JP2014044067A - 写真測量用カメラ及び航空写真装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型飛行体の姿勢がどの様に変化しても、正確に写真測量用カメラの撮影位置を特定可能な写真測量用カメラ又は航空写真装置を提供する。
【解決手段】ジンバル１４を介して任意の方向に傾斜自在に支持されたシャフト１１と、シャフトの上端に設けられたＧＰＳアンテナ１２を有するＧＰＳ装置と、シャフトの下端に設けられた写真装置本体１３とを有し、写真装置本体の光軸が常に鉛直下方に向く様構成され、写真装置本体はＧＰＳアンテナと既知の関係に設けられた撮像部２４と、撮像部の撮像を制御する制御装置１９とを有し、制御装置は撮像部で静止画像を取得する様、撮像部を制御すると共にＧＰＳ装置により撮像時の撮像位置を取得する様構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は小型飛行体に設けられる写真測量用カメラ及び該写真測量用カメラを備えた航空写真装置に関するものである。

近年、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｉｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ：無人飛行体）の進歩に伴い、ＵＡＶに写真測量用カメラを搭載し、ＵＡＶを用いた写真測量が発展している。

通常、ＵＡＶは、推進方向に機体を傾けて飛行するが、ＵＡＶの機体の傾きは推進速度や風の影響を受け易く、傾きの安定性が悪い。一方、航空写真測量は鉛直下方の画像を高精細に撮影する必要があり、カメラの傾きの安定性が要求される。

この為、航空撮影に於いては、通常、ＵＡＶの機体に制御駆動によるジンバルを取付け、そのジンバルにカメラを搭載してカメラの向きの安定を図り航空写真を撮影し、更に撮影した航空写真に基づき航空写真測量を行っていた。

従来の航空写真測量で撮影した航空写真を対地標定（絶対標定）する方法の１つとして、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位システム）やトータルステーションで測定した地上座標を用いる方法がある。

又、ＵＡＶの機体にＧＰＳを搭載し、撮影時の機体の絶対座標をＧＰＳにより測定し、測定した地上座標に基づき絶対標定を行うことも考えられる。

然し、ＧＰＳがＵＡＶの機体に設けられ、写真測量用カメラはジンバルを介して機体に設けられているので、ＧＰＳと機体とは一体であるが、写真測量用カメラは機体の姿勢に拘らず鉛直方向に向けられるので、ＧＰＳと写真測量用カメラとは、機体の姿勢の変更に伴い相対位置関係が変化する。

そして、推進速度、風等の要因でＵＡＶの姿勢は常に変化しており、又静止飛行状態（ホバリング状態）でもＵＡＶは動いている。従って、ＧＰＳと写真測量用カメラとの相対位置関係も常に変化しており、航空写真撮影時の写真測量用カメラの位置を正確に測定することは困難であった。

特開平８−２８５５８８号公報 特開２０１０−３８８２２号公報 特開２００６−１０３７６号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、小型飛行体の姿勢がどの様に変化しても、正確に写真測量用カメラの撮影位置を特定可能な写真測量用カメラ又は航空写真装置を提供するものである。

本発明は、ジンバルを介して任意の方向に傾斜自在に支持されたシャフトと、該シャフトの上端に設けられたＧＰＳアンテナを有するＧＰＳ装置と、前記シャフトの下端に設けられた写真装置本体とを有し、該写真装置本体の光軸が常に鉛直下方に向く様構成され、前記写真装置本体は前記ＧＰＳアンテナと既知の関係に設けられた撮像部と、該撮像部の撮像を制御する制御装置とを有し、該制御装置は前記撮像部で静止画像を取得する様、前記撮像部を制御すると共に前記ＧＰＳ装置により撮像時の撮像位置を取得する様構成した写真測量用カメラに係るものである。

又本発明は、前記ジンバルにアタッチメント機能を付加し、該ジンバルを介して他の装置に追加設置可能とした写真測量用カメラに係るものである。

又本発明は、前記撮像部が動画カメラと静止画カメラとを具備し、第１の撮影地点から第２の撮影地点に移動する際に、前記静止画カメラが第１の撮影地点で第１静止画像を取得し、第２の撮影地点で第２静止画像を取得し、前記動画カメラは第１の撮影地点から第２の撮影地点に移動する間中、動画を撮影し、前記制御装置は前記第１静止画像から抽出した特徴点を動画像トラッキングで前記第２静止画像中に特定すると共に前記特徴点に基づき前記第１静止画像と前記第２静止画像とを画像マッチングする写真測量用カメラに係るものである。

