写真測量用カメラおよびこの写真測量用カメラを用いた写真測量方法

トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験

【発明の名称】	写真測量用カメラおよびこの写真測量用カメラを用いた写真測量方法
【発明者】	【氏名】上園忍
【要約】	【課題】最適なディストーション補正を行って、高精度の測量図を得る。【解決手段】カメラ１００は被写体を撮像するＣＣＤ２１を備える。ＣＣＤ２１により得られた測量画像は、デジタル信号である画像データとして記録制御回路７２に出力する。システムコントロール回路５０は、撮像時の絞り値に対応したディストーション補正値をＲＯＭ４０から読み出して、記録制御回路７２に出力する。記録制御回路７２は画像データと共にメモリカード３０に格納する。画像処理装置は、メモリカード３０から画像データおよびディストーション補正値を読み出して、測量図を作成する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】複数の絞り値と各絞り値におけるディストーションを補正するためのディストーション補正値との関係を記録したディストーション補正値記憶手段と、１フレーム分の測量画像を得るごとに、設定された絞り値に対応したディストーション補正値を前記ディストーション補正値記憶手段から読み出す読出手段と、前記測量画像とともに、前記読出手段により読み出したディストーション補正値を所定の記録媒体に記録する記録手段とを備えたことを特徴とする写真測量用カメラ。
【請求項２】前記ディストーション補正値記憶手段が、写真測量用カメラに内蔵されたＲＯＭであることを特徴とする請求項１記載の写真測量用カメラ。
【請求項３】前記所定の記録媒体がメモリカードであることを特徴とする請求項１記載の写真測量用カメラ。
【請求項４】前記所定の記録媒体が銀塩フィルムであることを特徴とする請求項１記載の写真測量用カメラ。
【請求項５】請求項１に記載の写真測量用カメラを用いて、前記測量画像、前記絞り値および前記ディストーション補正値を得る第１ステップと、前記第１ステップにより得られた測量画像、前記絞り値および前記ディストーション補正値を画像処理装置に読み込む第２ステップと、前記画像処理装置において、前記測量画像の再生時に、前記ディストーション補正値に基づいて前記測量画像を補正する第３ステップとを備えたことを特徴とする写真測量方法。
【請求項６】前記画像処理装置が、モニタおよび入力装置を備えたパーソナルコンピュータであることを特徴とする写真測量方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は写真測量における測量画像のディストーション補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、写真測量では高精度の測量図を得るために、カメラ撮影により得られた測量画像に対して、カメラ固有のレンズの歪曲収差を補正するためのディストーション補正処理が施される。このディストーション補正処理は、例えば測量画像上の任意の像点の２次元座標を公知のＫａｒａｒａの式により変換して、補正座標を算出する。このＫａｒａｒａの式には、カメラの絞り値により値が異なるパラメータ（以下、ディストーション補正値と記載する）が含まれており、このディストーション補正値は、写真測量に先立つキャリブレーションにより予め求められている。
【０００３】従来では、測量画像のデジタル画素データとともに代表的な絞り値に対応したディストーション補正値を記録し、パーソナルコンピュータ等による測量図作成時に、代表的なディストーション補正値による補正を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述したようにディストーション補正値はカメラの絞り値ごとに変化するため、従来の写真測量方法では、設定された絞り値が代表的な絞り値と異なる場合には最適なディストーション補正が行えず、高精度な測量図が得られないという問題があった。
