JP4080302B2

JP4080302B2 - 位置判読装置

Info

Publication number: JP4080302B2
Application number: JP2002324202A
Authority: JP
Inventors: 久佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2022-11-07
Also published as: JP2004157397A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、位置判読装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地震、風水害、大規模火災等の災害の発生時に、これらの被害がどの地点で発生し、どの範囲にどの程度の被害がおよんでいるのかを災害発生前の地図上で把握することは、災害の危機管理上で必要不可欠である。地震、風水害、大規模火災等の災害の発生時に災害発生地点に関する最初の情報は、交通網の寸断、通信網の混乱等が予想されることより、災害現場から離れた場所から発進した航空機に搭載したテレビカメラによって、もたらされる場合が多い。そこで、この画像から、すみやかに災害地点及び範囲を特定することが必要であり、短時間でその作業を行う必要がある。
【０００３】
従来、災害の状況を画像から把握するシステムとしては、災害発生前に地上に設置されていたカメラで監視する場合（特許文献１）と、航空機に搭載したカメラで画像を得る例（特許文献２、特許文献３）がある。
【０００４】
しかし、特許文献１のように地上に設置されたカメラで監視する場合は、監視範囲が限定されるという技術的課題がある。また、災害により、カメラが破損したり、設置位置がずれること等により、撮影不能ないしは不正確な撮影しかできないことが懸念される。
【０００５】
一方、航空機にカメラを搭載した例として、特許文献２にはヘリコプタ上のビデオカメラの信号を音声通信帯域の無線周波数で地上に伝送する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、ヘリコプタに自機の位置を検知するＧＰＳやカメラ等の器材を搭載し、カメラによる地上の撮影と同時にＧＰＳによりヘリコプタの現在位置を刻々と測定して撮影画像と位置情報を地上に送信し、地上の判読装置では、このＧＰＳの位置情報に基づいて、カメラによる撮影画像の再生と、撮影地域の地図の表示とを同期させるとともに、現在撮影中のカメラの画角やヘリコプタの高度等の情報に基づいて地図上にカメラの画枠やヘリコプタの現在位置を表すシンボルを表示する技術が開示されている。
【０００７】
従来のヘリコプタ搭載の災害地点の特定システムとして、これら公知の技術を容易に組合わせし得る範囲で組合わせたものについて説明する。
【０００８】
従来の災害地点特定システムは、地上を撮影するカメラとＧＰＳを搭載したヘリコプタと、ヘリコプタから無線電送によって送られてくる画像と、位置情報を受信する受信装置と、画像及びそれを撮影したヘリコプタの位置の地図上への表示を行い、この画像を見ながら人が操作する判読装置と、受信装置から送られてきた情報および判読装置で処理された画像を保管（記憶）する装置等で構成される。
【０００９】
次に従来のシステムにおける動作について説明する。ヘリコプタが飛行することで、これに搭載されたカメラによって撮影された画像と、ＧＰＳによる位置情報からなる情報がデータ受信装置を中継して判読装置に送られてくる。判読装置では、画面上に受信した画像をリアルタイムに表示する。また、ヘリコプタの位置情報と同期して、地図を表示するとともにこの地図上にヘリコプタの現在位置を表すシンボルを表示する。判定者は、画像を見ながら、被害発生地点のところで、画面を静止させ、同地点周辺の地図とを見比べながら、被害発生地点と範囲を特定する。
【００１０】
上記の従来例では、人間が目視により画像と地図を比較し、判定を行うが、画像と地図とは方位も、縮尺も一致しているわけではないから、慣れていないと、画像上の災害被害位置及び範囲を地図上に求めることは、容易な作業ではない。
【００１１】
なお、特許文献３では、ヘリコプタの方位および高度とテレビカメラの画角に基づいて、地図情報上におけるテレビ画像の画枠の表示状態を決定しているが、移動するヘリコプタの高度やカメラの画角に基づく画枠の表示精度は、１辺が数キロメートルにも及ぶ撮影範囲の大きさを考えると誤差が大きくなることが懸念される。
【００１２】
