JP2010223752A - 飛翔体高度計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 鳥類等の飛翔体の高度を簡易に測定する。
【解決手段】 飛翔体Ａを高さが既知の固定物体Ｂと同一画面内に捉え、離隔画素数から飛翔体Ａの飛行高度を求める構成である。撮像手段が１台のカメラ１０で済み、簡易かつ安価な構成であると共に、設置場所が１箇所で済むため、山間部等における設置作業、撮影作業が容易である。また、飛翔体Ａが撮影対象領域外を飛行する場合でも、再設定作業が容易であり、航空機などと比べて飛行経路が変化しやすい鳥類などの飛行高度を測定するのに適する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鳥類などの飛翔体の高度を計測する飛翔体高度計測装置に関する。

鳥類などの飛翔体の３次元位置情報を得る場合、例えば、４ｋｍ四方の領域を撮影できるように２台のカメラを数ｋｍ離して設置し、飛翔体の撮影を行っている。また、特許文献１には、飛翔体までの距離及び仰角を測定し、飛翔体の高度を求める技術が開示されている。

特開平８−１０１２７２号公報

２台のカメラを用いる技術の場合、上記のように２台のカメラを遠距離離間させて設置する必要があるため、飛翔体を撮影可能な場所を２箇所確保する必要がある。しかし、山間部などでは、このような撮影条件を満たす場所を２箇所確保することが困難な場合も多い。また、飛翔体が鳥類などの場合には、予定の撮影対象領域から外れた領域を飛行することも多く、その場合に、改めてカメラの設置場所を２箇所確保するのは容易でない。さらに、撮影装置はもとより、操作に要する作業人員も、１台のカメラで撮影する場合の２倍必要となる。

また、特許文献１の場合、飛翔体までの距離だけでなく、仰角も測定しなければならない。従って、距離測定装置だけでなく、測角手段も必要となり、装置構成が複雑である。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、１台のカメラを使用する構成とすることにより、簡易かつ安価な構成とすることができると共に、設置作業、撮影作業の容易化を図ることができる飛翔体高度計測装置を提供することを課題とする。

上記した課題を解決するため、本発明は、飛行高度を求めようとする飛翔体と高さが既知の固定物体とを同一画面内に捉えて撮影する１台のカメラと、前記カメラの設置点から前記飛翔体までの距離を測定する距離測定装置と、前記同一画面内に捉えた前記飛翔体と固定物体との間の離隔画素数、前記距離測定装置により測定された前記カメラの設置点から前記飛翔体までの距離、及び画素数と距離との変換係数を用いて、前記飛翔体と固定物体との間の離隔画素数に相当する距離を求め、この距離から前記飛翔体の飛行高度を求めるデータ演算装置とを具備する飛翔体高度計測装置を提供する。

前記カメラは、飛行軌跡が線形とみなせる所定時間、前記飛翔体を連続撮影し、前記データ演算装置は、前記連続撮影時間に撮影された飛行軌跡の高度を求め、さらに、当該飛行軌跡を表示装置に出力可能である構成とすることが好ましい。また、本発明は、前記カメラの撮影対象である飛翔体として鳥類の撮影に適用することが好ましい。

本発明によれば、飛翔体を高さが既知の固定物体と同一画面内に捉え、離隔画素数から飛翔体の飛行高度を求める構成である。撮像手段が１台のカメラで済み、簡易かつ安価な構成であると共に、設置場所が１箇所で済むため、山間部等における設置作業、撮影作業が容易である。また、飛翔体が撮影対象領域外を飛行する場合でも、再設定作業が容易であり、航空機などと比べて飛行経路が変化しやすい鳥類などの飛行高度を測定するのに適する。

本発明の一の実施形態に係る飛翔体高度計測装置の全体構成を示した概念図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 上記実施形態において変換係数の求め方を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は上記実施形態において飛翔体の所定時間の連続撮影を行って飛行高度及び飛行軌跡を求める方法を説明するための図である。 実施例において撮影した高さが既知の電柱の上方を飛翔する鳥（トビ）の５秒間の軌跡を捉えた画像データである。 実施例において撮影した高さが既知の電柱の上方を飛翔する鳥（トビ）の３０秒間の軌跡を捉えた画像データである。 図４の画像データを用いて鳥の高度を求める方法を説明するための図である。 実施例において、電柱が鳥までの距離と同じ距離に存在していると仮定した場合における電柱の高さの求め方を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の飛翔体高度計測装置１は、図１に示したように、カメラ１０と、距離測定装置２０と、データ演算装置３０とを備えて構成されている。

