(57)【要約】【課題】無人飛行装置の飛行時間の短縮を防止しつつ、対象物の近傍に精度よく無人飛行装置を誘導することができる無人飛行装置制御システムを提供する。【解決手段】光照射部１０１は、対象物に対して光を照射する。制御部１０２は、照射された光により対象物上に生じた輝点群の位置関係と、無人飛行装置に搭載された撮像装置により輝点群を撮像して得られた画像における輝点群の位置関係とに基づき、無人飛行装置の飛行を制御する。【選択図】図２２
2017224123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対して光を照射する光照射部と、
照射された光により前記対象物上に生じた輝点群の位置関係と、無人飛行装置に搭載された撮像装置により前記輝点群を撮像して得られた画像における前記輝点群の位置関係とに基づき、前記無人飛行装置の飛行を制御する制御部とを備える
ことを特徴とする無人飛行装置制御システム。
【請求項２】
光照射部は、当該光照射部と対象物上に生じた各輝点との距離をそれぞれ測定し、
前記光照射部と各輝点との距離に基づいて、前記対象物上に生じた輝点群の位置関係を計算する位置関係計算部を備える
請求項１に記載の無人飛行装置制御システム。
【請求項３】
光照射部は、無人飛行装置を誘導する誘導装置に備えられ、
前記誘導装置は、
当該誘導装置の方位角を検出する方位角検出部と、
前記誘導装置の方位角に基づいて、対象物の表面の方位角を計算する方位角計算部とを備える
請求項１または請求項２に記載の無人飛行装置制御システム。
【請求項４】
制御部は、対象物上に生じた輝点群が撮像装置の撮像範囲から外れた場合に、前記輝点群が前記撮像範囲から外れる直前の無人飛行装置の動きを推定し、当該動きを打ち消すように前記無人飛行装置の姿勢および位置のいずれか一方または両方を変化させる
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の無人飛行装置制御システム。
【請求項５】
光照射部は、無人飛行装置に搭載された撮像装置が対象物そのものの撮像を目的として撮像を実行する場合に、光を遮断する
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の無人飛行装置制御システム。
【請求項６】
光照射部は、
光を照射する１つの光源と、
前記光の光路を平行移動させる光学素子と、
前記光学素子による前記光路の平行移動量を認識する認識部と、
前記光の反射光を受光する受光部と、
当該光照射部から前記光の反射点までの距離を測定する測定部とを含む
請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の無人飛行装置制御システム。
【請求項７】
光照射部は、無人飛行装置を誘導する誘導装置に備えられ、
前記誘導装置は、
前記無人飛行装置を撮像することで得た画像に基づいて前記無人飛行装置の進行方向を判定する画像処理装置と、
前記進行方向の判定結果に基づいて当該誘導装置を前記無人飛行装置の方向に向ける駆動部とを備える
請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の無人飛行装置制御システム。
【請求項８】
光照射部は、
当該光照射部と対象物上に生じた各輝点との距離をそれぞれ測定し、
当該光照射部と輝点との距離を測定するときに、一定範囲内で光の照射位置を変え、前記照射位置を変える毎に距離を測定し、測定した距離の統計値を、当該光照射部と前記輝点との距離として定める
請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の無人飛行装置制御システム。
【請求項９】
光照射部が、対象物に対して光を照射し、
制御部が、照射された光により前記対象物上に生じた輝点群の位置関係と、無人飛行装置に搭載された撮像装置により前記輝点群を撮像して得られた画像における前記輝点群の位置関係とに基づき、前記無人飛行装置の飛行を制御する
ことを特徴とする無人飛行装置制御方法。
【請求項１０】
撮像装置と、
対象物に対して照射された光により前記対象物上に生じた輝点群の位置関係と、前記撮像装置により前記輝点群を撮像して得られた画像における前記輝点群の位置関係とに基づき、飛行を制御する制御部とを備える
ことを特徴とする無人飛行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無人飛行装置を制御する無人飛行装置制御システム、無人飛行装置制御方法、および、その無人飛行装置制御システムに適用可能な無人飛行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無人飛行体の例として、マルチコプター、ドローン、ラジオコントロールヘリコプター、ラジオコントロール飛行機、ラジオコントロール飛行船等が挙げられる。以下、無人飛行体をＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle ）と記す。なお、ＵＡＶは、無人飛行装置と称することもできる。
【０００３】
ＵＡＶを用いた建築物の診断、地形の計測、不審人物監視等が行われている。例えば、ＵＡＶを、診断対象の建築物に接近させ、ＵＡＶに搭載したカメラで建築物の表面を撮像し、建築物の劣化状態を記録すること等が行われている。
【０００４】
ＵＡＶを建築物や不審人物（以下、観察対象物と記す。）に接近させ、観察対象物を観察するためには、観察対象物と一定の距離を保つようにＵＡＶを飛行させ、観察対象物との接触を回避させる技術が必要である。
【０００５】
特許文献１には、無線によって操縦する飛行体が記載されている。特許文献１に記載の飛行体は、その飛行体に搭載した測距装置で対象物までの位置を自動計測し、所定の距離範囲内になった場合、補助制御装置の制御機能で各ロータの出力調整を自動で行い、衝突を回避する。また、特許文献１には、衝突防止ガイドとなるカバーも記載されている。
【０００６】
特許文献２には、飛行体と、測量機とを含む飛行体誘導システムが記載されている。特許文献２に記載の飛行体は、再帰反射体を具備する。特許文献２に記載の測量機は、再帰反射体に対して測距、測角を行うプリズム測量機能と、再帰反射体を追尾し、測距、測角を行う追尾機能とを有する。
【０００７】
特許文献３には、ビークルを、光ビームを利用して誘導する方法が記載されている。特許文献３に記載の方法では、ビーム制御ユニットが、表面上のある領域（被照射領域）を照射する光ビームを生成する。また、ビークルはカメラシステムを備える。そして、ビークルのコントローラは、ビークルを移動させて、カメラシステムが生成する画像群の中の被照射領域の位置と、これらの画像について事前に定義されている基準位置との差を小さくする。
【０００８】
また、特許文献４には、単一の光源により複数の目標物までの距離を算出できる多点レーザ距離算出装置が記載されている。特許文献５には、複数の方向にレーザビームを照射してそれぞれのビーム方向の物体からの反射光を受光してそれぞれの距離を測定する距離測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４−２２７１６６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１４５０号公報
【特許文献３】特表２０１４−５２２０６４号公報
【特許文献４】特開２０１３−１９０２０９号公報
【特許文献５】特開平７−８４０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般的なＵＡＶシステムでは、観察対象物の近く（例えば、相対距離１ｍの位置）にＵＡＶを飛行させることは難しい。一般に、ＵＡＶは、リモートコントローラによる手動操縦に従って飛行するか、あるいは、搭載したＧＰＳ（Global Positioning System ）を用いて、予め定められた座標に沿って飛行する。
【００１１】
リモートコントローラを用いる場合、例えば、前後方向の軸、左右方向の軸、上下方向の軸、ヨー軸に関する操作がリモートコントローラに割り当てられる。さらに、リモートコントローラに、ロールやピッチに関する操作が割り当てられたり、ＵＡＶに搭載されるカメラに対する操作が割り当てられたりする。しかし、ＵＡＶの向きは、操縦者の視線の向きと必ず一致するとは限らないため、操縦者は、操作を誤りやすい。また、操縦者から離れた位置にあるＵＡＶと観察対象物（例えば、建築物）を操縦者が目視しても、ＵＡＶおよび観察対象物が操縦者から離れているため、操縦者は、ＵＡＶと観察対象物との距離や、ＵＡＶの向きを把握しづらい。
【００１２】
また、ＵＡＶに搭載されたカメラから送信される画像を見ながら操縦者が操縦を行うＦＰＶ（First Person View ）モードを適用することが考えられる。しかし、その場合であっても、操縦者は、カメラの視野外（カメラの向いている方向以外）の情報は得られない。また、特に、カメラが単眼カメラである場合、単眼カメラから得られる画像からは、距離感を掴みにくい。そのため、狭あい部や乱気流への対応が難しい。
【００１３】
このため、操縦者がＵＡＶの操作に熟練していたとしても、建築物付近でＵＡＶを飛行させることは避けられていていた。また、法律によるＵＡＶの飛行制限もあった。
【００１４】
また、ＧＰＳを用いた自動飛行を行う場合、ＧＰＳの誤差が数ｍあるという問題がある。また、ＧＰＳ電波が、建物によって遮蔽されたり、乱反射して安定しないという問題もある。
【００１５】
特許文献１に記載の技術では、無線によって飛行体を操縦する場合、その飛行体に搭載した測距装置により対象物との衝突を回避する。しかし、空中で全方向に向けて飛行可能なＵＡＶに特許文献１に記載の技術を適用する場合、全方向に関して測距可能となるように、測距装置（例えば、距離センサ）を多数搭載する必要が生じる。すると、ＵＡＶの質量が増加する。その結果、飛行に必要な推力や、単位時間当たりの消費電力も増加し、飛行時間が短くなってしまう。また、衝突防止のためのカバーを設ける場合にも、その分、質量が増加するので、同様の問題が生じる。
【００１６】
また、一般的に、ＵＡＶと観察対象物との相対距離および相対姿勢（ＵＡＶの傾きや方向）を精度良く求めることは、原理的に難しいという問題がある。
【００１７】
例えば、特許文献２に記載の技術において、測量機を基準として、測量機と観察対象物（例えば、建築物）との距離および方位角を求めた後、測量機とＵＡＶとの距離および方位角を求め、それらの差を求めることで、観察対象物に対するＵＡＶの相対位置および姿勢を求めることが考えられる。しかし、測量機と観察対象物との距離および方位角と、測量機とＵＡＶとの距離および方位角とは、同時に測定できない。そのため、測量機または観察対象物が動いてしまった場合、求めた相対位置や姿勢の誤差は大きくなる。例えば、自動車の通行や風等によって測量機が微振動した場合、測量機とＵＡＶは離れているため、角度のずれは無視できない程度に大きくなる。
【００１８】
また、特許文献３に記載の技術では、ビークルのコントローラが、カメラシステムが生成する画像群の中の被照射領域の位置と、これらの画像について事前に定義されている基準位置との差を小さくするように、ビークルを移動させているに過ぎず、ビークルと光ビームの照射位置との距離を求めることはできない。
【００１９】
そこで、本発明は、無人飛行装置の飛行時間の短縮を防止しつつ、対象物の近傍に精度よく無人飛行装置を誘導することができる無人飛行装置制御システム、無人飛行装置制御方法、および、その無人飛行装置制御システムに適用される無人飛行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】
【００２０】
本発明による無人飛行装置制御システムは、対象物に対して光を照射する光照射部と、照射された光により対象物上に生じた輝点群の位置関係と、無人飛行装置に搭載された撮像装置により輝点群を撮像して得られた画像における輝点群の位置関係とに基づき、無人飛行装置の飛行を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明による無人飛行装置制御方法は、光照射部が、対象物に対して光を照射し、制御部が、照射された光により対象物上に生じた輝点群の位置関係と、無人飛行装置に搭載された撮像装置により輝点群を撮像して得られた画像における輝点群の位置関係とに基づき、無人飛行装置の飛行を制御することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明による無人飛行装置は、撮像装置と、対象物に対して照射された光により対象物上に生じた輝点群の位置関係と、撮像装置により輝点群を撮像して得られた画像における輝点群の位置関係とに基づき、飛行を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、無人飛行装置の飛行時間の短縮を防止しつつ、対象物の近傍に精度よく無人飛行装置を誘導することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の無人飛行装置制御システムの例を示す模式図である。