【特許文献１】
特開平５−４６８８７号公報
【特許文献２】
特開平８−３２４４９９号公報
【特許文献３】
特開平１１−３３１８３１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のヘリコプタ、テレビカメラを用いた画像上の位置判読装置は以上のように構成され、動作しているため、被害位置を地図上で判定するためには、ヘリコプタの飛行中にリアルタイムに受信および表示される画像上で被害地点を発見した場合には、判定者はそれが地図上のどの辺りなのかという曖昧な位置判定しかできない。また、画像と地図の照合作業に時間がかかるとともに、画像中の被災地点等の重要部位のチェック漏れが発生する可能性があるなどの技術的課題があった。
【００１４】
災害発生時においては被災地域の正確な位置情報の特定等による迅速な状況把握と対応が重要であり、以上のような従来技術の課題は情報のリアルタイム性を損なっているという点、および情報漏れが発生する可能性があるという点で、迅速かつ正確な状況把握の妨げとなる懸念がある。
【００１５】
この発明は上記のような技術的課題を解消するためになされたもので、航空機に搭載された撮像手段の映像から、リアルタイムに災害発生前の被害地点の地図と現在の災害被害状況とを迅速かつ正確に照合できる位置判読技術を得ることを目的とする。
【００１６】
また、この発明は、特定地域の地図情報と、当該特定地域を撮影した画像情報との照合精度を向上させることが可能な位置判読技術を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る位置判読装置は、地図情報にアクセスする地図情報参照手段と、飛行物体に搭載された撮像手段にて撮影された複数の標識物体の画像を含む地表画像および前記標識物体から送信された当該標識物体の地理的位置情報に基づいて前記標識物体の画像を含む前記地表画像の縮尺および方位を前記地図情報に整合させる計算手段と、当該地表画像を前記地図情報に重ね合わせて表示する画像表示手段とを含むものである。
【００１８】
また、標識物体の配置方法としては、航空機等の飛行物体からの投下に限らず、災害地等の撮影地域に立ち入ることが可能な場合は地上から設置してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の一実施の形態である位置判読方法を実施する位置判読装置を含む位置判読システムの構成の一例を示すブロック図であり、図２はその動作の一例を説明する概念図、図３は、その動作の一例を示すフローチャートである。
【００２０】
図１に例示されるように、本実施の形態の位置判読システムは、地上を撮影してテレビ画像情報（カメラ画像７１）を出力するテレビカメラ１１および地上に投下されたマーカ５１に搭載されたＧＰＳ送信機５０２からの無線伝送９２によって送られてくるマーカ位置情報５１ａを受信するマーカ位置情報受信機１２およびデータ送信機１３を搭載したヘリコプタ１０と、ヘリコプタ１０のデータ送信機１３から無線伝送９１によって送られてくる実況情報８０（カメラ画像７１および地上に投下された個々のマーカ５１から発信されヘリコプタ１０により中継されたマーカ位置情報５１ａやＩＤ情報等を含む）を受信するデータ受信装置２０と、受信したカメラ画像７１の表示、及びそれらを撮影した位置の地図上への表示を行い、このカメラ画像７１等を見ながら人が行う位置判読作業を支援する位置判読装置３０と、データ受信装置２０から送られてきた実況情報８０および位置判読装置３０で処理された後述のような画像を保管（記憶）するデータ保管装置４０とを含んでいる。
【００２１】
位置判読装置３０には、画面表示装置３１と地図データ保管装置３２が設けられている。画面表示装置３１は複数のディスプレイ３１ａおよびディスプレイ３１ｂを備えており、それぞれのディスプレイ３１ａおよび３１ｂには、カメラ画像７１や、地図データ保管装置３２から読出された地図画像６１の表示が行われる。また、位置判読装置３０には、ヘリコプタ１０からカメラ画像７１ととも受信される複数のマーカ位置情報５１ａに基づいて、カメラ画像７１の歪みを補正する幾何補正、さらには地図画像６１と重ね合わせるための縮尺と方位の補正を行う計算機能、カメラ画像７１から得られる静止画像７１ａ内のマーカ位置５１ｂ（マーカ画像）を認識する機能、等が備えられている。
なお、本実施の形態ではデータ受信装置２０以後の装置は、地上に設置されている。
【００２２】
図４は、本実施の形態のマーカ５１の構成の一例を示すブロック図であり、図５は、その外観の一例を示す斜視図である。
