JP6121746B2 - 撮影位置決定装置、プログラム、および方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮影位置決定装置、プログラム、および方法に関する。

航空写真測量において、航空機より撮影された航空写真の正射投影（オルソ）画像（詳細後述）の生成が広く行われている。中心投影で撮影された航空写真画像を正射変換により歪みの補正を行ってオルソ画像を生成することができる。例えば、特許文献１において、航空写真における建物の傾きを自動的に補正してオルソ画像を生成する方法が開示されている。そこでは、複数の航空写真をステレオ処理することによって算出される対象物までの距離に応じて航空写真を正射変換することでオルソ画像を生成している。なお、ステレオ処理とは、異なる視点から撮影した複数の画像について、同一の点を撮像している各画像中の対応点を求め、その視差を用いて三角測量の原理によって対象までの奥行きや形状を求める処理のことである。

ところで、先程の航空写真における建物の傾きに伴って、航空写真に隠れ（オクルージョン）が発生する。これに対して、オルソ画像の生成において、オクルージョン部分の欠けている情報は他の航空写真での情報で補完している。例えば、特許文献２において、撮影された複数の空中写真のオーバーラップ部分を管理することで、撮影された画像の中から適切な画像を選択することが可能な空中写真画像データセットの構成方法が開示されている。なお、一般的に、オルソ画像の生成は、航空写真を高いオーバーラップ率で撮影し、撮影された各航空写真におけるオクルージョンの比較的少ない中心近辺部分のみを合わせて行っている。

特開２００７−０３４８０８号公報 特開２００５−１５６５１４号公報

背景技術において、オルソ画像の生成の際、オクルージョン部分が多いとその補完などの修正処理が多くなるが、オクルージョン航空写真撮影の際、写真に占めるオクルージョン部分の面積がより小さくなるように撮影位置が設定されていないという課題がある。

本発明の目的は、この課題を解決した撮影位置決定装置、プログラム、および方法を提供することである。

本発明の撮影位置決定装置は、複数の撮影位置の各々より所定の撮影対象の三次元データを撮影して得られるカメラ画像を生成するカメラ画像生成手段と、前記カメラ画像の各々を正射変換して前記所定の撮影対象のオルソ画像を生成するオルソ画像生成手段と、前記オルソ画像の各々においてオクルージョン領域を抽出するオクルージョン領域抽出手段と、前記オクルージョン領域の各々の面積を算出し、前記オルソ画像の各々に対応する撮影位置および面積の情報を出力する撮影位置情報出力手段とを備えることを特徴とする。

本発明の撮影位置決定方法は、複数の撮影位置の各々より所定の撮影対象の三次元データを撮影して得られるカメラ画像を生成するカメラ画像生成工程と、前記カメラ画像の各々を正射変換して前記所定の撮影対象のオルソ画像を生成するオルソ画像生成工程と、前記オルソ画像の各々においてオクルージョン領域を抽出するオクルージョン領域抽出工程と、前記オクルージョン領域の各々の面積を算出し、前記オルソ画像の各々に対応する撮影位置および面積の情報を出力する撮影位置情報出力工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、航空写真撮影の際、写真に占めるオクルージョン部分の面積をより小さくするように撮影位置を設定することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態の撮影位置決定装置の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の撮影位置決定装置における処理動作を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の撮影位置決定装置における撮影条件設定のユーザ画面の例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における撮影位置候補の例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態におけるオクルージョン領域の認識について説明する図である。 本発明の第１の実施の形態におけるオクルージョン面積計算の対象となるオクルージョン領域について説明する図である。 本発明の第１の実施の形態における撮影位置候補と三次元データの例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における撮影位置候補と三次元データにもとづいて生成されるカメラ画像の例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における撮影位置候補と三次元データにもとづいて生成されるオルソ画像の例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における撮影位置決定装置の構成を示す図である。 中心投影について説明する図である。 正射投影について説明する図である。

本発明の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。

まず、本実施の形態の構成について、図１を参照して説明する。

図１は本実施の形態の撮影位置決定装置の構成例を示す。撮影位置決定装置１０は、撮影位置条件設定部１１、撮影対象条件設定部１２、撮影位置候補算出部１３、カメラ画像生成部１４、オルソ画像生成部１５、オクルージョン領域抽出部１６、撮影位置決定部１７を備える。また、撮影位置決定装置１０は、例えば、汎用コンピュータ、周辺装置などの機器から成る。

