(57)【要約】      （修正有）【課題】標定作業を簡単化できる航空写真測量装置及び航空写真測量方法を提供する。【解決手段】自律飛行又は遠隔操作で飛行可能な飛行体１と、飛行体に設けられ、鉛直方向に延出する光軸１０を有する撮像装置１１と、光軸の水平又は鉛直に対する傾斜角、傾斜方向を検出する姿勢検出装置と、位置測定装置８と、飛行体の飛行を制御する制御装置とを有し、制御装置は、撮像装置により２地点で画像を取得し、画像取得時の画像取得位置を位置測定装置から取得し、画像取得時の姿勢検出装置の検出結果を取得し、検出結果に基づき２地点で取得した画像を水平画像に補正し、得られた該水平画像の相互標定を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律飛行又は遠隔操作で飛行可能な飛行体と、該飛行体に設けられ、鉛直方向に延出する光軸を有する撮像装置と、前記光軸の水平又は鉛直に対する傾斜角、傾斜方向を検出する姿勢検出装置と、位置測定装置と、前記飛行体の飛行を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記撮像装置により２地点で画像を取得し、画像取得時の画像取得位置を前記位置測定装置から取得し、画像取得時の前記姿勢検出装置の検出結果を取得し、該検出結果に基づき前記２地点で取得した画像を水平画像に補正し、得られた該水平画像の相互標定を行う航空写真測量装置。
【請求項２】
前記姿勢検出装置は傾斜センサを有し、該傾斜センサは、高精度の第１傾斜センサと高応答性の第２傾斜センサによって構成され、前記姿勢検出装置は、前記第１傾斜センサの検出結果と前記第２傾斜センサの検出結果との比較結果の対比データを有し、出力される検出結果は、前記対比データに基づき前記第２傾斜センサによる検出結果を較正されたものである請求項１に記載の航空写真測量装置。
【請求項３】
前記位置測定装置は、前記飛行体に設けられたＧＮＳＳ装置である請求項１に記載の航空写真測量装置。
【請求項４】
前記位置測定装置は、前記飛行体に設けられた再帰反射体と、地上所定位置に設けられたトータルステーションである請求項１に記載の航空写真測量装置。
【請求項５】
位置測定装置と、自律飛行又は遠隔操作で飛行可能な飛行体と、該飛行体に設けられ鉛直方向に延出する光軸を有する撮像装置と、前記光軸の水平又は鉛直に対する傾斜角、傾斜方向を検出する姿勢検出装置とを具備する航空写真測量装置に於ける航空写真測量方法であって、前記撮像装置により２地点で画像を取得する工程と、前記位置測定装置により画像取得時の画像取得位置を取得する工程と、画像取得時の前記姿勢検出装置の検出結果を取得し、該検出結果に基づき前記２地点で取得した画像を水平画像に補正する工程と、得られた該水平画像の相互標定を行う工程とを有する航空写真測量方法。
【請求項６】
前記位置測定装置は、前記飛行体に設けられたＧＮＳＳ装置である請求項５に記載の航空写真測量方法。
【請求項７】
前記位置測定装置は、前記飛行体に設けられた再帰反射体と、地上所定位置に設けられたトータルステーションである請求項５に記載の航空写真測量方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無人飛行体（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）による航空写真測量装置及び航空写真測量方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上空からの写真撮影、或は上空からの測量では、地上での写真撮影、地上での測量では得られない情報が得られ、或は人の立入れない場所の写真撮影が可能となり、測量が困難な場所の情報が得られる。又、近年、遠隔操作される小型飛行機、小型ヘリコプタ等の小型飛行体の性能向上、遠隔操作技術の向上、更に撮像装置の性能の向上、小型化の促進等により小型飛行体に撮像装置を搭載し、遠隔操作により上空から写真撮影を無人で行い、更に取得した写真により、写真測量が行える様になっている。
【０００３】
