JP6698670B2 - コリドー捕捉 - Google Patents

Description

本発明は、効率的で正確なコリドーオルソモザイクの作成に関する。

オルソモザイクと呼ばれる、正確にジオリファレンスされたオルソフォトのモザイクは、航空写真から自動的に作成でき、実際の地面の詳細を有益に示すため、従来の絵地図の代替手段として普及しつつある。

航空写真からの正確なオルソモザイクの作成については、下記の文献に詳細に記載されている。例えば、ＧＩＳ適用の写真測量の初歩（Ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙ ｗｉｔｈ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ＧＩＳ）、第４版（ウォルフ他）、及び写真測量マニュアル、第６版（米国写真測量学会（ＡＳＰＲＳ））を参照のこと。

オルソモザイクの作成には、対象のエリアを包括し、写真の正確なバンドル調整、オルソ修正及びアライメントが可能となるように画像に十分な冗長性があるように、対象のエリアの重複する航空写真の系統的な捕捉が必要である。

バンドル調整は、地上ポイントの冗長推定、及びカメラ姿勢が微調整される処理である。最新のバンドル調整については、「バンドル調整−近代的な合成」（トリッグス他）に詳細に記載されている。

バンドル調整は、手動で識別された地上ポイントの位置において、あるいは、普及しつつあり、重複する写真間で自動的に一致させられ、自動的に識別された地物の位置において、作動してもよい。

重複する航空写真は、一般的に、対象のエリアに渡る蛇行パターンで測量航空機を操縦することにより捕捉される。測量航空機は、航空カメラシステムを搭載し、蛇行飛行パターンは、カメラシステムにより捕捉される写真が飛行パターン内の飛行ラインに沿って、及び、隣接する飛行ライン間で、重複することを可能にする。

鉄道線路、高速道路、電力線、河川、運河、海岸線及び他の狭く蛇行する地物を含むコリドーは、特に対象となることが多い。しかし、従来のエリアベースの航空測量技術は、コリドーの捕捉には次善の方法である。

第１の態様において、本発明は、以下の方法を提供する。コリドーエリア内に完全に位置が示され、前記コリドーエリアの長さ及び方向を代表する線であって一直線でないコリドー経路により描き得、幅よりも大きな長さを有し横長でない前記コリドーエリアのオルソモザイクを作成する方法は、一次飛行ラインに沿って航空機を操縦する工程であって、前記一次飛行ラインが一連の一直線且つ実質的に水平な一次飛行ライン区分を備え、前記各一次飛行ライン区分は順次隣接する一次飛行ライン区分と揃えられず且つ前記各一次飛行ライン区分が前記コリドー経路の少なくとも一部を近似する工程と、飛行中、前記各一次飛行ライン区分に沿って、及び前記航空機に搭載された航空カメラシステムを介して、一連の一次像を捕捉する工程であって、前記各一次像が少なくとも部分的に、その後続と順々に重複する工程と、二次飛行ラインに沿って前記航空機を操縦する工程であって、前記二次飛行ラインが一連の二次飛行ライン区分を備え、前記各二次飛行ライン区分が実質的に少なくとも前記コリドー経路の一部分と平行且つ当該一部分から左右にオフセットする工程と、飛行中、前記各二次飛行ライン区分に沿って、及び前記航空機に搭載された前記航空カメラシステムを介して、一連の二次像を捕捉する工程であって、前記二次像の少なくともいくつかが前記一次像の少なくともいくつかと重複する工程と、複数の前記一次像及び二次像の内、共通の地上ポイントに対応する共通の地物を特定する工程と、バンドル調整を介して、及び前記共通の地上ポイントから、前記各一次像に関連付けられている外部標定及び前記各地上ポイントに関連付けられている３次元位置を推定する工程と、前記外部標定の少なくともいくつか及び前記３次元位置の少なくともいくつかを使用して、前記一次像の少なくともいくつかをオルソ修正する工程と、前記オルソ修正された一次像を結合して、前記オルソモザイクを作成する工程と、を備える。

前記航空機は、前記各一次飛行ライン区分及びその後続との間で周回旋回に沿って操縦されてもよく、前記旋回が１８０度より大きい角度を有する。

前記航空機は、前記各二次飛行ライン区分とその後続との間で旋回に沿って操縦されてもよく、前記旋回が９０度未満の角度を有する。

前記航空カメラシステムは、実質的に垂直画像を捕捉するために少なくとも１つの垂直カメラを備えてもよい。

前記航空カメラシステムは、実質的に斜め画像を捕捉するために少なくとも１つの斜めのカメラを備えてもよい。

前記一次像及び二次像は、垂直画像及び斜め画像の両方を備えてもよい。

前記一次像は、垂直画像を備えてもよく、前記二次像が斜め画像を備えてもよい。

前記航空カメラシステムは、概要画像を捕捉するために少なくとも１つの概要カメラ、及び詳細画像を捕捉するために複数の詳細カメラを備えてもよく、前記各詳細画像が少なくとも１つの概要画像より高い解像度を有し、前記詳細画像の少なくともいくつかが前記概要画像のいくつかと重複してもよく、前記一次像が前記概要画像及び前記詳細画像の両方を備えてもよい。

