上を含ませて撮影するものである。   That is, an image capturing method according to the present invention is an image capturing method used for generating point cloud data representing a three-dimensional shape of a target region from a plurality of captured images. A plurality of captured images to be overlapped with each other by 30% or more, and at least one of the plurality of captured images is set at a predetermined interval in a target area for capturing the plurality of captured images. The image is taken by including at least one or more reference signs.

また本発明では、上記撮影方法で撮影した画像を使用して、対象領域の三次元形状を表す点群データを生成する、点群データ生成方法を提供する。即ち、複数の撮影画像から、対象領域の三次元形状を表す点群データを生成する、点群データ生成方法であって、対象領域に、相互間の距離が既知の基準標識を3か所以上設定し、対象領域の三次元形状を表す点群データを生成する為の複数の撮影画像として、相互に30%以上オーバーラップしており、且つ当該複数の撮影画像の内の少なくとも何れかの画像が、前記基準標識の少なくとも何れかを撮影している撮影画像を使用する点群データ生成方法である。   The present invention also provides a point cloud data generation method for generating point cloud data representing a three-dimensional shape of a target region using an image captured by the above imaging method. That is, a point cloud data generation method for generating point cloud data representing a three-dimensional shape of a target area from a plurality of captured images, wherein three or more reference signs whose distances are known are set in the target area As a plurality of captured images for setting and generating point cloud data representing the three-dimensional shape of the target region, they overlap each other by 30% or more, and at least one of the plurality of captured images Is a point cloud data generation method that uses a captured image capturing at least one of the reference signs.

上記撮影方法により撮影した画像や、点群データ生成方法で使用する撮影画像においては、3か所以上の基準標識を撮影しており、当該基準標識は作業者等が、予め任意に設置したものであって、それぞれの位置情報(緯度、経度、標高からなる三次元情報など)や、相互の距離は既知である。よって、当該撮影画像に写っている基準標識の三次元位置情報として、実測した既知の位置情報を設定するか、或いは当該撮影画像に写っている基準標識間の距離として、既知の基準標識同士の距離(実測値)を設定する事により、撮影画像や当該撮影画像から生成した点群データを補正することができる。   Three or more reference signs are photographed in the image photographed by the above photographing method and the photographed image used in the point cloud data generation method, and the reference sign is arbitrarily set in advance by an operator or the like. Each position information (latitude, longitude, three-dimensional information including altitude, etc.) and mutual distance are known. Therefore, as the three-dimensional position information of the reference sign appearing in the photographed image, set the known position information measured, or as the distance between the reference signs appearing in the photographed image, By setting the distance (actual value), it is possible to correct the captured image and the point cloud data generated from the captured image.

具体的には、予め対象領域に複数の基準標識を設定し、各基準標識の設置点を測量してその位置情報を取得したり、或いは予め設定した基準標識間の距離を測定する。そして、撮影画像から作成した点群データにおける基準標識の位置情報として、又は基準標識同士の間の距離として、実際に対象領域に設置した基準標識の位置情報(実測値)、又は基準標識同士の間を測定した距離(実測距離)を使用するものである。これにより、当該点群データにおける三次元位置情報(平面座標におけるX,Y,Z方向位置、又は緯度、経度、標高)は、当該基準標識の位置情報、又は基準標識同士の間の実測距離によって補正されることから、より信頼性の高い正確な値として使用する事ができる。   Specifically, a plurality of reference signs are set in the target area in advance, and the position information of each reference sign is measured to obtain the position information, or the distance between the preset reference signs is measured. Then, as the position information of the reference signs in the point cloud data created from the photographed image, or as the distance between the reference signs, the position information (actually measured values) of the reference signs actually installed in the target area, or between the reference signs The distance (measured distance) measured between the gaps is used. As a result, the three-dimensional position information (X, Y, Z direction position, or latitude, longitude, altitude in the plane coordinates) in the point cloud data is determined by the position information of the reference sign or the measured distance between the reference signs. Since it is corrected, it can be used as an accurate value with higher reliability.

また、基準標識について実際に測量を行う事により、正確な位置情報を得る事ができ、これを使用して点群データの尺度を補正できることから、点群データも正確な値とする事ができる。よって本発明では、対象領域の点群データを作成する基準として、実際に測量した位置情報を使用する事により、正確性を確保する事ができる。   In addition, it is possible to obtain accurate position information by actually surveying the reference signs, and since this can be used to correct the scale of the point cloud data, the point cloud data can also be made accurate. . Therefore, in the present invention, the accuracy can be ensured by using the position information actually measured as the reference for creating the point cloud data of the target area.

また、基準標識を三か所以上に設置する事により、当該基準標識に立体的な関係を持たせることができる。その立体的な関係を基準として、撮影画面から生成した点群データを、対象領域の広さ方向(X−Y方向,緯度−経度方向)、及び高さ方法(Z方向,標高方向)について補正する事ができる。これにより、三次元において正確な点群データを取得する事ができ、構造物の評価や土地の測量、更には土量計測等にも利用することができる。よって、三か所以上の基準標識は、直線状に配置するのでは無く、対象領域の全体に遍在するように設けてあることが望ましく、対象領域の縁部分と中心部分とに存在する事が更に望ましい。そして当該点群データを作成する対象領域が土地の様に広範囲な場合には、前記基準標識同士の間隔を100m以内、特に望ましくは50m以内に設定する。また、当該基準標識を頂点とする三角形において、その1辺の距離が200mを超えないように、望ましくは150mを超えないように、特に望ましくは100mを超えないよう設定するのが良い。更に三角形の3辺の合計が650mを超えないように、望ましくは450mを超えないように、特に望ましくは300mを超えないよう、各辺をバランスよく設定するのが良い。そして、その三角形の面積が13000m2以下、更に10000m2以下、特に7000m2以下となるように配置するのが望ましい。撮影した画像から生成する点群データの正確性をより高める為である。基準標識間の距離が小さいほど精度が上昇する。また、前記基準標識を頂点とする三角形における1辺の距離、3辺の合計、及び面積の要件は、何れか1つ又は2つ以上が、前記要件を充たすことが望ましい。 In addition, by installing the reference signs at three or more locations, the reference signs can have a three-dimensional relationship. Based on the three-dimensional relationship, the point cloud data generated from the shooting screen is corrected with respect to the width direction (XY direction, latitude-longitude direction) of the target area and the height method (Z direction, altitude direction). I can do it. As a result, accurate point cloud data can be acquired in three dimensions, and can be used for structure evaluation, land surveying, and soil measurement. Therefore, it is desirable that three or more reference signs should be provided so as to be ubiquitous in the entire target area, not arranged in a straight line, and be present at the edge and the center of the target area. Is more desirable. When the target area for creating the point cloud data is as wide as land, the interval between the reference signs is set within 100 m, particularly preferably within 50 m. Further, in the triangle having the reference sign as a vertex, it is preferable to set so that the distance of one side does not exceed 200 m, preferably does not exceed 150 m, and particularly preferably does not exceed 100 m. Further, it is preferable to set each side in a balanced manner so that the total of the three sides of the triangle does not exceed 650 m, preferably does not exceed 450 m, and particularly preferably does not exceed 300 m. Then, the area of the triangle is 13000 m 2 or less, further 10000 m 2 or less, particularly preferably disposed so as to be 7000 m 2 or less. This is to further improve the accuracy of the point cloud data generated from the photographed image. The accuracy increases as the distance between the reference signs decreases. Moreover, it is desirable that any one or two or more of the distance of one side, the total of three sides, and the area in the triangle having the reference sign as a vertex satisfy the requirement.

また、上記の画像を撮影する際、複数の撮影画像は、相互の30%以上、望ましくは50%以上、特に望ましくは60%以上、オーバーラップさせて撮影する。複数の画像をオーバーラップさせて撮影する事により、1つの測定点を異なる方向から撮影した様々な画像に収める事ができ、これにより視差を利用したステレオマッチング等を行う事により、当該測定点における三次元の座標データを算出する事ができる。そしてこの三次元の座標データの集合体を点群データとして使用する事ができる。   Further, when the above image is taken, a plurality of taken images are taken by overlapping each other by 30% or more, preferably 50% or more, particularly preferably 60% or more. By photographing multiple images in an overlapping manner, one measurement point can be stored in various images taken from different directions, and by doing stereo matching using parallax, etc. Three-dimensional coordinate data can be calculated. An aggregate of the three-dimensional coordinate data can be used as point cloud data.

上記本発明にかかる撮影方法で撮影する対象領域は、土地における一定の領域の他、建築物や構造物の全て又は一部の領域の何れであっても良い。したがって、本発明にかかる撮影方法で撮影した画像は、土地の広さや起伏の測量の他、建築物や構造物の形状や面積又は体積を評価する為に使用する事ができる。   The target area to be imaged by the above-described imaging method according to the present invention may be a certain area on the land, or all or a partial area of the building or structure. Therefore, the image image | photographed with the imaging | photography method concerning this invention can be used in order to evaluate the shape, area, or volume of a building or a structure besides survey of the area of a land or undulation.

