專利名稱：正射影像圖像的生成方法以及攝影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正射影像圖像的生成方法以及攝影裝置。
背景技術(shù)：
為了制作地形圖，或作為照片圖而廣泛使用的正射影像圖像，通過對從上空對對 象區(qū)域攝影而獲得的中心投影圖像進(jìn)行正射投影變換處理的方式生成。關(guān)于其攝影設(shè)備， 近年，為了提高作業(yè)效率等，存在下述傾向，即從過去的模擬照相機(jī)切換到數(shù)字照相機(jī)的傾 向。比如，作為代替過去的從飛機(jī)進(jìn)行攝影的模擬照相機(jī)的模擬航空照相機(jī)的裝置，有奧地 利的 VEXCEL 公司的 UCD (UltraCamD)。該UCD為被分類屬于所謂的面陣傳感器的裝置，該面陣傳感器與過去的模擬航空 照相機(jī)一樣，一次同時(shí)地對指定的區(qū)域進(jìn)行記錄。為了利用性能還不能夠說充分的攝像元 件獲得與模擬航空照相機(jī)相匹敵的分辨率、攝影范圍，搭載了多個(gè)CCD和鏡頭。由于利用多 個(gè)CCD和鏡頭，進(jìn)行分割攝影得到多個(gè)全色圖像，故攝影的對象區(qū)域達(dá)到較廣的范圍，并且 提高作為全色圖像的地面分辨率。另外，攝影圖像的彩色圖像處理通過下述的方式實(shí)現(xiàn)，該 方式為利用不同于上述的多個(gè)CCD、鏡頭獲得分辨率較低的彩色圖像，與上述全色圖像進(jìn) 行合成處理，即所謂全色銳化(Pansharpening)處理。另外，作為類似的技術(shù)，有在專利文獻(xiàn)1中記載的技術(shù)。在該過去例，與下述情況 不同，僅僅以墻面為攝影對象。該情況為在像航空照相機(jī)那樣移動(dòng)的平臺上搭載攝影裝 置，攝影距離又極遠(yuǎn)，并獲得地面坐標(biāo)系等具有通用性的坐標(biāo)信息。在將墻面圖像整體作為 索引圖像而攝影的同時(shí)，將墻面圖像分割攝影得到詳細(xì)的圖像。具體圖像利用索引圖像的 對應(yīng)點(diǎn)而標(biāo)定，以索引圖像為基準(zhǔn)而合成，另外，以索引圖像為基準(zhǔn)，調(diào)整亮度、色調(diào)。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2000-182059號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，在上述采用UCD的攝影中，在采用多個(gè)CCD和鏡頭，即多個(gè)照相機(jī)，對對象區(qū) 域進(jìn)行分割攝影時(shí)，將該多個(gè)照相機(jī)收斂在單一的焦點(diǎn)，猶如一臺的模擬航空照相機(jī)那樣 使用，由此，存在要求極精密的照相機(jī)調(diào)整的缺點(diǎn)。特別是利用飛機(jī)等的移動(dòng)的平臺的攝影 中，存在因氣流等的環(huán)境條件，無法充分滿足上述要求的情況。另外，在像上述那樣，以單一照相機(jī)焦點(diǎn)對較廣范圍的對象區(qū)域進(jìn)行攝影的情況 下，特別是在攝影距離極大的高空的攝影中，在離開焦點(diǎn)的地方產(chǎn)生的畸變較大，另外，地 面分辨率也在對象區(qū)域的中心部和周邊部有較大不同，由此，還存在像質(zhì)缺乏均勻性的缺
點(diǎn)ο本發(fā)明是為了消除上述缺點(diǎn)而提出的，本發(fā)明的目的在于提供可使攝影較容易， 像質(zhì)優(yōu)良的正射影像圖像的生成方法。另外，本發(fā)明的另一目的在于提供適合于利用該正 射影像圖像的生成方法進(jìn)行攝影的攝影裝置。
按照本發(fā)明，上述目的通過下述方式實(shí)現(xiàn)，該方式為提供一種正射影像圖像的生 成方法，其中，從飛機(jī)等的平臺使俯角不同，并且以指定的地面分辨率為基準(zhǔn)使焦點(diǎn)距離f 不同，對對象區(qū)域1進(jìn)行分割攝影；接著，通過攝影重復(fù)區(qū)域4、4之間的匹配生成對象區(qū)域的全部區(qū)域的標(biāo)高模型5， 該攝影重復(fù)區(qū)域4、4為根據(jù)各分割攝影圖像2而生成的標(biāo)高模型3之間的攝影重復(fù)區(qū)域， 采用該標(biāo)高模型5的標(biāo)高信息對各分割攝影圖像2進(jìn)行正射投影變換處理，生成對象區(qū)域 1的全部區(qū)域的正射影像圖像。在從飛機(jī)等的平臺，使俯角不同，對較廣區(qū)域的對象區(qū)域1進(jìn)行分割攝影的本發(fā) 明中，各攝影按照使焦點(diǎn)距離f不同，以便滿足指定的地面分辨率的方式進(jìn)行。于是，沒有 必要進(jìn)行將焦點(diǎn)收斂在一點(diǎn)為目的的多個(gè)照相機(jī)的精密的調(diào)整，攝影所采用的各照相機(jī)按 照某種程度保持與攝影區(qū)域相對應(yīng)的攝影姿態(tài)即可，由此，可較容易地進(jìn)行攝影。