JP7212294B2 - 無線伝送システム、無線伝送装置、無線伝送方法、およびプログラム - Google Patents

無線伝送システム、無線伝送装置、無線伝送方法、およびプログラム Download PDF

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Description

本開示は、無線伝送システム、無線伝送装置、無線伝送方法、およびプログラムに関する。
航空機を用いた航空写真撮影又はヘリコプターを用いた災害地での映像放送などに代表される、人間、大型の業務用カメラ機器などを搭載可能な大積載量の航空機器による画像又は映像の撮影は古くから行われている。
一方、近年、モータの大出力化、バッテリーの大容量化、および機器制御技術の発展により、数キログラム程度の大きさの無人航空機(UAV(Unmanned aerial vehicle))が広く用いられるようになり、小型カメラなどを搭載して撮影を行う行為が一般化しつつある。無人航空機は小型であることから様々な場所で容易に撮影が行えることを特徴としている。その一方で、無人航空機の操縦などには公共財である電波資源が用いられ、使用可能な周波数帯域、出力などは厳しく規制されている。
無人航空機で利用可能な電波資源は国によって異なるが、例えば、日本の場合では操縦用に73MHz帯又は920MHz帯、操縦および画像・情報伝送用に2.4GHz帯などが利用できる。また、無人航空機利用を鑑みた制度の見直しにより、特殊無線技士の資格と共に利用可能な帯域も増えつつある。しかし、一般的には資格が不要となる前者の無線帯域を用いることが多い。
無人航空機を用いる現在の主な目的は、小型カメラなどによる画像又は映像の撮影である。特に、撮影された映像をリアルタイムで、放送網又はインターネット上にライブ配信する事例は、無人航空機の利用の容易さに伴う臨場感のある新しい視聴体験を、ユーザにもたらすことが可能である。このため、近年、様々な場で無人航空機が用いられるようになっている。
一般的に、映像は情報量が多く、例えば、地上波デジタル放送では、MPEG2フォーマットを用いたハイビジョン映像(フレーム画素数が1440×1080画素、フレーム周波数が29.97Hz)において、10Mbps前後の情報流量となる。このような放送用途向けの高解像度映像を無人航空機から取得するには、操縦用の帯域では足りず、画像・情報伝送用の2.4GHz帯を利用する必要がある。しかし、2.4GHz帯は公衆無線LANなど様々な用途に利用されるため、場所によっては電波干渉によるスループット(情報伝送量)の低下などが生じやすい。また、電波干渉を抑えるため出力も制限されており、距離が離れるほどスループットが低下しやすい。
このような問題に対し、例えば、非特許文献1では、送信側と受信側との距離又は電波環境を元に最適なチャネルと帯域幅を選択することによって、干渉のない通信を実現している。
DJI JAPAN 株式会社、「Lightbridge 2」、[online]、[2019年8月19日検索]、インターネット<URL:https://www.dji.com/jp/lightbridge-2>
しかし、非特許文献1で開示された技術を用いても、送受信間の距離は変わらず出力も変わらないことから、抜本的な電波状況の改善には至らない。
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、安定した無線伝送が可能な無線伝送システム、無線伝送装置、無線伝送方法、およびプログラムを提供することにある。
一実施形態に係る無線伝送システムは、撮影用無人航空機が無線送信する画像情報を、操縦用コントローラにより操縦される中継用無人航空機を介して無線伝送する無線伝送システムであって、前記中継用無人航空機は、前記画像情報の受信状況を解析する受信状況解析部と、前記中継用無人航空機に設けられたセンサを用いて、前記中継用無人航空機の位置情報および前記中継用無人航空機の高度情報を含む前記中継用無人航空機のセンサ情報を取得するセンサ情報取得部と、第1時刻における前記画像情報の第1受信状況および第1受信位置、並びに、前記第1時刻よりも前の第2時刻における前記画像情報の第2受信状況および第2受信位置に基づいて、前記第1時刻よりも後の第3時刻における前記中継用無人航空機の配置位置を計算する位置計算部と、前記配置位置に基づいて、前記中継用無人航空機を前記第1受信位置から前記配置位置へ移動させるための前記中継用無人航空機の制御情報を計算する制御情報計算部と、を備え、前記操縦用コントローラは、前記制御情報に基づいて、前記中継用無人航空機の操縦方法を表示する操縦方法表示部と、を備えることを特徴とする。
一実施形態に係る無線伝送装置は、操縦用コントローラにより操縦され、撮影用無人航空機が無線送信する画像情報を、無線伝送する無線伝送装置であって、前記画像情報の受信状況を解析する受信状況解析部と、前記無線伝送装置に設けられたセンサを用いて、前記無線伝送装置の位置情報および前記無線伝送装置の高度情報を含む前記無線伝送装置のセンサ情報を取得するセンサ情報取得部と、第1時刻における前記画像情報の第1受信状況および第1受信位置、並びに、前記第1時刻よりも前の第2時刻における前記画像情報の第2受信状況および第2受信位置に基づいて、前記第1時刻よりも後の第3時刻における前記無線伝送装置の配置位置を計算する位置計算部と、前記配置位置に基づいて、前記無線伝送装置を前記第1受信位置から前記配置位置へ移動させるための前記無線伝送装置の制御情報を計算する制御情報計算部と、を備えることを特徴とする。
