JP3001866B1 - 飛行体を用いた測量方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】地形等の測定対象物の光の情報を付加した３次
元位置又は姿勢を簡便に且つ高速に測定できるようにす
ること。 【解決手段】飛行体において、飛行体に設定された基準
点の現在の位置及び姿勢に関連する値を時間を変数とし
て測定し、飛行体から発射されるレーザ光の光軸方向を
時間を変数として変化させることで、測定対象物の上で
レーザ光を走査し、測定対象物にレーザ光を照射して反
射レーザ光を検出することで基準点から測定対象物まで
の距離に関連する値を時間を変数として測定し、同一の
基準時間からの時間変数を用いて、ラインセンサにより
撮像した光に関連する情報を用いて、時間変数の同一値
に該当する、基準点の位置及び姿勢に関連する値と光軸
方向に関連する値と距離に関連する値とに基づいて、測
定対象物におけるレーザ光の照射点位置を演算し、各照
射点に対して光の情報を付加した照射点位置の集合から
測定領域における測定対象物の光の情報を付加した３次
元情報を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は飛行体による光の所
定の波長域の強度に関連する情報を付加した地形等の測
定方法及びその装置に関する。本方法及び装置は測定領
域における光の所定の波長域の強度情報に関連する情報
を付加した地形等の立体情報を精密に得ることができ、
地形の鳥瞰図、断面図、等高度線図、地表面の温度図を
容易に作成するのに用いることができる。

【０００２】

【従来の技術】従来、３次元数値を有した地形図を得る
には、現場に行きその位置での緯度、経度、高さを実際
に測定するという歩行測定が行われている。又、遠隔測
定として航空写真により地形の平面図を得ることも行わ
れている。さらに、地形図に対し光の所定の波長域の強
度情報、例えば、色、明度の情報を付加するためには、
航空写真より得られた、色、明度の情報を、各測定地点
に対し、人手により付加することがなされている。さら
に、温度分布図に付いては、遠赤外線による、航空写真
より温度分布の情報を各測定地点に対し人手により付加
することもなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、歩行測定で地
形図の詳細情報を得ようとすると、膨大な労力と時間が
かかるとうい問題がある。よって、例えば、崖崩れの様
子や程度を緊急に得たい場合には、歩行測定では対応で
きない。又、現場に接近することが出来ず、測定自体が
不可能な場合もある。さらに、航空写真から地形図を正
確に得るためには、撮影された写真の中に基準点が必要
となり、基準点の設置のためには、人が現地に赴く必要
があり、これも膨大な労力と時間を要していた。

【０００４】一方、航空写真は比較的手軽に地形図を得
ることができるが、得られる情報は平面情報であり、立
体情報は得ることが困難である。さらに、色、明度のよ
うな光の強度に関する情報を付加するためには、航空写
真と得られた地形図を１対１に対応させる事が必要とな
り、膨大な人手がかかると共に精度の点で、問題があっ
た。又、複数の角度から撮影した写真から高度情報を得
ることも可能ではあるが、この高度の解析に時間がかか
ると共に精度の点で問題がある。

【０００５】そこで、本発明は、全く新しい観点から飛
行体による地形等の測定対象物の光の所定の波長域の強
度に関連する情報を付加した３次元位置又は姿勢を簡便
に且つ高速に測定できるようにすると共に容易に光の所
定の波長域の強度に関連する情報を付加した測定対象物
の立体図を描けるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、飛行
体において、飛行体に設定された基準点の現在の位置及
び姿勢に関連する値を時間を変数として測定し、飛行体
から発射されるレーザ光の光軸方向を時間を変数として
変化させることで、測定対象物の上でレーザ光を走査
し、測定対象物にレーザ光を照射して反射レーザ光を検
出することで基準点から測定対象物までの距離に関連す
る値を時間を変数として測定し、測定対象物上のレーザ
光の走査線に略沿ってレーザの走査領域を撮像するよう
に撮像装置を配設し、測定対象物の光の所定の波長域の
強度情報に関連する値である光の情報を撮像装置により
時間を変数として測定し、時間変数の各同一値に該当す
る、基準点の位置及び姿勢に関連する値と光軸方向に関
連する値と距離に関連する値とに基づいて、測定対象物
におけるレーザ光の照射点位置を演算し、時間変数の各
同一値に該当する測定対象物の光の情報に関連する値を
レーザ光の照射点位置の光の情報として演算し、照射点
の位置および光の情報に関連する値の集合から測定領域
における測定対象物の光の情報が付加された３次元情報
を得ることを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、上記測量方法におい
て、撮像装置は、前記測定対象物上のレーザ光の走査線
のラインセンサの長さ方向への正射影の長さ範囲を少な
くとも撮像できるように配置されたラインセンサで有る
ことを特徴とする。請求項３の発明は、上記測量方法に
おいて、光の所定の波長域が赤、青、緑の光の３原色に
関する波長域の強度情報で有ることを特徴とする。請求
項４の発明は、上記測量方法において、光の所定の波長
域が赤外領域の強度情報で有ることを特徴とする。請求
項５の発明は、上記測量方法において、光の所定の波長
域が遠赤外領域の強度情報で有ることを特徴とする。

【０００８】請求項６の発明は、飛行体において、飛行
体に設定された基準点の現在の位置及び姿勢に関連する
値を時間を変数として測定し、飛行体から発射されるレ
ーザ光の光軸方向を時間を変数として変化させること
で、測定対象物の上でレーザ光を走査し、測定対象物に
レーザ光を照射して反射レーザ光を検出することで基準
点から測定対象物までの距離に関連する値を時間を変数
として測定し、測定対象物に照射したレーザ光の反射強
度を検出することで測定対象物の照射レーザ光に対する
照射点の反射強度に関連する値を時間を変数として測定
し、時間変数の各同一値に該当する、基準点の位置及び
姿勢に関連する値と光軸方向に関連する値と距離に関連
する値に基づいて、測定対象物におけるレーザ光の照射
点位置を演算し、時間変数の各同一値に該当する測定対
象物のレーザ光の反射強度に関連する値をレーザ光の照
射点位置のレーザ光の反射強度の情報として演算し、照
射点の位置およびレーザ光の反射強度に関連する値の集
合から測定領域における測定対象物のレーザ光の反射強
度の情報が付加された３次元情報を得ることを特徴とす
る。

【０００９】請求項７の発明は、上記測量方法におい
て、反射強度情報を得るためのレーザ光が、位置情報を
得るために飛行体に設置された第１のレーザ光照射装置
の他に設置された反射強度情報を得るための第２のレー
ザ光照射装置より照射された、第１のレーザ光の波長と
は異なる所定の波長の第２のレーザ光で有ることを特徴
とする。

【００１０】請求項８の発明は、上記の測量方法におい
て、基準点の位置及び姿勢に関連する値は、少なくとも
ＧＰＳにより求められることを特徴する。請求項９の発
明は、上記測量方法において、第１のレーザ光による走
査方向は、測定対象物の上の飛行体の飛行経路に対して
直角方向に走査することを特徴する。請求項１０の発明
は、上記測量方法において、第１及び、第２のレーザ光
は、測定対象物の上の飛行体の飛行経路に対して直角方
向に走査することを特徴する。

【００１１】請求項１１の発明は、飛行体の飛行中にお
いては飛行体において時間を変数として基準点の位置及
び姿勢に関連する値および、光軸方向に関連する値およ
び、測定された距離に関連する値を測定し記憶し、さら
に、撮像装置により測定された測定対象物の光の所定の
波長域の強度情報に関連する値である光の情報に関連す
る値においても、時間を変数として記憶し、飛行終了後
に、照射点位置は、時間を変数とする各記憶値におい
て、時間変数の各同一値に該当する各記憶値に基づいて
演算され、光の情報に関連する値は、時間を変数とする
各記憶値において、照射点位置の各時間変数の同一値に
該当する各記憶値に基づいて照射点位置について演算
し、測定対象物の光の情報に関連する値を付加した３次
元情報を得ることを特徴する。

【００１２】請求項１２の発明は、飛行体の飛行中にお
いて、飛行体において時間を変数として測定した基準点
の位置及び姿勢に関連する値および、光軸方向に関連す
る値および、測定された距離に関連する値を記憶し、さ
らに、時間を変数として測定した測定対象物のレーザ光
の反射強度に関連する値を記憶し、飛行終了後に、照射
点位置は、時間を変数とする各記憶値において、時間変
数の各同一値に該当する各記憶値に基づいて演算し、レ
ーザ光の反射強度に関連する値は、時間を変数とする各
記憶値において、照射点位置の各時間変数の同一値に該
当する各記憶値に基づいて照射点位置について演算し、
測定対象物のレーザ光の反射強度に関連する値を付加し
た３次元情報を得ることを特徴とする。