【０００５】本発明はこのような従来の問題点を解消すべく創案されたもので、最適なディストーション補正を行うことにより、高精度の測量図を生成することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る写真測量用カメラは、複数の絞り値と各絞り値におけるディストーションを補正するためのディストーション補正値との関係を記録したディストーション補正値記憶手段と、１フレーム分の測量画像を得るごとに、設定された絞り値に対応したディストーション補正値をディストーション補正値記憶手段から読み出す読出手段と、測量画像とともに、読出手段により読み出したディストーション補正値を所定の記録媒体に記録する記録手段とを備えたことを特徴としている。これによって、画像再生時に最適なディストーション補正を実行でき高精度の測量図が得られる。
【０００７】写真測量用カメラにおいて、ディストーション補正値記憶手段は、具体的には写真測量用カメラに内蔵されたＲＯＭであってもよい。
【０００８】写真測量用カメラにおいて、測量画像およびディストーション補正値が記録される記録媒体はメモリカードであってもよく、この場合撮像素子により撮像が行われ、測量画像およびディストーション補正値はデジタルデータとして記録される。また記録媒体は銀塩フィルムであってもよく、この場合銀塩フィルムを露光することにより被写体像を記録し、ディストーション補正値は被写体像と共にフィルムに記録される。
【０００９】また本発明に係る写真測量方法は、複数の絞り値と各絞り値におけるディストーションを補正するためのディストーション補正値との関係を記録したディストーション補正値記憶手段と、１フレーム分の測量画像を得るごとに、設定された絞り値に対応したディストーション補正値をディストーション補正値記憶手段から読み出す読出手段と、測量画像とともに、読出手段により読み出したディストーション補正値を記録する記憶手段とを備えた写真測量用カメラを用いて測量画像、絞り値およびディストーション補正値を得る第１ステップと、第１ステップにより得られた測量画像、絞り値およびディストーション補正値を画像処理装置に読み込む第２ステップと、画像処理装置において、測量画像の再生時にディストーション補正値に基づいて測量画像を補正する第３ステップとを備えたことを特徴としている。これによって、最適なディストーション補正を実行でき高精度の測量図が得られる。
【００１０】写真測量方法において用いられる画像処理装置は、具体的にはモニタ装置およびマウスやキーボードの入力装置を備えたパーソナルコンピュータであってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に本発明に係る写真測量用カメラ、およびこの写真測量用カメラを用いた写真測量方法の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】図１は本発明の実施形態である写真測量用カメラの主要構成を示すブロック図である。カメラ１００は全般の動作を制御するシステムコントロール回路５０を備え、このシステムコントロール回路５０は、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）、種々のルーチンを実行するためのプログラム、またはデータ等を一時的に格納する書込み／読出し自在なメモリ（ＲＡＭ）等を備えたマイクロコンピュータである。
【００１３】システムコントロール回路５０にはレリーズスイッチ７４およびメインスイッチ７６が接続され、レリーズスイッチ７４のオンにより撮影動作が開始される。またメインスイッチ７６のオン／オフによりカメラ１００の電源が投入され、あるいは切断される。またシステムコントロール回路５０には、カメラ１００の種々の設定状態を表示するための表示装置３６が接続され、この表示装置３６はＬＣＤにより構成される。
