JP3798922B2 - 写真測量画像処理装置、写真測量画像処理方法、および写真測量画像処理プログラムを格納した記憶媒体 - Google Patents
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- G01C11/06—Interpretation of pictures by comparison of two or more pictures of the same area
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は写真測量における画像処理に関する。
【0002】
【従来の技術】
写真測量は地図の作成に広く使用されているが、交通事故の現場検証等の局所的な状況の記録においても極めて有効な手段として活用されている。従来写真測量は2台のカメラを離間しつつ固定したステレオカメラを使用し、両カメラで撮影した2つの画像から各測量点の3次元座標を算出する。ここにステレオカメラは大重量かつ大型の機材であり、また3次元座標の計算にはカメラの位置情報、傾斜角度、被写体の実測長さ等詳細な情報を記録しておく必要があり、測量作業は煩雑かつ重労働であった。また交通事故現場の周囲に障害物が多い等、充分広い撮影環境が確保されないことも多く、ステレオカメラによる現場検証が困難なときも多かった。
【0003】
そこで本願出願人は、単眼のカメラによる写真測量方法(特開平10−293026号公報、特開平10−221072号公報)、および同写真測量の精度を向上させるために一対の画像(以下、「ペア画像」という)に含めるターゲット(特開平10−307025号公報、特開平10−293026号公報、特開平10−185563号公報、特開平10−185562号公報、特開平10−170263号公報、特開平10−141951号公報)を多数提案して、簡易機材による効率的な写真測量を実現している。
【0004】
このような写真測量方法においては、同一のターゲットと測量対象物とが任意の異なる方向から撮影されたペア画像を得、専用の写真測量画像処理装置において、マウス等の入力手段を用いたマニュアル作業によって、ペア画像に共通に写し込まれた測量点(以下、「物点」という)を指定することにより、これら物点に基づいて任意の範囲の測量が行われる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、測量が広範囲に渡る場合には多数のペア画像が用いられるが、この場合、このマニュアル作業に際しては、ペア画像においてそれぞれ対応する物点を見出し指定することの煩雑さもさることながら、測量精度を考慮しつつ、充分な精度が得られる物点を選択することは、熟練したオペレータにとっても極めて煩雑な作業であった。
【0006】
また、多数のペア画像からそれぞれ得られる測量図を接続するが、作図時点では得られた各測量図が測量範囲のどの位置を示すもののか識別しにくく、物点数を多く指定する必要があった。このため、作業効率が著しく低下していた。
【0007】
本発明はこのような従来の問題点を解消すべく創案されたもので、写真測量画像処理装置におけるマニュアル作業を大幅に効率化し得る、写真測量画像処理装置および写真測量画像処理方法および写真測量画像処理プログラムを格納した記録媒体を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る写真測量画像処理装置は、所定位置のターゲットを共通に含む複数の画像を同一グループに定義し、各画像について撮影したカメラの位置およびその光軸の傾きを算出し、画像内の共通の物点を当該各画像について指定し、物点の3次元座標を算出し、この3次元座標に基づいて測量図を生成する写真測量画像処理装置において、グループの全画像を表示し得る画像表示領域と、測量図を表示し得る作図領域とを有する表示手段と、作図領域に設定されるグループの有効図化範囲をカメラ位置および光軸傾きに基づいて算出するエリア演算手段と、所定のグループの画像を画像表示領域に表示させるとともに、所定グループの有効図化範囲を作図領域に表示させる制御手段とを備えたことを特徴としている。これによって作図に使用する最適なグループを容易に選択し得る。
【0009】
写真測量画像処理装置の画像表示領域には、グループの複数の画像が水平方向に並べて表示されてもよい。これにより、画像が得られたときの撮影位置が視覚的に捕らえることができ、撮影時の状況が把握し易く、作図が容易になる。
【0010】
写真測量画像処理装置において、表示手段の同一表示画面に画像表示領域および作図領域が表示されてもよく、さらにこの表示画面において画像表示領域の下側に作図領域が位置してもよい。これにより、測量図と画像とを対比しながら作図できる。
【0011】
写真測量画像処理装置が、さらに画像表示領域に表示させる画像のグループを指定する第1の入力手段を備えてもよく、第1の入力手段によって任意のグループが指定された場合には、指定されたグループの有効図化範囲が作図領域に表示される。これにより、簡易な操作で画像と有効図化範囲とを対応付けて表示できる。
【0012】
また、写真測量画像処理装置が、さらに作図領域内の任意の指定点を指定する第2の入力手段を備えてもよく、第2の入力手段によって作図領域内で指定点が指定された場合には、この指定点を含む有効図化範囲に対応したグループの画像が画像表示領域に表示される。これにより、簡易な操作で画像と有効図化範囲とを対応付けて表示できる。
【0013】
写真測量画像処理装置において、指定点を含む有効図化範囲が複数存在するときに、第2の入力手段のトリガアクションによって複数の有効図化範囲の内の1つが任意に選択され、選択された有効図化範囲に対応するグループの画像が画像表示領域に表示されるので操作性が高い。
【0014】
写真測量画像処理装置において、エリア演算手段によって各画像に対応して精度保証範囲が算出され、この複数の精度保証範囲を重ね合せた領域が有効図化範囲に定められる。これによって充分高精度の有効図化範囲を生成し得る。
【0015】
