JP3981644B2

JP3981644B2 - 原図転写方法及びそれに用いるカメラ画像補正処理装置

Info

Publication number: JP3981644B2
Application number: JP2003086217A
Authority: JP
Inventors: 修大川内
Original assignee: OMI CO., LTD.
Current assignee: OMI CO., LTD.
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004295423A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラを用いて平面上に置かれた原図を撮影し、前記原図と重ね合わせ可能な正確な転写図面を得ることができる原図転写方法及びそれに用いるカメラ画像補正処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルデータで描写された地図データ等については、それなりの正確さが必要であり、平面座標ＸＹ上で正確に描写された地図データ等の図面を正確に転写するには、イメージスキャナ及びプリンタ等によるコピー装置にひずみ除去手段が講じられていなければならない。
【０００３】
図面専用のコピー装置には、このひずみ除去手段が講じられたものがあるが、Ａゼロ版のような大型図面を処理する必要性があることから装置自身が大掛りで、大変高価な機械となっており、一般の企業、測量会社、設計会社には導入できない状況である。
【０００４】
ひずみ除去の手段としては、一般的に確立された手法に加え、さらに特許公開平６−３５９８２号公報（図面管理方式）、特許公開２０００―２４４７１７号公報（画像入力装置及び画像入力装置の構成方法）、特許公開２００３―５６２８号公報（写真画像処理装置）等、各種場合に応じた様々な手法が提案されている。
【０００５】
参考例として示すと、特許公開平６-３５９８２号公報に示される図面管理方式は、図面枠の空間微分等を行う専用装置を用いて、図面の基準点（基準座標点）を高速に検出可能とすると共に、図面の入力角度の傾きを高速に補正できるようにしたものである。
【０００６】
特許公開２０００―２４４７１７号公報に示される画像入力装置及びその構成方法は、良質な画像を得ることを主眼にするとハンドスキャナ等が大型化してしまい、小型化しようとすると画質が犠牲になってしまうことから、縮小光学系に画角を広げたレンズを用い、間引き処理等を行うというものである。
【０００７】
特開２００３―５６２８号公報の写真画像処理装置は、地図データにおいて俯瞰的な立体感を得るために、地図上の建物輪郭の位置と、写真画像に描かれた建物の屋上投影部分とが合致するように描画するというものである。
【０００８】
一方、地積測量を目的として法務局に保管されている国土調査図を参照する場合、この国土調査図は持出しが禁止されているため、熟練者であるトレーサを派遣して、原紙に半透明用紙を掛け、トレースを行い、これを持ち帰り使用していた。
【０００９】
また、これらの場合、第三者が所有する図面を汚してはならず、基準点記入も許されない場合も多い。
【００１０】
一方で、近年デジタルカメラが急速に普及しており、４メガピクセルを超えるＣＣＤセンサを備えたものが、民生用として非常に手ごろな価格で販売されている。デジタルカメラは、８ｍｍ程度の大きさのＣＣＤで撮像するため、フィルムカメラに比べて、撮像範囲が極めて狭いので、レンズの収差もフィルムと比べると小さい。従って、高性能レンズと組み合わせたデジタルカメラは、計測用のカメラとしてもある程度利用できると期待される。イメージスキャナの代替に、デジタルカメラを使うことができれば、様々な現場において即座に地図の画像を取得でき、利便性が向上するに違いない。
【００１１】
しかし、デジタルカメラにより撮影された画像は、レンズ固有の光学的性質に起因する歪曲収差の影響による「樽型歪み」、平らな紙面を斜め上から撮影した場合に発生する「平面透視」等の影響により、平面スキャナ等で作成した画像と比較すると精度が著しく劣る。
【００１２】
