JP2017112433A - 画像撮影装置、画像撮影方法、および画像撮影プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】悪条件下でも撮影目標を鮮明に撮影することができる画像撮影技術を提供する。【解決手段】基準領域と基準領域とで反射率の異なる比較領域とを少なくとも有する基準部に対して、波長の異なる複数の照明光を順次照射し、照明光が照射された基準部を順次撮影してＳ１２基準画像を取得するＳ１３。次に、基準画像に含まれる基準領域と比較領域の輝度を比較してコントラスト情報を算出しＳ１６、Ｓ１７、照明光の波長が異なる複数の基準画像の複数のコントラスト情報に基づいて特定波長を選定するＳ２１。そして、選定した特定波長の照明光に変更しＳ２２、照射した撮影目標を撮影してＳ２８目標画像を取得するＳ２９。【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、画像を撮影する画像撮影技術に関する。

夜間のような低照度に加えて霧などが発生して視界が劣悪な場合には、視程が低下、つまり、背景と撮影対象となる被写体とのコントラストが低下してしまい、悪条件下では被写体を鮮明に撮影することが困難である。そこで、被写体を撮影した画像の特定領域のコントラストの情報を算出し、この算出した値に応じて、光源が出力する光の波長などを調整することで、鮮明な画像を撮影できるシステムがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−８０５２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のシステムにあっては、被写体（撮影目標）を撮影した画像に基づいてコントラストの調整を行っているので、調整用の制御パラメータを取得するために撮影した被写体の画像自体が不鮮明であると、正確な制御パラメータを取得することができず、悪条件下でのコントラストの調整を充分に行うことができないという課題がある。

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、悪条件下でも撮影目標を鮮明に撮影することができる画像撮影技術を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る画像撮影装置は、基準領域と前記基準領域とは反射率の異なる比較領域とを少なくとも有する基準部に対して波長の異なる複数の照明光を順次照射する基準照射手段と、前記照明光が照射された前記基準部を順次撮影し、この撮影による基準画像を取得する基準画像取得手段と、前記基準画像に含まれる前記基準領域と前記比較領域の輝度を比較してコントラスト情報を算出するコントラスト情報算出手段と、前記照明光の波長が異なる複数の前記基準画像の複数の前記コントラスト情報に基づいて特定波長を選定する特定波長取得手段と、撮影目標に対して前記特定波長の照明光を照射する目標照射手段と、前記特定波長の照明光が照射された前記撮影目標を撮影し、この撮影による目標画像を取得する目標画像取得手段と、を備えることを特徴としている。

本発明の実施形態に係る画像撮影方法は、基準領域と前記基準領域とは反射率の異なる比較領域とを少なくとも有する基準部に対して波長の異なる複数の照明光を順次照射する基準照射ステップと、前記照明光が照射された前記基準部を順次撮影し、この撮影による基準画像を取得する基準画像取得ステップと、前記基準画像に含まれる前記基準領域と前記比較領域の輝度を比較してコントラスト情報を算出するコントラスト情報算出ステップと、前記照明光の波長が異なる複数の前記基準画像の複数の前記コントラスト情報に基づいて特定波長を選定する特定波長取得ステップと、撮影目標に対して前記特定波長の照明光を照射する目標照射ステップと、前記特定波長の照明光が照射された前記撮影目標を撮影し、この撮影による目標画像を取得する目標画像取得ステップと、を含むことを特徴としている。

本発明の実施形態に係る画像撮影プログラムは、コンピュータに、基準領域と前記基準領域とは反射率の異なる比較領域とを少なくとも有する基準部に対して波長の異なる複数の照明光を順次照射する基準照射ステップと、前記照明光が照射された前記基準部を順次撮影し、この撮影による基準画像を取得する基準画像取得ステップと、前記基準画像に含まれる前記基準領域と前記比較領域の輝度を比較してコントラスト情報を算出するコントラスト情報算出ステップと、前記照明光の波長が異なる複数の前記基準画像の複数の前記コントラスト情報に基づいて特定波長を選定する特定波長取得ステップと、撮影目標に対して前記特定波長の照明光を照射する目標照射ステップと、前記特定波長の照明光が照射された前記撮影目標を撮影し、この撮影による目標画像を取得する目標画像取得ステップと、を実行させることを特徴としている。

本発明の実施形態により、悪条件下でも撮影目標を鮮明に撮影することができる画像撮影技術が提供される。

第１実施形態の画像撮影ロボットを用いて撮影を行っている図。 画像撮影ロボットの構成を示すブロック図。 画像撮影制御部の構成を示すブロック図。 基準部を示す図。 基準部情報記憶テーブルを示す図。 静止画像撮影処理を示すフローチャート。 画像データの圧縮領域の説明図。 圧縮された画像データの構成を示す図。 第２実施形態の画像撮影ロボットを用いて撮影を行っている図。 画像撮影ロボットおよびドローンの構成を示すブロック図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１に示すように、第１実施形態の画像撮影ロボット１は、夜間のような低照度に加えて霧などが発生して視界が劣悪な条件で撮影を行うシステムである。なお、以下の説明では、霧などが発生している屋外で画像撮影ロボット１を使用することを例示するが、湯気、煙、粉体やその他のエアロゾルなど、光を散乱する物質が充満している屋外、屋内を問わない環境で画像撮影ロボット１を使用しても良い。