また好ましくは、写真測量画像処理装置において、精度保証範囲がカメラ位置および所定の許容誤差に基づいて求められる。さらにカメラの光軸傾き、画角、焦点距離を加味して精度保証範囲を求めてもよく、またカメラが撮像素子により光学画像を電子画像に変換する場合には、さらに撮像素子の分解能を加味してもよい。これによって有効図化範囲の測量精度を保証し、極めて高精度の測量図を作図し得る。
【0016】
写真測量画像処理装置において、画面に表示される測量図が地面を鉛直上方から見た水平面図の場合、精度保証範囲は以下のようにして定められることが好ましい。精度保証範囲が、地面上において、カメラの光軸に垂直でありカメラから精度保証手前限界および精度保証奥行限界だけそれぞれ離れた2本の平行線と、地面と水平方向の画角の範囲が地面と交差する線とにより囲まれる領域に定められ、さらに精度保証手前限界が、カメラの垂直方向の画角の範囲が地面と交差する線と、カメラから地面に下ろした垂線との最短距離であり、精度保証奥行限界が、撮像素子の分解能に対応した長さが許容誤差に等しくなる距離である。これによって、地面に関するカメラの特性に基づいた精度保証が可能である。
【0017】
写真測量画像処理装置において、好ましくはグループには2枚の画像が含まれ、これにより必要最小限の画像により3次元座標が算出される。
【0018】
写真測量画像処理装置において、グループが複数の場合には、各グループの座標系がターゲットに設けられた基準点によって定められ、各グループの座標系はいずれか1つのグループの座標系に座標変換される。これにより全グループの精度保証範囲を統一した座標系で定義し得る。
【0019】
また、本発明に係る写真測量画像処理方法は、所定位置に設けられ、初期状態からの移動量および回転角を出力し得る所定形状のターゲットを共通に含む複数の画像を同一グループに定義し、各画像について撮影したカメラの位置およびその光軸の傾きを算出し、画像を表示手段の画像表示領域に表示するとともに、画像表示領域内で当該各画像について共通の物点を指定し、この物点の3次元座標を算出し、この3次元座標に基づいて測量図を生成し、表示手段の作図領域に測量図を表示する写真測量画像処理方法において、グループに含まれる各画像のカメラ位置および光軸傾きから各画像の精度保証範囲を算出する第1のステップと、各グループの画像の精度保証範囲を重ね合せた領域を各グループの有効図化範囲として算出する第2のステップと、所定のグループの画像を画像表示領域に表示させるとともに、この所定グループの有効図化範囲を作図領域に表示させる第3のステップとを備えることを特徴としている。これにより、作図に使用する最適なグループを容易に選択し得る。
【0020】
また、本発明に係る記憶媒体は、所定位置に設けられ、初期状態からの移動量および回転角を出力し得る所定形状のターゲットを共通に含む複数の画像を同一グループに定義し、各画像について撮影したカメラの位置およびその光軸の傾きを算出し、画像を表示手段の画像表示領域に表示するとともに、画像表示領域内で当該各画像について共通の物点を指定し、この物点の3次元座標を算出し、この3次元座標に基づいて測量図を生成し、表示手段の作図領域に測量図を表示する写真測量画像処理プログラムにおいて、グループに含まれる各画像のカメラ位置および光軸傾きから各画像の精度保証範囲を算出する精度保証範囲算出ルーチンと、各グループの画像の精度保証範囲を重ね合せた領域を各グループの有効図化範囲として算出する有効図化範囲算出ルーチンと、所定のグループの画像を画像表示領域に表示させるとともに、所定グループの有効図化範囲を作図領域に表示させる表示ルーチンとを備える写真測量画像処理プログラムを格納していることを特徴としている。これにより、汎用のパーソナルコンピュータによりこの写真測量画像処理プログラムを実行させることができ、高精度な測量図が容易に作成できる。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に本発明に係る写真測量画像処理装置、写真測量画像処理方法、および写真測量画像処理プログラムの実施形態を図面に基づいて説明する。
【0022】
図1は、本発明の第1実施形態を示す図であり、同図には写真測量画像処理装置における表示装置(符号10、図2)の表示画面が示される。この表示画面の画像表示領域IMAには、地面に置かれた共通のターゲットTを含む一対の画像IM11、IM12が水平方向に並列して表示される。画像IM11およびIM12は1つのグループ(ペア1)とされる。図1には示されないが、この他にペア2〜4のペア画像が定義されている。
【0023】
画像IM11、IM12を含むペア1〜4の8枚の画像は、デジタルカメラによる撮影によって得られたものであり、具体的には被写体の光学画像がCCD等の撮像素子(図示せず)上に結像され、デジタル画素データとしてメモリカード等の画像記憶媒体に記録されたものである。
【0024】
画像記憶媒体に記録された多数の画像の中から、2枚の画像を選択して1グループに定義する作業は、オペレータのマニュアル操作により予め行われる。なお、第1実施形態では2枚の画像を1グループとしているが、1グループに含める画像枚数は3以上でもよい。また、ペアの数も4に限定されない。
【0025】
画像表示領域IMAの上方にはペア画像選択タグPIMTが設けられ、このペア画像選択タグPIMTの何れか1つをクリックすることによって、画像表示領域IMAに表示すべきペア画像をペア1〜4のいずれかから任意に選択できる。このペア画像選択タグPIMTは、ペア数に応じた数(=4)だけ表示される。また、画像表示領域IMAの上部には補助メニューSMが設けられており、「ペア名称変更」、「基準点再設定」、「ユーザ設定変更」、「ウインドウ設置」等のコマンドを選択し得る。
【0026】
画像表示領域IMAの下側には作図領域DRAが設けられ、ペア1〜4の8枚の画像に基づいて作図された測量図(図中の道路の外形を示す実線L等)が描かれる。測量図は道路を鉛直上方から見た水平面図である。
【0027】
