JP6463319B2 - ステレオ測距装置、ステレオ測距方法及びステレオ測距プログラム - Google Patents

Description

本発明は、航空機に搭載されたステレオカメラを用いて距離を測定する技術に関する。

航空機において自機から所定の対象までの距離を測定する場合、機体に搭載されたレーダーを用いるのが一般的である。しかし、レーダーなどの電波を放出する測距手段では、自機の位置を他者に探知され得るといった問題がある。

そこで、例えば特許文献１では、機体に搭載したステレオカメラを使用して距離を測定する手法が提案されている。この手法であれば、電波の放出を必要としないうえに、画像情報も取得することができる。
また、特許文献１に記載の技術では、機体の姿勢情報を検出し、これを用いてステレオカメラの姿勢を制御することで、機体の姿勢に依らない一定の向きの画像を取得することが可能となっている。

特許第４３２８５５１号公報

ところで、航空機に搭載したステレオカメラで距離を測定する場合には、例えば地上における監視用などの汎用的な用途のものに比べて測定距離が遥かに長くなる。そのため、これに対応させて、ステレオカメラを構成する２台のカメラの基線長（視軸間隔）も長くする必要がある。

しかしながら、２台のカメラを離して設置した場合、これらを高い剛性で一体的に支持することが困難になる。例えば、固定翼機上で２台のカメラを極力離そうとすると、これらを機体両翼上に設置することになるが、航空機の主翼は揚力等に応じて変形する（撓む）ため、これら２台のカメラの相対位置・姿勢を一定に保持できなくなってしまう。

その結果、２台のカメラは機体の飛行状態に応じて互いの位置や姿勢が異なってしまい、ステレオカメラとしての測距精度が低下してしまう。上記特許文献１に記載の技術のように２台のカメラを姿勢制御することも考えられるが、共通する機体の姿勢情報を用いたのでは、互いの位置や姿勢が異なる２台のカメラを適正に姿勢制御することはできない。
また、位置姿勢計を使用して各カメラの位置及び姿勢に関する情報を直接取得することも考えられるが、高精度な位置姿勢計は高額であり、装置コストが嵩んでしまう。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、位置姿勢計を用いる場合に比べ安価な構成で、航空機に搭載されたステレオカメラの測距精度を向上させ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、ステレオ測距装置であって、
互いに離間した状態で航空機の弾性構造部に設けられ、ステレオカメラを構成する一対の光学カメラと、
前記弾性構造部の変位量に基づいて、各光学カメラの位置及び姿勢に関する位置姿勢情報を算出する位置姿勢算出手段と、
前記位置姿勢算出手段により算出された各光学カメラの位置姿勢情報に基づいて、当該光学カメラにより撮影された画像の位置及び向きを補正する画像補正手段と、
前記一対の光学カメラにより撮影されて前記画像補正手段により個別に補正された一対の補正画像に基づいて、撮影対象との間の距離を算出するステレオ測距手段と、
を備え、
前記位置姿勢算出手段は、
前記航空機のうち前記弾性構造部よりも剛性の高い高剛性部に設けられ、当該高剛性部から各光学カメラまでの距離及び方向を計測する測距手段と、
前記高剛性部から各光学カメラまでの距離及び方向に基づいて、各光学カメラの位置ベクトルを算出する位置算出手段と、
各光学カメラの位置ベクトルに基づいて、前記弾性構造部における各光学カメラの配設位置での変位量を算出する変位量算出手段と、
前記弾性構造部における各光学カメラの配設位置での変位量に基づいて、各光学カメラの姿勢ベクトルを算出する姿勢算出手段と、
を有し、
前記画像補正手段は、算出された各光学カメラの位置ベクトル及び姿勢ベクトルに基づいて、当該光学カメラにより撮影された画像の位置及び向きを補正することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、ステレオ測距装置であって、
互いに離間した状態で航空機の弾性構造部に設けられ、ステレオカメラを構成する一対の光学カメラと、
前記弾性構造部の変位量に基づいて、各光学カメラの位置及び姿勢に関する位置姿勢情報を算出する位置姿勢算出手段と、
前記位置姿勢算出手段により算出された各光学カメラの位置姿勢情報に基づいて、当該光学カメラにより撮影された画像の位置及び向きを補正する画像補正手段と、
前記一対の光学カメラにより撮影されて前記画像補正手段により個別に補正された一対の補正画像に基づいて、撮影対象との間の距離を算出するステレオ測距手段と、
を備え、
前記位置姿勢算出手段は、
前記弾性構造部における各光学カメラの配設位置での変位量を計測する変位量計測手段と、
前記弾性構造部における各光学カメラの配設位置での変位量に基づいて、各光学カメラの位置ベクトル及び姿勢ベクトルを算出する位置姿勢ベクトル算出手段と、
を有し、
前記画像補正手段は、算出された各光学カメラの位置ベクトル及び姿勢ベクトルに基づいて、当該光学カメラにより撮影された画像の位置及び向きを補正することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のステレオ測距装置において、
前記一対の光学カメラが、前記航空機の両主翼の先端部に個別に設けられ、
前記測距手段が、前記航空機の胴体に設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のステレオ測距装置において、
前記一対の光学カメラは、前記航空機の両主翼の先端部に個別に設けられ、
前記変位量計測手段は、各主翼の先端部における翼長方向及び翼厚方向への各変位量を計測可能であり、
前記位置姿勢ベクトル算出手段は、
各主翼の先端部における翼長方向への変位量及び翼厚方向への変位量に基づいて、各光学カメラの位置ベクトルを算出する位置算出手段と、
各主翼の先端部における翼厚方向への変位量に基づいて、各光学カメラの姿勢ベクトルを算出する姿勢算出手段と、
を有することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１、３、４のいずれか一項に記載のステレオ測距装置において、
各光学カメラの配設位置での変位量と当該配設位置の角度との関係を表すデータベースまたは関係式を予め記憶している記憶手段を備え、
前記姿勢算出手段は、前記記憶手段に記憶された前記データベースまたは関係式を用いて、各光学カメラの姿勢ベクトルを算出することを特徴とする。

