特許 6367522 航空写真システム

(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】6367522

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】航空写真システム

(51)【国際特許分類】

   G01C 11/00 20060101AFI20180723BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20180723BHJP

【ＦＩ】

   G01C11/00

   G01C15/00 103A

   G01C15/00 104Z

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-38901(P2013-38901)

(22)【出願日】2013年2月28日

(65)【公開番号】特開2014-167413(P2014-167413A)

(43)【公開日】2014年9月11日

【審査請求日】2016年2月22日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000220343

【氏名又は名称】株式会社トプコン

(74)【代理人】

【識別番号】100083563

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 祥二

(72)【発明者】

【氏名】大友 文夫

(72)【発明者】

【氏名】大谷 仁志

(72)【発明者】

【氏名】大佛 一毅

(72)【発明者】

【氏名】穴井 哲治

【審査官】 國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１４０１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２８５５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２５５３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１４２９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１１９５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１５４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００４６５８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 A.T. Mozas-Calvache et al.，Method for photogrammetric surveying of archaeological sites with light aerial platforms，Journal of Archaeological Science，２０１１年１０月２１日，Vol. 39, No. 2，pp. 521-530

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １１／００ − １１／３６

Ｇ０１Ｃ １５／００ − １５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

遠隔操縦可能な飛行体と、該飛行体にジンバルを介して任意の方向に傾斜自在に支持され、第１の所定時間間隔で撮影するカメラと、該カメラと一体に傾斜し、該カメラと既知の関係に設けられ、測定対象としての再帰反射体と、該再帰反射体を追尾し、該再帰反射体の位置を第２の所定時間間隔で測定するトータルステーションと、演算装置、記憶部、基地通信部を有する地上基地とを具備し、
又前記飛行体が飛行体通信部を具備し、該飛行体通信部と前記基地通信部との間で無線通信可能とし、
前記地上基地には前記トータルステーションから測定結果、測定タイミングが送信され、
前記飛行体通信部は前記カメラで撮影した画像データと、該画像データを取得するシャッタタイミングを前記基地通信部に送信し、
前記演算装置は、クロック信号発生部を有し、受信した前記画像データ、前記測定結果をそれぞれ前記シャッタタイミング、前記測定タイミングに基づきクロック信号に関連付け、クロック信号に基づき時系列のデータとして前記記憶部に保存し、
前記演算装置は、前記記憶部に保存された前記画像データの前記シャッタタイミングに基づき該シャッタタイミングに対し時間的に前後する前記測定結果を選択し、該前後する測定結果、測定タイミング及び前記シャッタタイミングに基づき前記画像データの取得位置を特定することを特徴とする航空写真システム。

【請求項2】

前記再帰反射体は錐形状を有するプリズムであり、該再帰反射体は下方に向けて設けられ、該再帰反射体下方の全範囲から入射される光を再帰反射する光学特性を有する請求項１に記載の航空写真システム。

【請求項3】

前記飛行体は方位センサを具備し、前記再帰反射体と前記カメラとの既知の関係と、前記方位センサで検出された前記飛行体の向きとに基づき、前記再帰反射体の測定結果をカメラの位置に補正する様構成した請求項１に記載の航空写真システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は小型飛行体に写真測量用カメラが設けられた航空写真システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｉｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ：無人飛行体）の進歩に伴い、ＵＡＶに写真測量用カメラを搭載し、ＵＡＶを用いた写真測量が発展している。

【0003】

通常、ＵＡＶは、推進方向に機体を傾けて飛行するが、ＵＡＶの機体の傾きは推進速度や風の影響を受け易く、傾きの安定性が悪い。一方、航空写真測量は鉛直下方の画像を高精細に撮影する必要があり、カメラの傾きの安定性が要求される。

【0004】

又、航空写真測量では撮影した航空写真を対地標定（絶対標定）する為、撮影地点の地上座標が必要である。従来、ＵＡＶの地上座標を求める方法としては、ＵＡＶにＧＰＳ装置を搭載し、ＧＰＳ装置によりＵＡＶの地上座標を求めている。