また、作図領域DRAにはターゲット位置RP1が点表示される。このターゲット位置RP1はターゲットTに設けられた基準点(34)により規定される。画像IM11、IM12において基準点(34)はそれぞれ像点RP1' 、RP1" として表示されており、これらの画像を1グループに設定した時点で、画像処理により両者の対応関係が定義される。その結果、基準点(34)の3次元座標が特定され、作図領域DRAにターゲット位置RP1として表示される。
【0028】
ターゲットTは撮影すべき範囲に応じて適宜移動され、作図領域DRAにおいてターゲット位置RP2で示される。ターゲット位置RP2はターゲット位置RP1を初期値とする相対座標で表され、この相対座標は、ターゲットTに内蔵されたセンサ( 図示せず) により測定され、ターゲットTからカメラに送信され、画像(デジタル画素データ)とともに記録されている。これにより、ペア1〜4を対応付けた時点で、異なるターゲット位置RP1およびRP2が同一の作図領域DRAに表示される。
【0029】
同一位置のターゲットTについて複数ペア(1ペアでもよい)の画像が撮影される。ペア1〜3は、ターゲットTがターゲット位置RP1に載置されたときに得られた画像である。同様にペア4の画像はターゲット位置RP2に載置されたターゲットTを写し込んでいる。
【0030】
測量図の作図に際しては、ペア画像中で対応する像点がマニュアルで指定される。詳述すると、画像IM11、IM12において、道路の第1の角の像点OP1' 、OP1" がマウスによりマニュアル指定されると、これら像点OP1' 、OP1" に対応した物点OP1の3次元座標が算出されるとともに、作図領域DRAに物点OP1が点表示される。また第2の角の像点OP2' 、OP2''をマウスによりマニュアル指定することにより、作図領域DRAに物点OP2が点表示される。
【0031】
このように、画像表示領域IMAと作図領域DRAを同一画面に表示し、像点を指定すべきペア画像を画像表示領域IMAに表示するとともに、作図領域DRAに測量図を表示することによって、ペア画像における像点の指定とそれに対応して表示される物点との対応が容易に確認できる。また、画像表示領域IMAには1グループの全画像が並列して表示されるので、撮影位置が容易に確認できる。特にオペレータが撮影者と同一であった場合には、撮影状況を容易に想起でき、作図作業の効率がさらに向上する。
【0032】
測量精度に関しては、ペアごとに有効図化範囲VRが定義され、この有効図化範囲VR内においては物点の精度が保証される。この有効図化範囲VRは、2枚の画像のそれぞれに対応して算出される2つの精度保証範囲を重ね合わせることにより得られ、各精度保証範囲はカメラの特性、カメラ位置および光軸方向等に基づいて算出される。
【0033】
図1の作図領域DRAには、画像表示領域IMAに表示されたペア1に対応する有効図化範囲VR1が一点鎖線で囲まれる領域として示され、ペア2〜4にそれぞれ対応する有効図化範囲VR2〜4が破線で囲まれる領域として示される。ただし、図1においてはこれらの有効図化範囲VR1〜4の境界線を表示しているが、非表示に設定することもできる。
【0034】
ここで、例えばペア選択タグPIMTにおいてペア4が選択されると、画像表示領域IMAの表示画像はペア1からペア4に切り替えられ、表示画像の切替えに連動して、有効図化範囲VR1が破線表示に変更されると共に、有効図化範囲VR4が一点鎖線表示に変更される。また、有効図化範囲VR4内の任意の点をマウスクリックして、有効図化範囲VR1、4の線種を変更し、線種変更に連動して画像表示領域IMAの表示画像をペア1からペア4に切り替えることもできる。なお、線種の変更ではなく、境界線の表示/非表示に設定してもよい。
【0035】
作図領域DRA内には、作図のためのメニューDRMが設けられ、このメニューDRMにおいて、「直線描画」、「多角形描画」、「直径指定円描画」、「半径指定円描画」、「補助点描画」、「入力完了」等のコマンドが選択される。例えば「直線描画」が選択されている場合、物点OP1およびOP2が連続して指定されると、この2点OP1、OP2を結ぶ直線L1が自動的に作成され、作図領域DRAに表示される。
【0036】
画像領域IMAおよび作図領域DRAの左側にはメインメニューMMが設けられ、メインメニューMM内にはコマンドメニューCM、倍率設定部MG、回転設定部RTおよび表示設定部DTが設けられている。コマンドメニューCMにおいては、「道路外形描画」、「当事者記号描画」、「図形記号描画」、「記号描画」、「文字描画」、「計測」、「記号、図形編集」、「元に戻す」、「消去」、「図面保存」、「印刷設定」、「図面印刷」、「図面校正」等のコマンドが選択可能である。倍率設定部MGにおいては、作図領域DRAに表示倍率を適宜設定し、回転設定部RTにおいては作図領域DRAに表示された測量図等を適宜回転指定し得る。また、表示設定部DTにおいて、有効図化範囲VRの表示/非表示の切替、境界線の線種、線幅、色等の変更が設定される。
【0037】
本実施形態では、作図領域DRAにおいて任意の点を指定したときに、その指定点が含まれる有効図化範囲VRに対応したペアの画像を表示し、これによってオペレータのマニュアル操作を大幅に効率化する。具体的に述べると、物点OP1を指定したい場合、作図領域DRAにおいて物点OP1あるいはその近傍の任意の点SPにカーソル(図中、黒塗り矢印で示される)をマウスにより移動させ、この状態でクリック、あるいはキーボードのキー操作等のトリガアクションを実行する。この状態では、作図領域DRAにおける物点OP1の正確な位置は未知である。カーソルで示される指定点SPは3つの有効図化範囲VR1、VR2およびVR3にそれぞれ含まれており、トリガアクションに応じて有効図化範囲VR1、VR2およびVR3は順に一点鎖線に設定変更されて再表示される。同時に画像表示領域IMAにはペア1、2および3が順次切替えて表示される。
【0038】
