３次元物体測量装置および測量写真解析装置
【課題】 複数のカメラを備えた３次元物体測量装置において測量精度を向上させる。
【解決手段】 ３次元物体測量装置１０は、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌ、温度センサ３４Ｒ、３４Ｌ、３４Ｈ、チルトセンサ３５、ＣＰＵ２１、およびＲＯＭ２３を有す。測量点を撮像するとき、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌは画像信号を生成する。温度センサ３４Ｒ、３４Ｌ、３４Ｈは温度信号を生成する。チルトセンサ３５は傾斜角信号を生成する。ＲＯＭ２３に外部定位要素および内部定位要素の温度変化特性および傾斜角変化特性を記憶させる。ＣＰＵ２１は、画像信号、温度信号、傾斜角信号に基づいて内部定位要素および外部定位要素の補正を行なう。
【解決手段】 ３次元物体測量装置１０は、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌ、温度センサ３４Ｒ、３４Ｌ、３４Ｈ、チルトセンサ３５、ＣＰＵ２１、およびＲＯＭ２３を有す。測量点を撮像するとき、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌは画像信号を生成する。温度センサ３４Ｒ、３４Ｌ、３４Ｈは温度信号を生成する。チルトセンサ３５は傾斜角信号を生成する。ＲＯＭ２３に外部定位要素および内部定位要素の温度変化特性および傾斜角変化特性を記憶させる。ＣＰＵ２１は、画像信号、温度信号、傾斜角信号に基づいて内部定位要素および外部定位要素の補正を行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の測量用カメラによって構成される３次元物体測量装置の座標変換用の係数の補正機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の測量において、測量しようとする点（測点）を含む周囲の風景を異なる視点から撮影し、撮影した視点の位置および傾きを用いて、測点の位置を三角測量の原理により求める方法が知られている。複数のカメラを所定の位置に固定したステレオカメラを用いて、このような測量が行われている。
【０００３】
ところで、このようなステレオカメラは同一の測点を撮影するカメラの視差を利用して測量を行うため、撮影された画像において視差以外の要因によるズレがないことが望ましい。しかし撮影時にはカメラを固定するときに規定した固定位置から、外乱によりカメラの位置、および傾きにズレが生じる。
【０００４】
なお、外乱とは、例えば日光などの影響による温度変化などが考えられる。ステレオカメラは距離を離した複数のカメラの撮影画像より距離を計算するため、太陽の位置や周辺物の陰になることによってカメラ毎の温度変化量に差が発生することがある。
【０００５】
カメラ毎の温度変化量の差によって測量誤差に影響が与えられる。また、測定対象物の位置によってカメラの向きを変えた場合、カメラに係る重力方向が変わることによりカメラの傾きが変わってしまうために測量誤差を生じることがある。
【０００６】
そのため、あらかじめ位置が既知である調整用パターンを用いて、三角測量に用いるカメラのずれた後の位置と傾きを算出し、測点の画像からこれらのズレを幾何学的に補正することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
しかし、測量現場における撮影中に更なるズレが発生することがあった。このズレが生じたときに調整用パターンを用いて、補正することは可能である。しかし、測量を行う現場で調整用パターンの位置の測定により、使用者に余計な手間をかけてしまった。このような手間は不便であり、また撮影時間が長くなってしまう問題があった。
【特許文献１】特開平１０−３０７３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明では簡易的な方法により、ズレを補正することが可能な３次元物体測量装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の３次元物体測量装置は、第１、第２のカメラと、第１、第２のカメラを支持する支持体と、第１、第２のカメラまたは支持体の少なくとも一つに設けられ周囲の温度を検出する温度センサと、第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から測量対象点の３次元座標を求めるための変換係数の温度変化特性を記憶する記憶手段と、温度センサが検出する温度と温度変化特性とに基づいて変換係数を補正する補正手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
なお、温度変化特性が記憶される変換係数は、第１、第２のカメラの焦点距離、第１、第２のカメラに設けられる撮像手段の中心の光軸からのズレ、支持体が第１、第２のカメラを支持する所定の姿勢の少なくとも一つであることが好ましい。さらには、所定の姿勢は、第１、第２のカメラの間の距離、第１のカメラの光軸方向の単位ベクトルと第２のカメラの光軸方向の単位ベクトルとの合成ベクトルに平行で第１のカメラと第２のカメラとを結ぶ直線に平行な平面における第１、第２のカメラの光軸の向きの少なくとも一方であることが好ましい。
【００１１】
また、温度変化特性は単位温度あたりの変換係数の変化量であることが好ましい。
【００１２】
本発明の第２の３次元物体測量装置は、第１、第２のカメラと、第１、第２のカメラを支持する支持体と、支持体に設けられ第１、第２のカメラの光軸の単位ベクトルの合成ベクトルの水平面に対する傾斜角を検出する傾斜角検出センサと、第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から測量対象点の３次元座標を求めるための変換係数の傾斜角の変化に対する傾斜角変化特性を記憶する記憶手段と、傾斜角センサが検出する傾斜角と傾斜角変化特性とに基づいて変換係数を補正する補正手段とを備えることを特徴としている。
【００１３】
なお、補正手段に補正される変換係数は、合成ベクトルに平行で第１、第２のカメラを結ぶ直線に平行な平面における第１、第２のカメラの光軸の向きであることが好ましい。
【００１４】
また、傾斜角変化特性は、支持体のバネ定数と第１、第２のカメラの重量であることが好ましい。または、傾斜角変化特性は傾斜角に対する変換係数の対応値であることが好ましい。
【００１５】
本発明の第１の測量写真解析装置は、第１、第２のカメラと第１、第２のカメラを支持する支持体と第１、第２のカメラまたは支持体の少なくとも一つに設けられ周囲の温度を検出する温度センサとを有するステレオカメラから温度センサが検出する周囲温度を取得する取得手段と、周囲温度と第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から測量対象点の３次元座標に変換するための変換係数の温度変化特性とを記憶する記憶手段と、周囲温度と温度変化特性とに基づいて変換係数を補正する補正手段とを備えることを特徴としている。
【００１６】
本発明の第２の測量写真解析装置は、第１、第２のカメラと第１、第２のカメラを支持する支持体と支持体の水平面に対する傾斜角を検出する傾斜角検出センサとを有するステレオカメラから傾斜角検出センサが検出する傾斜角を取得する取得手段と、傾斜角と第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から測量対象点の３次元座標に変換するための変換係数の前記傾斜角の変化に対する変化量を算出するための補正係数とを記憶する記憶手段と、傾斜角と補正係数とに基づいて変換係数を補正する補正手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、測点の撮影時の温度や姿勢に応じて自動的に外部定位要素または内部定位要素の補正を行うので、撮影作業時に手間をかけることなく測量精度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である３次元物体測量装置を構成する画像撮影装置を示す斜視図である。
【００１９】