【図２】第１の実施形態におけるＵＡＶの構成例を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態における誘導装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】誘導装置がレーザ光を照射し、ＵＡＶを誘導する状況を示す模式図である。
【図５】手動モードでの処理経過の例を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態における自動モードでの処理経過の例を示すフローチャートである。
【図７】θの例を示す模式図である。
【図８】画像内で１つの輝点が複数画素に跨っている場合の、画像におけるその輝点の位置を示す模式図である。
【図９】画像内における輝点群の位置関係の例を示す模式図である。
【図１０】画像内における輝点群の位置関係の例を示す模式図である。
【図１１】ＵＡＶと壁面との位置関係を２次元で示した模式図である。
【図１２】第２の実施形態における誘導装置の構成例を示すブロック図である。
【図１３】第２の実施形態における自動モードでの処理経過の例を示すフローチャートである。
【図１４】誘導装置と壁面との位置関係を２次元で表した模式図である。
【図１５】第３の実施形態におけるＵＡＶの構成例を示すブロック図である。
【図１６】第３の実施形態におけるＵＡＶの処理経過の例を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第５の実施形態における誘導装置の構成例を示すブロック図である。
【図１８】多点測距部の構成例を示す模式図である。
【図１９】平行平板回転装置の構成例を示す模式図である。
【図２０】レーザ距離計の構成例を示す模式図である。
【図２１】本発明の第６の実施形態における誘導装置の構成例を示すブロック図である。
【図２２】本発明の無人飛行装置制御システムの概要を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。以下の各実施形態では、観察対象物が建築物である場合を例にして説明するが、観察対象物は建築物に限定されず、例えば、不審人物等であってもよい。
【００２６】
実施形態１．
図１は、本発明の無人飛行装置制御システムの例を示す模式図である。本発明の無人飛行装置制御システムは、ＵＡＶ１と、誘導装置１１とを備える。ＵＡＶ１と、誘導装置１１とは、無線で双方向に通信可能である。この点は、後述の各実施形態でも同様である。また、既に述べたように、ＵＡＶは、無人飛行装置と称することもできる。
【００２７】
図２は、第１の実施形態におけるＵＡＶ１の構成例を示すブロック図である。ＵＡＶ１は、複数のモータ２と、モータドライバ３と、ＩＭＵ（Internal Measurement Unit：慣性計測装置）７と、撮像装置（カメラ）６と、角度制御部５と、ＵＡＶ通信部８と、ＵＡＶ制御部４とを備える。角度制御部５は、撮像装置６の向きを制御する。ＵＡＶ制御部４は、ＵＡＶ１全体を制御する。
【００２８】
各モータ２にはそれぞれ、プロペラ（図示略）が取り付けられている。モータドライバ３は、各モータ２を駆動する。ＵＡＶ制御部４がモータドライバ３を介して、各モータ２を制御することによって、ＵＡＶ１が飛行する。また、ＵＡＶ制御部４がモータドライバ３を介して、各モータ２の出力バランスを変えることで、各方向にＵＡＶ１を移動させたり、ＵＡＶ１の姿勢（ＵＡＶ１の向きや傾き）を変更させたりことができる。ＵＡＶ制御部４は、モータドライバ３に対して、どのモータ２にどのような推力を発生させるかを指示する。なお、モータ２とプロペラとの組み合わせの数は、特に限定されない。
【００２９】
ＩＭＵ７は、加速度センサや方位角センサを含み、３軸〜９軸の姿勢と方位角の情報をＵＡＶ制御部４に出力する。例えば、９軸とは、加速度の方向を示す３軸と、それらの３方向の回転軸（３つ）と、南北方向の軸、東西方向の軸、および高さ方向の軸である。加速度センサは、重力の方向と加速度の変化に対し、重力と加速度それぞれの方向と大きさを出力する。また、加速度センサは、複数軸の加速度の変化から３軸の角速度を求めてもよい。方位角センサは、地球の地磁気を基に、方位角を立体的に求める。なお、方位角とは、地軸の向きを基準とした絶対座標系におけるＵＡＶ１や誘導装置１１等の向きである。ただし、第１の実施形態では、方位角は不要である。
【００３０】
撮像装置６は、単眼カメラまたはステレオカメラである。後述するように、誘導装置１１は、複数のレーザ光線を、建築物（観察対象物）の表面に照射する。撮像装置６は、その複数のレーザ光線が建築物に当たることで建築物の表面に生じた輝点群を撮像し、画像を生成する。撮像装置６は、生成した画像をＵＡＶ制御部４に伝送する。
【００３１】
また、撮像装置６は、観察対象物そのものを撮像し、例えば、観察対象物に発生したひび割れ、変色、水漏れ、表面の凹凸、表面の剥離状態、全体の変形、振動状態等の画像を生成する。
【００３２】
また、撮像装置６は、カラーカメラであっても、モノクロームカメラであっても、あるいは、可視光以外の波長用カメラ（例えば、赤外線カメラや紫外線カメラ）であってもよい。撮像装置６に、ズーム機構やオートフォーカス機構が設けられていてもよい。
【００３３】
さらに、撮像装置６には、種々の目的等に応じて波長フィルタが設けられていてもよい。例えば、誘導装置１１が照射するレーザ光と、日光や他の照明とを分けることを目的して、設計時に選択された波長フィルタが設けられていてもよい。また、例えば、プライバシー問題に対応するためにレーザ光以外を遮断する波長フィルタが設けられていてもよい。また、ＵＡＶ１を飛行させる前に、その場所の照明条件に応じた波長フィルタを選択し、その波長フィルタを撮像装置６に取り付けてもよい。また、誘導装置１１において建築物の壁面の色に合わせてレーザ光の波長を選択できる場合、選択されたレーザ光の波長に応じた波長フィルタを選択し、その波長フィルタを撮像装置６に取り付けてもよい。ＵＡＶ１が飛行中にレーザ光の輝点群を観察した際、輝点群が画像内で適度な明るさおよび大きさになるように調整可能な波長フィルタ（光学的フィルタであっても、電子的フィルタであってもよい。）が設けられていてもよい。
【００３４】
また、撮像装置６がＦＰＶモードの飛行に用いられてもよい。ＦＰＶモードでは、撮像装置６が撮像した映像をＵＡＶ１がリアルタイムに誘導装置１１等に伝送し、誘導装置１１等はその映像を表示する。操縦者は、その映像を見ながら、ＵＡＶ１を操縦したり、指示を入力したりする。
【００３５】
角度制御部５は、ＵＡＶ制御部４に従って、撮像装置６を任意の種々の方向に回転させる。また、角度制御部５は、ＵＡＶ１の姿勢変動や振動による影響を打消し、撮像装置６を一定方向に向ける場合にも用いられる。
【００３６】
ＵＡＶ通信部８は、ＵＡＶ１と誘導装置１１とが無線通信を行うための、ＵＡＶ１側の通信インタフェースである。ＵＡＶ通信部８は、アンテナおよびデータ生成展開部（図示略）を含む。より詳しくは、ＵＡＶ通信部８と誘導装置通信部１８（後述、図３参照）は、誘導装置１１に含まれる全体制御部１４（後述、図３参照）と、ＵＡＶ１に含まれるＵＡＶ制御部４とが双方向無線通信を行う際に、通信を仲介する。
【００３７】
ＵＡＶ通信部８と誘導装置通信部１８は、電波状態が不安定であったりノイズにより通信が途絶したりした場合であっても、ＵＡＶ制御部４と全体制御部１４が必要最低限の通信内容を確保できるように担保する。ＵＡＶ通信部８は、具体的には、データが完全に送信できたかを受信側に通知する機能（アクノリッジ）や、送信側でデータの完全性を確認チェックサム等の誤り検出符号機能、その他のエラー訂正機能や再送信機能を有する。また、ＵＡＶ通信部８は、データを圧縮して転送する機能を有していてもよい。以下の説明では、ＵＡＶ１から誘導装置１１へのデータ送信を下り方向とし、誘導装置１１からＵＡＶ１へのデータ送信を上り方向とする。上り方向と下り方向の通信帯域幅（転送速度）およびチャンネルは、同じであってもよく、あるいは、異なっていてもよい。さらに、ＵＡＶ通信部８は、状況に応じて通信帯域幅、チャンネルおよび転送内容を変化させてもよい。ＵＡＶ１がＦＰＶモードで飛行する場合、下り方向では、リアルタイムの画像データ転送が必要になるが、上り方向では、制御信号のみを転送すればよい。この場合、下り方向では、広帯域が必要であるが、厳密な誤り検出は不要である。一方、上り方向では、狭帯域でよいが、厳密な誤り検出が必要である。また、後述の誘導装置通信部１８も、ＵＡＶ通信部８と同様の機能を有する。
【００３８】
ＵＡＶ制御部４は、計算機と、メモリやストレージとを含む。ＵＡＶ制御部４は、撮像装置６で生成された輝点群の画像と、ＩＭＵ７で求められた姿勢情報（加速度センサの出力）と、ＵＡＶ通信部８を介して誘導装置１１から受け取った情報とに基づき、観察対象物とＵＡＶ１との相対距離および角度を求める。次に、ＵＡＶ制御部４は、この相対距離および角度と、誘導装置１１からの制御信号を基に、観察対象物にレーザ光が照射されることで生じた輝点群から一定の距離および角度でＵＡＶ１が滞空できるように、ＵＡＶ１の飛行を制御する。また、操縦者による手動操縦で入力された指示を誘導装置１１から受け取った場合には、ＵＡＶ制御部４は、その指示に従ってＵＡＶ１の飛行を制御する。
【００３９】
各実施形態の説明では、ＵＡＶ１が、複数のロータを備え、ＵＡＶ制御部４が各ロータの推力を変えて姿勢を制御するマルチコプターである場合を例にして説明する。ただし、ＵＡＶ１は、そのようなマルチコプターに限定されない。例えば、ＵＡＶ１は、２重反転プロペラや、メインロータおよびテールロータを備え、ロータのピッチ角を変更して飛行するヘリコプターであってもよい。また、ＵＡＶ１は、移動能力を持つ飛行船であってもよい。
【００４０】
また、ＵＡＶ１は、ＧＰＳ装置（図示略）を備えていてもよい。地磁気は場所によって異なる。そのため、ＧＰＳ装置を備える場合、例えば、ＵＡＶ制御部４は、現在位置を取得し、現在位置から地磁気情報を取得することで、ＩＭＵ７の方位角センサ情報を補正することができる。ただし、前述のように、第１の実施形態では、方位角の情報は不要であり、方位角センサ情報を補正は、第２の実施形態等で適用されればよい。
【００４１】
また、ＵＡＶ１は、バッテリ（図示略）を備える。
【００４２】
図３は、第１の実施形態における誘導装置１１の構成例を示すブロック図である。誘導装置１１は、全体制御部１４と、測距制御部１３と、複数の測距部１２と、手動操作入力部１５と、記憶部１６と、誘導装置通信部１８とを備える。また、図３では、図示を省略しているが、誘導装置１１は、三脚に取り付けられており、測距部１２から照射するレーザ光の方向を任意に調整することができる。
【００４３】
それぞれの測距部１２は、レーザ距離計または光波測距儀である。ここでは、それぞれの測距部１２がレーザ距離計であるものとして説明する。
【００４４】
それぞれの測距部１２は、半導体レーザ等のレーザ光源（図示略）と、レーザ光源から照射されたレーザ光が観察対象物で反射した光を受光する受光器（図示略）と、レーザ光の照射タイミングと受光タイミングとの差等により、測距部１２と観察対象物（より具体的には、観察対象物表面におけるレーザ光の反射点）との距離を求める処理部（図示略）とを備える。それぞれの測距部１２は、上記のレーザ光源、受光器および処理部（図示略）を備え、観察対象物にレーザ光を照射し、測距部１２と観察対象物との距離を測定する。図３では、３つの測距部１２を図示しているが、測距部１２の数は３つでなくてもよい。各測距部１２は、測定した距離（測距部１２と観察対象物との距離）を測距制御部１３に伝送する。なお、レーザ光の反射点は、輝点となる。従って、レーザ光の反射点は、輝点に該当する。
【００４５】
それぞれの測距部１２が照射するレーザ光は、例えば、平行である。あるいは、それぞれの測距部１２が照射するレーザ光の向きが調整可能であってもよい。各レーザ光の向きが調整可能である場合、それぞれのレーザ光同士のなす角度は厳密に測定され、その角度のデータは、測距制御部１３に伝送される。以下、説明を簡単にするために、それぞれの測距部１２が照射するレーザ光が平行であるものとして説明する。また、それぞれの測距部１２が照射するレーザ光が照射される観察対象物の表面は、平面であるものとする。