イメージスキャナの代替にデジタルカメラを用いるとなると、デジタルカメラを鉛直下向きにセットし、図面を撮影することが要求される。しかし、その条件を満たすためには、三脚と水準器を用いる必要があり、手軽に撮影することはできない。図面をデジタルカメラで撮像し、カメラのひずみを取って転写図面を作成しようとする場合、カメラ位置を固定して正確に真上から方向性を定めて写真撮影することが条件であり、かつその手法を正規化した上で相応のひずみ除去手段を講じなければならず、個別対応にて、多くの手間及び費用を必要とし、実用化が難しいという問題点があった。
【００１３】
【特許文献１】
特許公開平６−３５９８２号公報、第１頁、図１
【００１４】
【特許文献２】
特許公開２００２−２４４７１７号公報、第１頁、図１
【００１５】
【特許文献３】
特許公開２００３−５６２８号公報、第１頁、図１
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術に鑑みて、本発明は、図面上に汎用性のある基準点となるマークを置き、平面上に置かれた原図面を携帯可能なデジタルカメラで任意の方向から手軽に撮影し、これを歪補正を含めて画像処理することにより、通常のプリンタを用いて容易かつ正確に原図に重ね合わせが可能な転写図面を得ることができる図面転写方法及びそれに用いるカメラ画像補正処理装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することができる本発明の原図転写方法は、平板上に配置された原図上に任意の数の基準点を印し、その上に半透明基準点位置認識体を置き、前記原図を任意の方向から携帯可能なデジタルカメラで撮影し、
前記基準点を基準として前記方向及び前記カメラのレンズ収差による誤差を補正し、
補正されたデジタルデータをプリントアウトして前記原図と重ね合わせの可能な転写図面を得ることを特徴とする。
【００１８】
原図上に印す基準点は、補正されたデジタルデータを示す座標上の基点となるので、最低四隅の４点が必要で、好ましくは、これに中間点を含める。各基準点間の距離は、原図ものと一致させる。
【００１９】
例えば、国土調査図には、元々基準点が十字マークで示されている。しかし、この十字マークをそのまま基準点として利用するのは難しい。十字マークと誤認するマークも多数存在し、十字マークが基準点であると規定することには、汎用性も無いからである。従って、基準点は、本発明で規定する基準点、即ち本発明で汎用性を持たせて規定した基準点であって、これをデジタルカメラで撮影した画像の中で認識できるものとされなければならない。それ故に、本発明では、基準点を意識的に印すことが条件とされる。
【００２０】
基準点を印す場合、原図を汚さないこと、0.1ｍｍ以下の位置精度で正確に印すことが必要である。このためには、原図上に基準点に採用可能な位置を示す記号が存在する場合には、その位置に基準点位置認識体として、例えば半透明のカラーマークを被せて印すことができる。部分的に、例えば丸印で示されるカラー部分に存在する十字マークを読み取り、十字マークの交点を基準点に定めることもできる。基準点の数は、補正処理するためには未知数の数（例えば８）だけ必要である。ただし、カメラ認識位置から基準点を自動設定できる場合には、基準点数は１、又は４以上の適数で良い。
【００２１】
また、前記原図にその下方の基準点を透かせて見せることができる透明シートを載せ、その透明シートに基準点の存在を示すカラーマークを施すこともできる。
【００２２】
図面上に十字マークによる基準点を示すのが難しい場合には、十字マークを施した半透明カラーフィルムを用い、このカラーフィルムに書かれた十字マークの中心を基準点に合わせて置き、これをデジタルカメラで撮影すれば良い。認識のための色は、赤、青、緑、その他任意に規定することができる。
【００２３】
デジタルカメラによる撮影方向は任意で良く、三脚も不要である。通常の撮影手法の通り、カメラを手に持って固定し、気軽に、通常通りシャッタを押せば良い。
【００２４】
