JP2019184267A - 位置計測方法、位置計測装置及び位置計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】移動体から捕捉した目標の位置を、外部信号に依らずに良好な精度で計測する。【解決手段】航空機１０に搭載された光学カメラ１２により自機位置Ｆａ、Ｆｂの各々から目標Ｔの画像を取得し、取得した画像に基づいて、自機位置Ｆａ、Ｆｂの各々から見た目標Ｔの方位ψａ、ψｂを計測し、計測された２つの方位ψａ、ψｂを、２つの自機位置Ｆａ、Ｆｂにおける画像の取得時刻の差異を解消するように補正し、補正した２つの方位ψａ、ψｂに基づいて、目標の推定位置Ｐｂ’を算出する。【選択図】図４

Description

本発明は、移動体の位置を計測する技術に関する。

従来、例えば飛しょう体などの目標の位置を移動体から計測する手法としては、レーダーを用いるものが一般的である。しかし、レーダーは電波を発するため、移動体の位置を他者に探知されやすいという問題がある。また、光学カメラの焦点調節により距離を計測する手法も考えられるが、この手法では、被写体が比較的遠方の場合や被写界深度が深い光学カメラを用いた場合に、計測誤差が大きくなってしまう。

そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、時間経過による移動体の位置の差を利用して異なる２箇所から目標方位を計測し、この２つの方位の交点として目標の位置を求めている。同様の考え方として、複数の移動体により異なる方向から目標を捉えてその位置を求める手法も考えられる。
また、特許文献２に記載の技術では、機体に搭載したステレオカメラを使用して目標までの距離を測定している。この手法であれば、電波の放出を必要とせずに、目標の位置を計測することができる。

特開２００２−１８８９１４号公報 特許第４３２８５５１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、単機の移動体で目標の位置を計測できるものの、単純に２つの方位の交点として目標の位置を求めただけでは、目標が移動している場合に誤差が大きくなってしまう。複数の移動体で同様の手法を採ったときでも、ＧＰＳ（Global Positioning System）信号等による時刻合わせができない場合には、時刻のずれによる計測誤差を生じてしまう。
また、上記特許文献２に記載の技術では、ステレオカメラを構成する２つのカメラ間の距離が、移動体の機体規模によって制限される。そのため、例えば航空機から遥か遠方の目標を捉えるときなどは、２つのカメラ間の距離に対して目標までの測定距離が遥かに長くなる結果、距離方向の計測誤差が大きくなってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、移動体から捕捉した目標の位置を、外部信号に依らずに良好な精度で計測することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、移動体に搭載した撮像手段を用い、互いに異なる複数の地点から目標を捕捉してその位置を計測する位置計測方法であって、
前記撮像手段により前記複数の地点の各々から前記目標の画像を取得し、
取得した前記目標の画像に基づいて、前記複数の地点の各々から見た前記目標の方位、及び前記複数の地点の各々から前記目標までの距離の少なくとも一方を計測し、
計測した複数の方位又は複数の距離を、前記複数の地点における前記画像の取得時刻の差異を解消するように補正し、
補正した前記複数の方位又は前記複数の距離に基づいて、前記目標の推定位置を算出する、
ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の位置計測方法において、
１つの移動体が、
２つの地点から前記目標の画像を順次取得する工程と、
取得した前記目標の画像に基づいて、前記２つの地点の各々から見た前記目標の方位を計測する工程と、
先に取得した一方の画像に基づく一方の方位を、前記２つの地点における画像の取得時刻の差異に基づいて補正して、前記一方の方位に対応する一方の地点から見たときの、他方の地点で取得した他方の画像の取得時刻における前記目標の推定方位を算出する工程と、
計測した他方の方位と前記推定方位とに基づいて、前記他方の画像の取得時刻における前記目標の推定位置を算出する工程と、
を実行する、
ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の位置計測方法において、
前記推定方位を算出する工程では、
前記一方の地点で微小時間の間に取得した複数の画像から求めた前記目標の方位角速度に基づいて、一方の画像の取得時刻から他方の画像の取得時刻までの間の前記一方の方位の方位変化量を算出し、
計測した一方の方位に前記方位変化量を加算して前記推定方位を算出する、
ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、位置計測装置であって、
前記１つの移動体に搭載され、
前記撮像手段と、
請求項２又は３に記載の位置計測方法における各工程を実行する実行手段と、を備える、
ことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の位置計測方法において、
２つの移動体が、
２つの地点から前記目標の画像を前記撮像手段により個別に取得する工程と、
取得した前記目標の画像に基づいて、前記２つの地点の各々から見た前記目標の方位、及び前記２つの地点の各々から前記目標までの距離を計測することで、前記２つの地点の各々で求めた前記目標の位置を取得する工程と、
取得した前記目標の位置を、前記目標の推定位置を算出する算出手段に送信する工程と、
を実行し、
前記算出手段が、
前記目標の位置を受信した時刻に基づいて、前記２つの地点での画像の取得時刻を算出する工程と、
前記２つの地点で求めた前記目標の位置の中間位置を前記目標の推定位置として算出するとともに、前記２つの地点での画像の取得時刻の中間時刻を前記中間位置に対応する時刻として算出する工程と、
を実行する、
ことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の位置計測方法において、
前記撮像手段がステレオカメラである、
ことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の位置計測方法において、
２つの移動体が、
２つの地点から前記目標の画像を個別に取得する工程と、
取得した前記目標の画像に基づいて、前記２つの地点の各々から見た前記目標の方位及び方位角速度を計測する工程と、
計測した前記目標の方位及び方位角速度を、前記目標の推定位置を算出する算出手段に送信する工程と、
を実行し、
前記算出手段が、
受信した前記目標の方位及び方位角速度と、前記２つの移動体から当該算出手段までの信号の伝送時間とに基づいて、前記２つの地点から見た前記目標の方位を、当該算出手段が前記目標の方位及び方位角速度を受信した時刻におけるものに補正する工程と、
補正した前記２つの地点から見た前記目標の方位に基づいて、前記目標の推定位置を算出する工程と、
を実行する、
ことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、位置計測システムであって、
請求項５〜７のいずれか一項に記載の前記２つの移動体と、
前記２つの移動体の各々と信号を送受信可能な前記算出手段と、
を備える、
ことを特徴とする。

