JP2011169658A - 撮影位置特定装置および撮影位置特定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】映像入力装置10、機体センサ部20、表示装置30、入力装置40および信号処理装置50を備え、映像入力装置10はジンバルカメラ部11およびこのカメラの角度を計測するカメラ姿勢計測部12を有し、機体センサ部20は航空機の機体の姿勢、緯度、経度および高さを計測し、表示装置30はカメラで撮影された画像を表示し、入力装置40で画像中に表示された目標物をポインタで指定し、信号処理装置50はカメラ角度と、航空機の機体の姿勢、緯度、経度および高さと、指定された目標物の表示位置に基づいて、カメラレンズの中心から目標物を通る直線を航空機の移動の前後において求め、移動前の直線と移動後の直線との距離が最小となる点の座標を計算する。
【選択図】図1
Description
災害現場(遭難箇所や火災発生箇所)の特定のためには、その近傍に目標となる建物等が存在する場合は良いが、山間部等で目標物がない地域では、その場所を緯度経度座標で特定する必要がある。しかしながら、映像と二次元地図との照合が困難であり、指示した座標と実際の災害箇所の座標との座標のずれが問題になっていた。
以下、本願発明の実施の形態について図に基づいて説明する。図1はこの発明の実施の形態1に係る撮影位置特定装置1の概略構成図であり、図2は災害活動状況を示す図、図3はヘリコプタ機内の操作状況を示す図である。
災害活動状況を示す図2において、災害救助用ヘリコプタ100は、上空からカメラで撮影しながら遭難者101を探索する。発見された遭難者101の位置を高い精度で特定することが本発明の目的である。
画像入力装置10は映像を撮影するジンバルカメラ部11とカメラ角度(パン角度およびチルト角度)および焦点距離の計測を行うカメラ姿勢計測部12から構成される。機体センサ部20は機体姿勢(ピッチ角、ロール角、ヨー角および機体方位)を計測するジャイロ部21と機体の緯度経度と高度を計測するGPS装置部22から構成される。表示装置30は、ジンバルカメラ部11で撮影された画像を表示する映像表示部31とその画像中に映し出された目標物(遭難者等)101を指定するポインタ110を重畳表示するポインタ重畳表示部32から構成される。入力装置40は、カメラの角度や焦点距離を手動操作するカメラ方向操作部41とポインタ重畳表示部32によって画面に表示されるポインタ110を手動で操作するポインタ操作部42と、ポインタ110の画面上のピクセル位置座標を指定するポインタ座標指定部43から構成される。データの処理を行う信号処理装置50は、目標物の位置座標を計算する撮影位置特定部51と得られた情報の保存を行う記憶装置部52から構成される。
機内の操作状況を示す図3において、操作者111はカメラ方向操作部41を操作し、目標物101を表示装置30の画像中に把握する。ポインタ操作部42を操作してポインタ110によって目標物(遭難者)101を指定し、その状態でポインタ座標指定部43の操作ボタンを押し下げると、信号処理装置50によって目標物101の位置の緯度経度が計算される。
ステップ1(S1)において、操作者111がポインタ110によって指定した目標物101のピクセル位置情報は、ポインタ座標指定部43から撮影位置特定部51に出力される。ステップ2(S2)において、撮影位置特定部51はその時点のカメラ角度情報とヘリコプタ情報をカメラ姿勢計測部12、ジャイロ部21およびGPS装置部22から取得する。ステップ3(S3)において、ヘリコプタ情報(姿勢、経度、緯度、高さ)をワールド座標系(図5で後述)に変換する。ステップ4(S4)において、撮影位置特定部51は取得したカメラ情報、ヘリコプタ情報およびピクセル位置情報から目標物の座標を計算する。ステップ5(S5)において、撮影位置特定部51はそれらの情報を記憶装置部52に蓄積する。ステップ6(S6)において、ステップ4(S4)で計算した目標物の座標をワールド座標系から目標物の緯度経度情報に変換する。
図5はワールド座標系、図6はカメラ座標系を表した図である。
