JP2014139538A - 地形情報取得装置、地形情報取得システム、地形情報取得方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＵＧＶで取得できなかった不足分の三次元マップを精度よく、かつ効率的に作成できるという効果が得られる地形情報取得装置を提供する。
【解決手段】地形情報取得装置１は、所定の領域における地形の一部について予め作成された三次元マップを参照して、当該所定の領域のうち、当該三次元マップが作成されている完成領域、及び、作成されていない未完成領域を特定する領域特定部１００と、当該三次元マップに基づいて、未完成領域における地形勾配を推定する地形勾配推定部１０１と、未完成領域、及び、未完成領域において推定された地形勾配に基づいて地形データ取得条件を最適化しながら、当該未完成領域における地形データを取得する地形データ取得部１１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、無人陸上車両、無人航空機等を利用した地形情報取得装置、地形情報取得システム、地形情報取得方法及びプログラムに関する。

被災地等で、人が足を踏み入れられないような領域に対し、遠隔操作で無人機を送り撮像データ等を取得して、当該領域における地形情報（三次元マップ）を作成する技術が知られている。またそのような無人機として、無人陸上車両（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ｇｒｏｕｎｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ、以下、「ＵＧＶ」）、無人航空機（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ、以下、「ＵＡＶ」）などが開発されている。

ここで、例えば被災直後における素早い状況把握が求められるような状況においては、まず第一陣としてＵＧＶが移動可能な領域を走行し、不完全ながらも迅速に、全体の大まかな状況を確認できる程度の撮像データを取得する手法がとられる。
そして、ＵＧＶが走行できず撮像データを取得できなかった領域については、第二陣として、ＵＡＶを遠隔操作で飛行させ、当該ＵＡＶが上空から未取得領域についての撮像データをくまなく取得する。そして最終的に、ＵＧＶが取得した撮像データとＵＡＶが取得した撮像データを統合して、完全な三次元マップを作成する。

図１０は、従来の地形情報取得方法を用いて地形情報を取得する処理フローを示す図である。
上述した処理の流れを、図１０を参照して詳細に説明する。まずＵＧＶは、三次元データを取得しようとする領域（地上）を走行する（ステップＳ１０）。そしてＵＧＶは、当該領域を走行しながら自装置の周辺を専用のカメラなどで撮影する（ステップＳ１１）。このときＵＧＶは当該撮像データを、撮影した際の自装置の位置及び撮影方位等の情報と対応付けながら記憶している。そして、各撮像データと位置情報を参照しながら三次元マップを作成する（ステップＳ１２）。

次に、ＵＧＶ、ＵＡＶのオペレータは、ステップＳ１２で作成された三次元マップを確認しながら、三次元マップが取得されていない領域（未取得領域）を特定する（ステップＳ１３）。そして、ＵＧＶ、ＵＡＶのオペレータは、その未取得領域における撮像データを取得すべくＵＡＶの飛行計画を作成する（ステップＳ１４）。ステップ１３及びステップＳ１４の処理は、人（オペレータ自身）がステップＳ１２によって取得した三次元データを見て判断しながら作業を行う。

次に、ＵＡＶはステップＳ１４の飛行計画に基づいて、三次元データ未取得領域を飛行する（ステップＳ１５）。そしてＵＡＶは、当該未取得領域を飛行しながら地上を専用のカメラなどで撮影する（ステップＳ１６）。ＵＡＶは、さらに取得した撮像データから三次元マップを作成する（ステップＳ１７）。

最後に、オペレータはＵＧＶによる三次元マップ、及び、ＵＡＶによる三次元マップを統合して完全な三次元マップを作成する（ステップＳ１８）。オペレータは、以上のようにして複数の無人機からの三次元データを組み合わせ、死角を低減させた三次元マップを得ることができる。

なお、本発明に関連する技術として、ＵＡＶ（情報収集用のロケット）を用いた飛行にて、当該ＵＡＶの自己位置や姿勢角度を適宜調整しながら、観測対象の情報を取得する技術が開示されている（特許文献１）。

特開２０１２−１０１６７２号公報

ここで、三次元マップを作成する技術として、複数の二次元画像（撮像データ）を組み合わせながら三次元座標情報を演算して求める「モーションステレオ」が知られている。このモーションステレオを使用する場合、センサ（カメラ）の光軸が被写体面に対し水平な方向から取得された撮像データからは、当該被写体面については原理的に奥行計算が困難となり、三次元座標情報が正しく得られない。したがって、カメラの光軸は被写体面、すなわち地形の勾配に対してできるだけ垂直な方向を向いているのが好ましい。

