JP3758809B2 - Point light source device and target for photogrammetry using the point light source device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば写真測量において、撮影時に長さや角度の基準として用いられる写真測量用ターゲットの点光源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来交通事故調査などで行なわれる写真測量において、例えば被写体は銀塩フィルムを用いたカメラ、あるいは電子スチルカメラにより撮影され、記録画像における被写体の2次元座標から、演算により被写体の3次元座標が得られる。
【0003】
このような写真測量において、例えば円錐形状の目印(以下コーンという)が3ヵ所に設置され、これらコーンを含めた撮影が行なわれる。そして、記録画像を用いて実際の座標を算出する際には、各コーンの先端を基準点として、これら基準点によって規定される基準平面を擬似的な水平面として演算が行なわれ、得られた座標値に基づき、作図が行なわれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしコーンの先端である基準点は、測量が夜間等に行なわれると特に、方向によっては識別しにくいため、座標値に誤差が生じ、正確な作図ができないという問題が生じる。
【0005】
本発明は、この様な問題に鑑みてなされたものであり、基準点の識別が容易な写真測量用ターゲットを提供することが目的である。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明による点光源装置は、指向性を有し、指向軸に対して所定の角度範囲で光が射出する複数の光源と、光源に対し光が射出する側に設けられた絞りとを備え、複数の光源の各指向軸が一点で交差するように、複数の光源が配置されたことを特徴としている。
【0007】
また本発明による写真測量用ターゲットは、記録画像に基づいて任意の原点に対する被写体の座標を求める写真測量に用いられる写真測量用ターゲットであって、基準平面を定義する少なくとも3個の基準点と、基準点に対応し、基準点をそれぞれ強調する少なくとも3個の点光源装置とを備え、この点光源装置が指向性を有し、指向軸に対して所定の角度範囲で光が射出する複数の光源と、光源に対し光が射出する側に設けられた絞りとを備え、複数の光源の各指向軸が基準点で交差するように配置されたことを特徴とする。
【0008】
点光源装置において、好ましくは、光源から射出された光が指向軸に近いほど光度が漸増し、指向軸における光度が最も高い。
【0009】
点光源装置において、好ましくは、複数の光源が環状に配置される。さらに好ましくは、各指向軸が交差する点を通り、点光源装置が載置される面に垂直な軸に関して、光源から絞りを介して射出される光が、軸周りの全方向から視認できる。
【0010】
点光源装置において、好ましくは、周囲の光量を検出する光検出手段が設けられ、光源の射出光量が、光検出手段から検出された光量に応じて制御される。
【0011】
点光源装置において、好ましくは、絞りが光源から射出される光を、光源の輝度が最も高くなるように絞る。
【0012】
点光源装置において、好ましくは、絞りが遮光板に形成された円形穴である。
【0013】
点光源装置において、好ましくは、絞りの近傍に防水防塵の透明部材が設けられる。さらに好ましくは、透明部材が、光源と絞りとの間に設けられた円筒部材であり、点光源の光を拡散させる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による写真測量用ターゲットの実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態に用いられるカメラは撮像素子を用いた電子スチルカメラであり、撮像された画像は、記録媒体に電気的あるいは磁気的に記録されるものとする。
【0015】
図1は、本発明の実施形態であるターゲット10と、被写体である立方体102と、カメラ100との位置関係を示す図である。カメラ100は立方体102とターゲット10が両方写るように2方向から撮影される。第1及び第2のカメラ位置は、それぞれ撮影レンズの後側主点位置M1、M2で示され、光軸方向はそれぞれO1、O2で示される。なお、第1のカメラ位置M1は実線で示され、第2のカメラ位置M2は破線で示される。
【0016】
ターゲット10は、後述するように、正三角形の頂点に位置する3つの基準点P1、P2、P3を有し、これらの基準点P1、P2、P3によって定義される形状(図中、ハッチングで示される)を本明細書では基準形状と呼ぶ。本実施形態では、基準形状を長さLの正三角形とする。
【0017】
図2(a) 、図2(b) は2つのカメラ位置M1、M2からそれぞれ撮影されたときの画像である。図2(a) で示す画像1において、撮像中心c1を原点とする2次元直交座標系である第1の写真座標系(x1,y1)が画像上に設定される。この第1の写真座標系における基準点P1の像点はp11(px11, py11)で示される。同様に基準点P2、P3はそれぞれ像点p12(px12, py12)、p13(px13, py13)と対応する。図2(b) の画像2においても、第2の写真座標系(x1,y1)における基準点P1〜P3の像点は、それぞれp21(px21, py21)、p22(px22, py22)、p23(px23, py23)で示される。
【0018】
図3は、カメラと2枚の画像、およびターゲットとの位置関係を3次元的に示す図である。図2に示された2枚の画像から立方体の3次元座標を求めるためには、ある3次元の基準座標系を設定し、この基準座標系における2枚の画像の位置を定めることが必要である。第1のカメラ位置M1を原点とし、光軸O1方向をZ軸とする右手系の3次元直交座標系(X、Y、Z)を基準座標系と定め、第2のカメラ位置M2の位置をこの基準座標で表す。即ち第2のカメラ位置M2は、第1のカメラ位置に対する変位量(Xo,Yo,Zo)、および光軸O1に対する回転角(α,β,γ)で示される。