本発明によれば、移動体に搭載された撮像手段により複数の地点の各々から目標の画像が取得され、取得された画像に基づいて、複数の地点の各々から見た目標の方位、及び複数の地点の各々から目標までの距離の少なくとも一方が計測される。そして、計測された複数の方位又は複数の距離が、複数の地点における画像の取得時刻の差異を解消するように補正され、補正された複数の方位又は複数の距離に基づいて、目標の推定位置が算出される。
したがって、移動体から捕捉した目標の位置を、外部信号に依らずに良好な精度で計測することができる。

第１実施形態における航空機の機能構成を示すブロック図である。 第１実施形態における位置計測方法のフローチャートである。 第１実施形態における位置計測方法を説明するための図である。 第１実施形態における位置計測方法を説明するための図である。 第２実施形態における位置計測システムの機能構成を示すブロック図である。 第２実施形態における位置計測方法のフローチャートである。 第２実施形態における位置計測方法を説明するための図である。 第２実施形態における位置計測方法を説明するための図である。 第３実施形態における位置計測システムの機能構成を示すブロック図である。 第３実施形態における位置計測方法のフローチャートである。 第３実施形態における位置計測方法を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

［１．第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
第１実施形態では、本発明を適用した単機の航空機１０のみで、移動する目標Ｔ（図３等参照）を捕捉してその位置計測が行われる。

＜１−１．航空機の構成＞
第１実施形態における航空機１０の構成について説明する。
図１は、航空機１０の機能構成を示すブロック図である。

図１に示すように、航空機１０は、図示しない飛行機構のほか、光学カメラ１２と、位置センサ１４と、記憶部１６と、制御部１８とを備えている。本発明に係る位置計測装置は、このうちの光学カメラ１２と、位置センサ１４と、制御部１８とを備えて構成されている。

光学カメラ１２は、機外の画像情報を取得可能な撮像手段であり、本実施形態においては、目標Ｔ（図３等参照）の画像を取得するためのものである。また、光学カメラ１２は、その向きを自由に変更できるように設置された、所定のシャッタースピードを有する高速カメラである。

位置センサ１４は、高度を含む自機（航空機１０）の位置情報を取得するセンサであり、本実施形態では、外部からの電波による情報を必要としない慣性航法装置などである。この位置センサ１４は、制御部１８からの制御指令に基づいて自機の位置情報を取得し、取得した位置情報を制御部１８に出力する。

記憶部１６は、航空機１０の各種機能を実現するためのプログラムやデータを記憶するとともに、作業領域としても機能するメモリである。本実施形態においては、記憶部１６は、位置計測プログラム１６０を予め記憶している。
位置計測プログラム１６０は、後述の位置計測処理を制御部１８に実行させるためのプログラムである。

制御部１８は、航空機１０の各部を中央制御する。具体的に、制御部１８は、図示しない飛行機構を駆動制御して航空機１０の飛行を制御したり、光学カメラ１２や位置センサ１４の動作を制御したりするほか、記憶部１６に記憶されているプログラムを展開し、展開されたプログラムと協働して各種処理を実行する。また、制御部１８は、経過した時間を計数して時刻を取得できるものである。