【００１３】請求項１３の発明は、上記撮像装置を用い
た測量方法を実現する装置に関する。飛行体において、
飛行体に設定された基準点の現在の位置及び姿勢に関連
する値を時間を変数として測定する位置姿勢測定装置
と、測定対象物の上にレーザ光を照射するレーザ装置
と、レーザ光が測定対象物の上を走査するように、レー
ザ光の光軸方向に関連する値を時間を変数として変化さ
せる走査装置と、測定対象物にレーザ光を照射して反射
レーザ光を検出することで基準点から測定対象物までの
距離に関連する値を時間を変数として測定する測距装置
と、測定対象物の光の情報に関連する値を時間を変数と
して測定する撮像装置と、撮像装置により測定された光
の情報に関連する値を時間を変数として収録する収録装
置と、時間変数の各同一値に該当する、基準点の位置及
び姿勢に関連する値と光軸方向に関連する値と光の情報
に関連する値と距離に関連する値とに基づいて、測定対
象物におけるレーザ光の照射点位置を演算する照射位置
演算装置と、照射点位置の光の情報に関連する値を演算
し光の情報を付加する光情報付加演算装置とを備えるこ
とを特徴とする。

【００１４】請求項１４の発明は、上記装置において撮
像装置は、赤、青、緑の光の３原色に関する波長域を測
定する事を特徴とする。請求項１５の発明は、上記装置
において撮像装置は、赤外領域に関する波長域を測定す
る事を特徴とする。請求項１６の発明は、上記装置にお
いて撮像装置は、遠赤外領域に関する波長域を測定する
事を特徴とする。請求項１７の発明は、上記撮像装置
は、ラインセンサである事を特徴とする。

【００１５】請求項１８の発明は、飛行体より照射した
レーザ光の反射強度を測定し、光に関連する情報として
付加する測量方法を実現する装置に関する。飛行体にお
いて、飛行体に設定された基準点の現在の位置及び姿勢
に関連する値を時間を変数として測定する位置姿勢測定
装置と、測定対象物の上にレーザ光を照射するレーザ装
置と、レーザ光が測定対象物の上を走査するように、レ
ーザ光の光軸方向に関連する値を時間を変数として変化
させる走査装置と、測定対象物にレーザ光を照射して反
射レーザ光を検出することで基準点から測定対象物まで
の距離に関連する値を時間を変数として測定する測距装
置と、測定対象物に照射したレーザ光の反射強度に関連
する値を時間を変数として測定する反射強度測定装置
と、時間変数の各同一値に該当する、基準点の位置及び
姿勢に関連する値と光軸方向に関連する値とレーザ光の
反射強度に関連する値と距離に関連する値とに基づい
て、測定対象物におけるレーザ光の照射点位置を演算す
る照射位置演算装置と、照射点位置のレーザ光の反射強
度情報に関連する値を演算しレーザ光の反射強度情報を
付加する光情報付加演算装置とを備えることを特徴とす
る。

【００１６】請求項１９の発明は、上記測量装置におい
て、飛行体において、測定対象物の上に位置情報とは異
なる所定の波長の第２のレーザ光を照射する第２のレー
ザ装置と、第２のレーザ装置より照射される第２のレー
ザ光が測定対象物の上を走査するように、第２のレーザ
光の光軸方向に関連する値を時間を変数として変化させ
る第２の走査装置と、第２のレーザ装置より照射された
第２のレーザ光の反射強度情報に関連する値を時間を変
数として走査測定する反射強度測定装置とをさらに備え
たことを特徴とする。

【００１７】請求項２０の発明は、上記測量装置におい
て、照射位置演算装置と、光情報付加演算装置とにより
演算された各照射点位置に測定対象物の光の情報が付加
された照射点位置の集合から測定領域における測定対象
物の光の情報が付加された３次元情報を得る情報表示装
置をさらに有することを特徴する。請求項２１の発明
は、上記測量装置において、位置姿勢測定装置はＧＰＳ
による基準点の位置及び姿勢を得るＧＰＳ装置を少なく
とも含むことを特徴とする。請求項２２の発明は、上記
測量装置において、第１及び、第２の走査装置は測定対
象物体の上の飛行体の飛行経路に直角方向に第１及び、
第２のレーザ光を走査することを特徴とする。

【００１８】尚、上記の基準点の意味は飛行体の任意位
置に設けられた点を言う。但し、飛行体の位置及び姿勢
を得る基準点と、測定対象物までの距離を得る光学系の
基準点とを異なる位置にした場合には、基準点が異なる
ままで照射点の３次元位置の演算を行うと３次元位置は
それらの基準点間変位の分だけ誤差を含む。その誤差が
許容範囲として認められる種類の測定であれば、そのよ
うな測定も可能である。しかし、精密な測定のために
は、両基準点を一致させる必要がある。

【００１９】請求項に記載した基準点の意味には、この
２つの意味を持たせている。即ち、飛行体自体を点で近
似した場合には、その点が基準点となり、上記した誤差
を許容する場合に相当する。又、飛行体を所定の大きさ
を有した物体とすれば、基準点は飛行体の座標系に固定
された任意の点の意味である。例えば、飛行体の位置及
び姿勢に関連した値を測定するための基準点（例えば、
ＧＰＳのアンテナの基準点）、距離に関連した値を測定
するための光学系の基準点（例えば、レーザ光の発射点
及び受信点）、その他の第３の点が考えられる。よっ
て、飛行体の位置及び姿勢を求める基準点と、距離を測
定する基準点とが異なり、それぞれのデータがそれぞれ
の基準点に対する値であれば、測定対象物上のレーザ光
照射点の３次元位置を求めるまでのいずれかの段階で基
準点が異なることによる補正が必要となる。この補正は
任意の段階でできる。よって、請求項１、６、１１、１
２、１３、１８における「飛行体に設定された基準点の
現在の位置及び姿勢に関連した値を時間を変数として測
定」の概念は、この共通の基準点に対する測定値と一意
的関係にある値が得られる測定の意味である。よって、
請求項の測定により得られる値の概念は、例えば、ＧＰ
Ｓのアンテナの基準点に対して得られた生の数値、及
び、その生の数値を共通の基準点に対して換算した数値
を含むものである。同様に、請求項１、６、１１、１
２、１３、１８における「前記基準点から前記測定対象
物までの距離に関連した値を時間を変数として測定」の
概念は、この共通の基準点に対する測定値と一意的関係
にある値が得られる測定の意味である。よって、請求項
の距離の測定により得られる値の概念は、例えば、レー
ザ光の発射点又は受光点の基準点に対して得られた生の
数値、及び、その生の数値を共通の基準点に対して換算
した数値を含むものである。

【００２０】又、位置及び姿勢、光軸方向、距離は、そ
れらの値と一義的関係にある様々な物理量や変量を用い
て表すことができると共に、一義的関係があることから
物理量や変量から上記の最終目的値への変換も可能であ
る。例えば、姿勢について言えば、飛行体に固定された
基準ベクトルと地面に固定された各座標軸との成す角や
その角の余弦等の三角関数で表すことができる。光軸方
向でいえば、光軸と飛行体に固定されたある軸と成す角
又はその余弦等の三角関数で表すことができる。又、距
離は直接的距離の他、レーザ光が往復する時間でも表す
ことができる。さらに、上述したように、各測定系にお
ける基準点の位置と請求項の共通の基準点の位置とに変
位があれば、各測定系で得られる生の測定値は、共通の
基準点に対する位置及び姿勢、又は、距離に関連する値
となる。請求項における「関連した値」は、これらの事
情を総合した概念であり、位置及び姿勢、光軸方向、距
離等を直接表す値の他、それらの値へ変換可能な関連す
る値すべてを意味する。

【００２１】さらに、測定対象物上のレーザ光の走査領
域を撮像するように撮像装置を配設の意味するところ
は、撮像装置における撮像領域が、同一時刻において、
レーザ光の照射による測定対象物上の走査線が撮像され
るように同期を取っていても良いし、レーザ光の現在の
走査線に対して、時間的に先行、即ち、進行方向に対し
て、いくらか先行した領域、又は、時間的に遅れて、即
ち、進行方向に対していくらか遅れた領域であっても良
い。つまり、レーザ光によって、走査する領域を、撮像
装置において、撮像するように撮像装置を配設すると言
うことを意味する。さらに、レーザ光によって、走査す
る領域を、撮像装置において、撮像するように撮像装置
を配設することにより、その撮像領域と、レーザ光によ
る走査領域の物理的位置関係が明らかとなり、レーザ光
による測量及び、撮像装置における撮像終了後に、共通
の基準時間からの時間変数を元に、レーザ光の照射地点
に対して、撮像データを対応付ける事ができるようにな
る。よって、撮像装置は平面画像を得る装置でも、所定
の幅の短冊状の領域を得るラインセンサであっても良
い。