画像撮影装置３０は、基線桿３１、右スチルカメラ３２Ｒ、左スチルカメラ３２Ｌ、および基線桿支持機構３３によって構成される。基線桿３１の両端に右スチルカメラ３２Ｒと左スチルカメラ３２Ｌとが所定の間隔をもって取付けられる。スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌは写真測量用のデジタルカメラが用いられる。なお、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌはフィルムカメラであってもよい。
【００２０】
スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの光軸ＯＡＲ、ＯＡＬは互いに平行かつ基線桿３１に垂直となるように固定され、同一の領域を同時に異なる視点から撮像することが可能である。ただし、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの光軸ＯＡＲ、ＯＡＬを完全に平行に固定することは困難であり、実質的には略平行に配置される。
【００２１】
スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌは各々正確に位置決めされており、両者の位置関係は、あらかじめ高い精度で測定される。また、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの内部定位要素などもあらかじめ正確に検定される。
【００２２】
基線桿３１は、基線桿支持機構３３によって支持される。基線桿支持機構３３は、基線桿支持部３３Ｈと、可動部３３Ｍによって構成される。基線桿支持部３３Ｈに基線桿３１は固定される。基線桿支持部３３Ｈは可動部３３Ｍによって、基線桿３１に平行な第１の直線Ｌ１、および基線桿３１とスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの光軸ＯＡＲ、ＯＡＬに垂直な第２の直線Ｌ２を軸に基線桿支持部３３Ｈを回動自在に支持される。
【００２３】
なお、以後の説明において特に断らない限り、左スチルカメラ３２Ｌから右スチルカメラ３２Ｒに向かう基線桿３１に平行な方向をｘ軸、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの光軸方向の単位ベクトルの合成ベクトルとｘ軸に垂直上向きの方向をｙ軸、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの光軸方向の単位ベクトルの合成ベクトルに平行でスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの前方向をｚ軸とする。また、ｚ軸の正の方向を基準方向とする。なお、基線桿支持部３３Ｈにおける任意の１点であってスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの中心を原点とする。
【００２４】
スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌには、温度センサ３４Ｒ、３４Ｌが設けられる。また、基線桿支持部３３Ｈにも、温度センサ３４Ｈが設けられる。それぞれの温度センサ３４Ｒ、３４Ｌ、３４Ｈによって、撮影時のスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌ、基線桿３１の温度が検出される。
【００２５】
また、基線桿支持部３３Ｈには、チルトセンサ３５が設けられる。チルトセンサ３５によって、水平面ＨＰに対するｚ軸周りの傾斜角Ａおよび水平面ＨＰに対するｘ軸周りの傾斜角Ｂが検出される（図２、図３参照）。
【００２６】
図４は本発明の一実施形態を適用した３次元物体測量装置の電気的な構成を示すブロック図である。３次元物体測量装置１０は画像撮影装置３０と測量写真解析装置２０により構成される。画像撮影装置３０と測量写真解析装置２０は、インターフェースケーブル１１によって接続される。
【００２７】
画像撮影装置３０は、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌ、温度センサ３４Ｒ、３４Ｌ、３４Ｈ、チルトセンサ３５、およびマイクロコンピュータ３６などによって構成される。
【００２８】
スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌはマイクロコンピュータ３６に接続され、制御される。スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのレリーズ動作は、マイクロコンピュータ３６により実行される。スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのレリーズ動作により生成される画像信号は、マイクロコンピュータ３６に送られる。
【００２９】
温度センサ３４Ｒ、３４Ｌ、３４Ｈは、マイクロコンピュータ３６に接続される。それぞれスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌ、および基線桿３１の温度に相当する温度信号が、マイクロコンピュータ３６に送られる。
【００３０】
チルトセンサ３５はマイクロコンピュータ３６に接続される。チルトセンサ３５より検出される傾斜角Ａ、傾斜角Ｂに相当する傾斜角信号がマイクロコンピュータ３６に送られる。なお、画像信号を生成するときの温度信号および傾斜角信号が、マイクロコンピュータ３６によって関連付けられる。
【００３１】
さらに、マイクロコンピュータ３６には、操作スイッチ群３７および表示機３８が接続される。操作スイッチ群３７への入力により、画像撮影装置３０において撮像動作や画像撮影装置３０の設定を行うことが可能である。また、表示機３８には撮影した画像や画像撮影装置３０の各種設定の設定値などを表示可能である。
【００３２】
画像信号、温度信号、傾斜角信号は、マイクロコンピュータ３６から測量写真解析装置２０に転送可能である。一方、画像撮影装置３０の撮像動作や各種の設定を測量写真解析装置２０によって行うことが可能であり、そのための制御信号が測量写真解析装置２０から画像撮影装置３０に送られる。なお、画像撮影装置３０と測量写真解析装置２０との間の各信号の送受信は、インターフェース回路３９を介して行なわれる。
【００３３】
測量写真解析器２０は、ＣＰＵ２１、インターフェース回路２２、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４、モニタ２５、入力装置２６により構成される。ＣＰＵ２１は、インターフェース回路３９、２２を介してマイクロコンピュータ３６に接続される。
【００３４】
画像撮影装置３０から転送される画像信号は、インターフェース回路２２およびＣＰＵ２１を介してＲＡＭ２４に送られ、格納される。なお、撮影動作を実行したときの温度信号と傾斜角信号も、画像信号に関連付けられてＲＡＭ２４に格納される。
【００３５】
モニタ２５には、３次元測量を行なうための操作画面、ＲＡＭ２４に格納された画像信号に相当する画像、または画像撮影装置３０の各種の設定を行なうための画面を表示可能である。また、測量写真解析装置２０の各種操作は、マウス等のポインティングデバイスや、キーボード等により構成される入力装置２６への操作によって実行される。
【００３６】
スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの外部定位要素は、画像撮影装置３０の基準点の位置をトータルステーションで測量して、空間後方交会によりあらかじめ算出される。なお、検定された内部定位要素は、外部定位要素とともにＲＯＭ２３に記憶される。
【００３７】
なお、外部定位要素とは、画像撮影装置３０の基準点を原点としたスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの３次元座標とスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの光軸ＯＡＲ、ＯＡＬの方向である。
【００３８】
ところで、測点を撮影するときの温度は撮影場所や撮影状況等によって異なっており、外部定位要素および内部定位要素は撮影時の温度により変化することがある。このように外部定位要素および内部定位要素の中で、温度変化に対して測量の精度に大きな影響を及ぼす要素が、補正対象要素として定められる。
【００３９】
