オルソフォト画像の生成方法、および撮影装置
【課題】撮影を比較的容易にすることができ、画質に優れたオルソフォト画像の生成方法の提供を目的とする。また、かかるオルソフォト画像の生成方法を利用した撮影に適した撮影装置の提供を目的とする。
【解決手段】航空機等のプラットフォームから俯角を異ならせ、かつ、所定の地上解像度を基準に焦点距離ｆを異ならせて対象領域１を分割撮影し、
次いで、各分割撮影画像２に基づいて生成した標高モデル３、３同士の撮影重複領域４間のマッチングに従って対象領域１全域の標高モデル５を生成し、該標高モデル５の標高情報を用いて各分割撮影画像２を正射投影変換処理して対象領域全域のオルソフォト画像を生成してオルソフォト画像の生成方法を構成する。
【解決手段】航空機等のプラットフォームから俯角を異ならせ、かつ、所定の地上解像度を基準に焦点距離ｆを異ならせて対象領域１を分割撮影し、
次いで、各分割撮影画像２に基づいて生成した標高モデル３、３同士の撮影重複領域４間のマッチングに従って対象領域１全域の標高モデル５を生成し、該標高モデル５の標高情報を用いて各分割撮影画像２を正射投影変換処理して対象領域全域のオルソフォト画像を生成してオルソフォト画像の生成方法を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオルソフォト画像の生成方法、および撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地形図の作成のため、あるいは写真図として広く利用されているオルソフォト画像は、上空から対象領域を撮影して得られた中心投影画像を正射投影変換処理することにより生成されるもので、その撮影機器に関して、近年、作業効率の向上などを目的として、従来のアナログカメラからデジタルカメラに切り換えられる傾向にある。例えば、航空機から撮影を行うアナログカメラとしての従来のアナログ航空カメラに代替するものとして、オーストリアのＶＥＸＣＥＬ社のＵＣＤ（ＵｌｔｒａＣａｍＤ）がある。
【０００３】
このＵＣＤは、従来のアナログ航空カメラと同様に所定のエリアを一括的に記録するいわゆるエリアセンサに分類されるもので、能力が十分とは言えない撮像素子によってアナログ航空カメラに匹敵する解像度、撮影範囲を得るために、複数のＣＣＤおよびレンズを搭載している。撮影の対象領域は、複数のＣＣＤおよびレンズを利用して複数のパンクロマティック画像として分割撮影されることによって広範囲に及び、かつ、パンクロマティック画像としての地上解像度が高められる。さらに、撮影画像のカラー画像化は、上述とは別の複数のＣＣＤ、レンズによってより低解像度のカラー画像を取得し、上述のパンクロマティック画像と合成処理する、いわゆるパンシャープン処理を施すことによって実現される。
【０００４】
また、類似する技術として、特許文献１に記載されたものがある。この従来例は、航空カメラのように移動するプラットフォームに撮影機器を搭載したり、撮影距離が極めて遠隔になったり、さらには地上座標系等の汎用性のある座標情報を取得するようなものではなく、単に壁面を撮影対象とするものであり、壁画全体をインデックス画像として撮影するとともに、壁画を分割した詳細画像として撮影する。詳細画像は、インデックス画像の対応点を利用して標定され、インデックス画像を基準に貼り合わされ、また、インデックス画像を基準に明るさ、色調を調整される。
【特許文献１】特開２０００-１８２０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したＵＣＤを用いた撮影では、複数のＣＣＤおよびレンズ、すなわち複数のカメラを用いて対象領域を分割撮影するに際し、これら複数のカメラを単一の焦点に収斂させ、あたかも単一のアナログ航空カメラのように機能させることから、極めて精密なカメラ調整が要求されるという欠点がある。特に航空機などの移動するプラットフォームからの撮影では、気流などの環境条件によってかかる要求を十分に満たせない場合がある。
【０００６】
また、上述のように単一のカメラ焦点で広範な対象領域を撮影する場合、特に撮影距離が極めて大きくなる上空からの撮影においては、焦点から離れた位置に生じる歪みが大きく、また、地上解像度も対象領域の中心部と周辺部で大きく異なってしまうために、画質の均一性に欠けるという欠点もある。
【０００７】
本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、撮影を比較的容易にすることができ、画質に優れたオルソフォト画像の生成方法の提供を目的とする。また、本発明の他の目的は、かかるオルソフォト画像の生成方法を利用した撮影に適した撮影装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば上記目的は、
航空機等のプラットフォームから俯角を異ならせ、かつ、所定の地上解像度を基準に焦点距離ｆを異ならせて対象領域１を分割撮影し、
次いで、各分割撮影画像２に基づいて生成した標高モデル３同士の撮影重複領域４、４間のマッチングに従って対象領域全域の標高モデル５を生成し、該標高モデル５の標高情報を用いて各分割撮影画像２を正射投影変換処理して対象領域１全域のオルソフォト画像を生成するオルソフォト画像の生成方法を提供することにより達成される。
【０００９】
航空機等のプラットフォームから俯角を異ならせて広域の対象領域１を分割撮影する本発明において、各撮影は所定の地上解像度を満たすように焦点距離ｆを異ならせて行われる。したがって焦点を一点に収斂させるための複数のカメラの精密な調整は必要なく、撮影に用いる各カメラは撮影領域に対応する撮影姿勢をある程度保持できれば足りることから、撮影を比較的容易に行うことができる。また、焦点距離ｆの調整によって各分割撮影画像２が所定の地上解像度を備えることにより、複数の分割撮影画像２、２、・・を組み合わせて生成される対象領域１全域に渡る広域の撮影画像の画質を、上述した従来例に比べてより均質化することができ、かつ、極めて向上させることができる。
【００１０】
また、一般に中心投影の撮影画像は、撮影時の焦点を原点とする座標系で表すことができるものであり、上述したように焦点を共通にした複数のデジタルカメラを用いる上記ＵＣＤにおいては、単にそれぞれの座標軸周りでの回転や縮尺を調整することで，分割撮影画像や、これに基づいて生成される数値としての標高情報を備えた標高モデル同士を良好にマッチングさせることができるという利点がある。また、これによれば、アナログ航空カメラを用いていたときの従来のマッチング手法をそのまま流用することもできる。これに対し本願発明は、撮影距離が極めて大きい航空カメラなどの場合には、分割撮影画像間で焦点距離ｆをやや異ならせたときにも、各分割撮影画像に基づいて生成される上記標高モデル３、すなわち、いわゆる数値地形モデル（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｅｒｒａｉｎ Ｍｏｄｅｌ）や数値表層モデル（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｅｌ）同士を調整してマッチングさせることにより適宜の精度が維持できることを活用するもので、アナログカメラを再現したに過ぎない従来例とは異なる新たなマッチング手法を提案するものである。
