(57)【要約】【課題】圃場近傍に対空標識を設置することなく、精度の高い圃場の全体撮像画像を生成できる空撮画像処理装置を提供する。【解決手段】空撮対象圃場内を走行する作業車両の時刻毎の位置情報を、時刻情報とともに記憶する第１記憶部と、空撮対象圃場内を作業車両が走行しているときに、空撮対象圃場の全体を網羅するように複数回にわたって空撮された部分撮影画像であって、少なくとも２回の異なるタイミングで空撮されかつ作業車両を内含する複数の車両内含画像を含む複数の部分撮影画像を、撮影位置情報および撮影時刻情報とともに記憶する第２記憶部と、複数の車両内含画像のうちの少なくとも２つの車両内含画像内の作業車両の位置を、これらの各車両内含画像の撮影時刻情報に対応する作業車両の位置情報に基づいて特定する位置特定部を含む。【選択図】図６
2020042728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空撮対象圃場内を走行する作業車両の時刻毎の位置情報を、時刻情報とともに記憶する第１記憶部と、
前記空撮対象圃場内を前記作業車両が走行しているときに、前記空撮対象圃場の全体を網羅するように複数回にわたって空撮された部分撮影画像であって、少なくとも２回の異なるタイミングで空撮されかつ前記作業車両を内含する複数の車両内含画像を含む複数の部分撮影画像を、撮影位置情報および撮影時刻情報とともに記憶する第２記憶部と、
前記複数の車両内含画像のうちの少なくとも２つの前記車両内含画像内の作業車両の位置を、これらの各車両内含画像の撮影時刻情報に対応する前記作業車両の位置情報に基づいて特定する位置特定部と、
前記複数の部分撮影画像と、前記位置特定部によって特定された、前記少なくとも２つの車両内含画像内の作業車両の位置とに基づいて、前記空撮対象圃場全体に対する全体撮影画像を生成する全体画像生成部とを含む、空撮画像処理装置。
【請求項２】
前記全体画像生成部は、
前記複数の部分撮影画像を合成して合成撮影画像を生成する合成撮影画像生成部と、
前記位置特定部によって特定された前記少なくとも２つの車両内含画像内の作業車両の位置を対空標識の位置情報として用いて、前記合成撮影画像からオルソ画像を生成するオルソ画像生成部とを含む、請求項１に記載の空撮画像処理装置。
【請求項３】
前記複数の部分撮影画像は、前記空撮対象圃場内を前記作業車両が自動走行経路に沿って自動走行されているときに、前記空撮対象圃場が空撮されることによって生成される、請求項１または２に記載の空撮画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空撮画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、高精度な航空写真画像データを取得する方法が開示されている。具体的には、写真撮影エリア内において、正確な位置情報が特定されている位置に対空標識を設置する。そして、対空標識を被写体に含めた航空写真を撮影し、対空標識の正確な位置を利用して、航空写真からオルソ画像（orthochromatic image）を作成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２０７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の発明では、高精度な航空写真画像データを取得するためには、写真撮影エリア内に、対空標識を設置する必要がある。
この発明の目的は、圃場近傍に対空標識を設置することなく、精度の高い圃場の全体撮像画像を生成できる空撮画像処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明による空撮画像処理装置は、空撮対象圃場内を走行する作業車両の時刻毎の位置情報を、時刻情報とともに記憶する第１記憶部と、前記空撮対象圃場内を前記作業車両が走行しているときに、前記空撮対象圃場の全体を網羅するように複数回にわたって空撮された部分撮影画像であって、少なくとも２回の異なるタイミングで空撮されかつ前記作業車両を内含する複数の車両内含画像を含む複数の部分撮影画像を、撮影位置情報および撮影時刻情報とともに記憶する第２記憶部と、前記複数の車両内含画像のうちの少なくとも２つの前記車両内含画像内の作業車両の位置を、これらの各車両内含画像の撮影時刻情報に対応する前記作業車両の位置情報に基づいて特定する位置特定部と、前記複数の部分撮影画像と、前記位置特定部によって特定された、前記少なくとも２つの車両内含画像内の作業車両の位置とに基づいて、前記空撮対象圃場全体に対する全体撮影画像を生成する全体画像生成部とを含む。