一実施形態に係る無線伝送方法は、撮影用無人航空機が無線送信する画像情報を、操縦用コントローラにより操縦される中継用無人航空機を介して無線伝送する無線伝送方法であって、前記画像情報の受信状況を解析するステップと、前記中継用無人航空機に設けられたセンサを用いて、前記中継用無人航空機の位置情報および前記中継用無人航空機の高度情報を含む前記中継用無人航空機のセンサ情報を取得するステップと、第1時刻における前記画像情報の第1受信状況および第1受信位置、並びに、前記第1時刻よりも前の第2時刻における前記画像情報の第2受信状況および第2受信位置に基づいて、前記第1時刻よりも後の第3時刻における前記中継用無人航空機の配置位置を計算するステップと、前記配置位置に基づいて、前記中継用無人航空機を前記第1受信位置から前記配置位置へ移動させるための前記中継用無人航空機の制御情報を計算するステップと、前記制御情報に基づいて、前記中継用無人航空機の操縦方法を表示するステップと、を含むことを特徴とする。
一実施形態係るプログラムは、コンピュータを、上記無線伝送装置として機能させることを特徴とする。
本開示によれば、安定した無線伝送が可能な無線伝送システム、無線伝送装置、無線伝送方法、およびプログラムを提供することができる。
第1実施形態に係る無線伝送システムの構成例を示す図である。 第1実施形態に係る無線伝送システムの構成例を示すブロック図である。 第1実施形態に係る無線伝送方法の一例を示すフローチャートである。 第2実施形態に係る無線伝送システムの構成例を示す図である。 第2実施形態に係る無線伝送システムの構成例を示すブロック図である。 第2実施形態に係る無線伝送方法の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
<無線伝送システムの構成>
図1は、本発明の第1実施形態に係る無線伝送システム100の構成例を示す図である。
図1に示すように、無線伝送システム100は、撮影用無人航空機101と、中継用無人航空機(無線伝送装置)102,103と、無線受信装置104と、計算機105と、表示装置106と、操縦用コントローラ111,112,113と、を備える。
撮影用無人航空機101は、重さ数キログラム程度の小型の無人飛行体である。撮影用無人航空機101は、操縦者が扱う操縦用コントローラ111により操縦される。撮影用無人航空機101は、カメラ107を搭載し、カメラ107により撮影された映像の映像データ(画像情報)を、中継用無人航空機102,103へ無線送信する。なお、本実施形態において、撮影用無人航空機101に1台のカメラが搭載される場合を一例に挙げて説明するが、撮影用無人航空機101に2台以上のカメラが撮影用無人航空機101に搭載されていてもよい。
中継用無人航空機102,103は、重さ数キログラム程度の小型の無人飛行体である。中継用無人航空機102,103は、操縦者が扱う操縦用コントローラ112,113により操縦される。中継用無人航空機102は、無線中継器108aを搭載し、撮影用無人航空機101から無線受信した映像データを中継して、中継用無人航空機103へ無線送信する。中継用無人航空機103は、無線中継器108bを搭載し、中継用無人航空機102から無線受信した映像データを中継して、無線受信装置104へ無線送信する。なお、本実施形態では、無線伝送システム100は、2台の中継用無人航空機を備える場合を一例に挙げて説明するが、無線伝送システム100は、1台の中継用無人航空機を備えていてもよいし、3台以上の中継用無人航空機を備えていてもよい。
無線受信装置104は、中継用無人航空機103から無線送信された、撮影用無人航空機101に搭載されたカメラ107により撮影された映像の映像データをリアルタイムに受信し、計算機105へ出力する。無線受信装置104は、無線送信された信号を受信する機能を有する一般的な無線通信装置である。
計算機105は、無線受信装置104が受信した映像データに示される、撮影用無人航空機101に搭載されたカメラ107により撮影された映像信号を生成する。
表示装置106は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、無機ELディスプレイなどであって、計算機105により生成された映像信号を表示する。
操縦用コントローラ111は、撮影用無人航空機101を操縦する際に、操縦者が扱うコントローラである。操縦用コントローラ112,113は、中継用無人航空機102,103を操縦する際に、操縦者が扱うコントローラである。操縦用コントローラ112,113は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、無機ELディスプレイなどの補助ディスプレイ1121,1131を搭載する。
次に、図2を参照して、中継用無人航空機102および操縦用コントローラ112の構成の一例について説明する。なお、本実施形態では、中継用無人航空機102および操縦用コントローラ112の構成を一例に挙げて説明するが、中継用無人航空機103および操縦用コントローラ113の構成についても同様の説明を適用できる。
図2に示すように、中継用無人航空機102は、映像データ受信部1と、映像データ送信部2と、受信状況解析部3と、センサ情報取得部4と、操縦用受信部5と、制御部6と、最適位置計算部(位置計算部)7と、制御情報計算部8と、制御情報送信部9と、を備える。
映像データ受信部1は、撮影用無人航空機101に搭載されたカメラ107により撮影された映像の映像データを、撮影用無人航空機101から無線受信する。
映像データ送信部2は、撮影用無人航空機101から無線受信した映像データを中継して、中継用無人航空機103へ無線送信する。映像データ送信部2は、例えば、2.4GHz帯を利用する場合、電波干渉を避けるため、撮影用無人航空機101から無線受信した映像データのチャンネルとは異なるチャンネルを利用して無線送信してもよい。