又本発明は、前記ＧＰＳ装置により所定時間間隔でＧＰＳ位置情報を取得し、前記動画カメラは動画像として所定時間隔でフレーム画像を取得し、前記静止画カメラにより取得された静止画像と前記フレーム画像とを順次画像マッチングさせ、前記静止画像とマッチングするフレーム画像を検出し、検出フレーム画像の取得時点に対応するＧＰＳ位置情報を静止画像を取得した位置と判断する写真測量用カメラに係るものである。

又本発明は、クロック信号発生部を更に具備し、該クロック信号発生部が発するクロック信号を介して前記ＧＰＳ装置によるＧＰＳ位置情報の取得と前記フレーム画像の取得とを同期させ、前記検出フレーム画像取得時間と、該取得時間前後に得られたＧＰＳ位置情報に基づき内挿補間により前記検出フレーム画像の取得時点の位置情報を求める写真測量用カメラに係るものである。

又本発明は、前記他の装置は飛行体である写真測量用カメラに係るものである。

又本発明は、前記写真装置本体の光軸と鉛直線との角度を検出する傾斜センサを更に具備し、前記制御装置は前記傾斜センサの検出結果に基づき撮像時の撮像位置を補正する写真測量用カメラに係るものである。

又本発明は、飛行体と、上記写真測量用カメラのいずれかを具備する航空写真装置であって、前記飛行体は、中心部に配置された主フレームと、該主フレームにプロペラフレームを介して設けられた所定数のプロペラユニットとを具備し、前記写真測量用カメラは前記主フレームに、該主フレームの中心を上下に貫通する様に設けられると共に前記写真測量用カメラに作用する重力で該写真測量用カメラの光軸が鉛直方向に向く様に設定された航空写真装置に係るものである。

又本発明は、写真装置本体は、方位センサ、ジャイロユニット及び前記方位センサ、前記ジャイロユニットからの信号に基づき前記プロペラユニットを制御する飛行制御部を具備し、前記飛行体は自律飛行可能に構成された航空写真装置に係るものである。

本発明によれば、ジンバルを介して任意の方向に傾斜自在に支持されたシャフトと、該シャフトの上端に設けられたＧＰＳアンテナを有するＧＰＳ装置と、前記シャフトの下端に設けられた写真装置本体とを有し、該写真装置本体の光軸が常に鉛直下方に向く様構成され、前記写真装置本体は前記ＧＰＳアンテナと既知の関係に設けられた撮像部と、該撮像部の撮像を制御する制御装置とを有し、該制御装置は前記撮像部で静止画像を取得する様、前記撮像部を制御すると共に前記ＧＰＳ装置により撮像時の撮像位置を取得する様構成したので、前記ＧＰＳアンテナと前記撮像部とが機械的に固定され、更に既知の関係が保たれ、前記ＧＰＳ装置により取得した位置情報に基づき撮像位置が直ちに特定できる。又、前記ＧＰＳ装置はジンバルにより傾きが抑えられるので安定した測定値を得ることができる。

又本発明によれば、前記ジンバルにアタッチメント機能を付加し、該ジンバルを介して他の装置に追加設置可能としたので、既存の装置に追加設備することが容易である。

又本発明によれば、前記撮像部が動画カメラと静止画カメラとを具備し、第１の撮影地点から第２の撮影地点に移動する際に、前記静止画カメラが第１の撮影地点で第１静止画像を取得し、第２の撮影地点で第２静止画像を取得し、前記動画カメラは第１の撮影地点から第２の撮影地点に移動する間中、動画を撮影し、前記制御装置は前記第１静止画像から抽出した特徴点を動画像トラッキングで前記第２静止画像中に特定すると共に前記特徴点に基づき前記第１静止画像と前記第２静止画像とを画像マッチングするので、第１静止画像と第２静止画像と光軸は、それぞれ鉛直であり、画像マッチングを行う為に必要な画像処理、演算処理が容易になる。

又本発明によれば、前記ＧＰＳ装置により所定時間間隔でＧＰＳ位置情報を取得し、前記動画カメラは動画像として所定時間隔でフレーム画像を取得し、前記静止画カメラにより取得された静止画像と前記フレーム画像とを順次画像マッチングさせ、前記静止画像とマッチングするフレーム画像を検出し、検出フレーム画像の取得時点に対応するＧＰＳ位置情報を静止画像を取得した位置と判断するので、前記静止カメラに指令するシャッタ信号が発せられる時間と静止画像取得時とでタイムラグがあっても画像取得時の位置情報が正確に得られる。