【0019】
基準座標系における基準点Pi(i= 1〜3)の3次元座標(PXi,PYi,PZi)は、例えば基準点と、その像点と、撮影レンズの後側主点位置とが一直線上にあることを利用した共線方程式((1)式)を用いて求められる。なお、(1)式におけるCは主点距離、即ち焦点距離であり、2枚の画像において同一であることとする。主点距離Cは、図3では撮影レンズの後側主点位置M1と撮像中心c1との距離、あるいは撮影レンズの後側主点位置M2と撮像中心c2との距離である。
【0020】
【数1】
【0021】
図5のフローチャートに沿って2枚の画像から平面図を得るステップを説明する。これらのステップは、例えば外部のコンピュータ(図示しない)により行なわれる。
【0022】
まず処理がスタートすると、ステップS102で(1)式における未知変量、即ち基準座標系における第2のカメラ位置(Xo,Yo,Zo)、および光軸O2の光軸O1に対する回転角(α,β,γ)は0でない適当な数値が与えられる。ステップS104では、前述したように基準点P1の2枚の画像における像点p11、p21がペアに指定され、それぞれの写真座標系で表される(図2参照)。基準点P2、P3についても同様に像点のペアp12とp22、p13とp23が指定される。
【0023】
次にステップS106において、初期値を1とする変数kが与えられる。ステップS108では、2枚の画像に共通して写る任意の物点、例えば図1に示す立方体の頂点Qk(k=1)を決定する。そして物点Q1の画像1(図2(a) 参照)における像点をq11、画像2(図2(b) 参照)における像点をq21とし、この2点をペアに指定する。
【0024】
ステップS110において、共線方程式を例えば逐次近似解法などの手法を用いて解き、基準点Pi(i= 1〜3)の3次元座標(PXi,PYi,PZi)、および物点Q1の3次元座標(QX1,QY1,QZ1)を求める。逐次近似解法とは、前述の共線方程式において未知変量Xo、Yo、Zo、α、β、γに初期値を与え、この初期値の周りにテーラー展開して線形化し、最小二乗法により未知変量の補正量を求める手法である。この演算により未知変量のより誤差の少ない近似値が求められる。
【0025】
上述のように基準座標系における基準点Pi(i= 1〜3)の3次元座標(PXi,PYi,PZi)は、2つの写真座標p1i(px1i,py1i)、p2i(px2i,py2i)から変換されると同時に、Xo、Yo、Zo、α、β、γの近似値が求められる。また物点Q1も、2つの写真座標q11(qx11,qy11)、q21(qx21,qy21)から、3次元の基準座標(QX1,QY1,QZ1)に変換される。
【0026】
ステップS112では、座標値による距離を実際の距離に補正するための補正倍率mを求める。この演算には既知の長さ、例えば基準点P1とP2との距離が用いられる。P1とP2の実際の距離はターゲット10の一辺の長さLであることから、基準座標系(X,Y,Z)におけるP1とP2の距離L’(図3参照)とLとの間には次の関係式が成り立つ。
【0027】
L=L’×m (m:補正倍率)
【0028】
ステップS114では、上式で求められた補正倍率mを用いて実際の長さにスケーリングされる。
【0029】
ステップS116では、図4に示すようにP1とP2を結ぶ直線をX軸とし、基準形状を含む平面PsをX−Z平面とする3次元座標系(X’,Y’,Z’)が設定され、基準点P1を原点として基準点P2、P3、および物点Q1が基準座標系から座標変換される。なお、原点は基準形状を含む面内であれば、任意の点でも構わない。この座標変換は、例えばベクトル変換などを用いて行なわれる。
【0030】
ステップS118では図示しないモニタなどに、例えばX−Z平面図として基準点P1〜P3とともに物点Q1が図示される。なお、特にX−Z平面図に限定されることはなく、X−Y平面図あるいは立体斜視図でもよい。
【0031】
ステップS120ではペア指定を継続するか否か、即ちさらに別の物点の3次元座標を求めるか否かを判定する。ペア指定を継続しない場合は処理が終了する。さらにペア指定を行なう場合はステップS122においてkが1つカウントされ、ステップS108から再実行される。
【0032】
このように任意の物点Qkの数、即ちkの回数分だけステップS108からステップS122まで繰り返し行なわれ、2枚の画像から基準点から形成される基準平面を基に作図される。なお物点Qkの数kは、Xo、Yo、Zo、α、β、γを誤差の少ない値に近似するために最低2つ(基準点の3点と合わせて5点)必要であり、2つ以上が好ましい。
【0033】
図6から図9には、第1実施形態である点光源装置が写真測量用ターゲットと共に示される。
図6はターゲット10を分解して示す斜視図である。ターゲット10は幅3〜5cm、高さ5cmの木材が1辺1mの正三角形になるように形成された枠材12と、この枠材12の底を閉密する三角形の底板14と、枠材12上に載置される三角形の遮光板16を備えている。
【0034】
遮光板16は1辺1m、厚さ2〜3mmの正三角形の板であり、光を遮断する鋼材から成る。遮光板16の各頂点近傍には、約10mm程度の円形穴20、22、24がそれぞれ形成される。円形穴の口径は、5m離れて見たときに擬似的に点として視認される大きさ、即ち10mm以下が好ましい。円形穴20、22、24の中心をそれぞれ基準点P1とすると、この3点P1は測量の基準形状となる正確な正三角形を形成する。なお基準形状は正三角形に限定されることはなく、一定の形状を有していればよい。例えば四角形でもよく、大きさも限定されない。また遮光板16の材料は鋼材に限ることなく、木材などでもよい。
【0035】
円形穴20、22、24の下方の底板14には、それぞれ点光源装置30、32、34が設けられる。各点光源装置30、32、34は円環状に配置された複数の高輝度LED(発光ダイオード)を備えており、対応する円形穴20、22、24から光が射出することにより、基準点P1が強調される。
【0036】
