JPH10257528A - 撮像方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一の装置による一回の撮影で立体視に必要
な画像を取得可能で、かつ、撮影方向を増やしたり、そ
の際に基線／高度比を変更する場合でも装置や所要日数
を増やさずに立体視に必要な画像を取得可能な方法を提
供することである。 【解決手段】 広画角の光学系と大面積・多画素の２次
元撮像素子とにより、走査を行うことなく１度に２次元
の画像を取得し、軌道進行中に隣接する瞬時視野を重複
させた撮像を行うことにより、立体視に必要な１組のス
テレオ画像ペアを取得する。また、隣接する瞬時視野の
重複割合を定める撮像時間間隔を制御するタイミング信
号発生回路の出力を可変とする事により、装置や所要日
数を増やさずに、同一地域を異なる角度から３回以上撮
影したり、撮影時の基線／高度比を自在に設定すること
が可能で、立体視による標高抽出精度を向上させること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば人工衛星
等の飛しょう体に搭載する、立体視用撮像装置の撮像方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人工衛星等に搭載される撮像装置を用い
て取得した画像から立体視により標高情報を抽出して地
図作成に役立てるには、何らかの方法により２方向から
同一地域を撮影した２枚１組のステレオ画像ペアが必要
である。人工衛星においては従来は次の２種類の撮像装
置および各々に対応する方法によりステレオ画像ペアを
取得している。

【０００３】従来の第１の方法は、図４に示すように、
隣接する軌道から、撮像装置の指向方法を変えて同一地
域を撮影する方法である。図４において、１１１は撮像
装置、１１２は人工衛星、１１９は指向方向変更手段、
１１３は人工衛星の軌道、１１５は瞬時視野、１１６は
瞬時視野の重複部分、１４は撮影対象天体の地平線、１
８は撮像対象地域である。なお、添字ａとｂとは２本の
隣接する軌道のそれぞれに対応した位置を示す。

【０００４】従来の第１の方法は上記の如く構成され、
その動作は次の通りである。撮像対象地域１８の斜め左
上の軌道１１３ａを人工衛星が通過する時に、１１２ａ
の位置から、撮像装置１１１を指向方向変更手段１１９
を用いて、撮像対象地域１８に指向し、１回目の撮影を
行う。その時の瞬時視野が１１５ａである。その後、数
〜十数日（人工衛星の軌道の選び方に依存する。）経過
後に、撮像対象地域の斜め右上を通る隣接軌道１１３ｂ
を人工衛星が通過する時に、１１２ｂの位置から、撮像
装置１１１を指向方向変更手段１１９を用いて、撮像対
象地域１８に指向し、２回目の撮影を行う。その時の瞬
時視野が１１５ｂである。１回目の瞬時視野１１５ａと
２回目の瞬時視野１１５ｂとの重複部分１１６ａｂは、
２つの異なる角度から撮影されたことになり、立体視に
より標高抽出が可能な２枚１組のステレオ画像ペアが取
得される。

【０００５】立体視による標高情報抽出の際には、使用
目的に応じて基線／高度比が任意に変更できると好都合
である。しかし、人工衛星を一旦打上げてしまうと隣接
軌道間隔が定ってしまい、したがって、従来の第１の方
法を用いた撮影では、基線／高度比を変更することは出
来ない。

【０００６】また、立体視による標高情報抽出の際に、
２方向からだけでなく３方向以上から異なる角度で撮影
した画像を組合わせると、標高抽出精度が向上する。従
来の第１の方法を用いて３方向以上から撮影を行おうと
すると、２回目の撮影後、撮影対象地域付近の上空を飛
行する時まで更に数〜十数日待たなければならない。こ
れでは撮影日数が掛り過ぎるため、通常は２方向からの
撮影しか行われていない。

【０００７】従来の第２の方法は、図５に示すように、
取付角度の異なる２台の撮像装置を搭載して、同一の軌
道から時間差をつけて、各撮像装置で同一地域を異なる
角度で撮影する方法である。図５において、１２１は撮
像装置、１２２は人工衛星、１２３は人工衛星等の軌
道、１２５は瞬時視野、１２６は瞬時視野の重複部分、
１４は撮影対象天体の地平線、１８は撮像対象地域であ
る。なお、添字ａとｂとは１回目の撮影と２回目の撮影
とにそれぞれに対応する。