一般に図面は平面なので、デジタルカメラで図面を撮影した場合、得られた画像の座標係は、２次元の射影変換で変換できる。また、デジタルカメラを用いた場合、レンズ歪みを考慮する必要が有るが、フィルムの平面性を考慮する必要がないのが利点である。レンズ歪みは、基本的に放射方向歪曲収差であるため、収差ｄは、入射角θとカメラ主点からの距離をr、定数Ｃ_０を用いて次数式１で表すことができ、容易に補正できる。これら補正の内容については、本発明の実施の形態で詳述する。
【００２５】
【数１】

また、本発明のカメラ画像補正処理装置は、請求項１〜３に記載の原図転写方法に用いることのできるカメラ画像補正処理装置であって、
前記デジタルカメラで撮影した画像の中から前記半透明基準点位置認識体を認識する基準点位置認識手段と、
前記認識手段で認識された基点位置の中から基準点を抽出し、自己の座標上の基準点を定める座標基準点決定手段と、
前記座標基準点決定手段で決定された各基準点間で前記原図に合わせた補正を行う座標補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
本発明のカメラ画像補正処理装置は、上記原図転写方法において示した前記半透明基準点位置認識体を認識する基準点認識手段と、この認識した基準点位置の中から基準点を抽出し、自己の座標上の基準点を定める座標基準点決定手段と、基準点間のデジタルデータを歪みの無いデータとする座標補正手段のみで構成され、極めてコンパクトに、かつ汎用性高く構成できるのが１つの特徴である。
【００２７】
従って、本発明のカメラ画像補正処理装置は、半導体チップに集約でき、カメラに一体化することも可能である。また、専用の小型補正装置として別体に構成できる。或は通常のパソコンやプリンタ装置にプログラムとして組み込むこともでき、さらには、各構成手段を各部分に分散配置することもでき、各種原図転写システムを構築できる。補正装置をカメラに組み込んだ場合、通常パソコン又はプリンタで容易に原図同様の図面を出力できる。専用の補正装置とした場合には、通常のデジタルカメラで撮影した画像を処理して通常のパソコン又はプリンタで出力できる。或は、パソコン又はプリンタへ組み込んだ場合には、デジタル処理カメラの画像を適宜縮尺し、当該パソコン又はプリンタでそのまま出力できる。
【００２８】
このように、本発明の原図転写方法及びカメラ画像補正装置を用いれば、全体で各種の図面転写システムを構築でき、デジタルカメラで容易に、任意の方向から、三脚なしで原図を手軽に撮影し、原図と重ね合わせが可能な正確な転写図面を得ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、未登記地面積自動確定処理の例を挙げ、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
まず、未登記地面積自動確定処理の概要について示すと、戦後の高度経済成長以来、我が国の社会資本設備は「国土の均衡ある発展」を目標に進み、目覚しい勢いで築き上げられ、基礎体力の強化に貢献してきた。特に道路は、国民生活、経済活動の最も基本的な社会資本であり、道路整備への要望は依然として高いことが現状である。ことに地方においての道路は、生活のライフライン、中央へのパイプ役として整備を急ぐ必要から、短期的な事業実施の効率性が最重要視されてきた。このことは、早期完成、事業費軽減のために、数多くの地区住民民有地を善意によって無償提供を受けて実現してきた。
【００３１】
このため、民有地を非課税にする登記が必要であったが、あまりの量の多さと担当職員数の不足で、登記未処理地が多く残っている状況となり、現在でも、善意の土地提供者に税負担をかけている状況である。また、担当者の配置転換、定年など様々な理由で、当時を知る者も少なくなっており、未登記地の場所の特定は容易に行えず、さらに平成１７年度の市町村合併により、未登記地処理が益々困難になってくると想定される。
【００３２】
従来の未登記地処理のための手順は以下の通りである。
【００３３】
▲１▼法務局に保管されている国土調査図は持ち出しが禁止されているため、トレーサ（熟練者）を派遣して、半透明用紙にトレースを行い、国土調査図の基礎を作成する。
【００３４】
▲２▼各自治体に保持されている道路台帳現況図をコピーし、道路台帳現況図を作成する。
【００３５】
