JP2016223934A - 位置補正システム、位置補正方法、および位置補正プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】精度良く位置情報を補正することができる位置推定システム、位置推定方法および位置推定プログラムを提供すること。
【解決手段】飛行体に搭載されるカメラであって、所定の光源から照射される光による物体の陰を撮像するカメラと、前記カメラによって撮像された前記陰の画像に基づいて、前記カメラが前記陰を撮像した際の前記飛行体の飛行位置を推定する推定部と、前記推定部によって推定された飛行位置に基づいて、前記飛行体の位置を示す位置情報を補正する補正部と、を備える位置補正システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置補正システム、位置補正方法、および位置補正プログラムに関する。

位置補正システムは、飛行体の位置情報を補正する。このような位置補正システムに関連する技術として、所定のマークを撮像して得た画像情報に基づいて、撮像に用いたカメラの位置情報を補正する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、上空から対象物を写した画像から撮像位置までの仰角や方位等の情報を算出して、撮像に用いたカメラの位置情報を補正する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１１−２４２２０７号公報 特開２００７−１０８０２９号公報

しかしながら、上述した特許文献１においては、補正を行うため、予め所定のマークを印刷や刻印等の方法で印しておく必要があり、屋外では上述した方法で所定のマークを用意することができない場合があった。この結果、位置情報を精度良く補正できない場合があった。

また、特許文献２においては、上空から撮像した画像内において対象物の一部または全部が写っていない場合、位置情報を精度良く補正できない場合があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、精度良く位置情報を補正することができる位置推定システム、位置推定方法および位置推定プログラムを提供することを目的の一つとする。

上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、飛行体に搭載されるカメラであって、所定の光源から照射される光による物体の陰を撮像するカメラと、前記カメラによって撮像された前記陰の画像に基づいて、前記カメラが前記陰を撮像した際の前記飛行体の飛行位置を推定する推定部と、前記推定部によって推定された飛行位置に基づいて、前記飛行体の位置を示す位置情報を補正する補正部と、を備える位置補正システムである。

また、本発明の一態様は、前記光源が、太陽である。

また、本発明の一態様は、前記推定部が、前記物体から見た前記所定の光源の方向を示す情報と、前記物体が設けられた面からの高さと、前記カメラによって撮像された前記陰の画像とに基づいて、前記飛行位置を推定するものである。

また、本発明の一態様は、前記カメラによって撮像された前記陰の画像から、前記陰の特徴を抽出する画像処理部をさらに備えるものであり、前記推定部が、前記画像上における、前記画像処理部によって抽出された前記陰の特徴の位置に基づいて、前記飛行位置を推定するものである。

また、本発明の他の態様は、飛行体に搭載されるカメラであって、所定の光源から照射される光による物体の陰を撮像するカメラによって撮像された前記陰の画像に基づいて、前記カメラが前記陰を撮像した際の前記飛行体の飛行位置を推定し、前記推定した飛行位置に基づいて、前記飛行体の位置を示す位置情報を補正する、位置補正方法である。

また、本発明の他の態様は、コンピュータに、飛行体に搭載されるカメラであって、所定の光源から照射される光による物体の陰を撮像するカメラによって撮像された前記陰の画像に基づいて、前記カメラが前記陰を撮像した際の前記飛行体の飛行位置を推定する処理と、前記推定した飛行位置に基づいて、前記飛行体の位置を示す位置情報を補正する処理と、を実行させる位置補正プログラムである。

以上説明したように、本発明によれば、精度良く位置情報を補正することができる位置推定システム、位置推定方法および位置推定プログラムを提供することができる。

第１の実施形態における位置補正システム１の概略を説明するための図である。 第１の実施形態の飛行体２００の概要を示す説明図である。 第１の実施形態における飛行体２００の構成図である。 第１の実施形態における位置推定装置１００の構成図である。 太陽ＳＮからの光が太陽電池アレイＡＲによって遮られた際に生じる陰ＳＤを飛行体２００が上空から撮像している様子を示す図である。 飛行体２００に搭載されたカメラ２３８によって生成された画像ＰＩＣの一例を示す図である。 エッジ長Ｘ_ｒｅｆの導出方法を説明するための図である。 エッジ長Ｘ_ｒｅｆの導出方法を説明するための図である。 第１の実施形態における飛行体２００の水平方向の位置を推定する方法を説明するための図である。 第１の実施形態における位置補正システム１の処理の流れを示すシーケンス図である。 第１の実施形態における飛行体側制御部２２０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態における地上側制御部１１０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態における位置補正システム１の概略を説明するための図である。 建物４の側面を撮像した場合に画像内に含まれる領域の一例を説明するための図である。

