チュートリアル: ArcGIS Pro オルソマッピングを使用したドローン画像プロダクトの作成—ArcGIS Pro

Standard または Advancedのライセンスで利用可能。

ArcGIS Reality ライセンスがある ArcGIS 組織で利用できます。

ArcGIS Pro では、ドローン画像を写真測量的に補正して、センサー、プラットフォーム、地形のずれによる幾何学的な歪みを除去することができます。これらの歪みを除去した後で、オルソマッピングプロダクトを生成することができます。

最初に、ドローン画像コレクションを管理するためのオルソマッピングワークスペースを設定します。次に、ブロック調整を実行してから、地上コントロールポイントを使用して微調整します。最終的には、数値地形モデル (DTM) と、オルソ補正されたモザイクまたはオルソモザイクを生成します。

オルソマッピングでは、カメラに関する情報 (焦点距離やセンサーサイズなど) と各画像が撮影された場所に関する情報が必要です。この情報は、一般的には画像ファイルにメタデータとして格納されています (通常は EXIF ヘッダー)。これは GPS の精度を把握するのにも役立ちます。ドローン画像の場合、この情報はドローンの製造元から提供されます。このチュートリアルで使用するサンプルデータセットの GPS 精度は 5 メートル未満です。

ライセンス:

このチュートリアルを実施するには、ArcGIS Pro 2.6 以降が必要です。

オルソマッピングワークスペースの作成

オルソマッピングワークスペースは、オルソマッピングのワークフロー専用の ArcGIS Pro のサブプロジェクトです。これは、ArcGIS Pro プロジェクトフォルダー内のコンテナーであり、オルソマッピングタスク内の 1 つの画像コレクションに属するリソースと派生ファイルが格納されます。

このチュートリアル用に 12 個のドローン画像が提供されています。 GCP というラベルのフォルダーには、YVWD_WGS84_EGM96.csv というラベルの地上コントロールポイント (GCP) ファイルと、サイトでの GCP 位置を示す画像が含まれています。

オルソマッピングワークスペースを作成するには、次の手順を実行します。

チュートリアルデータセットをダウンロードして解凍し、コンテンツを C:\SampleData\Drone_tutorial に保存します。
1. C:\SampleData\Aerial Imagery ディレクトリにパッケージを展開します。
ArcGIS Pro で、マップテンプレートを使用してプロジェクトを作成し、必要に応じて ArcGIS Online アカウントにサインインします。
ブロック調整の処理速度を上げます。
1. [解析] タブで、[環境] をクリックします。
2. [環境] ウィンドウで [並列処理ファクター] パラメーターを見つけて、自分のシステムに適した値に変更します。
  [並行処理ファクター] をシステムが対応できる値よりも高い値に設定すると、並列処理の失敗につながります。共通の要件としては、論理プロセッサごとに 2GB の RAM が必要です。たとえば、6 個のコア、12 個の論理プロセッサ、16 GB の RAM を備えたシステムで作業している場合、並列処理ファクターを 100 パーセントに設定すると、プロセスを正常に実行するために最低 24 GB の RAM が必要になります。この例に基づくより適切な [並列処理ファクター] は 50 パーセントです。これには、約 12 GB の RAM が必要です。
[画像] タブの [オルソマッピング] グループで、[新しいワークスペース] ドロップダウンメニューをクリックして [新しいワークスペース] を選択します。
[ワークスペースの構成] ウィンドウで、ワークスペースの名前を入力します。
[タイプ] ドロップダウンメニューをクリックし、[ドローン] を選択します。
[ベースマップ] ドロップダウンメニューをクリックし、[地形図] を選択します。
その他のデフォルト値をそのままにして、[次へ] をクリックします。
[画像コレクション] ウィンドウが表示されます。
[画像コレクション] ウィンドウで、[センサータイプ] ドロップダウンメニューをクリックし、[一般] を選択します。
このオプションを使用するのは、画像が RGB カメラで収集されているためです。
[追加] をクリックし、チュートリアルデータの場所を参照して Images フォルダーを選択します。

注意:

大半の最新のドローンでは EXIF ヘッダーに GPS 情報が格納されています。これを使用して、以下に示すテーブルに値が自動的に取り込まれます。ただし、一部の古いシステムやカスタムビルドのドローンでは GPS データが外部ファイルに格納されるものもあります。その場合、[ジオロケーション] パラメーターの横にある [インポート] ボタン