【００１１】
さらに、上述した撮影としてカラー撮影を行った場合には、パンシャープン処理によるラジオメトリック解像度の劣化を解消し、地上解像度および色深度のバランスが取れたオルソフォト画像を得ることができ、また、パンシャープン処理を省くことによって作業効率をより高めることができる。
【００１２】
加えて、上述したプラットフォームからの俯角の異なる撮影において、プラットフォーム直下方向を含めて撮影した場合には、より正射投影に近い画像を取得できることから、精度の高い撮影画像、および該撮影画像に基づく精度の高い標高モデル５を得ることができる。この場合において、対象領域１の直下方向以外の標高モデル３について、直下方向の標高モデル３を基準に追い出すようにして位置合わせ、すなわち直下のものを元に順次外方向へ拡張した場合には、対象領域全域の標高モデル５の精度をより高めることができる。
【００１３】
また、上述した標高モデル３、３同士のマッチングは、具体的には、プラットフォームからの俯角の異なる分割撮影画像同士に適宜の撮影重複領域４を設け、この撮影重複領域４間でマッチングを図ることによって行うことができる。標高モデル３、３同士のマッチングは、標高モデル３に標高情報を付与する地上基準点を利用して行うほか、撮影重複領域４内にメッシュを設定し、このメッシュのセル６単位で行うこともできる。上述したように焦点距離ｆの異なる分割撮影画像に基づいて生成される標高モデル３、３同士をマッチングさせるこの発明において、このようなセル６単位の座標合わせには、複数のセル６、６、・・単位等の各セル６、６同士の最良の位置合わせを行なうため、最小二乗法を用いることが望ましい。焦点距離ｆが異なることによって標高モデル３、３間に生じる較差は、平面上において生じるほか、高さ方向にも生じるため、望ましくは縦、横、高さ方向に同時に較差の調整を図るべきであるが、上空から地表を撮影する場合には高さ方向に生じる較差が大部分を占めることになるため、高さ方向にのみ調整を図ることで較差の是正効率を高めることもできる。
【００１４】
さらに、以上のオルソフォト画像の生成には、
対象領域１を上方から複数のカメラ７、７・・で分割して撮影する撮影装置であって、
直下方向を向く姿勢に保持される直下視カメラ７Ａと、
斜め下方方向を向く姿勢に保持される斜視カメラ７Ｂと、
直下方向に対する姿勢の傾斜角度に従って直下視カメラ７Ａに被写体の解像度をほぼ一致させた斜視カメラ７Ｂの焦点距離ｆ’を設定する斜視カメラ設定部８とを有する撮影装置を利用することができる。
【００１５】
撮影の対象領域１の広さや地形などによって航空機等の飛行高さが変更される航空写真に基づくオルソフォト画像の生成には、飛行高さの変更に対する撮影条件の設定変更が容易な撮影装置を用いることが望ましい。地上解像度を均一化させた対象領域１の上方、上空からの分割撮影は、上述したプラットフォーム直下方向を撮影する直下視カメラ７Ａの焦点距離ｆが決定された場合には、その他の方向、すなわちプラットフォームから所定角度の斜め下方方向を撮影する斜視カメラ７Ｂの焦点距離ｆ’もその俯角によって一義的に決定されることを考慮し、本発明においては、かかる斜視カメラ７Ｂの焦点距離ｆ’について、直下視カメラ７Ａの焦点距離ｆに応じて設定する斜視カメラ設定部８が設けられ、飛行高さの変更に伴う複数のカメラ７、７・・間の調整作業が軽減される。
【発明の効果】
【００１６】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、撮影を比較的容易にすることができ、画質に優れたオルソフォト画像の生成方法を提供することができるため、地形図の作成や写真図の取得をより効率的に行うことができる。また、かかるオルソフォト画像の生成方法を利用した撮影に適した撮影装置を提供することで、撮影時の作業効率を極めて向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に対象領域１の分割撮影の概要を示す。デジタルカメラ７を用いて、図示しない上空の航空機（プラットフォーム）から地表の広域の対象領域１を分割撮影した複数の分割撮影画像２を合成等して生成される極めて広範な対象領域１のオルソフォト画像を取得するこの実施の形態において、一度の飛行で対象領域１の全域を撮影できるように、航空機には図１（ａ）に示すように、飛行方向に対する直交方向に分割撮影画像を複合させて広範囲を撮影する撮影装置Ａが搭載される。
【００１８】
この撮影装置Ａは、航空機の直下を撮影する直下視カメラ７Ａと、斜め下方を撮影する斜視カメラ７Ｂとを有し、この実施の形態では４台の斜視カメラ７Ｂによって直下視カメラ７Ａの撮影範囲を飛行方向に対する直交方向に拡幅するようにして、合計５台のカメラ７の撮影範囲が飛行方向に対する直交方向に略帯状をなして複合する。各カメラ７の撮影範囲には、このカメラ７と隣接する撮影範囲をもつ他のカメラ７の撮影範囲が一部重合し、撮影重複領域４を形成する例えば全幅の３０％などのサイドラップ率Ｒｓが設定され、追って説明するように分割撮影画像２に基づいて生成される標高モデル３、３同士の位置合わせに利用される。各カメラ７としては、例えば有効画素数がおよそ２０００万と描写力に優れ、撮像素子としてＣＭＯＳを搭載した比較的安価なキャノン株式会社の商品名「ＥＯＳ−１ Ｄｓ Ｍａｒｋ ＩＩＩ」が使用される。
【００１９】
また、上記撮影装置Ａには、各カメラ７の撮影姿勢、すなわち航空機からの俯角を所定に保持する姿勢保持部１１と、焦点距離ｆを管理する焦点距離設定部（斜視カメラ設定部８）とが設けられる。各カメラ７は姿勢保持部１１によって撮影姿勢、および各カメラ７間の相対位置を保持され、また、斜視カメラ７Ｂについては任意の撮影姿勢に変更できるようにされる。
【００２０】
焦点距離設定部８は、例えば、各カメラ７に接続した可搬型のコンピュータなどにより構成され、各カメラ７の焦点距離ｆを設定、管理し、また、上記姿勢保持部１１に接続されて各カメラ７の撮影姿勢を検出できるようにされる。この焦点距離設定部８は、上記姿勢保持部１１から得られる各斜視カメラ７Ｂの撮影姿勢、より詳細には各斜視カメラ７Ｂの撮影姿勢の直下方向に対する傾斜角度と、直下視カメラ７Ａに設定された焦点距離ｆとに従い、各斜視カメラ７Ｂに直下視カメラ７Ａによる撮影の地上解像度とほぼ一致する地上解像度を発揮させる焦点距離ｆ’を設定する。
【００２１】
すなわち、撮影の対象領域を平面と見なすことにより、この平面に平行に飛行する航空機からの俯角によって、例えば各斜視カメラ７Ｂの直下視カメラ７Ａに対する相対的な撮影距離の比率を演算し、この比率と直下視カメラ７Ａに設定されている焦点距離ｆとに基づいて、各斜視カメラ７Ｂについて、直下視カメラ７Ａと同等の地上解像度を得ることができる焦点距離ｆ’を設定する。図２（ａ）は直下視カメラ７Ａとこれに隣接する撮影範囲を備えた１台の斜視カメラ７Ｂとの関係を模式的に示したもので、斜視カメラ７Ｂの撮影距離Ｄ’は、斜視カメラ７Ｂのレンズの主点１２と、対象領域１の撮影範囲の中心点である撮影主点１３との間の距離を基準に決定される。なお、図２（ａ）において１４は直下視カメラ７Ａのレンズ、１５はその主点、１６は焦点、１７は直下視カメラ７Ａの撮影主点、Ｄは直下視カメラ７Ａの撮影距離、１８は斜視カメラ７Ｂのレンズ、１９は焦点である。また、同図において座標系の軸線方向を示す矢印は、それぞれのカメラ７Ａ、７Ｂの撮影姿勢に基づく座標系の軸線方向を示すものである。なお、斜視カメラ７Ｂは、焦点距離ｆの変更に伴って画角を調整することによって所定の撮影範囲を維持するようにされる。