なお、有効図化範囲VRの表示は、測量図がまったく描かれていない状態では有効であるが、図1のようにある程度測量図(実線L)が描かれると、重ねて表示されることになるため作図領域DRAが煩雑になる。この場合には表示設定部DTにおいて有効図化範囲VRを非表示に設定すればよく、非表示の設定時にはトリガアクションによって画像表示領域IMAの画像の切替表示のみが行われる。
【0039】
これにより、物点OP1の像点OP1' 、OP1" を指定するペアをペア1、2および3の何れかから任意に選択できる。図1においては像点OP1' 、OP1" をペア1において指定しているが、他のペア2、3によって指定しても十分に測量精度が保証される。
【0040】
像点の指定においては、画像上では建物の影になっていることがあり、有効図化範囲VR内にあっても実際には指定できないこともある。しかし、本実施形態のように、指定点に対して複数の有効図化範囲VRが存在する場合には、トリガアクションによって指定可能なペア画像が切替表示されるので、この中から指定すべきペア画像を容易に選択できる。
【0041】
従来では、オペレータが測量精度を考慮しつつ、充分な精度が得られる像点を含むペア画像を全ペア画像の中から選択していた。このため、オペレータには熟練度が要求されていた。しかし、本実施形態によると、オペレータは作図領域DRAで作図したい点SPを指定するだけでよく、この指定点SPに対応したペア画像が画像表示領域IMAに自動的に表示されるので、オペレータが像点指定のためのペア画像を選択する必要がなくなる。従って、作図したい物点に対応するペア画像上の像点を指定するマニュアル作業が簡便になり、作業効率が大幅に向上する。また、画像表示領域IMAに表示されるペア画像は、指定点SPに関して測量精度が保証されているので、高精度の測量図が作図できる。
【0042】
また従来では、測量が広範囲に渡る場合、多数のペア画像からそれぞれ得られる測量図を接続するため、作図時点では得られた各測量図が測量範囲のどの位置を示すもののか識別しにくく、物点数を多く指定する必要があった。しかし、本実施形態によると、全ペア画像の作図領域を同一画面上に表示しているので、異なるペア画像での物点指定が容易に行え、必要以上に物点指定を行う必要がなくなり、作業効率が大幅に向上する。
【0043】
図2は写真測量画像処理装置の全体構成を示すブロック図であり、図1で表示内容を示した表示装置10の他に、キーボード、マウス等の入力装置12、メモリカード等の画像記憶媒体13およびCPU14を有し、これらは直接または間接的にバス15に接続されている。
【0044】
CPU14には、入力状態管理部41、表示状態管理部42、エリア演算制御部43およびデータ管理部44が設けられ、必要な管理、演算、処理を実行する。入力装置12には、バス15に接続された入力装置制御装置17が接続され、これによって入力装置12からの入力がバス15に転送され、また入力装置12の入力モード等が設定される。画像記憶媒体13はメモリカードリーダ等の記憶媒体制御装置18に挿入され、これによって画像記憶媒体13に格納された写真データ(図3)が適宜読み出される。
【0045】
さらにバス15には作業メモリ19、表示メモリ20が接続され、作業メモリ19はCPU14による演算、処理におけるキャッシュメモリ等に使用され、表示メモリ20は表示装置10で表示すべき内容(図1)を保持する。表示装置10には、バス15に接続された表示装置制御装置16が接続され、表示メモリ20内のデジタルデータが表示装置10のためのアナログRGB信号に変換される。
【0046】
CPU14の入力状態管理部41は入力装置12の設定を管理し、また入力された情報、例えばマウスの座標、キーボードから入力された文字等を所定のデジタルデータに変換する。表示状態管理部42は表示装置10に表示すべき内容を管理し、表示に関する設定の変更等があったときには表示内容を変更する。エリア演算制御部43は後述する画像処理、座標算出等に使用される。データ管理部44は画像記憶媒体13から読み込んだデータ内容を管理し、また図1の画面で設定されたペア画像の設定内容、これに基づいて作成された種々の座標データ、作図された測量図のデータ等を管理する。
【0047】
図3は画像記憶媒体13に格納される測量写真データのフォーマットを示す図であり、複数の写真データ(図3ではn−2番目〜n+1番目の写真データが示されている)が順次格納される。1個の写真データ(n番目)はヘッダHと画像データIMDよりなり、隣接する写真データとの区切りのため、画像データIMDの後に予備のスペースSPSが設けられている。画像データIMDはデジタル画素データ列である。
【0048】
ヘッダHは画像名H1、識別番号H2、撮影日・撮影条件H3、回転角・移動量H4等を含む。画像名H1およびH3の撮影日はカメラにおいてマニュアルで入力される。識別番号H2は、例えば撮影ごとに1ずつインクリメントされる撮影位置番号と、ターゲットTが移動した際に1ずつインクリメントされるターゲット位置番号とを含み、先だって行われるマニュアル操作によるペア画像の選定や、有効図化範囲の算出等に用いられる。H3の撮影条件は撮影時にカメラから入力され、カメラの焦点距離f、水平および垂直方向の画角ΘhおよびΘv、CCDの分解能rp等が含まれる。H4の回転角には撮影時におけるターゲットTの水平面上の回転角および方位が含まれ、移動量は前述したように最初のターゲット位置RP1(図1)からの移動量である。これら回転角および移動量は、画像に含まれるターゲットTからカメラに送信される。
【0049】
次にターゲットTを用いたカメラ位置の算出方法を説明する。図4は、カメラによる画像IM11(図1)の撮影状況を示す斜視図であり、図5は同撮影状況における画像と被写体の関係を示す斜視図であり、図6は画像IM11の概念図である。カメラ50は図示しないCCDによって光学画像を電子画像に変換する。
【0050】
図4においては、カメラ50によって画角(FFでその境界を示す)内にターゲットTが捕らえられている。ターゲットTには基準点を示す基準点部材32、34、36が設けられる。ターゲットTは基準点32、36を端点とし、基準点34を角部とする直角のL字型に形成される。基準点32、34間の長さ、および基準点34、36間の長さはともに長さLTとする。なお図中、点Mはカメラ50の撮影光学系の後側主点位置(カメラ位置)を示し、一点鎖線Oはカメラ50の光軸を示す。
