特開 2025-1284 無人航空機の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025001284

(43)【公開日】2025-01-08

(54)【発明の名称】無人航空機の制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/46 20240101AFI20241225BHJP

【ＦＩ】

G05D1/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023100785

(22)【出願日】2023-06-20

(71)【出願人】

【識別番号】390037154

【氏名又は名称】大和ハウス工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】518156358

【氏名又は名称】株式会社センシンロボティクス

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】湯淺 嵩之

(72)【発明者】

【氏名】諸藤 洋明

(72)【発明者】

【氏名】山崎 修平

【テーマコード（参考）】

5H301

【Ｆターム（参考）】

5H301AA06

5H301AA10

5H301BB10

5H301CC04

5H301CC07

5H301CC08

5H301CC10

5H301DD06

5H301DD17

5H301GG07

5H301GG16

(57)【要約】

【課題】建設途中から建設が完了するまでの建物を、同じ角度から同じ尺度で、撮像することができる無人航空機の制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置５９は、完成予定の建物１０を内部に含む四角柱状の仮想空間Ｓであり、かつ、仮想空間Ｓの各辺が、建物１０の縁部と一致する仮想空間Ｓを設定する空間設定部５０３と、仮想空間Ｓの角部のうち、上側の４つの中央角部と、下側角部と、一対の上側角部とが、撮像装置３５の撮像範囲Ｇ内に収まるように、撮像装置３５が撮像する撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標と、撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標ごとの撮像装置３５の光軸の方向と、を設定する撮像条件設定部５０４と、撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標ごとに、撮像装置３５が、撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標で、設定した光軸Ｃの方向Ｄ１～Ｄ４となるように、無人航空機３０の飛行制御を行う飛行制御部５０５と、撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標で光軸Ｃの方向に合わせて、撮像装置３５に建物１０を撮像させる撮像制御部５０６と、を備える。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

建設予定地に建設中の建物を少なくとも撮影する撮像装置と、水平方向の座標を検出する座標検出センサと、方位を検出する方位検出センサと、高度を検出する高度検出センサと、が搭載された無人航空機を制御する制御装置であって、
前記制御装置は、
完成予定の建物を内部に含む四角柱状の仮想空間であり、かつ、前記仮想空間の各辺が、前記建物の縁部と一致するように、前記建物の各隅部の位置座標、および前記建物の高さに基づいて、前記仮想空間を設定する空間設定部と、
前記仮想空間の角部のうち、上側の４つの上側角部のそれぞれに対して、撮像時に前記撮像装置の光軸が位置する前記上側角部を中央角部として設定し、前記中央角部と、前記中央角部から直下に位置する下側角部と、前記中央角部から伸び、前記仮想空間の上辺を規定する一対の上側角部と、の４つの角部が、前記撮像装置の撮像範囲内に収まるように、前記撮像装置が撮像する撮像位置座標と、前記撮像位置座標のごとの前記撮像装置の光軸の方向と、を設定する撮像条件設定部と、
設定した前記撮像位置座標ごとに、前記撮像装置が、前記撮像位置座標で、設定した前記光軸の方向となるように、前記無人航空機の飛行制御を行う飛行制御部と、
前記飛行制御された前記無人航空機から、前記撮像位置座標で前記光軸の方向に合わせて、前記撮像装置に前記建物を撮像させる撮像制御部と、
を備えることを特徴とする無人航空機の制御装置。

【請求項2】

前記撮像条件設定部は、前記中央角部から前記仮想空間の内部を通過し、前記中央角部に対して対角に位置する下側角部の位置座標と、前記中央角部の位置座標とを結ぶ対角線に、前記撮像装置の光軸が一致するように、前記光軸の方向を設定することを特徴とする、請求項１に記載の無人航空機の制御装置。

