画像取得と写真測量におけるベストプラクティス 

写真測量

写真測量とは、写真から実物の形状、寸法、および3次元空間における位置を正確に特定するための科学です。写真測量を行うには、以下のものが必要です： 

画像：写真測量法は、 人間の視覚と同様の立体視の原理に基づいています。人間の視覚では、両眼がわずかに距離を置いて異なる視点から同じ物体の画像を捉えます。 フォトグラメトリにおいては、これは、異なる位置から撮影された画像に、前方（連続する画像間）および横方向（隣接する画像間または飛行ライン間）の重なりがあ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、カメラの内部パラメータと外部パラメータを把握することが重要です：

• 内部：内部パラメータは、焦点距離、主点 X および Y、ならびに歪みパラメータ（R1、R2、R3、T1、T2）など、カメラの幾何学的特性を定義します。 
• 外部：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）とは、隣接する2つのピクセルの中心間距離（中心から中心まで）を、地上で測定した値のことです（ ）。GSDは各画像の詳細度を決定する要素であり、カメラのメガピクセル数およびカメラと被写体の距離によって決まります（ ）。

写真測量による再構築の精度を高めるためには、地上基準点（GCP）の使用を強く推奨します。GCPとは、対象領域内で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手法を用いて測定することができます。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ることができます。 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活用できます。チェックポイントは、再構築結果の精度を確認する上で最も正確な方法です。

買収計画

フォトグラメトリープロジェクトの計画における最初のステップは、データ収集計画です。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、画像取得計画を策定してください：

2. カメラ設定の構成

可能な限り、カメラの設定は自動モードに設定し、撮影中は設定を変更しないようにしてください。場合によっては、画像の撮影に使用するカメラの設定を調整する必要があります。設定を誤ると、画像がぼやけたり、ノイズが入ったり、歪んだりすることがあります。

• カメラ本体とレンズ
  • 広角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。
  • 一貫して単焦点レンズの使用をお勧めします。
• カメラの設定
  • 内部安定化設定はオフにする必要があります
  • シャッター速度・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入っていたりする場合は、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

3. 画像の地理参照

画像は、GPS内蔵カメラを使用するか、RTK/PPKワークフローを用いて地理参照情報を付与することができます。

4. GCP（任意ですが、推奨されます）

GCPを使用するには、必要なGCPの数を計画するだけでなく、どこで、どのように測定するかも計画する必要があります。

GCPはどこに設置すべきでしょうか？ 

• 一貫した精度を確保するため、GCPは対象エリア全体に均一に配置する必要があります。また、GCPは対象物から可能な限り近い位置に配置し、プロジェクトエリアの端からは少なくとも1つの飛行ライン分だけ離す必要があります。

GCPの精度はどの程度必要であり、どのように測定すべきでしょうか？ 

• GCPの精度は、最終結果に求められる精度によって決まります。これは、プロジェクトで要求される最終的な絶対精度に見合うものでなければなりません。GCPの測定には、以下のような様々な測量機器を使用することができます：
  • トータルステーションはミリメートル級の精度を実現できる。
  • GNSS受信機は、センチメートル級の精度を実現可能です（機器、プロジェクトの実施場所、および国によって異なります）。

フライト中にGCPをどのように特定すればよいでしょうか？

• 画像内にはGCPターゲットが確認できる必要があります。GCPターゲット（下図参照）のサイズは、GSDの5倍から10倍程度であるべきです。例えば、GSDが2センチメートルの場合、画像内で明確に識別できるようにするためには、ターゲットのサイズは少なくとも10～20センチメートルである必要がありますが、多くの場合、それより少し大きめのターゲットの方が望ましいです。 

5. 気象状況

気象条件、特に光、降水量、大気の透明度は、写真測量の結果の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。気象に起因する問題を最小限に抑えるため、好天かつ適切な光条件のときに写真測量を実施するよう計画することが推奨されます。

• 光。 フォトグラメトリに最適な照明は、柔らかく均一な光です。これは人工照明や曇り空によって得られます。これにより影が抑えられ、鮮明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オーバーを引き起こし、細部が隠れたり反射が生じたりする原因となります。
• 風。 強風は避けてください 。風は安全上の懸念となるだけでなく、画像の鮮明さにも影響を及ぼす可能性があります。特にドローンを使用する場合、強風は手ブレの原因となることがあります。安全性と画像の鮮明さを確保するため、穏やかな天候が望ましいです。
• 雨。雨によってレンズに水滴が付着し、画像の鮮明さが損なわれることがあります。また、特定の特徴が見えにくくなったり、表面の状態が変化したりするため、正確なデータを取得することが難しくなる場合があります。

6. GSD 

地上サンプリング距離（GSD）は、データ処理の精度や出力結果の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、捉えることができる詳細度のレベルに影響を与えます。

水平方向の精度は通常、GSDの1～2倍、垂直方向の精度はGSDの2～3倍となるため、プロジェクトの要件に応じてGSDを算出することが極めて重要です。

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や物体の種類、および求める結果によって異なります： 

• 一般的なケース：森林、雪原、湖、農地、および／または再現が困難なその他の地形を含まないプロジェクト。
• 森林および密生した植生：森林や密生した植生に覆われた地域を対象とするプロジェクト。
• 農地などの平坦な地形： 農地など、視覚的な要素が均一な平坦な地形向け。
• 建物の再建：建物の3Dモデリング用。
• 特例：雪、砂、および水面（海、湖、川など）の場合。
• 回廊マッピング：線状の調査対象エリア（道路、河川など）を含むプロジェクト向け。
• 複数回の飛行：複数の飛行で撮影された画像を含むプロジェクト。
• 都市の再構築（外観）：都市部の3Dモデリング用。
• 3D室内再構築：建物の内部を3Dモデル化する
• 混合再構成：複合データセット（屋内／屋外、および／または航空／地上、および／または真上／斜め）の場合。
• 背の高い物体の再構築：背が高く細長い物体の3Dモデリング用。

