JP2003294776A - 移動速度計測方法及び移動速度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地上基準点の有無に左右されることなく、撮
像センサにより地表上の対象物を撮像して当該対象物の
移動速度を計測することのできる移動速度計測方法及び
移動速度計測装置を提供する。 【解決手段】 移動速度計測装置１０は、互いに視線方
向の異なるリニアセンサ１６ａ及び１６ｂが設けられた
撮像装置１２と、リニアセンサ１６ａによる対象物Ｓの
撮像の際及びリニアセンサ１６ｂによる対象物Ｓの撮像
の際に撮像装置１２の空間位置データを取得するＧＰＳ
２２と、同撮像の際に撮像装置１２と地表との間の距離
データを取得するレーザ距離計２４と、ＧＰＳ２２及び
レーザ距離計２４により取得されたデータ、リニアセン
サ１６ａ及び１６ｂの視線方向データ並びにリニアセン
サ１６ａとリニアセンサ１６ｂとの撮像時間間隔に基づ
いて対象物Ｓの移動速度を算出するデータ解析装置３０
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、航空機や人工衛星
等の移動体に搭載された撮像センサにより地表上の対象
物を撮像して当該対象物の移動速度を計測する移動速度
計測方法及び移動速度計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等、地表上の対象物の移動速度を
計測する方法として、航空機に搭載された撮像装置を用
いて異なる時刻における対象物を含む２次元画像シーン
を取得し、取得した２つの２次元画像シーンに共通して
撮像されている建物等の地上基準点と対象物との間の距
離に基づいて対象物の移動距離を求め、この移動距離と
撮像時間間隔とから対象物の移動速度を算出するという
方法が知られている。なお、上記地上基準点は、１つの
画像シーンに対して最低３個以上設けることが望まし
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような方法にあっては、移動速度を計測すべき対象物
と共に地上基準点をも含む２次元画像シーンを取得する
ことが必要であるため、地上基準点となる建物等が存在
しないような場所では実施することができないという問
題がある。また、そのような場所には地上基準点となる
ものを予め設置しておくことも考えられるが、例えば船
舶を対象物とするような場合に、海上に地上基準点とな
るものを設置するのは極めて困難である。

【０００４】また、撮像装置として１つのエリアセンサ
を用い、道路上を走行する自動車等、多数の対象物を撮
影する場合には、互いにオーバーラップした多数の画像
シーンを撮影する必要があり、さらに、エリアセンサを
搭載した航空機と反対方向に移動する対象物は、同方向
に移動する対象物に比べ、より早くエリアセンサの撮影
エリアから出てしまうので、非常に短い時間間隔で撮影
しないと、対象物が１つの画像シーンにしか映らないと
いうような場合が生じ得る。

【０００５】したがって、非常に短い時間間隔で撮影す
る必要があり、且つ、より多数のオーバーラップした画
像シーンを撮影し、これらの中から同一の対象物が映っ
ている画像シーンを探し出した上で対象物の位置を検出
しなければならず、極めて煩雑な作業を要する。

【０００６】そこで、本発明は、このような事情に鑑み
てなされたものであり、地上基準点の有無に左右される
ことなく、撮像センサにより地表上の対象物を撮像して
当該対象物の移動速度を計測することのできる移動速度
計測方法及び移動速度計測装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る移動速度計測方法は、移動体に搭載さ
れた、互いに視線方向の異なる第１の撮像センサ及び第
２の撮像センサが設けられた撮像手段により、地表上の
対象物を撮像して対象物の移動速度を計測する移動速度
計測方法であって、第１の撮像センサにより対象物を撮
像し、撮像時における撮像手段の空間位置データ及び撮
像手段と地表との間の距離データを取得する第１の取得
工程と、第２の撮像センサにより対象物を撮像し、撮像
時における撮像手段の空間位置データ及び撮像手段と地
表との間の距離データを取得する第２の取得工程と、第
１の取得工程及び第２の取得工程にて取得したデータ、
第１の撮像センサ及び第２の撮像センサの視線方向デー
タ並びに第１の撮像センサと第２の撮像センサとの撮像
時間間隔に基づいて対象物の移動速度を算出する算出工
程とを備えることを特徴とする。