【０００６】
この構成では、複数の車両内含画像のうちの少なくとも２つの車両内含画像内の作業車両の位置を、対空標識として用いることができる。これにより、圃場近傍に対空標識を設置することなく、精度の高い圃場の全体撮像画像を生成できる。
この発明の一実施形態では、前記全体画像生成部は、前記複数の部分撮影画像を合成して合成撮影画像を生成する合成撮影画像生成部と、前記位置特定部によって特定された前記少なくとも２つの車両内含画像内の作業車両の位置を対空標識の位置情報として用いて、前記合成撮影画像からオルソ画像を生成するオルソ画像生成部とを含む。
【０００７】
この発明の一実施形態では、前記複数の部分撮影画像は、前記空撮対象圃場内を前記作業車両が自動走行経路に沿って自動走行されているときに、前記空撮対象圃場が空撮されることによって生成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、この発明の一実施形態に係る空撮画像処理装置が適用された空撮画像処理システムの構成を示す模式図である。
【図２】図２は、作業車両が空撮対象圃場内を自動走行する様子を説明するための模式図である。
【図３】図３は、空撮対象圃場に対して撮影される部分撮影画像の領域を示す模式図である。
【図４】図４は、作業車両および制御端末の電気的構成を示す電気ブロック図である。
【図５】図５は、サーバの電気的構成を示す電気ブロック図である。
【図６】図６は、空撮画像処理部の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る空撮画像処理装置が適用された空撮画像処理システムの構成を示す模式図である。
空撮画像処理システム１は、通信端末３が搭載された作業車両２と、制御端末４と、空撮装置６が搭載された飛行体５と、空撮画像処理装置としてのサーバ７とを含む。この実施形態では、作業車両２は、トラクタである。
【００１０】
作業車両２は、圃場内を走行する車体部としての走行機体８を備えている。走行機体８には、例えば、耕耘機、プラウ、施肥機、草刈機、播種機等の種々の作業機９を選択して装着することができるようになっている。本実施形態においては、作業機９として耕耘機が装着されている。
作業車両２は、自動走行および手動走行が可能である。自動走行とは、作業車両２に備えられた制御部２２および作業車両制御装置２１（図４参照）によって作業車両２の操舵機構等が制御されて、予め設定された自動走行経路に沿って作業車両２が走行することをいう。これに対して、手動走行とは、作業車両２が備える各機構がユーザにより操作されることによって、作業車両２が走行することをいう。
【００１１】
図２は、作業車両２が空撮対象圃場Ｆ内を自動走行する様子を説明するための模式図である。
空撮対象圃場Ｆは、作業が行われる作業領域Ｗと、作業が行われない非作業領域Ｎとに分けられる。作業領域Ｗは、例えば、平面視で矩形である。
圃場Ｆには、つづら折り状の自動走行経路Ｒが設定されている。この自動走行経路Ｒは、直線状の複数の作業路Ｒ１と、互いに隣接する２つの作業路Ｒ１の端部同士を交互に接続する接続路Ｒ２とから構成されている。複数の作業路Ｒ１は作業領域Ｗに設定され、複数の接続路Ｒ２は圃非作業領域Ｎに設定される。作業車両２は、自動走行経路Ｒの一端Ｓから他端Ｅに向かって走行する。
【００１２】
図１に戻り、通信端末３は、基準局１１および測位衛星１２を利用して作業車両２の位置を測位する位置検出部３１（図４参照）を備えている。通信端末３は、電話回線網１３を介して、サーバ７との間で通信可能である。また、通信端末３は、制御端末４との間で無線通信可能である。
