JPH11271053A - 地上写真測量用カメラおよび画像処理装置およびこの地上写真測量用カメラと画像処理装置とを用いた写真測量方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 写真測量の精度を向上させる。 【解決手段】 カメラ１００の本体１０の正面１０ａに
レンズ台１３を取り付ける。レンズ台１３に鏡筒１１を
取り付け、鏡筒１１内に撮影光学系１２を固定する。レ
ンズ台１３の上面にシフト操作部材２０とチルト操作部
材２２を設ける。シフト操作部材２０の回転操作によ
り、撮影光学系１２は矢印Ａ方向にシフトする。チルト
操作部材２２の回転操作により、撮影光学系１２は回動
し、レンズ光軸Ｌのカメラ内の撮像面に対する傾斜角度
が変化する（チルト）。遠景の被写体が大きくかつ鮮明
に撮像面に写るように、シフト操作部材２０とチルト操
作部材２２を操作する。被写体を撮影し、チルト量およ
びシフト量を、撮影時の撮像データと共にメモリカード
３０に記録する。撮像データとチルト量およびシフト量
とに基づいて被写体の３次元座標を求め、被写体の測量
図を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば写真から被
写体の３次元座標を求めて測量図を得る地上写真測量用
カメラおよび写真測量方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、交通事故等の状況を把握するため
に、現場で写真撮影を行ってこの写真画像から平面図等
の測量図を得る写真測量方法が一般的に行われている。
このような写真測量方法の一例として、交通事故現場に
おける被写体は銀塩フィルムカメラまたは電子カメラ等
により、異なる２方向から撮影される。そしてこれら撮
影画像から被写体の２次元座標が読み取られ、それら２
次元座標に基づいて被写体の３次元座標が算出される。
この被写体の３次元座標から交通事故現場の測量図が作
成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】交通事故現場は被写体
の位置が広範囲に渡ることが多く、被写体を１枚の画像
に収めるために、撮影者はカメラを道路面に対して傾斜
させて撮影を行う。この場合、遠景の被写体は近景の被
写体に比べ小さく撮影画像に写し込まれる。また被写体
の奥行きが大きいために焦点のぼけた撮影画像になるこ
とがある。このようなことから撮影画像からは被写体の
２次元座標が正確に読み取る事ができず、測量図の測量
誤差が大きくなることが問題となる。

【０００４】本発明は、この様な点に鑑みてなされたも
のであり、ほぼ平面上に点在している被写体を測量する
場合、遠景の被写体の座標値誤差を小さくすることによ
り、精密な測量図が得られる地上写真測量用カメラおよ
び写真測量方法を提供することが目的である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による地上写真測
量用カメラは、撮像面を備えた撮像素子と、被写体像を
撮像面に結像させるレンズと、撮像面に対してレンズの
光軸を傾斜させるレンズ光軸傾斜手段と、撮像面に対し
てレンズを平行移動させることにより、光軸と撮像面と
の交点の位置を、撮像面の撮像中心とは異なる位置に移
動させるレンズ平行移動手段と、レンズ光軸傾斜手段に
よるレンズ光軸傾斜量と、レンズ平行移動手段によるレ
ンズ平行移動量とをそれぞれ検出する検出手段と、撮像
素子から得られた撮像データと共に、検出手段から得ら
れたレンズ光軸傾斜量とレンズ平行移動量とを記録媒体
に記録する記録手段とを備えることを特徴としている。

【０００６】地上写真測量用カメラにおいて、好ましく
は、レンズ光軸傾斜量が所定の直交３次元座標系におい
て撮像面に対して垂直な直線からの回転角で示される。
さらに好ましくは、レンズ光軸傾斜量が所定量毎に設定
可能である。

【０００７】地上写真測量用カメラにおいて、好ましく
は、レンズ平行移動量が撮像面上における撮像中心から
の移動量で表される。さらに好ましくは、レンズ平行移
動量が所定量毎に設定可能である。

【０００８】また、本発明による画像処理装置は、撮像
面を備えた撮像素子と、被写体像を撮像面に結像させる
レンズと、撮像面に対してレンズの光軸を傾斜させるレ
ンズ光軸傾斜手段と、撮像面に対してレンズを平行移動
させることにより、光軸と撮像面との交点の位置を、撮
像面の撮像中心とは異なる位置に移動させるレンズ平行
移動手段と、レンズ光軸傾斜手段によるレンズ光軸傾斜
量と、レンズ平行移動手段によるレンズ平行移動量とを
それぞれ検出する検出手段と、撮像素子から得られた撮
像データと共に、検出手段から得られたレンズ光軸傾斜
量とレンズ平行移動量とを記録媒体に記録する記録手段
とを備えることを特徴とする地上写真測量カメラにより
第１および第２の方向から撮影され、それぞれ記録媒体
に記録された第１および第２の画像ファイルを記録媒体
からそれぞれ読込む読込手段と、読込手段により得られ
た第１および第２の画像ファイルの第１および第２の撮
像データから、それぞれ第１および第２の画像として表
示する表示手段と、第１および第２の画像における被写
体上の物点の第１および第２の２次元座標値をそれぞれ
求める２次元座標値算出手段と、第１および第２の像点
の２次元座標値と、撮影時における第１および第２のレ
ンズ光軸傾斜量と第１および第２のレンズ平行移動量と
に基づいて、物点の３次元座標値を求める３次元座標値
算出手段とを備えることを特徴とする。

【０００９】画像処理装置において、好ましくは、３次
元座標値算出手段が、初期値が与えられた物点の３次元
座標値を、光軸が撮像面の中心を垂直に通ることを条件
に、２次元座標値である第１および第２のスクリーン座
標値に変換する変換手段と、第１および第２のスクリー
ン座標値にシフト量とレンズの歪み量とに基づいた第１
の補正を施して、第１および第２の補正２次元座標値を
求める第１の補正手段と、第１および第２の補正２次元
座標値にシフト量とチルト量とに基づいた第２の補正を
施して、第３および第４の補正２次元座標値を求める第
２の補正手段と、第３および第４の補正２次元座標値
と、第１および第２の画像から得られた物点の第１およ
び第２の２次元座標値との差がそれぞれ最小になるよう
に、最小二乗法を用いて物点の３次元座標値の初期値を
更新する３次元座標値更新手段と、３次元座標値更新手
段により得られた４点以上の物点の第２の補正座標値
を、同一平面上にあるという拘束条件により補正する第
３の補正手段とを備える。

【００１０】また本発明による写真測量方法は、撮像面
を備えた撮像素子と、被写体像を撮像面に結像させるレ
ンズと、撮像面に対してレンズの光軸を傾斜させるレン
ズ光軸傾斜手段と、撮像面に対してレンズを平行移動さ
せることにより、光軸と撮像面との交点の位置を、撮像
面の撮像中心とは異なる位置に移動させるレンズ平行移
動手段と、レンズ光軸傾斜手段によるレンズ光軸傾斜量
と、レンズ平行移動手段によるレンズ平行移動量とをそ
れぞれ検出する検出手段と、撮像素子から得られた撮像
データと共に、検出手段から得られたレンズ光軸傾斜量
とレンズ平行移動量とを記録媒体に記録する記録手段と
を備えることを特徴とする地上写真測量カメラを用い
て、被写体が第１および第２の方向から第１および第２
の撮影が行われ、それぞれ記録媒体に記録された第１お
よび第２の画像ファイルを記録媒体からそれぞれ読込む
読込手段と、読込手段により得られた第１および第２の
画像ファイルの第１および第２の撮像データから、それ
ぞれ第１および第２の画像として表示する表示手段と、
第１および第２の画像における被写体上の物点の第１お
よび第２の２次元座標値をそれぞれ求める２次元座標値
算出手段と、第１および第２の像点の２次元座標値と、
撮影時における第１および第２のレンズ光軸傾斜量と第
１および第２のレンズ平行移動量とに基づいて、物点の
３次元座標値を求める３次元座標値算出手段とを備える
ことを特徴とする画像処理装置を用いて、第１および第
２の撮影により得られた第１および第２の画像における
被写体上の物点の第１および第２の２次元座標値と、第
１および第２の撮影における第１および第２のレンズ光
軸傾斜量と第１および第２のレンズ平行移動量とに基づ
いて、物点の３次元座標が求められることを特徴とす
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による地上写真測量
用カメラと、画像処理装置、および地上写真測量方法の
一実施形態について添付図面を参照して説明する。

【００１２】地上写真測量用カメラ及び画像処理装置を
用いて行う写真測量方法の原理について述べる。画像は
３次元の被写体を平面上に投影したものであり、また被
写体は点の集合であるとみなされる。地上写真測量用カ
メラ（以下、カメラと記載する）により同じ被写体を異
なる２方向から写した一対の画像をペア画像という。各
ペア画像は被写体上のある物点がそれぞれの画像平面上
に投影された点、即ち像点を有する。画像処理装置にお
いてカメラにより得られたペア画像が読込まれ、２つの
像点が画像平面上の２次元座標で表される。物点の３次
元座標は、対応する２つの像点の２次元座標に基づいて
算出される。このように複数個の物点の３次元座標がそ
れぞれ求められ、複数の物点の３次元座標値から被写体
の３次元形状が得られる。物点は多ければ多いほど精密
な被写体形状が得られる。

