JP2017075792A - 測量用撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘリコプター機体に直接取り付けることなく、ヘリコプター機内に持ち込んで測量用の撮影を可能とする測量用撮影装置を提供する。
【解決手段】測量用撮影装置１０は、測量対象を撮影するカメラ１１と、ＧＮＳＳ衛星からの電波を受信するＧＮＳＳアンテナ１２と、カメラ１１とＧＮＳＳアンテナ１２とが固定的に取り付けられるフレーム体１４とを備えている。フレーム体１４は、撮影時において、カメラ１１をＧＮＳＳアンテナ１２の略直下に配置し、かつ、カメラ１１及びＧＮＳＳアンテナ１２の互いの位置関係が変化しない状態で保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヘリコプターからカメラにより地形や構造物等の測量対象を撮影する測量用撮影装置に関する。

飛行体に搭載したカメラにより地形や構造物等の測量対象を撮影する測量システムとして、測量対象を複数の位置及び角度から写真撮影し、該カメラにて撮影した複数枚の写真と該複数枚の写真を撮影した時のカメラの撮影情報（例えば撮影位置や撮影姿勢の情報）とに基づいて３次元座標を取得する写真測量を行う測量システムが従来から知られている。

写真測量としては、代表的には、２つ以上の異なる位置から撮影した写真に写っている共通の点を識別し、各写真の撮影時のカメラ位置から共通点への視線或いは光線が交わる点に基づいて３次元座標を求めるステレオ解析による写真測量を挙げることができる。

写真測量における調整計算法としては、一般的に、誤差の二乗和を最小化する最小二乗法を用いて各写真の画像間の対応点を空間上で結ぶことにより写真相互間のつながりをつけて３次元座標を計算するバンドル調整法（いわゆるバンドル計算）が主流となっている。

ところで、写真測量における調整計算を行うにあたっては、撮影情報の値は、相対的な値ではなく、緯度、経度、標高といった絶対的な値が必要である。この点に関し、飛行体にＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全地球測位システム）受信機を搭載し、衛星からの電波を受信したＧＮＳＳ受信機からのＧＮＳＳ情報（具体的には日付、時刻、緯度、経度、標高といった情報）により、絶対的な撮影情報の値を取得する測量システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許第５５９０４８０号公報

このような測量システムでは、カメラ及びＧＮＳＳ受信機を搭載する飛行体として、無線遠隔操縦が可能な小型無人ヘリコプターを用いることも多い。しかしながら、小型無人ヘリコプターが常に使用可能とは限らない。例えば、活動中の火山の火口付近で測量を行おうとする場合、測量地域が広範囲であり、人が測量範囲内の地域に立ち入ることもできないため、小型無人ヘリコプターを用いることはできない。このような場合では、有人操縦のヘリコプターにカメラを持ち込んで撮影を行うことが考えられる。

上記測量システムでは、カメラをＧＮＳＳ受信機の略直下に配置し、かつ、カメラ及びＧＮＳＳ受信機は互いの相対位置が変化しない状態で撮影が行われる必要がある。しかしながら、有人操縦のヘリコプターでは、カメラやＧＮＳＳ受信機を機体に直接取り付けて固定することは違法な改造にあたると見なされる。このため、撮影者自身がヘリコプター内でカメラを持って撮影を行う必要があるが、カメラとＧＮＳＳ受信機とを互いの相対位置が変化しない状態で維持することが困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、機体に直接取り付けることなく、ヘリコプター機内に持ち込んで測量用の撮影を可能とする測量用撮影装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の測量用撮影装置は、測量対象を撮影する撮影部と、撮影時の撮影位置を取得する撮影位置取得部と、上記撮影部と上記撮影位置取得部とが固定的に取り付けられるフレーム体とを備え、上記フレーム体は、撮影時において、上記撮影部及び上記撮影位置取得部の互いの位置関係が変化しない状態で保持することを特徴としている。

上記の構成によれば、測量用撮影装置を用いての撮影時において、フレーム体によって、撮影部と撮影位置取得部との互いの位置関係が変化しない状態で保持することが可能となる。これにより、有人操縦のヘリコプターによって測量用の撮影を行う場合に、撮影部や撮影位置取得部を機体に直接取り付けて固定する必要が無く、測量用撮影装置をヘリコプター機内に持ち込んで撮影を行うことが可能となる。