第１実施形態の画像撮影ロボット１は、遠隔操作される装置である。画像撮影ロボット１は、地面（床面）を走行可能な移動装置２を有している。この移動装置２には、動画像および静止画像を撮影可能なカメラ３と、このカメラ３による撮影時に照明光を照射する照明装置４と、ロボットアームで構成される光反射部配置装置５に支持される光反射部６と、が搭載されている。さらに、移動装置２には、アンテナを有する無線通信部９が搭載される。なお、無線通信部９は、操作者が操作する遠隔操作用の外部機器（図示略）から送信される操作用無線信号を受信可能となっている。また、画像撮影ロボット１は、カメラ３で撮影した画像を無線通信部９から外部機器に送信することができる。

本実施形態では、画像撮影ロボット１と外部機器とが無線通信により接続されているが、ＬＡＮケーブルなどを用いて画像撮影ロボット１と外部機器とを接続して有線通信を行うようにしても良い。

さらに、画像撮影ロボット１は、テストチャート（図４参照）が印刷表示された基準部７と、この基準部７をカメラ３から離れた位置に配置するための伸縮自在（または折り畳み自在）な支持棒を有する基準部配置装置８と、を有している。なお、本実施形態では、カメラ３により撮影対象となる目標物１０（撮影目標）を撮影する前に基準部７を撮影する。そして、この基準部７を撮影した静止画像に基づいて、照明装置４が照射する照明光の波長やカメラ３の設定などの各種撮影条件を設定した後、目標物１０の静止画像を撮影するようにしている。

図１に示すように、画像撮影ロボット１は、遠隔操作によって目標物１０近傍まで移動される。画像撮影ロボット１の移動時には、カメラ３が取得した動画像が遠隔操作用の外部機器（図示略）に送信される。操作者は、このカメラ３が取得した動画像に基づいて遠隔操作を行うことができる。そして、画像撮影ロボット１を目標物１０の近傍まで移動させて、より精密な目標物１０の画像を取得するために、カメラ３を用いて静止画像の撮影を行う。

本実施形態のカメラ３は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサなどの可視光や赤外線の波長領域の感度を有する撮像素子と、可視光および赤外線を透過するレンズ部と、機械的に開閉可能なシャッタ部と、を有している。なお、カメラ３は、撮像素子が受光した光の検出感度を変更できる機能を有している。例えば、オペアンプのような機構を有し、低照度の条件下で撮影する場合には、撮像素子から出力される画像信号を増幅することができる。また、カメラ３は、シャッタ部のシャッタスピードを変更できる機能を有している。さらに、シャッタスピードとともに絞りを変更できる機能を有している。なお、特に説明を省略するが、カメラ３は、撮影方向や焦点距離を変更できる機能を有している。

本実施形態の照明装置４は、前方に向かってスポット光を照射できる構成となっている。なお、照明装置４は、拡散光を照射できる構成であっても良い。また、照明装置４は、可視光や赤外線の所定の波長を有する照明光を照射可能となっている。この照明装置４は、光源を覆うバンドパスフィルタを有し、このバンドパスフィルタの種類を適宜切り換えることで、所定の波長の照明光を選択的に照射可能としている。

本実施形態の照明装置４は、波長が７８０ｎｍ以下の赤外線（近赤外光）と、７８０〜６４０ｎｍの赤色の単色光と、６４０〜５９０ｎｍの橙色の単色光と、５９０〜５５０ｎｍの黄色の単色光と、５５０〜４９０ｎｍの緑色の単色光と、４９０〜４６０ｎｍの青色の単色光と、４６０〜４３０ｎｍの藍色の単色光と、４３０〜３８０ｎｍの紫色の単色光と、の８種類の波長の照明光を切り換えて照射できる機能を有している。また、照明装置４は、照明光の光度（光量）を変更できる機能を有している。

本実施形態の光反射部６は、照明装置４から照射される照明光を反射するミラーなどで構成された板状をなす部材である。なお、照明光を反射し易い銀色や白色の板状の部材で光反射部６を構成しても良い。この光反射部６は、光反射部配置装置５が前方に延ばされることで、基準部７または目標物１０の上方位置に配置される。また、照明装置４は、目標物１０に対する照明光の照射方向を変更することができる。本実施形態では、目標物１０（または基準部７）に対して直接的に照明光を照射する直接光１１と、光反射部６に照明光を反射させてから目標物１０に対して間接的に照射する間接光１２と、の照射方向の異なる２種類の照明光を切り換えて撮影を行うことができる。

図４に示すように、基準部７は、四角形状をなす板部材の表面側にテストチャートが表示された部材である。なお、基準部７の表面側は、カメラ３がある方向を向いて配置される。本実施形態のテストチャートは、０番から７番までの８つの参照領域４０で構成されている。各参照領域４０は、各参照領域４０を識別可能な番号を示す数字が記載された番号領域４１と、その周囲に設けられて所定の色に彩色された色彩領域４２と、で構成されている。また、番号領域４１は、カメラ３で撮影された画像を見る操作者がテストチャートの見え方を確認するために設けられたものである。この番号領域４１を省略して色彩領域４２のみで各参照領域４０を構成しても良い。

なお、０番の参照領域４０の色彩領域４２は、黒色である。また、７番の参照領域４０の色彩領域４２は、白色である。さらに、１番から６番の各参照領域４０の各色彩領域４２は、白黒のモノクロの色となっており、これらの色は、１番から６番にゆくに従って黒色が薄くなってゆくグレー色（グラデーション）となっている。また、テストチャートを印刷するときに用いる黒色の塗料には、赤外線反射塗料が含まれている。このように、各参照領域４０（色彩領域４２）はそれぞれ光の反射率が異なり、その色合いはそれぞれ明度が異なっている。