【００１４】カメラ１００は撮影光学系１２を備え、この撮影光学系１２には複数のレンズ群および絞り１２ａが組み込まれる。絞り１２ａの開度はアイリス駆動回路５１により調節され、アイリス駆動回路５１は露出制御回路５４により制御される。絞り１２ａは４種の絞り値（Ｆ３. ５、Ｆ５．６、Ｆ８、Ｆ１1 ）に基づいてその開度が設定可能であり、絞り値は設定ダイヤル７８により適宜手動設定される。また、カメラ１００はオートフォーカス機能を有し、設定ダイヤル７８によりオートフォーカスが選択されると、測光センサ５６の出力に基づいてシステムコントロール回路５０により絞り値が自動的に設定される。手動または自動で設定された絞り値は、システムコントロール回路５０内のＲＡＭに一時的に格納される。なお、絞り値の数は４に限定されない。
【００１５】カメラ１００の内部には、光電変換素子として機能するＣＣＤ（Charge Coupled Device ）から成るＣＣＤエリアイメージセンサ２１（以下、ＣＣＤと省略する）が設けられる。ＣＣＤ２１は、例えば水平方向に１２８０個、垂直方向に１０００個に格子状に配列された画素を備える。
【００１６】撮影光学系１２とエリアセンサ２１との間にはクイックリターンミラー１５が設けられ、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が設けられる。クイックリターンミラー１５はミラー駆動回路５２によって回動させられ、ミラー駆動回路５２の動作は露出制御回路５４によって制御される。露出制御回路５４は測光センサ５６の出力信号に基づいて、システムコントロール回路５０の制御下で動作する。
【００１７】クイックリターンミラー１５は、通常、図中実線で示すダウン位置に有り、撮影光学系１２を通過した光をファインダ光学系１７に導く。撮影動作時、クイックリターンミラー１５はミラー駆動回路５２により上方にはね上げられ、図中破線で示すアップ位置に定められる。これにより、撮影光学系１２を通過した光がＣＣＤ２１の受光面に導かれ、そこで結像される。
【００１８】ＣＣＤ２１は電子シャッタ機能を有し、露光時間である電荷蓄積時間は測光センサ５６からの出力信号に基づいて調節させられる。所定の露光時間の間、ＣＣＤ２１は被写体の光学像を画素毎の電気信号に変換する。所定の露光時間が経過すると、エリアセンサ駆動回路５８によりＣＣＤ２１から電気信号が順次読み出されて１フレーム分のアナログ画素信号として出力されるとともに、クイックリターンミラー１５はダウン位置に戻される。
【００１９】ＣＣＤ２１から読み出された１フレーム分のアナログ画素信号は、アンプ６０により増幅された後、Ａ／Ｄ変換器６２によってデジタル画素信号に変換され、画像処理回路６４に入力される。画像処理回路６４では、デジタル画素信号に適当な画像処理、例えばシェーディング補正、ガンマ補正処理やホワイトバランス処理等が施され、１フレーム分のメモリ容量を持つメモリ６６に一端格納される。１フレーム分のデジタル画素信号を画像データと呼ぶ。
【００２０】画像データはエンコーダ６８へ出力され、同期信号を付加する等の処理が施されて一連のビデオカラー信号に変換され、液晶タイプのモニタ装置７０に送信されてそこで被写体像が再現される。これにより、操作者はモニタ装置７０において、撮影した被写体像を静止画としてモニタし得る。
【００２１】一方、画像データは記録制御回路７２にも出力され、ここで所定のフォーマットに従ってメモリカード３０の所定の記録領域に書き込まれて格納される。記録制御回路７２は、システムコントロール回路５０の制御下において、メモリカード３０に対するデータの書込みおよび読出しを行う。
【００２２】図２は、システムコントロール回路５０に接続される読出し専用メモリ４０（以下、ＲＯＭと記載する) 内に格納されるデータを示す図である。カメラ１００の４つの絞り値（Ｆ３. ５、Ｆ５．６、Ｆ８、Ｆ１1 ）に対するディストーション補正値は、測量前に行われるキャリブレーションによって予め求められ、ＲＯＭ４０内の所定領域に格納される。
