JP4977339B2 - 地理データ収集装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＧＰＳを利用した地理データ収集装置、特に座標データに関連づけられた画像データを地理データとして収集する地理データ収集装置に関するものである。

近年では、電子地図を利用したナビゲータシステムが普及し、ナビゲータシステムは車両に搭載され、或は携帯電話の付加機能として搭載され利用されている。

ナビゲータシステムの普及に伴い電子地図に要求される地理データも多様化し、より細密な地理データ、或は視覚的な判断を容易にする為に地図上に付加されるシンボルマーク、或は立体画像等が要求される様になっている。

例えば、電子地図に転記する為の地理データの収集は、作業者が現地に赴き、現地での特徴的な地理情報、例えば公共の建造物、電信柱の位置、公衆電話の位置を取得し、更に目印となる建造物等があればカメラ等の撮像装置で撮像し、画像データとして取得している。

又、地図に転記する為には、地表での座標データが必要であるので、建造物、電信柱の位置、公衆電話の位置の取得は、従来測量機を用いて対象物の測定を行っている。

従来、測定対象物について、画像を取得すると共に対象物の位置を簡便に測定する測定装置として、本出願人が先に提案した特許文献１に示されるものがある。

特許文献１に示される測定装置では、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）装置を具備し、基準点を用いなくても連続して地形、地物の測定が行える様にしたものであり、又、該測定装置では撮像装置を備え、撮像した画像と測量結果とのマッチングを行い、画像付の座標データの取得を可能としている。

斯かる測定装置では高精度の測定データ、画像データが得られるが、電子地図に転記する為の地理データとしては、地図の精度を考慮すると然程精度は必要とされていない。又、前記測定装置での地理データの取得は、測定装置を順次移動させ、所要位置に設置して行うが、地理データの取得には測定対象物迄の距離測定、鉛直角の測定、水平角の測定、画像の撮像、画像と測定データとのマッチング等、多くの工程を要し、短時間で多くの地理データを取得するには適しているとはいえなかった。

又、本出願人は、特許文献２に於いて、簡便に距離測定が行える距離測定装置として携帯型測距装置を提案している。該携帯型測距装置では、撮像装置を具備していないので、画像を取得できず、地図に転記する為の地理データとするには、別途画像を取得し、画像と測定データとのマッチング等複雑な作業を必要としていた。

特開２００４−３１７２３７号公報

特開２００２−３９７４８号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、簡便に測定対象物の測定、画像の取得が行える地理データ収集装置を提供するものである。

本発明は、測定対象物の測定点を含むデジタル画像を撮影する撮像部と、ＧＰＳ装置と、撮像方向を検出する方位センサと、撮像画像を表示する表示部と、前記ＧＰＳ装置の測定結果を補正する為の補正情報を受信する受信部と、補正情報に基づき前記測定結果を補正して補正位置データを求め、前記撮像部で取得した画像と、補正位置データとを関連付けて記憶部に記憶させる制御演算部とを具備した地理データ収集装置に係り、又前記制御演算部は、２つの撮影地点から前記測定対象物を撮像して得られた２つの画像、２つの撮影地点について得られた２つの位置情報、前記方位センサで検出した２つの撮像方向の方位角に基づき前記測定対象物の３次元座標を求める地理データ収集装置に係り、又少なくとも測定対象物の地点を含む地理データを予め備え、算出した前記測定対象物の３次元座標データに基づき、前記測定対象物の位置を前記地理データに関連付ける地理データ収集装置に係り、又表示部に表示される測定対象物の画像と前記測定対象物の３次元座標データが関連付けられ、画像上の位置を指定することで、距離又は面積に換算する地理データ収集装置に係り、又移動方向及び移動距離を積算的に概略求めるセンサを備え、画像を撮影した第１の地点から測定対象物を撮影する第２の地点の選択を示唆する地理データ収集装置に係り、又ジャイロセンサを具備し、該ジャイロセンサは第１撮影地点から第２撮影地点に移動する場合の移動方向を検出する様にした地理データ収集装置に係り、又前記測定対象物の測定点の座標と、撮像画像とを関連付けて記憶させる地理データ収集装置に係り、又第１画像に所要範囲の画素を含むテンプレートを設定し、第２画像に前記テンプレートの範囲より大きい検索範囲を設定し、前記第２画像内でテンプレートが前記検索範囲に含まれる様に撮影された地理データ収集装置に係り、又前記制御演算部は、第１画像の所定範囲で特徴抽出を行いその特徴抽出からパスポイントを設置し、第２画像とのマッチングからパスポイントの計測を行い相互標定を計算する地理データ収集装置に係り、又ＧＰＳ装置に於ける第１撮影地点と第２撮影地点の位置情報と、前記第１撮影地点と第２撮影地点の基づく画像上の地点の角度情報とにより、画像上に於ける地点を指定することでその地点の３次元座標を求めると共に、その地点を含む地理データと関連付け、その位置を画像として表示部に表示可能とする地理データ収集装置に係り、更に又測定対象物を含むデジタル画像を撮影する撮像部と、ＧＰＳ装置と、撮影方向を検出する方位センサと、撮像画像を表示する表示部とを備え、２地点から得られた２画像から前記測定対象物の３次元座標を求めることで、ＧＰＳ装置による位置測定機能に加え画像による位置測定機能を備えた地理データ収集装置に係るものである。

