写真測量
写真測量とは、写真から実物の正確な寸法を測定し、その形状、寸法、3D空間における位置を精密に定義する科学です。写真測量を行うには、以下のものが必要です。
画像： 写真測量は、人間の視覚に似た立体視の原理に基づいています。人間の視覚では、両眼がわずかに離れた2つの異なる視点から同じ物体の画像を捉えます。写真測量の場合、これは、異なる位置から、正面（連続する画像間）と側面（隣接する画像または飛行経路間）に重なり合う画像が撮影されることを意味します。主な入力は重なり合う画像ですが、撮影されたデータを効果的に処理するためには、カメラの内部および外部パラメータを知ることが重要です。
- 内部パラメータ： 内部パラメータは、焦点距離、主点XとY、歪みパラメータ（R1、R2、R3、T1、T2）など、カメラのジオメトリを定義します。
- 外部パラメータ： 外部パラメータとは、撮影された各画像におけるカメラの位置と向きを指します。
各画像はピクセルで構成されています。 地上サンプリング距離（GSD） です 隣接する2つのピクセルの中心間の距離（中心から中心までの距離）のこと 。GSDは各画像のディテールの量を決定し、カメラのメガピクセル数とカメラと被写体との距離に依存します。
写真測量による復元精度を向上させるには、 地上基準点 （GCP）の使用を強く推奨します。GCPとは、対象領域内の座標が既知の点であり、トータルステーションやGNSS受信機などの従来の測量方法で測定できます。GCPはプロジェクト処理において必須ではありませんが、結果の絶対精度を大幅に向上させます。さらに、GCPは結果の精度を検証するためのチェックポイントとしても利用できます。チェックポイントは、復元精度を確認する最も正確な方法です。
買収計画
写真測量プロジェクトにおける最初のステップは、データ取得計画です。高品質で正確な結果を得るには、良質なデータセットが必要です。良質なデータセットを取得するには、以下の手順に従ってください。
1. 以下の点を考慮して画像取得計画。
| プロジェクトの目的 | プロジェクトの種類（空中、地上、混合） | ||
| 飛行経路：プロジェクトエリアをカバーするための飛行ライン数または個々の飛行回数 | 使用する機材（カメラ、ドローンなど） | ||
| 重なり：高精度かつ効率的な結果を得るためには、画像間に十分な重なりが必要です。. | 希望する地上サンプリング距離（GSD） | ||
| 画像が撮影される飛行高度と撮影角度 | 気象状況 | ||
| 画像露出。カメラのセンサーに到達する光の量。良好な結果を得るためには、露出過多や露出不足を避けることが重要です。. |
十分に露出している |
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露出オーバーがひどい |
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露出不足がひどい |
2. カメラ設定の構成
可能な限り、カメラの設定は自動に設定し、撮影中は常に同じ状態を維持してください。ただし、場合によっては、画像取得に使用するカメラの設定を調整する必要があることもあります。設定を誤ると、画像にぼやけ、ノイズ、歪みなどが生じる可能性があります。.
- カメラ本体とレンズ
- 遠近感レンズと魚眼レンズに対応しています。.
- ズームは変更できません。.
- 焦点距離を一定に保つことをお勧めします。.
- カメラ設定
- 内部手ぶれ補正設定はオフにしてください
- シャッタースピード、絞り、ISO感度は自動設定にしてください。
- 画像がぼやけていたりノイズが多い場合は、シャッタースピード/絞り/ISOを手動で設定してください。
- マニュアルフォーカスを無限遠に設定する
注することを強くお勧めします デラッピング 設定を オフに 、Pix4Dソフトウェアで最適な結果を得るには、
3. 画像のジオレファレンス
画像は、GPS内蔵カメラを使用するか、RTK/PPKワークフローを使用して、地理参照することができます。.
4. GCP （任意だが推奨）
GCP（地上基準点）を使用するには、必要なGCPの数、測定場所、測定方法を計画する必要があります。.
GCP（地上基準点）はどこに設置すべきでしょうか？- 精度の一貫性を確保するため、GCP（地上基準点）は対象領域全体に均等に配置する必要があります。また、対象物にできるだけ近い位置に設置し、プロジェクト領域の端から少なくとも1飛行ライン分離れた位置に配置する必要があります。.
GCP（地上基準点）はどの程度の精度が求められるべきか、またどのように測定すべきか？
- GCP（地上基準点）の精度は、最終結果に必要な精度に依存します。プロジェクトに必要な最終的な絶対精度と一致する必要があります。GCPは、さまざまな地形測量機器を使用して測定できます。
- トータルステーションはミリメートルレベルの精度を達成できる。.
