(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空域を飛行中の虫を除去するための虫除去システムであって、
前記空域の少なくとも一部を表す画像データを提供するように構成されたカメラと、
前記空域を推進するためのプロペラを備えた無人航空機ＵＡＶと、
画像データ接続を介して前記カメラに接続されて前記画像データを受信し、制御データ接続を介して前記ＵＡＶに接続されて前記ＵＡＶに制御データを提供するコントローラと、を備え、前記コントローラは、
虫の画像について、前記カメラから受信した前記画像データを監視するとともに、
前記画像データに虫の画像が見つかった場合、
前記画像データから、前記空域における前記虫の位置を導出するとともに、
前記空域における前記虫の導出位置を用いながら前記制御データ接続を介して前記ＵＡＶを誘導して、前記プロペラで前記虫を打つように構成されている、虫除去システム。
【請求項２】
前記コントローラはさらに、
前記画像データから、前記虫の前記導出位置の下にある、前記空域における前記ＵＡＶの除去開始位置を導出し、
前記空域における前記除去開始位置に航行するように前記ＵＡＶを誘導し、
前記ＵＡＶを前記除去開始位置から前記虫の前記導出位置まで上方に推進させるように構成されている、請求項１に記載の虫除去システム。
【請求項３】
前記カメラは前記ＵＡＶに取り付けられている、請求項１または２に記載の虫除去システム。
【請求項４】
前記カメラの視野は鉛直方向上方を向いており、前記コントローラは、前記画像データにおける前記虫の画像の位置と前記画像データの中心とに基づいて算出された水平経路から除去開始位置を導出するようにさらに構成されており、前記コントローラは、前記水平経路に従って移動するように前記ＵＡＶを制御することにより、前記除去開始位置に航行するように前記ＵＡＶを案内するように構成されている、請求項３に記載の虫除去システム。
【請求項５】
前記カメラは静止位置に配置されている、請求項１または２に記載の虫除去システム。
【請求項６】
前記コントローラはさらに、
前記画像データから前記空域における前記ＵＡＶの位置を導出するように構成されている、請求項５に記載の虫除去システム。
【請求項７】
前記コントローラはさらに、
前記画像データにおける前記ＵＡＶの画像サイズおよび画像位置を特定するとともに、
前記画像サイズおよび前記画像位置から、前記空域における前記ＵＡＶの前記位置を導出するように構成されている、請求項６に記載の虫除去システム。
【請求項８】
前記ＵＡＶはＬＥＤなどの認識マーカを含み、前記コントローラは、前記認識マーカ間の距離から前記ＵＡＶの画像サイズを特定するように構成されている、請求項７に記載の虫除去システム。
【請求項９】
前記コントローラはさらに、
前記画像データにおける前記虫の画像サイズおよび画像位置を特定するとともに、
前記画像データにおける前記画像サイズおよび前記画像位置から、前記空域における前記虫の前記位置を導出するように構成されている、請求項７または８に記載の虫除去システム。
【請求項１０】
前記カメラは立体カメラを含み、前記画像データは立体画像データを含み、前記コントローラは、前記立体画像データから前記空域における前記ＵＡＶおよび前記虫の位置を導出するように構成されている、請求項５または６に記載の虫除去システム。
【請求項１１】
前記静止位置は、前記ＵＡＶを充電するように構成された充電ステーションを備えている、請求項５から１０のいずれかに記載の虫除去システム。
【請求項１２】
前記コントローラは、サイズ基準、形状基準、速度基準、および色基準の少なくとも１つの基準に基づいて前記画像データ内の虫を認識するように構成されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の虫除去システム。
【請求項１３】
前記カメラの感度波長帯域は赤外波長帯域に広がっている、請求項１から１２のいずれかに記載の虫除去システム。
【請求項１４】
虫除けのための、請求項１から１３のいずれかに記載の虫除去システムの使用。
