JPWO2020044628A1 - Field photography system and field photography method - Google Patents
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Abstract
圃場撮影システムは、飛行体と、複数の撮像部と、チャートと、視差補正部(11c)とを含む。複数の撮像部は、飛行体に保持され、飛行体の飛行中に、作物を生育させる圃場を上空から撮影して波長帯域の異なる圃場画像を取得する。視差補正部は、飛行体の飛行中に、複数の撮像部によってチャートを上空から撮影して得られた各チャート画像に基づいて、各圃場画像間で、視差によって生じる同一地点を示す画素の位置ズレを補正する。上記のチャートは、圃場内または圃場の周囲に位置している。The field photographing system includes a flying object, a plurality of imaging units, a chart, and a parallax correction unit (11c). The plurality of imaging units are held by the flying object, and during the flight of the flying object, the fields in which the crops are grown are photographed from the sky to acquire field images having different wavelength bands. The parallax correction unit is a pixel position indicating the same point caused by parallax between each field image based on each chart image obtained by photographing a chart from the sky by a plurality of imaging units during the flight of the flying object. Correct the deviation. The chart above is located in or around the field.
Description
本発明は、圃場を上空から撮影する圃場撮影システムおよび圃場撮影方法に関する。 The present invention relates to a field photography system and a field photography method for photographing a field from the sky.
従来から、植物の生育指標を測定するシステムが提案されている。例えば特許文献1のシステムでは、反射光測定部により、複数の葉を持つ測定対象の反射光の光強度を第1波長および第2波長で測定し、太陽角度取得部により、太陽光の測定対象への入射角度を太陽角度として取得し、太陽方向取得部により、反射光測定部の測定方向に対する太陽の方向を太陽方向として取得する。そして、生育指標演算部は、反射光測定部で測定した第1および第2波長のそれぞれでの反射光の各光強度、太陽角度取得部で取得した太陽角度、ならびに、太陽方向取得部で取得した太陽方向に基づいて、測定対象における生育の度合いを表す生育指標を求める。特許文献1では、上記の生育指標として、例えばNDVI(Normalized Difference Vegetation Index;正規化植生指標)を求めている。
Conventionally, a system for measuring a plant growth index has been proposed. For example, in the system of
ここで、上記の反射光測定部は、可視光の画像を生成する可視撮像部と、赤外光の画像を生成する赤外撮像部とを備えた、いわゆるマルチスペクトルカメラである。可視撮像部および赤外撮像部は、それぞれ、バンドパスフィルタ、レンズ(結像光学系)、センサを有して構成されている。 Here, the reflected light measuring unit is a so-called multispectral camera including a visible imaging unit that generates a visible light image and an infrared imaging unit that generates an infrared light image. Each of the visible imaging unit and the infrared imaging unit includes a bandpass filter, a lens (imaging optical system), and a sensor.
近年では、マルチスペクトルカメラを無人航空機(ドローンとも呼ばれる)に搭載し、ドローンを飛行させて圃場を上空から撮影することで、可視画像および赤外画像を取得し、NDVIを測定することも行われている。なお、上記の圃場とは、作物を生育させる水田または畑のことを指す。しかし、このようにマルチスペクトルカメラをドローンに搭載して可視画像および赤外画像を取得する場合には、以下の原因により、NDVI値が変動する。 In recent years, a multispectral camera is mounted on an unmanned aerial vehicle (also called a drone), and the drone is flown to take a picture of the field from the sky to acquire visible and infrared images and measure NDVI. ing. The above-mentioned field refers to a paddy field or field in which crops are grown. However, when the multispectral camera is mounted on the drone and the visible image and the infrared image are acquired in this way, the NDVI value fluctuates due to the following causes.
(A)カメラの内部状態の変化
ドローンの飛行中の振動や温度変化により、例えば、可視撮像部および赤外撮像部の各光軸の相対的な向きや焦点距離が変化する。この場合、可視画像と赤外画像とで同一地点を示す位置にズレ(視差とも言う)が生じる。したがって、可視画像と赤外画像とで同じ座標位置の画素値を用いてNDVI値を算出すると、圃場内の別々の地点に相当する画素値を用いてNDVI値を算出していることになるため、圃場内の任意の地点についての正確なNDVI値を取得することができなくなる。(A) Changes in the internal state of the camera Due to vibrations and temperature changes during flight of the drone, for example, the relative orientation and focal length of each optical axis of the visible imaging unit and the infrared imaging unit change. In this case, a shift (also referred to as parallax) occurs at a position indicating the same point between the visible image and the infrared image. Therefore, if the NDVI value is calculated using the pixel values at the same coordinate position in the visible image and the infrared image, the NDVI value is calculated using the pixel values corresponding to different points in the field. , It becomes impossible to obtain an accurate NDVI value for any point in the field.
(B)カメラの外部状態の変化
ドローンの飛行中の振動やジンバル制御バラツキなどにより、可視撮像部および赤外撮像部の取付方向がずれる。この場合も、可視画像と赤外画像との間で視差が生じるため、上記(A)と同様に、圃場内の任意の地点についての正確なNDVI値を取得することができなくなる。(B) Changes in the external state of the camera The mounting directions of the visible imaging unit and the infrared imaging unit shift due to vibration during flight of the drone and variations in gimbal control. Also in this case, since parallax occurs between the visible image and the infrared image, it becomes impossible to obtain an accurate NDVI value at an arbitrary point in the field as in the above (A).
特に、可視撮像部および赤外撮像部に含まれる各光学系が、例えば塵埃の付着によって汚れていると、可視撮像部および赤外撮像部で取得される可視画像および赤外画像の画素値にノイズが含まれる。このため、上記(A)および(B)に起因するNDVI値の変動がさらに大きくなる。 In particular, when each optical system included in the visible imaging unit and the infrared imaging unit is contaminated due to, for example, adhesion of dust, the pixel values of the visible image and the infrared image acquired by the visible imaging unit and the infrared imaging unit are increased. Noise is included. Therefore, the fluctuation of the NDVI value due to the above (A) and (B) becomes larger.
したがって、マルチスペクトルカメラをドローンに搭載して飛行させる場合には、上述の原因によるNDVI値の変動を防止することができるように、可視画像と赤外画像との間に生じる視差の影響を低減するための視差補正(キャリブレーション)を行うことが望ましい。この点、上述した特許文献1では、マルチスペクトルカメラをドローンに搭載して飛行させる場合の視差補正については一切検討されていない。また、視差補正を行う場合でも、処理の効率化の観点から、圃場の撮影と同時に視差補正を行うことが望ましく、そのような視差補正を実現できるシステムの構築が望まれる。
Therefore, when a multispectral camera is mounted on a drone and flew, the influence of parallax between the visible image and the infrared image is reduced so that the fluctuation of the NDVI value due to the above-mentioned causes can be prevented. It is desirable to perform parallax correction (calibration) for this purpose. In this regard,
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、波長帯域の異なる画像を取得する複数の撮像部を飛行体に搭載し、圃場を上空から撮影するシステムにおいて、複数の撮像部で取得される画像間での視差の影響を低減することができるとともに、その視差の影響を低減するための視差補正を、圃場の撮影と同時に行うことができる圃場撮影システムおよび圃場撮影方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to mount a plurality of imaging units for acquiring images having different wavelength bands on a flying object and to photograph a field from the sky in a system. A field photographing system and a field that can reduce the influence of parallax between images acquired by a plurality of imaging units and can perform parallax correction for reducing the influence of the parallax at the same time as shooting the field. The purpose is to provide a shooting method.
本発明の一側面に係る圃場撮影システムは、飛行体と、前記飛行体に保持され、前記飛行体の飛行中に、作物を生育させる圃場を上空から撮影して波長帯域の異なる圃場画像を取得する複数の撮像部と、前記複数の撮像部によって撮影されるチャートと、前記飛行体の飛行中に、前記複数の撮像部によって前記チャートを上空から撮影して得られた各チャート画像に基づいて、前記各圃場画像間で、視差によって生じる同一地点を示す画素の位置ズレを補正する視差補正部とを含み、前記チャートは、前記圃場内または前記圃場の周囲に位置している。 The field photographing system according to one aspect of the present invention captures a flying object and a field held by the flying object and grows crops from the sky during the flight of the flying object, and acquires field images having different wavelength bands. Based on the plurality of imaging units, the charts captured by the plurality of imaging units, and the chart images obtained by photographing the chart from the sky by the plurality of imaging units during the flight of the flying object. The chart is located in or around the field, including a misalignment correction unit that corrects misalignment of pixels indicating the same location caused by misalignment between the field images.