【００２３】詳述すると、絞り値Ｆ３. ５に対応してディストーション補正値Ｄ₂₁、Ｄ₄₁、Ｄ₆₁、Ｐ₁₁およびＰ₂₁の数値列がＲＯＭ４０内の所定領域に順に格納されており、同様に絞り値Ｆ５．６に対応するディストーション補正値Ｄ₂₂、Ｄ₄₂、Ｄ₆₂、Ｐ₁₂およびＰ₂₂、絞り値Ｆ８に対応するディストーション補正値Ｄ₂₃、Ｄ₄₃、Ｄ₆₃、Ｐ₁₃およびＰ₂₃、絞り値Ｆ１1 に対応するディストーション補正値Ｄ₂₄、Ｄ₄₄、Ｄ₆₄、Ｐ₁₄およびＰ₂₄が所定領域にそれぞれ順に格納される。
【００２４】さらに、ＲＯＭ４０にはＣＣＤ２１の水平方向の画素ピッチＰｘ（以下、ＣＣＤピッチと記載する）および垂直方向の画素ピッチＰｙと、ＣＣＤ２１の撮像面の中心に対する撮影光学系１２による結像中心のずれ量、即ち画像中心のシフト量（Ｘｃ，Ｙｃ）とが格納されている。
【００２５】図１を再び参照すると、絞り値が所定の値、例えばＦ５．６に設定されたときには、システムコントロール回路５０により、設定された絞り値Ｆ５．６に対応したディストーション補正値Ｄ₂₂、Ｄ₄₂、Ｄ₆₂、Ｐ₁₂およびＰ₂₂がＣＣＤピッチ（Ｐｘ，Ｐｙ）およびシフト量（Ｘｃ，Ｙｃ）と共にＲＯＭ４０から読み出され、記録制御回路７２へ出力される。そして、読み出されたデータＦ５．６、Ｄ₂₂、Ｄ₄₂、Ｄ₆₂、Ｐ₁₂、Ｐ₂₂、Ｐｘ、Ｐｙ、ＸｃおよびＹｃは画像データとともにメモリカード３０へ書き込まれる。
【００２６】図３はメモリカード３０の記憶領域のフォーマットを示す概念図である。１フレーム分の測量画像に関する画像データおよびディストーション補正値等の付加データを併せて測量画像データＰＤとし、図３に示すように区分された各記憶領域には複数の測量画像データＰＤ（図３ではｎ－２番目～ｎ＋１番目の測量画像データＰＤ_n-2～ＰＤ_n+2が示されている）が順次格納される。各記憶領域はヘッダ領域Ｈと画像データ格納領域ＩＭＤとを有し、画像データ格納領域ＩＭＤの後には予備のスペース領域ＳＰが設けられる。
【００２７】画像データ格納領域ＩＭＤには画像データ即ち１フレーム分のデジタル画素データ列が格納される。ヘッダ領域Ｈはさらに５つの格納領域Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４およびＨ５を有し、それぞれには画像名や撮影日（Ｈ１）、絞り値（Ｈ２）、ディストーション補正値（Ｈ３）、ＣＣＤピッチ（Ｈ４）、画像中心のシフト量（Ｈ５）が格納される。画像名はカメラ１００においてマニュアルで入力される。また絞り値はシステムコントロール回路５０のＲＡＭから読み出され、ディストーション補正値、ＣＣＤピッチおよびシフト量はＲＯＭ４０から読み出される。
【００２８】図４は、システムコントロール回路５０において実行される記録処理ルーチンを示すフローチャートである。この記録処理ルーチンは、画像処理回路６４により１フレーム分の画像データの生成が終了した後に実行される。
【００２９】まず、ステップＳ１０１において、手動あるいは自動で設定された絞り値がＲＡＭから読み出され、さらにステップＳ１０２において読み出された絞り値に対応したディストーション補正値と、ＣＣＤピッチおよびシフト量とがＲＯＭ４０から読み出される。そして、ＲＯＭ４０から読み出されたデータは、画像名や撮影日等のデータと共に記録制御回路７２へ出力される。そして、ステップＳ１０３において記録制御回路７２へ出力されている画像データとともに、ヘッダ（Ｈ）のデータがメモリカード３０に書き込まれて、この記録処理ルーチンは終了する。
【００３０】なお、絞り値とディストーション補正値の対応関係を格納するディストーション補正値記憶手段としてはＲＯＭのみならず、強誘電性メモリ、ＩＣカード等種々の記憶手段を採用し得ることはいうまでもない。
【００３１】次に図５～図８を参照して、カメラ１００を用いた写真測量方法を説明する。図５は撮影時のカメラ１００と被写体である４個の物点ｑ₁、ｑ₂、ｑ₃、ｑ₄との位置関係を３次元的に示す模式図である。
【００３２】カメラ１００は、初期位置、例えば電源が投入された基準カメラ位置Ｍ₀から第１カメラ位置Ｍ₁へ、さらに第２カメラ位置Ｍ₂へ移動し、第１および第２カメラ位置Ｍ₁、Ｍ₂においてそれぞれ測量画像の撮影が行われ、各カメラ位置に対応して２つの測量画像データが、図３に示すフォーマットに基づいてメモリカード３０に格納される。なお、図中、基準カメラ位置Ｍ₀および第２カメラ位置Ｍ₂におけるカメラ１００は破線で示される。