【請求項3】

前記中央角部の位置座標から前記撮像位置座標までが同じ距離となるように、前記各撮像位置座標を設定することを特徴とする請求項２に記載の無人航空機の制御装置。

【請求項4】

前記撮像条件設定部は、前記撮像位置座標ごとに、
前記建物の平面視において、前記撮像位置座標と、前記一対の上側角部のそれぞれの位置座標とを結ぶ第１および第２上辺とが成す角を二等分した二等分線であって、前記建物の側面視において、前記撮像位置座標と、前記下側角部の位置座標とを結ぶ側辺と、前記撮像位置座標と、前記一対の上側角部のうち、前記撮像位置座標からの距離が遠い方の上側角部の位置座標とを結ぶ前記第１または第２上辺とが成す角を二等分した二等分線に、前記撮像装置の光軸が一致するように、前記光軸の方向を設定することを特徴とする、請求項１に記載の無人航空機の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無人航空機の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、撮像装置が搭載された無人航空機を用いて、建物を撮像することが行われている。例えば、特許文献１には、地上撮影するカメラと自己位置測定装置を搭載したドローン（無人航空機）が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１７６９６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に示す無人航空機を用いて、建物を斜め上から撮影する俯瞰撮影を行う場合、建物の着工直後から竣工までを定期的に行うことがある。この場合、同じ位置から撮影することが望ましいが、建設途中の建物は、建設が進むに従って、その大きさが変化するため、同じ角度から同じ尺度で、建物を撮像装置の画角内に収めることが難しい。

【0005】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、建設途中から建設が完了するまでの建物を、同じ角度から同じ尺度で、撮像することができる無人航空機の制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題に鑑みて、本発明に係る無人航空機の制御装置は、建設予定地に建設中の建物を少なくとも撮影する撮像装置と、水平方向の座標を検出する座標検出センサと、方位を検出する方位検出センサと、高度を検出する高度検出センサと、が搭載された無人航空機を制御する制御装置であって、前記制御装置は、完成予定の建物を内部に含む四角柱状の仮想空間であり、かつ、前記仮想空間の各辺が、前記建物の縁部と一致するように、前記建物の各隅部の位置座標、および前記建物の高さに基づいて、前記仮想空間を設定する空間設定部と、前記仮想空間の角部のうち、上側の４つの上側角部のそれぞれに対して、撮像時に前記撮像装置の光軸が位置する前記上側角部を中央角部として設定し、前記中央角部と、前記中央角部から直下に位置する下側角部と、前記中央角部から伸び、前記仮想空間の上辺を規定する一対の上側角部と、の４つの角部が、前記撮像装置の撮像範囲内に収まるように、前記撮像装置が撮像する撮像位置座標と、前記撮像位置座標のごとの前記撮像装置の光軸の方向と、を設定する撮像条件設定部と、設定した前記撮像位置座標ごとに、前記撮像装置が、前記撮像位置座標で、設定した前記光軸の方向となるように、前記無人航空機の飛行制御を行う飛行制御部と、前記飛行制御された前記無人航空機から、前記撮像位置座標で前記光軸の方向に合わせて、前記撮像装置に前記建物を撮像させる撮像制御部と、を備えることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、飛行制御部により、設定した４つの撮像位置座標ごとに、撮像装置が、撮像位置座標で、設定した光軸の方向となるように、無人航空機の飛行制御を行い、撮像制御部で、飛行制御された無人航空機から、撮像位置座標で光軸の方向に合わせて、撮像装置に建物を撮像させる。これにより、撮像位置座標ごとに、中央角部と、下側角部と、一対の上側角部と、の４つの角部が、撮像装置の撮像範囲内に収まるように、撮像することができる。このような結果、建設途中から建設が完了するまでの建物を、同じ角度から同じ尺度で、撮像することができる。

【0008】

より好ましい態様としては、前記撮像条件設定部は、前記中央角部から前記仮想空間の内部を通過し、前記中央角部に対して対角に位置する下側角部の位置座標と、前記中央角部の位置座標とを結ぶ対角線に、前記撮像装置の光軸が一致するように、前記光軸の方向を設定する。

【0009】

この態様によれば、撮像条件設定部において、下側角部の位置座標と中央角部の位置座標とを結ぶ対角線に、撮像装置の光軸が一致するように、光軸の方向を設定するので、撮像位置座標ごとに、中央角部と、下側角部と、一対の上側角部と、の４つの角部を、撮像した画像内にバランス良く写し込むことができる。このような結果、建設途中から建設が完了するまでの建物を、同じ角度から同じ尺度で、バランス良く撮像することができる。