本発明の他の側面に係る圃場撮影方法は、飛行体に保持される複数の撮像部によって、前記飛行体の飛行中に、作物を生育させる圃場を上空から撮影して波長帯域の異なる圃場画像を取得する圃場画像取得工程と、前記圃場内または前記圃場の周囲に位置しているチャートを、前記飛行体の飛行中に、前記複数の撮像部によって上空から撮影して各チャート画像を取得するチャート画像取得工程と、前記各チャート画像に基づいて、前記各圃場画像間で、視差によって生じる同一地点を示す画素の位置ズレを補正する視差補正工程とを含む。 In the field photographing method according to another aspect of the present invention, a field image in which crops are grown is photographed from the sky during the flight of the flying object by a plurality of imaging units held by the flying object, and field images having different wavelength bands are obtained. And the chart located in the field or around the field are photographed from the sky by the plurality of imaging units during the flight of the flying object to acquire each chart image. The chart image acquisition step and the misalignment correction step of correcting the positional deviation of the pixels indicating the same point caused by the misalignment between the field images based on the chart images are included.
上記の圃場撮影システムおよび圃場撮影方法によれば、飛行体に保持された複数の撮像部が圃場を上空から撮影することにより、波長帯域の異なる圃場画像が取得される。視差補正部は、各圃場画像間で、視差によって生じる同一地点を示す画素の位置ズレを、複数の撮像部によってチャートを撮影して得られた各チャート画像に基づいて補正する。これにより、飛行体の振動等に起因して各圃場画像間に視差が生じても、その視差に起因する画素の位置ズレを補正した各圃場画像を得ることができ、視差の影響を低減することが可能となる。また、上記のチャートは、圃場内または圃場の周囲に位置しているため、複数の撮像部は、圃場を上空から撮影するのと同時にチャートを上空から撮影することができる。これにより、視差補正部は、圃場の撮影と同時に、上記した視差の影響を低減する視差補正を行うことができ、処理の効率化を図ることができる。 According to the above-mentioned field photographing system and field photographing method, a plurality of imaging units held by the flying object photograph the field from the sky, so that field images having different wavelength bands are acquired. The parallax correction unit corrects the positional deviation of the pixels indicating the same point caused by the parallax between the field images based on each chart image obtained by photographing the chart by a plurality of imaging units. As a result, even if parallax occurs between each field image due to vibration of the flying object or the like, it is possible to obtain each field image in which the position shift of the pixels due to the parallax is corrected, and the influence of the parallax is reduced. It becomes possible. Further, since the above chart is located in or around the field, the plurality of imaging units can shoot the chart from the sky at the same time as shooting the field from the sky. As a result, the parallax correction unit can perform the parallax correction for reducing the influence of the above-mentioned parallax at the same time as the image of the field, and the processing efficiency can be improved.
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
〔圃場撮影システムの構成〕
図1は、本実施形態の圃場撮影システム1の全体構成を模式的に示す説明図である。圃場撮影システム1は、作物PLを生育させる圃場FDを撮影するシステムであり、飛行体10と、撮像装置20と、端末装置30と、チャートCとを有して構成されている。飛行体10と端末装置30とは、通信回線NWを介して通信可能に接続されている。通信回線NWは、例えばLAN(Local Area Network)やインターネット回線などのネットワーク(有線、無線を問わない)で構成されている。なお、飛行体10の通信機能を撮像装置20に持たせ、撮像装置20と端末装置30とを通信回線NWを介して通信可能に接続してもよい。[Structure of field photography system]
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the overall configuration of the
(撮像装置)
撮像装置20は、例えばマルチスペクトルカメラにより構成されており、飛行体10に保持されている。図2は、撮像装置20の詳細な構成を模式的に示している。撮像装置20は、第1の撮像部21と、第2の撮像部22とを備えている。第1の撮像部21は、圃場FDを撮影して可視光の波長帯域の画像(可視画像)を取得する可視撮像部である。第2の撮像部22は、圃場FDを撮影して近赤外光の波長帯域の画像(近赤外画像)を取得する近赤外撮像部である。撮像装置20が第1の撮像部21および第2の撮像部22を備えていることにより、飛行体10の飛行中に圃場FDを上空から撮影して、波長帯域の異なる圃場画像を取得することができる。(Imaging device)
The
第1の撮像部21は、第1のバンドパスフィルタ21a、第1の結像光学系21b、第1のイメージセンサ(光学センサ)21c、および第1のデジタルシグナルプロセッサ(図示せず)等を有している。第1のバンドパスフィルタ21aは、例えば波長650nmを中心波長とする比較的狭帯域で光を透過させる光学フィルタである。第1の結像光学系21bは、少なくとも1個のレンズで構成され、第1のバンドパスフィルタ21aを透過した測定対象(作物PLまたは圃場FD)の可視光の光学像を第1の結像面上に結像する。第1のイメージセンサ21cは、例えばVGAタイプ(640画素×480画素)のCCD(Charge Coupled Device)センサまたはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサで構成されており、受光面が第1の結像面に一致するように配置され、測定対象で反射する太陽光に含まれる波長650nmを中心波長とする比較的狭帯域の光を検知し、測定対象の可視光の光学像を電気的な信号に変換する。第1のデジタルシグナルプロセッサは、第1のイメージセンサ21cの出力に対して画像処理を施し、可視画像を形成する。可視画像の画像データRvは、飛行体10の制御部11(図10参照)に出力される。なお、第1のバンドパスフィルタ21aの透過波長帯域は、本実施形態では、赤色(R)の波長帯域としているが、青色(B)または緑色(G)などの他の波長帯域であってもよい。
The
第2の撮像部22は、第2のバンドパスフィルタ22a、第2の結像光学系22b、第2のイメージセンサ(光学センサ)22c、および第2のデジタルシグナルプロセッサ(図示せず)等を有している。第2のバンドパスフィルタ22aは、750nm以上の所定波長(例えば波長800nm)を中心波長とする比較的狭帯域で光を透過させる光学フィルタである。第2の結像光学系22bは、少なくとも1個のレンズで構成され、第2のバンドパスフィルタ22aを透過した測定対象の近赤外光の光学像を第2の結像面上に結像する。第2のイメージセンサ22cは、例えばVGAタイプのCCDセンサまたはCMOSセンサで構成されており、受光面が第2の結像面に一致するように配置され、測定対象で反射する太陽光に含まれる波長800nmを中心波長とする比較的狭帯域の光を検知し、測定対象の近赤外光の光学像を電気的な信号に変換する。第2のデジタルシグナルプロセッサは、第2のイメージセンサ22cの出力に対して画像処理を施し、近赤外画像を形成する。上記近赤外画像の画像データRiは、飛行体10の制御部11に出力される。
The
(端末装置)
図3は、端末装置30の概略の構成を示すブロック図である。端末装置30は、例えばPC(パーソナルコンピュータ)で構成されており、入力部31と、表示部32と、記憶部33と、通信部34と、制御部35とを有している。なお、端末装置30は、多機能携帯端末(例えばスマートフォン、タブレット端末)で構成されていてもよい。(Terminal device)