另外，通 過焦點(diǎn)距離f的調(diào)整，各分割攝影圖像2具有指定的地面分辨率，由此，可使下述較廣區(qū)域 的攝影圖像的像質(zhì)比上述已有例更均勻，并且可極大地提高該像質(zhì)，該較廣區(qū)域的攝影圖 像覆蓋將多個(gè)分割攝影圖像2、2、……組合而生成的對象區(qū)域1的全部區(qū)域。另外，一般情況下，中心投影的攝影圖像可通過以攝影時(shí)的焦點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)系 統(tǒng)表示。在像上述那樣，采用相同焦點(diǎn)的多個(gè)數(shù)字照相機(jī)的上述UCD中，具有下述的優(yōu)點(diǎn)， 即，通過只調(diào)整圍繞相應(yīng)的坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)、比例尺，可使包括分割攝影圖像、作為基于它而 生成的數(shù)值的標(biāo)高信息的標(biāo)高模型之間良好地匹配。另外，按照該方式，還可照原樣沿用采 用模擬航空照相機(jī)時(shí)的過去的匹配方法。相對該情況，本發(fā)明靈活使用了下述的方式，即， 在攝影距離極大的航空照相機(jī)等的情況，即使在分割攝影圖像之間使焦點(diǎn)距離f稍微不同 的情況下，仍調(diào)整基于各分割攝影圖像而生成的上述標(biāo)高模型3，即，所謂的數(shù)值地形模型 (Digital Terrain Model)、數(shù)值表層模型(Digital Surface Model)而使其匹配，由此，可 維持適宜的精度。本發(fā)明提出不過是再現(xiàn)模擬照相機(jī)的不同于過去例的新的匹配方法。另外，在進(jìn)行作為上述攝影的彩色攝影的情況，可消除全色銳化處理造成的輻射 測量分辨率的劣化，可獲得地面分辨率和色彩深度的平衡的正射影像圖像。另外，可通過省 略全色銳化處理，進(jìn)一步提高作業(yè)效率。此外，在相對上述平臺的俯角不同的攝影中，在按照包括平臺正下方向的方式進(jìn) 行攝影的情況，可獲得更接近正射投影的圖像，由此，可獲得精度高的攝影圖像、以及基于 該攝影圖像的精度高的標(biāo)高模型5。在該情況，針對對象區(qū)域1的正下方向以外的標(biāo)高模型 3，以正下方向的標(biāo)高模型3為基準(zhǔn)而清除，進(jìn)行對位，即，根據(jù)正下的部分依次沿向外方向 擴(kuò)張，在此情況，可進(jìn)一步提高對象區(qū)域全部區(qū)域的標(biāo)高模型5的精度。還有，上述標(biāo)高模型3、3之間的匹配可具體通過下述的方式進(jìn)行，該方式為在相 對平臺的俯角不同的分割攝影圖像之間，設(shè)置適合的攝影重復(fù)區(qū)域4，在該攝影重復(fù)區(qū)域4 間謀求匹配。標(biāo)高模型3、3之間的匹配利用為標(biāo)高模型3提供標(biāo)高信息的地面基準(zhǔn)點(diǎn)而進(jìn) 行，并且還在攝影重復(fù)區(qū)域4內(nèi)設(shè)定網(wǎng)格，按照該網(wǎng)格的單元格6單元而進(jìn)行。如上所述， 使基于焦點(diǎn)距離f的不同的分割攝影圖像而生成的標(biāo)高模型3、3之間匹配的本發(fā)明中，對 應(yīng)于這樣的單元格6的單元的坐標(biāo)，進(jìn)行多個(gè)單元格6、6、……單元等的各單元格6、6之間 的最佳的對位，由此，最好采用最小二乘法。因焦點(diǎn)距離f不同，在標(biāo)高模型3、3之間產(chǎn)生 的較差產(chǎn)生在平面方向上，也產(chǎn)生在高度方向上，由此，最好，可同時(shí)在縱、橫、高度方向謀求較差的調(diào)整，但是，在從上空對地表進(jìn)行攝影的情況，在高度方向產(chǎn)生的明顯較差占大部 分，由此，也可通過僅僅沿高度方向謀求調(diào)整，提高較差的糾正效率。另外，在以上的正射影像圖像的生成中，可采用下述的攝影裝置，其通過多個(gè)照相 機(jī)7、7、……，從上方將對象區(qū)域1分割，進(jìn)行攝影，該攝影裝置包括保持在朝向正下方向的姿態(tài)的正俯視照相機(jī)7A ；保持在朝向斜下方向的姿態(tài)的斜視照相機(jī)7B ；斜視照相機(jī)設(shè)定部8，其按照相對正下方向的姿態(tài)的傾斜角度，以與正俯視照相機(jī) 7A所拍攝對象的分辨率基本一致的方式設(shè)定斜視照相目機(jī)7B的焦點(diǎn)距離f’。最好，在基于因攝影的對象區(qū)域1的面積、地形等改變飛機(jī)等的飛行高度的航空 照片的正射影像圖像的生成中，最好，采用相對飛行高度的變更的攝影條件的設(shè)定變更容 易的攝影裝置。