JP2016099140A - 水底観測システム - Google Patents

Abstract

【課題】水深が深く、太陽光線が届かない水底領域を撮像する場合や、水質が汚濁している場合などにおいても、精度よく、水底表面データを作成することができる水底観測システムを提供する。【解決手段】水底観測システム１は、潜水艇２と、潜水艇に搭載された一対のビデオカメラ３，３とレーザ測距装置４と、一対のビデオカメラ３，３およびレーザ測距装置４の三次元的な位置および姿勢を検出するＧＮＳＳ／ジャイロ装置５と、一対のビデオカメラ３，３によって撮影された撮影画像データと、ビデオレコーダを備え、複数の撮影画像の重複範囲について、それぞれの位置データおよび姿勢データに基づく画像処理によって地理座標を付与されたＤＳＭデータと、正射投影写真図を作成可能で、レーザ測距装置４によって計測された水深データとその姿勢データとに基づいてＤＳＭデータを補完する補完用ＤＳＭデータを作成可能に構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、海や湖沼の水底画像情報を取得して、画像処理して、水底を観察する水底観測システムに関するものである。

特開２００３−４８４５号公報（特許文献１）は、水面を走行移動可能に支持した音響測深機による観測方法を開示しており（特許文献１の図１参照）、かかる観測方法によれば、水深観測による広範囲の海底地形等の地図情報を得ることが可能になるが、きわめて浅い地域の水深観測に限られており、水深が深い水底を観測することはできない。

また、特許第４１７３０２７号公報（特許文献２）は、水中移動可能に曳航支持したビデオカメラによる観測方法を開示しており（特許文献２の図１参照）、かかる観測方法によれば、水中の広範囲にわたって映像観察をすることが可能になる。

特開２００３−４８４５号公報 特許第４１７３０２７号公報

ここに、ビデオカメラによって得られる水中映像は、水中における動的観測により光学的性状を把握することが可能になるが、一過性の映像情報で、地理座標を持たないため、水底の態様に関する光学的性状全般に及ぶ定量解析の基礎となり得ないという問題があった。

さらに、特許文献２においては、ビデオカメラによって水底画像を撮像するように構成されているので、太陽光線の陰りや夜明け／薄暮時に水底領域を撮像する場合や、水深が深く、太陽光線が届かない水底領域を撮像する場合、水質が汚濁している水底領域を撮像する場合、撮像すべき水底領域が陰になっている場合などには、精度よく、水底表面データを作成することができないという問題があった。

したがって、本発明は、太陽光線の陰りや夜明け／薄暮時に水底領域を撮像する場合や、水深が深く、太陽光線が届かない水底領域を撮像する場合、水質が汚濁している水底領域を撮像する場合、撮像すべき水底領域が陰になっている場合などにおいても、精度よく、地理座標位置とともに、水底表面データを作成することができる水底観測システムを提供することを目的とするものである。

本発明のかかる目的は、
水中移動可能な潜水艇と、
前記潜水艇に搭載された可視光を検出する複数の水中カメラと、
レーザを用いて水底までの距離を計測可能なレーザ測距装置と、
前記複数の水中カメラおよび前記レーザ測距装置の姿勢を検出する姿勢センサと、
前記複数の水中カメラの撮影位置および前記レーザ測距装置の計測位置を検出するＧＮＳＳセンサと、
前記複数の水中カメラによって撮影された撮影画像データと前記姿勢センサによって検出された前記複数の水中カメラの姿勢データおよび前記ＧＮＳＳセンサによって検出された前記複数の水中カメラの撮影位置データとを同期記録する収録手段と、
前記収録手段の記録画像を処理する画像処理手段を備え、
前記画像処理手段が、前記水中カメラによって撮影された複数の撮影画像の重複範囲について、それぞれの姿勢データおよび撮影位置データに基づく画像処理によって地理座標を付与されたＤＳＭデータと、正射投影写真図を作成可能に構成され、前記レーザ測距装置によって計測された水底までの距離を示す水深データと前記姿勢センサによって検出された前記レーザ測距装置の姿勢データとに基づいて、前記ＤＳＭデータを補完する補完用ＤＳＭデータを作成可能に構成されたことを特徴とする水底観測システム
によって達成される。

