(57)【要約】【課題】予め目標対象物が撮像される領域の標高データを含む地図データを必要とせず、目標対象物の３次元位置情報を容易に算出できる目標対象物の位置検出装置を提供する。【解決手段】飛翔体１０に搭載され、位置検出する対象目標物３を撮像するための撮像装置１１と、飛翔体１０に搭載され、撮像装置１１が常に鉛直下方の地表面２を撮像すると共に、撮像される画像の向きが常に一定となるように、撮像装置１１の姿勢を制御する撮像装置姿勢制御機構１２と、飛翔体１０に搭載され、撮像装置１１の撮像に同期して撮像装置１１の位置情報を出力するＧＰＳ１３とを備え、撮像装置１１によって撮像される目標対象物を含む複数の撮像画像と、ＧＰＳ１３から出力される撮像装置１１の位置情報に基づいて、目標対象物の緯度、経度および高さの３次元位置情報を算出する。【選択図】図１
2007240435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔体に搭載され、位置検出する対象目標物を撮像するための撮像装置と、
上記飛翔体に搭載され、上記撮像装置が常に鉛直下方の地表面を撮像すると共に、撮像される画像の向きが常に一定となるように、上記撮像装置の姿勢を制御する撮像装置姿勢制御機構と、
上記飛翔体に搭載され、上記撮像装置の撮像に同期して上記撮像装置の位置情報を出力するＧＰＳとを備え、
上記撮像装置によって撮像される上記目標対象物を含む複数の撮像画像と、上記ＧＰＳから出力される上記撮像装置の位置情報に基づいて、上記目標対象物の緯度、経度および高さの３次元位置情報を算出することを特徴とする目標対象物の位置検出装置。
【請求項２】
上記撮像装置によって撮像される複数の撮像画像は一定周期で撮像され、上記ＧＰＳから出力される撮像装置の位置情報は上記撮像装置の撮像に同期して出力されることを特徴とする請求項１に記載の目標対象物の位置検出装置。
【請求項３】
上記３次元位置情報は、上記目標対象物を含む複数の撮像画像上における画像中心位置と目標対象物を結ぶ線分を計算し、計算された複数の線分の交点の位置情報から上記目標対象物の緯度および経度の位置情報を得ると共に、上記交点の緯度および経度の座標と上記目標対象物の緯度および経度の座標との間の距離と地表面から上記撮像装置までの距離を用いて上記目標対象物の高さを算出して得ることを特徴とする請求項１または２に記載の目標対象物の位置検出装置。
【請求項４】
上記撮像装置は赤外線カメラであり、上記赤外線カメラが撮像する赤外線画像上で高温部を画像認識により自動検知することにより目標対象物を特定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の目標対象物の位置検出装置。
【請求項５】
上記飛翔体は、ヘリコプタ、飛行船または気球のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の目標対象物の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気球等の飛翔体に搭載した撮像装置により取得した画像上で確認される目標対象物の位置を、同じく飛翔体に搭載したＧＰＳから取得する位置情報と組み合わせて、目標対象物の緯度、経度、高さの３次元の位置情報を特定する目標対象物の位置検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、例えば特開２００５−１８１０５９号公報に示された従来の目標対象物の位置を標定する目標位置標定装置の構成を示すブロック図である。
この従来の目標位置標定装置は、航法計算部１００、赤外線画像撮像部２００、目標位置標定部３００、標高地図記憶部４００および表示部５００から構成されており、航空機に搭載されて、目標対象物の位置標定を行うものである。
【０００３】
次に、図４に示した従来の目標位置標定装置の動作について説明する。
航法計算部１００では、航法センサからの航法データに基づいて、自機の緯度、経度、および高さの位置情報を計算し、目標位置標定部３００に送出する。