遮光板16の中央には、3つの点光源装置30、32、34を駆動する光源駆動部26が埋め込まれる。光源駆動部26は、受光量によって抵抗が変化するCdS素子(図示しない)を備え、周囲の光量に応じて各点光源装置30、32、34の光量を制御する。
【0037】
図7は点光源装置30を底板14側から見た平面図であり、図8は図6のI−I線に沿った断面における点光源装置を示す。
点光源装置30は、12個のLED301〜312を備えている。12個のLED301〜312は底板14に環状に等間隔に配置されており、また底板14から円形穴20に向かって斜め上方に光を射出するように設けられている。
【0038】
図9はLEDの指向特性を示す図である。LEDは指向性を有しており、指向軸BLに沿って、図中実線で示される光度が分布している。なお指向軸BLは、本明細書中においては、LEDの発光点B1を起点とし、所定平面上で発光点B1から所定距離はなれた発光点周囲の最も放射強度の大きい点B2(以下ピーク点という)を結ぶ直線として定義する。図9では、発光点B1を原点に放射状に延びた目盛りが、指向軸BLに対して時計回り及び反時計回りに90°の範囲で10°刻みに記される。一方、径方向の目盛りは指向軸BLの放射強度を1とした時の放射強度比を示し、0.1刻みに記される。例えば、指向軸BLから10°成す角の点における放射強度は、ピーク点の放射強度に対して約0.7倍である。
【0039】
指向軸BLに対する光の広がり角は、例えば半値角および半値全角で示される。放射強度比が0.5の時の、指向軸BLに対する光の広がり角を半値角という。指向軸BLの左右の半値角を合わせた角、即ち図中矢印で示す角ηを半値全角という。図9において、実線と放射強度比0.5の太目盛り線との交点をB3とし、この交点B3と発光点B1とを結ぶ一点破線と、指向軸Blとの成す角が半値角である。図9に示すLEDの半値角は約13°であるから、半値全角ηは約26°である。
【0040】
図8に特によく示すように、LED301〜312から射出された光は円形穴20を通って外部に向うが、このとき円形穴20が絞りの役目を果たし、射出光の輝度が最も高くなるように絞られる。円形穴20で絞られた光の広がる角度φは、LEDの半値全角、例えば約30°(図中、実線で示す)であることが望ましい。
【0041】
LEDの数は特に限定されないが、どの方向から見ても光が視認できる数があればよい。例えば射出光の広がり角度φが30°であれば、12個以上設ければ全方向から視認できる。LED301〜312は、360°のどの方向からでも視認できるようにするために調整されて配置される。
【0042】
LED301の指向軸をA1(図中一点鎖線で示される)とすると、指向軸A1は円形穴20の中心軸上に位置する基準点P1を通っている。同様にLED302の指向軸A2、LED303の指向軸A3、(以下同様)も基準点P1を通っている。即ち、12個のLEDの各指向軸は、基準点P1で交差している。また、各指向軸は遮光板16に対して角度θを成している。角度θは、5m離れた場所から水平面に置かれた基準点が視認しやすい角度、即ち約15°から20°が好ましいが、特に限定されない。
【0043】
点光源32、34は点光源30と同じ構成である。なお点光源32のLEDは、対応する点光源30のLEDの番号に12を加算して示し、点光源34のLEDは、対応する点光源30のLEDの番号に24を加算して示す。
【0044】
各LEDの指向軸の角度θによって決定される基準点の高さは、3つの基準点P1において等しければよく、それぞれの基準点P1において点光源装置の12個のLED指向軸が交差していればよい。また点光源装置30、32、34の中心、即ち基準点P1が正確な正三角形を形成していればよい。従って、枠14や遮光板16の形状は正確でなくてもよく、精度を要求されない。
【0045】
図9は点光源装置と光源駆動部との電気的構成を示す図である。
本実施形態の点光源装置では、光源の駆動電圧を制御することにより、各LEDの発光光量が制御される。LEDの発光光量は、同一電流でもLED毎に異なるため、光量を一定にするために制限抵抗をそれぞれの発光光量に応じて調整し、光量が均一になるようにしている。従って、全体の駆動電圧を制御して各々のLEDに流れる電流を変化させると、発光光量は各LEDにおいて同様に変化する。
【0046】
光源駆動部26は、電源262と、スイッチ264と、直列に接続された抵抗261と光伝導素子266と、固定抵抗263と、トランジスタ268とを備える。光伝導素子266は例えば可視光を検出するCdS(硫化カドミウム)から成り、ターゲット10が設置された場所が暗くなる、即ち周囲の光量が小さくなると抵抗値が下がり、明るくなると抵抗値は増大する。LED301〜312は、それぞれ対応した制限抵抗401〜412と直列に連結され、各LEDと制限抵抗とが1セットにされる。そして、12セットが並列に連結される。即ち、トランジスタ268から出力された電流は、36個のLED301〜336に同じ電流量で流れる。
【0047】
なお図示しないが、他の発光量の制御手段として、個々のLEDに流す電流値を制御してもよい。例えば、個々のLEDに直列に連結された抵抗の値を変化させてもよいし、抵抗部を電流源に置き換えて制御してもよい。
【0048】
次に回路の動作を説明する。
スイッチ264をONにすると、駆動電流が回路内を流れ、各LED301〜336が一斉に点灯する。その後、例えばターゲット10の周囲が電源ON直後より暗くなると、光伝導素子266の抵抗が下がり、光伝導素子266と抵抗261との分圧比が変化する。抵抗261の電圧は下がるので、トランジスタ268のベース電圧も下がる。ベース電圧が低下すると、LEDを駆動する駆動電圧が低くなり、LEDに流れる電流も減少するので、従ってLEDの発光量は押さえられる。
【0049】
即ち、周囲が暗くなるとLEDの輝度は小さくなり、夜間や曇り等の環境でターゲットを使用する場合は、消費電流が少ないので昼間の晴れの時に使用する場合に比べ長時間使用でき、電池が節約できる。逆に、周囲が明るくなるとLEDの輝度は大きくなるので、例えば日中の測量時においても、容易に識別できる正確な基準点が得られる。
【0050】