【0010】

より好ましい態様としては、前記中央角部の位置座標から前記撮像位置座標までが同じ距離となるように、前記各撮像位置座標を設定する。この態様によれば、すべての撮像位置座標から中央角部までの距離を同じ距離にすることにより、すべての画像の縮尺を同じ縮尺にすることができる。

【0011】

より好ましい態様としては、前記撮像条件設定部は、前記撮像位置座標ごとに、前記建物の平面視において、前記撮像位置座標と、前記一対の上側角部のそれぞれの位置座標とを結ぶ第１および第２上辺とが成す角を二等分した二等分線であって、前記建物の側面視において、前記撮像位置座標と、前記下側角部の位置座標とを結ぶ側辺と、前記撮像位置座標と、前記一対の上側角部のうち、前記撮像位置座標からの距離が遠い方の上側角部の位置座標とを結ぶ前記第１または第２上辺とが成す角を二等分した二等分線に、前記撮像装置の光軸が一致するように、前記光軸の方向を設定する。

【0012】

この態様によれば、撮像条件設定部において、建物の平面視および側面視における二等分線に、撮像装置の光軸が一致するように、光軸の方向を設定するので、撮像位置座標ごとに、中央角部と、下側角部と、一対の上側角部と、の４つの角部を、撮像した画像内にバランス良く写し込むことができる。このような結果、建設途中から建設が完了するまでの建物を、同じ角度から同じ尺度で、バランス良く撮像することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、建設途中から建設が完了するまでの建物を、同じ角度から同じ尺度で、撮像することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る無人航空機の制御装置を備えた無人航空機制御システムを示す模式図である。

【図2】図１に示す無人航空機の構成を示すブロック図である。

【図3】図１に示す操作端末の構成を示すブロック図である。

【図4】図３に示す操作端末に搭載された制御装置を示す制御ブロック図である。

【図5】図４に示す空間設定部による仮想空間の設定を説明するための模式図である。

【図6】図４に示す撮像条件設定部による撮像条件を説明するための説明図である。

【図7】（ａ）（ｂ）は、図６に示す撮像条件設定部による撮像条件の設定方法を説明するための模式図である。

【図8】（ａ）（ｂ）は、図６に示す撮像条件設定部による撮像条件の別の設定方法を説明するための模式図である。

【図9】無人航空機の制御装置の制御フロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態に係る無人航空機の制御装置について、図面を参照しながら説明する。

【0016】

図１は、本実施形態に係る無人航空機３０を制御する制御装置３９、５９を備えた無人航空機制御システム１を示す模式図である。図２は、図１に示す無人航空機３０の構成を示すブロック図である。図３は、図１に示す操作端末５０の構成を示すブロック図である。図４は、図３に示す操作端末５０に搭載された制御装置５９を示す制御ブロック図である。

【0017】

なお、本実施形態では、後述するように、無人航空機３０に搭載された制御装置３９と、操作端末５０に搭載された制御装置５９との２つの制御装置が存在する。無人航空機３０に搭載された制御装置３９は、無人航空機３０の飛行の安定性など飛行そのもの（具体的には駆動装置３６等のアクチェータ）を制御するものである。一方、操作端末５０の制御装置５９は、無人航空機３０の飛行の到達地点の設定、飛行ルートの設定、および撮像装置３５の撮像座標の設定などを行った上で、この設定内容に沿って無人航空機３０の飛行を制御するものである。したがって、制御装置５９は、飛行および撮像タイミングに関する制御指令を無人航空機３０に送信するものであり、本発明の制御装置は、以下に示す操作端末５０に搭載された制御装置５９が対応する。本実施形態では、制御装置３９、５９の２つの制御装置を用いているが、無人航空機３０または操作端末５０に、１つの制御装置として、集約されていてもよい。

【0018】

図１に示すように、本実施形態に係る無人航空機制御システム１は、無人航空機（ＵＡＶ）３０と、無人航空機３０を制御する操作端末５０と、によって構成されている。無人航空機制御システム１は、無人航空機３０を直接操縦するコントーラをさらに備えてもよい。本実施形態では、無人航空機制御システム１は建物１０の建設の進行状況を確認する際に用いられる。

【0019】

無人航空機３０は、所謂ドローンであり、操作端末５０から送信される後述するデータ等に基づいて、建物１０を撮像する。無人航空機３０は、撮像した画像を操作端末５０に送信する。