【０００８】この移動速度計測方法によれば、互いに視
線方向の異なる第１の撮像センサと第２の撮像センサと
により異なる時刻に対象物を撮像し、各撮像時における
撮像手段の空間位置データ及び撮像手段と地表との間の
距離データを取得することで、これらの取得したデー
タ、第１の撮像センサ及び第２の撮像センサの視線方向
データ並びに第１の撮像センサと前記第２の撮像センサ
との撮像時間間隔に基づいて対象物の移動速度を算出す
ることができる。したがって、地上基準点の有無に左右
されることなく、撮像センサにより地表上の対象物を撮
像して当該対象物の移動速度を計測することが可能とな
る。そして、第１の撮像センサ及び第２の撮像センサと
いう２つの撮像センサを用いるため、１つの撮像センサ
（エリアセンサ）を用いる場合に比べ、撮影する時間間
隔を短縮しなくても、同一の対象物を２つの画像シーン
に移し込む可能性を高めることができる。ここで、地表
とは、地球の表面の意味であり、地面に限らず海や河川
等の水面等も含む意味である。また、移動体とは、航空
機や人工衛星等の飛行体の意味である。

【０００９】上述した移動速度計測方法において、撮像
センサはリニアセンサであることが好ましい。第１の撮
像センサとして第１のリニアセンサを用い、第２の撮像
センサとして第２のリニアセンサを用いれば、異なる視
線方向からの対象物の撮像を簡易に行うことができる。
そして、この場合、各画像シーンはそれぞれ連続的であ
り、第１のリニアセンサと第２のリニアセンサとの２つ
の方向に対応する２種類の画像シーンだけであるため、
同一の対象物を探すのが容易となる。また、１つの導光
光学系（カメラ）の焦点面に複数のリニアセンサを設置
することができるため、導光光学系が１つですみ、撮像
装置の簡略化を図ることができる。

【００１０】また、上述した移動速度計測方法におい
て、第１の取得工程及び第２の取得工程では、地表に対
して光を出射してから地表に反射された光を受光するま
でに要する時間を測定することにより距離データを取得
することが好ましい。これによれば、撮像手段と地表と
の間の距離データを高い精度で取得することができる。

【００１１】ところで、上記目的を達成するために、本
発明は移動速度計測装置にも係り、移動体に搭載され
た、互いに視線方向の異なる第１の撮像センサ及び第２
の撮像センサが設けられた撮像手段により地表上の対象
物を撮像して対象物の移動速度を計測する移動速度計測
装置であって、第１の撮像センサにより対象物が撮像さ
れた際及び第２の撮像センサにより対象物が撮像された
際の撮像手段の空間位置データを取得する空間位置デー
タ取得手段と、第１の撮像センサ対象物が撮像された際
及び第２の撮像センサにより対象物が撮像された際の撮
像手段と地表との間の距離データを取得する距離データ
取得手段と、空間位置データ取得手段及び距離データ取
得手段により取得されたデータ、第１の撮像センサ及び
第２の撮像センサの視線方向データ並びに第１の撮像セ
ンサと第２の撮像センサとの撮像時間間隔に基づいて対
象物の移動速度を算出する算出手段とを備えることを特
徴とする。

【００１２】上述した移動速度計測装置において、撮像
センサはリニアセンサであることが好ましい。

【００１３】また、上述した移動速度計測装置におい
て、距離データ取得手段は、地表に対して光を出射して
から地表に反射された光を受光するまでに要する時間を
測定することにより距離データを取得することが好まし
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の好適な
実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明に
おいて同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する
説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のもの
と必ずしも一致していない。

【００１５】本実施形態の移動速度計測装置１０につい
て、図１を参照して説明する。図１は、移動速度計測装
置１０の構成を示すブロック図である。移動速度計測装
置１０は、航空機（移動体）に搭載され上空から地表上
の対象物Ｓを撮像して当該対象物Ｓの移動速度を計測す
るものである。対象物Ｓとしては、地面では自動車や鉄
道、動物等があり、水面では船舶や漂流物等がある。