【００２２】
以上の撮影装置Ａを搭載した航空機を図１（ｂ）において白抜きの矢印で示す方向に飛行させ、該矢印上の白丸の点で示す位置、すなわち所定位置間隔で撮影を行うと、同図に示すように、一度の飛行により、広い範囲について複数の撮影画像によってカバーすることができる。なお、同図においてＲｏは各カメラ７の飛行方向の撮影画像間に設定される例えば全長の６０％などのオーバーラップ率であり、これによって対象領域１は全域に渡って重複して撮影されることになる。また、この撮影装置Ａを搭載した上述の航空機にはＧＰＳおよびＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）が搭載され、これにより撮影時のカメラ７の位置および姿勢（ロール角ω，ピッチ角φ，ヨー角κ）が記録されて各分割撮影画像２の外部標定要素が取得できるようにされる。
【００２３】
また、以上の撮影装置Ａ、航空機を用いた撮影に際しては、撮影の対象領域１の広さなどに応じた航空機の航路、およびこれに応じた上述した各カメラ７の焦点距離ｆ等の設定の計画が予め立案され、また、対象領域１には、基準点測量により平面位置及び標高が予め測定されたＧＣＰ２０（Ｇｒｏｕｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ，地上基準点）が設置される。図３（ａ）は対象領域１の一例を示すもので、２１は高架としての道路、２２はビルであり、二点鎖線は撮影装置Ａの５台のカメラ７による一回の撮影範囲である。
【００２４】
航空機の飛行に伴って順次取得される撮影画像のうち、図３（ｂ）は理解を容易にするために直下視カメラ７Ａの一部のみの分割撮影画像２’の範囲を二点鎖線で対象領域１に重ね、また、各分割撮影画像２’の範囲を飛行方向の直交方向にややずらして表したものである。図４（ａ）は図３（ｂ）の要部拡大図である。上述したように飛行方向に所定のオーバーラップ率Ｒｏに従って撮影重複領域４が形成されている。
【００２５】
なお、以下においては、理解を容易にするために本発明の処理手順を図示しながら説明するが、実際には、例示するような図化を要することなく、分割撮影画像２に対する演算のみで処理が行われる。また、以下に示す方法は、以下に示す手順が記述されたプログラムが動作するコンピュータによって自動処理が可能であり、このようにオルソフォト画像生成装置Ｂとして構成されたコンピュータのブロック図を図２（ｂ）に示す。
【００２６】
オルソフォト画像生成装置Ｂは、撮影画像入力部２３ａ、撮影条件入力部２３ｂ、および地上基準点位置データ入力部２３ｃからなる入力部２３と、演算部２４とを有する。上述のようにして撮影された撮影画像は撮影画像入力部２３ａに、撮影時のＧＰＳ、ＩＭＵによるカメラ位置とカメラ姿勢の情報は撮影条件入力部２３ｂに、ＧＣＰ２０の位置情報は地上基準点位置データ入力部２３ｃに各々入力される。
【００２７】
演算部２４は、標定点設定部２４ａと、標高モデル生成部２４ｂと、標高モデル間マッチング部２４ｃと、正射投影変換処理部２４ｄと、モザイク処理部２４ｅとを有し、上述したように撮影画像入力部２３ａに入力された分割撮影画像２は、先ず、標定点設定部２４ａによって二枚以上の分割撮影画像２に撮影されている適宜の領域を標定点２５として抽出される。この標定点２５の抽出は焦点距離ｆが同一のカメラ７の分割撮影画像２、２間に限られ、すなわち、飛行方向に並ぶ分割撮影画像２、２同士の相対位置を関連付けるものとして機能する。上述した図４（ａ）に標定点２５を黒丸で示す。
【００２８】
標高モデル生成部２４ｂは、以上のようにして飛行方向に関連づけられて一連の短冊状をなす複数の撮影画像と、上述したように撮影条件入力部２３ｂに入力された個々の分割撮影画像２に対応するカメラ位置およびカメラ姿勢の情報と、分割撮影画像２に表示され、上述したように撮影条件入力部２３ｂに入力されたＧＣＰ２０の位置情報とに基づいて、上述した撮影画像と同様の短冊状領域のＤＳＭ３（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｅｌ，標高モデル）を生成する。ＤＳＭ３の生成は、例えば、上述したオーバーラップ率Ｒｏによって対象領域１全域に及ぶ撮影重複領域４を利用したステレオマッチングによって行うことが可能であり、このステレオマッチングに際し、撮影重複領域４を形成している相互のカメラ７、７のカメラ位置およびカメラ姿勢の情報を利用することによってマッチングの精度を高めることができ、また、ＧＣＰ２０の位置情報を利用することで、マッチングによって形成されるステレオモデルに位置情報を付与することができる。図４（ａ）にＧＣＰ２０を白丸で示し、同図（ｂ）に生成された短冊状領域のＤＳＭ３を示す。
【００２９】
このようにして生成され、５台のカメラ７に対応した５本の短冊状領域のＤＳＭ３は、標高モデル間マッチング部２４ｃによってマッチングされ、これにより、広域の対象領域１全域に及ぶＤＳＭ５が生成される。標高モデル間マッチング部２４ｃは、隣接する短冊状領域のＤＳＭ３同士の重複領域、すなわち上述したサイドラップ率Ｒｓに基づいて飛行方向の直交方向に発生する撮影重複領域４を利用し、隣接する短冊状領域のＤＳＭ３、３同士のマッチングを行う。図５（ａ）に対象領域１の中央部分をカバーする短冊状領域のＤＳＭ３と、上述した図４（ｂ）においてこの中央部分のＤＳＭ３の右側に隣接する短冊状領域のＤＳＭ３’のみを抜粋して示す。
【００３０】
このＤＳＭ３、３’間のマッチングは、短冊状領域のＤＳＭ３、３’同士の重複領域４、およびＧＣＰ２０の近傍などについて例えば５ｍ間隔などのメッシュを設定し、このメッシュのＤＳＭ３、３’間で相互に対応する各セル６の座標値に関し、ＤＳＭ３、３’間で近似調整することにより行われる。図５（ｂ）に上述した図５（ａ）の２本の短冊状領域のＤＳＭ３、３’について、全域にメッシュを設定したときの要部拡大図を示す。なお、このようにセル６の広さを撮影画像の画素よりも大きくした場合には、各セル６の座標値については、例えば当該セル６の中央部の画素の座標値を適用することができる。
【００３１】
図５（ｂ）に示すように、今、近似調整対象であるＤＳＭ３、３’同士の重複領域４に属するセル６の一方のＤＳＭのものを６Ａ、他方のＤＳＭのものを６Ｂとする。作業効率を考慮して高さ方向、すなわち標高方向のみについて近似調整を行うこの実施の形態において、各々のセル６Ａ，６Ｂの座標値を（kＸi，kＹi，kＺi）とするとき、変換後のＺ座標kＺiはkＺi’＝kＺi＋kａ＋kｂ・kＸi＋kｃ・kＹiという一次式の調整式を満たすものと仮定する。kはコース番号、ｉはセル番号を示す。ここでkａ，kｂ，kｃは未知数である。
【００３２】