一方、人（オペレータ）が判断して作成するＵＡＶ飛行計画の作成（図１０、ステップＳ１４）においては、未取得領域について撮像データの取得漏れがないように手当たり次第にＵＡＶを飛行させる場合が多い。しかしながらこの場合、オペレータはＵＡＶに搭載するカメラの光軸が地形勾配に対して垂直な方向を向いているか否かを考慮していないため、未取得領域をくまなく飛行して撮像データを取得したつもりであっても実はデータ不足で、完全な三次元マップを作成できないことがある。すなわちこのような手法では、三次元マップの作成に貢献しない無駄な飛行及び無駄な撮像データが多く発生する上に、これに伴って飛行・撮影作業及び三次元マップ作成を繰り返す作業が増大するため、当該作業に要する時間、労力の面から考えて非効率的であった。

また特許文献１では、観測対象までの弾道及び自装置の回収予定地点までの弾道を記憶し、自装置がその弾道に沿って飛行するように制御するＵＡＶについての技術が記載されているが、第一陣（ＵＧＶ）によって取得された三次元マップに基づいて、第二陣（ＵＡＶ）の飛行計画を最適化し、三次元マップ作成作業を効率化することはできない。

そこでこの発明は、上述の問題を解決することのできる地形情報取得装置、地形情報取得システム、地形情報取得方法及びプログラムを提供することを目的としている。

本発明は、上述の課題を解決すべくなされたもので、所定の領域における地形の一部について予め作成された三次元マップを参照して、前記所定の領域のうち、当該三次元マップが作成されている完成領域、及び、作成されていない未完成領域を特定する領域特定部と、前記三次元マップに基づいて、前記未完成領域における地形勾配を推定する地形勾配推定部と、前記未完成領域、及び、当該未完成領域において推定された地形勾配に基づいて地形データ取得条件を最適化しながら、前記未完成領域における地形データを取得する地形データ取得部と、を備えることを特徴とする地形情報取得装置である。

また本発明は、前記地形データ取得部は、所定のセンサの向きを前記推定された地形勾配に対して垂直な方向に調整する可動部を備え、前記推定された地形勾配に対して垂直な方向から前記未完成領域における地形データを取得することで、前記地形データ取得条件の最適化を行うことを特徴とする。

また本発明は、前記地形勾配推定部が、前記三次元マップのうち、前記完成領域と前記未完成領域との境界に近接する部分の情報から算出される地形勾配を、前記未完成領域に適用することで、前記未完成領域における地形勾配の推定を行うことを特徴とする。

また本発明は、前記領域特定部が、前記三次元マップを一方向から俯瞰した二次元マップを参照し、前記完成領域及び前記未完成領域の特定を行うことを特徴とする。

また本発明は、前記地形情報取得装置が飛行体であって、前記未完成領域、及び、当該未完成領域において推定された地形勾配に基づいて飛行ルートを算出する飛行ルート演算部と、を備え、当該算出された飛行ルートに基づいて飛行しながら前記未完成領域における地形データを取得することを特徴とする。

また本発明は、所定の領域における地形データを取得する地形データ取得部と、当該取得した地形データに基づいて、前記所定の領域における地形についての三次元マップを作成する三次元マップ作成部と、当該三次元マップを参照して、前記所定の領域のうち、前記三次元マップが作成されている完成領域、及び、作成されていない未完成領域を特定する領域特定部と、前記三次元マップに基づいて、前記未完成領域における地形勾配を推定する地形勾配推定部と、を備えることを特徴とする地形情報取得装置である。

また本発明は、所定の領域を移動しながら、当該所定の領域における地形データを取得する第一地形情報取得装置と、当該取得した地形データに基づいて、前記所定の領域における地形についての三次元マップを作成する三次元マップ作成部と、当該三次元マップを参照して、前記所定の領域のうち、前記三次元マップが作成されている完成領域、及び、作成されていない未完成領域を特定する領域特定部と、前記三次元マップに基づいて、前記未完成領域における地形勾配を推定する地形勾配推定部と、前記未完成領域、及び、当該未完成領域において推定された地形勾配に基づいて地形データ取得条件を最適化しながら、前記未完成領域における地形データを取得する第二地形情報取得装置と、を備えることを特徴とする地形情報取得システムである。

また本発明は、前記第一地形情報取得装置は、陸上走行車両であって、前記第二地形情報取得装置は、飛行体であることを特徴とする。

また本発明は、所定の領域を移動しながら、当該所定の領域における地形データを取得し、当該取得した地形データに基づいて、前記所定の領域における地形についての三次元マップを作成し、当該三次元マップを参照して、前記所定の領域のうち、前記三次元マップが作成されている完成領域、及び、作成されていない未完成領域を特定し、前記三次元マップに基づいて、前記未完成領域における地形勾配を推定し、前記未完成領域、及び、当該未完成領域において推定された地形勾配に基づいて地形データ取得条件を最適化しながら、前記未完成領域における地形データを取得することを特徴とする地形情報取得方法である。