【００１３】この手法において、カメラによる撮影時に
はレンズ光軸を平行移動（シフト）して遠景の被写体を
拡大して写し込み、またレンズ光軸を撮像面に対して傾
斜させて（チルト）広範囲に焦点を合わせた画像を得る
ことにより、画像処理装置において画像上の像点を容易
かつ精密に指定することが行われる。画像処理装置では
２次元座標から３次元座標を算出する際に、まずレンズ
光軸が撮像面に対して垂直な方向に、かつ撮像中心を通
る場合の３次元座標値が求められ、この３次元座標値に
シフト量及びチルト量等を考慮した補正が施される。

【００１４】このように、シフトおよびチルトするカメ
ラを用いて撮影して像点の指定を容易にし、画像処理装
置においてシフト量およびチルト量に基づいた補正を行
うことにより、より精密な被写体の３次元形状が得られ
る。

【００１５】図１には実施形態である写真測量方法にお
いて用いられる地上写真測量用カメラの外観図が示され
る。カメラ１００はＣＣＤを本体１０の内部に備えたデ
ジタルカメラであり、撮影光学系１２からの光学像は、
正面１０ａにほぼ平行に設けられたＣＣＤの撮像面に結
像される。撮影光学系１２は複数のレンズ群を備え、鏡
筒１１内に固定される。鏡筒１１はレンズ台１３によっ
て本体１０の正面１０ａに取り付けられ、レンズ台１３
によって正面１０ａに対して一定方向に平行移動可能、
かつ正面１０ａに対して一定方向に傾斜角度が可変自在
である。

【００１６】本体１０の正面１０ａには測光センサ５６
が設けられる。一方、本体１０の上面中央にはファイン
ダ３８が設けられる。このファインダ３８の右側方には
カメラ１００の状態を示すための、例えばＬＣＤから成
る表示装置３６が設けられ、またファインダ３８の左側
方にはメインスイッチ７６が設けられる。本体１０には
メモリカードスロットル３２が形成され、このメモリカ
ードスロットル３２にメモリカード３０が着脱可能であ
る。メモリカードスロットル３２にメモリカード３０が
装着された状態において、ＣＣＤから得られた撮像デー
タ等がメモリカード３０に電気的に記録される。メモリ
カードスロットル３２の側方には、メモリカード３０を
排出するための排出スイッチ３４が設けられる。

【００１７】レンズ台１３は鏡筒１１を本体１０に対し
て相対移動させることにより、撮影光学系１２のレンズ
光軸Ｌが撮像面に交差する点を撮像中心から移動させ
（シフト）、またレンズ光軸Ｌを撮像面に対して傾斜さ
せる（チルト）。図１に示す撮影光学系１２の位置、即
ちレンズ光軸ＬがＣＣＤの撮像面に対して垂直な方向に
延び、かつ撮像面の中心（以下、撮像中心という）を通
るときの撮影光学系１２の位置を基準位置とする。なお
シフト量は、撮像面においてレンズ光軸Ｌと撮像面との
交点が撮像中心から移動した移動量（Ｘｃ，Ｙｃ）で示
され、チルト量は基準位置におけるレンズ光軸Ｌ、即ち
撮像面に垂直な直線からのレンズ光軸Ｌの回転量
（α_T ，β_T ，γ_T ）で示される。

【００１８】レンズ台１３は、第１の台座１４と第２の
台座１６と鏡筒保持部材１８とを備える。第１の台座１
４は略正方形の平板であり、中央に鏡筒を保持するため
の穴（図示しない）が形成される。第１の台座１４はレ
ンズ光軸Ｌに対して垂直な平面に沿って時計周り方向
に、かつレンズ光軸Ｌを中心として９０°回転可能に取
り付けられる。この第１の台座１４の回転により、レン
ズ台１３は本体１０に対し一体的にレンズ光軸Ｌ周りに
回転可能である。図１に示すレンズ台１３の位置を水平
位置とし、レンズ台１３がこの水平位置から９０°回転
した時の位置を垂直位置とする。

【００１９】図２はレンズ台１３を垂直位置に位置決め
した時のカメラ１００を示す図である。レンズ台１３が
図１に示す水平位置にある場合、撮影光学系１２は本体
１０に対して矢印Ａで示す水平方向にシフトおよびチル
トする。一方、レンズ台１３が図２に示す垂直位置にあ
る場合、撮影光学系１２は矢印Ｂで示す垂直方向にシフ
トおよびチルトする。

【００２０】第２の台座１６は、第１の台座１４に対し
てレンズ光軸Ｌと直交する一方向に平行移動が可能であ
る。第２の台座１６は第１の台座１４側の面が平坦に形
成され、その反対側には窪んだ曲面１６ａを備えてい
る。この曲面１６ａの中心（図示しない）は撮影光学系
１２の節点と一致する。第２の台座１６にはシフト操作
部材２０が設けられ、このシフト操作部材２０を回転操
作すると、図示しない駆動機構によりシフト操作部材２
０の回転量に応じて第２の台座１６と鏡筒保持部材１
８、および鏡筒１１が一体的に平行移動する。即ち、シ
フト操作部材２０の回転動作により撮影光学系１２がシ
フトされる。

【００２１】鏡筒保持部材１８は、第２の台座１６の曲
面１６ａに沿って摺動可能に取り付けられ、鏡筒１１を
保持する。鏡筒保持部材１８はチルト操作部材２２を備
えており、このチルト操作部材２２を回転操作すると、
図示しない駆動機構により鏡筒保持部材１８、および鏡
筒１１が一体的に曲面１６ａに沿って回動する。即ち、
チルト操作部材２２の回転動作により撮影光学系１２が
チルトされる。

【００２２】図３は、シフトにおける撮影光学系１２と
ＣＣＤ２１との位置関係を模式的に示す上面図である。
レンズ台１３は水平位置にありチルトは行わないものと
する。

【００２３】第１の台座１４には３段階の位置決め用目
盛が設けられ、第２の台座１６の位置決め線をこの目盛
の何れかに一致させることにより所定のシフト位置に設
定できる。中央の目盛０に位置決め線が一致したときは
撮影光学系１２が実線で示す第１のシフト位置（基準位
置）にあり、レンズ光軸Ｌ₁ はＣＣＤ２１の撮像中心Ｃ
を通る。シフト操作部材２０を一定方向に回転操作する
と、撮影光学系１２はレンズ台１３と共に図の下方向に
平行移動し、下側の目盛（−α）に位置決め線を一致さ
せると、撮影光学系１２は点線で示す第２のシフト位置
に位置決めされる。このときのレンズ光軸は点線Ｌ₂ で
示され、レンズ光軸Ｌ₂ は撮像中心Ｃからαだけ図の下
方向に外れている。シフト操作部材２０を逆の方向に回
転操作し、上側の目盛αに位置決め線を一致させると、
撮影光学系１２はレンズ台１３と共に図の上方向に平行
移動させられ、破線で示す第３のシフト位置に位置決め
される。このときレンズ光軸は破線Ｌ₃ で示される。レ
ンズ光軸Ｌ₃ は撮像中心Ｃからαだけ図の上方向に外れ
ている。

【００２４】図４は、チルトにおける撮影光学系１２と
ＣＣＤ２１との位置関係を模式的に示す上面図である。
レンズ台１３は水平位置にあり、シフトは行わないもの
とする。

【００２５】第２の台座１６には３段階の位置決め用目
盛が設けられ、鏡筒保持部材１８の位置決め線をこの目
盛の何れかに一致させることにより所定のチルト位置に
設定できる。中央の目盛０に位置決め線が一致したとき
は撮影光学系１２が実線で示す第１のチルト位置（基準
位置）にあり、このときレンズ光軸Ｌ₄ はＣＣＤ２１の
撮像面に対して垂直である。チルト操作部材２２を一定
方向に回転操作すると、撮影光学系１２は第１のチルト
位置から面１４ａに沿って図の時計周りに回転させら
れ、下側の目盛（−β）に位置決め線を一致させると、
撮影光学系１２は点線で示す第２のチルト位置に位置決
めされる。このときのレンズ光軸は点線Ｌ₅ で示され、
撮像面に垂直な方向に対して（−β）だけ傾斜してい
る。チルト操作部材２２を逆の方向に回転操作し、上側
の目盛βに位置決め線を一致させると、撮影光学系１２
が面１４ａに沿って図の反時計周りに回転させられ、破
線で示す第３のチルト位置に位置決めされる。このとき
レンズ光軸は破線Ｌ₆ で示され、撮像面に垂直な方向に
対してβだけ傾斜している。

