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(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】6796975
(24)【登録日】2020年11月19日
(45)【発行日】2020年12月9日
(54)【発明の名称】ＵＡＶ測定装置及びＵＡＶ測定システム
(51)【国際特許分類】
G01C 7/04 20060101AFI20201130BHJP
G01C 15/00 20060101ALI20201130BHJP
B64C 39/02 20060101ALI20201130BHJP
B64D 47/08 20060101ALI20201130BHJP
【ＦＩ】
G01C7/04
G01C15/00 103A
B64C39/02
B64D47/08
【請求項の数】5
【全頁数】22
(21)【出願番号】特願2016-181502(P2016-181502)
(22)【出願日】2016年9月16日
(65)【公開番号】特開2018-44913(P2018-44913A)
(43)【公開日】2018年3月22日
【審査請求日】2019年7月3日
(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】熊谷 薫
【審査官】
仲野 一秀
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１１−１５８２７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１６−１５１４２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−８７３０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−５８２５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特許第３００１８６６（ＪＰ，Ｂ２）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｃ １／００−１／１４
５／００−１５／１４
Ｇ０１Ｃ ３／００−３／３２
Ｇ０１Ｓ ７／４８−７／５１
１７／００−１７／９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
飛行体と、該飛行体に搭載され、略鉛直下方に延出する基準光軸を中心に２次元スキャンするレーザスキャナと、前記基準光軸と平行な撮像光軸を有する撮像ユニットと、制御演算部とを有し、該制御演算部は、前記レーザスキャナによる前記２次元スキャンと前記撮像ユニットによる撮像を同期させ、前記２次元スキャンにより取得したスキャン軌跡を取得した画像に対応付け、重複部分を有する複数の画像とそのスキャン軌跡を用い、スキャン軌跡の互いに交差する点を連結点とし、画像とスキャン軌跡とを連結する様構成したＵＡＶ測定装置。
【請求項2】
飛行体と、該飛行体に搭載され、略鉛直下方に延出する基準光軸を中心に２次元スキャンするレーザスキャナと、前記基準光軸と平行な撮像光軸を有する撮像ユニットと、制御演算部とを有し、該制御演算部は、前記レーザスキャナによる前記２次元スキャンと前記撮像ユニットによる撮像を同期させ、前記２次元スキャンにより取得したスキャン軌跡を取得した画像に対応付け、経時的に取得した前画像と後画像とを画像マッチングし、前画像に含まれるスキャン軌跡の情報を後画像の対応する部分に引継ぐことを繰返し、前記スキャン軌跡の情報を一つの画像に集約する様構成したＵＡＶ測定装置。
【請求項3】
飛行体と、該飛行体に搭載され、略鉛直下方に延出する基準光軸を中心に２次元スキャンするレーザスキャナと、前記基準光軸と平行な撮像光軸を有する撮像ユニットと、制御演算部と、鉛直に対する傾斜角を検出する姿勢検出器とを有し、該姿勢検出器は前記基準光軸の鉛直に対する傾斜角を検出し、前記撮像ユニットはスキャン軌跡の情報が集約された２つの画像を、重複部分が存在する様に取得し、前記制御演算部は、前記レーザスキャナによる前記２次元スキャンと前記撮像ユニットによる撮像を同期させ、前記２次元スキャンにより取得した前記スキャン軌跡を取得した画像に対応付け、前記２つの画像を前記姿勢検出器で検出された傾斜角に基づき前記レーザスキャナで取得されるスキャンデータを補正し、又取得した前記２つの画像を水平画像に補正し、前記重複部分に共通して存在するスキャン軌跡に基づき前記２つの画像を画像マッチングし、詳細な３次元地図を作製する様構成したＵＡＶ測定装置。
【請求項4】
前記２次元スキャンは閉ループである請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載のＵＡＶ測定装置。
【請求項5】
請求項１〜請求項４のうちいずれか１つのＵＡＶ測定装置と、既知の位置に設置されたトータルステーションとを具備し、前記ＵＡＶ測定装置は、前記レーザスキャナの基準位置と所定の関係に設けられたプリズムを有し、前記トータルステーションは前記プリズムを追尾しつつ、該プリズムを測定し、前記トータルステーションの測距結果に基づき、前記ＵＡＶ測定装置による測定結果を地上座標系の３次元データに変換するＵＡＶ測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無人飛行体（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）にレーザスキャナ、或はカメラを搭載し、地表面の形状を測定するＵＡＶ測定装置及びＵＡＶ測定システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、ＵＡＶにレーザスキャナ或はカメラを搭載して測量する方法が普及し始めている。
【0003】
ＵＡＶにレーザスキャナを搭載したＵＡＶ測定システムでは、ＵＡＶの位置をＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）等により測定し、レーザスキャナにより飛行方向と直交して直線状に地表面を往復スキャンし、地表面迄の距離、角度を測定し、地表面の形状を測定するものである。
【0004】
レーザスキャナを用いたＵＡＶ測定システムでは、ＵＡＶの飛行方向が略一定した方向が前提であり、スキャン方向の回転や傾きはＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）を用いて測定し、ＩＭＵの測定結果に基づきスキャンデータを整列して地表面の形状を得ている。これに用いるＩＭＵは高精度が要求され、この為、高価なＩＭＵが用いられている。
【0005】
一方、ＵＡＶにカメラを搭載したＵＡＶ測定システムでは、飛行中にカメラによりオーバラップ６０％以上になる様に地表を撮影し、撮影された画像を用い、写真測量により地表面の形状を測定している。
