(57)【要約】【課題】搭載重量が少なく、搭載スペースが小さい移動体でも姿勢角を計測できるようにすることを目的とする。【解決手段】まず、水平線検出部９はカメラシステム７により撮影された移動体の前後映像と側方映像とから水平線を抽出する。次に、水平線検出部９は前後映像における水平線の位置と側方映像における水平線の位置とに基づいてピッチ角φとロール角θとを算出する。また、目標抽出部１１は前後映像と側方映像との少なくともいずれかから既知物を抽出する。次に、目標抽出部１１は前後映像または側方映像に基づいて移動体から既知物への方向を示すベクトルＰ１を算出する。また、姿勢角算出部１４はＧＰＳ３３により測位された移動体の測位座標と既知物の既知座標とに基づいて移動体から既知物への方向を示すベクトルＰ０を算出する。そして、姿勢角算出部１４はベクトルＰ０とベクトルＰ１とピッチ角φとロール角θとに基づいてヨー角ψを算出する。【選択図】図１
2007255955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の姿勢角としてピッチ角φとロール角θとヨー角ψとを検出する姿勢角検出装置であり、
カメラにより撮影された移動体の前方と後方との少なくともいずれかを表わす前後映像とカメラにより撮影された移動体の右側方と左側方との少なくともいずれかを表わす側方映像とを記憶する映像記憶機器と、
前記映像記憶機器から前後映像と側方映像とを取得し取得した前後映像と側方映像とから水平線を中央処理装置を用いて抽出する水平線抽出部と、
前記水平線抽出部が前後映像から抽出した水平線の前後映像における位置と前記水平線抽出部が側方映像から抽出した水平線の側方映像における位置とに基づいてピッチ角φとロール角θとを中央処理装置を用いて算出するピッチ−ロール算出部と、
測位機により測位された移動体の測位座標と既知物の既知座標とに基づいて移動体から既知物への方向ベクトルＰ０を中央処理装置を用いて算出するベクトルＰ０算出部と、
前記映像記憶機器から前後映像と側方映像とを取得し取得した前後映像と側方映像との少なくともいずれかから既知物を中央処理装置を用いて抽出する既知物抽出部と、
前記既知物抽出部が抽出した既知物の前後映像と側方映像との少なくともいずれかにおける位置に基づいて移動体から既知物への方向ベクトルＰ１を中央処理装置を用いて算出するベクトルＰ１算出部と、
前記ベクトルＰ０算出部が算出した方向ベクトルＰ０と前記ベクトルＰ１算出部が算出した方向ベクトルＰ１と前記ピッチ−ロール算出部が算出したピッチ角φと前記ピッチ−ロール算出部が算出したロール角θとに基づいて中央処理装置を用いてヨー角ψを算出するヨー角ψ算出部と
を備えたことを特徴とする姿勢角検出装置。
【請求項２】
前記ヨー角ψ算出部は以下の式に基づいてヨー角ψを算出することを特徴とする請求項１記載の姿勢角検出装置。
【数１】
2007255955.tif 000005
【請求項３】
前記ピッチ−ロール算出部は、
前後映像の中心線から前後映像の水平線までの距離とカメラのレンズの焦点距離とに基づいてピッチ角φを中央処理装置を用いて算出し側方映像の中心線から側方映像の水平線までの距離とカメラのレンズの焦点距離とに基づいてロール角θを中央処理装置を用いて算出する
ことを特徴とする請求項１〜請求項２いずれかに記載の姿勢角検出装置。
【請求項４】
移動体の姿勢角としてピッチ角φとロール角θとヨー角ψとを検出する姿勢角検出装置であり、
カメラにより撮影された移動体の前方と後方との少なくともいずれかを表わす前後映像とカメラにより撮影された移動体の右側方と左側方との少なくともいずれかを表わす側方映像との少なくともいずれかを記憶する映像記憶機器と、
測位機により測位された移動体の測位座標と３つ以上の既知物の既知座標とに基づいて移動体から各既知物への方向ベクトルＰ０１と方向ベクトルＰ０２と方向ベクトルＰ０３とを中央処理装置を用いて算出するベクトルＰ０算出部と、
前記映像記憶機器から前後映像と側方映像とを取得し取得した前後映像と側方映像との少なくともいずれかから３つ以上の当該既知物を中央処理装置を用いて抽出する既知物抽出部と、
前記既知物抽出部が抽出した各既知物の前後映像と側方映像との少なくともいずれかにおける位置に基づいて移動体から各既知物への方向ベクトルＰ１１と方向ベクトルＰ１２と方向ベクトルＰ１３とを中央処理装置を用いて算出するベクトルＰ１算出部と、
前記ベクトルＰ０算出部が算出した方向ベクトルＰ０１と方向ベクトルＰ０２と方向ベクトルＰ０３と前記ベクトルＰ１算出部が算出した方向ベクトルＰ１１と方向ベクトルＰ１２と方向ベクトルＰ１３とに基づいて中央処理装置を用いてピッチ角φとロール角θとヨー角ψとを算出する姿勢角算出部と
を備えたことを特徴とする姿勢角検出装置。
【請求項５】
前記姿勢角算出部は以下の連立方程式に基づいてピッチ角φとロール角θとヨー角ψとを算出することを特徴とする請求項４記載の姿勢角検出装置。
【数２】
2007255955.tif 000006
【請求項６】
移動体の姿勢角としてヨー角ψとピッチ角φとロール角θとのいずれかを検出する姿勢角検出装置であり、
カメラにより時刻Ｔ０に撮影された移動体の特定方向を表わす特定映像Ｐ０とカメラにより時刻Ｔ１に撮影された移動体の前記特定方向を表わす特定映像Ｐ１とを記憶する映像記憶機器と、
前記映像記憶機器から特定映像Ｐ０と特定映像Ｐ１とを取得し特定映像Ｐ０と特定映像Ｐ１とから同一の特定物を中央処理装置を用いて抽出する特定物抽出部と、
前記特定物抽出部が抽出した特定物の特定映像Ｐ０における位置と特定映像Ｐ１における位置とに基づいて時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までのヨー角ψとピッチ角φとロール角θとのいずれかの変化量を中央処理装置を用いて算出する姿勢角変化量算出部と、
前記姿勢角変化量算出部が算出したヨー角ψとピッチ角φとロール角θとのいずれかの変化量を時刻Ｔ０におけるヨー角ψとピッチ角φとロール角θとのいずれかに加算して時刻Ｔ１におけるヨー角ψとピッチ角φとロール角θとのいずれかを中央処理装置を用いて算出する姿勢角算出部と
を備えたことを特徴とする姿勢角検出装置。
【請求項７】
移動体の姿勢角としてピッチ角φとロール角θとヨー角ψとを検出する姿勢角検出装置であり、
カメラにより撮影された移動体の前方と後方との少なくともいずれかを表わす前後映像とカメラにより撮影された移動体の右側方と左側方との少なくともいずれかを表わす側方映像とカメラにより時刻Ｔ０に撮影された移動体の特定方向を表わす特定映像Ｐ０とカメラにより時刻Ｔ１に撮影された移動体の特定方向を表わす特定映像Ｐ１とを記憶する映像記憶機器と、
前記映像記憶機器から前後映像と側方映像とを取得し取得した前後映像と側方映像とから水平線を中央処理装置を用いて抽出する水平線抽出部と、
前記水平線抽出部が前後映像から抽出した水平線の前後映像における位置と前記水平線抽出部が側方映像から抽出した水平線の側方映像における位置とに基づいてピッチ角φとロール角θとを中央処理装置を用いて算出するピッチ−ロール算出部と、
前記映像記憶機器から特定映像Ｐ０と特定映像Ｐ１とを取得し特定映像Ｐ０と特定映像Ｐ１とから同一の特定物を中央処理装置を用いて抽出する特定物抽出部と、