【００４６】
測距部１２が照射するレーザ光は、可視光であってもよく、あるいは、赤外光等の目視できない光（非可視光）であってもよい。ただし、観察対象物のどこにレーザ光が当たっているのかを操縦者が容易に確認できることが望ましいため、レーザ光が非可視光である場合には、レーザ光の照射位置を確認できるようにするためのレティクル付き望遠鏡が誘導装置１１に取り付けられていることが好ましい。
【００４７】
なお、レーザ光を用いた距離測定については、ＴＯＦ（Time of Flight）やＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging ）等の技術や、三角測量の原理を利用した距離測定の技術がよく知られている。そのため、ここでは、レーザ光を用いた距離測定の詳細については、説明を省略する。
【００４８】
測距制御部１３は、例えば、計算機によって実現される。測距制御部１３は、各測距部１２から伝送される各距離のデータと、レーザ光同士のなす角度とによって、誘導装置１１と観察対象物との角度を求め、その角度のデータを全体制御部１４に伝送する。ここでは、それぞれの測距部１２が照射するレーザ光が平行であるものとする。また、誘導装置１１と観察対象物との角度とは、誘導装置１１の各測距部１２の光軸と、観察対象物の表面（各レーザ光が照射される面）とのなす角度である。この角度をθとする。
【００４９】
また、測距制御部１３は、各測距部１２のレーザ光照射タイミングを制御する。各測距部１２が、測距部１２と観察対象物との距離を測定する場合、それぞれの測距部１２同士の干渉を避けるために、測距制御部１３は、各測距部１２のレーザ光照射タイミングを調整する。例えば、測距制御部１３は、時分割で各測距部１２に距離を測定させる。すなわち、測距制御部１３は、時間をずらして、個々の測距部１２に距離を測定させる。この結果、測距部１２同士の干渉を防ぐことができる。各測距部１２が距離測定をする場合以外では、測距制御部１３は、各測距部１２にレーザ光を連続照射させる。この結果、ＵＡＶ１の撮像装置６が撮像する観察対象物の表面上の輝点群が明確になる。
【００５０】
各測距部１２が距離測定をする場合と、それ以外の場合との切り替えタイミングは、予め測距制御部１３が決定し、測距制御部１３がそのタイミングを全体制御部１４に通知していてもよい。また、測距制御部１３は、各測距部１２が距離測定をする場合と、それ以外の場合との切り替えタイミングの情報を、ＵＡＶ１から、誘導装置通信部１８および全体制御部１４を介して受け取ってもよい。
【００５１】
また、各測距部１２のレーザ光の波長がそれぞれ異なり、各受光器も、受光器が備えられている測距部１２のレーザ光の波長に対応している場合、測距制御部１３は、前述の時分割による距離測定タイミング（換言すれば、時分割によるレーザ光照射タイミング）の調整を行わなくてもよい。
【００５２】
手動操作入力部１５は、操縦者が手動で直接ＵＡＶ１を操縦する際に、ＵＡＶ１に対する指示を入力するための入力装置である。手動操作入力部１５の例として、ジョイスティック、タッチパネル、キーボード、スイッチ等が挙げられるが、これらの入力装置に限定されない。また、着陸や、特定地点への帰還等のある特定の動作を指示する場合にも、手動操作入力部１５が用いられる。
【００５３】
手動操作入力部１５に入力される指示を手動操作情報と記す。手動操作情報は全体制御部１４に伝送され、全体制御部１４は、その手動操作情報をＵＡＶ１に伝送する。ＵＡＶ１内のＵＡＶ制御部４は、その手動操作情報に従ってＵＡＶ１を制御する。ただし、手動操縦時であっても、ＵＡＶ１が観察対象物に接触する可能性がある場合等には、ＵＡＶ制御部４または全体制御部１４がその可能性を検出し、手動操作入力部１５に入力された指示よりも、ＵＡＶ１の自動制御を優先させてもよい。
【００５４】
また、手動操作入力部１５は、単一の入力に対して単一の動作信号を出力しなくてもよい。手動操作入力部１５は、複数の入力に対して１種類の動作信号を出力してもよい。例えば、ＵＡＶ１が停止している状態で、操縦者が２つのジョイスティックを一定方向に傾けたときに、手動操作入力部１５は、プロペラの回転（起動）に対応する動作信号を出力してもよい。また、手動操作入力部１５は、１種類の入力に対して複数種類の動作信号を出力してもよい。この場合、マクロ機能を実現できる。
【００５５】
記憶部１６は、各種パラメータ等を記憶するメモリである。
【００５６】
全体制御部１４は、誘導装置１１およびＵＡＶ１の全体動作を制御する計算機である。前述のように、測距制御部１３は、誘導装置１１と観察対象物との角度θを全体制御部１４に伝送する。全体制御部１４は、この角度θを用いて、観察対象物にレーザ光が照射されたことにより生じる輝点群の位置関係を求め、その位置関係の情報を、誘導装置通信部１８を介して、ＵＡＶ１に伝送する。
【００５７】
また、全体制御部１４は、ＵＡＶ１から受け取ったＵＡＶ１の現在の状態を示す情報と、手動操作入力部１５からの手動操作情報とに基づいて、手動操作情報をそのままＵＡＶ１に伝送したり、あるいは、手動操作情報に変更を加えてＵＡＶ１に伝送したりする。
【００５８】
また、全体制御部１４は、ＵＡＶ１から受け取ったＵＡＶ１の現在の状態を示す情報を、操縦者が理解しやすい形に加工して表示装置（図示略）に表示する。例えば、全体制御部１４は、ＵＡＶ１の現在位置、ＵＡＶ１と観察対象物との距離、バッテリの状態、撮像装置６が生成した画像等を表示装置に表示する。さらに、全体制御部１４は、現在の飛行モード（手動モードまたは自動モード）も表示装置に表示してもよい。全体制御部１４は、レーザ光が照射されている観察対象物の表面等を撮像装置６が撮像して生成した画像を拡大して表示装置に表示してもよい。また、自動モードの場合、全体制御部１４は、撮像装置６が生成した画像に、ＵＡＶ１が次にどちらに動くかを示す情報を重ねて表示するとなお良い。なお、手動モードは、ＵＡＶ１が操縦者の操縦によって飛行する形態である。自動モードは、ＵＡＶ１が操縦者の操縦に依らずに飛行する形態である。
【００５９】
誘導装置通信部１８は、ＵＡＶ１と誘導装置１１とが無線通信を行うための、誘導装置１１側の通信インタフェースである。誘導装置通信部１８の機能は、ＵＡＶ通信部８の機能と同様であり、説明を省略する。
【００６０】
また、誘導装置１１は、測距部１２のレーザ照射方向と平行（または同軸）の光軸を持つ望遠鏡または望遠レンズを有するカメラを備え、全体制御部１４は、そのカメラが撮像を行うことによって生成した画像を表示装置に表示してもよい。遠方にレーザ光を照射する場合、操縦者は観察対象物の表面に生じた輝点を見失いやすい。レーザ光の輝点のサイズは、測距部１２から観察対象物までの距離が長くなってもほとんど変わらないため、操縦者から見て相対的に輝点が小さく見えるからである。しかし、誘導装置１１が上記のカメラを備えていれば、カメラは常に観察対象物の表面の輝点群の周辺を捉えているため、輝点群の位置を確認したり、細かな位置決めをしたりすることが簡単になる。また、輝点群をより簡単に発見するために、上記のカメラまたは望遠鏡に、物理的または電子的なレティクルが設けられているとなお良い。
【００６１】
図４は、誘導装置１１がレーザ光を照射し、ＵＡＶ１を誘導する状況を示す模式図である。なお、図４は、自動モードでＵＡＶ１が飛行している状況を示している。
【００６２】
誘導装置１１は、操縦者による操作に従い、複数の測距部１２からレーザ光を観察対象物２１に照射する。観察対象物２１の表面に複数の測距部１２からレーザ光が照射されることにより、観察対象物２１の表面に輝点群２３が生じる。ＵＡＶ１は、撮像装置６で観察対象物２１の表面を撮像し、撮像装置６の撮像範囲２２の中央に輝点群２３を捉え続けるとともに、輝点群２３の存在する範囲が画像内で所定の大きさ以上に維持されるように、観察対象物２１との距離を調整しながら飛行する。また、ＵＡＶ１と誘導装置１１は、無線で通信を行う。
【００６３】
三脚１９上に設置された誘導装置１１の向きを変えると、レーザ光線および輝点群も、向きの変化に追随して動く。ＵＡＶ１は、撮像範囲２２の中央に輝点群２３を捉え、輝点群２３の存在する範囲が画像内で所定の大きさ以上になるように、輝点群の動きに応じて飛行位置を変える。また、ＵＡＶ１が風等によって移動した場合も、ＵＡＶ１は、同様に飛行位置を変える。
【００６４】
次に、本発明の第１の実施形態の処理経過について説明する。本発明では、ＵＡＶ１は、手動モードと自動モードに切り替えられる。手動モードと自動モードとの切り替えは自動で行われてもよく、あるいは、操縦者が任意のタイミングで手動で切り替えてもよい。
【００６５】
本実施形態では、説明を簡単にするため、ＵＡＶ１の撮像装置６の向きは、ＵＡＶ１の正面に向けて固定されているものとする。また、以下の説明で、観察対象物とＵＡＶ１との距離および観察対象物に対するＵＡＶ１の姿勢は、正確には、観察対象物と撮像装置６の距離および観察対象物に対する撮像装置６の姿勢であるが、撮像装置６の向きがＵＡＶ１の正面に向けて固定されている場合、両者はほぼ同じであるとみなしてよい。撮像装置６が固定されていない場合や、撮像装置６が斜め方向に向けて固定されている場合、都度ＵＡＶ１と撮像装置６の向きを補正すればよく、ＵＡＶ１と撮像装置６の相対的な向きは常に自明なため、補正方法の説明は省略する。
【００６６】
図５は、手動モードでの処理経過の例を示すフローチャートである。
【００６７】
まず、操縦者は、誘導装置１１を手動モードにセットし、自動モード開始予定位置に誘導装置１１の各測距部１２を向ける。誘導装置１１の各測距部１２は、自動モード開始予定位置に向けてレーザ光を照射する（ステップＳ１）。なお、このとき、操縦者は、観察対象物の表面に生じる輝点群を目視しながら、誘導装置１１（具体的には、各測距部１２）の向きを調整してもよい。あるいは、操縦者は、誘導装置１１のカメラの映像や望遠鏡で輝点群を確認しながら、誘導装置１１の向きを調整してもよい。
【００６８】
次に、誘導装置１１には、操縦者から、手動操作入力部１５を介して手動操作情報が入力される（ステップＳ２）。なお、手動操作情報は、ＵＡＶ１の目標座標や、相対的な移動量であってもよいし、移動方向と速度であってもよい。全体制御部１４は、誘導装置通信部１８を介して、無線でＵＡＶ１に手動操作情報を伝送する。このとき、全体制御部１４は、入力された手動操作情報をそのままＵＡＶ１に伝送してもよく、あるいは、手動操作情報を加工してからＵＡＶ１に伝送してもよい。例えば、ＵＡＶ１に高度制限をかける場合、全体制御部１４は、上昇命令とともに高度制限情報を手動操作情報に付与し、手動操作情報をＵＡＶ１に伝送してもよい。あるいは、全体制御部１４は、移動先の座標情報を制限高度の範囲内になるように変更した手動操作情報をＵＡＶ１に伝送してもよい。また、操作情報には、ＵＡＶ１本体の移動に関する情報の他に、撮像装置６の向きを示す情報や、その他の機器の制御情報が含まれていてもよい。
【００６９】
次に、ＵＡＶ制御部４は、手動操作情報に従ってＵＡＶ１を制御し、ＵＡＶ１はその制御に従って移動する（ステップＳ３）。
【００７０】
次に、撮像装置６は、ＵＡＶ制御部４の制御に従って撮像を行い、画像を生成する（ステップＳ４）。撮像装置６は、その画像をＵＡＶ制御部４に伝送する。
【００７１】
ＵＡＶ制御部４は、その画像の一定領域内に輝点群が存在するか否かを判定する（ステップＳ５）。画像の一定領域内に輝点群が存在しない場合（ステップＳ５のＮｏ）、ステップＳ２以降の動作を繰り返す。なお、ステップＳ２〜Ｓ５のループにおいて、手動操作情報が座標または移動量として与えられる場合、ステップＳ３からステップＳ４に移行する前に、ＵＡＶ制御部４は、目的とする座標または移動量に達したか否かを判定してもよい。
【００７２】
画像の一定領域内に輝点群が存在する場合（ステップＳ５のＹｅｓ）、ＵＡＶ制御部４は、ＵＡＶ通信部８を介して、自動モード開始可能である旨を誘導装置１１に通達する（ステップＳ６）。誘導装置１１の全体制御部１４は、誘導装置通信部１８を介して、その通達を受ける（ステップＳ７）。
【００７３】
なお、操縦者または全体制御部１４は、ステップＳ７の後、直ちに自動モードに移行するか、手動モードのままステップＳ２以降の動作を繰り返すかを、状況に応じて選択してもよい。また、ステップＳ７の後、ＵＡＶ１が静止するか、あるいは、自動モードに移行して一定の位置に自動で静止するかを状況に応じて選択してもよい。