また本発明は、地形情報取得装置のコンピュータを、所定の領域における地形の一部について予め作成された三次元マップを参照して、前記所定の領域のうち、前記三次元マップが作成されている完成領域、及び、作成されていない未完成領域を特定する領域特定手段、前記三次元マップに基づいて、前記未完成領域における地形勾配を推定する地形勾配推定手段、前記未完成領域、及び、当該未完成領域において推定された地形勾配に基づいて地形データ取得条件を最適化しながら、前記未完成領域における地形データを取得する地形データ取得手段、として機能させることを特徴とするプログラムである。

本発明によれば、ＵＧＶで取得できなかった不足分の三次元マップを精度よく、かつ効率的に作成できるという効果が得られる。

本発明の第一の実施形態による地形情報取得装置の機能構成を示す図である。 本発明の第一の実施形態による領域特定部の処理を説明する図である。 本発明の第一の実施形態による地形勾配推定部の処理を説明する第一の図である。 本発明の第一の実施形態による地形勾配推定部の処理を説明する第二の図である。 本発明の第一の実施形態による飛行ルート演算部の処理を説明する図である。 本発明の第一の実施形態による地形データ取得部の処理を説明する図である。 本発明の第一の実施形態による地形情報取得装置を用いて地形情報を取得する処理フローを示す図である。 本発明の第二の実施形態による地形情報取得装置の機能構成を示す図である。 本発明の第三の実施形態による地形情報取得システムの機能構成を示す図である。 従来の地形情報取得方法を用いて地形情報を取得する処理フローを示す図である。

＜第一の実施形態＞
以下、本発明の第一の実施形態による地形情報取得装置を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の第一の実施形態による地形情報取得装置の機能構成を示す図である。この図において、符号１は地形情報取得装置である。
本実施形態による地形情報取得装置１は、「飛行体」の一態様である無人航空機（ＵＡＶ）である。また本実施形態による地形情報取得装置１は、所定の座標データからなる所定の「飛行ルート」を予め登録しておくことで、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等の援用により自律的に当該飛行ルートを飛行する航空機である。

当該地形情報取得装置１は、所定の領域における地形を表した三次元マップを作成する目的で使用される。特に本実施形態による地形情報取得装置１は、第一陣としてＵＧＶが取得した撮像データに基づいて作成された未完成の三次元マップを完全なものとする目的で使用されるものである。したがって地形情報取得装置１は、三次元マップの未完成領域を飛行しながら当該三次元マップの元データとなる「地形データ」を取得する探査装置である。

本実施形態による地形情報取得装置１は、制御部１０、地形データ取得部１１及び操縦部１２を備えている。

制御部１０は、自装置に対する種々の入力情報について演算を行い、情報処理を実行するものであり、一般的にはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央演算装置）に所定のプログラムを実行させることで構成される。本実施形態による制御部１０は、所定の領域における地形の一部について予め作成された未完成の三次元マップを参照して、自装置の飛行ルートを演算したり、地形データ取得条件を最適化する制御を行ったりする。

地形データ取得部１１は、三次元マップを作成しようとする所定の領域における地形データを取得する機能部である。本実施形態による地形データ取得部１１は、具体的には、地形を撮影するカメラ部１１１とそのカメラ部１１１の光軸を任意の方向に設定する可動部１１０で構成される。

可動部１１０は、カメラ部１１１の光軸を任意の方向に設定する機能部である。可動部１１０は制御部１０から所定の指示に基づいて当該光軸の方向を設定する。またカメラ部１１１は、所定のレンズを通して得られる撮像を撮像データとして記録（撮影）する機能部である。なお本実施形態におけるカメラ部１１１が取得する撮像データは上記「地形データ」の一態様である。
なお地形データ取得部１１の機能についての詳細な説明は後述する。

操縦部１２は、地形情報取得装置１を予め指定された飛行ルートに基づいて飛行させる機能部である。操縦部１２は、制御部１０が演算して求めた飛行ルートに基づく指示を逐次入力し、自装置が当該指示通りに飛行するようにエンジン出力や尾翼をコントロールする。

次に、制御部１０が備える各機能部について説明する。
制御部１０は、図１に示す通り領域特定部１００、地形勾配推定部１０１及び飛行ルート演算部１０２を備えている。

本実施形態による領域特定部１００は、予め作成された未完成の三次元マップを参照して、当該三次元マップが作成されている完成領域、及び、作成されていない未完成領域を特定する機能部である。

図２は、本発明の第一の実施形態による領域特定部の処理を説明する図である。
領域特定部１００は、例えば図２（ａ）に示すような未完成の三次元マップを取得する。三次元マップは、図２（ａ）に示す通り、「ボクセル」と呼ばれる座標位置（Ｘ、Ｙ）及びその位置における“高さ”情報（Ｚ）を表したものの組み合わせで構成される。ここで、各座標位置（Ｘ、Ｙ）について、当該高さ情報（Ｚ）が既に取得され、ボクセルとして表されている領域を、当該三次元マップの「完成領域」と呼ぶこととする。一方、未だ高さ情報が取得できておらず、ボクセルとして表すことができない領域を「未完成領域」と呼ぶこととする。