【0051】
図5に示すように、ターゲットTをカメラ50の結像面F上に結像した状態においては、光軸Oはカメラ位置Mを通り、結像面Fの撮影中心Cを通過し、結像面Fに投影された基準点32、34、36の像点p1、p2、p3は、カメラ位置Mと各基準点32、34、36とを結ぶ直線上にそれぞれ位置する。
【0052】
図5および図6に示すように、結像面Fには撮影中心Cを原点(0,0)とする写真座標系(Xp,Yp)が設定され、この写真座標系において像点p1、p2、p3の2次元座標は、それぞれp1(xp1,yp1)、p2(xp2,yp2)、p3(xp3,yp3)である。
【0053】
また、図5において、カメラ位置Mを原点(0,0,0)とする3次元座標系がカメラ座標系(Xc,Yc,Zc)として設定されており、Xc軸およびYc軸はそれぞれ写真座標系のXp軸およびYp軸に平行であり、Zc軸は光軸Oに一致する。
【0054】
カメラ座標系における基準点32、34、36の3次元座標をPci(Pcxi,Pcyi,Pczi)(ただし、i=1〜3)と定義すると、像点である写真座標pi(xpi,ypi)と基準点のカメラ座標Pci(Pcxi,Pcyi,Pczi)との関係は式(1)および式(2)により示される。なお、式(1)および式(2)において、fはカメラ50の焦点距離である。
【数1】
【0055】
さらに、図5において、ターゲットTの基準点34を原点とする3次元座標が第1シーン座標系(Xs,Ys,Zs)として設定される。第1シーン座標系のXs軸、Zs軸は基準点34、32、基準点34、36の辺にそれぞれ沿っており、Ys軸はXs軸、Zs軸に対して垂直である。ターゲットTが傾斜面に置かれたときには、そのXs軸、Zs軸の水平面に対するそれぞれの回転角(図3のH4)が画像データとともに記録されており、これによりXs軸およびZs軸の傾きが補正される。従って、Ys軸は鉛直方向に、Xs−Zs平面は水平面に一致せしめられる。
【0056】
ここで、第1シーン座標系におけるカメラ位置Mの座標を(ΔX,ΔY,ΔZ)、光軸Oの傾きを(α,β,γ)と定義すると、カメラ座標Pci(Pcxi,Pcyi,Pczi)とシーン座標Psi(Psxi,Psyi,Pszi)との関係は、式(3)により示される。
【数2】
【0057】
なお、式(3)におけるRは回転行列であり、式(4)に示されるように、光軸O(Zc軸)の方向余弦cosα、cosβ、cosγで表される。また、式(3)におけるΔは、座標原点移動量であり、カメラ位置Mのシーン座標(ΔX,ΔY,ΔZ)に一致する。
【0058】
実際には、基準点部材32、34、36は白色、ターゲットTは黒色を呈し、画像記憶媒体13から画像IM11がCPU14に読み込まれると、2値化処理等の画像処理が施されて、基準点32、34、36が自動抽出されて、その写真座標pi(xpi,ypi)(i=1〜3)が求められる。また、第1シーン座標系における基準点32、34、36のシーン座標は、それぞれPs1(−LT,0,0)、Ps2(0,0,0)、Ps3(0,0,LT)である(図5)。これらの値により、逐次近似解法を用いて、シーン座標系におけるカメラ位置M(ΔX,ΔY,ΔZ)、光軸Oの傾き(α,β,γ)が算出される。
【0059】
カメラ位置M(ΔX,ΔY,ΔZ)および光軸Oの傾き(α,β,γ)からなる6つのパラメータを、カメラパラメータと呼ぶ。ペア1におけるもう一方の画像IM12のカメラパラメータも、同様の手法で求められる。
【0060】
次に、これら画像IM11および画像IM12のカメラパラメータに基づいてペア1の測量精度が評価される。測量精度を評価するために、さらにカメラの垂直方向の画角Θv、水平方向の画角Θh、カメラ50のCCDの分解能rpが用いられる。これら3つのパラメータは図3のヘッダH(撮影条件)に格納されている。以上のパラメータによって、水平面(シーン座標系におけるXs−Zs平面)における有効図化範囲VRが決定される。
【0061】
図7はシーン座標系におけるカメラ位置Mおよび画角Θvを模式的に示す側面立面図であり、カメラ50は地面GLから高さΔY(ΔのY成分)の位置に存在し、Xs軸に対する光軸Oの傾きがαであることが示されている。ここで、カメラ50から地面に下ろした垂線の足をCOとし、画角の境界FFと地面との交線CRLから垂線の足COまでの最短距離をLnとすると、Lnよりもカメラ50に近い領域は充分な測量精度が得られない。このLnを精度保証手前限界という。この精度保証手前限界Lnは式(5)により算出される。
【数3】
【0062】
図8は1台のカメラに関する精度保証範囲を示す平面図であり、基準点34を原点とするシーン座標系のXs−Zs平面上に、カメラ位置M(ΔX,ΔZ)、精度保証手前限界Ln、光軸O、画角境界FFが示されている。図1に関連して説明したとおり、画像は1対ずつをペア画像として作図に使用されるが、これら2つのカメラ位置Mの距離(基線長)をBとする。ここで許容誤差を予め定められた値AEとすると、精度を保証し得る遠方の距離の限界Lf(精度保証奥行限界)は式(6)により算出される。
【数4】
【0063】
光軸Oに関して水平方向の画角Θhだけ広がる領域を精度保証手前限界Lnおよび精度保証奥行限界Lfで区切ると、カメラ位置Mから遠方に向かって広がる台形の領域が得られ、この領域を精度保証範囲AAAと呼ぶ。
【0064】
許容誤差AEは適宜変更可能であり、高精度な測量図を得たい場合には小さい値に設定される。この場合、精度保証奥行限界Lfの値が小さくなり、精度保証範囲AAAも縮小される。一方、測量図の精度があまり要求されない場合には許容誤差AEが大きい値に設定され、これにより精度保証範囲AAAは拡大される。
【0065】
図8は光軸OをZs軸に平行であるとみなして(近似して)表現してあるが、光軸OのYs軸周りの回転を考慮すると、図9に示すように精度保証範囲AAAはM(ΔX,ΔY)を中心に角度βだけ回転したものとなる。