撮影位置決定装置１０の各部を説明する。

撮影位置条件設定部１１は、ユーザにより撮影位置の条件（以降、「撮影位置条件」と呼ぶ）が設定される。この撮影位置条件とは、撮影位置の範囲、撮影位置候補の間隔を含む情報である。

撮影対象条件設定部１２は、ユーザにより撮影対象の条件（以降、「撮影対象条件」と呼ぶ）が設定される。この撮影対象条件とは、撮影対象の地形の範囲を含む情報である。

撮影位置候補算出部１３は、撮影位置条件設定部１１で設定された撮影位置条件から複数の撮影位置の候補（以降、「撮影位置候補」と呼ぶ）を算出する。

カメラ画像生成部１４は、撮影位置候補算出部１３で算出された撮影位置候補から撮影対象を撮影したときに得られるカメラ画像を撮影対象の既存の三次元データを用いて生成する。この三次元データとは、実空間座標系における三次元座標を持つデータのことである。例えば、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）により取得された三次元座標を持つ点群データであってもよいし、特許文献１に開示されているような、航空写真をステレオ処理することによって取得された三次元座標を持つ点群データであってもよい。

オルソ画像生成部１５は、カメラ画像生成部１４で既存の三次元データを用いて生成されたカメラ画像を正射変換してオルソ画像を生成する。

ここで、オルソ画像について、図１１、図１２を参照して説明する。

図１１は中心投影を説明するためものであり、図１２は正射投影を説明するためのものである。

図１１の（ａ）は中心投影における視線と撮影対象の様子を示し、図１１の（ｂ）は中心投影により得られる画像を示す。中心投影では、中心付近の画像は真上から見たようになり、中心付近以外の画像は斜めから見たようになる。

図１２の（ａ）は正射投影における視線と撮影対象の様子を示し、図１２の（ｂ）は正射投影により得られる画像を示す。正射投影では、画像は真上から見たようになる。

通常の撮影による画像は図１１に示されているような中心投影の画像となる。オルソ画像は中心投影の画像を所定の面に対して正射投影する正規化処理により生成される画像である。

撮影位置決定装置１０の各部の説明に戻る。

オクルージョン領域抽出部１６は、オルソ画像生成部１５で生成されたオルソ画像中のオクルージョン領域を抽出する。

撮影位置決定部１７は、撮影対象条件設定部１２で設定された撮影対象条件と、オクルージョン領域抽出部１６で抽出されたオクルージョン領域にもとづいて複数の撮影位置候補の中から最適な撮影位置を決定し、最適な撮影位置の情報を出力する。

次に、本実施の形態の動作について説明する。

本実施の形態の動作について、図２を参照して説明する。

図２は本実施の形態の撮影位置決定装置における処理動作を示す。

まず、ユーザにより撮影位置条件設定部１１に撮影位置条件が設定される（撮影位置条件設定Ａ１）。例えば、図３（ａ）に示されているようなユーザ画面において、撮影位置の範囲、撮影位置候補の間隔が設定される。具体的には、撮影位置が実空間座標系の三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で表わされ、撮影位置の範囲が「Ｘ＝３０，０００〜３０，１５０ｍ、Ｙ＝−５５，６００〜−５５，５００ｍ、Ｚ＝１，０００〜１，０２０ｍ」と設定される。また、撮影位置の間隔（ｄＸ，ｄＹ，ｄＺ）が「ｄＸ＝５０ｍ、ｄＹ＝５０ｍ、ｄＺ＝１０ｍ」と設定される。また、ユーザにより撮影対象条件設定部１２に撮影対象条件が設定される（撮影対象条件設定Ａ２）。例えば、図３（ｂ）に示されているようなユーザ画面において、撮影対象の地形の範囲が設定される。

次に、撮影位置候補算出部１３は、撮影位置条件設定部１１で設定された撮影位置条件にもとづいて複数の撮影位置候補を算出する（撮影位置候補算出Ａ３）。例えば、撮影位置の範囲において撮影位置候補の間隔でメッシュ状に点を発生させ、発生させた各点の位置を撮影位置候補とするように算出する。具体的には、図４に示されているように、Ｘ軸方向に５０ｍ間隔で４点、Ｙ軸方向に５０ｍ間隔で３点、Ｚ軸方向に１０ｍ間隔で３点の計３６点をメッシュ状に発生させて各点を撮影位置候補とする。例えば、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（３０，０５０，−５５，５５０，１０１０）が撮影位置候補の一つとなる。