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the
入力部31は、ユーザによって操作され、ユーザによる情報の入力を受け付けるために設けられている。このような入力部31は、具体的には、キーボード、マウス、タッチパッドなどの操作部で構成される。表示部32は、各種の情報を表示するディスプレイであり、例えば液晶表示装置で構成されている。
The
記憶部33は、例えばハードディスクで構成されており、制御部35を動作させるためのプログラムのほか、各種の情報を記憶する。例えば、撮像装置20(第1の撮像部21、第2の撮像部22)で取得される可視画像および近赤外画像の歪曲を補正するための計算式(歪曲補正情報)は、撮像装置20の第1の結像光学系21bおよび第2の結像光学系22bの設計に応じて予め求められる。このような歪曲補正情報は、記憶部33に予め記憶され、飛行体10の内部で歪曲補正の処理を行う場合は、通信回線NWを介して飛行体10に提供される。なお、上記の歪曲補正や後述する視差補正は、端末装置30の制御部35が行ってもよい。
The
通信部34は、飛行体10との間で通信を行うためのインターフェースであり、送信回路、受信回路、変調回路、復調回路、アンテナなどを含んで構成され、通信回線NWと通信可能に接続されている。制御部35は、例えばCPU(Central Processing Unit;中央演算処理装置)で構成されており、記憶部33に記憶された動作プログラムに従って動作し、端末装置30の各部の動作を制御するとともに、必要に応じて演算処理を行う。
The
(チャート)
チャートCは、圃場FD内または圃場FDの周囲に位置しており、後述する視差補正を行う際に利用される。例えば、チャートCは、圃場FD内または圃場FDの周囲に位置する物体OBに取り付けられており、これによって、圃場FD内または圃場FDの周囲に位置する。図1では、上記物体OBとして、圃場FDの周囲に位置する離着陸台40を用い、チャートCを離着陸台40に取り付けた例を示している。離着陸台40は、飛行体10が離着陸するときに周囲の砂を巻き上げないようにする目的で地上に設置されたシート(台)である。このようなチャートCは、飛行体10の飛行中に、上記した第1の撮像部21および第2の撮像部22によって上空から撮影される。(chart)
The chart C is located in the field FD or around the field FD, and is used when performing parallax correction described later. For example, the chart C is attached to an object OB located in or around the field FD, thereby being located in or around the field FD. FIG. 1 shows an example in which a takeoff /
図4は、上記チャートCの平面図である。チャートCは、少なくとも1つの円形部C1(例えば黒丸)を含む模様を有している。圃場FD内または圃場FDの周囲に自然に存在する模様(意図的に生成したものでない)と、視差補正用のチャートCとを区別するため、チャートCは、複数の円形部C1を含む模様であることが望ましく、3つ以上の円形部C1を含む模様であることがより望ましく、円形部C1に加えてこれとは反射率の異なる円形部C2(例えば黒および背景のシートの色とは異なる色で着色された円形部)を含む模様であることが望ましい。また、図5に示すように、チャートCは、格子模様を有していてもよい。なお、チャートCの全体形状は、正方形であることが望ましいが、長方形などの他の形状であってもよい。FIG. 4 is a plan view of the chart C. The chart C has a pattern including at least one circular portion C 1 (for example, a black circle). In order to distinguish between a pattern that naturally exists in or around the field FD (not intentionally generated) and a chart C for parallax correction, the chart C is a pattern that includes a plurality of circular portions C 1. it is desirably, three or more and is more preferably a pattern including a circular portion C 1, reflectance from this, in addition to the circular part C 1 different circular portion C 2 (for example, black and sheets of background It is desirable that the pattern includes a circular portion (a circular portion colored with a color different from the color). Further, as shown in FIG. 5, the chart C may have a checkerboard pattern. The overall shape of the chart C is preferably a square, but may be another shape such as a rectangle.
ここで、チャートCが取り付けられる物体OBは、上記の離着陸台40には限定されない。図6に示すように、上記物体OBとして、飛行体10を運搬する運搬用車両41を用い、チャートCを運搬用車両41(例えば天井やボンネット)に取り付けてもよい。さらに、図7に示すように、上記物体OBとして、飛行体10の飛行を遠隔操作するパイロットが装着するヘルメット42を用い、チャートC(例えば1個の円形部C1)をヘルメット42の上部に取り付けてもよい。Here, the object OB to which the chart C is attached is not limited to the above-mentioned takeoff and
このほかにも、上記物体OBとして、例えば、地上(圃場FDの周囲)に設置の入射光センサを用い、この入射光センサにチャートCを取り付けてもよい。なお、上記の入射光センサとは、撮像装置20で取得される可視画像の画像データRvおよび近赤外画像の画像データRiを、天候(晴れ、曇り)に応じて補正するために設けられており、特許文献1の太陽光測定部に相当する。さらに、飛行体10に搭載されたバッテリー17(図10参照)を充電するための発電機(圃場FDの周囲に位置)、圃場FD内に設置される温度計や水位計などのフィールドサーバー、RTK−GPS(Real Time Kinematic - Global Positioning System)の基地局(圃場FD内または圃場FDの周囲に位置)、トラクターやコンバインなどの農機(圃場FDの周囲に位置)、水門等の灌漑設備(圃場FD内または圃場FDの周囲に位置)などを上記物体OBとして用い、これらの物体OBにチャートCを取り付けてもよい。
In addition, as the object OB, for example, an incident light sensor installed on the ground (around the field FD) may be used, and a chart C may be attached to the incident light sensor. The incident light sensor is provided to correct the image data Rv of the visible image and the image data Ri of the near-infrared image acquired by the
また、図8に示すように、圃場FD内に位置する作物PLの欠株部分Nを、チャートCとして代用してもよい。ここで、作物PLの欠株部分Nとは、圃場FD内で作物PLを最初から生育させていない部分(領域)を指し、例えば作物PLが稲である場合は、最初から田植えを行っていない部分を指す。なお、図8において、斜線のハッチングで示す部分が圃場FD内で作物PLが生育している領域を示し、ハッチングのない白塗りの部分が欠株部分Nに相当する。さらに、図9に示すように、圃場FD内が水で浸されているときの水面に映る太陽光の反射スポットSをチャートCとして代用してもよい。 Further, as shown in FIG. 8, the missing portion N of the crop PL located in the field FD may be substituted as the chart C. Here, the deficient portion N of the crop PL refers to a portion (region) in which the crop PL is not grown from the beginning in the field FD. For example, when the crop PL is rice, rice is not planted from the beginning. Refers to the part. In FIG. 8, the shaded portion indicated by the hatched portion indicates the region where the crop PL grows in the field FD, and the white-painted portion without the hatched portion corresponds to the missing stock portion N. Further, as shown in FIG. 9, the reflection spot S of sunlight reflected on the water surface when the inside of the field FD is immersed in water may be substituted as the chart C.