【0066】
以上の精度保証範囲AAAは1枚の画像ごとに算出され、各ペア画像についてそれぞれ2つの精度保証範囲AAAが得られる。これら2つの精度保証範囲AAAに基づいて、1つの有効図化範囲VRが決定される。なお、本実施形態においては精度保証範囲AAAは演算により求められているが、オペレータが精度保証限界Ln、Lfおよび画角Θhを任意の値に定めることにより、精度保証範囲AAAを定めてもよい。
【0067】
図10は、有効図化範囲VRを生成する方法を示す概念図であり、シーン座標系のXs−Zs平面図である。画像IM11およびIM12のそれぞれに対応する2つのカメラ位置がM1およびM2で示され、その光軸が一点鎖線O1およびO2で示される。同図にはカメラ位置M1およびM2に関する精度保証範囲AAA1、AAA2が重なった状態で存在しており、2つの精度保証範囲AAA1、AAA2が重なる領域が有効図化範囲VR1に定められ、その境界が一点鎖線で示される。この有効図化範囲VR1内では2枚の画像の測量結果を総合して使用するときに精度が保証され、高精度の測量図を作成し得る。
【0068】
なお有効図化範囲VR1の生成に際しては、精度保証範囲AAA1およびAAA2をラベル画像として生成しておき、2つの精度保証範囲AAA1、AAA2の双方に有意なラベル値(背景画素でないラベル値)が存在するシーン座標について所定の新たなラベル値を生成する。そして、この新たなラベル値によって生成された図形を有効図化範囲VR1として定義する。
【0069】
ペア1に関しては、2枚の画像IM11およびIM12について、1つの有効図化範囲VR1が算出される。同様に、ペア2〜4についても、それぞれ有効図化範囲VR2〜4が算出される。しかし、シーン座標系は個々のターゲット位置RP1、2を基準としており、別個の座標系である。従って、図1に示す1つの作図領域DRAにおいて全ての有効図化範囲VRを対応付けるためには、全ペア画像の座標系を統一する必要がある。ここでは第1シーン座標系を基準座標に定め、第2シーン座標に座標変換を施している。
【0070】
図11は、第2シーン座標系(Xs' ,Zs' )の有効図化範囲VR4(Xs,Zs)を基準座標(有効図化範囲VR1)に座標変換する状況を示す概念図である。ターゲット位置RP1からターゲット位置RP2への相対移動量を(Xdp,Zdp)、Xs軸に対するXs' 軸(あるいはZs軸に対するZs' 軸)の回転角をξとすると、その変換式は式 (7)のとおりとなる。なお、この相対移動量および回転角は、ヘッダHに記録されたパラメータに基づいて求められる。
【数5】
【0071】
この座標変換により、有効図化範囲VR4が基準座標(Xs,Zs)で表される。なお、ターゲット位置RP1に対してターゲット位置RP2の鉛直方向の移動がある場合には、ヘッダHに記録されたパラメータに基づいて適宜補正されるが、実際には無視できる程度の誤差である。
【0072】
以上の処理により、1つの作図領域DRA(図1)において全ての有効図化範囲を定義することができる。
【0073】
図12〜図14のフローチャートおよび図15を参照して、CPU14(図2)において実行される、任意の指定点SPを含む有効図化範囲VR(図1)に対応したペア画像を切替表示するための画像切替表示処理ルーチンについて説明する。図15は、図1に示す作図領域DRAの拡大図である。
【0074】
写真測量画像処理装置においては、入力装置12(マウス)によって画面上を移動するカーソルの位置を常時検出しており、カーソルが作図領域DRA内にあり、かつカーソルの移動あるいは所定のトリガアクションの実行が検出されると、画像切替表示処理ルーチンが実行され、トリガアクションの回数に応じた画像切替表示が行われる。トリガアクションは例えばマウスのクリック、またはキーボードの所定キーのヒットである。
【0075】
ここでは、一例として、図15の領域RR1にカーソルが移動した後に初めてトリガアクションが実行されたときの処理流れについて説明する。カーソルが移動すると、トリガアクション回数をカウントするための変数であるトリガアクション回数TRは、初期値0に初期化される。
【0076】
カーソルが領域RR1内の所定位置( 指定点SP) を指し示しているときにトリガアクションが行われると、ステップS101が実行され、トリガアクション回数TRが1だけインクリメントされ、TR=1となる。
【0077】
次に、ステップS102において、画面上におけるカーソルの座標が、図11で示した基準座標系(Xs,Zs)に変換され、これによってカーソルの座標が作図領域DRAにおける指定点SPの基準座標に対応させられる。
【0078】
ステップS103において、定義済みのペアの数(=4)が変数jmaxに代入されるとともに、ループカウンタjが初期化され、初期値「1」が代入される。このループカウンタjは全ペアについてその有効図化範囲VRが指定点SPを含むか否かを判定するための変数である。
【0079】
次に、ステップS104からステップS109がj(=4)回だけ実行され、ペア1〜4の有効図化範囲VR1〜4の内、指定点SPを含むもの(ペア1、3、4)だけが候補スタックに格納される。
【0080】
詳述すると、順次インクリメントされるj(ステップS109)について、ペアjの有効図化範囲VRjが算出され(ステップS105)、その有効図化範囲VRjに指定点SPが存在するか否かが判定される(ステップS107)。指定点SPが有効図化範囲VRj内に存在したときはそのペアjが候補ペアとして候補スタックに格納されるとともに、格納された候補総数が変数Nに代入される(ステップS108)。指定点SPが有効図化範囲VRj内に存在しなかったときは候補スタックに格納されない。その後、jがインクリメントされて(ステップS109)、全ペアの判定が完了したか否かが判定される(ステップS104)。
【0081】
候補スタックにおいては、図16に示すように、格納された候補ペアjに対してインデックスが0から順に付されている。
【0082】