を使用して外部 GPS ファイルをインポートできます。

ワークスペースの [空間参照] と [カメラモデル] の値が正しいことを確認してください。
ワークスペースのデフォルトの投影法は、画像の緯度、経度、高度に基づいています。この投影法によって、オルソモザイクおよび DEM を含むオルソプロダクトの空間参照が決まります。このデータセットでは、デフォルトの投影法を使用します。
[空間参照] ボタンをクリックします。
[次へ] をクリックします。
[データローダーオプション] ウィンドウのデフォルト設定をそのままにして、[終了] をクリックします。
- インターネットにアクセスできる場合は、World Elevation サービスから [標高ソース] の値が取得されます。これにより、各画像のフライト高度の初期推定値が提供されます。
- インターネットや DEM にアクセスできない場合は、[標高ソース] ドロップダウンメニューから [高さを定数で指定] を選択し、標高値として 414 メートルを入力します。
- [テレインより上のフライト高度 (m)] パラメーターでは画像除外高度を指定し、テレインより上のフライト高度がこの値未満である画像はワークスペースに追加されません。
ワークスペースが作成されると、画像、ドローンパス、画像フットプリントが表示されます。 [オルソマッピング] コンテナーが [コンテンツ] ウィンドウに追加され、ソース画像データと派生オルソマッピングプロダクトが格納されます。
ワークスペース内の画像の初期表示で、そのワークスペースを開始するために必要なメタデータとすべての画像が提供されていることを確認します。画像は調整されていないため、モザイクが正しく表示されないことがあります。

ブロック調整

オルソマッピングワークスペースを作成したら、次の手順では [調整] および [改善] グループのツールを使用してブロック調整を実行します。ブロック調整では最初にタイポイント (画像が重なり合うエリアで共通するポイント) が計算されます。この後、タイポイントを使用して、各画像の標定 (写真測量では外部標定と呼ぶ) が計算されます。コンピューターの設定とリソースによっては、ブロック調整プロセスに数時間かかる場合があります。

ブロック調整を実行するには、次の手順に従います。

[オルソマッピング] タブの [調整] グループで、[適用] をクリックします。
[調整] ウィンドウで、[カメラのキャリブレーションの実行] がオンになっていることを確認します。
この設定では、入力の焦点距離は概算値であり、レンズ歪みのパラメーターは調整時に計算されます。ドローンのカメラの大半はキャリブレーションされていないため、ドローン画像の場合、このパラメーターはデフォルトでオンになっています。キャリブレーション済みの高品質カメラでは、このオプションをオンにしないでください。
カメラのセルフキャリブレーションを行うには、画像コレクションに重複率 60% 以上のオーバーラップ、30% 以上のサイドラップが必要です。
[高度な設定] セクションを展開します。
[低い解像度のみのクイック調整] がオフになっていることを確認します。
このオプションをオンにすると、指定された低い解像度でおおよその調整が実行されます。このオプションをオフにすると、最初に低い解像度でタイポイントが計算された後、画像ソースの解像度でさらに調整が行われます。このチュートリアルのサンプルデータでは、サンプルデータセットが小さく、調整が速やかに実行されるため、1 ステップの調整が適切です。
[メタデータの方向を使用] をオンにします。
[カメラのキャリブレーションの実行] がオンになっていることを確認します。
この設定では、入力の焦点距離は概算値であり、レンズ歪みのパラメーターは調整時に計算されます。ドローンのカメラの大半はキャリブレーションされていないため、ドローン画像の場合、これらのオプションはデフォルトでオンになっています。キャリブレーション済みの高品質カメラでは、このオプションをオンにしないでください。
カメラのセルフキャリブレーションを行うには、画像コレクションに重複率 60% 以上のオーバーラップ、30% 以上のサイドラップが必要です。
[高精度 GPS の画像位置の修正] がオフになっていることを確認します。
このオプションは、Real Time Kinematic (RTK) または Post Processing Kinematic (PPK) GPS などのディファレンシャル GPS で取得された画像に対してのみ使用されます。
[画像の事後標準偏差を計算] チェックボックスをオフにします。
[タイポイントの一致] セクションを展開します。
[高精度 GPS の画像位置の修正] をオフにします。
このオプションは、Real Time Kinematic (RTK) または Post Processing Kinematic (PPK) などのディファレンシャル GPS で取得された画像に対してのみ使用されます。
[タイポイントの一致] セクションを展開します。
[画像解像度の係数] ドロップダウンメニューで [8 x ソース解像度] を選択します。
このパラメーターは、タイポイントが計算されるときの解像度を定義するために使用されます。値を大きくすると、調整がさらに速やかに実行されます。多様なフィーチャセットを含むほとんどの画像に対して、[8 x ソース解像度] の値が適しています。
[画像位置の精度] ドロップダウンメニューで [高] を選択します。
GPS 位置の精度は、画像と同時に収集された GPS データの精度を示すもので、対応する EXIF データファイルに一覧表示されます。これをタイポイント計算アルゴリズムで使用して、使用する近傍内の画像数を決定します。 [高] オプションは、0 ～ 10 メートルの GPS 精度の場合に使用されます。
その他のデフォルト設定をそのままにして、[実行] をクリックします。
調整を実行すると、調整の精度を示す平均再投影誤差 (単位: ピクセル)、処理された画像の数、生成されたタイポイントの数など、統計情報が Logs ファイルに表示されます。
画像の相対精度も向上し、[プロダクト] カテゴリのオプションを使用して派生プロダクトを生成することができます。生成されるプロダクトの絶対精度を上げるには、GCP をブロックに追加する必要があります。

