JPH11325895A - パノラマカメラを用いたステレオ3次元計測方法および装置 - Google Patents

パノラマカメラを用いたステレオ3次元計測方法および装置

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JPH11325895A
JPH11325895A JP10152243A JP15224398A JPH11325895A JP H11325895 A JPH11325895 A JP H11325895A JP 10152243 A JP10152243 A JP 10152243A JP 15224398 A JP15224398 A JP 15224398A JP H11325895 A JPH11325895 A JP H11325895A
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JP
Japan
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dimensional
stereo
panoramic
image
panoramic camera
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JP10152243A
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English (en)
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Kohei Shimamoto
孝平 嶋本
Kensuke Miyata
憲介 宮田
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Asia Air Survey Co Ltd
Original Assignee
Asia Air Survey Co Ltd
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Publication date
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  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Image Analysis (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 パノラマカメラにて高さの異なる位置か
らパノラマ撮影することにより、上下のステレオ画像を
取得し、該上下のステレオ画像から1次元でのステレオ
マッチングにより3次元データを得る。 【効果】 1次元でのステレオマッチングにより3次元
計測が可能となるので、より高精度に且つ容易に安価に
3次元データを得ることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ステレオ3次元計
測方法および装置に関するものであり、特に、パノラマ
カメラを用いたステレオ3次元計測方法および装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の写真測量手法は、中心投影ステレ
オ画像を用いて計測するものである。また、動体からの
撮像(飛行機、人工衛星)については、航空機MSS、
ストリークカメラ、スポットHRV画像等があり、スポ
ットについては、3次元計測可能な解析系が既に利用さ
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の写真測量手法
は、中心投影カメラを用いているので、放射状の歪みが
どうしても含まれているので、2次元探索を行わない限
り、正確な3次元データを得ることはできなかった。し
たがって、3次元データを得るための画像処理や演算処
理が複雑となっており、簡単ではなく、コストもそれだ
け掛かっていた。
【0004】また、その他の従来の3次元計測方式も、
複雑で簡単且つ容易で安価に高精度な3次元計測を行え
るものではなかった。
【0005】本発明の目的は、前述したような従来技術
の問題点を解消しうるようなステレオ3次元計測方法お
よび装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの観点によ
れば、ステレオ3次元計測装置は、パノラマカメラにて
高さの異なる位置からパノラマ撮影することにより、上
下のステレオ画像を取得し、該上下のステレオ画像から
1次元でのステレオマッチングにより3次元データを得
ることを特徴とする。
【0007】本発明の一つの実施の形態によれば、前記
ステレオマッチングは、前記上下のステレオ画像から濃
度変化を追尾し対応点を検出することによって行われ
る。
【0008】本発明の別の観点によれば、ステレオ3次
元計測装置は、高さの異なる位置からパノラマ撮影を行
えるように配置したパノラマカメラと、該パノラマカメ
ラによるパノラマ撮影によって得られた上下のステレオ
画像から1次元でのステレオマッチングにより3次元デ
ータを得るための3次元データ取得手段とを備えること
を特徴とする。
【0009】本発明の一つの実施の形態によれば、前記
パノラマカメラは、高さの異なる位置へと移動しうるも
のとされている。
【0010】本発明の別の実施の形態によれば、前記パ
ノラマカメラは、高さの異なる位置に配置されうる1対
のパノラマカメラからなる。
【0011】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記3次元データ取得手段は、前記上下のステレオ画像
から濃度変化を追尾し対応点を検出して前記1次元のス