【0020】

操作端末５０は、たとえば、所定のプログラム（アプリケーションソフトウェア）をインストールしたスマートフォン、タブレット端末、パーソナルコンピュータ等であり、本実施形態ではスマートフォンである。操作端末５０は、無人航空機３０の撮像装置３５が撮像した映像（動画）および画像（静止画）を取得するとともに、後述する表示装置５２に画像を表示する。

【0021】

以下、無人航空機３０および操作端末５０をより具体的に説明する。

【0022】

［無人航空機３０の構成］
無人航空機３０は、図２に示すように、通信装置３１と、座標検出センサ（ＧＰＳセンサ）３２と、方位検出センサ（ジャイロセンサ）３３と、高度検出センサ３４と、撮像装置３５と、駆動装置３６と、制御装置３９と、を備えている。

【0023】

通信装置３１は、操作端末５０との間でデータの無線送受信を行う。通信装置３１が操作端末５０から受信する主要なデータとしては、無人航空機３０の飛行ルートのデータ、撮像タイミング等、飛行制御および撮像制御を行うためのデータである。通信装置３１が操作端末５０に送信する主要なデータとしては、後述する座標検出センサ３２からの位置座標データ、方位検出センサ３３からの方位データ、高度検出センサ３４からの高度データ、撮像装置３５からの画像データ等を挙げることができる。

【0024】

座標検出センサ３２は、ＧＰＳ信号を受信するとともに、受信したＧＰＳ信号に基づいて座標検出センサ３２の位置（経度、緯度）、すなわち無人航空機３０自身の位置を検出する。方位検出センサ３３は、無人航空機３０が向いている方位（無人航空機３０の前方の方位）を検出する。高度検出センサ３４は、たとえば気圧を計測する気圧センサからなり、無人航空機３０の地面からの高さを検出する。なお、高度検出センサ３４を設けず、座標検出センサ３２が受信したＧＰＳ信号に基づいて無人航空機３０の地面に対する高さを検出してもよい。

【0025】

撮像装置３５は、カラーのデジタルの映像および画像を取得できるカメラであり、本実施形態では、建物を対象物として撮像し、映像および画像を取得する。撮像装置３５は、撮像装置３５に含まれるレンズの光軸を水平方向に動かすパン機能、上下方向に動かすチルト機能を有してもよい。

【0026】

駆動装置３６は、詳細は図示しないが、複数の回転翼と、回転翼に付与する駆動力を発生するモータと、モータに電力を供給する蓄電池と、を含んでいる。複数の回転翼の回転速度を個別に制御することによって、無人航空機３０の飛行高さ、飛行経路、飛行速度、水平度、向き（方位）等を変更することができる。

【0027】

制御装置３９は、演算装置（ＣＰＵ）３９ａおよび記憶装置（たとえばＲＡＭ、ＲＯＭ等）３９ｂを含んでいる。演算装置３９ａは、記憶装置３９ｂに記憶されている動作プログラムを実行する。

【0028】

制御装置３９は、操作端末５０から通信装置３１を介して受信した高度データ、撮像座標データ、旋回角度データ等を記憶する。制御装置３９は、操作端末５０からの指令に基づいて、アクチュエータである駆動装置３６を制御するものである。具体的には、制御装置３９は、撮像座標データおよび飛行高さデータに基づいて駆動装置３６を制御して、無人航空機３０を自律飛行させる。制御装置３９は、撮像位置データ（位置座標と高度を含むデータ）に基づいて撮像装置３５を制御して、４つの撮像位置Ｐ１～Ｐ４で建物１０を撮像する。この他にも、制御装置３９は、旋回角度データに基づいて駆動装置３６を制御して、無人航空機３０を水平方向に所定角度旋回させる。制御装置３９は、撮像装置３５が取得した画像データを記憶するとともに、操作端末５０に送信する。制御装置３９は、方位検出センサ３３の検出結果（検出方位）を無人航空機３０の方位データとして記憶するとともに、操作端末５０に送信する。

【0029】

制御装置３９は、操作端末５０から、操作者が直接入力する各種制御信号に基づいて、無人航空機３０を所定方向に移動させたり、所定角度旋回させたり、撮像装置３５のパン角やチルト角を変更したり、撮像装置３５により画像を取得してもよい。