前記二次像は、前記概要画像及び前記詳細画像の両方を備えてもよい。

前記二次飛行ラインは、曲線を描き、少なくとも部分的に、バンクした旋回を含んでもよい。

図１は、対象のコリドー経路を示す。 図２は、ポリラインにより近似されたコリドー経路、及び多角形により近似されたコリドーエリアを示す。 図３は、対象の交差エリアに結合されたコリドーを示す。 図４は、エリアベースの航空測量の蛇行飛行パターンを示す。 図５は、航空カメラシステムの帯幅をその画角及び地表面からの高度に関連付ける図及び数式を示す。 図６は、対象のコリドーエリアを一連の測量経路区分でカバーするための方法を示す。 図７は、対象のコリドーエリアを一連の測量経路区分でカバーするための他の方法を示す。 図８は、対象の交差エリアをカバーするためのより広い測量経路区分の使用を示す。 図９は、２組の飛行ラインを使用してカバーされる対象のコリドーエリアを示す。 図１０は、より広い帯幅を持つより少ない数の飛行ラインを使用してカバーされる対象のコリドーエリアを示す。 図１１は、コリドーの一次画像を捕捉するための一次飛行ライン、及び正確な目標のためコリドーの二次画像を捕捉するための二次飛行ラインの使用を示す。 図１２は、水平飛行中のコリドーの垂直画像を捕捉する測量航空機を示す。 図１３は、バンクして飛行中のコリドーの垂直画像を捕捉する測量航空機を示す。 図１４は、コリドーの垂直及び斜め画像の両方を捕捉する測量航空機を示す。 図１５は、コリドー経路をカバーするバンク旋回での飛行経路を示す。 図１６は、バンクした航空機の垂直撮像オフセットを、その高度、バンク角、速度及び旋回半径に関連づける図及び数式を示す。 図１７は、デュアル解像度Ｖ５−３００ハイパーカメラ（ＨｙｐｅｒＣａｍｅｒａ）航空カメラシステムを示す。 図１８は、デュアル解像度航空カメラシステムの概要視野及び重複する詳細視野を示す。 図１９は、デュアル解像度航空カメラシステムを搭載しているセスナ２０８航空機の正面図、及び合成概要及び集合詳細視野を示す。 図２０は、デュアル解像度航空カメラシステムを搭載しているセスナ２０８航空機の側面図、及び合成概要及び集合詳細視野を示す。 図２１は、デュアル解像度航空カメラシステムの３つの連続ショットの重複する視野を示す。 図２２は、隣接する飛行ラインにおけるデュアル解像度航空カメラシステムのショットの重複する視野を示す。 図２３は、ハイパーカメラ等の航空カメラシステム用の電力・制御システムの構成図を示す。 図２４は、航空写真から効率的にオルソモザイクを作成するためのプロセスフローを示す。 図２５は、デュアル解像度航空写真から効率的にオルソモザイクを作成するためのプロセスフローを示す。

対象のコリドーエリア（以下、単に「コリドー」）は、一般的に、図１に示されるように、任意の経路１００に沿った細長い土地で構成される。コリドーは、鉄道線路又は河川等、物理的構成物をたどってもよい。コリドーの長さは、一般的に、コリドーの幅よりも長い。

コリドーの幅は、一般に、経路に沿って変化してもよいが、多くのコリドーには固定幅が適用される。本明細書では例示の目的のため、通常、固定幅のコリドーのみを示す。

コリドーは、連続的でも不連続でもよく、コリドーは、ループや分岐点等の多数のより小さい経路を備えてもよい。本明細書では例示の目的のため、連続的な分岐していないコリドーのみを示す。

図２に示されるように、コリドー経路は、連続する頂点１０４間の一連の直線の区分で構成される、ポリライン１０２により近似されてもよい。ポリラインは、経路からポリラインへの最大鉛直距離が定義された許容範囲内にあるように構成される。所望のコリドー幅に対して、ポリライン頂点１０４は、コリドーを囲む多角形１０６の頂点を得るために経路と垂直にオフセットされることができる。許容範囲、従って頂点の数を調整することにより、ポリライン及び多角形は、任意の精度でコリドー経路及びコリドーエリアを近似させることができる。所望のコリドー幅は、一般的に、ポリライン許容範囲を考慮して、すなわち、多角形１０６が所望のコリドーエリアを囲むことができるように拡大される。

経路を介して明示的に定義されるよりもむしろ、コリドーは、また、１以上の形状（例えば、多角形）を介して直接定義されてもよい。

コリドーは、高速道路に隣接する町等、コリドー境界線により完全に囲まれていない対象のエリア１０８と交差してもよい。コリドー測量エリアは、続いて、図３に示されるように、コリドー境界線の結合体、及び対象のエリアの境界線により定義されてもよい。

図４に示されるように、従来の広範な測量エリア１１０を捕捉する場合、測量航空機は、一般的に、蛇行飛行パターンをたどる。飛行計画は、横のオフセットにより分けられた、多数の平行な飛行ライン１１２で構成される。各飛行ラインは、開始及び終了位置及び高度を特定する。航空機は、始点から終点まで一直線に飛ぶ。飛行ラインの終わりで、航空機は、１８０度の旋回１１４を行い、次の飛行ラインの開始及び終了位置により指定された水平間隔を空けた平行な経路に沿って戻る。

飛行ラインの位置及び数は、観測境界線、飛行高度、地面の標高、カメラシステム視野、及び所望の前側重複及び側面重複を含む、多数のパラメータから計算される。

従来の航空測量飛行計画は、以下の文献に詳細に記載されている。例えば、米国特許番号６７１１４７５（マーフィ）を参照のこと。本内容は参照することにより本明細書中に組み込まれる。

飛行ラインの位置及び数の計算におけるさらなる要因は、観測境界線における偶発距離である。偶発距離は、捕捉エリアの拡大のために観測境界線に追加される。これにより、観測端近くでの航空機のピッチ、偏揺れ又は横揺れにおける乱流又は変化を原因とする不均一な画像捕捉を考慮し、観測エリア内の包括を実現する。

図５は、航空カメラシステム３５０を搭載する測量航空機２３０を示す。図及び数式は、その視野が地面１５０と交差する、航空カメラシステム３５０の帯幅（ｗ）２５８を、その画角（ベータ）２５０及び地表面からの高度（ａ）２５４と関連付ける。

コリドー捕捉のため、飛行計画生成は、従来の観測捕捉用の飛行ライン計算方法に、費用最小化処理を使用してコリドー観測エリアに多数の測量経路区分を合わせる追加処理を組み合わせる。

