JP2003267295A - 遠隔操縦システム - Google Patents
遠隔操縦システムInfo
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Abstract
も、移動物体を容易且つ正確に操縦することができる遠
隔操縦システムを提供する。 【解決手段】 無人ヘリコプタ10の位置における全方
位画像を全方位カメラ11により撮影し、撮影した全方
位画像を映像送信器12により送信する。このとき、操
縦者側では、送信された全方位画像を映像受信器21に
より受信し、受信した全方位画像の中から角度センサ2
2により検出された操縦者の視線方向の視線方向画像が
映像切り出し部23により切り出され、切り出された視
線方向画像を基に作成された操縦用映像がヘッドマウン
トディスプレイ25により操縦者に提示される。
Description
縦するための遠隔操縦システムに関するものである。
ヘリコプタは、離着陸のための滑走路が不要であるこ
と、空中停止が可能であること等の特徴を有し、航空写
真の撮影、薬剤散布、危険地帯の偵察等の種々の用途に
使用されている。
が無人ヘリコプタとともに移動することなく、遠隔地で
無人ヘリコプタを操縦する場合、操縦者と無人ヘリコプ
タとの相対位置が変化し、操縦者が無人ヘリコプタを直
接目視することが困難となる。このため、操縦者は機体
の姿勢や周囲状況等を正確に把握することがでず、ま
た、無人ヘリコプタは無人飛行機に比して機体の姿勢が
不安定であるため、その操縦が非常に困難になり、無人
ヘリコプタの普及を妨げている。
目視できない場合でも、移動物体を容易且つ正確に操縦
することができる遠隔操縦システムを提供することであ
る。
ステムは、移動物体を遠隔操縦するための遠隔操縦シス
テムであって、移動物体に取り付けられ、移動物体の位
置における全方位画像を撮影し、撮影した全方位画像を
送信する撮影手段と、移動物体を操縦する操縦者の視線
方向を検出する検出手段と、撮影手段から送信される全
方位画像を受信し、受信した全方位画像の中から検出手
段により検出された操縦者の視線方向における所定範囲
の視線方向画像を抽出する画像抽出手段と、画像抽出手
段により抽出された視線方向画像を基に作成された操縦
用映像を操縦者に提示する映像提示手段と、操縦者の操
作に応じて移動物体を操縦するための操縦手段とを備え
るものである。
は、移動物体側において移動物体の位置における全方位
画像が撮影され、撮影された全方位画像が送信される。
このとき、移動物体を操縦する操縦者側においては、操
縦者の視線方向が検出され、検出された操縦者の視線方
向における所定範囲の視線方向画像が受信された全方位
画像の中から抽出され、抽出された視線方向画像を基に
作成された操縦用映像が操縦者に提示され、操縦者はこ
の操縦用映像を見ながら移動物体を操縦することができ
る。
ける全方位画像の中から操縦者の視線方向における操縦
用映像を見ながら、移動物体を操縦することができるの
で、操縦者が移動物体を直接目視できない場合でも、移
動物体を容易且つ正確に操縦することができる。
として操縦者に提示する没入型映像提示手段を含むこと
が好ましい。この場合、視線方向画像を基に作成された
没入型映像が操縦用映像として操縦者に提示されるの
で、操縦者はあたかも移動物体から見ているような映像
を見ながら移動物体を操縦することができるので、移動
物体をより容易且つ正確に操縦することができる。
着されるヘッドマウントディスプレイを含み、検出手段
は、ヘッドマウントディスプレイに取り付けられ、操縦
者の頭部の角度を検出する角度センサを含むことが好ま
しい。
のヘッドマウントディスプレイにより没入型映像を操縦
用映像として操縦者に提示することができるとともに、
ヘッドマウントディスプレイに取り付けられた角度セン
サにより操縦者の視線方向を検出することができるの
で、操縦者は、角度センサがコンパクトに一体化された
小型なヘッドマウントディスプレイを装着するだけで没
入型映像を操縦用映像として見ながら移動物体を操縦す
ることができる。
て固定された絶対基準方向を操縦用映像とともに表示す
ることが好ましい。この場合、移動物体の座標系におい
て固定された絶対基準方向が操縦用映像とともに表示さ
れるので、操縦者は、自身の視線方向が移動物体の座標