次に、カメラ画像生成部１４は、撮影位置候補算出部１３で算出された撮影位置候補と既存の三次元データにもとづいて各撮影位置候補から三次元データを撮影したときに得られるカメラ画像を生成する（カメラ画像生成Ａ４）。撮影をエリアセンサで行う場合、具体的には、次の式１に示す中心投影の関係式を用いて三次元データからカメラ画像を生成することができる。

式１において、撮影位置を三次元座標の原点、カメラ光軸方向を三次元座標のｚ軸、カメラ画像面をｚ軸に垂直なｚ＝ｄとなる平面、カメラ画像面の横方向を三次元座標のｘ軸、カメラ画像面の縦方向を三次元座標のｙ軸とする。三次元データの点の三次元座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、三次元データの点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を中心投影によりカメラ画像面に投影した三次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とする。つまり、三次元データからのカメラ画像の生成は、三次元データの各点を中心投影によりカメラ画像面に投影して行う。その際、三次元データの複数の点がカメラ画像面の同じ場所に投影される場合、撮影位置から距離の一番近い点を採用するものとする。

次に、オルソ画像生成部１５は、カメラ画像生成部１４で三次元データから生成されたカメラ画像を正射変換してオルソ画像を生成する（オルソ画像生成Ａ５）。まず、三次元データの各点が中心投影により投影されたカメラ画像の各画素と三次元データの各点とを対応付ける。その際、三次元データの複数の点がカメラ画像の同じ画素に対応付けられる場合、撮影位置から距離の一番近い点を採用する。なお、このカメラ画像と三次元データとの対応付けはカメラ画像生成部１４でのカメラ画像生成時に行っても良い。次に、カメラ画像と三次元データとの対応関係を用いてカメラ画像を正射変換してオルソ画像を生成する。なお、このカメラ画像と三次元データとの対応関係を用いるオルソ画像の生成方法はカメラ画像の各画素をその画素に対応する三次元データの点と撮影位置との位置関係を利用する公知の方法と同様なものであればよい。

次に、オクルージョン領域抽出部１６は、オルソ画像生成部１５で生成されたオルソ画像におけるオクルージョン領域を抽出する（オクルージョン領域抽出Ａ６）。具体的には、オルソ画像において情報が無い領域をオクルージョン領域として抽出する。航空写真において建物など前景物により隠蔽されている領域がオルソ画像において情報の無い領域として現れるので、オルソ画像において情報の無い領域をオクルージョン領域として認識することができる。

ここで、オクルージョン領域の認識について、図５を参照して説明する。図５において、撮影範囲の中心付近より外れた場所に位置している建物がカメラ画像において傾いて写っている。そのカメラ画像を正射投影して生成されたオルソ画像においてカメラ画像で傾いて写っていた建物が真位置に補正されるが、カメラ画像でその建物により隠蔽されていた領域の情報が無い。この情報の無い領域をオクルージョン領域と認識する。

次に、カメラ画像生成（Ａ４）からオクルージョン領域抽出（Ａ６）までの処理を全ての撮影位置候補について行った後、撮影位置決定部１７は、オクルージョン領域が最小となる最適な撮影位置を決定する。

なお、カメラ画像生成（Ａ４）からオクルージョン領域抽出（Ａ６）までの処理について、各撮影位置候補毎に全てのステップの処理を行ってもよいし、各ステップ毎に全ての撮影位置候補について処理を行ってもよい。後者の場合、各ステップ毎の全ての撮影位置候補についての処理を並列で行ってもよい。また、これらの組み合わせでもよい。

撮影位置決定部１７は、撮影対象条件設定部１２で設定された撮影対象条件と、オクルージョン領域抽出部１６で抽出されたオクルージョン領域にもとづいて、最適な撮影位置を決定し、最適な撮影位置の情報を出力する（撮影位置決定Ａ７）。その際、複数の撮影位置候補のうちオクルージョン領域の最も小さいオルソ画像に対応する撮影位置候補を最適な撮影位置とする。具体的には、撮影対象となる地形の範囲内においてオルソ画像におけるオクルージョン部分の面積の合計をオクルージョン領域として算出し、オクルージョン領域の最も小さいオルソ画像に対応する撮影位置候補を最適な撮影位置として決定する。その際、オクルージョンの面積は三次元座標の単位で計算し、例えば、三次元座標の単位としてメートルが使用されている場合はメートル単位で計算する。なお、ステップＡ６までに各オルソ画像の画素スケールが統一されている場合には面積は画素単位で計算してもよいし、撮影位置決定部１７において各オルソ画像の画素スケールを統一してもよい。

