(57)【要約】【課題】観測船に繋留しその上方に揚げた気球又は小型無人飛行船を利用し、簡単かつ安全できわめて正確な画像地図を作成する【解決手段】観測船１に繋留された気球３は、デジタルスチールカメラ８及び録画装置９を有し、一方、観測船１は、その方位及び位置を検出するジャイロコンパス装置１９及びＧＰＳ装置２０、パソコン１７並びにデータ収録装置２１を有し、方位及び位置の検出値を、パソコン１７に入力して、方位及び位置のデータを得て、これをデータ収録装置２１で記憶し、別途設けたデータ処理装置２３で、録画装置９で録画された画像、データ収録装置２１に記憶された方位及び位置データ、並びに予めデータ処理装置２３に記録されている地図座標データに基づいて地図情報を作成する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測船、該観測船に繋留された気球又は小型飛行船及びデータ処理装置から成り、上記気球又は小型飛行船で上記観測船を含む空中写真を撮影して、上記データ処理装置により地図情報を作成することを特徴とする地図情報を作成する装置。
【請求項２】
観測船、該観測船に繋留された気球又は小型飛行船及びデータ処理装置から成り、上記気球又は小型飛行船で空中写真を撮影して、上記データ処理装置により地図情報を作成する装置であって、
上記気球は、撮影装置及び該撮影装置で撮影された撮影画像の録画を行う録画装置を有し、
上記観測船は、該観測船の位置及び方位を検出する装置、パソコン並びにデータ収録装置を有し、
上記観測船の位置及び方位を検出する装置で得られた検出値を、上記パソコンに入力して、上記観測船の位置及び方位のデータを得て、これを上記データ収録装置で記憶し、
データ処理装置は、上記録画装置で録画された画像、上記データ収録装置で記憶された上記観測船の位置及び方位データ、並びに予め上記データ処理装置に記録されている地図座標データに基づいて地図情報を作成可能であることを特徴とする地図情報を作成する装置。
【請求項３】
上記撮影装置が撮影した画像における上記観測船の大きさから上記地図情報の縮尺が上記データ処理装置により算出可能な構成であることを特徴とする請求項１又は２記載の地図情報を作成する装置。
【請求項４】
上記観測船の位置及び方位を検出する装置によって決定される撮影された画像の基準点となる上記観測船の位置と船首方向から、撮影装置が撮影した画像を、上記データ処理装置により地図中に当てはめる構成であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の地図情報を作成する装置。
【請求項５】
上記撮影装置が撮影した画像における中心点と、上記観測船の位置を検出する装置によって決定される上記観測船の位置とのずれから、上記データ処理装置により、撮影装置の地図上のずれを補正する構成であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の地図情報を作成する装置。
【請求項６】
上記観測船の位置及び方位を検出する装置は、ＧＰＳ装置及びジャイロコンパス装置であることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の地図情報を作成する装置。
【請求項７】
上記ＧＰＳは、ＤＧＰＳであることを特徴とする請求項６記載の地図情報を作成する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繋留気球を利用した空中写真地図を作成する装置に関し、より詳しくは、気球又は小型飛行船から撮影した空中写真を用いて空中写真地図作成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
亜熱帯海草藻場生態系の環境保全に資するため、その環境を観察する様々な観察手段が従来、試しみられている。
【０００３】
例えば、亜熱帯海草藻場海域は海水の透明度が高く上空から海中の様子を容易に観察でき、藻場の分布調査には比較的分解能が高い航空写真が使われている。又、極軌道街星画像（ＬＡｍＳＡＴ）で得られる画像も使われている。
【０００４】
又、本発明者等は、水中走行ビデオシステムを用いた藻場の簡便かつ信頼性の高い調査法の開発を行っている。
【０００５】
ところで、空中写真と位置合わせを精度良く行う画像位置合わせ装置であって、教示画像から抽出した特徴点を照合用特徴点として、地図と対応付けしておき、この照合用特徴点と被照合画像から抽出した特徴点を与えられた変換式で地図座標系に変換して近傍位置関係を調べ対応点対抽出を行うという技術は公知である（例えば、特許文献１参照。）
【０００６】