上記本発明の撮影方法を実施するに際しては、各種のイメージセンサを使用したデジタルカメラなどの撮影装置を使用する事ができ、当該撮影装置では標準レンズを使用して撮影する事が望ましい。撮影装置が使用するレンズとして望遠レンズを使用すれば拡大画像を取得するメリットが得られるが、この点は撮影距離を短くすれば標準レンズにおいても対応する事ができる。また広角レンズを使用すれば広範囲の領域を撮影する事ができるが、その反面で撮影画像における縁側をはじめとした大部分の領域には収差による大きな歪みが生じてしまう。この歪みを全て取り除くことは物理的に不可能なため、補正操作を行っても三次元位置情報は正確にはならないことから、点群における三次元位置情報の正確性を確保するのが著しく困難になる。よって本発明にかかる撮影方法では、撮影画像の縁部分における歪みを極力減じる為に、収差が殆どない標準レンズを使用して撮影することが望ましい。このときの地上解像度は、撮影装置や撮影高度にもよるが、例えば撮影高度100mの場合で2.3cm2/pixel程度で、この数値が小さいほど画像の緻密さが向上し、生成する点群の正確性を向上させることができる。なお、標準レンズによる撮影画像といっても微小な収差は存在するため、画像に関する焦点距離・主点距離・歪み係数等のパラメータを補正し、歪みを最小に抑えた後に点群を作成する。これにより、更なる正確性を確保した点群を生成することができる。 In carrying out the photographing method of the present invention, a photographing device such as a digital camera using various image sensors can be used, and it is desirable to photograph using a standard lens. If a telephoto lens is used as a lens used by the photographing apparatus, an advantage of obtaining an enlarged image can be obtained, but this point can also be dealt with by a standard lens if the photographing distance is shortened. If a wide-angle lens is used, a wide area can be photographed, but on the other hand, a large distortion due to aberration occurs in most areas including the edge side in the photographed image. Since it is physically impossible to remove all of this distortion, it is extremely difficult to ensure the accuracy of the 3D position information in the point cloud because the 3D position information will not be accurate even if a correction operation is performed. become. Therefore, in the photographing method according to the present invention, it is desirable to photograph using a standard lens having almost no aberration in order to reduce distortion at the edge portion of the photographed image as much as possible. The ground resolution at this time depends on the photographing device and the photographing altitude. For example, when the photographing altitude is 100 m, it is about 2.3 cm 2 / pixel. Accuracy can be improved. Note that minute aberrations are present even when the image is taken with a standard lens, and parameters such as the focal length, principal point distance, and distortion coefficient related to the image are corrected, and the point cloud is created after minimizing distortion. Thereby, the point cloud which ensured further accuracy can be generated.

また、上記のように点群データを作成する為の画像は、対象領域を撮影する際の角度が一定である事が望ましいが、必ずしも一定の角度である必要はない。例えば飛行体によって土地を測量する場合には、撮影画像における歪みを減じる為に、飛行体に設置した撮影装置は常に一定の向きで地表を撮影するようにするのが望ましいが、飛行時における風などの影響により飛行体の向きが変化する事もある。そこで、不可避的な理由等により撮影時の角度が一定でない場合には、各撮影画像について撮影角度を補正する画像処理を行い、恰も一定の角度で撮影したような画像を作成することができる。   Further, as described above, it is desirable that the image for creating the point cloud data has a constant angle at the time of photographing the target area, but it does not necessarily have to be a constant angle. For example, when surveying land with a flying object, it is desirable that the imaging device installed on the flying object always shoots the ground surface in a fixed direction in order to reduce distortion in the captured image. The orientation of the flying object may change due to such factors as Therefore, when the angle at the time of shooting is not constant for unavoidable reasons, image processing for correcting the shooting angle is performed for each shot image, and an image that is shot at a fixed angle can be created.

上記複数の撮影画像を使用して、対象領域の全体についての点群データを生成する為には、当該複数の撮影画像を繋ぎ合わせる合成処理を実施して、対象領域全体の三次元形状を表す点群データを作成する。そして、作成した点群データについては、当該点群データにおける前記基準標識の位置情報として測量などにより測定した実測値(三次元位置情報)を使用するか、或いは当該点群データにおける前記基準標識同士の距離と、対象領域に設置した基準標識同士の実際の距離に基づいて、生成した点群データの尺度を補正する。最後に、各画像が情報として持つ焦点距離・主点距離、歪み係数等のパラメータを補正し、生成した点群データの歪みを補正する。その結果、より正確な点群データを生成する事ができる。   In order to generate point cloud data for the entire target area using the plurality of captured images, a synthesis process for joining the captured images is performed to represent the three-dimensional shape of the entire target area. Create point cloud data. And about the created point cloud data, the measured value (three-dimensional positional information) measured by surveying etc. is used as the position information of the reference marker in the point cloud data, or the reference markers in the point cloud data are And the scale of the generated point cloud data is corrected based on the actual distance between the reference signs placed in the target area. Finally, parameters such as focal length / principal point distance and distortion coefficient which each image has as information are corrected, and distortion of the generated point group data is corrected. As a result, more accurate point cloud data can be generated.

上記点群データの生成に際しては、撮影画像において、測量点の作成ポイントを抽出する。この測量点の作成ポイントは、撮影画像に写っている目印となり得るポイントを抽出する事が望ましく、例えば起伏や凹凸、或いは地質の違いや建造物の存在などにより、撮影画像において色、明るさ、トーンなどが異なっている地点を抽出する事ができる。そしてこの抽出した複数の地点について、複数の撮影画像を使用し、三角測量の原理に基づいて3次元空間内の位置を決定する等のステレオマッチング処理を実行するなど、通常の解析写真測量の手法を用いて標定計算を行うことにより、当該測量点(点)について三次元データを生成する事ができる。   When generating the point cloud data, survey point creation points are extracted from the captured image. The survey point creation point is preferably a point that can be used as a mark in the captured image.For example, due to undulations, unevenness, or differences in geology or the presence of buildings, the color, brightness, It is possible to extract points with different tones. Then, for a plurality of extracted points, a normal analytical photogrammetry method such as executing a stereo matching process such as determining a position in a three-dimensional space based on the principle of triangulation using a plurality of photographed images. By performing orientation calculation using, three-dimensional data can be generated for the survey point (point).

特に、上記の撮影方法や、当該撮影方法で撮影した画像を使用した点群データ生成方法は、対象領域が広い場合、例えば造成などの土木建築工事に際しての設計(特に土量計算等)において作業効率の向上等の効果を発揮する事ができる。そこで本発明では、測量データを用いて土工設計の掘削線及び掘削土量・面積を計算し設計図面を作成する土工設計方法であって、前記測量データとして、複数の撮影画像から生成した対象領域の三次元形状を表す点群データを使用し、当該点群データが、前記点群データ生成方法によって生成されている土工設計方法を提供する。   In particular, the above-described shooting method and the point cloud data generation method using the images shot by the shooting method are used in the design (especially soil volume calculation, etc.) for civil engineering construction such as creation when the target area is wide. The effect of improving the efficiency can be exhibited. Therefore, in the present invention, an earthwork design method for creating a design drawing by calculating the excavation line and the excavation soil amount / area of the earthwork design using survey data, the target area generated from a plurality of photographed images as the survey data An earthwork design method is provided in which point cloud data representing the three-dimensional shape is used and the point cloud data is generated by the point cloud data generation method.

上記本発明にかかる画像の撮影方法によれば、収差の極力少ない標準レンズを使用して撮影した複数の撮影画像から、対象領域の三次元形状を表す点群データを生成する際に使用する複数の撮影画像を、相互に30%以上オーバーラップさせて、且つ複数の撮影画像の少なくとも何れかは、当該複数の撮影画像を撮影する対象領域内に所定の間隔で設定した3か所以上の基準標識の少なくとも1つ以上を含ませて撮影している事から、対象領域の三次元形状を表す点群データを高精度で生成することができる。   According to the image capturing method of the present invention described above, a plurality of points used when generating point cloud data representing a three-dimensional shape of a target region from a plurality of captured images captured using a standard lens with as little aberration as possible. The captured images overlap each other by 30% or more, and at least one of the plurality of captured images is a reference of three or more places set at predetermined intervals within a target area for capturing the plurality of captured images. Since shooting is performed including at least one of the signs, point cloud data representing the three-dimensional shape of the target region can be generated with high accuracy.

そして、かかる撮影方法により撮影した画像を使用して、対象領域の三次元形状を表す点群データを生成する事により、ステレオマッチング処理などの写真測量技術においても、高精度に点群データを生成することができる。   Then, by using the image captured by this imaging method to generate point cloud data that represents the three-dimensional shape of the target area, point cloud data can also be generated with high precision in photogrammetry technology such as stereo matching processing. can do.