受信状況解析部3は、映像データ受信部1が無線受信した映像データの受信状況を解析する。受信状況解析部3は、例えば、映像データの受信強度の変化量、映像データのスループットの変化量などの映像データの受信状況に関する情報を生成し、最適位置計算部7へ出力する。
センサ情報取得部4は、中継用無人航空機102に設けられた各種のセンサを用いて、センサ情報を取得する。センサ情報取得部4は、GPS(Global Positioning System)信号に基づき、例えば、中継用無人航空機102の位置情報を取得する。センサ情報取得部4は、中継用無人航空機102に設けられた高度計を用いて、例えば、中継用無人航空機102の高度情報を取得する。センサ情報取得部4は、取得した中継用無人航空機102のセンサ情報を最適位置計算部7へ出力する。
操縦用受信部5は、操縦者が扱う操縦用コントローラ112から、中継用無人航空機102の操縦情報を無線受信する。中継用無人航空機102の操縦情報とは、例えば、中継用無人航空機102を左右に操縦するための情報、中継用無人航空機102を前又は後に操縦するための情報、中継用無人航空機102を上又は下に操縦するための情報など、操縦者が中継用無人航空機102を操縦するために操縦用コントローラ112に入力する情報である。操縦用受信部5は、操縦者が扱う操縦用コントローラ112から無線受信した中継用無人航空機102の操縦情報を、制御部6および最適位置計算部7へ出力する。
制御部6は、操縦用受信部5から入力された中継用無人航空機102の操縦情報に基づいて、例えば、中継用無人航空機102に設けられたプロペラを回転駆動させるモータなどを制御する。これにより、中継用無人航空機102は、例えば、左右に移動する、前進又は後退する、上昇又は下降するなど、操縦情報に基づいて操縦される。
最適位置計算部7は、受信状況解析部3から入力された映像データの受信状況、およびセンサ情報取得部4から入力された中継用無人航空機102のセンサ情報に基づいて、映像データの受信状況が改善される中継用無人航空機102の配置位置を決定する。例えば、最適位置計算部7は、映像データの受信強度が第1閾値を超えるか最大となる位置、又は映像データのスループットが第2閾値を超えるか最大となる位置を配置位置と決定する。最適位置計算部7は、計算した中継用無人航空機102の配置位置(最適位置)を制御情報計算部8へ出力する。
具体的には、最適位置計算部7は、現在の時刻(第1時刻)における映像データの受信状況(第1受信状況)および映像データの受信位置(第1受信位置)と、現在の時刻よりも前の時刻(第2時刻)における映像データの受信状況(第2受信状況)および映像データの受信位置(第2受信位置)と、の差分値を計算する。そして、最適位置計算部7は、該差分値に基づいて、現在の時刻よりも後の時刻(第3時刻)における中継用無人航空機102の最適位置を計算する。すなわち、最適位置計算部7は、該差分値に基づいて、現在の時刻における映像データの受信位置にそのまま留まるべきか、現在の時刻よりも前の時刻における映像データの受信位置に移動すべきか、現在の時刻における映像データの受信位置および現在の時刻よりも前の時刻における映像データの受信位置とは異なる新たな位置に移動すべきか、を判断し、現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102の最適位置を計算する。
また、最適位置計算部7は、受信状況解析部3から入力された映像データの受信状況、センサ情報取得部4から入力された中継用無人航空機102のセンサ情報、および、操縦用受信部5から入力された中継用無人航空機102の操縦情報に基づいて、中継用無人航空機102の最適位置および中継用無人航空機102の最適位置への移動量を計算してもよい。
具体的には、最適位置計算部7は、現在の時刻における映像データの受信状況および映像データの受信位置と、現在の時刻よりも前の時刻における映像データの受信状況および映像データの受信位置と、の差分値、および、現在の時刻における中継用無人航空機102の操縦情報に基づいて、現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102の最適位置、および、現在の時刻における映像データの受信位置から現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102の最適位置への移動量を計算する。すなわち、最適位置計算部7は、該差分値および現在の時刻における中継用無人航空機102の操縦情報に基づいて、現在の時刻における映像データの受信位置にそのまま留まるべきかを判断したり、現在の時刻よりも前の時刻における映像データの受信位置に移動すべき場合に、中継用無人航空機102がどの方向へどの程度移動すべきかを判断したり、現在の時刻における映像データの受信位置および現在の時刻よりも前の時刻における映像データの受信位置とは異なる新たな位置に移動すべき場合に、中継用無人航空機102がどの方向へどの程度移動すべきかを判断したりする。そして、現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102の最適位置、および、現在の時刻における映像データの受信位置から現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102の最適位置への移動量を計算する。
一般的に、中継用無人航空機102は、風又はモータ制御の揺らぎなどにより絶えず細かく移動しているため、所定の位置に留まることが難しい。上述のように、最適位置計算部7が、受信状況解析部3から入力された映像データの受信状況およびセンサ情報取得部4から入力された中継用無人航空機102のセンサ情報のみならず、中継用無人航空機102の操縦情報も加味して最適位置を計算することで、中継用無人航空機102がこれから移動しようとする方向又は距離などの情報を考慮して、中継用無人航空機102の最適位置および中継用無人航空機102の最適位置への移動量を計算することができる。これにより、中継用無人航空機102は、風又はモータ制御の揺らぎなどにより絶えず細かく移動していたとしても、撮影用無人航空機101から無線送信される映像データの受信状況が最も改善される位置を、自身で計算することが可能になる。
