JP6605244B2

JP6605244B2 - 架空線撮影装置および架空線撮影方法

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Publication number: JP6605244B2
Application number: JP2015142851A
Authority: JP
Inventors: 研一渋谷; 昌裕林; 康至大森
Original assignee: 朝日航洋株式会社
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2019-11-13
Anticipated expiration: 2035-07-17
Also published as: JP2017026700A

Description

本発明は、送電線およびその落雷防止用の接地線などの架空線の架空線撮影装置および撮影方法に関するものであり、さらに詳細には、架空送電線およびその落雷防止用の接地線（グランド・ワイヤ）などの架空線を、設置されている状態でまたは利用されている状態で撮影する架空線撮影装置および架空線撮影方法に関するものである。

架空線を検査する方法として、従来、架空線の近くをヘリコプターなどの航空機で、ごく低速で飛行しながら、対象となる架空線をビデオカメラによって撮影し、地上に戻って再生して、架空線を目視で検査する方法が知られている。

この方法においては、撮影時には、対象となる架空線に正確にピントを合わせ、架空線がつねにほぼ画面のほぼ中央に位置するように撮影し、架空線の細部を再生画面上で確認できるように画像の流れが少ないことが必要で、このような要求を満たすため、従来は、ヘリコプターなどの航空機に同乗するオペレータが手動で、ビデオカメラを操作していた。

しかしながら、このようにビデオカメラを操作するにはかなりの熟練を要し、とくに、架空線に正確にピントを合わせ、架空線がつねにほぼ画面のほぼ中央に位置するように、ビデオカメラによって撮影をすることはほとんど不可能であった。

また、民生用のビデオカメラの多くは、オートフォーカス機能を有しているが、架空線の撮影においては、送電線などの架空線を画面内の測距エリア（通常は、画面中央の狭い領域）に位置させることが必要であり、架空線を画面中央に自動的に位置させる技術が開発されない限り、オートフォーカス機能を有していても、架空線の撮影に使用することはできなかった。

そこで、特許第３４２７６１９号明細書（特許文献１）は、画像を撮像して、画像データを生成するビデオカメラと、ビデオカメラの撮影角度を変更する撮影角度変更手段と、レーザを放出し、レーザをスキャンして、架空線までの距離および方向を計測するレーザスキャナ（距離・方向計測手段）と、レーザスキャナにより計測される距離の値とビデオカメラのフォーカス値との対応関係を示す距離校正データ、および、レーザスキャナにより計測される方向と撮影角度変更手段による撮影方向との対応関係を示す方向校正データを記憶する記憶手段と、レーザスキャナにより計測された距離の値を距離校正データにより校正して、ビデオカメラのフォーカスを自動制御し、レーザスキャナにより計測された方向を方向校正データにより校正して、撮影角度変更手段を制御し、ビデオカメラを架空線を撮影する方向に自動調整するように構成された架空線撮影装置および架空線撮影方法を開示している。

特許第３４２７６１９号明細書

特許文献１によって提案された架空線撮影装置においては、フォーカス制御手段によって、レーザスキャナにより計測された距離の値を距離校正データにより校正して、ビデオカメラのフォーカスが自動制御され、撮影方向制御手段によって、レーザスキャナにより計測された方向を方向校正データにより校正して、撮影角度変更手段を制御し、ビデオカメラを架空線を撮影する方向に自動調整するように構成されているので、ビデオカメラのフォーカスを自動制御し、架空線を自動的に追尾することが可能となる。

しかしながら、特許文献１によって提案された架空線撮影装置は、架空線までの距離および方向をレーザスキャナによって計測するように構成されているため、走査装置が必要になり、必然的に、装置が大型化し、重量も大きくなるという問題があった。

したがって、本発明は、撮像手段のフォーカスを自動制御して、撮像手段の向きを送電線およびその落雷防止用の接地線などの架空線を撮影する方向に自動調整することができ、小型で、軽量化された架空線撮影装置を提供することを目的とするものである。

本発明の別の目的は、小型で、軽量化された架空線撮影装置によって、撮像手段のフォーカスを自動制御し、撮像手段の向きを送電線およびその落雷防止用の接地線などの架空線を撮影する方向に自動調整し、架空線を撮影することができる架空線撮影方法を提供することを目的とするものである。