本明細書において、ＤＳＭはDigital Surface Modelの略語であり、数値表層モデルをいう。

本発明によれば、水底観測システムにおいては、可視光を検出する複数の水中カメラが潜水艇に搭載されているから、複数の水中カメラによって水底の画像を撮影し、水底の状況を視覚的に分りやすく示すことができる。

また、本発明によれば、水底観測システムは、可視光を検出する複数の水中カメラに加えて、水底までの距離を計測可能なレーザ測距装置を備えているから、水深が深いために、太陽光線が届かず、明るさ不足しているため、可視光を検出する複数の水中カメラよっては、精度よく、水底表面データを作成することができず、複数の水中カメラによって得られる水底表面データの一部が欠損している場合や、水質が汚濁しているために、可視光を検出する複数の水中カメラによっては、精度よく、水底表面データを作成することができず、複数の水中カメラによって得られる水底表面データの一部が欠損している場合、可視光を検出する複数の水中カメラによって水底を撮影するときに、陰になってしまい、精度よく、水底表面データを作成することができず、複数の水中カメラによって得られる水底表面データの一部が欠損している場合、太陽光線の陰りや夜明け／薄暮時、あるいは、コントラストがきわめて高く、そのために明るさが不足して十分な露光が得られない部分ができ、複数の水中カメラによって得られる水底表面データの一部が欠損している場合、複数の水中カメラによって得られる水底表面画像の結合処理（画像マッチング処理）がうまく出来ずに、水底表面データの一部が欠損している場合にも、レーザ測距装置によって水深までの距離を測定し、可視光を検出する複数の水中カメラによって得られる水底表面データの欠損を補完することが可能になる。

本発明の好ましい実施態様においては、前記レーザ測距装置が、レーザビームを拡散させて、ｎ×ｎのマトリックス状に海底面に照射する拡散部材を備えている。

本発明の好ましい実施態様においては、前記レーザ測距装置が、放出するレーザビームの放出時間と強度を記憶する記憶手段を備えている。

本発明の好ましい実施態様においては、前記レーザ測距装置が、前記海底面によって反射されたレーザビームの検出時間を検出するフォトセンサと、前記海底面によって反射された前記レーザビームの強度を検出するエリアセンサを備えた受光センサを有している。

本発明の好ましい実施態様においては、前記水中カメラがシャッター制御可能なビデオカメラであり、前記複数のビデオカメラは左右に配置されている。

本発明のこの好ましい実施態様によれば、ビデオカメラが左右に配置されているから、水底画像について８０％の重複範囲を確保して，効率よく撮影することができ、また、シャッター制御により、波浪による急激な視点変動があっても、明瞭な水底画像を撮影することができるので、画像処理精度の向上を図ることができる。

本発明の好ましい実施態様においては、前記姿勢センサと前記ＧＮＳＳセンサが、ＧＮＳＳ／ジャイロ装置によって構成されている。

本発明によれば、太陽光線の陰りや夜明け／薄暮時に水底領域を撮像する場合や、水深が深く、太陽光線が届かない水底領域を撮像する場合、水質が汚濁している水底領域を撮像する場合、撮像すべき水底領域が陰になっている場合などにおいても、精度よく、地理座標位置とともに、水底表面データを作成することができる水底観測システムを提供することが可能になる。

図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる水底観測システムの機能構成図である。 図２は、図１に示された本発明の好ましい実施態様にかかる水底観測システムの構成要素を示すブロックダイアグラムである。 図３は、レーザ測距装置のレーザビーム放出部の略斜視図である。 図４は、レーザ測距装置のレーザビーム受光部の略斜視図である。 図５は、受光センサの略縦断面図である。 図６は、レーザ測距装置の制御系および検出系のブロックダイアグラムである。 図７は、図１ないし図６に示された本発明の好ましい実施態様にかかる水底観測システムによって、水底を観測する処理を示すフローチャートである。

図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる水底観測システムの機能構成図であり、図２は、図１に示された本発明の好ましい実施態様にかかる水底観測システムの構成要素を示すブロックダイアグラムである。