【００７４】
例えば、全体制御部１４は、自動モード開始可能である旨の通達を受けると、その通達を表示して、操縦者に伝える。このとき、操縦者が自動モードへの切り替え操作に手間取ると、ＵＡＶ１が移動し続け、輝点群が撮像装置６の撮像範囲から出てしまう可能性がある。また、操縦者にとっては、手動モードで操作中に突然自動モードに切り替わると、混乱する可能性がある。そこで、ステップＳ７の後、ＵＡＶ１が一度静止するとともに、全体制御部１４は操縦者に自動モードに切り替え可能である旨のメッセージを提示することが好ましい。さらに、操縦者が手動操作情報を再び入力した場合は、手動モードを継続し、それ以外の場合には自動モードに移行することが好ましい。このように、ＵＡＶ１の特性や操縦者の使い勝手に合わせた切り替え処理が好ましい。
【００７５】
図６は、第１の実施形態における自動モードでの処理経過の例を示すフローチャートである。以下に示す動作の実行開始時には、ＵＡＶ１（撮像装置６）が撮像によって得た画像内に輝点群が写っていることが前提となる。すなわち、ＵＡＶ１が輝点群を撮像できる位置に到達していることが前提となる。以下、この前提が満たされているものとして説明する。
【００７６】
また、本実施形態では、ＵＡＶ１が適切な姿勢となったときに、ＵＡＶ１が観察対象物の表面に正対しているものとする。
【００７７】
まず、誘導装置１１のそれぞれの測距部１２が、観察対象物の観察位置にレーザ光を照射する（ステップＳ１１）。なお、手動モードにおいて、ステップＳ１で各測距部１２がレーザ光を照射し、その照射状態を続けていてもよい。
【００７８】
そして、それぞれの測距部１２が、測距部１２と観察対象物との距離を測定する（ステップＳ１２）。ただし、各測距部１２のレーザ光の波長が干渉する場合には、測距制御部１３は、各測距部１２のレーザ光の照射タイミングをずらして、個々の測距部１２に順次、距離を測定させる。図６では、誘導装置１１が、３つの測距部１２を備え、３つの測距部１２がそれぞれ距離を測定する場合を例にする。各測距部１２は、測定した距離を測距制御部１３に伝送する。
【００７９】
なお、それぞれの測距部１２が距離を測定した後には、測距制御部１３は、各測距部１２にレーザ光を連続照射させる。
【００８０】
次に、測距制御部１３および全体制御部１４は、複数の測距部１２からレーザ光が照射されたことによって観察対象物に生じる輝点群の位置関係を計算する（ステップＳ１３）。なお、ここでは、各測距部１２から照射されるレーザ光が平行であるものとする。また、壁面（観察対象物の表面）は平面であるものとする。
【００８１】
ステップＳ１３において、まず、測距制御部１３は、測距部１２の光軸と、観察対象物の表面とのなす角度θを算出する。
【００８２】
図７は、θの例を示す模式図である。図７に示す壁面は、建築物（観察対象物）の表面である。図７では、レーザ光＃２（具体的には、レーザ光＃２を照射する測距部１２の光軸）と壁面との角度をθとして表している。また、図７では、説明を簡単にするために、２つのレーザ光＃１，＃２を図示するとともに、レーザ光＃１，＃２により生じる２つの輝点間の距離をＤ’として図示している。また、レーザ光＃１，＃２の間隔をＤとする。Ｄは、既知である。
【００８３】
レーザ光＃１を照射した測距部１２が測定した距離（その測距部１２からレーザ光の反射点までの距離）をＬ１とする。同様に、レーザ光＃２を照射した測距部１２が測定した距離をＬ２とする。測定された２つの距離（ここではＬ１，Ｌ２）のうち、大きい方の距離から小さい方の距離を減算した値をΔＬとする。測距制御部１３は、以下に示す式（１）の計算により測距部１２の光軸と壁面とのなす角度θ（誘導装置１１と観察対象物との角度）を算出する。
【００８４】
θ＝ｔａｎ−１（Ｄ／ΔＬ）        ・・・（１）
【００８５】
測距制御部１３は、算出した角度θ、および、各測距部１２が測定した各距離を、ＵＡＶ制御部４に伝送する。全体制御部１４は、その角度θおよび各距離に基づいて、輝点群の位置関係を計算する。
【００８６】
輝点群の位置関係を、輝点間の距離で表してもよい。この場合、測距制御部１３は、輝点のペア毎に輝点間の距離を計算する。
【００８７】
全体制御部１４は、図７に示す輝点間の距離Ｄ’を以下に示す式（２）によって計算すればよい。
【００８８】
【数１】
2017224123.tif 000003
【００８９】
全体制御部１４は、他の輝点のペアについてもそれぞれ、同様に、輝点間の距離を計算する。
【００９０】
輝点群の位置関係を、各輝点のワールド座標系における３次元座標で表してもよい。この場合、全体制御部１４は、各輝点のワールド座標系における３次元座標を計算する。全体制御部１４は３次元空間におけるレーザ光（直線）と壁面（平面）との交点の座標として、輝点の３次元座標を計算すればよい。ＵＡＶ１が飛行する空間が３次元空間である場合、本発明では、最低３個の輝点が必要である。図７では、説明を簡単にするために、２次元でレーザ光や壁面を図示しているが、３次元空間におけるレーザ光（直線）と壁面（平面）との交点の座標を求める方法は、公知であるので、ここでは説明を省略する。なお、輝点の数は、測距部１２の数と同数である。ここでは、誘導装置１１には３つの測距部１２が設けられ、全体制御部１４は、３つの輝点のワールド座標系における３次元座標をそれぞれ計算する。
【００９１】
各輝点の３次元座標を表す際の原点は、固定的に定められた原点でなくてよい。例えば、全体制御部１４は、輝点群に属する輝点の１つを原点として、各輝点の３次元座標を計算してもよい。
【００９２】
輝点のペア毎に計算された輝点間の距離も、各輝点のワールド座標系における３次元座標も、輝点群の位置関係を表わしていて、両者は等価であると言うことができる。また、輝点のペア毎に計算された輝点間の距離も、各輝点のワールド座標系における３次元座標も、各測距部１２が測定した距離に基づいて計算された値であると言うことができる。
【００９３】
全体制御部１４は、輝点群の位置関係の計算結果を、誘導装置通信部１８を介してＵＡＶ１に伝送する。全体制御部１４は、輝点群の位置関係として、輝点のペア毎に計算された輝点間の距離をＵＡＶ１に伝送しても、各輝点のワールド座標系における３次元座標をＵＡＶ１に伝送してもよい。以下の説明では、全体制御部１４が、輝点群の位置関係として、各輝点のワールド座標系における３次元座標をＵＡＶ１に伝送する場合を例にして説明する。
【００９４】
次に、ＵＡＶ１のＵＡＶ制御部４は、撮像装置６で壁面に生じている輝点群を撮像し、撮像装置６が生成した画像内における各輝点の位置（座標）を求める（ステップＳ１４）。このとき、各測距部１２はレーザ光を連続照射しているので、各輝点が画像に写る。図８は、画像内で１つの輝点が複数画素に跨っている場合の、画像におけるその輝点の位置を示す模式図である。図８の上段では、複数画素に跨る１つの輝点の形状を模式的に示している。また、図８の下段では、上段に示す基準線に沿ったレーザ光の輝度の分布を示している。ＵＡＶ制御部４は、１つの輝点が複数画素に跨っている場合、輝点内の輝度を考慮した輝点の重心位置となる画素を特定し、その画素の位置を、輝点の位置として定めればよい。
【００９５】
画像内における各輝点の位置（座標）は、画像内における輝点群の位置関係を表していると言うことができる。
【００９６】
次に、ＵＡＶ制御部４は、ステップＳ１３で計算された輝点群の位置関係と、画像内における輝点群の位置関係とに基づいて、ＵＡＶ１と輝点群との距離、および、観察対象物に対するＵＡＶ１の姿勢を求める（ステップＳ１５）。
【００９７】
図９および図１０は、画像内における輝点群の位置関係の例を示す模式図である。なお、図９および図１０では、輝点が４つである場合を例にしている。
【００９８】
図９（ａ）に示すように、壁面とレーザ光の光線とのなす角度が直角であり（すなわち、誘導装置１１が壁面に正対しており）、ＵＡＶ１が壁面に正対して図９（ｂ）に示す画像が得られる場合に、ＵＡＶ１と輝点群との距離、およびＵＡＶ１の姿勢が適切であると言えるものとする。この場合、図９（ｃ）に示すように、輝点同士の距離が図９（ｂ）に示す場合よりも短い場合、ＵＡＶ１は壁面から離れた状態となっている。また、図９（ｄ）に示すように、点同士の距離が図９（ｂ）に示す場合よりも長い場合、ＵＡＶ１は壁面に近づいた状態となっている。また、図９（ｅ）に示すように、輝点群が台形の頂点となっている場合、ＵＡＶ１は壁面に正対していない。
【００９９】
また、図１０（ａ）に示すように、壁面とレーザ光の光線とのなす角度が直角ではなく（すなわち、誘導装置１１が壁面に正対しておらず）、ＵＡＶ１が壁面に正対して図１０（ｂ）に示す画像が得られる場合に、ＵＡＶ１と輝点群との距離、およびＵＡＶ１の姿勢が適切であると言えるものとする。この場合、図１０（ｃ）に示すように、輝点群の位置関係が図１０（ｂ）に示す位置関係と異なる場合、ＵＡＶ１は壁面に正対していない。
【０１００】
ステップＳ１５において、ＵＡＶ１と輝点群との距離、および、ＵＡＶ１の姿勢を求める処理の一例を以下に示す。ただし、以下に示す処理は、例であり、他の方法でＵＡＶ制御部４が距離や姿勢を求めてもよい。図９および図１０では、輝点が４つである場合を例示したが、以下の説明では、輝点が３つであるものとして説明する。
【０１０１】
以下、３つの輝点をＡ，Ｂ，Ｃとする。ＵＡＶ制御部４は、輝点毎に、以下の式（３）に示す行列を定める。添え字は、対応する輝点を表している。
【０１０２】
【数２】
2017224123.tif 000004
【０１０３】
（ｘＡ，ｙＡ，ｚＡ）は、ステップＳ１３で計算された輝点Ａのワールド座標系における３次元座標である。同様に、（ｘＢ，ｙＢ，ｚＢ）は、輝点Ｂのワールド座標系における３次元座標である。（ｘＣ，ｙＣ，ｚＣ）は、輝点Ｃのワールド座標系における３次元座標である。
【０１０４】
また、ＵＡＶ制御部４は、輝点毎に、以下の式（４）に示す行列を定める。
【０１０５】
【数３】
2017224123.tif 000005
【０１０６】
（ｕＡ，ｖＡ）は、ステップＳ１４で求められた輝点Ａの画面座標系における２次元座標（すなわち、画像内における輝点Ａの座標）である。同様に、（ｕＢ，ｖＢ）は、輝点Ｂの画面座標系における２次元座標である。（ｕＣ，ｖＣ）は、輝点Ｃの画面座標系における２次元座標である。
【０１０７】
また、ＵＡＶ１のカメラ行列をＭとすると、Ｍは既知であり、以下の式（５）で表されるものとする。
【０１０８】
【数４】
2017224123.tif 000006
【０１０９】
ＵＡＶ１に搭載される撮像装置６の位置と姿勢を表す同次変換行列Ｒを、以下の式（６）のように表す。
【０１１０】
【数５】
2017224123.tif 000007
【０１１１】
同次変換行列Ｒにおいて、ｒ１１〜ｒ３３は、回転を表し、以下に示すように、（α，β，γ）の関数で表される。
【０１１２】
ｒ１１＝ｃｏｓαｃｏｓβｃｏｓγ−ｓｉｎαｓｉｎγ
ｒ１２＝−ｃｏｓαｃｏｓβｓｉｎγ−ｓｉｎαｃｏｓγ
ｒ１３＝ｃｏｓαｓｉｎβ
ｒ２１＝ｓｉｎαｃｏｓβｃｏｓγ＋ｃｏｓαｓｉｎγ
ｒ２２＝−ｓｉｎαｃｏｓβｓｉｎγ＋ｃｏｓαｃｏｓγ
ｒ２３＝ｓｉｎαｓｉｎβ
ｒ３１＝−ｓｉｎβｃｏｓγ
ｒ３２＝ｓｉｎβｓｉｎγ
ｒ３３＝ｃｏｓβ
【０１１３】
ここで、α，β，γの組み合わせは、ＵＡＶ１の姿勢を表している。図１１は、ＵＡＶ１と壁面との位置関係を２次元で示した模式図である。壁面の方位角をθ２とする。また、ＵＡＶ１の方位角をθ３とする。αは、壁面に対するＵＡＶ１の相対的な向きであり、θ２−θ３に相当する。また、ＵＡＶ１と壁面との位置関係を別の２次元で表すことができ、その２次元における壁面に対するＵＡＶ１の相対的な向きをβとする。
【０１１４】
また、γは、実空間における輝点群と、画像内に写っている輝点群とのずれを表す。例えば、実空間では、輝点Ａ，Ｂが水平に並んでいたとしても、画像内では、輝点Ａ，Ｂが斜め方向に並ぶこともある。γは、このようなずれを表す。
【０１１５】
また、式（６）におけるｔｘ，ｔｙ，ｔｚは、それぞれ各輝点とＵＡＶ１の撮像装置６との相対位置（相対距離）を表す。
【０１１６】
従って、ＵＡＶ制御部４は、ＵＡＶ１と輝点群との距離、および、ＵＡＶ１の姿勢として、ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ，α，β，γを計算すればよい。
【０１１７】
全てのワールド座標系の輝点の座標は、同一の同次変換行列Ｒを用いて画像内の座標に変換される。従って、以下の式（７）が成り立つ。
【０１１８】
【数６】
2017224123.tif 000008
【０１１９】