本発明のかかる目的は、
航空機に搭載され、架空線を撮影する架空線撮影装置であって、
対象物を撮像する撮像手段と、
レーザ測距装置を備え、
前記レーザ測距装置が、
レーザビームをパルス状に放出するレーザ光源と、
前記レーザ光源から放出されたレーザビームを、複数のレーザビームに分割して、対象物のｎ×ｎのマトリックス状計測領域（ｎは２以上の整数である）に錐体状に照射する拡散モジュールと、
ｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域に対応して、ｎ×ｎのマトリックス状に配置され、二次元座標値が割り当てられたｎ×ｎの単位撮像素子を含み、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域から反射されたレーザビームを、レンズを介して、受光する二次元撮像素子と、
コントロールユニットと
を備えており、
前記コントロールユニットが、
前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射されたレーザビームを検出した前記二次元撮像素子の単位撮像素子のＸ方向およびＸ方向に直交するＹ方向のＸ座標値およびＹ座標値に基づいて、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々のＸ座標値およびＹ座標値を算出し、
前記レーザ光源がレーザビームを放出した時間と、前記二次元撮像素子の前記単位撮像素子が前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射されたレーザビームを検出した時間に基づいて、前記対象物のｎ×ｎのマトリックス状計測領域の各々までの距離Ｄを算出して、距離データを求め、
前記コントロールユニットが、さらに、
前記二次元撮像素子の前記レンズの焦点距離Ｆと、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射されたレーザビームを検出した前記二次元撮像素子の単位撮像素子のＸ座標値およびＹ座標値とに基づいて、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射されたレーザビームの前記二次元撮像素子の前記レンズへの入射角θＸおよびθＹを算出し、
前記距離データとレーザビームの前記レンズへの前記入射角θＸおよびθＹとに基づいて、前記対象物のｎ×ｎのマトリックス状計測領域の各々の前記二次元撮像素子の前記レンズの中心を原点としたＺ座標値を算出するように構成され、
オペレータが前記対象物の画像が架空線の画像であると判定した場合に、オペレータによって、前記対象物が前記撮像手段によって生成された対象物の画像の中心になるように、前記撮像手段の位置および向きが操作され、
前記コントロールユニットが、前記撮像手段の位置および向きの操作に基づいて、前記撮像手段によって生成された対象物の画像が前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域のうち、どの計測領域に対応するかを判定して、判定結果を画像処理手段に出力するように構成され、
前記画像処理手段が、前記対象物の画像が架空線の画像である場合に、前記対象物の画像を示す座標群から、前記撮像手段に近接し、直線状に並んでいる画像の座標群を抽出して、抽出した座標群を直線近似し、前記架空線の近似直線データを前記コントロールユニットに出力するように構成され、
前記コントロールユニットが、前記画像処理手段から入力された前記架空線の近似直線データに基づいて、前記撮像手段の向きが前記架空線の前記近似直線に直交するように、前記撮像手段の位置および向きを制御するとともに、前記撮像手段のフォーカスが前記架空線に合うように、自動的に制御するように構成されたことを特徴とする架空線撮影装置によって達成される。

本発明の好ましい実施態様においては、前記拡散モジュールがレーザビームをｎ×ｎのマトリックス状に分割し（ｎは正の整数である。）、前記対象物のｎ×ｎのマトリックス状計測領域に入射させ、前記エリアセンサがｎ×ｎのマトリックス状に配置されたセンサを含んでいる。

本発明の好ましい実施態様によれば、同時に、対象物のｎ×ｎのマトリックス状計測領域のＸ座標値、Ｙ座標値およびＺ座標値を求めることによって、撮像手段の位置、向きおよびフォーカスを自動的に調整することができるから、架空線までの距離および方向をレーザスキャナによって計測する必要がなく、装置が大型化し、重量が大きくなることを確実に防止することが可能になる。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記エリアセンサが、ｎ×ｎのマトリックス状に配置されたＣＣＤセンサを含むＣＣＤエリアセンサおよびｎ×ｎのマトリックス状に配置されたＣＭＯＳセンサを含むＣＭＯＳエリアセンサよりなる群から選ばれるエリアセンサによって構成されている。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記撮像手段が、その位置、向きおよびフォーカスが制御可能なビデオカメラによって構成されている。