▲３▼縮尺の違う国土調査図、道路台帳現況図を同一の縮尺にするため、拡大、縮小コピーを繰り返し行い、双方を同一縮尺とする。図面が大きい場合には、専門の業者へ処理を依頼する。また、正確に配置ができるように双方の座標軸を同じにする。
【００３６】
▲４▼▲３▼で作成された同一縮尺の図面のうち、道路台帳現況図を半透明紙に写した道路台帳図を作成し、国土調査図と合わせて合成図を作り、分筆線の有無の確認を行う。
【００３７】
▲５▼分筆線の確認がとれない部分を未登記と推定し、自治体の税務課の固定資産台帳で地番照合を行い、課税の有無を調査し、課税されていれば、未登記地と判断する。
【００３８】
本発明では、これら手順の内、手順▲１▼のトレース部分を最も容易、かつ正確に実施できる原図転写方法及びそれに用いるカメラ画像補正装置を提供しようとするものである。
【００３９】
本発明方法の一実施形態を示すと、図１に示すように、平らな台１上に国土調査図面２を配置し、その上に厚さ0.3〜0.5ｍｍ位の薄い透明板３を載せる。
【００４０】
前記透明板３の上からは、図面２に印した十字マーク４が透けて見えるので、その十字マークの任意の点、例えば四隅と、その中間点に例えば赤色の丸いカラーマーク５を付けておく。カラーマーク５は、赤色でなくとも予め定めた色なら何でも良い。また、形状も必ずしも丸でなくとも良い。
【００４１】
しかる後、図示しないトレーサ（撮影者）は、デジタルカメラ６を手に持ち、任意の方向から、カラーマーク５を視野に入れて図面２の写真を撮る。
【００４２】
デジタルカメラ６で撮った画像は、カメラのＣＣＤセンサによるメモリ７に記憶されるので、それを取り出し、本発明のカメラ画像補正処理装置８を介し、測量演算装置９又はプリンタ１０により、転写図面１１を得ることができる。
【００４３】
測量演算装置９は、本実施形態が未登記地処理のためのものであり、ここでは、上記手順▲３▼〜▲５▼等を全自動で行うものである。
【００４４】
図２に示すように、カメラ画像補正処理装置８は、基準点認識手段１２と、座標基準点決定手段１３と、座標補正手段１４とを有する。
【００４５】
前記基準点認識手段１２は、メモリ７に取り込まれた画像の中からカラーマーク４を認識するものである。これは、カラーマークは丸い赤色であることの規約に基いて容易に認識できる。
【００４６】
前記座標基準点決定手段１３は、基準点認識手段１２で認識したカラーマーク４に基いて、それから十字中心位置を割り出し、これを画像上での座標基準点とするものである。
【００４７】
中間点については、カラーマークを通る線分上の十字マークであるとして、これを中間基準点に決定することもできる。正確には、カラーマーク５で中間点も基準点として示す。
【００４８】
次に、前記座標補正手段１４は、図３〜図５に示す手順にて座標補正をする。
【００４９】
図３は、２次元投影変換の幾何モデルを図に表したものである。ｘ、ｙを地図座標１５、u、vを画像座標１６としたとき、２次元の射影変換は、変換係数を（a₁〜a₈）として、次数式の２、３で表すことができる。即ち、画像座標１６上の基準点ＡＢＣＤＰは、地図座標１５上の点Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’Ｐ’に相当し、任意の交角θで撮影した画像座標１６から、地図座標１５を得ることができる。
【００５０】
【数２】

【数３】

高精度の位置合わせが必要な場合、基準点ＡＢＣＤＰ等は、対象範囲において遍在することなく選択する必要がある。また、最小二乗法を用いて統計的に処理するため、その数は未知変換係数の数の２〜３倍程度とすれば良い。このとき、最小二乗法によって変換係数が求まった際には、必ず誤差量を確認しておくべきである。誤差量が大きい場合には、基準点の情報を更新し、誤差量が小さくなるまで、システムの修正を行う。
【００５１】
次に、図４に示すように、画像座標１６Ａは、デジタルカメラの収差等による歪を有するので、デジタルカメラごとに樽型歪みを含めたレンズ情報を計測する。
【００５２】
図４に示したように、画像補正された図面データは、画像１６Ｂとして見た場合には、正規化されたデータであるが、測量で利用するためには、これを公共座標系に投影する必要がある。
【００５３】