領域特定部１００は、例えば、予め作成された三次元マップを一方向、例えば上空から俯瞰した二次元マップ（図２（ｂ））を参照し、これと別途用意した実際の地図とを照らし合わせて未完成領域を特定する。具体的には、領域特定部１００は、三次元マップを取得すべき領域の位置座標（Ｘ、Ｙ）を予め保持する。そして領域特定部１００は、例えば、各位置座標（Ｘ、Ｙ）に関連付けられた高さ情報（Ｚ）がデータとして得られているか否かを判定することで、当該位置座標（Ｘ、Ｙ）から示される位置が未完成領域に属するか、完成領域に属するかを特定する。

本実施形態による地形勾配推定部１０１は、上記未完成の三次元マップに基づいて、未完成領域における地形勾配を推定する機能部である。具体的には、地形勾配推定部１０１は、上記未完成の三次元マップのうち、完成領域と未完成領域との境界に近接する部分の情報から算出される地形勾配を、未完成領域に適用することで、当該未完成領域における地形勾配の推定を行う。

図３は、本発明の第一の実施形態による地形勾配推定部の処理を説明する第一の図である。
地形勾配推定部１０１は、まず完成領域と未完成領域との境界に近接するボクセルの高さ情報（Ｚ）を参照し、その近接する領域の地形勾配を算出する。ここで「境界に近接するボクセル」とは、未完成領域と接して完成領域端部に属するボクセルと、さらに当該完成領域端部に属するボクセルに隣接する複数のボクセルを指す。すなわち地形勾配推定部１０１は、例えば図３に示すように、完成領域端部に属するボクセルと、さらに当該完成領域端部に隣接する複数（例えば四つ）のボクセルの高さ情報（Ｚ）から特定される面の勾配を算出する。このようにして求めた勾配情報を既知地形勾配（図３）と呼ぶこととする。

そして本実施形態による地形勾配推定部１０１は、上記既知地形勾配がそのまま未完成領域における地形にも当てはまるものとして、未完成領域の地形勾配を推定する（図３）。この処理は、三次元マップを作成できた領域と、できなかった領域の境界近辺においては、その地形勾配が大きく変わらないであろうという仮定のもとに行われる処理である。

なお本実施形態による地形勾配推定部１０１は、境界に近接する四つのボクセルから推定地形勾配を導く処理を行うこととしているが、他の実施形態によってはこのような態様に限定されることはない。例えば地形勾配推定部１０１は、境界に近接する三つのボクセルのみに基づいて算出しても構わないし、五つ以上のボクセルから導かれるその領域における平均的な地形勾配を算出し、このようにして求めた既知地形勾配を推定地形勾配として推定する処理を行ってもよい。このようにすることで、地形勾配推定部１０１はより正確な推定が可能となる。

図４は、本発明の第一の実施形態による地形勾配推定部の処理を説明する第二の図である。
また地形勾配推定部１０１は、未完成領域において適用すべき推定地形勾配を、複数の既知地形勾配から推定可能である場合は、その両方を考慮して推定地形勾配を導出してもよい。例えば三次元マップの完成領域が、未完成領域の一部または全部を取り囲むように得られている場合、未完成領域については、異なる軸、例えば図４に示すＸ軸及びＹ軸の両方向から推定地形勾配を特定することができる。このような場合、地形勾配推定部１０１は例えば両方の既知地形勾配を平均化して求めた値を、該当する位置における推定地形勾配として適用してもよい。例えば、地形勾配推定部１０１は、既知地形勾配Ａ１（図４）についての法線ベクトルと既知地形勾配Ａ２についての法線ベクトルを合成した合成ベクトルから推定地形勾配Ｂを算出してもよい。

図５は、本発明の第一の実施形態による飛行ルート演算部１０２の処理を説明する図である。
本実施形態による飛行ルート演算部１０２は、領域特定部１００が特定した未完成領域、及び、地形勾配推定部１０１が当該未完成領域において推定した地形勾配（推定地形勾配）に基づいて飛行ルートを算出する機能部である。飛行ルート演算部１０２は、未完成領域について網羅的に撮像データを取得するための最短ルートを算出する。例えば、飛行ルート演算部１０２はカメラ部１１１の撮影可能範囲（図５）を予め把握しておく。次にその撮影可能範囲を考慮した上で、全ての未完成領域が撮影可能範囲に含まれるように撮影ポイント（図５）を複数設定する。そして、その撮影ポイントを最短で通過するような飛行ルートを算出する（図５）。なお飛行ルート演算部１０２は、撮影ポイントの設定の際、その地点におけるカメラ部１１１の光軸の方向を考慮して設定してもよい。また飛行ルート演算部１０２は、地形勾配推定部１０１が導出した推定地形勾配にもとづいて、撮影すべき地形と自装置との距離（飛行高度）が概ね一定となるように飛行ルートを算出してもよい。