又本発明によれば、クロック信号発生部を更に具備し、該クロック信号発生部が発するクロック信号を介して前記ＧＰＳ装置によるＧＰＳ位置情報の取得と前記フレーム画像の取得とを同期させ、前記検出フレーム画像取得時間と、該取得時間前後に得られたＧＰＳ位置情報に基づき内挿補間により前記検出フレーム画像の取得時点の位置情報を求めるので、検出フレーム画像取得時とＧＰＳ位置情報の取得時に時間的なずれがあった場合も、画像取得時の位置情報が正確に得られる。

又本発明によれば、前記他の装置は飛行体であるので、容易に航空写真測量が行える画像を取得することができる。

又本発明によれば、前記写真装置本体の光軸と鉛直線との角度を検出する傾斜センサを更に具備し、前記制御装置は前記傾斜センサの検出結果に基づき撮像時の撮像位置を補正するので、前記写真装置本体が鉛直線に対して傾斜した場合でも正確な撮像位置を求めることができる。

又本発明によれば、飛行体と、上記写真測量用カメラのいずれかを具備する航空写真装置であって、前記飛行体は、中心部に配置された主フレームと、該主フレームにプロペラフレームを介して設けられた所定数のプロペラユニットとを具備し、前記写真測量用カメラは前記主フレームに、該主フレームの中心を上下に貫通する様に設けられると共に前記写真測量用カメラに作用する重力で該写真測量用カメラの光軸が鉛直方向に向く様に設定されたので、容易に航空写真測量が行える画像を取得することができる。

又本発明によれば、写真装置本体は、方位センサ、ジャイロユニット及び前記方位センサ、前記ジャイロユニットからの信号に基づき前記プロペラユニットを制御する飛行制御部を具備し、前記飛行体は自律飛行可能に構成されたので、任意の範囲で容易に航空写真測量が行える画像を取得することができるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る航空写真装置の概略を示す斜視説明図である。 同前航空写真装置の概略断面図である。 該航空写真装置の概略の構成を示すブロック図である。 （Ａ）は本実施例に於いて飛行体が傾いた状態での飛行体と写真測量用カメラとの関係を示す説明図であり、（Ｂ）は従来例に於いて飛行体が傾いた状態での飛行体と写真測量用カメラとの関係を示す説明図である。 航空写真測量の原理を示す説明図である。 静止画像撮像時に高精度なＧＰＳ装置より正確な位置情報を取得する場合の、動画像、静止画像の取得タイミングと、前記ＧＰＳ装置からの位置情報取得タイミングの関係を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１、図２は写真測量用カメラを搭載した航空写真装置を示している。

図１、図２中、１は飛行体、２は該飛行体１に搭載された写真測量用カメラを示している。

先ず、前記飛行体１について説明する。

該飛行体１は機体３を有し、該機体３は放射状に延出する複数で且つ偶数のプロペラフレーム４を有し、各プロペラフレーム４の先端にプロペラユニットが設けられる。該プロペラユニットは、前記プロペラフレーム４の先端に取付けられたプロペラモータ５と、該プロペラモータ５の出力軸に取付けられたプロペラ６により構成される。前記プロペラモータ５により前記プロペラ６が回転され、前記飛行体１が飛行する様になっている。

前記機体３は中心に、中空円筒状の主フレーム７を有し、該主フレーム７の上端には外方に向って延出する外フランジ８、下端には中心に向って延出する内フランジ９が設けられている。該内フランジ９の中心部には、円形の孔１０が形成される。

前記プロペラフレーム４は棒状であり、前記主フレーム７の軸心と直交する平面内に配設され、水平方向に等角度間隔で所定数（少なくとも４本、好ましくは８本、図示では８本（４ａ〜４ｈ）を示している）設けられている。前記プロペラフレーム４の内端部は、前記主フレーム７を貫通すると共に前記外フランジ８に固着されている。

前記主フレーム７を上下に貫通する様に、写真測量用カメラ２が設けられ、該写真測量用カメラ２は前記主フレーム７に対し、任意の方向に揺動自在となっている。

前記写真測量用カメラ２は、上下に延出するシャフト１１と該シャフト１１の上端に設けられたＧＰＳアンテナ１２、前記シャフト１１の下端に設けられた写真装置本体１３を有している。

前記シャフト１１は前記孔１０を貫通し、前記シャフト１１の軸心は前記主フレーム７の軸心と同心である。前記シャフト１１の下端部近傍には、ジンバル１４が設けられ、該ジンバル１４が防振部材１５を介して前記内フランジ９に設置される。