まず、従来の観測飛行計画計算は、コリドー観測の幅を捕捉するために必要な平行飛行ラインの最小数を決定するために利用される。飛行計画計算は、包括画像を確保するために、コリドー幅に追加される偶発距離を含む。高高度観測又は狭いコリドー経路に対しては、コリドー幅がカメラシステムの帯幅２５８内に含まれていれば、単一の飛行ラインでコリドー幅を完全に捕捉することを可能としてもよい。より低高度観測又はより広いコリドーに対しては、コリドー幅を完全に捕捉するために多数の飛行ラインが必要とされてもよい。

飛行計画処理は、カメラシステムの帯幅２５８及び所要の横の重複に基づき、一連の隣接する飛行ラインに対する集合帯幅を計算する。コリドー観測幅に追加される偶発性は、コリドー飛行計画用の有効帯幅を判断するために集合帯幅から差し引かれる。

第二に、コリドー観測エリアは、多数の直線状の測量経路区分に細分割される。各経路区分の幅は、集合帯幅により決定される。各経路区分の長さ及び方位は、コリドー経路の方向及び変動により決定される。鉄道線路等の延長された一直線の区分を持つコリドー経路に対しては、観測は、少ない数の長い経路区分に細分割されてもよい。河川等の蛇行したコリドー観測経路に対しては、観測は、より多数の短い経路区分への細分割を必要としてもよい。経路区分は、任意の方向に配向してもよいし、任意の角度で交差してもよい。

測量航空機は、１つの経路区分の終点から次の経路区分の始点まで飛行するために、周回旋回を行う必要があるかもしれないため、航空機により飛行される経路区分の数は最小であるのが望ましい。

観測を経路区分に細分するための方法は、多数存在する。図６に示される、簡単な方法では、コリドーの一端から開始し、コリドー経路の方向に経路区分１２０を作成する。経路区分は、観測境界線がもはや有効帯１２２内に含まれない場合、終了する。このポイントで、新しい経路区分１２０がコリドー経路の方向におけるこのポイントで開始され、コリドーの端に到達するまで処理が繰り返される。

図７に示される他の方法では、経路区分１２０の数を削減するために費用最小化を使用する。経路区分１２０をコリドー経路１００から垂直にオフセットされるポイントで開始し、経路区分の方位を変更することにより、一般的に、上記の簡単な方法に比べてより長い経路区分を実現できる。この最小化処理により、経路区分ごとの最適な経路開始位置及び方位が判明する。

他の方法では、経路区分１２０の長さを最大にするために費用最小化を使用する。この方法によれば、コリドー経路に対する最長の可能な経路区分が判明する。この方法によれば、続いて、次の最長経路区分が判明する。処理は、コリドー全体が経路区分内に含まれるまで続く。

他の方法は、コリドーポリライン１０２の直線区分から直接、経路区分１２０を導き出す。

コリドー観測エリア１０６の包括を実現するためには、任意の角度での経路区分の交差、及び観測境界線に適用される偶発性に起因して各経路区分の始点及び終点を調整する必要がある。各経路区分の長さが偶発値により増加することで、隣接する経路区分間の重複を増加させ、コリドー観測端近くのエリアが経路区分交点における画像により完全に捕捉されることを可能とする。

経路区分ごとの飛行ラインの数は、飛行計画計算により計算される飛行ラインの最小数に制限されない。飛行ラインの数が増加することにより、有効帯幅が増加し、これにより、一般に観測画像を捕捉するために必要な経路区分の数は減少する。

飛行ラインの数を増加させることは、経路分割により、蛇行する河川を捕捉する場合など、多数の短い経路区分を作成する場合にも有効である。

飛行ラインの数を増加させることは、また、コリドー観測経路の幅が一定でない場合に有効であり、これにより、細いコリドー区分をより少ない飛行ラインで捕捉すること、及びより広いコリドー区分を多数の飛行ラインで捕捉することが可能になる。

飛行ラインの数を増加させることは、また、例えば、より広い経路区分１２４が対象の交差エリア１０８を捕捉するために使用される、図８に示されるような、高速道路に隣接する町など、対象の交差エリア１０８に結合されるコリドー観測経路を捕捉する場合に有効である。

飛行計画は、航空機が全ての経路区分の全ての飛行ラインを捕捉するように飛行するための経路を描くために生成される。

図９は、コリドーエリア１０６をカバーするために使用される２組の平行な飛行ライン区分１２８を示す。ここで、経路区分１２０（図示略）は、コリドー経路ポリライン１０２の直線区分から直接導き出される。

まず、飛行計画作成処理は、飛行ライン区分１２８の順序リストを作成する。経路区分１２０が多数の飛行ラインを含む場合、各経路区分１２０内の飛行ライン区分１２８は、各区分１２０を完了させるために、連続して飛行されてもよい。代わりに、飛行計画が、コリドーに沿った一方向に経路区分１２０ごとに１つの飛行ライン区分１２８を指定し、続いて各経路区分１２０などにおける第２飛行ライン区分１２８を飛行する復路があり、コリドー幅が完全に捕捉されるまでコリドーの長さが、複数回飛行されてもよい。

第二に、連続した飛行ライン区分１２８間の経路が作成される。これにより、１つの飛行ライン区分１２８の終点から次の飛行ライン区分１２８の始点まで飛行するためにパイロットがたどるべき経路が指定される。パイロットは、また、連続する飛行ライン区分１２８間を自由に飛行することが認められてもよい。連続した飛行ライン区分１２８は任意の角度で交差してもよいため、所要の旋回は、少ない姿勢の変更で実現されてもよいし、航空機が自身を次の飛行ライン区分１２８に揃えるため３６０度まで旋回する周回１２６で実現されてもよい。連続した飛行ライン区分１２８は、交差してもよいし、距離で分けられてもよい。