【００１６】移動速度計測装置１０は、対象物Ｓを撮像
するための撮像装置（撮像手段）１２と、対象物Ｓから
撮像装置１２に入射する光に対して撮像装置１２の前段
に設けられた導光光学系１４とを備えている。

【００１７】撮像装置１０には、所定の時間間隔での撮
像が可能な撮像センサとして、１次元の画像データを取
得するリニアセンサ１６ａ及び１６ｂが設けられてい
る。リニアセンサ１６ａ及び１６ｂは、１次元に配列さ
れた多数の画素が航空機の進行方向に対し直交するよう
配置されている。リニアセンサ１６ａの視線方向（撮像
する方向）は、導光光学系１４の光軸方向に対してθａ
だけ進行方向前側に傾いており、リニアセンサ１６ｂの
視線方向は、導光光学系１４の光軸方向に対してθｂだ
け進行方向後側に傾いている。このようにリニアセンサ
１６ａ及び１６ｂを用いれば、異なる視線方向からの対
象物Ｓの撮像を簡易に行うことができる。

【００１８】移動速度計測装置１０はさらに、撮像装置
１２の姿勢を計測して当該姿勢データを取得する姿勢計
測装置１８と、撮像装置１２の姿勢を安定させるスタビ
ライザ２０と、撮像装置１２の空間位置を計測して当該
空間位置データを取得するＧＰＳ（空間位置データ取得
手段）２２と、撮像装置１２と地表との間の距離を計測
して当該距離データを取得するレーザ距離計（距離デー
タ取得手段）２４と、各種データの処理を行う処理装置
２６とを備えている。

【００１９】姿勢計測装置１８は、鉛直方向に対する導
光光学系１４の光軸方向の傾きを撮像装置１２の姿勢と
して計測して姿勢データを取得し、当該姿勢データを処
理装置２６に送信する。姿勢データは、撮像センサ（リ
ニアセンサ１６ａ及び１６ｂ）の視線方向の角度補正に
使うことができる。

【００２０】スタビライザ２０は、姿勢計測装置１８か
ら受信した姿勢データに基づいて処理装置２６が送信す
る制御信号を受信して、導光光学系１４の光軸方向が鉛
直方向となるよう撮像装置１２の向きを補正すると共
に、航空機の振動や揺れを吸収する機能も有している。

【００２１】ＧＰＳ２２は、リニアセンサ１６ａ及び１
６ｂによる撮像に同期して撮像装置１２の空間位置を計
測して空間位置データを取得し、当該空間位置データを
処理装置２６に送信する。なお、空間位置データは、３
次元のＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標として取得される。

【００２２】レーザ距離計２４は、地表に対して鉛直方
向にレーザ光を出射し地表に反射されたレーザ光を受光
して、出射から受光までに要する時間を測定することに
より撮像装置１２と地表との間の距離を計測する。レー
ザ距離計２４は、リニアセンサ１６ａ及び１６ｂによる
撮像に同期して上記距離を計測して距離データを取得
し、当該距離データを処理装置２６に送信する。このよ
うにレーザ距離計２４を用いれば、撮像装置１２と地表
との間の距離データを高い精度で取得することができ
る。

【００２３】処理装置２６には、リニアセンサ１６ａ及
び１６ｂ、ＧＰＳ２２並びにレーザ距離計２４から送信
された各データ（すなわち、画像データ、空間位置デー
タ、姿勢データ及び距離データ）を受信して記録する記
録装置２８が設けられている。なお、記録装置２８に
は、上述したリニアセンサ１６ａ及び１６ｂの視線方向
の傾きであるθａ及びθｂが視線方向データとして予め
記録されている。なお、ニアセンサ１６ａ及び１６ｂの
視線方向の傾きθａ及びθｂの取り方は、それぞれ同じ
回転方向に取る。

