JP3216933U - 多視点撮影用のカメラ雲台 - Google Patents

Abstract

【課題】写真測量の技術であって、異なるところから被写体が重複して写るように写真群を撮影し、重複した写真に写った明瞭な同一箇所を観測し、三次元座標に変換するための写真撮影に用いる、複数台のカメラを、それぞれ異なる方向に向け、角度を設定して装着できる、多視点撮影用のカメラ雲台を提供する。
【解決手段】写真を撮影する際にカメラの揺れを防止するジンバル２に具備する、カメラを複数台、それぞれ異なる方向に向け、方向角を設定して装着できる、多視点撮影用のカメラ雲台である。この雲台によれば、複数台のカメラを、それぞれ方向を違え、方向角が指定できることで必要な重複量を設定し、設置できる。
【選択図】図３

Description

写真測量の技術であって、異なるところから被写体が重複して写るように写真群を撮影し、重複した写真に写った明瞭な同一箇所を観測し、三次元座標に変換するための写真撮影に用いる、複数台のカメラを、それぞれ異なる方向に向け、角度を設定して装着できる、多視点撮影用のカメラ雲台を提供する。

写真測量では、異なる視点から撮影された複数の写真を用い、写真に写った明瞭な同一箇所を、それぞれの写真で観測することによって、観測した明瞭な同一箇所を三次元座標に変換することができる。

観測された明瞭な同一箇所は、写真測量の技術によって三次元座標に変換できるとともに、長さが分かっている被写体があり、その被写体の長さを写真上で観測できれば、その長さを使用して三次元座標の集合である三次元点群データに縮尺を与えることができる。位置がわかっている被写体が３点以上写っていれば、それらの位置を観測し、三次元座標の集合である三次元点群データに位置を与えることができる。

デジタル技術の進展により、写真撮影はデジタルで行われることが標準となるとともに、重複して撮影された写真群に写る被写体の明瞭な同一箇所を、コンピュータを使用したデジタル処理によって探索し、観測することが可能となっている。

このように重複して撮影された写真群から、重複して撮影された写真に写る、被写体の明瞭な箇所を三次元座標に変換する技術は、三次元点群データとも呼ばれる大量の三次元座標の集合による、被写体を三次元で可視化できるようにした。

被写体を三次元で可視化することは、その場にいなくても、被写体の三次元形状を確認できるため、さまざまな活用が期待でき、社会の発展に大きく貢献できる。

重複して撮影された写真群から、コンピュータを使用したデジタル処理によって、写真に写った被写体の明瞭な同一箇所の探索を効率化するには、隣接する写真の重複度を大きくする撮影方法が有効である。

この撮影方法は、写真の中心投影という射影幾何によって生じる、写真の中心から周辺に向けて被写体が倒れ込んで写るという性質によって、重複して撮影された隣接写真に写る明瞭な同一箇所の写り方の違いが少なくなるとともに、それぞれの写真上で明瞭な同一箇所が写る位置の、写真座標間での離れを少なくする。
つまり、重複した写真に写った同一点を、探索することが容易となる。

写真上で明瞭な同一箇所が写る位置の、写真座標間での距離は、概念的には次のように捉えることができる。
図１に示したＰ８０Ｌに写った点Ａ８０をＡ８０Ｌとし、Ｐ８０Ｒに写った点Ａ８０をＡ８０Ｒとし、Ａ８０Ｌの写真座標位置をＰ８０Ｒに投影した点をＡ８０Ｌ‘とすると、
図２に示したＰ６０Ｌに写った点Ａ６０をＡ６０Ｌとし、Ｐ６０Ｒに写った点Ａ６０をＡ６０Ｒとし、Ａ６０Ｌの写真座標位置をＰ６０Ｒに投影した点をＡ６０Ｌ‘とすると、
いのは明かであり、同一箇所の探索に要する時間も短くなる。

