JP5716273B2

JP5716273B2 - 捜索目標位置特定装置、捜索目標位置特定方法及びプログラム

Info

Publication number: JP5716273B2
Application number: JP2009270399A
Authority: JP
Inventors: 純雄前之園
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: JP2011112556A

Description

本発明は、捜索目標位置特定装置、捜索目標位置特定方法及びプログラムに関する。

航空機等から捜索標定した目標位置を正確に特定する捜索目標位置特定装置として、例えば、特願平７−８４３５０号を既に特許出願している。
この先行出願特許（特願平７−８４３５０号）の方法では、空中から地表面の目標物を撮影し、空中における撮影位置を３次元的に特定し、撮影位置に対する目標物の方向を計測し、予め作成されている地表面の起伏についての高度情報を含む３次元地勢データから目標物の存在する地表面を求め、該地表面と、撮影位置とから目標物の方向に延びる直線との交点位置として目標物の位置を特定している。

また、この先行出願特許（特願平７−８４３５０号）の方法では、特定した捜索目標位置を地名等が明示されている２次元地図上に表示する。さらに、目標物を撮影する際の視野を２次元地図上に表示する。より具体的には、空中移動可能な機体と、機体位置を特定する機体位置特定手段と、機体に搭載された地表面上の目標物を撮影する撮影手段と、機体に対して撮影手段の向いている方向を検出する方向検出手段と、地表面の起伏についての高度情報を含む３次元的な地勢データを記録しておく地表面記録手段と、機体位置特定手段と、撮影手段と、を備え、方向検出手段及び地表面記録手段からの出力に応答し、機体の位置から撮影手段の向いている方向に延ばした直線と地表面との交点を算出し、目標物の位置として特定する演算処理方法、目標物の位置、及び目標物を撮影する視野を、地名等を明示した２次元地図上に表示している。

この分野の他の先行技術として、例えば、特許文献１には、撮影範囲の地表面の高度を、予め作成されている地表面の起伏についての高度情報を含む３次元地勢データを使用して取得し、撮影地点の高度を、機体の絶対高度から地表面の高度を減算した相対高度として計算し、その撮影範囲に合わせて、撮影映像を変形して地理情報システムの地図上に重ね合わせて表示する方法を開示している。
また、例えば、特許文献２には、地形データ１の各点と検索された基準線２上の点４の高さとの差である高度差を算出し、この算出結果を用いて補正量算出手段である補正量算出装置７において高さ（高度）の補正量を決定する方法を開示している。

さらに、例えば、特許文献３には、地図処理手段で、まず空中における撮影位置を３次元的に特定し、カメラと機体の地表面に対する姿勢に基づいて、撮影した地表面の撮影範囲（＝撮影画枠）を計算により求める画枠計算を行い、次に、ランドマーク抽出を行い、ランドマーク照合結果に基づいて映像変形・補正を行って、撮影映像の地図上への重畳表示位置を補正するものとし、映像からも対応するランドマークが抽出された場合は、得られているランドマークを照合し、映像上のランドマーク２点間の距離とＧＩＳ地図上のランドマーク２点間の距離が同じになるように、機体高度を補正する方法を開示している。

特開２００３−３１６２５９号公報特開２００７−２９８３３２号公報再特ＷＯ２００４−１１３８３６号公報

ところで、上記背景技術で述べた捜索目標位置特定方法にあっては、例えば、先行出願特許（特願平７−８４３５０）の方法の場合、前述のとおり、撮影位置に対する目標物の方向を計測し、予め作成されている地表面の起伏についての高度情報を含む３次元地勢データから目標物の存在する地表面を求める時に、地表面と、撮影位置から目標物の方向に延びる直線との交点位置として目標物の位置を特定するものであるが、捜索目標位置特定の際の基準となる高度情報を含む３次元地勢データの高度情報の分解能により、位置誤差が大きくなる。