【００２４】移動速度計測装置１０は、さらにデータ解
析装置（算出手段）３０を備えている。データ解析装置
３０は、上述した各データを取得した後に、対象物Ｓが
撮像された２つの画像データ、その際の空間位置データ
及び距離データ並びに視線方向データを記録装置２８か
ら読み出して、当該２つの画像データの撮像時間間隔と
に基づいて対象物Ｓの移動速度を算出する。

【００２５】上述した移動速度計測装置１０の動作と共
に、移動速度計測装置１０のデータ解析装置３０による
移動速度の算出原理について、図２〜３を参照して説明
する。図２〜３は、移動速度の算出原理を説明するため
の模式図であり、図２にはＹ軸方向、図３にはＺ軸方
向、図４にはＸ軸方向から見た状態が示されている。な
お、航空機の進行方向を含む鉛直平面と地表との交線を
Ｘ軸とし、鉛直方向にＺ軸、Ｘ軸とＺ軸とに直交する方
向にＹ軸をとる。

【００２６】図２及び３に示すように、移動速度計測装
置１０を搭載した航空機が点Ｃ１から点Ｃ２の向きにこ
の両点を結ぶ直線上を進行し、対象物Ｓが点Ｓ１から点
Ｓ２の向きにこの両点を結ぶ直線上を移動するものとす
る。このとき、移動速度計測装置１０においては、撮像
装置１２に設けられたリニアセンサ１６ａ及び１６ｂ
が、所定の時間間隔で地表を撮像して１次元の画像デー
タを取得し、当該画像データを記録装置２８に送信す
る。

【００２７】また、このリニアセンサ１６ａ及び１６ｂ
による撮像に同期して、ＧＰＳ２２が、撮像装置１２の
空間位置を計測して空間位置データを取得し、当該空間
位置データを記録装置２８に送信すると共に、レーザ距
離計２４が、撮像装置１２と地表との間の距離を計測し
て距離データを取得し、当該距離データを記録装置２８
に送信する。

【００２８】なお、リニアセンサ１６ａ及び１６ｂによ
る撮像中は、スタビライザ２０により、導光光学系１４
の光軸方向が鉛直方向となるよう撮像装置１２の向きが
補正される共に、航空機の振動や揺れが吸収されるた
め、図１に示すように、鉛直方向に対するリニアセンサ
１６ａ及び１６ｂの視線方向の傾きを一定（すなわちθ
ａ及びθｂ）に保つことができる。

【００２９】上述したようにリニアセンサ１６ａ及び１
６ｂ、ＧＰＳ２２並びにレーザ距離計２４により各デー
タが取得され記録装置２８に記録されると、データ解析
装置３０は、以下に示す算出原理により対象物Ｓの移動
速度を算出する。

【００３０】図２に示すように、時刻Ｔ１に、点Ｃ１に
位置する撮像装置１２においてリニアセンサ１６ａが点
Ｓ１に位置する対象物Ｓを撮像し、時刻Ｔ２に、点Ｃ２
に位置する撮像装置１２においてリニアセンサ１６ｂが
点Ｓ２に位置する対象物Ｓを撮像した場合に、図３に示
すように、対象物ＳのＸ軸方向の移動距離をΔＸ、Ｘ−
Ｙ平面において対象物Ｓの移動方向がＸ軸となす角度を
αとすると、対象物Ｓの移動速度Ｖは次の式（１）によ
り算出することができる。 Ｖ＝（ΔＸ／cosα）／（Ｔ２−Ｔ１）…（１）

【００３１】ここで、時刻Ｔ１，Ｔ２における空間位置
データをＣ１（Ｘ_C1，Ｙ_C1，Ｚ_C1），Ｃ２（Ｘ_C2，
Ｙ_C2，Ｚ_C2）とし、距離データをＨ１，Ｈ２とし、さら
に対象物ＳのＹ軸座標をＹ_S1，Ｙ_S2すると、ΔＸ及びco
sαは次の式（２）及び（３）により算出することがで
きる。ただし、実際には、リニアセンサ１６ａ及び１６
ｂのライン毎の撮影時間間隔に対し、ＧＰＳ２２による
位置計測の時間間隔は１／１００程度であるため、航空
機の軌道に基づいて対象物Ｓが撮影された時刻の撮像装
置１２の空間位置を補間することが望ましい。 ΔＸ＝Ｘ_C2−Ｘ_C1＋Ｈ２・tanθｂ−Ｈ１・tanθａ…（２） tanα＝（Ｙ_S2−Ｙ_S1）／ΔＸ…（３） なお、より正確には、飛行体（航空機）の揺れの影響を
考慮する必要があり、θａ、θｂの値については、姿勢
データを用いて補正することが望ましい。