前記特定物抽出部が抽出した特定物の特定映像Ｐ０における位置と特定映像Ｐ１における位置とに基づいて時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までのヨー角ψの変化量を算出するヨー角ψ変化量算出部と、
前記ヨー角ψ変化量算出部が算出したヨー角ψの変化量を時刻Ｔ０におけるヨー角ψに加算して時刻Ｔ１におけるヨー角ψを算出するヨー角ψ算出部と
を備えたことを特徴とする姿勢角検出装置。
【請求項８】
レンズへの入射光に基づいて映像を生成するカメラにおいて、
入射した光を反射してレンズに入射させる反射鏡と、
レンズの光軸を回転軸にして前記反射鏡を回転させる駆動装置と
を備えたことを特徴とするカメラ。
【請求項９】
前記反射鏡は曲面状を成し曲面の接線とレンズの光軸とが成す角がレンズの入光角以下になる曲面を有する
ことを特徴とする請求項８記載のカメラ。
【請求項１０】
前記駆動装置は映像を生成する映像取得周期内に前記反射鏡を回転方向の全周に配置して前記反射鏡を回転させる
ことを特徴とする請求項８〜請求項９いずれかに記載のカメラ。
【請求項１１】
前記反射鏡は半円形であり、
前記駆動装置は映像を生成する映像取得周期当たりに１回転以上の速さで前記反射鏡を回転させる
ことを特徴とする請求項８〜請求項９いずれかに記載のカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、移動体の姿勢角を検出するシステムにおける姿勢角検出装置とカメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体の姿勢角を検出する手段として、すでに多くの手法が存在し、一般的には姿勢角検出に特化した装置を移動体へ搭載している。
【０００３】
このようなシステムの一例として、ジャイロ等による機構的なセンサによって、姿勢角を検知する従来技術が知られている（たとえば、特許文献１）。
【０００４】
また、小型の移動体では、搭載ペイロード（重量およびスペース）が限られているため、撮影を行うためのカメラ以外に、このような姿勢角を計測する専用の装置を搭載できない。
【特許文献１】特開２０００−９７６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
つまり、従来は、小型の移動体にカメラ等のセンサを搭載し、観測システムを構築する場合、搭載重量および搭載スペースの面から、姿勢角を検出するようなシステムを搭載することが困難であった。
この場合、撮影を行うためのカメラを共有した姿勢角の検出システムが必要となる。
また、観測システムで取得した映像の位置を特定するためには、映像中の道路や河川等の特徴と地図上の道路や河川とを照合して映像位置を判断する必要があり、時間がかかっていた。
【０００６】
本発明は、例えば、搭載重量が少なく、搭載スペースが小さい移動体でも姿勢角を計測できるようにすることを目的とする。
また、例えば、映像と地図とを照合する必要なく姿勢角を計測できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の姿勢角検出装置は、移動体の姿勢角としてピッチ角φとロール角θとヨー角ψとを検出する姿勢角検出装置であり、カメラにより撮影された移動体の前方と後方との少なくともいずれかを表わす前後映像とカメラにより撮影された移動体の右側方と左側方との少なくともいずれかを表わす側方映像とを記憶する映像記憶機器と、前記映像記憶機器から前後映像と側方映像とを取得し取得した前後映像と側方映像とから水平線を中央処理装置を用いて抽出する水平線抽出部と、前記水平線抽出部が前後映像から抽出した水平線の前後映像における位置と前記水平線抽出部が側方映像から抽出した水平線の側方映像における位置とに基づいてピッチ角φとロール角θとを中央処理装置を用いて算出するピッチ−ロール算出部と、測位機により測位された移動体の測位座標と既知物の既知座標とに基づいて移動体から既知物への方向ベクトルＰ０を中央処理装置を用いて算出するベクトルＰ０算出部と、前記映像記憶機器から前後映像と側方映像とを取得し取得した前後映像と側方映像との少なくともいずれかから既知物を中央処理装置を用いて抽出する既知物抽出部と、前記既知物抽出部が抽出した既知物の前後映像と側方映像との少なくともいずれかにおける位置に基づいて移動体から既知物への方向ベクトルＰ１を中央処理装置を用いて算出するベクトルＰ１算出部と、前記ベクトルＰ０算出部が算出した方向ベクトルＰ０と前記ベクトルＰ１算出部が算出した方向ベクトルＰ１と前記ピッチ−ロール算出部が算出したピッチ角φと前記ピッチ−ロール算出部が算出したロール角θとに基づいて中央処理装置を用いてヨー角ψを算出するヨー角ψ算出部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、カメラが撮影した画像に基づいて移動体の姿勢角を検出することにより、姿勢角の検出のためにジャイロなどを別途搭載する必要がないため、搭載重量が少なく、搭載スペースが小さい移動体でも姿勢角を計測できる。
また、地図との照合を必要とせず姿勢角の検出時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における姿勢角を検出する移動体（姿勢角検出システム）の構成図である。
実施の形態１における姿勢角検出システムである移動体の構成と移動体の姿勢角を検出する姿勢角検出装置３０の構成とについて図１に基づいて以下に説明する。
【００１０】
姿勢角検出システムである移動体はカメラシステム７、ＧＰＳ３３および姿勢角検出装置３０を備える。移動体は、例えば、航空機、車両、無人飛行機、自律歩行ロボットなどである。
カメラシステム７（カメラ）は水平方向に３６０°、垂直方向も広い角度（１８０°以上）の視野方向について撮影を行う。カメラシステム７の詳細については別途説明する（実施の形態２参照）。また、カメラシステム７は図１のように上方を向いていなくても構わない。例えば、カメラシステム７は下方を向いていても構わない。
ＧＰＳ３３（測位機）はＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を利用して移動体の測位を行う。一般的に観測システムは位置の検出のためにＧＰＳ３３を備えている。
姿勢角検出装置３０はカメラシステム７から映像信号８を入力し、移動体の姿勢角としてヨー角ψ（Ｙａｗ角：方位角）とピッチ角φ（Ｐｉｔｃｈ角：仰角）とロール角θ（Ｒｏｌｌ角：回転角）とを検出する。
【００１１】
重力方向をＺ方向、重力方向と直角な水平面において移動体の前後方向をＹ方向、側方方向をＸ方向とした場合、ヨー角ψは移動体が左右に向いた姿勢であり移動体がＹ−Ｚ面に成すＸ方向の角度であり、ピッチ角φは移動体が見上げているまたは見下ろしている姿勢であり移動体がＸ−Ｙ面に対して成すＺ方向の角度であり、ロール角θは移動体がＹ方向を回転軸として回転したときのＸ−Ｙ面またはＹ−Ｚ面に対して成す角度である。
【００１２】
また、姿勢角検出装置３０は水平線検出部９、目標抽出部１１、姿勢角算出部１４、映像記憶機器３１および位置記憶機器３２を備える。