一般に使用されるであろう３次元地勢データは、国土地理院発行の地図数値データであるが、通常、その分解能は、５０ｍメッシュ等の単位で分割された高度情報が提供されている程度のものである。このため、先行出願特許（特願平７−８４３５０）の図３に示すように３次元地勢データの目標物の地表面位置の高度情報２２（Ｈ’）が実際の高度（Ｈ）より高い場合には、地表面と、撮影位置から目標物の方向に延びる直線との交点位置が手前にずれてしまい、位置特定の誤差となる。また、先行出願特許（特願平７−８４３５０）の方法の場合、機体情報及びカメラ等の指向方向は、誤差を含むため航空機の高度が低いほど地上目標物の位置の誤差が大きくなる。

本発明の目的は、上述した課題を解決する捜索目標位置特定装置、捜索目標位置特定方法及びプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、捜索目標位置特定装置であって、地表の起伏についての高度情報を含む３次元地勢データと、ランドマークの既知の位置情報及び高度情報を含む３次元地図情報とを記憶しておく手段と、高所に設置したカメラで目標物を撮影すると共に、この目標物の撮像情報と、この目標物の方位情報と、この目標物に近接する２つの前記ランドマークの間の前記カメラから見た方向角を示す角度情報を取得する手段と、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を使用して前記カメラの位置情報を取得する手段と、高度計を使用して前記カメラの高度情報を取得する手段と、前記３次元地勢データと、前記３次元地図情報と、前記撮像情報と、前記方位情報と、前記角度情報と、前記カメラの位置情報と、前記カメラの高度情報とに基づいて前記目標物の位置と高度とを算出する手段とを備える。

本発明の第２の形態によると、捜索目標位置特定方法であって、地表の起伏についての高度情報を含む３次元地勢データと、ランドマークの位置情報及び高度情報を含む３次元地図情報とを記憶しておく段階と、高所に設置したカメラで目標物を撮影すると共に、この目標物の撮像情報と、この目標物の方位情報と、この目標物に近接する２つの前記ランドマークの間の前記カメラから見た方向角を示す角度情報を取得する段階と、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を使用して前記カメラの位置情報を取得する段階と、高度計を使用して前記カメラの高度情報を取得する段階と、前記３次元地勢データと、前記３次元地図情報と、前記撮像情報と、前記方位情報と、前記角度情報と、前記カメラの位置情報と、前記カメラの高度情報とに基づいて前記目標物の位置と高度とを算出する段階とを含む。

本発明の第３の形態によると、プログラムであって、コンピュータを、地表の起伏についての高度情報を含む３次元地勢データと、ランドマークの位置情報及び高度情報を含む３次元地図情報とを記憶しておく手段、高所に設置したカメラで目標物を撮影すると共に、この目標物の撮像情報と、この目標物の方位情報と、この目標物に近接する２つの前記ランドマークの間の前記カメラから見た方向角を示す角度情報を取得する手段、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を使用して前記カメラの位置情報を取得する手段、高度計を使用して前記カメラの高度情報を取得する手段、前記３次元地勢データと、前記３次元地図情報と、前記撮像情報と、前記方位情報と、前記角度情報と、前記カメラの位置情報と、前記カメラの高度情報とに基づいて前記目標物の位置と高度とを算出する手段として機能させる。

以上説明したように、本発明の捜索目標位置特定装置によれば、高度情報を含む３次元地勢データ及び予め設定したランドマークの高度情報を記録した３次元地図情報を予め記憶しておき、起伏に富んだ地表面に存在する目標物を航空機等の高所に設置したカメラで撮影すると共に、目標物の撮像情報、目標物の方位情報、及び目標物へのカメラから見た視野角を示す角度情報を検出し、カメラが設置されている位置の座標情報をＧＰＳを使用して特定し、さらに、カメラが設置されている位置の高度情報を高度計を使用して特定し、座標情報と高度情報とに基づいてカメラの位置情報を取得し、これにより、地表面の起伏についての高度情報を含む３次元地勢データ及び予め設定したランドマークの高度情報を記録した３次元地図情報と、目標物の撮像情報と、目標物の方位情報及び目標物の角度情報と、カメラの位置情報とに基づいて目標物の位置を示す位置情報を算出するので、目標物が起伏に富んだ地表面に存在する場合であっても、該目標物の位置の特定を高い精度で実施できる捜索目標位置特定装置を提供することができる効果が有る。

