JP6483492B2 - 空撮装置 - Google Patents

Description

本発明は、小型の無人ヘリコプタや無人飛行機など、遠隔操作や自律制御によって飛行する飛行体を利用して撮像する空撮装置に関する。

近年、例えば集中豪雨による土砂崩れ、土石流や大地震など、自然災害時において人が立ち入ることの困難な被災地の状況を把握したり、あるいは高所を点検したり、上空からの測量を行ったりするための手段として、カメラを搭載した小型の無人ヘリコプタや無人飛行機などの遠隔操作方式の無人飛行体（以下、ＵＡＶという）を利用した空撮装置のニーズが高まっている。ＵＡＶを利用した空撮は、有人の飛行機やヘリコプタを使用した場合より低コストであり、しかも、狭い場所や山岳地など危険な場所でも撮影することができるので、用途が広がっている。

この種の空撮装置は、ＵＡＶの下部にカメラを取り付けているため（例えば下記の特許文献１参照）、上方を撮影しようとするとどうしてもＵＡＶが写ってしまい撮影ができない死角となる問題がある。また、ジンバルなどを介してカメラを取り付けることで、カメラの向きを上下左右に変えることはできるが、全方位への回転はできないため、後方を撮影することができないといった問題もある。しかも、カメラは１方向のみの撮影となるため、上部と下部、前方と後方など複数の視点から同時に画像を見ることができない。

特開２００６−２７４４８号公報

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、遠隔操作や自律制御によって飛行する飛行体を利用した空撮装置において、死角のない広角あるいは全天球の撮影が可能な空撮装置を提供することにある。

本発明の空撮装置の一態様は、飛行を遠隔操作可能な無人飛行体と、この無人飛行体の周囲を取り囲むように設けられ、前記無人飛行体の中心の真上及び真下をそれぞれ極点としたとき、前記上下の極点で互いに交差して子午線方向へ延びる同一半径の環状をなす複数の子午線枠部と、前記上下の極点の中間位置で前記各子午線枠部と直交するように緯線方向へ延びる赤道枠部と、この赤道枠部の上下両側で前記各子午線枠部と直交するように緯線方向へ延びる緯線枠部とを有するフレームと、
前記上下の極点の位置と、前記子午線枠と前記赤道枠部及び前記緯線枠部との結合部である各格子点との位置に、レンズの光軸を前記フレームの半径方向外側を向けて視点角が互いに重なり合うように取り付けられた複数のカメラと、を備える。

本発明の空撮装置の別の一態様は、画像を切り替え表示可能である。

本発明の空撮装置の別の一態様は、各カメラで撮像した画像をモザイク状に貼り合わせて広角の球面画像を生成する球面画像生成手段を有する。

本発明の空撮装置の別の一態様は、球面画像生成手段が全天球画像を生成する。

本発明に係る空撮装置によれば、無人飛行体の周囲を取り囲むフレームに取り付けた複数のカメラで撮影するため、無人飛行体の存在による死角のない広角あるいは全天球の撮影が可能となる。

本発明に係る空撮装置の好ましい実施の形態を示す外観の斜視図である。 本発明に係る空撮装置の好ましい実施の形態を示すブロック図である。

以下、本発明に係る空撮装置の好ましい実施の形態について、図１及び図２を参照しながら説明する。

本発明に係る空撮装置は、図１に示すように、無人飛行体としての小型無人のマルチコプター（以下、ＵＡＶという）１と、このＵＡＶ１の周囲を取り囲むように設けられたフレーム２と、このフレーム２の各格子点に取り付けられた複数のカメラ３とを備える。

詳しくは、ＵＡＶ１は、機体１１と、この機体１１から略水平方向へ放射状をなして延びる複数（図示の例では４本）のアーム１２と、各アーム１２の先端に取り付けられ互いに等間隔で配置されたモータ及びこれによって水平あるいは傾斜した回転面をなして回転されるプロペラからなる複数（図示の例では４基）のロータ１３を備え、ロータ１３の回転数や傾斜角度、傾斜方向によって、垂直離着陸、ホバリング及び任意の方角への水平飛行、飛行速度の制御が可能となっている。

フレーム２は、所要の剛性を有する軽量の金属又は合成樹脂材からなるものであって、格子状の球体をなしており、ＵＡＶ１の機体１１の中心の真上及び真下をそれぞれ極点とみなした場合に、この上下両極点２ａ，２ｂにおいて一定角度をなして互いに交差すると共に同一半径の環状をなして子午線方向へ延びる複数の子午線枠部２１と、上下両極点２ａ，２ｂの中間位置で各子午線枠部２１と直交するように緯線方向へ延びる赤道枠部２２と、この赤道枠部２２の上下両側で各子午線枠部２１と直交するように緯線方向へ延び赤道枠部２２より小径の複数の緯線枠部２３を有する。

またこのフレーム２は、ＵＡＶ１を衝突や墜落による衝撃から保護して損傷を防止するガード手段としての機能を兼備するものであって、ＵＡＶ１の各プロペラと接触することのない大きさに形成されており、上下両極点２ａ，２ｂにおいて、ＵＡＶ１の機体１１に、上下両極点２ａ，２ｂ間を延びる連結具２４及び赤道枠部２２の１８０°対称位置の格子点間を延びる連結具２５を介して取り付けられている。