以下、本実施形態における位置補正システム、位置補正方法、および位置補正プログラムを、図を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における位置補正システム１の概略を説明するための図である。第１の実施形態における位置補正システム１は、位置推定装置１００と、飛行体２００とを備える。位置推定装置１００は、太陽光発電設備２の上空を飛行する飛行体２００の位置を推定し、推定した位置を示す情報（以下、「位置情報」と称する）を飛行体２００に送信する。飛行体２００は、位置推定装置１００によって推定された位置情報に基づいて、自身の位置、方向等を補正するように制御を行う。本実施形態における飛行体２００は、例えば、太陽光発電設備２の上空を移動しながら太陽光発電設備２を撮像し、太陽光発電設備２の状態を診断するために参照される画像を生成する。本実施形態における位置補正システム１において、位置推定装置１００と、飛行体２００とは、例えば電波を用いて双方向、或いは一方向に無線通信を行う。

図１に示されているように、診断対象である太陽光発電設備２において、敷地に太陽電池パネルがアレイ状に組まれた１つのユニットである太陽電池アレイＡＲが、ＡＲ１からＡＲＮまでの合計Ｎ個設けられている。これら太陽電池アレイＡＲ１からＡＲＮは、敷地内に列を成して順に並べて配置されている。太陽電池アレイＡＲは、パネル面が敷地の設置面に対して所定の角度γで傾斜するように配置される。太陽電池アレイＡＲ１からＡＲＮまでのＮ個の太陽電池アレイは、例えばＣＮ１とＣＮ２の２列に並べられている。このように、複数の太陽電池パネルによって構成された太陽光発電設備２では、太陽電池パネルの枚数が数千枚を超えるものもある。このような太陽光発電設備２において太陽電池パネルの１つ１つの状態を診断する場合、飛行体２００は、太陽電池パネルの配置位置に合わせて正確に飛行するように制御する必要がある。このためには、飛行体２００は、自身が現在飛行している位置を正確に把握する必要がある。

位置を把握する方法として、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いた方法が知られている。しかしながら、ＧＰＳでは、条件によって数ｍの検出精度を確保することさえ困難な場合がある。一般的な太陽電池パネルの大きさは１ｍ×２ｍ程度であり、太陽電池パネルの配置間隔に応じて正確に飛行を制御するためには、上記のＧＰＳの検出精度では困難な場合がある。そこで、本実施形態では、太陽光発電設備２の診断時に用いる画像データから、飛行体２００の位置情報を推定し、推定した位置情報を用いて飛行体２００の飛行位置を制御する。なお、太陽光発電設備２は、「物体」の一例である。

図２、３を参照して本実施形態の飛行体２００を先に説明する。図２は、第１の実施形態の飛行体２００の概要を示す説明図である。飛行体２００は、例えば自律飛行する小型飛行体としてのヘリコプタである。飛行体２００は、予め設定された航行プログラムに基づいて自律飛行する。また、飛行体２００は、外部装置から遠隔操作で操縦されてもよい。以下の実施形態では、飛行体２００は、予め設定された航行プログラムに基づいて自律飛行するものとして説明する。例えば、飛行体２００は、ＧＰＳを利用した撮影機の航法システムＣＮＳＳ（Computer Navigation Satellite System）によって予定された撮像地点に移動し、決められた位置でシャッターを切る。

飛行体２００は、機体２０３、該機体２０３に設けられた所要数のプロペラ、例えば前後左右に対を成す計４個のプロペラ２０４，２０５，２０６，２０７を有している。該プロペラ２０４，２０５，２０６，２０７はそれぞれ個別に第１モータ２０８、第２モータ２０９、第３モータ２１０、第４モータ２１３に連結されている。各第１モータ２０８、第２モータ２０９、第３モータ２１０、第４モータ２１３のそれぞれは、独立に回転数が調整され駆動される。尚、前記プロペラ２０４，２０５，２０６，２０７及び前記第１モータ２０８、第２モータ２０９、第３モータ２１０、第４モータ２１１等は飛行体の航行手段を構成する。

飛行体２００の機体２０３には、後述する通信部２０２、飛行体側制御部２２０、飛行体側記憶部２３０、駆動部２３２、方位位置検出部２３４、姿勢検出部２３６、カメラ２３８及び図示されていない電源部等が設けられている。

カメラ２３８は、機体２０３の下部に設けられており、赤外線画像や可視光画像等の画像を生成する。カメラ２３８は、静止画像を所定時間間隔で撮像するカメラであってもよいし、又は画像を連続的に撮像するビデオカメラであってもよい。例えば、カメラ２３８は、画像を得るために、レンズやプリズム等の光学系と、撮像素子とを分けて構成したり、光学系を共用するように構成して、画像を得るための撮像素子を分けて構成したり、光学系と撮像素子を共用するように構成したりしてもよい。光学系は、例えば、レンズやプリズム、分光フィルタ等を含む。また、撮像素子は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等を含む。

本実施形態のカメラ２３８の光軸Ｌは、飛行体２００の姿勢を水平に保った状態で、鉛直方向に向くように構成されている。或いは、カメラ２３８は、機体２０３に対してジンバルを介して支持されており、飛行体２００の姿勢に影響されずに傾動して、カメラ２３８の光軸Ｌが鉛直方向に向くように構成されていてもよい。
本実施形態のカメラ２３８は、光軸Ｌを中心にして対象に割り振られた角度の視野角θを有している。飛行体２００を太陽光発電設備２より上方を飛行させることで、カメラ２３８は、上記の視野角の範囲に含まれる太陽光発電設備２を上空から撮像することができ、撮像した画像を取得可能となっている。また、カメラ２３８によって撮像された画像は、位置推定装置１００において飛行体２００の位置を推定する際に使用されたり、太陽光発電設備２の診断を行う際に使用されたりする。