＜１−２．位置計測方法＞
続いて、航空機１０により目標Ｔの位置を計測する位置計測方法について説明する。
図２は、この位置計測方法のフローチャートであり、図３及び図４は、この位置計測方法を説明するための図である。

本実施形態の位置計測方法では、飛行（移動）する目標Ｔの画像を光学カメラ１２により取得し、この画像情報に基づいて目標Ｔの位置（つまり、航空機１０からの目標Ｔの方位と距離）を計測する。これが行われる位置計測処理は、制御部１８が記憶部１６から位置計測プログラム１６０を読み出して展開することで実行される。

図２に示すように、位置計測処理が実行されると、まず制御部１８は、或る時刻Ｔａにおける航空機１０の自機位置Ｆａから見た実際の目標Ｔの方位ψａを算出する（ステップＳ１）。
具体的に、制御部１８は、図３に示すように、位置センサ１４により、時刻Ｔａにおける自機の位置情報（高度含む）を取得して自機位置Ｆａを求める。また、光学カメラ１２により時刻Ｔａにおける目標Ｔの画像を撮像し、この画像情報と撮像方位とに基づいて、時刻Ｔａにおいて自機位置Ｆａから目標Ｔの位置Ｐａを見た方位ψａを算出する。
なお、「方位」とは、方角（水平面内での方向）だけでなく鉛直方向の向きも含むものとする。

次に、制御部１８は、時刻Ｔａから微小時間ΔＴが経過した時刻Ｔａ＋ΔＴにおいて自機位置Ｆａから見た実際の目標Ｔの方位ψａ’を算出する（ステップＳ２）。
このステップでは、制御部１８は、ΔＴがごく微小な時間であることから、時刻Ｔａ＋ΔＴにおける航空機１０の自機位置を、時刻Ｔａにおける自機位置Ｆａと等しいと見做したうえで、それ以外はステップＳ１と同様にして目標Ｔの方位ψａ’を算出する。すなわち、制御部１８は、時刻Ｔａ＋ΔＴにおける目標Ｔの画像を光学カメラ１２により撮像し、この画像情報と撮像方位とに基づいて、時刻Ｔａ＋ΔＴにおいて自機位置Ｆａから目標Ｔの位置Ｐａ’を見た方位ψａ’を求める。

次に、制御部１８は、時刻Ｔａにおける自機位置Ｆａから見た、時刻Ｔｂにおける目標Ｔの推定方位ψｂ’を算出する（ステップＳ３）。ここで、時刻Ｔｂとは、ΔＴよりも十分に大きな所定時間が時刻Ｔａから経過した時刻であって、後述のステップＳ４において実際に目標Ｔの画像からその方位ψｂが算出される時刻である。
このステップでは、まず制御部１８は、ステップＳ１、Ｓ２で取得した目標Ｔの方位ψａ、ψａ’を用い、時刻Ｔａから時刻Ｔｂまでの目標Ｔの方位変化量Δψを以下の式１により算出する。
Δψ＝（Ｔｂ−Ｔａ）×（ψａ’−ψａ）／ΔＴ ・・・式１
つまり、時刻Ｔａから時刻Ｔｂまでの時間に方位角速度ωを乗じることで方位変化量Δψを算出する。
そして、図４に示すように、制御部１８は、以下の式２のように、時刻Ｔａにおける目標Ｔの実際の方位ψａに方位変化量Δψを加算することで、自機位置Ｆａから見た時刻Ｔｂにおける目標Ｔの推定方位ψｂ’を求める。
ψｂ’＝ψａ＋Δψ ・・・式２

次に、制御部１８は、時刻Ｔｂにおける航空機１０の自機位置Ｆｂから見た実際の目標Ｔの方位ψｂを算出する（ステップＳ４）。
このステップでは、制御部１８は、ステップＳ１と同様にして目標Ｔの方位ψｂを算出する。すなわち、制御部１８は、位置センサ１４により、時刻Ｔｂにおける自機の位置情報（高度含む）を取得して自機位置Ｆｂを求める。また、光学カメラ１２により時刻Ｔｂにおける目標Ｔの画像を撮像し、この画像情報と撮像方位とに基づいて、時刻Ｔｂにおいて自機位置Ｆｂから実際の目標Ｔの位置Ｐｂを見た方位ψｂを算出する。

次に、制御部１８は、時刻Ｔｂにおける目標Ｔの推定方位ψｂ’と実際の方位ψｂとに基づいて、時刻Ｔｂにおける目標Ｔの推定位置Ｐｂ’を算出する（ステップＳ５）。
具体的に、制御部１８は、ステップＳ３で求めた目標Ｔの推定方位ψｂ’と、ステップＳ４で求めた実際の目標Ｔの方位ψｂとの交点として、時刻Ｔｂにおける目標Ｔの推定位置Ｐｂ’を算出する。

