(57)【要約】【課題】マルチコプターを利用しつつ、高機能かつ高価で重量の大きな赤外線カメラを使用でき、さらには撮影位置を特定できる観察装置を提供する。【解決手段】本発明にかかる観察装置１００は、空中を飛行可能なマルチコプター１０２と、マルチコプターに搭載された反射鏡１１４と、地上に設置された赤外線カメラ１２２とを備え、赤外線カメラは、反射鏡ごしに撮影するとともに、マルチコプターの高温箇所であるモーター１１８をマーカーにしてマルチコプターの位置の測定を行うことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中を飛行可能なマルチコプターと、
前記マルチコプターに搭載された反射鏡と、
地上に設置された赤外線カメラとを備え、
前記赤外線カメラは、前記反射鏡ごしに撮影するとともに、前記マルチコプターの高温箇所をマーカーにして該マルチコプターの位置の測定を行うことを特徴とする観察装置。
【請求項２】
前記マルチコプターの高温箇所は、モーターであることを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記反射鏡は、金蒸着ミラーであることを特徴とする請求項１または２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記反射鏡は、前記マルチコプターのカメラ用のジンバルマウントに取り付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空中を飛行して移動可能な観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、地表面を上空から観察する装置として、飛行体に搭載された赤外線サーモグラフィを含む空中サーモグラフィシステムが記載されている。
【０００３】
この空中サーモグラフィシステムでは、監視ターゲットの赤外線サーモグラムを撮影し画像信号を取得した後、画像信号を通信信号に変換し、通信信号が国際通信衛星を経由してサーバーシステムに伝送される。なおサーバーシステムからの通信信号は、国際通信衛星を経由して赤外線サーモグラフィに出力される。このようにして、空中サーモグラフィシステムでは、赤外線サーモグラフィとサーバーシステムとの間の通信をリアルタイムに行う。
【０００４】
しかし特許文献１では、飛行体に赤外線サーモグラフィを搭載し、さらには国際通信衛星を介したサーバーシステムとの通信を実現させるための通信設備も搭載している。このため、特許文献１に記載の技術では、監視ターゲットを上空から観察するために、大掛かりなシステムを構築しなければならない。さらに特許文献１の飛行体は、高空飛行により監視ターゲットを観察するため、詳細な画像を得ることは難しく、植生観察には向いていない。
【０００５】
一方、近年は遠隔操作可能な無人の小型のマルチコプター（ドローンとも呼ばれる）が知られている。このマルチコプターには撮影装置が搭載されているものが多く、地表面の撮影も可能となっている。マルチコプターは空中で静止（ホバリング）することもできるため、観察者が立ち入ることが困難な湿原などにおいても地表面の近接撮影に適した飛行体である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１４０１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、植物は赤外領域で可視領域とは異なる見え方をするため、これを利用するために撮影装置として赤外線カメラを使用して、植生状況の撮影などを行う場合がある。しかし、赤外線カメラは民生品として一般的ではないため、可視光のカメラと比較すると高機能のものは大型で重く、また高価な傾向にある。
【０００８】
そのような高価な赤外線カメラをマルチコプターに搭載した場合、湿原の植生状況を撮影中にマルチコプターが墜落してしまうと、赤外線カメラが故障する場合や、赤外線カメラを紛失してしまう場合がある。またマルチコプターの搭載重量を考慮すると、大型で重量の大きな赤外線カメラを搭載することも困難である。つまり、マルチコプターは植物に近づくためには好適であるが、高機能の赤外線カメラはマルチコプターに適していないということになる。
【０００９】
さらに、地表面の湿原の植生状況を十分に観察するためには、湿原を上空から単に撮影するだけではなく、撮影位置を特定することが必要である。そこでマルチコプターの位置を特定するために、特許文献１のように通信設備を搭載した場合、湿原の植生状況を撮影中にマルチコプターが墜落してしまうと、通信設備の故障や紛失の可能性もある。
【００１０】
