JP2019174292A - 測量装置、測量方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理負荷を軽減し効率よく移動体を追尾することができ、且つ移動体の変更にも対応可能な汎用性の高い画像追尾を実現できる測量装置及び測量方法を提供すること。【解決手段】測量装置２は、移動体撮影装置１に設けられたプリズム２１に向けて追尾光を照射して、反射された追尾光を受光することで前記移動体を追尾する追尾部（追尾光送光部４５、追尾光受光部４６）と、移動体撮影装置１の追尾中に、追尾部の追尾光照射範囲Ａｔよりも広く、且つ追尾光照射範囲Ａｔを含んだ追尾画像Ｐｔを撮影する追尾撮影部３４と、追尾画像Ｐｔから移動撮影装置１を含んだテンプレートを作成する標準型作成部４９と、追尾部による追尾が不能となった場合に、追尾画像ＰｔからテンプレートＴｅを用いた探索を行い、テンプレートに適合する像を移動撮影装置１と認識して追尾を継続させる。【選択図】図２

Description

本発明は移動体を追尾しつつ測量を行う測量装置、測量方法の技術に関する。

近年、小型無人飛行体（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｅｄ Ａｉｒ Ｖｅｈｃｌｅ）の進歩に伴い、ＵＡＶに各種装置を搭載して所要の作業が行われている。例えば、ＵＡＶに写真測量用カメラ、スキャナを搭載し、上空から下方の測量、或いは人の立ち入れない場所での測量が行われる。また、ＵＡＶ自体の位置測量には、ＵＡＶにＧＰＳを搭載し、ＧＰＳによりＵＡＶの位置が測量される。

しかし、衛星から電波が受信しにくい環境、例えば、橋梁、トンネル等の構築物が障害物となっているような環境ではＧＰＳによるＵＡＶの位置を正確に測量することができない。

そこで、特許文献１に示すように、ＧＰＳによるＵＡＶの位置が測量困難である場合に、例えば、トータルステーション等の測量装置を用いてＵＡＶを追尾しつつ、ＵＡＶの位置を測量する方法が提案されている。

また、トータルステーションによるＵＡＶの追尾は、測量対象物（この場合、ＵＡＶ）にプリズムを設け、トータルステーションから追尾光を照射して自動でプリズムを視準している。しかし、追尾光が遮蔽物により遮られたり、追尾光の照射範囲からＵＡＶから外れると、自動追尾を中断し、手動による追尾が必要となる。

それに対し、特許文献２では、トータルステーションに追尾光の照射範囲よりも広い撮影範囲を持つワイドカメラを搭載し、トータルステーションに予めＵＡＶの画像を記憶させている。そして、追尾光による追尾（光学追尾）が不能となった場合に、記憶されたＵＡＶの画像を用いて、ワイドカメラの撮影画像内からＵＡＶを検出して追尾（画像追尾）を継続している。

特開２０１５−１４５０号公報 特開２０１７−１５１００８号公報

しかしながら、特許文献２に記載の画像追尾では、予め様々な角度から撮影したＵＡＶの画像データを準備しなければならず、さらにトータルステーションとＵＡＶとの相対位置に応じたＵＡＶの姿勢についても学習させておかなければならない。つまり、特許文献２の画像追尾では膨大な画像データの準備及び学習作業を必要とし多大な処理負荷がかかる。

また、特許文献２の画像追尾では、予め記憶したＵＡＶの画像データに基づいて追尾を行うため、記憶されているＵＡＶと異なる形状のＵＡＶには即時に対応できないという問題がある。そのためＵＡＶの故障等により他のＵＡＶを急ぎ代用すること等ができない。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、処理負荷を軽減し効率よく移動体を追尾することができ、且つ移動体の変更にも対応可能な汎用性の高い画像追尾を実現できる測量装置及び測量方法を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係る測量装置は、移動体を追尾して測量する測量装置であって、前記移動体に搭載されたターゲットを測量対象として測量を行う測量部と、前記移動体に搭載された前記ターゲットに向けて追尾光を照射して、反射された追尾光を受光することで前記移動体を追尾する追尾部と、前記移動体の追尾中に、前記追尾部の追尾光照射範囲よりも広く、かつ前記追尾光照射範囲を含んだ追尾画像を撮影する追尾撮影部と、前記追尾画像から、前記移動体を含んだ一部分を切り出した標準型を作成する標準型作成部と、前記追尾部により前記移動体を追尾しつつ、前記測量部により前記移動体の測量を実行させる測量制御部と、を備え、前記測量制御部は、前記追尾部による前記移動体の追尾が不能となった場合に、前記追尾撮影部が撮影した追尾画像から、前記標準型作成部により作成した前記標準型を用いた探索を行い、前記標準型に適合する像を前記移動体と認識して追尾を継続させる。