本実施形態では、０番の参照領域４０を基準領域とし、この基準領域と比較される１〜７番の参照領域４０を比較領域としている。ここで、基準部７に照明光を照射してカメラ３で撮影された画像においては、各参照領域４０（色彩領域４２）の反射率の違いは輝度の違いとしてあらわれる。そして、カメラ３で撮影した画像における０番の参照領域４０（基準領域）の輝度と、１〜７番の各参照領域４０（比較領域）の輝度を比較することで、撮影した画像のコントラスト比を取得することができる。

具体的には、０番から７番の各参照領域４０の色彩領域４２のコントラストを平均して平均コントラスト値を求める。そして、１番から７番の各参照領域４０（比較領域）の各平均コントラスト値から、０番の参照領域４０（基準領域）の平均コントラスト値をそれぞれ引いたものを、０番の参照領域４０のコントラストの標準偏差で割った値を、コントラスト比として算出する。このように、１番から７番の各参照領域４０の全て（７種類）のコントラスト比を算出する。

本実施形態では、参照領域４０が縦方向に４つ並んだ列が２つ表示されている。これら参照領域４０の周囲には、白色の枠部４４が設けられている。さらに、枠部４４の四隅には、撮影された画像に含まれる基準部７（テストチャート）を特定するために、切り出しシンボルとなる指標部４３が設けられている。

なお、本実施形態では、白黒のモノクロのテストチャートを用いているが、赤色、青色、黄色、または緑色などのモノクロのテストチャートを用いても良い。また、単色のテストチャートのみならず、多色のテストチャートを用いても良い。

また、目標物１０を直接光１１で照らした場合には、目標物１０とカメラ３との間に浮遊する霧粒子に光が乱反射し、カメラ３で撮影した画像にハレーションが生じてしまう場合がある。本実施形態では、基準部７を撮影した画像に含まれるハレーションの度合いが予め定められた閾値以上である場合には、間接光１２に切り換えて目標物１０を撮影するようにしている。

霧などが発生していない場合には、撮影目標に対して撮影方向と同じ方向から直接光１１の照明光を照射することで鮮明な画像を得られるようになる。また、霧などが発生している場合には、撮影目標に対して撮影方向と異なる方向から間接光１２の照明光を照射することでハレーションが生じてしまうことを抑制できる。なお、例えば、カメラ３が撮影目標と同じ高さ位置にあるときには、撮影方向はほぼ水平方向を向く。このときに、間接光１２の照明光は、撮影目標に対してほぼ垂直方向から照射される。つまり、撮影方向と異なる方向とは、撮影方向と平行をなさずに、撮影方向に対して撮影目標の部分で交差する照射方向のことを称する。このように状況に応じて照明光を適宜切り換えられるので、撮影目標を鮮明に撮影することができる。

図２に示すように、画像撮影ロボット１は、無線通信部９や移動装置２などの制御を行う主制御部２０と、画像の撮影を制御する画像撮影制御部２１と、を備える。画像撮影制御部２１には、カメラ３と照明装置４と光反射部配置装置５と基準部配置装置８とが接続されている。なお、本実施形態の主制御部２０および画像撮影制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどのハードウエアを有し、各種プログラムを実行して各種制御を行うコンピュータで構成される。また、本実施形態において、データを記憶する記憶部は、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュＲＯＭなどの不揮発性メモリやハードディスクなどで構成されていても良い。つまり、電源供給が遮断されても記憶内容を保持可能な記憶部となっている。

図３に示すように、画像撮影制御部２１は、基準部配置装置８を制御して基準部７をカメラ３の前方位置に配置する制御を行う基準部配置制御部２２を有している。また、画像撮影制御部２１は、カメラ３に基準部７の静止画像の撮影を行うように指示してカメラ３が撮影した画像データを取得する画像データ取得部２３と、カメラ３のシャッタスピードを設定するシャッタスピード設定部２４と、カメラ３が有する撮像素子から出力される画像信号の増減を設定する画像信号レベル設定部２５と、有している。また、画像データ取得部２３は、基準部配置制御部２２と接続されている。画像データ取得部２３から基準部配置制御部２２に対して、基準部７の撮影を行う旨を通知する撮影信号が送信可能となっている。また、基準部配置制御部２２から画像データ取得部２３に対して、基準部７が撮影可能な位置に配置されたことを示す配置信号が送信可能となっている。

また、画像撮影制御部２１は、照明装置４の光度（光量）を設定する光度設定部２６と、照明装置４が照射する照明光の波長を設定する波長設定部２７と、を有している。さらに、画像撮影制御部２１は、照明装置４の向きを設定するとともに光反射部配置装置５により支持される光反射部６の位置を設定することで、照明光の照射方向を切り換えることができる照射方向設定部２８（照射方向変更手段）を有している。

また、画像撮影制御部２１は、画像データ取得部２３が取得した基準部７の画像のデータである基準部画像データを解析することで、所定の閾値以上のハレーションが発生したか否かを判定するハレーション発生判定部２９（ハレーション判定手段）を有している。さらに、画像撮影制御部２１は、基準部画像データを解析したときに取得される各種情報を記憶する基準部情報記憶部３４を有している。そして、基準部７の画像においてハレーションが発生した場合には、その旨が基準部情報記憶部３４に記憶される。

また、画像撮影制御部２１は、基準部画像データを解析することで、テストチャートの０番から７番の各参照領域４０（各色彩領域４２）のコントラストを平均して平均コントラスト値を算出する平均コントラスト算出部３０を有している。さらに、画像撮影制御部２１は、平均コントラスト算出部３０にて算出された１番から７番の各参照領域４０（比較領域）の各平均コントラスト値を、０番の参照領域４０（基準領域）の平均コントラスト値と比較することで、１番から７番の各参照領域４０のコントラスト比を算出するコントラスト比算出部３１を有している。そして、算出された各参照領域４０のコントラスト比は、基準部情報記憶部３４に記憶される。