【００３３】ここで、基準カメラ位置Ｍ₀、第１および第２カメラ位置Ｍ₁、Ｍ₂のそれぞれは撮影光学系１２の後側主点位置で示され、各カメラ位置Ｍ₀、Ｍ₁およびＭ₂におけるカメラ１００のレンズ光軸の方向は、それぞれ図中一点鎖線Ｌ₀、Ｌ₁およびＬ₂で示される。なお、第１および第２カメラ位置Ｍ₁、Ｍ₂においてカメラ１００の焦点距離は一致する。
【００３４】図６は画像処理装置の構成を示すブロック図である。カメラ１００により得られた第１および第２カメラ位置Ｍ₁、Ｍ₂における測量画像は、撮影後にメモリカード３０を介して画像処理装置２００に読み込まれる。そして、２フレーム分の測量画像はここで再生されてモニタ２１０に表示されるとともに、これら測量画像に基づいて測量図が作成されてモニタ２１０に表示される。
【００３５】画像処理装置２００は汎用のパーソナルコンピュータであり、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）２０２を備えている。ＣＰＵ２０２には入出力制御部２０４が接続され、入出力制御部２０４には、入力装置であるキーボード２０６およびマウス２０８、測量画像や測量図を表示するモニタ２１０、測量図等を印刷するためのプリンタ２１２、およびメモリカード３０の内容を読取るカードリーダ２１４がそれぞれ接続される。入出力制御部２０４は、ＣＰＵ２０２の制御下において、これらキーボード２０６、マウス２０８、モニタ２１０、プリンタ２１２、カードリーダ２１４の動作を制御する。
【００３６】ＣＰＵ２０２にはメモリ２１６が接続され、メモリ２１６はＣＰＵ２０２の演算処理におけるキャッシュメモリとして使用される。またメモリ２１６には、メモリカード３０から読み込まれた測量画像データ（画像データおよびディストーション補正値など）や、モニタ２１０に表示すべき内容が保持される。なお、本実施形態において処理される測量画像は２枚であるが、画像処理装置２００は３枚以上の画像を処理し得る。
【００３７】図７は、第１および第２カメラ位置Ｍ₁、Ｍ₂と、各カメラ位置Ｍ₁、Ｍ₂に対応した第１および第２スクリーンＳ₁、Ｓ₂と、被写体（物点ｑ₁、ｑ₂、ｑ₃、ｑ₄）との関係を幾何学的に示す模式図である。
【００３８】ここでは北を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、この絶対座標系における被写体（物点ｑ₁、ｑ₂、ｑ₃、ｑ₄）の３次元座標が算出され、これら算出された３次元座標に基づいて測量図が描かれる。物点ｑのパラメータをｉ（ｉ＝１～４）とすると、絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における物点ｑ_iの３次元座標（以下、絶対座標と記載する）はｑ_i（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）で表される。
【００３９】第１および第２スクリーンＳ₁およびＳ₂は、歪曲収差のないレンズによって被写体像が投影される理想上の結像面であり、第１および第２光軸Ｌ₁およびＬ₂は第１および第２スクリーンＳ₁およびＳ₂に対して垂直に、かつ結像中心Ｃ₁およびＣ₂を通過する。この第１および第２スクリーンＳ₁およびＳ₂上に投影される被写体像は、実際の被写体と相似関係にある。
【００４０】カメラ１００には後側主点位置を原点、撮像面の水平方向をｘ軸、垂直方向をｙ軸、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（以下、カメラ座標系と記載する）、このカメラ座標系はカメラ１００の移動に伴って移動する。基準カメラ位置Ｍ₀のカメラ座標は、基準カメラ位置Ｍ₀を原点、基準光軸Ｌ₀に沿った座標軸をｚ₀軸とする基準カメラ座標系（ｘ₀，ｙ₀，ｚ₀）として示される。同様に、第１および第２カメラ位置Ｍ₁、Ｍ₂についてもそれぞれ第１カメラ座標系（ｘ' ，ｙ' ，ｚ' ）および第２カメラ座標系（ｘ''，ｙ''，ｚ''）が設定される。