図１および図２に示されるように、本発明の好ましい実施態様にかかる水底観測システム１は、水中を移動可能な潜水艇２と、潜水艇２に搭載された一対の水中ビデオカメラ３、３（図１においては、一方のみが図示されている）と、潜水艇２に搭載されたレーザ測距装置４と、一対の水中ビデオカメラ３、３の撮影位置およびレーザ測距装置４の測距位置を検出し、一対の水中ビデオカメラ３、３の撮影時の姿勢およびレーザ測距装置４の測距時の姿勢を検出するＧＮＳＳ／ジャイロ装置５と、一対の水中ビデオカメラ３、３によって撮影された水底画像のデータ、ＧＮＳＳ／ジャイロ装置５によって検出された当該水底画像を撮影したときの一対の水中ビデオカメラ３、３の撮影位置データおよび一対の水中ビデオカメラ３、３の姿勢データを同期して記録するビデオレコーダ７、７と、ビデオレコーダ７、７に記録された水底画像データ、撮影位置データおよび姿勢データに基づいて、潜水艇２上でリアルタイムに水底画像を画像処理し、あるいは、撮影作業終了後に水底画像の画像処理をする画像処理部８を備えたパーソナルコンピュータ９を備えている。

各ビデオカメラ３としては、ハウジング内に収納され、電子制御可能な高速シャッターを備えた水中撮影可能なビデオカメラが用いられている。ビデオカメラ３としては、それぞれ、水底画像の８０％を重ねた撮影を可能とし、波浪による揺れを受けた場合でも、高速シャッターによって鮮明画像を収録可能なものが用いられている。

図１には一方しか図示されていないが、一対の水中ビデオカメラ３、３は、潜水艇２の左右両側に配置されている。

ＧＮＳＳ／ジャイロ装置５は、一対の水中ビデオカメラ３、３の三次元的な撮影位置とレーザ測距装置４の三次元的な測距位置を検出し、高精度のＤＧＮＳＳを適用可能に構成され、ＧＮＳＳ／ジャイロ装置５は、さらに、一対の水中ビデオカメラ３、３の光軸方向の姿勢データおよびレーザ測距装置４の測距時の姿勢、すなわち、レーザ測距装置４からのレーザビームの放出方向を検出するように構成されている。

ビデオレコーダ７、７は、各ビデオカメラ３、３によって撮影された水底画像と、ＧＮＳＳ／ジャイロ装置５によって検出された各ビデオカメラ３、３の撮影位置データおよび各ビデオカメラ３、３の姿勢データを同期して記録メディアに収録し、これを潜水艇２に搭載されたパーソナルコンピュータ９の画像処理部８に入力するように構成されている。あるいは、各ビデオカメラ３、３によって撮影された水底画像と、ＧＮＳＳ／ジャイロ装置５によって検出された各ビデオカメラ３、３の撮影位置データおよび各ビデオカメラ３、３の姿勢データが同期して記録された可搬メディアまたはこれらのデータを無線伝送によって、地上に位置したパーソナルコンピュータ（図示せず）の画像処理部（図示せず）に入力可能に構成することもできる。

画像処理部８には、一対のビデオカメラ３、３によって生成された水底の映像データ、ＧＮＳＳ／ジャイロ装置５によって検出された一対のビデオカメラ３、３の姿勢データおよび一対のビデオカメラ３、３の三次元的な位置データが入力され、パーソナルコンピュータの画像処理部８は、これらのデータに基づいて、ステレオマッチングにより、地理座標上で表現される数値地表モデルであるＤＳＭデータを作成するように構成されている。

図２に示されるように、水底観測システム１は、さらに、ビデオ編集機１２、１２と、同期信号を発生する同期信号発生装置１４と、ＤＳＭデータを生成するＤＳＭデータ生成部１５と、ＤＳＭデータに基づいて、正射写真を生成する正射写真図生成部１６を備えている。