(飛行体)
図1で示した飛行体10は、例えば自律飛行可能な無人航空機(ドローン)によって構成されている。飛行体10は、上記の無人航空機以外に、気球、飛行船、飛行機、ヘリコプターなどで構成されてもよい。飛行体10の飛行は、地上のパイロット(操縦者)が操作部50(図10参照)を操作することによって遠隔制御される。圃場FDに沿って飛行体10を飛行させることにより、圃場FDを構成する複数の領域Tを撮像装置20によって上空から撮影して、各領域Tごとに画像(例えば可視画像、赤外画像)を取得することができる。したがって、各領域Tの画像を貼り合わせて最終的には圃場FD全体の画像を取得することができる。なお、飛行体10の高度を上げて圃場FD全体をまとめて撮影することにより、各領域Tの画像を貼り合わせることなく圃場FD全体の1つの画像を取得することも可能である。(Flying body)
The flying
図10は、飛行体10の詳細な構成を示すブロック図である。飛行体10は、制御部11と、通信部12と、警告部13と、位置情報取得部14と、画像蓄積部15と、飛行駆動部16と、バッテリー17とを備えている。飛行駆動部16は、例えばプロペラおよびモータ等を有しており、モータを駆動させてプロペラを回転させることにより、飛行体10を飛行させる。飛行体10の飛行制御は、制御部11によって行われる。このとき、制御部11は、地上のパイロットによる操作部50の操作に基づいて飛行駆動部16を制御する。バッテリー17は、飛行体10の各部に駆動用の電力を供給する電池である。
FIG. 10 is a block diagram showing a detailed configuration of the flying
制御部11は、例えばCPUで構成されており、全体制御部11aと、歪曲補正部11bと、視差補正部11cと、生育指標算出部11dと、画像合成部11eとを有している。つまり、上記のCPUは、全体制御部11a、歪曲補正部11b、視差補正部11c、生育指標算出部11d、および画像合成部11eとして機能する。全体制御部11aは、図示しないプログラム記憶部に記憶された動作プログラムに従って、飛行体10の各部の動作を制御する。なお、歪曲補正部11b、視差補正部11c、生育指標算出部11d、および画像合成部11eの詳細については、後述する動作説明の中で併せて説明する。
The
通信部12は、端末装置30との間で通信を行うためのインターフェースであり、送信回路、受信回路、変調回路、復調回路、アンテナなどを含んで構成され、通信回線NWと通信可能に接続されている。
The
警告部13は、制御部11の視差補正部11cによって算出される、所定期間(例えば1日や1週間など)における、視差による画素値の位置ズレの変化量が閾値を超えた場合に、制御部11(例えば全体制御部11a)の制御にもとで警告を発する。このような警告部13は、警告表示を行う表示部13a(例えば液晶表示装置でもよいし、単なる光源でもよい)、警告音を発する音声出力部13b(例えばスピーカー)、警告情報を外部に発信する通信部(例えば通信部12)の少なくともいずれかで構成することが可能である。
The
位置情報取得部14は、例えばGPSで構成されており、飛行体10(撮像装置20)の位置情報(緯度X、経度Y、高さZ)を取得する。これにより、制御部11(例えば全体制御部11a)は、上記位置情報に基づいて飛行駆動部16を制御し、圃場FDの所定の領域Tの上空で所定の高さ位置に、飛行体10を飛行させることができる。
The position
画像蓄積部15は、例えば不揮発性メモリで構成されており、撮像装置20の第1の撮像部21および第2の撮像部22で取得された可視画像および近赤外画像の各画像データが記憶されるとともに、生育指標算出部11dによって得られた生育指標(特に視差補正後の画素値に基づいて得られたNDVI画像の画像データ)が記憶される。
The
〔圃場撮影システムにおける処理について〕
次に、上記構成の圃場撮影システム1による圃場撮影方法について説明する。図11は、本実施形態の圃場撮影方法による処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここでは、チャートCは、圃場FDの周囲に位置する離着陸台40に取り付けられているとする。[Processing in the field photography system]
Next, a field photography method using the
まず、飛行体10を飛行させて、圃場FDの撮影およびチャートCの撮影を行う(S1;撮影工程)。より詳しくは、パイロットは、操作部50を操作することにより、飛行体10を離着陸台40から離陸させる。そして、飛行体10の飛行中に、飛行体10に保持された第1の撮像部21および第2の撮像部22によって圃場FDを上空から撮影し、波長帯域の異なる圃場画像を取得する(S1−1;圃場画像取得工程)。すなわち、第1の撮像部21によって、圃場FDの可視画像を一方の圃場画像として取得し、第2の撮像部22によって、圃場FDの近赤外画像を他方の圃場画像として取得する。取得した可視画像の画像データRvおよび近赤外の画像データRiは、第1の撮像部21および第2の撮像部22から飛行体10の制御部11にそれぞれ入力される。
First, the flying
また、飛行体10の飛行中に、離着陸台40に取り付けられたチャートCを、第1の撮像部21および第2の撮像部22によって上空から撮影して各チャート画像を取得する(S1−2;チャート画像取得工程)。すなわち、第1の撮像部21によって、チャートCの可視画像を一方のチャート画像として取得し、第2の撮像部22によって、チャートCの近赤外画像を他方のチャート画像として取得する。ここで、上記した「飛行体10の飛行中」には、飛行体10が離着陸台40から離陸して圃場上空の所定高度に達するまでの飛行体10の上昇中、および、飛行体10が圃場上空の所定高度から離着陸台40に着陸するまでの飛行体10の下降中が含まれるとする。第1の撮像部21および第2の撮像部22によって取得された各チャート画像の画像データは、飛行体10の制御部11にそれぞれ入力される。
Further, during the flight of the flying
本実施形態では、第1の撮像部21および第2の撮像部22により、S1−1の圃場画像取得工程と、S1−2のチャート画像取得工程とを同時に行う。つまり、第1の撮像部21および第2の撮像部22は、上空から圃場FDを撮影しながら同時にチャートCも撮影する。これにより、可視および近赤外のそれぞれについて、チャートCが映った圃場画像(チャート画像を兼ねた圃場画像)が得られる。
In the present embodiment, the
次に、制御部11の歪曲補正部11bは、端末装置30から通信部12を介して提供される歪曲補正情報(歪曲を補正するための計算式)に基づいて、第1の撮像部21および第2の撮像部22からそれぞれ出力される各画像(各圃場画像、各チャート画像)の画像データをそれぞれ補正する。これにより、各画像における樽型や糸巻型などの歪曲が補正され、歪曲が補正された状態の各画像を用いて次の視差補正を適切に行うことが可能となる。
Next, the
続いて、制御部11の視差補正部11cは、第1の撮像部21および第2の撮像部22によってチャートCを上空から撮影して得られた各チャート画像に基づいて、各圃場画像間で、視差によって生じる同一地点を示す画素の位置ズレを補正する視差補正(キャリブレーション)を行う(S3;視差補正工程)。なお、S3での視差補正の詳細については後述する。
Subsequently, the
S3での視差補正の後、全体制御部11aは、所定期間における上記位置ズレの変化量変化量が閾値を超えたか否かを判断する(S4)。例えば、全体制御部11aは、可視画像と近赤外画像とを重ね合わせたときに、同一地点を示す位置同士を結ぶ直線の長さの、所定期間(例えば1日や1週間など)が経過する前後での差を、上記した「位置ズレの変化量」とし、この変化量が閾値を超えたか否かを判断する。そして、上記変化量が閾値を超えた場合には、警告部13は、全体制御部11aの制御にもとで警告を発する(S5;警告工程)。この警告工程では、表示部13aによる警告表示、音声出力部13bによる警告音の出力、通信部12による警告情報の外部への発信、の少なくともいずれが行われる。一方、上記変化量が閾値以下である場合には、S6に直接移行する。
After the parallax correction in S3, the
次に、制御部11の生育指標算出部11dは、視差補正部11cによって上記位置ズレを補正した後の各圃場画像に基づいて、作物PLの生育指標を算出する(S6;生育指標算出工程)。本実施形態では、上記の生育指標としては、NDVIを用いる。NDVIは、植生の分布状況や活性度を示す指標であり、上記のようにして歪曲および視差による上記位置ズレが補正された一方の圃場画像(可視画像)の画像データRvおよび他方の圃場画像(近赤外画像)の画像データRiを用いて、NDVI={(Ri−Rv)/(Ri+Rv)}で表される。NDVIは、−1と1との間に正規化した数値を示し、正の大きい数字になるほど植生が濃いことを表す。各圃場画像の各画素ごとにNDVIが算出されると、NDVIの各画素ごとの分布を示すNDVI画像が得られる。
Next, the growth
なお、生育指標算出部11dは、生育指標として、NDVIの代わりに以下の値を算出してもよい。NDVI以外の指標としては、例えば、RVI(Ratio Vegetation Index;比植生指数、RVI=Ri/Rv)、DVI(Difference Vegetation Index;差植生指数、DVI=Ri−Rv)、TVI(Transformed Vegetation Index、TVI=NDVI0.5+0.5)、またはIPVI(Infrared Percentage Vegetation Index、IPVI=Ri/(Ri+Rv)=(NDVI+1)/2)等が挙げられる。The growth
また、生育指標算出部11dは、NDVIの代わりに、植被率を生育指標として算出してもよい。植被率とは、圃場FDの地表面を作物PLが覆っている割合を示す。例えば、生育指標算出部11dは、歪曲および視差による上記位置ズレを補正した後の近赤外画像を二値化処理して、白色と黒色との二値化画像を形成し、この二値化画像において、白色部分が占める割合を算出することにより、植被率を算出することができる。なお、二値化画像において、白色部分は作物PLに相当し、黒色部分は土壌に相当する。
Further, the growth
次に、制御部11の画像合成部11eは、各圃場FDごとに複数のNDVI画像が得られる場合や、各圃場FDに含まれる各領域TごとにNDVI画像が得られた場合に、複数のNDVI画像を合成して、全体として1つのNDVI画像を生成する(S7;画像合成工程)。なお、ここでの「合成」とは、複数のNDVI画像を横に並べてつなぎ合わせることを指す。なお、得られたNDVI画像が元々1つである場合、画像合成は不要であるため、S7の工程をスキップして処理を終了することになる。
Next, the
〔視差補正の詳細について〕
次に、S3での視差補正の詳細について説明する。図12は、視差補正の処理の流れを示すフローチャートである。まず、視差補正部11cは、第1の撮像部21および第2の撮像部22で、飛行体10が上空で移動しているときに異なるタイミングで取得された複数の撮影画像から、チャートCの像が含まれる画像を上記したチャート画像として抽出する(S11)。例えば、視差補正部11cは、上記複数の撮影画像から、画像内にチャートCの円形部C1に相当する像が少なくとも1つ(好ましくは4つ)存在する画像を、チャートCの像が含まれるチャート画像として抽出する。そして、このようなチャート画像の抽出を、第1の撮像部21および第2の撮像部22でそれぞれ取得された複数の撮影画像を対象として行う。[Details of parallax correction]