【００２２】さらに、請求項に記載した時間変数の同一
値に該当するという時間の意味には、それぞれの変量を
測定するのは、必ずしも、同一時間に同一時間間隔で行
われるものではないが、それぞれの変量を測定するタイ
ミング、間隔は、あらかじめ決められており、既知のも
のである。従って、共通の基準となる時間よりの時間変
数を用いる事により、それぞれの測定変量は、時間が、
必ずしも一致しなくとも、それぞれの時間間隔での測定
変量を補間、又は、決められた規則により、一意的に、
時間変数の同一値に該当するという概念により、対応付
けることができるようになる。

【００２３】

【発明の作用及び効果】上記発明では、例えば、ヘリコ
ブタ、軽飛行機等の飛行体を、例えば、地形等の測定対
象物上を飛行させ、飛行体からレーザ光を測定対象物上
に照射し、その反射レーザ光を検出することで測定対象
物の３次元情報を得るものである。レーザ光を測定対象
物上に照射すると共に測定対象物上を走査する。飛行体
の移動とレーザ光の走査とにより、レーザ光は測定対象
物上の平面領域を走査することになる。そして、反射レ
ーザ光を測定することで、飛行体に設定された基準点か
ら測定対象物までの距離が時間を変数として得られる。

【００２４】同時に、撮像装置を測定対象物上のレーザ
光で走査する領域の像を得るように撮像装置を配設し、
光に関連する情報を測定する事により、レーザ光で走査
した地点の領域の光の所定の波長域の強度情報が時間を
変数として得られる。レーザ光の受光素子と、撮像装置
のカメラ位置および、撮像範囲はあらかじめ周知である
ので、時間を変数として得られた光の情報は、レーザで
走査した地上のポイントに、１対１で対応付けることが
できることになり、地上のポイントに対し、光の情報を
付加する事ができるようになる。

【００２５】他の請求項の発明によると、撮像装置は、
測定対象物上のレーザ光の走査線のラインセンサの長さ
方向への正射影の長さ範囲を少なくとも撮像できるよう
に配置されたラインセンサとする事により、撮像された
光の情報とレーザ光による走査ポイントとの対応付けが
より正確にできるようになる。

【００２６】他の請求項の発明によると、撮像装置およ
び、ラインセンサにより、赤、青、緑の光の３原色に関
する波長域の強度情報について測定できるようになるの
で、測定対象物の色、明度についての情報が得られるよ
うになる。さらに他の請求項の発明によると、撮像装置
および、ラインセンサにより、赤外領域の波長域の強度
情報について測定できるようになる。さらに他の請求項
の発明によると、撮像装置および、ラインセンサによ
り、遠赤外領域の波長域の強度情報について測定できる
ようになるので、測定対象物の温度分布についての情報
が得られるようになる。

【００２７】さらに他の請求項の発明によると、位置測
定のために照射したレーザ光の反射強度を測定すること
により、レーザ光の照射地点の反射係数を求める事がで
き、例えば、測量地点の面に関する情報が得られるよう
に成る。さらに他の請求項の発明によると、飛行体に位
置測定のためのレーザ照射装置とは別に第２のレーザ照
射装置を設置し、位置測定のための照射レーザ光の波長
とは異なる波長の第２のレーザ光を照射し、第２のレー
ザ光の反射強度を測定する事により、所定の波長のレー
ザ光に関する情報が得られるようになる。

【００２８】一方、飛行体に設定された基準点の位置と
姿勢は、例えば、衛星を用いた測位システムである３次
元ＧＰＳ(global positioning system) やジャイロを用
いた慣性航法による測位システムのうち一方、又は両方
を用いて得ることができる。両方を用いる場合には、例
えば、ＧＰＳで得られる位置及び姿勢は時間間隔を設け
得られるために、その時間間隔の間の位置及び姿勢は慣
性航法による補間により求めることができる。この得ら
れた基準点の位置と姿勢は基準時間からの時間を変数と
して測定される。又、レーザ光の光軸方向も同一の基準
時間からの時間を変数として得られる。さらに、同一の
基準時間からの時間変数を用いて、所定の時間間隔で、
レーザ光の走査領域の映像が撮像装置又は、ラインセン
サにより撮像される。

【００２９】これらの同一の基準時間からの時間を変数
とする最初の３変量、即ち、基準点の位置及び姿勢、光
軸方向と、測定された距離において、それぞれの時間変
数の同一値に該当する値を用いて、測定対象物上におけ
るレーザの照射点の３次元位置が得られる。次に、撮像
装置又は、ラインセンサにより得られた光の情報は、撮
像装置又は、ラインセンサの撮像領域を測定対象物上の
レーザ光で走査した領域であるため、同一の基準となる
時間の変数及び、撮像装置又は、ラインセンサのカメラ
の設置位置によりその撮像位置が決定される。よって、
撮像装置又は、ラインセンサによる取得データは、レー
ザの各照射点に対して対応付ける事ができるようにな
り、光の情報が付加された測定対象物上におけるレーザ
の照射点の３次元位置が得られる。

【００３０】この照射点の３次元位置の集合が測定領域
における測定対象物の光の情報が付加された３次元情報
を与えることになる。照射点の３次元位置の集合を用い
て、地形の高さを表した地形断面、地形を立体的に表し
さらに、光の情報を付加した斜視図又は鳥瞰図、等高度
曲線図等を得ることができる。又、照射点は測定対象物
において離散的に得られるので、その間の点の３次元位
置および、光情報は補間演算により求めることができ
る。

【００３１】さらに、位置測定のために照射したレーザ
光の反射強度も、同一の基準時間からの時間を変数とし
て、測定をすることにより、レーザ光の照射地点の反射
係数を１体１に容易に対応付ける事ができる。さらに、
飛行体に位置測定のためのレーザ照射装置とは別に第２
のレーザ照射装置を設置し、位置測定のための照射レー
ザ光の波長とは異なる波長の第２のレーザ光を照射し、
第２のレーザ光の反射強度も同一の基準時間からの時間
を変数として測定する事により、所定の波長のレーザ光
に関する情報が得られ既知の第１のレーザ照射装置と、
第２のレーザ照射装置の設置位置の関係より、第１のレ
ーザ光の照射地点に対して、第２のレーザ光の反射強度
を１体１に容易に対応付ける事ができる。

【００３２】このように、飛行体とレーザ光の走査と、
撮像装置又は、ラインセンサによる撮像により、極めて
簡便に且つ高速度、高精度で測定対象物の光の情報を付
加した３次元位置情報を得ることが可能となる。さら
に、位置照射のためのレーザ光の反射強度情報及び、第
２のレーザ光照射装置によるレーザ光の反射強度情報
も、光の情報として付加した３次元位置情報を得ること
が可能となる。

【００３３】又、他の請求項の発明では、レーザ光の走
査を測定対象物上の飛行体の飛行経路に垂直に行い、さ
らに、ラインセンサによる撮像も測定対象物上のレーザ
光による走査線のラインセンサの長さ方向への正射影の
長さ範囲を撮影できるように配設したラインセンサによ
る。この走査および、撮像と飛行体の飛行とにより、レ
ーザ光を測定対象物上の２次元領域を走査することがで
き、ラインセンサによる撮像も２次元領域を合わせて行
う事ができるようになり、２次元領域における光の情報
を付加した３次元位置を高効率で得ることができる。

【００３４】本発明は、飛行体の飛行中に、飛行体の基
準点の位置及び姿勢、レーザ光の光軸方向、基準点から
測定対象物上の照射点までの距離を測定し、同時に撮像
装置により、測定対象物の光の情報を取得している。こ
れらの変量から測定対象物上の各照射点の光の情報が付
加された３次元位置が演算されるが、この光の情報が付
加された３次元位置の演算は、飛行体による測定とリア
ルタイムで行っても良く、他の請求項の発明のように、
測定するそれぞれの変量を共通の基準の時間を変数とし
て記憶しておき、飛行後に、各時間変数の同一値に該当
する各記憶値に基づき各照射点の光の情報を付加した３
次元位置を演算するようにしても良い。このように光の
情報を付加した３次元位置の演算は、オフラインで行う
ことで、飛行体に搭載する機器を簡略化することができ
る。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。先ず、第１の実施例として、レーザ
光照射による測量領域を撮像装置で撮像し各測量地点に
対し光の情報を付加する発明について、第２の実施例と
して、位置測定のための照射したレーザ光の反射強度情
報を光の情報とする発明について、第２の実施例の変形
例として、位置測定のための照射した第１のレーザ光と
は、別の第２のレーザ光照射装置を用いて、レーザ光の
照射を行い、そのレーザ光の反射強度情報を光の情報と
する場合について述べる。なお本発明は下記実施例に限
定されるものではない。