系において固定された絶対基準方向に対してどの程度ず
れているかを容易に知ることができ、移動物体をさらに
容易且つ正確に操縦することができる。
る全方位画像の全体領域の中から所定範囲の視線方向領
域を操縦者の視線方向に対応づけて予め記憶している変
換テーブルと、検出手段により検出された操縦者の視線
方向に対応する視線方向領域を変換テーブルを用いて特
定し、特定した視線方向領域の画像を視線方向画像とし
て前記全方位画像から切り出す画像切り出し手段とを含
むことが好ましい。
像の中から視線方向領域の画像を視線方向画像として切
り出しているので、より高速に視線方向画像を切り出す
ことができる。
操縦可能な無人ヘリコプタを含むことが好ましい。この
場合、操縦者が無人ヘリコプタを直接目視できない場合
でも、その操縦が一般に困難な無人ヘリコプタを容易且
つ正確に操縦することができ、無人ヘリコプタを種々の
用途に容易に使用することができる。
る遠隔操縦システムについて図面を参照しながら説明す
る。図1は、本発明の一実施の形態による遠隔操縦シス
テムの構成を示すブロック図である。
コプタ10及び操縦システム20を備える。無人ヘリコ
プタ10は、全方位カメラ11、映像送信器12及び飛
行装置13を備え、全方位カメラ11、映像送信器12
及び飛行装置13は、無人ヘリコプタ10とともに移動
する。
1、角度センサ22、映像切り出し部23、変換テーブ
ル24、ヘッドマウントディスプレイ25及び操縦装置
26を備える。映像受信器21、映像切り出し部23及
び変換テーブル24は、操縦者がいる地上の所定位置に
設置され、操縦者は、角度センサ22が取り付けられた
ヘッドマウントディスプレイ25を頭部に装着し、操縦
装置26を用いて無人ヘリコプタ10を操縦する。
縦指令に応じて飛行装置13により飛行状態が制御され
る無人ヘリコプタであり、機体の所定位置に全方位カメ
ラ11及び映像送信器12が取り付けられている。無人
ヘリコプタ10として、例えば、ホビー用ラジオコント
ロールヘリコプタ(HIROBO製TURUGI)等を
用いることができる。
行状態を制御する公知の飛行装置であり、操縦装置26
の操縦指令に応じて無人ヘリコプタ10の飛行状態を制
御する。飛行装置13としては、例えば、3軸ジャイロ
(シーズ西東京株式会社製3軸インテリジェントジャイ
ロAER354CERA)及び模型用エンジン(小川精
機社製OS61SX−H)等から構成され、この3軸ジ
ャイロには、16ビットマイクロコンピュータが内蔵さ
れており、ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸の全ての軸に対
してフィードバック制御が行われ、機体の姿勢が制御さ
れる。
衰部材を介して無人ヘリコプタ10の胴体の前方下部に
取り付けられ、無人ヘリコプタ10の飛行位置における
全方位画像を撮影して映像送信器12へ出力する。全方
位カメラ11としては、例えば、アコウル株式会社製小
型全方位視覚センサ防水型を用いることができる。
リコプタ10の胴体の後方下部に取り付けられ、全方位
カメラ11により撮影された全方位画像を無線方式によ
り映像受信器21へ送信する。映像送信器12として
は、例えば、円盤型無指向性アンテナが搭載されている
アールエフシステム研究所製BS−550GTHを用い
ることができる。
信された全方位画像を受信し、受信した全方位画像を映
像切り出し部23へ出力する。映像受信器21として
は、例えば、アールエフシステム研究所製BS−120
GRを用いることができる。
トディスプレイ25の略中央部に固定され、ヘッドマウ
ントディスプレイ25を装着した操縦者の頭部の角度を
検出することにより操縦者の視線方向(操縦者が注視し
ている方向)を検出して映像切り出し部23へ出力す
る。角度センサ22としては、例えば、データテック株
式会社製VRセンサGU−3013を用いることがで
き、この場合、操縦者が正面を向いている時の角度を0
°とし、ヨー軸方向(操縦者が右側を向いた場合を正、
左側を向いた場合を負)及びピッチ方向(操縦者が上側
を向いた場合を正、下側を向いた場合を負)の各角度が
検出され、映像切り出し部23へ出力される。なお、操
縦者の視線方向を検出する方法は、上記の例に特に限定