写真測量を行う場合、画像間の標定作業が必要であり、画像同士の傾きや回転を求め標定作業し、更に、対地標定を行うことで地表面の３次元測定を行っていた。ところが、画像同士の標定作業は煩雑な作業であり、精度を得る為には熟練が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４０１０１号公報
【特許文献２】特開２０１３−１０８９２７号公報
【特許文献３】特開２００６−１０３７６号公報
【特許文献４】特開２００９−２１０３８８号公報
【特許文献５】特開２０１６−２０９１０号公報
【特許文献６】特開２０１６−１５１４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、標定作業を簡単化できる航空写真測量装置及び航空写真測量方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、自律飛行又は遠隔操作で飛行可能な飛行体と、該飛行体に設けられ、鉛直方向に延出する光軸を有する撮像装置と、前記光軸の水平又は鉛直に対する傾斜角、傾斜方向を検出する姿勢検出装置と、位置測定装置と、前記飛行体の飛行を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記撮像装置により２地点で画像を取得し、画像取得時の画像取得位置を前記位置測定装置から取得し、画像取得時の前記姿勢検出装置の検出結果を取得し、該検出結果に基づき前記２地点で取得した画像を水平画像に補正し、得られた該水平画像の相互標定を行う航空写真測量装置に係るものである。
【０００７】
又本発明は、前記姿勢検出装置は傾斜センサを有し、該傾斜センサが、高精度の第１傾斜センサと高応答性の第２傾斜センサによって構成され、前記姿勢検出装置は、前記第１傾斜センサの検出結果と前記第２傾斜センサの検出結果との比較結果の対比データを有し、出力される検出結果は、前記対比データに基づき前記第２傾斜センサによる検出結果を較正されたものである航空写真測量装置に係るものである。
【０００８】
又本発明は、前記位置測定装置は、前記飛行体に設けられたＧＮＳＳ装置である航空写真測量装置に係るものである。
【０００９】
又本発明は、前記位置測定装置は、前記飛行体に設けられた再帰反射体と、地上所定位置に設けられたトータルステーションである航空写真測量装置に係るものである。
【００１０】
又本発明は、位置測定装置と、自律飛行又は遠隔操作で飛行可能な飛行体と、該飛行体に設けられ鉛直方向に延出する光軸を有する撮像装置と、前記光軸の水平又は鉛直に対する傾斜角、傾斜方向を検出する姿勢検出装置とを具備する航空写真測量装置に於ける航空写真測量方法であって、前記撮像装置により２地点で画像を取得する工程と、前記位置測定装置により画像取得時の画像取得位置を取得する工程と、画像取得時の前記姿勢検出装置の検出結果を取得し、該検出結果に基づき前記２地点で取得した画像を水平画像に補正する工程と、得られた該水平画像の相互標定を行う工程とを有する航空写真測量方法に係るものである。
【００１１】
又本発明は、前記位置測定装置は、前記飛行体に設けられたＧＮＳＳ装置である航空写真測量方法に係るものである。
【００１２】
更に又本発明は、前記位置測定装置は、前記飛行体に設けられた再帰反射体と、地上所定位置に設けられたトータルステーションである航空写真測量方法に係るものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、自律飛行又は遠隔操作で飛行可能な飛行体と、該飛行体に設けられ、鉛直方向に延出する光軸を有する撮像装置と、前記光軸の水平又は鉛直に対する傾斜角、傾斜方向を検出する姿勢検出装置と、位置測定装置と、前記飛行体の飛行を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記撮像装置により２地点で画像を取得し、画像取得時の画像取得位置を前記位置測定装置から取得し、画像取得時の前記姿勢検出装置の検出結果を取得し、該検出結果に基づき前記２地点で取得した画像を水平画像に補正し、得られた該水平画像の相互標定を行うので、画像取得時の光軸の鉛直、又は水平に対する回転角が既知となり、相互標定時の未知数が少なくなり、相互標定作業が簡単になる。