図３は、レーザ測距装置４のレーザビーム放出部の略斜視図である。

図３に示されるように、レーザ測距装置４は、レーザビーム２０をパルス状に放出するＬＥＤレーザ光源２１を備え、ＬＥＤレーザ光源２１から放出されたレーザビーム２０は、コリメータレンズ２２に入射して、平行なビームに変換される。コリメータレンズ２２によって平行なビームに変換されたレーザビーム２０は拡散部材２３に入射し、レーザビーム２０は、拡散部材２３によって、多数のレーザビーム２５に分割されて、ｎ×ｎのマトリックス状に、たとえば、１２８×１２８のマトリックス状に海底面に照射される。

拡散部材２３としては、たとえば、Advanced Scientific Concepts, Inc.によって製造販売されている「３Ｄ Flash Lidar」（登録商標）に使われている拡散部材が好ましく使用される。

図４は、レーザ測距装置４のレーザビーム受光部の略斜視図である。

図４に示されるように、拡散部材２３によって分割され、海底面によって反射されたレーザビーム４５は、集光レンズ２６によって集光されて、受光センサ２７によって、光電的に検出される。

図５は、受光センサ２７の略縦断面図であり、図５に示されるように、ＬＥＤレーザ光源２１から放出されたレーザビーム２０が海底面によって反射されて生成されたレーザビーム４５を検出するまでの検出時間を感知するフォトセンサ２８と海底面によって反射されたレーザビーム４５の強度を検出するＣＣＤセンサ２９を備えている。

図６は、レーザ測距装置４の制御系および検出系のブロックダイアグラムである。

図６に示されるように、レーザ測距装置４は、レーザ光源２１からパルス状にレーザビーム２０を放出した時間と、そのレーザビーム２０が海底面によって反射されて生成されたレーザビーム４５が、フォトセンサ２８によって受光された時間を記憶する第一のメモリ領域３０Ａと、レーザ光源２１から放出されたレーザビーム２０の強度とＣＣＤセンサ２９が検出したレーザビーム４５の強度を記憶する第二のメモリ領域３０Ｂを備えたＲＡＭ３０を有している。

さらに、レーザ測距装置４は、ＲＡＭ３０の第一のメモリ領域３０Ａに記憶されたレーザ光源２１からレーザビーム２０が放出された時間および海底面によって反射されたレーザビーム４５をフォトセンサ２８が受光した時間ならびにレーザ光源２１から放出されたレーザビーム２０の強度およびＣＣＤセンサ２９が検出したレーザビーム４５の強度に基づいて、海底面までの距離を算出するコントローラ３１を備えている。

また、図６に示されるように、レーザ測距装置４は、レーザビーム２０の照射によって得られたデータを処理するレーザデータ処理部１０を備えている。

レーザビーム２０が拡散部材２３によって分割されて、ｎ×ｎのマトリックス状に海底面に照射された場合には、ｎ×ｎのマトリックスの要素によって反射されたレーザビーム２５をフォトセンサ２８およびＣＣＤセンサ２９により光電検出することによって、その要素とレーザ光源２１との距離を正確に算出することができ、したがって、ｎ×ｎのマトリックスのすべての要素とレーザ光源２１との距離を正確に算出することが可能になる。

図７は、図１ないし図６に示された本発明の好ましい実施態様にかかる水底観測システム１によって、海底を観測する処理を示すフローチャートである。

オペレータによって、スタート信号がパーソナルコンピュータ９に入力されると、パーソナルコンピュータ９から同期信号発生装置１４に駆動信号が出力されて、同期信号発生装置１４から、一対のビデオカメラ３、３と、レーザ測距装置４と、ＧＮＳＳ／ジャイロ装置５と、コンバートソフトウエア３５に同期信号が出力される。このとき、パーソナルコンピュータ９はレーザ光源２１からレーザビーム２０が放出された時間をレーザ測距装置４のＲＡＭ３０内の第一のメモリ領域３０Ａ内に格納するとともに、レーザ光源２１から放出されたレーザビーム２０の強度をレーザ測距装置７のＲＡＭ３０内の第二のメモリ領域３０Ｂ内に格納する。