【0006】
写真測量では標定作業により画像同士の傾きや回転を求め、対地標定を行うことで地表面の形状を得ていた。画像同士の標定作業は煩雑な作業であり、精度を得る為には熟練が要求されていた。
【0007】
又、ＵＡＶにレーザスキャナとカメラを搭載し、レーザスキャナによる地表測定と、写真測量の併用を行うＵＡＶ測定システムもあるが、このシステムは大きな相乗効果が得られなく一般化されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２０１６−１５１４２２号公報
【特許文献2】特開２０１６−１５１４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、３次元データ付の画像を簡単に取得可能なＵＡＶ測定装置及びＵＡＶ測定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】
【0010】
本発明は、飛行体と、該飛行体に搭載され、略鉛直下方に延出する基準光軸を中心に２次元スキャンするレーザスキャナと、前記基準光軸と平行な撮像光軸を有する撮像ユニットと、制御演算部とを有し、該制御演算部は、前記レーザスキャナによる前記２次元スキャンと前記撮像ユニットによる撮像を同期させ、前記２次元スキャンにより取得したスキャン軌跡を取得した画像に対応付ける様構成したＵＡＶ測定装置に係るものである。
【0011】
又本発明は、前記２次元スキャンは閉ループであるＵＡＶ測定装置に係るものである。
【0012】
又本発明は、重複部分を有する複数の画像とそのスキャン軌跡を用い、スキャン軌跡の互いに交差する点を連結点とし、画像とスキャン軌跡とを連結するＵＡＶ測定装置に係るものである。
【0013】
又本発明は、経時的に取得した前画像と後画像とを画像マッチングし、前画像に含まれるスキャン軌跡の情報を後画像の対応する部分に引継ぐことを繰返し、前記スキャン軌跡の情報を一つの画像に集約するＵＡＶ測定装置に係るものである。
【0014】
又本発明は、鉛直に対する傾斜角を検出する姿勢検出器を更に具備し、該姿勢検出器は前記基準光軸の鉛直に対する傾斜角を検出し、前記制御演算部は、検出された傾斜角に基づき前記レーザスキャナで取得されるスキャンデータを補正し、又取得した画像を水平画像に補正するＵＡＶ測定装置に係るものである。
【0015】
又本発明は、前記スキャン軌跡の情報が集約された２つの画像を、重複部分が存在する様に取得し、前記２つの画像を前記姿勢検出器の検出結果に基づき水平画像に補正すると共に前記重複部分に共通して存在するスキャン軌跡に基づき前記２つの画像を画像マッチングし、詳細な３次元地図を作製するＵＡＶ測定装置に係るものである。
【0016】
更に又本発明は、上記のＵＡＶ測定装置と、既知の位置に設置されたトータルステーションとを具備し、前記ＵＡＶ測定装置は、前記レーザスキャナの基準位置と所定の関係に設けられたプリズムを有し、前記トータルステーションは前記プリズムを追尾しつつ、該プリズムを測定し、前記トータルステーションの測距結果に基づき、前記ＵＡＶ測定装置による測定結果を地上座標系の３次元データに変換するＵＡＶ測定システムに係るものである。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、飛行体と、該飛行体に搭載され、略鉛直下方に延出する基準光軸を中心に２次元スキャンするレーザスキャナと、前記基準光軸と平行な撮像光軸を有する撮像ユニットと、制御演算部とを有し、該制御演算部は、前記レーザスキャナによる前記２次元スキャンと前記撮像ユニットによる撮像を同期させ、前記２次元スキャンにより取得したスキャン軌跡を取得した画像に対応付ける様構成したので、３次元データ付の画像を簡単に取得することができる。
【0018】
又本発明によれば、上記のＵＡＶ測定装置と、既知の位置に設置されたトータルステーションとを具備し、前記ＵＡＶ測定装置は、前記レーザスキャナの基準位置と所定の関係に設けられたプリズムを有し、前記トータルステーションは前記プリズムを追尾しつつ、該プリズムを測定し、前記トータルステーションの測距結果に基づき、前記ＵＡＶ測定装置による測定結果を地上座標系の３次元データに変換するので、地上座標系の３次元データ付の画像を簡単に取得することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の実施例に係るシステム概要図である。
【図2】該実施例のＵＡＶ測定装置の概略図である。
【図3】該実施例の測定装置の概略構成図である。
【図4】該測定装置の下面図である。
【図5】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、該測定装置の光軸偏向ユニットの偏向作用を示す説明図である。
【図6】前記測定装置に含まれる姿勢検出器の平面図である。
【図7】該姿勢検出器の概略構成図である。
【図8】本実施例の測定状態を示す説明図である。
【図9】飛行体の飛行中に於ける測定状態を示す説明図である。
【図10】飛行中に取得した画像とスキャン軌跡との関係を示す図である。
【図11】経時的に取得する画像群と、画像中に順次引継がれるスキャンデータとの関係を示す説明図である。
【図12】写真測量する場合の２つの画像とスキャン軌跡との対応を示す説明図である。
【図13】スキャンパターンの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【0021】
先ず、図１により、本実施例に係るＵＡＶ測定システム１について説明する。
【0022】
該ＵＡＶ測定システム１は、主にＵＡＶ測定装置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。
【0023】
前記ＵＡＶ測定装置２は、主に飛行体１１と、該飛行体１１にジンバル機構を介して自在に傾動する様に設けられ測定基準点を有する測定装置１２、該測定装置１２と一体的に設けられた再帰反射体としてのプリズム１３とを具備している。
【0024】
前記トータルステーション３は既知点に設けられ、プリズムを測定対象物として測定を行うプリズム測定、自然物、構造物を測定対象物として測定を行うノンプリズム測定が可能であり、追尾機能を有する。プリズム測定をする場合、追尾機能によりプリズムを追尾しつつ、該プリズムの３次元座標を測定する。
【0025】
従って、前記トータルステーション３は、前記ＵＡＶ測定装置２が飛行中、前記プリズム１３を追尾しつつ、該プリズム１３の位置（即ち、前記測定基準点の位置、即ち前記飛行体１１の位置）を測定する。
【0026】
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（前記ＵＡＶ測定装置２の位置情報）として前記地上基地４に送信される。
【0027】
該地上基地４は、例えばＰＣであり、表示部、演算機能を有する演算装置、データ、プログラム類を格納する記憶部、更に基地通信部（後述）を有する。