具体的には、上述した調整式に基づき、kＺi＋kａ＋kｂ・kＸi＋kｃ・kＹi＝k＋１Ｚi＋k＋１ａ＋k＋１ｂ・k＋１Ｘi＋k＋１ｃ・k＋１Ｙiという方程式を満たすａ，ｂ，ｃを求めることにより近似調整を行う。但し、kＸi＝k＋１Ｘi、kＹi＝k＋１Ｙiを条件とする。以上の近似調整を上述した短冊状領域のＤＳＭ３、３’間の重複領域４等に属する全てのセル６、６・・について行い、ＤＳＭ３、３’同士の重複領域４を整合させ、また、この整合に従ってＤＳＭ３、３’同士の位置関係を調整する。なお、上述したＧＣＰ２０の近傍のセル６については座標値の信頼性が高いため、以上の重複領域４に属するセル６の整合に比して重み付けをして調整を図ることが望ましい。
【００３３】
また、以上の短冊状領域のＤＳＭ３、３’間のマッチングは、より信頼性の高い直下視カメラ７Ａの分割撮影画像に基づくＤＳＭ３と、対象領域１において、この直下視カメラ７Ａの撮影範囲に隣接する領域を撮影範囲とする斜視カメラ７Ｂの分割撮影画像に基づくＤＳＭ３との間において行った上で、さらに、このようにして短冊状領域のＤＳＭ３がマッチングされたＤＳＭと、直下視カメラ７Ａの撮影範囲からより離れた他の斜視カメラ７Ｂの分割撮影画像２に基づくＤＳＭ３との間でマッチングを行うことにより、より信頼性を高めることができる。
【００３４】
以上のようにして矩形状領域の複数のＤＳＭ３、３、・・をマッチングし、得られた対象領域１全域に及ぶ広範囲のＤＳＭ５を図６（ａ）に示す。この後、上述した演算部２４は、正射投影変換処理部２４ｄによって上述した矩形状をなす複数の撮影画像、すなわち、標定点２５によって単一のカメラ７の飛行方向に並ぶ分割撮影画像２を関連づけたものについて、以上の広範囲のＤＳＭ５を利用して、順次、正射投影変換処理をする。図６（ａ）に直下視カメラ７Ａによって撮影された各分割撮影画像２を標定点２５によって関連づけた矩形状をなす撮影画像について、上記ＤＳＭ５に重ねて二点鎖線で示す。
【００３５】
正射投影変換処理部２４ｄは、適宜の正射変換ソフトウェアによって構成され、各カメラ７によって中心投影で撮影された撮影画像を正射投影に変換する。この正射変換に際しては、図６（ｂ）に例示するように、カメラ７’の撮影時の光路が対象領域１に存在する高い構造物などによって遮られ、図７に示す白点の座標が黒点の座標として認識された、すなわち位置情報が撮影画像に正確に反映されなかった場合について、上述したＤＳＭ５の標高情報を利用して補正が加えられる。この補正は、図７に示すように、上述したＩＭＵや姿勢保持部１１等によって特定される光路の傾斜角度θと、ＤＳＭ５によって特定される構造物の高さｈに基づき、三角関数を用いることにより行うことができる。
【００３６】
以上の正射投影変換処理部２４ｄによる処理後の撮影画像を図８（ａ）に示す。この状態で、撮影画像は上述同様各カメラ７の飛行方向に連続する撮影範囲に対応した矩形状をなし、矩形状の各撮影画像には上述したサイドラップ率Ｒｓに基づく撮影重複領域４が形成されている。これら矩形状の撮影画像は、適宜のモザイクソフトウェアにより構成されるモザイク処理部２４ｅによって撮影重複領域４を利用して結合され、これにより、図８（ｂ）に示すように、対象領域１全域が一体にまとめられた広域のオルソフォト画像が生成される。このオルソフォト画像はオルソフォト画像生成装置Ｂの出力部２６から出力することができる。
【００３７】
なお、以上においては一度の飛行で対象領域１の全域を撮影できる場合を示したが、複数コースに分けて撮影した場合にも、各コース間を位置合わせして合成することにより、同様に対象領域１全域のオルソフォト画像を得ることができる。この場合、モザイク処理部２４ｅによって各コースの撮影画像を合成して対象領域１全域に及ぶオルソフォト画像とすることも可能であるが、ＧＣＰ２０や標定点２５を用いてＤＳＭ３を形成する前段階でコース間を合成すれば、対象領域１全域のＤＳＭ５の精度をより高めることができ、生成される対象領域１全域のオルソフォト画像の精度をより向上させることができる。
【００３８】
また、以上においては単一の直下視カメラ７Ａと複数の斜視カメラ７Ｂによって帯状に複合して撮影された撮影画像について、ＧＰＳによって位置情報を得られた所定飛行位置で得る場合を示したが、例えば、斜視カメラ７Ｂの撮影姿勢等を変更して直下視カメラ７Ａの撮影範囲の周囲を斜視カメラ７Ｂの撮影範囲で囲むように撮影すれば、各カメラ７の撮影画像を複合して比較的大きな矩形形状の撮影画像を取得することもできる。
【００３９】
さらに、撮影装置Ａにおける斜視カメラ７Ｂの配置を航空機の飛行方向に直下視カメラ７Ａと並ぶようにし、各カメラ７の撮影タイミングを飛行速度に応じて異ならせて直下視カメラ７Ａと斜視カメラ７Ｂの撮影地点を同位置にすれば、ＤＳＭ３の精度をより向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】撮影装置および該撮影装置を用いた撮影状況を示す図である。
【図２】オルソフォト画像の生成方法の概要を示す図で、（ａ）は撮影時の焦点距離と撮影距離との関係等を説明する図、（ｂ）はオルソフォト画像生成装置のブロック図である。
【図３】対象領域の撮影状況を説明する図である。
【図４】各カメラの撮影画像に対応した矩形状の標高モデルを生成するステップを説明する図である。
【図５】各カメラの撮影画像に基づいて生成した標高モデル同士をマッチングさせるステップを説明する図である。
【図６】対象領域全域の標高モデルを用いて飛行方向に長寸の矩形状をなす撮影画像に正射投影変換処理を施す状況を説明する図である。
【図７】正射投影変換処理ステップにおける画像補正を説明する図である。
【図８】飛行方向に長寸の矩形状をなす撮影画像のオルソフォト画像、および対象領域全域のオルソフォト画像を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 対象領域
２ 分割撮影画像
３ 各撮影画像に基づいて生成した標高モデル
４ 撮影重複領域
５ 対象領域全域の標高モデル
６ セル
７ カメラ
７Ａ 直下視カメラ
７Ｂ 斜視カメラ
８ 斜視カメラ設定部
ｆ 焦点距離
【技術分野】
【０００１】
本発明はオルソフォト画像の生成方法、および撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地形図の作成のため、あるいは写真図として広く利用されているオルソフォト画像は、上空から対象領域を撮影して得られた中心投影画像を正射投影変換処理することにより生成されるもので、その撮影機器に関して、近年、作業効率の向上などを目的として、従来のアナログカメラからデジタルカメラに切り換えられる傾向にある。例えば、航空機から撮影を行うアナログカメラとしての従来のアナログ航空カメラに代替するものとして、オーストリアのＶＥＸＣＥＬ社のＵＣＤ（ＵｌｔｒａＣａｍＤ）がある。
【０００３】
このＵＣＤは、従来のアナログ航空カメラと同様に所定のエリアを一括的に記録するいわゆるエリアセンサに分類されるもので、能力が十分とは言えない撮像素子によってアナログ航空カメラに匹敵する解像度、撮影範囲を得るために、複数のＣＣＤおよびレンズを搭載している。撮影の対象領域は、複数のＣＣＤおよびレンズを利用して複数のパンクロマティック画像として分割撮影されることによって広範囲に及び、かつ、パンクロマティック画像としての地上解像度が高められる。さらに、撮影画像のカラー画像化は、上述とは別の複数のＣＣＤ、レンズによってより低解像度のカラー画像を取得し、上述のパンクロマティック画像と合成処理する、いわゆるパンシャープン処理を施すことによって実現される。