同期信号を受けると、一対のビデオカメラ３、３は、撮影を開始し、海底面の撮影領域３２、３２のカラー画像が撮影される。

一方、レーザ測距装置４は、レーザ光源２１からパルス状にレーザビーム２０を放出させ、コリメータレンズ２２によって平行なビームに変換した後に、拡散部材２３に入射させる。拡散部材２３を通過させることによって、レーザビーム２０は多数のレーザビーム２５に、ｎ×ｎのレーザビーム２５、たとえば、１２８×１２８のレーザビーム２５に分割されて、一対のビデオカメラ３、３の海底面の撮影領域３２、３２が重複している重複撮影領域３３に照射され、重複撮影領域３３内にｎ×ｎのマトリックス状照射部３３Ａが形成される。

海底面のｎ×ｎのマトリックス状照射部３３Ａの各々によって反射されたレーザビーム４５は、集光レンズ２６によって集光されて、受光センサ２７によって、光電的に検出される。

上述のように、受光センサ２７は、海底面によって反射されたレーザビーム２５の検出時間を検出するフォトセンサ２８と海底面によって反射されたレーザビーム２５の強度を検出するＣＣＤセンサ２９とによって構成されている。

フォトセンサ２８は、海底面のｎ×ｎのマトリックス状照射部３３Ａの各々によって反射されたレーザビーム４５を検出したときに、レーザビーム４５を検出した時間をＲＡＭ３０内の第一のメモリ領域３０Ａ内に格納する。ここに、第一のメモリ領域３０Ａ内はｎ×ｎのマトリックス状照射部３３Ａに対応して、ｎ×ｎのマトリックス状メモリ領域に分割されており、フォトセンサ２８は、海底面のｎ×ｎのマトリックス状照射部３３Ａの各々によって反射されたレーザビーム４５の検出時間を、第一のメモリ領域３０Ａ内の対応するマトリックス状メモリ領域内に格納する。

一方、ＣＣＤセンサ２９は、海底面のｎ×ｎのマトリックス状照射部３３Ａの各々によって反射されたレーザビーム４５の強度を検出し、海底面のｎ×ｎのマトリックス状照射部３３Ａの各々によって反射されたレーザビーム４５の強度を、第二のメモリ領域３０Ｂ内の対応するマトリックス状メモリ領域内に格納する。

次いで、コントローラ３１がＲＡＭ３０にアクセスして、第一のメモリ領域３０Ａ内のマトリックス状メモリ領域の各々に記憶されたレーザ光源２１からレーザビーム２０が放出された時間およびフォトセンサ２８によってレーザビーム４５が検出された時間、ならびに、第二のメモリ領域３０Ｂ内のマトリックス状メモリ領域の各々に記憶されたレーザ光源４２から放出されたレーザビーム２０の強度およびＣＣＤセンサ２９が検出したレーザビーム４５の強度に基づいて、海底面のｎ×ｎのマトリックス状照射部３３Ａの各々の水深データを算出する。

同期信号に応答して、ＧＮＳＳ／ジャイロ装置５は、一対のビデオカメラ３、３の姿勢データと位置データを生成し、コンバートソフトウエア３５を起動して、変換済み姿勢データおよび変換済み位置データを算出させる。

同期信号に応答して、一対のビデオカメラ３、３によって撮影された海底面の画像に対応する画像データはビデオレコーダ７、７に出力され、さらに、ビデオ編集機１２、１２によって、連番画像が生成される。次いで、別途、観測したカメラパラメータを用いて、焦点距離・レンズ歪みの補正が行われ、補正済みの左右連番画像（１／３０秒毎のペア画像）が生成される。

ここに、カメラパラメータは、別途水槽内に設置したターゲットを水中ビデオカメラ３で撮影し、写真測量式を用いて、焦点距離・レンズ歪みを求めることによって、観測される。

次いで、補正済みの左右連番画像に対し、たとえば、テンプレートマッチングを実行して、横視差を算出する。

こうして算出された横視差と、ＧＮＳＳ／ジャイロ装置５によって測定された位置データおよび姿勢データがコンバートソフトウェア３５によって変換された一対のビデオカメラ３、３の変換済み位置データおよび変換済み姿勢データと、レンズの焦点距離とを用いて、標高値が算出され、第一の水深データが算出される。

