JP2022086062A - 構造物点検システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 移動体を構造物の場所まで適切に移動させることのできる構造物点検システムを提供する。【解決手段】 構造物点検システム１は、複数のカメラ装置３０のカメラ位置情報と、複数のカメラ装置３０でそれぞれ撮影された移動体２の画像とに基づいて、移動体２の位置を示す移動体位置情報を求め、算出された移動体位置情報と、構造物Ｗの場所を示す構造物位置情報とに基づいて、移動体２が構造物Ｗの場所まで移動するように移動体２の移動制御を行う。移動体２が構造物Ｗの場所まで移動し、移動体２で撮影された画像から構造物Ｗ（Ｂ）に照射されたポインタの像Ｐが検出された場合には、メッシュレーザの照射をオンにして、移動体２で撮影されたポインタの画像とメッシュレーザの画像とに基づいて、移動体２の移動制御を行う。【選択図】 図１

Description

本発明は、移動体（例えば、ドローンなど）を用いて構造物（例えば、風力発電機のブレードなど）を点検する構造物点検システムに関する。
従来から、風力発電機のブレードや、トンネルの天井や壁面、橋梁などの構造物の点検をするためにドローンを利用することが提案されている。ドローンで構造物を点検する場合、点検対象となる構造物の場所まで、ドローンを適切に誘導する（飛行させる）必要がある。
従来、ドローンを目的地まで誘導する手法として、種々の手法が提案されている。例えば、ドローンでＡＥＤを配送するシステムにおいて、ドローンがレーザ誘導装置による誘導が可能なエリアに入るまでは、ＧＰＳ装置を用いてドローンの誘導を行い、ドローンがレーザ誘導装置による誘導が可能なエリアに入ると、レーザー誘導によりドローンの飛行制御を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０２０－０５２６８３号公報
しかしながら、従来のシステムのように、ドローンがＧＰＳ装置を用いて自身の位置情報を取得する場合には、ドローンが取得した位置情報をセンタなどの中央システムに頻繁に送信する必要があり、ドローンのバッテリー消費が大きくなる。また、ドローンにＧＰＳ装置を搭載する分だけ総重量が増加してしまい、ドローンのバッテリー消費が大きくなる。また、従来のシステムのように、ＧＰＳによりドローンの飛行制御を行う場合には、ドローンの飛行制御の精度に限界があった。また、従来のシステムのように、レーザ誘導装置によりドローンの誘導を行う場合には、ドローンの誘導先にレーザ誘導装置を設置する必要があるが、風力発電機のブレードなどの構造物の点検に用いる場合には、レーザ誘導装置を設置することが不可能あるいは極めて困難であった。そのため、移動体を構造物の場所までより適切に移動させる技術の開発が望まれていた。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、移動体を構造物の場所まで適切に移動させることのできる構造物点検システムを提供することを目的とする。
本発明の構造物点検システムは、構造物の点検を行う移動体と、前記移動体を撮影する撮影システムと、前記構造物にポインタを照射するポインタ照射システムと、前記移動体の制御を行う移動体制御システムと、を備える構造物点検システムにおいて、前記撮影システムは、前記構造物の周辺のそれぞれ異なる場所に配置され、前記移動体の画像をそれぞれ撮影する複数のカメラ装置と、前記カメラ装置の場所を示すカメラ位置情報を取得するカメラ位置取得部と、を備え、前記移動体は、前記構造物の点検用の画像を撮影する第１カメラと、前記構造物に照射されたポインタの画像を撮影する第２カメラと、前記構造物にメッシュレーザを照射するメッシュレーザ照射ユニットと、前記構造物に照射されたメッシュレーザの画像を撮影する第３カメラと、を備え、前記移動体制御システムは、前記複数のカメラ装置のカメラ位置情報と、前記複数のカメラ装置でそれぞれ撮影された前記移動体の画像とに基づいて、前記移動体の位置を示す移動体位置情報を求める移動体位置算出部と、前記移動体位置算出部で算出された移動体位置情報と、前記構造物の場所を示す構造物位置情報とに基づいて、前記移動体が前記構造物の場所まで移動するように前記移動体の移動制御を行う大域誘導部と、前記移動体が前記構造物の場所まで移動し、前記第２カメラで撮影された画像から前記構造物に照射されたポインタの像が検出された場合には、前記メッシュレーザの照射をオンにして、前記第２カメラで撮影された前記ポインタの画像と、前記第３カメラで撮影された前記メッシュレーザの画像とに基づいて、前記移動体の移動制御を行う局所誘導部と、を備えている。
この構成によれば、撮影システムの複数のカメラ装置のカメラ位置情報と、複数のカメラ装置でそれぞれ撮影された移動体の画像とに基づいて、移動体（例えば、ドローン）の位置を示す移動体位置情報（例えば、ＸＹＺ座標、緯度／経度／高さ、など）が求められる。そして、算出された移動体位置情報と、構造物の場所を示す構造物位置情報とに基づいて、移動体が構造物の場所まで移動するように移動体の移動制御（例えば、前進後退／左右移動／左右旋回／上昇下降）が行われる（大域誘導）。この場合、移動体に自機の位置情報を取得する装置（ＧＰＳ装置など）を搭載する必要がない。したがって、移動体が取得した位置情報を移動体制御システムに頻繁に送信する必要がなくなり、移動体をその分だけ軽量化することもでき、移動体のバッテリーの消費が軽減される。
移動体が構造物の場所まで移動し、移動体で撮影された画像（第２カメラの画像）から構造物に照射されたポインタの像が検出されると、移動体のメッシュレーザの照射をオンにして、移動体で撮影されたポインタの画像（第２カメラの画像）と、移動体で撮影されたメッシュレーザの画像（第３カメラの画像）とに基づいて、移動体の移動制御が行われる（局所誘導）。この場合、ポインタの画像（第２カメラの画像）だけでなくメッシュレーザの画像（第３カメラの画像）も用いて移動体の移動制御が行われるので、高精度な移動体の移動制御が可能になる。
このような大域誘導と局所誘導を組み合わせることによって、移動体を構造物の場所まで適切に移動させることができる。具体的には、大域誘導では移動体のバッテリーの消費を軽減することができ、局所誘導では高精度な移動体の移動制御が可能になる。