異なる写真間での同一箇所の写り方の違いが少なくなれば、それだけ重複する写真で得られた明瞭な箇所を、同一と判断することが容易となる。

同一箇所の、探索に要する時間が短くなること、同一と判断することが容易になることから、重複度の大きい写真が撮影される。

しかしながら三次元点群データを作成したい被写体が、広域に連続する場合には、たくさんの写真が撮影されることになる。

三次元点群データで表現したい被写体が広域に連続する場合には、空中から地上を撮影する航空写真を利用する航空写真測量が主流の技術として、実利用されてきた。

航空写真測量では、画角が広いレンズと、面積が広いフィルムを使用した、容積が大きく質量の重い航空カメラを用い、１枚で撮影できる面積を広くすることで、写真の枚数が増えることを抑制していた。

現在、普及が急速に進む、小型無人航空機から地上を撮影する場合は、航空カメラのような容積が大きく、質量の重いものを、小型無人航空機に積むことはできない。そのため安価で軽量な、一般消費者向けのデジタルカメラが積まれることになる。

一般消費者向けのデジタルカメラで、１枚で撮影できる面積を広くしようとすると、焦点距離の短い広角のレンズを採用したくなるが、一般消費者向けのデジタルカメラの広角レンズは、歪曲収差が大きく、重複して撮影された写真に写った明瞭な同一箇所を三次元座標に変換する、共線条件と呼ばれる射影方程式が成立せず、三次元座標への変換ができなくなる。

一般消費者向けのデジタルカメラを使用し、小型無人航空機から測量用の写真を撮影するには、歪曲収差が小さく、画角が狭い、レンズを使用する必要があり、結果、写真枚数は多くなる。

連続的に撮影するための移動速度を速くすることも考えられるが、移動速度を速くすることは、隣接して撮影する写真同士の重複度を小さくしてしまい、写真の明瞭な同一箇所を、隣接する写真同士の重複度を大きくすることで探索しやすくするという、当初の目的に反することになる。
露出時間を短くすることも考えられるが、周辺の明るさに対応できないこともある。

小型無人航空機から、一般消費者向けのデジタルカメラを使用し、広い範囲を、連続的に撮影するには、たくさんの写真を撮影しなければならず、撮影には多くの時間を要する。
小型無人航空機からの撮影同様に、地上を移動しながら都市を撮影する場合なども、たくさんの写真を撮影しなければならず、撮影には多くの時間を要する。

鉛直に立てたジンバル２の下部に、天秤３を、天秤３の中心で、水平になるように固定する。
カメラを２台装着する場合には、天秤３は１本固定する。カメラを３台もしくは４台装着する場合には、天秤３は２本固定する。カメラを５台もしくは６台装着する場合には、天秤３は３本固定する。

天秤３には、方向角を指定してカメラを設置できる吊り台６を固定する。
吊り台６は、Ｖ字やＷ字といった形状のものなどがある。

Ｖ字形状の吊り台６を備えた雲台では、天秤３の両端のそれぞれに、カメラを装着する吊り台６が、カメラの方向角を指定して設置できる機構を設ける。
例えば、図３のように、カメラの方向角を指定して設置できる機構として、所定のカメラの方向角毎に、カメラを吊り台６に設置できる目盛穴４を設ける。

Ｗ字形状の吊り台６を備えた雲台では、天秤３の両端のそれぞれに、吊り束１０を設け、吊り束１０の下部に、カメラを装着する吊り台６を、カメラの方向角を指定して設置できる機構を設ける。
例えば、カメラの方向角を指定して設置できる機構として、図４のように、所定のカメラの方向角毎に、カメラを吊り台６に設置できる目盛穴４を設ける。