また、赤外線画像撮像部２００では、目標対象物を撮像した２次元の赤外線画像に基づいて、自機位置からの目標対象物の方位角データと伏角データを取得して、目標位置標定部３００に送出する。
目標位置標定部３００では、これらの位置情報、方位角データおよび伏角データに加えて、標高地図記憶部４００からの標高データに基づいて目標対象物の位置情報を算出している。
【特許文献１】特開２００５−１８１０５９号公報（図１、要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来装置により目標対象物の高さ情報を含む３次元の位置を検出するためには、撮像装置の位置情報と撮像画像以外に、予め目標対象物が撮像される領域の標高データを含む地図データを標高地図記憶部４００に記憶させておかなければならず、標高データのない領域では目標対象物の“高さ情報”を含む３次元の位置情報を算出できないという問題点を有していた。
【０００５】
また、撮像される対象領域の通常の地図データに加え、この対象領域を、例えば、５０メートル四方などの所定の距離メッシュで区切ったセル毎に数値化された標高値を有するデータが必要であるといった問題点を有していた。
また、位置情報の算出では、自機位置と目標対象物を含む地形断面図を編集した後に、伏角データと地形断面図から目標対象物の位置情報を算出するといった複雑な計算過程が必要であるといった問題点を有していた。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、気球やヘリコプなどの飛翔体によって上空から地表の目標対象物の緯度、経度、高さの位置情報を得る際に、地図データや特別な標高値データ情報を必要とせず、容易に目標対象物の３次元位置情報を算出することが可能な目標対象物の位置検出装置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】
【０００７】
本発明に係る目標対象物の位置検出装置は、飛翔体に搭載され、位置検出する対象目標物を撮像するための撮像装置と、上記飛翔体に搭載され、上記撮像装置が常に鉛直下方の地表面を撮像すると共に、撮像される画像の向きが常に一定となるように、上記撮像装置の姿勢を制御する撮像装置姿勢制御機構と、上記飛翔体に搭載され、上記撮像装置の撮像に同期して上記撮像装置の位置情報を出力するＧＰＳとを備え、上記撮像装置によって撮像される上記目標対象物を含む複数の撮像画像と、上記ＧＰＳから出力される上記撮像装置の位置情報に基づいて、上記目標対象物の緯度、経度および高さの３次元位置情報を算出するものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明の目標対象物の位置検出装置によれば、飛翔体に搭載され、位置検出する対象目標物を撮像するための撮像装置と、飛翔体に搭載され、撮像装置が常に鉛直下方の地表面を撮像すると共に、撮像される画像の向きが常に一定となるように、撮像装置の姿勢を制御する撮像装置姿勢制御機構と、飛翔体に搭載され、撮像装置の撮像に同期して撮像装置の位置情報を出力するＧＰＳとを備え、撮像装置によって撮像される目標対象物を含む複数の撮像画像と、ＧＰＳから出力される撮像装置の位置情報に基づいて、目標対象物の緯度、経度および高さの３次元位置情報を算出するので、予め対象物が撮像される領域の標高データを含む地図データを必要とせず、正確な標高データのない領域であっても目標対象物の３次元位置情報を容易に算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態について説明する。
なお、各図間において、同一符合は、同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態１．
図１は、本発明に係わる目標対象物の位置検出装置の構成と地表面を撮像しているときの状態を概念的に示す図である。
また、図２は、本発明に係わる目標対象物の位置検出装置により目標対象物３の地表面よりの高さを算出する方法を説明するための図である。
なお、目標対象物３は、後述する画像上の目標対象物ではなく、真の目標対象物である。
【００１０】