次いで、補正済みの左右連番画像のうち、左画像または右画像の時間差を持つ補正済み連番画像（Ｎ−１）に、ビデオカメラ３、３の補正済み位置データおよび補正済み姿勢データを用いて、補正済み連番画像Ｎと同一座標上に幾何補正を行い、幾何補正済み連番画像（Ｎ−１）が作成される。

こうして得られた幾何補正済み連番画像（Ｎ−１）と補正済み連番画像Ｎに対して、たとえば、テンプレートマッチングを実行して、縦視差が算出される。

次いで、こうして算出された縦視差と、ＧＮＳＳ／ジャイロ装置５によって測定された位置データおよび姿勢データがコンバートソフトウェア３５によって変換された一対のビデオカメラ３、３の変換済み位置データおよび変換済み姿勢データと、レンズの焦点距離とを用いて、標高値が算出され、第二の水深データが算出される。

一方、レーザ測距装置４によって生成された距離データと、レーザ距離装置４の位置データおよび姿勢データと、レンズの焦点距離を用いて、第三の水深データが算出される。

こうして、第一の水深データ、第二の水深データおよび第三の水深データが算出されると、ＤＳＭデータ作成部１５によって、ＤＳＭデータが作成される。

すなわち、一対の水中ビデオカメラ３、３によって撮影した画像データに基づいて算出された第一の水深データおよび第二の水深データを主として用い、その補完用データとして、レーザ測距装置４によって生成された距離データに基づいて算出された第三の水深データを用いて、内挿・外挿計算により、ＤＳＭデータが作成される。

ＤＳＭデータ作成部１５によって作成されたＤＳＭデータは、オルソ画像作成ソフトウエア４０により、レンズ歪み補正済み連番画像を、レンズの焦点距離、変換済み位置データおよび変換済み姿勢データを用いて、正射投影され、水中におけるオルソフォトが作成される。

ここに、レーザ測距装置４によって生成された第三の水深データは、たとえば、ｎ×ｎのマトリックス状の領域３３Ａの水深データで、さらに、重複撮影領域３３を分割して、２ｎ×２ｎのマトリックス状の領域３３Ａを生成し、それぞれの水深データを求めても、各領域３３Ａの大きさは、一対の水中ビデオカメラ３、３が撮影した画像の画素に比べて、はるかに大きいので、一対のビデオカメラ３、３が撮影した画像に基づいた計測精度に比して、精度が低く、したがって、本実施態様においては、レーザ測距装置４によって生成したマトリックス状の領域３３Ａの第三の水深データに基づいて、一対の水中ビデオカメラ３、３によって撮影した画像によって生成されるＤＳＭデータを補完するための補完用ＤＳＭデータを生成するように構成されている。

こうして、一対の水中ビデオカメラ３、３が撮影した画像に基づいて生成されたＤＳＭデータおよびレーザ測距装置４により生成された補完用ＤＳＭデータによって、撮影対象となる海底領域のＤＳＭデータが生成される。本実施態様においては、一対の水中ビデオカメラ３、３によって、深海領域においても、視覚的に水底領域を観測することができる。しかし、水深がきわめて深い深海領域では、太陽光線が届かず、一対の水中ビデオカメラ３、３によって鮮明な水底画像を生成することが困難な場合が多々あるが、本実施態様においては、このように、レーザ測距装置４により、補完用ＤＳＭデータを生成しているから、一対の水中ビデオカメラ３、３によっては、鮮明な水底画像を生成することが困難な水深がきわめて深い深海領域においても、所望のように、水底の深さを求め、水底領域を測量し、水底を観測することが可能になる。

ここに、一対の水中ビデオカメラ３、３によって撮影された画像から正しく生成されたＤＳＭデータがある海底領域に対しては、レーザ測距装置４によって生成した補完用ＤＳＭデータは適用されない。

一方で、補正済み連番画像がＤＳＭデータ上に重畳して投影される。

次いで、正射投影写真図作成部１６は、オルソ画像作成ソフトウエア４０を起動させ、こうして得られた画像を、コンバートソフトウエア４０によって生成された変換済み位置データおよび変換済み姿勢データを用いて、正射投影をし、正射投影写真画像データが作成される。