【0005】

ところが、ＧＰＳ装置は、衛星からの電波を利用して地上座標を求めているので、電波を受信できない場所、例えばトンネルの中、高層ビルが林立する市街地等ではＧＰＳ装置ではＵＡＶの地上座標を求めることができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平８−２８５５８８号公報

【特許文献2】特開２０１０−３８８２２号公報

【特許文献3】特開２００６−１０３７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は斯かる実情に鑑み、小型飛行体の姿勢がどの様に変化しても、安定して鉛直下方の画像を撮影可能である航空写真システムを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、遠隔操縦可能な飛行体と、該飛行体にジンバルを介して任意の方向に傾斜自在に支持されたカメラと、該カメラと一体に傾斜し、該カメラと既知の関係に設けられ、測定対象としての再帰反射体と、該再帰反射体を追尾し、該再帰反射体の位置を測定するトータルステーションを具備する航空写真システムに係るものである。

【0009】

又本発明は、前記カメラは支持部材を介してジンバルに取付けられ、前記カメラは前記支持部材の上端、下端の少なくとも一方に設けられた航空写真システムに係るものである。

【0010】

又本発明は、演算装置、記憶部、基地通信部を有する地上基地が設けられ、該地上基地には前記トータルステーションから測定結果が送信され、又前記飛行体が飛行体通信部を具備し、該飛行体通信部と前記基地通信部との間で無線通信可能とし、前記飛行体通信部は前記カメラで撮影した画像データと、該画像データを取得するシャッタタイミング情報を前記基地通信部に送信し、前記演算装置は受信したシャッタタイミング情報に合致する時刻の測定結果を取得し、該測定結果に基づき撮影位置を特定する航空写真システムに係るものである。

【0011】

又本発明は、前記再帰反射体は下方に向けて設けられ、該再帰反射体下方の全範囲から入射される光を再帰反射する光学特性を有する航空写真システムに係るものである。

【0012】

更に又本発明は、前記飛行体は方位センサを具備し、前記再帰反射体と前記カメラとの既知の関係と、前記方位センサで検出された前記飛行体の向きとに基づき、前記測定結果をカメラの位置に補正する様構成した航空写真システムに係るものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、遠隔操縦可能な飛行体と、該飛行体にジンバルを介して任意の方向に傾斜自在に支持されたカメラと、該カメラと一体に傾斜し、該カメラと既知の関係に設けられ、測定対象としての再帰反射体と、該再帰反射体を追尾し、該再帰反射体の位置を測定するトータルステーションを具備するので、小型飛行体の姿勢がどの様に変化しても、安定して画像を撮影可能であり、更に衛星からの電波を受信できない環境でも小型飛行体の地上座標を測定でき、航空写真測量を可能とする。

【0014】

又本発明によれば、前記カメラは支持部材を介してジンバルに取付けられ、前記カメラは前記支持部材の上端、下端の少なくとも一方に設けられたので、鉛直下方、鉛直上方の少なくとも一方の画像が容易に取得できる。

【0015】

又本発明によれば、演算装置、記憶部、基地通信部を有する地上基地が設けられ、該地上基地には前記トータルステーションから測定結果が送信され、又前記飛行体が飛行体通信部を具備し、該飛行体通信部と前記基地通信部との間で無線通信可能とし、前記飛行体通信部は前記カメラで撮影した画像データと、該画像データを取得するシャッタタイミング情報を前記基地通信部に送信し、前記演算装置は受信したシャッタタイミング情報に合致する時刻の測定結果を取得し、該測定結果に基づき撮影位置を特定するので、確実に撮影地点の位置が特定でき、而もトータルステーションによる位置測定であるので、高精度に撮影位置の特定ができ、高精度の写真測量が可能となる。

【0016】

又本発明によれば、前記再帰反射体は下方に向けて設けられ、該再帰反射体下方の全範囲から入射される光を再帰反射する光学特性を有するので、前記トータルステーションによる全方向の追尾が可能であり、広範囲で制約を受けることなく飛行体による写真測量が可能となる。