本発明の実施の形態に係る捜索目標位置特定装置の全体構成を示す構成図である。本発明の実施の形態に係る捜索目標位置特定装置の１実施例を示す説明図である。

本発明では、航空機から捜索した地表面の目標物を高精度で測定し、位置特定の精度を向上させることを実現する。このため、航空機の位置（座標）を機体が備えるＧＰＳ等を使用して特定する機能を備える。また、他の機能として、航空機の高度情報を高度計を使用して特定し、目標物を撮影する撮影機能、これらを安定に保持するジンバル機能、カメラの指向方向（方位、伏角）を計測/ 制御する制御機能、目標物又は予め設定したランドマークに向け向ける制御を行う制御機能、高度情報を含む３次元地勢データ及び予め設定したランドマークの高度情報を記録する３次元地図情報記憶機能、機体情報とカメラ及び測距部の指向情報と３次元地図情報から目標物の位置を検出する演算機能、及びデータ処理機能（目標物の特定結果を表示処理及びカメラ表示画面上にて目標を指定した上、カメラの方向及び撮影視野角情報に基づき指定目標の方向を算出する機能）を具備する。

目標物の位置を特定するための具体的な特定手段としては、まず、カメラを目標物に指向して撮影を行ない、次に、同一撮影画面内の予め記録してある単数又は複数のランドマークを選択し、カメラの視野角と表示画像の位置情報とからランドマークの航空機からの方向を算出し、予め作成されている地表面の起伏についての高度情報を含む３次元地勢データから捜索目標物の位置を特定する。次に、この捜索目標物の位置と、予め記録されているランドマークの位置との相関をとり、その偏差を求める。これらのデータを用いて目標物の位置する区域の３次元地勢データの補正を行う。

最後に、カメラの指向方向及び撮影位置に対する目標物の方向を計測し、前記補正した地表面の起伏についての高度情報を含む３次元地勢データから、目標物の存在する地表面を求め、該地表面と、撮影位置とから目標物の方向に延びる直線との交点位置として目標物の位置を特定する。これにより、計測誤差の軽減を可能にしている。

以下、本発明の捜索目標位置特定装置及び捜索目標位置特定方法並びにコンピュータプログラムの具体的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る捜索目標位置特定装置の全体構成を示す構成図である。
同図に示す捜索目標位置特定装置は、機体に搭載したカメラ部２と、カメラ部２の後段の、ビデオ処理部１０及び表示部１１と、カメラユニット制御部１２と、を備える。
また、機体に搭載したＧＰＳ１３及び高度検出部１４と、ＧＰＳ１３及び高度検出部１４から情報を入力する機体位置検出部１５と、機体位置検出部１５の後段の目標位置検出演算部１６と、目標位置検出演算部１６に接続されたデータ処理部１７及び３次元地図情報記憶部１８と、を備える。

なお、カメラ部２は、カメラ２' と、カメラ２' の後段のジンバルユニット８と、ジンバルユニット８に接続された方位／角度検出部９と、を備える。
以下、本発明の実施の形態に係る捜索目標位置特定装置の機能を構成要素に基づいて説明する。
カメラ部２は、計測（即ち、捜索目標の位置の特定）を実施する航空機１（図２参照）に搭載されているカメラモジュールである。
カメラ部２の、カメラ２' は、捜索目標物等の撮影を行うためのカメラである。また、ジンバルユニット８は、カメラ２' の指向方向及び機体情報に基づいて安定を確保する機能を備えたユニットである。さらに、方位／角度検出部９は、カメラ２' の指向方向を検出する機能を備えた機構部である。
ビデオ処理部１０は、カメラ２' の撮像を表示用に変換するための回路モジュールである。

表示部１１は、カメラ２' の撮像の表示を行うための表示装置である。
カメラユニット制御部１２は、表示部１１からの操作により、カメラの指向方向を制御する機能を備えた制御ユニットである。
ＧＰＳ１３は、ＧＰＳ(Global Positioning System)機能を備え、ここでは航空機１（図２参照）の位置を計測するために使用される。
高度検出部１４は、高度計であり、航空機１の高度を計測するために使用される。
機体位置検出部１５は、ＧＰＳ１３及び高度検出部１４からの情報に基づいて機体位置（即ち撮影位置）を検出する機能を備える。
目標位置検出演算部１６は、カメラ方向、機体位置、３次元地図情報、及びランドマーク位置情報に基づいて捜索目標の位置を算出する機能を備える。