【0028】
前記プログラムとしては、例えば、前記測定装置１２を飛行させる為の飛行条件、飛行コース等を設定した飛行計画プログラム、測定範囲、測定条件等を設定した測定プログラム等がある。
【0029】
前記基地通信部は、前記遠隔操縦機５と有線或は無線により通信が可能であり、前記地上基地４と前記遠隔操縦機５間でデータ（例えば、前記ＵＡＶ測定装置２の位置情報、該ＵＡＶ測定装置２の飛行制御データ等）の授受が可能となっている。
【0030】
前記遠隔操縦機５は、前記ＵＡＶ測定装置２の飛行を遠隔操作するものであり、前記遠隔操縦機５と前記ＵＡＶ測定装置２間で無線通信が可能であり、前記遠隔操縦機５により、前記ＵＡＶ測定装置２の飛行制御（飛行の遠隔操作）が行われる。
【0031】
前記遠隔操縦機５から、測定に関する指令が前記ＵＡＶ測定装置２に送信され、前記遠隔操縦機５は前記ＵＡＶ測定装置２から送信される測定データ、画像データを受信し、更に該測定データ、画像データは、前記遠隔操縦機５から前記地上基地４に送信される様になっている。
【0032】
尚、前記遠隔操縦機５は、作業者によって操作され、前記ＵＡＶ測定装置２を遠隔操作し、飛行制御、測定の実行、測定データ等の収集を行ってもよいし、遠隔操作用のプログラムによって前記遠隔操縦機５が操作され、飛行制御、測定の実行、測定データ等の収集を自動で行う様にしてもよい。
【0033】
又、前記地上基地４に前記測定装置１２と通信を行う、通信部を設け、前記地上基地４から直接前記測定装置１２と通信を行う様にし、前記遠隔操縦機５を省略してもよい。
【0034】
前記飛行体１１の安全管理の面で、飛行中の位置情報と該飛行体１１の飛行映像と前記トータルステーション３による視準映像とＵＡＶ状態情報（電力の消耗状態、制御系の各センサ情報）が無線で前記地上基地４に送信され、該地上基地４の表示部の画面上でモニタできる様にもなっている。
【0035】
前記ＵＡＶ測定装置２について、図２に於いて説明する。
【0036】
前記測定装置１２はジンバル機構１５を介して前記飛行体１１に自在に傾動する様設けられ、前記測定装置１２の基準光軸１４が略鉛直下方に向く様にモータ（図示せず）駆動されている。
【0037】
該飛行体１１は、放射状に延出する複数（好ましくは偶数）のプロペラフレーム１６を有し、各プロペラフレーム１６の先端にそれぞれプロペラユニット１７が設けられる。
【0038】
該プロペラユニット１７は、前記プロペラフレーム１６の先端に取付けられたプロペラモータと、該プロペラモータによって回転されるプロペラより構成され、個別に制御可能となっており、前記プロペラモータにより前記プロペラが回転され、前記飛行体１１が飛行する様になっている。
【0039】
前記プリズム１３は下方に向けて設けられ、該プリズム１３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、該プリズム１３の代りに反射シールを設けてもよい。又、該プリズム１３の反射基準点と前記測定基準点とは所定の関係（図示せず）となっている。
【0041】
筐体１８の内部にレーザスキャナ１９及び撮像ユニット２０、制御演算部２４、射出方向検出器２５、姿勢検出器２６、通信部２７、撮像制御部２８が収納されている。
【0042】
前記通信部２７は、前記遠隔操縦機５から送信される測定に関する指令を受信し、前記制御演算部２４に入力すると共に測定データ、取得した画像データを前記遠隔操縦機５に送信する。
【0043】
前記撮像制御部２８は、前記撮像ユニット２０に撮像指令を発し、撮像間隔、撮像タイミング等画像取得に関する制御を行う。
【0044】
前記レーザスキャナ１９は、測距光射出部２１、受光部２２、測距部２３により構成されている。
【0045】
前記測距光射出部２１は、測距光を射出する。該測距光射出部２１は、射出光軸３１を有し、該射出光軸３１上に発光素子３２、例えばレーザダイオード（ＬＤ）が設けられ、更に、前記射出光軸３１上に投光レンズ３３が設けられる。
【0046】
又、前記射出光軸３１が、受光光軸３８（後述）に合致する様に偏向光学部材として第１反射鏡３４、第２反射鏡３５を配設する。
【0047】
前記受光部２２は、測定対象物からの反射測距光を受光する。該受光部２２は、前記受光光軸３８を有し、その延長線が前記測定装置１２の前記基準光軸１４となっている。
【0048】
前記受光光軸３８上に受光素子３９、例えばフォトダイオード（ＰＤ）が設けられ、又結像レンズ４０が配設されている。該結像レンズ４０は、反射測距光を前記受光素子３９に結像する。該受光素子３９は反射測距光を受光し、受光信号を発生する。該受光信号は、前記測距部２３に入力される。
【0049】
更に、前記受光光軸３８上で、前記結像レンズ４０の物側には、光軸偏向ユニット３６が配置されている。
【0050】
前記測距部２３は、前記発光素子３２を制御し、測距光としてレーザ光線を発光させる。前記光軸偏向ユニット３６（測距光偏向部３６ａ（後述））により、測定点に向う様、前記測距光が偏向される。
【0051】
測定対象物から反射された反射測距光は前記光軸偏向ユニット３６（反射測距光偏向部３６ｂ（後述））、前記結像レンズ４０を介して前記受光部２２に入射する。前記反射測距光偏向部３６ｂは、前記測距光偏向部３６ａで偏向された測距光軸３７を基の状態に復帰させる様再偏向し、反射測距光を前記受光素子３９に受光させる。
【0052】
該受光素子３９は受光信号を前記測距部２３に送出し、該測距部２３は、前記受光素子３９からの受光信号に基づき測定点（測距光が照射された点）の測距を行う。
【0053】
前記制御演算部２４は、入出力制御部、演算器（ＣＰＵ）、記憶部等から構成され、該記憶部には測距作動を制御する測距プログラム、モータ４７ａ，４７ｂ（後述）の駆動を制御する制御プログラム、画像マッチング等の画像処理を行う画像処理プログラム、入出力制御プログラム、前記射出方向検出器２５からの射出方向の演算結果（後述）に基づき前記測距光軸３７の方向角（水平角、鉛直角）を演算する方向角演算プログラム等のプログラムが格納され、更に前記記憶部には測距データ、画像データ等の測定結果が格納される。
【0054】
前記姿勢検出器２６は、前記測定装置１２の鉛直又は水平に対する姿勢（傾斜角、傾斜方向）を検出する。検出結果は、前記制御演算部２４に入力される。
【0055】
次に、前記撮像ユニット２０は、測定範囲を含む画像を取得する画像取得手段であり、撮像光軸２９を有している。該撮像光軸２９は、前記基準光軸１４と平行となる様に設定されている。前記撮像光軸２９上に結像レンズ４８、撮像素子４９が設けられている。
【0056】
前記撮像ユニット２０の画角は、前記光軸偏向ユニット３６により光軸が偏向される範囲と同等、又は若干大きく設定されており、前記撮像ユニット２０の画角は、例えば４０゜となっている。
【0057】