以下、図３を参照して、飛行体２００の構成について説明する。図３は、第１の実施形態における飛行体２００の構成図である。飛行体２００は、通信部２０２と、飛行体側制御部２２０と、飛行体側記憶部２３０と、駆動部２３２と、方位位置検出部２３４と、姿勢検出部２３６と、カメラ２３８とを備える。

通信部２０２は、例えば、位置推定装置１００側の通信部１０２（図４）と電波を用いて通信を行う。通信部２０２は、例えば、カメラ２３８によって生成された画像を変調や周波数変換、増幅等の通信処理を行って電波に変換し、変換した電波を通信部１０２に出力する。

飛行体側制御部２２０は、演算部２２２と、駆動制御部２２４と、カメラ制御部２２６と、補正部２２８とを備える。上述した飛行体側制御部２２０の機能部のうち一部又は全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが飛行体側記憶部２３０に記憶されたプログラムを実行することによって機能するソフトウェア機能部である。プログラムは、例えば、上述したネットワークを介してアプリサーバからダウンロードされる。また、飛行体側制御部２２０の機能部のうち一部又は全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。

飛行体側記憶部２３０は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等の不揮発性の記憶媒体と、ＲＡＭ（Random Access Memory）、レジスタ等の揮発性の記憶媒体とを有する。飛行体側記憶部２３０に記憶される情報は、プロセッサが実行するプログラムの他、航行プログラム等の情報を含む。航行プログラムとは、自立飛行時において飛行体側制御部２２０が参照するプログラムであり、飛行ルート、飛行速度、飛行高度、撮像位置、撮像タイミング等のパラメータによって構成される。

駆動部２３２は、後述する駆動制御部２２４の制御に従って、第１モータ２０８、第２モータ２０９、第３モータ２１０、第４モータ２１３の各モータを駆動して、各プロペラを所望の回転数で回転させて飛行体２００を飛行させる。

方位位置検出部２３４は、例えば地磁気センサを備え、地磁気センサを用いて機体２０３の向き（飛行体２００の方位）を検出する。地磁気センサを用いて検出された飛行体２００の方位の測定値は、磁北を基準にした機体２０３の向きを示す。例えば、磁北を基準にした機体２０３の向きは、機体２０３を基準に定めた座標系の水平方向成分の特定の軸の磁北に対する角度である。

また、方位位置検出部２３４は、例えばＧＰＳ衛星を用いて飛行体２００の位置を検出する。ＧＰＳ衛星を用いて測定した位置の測定値は、地心座標（絶対座標）系から求められる地上座標系を表す。なお、ＧＰＳ衛星を用いて測定した位置の測定値は、太陽光発電設備２の詳細な配置情報が生成される前に飛行する場合や、飛行体２００のおおよその位置を検出する場合等に用いられる。

姿勢検出部２３６は、飛行体２００の姿勢を検出する。例えば、姿勢検出部２３６は、ジャイロ又は３軸方向の加速度センサなどを含めて構成して、機体２０３の傾きを検出する。飛行体２００の姿勢の測定値を、飛行体２００の機体２０３を基準に定めた座標系の軸の方向と鉛直方向とがなす角度として示すようにしてもよい。例えば、飛行体２００の姿勢の測定値は、機体２０３の水平度を保つように飛行体２００の姿勢を制御する際に用いられる。

以下、飛行体側制御部２２０における機能部の説明を行う。演算部２２２は、方位位置検出部２３４によって検出された飛行体２００の方位と位置、姿勢検出部２３６によって検出された飛行体２００の姿勢、および航行プログラムにより示される各種パラメータに基づいて、駆動部２３２の各モータの制御量を算出する。具体的には、演算部２２２は、飛行体２００が航行プログラムにより示される目的位置（座標）に向かうように、飛行体２００の姿勢や飛行高度、飛行速度等を決定し、決定したこれら制御目標を達成するようなモータの回転数を算出する。駆動制御部２２４は、演算部２２２によって算出された制御量に基づいて、駆動部２３２の各モータを制御する。

カメラ制御部２２６は、航行プログラムにより示された目的位置である撮像位置に飛行体２００が移動した場合、当該航行プログラムにより示される撮像タイミングに従ってカメラ２３８に画像を撮像させる。カメラ制御部２２６は、例えば、航行プログラムにより示される撮像位置と、方位位置検出部２３４によって検出された位置とが合致する場合に航行プログラムにより示される撮像位置に飛行体２００が移動したと判定し、航行プログラムにより示される撮像位置と、方位位置検出部２３４によって検出された位置とが合致しない場合に、航行プログラムにより示される撮像位置に飛行体２００が移動していないと判定する。カメラ制御部２２６は、カメラ２３８に撮像させた画像をカメラ２３８から取得し、取得した画像に対してカメラ２３８に撮像させた時刻と、当該時刻において方位位置検出部２３４によって検出された飛行体２００の位置とを対応付けて飛行体側記憶部２３０に記憶させる。

