JP2014089160A - 航空写真測定方法及び航空写真測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】航空写真測定方法で測定精度の向上を図る。
【解決手段】ＧＰＳ装置及び撮像部を搭載した複数の飛行体１による航空写真測定方法であって、複数の撮影ポイントが設定されると共に各撮影ポイントを中心に撮影ポイントエリアがそれぞれ設定される工程と、前記ＧＰＳ装置により飛行体の位置を測定する工程と、飛行体がそれぞれ対応する撮影ポイントエリアに到達し、該撮影ポイントエリアの位置を維持する工程と、前記撮影ポイントエリアに飛行体が最後に到達した時刻が取得される工程と、最後に到達した時刻から所定時間後にシャッタタイミング時刻を設定する工程と、該シャッタタイミング時刻で前記複数の飛行体により航空写真が撮影される工程を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は写真測量用カメラが搭載された小型飛行機を用いた航空写真測定方法及び航空写真測定システム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を用いた航空写真測量が行われている。

航空写真測量を行う場合、所定の高度を飛行して２地点で測定対象物又は測定対象領域を含む様写真撮影し、２地点で撮影した画像を相互標定し、更に既知点（既知の地心座標を有する点）に基づき画像の絶対標定を行って写真測量を行う。

通常、航空写真測量では画像に含まれる物、測定対象物は静止体と考えて支障ない。従って、飛行体が第１地点で撮影後、所要時間移動し、第２地点で撮影した場合、第１地点で取得した画像と第２地点で取得した画像との間では取得時間の差に起因する、物、或は測定対象物の状態の変化はないとして問題ない。

従って、２つの地点で撮影した、即ち所要の時間差で取得した２つの画像に基づき相互標定しても問題はない。更に、精度を向上させる為、基線長を大きくしても相互標定には影響を及ぼさない。

これに対し、構築物の詳細な画像や、農作物の成長状態を観察し、写真測量により測定する場合等がある。特に、農作物の成長状態の観察、成長を測定するには、葉、茎の状態の観察、背丈の測定ができる等、低高度での撮影が必要とされる。

低高度で農作物を撮影した場合、風による葉、茎の揺れ等、経時的な状態変化も画像上に顕著に現れる。又、自動車等の移動体が画像に大きく写込む場合もある。取得した画像上で差違がある場合、相互標定の精度が低下し、場合によっては相互標定が不能になることもある。

この為、第１地点で取得した画像と第２地点で取得した画像との間に生じる時間差はない、又は殆どないことが望ましい。ところが、第１地点で取得した画像と第２地点で取得した画像との間の時間差を少なくした場合、移動距離が短くなり、前記基線長が短くなり、測定精度が低下するという問題がある。

特開２００８−７６３０３号公報 特開２００６−１０３７６号公報 特開２０１２−７１６４５号公報 特開２０１２−１４０１０１号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、航空写真測定方法で測定精度の向上を図るものである。

本発明は、ＧＰＳ装置及び撮像部を搭載した複数の飛行体による航空写真測定方法であって、複数の撮影ポイントが設定されると共に各撮影ポイントを中心に撮影ポイントエリアがそれぞれ設定される工程と、前記ＧＰＳ装置により飛行体の位置を測定する工程と、飛行体がそれぞれ対応する撮影ポイントエリアに到達し、該撮影ポイントエリアの位置を維持する工程と、前記撮影ポイントエリアに飛行体が最後に到達した時刻が取得される工程と、最後に到達した時刻から所定時間後にシャッタタイミング時刻を設定する工程と、該シャッタタイミング時刻で前記複数の飛行体により航空写真が撮影される工程を具備する航空写真測定方法に係るものである。

又本発明は、地上側に基地制御装置が設置され、前記複数の飛行体は前記ＧＰＳ装置で測定された前記複数の飛行体の位置に基づき前記撮影ポイントエリア内に到達したかどうかを判断し、到達時刻を前記ＧＰＳ装置より取得し、取得したＧＰＳ時刻を前記基地制御装置に送信し、該基地制御装置は前記複数の飛行体から最後に受信したＧＰＳ時刻を基にシャッタタイミング時刻を演算し、該シャッタタイミング時刻に前記ＧＰＳ装置で得られるＧＰＳ時刻が一致した場合に、前記複数の飛行体により航空写真が撮影される航空写真測定方法に係るものである。

又本発明は、前記撮影ポイント間の距離は高度の１／３以上であり、該高度は撮像された画像間のオーバラップ率が６０％以上となる様、前記撮影ポイントが設定される航空写真測定方法に係るものである。

又本発明は、前記複数の飛行体が各飛行体毎に設定された飛行コースを飛行しつつ静止画像を撮影し、前記飛行コースに複数の撮影ポイントが設定され、各撮影ポイントの間隔は各撮影ポイントで取得した静止画像が、少なくとも３０％のサイドラップとなる様に設定され、作製された３Ｄモデルはサイドラップで抽出されたタイポイントにより接続され、広域３Ｄモデルが作製される航空写真測定方法に係るものである。