【０００４】
また、類似する技術として、特許文献１に記載されたものがある。この従来例は、航空カメラのように移動するプラットフォームに撮影機器を搭載したり、撮影距離が極めて遠隔になったり、さらには地上座標系等の汎用性のある座標情報を取得するようなものではなく、単に壁面を撮影対象とするものであり、壁画全体をインデックス画像として撮影するとともに、壁画を分割した詳細画像として撮影する。詳細画像は、インデックス画像の対応点を利用して標定され、インデックス画像を基準に貼り合わされ、また、インデックス画像を基準に明るさ、色調を調整される。
【特許文献１】特開２０００-１８２０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したＵＣＤを用いた撮影では、複数のＣＣＤおよびレンズ、すなわち複数のカメラを用いて対象領域を分割撮影するに際し、これら複数のカメラを単一の焦点に収斂させ、あたかも単一のアナログ航空カメラのように機能させることから、極めて精密なカメラ調整が要求されるという欠点がある。特に航空機などの移動するプラットフォームからの撮影では、気流などの環境条件によってかかる要求を十分に満たせない場合がある。
【０００６】
また、上述のように単一のカメラ焦点で広範な対象領域を撮影する場合、特に撮影距離が極めて大きくなる上空からの撮影においては、焦点から離れた位置に生じる歪みが大きく、また、地上解像度も対象領域の中心部と周辺部で大きく異なってしまうために、画質の均一性に欠けるという欠点もある。
【０００７】
本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、撮影を比較的容易にすることができ、画質に優れたオルソフォト画像の生成方法の提供を目的とする。また、本発明の他の目的は、かかるオルソフォト画像の生成方法を利用した撮影に適した撮影装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば上記目的は、
航空機等のプラットフォームから俯角を異ならせ、かつ、所定の地上解像度を基準に焦点距離ｆを異ならせて対象領域１を分割撮影し、
次いで、各分割撮影画像２に基づいて生成した標高モデル３同士の撮影重複領域４、４間のマッチングに従って対象領域全域の標高モデル５を生成し、該標高モデル５の標高情報を用いて各分割撮影画像２を正射投影変換処理して対象領域１全域のオルソフォト画像を生成するオルソフォト画像の生成方法を提供することにより達成される。
【０００９】
航空機等のプラットフォームから俯角を異ならせて広域の対象領域１を分割撮影する本発明において、各撮影は所定の地上解像度を満たすように焦点距離ｆを異ならせて行われる。したがって焦点を一点に収斂させるための複数のカメラの精密な調整は必要なく、撮影に用いる各カメラは撮影領域に対応する撮影姿勢をある程度保持できれば足りることから、撮影を比較的容易に行うことができる。また、焦点距離ｆの調整によって各分割撮影画像２が所定の地上解像度を備えることにより、複数の分割撮影画像２、２、・・を組み合わせて生成される対象領域１全域に渡る広域の撮影画像の画質を、上述した従来例に比べてより均質化することができ、かつ、極めて向上させることができる。
【００１０】
また、一般に中心投影の撮影画像は、撮影時の焦点を原点とする座標系で表すことができるものであり、上述したように焦点を共通にした複数のデジタルカメラを用いる上記ＵＣＤにおいては、単にそれぞれの座標軸周りでの回転や縮尺を調整することで，分割撮影画像や、これに基づいて生成される数値としての標高情報を備えた標高モデル同士を良好にマッチングさせることができるという利点がある。また、これによれば、アナログ航空カメラを用いていたときの従来のマッチング手法をそのまま流用することもできる。これに対し本願発明は、撮影距離が極めて大きい航空カメラなどの場合には、分割撮影画像間で焦点距離ｆをやや異ならせたときにも、各分割撮影画像に基づいて生成される上記標高モデル３、すなわち、いわゆる数値地形モデル（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｅｒｒａｉｎ Ｍｏｄｅｌ）や数値表層モデル（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｅｌ）同士を調整してマッチングさせることにより適宜の精度が維持できることを活用するもので、アナログカメラを再現したに過ぎない従来例とは異なる新たなマッチング手法を提案するものである。
【００１１】
さらに、上述した撮影としてカラー撮影を行った場合には、パンシャープン処理によるラジオメトリック解像度の劣化を解消し、地上解像度および色深度のバランスが取れたオルソフォト画像を得ることができ、また、パンシャープン処理を省くことによって作業効率をより高めることができる。
【００１２】
加えて、上述したプラットフォームからの俯角の異なる撮影において、プラットフォーム直下方向を含めて撮影した場合には、より正射投影に近い画像を取得できることから、精度の高い撮影画像、および該撮影画像に基づく精度の高い標高モデル５を得ることができる。この場合において、対象領域１の直下方向以外の標高モデル３について、直下方向の標高モデル３を基準に追い出すようにして位置合わせ、すなわち直下のものを元に順次外方向へ拡張した場合には、対象領域全域の標高モデル５の精度をより高めることができる。
【００１３】
また、上述した標高モデル３、３同士のマッチングは、具体的には、プラットフォームからの俯角の異なる分割撮影画像同士に適宜の撮影重複領域４を設け、この撮影重複領域４間でマッチングを図ることによって行うことができる。標高モデル３、３同士のマッチングは、標高モデル３に標高情報を付与する地上基準点を利用して行うほか、撮影重複領域４内にメッシュを設定し、このメッシュのセル６単位で行うこともできる。上述したように焦点距離ｆの異なる分割撮影画像に基づいて生成される標高モデル３、３同士をマッチングさせるこの発明において、このようなセル６単位の座標合わせには、複数のセル６、６、・・単位等の各セル６、６同士の最良の位置合わせを行なうため、最小二乗法を用いることが望ましい。焦点距離ｆが異なることによって標高モデル３、３間に生じる較差は、平面上において生じるほか、高さ方向にも生じるため、望ましくは縦、横、高さ方向に同時に較差の調整を図るべきであるが、上空から地表を撮影する場合には高さ方向に生じる較差が大部分を占めることになるため、高さ方向にのみ調整を図ることで較差の是正効率を高めることもできる。
【００１４】
さらに、以上のオルソフォト画像の生成には、
対象領域１を上方から複数のカメラ７、７・・で分割して撮影する撮影装置であって、
直下方向を向く姿勢に保持される直下視カメラ７Ａと、
斜め下方方向を向く姿勢に保持される斜視カメラ７Ｂと、
直下方向に対する姿勢の傾斜角度に従って直下視カメラ７Ａに被写体の解像度をほぼ一致させた斜視カメラ７Ｂの焦点距離ｆ’を設定する斜視カメラ設定部８とを有する撮影装置を利用することができる。
【００１５】