制御情報計算部8は、最適位置計算部7から入力された現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102の最適位置に基づいて、中継用無人航空機102を、現在の時刻における映像データの受信位置から現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102の最適位置へ移動させるための中継用無人航空機102の制御情報を計算する。中継用無人航空機102の制御情報とは、中継用無人航空機102を、ある位置から別の位置へ移動させるための情報である。例えば、中継用無人航空機102の制御情報とは、中継用無人航空機102を、現在の時刻における映像データの受信位置から左方向へ5cm移動させたり、3cm前進させたり、10cm上昇させたりするための情報である。中継用無人航空機102の制御情報に基づいて、操縦者が適切に中継用無人航空機102を操縦することで、中継用無人航空機102は、適切な位置へと移動する。
例えば、制御情報計算部8は、最適位置計算部7から入力された、現在の時刻における映像データの受信位置にそのまま留まるべきであるという判断結果に基づいて、中継用無人航空機102を、現在の時刻における映像データの受信位置に滞留させるための中継用無人航空機102の制御情報を計算する。
例えば、制御情報計算部8は、最適位置計算部7から入力された、現在の時刻よりも前の時刻における映像データの受信位置に移動すべきであるという判断結果に基づいて、中継用無人航空機102を、現在の時刻における映像データの受信位置から左方向へ5cm、上方向へ3cm移動させるための中継用無人航空機102の制御情報を計算する。
例えば、制御情報計算部8は、最適位置計算部7から入力された、現在の時刻における映像データの受信位置および現在の時刻よりも前の時刻における映像データの受信位置とは異なる新たな位置に移動すべきであるという判断結果に基づいて、中継用無人航空機102を、現在の時刻における映像データの受信位置から下方向へ6cm、前方向へ10cm移動させるための中継用無人航空機102の制御情報を計算する。
制御情報計算部8は、計算した中継用無人航空機102の制御情報を制御情報送信部9へ出力する。なお、制御情報計算部8は、敢えてランダムに細かく中継用無人航空機102が移動するように、中継用無人航空機102の制御情報を計算してもよい。
制御情報送信部9は、制御情報計算部8から入力された中継用無人航空機102の制御情報を、操縦用コントローラ112へ無線送信する。中継用無人航空機102から操縦用コントローラ112への制御情報の無線送信には、例えば、920MHz帯など、中継用無人航空機102から中継用無人航空機103への映像データの無線送信とは異なる帯域を利用してもよい。
図2に示すように、操縦用コントローラ112は、制御情報受信部11と、操縦方法表示部12と、操縦入力部13と、操縦用送信部14と、を備える。
制御情報受信部11は、中継用無人航空機102から、中継用無人航空機102の制御情報を無線受信する。例えば、制御情報受信部11は、中継用無人航空機102を、現在の時刻における映像データの受信位置から左方向へ5cm移動させたり、3cm前進させたり、10cm上昇させたりするための中継用無人航空機102の制御情報を無線受信する。制御情報受信部11は、無線受信した中継用無人航空機102の制御情報を、操縦方法表示部22へ出力する。
操縦方法表示部12は、例えば、補助ディスプレイ1121であり、操縦用コントローラ112に搭載される。操縦方法表示部12は、制御情報受信部11から入力された中継用無人航空機102の制御情報に基づいて、中継用無人航空機102をどのように操縦するべきかを操縦者に指示するための中継用無人航空機102の操縦方法を表示する。
例えば、操縦方法表示部12が、補助ディスプレイ1121に、上方向矢印:移動距離3cm、および、後方向矢印:移動距離5cmを表示すると、操縦者は、中継用無人航空機102を、上方向に3cm移動させ、後方向に5cm移動させるべきであることを直観的に把握することができる。例えば、操縦方法表示部12が、補助ディスプレイ1121に、下方向矢印:移動距離6cm、および、前方向矢印:移動距離10cmを表示すると、操縦者は、中継用無人航空機102を、下方向に6cm移動させ、前方向に10cm移動させるべきであることを直観的に把握することができる。
操縦入力部13は、操縦者からの入力を受け付ける。操縦入力部13は、操縦者から操縦用コントローラ112への入力に基づいて、例えば、中継用無人航空機102を左右に移動させるための情報、中継用無人航空機102を前進又は後退させるための情報、中継用無人航空機102を上昇又は下降させるための情報などを含む中継用無人航空機102の操縦情報を、操縦用送信部24へ出力する。
操縦用送信部24は、操縦入力部13から入力された操縦情報を、中継用無人航空機102へ無線送信する。
上述したように、第1実施形態に係る無線伝送システム100は、撮影用無人航空機101から無線送信される映像データを中継用無人航空機102,103により中継しつつ、映像データの受信状況および映像データの受信位置などに基づいて、操縦用コントローラ112,113により中継用無人航空機102,103の位置を動的に制御する。これにより、中継用無人航空機102,103を、映像データの受信状況が改善される位置に配置することができる。したがって、電波干渉又は出力低下の影響を軽減させることができるため、安定した無線伝送が可能となる。