又本発明は、撮像部、ＧＰＳ装置、飛行体制御装置とをそれぞれ搭載した複数の飛行体と、地上側に設置され、前記複数の飛行体の撮影ポイントを所定の間隔で設定すると共に該撮影ポイントを中心に撮影ポイントエリアを設定する基地制御装置とを具備し、前記飛行体制御装置は、前記ＧＰＳ装置で測定した飛行体の位置に基づき飛行体を前記撮影ポイントエリアに飛行させ、該撮影ポイントエリアに到達した場合に前記飛行体を前記撮影ポイントエリア内に維持し、又前記ＧＰＳ装置の時刻を前記基地制御装置に送信し、前記基地制御装置は、前記複数の飛行体の位置が前記撮影ポイントエリア内となった場合に、最後に前記撮影ポイントエリア内となった時点を判断し、該時点から所定時間経過後をシャッタタイミング時刻として各前記飛行体制御装置に送信し、前記撮像部は、前記シャッタタイミング時刻で撮影する様構成された航空写真測定システムに係るものである。

又本発明は、前記飛行体制御装置は前記ＧＰＳ装置により取得した位置情報、ＧＰＳ時刻を前記基地制御装置に送信し、該基地制御装置は前記位置情報、前記ＧＰＳ時刻に基づき前記複数の飛行体の内最後に前記撮影ポイントエリアに到達した前記ＧＰＳ時刻を求め、該ＧＰＳ時刻より所定時間後を前記シャッタタイミング時刻として前記飛行体制御装置に送信し、該飛行体制御装置は前記ＧＰＳ装置より得られる該ＧＰＳ時刻が前記シャッタタイミング時刻に合致した時に前記撮像部に撮影を実行させる様構成した航空写真測定システムに係るものである。

又本発明は、前記飛行体制御装置は、各飛行体を飛行体毎に設定された飛行コースを飛行させ、各飛行コースには所要数の撮影ポイントが設定され、各飛行コースの対応する撮影ポイントで静止画像を取得する場合に、前記シャッタタイミング時刻で前記撮像部に撮影させる航空写真測定システムに係るものである。

本発明によれば、ＧＰＳ装置及び撮像部を搭載した複数の飛行体による航空写真測定方法であって、複数の撮影ポイントが設定されると共に各撮影ポイントを中心に撮影ポイントエリアがそれぞれ設定される工程と、前記ＧＰＳ装置により飛行体の位置を測定する工程と、飛行体がそれぞれ対応する撮影ポイントエリアに到達し、該撮影ポイントエリアの位置を維持する工程と、前記撮影ポイントエリアに飛行体が最後に到達した時刻が取得される工程と、最後に到達した時刻から所定時間後にシャッタタイミング時刻を設定する工程と、該シャッタタイミング時刻で前記複数の飛行体により航空写真が撮影される工程を具備するので、複数の飛行体の飛行にずれがあっても、即ち完全な同期飛行を行わなくても、同時に目的の撮影が可能となる。

又本発明によれば、地上側に基地制御装置が設置され、前記複数の飛行体は前記ＧＰＳ装置で測定された前記複数の飛行体の位置に基づき前記撮影ポイントエリア内に到達したかどうかを判断し、到達時刻を前記ＧＰＳ装置より取得し、取得したＧＰＳ時刻を前記基地制御装置に送信し、該基地制御装置は前記複数の飛行体から最後に受信したＧＰＳ時刻を基にシャッタタイミング時刻を演算し、該シャッタタイミング時刻に前記ＧＰＳ装置で得られるＧＰＳ時刻が一致した場合に、前記複数の飛行体により航空写真が撮影されるので、複数の飛行体を共通の時刻で制御でき、飛行体の個体差を勘案することなく完全に同期した撮影が可能となる。

又本発明によれば、前記撮影ポイント間の距離は高度の１／３以上であり、該高度は撮像された画像間のオーバラップ率が６０％以上となる様、前記撮影ポイントが設定されるので、測定精度が確保でき而も精度の高い画像の合成が可能となる。

又本発明によれば、前記複数の飛行体が各飛行体毎に設定された飛行コースを飛行しつつ静止画像を撮影し、前記飛行コースに複数の撮影ポイントが設定され、各撮影ポイントの間隔は各撮影ポイントで取得した静止画像が、少なくとも３０％のサイドラップとなる様に設定され、作製された３Ｄモデルはサイドラップで抽出されたタイポイントにより接続され、広域３Ｄモデルが作製されるので、撮像部の画角を超えた広範囲の測定対象に対する３Ｄモデルの作製が可能となる。

又本発明によれば、撮像部、ＧＰＳ装置、飛行体制御装置とをそれぞれ搭載した複数の飛行体と、地上側に設置され、前記複数の飛行体の撮影ポイントを所定の間隔で設定すると共に該撮影ポイントを中心に撮影ポイントエリアを設定する基地制御装置とを具備し、前記飛行体制御装置は、前記ＧＰＳ装置で測定した飛行体の位置に基づき飛行体を前記撮影ポイントエリアに飛行させ、該撮影ポイントエリアに到達した場合に前記飛行体を前記撮影ポイントエリア内に維持し、又前記ＧＰＳ装置の時刻を前記基地制御装置に送信し、前記基地制御装置は、前記複数の飛行体の位置が前記撮影ポイントエリア内となった場合に、最後に前記撮影ポイントエリア内となった時点を判断し、該時点から所定時間経過後をシャッタタイミング時刻として各前記飛行体制御装置に送信し、前記撮像部は、前記シャッタタイミング時刻で撮影する様構成されたので、複数の飛行体の飛行にずれがあっても、即ち完全な同期飛行を行わなくても、同時に目的の撮影が可能となる。