本発明によれば、測定対象物の測定点を含むデジタル画像を撮影する撮像部と、ＧＰＳ装置と、撮像方向を検出する方位センサと、撮像画像を表示する表示部と、前記ＧＰＳ装置の測定結果を補正する為の補正情報を受信する受信部と、補正情報に基づき前記測定結果を補正して補正位置データを求め、前記撮像部で取得した画像と、補正位置データとを関連付けて記憶部に記憶させる制御演算部とを具備したので、前記測定対象物の画像データと地理データに必要な方位角データ、位置データが簡便に得られる。

又本発明によれば、前記制御演算部は、２つの撮影地点から前記測定対象物を撮像して得られた２つの画像、２つの撮影地点について得られた２つの位置情報、前記方位センサで検出した２つの撮像方向の方位角に基づき前記測定対象物の３次元座標を求めるので、該測定対象物の座標位置を求めることが可能となる。

又本発明によれば、移動方向及び移動距離を積算的に概略求めるセンサを備え、画像を撮影した第１の地点から測定対象物を撮影する第２の地点の選択を示唆するので、又ジャイロセンサを具備し、該ジャイロセンサは第１撮影地点から第２撮影地点に移動する場合の移動方向を検出する様にしたので、作業者が前記第１撮影地点から前記第２撮影地点に移動する場合の指針となり作業性が向上する等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１に於いて、本発明に係る地理データ収集装置１について説明する。

図中、２は携帯可能な筐体であり、該筐体２には撮像部３、ＧＰＳ装置４、表示部５、操作部６が設けられ、又前記筐体２内部には制御演算部７、記憶部８、入出力制御部９、ジャイロセンサ１１、方位センサ１２、無線受信部１３が設けられており、前記撮像部３は対物レンズ１４、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等多数の画素（ピクセル）の集合体から成る撮像素子１５を具備し、該撮像素子１５は個々のピクセルの番地（撮像素子内での位置）を特定可能であり、該撮像素子１５に結像された対象物の画像は該撮像素子１５からデジタル画像信号として前記制御演算部７に出力され、該制御演算部７を介して前記記憶部８に記憶される様になっている。

前記表示部５は、撮像した画像を表示すると共にタッチパネルとなっており、作業者は前記表示部５より所要の処理が行える様になっている。前記操作部６は、所要の操作ボタン（図示せず）、例えば電源の入切りを行う電源入切り釦、撮像を行う為のシャッタ釦、画面の切替えを行う表示切替え釦等を有し、所要の処理を行える様になっている。