図６は、本発明の第一の実施形態による地形データ取得部の処理を説明する図である。
本実施形態による地形データ取得部１１は、推定地形勾配に対して垂直な方向から未完成領域における地形データを取得することを特徴とする。以下その具体的態様について説明する。

地形データ取得部１１は、上述した通り可動部１１０及びカメラ部１１１を備えている。なおカメラ部１１１は「所定のセンサ」の一態様である。また「所定のセンサの向き」とは、例えばカメラ部１１１の光軸の方向のことを指す。
可動部１１０は、自装置が飛行する中、カメラ部１１１の光軸が常に、撮影の対象となる領域における推定地形勾配に対して垂直な方向に調整する。ここで地形データ取得部１１は、別途、位置情報取得機能及び自装置についての姿勢検出機能を有しているものとする。そして地形データ取得部１１は、自装置の位置及び姿勢情報を参照しながら、撮影しようとする地形についての推定地形勾配に基づいて、カメラ部１１１の光軸が、当該推定地形勾配に対して垂直となる向きが保たれるように調整する（図６）。ここで地形勾配推定部１０１が算出した推定地形勾配は予め別途用意された記憶部に記憶され、地形データ取得部１１は当該記憶部に記憶された推定地形勾配を読み出しながらカメラ部１１１の光軸を調整する。

図７は、本発明の第一の実施形態による地形情報取得装置を用いて地形情報を取得する処理フローを示す図である。
上述した通り、本実施形態による地形情報取得装置１は、第一陣としてＵＧＶが取得した撮像データから作成された未完成の三次元マップを入力し、その未完成領域の撮像データを取得する。以下、本実施形態による地形情報取得装置１を用いた三次元マップ作成手順を、図７を参照しながら順を追って説明する。

まず、第一陣であるＵＧＶが三次元マップを作成しようとする領域を走行しながら地形の撮像データを取得する（ステップＳ１）。このとき、ＵＧＶは取得した撮像データを自装置の位置情報、撮影方向などの情報と紐づけておく。そしてＵＧＶは、得られた撮像データ及び当該撮像データの位置情報等から三次元マップを作成する（ステップＳ２）。この際、上述したように、ＵＧＶは複数の二次元の情報（撮像データ）を組み合わせて三次元の情報（三次元マップ）を算出するモーションステレオ技術を用いることで、当該三次元マップ作成処理を実現する。ここで、ＵＧＶが取得した撮像データから作成された三次元マップは、走行不可能な領域および死角の存在のため、未完成領域が存在するものとする。

次に本実施形態による地形情報取得装置１（ＵＡＶ）が、第二陣として未完成領域の撮像データを取得する。具体的に、まず地形情報取得装置１の領域特定部１００はＵＧＶにより作成された未完成の三次元マップから、図２に示した手法により完成領域と未完成領域を特定する（ステップＳ３）。次に飛行ルート演算部１０２は、例えば図５に示した様に、領域特定部１００が特定した未完成領域を参照して、その領域を飛行して効率よく撮像データを取得するための飛行計画を作成する（ステップＳ４）。一方、地形勾配推定部１０１は、図３または図４に示した様に、ＵＧＶが取得した未完成の三次元マップから完成領域における地形勾配を演算し、未完成領域における推定地形勾配を算出する。なお飛行ルート演算部１０２は、ここで求められた推定地形勾配を考慮して、推定される地形の高さから、飛行高度を含めた三次元的な飛行ルートを算出してもよい。

次に地形情報取得装置１は、操縦部１２がステップＳ４において得られた飛行計画を参照しながら自装置の飛行制御系をコントロールすることで、未完成領域を飛行する（ステップＳ５）。そして地形情報取得装置１の飛行中、地形データ取得部１１はその領域における地形の撮像データを取得する（ステップＳ６）。このとき可動部１１０は、地形勾配推定部１０１が求めた推定地形勾配を参照しながら、自装置の位置情報及び姿勢情報と連動してカメラ部１１１の光軸が常に当該推定地形勾配に対し垂直となるように調整する。このようにすることで、取得する撮像データから精度の良い三次元データを算出することができる。

地形情報取得装置１は、得られた撮像データに基づいて三次元マップを作成する（ステップＳ７）。この処理は、ＵＧＶが最初に行ったステップＳ２と同様の技術を用いる。そして最後にオペレータは、ＵＧＶにより作成された三次元マップと地形情報取得装置１（ＵＡＶ）が作成した三次元マップを統合して完全な三次元マップを得る（ステップＳ８）。

このようにして、本実施形態による地形情報取得装置１は、第一陣であるＵＧＶによって作成された三次元マップから各種情報を算出して、自己の飛行ルート及び取得すべき撮像データの取得条件を最適化し、オペレータによる三次元マップ作成作業を最大限に効率化する。以上、第一の実施形態の地形情報取得装置１によれば、ＵＧＶで取得できなかった不足分の三次元マップを精度よく、かつ効率的に作成できるという効果が得られる。