されず、操縦者の視線方向を直接検出する等の種々の変
更が可能である。
り検出された操縦者の頭部のヨー軸方向の角度ごとに、
全方位画像の全体領域の中から所定範囲の視線方向領域
を予め記憶している。
を参照して角度センサ22により検出されたヨー軸方向
の角度に対して記憶されている視線方向領域を特定し、
角度センサ22により検出された操縦者の頭部のピッチ
軸方向の角度に応じて視線方向領域の中からヘッドマウ
ントディスプレイ25により表示すべき切り出し範囲を
決定する。次に、映像切り出し部23は、映像受信器2
1から出力される全方位画像の中から切り出し範囲に対
応する部分の画像を視線方向画像として切り出し、切り
出した視線方向画像をヘッドマウントディスプレイ25
により表示可能な画像に変換して出力する。
としては、例えば、デルコンピュータ社製Inspir
on3800等のパーソナルコンピュータを用いること
ができ、CPU(中央演算処理装置)により所定のプロ
グラムを実行することにより、CPU等が映像切り出し
部23として機能し、メインメモリ等が変換テーブル2
4として機能する。なお、映像切り出し部23及び変換
テーブル24の構成は上記の例に特に限定されず、映像
切り出し部23を専用のハードウエアから構成したり、
又は、変換テーブル24を用いることなく、上記の映像
切り出し処理を全て専用のハードウエア又はソフトウエ
ア等により行うようにしてもよい。
切り出し部23から出力される視線方向画像を表示する
ことにより没入型映像を表示し、操縦用映像として操縦
者に提示する。また、ヘッドマウントディスプレイ25
は、上記の没入型映像を表示する際、無人ヘリコプタ1
0の座標系において固定された絶対基準方向、例えば、
無人ヘリコプタ10の正面方向を表示する。ヘッドマウ
ントディスプレイ25としては、例えば、i−O Di
splay Systems社製i−glasses
LCX2を用いることができる。なお、没入型映像を提
示する表示装置は、上記の例に特に限定されず、大型ス
クリーンを用いたCAVE(CAVEAutomati
c Virtual Environment)システ
ム等の他の没入型表示装置を用いてもよい。
10を操縦するために使用され、例えば、日本遠隔制御
株式会社製X−3810を用いることができ、本装置に
設けられた2本のスティックを操作することにより合計
4軸の制御を行うことができる。なお、操縦装置26を
用いた操縦方法は、公知の操縦方法をそのまま用いるこ
とができるため、詳細な説明は省略する。
移動物体に相当し、全方位カメラ11及び映像送信器1
2が撮影手段に相当し、角度センサ22が検出手段に相
当し、映像切り出し部23及び変換テーブル24が画像
抽出手段に相当し、ヘッドマウントディスプレイ25が
映像提示手段及び没入型映像提示手段に相当し、操縦装
置26が操縦手段に相当し、変換テーブル24が変換テ
ーブルに相当し、映像切り出し部23が画像切り出し手
段に相当する。
び変換テーブル24をパーソナルコンピュータにより構
成した場合の遠隔操縦システムの概略図である。図2に
示すように、無人ヘリコプタ10、全方位カメラ11及
び映像送信器12が、ヘリコプタからの画像を地上に無
線送信する映像送信部となり、映像受信器21、パーソ
ナルコンピュータ27、角度センサ22、ヘッドマウン
トディスプレイ25及び操縦装置26が、画像の受信、
変換及び表示を行う映像提示部となる。
られた全方位カメラ11により撮影された全方位画像が
映像送信器12から送信され、映像受信装置21により
受信された全方位画像の中からパーソナルコンピュータ
27により切り出された視線方向画像がヘッドマウント
ディスプレイ25へ出力される。このとき、操縦者がヘ
ッドマウントディスプレイ25を頭部に装着して視線方
向画像を見ながら操縦装置26を操作することにより、
舵角等の操縦指令が無人ヘリコプタ10へ送信され、無
人ヘリコプタ10が操縦される。
像系の構成を示す模式図である。図3に示すように、全
方位カメラ11は、鉛直下向きに設置された双曲線ミラ
ー31に写った鏡像を鉛直上向きに設置されたCCDカ
メラのCCD投影面32により撮影するものである。し
たがって、図3に示すようにZ軸を鉛直軸とする3次元
ワールド座標系(X,Y,Z)を考えると、双曲線ミラ