前記ジンバル１４は直交する２方向の揺動軸１６ａ，１６ｂを有し、前記シャフト１１を直交する２方向に揺動自在に支持する。前記防振部材１５は、前記プロペラモータ５、前記プロペラ６が回転した際の振動を吸収し、振動が前記シャフト１１に伝達されない様にしている。傾斜センサ３７は、前記シャフト１１の下端に設けられ前記機体３の加速度の変化により生じる急なジンバル１４の傾きを検出する。

前記写真装置本体１３は、バランスウェイトとして機能し、前記写真装置本体１３に外力が作用しない状態では、前記シャフト１１は鉛直な状態となる。

前記プロペラフレーム４と前記シャフト１１との間には、ダンパバネ１７が掛渡されている。該ダンパバネ１７は少なくとも３、好ましくは４本設けられ、前記ダンパバネ１７は前記揺動軸１６ａ，１６ｂと平行に延出する前記プロペラフレーム４と前記シャフト１１との間に設けられることが好ましい。

又、４本の前記ダンパバネ１７は、それぞれ前記シャフト１１と前記プロペラフレーム４間に張力を作用させており、前記飛行体１が水平姿勢（前記プロペラフレーム４が水平な状態）で、張力のバランスにより前記シャフト１１が鉛直状態を保つ様に設定されている。又、前記ダンパバネ１７の張力、バネ定数は小さく設定されており、前記機体３が傾いた場合に、前記写真装置本体１３に作用する重力で前記シャフト１１が鉛直方向に向く様になっている。

前記写真測量用カメラ２の所要位置、例えば図２に示される様に前記シャフト１１の下端に傾斜センサ３７が設けられる。該傾斜センサ３７は前記シャフト１１が鉛直に対して傾斜した場合、鉛直線と前記シャフト１１の軸心との角度を検出するものであり、前記傾斜センサ３７の検出結果は後述する制御装置１９に送出される。

尚、前記ダンパバネ１７は、前記シャフト１１を鉛直な状態に付勢する付勢手段であり、前記シャフト１１が揺動、振動した場合に、迅速に鉛直状態に復帰させるものであり、振動を減衰させるものである。又、付勢手段としては、上記したダンパバネ１７の他に前記ジンバル１４の揺動軸１６ａ，１６ｂが回転した場合に、復帰方向に回転させる捩りコイルバネとしてもよい。

前記写真装置本体１３の概略を、図３を参照して説明する。

前記写真装置本体１３は前記シャフト１１の下端に設けられる筐体１８を有し、該筐体１８の内部には、制御装置１９、撮像部２４、ＧＰＳ受信器２５が収納される。

又、前記制御装置１９は、主に制御演算部２０、クロック信号発生部２１、記憶部２２、撮像制御部２３、飛行制御部２６、方位センサ２７、ジャイロユニット２８、無線通信部２９を具備し、又前記撮像部２４は、静止画カメラ３０、動画カメラ３１を有している。

前記静止画カメラ３０及び前記動画カメラ３１の光軸は、それぞれ前記シャフト１１の軸心と平行に設定されており、前記飛行体１の姿勢に拘らず常に鉛直となる。又、前記静止画カメラ３０の光軸と前記動画カメラ３１の光軸との関係は、既知となっている。好ましくは、前記シャフト１１の軸心が前記写真装置本体１３のレンズ中心を通過する様設定される。具体的には、前記静止画カメラ３０、前記動画カメラ３１の少なくとも前記静止画カメラ３０の光軸と一致する様前記静止画カメラ３０及び前記動画カメラ３１と前記シャフト１１との関係が設定される。

尚、前記静止画カメラ３０と前記動画カメラ３１とは個別のカメラを用いてもよく、或は前記静止画カメラ３０の光学系を共有し、前記動画カメラ３１は該光学系から得られる像を連続的に取得する様にしたものであってもよい。

前記記憶部２２には、プログラム格納部とデータ格納部とが形成され、プログラム格納部には前記静止画カメラ３０、前記動画カメラ３１の撮像を制御する為の撮像プログラム、前記プロペラモータ５を駆動制御する為、又自律飛行する為の飛行制御プログラム、取得したデータを遠隔操作装置（図示せず）に送信し、又該遠隔操作装置からの飛行指令等を受信する為の通信プログラム、前記撮像部２４で取得したデータを処理して格納する為のデータ処理プログラム、飛行計画プログラム等のプログラムが格納されている。