撮影の対象領域１の広さや地形などによって航空機等の飛行高さが変更される航空写真に基づくオルソフォト画像の生成には、飛行高さの変更に対する撮影条件の設定変更が容易な撮影装置を用いることが望ましい。地上解像度を均一化させた対象領域１の上方、上空からの分割撮影は、上述したプラットフォーム直下方向を撮影する直下視カメラ７Ａの焦点距離ｆが決定された場合には、その他の方向、すなわちプラットフォームから所定角度の斜め下方方向を撮影する斜視カメラ７Ｂの焦点距離ｆ’もその俯角によって一義的に決定されることを考慮し、本発明においては、かかる斜視カメラ７Ｂの焦点距離ｆ’について、直下視カメラ７Ａの焦点距離ｆに応じて設定する斜視カメラ設定部８が設けられ、飛行高さの変更に伴う複数のカメラ７、７・・間の調整作業が軽減される。
【発明の効果】
【００１６】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、撮影を比較的容易にすることができ、画質に優れたオルソフォト画像の生成方法を提供することができるため、地形図の作成や写真図の取得をより効率的に行うことができる。また、かかるオルソフォト画像の生成方法を利用した撮影に適した撮影装置を提供することで、撮影時の作業効率を極めて向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に対象領域１の分割撮影の概要を示す。デジタルカメラ７を用いて、図示しない上空の航空機（プラットフォーム）から地表の広域の対象領域１を分割撮影した複数の分割撮影画像２を合成等して生成される極めて広範な対象領域１のオルソフォト画像を取得するこの実施の形態において、一度の飛行で対象領域１の全域を撮影できるように、航空機には図１（ａ）に示すように、飛行方向に対する直交方向に分割撮影画像を複合させて広範囲を撮影する撮影装置Ａが搭載される。
【００１８】
この撮影装置Ａは、航空機の直下を撮影する直下視カメラ７Ａと、斜め下方を撮影する斜視カメラ７Ｂとを有し、この実施の形態では４台の斜視カメラ７Ｂによって直下視カメラ７Ａの撮影範囲を飛行方向に対する直交方向に拡幅するようにして、合計５台のカメラ７の撮影範囲が飛行方向に対する直交方向に略帯状をなして複合する。各カメラ７の撮影範囲には、このカメラ７と隣接する撮影範囲をもつ他のカメラ７の撮影範囲が一部重合し、撮影重複領域４を形成する例えば全幅の３０％などのサイドラップ率Ｒｓが設定され、追って説明するように分割撮影画像２に基づいて生成される標高モデル３、３同士の位置合わせに利用される。各カメラ７としては、例えば有効画素数がおよそ２０００万と描写力に優れ、撮像素子としてＣＭＯＳを搭載した比較的安価なキャノン株式会社の商品名「ＥＯＳ−１ Ｄｓ Ｍａｒｋ ＩＩＩ」が使用される。
【００１９】
また、上記撮影装置Ａには、各カメラ７の撮影姿勢、すなわち航空機からの俯角を所定に保持する姿勢保持部１１と、焦点距離ｆを管理する焦点距離設定部（斜視カメラ設定部８）とが設けられる。各カメラ７は姿勢保持部１１によって撮影姿勢、および各カメラ７間の相対位置を保持され、また、斜視カメラ７Ｂについては任意の撮影姿勢に変更できるようにされる。
【００２０】
焦点距離設定部８は、例えば、各カメラ７に接続した可搬型のコンピュータなどにより構成され、各カメラ７の焦点距離ｆを設定、管理し、また、上記姿勢保持部１１に接続されて各カメラ７の撮影姿勢を検出できるようにされる。この焦点距離設定部８は、上記姿勢保持部１１から得られる各斜視カメラ７Ｂの撮影姿勢、より詳細には各斜視カメラ７Ｂの撮影姿勢の直下方向に対する傾斜角度と、直下視カメラ７Ａに設定された焦点距離ｆとに従い、各斜視カメラ７Ｂに直下視カメラ７Ａによる撮影の地上解像度とほぼ一致する地上解像度を発揮させる焦点距離ｆ’を設定する。
【００２１】
すなわち、撮影の対象領域を平面と見なすことにより、この平面に平行に飛行する航空機からの俯角によって、例えば各斜視カメラ７Ｂの直下視カメラ７Ａに対する相対的な撮影距離の比率を演算し、この比率と直下視カメラ７Ａに設定されている焦点距離ｆとに基づいて、各斜視カメラ７Ｂについて、直下視カメラ７Ａと同等の地上解像度を得ることができる焦点距離ｆ’を設定する。図２（ａ）は直下視カメラ７Ａとこれに隣接する撮影範囲を備えた１台の斜視カメラ７Ｂとの関係を模式的に示したもので、斜視カメラ７Ｂの撮影距離Ｄ’は、斜視カメラ７Ｂのレンズの主点１２と、対象領域１の撮影範囲の中心点である撮影主点１３との間の距離を基準に決定される。なお、図２（ａ）において１４は直下視カメラ７Ａのレンズ、１５はその主点、１６は焦点、１７は直下視カメラ７Ａの撮影主点、Ｄは直下視カメラ７Ａの撮影距離、１８は斜視カメラ７Ｂのレンズ、１９は焦点である。また、同図において座標系の軸線方向を示す矢印は、それぞれのカメラ７Ａ、７Ｂの撮影姿勢に基づく座標系の軸線方向を示すものである。なお、斜視カメラ７Ｂは、焦点距離ｆの変更に伴って画角を調整することによって所定の撮影範囲を維持するようにされる。
【００２２】
以上の撮影装置Ａを搭載した航空機を図１（ｂ）において白抜きの矢印で示す方向に飛行させ、該矢印上の白丸の点で示す位置、すなわち所定位置間隔で撮影を行うと、同図に示すように、一度の飛行により、広い範囲について複数の撮影画像によってカバーすることができる。なお、同図においてＲｏは各カメラ７の飛行方向の撮影画像間に設定される例えば全長の６０％などのオーバーラップ率であり、これによって対象領域１は全域に渡って重複して撮影されることになる。また、この撮影装置Ａを搭載した上述の航空機にはＧＰＳおよびＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）が搭載され、これにより撮影時のカメラ７の位置および姿勢（ロール角ω，ピッチ角φ，ヨー角κ）が記録されて各分割撮影画像２の外部標定要素が取得できるようにされる。
【００２３】
また、以上の撮影装置Ａ、航空機を用いた撮影に際しては、撮影の対象領域１の広さなどに応じた航空機の航路、およびこれに応じた上述した各カメラ７の焦点距離ｆ等の設定の計画が予め立案され、また、対象領域１には、基準点測量により平面位置及び標高が予め測定されたＧＣＰ２０（Ｇｒｏｕｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ，地上基準点）が設置される。図３（ａ）は対象領域１の一例を示すもので、２１は高架としての道路、２２はビルであり、二点鎖線は撮影装置Ａの５台のカメラ７による一回の撮影範囲である。
【００２４】
航空機の飛行に伴って順次取得される撮影画像のうち、図３（ｂ）は理解を容易にするために直下視カメラ７Ａの一部のみの分割撮影画像２’の範囲を二点鎖線で対象領域１に重ね、また、各分割撮影画像２’の範囲を飛行方向の直交方向にややずらして表したものである。図４（ａ）は図３（ｂ）の要部拡大図である。上述したように飛行方向に所定のオーバーラップ率Ｒｏに従って撮影重複領域４が形成されている。
【００２５】
なお、以下においては、理解を容易にするために本発明の処理手順を図示しながら説明するが、実際には、例示するような図化を要することなく、分割撮影画像２に対する演算のみで処理が行われる。また、以下に示す方法は、以下に示す手順が記述されたプログラムが動作するコンピュータによって自動処理が可能であり、このようにオルソフォト画像生成装置Ｂとして構成されたコンピュータのブロック図を図２（ｂ）に示す。