航空カメラシステム３５０の帯幅２５８は、視野角度２５０が増加するにつれて、及び高度２５４が増加するにつれて、増加する。図１０は、図９よりも高い高度の操作及び／又はより広い角度の撮像を想定する、すなわち、より広い集合帯幅１３６を持つ、コリドーエリア１０６をカバーするために使用される２組のより小さい平行な飛行ライン区分１２８を示す。

観測エリアの完全な航空オルソモザイクを作成するために、観測境界線内の全てのポイントがカメラシステムにより捕捉されなければならない。これは、一般に、隣接する捕捉画像間の航空機の偏揺れ、ピッチ及び横揺れにおける変動を考慮する重複の使用を通して実現される。

重複は、また、既存のオルソモザイク又は観測地物とのオルソモザイクのアライメントを向上するために使用される。アライメントは、地面の同一ポイントを多数の角度から撮像し、カメラシステムの位置及び方位のより正確な計算を可能にすることで向上する。

概して、特定の方向における重複を増加させることにより、同一方向のオルソモザイク・アライメントが向上する。前側重複を増加させることにより、飛行経路の方向におけるアライメントが向上する。側面重複を増加させることにより、飛行経路に垂直な方向におけるアライメントが向上する。

経路区分ごとに単一飛行ラインで捕捉されるコリドーの場合、前方向のみに重複が存在する。側面重複がなければ、地物とのオルソモザイクのミスアラインメントが生じるかもしれない。ミスアラインメント・エラー・ベクトルは、一般に、この場合はコリドー経路に垂直な方向である。

概して、測量経路区分１２０ごとの最小の２つ以上の平行な飛行ライン区分１２８は、地物に対し正確なアライメントでのオルソモザイクの生成を可能にするために捕捉されるべきである。

狭い幅のコリドー観測経路に対する、経路区分１２０ごとの２つの平行な飛行ライン区分１２８の捕捉は、結果としてコリドー観測境界線の外側のかなりのエリアの捕捉となってもよい。

以下の方法は、正確なアライメントで狭いコリドー観測経路の画像を捕捉する処理を最適化する。この方法は、異なる計画特性を持ち、一次及び二次飛行ラインと呼ばれる、２つの飛行ラインを使用する。

一次飛行ラインは、オルソモザイク生成及びコリドー観測経路の所要の包括を目的として捕捉される。

二次飛行ラインは、一次飛行ラインとの側面重複を目的として捕捉され、一次飛行ラインと平行に、及び一次飛行ラインから左右にオフセットされて飛行される。連続的な側面重複は、オルソモザイク・アライメントを実現させるためには必要とされない。アライメントは、各二次飛行ラインがそれに平行な一次飛行ラインの長さの大部分と重複すれば、実現される。

一次及び二次飛行ライン用の飛行計画は、まず、単一飛行ライン構成でコリドー観測経路を計画することにより生成される。単一一次飛行ラインは、一般に、コリドー経路１００（又はコリドー経路ポリライン１０２）をたどる。第二に、一次飛行ライン区分に平行で一次飛行ラインから左右にオフセットされる二次飛行ライン区分が、飛行計画に追加される。

二次飛行ラインは包括を必要としないため、飛行計画は、二次飛行ライン区分に渡ってコリドーの長さを「自由に飛行すること」を可能にし、そこでは航空機が１つの飛行ライン区分から直接次に旋回する。これにより、全ての二次飛行ライン区分の長さを完全に捕捉することが必要とされる周回１２６なしで、二次飛行ラインを捕捉することが可能になる。二次飛行ラインは、また、以下でさらに説明されるようなバンク旋回で、曲線飛行経路に沿って飛行することもできる。

図１１は、コリドーエリア１０６をカバーするために使用される一連の一次飛行ライン区分１３０を備える一次飛行ライン、及び正確性を目的とした重複を提供するために使用される一連の二次飛行ライン区分１３２を備える二次飛行ラインを示す。一次飛行ライン区分１３０は、一般的に、周回１２６により接合される。二次飛行ライン区分１３２は、一般的に、自由に飛行されてもよい旋回１３４により接合される。

以下でより詳細に説明されるように、デュアル解像度航空カメラシステム３５２を使用する場合、カメラシステムは、概要画像が飛行ライン間の最大重複を提供するように、二次飛行ラインに沿って概要画像を捕捉するようにのみ構成されてもよい。

二次飛行ラインは、例えば、都合がよければ数日後又数週間後に、一次飛行ラインの後かなりの時間がたってから捕捉されてもよい。これにより、位置間で航空機を操縦させながら、長いコリドーの捕捉が可能になる。

デュアル解像度航空カメラシステム３５２を使用する場合、二次飛行ラインは、概要及び詳細カメラの両方で捕捉でき、これにより、オルソモザイクを二次飛行ラインの視野内で生成できる。これにより、コリドー経路区分交点におけるより狭いオルソモザイク以外の二次飛行ライン重複のエリアにおけるより広いオルソモザイクが作成される。

コリドーを捕捉するためのさらなる方法は、例えば、垂直画像、左斜め画像及び／又は右斜め画像を捕捉する多数のカメラを通して実現される、広い横の視野を持つカメラシステムを含む航空機で利用できる。垂直及び斜め画像の両方を捕捉する航空カメラシステムは、米国特許番号８４９７９０５及び８６７５０６８（ニクソン）に記載されており、その内容は相互参照により本明細書中に組み込まれる。

飛行計画は、１つの飛行ラインから次へ旋回する周回１２６を使用せず、連続する飛行ライン区分１２８間の旋回を使用して飛行ラインに沿った飛行経路を描く。旋回するように航空機をバンクさせ、航空機は、１つの区分から次へ直接飛行経路をたどる。飛行ライン区分は、バンク角が斜めカメラの視野の限界より小さくなるように計画される。