【００１４】
又本発明によれば、位置測定装置と、自律飛行又は遠隔操作で飛行可能な飛行体と、該飛行体に設けられ鉛直方向に延出する光軸を有する撮像装置と、前記光軸の水平又は鉛直に対する傾斜角、傾斜方向を検出する姿勢検出装置とを具備する航空写真測量装置に於ける航空写真測量方法であって、前記撮像装置により２地点で画像を取得する工程と、前記位置測定装置により画像取得時の画像取得位置を取得する工程と、画像取得時の前記姿勢検出装置の検出結果を取得し、該検出結果に基づき前記２地点で取得した画像を水平画像に補正する工程と、得られた該水平画像の相互標定を行う工程とを有するので、相互標定時の未知数が少なくなり、相互標定作業が簡単になるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係るシステム概略構成図である。
【図２】本実施例に用いられるＵＡＶの概略構成図である。
【図３】本実施例に用いられる姿勢検出装置の平面図である。
【図４】該姿勢検出装置の構成図である。
【図５】相互標定についての概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る実施例のシステム概略構成図を示し、図１中、１は自律飛行可能、或は遠隔操作可能な無人飛行体（以下、ＵＡＶ１と称す）、２は地上に設置される基地制御装置であり、該基地制御装置２は、前記ＵＡＶ１とデータ通信可能であり、該ＵＡＶ１の飛行の制御、飛行計画の設定、変更を実行し、又該ＵＡＶ１が収集した情報を保存、管理し、更に保存した情報に基づき測定対象範囲の３次元測定を実行する。
【００１８】
図２は、前記ＵＡＶ１の概略構成図を示している。
【００１９】
該ＵＡＶ１は、例えば自律飛行する小型飛行体としてのヘリコプタである。該ＵＡＶ１は前記基地制御装置２から遠隔操作で操縦され、或は該基地制御装置２から前記ＵＡＶ１の制御装置（後述）に飛行計画が設定され、飛行計画に従って、自律飛行する。
【００２０】
該ＵＡＶ１は、機体３から放射状に延びる所要数（好ましくは偶数、図示では４本）の棒状のフレームの先端にそれぞれプロペラユニット４，５，６，７が設けられている。該プロペラユニット４，５，６，７は独立して駆動が制御される様になっており、該プロペラユニット４，５，６，７及び該プロペラユニット４，５，６，７を駆動制御する飛行コントローラ（後述）等は飛行体の航行手段を構成する。
【００２１】
前記プロペラユニット４，５，６，７を個別に制御することで、上昇、下降、旋回、直進、後退、ホバリング等所望の飛行が可能となっている。
【００２２】
前記ＵＡＶ１の前記機体３には、前記ＵＡＶ１の位置を測定する位置測定装置として、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）装置８が搭載されている。
【００２３】
該ＧＮＳＳ装置８は、前記ＵＡＶ１の基準位置、例えば機械中心を測定する様に構成され、又、前記ＧＮＳＳ装置８は前記基準位置の３次元絶対座標を測定し、測定値は地心座標（絶対座標）系から求められる地上座標系及び高度を表す。
【００２４】
図２に示される様に、前記ＵＡＶ１には、前記ＧＮＳＳ装置８の他に、撮像装置１１、姿勢検出装置１２、制御装置１３、通信部１４、電源部１５等が搭載される。
【００２５】
前記撮像装置１１はデジタル画像を取得し、画像信号としてデジタル信号を出力する。該撮像装置１１は、静止画像を所定時間間隔で撮像するカメラであってもよいし、或は画像を連続的に撮像するビデオカメラであってもよい。又、市販のデジタルカメラ、ビデオカメラが使用されてもよい。
【００２６】
前記撮像装置１１は、前記機体３の下面に設けられている。前記撮像装置１１は、前記ＵＡＶ１が水平姿勢の状態で、鉛直下方に延出する光軸１０を有する。又、前方を撮像する撮像装置が更に追加されてもよい。尚、追加の撮像装置の光軸は、前記撮像装置１１の前記光軸１０が鉛直の時、水平である様に設定され、或は水平に対して既知の角度で傾斜している様に設定される。
