特許 5989719 浅水域観測システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5989719

(24)【登録日】2016年8月19日

(45)【発行日】2016年9月7日

(54)【発明の名称】浅水域観測システム

(51)【国際特許分類】

   G01C 11/06 20060101AFI20160825BHJP

   G01C 13/00 20060101ALI20160825BHJP

   A01G 7/00 20060101ALI20160825BHJP

   G03B 15/00 20060101ALI20160825BHJP

   G03B 19/07 20060101ALI20160825BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20160825BHJP

【ＦＩ】

   G01C11/06

   G01C13/00 D

   A01G7/00 603

   G03B15/00 H

   G03B19/07

   H04N5/225 Z

【請求項の数】2

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-153239(P2014-153239)

(22)【出願日】2014年7月28日

(65)【公開番号】特開2015-42976(P2015-42976A)

(43)【公開日】2015年3月5日

【審査請求日】2015年1月19日

(31)【優先権主張番号】特願2013-155686(P2013-155686)

(32)【優先日】2013年7月26日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】501273886

【氏名又は名称】国立研究開発法人国立環境研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000213909

【氏名又は名称】朝日航洋株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078031

【弁理士】

【氏名又は名称】大石 皓一

(72)【発明者】

【氏名】渋谷 研一

(72)【発明者】

【氏名】河端 智樹

(72)【発明者】

【氏名】江藤 稚佳子

(72)【発明者】

【氏名】林 昌裕

【審査官】 ▲うし▼田 真悟

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０３２０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１９４７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１４３６２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 Hiroyuki Oguma,etc.，BOAT-BASED MONITORING SYSTEM FOR SHALLOW-WATER BOTTOM FEATURES，Proceedings of ISRS 2013 ，The Remote Sensing Society of Japan ，２０１３年 ５月１５日，p.521

【文献】 小熊宏之，ボート搭載型の水中カメラを用いた浅海底観測システムの開発，国立研究開発法人国立環境研究所，国立研究開発法人国立環境研究所，２０１４年 ２月 ６日

【文献】 Masahiko Sasano,etc.，Development of boat-based fluorescence imaging lidar for coral monitoring，Proceedings of the 12th International Coral Reef Symposium，２０１２年 ７月 ９日，5A Remote sensing of reef environments

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １１／０６

Ｇ０１Ｃ １３／００

Ａ０１Ｇ ７／００

Ｇ０３Ｂ １５／００

Ｇ０３Ｂ １９／０７

Ｈ０４Ｎ ５／２２５

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

観測器材を水上移動可能に搭載支持する移動支持浮体と、
前記移動支持浮体に搭載された可視光を検出する複数の水中カメラと、
前記複数の水中カメラの姿勢を検出し、前記複数の水中カメラの撮影位置を検出する姿勢／ＧＰＳセンサとを備え、
前記複数の水中カメラによって撮影された撮影画像と前記姿勢／ＧＰＳセンサによって検出された前記複数の水中カメラの姿勢および撮影位置とを同期記録する収録手段と、
前記収録手段の記録画像を処理する画像処理部を備え、
前記画像処理部が、前記水中カメラによって撮影された複数の撮影画像の重複範囲について、それぞれの撮影条件に基づく画像処理によって地理座標を付与されたＤＳＭデータと、正射投影写真図を作成可能に構成されたことを特徴とする浅海底観測システム。

【請求項2】

前記複数の水中カメラがシャッター制御可能なビデオカメラにより構成され、前記複数のビデオカメラが左右に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の浅海底観測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、湖沼や沿岸部の浅水域、たとえば、珊瑚礁を中心とする浅水域などの水底画像情報を取得して、画像処理する浅水域観測システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

珊瑚礁のような浅水域の生態系は、地球環境の変化を反映する環境指標として重要視されている。

【0003】

浅水域の生態系の観測方法として、たとえば、特開２００３−４８４５号公報（特許文献１）は、水面を走行移動可能に支持した音響測深機による観測方法を開示しており（特許文献１の図１参照）、かかる観測方法によれば、水深観測による広範囲の海底地形等の地図情報を得ることが可能になる。

【0004】

また、特許第４１７３０２７号公報（特許文献２）は、水中移動可能に曳航支持したビデオカメラによる観測方法を開示しており（特許文献２の図１参照）、かかる観測方法によれば、水中の広範囲にわたって映像観察をすることが可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−４８４５号公報