【０００８】従来の第２の方法は上記の如く構成され、
その動作は次の通りである。撮像対象地域１８の真上を
人工衛星１２２が通過する時に、直下視用撮像装置１２
１ａを用いて１回目の撮影を行う。その１回目の瞬時視
野が１２５ａである。その後、人工衛星等の軌道１２３
に沿って約３０秒程度（人工衛星の高度に依存する。）
飛行後に、後方視用撮像装置１２１ｂを用いて、斜め前
方から同一地域の２回目の撮影を行う。その２回目の瞬
時視野が１２５ｂである。１回目の瞬時視野１２５ａと
２回目の瞬時視野１２５ｂとの重複部分１２６ａｂは、
２つの異なる角度から撮影されたことになり、立体視に
より標高抽出が可能な２枚１組のステレオ画像ペアが取
得される。

【０００９】立体視による標高情報抽出の際には、使用
目的に応じて基線／高度比が任意に変更できると好都合
である。従来の第２の方法を用いて基線／高度比を変更
するには、撮像装置と人工衛星との間に指向方向変更装
置の装備も必要となり、製造経費がかさむだけでなく、
重量・消費電力等も増加し、軽量な装置を望まれる人工
衛星に搭載するには障害が多い。したがって、従来の第
２の方法を用いた撮影では、基線／高度比を変更するこ
とはしていない。

【００１０】立体視により標高情報を抽出する際に、２
方向からだけでなく３方向以上から異なる角度で撮影し
た画像を組合わせると、標高抽出精度が向上する。従来
の第２の方法を用いて３方向から撮影を行おうとする
と、直下視用撮像装置と後方視用撮像装置とに加えて、
第３の前方視用撮像装置を装備しなければならない。こ
の様に３組の撮像装置を装備すると、製造経費がかさむ
だけでなく、重量・消費電力等も増加し、軽量な装置を
望まれる人工衛星に搭載するには障害が多い。

【００１１】従来の第１および第２の方法に用いられる
撮像装置自身は共に、図６の様に構成されている。図６
において、１０１は１次元撮像素子、１０２はレンズや
鏡からなる光学系、３は天体表面の撮像対象地域、１０
４はタイミング信号発生回路、１０５は撮像素子駆動回
路、１０６は前置増幅器、１０７は画像信号処理回路、
１０８は画像信号記録伝送回路である。

【００１２】従来の撮像装置は上記の如く構成され、そ
の動作は次の通りである。光学系１０２によって、撮像
対象地域３の像が、１次元撮像素子１０１の上に結像す
る。１次元撮像素子１０１は、タイミング信号発生回路
１０４により供給されるタイミング信号をもとに、撮像
素子駆動回路１０５によって駆動される。１次元撮像素
子１０１からの信号は、前置増幅器１０６により増幅さ
れ、画像信号処理回路１０７に供給される。画像信号処
理回路１０７では、タイミング信号発生回路１０４から
供給される信号をもとに、撮像素子の駆動状況に同期し
て、増幅・補正処理・Ａ／Ｄ変換等の画像信号処理を行
う。画像信号記録伝送回路１０８では、処理済の画像信
号を必要に応じて、記録または外部への伝送を行う。以
上が、１次元の画像を取得するための手順である。これ
を繰返して、撮像装置を搭載した人工衛星等の運動を利
用して、残る１次元方向の走査を行い、２次元の画像を
取得する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の立体視用撮像装
置では、上記第１の方法のような隣接軌道からの撮影で
は１箇所の撮影に少なくとも十数日を要し（２回目の撮
影日には天候が変り、雲がかかって撮影できないことも
ある。）たり、上記の第２の方法のような同一軌道から
の撮影では撮像装置その物が２組必要である等の不便な
点があった。また、第１の方法および第２の方法とも、
撮影時の基線／高度比の自在な変更は出来なかった。更
に、標高抽出精度を高めるために、異なる２方向からの
撮影に加えて、更に多くの方向からの撮影を行うには、
第１の方法では更に日数を要したり、第２の方法でも撮
像装置その物を増やす必要がある等、実現には障害が多
かった。