また、上記測量用撮影装置では、上記撮影部は、カメラであり、上記撮影位置取得部は、ＧＮＳＳ衛星からの電波を受信するＧＮＳＳ受信機であり、上記フレーム体は、撮影時において、上記撮影部を上記ＧＮＳＳ受信機用アンテナの略直下に配置する構成とすることができる。

また、上記測量用撮影装置では、上記撮影部は、レーザスキャナであり、上記撮影位置取得部は、ＩＮＳ（慣性航法装置：Inertial Navigation System）である構成とすることができる。

また、上記測量用撮影装置では、上記フレーム体は、上記撮影部が固定して取り付けられる撮影固定部と、上記撮影位置取得部用のアンテナが固定して取り付けられるアンテナ固定部と、上記撮影固定部に対して、上記アンテナ固定部を前方側に張り出させるようにして連結する連結部とから構成されていてもよい。

上記の構成によれば、撮影時における測量用撮影装置の保持姿勢において、撮影位置取得部用のアンテナを撮影窓からヘリコプターの機外に出すことができる。これにより、撮影位置取得部（例えば、ＧＮＳＳ受信機）は、衛星からの電波を良好に受信することが可能となる。

また、上記測量用撮影装置は、測量用撮影装置自身に生じる揺れや傾きを検知するセンサと、上記センサの検知結果に基づき上記撮影部の向きを変更し、上記撮影部が常に撮影ポイントを向くように調整する撮影方向調整部とを備えている構成とすることもできる。

上記の構成によれば、有人操縦のヘリコプターによって測量用の撮影を行う場合に、ヘリコプターの揺れや傾きに対し、撮影部の撮影の向きを自動補正することが可能となる。

また、上記測量用撮影装置は、さらに、脚部と、取手部とを備えており、撮影時には、上記脚部を床におき、撮影者が上記取手部を持って測量用撮影装置を保持することが可能な構造とすることができる。

上記の構成によれば、撮影者は、測量用撮影装置の重量を負担することなく、測量用撮影装置を楽に保持することが可能となる。

本発明の測量用撮影装置は、有人操縦のヘリコプターによって測量用の撮影を行う場合に、撮影部や撮影位置取得部を機体に直接取り付けて固定する必要が無く、測量用撮影装置をヘリコプター機内に持ち込んで撮影を行うことが可能となるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る測量用撮影装置の外観を示す斜視図である。 測量用撮影装置の正面図である。 測量用撮影装置の背面図である。 測量用撮影装置の右側面図である。 測量用撮影装置の左側面図である。 測量用撮影装置の上面図である。 測量用撮影装置の下面図である。 測量用撮影装置のシステム構成を示すブロック図である。 測量用撮影装置における撮影時の使用状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る測量用撮影装置（以下、単に撮影装置と称する）１０の外観を示す斜視図である。また、図２ないし図７のそれぞれは、図１に示す撮影装置１０の正面図、背面図、右側面図、左側面図、上面図および下面図である。ここでは、撮影装置１０が有するカメラのレンズがある面を正面とする。また、以下の説明では、撮影装置１０の左右方向をｘ方向、前後方向をｙ方向、上下方向をｚ方向とする。

図１に示すように、本実施の形態に係る撮影装置１０は、カメラ（撮影部）１１、ＧＮＳＳアンテナ１２および制御部１３を、同一のフレーム体１４に固定してなる構造である。先ずは、フレーム体１４の構造について説明する。尚、制御部１３は、ＧＮＳＳ受信機１３０（撮影位置取得部：図８参照）を内部に含んでいる。

フレーム体１４は、大略的には、桟１４１〜１４７からなるカメラ固定部１４Ａと、桟１４８〜１５４からなるアンテナ固定部１４Ｂと、桟１５５〜１５８からなる連結部１４Ｃとから構成されている。

カメラ固定部１４Ａは、ｚ方向に平行な２本の桟１４１，１４２をｘ方向に並べて配置し、桟１４１，１４２をｘ方向に平行な５本の桟１４３〜１４５で連結した構成である。これにより、カメラ固定部１４Ａは、ｘｚ平面に平行なフレーム枠として構成されている。