【0030】

［操作端末５０の構成］
図３に示すように、操作端末５０は、通信装置５１、表示装置５２、入力装置５３、および制御装置５９を備えている。表示装置５２と入力装置５３とでタッチパネルディスプレイを構成していてもよい。無人航空機３０を、直接操縦する際には、表示装置５２に無人航空機３０の操縦ボタンまたは操縦レバーを表示し、入力装置５３でこれを操作する（タッチパネルディスプレイの場合には、画面を触れることで操作する）ようにしてもよい。

【0031】

通信装置５１は、無人航空機３０の通信装置３１との間でデータの送受信を行うものであり、通信されるデータは上述したとおりである。表示装置５２は、地図データを表示したり、無人航空機３０の撮像装置３５が撮像した映像および画像を表示したりする。なお、地図データは、インターネットを介して取得したものであってもよいし、後述する記憶装置５９ｂに予め記憶されているものであってもよい。入力装置５３は、操作者により入力されるものであり、建物１０の隅部ｂ１（ｔ１）、ｂ２（ｔ２）、ｂ３（ｔ３）の位置座標（緯度、経度）および建物高さＨなどの建物情報などが入力される。

【0032】

制御装置５９は、入力装置５３の入力により無人航空機３０の飛行制御や撮像制御を行うものであり、本発明でいう制御装置に相当する。制御装置５９は、演算装置（ＣＰＵ）５９ａおよび記憶装置（たとえばＲＡＭ、ＲＯＭ等）５９ｂを含んでいる。演算装置５９ａは、記憶装置５９ｂに記憶されている動作プログラムを実行する。制御装置５９がプログラムを実行することによって、後述する各処理を実現することができる。このようなプログラムは、たとえばインターネットを介してダウンロードすることによって取得され、記憶装置５９ｂにアプリケーションとして記憶される。制御装置５９は、通信装置５１が受信した画像データ等を記憶する。

【0033】

次に、図４を参照して、本実施形態の操作端末５０の制御装置５９について詳細に説明する。制御装置５９は、無人航空機３０の飛行制御と、撮像装置３５の撮像タイミングの撮像制御と、を行うものである。本実施形態では、制御装置５９は、ソフトウェアとして建物情報記録部５０１、カメラ情報記録部５０２、空間設定部５０３、撮像条件設定部５０４、飛行制御部５０５、撮像制御部５０６を備えている。

【0034】

建物情報記録部５０１は、入力装置５３を介して、入力データとして入力された建物１０の隅部ｂ１（ｔ１）、ｂ２（ｔ２）、ｂ３（ｔ３）の位置座標（緯度、経度）および建物高さＨを、建物情報として記録している。位置座標を、緯度および経度で特定することにより、無人航空機３０に搭載した座標検出センサ３２で検出される位置座標が、後述する撮像位置座標に近づくように、無人航空機３０の飛行を、制御装置３９で制御することができる。建物１０の全体を撮像する際には、建物１０の高さＨよりも高い撮像高度まで、無人航空機３０を飛行制御する。

【0035】

カメラ情報記録部５０２は、入力装置５３を介して入力された撮像装置３５に固有の装置情報を記録している。本実施形態では、カメラ情報記録部５０２には、撮像装置３５のイメージセンサの縦および横の寸法、撮像装置３５の焦点距離、撮像装置３５の画角など、撮像装置３５の固有の装置情報が記録されている。

【0036】

空間設定部５０３は、建物情報記録部５０１で記録された建物情報に基づいて、完成予定の建物１０を内部に含む四角柱状の仮想空間Ｓを設定する。具体的には、空間設定部５０３は、仮想空間Ｓの各辺である上辺ＥＴ、側辺ＥＳ、下辺ＥＢが、建物１０の縁部である上縁部１１ｔ、側縁部１１ｓ、下縁部１１ｂのそれぞれに一致するように、建物１０の各隅部ｔ１～ｔ３、ｂ１～ｂ３の位置座標、および建物１０の高さＨに基づいて、四角柱状の仮想空間Ｓを設定する。