こうして、目標Ｔの推定位置Ｐｂ’が取得される。
この取得過程では、実際の方位ψａ、ψｂを計測（すなわち画像を取得）した時刻Ｔａ、Ｔｂの差異に基づく目標Ｔの方位のずれを解消するように方位ψａを補正し、この補正で算出した推定方位ψｂ’を用いて目標Ｔの推定位置Ｐｂ’を算出している。そのため、単純に方位ψａ、ψｂの交点として目標Ｔの位置を算出した場合に比べ、実際の目標Ｔの位置Ｐｂとの誤差を小さくすることができる。

次に、制御部１８は、位置計測処理を終了させるか否かを判定し（ステップＳ６）、例えばパイロットの終了操作を受けるなどして位置計測処理を終了させると判定した場合には（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、位置計測処理を終了させる。
一方、位置計測処理を終了させないと判定した場合には（ステップＳ６；Ｎｏ）、制御部１８は、上述のステップＳ１へ処理を移行する。そして、位置計測処理を終了させると判定されるまで、時刻Ｔａ、Ｔｂを例えばその間隔を一定としつつ順次変化させながら、連続的に目標Ｔの推定位置Ｐｂ’が算出される。

以上のように、本第１実施形態によれば、航空機１０に搭載された光学カメラ１２により自機位置Ｆａ、Ｆｂの各々から目標Ｔの画像が取得され、取得された画像に基づいて、自機位置Ｆａ、Ｆｂの各々から見た目標Ｔの方位ψａ、ψｂが計測される。そして、計測された２つの方位ψａ、ψｂが、２つの自機位置Ｆａ、Ｆｂにおける画像の取得時刻（計測時刻Ｔａ、Ｔｂ）の差異を解消するように補正され、補正された２つの方位ψａ、ψｂに基づいて、目標の推定位置Ｐｂ’が算出される。
したがって、航空機１０から捕捉した目標Ｔの位置を、外部信号に依らずに良好な精度で計測することができる。

［２．第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態は、複数の航空機２０と地上局３０からなる位置計測システム２により目標Ｔの位置計測が行われる点で、上記第１実施形態と異なる。
なお、上記第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

＜２−１．位置計測システムの構成＞
まず、第２実施形態における位置計測システム２の構成について説明する。
図５は、位置計測システム２の機能構成を示すブロック図である。
この図に示すように、位置計測システム２は、複数（本実施形態では２機）の航空機２０（２０Ｃ、２０Ｄ）と、地上局３０とから構成されている。

各航空機２０は、上記第１実施形態における位置センサ１４、記憶部１６及び制御部１８と同様に構成された位置センサ２４、記憶部２６及び制御部２８を備えているほか、ステレオカメラ２２と送受信機２３とを備えている。
ステレオカメラ２２は、機外の画像情報を取得可能な撮像手段であり、その向きを自由に変更できるように設置されている。このステレオカメラ２２は、対象物を複数の異なる方向から同時に撮影することにより、その奥行き方向の情報（つまり、当該ステレオカメラ２２からの距離情報）も取得できるものであり、取得した情報を制御部２８に出力する。
送受信機２３は、地上局３０の送受信機３３との間でデータリンクを構築しており、互いに各種信号を送受信可能となっている。

地上局３０は、各航空機２０の送受信機２３と各種信号を送受信可能な送受信機３３と、当該地上局３０の各部を中央制御する制御装置３８とを備えている。

＜２−２．位置計測方法＞
続いて、位置計測システム２により目標Ｔの位置を計測する位置計測方法について説明する。
図６は、この位置計測方法のフローチャートであり、図７及び図８は、この位置計測方法を説明するための図である。

本実施形態の位置計測方法では、飛行（移動）する目標Ｔを捕捉した２機の航空機２０Ｃ、２０Ｄの各々がステレオカメラ２２により目標Ｔの位置を計測し、この位置情報とその計測時刻に基づいて、より精度の高い目標Ｔの位置及びそのときの時刻を、地上局３０が算出する。

具体的には、図６に示すように、まず２機の航空機２０の各々が、ステレオカメラ２２により目標Ｔの位置を計測し、地上局３０へ送信する（ステップＳ２１）。
このステップでは、図７に示すように、一方の航空機２０Ｃが時刻Ｔｃにおいて自機位置Ｆｃから目標Ｔの位置を計測し、他方の航空機２０Ｄが時刻Ｔｄにおいて自機位置Ｆｄから目標Ｔの位置を計測する。より詳しくは、各航空機２０は、位置センサ１４により自機の位置情報（高度含む）を取得し、ステレオカメラ２２で取得した画像により自機位置から見た目標Ｔの方位と目標Ｔまでの距離を取得する。そして、各航空機２０は、取得した自機の位置情報と目標Ｔの方位及び距離とに基づいて目標Ｔの位置（座標）を算出し、これを自機位置とともに送受信機２３により地上局３０へ送信する。