補正部２２８は、後述する位置推定装置１００によって出力された位置情報に基づいて、方位位置検出部２３４によって検出された飛行体２００の方位および位置と、姿勢検出部２３６によって検出された飛行体２００の姿勢とを補正する。

以下、図４を参照して、位置推定装置１００の構成について説明する。図４は、第１の実施形態における位置推定装置１００の構成図である。位置推定装置１００は、通信部１０２と、地上側制御部１１０と、地上側記憶部１３０とを備える。

通信部１０２は、例えば、飛行体２００側の通信部２０２と電波を用いて通信を行う。通信部２０２は、例えば、カメラ２３８によって生成された画像を変調や周波数変換、増幅等の通信処理を行って電波に変換し、変換した電波を通信部１０２に出力する。

地上側制御部１１０は、取得部１１２と、画像処理部１１４と、推定部１１６と、出力部１１８とを備える。上述した地上側制御部１１０の機能部のうち一部又は全部は、ＣＰＵ等のプロセッサが地上側記憶部１３０に記憶されたプログラムを実行することによって機能するソフトウェア機能部である。プログラムは、例えば、上述したネットワークを介してアプリケーションサーバからダウンロードされる。また、地上側制御部１１０の機能部のうち一部又は全部は、ＬＳＩ、ＡＳＩＣ等のハードウェア機能部であってもよい。

地上側記憶部１３０は、例えば、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等の不揮発性の記憶媒体と、ＲＡＭ、レジスタ等の揮発性の記憶媒体とを有する。地上側記憶部１３０に記憶される情報は、プロセッサが実行するプログラムの他、カレンダーを示す情報（以下、「カレンダー情報１３２」と称する）と、日の出と日の入り（日没）を示す情報（以下、「日の出入り情報１３４」と称する）と、南中高度を示す情報（以下、「南中高度情報１３６」と称する）と、太陽の高度（仰角）、方位を示す情報（以下、「高度方位情報１３８」と称する）と、診断対象（本実施形態では太陽光発電設備２）の緯度および経度を示す情報（以下、「緯度経度情報１４０」と称する）と、診断対象の諸元を示す情報（以下、「診断対象情報１４２」と称する）等を含む。診断対象情報１４２とは、例えば、診断対象が太陽光発電設備２である場合、太陽電池アレイＡＲ（太陽光パネル）の寸法と、太陽電池アレイＡＲの設置時の傾斜角度γと、設置面からの高さＨとのうちいずれか２つ以上を含む。

以下、地上側制御部１１０における機能部の説明を行う。取得部１１２は、通信部１０２を介して飛行体２００から画像を取得する。画像処理部１１４は、取得部１１２によって取得された画像から、太陽光によって生じた太陽電池アレイＡＲの陰ＳＤの特徴を抽出する。具体的には、画像処理部１１４は、ソベルオペレータ等のマスク処理によって画像から陰ＳＤのエッジ（輪郭）を抽出する。また、画像処理部１１４は、ＳＵＳＡＮ作用素等の手法を用いて陰ＳＤの特徴点（コーナー）を抽出してもよい。また、画像処理部１１４は、取得部１１２によって取得された画像に対して傾きを補正するようにアフィン変換やホモグラフィ変換等の処理を行ってもよい。なお、太陽ＳＮは、「光源」の一例である。

推定部１１６は、画像処理部１１４によって抽出されたエッジや特徴点に基づいて、カメラ２３８が搭載された飛行体２００の地上座標を推定する。すなわち、推定部１１６は、画像上において上記のエッジあるいはコーナーがどこに位置するのかを算出し、算出した画像上の位置に基づいて、画像の生成元の飛行体２００（カメラ２３８）が実際の空間座標を示す地上座標のどの位置に存在していたかを推定する。

以下、図５から図９を参照して、飛行体２００の位置の推定方法について説明する。図５は、太陽ＳＮからの光が太陽電池アレイＡＲによって遮られた際に生じる陰ＳＤを飛行体２００が上空から撮像している様子を示す図である。図５の例では、太陽電池アレイＡＲの設置面からの高さがＨである場合に、太陽光によってＹ軸方向の長さ成分がＬである陰ＳＤが設置面に生じている。このような場面において、飛行体２００は、上空から下方の陰ＳＤを撮像する。なお、例えば、高さＨとは、太陽電池アレイＡＲの受光面の上端部の高さとする。