補正対象要素は、例えば、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのｘ座標ｘｒ、ｘｌ、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの焦点距離ＦＬＲ、ＦＬＬ、スチルカメラ３２Ｒ、３２ＬのＣＣＤ面ＩＳＲ、ＩＳＬの座標上のｘ軸方向の偏心量ＸｃＲ、ＸｃＬ、およびスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのｙ軸周りの光軸の傾きβＲ、βＬである。なお、スチルカメラ３２Ｒ、３２ＬのＣＣＤ面ＩＳＲ、ＩＳＬの座標上のｘ軸方向は、スチルカメラ３２Ｒ、３２ＬのＣＣＤ面ＩＳＲ、ＩＳＬに平行でｙ軸に垂直な方向である。
【００４０】
なお、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのｘ座標は、基線桿３１の長さ２Ｌが変わることによりズレが発生する（図５参照）。
【００４１】
これらの要素の１℃あたりの変化量がＲＯＭ２３に記憶される。すなわち、基線桿３１の単位変化量ΔＬ（ｍｍ／℃）、焦点距離の単位変化量ΔＦＬＲ、ΔＦＬＬ（ｍｍ／℃）、偏心量の単位変化量ΔＸｃＲ、ΔＸｃＬ（ｍｍ／℃）、および傾きの単位変化量ΔβＲ、ΔβＬ（ｒａｄ／℃）が記憶される。さらに、外部定位要素を算出するために基準点の位置を測量したときの温度Ｔｓが基準温度としてＲＯＭ２３に記憶される。
【００４２】
また、図３に示すようにｚ軸が水平面ＨＰから傾くことにより、基線桿３１にｘｚ平面における撓みＢＥｘｚが生ずる（図６参照）。撓みＢＥｘｚにより、外部定位要素の一つであるスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの光軸のｘｚ平面上の角度方向にズレが発生する。そこで、撓みＢＥｘｚによる方向のズレを補正するための所定の測定値がＲＯＭ２３に記憶される。
【００４３】
所定の測定値は、後述するように、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの重量ＷＲ、ＷＬ、基線桿３１の断面２次モーメントＩ、基準温度における基線桿３１の長さ２×Ｌ、および基線桿３１のヤング率Ｅである。
【００４４】
なお、説明を簡単にするために、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの距離｜ｘｒ｜＋｜ｘｌ｜は基線桿３１と同じ長さ２×Ｌであり、原点からスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌまでの距離｜ｘｒ｜、｜ｘｌ｜は互いに等しく、長さＬであるとする。
【００４５】
以上のような構成の３次元物体測量装置１０による測点の測量方法について以下に説明する。
【００４６】
まず、画像撮影装置３０が測点の近辺に設置される。測点がスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの撮影範囲内に入るように、画像撮影装置３０を設置する位置および姿勢が定められる。画像撮影装置３０の位置および姿勢を固定した状態で、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌにより測点が撮影される。
【００４７】
測点が撮影されると、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌから画像信号が測量写真解析装置２０に送られる。また、撮影時のスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌ、および基線桿３１の温度に相当する温度信号も測量写真解析装置２０に送られる。さらに、撮影時の基線桿３１の傾斜角Ａ、傾斜角Ｂに相当する傾斜角信号も測量写真解析装置２０に送られる。
【００４８】
撮影が終わると、測量写真解析装置２０において、測点の３次元座標を算出可能である。測点の３次元座標の算出は、外部定位要素、内部定位要素、および画像情報に基づいて行われる。
【００４９】
３次元座標の算出の前に、外部定位要素および内部定位要素の補正が行われる。要素の補正は、温度変化に対する補正と傾きに対する補正が行われる。まず、温度変化に対する補正が行われる。
【００５０】
温度変化に対する補正において、撮影時に測定したスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌおよび基線桿３１それぞれの温度ＴｒＲ、ＴｒＬ、ＴｒＨと基準温度Ｔｓとの差ΔＴＲ、ΔＴＬ、ΔＴＨが求められる。
【００５１】
ＲＯＭ２３に記憶された基線桿３１の１℃あたりの変化量ΔＬ（ｍｍ／℃）に温度変化量ΔＴＨが、焦点距離の１℃あたりの変化量ΔＦＬＲ、ΔＦＬＬ（ｍｍ／℃）、偏心量の１℃あたりの変化量ΔＸｃＲ、ΔＸｃＬ（ｍｍ／℃）、および傾きの１℃あたりの変化量ΔβＲ、ΔβＬ（ｒａｄ／℃）に温度変化量ΔＴＲ、ΔＴＬが乗じられる。
【００５２】
温度変化による基線桿３１の長さのズレΔＬ×ΔＴＨ（ｍｍ）によって、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのｘ座標が補正される。温度変化によるスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの焦点距離のズレΔＦＬＲ×ΔＴＲ、ΔＦＬＬ×ΔＴＬ（ｍｍ）によって、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの焦点距離が補正される。
【００５３】
温度変化による偏心量のズレΔＸｃＲ×ΔＴＲ、ΔＸｃＬ×ΔＴＬ（ｍｍ）によって、スチルカメラ３２Ｒ、３２ＬのＣＣＤ面ＩＳＲ、ＩＳＬの座標上の偏心量のｘ軸方向成分が補正される。温度変化による光軸の方向のズレΔβＲ×ΔＴＲ、ΔβＬ×ΔＴＬに基づいて光軸のｘｚ平面における角度方向、すなわちＹ軸周りの角度方向が補正される。
【００５４】
温度変化による補正を終了すると、ｚ軸、ｘ軸周りの水平面ＨＰからの傾斜によって生ずる光軸の方向のズレの補正が行われる。なお、ｘｚ平面における光軸のズレはｘｚ平面における撓み角Ｃに等しい。したがって、ｘｚ平面における撓み角Ｃを求め、撓み角Ｃを用いて、ｙ軸に平行な直線を軸にした回転角の補正が行われる。
【００５５】
この補正では、最初に傾斜角Ｂの正負の判断が行なわれる。なお、基準方向の下向きの傾斜を正の方向、上向きの傾斜を負の方向とする。
【００５６】
傾斜角Ｂが正である場合は、ｘｚ平面における撓み角Ｃは、Ｃ＝Ｗ×（ｃｏｓＡ）×（ｃｏｓＢ）×Ｌ2／（Ｅ×Ｉ）にそれぞれの数値を代入することにより計算される。傾斜角Ｂが負である場合は、ｘｚ平面における撓み角Ｃは、Ｃ＝−Ｗ×（ｃｏｓＡ）×（ｃｏｓＢ）×Ｌ2／（Ｅ×Ｉ）にそれぞれの数値を代入することにより計算される。傾斜角Ｂがゼロである場合は、ｘｚ平面における光軸にズレは生じない。
【００５７】
ｚ軸の水平面ＨＰからの傾斜によって生じる、ｘｚ平面における撓み角Ｃによって、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのｙ軸に平行な直線を軸にした回転角が補正される。
【００５８】
以上のように内部定位要素および外部定位要素の補正が終わると、測点の３次元座標の算出が開始される。３次元座標の算出では、ステレオカメラ３２Ｒ、３２Ｌによって撮影された２つの画像がモニタ２５に表示される。操作者がそれぞれの画像内の同一の測点をマウスなどのポインタによって指定することにより、測点の画像上の座標である写真座標が、測量写真解析装置２０に認識される。
【００５９】
測点のそれぞれの画像における写真座標、補正された内部定位要素、および補正された外部定位要素に基づいて、ＣＰＵ２１によって測点の３次元座標が算出される。
【００６０】
以上のように、本実施形態の３次元座標測量装置によれば、画像撮影装置の個々の構成部品の温度変化による測量精度の低下を防ぐことが可能になる。また、ｚ軸、x軸周り、すなわち基準方向が水平面から傾いた場合に生じる測量精度の低下を防ぐことも可能である。
【００６１】
また、本実施形態の３次元測量装置による外部定位要素および内部定位要素の補正により、従来公知の他の補正方法による測量精度を向上させることも可能である。例えば、他の補正方法として、任意の位置においた調整用チャートによる外部定位要素の検出や補正方法が知られている。
