【14】全地連「技術ｅ-フォーラム2008」高知市販デジタルカメラによる三次元計測とその活用例㈱開発工営社 ○新妻重明安藤勧河又久雄 1. はじめに近年，高分解能の市販デジタルスチルカメラが普及しており，これらを用いた三次元写真計測技術が実用化されている。この技術は，自然斜面や構造物等の様々な計測で用いられるが，危険で人の近づけない急斜面の調査において特に有効となる。しかし，三次元写真計測の精度は，解析写真の撮影環境や基準点の設定，解析方法により大きく左右される。ここでは，三次元写真計測において有効と思われる写真撮影位置やターゲットの形状および配置方法を紹介する。また，現場計測における活用事例を紹介するとともに，計測精度ついても検証する。 2. 三次元写真計測の方法三次元写真計測は，撮影した写真画像の平面座標を測定し，対象物，レンズ，CCD を結ぶ光の幾何学条件を利用して，対象物の空間的な位置，すなわち三次元座標を求めるものである1)。三次元写真計測の流れを以下に示すとともに，現場での適応事例についても述べる。計測フローを図-1に示す。＜1. 撮影計画準備＞・対象物，撮影位置等の確認(形状,植生等の障害物) ・対応点，スケール配置(ターゲット，測量基準点等) 写真-1 十字型ターゲット(左)と円形ターゲット(右) (2) 写真撮影写真の撮影枚数は，2枚でも解析は可能だが，枚数を増やすことで精度が向上する2)。撮影角度は，左右だけでなく上下にも視差を確保することで精度の向上を図る。 (3) 画像解析対象物の三次元座標を求めるには，実際の対象物の標的と CCD 面に写された二次元画像上の標的（対応点）との関連付けを行い，内部標定要素，外部標定要素を算出する必要がある1)。内部標定要素は焦点距離や主点位置のずれ，レンズ歪み等，個々のカメラが持つパラメータであり，事前に求めることができる2)。一方，外部標定要素は計測時におけるカメラの位置や姿勢等で，解析ごとに毎回算出する必要がある。＜2. 写真撮影＞・角度を変えて2箇所以上の画像撮影・画像内に対応点＜3. 画像解析＞・対応点付け・内部標定 (事前に実施可) ・外部標定要素 (解析ごとに算出) 内部標定要素，外部標定要素が決定されると，対象物の相対三次元座標が求められる。これに測量座標や点間距離，鉛直の基準等を入力することで，対応点の三次元座標を求めることができる。 (4)結果出力解析により求められた三次元座標は，サーフェイスを作成して3D モデリング（図-2 右上）が可能となる。ま＜4. 結果出力＞・3Dモデリング・CADデータ出力等(等高線図・縦横断図作成，体積計算等) た，等高線図（図-2 右下），縦横断図（図-2 左下），点群データ等を CAD データ等に出力できる。図-1 三次元写真計測フロー (1) 撮影計画準備写真を撮影する前には，対象物の形状や植生等の障害物を把握した上で，写真の撮影位置を計画する。配置するターゲットは対象物の状況や継続観測等に合わせて選定する。対象物が植生や積雪に覆われる可能性がある場合は，十字型ターゲットが有効である。（写真-1 左）。この場合，ターゲットの一部が陰になっても交点が見えれば点の抽出が可能となる。一方，障害物がない場合は円形ターゲットを使用して，解析時に円の面積重心を精度よく算出する方法が有効である（写真-1 右）。図-2 計測結果出力例全地連「技術ｅ-フォーラム2008」高知 3. 現場計測における精度に関する検証観測開始後1年間は，解析画像を2枚で計測を行なった写真-2は2002年12月から2003年1月の間でダム湖岸斜が，観測ごとや解析者ごとのバラツキが数 m にも及ぶこ面に発生した風化岩地すべりで，発生当初からパイプ歪とから，画像を4枚以上に変更した。結果，ターゲット間計および地表伸縮計による観測を実施している。三次元の距離でのバラツキが平均31～35mm（撮影距離約64m に写真解析は2006年6月から行なっており，ターゲットを用対して約0.05%），最大102mm（約0.14%）となった（図-4）。いた移動岩塊の動態観測を実施している。表-1に三次元写真計測の概要を示す。 2006年写真-2 ダム湖岸の地すべり全景（赤丸はターゲット）象 2008年図-4 ターゲット間の距離のバラツキ表-1 三次元写真計測の概要対 2007年 2007年ダム湖岸斜面に発生した風化岩地すべり (幅約50～60m,奥行き100m) 目的地すべりの移動岩槐の動態観測観測開始日 2006年6月30日解析画像を4枚以上用いた場合のターゲットの座標のバラツキは，Y（左右）方向および Z（鉛直）方向で，平均18～38mm（約0.03～0.06%），最大45～117mm（約0.07 ～0.18%）なのに対して，X（奥行）方向では，平均61～ターゲット観測点3箇所、基準点3箇所撮影位置ダム湖面のボート上、凍結した湖面上 146mm（約0.10～0.23%），最大161～454mm（約0.25～撮 0.71%）と大きくなる（図-5）。影距離約64m 観測に用いるターゲットは，冬季の積雪や樹木が多いこと等を考慮して，十字型ターゲットを採用した。ターゲットは移動岩塊に3箇所，地すべり外側の不動地盤に3 箇所，計6箇所を設置した(図-3)。解析における対応点付けはターゲット6点に加え，任意一般的に三次元写真計測における誤差は，X（奥行）方向に最も大きくなると言われているが1)，当事例においても同様の結果が得られた。X（奥行）方向のバラツキは，Y（左右）方向および Z（鉛直）方向のバラツキよりも，約4倍程度大きい傾向を示す。の14点で行なった。スケールとしてターゲット間の距離（実測値）を用い，基準点3箇所の初期座標を決定した。動態観測は，ターゲットの座標およびターゲット間の距離について，初期値からの相対的な変化を見ることにより行なっている。同時に実施しているパイプ歪計および地表伸縮計の観測結果からは，地すべりに大きな変動は認められないことから，ターゲットの移動はほぼないものと推定して，計測の精度について検証する。 2007年 2008年図-5 ターゲットの座標のバラツキ No.5(基準点) 《引用・参考文献》 No.3(観測点) 1) ㈳日本写真測量学会動態計測研究会編：デジタル写真 No.1(基準点) No.2(観測点) No.6(基準点) 測量の理論と実践，343pp，2004.6. No.4(観測点) 2) 國井洋一，村井俊治：デジタルスチルカメラのキャリブレーションにおける最適状況の検討，写真測量とリターゲット図-3 地すべり観測おけるターゲット位置図モートセンシング，Vol47，No.1，pp.44-51，2008.3.