前記データ格納部には、前記撮像部２４で取得した画像データ、前記ＧＰＳアンテナ１２、前記ＧＰＳ受信器２５によって取得した絶対座標、前記静止画カメラ３０で取得した静止画像データ、前記動画カメラ３１で取得した動画像データ等が格納される。前記ＧＰＳアンテナ１２及び前記ＧＰＳ受信器２５によって、高精度なＧＰＳ装置が構成される。以下ＧＰＳアンテナ１２、ＧＰＳ受信器２５をまとめてＧＰＳ装置２５′と称す。

前記制御演算部２０は、前記記憶部２２に格納されたプログラムに基づき、飛行、画像取得する為に必要な制御を実行する。

前記撮像制御部２３は、前記静止画カメラ３０、前記動画カメラ３１の撮像に関する制御を行う。前記静止画カメラ３０により任意の時に静止画を撮像可能であり、又前記静止画カメラ３０と前記動画カメラ３１とは前記クロック信号発生部２１から発せられるクロック信号３３（後述）に基づき同期制御される。

前記ＧＰＳ装置２５′は飛行体１の絶対座標を高精度に測定する。尚、高精度な該ＧＰＳ装置２５′としては、後処理キネマティック若しくはリアルタイムキネマティックＧＰＳ（ＲＴＫ−ＧＰＳ）が用いられるのが好ましい。ＲＴＫ−ＧＰＳは、高精度の測定が可能であり、該ＲＴＫ−ＧＰＳ装置の測定精度は、地表で数ｃｍとなっている。

前記方位センサ２７、前記ジャイロユニット２８は前記主フレーム７に設けられ、前記方位センサ２７は前記飛行体１の向きを検出し、前記ジャイロユニット２８は前記飛行体１の飛行状態での姿勢を検出する。

前記無線通信部２９は、図示しない無線操縦機で飛行体１の飛行が遠隔操作される場合に、操縦信号を受信し、或は前記撮像部２４で撮像した画像データを地上側の基地局（図示せず）に送信する等の機能を有する。

前記静止画カメラ３０はデジタルカメラであり、前記動画カメラ３１はデジタルビデオカメラであり、いずれも画像データとしてデジタル画像データを出力する。

尚、前記ＧＰＳアンテナ１２の基準位置（信号を受信する位置）と前記静止画カメラ３０及び前記動画カメラ３１の基準位置（例えば受光素子の中心）とは既知の関係となっている。又、前記ＧＰＳアンテナ１２の基準位置と前記静止画カメラ３０、前記動画カメラ３１の基準位置との関係は、前記写真測量用カメラ２を製作する際のＧＰＳアンテナ１２と静止画カメラ３０、動画カメラ３１の機械的な位置関係から既知としてもよく、或は製作後画像を取得し、画像上から位置関係を既知としてもよい。

以下、本実施例に係る航空写真装置の作動について説明する。

前記飛行体１の飛行を制御する場合、２つのプロペラモータ５を１組としてプロペラの駆動を制御する。例えば、プロペラモータ５ａ，５ｂ、プロペラモータ５ｃ，５ｄ、プロペラモータ５ｅ，５ｆ、プロペラモータ５ｇ，５ｈをそれぞれ１組として、プロペラ６ａ，６ｂ、プロペラ６ｃ，６ｄ、プロペラ６ｅ，６ｆ、プロペラ６ｇ，６ｈの回転駆動を個別に制御する。

例えば、前記プロペラモータ５ａ〜５ｈを均等に駆動し、前記プロペラ６ａ〜６ｈの回転による推力を同じに制御すれば、前記飛行体１は垂直に上昇する。

又、水平方向に飛行（移動）させる場合、例えば図４（Ａ）に示される様に、図中左方に移動させる場合は、前記プロペラモータ５ｅ，５ｆを増速回転させ、前記プロペラ６ｅ，６ｆの推力を、前記プロペラ６ａ，６ｂより増大させると、前記飛行体１が傾斜し、推力は斜め下方に作用するので、水平分力が発生して前記飛行体１が水平方向に移動する。

前記飛行体１が傾斜した状態でも、前記写真装置本体１３に作用する重力によって前記シャフト１１は鉛直を維持する。従って、前記静止画カメラ３０、前記動画カメラ３１の光軸も鉛直状態を維持し、前記静止画カメラ３０、前記動画カメラ３１は鉛直下方の画像を取得する。

更に、前記静止画カメラ３０、前記動画カメラ３１と前記ＧＰＳアンテナ１２とは前記シャフト１１によって固定的（リジッド）に連結され、前記静止画カメラ３０、前記動画カメラ３１の光軸と、前記シャフト１１の軸心との位置関係は既知であるので、前記ＧＰＳ装置２５′によって測定した絶対座標に基づいて、直ちに前記静止画カメラ３０、前記動画カメラ３１の位置データを決定することができる。