なお本実施形態による地形情報取得装置１は、地形データ取得部１１が備えるカメラ部１１１による撮像データに基づいて三次元マップを作成する手法としていたが、他の実施形態においては、この手法に限定されることはない。例えば地形データ取得部１１は、地形データを取得するセンサとして、レーザによる距離計測を全方位について行う三次元検知技術を利用してもよい。

また本実施形態による地形情報取得装置１は、推定地形勾配に基づく可動部１１０の動作により、カメラ部１１１の光軸を推定地形勾配に対し直角な方角へ設定することを実現しているが（図６）、他の実施形態においては、推定地形勾配に対し直角な方角から撮像データを取得するという目的を達成できさえすればこの手法に限定されない。例えば地形情報取得装置１は、操縦部１２が自装置そのものの姿勢をコントロールすることで、自装置に備えられた（非可動の）固定カメラ光軸を推定地形勾配に対し直角な方向に設定するという手法を用いてもよい。

また地形情報取得装置１（ＵＡＶ）は、第一陣（ＵＧＶ）による撮像データに基づいて作成された未完成の三次元マップを入力とし、第二陣としてその不足データを効率的に取得するものとして説明したが、本実施形態による地形情報取得装置１の用途はこの態様に限定されない。

例えば本実施形態による地形情報取得装置１（ＵＡＶ）は、さらに地形データ取得部１１が取得した地形データに基づいて三次元マップを作成する三次元マップ作成部を備えているものとする。そして地形情報取得装置１は、まず第一陣として所定領域を飛行して撮像データを取得するとともに当該取得した撮像データからその場で三次元マップを作成する（図７のステップＳ１〜Ｓ２）。続いて地形情報取得装置１は、作成した（未完成の）三次元マップから今後の飛行ルート及び推定地形勾配を算出（ステップＳ３〜Ｓ５）し、そのまま第二陣として未完成領域の撮像データを取得する（ステップＳ６）。

ここで地形情報取得装置１は第一陣として撮像データを取得する際、可動部１１０の設定を所定の初期値（例えば「下方４５度の角度固定」等）としておく。そして可動部１１０は、自装置にて三次元マップが作成され逐次推定地形勾配が算出されるごとに、これに合わせてカメラ部１１１光軸の方向を変化させていく。このような動作を連続的に行うことで、本実施形態による地形情報取得装置１（ＵＡＶ）一台のみで、効率的に三次元マップを作成することができる。

＜第二の実施形態＞
以下、本発明の第二の実施形態による地形情報取得装置を、図面を参照して説明する。
図８は本発明の第二の実施形態による地形情報取得装置の機能構成を示す図である。この図において、符号２は地形情報取得装置である。なお、第一の実施形態による地形情報取得装置１と同一の機能部については、同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。

本実施形態による地形情報取得装置２は、陸上を走行する無人陸上車両（ＵＧＶ）である。また地形情報取得装置２は第一陣として所定の領域の地形データ（撮像データ）を取得し、三次元マップを作成する探査装置である。図８に示す通り、本実施形態による地形情報取得装置２は、制御部２０と、地形データ取得部２１とを備えている。ここで、制御部２０の機能のうち、領域特定部１００、地形勾配推定部１０１及び飛行ルート演算部１０２は、第一の実施形態による制御部１０が有する各機能部と同一である。

なお三次元マップ作成部１０３は、上述したモーションステレオ技術等を用いて、地形データ取得部２１を介して得た複数の撮像データを元に三次元マップを作成する機能部である。ただし、三次元マップ作成部１０３は、自装置（ＵＧＶ）が取得した撮像データから三次元情報を算出できる領域についてのみ三次元マップを作成する。したがって、三次元マップ作成部１０３は、自装置が進入できない領域、或いは、取得した撮像データの死角領域については三次元マップを作成しない。

地形情報取得装置２の地形データ取得部２１は、自装置が走行する最中にその周辺の地形を撮影しその地形を撮像データとして取得する。ここで地形データ取得部２１は、第一の実施形態における地形データ取得部１１と同様、所定のカメラ部を備え、これを介して地形についての撮像データを取得するものとする。そして自装置が備える制御部２０が、取得された撮像データを元に第二陣に必要な情報を算出する。すなわち、地形情報取得装置２は、自装置で取得した撮像データから三次元マップを作成し、その未完成領域の算出、飛行ルートの算出、及び、未完成領域における地形勾配の推定処理を行うことを特徴とする。なお地形データ取得部２１は上記態様の他、例えばレーザを用いての距離計測に基づいた三次元データ取得手法を用いてもよい。

すなわち本実施形態においては、第一の実施形態によるＵＡＶ（地形情報取得装置１）が備えていた機能を、第一陣であるＵＧＶ（本実施形態による地形情報取得装置２）が備えるものとしている。ここで本実施形態による地形情報取得装置２を用いる場合、図７に示した処理フローのうち、ステップＳ１〜Ｓ４をＵＧＶ（本実施形態による地形情報取得装置２）が実行し、ステップＳ５〜Ｓ７をＵＡＶが実行する。
このようにしても、第一の実施形態と同様、ＵＧＶで取得できなかった不足分の三次元マップを、第二陣のＵＡＶで精度よく、かつ効率的に作成できるようになる。