アンテナ固定部１４Ｂは、ｚｙ平面に平行な２本の桟１４８，１４９をｘ方向に並べて配置し、桟１４８，１４９をｘ方向に平行な５本の桟１５０〜１５４で連結した構成である。桟１４８，１４９は、中央部から下部にかけてはｚ方向に平行であり、上部付近のみがｙ方向に平行となるように後方に湾曲されている。桟１５０，１５１は、ｙ方向に平行な桟１４８，１４９の上部付近で桟１４８，１４９を連結している。桟１５２〜１５４は、ｚ方向に平行な桟１４８，１４９の中央部から下部付近で桟１４８，１４９を連結している。

連結部１４Ｃは、桟１５５，１５６によってカメラ固定部１４Ａの桟１４１とアンテナ固定部１４Ｂの桟１４８とを連結し、桟１５７，１５８によってカメラ固定部１４Ａの桟１４２とアンテナ固定部１４Ｂの桟１４９とを連結している。連結部１４Ｃは、カメラ固定部１４Ａの上部付近に対して、アンテナ固定部１４Ｂの下部付近を前方側に張り出させるようにして連結している。

このように、カメラ固定部１４Ａ、アンテナ固定部１４Ｂおよび連結部１４Ｃからなるフレーム体１４は、ｚｙ平面に平行な中心面に対して左右対称となる構造を有している。

カメラ固定部１４Ａには、カメラ１１および制御部１３が固定して取り付けられる。カメラ固定部１４Ａでは、２本の桟１４４，１４５がカメラ固定部１４Ａのｙ方向中央付近に近接して配置されており、制御部１３は、桟１４４，１４５に対して背面側に取り付けられている。そして、カメラ１１は、制御部１３からアーム部１５を介して取り付けられている。アーム部１５は、その下端が制御部１３から立設して固定されており、上端にカメラ１１が接続されている。また、カメラ１１はアーム部１５の上端に対してｚｙ平面内で回動可能であり、その撮影角度を変更できるようになっている。

カメラ固定部１４Ａの側面、すなわち、桟１４１，１４２のそれぞれの外側面には、取手部１６が設けられている。また、カメラ固定部１４Ａの下端、すなわち、桟１４１，１４２のそれぞれの下端には、脚部１７が設けられている。

アンテナ固定部１４Ｂには、ＧＮＳＳ受信機用のＧＮＳＳアンテナ１２が固定して取り付けられる。アンテナ固定部１４Ｂでは、２本の桟１５０，１５１がアンテナ固定部１４Ｂの上端部付近に近接して配置されており、ＧＮＳＳアンテナ１２は、桟１５０，１５１間に配置するように取り付けられている。

続いて、本実施の形態に係る撮影装置１０のシステム構成について、図８を参照して説明する。

本実施の形態では、カメラ１１は、制御部１３からの撮影信号によりシャッターを切るリモートレリーズ用の端子（図示せず）を有し、リモートレリーズ用の端子が制御部１３の出力系に電気的に接続されようになっている。

詳しくは、カメラ１１は、撮影した写真の画像ファイルデータを、撮影日時、緯度、経度及び標高を含む予め定めた所定の撮影情報を埋め込み可能に規格化された画像ファイルデータフォーマット（具体的にはＥｘｉｆ（登録商標）：Exchangeable image file format）の形式で出力可能な構成とされている。

制御部１３に含まれるＧＮＳＳ受信機１３０は、ＧＮＳＳアンテナ１２を介してＧＮＳＳ衛星からの電波を受信し、ＧＮＳＳ衛星からの電波に基づいて日付、時刻、緯度、経度、標高といった撮影情報、少なくとも緯度、経度、標高といった撮影位置を取得することができるようになっている。

尚、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全地球測位システム）としては、ＧＰＳ：Global Positioning System（米国）、ＧＬＯＮＡＳＳ：GLObal'naya NAvigatsionnaya Sputnikovaya Sistema（ロシア）、ガリレオ：Galileo（欧州）、コンパス：Compass（中国）、ＱＺＳＳ：Quasi-Zenith Satellite System（日本）等を例示できる。本発明ではこれらの何れのシステムを使用することも可能である。例えば、ＧＮＳＳ受信機としてＧＰＳ受信機を用いた場合、ＧＰＳ受信機は、ＮＭＥＡ（National Marine Electronics Association）規格により、ＧＧＡ（Global Positioning System Fix Data）から時刻（協定世界時、ＵＴＣ：Coordinated Universal Time）、緯度、経度、標高を、ＺＤＡ（Time & Date）から日付（西暦、年、月、日）（ＵＴＣ）を取得するようになっている。