このため、マルチコプターを利用しつつ、高機能かつ高価で重量の大きな赤外線カメラを使用して、湿原の植生状況を撮影しながら撮影位置を特定することは困難である。なお位置測定というとＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）が想起されるが、現状ではＧＰＳによる位置測定の誤差は１０ｍ以上あるため、撮影位置の特定のためには位置精度が低いという問題がある。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑み、マルチコプターを利用しつつ、高機能かつ高価で重量の大きな赤外線カメラを使用でき、さらには撮影位置を特定できる観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明にかかる観察装置の代表的な構成は、空中を飛行可能なマルチコプターと、マルチコプターに搭載された反射鏡と、地上に設置された赤外線カメラとを備え、赤外線カメラは、反射鏡ごしに撮影するとともに、マルチコプターの高温箇所をマーカーにしてマルチコプターの位置の測定を行うことを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、赤外線カメラは、マルチコプターには搭載されず、地上に設置するだけでよい。マルチコプターには反射鏡が搭載されるだけであり、赤外線カメラが地上から反射鏡ごしに撮影する。このため、マルチコプターを利用しつつ、高機能かつ高価で重量の大きな赤外線カメラを地上に設置して使用できる。
【００１４】
さらに赤外線カメラは、マルチコプターの高温箇所をマーカーにしてマルチコプターの位置の測定を行う。なお赤外線カメラは、マルチコプターの高温箇所から放射される遠赤外線を捉える。したがって上記構成によれば、マルチコプターを移動させて撮影しながら、マルチコプターの位置すなわち空中からの撮影位置を特定できる。
【００１５】
またマルチコプターには赤外線カメラが搭載されていないため、マルチコプターが墜落した場合であっても、高価な赤外線カメラが故障したり紛失したりすることもない。さらにマルチコプターには、重量の大きな赤外線カメラを搭載しないため、マルチコプターの搭載荷重が増大することがない。このため、マルチコプターは、航続距離が短くならず、より長時間（広範囲）の観察を行うことが可能となる。なお赤外線カメラとしては、高精度（高解像度）の動画撮影カメラも使用できるため、観察を行った後、所望の箇所が写ったショット（静止画）を抜き出すことができる。
【００１６】
上記のマルチコプターの高温箇所は、モーターであるとよい。ここでマルチコプターには、モーターが複数搭載されている。このため、赤外線カメラは、２つのモーターから放射される赤外線を捉えて、２つのモーターの２点間距離を得る。そして２点間距離を用いることで、赤外線カメラからマルチコプターまでの距離を得る。赤外線カメラの設置方向を決めておけば、その方向に対するマルチコプターの角度は容易に取得できるため、角度と距離からマルチコプターの位置を特定することができる。
【００１７】
上記の反射鏡は、金蒸着ミラーであるとよい。このように、反射鏡が金蒸着ミラーであれば、赤外線に対して高い反射率を有する。このため、赤外線カメラは、反射鏡で反射された赤外線を捉えて赤外線写真を得ることができる。
【００１８】
上記の反射鏡は、マルチコプターのカメラ用のジンバルマウントに取り付けられているとよい。このように、反射鏡をジンバルマウントに取付けることで、反射鏡の角度を変更でき、反射鏡の振動も吸収できる。このため赤外線カメラは、反射鏡を確実に捉えることができ、反射鏡ごしに確実に撮影できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、マルチコプターを利用しつつ、高機能かつ高価で重量の大きな赤外線カメラを使用でき、さらには撮影位置を特定できる観察装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態における観察装置を説明する図である。
【図２】図１の観察装置に適用されるマルチコプターを示す図である。
【図３】図１の赤外線カメラを用いた地表面の画像のマッピングを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態における観察装置１００を説明する図である。図２は、図１の観察装置１００に適用されるマルチコプター１０２を示す図である。
【００２３】
観察装置１００は、観察者が立ち入ることが困難な対象調査を行う装置である。以下では、観察装置１００として、湿原１０４などの地表面の植生調査を行う装置を例示している。なお地表面の植生調査は、図１に示す湿原１０４の対象領域１０６の植生状況を撮影することで可能となる。ただし観察装置１００は、地表面の植生調査に限られず、観察者や作業者が立ち入ることが困難な場所、例えばプラント、崖、建物などの対象物を撮影してもよい。なお観察者や作業者が立ち入ることが困難な状況としては、地形に起因するものに限らず、放射線量が高い場合なども含まれる。
