特許 7152137 写真測量システム及び写真測量方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-03

(45)【発行日】2022-10-12

(54)【発明の名称】写真測量システム及び写真測量方法

(51)【国際特許分類】

   G01C 7/04 20060101AFI20221004BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20221004BHJP

【ＦＩ】

G01C7/04

G01C15/00 103A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2017163023

(22)【出願日】2017-08-28

(65)【公開番号】P2019039851

(43)【公開日】2019-03-14

【審査請求日】2020-06-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000220343

【氏名又は名称】株式会社トプコン

(74)【代理人】

【識別番号】100187322

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 直輝

(72)【発明者】

【氏名】西田 信幸

【審査官】續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０８７３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６７４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４５７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１７５４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１９９８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１３１４２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２９２８８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００３２０２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／００５３１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０２２１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１９９５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００８４０５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１３８２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０２６５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３３６３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４６８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０３３１０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｃ ７／０４

Ｇ０１Ｃ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体に設けられ、撮像面に対し露光部分を一側から他側の一方向に移動させるシャッター部を有し、前記シャッター部が前記撮像面の一側から他側まで露光させることで画像を撮影するカメラと、
前記カメラにより前記画像を撮影した位置を計測する撮影位置計測部と、
前記カメラにより撮影した前記画像内から特徴点を抽出し、前記撮影位置計測部により計測した撮影位置と前記シャッター部による露光部分の移動時間に基づいて、前記特徴点が撮影された特徴点撮影位置を算出して、当該特徴点撮影位置を含む写真測量用のデータを生成する写真測量データ生成部と、
を備える写真測量システム。

【請求項2】

前記写真測量データ生成部は、前記カメラにより撮影した前記画像内から特徴点を抽出し、前記特徴点の画像内の位置と前記シャッター部による露光部分の移動時間との関係から前記画像の撮影開始から特徴点部分が露光されるまでのオフセット時間を算出し、撮影開始時刻に前記オフセット時間を加えた特徴点撮影時刻に対応する撮影位置を前記特徴点撮影位置として算出する請求項１記載の写真測量システム。

【請求項3】

前記写真測量データ生成部は、前記特徴点撮影時刻と、前記撮影位置計測部が撮影位置を計測した時刻とが一致しない場合、前記特徴点撮影時刻の直前の時刻及び直後の時刻に対応する撮影位置を内挿した位置を、前記特徴点撮影位置として算出する請求項２に記載の写真測量システム。

【請求項4】

前記シャッター部はフォーカルプレーンシャッター又はローリングシャッターである請求項１から３のいずれか一項に記載の写真測量システム。

【請求項5】

前記撮影位置計測部は、前記カメラを追尾して、前記カメラの位置を測量する測量装置である請求項１から４のいずれか一項に記載の写真測量システム。

【請求項6】

前記撮影位置計測部は、前記移動体に搭載されたＧＮＳＳである請求項１から４のいずれか一項に記載の写真測量システム。

【請求項7】

移動体に設けられ、撮像面に対し露光部分を一側から他側の一方向に移動させるシャッター部を有したカメラが、前記シャッター部を前記撮像面の一側から他側まで露光させることで画像を撮影する撮影工程と、
前記撮影工程にて前記画像を撮影した位置を計測する撮影位置計測工程と、
前記撮影工程にて撮影した前記画像内から特徴点を抽出し、前記撮影位置計測工程により計測した撮影位置と前記シャッター部による露光部分の移動時間に基づいて、前記特徴点が撮影された特徴点撮影位置を算出して、当該特徴点撮影位置を含む写真測量用のデータを生成する写真測量データ生成工程と、
を備える写真測量方法。

【請求項8】

前記写真測量データ生成工程では、前記撮影工程にて撮影した前記画像内から特徴点を抽出し、前記特徴点の画像内の位置と前記シャッター部による露光部分の移動時間との関係から前記画像の撮影開始から特徴点部分が露光されるまでのオフセット時間を算出し、前記撮影位置計測工程での撮影位置の計測時刻に前記オフセット時間を加えた特徴点撮影時刻に対応する撮影位置を前記特徴点撮影位置として算出する請求項７記載の写真測量方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体にカメラを設け、当該カメラにより撮影された画像からステレオモデルを生成する写真測量システム及び写真測量方法に関する。

【背景技術】

【0002】

対象物に対してカメラ等の撮影装置が相対的な移動をしながら対象物を連続的に撮影し、得られた画像を用い写真測量の手法により自己位置や対象物の位置を計測する技術がある。特に近年では、移動体として無人航空機：ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等を用い、ＵＡＶにカメラを搭載し、上空から画像を撮影している。