【請求項１５】
農業における虫を除去するための、請求項１４に記載の使用。
【請求項１６】
温室内などの園芸における虫を除去するための、請求項１４に記載の使用。
【請求項１７】
寝室などの室内における虫を除去するための、請求項１４に記載の使用。
【請求項１８】
虫を介した疾患の拡大を減少させるための、請求項１４に記載の使用。
【請求項１９】
殺虫剤を含まない虫除けのための、請求項１４に記載の使用。
【請求項２０】
睡眠の質を改善するための、請求項１４に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空域を飛翔中の虫を除去するための虫除去システムおよびそのような虫除去システムの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
虫の除去は様々な理由で実行され得る。例えば、虫、特に虫刺されまたは刺傷は、マラリアおよびジカウイルスなどの疾患の伝染を引き起こし得る。別の例として、寝室のような部屋の中の虫は、睡眠不足をもたらすか、または睡眠の質に悪影響を及ぼす可能性がある。また、虫は、虫自身が植物の葉を食べること、虫の幼虫が植物の葉を食べること、または植物に害を与える病気を伝染することなどにより、植物の損傷に寄与する可能性がある。
【０００３】
虫の除去を実行するために、多くの解決策が考案されてきた。例えば、虫を撃退するために殺虫剤が開発されてきた。別の例として、屋内での使用に際し、防虫網および蚊帳は特定の領域から虫を遠ざけ得る。さらに、天然の解決策が展開されてもよく、例えば、特定の物質を分散させることによって虫を遠ざける特定の植物品種が植えられてもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、虫除けの代替手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、空域を飛行中の虫を除去するための虫除去システムであって、
空域の少なくとも一部を表す画像データを提供するように構成されたカメラと、
空域を推進するためのプロペラを備えた無人航空機ＵＡＶと、
画像データ接続を介してカメラに接続されて画像データを受信し、制御データ接続を介してＵＡＶに接続されてＵＡＶに制御データを提供するコントローラと、を備え、コントローラは、
虫の画像について、カメラから受信した画像データを監視するとともに、
画像データに虫の画像が見つかった場合、
画像データから、空域における虫の位置を導出するとともに、
空域における虫の導出位置を用いながら制御データ接続を介してＵＡＶを誘導して、プロペラで虫を打つように構成されている、虫除去システムが提供される。
【０００６】
このように、本発明によれば、ドローンとも呼ばれる無人航空機ＵＡＶが適用される。ＵＡＶは、対象の空域を通って案内されることができ、空域を通ってＵＡＶを推進するための少なくとも１つのプロペラを含む。プロペラは、例えば、水平面内で垂直軸を中心に回転する単一のプロペラであってもよい。別の例として、２個、３個または４個のプロペラなどの複数のプロペラを設けてもよい。
【０００７】
このシステムは、空域の少なくとも一部を撮像し、空域の少なくとも一部を表すビデオデータなどの画像データを提供するビデオカメラなどのカメラをさらに備えている。単一のカメラ装置を使用してもよい。あるいは、例えばそれぞれが空域の異なる部分を調査したり、または静止カメラ装置とＵＡＶに取り付けられたカメラ装置との組み合わせを用いたりするなど、複数のカメラ装置を使用してもよい。カメラは、例えば、ＣＭＯＳカメラであってもよいし、または任意の他のカメラ技術を採用してもよい。画像データは、映像データ、画像の時系列、または任意の他の画像データを含み得る。カメラによって出力される画像データは、画像データ接続を介してコントローラに提供される。コントローラ（制御装置としても識別され得る。本明細書では、コントローラおよび制御装置という用語は交換可能である）は、例えば、マイクロプロセッサ回路、マイクロコントローラ回路などのような任意の制御ロジックまたはデータ処理装置によって形成され得る。