使地面分辨率均勻的來自對象區(qū)域1的上方、上空的分割攝影，在確定沿上 述平臺正下方向進(jìn)行攝影的正俯視照相機(jī)7A的焦點(diǎn)距離f的情況，根據(jù)沿其它的方向，即， 從平臺對指定角度的斜下方向進(jìn)行攝影的斜視照相機(jī)7B的焦點(diǎn)距離f’也通過其俯角唯一 地確定?？紤]這一情況，在本發(fā)明中，針對上述斜視照相機(jī)7B的焦點(diǎn)距離f ’，設(shè)置對應(yīng)于正 俯視照相機(jī)7A的焦點(diǎn)距離f而設(shè)定的斜視照相機(jī)設(shè)定部8，減少伴隨飛行高度的變更的多 個(gè)照相機(jī)7、7、……之間的調(diào)整作業(yè)。像根據(jù)以上的說明而知道的那樣，由于按照本發(fā)明，可提供使攝影較容易，像質(zhì)優(yōu) 良的正射影像圖像的生成方法，故可更有效地進(jìn)行地形圖的制作、照片圖的獲得。另外，通 過提供適合于利用上述正射影像圖像的生成方法進(jìn)行攝影的攝影裝置，可極大地提高攝影 時(shí)的作業(yè)效率。


圖1為表示攝影裝置和采用該攝影裝置的攝影狀況的圖；圖2為表示正射影像圖像的生成方法的概要的圖，圖2 (a)為說明攝影時(shí)的焦點(diǎn)距 離和攝影距離之間的關(guān)系等的圖，圖2(b)為正射影像圖像生成裝置的方框圖；圖3為說明對象區(qū)域的攝影狀況的圖；圖4為說明生成與各照相機(jī)的攝影圖像相對應(yīng)的矩形的標(biāo)高模型的步驟的圖；圖5為說明使根據(jù)各照相機(jī)的攝影圖像而生成的標(biāo)高模型之間匹配的步驟的圖；圖6為說明采用對象區(qū)域的全部區(qū)域的標(biāo)高模型對沿飛行方向生成較長尺寸的 矩形的攝影圖像進(jìn)行正射投影變換處理的狀況的圖；圖7為說明正射投影變換處理步驟的圖像補(bǔ)償?shù)膱D；圖8為說明沿飛行方向生成較長尺寸的矩形的攝影圖像的正射影像圖像，和對象 區(qū)域的全部區(qū)域的正射影像圖像的圖；圖9為表示正射影像圖像的生成步驟的圖。
具體實(shí)施例方式圖1表示對象區(qū)域1的分割攝影的概要。在本實(shí)施方式中，采用數(shù)字照相機(jī)7，從 圖中未表示的上空的飛機(jī)(平臺)獲得極寬范圍的對象區(qū)域1的正射影像圖像，該正射影 像圖像是將對地表的較廣區(qū)域的對象區(qū)域1進(jìn)行分割攝影的多個(gè)分割攝影圖像2進(jìn)行合成等的處理而生成。按照可通過一次的飛行，對對象區(qū)域1的全部區(qū)域進(jìn)行攝影的方式，在飛 機(jī)中，像圖1(a)所示的那樣，搭載有攝影裝置A，該攝影裝置A沿與飛行方向相垂直的方向， 將分割攝影圖像復(fù)合，對較廣范圍進(jìn)行攝影。該攝影裝置A包括對飛機(jī)的正下方進(jìn)行攝影的正俯視照相機(jī)7A ；對斜下方進(jìn)行攝 影的斜視照相機(jī)7B。在本實(shí)施方式中，通過4臺斜視照相機(jī)7B，沿與飛行方向相垂直的方 向，將正俯視照相機(jī)7A的攝影范圍進(jìn)行放大，共計(jì)5臺的照相機(jī)7的攝影范圍沿與飛行方 向相垂直的方向基本呈帶狀進(jìn)行復(fù)合。在各照相機(jī)7的攝影范圍內(nèi)，具有與該照相機(jī)7鄰 接的攝影范圍的另一照相機(jī)7的攝影范圍一部分重合，設(shè)定生成攝影重復(fù)區(qū)域4的比如全 寬的30%等的旁向重疊(sidelap)率Rs，像補(bǔ)充說明的那樣，用于根據(jù)分割攝影圖像2而 生成的標(biāo)高模型3、3之間的對位。作為各照相機(jī)7，采用比如，有效像素?cái)?shù)約為2000萬，表 現(xiàn)力優(yōu)良，搭載有作為成像元件的CMOS的價(jià)格較低的canon株式會(huì)社的商品名“EOS-lDs Mark III”的照相機(jī)。另外，在上述攝影裝置A中，設(shè)置保持各照相機(jī)7的攝影姿態(tài)，即，將相對飛機(jī)的俯 角保持一定的姿態(tài)保持部11 ；控制焦點(diǎn)距離f的焦點(diǎn)距離設(shè)定部(斜視照相機(jī)設(shè)定部8)。 各照相機(jī)7通過作為照相機(jī)支架等構(gòu)成的姿態(tài)保持部11保持?jǐn)z影姿態(tài)、以及各照相機(jī)7之 間的相對位置。另外，可針對斜視照相機(jī)7B，改變?yōu)槿我獾臄z影姿態(tài)。焦點(diǎn)距離設(shè)定部8通過比如，與各照相機(jī)7連接的可移動(dòng)型的計(jì)算機(jī)等構(gòu)成，通過 在該計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的程序，對各照相機(jī)7的焦點(diǎn)距離f進(jìn)行設(shè)定、控制。