- GNSS受信機は、（機器、プロジェクトの場所、国によって異なりますが）センチメートルレベルの精度を達成できます。.
飛行中に地上基準点（GCP）をどのように特定できますか？
- GCPターゲットは画像に写っている必要があります。GCPターゲット（下図参照）は、GSDの5～10倍の大きさである必要があります。例えば、GSDが2センチメートルの場合、画像に明確に写るようにするには、ターゲットは最低でも10～20センチメートルの大きさが必要ですが、やや大きめのターゲットの方が効果的な場合が多いです。.
5. 気象条件
天候条件、特に光量、降水量、大気の透明度は、写真測量結果の品質を向上させることもあれば、低下させることもあります。天候による影響を最小限に抑えるため、写真測量調査は好天と良好な光条件の時に計画することが推奨されます。.
- 光。 フォトグラメトリーに最適な照明は、柔らかく均一な光です。これは人工照明や曇り空で実現できます。これにより影が軽減され、クリアで均一な照明が確保されるため、細部を捉えやすくなります。 直射日光は避けてください。直射日光は強い影や露出過多を引き起こし、細部を隠したり、反射の原因になったりします。
- 風。 強風は避けてください。風は安全上の理由だけでなく、画像の鮮明度にも影響を与える可能性があります。特にドローンを使用する場合、強風はブレの原因となります。安全と画像の鮮明さを確保するためには、穏やかな天候が望ましいです。
- 雨。 雨はレンズに水滴を付着させ、画像の鮮明度を低下させる可能性があります。また、特定の形状を覆い隠したり、表面の状態を変化させたりするため、正確なデータの取得がより困難になる場合があります。
6. GSD
地上サンプリング距離（GSD）は、データ処理の精度と出力品質に影響を与える重要な要素です。基本的に、GSDは画像の解像度を決定し、取得できる詳細レベルに影響を与えます。.
水平精度は通常GSDの1～2倍、垂直精度はGSDの2～3倍であるため、 GSDを計算する プロジェクトのニーズに応じて
ユースケース
理想的な画像取得計画は、再構築対象となる地形／物体の種類と、求める結果によって異なります。
- 一般的なケース：森林、雪、湖、農地、および／または再建が困難なその他の地形を含まないプロジェクトの場合。
- 森林および密生した植生：森林または密生した植生に覆われたエリアを含むプロジェクトの場合。
- 農地のある平坦な地形： 農地など、視覚的に均質なコンテンツを持つ平坦な地形向け。
- 建物の再構築：建物の3Dモデリング用。
- 特殊なケース：雪、砂、水面（海、湖、川など）の場合。
- 回廊マッピング：線状の対象領域（道路、河川など）を持つプロジェクト向け。
- 複数フライト：複数回のフライトで撮影した画像を使用するプロジェクトの場合。
- 都市の再構築（見えるファサード）：都市部の3Dモデリング用。
- 3Dインテリア再構築：建物の内部を3Dモデリングするための
- 混合再構成：複数のデータセット（屋内/屋外、航空/地上、天底/斜め）を組み合わせた場合。
- 大型垂直物体の再構築：背が高く細長い物体を3Dモデリングする場合。
一般的なケース
以上 正面オーバーラップ （飛行方向に対して） 側面オーバーラップ （飛行ライン間）が60%以上です。画像は規則的なグリッドパターンで撮影することをお勧めします。カメラは、 一定の高度 目標とする地上画素寸法（GSD）を確保するために、地形／対象物に対して
森林 と密生した植生
森林や密生した植生は、何千もの枝や葉を含む複雑な構造のため、重ね合わせた画像では非常に似通って見えることがよくあります。このような環境は非常に複雑であるため、一般ケースを以下のように変更することをお勧めします。
- 重なりを、 正面および側面で少なくとも85%まで増やしてください。
- 飛行高度を上げる：より高い高度で飛行すると、遠近法の歪みが軽減され、植生の視覚的特徴が増すため、重なり合う画像における視覚的な類似点を検出しやすくなります。
- 後続の画像では、植生が大きく動いているような飛行状況は避けてください。.