図１に示すように、本実施の形態による目標対象物の位置検出装置は、飛翔体である気球１０に搭載され、位置検出する対象目標物を撮像するための撮像装置である赤外線カメラ１１と、気球１０に搭載され、赤外線カメラ１１が常に鉛直下方の地表面を撮像すると共に、撮像される画像の向きが常に一定の方向（例えば、撮像される画像の向きが常に北方向）となるように、赤外線カメラ１１の姿勢を制御する撮像装置姿勢制御機構（カメラ向き制御機構）１２と、気球１０に搭載され、赤外線カメラ１１の撮像に同期して赤外線カメラ１１の位置情報を出力するＧＰＳ（Global Positioning System）１３を備えている。
なお、飛翔体は、気球１０に限られるものではなく、ヘリコプタや飛行船などであってもよい。
【００１１】
ＧＰＳ１３と赤外線カメラ１１は近接して設けられているので、ＧＰＳ１３から得られるＧＰＳ１３自体の位置情報は、赤外線カメラ１１の位置情報となる。
即ち、ＧＰＳ１３は、撮像領域の中心位置の真上にある赤外線カメラ１１の緯度、経度および高さの位置情報（即ち、赤外線カメラ１１の撮像位置）を取得する。
また、赤外線カメラ１１は、飛翔体（例えば、気球やヘリコプタなど）の姿勢や加速度に関係なく、常に鉛直下方の地表面を撮像できるようにジャイロを内蔵するジンバル装置（図示なし）内に設置されている。
【００１２】
また、撮像装置姿勢制御機構（カメラ向き制御機構）１２は、赤外線カメラ１１で撮像される画像の向きが常に一定の方向（例えば、北方向）となるように制御するので、撮像された矩形画像の一辺を常に既知の方向（例えば、北方向）と直交する方向にすることができ、画像中心から対象目標物への方位を容易に算出できる。
また、例えば、画像の１辺が常に北方向となる画像を撮像する方法としては、撮像装置姿勢制御機構（カメラ向き制御機構）１２による他、赤外線カメラ１１で撮像される画像の一辺が気球１０の飛行方向に向くように固定して、気球１０を一定方向の北向きに飛行させてもよい。
【００１３】
図３は、気球１０に搭載された赤外線カメラ１１により撮像された画像を示す図であり、画像１４ａは地表面上の地点Ａの上空の高さｈ１から撮影された画像を、画像１４ｂは地表面上の地点Ｃの上空の高さｈ２から撮影された画像を示している。
図２および図３を用いて、本発明による目標対象物３の位置情報算出方法について具体的な説明をする。
図２において、１ａは画像１４ａを撮像した際の赤外線カメラ１１の位置であり、この赤外線カメラ１１の位置情報は気球１０に搭載されたＧＰＳ１３から得られる。
ＧＰＳ１３からは、画像１４ａ上の中心位置の緯度、経度、高さの情報が得られる。
なお、ｈ１は画像１４ａを撮像したときの赤外線カメラ１１の地表面２（海抜高度０ｍ）からの高さである。
【００１４】
同様に、図２において、１ｂは画像１４ｂを撮像した際の赤外線カメラ１１の位置であり、この位置情報は気球１０に搭載されたＧＰＳ１３から得られる。
ＧＰＳ１３からは、画像１４ｂ上の中心位置の緯度、経度、高さの情報が得られる。
なお、ｈ２は画像１４ｂを撮像したときの赤外線カメラ１２の地表面２（海抜高度０ｍ）からの高さである。
【００１５】
次に動作について説明する。
気球１０は、夜間あるいは山間部の被災者や建設物の高温異常部などの目標対象物３を検出するために、上空から赤外線カメラ１１によって地表面２を撮像する。
赤外線カメラ１１によって撮像される矩形画像対角の画角をθ、気球１０に搭載されている赤外線カメラ１１の高さをｈ１とすると、対角端の撮像領域２Ｌは、
２Ｌ ＝ ２＊ｈ１＊ｔａｎ（θ／２）
となる。
例えば、画角５０°で高さが５００ｍの場合は、対角端の撮像領域２Ｌは約６００ｍとなる。
【００１６】
目標対象物３の特定は、オペレータが撮像画像（画像１４ａ）を目視して指定する方法の他、撮像画像上で高温部を自動検知する画像認識プログラムを使用してもよい。
また、目視では判別し難い赤外線画像に対して画像処理を施すことにより、目標対象物の画像を強調させて自動的に検知しやすくさせることもできる。
また、目標対象物の特定をするオペレータが必要なく、目標対象物の特定作業を無人化することができる。