データ処理部１７は、後述する目標物３（図２参照）の方向を中心とするカメラ２' が撮像表示中のランドマークを指定した位置と、カメラ２' の視野角とからランドマーク方向を演算検出する機能を備える。
３次元地図情報記憶部１８は、国土地理院の地図数値データ等の高度情報を含む３次元地勢データ及び既知のランドマークの位置及び高度情報を記録格納している。

（実施例）
以下、本発明の実施の形態に係る捜索目標位置特定装置の機能を実施例に基づいて説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る捜索目標位置特定装置の１実施例を示す説明図である。
同図において、符号Ｈは目標物の高度、符号Ｈ' は３次元地勢データ高度情報による目標物位置の高度、符号Ｒ１は目標部カメラ方向の延長線と水平面交点及び地表面交点の差異距離、符号Ｒ１' は目標部カメラ方向の延長線と水平面交点及び３次元地勢データ高度交点の差異距離、符合３' は誤差により検出される捜索目標物を、それぞれ示している。
図２は、空中を飛行する航空機１と、機体に取り付けたカメラ２とを使用して、目標物３を撮影する場合の本装置の１実施例を示している。
捜索目標物３は、起伏のある地表面４に位置する。また、予め位置情報が判明しているランドマーク５及び６が値表面上４に位置する。

この実施例では、航空機１の座標位置を航空機搭載のＧＰＳ等の航法装置等の機体情報から測定し、カメラ２から捜索目標物３位置の方向に延ばした直線Ｌ１と、地表面４との交点として、捜索目標物３の位置を特定している。
目標物３の位置を水平面に投影した位置は、ここでは捜索目標物３が水平面から高さＨの位置に有るので、カメラ２から見て捜索目標物３の方向に延ばした直線Ｌ１と、水平面との交点からＲ１だけずれた位置となる。しかし、実際には、地表面４は高度情報を含む３次元地勢データのメッシュで区切られた階段状の高度７であるため、この位置は符号Ｒ１' で示す位置となり、誤差が生じている。

そこで、この実施例では、捜索目標物３に近接する既知の位置情報を有するランドマーク５とランドマーク６との間のカメラ２から見た方向角を計測することにより、ランドマーク５及びランドマーク６の高度を各々計測し、この高度情報を用いて目標物３の高度情報を算出し、捜索目標物３の方向に延ばした直線との交点を求めて捜索目標物３の位置を特定する。これにより、誤差を軽減した計測を可能にしている。

（他の実施形態）
本実施の形態に係る捜索目標位置特定装置及び捜索目標位置特定方法では、前述のとおり、位置の特定対象を捜索目標物３としたが、本発明は、一般に、位置の特定対象が地表面上に存在しさえすれば適用が可能であり、例えば、良く知られている建物や山などであってもよい。
また、本実施の形態では、航空機１に捜索目標位置特定装置を搭載したが、本発明は、一般に、捜索目標位置特定装置を設置する場所は必ずしも航空機に限定されるものではなく、周囲よりも十分に高い建物や塔であっても良く、また、山上であっても良い。
さらに、本実施の形態では、捜索目標位置特定装置２を、全ての構成要素が一体であるものとして構成したが、カメラ部２と、カメラ部２以外の構成要素とを空間的に分離し、両者を無線回線で接続する構成とすることも可能である。また、カメラ部２以外の構成要素についても、適当に分散配置し、その間を無線回線で接続する構成にすることも可能である。

なお、本実施の形態に係る捜索目標位置特定装置、特に、目標位置検出演算部１６の機能を、コンピュータ及びコンピュータプログラムを用いて処理するようにしても良い。
本実施の形態に係る捜索目標位置特定装置によれば、空中からの地上の捜索目標物の位置を、予め作成されている高度情報を含む３次元地勢データと、登録した既知のランドマーク位置高度情報とを使用することにより、３次元地勢データが精度が十分ではない（例えば、５０ｍメッシュ等の単位で分割された高度情報が提供されている程度のもの）である場合にも、迅速、かつ正確に捜索目標の位置を特定することが可能となる効果がある。