【0017】

更に又本発明によれば、前記飛行体は方位センサを具備し、前記再帰反射体と前記カメラとの既知の関係と、前記方位センサで検出された前記飛行体の向きとに基づき、前記測定結果をカメラの位置に補正する様構成したので、前記プリズムと前記カメラのずれが測定誤差として生じる高精度の測定にも精度を低下させること無く対応が可能であるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施例に係る航空写真システムを示す構成図である。

【図2】本実施例に係る航空写真装置の斜視図である。

【図3】該航空写真装置の断面図である。

【図4】航空写真装置の制御系の構成図である。

【図5】航空写真装置、地上基地、遠隔操縦機の関連を示す図である。

【図6】飛行体の飛行状態を示す説明図である。

【図7】撮影時刻に於ける撮影位置を求めるタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

【0020】

先ず、図１により、本実施例に係る航空写真システム１について説明する。

【0021】

該航空写真システム１は、主に航空写真装置２、トータルステーション（ＴＳ）３、地上基地４、遠隔操縦機５から構成される。

【0022】

前記航空写真装置２は、主に飛行体（後述）にジンバル機構を介して鉛直に支持された支持部材としてのシャフト６と、該シャフト６の下端、上端にそれぞれ設けられた下カメラ７、上カメラ８と、前記シャフト６の下端に設けられ、前記下カメラ７と一体化された再帰反射体としてのプリズム９と、前記地上基地４との間で通信を行う飛行体通信部１１とを具備している。尚、前記下カメラ７、前記上カメラ８の光軸は、前記シャフト６の軸心と合致し、常に鉛直となる様に設けられている。前記プリズム９の光軸も鉛直となる様に設定され、更に該プリズム９と前記下カメラ７、前記上カメラ８との位置関係も既知となっている。尚、前記下カメラ７、前記上カメラ８及び前記プリズム９の光軸が鉛直になる様支持されればよく、前記シャフト６の軸心は必ずしも鉛直でなくてもよい。

【0023】

前記プリズム９は下方に向けて設けられ、該プリズム９下方全範囲から入射される光を再帰反射する光学特性を有している。又、前記プリズム９の代りに反射シールを前記シャフト６の所定位置に設けてもよい。

【0024】

前記トータルステーション３は既知点に設けられ、前記プリズム９を追尾しつつ、該プリズム９の３次元座標を測定する。前記トータルステーション３は前記地上基地４と有線或は無線により電気的に接続され、測定された３次元座標は座標データとして前記地上基地４に入力される。

【0025】

前記地上基地４は、例えばＰＣであり、演算機能を有する演算装置、データ、プログラムを格納する記憶部、更に基地通信部１２を有し、該基地通信部１２と前記飛行体通信部１１との間で無線通信が可能となっている。

【0026】

前記遠隔操縦機５は、前記航空写真装置２の飛行を遠隔操作するものであり、又前記下カメラ７、前記上カメラ８のシャッタを遠隔操作可能となっている。

【0027】

前記航空写真システム１の作動の概略を説明する。

【0028】

前記遠隔操縦機５により、前記航空写真装置２を遠隔操作により予定している飛行コースを飛行させる。前記航空写真装置２が飛行中、前記トータルステーション３が前記プリズム９を追尾し、該プリズム９の３次元座標をリアルタイムで測定する。

【0029】

前記航空写真装置２の前記下カメラ７、前記上カメラ８は所定時間間隔で写真測量用の静止画像を撮影する様に設定される。静止画像は静止画像データとして前記地上基地４に送信され、又静止画像を撮影したタイミング（撮影時刻）が前記地上基地４に送信される。

【0030】

該地上基地４は、前記基地通信部１２を介して静止画像データ、該静止画像データを取得した撮影時刻を受信する。静止画像データ、撮影時刻は記憶部に格納される。又前記地上基地４は、前記トータルステーション３からの測定結果を受信し、前記撮影時刻の３次元座標を取得し、該３次元座標と前記静止画像とを関連付ける。尚、静止画像は前記航空写真装置２に格納されてもよい。この場合は、静止画像は撮影時刻と関連付けられ、飛行後前記地上基地４に於いて撮影時刻に基づき前記静止画像と前記３次元座標とを関連付けてもよい。