【0037】

より具体的には、建設予定地（敷地）Ａ１において、これから建設されて、完成予定となる建物１０を内部に含み、かつ、最小の大きさとなる四角柱状の仮想空間Ｓを設定する。したがって、図１に示す建物１０の場合には、建物１０の隅部ｔ１～ｔ３、ｂ１～ｂ３と仮想空間Ｓの角部Ｔ１～Ｔ３、Ｂ１～Ｂ３が順に一致する。図１に示す建物１０とは異なり、建物１０が、四角柱状である場合には、その建物１０全体が、仮想空間Ｓに設定される。

【0038】

撮像条件設定部５０４は、図６に示すように、仮想空間Ｓの角部Ｔ１～Ｔ４、Ｂ１～Ｂ４のうち、上側の４つの上側角部Ｔ１～Ｔ４のそれぞれに対して、撮像時に撮像装置３５の光軸Ｃが位置する上側角部Ｔ１～Ｔ４を中央角部として設定する。たとえば、撮像条件Ａでは、中央角部を上側角部Ｔ１としたときに、中央角部（上側角部Ｔ１）から直下に位置する下側角部Ｂ１と、中央角部（角部Ｔ１）から伸び、仮想空間Ｓの上辺ＥＴを規定する一対の上側角部Ｔ２、Ｔ４と、の４つの角部Ｔ１、Ｂ１、Ｔ２、Ｔ４を選定する。この選定した４つの角部Ｔ１、Ｂ１、Ｔ２、Ｔ４、撮像装置３５の撮像範囲Ｇ内に収まるように、撮像装置３５が撮像する撮像位置Ｐ１の位置座標（撮像位置座標）と、撮像位置Ｐ１の位置座標のごとの撮像装置３５の光軸Ｃの方向Ｄ１と、を設定する。なお、撮像装置３５の撮像範囲Ｇ内に収まるとは、撮像装置３５の画角内に、選定した４つの角部Ｔ１、Ｂ１、Ｔ２、Ｔ４が存在することである。

【0039】

同様に、図６の表の第２段に示すように、撮像条件Ｂでは、撮像条件設定部５０４は、中央角部を上側角部Ｔ２としたときに、４つの角部Ｔ２、Ｂ２、Ｔ３、Ｔ１が、撮像装置３５の撮像範囲Ｇ内に収まるように、撮像装置３５が撮像する撮像位置Ｐ２の位置座標と、撮像位置Ｐ２の位置座標に対する撮像装置３５の光軸Ｃの方向Ｄ２と、を設定する。さらに、撮像条件設定部５０４は、撮像条件Ｃとして、同様の４つの角部Ｔ３、Ｂ３、Ｔ４、Ｔ２が、撮像装置３５の撮像範囲Ｇ内に収まるように、撮像装置３５が撮像する撮像位置Ｐ３の位置座標と、撮像位置Ｐ３の位置座標に対する撮像装置３５の光軸Ｃの方向Ｄ３と、を設定する。撮像条件設定部５０４は、撮像条件Ｄとして、同様の４つの角部Ｔ４、Ｂ４、Ｔ１、Ｔ３が、撮像装置３５の撮像範囲Ｇ内に収まるように、撮像装置３５が撮像する撮像位置Ｐ４の位置座標と、撮像位置Ｐ４の位置座標に対する撮像装置３５の光軸Ｃの方向Ｄ４と、を設定する。

【0040】

本実施形態では、仮想空間Ｓの上側角部Ｔ１～Ｔ４に対して、各方向Ｄ１～Ｄ４において、撮像することにより、これらの４つの画像により、建設中の建物１０はもちろんのこと、建設が完了した建物１０の全体を把握することができる。

【0041】

ここで、本実施形態では、図６に示すように、撮像条件設定部５０４は、それぞれの撮像条件において、中央角部から仮想空間Ｓの内部を通過し、中央角部（たとえば上側角部Ｔ１）に対して対角に位置する下側角部（たとえば下側角部Ｂ３）の位置座標と、中央角部（たとえば上側角部Ｔ１）の位置座標とを結ぶ対角線に、撮像装置３５の光軸Ｃが一致するように、光軸Ｃの方向Ｄ１を設定する。