制御端末４は、スマートフォン、タブレット型パーソナルコンビュータ（タブレット型ＰＣ）等の携帯型端末からなる。制御端末４は、作業車両２を遠隔制御するものであり、通信端末３との間で無線通信可能である。制御端末４は、ユーザの家や事務所に設けられた無線ＬＡＮルータ等のアクセスポイント１４に通信接続されることによって、インターネット回線１５を介してサーバ７との間で通信可能である。
【００１３】
飛行体５は、例えばドローンである。飛行体５に搭載された空撮装置６は、図示しないが、カメラ、測位衛星１２を利用して飛行体５の位置（撮影位置）を測位する位置検出装置、方位等を検出するための慣性計測装置（IMU: Inertial measurement unit）、記憶装置等を含む。この実施形態では、空撮装置６内の位置検出装置は、単独測位システムによって撮影位置を測位するものであり、作業車両２に搭載されている位置検出部３１に比べて、位置検出精度は低い。
【００１４】
空撮装置６は、この実施形態では、空撮対象圃場Ｆ内を作業車両２が自動走行しているときに、空撮対象圃場の全体を網羅するように、空撮対象圃場Ｆの各部を重複して空撮する。そして、空撮装置６は、撮影された部分撮影画像を、方位情報（撮影方向情報）、撮影位置情報（経度、緯度および高度情報）および撮影時刻情報とともに、空撮画像ファイルとして記憶装置に記憶する。空撮装置６内の記憶装置に記憶された空撮画像ファイルは、任意の方法および任意のタイミングで、サーバ７の位置情報記憶部６５（図５参照）に記憶される。
【００１５】
図３に、空撮対象圃場Ｆに対して撮影される部分撮影画像の領域ｆを示す。図３では、説明の便宜上、隣接する部分撮影画像の領域ｆは互いに重複していないが、実際には隣接する部分撮影画像は互いに重複している。
図４は、作業車両２および制御端末４の電気的構成を示す電気ブロック図である。
作業車両２は、作業車両制御装置２１と、作業車両２に搭載された通信端末３を備えている。作業車両制御装置２１は、走行機体８の動作（前進、後進、停止、旋回等の動作）と、作業機９の動作（昇降、駆動、停止等の動作）とを制御する。作業車両制御装置２１には、作業車両２の各部を制御するための複数のコントローラ（図示略）が電気的に接続されている。
【００１６】
複数のコントローラは、エンジンの回転数等を制御するエンジンコントローラ、作業車両の車速を制御する車速コントローラ、作業車両２の前輪の転舵角を制御する操向コントローラ、作業機９の昇降を制御する昇降コントローラ、ＰＴＯ軸の回転を制御するＰＴＯコントローラ等を含む。
通信端末３は、制御部２２を備えている。制御部２２には、位置検出部３１、慣性計測装置３２、通信部３３、無線通信部３４、操作表示部３５、操作部３６、記憶部３７等が接続されている。
【００１７】
位置検出部３１は、衛星測位システムに基づいて作業車両２の位置情報を算出する。衛星測位システムは、例えば、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）−ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）である。ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（リアルタイム・キネマティクＧＮＳＳ）では、所定位置に設置された基準局１１（図１参照）が利用される。基準局１１は、所定時間間隔毎に、複数の測位衛星１２（図１参照）から受信されたＧＮＳＳ衛星信号に基づいて算出した当該基準局１１の測位情報と、予め認識している自己の位置（認識自己位置）との差分を演算し、その差分情報を測位補正信号として送信する。
【００１８】