前記記憶部８は記憶媒体（図示せず）を有し、前記制御演算部７を介してデータの書込み、読取りが可能となっており、又前記記憶媒体には前記地理データ収集装置１を作動させる為の各種プログラム、例えば測定を実行するシーケンスプログラム、撮像画像を処理する画像処理プログラム、ＧＰＳによる測定データを後述する補正情報を基に補正する測定補正プログラム、前記表示部５にデータ、画像を表示させる為のプログラム等が格納されている。又、前記記憶媒体は、前記地理データ収集装置１に固定的に内蔵されている半導体メモリ、ＨＤ等の内部記憶媒体と、前記記憶部８に対して着脱可能な可搬記憶媒体とで構成されてもよい。該可搬記憶媒体としては前記地理データ収集装置１内に収納可能な、メモリカードに代表される小型記憶媒体等が用いられる。又、補助記憶装置として、前記地理データ収集装置１に接続可能な外部ＨＤ装置の外部記憶装置等が用いられてもよい。

前記入出力制御部９は、外部処理装置、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に接続可能であり、前記記憶部８が記憶したデータを前記ＰＣに出力可能であり、又該ＰＣからデータを入力可能であり、又前述した各種プログラムの書込み、書換えが可能である。又、前記入出力制御部９を介して前記記憶部８に少なくとも測定対象物の地点を含む地理データを入力しておく。

前記ジャイロセンサ１１は、前記地理データ収集装置１によるデータ収集作業中に該地理データ収集装置１を移動させた場合の移動方向を検知し、前記制御演算部７に入力するものであり、該制御演算部７は移動方向を前記表示部５に表示する。尚、ジャイロセンサに代わり加速度センサでもよい。加速度センサは方向と積算的に距離を概略的に求めることができる。

前記方位センサ１２は前記対物レンズ１４の光軸の方向、即ち前記撮像部３の撮像方向を検出するものであり、検出結果は前記制御演算部７に入力される。

前記無線受信部１３は後述する補正情報送受信機１７から送信されるＧＰＳ測定補正情報を受信し、補正情報を前記制御演算部７に送出する。

一般にＧＰＳ装置による単独測位では、電離層や大気圏に於ける伝搬遅延等の理由による誤差要因を含んでおり、測定精度は１０ｍ〜５０ｍ程度である。その為測定精度を向上したＤ−ＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＧＰＳ）、ＲＴＫ−ＧＰＳ（Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｋｉｎｅｔｉｃ ＧＰＳ）がある。前記Ｄ−ＧＰＳでは、位置の分かっている基準局が発信するＦＭ放送の電波や中波ビーコンを利用した補正情報により、測定精度は数１０ｃｍ〜数ｍに向上する。又、前記ＲＴＫ−ＧＰＳでは、基準となる固定点と移動点で同時に受信し取得した信号を、無線装置等を用いて移動点に転送し、移動点側に於いて位置を決定することで、測定精度は１ｃｍ〜２ｃｍ程度に向上する。又、ＶＲＳ−ＧＰＳ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ ＧＰＳ）は、仮想基準点方式と呼ばれ、複数の電子基準点の観測データから、測量現場近傍にあたかも基準点があるかの様な状態を作り出し、ＲＴＫ−ＧＰＳ受信機一台で高精度な測量を行うことができる。本発明の装置は、ハンディタイプの小型一体型測定装置であって、精度を重視しない場合には、例えば使い勝手のよい前記Ｄ−ＧＰＳ装置が搭載されるのが好ましい。

前記補正情報送受信機１７は補正情報受信機１８、補正情報送信機１９を有し、補正情報２１は携帯電話で受信可能であり、前記補正情報受信機１８としては簡便に携帯電話を使用することができる。又、該補正情報受信機１８で受信した補正情報２１は携帯電話の送信機能を利用して前記無線受信部１３に送信してもよく、或は図示の様に補正情報送信機１９を設け、該補正情報送信機１９により補正情報２１を前記無線受信部１３に送信してもよい。尚、携帯電話もブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ：登録商標）機能を備えたものもあり補正情報２１の送信は、近距離での大容量送信に適しているブルートゥース無線方式を使用してもよい。