ステップS104において全ペア1〜4の判定が完了したと判定されると、ステップS110からステップS113が実行され、指定点SPを含む有効図化範囲(VR1、VR3およびVR4)に対応した画像ペア(ペア1、ペア3およびペア4)が切り替え表示される。
【0083】
詳述すると、候補ペアの有無が判定され(ステップS110)、候補ペアがない場合には画像切替表示処理ルーチンを終了する。候補ペアがあると判定されると、トリガアクション回数TR(=1)を候補総数N(=3)で除算したときの剰余(=1)が算出され、変数numに代入される(ステップS111)。インデックスが変数numに一致する候補ペア(ペア3)が表示すべきペアに設定され(ステップS112)、画像表示領域IMAの表示画像が初期表示されているペア1からペア3に切替えられる(ステップS113)。以上により、画像切替表示処理ルーチンが終了する。
【0084】
図17は、トリガアクション回数TR、変数num、および切替表示されるペアの関係を示す表である。候補総数N=3の場合、トリガアクション回数TR=1ならば変数num=1、TR=2ならばnum=2、TR=3ならばnum=0である。このように、変数numはトリガアクション回数TRに応じて1、2、0、1、2、0・・・と最大値を(N−1)として周期的に変化する。これに応じて、画像表示領域IMAの表示されるペア画像は、ペア1、ペア3、ペア4、ペア1・・の順に順次切り替えられる。従って、トリガアクション毎に候補ペアを順次切り替え表示することができ、任意のトリガ回数に対して確実にいずれかのペアを指定し得る。
【0085】
図15を参照すると、ハッチングで示される領域RR1は3つの有効図化範囲VR1、3および4が重なり合う領域であり、この領域RR1内で指定点SPが指定されると、上述したようにペア1、3および4がトリガアクションごとに切替表示される。ハッチングで示される領域RR2内の物点OP1を作図したい場合には、領域RR2内で任意の点を指定すれば、ペア1、2および3の中から像点指定が容易なペア画像を選択できる。同様に、物点OP2を作図したい場合には、その近傍の点を指定すればよいが、物点OP2の周囲の領域RR3(ハッチングで示される)は有効図化範囲VR1のみで構成されるので、トリガアクションを何度実行しても、画像表示領域IMAにはペア1のみが表示される。
【0086】
このように、作図領域DRAでの指定点SPに対応した候補ペアの画像を表示し得るので、物点指定に最適なペアを容易に選択でき、マニュアル作業を効率化し得る。また候補ペアからのペア選択は単純なトリガアクションであり、その操作性は高い。
【0087】
次に本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態では、共通のターゲットTを含む画像が4枚であり、この4枚の画像が1つのグループに定義されること以外は、第1実施形態と実質的に同じである。第1実施形態と同じ構成については説明を省略する。図示しないが、画像表示領域IMAには、1グループの4枚の画像が並列して表示される。
【0088】
図18は4つの精度保証範囲AAA1〜4から有効図化範囲VRを算出する状況を示す図であり、第1実施形態の図10に対応している。まずカメラ位置M1およびM2における画像から精度保証範囲AAA1、AAA2が決定され、カメラ位置M3およびM4における画像から精度保証範囲AAA3、AAA4が決定される。2枚の画像から2つの精度保証範囲を求める手法は第1実施形態と同じである。
【0089】
これら4つの精度保証範囲AAA1、AAA2、AAA3およびAAA4が全て重ね合う領域が有効図化範囲VRに定められ、図中その境界が一点鎖線で示される。
【0090】
第2実施形態によると、より高精度の有効図化範囲VRを定義でき、高精度な測量図が得られる。
【0091】
【発明の効果】
前述のとおり、本発明によれば、作図に使用する最適なペア画像を容易に選択し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る写真測量画像処理装置の第1実施形態における表示装置の表示画面を示す概念図である。
【図2】 写真測量画像処理装置の全体構成を示すブロック図である。
【図3】 図2に示す画像記憶媒体に格納される写真データのフォーマットを示す概念図である。
【図4】 図2に示す写真測量画像処理装置で処理される画像の撮影状況を示す斜視図である。
【図5】 図4に示す撮影状況における画像、カメラ位置およびターゲットの関係を模式的に示す斜視図である。
【図6】 図4に示す撮影状況により得られた画像を示す概念図である。
【図7】 図6の画像に基づいて求められる精度保証手前限界を決定する処理を示す概念図であって、カメラ位置およびその垂直方向の画角を示す図である。
【図8】 図6の画像に基づいて求められる精度保証範囲を示す水平面図である。
【図9】 図8に示す精度保証範囲を回転変換した状態を示す概念図である。
【図10】 2つの精度保証範囲から有効図化範囲を決定する処理を示す概念図である。
【図11】 1つのシーン座標系を基準座標系に変換する状況を示す概念図である。
【図12】 図2に示すCPUにおいて実行される画像切替表示処理ルーチンの第1の部分を示すフローチャートである。
【図13】 画像切替表示処理ルーチンの図12に続く第2の部分を示すフローチャートである。
【図14】 画像切替表示処理ルーチンの図13に続く最後の部分を示すフローチャートである。
【図15】 図1に示す作図領域DRAの部分拡大図である。
【図16】 候補スタックにおけるインデックスと候補ペア番号との関係を示す表である。
【図17】 トリガアクション回数TRと、変数numと、表示するペアとの関係を示す表である。
【図18】 本発明に係る写真測量画像処理装置の第2実施形態を示す図であって、4つの精度保証範囲から有効図化範囲を決定する処理を示す概念図である。
【符号の説明】
10 表示装置
12 入力装置
13 画像記憶媒体
43 エリア演算部
IMA 画像表示領域
DRA 作図領域
IM11、IM12 画像
VR、VR1〜VR4 有効図化範囲