観測は、潜水艇２を観測計画線に沿って移動させつつ、以上のように、一対の水中ビデオカメラ３、３によって水底画像を撮影し、レーザ測距装置４によって水底との距離を測定するとともに、ＧＮＳＳ／ジャイロ装置５によって一対の水中ビデオカメラ３、３の撮影条件である視点位置と光軸方向を検出し、ビデオレコーダ７、７によって、両者を同期記録することによって実行される。

観測の終了後に、正射投影写真画像データは、潜水艇２に搭載されたパーソナルコンピュータ９の画像処理部８に入力され、あるいは、可搬メディアまたは無線伝送によって、地上に位置したパーソナルコンピュータ（図示せず）の画像処理部（図示せず）に入力されて、正射投影画像処理が実行される。

この画像処理出力は、水深が浅い浅海域の場合には、浅海域の珊瑚礁や浅瀬をカラーで視覚的に表すことによって、浅海域の珊瑚礁や浅瀬の状況を視覚的に分りやすく示すことができ、したがって、本実施態様によれば、浅海域の珊瑚礁や浅瀬の水中環境をカラーで面的に捉えることができるから、色の違いによる珊瑚礁や浅瀬の植生（藻）の成育状況を把握することが可能となる。

また、本実施態様によれば、水底観測システム１は、可視光を検出する一対の水中ビデオカメラ３、３に加えて、水底までの距離を計測可能なレーザ測距装置４を備えているから、水深が深いために、太陽光線が届かず、明るさ不足しているため、可視光を検出する水中ビデオカメラ３、３によっては、精度よく、水底表面データを作成することができず、水中ビデオカメラ３、３によって得られる水底表面データの一部が欠損している場合や、水質が汚濁しているために、可視光を検出する水中ビデオカメラ３、３よっては、精度よく、水底表面データを作成することができず、水中ビデオカメラ３、３によって得られる水底表面データの一部が欠損している場合、可視光を検出する水中ビデオカメラ３、３によって水底を撮影するときに、陰になってしまい、精度よく、水底表面データを作成することができず、水中ビデオカメラ３、３によって得られる水底表面データの一部が欠損している場合、太陽光線の陰りや夜明け／薄暮時、あるいは、コントラストがきわめて高く、そのために明るさが不足して十分な露光が得られない部分ができ、水中ビデオカメラ３、３によって得られる水底表面データの一部が欠損している場合、左右に配置された一対の水中ビデオカメラ３、３によって得られる水底表面画像の結合処理（画像マッチング処理）がうまく出来ずに、水底表面データの一部が欠損している場合にも、レーザ測距装置４によって水深までの距離を測定し、可視光を検出する水中ビデオカメラ３、３によって得られる水底表面データの欠損を補完することが可能になる。

さらに、本実施態様によれば、一対の水中ビデオカメラ３、３、レーザ測距装置４、ＧＮＳＳ／ジャイロ装置５が潜水艇２に搭載されているから、きわめて水深が深い深海の水底領域においても、一対のビデオカメラ３、３によって、水底画像を生成することができ、したがって、視覚的に水底領域を観測することが可能になる。

加えて、きわめて水深が深い深海においては、太陽光線が届かず、明るさ不足しているため、一対の水中ビデオカメラ３、３によっては、鮮明な水底画像を生成することが困難である場合が多いが、本実施態様によれば、レーザ測距装置４によって、補完用のＤＳＭデータが生成されるから、一対の水中ビデオカメラ３、３によっては、鮮明な水底画像を生成することが困難な深海領域においても、所望のように、水底の深さを求め、水底領域を測量し、水底を観測することが可能になる。

本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

たとえば、前記実施態様においては、一対の水中ビデオカメラが設けられているが、水中ビデオカメラの数は複数であればよく、２つに限定されるものではない。

また、前記実施態様においては、水底までの距離を計測するレーザ測距装置４は、レーザビーム２０を多数のレーザビーム２５に分割する拡散部材２３、好ましくは、Advanced Scientific Concepts, Inc.によって製造販売されている「３Ｄ Flash Lidar」（登録商標）に用いられている拡散部材を備えているが、この種の拡散部材２３を備えたレーザ測距装置４を用いることは必ずしも必要ではなく、ファイバー式のレーザ測距装置や走査型のレーザ測距装置などを用いることもでき、さらには、レーザではなく、他の周波数の電磁波や超音波を含む音波などと用いてもよく、海底との距離が計測可能な距離計であれば、とくに限定されるものではない。