【0003】

このような写真測量では、撮影した画像の中で、地上の工作物や地形に特徴のある点、例えば建物、河川、山頂等の特徴的な部分や評定点となる対空標識等（以下、これら含めて特徴点という）を抽出し、この特徴点を基準として複数の画像からステレオモデルを生成している。

【0004】

例えば、特許文献１では、飛行体が測定対象範囲の上空を葛折状に飛行しつつ画像を撮影する。この撮影は、各画像が進行方向にて隣接する画像、及び隣接するコースにて隣接する画像がそれぞれ所定量オーバーラップするよう、周期的に撮影される。そして、全ての撮影を終えた後、進行方向にて隣接する３画像について、１組の隣接する画像を相互標定して１つのステレオ画像を作成し、もう１組の隣接する画像も相互標定して他のステレオ画像を作成し、この２組のステレオ画像の共通した画像で且つ３画像が重複する部分から抽出した特徴点を用いて２組のステレオ画像を接続する。さらに隣接するコースで隣接する画像から共通のタイポイントを選択し、コースで隣接するステレオ画像を接続していくことで、全測定対象範囲をカバーし、共通の３次元座標系で表される統一ステレオ画像（ステレオモデル）を作成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－１０８９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の技術を含めた従来の写真測量では、一般的な一眼デジタルカメラが使用される場合が多く、このようなカメラではシャッター方式にフォーカルプレーンシャッターが用いられることが多い。

【0007】

そして、従来の写真測量において、ある地点で撮影された画像は、画像内の全てが同時に撮影されているという前提で特徴点に基づく写真測量の演算が行われている。

【0008】

しかし、フォーカルプレーンシャッターの場合、同じ画像内であってもシャッター幕（遮光幕）の走行時間に応じて撮像面の位置によって露光されるタイミングが僅かに異なっている。このためＵＡＶのように高速に移動しながら撮影を行うと、画像上の位置関係と実際の地上の位置関係とに誤差（歪み）が生じるという問題がある。

【0009】

このような問題は、フォーカルプレーンシャッターのような物理的シャッター（メカニカルシャッター）だけでなく、撮像素子の一側から他側に向けてライン状に順次露光する、電子シャッターにおけるローリングシャッターでも生じる。

【0010】

このため、画像内の全てが同時に撮影されているという前提で特徴点に基づく写真測量の演算を行うと、特徴点の位置に誤差が含まれているために、ステレオモデル生成の精度の低下、ひいては写真測量の精度が低下するという問題がある。

【0011】

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、撮像面に対して露光部分が移動して画像を撮影するカメラを用いて行う写真測量において、画像内における特徴点の誤差を解消し、写真測量の精度を向上させることのできる写真測量システム及び写真測量方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記した目的を達成するために、本発明に係る写真測量システムでは、移動体に設けられ、撮像面に対し露光部分を一側から他側の一方向に移動させるシャッター部を有し、前記シャッター部が前記撮像面の一側から他側まで露光させることで画像を撮影するカメラと、前記カメラにより前記画像を撮影した位置を計測する撮影位置計測部と、前記カメラにより撮影した前記画像内から特徴点を抽出し、前記撮影位置計測部により計測した撮影位置と前記シャッター部による露光部分の移動時間に基づいて、前記特徴点が撮影された特徴点撮影位置を算出して、当該特徴点撮影位置を含む写真測量用のデータを生成する写真測量データ生成部と、を備える。

【0013】

上述の写真測量システムとして、前記写真測量データ生成部は、前記カメラにより撮影した前記画像内から特徴点を抽出し、前記特徴点の画像内の位置と前記シャッター部による露光部分の移動時間との関係から前記画像の撮影開始から特徴点部分が露光されるまでのオフセット時間を算出し、前記撮影計測部による撮影位置の計測時刻に前記オフセット時間を加えた特徴点撮影時刻に対応する撮影位置を前記特徴点撮影位置として算出してもよい。

【0014】

また、上述の写真測量システムにおいて、前記写真測量データ生成部は、前記特徴点撮影時刻と、前記撮影位置検出部が撮影位置を検出した時刻とが一致しない場合、前記特徴点撮影時刻の直前の時刻及び直後の時刻に対応する撮影位置を内挿した位置を、前記特徴点撮影位置として算出してもよい。