請求項６及び請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のステレオ測距装置と同様の特徴を具備するステレオ測距方法及びステレオ測距プログラムである。

本発明によれば、ステレオカメラを構成する一対の光学カメラで撮影された一対の画像の位置及び向きが、この一対の光学カメラが設けられた弾性構造部（例えば航空機の主翼）の変位量から算出された位置姿勢情報に基づいて個別に補正され、この補正された一対の補正画像に基づいて撮影対象との間の距離が算出される。
これにより、一対の光学カメラが互いに離間した状態で航空機に搭載されてその位置や姿勢が互いに異なる状態に変化した場合であっても、それぞれの画像の位置及び向きが適正に補正され、測距精度の低下を抑制することができる。また、高額な位置姿勢計を用いる必要なく、弾性構造部の変位量に基づいて各光学カメラの位置姿勢情報を算出することができる。
したがって、位置姿勢計を用いる場合に比べ安価な構成で、航空機に搭載されたステレオカメラの測距精度を向上させることができる。

第一の実施形態でのステレオ測距装置の機能構成を示すブロック図である。 第一の実施形態でのステレオ測距装置が備えるカメラユニット及びレーザー測距器を説明するための図である。 （ａ）第一の実施形態でのステレオ測距処理の流れを示すフローチャートであり、（ｂ）このステレオ測距処理における光学カメラのキャリブレーションの流れを示すフローチャートである。 第一の実施形態でのステレオ測距処理における光学カメラの位置及び姿勢の算出手順を説明するための概念図である。 ステレオ測距処理における補正前後での画像の変化を説明するための概念図である。 第二の実施形態でのステレオ測距装置の機能構成を示すブロック図である。 第二の実施形態でのステレオ測距装置が備えるカメラユニット及び歪ゲージユニットを説明するための図である。 （ａ）第二の実施形態でのステレオ測距処理の流れを示すフローチャートであり、（ｂ）このステレオ測距処理における光学カメラのキャリブレーションの流れを示すフローチャートである。 第二の実施形態でのステレオ測距処理における光学カメラの位置及び姿勢の算出手順を説明するための概念図である。

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。

［第一の実施形態］
まず、本発明の第一の実施形態について説明する。

＜ステレオ測距装置１の構成＞
図１は、第一の実施形態におけるステレオ測距装置１の機能構成を示すブロック図であり、図２は、ステレオ測距装置１が備える後述のカメラユニット１４及びレーザー測距器１５を説明するための図である。
ステレオ測距装置１は、航空機（固定翼機）３０に搭載されており、取得したステレオ画像に基づいて航空機３０と撮影対象との間の距離を測定するためのものである。
具体的には、図１及び図２に示すように、ステレオ測距装置１は、表示部１１と、入力部１２と、２つのカメラユニット１４と、２つのレーザー測距器１５と、記憶部１６と、制御部１８とを備えて構成されている。

表示部１１は、図示しないディスプレイを備えており、制御部１８から入力される表示信号に基づいて各種情報をディスプレイに表示する。
入力部１２は、図示しない入力受付手段を備えており、この入力受付手段への操作員の入力操作に対応する信号を制御部１８に出力する。

２つのカメラユニット１４は、航空機３０の機外のステレオ画像を取得するためのものであり、航空機３０のうち弾性構造部である両主翼３２（右主翼３２Ｒ、左主翼３２Ｌ）の先端部に個別に配置され、互いに大きく離間した状態で搭載されている。
各カメラユニット１４は、光学カメラ１４１と、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機１４２とを備えて構成されている。
なお、以下の説明では、２つのカメラユニット１４やそのユニット各部のうち、航空機３０の右主翼３２Ｒに搭載されたものには「Ｒ」を、左主翼３２Ｌに搭載されたものには「Ｌ」を、それぞれの符号に付して互いを識別することとする。