映像記憶機器３１はカメラシステム７（カメラ）から映像信号８を入力し、カメラシステム７により撮影された移動体の前方と後方との少なくともいずれかを表わす前後映像と、カメラシステム７により撮影された移動体の右側方と左側方との少なくともいずれかを表わす側方映像とを記憶する。
水平線検出部９（水平線抽出部、ピッチ−ロール算出部）は映像記憶機器３１から前後映像と側方映像とを取得し、取得した前後映像と側方映像とから水平線をＣＰＵ９１１（図２参照）を用いて抽出する。また、水平線検出部９は前後映像から抽出した水平線の前後映像における位置と、側方映像から抽出した水平線の側方映像における位置とに基づいて、ピッチ角φとロール角θとをＣＰＵ９１１を用いて算出する。水平線検出部９は算出したピッチ角φとロール角θとを水平線位置情報１０として姿勢角算出部１４に出力する。
位置記憶機器３２はＧＰＳ３３からカメラ位置情報１３を入力し、ＧＰＳ３３が測位した移動体の座標（測位座標）を記憶する。また、位置記憶機器３２は太陽、月、北極星等の既知物の座標（既知座標）が記憶されている。
目標抽出部１１（既知物抽出部、ベクトルＰ１算出部）は映像記憶機器３１から前後映像と側方映像とを取得し、取得した前後映像と側方映像との少なくともいずれかから既知物をＣＰＵ９１１を用いて抽出する。また、目標抽出部１１は、抽出した既知物の前後映像と側方映像との少なくともいずれかにおける位置に基づいて、移動体から既知物への極座標ベクトルＰ１（方向ベクトルＰ１）をＣＰＵ９１１を用いて算出する。目標抽出部１１は算出した極座標ベクトルＰ１（方向ベクトルＰ１）を既知目標方向１２として姿勢角算出部１４に出力する。
姿勢角算出部１４（ベクトルＰ０算出部、ヨー角ψ算出部）は、位置記憶機器３２に記憶された移動体の測位座標と既知物の既知座標とに基づいて、移動体から既知物への極座標ベクトルＰ０（方向ベクトルＰ０）をＣＰＵ９１１を用いて算出する。また、姿勢角算出部１４は、自ら算出した極座標ベクトルＰ０（方向ベクトルＰ０）と目標抽出部１１が算出した極座標ベクトルＰ１（方向ベクトルＰ１）と水平線検出部９が算出したピッチ角φとロール角θとに基づいて、ＣＰＵ９１１を用いて、ヨー角ψを算出する。
姿勢角算出部１４は、姿勢角を記憶機器に記憶する。また、姿勢角算出部１４は、姿勢角を通信機を用いて送信してもよいし、ディスプレイを用いて表示してもよいし、プリンタを用いて印刷してもよい。
【００１３】
図２は、実施の形態１における姿勢角検出装置３０のハードウェア資源の一例を示す図である。
図２において、姿勢角検出装置３０は、プログラムを実行するＣＰＵ９１１（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）を備えている。ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介してＲＯＭ９１３、ＲＡＭ９１４、通信ボード９１５、磁気ディスク装置９２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。磁気ディスク装置９２０の代わりに、光ディスク装置、メモリカード読み書き装置などの記憶装置でもよい。
ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３、磁気ディスク装置９２０の記憶媒体は、不揮発性メモリの一例である。これらは、記憶機器、記憶装置あるいは記憶部の一例である。
通信ボード９１５は入出力機器、入出力装置あるいは入出力部の一例である。
【００１４】
通信ボード９１５は、有線または無線で、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネット、ＩＳＤＮ等のＷＡＮ（ワイドエリアネットワーク）、電話回線などの通信網に接続されている。
磁気ディスク装置９２０には、ＯＳ９２１（オペレーティングシステム）、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。プログラム群９２３のプログラムは、ＣＰＵ９１１、ＯＳ９２１により実行される。
【００１５】
上記プログラム群９２３には、実施の形態の説明において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。
ファイル群９２４には、実施の形態の説明において、「〜部」の機能を実行した際の「〜の判定結果」、「〜の計算結果」、「〜の処理結果」などの結果データ、「〜部」の機能を実行するプログラム間で受け渡しするデータ、その他の情報やデータや信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」の各項目として記憶されている。「〜ファイル」や「〜データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。ディスクやメモリなどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ９１１によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示などのＣＰＵの動作に用いられる。抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示・抽出のＣＰＵの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリやキャッシュメモリやバッファメモリに一時的に記憶される。
また、実施の形態の説明において説明するフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示し、データや信号値は、ＲＡＭ９１４のメモリ、磁気ディスク装置９２０の磁気ディスク、その他の記録媒体に記録される。また、データや信号値は、バス９１２や信号線やケーブルその他の伝送媒体によりオンライン伝送される。
【００１６】
また、実施の形態の説明において「〜部」として説明するものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」、「手段」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明するものは、ＲＯＭ９１３に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、磁気ディスクやその他の記録媒体に記憶される。プログラムはＣＰＵ９１１により読み出され、ＣＰＵ９１１により実行される。すなわち、プログラムは、「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
【００１７】
図３は、実施の形態１における移動体（姿勢角検出システム）の姿勢角検出方法を示すフローチャートである。
実施の形態１における姿勢角検出装置３０、カメラシステム７およびＧＰＳ３３が実行する姿勢角検出処理について、図３に基づいて以下に説明する。
【００１８】
＜Ｓ１０１：撮影処理＞
まず、カメラシステム７が移動体のほぼ全周囲の映像を撮影する。