<無線伝送方法>
次に、図3を参照して、本発明の第1実施形態に係る無線伝送方法の一例について説明する。
ステップS1001において、映像データ受信部1は、撮影用無人航空機101に搭載されたカメラ107により撮影された映像の映像データを、撮影用無人航空機101から無線受信する。
ステップS1002において、受信状況解析部3は、映像データ受信部1が無線受信した映像データの受信状況を解析する。受信状況解析部3は、例えば、映像データの受信強度の変化量、映像データのスループットの変化量などの受信状況に関する情報を生成する。
ステップS1003において、センサ情報取得部4は、中継用無人航空機102に設けられた各種のセンサを用いて、センサ情報を取得する。センサ情報取得部4は、GPS信号に基づき、例えば、中継用無人航空機102の位置情報を取得する。センサ情報取得部4は、中継用無人航空機102に設けられた高度計を用いて、例えば、中継用無人航空機102の高度情報を取得する。
ステップS1004において、最適位置計算部7は、現在の時刻における映像データの受信状況および映像データの受信位置と、現在の時刻よりも前の時刻における映像データの受信状況および映像データの受信位置との差分値を計算する。そして、最適位置計算部7は、該差分値に基づいて、現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102の最適位置を計算する。
ステップS1005において、制御情報計算部8は、現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102の最適位置に基づいて、中継用無人航空機102を、現在の時刻における映像データの受信位置から現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102の最適位置へ移動させるための中継用無人航空機102の制御情報を計算する。
ステップS1006において、操縦方法表示部12は、中継用無人航空機102の制御情報に基づいて、中継用無人航空機102をどのように操縦するべきかを操縦者に指示するための中継用無人航空機102の操縦方法を表示する。操縦者は、操縦方法表示部12に表示される中継用無人航空機102の操縦方法を確認することで、中継用無人航空機102を、どの方向へどの程度移動させるべきかを直観的に把握することができる。
第1実施形態に係る無線伝送方法によれば、電波干渉又は出力低下の影響を軽減させることができるため、安定した無線伝送が可能となる。
<第2実施形態>
次に、図4および図6を参照して、本発明の第2実施形態に係る無線伝送システム100Aについて説明する。
第2実施形態に係る無線伝送システム100Aが第1実施形態に係る無線伝送システム100と異なる点は、第1実施形態に係る無線伝送システム100における中継用無人航空機102,103が、操縦用コントローラ112,113から無線送信される操縦情報に基づいて位置制御されるのに対して、第2実施形態に係る無線伝送システム100Aにおける中継用無人航空機102A,103Aは、自律的に位置制御を行う点である。なお、その他の構成は、第1実施形態に係る無線伝送システム100と同じであるため、本実施形態では、第1実施形態に係る無線伝送システム100とは異なる構成についてのみ説明し、第1実施形態に係る無線伝送システム100と同じ構成については、重複した説明を省略する。
図4に示すように、無線伝送システム100Aは、撮影用無人航空機101Aと、中継用無人航空機102A,103Aと、無線受信装置104Aと、計算機105Aと、表示装置106Aと、操縦用コントローラ111A,112A,113Aと、を備える。
操縦用コントローラ112Aは、中継用無人航空機102Aを操縦する際に、操縦者が扱うコントローラである。操縦用コントローラ112Aは、補助ディスプレイを搭載せず、中継用無人航空機102Aの位置を補正するために使用される。例えば、中継用無人航空機102Aと中継用無人航空機103Aとが近づきすぎる場合に、操縦者は、操縦用コントローラ112Aにより中継用無人航空機102Aの位置を補正する。
操縦用コントローラ113Aは、中継用無人航空機103Aを操縦する際に、操縦者が扱うコントローラである。操縦用コントローラ113Aは、補助ディスプレイを搭載せず、中継用無人航空機103Aの位置を補正するために使用される。例えば、中継用無人航空機102Aと中継用無人航空機103Aとが近づきすぎる場合に、操縦者は、操縦用コントローラ113Aにより中継用無人航空機103Aの位置を補正する。
図5に示すように、中継用無人航空機(無線伝送装置)102Aは、映像データ受信部1Aと、映像データ送信部2Aと、受信状況解析部3Aと、センサ情報取得部4Aと、制御部6Aと、最適位置計算部7Aと、制御情報計算部A8と、を備える。
映像データ受信部1Aは、撮影用無人航空機101Aに搭載されたカメラ107Aにより撮影された映像の映像データを、撮影用無人航空機101Aから無線受信する。
映像データ送信部2Aは、撮影用無人航空機101Aから無線受信した映像データを中継して、中継用無人航空機103Aへ無線送信する。また、映像データ送信部2Aは、センサ情報取得部4Aから入力された中継用無人航空機102Aのセンサ情報を、中継用無人航空機103Aへ無線送信する。中継用無人航空機103Aは、中継用無人航空機102Aから、映像データのみならず、中継用無人航空機102Aのセンサ情報を受信することで、中継用無人航空機102Aの位置情報あるいは中継用無人航空機102Aの高度情報などを正確に把握することが可能になる。これにより、中継用無人航空機102Aと中継用無人航空機103Aとの衝突を生じにくくすることができる。