【００３２】ここで、時刻Ｔ１，Ｔ２における撮像装置
１２の導光光学系１４の焦点距離をｆとし、結像面での
対象物Ｓの像のＹ軸座標をｙ_S1，ｙ_S2とすると、Ｙ_S1及
びＹ _S2は次の式（４）及び（５）により算出することが
できる。 Ｙ_S1＝ｙ_S1・Ｈ１／ｆ…（４） Ｙ_S2＝ｙ_S2・Ｈ２／ｆ…（５）

【００３３】なお、焦点距離ｆと対象物Ｓの像のＹ軸座
標ｙ_S1及びｙ_S2とは、リニアセンサ１６ａ及び１６ｂに
より取得された画像データに基づいて算出することがで
きる。

【００３４】以上説明したように本実施形態の移動速度
計測装置１０によれば、互いに視線方向の異なるリニア
センサ１６ａとリニアセンサ１６ｂとにより異なる時刻
に対象物Ｓを撮像し、各撮像時における画像データ、撮
像装置１２の空間位置データ及び撮像装置１２と地表と
の間の距離データを取得することで、これらの取得した
データ、リニアセンサ１６ａ及び１６ｂの視線方向デー
タ並びにリニアセンサ１６ａとリニアセンサ１６ｂとの
撮像時間間隔に基づいて対象物Ｓの移動速度を算出する
ことができる。したがって、地上基準点の有無に左右さ
れることなく、リニアセンサ１６ａ及びリニアセンサ１
６ｂにより地表上の対象物Ｓを撮像してその移動速度を
計測することが可能となる。

【００３５】なお、リニアセンサ１６ａ及び１６ｂに代
えてエリアセンサを用いる場合は、同一の対象物Ｓが映
っている２つの異なる画像シーンを選び出し、各画像シ
ーン上の対象物Ｓの画素位置を探し出すことになるが、
各エリアセンサの視野方向から対象物Ｓが見える方向ま
での角度のずれが生じるため、データ解析装置３０にお
ける対象物Ｓの移動速度の算出にあたっては、視線方向
データθａ及びθｂの値を上記角度のずれの分だけ補正
する必要がある。

【００３６】また、移動速度計測装置１０を搭載した航
空機の進行方向と地表上の対象物Ｓの移動方向とが平行
でない場合（逆となるような場合も含む）であっても、
対象物Ｓを撮像してその移動速度を計測することができ
る。

【００３７】以上、本発明の一実施形態について詳細に
説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないこと
はいうまでもない。

【００３８】例えば、上記実施形態では、撮像装置１２
と地表との間の距離データをレーザ距離計２４により取
得したが、次のようにレーザ距離計２４を用いずに距離
データを求めてもよい。すなわち、撮像装置１２の撮影
時刻から地球の自転の位置を求め、その同一時刻におけ
る撮像装置１２の位置からセンサの視線方向に伸ばした
直線と地表面との交点の位置を求めることにより、撮像
装置１２と地表との間の距離を算出する方法がある。地
表面としては、簡便にはジオイドを用いることもできる
が、標高データベースを用いたほうが高い精度で算出す
ることができる。