図６は、飛行体２００に搭載されたカメラ２３８によって生成された画像ＰＩＣの一例を示す図である。本実施形態では、カメラ２３８によって生成される画像ＰＩＣの画素数は固定である。例えば、画像ＰＩＣの画素数は、１９２０×１４４０である。また、図６中に示す点Ｐは、画像の中心点である。すなわち、点Ｐは、カメラ２３８の光軸の延長線と設置面（画像平面）との交点である。上述した画像処理部１１４は、例えば、図６に示すような画像ＰＩＣに対してエッジや特徴点等を抽出する画像処理を実施し、陰ＳＤの領域を画像ＰＩＣ上において特定する。推定部１１６は、図６に示す陰ＳＤのエッジのうち、エッジＸｍの長さと、予め規定されたエッジ長Ｘ_ｒｅｆとを比較して、画像ＰＩＣを撮像した際の飛行体２００の位置を推定する。陰ＳＤのエッジＸｍは、撮像時の時刻に応じて変化するものである。すなわち、陰ＳＤのエッジＸｍの長さは、陰ＳＤを設置面に投影する太陽ＳＮの仰角ψや方位角φに応じて変化する。そのため、陰ＳＤのエッジＸｍは理論的に算出可能である。従って、理論的に算出したエッジ長さをエッジ長Ｘ_ｒｅｆとし、エッジ長Ｘ_ｒｅｆと画像を用いて実測した現在のエッジＸｍの長さとの比をとることで、画像を撮像した際の飛行体２００の位置を推定する。

以下、エッジ長Ｘ_ｒｅｆの導出方法について説明する。図７および図８は、エッジ長Ｘ_ｒｅｆの導出方法を説明するための図である。まず、推定部１１６は、日の出入り情報１３４と、南中高度情報１３６と、高度方位情報１３８と、緯度経度情報１４０とを用いて、飛行体２００のカメラ２３８によって画像が撮像された時刻における太陽ＳＮの仰角ψと方位角φとを算出する。

次に、推定部１１６は、エッジ長Ｘ_ｒｅｆを算出するために、図８に示すような太陽電池アレイＡＲにおける太陽光を受ける面（以下、「受光面」と称する）を設置面に正射影した時の陰ＳＤの長さＬ１を算出する。具体的には、推定部１１６は、診断対象情報１４２に含まれる、太陽電池アレイＡＲの寸法を示す情報から受光面の一辺の長さＲと、太陽電池アレイＡＲの傾斜角度γと、設置面からの高さＨとを参照して、下記の数式（１）を用いて陰ＳＤの長さＬ１を算出する。

次に、推定部１１６は、図８に示す長さＬ２を、数式（２）を用いて算出する。

次に、推定部１１６は、算出した長さＬ１とＬ２とを加算して長さＬを算出する。次に、推定部１１６は、算出した長さＬと太陽ＳＮの方位角φとを用いて、エッジ長Ｘ_ｒｅｆを算出する。数式（３）は、エッジ長Ｘ_ｒｅｆの算出式を表す。

このように算出したエッジ長Ｘ_ｒｅｆと同長のエッジが写る画像を取得するように飛行体２００の高度ｈを予め決定しておき、当該高度ｈを用いてエッジ長Ｘ_ｒｅｆを正規化しておく。これによって、例えば、日時ｘｘにおいて生じる陰ＳＤを高度ｈ＝１ｍの上空から撮像した画像上には、ｙｙピクセル（画素）分に相当するエッジ長Ｘ_ｒｅｆの陰ＳＤが存在する、というデータを予め用意しておくことができる。推定部１１６は、上述したように予め規定したエッジ長Ｘ_ｒｅｆを用いて、例えば、現在の時刻において抽出したエッジＸｍの長さとの比率Ｘｍ／Ｘ_ｒｅｆを算出し、算出した比率Ｘｍ／Ｘ_ｒｅｆを規定時の飛行体２００の高度ｈ（上述した例では１ｍ）に乗算して現在の飛行体２００の高度ｈを推定する。これによって、推定部１１６は、飛行体２００の地上座標系（ＸＹＺ座標）の高さ方向の成分を示すＺ軸の値を推定することができる。なお、規定したエッジ長Ｘ_ｒｅｆは、日時と太陽光発電設備２の緯度経度と、太陽ＳＮの仰角ψおよび方位角φとに対応付けられたテーブルデータであってもよい。この場合、テーブルデータは、予めシミュレーションや実験等で求めておくものとする。

次に、推定部１１６は、画像上において陰ＳＤのエッジや特徴点の座標を算出して、飛行体２００の地上座標系（ＸＹＺ座標）の水平方向の成分を示すＸＹ軸の値を推定する。図９は、第１の実施形態における飛行体２００の水平方向の位置を推定する方法を説明するための図である。推定部１１６は、画像上の中心点Ｐからの距離を陰ＳＤのエッジや特徴点の座標として算出する。カメラ２３８の視野角θと飛行体の高度ｈとから画像上に写すことができる撮像領域は決定されるため、１ピクセルと地上座標系における水平方向の長さとの比率が決定される。従って、推定部１１６は、推定した高度ｈと、中心点Ｐから陰ＳＤのエッジや特徴点までの距離（ピクセル数）とに基づいて、飛行体２００の地上座標系における水平方向（ＸＹ軸）の位置を推定する。

出力部１１８は、推定部１１６によって推定された、飛行体２００の地上座標系における位置を示す情報（以下、「位置情報」と称する）を上述した飛行体２００に送信する。これによって、飛行体２００の補正部２２８は、自身の位置情報を補正することができる。