また、上述の測量装置として、前記追尾撮影部は、所定の周期で前記追尾画像を撮影し、過去一定期間内の追尾画像のみを保持してもよい。

また、上述の測量装置として、前記測量制御部は、前記追尾部による前記移動体の追尾が不能となった時点から所定時間遡った時点に前記追尾撮影部が撮影した追尾画像に基づいて作成した標準型を用いて前記探索を行ってもよい。

また、上述の測量装置として、前記測量制御部は、前記追尾撮影部が撮影した複数の追尾画像の平均画像に基づいて作成した標準型を用いて前記探索を行ってもよい。

また、上述の測量装置として、前記測量制御部は、前記追尾部による前記移動体の追尾が不能となった時点の直前に前記追尾撮影部が撮影した追尾画像に基づいて作成した標準型を用いて前記探索を行ってもよい。

また、上述の測量装置として、前記標準型作成部は、前記移動体の大きさ及び前記移動体と前記測量装置との距離に基づいて、前記追尾画像を拡大又は縮小し画像の切り出し位置を定めて、前記標準型を作成してもよい。

また、上述の測量装置として、前記測量制御部は、前記追尾部による前記移動体の追尾が不能となる前の前記追尾撮影部が撮影した複数の追尾画像に基づく各標準型のサイズの時間変化率に応じてサイズを調整した前記標準型を用いて前記探索を行ってもよい。

また、上記した目的を達成するために、本発明に係る測量方法は、移動体を追尾して測量する測量方法であって、前記移動体に搭載されたターゲットを測量対象として測量を行う測量工程と、前記移動体に搭載された前記ターゲットに向けて追尾光を照射して、反射された追尾光を受光することで前記移動体を追尾する追尾工程と、前記移動体の追尾中に、前記追尾工程における追尾光照射範囲よりも広く、かつ前記追尾光照射範囲を含んだ追尾画像を撮影する追尾撮影工程と、前記追尾画像から、前記移動体を含んだ一部分を切り出した標準型を作成する標準型作成工程と、前記追尾工程による前記移動体を追尾しつつ、前記測量工程による前記移動体の測量を実行させる測量制御工程と、を備え、前記測量制御工程にて、前記追尾工程による前記移動体の追尾が不能となった場合に、前記追尾撮影工程にて撮影した追尾画像から、前記標準型作成工程により作成した前記標準型を用いた探索を行い、前記標準型に適合する像を前記移動体と認識して追尾を継続させる。

上記手段を用いる本発明によれば、処理負荷を軽減し効率よく移動体を追尾することができ、且つ移動体の変更にも対応可能な汎用性の高い画像追尾を実現できる。

本発明の第一実施形態に係る測量装置を含む写真測量システムを示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る測量装置の制御系のブロック図である。 測量装置の測量制御部により実行される追尾ルーチンを示すフローチャートである。 （ａ）テンプレートの作成に関する説明図、（ｂ）テンプレートを用いた移動撮影装置の探索方法の一例に関する説明図である。 平均画像によるテンプレート作成の説明図である。 テンプレートのサイズ調整に関する説明図である。 本発明をスキャン装置に適用した場合の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明の第一実施形態に係る測量装置を含む写真測量システムの全体構成図である。

図１に示すように、当該写真測量システムは、移動しつつ写真測量用の画像を撮影する移動撮影装置１と、当該移動撮影装置１の位置を測量する測量装置２と、撮影結果と測量結果を解析して、写真測量のためのデータを生成する解析装置３を有している。

移動撮影装置１は、移動体であるＵＡＶ１０に、写真測量用の画像を撮影するカメラ１１や点群データ取得用のためのスキャナ装置が搭載されて構成されている。なお、カメラ１１が撮影する画像は静止画像でも、動画像でもよい。

詳しくは、ＵＡＶ１０は、予め定められた飛行経路を飛行したり、遠隔操作により自由に飛行したりすることが可能な飛行移動体である。当該ＵＡＶ１０には飛行を行うための飛行機構１０ａの下部にジンバル機構１０ｂが設けられている。