また、本発明の構造物点検システムでは、前記局所誘導部は、前記第２カメラで撮影された前記ポインタの画像において前記ポインタの像の位置が所定の画像位置になるように、ポインタ追尾モードでの前記移動体の移動制御を行うとともに、前記第３カメラで撮影された前記メッシュレーザの画像における前記メッシュレーザの像の大きさに応じて、前記移動体の前記構造物との離隔制御を行い、前記第３カメラで撮影された前記メッシュレーザの画像における前記メッシュレーザの像の歪みに応じて、前記移動体の前記構造物に対する正対制御を行ってもよい。
この構成によれば、局所誘導を行う場合に、移動体で撮影されたポインタの画像（第２カメラの画像）でポインタの像の位置が所定の画像位置（例えば、画像中心）になるように、ポインタ追尾モードでの移動体の移動制御が行われる。これにより、移動体をポインタが照射されている位置まで適切に移動させることができる。
この場合、移動体で撮影されたメッシュレーザの画像（第３カメラの画像）におけるメッシュレーザの像の大きさに応じて、移動体の構造物との離隔制御が行われる。例えば、メッシュレーザの像が所定サイズより大きいと、構造物との距離が近すぎるため、構造物から離れるように移動体の移動制御（離隔制御）が行われる。また、メッシュレーザの像が所定サイズより小さいと、構造物との距離が遠すぎるため、構造物に近づくように移動体の移動制御（離隔制御）が行われる。これにより、移動体と構造物との間の距離を適切に保つことができる。
また、移動体で撮影されたメッシュレーザの画像（第３カメラの画像）におけるメッシュレーザの像の歪みに応じて、移動体の構造物に対する正対制御が行われる。例えば、メッシュレーザの像のメッシュが直交していない（台形に歪んでいる）場合には、移動体が構造物に対して正対していないため、メッシュレーザの像のメッシュがすべて直交するように移動体の移動制御（正対制御）が行われる。これにより、移動体を構造物に対して正対させることができる。
また、本発明の構造物点検システムでは、前記局所誘導部は、前記第２カメラで撮影された画像において前記ポインタの像が検出されなくなった場合には、前記メッシュレーザの照射をオフにして、前記ポインタ追尾モードでの前記移動体の移動制御を終了し、前記第２カメラで撮影された画像で前記ポインタを捜索するように、ポインタ捜索モードでの前記移動体の移動制御を行ってもよい。
この構成によれば、移動体で撮影された画像（第２カメラの画像）においてポインタの像が検出されなくなった場合には、メッシュレーザの照射をオフにして、ポインタ追尾モードでの移動体の移動制御を終了し、第２カメラの画像でポインタを捜索するように、ポインタ捜索モードでの移動体の移動制御が行われる。例えば、第２カメラの画角内（第２カメラの画像内）にポインタが入るよう、構造物から離れるように移動体の移動制御が行われる。これにより、第２カメラの画像内でポインタを見失った場合であっても、ポインタを見つけて、ポインタ追尾モードに復帰することができる。
また、本発明の構造物点検システムでは、前記第３カメラは、前記第１カメラで前記点検用の画像を撮影するときに、前記メッシュレーザの画像を撮影し、前記点検用の画像と前記メッシュレーザの画像は、互いに関連付けて画像記録部に記録されてもよい。
この構成によれば、第１カメラで点検用の画像を撮影するときに、第３カメラでメッシュレーザの画像が撮影され、それらの点検用の画像とメッシュレーザの画像が、互いに関連付けて記録される。これにより、点検用の画像を解析する際に、メッシュレーザの画像から得られる情報（例えば、撮影している構造物の形状の情報など）を利用することができる。
また、本発明の構造物点検システムは、前記点検用の画像を解析する画像解析システムを備え、前記画像解析システムは、前記メッシュレーザの画像に基づいて、前記点検用の画像が撮影されたときの前記第１カメラの前記構造物に対する角度を算出する角度算出部と、前記角度算出部で算出された角度に基づいて、前記点検用の画像の角度補正を行う角度補正部と、を備えてもよい。
この構成によれば、メッシュレーザの画像に基づいて、点検用の画像が撮影されたときの第１カメラの構造物に対する角度が算出され、算出された角度に基づいて、点検用の画像の角度補正が行われる。例えば、構造物の付近に障害物がある場合など、移動体を構造物に対して正対させることが困難である場合には、構造物に対して斜めの角度から点検用の画像を撮影することになる。そのような場合に、メッシュレーザの画像から得られる情報（構造物に対する角度の情報など）を用いて、点検用の画像の角度補正をすることができる。
また、本発明の構造物点検システムでは、前記移動体制御システムは、前記第３カメラで撮影された前記メッシュレーザの画像に基づいて、障害物を検出する障害物検知部と、前記障害物が検出された場合に、前記移動体を前記障害物から離脱させる緊急離脱制御を行う緊急離脱部と、を備えてもよい。
この構成によれば、メッシュレーザの画像に基づいて障害物が検出された場合には、移動体を障害物から離脱させる移動制御（緊急離脱制御）が行われる。これにより、移動体が障害物に接触する事故を避けることができる。
また、本発明の構造物点検システムでは、前記ポインタ照射システムは、前記構造物に前記ポインタを照射するときに、第１点灯タイミングで前記ポインタを点灯し、前記メッシュレーザ照射ユニットは、前記構造物に前記メッシュレーザを照射するときに、前記第１点灯タイミングとは異なる第２点灯タイミングで前記メッシュレーザを点灯してもよい。
この構成によれば、構造物にポインタを照射するときには、第１点灯タイミングでポインタを点灯させ（例えば、点滅させ）、構造物にメッシュレーザを照射するときに、第２点灯タイミング（第１点灯タイミングとは異なる点灯タイミング）でメッシュレーザを点灯させる（例えば、常時点灯させる）。これにより、画像内で、ポインタとメッシュレーザを容易に区別することができる。
また、本発明の構造物点検システムでは、前記移動体は、前記移動体ごとにユニークな点滅パターンで点滅を行う点滅ユニットを備え、前記移動体制御システムは、前記撮影システムで撮影された画像に基づいて前記点滅パターンを解析し、前記点滅パターンに基づいて前記移動体を識別する移動体識別部を備えてもよい。