図１０は、第１の実施形態における位置補正システム１の処理の流れを示すシーケンス図である。まず、飛行体側制御部２２０は、飛行体側記憶部２３０に記憶された航行プログラムに基づいて飛行を行い、航行プログラムにより示される撮像位置に飛行体２００が移動した場合、当該航行プログラムにより示される撮像タイミングに従ってカメラ２３８に画像を撮像させる（ステップＳ１００）。次に、飛行体側制御部２２０は、撮像させた画像を位置推定装置１００に送信する（ステップＳ１０２）。

次に、位置推定装置１００の地上側制御部１１０は、飛行体側制御部２２０（飛行体２００）によって送信された画像を取得し、取得した画像に対して陰ＳＤのエッジや特徴点等の特徴を抽出する画像処理を行う（ステップＳ１０４）。次に、地上側制御部１１０の推定部１１６は、陰ＳＤの特徴と、太陽ＳＮの仰角ψと方位角φと、診断対象情報１４２とに基づいて、飛行体２００の地上座標系における位置を推定する（ステップＳ１０６）。次に、地上側制御部１１０の出力部１１８は、位置情報を飛行体２００に送信する（ステップＳ１０８）。

次に、飛行体側制御部２２０の補正部２２８は、位置推定装置１００（地上側制御部１１０）によって送信された位置情報に基づいて、方位位置検出部２３４によって検出された飛行体２００の方位および位置と、姿勢検出部２３６によって検出された飛行体２００の姿勢とを補正する（ステップＳ１１０）。これによって、飛行体側制御部２２０は、方位位置検出部２３４や姿勢検出部２３６の検出値に誤差が含まれていても、画像から推定した位置情報に基づいて、飛行体２００の飛行位置を補正することができる。

図１１は、第１の実施形態における飛行体側制御部２２０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、所定の周期によって行われる。まず、飛行体側制御部２２０の演算部２２２は、演算部２２２は、方位位置検出部２３４によって検出された飛行体２００の方位と位置、姿勢検出部２３６によって検出された飛行体２００の姿勢、および航行プログラムにより示される各種パラメータに基づいて、駆動部２３２の各モータの制御量を算出する（ステップＳ２００）。次に、駆動制御部２２４は、演算部２２２によって算出された制御量に基づいて、駆動部２３２の各モータを制御する（ステップＳ２０４）。これによって、飛行体２００は、航行プログラムにより示される位置に向かって移動する。

次に、カメラ制御部２２６は、航行プログラムにより示される撮像位置と、方位位置検出部２３４によって検出された位置とが合致するか否かを判定する（ステップＳ２０６）。飛行体側制御部２２０は、航行プログラムにより示される撮像位置と、方位位置検出部２３４によって検出された位置とが合致しない場合（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、ステップＳ２００の処理に戻る。

一方、カメラ制御部２２６は、航行プログラムにより示される撮像位置と、方位位置検出部２３４によって検出された位置とが合致する場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、航行プログラムにより示される撮像タイミングに従ってカメラ２３８に画像を撮像させる（ステップＳ２０８）。次に、飛行体側制御部２２０は、カメラ２３８に撮像させた画像を位置推定装置１００に送信する（ステップＳ１１０）。次に、飛行体側制御部２２０は、位置推定装置１００から位置情報を受信したか否かを判定する（ステップＳ２１２）。飛行体側制御部２２０は、位置推定装置１００から位置情報を受信しない場合（ステップＳ２１２：Ｎｏ）、後述するステップＳ２１８の処理を行う。

一方、補正部２２８は、位置推定装置１００から位置情報を受信した場合（ステップＳ２１２：Ｙｅｓ）、受信した位置情報に基づいて、方位位置検出部２３４によって検出された飛行体２００の方位および位置と、姿勢検出部２３６によって検出された飛行体２００の姿勢とを補正する（ステップＳ２１４）。次に、演算部２２２は、補正部２２８によって補正された方位、位置、姿勢に基づいて駆動部２３２の各モータの制御量を算出する（ステップＳ２１６）。次に、飛行体側制御部２２０は、航行プログラムにより示される指令が、飛行を終了する指令であるか否かを判定する（ステップＳ２１８）。飛行体側制御部２２０は、飛行を終了する指令でない場合（ステップＳ２１８：Ｎｏ）、上述したステップＳ２０４の処理に戻り、補正された方位、位置、姿勢に基づいて算出された制御量で駆動部２３２の各モータを制御する。一方、飛行体側制御部２２０は、飛行を終了する指令でない場合（ステップＳ２１８：Ｙｅｓ）、本フローチャートの処理を終了する。

図１２は、第１の実施形態における地上側制御部１１０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、取得部１１２は、カメラ２３８によって撮像された画像を飛行体２００から取得したか否かを判定する（ステップＳ３００）。地上側制御部１１０は、画像を飛行体２００から取得しない場合（ステップＳ３００：Ｎｏ）、本フローチャートの処理を終了する。一方、画像処理部１１４は、画像を飛行体２００から取得した場合（ステップＳ３００：Ｙｅｓ）、当該画像に対して陰ＳＤの特徴を抽出する画像処理を行う（ステップＳ３０２）。