本実施形態の点光源装置を用いたターゲットでは、複数のLEDにより、基準点が明るく強調され、また円形穴が絞りになっているので、基準点が更に強調される。また、周囲の明るさによって各LEDの明るさを制御するので、昼間の明るいところでも基準点が視認しやすく、暗いところでの省電力が図られ、電池を有効に活用できる。
【0051】
LEDはその指向軸が斜め上方に向かうように配置されるので、射出光が人の目の高さにおいて視認しやすく、環状に配置することにより、ターゲットをどの方角から見ても基準点が容易に視認できる。また各LEDの指向軸が1点、即ち基準点を通っているので正確な基準点が得られる。
【0052】
上述のように、本実施形態のターゲットを用いて測量を行なうと、周囲の光り条件に左右されることなく、常に正確な基準点が得られるので、演算値の誤差は少なく、実像に近い平面図が容易に作成できる。
【0053】
図10から図16は、点光源装置の他の実施形態を示す図である。点光源装置30、32、34(図6参照)は明るい場所での撮影でも識別が容易であり、またどの方向から撮影しても視認できる構成であればよい。なおこれら実施形態において、第1実施形態と実質的に同一の部材については同番号が付している。
【0054】
図10から図12は、点光源装置の第2実施形態を示す。第2実施形態は円形穴の下方に円筒部材40を設けたこと以外は第1実施形態と同様の構成であり、他の構成はここでは詳述しない。図10は部分断面図であり、図11は円筒部材の斜視図、図12は1つのLEDを円筒部材と共に示す部分平面図である。
【0055】
中空の円筒部材40は例えば透明のガラスを材料とする。円筒部材40の内径は、遮光板16の円形穴20の径と一致しており、円筒部材40は遮光板16の直下に設けられ、遮光板16と底板14と枠材12によりターゲット内が閉密される。従ってターゲット内部あるいはLED301〜336に対する防塵、防水が可能になる。
【0056】
図12によく示すように、LED310から射出した光は、円筒部材40の曲面により屈折し、実際の半値全角より左右に角度λずつ拡大する。以下、角度λを拡散量という。即ち、円筒部材40を設けたことにより、LEDの半値全角は2λ分だけ広くなり、視認性が高まる。また、例えば半値全角30°のLEDを12個配置した場合、360°のどの方向からでも視認できるが、死角ができないようにLEDの環状配置を微調整しなければならない。しかし、光拡散効果を有する第2実施形態においては、この微調整が容易になる。
【0057】
なお拡散量λは、円筒部材40の径および材料固有の屈折率により決定されるが、例えば屈折率1.47のパイレックスガラスを用いた10mmの直径の円筒部材であれば、拡散量λは約2〜3°であり、視認性を高める十分な効果が得られる。
【0058】
図13は、点光源装置の第3実施形態を示す部分断面図である。第3実施形態は、円形穴の上方にカバーを設けたこと以外は第1実施形態と同様の構成であり、他の構成はここでは詳述しない。カバー42は円形穴20の上方に設けられ、下方側が開口したカップ型である。下方の開口部の内径と円形穴20の径とが一致し、上に行くにしたがって径が漸減している。第3実施形態においても、第2実施形態と同様、防水・防塵効果が高められ、またカバー側面による拡散効果が得られ、視認性が高まる。
【0059】
図14は、点光源装置の第4実施形態を示す部分断面図である。円形穴の上方にボールレンズを設けたこと以外は第1実施形態と同様の構成である。ボールレンズ44は蛍光物質が混入したアクリル樹脂から形成され、12個のLED301〜312から入射した光を周囲に拡散する。各LEDの指向軸がこのボールレンズ44の中心を通るように、即ち、ボールレンズ44の中心が基準点になるように、LED301〜312は配置される。第4実施形態においても、第2実施形態と同様、防水・防塵効果が高められる。またボールレンズ44による拡散効果および蛍光物質による発光により、視認性が高まる。
【0060】
図15は、点光源装置の第5実施形態を示す部分断面図である。円形穴の上方に円錐プリズム部材を設けたこと以外は第1実施形態と同様の構成である。円錐プリズム部材50はカップ状の外壁52と、カップの底面から突出する円錐プリズム54とが一体的に形成された透明のガラス部材である。円錐プリズム部材50は開口部が下方になるように円形穴20上に載置され、円形穴20をカバーする。各LEDから射出された光は円錐プリズム54の側面により反射され、外壁52を通って外部へ拡散する。円錐プリズム部材50からの射出光軸と水平面とが成す角θは、円錐プリズム52の頂角の大きさと各LEDの配置方向により決定される。第5実施形態においても、第2実施形態と同様、防水・防塵効果が高められる。また円錐プリズム部材50による拡散効果により視認性が高まる。
【0061】
図16は、点光源装置の第6実施形態を示す部分断面図である。円形穴に円錐プリズムを設けたこととLEDの配置方向以外は第1実施形態と同様の構成である。各LED301〜312は遮光板16から斜め下方に向かって環状に配置される。円錐プリズム60は下方に突出した円錐形のプリズム62と、一部が円形穴20から上方に突出した円錐台形のプリズム64とを備える。
【0062】
指向軸が一点破線で示されるように、LED304から出射した光はまずプリズム64の下方側面に入射し、プリズム62の側面62aにより内部反射する。次にプリズム64の側面64aにより内部反射した光は、側面64aの円形穴20から突出した部分から射出する。この時、射出方向はLEDの入射方向とほぼ反対になる。2つのプリズム62、64の頂角は内面反射時に全反射をするように設定される。第6実施形態においても、第2実施形態と同様、防水・防塵効果が高められる。
【0063】
以上のように本発明の各実施形態によれば、複数の光源を環状に配置させることにより基準点を強調させるので、基準点が容易に識別できる。従って基準点の正確な位置が得られるので、水平面を基準に画像を幾何学演算により求めることにより、演算値の信頼性を高めることができる。