この構成によれば、移動体が、移動体ごとにユニークな点滅パターン（例えば、ＰＮ符号のＭ系列に従った点滅パターン）で点滅を行うので、撮影システムで撮影された画像から点滅パターンを解析すると、その点滅パターンに基づいて移動体を識別することが可能になる。
また、本発明の構造物点検システムでは、前記移動体識別部は、前記撮影システムで撮影された画像から移動領域を抽出し、前記移動領域について画像の垂直方向と水平方向でそれぞれ画素値を求め、前記画素値に基づいて前記点滅パターンを解析してもよい。
この構成によれば、撮影システムで撮影された画像から移動領域が抽出され、移動領域について画像の垂直方向と水平方向でそれぞれ画素値が求められ、その画素値に基づいて点滅パターンが解析される。これにより、点滅パターンの解析に要する演算処理の負荷を軽減することができる。
また、本発明の構造物点検システムでは、前記移動体識別部は、前記撮影システムで撮影された画像に対してカルマンフィルターを用いた予測処理を施し、予測処理が施された画像に基づいて前記点滅パターンを解析してもよい。
この構成によれば、撮影システムで撮影された画像に対してカルマンフィルターを用いた予測処理が施され、予測処理が施された画像に基づいて点滅パターンが解析される。これにより、例えば、障害物などの陰に移動体が一時的に隠れてしまった場合でも、移動体の位置を予測することができ、適切に移動体を識別することが可能になる。
また、本発明の構造物点検システムでは、前記点滅ユニットは、近赤外線の波長領域で前記点滅を行い、前記カメラ装置は、近赤外線の波長領域で前記移動体の画像を撮影してもよい。
この構成によれば、移動体の点滅ユニットの光源として、近赤外線の波長領域の光が用いられる。これにより、近赤外線の波長領域の光が利用して、移動体を識別することができる。したがって、移動体を識別する際に、太陽光によるノイズの影響を大幅に低減することができる。
また、本発明の構造物点検システムでは、前記撮影システムは、前記複数のカメラ装置の同期をとる同期処理部を備えてもよい。
この構成によれば、撮影システムにおいて、複数のカメラの同期がとられているので、移動体制御システムにおいて、複数のカメラ装置で撮影された画像（移動体の画像）から、正確に移動体の位置を求めることができる。
また、本発明の構造物点検システムでは、前記ポインタ照射システムは、近赤外線の波長領域で前記ポインタを照射し、前記第２カメラは、近赤外線の波長領域で前記ポインタの画像を撮影してもよい。
この構成によれば、ポインタの光源として、近赤外線の波長領域の光が用いられる。これにより、近赤外線の波長領域の光が利用して、ポインタによる移動制御（局所誘導）を行うことができる。したがって、ポインタによる移動制御をする際に、太陽光によるノイズの影響を大幅に低減することができる。
また、本発明の構造物点検システムでは、前記メッシュレーザ照射ユニットは、近赤外線の波長領域で前記メッシュレーザを照射し、前記第３カメラは、近赤外線の波長領域で前記メッシュレーザの画像を撮影してもよい。
この構成によれば、メッシュレーザの光源として、近赤外線の波長領域の光が用いられる。これにより、近赤外線の波長領域の光が利用して、メッシュレーザによる移動制御（局所誘導）を行うことができる。したがって、メッシュレーザによる移動制御をする際に、太陽光によるノイズの影響を大幅に低減することができる。
本発明の方法は、構造物の点検を行う移動体と、前記移動体を撮影する撮影システムと、前記構造物にポインタを照射するポインタ照射システムと、前記移動体の制御を行う移動体制御システムと、を備える構造物点検システムにおいて実行される方法であって、前記撮影システムは、前記構造物の周辺のそれぞれ異なる場所に配置され、前記移動体の画像をそれぞれ撮影する複数のカメラ装置と、前記カメラ装置の場所を示すカメラ位置情報を取得するカメラ位置取得部と、を備え、前記移動体は、前記構造物の点検用の画像を撮影する第１カメラと、前記構造物に照射されたポインタの画像を撮影する第２カメラと、前記構造物にメッシュレーザを照射するメッシュレーザ照射ユニットと、前記構造物に照射されたメッシュレーザの画像を撮影する第３カメラと、を備え、前記方法は、前記移動体制御システムにおいて、前記複数のカメラ装置のカメラ位置情報と、前記複数のカメラ装置でそれぞれ撮影された前記移動体の画像とに基づいて、前記移動体の位置を示す移動体位置情報を求め、前記移動体位置算出部で算出された移動体位置情報と、前記構造物の場所を示す構造物位置情報とに基づいて、前記移動体が前記構造物の場所まで移動するように前記移動体の移動制御を行い、前記移動体が前記構造物の場所まで移動し、前記第２カメラで撮影された画像から前記構造物に照射されたポインタの像が検出された場合には、前記メッシュレーザの照射をオンにして、前記第２カメラで撮影された前記ポインタの画像と、前記第３カメラで撮影された前記メッシュレーザの画像とに基づいて、前記移動体の移動制御を行う。
この方法によっても、上記のシステムと同様、撮影システムの複数のカメラ装置のカメラ位置情報と、複数のカメラ装置でそれぞれ撮影された移動体の画像とに基づいて、移動体（例えば、ドローン）の位置を示す移動体位置情報（例えば、ＸＹＺ座標、緯度／経度／高さ、など）が求められる。そして、算出された移動体位置情報と、構造物の場所を示す構造物位置情報とに基づいて、移動体が構造物の場所まで移動するように移動体の移動制御（例えば、前進後退／左右移動／左右旋回／上昇下降）が行われる（大域誘導）。この場合、移動体に自機の位置情報を取得する装置（ＧＰＳ装置など）を搭載する必要がない。したがって、移動体が取得した位置情報を移動体制御システムに頻繁に送信する必要がなくなり、移動体をその分だけ軽量化することもでき、移動体のバッテリーの消費が軽減される。