【００２７】
又、前記撮像装置１１は、撮像素子として、画素（ピクセル）の集合体であるＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサを有しており、撮像素子の中心（受光面の座標中心）を前記撮像装置１１の前記光軸１０が通過する様になっている。前記撮像素子は、該撮像素子の中心を原点とする座標系を有し、前記画素は、前記座標系によって撮像素子上の位置（座標）が特定でき、更に座標から各画素の画角（結像レンズを透して画素に入射する光線と前記光軸１０との成す角度）が分る様になっている。
【００２８】
該光軸１０は、前記機体３の基準位置（例えば機械中心）を通過する様に設定されている。前記撮像装置１１は、角度θの視野角を持っており、航空写真用の画像を取得可能となっている。従って、該撮像装置１１は、前記ＵＡＶ１直下の所要の視野角θの範囲の画像を取得可能であり、更に画像の中心は前記基準位置と合致する様に設定されている。又、前記撮像装置１１で撮像した画像は、後述する様に、位置測定用の画像データとしても使用される。
【００２９】
該撮像装置１１による撮像時の時刻は、前記ＧＮＳＳ装置８から取得される。撮像された画像は、撮像した時刻、前記ＧＮＳＳ装置８で測定した地心座標（３次元座標）に関連付けられて、後述する記憶部１７に格納される。
【００３０】
図３、図４は、前記姿勢検出装置１２を示している。
【００３１】
尚、図３は該姿勢検出装置１２が水平姿勢の時の平面図を示している。以下の説明に於いて、上下は図中での上下に対応し、左右は図中での左右に対応する。
【００３２】
矩形枠形状の外フレーム２１の内部に矩形枠形状の内フレーム２３が設けられ、該内フレーム２３の内部に傾斜検出ユニット２６が設けられる。
【００３３】
前記内フレーム２３の上面、下面から縦軸２４，２４が突設され、該縦軸２４，２４は前記外フレーム２１に設けられた軸受２２，２２と回転自在に嵌合する。前記縦軸２４，２４は縦軸心を有し、前記内フレーム２３は前記縦軸２４，２４を中心に左右方向に３６０゜回転自在となっている。
【００３４】
前記傾斜検出ユニット２６は横軸２５に支持され、該横軸２５の両端部は、前記内フレーム２３に設けられた軸受２７，２７に回転自在に嵌合する。前記横軸２５は前記縦軸心と直交する横軸心を有し、前記傾斜検出ユニット２６は前記横軸２５を中心に上下方向に３６０゜回転自在となっている。
【００３５】
つまり、前記傾斜検出ユニット２６は前記外フレーム２１に対して２軸方向に３６０°回転自在のジンバル機構を介して支持された構成になっている。
【００３６】
前記縦軸２４，２４の一方、例えば下側の縦軸２４には第１ギア２８が取付けられ、該第１ギア２８には第１駆動ギア２９が噛合している。又、前記外フレーム２１の下面には第１モータ３１が設けられ、前記第１駆動ギア２９は前記第１モータ３１の出力軸に取付けられている。
【００３７】
前記縦軸２４，２４の他方には第１エンコーダ３２が取付けられ、該第１エンコーダ３２は前記内フレーム２３の前記外フレーム２１に対する左右方向の回転角を検出する様に構成されている。
【００３８】
前記横軸２５の一端部には、第２ギア３３が取付けられ、該第２ギア３３には第２駆動ギア３４が噛合している。又、前記内フレーム２３の側面（図示では左側面）には第２モータ３５が取付けられ、前記第２駆動ギア３４は前記第２モータ３５の出力軸に取付けられている。
【００３９】
前記横軸２５の他端部には第２エンコーダ３６が取付けられ、該第２エンコーダ３６は前記内フレーム２３に対する前記傾斜検出ユニット２６の上下方向の回転角を検出する様に構成されている。
【００４０】
前記第１エンコーダ３２、前記第２エンコーダ３６は、演算処理部３８に電気的に接続されている。
【００４１】
前記傾斜検出ユニット２６は、第１傾斜センサ４１、第２傾斜センサ４２を有しており、該第１傾斜センサ４１、該第２傾斜センサ４２は、前記演算処理部３８に電気的に接続されている。
【００４２】
前記姿勢検出装置１２について、図４により更に説明する。