【００２６】このように、レンズ台１３によって本体１
０、即ちＣＣＤ２１に対する撮影光学系１２の位置（以
下、レンズポジションという）を変えることができる。
シフト位置およびチルト位置はそれぞれ３段階（α、
０、−αおよびβ、０、−β）設定可能であり、その組
み合わせは３×３＝９通りである。さらに本体１０に対
してシフトおよびチルトする方向が水平方向（図１の矢
印Ａ）と垂直方向（図２の矢印Ｂ）の２通りあるため、
レンズポジションの全組み合わせは９×２＝１８通りと
なる。

【００２７】なお本実施形態においては、説明を簡単に
するためにシフトおよびチルトの目盛はそれぞれ３段階
に設定したが、特に限定されることはなく、目盛の数を
多くしてもよい。またシフト操作部材２０およびチルト
操作部材２２の任意の回転量に応じてシフト量およびチ
ルト量をそれぞれ算出して、表示装置３６等に表示する
構成にしてもよい。

【００２８】図５から図７を参照して、シフトとチルト
の効果について述べる。シフトとチルトを総称してあお
りと言う。例えば、高層ビルなどを通常の広角カメラで
撮影すると、カメラを仰角に構えることになり、撮像面
における画像のビルの形状は上すぼまりの台形になる
（図５参照）。ここで撮像面をビルの壁面に平行に固定
し、撮影光学系であるレンズを上方に平行移動即ちシフ
トさせると、画像はビルの本来の形状通りの長方形とな
る（図６参照）。即ち、レンズをシフトした方向におい
て、遠景の被写体と近景の被写体とが同じ倍率で写し込
まれる。一方、撮像面に対してレンズ光軸を傾けるチル
トにより例えば撮像面の下部のピント位置を遠点側に移
動させることによって、奥行きのある被写体の全体に渡
ってピント合わせが可能になる（図７参照）。即ちあお
りを行うことにより、遠景の被写体をより大きく、かつ
広範囲の被写体がより鮮明な画像が得ることができる。

【００２９】図８のブロック図を参照してカメラ１００
の構成および動作を説明する。システムコントロール回
路５０はマイクロコンピュータであり、これによりカメ
ラ１００の全体が制御される。システムコントロール回
路５０にはレリーズスイッチ７４、メインスイッチ７６
がそれぞれ接続される。レリーズスイッチ７４の操作に
従って以下に説明する一連の撮影動作が開始され、メイ
ンスイッチ７６の操作によりカメラ１００に電源が投入
されあるいは電源が切断される。またシステムコントロ
ール回路５０には、このカメラ１００の種々の設定状態
などを表示するための表示装置３６が接続される。

【００３０】撮影光学系１２には複数のレンズ群のほ
か、絞り１２ａが設けられる。絞り１２ａは３通りの絞
り値（Ｆ５、Ｆ８、Ｆ１６）が設定可能であり、この絞
り値は撮影条件によってシステムコントロール回路５０
により適宜決定される。撮影光学系１２の後方にはクイ
ックリターンミラー１５が、そのさらに後方にＣＣＤ２
１が設けられる。クイックリターンミラー１５の上方に
は、ファインダ光学系１７のピント板１７ａが配設され
る。クイックリターンミラー１５はミラー駆動回路５２
に駆動され、ミラー駆動回路５２はさらに露出制御回路
５４により制御される。露出制御回路５４はシステムコ
ントロール回路５０から出力される指令信号に従って動
作する。また露出制御時、露出制御回路５４は測光セン
サ５６からの出力信号を受ける。

【００３１】クイックリターンミラー１５は、通常ダウ
ン位置（図中実線で示す傾斜状態）に定められ、撮影光
学系１２を通過した光をファインダ光学系１７に導いて
いる。撮影動作時、クイックリターンミラー１５は露出
制御回路５４の制御に従い、ミラー駆動回路５２により
上方に回動せしめられ、アップ位置（図中破線で示す水
平状態）に定められる。これにより、撮影光学系１２を
通過した光がＣＣＤ２１の受光部（撮像面）に照射され
る。

【００３２】システムコントロール回路５０により、エ
リアセンサ駆動回路５８を介してＣＣＤ２１の受光部の
電荷蓄積時間が制御されて露光動作が行なわれ、蓄積時
間経過後、蓄積された電荷信号が撮像信号として読み出
される。読み出された撮像信号は、アンプ６０により増
幅された後、Ａ／Ｄ変換器６２によってデジタル信号に
変換され、画像処理回路６４に入力される。

【００３３】画像処理回路６４では、１画像分のメモリ
容量を持つメモリ６６と協動して表示用映像データが生
成され、この表示用映像データはエンコーダ６８へ出力
される。エンコーダ６８では、画像処理回路６４から出
力された表示用映像データに同期信号を付加処理するな
どしてモニタ表示用映像信号が生成される。エンコーダ
６８から出力されたモニタ表示用映像信号はモニタ装置
７０に入力され、これにより操作者はモニタ装置７０に
おいて撮影した静止画がモニタできる。

【００３４】センサ制御回路４０は独自のデータメモリ
４１を有し、このセンサ制御回路４０には２つの可変抵
抗器４２、４４および方向検出スイッチ４７がそれぞれ
接続される。２つの可変抵抗器４２、４４および方向検
出スイッチ４７の動作は、システムコントロール回路５
０からの指令に基づいて、センサ制御回路４０により制
御される。

【００３５】方向検出スイッチは第２の台座１６（図２
参照）に設けられる。操作者がカメラ１００を水平に構
え、かつレンズ台１３が図２に示す垂直位置の時に、方
向検出スイッチはＯＮし、出力信号をセンサ制御回路４
０に出力する。これによりレンズ台１３が水平位置又は
鉛直位置のどちらであるのかが検出される。可変抵抗器
２２はシフト操作部材２０（図２参照）に設けられ、シ
フト操作部材２０の回転操作量に対応して抵抗値が変化
し、この抵抗値はセンサ制御回路４０に出力される。撮
影光学系１２の基準位置からのシフト量はこの抵抗値に
連動して検出される。同様にチルト操作部材２２にも可
変抵抗器４４が設けられ、撮影光学系１２の基準位置か
らの傾斜量は可変抵抗器４４の抵抗値に連動して検出さ
れる。

【００３６】センサ制御回路４０には、２つの可変抵抗
器４２、４４からの抵抗値および方向検出スイッチ４７
からの出力信号が入力される。センサ制御回路４０で
は、これらの抵抗値および出力信号に基づいて、シフト
量（Ｘｃ，Ｙｃ）とチルト量（α_T ，β_T ，γ_T ）とが
算出され、これらはレンズポジションデータとしてデー
タメモリ４１に格納される。またセンサ制御回路４０と
システムコントロール回路５０との間ではこのレンズポ
ジションデータの授受が行なわれる。これらのセンサ制
御回路４０の動作は、カメラ１００の電源がＯＮの状態
では一定時間毎に行われ、シフト量（Ｘｃ，Ｙｃ）とチ
ルト量（α_T ，β_T ，γ_T ）はその度に更新される。

【００３７】画像処理回路６４からの１画像分の撮像デ
ータは、撮影した時点におけるセンサ制御回路４０から
のレンズポジションデータ、および絞り値等の他のデー
タと共に記録制御回路７２へ出力される。記録制御回路
７２では、これらの情報が結合されて所定の記録様式に
沿った記録用データが生成され、この記録用データは画
像ファイルとしてメモリカード３０に記録される。

【００３８】メモリカード３０は本体１０から着脱自在
であり、図１４に示す外部の画像処理装置において画像
ファイルの授受が可能である。読み取られ、図面化、及
びその補正などの各種演算処理が行なわれる。

【００３９】図９はメモリカード３０に記録される１画
像分の記録用データのフォーマットを示す図である。レ
リーズスイッチ７６が押圧されてＯＮになり、ＣＣＤ２
１に結像された画像は、所定の画像処理が施された後、
図６に示すフォーマットの記録用データ、即ち画像ファ
イルに変換され、撮影毎にメモリカード３０に記録され
る。画像ファイルには、撮像データ、撮影時におけるレ
ンズポジションデータ、絞り値などのデータが格納され
る。またヘッダー部には画像名が記録可能である。

【００４０】図１０はカメラ１００におけるシステムコ
ントロール回路５０のペア画像撮影処理を示すフローチ
ャートである。このカメラ１００によるペア画像撮影
は、同じ被写体を異なる２方向から撮影することと、こ
の２枚の画像（以下、ペア画像Ｇ₁ 、Ｇ₂ という）にお
いてレンズポジションが同じであることを前提とする。
また、このペア画像撮影処理の前にカメラ１００のレン
ズポジションは操作者により設定済みとする。