另外，可通過與上 述姿態(tài)保持部11連接，設(shè)置于該姿態(tài)保持部11上的圖中未示出的傳感器，對各照相機(jī)7的 攝影姿態(tài)進(jìn)行檢測。該焦點(diǎn)距離設(shè)定部8按照通過上述姿態(tài)保持部11獲得的各斜視照相 機(jī)7B的攝影姿態(tài)，更具體地說，通過各斜視照相機(jī)7B相對攝影姿態(tài)的正下方向的傾斜角度 和在正俯視照相機(jī)7A中設(shè)定的焦點(diǎn)距離f，在各斜視照相機(jī)7B中設(shè)定焦點(diǎn)距離f ’，該焦點(diǎn) 距離f’實(shí)現(xiàn)與正俯視照相機(jī)7A的攝影的地面分辨率基本一致的地面分辨率。S卩，通過將攝影的對象區(qū)域視為平面，通過相對與該平面平行地飛行的飛機(jī)的俯 角，對比如各斜視照相機(jī)7B相對正俯視照相機(jī)7A的相對攝影距離的比例進(jìn)行運(yùn)算。根據(jù) 該比例和在正俯視照相機(jī)7A中設(shè)定的焦點(diǎn)距離f，針對各斜視照相機(jī)7B，設(shè)定可獲得與正 俯視照相機(jī)7A相同的地面分辨率的焦點(diǎn)距離f’。圖2(a)以示意方式表示正俯視照相機(jī) 7A和具有與其鄰接的攝影范圍的1臺斜視照相機(jī)7B之間的關(guān)系，斜視照相機(jī)7B的攝影距 離D’以斜視照相機(jī)7B的鏡頭的主點(diǎn)12與作為對象區(qū)域1的攝影范圍的中心點(diǎn)的攝影主 點(diǎn)13之間的距離為基準(zhǔn)而確定。另外，圖2(a)中的標(biāo)號14表示正俯視照相機(jī)7A的鏡頭， 標(biāo)號15表示其主點(diǎn)，標(biāo)號16表示焦點(diǎn)，標(biāo)號17表示正俯視照相機(jī)7A的攝影主點(diǎn)，符號D 表示正俯視照相機(jī)7A的攝影距離，標(biāo)號18表示斜視照相機(jī)7B的鏡頭，標(biāo)號19表示焦點(diǎn)。 另外，在該圖中表示坐標(biāo)系統(tǒng)的軸線方向的箭頭表示基于相應(yīng)的照相機(jī)7A、7B的攝影姿態(tài) 的坐標(biāo)系統(tǒng)的軸線方向。另外，斜視照相機(jī)7B伴隨焦點(diǎn)距離f’的改變，調(diào)整像角，由此，維 持指定的攝影范圍。具體來說，比如，在后述的攝影計(jì)劃的立案階段(圖9中的S 1)，確定飛機(jī)的飛行 高度，由此，確定圖2(a)所示的正俯視照相機(jī)7A的攝影距離D。如果確定攝影距離D，則根 據(jù)所希望的地面分辨率，確定正俯視照相機(jī)7A的焦點(diǎn)距離f、像角。如果假定斜視照相機(jī) 7B位于與正俯視照相機(jī)7A相同的位置，則可根據(jù)像這樣確定的正俯視照相機(jī)7A的像角，以
6上述旁向重疊率Rs為基準(zhǔn)，確定針對斜視照相機(jī)7B的攝影角度、像角。另外，如上所述，確 定斜視照相機(jī)7B的攝影角度，則斜視照相機(jī)7B的攝影距離D’可根據(jù)正俯視照相機(jī)7A的 攝影距離D，采用三角形函數(shù)而計(jì)算。如果像這樣，確定攝影距離D’，則根據(jù)所希望的地面 分辨率，也可確定斜視照相機(jī)7B的焦點(diǎn)距離f’。在構(gòu)成上述焦點(diǎn)距離設(shè)定部8的計(jì)算機(jī)中，比如，設(shè)置攝影距離D(D’)和焦點(diǎn)距離 f(f')對應(yīng)于地面分辨率而相互關(guān)聯(lián)的表格、正俯視照相機(jī)7A的焦點(diǎn)距離f和斜視照相機(jī) 7B的攝影角度對應(yīng)于旁向重疊率Rs而相互關(guān)聯(lián)的表格等。預(yù)先設(shè)定地面分辨率、旁向重疊 率Rs，在此基礎(chǔ)上，輸入作為上述攝影距離D的飛行高度，此時(shí)，采用這些表格，對正俯視照 相機(jī)7A和斜視照相機(jī)7B的焦點(diǎn)距離f、f'、斜視照相機(jī)7B的攝影角度進(jìn)行運(yùn)算。根據(jù)該 運(yùn)算結(jié)果，在正俯視照相機(jī)7A和斜視照相機(jī)7B中設(shè)定焦點(diǎn)距離f、f’。然后，可按照已運(yùn) 算的攝影角度改變斜視照相機(jī)7B的攝影姿態(tài)即可，比如，在可通過姿態(tài)保持部11控制斜視 照相機(jī)7B的攝影姿態(tài)的情況，可從焦點(diǎn)距離設(shè)定部8向姿態(tài)保持部11輸出將斜視照相機(jī) 7B變?yōu)橹付ǖ臄z影角度的攝影姿態(tài)的命令。