【0064】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、視認性の高い点光源装置およびターゲットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態である写真測量用ターゲットと被写体とカメラとの位置関係を示す斜視図である。
【図2】第1及び第2のカメラ位置から撮影したときの画像を示す図である。
【図3】基準点とその像点と撮影レンズの後側主点位置との位置関係を3次元座標で示す図である。
【図4】基準形状を含む平面に基づく3次元座標を示す図である。
【図5】2枚の画像から被写体の平面図を得るステップを示すフローチャートである。
【図6】図1に示す写真測量用ターゲットを分解して示す拡大斜視図である。
【図7】図1に示す写真測量用ターゲットの点光源装置を示す平面図である。
【図8】図1に示す写真測量用ターゲットの点光源装置を示す部分断面図である。
【図9】図8に示す点光源装置をLEDの指向特性を示す図である。
【図10】図1に示す写真測量用ターゲットの回路構成を示すブロック図である。
【図11】本発明の第2実施形態である点光源装置を示す断面図である。
【図12】図11に示す点光源装置の円筒部材を示す斜視図である。
【図13】図11に示す点光源装置のLEDと円筒部材を共に示す部分平面図である。
【図14】本発明の第3実施形態である点光源装置を示す断面図である。
【図15】本発明の第4実施形態である点光源装置を示す断面図である。
【図16】本発明の第5実施形態である点光源装置を示す断面図である。
【図17】本発明の第6実施形態である点光源装置を示す断面図である。
【符号の説明】
10 ターゲット
12 枠材
14 底板
16 遮光板
20、22、24 円形穴
30、32、34 点光源装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a point light source device for a photogrammetry target used as a reference for length and angle at the time of photographing, for example, in photogrammetry.
[0002]
[Prior art]
In conventional photogrammetry performed in traffic accident investigations, for example, a subject is photographed by a camera using a silver salt film or an electronic still camera, and the three-dimensional coordinates of the subject are obtained by calculation from the two-dimensional coordinates of the subject in the recorded image. It is done.
[0003]
In such photogrammetry, for example, conical marks (hereinafter referred to as cones) are installed at three locations, and photographing including these cones is performed. Then, when calculating the actual coordinates using the recorded image, the calculation is performed using the tip of each cone as a reference point and the reference plane defined by these reference points as a pseudo horizontal plane. Plotting is performed based on the value.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the reference point that is the tip of the cone is difficult to identify depending on the direction, particularly when surveying is performed at night or the like, causing a problem that an error occurs in the coordinate value and accurate drawing cannot be performed.
[0005]
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a photogrammetric target in which the reference point can be easily identified.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The point light source device according to the present invention has directivity, and includes a plurality of light sources that emit light in a predetermined angle range with respect to a directional axis, and a diaphragm provided on a light emitting side of the light source, A plurality of light sources are arranged so that the directivity axes of the plurality of light sources intersect at one point.