センサ情報取得部4Aは、中継用無人航空機102Aに設けられた各種のセンサを用いて、センサ情報を取得する。センサ情報取得部4Aは、取得した中継用無人航空機102Aのセンサ情報を映像データ送信部2Aおよび最適位置計算部7Aへ出力する。
最適位置計算部7Aは、受信状況解析部3Aから入力された映像データの受信状況、センサ情報取得部4Aから入力された中継用無人航空機102Aのセンサ情報、および、制御情報計算部8Aからフィードバックされた中継用無人航空機102の制御情報に基づいて、中継用無人航空機102Aの最適位置を計算する。最適位置計算部7Aは、計算した中継用無人航空機102Aの最適位置を制御情報計算部8へ出力する。
具体的には、最適位置計算部7Aは、現在の時刻における映像データの受信状況および映像データの受信位置と、現在の時刻よりも前の時刻における映像データの受信状況および映像データの受信位置と、の差分値、および、中継用無人航空機102Aを、現在の時刻よりも前の時刻における映像データの受信位置から現在の時刻における映像データの受信位置へ移動させるための中継用無人航空機102Aの制御情報に基づいて、現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102Aの最適位置を計算する。
制御情報計算部8Aは、最適位置計算部7Aから入力された現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102Aの最適位置に基づいて、中継用無人航空機102Aを、現在の時刻における映像データの受信位置から現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102Aの最適位置へ移動させるための中継用無人航空機102Aの制御情報を計算する。制御情報計算部8Aは、計算した中継用無人航空機102Aの制御情報を制御部6Aおよび最適位置計算部7へ出力する。
制御部6Aは、制御情報計算部8Aから入力された中継用無人航空機102Aの制御情報に基づいて、例えば、中継用無人航空機102Aに設けられたプロペラを回転駆動させるモータなどを制御する。これにより、中継用無人航空機102は、例えば、左右に5cm移動する、3cm前進又は後退する、10cm上昇又は下降するなど、中継用無人航空機102Aの制御情報に基づいて、位置制御される。すなわち、制御部6Aは、制御情報計算部8Aが計算した中継用無人航空機102Aの制御情報を、操縦用コントローラ112Aを介さずに、直接、自身の位置制御に利用する。これにより、中継用無人航空機102Aは、自律的に位置制御を行うことが可能になる。
第2実施形態に係る無線伝送システム100Aによれば、撮影用無人航空機101Aから無線送信される映像データを中継用無人航空機102A,103Aにより中継しつつ、映像データの受信状況、映像データの受信位置、および、中継用無人航空機102A,103Aの制御情報などに基づいて、自律的に中継用無人航空機102,103の位置を制御する。これにより、中継用無人航空機102,103を、映像データの受信状況が最も改善される位置に配置することができる。したがって、電波干渉又は出力低下の影響を軽減させることができるため、安定した無線伝送が可能となる。
<無線伝送方法>
次に、図6を参照して、本発明の第2実施形態に係る無線伝送方法の一例について説明する。
ステップS2001において、映像データ受信部1Aは、撮影用無人航空機101Aに搭載されたカメラ107Aにより撮影された映像の映像データを、撮影用無人航空機101Aから無線受信する。
ステップS2002において、受信状況解析部3Aは、映像データ受信部1Aが無線受信した映像データの受信状況を解析する。受信状況解析部3Aは、例えば、映像データの受信強度の変化量、映像データのスループットの変化量などの受信状況に関する情報を生成する。
ステップS2003において、センサ情報取得部4Aは、中継用無人航空機102Aに設けられた各種のセンサを用いて、センサ情報を取得する。センサ情報取得部4Aは、GPS信号に基づき、例えば、中継用無人航空機102Aの位置情報を取得する。センサ情報取得部4は、中継用無人航空機102Aに設けられた高度計を用いて、例えば、中継用無人航空機102Aの高度情報を取得する。
ステップS2004において、最適位置計算部7は、現在の時刻における映像データの受信状況および映像データの受信位置と、現在の時刻よりも前の時刻における映像データの受信状況および映像データの受信位置と、の差分値、並びに、中継用無人航空機102Aの制御情報に基づいて、現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102Aの最適位置を計算する。
ステップS2005において、制御情報計算部8Aは、現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102Aの最適位置に基づいて、中継用無人航空機102Aを、現在の時刻における映像データの受信位置から現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102の最適位置へ移動させるための中継用無人航空機102Aの制御情報を計算する。
ステップS2006において、制御部6Aは、中継用無人航空機102Aを、現在の時刻における映像データの受信位置から現在の時刻よりも後の時刻における中継用無人航空機102の最適位置へ移動させるための中継用無人航空機102Aの制御情報に基づいて、例えば、中継用無人航空機102Aに設けられたプロペラを回転駆動させるモータなどを制御する。
第2実施形態に係る無線伝送方法によれば、電波干渉又は出力低下の影響を軽減させることができるため、安定した無線伝送が可能となる。
<変形例>