目標対象物の特定や、後述する目標対象物の位置情報の算出は、オペレータが気球１０に乗船して行ってもよいし、気球１０に画像やＧＰＳ１３による位置情報データを送信する送信機（図示せず）を搭載して地上で作業してもよい。
【００１７】
画像１４ａを撮像する際には、撮像装置姿勢制御機構（カメラ向き制御機構）１２によって常に鉛直下方を撮像するように向けられた赤外線カメラ１１の近傍に設置されたＧＰＳ１３によって、画像１４ａを撮像した時の赤外線カメラ１１の緯度、経度、高さの位置情報を取得することにより、画像１４ａの中心位置Ａの位置情報を得る。
また、画像１４ａ上の目標対象物Ｂが異なる位置Ｄに撮像された画像１４ｂにおいても、画像１４ｂを撮像した時の赤外線カメラ１１の緯度、経度、高さの位置情報を取得することにより、画像１４ｂの中心位置Ｃの位置情報を得る。
なお、画像１４ａと画像１４ｂは、２機の気球を用いて撮像してもよいし、あるいは、１機の気球１０で画像１４ａを撮像した後に気球１０を飛行させて位置を変えて、目標対象物の撮像画像が画像上の異なる位置にきた時点で画像１４ｂを撮像してもよい。
【００１８】
次に、ＧＰＳ１３で取得した画像中心の緯度、経度、高さの位置情報があって、画像上の異なる位置に目標対象物が撮像されている２枚の画像１４ａと画像１４ｂとから、真の目標対象物３の３次元位置情報を算出する方法を説明する。
画像１４ａの中心Ａの地表面上での位置を表す緯度と経度を基準点とし、基準点Ａから画像上の目標対象物Ｂの方向は、北から時計周りの方位角γとして取得するとともに、画像上の目標対象物Ｂまでの距離ＡＢは、
ＡＢ ＝ ｈ１＊ｔａｎ（α） ＝ ｈ１＊ｔａｎ（θ／２＊ＡＢ／Ｌ）
の関係式から算出することによって得られ、画像上の目標対象物Ｂの緯度と経度の位置情報を得る。
【００１９】
同様にして、画像１４ｂの中心Ｃの地表面上での位置を表す緯度と経度を基準点とし、基準点Ｃから画像上の目標対象物Ｄへの方位角と距離ＣＤを算出することによって、画像上の目標対象物Ｄの緯度と経度の位置情報を得る。
このようにして、画像１４ａの中心Ａ、画像上の目標対象物Ｂ、画像１４ｂの中心Ｃ、画像上の目標対象物Ｄの緯度と経度方向の位置情報を得ることができる。
【００２０】
画像上に撮影された画像上の目標対象物Ｂと画像上の目標対象物Ｄは、真の目標対象物３の地表面上２上における真位置Ｅと、図２に示すような位置関係となる。
目標対象物の真位置Ｅの緯度と経度は、図３に示すように線分ＡＢと線分ＣＤの交点の位置として算出する。
また、真位置Ｅの高さＨ（図２参照）については、真位置Ｅの緯度と経度の位置情報と、画像対象物Ｂの緯度と経度の位置情報から計算した線分ＥＢを用いて、
Ｈ ＝ ＥＢ／tan（α） ＝ ＥＢ／tan（θ／２＊ＡＢ／Ｌ）
の関係式から算出する。
真の目標対象物３の位置Ｅ上の高さは、画像１４ｂを用いて同様の方法によって算出してもよい。
このようにして、目標対象物３の緯度、経度、高さの３次元の位置情報を得ることができる。
【００２１】
従って、本実施の形態によれば、標高地図として予め目標対象物が撮像される領域の標高データを含む地図データを必要とせず、正確な標高データのない領域で目標対象物の３次元位置情報を算出することができる。
また、地形断面図を作成してから目標対象物の位置情報を算出するといった複雑な計算過程を必要とせず、容易に地表の目標対象物の正確な緯度、経度、高さの位置情報を得ることができる。
【００２２】
また、目標対象物が写った２枚の画像を一定周期で撮像し、ＧＰＳ１３はこれと同期して位置情報を出力し、これと同期して対象物の緯度、経度、高さの位置情報を算出するようにすることで、地表面を移動する目標対象物をリアルタイムでモニタしたり、目標対象物の軌跡や移動速度の情報を得ることができる。
【００２３】
また、飛翔体として気球１０を用いた場合の例を説明したが、航空機、飛行機、飛行船、ヘリコプタであっても同様の効果が得られる。
これらの飛翔体は、無人機や模型機であってもよい。
さらにヘリコプタ又は飛行船、気球のいずれかを使用することによって、撮像時に低速飛行あるいは静止することができ、安定したより精度の高い画像を得ることが可能となり、より正確な目標対象物の位置情報を算出することができる。
【００２４】