光学カメラ１４１は、制御部１８からの制御指令に基づいて、航空機３０の機外の画像を取得し、取得した画像情報を制御部１８に出力する。この光学カメラ１４１は、２つのカメラユニット１４における２つのもので、ステレオカメラとして対をなして機能するように構成されており、所定の距離に互いに離間されつつ、ステレオ画像を取得できるように互いの視野（範囲）ＶＲを交差させている。

ＧＰＳ受信機１４２は、本実施形態においては、対応する（同じカメラユニット１４の）光学カメラ１４１が撮影した画像の撮影時刻を取得するためのものであり、制御部１８からの制御指令に基づいて、ＧＰＳ時刻情報を含むＧＰＳ信号をＧＰＳ衛星から受信し、制御部１８に出力する。

２つのレーザー測距器１５は、一対の光学カメラ１４１の位置及び姿勢（向き）に関する情報（位置姿勢情報）を取得するためのものであり、航空機３０のうち、主翼３２よりも高剛性の胴体３１に設けられている。より詳しくは、当該２つのレーザー測距器１５は、胴体３１のうち、両主翼３２の基端部が位置する機体前後方向の略中央部であって、その頭頂部に設けられている。
これら２つのレーザー測距器１５は、２つのカメラユニット１４（２つの光学カメラ１４１）に対応しており、対応する光学カメラ１４１をその計測範囲に捉えるように、各々の受発光面（計測面）を互いに反対側の機体側方（機外）に向けている。より詳しくは、飛行中の航空機３０では主翼３２が上方へ撓るように変形するため、各レーザー測距器１５は、この変形時における主翼３２先端部の光学カメラ１４１をそのスキャン範囲（計測範囲）Ｓ内に捉えられるように設けられている（図４参照）。そして、各レーザー測距器１５は、制御部１８からの制御指令に基づいて、その配設位置から、対応する光学カメラ１４１が設けられた主翼３２先端部までの距離及び方向（角度）を計測し、制御部１８に出力する。
なお、以下の説明では、２つのレーザー測距器１５のうち、右主翼３２Ｒ上の光学カメラ１４１Ｒに対応するものには「Ｒ」を、左主翼３２Ｌ上の光学カメラ１４１Ｌに対応するものには「Ｌ」を、それぞれの符号に付して互いを識別することとする。

記憶部１６は、ステレオ測距装置１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、ステレオ測距プログラム１６０と、翼変形データベース１６１とを記憶している。
ステレオ測距プログラム１６０は、後述のステレオ測距処理を制御部１８に実行させるためのプログラムである。

翼変形データベース１６１は、主翼３２の先端部（すなわち、光学カメラ１４１の配設位置）における、翼厚方向（機体上下方向）への主翼３２の変位量（撓み量）σｚと、当該先端部の角度（向き）との関係を表すデータベースである（図４参照）。
なお、この翼変形データベース１６１は、主翼３２の変位量σｚと主翼３２の先端部の角度とが対応付けられたものであれば、データベース形式のものでなくともよく、例えば当該翼変形データベース１６１に代えて、主翼３２の変位量σｚと主翼３２の先端部の角度との関係を表す関係式を用いることとしてもよい。

制御部１８は、航空機３０の胴体３１に設けられており、入力される指示に応じて所定のプログラムに基づいた処理を実行し、各機能部への指示やデータの転送等を行い、ステレオ測距装置１を統括的に制御する。具体的に、制御部１８は、入力部１２から入力される操作信号等に応じて記憶部１６に格納された各種プログラムを読み出し、当該プログラムに従って処理を実行する。そして、制御部１８は、処理結果を記憶部１６に一時保存するとともに表示部１１に適宜出力させる。

＜ステレオ測距装置１の動作＞
続いて、ステレオ測距処理を実行する際のステレオ測距装置１の動作について説明する。
図３（ａ）は、第一の実施形態におけるステレオ測距処理の流れを示すフローチャートであり、図３（ｂ）は、このステレオ測距処理のうち、後述する各光学カメラ１４１のキャリブレーションの流れを示すフローチャートである。また、図４は、第一の実施形態でのステレオ測距処理（光学カメラ１４１のキャリブレーション）における光学カメラ１４１の位置及び姿勢の算出手順を説明するための概念図であり、図５は、ステレオ測距処理における補正前後での画像の変化を説明するための概念図である。
なお、図４では、一対の光学カメラ１４１のうちの一方に関する要素のみを図示し、他方に関するものについては図示を省略している。

ステレオ測距処理は、一対の光学カメラ１４１によりステレオ画像を取得し、このステレオ画像に基づいて航空機３０と撮影対象との間の距離を算出する処理である。このステレオ測距処理は、例えば操作員の操作等により当該処理の実行指示が入力されたときに、制御部１８が記憶部１６からステレオ測距プログラム１６０を読み出して展開することで実行される。
なお、ここでは、飛行中の航空機３０から、機体下方の地上にある撮影対象（測距対象）が撮影されるものとする。

図３（ａ）に示すように、ステレオ測距処理が実行されると、まず制御部１８は、左右両主翼３２の一対の光学カメラ１４１により機外の画像（動画または静止画）をそれぞれ取得する（ステップＳ１）。このとき、各カメラユニット１４では、ＧＰＳ受信機１４２により取得されたＧＰＳ時刻情報が、光学カメラ１４１により撮影された画像情報に対応付けられて制御部１８に出力される。