又本発明によれば、前記飛行体制御装置は前記ＧＰＳ装置により取得した位置情報、ＧＰＳ時刻を前記基地制御装置に送信し、該基地制御装置は前記位置情報、前記ＧＰＳ時刻に基づき前記複数の飛行体の内最後に前記撮影ポイントエリアに到達した前記ＧＰＳ時刻を求め、該ＧＰＳ時刻より所定時間後を前記シャッタタイミング時刻として前記飛行体制御装置に送信し、該飛行体制御装置は前記ＧＰＳ装置より得られる該ＧＰＳ時刻が前記シャッタタイミング時刻に合致した時に前記撮像部に撮影を実行させる様構成したので、複数の飛行体を共通の時刻で制御でき、飛行体の個体差を勘案することなく完全に同期した撮影が可能となる。

又本発明によれば、前記飛行体制御装置は、各飛行体を飛行体毎に設定された飛行コースを飛行させ、各飛行コースには所要数の撮影ポイントが設定され、各飛行コースの対応する撮影ポイントで静止画像を取得する場合に、前記シャッタタイミング時刻で前記撮像部に撮影させるので、複数の飛行体の飛行にずれがあっても、即ち完全な同期飛行を行わなくても、同時に目的の撮影が可能となり、又前記飛行体の飛行制御に精密さが必要なくなる等の優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る航空写真測定システムの概略を示す斜視説明図である。 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。 基地制御装置の概略を示すブロック図である。 該基地制御装置に設けられる撮像同期制御部の概略ブロック図である。 ２つの飛行体により同期制御して撮影する状態の説明図である。 ２つの飛行体により撮影した状態の画像の説明図であり、（Ａ）は同期制御して撮影した場合の画像、（Ｂ）は非同期で撮影した場合の画像を示す。 同期制御して撮影した場合のタイミングチャートである。 （Ａ）は２つの飛行体により広範囲の測定対象範囲を撮影する場合の飛行体の関係を示す説明図であり、（Ｂ）は２つの飛行体の飛行コースの一例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は、本実施例に係る航空写真測定システムの基本的な構成を示している。

該航空写真測定システムは、写真測量用カメラを搭載した２台の無人飛行体（ＵＡＶ）１ａ，１ｂ（以下、ＵＡＶ１ａ，１ｂを区別しない場合は、単にＵＡＶ１として示す）及び地上に設置された基地制御装置４１によって主に構成されている。尚、本実施例では、ＵＡＶ１として、小型ヘリコプタが用いられている。

又図中、３８はＧＰＳに位置測定用の信号を発する衛星、３９は測定対象物である農作物を示している。更に、所定範囲の測定対象物３９を含む範囲が測定対象範囲４０として設定される。

先ず、図２〜図４により、前記ＵＡＶ１について説明する。

該ＵＡＶ１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ＵＡＶ１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、デジタル画像を取得する写真測量用カメラ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。

前記写真装置１３は、バランスウェイトとして機能し、前記写真装置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ＵＡＶ１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３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、例えば前記機体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、該揺動軸１６ａ，１６ｂを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１３の概略を、図４を参照して説明する。

前記写真装置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、ウエイポイント処理部３０、ウエイポイント到達時刻取得部３１を具備し、又前記撮像部２４は、静止画カメラ３２、動画カメラ３３を有している。

前記静止画カメラ３２はデジタルカメラであり、前記動画カメラ３３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、前記静止画カメラ３２と前記動画カメラ３３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３２の光学系を共有し、前記動画カメラ３３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。

前記静止画カメラ３２及び前記動画カメラ３３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ＵＡＶ１の姿勢に拘らず常に鉛直となる。又、前記静止画カメラ３２の光軸と前記動画カメラ３３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３２、前記動画カメラ３３の少なくとも前記静止画カメラ３２の光軸と一致する様前記静止画カメラ３２及び前記動画カメラ３３と前記シャフト１１との関係が設定される。

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３２及び前記動画カメラ３３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３２、前記動画カメラ３３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３２、動画カメラ３３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。

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、前記プログラム格納部には前記静止画カメラ３２、前記動画カメラ３３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、後述するＧＰＳ装置２５′で測定される位置がウエイポイントエリア内に到達したかを判断する到達時期判断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及び時刻信号、前記静止画カメラ３２で取得した静止画像データ、前記動画カメラ３３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３２、前記動画カメラ３３の撮像に関する制御、例えば前記静止画カメラ３２と前記動画カメラ３３との同期制御、前記静止画カメラ３２のシャッタタイミングの制御を行う。前記静止画カメラ３２は任意の時に、前記撮像制御部２３によって静止画像を撮像可能であり、又前記静止画カメラ３２と前記動画カメラ３３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に基づき同期制御する。更に、前記撮像制御部２３は、前記基地制御装置４１から送信されるシャッタ指令信号に基づき静止画像の取得時期を制御する。尚、各ＵＡＶのクロックは予め同期している。或は、前記クロック信号発生部２１は、ＧＰＳ時刻に基づいてクロック信号を生成する。