即ち、前記飛行体１が水平であっても、傾斜していても、前記ＧＰＳ装置２５′で測定した絶対座標をそのまま（補正等する必要がなく）前記静止画カメラ３０、前記動画カメラ３１の位置とすることができる。

更に、飛行中に風が吹き風力が前記写真装置本体１３に作用する等、該写真装置本体１３に水平方向の外力が作用した場合、或は飛行体１が、増速、減速した場合等前記写真装置本体１３に水平方向の加速度が作用した場合、或は前記飛行体１の姿勢が急激に変化し、前記ジンバル１４が追従しなかった場合には、前記シャフト１１が鉛直線に対して傾斜する。これらの場合で、前記シャフト１１の鉛直線に対する傾斜角が前記傾斜センサ３７によって検出される。前記制御演算部２０は前記傾斜センサ３７の検出結果に基づき前記撮像部２４の光軸の傾斜角を求め、該傾斜角と前記ＧＰＳ装置２５′の測定結果（高さ位置）に基づき前記ＧＰＳ装置２５′の測定した絶対座標（地上座標）を補正することができる。

次に、図４（Ｂ）は、従来の方法で撮像部２４を支持した状態を参考として示している。

従来の方法では、飛行体１に写真測量用カメラ２が固定され、該写真測量用カメラ２にジンバル１４を介して写真装置本体１３が設けられている。

この為、前記飛行体１が傾くと、ＧＰＳアンテナ１２の中心と前記写真装置本体１３の中心とは、水平方向にＤのずれが生じる。このずれを補正するには、前記飛行体１の傾斜角、傾斜方向を検出する必要があり、而も、傾斜は推進状態、風の影響等で刻々と変化するので、補正することが極めて煩雑となり、又高精度に補正することが難しい。

又、飛行体１が傾斜した場合、前記写真装置本体１３に重力が作用し、前記飛行体１には水平方向への復元力が作用する。従って、前記プロペラモータ５には、水平方向の推進力に加えて、復元力に打勝つ為の、推力が必要となり、前記プロペラモータ５の負担が増加する。本実施例では、前記飛行体１が傾斜した場合でも、復元力は作用しないので、前記プロペラモータ５の負担は増大せず、又消費電力も少なくなる。

図５は、航空写真測量の原理を示している。

光軸が鉛直な状態で既知の位置Ｏ１，Ｏ２で静止画像４０−１，４０−２を取得する。測定点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、静止画像４０−１中、ｐ（ｘ１，ｙ１）として現れ、静止画像４０−２中、ｐ（ｘ２，ｙ２）として現れる。

尚、図中、ｆは焦点距離であり、Ｂは位置Ｏ１，Ｏ２間の距離（基線長）を示す。

前記位置Ｏ１，Ｏ２の３次元座標が分れば、幾何学的関係から測定点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められる。

本実施例では、前記静止画カメラ３０、前記動画カメラ３１の光軸は、鉛直に保たれ、又撮像位置の座標は前記ＧＰＳ装置２５′によって測定される。前記静止画像４０−１，４０−２は、水平面内で相対的に回転している可能性があるが、静止画像４０−１，４０−２については相互標定を行い、いずれかの静止画像について他方の座標系に座標変換し、図５に示される状態を実現する。

相互標定については、前記静止画像４０−１から画像処理により、特徴点（パスポイント）を抽出し、抽出した特徴点を動画像トラッキングにより前記静止画像４０−２中に特定し、両静止画像４０−１，４０−２を特徴点に基づき画像マッチングする。

尚、動画像トラッキングを行う場合は、前記動画カメラ３１で撮影した動画像が用いられ、静止画像は動画像に同期して取得される。又、静止画像を取得した時点の前記ＧＰＳアンテナ１２の測定結果が用いられる。

尚、相互標定、画像トラッキングについては特許文献３に記載されている。

次に、航空写真測量の精度に影響する要因として、Ｂ／Ｈ（高さ、図示ではＺに相当）があり、Ｂの精度は位置Ｏ１，Ｏ２の座標測定精度に影響される。又、測定点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の座標も位置Ｏ１，Ｏ２の座標が反映されるので、測定点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の測定精度も位置Ｏ１，Ｏ２の座標測定精度に影響される。