次に、制御部１８は、一対の光学カメラ１４１のキャリブレーション、つまり、当該一対の光学カメラ１４１により撮影された一対の画像情報の補正を行う（ステップＳ２）。
飛行中の航空機３０においては、機体の両主翼３２が上方へ撓るように変形しているため、この変形に伴って、両主翼３２の先端部に設置された２つのカメラユニット１４Ｒ，１４Ｌの相対位置及び姿勢が設計時から変化している。そのため、この状態での一対の光学カメラ１４１から得られるステレオ画像を単純に用いたのでは、撮影対象までの距離を正確に測定することができない。
そこで、このステップでは、一対の光学カメラ１４１により撮影された一対の画像情報を、当該一対の光学カメラ１４１それぞれの位置及び姿勢に関する情報（位置姿勢情報）に基づいて、個別に補正する。

具体的に、このキャリブレーションでは、図３（ｂ）及び図４に示すように、まず制御部１８は、両主翼３２Ｒ，３２Ｌの各々について、レーザー測距器１５の配設位置から主翼３２先端部（すなわち、光学カメラ１４１の配設位置）までのベクトルＡを求める（ステップＳ２１）。
このステップでは、制御部１８は、各レーザー測距器１５により、その配設位置から、対応する光学カメラ１４１までの距離及び方向（角度）を計測することによって、ベクトルＡを算出する。このベクトル算出では、レーザー測距器１５から光学カメラ１４１までの想定最大距離Ｒmaxが予め設定されており、制御部１８は、この想定最大距離Ｒmax以下で最長となるベクトルを、ベクトルＡとして求める。これにより、例えば、主翼３２先端部よりも機体側方の位置を誤検知してしまう、といった計測ミスが防止される。

次に、制御部１８は、両主翼３２Ｒ，３２Ｌの各々について、主翼３２の基端部から先端部までのベクトルを、光学カメラ１４１の位置ベクトルＣとして算出する（ステップＳ２２）。
このステップでは、制御部１８は、ステップＳ２１で算出したベクトルＡと、レーザー測距器１５の配設位置から主翼３２基端部までのベクトルＢとに基づいて、光学カメラ１４１の位置ベクトルＣを算出する。ここで、ベクトルＢは、設計値（図面値）として既知の値である。

次に、制御部１８は、両主翼３２Ｒ，３２Ｌの各々について、ステップＳ２２で算出した位置ベクトルＣに基づいて、主翼３２の先端部における、設計位置Ｐｄからの翼厚方向への当該主翼３２の変位量（撓み量）σｚを算出する（ステップＳ２３）。ここで、「設計位置Ｐｄ」とは、設計時における主翼３２先端部の位置であり、主翼３２が全く変位していない状態での当該先端部の位置である。

次に、制御部１８は、両主翼３２Ｒ，３２Ｌの各々について、主翼３２先端部の角度（向き）を、光学カメラ１４１の姿勢ベクトルＤとして算出する（ステップＳ２４）。
このステップでは、制御部１８は、ステップＳ２３で算出した主翼３２先端部の変位量σｚと、記憶部１６から読み出した翼変形データベース１６１とに基づいて、主翼３２先端部の角度、すなわち光学カメラ１４１の姿勢ベクトルＤを算出する。

次に、制御部１８は、ステップＳ２２，Ｓ２４で算出した各光学カメラ１４１の位置ベクトルＣ及び姿勢ベクトルＤに基づいて、ステップＳ１で取得した画像情報を補正する（ステップＳ２５）。
具体的に、制御部１８は、各光学カメラ１４１の位置ベクトルＣ及び姿勢ベクトルＤから当該光学カメラ１４１の設計時からの位置及び姿勢の変化を算出する。そして、制御部１８は、算出した各光学カメラ１４１の位置及び姿勢の変化分だけ、当該光学カメラ１４１により撮影された画像情報の位置及び向きを補正し、この補正がされた補正画像情報を取得する。
これにより、図５（ａ），（ｂ）に示すように、設計時の状態から位置及び姿勢が変化した各光学カメラ１４１で撮影された画像が、設計時の状態にある当該光学カメラ１４１で撮影した状態に補正される。

次に、図３（ａ）に示すように、制御部１８は、取得した一対の補正画像情報をステレオ画像として用い、撮影対象との間の距離を算出する（ステップＳ３）。このとき、制御部１８は、各補正画像情報に対応付けられたＧＰＳ時刻情報を参照して、互いの撮像タイミングが合致する（互いのＧＰＳ時刻情報が、同時刻と見做せる時間差の範囲内である）一対の補正画像情報を選択し、当該一対の補正画像情報を照合して距離を算出する。
こうして、飛行時における各々の位置・姿勢の変化が補正され、且つ撮像タイミングが合致したステレオ画像により、航空機３０から撮影対象までの距離が適正に測定される。