【００２４】
湿原１０４には木道１０８が設置されている。このため、湿原１０４において、木道１０８周辺の植生調査は可能であるものの、木道１０８から離れた地表面に対象領域１０６が位置する場合、対象領域１０６の植生状況を撮影することは困難である。
【００２５】
そこで観察装置１００は、反射鏡１１４を搭載したマルチコプター１０２と、図１に示す地上すなわち木道１０８に設置された赤外線カメラ１２２とを備える。
【００２６】
マルチコプター１０２は、図２に示すように、本体１１０と、本体１１０の下側に設置されたジンバルマウント１１２と、ジンバルマウント１１２に取付けられた反射鏡１１４とを備える。
【００２７】
反射鏡１１４は、金蒸着ミラーであって、赤外線に対して高い反射率を有する。反射鏡１１４は、図２に示すように楕円の形状を有する。また反射鏡１１４は、図２の左側に示すように側面から見て、マルチコプター１０２の上下方向に対して傾斜している。つまり、反射鏡１１４は、傾斜方向に長い楕円であって、傾斜した状態でジンバルマウント１１２に取付けられている。
【００２８】
また、ジンバルマウント１１２には可視光のカメラ１１６も取付けられている。ただしカメラ１１６には、高倍率のズームレンズなどは搭載されていない。このため、カメラ１１６は、対象領域１０６の植生状況を撮影せず、単に、マルチコプター１０２が対象領域１０６の上空付近まで移動する際に用いられる。
【００２９】
マルチコプター１０２は、本体１１０の上側に複数（例えば４つ）のモーター１１８およびプロペラ１２０が設置されていて、プロペラ１２０をモーター１１８で回転させることで揚力を得て、空中を飛行する。
【００３０】
マルチコプター１０２の飛行中、モーター１１８は、プロペラ１２０を回転させるために作動しているので発熱する。その結果、モーター１１８は、マルチコプターの高温箇所（熱源）となり、遠赤外線を放射することになる。赤外線カメラ１２２は、赤外線を捉えて赤外線写真を得ることができる撮影装置である。
【００３１】
観察装置１００では、対象領域１０６の植生状況を撮影する際、まず、図１の矢印Ａに示すように対象領域１０６の植生状況が反射鏡１１４に映り込むように、マルチコプター１０２を対象領域１０６の上空付近まで飛行させる。つぎに観察装置１００では、反射鏡１１４に映り込んだ対象領域１０６の植生状況を、図中矢印Ｂに示すように赤外線カメラ１２２で撮影する。
【００３２】
すなわち赤外線カメラ１２２は、マルチコプター１０２の反射鏡１１４ごしに湿原１０４の対象領域１０６の植生状況を撮影することで、反射鏡１１４で反射された赤外線を捉えて地表面の赤外線写真を得る。植物は赤外領域で可視領域とは異なる見え方をするため、観察装置１００では、赤外線写真によって植物の判別に役立てることができる。
【００３３】
さらに赤外線カメラ１２２は、マルチコプター１０２の高温箇所であるモーター１１８をマーカーにしてマルチコプター１０２の位置の測定を行う。具体的には、赤外線カメラ１２２は、図中矢印Ｃ、Ｄに示すように２つのモーター１１８から放射される遠赤外線を捉える。なお反射鏡１１４および２つのモーター１１８はいずれも、図中に示す赤外線カメラ１２２の撮影範囲Ｅの範囲内に存在している。このため、赤外線カメラ１２２は、反射１１４および２つのモーター１１８からの遠赤外線を確実に捉えることができる。
【００３４】
赤外線カメラ１２２は、２つのモーター１１８から放射される遠赤外線を捉えて、２つのモーター１１８の２点間距離を得る。そして２点間距離を用いることで、赤外線カメラ１２２からマルチコプター１０２までの距離を得る。さらに赤外線カメラ１２２の設置方向を決めておけば、その方向に対するマルチコプター１０２の角度は容易に取得できるため、角度と距離からマルチコプター１０２の位置を特定できる。
【００３５】
図３は、図１の赤外線カメラ１２２を用いた地表面の画像のマッピングを説明する図である。なお赤外線カメラ１２２は、木道１０８に設置されていて、その設置方向は湿原１０４の対象領域１０６の位置や撮影範囲Ｅを考慮して決められている。
【００３６】
赤外線カメラ１２２では、望遠レンズを用いることなく、マルチコプター１０２に搭載された反射鏡１１４と、周辺の景色を同時に撮影して赤外線写真を得る。すなわち赤外線写真にはマルチコプター１０２が映っていて、それに搭載された反射鏡１１４には地表面が映り込んでいる状態である。そして、マルチコプター１０２を移動させながら撮影を繰り返して、複数の赤外線写真を得る。
【００３７】