前記ＧＰＳ装置２５′はＵＡＶ１の絶対座標を高精度に測定し、又衛星３８からの受信信号に含まれる時刻（ＧＰＳ時刻）を発する。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ＵＡＶ１の向きを検出し、前記ジャイロユニット２８は前記ＵＡＶ１の飛行状態での姿勢を検出する。

前記無線通信部２９は、前記ＧＰＳ装置２５′で受信したＧＰＳ時刻を前記基地制御装置４１にリアルタイムで送信する。更に、前記無線通信部２９は、前記基地制御装置４１から飛行制御用の情報、或は飛行コース途中に設定した撮影ポイント（ウエイポイント）についての情報、静止画像を取得する為の撮像条件等の情報を受信する。又、図示しない無線操縦機でＵＡＶ１の飛行が遠隔操作される場合に、操縦信号を受信する。

前記ウエイポイント処理部３０は、前記基地制御装置４１から送信されたウエイポイント設定情報（後述）、即ち飛行コース上に設定されたウエイポイントの座標を設定し、設定されたウエイポイントエリアを前記記憶部２２に記憶させる。又、静止画像を取得すべき次のウエイポイントを前記記憶部２２から順次読込み、前記制御演算部２０に送出する。又、静止画像の取得が完了したウエイポイントについて、静止画像取得済の記録を付加し、全てのウエイポイントで静止画像が取得でき、且つ重複して静止画像を取得しない様に管理する。尚、前記ウエイポイント処理部３０は前記基地制御装置４１に設けられてもよい。

前記ウエイポイント到達時刻取得部３１は、前記ウエイポイントを中心として所定の範囲を撮影ポイントエリア（ウエイポイントエリア）として設定し、前記ＧＰＳ装置２５′で得られる位置データに基づき、前記ＵＡＶ１が前記ウエイポイントエリアに入ったかどうかを判断する。更に、前記ウエイポイント到達時刻取得部３１は、前記ＵＡＶ１が前記ウエイポイントエリアに入ったと判断した場合、入った時刻（ウエイポイント到達時刻）を前記ＧＰＳ装置２５′より取得し、取得したウエイポイント到達時刻を前記無線通信部２９を介して前記基地制御装置４１に送信する。

次に、図５を参照し、前記基地制御装置４１について概略を説明する。

該基地制御装置４１は、基地制御演算部４２、基地記憶部４３、基地通信部４４、撮像同期制御部４５、表示部４６、操作部４７等を有している。尚、前記基地制御装置４１は、本実施例用に製作された物でもよく、或は汎用のＰＣ等が用いられてもよい。尚、前記撮像同期制御部４５は、前記基地制御演算部４２、後述する撮像同期制御プログラム等によって構成される。

前記基地記憶部４３はプログラム格納領域、データ格納領域を有し、前記プログラム格納領域には、前記ＵＡＶ１と通信する為の通信プログラム、前記写真装置１３に飛行計画を設定する為のプログラム、前記ＵＡＶ１の飛行コース上にウエイポイント（撮影ポイント）を設定する為の撮像同期制御プログラム等のプログラムが格納されている。又、前記データ格納領域には画像データ、撮影ポイントの座標データ、撮影時点の時刻データ等が格納されている。

前記基地通信部４４は、前記ＵＡＶ１から送信されるデータを受信すると共に、飛行制御用の情報、或は撮影ポイントについての情報、静止画像を取得する為の撮像条件等の情報、更に静止画像を取得するタイミングに関する情報を、前記ＵＡＶ１に送信する。

図６により、前記撮像同期制御部４５について説明する。

該撮像同期制御部４５は、ウエイポイント発生部４８、ウエイポイント到達判定部４９、シャッタ時刻生成部５０、ウエイポイント記憶部５１を有し、前記ウエイポイント発生部４８、前記ウエイポイント到達判定部４９、前記シャッタ時刻生成部５０はそれぞれ前記撮像同期制御プログラムによって作動される。尚、前記ウエイポイント記憶部５１は前記基地記憶部４３の一部を割当ててもよい。

前記ウエイポイント発生部４８は、設定された測定範囲、飛行計画等に基づき撮影ポイント（座標値）が演算され、該撮影ポイントを飛行計画で設定された飛行コース上にウエイポイントとして発生させる。尚、ウエイポイント間の距離Ｂ（基線長）は、飛行高度Ｈの１／３以上となる様に設定され、隣接するウエイポイントで撮影した場合に、隣接する画像が、少なくとも６０％以上オーバラップする様に設定される。

前記ウエイポイント到達時刻取得部３１からウエイポイント到達時刻が前記無線通信部２９を経て送信され、更に前記基地通信部４４を介して受信されたウエイポイント到達時刻が前記ウエイポイント到達判定部４９に送信される。該ウエイポイント到達判定部４９が、全ての前記ＵＡＶ１からのウエイポイント到達時刻を取得すると、全てのＵＡＶ１がウエイポイントに到達したと判定し、判定結果を基に最後に取得したウエイポイント到達時刻を前記シャッタ時刻生成部５０に入力する。