【００４１】絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、基準座標系（ｘ₀，ｙ₀，ｚ₀）または第１カメラ座標系（ｘ' ，ｙ' ，ｚ' ）または第２カメラ座標（ｘ''，ｙ''，ｚ''）との関係は、原点移動量即ち原点Ｏに対する基準カメラ位置Ｍ₀、第１および第２カメラ位置カメラ位置Ｍ₁、Ｍ₂の３次元の平行移動量と、３軸周りの回転角即ちＺ軸に対する基準光軸Ｌ₀、第１および第２カメラ位置光軸Ｌ₁、Ｌ₂の回転移動量で表すことができる。
【００４２】絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、原点から基準カメラ位置Ｍ₀の平行移動量は（Δｘ₀，Δｙ₀，Δｚ₀）、第１カメラ位置Ｍ₁の平行移動量は（Δｘ₁，Δｙ₁，Δｚ₁）、第２カメラ位置Ｍ₂の平行移動量は（Δｘ₂，Δｙ₂，Δｚ₂）で表され、またＺ軸に対する基準光軸Ｌ₀の回転移動量は（Δα₀，Δβ₀，Δγ₀）、第１光軸Ｌ₁の回転移動量は（Δα₁，Δβ₁，Δγ₁）、第２光軸Ｌ₂の回転移動量は（Δα₂，Δβ₂，Δγ₂）で表される。
【００４３】言い換えると、基準座標系（ｘ₀，ｙ₀，ｚ₀）の原点である基準カメラ位置Ｍ₀は絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点に対して（Δｘ₀，Δｙ₀，Δｚ₀）だけ平行移動し、ｘ₀、ｙ₀およびｚ₀軸は、それぞれｘ、ｙおよびｚ軸に関して角度Δα₀、Δβ₀およびΔγ₀だけ回転している。第１カメラ座標系（ｘ' ，ｙ' ，ｚ' ）および第２カメラ座標（ｘ''，ｙ''，ｚ''）についても同様である。
【００４４】これら平行移動量および回転移動量の値は、カメラ１００内にＧＰＳ（全地球測位システム）用受信センサやジャイロセンサ等を設けて測定してもよいし、また測量画像内に寸法形状が既知の構造物を移しこんで、実際の寸法形状と測量画像上の寸法形状との相似関係に基づいて算出してもよい。絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における被写体（物点ｑ_i）の３次元座標の算出を行う前に、平行移動量および回転移動量は既知のパラメータとされる。なお、平行移動量および回転移動量の算出については公知であり、ここでは詳述しない。
【００４５】第１カメラ座標系（ｘ' ，ｙ' ，ｚ' ）における物点ｑ_i（ｉ＝１～４）の３次元座標、即ちカメラ座標をｃｘ_i1（ｃｘ_i1，ｃｙ_i1，ｃｚ_i1）、第２カメラ座標（ｘ''，ｙ''，ｚ''）における物点ｑ_iのカメラ座標をｃｘ_i2（ｃｘ_i2，ｃｙ_i2，ｃｚ_i2）と定義し、カメラ座標系のパラメータをｊ（ｊ＝１，２）とすると、第ｊカメラ座標系における物点ｑ_iのカメラ座標はｃｘ_ij（ｃｘ_ij，ｃｙ_ij，ｃｚ_ij）と表すことができる。
【００４６】このカメラ座標ｃｘ_ij（ｃｘ_ij，ｃｙ_ij，ｃｚ_ij）と、上述した絶対座標ｑ_i（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）との関係は（１）式により示される。（１）式における（Δｘ_j，Δｙ_j，Δｚ_j）および（Δα_j，Δβ_j，Δγ_j）は、第ｊカメラ座標（ｊ＝１，２）の絶対座標系に対する平行移動量および回転移動量である。
【００４７】
【数１】

【００４８】また、第１スクリーンＳ₁はｘ'-ｙ' 平面に対して平行かつ焦点距離ｆだけ離れた平面に一致しており、第１スクリーンＳ₁には結像中心Ｃ₁を原点とする２次元座標系が第１スクリーン座標系（Ｘ' ，Ｙ' ）として設定される。第１スクリーン座標系のＸ' 軸およびＹ' 軸は、第１カメラ座標系のｘ' 軸およびｙ' 軸にそれぞれ平行である。第１スクリーンＳ₁には、物点ｑ₁～ｑ₄から第１カメラ位置Ｍ₁に向う直線上に、対応する像点Ｑ₁₁～Ｑ₄₁がそれぞれ投影される。第１スクリーン座標系（Ｘ' ，Ｙ' ）におけるこれら像点Ｑ₁₁～Ｑ₄₁の２次元座標はＱ₁₁（Ｘ₁₁，Ｙ₁₁）、Ｑ₂₁（Ｘ₂₁，Ｙ₂₁）、Ｑ₃₁（Ｘ₃₁，Ｙ₃₁）およびＱ₄₁（Ｘ₄₁，Ｙ₄₁）で表される。