一般的なケース 

ほとんどの場合、推奨される最小オーバーラップ率は、 正面方向（飛行方向に対して） で少なくとも75％、 側面方向（ 飛行経路間） で少なくとも60％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推奨します。カメラは、所望のGSDを確保するために、地形や被写体の上空で一定の高度を維持します。

森 森と生い茂る植物

森林や密生した植生は、何千もの枝や葉からなる複雑な構造のため、画像が重なった際に非常に似通って見えることがよくあります。これは非常に複雑な環境であるため、「一般の場合」の設定を以下のように変更することをお勧めします：

• 画像間の重なりを、正面および側面において少なくとも85%にする。
• 飛行高度を上げる：より高い高度で飛行することで、遠近感による歪みが軽減され、植生の視覚的特徴がより鮮明になるため、重ね合わせた画像間の視覚的な類似点をより容易に検出できるようになる。
• 連続した画像で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。

平坦な土地に農地が広がっている

農地など、地勢が平坦で視覚的な特徴が均一な場合、画像間で共通する特徴点（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推奨しますが、以下の変更を加える必要があります：

• 画像間の重なりを、正面および側面において少なくとも80%にする。
• より高く飛ぶ。必要なGSDが維持されている限り、より高く飛ぶことで成果を向上させることができる。
• 画像の位置情報を正確に特定する。

建設 建物の改修

建物の3D再構築には、「オービット」または「サーキュラー」ミッションと呼ばれる、特定の画像取得計画が必要です：

• カメラのピッチ。すべてのプロジェクトに通用する万能なカメラアングルなど存在しません。再構築対象の物体がフレームの大部分を占めるように、カメラのピッチを調整してください。
• Fly a second and third time around the building increasing the flight height and decreasing the camera angle with each round.
• 被写体の大きさや距離に応じて、十分な重なりを確保するため、5～10度ごとに1枚ずつ撮影することをお勧めします。

特例

このセクションでは、雪や砂、湖など、マッピングが難しい地形に関するヒントをいくつか紹介します。

• 雪と砂 均一な性質のため、視覚的な要素がほとんどない。したがって：
  • オーバーラップ率を高める：前面のオーバーラップ率は85％以上、側面のオーバーラップ率は70％以上とする。
  • 各画像でコントラストを最大限に引き出すように露出設定を行ってください。
• 水面 均一で動的かつ反射性が高いため、視覚的な情報がほとんどない。水面に反射する太陽の光や波の動きは、異なる画像間で同じ対象を視覚的に照合する際に困難をもたらす。
  • 開放水域の状況を再現することはほぼ不可能です。
  • 川や湖などの他の水面の画像を再現するには、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。より高い高度から撮影することで、陸地やその他の識別可能な特徴を画像に収めやすくなるでしょう。
  • 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は、水以外の識別可能な要素で占められていることが不可欠です。

回廊のマッピング

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、3本以上が推奨されます。GCPは必須ではありませんが 、再構築の精度を高めるために推奨されます。

2本の飛行ラインでコリドー飛行を行う場合、正面方向のオーバーラップは少なくとも85％、側面方向のオーバーラップは60％以上を確保することを推奨します。真下からの画像（ナディール画像）または斜めからの画像を使用できます。平坦な地形の場合は、真下からの画像（ナディール画像）の使用が推奨されます。

Multiple flights

複数の飛行で撮影された画像を使用して、1つ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策定する際は、以下の点に注意してください：

• 各プランでは、十分な重なりを持たせて画像を撮影します。
• これらの画像は、ほぼ同じ条件（太陽の方向、天候、新しい建物の建設がないことなど）で撮影されています。

City reconstruction (visible facades)

都市部の3D再構築を行うには、建物のすべてのファサード（北、西、南、東）が画像に映り込むように、二重グリッド方式による画像取得計画を立てる必要があります。 

• 前面の重なりは85％、 側面の重なりは少なくとも 70％であるべきです 。
• カメラの傾き。ファサードを撮影する際は、10度から35度の角度で撮影してください。ほとんどのダブルグリッドミッションでは、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、航空写真を地上写真と組み合わせてください。その際は、異なる撮影方法で撮影された画像を合成する際、GCP（地上制御点）または手動タイポイントを使用することを強く推奨します。

3D Interior reconstruction

室内再構築には、地上からの画像の使用を強く推奨します。高いオーバーラップ率（90%）が必要です。

Mixed reconstruction

屋内／屋外、空中／地上、および／または真下／斜め方向の撮影を組み合わせることが可能です。

各データセット内およびデータセット間で十分な重なりがあることを確認してください。そのような場合は、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推奨します。

大型の垂直物体の再構築

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となります：

• 構造物に近づいて飛行し、安全な操作距離を保ちながら、
• 構造物の周囲を、高さを変えて数回回りましょう。
• 画像は、十分な重なりを持たせて撮影してください。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％の重なりを確保してください。
• 画像フレーム内のすべての被写体がピントが合っている必要があります。これには、撮影範囲外にある背景の物体も含まれます。
• 画像に位置情報が付いていることが推奨されます。