【００３６】第１の実施例について述べる。図２は本発
明にかかる測量方法の概念を示した図である。飛行体で
あるヘリコブタ１０に固定された座標系をＱ−ｘｙｚと
する。ｙ軸はヘリコブタ１０の進行方向、ｘ軸はヘリコ
ブタ１０の床面に並行でｙ軸に垂直な方向、ｚ軸はヘリ
コブタ１０の床面に垂直な方向にとられている。ヘリコ
ブタ１０は所定方向に飛行し、地面２０上の飛行経路２
５に垂直なｘ軸方向にレーザ光２１が走査される。同時
に、地面２０上の飛行経路２５に垂直なｘ軸方向に撮像
装置であるラインセンサによる地表面の撮像が行われ
る。図２（ｂ）に示すように、ヘリコブタ１０のｙ軸方
向への飛行とレーザ光２１のｘ軸方向の走査は、レーザ
で１回走査するのに必要な時間に、飛行体が移動する距
離をＤ（ｙ軸方向）とし、走査する幅をＥ（ｘ軸方向）
とした時、Ｄ＊Ｅで囲まれた４角形の対角線上が、地面
２０上の照射経路２２となり、Ｓ（ｔ_i,j ）がえられ
る。ここで、（ｔ_i,j ）は、共通の時間Ｔからのレーザ
照射装置での時間変数であり、i は、レーザ装置でのi
回目に相当し、基準時間Ｔにおいて時間ｔ_i からレーザ
光の走査を開始するという意味である。ｊは、ｊ番目の
照射ポイントの意味である。従って、ｔ_i は、
（ｔ_i,0）に相当する。本実施例では、１走査の間に、
８００ポイントの照射データを得る。

【００３７】一方、ラインセンサによる地表面の撮像
は、ｘ軸方向のレーザの走査幅に一致する範囲を、ｙ軸
方向に、移動しながら、ｘ軸に平行に所定の時間間隔で
複数回撮像がおこなわれる。本実施例では、４回であ
り、Ｍ（ｔ_i,０），Ｍ（ｔ_i,１），Ｍ（ｔ_i,２），Ｍ
（ｔ_i,３）がえられる。ここでの、ｔ_i は、（ｔ_i,０）
の意味であり、（ｔ_i,０）は、共通の時間ｔ_i からの撮
像装置における時間であり、第１回目の撮像時間を表
す。走査幅Ｅを４分割した区間をそれぞれ、Ｅ₀ 、
Ｅ₁、Ｅ₂ 、Ｅ₃ とすると、それぞれに対応する撮像区
間を直近乃至、決められた撮像データよりえることとす
る。本実施例では、Ｅ₀ 区間には、Ｍ（ｔ_i,０）よりデ
ータを得る事としＭ₀ 、Ｅ₁ 区間にはＭ（ｔ_i,１）より
データを得る事としＭ ₁ 、Ｅ₂ 区間にはＭ（ｔ_i,２）よ
りデータを得る事としＭ₂ 、Ｅ₃ 区間にはＭ（ｔ_i,３）
よりデータを得る事としＭ₃ 、を対応付けている。な
お、図２（ｂ）では、ラインセンサによる撮像領域とレ
ーザの走査線を、わかりやすくするため重ねてないが、
実際の測定および、撮像時には、レーザ装置とラインセ
ンサの配置位置を変化させることなく、レーザの走査タ
イミングに対する、ラインセンサの撮像タイミングを変
化させ設定する事により、地上の走査線と、撮像ライン
との位置関係を変化させることも可能である。つまり、
共通の時間ｔ_i からの、（ｔ _i,０）、（ｔ_i １）、（ｔ
_i,２）、（ｔ_i,３）の設定を変化させれば良い事とな
る。例えば、図１０の（ｃ）のように、ラインセンサに
よる撮像領域と、レーザの走査線が重なるように設定実
行する事も可能である。

【００３８】図４に示すように、レーザ光２１はパルス
であり、その反射光を受光して、レーザ光２１の発射か
ら受光までにかかる時間Δｔが計測される。この時間Δ
ｔによりレーザ光の発射点Ｗと測定対象物上の照射点Ｓ
との距離Ｌが測定される。この距離Ｌが時間の経過に伴
って多数得られる。この距離Ｌとヘリコブタ１０の位置
及び姿勢とから照射点Ｓの３次元位置を得ることができ
る。そして、この３次元位置から図２（ｃ）に示すよう
に地形の断面図を得ることができる。

【００３９】一方、本実施例のラインセンサは、レーザ
のｘ軸方向の走査幅の地表面の線状の領域の映像をレー
ザ１回の走査を行う間に４回レンズを通して受光し、さ
らに、プリズムを通して赤、緑、青（以下ＲＧＢとす
る）の光の３原色に分光し、１回の撮像で２０４８画素
の分解能を持つので、ＲＧＢそれぞれの光の強度情報を
時間を変数として２０４８画素分蓄積する。地表面の画
像情報は、レーザ光の発射と共通の基準の時間を用いた
時間を変数として、ラインセンサで撮像され記録される
ので、飛行終了後に、時間を変数として、地上の照射ポ
イントに対して画像情報を対応付ける事ができる。

【００４０】次に、照射点Ｓの３次元位置を求める方法
についてさらに詳しく説明する。図１は本発明の測量方
法の概念を説明した図である。地面に固定された座標系
をＯ−αβｈとする。α軸は経度、β軸は緯度、ｈ軸は
標高である。又、上述のようにヘリコブタ１０に固定さ
れた座標系をＱ−ｘｙｚとする。Ｑ点はＧＰＳによる位
置及び姿勢測定のための基準点である。ＧＰＳによりＱ
点の位置及び姿勢が共通の基準となる時間よりの時間を
変数として測定される。Ｑ点の位置は、次式で与えられ
る。以下、共通に時間からの時間変数を表す時間ｔは、
各照射ポイントに対する時間（ｔ_i,j ）の意味である
が、式の簡単のため、ｔと略して記述する。

【００４１】

【数１】 Ｑ(t) ＝（α_Q (t), β_Q (t), ｈ_Q (t)) …（１） Ｑ点の姿勢は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向の単位ベクトルが
α軸、β軸、ｈ軸と成す角をそれぞれθ_x1(t),θ_x2(t),
θ_x3(t),θ_y1(t),θ_y2(t),θ_y3(t),θ_z1(t),θ _z2(t),θ
_z3(t) として、次の姿勢行列Ｆで得られる。

【数２】

【００４２】尚、本実施例では、ＧＰＳでは１秒間に１
回のデータが得られるので、その１秒間の間は、ジャイ
ロによる慣性航法により各軸の加速度の積分演算により
１秒間に１０回補間している。Ｑ点の各時刻での位置及
び姿勢が求められる。本実施例では、レーザ光による走
査の照射点毎にしており時間を変数とするＱ点の位置及
び姿勢は２．５×１０^-5秒間隔で得ているが、所定の時
間毎（補間間隔である０．１秒間隔）に位置及び、姿勢
を共通の時間よりの時間を変数として記憶しておく事に
より，飛行終了後に各照射点毎のつまり、２．５×１０
^-5秒間隔の位置及び姿勢を演算することにより、飛行体
に設置する装置を簡略化する事もできる。本実施例にお
いて、位置の測定誤差は±２０cm、姿勢誤差は角度にし
て±０．２度であることが確認されている。ＧＰＳによ
る位置及び姿勢の演算や慣性航法による位置及び姿勢の
演算方法は良く知れているので記載を省略する。

【００４３】次に、レーザ装置はヘリコブタ１０に固定
されているので、レーザ光の発射点及び受光点である基
準点Ｗは座標系Ｑ−ｘｙｚに固定された点となり、この
基準点ＷのＱ点に対する変位ベクトルＡは既知である。
変位ベクトルＡの成分表示に関し、次式が得られる。