【0031】

前記下カメラ７、前記上カメラ８による静止画像の撮影は、前記遠隔操縦機５によりマニュアルで実行してもよい。この場合も、撮影時刻は前記航空写真装置２から前記地上基地４に送信される。

【0032】

前記下カメラ７、前記上カメラ８の内どちらにより撮影を実行するかは、測定対象物に応じて適宜選択される。例えば、農作物、或は地表の構造物等が測定対象物である場合は、前記下カメラ７により鉛直下方の撮影を行い、橋桁、或はトンネルの天井が測定対象物の場合は、前記上カメラ８により鉛直上方の撮影が行われる。更に、橋桁、或はトンネルの天井等の測定では、前記下カメラ７及び前記上カメラ８により鉛直下方、鉛直上方を同時に撮影してもよい。

【0033】

前記下カメラ７、前記上カメラ８により静止画像が取得されると共に前記トータルステーション３により、静止画像を撮影した時点の前記プリズム９の３次元座標（地上座標）が測定される。測定された３次元座標は座標データとして前記地上基地４に送信される。

【0034】

前記下カメラ７、前記上カメラ８と前記プリズム９とは既知の値だけ離れているが、測定精度が要求されない場合は、前記プリズム９の位置が前記下カメラ７、前記上カメラ８の位置とされる。又、精度が要求される場合は、前記地上基地４に於いて、前記下カメラ７、前記上カメラ８と前記プリズム９との既知の関係から、又方位センサ２９（後述）が検出する飛行体１５（後述）の方向から該プリズム９の位置に基づき、前記下カメラ７、前記上カメラ８の位置が求められる。

【0035】

２地点での静止画像が撮影され、２つの撮影地点の座標が測定されると、２地点間の距離（基線長）が求められる。而して、写真測量に必要な２つの静止画像の撮影地点の座標と基線長が求められる。更に、静止画像の撮影地点の座標は、前記トータルステーション３で測定されるので高精度であり、高精度の写真測量が可能となる。

【0036】

次に、図２、図３に於いて、前記航空写真装置２について説明する。

【0037】

前記飛行体１５は、放射状に延出する複数で且つ偶数のプロペラフレーム１７を有し、各プロペラフレーム１７の先端にプロペラユニットが設けられる。該プロペラユニットは、前記プロペラフレーム１７の先端に取付けられたプロペラモータ１８と、該プロペラモータ１８の出力軸に取付けられたプロペラ１９により構成される。前記プロペラモータ１８により前記プロペラ１９が回転され、前記飛行体１５が飛行する様になっている。

【0038】

前記飛行体１５は中心に、中空円筒状の主フレーム２１を有し、該主フレーム２１の上端には外方に向って延出する外フランジ２２、下端には中心に向って延出する内フランジ２３が設けられている。該内フランジ２３の中心部には、円形の孔２４が形成される。

【0039】

前記プロペラフレーム１７は棒状であり、前記主フレーム２１の軸心と直交する平面内に配設され、水平方向に等角度間隔で所定数（少なくとも４本、好ましくは８本、図示では８本（１７ａ〜１７ｈ）を示している）設けられている。前記プロペラフレーム１７の内端部は、前記主フレーム２１を貫通すると共に前記外フランジ２２に固着されている。

【0040】

前記主フレーム２１を上下に貫通する様に前記シャフト６が設けられ、該シャフト６はジンバル２５により鉛直となる様に支持され、該ジンバル２５は防振部材２６を介して前記内フランジ２３に設けられている。

【0041】

前記ジンバル２５は直交する２方向の揺動軸２７ａ，２７ｂを有し、前記シャフト６を直交する２方向に揺動自在に支持する。前記防振部材２６は、前記プロペラモータ１８、前記プロペラ１９が回転した際の振動を吸収し、振動が前記シャフト６に伝達されない様にしている。