以上説明したように、本発明の目標対象物の位置検出装置によれば、飛翔体１０に搭載され、位置検出する対象目標物３を撮像するための撮像装置１１と、飛翔体１０に搭載され、撮像装置１１が常に鉛直下方の地表面２を撮像すると共に、撮像される画像の向きが常に一定となるように、撮像装置１１の姿勢を制御する撮像装置姿勢制御機構１２と、飛翔体１０に搭載され、撮像装置１１の撮像に同期して撮像装置１１の位置情報を出力するＧＰＳ１３とを備え、撮像装置１１によって撮像される目標対象物を含む複数の撮像画像と、ＧＰＳ１３から出力される撮像装置１１の位置情報に基づいて、目標対象物の緯度、経度および高さの３次元位置情報を算出するので、従来のように標高地図として予め目標対象物が撮像される領域の標高データを含む地図データを必要とせず、正確な標高データのない領域で目標対象物の３次元位置情報を算出することができる。
【００２５】
また、本発明の目標対象物の位置検出装置によれば、撮像装置１１によって撮像される複数の撮像画像は一定周期で撮像され、ＧＰＳ１３から出力される撮像装置１１の位置情報は撮像装置１１の撮像に同期して出力されるので、地表面を移動する目標対象物をリアルタイムでモニタしたり、目標対象物の軌跡や移動速度の情報を得ることができる。
【００２６】
また、本発明の目標対象物の位置検出装置によれば、３次元位置情報は、目標対象物を含む複数の撮像画像上における画像中心位置と目標対象物を結ぶ線分を計算し、計算された複数の線分の交点の位置情報から目標対象物の緯度および経度の位置情報を得ると共に、上記交点の緯度および経度の座標と目標対象物３の緯度および経度の座標との間の距離と地表面２から撮像装置１１までの距離を用いて目標対象物３の高さを算出して得るので、地形断面図を作成してから目標対象物の位置情報を算出するといった複雑な計算過程を必要とせず、容易に地表面上の目標対象物の正確な緯度、経度、高さの３次元位置情報を得ることができる。
【００２７】
また、本発明の目標対象物の位置検出装置によれば、撮像装置１１は赤外線カメラであり、赤外線カメラが撮像する赤外線画像上で高温部を画像認識により自動検知することにより目標対象物を特定するので、目標対象物の特定作業を無人化することができる。
【００２８】
また、本発明の目標対象物の位置検出装置によれば、飛翔体１０は、ヘリコプタ、飛行船または気球のいずれかであるので、撮像時に低速飛行あるいは静止することができ、安定したより精度の高い画像を得ることが可能となり、より正確な目標対象物の位置情報を算出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、目標対象物の緯度、経度、高さの３次元の位置情報を得る際に、地図データや特別な標高値データ情報を必要とせず、容易に目標対象物の３次元位置情報を算出することが可能な目標対象物の位置検出装置の実現に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる目標対象物の位置検出装置の構成と地表面を撮像しているときの状態を概念的に示す図である。
【図２】施の形態１に係わる目標対象物の位置検出装置により目標対象物３の高さを算出する方法を説明するための図である。
【図３】飛翔体に搭載された撮像装置により撮像される画像を示す図である。この発明の実施の形態１による対象物の緯度と経度を算出する説明図である。
【図４】従来の目標位置標定装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ａ  画像１４ａを撮像した際の赤外線カメラの位置
１ｂ  画像１４ｂを撮像した際の赤外線カメラの位置
２  地表面
３  真の目標対象物
１０  飛翔体
１１  撮像装置（赤外線カメラ）
１２  撮像装置姿勢制御機構（カメラ向き制御機構）
１３  ＧＰＳ
１４ａ  地表面上の地点Ａの上空の高さｈ１から撮影された画像
１４ｂ  地表面上の地点Ｃの上空の高さｈ２から撮影された画像
【図１】
2007240435.tif 000003
【図２】
2007240435.tif 000004
【図３】
2007240435.tif 000005
【図４】
2007240435.tif 000006