【0015】

また、上述の写真測量システムにおいて、前記シャッター部はフォーカルプレーンシャッター又はローリングシャッターであってもよい。

【0016】

また、上述の写真測量システムにおいて、前記撮影位置計測部は、前記カメラを追尾して、前記カメラの位置を測量する測量装置であってもよい。

【0017】

また、上述の写真測量システムにおいて、前記撮影位置計測部は、前記移動体に搭載されたＧＮＳＳであってもよい。

【0018】

上記した目的を達成するために、本発明に係る写真測量方法では、移動体に設けられ、撮像面に対し露光部分を一側から他側の一方向に移動させるシャッター部を有したカメラが、前記シャッター部を前記撮像面の一側から他側まで露光させることで画像を撮影する撮影工程と、前記撮影工程にて前記画像を撮影した位置を計測する撮影位置計測工程と、前記撮影工程にて撮影した前記画像内から特徴点を抽出し、前記撮影位置計測工程により計測した撮影位置と前記シャッター部による露光部分の移動時間に基づいて、前記特徴点が撮影された特徴点撮影位置を算出して、当該特徴点撮影位置を含む写真測量用のデータを生成する写真測量データ生成工程と、を備える。

【0019】

上述の写真測量方法として、前記写真測量データ生成工程では、前記撮影工程にて撮影した前記画像内から特徴点を抽出し、前記特徴点の画像内の位置と前記シャッター部による露光部分の移動時間との関係から前記画像の撮影開始から特徴点部分が露光されるまでのオフセット時間を算出し、前記撮影計測工程での撮影位置の計測時刻に前記オフセット時間を加えた特徴点撮影時刻に対応する撮影位置を前記特徴点撮影位置として算出してもよい。

【発明の効果】

【0020】

上記手段用いる本発明に係る写真測量システム及び写真測量方法によれば、撮像面に対して露光部分が移動して画像を撮影するカメラを用いて行う写真測量において、画像内における特徴点の誤差を解消し、写真測量の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態に係る写真測量システムの全体構成図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る測量システムの制御ブロック図である。

【図3】シャッター部の概略構成図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る写真測量ルーチンを示すフローチャートである。

【図5】本発明の一実施形態に係る写真測量システムの撮影及び測量に関するタイムチャートである。

【図6】画像上の特徴点の一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

【0023】

図１には本発明の一実施形態に係る写真測量システムの全体構成図、図２には当該写真測量システムの制御ブロック図、図３にはシャッター部の概略構成図が示されている。本発明の一実施形態に係る写真測量システムの全体構成と制御系をこれら図１から図３を用いて説明する。

【0024】

写真測量システム１は、移動しつつ写真測量用の画像を複数撮影する移動撮影装置２と、当該移動撮影装置２の位置を測量する測量装置３（撮影位置計測部）と、撮影結果と測量結果を解析して写真測量のためのデータ（写真測量データ）を生成し、ステレオモデルの生成等を行う解析装置４を有している。

【0025】

移動撮影装置２は、移動体であるＵＡＶ１０に、写真測量用の画像を撮影するカメラ１１が搭載されて構成されている。なお、カメラ１１が撮影する画像は静止画像及び動画像でもよい。

【0026】

詳しくは、ＵＡＶ１０は、予め定められた飛行経路を飛行したり、遠隔操作により自由に飛行したりすることが可能な飛行移動体である。当該ＵＡＶ１０には飛行を行うための飛行機構１０ａの下部にジンバル機構１０ｂが設けられている。

【0027】

カメラ１１はＵＡＶ１０のジンバル機構１０ｂより支持されており、当該ジンバル機構１０ｂによって撮影方向を自由に変更可能であるとともに、所定の方向を撮影するよう姿勢を安定化させることが可能である。

【0028】

また、カメラ１１は、本体正面にレンズ部１２が形成されており、当該レンズ部１２の先端横にプリズム１３が設けられている。さらに、カメラ１１には、ＧＰＳ信号を受信可能なＧＰＳユニット１４が設けられている。

【0029】

測量装置３は、測量対象を自動追尾可能なトータルステーションであり、水平方向に回転駆動可能な水平回転駆動部４０上に、鉛直方向に回転可能な鉛直回転駆動部４１を介して望遠鏡部４２が設けられている。また望遠鏡部４２には、ターゲットまでの斜距離を測定する光波距離計（ＥＤＭ）４３が設けられている。