オルソモザイク生成処理は、天底点に最も近い画像を使用する。水平に飛行する場合、垂直に向いているカメラは、図１２に示されるように、一番下にある。航空機がバンクしているとき、図１３に示されるように、左又は右斜め画像は、一番下に最接近し、オルソモザイク生成に使用される。

数値標高モデル（ＤＥＭ）は、オルソモザイク生成処理の共通の副産物である。ＤＥＭは、観測エリア内の全てのポイントの標高を計算することにより作成されてもよい。ポイントにおける標高は、ポイントを含む多数の画像にポイントを位置づけることにより計算されてもよい。ポイントが３つ以上の画像に存在する場合、その標高は、カメラの内部及び外部標定を使用して三角測量されてもよい。

ポイントの標高は、各ポイントが異なる角度から多数の画像で捕捉される場合、より正確に計算され得る。これは、前側及び側面重複を使用することにより実現される。

一次及び二次飛行ラインでのコリドー捕捉の場合、観測エリアの一部のみが側面重複で捕捉される画像を含んでもよい。

側面重複を含む画像エリアを増加させる方法は、二次飛行ラインから斜め画像を捕捉することである。斜め画像は、図１４に示されるように、一次飛行ライン画像の中心に向けられる画像システムにより捕捉される。

それと共に、二次飛行ラインから捕捉される画像は、コリドー観測エリアの斜めのオルソモザイクを生成するために使用されてもよい。

コリドーを捕捉するためのさらなる方法は、図１５に示されるように、コリドー経路１００に基づく曲線飛行経路１５４を使用する。

曲線飛行経路は、航空機のバンクにより誘発されるオフセット（ｄ）１５８を考慮に入れるために、任意のポイントでコリドー経路１００の曲率中心へ向けてオフセットされ得る。図１６の図及び数式に示されるように、オフセット（ｄ）１５８は、地表面からの高度（ａ）２５４、バンク角（シータ）１５６、航空機速度（ｖ）、バンク半径（ｒ）、及び重力（ｇ）に関連している。始めにバンク半径（ｒ）が（任意のポイントにおける）コリドー経路１００の半径であると仮定すれば、最終バンク半径（ｒ）及びバンク角（シータ）１５６は、繰り返しによって到達しうる。

曲線飛行経路１５４を飛行する場合でも、コリドーが急旋回を含んでいれば、パイロットは、従来通り周回１２６を実行できる。

任意の適切な航空カメラシステム３５０は、コリドー捕捉に利用されてもよい。

正確なバンドル調整のための十分な冗長性は、一般的に、少なくとも６０％の縦の（前側）重複、すなわち飛行ラインに沿った連続する写真間、及び少なくとも４０％の横の（側面）重複、すなわち隣接する飛行ラインにおける写真間の選択を指示する。これは、よく６０／４０重複と呼ばれる。

選択される重複により、所要の飛行時間及び捕捉される（及び、続いて処理される）写真の数の両方が判断される。高度な重複は、そのため、飛行時間及び加工時間の両方の観点から高価であり、重複の実際の選択は、費用とオルソモザイク精度間の妥協を表す。

デュアル解像度又は多重解像度カメラシステム３５２の使用は、精度を妥協すること無く、重複を減らす強力な方法を提供する。多重解像度航空写真の捕捉及び加工については、米国特許番号８４９７９０５及び８６７５０６８（ニクソン）に記載されており、その内容は相互参照により本明細書中に組み込まれる。多重解像度写真のセットは、オルソモザイク詳細がより高い解像度の詳細写真から導かれるのに対して、オルソモザイク精度がより低い解像度の概要写真間の重複から導かれることを可能にする。

米国特許番号８４９７９０５及び８６７５０６８（ニクソン）は、多重解像度の垂直及び斜め航空画像システムを備える小型航空機に装着可能な外部カメラ脚の一群を説明している。米国特許出願番号１４／３１０５２３（ターリントン）及び１４／４７８３８０（ラプスタン）は、その内容が参照により本明細書中に組み込まれるが、標準カメラ穴を有する航空機への配備に適した多重解像度航空カメラシステムのハイパーカメラ（トレードマーク）群を説明している。

図１７は、デュアル解像度Ｖ５−３００ハイパーカメラ航空カメラシステム３５２を示す。デュアル解像度Ｖ５−３００ハイパーカメラ航空カメラシステム３５２は、標準（例えば、２０インチ径）カメラ穴２１２を有する標準的な測量航空機の操縦席又はキャビンに配置可能な、１つの広角概要カメラ及び５つの狭角詳細カメラを備える。

図１８は、グラウンド層上のハイパーカメラ装置の詳細カメラ及び概要カメラの３次元の視野１６０及び１７０の投影を示す。図１８は、詳細視野１６０がどのように飛行２２０の方向に垂直な方向に重複するかを示す。

図１９は、デュアル解像度航空カメラシステムを搭載するセスナ２０８測量航空機２３０の正面図を示し、カメラシステム３５２の横の概要視野１７２及びカメラシステム３５２の横の集合詳細視野１８２を示す。横の集合詳細視野１８２は、５つの個別の重複する横の詳細視野１６２の集合である。

図２０は、ハイパーカメラを搭載するセスナ２０８測量航空機２３０の側面図を示し、カメラシステム３５２の縦の概要視野１７４及びカメラシステム３５２の縦の詳細視野１６４を示す。

図１７は、飛行２２０の方向における重複する概要視野１７０及び３つの連続ショットの集合詳細視野１８０を示す。集合詳細視野１８０は、５つの個別の重複する詳細視野１６０の集合である。図に示される（すなわち、縦の重複により黙示される）カメラの撮影速度において、概要視野１７０が縦方向に約８５％重複するのに対して、集合詳細視野１８０は、縦方向に約２０％重複する。