＜効果＞
以上のように、第一の実施形態によれば、ステレオカメラを構成する一対の光学カメラ１４１で撮影された一対の画像情報の位置及び向きが、当該一対の光学カメラ１４１が設けられた主翼３２の変位量から算出された各光学カメラ１４１の位置姿勢情報（位置ベクトルＣ及び姿勢ベクトルＤ）に基づいて個別に補正され、この補正された一対の補正画像情報に基づいて撮影対象との間の距離が算出される。
これにより、一対の光学カメラ１４１が互いに離間した状態で航空機に搭載されてその位置や姿勢が互いに異なる状態に変化した場合であっても、それぞれの画像の位置及び向きが適正に補正され、測距精度の低下を抑制することができる。また、高額な位置姿勢計を用いる必要なく、主翼３２の変位量に基づいて各光学カメラ１４１の位置姿勢情報を算出することができる。
したがって、位置姿勢計を用いる場合に比べ安価な構成で、航空機３０に搭載されたステレオカメラの測距精度を向上させることができる。

また、一対の光学カメラ１４１により撮影された各画像情報にＧＰＳ時刻情報が対応付けられ、このＧＰＳ時刻情報に基づいて互いの撮像タイミングの合致する一対の補正画像情報が選択されて、撮影対象との間の距離が算出される。
したがって、一対の光学カメラ１４１を互いに離間させた場合に信号伝送路の伸長化や配線長の製造公差等により撮像タイミングのずれが生じやすくなるところ、この撮像タイミングのずれを好適に抑制して測距精度の低下を抑制することができる。

［第二の実施形態］
続いて、本発明の第二の実施形態について説明する。なお、上記第一の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。

＜ステレオ測距装置２の構成＞
図６は、第二の実施形態におけるステレオ測距装置２の機能構成を示すブロック図であり、図７は、ステレオ測距装置２が備える後述の歪ゲージユニット２７を説明するための図である。
ステレオ測距装置２は、レーザー測距器に代えて歪ゲージを用いて各光学カメラ１４１の位置姿勢情報を取得する点で、上記第一の実施形態におけるステレオ測距装置１と異なっている。
具体的には、図６及び図７に示すように、ステレオ測距装置２は、上記第一の実施形態における２つのレーザー測距器１５に代えて、２つの歪ゲージユニット２７を備えている。

２つの歪ゲージユニット２７は、一対の光学カメラ１４１の位置姿勢情報を取得するためのものであって、航空機３０の両主翼３２に個別に設けられており、それぞれ複数の歪ゲージ２７１を含んで構成されている。複数の歪ゲージ２７１は、主翼３２の基端部から、光学カメラ１４１が設けられた先端部まで、スパン方向（翼長方向）に沿って連なりつつ、各貼付位置において曲げ歪みと軸歪みを計測可能なように、当該主翼３２の上面に貼付されている。各歪ゲージユニット２７は、各歪ゲージ２７１の貼付位置での主翼３２の変位量を、図示しないブリッジ回路等を介して制御部１８に出力する。
なお、以下の説明では、２つの歪ゲージユニット２７のうち、右主翼３２Ｒ上に設けられたものには「Ｒ」を、左主翼３２Ｌ上に設けられたものには「Ｌ」を、それぞれの符号に付して互いを識別することとする。

＜ステレオ測距装置２の動作＞
続いて、ステレオ測距処理を実行する際のステレオ測距装置２の動作について説明する。
図８（ａ）は、第二の実施形態におけるステレオ測距処理の流れを示すフローチャートであり、図８（ｂ）は、このステレオ測距処理のうち、各光学カメラ１４１のキャリブレーションの流れを示すフローチャートである。また、図９は、第二の実施形態でのステレオ測距処理（光学カメラ１４１のキャリブレーション）における光学カメラ１４１の位置及び姿勢の算出手順を説明するための概念図である。
なお、図９では、一対の光学カメラ１４１のうちの一方に関する要素のみを図示し、他方に関するものについては図示を省略している。

図８（ａ）に示すように、ステレオ測距処理が実行されると、まず制御部１８は、上記第一の実施形態と同様にして、左右両主翼３２の一対の光学カメラ１４１により機外の画像をそれぞれ取得する（ステップＴ１）。このとき、各カメラユニット１４では、ＧＰＳ受信機１４２により取得されたＧＰＳ時刻情報が、光学カメラ１４１により撮影された画像情報に対応付けられて制御部１８に出力される。

次に、制御部１８は、一対の光学カメラ１４１のキャリブレーション、つまり、当該一対の光学カメラ１４１により撮影された一対の画像情報の補正を行う（ステップＴ２）。

具体的に、このキャリブレーションでは、図８（ｂ）及び図９に示すように、まず制御部１８は、両主翼３２Ｒ，３２Ｌの各々について、歪ゲージユニット２７により、主翼３２先端部（すなわち、光学カメラ１４１の配設位置）における、設計位置Ｐｄからの当該主翼３２のスパン方向への変位量σｘと翼厚方向への変位量σｚを計測する（ステップＴ２１）。
このステップでは、制御部１８は、歪ゲージユニット２７を構成する複数の歪ゲージ２７１の変位量を積算することにより、主翼３２先端部における変位量σｘ，σｚを求める。

