Differences in ground resolution in aerial mapping

空撮マッピングプロジェクトにおける精度とは?

カメラの解像度が向上するにつれて、これまで以上に正確な現実世界のデジタル化が可能となった。
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初期の航空写真から今までの進歩には驚くべきだ。現在ではドローンやスマートフォンで撮影した画像からも十分な詳細を捉えることができ、デジタル化することができる。

空撮マッピングプロジェクトでプロフェッショナルな成果を得るには、精度が重要となる。この記事では、「精度」とは何か、地上解像度(GSD)とは何か、そして空撮マッピングプロジェクトの精度を向上させるためにいかにPix4D rayCloudを活用できるかを探求する。

空撮マッピングにおける相対精度 vs 絶対精度

精度についての議論には、相対精度と絶対精度の違いを明確にする必要がある。

「相対精度」とは、再構築されたモデル内のフィーチャ同士を比べる際の正確性である。例えば、建物のモデルに2メートルごとに離れた窓があるとし、それが実際の建物でも同じ距離となると、相対精度が高いと言える。

「絶対精度」は、再構築されたモデルの地球上の実際の位置に対する正確性である。上記の同じモデルがベースマップ上で正確な位置になければ、相対精度が高くても、絶対精度は低いことになる。

A model of a house with high relative accuracy and low absolute accuracy in aerial mapping
この家のモデルは正しく再構築されて高い相対精度を持つが、位置が間違っているために絶対精度は低い

こちらの記事では相対精度と絶対精度の違いをさらに詳細に説明している。

モデルが高精度であることは重要か?それは場合によるといえる。

相対精度の高い再構築モデルでは、距離や体積、高さの測定が可能だ。プロジェクトの目的によってはこれで十分かもしれない。しかし、GISデータと合わせるのであれば、絶対精度は重要になる。

想定内の(不)正確度

再構築モデルの精度は、画像のオーバーラップ、画像内の情報など、様々な要素から成るプロジェクトの質に左右される。

一般に、正しく再構築されたプロジェクトでは、相対精度が地上解像度(GSD)の1〜3倍以内であることが想定される。正しく再構築されたプロジェクトの絶対精度は、水平方向に1〜2 GSD(XおよびY)、垂直方向に1〜3 GSD(Z)となる。

地上解像度(GSD)とは?

地上解像度(GSD)は、地表面上で測定された2つの連続したピクセルの中心間の距離を示す。

例えば、5センチメートルのGSDは、画像の1ピクセルが地上の5線形センチメートルを表すことを意味する。同じピクセルの地上面積は25平方センチメートル(5 x 5cm)となる。

GSDが大きいプロジェクトでは、可視のディテールが少ない。極端なケースでは、古いビデオゲームのような見え方になる。


GSD5cmの採石場ドローンマップ
GSD30cmの採石場ドローンマップ
左の画像のGSDは5cm、右の画像のGSDは30cm。

地上解像度は、空撮の際に飛行する高さとカメラの仕様に影響される。同じカメラの場合、飛行高度が低いと地上解像度は小さくなり、アウトプットはより詳細になる。

同じカメラでも高度が低いと、地上サンプル距離が短くなり、出力がより詳細になる。
飛行高度は地上解像度に影響する。より低い飛行高度は、より小さい地上解像度を意味する。

しかし、低高度の飛行は、同じ面積のデータ収集を行うのにより多くの時間とバッテリーを要する。

地形の違いやカメラの角度に変化がある際は、同じプロジェクト内の画像のGSDが異なる場合がある。

適切なGSDには適切な飛行高度を

必要な地上解像度は、プロジェクトのニーズによって異なる。

複雑な構造物のモデル化には、できるだけ多くの詳細を捉えるために小さいGSDが必要となる。

ドローンの離陸前に、適切なGSDを決め、飛行高度を見極めることが重要となる。

特定のGSDを取得するために必要な飛行高度は、カメラの焦点距離、センサーの幅、画像の幅によって異なる。

カメラの高度とGSDを示すダイアグラム
適切な飛行高度の計算には、センサー幅、焦点距離、画像幅の関係が含まれる。

飛行飛行高度の計算:

H [m] = (ImW * GSD * F) / (SW * 100)

Pix4Dでは、この計算を手助けするツールを提供しています。

こちらからPix4D GSD 算出機をダウンロードし、ExcelまたはOpen Officeからご利用頂けます。

センサーの幅や焦点距離などの変数を入力すると、GSDが自動的に計算されます。

または、

Pix4Dcaptureなどの飛行計画モバイルアプリを用いて、様々なドローンのミッション計画および飛行を行うことができます。GSDは自動的に計算されます。
このトピックのさらなる詳細:科学白書 - UAV測量方法はどのくらい正確か?

Pix4D rayCloudを使用して精度を高め、確認する

Pix4DのrayCloudの3Dインタフェースを使用すると、元の2D画像と再構築された3Dシーンの両方を操作することができる。

Pix4DのrayCloudを使用すると、元の2D画像と再構成された3Dシーンの両方を操作できる。
rayCloudを使用すると、元の2D画像と再構築された3Dシーンの両方の操作が可能に

3Dポイントをクリックするだけで、そのポイントを再構築するために使用された全ての画像が表示される。

プロジェクトをバーチャルに調査するのに最善であるだけでなく、rayCloudを使用して精度をより正確に評価および改善することができる。

Pix4D rayCloudで出来ないことは、オリジナル画像にないデータを作成すること。Pix4Dでは、より良い精度のモデル作成のための飛行計画のサポートをしています。

離陸の準備は整いましたか?
Pix4Dmapper詳細はこちら。画像のみを用いたプロ仕様のドローンマッピング

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