図２〜図４を参照して地理データ収集の作用について説明する。

ＳＴＥＰ：０１ 第１撮影地点Ｏ1 から測定対象物２３を撮影する。前記撮像部３を前記測定対象物２３に向けると該測定対象物２３及びその周辺を含む画像が前記表示部５に表示される。前記測定対象物２３の所要位置を測定点２４として決定する。該測定点２４は判別し易い、壁面に貼付けられた銘板、窓の角等が選択されることが好ましい。該測定点２４が画像の中央に位置する様に前記撮像部３の方向を定め（図３参照）、前記操作部６の釦を操作して第１撮影地点Ｏ1 での前記測定対象物２３の第１画像２５を撮影する。該第１画像２５は前記記憶部８に記憶される。

画像の取得と共に前記第１撮影地点Ｏ1 の座標測定（位置測定（Ｘ1 ，Ｙ2 ，Ｚ3 ））が行われる。座標測定は、前記ＧＰＳ装置４により第１位置データが取得され、更に前記補正情報送受信機１７により補正情報２１が受信され、該補正情報２１は前記補正情報送信機１９から前記無線受信部１３に送信され、前記制御演算部７は測定補正プログラム、前記補正情報２１により前記第１位置データを補正して第１補正位置データを得る。

又、前記方位センサ１２により前記第１撮影地点Ｏ1 から前記測定点２４に対する第１方位角が概略検出され、検出された第１方位角は前記記憶部８に記憶される。

前記第１補正位置データ、前記第１方位角は、前記第１画像２５と関連付けられて前記記憶部８に記録される。前記第１補正位置データ、前記第１方位角と、前記第１画像２５との関連付けは、例えば前記第１補正位置データ、前記第１方位角と前記第１画像２５とを記憶することで関連付けデータが作成される等関連付けデータにより関連付けが成される等である。

ＳＴＥＰ：０２ タッチパネルを兼ねる前記表示部５上で、前記測定点２４を含む所定範囲（好ましくは前記測定点２４を中心に持つ範囲：図３では矩形の範囲を示す）（ａ×ａ）を第１テンプレート２６として登録する。

ＳＴＥＰ：０３ 第２撮影地点Ｏ2 に移動して、前記測定対象物２３について異なる方向から撮影を行う。前記第１撮影地点Ｏ1 から前記第２撮影地点Ｏ2 に移動する過程で、方位角の変化が前記ジャイロセンサ１１によって検出され、前記測定点２４を中心とした前記第１撮影地点Ｏ1 、前記測定点２４に対する移動角度の概略がリアルタイムで測定され、移動角度は前記表示部５に表示され、作業者は前記第１撮影地点Ｏ1 、前記測定点２４に対してどの程度移動したかが分る様になっている。

前記第１撮影地点Ｏ1 、前記測定点２４に対して前記第２撮影地点Ｏ2 の位置は所定角度以上有ることが好ましい。従って、作業者は該表示部５に表示された移動角により適正な前記第２撮影地点Ｏ2 を選択することが可能となる。

該第２撮影地点Ｏ2 に於いて、前記測定点２４が画像の中心になる様、前記撮像部３が前記測定対象物２３に向けられる。撮像中の画像に検索範囲２７（ｂ×ｂ，ｂ＞ａ）が設定され、該検索範囲２７内に前記測定点２４を含む前記第１テンプレート２６に相当する範囲（第２テンプレート２８）が含まれる状態で、前記第２撮影地点Ｏ2 での前記測定対象物２３の第２画像２９が撮影される。該第２画像２９は前記第１画像２５に対するステレオ画像として前記記憶部８に記憶される。

前記ＧＰＳ装置４による測定、補正情報２１による補正が行われ、前記第１撮影地点Ｏ1 と同様に、前記第２撮影地点Ｏ2 についての正確な３次元の第２補正位置データが取得され、前記測定点２４に対する前記第２撮影地点Ｏ2 の第２方位角が前記方位センサ１２によって検出される。前記第２方位角と前記第２補正位置データが前記第２画像２９に関連付けて前記記憶部８に記憶される。