画像データ接続は、任意のアナログデータ接続またはデジタルデータ接続によって形成されてもよく、例えば、有線接続または無線接続であってもよい（場所、カメラおよびコントローラに応じて。例えば、固定カメラと固定コントローラとは有線接続を介して通信し得る一方、カメラが固定されコントローラがＵＡＶに設けられる場合には無線接続を使用することができる）。コントローラは、虫の画像の発生について画像データを監視する。それに加えて、コントローラは、虫の画像を認識するために画像処理を用いてもよい。あるいは、以下により詳細に説明されるように、空域を通る物体の移動速度などの他の基準が適用されてもよい。
【０００８】
虫の画像を検出すると、コントローラは、ＵＡＶを誘導することにより進行する。それに加えて、コントローラは、無線データ接続などの任意の適切な制御データ接続によってＵＡＶに接続される。コントローラは、プロペラで虫を打つようにＵＡＶを案内する。ＵＡＶのプロペラが高速で動くので、虫は一つ以上のプロペラブレードに大きな衝撃で衝突される。これにより、虫が除去される。本明細書を通して、虫除去と虫除けの用語は交換可能である。さらに、プロペラの回転によって引き起こされる遠心力により、プロペラを清潔に保つためにプロペラからの虫の残留物の解放が促進される。
【０００９】
ＵＡＶは空域を航行してあらゆる角度から虫を襲うことができる。例えば、ＵＡＶは虫の横に航行してもよい。一実施形態では、空域内においてプロペラにより生成された空気流が使用される。気流は、一般にＵＡＶの上側でプロペラに向かって空気を吸い込む。顕著な吸引量が生じる空域内の空気量は、プロペラ自体が回転する空域内の体積よりも大きい可能性があるため、吸引効果によって、ＵＡＶのナビゲーションに必要とされる正確性が緩和されるから、虫がプロペラの吸引を受ける位置にＵＡＶをナビゲートすることで、除去が促進されるだろう。したがって、コントローラは、ＵＡＶを虫の下の空域内の位置にナビゲートすることができ、それによって虫はプロペラによる空気の吸引を受け、したがって、プロペラに向かって虫が吸引されて命中する。
【００１０】
一実施形態において、コントローラはさらに、
画像データから、虫の導出位置の下にある空域におけるＵＡＶの除去開始位置を導出し、
空域における除去開始位置にＵＡＶを誘導し、
ＵＡＶを除去開始位置から虫の導出位置まで上方に推進させるように構成されている。
【００１１】
したがって、コントローラが、虫がプロペラによって吸引されるようにするために最初に虫の下の位置、例えば虫の下の所定の距離の位置を特定したり、またはＵＡＶの水平移動によって虫の下の位置に移動することを可能にするために、その時点でＵＡＶが存在する水平面内の位置を特定したりすることにより、ナビゲーションが容易になる。その位置を特定すると、コントローラは、ＵＡＶを虫の下の位置（除去開始位置）に案内し、次いでＵＡＶを虫に向かって上方に案内する。空域における虫の動きを考慮に入れるために、更新された画像データを用いて虫の下に留まるようにＵＡＶの位置を繰り返し補正してもよい。ＵＡＶの上方への移動により、プロペラによって上方への推力が発生し、これによってプロペラへの空気の吸引力が増大し、プロペラの回転速度が増大し、これによって虫をより効果的に除去することが可能となる。
【００１２】
一実施形態では、カメラはＵＡＶに取り付けられる（例えば、接続される、搭載される、一体的に搭載されるなど）。このため、ＵＡＶが虫に近づくにつれて、虫がカメラにさらに近づき、例えば画像内における虫のサイズと画像内における虫の位置とを利用して、画像データから虫の位置をより正確に導出することができ、容易なナビゲーションを提供することができる。したがって、コントローラによるナビゲーションが容易になり、比較的処理能力の低いコントローラを採用することが可能になる。カメラがＵＡＶに取り付けられている場合、コントローラも同様にＵＡＶに取り付けられているか、またはＵＡＶ内に設けられていてもよく、したがって一体的な解決策が提供される。
【００１３】