【００４３】
該姿勢検出装置１２は、前記第１エンコーダ３２、前記第２エンコーダ３６、前記第１傾斜センサ４１、前記第２傾斜センサ４２、前記演算処理部３８、前記第１モータ３１、前記第２モータ３５の他に、更に記憶部４３、入出力制御部４４を具備している。
【００４４】
前記記憶部４３には、姿勢検出の為の演算プログラム等のプログラム、及び演算データ等のデータ類を格納している。
【００４５】
前記入出力制御部４４は、前記演算処理部３８から出力される制御指令に基づき前記第１モータ３１、前記第２モータ３５を駆動し、前記演算処理部３８で演算した傾斜検出結果を検出信号として出力する。
【００４６】
前記第１傾斜センサ４１は水平を高精度に検出するものであり、例えば水平液面に検出光を入射させ反射光の反射角度の変化で水平を検出する傾斜検出器、或は封入した気泡の位置変化で傾斜を検出する気泡管である。又、前記第２傾斜センサ４２は傾斜変化を高応答性で検出するものであり、例えば加速度センサである。
【００４７】
尚、前記第１傾斜センサ４１、前記第２傾斜センサ４２のいずれも、前記第１エンコーダ３２が検出する回転方向（傾斜方向）、前記第２エンコーダ３６が検出する回転方向（傾斜方向）の２軸方向の傾斜を個別に検出可能となっている。
【００４８】
前記演算処理部３８は、前記第１傾斜センサ４１、前記第２傾斜センサ４２からの検出結果に基づき、傾斜角、傾斜方向を演算し、更に該傾斜角、傾斜方向に相当する前記第１エンコーダ３２の回転角、前記第２エンコーダ３６の回転角により前記光軸１０の鉛直（又は水平）に対する傾斜角を演算する。
【００４９】
尚、前記姿勢検出装置１２は、前記外フレーム２１が水平に設置された場合に、前記第１傾斜センサ４１が水平を検出する様に設定され、更に前記第１エンコーダ３２の出力、前記第２エンコーダ３６の出力が共に基準位置（回転角０゜）を示す様に設定される。
【００５０】
以下、前記姿勢検出装置１２の作用について説明する。
【００５１】
先ず、高精度に傾斜を検出する場合について説明する。
【００５２】
高精度に傾斜を検出する場合としては、静的或は前記第１傾斜センサ４１が傾斜変化に追従できる程度に傾斜の変化が遅い場合である。
【００５３】
前記姿勢検出装置１２が傾斜すると、前記第１傾斜センサ４１が傾斜に応じた信号を出力する。
【００５４】
前記演算処理部３８は、前記第１傾斜センサ４１からの信号に基づき、傾斜角、傾斜方向を演算し、更に演算結果に基づき傾斜角、傾斜方向を０にする為の、前記第１モータ３１、前記第２モータ３５の回転量を演算し、前記入出力制御部４４を介して前記第１モータ３１、前記第２モータ３５を前記回転量駆動する駆動指令を発する。
【００５５】
前記第１モータ３１、前記第２モータ３５の駆動により、演算された傾斜角、傾斜方向の逆に傾斜する様、前記第１モータ３１、前記第２モータ３５が駆動され、モータの回転量（回転角）は前記第１エンコーダ３２、前記第２エンコーダ３６によって検出され、回転角が前記演算結果となったところで前記第１モータ３１、前記第２モータ３５の駆動が停止される。
【００５６】
この状態では、前記外フレーム２１が傾斜した状態で、前記傾斜検出ユニット２６が水平に制御される。
【００５７】
従って、該傾斜検出ユニット２６を水平とする為に、前記第１モータ３１、前記第２モータ３５により、前記内フレーム２３、前記傾斜検出ユニット２６を傾斜させた傾斜角、傾斜方向は、前記第１エンコーダ３２、前記第２エンコーダ３６で検出した回転角に基づき求められる。
【００５８】
前記演算処理部３８は、前記第１傾斜センサ４１が水平を検出した時の、前記第１エンコーダ３２、前記第２エンコーダ３６の検出結果に基づき前記姿勢検出装置１２の傾斜角、傾斜方向を演算する。この演算結果が、該姿勢検出装置１２の傾斜後の姿勢を示す。
【００５９】
前記演算処理部３８は、演算された傾斜角、傾斜方向を前記姿勢検出装置１２の検出信号として前記入出力制御部４４を介して前記制御装置１３に出力する。
【００６０】