衛星信号受信用アンテナ１６は、測位衛星１２からの衛星信号を受信する。基準局信号受信用アンテナ１７は、基準局１１からの測位補正情報を受信する。位置検出部３１は、衛星信号受信用アンテナ１６を介して、複数のＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を取得する。また、位置検出部３１は、基準局信号受信用アンテナ１７を介して、所定の基準局１１からの測位補正情報を取得する。位置検出部３１は、複数の測位衛星から取得された衛星信号に基づいて作業車両２の測位情報を算出し、得られた作業車両２の測位情報を、基準局１１から取得された測位補正情報を用いて補正することにより、作業車両２の位置を表す位置情報を算出する。位置情報は、例えば、経度、緯度および高度情報からなる。
【００１９】
慣性計測装置３２は、作業車両２の姿勢（向き）や加速度等を計測することが可能な計測ユニットである。
通信部３３は、制御部２２が電話回線網１３を介してサーバ７と通信するための通信インタフェースである。
無線通信部３４は、制御部２２が制御端末４と無線通信するための通信インタフェースである。無線通信部３４は、例えば、無線ＬＡＮルータから構成されている。無線通信部３４には、無線通信用アンテナ１８が接続されている。
【００２０】
操作表示部３５は、例えば、タッチパネル式ディスプレイからなる。操作部３６は、例えば、１または複数の操作ボタン等を含む。
記憶部３７は、不揮発性メモリ等の記憶デバイスから構成されている。記憶部３７には、位置情報記憶部３８、自動走行経路記憶部３９等が設けられている。位置情報記憶部３８には、位置検出部３１によって算出された時刻毎の位置情報が時刻情報とともに記憶される。自動走行経路記憶部３９には、制御端末４によって生成された自動走行経路が記憶される。
【００２１】
制御部２２は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等）を備えたマイクロコンピュータを含む。
制御部２２は、位置情報記憶部３７に記憶された位置情報をリアルタイムまたは所定のタイミングで読み出して、制御端末４に送信する。また、制御部２２は、作業車両制御装置２１を制御することにより、作業車両２を予め生成された自動走行経路に沿って自動走行させたり、自動走行を停止させたりする。
【００２２】
制御端末４は、制御部４０を備えている。制御部４０には、無線通信部４１、操作表示部４２、操作部４３、記憶部４４等が接続されている。
無線通信部４１は、制御端末４が作業車両２の通信端末３と通信するための通信インタフェースである。無線通信部４１は、例えば、無線ＬＡＮアダプタから構成されている。無線通信部４１には、無線通信用アンテナ１９が接続されている。
【００２３】
操作表示部４２は、各種データを表示したり、ユーザによる操作を受け付けたりするものである。操作表示部４２は、例えば、タッチパネル式ディスプレイからなる。操作部４３は、例えば、１または複数の操作ボタン等を含む。
記憶部４４は、不揮発性メモリ等の記憶デバイスから構成されている。記憶部４４には、位置情報記憶部４５、自動走行経路記憶部４６等が設けられている。
【００２４】
位置情報記憶部４５には、通信端末３から受信した時刻毎の位置情報が記憶される。時刻毎の位置情報は、例えば、受信した位置情報に含まれる時刻情報と位置情報とから構成される。通信端末３の制御部２２が記憶部３７に記憶された位置情報をリアルタイムで制御端末４に送信する場合には、時刻毎の位置情報は、受信した位置情報に制御端末４側の時刻情報が付加された情報から構成されてもよい。
【００２５】
自動走行経路記憶部４６には、制御部４０によって生成された自動走行経路が記憶される。
制御部４０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等）を備えたマイクロコンピュータを含む。
位置情報記憶部４５内の時刻毎の位置情報は、ユーザの家や事務所に設けられたアクセスポイント１４（図１参照）に制御部４０が通信接続されている状態で、ユーザによる位置情報送信指令が入力されたときに、インターネット回線１５を介してサーバ７に送信される。
【００２６】
制御部４０は、サーバ７への位置情報の送信の他、自動走行経路の生成、自動走行のための各種設定の受付、作業車両２の通信端末３との通信等を行う。
図５は、サーバ７の電気的構成を示す電気ブロック図である。