本明細書において、「ビデオカメラ」には、ビデオテープに画像を記録するものに限らず、内蔵したハードディスクに画像を記録するものも含まれる。

本発明の前記目的はまた、
撮像手段によって、対象物を撮像し、
レーザ光源からレーザビームをパルス状に放出し、
前記レーザビームを拡散モジュールに入射させて、複数のレーザビームに分割し、対象物のｎ×ｎのマトリックス状計測領域（ｎは２以上の整数である）に錐体状に照射し、
前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射されたレーザビームを、レンズを介して、ｎ×ｎのマトリックス状に配置された単位撮像素子を含む二次元撮像素子に光電検出させ、
前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射されたレーザビームを検出した前記二次元撮像素子の単位撮像素子の前記二次元撮像素子の前記レンズの中心を原点としたＸ方向およびＸ方向に直交するＹ方向のＸ座標値およびＹ座標値に基づいて、
前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々のＸ座標値およびＹ座標値を算出し、
前記レーザ光源から前記レーザビームが放出された時間と、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射された前記レーザビームが前記二次元撮像素子の前記単位撮像素子によって検出された時間とに基づいて、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々までの距離Ｄを算出して、距離データを求め、
前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々の前記Ｘ座標値および前記Ｙ座標値と、前記距離データに基づいて、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々のＸ方向およびＹ方向と直交するＺ方向のＺ座標値を算出し、
前記二次元撮像素子の前記レンズの焦点距離Ｆと、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射された前記レーザビームを検出した前記二次元撮像素子の前記単位撮像素子の前記Ｘ座標値および前記Ｙ座標値とに基づいて、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射された前記レーザビームの前記二次元撮像素子の前記レンズへの入射角θＸおよびθＹを算出し、
前記距離データとレーザビームの前記レンズへの前記入射角θＸおよびθＹとに基づいて、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々の前記二次元撮像素子の前記レンズの中心を原点としたＺ座標値を算出し、
オペレータが前記対象物の画像が架空線の画像であると判定した場合に、オペレータによって、前記対象物が、前記対象物を撮像する撮像手段によって生成された対象物の画像の中心になるように、前記撮像手段の位置および向きが操作され、
前記撮像手段の位置および向きの操作に基づいて、前記撮像手段によって生成された対象物の画像が前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域のうち、どの計測領域に対応するかを判定し、
前記対象物の画像が架空線の画像である場合に、前記対象物の画像を示す座標群から、前記撮像手段に近接し、直線状に並んでいる画像の座標群を抽出し、抽出した座標群を直線近似し、前記架空線の近似直線データに基づいて、前記撮像手段の向きが前記架空線の前記近似直線に直交するように、前記撮像手段の位置および向きを制御するとともに、前記撮像手段のフォーカスが前記架空線に合うように、自動的に制御することを特徴とする架空線撮影方法によって達成される。

本発明の好ましい実施態様においては、前記拡散モジュールによって、レーザビームをｎ×ｎのマトリックス状に分割し（ｎは正の整数である。）、前記対象物のｎ×ｎのマトリックス状の前記計測領域に入射させ、前記対象物のｎ×ｎのマトリックス状の前記計測領域によって反射されたレーザビームをｎ×ｎのマトリックス状に配置されたセンサを含むエリアセンサによって受光するように構成されている。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記撮像手段がビデオカメラによって構成されている。

本発明によれば、撮像手段のフォーカスを自動制御して、撮像手段の向きを送電線およびその落雷防止用の接地線などの架空線を撮影する方向に自動調整することができ、小型で、軽量化された架空線撮影装置を提供することが可能になる。

また、本発明によれば、小型で、軽量化された架空線撮影装置によって、撮像手段のフォーカスを自動制御し、撮像手段の向きを送電線およびその落雷防止用の接地線などの架空線を撮影する方向に自動調整し、架空線を撮影することができる架空線撮影方法を提供することが可能になる。

図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる架空線撮影装置の構成要素を示すブロックダイアグラムである。図２は、レーザ測距装置のレーザビーム放出部の略斜視図である。図３は、拡散モジュールによって拡散されたレーザビームと対象物との関係を示す略斜視図である。図４は、地面、樹木、架線などの対象物によって反射されたレーザビームを受光するレーザ測距装置のレーザビーム受光部の略斜視図である。図５は、レーザビームがＣＣＤエリアセンサの光電検出面に入射する状態をＸ方向から見た図面である。図６は、レーザビームがＣＣＤエリアセンサの光電検出面に入射する状態をＹ方向から見た図面である。

図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる架空線撮影装置の構成要素を示すブロックダイアグラムである。

図１に示されるように、本発明の好ましい実施態様にかかる架空線撮影装置は、ヘリコプターなどの航空機に搭載され、架空線撮影装置全体の動作を制御するコントロールユニット１と、架空線撮影装置全体の制御プログラムなどを格納するＲＯＭ２と、各種データを格納するＲＡＭ３と、ヘリコプターの三次元的位置、すなわち、緯度・経度・高度を検出するとともに、ビデオカメラ５が取り付けられたカメラ架台６の姿勢を検出するＧＮＳＳ／ＩＭＵ装置４と、ビデオカメラ５と、カメラ架台６と、コントロールユニット１からの制御信号にしたがって、カメラ架台３をチルト方向（上下方向）およびロール方向（ビデオカメラ５を正面から見たときの時計方向または反時計方向）に移動させるカメラ架台制御装置７と、コントロールユニット１からの制御信号にしたがって、ビデオカメラ５のフォーカスを制御するフォーカス制御手段８と、ビデオカメラ５が撮像した撮像信号に画像処理を施して、対象物である送電線の撮像画面上での位置、傾きなどを算出して、コントロールユニット１に出力する画像処理装置９を備えている。

ここに、ビデオカメラとしては、ビデオテープに画像を記録するものに限らず、ハードディスクに画像をするものであってもよい。

図１に示されるように、本実施態様にかかる架空線撮影装置は、さらに、対象物までの距離および対象物の方向を検出するレーザ測距装置１０と、オペレータによって操作され、架空線撮影装置のコントロールユニット１に指示信号を入力可能な操作パネル３０と、ＣＣＤエリアセンサ５によって撮像され、画像処理装置９によって画像処理が施された画像データを収録するデータ収録装置３５を備えている。