カメラ３は、レンズ３ａにより取り込んだ光学像をＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子によって画像信号に変換（撮像）し、その画像データを、カメラ３の位置データ（フレーム２上の緯度・経度のデータ）と共に出力するものであり、フレーム２における上下両極点２ａ，２ｂと、各子午線枠部２１と赤道枠部２２や緯線枠部２３との結合部である各格子点位置に、互いに異なるアングルで、すなわちレンズ３ａの光軸がフレーム２の半径方向外側を向くように、かつ視野角が互いに重なり合うように取り付けられている。また、このカメラ３は、動画像を撮影するもの、あるいは適当な時間間隔で間欠的に静止画像を撮影するものであっても良い。

ＵＡＶ１の機体１１には、制御装置１０１と通信装置１０２が搭載されている。制御装置１０１はマイクロコンピュータ等からなるものであって、各ロータ１３の駆動を制御する機能や、カメラ３による撮像データの画像処理等を行う機能を有するものであり、通信装置１０２は、後述するコントロールルーム４の通信装置４３との間で種々のデータの送受信を行うものである。

なお、ＵＡＶ１のロータ１３や制御装置１０１、通信装置１０２、フレーム２に取り付けられた各カメラ３などを駆動させるのに必要な電力は、コントロールルーム４に設置された商用電源などの電力供給源から不図示のケーブルを介して供給しても良いし、ＵＡＶ１の機体１１にバッテリーを搭載して供給しても良い。

地上には、例えばコントロールルーム４が設置されており、このコントロールルーム４には、ＵＡＶ１を遠隔操作するための遠隔操作装置４１と、管理用制御装置４２と、通信装置４３と、画像メモリ４４と、画像表示装置４５が設置され、これらが互いに接続されている。

遠隔操作装置４１は、オペレータがコントロールルーム４内からＵＡＶ１を遠隔操作するためのものである。管理用制御装置４２は、例えば汎用のパーソナルコンピュータからなるものであって、遠隔操作装置４１の操作に対応した操作指令信号を出力するほか、ＵＡＶ１に搭載された制御装置１０１から通信装置１０２を介して送信され通信装置４３で受信された画像データを取り込んで画像表示装置４５へ出力し、あるいは受信された画像データを例えばフレーム２における各カメラ３の緯度・経度のデータに対応させて画像メモリ４４に蓄積させるものである。

また、管理用制御装置４２は、不図示のメモリに格納された所定の制御プログラムを実行することによって、請求項４に記載された球面画像生成手段として機能することができる。すなわちフレーム２に取り付けられた各カメラ３による画像をモザイク状に貼り合わせて広角又は全天球の球面画像を生成して画像表示装置４５へ出力し、あるいは画像メモリ４４に蓄積させるものである。

すなわち、球面画像生成機能においては、ＵＡＶ１を取り囲むフレーム２に取り付けられた各カメラ３から制御装置１０１を介して通信装置１０２により送信されコントロールルーム４の通信装置４３で受信された画像データ、あるいは画像メモリ４４に蓄積された画像データを、公知の方法で互いに緯度方向及び経度方向に結像処理して貼り合わせることによって、リアルタイムで広角又は全天球の球面画像を生成することができる。

画像表示装置４５は、請求項３に記載された表示手段に相当するものである。管理用制御装置４２の球面画像生成機能は、球面上にマッピングされた画像を生成するものであるため、これを表示する画像表示装置４５としては、例えばオペレータの頭部に装着する公知のＨＭＤ（Head Mounted Display；頭部装着ディスプレイ）を好適に採用することができる。

この場合、ＨＭＤからなる画像表示装置４５を頭部に装着したオペレータは、全天球の球面画像を同時に見ることができないため、管理用制御装置４２は、頭部の旋回角又は俯仰角を検出するジャイロセンサなどの検出手段を用いて、オペレータの頭の向きに追従するように、オペレータの視野の範囲の画像データだけを選択的に貼り合わせて出力するようにしても良い。あるいは画像表示装置４５に通常の平面的なＬＣＤ（Liquid Crystal Display；液晶ディスプレイ）などを用いる場合は、上述の球面画像生成機能のほか、各カメラ３で撮影した画像から、表示すべき画像を選択的に切り替えて出力するようにしても良い。

以上の構成を備える実施の形態の空撮装置によれば、コントロールルーム４にいるオペレータは、遠隔操作装置４１を操作することによって、ＵＡＶ１のロータ１３の駆動（ＵＡＶ１の飛行制御）やカメラ３の撮影動作等を遠隔操作することができる。そしてこのＵＡＶ１は、周囲を取り囲むフレーム２によって保護されているので、衝突や墜落時の衝撃による損傷が有効に防止される。