この図４に例示されるように、本実施の形態の場合、個々のマーカ５１は、マーカ本体５００の内部に、全地球測位システムの衛星電波の受信により自マーカ５１の緯度、経度、高度等のマーカ位置情報（地理的位置情報）５１ａをアンテナ５０１ａを介して検出するＧＰＳ受信機５０１と、検出したマーカ位置情報５１ａおよび自マーカに固有の識別情報（ＩＤ情報）をアンテナ５０２ａを介して無線伝送９２にてヘリコプタ１０のマーカ位置情報受信機１２に送信するＧＰＳ送信機５０２と、当該マーカ５１の位置をテレビカメラ１１から明瞭に識別可能に撮影させるための発光器５０３と、これらの各部に動作電力を供給する電池５０４、動作電力のＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチ５０５等を収容した構成となっている。
【００２３】
また、図５に例示されるように、本実施の形態の場合、マーカ本体５００の周囲には、複数のアンテナ５０１ａおよびアンテナ５０２ａが放射状に突設され、頂部には発光器５０３が露出している。さらに、マーカ本体５００は、発光器５０３をほぼ鉛直上向きにした姿勢で、吊り下げ索５０７を介して落下傘５０６に支持される構成となっており、ヘリコプタ１０からの投下時の着地衝撃が落下傘５０６にて緩和されるとともに、放射状に突設された複数のアンテナ５０１ａおよびアンテナ５０２ａにより、発光器５０３が鉛直上向きとなる姿勢で安定する構成となっている。
【００２４】
また、必要に応じて、マーカ本体５００に、着地直前等のタイミングで、吊り下げ索５０７を切り離す構造を設けるようにしてもよい。これにより、着地時に、落下傘５０６にて発光器５０３が掩蔽されることを防止でき、テレビカメラ１１にて発光器５０３の映像を確実に撮影できるようになる。
【００２５】
なお、特に図示しないが、マーカ本体５００を先端部が鋭利で基端部に発光器５０３および複数のアンテナ５０１ａおよびアンテナ５０２ａが配置された細長い杭の形状とし、先端部を下向きに投下し、着地時の衝撃で先端部が地面に突き刺さるように使用してもよい。
【００２６】
本実施の形態の場合、複数のマーカ５１の各々の発光器５０３は、互いに異なる色（波長）で発光し、個々のマーカ５１の発光色とそのＩＤ情報との対応関係は、位置判読装置３０に登録されている。
【００２７】
ここでテレビカメラ１１はヘリコプタ１０の姿勢や加速度に関係なく、常に鉛直下方を撮影できるように、ジャイロを内蔵するジンバル装置内に設置されていることが望ましいが、ヘリコプタ１０が急激な運動をしない限りは、通常は、本実施の形態では、必要条件ではない。
【００２８】
次に動作について説明する。
まず、位置判読装置３０では、地図データ保管装置３２に必要な電子地図情報を参照可能に実装する（ステップＳＴ１００）。地図情報としては、ＣＤ−ＲＯＭ等の媒体に記録された電子地図情報を用いることができる。あるいは、情報ネットワークを経由して地図サーバ等から参照する構成としてもよい。
【００２９】
そして、ヘリコプタ１０が飛行し、災害地に到着すると（ステップＳＴ１０１）、災害地の大きさにより、投下するマーカ５１の数（少なくとも３ヶ所）を決め、望ましくは、異なる発光色のマーカ５１で3角形を形成するように投下する（図２（ａ））（ステップＳＴ１０２）。個々のマーカ５１の発光器５０３は、例えば、当該発光器５０３の画像（マーカ位置５１ｂ）をカメラ画像７１内から自動検出できるように特定の波長の光を発する。
【００３０】
そして、ヘリコプタ１０は、一枚の画面上にマーカ５１が３個以上入るようにカメラ画像７１の範囲を撮影してゆくとともに（図２（ｂ））、複数のマーカ５１の各々から発信されるマーカ位置情報５１ａおよびＩＤ情報を受信し（ステップＳＴ１０３）、実況情報８０として地上に送信する（ステップＳＴ１０４）。
【００３１】
一方、地上側では、ヘリコプタ１０から実況情報８０を受信し（ステップＳＴ１０５）、この実況情報８０に含まれるカメラ画像７１をディスプレイ３１ａに表示するとともに（ステップＳＴ１０６）、実況情報８０に含まれるマーカ位置情報５１ａに基づいて、地図画像６１を地図データ保管装置３２から読出してマーカ位置５１ｂとともに（マーカ位置５１ｂが表示範囲に含まれるように）ディスプレイ３１ｂに表示して（ステップＳＴ１０７）、判定者に提示する。これらの表示操作はリアルタイムに行われる。
【００３２】