この複数の赤外線写真から、地表面が映り込んだ反射鏡１１４部分の赤外線写真を繋ぎ合わせることで、地表面の赤外線写真を作成することができる。なお反射鏡１１４部分の赤外線写真は、反射鏡１１４で反射された赤外線を図中矢印Ｂに示すように捉えることで得られる。また図中には、１回の撮影で反射鏡１１４に映り込む地表面の範囲１２４を模式的に示している。そして一例として、マルチコプター１０２を移動させながら撮影を複数回（ここでは少なくとも２５回）繰り返すことで、湿原１０４の対象領域１０６およびその周辺領域を含めた地表面の範囲１２６に対応する地表面の赤外線写真が作成可能となる。
【００３８】
また反射鏡１１４部分の画像のマッピングは、すなわち撮影時のマルチコプター１０２の位置である。このため、赤外線カメラ１２２は、マルチコプター１０２の高温箇所であるモーター１１８をマーカーとして、モーター１１８からの遠赤外線を図中矢印Ｃ、Ｄに示すように捉えることで位置を特定できる。
【００３９】
したがって本実施形態の観察装置１００によれば、湿原１０４の対象領域１０６の植生状況を撮影しながら、マルチコプター１０２の位置すなわち空中からの撮影位置を特定できる。また観察装置１００では、マルチコプター１０２には反射鏡１１４が搭載されるだけであり、地上に設置された赤外線カメラ１２２から反射鏡１１４ごしに地表面の植生状況を撮影できる。このため、観察装置１００では、対象領域１０６の植生状況を撮影する際、マルチコプター１０２を利用でき、さらには高機能かつ高価で重量の大きな赤外線カメラ１２２を地上に設置して使用できる。
【００４０】
また観察装置１００では、マルチコプター１０２には高価な赤外線カメラ１２２が搭載されていないため、仮にマルチコプター１０２が墜落した場合であっても、高価な赤外線カメラ１２２が故障したり紛失したりすることもない。
【００４１】
さらに観察装置１００では、マルチコプター１０２には重量の大きな赤外線カメラ１２２を搭載しないため、マルチコプター１０２の搭載荷重が増大することがない。したがって、マルチコプター１０２は、航続距離が短くならず、より長時間（広範囲）の植生観察を行うことが可能となる。また赤外線カメラ１２２としては、高精度（高解像度）の動画撮影カメラも使用できるため、植生観察を行った後、所望の箇所が写ったショット（静止画）を抜き出すことができる。
【００４２】
また反射鏡１１４は、傾斜方向に長い楕円であるため、図１の矢印Ｂに示すように木道１０８に設置した赤外線カメラ１２２から見ると、その形状が円形状に見える。このため、反射鏡１１４を大きくしなくて済み、重量を減らすことができる。さらに反射鏡１１４は、傾斜方向に長い楕円に限らず、傾斜方向に長い長方形であってもよい。この場合には、反射鏡１１４は、赤外線カメラ１２２から見ると正方形に近い形状に見えるため、面積を大きくしなくて済み、重量を減らすことができる。
【００４３】
また反射鏡１１４は、ジンバルマウント１１２に取付けられているため、角度を変更可能であり、さらに振動も吸収される。このため、赤外線カメラ１２２は、反射鏡１１４を確実に捉えることができ、反射鏡１１４ごしに湿原１０４の対象領域１０６の植生状況を確実に撮影できる。
【００４４】
なお観察装置１００は、地表面の植生状況を撮影するだけでなく、観察者や作業者が立ち入ることが困難なプラント、崖、建物などの対象物の状況を撮影することもできる。
【００４５】
なお上記実施形態では、赤外線カメラ１２２が高温箇所（熱源）である２つのモーター１１８から放射される遠赤外線を捉えることで、マルチコプター１０２の位置を特定するようにしたが、本発明はこれに限定されない。一例として、マルチコプター１０２に赤外線の光源として２つのＬＥＤ（赤外線ＬＥＤや赤色ＬＥＤ、白色ＬＥＤなど、赤外線を含むもの）を搭載し、赤外線カメラ１２２は、ＬＥＤをマーカーとして、ＬＥＤから発光される光を捉えることでマルチコプター１０２の位置を特定するようにしてもよい。すなわち、高温箇所をマーカーにすることに代えて、２以上の光源をマーカーにしてもよい。
【００４６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、空中を飛行して移動可能な観察装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１００…観察装置、１０２…マルチコプター、１０４…湿原、１０６…対象領域、１０８…木道、１１０…本体、１１２…ジンバルマウント、１１４…反射鏡、１１６…カメラ、１１８…モーター、１２０…プロペラ、１２２…赤外線カメラ、１２４、１２６…地表面の範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
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