カメラ１１はＵＡＶ１０のジンバル機構１０ｂにより支持されており、当該ジンバル機構１０ｂによって撮影方向を自由に変更可能であるとともに、所定の方向を撮影するよう姿勢を安定化させることが可能である。本実施形態では、カメラ１１は常に下方向に向けられており、水平方向の姿勢においてはＵＡＶ１０と一体をなすように支持されている。

カメラ１１にはＧＰＳ信号を受信可能なＧＰＳユニット１２が設けられている。また、カメラ１１は、カメラ本体正面にレンズ部１１ａが形成されており、当該レンズ部１１ａにターゲット装置２０が設けられている。

また、本実施形態のターゲット装置２０は四面体からなるコーナーキューブプリズムを４つ組み合わせて底面から正方形をなす正四角錐のプリズム２１をなしている。プリズム２１は底面を除く四側面に入射した光を入射方向と同一方向に反射する、いわゆる再帰反射体である。

次に、測量装置２は、測量対象を自動追尾可能なトータルステーションであり、本体部２ａに水平方向に回転駆動可能な水平回転駆動部３０と、鉛直方向に回転可能な鉛直回転駆動部３１を介して望遠鏡部３２が設けられている。また、望遠鏡部３２には、ターゲット装置２０（厳密にはプリズム２１）に測距光を送光及び受光して斜距離を測量する光波距離計（ＥＤＭ）３３（測量部）と移動撮影装置１を撮影する追尾撮影部３４が設けられている。さらに、測量装置２は三脚３５の上に載置されている。また、測量装置２にもＧＰＳユニット３６が設けられている。

詳しくは、測量装置２は、ターゲット装置２０のプリズム２１を測量対象としたプリズム測量により、測量装置２からプリズム２１までの距離測量（測距）が可能であると共に水平角、鉛直角が測量可能である。したがって、測量装置２は既知の位置に設置して、姿勢を整準させてプリズム２１の測量を行うことで、測量結果（斜距離、水平角、鉛直角）からプリズム２１の座標、即ちカメラ１１の位置を算出可能である。追尾撮影部３４は、望遠鏡部３２に設けられることで測量装置２の視準方向と同方向に指向し、画像を撮影する機能を有しており、詳しくは後述する。

解析装置３は測量装置２により測量した測量結果を、移動撮影装置１により撮影した各画像の撮影位置に対応付けて写真測量用のデータを生成可能なパーソナルコンピュータ等の情報処理端末である。

写真測量システムは、図１に示すように、移動撮影装置１により上空を移動しながら所定の撮影周期ΔＳで写真測量用の画像Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎを複数撮影するとともに、測量装置２により移動撮影装置１（厳密にはプリズム２１）を追尾して測量を行う。すべての撮影が終了した後、解析装置３により移動撮影装置１により撮影した画像Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎと測量装置２により測量結果Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｍとを対応付けることで写真測量用データを生成する。

本実施形態の写真測量では、この画像Ｐ１〜Ｐｎと、測量結果Ｒ１〜Ｒｍとの対応付けを移動撮影装置１及び測量装置２のＧＰＳユニット１２、３６を用いてＧＰＳ（衛星測位システム）衛星より取得可能なＧＰＳ時刻に基づき行う。つまり、移動撮影装置１は画像を撮影するごとに、当該画像にＧＰＳ時刻に基づく撮影時刻情報を付与する。一方、測量装置２は移動撮影装置１の位置を測量するごとに、当該測量結果にＧＰＳ時刻に基づく測量時刻情報を付与する。そして、すべての撮影を終えた後、解析装置３において、各画像の撮影時刻に適合する測量時刻が付与された測量結果を対応付けする事で、測量装置２により測量した精密な測量結果を画像の撮影位置として対応付ける。解析装置３はこのような撮影位置を含む各画像（写真測量用データ）から写真測量に基づく計算を行う。

また、本実施形態の測量装置２は、移動撮影装置１の追尾について、追尾光に基づく光学追尾と、追尾撮影部により撮影した画像に基づく画像追尾とを実行可能である。

このような測量装置２の追尾制御について、詳しくは、図２に測量装置の制御系のブロック図が示されており、同図に基づき測量装置２の制御系の構成について説明する。

同図に示すように、測量装置２は、測量制御部４０に上述の水平回転駆動部３０、鉛直回転駆動部３１、ＥＤＭ３３、追尾撮影部３４の他に、水平角検出部４１（測量部）、鉛直角検出部４２（測量部）、表示部４３、操作部４４、追尾光送光部４５（追尾部）、追尾光受光部４６（追尾部）、時刻取得部４７、記憶部４８、標準型作成部４９が接続されている。