又、前記撮像素子４９は、画素の集合体である、ＣＣＤ或はＣＭＯＳセンサであり、各画素からの信号は、画像素子上での位置が特定できる様になっている。例えば、各画素は、カメラの前記撮像光軸２９を原点とした座標系で位置が特定される。
【0058】
前記光軸偏向ユニット３６について説明する。
【0059】
該光軸偏向ユニット３６には、一対の光学プリズム４１ａ，４１ｂが配設される。該光学プリズム４１ａ，４１ｂは、それぞれ円板状であり、前記受光光軸３８に直交して配置され、重なり合い、平行に配置されている。前記光学プリズム４１ａ，４１ｂとしては、それぞれフレネルプリズムが用いられることが、装置を小型化する為に好ましい。
【0060】
前記光軸偏向ユニット３６の中央部は、測距光が透過する前記測距光偏向部３６ａとなっており、中央部を除く部分は前記反射測距光偏向部３６ｂとなっている。
【0061】
前記光学プリズム４１ａ，４１ｂとして用いられるフレネルプリズムは、それぞれ平行に配置されたプリズム要素４２ａ，４２ｂと多数のプリズム要素４３ａ，４３ｂによって構成され、板形状を有する。前記光学プリズム４１ａ，４１ｂ及び各プリズム要素４２ａ，４２ｂ及びプリズム要素４３ａ，４３ｂは同一の光学特性を有する。
【0062】
前記プリズム要素４２ａ，４２ｂは、前記測距光偏向部３６ａを構成し、前記プリズム要素４３ａ，４３ｂは前記反射測距光偏向部３６ｂを構成する。
【0063】
前記フレネルプリズムは光学ガラスから製作してもよいが、光学プラスチック材料でモールド成形したものでもよい。光学プラスチック材料でモールド成形することで、安価なフレネルプリズムを製作できる。
【0064】
前記光学プリズム４１ａ，４１ｂはそれぞれ前記受光光軸３８（即ち、前記基準光軸１４）を中心に個別に回転可能に配設されている。前記光学プリズム４１ａ，４１ｂは、回転方向、回転量、回転速度を独立して制御されることで、射出される測距光の前記測距光軸３７を任意の偏向方向に偏向し、受光される反射測距光の前記受光光軸３８を前記測距光軸３７と平行に偏向する。
【0065】
前記光学プリズム４１ａ，４１ｂの外形形状は、それぞれ前記受光光軸３８を中心とする円板状であり、反射測距光の広がりを考慮し、充分な光量を取得できる様、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂの直径が設定されている。
【0066】
前記光学プリズム４１ａの外周にはリングギア４４ａが嵌設され、前記光学プリズム４１ｂの外周にはリングギア４４ｂが嵌設されている。
【0067】
前記リングギア４４ａには駆動ギア４６ａが噛合し、該駆動ギア４６ａは前記モータ４７ａの出力軸に固着されている。前記リングギア４４ｂには、駆動ギア４６ｂが噛合し、該駆動ギア４６ｂは前記モータ４７ｂの出力軸に固着されている。前記モータ４７ａ，４７ｂは前記制御演算部２４に電気的に接続されている。
【0068】
前記モータ４７ａ，４７ｂは、回転角を検出することができるもの、或は駆動入力値に対応した回転をするもの、例えばパルスモータが用いられる。或は、モータの回転量（回転角）を検出する回転角検出器、例えばエンコーダ（図示せず）等を用いて、モータの回転量を検出してもよい。前記射出方向検出器２５の検出結果に基づき前記制御演算部２４により前記モータ４７ａ，４７ｂが個別に制御される。
【0069】
前記駆動ギア４６ａ，４６ｂ、前記モータ４７ａ，４７ｂは前記測距光射出部２１と干渉しない位置、例えば前記リングギア４４ａ，４４ｂの側方に設けられている。
【0070】
前記投光レンズ３３、前記測距光偏向部３６ａ等は、投光光学系を構成し、前記反射測距光偏向部３６ｂ、前記結像レンズ４０等は受光光学系を構成する。
【0071】
前記射出方向検出器２５は、前記モータ４７ａ，４７ｂに入力する駆動パルスをカウントすることで該モータ４７ａ，４７ｂの回転角を検出し、或はエンコーダからの信号に基づき該モータ４７ａ，４７ｂの回転角を検出する。尚、前記リングギア４４ａ，４４ｂにエンコーダ（図示せず）をそれぞれ連結し、前記リングギア４４ａ，４４ｂの回転角をエンコーダにより直接検出する様にしてもよい。
【0072】
更に、前記射出方向検出器２５は、前記モータ４７ａ，４７ｂの回転角に基づき、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂの回転位置を演算し、前記測距光偏向部３６ａ（即ち、前記プリズム要素４２ａ，４２ｂ）の屈折率と回転位置に基づき測距光の偏角（偏向方向）、射出方向を演算し、演算結果は前記制御演算部２４に入力される。
【0074】
尚、図５（Ａ）では説明を簡略化する為、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂについて、前記プリズム要素４２ａ，４２ｂ、前記プリズム要素４３ａ，４３ｂを分離して示している。又、図５（Ａ）で示される前記プリズム要素４２ａ，４２ｂ、前記プリズム要素４３ａ，４３ｂは最大の偏角が得られる状態となっている。又、最小の偏角は、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂのいずれか一方が１８０゜回転した位置であり、偏角は０゜となり、射出されるレーザ光線の光軸（即ち、前記測距光軸３７）は前記基準光軸１４と合致する。
【0075】
前記発光素子３２から測距光が発せられ、測距光は前記投光レンズ３３で平行光束とされ、前記測距光偏向部３６ａ（前記プリズム要素４２ａ，４２ｂ）を透過して測定対象物或は測定対象エリアに向けて射出される。ここで、前記測距光偏向部３６ａを透過することで、測距光は前記プリズム要素４２ａ，４２ｂによって所要の方向に偏向されて射出される。
【0076】
測定対象物或は測定対象エリアで反射された反射測距光は、前記反射測距光偏向部３６ｂに入射し、該光軸偏向ユニット３６を透過後、前記結像レンズ４０により前記受光素子３９に集光される。
【0077】
反射測距光が前記反射測距光偏向部３６ｂを透過することで、反射測距光の光軸は、前記受光光軸３８と合致する様に前記プリズム要素４３ａ，４３ｂによって偏向される（図５（Ａ））。
【0078】
前記光学プリズム４１ａと前記光学プリズム４１ｂとの回転位置の組合わせにより、射出する測距光の偏向方向、偏角を任意に変更することができる。
【0079】
又、前記光学プリズム４１ａと前記光学プリズム４１ｂとの位置関係を固定した状態で（前記光学プリズム４１ａと前記光学プリズム４１ｂとで得られる偏角を固定した状態で）、前記モータ４７ａ，４７ｂにより、前記光学プリズム４１ａと前記光学プリズム４１ｂとを一体に回転することで、前記測距光偏向部３６ａを透過した測距光が描く軌跡は前記基準光軸１４を中心とした円となる。
【0080】
従って、前記発光素子３２よりレーザ光線を発光させつつ、前記光軸偏向ユニット３６を回転させれば、測距光を円の軌跡で走査させることができる。尚、前記反射測距光偏向部３６ｂは、前記測距光偏向部３６ａと一体に回転していることは言う迄もない。