そしてこの実施の形態の空撮装置によれば、ＵＡＶ１の周囲を取り囲むように設けられたフレーム２の各格子点に、レンズ３ａの光軸がフレーム２の半径方向外側を向くように、かつ視野角が互いに重なり合うように取り付けられた複数のカメラ３を有するため、複数のカメラ３のいずれの視野にもＵＡＶ１が写ることはなく、フレーム２が写ることもない。しかも、緯度及び経度方向へ互いに隣接したカメラ３は視野角が互いに重なり合うように取り付けられているため、これらの画像の周辺部を互いに重畳するように画像処理して結合することで、死角のない広角あるいは全天球の撮影が可能であり、従来は撮影が不可能であった方向の撮影も可能であり、撮り忘れや撮りこぼしもなくなる。

また、ＵＡＶ１の全周囲の状況を複数のカメラ３で撮影した画像は、地上のコントロールルーム４の画像メモリ４４に蓄積される一方、画像表示装置４５に表示されるため、オペレータはＵＡＶ１の飛行中の周囲の状況をリアルタイムで確認することができる。このため、オペレータは、画像表示装置４５に表示された画像を確認しながら、遠隔操作装置４１を操作することによって、ＵＡＶ１の飛行やカメラ３の撮影動作等を遠隔操作することができる。しかもアングルの異なる複数のカメラ３を有することから、特定の被写体の撮影のためにＵＡＶ１の向きを変更（パンあるいはティルト）する必要がなくなり、このため、ＵＡＶ１の操縦を容易にかつ安全に行うことができる。

また、例えば各カメラ３からの画像をＬＣＤ等による複数の画像表示装置４５に出力することによって、複数の監視者が同時に異なる視点の画像（動画像又は静止画像）を確認することができ、あるいは画像メモリ４４に蓄積された画像データから、視点の異なる任意の画像を読み出して画像表示装置４５に出力表示させることができる。さらに、画像表示装置４５として例えばＨＭＤを採用することで、球面画像の３Ｄ表示が可能となるため、より臨場感のある映像を確認することができる。

さらに、フレーム２における各子午線枠部２１と赤道枠部２２や緯線枠部２３との結合部である各格子点位置に配置された個々のカメラ３自体は視野角が比較的狭いもので良いため、例えば魚眼カメラのように視野が広角の単一のカメラで撮影した場合に比較して解像度の高い画像データを得ることができる。

なお、上述の説明では、画像メモリ４４を地上のコントロールルーム４に設けることとしたが、ＵＡＶ１の機体１１に搭載しても良い。

また、上述の説明では、無人飛行体として複数のロータ１３を備えるＵＡＶを挙げたが、例えば小型無人飛行機や小型無人ヘリコプタなども適用することができる。

さらに、上述の説明では、フレーム２は子午線枠部２１と赤道枠部２２及び緯線枠部２３からなる球体状としたが、例えば枠を正多面体状に組むことによって、その格子点に位置するカメラ３を等間隔で配置したものや、枠を回転楕円体状に組んだものや、多数の円形穴が開設された球体としたものなど、種々の形状が適用可能である。

上述のように、本発明に係る空撮装置によれば、無人飛行体の存在による死角のない広角あるいは全天球の撮影が可能となるため、橋梁の橋脚部分、ダムの壁面、その他構造物の健全性を点検する場合や、人の立ち入りが困難な自然災害による被災地などのように、高所や危険な箇所を遠隔地からの操作によって確認する作業に利用することができる。

また、アーティストのライブコンサートなどにおいて、会場の状況を撮影して通信ネットワークを介してリアルタイムで配信する場合などに適用すれば、視聴者が、視点の異なる映像を自由に選択することができため、臨場感をもって視聴することができる。

１ ＵＡＶ（無人飛行体）
２ フレーム
３ カメラ
４ コントロールルーム
４２ 管理用制御装置（球面画像生成手段）
４４ 画像メモリ
４５ 画像表示装置（表示手段）
１０１ 制御装置

Claims (4)

1. 飛行を遠隔操作可能な無人飛行体と、
   この無人飛行体の周囲を取り囲むように設けられ、前記無人飛行体の中心の真上及び真下をそれぞれ極点としたとき、前記上下の極点で互いに交差して子午線方向へ延びる同一半径の環状をなす複数の子午線枠部と、前記上下の極点の中間位置で前記各子午線枠部と直交するように緯線方向へ延びる赤道枠部と、この赤道枠部の上下両側で前記各子午線枠部と直交するように緯線方向へ延びる緯線枠部とを有するフレームと、
   前記上下の極点の位置と、前記子午線枠と前記赤道枠部及び前記緯線枠部との結合部である各格子点との位置に、レンズの光軸を前記フレームの半径方向外側を向けて視点角が互いに重なり合うように取り付けられた複数のカメラと、
   を備えることを特徴とする空撮装置。
2. 前記各カメラで撮像した画像を取り込んで表示する表示手段を備え、
   前記各カメラで撮像した画像を切り替え表示可能である
   ことを特徴とする請求項１に記載の空撮装置。
3. 前記各カメラで撮像した画像をモザイク状に貼り合わせて広角の球面画像を生成する球面画像生成手段を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空撮装置。
4. 前記球面画像生成手段が全天球画像を生成するものである
   ことを特徴とする請求項３に記載の空撮装置。

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