更に、上記画像の撮影方法を実施し、当該撮影画像を使用して点群データを生成した場合には、基準標識について実際に測量した値を使用して尺度を補正していることから、当該点群データにおける三次元の位置情報は正確であり、よって造成などの土木工事で土量計算を行う際にも、正確に土量計算を行う事ができる。   Furthermore, when the image capturing method is performed and point cloud data is generated using the captured image, the scale is corrected using the values actually measured for the reference sign. The three-dimensional position information in the point cloud data is accurate. Therefore, the soil volume can be accurately calculated even when the soil volume is calculated in civil engineering work such as creation.

更に、各画像が情報として持つ焦点距離・主点距離、歪み係数等のパラメータを補正し、生成した点群データの歪みを補正することから、当該点群データにおける三次元の位置情報はより正確であり、よって造成などの土木工事で土量計算を行う際にも、正確に土量計算を行う事ができる。   Furthermore, since the parameters such as focal length, principal point distance, and distortion coefficient that each image has as information are corrected and distortion of the generated point cloud data is corrected, the three-dimensional position information in the point cloud data is more accurate. Therefore, the soil volume can be accurately calculated even when the soil volume is calculated in civil engineering work such as creation.

更に、点群データの生成に使用する複数の写真画像を、飛行体やリフトなどを使用して高所から撮影した場合には、測量点を多数設定する事ができ、且つ当該測量点について正確な点群データを生成することができる。そして測量点の抽出は複数の撮影画像に基づいて行う事ができるのであるから、測量点ごとに作業者が測量を実施しなければならないという手間も省くことができる。よって、測量時における手間や作業時間を大幅に減じる事ができる。そして、複数の撮影画像から生成した点群データ(測量点における三次元座標データ)は、必要に応じてファイル変換等の処理を行って、そのまま土量計算を行う為のコンピュータに入力し、土量計算を行う事ができる。   Furthermore, when multiple photographic images used to generate point cloud data are taken from a high place using a flying object or a lift, many survey points can be set, and the survey points can be accurately set. Point cloud data can be generated. Since the extraction of surveying points can be performed based on a plurality of photographed images, it is possible to save the labor of having to perform surveying for each surveying point. Therefore, it is possible to greatly reduce labor and work time during surveying. Then, the point cloud data (three-dimensional coordinate data at the survey point) generated from the plurality of captured images is subjected to processing such as file conversion as necessary, and is directly input to a computer for soil volume calculation. Quantity calculation can be performed.

よって、本発明により、短期且つ少人数で地形測量を行う事ができるようにし、更に測量によって取得したデータを使用して土量計算を行う事ができる、対象領域の三次元形状を表す点群データを高精度で生成する為の画像の撮影方法と、当該点群データの生成方法を提供する事ができる。
Therefore, according to the present invention, a point cloud representing a three-dimensional shape of a target area, which can perform topographic surveying in a short time and with a small number of people, and further can perform soil volume calculation using data acquired by surveying An image capturing method for generating data with high accuracy and a method for generating the point cloud data can be provided.

本実施の形態にかかる画像の撮影方法を示す略図Schematic diagram showing a method of capturing an image according to the present embodiment 撮影画像を示す略図Schematic diagram showing captured images ステレオマッチング処理を行う原理を示す略図Schematic showing the principle of stereo matching processing 基準標識の設置状態を示す平面図Plan view showing the installation of reference signs 写真撮影から土量計算を実施するまでの作業・処理の流れを示すフローチャートFlow chart showing the flow of work and processing from photography to soil volume calculation 画像合成処理を示すコンピュータ画面Computer screen showing image composition processing 表1〜7における基準標識の配置位置を示す図面Drawing showing the location of reference signs in Tables 1-7 ノイズカット処理を示すコンピュータ画面Computer screen showing noise cut processing ファイル形式の変更状態を示すコンピュータ画面Computer screen showing file format change status 実施例2の結果を示す図面Drawing which shows the result of Example 2

以下、図面を参照しながら本発明にかかる画像の撮影方法、この撮影画像を使用した点群データの生成方法、及びこの点群データを使用した土量計算方法の実施の形態を説明する。   Embodiments of an image capturing method, a point cloud data generation method using the captured image, and a soil volume calculation method using the point cloud data according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本実施の形態にかかる画像の撮影方法を示す略図である。本実施の形態では、特に土地20を測量する為の画像を撮影する場合を示しており、使用する画像はデジタルカメラなどの撮影装置12によって撮影したデジタル写真画像21を使用している。よって当該デジタル写真画像を撮影する為に、イメージセンサを使用したデジタルカメラなどの撮影装置12を使用している。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an image capturing method according to the present embodiment. In the present embodiment, a case where an image for surveying the land 20 is specifically taken is shown, and a digital photographic image 21 taken by a photographing device 12 such as a digital camera is used as the image to be used. Therefore, in order to take the digital photographic image, a photographing device 12 such as a digital camera using an image sensor is used.

また、当該撮影画像を高所から撮影する為に、当該撮影装置を飛行体10に設置している。かかる飛行体10は、一定の速度で飛行する事のできる装置が使用されており、本実施の形態では無線によって操縦可能な無人飛行体を使用している。かかる無人飛行体10を使用する事により、有人飛行機と比べても飛行に要する費用や手続を大幅に削減する事ができ、また緻密な飛行計画を要せずして、簡易に対象領域を撮影する事ができる。但し、当該撮影画像21は、一定の高さから撮影できれば良い事から、必ずしも飛行体によることなく、気球などに設置して撮影したり、或いはリフトやクレーン等において伸長した部分の先端側に撮影装置12を設置して撮影する事もできる。   In addition, the photographing apparatus is installed on the flying object 10 in order to photograph the photographed image from a high place. As the flying object 10, a device capable of flying at a constant speed is used, and in this embodiment, an unmanned flying object that can be operated by radio is used. By using such an unmanned air vehicle 10, it is possible to significantly reduce the cost and procedure required for flight compared to a manned airplane, and it is possible to easily photograph the target area without requiring a precise flight plan. I can do it. However, since the photographed image 21 only needs to be photographed from a certain height, it is not necessarily based on a flying object, and is photographed by installing it on a balloon or the like, or photographed on the tip side of an extended part of a lift or crane, etc. It is also possible to shoot with the device 12 installed.

かかる撮影装置12による撮影は、撮影した複数の画像21が、対象領域の全体を網羅するように撮影する必要があることから、当該撮影装置12は移動しながら撮影する事が必要である。そして、撮影画像21を使用してステレオマッチングなどにより三次元の点群データを生成させる為に、当該画像の撮影は、図2の撮影画像を示す略図に示す様に、何れかの領域を撮影した画像21aと、当該領域に接する領域を撮影した画像21bとが、少なくとも30%以上、望ましくは50%以上、オーバーラップするように撮影する。したがって、一の領域を撮影した後に撮影する画像21bは、当該撮影領域の30%以上、更に50%におい重複するように撮影するのが望ましい。但し、複数の撮影画像は、相互に30%以上オーバーラップしていれば良い事から、当該対象領域全体を撮影した後に、もう一度当該対象領域を撮影する等、複数回の撮影を実施した後において、オーバーラップしている画像同士を抽出して使用しても良い。   The photographing by the photographing device 12 needs to photograph the plurality of photographed images 21 so as to cover the entire target area, and thus the photographing device 12 needs to photograph while moving. Then, in order to generate three-dimensional point cloud data by stereo matching or the like using the photographed image 21, the image is photographed in any region as shown in the schematic diagram showing the photographed image in FIG. The photographed image 21a and the image 21b obtained by photographing the region in contact with the region are photographed so that they overlap each other by at least 30%, desirably 50% or more. Therefore, it is desirable that the image 21b to be photographed after photographing one area is photographed so as to overlap in 30% or more, and further 50% of the photographing area. However, since a plurality of captured images only need to overlap each other by 30% or more, after capturing a plurality of times such as capturing the target region again after capturing the entire target region. Alternatively, overlapping images may be extracted and used.

このように、オーバーラップしている撮影画像同士を使用する事により、相互の画像に共通して写っている対象物22を測定点とし、当該測定点における各画像同士の視差を利用したステレオマッチング処理を行う事ができ、当該測定点における三次元の座標データを算出する事ができる。   In this way, by using overlapping captured images, the object 22 that is shown in common in each image is taken as a measurement point, and stereo matching using the parallax between each image at the measurement point Processing can be performed, and three-dimensional coordinate data at the measurement point can be calculated.