移動体が構造物の場所まで移動し、移動体で撮影された画像（第２カメラの画像）から構造物に照射されたポインタの像が検出されると、移動体のメッシュレーザの照射をオンにして、移動体で撮影されたポインタの画像（第２カメラの画像）と、移動体で撮影されたメッシュレーザの画像（第３カメラの画像）とに基づいて、移動体の移動制御が行われる（局所誘導）。この場合、ポインタの画像（第２カメラの画像）だけでなくメッシュレーザの画像（第３カメラの画像）も用いて移動体の移動制御が行われるので、高精度な移動体の移動制御が可能になる。
このような大域誘導と局所誘導を組み合わせることによって、移動体を構造物の場所まで適切に移動させることができる。具体的には、大域誘導では移動体のバッテリーの消費を軽減することができ、局所誘導では高精度な移動体の移動制御が可能になる。
本発明によれば、移動体を構造物の場所まで適切に移動させることができる。
本実施の形態における構造物点検システムの説明図である。 本実施の形態における構造物点検システムの構成を示すブロック図である。 本実施の形態におけるドローン識別処理の説明図である。 本実施の形態における予測処理の説明図である。 本実施の形態におけるポインタ追尾モードの説明図である。 本実施の形態におけるポインタ捜索モードの説明図である。 本実施の形態における離隔制御の説明図である。 本実施の形態における正対制御の説明図である。 本実施の形態における角度補正処理の説明図である。
以下、本発明の実施の形態の構造物点検システムについて、図面を用いて説明する。本実施の形態では、風力発電機のブレード（羽根車）の点検等に用いられる構造物点検システムの場合を例示する。
本発明の実施の形態の構造物点検システムの構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の構造物点検システムの説明図である。図１に示すように、構造物点検システム１は、風力発電機ＷのブレードＢの点検を行うドローン２と、ドローン２を撮影するマルチカメラシステム３と、ブレードＢにポインタを照射するポインタ照射システム４と、ドローン２の制御を行うドローン制御システム５と、ドローン２で撮影したブレードＢの画像（点検用の画像）を解析する画像解析システム６を備えている。本実施の形態の構造物点検システム１では、ドローン２が風力発電機Ｗの近くに移動するまで、マルチカメラシステム３を用いた大域誘導が行われ、ドローン２が風力発電機Ｗの近くに移動すると、ポインタ照射システム４を用いた局所誘導が行われる（図１参照）。
図２は、本実施の形態の建造物点検システムの構成を示すブロック図である。図２に示すように、ドローン２は、風力発電機ＷのブレードＢの点検用の画像を撮影する第１カメラ２０と、ブレードＢに照射されたポインタの画像を撮影する第２カメラ２１と、ブレードＢにメッシュレーザを照射するメッシュレーザ照射ユニット２２と、ブレードＢに照射されたメッシュレーザの画像を撮影する第３カメラ２３を備えている。また、ドローン２は、ドローン２ごとにユニークな点滅パターンで点滅を行う点滅ユニット２４と、ドローン２に搭載されている機器の各種の制御を行う制御部２５と、第１カメラ２０で撮影されたブレードＢの点検用の画像を記録する画像記録部２６を備えている。
第１カメラ２０は、可視光の波長領域でブレードＢの点検用の画像を撮影するカメラ（可視光カメラ）である。第１カメラ２０は、画質の高いカメラ（高画質カメラ）であることが望ましい。
第２カメラ２１は、近赤外線の波長領域の光を透過する近赤外線透過フィルタを備えており、近赤外線の波長領域でポインタの画像を撮影するカメラ（近赤外線カメラ）である。第２カメラ２１は、画角の広いカメラ（広角カメラ）であることが望ましい。
メッシュレーザ照射ユニット２２は、近赤外線の波長領域でメッシュレーザを照射するユニットである。メッシュレーザ照射ユニット２２は、例えば、近赤外線の波長領域でメッシュレーザを照射する光源によって構成することができる。メッシュレーザとは、メッシュ形状のレーザをいう（図７など参照）。メッシュ形状は、直線を組み合わせで構成された形状であってもよく、点の組み合わせで構成された格子形状でもよい。メッシュレーザの光源は、線光源であってもよく、点光源であってもよい。
第３カメラ２３は、近赤外線の波長領域の光を透過する近赤外線透過フィルタを備えており、近赤外線の波長領域でメッシュレーザの画像を撮影するカメラ（近赤外線カメラ）である。第３カメラ２３は、第１カメラ２０で点検用の画像を撮影するときに、メッシュレーザの画像を撮影する。第１カメラ２０で撮影された点検用の画像と第３カメラ２３で撮影されたメッシュレーザの画像は、互いに関連付けて画像記録部２６に記録される（図９参照）。
点滅ユニット２４は、ドローン２ごとにユニークな点滅パターン（例えば、ＰＮ符号のＭ系列に従った点滅パターン）で点滅を行う。この場合、点滅ユニット２４は、近赤外線の波長領域で点滅を行うユニットである。点滅ユニット２４は、例えば、近赤外線の波長領域で点滅する光源で構成することができる。
マルチカメラシステム３は、風力発電機Ｗの周辺のそれぞれ異なる場所に配置され、ドローン２の画像をそれぞれ撮影する複数のカメラ装置３０を備えている。マルチカメラシステム３のカメラ装置３０は、近赤外線の波長領域の光を透過する近赤外線透過フィルタを備えており、近赤外線の波長領域でドローン２の画像を撮影するカメラ（近赤外線カメラ）である。
また、マルチカメラシステム３のカメラ装置３０は、それぞれＧＰＳ装置３１を備えており、自装置の場所を示すカメラ位置情報（例えば、ＸＹＺ座標、緯度／経度／高さ、など）を取得することができる。マルチカメラシステム３は、各カメラ装置３０からカメラ位置情報を取得するカメラ位置取得部３２を備えている。さらに、マルチカメラシステム３は、各カメラ装置３０の同期をとる同期処理部３３を備えている。各カメラ装置３０の同期には、従来公知の方法を利用することができる。
ポインタ照射システム４は、ブレードＢの点検箇所に向けて近赤外線の波長領域でポインタを照射するポインタ照射ユニット４０を備えている。ポインタ照射ユニット４０は、例えば、近赤外線の波長領域でポインタを照射する光源で構成することができる。また、ポインタ照射システム４は、ポインタの照射位置や点灯タイミングなどを制御する制御部４１を備えている。この制御部４１によって、ポインタをブレードＢの点検箇所（予め設定されている）に向ける制御が行われる。ポインタを点検箇所に向ける制御（点検箇所が複数である場合には、予め設定された順にポインタを向ける制御が行われる）には、従来公知の方法を利用することができる。