式（７）は、ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ，α，β，γ以外が既知である６元連立方程式である。ＵＡＶ制御部４は、この６元連立方程式（式（７））を解くことによって、ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ，α，β，γを算出する。
【０１２０】
なお、輝点が３つである場合、ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ，α，β，γを一意に求めることができる。輝点が４つ以上である場合、ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ，α，β，γが一意に定まらない場合がある。これは、測定誤差が含まれることによる。輝点が４つ以上である場合、ＵＡＶ制御部４は、変数に対して誤差が小さくなるようなｔｘ，ｔｙ，ｔｚ，α，β，γを算出すればよい。
【０１２１】
輝点の数を増やせば撮像時の誤差を減らすことができるが、光源が増えて装置が複雑になるとともに、計算も複雑になる。距離や用途に応じて、適切な輝点の数を選択すればよい。
【０１２２】
ステップＳ１５の後、ＵＡＶ制御部４は、ステップＳ１５で算出されたｔｘ，ｔｙ，ｔｚ，α，β，γに基づいて、ＵＡＶ１と輝点群との距離、および、観察対象物に対するＵＡＶ１の姿勢が、所望の距離、所望の姿勢になるように、ＵＡＶ１を制御し、ＵＡＶ１を移動させたり、姿勢を変更させたりする（ステップＳ１６）。ステップＳ１５において、現在のｔｘ，ｔｙ，ｔｚ，α，β，γが得られるため、ＵＡＶ制御部４は、これらの値に基づいてモータドライバ３に対する指令値を決定する。本実施形態では、ＵＡＶ制御部４は、ＵＡＶ１が壁面の輝点群に対して一定距離を保ちつつ、正対し、かつ、撮像装置６が輝点群を画像内の適切な領域（例えば、中央の領域）に写すことができる位置に移動するように、ＵＡＶ１を制御する。
【０１２３】
自動モードが設定されている間、ＵＡＶ１の位置を変更させる場合、ステップＳ１６の後、再度、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。従って、ＵＡＶ１は観察対象物に対して適切な位置および姿勢になるように制御される。このため、操縦者が誘導装置１１全体の向きを変えてレーザ光の照射位置（換言すれば、輝点群の位置）を変えても、ＵＡＶ１は、輝点群を追いかけるように移動する。また、風等によりＵＡＶ１に対して外乱が加えられても、自動的に、ＵＡＶ１は適切な位置に復帰する。
【０１２４】
本実施形態によれば、ＵＡＶ制御部４は、ステップＳ１３で計算された輝点群の位置関係と、画像内における輝点群の位置関係とに基づいて、ＵＡＶ１と輝点群との距離、および、観察対象物に対するＵＡＶ１の姿勢を求める。そして、ＵＡＶ制御部４は、ＵＡＶ１と輝点群との距離、および、観察対象物に対するＵＡＶ１の姿勢が、所望の距離、所望の姿勢になるように、ＵＡＶ１を制御する。従って、輝点群に近い位置で、自動モードに切り替えることにより、ＵＡＶ１と輝点群との距離、および、観察対象物に対するＵＡＶ１の姿勢を所望の状態に保つことができる。また、レーザ光の照射位置を変えると、ＵＡＶ１は、自動でその照射位置を追跡することができる。すなわち、ＵＡＶ１は、観察対象物との接触を回避し、観察対象物との距離、観察対象物に対する向きを自動で維持しつつ、安定して飛行することができる。
【０１２５】
また、本発明では、ＵＡＶ１に、観察対象物との距離を直接計測する距離センサを設ける必要がないため、ＵＡＶ１の質量増加を抑えることができる。また、ＵＡＶ制御部４が実行する処理は比較的単純な処理であるため、過剰な計算機をＵＡＶ１に搭載しなくてよい。また、ＵＡＶ制御部４が実行する処理により生じる電力消費は小さい。従って、ＵＡＶ１の飛行時間の短縮を防止しすることができる。
【０１２６】
また、測距部１２は、レーザ光により反射点（換言すれば、輝点）までの距離を測定する。そのため、反射点までの距離が変わっても、測定精度の低下が起こりにくい。本実施形態では、そのような測距部１２と、ＵＡＶ１に搭載された撮像装置６とを組み合わせて、観察対象物に対するＵＡＶ１の位置等を求めている。一般に、画像内における物体の大きさと、その物体の実際の大きさを基に、その物体までの距離を求める場合の分解能は、撮像装置の分解能および撮像装置とその物体との距離に依存し、その距離が大きくなると、誤差が大きくなる。それに対して、本実施形態では、ＵＡＶ１に搭載された撮像装置６が、輝点群に近接して輝点群を撮像し、その輝点群の位置関係を求めるため、誤差が原理的に少なくなる。従って、本実施形態では、観察対象物に対するＵＡＶ１の位置や姿勢は、原理的に高精度に得られる。
【０１２７】
また、本実施形態の付随的な効果として、操縦者は、ＵＡＶ１と観察対象物との接触を気にすることなく直感的に自由にＵＡＶ１を操縦できる。すなわち、操縦者は、観察対象物やその周辺の自由空間における配置を事前に知らなくてよい。また、ＵＡＶ１の大雑把な移動は、手動モードによる操縦で迅速に行い、ＵＡＶ１が観察対象物に近づいた後は自動モードで、ＵＡＶ１が自動で飛行する。操縦者は、ＵＡＶ１またはＵＡＶ１の近傍の輝点群を目視したまま手元で操作可能であり、特別な機器の操作に気を使う必要がない。
【０１２８】
実施形態２．
第１の実施形態では、ＵＡＶ１が適切な姿勢となったときに、ＵＡＶ１が観察対象物の表面に正対しているものとした。第２の実施形態では、適切な姿勢となったときのＵＡＶ１の状態は、ＵＡＶ１が観察対象物の表面に正対した状態でなくてもよい。
【０１２９】
第２の実施形態におけるＵＡＶ１の構成は、第１の実施形態におけるＵＡＶ１の構成と同様であり、図２のように表すことができる。ただし、第２の実施形態では、ＵＡＶ１の方位角の情報も用いる。そのため、ＵＡＶ１のＩＭＵ７（図２参照）は、ＩＭＵ７が備える加速度センサが求めた重力の方向や加速度の方向等とともに、ＩＭＵ７が備える方位角センサが求めたＵＡＶ１の方位角の情報も出力する。
【０１３０】
また、ＵＡＶ制御部４は、壁面までの距離と姿勢を求める際に、ＩＭＵ７の方位角センサが求めたＵＡＶ１の方位角や、誘導装置１１が求めた壁面（観察対象物の表面）の方位角を用いる。
【０１３１】
ＵＡＶ１のその他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。
【０１３２】
図１２は、第２の実施形態における誘導装置１１の構成例を示すブロック図である。第２の実施形態における誘導装置１１は、第１の実施形態における誘導装置１１が備える要素に加え、ＩＭＵ１７（図１２参照）を備える。
【０１３３】
誘導装置１１のＩＭＵ１７は、方位角センサを含み、少なくとも３軸（南北方向の軸、東西方向の軸、および高さ方向の軸）の方位角情報を全体制御部１４に出力する。方位角センサは、地球の地磁気を基に、誘導装置１１の方位角をリアルタイムで立体的に求める。なお、誘導装置１１の方位角は、具体的には、レーザ光の光線の方位角（換言すれば、測距部１２の光軸の方位角）である。本実施形態でも、各レーザ光が平行であるものとして説明する。また、ＩＭＵ１７に関しては、方位角の情報を求めることが重要であるが、ＩＭＵ１７は、さらに加速度センサを含んでいてもよい。ＩＭＵ１７が加速度センサを含んでいる場合、誘導装置１１の振動を測定し測距部１２のレーザ光に補正をかけたり、方位角をリアルタイムに検出する際に精度を高めたりすることができる。
【０１３４】
なお、方位角センサは、地磁気センサに限定されない。例えば、方位角センサは、経緯儀（トランシット、セオドライト）に基準となる向きを割り当てた構成であってもよい。また、方位角センサは、時計と天体の向きから方位角を求める構成であってもよい。また、複数のＧＰＳアンテナが設けられ、方位角センサは、各ＧＰＳアンテナから得られるＧＰＳ電波の位相差から方位角を求めてもよい。
【０１３５】
次に、本発明の第２の実施形態の処理経過について説明する。手動モードでの処理経過は、第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。
【０１３６】
図１３は、第２の実施形態における自動モードでの処理経過の例を示すフローチャートである。第１の実施形態における自動モードでの動作と同様の動作に関しては、図６と同一の符号を付す。
【０１３７】
自動モードに移行後、誘導装置１１のそれぞれの測距部１２が、観察対象物の観察位置にレーザ光を照射する（ステップＳ１１）。そして、ＩＭＵ１７が、誘導装置１１の方位角（レーザ光の光線の方位角）を測定する（ステップＳ２１）。
【０１３８】
次に、それぞれの測距部１２が、測距部１２と観察対象物との距離を測定する（ステップＳ１２）。第１の実施形態で説明したように、それぞれの測距部１２が距離を測定した後には、測距制御部１３は、各測距部１２にレーザ光を連続照射させる。続いて、測距制御部１３および全体制御部１４は、複数の測距部１２からレーザ光が照射されたことによって観察対象物に生じる輝点群の位置関係を計算する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において、測距制御部１３は、第１の実施形態と同様に、式（１）の計算によって、レーザ光の光線と壁面とのなす角度θを求める。
【０１３９】
ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３は、第１の実施形態におけるステップＳ１１，Ｓ１２、Ｓ１３と同様である。
【０１４０】
次に、誘導装置１１の全体制御部１４は、壁面の方位角を求める（ステップＳ２２）。全体制御部１４は、ステップＳ２１で求めたレーザ光の光線の方位角と、ステップＳ１３の処理過程で求められるレーザ光の光線と壁面とのなす角度θとを用いて、壁面の方位角を求める。
【０１４１】
図１４は、誘導装置１１と壁面との位置関係を２次元で表した模式図である。Ｄ，Ｄ’は、図７に示したＤ，Ｄ’と同様である。また、Ｌ１，Ｌ２，ΔＬも、第１の実施形態で説明したＬ１，Ｌ２，ΔＬと同様である。
【０１４２】
ステップＳ２１で求めたレーザ光の光線の方位角（誘導装置１１の方位角）をθ１とする。また、壁面の方位角をθ２とする（図１４参照）。全体制御部１４は、壁面の方位角θ２を以下に示す式（８）の計算によって算出する。
【０１４３】
θ２＝θ＋θ１＋（π／２）          ・・・（８）
【０１４４】
全体制御部１４は、ステップＳ１３で計算した輝点群の位置関係と、ステップＳ２２で求めた壁面の方位角θ２とを、誘導装置通信部１８を介してＵＡＶ１に伝送する。
【０１４５】
次に、ＵＡＶ１のＩＭＵ７は、ＵＡＶ１の方位角を計測し、ＵＡＶ１の方位角をＵＡＶ制御部４に出力する（ステップＳ２３）。
【０１４６】
次に、ＵＡＶ制御部４は、撮像装置６で壁面に生じている輝点群を撮像し、撮像装置６が生成した画像内における各輝点の位置（座標）を求める（ステップＳ１４）。このとき、各測距部１２はレーザ光を連続照射しているので、各輝点が画像に写る。ステップＳ１４は、第１の実施形態におけるステップＳ１４と同様である。
【０１４７】
そして、ＵＡＶ制御部４は、ステップＳ１３で計算された輝点群の位置関係と、画像内における輝点群の位置関係とに基づいて、ＵＡＶ１と輝点群との距離、および、観察対象物に対するＵＡＶ１の姿勢を求める（ステップＳ２４）。
【０１４８】
ステップＳ２４では、第１の実施形態におけるステップＳ１５（図６参照）と同様の演算を行ってもよいが、第２の実施形態では、ステップＳ２２で算出された壁面の方位角と、ステップＳ２３でＩＭＵ７が求めたＵＡＶ１の方位角を用いる場合を例にして説明する。
【０１４９】
第１の実施形態では、ＵＡＶ制御部４が、ＵＡＶ１の姿勢を表すα，β，γを、６元連立方程式（式（７））を解くことによって求める場合を例にして説明した。ここでは、ＵＡＶ制御部４が、ステップＳ２２で算出された壁面の方位角と、ステップＳ２３でＩＭＵ７が求めたＵＡＶ１の方位角から、α，β，γを算出する。その上で、ＵＡＶ制御部４は、各輝点とＵＡＶ１の撮像装置６との相対位置（相対距離）を表すｔｘ，ｔｙ，ｔｚを算出する。例えば、ＵＡＶ制御部４は、壁面の方位角とＩＭＵ７が求めたＵＡＶ１の方位角とから求めたα，β，γを、同次変換行列Ｒの要素ｒ１１〜ｒ３３に代入し、式（７）をｔｘ，ｔｙ，ｔｚについて解くことによって、ｔｘ，ｔｙ，ｔｚを求めればよい。
【０１５０】