カメラシステム７は後述する実施の形態２のカメラシステムまたは複数のカメラによりほぼ全周囲を撮影できるカメラシステムで映像信号８を出力する。なお、カメラシステム７を移動体へ取り付けた際に移動体の機体軸に対してカメラシステム７の機体軸のズレを測定し、測定したズレ分を補正することにより、カメラシステム７で撮影した映像上の位置を移動体の機体軸の座標系（極座標）で表わすことができる。そして、カメラシステム７で撮影した映像上の位置を移動体から見た方向を示す極座標ベクトルで表わすことができる。姿勢角検出装置３０は、例えば、カメラシステム７で撮影した映像上の一点についてロール角θ、ピッチ角φ、ヨー角ψの少なくともいずれかで表わすことができる。
姿勢角検出装置３０はカメラシステム７が出力した映像信号８の示す映像（前方映像、側方映像、特定映像など）を映像記憶機器３１に記憶する。
【００１９】
＜Ｓ１０２：測位処理＞
また、ＧＰＳ３３が移動体の位置を測位する。
ＧＰＳ３３はカメラシステム７による撮影時に移動体が位置する座標を測位し、測位した座標を示すカメラ位置情報１３を出力する。ＧＰＳ３３が測位した座標と移動体の極座標とはそれぞれの座標系で表わすことができる。例えば、姿勢角検出装置３０はＧＰＳ３３が測位した座標を極座標に変換することができる。
姿勢角検出装置３０はＧＰＳ３３が出力したカメラ位置情報１３の示す移動体の座標を位置記憶機器３２に記憶する。
【００２０】
そして、姿勢角検出装置３０はＣＰＵ９１１を用いて以下の処理（Ｓ１０３〜Ｓ１０８）を実行し移動体の姿勢角を検出する。
【００２１】
＜Ｓ１０３、Ｓ１０４：水平線抽出処理、ピッチ−ロール算出処理＞
まず、水平線検出部９が映像記憶機器３１に記憶された映像から水平線を抽出し（Ｓ１０３）、次に、水平線検出部９がカメラシステム７の焦点距離と水平線とが成すピッチ角φ・ロール角θを算出する（Ｓ１０４）。
【００２２】
図４、図５は、実施の形態１における水平線検出部９のピッチ−ロール算出方法を示す概念図である。
図４は映像１６を左側方から見た斜視図である。
図５は映像１６を左側方から見た側面図であり、映像１６とレンズ２との関係を示した関係図である。
水平線検出部９が実行する水平線抽出処理（Ｓ１０３）とピッチ−ロール算出処理（Ｓ１０４）とについて、図４と図５とに基づいて以下に説明する。
【００２３】
水平線検出部９は、図４に示すように、映像信号８が示す映像１６を画像処理し水平線１５を抽出する（Ｓ１０３）。このとき水平線検出部９は、例えば、水平線１５上方の空と水平線１５下方の地平面との輝度や明度の違いを検出し、空と地平面との境を水平線１５として抽出する。
ここで、カメラシステム７は、移動体が重力方向に直角な水平面に位置している場合に、映像１６の中心１７を通る横軸に水平線１５が映るように移動体に取り付けられているものとする。つまり、映像１６の中心１７を通る横軸からの水平線１５までの距離（中心１７から交点１８までの距離）が長いほど移動体のピッチ角φ、ロール角θが大きいことを示す。
そこでまず、水平線検出部９は、図４に示すように、移動体の前方の映像１６（前後映像）および両側方の映像１６（側方映像）に対し、中心１７と水平線１５とが最短距離となる交点１８を求める。交点１８は映像の中心１７から水平線１５に対する垂線と水平線１５とが交わる点である。
次に、水平線検出部９は、図４、図５に示すように、カメラシステム７のレンズ２の焦点距離１９から水平線１５と中心１７とが成す変位角２０を求める。そして、水平線検出部９は前方の映像１６における変位角２０を移動体のピッチ角φとし、側方の映像１６における変位角２０を移動体のロール角θとして出力する。
上記において、「カメラシステム７は、移動体が重力方向に直角な水平面に位置している場合に、映像の中心１７を通る横軸に水平線１５が映るように移動体に取り付けられている」という条件にしたが、カメラシステム７はこの条件を満たしていなくてもよい。
条件を満たしていない場合は、移動体にカメラシステム７を取り付けた際に、移動体が重力方向に直角な水平面に位置しているときの映像の中心１７を通る横軸と水平線１５との角度差を計測する。そして、水平線検出部９は、計測した角度差を差し引いた水平線１５の変位角２０を移動体のピッチ角φとロール角θとして算出することができる。
【００２４】
＜Ｓ１０５、Ｓ１０６：既知物抽出処理、ベクトルＰ１算出処理＞
図３において、目標抽出部１１が映像から目標物を抽出し（Ｓ１０５）、目標抽出部１１が映像に基づいて移動体から目標物への極座標ベクトルＰ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を算出する（Ｓ１０６）。
このとき、目標抽出部１１は、映像信号８が示す映像１６から、太陽、月、北極星等の座標が既知である目標（既知物）を抽出する（Ｓ１０５）。目標抽出部１１は、例えば、映像中の輝度や明度や大きさを判別する画像処理を行って目標を抽出する。
そして、目標抽出部１１は映像上の目標の位置に基づいて目標の極座標ベクトルＰ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を算出し、既知目標方向１２として出力する。目標抽出部１１は、例えば、映像中心から目標までの画素数に基づいて目標の極座標ベクトルＰ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を算出する。目標抽出部１１は、例えば、映像中心から目標までのＸ方向とＹ方向とＺ方向との画素数の比率を目標の極座標ベクトルＰ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）とする。極座標ベクトルＰ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は移動体から目標への方向を示す単位ベクトルであり、映像に基づいて算出した測定値である。
なお、目標は地上の建物や人工衛星等でもよい。
【００２５】
＜Ｓ１０７：ベクトルＰ０算出処理＞
次に、姿勢角算出部１４が測位座標に基づいて移動体から目標物への極座標ベクトルＰ０（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）を算出する。
このとき、姿勢角算出部１４は、ＧＰＳ３３が出力したカメラ位置情報１３が示す移動体の座標値を既知目標の座標値から減算して、移動体の位置から見た既知目標の方向を示す極座標ベクトルＰ０（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）を算出する。極座標ベクトルＰ０（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）は移動体から目標への方向を示す単位ベクトルであり、座標値に基づいて算出した理論値である。
【００２６】
＜Ｓ１０８：ヨー角ψ算出処理＞
そして、姿勢角算出部１４が理論値である極座標ベクトルＰ０と測定値である極座標ベクトルＰ１とピッチ角φとロール角θとに基づいてヨー角ψを算出する。