【００６２】
このような検出や補正方法では、スチルカメラのｘ座標とスチルカメラの焦点距離を求めることは出来ない。また、スチルカメラのｘ座標と焦点距離は正確であることを前提として、他の要素が補正される。そのため、スチルカメラのｘ座標と焦点距離のいずれかに誤差があると、計算により求める他の要素の変位がさらに大きくなってしまっていた。
【００６３】
しかし、本実施形態における温度補正方法によりスチルカメラの焦点距離とスチルカメラのｘ座標を補正することにより、従来公知の調整用チャートを用いた他の要素の補正の精度を高めることが可能になる。
【００６４】
なお、本実施形態において、温度の変化に対して、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのｘ座標の変位、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの焦点距離の変位、スチルカメラ３２Ｒ、３２ＬのＣＣＤ面ＩＳＲ、ＩＳＬの座標上の偏心量のｘ軸方向成分の変位、ｙ軸に平行な直線を軸とした光軸の方向の変位の補正を行なったが、この中のいずれか一つ以上を補正する構成であってもよい。補正を行なわない場合に比べて測量精度を向上させることが可能である。
【００６５】
また、本実施形態では、温度変化に対する補正および水平面に対する傾斜角の補正を行う構成であるが、いずれか一方のみを行なう構成であっても測量精度を向上させることは可能である。
【００６６】
また、本実施形態において、測量写真解析装置２０に温度変化を補正するための係数および、基準方向が水平面に対して傾く場合の外部定位要素の補正を行なうための係数を記憶するＲＯＭ２３が、測量写真解析装置２０に設けられる構成であるが、画像撮影装置３０に設けられる構成であってもよい。測量写真解析装置２０を様々な画像撮影装置３０に接続して使用する場合に、個々の画像撮影装置に固有のこれらの係数を取り違えることがない。
【００６７】
また、本実施形態では、画像撮影装置３０と測量写真解析装置２０を組合わせて３次元物体測量装置を構成しているが、画像撮影装置３０から出力される画像信号、温度信号、および傾斜信号をデジタル信号としてメモリに読込ませ、このメモリから測量写真解析装置にこれらの信号を読込ませて、測点の３次元座標を求める構成であってもよい。測量写真解析装置は実体視を利用したものでもよいし、左右画像の同一点をそれぞれ入力する方式でもよい。
【００６８】
また、本実施形態では、補正対象要素の単位温度あたりの変化量をＲＯＭ２３に記憶する構成であるが、温度毎の補正対象要素の対応表などをＲＯＭ２３に記憶する構成であってもよい。本実施形態では、変化量と検出した温度に基づいて補正対象要素の補正を行なったが、後者においては検出した温度から直接補正対象要素の値を補正値として用いても本実施形態と同じ効果を発する。
【００６９】
また、本実施形態では、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの重量ＷＲ、ＷＬ、基線桿３１の断面２次モーメントＩ、基準温度における基線桿３１の長さ２Ｌ、および基線桿３１のヤング率ＥがＲＯＭ２３に記憶させる構成であるが、断面２時モーメントＩ、基線桿３１の長さ２Ｌ、ヤング率Ｅの代わりに基線桿３１のバネ定数を記憶させて、光軸のズレを算出させる構成であってもよい。または、傾斜角Ａ、傾斜角Ｂに対するｘｚ平面における光軸の方向のズレ、すなわち撓み角Ｃの対応表をＲＯＭ２３に記憶させる構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態である３次元物体測量装置を構成する画像撮影装置の斜視図である。
【図２】傾斜角Ａを説明するための画像撮影装置の正面図である。
【図３】傾斜角Ｂを説明するための画像撮影装置の側面図である。
【図４】３次元物体測量装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】画像撮影装置の内部定位要素および外部定位要素の一部を説明するための、画像撮影装置の透視図である。
【図６】ｘｚ平面における基線桿の撓みと光軸の方向のズレを説明するための、画像撮影装置の平面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０ ３次元物体測量装置
２０ 測量写真解析装置
２２ インターフェース回路
２３ ＲＯＭ
３０ 画像撮影装置
３１ 基線桿
３２Ｒ 右スチルカメラ
３２Ｌ 左スチルカメラ
３３Ｈ 基線桿支持部
３３Ｍ 可動部
３４Ｒ、３４Ｌ、３４Ｈ 温度センサ
３５ チルトセンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の測量用カメラによって構成される３次元物体測量装置の座標変換用の係数の補正機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の測量において、測量しようとする点（測点）を含む周囲の風景を異なる視点から撮影し、撮影した視点の位置および傾きを用いて、測点の位置を三角測量の原理により求める方法が知られている。複数のカメラを所定の位置に固定したステレオカメラを用いて、このような測量が行われている。
【０００３】
ところで、このようなステレオカメラは同一の測点を撮影するカメラの視差を利用して測量を行うため、撮影された画像において視差以外の要因によるズレがないことが望ましい。しかし撮影時にはカメラを固定するときに規定した固定位置から、外乱によりカメラの位置、および傾きにズレが生じる。
【０００４】
なお、外乱とは、例えば日光などの影響による温度変化などが考えられる。ステレオカメラは距離を離した複数のカメラの撮影画像より距離を計算するため、太陽の位置や周辺物の陰になることによってカメラ毎の温度変化量に差が発生することがある。
【０００５】
カメラ毎の温度変化量の差によって測量誤差に影響が与えられる。また、測定対象物の位置によってカメラの向きを変えた場合、カメラに係る重力方向が変わることによりカメラの傾きが変わってしまうために測量誤差を生じることがある。
【０００６】
そのため、あらかじめ位置が既知である調整用パターンを用いて、三角測量に用いるカメラのずれた後の位置と傾きを算出し、測点の画像からこれらのズレを幾何学的に補正することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
しかし、測量現場における撮影中に更なるズレが発生することがあった。このズレが生じたときに調整用パターンを用いて、補正することは可能である。しかし、測量を行う現場で調整用パターンの位置の測定により、使用者に余計な手間をかけてしまった。このような手間は不便であり、また撮影時間が長くなってしまう問題があった。
【特許文献１】特開平１０−３０７３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明では簡易的な方法により、ズレを補正することが可能な３次元物体測量装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の３次元物体測量装置は、第１、第２のカメラと、第１、第２のカメラを支持する支持体と、第１、第２のカメラまたは支持体の少なくとも一つに設けられ周囲の温度を検出する温度センサと、第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から測量対象点の３次元座標を求めるための変換係数の温度変化特性を記憶する記憶手段と、温度センサが検出する温度と温度変化特性とに基づいて変換係数を補正する補正手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
なお、温度変化特性が記憶される変換係数は、第１、第２のカメラの焦点距離、第１、第２のカメラに設けられる撮像手段の中心の光軸からのズレ、支持体が第１、第２のカメラを支持する所定の姿勢の少なくとも一つであることが好ましい。さらには、所定の姿勢は、第１、第２のカメラの間の距離、第１のカメラの光軸方向の単位ベクトルと第２のカメラの光軸方向の単位ベクトルとの合成ベクトルに平行で第１のカメラと第２のカメラとを結ぶ直線に平行な平面における第１、第２のカメラの光軸の向きの少なくとも一方であることが好ましい。
【００１１】
また、温度変化特性は単位温度あたりの変換係数の変化量であることが好ましい。