図２は、レーザ測距装置１０のレーザビーム放出部の略斜視図である。

図２に示されるように、レーザ測距装置１０はレーザビーム１２をパルス状に放出するＬＥＤレーザ光源１４と、レーザ光源１４から放出されたレーザビーム１２を平行なビームに変換するコリメータレンズ１６と、コリメータレンズ１６によって平行なビームに変換されたレーザビーム１２を、多数のレーザビーム１７に分割し、四角錘状に拡散させる拡散モジュール１５を備えている。

ＬＥＤレーザ光源１４はコントロールユニット１によって制御されており、コントロールユニット１からレーザ放出信号が入力されると、ＬＥＤレーザ光源１４からレーザビームが放出される。この際、コントロールユニット１はＬＥＤレーザ光源１４にレーザ放出信号を出力した発光時間ＴをＲＡＭ３に格納するように構成されている。

図３は、拡散モジュール１５によって拡散されたレーザビーム１７と対象物との関係を示す略斜視図である。

図３に示されるように、拡散モジュール１５に入射したレーザビーム１２は、ｎ×ｎのマトリックス状（ｎは正の整数である。）に、たとえば、１２８×１２８のマトリックス状に分割され、マトリックス状に分割されたレーザビーム１７は、地面、樹木、架線などの対象物１８に向けて照射される。

拡散モジュール１５としては、たとえば、Advanced Scientific Concepts, Inc.によって製造販売されている「３Ｄ Flash Lidar」（登録商標）に使われている拡散部材が好ましく使用される。

図４は、地面、樹木、架線などの対象物１８によって反射されたレーザビーム２０を受光するレーザ測距装置１０のレーザビーム受光部の略斜視図である。

図４に示されるように、レーザ測距装置１０のレーザビーム受光部は、ｎ×ｎのマトリックス状に配置されたＣＣＤセンサ２２を含むＣＣＤエリアセンサ２１を備えている。

ｎ×ｎのマトリックス状の計測領域に照射されて、反射されたレーザビーム２０はレンズ２５に入射し、ＣＣＤエリアセンサ２１に含まれたＣＣＤセンサ２２のうち、ｎ×ｎのマトリックス状の各計測領域に対応するＣＣＤセンサ２２の光電検出面２２Ａに入射する。

ここに、レンズ２５は、レンズ２５を含む平面がＣＣＤエリアセンサ２１の受光面と平行になり、レンズ２５とＣＣＤエリアセンサ２１の中心に位置するＣＣＤセンサ２２の距離が焦点距離Ｆに等しくなるように制御されている。

図５は、レーザビーム２０がＣＣＤセンサ２２の光電検出面２２Ａに入射する状態をＸ方向から見た図面であり、図６はＹ方向から見た図面である。Ｘ方向およびＹ方向はレンズ２５を含む平面に平行で、互いに直交する方向と定義している。

X方向から見ると、図４および図５に示されるように、ｎ×ｎのマトリックス状の各計測領域によって反射され、レンズ２５の中心２５Ａを通ったレーザビーム２０は、ＣＣＤエリアセンサ２１の中心から、Ｘ方向にＸｄだけ離れたＣＣＤセンサ２２の光電検出面２２Ａに入射して受光される。

一方、Y方向から見ると、図６に示されるように、ｎ×ｎのマトリックス状の各計測領域によって反射され、レンズ２５の中心２５Ａを通ったレーザビーム２０は、ＣＣＤエリアセンサ２１の中心から、Y方向にYｄだけ離れたＣＣＤセンサ２２の光電検出面２２Ａに入射して受光される。

ＣＣＤセンサ２２にレーザビーム２０が入射すると、画像信号がコントロールユニット１に出力され、画像信号が入力されると、コントロールユニット１は画像信号をＲＡＭ３に格納するとともに、画像信号が入力された時間を、受光時間ＴｊとしてＲＡＭ３に記憶させる。

以上のように構成された本実施態様にかかる架空線撮影装置は、以下のようにして、ビデオカメラ５のフォーカスを自動制御し、ビデオカメラ５を架空線を撮影する方向に自動調整して、送電線およびその落雷防止用の接地線などの架空線を撮影するように構成されている。

まず、図示しない電源スイッチがオンされると、コントロールユニット１は、レーザ放出信号をレーザ測距装置１０に出力する。

同時に、コントロールユニット１はレーザ測距装置１０にレーザ放出信号を出力した時間ＴをＲＡＭ３に格納する。

レーザ測距装置１０がレーザ放出信号を受けると、図２に示されるように、レーザ測距装置１０のＬＥＤレーザ光源１４からパルス状にレーザビーム１６が放出され、ＬＥＤレーザ光源１４から放出されたレーザビーム１６は、コリメータレンズ１８に入射して、平行なビームに変換された後に、拡散モジュール１５に入射する。

拡散モジュール１５に入射したレーザビーム２０は、図２に示されるように、拡散モジュール１５によってｎ×ｎのマトリックス状に、たとえば、１２８×１２８のマトリックス状のレーザビーム１７に分割され、ｎ×ｎのマトリックス状に分割されたレーザビーム１７は、地面、樹木、架線などの対象物１８に向けて照射される。