ここで、ステレオカメラ２２は、機体規模によって制限されるカメラ間の距離に対して目標Ｔまでの測定距離が遥かに長くなるため、距離方向の計測誤差が大きい。
そのため、航空機２０Ｃの位置計測では、時刻Ｔｃにおける目標Ｔの実際の位置Ｐｃに対して距離方向にずれた計測位置Ｐｃ’が取得される。同様に、航空機２０Ｄの位置計測では、時刻Ｔｄ（＞Ｔｃ）における目標Ｔの実際の位置Ｐｄに対して距離方向にずれた計測位置Ｐｄ’が取得される。

次に、地上局３０が、２機の航空機２０Ｃ、２０ＤにおいてステップＳ２１の位置計測が行われた計測時刻Ｔｃ、Ｔｄを算出する（ステップＳ２２）。
この時刻算出は、以下の式３及び式４を用いて行われる。
Ｔｃ＝Ｔｅ−ΔＴｃ ・・・式３
Ｔｄ＝Ｔｅ−ΔＴｄ ・・・式４
ここで、Ｔｅは、地上局３０が各航空機２０から目標Ｔの位置情報を受信した時刻である（２機で異なっていてもよい）。また、ΔＴｃ、ΔＴｄは、地上局３０と航空機２０Ｃ、２０Ｄとの間での信号の伝送時間であり、地上局３０から発せられた基準信号が各航空機２０から返信されるまでの時間を計測することで得られる。
なお、伝送時間ΔＴｃ、ΔＴｄは、航空機２０Ｃ、２０Ｄと地上局３０との間の距離Ｒｃ、Ｒｄを電波の伝搬速度Ｃで除した値として求めてもよい。距離Ｒｃ、Ｒｄは、例えば純慣性航法などのＧＰＳ信号に依存しない航法により計測された各航空機２０の位置と地上局３０の位置から求められる。

次に、地上局３０が、各航空機２０で計測された目標Ｔの計測位置とその計測時刻とに基づいて、目標Ｔの推定位置Ｐｆ’とそのときの推定時刻Ｔｆ’を算出する（ステップＳ２３）。
具体的には、ステップＳ２１で算出された２つの計測位置Ｐｃ’、Ｐｄ’に基づいて推定位置Ｐｆ’を算出し、ステップＳ２２で算出された２つの計測時刻Ｔｃ、Ｔｄに基づいてこの推定位置Ｐｆ’に対応する推定時刻Ｔｆ’を算出する。
この算出手法は、算出される推定位置Ｐｆ’と推定時刻Ｔｆ’との対応が確からしいものであれば、特に限定されない。本実施形態では、２つの計測位置Ｐｃ’、Ｐｄ’を平均した位置（中間位置）を推定位置Ｐｆ’とし、同様に２つの計測時刻Ｔｃ、Ｔｄを平均した時刻（中間時刻）を推定時刻Ｔｆ’としている。あるいは、２つの計測位置Ｐｃ’、Ｐｄ’との誤差が最小となる位置を推定位置Ｐｆ’とし、同様に２つの計測時刻Ｔｃ、Ｔｄとの誤差が最小となる時刻を推定時刻Ｔｆ’としてもよい。

こうして、目標Ｔの推定位置Ｐｆ’と、これに対応する推定時刻Ｔｆ’が取得される。
得られた推定位置Ｐｆ’及び推定時刻Ｔｆ’は、時刻の補正が適切に加えられているため、実際との誤差がより小さい良好な精度のものとなっている。
すなわち、実際の目標Ｔの位置や計測位置Ｐｃ’、Ｐｄ’と時刻との関係を図８（ａ）に示すものと仮定した場合、これを時刻補正することなく、単純に地上局３０が位置情報を受信した時刻Ｔｅでの値としてその中間位置（例えば平均値）を目標Ｔの推定位置Ｐｅ’としてしまうと、各航空機２０から地上局３０への信号送信に要するタイムラグが考慮されない。そのため、図７及び図８（ｂ）に示すように、この推定位置Ｐｅ’（＝Ｐｆ’）は、その時刻Ｔｅでの実際の位置Ｐｅとの誤差が大きくなる可能性が高い。
これに対し、本実施形態では、図８（ｃ）に示すように、地上局３０が位置情報を受信した時刻Ｔｅから計測時刻Ｔｃ、Ｔｄを求め、その中間時刻を推定時刻Ｔｆ’としたうえで、このときの位置を計測位置Ｐｃ’、Ｐｄ’の中間位置である推定位置Ｐｆ’としている。このように、各航空機２０から地上局３０への信号送信に要するタイムラグを考慮し、計測時刻Ｔｃ、Ｔｄ（すなわち画像の取得時刻）の差異を解消するように、推定位置Ｐｆ’に対応する時刻を適切に補正することで、より実際との誤差が小さい良好な精度の推定位置Ｐｆ’及び推定時刻Ｔｆ’を求めることができる。
なお、図８の例では、２つの計測位置Ｐｃ’、Ｐｄ’が実際の位置に対して両側（上側と下側）に分かれている場合について説明したが、これらが実際の位置に対して同じ側に振れている場合であっても同様の効果を得ることができる。また、目標Ｔの速度や速度変化が大きい場合には時刻のずれが大きくなりやすいため、本実施形態の手法が特に有用である。