【特許文献2】特許第４１７３０２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、音響測深機によって観測する場合に得られる情報は、魚群探知機、シングルビーム、ナローマルチビームなどの超音波反射による水深情報に限られるため、可視光域を含む色彩などの光学的性状に関する情報を反映することができないという問題がある。

【0007】

一方、ビデオカメラによって得られる水中映像は、水中における動的観測により光学的性状を把握することが可能になるが、一過性の映像情報で、地理座標を持たないため、水底の態様に関する光学的性状全般に及ぶ定量解析の基礎となり得ないという問題があった。

【0008】

したがって、本発明は、浅水域の水底情報によって、広範囲の水底態様の光学的性状全般に及ぶ定量解析を可能とする浅海底観測システムを提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のかかる目的は、
観測器材を水上移動可能に搭載支持する移動支持浮体と、
前記移動支持浮体に搭載された可視光を検出する複数の水中カメラと、
前記複数の水中カメラの姿勢を検出し、前記複数の水中カメラの撮影位置を検出する姿勢／ＧＰＳセンサとを備え、
前記複数の水中カメラによって撮影された撮影画像と前記姿勢／ＧＰＳセンサによって検出された前記複数の水中カメラの姿勢および撮影位置とを同期記録する収録手段と、
前記収録手段の記録画像を処理する画像処理部を備え、
前記画像処理部が、前記水中カメラによって撮影された複数の撮影画像の重複範囲について、それぞれの撮影条件に基づく画像処理によって地理座標を付与されたＤＳＭデータと、正射投影写真図を作成可能に構成されたことを特徴とする浅海底観測システム
によって達成される。

【0010】

本明細書において、ＤＳＭはDigital Surface Modelの略語であり、数値表層モデルをいう。

【0011】

本発明によれば、移動支持浮体は水上移動可能に観測器材を搭載支持し、水中カメラは移動支持浮体に支持されて水底を撮影し、姿勢／ＧＰＳセンサにより、水中カメラの姿勢および撮影位置を検出し、収録手段により水中カメラによって撮影された撮影画像および水中カメラの姿勢および撮影位置を同期して記録し、画像処理部により、撮影画像データの画像処理が実行され、水中カメラによる複数の撮影画像の重複範囲につき、それぞれの撮影条件に基づく正射投影処理をすることによって、正射投影画像が出力され、この正射投影画像によって広範囲の水底態様の光学的性状全般に及ぶ定量解析を可能とし、また、後における同様の対比観測によって得られる同一範囲の正射投影画像との比較による経時的変化を定量的に把握することが可能になる。

【0012】

本発明の好ましい実施態様においては、前記水中カメラがシャッター制御可能なビデオカメラであり、前記複数のビデオカメラは左右に配置されている。

【0013】

本発明のこの好ましい実施態様によれば、ビデオカメラが左右に配置されているから、１０ｍに満たない近接距離の水底画像について８０％の重複範囲を確保して，効率よく撮影することができ、また、シャッター制御により、波浪による急激な視点変動があっても、明瞭な水底画像を撮影することができるので、画像処理精度の向上を図ることができる。

【0014】

本発明の好ましい実施態様においては、浅海底観測システムはさらに、水底までの距離を計測可能な測距装置を備えている。

【0015】

本発明の好ましい実施態様においては、前記測距装置が、レーザを用いて、水底までの距離を計測可能なレーザ測距装置によって構成されている。

【0016】

本発明の好ましい実施態様によれば、浅海底観測システムは、可視光を検出する複数の水中カメラに加えて、水底までの距離を計測可能なレーザ測距装置を備えているから、水質が汚濁しているために、可視光を検出する水中カメラによって、精度よく、水底表面データを作成することができず、可視光を検出する水中カメラによって得られる水底表面データの一部が欠損している場合や、可視光を検出する水中カメラによって水底を撮影するときに、陰になってしまい、精度よく、水底表面データを作成することができず、可視光を検出する水中カメラによって得られる水底表面データの一部が欠損している場合、太陽光線の陰りや夜明け／薄暮時、あるいは、コントラストがきわめて高く、そのために明るさが不足して十分な露光が得られない部分ができ、水底表面データの一部が欠損している場合、左右に配置されたビデオカメラによって得られる水底表面画像の結合処理（画像マッチング処理）がうまく出来ずに、水底表面データの一部が欠損している場合にも、レーザや超音波等を利用したレーザ測距装置によって水底までの距離を測定し、可視光を検出する水中カメラによって得られる水底表面データの欠損を補完することが可能になる。