水平角検出部４１は水平回転駆動部３０による水平方向の回転角を検出することで、望遠鏡部３２で視準している水平角を検出可能である。鉛直角検出部４２は鉛直回転駆動部３１による鉛直方向の回転角を検出することで、望遠鏡部３２が視準している鉛直角を検出可能である。これら水平角検出部４１及び鉛直角検出部４２により、測量結果と水平角及び鉛直角を検出する。

表示部４３は、例えば液晶モニタであり、測量結果（距離、水平角、鉛直角）等の各種情報を表示するものである。

操作部４４は、例えば、電源のオン・オフの切替、測量開始のトリガ、測量モードの切替、測量周期の設定等があり、測量制御部４０に各種動作指示や設定を入力するための操作手段である。

追尾光送光部４５は、移動撮影装置１に設けられたターゲット装置２０のプリズム２１に向けて追尾光を照射する部分である。また、追尾光受光部４６は、プリズム２１により反射された追尾光を例えば電気信号に変換するイメージセンサ（ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等）で受光する部分である。追尾光送光部４５は、広がり角を有する追尾光を照射するため、追尾光送光部４５から距離が遠くなるほど追尾光照射範囲Ａｔの面積が広がる特性を持つ。測量制御部４０は、この追尾光送光部４５からの追尾光を追尾光受光部４６が受光し続けるように水平回転駆動部３０及び鉛直回転駆動部３１を制御することで、光学追尾によるターゲット装置２０の追尾機能を実現するものである。

追尾撮影部３４は、望遠鏡部３２の視準方向と同方向に指向し、所定の周期で撮影可能であり、撮影方向の光学像を電気信号に変換するイメージセンサ（ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等）とシャッターを有する。また、追尾撮影部３４は、追尾光の広がり角よりも広い撮影の画角を有することで、追尾光照射範囲Ａｔよりも広い撮影範囲を持ち、且つ、追尾光照射範囲Ａｔを含んだ追尾画像Ｐｔを撮影可能である。また、追尾撮影部３４の撮影範囲は、視準しているターゲット装置２０の他に、ターゲット装置２０を搭載しているＵＡＶ１０（即ち、移動撮影装置１全体）や背景等をも撮影可能な比較的広角な撮影範囲である。追尾撮影部３４の撮影した画像データは記憶部４８に記憶される。なお、画像データは静止画像でも動画像でもよいが、本実施形態の追尾撮影部３４は静止画像を撮影するものとする。

時刻取得部４７は、ＧＰＳユニット３６を用いてＧＰＳ衛星から時刻情報（以下、ＧＰＳ時刻という）を含むＧＰＳ信号を受信し、当該ＧＰＳ時刻を取得する機能を有している。

標準型作成部４９は、追尾撮影部３４が所定の周期で撮影した画像から、各画像に写り込んだ移動撮影装置１を検出し、当該移動撮影装置１を含んだ範囲を切り出したテンプレートＴｅ（標準型）を作成する。作成したテンプレートＴｅは記憶部４８に記憶される。

記憶部４８は、上記の追尾プログラム、測量方法に関する各種プログラム、測量データ、ＧＰＳ時刻、移動撮影装置１の大きさ（高さ、幅、奥行き等）、追尾撮影部３４が撮影した追尾画像Ｐｔ、標準型作成部４９が作成したテンプレートＴｅ等の各種データを記憶可能である。移動撮影装置１の大きさは、あらかじめ、実際の寸法を操作者が手動で入力しても良いし、追尾撮像部での撮影と同時に計測を行っても良い。なお、追尾画像Ｐｔ及びテンプレートＴｅについては一定期間経過したものは削除し、過去一定期間内の追尾画像Ｐｔ及びテンプレートＴｅのみを保持する。