本実施形態では、照明装置４が８種類の波長の照明光を切り換えて照射し、各波長の照明光に照らされた基準部７の画像を撮影する。そして、各波長の照明光に対応する各参照領域４０のコントラスト比を算出する。また、画像撮影制御部２１は、全ての波長に対応した各参照領域４０のコントラスト比を算出したか否かを判定することで、基準部７の撮影の完了を判定する基準部撮影完了判定部３２を有している。また、画像撮影制御部２１は、基準部７の撮影が完了したときに、目標物１０の画像を撮影するための撮影条件を決定する撮影条件決定部３３を有している。

なお、基準部撮影完了判定部３２は、全ての波長に対応した各参照領域４０のコントラスト比を算出していないと判定した場合に、画像データ取得部２３に対して再撮影を行うことを指示する再撮影信号を送信する。また、基準部撮影完了判定部３２は、全ての波長に対応した各参照領域４０のコントラスト比を算出したと判定した場合に、撮影条件決定部３３に対して目標物１０の画像を撮影するための撮影条件を決定することを指示する撮影条件決定信号を送信する。

なお、基準部情報記憶部３４には、基準部７の画像においてハレーションの発生の有無や、各参照領域４０のコントラスト比などが記憶される基準部情報記憶テーブルが設けられている。図５に示すように、基準部情報記憶テーブルは、各波長の項目に対応付けて、撮影順が記憶される項目と、ハレーションの発生の有無が記憶される項目と、１番から７番の各参照領域４０に対応して算出されたコントラスト比のデータが記憶される項目と、が設けられている。

図３に示すように、画像撮影制御部２１は、基準部情報記憶テーブルに記憶されたデータに基づいて、最適条件に最も近いコントラスト比が算出された基準部７の画像が撮影されたときの照明光の波長を特定波長として特定する最適波長特定部３５を有している。例えば、各参照領域４０に対応して算出されたコントラスト比の均等具合や、１番から７番までの各参照領域４０の差（比較領域同士の差）や、０番の参照領域４０と他の参照領域４０の差（基準領域と比較領域の差）などが、８種類の各波長の項目毎に算出される。これらの算出結果に基づいて、最適波長特定部３５は、最適なコントラストで基準部７の画像が撮影されたときに照射された照明光の波長を特定する。すなわち、最適波長特定部３５は、波長が異なる照明光の下で撮影した複数の基準部７の画像から得られる複数のコントラストの情報に基づき、これらのコントラストの情報が予め定めた最適条件にもっとも近くなるような照明光の波長を選定できるように構成されている。

なお、特定の基準としては、各参照領域４０のコントラスト比が最も均等されたものに対応する波長であっても良いし、比較領域同士の差が最も大きいものに対応する波長であっても良いし、基準領域と比較領域の差が最も多きものに対応する波長であっても良い。また、これら複数の基準を組み合わせて波長を特定しても良い。このように、コントラストが適切な状態で撮影された基準部７の画像の照明光の波長を特定する処理を基準部情報記憶テーブルに記憶されたデータに基づいて行うことができる。

また、撮影条件決定部３３は、最適波長特定部３５が特定した波長の情報や、この波長の照明光を用いた撮影時にハレーションが発生したか否かの情報などに基づいて、目標物１０の画像を撮影するための撮影条件を決定する。なお、特に説明を省略するが、撮影条件決定部３３は、カメラ３と目標物１０との距離や、基準部７の画像を解析することで得られた周囲の明るさなどのその他の情報を含めて撮影条件を決定する。例えば、特定した波長の照明光を用いたときに、最適なコントラストの画像が得られるように、シャッタスピードや画像信号レベルを決定する。

撮影条件決定部３３は、照明光の波長の設定情報を波長設定部２７に送信するとともに、照明光の光度の設定情報を光度設定部２６に送信する。これらの情報に基づいて、照明装置４が照射する照明光の波長や光度などが変更される。また、特定した波長の照明光を用いたときにハレーションが発生した場合において、撮影条件決定部３３は、照射方向設定部２８に対して照明光の照射方向を切り換えて間接光１２を目標物１０に照射する指示を行う。

そして、撮影条件決定部３３は、カメラ３のシャッタスピードの設定情報をシャッタスピード設定部２４に送信するとともに、撮像素子から出力される画像信号の設定情報を画像信号レベル設定部２５に送信する。また、撮影条件決定部３３は、画像データ取得部２３に対して目標物１０の撮影が可能であることを通知する目標物撮影信号を送信する。

本実施形態では、撮影条件決定部３３が、カメラ３のシャッタスピードの設定情報をシャッタスピード設定部２４（シャッタスピード調整手段）に送信することで、撮影条件決定部３３が決定した波長の照明光および光度に適したシャッタスピードで撮影を行うことができる。また、撮影条件決定部３３が、撮像素子から出力される画像信号の設定情報を画像信号レベル設定部２５（感度調整手段）に送信することで、撮影条件決定部３３が決定した波長の照明光および光度に適した画像信号レベル（感度）で撮影を行うことができる。

画像データ取得部２３は、カメラ３に目標物１０の静止画像の撮影を行うように指示し、カメラ３が撮影した目標物１０の画像データを取得する。なお、画像撮影制御部２１は、目標物１０の画像データに含まれる撮影環境に応じて発生するノイズなどの画像を見え難くする阻害要因を除去する阻害要因除去部３６と、目標物１０の画像データを記憶する目標物画像データ記憶部３７と、目標物１０の画像データを外部機器（図示略）に送信するときに画像データを圧縮する画像データ圧縮部３８（データ圧縮手段）と、圧縮された画像データを主制御部２０および無線通信部９を介して外部機器に送信する画像送信部３９と、を有している。