ー31の双曲面は、(X2+Y2)/a2−Z2/b2=−
1、(Z>0)で表すことができ、双曲面の焦点O
Mは、(0,0,+c)、(c=(a2+b2)1/2)とな
り、CCDカメラのレンズ中心OCは、(0,0,−
c)となる。なお、a,b,cは双曲面のパラメータで
ある。
ると、xy平面はXY平面に平行でCCDカメラのレン
ズ中心OCからCCDカメラの焦点距離fだけ離れた面
となる。したがって、透視投影面33上の点P(Xp,
Yp,Zp)に対するCCD投影面32上の写像点p
(xp、yp)は、下式により求めることができる。
(Xp2+Yp2+Zp 2)1/2}である。
Y,Z)及び定数a,b,c,fを含むだけで、CCD
投影面32上の色情報には無関係となる。このため、本
実施の形態では、透視投影面33上の全ての点に対応す
るCCD投影面32上の点を予め計算し、透視投影面3
3上の点とCCD投影面32上の点とを対応付けて変換
テーブル24に予め記憶している。具体的には、透視投
影面33は正面からの角度θに対応させて複数設定して
おり、例えば、2度ごとに透視投影面33を設定して合
計180枚の透視投影面33が設定され、各透視投影面
ごとにCCD投影面32上の点が対応付けられ、変換テ
ーブル24に記憶されている。
をヘッドマウントディスプレイ25により提示される視
線方向画像の縦方向の長さより長くしており、例えば、
1枚の透視投影面33を320×800(pixel)
に設定し、そこから320×240(pixel)の画
像を切り出し、この画像を視線方向画像としている。
センサ22により検出された操縦者の頭部のヨー軸方向
の角度に応じて透視投影面を決定するとともに、角度セ
ンサ22により検出された操縦者の頭部のピッチ軸方向
の角度に応じて透視投影面から視線方向画像として切り
出される切り出し範囲を決定し、この切り出し範囲に対
応付けられているCCD投影面32上の点を変換テーブ
ル24から読み出すことにより、毎回対応点を計算する
ことなく、フレームレート(例えば、30fps)で透
視投影変換を行っている。
係を説明するための模式図である。図4の(a)に示す
ように、CCD投影面32上に全方位画像41が位置し
ている場合、映像切り出し部23は、操縦者の頭部のヨ
ー軸方向の角度に対応する透視投影面42を決定すると
ともに、操縦者の頭部のピッチ軸方向の角度に対応する
切り出し範囲43を決定する。
り出し部23は、変換テーブル24を参照して切り出し
範囲43に対応するCCD投影面32上の画像を読み出
し、所定の補間処理により画素を補間して扇形の画像を
長方形の画像に変換することにより視線方向画像44を
作成する。このようにして、映像切り出し部23では、
パン方向及びティルト方向の没入感を生成するように視
線方向画像44を作成している。したがって、操縦者は
あたかも無人ヘリコプタ10から見ているような映像を
見ながら無人ヘリコプタ10を操縦することができ、無
人ヘリコプタ10をより容易且つ正確に操縦することが
できる。
り出し部23は、無人ヘリコプタ10の正面方向を表す
水平ゲージ45及び垂直ゲージ46を視線方向画像44
に付加した画像を作成してヘッドマウントディスプレイ
25へ出力する。このとき、操縦者は、ヘッドマウント
ディスプレイ25を用いて図4の(c)に示す水平ゲー
ジ45及び垂直ゲージ46とともに視線方向画像44を
操縦用映像として見ながら無人ヘリコプタ10を操縦す
ることができる。
4の水平方向の中央位置にあり且つ垂直ゲージ46が視
線方向画像44の垂直方向の中央位置にある場合、操縦
者の視線方向が無人ヘリコプタ10の正面方向に一致し
ていることが示される。したがって、水平ゲージ45が
左側に変位している場合、操縦者は無人ヘリコプタ10
から右側を見ていることになり、垂直ゲージ46が下側
に変位している場合、操縦者は無人ヘリコプタ10から
上側を見ていることになり、図4の(c)に示す例で
は、操縦者は無人ヘリコプタ10から右上側を見ている
ことになる。
び垂直ゲージ46の位置を確認することにより自身の視
線方向が無人ヘリコプタ10の正面方向からどの程度ず
れているかを容易に知ることができ、無人ヘリコプタ1
0をさらに容易且つ正確に操縦することができる。な
お、水平ゲージ及び垂直ゲージは上記の例に特に限定さ
れず、種々の変更が可能であり、例えば、水平ゲージ4