制御部１３は、カメラ１１及びＧＮＳＳ受信機に対する制御を司るものである。

制御部１３は、ＧＮＳＳ受信機１３０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）や電気的書き換え可能な不揮発ＲＯＭ等の不揮発メモリ１３１ａ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発メモリ１３１ｂ、外部記録媒体を挿脱可能な書き込み部１３１ｃを含む記憶部１３１と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のマイクロコンピュータからなる処理部１３２とを有している。

制御部１３は、処理部１３２が記憶部１３１の不揮発メモリ１３１ａにおけるＲＯＭに予め格納された制御プログラムを記憶部１３１の揮発メモリ１３１ｂにおけるＲＡＭ上にロードして実行することにより、各種構成要素の作動制御を行うようになっている。

処理部１３２は、撮影信号出力部１３２ａ、撮影画像取得部１３２ｂ、および撮影情報取得部１３２ｃを備えている。撮影信号出力部１３２ａは、カメラ１１に所定の時間間隔で撮影信号を出力する。撮影画像取得部１３２ｂは、カメラ１１によって撮影された写真の画像ファイルデータを取得する。撮影情報取得部１３２ｃは、カメラ１１による写真撮影と同期して、ＧＮＳＳアンテナ１２より撮影情報（日付、時刻、緯度、経度、標高）を取得する。

カメラ１１によって撮影された写真の画像ファイルデータと、ＧＮＳＳ受信機１３０によって取得される撮影情報とは、書き込み部１３１ｃにおいて外部記録媒体に書き込まれる。本発明において、使用される外部記録媒体の種類は特に限定されないが、代表的にはＳＤ（Secure Digital）メモリカードを例示できる。得られた画像ファイルデータと撮影情報とは、撮影後に外部記録媒体から読み取られ、所定のソフトウェア等を用いて対応付けられる。画像ファイルデータと撮影情報とを対応付ける方法については、例えば、特許第５５９０４８０号に開示された方法を使用することができる。

次に、本実施の形態の撮影装置１０を用いて写真撮影を行う場合の使用状態を図９を参照して説明する。

撮影装置１０は、有人操縦のヘリコプターの機内に持ち込まれ、撮影者によって保持された状態で撮影を行うようになっている。具体的には、撮影装置１０は、ヘリコプターに設けられた撮影窓５０から撮影を行えるようになっている。あるいは、ヘリコプターの扉を開放し、開放された扉から外に向けて撮影を行っても良い。撮影時には、カメラ固定部１４Ａをヘリコプターの機内に配置し、脚部１７を機内の床において、撮影者が取手部１６を持って撮影装置１０を保持する。これにより、撮影者は、撮影装置１０の重量を負担することなく、撮影装置１０を楽に保持することが可能となる。また、この時の保持姿勢は、撮影装置１０のｚ方向が鉛直方向と一致するようにする。また、脚部１７は床に対する滑り止めの機能を有する。

アンテナ固定部１４Ｂは、連結部１４Ｃによってカメラ固定部１４Ａから前方側に張り出している。このため、上記の保持姿勢において、図９に示すように、アンテナ固定部１４Ｂを撮影窓５０からヘリコプターの機外に出すことができる。また、アンテナ固定部１４Ｂの上部は後方に湾曲しており、その後方に湾曲した部分の先端にＧＮＳＳアンテナ１２が取り付けられている。

これにより、上記保持姿勢において、カメラ１１をＧＮＳＳアンテナ１２の略直下に配置し、かつ、カメラ１１及びＧＮＳＳアンテナ１２の互いの位置関係が変化しない状態で撮影を行うことが可能となる。また、撮影時に、ＧＮＳＳアンテナ１２を撮影窓５０からヘリコプターの機外に出すことで、ＧＮＳＳ衛星からの電波を良好に受信することが可能となる。

撮影装置１０を用いて有人ヘリコプターからの撮影を行う場合、ヘリコプターに揺れや傾きが生じることは基本的には避けられない。このような揺れや傾きに対し、上記説明の撮影装置１０では、カメラ１１の向きを所定の撮影ポイントに向けるようにカメラの撮影角度等を撮影者が手動で操作して対応することも可能である。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ヘリコプターの揺れや傾きに対し、カメラ１１の向きを自動補正する構成とすることも可能である。