図3は、このステレオマッチング処理を行う原理を示す略図である。この図に示す様に、飛行体10に撮影装置12を設置し、飛行体10を移動させながら所定の間隔で撮影を行う。この撮影を行う間隔は、飛行体10の移動距離によって定める事もできるが、一定の時間間隔(数秒間隔)で、撮影するように構成するのが望ましい。飛行体10の移動速度がある程度一定であれば、飛行体10の移動距離と相関関係を保つことができる為である。むしろ、移動距離に応じて撮影する場合には、GPS等により、飛行体10の位置を特定しなければならず、装置自体が複雑化してしまう。よって、本実施の形態では、撮影装置12があらかじめ備えているタイマー機能などを利用して、一定の時間ごとに画像を撮影するように構成する。   FIG. 3 is a schematic diagram showing the principle of performing this stereo matching process. As shown in this figure, an imaging device 12 is installed on the flying object 10, and images are taken at predetermined intervals while the flying object 10 is moved. Although the interval at which this imaging is performed can be determined by the moving distance of the flying object 10, it is desirable that the imaging be performed at a constant time interval (several seconds). This is because if the moving speed of the flying object 10 is constant to some extent, the correlation with the moving distance of the flying object 10 can be maintained. Rather, when shooting according to the moving distance, the position of the flying object 10 must be specified by GPS or the like, and the apparatus itself becomes complicated. Therefore, in the present embodiment, the image capturing device 12 is configured to capture an image at regular time intervals using a timer function or the like provided in advance.

移動しながら撮影する事により、撮影した位置によって、対象領域20における起伏の斜面の見え方が異なってくる。即ち、飛行体を移動させながら、此れに取り付けた撮影装置12で対象領域20の一部の領域を撮影する。この時、飛行体は略水平に移動し、撮影装置12は一定の角度で飛行体に取り付けられていることから、常に一定の向きで対象領域20を撮影することになる。その結果、対象領域20における同じ対象物22(傾斜面など)を撮影した場合であっても、その撮影位置の違いに基づく視差によって、撮影画像21に対する対象物22(傾斜面など)の写り方(特に長さ)が異なるようになる。そして撮影画像内に写っている複数の対象物同士の相互関係から、三角測量の原理によって、各対象物におけるポイントP(点)について三次元座標データを生成させ、その集合体としての点群データを生成させることができる。このような複数の撮影画像から点群データを生成するまでの一連の処理は、例えばステレオマッチング処理のためのプログラムを実行可能なコンピュータによって行う事ができる。   By shooting while moving, the appearance of the undulating slope in the target region 20 varies depending on the shooting position. That is, while moving the flying object, a part of the target area 20 is imaged by the imaging device 12 attached thereto. At this time, the flying object moves substantially horizontally, and the imaging device 12 is attached to the flying object at a certain angle, so that the target area 20 is always photographed in a certain direction. As a result, even when the same object 22 (such as an inclined surface) in the target area 20 is imaged, how the object 22 (such as an inclined surface) appears on the captured image 21 due to the parallax based on the difference in the imaging position. (Especially length) will be different. Then, from the interrelationship between multiple objects in the captured image, 3D coordinate data is generated for the point P (point) of each object by the principle of triangulation, and the point cloud data as an aggregate Can be generated. Such a series of processes until generating point cloud data from a plurality of photographed images can be performed by, for example, a computer capable of executing a program for stereo matching processing.

また、前記ステレオマッチング処理に際して使用する対象物(測定点)としては、対象領域20に存在する道路等の工作物や、当該対象領域における凹凸部、当該対象領域における植生物、当該対象領域に存在する石等、写真に写り込んでおり、かつ当該撮影画面上において色彩やトーン等が異なっている部分を使用する事ができる。特に土量計算を行う場合には、対象領域の広さのみならず、測定点Pの高さ(Z軸方向)の値も重要である事から、凹凸している部分(隆起または陥没している部分)や、傾斜している部分の開始地点や終了地点を測定点として使用するのが望ましい。なお、写真などの画像に写っている対象物に基づいて点群データを作成する事から、当該撮影した画像は歪みが少ない方が望ましい。そこで本実施の形態では、前記撮影装置12におけるレンズとして標準レンズを使用する事が望ましく、更に前記対象物は、撮影した画像において中心に存在するものを選んで使用する事が望ましい。   In addition, as the object (measurement point) used in the stereo matching process, a workpiece such as a road existing in the target area 20, an uneven part in the target area, a vegetation in the target area, or a target in the target area It is possible to use a portion such as a stone that is reflected in a photograph and having a different color or tone on the photographing screen. In particular, when performing soil volume calculation, not only the width of the target area but also the value of the height (Z-axis direction) of the measurement point P is important. It is desirable to use the starting point and ending point of the inclined part) or the inclined part as the measuring point. Note that since the point cloud data is created based on an object shown in an image such as a photograph, it is desirable that the photographed image has less distortion. Therefore, in the present embodiment, it is desirable to use a standard lens as the lens in the photographing apparatus 12, and it is desirable to select and use the object that exists at the center of the photographed image.

また、本実施の形態ではステレオマッチングにより三次元の座標データを算出することから、測定点Pとなる対象物22は、様々な角度から、様々な画像に撮影する事が望ましい。当該測定点における座標データを正確に算出する為である。また複数の撮影画像21は、オーバーラップしている領域が広く、かつ多くのオーバーラップ画像を使用する事が望ましい。点群データの精度をより一層高める為である。   In the present embodiment, since the three-dimensional coordinate data is calculated by stereo matching, it is desirable that the object 22 serving as the measurement point P is photographed in various images from various angles. This is because the coordinate data at the measurement point is accurately calculated. In addition, it is desirable that the plurality of captured images 21 have a wide overlapping area and use many overlapping images. This is to further improve the accuracy of the point cloud data.

以上の様に対象領域全体について撮影を行う事により、撮影領域全体についての点群データを生成することができる。このとき得られる点群データは、相互のポイント(点)同士の位置関係を特定する相対的な値となり、これに飛行体との距離や撮影時におけるレンズの倍率や焦点距離を加味する事により、対象領域における距離や長さとして算出する事ができる。しかしながら、この算出した距離や長さの値は、飛行体の撮影高度(高さ)や撮影装置の倍率などに基づいて算出した値である事から、実測値との間で少なからず誤差が生じる事になる。   As described above, by shooting the entire target area, it is possible to generate point cloud data for the entire shooting area. The point cloud data obtained at this time is a relative value that identifies the positional relationship between the points (points), and by adding the distance to the flying object, the magnification of the lens at the time of shooting, and the focal length, , And can be calculated as the distance and length in the target area. However, since the calculated distance and length values are values calculated based on the shooting altitude (height) of the flying object, the magnification of the imaging device, etc., there is a considerable error between the measured values. It will be a thing.

そこで本実施の形態では、図4の基準標識の設置状態を示す平面図に示す様に、対象領域20には、予め設定した基準標識30を3か所以上に設ける。この基準標識30は、三角点(基準点)を使用する他、相互の位置関係や距離を特定した上で、任意の箇所に設置することができる。任意に基準標識30を設置する際には、測定する対象領域20の境界近傍(周辺側)に設置する事が望ましく、また各基準標識30は、任意の3か所を結ぶことができるように配置するのが望ましい。更に、望ましくは、当該基準標識30は、対象領域20の中心部分等にも遍在する事が望ましく、精度を高める上ではより多く設置する事が望ましい。また、この基準標識30は対象領域20において境界部分が湾曲している凸部又は凹部に設置する事が望ましい。変形した土地においても正確な点群データを生成する為である。但し、当該基準標識30の設置に際しては、それぞれの基準標識30における三次元座標データを測量するか、或いは少なくとも何れかの基準標識30との距離を測定しておく必要があることから、作業効率を考慮した上で、適切な数の基準標識30を設置する事が望ましい。おおよその目安としては、各基準標識同士は、座標を点群上で確定させるために最低3か所以上、かつ精度を高めるために、各基準標識を頂点とする三角形の1辺の距離が200mを超えないように、望ましくは150mを超えないように、特に望ましくは100mを超えないように設置し、及び/又は三角形の3辺の合計が650mを超えないように、望ましくは450mを超えないように、特に望ましくは300mを超えないように設置し、及び/又は、その三角形の面積が13000m2以下、更に10000m2以下、特に7000m2以下となるように、対象領域の縁部分と中心部分とに偏在させるのが望ましい。 Therefore, in the present embodiment, as shown in the plan view showing the installation state of the reference signs in FIG. 4, the target area 20 is provided with three or more preset reference signs 30. In addition to using a triangular point (reference point), the reference mark 30 can be installed at an arbitrary location after specifying the mutual positional relationship and distance. When setting the reference sign 30 arbitrarily, it is desirable to install it near the boundary (peripheral side) of the target area 20 to be measured, and each reference sign 30 can be connected to any three places It is desirable to arrange. Furthermore, it is desirable that the reference signs 30 are ubiquitous in the central portion of the target area 20 and the like, and it is desirable to install more reference marks 30 in order to improve accuracy. In addition, it is desirable that the reference mark 30 is installed in a convex portion or a concave portion where the boundary portion is curved in the target region 20. This is to generate accurate point cloud data even in deformed land. However, when installing the reference sign 30, it is necessary to survey the three-dimensional coordinate data of each reference sign 30 or to measure the distance from at least one of the reference signs 30. It is desirable to install an appropriate number of reference signs 30 in consideration of the above. As a rough guideline, each reference sign must be at least 3 places in order to establish coordinates on the point cloud, and in order to improve accuracy, the distance between one side of the triangle with each reference sign as the vertex is 200 m. In order not to exceed 150 m, preferably not to exceed 150 m, particularly preferably not to exceed 100 m, and / or the total of the three sides of the triangle should not exceed 650 m, preferably not exceed 450 m as particularly desirably placed so as not to exceed 300 meters, and / or, the area of the triangle 13000 m 2 or less, as further 10000 m 2 or less, and in particular 7000 m 2 or less, the edge portion and the central portion of the target region It is desirable to make it unevenly distributed.