AAA、AAA1、AAA2 精度保証範囲
M、M1、M2 カメラ位置
O、O1、O2 光軸
T ターゲット
SP 指定点
Claims (14)
- 所定位置のターゲットを共通に含む複数の画像を同一グループに定義し、各画像について撮影したカメラの位置およびその光軸の傾きを算出し、前記画像内の共通の物点を当該各画像について指定し、前記物点の3次元座標を算出し、この3次元座標に基づいて測量図を生成する写真測量画像処理装置において、
前記グループの全画像を表示し得る画像表示領域と、前記測量図を表示し得る作図領域とを有する表示手段と、
前記作図領域に設定される前記グループの有効図化範囲を、前記カメラ位置および前記光軸傾きに基づいて算出するエリア演算手段と、
所定のグループの画像を前記画像表示領域に表示させるとともに、前記所定グループの有効図化範囲を前記作図領域に表示させる制御手段と
を備えたことを特徴とする写真測量画像処理装置。 - 前記画像表示領域において、前記グループの複数の画像が水平方向に並べて表示されることを特徴とする請求項1に記載の写真測量画像処理装置。
- 前記表示手段の同一表示画面に前記画像表示領域および前記作図領域が表示され、この表示画面において前記画像表示領域の下側に前記作図領域が位置することを特徴とする請求項1に記載の写真測量画像処理装置。
- さらに前記画像表示領域に表示させる画像のグループを指定する第1の入力手段を備え、前記第1の入力手段によって任意のグループが指定されることにより、指定されたグループの前記有効図化範囲が前記作図領域に表示されることを特徴とする請求項1に記載の写真測量画像処理装置。
- さらに前記作図領域内の任意の指定点を指定する第2の入力手段を備え、前記第2の入力手段によって前記作図領域内で指定点が指定されることにより、この指定点を含む有効図化範囲に対応した前記グループの画像が前記画像表示領域に表示されることを特徴とする請求項1に記載の写真測量画像処理装置。
- 前記指定点を含む前記有効図化範囲が複数存在するときに、前記第2の入力手段のトリガアクションによって複数の前記有効図化範囲の内の1つが任意に選択され、選択された前記有効図化範囲に対応するグループの画像が前記画像表示領域に表示されることを特徴とする請求項5に記載の写真測量画像処理装置。
- 前記エリア演算手段において、前記各画像に対応して精度保証範囲が算出され、この複数の精度保証範囲を重ね合せた領域が前記有効図化範囲に定められることを特徴とする請求項1に記載の写真測量画像処理装置。
- 前記精度保証範囲が、前記カメラ位置および所定の許容誤差に基づいて求められることを特徴とする請求項7に記載の写真測量画像処理装置。
- 前記カメラが撮像素子を備え、この撮像素子により光学画像が電子画像に変換され、前記精度保証範囲が前記撮像素子の分解能を加味して求められることを特徴とする請求項8に記載の写真測量画像処理装置。
- 地面を鉛直上方から見た水平面図が前記測量図として前記作図領域に表示され、
前記精度保証範囲が、地面上において、カメラの光軸に垂直でありカメラから精度保証手前限界および精度保証奥行限界だけそれぞれ離れた2本の平行線と、地面と水平方向の画角の範囲が地面と交差する線とにより囲まれる領域に定められ、
前記精度保証手前限界が、前記カメラの垂直方向の画角の範囲が地面と交差する線と、前記カメラから地面に下ろした垂線との最短距離であり、
前記精度保証奥行限界が、前記撮像素子の分解能に対応した長さが許容誤差に等しくなる距離であることを特徴とする請求項9に記載の写真測量画像処理装置。 - 前記各グループは2枚の画像を含むことを特徴とする請求項1に記載の写真測量画像処理装置。
- 前記グループが複数設けられ、各グループの座標系が前記ターゲットに設けられた基準点によって定められるとともに、各グループの座標系がいずれか1つのグループの座標系に座標変換されて、全グループの座標系を統一し得ることを特徴とする請求項1に記載の写真測量画像処理装置。
- 所定位置に設けられ、初期状態からの移動量および回転角を出力し得る所定形状のターゲットを共通に含む複数の画像を同一グループに定義し、前記各画像について撮影したカメラの位置およびその光軸の傾きを算出し、前記画像を表示手段の画像表示領域に表示するとともに、画像表示領域内で当該各画像について共通の物点を指定し、この物点の3次元座標を算出し、この3次元座標に基づいて測量図を生成し、前記表示手段の作図領域に測量図を表示する写真測量画像処理方法において、
前記グループに含まれる各画像のカメラ位置および光軸傾きから各画像の精度保証範囲を算出する第1のステップと、
各グループの画像の精度保証範囲を重ね合せた領域を各グループの有効図化範囲として算出する第2のステップと、
所定のグループの画像を前記画像表示領域に表示させるとともに、前記所定グループの有効図化範囲を前記作図領域に表示させる第3のステップと
を備えることを特徴とする写真測量画像処理方法。 - 所定位置に設けられ、初期状態からの移動量および回転角を出力し得る所定形状のターゲットを共通に含む複数の画像を同一グループに定義し、前記各画像について撮影したカメラの位置およびその光軸の傾きを算出し、前記画像を表示手段の画像表示領域に表示するとともに、画像表示領域内で当該各画像について共通の物点を指定し、この物点の3次元座標を算出し、この3次元座標に基づいて測量図を生成し、前記表示手段の作図領域に測量図を表示する写真測量画像処理プログラムにおいて、
前記グループに含まれる各画像のカメラ位置および光軸傾きから各画像の精度保証範囲を算出する精度保証範囲算出ルーチンと、
各グループの画像の精度保証範囲を重ね合せた領域を各グループの有効図化範囲として算出する有効図化範囲算出ルーチンと、
所定のグループの画像を前記画像表示領域に表示させるとともに、前記所定グループの有効図化範囲を前記作図領域に表示させる表示ルーチンと
を備える写真測量画像処理プログラムを格納していることを特徴とする記憶媒体。
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