【0017】

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記レーザ測距装置が、前記移動支持浮体の下面に取り付けられている。

【0018】

本発明のさらに好ましい実施態様においては、可視光を検出する前記複数の水中カメラが前記移動支持浮体の左右の両外側またはその一方に配置されている。

【0019】

本発明のこの好ましい実施態様によれば、移動支持浮体の左右の両外側またはその一方に水中カメラを配置することにより、左右または前後の視差画像を収録することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、浅水域の水底情報によって、広範囲の水底態様の光学的性状全般に及ぶ定量解析を可能とする浅海底観測システムを提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる浅海底観測システムの機能構成図である。

【図2】図２は、図１に示された本発明の好ましい実施態様にかかる浅海底観測システムにおける正射投影画像データ処理部のブロック構成図である。

【図3】図３は、本発明の別の好ましい実施態様にかかる浅海底観測システムの略斜視図である。

【図4】図４は、図３に示された本発明の好ましい実施態様にかかる浅海底観測システムの構成要素を示すブロックダイアグラムである。

【図5】図５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6】図６は、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7】図７は、受光センサ４７の略縦断面図である。

【図8】図８は、レーザ測距装置の制御系および検出系のブロックダイアグラムである。

【図9】図９は、図３ないし図８に示された本発明の好ましい実施態様にかかる浅海底観測システムによって、浅海底を観測する処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる浅海底観測システムの機能構成図である。

【0024】

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浅海底観測システム１は、水上移動可能に観測器材を搭載支持する移動支持浮体２と、移動支持浮体２に支持されて水底画像を撮影する一対の水中ビデオ（ビデオカメラ）３、３と、一対のビデオカメラ３、３の撮影位置と撮影時の姿勢を検出する撮影条件検出部材（ＧＰＳ／ジャイロ装置（姿勢計測装置））４と、一対のビデオカメラ３、３によって撮影された水底画像および特定された撮影条件を同期して記録する収録部（ビデオレコーダ）５と、収録部５に記録された水底画像および撮影条件に基づいて、移動支持浮体２上でリアルタイムに水底画像を画像処理し、あるいは、撮影作業終了後に水底画像の画像処理をする画像処理部６を備えたパーソナルコンピュータ７を備えている。

【0025】

本実施態様において、移動支持浮体２は、アウトリガータイプの小型ボート、ゴムボート、漁船等の専用または汎用の浮体と、カメラとジャイロを支持し、浅海域に幅広く適用でき、かつ、安定撮影を可能とする架台である専用支持体とによって構成されている。移動支持浮体２は、曳航または自走により、計画の撮影行程線に沿って水上移動され、水底観測を行われる。

【0026】

各ビデオカメラ３としては、ハウジング内に収納され、電子制御可能な高速シャッターを備えた水中撮影可能なビデオカメラが用いられている。ビデオカメラ３としては、それぞれ、１０ｍに満たないような近接距離の水底画像の８０％を重ねた撮影を可能とし、波浪による揺れを受けた場合でも、高速シャッターによって鮮明画像を収録可能なものが用いられ、浅海域の移動のために、移動支持浮体２に支持されている。

【0027】

一対のビデオカメラ３、３は、移動支持浮体２の左右両側に配置されている。

【0028】

ＧＰＳ／ジャイロ装置（姿勢計測装置）４は、ビデオカメラ３、３の位置とビデオカメラ３、３の光軸方向の姿勢データを検出し、高精度のＤＧＰＳを適用可能に構成されている。

【0029】

収録部（ビデオレコーダ）５は、各ビデオカメラ３、３によって撮影された水底画像と撮影条件とを同期して記録メディアに収録し、これを移動支持浮体２上に搭載されたパーソナルコンピュータ７の画像処理部６に入力し、あるいは、可搬メディアまたは無線伝送によって、地上に位置したパーソナルコンピュータ７の画像処理部６に入力可能に構成されている。

【0030】

画像処理部６には、一対のビデオカメラ３、３によって生成された海底の映像データ、一対のビデオカメラ３、３の姿勢データおよび一対のビデオカメラ３、３の位置データが入力され、画像処理部６は、これらのデータに基づいて、ステレオマッチングにより、地理座標上で表現される数値地表モデルであるＤＳＭモデルを作成するように構成されている。