このとき、姿勢角算出部１４は、水平線検出部９が算出した移動体のピッチ角φと移動体のロール角θ、既知目標方向１２が算出した極座標ベクトルＰ１、自らが算出した極座標ベクトルＰ０を以下の式１に代入して移動体のヨー角ψを算出する。姿勢角算出部１４は（ヨー角ψ，ピッチ角φ，ロール角θ）を移動体の絶対空間座標に対する移動体の姿勢角とする。
【００２７】
【数３】
2007255955.tif 000003
【００２８】
上記実施の形態１において、水平線の検出と既知の１つの目標を使用することで、ジャイロなどの姿勢角測定用の専用機器を装備することなく、また、地図との照合を行うことなく、カメラシステム７のみで、移動体の絶対空間座標に対する移動体の姿勢角を検出できる観測システム（姿勢角検出システム）について説明した。
上記実施の形態１における姿勢角検出装置３０は、移動体の前方と側方の水平線の傾きを検出することでピッチ角φとロール角θを検出することを一つの特徴とする。
また、既知の目標（太陽、月など）の映像位置からヨー角ψを検出することを一つの特徴とする。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態２では、水平方向に３６０°、垂直方向も広い角度（１８０°以上）の視野方向、つまりほぼ全周囲について撮影を行うカメラシステム７について説明する。
【００３０】
図６は、実施の形態２におけるカメラシステム７を側面から見た断面図であり、上記実施の形態１で説明した図１におけるカメラシステム７のＡ−Ａ線断面図である。
図７は、実施の形態２におけるカメラシステム７のレンズ方向から見た断面図であり、上記実施の形態１で説明した図１におけるカメラシステム７をＢ方向から見たときの断面図である。
【００３１】
カメラシステム７が有する素子１はＦＰＡ（Ｆｏｃａｌ  Ｐｌａｎｅ  Ａｒｒａｙ）のレンズ２次元配列の受光素子であり、レンズ２を通して視野３を形成する。そして、素子１は映像の記録と記録した映像の映像記憶機器３１への出力とを周期的行う。また、カメラシステム７は視野３内に半月状の反射鏡４を有する。また、カメラシステム７が有する駆動装置３４は、レンズ２の光軸を回転軸として、映像取得周期内に反射鏡４を回転方向の全周に配置するように反射鏡４を回転させる。駆動装置３４は、例えば、映像取得周期当たりに１回転以上の速さで反射鏡４を回転させる。そして、素子１は反射鏡４が位置しない側の前方視野５と反射鏡４が位置する側の側方視野６とを同時に撮影する。また、素子１が記録した映像を出力している間だけ駆動装置３４は反射鏡４をステップ回転させる。なお、反射鏡４は、視野３が反射鏡４の接線となる接点を有して曲面を構成することで、前方視野５と側方視野６をつなぎ合わせたときに、前方視野５と側方視野６とが連続し、映像の抜けが無いようにすることができる。つまり、反射鏡４は曲面状を成す。そして、反射鏡４は曲面の接線が光軸に対して成す角αがレンズ２の入光角βと同じ（または入光角β未満）になる接点Ｄを有する曲面を構成する。このとき、角αと入光角βとはレンズ２の焦点Ｃを基点とし、入光角βはレンズ２が素子１に入光できる角でありレンズ２の光軸と視野３とが成す角である。
【００３２】
図８は、実施の形態２におけるカメラシステム７の撮影処理（Ｓ１０１）を示すフローチャートである。
１映像取得周期におけるカメラシステム７の撮影処理（Ｓ１０１）について、図８に基づいて以下に説明する。
１秒間に３０回撮影する場合、カメラシステム７は以下の処理（Ｓ２０１〜Ｓ２０６）を１秒間に３０回実行する。またこの場合、１映像取得周期は１／３０秒であり、１／４周期は１／１２０秒である。
【００３３】
＜Ｓ２０１：映像取得処理１（１／４周期目）＞
映像取得周期の最初の１／４周期において、素子１は、反射鏡４が位置しない側の半周部分から前方視野５の映像を取得すると共に、反射鏡４が位置する半周部分から側方視野６の映像を取得する。ここで、反射鏡４はレンズ２の左側に位置するとする。つまり、反射鏡４はレンズ右側の前方視野５の映像とレンズ左側の側方視野６の映像とを取得する。
＜Ｓ２０２：レンズ移動処理１（２／４周期目）＞
映像取得周期の次の１／４周期において、駆動装置３４は反射鏡４を回転方向に半周回転する。
＜Ｓ２０３：映像出力処理１（２／４周期目）＞
駆動装置３４が反射鏡４を回転させるのと並行して、素子１は取得したレンズ右側の前方視野５の映像とレンズ左側の側方視野６の映像とを映像記憶機器３１に出力する。
＜Ｓ２０４：映像取得処理２（３／４周期目）＞
映像取得周期の次の１／４周期において、素子１は、反射鏡４が位置しない側の半周部分から前方視野５の映像を取得すると共に、反射鏡４が位置する半周部分から側方視野６の映像を取得する。このとき、反射鏡４はレンズ２の右側に位置し、反射鏡４はレンズ左側の前方視野５の映像とレンズ右側の側方視野６の映像とを取得する。
＜Ｓ２０５：レンズ移動処理２（４／４周期目）＞
映像取得周期の次の１／４周期において、駆動装置３４は反射鏡４を回転方向に半周回転する。
＜Ｓ２０６：映像出力処理２（４／４周期目）＞
駆動装置３４が反射鏡４を回転させるのと並行して、素子１は取得したレンズ左側の前方視野５の映像とレンズ右側の側方視野６の映像とを映像記憶機器３１に出力する。
【００３４】
実施の形態２におけるカメラシステム７は、上記のようなカメラ構成および撮影処理により、１台のカメラでほぼ全周の撮影を実現できる。
【００３５】
上記では反射鏡４を半月状（半円状）で説明した。つまり、回転方向に成す角度ｄ（図７参照）を１８０°として反射鏡４を説明したが、反射鏡４の回転方向に成す角度ｄは１８０°より大きくても小さくても構わない。
また、上記では映像の取得時間と反射鏡４の回転時間（および映像の出力時間）を同じ長さの時間（１／４周期）として説明したが、同じ長さの時間でなくても構わない。
つまり、実施の形態２におけるカメラシステム７の撮影処理（Ｓ１０１）について図９のように表わすこともできる。
【００３６】
図９は、実施の形態２におけるカメラシステム７の撮影処理（Ｓ１０１）を示すフローチャートである。
カメラシステム７の撮影処理（Ｓ１０１）について、図９に基づいて以下に説明する。
【００３７】
＜Ｓ３０１：映像取得処理＞
素子１は、反射鏡４が位置しない方向から前方視野５の映像を取得すると共に、反射鏡４が位置する方向から側方視野６の映像を取得する。
＜Ｓ３０２：レンズ移動処理＞
駆動装置３４は反射鏡４を特定の角度だけ回転方向に回転する。駆動装置３４は、例えば、反射鏡４が回転方向に成す角度ｄだけ反射鏡４を回転する。
＜Ｓ３０３：映像出力処理＞
駆動装置３４が反射鏡４を回転させるのと並行して、素子１は取得した前方視野５の映像と側方視野６の映像とを映像記憶機器３１に出力する。
【００３８】
カメラシステム７は上記処理（Ｓ３０１〜Ｓ３０３）を繰り返して撮影処理を行う。
レンズ移動処理（Ｓ３０２）において駆動装置３４が反射鏡４を角度ｄだけ回転させる場合、カメラシステム７は上記処理（Ｓ３０１〜Ｓ３０３）を１映像取得周期当たり“３６０［°］／ｄ［°］”回繰り返す。
【００３９】
上記ではレンズ移動処理（Ｓ２０２、Ｓ２０５、Ｓ３０２）と映像出力処理（Ｓ２０３、Ｓ２０６、Ｓ３０３）とを並行して行うと説明したが、処理を並行して行わなくても構わない。つまり、レンズ移動処理後に映像出力処理を実行してもよいし、映像出力処理後にレンズ移動処理を実行してもよいし、レンズ移動処理の一部と映像出力処理の一部とだけを並行して実行しても構わない。