【００３９】本実施形態では、対象物Ｓは道路上の自動
車や、海上の船舶等を想定しているため、地表面を水平
面として取り扱っているが、陸上の対象物Ｓの場合に
は、標高データを用いて道路等の勾配角を算出し、この
勾配角から対象物Ｓの移動距離を補正すれば、より正確
な対象物Ｓの移動速度を計測することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、互
いに視線方向の異なる第１の撮像センサと第２の撮像セ
ンサとにより異なる時刻に対象物を撮像し、各撮像時に
おける撮像手段の空間位置データ及び撮像手段と地表と
の間の距離データを取得することで、これらの取得した
データ、第１の撮像センサ及び第２の撮像センサの視線
方向データ並びに第１の撮像センサと前記第２の撮像セ
ンサとの撮像時間間隔に基づいて対象物の移動速度を算
出することができる。したがって、地上基準点の有無に
左右されることなく、撮像センサにより地表上の対象物
を撮像して当該対象物の移動速度を計測することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】移動速度計測装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】移動速度の算出原理を説明するためのＹ軸方向
から見た模式図である。

【図３】移動速度の算出原理を説明するためのＺ軸方向
から見た模式図である。

【図４】移動速度の算出原理を説明するためのＸ軸方向
から見た模式図である。

【符号の説明】

１０…移動速度計測装置、１２…撮像装置、１６ａ、１
６ｂ…リニアセンサ、２２…ＧＰＳ、２４…レーザ距離
計、３０…データ解析装置、Ｓ…対象物。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体に搭載された、互いに視線方向の
   異なる第１の撮像センサ及び第２の撮像センサが設けら
   れた撮像手段により、地表上の対象物を撮像して前記対
   象物の移動速度を計測する移動速度計測方法であって、 前記第１の撮像センサにより前記対象物を撮像し、撮像
   時における前記撮像手段の空間位置データ及び前記撮像
   手段と地表との間の距離データを取得する第１の取得工
   程と、 前記第２の撮像センサにより前記対象物を撮像し、撮像
   時における前記撮像手段の空間位置データ及び前記撮像
   手段と地表との間の距離データを取得する第２の取得工
   程と、 前記第１の取得工程及び前記第２の取得工程にて取得し
   たデータ、前記第１の撮像センサ及び前記第２の撮像セ
   ンサの視線方向データ並びに前記第１の撮像センサと前
   記第２の撮像センサとの撮像時間間隔に基づいて前記対
   象物の移動速度を算出する算出工程と、を備えることを
   特徴とする移動速度計測方法。
2. 【請求項２】 前記撮像センサはリニアセンサであるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の移動速度計測方法。
3. 【請求項３】 前記第１の取得工程及び前記第２の取得
   工程では、地表に対して光を出射してから地表に反射さ
   れた前記光を受光するまでに要する時間を測定すること
   により前記距離データを取得することを特徴とする請求
   項１又は２に記載の移動速度計測方法。
4. 【請求項４】 移動体に搭載された、互いに視線方向の
   異なる第１の撮像センサ及び第２の撮像センサが設けら
   れた撮像手段により地表上の対象物を撮像して前記対象
   物の移動速度を計測する移動速度計測装置であって、 前記第１の撮像センサにより前記対象物が撮像された際
   及び前記第２の撮像センサにより前記対象物が撮像され
   た際の前記撮像手段の空間位置データを取得する空間位
   置データ取得手段と、 前記第１の撮像センサにより前記対象物が撮像された際
   及び前記第２の撮像センサにより前記対象物が撮像され
   た際の前記撮像手段と地表との間の距離データを取得す
   る距離データ取得手段と、 前記空間位置データ取得手段及び前記距離データ取得手
   段により取得されたデータ、前記第１の撮像センサ及び
   前記第２の撮像センサの視線方向データ並びに前記第１
   の撮像センサと前記第２の撮像センサとの撮像時間間隔
   に基づいて前記対象物の移動速度を算出する算出手段
   と、を備えることを特徴とする移動速度計測装置。
5. 【請求項５】 前記撮像センサはリニアセンサであるこ
   とを特徴とする請求項４に記載の移動速度計測装置。
6. 【請求項６】 前記距離データ取得手段は、地表に対し
   て光を出射してから地表に反射された前記光を受光する
   までに要する時間を測定することにより前記距離データ
   を取得することを特徴とする請求項４又は５に記載の移
   動速度計測装置。