前記姿勢検出装置１２では、図３に示される構造の通り、前記傾斜検出ユニット２６、前記内フレーム２３の回転を制約するものがなく、前記傾斜検出ユニット２６、前記内フレーム２３は共に３６０゜以上の回転が可能である。即ち、前記姿勢検出装置１２がどの様な姿勢となろうとも（例えば、前記姿勢検出装置１２の天地が逆になった場合でも）、全方向での姿勢検出が可能である。
【００６１】
姿勢検出に於いて、高応答性を要求する場合は、前記第２傾斜センサ４２の検出結果に基づき姿勢検出と姿勢制御が行われるが、該第２傾斜センサ４２は前記第１傾斜センサ４１に比べ検出精度が悪いのが一般的である。
【００６２】
前記姿勢検出装置１２では、高精度の前記第１傾斜センサ４１と高応答性の前記第２傾斜センサ４２を具備することで、該第２傾斜センサ４２の検出結果に基づき姿勢制御を行い、前記第１傾斜センサ４１により高精度の姿勢検出を可能とする。
【００６３】
つまり、前記第２傾斜センサ４２が検出した傾斜角に基づき、該傾斜角が０°になる様に前記第１モータ３１、前記第２モータ３５を駆動し、更に前記第１傾斜センサ４１が水平を検出する迄前記第１モータ３１、前記第２モータ３５の駆動を継続することにより、高精度に姿勢を検出することが可能となる。前記第１傾斜センサ４１が水平を検出した時の前記第１エンコーダ３２、前記第２エンコーダ３６の値、即ち実際の傾斜角と前記第２傾斜センサ４２が検出した傾斜角との間で偏差を生じれば、該偏差に基づき前記第２傾斜センサ４２の傾斜角を較正することができる。
【００６４】
従って、予め、該第２傾斜センサ４２の検出傾斜角と、前記第１傾斜センサ４１による水平検出と前記第１エンコーダ３２、前記第２エンコーダ３６の検出結果に基づき求めた傾斜角との関係を取得しておけば、前記第２傾斜センサ４２に検出された傾斜角の較正（キャリブレーション）をすることができ、該第２傾斜センサ４２による高応答性での姿勢検出の精度を向上させることができる。
【００６５】
又、前記演算処理部３８は、傾斜の変動が大きい時、傾斜の変化が速い時は、前記第２傾斜センサ４２からの信号に基づき、前記第１モータ３１、前記第２モータ３５を制御する。又、前記演算処理部３８は、傾斜の変動が小さい時、傾斜の変化が緩やかな時、即ち前記第１傾斜センサ４１が追従可能な状態では、該第１傾斜センサ４１からの信号に基づき、前記第１モータ３１、前記第２モータ３５を制御する。
【００６６】
尚、前記記憶部４３には、前記第１傾斜センサ４１の検出結果と前記第２傾斜センサ４２の検出結果との比較結果を示すデータテーブルである対比データが格納されている。前記第２傾斜センサ４２からの信号に基づき、前記第１モータ３１、前記第２モータ３５を制御する場合、前記演算処理部３８は前記対比データに基づき前記第２傾斜センサ４２による検出結果を較正する。この較正により、該第２傾斜センサ４２による検出結果を前記第１傾斜センサ４１の検出精度迄高めることができる。よって、前記姿勢検出装置１２による姿勢検出に於いて、高精度を維持しつつ高応答性を実現することができる。
【００６７】
演算された前記第１エンコーダ３２の回転角、前記第２エンコーダ３６の回転角を合成することで、傾斜角と傾斜方向がリアルタイムに演算される。該傾斜角と傾斜方向は、前記光軸１０の鉛直（又は水平）に対する傾斜角、傾斜方向に対応する。
【００６８】
而して、前記第１モータ３１、前記第２モータ３５、前記第１エンコーダ３２、前記第２エンコーダ３６、前記演算処理部３８は相対傾斜角検出部を構成する。
【００６９】
次に、前記制御装置１３について説明する。該制御装置１３は、演算制御部１６、前記記憶部１７、飛行コントローラ１８、方位センサ１９、ジャイロユニット２０を有している。
【００７０】
前記記憶部１７には、前記撮像装置１１で取得した画像及び画像を取得した時刻が、前記画像に関連付けられて格納される様になっており、更に、画像を取得した時刻に同期させて前記ＧＮＳＳ装置８によって前記ＵＡＶ１の３次元座標が測定され、測定された３次元座標も画像を取得した時刻に関連付けられて前記記憶部１７に格納される様になっている。
【００７１】