画像データ取得部２３が取得した目標物１０の画像データは、まず、阻害要因除去部３６に送信される。この阻害要因除去部３６では、阻害要因除去処理を実行することで鮮明な画像を得られるようにしている。例えば、阻害要因除去処理では、目標物１０の画像データを構成する画素データを任意のブロックサイズに分割し、各ブロックのコントラストを算出する。この算出したコントラストに対して、白色や黒色などのコントラストが極端なブロックを抽出する。そして、この抽出したブロックの周囲に色情報がある場合には、この周囲のブロックの色情報を、抽出したブロックに付加することで、白色や黒色などの阻害要因によって埋もれてしまった本来の色情報を引き出すことができる。

本実施形態では、阻害要因除去処理を実行することで、霧、雨、雪といった環境阻害要因に対抗して鮮明な画像を生成することが可能になる。なお、この機能は、露光不足により生じる夜暗電流ノイズや、センサアンプのアンプノイズや、放射線ノイズなどに対しても有効である。また、本実施形態の阻害要因には、霧などが原因で画像に写り込むノイズや、その他にも埃や粉塵や雪などの粒子サイズの大きいものが原因で画像に写り込むノイズなどがある。

阻害要因除去部３６により阻害要因を除去された目標物１０の画像データは、目標物画像データ記憶部３７に記憶される。そして、任意のタイミングで外部機器に送信される。この目標物１０の画像データを外部機器に送信する際には、画像データ圧縮部３８にて所定の圧縮技術（部分高画質化技術または選択的高画質化技術）を用いて圧縮される。本実施形態では、画像データを圧縮するときに、画像中において目標物１０が写った特定領域を圧縮しないで高画質のまま保持し、この特定領域以外を圧縮する。

例えば、図７に示すように、画像データ圧縮部３８は、目標物１０の画像データを解析し、目標物１０が写った特定領域を特定する。この目標物１０の識別は、画像中の明暗の違いにより行っても良いし、画像中の色合いが極端に変化する部分、所謂エッジの部分を検出することで行っても良い。そして、目標物１０が写った特定領域を非圧縮領域とし、それ以外の領域を圧縮領域とし、画像データの圧縮処理を行う。このようにすれば、特定領域の画質を保持したまま、画像のデータの容量を低減することができる。

なお、本実施形態では、データを全く圧縮しない非圧縮領域と、データを圧縮する圧縮領域とを設けるようにしているが、目標物１０が写った特定領域の圧縮率を、この特定領域以外の非特定領域の圧縮率よりも低くするようにしても良い。また、特定領域の圧縮率を低下させるという文言には、特定領域を全く圧縮しないことが含まれる。

図８に示すように、画像送信部３９から送信される画像データには、圧縮データと非圧縮データとが含まれる。そして、この画像データのヘッダデータには、画像中の圧縮領域を特定するための圧縮領域情報と非圧縮領域を特定するための非圧縮領域情報とが含まれる。圧縮された画像データを復号化する際には、ヘッダデータの圧縮領域情報および非圧縮領域情報を参照して、いずれの領域が圧縮領域であるか非圧縮領域であるかを特定する。なお、ヘッダデータには、目標物１０を撮影したときの照明光の波長に関する情報や、直接光１１を用いた撮影か、間接光１２を用いた撮影かを示す情報などを含めるようにしても良い。

なお、画像データ圧縮部３８は、カメラ３で撮影された画像のうち、静止画像のデータを圧縮可能であるとともに、動画像のデータも圧縮可能である。例えば、画像撮影ロボット１の移動時には、動画像が遠隔操作用の外部機器（図示略）に送信されるが、この動画像を画像データ圧縮部３８により圧縮しても良い。動画像のデータを送信しようとすると、数百Ｍｂｐｓ〜数Ｇｂｐｓの伝送帯域が必要である。さらに、動画像のデータを長時間保存する場合には、数ＴＢｙｔｅといった膨大なデータ量となる。また、原子力分野では、セキュリティの問題もあって、動画像のデータの送信にＰＨＳが利用されている。そこで、本実施形態の圧縮技術を用いることで、特定領域を高画質に保ちつつ、狭い伝送帯域であってもデータの送信を行うことができ、かつ長時間の動画像データも少ない容量で保存できる。

一般的な画像圧縮技術では、画像の全体領域を圧縮するので、画像中の特定領域の画質が低下してしまう。本実施形態の圧縮技術では、画像中の特定領域とそれ以外の非特定領域に対して異なる圧縮処理（色情報の欠落や量子化パラメータの制御など）を行うので、必要な部分を高画質に保つことができる。

本実施形態の画像撮影制御部２１は、動画像撮影処理を実行することで、カメラ３で取得した動画像をリアルタイムで外部機器に送信している。また、画像撮影ロボット１が目標物１０に近接した状態で、この目標物１０をカメラ３で撮影して静止画像を取得する静止画像撮影処理を実行する。画像撮影制御部２１は、プログラムを実行することで本実施形態にかかる画像撮影方法を行う。

次に、第１実施形態の画像撮影制御部２１が実行する静止画像撮影処理を図６のフローチャートを用いて説明する（適宜図３を参照）。画像撮影ロボット１の遠隔操作を行っている操作者は、カメラ３が目標物１０の方向に向いていることを確認する。そして、静止画像の撮影を開始する操作を行う。画像撮影制御部２１は、遠隔操作用の外部機器（図示略）から静止画像の撮影を開始する静止画像撮影開始信号を受信した場合に、静止画像撮影処理の実行を開始する。