Next, the details of the parallax correction in S3 will be described. FIG. 12 is a flowchart showing a flow of parallax correction processing. First, the
図13は、上記複数の撮影画像から視差補正部11cが抽出したチャート画像を模式的に示している。ここでは、第1の撮像部21により、時刻t1においてチャート画像CR−1が取得され、時刻t2においてチャート画像CR−2が取得され、時刻t3においてチャート画像CR−3が取得され、第2の撮像部22により、時刻t1においてチャート画像Ci−1が取得され、時刻t2においてチャート画像Ci−2が取得され、時刻t3においてチャート画像Ci−3が取得された場合において、これらを時系列で並べて示している。なお、CRは、可視の波長帯域のチャート画像であり、Ciは近赤外の波長帯域のチャート画像である。なお、図13において、各チャート画像において、チャートCの円形部C1に相当する像を、C1’で示す。FIG. 13 schematically shows a chart image extracted by the
次に、視差補正部11cは、抽出した各チャート画像から、チャートCの領域CAを抽出する(S12)。例えば、視差補正部11cは、抽出したチャート画像内で円形部C1に相当する像C1’ の位置(座標)を算出するとともに、像C1’の個数を算出する。そして、像C1’が4個存在する場合には、視差補正部11cは、抽出したチャート画像内で隣り合う像C1’と像C1’との距離が所定範囲内にあり、かつ、4つの像C1’を囲む形状が正方形状である場合に、その4つの像C1’を囲む領域をチャートCの領域CAとして抽出する。また、例えば、抽出したチャート画像内で像C1’が1個である場合には、その像C1’を囲む所定の大きさの正方形の領域をチャートCの領域CAとして抽出する。Next, the
次に、視差補正部11cは、第1の撮像部21および第2の撮像部22によって同時刻に撮影されて取得された各チャート画像に基づいて、一方のチャート画像(例えば可視画像)に含まれる基準点Pの位置座標を他方のチャート画像(例えば近赤外画像)で対応する(圃場FD内で同一地点を示す)対応点Qの位置座標に変換する射影行列を算出する(S13)。ここで、上記した基準点Pおよび対応点Qは、例えば各チャート画像において、S12で求めたチャートCの領域CAの中心位置とする。この中心位置は、例えばチャート画像内の像C1’が4個の場合は、4個の像C1’の位置の平均値(x座標およびy座標を足して4で割った座標位置)とすることができ、チャート画像内の像C1’が1個の場合は、その像C1’の位置とすることができる。Next, the
ここで、射影行列の算出方法について説明する。一般的に、射影行列を用いて、ある平面を別の平面に射影することをホモグラフィ(射影変換)と呼ぶ。この射影変換の1つとして、以下の式によって示されるアフィン変換が一般的に知られている(例えばhttp://zellij.hatenablog.com/entry/20120523/p1参照)。以下、射影変換は、アフィン変換であるとする。 Here, a method of calculating the projection matrix will be described. Generally, projecting one plane onto another using a projective matrix is called homography (projection transformation). As one of the projective transformations, the affine transformation represented by the following equation is generally known (see, for example, http://zellij.hatenablog.com/entry/20120523/p1). Hereinafter, the projective transformation is assumed to be an affine transformation.
図14に示すように、xy平面上の任意の点Oの座標を(x,y)とし、点Oを射影行列(数1式の3行3列の行列に相当)によってx’y’平面上に射影した点O’の座標を(x’,y’)とする。射影変換は、線形変換と平行移動とを組み合わせた変換であり、上記の線形変換には、拡大縮小(differential scaling)、剪断(skew)、回転(rotation)が含まれる。上記の射影行列において、係数txおよびtyは、平行移動(translation)に関する係数を指し、残りの係数a、b、cおよびdは、線形変換に関する係数を指す。As shown in FIG. 14, the coordinates of an arbitrary point O on the xy plane are (x, y), and the point O is the xy'plane by a projection matrix (corresponding to a matrix of 3 rows and 3 columns of the equation 1). Let the coordinates of the point O'projected above be (x', y'). A projective transformation is a transformation that combines a linear transformation and a translation, and the linear transformation described above includes differential scaling, skew, and rotation. In the above projection matrix, the coefficient t x and t y, refers to coefficients for parallel movement (translation), the remaining coefficients a, b, c and d refer to coefficients for linear transformation.
射影行列を算出するとは、射影行列における係数a、b、c、d、txおよびtyの6つのパラメータを算出することである。未知のパラメータ(係数)が6つであるため、6つの方程式を立てることができれば、6つの未知のパラメータ全てを求めることができる(すなわち、射影行列を算出できる)。このとき、1つの点の射影変換前後での位置座標がわかっていれば、それを数1式に代入することで、xおよびyについて2つの方程式を立てることができる。したがって、3点について射影変換前後の位置座標を数1式に代入することにより、6つの方程式を立てることができ、これを連立させて解くことにより、6つのパラメータ全てを求めることができる。To calculate the projection matrix is to calculate the six parameters of the coefficients a, b, c, d, t x and t y in the projection matrix. Since there are six unknown parameters (coefficients), if six equations can be established, all six unknown parameters can be obtained (that is, the projection matrix can be calculated). At this time, if the position coordinates of one point before and after the projective transformation are known, two equations can be established for x and y by substituting them into the
よって、本実施形態では、視差補正部11cは、以下のようにして3つの点の位置座標を数1式に入力し、射影行列を算出する。まず、時刻t1において取得されたチャート画像CR−1のxy平面上の基準点Pの座標(x1,y1)と、同時刻で取得されたチャート画像Ci−1のx’y’平面上の対応点Qの座標(x1’,y1’)とを数1式に入力する。同様に、時刻t2において取得されたチャート画像CR−2のxy平面上の基準点Pの座標(x2,y2)と、同時刻で取得されたチャート画像Ci−2のx’y’平面上の対応点Qの座標(x2’,y2’)とを数1式に入力する。さらに、時刻t3において取得されたチャート画像CR−2のxy平面上の基準点Pの座標(x3,y3)と、同時刻で取得されたチャート画像Ci−3のx’y’平面上の対応点Qの座標(x3’,y3’)とを数1式に入力する。これらの手法で得られた6つの方程式を連立させて解くことにより、射影行列を算出することができる。なお、飛行体10は上空を移動していることから、時刻t1における基準点Pの座標(x1,y1)と、時刻t2における基準点Pの座標(x2,y2)と、時刻t3における基準点Pの座標(x3,y3)とは相互に異なる。同様に、時刻t1における対応点Qの座標(x1’,y1’)と、時刻t2における対応点Qの座標(x2’,y2’)と、時刻t3における対応点Qの座標(x3’,y3’)とは相互に異なる。
Therefore, in the present embodiment, the
なお、ここでは、3つの基準点Pおよび対応点Qの位置座標を数1式に代入することにより、6つの方程式を立てて射影行列を算出しているが、例えば線形変換が不要であるような射影変換の場合には(平行移動のみの射影変換の場合には)、射影行列の係数a、b、c、dを全て0として、1つの基準点Pおよび対応点Qの位置座標を数1式に代入することにより、係数txおよびtyを求めて射影行列を確定させることが可能である。Here, the projection matrix is calculated by formulating six equations by substituting the position coordinates of the three reference points P and the corresponding points Q into the
また、4以上の基準点Pおよび対応点Qの位置座標を数1式に代入して、8つ以上の方程式を立てることも可能である。この場合、8つ以上の方程式の中から任意に6つの方程式を選択したグループを複数作り、各グループごとに射影行列の係数を求め、各グループで得られた係数から、最小二乗法によって最終的な係数を決定するようにしてもよい。この場合、各係数、つまり射影行列を精度よく求めることが可能となる。
It is also possible to formulate eight or more equations by substituting the position coordinates of the four or more reference points P and the corresponding points Q into the equation of