ここで、撮影位置決定部１７でのオクルージョン面積計算の対象となるオクルージョン領域について、図６を参照して説明する。図６において、オルソ画像に建物のオクルージョン領域（オクルージョン１とオクルージョン２）が現れている。撮影対象となる地形の範囲内に存在するオクルージョン２の領域をオクルージョン面積計算の対象とし、撮影対象となる地形の範囲外に存在するオクルージョン１の領域はオクルージョン面積計算の対象としない。

また、撮影位置決定部１７での最適な撮影位置の決定について、図７、図８、図９を参照して説明する。図７は撮影位置候補と三次元データの例を示し、図７の１ａ〜９ａは撮影位置候補を示す。図８は図７の撮影位置候補と三次元データにもとづいて生成されるカメラ画像の例である。図８の１ｂ〜９ｂは図７の撮影位置候補１ａ〜９ａに対応するカメラ画像である。図９は図７の撮影位置候補と三次元データにもとづいて生成されるオルソ画像の例である。図９の１ｃ〜９ｃは図７の撮影位置候補１ａ〜９ａおよび図８のカメラ画像１ｂ〜９ｂに対応するオルソ画像である。図９の斜線部分はオクルージョン領域を示す。図７、図８、図９について、撮影位置決定部１７はオルソ画像１ｃ〜９ｃのオクルージョン領域を比較し、オクルージョン領域が最も小さいオルソ画像５ｃに対応する撮影位置候補５ａを最適な撮影位置として決定する。

上記では、撮影位置の決定および情報の出力に関して、オクルージョン領域の最小となる撮影位置を最適な撮影位置として決定し、それの情報を出力しているが、撮影位置の決定は行わず、オルソ画像の各々に対応する撮影位置および面積の情報を出力してもよい。

以上のように、航空写真撮影の際、写真に占めるオクルージョン部分の面積をより小さくするように撮影位置を設定することが可能となる。

なお、本実施の形態において、ユーザーにより設定された撮影位置条件から撮影位置候補を算出しているが、撮影対象の撮影された航空写真が複数存在する場合には、それら航空写真が撮影された撮影位置を撮影位置候補とすることが可能である。この場合、複数の撮影位置候補の中から決定される最適な撮影位置から撮影された航空写真が撮影対象の撮影された航空写真のうちオクルージョン領域の最も小さいものとなるようにすることが可能である。つまり、撮影対象の撮影された複数の航空写真の中からオクルージョン領域の最も小さいものを選択することも可能となる。

次に、本発明の第２の実施の形態について、図面を参照して説明する。

まず、本実施の形態の構成について、図１０を参照して説明する。

図１０は本実施の形態における撮影位置決定装置の構成を示す。撮影位置決定装置２０は、カメラ画像生成部２１、オルソ画像生成部２２、オクルージョン領域抽出部２３、撮影位置情報出力部２４を備える。

カメラ画像生成部２１は、複数の撮影位置の各々より撮影対象の三次元データを撮影して得られるカメラ画像を生成する。オルソ画像生成部２２は、カメラ画像の各々を正射変換して撮影対象のオルソ画像を生成する。オクルージョン領域抽出部２３は、オルソ画像の各々においてオクルージョン領域を抽出する。撮影位置情報出力部２４は、オクルージョン領域の各々の面積を算出し、オルソ画像の各々に対応する撮影位置および面積の情報を出力する。

次に、本実施の形態の動作について説明する。

まず、ユーザによりカメラ画像生成部２１に複数の撮影位置候補、撮影対象の範囲および撮影対象の三次元データが設定される。次に、カメラ画像生成部２１は複数の撮影位置候補の各々より撮影対象の三次元データを撮影して得られるカメラ画像を生成する。オルソ画像生成部２２はカメラ画像の各々を正射変換して撮影対象のオルソ画像を生成する。オクルージョン領域抽出部２３はオルソ画像の各々においてオクルージョン領域を抽出する。撮影位置情報出力部２４はオクルージョン領域の各々の面積を算出し、オルソ画像の各々に対応する撮影位置および面積の情報を出力する。