【００１２】
本発明の第２の３次元物体測量装置は、第１、第２のカメラと、第１、第２のカメラを支持する支持体と、支持体に設けられ第１、第２のカメラの光軸の単位ベクトルの合成ベクトルの水平面に対する傾斜角を検出する傾斜角検出センサと、第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から測量対象点の３次元座標を求めるための変換係数の傾斜角の変化に対する傾斜角変化特性を記憶する記憶手段と、傾斜角センサが検出する傾斜角と傾斜角変化特性とに基づいて変換係数を補正する補正手段とを備えることを特徴としている。
【００１３】
なお、補正手段に補正される変換係数は、合成ベクトルに平行で第１、第２のカメラを結ぶ直線に平行な平面における第１、第２のカメラの光軸の向きであることが好ましい。
【００１４】
また、傾斜角変化特性は、支持体のバネ定数と第１、第２のカメラの重量であることが好ましい。または、傾斜角変化特性は傾斜角に対する変換係数の対応値であることが好ましい。
【００１５】
本発明の第１の測量写真解析装置は、第１、第２のカメラと第１、第２のカメラを支持する支持体と第１、第２のカメラまたは支持体の少なくとも一つに設けられ周囲の温度を検出する温度センサとを有するステレオカメラから温度センサが検出する周囲温度を取得する取得手段と、周囲温度と第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から測量対象点の３次元座標に変換するための変換係数の温度変化特性とを記憶する記憶手段と、周囲温度と温度変化特性とに基づいて変換係数を補正する補正手段とを備えることを特徴としている。
【００１６】
本発明の第２の測量写真解析装置は、第１、第２のカメラと第１、第２のカメラを支持する支持体と支持体の水平面に対する傾斜角を検出する傾斜角検出センサとを有するステレオカメラから傾斜角検出センサが検出する傾斜角を取得する取得手段と、傾斜角と第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から測量対象点の３次元座標に変換するための変換係数の前記傾斜角の変化に対する変化量を算出するための補正係数とを記憶する記憶手段と、傾斜角と補正係数とに基づいて変換係数を補正する補正手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、測点の撮影時の温度や姿勢に応じて自動的に外部定位要素または内部定位要素の補正を行うので、撮影作業時に手間をかけることなく測量精度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である３次元物体測量装置を構成する画像撮影装置を示す斜視図である。
【００１９】
画像撮影装置３０は、基線桿３１、右スチルカメラ３２Ｒ、左スチルカメラ３２Ｌ、および基線桿支持機構３３によって構成される。基線桿３１の両端に右スチルカメラ３２Ｒと左スチルカメラ３２Ｌとが所定の間隔をもって取付けられる。スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌは写真測量用のデジタルカメラが用いられる。なお、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌはフィルムカメラであってもよい。
【００２０】
スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの光軸ＯＡＲ、ＯＡＬは互いに平行かつ基線桿３１に垂直となるように固定され、同一の領域を同時に異なる視点から撮像することが可能である。ただし、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの光軸ＯＡＲ、ＯＡＬを完全に平行に固定することは困難であり、実質的には略平行に配置される。
【００２１】
スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌは各々正確に位置決めされており、両者の位置関係は、あらかじめ高い精度で測定される。また、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの内部定位要素などもあらかじめ正確に検定される。
【００２２】
基線桿３１は、基線桿支持機構３３によって支持される。基線桿支持機構３３は、基線桿支持部３３Ｈと、可動部３３Ｍによって構成される。基線桿支持部３３Ｈに基線桿３１は固定される。基線桿支持部３３Ｈは可動部３３Ｍによって、基線桿３１に平行な第１の直線Ｌ１、および基線桿３１とスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの光軸ＯＡＲ、ＯＡＬに垂直な第２の直線Ｌ２を軸に基線桿支持部３３Ｈを回動自在に支持される。
【００２３】
なお、以後の説明において特に断らない限り、左スチルカメラ３２Ｌから右スチルカメラ３２Ｒに向かう基線桿３１に平行な方向をｘ軸、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの光軸方向の単位ベクトルの合成ベクトルとｘ軸に垂直上向きの方向をｙ軸、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの光軸方向の単位ベクトルの合成ベクトルに平行でスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの前方向をｚ軸とする。また、ｚ軸の正の方向を基準方向とする。なお、基線桿支持部３３Ｈにおける任意の１点であってスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの中心を原点とする。
【００２４】
スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌには、温度センサ３４Ｒ、３４Ｌが設けられる。また、基線桿支持部３３Ｈにも、温度センサ３４Ｈが設けられる。それぞれの温度センサ３４Ｒ、３４Ｌ、３４Ｈによって、撮影時のスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌ、基線桿３１の温度が検出される。
【００２５】
また、基線桿支持部３３Ｈには、チルトセンサ３５が設けられる。チルトセンサ３５によって、水平面ＨＰに対するｚ軸周りの傾斜角Ａおよび水平面ＨＰに対するｘ軸周りの傾斜角Ｂが検出される（図２、図３参照）。
【００２６】
図４は本発明の一実施形態を適用した３次元物体測量装置の電気的な構成を示すブロック図である。３次元物体測量装置１０は画像撮影装置３０と測量写真解析装置２０により構成される。画像撮影装置３０と測量写真解析装置２０は、インターフェースケーブル１１によって接続される。
【００２７】
画像撮影装置３０は、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌ、温度センサ３４Ｒ、３４Ｌ、３４Ｈ、チルトセンサ３５、およびマイクロコンピュータ３６などによって構成される。
【００２８】
スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌはマイクロコンピュータ３６に接続され、制御される。スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのレリーズ動作は、マイクロコンピュータ３６により実行される。スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのレリーズ動作により生成される画像信号は、マイクロコンピュータ３６に送られる。
【００２９】
温度センサ３４Ｒ、３４Ｌ、３４Ｈは、マイクロコンピュータ３６に接続される。それぞれスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌ、および基線桿３１の温度に相当する温度信号が、マイクロコンピュータ３６に送られる。
【００３０】
チルトセンサ３５はマイクロコンピュータ３６に接続される。チルトセンサ３５より検出される傾斜角Ａ、傾斜角Ｂに相当する傾斜角信号がマイクロコンピュータ３６に送られる。なお、画像信号を生成するときの温度信号および傾斜角信号が、マイクロコンピュータ３６によって関連付けられる。