サーバ７は、制御部５０を備えている。制御部５０には、通信部６１、操作表示部６２、操作部６３、記憶部６４等が接続されている。
【００２７】
通信部６１は、制御部５０が作業車両２の通信端末３や制御端末４と通信するための通信インタフェースである。
操作表示部６２は、各種データを表示したり、担当者による操作を受け付けたりするものである。操作表示部６２は、例えば、タッチパネル式ディスプレイからなる。操作部６３は、例えば、１または複数の操作ボタン等を含む。
【００２８】
記憶部６４は、ハードディスク、不揮発性メモリ等の記憶デバイスから構成されている。記憶部６４には、位置情報記憶部６５、空撮画像記憶部６６等が設けられている。位置情報記憶部６５は本発明の第１記憶部の一例である。空撮画像記憶部６６は、本発明の第２記憶部の一例である。
位置情報記憶部６５には、制御端末４から受信した時刻毎の位置情報が記憶される。ここでは、空撮対象圃場Ｆ内を作業車両２が自動走行によって作業を行っているときに、位置検出部３１によって算出された時刻毎の位置情報が、位置情報記憶部６５に記憶されているものとする。
【００２９】
空撮画像記憶部６６には、空撮画像ファイルが記憶される。ここでは、空撮対象圃場Ｆ内を作業車両２が自動走行によって作業を行っているときに、空撮対象圃場Ｆを空撮することによって得られた空撮画像ファイルが空撮画像記憶部６６に記憶されているものとする。空撮画像ファイルは、複数の部分撮影画像ファイルからなる。各部分撮影画像ファイルは、部分撮影画像と、方位情報、撮影位置情報および撮影時刻情報とを含む。
【００３０】
空撮画像ファイルに含まれる複数の部分撮影画像は、少なくとも２回の異なるタイミングで空撮されかつ作業車両２を内含する複数の車両内含画像を含んでいる。この実施形態では、空撮画像ファイルに含まれる複数の部分撮影画像は、少なくとも２回の異なるタイミングで空撮されかつ作業車両２がほぼ中央に写っている複数の車両内含画像を含んでいる。
【００３１】
制御部５０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等）５１を備えたマイクロコンピュータを含む。制御部５０は、空撮画像記憶部６６に記憶されている空撮画像ファイルに含まれている複数の部分撮影画像に対して画像処理を行う空撮画像処理部５２を含む。
空撮画像処理部５２は、位置特定部５２Ａと全体画像生成部５２Ｂと含む。
【００３２】
位置特定部５２Ａは、複数の車両内含画像のうちの少なくとも２つの車両内含画像内の作業車両２の位置を、これらの各車両内含画像の撮影時刻情報に対応する作業車両２の位置情報に基づいて特定する。
全体画像生成部５２Ｂは、空撮画像ファイルに含まれる複数の部分撮影画像と、位置特定部５２Ａによって特定された、少なくとも２つの車両内含画像内の作業車両２の位置とに基づいて、空撮対象圃場Ｆ全体に対する全体撮影画像を生成する。
【００３３】
図６は、空撮画像処理部５２の動作を説明するためのフローチャートである。
空撮画像処理部５２は、位置情報記憶部６５内の時刻毎の位置情報および空撮画像記憶部６６内の空撮画像ファイルをメモリ（作業メモリ）５１に読み込む（ステップＳ１）。
次に、空撮画像処理部５２内の位置特定部５２Ａは、空撮画像ファイルに含まれている複数の部分撮像画像のうちから、作業車両２がほぼ中央に写っている少なくとも２つの車両内含画像を選択する（ステップＳ２）。
【００３４】
次に、位置特定部５２Ａは、ステップＳ２で選択された各車両内含画像内の作業車両２の位置を、これらの各車両内含画像の撮影時刻情報に対応する作業車両２の位置情報に基づいて特定する（ステップＳ３）。
この実施形態では、ステップＳ２において、例えば次のような２つの部分撮影画像Ｇａ，Ｇｂが、作業車両２がほぼ中央に写っている車両内含画像として選択されたとする。部分撮影画像Ｇａは、作業車両２が図２の実線で示す位置Ｐａに存在している時刻ｔａにおいて、作業車両２の天井の真上位置から撮影された部分撮影画像である。部分撮影画像Ｇｂは、作業車両２が図２の鎖線で示す位置Ｐｂに存在している時刻ｔｂにおいて、作業車両２の天井の真上位置から撮影された部分撮影画像である。