カメラを傾けて装着するのに加え、カメラを真下に向けて設置したい場合には、ジンバル２の真下に、カメラを真下に向けて設置できる機構を設けてもよい。

Ｖ字形状の吊り台６を備えた雲台では、蝶番５で接続されたふたつの吊り台６を用意し、蝶番５で接続していない端に、吊り台６を天秤３に固定する機構を設ける。
例えば、吊り台６を天秤３に固定する機構としては、図３のように、吊り台６の天秤３に接続する端に目盛穴４を設け、吊り台６の受け穴１１を、カメラを設置したい方向角になるところに設けられた天秤３の目盛穴４と重ね合わせ、ネジで吊り台６を天秤３に固定する。

Ｗ字形状の吊り台６を備えた雲台では、天秤３の中央、ジンバル２の左右にそれぞれ、吊り台６を天秤３に蝶番５で接続するとともに、天秤３と蝶番５で接続した吊り台６の反対側の端に、吊り台６を吊り束１０に固定する機構を設ける。
例えば、吊り台６を吊り束１０に固定する機構としては、吊り束１０に接続する吊り台６の端に受け穴１１を設け、吊り台６の受け穴１１を、カメラを設置したい方向角になるところに設けられた吊り束１０の目盛穴４と重ね合わせ、ネジで吊り台６を吊り束１０に固定する。

Ｖ字形状の吊り台６を備えた雲台では、吊り台６の、向きの違うカメラ同士が接触せず、カメラが天秤３にも接触しない箇所に、カメラの固定具９を装備する。
カメラは、雲台から外側に向けても、内側に向けてもよく、カメラを設置したい向きに応じて固定具の構造を決定する。
固定具の構造は、例えば、カメラの背面と同等の大きさの矩形の装着枠１３を用意し、カメラの底面にある三脚を固定する雌ネジに、矩形の装着枠１３に固定できるように、雌ネジのあるカメラの固定具９を用意し、このカメラの固定具９の雌ネジにカメラ固定用雄ネジ１２を通し、カメラを固定できるようにする。また、カメラの重心が矩形の装着枠１３の中心にくるようにするとともに、カメラの両脇をゴム紐などのカメラ固定バンド１４で固定するようにする。

Ｗ字形状の吊り台６を備えた雲台では、吊り台６の、向きの違うカメラ同士が接触せず、カメラが天秤３にも接触しない箇所に、カメラの固定具９を装備する。
カメラは、雲台から外側に向けても、内側に向けてもよく、カメラを設置したい向きに応じてカメラの固定具９の構造を決定する。
カメラの固定具９の構造は、例えば、カメラの背面と同等の大きさの矩形の装着枠１３を用意し、カメラの底面にある三脚を固定する雌ネジに、矩形の装着枠１３に固定できるように、カメラの固定具９を用意し、このカメラの固定具９にカメラ固定用雄ネジ１２を通し、カメラを固定できるようにする。また、カメラの重心が矩形の装着枠１３の中心にくるようにするとともに、カメラの両脇をゴム紐などのカメラ固定バンド１４で固定するようにする。

カメラの固定具９は、カメラを固定したときに、カメラが吊り台６に接触したり、隣接するカメラに接触したり、隣接するカメラや雲台の一部が写り込んだりしない位置に、カメラを固定する機構が設けられるものとする。
カメラを固定する機構としては、例えばネジ止めがある。

本考案では、測量に使用できる、画角は狭いが歪曲収差の少ないレンズを装備したカメラを、複数の異なる方向に向け、被写体を重複して写るように撮影できるため、広角レンズと同様の広い範囲を撮影できる。

小型無人航空機にも搭載することが可能で、広い範囲が撮影できるため、小型無人航空機を用い、広域を連続して撮影する必要がある場合は、撮影のための航路の延長距離を短くできる。
例えば、図８のように、ひとつの航路で、２台のカメラを、飛行方向に対して直交させ、６０パーセント重複して写るように設定して撮影すると、図９のように１台のカメラを、鉛直方向に向け、隣の航路で撮影した写真との重複を６０パーセントとする設定で撮影する標準的な撮影方法に比べ、半分の延長距離の航路となり、飛行時間を短くできるとともに、小型無人航空機のバッテリーの消費量を削減できる。