ワールド座標系ΣWは地球上に固定された座標系であり、各軸の向きは図5に示すように右手座標系をなし、XW:北方向(磁方位)、YW:東方向(磁方位)ZW:鉛直下方とする。カメラ座標系ΣCはカメラに固定された座標系であり、座標系の原点はカメラの焦点の位置に一致するものとする。各軸の向きは図6に示すように右手座標系をなし、UW:光軸と一致する軸で、向きはレンズから目標物への方向、VW:カメラの右手方向、WW:カメラの下方向とする。
画像上で指定した点の地表面上での座標とは、レンズの中心から画像中の点を通る直線lが、地表面と交差する点の座標として計算することができる。図8は計算方法の説明図である。
三次元空間における直線の一般式は、(式4)で表される。
ここでWTC、f、α、βは既知の取得データから一意に決まるため、Ax、Ay、Az、a14、a24、a34も一意の値となる。よって、過去の取得データが蓄積されていない場合には、(式8)から目標物の座標を計算することができる。
ステップ11(S11)において、操作者111がポインタ110によって指定した目標物101のピクセル位置情報は、ポインタ座標指定部43から撮影位置特定部51に出力される。ステップ12(S12)において、撮影位置特定部51はその時点のカメラ角度情報とヘリコプタ情報をカメラ姿勢計測部12、ジャイロ部21およびGPS装置部22から取得する。ステップ13(S13)において、ヘリコプタ情報(姿勢、経度、緯度、高さ)をワールド座標系に変換する。ステップ14(S14)において、撮影位置特定部51は記憶装置部52内に蓄積された直前に目標物を撮影し処理した情報を取得する。ステップ15(S15)において、撮影位置特定部51は、ステップ12(S12)のカメラ情報、ステップ13(S13)の情報およびステップ14(S14)で取得した情報から以下に説明する方法で目的物の正確な座標を再計算する。ステップ16(S16)において、撮影位置特定部51は現在の取得情報を記憶装置部52に蓄積する。ステップ17(S17)において、ステップ15(S15)で計算した目標物の座標をワールド座標系から緯度経度情報に変換する。
図10は、目標物座標を再算出する方法を説明する概念図である。移動前の地点での目標物への視線である直線lと、移動後の地点での目標物への視線である直線mとの交点を求めることで、三次元地勢データがない場合にも目標物の正確な座標を求めることができる。ただし、センサの誤差や時間方向のズレがある場合には直線lと直線mは必ずしも交差しない。そこで直線lと直線m間の距離が最小となる線分PQを求め、新しい直線m上の点であるQの座標を目標物の座標とする。図10は、2直線間の最短距離を求める概念図である。線分PQの方程式は直線lと直線mの方向ベクトルとPQ方向の方向ベクトルが垂直となることを利用して計算可能である。
以下に、その計算方法について具体的に説明する。
これらが独立とならない条件を以下で整理する。
(式6)と(式10)で2直線の傾きを比較する。直線lと直線mが平行の場合には2直線間の距離は一定となるため、点Qの座標を求めることができない。そのため、この場合には過去の取得データがない場合と同様にして目標物の座標を求める。
(2)直線lと直線mが交差する場合
直線lと直線mが平行ではなく、(式13)と(式14)が独立ではない場合には、これは2直線が1点で交差することを表す。この際にはWrp=Wrqという条件式を追加することにより、点Qの座標を求めることができる。
以上説明したように、三次元地勢データを利用できない場合であっても、目標物の正確な座標を求めることができる。
実施の形態1では、異なる位置でヘリコプタから目標物を撮影し、操作者111が表示装置30上で目標物101を複数回指定する場合について説明したが、撮影位置特定装置が、2回目以降の目標物の指定を自動的に行うことが可能である。
図12はこの発明の実施の形態2に係る撮影位置特定装置200の概略構成図である。図において、図1と同一あるいは相当部分には同一符号を付している。
実施の形態1に係る撮影位置特定装置1の構成との相違点は、信号処理装置250は実施の形態1で説明した撮影位置特定部251および記憶装置部252に加えて画像処理部253を備えていることである。