【００２６】
オルソフォト画像生成装置Ｂは、撮影画像入力部２３ａ、撮影条件入力部２３ｂ、および地上基準点位置データ入力部２３ｃからなる入力部２３と、演算部２４とを有する。上述のようにして撮影された撮影画像は撮影画像入力部２３ａに、撮影時のＧＰＳ、ＩＭＵによるカメラ位置とカメラ姿勢の情報は撮影条件入力部２３ｂに、ＧＣＰ２０の位置情報は地上基準点位置データ入力部２３ｃに各々入力される。
【００２７】
演算部２４は、標定点設定部２４ａと、標高モデル生成部２４ｂと、標高モデル間マッチング部２４ｃと、正射投影変換処理部２４ｄと、モザイク処理部２４ｅとを有し、上述したように撮影画像入力部２３ａに入力された分割撮影画像２は、先ず、標定点設定部２４ａによって二枚以上の分割撮影画像２に撮影されている適宜の領域を標定点２５として抽出される。この標定点２５の抽出は焦点距離ｆが同一のカメラ７の分割撮影画像２、２間に限られ、すなわち、飛行方向に並ぶ分割撮影画像２、２同士の相対位置を関連付けるものとして機能する。上述した図４（ａ）に標定点２５を黒丸で示す。
【００２８】
標高モデル生成部２４ｂは、以上のようにして飛行方向に関連づけられて一連の短冊状をなす複数の撮影画像と、上述したように撮影条件入力部２３ｂに入力された個々の分割撮影画像２に対応するカメラ位置およびカメラ姿勢の情報と、分割撮影画像２に表示され、上述したように撮影条件入力部２３ｂに入力されたＧＣＰ２０の位置情報とに基づいて、上述した撮影画像と同様の短冊状領域のＤＳＭ３（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｅｌ，標高モデル）を生成する。ＤＳＭ３の生成は、例えば、上述したオーバーラップ率Ｒｏによって対象領域１全域に及ぶ撮影重複領域４を利用したステレオマッチングによって行うことが可能であり、このステレオマッチングに際し、撮影重複領域４を形成している相互のカメラ７、７のカメラ位置およびカメラ姿勢の情報を利用することによってマッチングの精度を高めることができ、また、ＧＣＰ２０の位置情報を利用することで、マッチングによって形成されるステレオモデルに位置情報を付与することができる。図４（ａ）にＧＣＰ２０を白丸で示し、同図（ｂ）に生成された短冊状領域のＤＳＭ３を示す。
【００２９】
このようにして生成され、５台のカメラ７に対応した５本の短冊状領域のＤＳＭ３は、標高モデル間マッチング部２４ｃによってマッチングされ、これにより、広域の対象領域１全域に及ぶＤＳＭ５が生成される。標高モデル間マッチング部２４ｃは、隣接する短冊状領域のＤＳＭ３同士の重複領域、すなわち上述したサイドラップ率Ｒｓに基づいて飛行方向の直交方向に発生する撮影重複領域４を利用し、隣接する短冊状領域のＤＳＭ３、３同士のマッチングを行う。図５（ａ）に対象領域１の中央部分をカバーする短冊状領域のＤＳＭ３と、上述した図４（ｂ）においてこの中央部分のＤＳＭ３の右側に隣接する短冊状領域のＤＳＭ３’のみを抜粋して示す。
【００３０】
このＤＳＭ３、３’間のマッチングは、短冊状領域のＤＳＭ３、３’同士の重複領域４、およびＧＣＰ２０の近傍などについて例えば５ｍ間隔などのメッシュを設定し、このメッシュのＤＳＭ３、３’間で相互に対応する各セル６の座標値に関し、ＤＳＭ３、３’間で近似調整することにより行われる。図５（ｂ）に上述した図５（ａ）の２本の短冊状領域のＤＳＭ３、３’について、全域にメッシュを設定したときの要部拡大図を示す。なお、このようにセル６の広さを撮影画像の画素よりも大きくした場合には、各セル６の座標値については、例えば当該セル６の中央部の画素の座標値を適用することができる。
【００３１】
図５（ｂ）に示すように、今、近似調整対象であるＤＳＭ３、３’同士の重複領域４に属するセル６の一方のＤＳＭのものを６Ａ、他方のＤＳＭのものを６Ｂとする。作業効率を考慮して高さ方向、すなわち標高方向のみについて近似調整を行うこの実施の形態において、各々のセル６Ａ，６Ｂの座標値を（kＸi，kＹi，kＺi）とするとき、変換後のＺ座標kＺiはkＺi’＝kＺi＋kａ＋kｂ・kＸi＋kｃ・kＹiという一次式の調整式を満たすものと仮定する。kはコース番号、ｉはセル番号を示す。ここでkａ，kｂ，kｃは未知数である。
【００３２】
具体的には、上述した調整式に基づき、kＺi＋kａ＋kｂ・kＸi＋kｃ・kＹi＝k＋１Ｚi＋k＋１ａ＋k＋１ｂ・k＋１Ｘi＋k＋１ｃ・k＋１Ｙiという方程式を満たすａ，ｂ，ｃを求めることにより近似調整を行う。但し、kＸi＝k＋１Ｘi、kＹi＝k＋１Ｙiを条件とする。以上の近似調整を上述した短冊状領域のＤＳＭ３、３’間の重複領域４等に属する全てのセル６、６・・について行い、ＤＳＭ３、３’同士の重複領域４を整合させ、また、この整合に従ってＤＳＭ３、３’同士の位置関係を調整する。なお、上述したＧＣＰ２０の近傍のセル６については座標値の信頼性が高いため、以上の重複領域４に属するセル６の整合に比して重み付けをして調整を図ることが望ましい。
【００３３】
また、以上の短冊状領域のＤＳＭ３、３’間のマッチングは、より信頼性の高い直下視カメラ７Ａの分割撮影画像に基づくＤＳＭ３と、対象領域１において、この直下視カメラ７Ａの撮影範囲に隣接する領域を撮影範囲とする斜視カメラ７Ｂの分割撮影画像に基づくＤＳＭ３との間において行った上で、さらに、このようにして短冊状領域のＤＳＭ３がマッチングされたＤＳＭと、直下視カメラ７Ａの撮影範囲からより離れた他の斜視カメラ７Ｂの分割撮影画像２に基づくＤＳＭ３との間でマッチングを行うことにより、より信頼性を高めることができる。
【００３４】
以上のようにして矩形状領域の複数のＤＳＭ３、３、・・をマッチングし、得られた対象領域１全域に及ぶ広範囲のＤＳＭ５を図６（ａ）に示す。この後、上述した演算部２４は、正射投影変換処理部２４ｄによって上述した矩形状をなす複数の撮影画像、すなわち、標定点２５によって単一のカメラ７の飛行方向に並ぶ分割撮影画像２を関連づけたものについて、以上の広範囲のＤＳＭ５を利用して、順次、正射投影変換処理をする。図６（ａ）に直下視カメラ７Ａによって撮影された各分割撮影画像２を標定点２５によって関連づけた矩形状をなす撮影画像について、上記ＤＳＭ５に重ねて二点鎖線で示す。
【００３５】
正射投影変換処理部２４ｄは、適宜の正射変換ソフトウェアによって構成され、各カメラ７によって中心投影で撮影された撮影画像を正射投影に変換する。この正射変換に際しては、図６（ｂ）に例示するように、カメラ７’の撮影時の光路が対象領域１に存在する高い構造物などによって遮られ、図７に示す白点の座標が黒点の座標として認識された、すなわち位置情報が撮影画像に正確に反映されなかった場合について、上述したＤＳＭ５の標高情報を利用して補正が加えられる。この補正は、図７に示すように、上述したＩＭＵや姿勢保持部１１等によって特定される光路の傾斜角度θと、ＤＳＭ５によって特定される構造物の高さｈに基づき、三角関数を用いることにより行うことができる。
【００３６】