GCP の追加

GCP は、既知の X、Y、Z 地表座標を含むポイントであり、多くの場合、地上の調査から取得され、写真測量処理における参照ポイントが必ず地表に設定されるようにするために使用されます。 GCP がなくてもブロック調整を適用でき、相対精度を保証できますが、GCP を追加すると、調整後の画像の絶対精度が向上します。

GCP のインポート

GCP をインポートするには、以下の手順を実行します。

[オルソマッピング] タブにある [改善] グループで、[GCP の管理] をクリックします。
[GCP マネージャー] ウィンドウが表示されます。
[GCP マネージャー] ウィンドウで、[GCP のインポート] ボタンをクリックします。
[GCP のインポート] ウィンドウの [GCP ファイル] で、YVWD_WGS84_EGM96.csv ファイルを参照して選択し、[OK] をクリックします。
[GCP 空間参照の設定] で、[空間参照] ボタンをクリックし、[空間参照] ウィンドウで次の操作を行います。
1. [現在の XY] で [地理座標系] > [ワールド] の順に展開し、[WGS84] を選択します。
2. [現在の Z] で [鉛直座標系] > [重力関連] > [ワールド] の順に展開して、[EGM96 Geoid] を選択します。
[地理座標系変換] の下の [水平] タブをクリックし、ドロップダウンリストから [WGS 1984 to EGM 1996 Geoid 1] を選択します。
[GCP 写真の位置] の下のフォルダーアイコンをクリックして、GCP 位置の画像を含むフォルダーを参照して選択します。
[OK] をクリックして変更内容を適用し、[空間参照] ウィンドウを閉じます。
[地理座標系変換] の下の [水平] タブをクリックし、ドロップダウンメニューリストから [WGS 1984 (ITRF00) to NAD83] を選択します。
[GCP 写真の位置] の下のフォルダーをクリックして、GCP 位置の画像を含むフォルダーを参照して選択し、[OK] をクリックします。
GCP がインポートされたら、[GCP マネージャー] のテーブルに値が取り込まれます。

選択した GCP へのタイポイントの追加

タイポイントを追加するには、次の手順を実行します。

[GCP マネージャー] ウィンドウで、[GCP9] を選択します。 [GCP 写真の表示] ボタンをクリックして GCP の画像チップを表示し、[ダイナミックレンジ調整] ボタンを使用して画像のコントラストを強調します。
それぞれの画像の画像ビューアー内で [タイポイントの追加] ボタンをクリックしてタイポイントを追加します。
可能な場合は、他の画像のタイポイントが、画像マッチングアルゴリズムにより自動的に計算されますが、各タイポイントの精度をチェックする必要があります。タイポイントが自動的に識別されない場合、画像内で適切な位置を選択することでタイポイントを手動で追加します。
GCP11 をハイライト表示して [GCP の削除] ボタンをクリックし、GCP のリストから削除します。
GCP11 の位置と画像チップは、タイポイントを正確に配置するのに十分なコンテキストを提供しません。この問題は、メタデータで生じる可能性のある一般的な課題の 1 つを示しています。
各 GCP が追加されてタイポイントが計測されたら、[GCP10] を選択して右クリックし、[チェックポイント] に変更します。
このポイントは調整プロセスで使用されないため、これにより調整の絶対精度の計測値が提供されます。
GCP とチェックポイントを追加した後、調整を再度実行してこれらのポイントを反映させる必要があります。 [調整] をクリックします。

調整結果の確認

調整品質の結果は、[GCP マネージャー] ウィンドウで各 GCP の残差を分析することによって確認できます。残差はポイントの計測された位置と計算された位置の差を表します。これらはプロジェクトの空間参照系の単位で計測されます。 GCP による調整が完了すると、[dX]、[dY]、[dZ] の 3 つの新しいフィールドが GCP マネージャーテーブルに追加され、各 GCP の残差が表示されます。これらの値を使用して、調整後のブロックとマップ座標系の間の適合の品質を評価できます。残差の二乗平均平方根誤差 (RMSE) は、[GCP マネージャー] ウィンドウの [残差の概要] セクションを展開することで確認できます。