対象物１８に向けて照射されたレーザビーム１７は、図３に示されるように、地面、樹木、架線などの対象物１８のｎ×ｎのマトリックス状の計測領域に入射し、対象物１８の各計測領域に入射したレーザビーム１７は、対象物１８の各計測領域によって反射される。

対象物１８の各計測領域によって反射されたレーザビーム２０は、図４に示されるように、レンズ２５の中心２５Ａに入射した後に、対象物１８のｎ×ｎのマトリックス状の各計測領域に対応するＣＣＤセンサ２２の光電検出面２２Ａに入射する。

各計測領域によって反射されたレーザビーム２０がｎ×ｎのマトリックス状の各計測領域に対応するＣＣＤエリアセンサ２１のＣＣＤセンサ２２の光電検出面２２Ａに入射すると、画像信号がコントロールユニット１に出力される。

画像信号を受けると、コントロールユニット１は、ｎ×ｎのマトリックス状の計測領域によって反射されたレーザビーム２０をＣＣＤエリアセンサ２１のＣＣＤセンサ２２が受光した受光時間ＴｊをＲＡＭ３に格納するとともに、ＲＡＭ３に格納されているレーザ測距装置１０にレーザ放出信号を出力した発光時間Ｔを読み出し、発光時間Ｔと受光時間Ｔｊとから、ＣＣＤセンサ２２が受光したレーザビーム２０を反射した地面、樹木、架線などの対象物１８の計測領域とＣＣＤセンサ２２との間の距離Ｄを算出し、ＲＡＭ３に記憶させる。

一方で、図４に示されるように、対象物１８のｎ×ｎのマトリックス状のある計測領域によって反射され、レンズ２５の中心２５Ａを通って、ＣＣＤエリアセンサ２１に入射するレーザビーム２０はＣＣＤエリアセンサ２１の中心から、Ｘ方向にＸｄ、Ｙ方向にＹｄの距離に位置するＣＣＤセンサ２２によって受光される。したがって、ＣＣＤセンサ２２から入力された画像信号に基づいて、コントロールユニット１は、ＣＣＤエリアセンサ２１のレンズ２５の中心を原点とするＸ−Ｙ座標系において、ｎ×ｎのマトリックス状の各計測領域によって反射されたレーザビーム２０がＣＣＤエリアセンサ２２に入射した位置のＸ座標値がＸｄで、Ｙ座標値がＹｄであるとして、ＣＣＤエリアセンサ２１のレンズ２５の中心を原点としたＸ、Ｙ座標値を求めることができる。こうして求められたレーザビーム２０の入射位置のＸ、Ｙ座標値（Ｘｄ、Ｙｄ）はＲＡＭ３に格納される。

コントロールユニット１は、こうして求められたレーザビーム２０のＣＣＤセンサ２２への入射位置のＸ、Ｙ座標値（Ｘｄ、Ｙｄ）と、レンズ２５の焦点距離Ｆとに基づいて、レンズ２５の中心２５Ａへのレーザビーム２０のＸ方向の入射角θＸおよびＹ方向の入射角θYを算出する。

次いで、コントロールユニット１は、レンズ２５の中心２５Ａへのレーザビーム２０のＸ方向の入射角θＸおよびＹ方向の入射角θYと、そのレーザビーム２０を反射した計測領域とレーザビーム２０を受光したＣＣＤセンサ２２との距離Ｄに基づいて、そのレーザビーム２０を反射した対象物１８の計測領域のＣＣＤエリアセンサ２１のレンズ２５の中心を原点とした座標軸のＸ軸方向およびＹ軸方向に直交するＺ軸方向のＺ座標値（Ｚｄ）を算出する。ここに、Ｚ座標値（Ｚｄ）は、対象物１８の計測領域とレンズ２５を含む平面との距離を表している。

レーザビーム２０のＣＣＤセンサ２２の入射位置のＸ、Ｙ座標値に基づいて、そのレーザビーム２０を反射した計測領域のＸ、Ｙ座標値を求めることができるから、その結果、レーザビーム２０を反射したｎ×ｎのマトリックス状の各計測領域のＣＣＤエリアセンサ２１のレンズ２５の中心を原点としたＸ座標値、Ｙ座標値およびＺ座標値が求められる。

こうして、対象物１８のｎ×ｎのマトリックス状の各計測領域のＸ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値が得られると、オペレータは、ビデオカメラ５によって生成された画像に基づいて、対象物１８が架空線、地面、樹木のいずれかを決定する。

具体的には、オペレータは、対象物１８がビデオカメラ５に近接し、ビデオカメラ５によって生成された画像が直線状に並んでいる場合は、対象物１８が送電線などの架空線であると判定し、ビデオカメラ５によって生成された画像がビデオカメラ５から離間している場合は、対象物１８が地面であると判定し、その他は樹木などと判定し、それぞれ、判定結果を操作パネル３０に入力する。