【００１４】かかる点に鑑み、この発明の目的は、撮影
所要日数短縮可能な同一軌道からの撮影でありながら単
一の装置で立体視を可能とし、且つ、その際の基線／高
度比を自在に変更できる撮像装置を提供し、更に、高精
度な標高抽出の可能な画像を容易に取得する方法を提供
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、第１の発明による立体視用撮像方法は、広画角の光
学系と大面積・多画素の２次元撮像素子とを各々１つづ
つ有し、走査を行うことなく１度に２次元の画像を取得
し、軌道進行中に一部を重複させた撮像を行い、立体視
に必要な１組のステレオ画像ペアを取得できる。また、
撮像時間間隔（その間に人工衛星等が飛行する距離が基
線長となる。）を制御するタイミング信号発生回路の出
力タイミング信号を可変とすることにより、基線／高度
比を自在に変更したステレオ画像ペアの撮像を可能とす
る。従来から広画角の光学系を採用することは可能であ
ったが、２次元撮像素子の画素数は、数百×数百が一般
的であり、本発明にかかる立体視用撮像装置に採用する
には不足があった。しかし、最近では半導体製造技術の
進歩により、１枚のシリコンウェハ全体を１個の２次元
撮像素子にすることが可能となり、数千×数千画素の撮
像素子の入手が可能となり、本発明にかかる立体視用撮
像装置の実現が可能となった。

【００１６】また、第２の発明による撮像方法は、第１
の発明による立体視用撮像装置を用いて、一連の長方形
の地域の立体視に必要な画像を連続して取得する方法で
ある。同一地域を異なる角度から３回以上撮影すること
が可能となり、人工衛星等が伝送可能な画像情報量に応
じて、立体視による標高抽出精度を向上させることがで
きる。

【００１７】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示すブ
ロック図である。図１において、１は２次元撮像素子、
２はレンズや鏡からなる光学系、３は天体表面の撮像対
象地域、４は可変タイミング信号発生回路、５は撮像素
子駆動回路、６は前置増幅器、７は画像信号処理回路、
８は画像信号記録伝送回路である。

【００１８】次に動作を説明する。光学系２によって、
撮像対象地域３の像が、２次元撮像素子１の上に結像す
る。２次元撮像素子１は、可変タイミング信号発生回路
４により供給されるタイミング信号をもとに、撮像素子
駆動回路５によって駆動される。２次元撮像素子１から
の信号は、前置増幅器６により増幅され、画像信号処理
回路７に供給される。画像信号処理回路７では、可変タ
イミング信号発生回路４から供給される信号をもとに、
撮像素子の駆動状況に同期して、増幅・補正処理・Ａ／
Ｄ変換等の画像信号処理を行う。画像信号記録伝送回路
８では、処理済の画像信号を必要に応じて、記録または
外部への伝送を行う。以上が、１枚の画像を撮影するた
めの手順である。２枚目の撮影も同様な手順で行われ
る。但し、１枚目と２枚目との撮像時間間隔は、可変タ
イミング信号発生回路４により供給されるタイミング信
号により制御されており、可変である。これを繰返して
複数の画像を取得する。

【００１９】図２はこの発明の実施の形態１を示す運用
構想図である。図２において、１１は本発明にかかる立
体視用撮像装置、１２は撮像装置を搭載する人工衛星
等、１３はその人工衛星の軌道と飛行方向とを示す。１
４は撮影対象の天体表面の地平線、１５は撮像装置が１
回に撮影することの出来る瞬時視野、１６は２つの瞬時
視野の重なりを示す。なお、撮像装置１１、人工衛星１
２、瞬時視野１５、瞬時視野の重なり１６において、添
字ａは１回目の撮影を行う時の位置、添字ｂは２回目の
撮影を行う時の位置をそれぞれ示す。