GCP マネージャーウィンドウ内の GCP 残差

その他の調整に関する統計情報は、調整レポートで提供されます。このレポートを生成するには、[オルソマッピング] タブの [確認] グループで、[調整レポート] をクリックします。

DSM の生成

画像コレクションのステレオ画像ペアを使用すると、標高データを取得できる点群 (3D ポイント) を生成できます。得られた標高データは、地表のみを含む数値地形モデル (DTM)、または樹木や建物などの地上のフィーチャの標高を含む数値表層モデル (DSM) のいずれかに分類されます。

注意:

標高値は、画像コレクションにステレオペアを形成するのに十分なオーバーラップがある場合に取得できます。点群の生成に必要な通常の画像オーバーラップは、フライトラインに沿って 80%、フライトライン間は 60% です。

以下の手順で、ウィザードを使用して DSM を生成します。

[オルソマッピング] タブで、[プロダクト] グループの [DSM] ボタンをクリックします。
[オルソマッピングプロダクトウィザード] ウィンドウが表示されます。
[次へ] をクリックして、ウィザードを [点群の設定] ウィンドウに進めます。
[点群の設定] ウィンドウの [マッチング方法] で、ドロップダウンメニューから [セミグローバルマッチング] を選択します。
この方法は、通常は市街地の画像に使用され、詳細レベルの高いテレイン情報が取り込まれます。
[地上オブジェクトのフィルター] チェックボックスがオンになっていることを確認します。
[フィルターする最大オブジェクトサイズ (メートル)] が 10 メートルに設定されていることを確認します。
この閾値より小さいオブジェクトは、地表としてフィルター処理されます。それ以外の場合は、建物、橋、樹木などのオブジェクトとして扱われます。
[ポイント地表間隔] が空白になっていることを確認します。
これは 3D ポイントを生成する地表間隔 (メートル単位) を定義します。デフォルトはソース画像の解像度の 5 倍です。この画像コレクションでは、ポイントは 15 cm 間隔で生成されます。
残りすべてのデフォルト設定をそのままにして、[次へ] をクリックします。
[高度な設定] については、「オルソマッピング DEM ウィザードを使用した標高データの作成」をご参照ください。
[DEM の設定] ウィンドウの [セルサイズ] は、デフォルト値である [5] [x GSD] を使用します。
これにより DSM の解像度が決まります。この場合は、画像解像度の 5 倍になります。
その他のデフォルト設定はそのままにして、[完了] をクリックします。
DSM が生成されます。

オルソモザイクの生成

オルソモザイクは、画像コレクションからモザイク処理されたオルソ補正画像プロダクトです。幾何的歪みが補正され、画像がカラー調整されて、モザイクが生成されています。

[オルソマッピング] タブの [プロダクト] グループで、[オルソモザイク] をクリックしてオルソモザイクウィザードを起動します。
[次へ] をクリックします。
[オルソ幾何補正の設定] ウィンドウが表示されます。
[オルソ幾何補正の設定] ウィンドウの [標高のソース] の下で、[DEM プロダクトを使用] を選択し、[数値表層モデル] を選択します。
[次へ] をクリックします。
[カラー調整の設定] ウィンドウが表示されます。
[カラー調整の設定] ウィンドウで、[モザイク候補の選択] をオフにし、その他のオプションはすべてデフォルトのままにします。
[次へ] をクリックします。
ウィザードのガイド付きワークフローは、次のウィンドウである [シームラインの設定] に進みます。
[シームラインの設定] ウィンドウの [計算方法] ドロップダウンメニューで [ベロノイ] を選択します。 [次へ] をクリックします。
[次へ] をクリックします。
ウィザードのガイド付きワークフローは、次のウィンドウである [オルソモザイクの設定] に進みます。
[オルソモザイクの設定] ウィンドウのデフォルト設定をそのままにして、[終了] をクリックします。
オルソモザイクが生成され、[コンテンツ] ウィンドウに表示されて、マップ表示にも読み込まれます。

サマリー

このチュートリアルでは、ドローン画像のオルソマッピングワークスペースを作成し、[オルソマッピング] タブのツールを使用して地上コントロールポイントに対し写真測量調整を行いました。そのあと、[オルソマッピングプロダクトウィザード] グループのツールを使用して、DSM とオルソモザイクを生成しました。オルソマッピングの詳細については、以下のトピックをご参照ください。

このチュートリアルで使用した画像は、Yucaipa Valley Water District によって取得され、Yuneec USA, Inc. によって提供されました。