【0081】
次に、図５（Ｂ）は前記光学プリズム４１ａと前記光学プリズム４１ｂとを相対回転させた場合を示している。前記光学プリズム４１ａにより偏向された光軸の偏向方向を偏向Ａとし、前記光学プリズム４１ｂにより偏向された光軸の偏向方向を偏向Ｂとすると、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂによる光軸の偏向は、該光学プリズム４１ａ，４１ｂ間の角度差θとして、合成偏向Ｃとなる。
【0082】
従って、前記光学プリズム４１ａと前記光学プリズム４１ｂを逆向きに同期して等角度で等速往復回転させた場合、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂを透過した測距光は、直線状に走査される。従って、前記光学プリズム４１ａと前記光学プリズム４１ｂを逆向きに等角度で等速往復回転させることで、図５（Ｂ）に示される様に、測距光を合成偏向Ｃ方向に直線状の軌跡５０で往復走査させることができる。
【0083】
更に、図５（Ｃ）に示される様に、前記光学プリズム４１ａの回転速度に対して遅い回転速度で前記光学プリズム４１ｂを回転させれば、角度差θは漸次増大しつつ測距光が回転されるので、測距光のスキャン軌跡は、スパイラル状となる。
【0084】
更に又、前記光学プリズム４１ａ、前記光学プリズム４１ｂの回転方向、回転速度を個々に制御することで、測距光のスキャン軌跡を前記基準光軸１４を中心とした照射方向（半径方向の走査）とし、或は水平、垂直方向とする等、種々の走査状態が得られる。
【0085】
測定の態様としては、前記光軸偏向ユニット３６（前記光学プリズム４１ａ，４１ｂ）を所要偏角毎に固定して測距を行うことで、特定の測定点についての測距を行うことができる。更に、前記光軸偏向ユニット３６の偏角を変更しつつ、測距を実行することで、即ち測距光を所要のパターンで走査することができ、更に走査しつつ測距を実行することでスキャン軌跡に沿って点群の測距データ（スキャンデータ）を取得することができる。
【0086】
又、各測距光の射出方向角は、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂの回転位置の検出、或は前記モータ４７ａ，４７ｂの回転角の検出により、検出することができる。更に、射出方向角と測距データとを関連付けることで、３次元の測距データを取得することができる。
【0087】
従って、前記レーザスキャナ１９を３次元点群データを取得するレーザスキャナとして機能させることができる。
【0088】
更に、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂの相対回転速度、回転方向を適宜制御することで、レーザ光線を直線的（１次元）にスキャンさせること、２次元にスキャンさせること、閉ループを形成する様スキャンさせること等、種々のモードでスキャンさせることができる。
【0090】
矩形枠形状の外フレーム５１の内部に矩形枠形状の内フレーム５３が設けられ、該内フレーム５３の内部に傾斜検出ユニット５６が設けられる。
【0091】
前記内フレーム５３の上面、下面から縦軸５４，５４が突設され、該縦軸５４，５４は前記外フレーム５１に設けられた軸受５２，５２と回転自在に嵌合する。前記縦軸５４，５４は縦軸心を有し、前記内フレーム５３は前記縦軸５４，５４を中心に左右方向に３６０゜回転自在となっている。
【0092】
前記傾斜検出ユニット５６は横軸５５に支持され、該横軸５５の両端部は、前記内フレーム５３に設けられた軸受５７，５７に回転自在に嵌合する。前記横軸５５は前記縦軸心と直交する横軸心を有し、前記傾斜検出ユニット５６は前記横軸５５を中心に上下方向に３６０゜回転自在となっている。
【0093】
つまり、前記傾斜検出ユニット５６は前記外フレーム５１に対して２軸方向に３６０°回転自在のジンバル機構を介して支持された構成になっている。
【0094】
前記縦軸５４，５４の一方、例えば下側の縦軸５４には第１ギア５８が取付けられ、該第１ギア５８には第１駆動ギア５９が噛合している。又、前記外フレーム５１の下面には第１モータ６１が設けられ、前記第１駆動ギア５９は前記第１モータ６１の出力軸に取付けられている。
【0095】
前記縦軸５４，５４の他方には第１エンコーダ６２が取付けられ、該第１エンコーダ６２は前記内フレーム５３の前記外フレーム５１に対する左右方向の回転角を検出する様に構成されている。
【0096】
前記横軸５５の一端部には、第２ギア６３が取付けられ、該第２ギア６３には第２駆動ギア６４が噛合している。又、前記内フレーム５３の側面（図示では左側面）には第２モータ６５が取付けられ、前記第２駆動ギア６４は前記第２モータ６５の出力軸に取付けられている。
【0097】
前記横軸５５の他端部には第２エンコーダ６６が取付けられ、該第２エンコーダ６６は前記内フレーム５３に対する前記傾斜検出ユニット５６の上下方向の回転角を検出する様に構成されている。
【0098】
前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６は、演算処理部６８に電気的に接続されている。
【0099】
前記傾斜検出ユニット５６は、第１傾斜センサ７１、第２傾斜センサ７２を有しており、該第１傾斜センサ７１、該第２傾斜センサ７２は、前記演算処理部６８に電気的に接続されている。
【0100】
前記姿勢検出器２６について、図７により更に説明する。
【0101】
該姿勢検出器２６は、前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６、前記第１傾斜センサ７１、前記第２傾斜センサ７２、前記演算処理部６８、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の他に、更に記憶部７３、入出力制御部７４を具備している。
【0102】
前記記憶部７３には、姿勢検出の為の演算プログラム等のプログラム、及び演算データ等のデータ類を格納している。
【0103】
前記入出力制御部７４は、前記演算処理部６８から出力される制御指令に基づき前記第１モータ６１、前記第２モータ６５を駆動し、前記演算処理部６８で演算した傾斜検出結果を検出信号として出力する。
【0104】
前記第１傾斜センサ７１は水平を高精度に検出するものであり、例えば水平液面に検出光を入射させ反射光の反射角度の変化で水平を検出する傾斜検出器、或は封入した気泡の位置変化で傾斜を検出する気泡管である。又、前記第２傾斜センサ７２は傾斜変化を高応答性で検出するものであり、例えば加速度センサである。
【0105】
尚、前記第１傾斜センサ７１、前記第２傾斜センサ７２のいずれも、前記第１エンコーダ６２が検出する回転方向（傾斜方向）、前記第２エンコーダ６６が検出する回転方向（傾斜方向）の２軸方向の傾斜を個別に検出可能となっている。
【0106】