以上の正射投影変換処理部２４ｄによる処理後の撮影画像を図８（ａ）に示す。この状態で、撮影画像は上述同様各カメラ７の飛行方向に連続する撮影範囲に対応した矩形状をなし、矩形状の各撮影画像には上述したサイドラップ率Ｒｓに基づく撮影重複領域４が形成されている。これら矩形状の撮影画像は、適宜のモザイクソフトウェアにより構成されるモザイク処理部２４ｅによって撮影重複領域４を利用して結合され、これにより、図８（ｂ）に示すように、対象領域１全域が一体にまとめられた広域のオルソフォト画像が生成される。このオルソフォト画像はオルソフォト画像生成装置Ｂの出力部２６から出力することができる。
【００３７】
なお、以上においては一度の飛行で対象領域１の全域を撮影できる場合を示したが、複数コースに分けて撮影した場合にも、各コース間を位置合わせして合成することにより、同様に対象領域１全域のオルソフォト画像を得ることができる。この場合、モザイク処理部２４ｅによって各コースの撮影画像を合成して対象領域１全域に及ぶオルソフォト画像とすることも可能であるが、ＧＣＰ２０や標定点２５を用いてＤＳＭ３を形成する前段階でコース間を合成すれば、対象領域１全域のＤＳＭ５の精度をより高めることができ、生成される対象領域１全域のオルソフォト画像の精度をより向上させることができる。
【００３８】
また、以上においては単一の直下視カメラ７Ａと複数の斜視カメラ７Ｂによって帯状に複合して撮影された撮影画像について、ＧＰＳによって位置情報を得られた所定飛行位置で得る場合を示したが、例えば、斜視カメラ７Ｂの撮影姿勢等を変更して直下視カメラ７Ａの撮影範囲の周囲を斜視カメラ７Ｂの撮影範囲で囲むように撮影すれば、各カメラ７の撮影画像を複合して比較的大きな矩形形状の撮影画像を取得することもできる。
【００３９】
さらに、撮影装置Ａにおける斜視カメラ７Ｂの配置を航空機の飛行方向に直下視カメラ７Ａと並ぶようにし、各カメラ７の撮影タイミングを飛行速度に応じて異ならせて直下視カメラ７Ａと斜視カメラ７Ｂの撮影地点を同位置にすれば、ＤＳＭ３の精度をより向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】撮影装置および該撮影装置を用いた撮影状況を示す図である。
【図２】オルソフォト画像の生成方法の概要を示す図で、（ａ）は撮影時の焦点距離と撮影距離との関係等を説明する図、（ｂ）はオルソフォト画像生成装置のブロック図である。
【図３】対象領域の撮影状況を説明する図である。
【図４】各カメラの撮影画像に対応した矩形状の標高モデルを生成するステップを説明する図である。
【図５】各カメラの撮影画像に基づいて生成した標高モデル同士をマッチングさせるステップを説明する図である。
【図６】対象領域全域の標高モデルを用いて飛行方向に長寸の矩形状をなす撮影画像に正射投影変換処理を施す状況を説明する図である。
【図７】正射投影変換処理ステップにおける画像補正を説明する図である。
【図８】飛行方向に長寸の矩形状をなす撮影画像のオルソフォト画像、および対象領域全域のオルソフォト画像を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 対象領域
２ 分割撮影画像
３ 各撮影画像に基づいて生成した標高モデル
４ 撮影重複領域
５ 対象領域全域の標高モデル
６ セル
７ カメラ
７Ａ 直下視カメラ
７Ｂ 斜視カメラ
８ 斜視カメラ設定部
ｆ 焦点距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機等のプラットフォームから俯角を異ならせ、かつ、所定の地上解像度を基準に焦点距離を異ならせて対象領域を分割撮影し、
次いで、各分割撮影画像に基づいて生成した標高モデル同士の撮影重複領域間のマッチングに従って対象領域全域の標高モデルを生成し、該標高モデルの標高情報を用いて各分割撮影画像を正射投影変換処理して対象領域全域のオルソフォト画像を生成するオルソフォト画像の生成方法。
【請求項２】
前記撮影としてカラー撮影を行い、地上解像度および色深度のバランスが取れたオルソフォト画像を得る請求項１記載のオルソフォト画像の生成方法。
【請求項３】
前記分割撮影はプラットフォーム直下方向への撮影を含み、
直下方向の撮影画像に基づく標高モデルを基準に他の方向の撮影画像に基づく標高モデルを位置合わせして標高モデル同士をマッチングさせる請求項１または２記載のオルソフォト画像の生成方法。
【請求項４】
前記撮影重複領域にメッシュを設定し、メッシュの複数のセル単位で標高モデル間の座標値の差の二乗和を最小にしてマッチングさせる請求項１ないし３のいずれかに記載のオルソフォト画像の生成方法。
【請求項５】
対象領域を上方から複数のカメラで分割して撮影する撮影装置であって、
直下方向を向く姿勢に保持される直下視カメラと、
斜め下方方向を向く姿勢に保持される斜視カメラと、
直下方向に対する姿勢の傾斜角度に従って直下視カメラに被写体の解像度をほぼ一致させた斜視カメラの焦点距離を設定する斜視カメラ設定部とを有する撮影装置。
【請求項１】
航空機等のプラットフォームから俯角を異ならせ、かつ、所定の地上解像度を基準に焦点距離を異ならせて対象領域を分割撮影し、
次いで、各分割撮影画像に基づいて生成した標高モデル同士の撮影重複領域間のマッチングに従って対象領域全域の標高モデルを生成し、該標高モデルの標高情報を用いて各分割撮影画像を正射投影変換処理して対象領域全域のオルソフォト画像を生成するオルソフォト画像の生成方法。
【請求項２】
前記撮影としてカラー撮影を行い、地上解像度および色深度のバランスが取れたオルソフォト画像を得る請求項１記載のオルソフォト画像の生成方法。
【請求項３】
前記分割撮影はプラットフォーム直下方向への撮影を含み、
直下方向の撮影画像に基づく標高モデルを基準に他の方向の撮影画像に基づく標高モデルを位置合わせして標高モデル同士をマッチングさせる請求項１または２記載のオルソフォト画像の生成方法。
【請求項４】
前記撮影重複領域にメッシュを設定し、メッシュの複数のセル単位で標高モデル間の座標値の差の二乗和を最小にしてマッチングさせる請求項１ないし３のいずれかに記載のオルソフォト画像の生成方法。
【請求項５】
対象領域を上方から複数のカメラで分割して撮影する撮影装置であって、
直下方向を向く姿勢に保持される直下視カメラと、
斜め下方方向を向く姿勢に保持される斜視カメラと、
直下方向に対する姿勢の傾斜角度に従って直下視カメラに被写体の解像度をほぼ一致させた斜視カメラの焦点距離を設定する斜視カメラ設定部とを有する撮影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１７７２５１（Ｐ２００９−１７７２５１Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０８２８（Ｐ２００８−１０８２８）
【出願日】平成２０年１月２１日（２００８．１．２１）
【出願人】（０００１３５７７１）株式会社パスコ (102)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２１日（２００８．１．２１）
【出願人】（０００１３５７７１）株式会社パスコ (102)
【Ｆターム（参考）】
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