如果使搭載有以上的攝影裝置A的飛機(jī)沿圖1(b)中的空白箭頭所示的方向飛行， 在該箭頭上的空白的點(diǎn)所示的位置，即，按照指定位置間隔而進(jìn)行攝影，則像該圖所示的那 樣，通過一次的飛行，可針對較寬的范圍，通過多個(gè)攝影圖像進(jìn)行覆蓋(圖9中的S2)。另 外，該圖中的符號Ro為在各照相機(jī)7的飛行方向的攝影圖像之間設(shè)定的，比如60%的前向 重疊率，由此，對象區(qū)域1在全部區(qū)域中被重復(fù)地?cái)z影。另外，通過在搭載有以上的攝影裝 置A的飛機(jī)中，搭載GPS和IMU (慣性測量單元)，可記錄攝影時(shí)的照相機(jī)7的位置和姿態(tài) (滾動(dòng)角ω，俯仰角Φ，偏航角κ)，獲得各分割攝影圖像2的外部標(biāo)定要素。另外，在采用上述攝影裝置Α、飛機(jī)的攝影時(shí)，預(yù)先制定對應(yīng)于攝影的對象區(qū)域 1的面積等的飛機(jī)的航線、與其相對應(yīng)的上述各照相機(jī)7的焦點(diǎn)距離f等的設(shè)定的計(jì)劃 (圖9中的Si)。此外，在對象區(qū)域1，通過基準(zhǔn)點(diǎn)測量，設(shè)置預(yù)先測定平面位置和標(biāo)高的 GCP20 (Ground Control Point，地面基準(zhǔn)點(diǎn))。圖3 (a)表示對象區(qū)域1的一個(gè)例子，標(biāo)號 21表示高架道路，標(biāo)號22表示建筑物，雙點(diǎn)劃線為攝影裝置A的5臺照相機(jī)7的單次的攝 影范圍。在隨著飛機(jī)的飛行而依次獲得的攝影圖像中，為了便于理解，圖3(b)表示在雙點(diǎn) 劃線處，正俯視照相機(jī)7A的僅僅一部分的分割攝影圖像2’的范圍在對象區(qū)域1重疊，另外， 各分割攝影圖像2’的范圍沿飛行方向的垂直方向稍微錯(cuò)開。圖4(a)為圖3(b)的主要部 分的放大圖。像上述那樣，沿飛行方向，按照指定的前向重疊率Ro，生成攝影重復(fù)區(qū)域4。此外，下面為了便于理解，在給出本發(fā)明的處理流程的同時(shí)進(jìn)行說明，但是，實(shí)際 上，并不要求例舉那樣的圖形處理，而僅僅通過對分割攝影圖像2的運(yùn)算進(jìn)行處理。另外， 在下面給出的方法中，可通過記錄在下面給出的流程的程序動(dòng)作的計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)處理。 圖2(b)表示作為正射影像圖像生成裝置B而構(gòu)成的計(jì)算機(jī)的方框圖。正射影像圖像生成裝置B包括由攝影圖像輸入部23a、攝影條件輸入部23b與地 面基準(zhǔn)點(diǎn)位置數(shù)據(jù)輸入部23c形成的輸入部23 ；運(yùn)算部24。將采用上述方法拍攝的攝影圖 像輸入到攝影圖像輸入部23a中，基于攝影時(shí)的GPS、IMU的照相機(jī)位置和照相機(jī)姿態(tài)的信 息輸入到攝影條件輸入部23b中，GCP20的位置信息輸入到地面基準(zhǔn)點(diǎn)位置數(shù)據(jù)輸入部23c 中。
運(yùn)算部24包括標(biāo)定點(diǎn)設(shè)定部24a ；標(biāo)高模型生成部24b ；標(biāo)高模型間匹配部24c ； 正射投影變換處理部24d;拼接(mosaic)處理部24e。如上所述，輸入到攝影圖像輸入部 23a中的分割攝影圖像2首先，通過標(biāo)定點(diǎn)設(shè)定部24a將拍攝成2幅以上的分割攝影圖像2 的適合的區(qū)域作為標(biāo)定點(diǎn)25而抽取。該標(biāo)定點(diǎn)25的抽取用作焦點(diǎn)距離f限于同一照相機(jī) 7的分割攝影圖像2、2之間，即，使沿飛行方向并列的分割攝影圖像2、2之間的相對位置相 互關(guān)聯(lián)的處理。在上述圖4(a)中，標(biāo)定點(diǎn)25通過黑圓點(diǎn)表示。標(biāo)高模型生成部24b根據(jù)像上述那樣，沿飛行方向，構(gòu)成一系列的矩形的多個(gè)攝 影圖像；如上所述，輸入到攝影條件輸入部23b中的相應(yīng)的分割攝影圖像2所對應(yīng)的照相 機(jī)位置和照相機(jī)姿態(tài)的信息；在分割攝影圖像2中顯示的，像上述那樣，輸入到攝影條件輸 入部23b中的GCP20的位置信息，生成與上述攝影圖像相同的矩形領(lǐng)域的D SM3 (Digital Surface Model，標(biāo)高模型)(圖9中的S 3)。DSM3的生成可通過比如上述重疊率Ro，按照 利用波及對象區(qū)域1的整個(gè)區(qū)域的攝影重復(fù)區(qū)域4的立體匹配而進(jìn)行，在該立體匹配時(shí)，通 過利用生成攝影重復(fù)區(qū)域4的相互的照相機(jī)7、7的照相機(jī)位置和照相機(jī)姿態(tài)的信息，可提 高匹配的精度，另外，通過利用GCP20的位置信息，可使通過匹配生成的立體模型具有位置 信息。