図１８は、隣接する飛行ラインからの、すなわち逆方向２２０で飛行する、２つのショットの重複概要視野１７０及び集合詳細視野１８０を示す。図に示される飛行ライン間隔において、概要視野１７０が左右に約４０％重複するのに対して、集合詳細視野１８０は、左右に２０％及び２５％間で重複する。

既に記載されているように、従来の単一解像度航空測量は、一般的に、６０／４０重複、すなわち、６０％前側（又は縦に）重複、及び４０％側面（又は横に）重複、で操作されている。図２１及び２２に示されるように操作される多重解像度ハイパーカメラによれば、概要写真が８５／４０重複より良く捕捉され、詳細写真が一般的に、２０／２０重複以下のみで捕捉される。

図２３は、デュアル解像度ハイパーカメラシステム３５２のような、航空カメラシステム３５０用の電力・制御システムの構成図を示す。カメラ３４０は、一連のアナログ・デジタル・コンバータ３０８（ＡＤＣ）を介してコンピュータ３００により制御される。

コンピュータ３００は、１以上の全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機３０４を使用して、リアルタイムで測量航空機２３０の位置及び速度をモニタする。ＧＮＳＳ受信機は、全地球測位システム（ＧＰＳ）、グロナス（ＧＬＯＮＡＳＳ）、ガリレオ（Ｇａｌｉｌｅｏ）及び北斗（ＢｅｉＤｏｕ）を含む、様々な宇宙ベースの衛星ナビゲーションシステムと互換性があってもよい。

コンピュータ３００は、記憶された飛行計画及び航空機のリアルタイムの位置及び速度に従って、ＡＤＣ３０８を介してカメラ３４０に正確に時間を決められた撮影信号を提供し、カメラ露出をトリガする。カメラ３４０がオートフォーカス機構を組み込んでいれば、コンピュータ３００もそのような各カメラにフォーカス信号を提供し、露出に先立ってオートフォーカスをトリガする。

コンピュータ３００は、同じ速度でカメラ３４０のシャッターを切ってもよい。あるいは、コンピュータ３００は、詳細カメラとは異なる速度、すなわちより高い速度又はより低い速度のどちらかでデュアル解像度システムの概要カメラのシャッターを切ってもよく、それにより、連続する詳細写真間の重複とは無関係の、連続する概要写真間の異なる重複、すなわちより高い重複又はより低い重複のどちらかを実現する。コンピュータ３００は、カメラのシャッターを同時に切ってもよいし、例えば、写真の異なるアライメントを縦に実現するため、又はピークの消費電力を減少させるため、撮影のタイミングをずらしてもよい。

飛行計画によれば、観測を構成する各飛行ライン、及び必要な重複が連続するショット間で確実に維持されるために必要な各飛行ラインに沿った名目カメラ撮影速度が説明される。撮影速度は、航空機の下の地形の標高に敏感である、すなわち、地形が高くなるほど、必要となる撮影速度も高くなる。撮影速度は、航空機の実際の対地速度に従ってコンピュータ３００により調整され、風及び航空機のパイロットの操作に起因して、その名目速度とは異なってもよい。

コンピュータ３００は、また、飛行計画及びリアルタイムＧＮＳＳ位置を使用して、パイロットディスプレー３０２を介して各飛行ラインに沿ってパイロットを誘導する。

図２３に示されるように、ＧＮＳＳ受信機からの位置データは、慣性計測装置３０６（ＩＭＵ）からの方位情報により任意に増加される。これにより、コンピュータ３００は、パイロットがどのくらい綿密に飛行計画に沿っているか、パイロットに改善されたフィードバックを提供することができる。ＩＭＵ３０６がない場合、ＧＮＳＳ受信機は、コンピュータ３００に直接接続される。

コンピュータは、各ショットのＧＮＳＳ位置（及び、ＩＭＵ３０６がある場合は、任意にＩＭＵ方位）を記憶する。これは、正確なオルソモザイクを作り出すため、写真のその後の処理で使用される。

ＩＭＵ３０６により報告される方位に応答する、１以上のオプションの角運動補償（ＡＭＣ）装置３３０は、飛行中の航空機の横揺れ、縦揺れ又は偏揺れにも拘わらず、長時間一定の指示方向を維持できるようにカメラの方位を修正する。これにより、連続するショット間及び隣接する飛行ライン間の重複を最小化できる一方、捕捉された写真が隙間ないモザイク写真を作成するために使用できるようになる。

ＡＭＣ３３０は、カメラ３４０が搭載された、２つ又は３つの回転軸（すなわち、横揺れ及びピッチ、又は横揺れ、ピッチ及び偏揺れ）を持つプラットフォームで構成されてもよい。市販のＡＭＣプラットフォームは、ライカ・ジオシステムズのＰＡＶシリーズを含む。

代わりに、ＡＭＣ３３０は、各カメラ（又はカメラ群）の光路に１以上のビームステアリング機構を備えてもよく、それにより、カメラの指示方向はビームステアリングにより修正される。

角運動補償は、飛行高度が増加する、及び／又は地面サンプリング距離（ＧＳＤ）が減少するにつれて、次第に重要になる。

航空機の前進運動に起因するモーションブラーは、航空機の速度にカメラの露出時間を乗じたものに相当する。一旦モーションブラーがＧＳＤのかなりの割合になる（又はＧＳＤを超える）と、前進運動補償（ＦＭＣ）機構が提供され、モーションブラーの減少又は排除に役立つようになる。ＦＭＣは、（画像センサ、又は中間ミラー、又はカメラ自体を移動させることにより）カメラの光軸を平行移動又は回転させることを含む、又は画像センサの画素の隣接するラインの時間遅延積分（ＴＤＩ）による、さまざまな方法で提供され得る。ＦＭＣは、ＡＭＣ装置を介して提供することができる。