まず、画像撮影制御部２１の基準部配置制御部２２は、基準部配置装置８の支持棒を伸ばして基準部７をカメラ３から離れた撮影位置に配置する（Ｓ１１）。このとき、基準部７は、目標物１０の近傍に配置されることが好ましいが、目標物１０とカメラ３との中間位置に基準部７が配置されても良い。少なくとも照明装置４が目標物１０に照射している直接光１１の照明光が基準部７に当たる位置であれば良い。

次いで、画像撮影制御部２１の画像データ取得部２３は、照明光を照射している照明装置４を所定の波長に設定し、カメラ３を用いて基準部７の静止画像を撮影する（Ｓ１２）。本実施形態では、最初に赤外線の波長の照明光を照射して撮影を行う（図５参照）。そして、画像データ取得部２３は、カメラ３が撮影した基準部７の画像データを取得する（Ｓ１３）。

次いで、画像撮影制御部２１のハレーション発生判定部２９は、所定の閾値以上のハレーションが発生したか否かを判定する（Ｓ１４）。ここで、所定の閾値以上のハレーションが発生した場合は、基準部情報記憶テーブル（図５参照）において、照明光の波長に対応する項目にハレーションの発生が有ることを示す情報を記憶する（Ｓ１５）。一方、所定の閾値以上のハレーションが発生していない場合は、基準部情報記憶テーブルにハレーションの発生が記憶されず、初期値であるハレーションの発生が無いことを示す情報が記憶される。

次いで、画像撮影制御部２１の平均コントラスト算出部３０は、０番から７番の各参照領域４０（各色彩領域４２）のコントラストを平均して平均コントラスト値を算出する（Ｓ１６）。そして、コントラスト比算出部３１は、１番から７番の各参照領域４０のコントラスト比を算出する（Ｓ１７）。さらに、画像撮影制御部２１は、算出された各参照領域４０のコントラスト比を、基準部情報記憶部３４の基準部情報記憶テーブル（記憶手段）に記憶する（Ｓ１８）。なお、コントラスト比算出部３１がコントラスト情報算出手段を構成する。

次いで、画像撮影制御部２１の基準部撮影完了判定部３２は、全ての波長（波長情報）に対応した各参照領域４０のコントラスト比（コントラスト情報）を算出したか否かを判定する（Ｓ１９）。ここで、全ての波長に対応した各参照領域４０のコントラスト比を算出していないと判定した場合は、照明装置４の照明光の波長を変更し（Ｓ２０）、前述したＳ１２に進んで、基準部７の再撮影を行う。なお、本実施形態では、照明光の波長が、赤外線、赤色、橙色、黄色、緑色、青色、藍色、紫色の順で変更されて順次撮影が行われる（図５参照）。各撮影時間は、任意の時間間隔で行われる。本実施形態では、１秒間隔で撮影が行われ、全ての波長に対応する撮影の完了には、合計８秒の時間が必要となる。一方、全ての波長に対応した各参照領域４０のコントラスト比を算出したと判定した場合は、Ｓ２１に進む。

なお、基準部７に波長の異なる複数の照明光を順次照射する照明装置４が基準照射手段を構成し、これらの照明光に照らされた基準部７を順次撮影した画像を取得する画像データ取得部２３が基準画像取得手段を構成する。

Ｓ２１において画像撮影制御部２１の最適波長特定部３５は、最適条件に最も近いコントラスト比が算出された基準部７の画像が撮影されたときの照明光の波長を特定波長として特定する。そして、画像撮影制御部２１の撮影条件決定部３３は、特定した波長の照明光を照射できるように照明装置４の設定を変更する（Ｓ２２）。なお、最適波長特定部３５が特定波長取得手段を構成する。

次いで、画像撮影制御部２１の最適波長特定部３５は、基準部情報記憶テーブル（図５参照）の記憶内容に基づいて、特定した波長の照明光を用いたときに所定の閾値以上のハレーションが発生したか否かを判定する（Ｓ２３）。ここで、ハレーションが発生したと判定した場合は、照明装置４の照明光の照射方向を変更し、間接光１２を目標物１０に照射する（Ｓ２４）。一方、ハレーションが発生していないと判定した場合は、照明装置４の照明光の照射方向を変更せず、直接光１１を目標物１０に照射する。なお、目標物１０に照明光を照射する照明装置４が目標照射手段を構成する。

次いで、画像撮影制御部２１の撮影条件決定部３３は、基準部７の画像を解析することで得られた周囲の明るさなどの情報に基づいて、照明装置４の光度を設定する（Ｓ２５）。さらに、撮影条件決定部３３は、カメラ３のシャッタスピードを設定する（Ｓ２６）。なお、カメラ３の撮像素子の設定を、照明光の波長や光量などに適した画像信号レベル（感度）に設定する。そして、画像撮影制御部２１の基準部配置制御部２２は、基準部７を収納する（Ｓ２７）。

次いで、画像撮影制御部２１の画像データ取得部２３は、カメラ３を用いて目標物１０の静止画像を撮影する（Ｓ２８）。そして、画像データ取得部２３は、カメラ３が撮影した目標物１０の画像データを取得する（Ｓ２９）。なお、目標物１０の画像データを取得する画像データ取得部２３が目標画像取得手段を構成する。

次いで、画像撮影制御部２１の阻害要因除去部３６は、目標物１０の画像データに含まれるノイズなどの画像を見え難くする阻害要因を除去する阻害要因除去処理を実行する（Ｓ３０）。

次いで、画像撮影制御部２１は、阻害要因を除去された目標物１０の画像データを、目標物画像データ記憶部３７に記憶する（Ｓ３１）。そして、照明装置４の波長や照射方向などを初期状態に戻し（Ｓ３２）、静止画像撮影処理を終了する。