さらに、前記実施態様においては、ＣＣＤセンサ２９を用いて、レーザビームの反射強度を測定しているが、ＣＣＤセンサ２９を用いて、レーザビームの反射強度を測定することは必ずしも必要でなく、受光センサ２７がフォトセンサ２８のみによって構成されていてもよい。

また、前記実施態様においては、海底が観測されているが、本発明は海底の観測に限定されるものではなく、湖沼などの水底の観測に広く用いることができる。

１ 水底観測システム
２ 潜水艇
３ 水中ビデオカメラ
４ レーザ測距装置
５ ＧＮＳＳ／ジャイロ装置
７ ビデオレコーダ
８ 画像処理部
９ パーソナルコンピュータ
１０ レーザデータ処理部
１１ ＤＳＭ作成部
１２ ビデオ編集機
１４ 同期信号発生装置
１５ ＤＳＭ作成部
１６ 正射写真図作成部
１８ 正射投影画像データ処理部
２０ レーザビーム
２１ ＬＥＤレーザ光源
２２ コリメータレンズ
２３ 拡散部材
２５ レーザビーム
２６ 集光レンズ
２７ 受光センサ
２８ フォトセンサ
２９ ＣＣＤセンサ
３０ ＲＡＭ
３０Ａ 第一のメモリ領域
３０Ｂ 第二のメモリ領域
３１ コントローラ
３２ 一対のビデオカメラの撮影領域
３３ 重複撮影領域
３３Ａ マトリックス状の領域
３５ コンバートソフトウエア
４０ オルソ画像作成ソフトウエア
４５ レーザビーム

Claims (6)

1. 水中移動可能な潜水艇と、
   前記潜水艇に搭載された可視光を検出する複数の水中カメラと、
   レーザを用いて水底までの距離を計測可能なレーザ測距装置と、
   前記複数の水中カメラおよび前記レーザ測距装置の姿勢を検出する姿勢センサと、
   前記複数の水中カメラの撮影位置および前記レーザ測距装置の計測位置を検出するＧＮＳＳセンサと、
   前記複数の水中カメラによって撮影された撮影画像データと前記姿勢センサによって検出された前記複数の水中カメラの姿勢データおよび前記ＧＮＳＳセンサによって検出された前記複数の水中カメラの撮影位置データとを同期記録する収録手段と、
   前記収録手段の記録画像を処理する画像処理手段を備え、
   前記画像処理手段が、前記水中カメラによって撮影された複数の撮影画像の重複範囲について、それぞれの姿勢データおよび撮影位置データに基づく画像処理によって地理座標を付与されたＤＳＭデータと、正射投影写真図を作成可能に構成され、前記レーザ測距装置によって計測された水底までの距離を示す水深データと前記姿勢センサによって検出された前記レーザ測距装置の姿勢データとに基づいて、前記ＤＳＭデータを補完する補完用ＤＳＭデータを作成可能に構成されたことを特徴とする水底観測システム。
2. 前記レーザ測距装置が、レーザビームを拡散させて、ｎ×ｎのマトリックス状に海底面に照射する拡散部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の水底観測システム。
3. 前記レーザ測距装置が、放出するレーザビームの放出時間と強度を記憶する記憶手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の水底観測システム。
4. 前記レーザ測距装置が、前記海底面によって反射されたレーザビームの検出時間を検出するフォトセンサと、前記海底面によって反射された前記レーザビームの強度を検出するエリアセンサを備えた受光センサを有していることを特徴とする請求項３に記載の水底観測システム。
5. 前記複数の水中カメラがシャッター制御可能なビデオカメラにより構成され、前記複数のビデオカメラが左右に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の水底観測システム。
6. 前記姿勢センサと前記ＧＮＳＳセンサが、ＧＮＳＳ／ジャイロ装置によって構成されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の水底観測システム。
   
   

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