【００４４】

【数３】 Ａ＝ (A_x, A_y ,A_z ) …（３） レーザ光の光軸は、常に、ｘｚ平面に平行な面上にあ
り、このレーザ光の光軸と−ｚ軸２２（以下、「基準
軸」という）と成す角（ｘ軸方向にとった角を正とす
る）である光軸方向γ(t) が時間を変数として得られ
る。このγ(t) はレーザ装置の発射点Ｗに設けられたミ
ラーの回転角により得ることができる。次に、光軸方向
γ(t) でレーザ光を照射し、反射レーザ光を受光して、
発射から受光までに要する時間Δｔから距離Ｌ(t) が時
間を変数として得られる。距離Ｌ(t) は時間Δｔから次
式により得られる。

【００４５】

【数４】 Ｌ(t) ＝ｃΔｔ／２ …（４） 但し、ｃは光速度である。

【００４６】次に、地面２０上のレーザ光２１の照射点
Ｓの位置を演算する方法について説明する。レーザ光２
１の発射点Ｗ（基準点）の位置は次式で求められる。

【数５】 Ｗ(t) ＝（α_Q (t),β_Q (t),ｈ_Q (t))＋（ A_x, A_y ,A_z ) …（５） 又、光軸方向の単位ベクトルＵに関し、Ｑ−ｘｙｚ座標
系での成分表示Ｕ_Q は次式で表される。

【数６】 Ｕ_Q (t) ＝(sinγ(t),０ ,-cosγ(t)) …（６）

【００４７】よって、単位ベクトルＵのＯ−αβｈ座標
系における成分表示Ｕ_O (t) は次式で演算される。

【数７】

【００４８】次に、地面２０上のレーザ光の照射点Ｓは
次式で演算される。

【数８】 Ｓ(t) ＝( α_S (t),β_S (t),ｈ_S (t)) ＝Ｗ(t) ＋Ｌ(t) Ｕ_O (t) …（８） よって、各成分は次式で求められる。

【数９】 α_S (t) ＝α_Q (t)+ A_x + Ｌ(t)( cosθ_x1(t)sinγ(t)- cosθ_z1(t)cosγ(t)) …（９）

【数１０】 β_S (t) ＝β_Q (t)+ A_y + Ｌ(t)( cosθ_x2(t)sinγ(t)- cosθ_z2(t)cosγ(t) …（１０）

【数１１】 ｈ_S (t) ＝ｈ_Q (t)+ A_z + Ｌ(t)( cosθ_x3(t)sinγ(t)- cosθ_z3(t)cosγ(t)) …（１１）

【００４９】以上のように、照射点Ｓの３次元位置( α
_S (t),β_S (t),ｈ_S (t))を求めることができる。この点
の集合は、本実施例では、共通の基準となる時間Ｔを基
準にして時間変数ｔに対して得られる。この点の集合に
より、地面２０の３次元情報を得ることができる。尚、
ヘリコブタ１０の揺れ等により、この点の集合は地面２
０において必ずしも等密度になるとは限らない。よっ
て、本実施例では、点と点の間の３次元位置情報は補間
演算により求められている。

【００５０】次に、ラインセンサで得られた所定の波長
域の光の強度に関連する情報である、画像情報を地上の
照射ポイントに対応付ける方法について述べる。ここで
は、一般的な可視光線の波長域であるＲＧＢの光の３原
色について述べるが、赤外線領域、遠赤外線領域、その
他の波長域については、３色分光のため処理が不必要と
なり、所定の波長域の強度情報のみが画像情報として記
録され処理される事となるので可視光線についての説明
を行う。

【００５１】本実施例では、入力画像は、分光プリズム
３８を通し、３色に分光し、２０４８画素の画像データ
となるように、各小領域の入力値をそれぞれの中央値に
アライメントし、光の３原色ＲＧＢの各波長域の受光素
子に記録される。画素値の決定方法、つまり、画像処理
の方法は多岐に渡るので、上記実施例以外の方法、例え
ば、小領域に、各種フィルターをかける方法、加重平均
を取る方法、または、それ以外の方法でも良い。

【００５２】本実施例では、画角６０度と、飛行体の高
度を約３００ｍとすれと、１回のラインセンサによる撮
像範囲の長さは、地上で約３４０ｍとなる。この３４０
ｍが２０４８画素に対応する事となり、１画素当たり１
６ｃｍとなる。図３に示すように、レーザ光の出射ポイ
ントＷと、ラインセンサのカメラ位置Ｐは、ｙ軸方向に
対して直線的に、ｘ軸方向に対しては、平行に設置され
ており、レーザ光の走査方向および、ラインセンサの撮
像方向は、ｘｚ平面に平行であり、あらかじめその位置
関係は、知られている。以上の方法で得られた、ライン
センサによる光に関連する情報つまり、各画素の地表面
でのおおよその位置は、容易に求める事ができる。同時
に、図１０（ｃ）に示すような位置関係でのラインセン
サでの撮像も可能となる。図１０（ｃ）を例にとって説
明を続けると、本実施例でのレーザ光の照射では、１回
の走査は、０．０４秒間で８００点の、位置情報が得る
事ができる。０．０２秒間で８００点のサンプリングを
行い、０．０２秒間で照射のためのミラーを照射開始位
置に戻す。ラインセンサによる撮像は、照射開始時間と
共通の基準の時間からの時間変数を用いて、０．０２秒
間に４回行われ０．０２秒間は、撮像を休止している。
ラインセンサによる撮像は、レーザの照射と同時でも良
いが、より良い撮像範囲を得るために、レーザの照射と
は、別のタイミングで撮像する事も可能である。走査幅
Ｅを４分割した区間をそれぞれ、Ｅ₀、Ｅ₁ 、Ｅ₂ 、Ｅ
₃ とすると、それぞれに対応する撮像区間をそれぞれに
対応する直近のＭ（ｔ_i,０）からＭ₀ を、Ｍ（ｔ_i,１）
からＭ₁ を、Ｍ（ｔ_i,２）からＭ₂ を、Ｍ（ｔ_i,３）か
らＭ₃を得る事とする。（ｔ_i,ｍ）：０≦ｍ≦３ は、
共通の時間Ｔからの時間変数であり、レーザの照射開始
時間ｔ_i における、ｍ回目のラインセンサによる撮像時
間を表す。

【００５３】Ｍ₀ ，Ｍ₁ ，Ｍ₂ ，Ｍ₃ はそれぞれ、５１
２画素で構成され、照射ポイント２００点に対応させる
事ができる。照射ポイント１点に対し、平均２．５６画
素が対応するため、上記方法で得られた各照射ポイント
の位置情報より、図１２に示すように直近の２乃至３画
素を決定し、その画素の各ＲＧＢの値について平均を取
り、照射ポイントの画素値とする。

【００５４】また、図１１に示すように、反射ミラーを
戻すことなくｘ軸方向に対して、双方向の連続走査によ
り、より密度の濃い位置測定を行う事もできる。同時
に、ラインセンサによる撮像も休止時間を取ることなく
連続撮像を行う。さらに、レーザ照射により、得られた
位置情報を元に、飛行体と、地表面の距離を瞬時に得る
事ができるので、その距離をもとに、ラインセンサの撮
像幅を一定とするために、ラインセンサにズーム機構を
取り付けサーボ機構により制御する事により、より正確
な撮像情報を得ることもできる。

【００５５】例えば、図１５に示すように、地面２０の
ある方向の断面図を得ることができる。ダムの堆砂量、
地形の標高、積雪深さ、樹高等を色情報と共に図に表す
ことができる。又、図１６に示すように、色付きの斜視
図である鳥瞰図、等高線図を表示することが容易に行う
ことができる。

【００５６】次に、本実施例の測量装置についてさらに
詳しく説明する。図５に示すように、ヘリコブタ１０の
屋根部１１に４個のＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂ，１
２ｃ，１２ｄが設けられている。この４個のＧＰＳアン
テナにより、衛星から送信されるＧＰＳ情報を受信し
て、図６に示す３ＤＧＰＳ装置７０から前述したＱ点の
位置及び姿勢を演算するためのデータが出力される。
又、動揺検出装置７１はジャイロにより加速度が検出さ
れ、その加速度の２回積分から位置及び姿勢を補間演算
するためのデータが出力される。これらの値はＣＰＵ５
５に入力される。