また、ポインタ照射ユニット４０は、ブレードＢにポインタを照射するときに、第１点灯タイミングでポインタを点灯する（例えば、点滅する）ように、ポインタ照射システム４の制御部４１によって制御されている。この場合、メッシュレーザ照射ユニット２２は、ブレードＢにメッシュレーザを照射するときに、第１点灯タイミングとは異なる第２点灯タイミングでメッシュレーザを点灯する（例えば、常時点灯する）ように、ドローン２の制御部２５によって制御されている。
ドローン制御システム５は、複数のドローン２をそれそれ識別するドローン識別部５０と、各ドローン２の位置を算出するドローン位置算出部５１と、ドローン２が風力発電機Ｗの近くに移動するまで大域誘導を行う大域誘導部５２と、ドローン２が風力発電機Ｗの近くに移動した後の局所誘導を行う局所誘導部５３と、ドローン２の周囲の障害物を検出する障害物検知部５４と、障害物が検出された場合にドローン２を緊急離脱させる緊急離脱部５５を備えている。
ドローン識別部５０は、マルチカメラシステム３のカメラ装置３０で撮影されたドローン２の画像に基づいて点滅パターン（例えば、ＰＮ符号のＭ系列に従った点滅パターン）を解析し、点滅パターンに基づいて各ドローン２を識別する。例えば、図３に示すように、ドローン識別部５０は、マルチカメラシステム３のカメラ装置３０で撮影されたドローン２の画像から移動領域Ｒを抽出し、各移動領域Ｒについて画像の垂直方向と水平方向でそれぞれ画素値（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）（Ｘ３，Ｙ３）を求め、各画素値の時間変化に基づいて点滅パターンを解析する。
また、ドローン識別部５０は、図４に示すように、マルチカメラシステム３で撮影されたドローン２の画像に対してカルマンフィルターを用いた予測処理を施し、予測処理が施された画像に基づいて点滅パターンを解析する。図４では、ドローン２がブレードＢの影に隠れた例が図示されているが、この場合、カルマンフィルターを用いた予測処理を行うことにより、ドローン２を識別することができる。
ドローン位置算出部５１は、マルチカメラシステム３のカメラ位置取得部３２から各カメラ装置３０のカメラ位置情報を受け取り、各カメラ装置３０のカメラ位置情報と、各カメラ装置３０でそれぞれ撮影されたドローン２の画像とに基づいて、ドローン２の位置を示すドローン位置情報（例えば、ＸＹＺ座標、緯度／経度／高さ、など）を算出する。ドローン位置情報の算出には、従来公知の方法を利用することができる。
大域誘導部５２は、ドローン位置算出部５１で算出されたドローン位置情報と、風力発電機Ｗの場所を示す構造物位置情報（例えば、ＸＹＺ座標、緯度／経度／高さ、など）とに基づいて、ドローン２が風力発電機Ｗの場所まで移動するようにドローン２の移動制御を行う。ドローン２の移動制御には、従来公知の技術を利用することができる。
局所誘導部５３は、ドローン２が風力発電機Ｗの場所まで移動し、第２カメラ２１で撮影された画像からブレードＢに照射されたポインタの像Ｐが検出された場合に、メッシュレーザの照射をオンにして、第２カメラ２１で撮影されたポインタの画像と、第３カメラ２３で撮影されたメッシュレーザの画像とに基づいて、ドローン２の移動制御を行う。
より具体的には、局所誘導部５３は、図５に示すように、第２カメラ２１で撮影されたポインタの画像においてポインタの像Ｐの位置が所定の画像位置（例えば、画像中心Ｃ）になるように、ポインタ追尾モードでのドローン２の移動制御を行う。例えば、図５の例では、第２カメラ２１で撮影された画像において、ポインタの像Ｐの位置が画像中心Ｃから右上にずれている。この場合、ドローン２を右移動・上昇させるように、ドローン２の移動制御が行われる。
また、図６に示すように、局所誘導部５３は、第２カメラ２１で撮影された画像においてポインタの像Ｐが検出されなくなった場合には、メッシュレーザの照射をオフにして、ポインタ追尾モードでのドローン２の移動制御を終了し、第２カメラ２１で撮影された画像でポインタの像Ｐを捜索するように、ポインタ捜索モードでのドローン２の移動制御を行う。
さらに、図７に示すように、局所誘導部５３は、第３カメラ２３で撮影されたメッシュレーザの画像におけるメッシュレーザの像Ｍの大きさに応じて、ドローン２のブレードＢとの離隔制御を行う。図７（ａ）の例では、第３カメラ２３で撮影されたメッシュレーザの画像におけるメッシュレーザの像Ｍが所定サイズより小さい。この場合、ブレードＢとの距離が遠すぎるため、ブレードＢに近づくようにドローン２の移動制御（離隔制御）が行われる。一方、図７（ｂ）の例では、第３カメラ２３で撮影されたメッシュレーザの画像におけるメッシュレーザの像Ｍが所定サイズより大きい。この場合、ブレードＢとの距離が近すぎるため、ブレードＢから離れるようにドローン２の移動制御（離隔制御）が行われる。
また、図８に示すように、局所誘導部５３は、第３カメラ２３で撮影されたメッシュレーザの画像におけるメッシュレーザの像Ｍの歪みに応じて、ドローン２のブレードＢに対する正対制御を行う。ドローン２（第３カメラ２３）がブレードＢに対して正対している場合には、メッシュレーザのメッシュが直交するのに対して、図８の例では、メッシュレーザの像Ｍのメッシュが直交していない（台形に歪んでいる）。この場合、メッシュレーザの像Ｍのメッシュがすべて直交するように、ドローン２の移動制御（右旋回）が行われる。
障害物検知部５４は、第３カメラ２３で撮影されたメッシュレーザの画像に基づいて、ドローン２の周囲の障害物を検出する。緊急離脱部５５は、障害物が検出された場合に、ドローン２を障害物から離脱させる移動制御（緊急離脱制御）を行う。
画像解析システム６は、点検用の画像が記録される画像記録部６０と、点検用の画像の画像解析を行う画像解析部６１と、点検用の画像が撮影されたときの角度を算出する角度算出部６２と、点検用の画像の角度補正を行う角度補正部６３を備えている。