又、該記憶部１７には、撮像制御プログラム、画像処理プログラム、３次元位置測定プログラム、画像補正プログラム、マッチング処理プログラム、演算プログラム、飛行制御プログラム、飛行姿勢制御プログラム、通信制御プログラム等の種々のプログラムが格納されている。
【００７２】
更に、前記記憶部１７には、前記撮像装置１１で撮像された画像及び、撮像時の時刻、画像を取得した時の３次元座標が前記画像に関連付けられて格納され、又飛行計画データが格納されている。尚、飛行計画データに含まれているデータとしては、例えば飛行コース、飛行高度、撮影する場所、範囲等である。
【００７３】
前記撮像制御プログラムは、前記ＧＮＳＳ装置８で測定された前記ＵＡＶ１の位置、前記ＵＡＶ１の飛行速度、前記撮像装置１１の視野角θ等に基づき時間的に隣接する画像が所定の割合でオーバラップする様に、又隣接する頂点（後述）で撮像した画像が所定の割合でオーバラップする様に前記撮像装置１１で撮像した画像データの取得時期を制御する。尚、画像トラッキングを行う場合は、画像データを取得し、次の画像データを取得する間も所定時間間隔で撮像する様に前記撮像装置１１を制御している。尚、画像データと次の画像データ間で取得するトラッキング用の画像としては動画像を取得してもよい。
【００７４】
前記画像処理プログラムは、前記撮像装置１１で取得した画像から特徴点（タイポイント）を抽出する。
【００７５】
前記３次元位置測定プログラムは、前記ＧＮＳＳ装置８から取得した時刻、及び位置情報から前記ＵＡＶ１の３次元位置を演算し、該ＵＡＶ１の３次元位置に基づき写真測量による測定結果を地心座標に変換する。
【００７６】
前記画像補正プログラムは、前記姿勢検出装置１２からの検出結果に基づき、前記撮像装置１１により撮像した画像を水平画像に補正する。
【００７７】
前記飛行姿勢制御プログラムは、前記方位センサ１９、前記ジャイロユニット２０からの検出信号に基づき前記ＵＡＶ１の姿勢制御を行い、又前記撮像装置１１による撮像時には、前記光軸１０が略鉛直となる様に前記ＵＡＶ１の姿勢制御を行う。
【００７８】
以下、本発明に係る実施例の作用を説明する。
【００７９】
前記演算制御部１６は、前記飛行制御プログラム、前記飛行姿勢制御プログラム、前記飛行計画データに従い、前記飛行コントローラ１８に飛行制御信号を送出し、該飛行コントローラ１８は飛行制御信号により前記プロペラユニット４，５，６，７を駆動制御する。
【００８０】
前記飛行コントローラ１８は、前記方位センサ１９、前記ジャイロユニット２０からの検出信号に基づき、前記ＵＡＶ１の姿勢、飛行状態を制御し、前記演算制御部１６は前記飛行コントローラ１８を介して、前記飛行計画データに従い、前記ＵＡＶ１を設定された飛行コース、飛行高度で飛行させる。
【００８１】
飛行中、前記姿勢検出装置１２は、傾斜角、傾斜方向をリアルタイムで検出しており、検出された傾斜角、傾斜方向は、前記光軸１０の鉛直（又は水平）に対する傾斜角、傾斜方向であり、検出結果は前記撮像装置１１により取得される画像と、前記ＧＮＳＳ装置８から得られる画像の取得時刻とに関連付けられて前記記憶部１７に格納される。
【００８２】
又、写真測量時には前記演算制御部１６は、前記姿勢検出装置１２からの検出結果及び前記画像補正プログラムに基づき、取得した画像を水平画像に補正する。
【００８３】
図５は２つの静止画像Ｓ１，Ｓ２から写真測量の為の、ステレオ画像を作成する場合を示している。
【００８４】
前記ＵＡＶ１は前記飛行コントローラ１８によって略水平に制御されているが、前記ＵＡＶ１の姿勢は不安定であり、前記光軸１０は、３軸方向に傾いている。
【００８５】
２地点で画像を取得した場合、カメラの向きは、φ、ω、κによって決定される。
【００８６】
従って、２地点でのカメラの向きは、それぞれφ１、ω１、κ１、φ２、ω２、κ２で
表される。
【００８７】
ここで、
κ１は、左側カメラのＺ軸の回転角、
φ１は、左側カメラのＹ軸の回転角、
ω１は、左側カメラのＸ軸の回転角、
κ２は、右側カメラのＺ軸の回転角、
φ２は、右側カメラのＹ軸の回転角、
ω２は、右側カメラのＸ軸の回転角を示す。
【００８８】