各カメラ３４０は、そのショットをローカルに、例えば、着脱自在なフラッシュメモリに保管してもよい。これにより、カメラシステムにおける集中記憶装置、及びカメラと集中記憶装置間の広帯域データ通信チャネルが不要になる。代わりに、カメラシステムは、集中記憶装置（図示略）を組み込んでもよい。

各ショットのＧＮＳＳ位置は、各カメラ３４０に送られてもよく、それにより、カメラはそのＧＮＳＳ位置を有する各写真をタグ付けできる。

カメラ３４０は、バッテリ装置３２０により充電される。バッテリ装置３２０は、全ての連結要素に必要な電圧よりも多い電圧、例えば２４Ｖ〜２８Ｖを提供し、各連結要素の電圧要求は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２６を介して提供される。例えば、Ｎｉｋｏｎ Ｄ８００カメラは、１０Ｖ未満を必要とする。追加のＤＣ−ＤＣコンバータ３２６は、また、適切な電圧を提供し、コンピュータ３００、パイロットディスプレー３０２、ＧＮＳＳ受信機３０４、ＩＭＵ３０６、及びＡＭＣ３３０を充電する。明確にするために、これらの電力接続は図２３では省略される。

バッテリ装置３２０は、２つの１２Ｖ又は１４Ｖバッテリ、もしくは単一の２４Ｖ又は２８Ｖバッテリを含む。バッテリ装置３２０は、適切な補助電源３２２と共に、航空機からトリクル充電されることが可能な充電回路を含み、それにより、何時でも充電されたままであることができる。バッテリ装置３２０は、また、地上動力装置３２４（ＧＰＵ）から地上で充電されてもよい。

ＡＤＣ３０８及びＤＣ−ＤＣコンバータ３２６は、カメラ制御装置３１０（ＣＣＵ）に収容されてもよい。カメラ制御装置３１０（ＣＣＵ）は、さらに、コンピュータ３００によるＡＤＣの制御を可能にするＵＳＢインタフェースを含んでもよい。

カメラ３４０に電力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータ３２６は、ＣＣＵ３１０内に、又は分電箱１５０内のカメラの近くに配置されてもよい。

カメラシステム３５０により捕捉された写真は、途切れなく縫い合わせられてオルソモザイクにするためのものであり、図２４は、１以上の詳細カメラ３４０により捕捉された詳細写真４００から効率よくオルソモザイクを作成するためのプロセスフローを示す。

カメラシステム３５０がデュアル解像度（又は多重解像度）カメラシステム３５２であれば、図２５に示されるように、プロセスフローは、また、１以上の概要カメラ３４０からの概要写真４０２を使用する。

処理は、４つの主要ステップで構成される。（１）地物は、写真４００（及び、任意に４０２）のそれぞれで自動的に認識され、写真間で一致させられる（ステップ４１０）。バンドル調整が使用され、各写真に関連付けられているカメラ姿勢（３次元の位置及び方位）及びカメラ校正（焦点距離及び偏位など）と同様に、各地物の現実の３次元位置の初期推定を繰り返して微調整する（ステップ４１２）。各詳細写真４００は、そのカメラ姿勢及び地形標高データに従ってオルソ修正される（ステップ４１４）。そして、オルソ修正された写真（オルソフォト）は混合され、最終的なオルソモザイク４０４を形成する（ステップ４１６）。

単一解像度システムにおいては、オルソモザイク４０４の精度は、従来の詳細写真４００間の高い重複から導き出し、オルソモザイク４０４の詳細も詳細写真４００から導き出す。

デュアル解像度システムにおいては、オルソモザイク４０４の詳細はより高い解像度の詳細写真４００から導き出す一方、オルソモザイク４０４の精度は、より低い解像度の概要写真４０２間の高い重複から導き出す。

オルソモザイクは、一般的に、任意のズームレベルに高速アクセスするために異なる（バイナリー）ズームレベルがその中に予め計算されている画像ピラミッドとして記憶される。ピラミッド内のより低いズームレベルは、低域フィルタリング及びサブサンプリングにより、より高いズームレベルから生成され、よって、ピラミッド全体が詳細解像度のオルソモザイクから生成されてもよい。代替手段として、より低いズームレベルは、概要写真４０２から作成されたオルソモザイクから生成されてもよく、その場合、概要写真４０２は、また、詳細写真４００に関して上述したように、オルソ修正され、混合される。

各写真のカメラ姿勢の初期推定は、続いてバンドル調整処理により微調整され（ステップ４１２）、可能な場合は、そのＩＭＵ由来の方位と同様に、各写真のＧＮＳＳ位置から導かれる。

詳細写真４００のオルソ修正（ステップ４１４）に使用された地形データは、バンドル調整（ステップ４１２）から得られた３Ｄ地物位置に基づいてもよいし、（ＬｉＤＡＲ航空測量から等）他の所から供給された地形データであってもよい。

自動的に認識された地物は、手動で識別された地上ポイントで増加されてもよく、地上ポイントの各々は、正確に観測された現実の位置（及び、その後、地上制御ポイントと呼ばれる位置）を有してもよい。

本発明は、多数の好適な実施形態を参照して説明されている。本発明の多数の代替実施形態が存在すること、及び本発明の適用範囲は添付の請求項により制限されるのみであることは、当技術分野における通常の技術者であれば理解するであろう。

本明細書及び続く請求項を通して、文脈上他の意味に解すべき場合を除き、「備える（comprise）」という言葉、および「含む（comprises）」又は「含み（comprising）」のようなバリエーションは、述べられたもの（Ｉｎｔｅｇｅｒ）又はステップもしくはもの又はステップのグループを含み、他のもの又はステップもしくはもの又はステップのグループの排除でないことを意図していることは理解されるであろう。