視差補正部11cは、上記のようにして射影行列を算出すると、一方の圃場画像(例えば可視画像)に含まれる全ての点の位置座標を、S13で求めた射影行列によって変換する(S14)。これにより、一方の圃場画像と他方の圃場画像(例えば近赤外画像)との間の視差によって生じる、同一地点を示す画素の位置ズレが補正される。つまり、一方の圃場画像の各画素が、他方の圃場画像において、圃場FD内で同一地点を表す画素と対応付けられる。
When the
〔効果〕
以上のように、本実施形態では、圃場画像取得工程において、第1の撮像部21および第2の撮像部22により、飛行体10の飛行中に、圃場FDを上空から撮影して波長帯域の異なる圃場画像(可視画像、近赤外画像)を取得する(S1−1)。また、チャート画像取得工程では、飛行体10の飛行中に、第1の撮像部21および第2の撮像部22によってチャートCを上空から撮影して各チャート画像を取得する(S1−2)。そして、視差補正工程では、視差補正部11cが、各チャート画像に基づいて、各圃場画像間で、視差によって生じる同一地点を示す画素の位置ズレを補正する(S3)。これにより、飛行体10の振動等に起因して各圃場画像間に視差が生じても、その視差に起因する画素の位置ズレを補正した各圃場画像を得ることができ、上記視差の影響を低減することが可能となる。〔effect〕
As described above, in the present embodiment, in the field image acquisition step, the field FD is photographed from the sky by the
また、チャートCは、圃場FD内または圃場FDの周囲に位置しているため、第1の撮像部21および第2の撮像部22は、飛行体10の飛行中に、圃場FDと同時にチャートCを撮影することが可能となる。これにより、視差補正部11cは、圃場FDの撮影と同時にチャート画像に基づいて視差補正を行うことが可能となる。したがって、例えば圃場FDの撮影とは別のタイミングで視差補正を行う場合に比べて、処理の効率化を図ることができる。つまり、第1の撮像部21および第2の撮像部22により、圃場画像取得工程(S1−1)と、チャート画像取得工程(S1−2)とを同時に行うことにより、処理の効率化を図ることができる。また、1回の撮影で圃場画像とチャート画像とを同時に得ることができるため(1つの撮影画像が圃場画像とチャート画像とを兼ねることができるため)、撮影工数の増加も回避できる。
Further, since the chart C is located in the field FD or around the field FD, the
また、上記した飛行体10の飛行中には、飛行体10の上昇中および下降中が含まれる。したがって、飛行体10が圃場FDの上空を所定高度で飛行している間だけでなく、飛行体10の上昇中や下降中においても、第1の撮像部21および第2の撮像部22によって各チャート画像を取得することができるため、そのような飛行体10の上昇中や下降中でも、視差補正部11cによる視差補正を行うことが可能となる。
In addition, the flight of the above-mentioned flying
また、圃場FD内または圃場FDの周囲に物体OBが位置している場合、チャートCがその物体OBに取り付けられることで、物体OBを利用してチャートCを位置させることができる。つまり、この場合、チャートCの設置において、物体OBを有効利用することができる。 Further, when the object OB is located in the field FD or around the field FD, the chart C can be positioned by using the object OB by attaching the chart C to the object OB. That is, in this case, the object OB can be effectively used in the installation of the chart C.
特に、飛行体10の離着陸台40、飛行体10を運搬する運搬用車両41、飛行体10の飛行を遠隔操作するパイロットが装着するヘルメット42は、飛行体10を用いて圃場FDを撮影する場合に必ず必要となる。したがって、チャートCをこれらのいずれかの物体OB(離着陸台40、運搬用車両41、ヘルメット42)に取り付けることにより、チャートCの設置場所を新たに探したり、別途設ける必要がなく、チャートCを上記物体OBに迅速に設置して、圃場の撮影を迅速に開始させることができる。
In particular, when the takeoff and
なお、チャートCは、飛行体10の飛行を遠隔操作するパイロットの頭部に、ヘルメット42を介さずに直接装着されてもよい。このことから、パイロットがヘルメット42を装着しているか否かに関係なく、チャートCは、飛行体10の飛行を遠隔操作するパイロットの頭部に装着されていてもよいと言うことができる。
The chart C may be directly attached to the head of the pilot who remotely controls the flight of the flying
なお、上述した入射光センサ、発電機、RTK−GPSの基地局は、飛行体10を用いて圃場FDを撮影する際に必要となる場合がある(例えば天候の変動が激しい場合、圃場FDが広大であり、撮影途中でバッテリー17の充電が必要な場合や、位置情報取得部14による位置情報の取得のために上記基地局と通信する必要がある場合など)。また、上述したフィールドサーバー、農機、灌漑設備については、圃場FDの管理において必ず必要であり、圃場FD内または圃場FDの周囲に必ず存在している。したがって、これらの物体OBにチャートCを取り付けてもよく、その場合でも、物体OBを有効利用しつつ、チャートCを上記物体OBに迅速に設置して、圃場FDの撮影を迅速に開始させることができる。
The above-mentioned incident light sensor, generator, and RTK-GPS base station may be required when photographing the field FD using the flying object 10 (for example, when the weather fluctuates drastically, the field FD may be required. When it is vast and the
また、チャートCが、少なくとも1つの円形部C1を含む模様、または格子模様を有している場合、圃場FDの上空から第1の撮像部21および第2の撮像部22によってチャートCを撮影し、各チャート画像を取得したときに、各チャート画像においてチャートCの像(例えば像C1’を含む)が明確に現れる。これにより、視差補正部11cが画素値に基づいてチャートCの像の位置を確実に求めて、その位置情報を精度よく確実に取得することが可能となり、各チャート画像に基づく上記の視差補正を精度よく行うことが可能となる。Further, when the chart C has a pattern including at least one circular portion C 1 or a lattice pattern, the chart C is photographed by the
また、圃場FD内に位置する作物PLの欠株部分Nや、圃場FD内の水面に映る太陽光の反射スポットSは、第1の撮像部21および第2の撮像部22によって圃場FDを同時に撮影したときに、圃場FD内の同一地点を示す位置として各撮影画像に現れる。このため、上記欠株部分Nまたは太陽光の反射スポットSをチャートCとして活用しても、第1の撮像部21および第2の撮像部22が各チャート画像を取得して、視差補正部11cが各チャート画像に基づいて視差補正を行うことが可能となる。したがって、視差補正を行うにあたり、チャートCを、圃場FD内または圃場FDの周囲の物体OBに取り付ける必要がなくなる。また、そのような物体OBが存在しない場合でも、上記欠株部分Nまたは太陽光の反射スポットSをチャートCとして活用して(有効利用して)視差補正を行うことができる。
Further, the missing portion N of the crop PL located in the field FD and the sunlight reflection spot S reflected on the water surface in the field FD simultaneously display the field FD by the
また、視差補正工程では、視差補正部11cは、第1の撮像部21および第2の撮像部22によって同時刻に撮影されて取得された各チャート画像に基づいて、一方のチャート画像に含まれる基準点Pの位置座標を他方のチャート画像で対応する対応点Qの位置座標に変換する射影行列を算出し、一方の圃場画像に含まれる全ての点の位置座標を射影行列によって変換することによって、視差を補正する(S13、S14)。これにより、飛行体10の飛行中の振動等に起因して、第1の撮像部21および第2の撮像部22の内部状態または外部状態に変化が生じても(例えば光軸ズレ、取付方向のズレが生じても)、一方の圃場画像(可視画像)の各画素を、他方の圃場画像(近赤外画像)において、圃場FD内で同一地点を表す画素と対応付けることが可能となる。
Further, in the disparity correction step, the
また、視差補正部11cは、第1の撮像部21および第2の撮像部22のそれぞれにおいて、飛行体10が上空で移動しているときに異なるタイミングで取得された複数の撮影画像から、チャートCの像が含まれる画像をチャート画像として抽出した後、抽出したチャート画像からチャートCの像の中心位置を求め、同時刻に撮影された一方のチャート画像におけるチャートCの像の中心位置を基準点Pとし、同時刻に撮影された他方のチャート画像におけるチャートCの像の中心位置を対応点Qとして射影行列を算出する(S11〜S13)。このように、同時刻に撮影された各チャート画像において、チャートCの像の中心位置をそれぞれ基準点Pおよび対応点Qとして射影行列を算出することにより、視差補正に必要な射影行列を適切に取得することができる。
Further, the
また、生育指標算出工程では、生育指標算出部11dは、視差補正部11cによって上記位置ズレを補正した後の各圃場画像に基づいて、作物PLの生育指標(例えばNDVI値)を算出する(S6)。本実施形態のように、NDVI値を取得する目的で、第1の撮像部21および第2の撮像部22を飛行体10に搭載して飛行させる場合でも、上述した視差補正部11cによって視差の影響を低減することができるため、視差によるNDVI値の変動を効果的に防止することが可能となる。したがって、生育指標算出部11dにより、圃場FD内の任意の地点について正確なNDVI値を取得することが可能となり、NDVI画像の画質劣化を回避することができる。また、第1の撮像部21および第2の撮像部22に含まれる各光学系が、塵埃の付着によって汚れて、各圃場画像の画素値にノイズが含まれる場合でも、本実施形態のように視差に起因する画素の位置ズレを補正することで、そのような補正を行わない場合に比べて、圃場FD内の任意の地点についての、上記ノイズによるNDVI値の変動を抑えることが可能となる。
Further, in the growth index calculation step, the growth