また、基準標識30は、撮影画像21において認識できる大きさに形成される必要があり、空中から撮影した画像においても、点群データを作成する為の中心などのポイント(測定点P)を認識できる大きさに形成される必要がある。かかる基準標識30の設置に際しては、任意に設置した基準標識30について、三角点等からの測量等によって三次元座標データを特定しておくか、或いは少なくとも何れかの基準標識同士の距離を予め測定しておく。そして撮影した画像における基準標識30の三次元位置情報として、実際に測量して得た三次元座標データを使用するか、或いは撮影した画像において算出した当該基準標識間の距離を、実際に測定した基準標識同士の距離に補正する。基準標識間の距離の補正は、例えば、測定領域内に50m間隔で基準標識を設置している場合において、撮影画像21から算出した当該基準標識間の距離が51mであった場合には、当該基準標識近傍で生成した点群データ同士の距離について、「50/51」の値を乗算する補正を行う事ができる。その際、当該補正の値は、点群データの三次元座標データの全て、即ちX軸、Y軸、及びZ軸(又は、緯度、経度、標高)の全てについて補正を行う事ができ、その結果、地表における高さ(標高)の値についても補正を行うことができる事から、より正確な値を得る事ができる。   In addition, the reference mark 30 needs to be formed in a size that can be recognized in the captured image 21, and even in an image captured from the air, the point (measurement point P) such as the center for creating point cloud data is recognized. It is necessary to form the size as possible. When installing such a reference sign 30, three-dimensional coordinate data is specified for a reference sign 30 that is arbitrarily set by surveying from a triangular point or the like, or at least the distance between any reference signs is measured in advance. Keep it. Then, as the three-dimensional position information of the reference sign 30 in the photographed image, the three-dimensional coordinate data actually obtained by surveying is used, or the distance between the reference signs calculated in the photographed image is actually measured. Correct the distance between the reference signs. The correction of the distance between the reference signs is, for example, when the reference signs are installed at intervals of 50 m in the measurement area, and the distance between the reference signs calculated from the captured image 21 is 51 m. Correction for multiplying the distance between the point cloud data generated in the vicinity of the reference sign by a value of “50/51” can be performed. At that time, the correction value can be corrected for all of the three-dimensional coordinate data of the point cloud data, that is, all of the X-axis, Y-axis, and Z-axis (or latitude, longitude, altitude). As a result, since the height (elevation) value on the ground surface can be corrected, a more accurate value can be obtained.

また、本実施の形態において、基準標識30の大きさを特定しておけば、撮影画像21に写っている基準標識30の大きさとの関係で、点群データの三次元座標データを補正する事もできる。即ち、当該基準標識30を四角形に形成した場合には、その一辺の長さや対角線の長さを特定し、また基準標識30を円形に形成した場合には、その直径を特定しておけば、撮影画像21に写っている基準標識30の大きさに基づいて、点群データにおける三次元座標データを補正する事もできる。例えば、実際に設置している基準標識30が、一辺100cmの四角形である場合において、撮影画像21から算出される基準標識30の一辺の長さが99cmである場合には、「99/100」の値を乗算する補正を行う事により、点群データにおける三次元座標データの正確性を高める事ができる。   In the present embodiment, if the size of the reference sign 30 is specified, the three-dimensional coordinate data of the point cloud data is corrected in relation to the size of the reference sign 30 shown in the captured image 21. You can also. That is, when the reference mark 30 is formed in a quadrangle, the length of one side or the length of the diagonal line is specified, and when the reference mark 30 is formed in a circle, if the diameter is specified, The three-dimensional coordinate data in the point cloud data can also be corrected based on the size of the reference sign 30 shown in the captured image 21. For example, when the reference sign 30 actually installed is a quadrangle with a side of 100 cm and the length of one side of the reference sign 30 calculated from the captured image 21 is 99 cm, “99/100” By performing the correction by multiplying the values of the three-dimensional coordinate data in the point cloud data, the accuracy can be improved.

なお、上記の基準標識30の設置に際しては、測量の基準となる三角点から任意の測量方法により測量可能な場所に任意に設置して、各基準標識30について測量を行うか、又は何れか1つの基準標識30を任意の場所に設置し、当該任意の場所に設置した基準標識から、巻尺や光波測距儀等を使用して測定した任意の距離の場所に、次の基準標識を設置する。この作業を順次行っていくことにより、相互の距離が既知の基準標識を複数設置する事ができる。   In addition, when installing the reference sign 30 described above, the reference sign 30 is arbitrarily set up at a place where measurement is possible from a triangular point serving as a reference for surveying by any surveying method, and surveying is performed for each reference sign 30 or any one of them. Install one reference sign 30 at any place, and place the next reference sign at a place of any distance measured using a tape measure or light wave rangefinder, etc. . By sequentially performing this operation, it is possible to install a plurality of reference signs whose distances are known.

画像に映り込んだ基準標識に座標値を与えることで、より正確な値を得ることができるが、収差の少ない標準レンズを使用した画像にも微小な収差が存在する。そこで、点群を形成する元となる各画像に対し、焦点距離fx・fy、主点距離cx・cy、歪み係数k1,k2,k3,k4,p1,p2などのパラメータを補正する。このような補正操作は、例えばコンピュータに導入した画像処理用のプログラムによって行う事ができる。これにより微小な画像の収差による誤差を極小に抑えることができ、より正確な点群データを作成することができる。 A more accurate value can be obtained by giving a coordinate value to the reference sign reflected in the image. However, a minute aberration also exists in an image using a standard lens with little aberration. Therefore, parameters such as focal lengths fx and fy, principal point distances cx and cy, distortion coefficients k 1 , k 2 , k 3 , k 4 , p 1 , and p 2 for each image that forms the point cloud Correct. Such a correction operation can be performed by, for example, an image processing program installed in a computer. As a result, errors due to minute image aberrations can be minimized, and more accurate point cloud data can be created.

以上の様に、複数の撮影画像21から、補正された正確な点群データを生成する事により、此れを用いた三次元点群モデルを形成することができる。そしてこの三次元点群モデルを使用して、造成などに際しての土量計算を実施する事ができる。   As described above, by generating corrected correct point cloud data from a plurality of captured images 21, a three-dimensional point cloud model using this can be formed. Then, using this three-dimensional point cloud model, it is possible to calculate the amount of soil during creation.

図5は、写真撮影から土量計算を実施するまでの作業・処理の流れを示すフローチャートである。この処理の流れにおいて、最初に土量計算を行う対象となる領域(即ち、「対象領域20」)を測量する為に、当該対象領域内に基準標識30を設置する基準標識設置作業を行う(S51)。この基準標識は、予め距離を測定しながら設置していく他、任意の複数の場所に基準標識を設定した後に、各基準標識についての三次元情報(緯度、経度、標高)を測量するか、或いは基準標識相互間の距離を計測しておくことができる。基準標識の測量は、三角測量、光波測量、GPS測量等、公知の測量方法を実施することができる。   FIG. 5 is a flowchart showing the flow of work and processing from taking a picture to carrying out soil volume calculation. In this processing flow, in order to measure the area (ie, “target area 20”) to be subjected to soil volume calculation first, a reference sign setting operation for setting the reference mark 30 in the target area is performed ( S51). In addition to installing this reference sign while measuring the distance in advance, after setting the reference sign in any number of locations, survey the three-dimensional information (latitude, longitude, elevation) for each reference sign, Alternatively, the distance between the reference signs can be measured. For the survey of the reference sign, a known survey method such as triangulation, light wave survey, GPS survey or the like can be performed.