そのため、図面に設定された図面固定方眼等を基準として、画像１６Ｂ全体に変換基準点を設定し、それをもとに図５に示すように、拡大縮小や回転又は移動のヘルマート変換を行い、正しい座標１６Ｃ上に図面を自動配置する。以上の処理により補正後の画像座標１６Ｃを得る。基本的には、点ＡＢＣＤを最小量に定める地図モデルを撮影し、各点を直線で結び、その直線と画像との誤差を求めて、メモリ７の画像座標u、vの歪みを求めておくことができる。さらには、この処理を省略すべく、図面４が国土調査図の場合には、基準点として認識可能な多数の十字マークが付けられているので、これに基いてデジタルカメラの歪みを同時的に求めることも可能である。
【００５４】
以上のようなカメラ画像処理装置８の一部又は全部は、デジタルカメラ６に内蔵することもできる。自己の歪みを補正する部分のみをカメラに内蔵し、その他の部分はカメラと別体とすることもできる。カメラ６に自己の歪みを補正する部分を内蔵した場合には、そのカメラ６で１枚の方眼原図を撮影し、一定規約で歪み補正ソフトを自己生成し、以後撮影する画像の補正を処理するようにすることもできる。
【００５５】
以上のようにして補正された画像座標１６Ｃは、測量演算装置９で測量演算され、必要に応じ、転写図面１１をプリンタ１０から出力することができる。転写図面１１とは、従来例で示したトレーサの転写図面と同様に原図である国土調査図面２と重ね合わせが可能な高精度の転写図面である。
【００５６】
測量演算装置９では、まず、道路台帳図より道路外郭線分を抽出し、その外郭内の分筆線に相当する線分を走査し、分筆線を取得できないものを未登記とし、測量対象区域を推定する。
【００５７】
分筆線確定のための面積調整をし、台帳に登録されている面積を元に図形の情報を調整する。面積の調整は、地理情報システムで取扱われているバッファリング手法により、ある図形を対象とした場合、その図形から一定距離（バッファ距離）外側にある図形を作成し、これをバッファエリアとする。
【００５８】
本システムでは、図６（a）に示すように、まずノード１７とアーク１８で図形を形成し、継いで図６（ｂ）に示すように、各ノード１７において、半径Ｒの円１９を描き、図６（ｃ）に示すように、描かれた隣り合う円同士を接線で連結する。
【００５９】
最終的には、最も外側の線を利用して、バッファリングが完成する。隣り合う２つの円の接線２０に囲まれた部分をポリゴン（画地情報）とし、そのポリゴンを逐次重ね合わせることで面積を調整する。半径Ｒを小さい値から逐次変更し、そのつど面積を計算し、目標の面積に整合する。
【００６０】
一連の作業により確定した筆を登記に持ち込むための登記用図面を自動的に出力することもできる。登記用の地籍測量図も出力することができる。
【００６１】
以上示したように、本発明の原図転写方法及びそれに用いるカメラ画像補正処理装置８を用いれば、容易に正確な国土調査図面１１を得ることができ、従来必要であった熟練者によるトレース作業を素人によって短時間に処理できる。
【００６２】
原図が国土調査図面である場合について示したが、通常図面であっても同様である。例えば、任意サイズの図面をデジタルカメラ６で撮影し、通常プリンタ１１で転写図面１１を得ることができる。この転写図面１１は、カメラの撮影方向による補正と、カメラ６のレンズ収差等による誤差を取り除いているので、かつ、プリンタ１０への入力をイメージスキャンでなく信号入力できるので、正確で歪みのない図面とすることができる。また、拡大及び縮小は当然に行えるので、原図がＡゼロサイズであっても、問題が無く、かつイメージスキャナに補正処理装置が付属されていなくても良い。
【００６５】
図７は、図１に示したカラーマーク５に代わる基準点指定方式の他の例を示す斜視図である。本例の基準点指定は、円形の半透明直径１〜２ｃｍ程度の円形とされたピン型のカラーフィルム（ピン型マーク）２４−ｉ（ｉ＝１，２，３…）から成り、これを原図の上に載せることにより、ピン型マーク２４−ｉの下に置かれた印を基準点として認識させようとするものである。厚みは０．１〜０．５ｍｍ程度のカラーフィルムで構成される。又は、透明フィルムの一方に赤等のカラーを付したものであっても良い。デジタルカメラ６は、このマーク２４−ｉから基準点を認識できる。
形状が単なる円形板であるので、携帯容易で、使い易い利点がある。原図の皺を伸ばすには、文鎮を用いるなど別の手段を取る。