【００４１】レリーズスイッチ７６が半押しされると動
作が開始され、ステップＳ１０２、ステップＳ１０４、
ステップＳ１０６が連続して実行される。ステップＳ１
０２では測光センサ５６がＯＮになり、測光センサ５６
からの出力信号に基づいて露出制御回路５４において測
光演算が行われる。ステップＳ１０４では適正な露光時
間および絞り値が測光演算により決定される。ステップ
Ｓ１０６ではレリーズスイッチ７６がＯＮであるか否か
が判定され、ＯＮでなければステップＳ１０２から再実
行される。即ちレリーズスイッチ７６が押下されてＯＮ
になるまでは、ステップＳ１０２、ステップＳ１０４、
ステップＳ１０６が繰り返し実行され、露光時間および
絞り値は逐次更新される。

【００４２】レリーズスイッチ７６がＯＮになると、ス
テップＳ１０８において露出制御が行われる。即ち、レ
リーズスイッチ７４がＯＮになる直前の絞り値に基づい
て絞り１２ａが制御され、ミラー駆動回路５２を介して
クイックリターンミラー１５のミラーアップが制御され
る。また、レリーズスイッチ７４がＯＮになる直前の露
光時間に基づいて、エリアセンサ駆動回路５８によりＣ
ＣＤ２１の電化蓄積時間が制御される。電化蓄積時間経
過後ＣＣＤ２１から電荷信号が読み出され、上述した所
定の処理を施されて撮像データに変換される。この撮像
データは記録制御回路７２に出力されると共に、モニタ
７０に表示される。

【００４３】ステップＳ１０８の後にステップＳ１１０
が実行され、センサ制御回路４０において算出されたレ
ンズポジションデータ（シフト量、チルト量）がシステ
ムコントロール回路５０に入力される。ステップＳ１１
０が終了すると、ステップＳ１１２が実行され、記録制
御回路７２においてカメラ１００に装着されたメモリカ
ード３０に撮像データとレンズポジションデータ等が記
録される。

【００４４】ステップＳ１１４において、ステップＳ１
０８におけるレンズポジションデータの値が、前回の撮
影での記録時におけるレンズポジションデータの値と同
じか否かが判定される。初めてメモリカード記録を行っ
た場合には、前回の記録時におけるレンズポジションデ
ータは記録されていないので、ステップＳ１１６が実行
され、ペア画像が１枚、即ちペア画像Ｇ₁ しか記録され
ていないことを表示装置３６に警告表示し、ステップＳ
１０２から再実行される。ステップＳ１０２からステッ
プＳ１１４までが再実行されると、ステップＳ１２０が
実行され、ペア画像Ｇ₁ 、Ｇ₂ がメモリカード３０に記
録されたことが認識される。

【００４５】ステップＳ１２２において今回のペア画像
Ｇ₁ 、Ｇ₂ の記録時に用いられたレンズポジションデー
タがセンサ制御回路４１を介してメモリ４１に格納さ
れ、ペア画像撮影処理は終了する。なお、次のペア画像
撮影、即ちレンズポジションを変えて、次のペア画像Ｇ
₃ 、Ｇ₄ を記録する場合には、ステップＳ１１４におい
て今回のレンズポジションデータと次回のレンズポジシ
ョンデータとが比較され、またステップＳ１２２におい
て、メモリ４１に記録されるレンズポジションデータは
次回のレンズポジションデータに更新される。なお、こ
のフローチャートにおいては、ペア画像を２枚としてい
るが、ペア画像の枚数は操作者が適宜設定できるものと
する。例えばペア画像を５枚とすると、ステップＳ１０
２〜ステップＳ１０６は５回繰り返される。

【００４６】図１１〜図１４を参照して写真測量におけ
るあおり撮影の効果を述べる。図１１はあおりのない通
常の撮影における被写体と撮影光学系であるレンズ及び
撮像面との位置関係を示す図であり、図１２は図１１の
撮影位置により得られた画像である。図１３はあおり撮
影における被写体とレンズ及び撮像面との位置関係を示
す図であり、図１４は図１３の撮影位置により得られた
画像である。

【００４７】図１３に示すレンズは、撮像面に対し図の
上方にシフトされ、かつ図の反時計周り方向にチルトさ
れている。図１２と図１４を比較してよく分かるよう
に、図１４ではシフトにより特に遠方の画像が拡大され
て写し込まれている。また図１２、図１４には示されな
いが、図１４の画像ではチルトにより広範囲が焦点とな
り明確に写し込まれている。即ち図１３に示すあおり撮
影を行うことにより、あおりのない図１２の画像に比べ
図１４の画像において像点の指定が容易に行える。

【００４８】従って、後述する画像処理装置において、
図１０のペア画像撮影処理により得られたペア画像にお
いて共通する物点の像点を対応付けて指定する際に、像
点の精密な２次元座標値が得られる。従って、これらの
２次元座標値に基づいて算出される物点の３次元座標値
が、より正確に求められる。このようにあおり撮影を行
うことにより、特に遠景の被写体における物点に対応し
た画像上の像点を正確に指定でき、測量誤差のより少な
い写真測量が行える。

【００４９】図１５は実施形態である写真測量方法にお
いて用いられる画像処理装置の構成を示すブロック図で
ある。画像処理装置２００は図１０に示すペア画像撮影
処理によって得られたペア画像Ｇ₁ 、Ｇ₂ から、被写体
の３次元座標を求める装置である。画像処理装置２００
は、演算装置（コンピュータ）１５０と、モニタ１６０
と、マウス１７０とを備える。演算装置１５０はシステ
ムコントローラ１５２と演算処理用メモリ１５４と、モ
ニタ表示用メモリ１５６と、ビデオプロセス回路１５８
とを備える。ビデオプロセス回路１５８の動作はシステ
ムコントローラ１５２により制御される。メモリカード
３０は演算装置１５０に対して着脱自在である。

【００５０】メモリカード３０が演算装置１５０に装着
された状態において、図１に示すカメラ１００によって
メモリカード３０に記録されたデータ、例えば画像ファ
イルは、必要に応じてシステムコントローラ１５２によ
って読み出され、またデータがメモリカード３０に書き
込まれる。

【００５１】システムコントローラ１５２は被写体の３
次元座標値を求めるための演算処理を行うが、この時シ
ステムコントローラ１５２は演算処理用メモリ１５４と
協動して演算処理を行う。また、システムコントローラ
１５２はメモリカード３０からペア画像Ｇ₁ 、Ｇ₂ に対
応する２つの画像ファイルを読み出し、読み出された各
画像ファイルの撮像データに基づいて、モニタ１６０に
表示するための表示用画像データをそれぞれ生成し、こ
の各表示用画像データをモニタ表示用メモリ１５６にそ
れぞれ格納する。ビデオプロセス回路１５８はシステム
コントローラ１５２の指令信号に基づいて、モニタ表示
用メモリ１５６に格納された２画像分の表示用画像デー
タからモニタ用映像信号を生成し、このモニタ用映像信
号をモニタ１６０に送出する。モニタ１６０の画面上に
はペア画像Ｇ₁ 、Ｇ₂ に対応したウインドウがそれぞれ
設定される。モニタ用映像信号に基づいて左右にペア画
像Ｇ₁ 、Ｇ₂ がそれぞれ対応したウィンドウ上に同時に
映し出される。

【００５２】マウス１７０は公知の機器であり、構成に
ついては詳述しない。マウスは手動により操作され、マ
ウス１７０の移動量に応じた信号、あるいはマウス１７
０の操作ボタンスイッチ１７０ａの操作信号はシステム
コントローラ１５２に送出される。モニタ１６０の画面
上にはポインタが表示され、マウス１７０の移動量に応
じてポインタが画面上で移動させられる。

【００５３】モニタ１６０の画面上には２次元の絶対座
標系（モニタ座標系とする）が設定され、ポインタがこ
のモニタ座標系における２次元座標値に従って画面上に
表示されると共に、画面の所定領域にはポインタの現在
位置が２次元座標値として表示される。システムコント
ローラ１５２は、マウス１７０が移動して、その移動量
に応じた信号が入力されると、この移動量に応じた信号
に基づいてモニタ座標系におけるポインタの２次元座標
値を演算し、更新する。モニタ１６０の画面上におい
て、更新された２次元座標値に対応してポインタが再表
示されるとともに、画面の所定領域の２次元座標値も再
表示される。このようにマウス１７０の手動操作によっ
て、モニタ１６０の画面上においてポインタを所望の位
置に移動させる。

【００５４】モニタ１６０の画面上にペア画像Ｇ₁ 、Ｇ
₂ がそれぞれ対応したウィンドウ上に映し出された状態
において、所望の位置にポインタを位置させて、操作ボ
タンスイッチ１７０ａが操作される、例えば２回クリッ
クが実行されると、システムコントローラ１５２は操作
時のポインタの位置を像点Ｐ_ij（ｉは物点を表すパラメ
ータ；ｊは画像を表すパラメータ）が指定されたものと
して認識する。システムコントローラ１５２はモニタ座
標系で表された像点Ｐ_ijの２次元座標値に基づいて、各
画像上にそれぞれ設定された２次元座標系（以下、画像
座標系ｊとする）における２次元座標（Ｘ_ij，Ｙ_ij）を
算出し、この２次元座標（Ｘ_ij，Ｙ_ij）を演算処理用メ
モリ１５４の所定領域に格納する。