【００５７】ＣＰＵ５５は図１３に示すフローチャート
に従って処理を実行する。ステップ１０２において、共
通の基準となる時間Ｔが入力される。ステップ１０４に
おいて、時間変数ｔにＴがセットされる。これにより、
以後すべての、データの取得において、この基準となる
時間を用いる事となる。ステップ１０６において、ｔが
３ＤＧＰＳ装置７０及び動揺検出装置７１からデータを
得る時刻となっている場合は、３ＤＧＰＳ装置７０及び
動揺検出装置７１からデータが入力される。ＧＰＳ、動
揺検出機からのデータの入力は、必ずしも毎回行われる
のではなく、所定の間隔つまり、ＧＰＳからは、１秒間
隔であり、動揺検出機からは、０．１秒間隔で行われ
る。次にステップ１０８において、共通の時間Ｔからセ
ットされた時間ｔにおいて、レーザ装置により、レーザ
照射を行うか判定をする。つまり、レーザ装置により、
各ポイントのサンプリングを行うか判定し、サンプリン
グを行う場合は、時間ｔを用いて総ての変量を記憶する
事となる。ステップ１１０において、補間演算により
（１）式の位置Ｑ(t) 、（２）式の姿勢Ｆ(t) が演算さ
れる。そして、この値は、時間ｔにおけるＱ点の位置及
び姿勢としてデータ記録部５６に記録される。即ち、上
述したＱ(t) 、Ｆ(t) がデータ記録部５６に記録され
る。

【００５８】図６に示す測量装置３０はヘリコブタ１０
の外部の底部１３に配設されたレーザレーダヘッド部４
０とヘリコブタ１０の室内１４に設けられた信号処理部
５０とで構成されている。レーザ発振器４５はＡＯＱス
イッチドライバー４６で駆動されて、所定周期のパルス
レーザ光が送受光学部４７を介してスキャナミラー部４
２に出力される。そのパルスレーザ光２１はスキャナミ
ラー部４２のミラー６０（図８）で反射されて、窓４１
を介して地面２０に向けて照射される。地面２０からの
反射レーザ光２３は窓４１を介してスキャナミラー部４
２のミラー６０で受光され、送受光学部４７を介して光
検出器４８で検出される。

【００５９】測距計測部５１はＡＯＱスイッチドライバ
ー４６によるレーザのパルス発振時期を制御している。
距離の測定は、図７に示すように、発射するパルスレー
ザ光２１の一部が分岐されて光検出器４８で検出され、
パルスレーザ光の発射時期が検出される。又、反射レー
ザ光２３は光検出器４８で検出され、その受光時期が検
出される。そして、クロック５１２のクロックパルスが
ゲート５１１を介してレーザ光の発射時期から受光時期
までの間、カウンタ５１０で計測される。この計測値が
上述した時間Δｔ(t) となり、時間を変数とて測定され
る。この値Δｔ(t) はステップ１１２においてＣＰＵ５
５に入力され、（４）式により距離Ｌ(t) に換算され、
データ記録部５６に記録される。尚、クロック５１２、
ゲート５１１、カウンタ５１０等は測距計測部５１を構
成している。

【００６０】又、測距計測部５１は波形発生部５２に走
査信号の始動時期を与え、波形発生部５２によって生成
された走査信号はスキャナコントロール部５３に入力さ
れる。そして、スキャナミラー部４２は走査信号に同期
してミラー６０（図７）を回転させる。スキャナコント
ロール部５３からミラー６０の回転信号が測角計測部５
７に出力され、ステップ１１４において、ＣＰＵ５５に
よりミラー６０の回転角からレーザ光２１の上記した光
軸方向γ(t) が時間を変数として演算され、データ記録
部５６に記録される。ステップ１１０から、ステップ１
１４により、距離測定のためのレーザ光による１走査の
間の８００点の内の１点を測定する事となる。

【００６１】ステップ１１６において、時間ｔにおい
て、ラインセンサ起動のタイミングが、測距計測部５１
より与えられているか判定され、ステップ１１８におい
て、ラインセンサが起動され、撮像される。本実施例で
は、０．００５秒間隔で撮像を行い、レーザが走査して
いる０．０２秒に同期して４回撮像し、レーザが休止す
る０．０２秒間は、ラインセンサも休止している。つま
り、ｔが前述したＭ（ｔ _i,０），Ｍ（ｔ_i,１），Ｍ（ｔ
_i,２），Ｍ（ｔ_i,３）の、（ｔ_i,ｍ）：０≦ｍ≦３に、
該当しているか判定され、（ｔ_i,ｍ）にｔがセットさ
れ、時間ｔにおいて撮像され記憶される。

【００６２】図８は、本発明のラインセンサ装置につい
て説明した図である。ここでは、一般的な可視光線の波
長域であるＲＧＢの光の３原色について述べるが、赤外
線領域、遠赤外線領域、その他の波長域については、３
色分光のため処理が不必要となり、所定の波長域の強度
情報のみが画像情報として記録され処理される事となる
ので可視光線についての説明を行う。３７は、レンズで
ある。一般的には、レーザの走査範囲を撮像する関係
上、広角レンズを用いるが、円筒レンズを用ても良い。
ラインセンサ起動のタイミングが与えられたラインセン
サコントロール部３２は、ラインセンサカメラ部３１に
撮像の信号を送る。ラインセンサカメラ部３１では、レ
ンズ３７を通して得た地表の撮像画像をスリット３６に
より、帯状の領域が切り出される。入力画像は、分光プ
リズム３８により、ＲＧＢ光の３原色に分光され、ＲＧ
Ｂの受光素子３９が光の強度として、画像情報を取得す
る。取得された画像情報は、画像データ変換部３５に送
られ、画像データとなるように２０４８の小領域に分割
され、各小領域の入力値はそれぞれの中央値にアライメ
ントされ、２０４８画素値として変換され、ラインセン
サデータ記録部３４に時間ｔを変数として記録される。

【００６３】ＣＰＵ５５は、ステップ１２０において、
全測量が終了したか否かが判定される。全測量が終了し
ていない場合には、ステップ１０２に戻り、次の測定時
期におけるデータの入力、位置、姿勢、距離の演算が行
われ、それらのデータは記憶される。ステップ１０２か
ら、ステップ１２０は、微小時間間隔で繰り返し実行さ
れている。

【００６４】ヘリコブタ１０の飛行中には、データ記録
部５６において、上記したＱ点の位置Ｑ(t) 及び姿勢Ｆ
(t) と、距離Ｌ(t) と、光軸方向γ(t) が時間t を関数
として記録されている。このデータ記録部５６に記録さ
れたデータを図９に示す地上装置に入力することで、上
記した式により反射点Ｓの３次元位置が演算される。図
９のＣＰＵ８０にはデータ入力装置８１からデータ記憶
部５６のデータが入力されて、地面２０上の反射点Ｓの
３次元位置が演算される。図１４は、ＣＰＵ８０の処理
手順を示したフローチャートである。ステップ２０２に
おいて、位置Ｑ(t)、姿勢Ｆ(t) 、光軸方向γ(t) 、距
離Ｌ(t) が入力される。ステップ２０４において、レー
ザ光の反射点Ｗにおける（５）式の位置Ｗ(t) が演算さ
れる。そして、ステップ２０６において、光軸方向の単
位ベクトルＵのＱ−ｘｙｚ座標系での成分表示Ｕ_Q が
（６）式により演算され、ステップ２０８において、そ
の光軸方向の単位ベクトルＵのＯ−αβｈ座標系におけ
る成分表示Ｕ_O (t) が（７）式で演算される。次に、ス
テップ２１０において、地面２０上のレーザ光の照射点
Ｓの３次元位置が（８）〜（１１）式により演算さる。
ラインセンサデータ記録部に収録されたラインセンサの
データは、ラインセンサデータ入力装置に８２により、
ＣＰＵ８０に入力され、ステップ２１２において、前述
のように説明図１０及び、図１２に示す方法により、各
照射点に対して画素値を決定する。ステップ２１４にお
いて、それらの値は光磁気記憶装置８２に記憶される。

【００６５】そして、ステップ２１６において、次の時
期のデータを処理するために、時期ｔが所定時間（δ＝
２５μsec）だけ加算され、ステップ２１８で全データ
の処理が終了したか否かが判定され、全データの処理が
終了するまで、ステップ２０２からの処理が繰り返し実
行される。ただし、レーザ装置の休止時間に相当する期
間には、データ演算処理を行わないが、図１１に示すよ
うな、連続走査を行っている場合は、連続的に、２５μ
sec毎にデータ演算を行っている。

【００６６】つぎに、第２の実施例として、位置測定の
為に照射したレーザ光の反射強度情報を光の情報として
付加する場合について述べる。位置測定の為に照射した
レーザ光の反射強度情報は、受光パルスを検出する際
に、ステップ１１２において、強度検出を同時に行い、
反射強度を時間を変数として記憶する事により、各照射
点に対して、１対１に対応付ける事ができ容易に実現で
きる。