[0007]
The photogrammetry target according to the present invention is a photogrammetry target used for photogrammetry for obtaining the coordinates of a subject with respect to an arbitrary origin based on a recorded image, and includes at least three reference points that define a reference plane; A plurality of point light source devices corresponding to the reference points and emphasizing each of the reference points, the point light source devices having directivity, and a plurality of light beams emitted in a predetermined angle range with respect to the directional axis A light source and a diaphragm provided on the light emission side with respect to the light source are provided, and the directional axes of the plurality of light sources are arranged so as to intersect at a reference point.
[0008]
In the point light source device, preferably, the light intensity from the light source gradually increases as the light emitted from the light source approaches the directivity axis, and the light intensity at the directivity axis is the highest.
[0009]
In the point light source device, preferably, a plurality of light sources are arranged in a ring shape. More preferably, the light emitted from the light source through the stop through the point passing through the point where the respective directional axes intersect and perpendicular to the surface on which the point light source device is placed can be viewed from all directions around the axis.
[0010]
In the point light source device, preferably, light detection means for detecting the amount of ambient light is provided, and the amount of light emitted from the light source is controlled in accordance with the amount of light detected from the light detection means.
[0011]
In the point light source device, the light emitted from the light source is preferably narrowed so that the luminance of the light source becomes the highest.
[0012]
In the point light source device, the diaphragm is preferably a circular hole formed in the light shielding plate.
[0013]
In the point light source device, preferably, a waterproof and dustproof transparent member is provided in the vicinity of the diaphragm. More preferably, the transparent member is a cylindrical member provided between the light source and the diaphragm, and diffuses the light of the point light source.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a photogrammetric target according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that the camera used in this embodiment is an electronic still camera using an image sensor, and the captured image is recorded on a recording medium electrically or magnetically.
[0015]
FIG. 1 is a diagram illustrating a positional relationship among a
[0016]
As will be described later, the
[0017]
FIGS. 2 (a) and 2 (b) are images taken from two camera positions M1 and M2, respectively. In the
[0018]
FIG. 3 is a diagram three-dimensionally showing the positional relationship between the camera, two images, and the target. In order to obtain the cubic three-dimensional coordinates from the two images shown in FIG. 2, it is necessary to set a certain three-dimensional reference coordinate system and determine the positions of the two images in the reference coordinate system. is there. A right-handed three-dimensional orthogonal coordinate system (X, Y, Z) with the first camera position M1 as the origin and the optical axis O1 direction as the Z-axis is defined as a reference coordinate system, and the position of the second camera position M2 is defined. This is represented by the reference coordinates. That is, the second camera position M2 is indicated by a displacement amount (Xo, Yo, Zo) with respect to the first camera position and a rotation angle (α, β, γ) with respect to the optical axis O1.
[0019]
For the three-dimensional coordinates (PXi, PYi, PZi) of the reference point Pi (i = 1 to 3) in the reference coordinate system, for example, the reference point, its image point, and the rear principal point position of the photographing lens are in a straight line. It is obtained using a collinear equation (Equation (1)) using a certain thing. Note that C in the equation (1) is a principal point distance, that is, a focal length, and is the same in the two images. In FIG. 3, the principal point distance C is the distance between the rear principal point position M1 of the photographing lens and the imaging center c1, or the distance between the rear principal point position M2 of the photographing lens and the imaging center c2.
[0020]
[Expression 1]
[0021]
The step of obtaining a plan view from two images will be described along the flowchart of FIG. These steps are performed by, for example, an external computer (not shown).
[0022]
First, when the process starts, in step S102, the unknown variable in the equation (1), that is, the second camera position (Xo, Yo, Zo) in the reference coordinate system, and the rotation angle (α, β) of the optical axis O2 with respect to the optical axis O1. , Γ) is given a suitable non-zero numerical value. In step S104, as described above, the image points p11 and p21 in the two images of the reference point P1 are designated as a pair and are represented by their respective photographic coordinate systems (see FIG. 2). Similarly, for the reference points P2 and P3, pairs of image points p12 and p22 and p13 and p23 are designated.
[0023]
Next, in step S106, a variable k having an initial value of 1 is given. In step S108, an arbitrary object point appearing in common in the two images, for example, the vertex Qk (k = 1) of the cube shown in FIG. 1 is determined. The image point of the object point Q1 in image 1 (see FIG. 2 (a)) is designated as q11, and the image point in image 2 (see FIG. 2 (b)) is designated as q21, and these two points are designated as a pair.
[0024]
In step S110, the collinear equation is solved using a technique such as a successive approximation method, and the three-dimensional coordinates (PXi, PYi, PZi) of the reference point Pi (i = 1 to 3) and the three-dimensional coordinates of the object point Q1. (QX1, QY1, QZ1) is obtained. In the successive approximation method, initial values are given to unknown variables Xo, Yo, Zo, α, β, and γ in the above-mentioned collinear equation, and the Taylor expansion is performed around these initial values to linearize them. This is a method for obtaining the correction amount. By this calculation, an approximate value with less error of the unknown variable is obtained.
[0025]
As described above, the three-dimensional coordinates (PXi, PYi, PZi) of the reference point Pi (i = 1 to 3) in the reference coordinate system are converted from the two photographic coordinates p1i (px1i, py1i) and p2i (px2i, py2i). At the same time, approximate values of Xo, Yo, Zo, α, β, and γ are obtained. The object point Q1 is also converted from the two photographic coordinates q11 (qx11, qy11) and q21 (qx21, qy21) to the three-dimensional reference coordinates (QX1, QY1, QZ1).