【００５５】なお、演算処理用メモリ１５４の所定領域
にはペア画像Ｇ₁ 、Ｇ₂ において対応する像点Ｐ_ijの座
標値のデータが複数組格納される。例えばペア画像Ｇ₁
において像点Ｐ₁₁が指定されると、次に画像Ｇ₂ におい
て像点Ｐ₁₁に対応した像点Ｐ₁₂が指定すべき旨のメッセ
ージをモニタ１６０に表示し、画像Ｇ₂ において像点Ｐ
₁₂が指定されると、システムコントローラ１５２は連続
して指定された像点Ｐ₁₁と像点Ｐ₁₂とを１組として、像
点Ｐ₁₁、Ｐ₁₂の座標値を演算処理用メモリ１５４に格納
する。システムコントローラ１５２により、演算処理用
メモリ１５４に格納されたｉ組の像点Ｐ_ijの２次元座標
値（Ｘ_ij，Ｙ_ij）に基づいて、対応するｉ個の物点ｐ_i
の３次元座標等が求められる。

【００５６】ペア画像が２枚の場合について説明した
が、ペア画像がそれ以上、例えば５枚あれば、モニタ１
６０上には５つの画像に対応するウインドウが同時表示
され、各画像における像点Ｐ_ijの座標値のデータ５つが
１組とされる。

【００５７】次に画像処理装置２００における３次元座
標の算出方法について説明する。図１６は撮影時のカメ
ラ１００と被写体である平面ＰＳ上の４点ｐ₁ 、ｐ₂ 、
ｐ₃ 、ｐ₄ との位置関係を３次元的に示す模式図であ
る。北をＺ方向、鉛直方向をＹ方向とする右手系の３次
元直交座標系が絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）として設定さ
れる。基準となるカメラの位置、例えば電源投入時にお
ける撮影光学系１２の後側主点位置Ｍｏを基準位置とす
る。なおこの基準位置Ｍｏは絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
の原点と同一である必要はない。

【００５８】２回の撮影におけるカメラ１００の状態、
即ちカメラ１００の絶対座標系における位置や方向（以
下、カメラ位置と記載する）をパラメータで示すため
に、カメラ１００の絶対座標系における位置は撮影光学
系１２の後側主点位置で表され、カメラ１００の絶対座
標系における方向は撮影光学系１２のレンズ光軸の方向
で表される。図中第１のカメラ位置、即ち後側主点位置
がＭ₁ に位置するときのカメラ１００は実線で示され、
第２のカメラ位置、即ち後側主点位置がＭ₂ に位置する
ときのカメラ１００が破線で示される。第１および第２
のカメラ位置Ｍ₁、Ｍ₂ におけるレンズ光軸はそれぞれ
一点鎖線Ｌ₁ 、Ｌ₂ で示される。なお、基準位置Ｍｏに
位置するときのカメラ１００およびレンズ光軸は図示し
ない。

【００５９】図１７は第１および第２のカメラ位置
Ｍ₁ 、Ｍ₂ における撮影により得られた２枚の画像
Ｓ₁ 、Ｓ₂ と被写体（物点ｐ₁ 、ｐ₂ 、ｐ₃ 、ｐ₄ ）と
の関係を幾何学的に示す模式図である。絶対座標系にお
ける物点ｐ₁ の位置は３次元座標（ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）
で示される。ｘ₁ 、ｙ₁ 、およびｚ₁ はパラメータであ
る。同様に、物点ｐ₂ 、ｐ₃ 、ｐ₄ の３次元座標はそれ
ぞれ（ｘ₂ ，ｙ₂ ，ｚ₂ ）、（ｘ₃ ，ｙ₃ ，ｚ₃ ）、
（ｘ₄ ，ｙ₄ ，ｚ₄ ）で示される。

【００６０】なおこの画像Ｓ₁ 、Ｓ₂ を撮影するために
用いられたカメラは、画面距離、即ち焦点距離ｆと後側
主点位置が正確に構成され、かつレンズ歪みであるレン
ズディストーションがなく、撮像面がレンズ光軸に対し
て垂直な平面内に保たれているカメラである。カメラ１
００により実際に撮影されたペア画像Ｇ₁ 、Ｇ₂ と画像
Ｓ₁ 、Ｓ₂ とは異なるものである。ペア画像Ｇ₁ 、Ｇ₂
と区別するために、以下、画像Ｓ₁ 、Ｓ₂ をスクリーン
Ｓ₁ 、Ｓ₂ と記載する。

【００６１】カメラにはレンズ光軸方向をｚ軸とする右
手系の３次元直交座標系が設定される。例えば、基準位
置Ｍｏにカメラの後側主点位置がある場合、原点をＭｏ
とし、レンズ光軸に沿った方向をｚ_o 軸とする右手系の
３次元直交座標系、即ち基準座標系（ｘ_o , ｙ_o ，
ｚ_o ）を設定する。カメラの移動に伴って後側主点位置
は基準位置Ｍｏから移動し、またレンズ光軸方向の傾き
も変化する。従って第１および第２のカメラ位置Ｍ₁ 、
Ｍ₂ における座標軸は、絶対座標空間の中では座標軸ｘ
_o 、ｙ_o 、ｚ_o とは異なる位置および方向となる。従っ
て、第１および第２のカメラ位置Ｍ₁ 、Ｍ₂ における３
次元直交座標系を基準座標系とは異なる位置および方向
であることを表すために、新たにカメラ位置Ｍ₁ を原点
とし光軸Ｌ₁をｚ’軸とする座標系１（ｘ’, ｙ’，
ｚ’）を設定し、同様に、カメラ位置Ｍ₂ を原点とし光
軸Ｌ₂ をｚ”軸とする座標系２（ｘ”, ｙ”，ｚ”）を
設定する。

【００６２】スクリーンＳ₁ 、Ｓ₂ は座標系１のｘ’−
ｙ’平面、または座標系２のｘ”−ｙ”平面にそれぞれ
平行かつ焦点距離ｆだけ離れた平面である。スクリーン
Ｓ₁、Ｓ₂ 上の撮像中心Ｃ₁ 、Ｃ₂ は、ｚ’軸あるいは
ｚ”軸の延長上にある。スクリーンＳ₁ には撮像中心Ｃ
₁ を原点とする２次元座標系（以下、スクリーン座標系
と記載する）（Ｘ’，Ｙ’）が設定される。スクリーン
座標系のＸ’軸およびＹ’軸はｘ’軸およびｙ’軸に平
行である。同様に、スクリーンＳ₂ には撮像中心Ｃ₂ を
原点、ｘ”軸およびｙ”軸にそれぞれ平行なＸ”軸およ
びＹ”軸を有するスクリーン座標系（Ｘ”，Ｙ”）が設
定される。

【００６３】座標系１、２の基準座標系からの移動は、
平行移動と回転移動により表される。平行移動は原点移
動量、即ち基準位置Ｍｏからそれぞれの後側主点位置Ｍ
₁ 、Ｍ₂ の３次元移動量（Δｘ₁ ，Δｙ₁ ，Δｚ₁ ）お
よび（Δｘ₂ ，Δｙ₂ ，Δｚ₂ ）で表される。また回転
移動はレンズ光軸Ｌ₁ 、Ｌ₂ のｘ_o 軸、ｙ_o 軸、ｚ_o軸
からのそれぞれの回転角度変位量（Δα₁ ，Δβ₁ ，Δ
γ₁ ）および（Δα₂，Δβ₂ ，Δγ₂ ）で示される。
Δｘ_j ，Δｙ_j ，Δｚ_j およびΔα_j ，Δβ_j，Δγ_j
はパラメータである。

【００６４】スクリーンＳ_j （ｊ＝１〜２）上には被写
体上の物点ｐ_i （ｉ＝１〜４）に対応する像点Ｐ_ijが写
されているが、この像点Ｐ_ijは、後側主点位置であるカ
メラ位置Ｍ_j と物点ｐ_i を結んだ直線上に位置する。

【００６５】このように、基準座標系と座標系ｊとの幾
何学的関係、あるいは物点ｐ_i と像点Ｐ_ijとの幾何学的
関係を利用して、物点ｐ_i の３次元座標（ｘ_i ，ｙ_i ，
ｚ_i）に基づいて、スクリーンＳ_j における物点ｐ_i の
像点Ｐ_ijの２次元座標（Ｘ_ij，Ｙ_ij）が算出される。ま
ず下に示す（１）式を用いて、絶対座標系における像点
Ｐ_ijの３次元座標（ｘ_ij，ｙ_ij，ｚ_ij）を求め、さらに
像点Ｐ_ijの３次元座標（ｘ_ij，ｙ_ij，ｚ_ij）を（２）式
によりスクリーン座標（Ｘ_ij，Ｙ_ij）に変換する。これ
らの式は撮像中心であるカメラ位置Ｍ_j と像点Ｐ_ijと物
点ｐ_i とが一直線上にあることを前提とする共線条件式
である。なお、（１）式および（２）式におけるｉは物
点数を示すパラメータであり、ｊは画像枚数を示すパラ
メータである。