【００６７】次に、第３実施例として第２のレーザ光照
射装置より照射されたレーザ光の反射強度情報について
述べる。第２のレーザ光照射装置は、第１のレーザ光照
射装置との位置関係が図３の（ｃ）に示すようにあらか
じめその位置関係は知られている。Ｗ１は第１のレーザ
光照射装置のレーザ光の出射位置、Ｗ２は第２のレーザ
光照射装置のレーザ光の出射位置であり、本実施例で
は，ｙ軸方向に対して平行となるよう設置しており，２
台のレーザ出射装置によるレーザ光の光軸は，ｘｚ平面
に対して平行となるよう設置している。しかし、設置位
置は、その位置関係が把握できれば良く本実施例に限ら
ない。第２のレーザ光照射装置は、第１のレーザ光照射
装置と同期させてレーザ光の照射を行う事により、第１
のレーザ光の照射位置より、第２のレーザ光の照射位置
を求める事ができる。共通の基準の時間よりの時間変数
を用いる事により、第２のレーザ光の反射強度情報は、
第１のレーザ光の照射点に対して対応付ける事が容易に
でき、第２のレーザ光の反射強度情報が付加された第１
のレーザ光の照射により得られた３次元位置情報が得ら
れる。さらに、同期して作動しない場合においても、共
通の時間よりの変数を用いる事により、第２のレーザ装
置によるレーザ光の照射位置を演算する事ができるの
で、第１のレーザ装置による３次元位置情報に対して，
第２のレーザ装置によるレーザ光の反射強度情報を付加
することができる。

【００６８】このように上記第１〜第３実施例で得られ
た地面２０上の反射点Ｓの３次元位置の集合より、デー
タ点間の値は補間により演算される。そして、これらの
３次元位置データから図１５、図１６に示すような各種
の光の情報が付加された図面を描くことができる。特
に、断面図、カラーの鳥瞰図等を描くことができる。土
砂崩れ、山崩れ等の災害時にヘリコブタにより容易にそ
の斜視図を得ることができると共に崩れた土砂の量を計
測することができ、緊急災害時にも大きな効果を発揮す
る。さらに、レーザ光の反射強度情報からは、レーザ光
照射地点の反射係数が得られるため、照射地点の面の状
態がわかる。さらに、所定の波長のレーザ光を照射し
て、その反射強度情報を得る事により、緑地等の自然環
境の状態、大気汚染の状態把握等にも活用できる。

【００６９】請求項の位置姿勢測定装置は、上記実施例
では、３ＤＧＰＳ装置７０、動揺検出装置７１、ＣＰＵ
５５、及びその処理ステップ１０６、１１０で実現され
ている。請求項のレーザ装置は、実施例装置では、レー
ザ発振器４５、ＡＯＱスイッチドライバー４６、送受光
学部４７で実現されている。請求項の走査装置は、波形
成形部５２、スキャナコントロール部５３、スキャナミ
ラー部４２、ミラー６０で実現されている。請求項の測
距装置は、ミラー６０、光検知器４８、測距計測部５
１、ＣＰＵ５５及びその処理ステップ１０４で実現され
ている。請求項の照射位置演算装置は、ＣＰＵ８０とそ
の図１４の処理ステップで実現されている。請求項のラ
インセンサは、ラインセンサカメラ部３１、ラインセン
サコントロール部３２、ＣＰＵ５５、ラインセンサデー
タ記録部３４および、その処理ステップ１１６、１１８
により実現されている。請求項の収録装置は、ラインセ
ンサデータ記録部３４により、光情報付加演算装置は、
ＣＰＵ８０と処理ステップ２１２により実現されてい
る。請求項の反射強度測定装置は、光検知機４８及び、
測距計測部５１により、実現されている。さらに、第２
のレーザ装置は、上述した第１のレーザ装置と同様の構
成により実現されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的な実施例にかかる測定方法の概
念を示した説明図。

【図２】同測定方法の概念を示した説明図。

【図３】同測定方法の概念を示した説明図。

【図４】距離測定を示した説明図。

【図５】実施例の測量装置とそれを搭載するヘリコブタ
との関係を示した説明図。

【図６】測量装置のうちヘリコブタ搭載装置の電気的構
成を示したブロック図。

【図７】測量装置の光学系の構成を示したブロック図。

【図８】測量装置のラインセンサの構成を示したブロッ
ク図。

【図９】実施例の測量装置の地上装置の構成を示したブ
ロック図。

【図１０】本実施例のレーザ光の走査ポイントと、ライ
ンセンサによる撮像範囲の関係を示した説明図。

【図１１】他の実施例によるレーザ光の走査ポイント
と、ラインセンサによる撮像範囲の関係を示した説明
図。

【図１２】具体的な実施例にかかるレーザ光の走査ポイ
ントと、ラインセンサによる収得画像情報の対応の方法
を示した説明図。

【図１３】ヘリコブタ搭載装置のＣＰＵの処理手順を示
したフローチャート。

【図１４】地上装置のＣＰＵの処理手順を示したフロー
チャート。

【図１５】測量された反射点の３次元位置の集合を処理
して得られた地面の断面を示す測量断面図。

【図１６】位置による飛行経路、反射点の３次元位置の
集合を処理して得られた断面、斜視模型、等高線、ビデ
オ画像との合成像等の出力例を示した説明図。

【符号の説明】

２０…地面 ２１…レーザ光 ２２…基準軸 ２３…レーザの反射光 ２４…ラインセンサの撮像軸 ２５…飛行経路 ６０…ミラー Ｏ−αβｈ 地面に固定された座標系 Ｑ…飛行体の位置測定の基準点 Ｓ…地上のレーザ光反射点 Ｔ…共通の基準となる時間 Ｕ…光軸方向の単位ベクトル ｃ…光速度 ｔ…時刻 ｘ…ヘリコブタの進行方向に対し垂直で床面に平行な方
向 ｙ…ヘリコブタの進行方向 Ｗ…レーザ光の出射点（共通の基準点）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−101142（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−285588（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−503311（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 11/00 - 11/34 G01B 11/00 - 11/30 102 G01C 7/04 G01C 15/00 G01S 7/48 G01S 17/00 - 17/88