【0042】

傾斜センサ２８は前記シャフト６の下端に設けられ、前記飛行体１５の加速度の変化により生じる急なジンバル２５の傾きを検出する。又、傾斜センサ２８は前記シャフト６が鉛直に対して傾斜した場合、鉛直線と前記シャフト６の軸心との角度を検出するものであり、前記傾斜センサ２８の検出結果は後述する制御装置３５（図４参照）に送出される。

【0043】

方位センサ２９が前記主フレーム２１の所要位置に設けられ、該方位センサ２９は前記飛行体１５の向きを検出する。該飛行体１５の向きとしては、例えば、シャフト６の軸心と前記プリズム９の光軸を含む平面に対して垂直な方向を前後方向とする。

【0044】

前記シャフト６の下端には制御ボックス３１が設けられる。該制御ボックス３１の内部には、前記制御装置３５（図４参照）が収納されている。前記制御ボックス３１の下面に前記下カメラ７が設けられ、該下カメラ７に対し既知の距離Ｌ、離反した位置にプリズム支柱３２が垂設され、該プリズム支柱３２の下端に前記プリズム９が設けられる。

【0045】

前記シャフト６の上端には、前記上カメラ８が設けられている。該上カメラ８の光軸、前記下カメラ７の光軸は前記シャフト６の軸心と一致しており、又前記プリズム９の光軸は前記シャフト６の軸心と平行となっている。前記下カメラ７は鉛直下方を撮影し、前記上カメラ８は鉛直上方を撮影する。

【0046】

前記制御ボックス３１、前記下カメラ７、前記プリズム９等は、バランスウェイトとして機能し、前記シャフト６に外力が作用しない状態、即ち、フリーの状態では前記シャフト６は鉛直な状態となる様に前記制御ボックス３１、前記下カメラ７、前記プリズム９の重量バランスが設定されている。

【0047】

前記制御ボックス３１、前記下カメラ７、前記プリズム９等の、バランスウェイト機能で、前記シャフト６を鉛直に充分保持できる場合は特に設けなくてもよいが、前記シャフト６を鉛直姿勢に安定に保持する為、前記シャフト６が急激に傾斜した場合（前記飛行体１５の姿勢が急激に変化した場合）に、迅速に鉛直状態に復帰できる様、バランス補助部材を設けてもよい。

【0048】

以下の例では、バランス補助部材としてダンパバネ１６を設けた場合を説明する。

【0049】

前記プロペラフレーム１７と前記シャフト６との間には、前記ダンパバネ１６が掛渡される。該ダンパバネ１６は少なくとも３本、好ましくは４本設けられ、前記ダンパバネ１６は前記揺動軸２７ａ，２７ｂと平行に延出する前記プロペラフレーム１７と前記シャフト６との間に設けられることが好ましい。

【0050】

又、４本の前記ダンパバネ１６は、それぞれ前記シャフト６と前記プロペラフレーム１７間に張力を作用させており、前記飛行体１５が水平姿勢（前記プロペラフレーム１７が水平な状態）で、張力のバランスにより前記シャフト６が鉛直状態を保つ様に設定されている。又、前記ダンパバネ１６の張力、バネ定数は小さく設定されており、前記飛行体１５が傾いた場合に、重力の作用で前記シャフト６が鉛直方向に向く様になっている。

【0051】

前記ダンパバネ１６は、前記シャフト６を鉛直な状態に付勢する付勢手段であり、前記シャフト６が揺動、振動した場合に、迅速に鉛直状態に復帰させるものであり、振動を減衰させるものである。又、付勢手段としては、上記したダンパバネ１６の他に前記ジンバル２５の揺動軸２７ａ，２７ｂが回転した場合に、復帰方向に回転させる捩りコイルバネとしてもよい。

【0052】

前記航空写真装置２の制御系を、図４を参照して説明する。

【0053】

前記制御ボックス３１の内部に前記制御装置３５が収納される。

【0054】

該制御装置３５は、主に制御演算部３６、クロック信号発生部３７、記憶部３８、撮像制御部３９、飛行制御部４１、ジャイロユニット４２、モータドライバ部４３、飛行体通信部１１を具備している。

【0055】

前記下カメラ７、前記上カメラ８の撮影は、前記撮像制御部３９によって制御され、又前記下カメラ７、前記上カメラ８によって撮影された画像は、画像データとして前記撮像制御部３９に入力される。