【００６６】

【数１】

【００６７】

【数２】

【００６８】（２）式によって算出された、スクリーン
Ｓ_j における像点Ｐ_ijの座標値（Ｘ_ij，Ｙ_ij）は、画像
上の実測した２次元座標値と一致することが望ましい。
しかし実際のレンズ、特に球面レンズを使用している場
合被写体像は被写体の相似形とはならず、例えば本来直
線になるべきものが曲がった像として投影される。写真
測量では、特に横倍率が像の大きさによって異なる歪曲
収差（ディストーション）が測量誤差となる。

【００６９】また、（１）式及び（２）式では撮影光学
系１２のレンズ光軸Ｌ_j はスクリーンＳ_j に対して垂直
に交差していることを前提としているが、本実施形態で
はレンズ光軸Ｌ_j がスクリーンＳ_j に対して傾斜量が可
変であるため、このレンズ光軸Ｌ_j の傾斜量であるチル
ト量（α_T ，β_T ，γ_T ）を加味する必要がある。

【００７０】さらに、（１）式及び（２）式では撮影光
学系１２のレンズ光軸Ｌ_j はスクリーンＳ_j の撮像中心
Ｃ_j を通ることを前提としているが、本実施形態ではレ
ンズ光軸Ｌ_j がスクリーンＳ_j と交差する交点が、撮像
中心Ｃ_j から移動可能であるため、この交点の撮像中心
Ｃ_j に対する移動量であるシフト量（Ｘｃ，Ｙｃ）を考
慮しなければならない。

【００７１】以上のことから、本実施形態では（２）式
により求められた２次元座標値に補正を施している。

【００７２】図１８を参照して、前述の座標変換の流れ
を説明する。図１８に示す座標変換は、物点の３次元座
標から画像上の２次元座標を求めるための変換である。
基準座標系（ｘ_o , ｙ_o ，ｚ_o ）における物点ｐ_i の３
次元座標を（ｘ_i ，ｙ_i ，ｚ_i ）とする（Ｓ１０）。ま
ず画像座標系ｊにおける物点ｐ_i の座標（ｘ_ij，ｙ_ij，
ｚ_ij）が、（１）式により求められる。このとき画像座
標系ｊの原点Ｍｊの位置は、基準座標系の基準位置Ｍｏ
から（Δｘ_j ，Δｙ_j，Δｚ_j ）だけ移動し、またその
画像座標系１（ｘ’，ｙ’，ｚ’）及び画像座標系２
（ｘ”，ｙ”，ｚ”）は、基準座標系（ｘ_o ，ｙ_o ，ｚ
_o ）の３軸周りに関してそれぞれ（Δα_j ，Δβ_j ，Δ
γ_j ）だけ回転している（Ｓ１２）。

【００７３】次に画像座標系ｊにおける物点ｐ_i の座標
（ｘ_ij，ｙ_ij，ｚ_ij）をスクリーンＳ_j に投影したとき
の２次元座標（Ｘ_ij，Ｙ_ij）は前述の（２）式により求
められる（Ｓ１４）。

【００７４】（２）式により求められたスクリーン座標
（Ｘ_ij，Ｙ_ij）は、シフト量（Ｘｃ，Ｙｃ）と歪曲収差
を示すパラメータであるディストーション係数Ｄ₂ 、Ｄ
₄ 、Ｄ₆ 、Ｐ₁ 、Ｐ₂ とを加味した補正が施され、
（３）式により第１の補正座標（Ｘ’_ij，Ｙ’_ij）に変
換される（Ｓ１６）。（３）式はディストーションによ
る座標値の誤差を補正するためのＫａｒａｒａの補正モ
デルである。

【００７５】

【数３】

【００７６】第１の補正座標（Ｘ’_ij，Ｙ’_ij）はさら
にチルト量を加味した補正が施され、（４）式により第
２の補正座標（Ｘ”_ij，Ｙ”_ij）に変換される（Ｓ１
８）。（５）式は（４）式に用いられる２つの単位ベク
トル（ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）、（ｘ₂ ，ｙ₂ ，ｚ₂ ）を示
す式であり、チルト量（α_T ，β_T ，γ_T ）で表される
単位量である。

【００７７】

【数４】

【数５】

【００７８】このように、物点ｐ_i の３次元座標
（ｘ_i ，ｙ_i ，ｚ_i ）、カメラ位置（Δｘ_j ，Δｙ_j ，
Δｚ_j ）、カメラ姿勢（Δα_j ，Δβ_j ，Δγ_j ）、焦
点距離ｆ、シフト量（Ｘｃ，Ｙｃ）、チルト量（α_T ，
β_T ，γ_T ）、およびディストーション係数Ｄ₂ 、
Ｄ₄ 、Ｄ₆ 、Ｐ₁ 、Ｐ₂ からなるパラメータにより、撮
像面上における像点の２次元座標である第２の補正座標
（Ｘ”_ij，Ｙ”_ij）を表すことができる。

【００７９】座標変換に用いられる（２）式は非線形連
立方程式であるため、第２の補正座標（Ｘ”_ij，
Ｙ”_ij）の未知のパラメータ、例えば物点の３次元座標
（ｘ_i ，ｙ _i ，ｚ_i ）を求める手法として、例えば逐次
近似解法が用いられる。即ち、まず未知のパラメータに
近似値が与えられ、非線形連立方程式がこの近似値の周
りにテーラー展開して線形化され、最小二乗法により補
正量が求められる。この補正量により初期値である近似
値が修正され、修正された近似値が再び未知のパラメー
タに与えられる。この操作を数回繰り返して未知のパラ
メータの収束解が得られる。

【００８０】収束条件は、以下の（７）式に示すメリッ
ト関数Φ_P 、即ち第２の補正座標（Ｘ”_ij，Ｙ”_ij）と
実際の画像Ｇ_j 上で測定された２次元座標（ＭＸ_ij，Ｍ
Ｙ_ij）との誤差が最小になることである。なお、（７）
式にはフィルムを用いた銀塩写真カメラにおけるメリッ
ト関数Φ_P を合わせて示している。（７）式においてＭ
Ｘ_ijとＭＹ_ijまたはＮＸ_ijとＮＹ_ijの値は、メモリカー
ド３０から読み込まれた焦点距離および絞り値のデータ
に基づいて決定される。

【００８１】

【数６】

【００８２】なお、未知のパラメータが物点ｐ_i の３次
元座標（ｘ_i ，ｙ_i ，ｚ_i ）、カメラ位置（Δｘ_j ，Δ
ｙ_j ，Δｚ_j ）、カメラ姿勢（Δα_j ，Δβ_j ，Δ
γ_j ）とすると、最低必要な拘束条件は例えば物点数５
点、画像数３枚であるが、これよりさらに物点数ｉある
いは画像枚数ｊを増加させることにより既知のパラメー
タを増加させると、最適化の精度の向上を図ることがで
きる。

【００８３】画像処理装置２００の演算装置１５０で
は、以上のような算出方法に基づいて物点ｐ_i の３次元
座標（ｘ_i ，ｙ_i ，ｚ_i ）等が求められる。

【００８４】次に画像処理装置２００（図１５参照）の
動作について述べる。図１９は画像処理装置２００にお
ける動作を示すフローチャートである。ステップＳ２０
０において、まずカメラパラメータ処理が実際の測量対
象を測量する前に行われる。このカメラパラメータ処理
では、写真測量に用いられるカメラ１００においてレン
ズポジションデータと絞り値との全組み合わせに対応し
たディストーション係数が求められる。この全組み合わ
せのレンズポジションデータ（シフト量、チルト量）と
絞り値、およびこれらに対応したディストーション係
数、さらに焦点距離とをカメラ１００固有の値、即ちカ
メラパラメータとする。

【００８５】次にステップＳ３００の画像読み込み処理
において、カメラ１００により得られた画像またはステ
ップＳ２００により得られたカメラパラメータが、画像
処理装置２００の演算装置１５０に読み込まれる。そし
てステップＳ４００の物点座標演算処理において、演算
装置１５０により読み込まれたデータに基づいて被写体
上の物点の３次元座標が求められ、この３次元座標に基
づいて測量図が描かれる。