又、画面に表示した地図座標と家畜の位置座標を容易に一致させることができるＧＰＳを用いた放牧家畜遠隔管理システムであって、監視センタ側でＧＰＳ衛星から電波を受信して自局の位置を求めて受信時間と一緒に送出する送受信機を内蔵した首輪を取り付けた家畜からの家畜位置を受信し、画像位置補正装置はこの家畜位置に一致する受信時刻の監視センタ位置を抽出し、この抽出した監視センタ位置と監視センタ位置の絶対座標との誤差量を求め、この誤差量に基づいて画面の地図の各画像位置を移動させた後に、家畜からの家畜位置をこの地図に表示するという技術は公知である（例えば、特許文献２参照。）
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１８１９４９号公報
【特許文献２】
特開平１０−１６０８１９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、藻場は経時的に変化し、季節変化や経年変化に対応するためには、頻繁に画像を得なくてはならないので、その都度航空写真を撮っていては、高コストとなってしまう。又、極軌道街星画像（ＬＡｍＳＡＴ）は月に数回得られるが、画像分解能が悪い。
【０００９】
又、水中走行ビデオシステムの運用は水深の浅い海域で行うため、喫水が浅く背の低い船を用いているが、水中走行ビデオシステムが数十ｍ離れると船上からの監視は容易でないという問題がある。
【００１０】
特許文献１に開示されている空中写真と地図の位置合わせの技術は、画像上の特徴点をピックアップしなければならず、海上では特徴点は見つけにくいから、海上から撮影乃至地図との位置合わせには不適切であり、利用できない。
【００１１】
さらに、特許文献２は、多数の家畜からの位置情報で空撮画像の位置決めは可能であるが、海中に家畜を放すことはできないから、海上から撮影乃至地図との位置合わせには不適切であり、利用できない。
【００１２】
このような問題を解決するために、本発明者らは、観測船の真上に繋留した気球又は小型無人飛行船によりサンゴ礁藻場の上空モニタリング装置の開発を行うことが有効であることに着目し、その開発を行っている。本発明は、気球又は小型無人飛行船によりサンゴ礁藻場の上空をモニタリングして、空中写真地図の情報化を行う装置を実現しようとすることを課題とする。
【００１３】
さらに、藻場の観測に求められている藻場特有の基本的な条件として次の点があり、これらの条件を満たすことも本発明の課題である。
（１）ジュゴン等の水中動物を驚かせないように、できるだけ静粛な装置であること。
（２）その取り扱いが安全であること。航空機等の場合は、必ずしも安全とは言えない。
（３）観測のための機器類の取り扱いが簡単であり、特殊な技量を要しないこと。さらに、季節変化や経年変化を考慮し、観測頻度が多くなるので、コスト的にも高くならないこと。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、観測船、該観測船に繋留された気球又は小型飛行船及びデータ処理装置から成り、上記気球又は小型飛行船で上記観測船を含む空中写真を撮影して、上記データ処理装置により地図情報を作成することを特徴とする録画装置を提供する。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するために、観測船、該観測船に繋留された気球又は小型飛行船及びデータ処理装置から成り、上記気球又は小型飛行船で空中写真を撮影して、上記データ処理装置により地図情報を作成する装置であって、上記気球又は小型飛行船は、撮影装置及び該撮影装置で撮影された撮影画像の録画を行う録画装置を有し、上記観測船は、該観測船の位置及び方位を検出する装置、パソコン並びにデータ収録装置を有し、上記観測船の位置及び方位を検出する装置で得られた検出値を、上記パソコンに入力して、上記観測船の位置及び方位のデータを得て、これを上記データ収録装置で記憶し、データ処理装置は、上記録画装置で録画された画像、上記データ収録装置で記憶された上記観測船の位置及び方位データ、並びに予め上記データ処理装置に記録されている地図座標データに基づいて地図情報を作成可能であることを特徴とする地図情報を作成する装置を提供する。
【００１６】
上記撮影装置が撮影した画像における上記観測船の大きさから上記地図情報の縮尺が上記データ処理装置により算出可能な構成としてもよい。
【００１７】
上記観測船の位置及び方位を検出する装置によって決定される基準点となる上記観測船の位置と船首方向から、撮影装置が撮影した画像を、上記データ処理装置により地図中に当てはめる構成としてもよい。
【００１８】
上記撮影装置が撮影した画像における中心点と、上記観測船の位置を検出する装置によって決定される上記観測船の位置とのずれから、上記データ処理装置により、撮影装置の地図上のずれを補正する構成としてもよい。