5及び垂直ゲージ46だけでなく、水平方向及び水平方
向の各ずれ量を数値表示するようにしてもよい。
人ヘリコプタ10から撮影された全方位画像が送信さ
れ、操縦者側において、操縦者の視線方向に対応した視
線方向画像が受信された全方位画像の中から抽出され、
抽出された視線方向画像を基に作成された操縦用映像が
操縦者に提示されるので、操縦者は、この操縦用映像を
見ながら無人ヘリコプタ10を操縦することができ、無
人ヘリコプタ10を容易且つ正確に操縦することができ
る。
遠隔操縦する例について説明したが、本発明が適用され
る移動物体は、上記の例に特に限定されず、無人飛行
機、無人船舶、無人自動車、無人探査用車両等の宇宙ロ
ボット、無人土木機械等の建設・土木ロボット、人間型
ロボット等の種々の移動物体に同様に適用可能である。
体の位置における全方位画像が送信され、操縦者側にお
いて、検出された操縦者の視線方向における所定範囲の
視線方向画像が受信された全方位画像の中から抽出さ
れ、抽出された視線方向画像を基に作成された操縦用映
像が操縦者に提示されるので、操縦者は移動物体の位置
における全方位画像の中から自身の視線方向に対応した
操縦用映像を見ながら、移動物体を操縦することがで
き、操縦者が移動物体を直接目視できない場合でも、移
動物体を容易且つ正確に操縦することができる。
ムの構成を示すブロック図である。
をパーソナルコンピュータにより構成した場合の遠隔操
縦システムの概略図である。
す模式図である。
るための模式図である。 10 無人ヘリコプタ 11 全方位カメラ 12 映像送信器 13 飛行装置 20 操縦システム 21 映像受信器 22 角度センサ 23 映像切り出し部 24 変換テーブル 25 ヘッドマウントディスプレイ 26 操縦装置
Claims (6)
- 【請求項1】 移動物体を遠隔操縦するための遠隔操縦
システムであって、 前記移動物体に取り付けられ、前記移動物体の位置にお
ける全方位画像を撮影し、撮影した全方位画像を送信す
る撮影手段と、 前記移動物体を操縦する操縦者の視線方向を検出する検
出手段と、 前記撮影手段から送信される全方位画像を受信し、受信
した全方位画像の中から前記検出手段により検出された
操縦者の視線方向における所定範囲の視線方向画像を抽
出する画像抽出手段と、 前記画像抽出手段により抽出された視線方向画像を基に
作成された操縦用映像を前記操縦者に提示する映像提示
手段と、 前記操縦者の操作に応じて前記移動物体を操縦するため
の操縦手段とを備えることを特徴とする遠隔操縦システ
ム。 - 【請求項2】 前記映像提示手段は、没入型映像を操縦
用映像として前記操縦者に提示する没入型映像提示手段
を含むことを特徴とする請求項1記載の遠隔操縦システ
ム。 - 【請求項3】 前記没入型映像提示手段は、前記操縦者
の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイを含
み、 前記検出手段は、前記ヘッドマウントディスプレイに取
り付けられ、前記操縦者の頭部の角度を検出する角度セ
ンサを含むことを特徴とする請求項2記載の遠隔操縦シ
ステム。 - 【請求項4】 前記映像提示手段は、前記移動物体の座
標系において固定された絶対基準方向を前記操縦用映像
とともに表示することを特徴とする請求項1〜3のいず
れかに記載の遠隔操縦システム。 - 【請求項5】 前記画像抽出手段は、 前記撮影手段により撮影される全方位画像の全体領域の
中から所定範囲の視線方向領域を操縦者の視線方向に対
応づけて予め記憶している変換テーブルと、 前記検出手段により検出された操縦者の視線方向に対応
する視線方向領域を前記変換テーブルを用いて特定し、
特定した視線方向領域の画像を視線方向画像として前記
全方位画像から切り出す画像切り出し手段とを含むこと
を特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の遠隔操縦
システム。 - 【請求項6】 前記移動物体は、操縦者が前記操縦手段
により遠隔操縦可能な無人ヘリコプタを含むことを特徴
とする請求項1〜5のいずれかに記載の遠隔操縦システ
ム。
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