【００８６】図２０はカメラパラメータ測定処理（ステ
ップＳ２００）を詳細に示すフローチャートである。図
２１はカメラパラメータ測定処理におけるカメラ１００
と基準被写体１０２との位置関係を示す図である。ステ
ップＳ２０２において、レンズポジションデータ、即ち
シフト量およびチルト量と絞り値との全組合せが決定さ
れる。カメラ１００の説明において記載したように、シ
フト位置およびチルト位置はそれぞれ３通り設定可能で
あり、その組合せ数は３×３＝９である。さらにレンズ
台１３の位置が２通りあるので、シフト量とチルト量の
組み合わせ数は９×２＝１８となる。またさらに絞り値
が３通り設定できるので１８×３＝５４となる。以下の
ステップＳ２０４〜ステップＳ２１４に示すカメラパラ
メータ演算は、この５４通りの全組合せについて順に繰
り返し実行される。

【００８７】ステップＳ２０４において、図２１に示す
パラメータ算出用撮影により得られた基準被写体１０２
に関するペア画像の撮像データが、メモリカード３０を
介して演算装置１５０に読み込まれる。またペア画像の
撮像データとともに、設定されたレンズポジション、お
よび絞り値のデータが演算装置１５０に読み込まれる。

【００８８】図２１に示すパラメータ算出用撮影につい
て説明する。まず形状が既知、即ち物点の相対位置関係
が精密に設けられた基準被写体１０２が用意される。基
準被写体１０２は市松模様の平板チャートであり、各格
子の辺長さは一定の長さを有する。物点ｑ₁ 〜ｑ₄ は各
格子の交点が好ましい。次にカメラ１００によりこの基
準被写体１０２が異なるアングル（カメラ位置Ｍ₁ 、Ｍ
₂ 、Ｍ₃ ）からそれぞれ撮影される。各撮影において、
メモリカード３０に撮像データ、レンズポジションデー
タ、絞り値が合わせて記録される。カメラ１００内の動
作は前述したステップＳ１０２〜Ｓ１２２と同じであ
り、説明を省略する。なおこの一連の撮影においてシフ
ト量とチルト量、および絞り値は一定である。

【００８９】ステップＳ２０６において、オペレータに
よってモニタ１６０により視認しながらそれぞれの画像
上に写る共通する物点ｑ_k （ｋ＝１〜４）の像点Ｑ
_kh（ｈ＝１〜３）がそれぞれ対応付けられて、２次元座
標値として入力される。ステップＳ２０８において物点
ｑ_k の３次元座標値と、その物点ｑ_k に対応付けされた
ペア画像における像点Ｑ_khの２次元座標値とが、演算処
理用メモリ１５４に一時記憶される。

【００９０】ステップＳ２１０において、シフト量、チ
ルト量、物点ｑ_k の３次元座標値、および像点Ｑ_khの２
次元座標値を既知のパラメータとして未知のパラメータ
が求められる。このとき求められる未知のパラメータ
は、カメラ位置Ｍ_h （Δｘ_h ，Δｙ_h ，Δｚ_h ）、カメ
ラ姿勢（Δα_h ，Δβ_h ，Δγ_h ）、およびディストー
ション係数Ｄ₂ 、Ｄ₄ 、Ｄ₆ 、Ｐ₁ 、Ｐ₂ である。ステ
ップＳ２１２において、メモリカード３０から得られた
レンズポジションデータ（シフト量、チルト量）および
ステップＳ２１２により求められたディストーション係
数とが演算処理用メモリ１５４に記録される。

【００９１】ステップＳ２１４において、レンズポジシ
ョンデータの全組合せについて演算が行われたか否かが
判定される。全組合せの演算が終了していなければステ
ップＳ２１６においてまだ演算が行われていない組合せ
に更新された後、ステップＳ２０４から更新された組合
せについてカメラパラメータ演算が再実行される。全組
み合わせの演算が終了すればカメラパラメータ測定処理
は終了する。

【００９２】このように、カメラ１００について予めカ
メラパラメータが求められる。その後カメラパラメータ
測定処理が済んだカメラ１００を用いて、測量対象とな
る被写体の撮影が行われ、メモリカード３０に撮像デー
タ等が記録される。カメラ１００の動作は前述のステッ
プＳ１０２〜ステップＳ１２２に示されており、ここで
は説明を省略する。カメラ１００についてカメラパラメ
ータが既知であるため、実際の写真測量において物点の
３次元座標を算出する際に、未知のパラメータ数が減
り、精密な座標値が求められ、かつ演算処理時間を短縮
できる。

【００９３】図２２は画像読込処理（ステップＳ３０
０）を詳細に示すフローチャートである。ステップＳ３
０２において、カメラ１００により得られたペア画像の
画像ファイルがメモリカード３０から演算装置１５０に
読み込まれる。これら画像ファイルの撮像データは前述
した所定の処理が施され、処理後の撮像データに基づい
てモニタ１６０にペア画像が同時表示される。ステップ
Ｓ３０４において、測量対象である物点Ｐ_i の各ペア画
像Ｇ_j における像点Ｐ_ijが対応付けられる。ステップＳ
３０６において、ステップＳ３０４において対応付けら
れた像点の２次元座標値が演算処理用メモリ１５４に記
憶される。

【００９４】ステップＳ３０８において、画像ファイル
中の撮像データと共に記録されたレンズポジション（シ
フト量、チルト量）と絞り値がシステムコントローラ１
５２に読込まれ、同時にこれらの組み合わせにそれぞれ
対応したディストーション係数Ｄ₂ 、Ｄ₄ 、Ｄ₆ 、
Ｐ₁ 、Ｐ₂ が演算処理用メモリ１５４から読み込まれ
る。ステップＳ３１０において実際の大きさにスケーリ
ングするための基準尺のデータ、即ち実測辺長さＬおよ
び各画像における辺長さが読込まれる。この基準尺のデ
ータは予め演算処理用メモリ１５４に格納されているも
のとする。以上で画像読込処理が終了する。

【００９５】図２３は物点座標演算処理（ステップＳ４
００）を詳細に示すフローチャートである。ステップＳ
４０２において、第２の補正座標とペア画像Ｇ_j から得
られた実測像点座標との誤差であるメリット関数Φ
_P （（７）式に示す）の値を最小にするパラメータが求
められる。このとき求められるパラメータは、物点座標
（ｘ_i ，ｙ_i ，ｚ_i ）、カメラ位置（Δｘ_j ，Δｙ_j ，
Δｚ_j ）、カメラ姿勢（Δα_j ，Δβ_j ，Δγ_j ）であ
る。

【００９６】ステップＳ４０４において投影平面を用い
るか否かが判定される。投影平面を用いない場合は物点
座標演算処理は終了する。投影平面を用いる場合は、ス
テップＳ４０６、ステップＳ４０８、ステップＳ４１０
が実行された後、物点座標演算処理が終了する。

【００９７】以上の処理により精密な物点位置が求めら
れるが、さらに精度の向上を図るために、投影平面を用
いた補正が施される。投影平面とは道路面、例えば物点
ｐ₁、ｐ₂ 、ｐ₃ 、ｐ₄ を含んだ平面ＰＳの疑似平面で
あり、４点ｐ₁ 、ｐ₂ 、ｐ₃、ｐ₄ の座標に最も適した
平面である。

【００９８】ステップＳ４０６において、（７）式によ
り求められた物点Ｐ_i の３次元座標（ｘ_i ，ｙ_i ，
ｚ_i ）に基づいて、以下に示す（８）式に示されるメリ
ット関数Φ_H を最小にする平面Ｈの係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ
が求められる。平面Ｈは投影平面である。

【００９９】

【数７】

【０１００】ステップＳ４０８において、画像座標系ｊ
における物点ｉを平面Ｈ上に投影した座標（ｈｘ_ij，ｈ
ｙ_ij，ｈｚ_ij）が求められる。即ち、（９）式に示す条
件の下で、メリット関数Φ_ij（（１０）式に示す）を０
にする座標（ｈｘ_ij，ｈｙ_ij，ｈｚ_ij）が求められる。
メリット関数Φ_ijは、座標（ｈｘ_ij，ｈｙ_ij，ｈｚ_ij）
に基づいて得られた第２の補正座標（ＨＸ”_ij，ＨＹ”
_ij）と、実測像点座標（ＮＸ_ij，ＮＹ_ij）または（ＭＸ
_ij，ＭＹ_ij）との誤差を表す関数である。なお、座標
（ｈｘ_ij，ｈｙ_ij，ｈｚ_ij）から第２の補正座標（Ｈ
Ｘ”_ij，ＨＹ”_ij）に変換する手法は、図１８に示す変
換の手法と同じであり、ここでは説明を省略する。

【０１０１】

【数８】

【０１０２】

【数９】

【０１０３】ステップＳ４１０において、（１１）式を
用いて、ステップＳ４０８により得られた座標値（ｈｘ
_ij，ｈｙ_ij，ｈｚ_ij）がそれぞれパラメータｊについて
平均され、この平均値（ｈｘ_i ，ｈｙ_i ，ｈｚ_i ）が物
点ｉの座標とされる。