圖4 (a)通過白圖表示GCP20，表示在圖4(b)中生成的矩形區(qū)域的DSM3。像這樣生成的與5臺照相機(jī)7相對應(yīng)的5個(gè)矩形區(qū)域的DSM3通過標(biāo)高模型間匹 配部24c進(jìn)行匹配(圖9中的S4)。由此，生成波及較廣區(qū)域的對象區(qū)域1的整個(gè)區(qū)域的D SM5。標(biāo)高模型間匹配部24c利用鄰接的矩形區(qū)域的DSM3之間的重復(fù)區(qū)域，即，基于上述旁 向重疊率Rs，沿飛行方向的垂直方向產(chǎn)生的攝影重復(fù)區(qū)域4進(jìn)行鄰接的矩形區(qū)域的DSM3、 3之間的匹配。圖5(a)概略地僅僅示出覆蓋對象區(qū)域1的中間部分的矩形區(qū)域的DSM3 ；上 述圖4(b)中的與該中間部分的DSM3的右側(cè)鄰接的矩形區(qū)域的DSM3’。該DSM3、3’之間的匹配通過下述的方式進(jìn)行，該方式為針對矩形區(qū)域的D SM3， 3’之間的重復(fù)區(qū)域4、以及GCP20的附近等，設(shè)定比如5m間隔等的網(wǎng)格，針對在該網(wǎng)格的 DSM3、3’之間相互對應(yīng)的各單元格6的坐標(biāo)值，在D SM3、3’之間進(jìn)行近似調(diào)整。圖5 (b)表 示針對上述的圖5(a)的2個(gè)矩形區(qū)域的DSM3、3’，在全部區(qū)域設(shè)定網(wǎng)格時(shí)的主要部分的放 大圖。另外，像這樣，使單元格6的面積大于攝影圖像的像素的情況，針對各單元格6的坐 標(biāo)值，可采用比如該單元格6的中間部的像素的坐標(biāo)值。像圖5(b)所示的那樣，目前，屬于作為近似調(diào)整對象的DSM3、3’之間的重復(fù)區(qū)域 4的單元格6中的一個(gè)D SM的單元格為6A，另一 DSM的單元格為6B?？紤]到工作效率，僅 僅針對高度方向，即標(biāo)高方向進(jìn)行近似調(diào)整的本實(shí)施方式中，假定在各個(gè)單元格6A、6B的 坐標(biāo)值為(kXi，kYi，kZi)時(shí)，變換后的 Z 坐標(biāo) kZi 滿足 KZi，= kZi+ka+kb · kXi+kc · kYi 的一次多項(xiàng)式的調(diào)整式。k表示進(jìn)程(course)號碼，i表示單元格號碼。在這里，ka、kb、 kc為未知數(shù)。具體來說，根據(jù)上述調(diào)整式，計(jì)算滿足kZi+ka+kb · kXi+kc · kYi = k+lZi+k+la+k+lb · k+lXi+k+lc · k+IYi的方程式的a、b、c，由此，進(jìn)行近似調(diào)整。其中以 kXi = k+lXi，kYi = k+IYi為條件。針對屬于上述的矩形區(qū)域的DSM3、3，間的重復(fù)區(qū)域4 等的全部的單元格6、6……，進(jìn)行以上的近似調(diào)整，將DSM3、3’間的重復(fù)區(qū)域4校準(zhǔn)，另外， 通過該校準(zhǔn)調(diào)整D SM3、3’之間的位置關(guān)系。另外，針對上述GCP20的附近的單元格6，坐標(biāo) 值的可靠性高，由此，最好與屬于以上的重復(fù)區(qū)域4的單元格6的校準(zhǔn)相比較，進(jìn)行權(quán)重處理、謀求調(diào)整。另外，以上的矩形區(qū)域的DSM3、3’之間的匹配，首先，在基于可靠性更高的正俯視 照相機(jī)7A的分割攝影圖像的D SM3、以對象區(qū)域1中的與該正俯視照相機(jī)7A的攝影范圍鄰 接的區(qū)域作為攝影范圍的斜視照相機(jī)7B的分割攝影圖像的DSM3’之間進(jìn)行。然后，如果進(jìn) 一步還像這樣，對下述的DSM與DSM3之間進(jìn)行匹配，由此，可進(jìn)一步提高可靠性。該D SM 為矩形區(qū)域D SM3、3’進(jìn)行匹配的DSM;該DSM3為基于從正俯視照相機(jī)7A的攝影范圍，進(jìn) 一步離開的其他的斜視照相機(jī)7B的分割攝影圖像2的DSM3。像上述那樣，對矩形區(qū)域的多個(gè)D SM3、3’……進(jìn)行匹配，圖6(a)表示波及已獲得 的對象區(qū)域1的全部區(qū)域的較廣范圍的DSM5。然后，上述運(yùn)算部24使通過正射投影變換處 理部24d呈上述矩形的多個(gè)攝影圖像，即，通過標(biāo)定點(diǎn)25使沿單一照相機(jī)7的飛行方向的 分割攝影圖像2相互關(guān)聯(lián)的部分，利用以上的較寬范圍的DSM5，依次進(jìn)行正射投影變換處 理(圖9的S5)。圖6 (a)針對通過標(biāo)定點(diǎn)25，使通過正俯視照相機(jī)7A拍攝的各分割攝影 圖像2相關(guān)的矩形的攝影圖像，按照重合于上述DSM5中的方式通過雙點(diǎn)劃線而表示。