【００３１】
さらに、マイクロコンピュータ３６には、操作スイッチ群３７および表示機３８が接続される。操作スイッチ群３７への入力により、画像撮影装置３０において撮像動作や画像撮影装置３０の設定を行うことが可能である。また、表示機３８には撮影した画像や画像撮影装置３０の各種設定の設定値などを表示可能である。
【００３２】
画像信号、温度信号、傾斜角信号は、マイクロコンピュータ３６から測量写真解析装置２０に転送可能である。一方、画像撮影装置３０の撮像動作や各種の設定を測量写真解析装置２０によって行うことが可能であり、そのための制御信号が測量写真解析装置２０から画像撮影装置３０に送られる。なお、画像撮影装置３０と測量写真解析装置２０との間の各信号の送受信は、インターフェース回路３９を介して行なわれる。
【００３３】
測量写真解析器２０は、ＣＰＵ２１、インターフェース回路２２、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４、モニタ２５、入力装置２６により構成される。ＣＰＵ２１は、インターフェース回路３９、２２を介してマイクロコンピュータ３６に接続される。
【００３４】
画像撮影装置３０から転送される画像信号は、インターフェース回路２２およびＣＰＵ２１を介してＲＡＭ２４に送られ、格納される。なお、撮影動作を実行したときの温度信号と傾斜角信号も、画像信号に関連付けられてＲＡＭ２４に格納される。
【００３５】
モニタ２５には、３次元測量を行なうための操作画面、ＲＡＭ２４に格納された画像信号に相当する画像、または画像撮影装置３０の各種の設定を行なうための画面を表示可能である。また、測量写真解析装置２０の各種操作は、マウス等のポインティングデバイスや、キーボード等により構成される入力装置２６への操作によって実行される。
【００３６】
スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの外部定位要素は、画像撮影装置３０の基準点の位置をトータルステーションで測量して、空間後方交会によりあらかじめ算出される。なお、検定された内部定位要素は、外部定位要素とともにＲＯＭ２３に記憶される。
【００３７】
なお、外部定位要素とは、画像撮影装置３０の基準点を原点としたスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの３次元座標とスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの光軸ＯＡＲ、ＯＡＬの方向である。
【００３８】
ところで、測点を撮影するときの温度は撮影場所や撮影状況等によって異なっており、外部定位要素および内部定位要素は撮影時の温度により変化することがある。このように外部定位要素および内部定位要素の中で、温度変化に対して測量の精度に大きな影響を及ぼす要素が、補正対象要素として定められる。
【００３９】
補正対象要素は、例えば、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのｘ座標ｘｒ、ｘｌ、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの焦点距離ＦＬＲ、ＦＬＬ、スチルカメラ３２Ｒ、３２ＬのＣＣＤ面ＩＳＲ、ＩＳＬの座標上のｘ軸方向の偏心量ＸｃＲ、ＸｃＬ、およびスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのｙ軸周りの光軸の傾きβＲ、βＬである。なお、スチルカメラ３２Ｒ、３２ＬのＣＣＤ面ＩＳＲ、ＩＳＬの座標上のｘ軸方向は、スチルカメラ３２Ｒ、３２ＬのＣＣＤ面ＩＳＲ、ＩＳＬに平行でｙ軸に垂直な方向である。
【００４０】
なお、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのｘ座標は、基線桿３１の長さ２Ｌが変わることによりズレが発生する（図５参照）。
【００４１】
これらの要素の１℃あたりの変化量がＲＯＭ２３に記憶される。すなわち、基線桿３１の単位変化量ΔＬ（ｍｍ／℃）、焦点距離の単位変化量ΔＦＬＲ、ΔＦＬＬ（ｍｍ／℃）、偏心量の単位変化量ΔＸｃＲ、ΔＸｃＬ（ｍｍ／℃）、および傾きの単位変化量ΔβＲ、ΔβＬ（ｒａｄ／℃）が記憶される。さらに、外部定位要素を算出するために基準点の位置を測量したときの温度Ｔｓが基準温度としてＲＯＭ２３に記憶される。
【００４２】
また、図３に示すようにｚ軸が水平面ＨＰから傾くことにより、基線桿３１にｘｚ平面における撓みＢＥｘｚが生ずる（図６参照）。撓みＢＥｘｚにより、外部定位要素の一つであるスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの光軸のｘｚ平面上の角度方向にズレが発生する。そこで、撓みＢＥｘｚによる方向のズレを補正するための所定の測定値がＲＯＭ２３に記憶される。
【００４３】
所定の測定値は、後述するように、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの重量ＷＲ、ＷＬ、基線桿３１の断面２次モーメントＩ、基準温度における基線桿３１の長さ２×Ｌ、および基線桿３１のヤング率Ｅである。
【００４４】
なお、説明を簡単にするために、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの距離｜ｘｒ｜＋｜ｘｌ｜は基線桿３１と同じ長さ２×Ｌであり、原点からスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌまでの距離｜ｘｒ｜、｜ｘｌ｜は互いに等しく、長さＬであるとする。
【００４５】
以上のような構成の３次元物体測量装置１０による測点の測量方法について以下に説明する。
【００４６】
まず、画像撮影装置３０が測点の近辺に設置される。測点がスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの撮影範囲内に入るように、画像撮影装置３０を設置する位置および姿勢が定められる。画像撮影装置３０の位置および姿勢を固定した状態で、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌにより測点が撮影される。
【００４７】
測点が撮影されると、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌから画像信号が測量写真解析装置２０に送られる。また、撮影時のスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌ、および基線桿３１の温度に相当する温度信号も測量写真解析装置２０に送られる。さらに、撮影時の基線桿３１の傾斜角Ａ、傾斜角Ｂに相当する傾斜角信号も測量写真解析装置２０に送られる。
【００４８】
撮影が終わると、測量写真解析装置２０において、測点の３次元座標を算出可能である。測点の３次元座標の算出は、外部定位要素、内部定位要素、および画像情報に基づいて行われる。
【００４９】
３次元座標の算出の前に、外部定位要素および内部定位要素の補正が行われる。要素の補正は、温度変化に対する補正と傾きに対する補正が行われる。まず、温度変化に対する補正が行われる。
【００５０】
温度変化に対する補正において、撮影時に測定したスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌおよび基線桿３１それぞれの温度ＴｒＲ、ＴｒＬ、ＴｒＨと基準温度Ｔｓとの差ΔＴＲ、ΔＴＬ、ΔＴＨが求められる。
【００５１】
ＲＯＭ２３に記憶された基線桿３１の１℃あたりの変化量ΔＬ（ｍｍ／℃）に温度変化量ΔＴＨが、焦点距離の１℃あたりの変化量ΔＦＬＲ、ΔＦＬＬ（ｍｍ／℃）、偏心量の１℃あたりの変化量ΔＸｃＲ、ΔＸｃＬ（ｍｍ／℃）、および傾きの１℃あたりの変化量ΔβＲ、ΔβＬ（ｒａｄ／℃）に温度変化量ΔＴＲ、ΔＴＬが乗じられる。
【００５２】
温度変化による基線桿３１の長さのズレΔＬ×ΔＴＨ（ｍｍ）によって、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのｘ座標が補正される。温度変化によるスチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの焦点距離のズレΔＦＬＲ×ΔＴＲ、ΔＦＬＬ×ΔＴＬ（ｍｍ）によって、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの焦点距離が補正される。