次に、制御部１８は、両主翼３２Ｒ，３２Ｌの各々について、ステップＴ２１で計測した変位量σｘ，σｚに基づいて、設計位置Ｐｄからの主翼３２先端部の変位ベクトルＥを算出する（ステップＴ２２）。

次に、制御部１８は、両主翼３２Ｒ，３２Ｌの各々について、胴体３１上の基準位置Ｐｃから主翼３２の先端部までのベクトルを、光学カメラ１４１の位置ベクトルＧとして算出する（ステップＴ２３）。
このステップでは、制御部１８は、ステップＴ２２で算出した主翼３２先端部の変位ベクトルＥと、基準位置Ｐｃから主翼３２先端部の設計位置ＰｄまでのベクトルＦとに基づいて、光学カメラ１４１の位置ベクトルＧを算出する。ここで、基準位置Ｐｃは、主翼３２の変形の影響を受けない胴体３１上の位置であって、両主翼３２に対して均等距離にある位置が好ましく、本実施形態では、上記第一の実施形態におけるレーザー測距器１５の配設位置と同じく、機体前後方向の略中央部であってその頭頂部の位置としている。また、基準位置Ｐｃから主翼３２先端部の設計位置ＰｄまでのベクトルＦは、設計値（図面値）として既知の値である。

次に、制御部１８は、両主翼３２の各々について、主翼３２先端部の角度（向き）を、光学カメラ１４１の姿勢ベクトルＨとして算出する（ステップＴ２４）。
このステップでは、制御部１８は、上記第一の実施形態におけるステレオ測距処理のステップＳ２４と同様に、ステップＴ２１で計測した主翼３２先端部における主翼３２の変位量σｚと、記憶部１６から読み出した翼変形データベース１６１とに基づいて、主翼３２先端部の角度、すなわち光学カメラ１４１の姿勢ベクトルＨを算出する。

次に、制御部１８は、ステップＴ２３，Ｔ２４で算出した各光学カメラ１４１の位置ベクトルＧ及び姿勢ベクトルＨに基づいて、ステップＴ１で取得した画像情報を補正する（ステップＴ２５）。
具体的に、制御部１８は、上記第一の実施形態におけるステレオ測距処理のステップＳ２５と同様に、各光学カメラ１４１の位置ベクトルＧ及び姿勢ベクトルＨから当該光学カメラ１４１の設計時からの位置及び姿勢の変化を算出する。そして、制御部１８は、算出した各光学カメラ１４１の位置及び姿勢の変化分だけ、当該光学カメラ１４１により撮影された画像情報の位置及び向きを補正し、この補正がされた補正画像情報を取得する。
これにより、設計時の状態から位置及び姿勢が変化した各光学カメラ１４１で撮影された画像が、設計時の状態にある当該光学カメラ１４１で撮影した状態に補正される。

次に、図８（ａ）に示すように、制御部１８は、上記第一の実施形態におけるステレオ測距処理のステップＳ３と同様に、取得した一対の補正画像情報をステレオ画像として用い、撮影対象との間の距離を算出する（ステップＴ３）。このとき、制御部１８は、各補正画像情報に対応付けられたＧＰＳ時刻情報を参照して、互いの撮像タイミングが合致する（互いのＧＰＳ時刻情報が、同時刻と見做せる時間差の範囲内である）一対の補正画像情報を選択し、当該一対の補正画像情報を照合して距離を算出する。
こうして、飛行時における各々の位置・姿勢の変化が補正され、且つ撮像タイミングが合致したステレオ画像により、航空機３０から撮影対象までの距離が適正に測定される。

＜効果＞
以上のように、本第二の実施形態によれば、上記第一の実施形態と同様の効果を奏することができる。
すなわち、ステレオカメラを構成する一対の光学カメラ１４１で撮影された一対の画像情報の位置及び向きが、当該一対の光学カメラ１４１が設けられた主翼３２の変位量から算出された各光学カメラ１４１の位置姿勢情報（位置ベクトルＧ及び姿勢ベクトルＨ）に基づいて個別に補正され、この補正された一対の補正画像情報に基づいて撮影対象との間の距離が算出される。
これにより、一対の光学カメラ１４１が互いに離間した状態で航空機に搭載されてその位置や姿勢が互いに異なる状態に変化した場合であっても、それぞれの画像の位置及び向きが適正に補正され、測距精度の低下を抑制することができる。また、高額な位置姿勢計を用いる必要なく、主翼３２の変位量に基づいて各光学カメラ１４１の位置姿勢情報を算出することができる。
したがって、位置姿勢計を用いる場合に比べ安価な構成で、航空機３０に搭載されたステレオカメラの測距精度を向上させることができる。