次いで、オペレータは、ビデオカメラ５によって生成された画像に基づいて、対象物１８がビデオカメラ５によって生成された画像の中心になるように、カメラ架台制御装置７を手動で操作する。オペレータがカメラ架台制御装置７を手動で操作した角度はコントロールユニット１に入力され、コントロールユニット１は、入力信号に基づいて、ビデオカメラ５によって生成された対象物１８の画像がｎ×ｎのマトリックス状の計測領域のうち、どの計測領域に対応するかを判定し、判定結果を画像処理装置９に出力する。

対象物１８が架空線の場合には、画像処理装置９は、コントロールユニット１から判定信号を受けると、座標群がビデオカメラ５に近接し、直線状に並んでいる画像を抽出し、抽出した座標群を直線近似し、送電線などの架空線の近似直線を生成して、生成された架空線の近似直線データをコントロールユニット１に出力する。

コントロールユニット１は、架空線の近似直線データを受けると、架空線の近似直線データに基づいて、カメラ架台６の位置および向きならびにビデオカメラ５のフォーカスの制御値を算出し、カメラ架台制御装置７にカメラ架台制御信号を出力して、カメラ架台６に取り付けられたビデオカメラ５の向きがこの近似直線と直交するように、ビデオカメラ５の位置および向きを制御するとともに、フォーカス制御手段８にフォーカス制御信号を出力して、ビデオカメラ５のフォーカスが架空線に合うように、自動的に制御する。

このようにして、ビデオカメラ５の位置、向きおよびフォーカスを制御しつつ、コントロールユニット１は、ＬＥＤレーザ光源１４からのレーザビーム１２のパルス状の放出を継続させるとともに、ＣＣＤエリアセンサ２１に対象物１８から反射されたレーザビーム２０を受光して、架空線との距離の計測を継続させ、得られた距離データから、ビデオカメラ５の位置、向きおよびフォーカスを架空線の撮像に適するように制御する。

こうして得られた画像信号は、画像処理装置９によって画像処理を受け、画像処理された画像データは、データ収録装置３５に出力されて、データ収録装置３５のメモリ（図示せず）に格納される。

データ収録装置３５のメモリに格納された画像データは、ビデオテープ、ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスクなどの記録メディアに複製され、地上に設けたデータ解析システムによって解析され、送電線およびその落雷防止用の接地線（グランド・ワイヤ）などの架空線の位置が求められる。

本実施態様によれば、レーザビーム１７が照射されているｎ×ｎのマトリックス状の各計測領域から反射されたレーザビーム２０が、ＣＣＤエリアセンサ２１のｎ×ｎのマトリックス状の光電検出面２２Ａのいずれによって受光されたかによって、ＣＣＤセンサ２２の光電検出面２２Ａの位置座標（Ｘｄ、Ｙｄ）を求め、レーザビーム２０のレンズ２５への入射角θＸおよびθＹを検出し、ＬＥＤレーザ光源１４からレーザビーム１２が放出された発光時間Ｔおよびレーザビーム２０がＣＣＤエリアセンサ５のＣＣＤセンサ２２によって受光された時間Ｔｊとに基づいて、レーザビーム２０を受光したＣＣＤセンサ２２のｎ×ｎのマトリックス状の光電検出面２２Ａとｎ×ｎのマトリックス状の各計測領域との距離Ｄを求め、対象物１８の計測領域から反射されたレーザビーム２０が検出されたＣＣＤエリアセンサ２２の光電検出面２０Ａの位置座標（Ｘｄ、Ｙｄ）と焦点距離Ｆから、レーザビーム２０のレンズ２５への入射角θＸおよびθＹを算出し、レーザビーム２０を受光した光電検出面２２Ａとｎ×ｎのマトリックス状の各計測領域との距離Ｄと、レーザビーム２０のレンズ２５への入射角θＸおよびθＹと、光電検出面２０Ａの位置座標（Ｘｄ、Ｙｄ）値とに基づいて、対象物１８のＣＣＤエリアセンサ２１のレンズ２５の中心を原点としたＸ、Ｙ、Ｚ座標値（Ｘｄ、Ｙｄ、Ｚｄ）を算出するとともに、オペレータが目視によって、対象物１８が架空線、地面、樹木のいずれかを判定し、画像処理装置９が送電線などの架空線の近似直線を生成し、コントロールユニット１が生成された架空線の近似直線データに基づいて、ビデオカメラ５の位置、向きおよびフォーカスを自動的に調整しているから、ヘリコプターなどの航空機に同乗するオペレータが手動で、架空線に正確にピントを合わせ、架空線がつねにほぼ画面のほぼ中央に位置するように、ビデオカメラ５を操作する必要がない。