一実施形態において、カメラの視野は鉛直方向上方を向いており、
コントローラはさらに、画像データにおける虫の画像の位置と画像データの中心とに基づいて算出された水平経路から除去開始位置を導出するように構成されており、コントローラは、水平経路に従って移動するようにＵＡＶを制御することにより、除去開始位置に航行するようにＵＡＶを案内するように構成されている。これにより、コントローラは、虫が画像の中心に到達する位置にＵＡＶを案内することによって、ＵＡＶを虫の下の位置にナビゲートする。画像の中心に対する画像内の虫の位置を繰り返し特定し、虫が画像の中心に向かって移動するようにＵＡＶを誘導することにより、虫の動きの追跡も容易に行うことができる。
【００１４】
ＵＡＶに取り付けられたカメラに代えて、別の実施形態では、カメラは静止位置に配置される。カメラは空域全体（またはその一部）を調査することができ、それによって虫とＵＡＶの両方がカメラによって撮像され得る。コントローラは、同様に静止位置に設けられてもよく、またはＵＡＶ内に設けられてもよく、あるいはＵＡＶに取り付けられていてもよい。
【００１５】
一実施形態において、コントローラはさらに、
空域におけるＵＡＶの位置を画像データから導出するように構成されている。したがって、カメラは、虫の位置を検出するために採用されるだけでなく、空域におけるＵＡＶの位置を検出するためにも機能することができ、したがってＵＡＶの位置を特定するための低コストの解決策をも可能にする。
【００１６】
一実施形態において、コントローラはさらに、
画像データにおけるＵＡＶの画像サイズおよび画像位置を特定するとともに、
画像サイズおよび画像位置から、空域におけるＵＡＶの位置を導出するように構成されている。例えば、ＵＡＶからカメラまでの距離は、画像データ内におけるＵＡＶのサイズから導出され得る。それに加えて、コントローラは、画像データからＵＡＶの画像のサイズを特定し、ＵＡＶの画像のサイズを基準（例えばＵＡＶの既知のサイズ、サイズ対距離をリストしたルックアップテーブル、距離をサイズの関数で表した式など）と比較することで、カメラからＵＡＶまでの距離を特定してもよい。画像内におけるＵＡＶの位置は、カメラの光軸に関してＵＡＶが見られる角度を推定するためにコントローラによって採用され得る。例えば、カメラの光軸が上向きに４５度の角度に向けられている場合、カメラによって撮影された画像の中心に対するカメラ画像内におけるＵＡＶの画像の位置は、カメラの光軸に対する角度を示すものである。
【００１７】
一実施形態において、ＵＡＶはＬＥＤなどの認識マーカを含み、コントローラは、認識マーカ間の距離からＵＡＶの画像サイズを特定するように構成され、それによって画像内のＵＡＶを確実に検出することができるほか、認識マーカ間の距離から、カメラからＵＡＶまでの距離を迅速に推定することができる。
【００１８】
一実施形態では、コントローラはさらに、
画像データにおける虫の画像サイズおよび画像位置を決定し、
画像データ内の画像サイズおよび画像位置から、空域内における虫の位置を導出するように構成される。したがって、ＵＡＶの位置測定と同様に、カメラからの虫の距離はサイズから導出することができ、角度はカメラ画像の中心に対する虫の画像の位置から導出することができる。
【００１９】
画像サイズおよび画像位置からの位置特定に代えて、カメラは立体カメラを含んでいてもよく、画像データは立体画像データを含んでいてもよく、それによってコントローラは、立体画像データから空域内におけるＵＡＶおよび虫の位置を導出するように構成され得る。
【００２０】
一実施形態において、静止位置は、ＵＡＶを充電するように構成された充電ステーションを含む。したがって、ＵＡＶは、充電ステーションの待機位置に配置することができ、そこで充電され、そこから静止カメラが空域を観察する。充電は、例えば無線でもよい。カメラはまた、コントローラが画像データに基づいてＵＡＶを充電ステーションに案内することを可能にするために用いられてもよい。
【００２１】