【００３５】
この場合、ステップＳ３では、ステップＳ１でメモリ５１に読み込まれた時刻毎の位置情報のうち、時刻ｔａに対応する作業車両２の位置情報が、部分撮影画像Ｇａに対応する作業車両２の位置Ｐａとして特定される。また、ステップＳ１でメモリ５１に読み込まれた時刻毎の位置情報のうち、時刻ｔｂに対応する作業車両２の位置情報が、部分撮影画像Ｇｂに対応する作業車両２の位置Ｐｂとして特定される。
【００３６】
次に、空撮画像処理部５２内の全体画像生成部５２Ｂは、空撮画像ファイルに含まれる複数の部分撮影画像と、ステップＳ３で特定された各車両内含画像内の作業車両２の位置とに基づいて、空撮対象圃場Ｆ全体に対する全体撮影画像を生成する。
具体的には、全体画像生成部５２Ｂは、まず、空撮画像ファイルに含まれる複数の部分撮影画像の方位情報および撮影位置情報に基づいて、これらの複数の部分撮影画像を合成して合成撮影画像を生成する（ステップＳ４）。
【００３７】
次に、全体画像生成部５２Ｂは、ステップＳ３で特定された各車両内含画像内の作業車両２の位置を対空標識の位置情報（基準となる経度、緯度、高度情報）として用いて、合成撮影画像からオルソ画像を生成する（ステップＳ５）。
ステップＳ５の処理は、例えば、次のように行われる。すなわち、全体画像生成部５２Ｂは、まず、ステップＳ４で生成された合成撮影画像と、ステップＳ３で特定された各車両内含画像内の作業車両２の位置とを用いて、空撮対象圃場Ｆにおける地表の三次元形状を表した地形図データを生成する。そして、全体画像生成部５２Ｂは、ステップＳ４で生成された合成撮影画像と地形図データとを用いて、オルソ画像を生成する。
【００３８】
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、前述の実施形態では、全体画像生成部５２Ｂは、全体撮影画像としてオルソ画像を生成している。しかし、全体画像生成部５２Ｂは、空撮対象圃場Ｆにおける地表の三次元形状を表した前述の地形図データを、全体撮影画像として生成するものであってもよい。
【００３９】
また、前述の実施形態では、空撮装置６は、空撮対象圃場Ｆ内を作業車両２が自動走行しているときに、空撮対象圃場Ｆを空撮している。しかし、空撮装置６は、空撮対象圃場Ｆ内を作業車両２が手動走行しているときに、空撮対象圃場Ｆを空撮するようにしてもよい。
また、前述の実施形態では、空撮装置６内の位置検出装置は、単独測位システムによって撮影位置を測位するものであったが、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ等のような相対測位システムによって撮影位置を測位するものであってもよい。
【００４０】
前述の実施形態では、作業車両はトラクタであるが、作業車両は、田植え機、コンバイン、土木・建設作業装置、除雪車、乗用型作業機、歩行型作業機等であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  空撮画像処理システム
２  作業車両
３  通信端末
４  制御端末
５  飛行体
６  空撮装置
７  サーバ
２１  作業車両制御装置
２２  制御部
３１  位置検出部
３４  無線通信部
３８  位置情報記憶部
３９  自動走行経路記憶部
４０  制御部
４１  無線通信部
４５  位置情報記憶部
４６  自動走行経路記憶部
５０  制御部
５１  メモリ
５２  空撮画像処理部
５２Ａ  位置特定部
５２Ｂ  全体画像生成部
６１  通信部
６５  位置情報記憶部
６６  空撮画像記憶部
【図１】
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【図２】
2020042728.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020042728.tif 000006
【図５】
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【図６】
2020042728.tif 000008