次に、画像処理部１１４は、陰ＳＤの領域を画像ＰＩＣ上において特定できたか否かを判定する（ステップＳ３０４）。地上側制御部１１０は、陰ＳＤの領域を画像ＰＩＣ上において特定できなかった場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、本フローチャートの処理を終了する。一方、推定部１１６は、陰ＳＤの領域を画像ＰＩＣ上において特定できた場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、陰ＳＤの特徴と、太陽ＳＮの仰角ψおよび方位角φと、診断対象情報１４２とに基づいて、飛行体２００の地上座標系における位置を推定する（ステップＳ３０６）。次に、出力部１１８は、推定部１１６によって推定された位置情報を飛行体２００に送信する（ステップＳ３０８）。これによって、本フローチャートの処理が終了する。

以上説明した第１の実施形態の位置補正システム、位置補正方法、および位置補正プログラムによれば、飛行体２００に搭載されたカメラ２３８によって撮像された画像から抽出された陰ＳＤの特徴に基づいて、飛行体２００の地上座標系における位置を推定する推定部１１６と、推定部１１６によって推定された位置を示す位置情報に基づいて、飛行体２００の位置、方位、および姿勢を補正する補正部２２８とを備えることによって、精度良く位置情報を補正することができる。

また、第１の実施形態の位置補正システム、位置補正方法、および位置補正プログラムによれば、太陽ＳＮから照射された太陽光による陰ＳＤの特徴に基づいて、飛行体２００の地上座標系における位置を推定することにより、簡易に位置情報を補正することができる。

また、第１の実施形態の位置補正システム、位置補正方法、および位置補正プログラムによれば、太陽電池アレイＡＲから見た太陽の方向を示す方位角および仰角と、設置面からの高さと、カメラ２３８によって撮像された陰ＳＤを含む画像とに基づいて、飛行体２００の地上座標系における位置を推定することにより、精度良く位置情報を補正することができる。

また、第１の実施形態の位置補正システム、位置補正方法、および位置補正プログラムによれば、カメラ２３８によって撮像された陰ＳＤを含む画像から、陰ＳＤの特徴を抽出し、画像上における陰ＳＤの特徴の位置に基づいて、飛行体２００の地上座標系における位置を推定することにより、精度良く位置情報を補正することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態における飛行体２００は、太陽光発電設備２の代わりにマンションや住宅、オフィスビル等の建物を撮像する点で第１の実施形態と相違する。従って、係る相違点を中心に説明し、共通する部分についての説明は省略する。

図１３は、第２の実施形態における位置補正システム１の概略を説明するための図である。本実施形態における飛行体２００は、建物４の側面に沿って移動しながら撮像する。図１４は、建物４の側面を撮像した場合に画像内に含まれる領域の一例を説明するための図である。図１４の例では、画像ＰＩＣ内に、建物４の一部と、当該建物４の陰ＳＤの一部とが含まれる。飛行体２００は、このような画像ＰＩＣを位置推定装置１００に送信する。位置推定装置１００の画像処理部１１４は、上述した画像ＰＩＣに対して陰ＳＤの特徴を抽出する画像処理を行い、画像ＰＩＣから陰ＳＤの領域を特定する。例えば、特定した陰ＳＤの領域は、図１４中に示す領域Ａ２のように区分される。画像処理部１１４は、特定した陰ＳＤの領域に対してホモグラフィ変換を行い、側面から撮像した画像を、建物４の上方から撮像した画像に射影変換する。なお、画像処理部１１４は、画像ＰＩＣ全体に対してホモグラフィ変換を行ってもよい。推定部１１６は、画像処理部１１４によって射影変換された画像ＰＩＣ上の陰ＳＤの特徴と、太陽ＳＮの仰角ψおよび方位角φと、診断対象情報１４２とに基づいて、飛行体２００の地上座標系における位置を推定する。この場合、診断対象情報１４２は、建物４の高さ、奥行き、幅等の情報を含む。なお、「高さ」とは、対象とする部分の高さを含むものとする。なお、建物４は、「物体」の一例である。

これによって、第２の実施形態における位置推定装置１００は、飛行体２００によって診断対象である建物４の側面を撮像された画像を用いる場合であっても、飛行体２００の地上座標系における位置を推定することができる。この結果、第２の実施形態における位置補正システム１は、上述した第１の実施形態と同様に、精度良く位置情報を補正することができる。

以下、その他の実施形態について説明する。
上述した実施形態において、推定部１１６は、取得部１１２によって取得された画像から、幾何学的な手法を用いて画像の生成元であるカメラ２３８が当該画像を撮像して生成したときの位置および姿勢を推定してもよい。すなわち、推定部１１６は、画像から外部評定要素を算出する。例えば、推定部１１６は、画像上の座標からカメラ２３８の位置を示す座標（地上座標）に変換する変換行列を用いて外部評定要素を算出し、カメラ２３８を搭載した飛行体２００の位置を示す座標や姿勢を推定する。例えば、推定部１１６は、Ｚｈａｎｇの手法によって変換行列を導出して外部評定要素を算出する。