【００４９】第２スクリーンＳ₂についても同様、第２スクリーン座標系（Ｘ''，Ｙ''）が設定され、物点ｑ₁～ｑ₄はそれぞれ第２スクリーン座標系（Ｘ''，Ｙ''）上の像点Ｑ₁₂（Ｘ₁₂，Ｙ₁₂）、Ｑ₂₂（Ｘ₂₂，Ｙ₂₂）、Ｑ₃₂（Ｘ₃₂，Ｙ₃₂）およびＱ₄₂（Ｘ₄₂，Ｙ₄₂）に投影される。
【００５０】従って、第ｊスクリーン座標における物点ｑ_iの２次元座標（以下、スクリーン座標と記載する）は、Ｑ_ij（Ｘ_ij，Ｙ_ij）で表すことができる。ここで、物点ｑ_iの絶対座標（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）と像点Ｑ_ijのスクリーン座標（Ｘ_ij，Ｙ_ij）との関係は（２）式により表される。（２）式のｆは焦点距離であり、双方のスクリーンＳ₁、Ｓ₂において同値である。
【００５１】
【数２】

【００５２】従って（１）および（２）式により、像点Ｑ_ijのスクリーン座標（Ｘ_ij，Ｙ_ij）を物点ｑ_iの絶対座標（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）に変換することができる。なお、スクリーン座標Ｑ_ij（Ｘ_ij，Ｙ_ij）はレンズの歪曲収差を無視した値である。
【００５３】ここで、像点Ｑ_ijについて、スクリーン座標（Ｘ_ij，Ｙ_ij）と、レンズの歪曲収差を考慮したディストーション補正座標（ＤＸ_ij，ＤＹ_ij）との関係は（３）式のＫａｒａｒａの補正式により定義される。
【００５４】
【数３】

【００５５】（３）式においては、パラメータＤ₂、Ｄ₄、Ｄ₆、Ｐ₁およびＰ₂はディストーション補正値であり、ヘッダＨ３（図３）に格納されたディストーション補正値、例えば絞り値がＦ５．６であればＤ₂₂、Ｄ₄₂、Ｄ₆₂、Ｐ₁₂およびＰ₂₂がそれぞれ代入される。また、Ｘ_CおよびＹ_Cは計算上の結像中心Ｃ_jとＣＣＤ２１の実際の撮像中心、即ち測量画像の中心とのずれ量であり、ヘッダＨ５（図３）に格納されたシフト量（Ｘ_C，Ｙ_C）が代入される。
【００５６】従って、像点Ｑ_ijのディストーション補正座標（ＤＸ_ij，ＤＹ_ij）が、実際の測量画像から読取られた像点Ｑ_ijの２次元座標に最も近い値とみなすことができる。以上のことを鑑みて、測量画像から読取られた像点Ｑ_ijの２次元座標を（ＡＸ_ij，ＡＹ_ij）とし、ディストーション補正座標（ＤＸ_ij，ＤＹ_ij）との差Φが最も小さくなるような物点ｑ_iの絶対座標（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）が算出される。具体的には、差Φは（４）式により定義され、逐次近似解法によりこの（４）式を収束条件とする絶対座標（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）の収束解が算出される。なお、（４）式のＰｘおよびＰｙには、ヘッダＨ４（図３）に格納されていたＣＣＤピッチ（Ｐｘ，Ｐｙ）がそれぞれ代入される。
【００５７】
【数４】

【００５８】このように、本実施形態のカメラ１００は、測量画像をメモリカード３０に格納する際にディストーション補正処理に必要なパラメータ（ディストーション補正値）を一緒に格納する機能を有しており、これにより画像処理装置２００においてはメモリカード３０から測量画像を読み込む時、自動的にディストーション補正値が得られ、操作者が意識することなく、ディストーション補正処理を自動的に行える。従って、画像処理装置２００における操作性も向上し、処理時間の短縮が可能になるだけでなく、高精度の測量図が容易に得られる。
【００５９】図８には、画像処理装置２００のモニタ２１０（図５）の画面が概念的に示される。画像処理装置２００のＣＰＵ２０２内には上述の座標演算およびディストーション補正処理を行うためのプログラムが格納されている。モニタ２１０の画面上には、測量画像表示領域ＩＭＡ、測量図表示領域ＤＲＡ、および種々の設定を指示するためのメニュー領域ＭＭが設定される。