本明細書における任意の事前の公表（又はそこから導かれた情報）、又は任意の既知の事柄への参照は、事前の公表（又はそこから導かれた情報）又は既知の事柄が本明細書に関わる努力傾注分野における共通の一般知識の一部を形成するという提言の承認、又は了解、又は何らかの形式であるのではなく、そのように捉えられるべきでもない。

１００ コリドー経路
１０２ ポリライン近似コリドー経路
１０４ ポリライン頂点
１０６ 多角形近似コリドー形状
１０８ 対象の交差エリア
１１０ 対象のエリアベースのエリア
１１２ 飛行ライン
１１４ 連続する飛行ライン間のターンアラウンド
１２０ 測量経路区分
１２２ 測量経路区分帯
１２４ 対象の交差エリア用のより広い測量経路区分帯
１２６ 連続する飛行ライン区分間の周回
１２８ 飛行ライン区分
１３０ 一次飛行ライン区分
１３２ 二次飛行ライン区分
１３４ 連続する飛行ライン区分間のなだらかな旋回
１３６ 集合帯
１４０ 垂直撮像視野
１４２ 斜め撮像視野
１５０ 地面
１５２ 地面のコリドー中心線
１５４ 曲線飛行経路
１５６ バンク角
１５８ バンクオフセット
１６０ 詳細視野
１６４ 縦の詳細視野
１７０ 概要視野
１７２ 横の概要視野
１７４ 縦の概要視野
１８０ 集合詳細視野
１８２ 横の集合詳細視野
２１２ 航空機の床のカメラ穴
２２０ 飛行方向
２３０ 航空測量航空機
３００ コンピュータ
３０２ パイロットディスプレー
３０４ 慣性計測装置（ＩＭＵ）
３０６ 全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機
３０８ アナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）
３１０ カメラ制御装置（ＣＣＵ）
３２０ バッテリ装置
３２２ 航空機補助電源
３２４ 地上動力装置（ＧＰＵ）
３２６ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３３０ 角運動補償（ＡＭＣ）装置
３４０ カメラ
３５０ 航空カメラシステム
３５２ デュアル解像度航空カメラシステム
４００ 詳細写真
４０２ 概要写真
４０４ オルソモザイク
４１０ 地物一致ステップ
４１２ 姿勢・位置求解ステップ
４１４ 写真オルソ修正ステップ
４１６ オルソフォト混合ステップ

Claims (10)

1. コリドーエリア内に完全に位置が示され、前記コリドーエリアの長さ及び方向を代表する線であって一直線でないコリドー経路により部分的に描き得、幅よりも大きな長さを有し横長でない前記コリドーエリアのオルソモザイクを作成する方法であって、
   （ａ）一次飛行ラインに沿って航空機を操縦する工程であって、前記一次飛行ラインが一連の一直線且つ実質的に水平な一次飛行ライン区分を備え、前記各一次飛行ライン区分は順次隣接する前記一次飛行ライン区分と揃えられず且つ前記各一次飛行ライン区分が前記コリドー経路の一部を近似する工程と、
   （ｂ）飛行中、前記各一次飛行ライン区分に沿って、及び前記航空機に搭載された航空カメラシステムを介して、一連の一次像を捕捉する工程であって、前記各一次像が少なくとも部分的に、その後続と順々に重複する工程と、
   （ｃ）二次飛行ラインに沿って前記航空機を操縦する工程であって、前記二次飛行ラインが一連の二次飛行ライン区分を備え、前記各二次飛行ライン区分が実質的に前記コリドー経路の一部分と平行且つ当該一部分から左右にオフセットする工程と、
   （ｄ）飛行中、前記各二次飛行ライン区分に沿って、及び前記航空機に搭載された前記航空カメラシステムを介して、一連の二次像を捕捉する工程であって、前記二次像の少なくともいくつかが前記一次像の少なくともいくつかと重複する工程と、
   （ｅ）複数の前記一次像及び二次像の内、共通の地上ポイントに対応する共通の地物を特定する工程と、
   （ｆ）バンドル調整を介して、及び前記共通の地上ポイントから、前記各一次像に関連付けられている外部標定及び前記各地上ポイントに関連付けられている３次元位置を推定する工程と、
   （ｇ）前記外部標定の少なくともいくつか及び前記３次元位置の少なくともいくつかを使用して、前記一次像の少なくともいくつかをオルソ修正する工程と、
   （ｈ）前記オルソ修正された一次像を結合して、前記オルソモザイクを作成する工程と、
   を備える方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記航空機は、前記各一次飛行ライン区分及びその後続との間で周回旋回に沿って操縦され、前記旋回が１８０度より大きい角度を有する方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記航空機は、前記各二次飛行ライン区分とその後続との間の旋回に沿って操縦され、前記旋回が９０度未満の角度を有する方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法であって、
   前記航空カメラシステムは、実質的に垂直画像を捕捉するための少なくとも１つの垂直カメラを備える方法。
5. 請求項４に記載の方法あって、
   前記航空カメラシステムは、実質的に斜め画像を捕捉するための少なくとも１つの斜めのカメラを備える方法。
6. 請求項５に記載の方法あって、
   前記一次像及び二次像は、垂直画像及び斜め画像の両方を備える方法。
7. 請求項５に記載の方法あって、
   前記一次像は、垂直画像を備え、前記二次像が斜め画像を備える方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法であって、
   前記航空カメラシステムは、概要画像を捕捉するための少なくとも１つの概要カメラ、及び詳細画像を捕捉するための複数の詳細カメラを備え、前記各詳細画像が前記少なくとも１つの概要画像より高い解像度を有し、前記詳細画像の少なくともいくつかが前記概要画像のいくつかと重複し、前記一次像が前記概要画像及び前記詳細画像の両方を備える方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、
   前記二次像は、前記概要画像及び前記詳細画像の両方を備える方法。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法であって、
    前記二次飛行ラインは、曲線を描き、少なくとも部分的に、バンクした旋回を含む方法。

Images