画像解析システム６は、ドローン制御システム５とネットワークＮを介して接続されており、ドローン２で撮影された画像（ドローン２の画像記録部２６に記録された画像）を、ドローン制御システム５を経由して受け取ることができる。画像解析システム６の画像記録部６０には、ドローン制御システム５を経由して受け取った画像（ドローン２の画像記録部２６に記録された画像）が記録されている。画像解析部６１は、画像記録部６０に記録された画像を解析して、風力発電機ＷのブレードＢにクラック等が発生しているか否かを確認する。
この場合、図９に示すように、角度算出部６２は、画像記録部６０に記録されたメッシュレーザの画像に基づいて、点検用の画像が撮影されたときの第１カメラ２０のブレードＢに対する角度を算出し、角度補正部６３は、角度算出部６２で算出された角度に基づいて、点検用の画像の角度補正を行う。角度算出および角度補正には、従来公知の技術を利用することができる。
このような本実施の形態の構造物点検システム１によれば、マルチカメラシステム３の複数のカメラ装置３０のカメラ位置情報と、複数のカメラ装置３０でそれぞれ撮影されたドローン２の画像とに基づいて、ドローン２の位置を示すドローン位置情報（例えば、ＸＹＺ座標、緯度／経度／高さ、など）が求められる。そして、算出されたドローン位置情報と、風力発電機Ｗの場所を示す構造物位置情報とに基づいて、ドローン２が風力発電機Ｗの場所まで移動するようにドローン２の移動制御（例えば、前進後退／左右移動／左右旋回／上昇下降）が行われる（大域誘導）。この場合、ドローン２に自機の位置情報を取得する装置（ＧＰＳ装置３１など）を搭載する必要がない。したがって、ドローン２が取得した位置情報をドローン制御システム５に頻繁に送信する必要がなくなり、ドローン２をその分だけ軽量化することもでき、ドローン２のバッテリーの消費が軽減される。
ドローン２が風力発電機Ｗの場所まで移動し、ドローン２で撮影された画像（第２カメラ２１の画像）から風力発電機ＷのブレードＢに照射されたポインタの像Ｐが検出されると、ドローン２のメッシュレーザの照射をオンにして、ドローン２で撮影されたポインタの画像（第２カメラ２１の画像）と、ドローン２で撮影されたメッシュレーザの画像（第３カメラ２３の画像）とに基づいて、ドローン２の移動制御が行われる（局所誘導）。この場合、ポインタの画像（第２カメラ２１の画像）だけでなくメッシュレーザの画像（第３カメラ２３の画像）も用いてドローン２の移動制御が行われるので、高精度なドローン２の移動制御が可能になる。
このような大域誘導と局所誘導を組み合わせることによって、ドローン２を風力発電機Ｗ（ブレードＢ）の場所まで適切に移動させることができる。具体的には、大域誘導ではドローン２のバッテリーの消費を軽減することができ、局所誘導では高精度なドローン２の移動制御が可能になる。
本実施の形態では、局所誘導を行う場合に、ドローン２で撮影されたポインタの画像（第２カメラ２１の画像）でポインタの像Ｐの位置が所定の画像位置（例えば、画像中心Ｃ）になるように、ポインタ追尾モードでのドローン２の移動制御が行われる。これにより、ドローン２をポインタが照射されている位置まで適切に移動させることができる。
この場合、ドローン２で撮影されたメッシュレーザの画像（第３カメラ２３の画像）におけるメッシュレーザの像Ｍの大きさに応じて、ドローン２のブレードＢとの離隔制御が行われる。例えば、メッシュレーザの像Ｍが所定サイズより大きいと、ブレードＢとの距離が近すぎるため、ブレードＢから離れるようにドローン２の移動制御（離隔制御）が行われる。また、メッシュレーザの像Ｍが所定サイズより小さいと、ブレードＢとの距離が遠すぎるため、ブレードＢに近づくようにドローン２の移動制御（離隔制御）が行われる。これにより、ドローン２とブレードＢとの間の距離を適切に保つことができる。
また、ドローン２で撮影されたメッシュレーザの画像（第３カメラ２３の画像）におけるメッシュレーザの像Ｍの歪みに応じて、ドローン２のブレードＢに対する正対制御が行われる。例えば、メッシュレーザの像Ｍのメッシュが直交していない（台形に歪んでいる）場合には、ドローン２がブレードＢに対して正対していないため、メッシュレーザの像Ｍのメッシュがすべて直交するようにドローン２の移動制御（正対制御）が行われる。これにより、ドローン２をブレードＢに対して正対させることができる。
また、本実施の形態では、ドローン２で撮影された画像（第２カメラ２１の画像）においてポインタの像Ｐが検出されなくなった場合には、メッシュレーザの照射をオフにして、ポインタ追尾モードでのドローン２の移動制御を終了し、第２カメラ２１の画像でポインタを捜索するように、ポインタ捜索モードでのドローン２の移動制御が行われる。例えば、第２カメラ２１の画角内（第２カメラ２１の画像内）にポインタが入るよう、ブレードＢから離れるようにドローン２の移動制御が行われる。これにより、第２カメラ２１の画像内でポインタを見失った場合であっても、ポインタを見つけて、ポインタ追尾モードに復帰することができる。
また、本実施の形態では、第１カメラ２０で点検用の画像を撮影するときに、第３カメラ２３でメッシュレーザの画像が撮影され、それらの点検用の画像とメッシュレーザの画像が、互いに関連付けて記録される。これにより、点検用の画像を解析する際に、メッシュレーザの画像から得られる情報（例えば、撮影しているブレードＢの形状の情報など）を利用することができる。
また、本実施の形態では、メッシュレーザの画像に基づいて、点検用の画像が撮影されたときの第１カメラ２０のブレードＢに対する角度が算出され、算出された角度に基づいて、点検用の画像の角度補正が行われる。例えば、ブレードＢの付近に障害物がある場合など、ドローン２をブレードＢに対して正対させることが困難である場合には、ブレードＢに対して斜めの角度から点検用の画像を撮影することになる。そのような場合に、メッシュレーザの画像から得られる情報（ブレードＢに対する角度の情報など）を用いて、点検用の画像の角度補正をすることができる。
また、本実施の形態では、メッシュレーザの画像に基づいて障害物が検出された場合には、ドローン２を障害物から離脱させる移動制御（緊急離脱制御）が行われる。これにより、ドローン２が障害物に接触する事故を避けることができる。