【0031】

図２は、図１に示された本発明の好ましい実施態様にかかる浅海底観測システム１におけるＤＳＭ作成部と正射写真図作成部のブロックダイアグラムである。

【0032】

図２に示されるように、ＤＳＭ作成部１１は、レンズ補正を含む前処理を経た映像データ、一対のビデオカメラ３、３の姿勢データとカメラ位置データから、海底表面形状を表す数値地表モデルである地理座標上で示されるＤＳＭデータを出力するように構成され、正射写真図作成部１２は、ＤＳＭ作成部１１からＤＳＭデータを受けて、正射投影写真画像を作成するように構成されており、これらによって、浅海底の正射投影写真図を作成可能に構成されている。

【0033】

より詳細には、左右一対のビデオカメラ３，３が用いられた本実施態様にかかる浅海底観測システム１においては、ＤＳＭ作成部１１により、左右一対のビデオカメラ３、３によって撮像された海底画像データにつき、それぞれ、姿勢データにより縦視差を除去後に、画像マッチングにより横視差を算出し、同期して観測した一対のビデオカメラ３、３の位置データおよび姿勢データと、別途観測したカメラパラメータを用いて、写真測量で用いられる共線条件式により地理座標上で海底表面形状のＤＳＭデータが算出される。

【0034】

また、左右一対のビデオカメラ３，３のうち、一方のビデオカメラ３の映像から、レンズ歪み等が除去され、進行方向に８０％ラップしたペア画像が作成され、姿勢データによる横視差の除去後に、画像マッチングにより縦視差が算出され、同期して観測されたカメラ位置・姿勢データと、別途観測したカメラパラメータを用い、写真測量で用いられる共線条件式によって、地理座標上で海底表面形状のＤＳＭデータが算出される。

【0035】

これら２つのＤＳＭデータを合成し、あるいは、ＤＳＭデータの一方を単独で使用することにより、ある地理座標上で示されたＤＳＭデータが作成される。

【0036】

また、正射写真図作成部１２は、左右一対のビデオカメラ３、３の映像から１／３０秒毎の画像を作成し、カメラパラメータを用いて、レンズ歪みを除去した後に、同期して観測した一対のビデオカメラ３、３の位置データおよび姿勢データを用いて、上述のＤＳＭデータに画像の流れの少ない画像を投影する。流れの少ない画像は、１／３０秒毎の画像同士の差分を取った動きの少ない画像で、かつ、エッジがシャープな画像とする。

【0037】

なお、カメラパラメータの観測については、別途水槽内に設置したターゲットを水中ビデオカメラで撮影し、写真測量式を用いて焦点距離・レンズ歪みの補正を行う。

【0038】

以上のように構成された本実施態様にかかる浅海底観測システム１においては、移動支持浮体２を観測水域まで移送した上で、観測初期値取得のための水深検出と移動支持浮体２に搭載された一対のビデオカメラ３、３の下降とによって観測を開始する。

【0039】

観測は、移動支持浮体２を曳航又は自走によって、観測計画線に沿って移動させつつ、一対のビデオカメラ３、３によって海底画像を撮影するとともに、ＧＰＳ／ジャイロ装置４によって、一対のビデオカメラ３、３の撮影条件である視点位置と光軸方向を検出し、収録部（ビデオレコーダ）５によって、両者を同期記録する。

【0040】

観測の終了後に、記録メディアに収録されたデータは、移動支持浮体２上に搭載されたパーソナルコンピュータ７の画像処理部６に入力され、あるいは、可搬メディアまたは無線伝送によって、地上に位置したパーソナルコンピュータ７の画像処理部６に入力されて、正射投影画像処理が実行される。

【0041】

この画像処理出力は、従来の等深線や符号で示されていた浅海域の珊瑚礁や浅瀬をカラーで視覚的に表すことによって、浅海域の珊瑚礁や浅瀬の状況を視覚的に分りやすく示すことができる。

【0042】

したがって、本実施態様によれば、浅海域の珊瑚礁や浅瀬の水中環境をカラーで面的に捉えることができるから、色の違いによる珊瑚礁や浅瀬の植生（藻）の成育状況を把握することが可能となる。

【0043】

また、本実施態様によれば、短時間の観測によって、広範囲の浅海底について高精度の写真地図情報の取得が可能となるから、珊瑚や植生の分布範囲の量的な把握に加え、可視光域を中心とする光学的性状全般に及ぶ定量解析により、珊瑚の成育白化状況等の質的な把握ができるとともに、後の対比観測により、同じ地理座標位置におけるその間の経時的な変化の捕捉が可能となる。

