三次元画像計測の基礎

バンドル調整の理論と実践

三次元画像計測の基礎

従来の写真計測技術の理論を解説するとともに、デジタル化の進展によって可能となった計測技術についても解説。

著者 日本写真測量学会
ジャンル その他
出版年月日 2016/05/01
ISBN 9784501629809
判型・ページ数 A5・192ページ
定価 本体2,700円+税
在庫 在庫あり

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写真で撮った”モノ”の三次元形状を把握する技術についての解説書。カメラで撮った画像から立体的な形状を作り上げる技術は、ロボット業界、自動車業界、医療業界、土木業界など、様々な業界から注目を集めている。従来の写真計測技術の理論を解説するとともに、デジタル化の進展によって可能となった計測技術についても解説。すぐに実装可能なオープンソースプログラムの適用事例も記載。

 本書は,写真測量の分野で発展し,近年コンピュータビジョンの分野でも利用が広がっているバンドル調整を取り扱う。バンドル調整は,多数の写真から位置・姿勢と画像内の対象の位置を同時に決定する三次元画像計測の基礎技術である。
 バンドル調整のアイデアの起源は古く,Joanne Zahnの”OCULUS ARTIFIALISTELEDIOPTRICUS SIVE TELESCOPIUM”(1685)には複数の視点から物体の形状を復元するアイデアが見られる。バンドル調整の数値的解法は1950年代に大陸間弾道ミサイルの軌跡を写真から解析する技術として開発され,汎用性の高い三次元画像計測技術として写真測量の分野を中心に発展してきた。
 バンドル調整は,画像上に写っている地物の座標を取得し,解析することより写真の位置と姿勢,および地物の座標を計算する。1990年代ごろからデジタルカメラが普及したことにより,写真測量やコンピュータビジョンの分野で自動化が進められ,今では写真測量の知識がなくても三次元点群や三次元モデルを取得することが可能となった。その一方で自動的に得られた三次元点群の精度をどのように確保することができるか,撮影方法や精度管理方法については近年でも議論が続いている。
 本書は以上のような歴史を持つバンドル調整について,あらためて写真測量の立場から解説する。本書は経緯を踏まえてバンドル調整を適切に利用してもらうため,初期値の設定が容易な人の目と同様の配置で撮影した写真でバンドル調整による処理を行うところから議論を始め,その特徴を明らかにするとともに,自由な視点から,あるいは動きながら撮影した写真を用いたバンドル調整の解法へと議論を進める。
 第1章では,写真測量を概説するとともにバンドル調整の発達の経緯を整理する。
 第2章では,古典的な写真測量で使用される座標系について解説する。
 第3章では,古典的な空中写真測量に適用されたバンドル法を例に,バンドル法の具体的な解法について解説する。
 第4章では,地上における写真測量でのバンドル調整の利用について述べる。
 第5章では,とくに高精度な計測が要求されるバンドル法で要求されるフリーネットワークについて解説する。
 第6章では,精度を極限まで要求する精密工業計測における適用について解説する。
 第7章では,コンピュータビジョンにおけるバンドル調整の適用について解説する。
 第8章では,インターネット上で公開されているバンドル調整のオープンソースを取り上げ,実装する場合の留意点を解説する。
 最後に付録として,バンドル調整と空中写真測量の歴史をレビューする。

2016年4月
著者一同
はじめに
第1章写真測量とバンドル調整の基礎
 1.1 写真測量とは
 1.2 写真測量の原理
 1.3 バンドル調整と写真測量
 1.4 バンドル調整の方法
 参考文献
第2章 写真測量で使用される座標系
 2.1 機械座標系
 2.2 写真座標系
 2.3 カメラ座標系
 2.4 絶対座標系
 参考文献
第3章 空中三角測量におけるバンドル調整
 3.1 準備
 3.2 観測方程式と正規方程式
 3.3 非線形最小二乗法の解法
 3.4 実装
 3.5 調整結果の評価
 3.6 付加パラメータの導入例
 3.7 空中三角測量におけるその他の事項
 参考文献
第4章 地上写真測量におけるバンドル調整とカメラキャリブレーション
 4.1 地上写真測量におけるバンドル調整
 4.2 非計測カメラにおけるセルフキャリブレーション
 4.3 地上写真測量の諸問題
 4.4 今後の展開
 参考文献
第5章 フリーネットワークのバンドル調整への適用
 5.1 フリーネットワーク概要
 5.2 ネットワークデザイン
 5.3 擬似逆行列とフリーネットワーク
 5.4 内的拘束法
 5.5 基準系への変換
 5.6 解析例
 5.7 まとめ
 参考文献
第6章 精密工業計測におけるバンドル調整とカメラキャリブレーション
 6.1 近接写真測量を用いた精密工業計測
 6.2 撮影条件と条件式
 6.3 初期値取得法
 6.4 精密工業計測におけるカメラキャリブレーション
 参考文献
第7章 コンピュータビジョンとバンドル調整
 7.1 コンピュータビジョンと写真測量
 7.2 コンピュータビジョンにおけるバンドル調整
 7.3 コンピュータビジョンにおける非線形最小二乗法
 7.4 コンピュータビジョンにおけるステレオ画像幾何学
 参考文献
第8章 オープンソースによるバンドル調整の適用
 8.1 オープンソースの紹介
 8.2 本書との関係
 8.3 コードの解説

付録 バンドル調整と空中写真測量の歴史
 付.1 バンドル調整の起源
 付.2 バンドル調整の概念の萌芽と基本原理の研究
 付.3 本格的なバンドル調整の研究と実用化
 付.4 セルフキャリブレーションつきバンドル調整
 付.5 バンドル調整の実利用
 付.6 GPS空中三角測量からデジタル空中三角測量の時代への展開
 付.7  まとめ
 参考文献
索引

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