また、本実施の形態では、ブレードＢにポインタを照射するときには、第１点灯タイミングでポインタを点灯させ（例えば、点滅させ）、ブレードＢにメッシュレーザを照射するときに、第２点灯タイミング（第１点灯タイミングとは異なる点灯タイミング）でメッシュレーザを点灯させる（例えば、常時点灯させる）。これにより、画像内で、ポインタとメッシュレーザを容易に区別することができる。
また、本実施の形態では、ドローン２が、ドローン２ごとにユニークな点滅パターン（例えば、ＰＮ符号のＭ系列に従った点滅パターン）で点滅を行うので、マルチカメラシステム３で撮影された画像から点滅パターンを解析すると、その点滅パターンに基づいてドローン２を識別することが可能になる。
また、本実施の形態では、マルチカメラシステム３で撮影された画像から移動領域Ｒが抽出され、移動領域Ｒについて画像の垂直方向と水平方向でそれぞれ画素値が求められ、その画素値に基づいて点滅パターンが解析される。これにより、点滅パターンの解析に要する演算処理の負荷を軽減することができる。
また、本実施の形態では、マルチカメラシステム３で撮影された画像に対してカルマンフィルターを用いた予測処理が施され、予測処理が施された画像に基づいて点滅パターンが解析される。これにより、例えば、障害物などの陰にドローン２が一時的に隠れてしまった場合でも、ドローン２の位置を予測することができ、適切にドローン２を識別することが可能になる。
また、本実施の形態では、ドローン２の点滅ユニット２４の光源として、近赤外線の波長領域の光が用いられる。これにより、近赤外線の波長領域の光が利用して、ドローン２を識別することができる。したがって、ドローン２を識別する際に、太陽光によるノイズの影響を大幅に低減することができる。
また、本実施の形態では、マルチカメラシステム３において、複数のカメラの同期がとられているので、ドローン制御システム５において、複数のカメラ装置３０で撮影された画像（ドローン２の画像）から、正確にドローン２の位置を求めることができる。
また、本実施の形態では、ポインタの光源として、近赤外線の波長領域の光が用いられる。これにより、近赤外線の波長領域の光が利用して、ポインタによる移動制御（局所誘導）を行うことができる。したがって、ポインタによる移動制御をする際に、太陽光によるノイズの影響を大幅に低減することができる。
また、本実施の形態では、メッシュレーザの光源として、近赤外線の波長領域の光が用いられる。これにより、近赤外線の波長領域の光が利用して、メッシュレーザによる移動制御（局所誘導）を行うことができる。したがって、メッシュレーザによる移動制御をする際に、太陽光によるノイズの影響を大幅に低減することができる。
以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。
例えば、上記の実施の形態では、構造物が風力発電機のブレードであり、移動体がドローンである場合について例示したが、本発明の範囲はこれに限定されない。構造物は、風力発電機以外の構造体、例えば、トンネルや橋梁などであってもよい。また、移動体は、ドローン以外の飛行体でもあってもよく、車両などであってもよい。なお、上記の実施の形態では、移動体がＧＰＳ装置を備えていない例について説明した。移動体にはＧＰＳ装置が必ずしも必要ではないが、移動体がＧＰＳ装置を備えることを妨げるものではなく、移動体がＧＰＳ装置を備えていてもよい。
以上のように、本発明にかかる構造物点検システムは、移動体を構造物の場所まで適切に移動させることができるという効果を有し、風力発電機の点検システム等として用いられ、有用である。
１ 構造物点検システム
２ ドローン（移動体）
３ マルチカメラシステム（撮影システム）
４ ポインタ照射システム
５ ドローン制御システム（移動体制御システム）
６ 画像解析システム
Ｎ ネットワーク
２０ 第１カメラ
２１ 第２カメラ
２２ メッシュレーザ照射ユニット
２３ 第３カメラ
２４ 点滅ユニット
２５ 制御部
２６ 画像記録部
３０ カメラ装置
３１ ＧＰＳ装置
３２ カメラ位置取得部
３３ 同期処理部
４０ ポインタ照射ユニット
４１ 制御部
５０ ドローン識別部
５１ ドローン位置算出部
５２ 大域誘導部
５３ 局所誘導部
５４ 障害物検知部
５５ 緊急離脱部
６０ 画像記録部
６１ 画像解析部
６２ 角度算出部
６３ 角度補正部
Ｗ 風力発電機（構造物）
Ｂ ブレード（構造物）
Ｒ 移動領域
Ｐ ポインタの像
Ｃ 画像中心
Ｍ メッシュレーザの像

Claims (15)

  1. 構造物の点検を行う移動体と、前記移動体を撮影する撮影システムと、前記構造物にポインタを照射するポインタ照射システムと、前記移動体の制御を行う移動体制御システムと、を備える構造物点検システムにおいて、
    前記撮影システムは、
    前記構造物の周辺のそれぞれ異なる場所に配置され、前記移動体の画像をそれぞれ撮影する複数のカメラ装置と、
    前記カメラ装置の場所を示すカメラ位置情報を取得するカメラ位置取得部と、
    を備え、
    前記移動体は、
    前記構造物の点検用の画像を撮影する第１カメラと、
    前記構造物に照射されたポインタの画像を撮影する第２カメラと、
    前記構造物にメッシュレーザを照射するメッシュレーザ照射ユニットと、
    前記構造物に照射されたメッシュレーザの画像を撮影する第３カメラと、
    を備え、
    前記移動体制御システムは、
    前記複数のカメラ装置のカメラ位置情報と、前記複数のカメラ装置でそれぞれ撮影された前記移動体の画像とに基づいて、前記移動体の位置を示す移動体位置情報を求める移動体位置算出部と、
    前記移動体位置算出部で算出された移動体位置情報と、前記構造物の場所を示す構造物位置情報とに基づいて、前記移動体が前記構造物の場所まで移動するように前記移動体の移動制御を行う大域誘導部と、
    前記移動体が前記構造物の場所まで移動し、前記第２カメラで撮影された画像から前記構造物に照射されたポインタの像が検出された場合には、前記メッシュレーザの照射をオンにして、前記第２カメラで撮影された前記ポインタの画像と、前記第３カメラで撮影された前記メッシュレーザの画像とに基づいて、前記移動体の移動制御を行う局所誘導部と、
    を備える、構造物点検システム。
  2. 前記局所誘導部は、