次に、撮影装置12を取り付けた飛行体10を飛行させて、当該対象領域20の全体を撮影する撮影処理を実施する(S52)。この撮影では、収差の少ない標準レンズを使用した撮影装置12により、当該対象領域20の一部を撮影した複数の撮影画像21を生成させ、各画像は少なくとも30%以上が他の撮影画像とオーバーラップするように撮影する。そして、当該対象領域全体についての撮影が完了した後に、撮影した複数の画像を合成する画像合成処理を実施する(S53)。この画像合成処理は、オーバーラップしている画像同士に写っている対象物(測定点)や対象物間の距離によって、各画像同士の尺度を補正しながら行う事が望ましい。飛行体10は一定の高さを飛行するものではあるが、屋外での作業の為、風などの自然要因により、僅かながら飛行する高さが変化する事も考えられ、その結果、撮影画像21の尺度も変化する事も考えられるためである。また、この画像合成処理に際しては、同時に、前記したステレオマッチング処理を行い、測定点Pについての三次元座標データを算出すると共に、基準標識30に基づいた点群データの補正を行うこともできる。したがって、この画像合成処理により、撮影した二次元の画像から、各測定点についての三次元座標データからなる点群データを形成する事ができる。最後に、画像に存在する微小な収差を補正するため、画像が持つ焦点距離や歪み係数などのパラメータを補正する。この処理により、誤差が極小となった点群モデルを生成することができる。このような画像合成処理は、例えばコンピュータに導入した画像処理用のプログラムによって行う事ができる。   Next, an imaging process is performed in which the flying object 10 to which the imaging device 12 is attached is caused to fly and the entire target area 20 is imaged (S52). In this photographing, a plurality of photographed images 21 in which a part of the target area 20 is photographed are generated by the photographing device 12 using a standard lens with little aberration, and each image is at least 30% or more over other photographed images. Shoot like a lap. Then, after the photographing of the entire target region is completed, an image composition process for composing a plurality of photographed images is performed (S53). This image composition processing is preferably performed while correcting the scale of each image according to the object (measurement point) shown in the overlapping images and the distance between the objects. Although the flying object 10 flies at a certain height, the flying height may slightly change due to natural factors such as wind due to outdoor work. This is because the scale of the change can be considered. Further, at the time of this image synthesis process, the stereo matching process described above can be performed simultaneously to calculate the three-dimensional coordinate data for the measurement point P and to correct the point cloud data based on the reference marker 30. Therefore, by this image composition processing, point cloud data composed of three-dimensional coordinate data for each measurement point can be formed from the captured two-dimensional image. Finally, in order to correct minute aberrations existing in the image, parameters such as the focal length and distortion coefficient of the image are corrected. By this processing, it is possible to generate a point cloud model in which the error is minimized. Such image composition processing can be performed by, for example, an image processing program installed in a computer.

次に、点群データについての精度を向上させる為、及びデータサイズを抑えて処理速度を向上させる為に、画像合成処理で作成した点群データについて、ノイズをカットするノイズカット処理を行う(S54)。このノイズカット処理では、対象領域に重機などが存在しており、当該重機について点群データが作成され、地盤が高く算出されることを防ぐために、測量対象以外についての点群データを削除する処理を行う。   Next, in order to improve the accuracy of the point cloud data and to improve the processing speed by reducing the data size, a noise cut process for cutting noise is performed on the point cloud data created by the image synthesis process (S54). ). In this noise cut processing, there is heavy equipment in the target area, point cloud data is created for the heavy equipment, and point cloud data other than survey targets is deleted to prevent the ground from being calculated high I do.

そして、点群データについてノイズをカットし、より精度を高めると共に、データサイズを軽量化した点群データを使用し、土量計算を実施する為のアプリケーション(ソフトウエア)で扱う事ができるファイル形式に変換するファイル変換処理を行う(S55)。   A file format that can be handled by applications (software) that perform point volume calculation using point cloud data that cuts noise and improves the accuracy of point cloud data and reduces the data size. A file conversion process to convert to (S55) is performed.

その後、土量計算を行う為のアプリケーションにおいて、上記の処理によって生成した点群データを使用し、設計面にする為の土量の搬入・搬出量を計算する土量計算を行う事ができる(S56)。   After that, in the application for calculating the soil volume, the point volume data generated by the above process can be used to calculate the volume of the soil to carry in and out the soil to make the design surface ( S56).

以上の処理により、対象領域を撮影した複数の画像を用いて、より高い精度で点群データを作成する事ができ、この高精度の点群データを使用する事により、土量計算も正確に行う事ができる。   Through the above processing, it is possible to create point cloud data with higher accuracy using multiple images of the target area. By using this highly accurate point cloud data, soil volume calculation can be performed accurately. Can be done.

以下の実施例では、実際に飛行体10に撮影装置12を設置して、土地を撮影し、当該撮影画像21から粗点群データを作成し、その精度を測定点の対比で評価した。   In the following examples, the photographing device 12 was actually installed on the flying object 10, the land was photographed, coarse point cloud data was created from the photographed image 21, and the accuracy was evaluated by comparing the measurement points.

本実施例において、飛行体としては地上80m以上の上空を秒速5m程度で飛行可能な飛行体10を使用した。飛行体に搭載した撮影装置12として、以下の仕様の標準レンズを使用した。
〔標準レンズ仕様〕
・焦点距離25mm
・F値1.8
・撮像素子(縦13mm、横17.3mm)
・撮影解像度(縦3456pixel、横4607pixel)
・分解能(縦0.0037616mm/pixel、横0.0037543mm/pixel)
・画角47度
In this embodiment, the flying object 10 capable of flying at a speed of about 5 m / second above 80 m above the ground is used as the flying object. A standard lens with the following specifications was used as the imaging device 12 mounted on the flying object.
[Standard lens specifications]
・ Focal length 25mm
・ F value 1.8
・ Image sensor (length 13mm, width 17.3mm)
・ Shooting resolution (vertical 3456pixel, horizontal 4607pixel)
・ Resolution (vertical 0.0037616mm / pixel, horizontal 0.0037543mm / pixel)
-Angle of view 47 degrees

この撮影装置で、ピンボケを防止する為に、シャッター速度を1/2000秒にして3秒に1枚程度のタイミングで画像を撮影した。フレーム側の歪みを減じる為に標準レンズを使用しながらも、1枚の画像に撮影できる範囲を広くする為に、地上100mの上空から撮影した。1枚の画像に撮影する範囲を広くすることにより、当該画像について、前記画像合成処理を行うのに必要な情報も多く存在させることができる。このときの地上解像度は、2.26(cm2/pixel)となる。 In order to prevent out-of-focus images with this photographing device, the shutter speed was set to 1/2000 second, and an image was photographed at a timing of about one in 3 seconds. While using a standard lens to reduce the distortion on the frame side, the image was taken from 100m above the ground in order to widen the range that can be captured in one image. By widening the shooting range for a single image, a large amount of information necessary for performing the image composition processing can be present for the image. The ground resolution at this time is 2.26 (cm 2 / pixel).

また、本実施例において、30m×6=180m、50m×6=300mのグリッドを設定し(図7)、各交点Pに基準標識30を設置した。各基準標識の座標値は予め測量をしておき、全ての標識において座標情報を把握した。そして、撮影に際しては、各画像同士が50%以上、オーバーラップするように撮影した。   In this example, a grid of 30 m × 6 = 180 m and 50 m × 6 = 300 m was set (FIG. 7), and a reference sign 30 was installed at each intersection P. The coordinate values of each reference sign were surveyed in advance, and the coordinate information was grasped for all signs. When photographing, the images were photographed so as to overlap each other by 50% or more.

以上の様に撮影した複数の画像を、図6に示すように画像合成処理を行うためのソフトウェアで処理し、粗点群データを作成した。この図6のコンピュータ画面は、点群データで構成された三次元点群モデルを表示する表示領域61と、この三次元点群モデルの元となる撮影画像を示す表示領域62を備えている。合計49箇所の基準標識の中から任意の標識を複数個所選定して、これを基準標識として採用し、点群の補正を行った。   A plurality of images photographed as described above were processed by software for performing image composition processing as shown in FIG. 6 to create coarse point cloud data. The computer screen of FIG. 6 includes a display area 61 that displays a three-dimensional point cloud model composed of point cloud data, and a display area 62 that displays a captured image that is the basis of the three-dimensional point cloud model. A plurality of arbitrary marks were selected from a total of 49 reference marks, which were used as reference marks to correct the point cloud.

以上の様に作成した点群データ上の採用しなかった基準標識の座標値を測量点として扱い、同じ基準標識について予め光波測量により測量した座標値と対比した。その結果を以下の表1〜7に示す。   The coordinate values of the reference signs that were not adopted on the point cloud data created as described above were treated as survey points, and the same reference signs were compared with the coordinate values previously measured by the optical wave survey. The results are shown in Tables 1 to 7 below.

なお、以下の表1〜7において、「ベース座標との誤差」は算出した測量点の座標値と、予め光波測量により測量した座標値との差であり、「z値評価」は、z値におけるベース座標との誤差が、±0.05以内であれば符号「○」を、当該誤差が±0.05を超えて±0.1以内であれば符号「A」を、当該誤差が±0.1を超えて±0.15以内であれば符号「B」を、当該誤差が±0.15を超えた場合には符号「A」を付している。   In Tables 1 to 7 below, “error from base coordinate” is the difference between the calculated coordinate value of the survey point and the coordinate value previously measured by the light wave survey, and “z value evaluation” is the z value If the error from the base coordinate is within ± 0.05, the sign “◯” is indicated. If the error exceeds ± 0.05 and within ± 0.1, the sign “A” is indicated. If the error is within ± 0.1, the error exceeds ± 0.1 and ± 0.15. If the error exceeds ± 0.15, the code “B” is attached.