従って、前記位置Ｏ１，Ｏ２の座標を高精度に測定することが必要である。ここで、前記静止画カメラ３０により静止画像を取得する場合、前記撮像制御部２３より撮像指令が発せられ、前記静止画カメラ３０により実際に画像が取得される迄タイムラグがある。又、航空写真装置の製作コストを低減するには、市販の静止画カメラ３０を用いることが好ましいが、市販のカメラでは前記タイムラグが不明であり、又カメラの個体差によってもタイムラグが異なる可能性がある。

本実施例の様に、移動中に静止画を取得する場合では、タイムラグだけ撮像位置Ｏ１，Ｏ２が変化する。従って、タイムラグ分の移動量だけ前記ＧＰＳ装置２５′の測定精度が低下することになる。

本実施例では、撮像指令（シャッタ指令）が発せられた時から、実際に静止画像が取得される迄にタイムラグが存在する場合でも、前記ＧＰＳ装置２５′により撮像位置の座標を正確に測定可能とする。

以下、図６を参照して説明する。

前記ＧＰＳ装置２５′からの位置情報（３次元座標）（以下、ＧＰＳ情報３２）は、所定時間間隔で取得され、取得された時間はクロック信号３３に基づき判定される。

又、前記動画カメラ３１による動画撮影は、前記クロック信号３３に基づき同期され制御される。動画は、所定時間間隔で取得されるフレーム画像３４によって構成され、各フレーム画像３４の取得時間は、前記クロック信号３３に基づき判定される。

シャッタ指令３５が発せられ、静止画像３６が取得される。前記シャッタ指令３５が発せられた以後（時間的に後）の所要枚数のフレーム画像３４について、各フレーム画像３４と前記静止画像３６との画像マッチングが、時間的に先行するフレーム画像３４から順番に行われる。画像マッチングにより、該静止画像３６に合致するフレーム画像３４ａが検出される。尚、動画と静止画の光軸は、同一か或は既知の関係にあるので、画像マッチングでの前記フレーム画像３４ａ選択の精度は高い。

このフレーム画像３４ａが取得された時間Ｔを前記クロック信号３３から計測する。時間Ｔで取得したＧＰＳ情報３２があるかどうかが判断され、このＧＰＳ情報３２が示す座標が、前記静止画像３６を取得した時の座標となる。

前記フレーム画像３４ａを取得した時間Ｔと前記ＧＰＳ情報３２を取得した時間とが合致していない場合（図６の状態）は、時間Ｔ前後に取得したＧＰＳ情報３２ｂとＧＰＳ情報３２ｃ及びＧＰＳ情報３２ｂを取得した時間ｔ１とＧＰＳ情報３２ｃ取得した時間ｔ２とに基づき、下記式の様に、時間に対応してＧＰＳ情報３２ｂとＧＰＳ情報３２ｃを案分することで前記静止画像３６を取得した時点の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められる。即ち、検出されたフレーム画像３４ａの取得時間がＧＰＳ情報３２の取得時間と一致していない場合は、内挿補間により取得した時点の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求める。

（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝３２ｂ＋（３２ｃ−３２ｂ）×Ｔ／（ｔ２−ｔ１）

而して、前記タイムラグが不明な場合でも、或はその都度タイムラグが変化しても、前記静止画像３６を取得した際の正確な位置情報を取得することができる。

尚、前記飛行体１の飛行速度が遅い場合、或は前記ＧＰＳ情報３２による位置情報の取得時間間隔が短い場合は、上記案分処理を省略し、検出されたフレーム画像３４ａに時間的に最も近いＧＰＳ情報３２を、前記静止画像３６を取得した時点の位置情報としてもよい。

尚、前記ジンバル１４にアタッチメント機能を付加し、該ジンバル１４を介して他の部位、他の装置に取付け可能とすれば、市販の飛行体１に写真測量用カメラ２を追加設置することもできる。

又、前記撮像部２４（前記静止画カメラ３０及び前記動画カメラ３１）の光軸が、鉛直線に対して傾斜している場合、或は前記鉛直線が前記撮像部２４の撮像素子の中心を通過しない場合（即ち、通過位置が撮像素子の中心からオフセットしている場合）、複数の位置で共通の測定点を含む画像を取得し、取得した画像から傾斜角度、オフセット量を演算し、演算で得られた傾斜角度、オフセット量で測定値を補正する様にしてもよい。

又、前記プロペラフレーム４は、放射状に配設された棒状部材としたが、前記機体３に同心に支持された円形のフレームとし、前記プロペラモータ５が前記円形のフレームに等間隔に設けられてもよく、或は正方形のプロペラフレームとし、各辺にプロペラモータ５が２個ずつ設けられてもよい等、該プロペラフレームは飛行体の大きさ、主フレームの形状等に応じて適宜変更されることは言う迄もない。