該シャッタ時刻生成部５０は、前記ウエイポイント到達判定部４９からの最後のウエイポイント到達時刻に基づき前記静止画カメラ３２が静止画像を取得する為のシャッタ時刻を演算する、即ち最後のウエイポイント到達時刻から所定時間経過後の時刻をシャッタ時刻として演算する。演算されたシャッタ時刻は、撮像指令として前記基地通信部４４より前記ＵＡＶ１に送信される。

前記ウエイポイント記憶部５１は、発生されたウエイポイントの座標、及び該ウエイポイントでの静止画像の撮像時間等ウエイポイントに関する情報が記憶される。

先ず、前記ＵＡＶ１の単体の作動について説明する。

前記ＵＡＶ１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ＵＡＶ１は垂直に上昇する。

次に図７、図８により、２機のＵＡＶ１ａ，１ｂを用いて撮影する場合について説明する。

該ＵＡＶ１ａ，１ｂそれぞれについて飛行計画が設定される。該飛行計画は、例えば、該ＵＡＶ１ａ，１ｂがそれぞれ、設定された飛行コース、設定された飛行高度、設定された飛行速度で、且つ所定の間隔で、測定対象範囲４０を写真撮影する様に計画され、更に前記ＵＡＶ１ａ，１ｂが所定の間隔を維持して飛行する様に計画される等である。

例えば、飛行高度Ｈに対し前記ＵＡＶ１ａと前記ＵＡＶ１ｂとの距離がＢで、Ｂ≧Ｈ／３であり、前記ＵＡＶ１ａと前記ＵＡＶ１ｂが撮影した画像間でオーバラップ率が６０％以上となる様に設定される。

本実施例では、前記ＵＡＶ１ａと前記ＵＡＶ１ｂが撮影した画像をマッチングさせステレオ画像として写真測量を行うものである。この場合、前記ＵＡＶ１ａ，１ｂ間の距離Ｂが基線長となる。又、低高度で撮影する場合、測定対象物の経時的な状態変化が画像に顕著に現れる。

例えば、稲、麦等の農作物が測定対象物３９であった場合、前記ＵＡＶ１ａ、前記ＵＡＶ１ｂにより同時刻に画像を取得した場合、撮影した画像は図８（Ａ）に示される様に、前記ＵＡＶ１ａにより取得した左画像３４ａと前記ＵＡＶ１ｂにより取得した右画像３４ｂとは、前記測定対象物３９の経時的な状態変化はないので、画像上の差違はない。

これに対し、前記ＵＡＶ１ａ、前記ＵＡＶ１ｂが画像を取得する際に時間差がある場合には、前記測定対象物３９の状態に変化を生じる可能性がある。例えば、図８（Ｂ）の左画像３４ａを取得した際には右からの風が吹き、図８（Ｂ）の右画像３４ｂを取得した際には風向きが変り、左からの風が吹いたとすると、風向きの変化に対応して前記測定対象物３９の状態が変化する。図示される様に、前記左画像３４ａでは前記測定対象物３９は左側に傾いているが、前記右画像３４ｂでは前記測定対象物３９は右側に傾いている。

図８（Ｂ）の左画像３４ａ、右画像３４ｂの様に、画像に大きな差違がある場合は、両画像間で相互標定することはできない。或は、相互標定の精度が低下する。

本実施例では、前記ＵＡＶ１ａ、前記ＵＡＶ１ｂ間で写真撮影に関して、同時刻に撮影が行われる様、同期制御を行う。

以下、同期制御について説明する。

飛行計画を設定する場合に、前記ＵＡＶ１ａ，１ｂが静止画像を撮影するそれぞれの撮影ポイントの位置（座標値）についても、併せて設定する。又、撮影ポイントを中心としたウエイポイントエリアを設定する。尚、ウエイポイントエリアは、前記撮影ポイントを中心とした半径Ｒで設定され、ウエイポイントエリアの大きさは、前記ＵＡＶ１ａ，１ｂが撮影した画像を相互標定する際に支障のない誤差程度とする。

前記ＵＡＶ１ａ、前記ＵＡＶ１ｂはウエイポイントの位置情報を記憶し、該ウエイポイントの位置情報とそれぞれのＧＰＳ装置２５′の位置情報に基づき前記ＵＡＶ１ａ，１ｂが前記撮影ポイントに到達したかどうか判断する。即ち、前記ＵＡＶ１ａ，１ｂ自身の座標値が、前記ウエイポイントエリア内となったかどうかを判断する。又、前記ＵＡＶ１ａ、前記ＵＡＶ１ｂそれぞれは、前記ウエイポイントエリア内に入った時点のＧＰＳ時刻を前記基地制御装置４１に送信する。

前記ＵＡＶ１ａ，１ｂが、両者の速度差、風の影響等で、それぞれの撮影ポイントに同時刻に到達することは難しい。従って、先に撮影ポイントに到達したＵＡＶ１はホバリングにより、ＵＡＶ１を撮影ポイントの位置に保持し、他のＵＡＶ１が撮影ポイントに到達するのを待つ。前記基地制御装置４１は、両ＵＡＶ１から送信されるＧＰＳ時刻に基づき、両ＵＡＶ１がそれぞれ撮影ポイントに到達したことを判断すると共に、最後のＧＰＳ時刻に基づき前記ＵＡＶ１ａ及び前記ＵＡＶ１ｂの前記撮像部２４で同時に静止画像を取得する為の撮像時刻が求められる。求められた撮像時刻は、シャッタタイミング信号として前記基地制御装置４１から前記ＵＡＶ１ａ，１ｂの各制御装置１９に送信される。