［変形例］
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した第一及び第二の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、上記第一及び第二の実施形態では、主翼３２先端部のみの変位量σｚを用い、翼変形データベース１６１を参照して光学カメラ１４１の姿勢ベクトルを算出することとしたが、より広い範囲での主翼３２の変形状態（撓み方）を検出し、これを用いて姿勢ベクトルを算出することとしてもよい。
この場合、例えば、レーザー測距器１５によりその計測範囲全体の主翼３２の変形状態を検出したり、複数の歪ゲージ２７１それぞれでの変位量からスパン方向での主翼３２全体の変形状態を検出したりすればよい。但し、この場合には、主翼３２全体の変形状態と、主翼３２先端部の角度（すなわち、光学カメラ１４１の姿勢ベクトル）との関係を表す翼変形データベース（または関係式）を用いる必要があるのは勿論である。
このようにすれば、例えば航空機３０が機体を傾けているときなど、主翼３２に掛かる揚力等の荷重がスパン方向に均一でない場合であっても、より正確に光学カメラ１４１の姿勢ベクトルを算出することができる。

また、主翼３２先端部の変位量は、設計時の状態を基準状態として、この設計時における当該先端部の設計位置Ｐｄからの値を求めることとしたが、この基準状態として、航空機３０が地上で静止している静止状態を用いることとしてもよい。この場合には、機体の静止状態での主翼３２先端部の位置を予め計測しておき、この計測位置を設計位置Ｐｄに代えて用いればよい。但し、機体の静止状態では、主翼３２は自重で先端側が下方に撓んでいるため、歪ゲージユニット２７を用いて主翼３２の変位量を計測する場合には、主翼３２の上下両面に歪ゲージ２７１を貼付する必要がある。

また、２つのカメラユニット１４の各々にＧＰＳ受信機１４２を設けることとしたが、２つのカメラユニット１４に共通する１つのＧＰＳ受信機１４２だけを設けることとしてもよい。この場合、各カメラユニット１４（光学カメラ１４１）とＧＰＳ受信機１４２とで予め時刻合わせを行っておき、２つのカメラユニット１４での撮像タイミングを合致させられるようにしておけばよい。

また、上記第一の実施形態では、レーザー測距器１５を使用して主翼３２先端部までの距離及び方向を計測することとしたが、この計測を高精度に行えるものであれば、レーザーなど光学式のものに限定されず、他の測距手段を用いてもよい。

また、一対の光学カメラ１４１が航空機３０の両主翼３２Ｒ，３２Ｌの先端部に設置されることとしたが、当該一対の光学カメラ１４１は互いに離間した状態で航空機３０に搭載されていればよく、その機上の位置は特に限定されない。

１，２ ステレオ測距装置
１４ カメラユニット
１４１ 光学カメラ
１５ レーザー測距器
１６ 記憶部
１６０ ステレオ測距プログラム
１６１ 翼変形データベース
１８ 制御部
２７ 歪ゲージユニット
２７１ 歪ゲージ
３０ 航空機
３１ 胴体
３２ 主翼
σｘ 変位量（主翼先端部のスパン方向への変位量）
σｚ 変位量（主翼先端部の翼厚方向への変位量）
Ｃ，Ｇ 位置ベクトル
Ｄ，Ｈ 姿勢ベクトル

Claims (7)