また、撮影映像表示画面上において、ランドマークの方向を、ポインティングデバイス等を用いて指定した位置情報と、カメラ視野角情報とに基づいて検出すると共に、航空機の位置及び目標物指向時方向情報を記録しておくことにより、航空機１が通過又は着陸した後でも上記計測機能を可能にする効果がある。

本発明は捜索目標位置特定装置の構築に適用可能であり、特に、捜索目標が起伏に富んだ地勢に存在する場合にあっても、３次元地勢データと、ランドマーク位置高度情報とを使用して、航空機等から捜索標定した目標位置を正確に特定することができる捜索目標位置特定装置の構築に好適である。

１航空機
２カメラ部
３捜索目標物
３' 誤差により検出される捜索目標物
４地表面
５既知ランドマーク
６既知ランドマーク
７３次元地勢データの高度情報に基づく地表面
８ジンバルユニット
９方位／角度検出部
１０ビデオ処理部
１１表示部１
１２カメラユニット制御部
１３ＧＰＳ
１４高度検出部
１５機体位置検出部
１６目標位置検出演算部
１７データ処理部
１８３次元地図情報記憶部
Ｈ目標物の高度
Ｈ' ３次元地勢データ高度情報による目標物位置の高度
Ｒ１目標部カメラ方向の延長線と水平面交点及び地表面交点の差異距離
Ｒ１' 目標部カメラ方向の延長線と水平面交点及び３次元地勢データ高度交点の差異距離

Claims

地表の起伏についての高度情報を含む３次元地勢データと、ランドマークの既知の位置情報及び高度情報を含む３次元地図情報とを記憶しておく手段と、
高所に設置したカメラで目標物を撮影すると共に、この目標物の撮像情報と、この目標物の方位情報と、この目標物に近接する２つの前記ランドマークの間の前記カメラから見た方向角を示す角度情報を取得する手段と、
ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を使用して前記カメラの位置情報を取得する手段と、
高度計を使用して前記カメラの高度情報を取得する手段と、
前記３次元地勢データと、前記３次元地図情報と、前記撮像情報と、前記方位情報と、前記角度情報と、前記カメラの位置情報と、前記カメラの高度情報とに基づいて前記目標物の位置と高度とを算出する手段と
を備える捜索目標位置特定装置。
地表の起伏についての高度情報を含む３次元地勢データと、ランドマークの位置情報及び高度情報を含む３次元地図情報とを記憶しておく段階と、
高所に設置したカメラで目標物を撮影すると共に、この目標物の撮像情報と、この目標物の方位情報と、この目標物に近接する２つの前記ランドマークの間の前記カメラから見た方向角を示す角度情報を取得する段階と、
ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を使用して前記カメラの位置情報を取得する段階と、
高度計を使用して前記カメラの高度情報を取得する段階と、
前記３次元地勢データと、前記３次元地図情報と、前記撮像情報と、前記方位情報と、前記角度情報と、前記カメラの位置情報と、前記カメラの高度情報とに基づいて前記目標物の位置と高度とを算出する段階と
を含む捜索目標位置特定方法。
コンピュータを、
地表の起伏についての高度情報を含む３次元地勢データと、ランドマークの位置情報及び高度情報を含む３次元地図情報とを記憶しておく手段、
高所に設置したカメラで目標物を撮影すると共に、この目標物の撮像情報と、この目標物の方位情報と、この目標物に近接する２つの前記ランドマークの間の前記カメラから見た方向角を示す角度情報を取得する手段、
ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を使用して前記カメラの位置情報を取得する手段、
高度計を使用して前記カメラの高度情報を取得する手段、
前記３次元地勢データと、前記３次元地図情報と、前記撮像情報と、前記方位情報と、前記角度情報と、前記カメラの位置情報と、前記カメラの高度情報とに基づいて前記目標物の位置と高度とを算出する手段
として機能させるプログラム。