【００１９】
上記観測船の位置及び方位を検出する装置は、ＧＰＳ装置及びジャイロコンパス装置としてもよい。
【００２０】
上記ＧＰＳは、ＤＧＰＳとしてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る空中写真地図作成装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して以下に説明する。
【００２２】
（原理）
本発明の原理を図１を利用して説明する。本発明は、移動する観測船１の上方から、移動航路の各地点Ｐ１、Ｐ２・・・ＰＮ（地点ＰＮは図１中では省略）において、カメラで観測船１の画像２−１、２−２、・・・２−Ｎ（２−Ｎは図１中では省略）を撮影し、各地点で撮影して得られた複数枚（Ｎ枚）の画像を、それぞれ撮影位置（基本的には観測船１の位置）に相当する地球座標（図１中のＥ（東）−Ｎ（北）座標）上の位置に貼り付けてつなぎ合わせ、上空から撮した実際の画像から成る地図を作成するものである。
【００２３】
この場合、各画像の撮影位置及び方位が把握されていないと、各画像を該当する座標位置に適正な方向で貼り付けることができない。この問題を解決するために、本発明では、観測船１にＧＰＳ装置、ジャイロコンパス装置を載せ、基準点となる観測船の位置、船首方向を決定し、観測船１からほぼ垂直にカメラを備えた繋留気球又は小型飛行船を繋留して揚げ、この繋留気球又は小型飛行船のカメラで観測船を含むほぼ直下の景観を撮影することで、撮影された画像中の観測船の位置及び船首方向から画像の位置及び方向を求め、画像を地図情報化する。ここで、ＧＰＳ装置として、ＤＧＰＳ装置を利用してもよい。
【００２４】
又、この問題を解決するための別の実施の態様としては、本発明では、観測船１からほぼ直上にカメラを備えた気球又は小型飛行船を繋留して揚げ、この気球又は小型飛行船のカメラで観測船１を含むほぼ直下の景観を撮影することで、撮影位置が観測船１の位置と同じとなる。そして、観測船１の位置はＧＰＳ装置で求め、観測船１の方位はジャイロコンパス装置で求めればよい。
【００２５】
ところで、カメラを備えた気球又は小型飛行船が、繋留する観測船１の直上にあれば、カメラによる撮影位置と観測船１の位置は同じとなるから、観測船１の位置を測定すれば、地球座標上の撮影位置が把握できる。しかしながら、気球又は小型飛行船が、風や航行中曳きにより、観測船１の直上からずれている場合は、そのずれ分（観測船１気球又は小型飛行船の水平面上の位置のずれ分）だけ観測船１の位置を補正した位置を、気球又は小型飛行船の位置、即ち撮影位置とすればよい。
【００２６】
又、観測船１の実寸法、画像における観測船１の寸法、及び気球又は小型飛行船の高さからその画像の縮尺が計算でき、この各画像はその縮尺に基づいて統一した縮尺になるように拡大又は縮小する画像処理を施し、これにより、統一した所望の縮尺の画像を地球座標に貼り付けることを可能とする。
【００２７】
（実施例）
図２〜６は、本発明に係る空中写真地図情報化装置の実施例を説明する図である。図２は、空中写真地図情報化装置の全体的な構成を説明する図である。観測船１には、上空に滞留可能な気球３が繋留索４を介して繋留されている。図３は、この気球３を繋留索４で繋留し、繋留索４をウィンチ５で巻き取って観測船１の近くに寄せて繋留した状態を示す図である。
【００２８】
気球３は、気球部６とゴンドラ７とから構成され、その大きさのイメージを具体例を図４に示す。この気球３は、使用高度が１０００ｍ以下で、風速５ｍ／ｓ以下の外力条件で、浮力７Ｋｇを確保でき、観測船を中心に大略１５°以内の傾き内に繋留できる。ガス容積１２ｍ３程度である。
【００２９】
図５に、気球３及び観測船１にそれぞれ搭載される機器及びその関連的構成をブロック図として示している。ゴンドラ７には、少なくともデジタルスチルカメラ８又はＴＶカメラ（以下、「デジタルスチルカメラ８」で説明する。）、録画装置９、ＳＳ無線機１０、電源１１及び制御装置１２が搭載されている。
【００３０】
デジタルスチルカメラ８は、５００万画素程度のディジタルカメラ８を使用し、図６に示すように、ジンバル１３によりゴンドラ７の下部に取り付けられている。このジンバル１３は、球面軸受１４を介してゴンドラ７に取り付けられており、ゴンドラ７の動揺に対して、デジタルスチルカメラ８が常時鉛直に直下に向けて保持されるように機能するものである。
【００３１】
デジタルスチルカメラ８は、録画装置９及びＳＳ無線機１０にそれぞれ接続され、上空から撮影した画像を録画装置９及びＳＳ無線機１０にそれぞれ送信する。録画装置９は、撮影画像を録画し、一方、ＳＳ無線機１０により撮影画像を観測船１のＳＳ無線機１５に送り、さらに、この撮影画像をデータ処理装置２３に送るとともにＴＶモニタ１６でも同時に撮影画像をモニタリングすることができる。