この場合、撮影装置１０に、ヘリコプターの揺れ、傾き及び方向を検知するセンサと、該センサの検知結果に基づきカメラ１１の向きを変更するカメラ方向調整部（撮影方向調整部）を設ける構成とすればよい。すなわち、カメラ１１の撮影ポイントを緯度、経度および標高にて予め設定しておき、該センサの検知結果に基づいて、カメラ１１が常に上記撮影ポイントを向くようにカメラ方向調整部によってカメラ１１の向きが調整される構成とすればよい。尚、上記センサは、撮影装置１０自身の揺れや傾きを検知すると見なすことも可能である。また、この場合のカメラ方向調整部は、例えば、ジンバル機構を用いたアクチュエータとすることが考えられる。

また、上記説明では、特許請求の範囲に記載の撮影部および撮影位置取得部としてカメラ１１およびＧＮＳＳ受信機を用いた構成としているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、カメラ１１の代わりにレーザスキャナを用いた構成としても良く、ＧＮＳＳ受信機１３０の代わりにＩＭＵ（慣性計測装置：Inertial Measurement Unit）等のＩＮＳ（慣性航法装置：Inertial Navigation System）を用いた構成としても良い。あるいは、カメラとレーザスキャナとＩＮＳとを組み合わせた構成としても良い（例えば、レーザスキャナの取得データに基づいて地形を算出し、カメラの取得データに基づいて地形に着色するといった使用が可能）。

本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、かかる実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

１０ 測量用撮影装置
１１ カメラ（撮影部）
１２ ＧＮＳＳアンテナ
１３ 制御部
１４ フレーム体
１４Ａ カメラ固定部（撮影固定部）
１４Ｂ アンテナ固定部
１４Ｃ 連結部
１５ アーム部
１６ 取手部
１７ 脚部
１３０ ＧＮＳＳ受信機（撮影位置取得部）
１３１ 記憶部
１３１ａ 不揮発メモリ
１３１ｂ 揮発メモリ
１３１ｃ 書き込み部
１３２ 処理部
１３２ａ 撮影信号出力部
１３２ｂ 撮影画像取得部
１３２ｃ 撮影情報取得部

Claims (6)

1. 測量対象を撮影する撮影部と、
   撮影時の撮影位置を取得する撮影位置取得部と、
   上記撮影部と上記撮影位置取得部とが固定的に取り付けられるフレーム体とを備え、
   上記フレーム体は、撮影時において、上記撮影部及び上記撮影位置取得部の互いの位置関係が変化しない状態で保持することを特徴とする測量用撮影装置。
2. 請求項１に記載の測量用撮影装置であって、
   上記撮影部は、カメラであり、
   上記撮影位置取得部は、ＧＮＳＳ衛星からの電波を受信するＧＮＳＳ受信機であり、
   上記フレーム体は、撮影時において、上記撮影部を上記ＧＮＳＳ受信機用アンテナの略直下に配置することを特徴とする測量用撮影装置。
3. 請求項１に記載の測量用撮影装置であって、
   上記撮影部は、レーザスキャナであり、
   上記撮影位置取得部は、ＩＮＳ（慣性航法装置：Inertial Navigation System）であることを特徴とする測量用撮影装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の測量用撮影装置であって、
   上記フレーム体は、
   上記撮影部が固定して取り付けられる撮影固定部と、
   上記撮影位置取得部用のアンテナが固定して取り付けられるアンテナ固定部と、
   上記撮影固定部に対して、上記アンテナ固定部を前方側に張り出させるようにして連結する連結部とから構成されていることを特徴とする測量用撮影装置。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載の測量用撮影装置であって、
   測量用撮影装置自身に生じる揺れや傾きを検知するセンサと、
   上記センサの検知結果に基づき上記撮影部の向きを変更し、上記撮影部が常に撮影ポイントを向くように調整する撮影方向調整部とを備えていることを特徴とする測量用撮影装置。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の測量用撮影装置であって、
   さらに、脚部と、取手部とを備えており、
   撮影時には、上記脚部を床におき、撮影者が上記取手部を持って測量用撮影装置を保持することが可能な構造であることを特徴とする測量用撮影装置。

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