【0030】

詳しくは、測量装置３は、プリズム１３を測量対象としたプリズム測量により、測量装置３からプリズム１３までの距離測定（測距）が可能であると共に水平角、鉛直角が測定可能である。したがって、測量装置３を既知の位置に設置して、姿勢を整準させてプリズム１３の測量を行うことで、測量結果（斜距離、水平角、鉛直角）からプリズム１３の座標、即ちカメラ１１の位置を算出可能である。

【0031】

解析装置４は、測量装置３により測量した測量結果を、移動撮影装置２により撮影した各画像の撮影位置に対応付けて写真測量用のデータを生成可能なパーソナルコンピュータ等の情報処理端末である。

【0032】

写真測量システム１は、図１に示すように、移動撮影装置２により上空を移動しながら所定の撮影周期ΔＳで写真測量用の画像Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎを複数撮影するとともに、測量装置３により移動撮影装置２（厳密にはカメラ１１に設けられたプリズム１３）を追尾して測量を行い、解析装置４により移動撮影装置２により撮影した画像Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎと測量装置３により測量した測量結果Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｍとを対応付ける。さらに解析装置４は、各画像Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ内から特徴点を抽出し、当該特徴点ごとの撮影位置（特徴点撮影位置）を算出して、当該特徴点撮影位置を含む写真測量データを生成する。その後、当該写真測量データを用いてステレオモデル等を生成する。

【0033】

次に図２を参照しつつ、写真測量システム１のカメラ１１、測量装置３、及び解析装置４が搭載するコンピュータに基づく制御系の構成を説明する。

【0034】

図２に示すように、カメラ１１は、レンズ部１２、プリズム１３、ＧＰＳユニット１４の他に、撮影制御部１５を有している。さらに、当該撮影制御部１５には操作部１６、通信部１７、撮像部１８、シャッター部１９、ストロボ信号端子２０が電気的に接続されている。なお、図示しないが、撮影制御部１５にはこの他にも記憶部、表示部等が接続されていたり、センサ等が接続されていたりしてもよく、少なくとも撮影した画像は内部又は外部の記憶部に保存される。

【0035】

操作部１６は撮影制御部１５に対する各種の動作指示や設定を入力するための操作手段である。例えば、動作指示としては、電源のオン、オフの切替、撮影開始とするトリガ、撮影モードの切替、撮影周期の設定、画質の設定、測量装置３との接続オン、オフの切替等がある。また操作部１６は、スイッチ、ボタン、ダイアルなど、任意の操作デバイスや入力デバイスを含んでいてもよい。

【0036】

通信部１７は、外部機器と通信可能な部分であり、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信手段である。なお、当該通信部１７は接続端子を介しての有線通信手段を有していてもよい（以下の通信部も同じ）。

【0037】

撮像部１８は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子の撮像面に露光された光学像を電気信号に変換する部分である。

【0038】

シャッター部１９は、前記撮像部１８の直前（レンズ部１２側）に配置されたフォーカルプレーンシャッターである。詳しくは図３に示すように、シャッター部１９は、矩形の開口を形成するシャッター枠３０内を先幕３１及び後幕３２からなるシャッター幕がシャッター枠３０の短手方向に移動可能に設けられている。撮影時においては、図３の白抜き矢印で示すように、先幕３１と後幕３２がそれぞれ短手方向に移動する。この際、シャッター枠３０内で先幕３１と後幕３２との間に所定の間隔を有しており、長手方向に延びるライン状のスリットである露光開口部３３が形成される。なお、先幕３１と後幕３２との間の所定の間隔、即ち露光開口部３３の幅は、露光時間に応じて可変である。

【0039】

つまり、撮影時においては当該露光開口部３３が短手方向に移動することとなり、この露光開口部３３を通った光が撮像部１８の撮像面に露光部分を形成する。例えば、本実施形態における露光開口部３３、即ち撮像面における露光部分は、シャッター枠３０の一側長辺３０ａから他側長辺３０ｂまで移動時間Ｍ（例えば２ｍｓ）で移動する。

【0040】

また、撮影制御部１５は、予め設定した撮影周期ΔＳで撮影を行うようシャッター部１９を制御可能であり、ストロボ信号端子２０を介して外部機器にシャッター信号（撮影開始信号）や撮影した画像を伝達させたりすることも可能である。