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】飛行体において、飛行体に設定された基準
   点の現在の位置及び姿勢に関連する値を時間を変数とし
   て測定し、 前記飛行体から発射されるレーザ光の光軸方向を時間を
   変数として変化させることで、測定対象物の上で前記レ
   ーザ光を走査し、 前記測定対象物に前記レーザ光を照射して反射レーザ光
   を検出することで前記基準点から前記測定対象物までの
   距離に関連する値を時間を変数として測定し、 前記測定対象物上のレーザ光の走査領域を撮像するよう
   に撮像装置を配設し、 前記測定対象物の光の所定の波長域の強度情報に関連す
   る値である光の情報を前記撮像装置により時間を変数と
   して測定し、 時間変数の各同一値に該当する、前記基準点の位置及び
   姿勢に関連する値と前記光軸方向に関連する値と前記距
   離に関連する値とに基づいて、前記測定対象物における
   前記レーザ光の照射点位置を演算し、 前記時間変数の各同一値に該当する前記測定対象物の光
   の情報に関連する値を前記レーザ光の照射点位置の光の
   情報として演算し、 前記照射点の位置および光の情報に関連する値の集合か
   ら測定領域における測定対象物の光の情報が付加された
   ３次元情報を得ることを特徴とする飛行体を用いた測量
   方法。
2. 【請求項２】前記撮像装置は、前記測定対象物上のレー
   ザ光の走査線のラインセンサの長さ方向への正射影の長
   さ範囲を少なくとも撮像できるように配設されたライン
   センサであることを特徴とする請求項１に記載の測量方
   法。
3. 【請求項３】前記光の所定の波長域が赤、青、緑の光の
   ３原色に関する波長域の強度情報で有ることを特徴とす
   る請求項１乃至請求項２に記載の測量方法。
4. 【請求項４】前記光の所定の波長域が赤外領域の強度情
   報で有ることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載
   の測量方法。
5. 【請求項５】前記光の所定の波長域が遠赤外領域の強度
   情報で有ることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記
   載の測量方法。
6. 【請求項６】飛行体において、飛行体に設定された基準
   点の現在の位置及び姿勢に関連する値を時間を変数とし
   て測定し、 前記飛行体から発射されるレーザ光の光軸方向を時間を
   変数として変化させることで、測定対象物の上で前記レ
   ーザ光を走査し、 前記測定対象物に前記レーザ光を照射して反射レーザ光
   を検出することで前記基準点から前記測定対象物までの
   距離に関連する値を時間を変数として測定し、 前記測定対象物に照射した前記レーザ光の反射強度を検
   出することで測定対象物の前記照射レーザ光に対する照
   射点の反射強度に関連する値を時間を変数として測定
   し、 時間変数の各同一値に該当する、前記基準点の位置及び
   姿勢に関連する値と前記光軸方向に関連する値と前記距
   離に関連する値とに基づいて、前記測定対象物における
   前記レーザ光の照射点位置を演算し、 前記時間変数の各同一値に該当する前記測定対象物の前
   記レーザ光の反射強度に関連する値を前記レーザ光の照
   射点位置の前記レーザ光の反射強度の情報として演算
   し、 前記照射点の位置および前記レーザ光の反射強度に関連
   する値の集合から測定領域における測定対象物の前記レ
   ーザ光の反射強度の情報が付加された３次元情報を得る
   ことを特徴とする飛行体を用いた測量方法。
7. 【請求項７】反射強度情報を得るためのレーザ光が、位
   置情報を得るために飛行体に設置された第１のレーザ光
   照射装置の他に設置された反射強度情報を得るための第
   ２のレーザ光照射装置より照射された、第１のレーザ光
   の波長とは異なる所定の波長の第２のレーザ光で有るこ
   とを特徴とする請求項６に記載の測量方法。
8. 【請求項８】前記基準点の前記位置及び姿勢に関連する
   値は、少なくともＧＰＳにより求められることを特徴と
   する請求項１乃至、請求項７いずれか１項に記載の測量
   方法。
9. 【請求項９】 前記第１のレーザ光による走査方向は、
   前記測定対象物の上の前記飛行体の飛行経路に対して直
   角方向に走査されることを特徴する請求項１乃至請求項
   ５および、請求項８のいずれか１項に記載の測量方法。
10. 【請求項１０】 前記第１及び、第２のレーザ光は、前
    記測定対象物の上の前記飛行体の飛行経路に対して直角
    方向に走査されることを特徴する請求項６乃至請求項８
    のいずれか１項に記載の測量方法。
11. 【請求項１１】前記飛行体の飛行中において、前記飛行
    体において測定された前記基準点の位置及び姿勢に関連
    する値は時間を変数として記憶され、前記光軸方向に関
    連する値は時間を変数として記憶され、測定された前記
    距離に関連する値は時間を変数として記憶され、 前記撮像装置により測定された前記測定対象物の光の所
    定の波長域の強度情報に関連する値である光の情報に関
    連する値は時間を変数として記憶され、 飛行終了後に、前記照射点位置は、時間を変数とする各
    記憶値において、時間変数の各同一値に該当する各記憶
    値に基づいて演算され、前記光の情報に関連する値は、
    時間を変数とする各記憶値において、前記照射点位置の
    各時間変数の同一値に該当する各記憶値に基づいて前記
    照射点位置について演算され、 前記測定対象物の光の情報に関連する値が付加された３
    次元情報が得られることを特徴する請求項１乃至請求項
    ５または、請求項８または、請求項９のいずれか１項に
    記載の飛行体を用いた測量方法。
12. 【請求項１２】前記飛行体の飛行中において、前記飛行
    体において測定された前記基準点の位置及び姿勢に関連
    する値は時間を変数として記憶され、前記光軸方向に関
    連する値は時間を変数として記憶され、測定された前記
    距離に関連する値は時間を変数として記憶され、 測定された前記測定対象物の前記レーザ光の反射強度に
    関連する値は時間を変数として記憶され、 飛行終了後に、前記照射点位置は、時間を変数とする各
    記憶値において、時間変数の各同一値に該当する各記憶
    値に基づいて演算され、前記レーザ光の反射強度に関連
    する値は、時間を変数とする各記憶値において、前記照
    射点位置の各時間変数の同一値に該当する各記憶値に基
    づいて前記照射点位置について演算され、 前記測定対象物の前記レーザ光の反射強度に関連する値
    が付加された３次元情報が得られることを特徴とする請
    求項６乃至、請求項８および、請求項１０のいずれか１
    項に記載の飛行体を用いた測量方法。
13. 【請求項１３】飛行体において、飛行体に設定された基
    準点の現在の位置及び姿勢に関連する値を時間を変数と
    して測定する位置姿勢測定装置と、 測定対象物の上にレーザ光を照射するレーザ装置と、 前記レーザ光が前記測定対象物の上を走査するように、
    レーザ光の光軸方向に関連する値を時間を変数として変
    化させる走査装置と、 前記測定対象物に前記レーザ光を照射して反射レーザ光
    を検出することで前記基準点から前記測定対象物までの
    距離に関連する値を時間を変数として測定する測距装置
    と、 前記測定対象物の光の情報に関連する値を時間を変数と
    して測定する撮像装置と、 前記撮像装置により測定された光の情報に関連する値を
    時間を変数として収録する収録装置と、 時間変数の各同一値に該当する、前記基準点の位置及び
    姿勢に関連する値と前記光軸方向に関連する値と前記光
    の情報に関連する値と前記距離に関連する値とに基づい
    て、前記測定対象物における前記レーザ光の照射点位置
    を演算する照射位置演算装置と、前記照射点位置の光の
    情報に関連する値を演算し光の情報を付加する光情報付
    加演算装置とを備えることを特徴とする飛行体を用いた
    測量装置。
14. 【請求項１４】前記撮像装置は、赤、青、緑の光の３原
    色に関する波長域を測定する撮像装置である事を特徴と
    する請求項１３に記載の測量装置。
15. 【請求項１５】前記撮像装置は、赤外領域に関する波長
    域を測定する撮像装置である事を特徴とする請求項１３
    に記載の測量装置。
16. 【請求項１６】前記撮像装置は、遠赤外領域に関する波
    長域を測定する撮像装置である事を特徴とする請求項１
    ３に記載の測量装置。
17. 【請求項１７】前記撮像装置は、ラインセンサである事
    を特徴とする請求項１３乃至請求項１６に記載の測量装
    置。
18. 【請求項１８】飛行体において、飛行体に設定された基
    準点の現在の位置及び姿勢に関連する値を時間を変数と
    して測定する位置姿勢測定装置と、 測定対象物の上にレーザ光を照射するレーザ装置と、 前記レーザ光が前記測定対象物の上を走査するように、
    レーザ光の光軸方向に関連する値を時間を変数として変
    化させる走査装置と、 前記測定対象物に前記レーザ光を照射して反射レーザ光
    を検出することで前記基準点から前記測定対象物までの
    距離に関連する値を時間を変数として測定する測距装置
    と、 前記測定対象物に照射した前記レーザ光の反射強度に関
    連する値を時間を変数として測定する反射強度測定装置
    と、 時間変数の各同一値に該当する、前記基準点の位置及び
    姿勢に関連する値と前記光軸方向に関連する値と前記レ
    ーザ光の反射強度に関連する値と前記距離に関連する値
    とに基づいて、前記測定対象物における前記レーザ光の
    照射点位置を演算する照射位置演算装置と、前記照射点
    位置のレーザ光の反射強度情報に関連する値を演算しレ
    ーザ光の反射強度情報を付加する光情報付加演算装置と
    を備えることを特徴とする飛行体を用いた測量装置。
19. 【請求項１９】前記飛行体において、測定対象物の上に
    位置情報とは異なる所定の波長の第２のレーザ光を照射
    する第２のレーザ装置と、 前記第２のレーザ装置より照射される前記第２のレーザ
    光が前記測定対象物の上を走査するように、前記第２の
    レーザ光の光軸方向に関連する値を時間を変数として変
    化させる第２の走査装置と、 前記第２のレーザ装置より照射された前記第２のレーザ
    光の反射強度情報に関連する値を時間を変数として走査
    測定する反射強度測定装置とをさらに備えたことを特徴
    とする請求項１８に記載の測量装置。
20. 【請求項２０】前記照射位置演算装置と、光情報付加演
    算装置とにより演算された前記各照射点位置に前記測定
    対象物の光の情報が付加された照射点位置の集合から測
    定領域における前記測定対象物の光の情報が付加された
    ３次元情報を得る情報表示装置をさらに有することを特
    徴する請求項１３乃至、請求項１９いずれか１項に記載
    の飛行体を用いた測量装置。
21. 【請求項２１】前記位置姿勢測定装置はＧＰＳによる前
    記基準点の位置及び姿勢を得るＧＰＳ装置を少なくとも
    含むことを特徴とする請求項１３乃至請求項２０いずれ
    か１項に記載の飛行体を用いた測量装置。
22. 【請求項２２】前記第１及び、第２の走査装置は前記測
    定対象物体の上の前記飛行体の飛行経路に直角方向に前
    記第１及び、第２のレーザ光を走査することを特徴とす
    る請求項１３乃至請求項２１のいずれか１項に記載の飛
    行体を用いた測量装置。