正射投影變換處理部24d由適合的市場上銷售的正射變換軟件構(gòu)成，通過各照相 機(jī)7而按照中心投影進(jìn)行拍攝的攝影圖像變換為正射投影。針對在該正射變換時(shí)，像圖 6 (b)列舉表示的那樣，照相機(jī)7’的攝影時(shí)的光路通過位于對象區(qū)域1的較高的建筑物等而 遮擋，圖7所示的白圈的坐標(biāo)作為黑圈的坐標(biāo)而識別的，即位置信息沒有正確地反映在攝 影圖像中的情況下，利用上述D SM5的標(biāo)高信息進(jìn)行補(bǔ)償。該補(bǔ)償可通過下述的方式進(jìn)行， 該方式為像圖7所示的那樣，根據(jù)通過上述IMU、姿態(tài)保持部11等指定的光路的傾斜角度 Θ、通過D SM5指定的構(gòu)造物的高度h，采用三角函數(shù)。圖8(a)表示以上的正射投影變換處理部24d的處理后的攝影圖像。在該狀態(tài)，攝 影圖像呈與沿上述相同的各照相機(jī)7的飛行方向連續(xù)的攝影范圍相對應(yīng)的矩形，在矩形的 各攝影圖像中，生成基于上述旁向重疊率Rs的攝影重復(fù)區(qū)域4。這些矩形的攝影圖像通過 由適合的拼接軟件構(gòu)成的拼接處理部24e，利用攝影重復(fù)區(qū)域4而連接(圖9中的S6)。由 此，像圖8(b)所示的那樣，生成對象區(qū)域1的全部區(qū)域集為一體的較廣區(qū)域的正射影像圖 像。該正射影像圖像可從正射影像圖像生成裝置B的輸出部26而輸出。另外，以上，給出可在單次的飛行中，對對象區(qū)域1的全部區(qū)域進(jìn)行拍攝的情況， 但是，在分成多個(gè)進(jìn)程(course)而進(jìn)行攝影的情況下，在各進(jìn)程之間進(jìn)行對位而合成，由 此，可同樣地獲得對象區(qū)域1的全部區(qū)域的正射影像圖像。在此情況，也可通過拼接處理部 24e將各進(jìn)程的攝影圖像合成，生成波及對象區(qū)域1的全部區(qū)域的正射影像圖像，但是，如 果在采用GCP20、標(biāo)定點(diǎn)25生成DSM3的前階段將進(jìn)程之間合成，則可進(jìn)一步提高對象區(qū)域 1的全部區(qū)域的DSM5的精度。而且，可進(jìn)一步提高所生成的對象區(qū)域1的全部區(qū)域的正射 影像圖像的精度。此外，以上記載中，關(guān)于通過單一的正俯視照相機(jī)7A和多個(gè)斜視照相機(jī)7B呈帶狀 復(fù)合而攝影的攝影圖像，示出了在通過GPS獲得位置信息的指定飛行位置而獲得的情況， 但是，比如還可按照下述方式進(jìn)行攝影，該方式為改變斜視照相機(jī)7B的攝影姿態(tài)等，通過 斜視照相機(jī)7B的攝影范圍，包圍正俯視照相機(jī)7A的攝影范圍的周圍。在此情況，可將通過 各照相機(jī)7的攝影圖像復(fù)合，獲得較大的矩形的攝影圖像。還有，如果按照攝影裝置A的斜視照相機(jī)7B的配置沿飛機(jī)的飛行方向與正俯視照相機(jī)7A并列的方式，對應(yīng)于飛行速度使各照相機(jī)7的攝影時(shí)刻不同，使正俯視照相機(jī)7A和 斜視照相機(jī)7B的攝影地點(diǎn)為相同位置，則還可進(jìn)一步提高DSM3的精度。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明，主要應(yīng)用于制作地形圖，或在靈活使用作為照片圖的正射影像圖像時(shí)，可 使其攝影較容易，另外，也可獲得像質(zhì)優(yōu)良的圖像。標(biāo)號說明
標(biāo)號1表示對象區(qū)域；
標(biāo)號2表示分割攝影圖像；
標(biāo)號3表示根據(jù)各攝影圖像而生成的標(biāo)高模型
標(biāo)號4表示攝影重復(fù)區(qū)域；
標(biāo)號5表示對象區(qū)域的全部區(qū)域的標(biāo)高模型；
標(biāo)號6表示單元格；
標(biāo)號7表示照相機(jī)；
標(biāo)號7A表示正俯視照相機(jī)；
標(biāo)號7B表示斜視照相機(jī)；
標(biāo)號8表示斜視照相機(jī)設(shè)定部；
標(biāo)號f表示焦點(diǎn)距離。
權(quán)利要求