【0044】

図３は、本発明の別の好ましい実施態様にかかる浅海底観測システムの略斜視図である。

【0045】

図３に示されるように、本実施態様にかかる浅海底観測システム２０においては、図１および図２に示された浅海底観測システム１と同様に、水上移動可能に観測器材を搭載支持する移動支持浮体２と、移動支持浮体２に支持されて水底画像を撮影する一対のビデオカメラ３、３と、移動支持浮体２の下面に取り付けられ、海底面をレーザビームによって走査するレーザ測距装置８を備えている。

【0046】

図３において、参照符号５２、５２で示されているのは、一対のビデオカメラ３、３によって撮影された海底面の撮影領域であり、図３に示されるように、一対のビデオカメラ３、３の撮影領域５２、５２は、重複領域５３において、重複している。

【0047】

図４は、図３に示された本発明の好ましい実施態様にかかる浅海底観測システム２０の構成要素を示すブロックダイアグラムである。

【0048】

図４に示されるように、浅海底観測システム２０は、パーソナルコンピュータ３０と、同期信号発生装置３１と、一対のビデオカメラ３、３と、ビデオレコーダ３３、３３と、ビデオ編集機３４、３４と、ＧＰＳ／ジャイロ装置４と、レーザ測距装置８を備えている。図示されてはいないが、パーソナルコンピュータ３０は、画像処理部６を備えている。

【0049】

図４に示されるように、浅海底観測システム２０は、さらに、ＤＳＭデータを生成するＤＳＭ生成部１１と、ＤＳＭデータに基づいて、正射写真図作成部１２を備えている。

【0050】

図５は、レーザ測距装置８のレーザビーム放出部の略斜視図である。

【0051】

図５に示されるように、レーザ測距装置８は、レーザビーム４０をパルス状に放出するＬＥＤレーザ光源４１を備え、ＬＥＤレーザ光源４１から放出されたレーザビーム４０は、コリメータレンズ４２に入射して、平行なビームに変換される。コリメータレンズ４２によって平行なビームに変換されたレーザビーム４０は拡散部材４３に入射し、レーザビーム４０は、拡散部材４３によって、多数のレーザビーム４５に分割されて、たとえば、１２８×１２８のマトリックス状に海底面に照射される。

【0052】

拡散部材４３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。

【0053】

図６は、レーザ測距装置８のレーザビーム受光部の略斜視図である。

【0054】

図６に示されるように、拡散部材４３によって分割され、海底面によって反射されたレーザビーム４５は、集光レンズ４６によって集光されて、受光センサ４７によって、光電的に検出される。

【0055】

図７は、受光センサ４７の略縦断面図であり、図７に示されるように、受光センサ４７は、海底面によって反射されたレーザビーム４５の検出時間を感知するフォトセンサ４８と海底面によって反射されたレーザビーム４５の強度を検出するＣＣＤセンサ４９を備えている。

【0056】

図８は、レーザ測距装置８の制御系および検出系のブロックダイアグラムである。

【0057】

図８に示されるように、レーザ測距装置８は、ＬＥＤレーザ光源４１からパルス状にレーザビーム４０を放出した時間と、そのレーザビーム４０が海底面によって反射されて生成されたレーザビーム４５が、フォトセンサ４８によって受光された時間を記憶する第一のメモリ５０Ａと、ＬＥＤレーザ光源４１から放出されたレーザビーム４０の強度とＣＣＤセンサ４９が検出したレーザビーム４５の強度を記憶する第二のメモリ領域５０Ｂを備えたＲＡＭ５０を有している。

【0058】

さらに、レーザ測距装置８は、ＲＡＭ５０の第一のメモリ５０Ａに記憶されたＬＥＤレーザ光源４１からレーザビーム４０が放出された時間およびフォトセンサ４８によって受光された時間と海底面によって反射されたレーザビーム４５をフォトセンサ４８が受光した時間ならびにＬＥＤレーザ光源４１から放出されたレーザビーム４０の強度およびＣＣＤセンサ４９が検出したレーザビーム４５の強度に基づいて、海底面までの距離を算出するコントローラ５１を備えている。

【0059】

また、図８に示されるように、レーザ測距装置８は、レーザビーム４０の照射によって得られたデータを処理するレーザデータ処理部１０を備えている。

【0060】

レーザビーム４０が拡散部材４３によって分割されて、１２８×１２８のマトリックス状に海底面に照射された場合には、１２８×１２８のマトリックスの要素によって反射されたレーザビーム４５をフォトセンサ４８およびＣＣＤセンサ４９により光電検出することによって、その要素とＬＥＤレーザ光源４１との距離を正確に算出することができ、したがって、１２８×１２８のマトリックスのすべての要素とＬＥＤレーザ光源４１との距離を正確に算出することが可能になる。