テレオマッチングを行うためのステレオマッチング手段
を含む。
【0012】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記パノラマカメラは、電子的パノラマカメラである。
【0013】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記パノラマカメラは、光学的パノラマカメラである。
【0014】
【発明の実施の形態】次に、添付図面に基づいて、本発
明の実施の形態について、本発明をより詳細に説明す
る。
【0015】添付図面の図1は、本発明によるステレオ
3次元計測方法を実施するためのパノラマカメラによる
パノラマ撮影の概要を示すための模式図であり、図2
は、そのパノラマカメラの概略構成例を示す模式図であ
る。本発明のステレオ3次元計測方法の一実施例によれ
ば、図1に略示されるように、先ず、支持ポール10に
そって上下に移動しうる構成とされたパノラマカメラ2
0を位置1に固定させて、高い位置からパノラマ撮影を
行い、対象点Pi を含む上側画像を得る。次に、支持ポ
ール10にそってパノラマカメラ20を位置2へと移動
させて固定させて、低い位置からパノラマ撮影を行い、
対象点Pi を含む下側画像を得る。パノラマカメラ20
は、このように1台でもって、位置1と位置2との間で
移動しうるようなものとしてもよいが、本発明は、これ
に限らず、位置1と位置2とにそれぞれ固定された1対
のパノラマカメラを用いるようにしてもよい。
【0016】ここで、図2を参照して、パノラマカメラ
20の原理について説明する。図2に略示されるよう
に、このパノラマカメラ20は、回転軸21を中心にし
て同期して回転させられるスリット22およびレンズ2
3と、回転軸21と同中心に配設された投影面24とを
主として備える。電子的パノラマカメラの場合には、投
影面24に、CCDアレイが配置されており、光学的パ
ノラマカメラの場合には、投影面24には、光学写真フ
ィルムが配置される。
【0017】レンズ23とスリット22が回転軸21を
中心に回転することにより、それぞれの方向の対象物が
投影面24に投影されていき、投影面24に配置された
CCDアレイまたは光学写真フィルム上にパノラマ投影
画像が形成される。したがって、それぞれの方向で投影
された画像は、異なる投影中心25を持つことになる。
図3は、この投影面24と、得られたパノラマ画像との
関係を模式的に示している。
【0018】図4は、本発明による座標計測概念図であ
り、以下、図4を参照して、本発明による座標計測の原
理について説明する。図4の座標計測概念図において、
例えば、上画像は、図1において位置1に固定されたパ
ノラマカメラ20にてパノラマ撮影した画像に相当し、
下画像は、図1において位置2に固定されたパノラマカ
メラ20にてパノラマ撮影した画像に相当する。図4に
おいて、上下画像は、XY平面に平行であり、左端のラ
インは、XZ平面上、Z=cの直線と一致する。また、
上画像の投影中心のモデル座標(但し、Z1i=0)は、
1i(X1i,Y1i,Z1i)で表され、下画像の投影中心
のモデル座標(但し、Z2i=0)は、O2i(X2i
2i,Z2i)で表され、対象Pi の上画像の投影点の写
真座標は、P1i(ξ1i,η1i)で表され、対象Pi の下
画像の投影点の写真座標は、P2i(ξ2i,η2i)で表さ
れ、対象Pi のモデル座標は、Pi (Xi ,Yi
i )で表される。また、P1i、P2iのモデル座標は、
次のように表される。 P1im (X1i+η1i,Y1i,c) P2im (X2i+η2i,Y2i,c) (但し、Y1i=Y2i
【0019】ここで、O1i、O2i、P1i、P2i、P
i は、すべてY=Y1i=Y2iの平面上に存在するから、
i =Y1iである。したがって、Y=Y1i上において直
線O1i−P1i、直線O2i−P2iの交点からPi は、次の
ようになる。 Pi :Xi =(η1i2i−η2i1i)/(η1i−η2i) Yi =Y1i=Y2ii =c(X2i−X1i)/(η1i−η2i
【0020】対象点Pi のモデル座標は、前述したよう
な写真座標系における上画像および下画像の対応点の座
標に基づいて算出されうるが、その対応点を検出するた
めに、上画像および下画像のステレオマッチングを行う
必要がある。以下、本発明におけるステレオマッチング
の実施例について、特に、図5から図7を参照して説明
する。
【0021】図5は、パノラマ展開画像の模式図であ
る。前述したように、本発明においてパノラマ撮影によ
って得られる上側画像および下側画像は、図5における
横方向に関して平行投影となっている。したがって、上
側画像と下側画像において、縦方向にのびる同一ライン
上の画像は、同じ対象を撮像している画像である。すな
わち、上側画像における部分画像30Aと、下側画像に
おける部分画像30Bは、同じ対象を撮像した画像であ
る。したがって、本発明において上下のステレオ画像か
ら3次元データを得るためには、これらの部分画像30
A、30Bの間で対応点を検出すればよいことがわか
る。すなわち、2次元探索の必要はなく、1次元探索を
行えばよいのである。
【0022】次に、図6を参照して、このような1次元
でのステレオマッチングの実施例について説明する。図
6は、ライン画像部分30Aおよび30Bの如き、上下
に延びる対応する上下のライン画像部分にそう濃度変化
を追尾することによって、ステレオマッチングを行う方
法を説明する図である。図6の左側のグラフは、下側画
像のライン画像部分にそう濃度変化を例示しており、図
6の右側のグラフは、上側画像の対応するライン画像部
分にそう濃度変化を例示している。このような下側画像
濃度プロフィールと上側画像濃度プロフィールとの比較
から、例えば、○印を付した点が互いに対応する点、す