＜第三の実施形態＞
以下、本発明の第三の実施形態による地形情報取得システムを、図面を参照して説明する。図９は本発明の第三の実施形態による地形情報取得システムの機能構成を示す図である。この図において、符号４は地形情報取得システムである。なお、第一の実施形態による地形情報取得装置１、または、第二の実施形態による地形情報取得装置２と同一の機能部については、同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。

図９に示す通り、本実施形態による地形情報取得システム４は、第一地形情報取得装置２、第二地形情報取得装置１及び演算装置３を備えている。ここで本実施形態による第一地形情報取得装置２は陸上走行車両（ＵＧＶ）であり、第一陣として所定の領域における陸地を走行しながら地形データ（撮像データ）を、地形データ取得部２１を介して取得する探査装置である。地形データ取得部２１は、第二の実施形態による地形情報取得装置２が備える地形データ取得部２１と同一である。

そして、第一陣であるＵＧＶ（第一地形情報取得装置２）が取得した撮像データは、演算装置３に入力される。ここで本実施形態による演算装置３は、例えばＵＧＶ、ＵＡＶとは別個の汎用コンピュータであって、所定の電子情報媒体または情報通信を介してＵＧＶまたはＵＡＶと情報のやり取りを行う装置である。
ここで演算装置３は、内部に制御部３０を備えている。そして演算装置３の制御部３０は、第一地形情報取得装置２が取得した撮像データから三次元マップ作成部１０３により三次元マップを作成する。ただし、三次元マップ作成部１０３は、ＵＧＶが取得した撮像データから三次元情報を算出できる領域についてのみ三次元マップを作成する。

演算装置３が備える制御部３０は、さらに領域特定部１００、地形勾配推定部１０１及び飛行ルート演算部１０２を備えている。これらの各機能部は、第一の実施形態による制御部１０（または第二の実施形態による制御部２０）が有する各機能部と同一である。制御部３０は、第一地形情報取得装置２が取得した撮像データを入力し、作成可能な範囲で三次元マップを作成する。そして制御部３０は、領域特定部１００、地形勾配推定部１０１及び飛行ルート演算部１０２それぞれの機能部により、第二陣であるＵＡＶ（第二地形情報取得装置１）のための飛行計画の作成、及び推定地形勾配の算出処理を行う。

本実施形態による第二地形情報取得装置１は飛行体（ＵＡＶ）であり、第一陣で三次元マップが作成できなかった領域を飛行しながら地形の撮像データを取得する探査装置である。第二地形情報取得装置１は、演算装置３により算出された飛行計画及び三次元マップ未完成領域における推定地形勾配を入力する。そして、操縦部１２が入力された飛行計画に基づいて自装置を飛行させる。さらに地形データ取得部１１の備える可動部１１０が、入力された推定地形勾配を参照しながら自装置の位置情報及び姿勢情報と連動して、カメラ部１１１の光軸をその推定地形勾配に対し垂直とする制御を行う。

本実施形態では、第一の実施形態におけるＵＡＶ（地形情報取得装置１）が備えていた機能を、ＵＧＶ、ＵＡＶ以外の演算装置が備えるものとしている。このようにしても、第一の実施形態または第二の実施形態と同様、ＵＧＶで取得できなかった不足分の三次元マップを、第二陣のＵＡＶで精度よく、かつ効率的に作成できるようになる。

また上述した第三の実施形態による地形情報取得システム４では、第一陣にＵＧＶ、第二陣にＵＡＶを使用した例を示したが、他の実施形態による地形情報取得システム４では、例えば第一陣、第二陣ともにＵＡＶを用いても構わないし、第一陣、第二陣ともにＵＧＶを用いても構わない。
さらに、地形情報取得システム４は、第一陣にＵＡＶを用いて、第二陣にＵＧＶを用いてもよい。この場合、地形情報取得システム４の演算装置３は、ＵＡＶ（上空）からでは死角となる領域（例えば建造物の壁面等）を特定し、かつ、その領域における地形勾配を推定する。そしてこれらの情報を得たＵＧＶが、当該地形勾配に対し最適な条件、すなわち、カメラ部１１１の光軸が撮影対象とする地形の勾配に対し垂直となる条件で撮像データを取得する。

なお、上述の地形情報取得装置１、地形情報取得装置２、及び、地形情報取得システム４の演算装置３は、内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述した地形情報取得装置１、地形情報取得装置２、及び、演算装置３の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）または半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