但し、レンズ移動処理と映像出力処理とを並行して行うと映像取得周期を短くすることができ、単位時間においてより多くの映像を撮影することが可能となる。
【００４０】
上記実施の形態２において、回転する反射鏡４を設けることで、地上を映した際にカメラの視野をほぼ全周に広げることができるカメラシステム７について説明した。
【００４１】
また、実施の形態２において以下に示すような撮影方法について説明した。
レンズ２と、レンズ２への入射光に基づいて映像を生成する素子１（映像生成部）と、入射した光を反射してレンズ２に入射させる反射鏡４と、レンズ２の光軸を回転軸にして反射鏡４を回転させる駆動装置３４とを備えるカメラシステム７（カメラ）の撮影方法。
この撮影方法では、駆動装置３４は映像を生成する映像取得周期内に反射鏡４を回転方向の全周に配置する速度で反射鏡４を回転させるレンズ移動処理（回転処理）を行う。
また、素子１はレンズ２が直接入射した入射光を映像取得周期内に回転軸の全周方向から入力すると共にレンズ２が反射鏡４から入射した入射光を映像取得周期内に回転軸の全周方向から入力し映像を取得する入光処理（映像取得処理の一部）を行う。
また、素子１は入力した入射光に基づいて前方視野５の映像（レンズ２の入光角方向の映像）と側方視野６の映像（反射鏡４の入光角方向の映像）とを同一時刻（同一映像取得周期）における映像として生成する映像生成処理（映像取得処理の一部）を行う。
【００４２】
実施の形態３．
実施の形態３では、前記実施の形態１に対して姿勢角検出装置３０が水平線検出部９を備えない移動体（姿勢角検出システム）について以下に説明する。
ここで、前記実施の形態１における移動体と異なる事項について説明し、その他の事項は前記実施の形態１と同様である。
【００４３】
図１０は、実施の形態３における姿勢角を検出する移動体（姿勢角検出システム）の構成図である。
実施の形態３における姿勢角検出システムである移動体の構成と移動体の姿勢角を検出する姿勢角検出装置３０の構成とについて図１０に基づいて以下に説明する。
【００４４】
姿勢角検出システムである移動体は前記実施の形態１と同様にカメラシステム７、ＧＰＳ３３および姿勢角検出装置３０を備える。
実施の形態３では前記実施の形態１と比較して姿勢角検出装置３０が水平線検出部９を有さない点が異なる。
【００４５】
映像記憶機器３１は、前記実施の形態１と同様に、カメラシステム７から映像信号８を入力し、カメラシステム７により撮影された移動体の前方と後方との少なくともいずれかを表わす前後映像と、カメラシステム７により撮影された移動体の右側方と左側方との少なくともいずれかを表わす側方映像とを記憶する。
位置記憶機器３２は、前記実施の形態１と同様に、ＧＰＳ３３からカメラ位置情報１３を入力し、ＧＰＳ３３が測位した移動体の座標（測位座標）を記憶する。また、位置記憶機器３２は太陽、月、北極星等の既知物の座標（既知座標）が記憶されている。
目標抽出部１１（既知物抽出部、ベクトルＰ１算出部）は、前記実施の形態１と同様に、映像記憶機器３１から前後映像と側方映像とを取得し、取得した前後映像と側方映像との少なくともいずれかから既知物をＣＰＵ９１１を用いて抽出する。また、目標抽出部１１は、抽出した既知物の前後映像と側方映像との少なくともいずれかにおける位置に基づいて、移動体から既知物への極座標ベクトルＰ１（方向ベクトルＰ１）をＣＰＵ９１１を用いて算出する。目標抽出部１１は算出した極座標ベクトルＰ１（方向ベクトルＰ１）を既知目標方向１２として姿勢角算出部１４に出力する。ここで、実施の形態３における目標抽出部１１は、前記実施の形態１における目標抽出部１１と比較して、既知物を３つ以上抽出する点と、極座標ベクトルＰ１１と極座標ベクトルＰ１２と極座標ベクトルＰ１３との３つの極座標ベクトルＰ１（方向ベクトルＰ１）を算出する点とが異なる。
姿勢角算出部１４（ベクトルＰ０算出部）は、前記実施の形態１と同様に、位置記憶機器３２に記憶された移動体の測位座標と既知物の既知座標とに基づいて、移動体から既知物への極座標ベクトルＰ０（方向ベクトルＰ０）をＣＰＵ９１１を用いて算出する。また、姿勢角算出部１４は、自ら算出した極座標ベクトルＰ０（方向ベクトルＰ０）と目標抽出部１１が算出した極座標ベクトルＰ１（方向ベクトルＰ１）とに基づいてＣＰＵ９１１を用いてピッチ角φとロール角θとヨー角ψとを算出する。ここで、実施の形態３における姿勢角算出部１４は、前記実施の形態１における姿勢角算出部１４と比較して、極座標ベクトルＰ０１と極座標ベクトルＰ０２と極座標ベクトルＰ０３との３つの極座標ベクトルＰ０（方向ベクトルＰ０）を算出する点と、ピッチ角φとロール角θについても自ら算出する点とが異なる。
【００４６】
実施の形態３における姿勢角検出装置３０のハードウェア資源は前記実施の形態１における姿勢角検出装置３０と同様である。
【００４７】
図１１は、実施の形態３における移動体（姿勢角検出システム）の姿勢角検出方法を示すフローチャートである。
実施の形態３における姿勢角検出装置３０、カメラシステム７およびＧＰＳ３３が実行する姿勢角検出処理について、図１１に基づいて以下に説明する。
【００４８】
＜Ｓ４０１：撮影処理＞
まず、カメラシステム７が、前記実施の形態１（Ｓ１０１）と同様に、撮影を行う。
＜Ｓ４０２：測位処理＞
また、ＧＰＳ３３が、前記実施の形態１（Ｓ１０２）と同様に、測位を行う。
【００４９】
そして、姿勢角検出装置３０はＣＰＵ９１１を用いて以下の処理（Ｓ４０３〜Ｓ４０６）を実行し移動体の姿勢角を検出する。
【００５０】
＜Ｓ４０３、Ｓ４０４：：既知物抽出処理、ベクトルＰ１算出処理＞
目標抽出部１１が、前記実施の形態１（Ｓ１０５、Ｓ１０６）と同様にして、映像から目標物を３つ抽出し（Ｓ４０３）、目標抽出部１１が映像に基づいて移動体から目標物への極座標ベクトルＰ１を３つ算出する（Ｓ４０４）。
このとき、実施の形態３における目標抽出部１１は映像から抽出する目標物の数が３つである点が前記実施の形態１と異なる。また、実施の形態３における目標抽出部１１は３つの目標物について極座標ベクトルＰ１の算出を行い、算出する極座標ベクトルＰ１の数が極座標ベクトルＰ１１（Ｘ１１，Ｙ１１，Ｚ１１）と極座標ベクトルＰ１２（Ｘ１２，Ｙ１２，Ｚ１２）と極座標ベクトルＰ１３（Ｘ１３，Ｙ１３，Ｚ１３）との３つである点が前記実施の形態１と異なる。
【００５１】
＜Ｓ４０５：ベクトルＰ０算出処理＞
次に、姿勢角算出部１４が、前記実施の形態１（Ｓ１０７）と同様に、測位座標に基づいて移動体から目標物への極座標ベクトルＰ０を３つ算出する。
このとき、実施の形態３における姿勢角算出部１４は算出する極座標ベクトルＰ０の数が極座標ベクトルＰ０１（Ｘ０１，Ｙ０１，Ｚ０１）と極座標ベクトルＰ０２（Ｘ０２，Ｙ０２，Ｚ０２）と極座標ベクトルＰ０３（Ｘ０３，Ｙ０３，Ｚ０３）との３つである点が前記実施の形態１と異なる。
極座標ベクトルＰ０に対応する３つの目標物は、極座標ベクトルＰ１に対応する３つの目標物と同じである。
【００５２】
＜Ｓ４０６：姿勢角算出処理＞