さらに、本実施態様によれば、レーザビーム１７が照射されているｎ×ｎのマトリックス状の各計測領域から反射されたレーザビーム２０が、ＣＣＤエリアセンサ２１のｎ×ｎのマトリックス状の光電検出面２２Ａのいずれによって受光されたかによって、ＣＣＤセンサ２２の光電検出面２２Ａの位置座標（Ｘｄ、Ｙｄ）を求め、レーザビーム２０のレンズ２５への入射角θＸおよびθＹを検出し、ＬＥＤレーザ光源１４からレーザビーム１２が放出された発光時間Ｔおよびレーザビーム２０がＣＣＤエリアセンサ５のＣＣＤセンサ２２によって受光された時間Ｔｊとに基づいて、レーザビーム２０を受光したＣＣＤセンサ２２のｎ×ｎのマトリックス状の光電検出面２２Ａとｎ×ｎのマトリックス状の各計測領域との距離Ｄを求め、対象物１８の計測領域から反射されたレーザビーム２０が検出されたＣＣＤエリアセンサ２２の光電検出面２０Ａの位置座標（Ｘｄ、Ｙｄ）と焦点距離Ｆから、レーザビーム２０のレンズ２５への入射角θＸおよびθＹを算出し、レーザビーム２０を受光した光電検出面２２Ａとｎ×ｎのマトリックス状の各計測領域との距離Ｄと、レーザビーム２０のレンズ２５への入射角θＸおよびθＹと、光電検出面２０Ａの位置座標（Ｘｄ、Ｙｄ）値とに基づいて、対象物１８のＣＣＤエリアセンサ２１のレンズ２５の中心を原点としたＸ、Ｙ、Ｚ座標値（Ｘｄ、Ｙｄ、Ｚｄ）を算出するとともに、オペレータが目視によって、対象物１８が架空線、地面、樹木のいずれかを判定し、画像処理装置９が送電線などの架空線の近似直線を生成し、コントロールユニット１が生成された架空線の近似直線データに基づいて、ビデオカメラ５の位置、向きおよびフォーカスを自動的に調整しているから、架空線までの距離および方向をレーザスキャナによって計測する必要がなく、装置が大型化し、重量が大きくなることを確実に防止することが可能になる。

本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

たとえば、前記実施態様においては、ｎ×ｎのマトリックス状に配置されたＣＣＤセンサ２２を含むＣＣＤエリアセンサ２１が用いられているが、ＣＣＤエリアセンサ２１を用いることは必ずしも必要でなく、ＣＭＯＳエリアセンサなど、他のエリアセンサを用いることもできる。

また、前記実施態様においては、撮像手段として、ビデオカメラ５が用いられているが、撮像手段として、ビデオカメラ５が用いることは必ずしも必要ではなく、ビデオカメラ５に代えて、赤外線カメラや紫外線カメラなどの可視光以外の光を検出するエリアセンサや、偏光カメラ、ハイスピードカメラなどを用いることもできる。

１コントロールユニット
２ＲＯＭ
３ＲＡＭ
４ＧＮＳＳ／ＩＭＵ装置
５ビデオカメラ
６カメラ架台
７カメラ架台制御装置
８フォーカス制御手段
９画像処理装置
１０レーザ測距装置
１２レーザビーム
１４ＬＥＤレーザ光源
１５拡散モジュール
１６コリメータレンズ
１７レーザビーム
１８対象物
２０レーザビーム
２１ＣＣＤエリアセンサ
２２ＣＣＤセンサ
２２ＡＣＣＤセンサの光電検出面
２５レンズ
２５Ａレンズの中心
３０操作パネル
３５データ収録装置