【００５３】
温度変化による偏心量のズレΔＸｃＲ×ΔＴＲ、ΔＸｃＬ×ΔＴＬ（ｍｍ）によって、スチルカメラ３２Ｒ、３２ＬのＣＣＤ面ＩＳＲ、ＩＳＬの座標上の偏心量のｘ軸方向成分が補正される。温度変化による光軸の方向のズレΔβＲ×ΔＴＲ、ΔβＬ×ΔＴＬに基づいて光軸のｘｚ平面における角度方向、すなわちＹ軸周りの角度方向が補正される。
【００５４】
温度変化による補正を終了すると、ｚ軸、ｘ軸周りの水平面ＨＰからの傾斜によって生ずる光軸の方向のズレの補正が行われる。なお、ｘｚ平面における光軸のズレはｘｚ平面における撓み角Ｃに等しい。したがって、ｘｚ平面における撓み角Ｃを求め、撓み角Ｃを用いて、ｙ軸に平行な直線を軸にした回転角の補正が行われる。
【００５５】
この補正では、最初に傾斜角Ｂの正負の判断が行なわれる。なお、基準方向の下向きの傾斜を正の方向、上向きの傾斜を負の方向とする。
【００５６】
傾斜角Ｂが正である場合は、ｘｚ平面における撓み角Ｃは、Ｃ＝Ｗ×（ｃｏｓＡ）×（ｃｏｓＢ）×Ｌ2／（Ｅ×Ｉ）にそれぞれの数値を代入することにより計算される。傾斜角Ｂが負である場合は、ｘｚ平面における撓み角Ｃは、Ｃ＝−Ｗ×（ｃｏｓＡ）×（ｃｏｓＢ）×Ｌ2／（Ｅ×Ｉ）にそれぞれの数値を代入することにより計算される。傾斜角Ｂがゼロである場合は、ｘｚ平面における光軸にズレは生じない。
【００５７】
ｚ軸の水平面ＨＰからの傾斜によって生じる、ｘｚ平面における撓み角Ｃによって、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのｙ軸に平行な直線を軸にした回転角が補正される。
【００５８】
以上のように内部定位要素および外部定位要素の補正が終わると、測点の３次元座標の算出が開始される。３次元座標の算出では、ステレオカメラ３２Ｒ、３２Ｌによって撮影された２つの画像がモニタ２５に表示される。操作者がそれぞれの画像内の同一の測点をマウスなどのポインタによって指定することにより、測点の画像上の座標である写真座標が、測量写真解析装置２０に認識される。
【００５９】
測点のそれぞれの画像における写真座標、補正された内部定位要素、および補正された外部定位要素に基づいて、ＣＰＵ２１によって測点の３次元座標が算出される。
【００６０】
以上のように、本実施形態の３次元座標測量装置によれば、画像撮影装置の個々の構成部品の温度変化による測量精度の低下を防ぐことが可能になる。また、ｚ軸、x軸周り、すなわち基準方向が水平面から傾いた場合に生じる測量精度の低下を防ぐことも可能である。
【００６１】
また、本実施形態の３次元測量装置による外部定位要素および内部定位要素の補正により、従来公知の他の補正方法による測量精度を向上させることも可能である。例えば、他の補正方法として、任意の位置においた調整用チャートによる外部定位要素の検出や補正方法が知られている。
【００６２】
このような検出や補正方法では、スチルカメラのｘ座標とスチルカメラの焦点距離を求めることは出来ない。また、スチルカメラのｘ座標と焦点距離は正確であることを前提として、他の要素が補正される。そのため、スチルカメラのｘ座標と焦点距離のいずれかに誤差があると、計算により求める他の要素の変位がさらに大きくなってしまっていた。
【００６３】
しかし、本実施形態における温度補正方法によりスチルカメラの焦点距離とスチルカメラのｘ座標を補正することにより、従来公知の調整用チャートを用いた他の要素の補正の精度を高めることが可能になる。
【００６４】
なお、本実施形態において、温度の変化に対して、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌのｘ座標の変位、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの焦点距離の変位、スチルカメラ３２Ｒ、３２ＬのＣＣＤ面ＩＳＲ、ＩＳＬの座標上の偏心量のｘ軸方向成分の変位、ｙ軸に平行な直線を軸とした光軸の方向の変位の補正を行なったが、この中のいずれか一つ以上を補正する構成であってもよい。補正を行なわない場合に比べて測量精度を向上させることが可能である。
【００６５】
また、本実施形態では、温度変化に対する補正および水平面に対する傾斜角の補正を行う構成であるが、いずれか一方のみを行なう構成であっても測量精度を向上させることは可能である。
【００６６】
また、本実施形態において、測量写真解析装置２０に温度変化を補正するための係数および、基準方向が水平面に対して傾く場合の外部定位要素の補正を行なうための係数を記憶するＲＯＭ２３が、測量写真解析装置２０に設けられる構成であるが、画像撮影装置３０に設けられる構成であってもよい。測量写真解析装置２０を様々な画像撮影装置３０に接続して使用する場合に、個々の画像撮影装置に固有のこれらの係数を取り違えることがない。
【００６７】
また、本実施形態では、画像撮影装置３０と測量写真解析装置２０を組合わせて３次元物体測量装置を構成しているが、画像撮影装置３０から出力される画像信号、温度信号、および傾斜信号をデジタル信号としてメモリに読込ませ、このメモリから測量写真解析装置にこれらの信号を読込ませて、測点の３次元座標を求める構成であってもよい。測量写真解析装置は実体視を利用したものでもよいし、左右画像の同一点をそれぞれ入力する方式でもよい。
【００６８】
また、本実施形態では、補正対象要素の単位温度あたりの変化量をＲＯＭ２３に記憶する構成であるが、温度毎の補正対象要素の対応表などをＲＯＭ２３に記憶する構成であってもよい。本実施形態では、変化量と検出した温度に基づいて補正対象要素の補正を行なったが、後者においては検出した温度から直接補正対象要素の値を補正値として用いても本実施形態と同じ効果を発する。
【００６９】
また、本実施形態では、スチルカメラ３２Ｒ、３２Ｌの重量ＷＲ、ＷＬ、基線桿３１の断面２次モーメントＩ、基準温度における基線桿３１の長さ２Ｌ、および基線桿３１のヤング率ＥがＲＯＭ２３に記憶させる構成であるが、断面２時モーメントＩ、基線桿３１の長さ２Ｌ、ヤング率Ｅの代わりに基線桿３１のバネ定数を記憶させて、光軸のズレを算出させる構成であってもよい。または、傾斜角Ａ、傾斜角Ｂに対するｘｚ平面における光軸の方向のズレ、すなわち撓み角Ｃの対応表をＲＯＭ２３に記憶させる構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態である３次元物体測量装置を構成する画像撮影装置の斜視図である。
【図２】傾斜角Ａを説明するための画像撮影装置の正面図である。
【図３】傾斜角Ｂを説明するための画像撮影装置の側面図である。
【図４】３次元物体測量装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】画像撮影装置の内部定位要素および外部定位要素の一部を説明するための、画像撮影装置の透視図である。
【図６】ｘｚ平面における基線桿の撓みと光軸の方向のズレを説明するための、画像撮影装置の平面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０ ３次元物体測量装置
２０ 測量写真解析装置
２２ インターフェース回路
２３ ＲＯＭ
３０ 画像撮影装置
３１ 基線桿
３２Ｒ 右スチルカメラ
３２Ｌ 左スチルカメラ
３３Ｈ 基線桿支持部
３３Ｍ 可動部
３４Ｒ、３４Ｌ、３４Ｈ 温度センサ
３５ チルトセンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２のカメラと、
前記第１、第２のカメラを支持する支持体と、
前記第１、第２のカメラまたは前記支持体の少なくとも一つに設けられ、周囲の温度を検出する温度センサと、
前記第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から前記測量対象点の３次元座標を求めるための変換係数の温度変化特性を記憶する記憶手段と、
前記温度センサが検出する温度と前記温度変化特性とに基づいて、前記変換係数を補正する補正手段とを備える
ことを特徴とする３次元物体測量装置。
【請求項２】
前記温度変化特性が記憶される変換係数は、前記第１、第２のカメラの焦点距離、前記第１、第２のカメラに設けられる撮像手段の中心の光軸からのズレ、前記支持体が前記第１、第２のカメラを支持する所定の姿勢の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の３次元物体測量装置。