測量制御部４０は、移動撮影装置１のターゲット装置２０を追尾しつつ、各測量部（ＥＤＭ３３、水平角検出部４１、鉛直角検出部４２）に測量データ（距離、水平角、鉛直角）等を取得させるとともに時刻取得部４７により取得したＧＰＳ時刻（測量時刻情報）を測量結果に付与する。また、測量制御部４０は、追尾光送光部４５及び追尾光受光部４６（以下、併せて追尾部という）による移動撮影装置１の追尾が不能となった場合に、追尾撮影部３４が撮影した追尾画像から、標準型作成部４９により作成したテンプレートＴｅを用いた探索（いわゆるテンプレートマッチング）を行い、当該テンプレートＴｅに適合する像を移動撮影装置１として認識して、追尾を継続させる。この測量制御部４０におけるテンプレートＴｅを用いた具体的な探索アルゴリズムとしては例えばＳＡＤ（Sum of Absolute Difference）を用いる。なお、探索アルゴリズムはこれに限られず、テンプレートマッチングにおけるその他の探索アルゴリズムや、ＨＯＧ（Histograms of Oriented Gradients）特徴量を用いた探索を行ってもよい。もしくは記憶部４８に記憶のテンプレートデータから、操作者が、任意のテンプレートをあらかじめ決定しても良い。

また、測量制御部４０は、テンプレートＴｅを測量装置２と移動撮影装置１との距離に応じて大きさを変化させることができる。例えば、テンプレートＴｅは、測量装置２と移動撮影装置１との距離に応じたテンプレートサイズのスケールとして記憶部４８に保持される。すなわち距離による追尾画像の変化に応じて、テンプレートＴｅをスケーラブルに変化させて用いることができる。

詳しくは図３及び図４を参照すると、図３には測量装置の測量制御部により実行される追尾ルーチンを示すフローチャートが、図４には（ａ）テンプレートの作成に関する説明図、（ｂ）テンプレートを用いた移動撮影装置の探索方法の一例に関する説明図が示されている。以下、途中図４を参照しつつ、図３のフローチャートに沿って説明する。

まず、ステップＳ１として、測量制御部４０は追尾部による移動撮影装置１の追尾（光学追尾）を開始する（追尾工程）。

次にステップＳ２として、測量制御部４０は各測量部（ＥＤＭ３３、水平角検出部４１、鉛直角検出部４２）により移動撮影装置１の測量を行う（測量工程）。

またステップＳ３として、測量制御部４０は追尾撮影部３４により追尾画像Ｐｔの撮影を行う（追尾撮影工程）。撮影した追尾画像Ｐｔは記憶部４８に記憶されるが、記憶部４８に記憶されている追尾画像のうち一定期間を経過しているものは削除することで、過去一定期間内の追尾画像のみを保持する。

さらにステップＳ４として、測量制御部４０は、標準型作成部４９により、ステップＳ３にて撮影した追尾画像ＰｔからテンプレートＴｅの切り出し位置及びサイズを決定する。

詳しくは、標準型作成部４９は、移動撮影装置１の大きさ及び移動撮影装置１と測量装置２との距離等に基づいて、追尾画像Ｐｔを拡大又は縮小しテンプレートＴｅの切り出し位置を定める。例えば図４（ａ）に示すように、移動撮影装置１と測量装置２との距離が比較的遠く、追尾画像Ｐｔ内における移動撮影装置１の像が小さい場合には、追尾画像Ｐｔを拡大して、当該移動撮影装置１が十分に含まれるサイズを決定する。

次にステップＳ５では、測量制御部４０は、標準型作成部４９によりステップＳ４にて決定した切り出し位置及びサイズで追尾画像Ｐｔから一部分切り出してテンプレートＴｅを作成する（標準型作成工程）。作成したテンプレートＴｅは記憶部４８に記憶されるが、追尾画像Ｐｔと同様に、記憶部４８に記憶されているテンプレートＴｅが一定期間を経過しているものは削除することで、過去一定期間内のテンプレートＴｅのみを保持する。

ステップＳ６において、測量制御部４０は、追尾部による追尾が不能であるか否かを判別する（測量制御工程）。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ７に進む。追尾部による追尾が不能である場合としては、例えば移動撮影装置１と測量装置２との間に樹木や建築物等の遮蔽物があり追尾光が遮られた場合や、移動撮影装置１が急旋回、急停止、急落下等し、プリズム２１が追尾光の照射範囲Ａｔ外に移動した場合等がある。

ステップＳ７において、測量制御部４０は、テンプレートＴｅを用いたいわゆるテンプレートマッチングにより、追尾画像Ｐｔ内から移動撮影装置１を探索し、移動撮影装置１を追尾する画像追尾を行う（測量制御工程）。

詳しくは、まず本実施形態では、測量制御部４０はテンプレートＴｅとして記憶部４８に記憶されたテンプレートＴｅのうち、ステップＳ６にて追尾が不能と判別された時点から所定時間遡った時点に撮影された追尾画像Ｐｔに基づいて作成されたものを用いる。