各制御装置１９の前記撮像制御部２３は、シャッタタイミング信号に基づきシャッタコマンドを作成し、該シャッタコマンドに基づき前記撮像部２４を作動させ、前記撮像時刻に前記撮影ポイントでの静止画像が取得される。即ち両撮像部２４は、前記撮像時刻に静止画像を取得する様同期制御される。

更に、図９を参照して具体的に説明する。

例えば、前記ＵＡＶ１ａが最初にウエイポイントエリアに到達すると、該ＵＡＶ１ａのＧＰＳ装置２５′からウエイポイント到達時刻が取得される。前記ＵＡＶ１ａはその位置でホバリングを開始する。ホバリング状態では、前記ＵＡＶ１ａの方向が前記方位センサ２７により検出され、該方位センサ２７の検出結果に基づき、前記ＵＡＶ１ａの向きが所定の方向に維持される。又、前記ＵＡＶ１ｂがウエイポイントエリアに到達したと判断されると、その時の該ＵＡＶ１ｂのＧＰＳ装置２５′からウエイポイント到達時刻が取得される。

得られた最後のウエイポイント到達時刻、即ち前記ＵＡＶ１ｂのウエイポイント到達時刻に基づきシャッタタイミング時刻が演算される。又、シャッタタイミング時刻は、最後に取得した到達時刻から所定時間後とされる。この所定時間は、前記基地制御装置４１と前記ＵＡＶ１ａ，１ｂ間の通信遅れ、通信回路での信号処理の遅れ等が考慮されて決定される。

シャッタタイミング時刻が決定されると、該シャッタタイミング時刻はそれぞれ前記ＵＡＶ１ａ，１ｂに送信され、各前記撮像制御部２３は前記ＧＰＳ装置２５′から得られるＧＰＳ時刻がシャッタタイミング時刻となった時点で、各前記静止画カメラ３２により静止画像が取得される。

尚、上記説明では、前記基地制御装置４１を介して前記ＵＡＶ１ａ、前記ＵＡＶ１ｂによる撮影が同期制御されたが、前記ＵＡＶ１ａと前記ＵＡＶ１ｂとの間で直接同期制御を行ってもよい。

この場合、前記ＵＡＶ１ａ又は前記ＵＡＶ１ｂのどちらかの前記制御装置１９に、上記撮像同期制御部４５が設けられ、又前記ＵＡＶ１ａ又は前記ＵＡＶ１ｂ間でデータ通信が可能となっている。

例えば、前記ＵＡＶ１ａ，１ｂの一方で、飛行計画に基づき、ウエイポイントが生成され、更に両ＵＡＶ１ａ，１ｂがウエイポイントエリアに到達した場合に、ウエイポイント到達時刻が取得され、ウエイポイント到達時刻に基づきシャッタタイミング時刻が演算され、該シャッタタイミング時刻は他方のＵＡＶ１に送信され、両ＵＡＶ１ａ，１ｂはＧＰＳ装置２５′から得られる前記ＧＰＳ時刻がシャッタタイミング時刻となった時点で、各前記静止画カメラ３２により静止画像を取得する。

それぞれの静止画像のオーバラップする部分について画像マッチングを行い、画像マッチングにより２つの静止画像を相互標定し、更に、前記ＧＰＳ装置２５′による２つの撮影ポイントの測定結果に基づき前記ステレオ画像を絶対標定し、３Ｄモデルを作製する。画像間のマッチングについては、例えば、最小２乗マッチング：ＬＳＭ（Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）が用いられる。

尚、画像マッチングについては、例えば特許文献１に記載されている。

作製した３Ｄモデルに基づき、農作物の３Ｄ画像が得られると共に生長背丈、果実の大きさ等を測定できる。

尚、上記実施例に於いて、シャッタタイミングをＧＰＳ時刻に基づき決定したが、前記ＵＡＶ１ａ，１ｂの前記制御装置１９が持つ内部のクロック信号に基づき決定することができる。

即ち、前記基地制御装置４１が前記ＵＡＶ１ａ，１ｂから撮影ポイントに到達したという信号を受信すると、最後の受信信号に基づきシャッタ指令信号を発し、前記ＵＡＶ１ａ，１ｂはそれぞれシャッタ指令信号を受信後、所定クロック数後に撮影を行う。

尚、上記実施例では２機のＵＡＶ１について撮影の同期制御を行う場合を説明したが、３機以上のＵＡＶについても同様に撮影の同期制御を行い得ることは言う迄もない。

例えば、３機のＵＡＶ１についてそれぞれ飛行コースを設定し、各飛行コースにウエイポイント、ウエイポイントエリアを設定し、前記３機のＵＡＶ１がそれぞれウエイポイントエリアに到達した場合に、ＵＡＶ１の最後に到達した時刻を取得し、最後の到達時刻より所定時間経過後をシャッタタイミング時刻として設定し、該シャッタタイミング時刻に前記３機のＵＡＶ１により、同時に撮影する様にすればよい。