また、推定部１１６は、カメラ２３８の焦点距離ｄ１と、カメラ２３８の撮像素子のサイズと、カメラ２３８によって生成される画像サイズと、画像上の中心点Ｐから陰ＳＤの特徴点までの距離ｄ２と、理論的に推定したエッジ長Ｘ_ｒｅｆとを用いて、飛行体２００の高度ｈ（被写体である設置面までの距離）を推定してもよい。具体的には、推定部１１６は、焦点距離ｄ１：高度ｈ＝距離ｄ２：エッジ長Ｘ_ｒｅｆの関係を用いて、未知数である高度ｈを算出する。これによって、推定部１１６は、飛行体２００の地上座標系（ＸＹＺ座標）の水平方向の成分を示すＸＹ軸の値を推定することができる。

また、本実施形態では、飛行体２００は、１つのカメラ２３８を備える構成としたが、複数のカメラを備えるようにしてもよい。この場合、飛行体２００は、複数のカメラを同期して撮像させる。位置推定装置１００は、撮像時刻が同期した複数の画像を用いて、飛行体２００の位置を推定してもよい。例えば、推定部１１６は、２つの画像のステレオ画像から飛行体２００の位置を推定する。

なお、本実施形態において、取得部１１２、画像処理部１１４、推定部１１６、および出力部１１８が位置推定装置１００の地上側制御部１１０として機能するものとして説明したが、上述した機能部の一部または全部は、飛行体２００の飛行体側制御部２２０に含まれていてもよい。また、演算部２２２、駆動制御部２２４、カメラ制御部２２６、および補正部２２８が飛行体２００の飛行体側制御部２２０として機能するものとして説明したが、上述した機能部の一部または全部は、位置推定装置１００の地上側制御部１１０に含まれていてもよい。例えば、位置推定装置１００の地上側制御部１１０に、飛行体側制御部２２０の補正部２２８が含まれている場合、位置推定装置１００は、推定した位置情報を更に補正して飛行体２００に送信することができる。この結果、飛行体２００の処理負荷が軽減される。

なお、上述した実施形態における位置推定装置１００、および飛行体２００を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより飛行体２００の位置の推定処理や特徴の抽出を行うための画像処理、位置を補正する補正処理等の処理動作を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…位置補正システム、２…太陽光発電設備、４…建物、ＡＲ…太陽電池アレイ、１００…位置推定装置、１０２…通信部、１１０…地上側制御部、１１２…取得部、１１４…画像処理部、１１６…推定部、１１８…出力部、１３０…地上側記憶部、１３２…カレンダー情報、１３４…日の出入り情報、１３６…南中高度情報、１３８…高度方位情報、１４０…緯度経度情報、１４２…診断対象情報、２００…飛行体、２０２…通信部、２２０…飛行体側制御部、２２２…演算部、２２４…駆動制御部、２２６…カメラ制御部、２２８…補正部、２３０…飛行体側記憶部、２３２…駆動部、２３４…方位位置検出部、２３６…姿勢検出部、２３８…カメラ

Claims (6)

1. 飛行体に搭載されるカメラであって、所定の光源から照射される光による物体の陰を撮像するカメラと、
   前記カメラによって撮像された前記陰の画像に基づいて、前記カメラが前記陰を撮像した際の前記飛行体の飛行位置を推定する推定部と、
   前記推定部によって推定された飛行位置に基づいて、前記飛行体の位置を示す位置情報を補正する補正部と、
   を備える位置補正システム。
2. 前記光源は、太陽である、
   請求項１に記載の位置補正システム。
3. 前記推定部は、前記物体から見た前記所定の光源の方向を示す情報と、前記物体が設けられた面からの高さと、前記カメラによって撮像された前記陰の画像とに基づいて、前記飛行位置を推定する、
   請求項１または２に記載の位置補正システム。
4. 前記カメラによって撮像された前記陰の画像から、前記陰の特徴を抽出する画像処理部をさらに備え、
   前記推定部は、前記画像上における、前記画像処理部によって抽出された前記陰の特徴の位置に基づいて、前記飛行位置を推定する、
   請求項１から３のうちいずれか１項に記載の位置補正システム。
5. 飛行体に搭載されるカメラであって、所定の光源から照射される光による物体の陰を撮像するカメラによって撮像された前記陰の画像に基づいて、前記カメラが前記陰を撮像した際の前記飛行体の飛行位置を推定し、
   前記推定した飛行位置に基づいて、前記飛行体の位置を示す位置情報を補正する、
   位置補正方法。
6. コンピュータに、
   飛行体に搭載されるカメラであって、所定の光源から照射される光による物体の陰を撮像するカメラによって撮像された前記陰の画像に基づいて、前記カメラが前記陰を撮像した際の前記飛行体の飛行位置を推定する処理と、
   前記推定した飛行位置に基づいて、前記飛行体の位置を示す位置情報を補正する処理と、
   を実行させる位置補正プログラム。

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