次に、地上局３０の制御装置３８が、目標Ｔの位置計測を終了させるか否かを判定し（ステップＳ２４）、例えば操作員の終了操作を受けるなどして位置計測を終了させると判定した場合には（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、位置計測を終了させ、各航空機２０にその旨の指令信号を送信する。
一方、位置計測を終了させないと判定された場合には（ステップＳ２４；Ｎｏ）、上述のステップＳ２１へ処理が移行される。そして、位置計測を終了させると判定されるまで、連続的に目標Ｔの推定位置Ｐｆ’とそのときの推定時刻Ｔｆ’が算出される。

以上のように、本第２実施形態によれば、各航空機２０に搭載されたステレオカメラ２２により自機位置Ｆｃ、Ｆｄの各々から目標Ｔの画像が取得され、取得された画像に基づいて、自機位置Ｆｃ、Ｆｄの各々から見た目標Ｔの方位及び目標Ｔまでの距離が計測される。そして、計測された距離ひいては目標Ｔの位置とその時刻との対応が、画像の取得時刻（計測時刻Ｔｃ、Ｔｄ）の差異を解消するように補正され、補正された位置及び時刻に基づいて、目標Ｔの推定位置Ｐｆ’及び推定時刻Ｔｆ’が算出される。
したがって、２機の航空機２０Ｃ、２０Ｄから捕捉した目標Ｔの位置を、外部信号に依らずに良好な精度で計測することができる。

［３．第３実施形態］
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。
第３実施形態は、位置計測システムにおける複数の航空機が、ステレオカメラではなく光学カメラを用いて目標方位を求めて目標Ｔの位置計測を行う点で、上記第２実施形態と異なる。
なお、上記第２実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

＜３−１．位置計測システムの構成＞
まず、第３実施形態における位置計測システム４の構成について説明する。
図９は、位置計測システム４の機能構成を示すブロック図である。
この図に示すように、位置計測システム４は、複数（本実施形態では２機）の航空機４０（４０Ｇ、４０Ｈ）と、地上局５０とから構成されている。

各航空機４０は、上記第１実施形態における光学カメラ１２、位置センサ１４、記憶部１６及び制御部１８と同様に構成された光学カメラ４２、位置センサ４４、記憶部４６及び制御部４８を備えているほか、上記第２実施形態における送受信機２３と同様に構成された送受信機４３を備えている。

地上局５０は、各航空機４０の送受信機４３と各種信号を送受信可能な送受信機５３と、当該地上局５０の各部を中央制御する制御装置５８とを備えている。

＜３−２．位置計測方法＞
続いて、位置計測システム４により目標Ｔの位置を計測する位置計測方法について説明する。
図１０は、この位置計測方法のフローチャートであり、図１１は、この位置計測方法を説明するための図である。

本実施形態の位置計測方法では、飛行（移動）する目標Ｔの画像を２機の航空機４０の各々が光学カメラ４２により取得し、この画像情報に基づいて、地上局５０が目標Ｔの位置を算出する。

具体的には、図１０に示すように、まず２機の航空機４０の各々が、各機から見た目標Ｔの方位及び方位角速度を光学カメラ４２で取得した画像により計測し、地上局５０へ送信する（ステップＳ３１）。
より詳しくは、図１１に示すように、一方の航空機４０Ｇが時刻Ｔｇにおいて自機位置Ｆｇから目標Ｔの位置Ｐｇを見た方位ψｇを計測し、他方の航空機４０Ｈが時刻Ｔｈ（＞Ｔｇ）において自機位置Ｆｈから目標Ｔの位置Ｐｈを見た方位ψｈを計測する。また、各航空機４０は、微小時間ΔＴが経過したときの方位も計測し、その方位差をΔＴで除した方位角速度ωｇ、ωｈを算出する。各航空機４０での方位及び方位角速度の具体的な求め方は、上記第１実施形態と同様である。そして、各航空機４０は、計測した方位と方位角速度を自機位置ととともに送受信機２３により地上局５０へ送信する。