カメラ１０は、例えば、ＣＣＤ撮像素子を備えたカメラ（ＣＣＤカメラ）やＣ−ＭＯＳ撮像素子を備えたカメラから構成される。カメラ１０の設置点は、鳥類等の飛翔体Ａが飛行する領域が撮影できる場所が選択されるが、カメラ１０により撮影する際に、飛翔体Ａと共に、高さが既知の固定物体Ｂ、例えば、地面や建築物の屋上等を同一画面内に含めることができる場所に設置される。

距離測定装置２０は、カメラ１０の設置点から飛翔体Ａまでの距離を測定できるものである限り、限定されるものではなく、例えば、レーザ距離計を用いることができる。また、三角測量などにより計測する方法も可能であるが、迅速に測定できることからレーザ距離計を用いることが好ましい。

データ演算装置３０は、カメラ１０により取得された画像データにおいて、飛翔体Ａと固定物体Ｂとの間の離隔画素数を求め、飛翔体Ａの飛行高度を求めるコンピュータプログラムが設定されてなる。離隔画素数を基に、飛翔体Ａの実際の飛行高度を求めるに当たっては、画素数と距離との変換係数を求める必要がある。この変換係数は、例えば、図２に示したように求める。図２の例は、長さ２ｍのスケールを、カメラから１００ｍ離れた地点に立てて撮影し、このスケールが画像中の１００ｐｉｘｅｌを占めたとしたものである。そうすると、画像解像度は、２／１００＝０．０２（ｍ／ｐｉｘｅｌ）と求められる。次に、画像解像度から変換係数（ｐｉｘｅｌ^−１）を求める。１００ｍの距離で、画像解像度が０．０２（ｍ／ｐｉｘｅｌ）なので、変換係数は、 ０．０２（ｍ／ｐｉｘｅｌ）／１００（ｍ）＝０．０００２ （ｐｉｘｅｌ^−１）と求められる。この変換係数をデータ演算装置３０の記憶部に記憶しておく。データ演算装置３０は、距離測定装置２０により測定された距離のデータが得られれば、この変換係数を用いてその距離に対応する画像解像度を求め、実際の飛行高度を算出する。

本実施形態によれば、カメラ１０により、飛翔体Ａと固定物体Ｂとを同一画面内に捉えたならば撮影を開始し、同時に距離測定装置２０によりカメラ１０の設置点から飛翔体Ａまでの距離Ｌを測定する。飛翔体Ａが固定物体Ｂと共に撮影された画像データから、データ演算装置３０は、飛翔体Ａ及び固定物体Ｂ間の離隔画素数（ｐｉｘｅｌ）を求める。距離Ｌに変換係数（０．０００２ （ｐｉｘｅｌ^−１））を掛け、さらに、飛翔体Ａ及び固定物体Ｂ間の離隔画素数（ｐｉｘｅｌ）を掛けると、飛翔体Ａ及び固定物体Ｂ間の実際の距離（飛行高度）Ｈが求まる。この距離（飛行高度）Ｈは、固定物体Ｂが、飛翔体Ａの下方に位置する地面であればそのまま飛翔体Ａの飛行高度として採用されるが、固定物体Ｂが、例えば、高さが既知の鉄塔や建物の頂部である場合、その頂部までの高さに両者間の距離を足して、飛行高度が求められることになる。カメラから固定物体Ｂと飛翔体Ａまでの距離が異なる場合、固定物体Ｂが飛翔体Ａまでの距離にあった場合を仮定して、固定物体Ｂの高さを補正すれば良い。なお、固定物体Ｂが飛翔体Ａの上方に位置している場合でも、両者間の距離を固定物体Ｂの高さから差し引き等することで飛行高度は算出可能である。

また、カメラ１０で撮影する場合、所定時間、飛翔体Ａを連続撮影することが好ましい。連続撮影する時間が長すぎると、変換係数（ｐｉｘｅｌ^−１）の変化が大きくなり、飛行高度Ｈの精度が低下する。また、飛翔体Ａ（特に、鳥類）が旋回したりするなど飛行軌跡が安定しない。このため、変換係数がほぼ一定とみなせる時間内や、飛行軌跡が線形とみなせる時間内とすることが好ましい。図３（ａ）に示したように、例えば、カメラ１０から飛翔体Ａまでの距離を１ｋｍとした場合、その１０％、すなわち１００ｍの範囲で飛翔体Ａ（鳥類）が変位しても、変換係数（ｐｉｘｅｌ^−１）の変化は飛行高度の測定精度に影響のない十分小さな範囲内に収まる。この場合、飛翔体Ａである鳥類の飛行速度が１０〜２０ｍ／ｓ前後とすると、連続撮影の時間は５〜１０秒間に設定すればよい。また、撮影時間を５〜１０秒間にすることにより、その飛行軌跡は、図３（ｂ）に示したように、ほぼ線形なものが得られる。