    前記第２カメラで撮影された前記ポインタの画像において前記ポインタの像の位置が所定の画像位置になるように、ポインタ追尾モードでの前記移動体の移動制御を行うとともに、
    前記第３カメラで撮影された前記メッシュレーザの画像における前記メッシュレーザの像の大きさに応じて、前記移動体の前記構造物との離隔制御を行い、
    前記第３カメラで撮影された前記メッシュレーザの画像における前記メッシュレーザの像の歪みに応じて、前記移動体の前記構造物に対する正対制御を行う、請求項１に記載の構造物点検システム。
  3. 前記局所誘導部は、前記第２カメラで撮影された画像において前記ポインタの像が検出されなくなった場合には、前記メッシュレーザの照射をオフにして、前記ポインタ追尾モードでの前記移動体の移動制御を終了し、
    前記第２カメラで撮影された画像で前記ポインタを捜索するように、ポインタ捜索モードでの前記移動体の移動制御を行う、請求項２に記載の構造物点検システム。
  4. 前記第３カメラは、前記第１カメラで前記点検用の画像を撮影するときに、前記メッシュレーザの画像を撮影し、
    前記点検用の画像と前記メッシュレーザの画像は、互いに関連付けて画像記録部に記録される、請求項１～請求項３のいずれかに記載の構造物点検システム。
  5. 前記点検用の画像を解析する画像解析システムを備え、
    前記画像解析システムは、
    前記メッシュレーザの画像に基づいて、前記点検用の画像が撮影されたときの前記第１カメラの前記構造物に対する角度を算出する角度算出部と、
    前記角度算出部で算出された角度に基づいて、前記点検用の画像の角度補正を行う角度補正部と、
    を備える、請求項４に記載の構造物点検システム。
  6. 前記移動体制御システムは、
    前記第３カメラで撮影された前記メッシュレーザの画像に基づいて、障害物を検出する障害物検知部と、
    前記障害物が検出された場合に、前記移動体を前記障害物から離脱させる緊急離脱制御を行う緊急離脱部と、
    を備える、請求項１～請求項５のいずれかに記載の構造物点検システム。
  7. 前記ポインタ照射システムは、前記構造物に前記ポインタを照射するときに、第１点灯タイミングで前記ポインタを点灯し、
    前記メッシュレーザ照射ユニットは、前記構造物に前記メッシュレーザを照射するときに、前記第１点灯タイミングとは異なる第２点灯タイミングで前記メッシュレーザを点灯する、請求項１～請求項６のいずれかに記載の構造物点検システム。
  8. 前記移動体は、
    前記移動体ごとにユニークな点滅パターンで点滅を行う点滅ユニットを備え、
    前記移動体制御システムは、
    前記撮影システムで撮影された画像に基づいて前記点滅パターンを解析し、前記点滅パターンに基づいて前記移動体を識別する移動体識別部を備える、請求項１～請求項７のいずれかに記載の構造物点検システム。
  9. 前記移動体識別部は、前記撮影システムで撮影された画像から移動領域を抽出し、前記移動領域について画像の垂直方向と水平方向でそれぞれ画素値を求め、前記画素値に基づいて前記点滅パターンを解析する、請求項８に記載の構造物点検システム。
  10. 前記移動体識別部は、前記撮影システムで撮影された画像に対してカルマンフィルターを用いた予測処理を施し、予測処理が施された画像に基づいて前記点滅パターンを解析する、請求項８または請求項９に記載の構造物点検システム。
  11. 前記点滅ユニットは、近赤外線の波長領域で前記点滅を行い、
    前記カメラ装置は、近赤外線の波長領域で前記移動体の画像を撮影する、請求項８～請求項１０のいずれかに記載の構造物点検システム。
  12. 前記撮影システムは、
    前記複数のカメラ装置の同期をとる同期処理部を備える、請求項１～請求項１１のいずれかに記載の構造物点検システム。
  13. 前記ポインタ照射システムは、近赤外線の波長領域で前記ポインタを照射し、
    前記第２カメラは、近赤外線の波長領域で前記ポインタの画像を撮影する、請求項１～請求項１２のいずれかに記載の構造物点検システム。
  14. 前記メッシュレーザ照射ユニットは、近赤外線の波長領域で前記メッシュレーザを照射し、
    前記第３カメラは、近赤外線の波長領域で前記メッシュレーザの画像を撮影する、請求項１～請求項１３のいずれかに記載の構造物点検システム。
  15. 構造物の点検を行う移動体と、前記移動体を撮影する撮影システムと、前記構造物にポインタを照射するポインタ照射システムと、前記移動体の制御を行う移動体制御システムと、を備える構造物点検システムにおいて実行される方法であって、
    前記撮影システムは、
    前記構造物の周辺のそれぞれ異なる場所に配置され、前記移動体の画像をそれぞれ撮影する複数のカメラ装置と、
    前記カメラ装置の場所を示すカメラ位置情報を取得するカメラ位置取得部と、
    を備え、
    前記移動体は、
    前記構造物の点検用の画像を撮影する第１カメラと、
    前記構造物に照射されたポインタの画像を撮影する第２カメラと、
    前記構造物にメッシュレーザを照射するメッシュレーザ照射ユニットと、
    前記構造物に照射されたメッシュレーザの画像を撮影する第３カメラと、
    を備え、
    前記方法は、前記移動体制御システムにおいて、
    前記複数のカメラ装置のカメラ位置情報と、前記複数のカメラ装置でそれぞれ撮影された前記移動体の画像とに基づいて、前記移動体の位置を示す移動体位置情報を求め、
    前記移動体位置算出部で算出された移動体位置情報と、前記構造物の場所を示す構造物位置情報とに基づいて、前記移動体が前記構造物の場所まで移動するように前記移動体の移動制御を行い、
    前記移動体が前記構造物の場所まで移動し、前記第２カメラで撮影された画像から前記構造物に照射されたポインタの像が検出された場合には、前記メッシュレーザの照射をオンにして、前記第２カメラで撮影された前記ポインタの画像と、前記第３カメラで撮影された前記メッシュレーザの画像とに基づいて、前記移動体の移動制御を行う、方法。
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