次に、地上局５０が、２機の航空機４０Ｇ、４０Ｈから情報を受信した時刻Ｔｊにおける当該２機の航空機４０Ｇ、４０Ｈから見た目標Ｔの推定方位ψｇ’、ψｈ’を算出する（ステップＳ３２）。
この方位算出は、以下の式５及び式６を用いて行われる。
ψｇ’＝ψｇ＋ωｇ×ΔＴｇ ・・・式５
ψｈ’＝ψｈ＋ωｈ×ΔＴｈ ・・・式６
ここで、ΔＴｇ、ΔＴｈは、地上局５０と航空機４０Ｇ、４０Ｈとの間での信号の伝送時間であり、地上局５０から発せられた基準信号が各航空機４０から返信されるまでの時間を計測することで得られる。なお、伝送時間ΔＴｇ、ΔＴｈは、航空機４０Ｇ、４０Ｈと地上局５０との間の距離Ｒｇ、Ｒｈを電波の伝搬速度Ｃで除した値として求めてもよい。距離Ｒｇ、Ｒｈは、例えば純慣性航法などのＧＰＳ信号に依存しない航法により計測された各航空機４０の位置と地上局５０の位置から求められる。

次に、地上局５０は、目標Ｔの推定方位ψｇ’、ψｈ’に基づいて、時刻Ｔｊにおける目標Ｔの推定位置Ｐｊ’を算出する（ステップＳ３３）。
具体的に、地上局５０は、ステップＳ３２で求めた２つの推定方位ψｇ’、ψｈ’の交点として、各航空機４０から情報を受信した時刻Ｔｊにおける目標Ｔの推定位置Ｐｊ’を算出する。

こうして、目標Ｔの推定位置Ｐｊ’が取得される。
得られた推定位置Ｐｊ’は、方位の補正が適切に加えられているため、実際との誤差がより小さい良好な精度のものとなっている。
すなわち、各航空機４０で計測した目標Ｔの計測方位ψｇ、ψｈの単純な交点としてではなく、各航空機４０から地上局５０への信号送信に要するタイムラグを考慮し、この間の方位変化を加えた推定方位ψｇ’、ψｈ’の交点として、目標Ｔの推定位置Ｐｊ’を求めている。このように、各航空機４０から地上局５０への信号送信に要するタイムラグを考慮し、計測時刻Ｔｇ、Ｔｈ（すなわち画像の取得時刻）の差異を解消するように目標Ｔの方位を適切に補正することで、より実際との誤差が小さい良好な精度の推定位置Ｐｊ’を求めることができる。

次に、地上局５０の制御装置５８が、目標Ｔの位置計測を終了させるか否かを判定し（ステップＳ３４）、例えば操作員の終了操作を受けるなどして位置計測を終了させると判定した場合には（ステップＳ３４；Ｙｅｓ）、位置計測を終了させ、各航空機４０にその旨の指令信号を送信する。
一方、位置計測を終了させないと判定された場合には（ステップＳ３４；Ｎｏ）、上述のステップＳ３１へ処理が移行される。そして、位置計測を終了させると判定されるまで、連続的に目標Ｔの推定位置Ｐｊ’が算出される。

以上のように、本第３実施形態によれば、各航空機４０に搭載された光学カメラ４２により自機位置Ｆｇ、Ｆｈの各々から目標Ｔの画像が取得され、取得された画像に基づいて、自機位置Ｆｇ、Ｆｈの各々から見た目標Ｔの方位ψｇ、ψｈが計測される。そして、計測された方位ψｇ、ψｈが、画像の取得時刻（計測時刻Ｔｇ、Ｔｈ）の差異を解消するように補正され、補正された推定方位ψｇ’、ψｈ’に基づいて、目標Ｔの推定位置Ｐｊ’が算出される。
したがって、２機の航空機４０Ｇ、４０Ｈから捕捉した目標Ｔの位置を、外部信号に依らずに良好な精度で計測することができる。

［４．変形例］
本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記第２、第３実施形態では、地上局が２機の航空機から計測情報等を受信して目標Ｔの位置を算出することとしたが、少なくとも各航空機が目標Ｔの画像を取得すればよく、これ以外の計算等は地上局と各航空機のいずれが行ってもよい。
さらに言えば、目標Ｔの位置の計算を行うものは地上局でなくともよく、例えば、２機の航空機のいずれか一方であってもよい。この場合、地上局は特に必要ない。