【0041】

ＧＰＳユニット１４は、ストロボ信号端子２０を介してカメラ１１と接続されており、当該ＧＰＳユニット１４は第１の時刻付与部２１と撮影記憶部２２とを有している。

【0042】

第１の時刻付与部２１は、ＧＰＳ衛星から時刻情報を含むＧＰＳ信号を受信し、当該ＧＰＳ信号に基づくＧＰＳ時刻と定周期パルスであるＰＰＳ信号を生成する時計を有している。そして、第１の時刻付与部２１は、ストロボ信号端子２０を介して伝達されるシャッター信号に応じ、カメラ１１により撮影した画像Ｐに撮影時期に関する第１の時刻Ｔｃ（ＧＰＳ時刻）を付与して、撮影記憶部２２に出力する機能を有する。なお、ＧＰＳ時刻は、例えば、協定世界時（ＵＴＣ）に基づいた絶対時刻を用いる。

【0043】

撮影記憶部２２は、カメラ１１により撮影された画像Ｐに第１の時刻付与部２１にて付与された第１の時刻Ｔｃを含む画像データを記憶可能である。

【0044】

測量装置３は、測量制御部４４に上述の水平回転駆動部４０、鉛直回転駆動部４１、ＥＤＭ４３の他に、水平角検出部４５、鉛直角検出部４６、表示部４７、操作部４８、追尾光送光部４９、追尾光受光部５０、通信部５１、第２の時刻付与部５２、測量記憶部５３が接続されている。

【0045】

水平角検出部４５は、水平回転駆動部４０による水平方向の回転角を検出することで、望遠鏡部４２で視準している水平角を検出可能である。鉛直角検出部４６は、鉛直回転駆動部４１による鉛直方向の回転角を検出することで、望遠鏡部４２で視準している鉛直角を検出可能である。これら水平角検出部４５及び鉛直角検出部４６により、測量結果としての水平角及び鉛直角を検出する。

【0046】

表示部４７は、例えば液晶モニタであり、測量結果（斜距離、水平角、鉛直角）等の各種情報を表示可能である。

【0047】

操作部４８は、測量制御部４４に各種の動作指示や設定を入力するための操作手段である。例えば、動作指示としては、電源のオン、オフの切替、測量開始とするトリガ、測量モードの切替、測量周期の設定等がある。また当該操作部４８はカメラ１１の操作部１６と同様、スイッチ、ボタン、ダイアルなど、任意の操作デバイスや入力デバイスを含んでいてもよい。

【0048】

追尾光送光部４９は追尾光を照射し、追尾光受光部５０はプリズム１３により反射された追尾光を受光する部分である。測量制御部４４が、この追尾光送光部４９からの追尾光を追尾光受光部５０が受光し続けるよう水平回転駆動部４０及及び鉛直回転駆動部４１を制御することでターゲットの追尾機能を実現している。

【0049】

通信部５１は、上記カメラ１１の通信部１７と同様に、外部機器と通信可能な部分であり、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信手段である。

【0050】

第２の時刻付与部５２は、第１の時刻付与部２１と同様に、ＧＰＳ衛星から時刻情報を含むＧＰＳ信号を受信し、当該ＧＰＳ信号に基づくＧＰＳ時刻と定周期パルスであるＰＰＳ信号を生成する時計を有している。そして、第２の時刻付与部５２は、測量が実行されるのに応じ、測量結果Ｒに測量時期に関する第２の時刻Ｔｔ（ＧＰＳ時刻）を付与して、測量記憶部５３に出力する機能を有する。

【0051】

測量記憶部５３は、上述の追尾機能のプログラムや、所定の測量周期で測量を行うプログラム等の測量に関する各種プログラムや、測量結果Ｒに第２の時刻付与部５２にて付与された第２の時刻Ｔｔを含む測量データ等の各種データを記憶可能である。

【0052】

測量制御部４４は、プリズム１３の追尾が成立すると所定の測量周期ΔＴでの測量を開始する。そして、各測量結果Ｒに対して第２の時刻付与部５２にて第２の時刻Ｔｔを付与した測量データを測量記憶部５３に記憶させる。

【0053】

解析装置４は、写真測量データ生成部６０と写真測量解析部６１を有している。

【0054】

写真測量データ生成部６０は、移動撮影装置２と測量装置３と有線又は無線により接続可能であり、移動撮影装置２の撮影記憶部２２に記憶されている画像Ｐ１、Ｐ２、・・・Ｐｎのそれぞれに第１の時刻Ｔｃ１、Ｔｃ２、・・・Ｔｃｎが付与された各画像データと、測量装置３の測量記憶部５３に記憶されている測量結果Ｒ１、Ｒ２、・・・Ｒｍに第２の時刻Ｔｔ１、Ｔｔ２、・・・Ｔｔｍが付与された測量データとを取得し、第１の時刻Ｔｃと第２の時刻Ｔｔに基づいて両データを対応付ける。