1. 互いに離間した状態で航空機の弾性構造部に設けられ、ステレオカメラを構成する一対の光学カメラと、
   前記弾性構造部の変位量に基づいて、各光学カメラの位置及び姿勢に関する位置姿勢情報を算出する位置姿勢算出手段と、
   前記位置姿勢算出手段により算出された各光学カメラの位置姿勢情報に基づいて、当該光学カメラにより撮影された画像の位置及び向きを補正する画像補正手段と、
   前記一対の光学カメラにより撮影されて前記画像補正手段により個別に補正された一対の補正画像に基づいて、撮影対象との間の距離を算出するステレオ測距手段と、
   を備え、
   前記位置姿勢算出手段は、
   前記航空機のうち前記弾性構造部よりも剛性の高い高剛性部に設けられ、当該高剛性部から各光学カメラまでの距離及び方向を計測する測距手段と、
   前記高剛性部から各光学カメラまでの距離及び方向に基づいて、各光学カメラの位置ベクトルを算出する位置算出手段と、
   各光学カメラの位置ベクトルに基づいて、前記弾性構造部における各光学カメラの配設位置での変位量を算出する変位量算出手段と、
   前記弾性構造部における各光学カメラの配設位置での変位量に基づいて、各光学カメラの姿勢ベクトルを算出する姿勢算出手段と、
   を有し、
   前記画像補正手段は、算出された各光学カメラの位置ベクトル及び姿勢ベクトルに基づいて、当該光学カメラにより撮影された画像の位置及び向きを補正することを特徴とするステレオ測距装置。
2. 互いに離間した状態で航空機の弾性構造部に設けられ、ステレオカメラを構成する一対の光学カメラと、
   前記弾性構造部の変位量に基づいて、各光学カメラの位置及び姿勢に関する位置姿勢情報を算出する位置姿勢算出手段と、
   前記位置姿勢算出手段により算出された各光学カメラの位置姿勢情報に基づいて、当該光学カメラにより撮影された画像の位置及び向きを補正する画像補正手段と、
   前記一対の光学カメラにより撮影されて前記画像補正手段により個別に補正された一対の補正画像に基づいて、撮影対象との間の距離を算出するステレオ測距手段と、
   を備え、
   前記位置姿勢算出手段は、
   前記弾性構造部における各光学カメラの配設位置での変位量を計測する変位量計測手段と、
   前記弾性構造部における各光学カメラの配設位置での変位量に基づいて、各光学カメラの位置ベクトル及び姿勢ベクトルを算出する位置姿勢ベクトル算出手段と、
   を有し、
   前記画像補正手段は、算出された各光学カメラの位置ベクトル及び姿勢ベクトルに基づいて、当該光学カメラにより撮影された画像の位置及び向きを補正することを特徴とするステレオ測距装置。
3. 前記一対の光学カメラが、前記航空機の両主翼の先端部に個別に設けられ、
   前記測距手段が、前記航空機の胴体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステレオ測距装置。
4. 前記一対の光学カメラは、前記航空機の両主翼の先端部に個別に設けられ、
   前記変位量計測手段は、各主翼の先端部における翼長方向及び翼厚方向への各変位量を計測可能であり、
   前記位置姿勢ベクトル算出手段は、
   各主翼の先端部における翼長方向への変位量及び翼厚方向への変位量に基づいて、各光学カメラの位置ベクトルを算出する位置算出手段と、
   各主翼の先端部における翼厚方向への変位量に基づいて、各光学カメラの姿勢ベクトルを算出する姿勢算出手段と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載のステレオ測距装置。
5. 各光学カメラの配設位置での変位量と当該配設位置の角度との関係を表すデータベースまたは関係式を予め記憶している記憶手段を備え、
   前記姿勢算出手段は、前記記憶手段に記憶された前記データベースまたは関係式を用いて、各光学カメラの姿勢ベクトルを算出することを特徴とする請求項１、３、４のいずれか一項に記載のステレオ測距装置。
6. 互いに離間した状態で航空機の弾性構造部に設けられ、ステレオカメラを構成する一対の光学カメラを備えるステレオ測距装置が、
   前記弾性構造部の変位量に基づいて、各光学カメラの位置及び姿勢に関する位置姿勢情報を算出する位置姿勢算出工程と、
   前記位置姿勢算出工程で算出された各光学カメラの位置姿勢情報に基づいて、当該光学カメラにより撮影された画像の位置及び向きを補正する画像補正工程と、
   前記一対の光学カメラにより撮影されて前記画像補正工程で個別に補正された一対の補正画像に基づいて、撮影対象との間の距離を算出するステレオ測距工程と、
   を実行し、
   前記位置姿勢算出工程は、
   前記航空機のうち前記弾性構造部よりも剛性の高い高剛性部から各光学カメラまでの距離及び方向を計測する測距工程と、
   前記高剛性部から各光学カメラまでの距離及び方向に基づいて、各光学カメラの位置ベクトルを算出する位置算出工程と、
   各光学カメラの位置ベクトルに基づいて、前記弾性構造部における各光学カメラの配設位置での変位量を算出する変位量算出工程と、
   前記弾性構造部における各光学カメラの配設位置での変位量に基づいて、各光学カメラの姿勢ベクトルを算出する姿勢算出工程と、
   を含み、
   前記画像補正工程では、算出された各光学カメラの位置ベクトル及び姿勢ベクトルに基づいて、当該光学カメラにより撮影された画像の位置及び向きを補正することを特徴とするステレオ測距方法。
7. 互いに離間した状態で航空機の弾性構造部に設けられ、ステレオカメラを構成する一対の光学カメラを備えるステレオ測距装置を、
   前記弾性構造部の変位量に基づいて、各光学カメラの位置及び姿勢に関する位置姿勢情報を算出する位置姿勢算出手段、
   前記位置姿勢算出手段により算出された各光学カメラの位置姿勢情報に基づいて、当該光学カメラにより撮影された画像の位置及び向きを補正する画像補正手段、
   前記一対の光学カメラにより撮影されて前記画像補正手段により個別に補正された一対の補正画像に基づいて、撮影対象との間の距離を算出するステレオ測距手段、
   として機能させ、
   前記位置姿勢算出手段は、
   前記航空機のうち前記弾性構造部よりも剛性の高い高剛性部に設けられた測距手段により計測された前記高剛性部から各光学カメラまでの距離及び方向に基づいて、各光学カメラの位置ベクトルを算出する位置算出手段と、
   各光学カメラの位置ベクトルに基づいて、前記弾性構造部における各光学カメラの配設位置での変位量を算出する変位量算出手段と、
   前記弾性構造部における各光学カメラの配設位置での変位量に基づいて、各光学カメラの姿勢ベクトルを算出する姿勢算出手段と、
   を有し、
   前記画像補正手段は、算出された各光学カメラの位置ベクトル及び姿勢ベクトルに基づいて、当該光学カメラにより撮影された画像の位置及び向きを補正することを特徴とするステレオ測距プログラム。

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