そして、姿勢角算出部１４が極座標ベクトルＰ０と極座標ベクトルＰ１とに基づいてピッチ角φ・ロール角θ・ヨー角ψを算出する。
このとき、姿勢角算出部１４は３つの目標物に対して前記実施の形態１（Ｓ１０８）で示した式１を生成し、生成した式で三元連立方程式を解き移動体のピッチ角φ・ロール角θ・ヨー角ψを算出する。つまり、極座標ベクトルＰ０１（Ｘ０１，Ｙ０１，Ｚ０１）と極座標ベクトルＰ１１（Ｘ１１，Ｙ１１，Ｚ１１）とを以下の式２に代入し、極座標ベクトルＰ０２（Ｘ０２，Ｙ０２，Ｚ０２）と極座標ベクトルＰ１２（Ｘ１２，Ｙ１２，Ｚ１２）とを以下の式３に代入し、極座標ベクトルＰ０３（Ｘ０３，Ｙ０３，Ｚ０３）と極座標ベクトルＰ１３（Ｘ１３，Ｙ１３，Ｚ１３）とを以下の式４に代入して３つの式を生成する。そして、姿勢角算出部１４は生成した式２と式３と式４との三元連立方程式を計算して未知数であるピッチ角φとロール角θとヨー角ψとを算出する。
【００５３】
【数４】
2007255955.tif 000004
【００５４】
上記実施の形態３において、既知の３つの目標を使用することで、ジャイロなどの姿勢角測定用の専用機器を装備することなく、また、地図との照合を行うことなく、カメラシステム７のみで、移動体の絶対空間座標に対する移動体の姿勢角を検出できる観測システム（姿勢角検出システム）について説明した。
上記実施の形態３における姿勢角検出装置３０は、既知の３つの目標の映像位置からヨー角、ピッチ角、ロール角を検出することを一つの特徴とする。
【００５５】
実施の形態４．
実施の形態４では、移動体の姿勢角３種類（ヨー角ψ、ピッチ角φ、ロール角θ）のうち、１つの角度を検出するためのシステムについて説明する。
以下ではヨー角ψを検出する場合について記載する。
ピッチ角φ、ロール角θもヨー角ψと同様に検出できる。
ここで、前記実施の形態１における移動体と異なる事項について説明し、その他の事項は前記実施の形態１と同様である。
【００５６】
図１２は、実施の形態４における姿勢角を検出する移動体（姿勢角検出システム）の構成図である。
実施の形態４における姿勢角検出システムである移動体の構成と移動体の姿勢角を検出する姿勢角検出装置３０の構成とについて図１２に基づいて以下に説明する。
【００５７】
姿勢角検出システムである移動体は前記実施の形態１と同様にカメラシステム７、ＧＰＳ３３および姿勢角検出装置３０を備える。
実施の形態４では前記実施の形態１と比較して姿勢角検出装置３０が水平線検出部９と目標抽出部１１とを有さず移動方向検出部２１を有する点が異なる。
【００５８】
映像記憶機器３１は、前記実施の形態１と同様に、カメラシステム７から映像信号８を入力し、カメラシステム７により時刻Ｔ０に撮影された移動体の特定方向を表わす映像Ｐ０（特定映像Ｐ０）とカメラシステム７により時刻Ｔ１に撮影された移動体の前記特定方向を表わす映像Ｐ１（特定映像Ｐ１）とを記憶する。ここで、「特定方向」は時刻Ｔ１と時刻Ｔ２とにおいて同一の方向であればよく、下方、上方、前方、後方、右側方、左側方のいずれであっても構わない。以下において、「特定方向」を“下方”とする。実施の形態４では、カメラシステム７が異なる時刻Ｔ０と時刻Ｔ１とにおいて撮影する点と、映像記憶機器３１が時刻Ｔ０における映像Ｐ０と時刻Ｔ１における映像Ｐ１とを記憶する点とが前記実施の形態１と異なる。
移動方向検出部２１（特定物抽出部、姿勢角変化量算出部）は、前記実施の形態１の目標抽出部１１と同様に、映像記憶機器３１から映像Ｐ０と映像Ｐ１とを取得し、取得した映像０と映像１とから同一の特定物をＣＰＵ９１１を用いて抽出する。ここで、「特定物」は映像Ｐ０と映像Ｐ１とにおいて同一の物であればよく、地上の建物でも、人工衛星でも、太陽でも、月でも、北極星でも構わない。また、移動方向検出部２１は、自らが抽出した特定物の映像Ｐ０における位置と映像Ｐ１における位置とに基づいて時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までのヨー角ψの変化量をＣＰＵ９１１を用いて算出する。
姿勢角算出部１４は、移動方向検出部２１が算出したヨー角ψの変化量を時刻Ｔ０におけるヨー角ψに加算して時刻Ｔ１におけるヨー角ψをＣＰＵ９１１を用いて算出する。
【００５９】
実施の形態４における姿勢角検出装置３０のハードウェア資源は前記実施の形態１における姿勢角検出装置３０と同様である。
【００６０】
図１３は、実施の形態４における移動体（姿勢角検出システム）の姿勢角検出方法を示すフローチャートである。
実施の形態４における姿勢角検出装置３０、カメラシステム７およびＧＰＳ３３が実行する姿勢角検出処理について、図１３に基づいて以下に説明する。
【００６１】
＜Ｓ５０１：撮影処理１＞
まず、カメラシステム７が、前記実施の形態１（Ｓ１０１）と同様に、時刻Ｔ０に下方の映像Ｐ０を撮影する。
＜Ｓ５０２：測位処理１＞
また、ＧＰＳ３３が、前記実施の形態１（Ｓ１０２）と同様に、時刻Ｔ０の移動体の位置Ｌ０を測位する。
＜Ｓ５０３：撮影処理２＞
まず、カメラシステム７が、前記実施の形態１（Ｓ１０１）と同様に、時刻Ｔ１に下方の映像Ｐ１を撮影する。
＜Ｓ５０４：測位処理２＞
また、ＧＰＳ３３が、前記実施の形態１（Ｓ１０２）と同様に、時刻Ｔ１の移動体の位置Ｌ１を測位する。
【００６２】
そして、姿勢角検出装置３０はＣＰＵ９１１を用いて以下の処理（Ｓ５０５〜Ｓ５０７）を実行し移動体の姿勢角を検出する。
【００６３】
＜Ｓ５０５：特定物抽出処理＞
まず、移動方向検出部２１が、前記実施の形態１の目標抽出部１１（Ｓ１０５、Ｓ１０６）と同様にして、映像Ｐ０と映像Ｐ１とから同一の目標物（特定物）を抽出する（Ｓ５０５）。
＜Ｓ５０６：ヨー角ψ変化量算出処理＞
次に、移動方向検出部２１が映像Ｐ０に映る目標物と映像Ｐ１に映る目標物とに基づいてヨー角ψの変化量を算出する。
このとき、移動方向検出部２１は、撮影時間の異なる連続した映像（映像Ｐ０、映像Ｐ１）を比較し、移動体の機体軸に対して特徴点（目標物）が映像の中心（例えば、移動体直下）に対して回転した角度を検出し、映像の回転角量２２（変化量）として出力する。
また、移動方向検出部２１は、撮影時間の異なる連続した映像を比較し、移動体の進んだ方向から、映像の上側の方位を映像基準方位２３として出力する。
【００６４】
＜Ｓ５０７：ヨー角ψ算出処理＞
そして、姿勢角算出部１４が時刻Ｔ０のヨー角ψにヨー角ψの変化量を加算して時刻Ｔ１のヨー角ψを算出する。
このとき、姿勢角算出部１４は、回転角量２２（変化量）と映像基準方位２３とを時刻Ｔ０におけるヨー角ψに加算し、移動体のヨー角ψを算出する。
【００６５】
図１４は、実施の形態４における移動方向検出部２１と姿勢角算出部１４が実行するヨー角ψ変化量算出処理（Ｓ５０６）とヨー角ψ算出処理（Ｓ５０７）とを示す概念図である。
図１４に、移動方向検出部２１と姿勢角算出部１４により、移動体のヨー角ψを算出する例を示す。
【００６６】
ここで、ＧＰＳ３３から出力される移動体のカメラ位置情報１３に基づいて、撮影時間の異なる連続した映像（映像Ｐ０、映像Ｐ１）を取得した位置（位置Ｌ０、位置Ｌ１）の変化方向が、図１４に示すように移動体が「北」に進行したことを示した場合、移動方向検出部２１は「北」を映像基準方位２３（ヨー角＝０°）として出力する。