このように、予め基準部７を撮影して照明光の波長などの撮影条件を適宜設定した後に、目標物１０の画像を撮影することで、夜間のような低照度に加えて霧などが発生して視界が劣悪な場合であっても、目標物１０の鮮明な画像を取得できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の画像撮影ロボット１Ａについて、図９および図１０を用いて悦名する。なお、前述した第１実施形態に示される構成部分と同一構成部分に付いては同一符号を付して重複する説明を省略する。

図９に示すように、第２実施形態の画像撮影ロボット１Ａ（画像撮影システム）は、目標物１０を撮影するカメラ３や、目標物１０（または基準部７）に対して直接的に照明光６１を照射する照明装置４を備えている。なお、第２実施形態の画像撮影ロボット１Ａは、第１実施形態と異なり、光反射部配置装置５に支持される光反射部６や、基準部７を支持する基準部配置装置８を備えていない。その代りに、照明光６２の照明を目標物１０に照射する照明用ドローン１Ｂや、基準部７をカメラ３から離れた位置に配置するための基準部用ドローン１Ｃ（基準部配置手段）が設けられている。なお、照明用ドローン１Ｂや基準部用ドローン１Ｃは、小型のドローンであって、自律的に飛行できる飛行機能を有しているとともに、所定位置で空中に停止できるホバリング機能を有している。

図１０に示すように、画像撮影ロボット１Ａは、無線通信部９や移動装置２などの制御を行う主制御部２０Ａと、画像の撮影を制御する画像撮影制御部２１Ａと、を備える。画像撮影制御部２１Ａには、カメラ３や照明装置４が接続されている。

また、照明用ドローン１Ｂは、自律飛行を制御する飛行制御部５１と、操作者が操作する遠隔操作用の外部機器（図示略）と無線通信を行う無線通信部５２と、複数の回転翼を有する飛行装置５３と、周囲の状況や機体の傾きなどを検出する飛行センサ５４と、目標物１０（または基準部７）に対して直接的に照明光６２を照射する照明装置５０と、を備える。なお、飛行装置５３などの各種装置は、飛行制御部５１に接続されて制御される。

また、基準部用ドローン１Ｃは、自律飛行を制御する飛行制御部５５と、操作者が操作する遠隔操作用の外部機器（図示略）と無線通信を行う無線通信部５６と、複数の回転翼を有する飛行装置５７と、周囲の状況や機体の傾きなどを検出する飛行センサ５８と、を備える。なお、飛行装置５７などの各種装置は、飛行制御部５５に接続されて制御される。

図９に示すように、基準部用ドローン１Ｃは、その前面側に基準部７が設けられている。目標物１０の撮影を行う際には、まず、画像撮影ロボット１Ａを目標物１０の近傍に移動させるとともに、カメラ３および照明装置４の照明光６１を目標物１０に向ける。さらに、基準部用ドローン１Ｃを目標物１０の近傍に移動させて空中で停止させる。

次いで、カメラ３を用いて基準部７を撮影する。ここで、前述した第１実施形態と同様に、照明装置４の照明光の波長を順次変更し、それぞれの波長に対応する基準部７の画像を取得する。

そして、画像撮影ロボット１Ａの画像撮影制御部２１Ａは、取得した基準部７の画像に基づいて、目標物１０を撮影するのに最適な照明光の波長やシャッタスピードなどの撮影条件を決定する。このとき、取得した基準部７の画像において、ハレーションが発生している場合には、目標物１０に照射される照明光を、カメラ３の撮影方向と同一方向から照射される照明光６１から、カメラ３の撮影方向と異なる方向から照射される照明光６２に変更する。第２実施形態では、照明用ドローン１Ｂの照明装置５０を用いて上空から照明光６２を目標物１０に照射する。

画像撮影ロボット１Ａは、カメラ３を用いて目標物１０を撮影する。基準部７の画像に基づいて、照明光の波長や撮像素子の画像信号レベル（感度）やカメラ３のシャッタスピードなどが決定されるので、目標物１０の鮮明な静止画像を取得することができる。

前述した第１実施形態の基準部配置装置８の支持棒では、撮影を行う場所が、建造物の構造が入り組んだ場所や、地面に障害物がある場所であると、基準部７を配置することが困難になる。しかしながら、第２実施形態の小型の基準部用ドローン１Ｃを用いることで基準部７を適切に配置することができる。また、照明用ドローン１Ｂを用いて適切に照明光６２を照射することができる。

なお、本実施形態の画像撮影システムは、火力発電所や原子力発電所などの画像監視システムや鉄道の画像監視システムに用いることができる。

なお、本実施形態では、基準部７を撮影した画像に基づいて、最適な撮影条件を決定して目標物１０の静止画像を撮影するようにしているが、静止画像の撮影でなくても良く、目標物１０の動画像を撮影するようにしても良い。この場合には、決定された最適な撮影条件が変更されないように、カメラ３および目標物１０の相対位置が変化しないようにした定点撮影を行うことが好ましい。

なお、本実施形態では、撮影条件決定部３３が決定した波長の照明光に基づいて、撮像素子の画像信号レベル（感度）を設定するとともに、カメラ３のシャッタスピードを設定するようにしているが、他の実施形態であっても良い。例えば、基準部７の画像を撮像素子の画像信号レベルを変更しながら順次撮影し、これら複数の基準部７の画像に基づいて、最適に撮影できる画像信号レベルを特定しても良い。そして、特定した画像信号レベルの値を目標物１０の撮影時に設定しても良い。さらに、基準部７の画像をカメラ３のシャッタスピードを変更しながら順次撮影し、これら複数の基準部７の画像に基づいて、最適に撮影できるシャッタスピードを特定しても良い。そして、特定したシャッタスピードの値を目標物１０の撮影時に設定しても良い。