[0026]
In step S112, a correction magnification m for correcting the distance based on the coordinate values to the actual distance is obtained. This calculation uses a known length, for example, the distance between the reference points P1 and P2. Since the actual distance between P1 and P2 is the length L of one side of the
[0027]
L = L ′ × m (m: correction magnification)
[0028]
In step S114, scaling is performed to the actual length using the correction magnification m obtained by the above equation.
[0029]
In step S116, a three-dimensional coordinate system (X ′, Y ′, Z ′) is set in which the straight line connecting P1 and P2 is the X axis and the plane Ps including the reference shape is the XZ plane as shown in FIG. Then, the reference points P2, P3 and the object point Q1 are coordinate-transformed from the reference coordinate system with the reference point P1 as the origin. The origin may be an arbitrary point as long as it is within the plane including the reference shape. This coordinate conversion is performed using, for example, vector conversion.
[0030]
In step S118, the object point Q1 is shown together with the reference points P1 to P3, for example, as an XZ plan view on a monitor (not shown). Note that the present invention is not particularly limited to the XZ plan view, and may be an XY plan view or a three-dimensional perspective view.
[0031]
In step S120, it is determined whether or not the pair designation is continued, that is, whether or not three-dimensional coordinates of another object point are to be obtained. If the pair designation is not continued, the process ends. When further pair designation is performed, one k is counted in step S122, and the process is re-executed from step S108.
[0032]
As described above, the process is repeatedly performed from step S108 to step S122 by the number of arbitrary object points Qk, that is, k times, and drawing is performed based on the reference plane formed from the reference points from the two images. Note that the number k of the object points Qk is required to be at least two (five points, including the three reference points) in order to approximate Xo, Yo, Zo, α, β, and γ to values with less error. One or more are preferred.
[0033]
The point light source device which is 1st Embodiment is shown with FIGS. 6-9 with the target for photogrammetry.
FIG. 6 is an exploded perspective view showing the
[0034]
The
[0035]
Point
[0036]
A light
[0037]
FIG. 7 is a plan view of the point
The point
[0038]
FIG. 9 is a diagram showing the directivity characteristics of the LED. The LED has directivity, and the light intensity indicated by the solid line in the drawing is distributed along the directivity axis BL. In this specification, the directional axis BL is a point B2 (hereinafter referred to as a peak point) having the highest radiant intensity around the light emitting point that is a predetermined distance from the light emitting point B1 on a predetermined plane, starting from the light emitting point B1 of the LED. ). In FIG. 9, the scale extending radially from the light emitting point B1 as the origin is marked in increments of 10 ° in the range of 90 ° clockwise and counterclockwise with respect to the directivity axis BL. On the other hand, the scale in the radial direction indicates the ratio of radiation intensity when the radiation intensity of the directivity axis BL is 1, and is written in increments of 0.1. For example, the radiation intensity at a point formed at an angle of 10 ° from the directivity axis BL is about 0.7 times the radiation intensity at the peak point.
[0039]
The light divergence angle with respect to the directivity axis BL is represented by, for example, a half-value angle and a full-value half-value angle. The spread angle of light with respect to the directivity axis BL when the radiation intensity ratio is 0.5 is called a half-value angle. The angle obtained by combining the left and right half-value angles of the directivity axis BL, that is, the angle η indicated by the arrow in the figure is referred to as half-value full angle. In FIG. 9, the intersection point between the solid line and the thick scale line with the radiation intensity ratio of 0.5 is B3, and the angle formed by the one-point broken line connecting the intersection point B3 and the light emission point B1 and the directivity axis Bl is a half-value angle. Since the half-value angle of the LED shown in FIG. 9 is about 13 °, the full-value half-value η is about 26 °.
[0040]
As shown particularly well in FIG. 8, the light emitted from the
[0041]
The number of LEDs is not particularly limited, but it is sufficient that the number of LEDs is visible from any direction. For example, when the spread angle φ of the emitted light is 30 °, it can be visually recognized from all directions if 12 or more are provided. The
[0042]
Assuming that the directivity axis of the
[0043]
The point
[0044]
The heights of the reference points determined by the angle θ of the directivity axis of each LED need only be equal at the three reference points P1, and the 12 LED directivity axes of the point light source device may intersect at each reference point P1. That's fine. Moreover, the center of the point
[0045]
FIG. 9 is a diagram illustrating an electrical configuration of the point light source device and the light source driving unit.
In the point light source device of this embodiment, the amount of light emitted from each LED is controlled by controlling the driving voltage of the light source. Since the amount of light emitted by the LED differs for each LED even with the same current, the limiting resistance is adjusted according to the amount of light emitted to make the amount of light constant so that the amount of light is uniform. Therefore, when the overall drive voltage is controlled to change the current flowing through each LED, the amount of emitted light similarly changes in each LED.
[0046]
The light
[0047]
Although not shown in the figure, the current value flowing through each LED may be controlled as another means for controlling the amount of emitted light. For example, the value of a resistor connected in series to each LED may be changed, or the resistance unit may be replaced with a current source for control.
[0048]
Next, the operation of the circuit will be described.