【００２０】次に動作を説明する。１回目の撮影では、
１２ａの位置にある人工衛星等に固定された立体視用撮
像装置は１１ａの位置から、１回目の瞬時視野１５ａの
撮影を行う。その後、人工衛星等の軌道１３に沿って飛
行した人工衛星等は、１２ｂの位置に移動する。搭載さ
れた立体視用撮像装置は１１ｂの位置から２回目の瞬時
視野１５ｂの撮影を行う。１回目の瞬時視野１５ａと２
回目の瞬時視野１５ｂとの重複部分１６ａｂは、２つの
異なった角度から撮影されており、立体視可能な１組の
ステレオ画像ペアの取得された領域となる。

【００２１】次に基線／高度比を任意に設定する手順を
説明する。１１ａの位置と１１ｂの位置との距離が、ス
テレオ画像ペアの撮影基線長となる。衛星高度が撮影高
度となる。この２つの値の比が、基線／行動比である。
基線／高度比の変更には、基線長の変更、撮影高度の変
更、あるいは両方の変更という方法がある。一般には衛
星高度は一定であるので、基線長を変更することが必要
となる。本発明では、２次元の撮像素子を用いているた
め、２つの撮影視野の重複部分１６ａｂが確保できる範
囲内で、使用目的に応じて撮影基線長は自由に選べる。
選んだ撮影基線長に対応するように、可変タイミング信
号発生回路４により供給されるタイミング信号の時間間
隔を決定し、遠隔コマンドによりその時間間隔に設定す
る。

【００２２】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２を示す運用構想図である。図２において、１１は本
発明にかかる立体視用撮像装置、１２は撮像装置を搭載
する人工衛星等、１３はその人工衛星の軌道と飛行方向
とを示す。１４は撮影対象の天体表面の地平線、１５は
撮像装置が１回に撮影することの出来る瞬時視野、１６
は２つの瞬時視野の重なり、１７は３つの瞬時視野の重
なりをそれぞれ示す。なお、撮像装置１１、人工衛星１
２、瞬時視野１５、瞬時視野の重なり１６と１７におい
て、添字ａは１回目の撮影を行う時の位置、添字ｂは２
回目の撮影を行う時の位置、添字ｃは３回目の撮影を行
う時の位置をそれぞれ示す。

【００２３】次に動作を説明する。１回目の撮影では、
１２ａの位置にある人工衛星等に固定された立体視用撮
像装置は１１ａの位置から、１回目の瞬時視野１５ａの
撮影を行う。その後、人工衛星等の軌道１３に沿って飛
行した人工衛星等は、１２ｂの位置に移動する。搭載さ
れた立体視用撮像装置は１１ｂの位置から２回目の撮影
を行う。その後さらに、人工衛星等の軌道１３に沿って
飛行した人工衛星等は、１２ｃの位置に移動する。搭載
された立体視用撮像装置は１１ｃの位置から３回目の撮
影を行う。その結果、２つの瞬時視野の重複部分１６ａ
ｂは、１回目と２回目の撮影の際の瞬時視野の重複部
分、２つの瞬時視野の重複部分１６ｂｃは、２回目と３
回目の撮影の際の瞬時視野の重複部分となり、２つの異
なった角度から撮影されており、立体視可能な１組のス
テレオ画像ペアの取得された領域となる。また、３つの
瞬時視野の重複部分１７ａｂｃは１回目と２回目と３回
目の撮影の際の瞬時視野の重複部分となり、３つの異な
った角度から撮影されており、高精度な標高情報の抽出
が可能な３枚１組の立体視可能な画像が取得された領域
となる。

【００２４】この様に、隣接する瞬時視野を２／３づつ
重複させながら、連続して撮影を行うと、一連の長方形
の撮像対象地域１８の全域に亘り、３つの異なる角度か
ら撮影した３枚１組の画像が取得できる。したがって、
取得した画像から標高情報を抽出する際には、単に２つ
の異なる角度から撮影した２枚一組のステレオ画像ペア
を用いる場合よりも、高精度な標高抽出が可能となる。