そして、図４（ｂ）に示すように、測量制御部４０は最新の追尾画像Ｐｔの中心から渦巻き状に外側へ探索を行い、テンプレートＴｅに適合する像を移動撮影装置１と認識する。通常ターゲットは追尾画像Ｐｔの中心に捉えているので、このように追尾画像Ｐｔの中心から探索していくことで効率よく移動撮影装置１を発見できる。なお、テンプレートＴｅの探索手法はこれに限られず、追尾画像Ｐｔの上端から幅方向にライン上にテンプレートＴｅを移動して探索してもよい。

続くステップＳ８において、測量制御部４０は、ステップＳ７にて認識した移動撮影装置１の方向に望遠鏡部３２を駆動し、追尾部による光学追尾に復帰させる（測量制御工程）。なお、ステップＳ７でテンプレートＴｅに適合する像が発見されなかった場合には、手動による追尾を行ったり、追尾を中断したりしてもよい。あるいは、一定回数もしくは一定時間テンプレートの探索を繰り返しても良い。

一方、上記ステップＳ６の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち追尾部による追尾が可能である場合は、画像追尾に切り換えることなく、光学追尾のままステップＳ９に進む。

ステップＳ９において、測量制御部４０は、移動撮影装置１の飛行が終了したか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、即ち予め定めた飛行計画が終了していない場合は、ステップＳ２に戻り移動撮影装置１による撮影及び測量装置２による測量を継続する。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち飛行計画が終了した場合は、当該ルーチンを終了する。

このように、本実施形態における測量装置２は、移動撮影装置１を追尾中に追尾撮影部３４により追尾光照射範囲Ａｔより広く且つ当該追尾光照射範囲Ａｔを含んだ追尾画像Ｐｔを撮影し、当該追尾画像ＰｔからテンプレートＴｅを作成している。つまり、事前に移動撮影装置１をあらゆる角度から撮影して膨大な画像データを用意したり、移動撮影装置１と測量装置２との位置関係に基づく学習を実施する必要がなく、追尾中にテンプレートＴｅを作成することから、測量装置２における処理負荷を軽減し効率よく移動撮影装置１を追尾することができる。また追尾中の移動撮影装置１からテンプレートを作成することで、移動撮影装置１を途中で変更したとしても、測量装置２の設定を大きく変更することなく対応可能である。これにより、移動撮影装置１の急な故障等による移動撮影装置１の変更があっても対応可能な汎用性の高い画像追尾を実現できる。

また、追尾撮影部３４は、所定の周期で追尾画像Ｐｔを撮影し、過去一定期間内の追尾画像Ｐｔのみを記憶部４８にて保持することで、測量装置２の記憶部４８に記憶される画像データの量を最小限に抑えることができ、処理負担をより軽減することができる。

さらに、本実施形態では、画像追尾に用いるテンプレートＴｅとして、追尾部による追尾が不能となった時点から所定時間遡った時点の追尾画像Ｐｅに基づいて作成したものを用いることで、例えば遮蔽物により移動撮影装置１が隠れる前の、十分に移動撮影装置１の全体が写り込んだ追尾画像Ｐｔに基づいてテンプレートＴｅを作成できる。これにより、処理負担を抑えつつ画像追尾の精度を向上させることができる。

また、移動撮影装置１の大きさ及び移動撮影装置１と測量装置２との距離に基づいて、追尾画像Ｐｔを拡大又は縮小し画像の切り出し位置を定めて、テンプレートＴｅを作成することで、より明確なテンプレートＴｅを作成でき、画像追尾の精度を向上させることができる。

以上で本発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

さらに、上記実施形態において、測量制御部４０は、画像追尾での探索に用いるテンプレートは追尾部による追尾が不能となった時点から所定時間遡った追尾画像Ｐｔに基づくものを用いているが、探索に用いるテンプレートＴｅはこれに限られるものではない。

例えば、追尾撮影部３４が撮影した複数の追尾画像Ｐｔの平均画像に基づいて作成したテンプレートＴｅを用いて探索を行ってもよい。

詳しくは、図５に平均画像によるテンプレート作成の説明図が示されている。なお、図５では説明を簡単にするために３つの追尾画像を用いているが、平均画像とする追尾画像の数はこれに限られるものではない。