【０１０４】

【数１０】

【０１０５】このように投影平面を用いることにより、
同一平面上にあるという拘束条件が加わり、さらに精密
な物点の３次元座標が得られる。

【０１０６】このあと被写体の図面化が行われる。即
ち、物点ｐ_i の３次元座標である（ｘ_i ，ｙ_i ，ｚ_i ）
または（ｈｘ_i ，ｈｙ_i ，ｈｚ_i ）は、基準尺の長さに
基づいて実際の大きさにスケーリングされる。その後、
例えば公知のベクトル変換等を用いて図面化され、これ
により測量図が得られる。測量図はＸ−Ｚ平面図でもよ
いし、また立体斜視図などでもよい。

【０１０７】次に上述のカメラ１００および画像処理装
置２００を用いた写真測量方法について説明する。ま
ず、操作者は図面化したい被写体、例えば事故車両など
の近傍の路面に基準尺（図示しない）を設置する。この
基準尺は座標値を実際の大きさにスケーリングするとき
に用いられるものであり、長さが既知の形状を備えてい
ればよく、例えば辺長さがＬの正三角形の板材である。

【０１０８】次にカメラパラメータ測定処理の済んだカ
メラ、即ちカメラパラメータが既知のカメラ１００を用
いて撮影を行う。カメラ１００にメモリカード３０を挿
入し、図１６に示すように同一の被写体を異なる位置か
ら撮影する。ペア画像撮影後、ペア画像Ｇ₁ 、Ｇ₂ に関
する撮像データとレンズポジションデータとが記録され
たメモリカード３０をカメラ１００から抜き取り、画像
処理装置２００に挿入して、画像処理に必要な種々の操
作を行って被写体の測量図を得る。

【０１０９】このように、撮影時においてシフトあるい
はチルトを用いて画像における遠景の被写体を大きく写
し込み、レンズのシフト量とチルト量とを加味した補正
を施すことにより、より精密な被写体の３次元座標値が
得られひいては精密な測量図が得られる。また被写体の
座標値を求めるための画像枚数を減らすことができ、撮
影時間を短くできる。

【０１１０】

【発明の効果】本発明による写真測量方法によって、よ
り精密な測量図が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態である写真測量方法にお
いて用いられる地上写真測量用カメラを示す外観図であ
る。

【図２】図１に示す地上写真測量用カメラのレンズ台を
９０°回転させた時の外観図である。

【図３】図１に示す地上写真測量用カメラの、シフトに
よる撮影光学系とレンズ光軸との移動を示す模式図であ
る。

【図４】図１に示す地上写真測量用カメラの、チルトに
よるレンズとレンズ光軸との移動を示す模式図である。

【図５】シフトしないカメラを用いてビルを撮影したと
きの撮像面及びレンズの位置関係と、撮像面におけるビ
ルの画像を示す模式図である。

【図６】シフトしたカメラを用いてビルを撮影したとき
の撮像面及びレンズの位置関係と、撮像面におけるビル
の画像を示す模式図である。

【図７】チルトによる効果を示す模式図である。

【図８】図１に示す地上写真測量用カメラの主要構成を
示すブロック図である。

【図９】メモリカードに記録される記録用データのフォ
ーマットを示す図である。

【図１０】図１に示す地上写真測量用カメラにおけるペ
ア画像撮影処理を示すフローチャートである。

【図１１】あおりを行わない撮影における被写体とレン
ズと撮像面との位置関係を示す図である。

【図１２】図１１に示すレンズ位置における撮影により
得られた画像である。

【図１３】あおり撮影における被写体とレンズと撮像面
との位置関係を示す図である。

【図１４】図１３に示すレンズ位置における撮影により
得られた画像である。

【図１５】画像処理装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図１６】撮影時におけるカメラと物点ｐ₁ ，ｐ₂ ，ｐ
₃ ，ｐ₄ との位置関係を模式的に示す斜視図である。

【図１７】図１６に示す撮影におけるスクリーンＳ₁ ，
Ｓ₂ と物点ｐ₁ ，ｐ₂ ，ｐ₃ ，ｐ₄ との位置関係を幾何
学的に示す図である。

【図１８】３次元座標から２次元座標への座標変換の流
れを示す図である。

【図１９】図１５に示す画像処理装置における動作を示
すフローチャートである。

【図２０】図１９に示すカメラパラメータ測定処理を示
すフローチャートである。

【図２１】図２０に示すカメラパラメータ測定処理にお
ける基準被写体とカメラとの位置関係を模式的に示す図
である。

【図２２】図１９に示す画像読込処理を示すフローチャ
ートである。

【図２３】図１９に示す物点座標算出処理を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１０ 本体 １１ 鏡筒 １２ 撮影光学系 １３ レンズ台 １４ 第１の台座 １６ 第２の台座 １８ 鏡筒保持部材 ２０ シフト操作部材 ２１ ＣＣＤ ２２ チルト操作部材 ３０ メモリカード ３６ 表示装置 ５６ 測光センサ １００ カメラ １５０ 演算装置 ２００ 画像処理装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像面を備えた撮像素子と、 被写体像を撮像面に結像させるレンズと、 撮像面に対して前記レンズの光軸を傾斜させるレンズ光
   軸傾斜手段と、 前記撮像面に対して前記レンズを平行移動させることに
   より、前記光軸と前記撮像面との交点の位置を、前記撮
   像面の撮像中心とは異なる位置に移動させるレンズ平行
   移動手段と、 前記レンズ光軸傾斜手段によるレンズ光軸傾斜量と、前
   記レンズ平行移動手段によるレンズ平行移動量とをそれ
   ぞれ検出する検出手段と、 前記撮像素子から得られた画像の撮像データと共に、前
   記検出手段から得られたレンズ光軸傾斜量とレンズ平行
   移動量とを１画像ファイルとして記録媒体に記録する記
   録手段とを備えることを特徴とする地上写真測量用カメ
   ラ。
2. 【請求項２】 前記レンズ光軸傾斜量が、所定の直交３
   次元座標系において前記撮像面に対して垂直な直線から
   の回転角で示されることを特徴とする請求項１に記載の
   地上写真測量用カメラ。
3. 【請求項３】 前記レンズ光軸傾斜量が所定量毎に設定
   可能であることを特徴とする請求項１に記載の地上写真
   測量用カメラ。
4. 【請求項４】 前記レンズ平行移動量が、前記撮像面上
   における前記撮像中心からの移動量で表されることを特
   徴とする請求項１に記載の地上写真測量用カメラ。
5. 【請求項５】 前記レンズ平行移動量が所定量毎に設定
   可能であることを特徴とする請求項１に記載の地上写真
   測量用カメラ。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の地上写真測量カメラに
   より第１および第２の方向から撮影され、それぞれ記録
   媒体に記録された第１および第２の画像ファイルを前記
   記録媒体からそれぞれ読込む読込手段と、 読込手段により得られた第１および第２の画像ファイル
   の第１および第２の撮像データから、それぞれ第１およ
   び第２の画像として表示する表示手段と、 第１および第２の画像における前記被写体上の物点の第
   １および第２の２次元座標値をそれぞれ求める２次元座
   標値算出手段と、 前記第１および第２の像点の２次元座標値と、撮影時に
   おける第１および第２のレンズ光軸傾斜量と第１および
   第２のレンズ平行移動量とに基づいて、前記物点の３次
   元座標値を求める３次元座標値算出手段とを備えること
   を特徴とする画像処理装置。
7. 【請求項７】 前記３次元座標値算出手段が、 初期値が与えられた物点の３次元座標値を、光軸が撮像
   面の中心を垂直に通ることを条件に、２次元座標値であ
   る第１および第２のスクリーン座標値に変換する変換手
   段と、 前記第１および第２のスクリーン座標値に前記シフト量
   と前記レンズの歪み量とに基づいた第１の補正を施し
   て、第１および第２の補正２次元座標値を求める第１の
   補正手段と、 第１および第２の補正２次元座標値に前記シフト量と前
   記チルト量とに基づいた第２の補正を施して、第３およ
   び第４の補正２次元座標値を求める第２の補正手段と、 前記第３および第４の補正２次元座標値と、前記第１お
   よび第２の画像から得られた前記物点の前記第１および
   第２の２次元座標値との差がそれぞれ最小になるよう
   に、最小二乗法を用いて前記物点の前記３次元座標値の
   初期値を更新する３次元座標値更新手段と、 前記３次元座標値更新手段により得られた４点以上の物
   点の第２の補正座標値を、同一平面上にあるという拘束
   条件により補正する第３の補正手段とを備えることを特
   徴とする請求項６に記載の画像処理装置。
8. 【請求項８】 請求項１に記載の地上写真測量カメラを
   用いて、被写体が第１および第２の方向から第１および
   第２の撮影が行われ、 請求項６に記載の画像処理装置を用いて、前記第１およ
   び第２の撮影により得られた第１および第２の画像にお
   ける前記被写体上の物点の第１および第２の２次元座標
   値と、第１および第２の撮影における第１および第２の
   レンズ光軸傾斜量と第１および第２のレンズ平行移動量
   とに基づいて、前記物点の３次元座標が求められること
   を特徴とする写真測量方法。