【００２５】また、隣接する瞬時視野を３／４づつ重複
させながら、連続して撮影を行うと、一連の長方形の撮
像対象地域１８の全域に亘り、４つの異なる角度から撮
影した４枚１組の画像が取得できる。したがって、一段
と高精度な標高抽出が可能となる。このように、何種類
の異なる角度で同一地域を撮像するかは、隣接する瞬時
視野をどの程度重複させて撮影するかによって決まる。
撮影角度を増やすと、標高抽出精度は向上するが、１つ
の地域当りの画像情報量も当然に増える。したがって、
必要な標高抽出精度と伝送可能な画像情報量とに応じ
て、大伝送容量の人工衛星に搭載する場合は撮影角度を
多く、小伝送容量の人工衛星に搭載する場合は撮影角度
を少なくすることが必要となる。本発明では、隣接する
瞬時視野の重複度合（すなわち撮影角度の数）を決定す
る撮像時間間隔は、可変タイミング信号発生回路４が制
御しているため、様々な伝送容量を持った人工衛星に、
本撮像装置を仕様変更すること無く搭載することが可能
である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明によれ
ば、同一の軌道から同一の撮像装置を用いて異なる位置
から瞬時視野を一部重複させて撮影することにより、撮
像対象地域を異なる２方向から撮影し、立体視に必要な
ステレオ画像ペアを取得する。その結果、同一軌道から
の立体視でありながら、従来のように直下視と後方視と
の複数の撮像装置を搭載する必要が無くなる。また、単
一の撮像装置による立体視でありながら、従来の複数軌
道からの撮影のように、撮影日が離れることもなくな
る。したがって、指向方向変更手段を持たない、１台の
撮像装置で立体視用のステレオ画像ペアを取得できるた
め、製造コストを削減でき、また、同一の軌道から殆ど
同時に撮影を行うため、撮影期間が短縮できて、天候等
の運用上の制限が緩和される。更に、可変タイミング信
号発生回路によりステレオ画像ペアの撮影時間間隔を任
意に変更し、ステレオ画像ペアの基線／高度比を任意に
設定できるため、画像の使用目的に応じた柔軟な運用が
可能となる。

【００２７】また、第２の発明によれば、撮像装置を増
やすことなく単一の撮像装置で、一連の長方形の撮像対
象地域全体の、自由に設定した複数の数の異なる撮影角
度から、立体視に必要な画像を連続して取得でき、立体
視による標高抽出精度を向上させる効果がある。更に、
可変タイミング信号発生回路の採用により、撮影角度の
数は自在に設定できるため、撮像装置の仕様変更をする
こと無く、様々な画像情報伝送容量を持った人工衛星に
搭載することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による立体視用撮像装置の実施の形
態１の構成を示すブロック図である。

【図２】 この発明による立体視用撮像装置の実施の形
態１を示すための運用構想図である。

【図３】 この発明による立体視用撮像装置の使用方法
の実施の形態２を示すための運用構想図である。

【図４】 従来の立体視用撮像装置の構成例を示す運用
構想図である。

【図５】 従来の立体視用撮像装置の構成例を示す運用
構想図である。

【図６】 従来の立体視用撮像装置の構成例を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ ２次元撮像素子、２ 光学系、３ 天体表面の撮像
対象地域、４ 可変タイミング信号発生回路、５ 撮像
素子駆動回路、６ 前置増幅器、７ 画像信号処理回
路、８ 画像信号記録伝送回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人工衛星などの飛しょう体に搭載された
   立体視用撮像装置の撮像方法において、広画角の光学系
   と２次元撮像素子とを各々１つづつ有し、走査を行うこ
   となく１度に２次元の画像を取得し、飛しょう体の軌道
   進行中に一部を重複させた撮像を行い、立体視に必要な
   １組のステレオ画像ペアを取得し、また、撮像時間間隔
   を制御するタイミング信号を可変とすることにより、基
   線／高度比を自在に変更したステレオ画像ペアの撮像を
   可能としたことを特徴とする撮像方法。
2. 【請求項２】 必要な標高抽出精度と伝送可能な画像情
   報量とに応じて、同一地域を３方向以上の任意の方向か
   ら撮影することを特徴とする請求項１記載の撮像方法。