次に、図１０により飛行コースに複数の撮影ポイントを設定し、広域の測定対象範囲４０をカバーする３Ｄモデルを作製する場合を説明する。又、図１０は、ＵＡＶ１が２機の場合を示しており、該２機のＵＡＶ１ａ，１ｂは、図１０（Ａ）に示される様にＢの距離を保って飛行する。

前記測定対象範囲４０が設定されると、該測定対象範囲４０に対して前記ＵＡＶ１ａ，１ｂそれぞれに対して飛行コース５３ａ，５３ｂが設定される。

前記飛行コース５３ａは、往路と折返し戻る復路とを交互に繰返し、前記測定対象範囲４０の全域に亘って設定されるものであり、往路５３ａ１と復路５３ａ２との間隔は前記撮像部２４の画角及び飛行高度によって決定され、往路５３ａ１上で取得される画像と復路５３ａ２上で取得される画像とのサイドラップ率が３０％以上となる様に設定される。

前記飛行コース５３ｂは、前記飛行コース５３ａと同様に、往路と折返し戻る復路とを交互に繰返し、前記測定対象範囲４０の全域に亘って設定され、前記飛行コース５３ａと平行に且つ間隔Ｂを保つ様設定される。該間隔Ｂは、前記飛行コース５３ａ上で取得した画像と前記飛行コース５３ｂ上で取得した画像とのオーバラップ率が６０％以上となる様に設定される。

前記飛行コース５３ａ上に所定間隔で撮影ポイントａ１，ａ２，ａ３，…ａｎが設定され、前記飛行コース５３ｂ上に、前記撮影ポイントａ１，ａ２，ａ３，…ａｎと対応する様に所定間隔で撮影ポイントｂ１，ｂ２，ｂ３，…ｂｎが設定される。例えば、撮影ポイントａ１で取得した画像と前記撮影ポイントｂ１で取得した画像とによりステレオ画像が作製される。

尚、前記撮影ポイントａ１と前記撮影ポイントａ２で取得される２つの画像のサイドラップ率は、例えば３０％以上とする。

前記撮影ポイントａ１，ａ２，ａ３，…ａｎ及び前記撮影ポイントｂ１，ｂ２，ｂ３，…ｂｎが設定されると、前記各撮影ポイントａ１，ａ２，ａ３，…ａｎに対してそれぞれ撮影ポイントエリアｐ１，ｐ２，ｐ３，…ｐｎが設定され、前記各撮影ポイントｂ１，ｂ２，ｂ３，…ｂｎに対してそれぞれ撮影ポイントエリアｑ１，ｑ２，ｑ３，…ｑｎが設定される。

尚、前記撮影ポイントｂ１，ｂ２，ｂ３，…ｂｎ及び前記撮影ポイントエリアｑ１，ｑ２，ｑ３，…ｑｎについては、前記撮影ポイントａ１，ａ２，ａ３，…ａｎ及び前記撮影ポイントエリアｐ１，ｐ２，ｐ３，…ｐｎと重なるものについては図示していない。

前記ＵＡＶ１ａ，１ｂが飛行を開始し、例えば前記ＵＡＶ１ａが最初に撮影ポイントエリアｐ１に到達すると、前記ＵＡＶ１ａはホバリングを開始して前記撮影ポイントエリアｐ１の位置を保つ。前記ＵＡＶ１ｂが前記撮影ポイントエリアｑ１に到達すると、前記ＵＡＶ１ａ，１ｂからの位置信号により、該ＵＡＶ１ａ，１ｂがそれぞれ前記撮影ポイントエリアｐ１，ｑ１に位置することが確認され、前記撮影ポイントａ１，ｂ１で上述した同期制御により、静止画像が同時に取得される。

静止画像及び静止画像を取得した時の位置データが、前記基地制御装置４１（図１参照）に送信される。該基地制御装置４１に於いて、前記撮影ポイントａ１，ｂ１で取得した静止画像のマッチング（相互標定）、更に撮影時の位置データに基づき３Ｄモデルが作製される。

次に、前記ＵＡＶ１ａ，１ｂがそれぞれ、前記撮影ポイントａ２及び前記撮影ポイントｂ２に移動し、同様に，前記撮影ポイントａ２，ｂ２で取得した画像を対として、両画像に基づき３Ｄモデルが作製される。

更に、復路５３ａ２，５３ｂ２上の撮影ポイントａｍ，ｂｍに於いても順次静止画像が取得され、同様に３Ｄモデルが作製される。

而して、前記撮影ポイントａ１，ａ２，ａ３，…ａｎ及び前記撮影ポイントｂ１，ｂ２，ｂ３，…ｂｎで順次静止画像が取得され、それぞれ対となる撮影ポイントで取得した２つの画像に基づき３Ｄモデルが作製される。

更に、前記撮影ポイントａ１，ｂ１で取得した画像と前記撮影ポイントａ２，ｂ２に於いて取得した画像とは３０％のサイドラップ率を有しており、又往路で取得した画像と復路で取得した画像とは同様に３０％のサイドラップ率を有している。従って、作製した３Ｄモデルは、サイドラップ部分を利用して連結することができる。即ち、サイドラップ部分で共通の特徴点（タイポイント）を抽出し、タイポイントに基づき隣接する３Ｄモデルを連結することができる。而して、前記測定対象範囲４０全てをカバーする広域３Ｄモデルを作製することができる。