また表1〜7において、「直近のターゲットまでの距離」は、測量点から近い3つの基準標識までの距離(但し、測量点が基準標識の場合は0)である。また「包含される最小三角形の三辺」は、測量点が内包(測量点が基準標識の場合は、当該標識が存在)する三角形であって、最小三角形となる様に基準標識を結んだ時の基準標識同士の距離である。また「最小三角形の面積」は、前記最小三角形の面積である。また「座標結線上」の項目は、測量点が何れかの基準標識同士を結んだ線上に存在する場合に「○」の符号を付している。また「閉図形内」の項目は、測量点が前記最小三角形内に存在する場合に「○」の符号を付している。   In Tables 1 to 7, “distance to the nearest target” is the distance from the survey point to the three closest reference signs (however, 0 when the survey point is the reference sign). In addition, “the three sides of the smallest triangle to be included” is a triangle in which the survey point is included (if the survey point is a reference sign, the sign is present), and the reference sign is connected so that it is the smallest triangle. The distance between the reference signs. The “minimum triangle area” is the area of the minimum triangle. In addition, the item “on coordinate connection” is given a symbol “◯” when the survey point exists on a line connecting any of the reference signs. In addition, the item “closed figure” is marked with “◯” when the survey point is in the smallest triangle.

以下の表1は、前記グリッドの交点において、図7に示す座標軸におけるA1、A3、A5、A7、C1、C3、C5、C7、E1、E3、E5、G7の地点を基準標識とし、これに基づいて算出した他の基準標識の座標値を測量点の座標値とし、これを予め光波測量により測量した座標値と対比した結果である。   Table 1 below uses the points A1, A3, A5, A7, C1, C3, C5, C7, E1, E3, E5, and G7 on the coordinate axes shown in FIG. This is a result of comparing the coordinate value of another reference sign calculated based on the coordinate value of the survey point with the coordinate value previously measured by the light wave survey.

この結果から明らかなように、基準標識を上記のように設定した場合には、全ての測量点が−0.05〜0.05mの範囲の精度であり、高い測量精度であることが確認された。   As is clear from this result, when the reference signs are set as described above, it is confirmed that all the survey points have an accuracy in the range of -0.05 to 0.05 m and have a high survey accuracy. It was.

以下の表2は、前記グリッドの交点において、図7に示す座標軸におけるA1、A4、A7、D1、D4、D7、G1、G4、G7の地点を基準標識とし、これに基づいて算出した他の基準標識の座標値を測量点の座標値とし、これを予め光波測量により測量した座標値と対比した結果である。   Table 2 below shows other points calculated based on the points A1, A4, A7, D1, D4, D7, G1, G4, and G7 on the coordinate axes shown in FIG. 7 at the intersection of the grids. This is a result of comparing the coordinate value of the reference sign with the coordinate value of the survey point and comparing it with the coordinate value previously measured by the light wave survey.

この結果から明らかなように、基準標識を上記のように設定した場合には、全ての測量点が−0.05〜0.05mの範囲の精度であり、高い測量精度であることが確認された。   As is clear from this result, when the reference signs are set as described above, it is confirmed that all the survey points have an accuracy in the range of -0.05 to 0.05 m and have a high survey accuracy. It was.

以下の表3は、前記グリッドの交点において、図7に示す座標軸におけるA1、A3、A5、A7、G1、G3、G5、G7の地点を基準標識とし、これに基づいて算出した他の基準標識の座標値を測量点の座標値とし、これを予め光波測量により測量した座標値と対比した結果である。   Table 3 below shows other reference signs calculated based on the points A1, A3, A5, A7, G1, G3, G5, and G7 on the coordinate axes shown in FIG. 7 at the intersections of the grids. This coordinate value is the coordinate value of the survey point, and this is compared with the coordinate value previously measured by the light wave survey.

この結果から明らかなように、基準標識を上記のように設定した場合には、全ての測量点の誤差範囲が±0.1〜±0.05mの範囲の精度であり、高い測量精度であることが確認された。   As is clear from this result, when the reference signs are set as described above, the error range of all survey points is an accuracy within a range of ± 0.1 to ± 0.05 m, which is a high survey accuracy. It was confirmed.

以下の表4は、前記グリッドの交点において、図7に示す座標軸におけるA1、A7、D4、G1、G7の地点を基準標識とし、これに基づいて算出した他の基準標識の座標値を測量点の座標値とし、これを予め光波測量により測量した座標値と対比した結果である。   Table 4 below shows the points A1, A7, D4, G1, and G7 on the coordinate axes shown in FIG. 7 as the reference signs at the intersections of the grids, and the coordinate values of other reference signs calculated based on these points are the survey points. This is a result of comparison with coordinate values previously measured by light wave surveying.

この結果から明らかなように、基準標識を上記のように設定した場合には、全ての測量点が−0.05〜0.05mの範囲の精度であり、高い測量精度であることが確認された。   As is clear from this result, when the reference signs are set as described above, it is confirmed that all the survey points have an accuracy in the range of -0.05 to 0.05 m and have a high survey accuracy. It was.

以下の表5は、前記グリッドの交点において、図7に示す座標軸におけるA1、A7、B5、G1、G7の地点を基準標識とし、これに基づいて算出した他の基準標識の座標値を測量点の座標値とし、これを予め光波測量により測量した座標値と対比した結果である。   Table 5 below shows the points A1, A7, B5, G1, and G7 on the coordinate axes shown in FIG. 7 as reference marks at the intersections of the grids, and the coordinate values of other reference signs calculated based on these points are survey points. This is a result of comparison with coordinate values previously measured by light wave surveying.

この結果から明らかなように、基準標識を上記のように設定した場合には、全ての測量点の誤差範囲が±0.1〜±0.05mの範囲の精度であり、高い測量精度であることが確認された。   As is clear from this result, when the reference signs are set as described above, the error range of all survey points is an accuracy within a range of ± 0.1 to ± 0.05 m, which is a high survey accuracy. It was confirmed.

以下の表6は、前記グリッドの交点において、図7に示す座標軸におけるA1、A7、G1、G7の地点を基準標識とし、これに基づいて算出した他の基準標識の座標値を測量点の座標値とし、これを予め光波測量により測量した座標値と対比した結果である。   Table 6 below shows the points of A1, A7, G1, and G7 on the coordinate axes shown in FIG. 7 as reference marks at the intersections of the grids, and the coordinate values of other reference signs calculated based on these points are the coordinates of the survey points. This is a result of comparing with a coordinate value previously measured by light wave surveying.

この結果から明らかなように、基準標識を上記のように設定した場合には、誤差範囲が±0.15を超える測量点も存在していたことから、要求される測量精度に応じて基準標識の配置や設置距離を調整する事が必要なことが明らかになった。   As is clear from this result, when the reference sign was set as described above, there were also survey points with an error range exceeding ± 0.15, so the reference sign was determined according to the required survey accuracy. It became clear that it was necessary to adjust the arrangement and installation distance of the.

以下の表7は、前記グリッドの交点において、図7に示す座標軸におけるB2、B6、F2、F6の地点を基準標識とし、これに基づいて算出した他の基準標識の座標値を測量点の座標値とし、これを予め光波測量により測量した座標値と対比した結果である。   Table 7 below shows the points of B2, B6, F2, and F6 on the coordinate axes shown in FIG. 7 as the reference signs at the intersections of the grids, and the coordinate values of the other reference signs calculated based on these points are the coordinates of the survey points. This is a result of comparing with a coordinate value previously measured by light wave surveying.

この結果から明らかなように、基準標識を上記のように設定し、測量点が閉図形の外に存在する場合には、誤差範囲が±0.15を超える測量点も存在していたことから、要求される測量精度に応じて基準標識の配置や設置距離を調整する事が必要なことが明らかになった。
As is clear from this result, when the reference sign was set as described above and the survey point was outside the closed figure, there were also survey points with an error range exceeding ± 0.15. It became clear that it was necessary to adjust the placement and installation distance of the reference signs according to the required survey accuracy.

以下の実施例では、実際に飛行体10に撮影装置12を設置して、土地を撮影し、当該撮影画像21から点群データを作成し、その精度を測定面での対比で評価した。   In the following examples, the photographing device 12 was actually installed on the flying object 10, the land was photographed, point cloud data was created from the photographed image 21, and the accuracy was evaluated by comparison with the measurement surface.