一実施形態において、コントローラは、サイズ基準、形状基準、速度基準、および色基準の少なくとも１つの基準に基づいて画像データ内の虫を認識するように構成されている。サイズ、形状、速度、および色のうちの１つまたは複数から画像データ内の虫を区別することにより、比較的容易で信頼性のある虫検出を提供することができる。また、色、サイズなどの選択基準に基づいて、異なる種類の虫を区別することもできる。サイズ基準、色基準、形状基準および速度基準のうちの少なくとも１つを使用して、蚊、蝿、花蜂、狩蜂などの異なる種類の虫をコントローラによって区別することができる。したがって、コントローラは、特定の種類の虫に対して選択的に作用するようにＵＡＶを操作することができ、したがって、虫除去システムを選択的にすることができる。
【００２２】
一実施形態では、カメラの感度波長帯域は赤外線波長帯域に広がっており、したがって、虫による赤外線の放射または反射に基づいて、空域内の他の物体から虫をより確実に区別することが可能になる。
【００２３】
さらに、赤外線は一般的に人間には見えず、それによって目立たない虫除去システムを提供することが可能になり得る。このシステムは、カメラの視野の少なくとも一部に照射するように配置された赤外線ダイオードなどの赤外線光源を含み得る。虫に赤外線が照射されると、虫の画像がカメラによって高いコントラストで撮影され得る。したがって、夜間などの低い周囲光条件下における虫の検出が可能になる。
【００２４】
本発明のさらなる態様によれば、虫除けのための本発明による虫除去システムの使用が提供される。
【００２５】
虫除去システムは、例えば、農業において虫を除去し、温室のような園芸において虫を除去し、寝室のような部屋の虫を除去して睡眠の質を改善し、虫による病気の拡大を減らすために、または殺虫剤を含まない虫除けのために使用され得る。
【００２６】
本発明のさらなる利点、効果および特徴は、非限定的な実施形態を示す以下の説明および添付の図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る虫除去システムの非常に概略的な図を示す。
【図２】図１による虫除去システムのカメラの画像の非常に概略的な図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る虫除去システムの非常に概略的な図を示す。
【図４】図３による虫除去システムのカメラの画像の非常に概略的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
全図を通して、同一または類似の要素は同一の参照番号で示されている。
【００２９】
図１は、空域ＡＳＰを推進するプロペラＰＲＯを有する無人航空機ＵＡＶを備える虫除去システムを示す。ビデオカメラＣＡＭがＵＡＶに設けられており、上方を向いている。別の実施形態では、例えばＵＡＶが水平回転軸を中心に回転可能なプロペラを備える場合、カメラは水平方向に向けられてもよい。待機位置または監視位置において、ＵＡＶは地上に配置され、カメラは空域ＡＳＰを監視する。カメラからの画像データは、本実施形態では、やはりＵＡＶ内またはＵＡＶに配置されているコントローラＣＯＮに提供される。コントローラは、虫の画像の存在について画像データを監視する。虫ＩＮＳが検出されると、コントローラは、画像内における虫の位置および／またはサイズから空域内における虫の位置を特定し、そして虫に向かって上昇するようにＵＡＶを作動させる。これにより、下から虫に近づくと、作動中のプロペラによって虫が吸引されることにより、虫はプロペラに向かって吸引され、高速で動くプロペラによって除去される。虫を除去して、カメラによって得られた飛行中の虫の画像が消えることにより、コントローラは、空域の観察された部分が一掃されたことを検出し、ＵＡＶを待機／監視位置に戻すように誘導させる。
【００３０】