映像入力装置10で撮影された映像は、表示装置30の映像表示部31に出力されると共に、信号処理装置250内の画像処理部253にも出力される。画像処理部253は先に操作者111が指定した目標物101を移動後に撮影した画像中から抽出する機能を有する。
最初の目標物の指定は、実施の形態1で説明した内容と同様であり、操作者111が表示装置30の画面上で、目標物101をポインタ110によって指定する。実施の形態1で説明した図4のフローチャートに基づく処理を行った後に、画像処理部253はその映像中の目標物101の位置から、画像上の予め指定された大きさ(例えば、大領域、中領域、小領域)のピクセル情報を抽出する。
ヘリコプタ100が移動後に、この抽出したピクセル情報を用いて、撮影位置特定装置200が行う処理を、図13のフローチャートに基づいて説明する。
ステップ21(S21)において、画像処理部253は、新しい位置からの撮影した画像と先に抽出したピクセル情報とを照合する。照合の結果、画像処理部253は合致する画像部分の位置を目標物101の新しい位置として指定する。この画像中のピクセル情報との照合処理は、MEAN−SHIFT法などの公知技術で実現可能である。ステップ22(S22)において、画像処理部253は、ステップ21(S21)の照合の結果得られた新しい目標物101の位置のピクセル情報を取得し、撮影位置特定部251に出力する。ステップ23(S23)において、撮影位置特定部251はその時点のカメラ角度情報とヘリコプタ情報をカメラ姿勢計測部12、ジャイロ部21およびGPS装置部22から取得する。ステップ24(S24)において、撮影位置特定部251はヘリコプタ情報(姿勢、経度、緯度、高さ)をワールド座標系に変換する。ステップ25(S25)において、撮影位置特定部251は記憶装置部252内に蓄積された直前に目標物を撮影し処理した情報を取得する。
ステップ26(S26)において、撮影位置特定部251は、ステップ23(S23)のカメラ情報、ステップ24(S24)の情報およびステップ25(S25)で取得した情報から目的物101の正確な座標を計算する。ステップ27(S27)において、撮影位置特定部251は現在の取得情報を記憶装置部252に蓄積する。ステップ28(S28)において、ステップ26(S26)で計算した目標物のワールド座標系から目標物の緯度経度情報に変換する。
映像入力装置として高温部が強調された映像を出力することができる赤外カメラを使用することで、信号処理装置で映像から高温部を抽出し、火災発生地点を目標物として自動的に指定することが可能である
図14はこの発明の実施の形態3に係る撮影位置特定装置300の概略構成図である。図において、図1と同一あるいは相当部分には同一符号を付している。
実施の形態1に係る撮影位置特定装置1の構成との相違点は、赤外カメラ装置310を備えていることと、信号処理装置350は撮影位置特定部351および記憶装置部352に加えて画像処理部353を備えることである。また、表示装置330は映像表示部331を備え、入力装置部340はカメラ方向操作部341を備えている。
赤外カメラ装置310は赤外映像の撮影及びカメラ角度、焦点距離の取得を行う。こ赤外カメラ装置310で撮影された赤外映像は操作者111の操作、あるいは画像処理にて赤外カメラのゲイン、レンジは調整され、画像の高温部が強調されている。赤外カメラ装置310で撮影された映像は、表示装置330の映像表示部331に出力されると共に、信号処理装置350内の画像処理部353にも出力される。画像処理部353は赤外画像中から火災発生地点である目標物を抽出する。
実施の形態3においては、目標物の指定は操作者111の操作ではなく、画像処理部353の自動処理により行われる。
まず、画像処理部353が行う画像処理部353に入力された赤外画像から高温部分を自動的に抽出する処理を説明する。赤外カメラからの画像は、高温部分が強調されており、強調された高温部分のピクセルの色は白色となっている。逆に高温でない部分は黒または灰色となっている。画像処理部353は、画像から白色のピクセル部分を取り出し、さらに白色ピクセル群が隣接しており、予め決められた大きさの領域部分を抽出して目標物として指定する。