線形な飛行軌跡が得られた場合、固定物体Ｂからこの飛行軌跡までの離隔画素数を求める。線形な飛行軌跡が例えば傾斜している場合には、その中間点の位置、あるいは、各端部の位置までの離隔画素数を求める。そして、上記と同様に、所定の変換係数を掛けて飛行高度Ｈを求める。なお、この際に用いられるカメラ１０の設置点から飛翔体Ａまでの距離Ｌは、連続撮影を開始した時点に測定した距離、連続撮影の終了時点の距離、その中間時点の距離、あるいは、それらの平均の距離等のいずれであってもよい。また、粒子追跡法（ＰＴＶ）の手法を応用し、飛翔体Ａを粒子とみなして微小時間間隔で連続撮影すると共に、カメラ１０の設置点から飛翔体Ａまでの距離Ｌもその度に測定し、逐次、飛行高度Ｈを求めることも可能である。

このように所定時間の連続撮影を行うと、飛行軌跡が１本の線になるため、データ演算装置３０の指令によって、ディスプレイやプリンタなどの表示装置に出力させれば、飛行高度と共に飛翔体Ａの飛行軌跡を表示できる（図３（ｂ）参照）。また、例えば、２秒間隔で、５秒間の連続撮影を複数回行った飛行軌跡を出力すれば、飛翔体Ａがある時間帯において水平飛行した後、旋回した、などといった解析が可能になり、例えば、鳥類の種類毎にそのデータを蓄積していけば、鳥類の種類の特定による飛行高度、飛行軌跡の予測に役立つ。

（実施例）
図４は、高さが既知の電柱の上方を飛翔する鳥（トビ）の５秒間の軌跡を捉えた画像データであり、図５は、３０秒間の軌跡を捉えた画像データである。図４及び図５から、鳥は高さ方向にも水平面方向にも移動しており、３０秒間だとその変位量が大きいが、５秒程度であれば測定精度に影響はないとみなせることがわかる。

そして、図６に示したように、図４の５秒間の軌跡を用いて、地上物（電柱の頭部）の高さから撮影開始点における鳥の高度を求めた。地上物（電柱の頭部）から撮影開始点までの垂直方向の離隔画素数は１５０ｐｉｘｅｌであった。変換係数は、図２で例示した０．０００２ （ｐｉｘｅｌ^−１）を用いた。また、図６において、高さの既知の地上物として選択した電柱は、その頭部までの高さが２０ｍであり、カメラから電柱までの水平距離は６０ｍであった。この電柱が、鳥と同じ距離（２００ｍ）に存在すると仮定した場合の予想高さは、図７に示したように、２０ｍ×（２００／６０）より、６６ｍとなる。

この結果、
「鳥の高度」＝「地上物（電柱の頭部）からの鳥の高度」＋「鳥までの距離と同じ距離に地上物（電柱の頭部）が存在すると仮定した場合の地上物予想高さ」
＝０．０００２×２００ｍ×１５０ｐｉｘｅｌ＋６６ｍ
＝６ｍ＋６６ｍ
＝７２ｍ
が得られ、１台のカメラで鳥の高度を測定することができた。

１ 飛翔体高度計測装置
１０ カメラ
２０ 距離測定装置
３０ データ演算装置
Ａ 飛翔体
Ｂ 固定物体（地面）

Claims (3)

1. 飛行高度を求めようとする飛翔体と高さが既知の固定物体とを同一画面内に捉えて撮影する１台のカメラと、
   前記カメラの設置点から前記飛翔体までの距離を測定する距離測定装置と、
   前記同一画面内に捉えた前記飛翔体と固定物体との間の離隔画素数、前記距離測定装置により測定された前記カメラの設置点から前記飛翔体までの距離、及び画素数と距離との変換係数を用いて、前記飛翔体と固定物体との間の離隔画素数に相当する距離を求め、この距離から前記飛翔体の飛行高度を求めるデータ演算装置と
   を具備する飛翔体高度計測装置。
2. 前記カメラは、飛行軌跡が線形とみなせる所定の時間、前記飛翔体を連続撮影し、
   前記データ演算装置は、前記連続撮影時間に撮影された飛行軌跡の高度を求め、さらに、当該飛行軌跡を表示装置に出力可能である請求項１記載の飛翔体高度計測装置。
3. 前記カメラの撮影対象である飛翔体が鳥類である請求項１又は２記載の飛翔体高度計測装置。