相対距離や姿勢を算出する際に、ＩＭＵ１７の出力に基づいて算出された壁面の方位角や、ＩＭＵ７の出力を用いることで、姿勢等をより正確に計算することができる。例えば、壁面と撮像装置６の光軸とのなす角度が９０°である場合に撮像装置６が輝点群を撮影することによって得た画像と、その状態からわずかにずれた状態（例えば、壁面と撮像装置６の光軸とのなす角度が９１°となった状態）で撮像装置６が輝点群を撮影することによって得た画像とでは、あまり変化がない。そのため、第１の実施形態で説明したように、連立方程式を解くことによって姿勢等を求める場合には、画像の変化が撮像誤差に埋もれてしまい、姿勢等の計算精度が低下する場合がある。一方、ＩＭＵ１７の出力に基づいて算出された壁面の方位角や、ＩＭＵ７の出力を直接用いて、α，β，γを計算する場合には、より高い精度で、α，β，γ等を計算できる。
【０１５１】
ただし、ＵＡＶ１と輝点群との距離、および、観察対象物に対するＵＡＶ１の姿勢の算出方法は、上記の例に限定されない。
【０１５２】
ステップＳ２４の後、ＵＡＶ制御部４は、ステップＳ２４で算出された現在のＵＡＶ１と輝点群との距離、および、観察対象物に対するＵＡＶ１の姿勢に基づいて、ＵＡＶ１と輝点群との距離、および、観察対象物に対するＵＡＶ１の姿勢が、所望の距離、所望の姿勢になるように、ＵＡＶ１を制御し、ＵＡＶ１を移動させたり、姿勢を変更させたりする（ステップＳ１６）。ステップＳ１６は、第１の実施形態におけるステップＳ１６と同様である。ただし、第２の実施形態では、適切な姿勢となったときのＵＡＶ１の状態は、ＵＡＶ１が観察対象物の表面に正対した状態でなくてもよい。すなわち、ＵＡＶ制御部４は、ＵＡＶ１が壁面の輝点群に対して一定距離を保ちつつ、撮像装置６が輝点群を画像内の適切な領域（例えば、中央の領域）に写すことができる位置に移動するように、ＵＡＶ１を制御する。
【０１５３】
自動モードが設定されている間、ＵＡＶ１の位置を変更させる場合、ステップＳ１６の後、再度、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。
【０１５４】
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１５５】
また、上述のように、相対距離や姿勢を算出する際に、ＩＭＵ１７の出力に基づいて算出された壁面の方位角や、ＩＭＵ７の出力を用いることで、姿勢等をより正確に計算することができる。
【０１５６】
また、第２の実施形態では、誘導装置１１の全体制御部１４は、ＩＭＵ１７の出力を用いて、壁面の方位角を求める。このため、ＵＡＶ１が観察対象物の壁面と正対していなくても、ＵＡＶ１と壁面との最短距離（ＵＡＶ１と輝点群との距離ではない。）を求めることができる。そのため、ＵＡＶ１が観察対象物に接触する危険性を低減することができる。
【０１５７】
実施形態３．
第３の実施形態では、第１の実施形態または第２の実施形態の動作に加え、ＵＡＶ１は、輝点群を見失った場合（すなわち、観察対象物の表面に生じた輝点群が撮像装置６の撮像範囲から外れた場合）に、輝点群が撮像装置６の撮像範囲に収まる状態に復帰する動作を実行する。
【０１５８】
第３の実施形態における誘導装置１１は、第１の実施形態または第２の実施形態における誘導装置１１と同様である。
【０１５９】
図１５は、第３の実施形態におけるＵＡＶ１の構成例を示すブロック図である。第３の実施形態におけるＵＡＶ１は、第１の実施形態または第２の実施形態におけるＵＡＶ１が備える要素に加え、記憶装置９を備える。
【０１６０】
記憶装置９は、撮像装置６が撮像によって得た画像と、ＩＭＵ７が備える加速度センサが出力する加速度情報とを、画像や情報が得られた日時の情報とともに記憶する。なお、ＵＡＶ制御部４に含まれるメモリまたはストレージが、記憶装置９として用いられてもよい。
【０１６１】
第３の実施形態では、ＵＡＶ制御部４は、第１の実施形態または第２の実施形態におけるＵＡＶ制御部４の機能に加え、以下に示す動作も行う。
【０１６２】
ＵＡＶ制御部４は、現在の日時を認識する。
【０１６３】
ＵＡＶ制御部４は、撮像装置６から画像を取得したり、ＩＭＵ７から加速度情報を取得したりしたときに、その画像や加速度情報を、現在の日時（画像や加速度情報を取得した日時）とともに、記憶装置９に記憶させる。
【０１６４】
ＵＡＶ制御部４は、自動モードにおいて、撮像装置６が撮像によって得た画像中から輝点群が消失した場合、輝点群が消失した時点の直前の複数の画像および加速度情報を、記憶装置９から読み出し、その複数の画像や、加速度情報に基づいて、画像中から輝点群が消失する直前のＵＡＶ１の動きを推定する。
【０１６５】
さらに、ＵＡＶ制御部４は、上記のように推定したＵＡＶ１の動きを補正するように、ＵＡＶ１または撮像装置６を駆動させる。
【０１６６】
なお、第３の実施形態における必須の動作ではないが、ＵＡＶ制御部４は、画像中から輝点群が消失する直前のＵＡＶ１の動きの推定結果や、ＵＡＶ１の動きを補正するようにＵＡＶ１等を駆動させた結果に関する情報を、誘導装置１１に通達してもよい。ＵＡＶ制御部４がそのような動作を行う場合、誘導装置１１が通達された情報を表示等すれば、操縦者は、ＵＡＶ１の現在の状態を認識することができる。
【０１６７】
次に、第３の実施形態の処理経過について説明する。第３の実施形態では、第１の実施形態または第２の実施形態における動作を実行することを前提とする。さらに、第３の実施形態では、ＵＡＶ１は、以下に説明する動作を行う。図１６は、第３の実施形態におけるＵＡＶ１の処理経過の例を示すフローチャートである。図１６に示すフローチャートの動作開始時において、ＵＡＶ１は自動モードで飛行していて、輝点群に対して、適切な距離および姿勢を保つように飛行しているものとする。
【０１６８】
ＵＡＶ制御部４は、撮像装置６から画像を取得したり、ＩＭＵ７から姿勢情報（ここでは、具体的には、ＩＭＵ７が備える加速度センサが出力する加速度情報）を取得したりする毎に、画像や姿勢情報（以下、加速度情報と記す。）に、その時点の日時の情報を対応付けて、記憶装置９に記憶させる（ステップＳ３１）。
【０１６９】
ＵＡＶ制御部４は、撮像装置６から新たに画像を取得した場合、輝点群を見失ったか否かを判定する（ステップＳ３２）。すなわち、ＵＡＶ制御部４は、ステップＳ３２において、観察対象物の表面に生じた輝点群が撮像装置６の撮像範囲から外れたか否かを判定する。ＵＡＶ制御部４は、新たに取得した画像に輝点群が写っていない場合、輝点群を見失ったと判定すればよい。また、ＵＡＶ制御部４は、新たに取得した画像に輝点群が写っている場合、輝点群を見失っていないと判定すればよい。
【０１７０】
輝点群を見失っていない場合（ステップＳ３２のＮｏ）、ＵＡＶ制御部４は、ステップＳ３１以降の処理を再度、実行する。
【０１７１】
輝点群を見失った場合（ステップＳ３２のＹｅｓ）、ＵＡＶ制御部４は、輝点群を見失った時点の直前の複数の画像または加速度情報、あるいは、その両方を、記憶装置９から読み込む（ステップＳ３３）。
【０１７２】
次に、ＵＡＶ制御部４は、ステップＳ３３で読み込んだデータ（輝点群を見失った時点の直前の複数の画像または加速度情報、あるいは、その両方）を時系列順に並べて、輝点群を見失った時点の直前にＵＡＶ１が移動した方向や移動量を推定する（ステップＳ３４）。輝点群を見失った時点の直前の複数の画像に基づいて推定する場合、ＵＡＶ制御部４は、画像内の輝点群の位置が時系列順に変化した方向の逆の方向にＵＡＶ１が移動したと推定することができる。また、輝点群を見失った時点の直前の複数の加速度情報（ＩＭＵ７の出力）に基づいて推定する場合、ＵＡＶ制御部４は、各方向の加速度を２回積分した値がＵＡＶ１の移動方向であると推定することができる。画像に基づく推定と、加速度情報に基づく推定とをそれぞれ個別に行ってもよいが、ＵＡＶ制御部４は、それらのデータを連動させることで、ＵＡＶ１の移動推定精度を向上させることができる。
【０１７３】
次に、ＵＡＶ制御部４は、ステップＳ３４で推定したＵＡＶ１の移動（輝点群を見失うまでのＵＡＶ１の移動）を打ち消すように、ＵＡＶ１を制御し、撮像装置６で撮像を行うことによって、壁面上の輝点群を探索する（ステップＳ３５）。ＵＡＶ制御部４は、ステップＳ３４で推定したＵＡＶ１の移動を打ち消すように、ＵＡＶ１の姿勢および位置のいずれか一方または両方を変化させればよい。壁面上の輝点群を撮像できる状態になったならば（すなわち、画像に輝点群が写ったならば）、ＵＡＶ制御部４は、引き続き自動モードでの動作を行い、また、ステップＳ３１以降の処理を行う。ＵＡＶ制御部４は、ステップＳ３４で推定した移動方向とは逆方向に、推定した移動量だけ移動させるようにＵＡＶ１を制御してもよい。また、ＵＡＶ制御部４は、ステップＳ３５において、ＵＡＶ１を移動させずに、ＵＡＶ１の姿勢制御（回転制御）のみで輝点群を探索してもよい。また、ステップＳ３５において、ＵＡＶ制御部４は、一旦、観察対象物から離れる方向にＵＡＶ１を移動させることで撮像装置６の撮像範囲を広げ、輝点群の探索に成功した後に、改めて観察対象物に接近するようにＵＡＶ１を制御してもよい。
【０１７４】
第１の実施形態および第２の実施形態で説明したように、ＵＡＶ制御部４は、撮像装置６が輝点群を画像内の適切な領域に写すことができる位置に移動するように、ＵＡＶ１を制御する。しかし、ＵＡＶ１の移動速度は、画像等の検出速度に比べて遅いため、ＵＡＶ１の制御が間に合わず、ＵＡＶ制御部４が輝点群を見失う場合が発生し得る。第３の実施形態では、このような場合に、輝点群を撮像できる状態までＵＡＶ１を復帰させることができる。
【０１７５】
また、ＵＡＶ制御部４が輝点群を見失う態様として、ＵＡＶ１が突風等の外乱により移動してしまった場合と、操縦者が誘導装置１１の向きを変えたために観察対象物の表面上の輝点群の位置が変化してしまった場合の２種類が考えられる。前者の場合、撮像装置６が撮像によって生成した画像内の輝点群の位置は比較的ゆっくり移動し、また、ＩＭＵ７もＵＡＶ１が移動したことを検出する。これに対し、後者の場合、ＵＡＶ１は実際には動いていないため、ＩＭＵ７はＵＡＶ１の移動を検出しない。さらに、ＵＡＶ１と誘導装置１１とが離れている場合には、誘導装置１１の向きを変えた場合の輝点群位置の移動速度は非常に高速であるため、ＵＡＶ１の撮像装置６から見た輝点は、突然消失したように見える場合が多い。よって、ステップＳ３４において、ＵＡＶ制御部４が、輝点群を見失った態様を検出し、ステップＳ３５におけるＵＡＶ１の制御方法として、その態様に適した制御方法を用いることが好ましい。
【０１７６】
すなわち、ＩＭＵ７によってＵＡＶ１の移動が検出され、また、画像内の輝点群の移動が遅い場合には、ＵＡＶ制御部４は、観察対象物上の輝点群の位置は変わらず、ＵＡＶ１の位置が変換したと判断する。この場合、ＵＡＶ制御部４は、ＵＡＶ１が元の位置に戻るようにＵＡＶ１を制御する。また、ＩＭＵ７によってＵＡＶ１の移動は検出されないが、画像内の輝点群の移動が速かったり、輝点群が突然画像内に写らなくなったりした場合には、ＵＡＶ制御部４は、操縦者が誘導装置１１の向きを変えたために観察対象物上の別の位置に輝点群が移動したと判断する。この場合、ＵＡＶ制御部４は、撮像装置６の撮像範囲を広げるために、直前の画像に基づいて、観察対象物から離れる方向にＵＡＶ１を移動させるように制御するか、あるいは、撮像の向きを変えるために、ＵＡＶ１を移動させずに姿勢を変えさせるように制御する。なお、撮像の向きを変える場合、ＵＡＶ制御部４は、ＵＡＶ１本体の向きではなく、角度制御部５を介して撮像装置６の向きだけを変化させてもよい。
【０１７７】
第３の実施形態によれば、以下の効果が得られる。すなわち、自動モードでＵＡＶ１が安定的に飛行している際に、ＵＡＶ１が突風等で動いてしまい輝点群が撮像装置６の撮像範囲から外れてしまったり、操縦者が誘導装置１１の向きを変えたため輝点群が移動したにも関わらずＵＡＶ１の追随が間に合わなかったりする場合が生じ得る。本実施形態によれば、このような場合であっても、ＵＡＶ制御部４は、輝点群の方向を推測し、自動で輝点群の追跡を再開することができる。
【０１７８】
実施形態４．
第４の実施形態では、第１、第２、または第３の実施形態の動作に加えて、ＵＡＶ１が輝点群ではなく観察対象物そのものの観察を目的として、観察対象物そのものを撮像する場合に、レーザ光を遮断するという動作を実行する。
【０１７９】
第４の実施形態におけるＵＡＶ１および誘導装置１１は、第１、第２、または第３の実施形態におけるＵＡＶ１および誘導装置１１と同様である。ここでは、ＵＡＶ１の構成が図２に示す構成と同様であり、誘導装置１１の構成が図３に示す構成と同様である場合を例にして説明する。
【０１８０】