カメラの上向き視野の画像を図２に概略的に示す。カメラは上を向いており、カメラ画像内における虫の画像の位置は、水平面、すなわちｘ、ｙ平面内における虫の位置を表している。したがって、コントローラは、カメラ画像内における虫の画像の位置から、虫の下に入るために必要なＵＡＶの水平移動ＨＭを導出することができる。このようなナビゲーションは、虫の画像がカメラ画像の中心ＣＥＮまたはその近くになるまで、画像がＵＡＶの水平方向の移動（成分）と共に移動するときに繰り返し実行されてもよい。水平方向に虫の下の位置（除去開始位置とも呼ばれる）までナビゲートした後、コントローラはプロペラ力を増大させることによってＵＡＶを上方に案内し、したがって一方では虫に近づき、他方では虫をプロペラに向けて吸引する吸引力を増大させる。虫への垂直距離は、虫の画像のサイズからコントローラによって推定されてもよい。除去開始位置は、虫の下の任意の適切な距離にあってもよい。ＵＡＶに取り付けられるとともに、例えば水平方向またはその他の方向に向けられたカメラを用いる場合、必要な変更を加えて同じ原理が用いられ得ることに留意されたい。一般に、ＵＡＶに取り付けられたカメラがカメラ方向（すなわち、カメラの視線方向）に向けられると、カメラ画像の中心に対するカメラ画像内における虫の画像の位置により、カメラ方向に垂直な平面内での平行移動をコントローラが決定することが可能になる。カメラ画像内における虫の画像のサイズにより、コントローラは、虫からの距離を推定することが可能になる。コントローラは、カメラ画像の中心に向かって虫の画像を取得するために撮像方向に対して垂直な平面内を移動するように、次いで虫に当たるように虫に向かって撮像方向に移動するようにＵＡＶが航行するように、ＵＡＶを案内し得る。
【００３１】
図３は、図１による構成に対する代替案を形成する構成を示す。図１の説明から逸脱して、カメラおよびコントローラは地上ＧＮＤの静止位置に配置されている。カメラとコントローラとの間の画像データ接続ＩＤＣは有線であってもよく、コントローラとＵＡＶとの間の制御データ接続ＣＤＣは無線であってもよい。
【００３２】
図４は、図３のカメラのカメラ画像を示す図である。図１および図２の実施形態のカメラ画像とは反対に、カメラは虫だけでなくＵＡＶも撮像し得る。したがって、空域における虫の位置および空域におけるＵＡＶの位置は、カメラ画像から導出され得る。これにより、水平面内の位置は、画像平面内における虫またはＵＡＶそれぞれの画像の位置から導出することができ、距離は、画像平面内における虫またはＵＡＶそれぞれの画像のサイズから導出することができる。ＵＡＶのサイズは既知なので、コントローラは、カメラによって撮影されたＵＡＶ画像のサイズからＵＡＶの距離、すなわちＵＡＶの飛行高さを導出することができる。既知の距離にある可視ＬＥＤまたは赤外線ＬＥＤなどのＵＡＶ上のマーカを使用することができ、それによってコントローラは、カメラ画像に見られるようなマーカ間の距離からＵＡＶまでの距離を導出することができる。空域におけるＵＡＶの移動のための水平移動ＨＭ成分は、カメラ画像の画像平面内の相対位置からコントローラによって導出され得る。垂直成分は、上述したようなサイズ推定から導出され得る。両方とも繰り返し実行することができるので、上述したようにＵＡＶおよび虫の位置が決定される。図２を参照して説明したのと同様に、コントローラは、先ず除去開始位置である虫の下の位置に到達するように水平面内でＵＡＶを案内し、続いて、決定された距離に基づいて上方に移動する。
【００３３】
いずれの実施形態でも、虫は、サイズ、速度、形状、および色の任意の適切な組み合わせを用いて認識され得る。したがって、虫は、虫の基準画像および色帯域内における色との相関関係を示す空域内の小さい移動物体としてコントローラに認識され得る。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
虫除去システムは、例えば農業における虫の除去、温室などの園芸における虫の除去、寝室などの室内における虫の除去、虫による病気の拡散を減らすため、または殺虫剤を含まない虫除けのために採用され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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