なわち、同じ対象点を表す画像点であり、×印を付した
点が互いに対応する点、すなわち、同じ対象点を表す画
像点であることを検出することができる。
【0023】このような上画像と下画像における対応点
を探索する具体的な手法は、種々考えられるが、次に、
図7を参照して、そのうちの2つの例について簡単に説
明しておく。先ず、SSDA法による方法について説明
するに、下画像において探索窓(1×nピクセル)を動
かし、
【数1】 上式Rを最小とするB点を検出する。このB点を上画像
A点の下画像における対応点とする。
【0024】次に、相互相関係数による方法について説
明するに、下画像において探索窓(1×nピクセル)を
動かし、
【数2】 上式Cを最大とするB点を検出する。このB点を上画像
A点の下画像における対応点とする。
【0025】このような1次元でのステレオマッチング
によって、上下の対応するライン画像部分の間毎に各対
応点を検出していき、各対応点の座標に基づいて、各対
象点の3次元座標を前述の計算式により求めていくこと
により、パノラマ撮影した対象全体の3次元データを得
ることができる。
【0026】このような本発明のステレオ3次元計測方
法を実施するための装置を構成するのに必要な機器構成
としては、例えば、次のようなものがある。先ず、ステ
レオ画像データ取得装置として、CCDアレイ(204
8から4096)×2ユニット、光学系装置(レンズ、
集光部)×2ユニット、制御系装置(フィルムドライ
ブ、マウント回転)×2ユニット、データ転送装置(イ
ンターフェイスおよびドライブソフト)×2ユニット、
解析装置(ノートブックパソコン)×1ユニット、表示
装置(コンター、鳥瞰図等)×1ユニット等がある。次
に、ソフト構成として、カメラ制御系ソフト(起動、回
転速度、露光調整、データ転送、主点移動等)、データ
転送ソフト(画像データ転送、画像圧縮)、3D解析ソ
フト(標定パラメータファイル管理、1次元探索ソフ
ト、3D計測ソフト、計測用データ管理)等がある。
【0027】
【発明の効果】中心投影カメラのような放射状の歪みが
無いため、2次元探索を行わなくとも1次元でのステレ
オマッチングにより3次元計測が可能となるので、より
高精度に且つ容易に安価に3次元データを得ることが可
能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるステレオ3次元計測方法を実施す
るためのパノラマカメラによるパノラマ撮影の概要を示
すための模式図である。
【図2】本発明において使用するパノラマカメラの概略
構成例を示す模式図である。
【図3】図2のパノラマカメラの投影面と、得られたパ
ノラマ画像との関係を模式的に示す図である。
【図4】本発明による座標計測概念図である。
【図5】パノラマ展開画像の模式図である。
【図6】本発明における1次元でのステレオマッチング
を行う方法を説明する図である。
【図7】上画像と下画像とにおける対応点を探索する方
法を説明するための図である。
【符号の説明】
10 支柱ポール 20 パノラマカメラ 21 回転軸 22 スリット 23 レンズ 24 投影面 25 投影中心 30A 上側ライン画像部分 30B 下側ライン画像部分
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G06T 15/00 G06F 15/72 450A

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パノラマカメラにて高さの異なる位置か
    らパノラマ撮影することにより、上下のステレオ画像を
    取得し、該上下のステレオ画像から1次元でのステレオ
    マッチングにより3次元データを得ることを特徴とする
    ステレオ3次元計測方法。
  2. 【請求項2】 前記ステレオマッチングは、前記上下の
    ステレオ画像から濃度変化を追尾し対応点を検出するこ
    とによって行われる請求項1記載のステレオ3次元計測
    方法。
  3. 【請求項3】 高さの異なる位置からパノラマ撮影を行
    えるように配置したパノラマカメラと、該パノラマカメ
    ラによるパノラマ撮影によって得られた上下のステレオ
    画像から1次元でのステレオマッチングにより3次元デ
    ータを得るための3次元データ取得手段とを備えること
    を特徴とするステレオ3次元計測装置。
  4. 【請求項4】 前記パノラマカメラは、高さの異なる位
    置へと移動しうるものとされている請求項3記載のステ
    レオ3次元計測装置。
  5. 【請求項5】 前記パノラマカメラは、高さの異なる位
    置に配置されうる1対のパノラマカメラからなる請求項
    3記載のステレオ3次元計測装置。
  6. 【請求項6】 前記3次元データ取得手段は、前記上下
    のステレオ画像から濃度変化を追尾し対応点を検出して
    前記1次元のステレオマッチングを行うためのステレオ
    マッチング手段を含む請求項3または4または5記載の
    ステレオ3次元計測装置。
  7. 【請求項7】 前記パノラマカメラは、電子的パノラマ
    カメラである請求項3または4または5または6記載の
    ステレオ3次元計測装置。
  8. 【請求項8】 前記パノラマカメラは、光学的パノラマ
    カメラである請求項3または4または5または6記載の
    ステレオ3次元計測装置。
JP10152243A 1998-05-15 1998-05-15 パノラマカメラを用いたステレオ3次元計測方法および装置 Pending JPH11325895A (ja)

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