【0056】

前記下カメラ７、前記上カメラ８としては、デジタルカメラが用いられ、静止画像が撮影できると共に動画像も撮影できる様になっている。又、撮像素子として、画素の集合体であるＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等が用いられ、各画素は撮像素子内での位置が特定できる様になっている。上記した様に、前記下カメラ７と前記上カメラ８の光軸は、前記シャフト６の軸心と合致しており、前記プリズム９の光軸は前記シャフト６の軸心と平行となっている。又、前記プリズム９の光軸と前記下カメラ７の光軸とは既知の位置関係となっている。

【0057】

前記記憶部３８には、プログラム格納部とデータ格納部とが形成される。該プログラム格納部には前記下カメラ７、前記上カメラ８の撮影を制御する為の撮影プログラム、前記プロペラモータ１８を駆動制御する為の飛行制御プログラム、取得したデータを前記地上基地４に送信し、又前記遠隔操縦機５からの飛行指令等を受信する為の通信プログラム、前記下カメラ７、前記上カメラ８で取得したデータを処理して格納する為のデータ処理プログラム、動画像を用いてトラッキングする為の画像トラッキングプログラム等のプログラムが格納されている。

【0058】

前記データ格納部には、前記下カメラ７、前記上カメラ８で取得した静止画像データ、動画像データ等が格納される。

【0059】

前記撮像制御部３９は、前記制御演算部３６から発せられる制御信号に基づき前記下カメラ７、前記上カメラ８の撮像に関する制御を行う。制御の態様としては、測定対象物に応じて使用するカメラの選定、前記下カメラ７、前記上カメラ８の同期制御、動画像を取得中、所定時間間隔で静止画像を取得する制御等であり、又前記下カメラ７、前記上カメラ８については前記クロック信号発生部３７から発せられるクロック信号に基づき撮影時期が制御され、或は同期制御される。

【0060】

前記方位センサ２９は前記飛行体１５の向きを検出し、検出結果を前記制御演算部３６に入力し、前記ジャイロユニット４２は前記飛行体１５の飛行状態での姿勢を検出し、検出結果を前記制御演算部３６に入力する。

【0061】

前記飛行体通信部１１は、前記遠隔操縦機５で前記飛行体１５の飛行が遠隔操作される場合に、前記遠隔操縦機５からの操縦信号を受信し、操縦信号を前記制御演算部３６に入力する。或は、前記下カメラ７、前記上カメラ８で撮影した画像データを地上側の前記地上基地４に送信する等の機能を有する。

【0062】

前記制御演算部３６は、前記記憶部３８に格納された所要のプログラムに基づき画像取得する為に必要な制御を実行する。又、前記制御演算部３６は、前記操縦信号及び前記ジャイロユニット４２の検出結果に基づき、飛行に関する制御信号を演算し、前記飛行制御部４１に出力する。

【0063】

該飛行制御部４１は、前記制御演算部３６から飛行に関する制御信号が入力されると、該制御信号に基づき前記モータドライバ部４３を介して前記プロペラモータ１８を所要の状態に駆動する。

【0064】

図５は、前記航空写真装置２、前記トータルステーション３、前記地上基地４、前記遠隔操縦機５の関連を示す図である。

【0065】

前記地上基地４は、前記基地通信部１２、演算装置４４、基地記憶部４５を具備している。

【0066】

前記基地通信部１２は、前記航空写真装置２、前記トータルステーション３間の通信を行う。前記基地通信部１２は、前記航空写真装置２からの画像データ、画像データを撮影した時点のシャッタタイミング情報を受信し、又前記トータルステーション３からの座標データを受信する。前記演算装置４４は、クロック信号発生部を有し、受信した画像データ、シャッタタイミング情報、座標データをクロック信号に関連付け、クロック信号に基づき時系列のデータとして処理し、前記基地記憶部４５に保存する。