また、警告工程では、警告部13が、所定期間における上記位置ズレの変化量が閾値を超えた場合に警告を発する(S5)。S4において、上記位置ズレの変化量が閾値を超えた場合、上記位置ズレの変化は、飛行体10の振動等に起因するというよりも、第1の撮像部21および第2の撮像部22の故障に起因する可能性が高い。したがって、S5での警告により、点検や修理などの必要な対処をユーザに迅速に促して、故障に対してユーザが迅速に対処することが可能となる。特に、警告部13が表示部13a、音声出力部13b、通信部12の少なくともいずれかを含み、S5において、警告表示、警告音の出力、警告情報の発信の少なくともいずれかが行われることにより、故障などの異常が発生したことのユーザへの報知を確実に行って、点検等の必要な対処をユーザに促すことが確実に可能となる。
Further, in the warning step, the
〔その他〕
視差補正(キャリブレーション)において、チャート位置が異なる画像が3枚以上あるか否かを自動的に判定し、チャート位置が異なる画像の数が3枚未満である場合は警告を行い、画像数が3枚以上ある場合は適切である旨の報知を行うようにしてもよい。〔others〕
In parallax correction (calibration), it is automatically determined whether or not there are three or more images with different chart positions, and if the number of images with different chart positions is less than three, a warning is given and the number of images is increased. If there are three or more sheets, a notification to the effect that they are appropriate may be given.
1日の撮影終了時にキャリブレーション用の画像が見つからない場合は、警告を行うようにしてもよい。 If the image for calibration is not found at the end of the shooting of the day, a warning may be given.
圃場撮影システムはキャリブレーションモードを持ち、キャリブレーションモードでは所定のルートで飛行体10を自動飛行させるようにしてもよく、また、そのような自動飛行を実行させるプログラムを備えていてもよい。
The field photographing system has a calibration mode, in which the flying
以上で説明した本実施形態の圃場撮影システムおよび圃場撮影方法は、以下のように表現することができる。 The field photography system and the field photography method of the present embodiment described above can be expressed as follows.
本実施形態の圃場撮影システムは、飛行体と、前記飛行体に保持され、前記飛行体の飛行中に、作物を生育させる圃場を上空から撮影して波長帯域の異なる圃場画像を取得する複数の撮像部と、前記複数の撮像部によって撮影されるチャートと、前記飛行体の飛行中に、前記複数の撮像部によって前記チャートを上空から撮影して得られた各チャート画像に基づいて、前記各圃場画像間で、視差によって生じる同一地点を示す画素の位置ズレを補正する視差補正部とを含み、前記チャートは、前記圃場内または前記圃場の周囲に位置している。 The field photographing system of the present embodiment is held by the flying object and the flying object, and during the flight of the flying object, a plurality of fields in which crops are grown are photographed from the sky and field images having different wavelength bands are acquired. Based on the imaging unit, the charts taken by the plurality of imaging units, and the chart images obtained by photographing the chart from the sky by the plurality of imaging units during the flight of the flying object, each of the above. The chart includes a misalignment correction unit that corrects a misalignment of pixels indicating the same point caused by misalignment between field images, and the chart is located in or around the field.
上記の圃場撮影システムにおいて、前記チャートは、前記圃場内または前記圃場の周囲に位置する物体に取り付けられていてもよい。 In the field imaging system, the chart may be attached to an object located in or around the field.
上記の圃場撮影システムにおいて、前記物体は、前記飛行体の離着陸台であってもよい。 In the field imaging system, the object may be the takeoff and landing platform of the flying object.
上記の圃場撮影システムにおいて、前記物体は、前記飛行体を運搬する運搬用車両であってもよい。 In the above-mentioned field photographing system, the object may be a transport vehicle for carrying the flying object.
上記の圃場撮影システムにおいて、前記チャートは、前記飛行体の飛行を遠隔操作するパイロットの頭部に装着されてもよい。 In the field imaging system described above, the chart may be mounted on the head of a pilot who remotely controls the flight of the flying object.
上記の圃場撮影システムにおいて、前記チャートは、少なくとも1つの円形部を含む模様、または格子模様を有していてもよい。 In the above-mentioned field photographing system, the chart may have a pattern including at least one circular portion, or a lattice pattern.
上記の圃場撮影システムにおいて、前記チャートは、前記圃場内に位置する前記作物の欠株部分、または、前記圃場内の水面に映る太陽光の反射スポットであってもよい。 In the above-mentioned field photographing system, the chart may be a missing portion of the crop located in the field or a reflection spot of sunlight reflected on the water surface in the field.
上記の圃場撮影システムにおいて、前記視差補正部は、前記複数の撮像部によって同時刻に撮影されて取得された前記各チャート画像に基づいて、一方のチャート画像に含まれる基準点の位置座標を他方のチャート画像で対応する対応点の位置座標に変換する射影行列を算出し、一方の圃場画像に含まれる全ての点の位置座標を前記射影行列によって変換することによって、前記位置ズレを補正してもよい。 In the above-mentioned field photographing system, the parallax correction unit sets the position coordinates of the reference point included in one chart image to the other based on the chart images acquired by being photographed at the same time by the plurality of imaging units. The position deviation is corrected by calculating the projection matrix to be converted to the position coordinates of the corresponding points in the chart image of the above and converting the position coordinates of all the points included in one field image by the projection matrix. May be good.
上記の圃場撮影システムにおいて、前記視差補正部は、前記複数の撮像部のそれぞれにおいて、前記飛行体が上空で移動しているときに異なるタイミングで取得された複数の撮影画像から、前記チャートの像が含まれる画像を前記チャート画像として抽出した後、抽出した前記チャート画像から前記チャートの像の中心位置を求め、同時刻に撮影された前記一方のチャート画像の前記中心位置を前記基準点とし、同時刻に撮影された前記他方のチャート画像の前記中心位置を前記対応点として前記射影行列を算出してもよい。 In the above-mentioned field photographing system, the parallax correction unit is an image of the chart from a plurality of captured images acquired at different timings when the flying object is moving in the sky in each of the plurality of imaging units. After extracting the image containing the above as the chart image, the center position of the image of the chart is obtained from the extracted chart image, and the center position of the one chart image taken at the same time is set as the reference point. The projection matrix may be calculated with the center position of the other chart image taken at the same time as the corresponding point.