一般の相互標定では、φ１、ω１、κ１、φ２、ω２、κ２は未知数であり、２つの画像中の共通点（タイポイント）に基づきφ１、ω１、κ１、φ２、ω２、κ２を求めることになり、この場合、必要な共通点は６以上となる。
【００８９】
図５に示す様に、モデル座標系の原点を左側の投影中心Ｏ１にとり、Ｏ１と右側の投影中心Ｏ２を結ぶ線をＸ軸にとる様にする。縮尺は、基線長を単位長さにとる。
【００９０】
この時求めるパラメータは、左側のカメラのＺ軸の回転角κ１、Ｙ軸の回転角φ１、Ｘ軸の回転角ω１、右側のカメラのＺ軸の回転角κ２、Ｙ軸の回転角φ２、Ｘ軸の回転角ω２となる。
【００９１】
写真測量時の前記光軸１０の鉛直（又は水平）に対する傾斜、傾斜方向は、前記姿勢検出装置１２によって検出される。従って、φ１、ω１、φ２、ω２が前記演算制御部１６によって演算され、既知の値となる。
【００９２】
上記した様に、相互標定する前の過程として、前記制御装置１３は、前記姿勢検出装置１２の検出結果に基づき、前記静止画像Ｓ１，Ｓ２それぞれを水平画像に変換する。
【００９３】
相互標定は、水平画像Ｓ１′，Ｓ２′に対して行われる。従って、相互標定に於ける未知数はκ１、κ２のみとなり、演算は大幅に簡略化される。
【００９４】
カメラの回転角κ１、κ２がそれぞれ求められることで、前記水平画像Ｓ１′と前記水平画像Ｓ２′とを絶対標定することができ、図５中破線で示す状態に変換することができる。又、絶対標定することで、基線長Ｂとカメラの焦点距離ｃと絶対標定後のタイポイントＰ１，Ｐ２の座標から、測定対象点Ｐの３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が演算でき、更にＯ１地点、Ｏ２地点での前記ＵＡＶ１の高度が測定できる。
【００９５】
上記した様に、本実施例では前記光軸１０の傾斜角、傾斜方向が、前記姿勢検出装置１２によってリアルタイムで検出できる。従って、水平に対する傾斜角、傾斜方向について画像に基づき演算する必要がなく、相互標定も容易に行うことができる。
【００９６】
尚、写真測量については、前記演算制御部１６で行い、取得したデータを前記記憶部１７に保存し、測定終了後データを前記基地制御装置２に送信してもよく、或は前記ＵＡＶ１の飛行中、取得した画像データ、前記ＧＮＳＳ装置８で測定した位置データ等を前記基地制御装置２に送信し、該基地制御装置２で写真測量を実施してもよい。
【００９７】
尚、上記実施例は、前記撮像装置１１の前記光軸１０が鉛直方向である場合を説明したが、前記撮像装置１１の前記光軸１０が水平方向であっても同様に実施可能であることは言う迄もない。
【００９８】
又、上記実施例では位置測定装置として、ＧＮＳＳ装置を用いたが、前記ＵＡＶ１に再帰反射体を設け、測距、測角、追尾機能を有するトータルステーションを地上の所定位置に設け、該トータルステーションにより再帰反射体を追尾し、前記ＵＡＶ１の位置を測定してもよい。この場合、再帰反射体、トータルステーションが位置測定装置を構成する。
【符号の説明】
【００９９】
１              ＵＡＶ
２              基地制御装置
３              機体
８              ＧＮＳＳ装置
１０            光軸
１１            撮像装置
１２            姿勢検出装置
１３            制御装置
１４            通信部
１６            演算制御部
１７            記憶部
１８            飛行コントローラ
２６            傾斜検出ユニット
３１            第１モータ
３２            第１エンコーダ
３５            第２モータ
３６            第２エンコーダ
４１            第１傾斜センサ
４２            第２傾斜センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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