本実施形態では、無線伝送システム100,100Aが、撮影用無人航空機101に搭載されたカメラ107により撮影された映像の映像データを無線伝送する用途に適用される場合を一例に挙げて説明したが、無線伝送システム100,100Aの用途は、これに限定されない。例えば、無線伝送システム100,100Aは、遠隔地に存在する無人航空機を飛行制御するための操縦情報を無線伝送する用途に適用されてもよい。例えば、無線伝送システム100,100Aは、中継用無人航空機において複製された映像データを、複数拠点に対して同時中継する用途に適用されてもよい。
<プログラムおよび記録媒体>
上記の実施形態および変形例として機能させるためにプログラム命令を実行可能なコンピュータを用いることも可能である。コンピュータは、各装置の機能を実現する処理内容を記述したプログラムを該コンピュータの記憶部に格納しておき、該コンピュータのプロセッサによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができ、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェアで実現することとしてもよい。ここで、コンピュータは、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、ワークステーション、PC(Personal Computer)、電子ノートパッドなどであってもよい。プログラム命令は、必要なタスクを実行するためのプログラムコード、コードセグメントなどであってもよい。プロセッサは、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などであってもよい。
例えば、上述した推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムは、図3を参照すると、撮影用無人航空機101が無線送信する画像情報の受信状況を解析するステップS1001およびS1002と、操縦用コントローラ112により操縦される中継用無人航空機102に設けられたセンサを用いて、中継用無人航空機102の位置情報および中継用無人航空機102の高度情報を含む中継用無人航空機102のセンサ情報を取得するステップS1003と、第1時刻における画像情報の第1受信状況および第1受信位置、並びに、第1時刻よりも前の第2時刻における画像情報の第2受信状況および第2受信位置に基づいて、第1時刻よりも後の第3時刻における中継用無人航空機102の配置位置を計算するステップS1004と、配置位置に基づいて、中継用無人航空機102を第1受信位置から配置位置へ移動させるための中継用無人航空機102の制御情報を計算するステップS1005と、制御情報に基づいて、中継用無人航空機102の操縦方法を表示するステップS1006と、を含む。
また、このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。このような記録媒体を用いれば、プログラムをコンピュータにインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録された記録媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、CD(Compact Disk)-ROM(Read-Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)-ROM、BD(Blu-ray(登録商標) Disc)-ROMなどであってもよい。また、このプログラムは、ネットワークを介したダウンロードによって提供することもできる。
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本開示の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを1つに組み合わせたり、あるいは1つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。また、実施形態のフローチャートに記載の複数の工程を1つに組み合わせたり、あるいは1つの工程を分割したりすることが可能である。
1 映像データ受信部
2,2A 映像データ送信部
3 受信状況解析部
4,4A センサ情報取得部
5 操縦用受信部
6,6A 制御部
7 最適位置計算部(位置計算部)
8,8A 制御情報計算部
9 制御情報送信部
11 制御情報受信部
12 操縦方法表示部
13 操縦入力部
14 操縦用送信部
100,100A 無線伝送システム
101,101A 撮影用無人航空機
102,102A 中継用無人航空機(無線伝送装置)
103,103A 中継用無人航空機(無線伝送装置)
104,104A 無線受信装置
105,105A 計算機
106,106A 表示装置
111,111A 操縦用コントローラ
112,112A 操縦用コントローラ
113,113A 操縦用コントローラ
1121,1131 補助ディスプレイ


Claims (8)

  1. 撮影用無人航空機が無線送信する画像情報を、操縦用コントローラにより操縦される中継用無人航空機を介して無線伝送する無線伝送システムであって、
    前記中継用無人航空機は、
    前記画像情報の受信状況を解析する受信状況解析部と、
    前記中継用無人航空機に設けられたセンサを用いて、前記中継用無人航空機の位置情報および前記中継用無人航空機の高度情報を含む前記中継用無人航空機のセンサ情報を取得するセンサ情報取得部と、
    第1時刻における前記画像情報の第1受信状況および第1受信位置、並びに、前記第1時刻よりも前の第2時刻における前記画像情報の第2受信状況および第2受信位置に基づいて、前記第1時刻よりも後の第3時刻における前記中継用無人航空機の配置位置を計算する位置計算部と、