第１から第３までの各実施形態では、自動モードでＵＡＶ１が観察対象物に近接する際、誘導装置１１はレーザ光を照射し、ステップＳ１４で、ＵＡＶ制御部４は、撮像装置６で観察対象物の表面上に生じた輝点群を撮像する。しかし、例えば、観察対象物の状態の診断等を目的として、ＵＡＶ１が観察対象物の表面そのものを撮像しようとする場合、観察対象物の表面に生じている輝点群は邪魔になる。
【０１８１】
そこで、本実施形態では、ＵＡＶ１が観察対象物の表面そのものを撮像する際、無人飛行装置制御システムは、誘導装置１１からのレーザ光を遮断する。具体的には、無人飛行装置制御システムは、以下の動作を行う。
【０１８２】
誘導装置１１の全体制御部１４は、レーザ光を遮断する場合、その旨の情報を、ＵＡＶ１に通達する。この通達のトリガは、例えば、手動操作入力部１５を介して入力される操縦者からの指示である。すなわち、レーザ光を遮断する旨の指示が手動操作入力部１５を介して操縦者によって入力されたならば、全体制御部１４は、レーザ光を遮断する旨の情報をＵＡＶ１に通達する。この通達のトリガは、上記の例に限定されない。例えば、ステップ１６において輝点群を写した画像が得られたことを判定する処理系（この処理系は、ＵＡＶ１内に設けられていても、ＵＡＶ１とは別の装置として実現されていてもよい。）が、輝点群を写した画像が得られたと判定し、その旨を、誘導装置１１に通知してもよい。誘導装置１１の全体制御部１４は、輝点群を写した画像が得られた旨の通知を受けたことをトリガとして、レーザ光を遮断する旨の情報をＵＡＶ１に通達してもよい。あるいは、全体制御部１４は、レーザ光を遮断する旨の情報をＵＡＶ１に通達するタイミングを、タイマーに基づいて、判断してもよい。
【０１８３】
全体制御部１４は、レーザ光を遮断する旨の情報に、レーザ光の遮断時間の情報を含めてもよい。
【０１８４】
全体制御部１４は、レーザ光を遮断する旨の情報をＵＡＶ１に通達した後、レーザ光を遮断する。遮断時間もＵＡＶ１に通達した場合には、全体制御部１４は、その遮断時間に合わせて、レーザ光を遮断する。
【０１８５】
レーザ光を遮断する方法は、誘導装置１１の各測距部１２にレーザ光の照射を停止させる方法であってもよい。この場合、全体制御部１４は、測距制御部１３を介して、各測距部１２にレーザ光の照射を停止させればよい。
【０１８６】
あるいは、レーザ光を遮断する方法として、ＵＡＶ１本体によって、レーザ光を遮断し、レーザ光が観察対象物に到達しないようにする方法を用いてもよい。この場合、全体制御部１４は、レーザ光の光線と壁面とのなす角度、および、ＵＡＶ１の位置とに基づいて、ＵＡＶ１によって遮られるレーザ光の経路を決定すればよい。そして、全体制御部１４は、測距制御部１３を介して各測距部１２に、その経路方向にレーザ光を照射させればよい。
【０１８７】
ＵＡＶ１のＵＡＶ制御部４は、レーザ光を遮断する旨の情報を受けた場合、ＩＭＵ７が出力する情報に基づいて、ＵＡＶ１を現在位置に留まらせるように、ＵＡＶ１を制御する。その状態で、ＵＡＶ制御部４は、撮像装置６に観察対象物を撮像させる。前述のように、全体制御部１４は、レーザ光を遮断する旨の情報をＵＡＶ１に通達した後、レーザ光を遮断する。従って、撮像装置６は、輝点群が生じていない状態の観察対象物の表面を撮像し、その画像を生成することができる。
【０１８８】
また、誘導装置１１の全体制御装置１４が、レーザ光の遮断を解除すると、再び、観察対象物の表面に輝点群が生じる。ＵＡＶ１は、この輝点群により、適切な位置に移動すればよい。また、全体制御装置１４は、レーザ光の遮断を解除する旨の情報をＵＡＶ１に通達してもよい。
【０１８９】
本実施形態によれば、ＵＡＶ１の撮像装置６は、輝点群が生じていない状態の観察対象物の表面を撮像し、その画像を生成することができる。従って、輝点群が写っていない画像によって、観察対象物の状態を観察することができる。
【０１９０】
なお、誘導装置１１が照射するレーザ光の波長とは異なる波長で、撮像装置６が撮像を実行できる場合には、第４の実施形態の動作は行わなくてよい。
【０１９１】
実施形態５．
図１７は、本発明の第５の実施形態における誘導装置１１の構成例を示すブロック図である。本発明の第５の実施形態では、誘導装置１１が、複数の測距部１２（図３、図１２を参照）の代わりに、多点測距部４１を備える点で、既に説明した各実施形態と異なる。誘導装置１１において、多点測距部４１以外の各要素は、第１から第４までの実施形態のいずれかにおける各要素と同様であり、説明を省略する。また、第５の実施形態におけるＵＡＶ１は、第１から第４までの実施形態のいずれかにおけるＵＡＶ１と同様であり、説明を省略する。
【０１９２】
多点測距部４１は、多点測距部４１のレーザ光出力端から出力されるレーザ光を、光線が平行になるようにしてシフトさせ、多点測距部４１からレーザ光の反射点（輝点）までの距離を測定する。
【０１９３】
図１８は、多点測距部４１の構成例を示す模式図である。多点測距部４１は、レーザ距離計４２と、平行平板回転装置４３とを備える。レーザ距離計４２は、レーザ光を照射する。平行平板回転装置４３は、後述する平行平板の回転によって、レーザ距離計４２が照射したレーザ光を平行にシフトする。また、レーザ距離計４２は、平行平板回転装置４３を制御し、平行平板の回転状態に対応する輝点までの距離を測定する。
【０１９４】
図１９は、平行平板回転装置４３の構成例を示す模式図である。平行平板回転装置４３は、平行平板４４を有する回転部材４５を備える。平行平板４４は、一方の端面４６と、他方の端面４７とが平行になるように研磨された透明な基板である。平行平板４４の材料は、例えば、ガラスまたは光学結晶等である。平行平板４４は、中空の円筒形状の回転部材４５の内部に取り付けられる。回転部材４５は、その円筒の軸を回転軸として、モータやギア等（図示略）によって回転する。ここでは、回転部材４５の回転軸と、レーザ距離計４２（図１８参照）が照射するレーザ光の光線とが一致するように、回転部材４５が配置される場合を例にして説明する。ただし、回転部材４５の回転軸と、レーザ距離計４２が照射するレーザ光の光線とが一致せずに、平行であってもよい。さらに、回転部材４５の回転軸と、レーザ距離計４２が照射するレーザ光の光線とが平行でなくてもよい。
【０１９５】
平行平板４４は、レーザ距離計４２が照射するレーザ光の光線に対して端面４６，４７が垂直にならないように、回転部材４５の内部に設けられる。
【０１９６】
回転部材４５が回転することによって、多点測距部４１のレーザ光出力端から出力されるレーザ光の光線が平行にシフトされ、その結果、輝点の位置が変化する。
【０１９７】
平行平板４４を有する回転部材４５は、レーザ光の光路を平行移動させる光学素子であると言うことができる。
【０１９８】
図２０は、レーザ距離計４２の構成例を示す模式図である。レーザ距離計４２は、１つの光源５１と、受光部５２と、測定部５３と、回転制御部５４とを認識する。
【０１９９】
光源５１は、レーザ光を照射する。受光部５２は、そのレーザ光の反射光を受光する。測定部５３は、レーザ光の照射から受光までの時間差等に基づいて、輝点（反射点）までの距離を測定する。
【０２００】
回転制御部５４は、モータやギア等（図示略）によって回転部材４５を回転させ、基準位置からの回転量を認識する。基準位置からの回転量と、回転部材４５から出力されるレーザ光の光線のシフト量とは対応している。従って、回転制御部５４はレーザ光の光線のシフト量を認識すると言うことができる。
【０２０１】
なお、受光部５２は、平行平板回転装置４３の外側に配置されていることが好ましい。レーザ距離計４２が、パルス化したレーザ光を出力し、そのレーザ光が観察対象物で反射し、戻ってくるまでの間に回転部材４５が回転し、反射光の経路が、往路と変わる可能性がある。受光部５２を平行平板回転装置４３の外側に配置することで、この影響を無視できる。
【０２０２】
次に、第５の実施形態における動作について説明する。多点測距部４１以外の動作は、他の実施形態の動作を変わらないため、以下では、多点測距部４１の動作を説明し、多点測距部４１以外の動作については説明を省略する。
【０２０３】
レーザ距離計４２の光源５１から照射されたレーザ光は、平行平板回転装置４３に入射する。平行平板回転装置４３は、レーザ光の向きは変化させずに、回転部材４５の回転状態に応じてレーザ光を平行移動させる。このため、観察対象物上のレーザ光照射位置（輝点の位置）は、レーザ距離計４２の光源５１から照射されたレーザ光の光線を延長した位置ではなく、回転部材４５の回転状態に応じてシフトしている。
【０２０４】
回転部材４５の回転状態に応じたレーザ光のシフト量について、図１９を参照して説明する。説明を簡単にするために、回転部材４５の回転軸と、レーザ距離計４２が照射するレーザ光の光線とが一致している場合を例にして説明する。
【０２０５】
レーザ距離計４２の光源５１から照射されたレーザ光は、平行平板４４に入射する際、端面４６で屈折し、平行平板４４から外部に出る際、端面４７で屈折する。この結果、平行平板４４から出たレーザ光の光線は、レーザ距離計４２の光源５１から照射されたレーザ光の光線（以下、元の光線と記す場合がある。）と平行であるが、元の光線からシフトしている。
【０２０６】
所定方向（例えば、平行平板回転装置４３の側方）から見た場合における、端面４６（平行平板４４におけるレーザ光入射側の端面）の垂線と、レーザ距離計４２の光源５１から照射されたレーザ光の光線とのなす角度をθとする。また、この所定方向から見た場合における、端面４６の垂線と、端面４６で屈折したレーザ光の進行方向とのなす角度をφとする。また、平行平板４４の屈折率をＮとする。この所定方向から見た場合における端面４６と端面４７の間隔をｔとする。なお、平行平板４４が平行四辺形であり、回転部材４５に取り付けられている辺の長さをｄとすると、ｔ＝ｄｃｏｓθである。
【０２０７】
このとき、上記の所定方向から見た場合における、平行平板４４から出たレーザ光の光線の元の光線に対するシフト量をｓとすると、ｓは、以下に示す式（９）で表すことができる。
【０２０８】
ｓ＝ｔｃｏｓθ（ｔａｎθ−ｔａｎφ）        ・・・（９）
【０２０９】
ただし、上記のように、ｔ＝ｄｃｏｓθである。また、φは、以下に示す式（１０）で表すことができる。
【０２１０】
φ＝ｓｉｎ−１（（１／Ｎ）ｓｉｎθ）          ・・・（１０）
【０２１１】
θは、回転部材４５の回転（すなわち、平行平板４４の回転）によって変化する。従って、回転部材４５の回転角度を調整することで、シフト量を変えることができる。
【０２１２】
なお、回転部材４５の回転軸と、レーザ距離計４２が照射するレーザ光の光線とが一致せずに平行であってもよい。また、回転部材４５の回転軸と、レーザ距離計４２が照射するレーザ光の光線とが平行でなくてもよい。この場合であっても、多点測距部４１（より具体的には、平行平板回転装置４３）からは、レーザ光を平行にシフトして出力することができる。
【０２１３】
本発明では、複数の輝点を発生させ、それぞれの輝点までの距離を測定する必要がある。第５の実施形態では、多点測距部４１は、個々の輝点の発生を時間的にずらす。すなわち、レーザ距離計４２の回転制御部５４が、少しずつ回転部材４５を回転させることでレーザ光の光線のシフト量を変え、輝点の発生位置をずらす。そして、位置をずらして輝点を発生させ、レーザ距離計４２の測定部５３は、現在発生させている輝点までの距離を測定すればよい。例えば、回転制御部５４が、回転部材４５を９０°ずつ回転させる毎に、光源５１がレーザ光を照射すれば、時間および位置をずらして４個の輝点を発生させることができる。レーザ距離計４２の測定部５３は、それら４個の輝点までの距離を、個々の輝点を発生させる度に、順次、測定すればよい。
【０２１４】
また、ステップＳ１４で撮像装置６が輝点群を撮像する場合、多点測距部４１が、輝点の位置をずらす動作を高速に行うことによって、撮像装置６は撮像の結果、輝点群が写った画像を生成することができる。
【０２１５】
なお、レーザ距離計４２において、回転制御部５４が回転部材４５を回転させながら光源５１がレーザ光を照射してもよい。あるいは、光源５１がレーザ光を照射するときに、回転制御部５４が回転部材４５の回転を一旦、停止し、レーザ光の照射終了後に再度、回転部材４５を回転させてもよい。
【０２１６】
第５の実施形態によれば、誘導装置１１は、複数の測距部１２の代わりに、１つの多点測距部４１を備える。従って、誘導装置１１の構成を簡易にすることができる。また、本実施形態によれば、輝点までの距離を測定する要素を１つだけ備えているので、輝点までの距離を測定する要素が複数存在する場合における個体差による距離測定誤差を減らすことができる。また、本実施形態では、多点測距部４１から出力されるレーザ光の平行度は、平行平板４４の端面４６，４７の平行度のみで決まり、平行平板４４の取り付け精度には依存しない。端面４６，４７が平行になるように平行平板４４を作成することは容易であり、多点測距部４１から出力されるレーザ光の平行度を容易に向上させることができる。輝点までの距離の測定精度や、レーザ光の平行度は、ＵＡＶ１と観察対象物との距離やＵＡＶ１の姿勢に影響するので、本実施形態では、ＵＡＶ１の位置決め精度を向上させるという効果も得ることができる。