ステップ31(S31)において、画像処理部353は、画像中の高温部分を、上記で説明した方法で抽出し、目標物の位置のピクセル座標を取得し、撮影位置特定部351へ出力する。ステップ32(S32)以降の処理は、実施の形態1に係るフローチャート(図4)と同様である。
実施の形態1で説明した図4のフローチャートとの違いは、実施の形態1においては目標物の指定を操作者111が手動で行っていたが、実施の形態3では画像処理部353が自動で行うことである。
ステップ41(S41)において、画像処理部353は、画像中の高温部分を、上記で説明した方法で抽出し、新しい目標物の位置のピクセル座標を取得し、撮影位置特定部251へ出力する。ステップ42(S42)以降の処理は、実施の形態1に係るフローチャート(図9)と同様である。
11 ジンバルカメラ部、12 カメラ姿勢計測部、20 機体センサ部、
21 ジャイロ部、22 GPS装置部、30,330 表示装置、
31,331 映像表示部、32 ポインタ重畳表示部、40,340 入力装置、
41,341 カメラ方向操作部、42 ポインタ操作部、43 ポインタ座標指定部、
50,250,350 信号処理装置、51,251,351 撮影位置特定部、
52,251,351 記憶装置部、253,353 画像処理部、
100 ヘリコプタ、101 目標物、110 ポインタ、111 操作者。
Claims (4)
- 航空機に搭載された映像入力装置、機体センサ部、表示装置、入力装置および信号処理装置とを備え、
前記映像入力装置は、目標物を撮影するカメラおよびこのカメラの角度を計測する計測部とを有するものであり、
前記機体センサ部は、前記航空機の機体の姿勢、緯度、経度および高さを計測するものであり、
前記表示装置は前記カメラで撮影された画像を表示するものであり、
前記入力装置は、前記画像中に表示された目標物にポインタを合わせて表示位置を指定するものであり、
前記信号処理装置は、前記計測部から受けたカメラ角度と、前記機体センサ部から受けた航空機の機体の姿勢、緯度、経度および高さと、前記入力装置から受けた目標物の表示位置とに基づいて、
前記カメラレンズの中心から前記目標物を通る直線を前記航空機の移動の前後において求め、移動前の直線と移動後の直線との距離が最小となる点の座標を計算するものである映像位置特定装置。 - 前記信号処理装置は、移動前の画像から抽出した目標物の画像情報と、移動後の画像情報を照合することにより、移動後の画像中の目標物の表示位置と指定する請求項1記載の映像位置特定装置。
- 航空機に搭載された映像入力装置、機体センサ部、表示装置および信号処理装置とを備え、
前記映像入力装置は、目標物を撮影する赤外カメラおよびこの赤外カメラの角度を計測する計測部とを有するものであり、
前記機体センサ部は、前記航空機の機体の姿勢、緯度、経度および高さを計測するものであり、
前記表示装置は前記赤外カメラで撮影された画像を表示するものであり、
前記信号処理装置は、前記計測部から受けた赤外カメラ角度と、前記機体センサ部から受けた航空機の機体の姿勢、緯度、経度および高さと、前記画像の色に基づき抽出した目標物の表示位置とに基づいて、
前記赤外カメラレンズの中心から前記目標物を通る直線を前記航空機の移動の前後において求め、移動前の直線と移動後の直線との距離が最小となる点の座標を計算するものである映像位置特定装置。 - 航空機に搭載されたカメラにより、目標物を撮影し、前記航空機に搭載された表示部に画像を表示するステップと、
前記画像中に表示された目標物にポインタを合わせて表示位置を指定するステップと、
前記カメラの角度、前記航空機の機体の姿勢、緯度、経度および高さを計測するステップと、
これらの計測値と前記目標物の表示位置とに基づいて、前記カメラレンズの中心から前記目標物を通る直線を前記航空機の移動前および移動後において求めるステップと、
移動前の直線と移動後の直線との距離が最小となる点の座標を計算するステップとを
備えた映像位置特定方法。
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