本実施例において、飛行体としては地上80m以上の上空を秒速5m程度で飛行可能な飛行体10を使用し、撮影装置12として前記実施例1の仕様の標準レンズを使用して、ピンボケを防止する為に、シャッター速度を1/2000秒にして3秒に1枚程度のタイミングで画像を撮影した。フレーム側の歪みを減じる為に標準レンズを使用していながらも、1枚の画像に撮影できる範囲を広くする為に、地上80mの上空から撮影した。1枚の画像に撮影する範囲を広くすることにより、当該画像について、前記画像合成処理を行うのに必要な情報も多く存在させることができる。このときの地上解像度は、1.45(cm2/pixel)となる。 In this embodiment, the flying object 10 that can fly over 80 m above the ground at a speed of about 5 m / s is used as the flying object, and the standard lens of the specification of the first example is used as the photographing device 12 to prevent blurring. In order to do this, the shutter speed was set to 1/2000 second, and an image was taken at a timing of about one in 3 seconds. Although a standard lens was used to reduce distortion on the frame side, the image was taken from 80 meters above the ground in order to widen the range that can be captured in one image. By widening the shooting range for a single image, a large amount of information necessary for performing the image composition processing can be present for the image. The ground resolution at this time is 1.45 (cm 2 / pixel).

また、本実施例において基準標識同士の距離は、相互に最も近い基準標識同士の距離が100m以内となるように設置した。そして、撮影に際しては、各画像同士が50%以上、オーバーラップするように撮影した。   In this example, the distance between the reference signs was set so that the distance between the reference signs closest to each other was within 100 m. When photographing, the images were photographed so as to overlap each other by 50% or more.

以上の様に撮影した複数の画像を、画像合成処理を行う為のソフトウエアで処理し、点群データを作成した。そしてこの点群データにおけるノイズを除去する為に、図8のコンピュータ画面61に示す様にノイズをカットする為のソフトウエアで処理を行った。この図8の画面には、点群データで構成された三次元点群モデルを表示する表示領域63と、この三次元点群モデルにおける任意の地点での断面形状を示す表示領域64を備えている。そしてノイズカットしたデータを、土量計算を行うソフトウエアで扱う事の出来るファイル形式に変換するべく、図9のコンピュータ画面70に示す様にファイル形式の変更を行った。   A plurality of images photographed as described above were processed by software for performing image composition processing to create point cloud data. In order to remove noise in the point cloud data, processing was performed with software for cutting noise as shown in the computer screen 61 of FIG. The screen of FIG. 8 includes a display area 63 for displaying a 3D point cloud model composed of point cloud data, and a display area 64 for showing a cross-sectional shape at an arbitrary point in the 3D point cloud model. Yes. Then, in order to convert the noise-cut data into a file format that can be handled by software for calculating soil volume, the file format was changed as shown in the computer screen 70 of FIG.

以上の様に作成した点群データの値を、同じ対象領域について地上三次元レーザー計測により測量した結果と対比した。その結果を図10に示す。この図10からも明らかなように、本実施例によって得られた点群データによる測量においては、対象領域8153.56m2に対して−0.05〜+0.05mの領域が8054.49m2であることがわかる。即ち殆どの点群(98.79%)が−0.05〜0.05mの範囲の精度であり、高い測量精度であることが確認された。 The value of the point cloud data created as described above was compared with the result of surveying the same target area by ground three-dimensional laser measurement. The result is shown in FIG. As is apparent from FIG. 10, in the survey using the point cloud data obtained in this example, the area of −0.05 to +0.05 m is 8054.49 m 2 with respect to the target area 8153.56 m 2 . I know that there is. That is, it was confirmed that most point groups (98.79%) had a precision in the range of -0.05 to 0.05 m and high surveying precision.

上記本発明にかかる写真撮影方法は、写真測量において広く利用する事ができ、また本発明にかかる点群データ生成方法は、造成地における土地の測量や、造成時の土量計算において実施する事ができ、更に建築物や構造物の大きさや容積、位置などを計測する為にも使用する事ができる。   The above-described photography method according to the present invention can be widely used in photogrammetry, and the point cloud data generation method according to the present invention can be carried out in land surveying in the constructed land and soil calculation at the time of creation. It can also be used to measure the size, volume and position of buildings and structures.

10 無人飛行体
12 撮影装置
20 対象領域
21 撮影画像
22 対象物
30 基準標識
P 測定点(交点)
10 Unmanned air vehicle
12 Imaging device
20 Target area
21 Images taken
22 Object
30 Reference sign
P Measurement point (intersection point)

Claims (7)

複数の撮影画像から、対象領域の三次元形状を表す点群データを生成する為に使用する画像の撮影方法であって、
当該点群データを生成する為の複数の撮影画像を、相互に30%以上オーバーラップさせて、且つ複数の撮影画像の少なくとも何れかは、当該複数の撮影画像を撮影する対象領域内に所定の間隔で設定した3か所以上の基準標識の少なくとも1つ以上を含ませて撮影する事を特徴とする、画像の撮影方法。
An image capturing method used to generate point cloud data representing a three-dimensional shape of a target region from a plurality of captured images,
A plurality of captured images for generating the point cloud data overlap each other by 30% or more, and at least one of the plurality of captured images is a predetermined area within a target region for capturing the plurality of captured images. A method for photographing an image, comprising photographing at least one of three or more reference signs set at intervals.
複数の撮影画像から、対象領域の三次元形状を表す点群データを生成する、点群データ生成方法であって、
対象領域に、相互間の距離が既知の基準標識を3か所以上設定し、
対象領域の三次元形状を表す点群データを生成する為の複数の撮影画像として、相互に30%以上オーバーラップしており、且つ当該複数の撮影画像の内の少なくとも何れかの画像が、前記基準標識の少なくとも何れかを撮影している撮影画像を使用することを特徴とする、点群データ生成方法。
A point cloud data generation method for generating point cloud data representing a three-dimensional shape of a target region from a plurality of captured images,
Set three or more reference signs with known distances in the target area,
As a plurality of captured images for generating point cloud data representing the three-dimensional shape of the target region, they overlap each other by 30% or more, and at least one of the plurality of captured images is A point cloud data generation method characterized by using a captured image in which at least one of the reference signs is captured.
前記基準標識同士は、各基準標識を頂点とする三角形の1辺の距離が200mを超えることなく、且つ当該三角形の3辺の合計が650mを超えることなく、且つ当該三角形の面積が13000m2以下となるように、対象領域の縁部分と中心部分とに偏在させて配置されている、請求項2に記載の点群データ生成方法。
The reference signs are such that the distance between one side of a triangle having each reference sign as a vertex does not exceed 200 m, the total of the three sides of the triangle does not exceed 650 m, and the area of the triangle is 13000 m 2 or less. The point cloud data generation method according to claim 2, wherein the point cloud data is arranged so as to be unevenly distributed at an edge portion and a center portion of the target region.
前記基準標識の既知の座標を画像上の基準標識に与えることによって、前記複数の撮影画像の尺度を補正して、対象領域全体の三次元形状を表す点群データを生成すると共に、当該点群データにおける前記基準標識同士の距離と実際の基準標識同士の距離との比に基づいて、生成した点群データを補正する、請求項2に記載の点群データ生成方法。
By providing known coordinates of the reference sign to the reference sign on the image, the scale of the plurality of captured images is corrected to generate point cloud data representing the three-dimensional shape of the entire target area, and the point cloud The point cloud data generation method according to claim 2, wherein the generated point cloud data is corrected based on a ratio between a distance between the reference markers in the data and a distance between actual reference markers.
前記撮影画像は標準レンズを使用して撮影することにより、収差の極力少ない画像を使用する、請求項2に記載の点群データ生成方法。
The point cloud data generation method according to claim 2, wherein the photographed image is photographed using a standard lens to use an image having as little aberration as possible.
前記撮影画像は標準レンズを使用した撮影装置によって撮影されており、
前記複数の撮影画像の尺度を補正して、対象領域全体の三次元形状を表す点群データを生成すると共に、当該点群データにおける前記基準標識同士の距離と実際の基準標識同士の距離との比に基づいて、生成した点群データを補正し、撮影画像の持つ焦点距離、主点距離、歪み係数を含む撮影パラメータを補正する、請求項2に記載の点群データ生成方法。
The photographed image is photographed by a photographing device using a standard lens,
The scale of the plurality of captured images is corrected to generate point cloud data representing the three-dimensional shape of the entire target area, and the distance between the reference markers in the point cloud data and the actual distance between the reference markers 3. The point cloud data generation method according to claim 2, wherein the generated point cloud data is corrected based on the ratio, and the shooting parameters including the focal length, principal point distance, and distortion coefficient of the shot image are corrected.
測量データを用いて土工設計の掘削線及び掘削土量・面積を計算し設計図面を作成する土工設計方法であって、
前記測量データとして、複数の撮影画像から生成した対象領域の三次元形状を表す点群データを使用し、当該点群データが請求項2〜6の何れか一項に記載の点群データ生成方法によって生成されていることを特徴とする土工設計方法。
An earthwork design method that uses a survey data to calculate the excavation line, excavation soil volume / area, and create a design drawing.
The point cloud data generating method according to any one of claims 2 to 6, wherein point cloud data representing a three-dimensional shape of a target area generated from a plurality of captured images is used as the survey data. An earthwork design method characterized by being generated by
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