【００３２】
気球３の電源１１は、リチウム電池等の軽量な電池を利用し、スイッチ１６を介して、デジタルスチルカメラ８、録画装置９及びＳＳ無線機機１０に電力を供給している。この電源１１は、急速充電可能な特殊キャパシタ電源１１を利用する構成としてもよく、このような構成とすると、完全放電可能であるから輸送時の危険がない。通常の電池では、高密度電池は短時間放電ができないために交換用予備電池が必要であり、サイクル寿命があるが、キャパシタ電源とすれば、これが非常に長い。
【００３３】
制御装置１２は、ＳＳ無線機１０、デジタルスチルカメラ８、録画装置９及びスイッチ１６等の各機器の動作を制御するように接続されている。又、この制御装置１２は、ＳＳ無線機機１０が受信した制御信号及び／又は予め制御装置内に記憶されている上記各機器の動作を制御するプログラムに従って、ＳＳ無線機機１０、デジタルスチルカメラ８、録画装置９及びスイッチ１６のそれぞれの動作を制御するように構成されている。
【００３４】
一方、観測船１には、パソコン１７、パソコン１７の入力装置（キーボード等）１８、ジャイロコンパス装置１９、ＧＰＳ装置２０、データ収録装置２１、ＳＳ無線機機１５及びＴＶモニタ２２が搭載されている。
【００３５】
この他、観測船１に、データ処理装置２３を搭載してもよい。データ処理装置２３は、観測船１ではなく、地上の研究所、基地、担当部署等に配設してもよい。さらに、観測船１には、図示しないが、推進制御装置（船の操舵機構及びエンジンを制御して所定の位置に推進する装置。）及び電源等が設けられている。なお、データ処理装置は、オフラインデータ処理装置でもオンラインデータ処理装置でも、その使用状況に応じてどちらでもよい。
【００３６】
パソコン１７は、入力装置１８、ジャイロコンパス装置１９及びＧＰＳ装置２０から信号を入力して、気球３に搭載された上記諸機器の動作及び観測船１の推進動作を制御する信号を出力し、制御装置として機能するものである。
【００３７】
ジャイロコンパス装置１９は、観測船１の方位を検出してパソコン１７に入力するものであり、通常、船舶に使用されているジャイロコンパス装置１９を使用すればよい。ＧＰＳ装置２０は、陸上に設けられたＧＰＳ基準局との間で送受信を行い、観測船１の地球座標上の位置を常時把握し確認可能とするためのＧＰＳ装置２０である。
【００３８】
なお、ジャイロコンパス装置１９とＧＰＳ装置２０が組み込まれたＧＰＳコンパス１９（日本無線製ＧＰＳコンパス１９ＪＬＲ−１０）を利用すれば、観測船１の地球座標上の位置と船首の方向を同時に求めることができる。
【００３９】
ＳＳ無線機機１５は、気球３のＳＳ無線機機１０と送受信を行うものである。このＳＳ無線機機１５は、気球３のデジタルスチルカメラ８、気球３の録画装置９及びスイッチ１６の動作を制御する信号をパソコン１７から受信して、これをＳＳ無線機機１０に送信するとともに、気球３のＳＳ無線機機１０からデジタルスチルカメラ８で撮影した画像データを受信しＴＶモニタ２２に送信するものである。
【００４０】
図示しない推進制御装置は、地図を作成する対象海域内において、撮影すべき対象地点を航行（スキャン）するために、操船する船員又は自動操舵・操船装置に、操船のための操舵情報、運行速度等の情報を指示又は出力するするための装置である。
【００４１】
具体的には、入力装置１８からの観測地点情報、ジャイロコンパス装置１９からの観測船１の方位情報及びＧＰＳ装置から観測船１からの位置情報等がパソコン１７に入力され、パソコン１７は、これらの情報に基づいて、撮影すべき対象領域を航行するための観測船１の進行方向等の情報を算出して推進制御装置１２に出力する。そして、この情報に基づいて推進制御装置１２は、具体的な操舵や運行速度等の操船に必要な数値等を算出し、これを操船する船員又は自動操舵運行装置に出力する。
【００４２】
データ収録装置２１は、パソコン１７で処理された観測船１の方位、位置及び進行方向等のデータを収集して記録する外部記憶装置である。この収集されデータ収録装置２１に記憶されたデータは、パソコン１７からの指示信号に応じてそのデータ処理装置２３に送られる。
【００４３】
データ処理装置２３は、気球３のデジタルスチルカメラ８で撮影された撮影画像の画像データを予め入力されている地図情報に貼り付ける画像処理を行うものである。気球３の録画装置９で録画された画像データは、適宜、記憶媒体（光学的記憶媒体、磁気記録媒体等）に記録され、気球３が回収された段階で取り出し、データ処理装置２３に入力される。データ処理装置２３は、具体的には、コンピュータの画像処理機能を有する。