前記演算処理部６８は、前記第１傾斜センサ７１、前記第２傾斜センサ７２からの検出結果に基づき、傾斜角、傾斜方向を演算し、更に該傾斜角、傾斜方向に相当する前記第１エンコーダ６２の回転角、前記第２エンコーダ６６の回転角により前記測定装置１２の鉛直（又は水平）に対する傾斜角を演算する。
【0107】
尚、前記姿勢検出器２６は、前記外フレーム５１が水平に設置された場合に、前記第１傾斜センサ７１が水平を検出する様に設定され、更に前記第１エンコーダ６２の出力、前記第２エンコーダ６６の出力が共に基準位置（回転角０゜）を示す様に設定される。
【0108】
以下、前記姿勢検出器２６の作用について説明する。
【0109】
先ず、高精度に傾斜を検出する場合について説明する。
【0110】
高精度に傾斜を検出する場合としては、静的或は前記第１傾斜センサ７１が傾斜変化に追従できる程度に傾斜の変化が遅い場合である。
【0111】
前記姿勢検出器２６が傾斜すると、前記第１傾斜センサ７１が傾斜に応じた信号を出力する。
【0112】
前記演算処理部６８は、前記第１傾斜センサ７１からの信号に基づき、傾斜角、傾斜方向を演算し、更に演算結果に基づき傾斜角、傾斜方向を０にする為の、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の回転量を演算し、前記入出力制御部７４を介して前記第１モータ６１、前記第２モータ６５を前記回転量駆動する駆動指令を発する。
【0113】
前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の駆動により、演算された傾斜角、傾斜方向の逆に傾斜する様、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５が駆動され、モータの回転量（回転角）は前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６によって検出され、回転角が前記演算結果となったところで前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の駆動が停止される。
【0114】
この状態では、前記外フレーム５１が傾斜した状態で、前記傾斜検出ユニット５６が水平に制御される。
【0115】
従って、該傾斜検出ユニット５６を水平とする為に、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５により、前記内フレーム５３、前記傾斜検出ユニット５６を傾斜させた傾斜角、傾斜方向は、前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６で検出した回転角に基づき求められる。
【0116】
前記演算処理部６８は、前記第１傾斜センサ７１が水平を検出した時の、前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６の検出結果に基づき前記姿勢検出器２６の傾斜角、傾斜方向を演算する。この演算結果が、該姿勢検出器２６の傾斜後の姿勢を示す。
【0117】
前記演算処理部６８は、演算された傾斜角、傾斜方向を前記姿勢検出器２６の検出信号として前記入出力制御部７４を介して外部に出力する。
【0118】
前記姿勢検出器２６では、図６に示される構造の通り、前記傾斜検出ユニット５６、前記内フレーム５３の回転を制約するものがなく、前記傾斜検出ユニット５６、前記内フレーム５３は共に３６０゜以上の回転が可能である。即ち、前記姿勢検出器２６がどの様な姿勢となろうとも（例えば、該姿勢検出器２６の天地が逆になった場合でも）、全方向での姿勢検出が可能である。
【0119】
姿勢検出に於いて、高応答性を要求する場合は、前記第２傾斜センサ７２の検出結果に基づき姿勢検出と姿勢制御が行われるが、該第２傾斜センサ７２は前記第１傾斜センサ７１に比べ検出精度が悪いのが一般的である。
【0120】
前記姿勢検出器２６では、高精度の前記第１傾斜センサ７１と高応答性の前記第２傾斜センサ７２を具備することで、該第２傾斜センサ７２の検出結果に基づき姿勢制御を行い、前記第１傾斜センサ７１により高精度の姿勢検出を可能とする。
【0121】
つまり、前記第２傾斜センサ７２が検出した傾斜角に基づき、該傾斜角が０°になる様に前記第１モータ６１、前記第２モータ６５を駆動し、更に前記第１傾斜センサ７１が水平を検出する迄前記第１モータ６１、前記第２モータ６５の駆動を継続することにより、高精度に姿勢を検出することが可能となる。前記第１傾斜センサ７１が水平を検出した時の前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６の値、即ち実際の傾斜角と前記第２傾斜センサ７２が検出した傾斜角との間で偏差を生じれば、該偏差に基づき前記第２傾斜センサ７２の傾斜角を較正することができる。
【0122】
従って、予め、該第２傾斜センサ７２の検出傾斜角と、前記第１傾斜センサ７１による水平検出と前記第１エンコーダ６２、前記第２エンコーダ６６の検出結果に基づき求めた傾斜角との関係を取得しておけば、前記第２傾斜センサ７２に検出された傾斜角の較正（キャリブレーション）をすることができ、該第２傾斜センサ７２による高応答性での姿勢検出の精度を向上させることができる。
【0123】
又、前記演算処理部６８は、傾斜の変動が大きい時、傾斜の変化が速い時は、前記第２傾斜センサ７２からの信号に基づき、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５を制御する。又、前記演算処理部６８は、傾斜の変動が小さい時、傾斜の変化が緩やかな時、即ち前記第１傾斜センサ７１が追従可能な状態では、該第１傾斜センサ７１からの信号に基づき、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５を制御する。
【0124】
尚、前記記憶部７３には、前記第１傾斜センサ７１の検出結果と前記第２傾斜センサ７２の検出結果との比較結果を示すデータテーブルである対比データが格納されている。前記第２傾斜センサ７２からの信号に基づき、前記第１モータ６１、前記第２モータ６５を制御する場合、前記演算処理部６８は前記対比データに基づき前記第２傾斜センサ７２による検出結果を較正する。この較正により、該第２傾斜センサ７２による検出結果を前記第１傾斜センサ７１の検出精度迄高めることができる。よって、前記姿勢検出器２６による姿勢検出に於いて、高精度を維持しつつ高応答性を実現することができる。
【0125】
演算された前記第１エンコーダ６２の回転角、前記第２エンコーダ６６の回転角を合成することで、傾斜角と傾斜方向がリアルタイムに演算される。該傾斜角と傾斜方向は、前記姿勢検出器２６が取付けられる前記測定装置１２の、鉛直（又は水平）に対する傾斜角、傾斜方向に対応する。
【0126】