同図では、時間ｔの経過に応じた３つの追尾画像Ｐｔ１、Ｐｔ２、Ｐｔ３があり、それぞれに移動撮影装置１と遮蔽物Ｓが写り込んでいる。最新の追加画像Ｐｔ３においては遮蔽物Ｓにより移動撮影装置１が隠れているが、平均画像ＰｔＡｖｅとすると追尾画像Ｐｔ１〜Ｐｔ３内にて移動している遮蔽物Ｓは除去され、移動撮影装置１のみが残された画像となる。

このように平均画像ＰｔＡｖｅからテンプレートＴｅを作成することで、背景や遮蔽物に影響されにくい正確なテンプレートＴｅを作成することができ、探索の精度を向上させることができる。

この他にも、探索に用いるテンプレートＴｅとして、例えば追尾部による追尾が不能となった時点の直前に追尾撮影部３４が撮影した追尾画像に基づいて作成したテンプレートＴｅを用いてもよい。追尾不能となる直近の追尾画像ＰｔからテンプレートＴｅを作成することで、移動撮影装置１の姿勢の変化の影響を最小限に抑えることができ、且つ記憶部に保持しておく画像データの量も抑えることができ、より処理負荷を軽減することができる。

また、上記実施形態では、探索に用いるテンプレートのサイズは一定であるが、これに限られるものではない。例えば、図６にはテンプレートのサイズ調整についての説明図が示されている。

同図では、測量装置２に対して移動撮影装置１が遠ざかっている状況において、時間ｔの経過に応じた２つの追尾画像Ｐｔ１、Ｐｔ２があり、追尾不能後の所定の時点ｔ３にて探索を行う場合を示している。追尾不能時点の直前の追尾画像Ｐｔ２から作成されたテンプレートＴｅ２と、その前の追尾画像Ｐｔ１から作成されたテンプレートＴｅ２とのサイズ差分（ｄＳ＝Ｓ２−Ｓ１）と、それぞれの撮影時点の時間差分（ｄｔ＝ｔ２−ｔ１）から、テンプレートサイズの時間変化率ｄＳ／ｄｔを算出可能である。

そして、追尾部による追尾が不能となった場合、測量制御部４０は、直近に作成されたテンプレートＴｅ２のサイズＳ２に対して、当該テンプレートＴｅ２に対応する追尾画像Ｐｔ２の撮影時点ｔ２から探索時点ｔ３までの時間差分（ｔ３−ｔ２）にテンプレートサイズの時間変化率ｄＳ／ｄｔを乗算してサイズＳ３（＝Ｓ２×ｄＳ／ｄｔ×（ｔ３−ｔ２））に調整したテンプレートＴｅ３を用いて探索を行う。

このように、追尾部による移動撮影装置１の追尾が不能となる前の追尾撮影部３４が撮影した複数の追尾画像Ｐｔ１、Ｐｔ２に基づく各テンプレートのサイズの時間変化率ｄＳ／ｄｔに応じてサイズを調整したテンプレートを用いて探索を行う。これにより、測量装置２に対する移動撮影装置１の距離の変化を考慮した、より高精度な探索を行うことができる。

また、上記実施形態において、追尾撮影部３４は、望遠鏡部３２に設けられているが、追尾撮影部を設ける位置はこれに限られない。例えば、追尾撮影部を、測量装置２の本体部２ａに設けてもよい。この場合は、追尾撮影部は望遠鏡部の水平方向の移動にのみ連動することとなり、上下方向の動きは固定され安定する。

また、上記実施形態では、移動撮影装置１はＵＡＶ１０を移動体として用いているが、移動体はこれに限られず、例えば、有人の飛行体や、自動車、人等の地上を移動する移動体であってもよい。

また、上記実施形態では、測量装置としてトータルステーションを用いているが、測量装置はトータルステーションに限られるものではない。例えば、リズレープリズムを使ったスキャナ装置にも本発明を適用可能である。

詳しくは、図７に示すように、スキャナ装置５０は、距離計（測量部、追尾部）から照射されるレーザ光（追尾光）をリズレープリズム５２を介して、移動可能なターゲット装置６０に照射可能である。当該レーザ光はリズレープリズム５２を介することで照射方向を自由に変更可能であり、図７のようにターゲット装置６０に対して略８の字を描く等の特定の走査を行うことでターゲット装置６０の光学追尾が可能である。このようなスキャナ装置５０に追尾撮影部５３を設け、レーザ光による特定の走査範囲（追尾光照射範囲Ａｔ）よりも広く、且つ当該走査範囲を含んだ追尾画像Ｐｔを撮影する。