１・・・（第二）地形情報取得装置
１０、２０、３０・・・制御部
１００・・・領域特定部
１０１・・・地形勾配推定部
１０２・・・飛行ルート演算部
１０３・・・三次元マップ作成部
１１、２１・・・地形データ取得部
１１０・・・可動部
１１１・・・カメラ部
１２・・・操縦部
２・・・（第一）地形情報取得装置
３・・・演算装置
４・・・地形情報取得システム

Claims (11)

1. 所定の領域における地形の一部について予め作成された三次元マップを参照して、前記所定の領域のうち、当該三次元マップが作成されている完成領域、及び、作成されていない未完成領域を特定する領域特定部と、
   前記三次元マップに基づいて、前記未完成領域における地形勾配を推定する地形勾配推定部と、
   前記未完成領域、及び、当該未完成領域において推定された地形勾配に基づいて地形データ取得条件を最適化しながら、前記未完成領域における地形データを取得する地形データ取得部と、
   を備えることを特徴とする地形情報取得装置。
2. 前記地形データ取得部は、
   所定のセンサの向きを前記推定された地形勾配に対して垂直な方向に調整する可動部
   を備え、
   前記推定された地形勾配に対して垂直な方向から前記未完成領域における地形データを取得することで、前記地形データ取得条件の最適化を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の地形情報取得装置。
3. 前記地形勾配推定部は、
   前記三次元マップのうち、前記完成領域と前記未完成領域との境界に近接する部分の情報から算出される地形勾配を、前記未完成領域に適用することで、前記未完成領域における地形勾配の推定を行う
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地形情報取得装置。
4. 前記領域特定部は、
   前記三次元マップを一方向から俯瞰した二次元マップを参照し、前記完成領域及び前記未完成領域の特定を行う
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の地形情報取得装置。
5. 前記地形情報取得装置は飛行体であって、
   前記未完成領域、及び、当該未完成領域において推定された地形勾配に基づいて飛行ルートを算出する飛行ルート演算部と、
   を備え、
   当該算出された飛行ルートに基づいて飛行しながら前記未完成領域における地形データを取得する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の地形情報取得装置。
6. 前記地形データ取得部が取得した地形データに基づいて、前記所定の領域における地形についての三次元マップを作成する三次元マップ作成部
   を備え、
   前記予め作成された三次元マップは、自装置が備える前記三次元マップ作成部によって作成されたものである
   ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の地形情報取得装置。
7. 所定の領域における地形データを取得する地形データ取得部と、
   当該取得した地形データに基づいて、前記所定の領域における地形についての三次元マップを作成する三次元マップ作成部と、
   当該三次元マップを参照して、前記所定の領域のうち、前記三次元マップが作成されている完成領域、及び、作成されていない未完成領域を特定する領域特定部と、
   前記三次元マップに基づいて、前記未完成領域における地形勾配を推定する地形勾配推定部と、
   を備えることを特徴とする地形情報取得装置。
8. 所定の領域を移動しながら、当該所定の領域における地形データを取得する第一地形情報取得装置と、
   当該取得した地形データに基づいて、前記所定の領域における地形についての三次元マップを作成する三次元マップ作成部と、
   当該三次元マップを参照して、前記所定の領域のうち、前記三次元マップが作成されている完成領域、及び、作成されていない未完成領域を特定する領域特定部と、
   前記三次元マップに基づいて、前記未完成領域における地形勾配を推定する地形勾配推定部と、
   前記未完成領域、及び、当該未完成領域において推定された地形勾配に基づいて地形データ取得条件を最適化しながら、前記未完成領域における地形データを取得する第二地形情報取得装置と、
   を備えることを特徴とする地形情報取得システム。
9. 前記第一地形情報取得装置は、陸上走行車両であって、
   前記第二地形情報取得装置は、飛行体である
   ことを特徴とする請求項８に記載の地形情報取得システム。
10. 所定の領域を移動しながら、当該所定の領域における地形データを取得し、
    当該取得した地形データに基づいて、前記所定の領域における地形についての三次元マップを作成し、
    当該三次元マップを参照して、前記所定の領域のうち、前記三次元マップが作成されている完成領域、及び、作成されていない未完成領域を特定し、
    前記三次元マップに基づいて、前記未完成領域における地形勾配を推定し、
    前記未完成領域、及び、当該未完成領域において推定された地形勾配に基づいて地形データ取得条件を最適化しながら、前記未完成領域における地形データを取得する
    ことを特徴とする地形情報取得方法。
11. 地形情報取得装置のコンピュータを、
    所定の領域における地形の一部について予め作成された三次元マップを参照して、前記所定の領域のうち、前記三次元マップが作成されている完成領域、及び、作成されていない未完成領域を特定する領域特定手段、
    前記三次元マップに基づいて、前記未完成領域における地形勾配を推定する地形勾配推定手段、
    前記未完成領域、及び、当該未完成領域において推定された地形勾配に基づいて地形データ取得条件を最適化しながら、前記未完成領域における地形データを取得する地形データ取得手段、
    として機能させることを特徴とするプログラム。

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