Claims

航空機に搭載され、架空線を撮影する架空線撮影装置であって、
対象物を撮像する撮像手段と、
レーザ測距装置を備え、
前記レーザ測距装置が、
レーザビームをパルス状に放出するレーザ光源と、
前記レーザ光源から放出されたレーザビームを、複数のレーザビームに分割して、対象物のｎ×ｎのマトリックス状計測領域（ｎは２以上の整数である）に錐体状に照射する拡散モジュールと、
ｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域に対応して、ｎ×ｎのマトリックス状に配置され、二次元座標値が割り当てられたｎ×ｎの単位撮像素子を含み、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域から反射されたレーザビームを、レンズを介して、受光する二次元撮像素子と、
コントロールユニットと
を備えており、
前記コントロールユニットが、
前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射されたレーザビームを検出した前記二次元撮像素子の単位撮像素子のＸ方向およびＸ方向に直交するＹ方向のＸ座標値およびＹ座標値に基づいて、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々のＸ座標値およびＹ座標値を算出し、
前記レーザ光源がレーザビームを放出した時間と、前記二次元撮像素子の前記単位撮像素子が前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射されたレーザビームを検出した時間に基づいて、前記対象物のｎ×ｎのマトリックス状計測領域の各々までの距離Ｄを算出して、距離データを求め、
前記コントロールユニットが、さらに、
前記二次元撮像素子の前記レンズの焦点距離Ｆと、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射されたレーザビームを検出した前記二次元撮像素子の単位撮像素子のＸ座標値およびＹ座標値とに基づいて、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射されたレーザビームの前記二次元撮像素子の前記レンズへの入射角θＸおよびθＹを算出し、
前記距離データとレーザビームの前記レンズへの前記入射角θＸおよびθＹとに基づいて、前記対象物のｎ×ｎのマトリックス状計測領域の各々の前記二次元撮像素子の前記レンズの中心を原点としたＺ座標値を算出するように構成され、
オペレータが前記対象物の画像が架空線の画像であると判定した場合に、オペレータによって、前記対象物が前記撮像手段によって生成された対象物の画像の中心になるように、前記撮像手段の位置および向きが操作され、
前記コントロールユニットが、前記撮像手段の位置および向きの操作に基づいて、前記撮像手段によって生成された対象物の画像が前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域のうち、どの計測領域に対応するかを判定して、判定結果を画像処理手段に出力するように構成され、
前記画像処理手段が、前記対象物の画像が架空線の画像である場合に、前記対象物の画像を示す座標群から、前記撮像手段に近接し、直線状に並んでいる画像の座標群を抽出して、抽出した座標群を直線近似し、前記架空線の近似直線データを前記コントロールユニットに出力するように構成され、
前記コントロールユニットが、前記画像処理手段から入力された前記架空線の近似直線データに基づいて、前記撮像手段の向きが前記架空線の前記近似直線に直交するように、前記撮像手段の位置および向きを制御するとともに、前記撮像手段のフォーカスが前記架空線に合うように、自動的に制御するように構成されたことを特徴とする架空線撮影装置。
前記二次元撮像素子が、ｎ×ｎのマトリックス状に配置されたＣＣＤセンサを含むＣＣＤエリアセンサおよびｎ×ｎのマトリックス状に配置されたＣＭＯＳセンサを含むＣＭＯＳエリアセンサよりなる群から選ばれるエリアセンサによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の架空線撮影装置。
前記撮像手段が、その位置、向きおよびフォーカスが制御可能なビデオカメラによって構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の架空線撮影装置。
レーザ光源からレーザビームをパルス状に放出し、
前記レーザビームを拡散モジュールに入射させて、複数のレーザビームに分割し、対象物のｎ×ｎのマトリックス状計測領域（ｎは２以上の整数である）に錐体状に照射し、
前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射されたレーザビームを、レンズを介して、ｎ×ｎのマトリックス状に配置された単位撮像素子を含む二次元撮像素子に光電検出させ、
前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射されたレーザビームを検出した前記二次元撮像素子の単位撮像素子の前記二次元撮像素子の前記レンズの中心を原点としたＸ方向およびＸ方向に直交するＹ方向のＸ座標値およびＹ座標値に基づいて、
前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々のＸ座標値およびＹ座標値を算出し、
前記レーザ光源から前記レーザビームが放出された時間と、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射された前記レーザビームが前記二次元撮像素子の前記単位撮像素子によって検出された時間とに基づいて、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々までの距離Ｄを算出して、距離データを求め、
前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々の前記Ｘ座標値および前記Ｙ座標値と、前記距離データに基づいて、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々のＸ方向およびＹ方向と直交するＺ方向のＺ座標値を算出し、
前記二次元撮像素子の前記レンズの焦点距離Ｆと、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射された前記レーザビームを検出した前記二次元撮像素子の前記単位撮像素子の前記Ｘ座標値および前記Ｙ座標値とに基づいて、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々によって反射された前記レーザビームの前記二次元撮像素子の前記レンズへの入射角θＸおよびθＹを算出し、
前記距離データとレーザビームの前記レンズへの前記入射角θＸおよびθＹとに基づいて、前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域の各々の前記二次元撮像素子の前記レンズの中心を原点としたＺ座標値を算出し、
オペレータが前記対象物の画像が架空線の画像であると判定した場合に、オペレータによって、前記対象物が、前記対象物を撮像する撮像手段によって生成された対象物の画像の中心になるように、前記撮像手段の位置および向きが操作され、
前記撮像手段の位置および向きの操作に基づいて、前記撮像手段によって生成された対象物の画像が前記対象物のｎ×ｎの前記マトリックス状計測領域のうち、どの計測領域に対応するかを判定し、
前記対象物の画像が架空線の画像である場合に、前記対象物の画像を示す座標群から、前記撮像手段に近接し、直線状に並んでいる画像の座標群を抽出し、抽出した座標群を直線近似し、前記架空線の近似直線データに基づいて、前記撮像手段の向きが前記架空線の前記近似直線に直交するように、前記撮像手段の位置および向きを制御するとともに、前記撮像手段のフォーカスが前記架空線に合うように、自動的に制御することを特徴とする架空線撮影方法。
前記二次元撮像素子が、ｎ×ｎのマトリックス状に配置されたＣＣＤセンサを含むＣＣＤエリアセンサおよびｎ×ｎのマトリックス状に配置されたＣＭＯＳセンサを含むＣＭＯＳエリアセンサよりなる群から選ばれるエリアセンサによって構成されていることを特徴とする請求項４に記載の架空線撮影方法。