また、移動方向検出部２１は図１４に示す時刻Ｔ０と時刻Ｔ１で撮影した映像Ｐ０と映像Ｐ１を重ね合わせた際の特徴点の変化量であるヨー角ψを回転角量２２として出力する。
そして、姿勢角算出部１４は映像の上側の方位（北）と回転角量２２（ヨー角ψ）を加算することで、移動体の絶対空間座標に対するヨー角ψを求めることができる。
【００６７】
上記実施の形態４において、ジャイロなどの姿勢角測定用の専用機器を装備することなく、また、地図との照合を行うことなく、カメラシステム７のみで、移動体の姿勢角３種類（ヨー角ψ、ピッチ角φ、ロール角θ）のうち１つの角度を検出できる観測システム（移動体、姿勢角検出システム）について説明した。
上記実施の形態４における姿勢角検出装置３０は、撮影時間の異なる連続した映像を比較することで角度の変化量を検出できることを一つの特徴とする。
また、ＧＰＳ３３により移動体の移動方向と映像の流れた方向から基準方位（例えば、ヨー角ψの場合は北）から比較した２映像のうち古い時間に撮影したときのヨー角ψが分かることを一つの特徴とする。
また、ヨー角ψ、ピッチ角φ、ロール角θのうち１つのみ検出できれば良い場合は、この２つを加算することで、新しい時間における１つの角（例えば、ヨー角ψ）が分かることを一つの特徴とする。
【００６８】
実施の形態５．
実施の形態５では、前記実施の形態１と前記実施の形態４とを合わせ、移動体の姿勢角を検出するためのシステムについて説明する。
ここで、前記実施の形態１における移動体と異なる事項について説明し、その他の事項は前記実施の形態１と同様である。
【００６９】
図１５は、実施の形態５における姿勢角を検出する移動体（姿勢角検出システム）の構成図である。
実施の形態５における姿勢角検出システムである移動体の構成と移動体の姿勢角を検出する姿勢角検出装置３０の構成とについて図１５に基づいて以下に説明する。
【００７０】
姿勢角検出システムである移動体は前記実施の形態１と同様にカメラシステム７、ＧＰＳ３３および姿勢角検出装置３０を備え、また、姿勢角検出装置３０は前記実施の形態１と同様に水平線検出部９、姿勢角算出部１４、映像記憶機器３１、位置記憶機器３２を備え、前記実施の形態４と同様に移動方向検出部２１を備える。
【００７１】
実施の形態５における姿勢角検出装置３０のハードウェア資源は前記実施の形態１における姿勢角検出装置３０と同様である。
【００７２】
図１６は、実施の形態５における移動体（姿勢角検出システム）の姿勢角検出方法を示すフローチャートである。
実施の形態５における姿勢角検出装置３０、位置記憶機器３２およびＧＰＳ３３が実行する姿勢角検出処理について、図１６に基づいて以下に説明する。
図１６において、Ｓ６０１〜Ｓ６０４は前記実施の形態５におけるＳ５０１〜Ｓ５０４と同様であり、Ｓ６０５〜Ｓ６０６は前記実施の形態１のおけるＳ１０３〜Ｓ１０４と同様であり、Ｓ６０７〜Ｓ６０９は前記実施の形態５におけるＳ５０５〜Ｓ５０７と同様である。
【００７３】
つまり、水平線検出部９は前記実施の形態１で示したように水平線位置情報１０によりピッチ角φとロール角θを算出する。また、姿勢角算出部１４は、撮影時間の異なる連続した映像中の特徴点をピッチ角φとロール角θで逆回転させて、ピッチ角φとロール角θによる影響を取り除く。そして、姿勢角算出部１４は取り除いた映像に対して前記実施の形態４の処理を行うことで、移動体のヨー角ψを求め、移動体の絶対空間座標に対する移動体の姿勢角を算出する。
【００７４】
上記実施の形態５において、ジャイロなどの姿勢角測定用の専用機器を装備することなく、また、地図との照合を行うことなく、カメラシステムのみで、水平線の検出と下方映像の流れる方向に基づいて移動体の絶対空間座標に対する移動体の姿勢角を検出できる観測システムについて説明した。
上記実施の形態５における姿勢角検出装置３０は、前記実施の形態１のように、移動体の前方、側方の水平線の傾きを検出することでピッチ角φとロール角θを検出することを一つの特徴とする。また、上記実施の形態５における姿勢角検出装置３０は、前記実施の形態４のように映像の流れる方向からヨー角ψを検出することを一つの特徴とする。
【００７５】
各実施の形態において、姿勢角検出装置３０は移動体に搭載されていても搭載されていなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施の形態１における姿勢角を検出する移動体（姿勢角検出システム）の構成図。
【図２】実施の形態１における姿勢角検出装置３０のハードウェア資源の一例を示す図。
【図３】実施の形態１における移動体（姿勢角検出システム）の姿勢角検出方法を示すフローチャート。
【図４】実施の形態１における水平線検出部９のピッチ−ロール算出方法を示す概念図。
【図５】実施の形態１における水平線検出部９のピッチ−ロール算出方法を示す概念図。
【図６】実施の形態２におけるカメラシステム７を側面から見た断面図。
【図７】実施の形態２におけるカメラシステム７のレンズ方向から見た断面図。
【図８】実施の形態２におけるカメラシステム７の撮影処理（Ｓ１０１）を示すフローチャート。
【図９】実施の形態２におけるカメラシステム７の撮影処理（Ｓ１０１）を示すフローチャート。
【図１０】実施の形態３における姿勢角を検出する移動体（姿勢角検出システム）の構成図。
【図１１】実施の形態３における移動体（姿勢角検出システム）の姿勢角検出方法を示すフローチャート。
【図１２】実施の形態４における姿勢角を検出する移動体（姿勢角検出システム）の構成図。
【図１３】実施の形態４における移動体（姿勢角検出システム）の姿勢角検出方法を示すフローチャート。
【図１４】実施の形態４における移動方向検出部２１と姿勢角算出部１４が実行するヨー角ψ変化量算出処理（Ｓ５０６）とヨー角ψ算出処理（Ｓ５０７）とを示す概念図。
【図１５】実施の形態５における姿勢角を検出する移動体（姿勢角検出システム）の構成図。
【図１６】実施の形態５における移動体（姿勢角検出システム）の姿勢角検出方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７７】
１  素子、２  レンズ、３  視野、４  反射鏡、５  前方視野、６  側方視野、７  カメラシステム、８  映像信号、９  水平線検出部、１０  水平線位置情報、１１  目標抽出部、１２  既知目標方向、１３  カメラ位置情報、１４  姿勢角算出部、１５  水平線、１６  映像、１７  中心、１８  交点、１９  焦点距離、２０  変位角、２１  移動方向検出部、２２  回転角量、２３  映像基準方位、３０  姿勢角検出装置、３１  映像記憶機器、３２  位置記憶機器、３３  ＧＰＳ、３４  駆動装置、９１１  ＣＰＵ、９１２  バス、９１３  ＲＯＭ、９１４  ＲＡＭ、９１５  通信ボード、９２０  磁気ディスク装置、９２１  ＯＳ、９２３  プログラム群、９２４  ファイル群。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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