【００４４】
気球３により得られた画像データは原則として観測船１の観測地点の位置で得られた画像データであるから、この画像データを、観測船１の観測地点に相当する地図情報上の点に貼り付けていけばよい。ところで、観測船１の観測地点の位置情報は、ジャイロコンパス装置１９及びＧＰＤＳの情報に基づいてパソコン１７のＣＰＵで演算処理され、データ収録装置２１に記録されている。
【００４５】
従って、データ処理装置２３では、観測船１の観測地点の位置情報をデータ収録装置２１から受けて、この観測船１の観測地点の位置情報に基づいて、気球３により得られた画像データを地図中の観測地点に相当する地球座標上に貼り付けてゆく。具体的には、データ処理装置２３に予め記憶されている地図情報を表示した地図画面中の、観測船１の観測位置地点に相当する位置に気球３により得られた画像データを合成入力して貼り付ける。
【００４６】
上述の通り、気球３のディジタルスチルカメラ８が撮影した画像中のＧＰＳ装置２０とジャイロコンパス装置１９で観測船１の位置及び船首方向が決定された観測船１を基準にし、データ処理装置２３に予め記憶されている地図情報に張り付けることが出来る。
【００４７】
上述の通り、気球３のデジタルスチルカメラ８が、繋留する観測船１の直上にあれば、デジタルスチルカメラ８による撮影位置と観測船１の位置は同じとなるから、ＧＰＳ装置で受信しパソコン１７で地球座標上の位置として処理された観測船１の位置が撮影位置となり、データ処理装置２３に予め記憶されている地図情報を表示した地図画面中この位置に画像データが貼り付けられる。
【００４８】
しかしながら、気球３が、観測船１の直上からずれている場合は、そのずれ分（観測船１と気球３の水平面上の位置のずれ分）が、入力装置１８によりパソコン１７に入力され、撮影時の観測船１の位置がパソコン１７で補正され、この補正された撮影位置がデータ処理装置２３に入力されて撮影位置としてこの位置に画像データが貼り付けられる。
【００４９】
実際は、気球３で撮影された画像から、気球３の直下点（画像の中心点）と観測船１のの基準となる点（観測船１の基準点であり観測船１の位置の基準となる点）からのずれを計測し、パソコン１７に入力して撮影時の観測船１の位置がパソコン１７で補正される。
【００５０】
又、予め測定された観測船１の実寸法、撮影画像における観測船１の寸法、及び気球３の高さからその画像の縮尺が計算でき、この各画像はその縮尺に基づいて統一した縮尺になるように拡大又は縮小する画像処理を施し、これにより、統一した所望の縮尺の画像を地球座標に貼り付けることを可能とする。
【００５１】
以上、実施例により本発明に係る空中写真地図作成装置を説明したが、このような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術事項の範囲内でいろいろ実施例があることは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上の構成を有する本発明に係る空中写真地図作成装置によれば、気球又は小型無人飛行船等を利用するから、航空機に較べて簡単かつ安全できわめて正確な画像地図を作成することができ、特に、気球を利用するのでジュゴン等の水中動物を驚かせない静粛な状態で空中写真の撮影等の作業を実施でき、環境保全の必要な領海等の画像地図の作成にきわめて有効であり、さらに、季節変化や経年変化を考慮し、観測頻度が多くなるので、コスト的にも高くならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明の実施例の全体構成を説明する図である。
【図３】本発明の実施例の気球を観測船に繋留し近づけた状態を説明する図である。
【図４】本発明の気球の大きさのイメージの具体例を説明する図である。
【図５】本発明の気球及び観測船に搭載された機器及びその関連をブロック説明するブロック図である。
【図６】本発明のデジタルスチールカメラの取り付け構造を説明するブロック図である。
【符号の説明】
１  観測船
３  気球
４  繋留索
６  気球部
７  ゴンドラ
８  デジタルスチルカメラ
９  録画装置
１０  ＳＳ無線機
１１  電源
１２  制御装置が
１７  パソコン
２３  データ処理装置
１９  ジャイロコンパス装置
２０  ＧＰＳ装置
【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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【図６】
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