ＳＴＥＰ：０４ 前記第１画像２５と前記第２画像２９についての特徴抽出が行われる。特徴抽出が行われる処理範囲（ｃ×ｃ，ｃ＞ｂ）は、画像全体であってもよく前記第１テンプレート２６、前記第２テンプレート２８を含む画像の中央部分であってもよい。処理範囲の大きさは、処理時間等を考慮して適宜決定される。尚、特徴抽出はＬＧフィルタ、ＳＵＺＡＮフィルタ等を用いたエッヂ処理によって得られる。

ＳＴＥＰ：０５ 抽出された特徴は、主に交点、単点であり、パスポイントとして設定される。

ＳＴＥＰ：０６ 設定したパスポイントに基づき前記第１撮影地点Ｏ1 と前記第２撮影地点Ｏ2 とで撮影した前記第１画像２５、前記第２画像２９の倍率、カメラの傾きが演算され相互標定が行われる。

ＳＴＥＰ：０７ 求められた撮影地点の倍率、カメラの傾きに基づき前記第１画像２５と前記第２画像２９間の倍率、傾きが補正される（偏位修正）。偏位修正された前記第１画像２５と前記第２画像２９と前記パスポイントに基づきステレオマッチングが行われる。

ＳＴＥＰ：０８ ステレオマッチングされた画像と前記測定対象物２３の位置データとが関連付けられ前記記憶部８に記憶される。

前記第１撮影地点Ｏ1 と前記第２撮影地点Ｏ2 と測定対象物は、ステレオマッチングにより撮影地点と撮影対象として位置座標が関連付けられる。この時方位データは、カメラがどの方向を向いていたかの概略特定に貢献する。而して、測定対象物について、２つの任意位置の２方向から撮影して画像を取得することで測定対象物の位置に関連付けられた３Ｄ画像の地理データを簡単に取得することができる。更に、適宜測定対象物を選定して順次、測定対象物の位置が関連付けられた３Ｄ画像の地理データを前記記憶部８に格納する。

ＳＴＥＰ：０９ 得られた３Ｄ画像は作業者の操作により、前記表示部５に表示される。又、地理データは、可搬記憶媒体を介してＰＣに供給され、或は前記地理データ収集装置１とＰＣとが接続されて地理データ収集装置１からＰＣに送信され、ＰＣで電子地図帳に転記の処理が行われる。尚、前記記憶部８に電子地図が予め格納されている場合は、前記地理データ収集装置１で、地理データを電子地図に転記する処理を行ってもよい。又、地理データを転記した電子地図を前記表示部５に表示することが可能である。

更に、前記地理データ収集装置１で得られた画像、位置データから、画像中の各画素が地上座標系の３次元位置データを有する３次元データ付画像データとすることもできる。３次元データ付画像を前記表示部５に表示させ、画像中の任意の位置を指定すれば指定した位置の３次元データを取得することができる。即ち、ＧＰＳ装置で測定される前記第１撮影地点Ｏ1 、前記第２撮影地点Ｏ2 の３次元測定及び、撮影地点Ｏ1 ，Ｏ2 の測定結果に基づく測定点２４についての３次元測定に加え、画像上から任意の地点の３次元測定が可能となる。

ＳＴＥＰ：１０ 上記ＳＴＥＰ：０７で得られたステレオ画像データ、方位データが、可搬記憶媒体、或は所要の通信手段によりＰＣに供給される。前記第１画像２５、前記第２画像２９のステレオマッチングを行うことで、片方の画像光軸を基準とした画像座標系の３次元データが取得可能となる。

ＳＴＥＰ：１１ 次に、前記ＧＰＳ装置４の測定値、位置補正情報を基に得られた補正位置データ、前記方位センサ１２で得られた方位データを画像座標系に加えることにより地上座標系のデータに変換する。

ＳＴＥＰ：１２ 画像中の各画素は地上座標系の位置データを有し、画像中の任意の点を指摘することで、地上座標系の３次元データが直ちに得られる。又前記表示部５の表示画像上の位置、或は範囲を指定することで、距離或は面積を求めることができる。