図８を参照して、本実施例に係る測定の作用について説明する。図８に示す測定では、前記ＵＡＶ測定装置２により測定範囲を飛行中、前記測定装置１２から発せられる測距光を円状にスキャン（以下、円スキャン）測定する。
【0127】
先ず、前記遠隔操縦機５から円スキャンする場合の偏角θを指示する。又偏角θは、前記測定装置１２に送信され、前記地上基地４にも入力される。
【0128】
前記制御演算部２４は受信した偏角θに基づき、前記光軸偏向ユニット３６を駆動する。該光軸偏向ユニット３６は、前記基準光軸１４に対して偏角がθとなる様に、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂ間の相対角度を設定する。設定後、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂを一体に回転することで円スキャンとなる。
【0129】
円スキャンした場合、地上でのレーザ光線の照射点のスキャン軌跡７６は閉ループの円となり、レーザ光線自体の軌跡は前記光軸偏向ユニット３６を頂点とする円錐形となり、頂角は２θとなる。
【0130】
尚、前記偏角θは、前記ＵＡＶ測定装置２の高度、又前記撮像ユニット２０の画角を考慮して設定される。
【0131】
前記ＵＡＶ測定装置２は、予め設定された飛行計画に基づいて飛行される。
【0132】
前記トータルステーション３は既知点に設置され、該トータルステーション３は飛行中の前記ＵＡＶ測定装置２の前記プリズム１３を追尾し、測定する。
【0133】
上記した様に、前記測定装置１２は前記ジンバル機構１５によって支持され、前記測定装置１２に急激な外力が作用しない場合には、該測定装置１２は略鉛直姿勢、即ち前記基準光軸１４は略鉛直となっている。又、前記プリズム１３は、前記測定装置１２と一体となっており、該測定装置１２の測定基準点とは所定の関係にあるので、前記トータルステーション３が前記プリズム１３の位置を測定することで、直ちに前記測定装置１２の位置（３次元座標）を測定することができる。
【0134】
該測定装置１２の位置は、前記地上基地４に送信され、該地上基地４では得られた前記測定装置１２の位置と、飛行計画に基づき飛行制御指令を演算し、前記遠隔操縦機５から前記測定装置１２に送信し、前記ＵＡＶ測定装置２の飛行を制御する。
【0135】
前記測定装置１２は、前記ＵＡＶ測定装置２の飛行中、円スキャンを行い円軌跡で点群データを取得し、取得した点群データを前記遠隔操縦機５を経て前記地上基地４に送信する。
【0136】
前記測定装置１２の前記基準光軸１４は略鉛直であり、測距光の前記偏角θは既知であり、測定時の前記測定装置１２の位置（即ち、前記測定基準点の位置）も前記トータルステーション３の測定により既知となっている。
【0137】
前記円スキャンによる測定結果は、前記基準光軸１４を基準とした偏角と偏角の方向及び距離値であり、前記測定装置１２の前記測定基準点を基準とした座標系のデータに変換することができる。更に、前記基準光軸１４の略鉛直に対する傾斜は、前記姿勢検出器２６により高精度に検出することができるので、水平基準の座標系に変換することができる。
【0138】
従って取得画像上の前記スキャン軌跡７６に対応する画素は水平距離と高さ、若しくは水平距離差と高低差で対応付けでき、一つの画像を見るだけで前記スキャン軌跡７６上の水平距離差と高低差が分かり、画像全体のおよその水平距離差と高低差も推定できる。
【0139】
従って、前記地上基地４では円スキャンで得られる点群データの測定結果を、直ちに前記トータルステーション３の設置位置を基準とした地上座標系の３次元データに変換することができる。
【0140】
点群データの各点の測定時の該基準光軸１４の傾斜角が前記姿勢検出器２６から取得される。前記基準光軸１４の傾斜角と前記各点の前記測定装置１２による測定結果とが関連付けられ、傾斜角と関連付けられた点群データが前記遠隔操縦機５を介して前記地上基地４に送信される。
【0141】
該地上基地４では、傾斜角に基づき、前記基準光軸１４が略鉛直状態の点群データに補正し、更に前記トータルステーション３の設置位置を基準とした３次元データに変換する。
【0142】
従って、前記測定装置１２の姿勢に拘らず、前記トータルステーション３の設置位置を基準とした正確な点群データを取得することができる。
【0143】
次に、前記撮像ユニット２０により前記測定装置１２による測定時の画像を取得する。尚、前記撮像ユニット２０の前記撮像光軸２９と前記基準光軸１４とは平行であり、両光軸の関係は既知であるので、取得した画像と円スキャンで得られた点群データとの関連付けは容易である。
【0144】
又、前記点群データの各点の測定タイミングは、前記制御演算部２４のクロック信号に基づき制御され（測定され）、又前記撮像制御部２８は前記制御演算部２４のクロック信号に基づき撮像タイミングを制御しているので、画像の取得が点群データのどの点で行われたかは、クロック信号に基づき容易に関連付けできる。尚、同期信号によりスキャン開始と撮像とを同期させてもよい。以下、クロック信号に基づく関連付け、同期信号による同期を含めて同期と称する。
【0145】
即ち、前記撮像ユニット２０による画像取得位置と点群データの関連付けを正確に行うことができる。更に、測距光による測距時の前記基準光軸１４を基準とした偏角、偏向方向は前記射出方向検出器２５によって検出され、又偏角、偏向方向は前記受光素子３９の画素の位置に対応付けられるので、前記スキャン軌跡７６は画像の画素に対応付けることができる。
【0147】
図９は、測定位置１、測定位置２、測定位置３でそれぞれ円スキャンと画像の取得を実行した状態を示している。ここで、１つの円スキャンで得られる点群データを円点群データ７８と称す。
【0148】
図１０は、測定位置１、測定位置２、測定位置３で取得した画像８１−１、画像８１−２、画像８１−３、円スキャンで取得した円点群データ７８−１、円点群データ７８−２、円点群データ７８−３を示している。
【0149】
閉ループスキャンの特徴として各スキャン軌跡の交点が複数得られる。円スキャンの場合、２つのスキャン軌跡（円点群データ７８）に対して交点は２つであり、この２つの交点は前記飛行体１１の方向が回転しても確保される。
【0150】
図中、前記円点群データ７８−１と前記円点群データ７８−２との交点はＰ１とＰ２であり、この交点は２つの前記円点群データ７８−１，７８−２と２つの前記画像８１−１，８１−２を連結させる重要な連結点となり、座標情報（水平距離と高さ）を用いて連結することができる。
【0151】
同様に、前記円点群データ７８−２と前記円点群データ７８−３との交点はＰ３とＰ４であり、更に前記円点群データ７８−１と前記円点群データ７８−３との交点はＰ５とＰ６である。
【0152】
次に、測定位置１、測定位置２で取得した画像８１−１、画像８１−２についての画像マッチングを行う場合について説明する。
【0153】