【0055】

さらに、写真測量データ生成部６０は、各画像データの画像Ｐ１、Ｐ２、・・・Ｐｎ内からそれぞれ複数の特徴点Ｆを抽出し、測量結果Ｒ１、Ｒ２、・・・Ｒｍと露光部分の移動時間Ｍに基づいて、各特徴点Ｆが撮影された特徴点撮影位置Ｒｆを算出して、当該特徴点撮影位置Ｒｆを含む写真測量データを生成する。

【0056】

詳しくは、本実施形態の写真測量データ生成部６０は、特徴点Ｆの画像内の位置と、露光部分の移動時間Ｍとの関係から、各画像における撮影開始から特徴点部分が露光されるまでのオフセット時間ΔＯを算出し、撮影開始時刻に相当する第１の時刻から各特徴点Ｆのオフセット時間ΔＯを加えた特徴点撮影時刻に対応する撮影位置を特徴点撮影位置として算出する。

【0057】

そして、写真測量解析部６１は、写真測量データ生成部６０にて生成された写真測量データに基づきステレオモデルを生成する。さらに写真測量解析部６１はステレオモデルと実際の地形との整合性を取り、縮尺や空間位置（方位や座標）を決定し３次元又は２次元の地形図を生成することも可能である。

【0058】

ここで、図４から図６を参照すると、図４には本実施形態の写真測量システムにおける写真測量ルーチンを示すフローチャートが示されており、図５には各特徴点の撮影時期に関するタイムチャート、図６には画像上の特徴点の一例を示す説明図が、ぞれぞれ示されている。以下、図４のフローチャートに沿い、途中図５、６を参照しつつ、本実施形態の写真測量方法について説明する。

【0059】

まず、図４に示す写真測量ルーチンを開始する前提として、移動撮影装置２は写真測量の対象となる範囲の上空を、飛行計画に沿って、葛折状の経路で飛行し且つ所定の撮影周期でカメラ１１による撮影を行うよう設定される。

【0060】

そして、写真測量ルーチンのステップＳ１として、移動撮影装置２が飛行を開始し、カメラ１１による写真撮影を開始する（撮影工程）。具体的には移動撮影装置２は、飛行計画に沿って飛行しつつ、カメラ１１により所定の撮影周期ΔＳで複数回（ｎ回）撮影を行う。カメラ１１による撮影が行われると、そのシャッター信号に応じてＧＰＳユニット１４の第１の時刻付与部２１において、撮影した画像Ｐの撮影時期に関する第１の時刻Ｔｃが付与され撮影記憶部２２に記憶される。例えば、図５のタイムチャートでは、最初に撮影された画像Ｐ１には第１の時刻Ｔｃ１が付与され、２回目に撮影された画像Ｐ２には第１の時刻Ｔｃ２が付与され、ｎ回目に撮影された画像Ｐｎには第１の時刻Ｔｃｎが付与される。つまり、第１の時刻Ｔｃは各画像Ｐの撮影開始時刻に相当する。

【0061】

また、ステップＳ２として、測量装置３は、飛行している移動撮影装置２の追尾測量を開始する（撮影位置計測工程）。詳しくは、測量装置３は、移動撮影装置２を追尾しつつ、所定の測量周期ΔＴでカメラ１１の位置を測量する。なお、測量周期ΔＴは撮影周期ΔＳよりも短い周期（高周波数）であり、例えば撮影周期ΔＳ＝１～３ｓに対して測量周期ΔＴ＝２０ｍｓ～１００ｍｓで測量を行う。ただし図５では、説明の便宜上、測量周期ΔＴを撮影周期ΔＳの１／１０の周期で示している。

【0062】

そして、測量装置３では、測量する度に、その測量結果（斜距離、水平角、鉛直角）Ｒの測量時刻に対応する第２の時刻Ｔｔが付与され、測量記憶部５３に記憶される。

【0063】

例えば、図５では、追尾開始から３回目の測量結果Ｒ３には第２の時刻Ｔｔ３が付与され、１３回目の測量結果Ｒ１３には第２の時刻Ｔｔ１３が付与され、ｍ回目の測量結果Ｒｍには第２の時刻Ｔｔｍが付与される。