本考案は、構造が簡単なために、安価に作成できる。

鉛直に立てたジンバル２の下部に天秤３を、天秤３の中心で、水平になるように固定する。

天秤３の両端のそれぞれには、カメラを装着する吊り台６が、カメラの方向角を指定して設置できる目盛穴４を設ける。

蝶番５で接続されたふたつの吊り台６を用意し、蝶番５で接続していない方の端に、吊り台６を天秤３に固定する目盛穴４を設け、吊り台６の受け穴１１を、カメラを設置したい方向角になるところに設けられた天秤３の目盛穴４と重ね合わせ、ネジで吊り台６を天秤３に固定できるようにする。

吊り台６の、向きの違うカメラ同士が接触しない箇所に、雲台から外側に向け、カメラの固定具９を装備する。

カメラの固定具９は、カメラを固定したときに、カメラの底が、吊り台６に接触したり、隣接するカメラに接触したり、隣接するカメラや雲台の一部が写り込んだりしない、位置にカメラを固定できる雌ネジが設けられたものとする。

８０パーセント重複した写真における同一箇所の探索距離 ６０パーセント重複した写真における同一箇所の探索距離 Ｖ字形状の雲台 Ｗ字形状の雲台 Ｖ字形状雲台の内向きカメラ固定 Ｖ字形状の雲台の外向きカメラ固定 Ｖ字形状の雲台の内向きカメラ固定具 多視点撮影用のカメラ雲台にカメラを２台装備し、航路間を６０パーセント重複で撮影する場合の航跡 航路間を６０パーセント重複で撮影する場合の航跡

１ 写真の中心を示すための線
２ ジンバル
３ 天秤
４ 目盛穴
５ 蝶番
６ 吊り台
７ カメラ本体
８ レンズ
９ カメラの固定具
１０ 吊り束
１１ 受け穴
１２ カメラ固定用雄ネジ
１３ カメラの装着枠
１４ カメラ固定バンド
１５ 航跡
１６ 多視点撮影用のカメラ雲台にカメラを２台装備し、航路間を６０パーセント重複で撮影する場合の進行方向右側の写真の撮影範囲
１７ 多視点撮影用のカメラ雲台にカメラを２台装備し、航路間を６０パーセント重複で撮影する場合の進行方向左側の写真の撮影範囲
１８ カメラを１台装備し、直下を撮影した写真の撮影範囲
Ｐ８０Ｌ ８０パーセント重複した進行方向左側の写真
Ｐ８０Ｒ ８０パーセント重複した進行方向右側の写真
Ａ８０ ８０パーセント重複した写真に写った被写体の明瞭な箇所
Ａ８０Ｌ ８０パーセント重複した進行方向左側の写真に写った被写体の明瞭な箇所Ａ８０
Ａ８０Ｌ’ ８０パーセント重複した進行方向左側の写真に写った被写体の明瞭な箇所Ａ８０を右側の写真に投影した点
Ａ８０Ｒ ８０パーセント重複した進行方向右側の写真に写った被写体の明瞭な箇所Ａ８０
Ｐ６０Ｌ ６０パーセント重複した進行方向左側の写真
Ｐ６０Ｒ ６０パーセント重複した進行方向右側の写真
Ａ６０ ６０パーセント重複した写真に写った被写体の明瞭な箇所
Ａ６０Ｌ ６０パーセント重複した進行方向左側の写真に写った被写体の明瞭な箇所Ａ６０
Ａ６０Ｌ’ ６０パーセント重複した進行方向左側の写真に写った被写体の明瞭な箇所Ａ６０を右側の写真に投影した点
Ａ６０Ｒ ６０パーセント重複した進行方向右側の写真に写った被写体の明瞭な箇所Ａ６０

Claims (1)

1. 写真を撮影する際にカメラの揺れを防止するジンバル２に具備する、カメラを複数台、それぞれ異なる方向に向け、方向角を設定して装着できる雲台。