すなわち、ステップＳＴ１０７では複数のマーカ５１の各々から、緯度、経度、高度等のマーカ位置情報５１ａが得られるため、マーカ５１間の地図（平面に換算した）上の距離と位置が計算可能であり、マーカ位置５１ｂ（マーカ画像）を地図画像６１に表示できる。図２（ｄ）の地図画像６１は複数のマーカ位置５１ｂの重心位置を中心に、上が北として表示されている。
【００３３】
画面表示装置３１のディスプレイ３１ａのカメラ画像７１を見ている判定者は、マーカ位置５１ｂを見ながら適当な位置で画像取り込みボタンを押し、静止画像７１ａを取り込む（ステップＳＴ１０８）。
【００３４】
位置判読装置３０は、取り込まれた静止画像７１ａ内より、複数のマーカ位置５１ｂ（マーカ画像）を自動検出する。この時、位置判読装置３０に登録されている個々のマーカ位置５１ｂの発光色とＩＤ情報との関係から、静止画像７１ａ当該内のマーカ位置５１ｂとマーカ位置情報５１ａとの対応関係を特定する。
マーカ位置５１ｂの自動検出がしにくい場合は、判定者が、静止画像７１ａ上において、検出しにくいマーカ位置５１ｂに図示していないマウスのポインタを合わせて、当該マーカ位置５１ｂを指示してもよい。
【００３５】
この複数のマーカ位置５１ｂ（マーカ画像）に対応するマーカ位置情報５１ａから得られた距離、方位情報により、静止画像７１ａの歪みを補正する幾何補正、さらに地図画像６１と合わせるため、縮尺と方位の修正が行われ、補正画像７２を得る（図２（ｃ））（ステップＳＴ１０９）。これらの処理は、上述のように位置判読装置３０に内蔵された計算機により可能である。
【００３６】
そして、幾何補正や縮尺と方位の修正が施された補正画像７２は、ディスプレイ３１ｂにて地図画像６１と重ねて表示され（図２（ｄ））（ステップＳＴ１１０）、さらに、この補正画像７２と地図画像６１は、データ保管装置４０に格納される（ステップＳＴ１１１）。
【００３７】
このように、ヘリコプタ１０に搭載のテレビカメラ１１にて撮影されたカメラ画像７１と地上に設置された複数のマーカ５１によるマーカ位置情報５１ａから、カメラ画像７１上のマーカ位置５１ｂと地図画像６１上のマーカ位置５１ｂとの対応（すなわち、地図画像６１上へのカメラ画像７１（静止画像７１ａ）の正確な重ね合わせ）が瞬時に算出できることによって、ヘリコプタ１０の飛行中にカメラ画像７１や地図画像６１の画像データを見ながら、災害前の地図情報に対応する災害地点及び範囲のチェックが瞬時にかつ高精度に行える。これにより、災害対策の対応などの時間が大幅に短縮される。
【００３８】
また、地上に設置された複数のマーカ５１の実際のマーカ位置情報５１ａに基づいて、カメラ画像７１の倍率および方位の修正や幾何補正を行って得られた補正画像７２を地図画像６１と重ね合わせるので、テレビカメラ１１による撮影角度等に関係なく、特定地域の地図画像６１と、当該特定地域を撮影したカメラ画像７１との照合精度が向上し、より正確な位置判読が可能になる。
【００３９】
また、マーカ５１は目的の災害地の近傍に投下されているため、マーカ画像（マーカ位置５１ｂ）を含むようにカメラ画像７１を撮影している限り、目的の災害地を見逃す等の情報漏れがなくなる。
【００４０】
また、判定者は、マーカ５１の表示位置に注意するだけで、確実に目的の災害地等を正確に認識できるので、災害地を探すためにディスプレイ３１ａに表示されるカメラ画像７１を長時間注視し続ける等の緊張を強いられることもなく作業性が向上するとともに、カメラ画像７１と地図画像６１を対応つけるための熟練も必要としない。
【００４１】
実施の形態２．
上述の実施の形態１の説明では、一枚のカメラ画像７１（補正画像７２）の処理について述べたが、この作業を繰り返すことにより、複数の補正画像７２が得られる。それらは縮尺、方位が統一されているため、簡単に合成でき、たとえばテレビカメラ１１の画角よりも広範囲の地図に対応する画像が、短時間に得られるという利点がある。これらはデータ保管装置４０に記録して随時参照できる。
【００４２】
実施の形態３．
災害地点の天候が悪く、雲などに覆われている場合もある。そのような時は、テレビカメラ１１で観測することは難しくなるので、テレビカメラ１１の代わりに、合成開口レーダ１１−１を使用し、発光器５０３を備えた光学的なマーカ５１の代わりに電波反射体５０３ａを備えたマーカ５１−１を用いることにより、天候が悪いときでもマーカ画像を含むカメラ画像７１を得ることができ、実施の形態１のテレビカメラ１１を使用した場合と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