【0064】

そして、ステップＳ３において、移動撮影装置２は、飛行計画により定められた撮影を全て終えると飛行を完了する。

【0065】

次のステップ４において、写真測量データ生成部６０が、撮影記憶部２２に記憶されている各画像Ｐ及びこれに対応する第１の時刻Ｔｃからなる複数の画像データと、測量記憶部５３に記憶されている各測量結果Ｒ及びこれに対応する第２の時刻Ｔｔからなる複数の測量データとを取得し、当該画像データと測量データとの対応付けを行う。詳しくは、写真測量データ生成部６０は、画像Ｐに付与された第１の時刻Ｔｃと適合する第２の時刻Ｔｔの測量結果Ｒを抽出して、抽出された測量結果Ｒを画像Ｐの撮影位置として対応付ける。

【0066】

例えば図５では１枚目の画像Ｐ１に対応する第１の時刻Ｔｃ１と、測量結果Ｒ３に対応する第２の時刻Ｔｔ３とが一致していることから、この測量結果Ｒ３を画像Ｐ１の撮影位置として対応付ける。

【0067】

なお、第１の時刻Ｔｃと第２の時刻Ｔｔとが一致しない場合は、第１の時刻Ｔｃの直前の第２の時刻Ｔｔａと直後の第２の時刻Ｔｔｂを適合する第２の時刻とし、これらの第２の時刻Ｔｔａ、Ｔｔｂに対応する測量結果Ｒａ、Ｒｂを内挿した内挿測量結果Ｒｉを算出して、当該内挿測量結果Ｒｉを対応付けてもよい。

【0068】

次のステップＳ５において、写真測量データ生成部６０は、各画像データの画像Ｐ内から複数の特徴点Ｆを抽出する（写真測量データ生成工程）。

【0069】

そして、ステップＳ６において、写真測量データ生成部６０は、各特徴点の画像上の位置から撮影開始時点からのオフセット時間ΔＯを算出する（写真測量データ生成工程）。

【0070】

具体的には図６に示すように、１枚目の画像Ｐ１上に３つの特徴点Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃが抽出された場合、写真測量データ生成部６０は、シャッター枠３０の一側長辺３０ａに対応する画像Ｐ１の一側長辺Ｐ１ａを基準とし、各特徴点Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃの当該一側長辺Ｐ１ａからのオフセット距離ΔＤ１ａ、ΔＤ１ｂ、ΔＤ１ｃを、各特徴点の画像上の位置として算出する。

【0071】

そして、露光部分の移動時間に相当する露光開口部３３の移動時間Ｍと画像Ｐ１の短辺の長さＬに基づき、各オフセット距離ΔＤ１ａ、ΔＤ１ｂ、ΔＤ１ｃに対応するオフセット時間ΔＯ１ａ、ΔＯ１ｂ、ΔＯ１ｃを算出する（ΔＯ＝ΔＤ・Ｍ／Ｌ）。つまり、各オフセット時間ΔＯ１ａ、ΔＯ１ｂ、ΔＯ１ｃは、撮影開始時点に対応する画像Ｐ１の一側長辺Ｐ１ａから、図６にて一点鎖線で示している露光開口部３３が各特徴点Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃに対応する位置を通過した時間である。

【0072】

さらに、ステップＳ７において、写真測量データ生成部６０は、各特徴点撮影位置Ｒｆを算出する（写真測量データ生成工程）。これは具体的には、各画像Ｐの撮影開始時刻（第１の時刻）Ｔｃにオフセット時間ΔＯを加えた特徴点撮影時刻Ｔｆに対応する撮影位置Ｒを特徴点撮影位置Ｒｆとして算出する。

【0073】

例えば図５では、１枚目の画像Ｐ１の撮影時刻Ｔｃ１に各特徴点Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃのオフセット時間ΔＯ１ａ、ΔＯ１ｂ、ΔＯ１ｃを加えた時刻が各特徴点撮影時刻Ｔｆ１ａ、Ｔｆ１ｂ、Ｔｆ１ｃとなる。

【0074】

そして、各特徴点撮影時刻Ｔｆ１ａ、Ｔｆ１ｂ、Ｔｆ１ｃに適合する第２の時刻Ｔｔの測量結果Ｒを抽出する。図５では第１の特徴点Ｆａに適合する第２の時刻Ｔｔ４の測量結果Ｒ４が、第１の特徴点Ｆ１ａの特徴点撮影位置Ｒｆ１ａとして算出される。また、第２の特徴点Ｆｂに適合する第２の時刻Ｔｔ６の測量結果Ｒ６が、第２の特徴点Ｆ１ｂの特徴点撮影位置Ｒｆ１ｂとして算出される。