When the
[0049]
In other words, when the surroundings become darker, the brightness of the LED decreases, and when using the target in an environment such as nighttime or cloudy, the current consumption is low, so it can be used for a long time compared to when it is sunny in the daytime, saving battery it can. On the contrary, since the brightness of the LED increases as the surroundings become brighter, an accurate reference point that can be easily identified can be obtained, for example, during daytime surveying.
[0050]
In the target using the point light source device of the present embodiment, the reference point is brightly emphasized by the plurality of LEDs, and the circular hole is a stop, so that the reference point is further emphasized. In addition, since the brightness of each LED is controlled by the ambient brightness, the reference point can be easily seen even in a bright place in the daytime, power can be saved in a dark place, and the battery can be used effectively.
[0051]
Since the LED is arranged so that its directional axis is obliquely upward, the emitted light is easily visible at the height of the human eye, and by arranging it in an annular shape, the reference point can be easily seen from any direction Visible to. Further, since the directivity axis of each LED passes through one point, that is, the reference point, an accurate reference point can be obtained.
[0052]
As described above, when surveying is performed using the target of the present embodiment, an accurate reference point is always obtained without being influenced by the surrounding light conditions, so that there is little error in the calculated value and a plane close to a real image. Illustrations can be created easily.
[0053]
10 to 16 are views showing other embodiments of the point light source device. The point
[0054]
10 to 12 show a second embodiment of the point light source device. The second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the
[0055]
The hollow
[0056]
As well shown in FIG. 12, the light emitted from the
[0057]
The diffusion amount λ is determined by the diameter of the
[0058]
FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing a third embodiment of the point light source device. The third embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that a cover is provided above the circular hole, and other configurations will not be described in detail here. The
[0059]
FIG. 14 is a partial cross-sectional view showing a fourth embodiment of the point light source device. The configuration is the same as that of the first embodiment except that a ball lens is provided above the circular hole. The
[0060]
FIG. 15 is a partial cross-sectional view showing a fifth embodiment of the point light source device. The configuration is the same as that of the first embodiment except that a conical prism member is provided above the circular hole. The
[0061]
FIG. 16 is a partial sectional view showing a sixth embodiment of the point light source device. The configuration is the same as that of the first embodiment except that a conical prism is provided in the circular hole and the LED arrangement direction. Each of the
[0062]
As indicated by the dashed line, the light emitted from the
[0063]
As described above, according to each embodiment of the present invention, since the reference point is emphasized by arranging a plurality of light sources in a ring shape, the reference point can be easily identified. Therefore, since the exact position of the reference point can be obtained, the reliability of the calculated value can be improved by obtaining the image by geometric calculation with reference to the horizontal plane.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a point light source device and a target with high visibility can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a positional relationship among a photogrammetry target, a subject, and a camera according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an image taken from first and second camera positions.
FIG. 3 is a diagram illustrating a positional relationship between a reference point, an image point thereof, and a rear principal point position of the photographing lens in three-dimensional coordinates.
FIG. 4 is a diagram illustrating three-dimensional coordinates based on a plane including a reference shape.
FIG. 5 is a flowchart showing steps for obtaining a plan view of a subject from two images.
6 is an enlarged perspective view showing the photogrammetry target shown in FIG. 1 in an exploded manner. FIG.
7 is a plan view showing a point light source device of the photogrammetric target shown in FIG. 1. FIG.
8 is a partial cross-sectional view showing a point light source device of the photogrammetric target shown in FIG. 1. FIG.
9 is a diagram showing directivity characteristics of LEDs in the point light source device shown in FIG.
10 is a block diagram showing a circuit configuration of the photogrammetric target shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a point light source device according to a second embodiment of the present invention.
12 is a perspective view showing a cylindrical member of the point light source device shown in FIG. 11. FIG.
13 is a partial plan view showing both the LED and the cylindrical member of the point light source device shown in FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a point light source device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a point light source device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a point light source device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a point light source device according to a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Target
12 Frame material
14 Bottom plate
16 Shading plate
20, 22, 24 round holes
30, 32, 34 Point light source device
Claims (10)
前記複数の光源の各指向軸が一点で交差するように、前記複数の光源が配置されたことを特徴とする点光源装置。A plurality of light sources having directivity and emitting light in a predetermined angle range with respect to a directivity axis; and a diaphragm provided on a light emitting side of the light source,
The point light source device, wherein the plurality of light sources are arranged so that the directivity axes of the plurality of light sources intersect at one point.
基準平面を定義する少なくとも3個の基準点と、
前記基準点に対応し、前記基準点をそれぞれ強調する少なくとも3個の点光源装置とを備え、
この点光源装置が、指向性を有し指向軸に対して所定の角度範囲で光が射出する複数の光源と、前記光源に対し光が射出する側に設けられた絞りとを備え、
前記複数の光源の各指向軸が基準点で交差するように配置されたことを特徴とする写真測量用ターゲット。A photogrammetry target used for photogrammetry to determine the coordinates of a subject relative to an arbitrary origin based on a recorded image,
At least three reference points defining a reference plane;
At least three point light source devices corresponding to the reference points and emphasizing the reference points,
This point light source device includes a plurality of light sources that have directivity and emit light in a predetermined angle range with respect to a directional axis, and a diaphragm provided on the light emitting side with respect to the light source,
A photogrammetric target, wherein the directional axes of the plurality of light sources are arranged so as to intersect at a reference point.
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