    前記配置位置に基づいて、前記中継用無人航空機を前記第1受信位置から前記配置位置へ移動させるための前記中継用無人航空機の制御情報を計算する制御情報計算部と、
    を備え、
    前記操縦用コントローラは、
    前記制御情報に基づいて、前記中継用無人航空機の操縦方法を表示する操縦方法表示部を備える無線伝送システム。
  2. 前記中継用無人航空機は、
    前記操縦用コントローラから、前記中継用無人航空機の操縦情報を無線受信する操縦用受信部をさらに備え、
    前記位置計算部は、
    前記第1受信状況、前記第1受信位置、前記第2受信状況、前記第2受信位置、および、前記第1時刻における前記操縦情報に基づいて、前記配置位置および前記第1受信位置から前記配置位置への移動量を計算する、
    請求項1に記載の無線伝送システム。
  3. 撮影用無人航空機が無線送信する画像情報を、中継用無人航空機を介して無線伝送する無線伝送システムであって、
    前記中継用無人航空機は、
    前記画像情報の受信状況を解析する受信状況解析部と、
    前記中継用無人航空機に設けられたセンサを用いて、前記中継用無人航空機の位置情報および前記中継用無人航空機の高度情報を含む前記中継用無人航空機のセンサ情報を取得するセンサ情報取得部と、
    第1時刻における前記画像情報の第1受信状況および第1受信位置、前記第1時刻よりも前の第2時刻における前記画像情報の第2受信状況および第2受信位置、並びに、前記中継用無人航空機を前記第2受信位置から前記第1受信位置へ移動させるための前記中継用無人航空機の制御情報に基づいて、前記第1時刻よりも後の第3時刻における前記中継用無人航空機の配置位置を計算する位置計算部と、
    前記配置位置に基づいて、前記中継用無人航空機を前記第1受信位置から前記配置位置へ移動させるための前記中継用無人航空機の制御情報を計算する制御情報計算部と、
    前記制御情報に基づいて、前記中継用無人航空機を前記配置位置へ移動させる制御部と、
    を備える無線伝送システム。
  4. 前記位置計算部は、映像データの受信強度が第1閾値を超える位置、又は映像データのスループットが第2閾値を超える位置を前記配置位置と決定する、
    請求項1から3のいずれか一項に記載の無線伝送システム。
  5. 影用無人航空機が無線送信する画像情報を、無線伝送する無線伝送装置であって、
    前記画像情報の受信状況を解析する受信状況解析部と、
    前記無線伝送装置に設けられたセンサを用いて、前記無線伝送装置の位置情報および前記無線伝送装置の高度情報を含む前記無線伝送装置のセンサ情報を取得するセンサ情報取得部と、
    第1時刻における前記画像情報の第1受信状況および第1受信位置前記第1時刻よりも前の第2時刻における前記画像情報の第2受信状況および第2受信位置、並びに、前記無線伝送装置を前記第2受信位置から前記第1受信位置へ移動させるための前記無線伝送装置の制御情報に基づいて、前記第1時刻よりも後の第3時刻における前記無線伝送装置の配置位置を計算する位置計算部と、
    前記配置位置に基づいて、前記無線伝送装置を前記第1受信位置から前記配置位置へ移動させるための前記無線伝送装置の制御情報を計算する制御情報計算部と、
    を備える無線伝送装置。
  6. 撮影用無人航空機が無線送信する画像情報を、操縦用コントローラにより操縦される中継用無人航空機を介して無線伝送する無線伝送方法であって、
    前記中継用無人航空機が、
    前記画像情報の受信状況を解析するステップと、
    前記中継用無人航空機に設けられたセンサを用いて、前記中継用無人航空機の位置情報および前記中継用無人航空機の高度情報を含む前記中継用無人航空機のセンサ情報を取得するステップと、
    第1時刻における前記画像情報の第1受信状況および第1受信位置、並びに、前記第1時刻よりも前の第2時刻における前記画像情報の第2受信状況および第2受信位置に基づいて、前記第1時刻よりも後の第3時刻における前記中継用無人航空機の配置位置を計算するステップと、
    前記配置位置に基づいて、前記中継用無人航空機を前記第1受信位置から前記配置位置へ移動させるための前記中継用無人航空機の制御情報を計算するステップと、
    前記制御情報に基づいて、前記中継用無人航空機の操縦方法を表示するステップと、
    を含む無線伝送方法。
  7. 撮影用無人航空機が無線送信する画像情報を、中継用無人航空機を介して無線伝送する無線伝送方法であって、
    前記中継用無人航空機が、
    前記画像情報の受信状況を解析するステップと、
    前記中継用無人航空機に設けられたセンサを用いて、前記中継用無人航空機の位置情報および前記中継用無人航空機の高度情報を含む前記中継用無人航空機のセンサ情報を取得するステップと、
    第1時刻における前記画像情報の第1受信状況および第1受信位置、前記第1時刻よりも前の第2時刻における前記画像情報の第2受信状況および第2受信位置、並びに、前記中継用無人航空機を前記第2受信位置から前記第1受信位置へ移動させるための前記中継用無人航空機の制御情報に基づいて、前記第1時刻よりも後の第3時刻における前記中継用無人航空機の配置位置を計算するステップと、
    前記配置位置に基づいて、前記中継用無人航空機を前記第1受信位置から前記配置位置へ移動させるための前記中継用無人航空機の制御情報を計算するステップと、
    前記制御情報に基づいて、前記中継用無人航空機を前記配置位置へ移動させるステップと、
    を含む無線伝送方法。
  8. コンピュータを、請求項5に記載の無線伝送装置として機能させるためのプログラム。
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