ステレオ画像を元にした３次元データ計測では、測定対象物の画像を構成する個々の点の位置関係が得られる。第１の画像、第２の画像の内、片方の光軸を基準とした座標系（画像座標系）が形成される。この画像座標系に基づいて、２次元のディスプレイ等に３次元表示が可能となる。座標系は容易に変換できることから、例えば測量で使用される地上座標系に変換可能である。

尚、画像座標系の３次元データ（ＳＴＥＰ：１０）を基にＴＩＮ（三角網）を作成し、テクスチャマッピング等の処理を行いＴＩＮによる３次元データを取得する様にしてもよい（ＳＴＥＰ：１３〜ＳＴＥＰ：１５）。

本発明の実施の形態を示す概略構成図である。 該実施の形態に係る地理データ収集装置による測定対象物の画像を撮影する状態を示す説明図である。 （Ａ）（Ｂ）は該地理データ収集装置で取得する画像の説明図である。 本発明の実施の形態の作用を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 地理データ収集装置
３ 撮像部
４ ＧＰＳ装置
５ 表示部
６ 操作部
７ 制御演算部
８ 記憶部
９ 入出力制御部
１１ ジャイロセンサ
１２ 方位センサ
１３ 無線受信部
１５ 撮像素子
１７ 補正情報送受信機
１９ 補正情報送信機
２１ 補正情報
２５ 第１画像
２６ 第１テンプレート
２７ 検索範囲
２８ 第２テンプレート
２９ 第２画像

Claims (7)

1. 測定対象物の測定点を含むデジタル画像を撮影する撮像部と、ＧＰＳ装置と、撮像方向を検出する方位センサと、撮像画像を表示すると共にタッチパネルである表示部と、前記ＧＰＳ装置の測定結果を補正する為の補正情報を受信する受信部と、補正情報に基づき前記測定結果を補正して補正位置データを求め、前記撮像部で取得した画像と、補正位置データとを関連付けて記憶部に記憶させる制御演算部とを具備し、
   該制御演算部は、
   タッチパネルを兼ねる前記表示部上で、２つの撮影地点の一方の撮影地点から得られる第１画像に、該第１画像中に含まれる前記測定点を含む所定範囲をテンプレートとして設定し、２つの撮影地点の他方の撮影地点で、撮像中の画像に前記テンプレートより大きい所定範囲を検索範囲として設定し、前記テンプレートが前記検索範囲に含まれる様に第２画像を取得し、
   前記２つの撮影地点から前記測定対象物を撮像して得られた前記第１画像及び前記第２画像、前記２つの撮影地点について得られた２つの位置情報、前記方位センサで検出した２つの撮像方向の方位角に基づき前記測定対象物の３次元座標を求める
   ことを特徴とする地理データ収集装置。
2. 少なくとも測定対象物の地点を含む地理データを予め備え、算出した前記測定対象物の３次元座標データに基づき、前記測定対象物の位置を前記地理データに関連付ける請求項１の地理データ収集装置。
3. 表示部に表示される測定対象物の画像と前記測定対象物の３次元座標データが関連付けられ、画像上の位置を指定することで、距離又は面積に換算する請求項１の地理データ収集装置。
4. 移動方向及び移動距離を積算的に概略求めるセンサを備え、画像を撮影した第１の地点から測定対象物を撮影する第２の地点の選択を示唆する請求項１の地理データ収集装置。
5. ジャイロセンサを具備し、該ジャイロセンサは第１撮影地点から第２撮影地点に移動する場合の移動方向を検出する様にした請求項１の地理データ収集装置。
6. 前記測定対象物の測定点の座標と、撮像画像とを関連付けて記憶させる請求項１の地理データ収集装置。
7. 前記制御演算部は、第１画像の所定範囲で特徴抽出を行いその特徴抽出からパスポイントを設置し、第２画像とのマッチングからパスポイントの計測を行い相互標定を計算する請求項１の地理データ収集装置。

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