【0061】

図９は、図３ないし図８に示された本発明の好ましい実施態様にかかる浅海底観測システム２０によって、浅海底を観測する処理を示すフローチャートである。

【0062】

オペレータによって、スタート信号がパーソナルコンピュータ３０に入力されると、パーソナルコンピュータ３０から同期信号発生装置３１に駆動信号が出力されて、同期信号発生装置３１から、一対のビデオカメラ３、３と、レーザ測距装置８と、ＧＰＳ／ジャイロ装置４およびコンバートソフトウエア５５に同期信号が出力される。このとき、パーソナルコンピュータ３０はＬＥＤレーザ光源４１からレーザビーム４０が放出された時間をレーザ測距装置８のＲＡＭ５０内の第一のメモリ領域５０Ａ内に格納するとともに、ＬＥＤレーザ光源４１から放出されたレーザビーム４０の強度をレーザ測距装置８のＲＡＭ５０内の第二のメモリ領域５０Ｂ内に格納する。

【0063】

同期信号を受けると、一対のビデオカメラ３、３は、撮影を開始し、海底面の撮影領域５２、５２のカラー画像が撮影される。

【0064】

一方、レーザ測距装置８は、ＬＥＤレーザ光源４１からパルス状にレーザビーム４０を放出させ、コリメータレンズ４２によって平行なビームに変換した後に、拡散部材４３に入射させる。拡散部材４３を通過させることによって、レーザビーム４０は多数のレーザビーム４５、たとえば、１２８×１２８に分割されて、一対のビデオカメラ３、３の海底面の撮影領域５２、５２が重複している重複撮影領域５３に照射され、重複撮影領域５３内に１２８×１２８のマトリックス状照射部５３Ａが形成される。

【0065】

海底面の１２８×１２８のマトリックス状照射部５３Ａの各々によって反射されたレーザビーム４５は、集光レンズ４６によって集光されて、受光センサ４７によって、光電的に検出される。

【0066】

上述のように、受光センサ４７は、海底面によって反射されたレーザビーム４５の検出時間を感知するフォトセンサ４８と海底面によって反射されたレーザビーム４５の強度を検出するＣＣＤセンサ４９とによって構成されている。

【0067】

フォトセンサ４８は、海底面の１２８×１２８のマトリックス状照射部５３Ａの各々によって反射されたレーザビーム４５を検出したときに、レーザビーム４５を検出した時間をＲＡＭ５０内の第一のメモリ領域５０Ａ内に格納する。ここに、第一のメモリ領域５０Ａ内は１２８×１２８のマトリックス状照射部５３Ａに対応して、１２８×１２８のマトリックス状メモリ領域に分割されており、フォトセンサ４８は、海底面の１２８×１２８のマトリックス状照射部５３Ａの各々によって反射されたレーザビーム４５の検出時間を、第一のメモリ領域５０Ａ内の対応するマトリックス状メモリ領域内に格納する。

【0068】

一方、ＣＣＤセンサ４９は、海底面の１２８×１２８のマトリックス状照射部５３Ａの各々によって反射されたレーザビーム４５の強度を検出し、海底面の１２８×１２８のマトリックス状照射部５３Ａの各々によって反射されたレーザビーム４５の強度を、第二のメモリ領域５０Ｂ内の対応するマトリックス状メモリ領域内に格納する。

【0069】

次いで、コントローラ５１がＲＡＭ５０にアクセスして、第一のメモリ領域５０Ａ内のマトリックス状メモリ領域の各々に記憶されたＬＥＤレーザ光源４１からレーザビーム４０が放出された時間およびフォトセンサ４８によってレーザビーム４５が検出された時間、ならびに、第二のメモリ領域５０Ｂ内のマトリックス状メモリ領域の各々に記憶されたＬＥＤレーザ光源４１から放出されたレーザビーム４０の強度およびＣＣＤセンサ４９が検出したレーザビーム４５の強度に基づいて、海底面の１２８×１２８のマトリックス状照射部５３Ａの各々の水深データを算出する。

【0070】

同期信号に応答して、ＧＰＳ／ジャイロ装置４は、一対のビデオカメラ３、３の姿勢データを生成し、コンバートソフトウエア５５が起動し、写真測量における外部評定要素が算出される。