【請求項３】
前記所定の姿勢は、
前記第１、第２のカメラの間の距離、
前記第１のカメラの光軸方向の単位ベクトルと前記第２のカメラの光軸方向の単位ベクトルとの合成ベクトルに平行で、前記第１のカメラと前記第２のカメラとを結ぶ直線に平行な平面における、前記第１、第２のカメラの光軸の向きの少なくとも一方である
ことを特徴とする請求項２に記載の３次元物体測量装置。
【請求項４】
前記温度変化特性は、単位温度あたりの前記変換係数の変化量であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の３次元物体測量装置。
【請求項５】
第１、第２のカメラと、
前記第１、第２のカメラを支持する支持体と、
前記支持体に設けられ、前記第１、第２のカメラの光軸の単位ベクトルの合成ベクトルの水平面に対する傾斜角を検出する傾斜角検出センサと、
前記第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から前記測量対象点の３次元座標を求めるための変換係数の前記傾斜角の変化に対する傾斜角変化特性を記憶する記憶手段と、
前記傾斜角センサが検出する傾斜角と前記傾斜角変化特性とに基づいて、前記変換係数を補正する補正手段とを備える
ことを特徴とする３次元物体測量装置。
【請求項６】
前記補正手段に補正される前記変換係数は、前記合成ベクトルに平行で、前記第１、第２のカメラを結ぶ直線に平行な平面における、前記第１、第２のカメラの光軸の向きであることを特徴とする請求項５に記載の３次元物体測量装置。
【請求項７】
前記傾斜角変化特性は、前記支持体のバネ定数と前記第１、第２のカメラの重量であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の３次元物体測量装置。
【請求項８】
前記傾斜角変化特性は、傾斜角に対する前記変換係数の対応値であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の３次元物体測量装置。
【請求項９】
第１、第２のカメラと、前記第１、第２のカメラを支持する支持体と、前記第１、第２のカメラまたは前記支持体の少なくとも一つに設けられ周囲の温度を検出する温度センサとを有するステレオカメラから、前記温度センサが検出する周囲温度を取得する取得手段と、
前記周囲温度と、前記第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から前記測量対象点の３次元座標に変換するための変換係数の温度変化特性とを記憶する記憶手段と、
前記周囲温度と前記温度変化特性とに基づいて、前記変換係数を補正する補正手段とを備える
ことを特徴とする測量写真解析装置。
【請求項１０】
第１、第２のカメラと、前記第１、第２のカメラを支持する支持体と、前記支持体の水平面に対する傾斜角を検出する傾斜角検出センサとを有するステレオカメラから、前記傾斜角検出センサが検出する傾斜角を取得する取得手段と、
前記傾斜角と、前記第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から前記測量対象点の３次元座標に変換するための変換係数の前記傾斜角の変化に対する変化量を算出するための補正係数とを記憶する記憶手段と、
前記傾斜角と前記補正係数とに基づいて、前記変換係数を補正する補正手段とを備える
ことを特徴とする測量写真解析装置。
【請求項１】
第１、第２のカメラと、
前記第１、第２のカメラを支持する支持体と、
前記第１、第２のカメラまたは前記支持体の少なくとも一つに設けられ、周囲の温度を検出する温度センサと、
前記第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から前記測量対象点の３次元座標を求めるための変換係数の温度変化特性を記憶する記憶手段と、
前記温度センサが検出する温度と前記温度変化特性とに基づいて、前記変換係数を補正する補正手段とを備える
ことを特徴とする３次元物体測量装置。
【請求項２】
前記温度変化特性が記憶される変換係数は、前記第１、第２のカメラの焦点距離、前記第１、第２のカメラに設けられる撮像手段の中心の光軸からのズレ、前記支持体が前記第１、第２のカメラを支持する所定の姿勢の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の３次元物体測量装置。
【請求項３】
前記所定の姿勢は、
前記第１、第２のカメラの間の距離、
前記第１のカメラの光軸方向の単位ベクトルと前記第２のカメラの光軸方向の単位ベクトルとの合成ベクトルに平行で、前記第１のカメラと前記第２のカメラとを結ぶ直線に平行な平面における、前記第１、第２のカメラの光軸の向きの少なくとも一方である
ことを特徴とする請求項２に記載の３次元物体測量装置。
【請求項４】
前記温度変化特性は、単位温度あたりの前記変換係数の変化量であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の３次元物体測量装置。
【請求項５】
第１、第２のカメラと、
前記第１、第２のカメラを支持する支持体と、
前記支持体に設けられ、前記第１、第２のカメラの光軸の単位ベクトルの合成ベクトルの水平面に対する傾斜角を検出する傾斜角検出センサと、
前記第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から前記測量対象点の３次元座標を求めるための変換係数の前記傾斜角の変化に対する傾斜角変化特性を記憶する記憶手段と、
前記傾斜角センサが検出する傾斜角と前記傾斜角変化特性とに基づいて、前記変換係数を補正する補正手段とを備える
ことを特徴とする３次元物体測量装置。
【請求項６】
前記補正手段に補正される前記変換係数は、前記合成ベクトルに平行で、前記第１、第２のカメラを結ぶ直線に平行な平面における、前記第１、第２のカメラの光軸の向きであることを特徴とする請求項５に記載の３次元物体測量装置。
【請求項７】
前記傾斜角変化特性は、前記支持体のバネ定数と前記第１、第２のカメラの重量であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の３次元物体測量装置。
【請求項８】
前記傾斜角変化特性は、傾斜角に対する前記変換係数の対応値であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の３次元物体測量装置。
【請求項９】
第１、第２のカメラと、前記第１、第２のカメラを支持する支持体と、前記第１、第２のカメラまたは前記支持体の少なくとも一つに設けられ周囲の温度を検出する温度センサとを有するステレオカメラから、前記温度センサが検出する周囲温度を取得する取得手段と、
前記周囲温度と、前記第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から前記測量対象点の３次元座標に変換するための変換係数の温度変化特性とを記憶する記憶手段と、
前記周囲温度と前記温度変化特性とに基づいて、前記変換係数を補正する補正手段とを備える
ことを特徴とする測量写真解析装置。
【請求項１０】
第１、第２のカメラと、前記第１、第２のカメラを支持する支持体と、前記支持体の水平面に対する傾斜角を検出する傾斜角検出センサとを有するステレオカメラから、前記傾斜角検出センサが検出する傾斜角を取得する取得手段と、
前記傾斜角と、前記第１、第２のカメラが撮影する写真に写る測量対象点の写真座標から前記測量対象点の３次元座標に変換するための変換係数の前記傾斜角の変化に対する変化量を算出するための補正係数とを記憶する記憶手段と、
前記傾斜角と前記補正係数とに基づいて、前記変換係数を補正する補正手段とを備える
ことを特徴とする測量写真解析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−３３３１５（Ｐ２００７−３３３１５Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１８８６４（Ｐ２００５−２１８８６４）
【出願日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
[ Back to top ]