前記画像８１−１、画像８１−２は、それぞれ円点群データ７８−１、円点群データ７８−２を含んでおり、前記円点群データ７８−１、円点群データ７８−２の交点Ｐ１，Ｐ２は両画像の共通点となり、更に交点Ｐ１，Ｐ２は座標値を有している。従って、交点Ｐ１，Ｐ２の座標値を用いることで、前記画像８１−１、画像８１−２間のマッチングが直ちに座標の連結となる。
【0154】
同様に、画像８１−２、画像８１−３については、円点群データ７８−２、円点群データ７８−３の交点Ｐ３，Ｐ４を用い、画像８１−１、画像８１−３については、円点群データ７８−１、円点群データ７８−３の交点Ｐ５，Ｐ６を用い、それぞれ座標の連結を行うことができる。
【0155】
又、測定位置１、測定位置２、測定位置３の座標については前記トータルステーション３により測定しているので、マッチングされた画像、測定位置１、測定位置２、測定位置３の位置情報を基に写真測量を実行することができる。
【0156】
前記したＰ１〜Ｐ６は連結点であり、測定位置１と測定位置２から測定位置３の位置（前記測定装置１２の現在位置）が推定できる（後方交会法）。
【0157】
従って、位置測定システムが途切れた場合、即ち前記トータルステーション３による測定が不能になった場合でも、前記飛行体１１の自己位置が分かり、安全飛行に役立つ。
【0158】
上記測定は、比較的間欠的に測定した場合を示しているが、測定レートが速い場合（円スキャン速度が速い場合）にはリアルタイムで座標情報（水平距離と高さ、若しくは鉛直基準のスキャン角度と測距値）付きの画像を作ることができる。
【0159】
水平距離と高さの算出は鉛直基準のスキャン角度（前記基準光軸１４に対する偏角θ（図８参照））と測距値から求めることができる。
【0160】
円スキャンと同期して得られた画像上に於いて、スキャン軌跡に対応する画素に座標情報を付加すると共に、直前の画像と画像マッチングを施し、新しい画像に直前のスキャン軌跡上の座標情報を引継ぐ（転写する）。この画像マッチングと座標情報の転写を、画像取得毎に継続することで、地表の形状を測定するのに充分な点群密度が得られ、リアルタイムで座標情報付き画像が得られる（図１１参照）。
【0161】
尚、図１１中、８１ｎは最新の画像を示し、８１は古い画像を示している。又、スキャン軌跡７６ｎは最新のスキャン軌跡を示し、７６は古いスキャン軌跡を示している。
【0162】
このリアルタイム座標情報付き画像を連続させることで、飛行経路に沿った疑似的な写真地図を作製することができる。
【0163】
又、リアルタイム座標情報付き画像の連結点を用い、前記測定装置１２の自己位置推定ができるので前記トータルステーション３等の位置測定システムが無くても、疑似写真地図の拡張作製もできる。更に、出来上がった疑似写真地図と前記ＵＡＶ測定装置２の飛行中に取得する画像を照合させて該ＵＡＶ測定装置２の位置確認もでき、安全飛行に役立つ。
【0164】
尚撮影時に、略鉛直下方に向けたカメラの傾きが大きい場合には前記姿勢検出器２６が検出した傾斜に基づいて射影変換を施し、略鉛直下方に向けた正射画像に変換し、疑似写真地図を作製してもよい。
【0165】
疑似写真地図に写真測量を併用すると、スキャン軌跡以外の部分についても座標情報を付加することができ、詳細な３次元地図を作製することができる。
【0166】
この場合、疑似写真地図の作製過程で得た任意の座標情報付き画像の内、所定のオーバラップを有する２つの画像を選択する。ここで、オーバラップは、好ましくは６０％程度あることが好ましい。
【0167】
図１２は疑似写真地図の作製過程で得られる２つの画像Ａ、Ｂの例である。画像Ａ、Ｂは所要のオーバラップ部分を有する。画像Ａ、Ｂには同じスキャン軌跡７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，…が含まれている。図１２はスキャン軌跡の対応を示している。
【0168】
一般の航空写真測量では熟練を要する相互標定（２つの画像の傾きと回転関係を求める）、対地標定（地上での実距離との関係を求める）との処理が必要であるが、疑似写真地図の作製過程で、傾きは鉛直センサで求まり、回転は継続するスキャン軌跡上の座標情報の引継ぎ処理により求まるので従来の相互標定処理は不要で、又対地標定もスキャナで地上を測定しているので不要となる。
【0169】
更に、写真測量の測定の為の画像マッチング処理は、対応するスキャン軌跡間で行えばよく、信頼性が向上すると共に、処理時間が短縮される。
【0170】
尚、上記した画像とスキャン軌跡、スキャンデータと画像との関連付け、スキャン軌跡に基づく画像の連結、前記姿勢検出器２６の検出結果に基づくスキャンデータの補正、画像の補正、更に疑似写真地図の作製等の処理は、前記地上基地４で行ってもよく、或は前記測定装置１２の前記制御演算部２４で行ってもよい。
【0171】
又、上記実施例では、前記ＵＡＶ測定装置２の位置情報を前記トータルステーション３で取得したが、前記飛行体１１にＧＮＳＳを搭載し、ＧＮＳＳにより前記ＵＡＶ測定装置２の位置情報を取得する様にしてもよい。更に、前記トータルステーション３とＧＮＳＳの両方を備えてもよい。この場合、衛星からの電波が届かない場所では前記トータルステーション３で測定し、障害物があり、該トータルステーション３で前記ＵＡＶ測定装置２を追尾できない場所ではＧＮＳＳにより測定する等、適宜使い分けてもよい。
【0172】
又、スキャンモードも少なくとも２次元スキャンであればよく、又閉ループスキャンであることが好ましい。又、測距光の偏向手段も光学プリズムの代りに回転方向の異なる２つの回転可能なミラーを用い、ミラーにより偏向し、更にミラーの回転により２次元にスキャンしてもよい。
【0173】
又、スキャンパターンは円に限られるものではない。例えば、前記光学プリズム４１ａ，４１ｂの回転（回転速度、回転方向）の組合わせで種々のスキャンパターンが実現できる。図１３は、スキャンパターンの一例を示しており、花びら状にスキャンした場合を示している。
【0174】
又、前記撮像ユニット２０は、前記測定装置１２に一体に組込まれたものではなく、該測定装置１２と所定の関係で取付けられ、同期のとれるカメラ等であってもよい。
【0175】
尚、上記実施例では、前記測定装置１２を前記ジンバル機構１５を介して前記飛行体１１に設けたが、飛行装置が安定で傾きの少ない場合、前記姿勢検出器２６で検出した傾斜に基づき、撮像した写真を補正する様にすれば、前記ジンバル機構１５は省略することができる。
【符号の説明】
【0176】
１ ＵＡＶ測定システム２ ＵＡＶ測定装置
３ トータルステーション
４ 地上基地
５ 遠隔操縦機
１１ 飛行体
１２ 測定装置
１３ プリズム
１４ 基準光軸
１５ ジンバル機構
１９ レーザスキャナ
２０ 撮像ユニット
２３ 測距部
２４ 制御演算部
２５ 射出方向検出器
２６ 姿勢検出器
２９ 撮像光軸
３２ 発光素子
３９ 受光素子
４１ａ，４１ｂ 光学プリズム
５６ 傾斜検出ユニット
６８ 演算処理部
７６ スキャン軌跡
７８ 円点群データ
８１ 画像