【0071】

同期信号に応答して、一対のビデオカメラ３、３によって撮影された海底面の画像に対応する画像データはビデオレコーダ３３、３３に出力され、さらに、ビデオ編集機３４、３４によって、連番画像が生成される。次いで、別途観測したカメラパラメータを用いて、焦点距離・レンズ歪みの補正が行われ、補正済みの連番画像（１／３０秒毎のペア画像）が生成される。

【0072】

ここに、カメラパラメータは、別途水槽内に設置したターゲットを水中ビデオカメラ３で撮影し、写真測量式を用いて、焦点距離・レンズ歪みを求めることによって、観測される。

【0073】

一対のビデオカメラ３、３で撮影された画像から生成された歪み補正済みの連番画像から、まず同連番の左右画像に対し、たとえば、テンプレートマッチングを実行して、横視差を算出する。こうして得られた横視差から水深データが算出され、その水深データをもとに標高値Ａ（x, y, z）が算出される。

【0074】

次に、一対のビデオカメラ３、３の左右どちらかで得られた歪み補正済みの連番画像は、ＧＰＳ／ジャイロ装置４によって測定された姿勢データを用いて、横視差が除去される。

【0075】

横視差が除去された補正済みの連番画像（縦＝時間軸）に対して、たとえば、テンプレートマッチングを実行して、縦視差を算出する。

【0076】

こうして得られた縦視差を利用して、標高値が算出され、水深データが算出され、その水深データをもとに、標高値Ｂ（x, y, z）が算出される。

【0077】

このように、標高値Ａ（x, y, z）および標高値Ｂ（x, y, z）が算出され、標高値Ａ（x, y, z）および標高値Ｂ（x, y, z）を合成した標高値を用いて、ＤＳＭデータが作成される。

【0078】

一方、レーザ測距装置８によって生成された距離データは、ＧＰＳ／ジャイロ装置４によって測定された姿勢データを用いて、レーザデータ処理部１０において、水深データに変換し、さらに、この水深データをもとに補完用の標高値のＤＳＭデータが生成される。

【0079】

ここに、レーザ測距装置８によって生成された水深データは、たとえば、１２８×１２８のマトリックス状の領域５３Ａの水深データで、さらに、重複撮影領域５３を分割して、２５６×２５６のマトリックス状の領域５３Ａを生成し、それぞれの水深データを求めても、各領域５３Ａの大きさは、一対のビデオカメラ３、３が撮影した画像の画素に比べて、はるかに大きいので、本実施態様においては、レーザ測距装置８によって生成したマトリックス状の領域５３Ａの水深データに基づいて、一対のビデオカメラ３、３によって撮影した画像によって生成されるＤＳＭデータを補完するための補完用ＤＳＭデータが生成される。

【0080】

こうして、一対のビデオカメラ３、３が撮影した画像に基づいて生成されたＤＳＭデータおよびレーザ測距装置８により生成された補完用ＤＳＭデータによって、撮影対象となる海底領域のＤＳＭデータが生成される。ここに、一対のビデオカメラ３、３によって撮影された画像から正常に生成されたＤＳＭデータがある海底領域に対しては、レーザ測距装置８によって生成した補完用ＤＳＭデータは適用されない。

【0081】

一方で、補正済み連番画像がＤＳＭデータ上に重畳して投影される。

【0082】

次いで、オルソ画像作成ソフトウエアを起動させ、こうして得られた画像を、コンバートソフトウェアによって生成された外部評定要素を用いて、正射投影をし、正射投影写真画像データが作成される。

【0083】

観測は、移動支持浮体２を曳航又は自走によって、観測計画線に沿って移動させつつ、以上のように、一対のビデオカメラ３、３によって水底画像を撮影し、レーザ距離装置８によって水底との距離を測定するとともに、ＧＰＳ／ジャイロ装置４によって一対のビデオカメラ３、３の撮影条件である視点位置と光軸方向を検出し、ビデオレコーダ３３、３３によって、両者を同期記録することによって実行される。

【0084】

観測の終了後に、正射投影写真画像データは、移動支持浮体２上に搭載されたパーソナルコンピュータ３０の画像処理部６に入力され、あるいは、可搬メディアまたは無線伝送によって、地上に位置したパーソナルコンピュータ７の画像処理部６に入力されて、正射投影画像処理が実行される。

【0085】

この画像処理出力は、従来の等深線や符号で示されていた浅海域の珊瑚礁や浅瀬をカラーで視覚的に表すことによって、浅海域の珊瑚礁や浅瀬の状況を視覚的に分りやすく示すことができる。