【００６６】
図８に示す基準点指定方式は、角型の透明フィルムの一面に十字マーク付きの赤丸のマークをつけたピン型マーク２５―ｉ（ｉ＝１，２，３…）としたものである。十字マークは、フィルムの底面に記入するのが好ましい。フィルム厚みによる誤差を発生させないためである。本発明のデジタルカメラの応用例としては、このピン型マーク２５は、基準点を任意の位置に印しつつ、図１のものと同様に容易に取扱うことができる。
【００６７】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更を加えることができ、各種態様で実施できる。
【００６８】
【発明の効果】
以上の通り本発明は、特許請求の範囲に記載の通りの原図転写方法であるので、従来のトレースによる転写に代えて、デジタルカメラを用いて容易、かつ正確に原図と重ね合わせが可能な転写図面を得ることができる。
【００６９】
前記基準点を基準点とすべき位置に半透明のカラーマークを被せて印す場合には、図面を汚さず基準点を生成できる。
【００７０】
また、前記原図に基準点を透かせて見せることができる透明シートを載せ、その透明シートに基準点の存在を示すカラーマークを施せば、原図をシートで押えて皺を伸ばした状態で、かつ基準点を印すことができ、原図を正確に撮影し、正確な転写図面を得ることができる。
【００７１】
さらに、本発明は、デジタルカメラで撮影した画像座標を原図座標に変換できるカメラ画像補正処理装置であるので、これをデジタルカメラに内蔵し、又は専用補正処理装置、或はパソコン又はプリンタに組み込むことにより、手軽で、容易、かつ正確な転写図面を得ることができる図面転写システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施状況を示す斜視図で、共にシステム構成例を示している
【図２】図１に示すカメラ画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】交角θで撮影された地図座標と画像座標との関係を示す説明図である。
【図４】歪補正前後の座標の変化を示す説明図である。
【図５】ヘルマート変換前後の座標の関係を示す説明図である。
【図６】ポリゴン処理方法を示す説明図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は手順を示す。
【図７】ピン型マークの斜視図である。
【図８】ピン型マークの他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１台
２国土調査図面
３透明板
４十字マーク
５カラーマーク
６デジタルカメラ
７メモリ
８カメラ画像補正装置
９測量演算装置
１０プリンタ
１１転写図面
１２基準点認識手段
１３座標基準点決定手段
１４座標補正手段
１５地図座標
１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ画像座標
１７ノード
１８アーク
１９円
２０接線
２４−ｉ丸いピン型マーク
２５−ｉ角のピン型マーク

Claims

平板上に原図を配置し、前記原図上の任意の数の基準点を定めてその上に半透明のカラーマークによる半透明基準点位置認識体を置き、前記半透明基準点位置認識体を置いた状態で前記原図を任意の方向から携帯可能なデジタルカメラで撮影し、
前記半透明基準点位置認識体を認識することによって前記基準点を認識し、
前記認識された基準点を基準として前記方向及び前記カメラのレンズ収差による誤差を補正し、
補正されたデジタルデータをプリントアウトして前記原図と重ね合わせの可能な転写図面を得ることを特徴とする原図転写方法。
請求項１に記載の原図転写方法に用いることのできるカメラ画像補正処理装置であって、
前記デジタルカメラで撮影した画像の中から前記半透明基準点位置認識体を認識する基準点位置認識手段と、
前記認識手段で認識された基準点位置の中から基準点を抽出し、自己の座標上の基準点を自動的に定める座標基準点決定手段と、
前記座標基準点決定手段で決定された各基準点間で前記原図に合わせた補正を行う座標補正手段と、を備えたことを特徴とするカメラ画像補正処理装置。