農地が広がる平坦な地形
農地のように地形が平坦で視覚的な内容が均質な場合、画像間で共通の特徴点（キーポイント）を抽出することは困難です。良好な結果を得るためには、一般的なケースと同様の単一グリッドミッションを使用することをお勧めしますが、以下の変更を加える必要があります。
- 重なりを、 正面および側面で少なくとも80%まで増やしてください。
- より高く飛行する。必要な地上距離（GSD）が維持される限り、より高く飛行することで結果を改善できる。
- を取得する 。
建物の 再建
3D建物を再構築するには、「軌道」または「円形」ミッションと呼ばれる特定の画像取得計画が必要です。
- カメラの傾斜角度。すべてのプロジェクトに適した万能なカメラアングルはありません。画像フレームの大部分が再構築対象物を捉えるように、傾斜角度を調整してください。.
- 建物の周りを2周目、3周目と飛行し、周回するごとに飛行高度を上げ、カメラアングルを狭めてください。.
- 対象物の大きさや対象物までの距離にもよりますが、十分な重なりを確保するために、5～10度ごとに画像を撮影することをお勧めします。.
特別なケース
このセクションでは、雪、砂、湖などの地形など、地図作成が難しい地域に関するヒントをいくつか紹介します。.
- 雪と砂 均質な性質のため、視覚的なコンテンツは少ない。したがって：
- を増やす ：正面オーバーラップは少なくとも85％、側面オーバーラップは少なくとも70％。
- が高くなるように露出設定を調整してください コントラスト 各画像でできるだけ
- 水面 均質で動的かつ反射性が高いため、視覚的な要素がほとんどありません。水面や波に反射する太陽光は、異なる画像間で同じ物体を視覚的に照合することを困難にします。.
- 開水域を元の状態に戻すことはほぼ不可能だ。.
- などの他の水面を再現するには 河川 や 湖、各画像に陸地などの識別可能な特徴が含まれている必要があります。より高い高度を飛行することで、陸地やその他の識別可能な特徴を含めることができる場合があります。
- プロジェクト対象地域に水域が含まれる場合、各画像の少なくとも4分の3には、水域以外の識別可能な特徴が含まれていることが不可欠です。.
回廊マッピング
鉄道、道路、河川などの回廊をマッピングするには、少なくとも2本の飛行ラインが必要ですが、少なくとも3本が推奨されます。地上基準点 （GCP）は 必須ではありませんが、再構築の精度を向上させるために推奨されます。
2つの飛行ラインを持つ回廊を飛行する場合、 正面オーバーラップ率を最低85% 、 側面オーバーラップ率を最低60%。天底画像または斜め画像を使用できます。平坦な地形の場合は、天底画像の使用を推奨します。
複数のフライト
複数のフライトで撮影された画像を使用して、単一のプロジェクトを処理することが可能です。異なる画像取得計画を設計する際には、以下の点を確認してください。
- それぞれの計画図は、十分な重なり合いで画像を捉えている。.
- これらの画像は、ほぼ同じ条件下（太陽の向き、天候、新しい建物の建設の有無など）で撮影されたものです。.
都市再建（外観）
都市部の3D再構築には、建物のすべての正面（北、西、南、東）が画像上に写るように、二重グリッド画像取得計画が必要となる。.
- オーバーラップ率 であるべきです 、正面オーバーラップが85%、少なくとも 70%
- カメラの傾き。 建物の外観を捉えるには、10度から35度の角度で撮影してください。ほとんどの二重グリッド撮影では、70度の角度が推奨されます。
- より詳細な情報が必要な場合は、航空写真と地上写真を組み合わせます。このような場合、異なる撮影方法で取得した画像を統合するために、GCP（地上基準点）または手動タイポイントを使用することを強くお勧めします。.
3Dインテリア再構築
内部構造の再構築には、地上画像の使用を強く推奨します。高い重複率（90%）が必要です。.
混合再建
屋内/屋外、空中/地上、および/または天底/斜めといった組み合わせが可能です。.
各データセット内およびデータセット間で十分な重複があることを確認してください。このような場合は、GCP（地上基準点）または手動タイポイントを使用して、異なるデータセットを適切に結合することを強くお勧めします。.
大型垂直物体の再構築
背が高く細長い物体の3D再構築には、特定の画像取得計画が必要です。
- 安全な運用距離を保ちながら、構造物の近くを飛行してください。
- 異なる高さで、構造物の周りを数回旋回してください。.
- 画像は高い重なり率で撮影する必要があります。同じ高さで撮影した画像間では90%、異なる高さで撮影した画像間では60%の重なり率が必要です。.
- 画像フレーム内のすべての被写体（プロジェクト領域外の背景にある被写体を含む）にピントが合っている必要があります。.
- 画像に位置情報を付加することを推奨します。.