【0086】

したがって、本実施態様によれば、浅海域の珊瑚礁や浅瀬の水中環境をカラーで面的に捉えることができるから、色の違いによる珊瑚礁や浅瀬の植生（藻）の成育状況を把握することが可能となる。

【0087】

また、本実施態様によれば、浅海底観測システム２０は、可視光を検出する一対のビデオカメラに加えて、水底までの距離を計測可能なレーザ距離装置８を備えているから、水質が汚濁しているために、可視光を検出するビデオカメラ３、３よっては、精度よく、水底表面データを作成することができず、可視光を検出するビデオカメラ３、３によって得られる水底表面データの一部が欠損している場合や、可視光を検出するビデオカメラ３、３によって水底を撮影するときに、陰になってしまい、精度よく、水底表面データを作成することができず、可視光を検出する水中カメラによって得られる水底表面データの一部が欠損している場合、太陽光線の陰りや夜明け／薄暮時、あるいは、コントラストがきわめて高く、そのために明るさが不足して十分な露光が得られない部分ができ、水底表面データの一部が欠損している場合、左右に配置された一対のビデオカメラ３、３によって得られる水底表面画像の結合処理（画像マッチング処理）がうまく出来ずに、水底表面データの一部が欠損している場合にも、レーザ距離装置８によって水底までの距離を測定し、可視光を検出するビデオカメラ３、３によって得られる水底表面データの欠損を補完することが可能になる。

【0088】

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。

【0089】

たとえば、前記実施態様においては、一対のビデオカメラが設けられているが、ビデオカメラの数は複数であればよく、２つに限定されるものではない。

【0090】

また、図３ないし図９に示された前記実施態様においては、水底までの距離を計測するレーザ測距装置８は、レーザビーム４０を多数のレーザビーム４５に分割する拡散部材４３、好ましくは、Advanced Scientific Concepts, Inc.によって製造販売されている「３Ｄ Flash Lidar」（登録商標）を備えているが、この種の拡散部材４３を備えたレーザ測距装置８を用いることは必ずしも必要ではなく、ファイバー式のレーザ測距装置や走査型のレーザ測距装置などを用いることもでき、さらには、レーザではなく、他の周波数の電磁波や超音波を含む音波などと用いてもよく、海底との距離が計測可能な距離計であれば、とくに限定されるものではない。

【0091】

さらに、図３ないし図９に示された前記実施態様においては、ＣＣＤセンサ４９を用いて、レーザビームの反射強度を測定しているが、ＣＣＤセンサ４９を用いて、レーザビームの反射強度を測定することは必ずしも必要でなく、受光センサ４７がフォトセンサ４８のみによって構成されていてもよい。

【0092】

また、図３ないし図９に示された前記実施態様においては、レーザ測距装置８が移動支持浮体２の下面に取り付けられているが、レーザ測距装置８を移動支持浮体２の下面に取り付けることは必ずしも必要でなく、移動支持浮体２の上面に取り付けられていてもよく、すなわち、レーザ測距装置８は水上または水中に位置するように、移動支持浮体２み取り付けることができる。

【0093】

また、前記実施態様においては、浅海底が観測されているが、本発明は浅海底の観測に限定されるものではなく、湖沼や沿岸部の浅水域などの観測に広く用いることができる。

【符号の説明】

【0094】

１ 浅海底観測システム
２ 移動支持浮体
３ 水中カメラ（ビデオカメラ）
４ ＧＰＳ／ジャイロ装置
５ 収録部（ビデオレコーダ）
６ 画像処理部
７ パーソナルコンピュータ
８ レーザ測距装置
１０ レーザデータ処理部
１１ ＤＳＭ作成部
１２ 正射写真図作成部
２０ 浅海底観測システム
３０ パーソナルコンピュータ
３１ 同期信号発生装置
３３ ビデオレコーダ
３４ ビデオ編集機
４０ レーザビーム
４１ ＬＥＤレーザ光源
４２ コリメータレンズ
４３ 拡散部材
４５ レーザビーム
４６ 集光レンズ
４７ 受光センサ
４８ フォトセンサ
４９ ＣＣＤセンサ
５０ ＲＡＭ
５０Ａ 第一のメモリ領域
５０Ｂ 第二のメモリ領域
５１ コントローラ
５２ 一対のビデオカメラの撮影領域
５３ 重複撮影領域
５３Ａ マトリックス状の領域
５５ コンバートソフトウエア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】