【０２１７】
実施形態６．
図２１は、本発明の第６の実施形態における誘導装置１１の構成例を示すブロック図である。本発明の第６の実施形態の誘導装置１１は、第１から第５までの実施形態のいずれかにおける誘導装置１１の要素に加え、画像処理装置６１と、自動雲台６２とを備える。誘導装置１１において、画像処理装置６１および自動雲台６２以外の各要素は、第１から第５までの実施形態のいずれかにおける各要素と同様であり、説明を省略する。また、第６の実施形態におけるＵＡＶ１は、第１から第５までの実施形態のいずれかにおけるＵＡＶ１と同様であり、説明を省略する。ただし、手動モードでの動作は、前述の各実施形態とは一部異なる。
【０２１８】
画像処理装置６１はカメラ（図示略）を含み、そのカメラは、ＵＡＶ１を撮影するために用いられる。画像処理装置６１は、そのカメラでＵＡＶ１を撮像した結果得られる画像に基づいて、ＵＡＶ１の進行方向を判定し、その判定結果を、全体制御部１４に通知する。また、カメラおよび各測距部１２の向きが同じになるように、画像処理装置６１は、誘導装置１１に設けられている。
【０２１９】
自動雲台６２は、モータで２軸回転可能な台である。自動雲台６２には、誘導装置１１本体が取り付けられている。
【０２２０】
全体制御部１４は、画像処理装置６１から通知されたＵＡＶ１の進行方向にカメラを向けるように、自動雲台６２の向きを制御する。すなわち、全体制御部１４は、画像処理装置６１のカメラがＵＡＶ１を自動追尾するように自動雲台６２の向きを制御する。
【０２２１】
第６の実施形態では、手動モードにおいて、誘導装置１１は、ステップＳ１（図５参照）のレーザ光照射を実行しなくてよい。
【０２２２】
第６の実施形態では、手動モードにおいて、操縦者は、輝点群を目標としてＵＡＶ１を観察対象物の表面の輝点群の近傍に近づけなくてよい。操縦者は、ＵＡＶ１を観察対象物に近づけるようにＵＡＶ１を操縦し、ＵＡＶ１は手動操作情報に従って飛行すればよい。
【０２２３】
この間、画像処理装置６１のカメラはＵＡＶ１を撮像し、その結果得られる画像に基づいて、ＵＡＶ１の進行方向を判定し、その判定結果を、全体制御部１４に通知する。
【０２２４】
全体制御部１４は、画像処理装置６１から通知されたＵＡＶ１の進行方向にカメラを向けるように、自動雲台６２の向きを制御することによって、カメラによってＵＡＶ１を追尾する。
【０２２５】
ＵＡＶ１が観察対象物の近傍に近づいたことによって、操縦者は手動モードから自動モードに移行させる場合、レーザ光照射の指示を誘導装置１１に入力する。すると、全体制御部１４は、ＵＡＶ１の追尾を終了し、その時点におけるＵＡＶ１またはＵＡＶ１の近傍にレーザ光を照射する。すなわち、全体制御部１４は、測距制御部１３を介して、各測距部１２にレーザ光を照射させる。画像処理装置６１は、カメラおよび各測距部１２の向きが同じになるように、誘導装置１１に設けられ、誘導装置１１本体は自動雲台６２に取り付けられる。従って、誘導装置１１は、ＵＡＶ１またはＵＡＶ１の近傍にレーザ光を照射することができる。
【０２２６】
操縦者は、ＵＡＶ１が観察対象物の近傍に近づいたときに、レーザ光照射を指示する。従って、上記のように、誘導装置１１がレーザ光を照射した場合、そのレーザ光はＵＡＶ１の近傍の観察対象物に照射され輝点が生じる。無人飛行装置制御システムは、この状態をステップＳ１１として、自動モードの動作を行えばよい。
【０２２７】
第１から第５までの各実施形態では、手動モードから自動モードに切り替わる時に、ステップＳ１１（図６、図１３を参照）を実行する。このとき、ＵＡＶ１の位置と、観察対象物におけるレーザ光照射位置とが離れていると、手動モードから自動モードにスムーズに移行しない場合が生じ得る。
【０２２８】
本実施形態では、手動モードにおいて、誘導装置１１がＵＡＶ１を追尾し、手動モードから自動モードへの移行時に、レーザ光照射の指示が入力されると、誘導装置１１は、ＵＡＶ１またはＵＡＶ１の近傍にレーザ光を照射する。従って、ＵＡＶ１の位置と、観察対象物におけるレーザ光照射位置とが近く、手動モードから自動モードにスムーズに移行しやすくなる。その結果、操縦者が無人飛行装置制御システムを操作する際の操作性が向上する。
【０２２９】
第６の実施形態では、誘導装置１１が複数の測距部１２を備える場合を例にして説明したが、誘導装置１１は、複数の測距部１２の代わりに、多点測距部４１（図１７参照）を備えていてもよい。
【０２３０】
実施形態７．
本発明の第７の実施形態における誘導装置１１およびＵＡＶ１の構成は、第１から第６までの実施形態のいずれかにおける誘導装置１１およびＵＡＶ１の構成と同様である。
【０２３１】
ただし、各測距部１２が、測距部１２と観察対象物との距離を測定する動作（ステップＳ１２の動作）が、前述の各実施形態と異なる。
【０２３２】
各測距部１２は、それぞれ、測距部１２と観察対象物との距離を測定する際、一定範囲内でレーザ光の照射位置を変化させる。そして、各測距部１２は、一定範囲内でレーザ光の照射位置を変化させる毎に、測距部１２から反射点（輝点）までの距離を測定する。すなわち、各測距部１２は、それぞれ、一定範囲内に複数の輝点を発生させ、その輝点毎に輝点までの距離を測定する。そして、各測距部１２は、それぞれ、測定した距離の統計値（例えば、平均値または中央値）を計算し、その統計値を、距離の測定結果として測距制御部１３に出力する。
【０２３３】
複数の測距部１２は、所定個数（測距部１２の数と同数）の一定範囲毎に、一定範囲内に複数の輝点を発生させ、一定範囲内の各輝点について測定した距離の統計値を求めているということができる。この結果、所定個数の統計値が得られ、その統計値が、それぞれ、測距部１２から輝点までの距離であるとみなされる。
【０２３４】
その他の点については、前述の各実施形態と同様である。また、輝点までの距離を測定する処理の後には、各測距部１２は、一定範囲内でレーザ光の照射位置を変化させなくてよい。
【０２３５】
前述の各実施形態では、観察対象物の表面が平面であるものとして説明した。観察対象物の表面に微細な凹凸が存在した場合、各測距部１２が測定した輝点までの距離には、その凹凸による誤差が含まれてしまう。すると、輝点群の位置関係の計算結果に誤差が含まれてしまい、ＵＡＶ１の誘導精度が低下する可能性がある。
【０２３６】
本実施形態では、各測距部１２は、それぞれ、一定範囲内に複数の輝点を発生させ、その輝点毎に輝点までの距離を測定し、測定した距離の統計値を距離の測定結果として、測距制御部１３に出力する。従って、観察対象物の表面に微細な凹凸が存在したとしても、距離測定の誤差を小さくし、その結果、ＵＡＶ１の誘導精度の低下を防止することができる。
【０２３７】
第７の実施形態では、誘導装置１１が複数の測距部１２を備える場合を例にして説明したが、誘導装置１１は、複数の測距部１２の代わりに、多点測距部４１（図１７参照）を備えていてもよい。この場合、多点測距部４１は、測定しようとする輝点までの距離の数だけ、一定範囲を定め、その一定範囲毎に、一定範囲内に複数の輝点を発生させ、その輝点毎に輝点までの距離を測定し、測定した距離の統計値を距離の測定結果とすればよい。
【０２３８】
次に、本発明の概要について説明する。図２２は、本発明の無人飛行装置制御システムの概要を示すブロック図である。本発明の無人飛行装置制御システム１００は、光照射部１０１と、制御部１０２とを備える。
【０２３９】
光照射部１０１（例えば、複数の測距部１２、あるいは、多点測距部４１）は、対象物（例えば、観察対象物）に対して光（例えば、レーザ光）を照射する。
【０２４０】
制御部１０２（例えば、ＵＡＶ制御部４）は、照射された光により対象物上に生じた輝点群の位置関係と、無人飛行装置（例えば、ＵＡＶ１）に搭載された撮像装置（例えば、撮像装置６）により輝点群を撮像して得られた画像における輝点群の位置関係とに基づき、無人飛行装置の飛行を制御する。
【０２４１】
そのような構成により、無人飛行装置の飛行時間の短縮を防止しつつ、対象物の近傍に精度よく無人飛行装置を誘導することができる。
【０２４２】
光照射部１０１が、光照射部１０１と対象物上に生じた各輝点との距離をそれぞれ測定し、光照射部１０１と各輝点との距離に基づいて、対象物上に生じた輝点群の位置関係を計算する位置関係計算部（例えば、全体制御部１４）を備えていてもよい。
【０２４３】
光照射部１０１が、無人飛行装置を誘導する誘導装置（例えば、誘導装置１１）に備えられ、誘導装置が、当該誘導装置の方位角を検出する方位角検出部（例えば、誘導装置１１のＩＭＵ１７）と、誘導装置の方位角に基づいて、対象物の表面の方位角を計算する方位角計算部（例えば、全体制御部１４）とを備えていてもよい。
【０２４４】
制御部１０２が、対象物上に生じた輝点群が撮像装置の撮像範囲から外れた場合に、輝点群が撮像範囲から外れる直前の無人飛行装置の動きを推定し、当該動きを打ち消すように無人飛行装置の姿勢および位置のいずれか一方または両方を変化させてもよい。
【０２４５】
光照射部１０１が、無人飛行装置に搭載された撮像装置が対象物そのものの撮像を目的として撮像を実行する場合に、光を遮断してもよい。
【０２４６】
光照射部１０１が、光を照射する１つの光源（例えば、光源５１）と、光の光路を平行移動させる光学素子（例えば、平行平板４４を有する回転部材４５）と、光学素子による光路の平行移動量を認識する認識部（例えば、回転制御部５４）と、光の反射光を受光する受光部（例えば、受光部５２）と、光照射部１０１から光の反射点までの距離を測定する測定部（例えば、測定部５３）とを含む構成であってもよい。
【０２４７】
光照射部１０１が、無人飛行装置を誘導する誘導装置（例えば、誘導装置１１）に備えられ、誘導装置が、無人飛行装置を撮像することで得た画像に基づいて無人飛行装置の進行方向を判定する画像処理装置（例えば、画像処理装置６１）と、進行方向の判定結果に基づいて当該誘導装置を無人飛行装置の方向に向ける駆動部（例えば、自動雲台６２）とを備えていてもよい。
【０２４８】
光照射部１０１が、光照射部１０１と対象物上に生じた各輝点との距離をそれぞれ測定し、光照射部１０１と輝点との距離を測定するときに、一定範囲内で光の照射位置を変え、照射位置を変える毎に距離を測定し、測定した距離の統計値を、光照射部１０１とその輝点との距離として定めてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２４９】
本発明は、無人飛行装置を制御する無人飛行装置制御システムに好適に適用される。
【符号の説明】
【０２５０】
１  ＵＡＶ
２  モータ
３  モータドライバ
４  ＵＡＶ制御部
５  角度制御部
６  撮像装置
７  ＩＭＵ
８  ＵＡＶ通信部
１１  誘導装置
１２  測距部
１３  測距制御部
１４  全体制御部
１５  手動操作入力部
１６  記憶部
１８  誘導装置通信部
【図１】
2017224123.tif 000009
【図２】
2017224123.tif 000010
【図３】
2017224123.tif 000011
【図４】
2017224123.tif 000012
【図５】
2017224123.tif 000013
【図６】
2017224123.tif 000014
【図７】
2017224123.tif 000015
【図８】
2017224123.tif 000016
【図９】
2017224123.tif 000017
【図１０】
2017224123.tif 000018
【図１１】
2017224123.tif 000019
【図１２】
2017224123.tif 000020
【図１３】
2017224123.tif 000021
【図１４】
2017224123.tif 000022
【図１５】
2017224123.tif 000023
【図１６】
2017224123.tif 000024
【図１７】
2017224123.tif 000025
【図１８】
2017224123.tif 000026
【図１９】
2017224123.tif 000027
【図２０】
2017224123.tif 000028
【図２１】
2017224123.tif 000029
【図２２】
2017224123.tif 000030