また、スキャナ装置５０は、標準型作成部５４及び測量制御部５５を有しており、標準型作成部５４は追尾画像Ｐｔからターゲット装置６０を含むテンプレートＴｅを作成する。

そして、測量制御部５５は、距離計５１によるターゲット装置６０の追尾が不能となった場合には、追尾撮影部５３が撮影した追尾画像Ｐｔから、標準型作成部５４により作成したテンプレートＴｅを用いた探索を行い、テンプレートＴｅに適合する像をターゲット装置６０と認識して追尾を継続させる。

１ 移動撮影装置
２ 測量装置
３ 解析装置
１０ ＵＡＶ
１１ カメラ
２０ ターゲット装置
２１ プリズム
３４ 追尾撮影部
４０ 測量制御部
４８ 記憶部
４９ 標準型作成部

Claims (8)

1. 移動体を追尾して測量する測量装置であって、
   前記移動体に搭載されたターゲットを測量対象として測量を行う測量部と、
   前記移動体に搭載された前記ターゲットに向けて追尾光を照射して、反射された追尾光を受光することで前記移動体を追尾する追尾部と、
   前記移動体の追尾中に、前記追尾部の追尾光照射範囲よりも広く、かつ前記追尾光照射範囲を含んだ追尾画像を撮影する追尾撮影部と、
   前記追尾画像から、前記移動体を含んだ一部分を切り出した標準型を作成する標準型作成部と、
   前記追尾部により前記移動体を追尾しつつ、前記測量部により前記移動体の測量を実行させる測量制御部と、を備え、
   前記測量制御部は、前記追尾部による前記移動体の追尾が不能となった場合に、前記追尾撮影部が撮影した追尾画像から、前記標準型作成部により作成した前記標準型を用いた探索を行い、前記標準型に適合する像を前記移動体と認識して追尾を継続させる測量装置。
2. 前記追尾撮影部は、所定の周期で前記追尾画像を撮影し、過去一定期間内の追尾画像のみを保持する請求項１記載の測量装置。
3. 前記測量制御部は、前記追尾部による前記移動体の追尾が不能となった時点から所定時間遡った時点に前記追尾撮影部が撮影した追尾画像に基づいて作成した標準型を用いて前記探索を行う請求項１又は２記載の測量装置。
4. 前記測量制御部は、前記追尾撮影部が撮影した複数の追尾画像の平均画像に基づいて作成した標準型を用いて前記探索を行う請求項１又は２記載の測量装置。
5. 前記測量制御部は、前記追尾部による前記移動体の追尾が不能となった時点の直前に前記追尾撮影部が撮影した追尾画像に基づいて作成した標準型を用いて前記探索を行う請求項１又は２記載の測量装置。
6. 前記標準型作成部は、前記移動体の大きさ及び前記移動体と前記測量装置との距離に基づいて、前記追尾画像を拡大又は縮小し画像の切り出し位置を定めて、前記標準型を作成する請求項１から５のいずれか一項に記載の測量装置。
7. 前記測量制御部は、前記追尾部による前記移動体の追尾が不能となる前の前記追尾撮影部が撮影した複数の追尾画像に基づく各標準型のサイズの時間変化率に応じてサイズを調整した前記標準型を用いて前記探索を行う請求項１から６のいずれか一項に記載の測量装置。
8. 移動体を追尾して測量する測量方法であって、
   前記移動体に搭載されたターゲットを測量対象として測量を行う測量工程と、
   前記移動体に搭載された前記ターゲットに向けて追尾光を照射して、反射された追尾光を受光することで前記移動体を追尾する追尾工程と、
   前記移動体の追尾中に、前記追尾工程における追尾光照射範囲よりも広く、かつ前記追尾光照射範囲を含んだ追尾画像を撮影する追尾撮影工程と、
   前記追尾画像から、前記移動体を含んだ一部分を切り出した標準型を作成する標準型作成工程と、
   前記追尾工程による前記移動体を追尾しつつ、前記測量工程による前記移動体の測量を実行させる測量制御工程と、を備え、
   前記測量制御工程にて、前記追尾工程による前記移動体の追尾が不能となった場合に、前記追尾撮影工程にて撮影した追尾画像から、前記標準型作成工程により作成した前記標準型を用いた探索を行い、前記標準型に適合する像を前記移動体と認識して追尾を継続させる測量方法。
   

Images