【００６０】測量画像表示領域ＩＭＡには、メモリカード３０から読み込まれた２枚の測量画像ＩＭ１およびＩＭ２が並列に表示される。これら測量画像ＩＭ１およびＩＭ２は、メモリカード３０の画像データ格納領域ＩＭＤに格納された画像データに基づいて再現されており、この時点でディストーション補正処理は施されていない。
【００６１】操作者がマウス２０８を用いて、双方の測量画像ＩＭ１およびＩＭ２に共通する像点Ｑ₁₁およびＱ₁₂を指定すると、像点Ｑ₁₁およびＱ₁₂に対応する物点ｑ₁に関して、上述の演算、即ち（１）～（４）式に基づいて絶対座標ｑ₁（ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁）の算出およびディストーション補正がＣＰＵ２０２により行なわれる。そして、測量図表示領域ＤＲＡには、鉛直上方から見た水平面上の物点ｑ₁の位置が点表示される。続いて像点Ｑ₂₁およびＱ₂₂を指定すると、測量図表示領域ＤＲＡに物点ｑ₂が点表示され、両方の物点ｑ₁およびｑ₂を結ぶ直線Ｌ１が自動的に生成される。
【００６２】同様に、像点Ｑ₃₁およびＱ₃₂の指定により物点ｑ₃が、像点Ｑ₄₁およびＱ₄₂の指定により物点ｑ₄が測量図表示領域ＤＲＡに表示される。このような処理を繰り返すことにより、道路の外形を示す複数の直線Ｌからなる水平面図が測量図として得られる。この測量図に表示される物点ｑ_i（ｉ＝１～４）の座標値はディストーション補正処理が施された値、即ちレンズの歪曲収差を考慮した値であり、実測値に極めて近似した値である。
【００６３】ここで、測量画像ＩＭ１およびＩＭ２には、同位置に載置され寸法形状が既知であるターゲットＴが写し込まれており、このターゲットＴの角部の点が上述した絶対座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点Ｏに定められ、測量図表示領域ＤＲＡに点表示される。また、測量画像ＩＭ１およびＩＭ２がメモリカード３０から読み込まれると、ターゲットＴの寸法形状に基づいて、第ｊカメラ座標（ｊ＝１，２）の絶対座標系に対する平行移動量（Δｘ_j，Δｙ_j，Δｚ_j）および回転移動量（Δα_j，Δβ_j，Δγ_j）がＣＰＵ２０２において算出され、像点Ｑ_ij（ｉ＝１～４；ｊ＝１，２）の指定以前にその値が定められている。
【００６４】なお、本実施形態では、カメラ１００は撮像素子により測量画像のデジタルデータを得る電子スチルカメラであるが、銀塩フィルムを露光することにより測量画像を得る銀塩スチルカメラであってもよい。この場合、銀塩フィルムには被写体像と共にディストーション補正値等のヘッダ情報（図３のヘッダＨ）が露光により記録され、現像後フィルムスキャナ等により読取って測量画像およびディストーション補正値のデジタルデータを得、デジタルデータが画像処理装置２００に入力される。画像処理装置２００における処理は同じであるが、（４）式の代わりにＣＣＤピッチを考慮しない（５）式が用いられる。
【００６５】
【数５】

【００６６】また、本実施形態においては、モニタ２１０の画面において指定された物点ｑに対してのみディストーション補正処理を行っているが、測量画像表示領域ＩＭＡに表示させる前に、各測量画像ＩＭ１およびＩＭ２の全画素に対してディストーション補正処理を施して、補正後の測量画像を測量画像表示領域ＩＭＡに表示させてもよい。
【００６７】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、最適なディストーション補正を実現でき、これによって高精度の測量図を容易に生成し得る。

【出願人】	【識別番号】００００００５２７【氏名又は名称】旭光学工業株式会社
【出願日】	平成１１年１１月１５日（１９９９．１１．１５）
【代理人】	【識別番号】１０００９０１６９【弁理士】【氏名又は名称】松浦孝
【公開番号】	特開２００１－１４１４５３（Ｐ２００１－１４１４５３Ａ）
【公開日】	平成１３年５月２５日（２００１．５．２５）
【出願番号】	特願平１１－３２３６５９