１ ＵＡＶ
２ 写真測量用カメラ
５ プロペラモータ
６ プロペラ
１１ シャフト
１２ ＧＰＳアンテナ
１３ 写真装置
１４ ジンバル
１５ 防振部材
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 ウエイポイント処理部
３２ 静止画カメラ
３３ 動画カメラ
３７ 傾斜センサ
３９ 測定対象物
４０ 測定対象範囲
４１ 基地制御装置
４２ 基地制御演算部
４３ 基地記憶部
４４ 基地通信部
４５ 撮像同期制御部
４６ 表示部
４７ 操作部
４８ ウエイポイント発生部
５０ シャッタ時刻生成部
５１ ウエイポイント記憶部

Claims (7)

1. ＧＰＳ装置及び撮像部を搭載した複数の飛行体による航空写真測定方法であって、複数の撮影ポイントが設定されると共に各撮影ポイントを中心に撮影ポイントエリアがそれぞれ設定される工程と、前記ＧＰＳ装置により飛行体の位置を測定する工程と、飛行体がそれぞれ対応する撮影ポイントエリアに到達し、該撮影ポイントエリアの位置を維持する工程と、前記撮影ポイントエリアに飛行体が最後に到達した時刻が取得される工程と、最後に到達した時刻から所定時間後にシャッタタイミング時刻を設定する工程と、該シャッタタイミング時刻で前記複数の飛行体により航空写真が撮影される工程を具備することを特徴とする航空写真測定方法。
2. 地上側に基地制御装置が設置され、前記複数の飛行体は前記ＧＰＳ装置で測定された前記複数の飛行体の位置に基づき前記撮影ポイントエリア内に到達したかどうかを判断し、到達時刻を前記ＧＰＳ装置より取得し、取得したＧＰＳ時刻を前記基地制御装置に送信し、該基地制御装置は前記複数の飛行体から最後に受信したＧＰＳ時刻を基にシャッタタイミング時刻を演算し、該シャッタタイミング時刻に前記ＧＰＳ装置で得られるＧＰＳ時刻が一致した場合に、前記複数の飛行体により航空写真が撮影される請求項１の航空写真測定方法。
3. 前記撮影ポイント間の距離は高度の１／３以上であり、該高度は撮像された画像間のオーバラップ率が６０％以上となる様、前記撮影ポイントが設定される請求項１又は請求項２の航空写真測定方法。
4. 前記複数の飛行体が各飛行体毎に設定された飛行コースを飛行しつつ静止画像を撮影し、前記飛行コースに複数の撮影ポイントが設定され、各撮影ポイントの間隔は各撮影ポイントで取得した静止画像が、少なくとも３０％のサイドラップとなる様に設定され、作製された３Ｄモデルはサイドラップで抽出されたタイポイントにより接続され、広域３Ｄモデルが作製される請求項１の航空写真測定方法。
5. 撮像部、ＧＰＳ装置、飛行体制御装置とをそれぞれ搭載した複数の飛行体と、地上側に設置され、前記複数の飛行体の撮影ポイントを所定の間隔で設定すると共に該撮影ポイントを中心に撮影ポイントエリアを設定する基地制御装置とを具備し、前記飛行体制御装置は、前記ＧＰＳ装置で測定した飛行体の位置に基づき飛行体を前記撮影ポイントエリアに飛行させ、該撮影ポイントエリアに到達した場合に前記飛行体を前記撮影ポイントエリア内に維持し、又前記ＧＰＳ装置の時刻を前記基地制御装置に送信し、前記基地制御装置は、前記複数の飛行体の位置が前記撮影ポイントエリア内となった場合に、最後に前記撮影ポイントエリア内となった時点を判断し、該時点から所定時間経過後をシャッタタイミング時刻として各前記飛行体制御装置に送信し、前記撮像部は、前記シャッタタイミング時刻で撮影する様構成されたことを特徴とする航空写真測定システム。
6. 前記飛行体制御装置は前記ＧＰＳ装置により取得した位置情報、ＧＰＳ時刻を前記基地制御装置に送信し、該基地制御装置は前記位置情報、前記ＧＰＳ時刻に基づき前記複数の飛行体の内最後に前記撮影ポイントエリアに到達した前記ＧＰＳ時刻を求め、該ＧＰＳ時刻より所定時間後を前記シャッタタイミング時刻として前記飛行体制御装置に送信し、該飛行体制御装置は前記ＧＰＳ装置より得られる該ＧＰＳ時刻が前記シャッタタイミング時刻に合致した時に前記撮像部に撮影を実行させる様構成した請求項５の航空写真測定システム。
7. 前記飛行体制御装置は、各飛行体を飛行体毎に設定された飛行コースを飛行させ、各飛行コースには所要数の撮影ポイントが設定され、各飛行コースの対応する撮影ポイントで静止画像を取得する場合に、前記シャッタタイミング時刻で前記撮像部に撮影させる請求項５又は請求項６のいずれかの航空写真測定システム。