上記の圃場撮影システムは、前記視差補正部によって前記位置ズレを補正した後の各圃場画像に基づいて、前記作物の生育指標を算出する生育指標算出部をさらに含んでいてもよい。 The field photographing system may further include a growth index calculation unit that calculates a growth index of the crop based on each field image after the position deviation is corrected by the parallax correction unit.
上記の圃場撮影システムは、所定期間における前記位置ズレの変化量が閾値を超えた場合に警告を発する警告部をさらに含んでいてもよい。 The field photographing system may further include a warning unit that issues a warning when the amount of change in the positional deviation exceeds a threshold value in a predetermined period.
上記の圃場撮影システムにおいて、前記警告部は、警告表示を行う表示部、警告音を発する音声出力部、警告情報を外部に発信する通信部の少なくともいずれかを含んでいてもよい。 In the above-mentioned field photographing system, the warning unit may include at least one of a display unit that displays a warning, a voice output unit that emits a warning sound, and a communication unit that transmits warning information to the outside.
本実施形態の圃場撮影方法は、飛行体に保持される複数の撮像部によって、前記飛行体の飛行中に、作物を生育させる圃場を上空から撮影して波長帯域の異なる圃場画像を取得する圃場画像取得工程と、前記圃場内または前記圃場の周囲に位置しているチャートを、前記飛行体の飛行中に、前記複数の撮像部によって上空から撮影して各チャート画像を取得するチャート画像取得工程と、前記各チャート画像に基づいて、前記各圃場画像間で、視差によって生じる同一地点を示す画素の位置ズレを補正する視差補正工程とを含む。 In the field photographing method of the present embodiment, a field in which crops are grown is photographed from the sky during the flight of the flying object by a plurality of imaging units held by the flying object, and field images having different wavelength bands are acquired. The image acquisition step and the chart image acquisition step of acquiring each chart image by photographing the chart located in the field or around the field from the sky by the plurality of imaging units during the flight of the flying object. And, based on each of the chart images, a misalignment correction step of correcting the positional deviation of the pixels indicating the same point caused by the disparity between the field images is included.
上記の圃場撮影方法において、前記複数の撮像部により、前記圃場画像取得工程と、前記チャート画像取得工程とを同時に行うことが望ましい。 In the above field photographing method, it is desirable that the field image acquisition step and the chart image acquisition step are simultaneously performed by the plurality of imaging units.
上記の圃場撮影方法において、前記飛行体の飛行中には、前記飛行体の上昇中および下降中が含まれてもよい。 In the above-mentioned field photographing method, the flight of the flying object may include ascending and descending of the flying object.
上記の圃場撮影方法において、前記視差補正工程では、前記複数の撮像部によって同時刻に撮影されて取得された前記各チャート画像に基づいて、一方のチャート画像に含まれる基準点の位置座標を他方のチャート画像で対応する点の位置座標に変換する射影行列を算出し、一方の圃場画像に含まれる全ての点の位置座標を前記射影行列によって変換することによって、前記位置ズレを補正してもよい。 In the above-mentioned field photographing method, in the difference correction step, the position coordinates of the reference point included in one chart image are set to the other based on the chart images acquired by being photographed at the same time by the plurality of imaging units. Even if the positional deviation is corrected by calculating the projection matrix to be converted into the position coordinates of the corresponding points in the chart image of the above and converting the position coordinates of all the points included in one field image by the projection matrix. good.
上記の圃場撮影方法において、前記視差補正工程では、前記複数の撮像部のそれぞれにおいて、前記飛行体が上空で移動しているときに異なるタイミングで取得された複数の撮影画像から、前記チャートの像が含まれる画像を前記チャート画像として抽出した後、抽出した前記チャート画像から前記チャートの像の中心位置を求め、同時刻に撮影された前記一方のチャート画像の前記中心位置を前記基準点とし、同時刻に撮影された前記他方のチャート画像の前記中心位置を前記対応点として前記射影行列を算出してもよい。 In the above-mentioned field photographing method, in the difference correction step, the image of the chart is obtained from a plurality of captured images acquired at different timings when the flying object is moving in the sky in each of the plurality of imaging units. After extracting the image containing the above as the chart image, the center position of the image of the chart is obtained from the extracted chart image, and the center position of the one chart image taken at the same time is set as the reference point. The projection matrix may be calculated with the center position of the other chart image taken at the same time as the corresponding point.
上記の圃場撮影方法は、前記視差補正工程によって前記位置ズレを補正した後の各圃場画像に基づいて、前記作物の生育指標を算出する生育指標算出工程をさらに含んでいてもよい。 The above-mentioned field photographing method may further include a growth index calculation step of calculating the growth index of the crop based on each field image after the positional deviation is corrected by the parallax correction step.
上記の圃場撮影方法は、所定期間における前記位置ズレの変化量が閾値を超えた場合に警告を発する警告工程をさらに含んでいてもよい。 The above-mentioned field photographing method may further include a warning step of issuing a warning when the amount of change in the positional deviation in a predetermined period exceeds a threshold value.
上記の圃場撮影方法において、前記警告工程では、警告表示、警告音の出力、警告情報の外部への発信の少なくともいずれかを行ってもよい。 In the above-mentioned field photographing method, at least one of the warning display, the output of the warning sound, and the transmission of the warning information to the outside may be performed in the warning step.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で拡張または変更して実施することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to this, and can be extended or modified within a range that does not deviate from the gist of the invention.
本発明は、飛行体に保持される複数の撮像部によって圃場を上空から撮影して波長帯域の異なる圃場画像を取得し、取得した各圃場画像に基づいて生育指標を算出するシステムに利用可能である。 The present invention can be used in a system in which a field is photographed from the sky by a plurality of imaging units held by a flying object, field images having different wavelength bands are acquired, and a growth index is calculated based on the acquired field images. be.
1 圃場撮影システム
10 飛行体
11c 視差補正部
11d 生育指標算出部
12 通信部(警告部)
13 警告部
13a 表示部
13b 音声出力部
21 第1の撮像部
22 第2の撮像部
40 離着陸台
41 運搬用車両
42 ヘルメット
C チャート
C1 円形部
C2 円形部
FD 圃場
P 基準点
Q 対応点
OB 物体
N 欠株部分
S 反射スポット1
13
Claims (20)
前記飛行体に保持され、前記飛行体の飛行中に、作物を生育させる圃場を上空から撮影して波長帯域の異なる圃場画像を取得する複数の撮像部と、
前記複数の撮像部によって撮影されるチャートと、
前記飛行体の飛行中に、前記複数の撮像部によって前記チャートを上空から撮影して得られた各チャート画像に基づいて、前記各圃場画像間で、視差によって生じる同一地点を示す画素の位置ズレを補正する視差補正部とを含み、
前記チャートは、前記圃場内または前記圃場の周囲に位置している、圃場撮影システム。With the flying object,
A plurality of imaging units held by the flying object, and during the flight of the flying object, a plurality of imaging units that capture a field in which crops are grown from the sky and acquire field images having different wavelength bands.
The charts taken by the plurality of imaging units and
Based on the chart images obtained by photographing the chart from the sky by the plurality of imaging units during the flight of the flying object, the position shift of the pixels indicating the same point caused by parallax between the field images. Including a parallax correction unit that corrects
The chart is a field imaging system located in or around the field.
前記圃場内または前記圃場の周囲に位置しているチャートを、前記飛行体の飛行中に、前記複数の撮像部によって上空から撮影して各チャート画像を取得するチャート画像取得工程と、
前記各チャート画像に基づいて、前記各圃場画像間で、視差によって生じる同一地点を示す画素の位置ズレを補正する視差補正工程とを含む、圃場撮影方法。A field image acquisition step of capturing a field in which crops are grown from the sky and acquiring field images having different wavelength bands during the flight of the flying object by a plurality of imaging units held by the flying object.
A chart image acquisition step of photographing a chart located in the field or around the field from the sky by the plurality of imaging units during the flight of the flying object to acquire each chart image.
A field photographing method including a parallax correction step of correcting a misalignment of pixels indicating the same point caused by parallax between the field images based on the chart images.
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