また、本発明に係る移動体は、航空機に限定されず、例えば船舶や車両などであってもよいし、また有人及び無人のいずれであってもよい。

２、４ 位置計測システム
１０、２０、４０ 航空機
１２、４２ 光学カメラ
２２ ステレオカメラ
２３、４３ 送受信機
３０、５０ 地上局
３３、５３ 送受信機
Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ、Ｆｇ、Ｆｈ 自機位置
Ｐｂ’、Ｐｆ’、Ｐｊ’ 目標の推定位置
Ｔ 目標
Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ、Ｔｇ、Ｔｈ 計測時刻
Ｔｆ 推定時刻
Ｔｊ 受信時刻
ΔＴ 微小時間
ΔＴｃ、ΔＴｄ、ΔＴｇ、ΔＴｈ 伝送時間
Δψ 方位変化量
ψａ、ψｂ、ψｇ、ψｈ 計測方位
ψｂ’、ψｇ’、ψｈ’ 推定方位
ωｇ 方位角速度

Claims (8)

1. 移動体に搭載した撮像手段を用い、互いに異なる複数の地点から目標を捕捉してその位置を計測する位置計測方法であって、
   前記撮像手段により前記複数の地点の各々から前記目標の画像を取得し、
   取得した前記目標の画像に基づいて、前記複数の地点の各々から見た前記目標の方位、及び前記複数の地点の各々から前記目標までの距離の少なくとも一方を計測し、
   計測した複数の方位又は複数の距離を、前記複数の地点における前記画像の取得時刻の差異を解消するように補正し、
   補正した前記複数の方位又は前記複数の距離に基づいて、前記目標の推定位置を算出する、
   ことを特徴とする位置計測方法。
2. １つの移動体が、
   ２つの地点から前記目標の画像を順次取得する工程と、
   取得した前記目標の画像に基づいて、前記２つの地点の各々から見た前記目標の方位を計測する工程と、
   先に取得した一方の画像に基づく一方の方位を、前記２つの地点における画像の取得時刻の差異に基づいて補正して、前記一方の方位に対応する一方の地点から見たときの、他方の地点で取得した他方の画像の取得時刻における前記目標の推定方位を算出する工程と、
   計測した他方の方位と前記推定方位とに基づいて、前記他方の画像の取得時刻における前記目標の推定位置を算出する工程と、
   を実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置計測方法。
3. 前記推定方位を算出する工程では、
   前記一方の地点で微小時間の間に取得した複数の画像から求めた前記目標の方位角速度に基づいて、一方の画像の取得時刻から他方の画像の取得時刻までの間の前記一方の方位の方位変化量を算出し、
   計測した一方の方位に前記方位変化量を加算して前記推定方位を算出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の位置計測方法。
4. 前記１つの移動体に搭載され、
   前記撮像手段と、
   請求項２又は３に記載の位置計測方法における各工程を実行する実行手段と、を備える、
   ことを特徴とする位置計測装置。
5. ２つの移動体が、
   ２つの地点から前記目標の画像を前記撮像手段により個別に取得する工程と、
   取得した前記目標の画像に基づいて、前記２つの地点の各々から見た前記目標の方位、及び前記２つの地点の各々から前記目標までの距離を計測することで、前記２つの地点の各々で求めた前記目標の位置を取得する工程と、
   取得した前記目標の位置を、前記目標の推定位置を算出する算出手段に送信する工程と、
   を実行し、
   前記算出手段が、
   前記目標の位置を受信した時刻に基づいて、前記２つの地点での画像の取得時刻を算出する工程と、
   前記２つの地点で求めた前記目標の位置の中間位置を前記目標の推定位置として算出するとともに、前記２つの地点での画像の取得時刻の中間時刻を前記中間位置に対応する時刻として算出する工程と、
   を実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置計測方法。
6. 前記撮像手段がステレオカメラである、
   ことを特徴とする請求項５に記載の位置計測方法。
7. ２つの移動体が、
   ２つの地点から前記目標の画像を個別に取得する工程と、
   取得した前記目標の画像に基づいて、前記２つの地点の各々から見た前記目標の方位及び方位角速度を計測する工程と、
   計測した前記目標の方位及び方位角速度を、前記目標の推定位置を算出する算出手段に送信する工程と、
   を実行し、
   前記算出手段が、
   受信した前記目標の方位及び方位角速度と、前記２つの移動体から当該算出手段までの信号の伝送時間とに基づいて、前記２つの地点から見た前記目標の方位を、当該算出手段が前記目標の方位及び方位角速度を受信した時刻におけるものに補正する工程と、
   補正した前記２つの地点から見た前記目標の方位に基づいて、前記目標の推定位置を算出する工程と、
   を実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置計測方法。
8. 請求項５〜７のいずれか一項に記載の前記２つの移動体と、
   前記２つの移動体の各々と信号を送受信可能な前記算出手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする位置計測システム。

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