【0067】

該基地記憶部４５には、画像データ、座標データを格納する格納領域を具備すると共に写真測量に必要な演算プログラム、前記基地通信部１２と前記飛行体通信部１１間で通信を行う為の通信プログラム、シャッタタイミング、測量データに基づき静止画像を取得した撮影位置を演算するプログラム等のプログラムが格納されている。

【0068】

以下、本実施例に係る前記航空写真装置２の作動について説明する。

【0069】

前記飛行体１５の飛行を制御する場合、２つのプロペラモータ１８を１組としてプロペラの駆動を制御する。例えば、プロペラモータ１８ａ，１８ｂ、プロペラモータ１８ｃ，１８ｄ、プロペラモータ１８ｅ，１８ｆ、プロペラモータ１８ｇ，１８ｈをそれぞれ１組として、プロペラ１９ａ，１９ｂ、プロペラ１９ｃ，１９ｄ、プロペラ１９ｅ，１９ｆ、プロペラ１９ｇ，１９ｈの回転駆動を個別に制御する。

【0070】

例えば、前記プロペラモータ１８ａ〜１８ｈを均等に駆動し、前記プロペラ１９ａ〜１９ｈの回転による推力を同じに制御すれば、前記飛行体１５は垂直に上昇する。

【0071】

又、水平方向に飛行（移動）させる場合、例えば図６に示される様に、図中左方に移動させる場合は、前記プロペラモータ１８ｅ，１８ｆを増速回転させ、前記プロペラ１９ｅ，１９ｆの推力を、前記プロペラ１９ａ，１９ｂより増大させると、前記飛行体１５が傾斜し、推力は斜め下方に作用するので、水平分力が発生して前記飛行体１５が水平方向に移動する。

【0072】

前記飛行体１５が傾斜した状態でも、重力の作用によって前記シャフト６は鉛直を維持する。従って、前記下カメラ７、前記上カメラ８の光軸も鉛直状態を維持し、同時に前記プリズム９の光軸も鉛直を維持する。前記下カメラ７は鉛直下方の画像を取得し、前記上カメラ８は鉛直上方の画像を取得する。尚、ここでは、前記下カメラ７により下方の画像が取得される場合を説明する。

【0073】

前記トータルステーション３は、前記プリズム９を視準し、又追尾しつつ該プリズム９の位置（３次元座標）をリアルタイムで測定する。

【0074】

前記航空写真装置２は前記遠隔操縦機５により操縦され、該航空写真装置２の飛行中、前記下カメラ７により動画像撮影しつつ、所要時間間隔で静止画像を取得する。尚、静止画像を撮影する時間間隔、撮影時期については、予めプログラムしておいてもよく、或は前記遠隔操縦機５により静止画像の撮影地点を選択し、撮影の指令を発してもよい。尚、以下は、予めプログラムされた時間間隔で静止画像を撮影する場合を説明する。

【0075】

前記制御演算部３６は前記撮像制御部３９に前記下カメラ７の撮影に関する制御指令を発する。前記撮像制御部３９は、制御指令に基づき、前記下カメラ７にシャッタ信号を発する。前記下カメラ７は、シャッタ信号に基づき静止画像を撮影する。又、前記撮像制御部３９からのシャッタ信号は前記飛行体通信部１１を介して前記地上基地４に送信され、該地上基地４に於いて静止画像毎の撮影時刻が記録される。

【0076】

更に、シャッタ時刻を受信した際の、前記プリズム９の前記トータルステーション３による測定結果が取得され、静止画像を取得した位置（３次元位置）が特定される。

【0077】

又、前記下カメラ７と前記プリズム９との位置関係は既知で、且つ固定されている。更に、前記方位センサ２９によって前記飛行体１５の向きが検出されるので、既知の位置関係と前記飛行体１５の向きから測定値を補正することができ、補正により前記下カメラ７の３次元位置、即ち該下カメラ７の撮影位置を求めることができる。

【0078】

次に、隣接する２地点で撮影した静止画像により写真測量を実行する為には、２地点での２つの画像の相互標定を行う必要があり、相互標定を実行する為には、２つの静止画像間で共通する少なくとも５の特徴点を決定する必要がある。