上述の説明では、航空機としてヘリコプタ１０を用いる場合を例にとって説明したが飛行機、飛行船、気球、衛星であっても同様効果が得られる。航空機は勿論、無線操縦等による模型のものでもカメラなどが積載できれば良い。又、地上設備として説明した部分が全て機上に設けられていてもよい。テレビカメラ１１の代りに電子式スチールカメラが利用できることは自明である。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、飛行物体に搭載された撮像手段にて撮影された複数の標識物体の画像を含む地表画像および前記標識物体から送信された当該標識物体の地理的位置情報に基づいて前記標識物体の画像を含む前記地表画像の縮尺および方位を地図情報に整合させる計算手段と、当該地表画像を前記地図情報に重ね合わせて表示する画像表示手段とを備えたので、災害発生時の災害位置の特定及び災害発生前の地図上への対応が瞬時にでき、災害復旧の対応がすばやく行えるという効果が得られる。
【００４５】
この発明によれば、飛行物体に搭載された撮像手段にて撮影された複数の標識物体の画像を含む地表画像および前記標識物体から送信された当該標識物体の地理的位置情報に基づいて前記標識物体の画像を含む前記地表画像の縮尺および方位を地図情報に整合させる計算手段と、前記計算手段により整合された複数の地表画像をつなぎ合わせて表示する画像表示手段とを備えたので、特定地域の地図情報と、当該特定地域を撮影した画像情報との照合精度を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態である位置判読方法を実施する位置判読装置を含む位置判読システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】この発明の一実施の形態である位置判読方法を実施する位置判読装置を含む位置判読システムの動作の一例を説明する概念図である。
【図３】この発明の一実施の形態である位置判読方法を実施する位置判読装置を含む位置判読システムの動作の一例を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の一実施の形態である位置判読システムにて使用されるマーカの構成の一例を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施の形態である位置判読システムにて使用されるマーカの外観の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ヘリコプタ（飛行物体）、１１テレビカメラ（撮像手段）、１１−１合成開口レーダ（撮像手段）、１２マーカ位置情報受信機、１３データ送信機、２０データ受信装置、３０位置判読装置、３１画面表示装置、３１ａディスプレイ、３１ｂディスプレイ、３２地図データ保管装置、４０データ保管装置、５１マーカ（標識物体）、５１−１マーカ（標識物体）、５１ａＧＰＳによるマーカ位置情報（地理的位置情報）、５１ｂカメラ画像や地図画像内のマーカ位置（標識物体の画像）、６１地図画像、７１カメラ画像（地表画像）、７１ａ静止画像、７２補正画像、８０実況情報、９１無線伝送、９２無線伝送、５００マーカ本体、５０１ＧＰＳ受信機、５０１ａアンテナ、５０２ＧＰＳ送信機、５０２ａアンテナ、５０３発光器、５０３ａ電波反射体、５０４電池、５０５スイッチ、５０６落下傘、５０７吊り下げ索。

Claims

地図情報にアクセスする地図情報参照手段と、飛行物体に搭載された撮像手段にて撮影された複数の標識物体の画像を含む地表画像および前記標識物体から送信された当該標識物体の地理的位置情報に基づいて前記標識物体の画像を含む前記地表画像の縮尺および方位を前記地図情報に整合させる計算手段と、当該地表画像を前記地図情報に重ね合わせて表示する画像表示手段とを含むことを特徴とする位置判読装置。
前記画像表示手段は、前記計算手段により整合された複数の地表画像をつなぎ合わせることで、前記撮像手段の画角よりも広い範囲の前記地表画像を表示する機能を備えたことを特徴とする請求項１記載の位置判読装置。
前記標識物体は、全地球測位システムからの電波を受信して自標識物体の前記地理的位置情報を検出する機能と、検出した前記地理的位置情報を外部に送信する機能とを含むことを特徴とする請求項１記載の位置判読装置。
前記撮像手段はテレビカメラであり、前記標識物体は前記テレビカメラにて撮影可能な発光器を備えたことを特徴とする請求項１記載の位置判読装置。
前記撮像手段は合成開口レーダであり、前記標識物体は前記合成開口レーダにて撮影可能な電波反射体を備えたことを特徴とする請求項１記載の位置判読装置。