なお、前述した例では、基準部７の画像を撮影するときに、カメラ３の撮影方向と同じ方向から照明光（直接光１１、照明光６１）を基準部７に照射するようにしているが、基準部７を撮影するときにハレーションが発生している場合には、カメラ３の撮影方向と異なる方向から照明光（間接光１２、照明光６２）を基準部７に照射しても良い。また、撮影方向と同一方向および異なる方向の双方の照明光で基準部７の画像を撮影し、これら双方の照明光を用いて撮影された基準部７の画像を比較することで、目標物１０を撮影するために最適な照明光を決定するようにしても良い。

以上説明した実施形態によれば、最適条件に最も近いコントラストで基準部７の画像が撮影されたときの照明光の波長を特定し、この波長の照明光が照射された撮影目標を撮影する機能を持つことにより、低照度や低視程といった悪条件下で撮影目標を鮮明に撮影することができる。

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、組み合わせ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…画像撮影ロボット、２…移動装置、３…カメラ、４…照明装置、５…光反射部配置装置、６…光反射部、７…基準部、８…基準部配置装置、９…無線通信部、１０…目標物、１１…直接光、１２…間接光、２０…主制御部、２１…画像撮影制御部、２２…基準部配置制御部、２３…画像データ取得部、２４…シャッタスピード設定部、２５…画像信号レベル設定部、２６…光度設定部、２７…波長設定部、２８…照射方向設定部、２９…ハレーション発生判定部、３０…平均コントラスト算出部、３１…コントラスト比算出部、３２…基準部撮影完了判定部、３３…撮影条件決定部、３４…基準部情報記憶部、３５…最適波長特定部、３６…阻害要因除去部、３７…目標物画像データ記憶部、３８…画像データ圧縮部、３９…画像送信部。

Claims (9)

1. 基準領域と前記基準領域とは反射率の異なる比較領域とを少なくとも有する基準部に対して波長の異なる複数の照明光を順次照射する基準照射手段と、
   前記照明光が照射された前記基準部を順次撮影し、この撮影による基準画像を取得する基準画像取得手段と、
   前記基準画像に含まれる前記基準領域と前記比較領域の輝度を比較してコントラスト情報を算出するコントラスト情報算出手段と、
   前記照明光の波長が異なる複数の前記基準画像の複数の前記コントラスト情報に基づいて特定波長を選定する特定波長取得手段と、
   撮影目標に対して前記特定波長の照明光を照射する目標照射手段と、
   前記特定波長の照明光が照射された前記撮影目標を撮影し、この撮影による目標画像を取得する目標画像取得手段と、
   を備えることを特徴とする画像撮影装置。
2. 前記撮影を実行するカメラの撮像素子の画像信号の感度を前記特定波長に基づいて調整する感度調整手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像撮影装置。
3. 前記撮影を実行するカメラのシャッタスピードを前記特定波長に基づいて調整するシャッタスピード調整手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像撮影装置。
4. 前記特定波長を示す波長情報と前記コントラスト情報とを対応付けて記憶する記憶手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像撮影装置。
5. 前記基準画像を撮影したときに予め定められた閾値以上のハレーションが発生したか否かを判定するハレーション判定手段と、
   前記ハレーションが発生したと判定された場合に、撮影方向と異なる方向から前記特定波長の照明光を照射する照射方向変更手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の画像撮影装置。
6. 前記目標画像のデータを圧縮するデータ圧縮手段を備え、
   前記データ圧縮手段は、前記データを圧縮するときに、前記目標画像の特定領域の圧縮率を、この特定領域以外の非特定領域の圧縮率よりも低くすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像撮影装置。
7. 飛行機能を有して前記基準部を所定位置に配置可能な基準部配置手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の画像撮影装置。
8. 基準領域と前記基準領域とは反射率の異なる比較領域とを少なくとも有する基準部に対して波長の異なる複数の照明光を順次照射する基準照射ステップと、
   前記照明光が照射された前記基準部を順次撮影し、この撮影による基準画像を取得する基準画像取得ステップと、
   前記基準画像に含まれる前記基準領域と前記比較領域の輝度を比較してコントラスト情報を算出するコントラスト情報算出ステップと、
   前記照明光の波長が異なる複数の前記基準画像の複数の前記コントラスト情報に基づいて特定波長を選定する特定波長取得ステップと、
   撮影目標に対して前記特定波長の照明光を照射する目標照射ステップと、
   前記特定波長の照明光が照射された前記撮影目標を撮影し、この撮影による目標画像を取得する目標画像取得ステップと、
   を含むことを特徴とする画像撮影方法。
9. コンピュータに、
   基準領域と前記基準領域とは反射率の異なる比較領域とを少なくとも有する基準部に対して波長の異なる複数の照明光を順次照射する基準照射ステップと、
   前記照明光が照射された前記基準部を順次撮影し、この撮影による基準画像を取得する基準画像取得ステップと、
   前記基準画像に含まれる前記基準領域と前記比較領域の輝度を比較してコントラスト情報を算出するコントラスト情報算出ステップと、
   前記照明光の波長が異なる複数の前記基準画像の複数の前記コントラスト情報に基づいて特定波長を選定する特定波長取得ステップと、
   撮影目標に対して前記特定波長の照明光を照射する目標照射ステップと、
   前記特定波長の照明光が照射された前記撮影目標を撮影し、この撮影による目標画像を取得する目標画像取得ステップと、
   を実行させることを特徴とする画像撮影プログラム。