一種正射影像圖像的生成方法，其中，從飛機(jī)等的平臺使俯角不同，并且以指定的地面分辨率為基準(zhǔn)使焦點(diǎn)距離不同，對對象區(qū)域進(jìn)行分割攝影；接著，通過攝影重復(fù)區(qū)域之間的匹配生成對象區(qū)域的全部區(qū)域的標(biāo)高模型，該攝影重復(fù)區(qū)域?yàn)楦鶕?jù)各分割攝影圖像而生成的標(biāo)高模型之間的攝影重復(fù)區(qū)域，采用該標(biāo)高模型的標(biāo)高信息，對各分割攝影圖像進(jìn)行正射投影變換處理，生成對象區(qū)域的全部區(qū)域的正射影像圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正射影像圖像的生成方法，其中上述分割攝影對搭載于飛機(jī)上的多臺具有不同俯角的照相機(jī)，分別設(shè)定使地面分辨率 相同的焦點(diǎn)距離；上述對象區(qū)域全部區(qū)域的標(biāo)高模型的生成根據(jù)攝影位置信息和攝影姿態(tài)信息、設(shè)定于 對象區(qū)域內(nèi)攝影得到的GCP的位置信息，由各分割攝影圖像生成多個(gè)標(biāo)高模型，然后對相 應(yīng)的坐標(biāo)值進(jìn)行近似調(diào)整，使標(biāo)高模型之間匹配，上述攝影位置信息和攝影姿態(tài)信息來自 搭載于上述飛機(jī)上的GP S以及IMU而獲得的照相機(jī)的攝影位置信息和攝影姿態(tài)信息；上述正射影像圖像的生成方法為根據(jù)對象區(qū)域的全部區(qū)域的標(biāo)高模型的標(biāo)高信息、 上述攝影位置信息、攝影姿態(tài)信息與GCP的位置信息，對各攝影圖像進(jìn)行正射變換，然后通 過拼接處理而將其連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正射影像圖像的生成方法，其中，進(jìn)行采用上述攝影方法的 彩色攝影，獲得地面分辨率和色彩深度保持平衡的正射影像圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正射影像圖像的生成方法，其中，上述分割攝影包括平臺正 下方向的攝影；以正下方向的攝影圖像的標(biāo)高模型為基準(zhǔn)，將基于另外方向的攝影圖像的標(biāo)高模型進(jìn) 行對位，使標(biāo)高模型之間進(jìn)行匹配。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正射影像圖像的生成方法，其中，在上述攝影重復(fù)區(qū)域設(shè)定 網(wǎng)格，以網(wǎng)格的多個(gè)單元為單位使標(biāo)高模型之間的標(biāo)準(zhǔn)值的差的平方和為最小的方式而進(jìn) 行匹配處理。
6.一種攝影裝置，其通過多個(gè)照相機(jī)，從上方將對象區(qū)域分割、攝影，該攝影裝置包括保持在朝向正下方向的姿態(tài)的正俯視照相機(jī)；保持在朝向斜下方向的姿態(tài)的斜視照相機(jī)；斜視照相機(jī)設(shè)定部，按照相對正下方向的姿態(tài)的傾斜角度，以與正俯視照相機(jī)所拍攝 對象的分辨率基本一致的方式設(shè)定斜視照相機(jī)的焦點(diǎn)距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的攝影裝置，其中，該裝置包括保持上述正俯視照相機(jī)和斜視 照相機(jī)的姿態(tài)的姿態(tài)保持部；上述斜視照相機(jī)設(shè)定部根據(jù)相對斜視照相機(jī)的攝影方向的正下方向的傾斜角度，預(yù)測 斜視照相機(jī)的攝影距離相對正俯視照相機(jī)的攝影距離的比例，計(jì)算獲得與在正俯視照相機(jī) 中預(yù)定的焦點(diǎn)距離的地面分辨率相對應(yīng)的地面分辨率的斜視照相機(jī)的焦點(diǎn)距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及正射影像圖像的生成方法以及攝影裝置，主要為了制作地形圖，或在靈活使用作為照片圖的正射影像圖像時(shí)使用。本發(fā)明的目的在于提供可使攝影較容易，像質(zhì)優(yōu)良的正射影像圖像的生成方法。另外，本發(fā)明的目的在于提供適合于采用上述正射影像圖像的生成方法進(jìn)行攝影的攝影裝置。從飛機(jī)等的平臺通過改變俯角，并且以指定的地面分辨率為基準(zhǔn)改變焦點(diǎn)距離(f、f’)，對對象區(qū)域(1)進(jìn)行分割攝影；接著，通過根據(jù)各分割攝影圖像(2)而生成的標(biāo)高模型(3、3)之間的攝影重復(fù)區(qū)域(4)之間的匹配，生成對象區(qū)域(1)的全部區(qū)域的標(biāo)高模型(5)，采用該標(biāo)高模型(5)的標(biāo)高信息，對各分割攝影圖像(2)進(jìn)行正射投影變換處理，生成對象區(qū)域的全部區(qū)域的正射影像圖像。
文檔編號G06T1/00GK101919235SQ200980102630
公開日2010年12月15日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月21日
發(fā)明者橘菊生, 笹川正 申請人:株式會(huì)社博思科