【0079】

特徴点を設定するには、最初の画像からエッジ処理等の画像処理を行い特徴点を抽出し、動画像トラッキングにより次の静止画像中に共通する特徴点を特定する。

【0080】

尚、動画像トラッキングについては特許文献３に記載されている。

【0081】

相互標定後、前記撮影地点の３次元座標に基づき絶対標定が行われることで写真測量が行われる。

【0082】

尚、写真測量については、静止画像データが前記地上基地４に送信される度に、リアルタイムで実行してもよく、或は飛行完了迄の静止画像データ、測量データを前記地上基地４で保存し、飛行後静止画像データ、測量データに基づき写真測量を実行してもよい。

【0083】

上記した様に、静止画像撮影位置は前記トータルステーション３により測定されるので、高精度であり、更に、衛星の電波が届かない環境でも前記航空写真装置２による写真測量が可能となる。

【0084】

上記説明では、前記トータルステーション３により前記プリズム９の位置がリアルタイムで測定され、静止画像撮影位置をシャッタタイミングと同期させて取得したが、前記トータルステーション３が所定時間間隔で距離測定のデータを取得する場合を説明する。

【0085】

前記航空写真装置２による撮影タイミング（シャッタタイミング）と前記トータルステーション３が座標データを取得するタイミングが必ずしも一致していない場合がある。

【0086】

図７は、撮影タイミングと測量データを取得するがタイミング同期していない場合の撮影位置の３次元座標を取得する方法を示している。

【0087】

前記下カメラ７による撮影がＩ１の時間間隔で実行され、前記トータルステーション３による測量結果がＩ２（Ｉ２＜Ｉ１）の時間間隔で実行されたとすると、撮影時刻と合致して測定結果が取得されることは殆どない。

【0088】

前記航空写真装置２からのシャッタタイミングを受信すると、クロック信号４７からシャッタタイミングの時間が分る。又、Ｉ２の時間間隔で測量結果が取得されており、各測量結果が取得された時間もクロック信号４７から特定できる。

【0089】

前記シャッタタイミングｓ（時間ｔｓ）に対し時間的に前後に位置する測定結果ｄ１，ｄ２を選択し、クロック信号４７から各測定結果ｄ１，ｄ２を測定した時の時間（ｔ１，ｔ２）を特定する。

【0090】

時間ｔｓと時間ｔ１，ｔ２の関係を用いて、前記測定結果ｄ１，ｄ２の前記シャッタタイミングｓに於ける測定値を内挿により求めることができる。

【0091】

而して、撮影タイミングと測定タイミングとが同期していなくても、正確な位置測定が行える。

【0092】

尚、上記説明では、前記シャフト６の下端、上端にそれぞれ前記下カメラ７、前記上カメラ８を設けたがいずれか一方を省略してもよい。更に、前記下カメラ７を省略する場合は、前記シャフト６の下端に前記プリズム９を設けてもよい。該プリズム９を前記シャフト６の下端に設ける場合は、前記上カメラ８と前記プリズム９の光軸が合致するので、前記トータルステーション３による測定結果を補正する必要がなくなる。

【0093】

又、前記シャフト６は、重力の作用で鉛直方向に向く様、前記ジンバル２５により支持されたが、前記揺動軸２７ａ，２７ｂ（図３参照）にそれぞれモータを連結し、前記傾斜センサ２８からの傾斜信号に基づき強制的に前記揺動軸２７ａ，２７ｂを傾きとは逆方向に回転し、鉛直状態を維持する様に構成してもよい。

【符号の説明】

【0094】

１ 航空写真システム
２ 航空写真装置
３ トータルステーション
４ 地上基地
５ 遠隔操縦機
７ 下カメラ
８ 上カメラ
９ プリズム
１１ 飛行体通信部
１２ 基地通信部
１５ 飛行体
１８ プロペラモータ
２５ ジンバル
２６ 防振部材
２８ 傾斜センサ
２９ 方位センサ
３１ 制御ボックス
３６ 制御演算部
３７ クロック信号発生部
３８ 記憶部
３９ 撮像制御部
４１ 飛行制御部
４２ ジャイロユニット
４４ 演算装置
４５ 基地記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】