以上のように、航空写真撮影の際、写真に占めるオクルージョン部分の面積をより小さくするように撮影位置を設定することが可能となる。

本発明は、撮影位置決定装置、プログラム、および方法に利用可能である。

１０、２０ 撮影位置決定装置
１１ 撮影位置条件設定部
１２ 撮影対象条件設定部
１３ 撮影位置候補算出部
１４、２１ カメラ画像生成部
１５、２２ オルソ画像生成部
１６、２３ オクルージョン領域抽出部
１７ 撮影位置決定部
２４ 撮影位置情報出力部
Ａ１ 撮影位置条件設定
Ａ２ 撮影対象条件設定
Ａ３ 撮影位置候補算出
Ａ４ カメラ画像生成
Ａ５ オルソ画像生成
Ａ６ オクルージョン領域抽出
Ａ７ 撮影位置決定

Claims (9)

1. 複数の撮影位置の各々より所定の撮影対象を撮影したときに得られるカメラ画像を前記撮影対象の三次元データを用いて生成するカメラ画像生成手段と、
   前記カメラ画像の各々を正射変換して前記所定の撮影対象のオルソ画像を生成するオルソ画像生成手段と、
   前記オルソ画像の各々においてオクルージョン領域を抽出するオクルージョン領域抽出手段と、
   前記オクルージョン領域の各々の面積を算出し、前記オルソ画像の各々に対応する撮影位置および面積の情報を出力する撮影位置情報出力手段と
   を備えることを特徴とする撮影位置決定装置。
2. 前記オクルージョン領域の各々の面積の全ての内、所定の条件を満たすもののオルソ画像に対応する撮影位置、あるいは当該撮影位置および当該撮影位置に対応する面積の情報を出力する撮影位置決定手段
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の撮影位置決定装置。
3. 所定の撮影位置条件から前記複数の撮影位置を算出する撮影位置候補算出手段
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の撮影位置決定装置。
4. 撮影位置決定装置を構成するコンピュータに、
   複数の撮影位置の各々より所定の撮影対象を撮影したときに得られるカメラ画像を前記撮影対象の三次元データを用いて生成するカメラ画像生成手順と、
   前記カメラ画像の各々を正射変換して前記所定の撮影対象のオルソ画像を生成するオルソ画像生成手順と、
   前記オルソ画像の各々においてオクルージョン領域を抽出するオクルージョン領域抽出手順と、
   前記オクルージョン領域の各々の面積を算出し、前記オルソ画像の各々に対応する撮影位置および面積の情報を出力する撮影位置情報出力手順と
   を実行させることを特徴とする撮影位置決定プログラム。
5. 前記オクルージョン領域の各々の面積の全ての内、所定の条件を満たすもののオルソ画像に対応する撮影位置、あるいは当該撮影位置および当該撮影位置に対応する面積の情報を出力する撮影位置決定手順
   をさらに実行させることを特徴とする請求項４に記載の撮影位置決定プログラム。
6. 所定の撮影位置条件から前記複数の撮影位置を算出する撮影位置候補算出手順
   をさらに実行させることを特徴とする請求項４または５に記載の撮影位置決定プログラム。
7. 複数の撮影位置の各々より所定の撮影対象を撮影したときに得られるカメラ画像を前記撮影対象の三次元データを用いて生成するカメラ画像生成工程と、
   前記カメラ画像の各々を正射変換して前記所定の撮影対象のオルソ画像を生成するオルソ画像生成工程と、
   前記オルソ画像の各々においてオクルージョン領域を抽出するオクルージョン領域抽出工程と、
   前記オクルージョン領域の各々の面積を算出し、前記オルソ画像の各々に対応する撮影位置および面積の情報を出力する撮影位置情報出力工程と
   を備えることを特徴とする撮影位置決定方法。
8. 前記オクルージョン領域の各々の面積の全ての内、所定の条件を満たすもののオルソ画像に対応する撮影位置、あるいは当該撮影位置および当該撮影位置に対応する面積の情報を出力する撮影位置決定工程
   をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の撮影位置決定方法。
9. 所定の撮影位置条件から前記複数の撮影位置を算出する撮影位置候補算出工程
   をさらに備えることを特徴とする請求項７または８に記載の撮影位置決定方法。