１ 飛行体
２ 写真測量用カメラ
３ 機体
５ プロペラモータ
６ プロペラ
７ 主フレーム
１１ シャフト
１２ ＧＰＳアンテナ
１３ 写真装置本体
１４ ジンバル
１５ 防振部材
１７ ダンパバネ
１９ 制御装置
２１ クロック信号発生部
２２ 記憶部
２３ 撮像制御部
２４ 撮像部
２５ ＧＰＳ受信器
２６ 飛行制御部
２７ 方位センサ
２８ ジャイロユニット
２９ 無線通信部
３０ 静止画カメラ
３１ 動画カメラ
３２ ＧＰＳ情報
３３ クロック信号
３４ フレーム画像
３５ シャッタ指令
３６ 静止画像
３７ 傾斜センサ

Claims (9)

1. ジンバルを介して任意の方向に傾斜自在に支持されたシャフトと、該シャフトの上端に設けられたＧＰＳアンテナを有するＧＰＳ装置と、前記シャフトの下端に設けられた写真装置本体とを有し、該写真装置本体の光軸が常に鉛直下方に向く様構成され、前記写真装置本体は前記ＧＰＳアンテナと既知の関係に設けられた撮像部と、該撮像部の撮像を制御する制御装置とを有し、該制御装置は前記撮像部で静止画像を取得する様、前記撮像部を制御すると共に前記ＧＰＳ装置により撮像時の撮像位置を取得する様構成したことを特徴とする写真測量用カメラ。
2. 前記ジンバルにアタッチメント機能を付加し、該ジンバルを介して他の装置に追加設置可能とした請求項１の写真測量用カメラ。
3. 前記撮像部が動画カメラと静止画カメラとを具備し、第１の撮影地点から第２の撮影地点に移動する際に、前記静止画カメラが第１の撮影地点で第１静止画像を取得し、第２の撮影地点で第２静止画像を取得し、前記動画カメラは第１の撮影地点から第２の撮影地点に移動する間中、動画を撮影し、前記制御装置は前記第１静止画像から抽出した特徴点を動画像トラッキングで前記第２静止画像中に特定すると共に前記特徴点に基づき前記第１静止画像と前記第２静止画像とを画像マッチングする請求項１又は請求項２の写真測量用カメラ。
4. 前記ＧＰＳ装置により所定時間間隔でＧＰＳ位置情報を取得し、前記動画カメラは動画像として所定時間隔でフレーム画像を取得し、前記静止画カメラにより取得された静止画像と前記フレーム画像とを順次画像マッチングさせ、前記静止画像とマッチングするフレーム画像を検出し、検出フレーム画像の取得時点に対応するＧＰＳ位置情報を静止画像を取得した位置と判断する請求項１〜請求項３の内いずれかの写真測量用カメラ。
5. クロック信号発生部を更に具備し、該クロック信号発生部が発するクロック信号を介して前記ＧＰＳ装置によるＧＰＳ位置情報の取得と前記フレーム画像の取得とを同期させ、前記検出フレーム画像取得時間と、該取得時間前後に得られたＧＰＳ位置情報に基づき内挿補間により前記検出フレーム画像の取得時点の位置情報を求める請求項４の写真測量用カメラ。
6. 前記他の装置は飛行体である請求項２の写真測量用カメラ。
7. 前記写真装置本体の光軸と鉛直線との角度を検出する傾斜センサを更に具備し、前記制御装置は前記傾斜センサの検出結果に基づき撮像時の撮像位置を補正する請求項１〜請求項６の内いずれかの写真測量用カメラ。
8. 飛行体と、請求項１〜請求項７の内いずれかの写真測量用カメラとを具備する航空写真装置であって、前記飛行体は、中心部に配置された主フレームと、該主フレームにプロペラフレームを介して設けられた所定数のプロペラユニットとを具備し、前記写真測量用カメラは前記主フレームに、該主フレームの中心を上下に貫通する様に設けられると共に前記写真測量用カメラに作用する重力で該写真測量用カメラの光軸が鉛直方向に向く様に設定されたことを特徴とする航空写真装置。
9. 写真装置本体は、方位センサ、ジャイロユニット及び前記方位センサ、前記ジャイロユニットからの信号に基づき前記プロペラユニットを制御する飛行制御部を具備し、前記飛行体は自律飛行可能に構成された請求項８の航空写真装置。

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