【0075】

なお、測量結果Ｒと画像Ｐの撮影位置との対応付けと同様に、特徴点撮影時刻Ｔｆと第２の時刻Ｔｔとが一致しない場合は、特徴点撮影時刻Ｔｆの直前の第２の時刻Ｔｔａと直後の第２の時刻Ｔｔｂを適合する第２の時刻とし、これらの第２の時刻Ｔｔａ、Ｔｔｂに対応する測量結果Ｒａ、Ｒｂを内挿した内挿測量結果Ｒｉを算出して、当該内挿測量結果Ｒｉを対応付けてもよい。例えば図５では、１枚目の画像Ｐ１の第３の特徴点撮影時間Ｔｆ１ｃ（＝Ｔｃ１＋ΔＯ１ｃ）は、第２の時刻Ｔｔ８と第２の時刻Ｔｔ９との中間時点であることから、内挿した内挿測量結果Ｒ８－９が特徴点撮影位置Ｒｆ１ｃとして算出される。

【0076】

続いて、ステップ８において、写真測量データ生成部６０は、以上のように算出した各特徴点の特徴点撮影位置を含めた写真測量データを生成する（写真測量データ生成工程）。

【0077】

そして、ステップ９において、写真測量解析部６１は、写真測量用データに基づきステレオモデルを生成する等の写真測量解析を行い、当該ルーチンを終了する。

【0078】

以上のように、本実施形態の写真測量システム１及び写真測量方法では、画像の撮影位置だけでなく、当該画像内の各特徴点の撮影位置（特徴点撮影位置）を算出している。これにより、撮像面に対して露光部分が移動して画像を撮影するフォーカルプレーンシャッター方式のカメラ１１においても、各特徴点の誤差を解消することができ、このような誤差を解消した特徴点を基準として、写真測量データを生成することで、写真測量の精度を向上させることができる。

【0079】

具体的には、特徴点Ｆの画像Ｐ内の位置とシャッター部１９による露光部分の移動時間Ｍとの関係から画像の撮影開始から特徴点部分が露光されるまでのオフセット時間ΔＯを算出し、撮影開始時刻にオフセット時間を加えた特徴点撮影時刻Ｔｆに対応する撮影位置を特徴点撮影位置Ｒｆとして算出することで、正確に特徴点撮影位置Ｒｆを算出することができる。

【0080】

これらのことから、本実施形態の写真測量システム１及び写真測量方法によれば、撮像面に対して露光部分が移動して画像Ｐを撮影するカメラ１１を用いて行う写真測量において、画像Ｐ内における特徴点Ｆの誤差を解消し、写真測量の精度を向上させることができる。

【0081】

以上で本発明の一実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

【0082】

例えば、上記実施形態では、カメラ１１のシャッター部１９はフォーカルプレーンシャッターとして説明したが、シャッター部が物理的な遮光幕を有さず、電子的に撮像面の露光部分を移動させるローリングシャッターのカメラにも適用可能であり、その場合も上記実施形態と同様の効果を奏する。

【0083】

また、上記実施形態では、移動撮影装置２及び測量装置３においてそれぞれＧＰＳ時刻を取得して、当該ＧＰＳ時刻に基づいて撮影された画像Ｐと測量結果Ｒとの対応付けを行うことで画像の撮影位置を算出しているが、画像の撮影位置の算出手法はこれに限られるものではない。例えば、移動撮影装置と測量装置とが同精度のタイマを有し、両タイマの同期を取ることで画像と測量結果とを対応付けてもよい。

【0084】

さらに、上記実施形態では、移動撮影装置２における撮影位置を地上に設置した測量装置３により測量しているが、例えば移動撮影装置２に設けられたＧＰＳ等のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全球測位衛星システム）により取得した位置情報から画像の撮影位置を計測してもよい。

【0085】

また、上記実施形態では、移動撮影装置２はＵＡＶ１０を移動体として用いているが、移動体はこれに限られず、例えば、有人の飛行体や、地上を移動する移動体であってもよい。

【符号の説明】

【0086】

１ 写真測量システム
２ 移動撮影装置
３ 測量装置
４ 解析装置
１０ ＵＡＶ（移動体）
１１ カメラ
１４ ＧＰＳユニット
１５ 撮影制御部
１８ 撮像部
１９ シャッター部
２１ 第１の時刻付与部
２２ 撮影記憶部
４３ 光波距離計（ＥＤＭ）
４４ 測量制御部
５２ 第２の時刻付与部
５３ 測量記憶部
６０ 写真測量データ生成部
６１ 写真測量解析部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】