【0042】

具体的には、撮像装置３５のイメージセンサの縦横のサイズと、撮像装置３５の焦点距離から、仮想空間Ｓの角部Ｂ１、Ｔ２、Ｔ４を結ぶ三角形の領域が、撮像装置３５の画角内に収まる距離Ｌ１を求める。この距離Ｌ１は、平面視において、角部Ｂ１と撮像装置３５との距離であり、この距離Ｌ１を用いて、角部Ｂ３、Ｔ１、Ｂ１の直角三角形の相似の関係を利用して、撮像装置３５の高さＨ１を算出する。撮像条件設定部５０４は、距離Ｌ１、高さＨ１から、撮像位置Ｐ１の位置座標となる、撮像装置３５（のイメージセンサ）の焦点の緯度、経度、および高さの３次元座標を算出する。さらに、撮像装置３５の光軸Ｃの方向Ｄ１は、角部Ｔ１と角部Ｂ３を結ぶ直線（上述した対角線）と、角部Ｂ１と角部Ｂ３とを結ぶ直線とが成す角度θにより、設定することができる。

【0043】

ここで、中央角部を上側角部Ｔ１としたときに、仮想空間Ｓの角部Ｂ１、Ｔ２、Ｔ４が撮像装置３５の画角内に収まっていればよいが、たとえば、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すようにして、撮像位置Ｐ１の位置座標を算出してもよい。

【0044】

図７（ａ）は、仮想空間Ｓを平面視した状態の模式図であり、図７（ｂ）は、仮想空間Ｓを側面視した状態の模式図である。なお、ここでは、説明上、仮想空間Ｓにおける上側角部Ｔ１～Ｔ４を、点Ａ～Ｄと定義し、仮想空間Ｓにおける下側角部Ｂ１、Ｂ３と、点Ａ’、Ｂ’と定義する。

【0045】

この例では、撮像装置３５で撮像した画像の縁部に、仮想空間Ｓの上側角部Ｔ２、Ｔ３、（点Ｂ、Ｄ）と、下側角部Ｂ１（点Ａ’）が位置しないように、すなわち、画像内に余裕代をもってこれらの点Ｂ、Ｄ、Ａ’が写り込むように、１．０よりも大きい余裕率を設定する。

【0046】

ここで、点Ｂ、Ｃのうち、点Ａから遠い方の点Ｂを基準する。まず、点Ｂを通り線分ＡＣから下した垂線の線分ＢＥ（の長さ）は、以下の式（１）に示すように表すことができる。

【0047】

線分ＢＥ＝線分ＡＢ×ｓｉｎ（∠ＢＡＣ）…（１）

【0048】

余裕率をＱとすると、線分ＢＥを通り、点Ｅを端点とした垂線上の線分をＹＥとしたときに、線分ＹＥ（の長さ）は、式（２）に示すように表すことができる。ただし、余裕率Ｑは、１．０より大きく、好ましくは１．５以下の値である。

【0049】

線分ＹＥ＝線分ＢＥ×Ｑ…（２）

【0050】

撮像装置３５の焦点をＸとし、イメージセンサの幅をｓｗ、イメージセンサの焦点距離をｆｌとしたときに、線分ＸＥ（の長さ）は、以下の式（３）のようにして表すことができる。

【0051】

線分ＸＥ＝（２／ｓｗ）×ｆｌ×線分ＹＥ…（３）

【0052】

したがって、平面視において、点Ａから焦点Ｘまでの距離、すなわち線分ＸＡの長さは、以下の式（４）のようにして表すことができる。

【0053】

線分ＸＡ（平面視）＝線分ＸＥ－線分ＡＥ…（４）
ただし、線分ＡＥ＝線分ＡＢ×ｃｏｓ（∠ＢＡＣ）である。

【0054】

なお、ここで、角部Ｔ４（点Ｄ）を通る線分ＦＤの長さは、以下の式（５）に示すように表すことができる。

【0055】

線分ＦＤ＝線分ＡＤ×ｓｉｎ（∠ＤＡＣ）…（５）

【0056】

ここで、線分ＸＦ（の長さ）を、式（４）で算出した線分ＸＡを用いて以下の式（６）で算出することができる。

【0057】

線分ＸＦ＝線分ＸＡ＋線分ＡＦ＝線分ＸＡ＋線分ＡＤ×ｃｏｓ（∠ＤＡＣ）…（６）

【0058】

式（６）で算出した線分ＸＦを用いて、線分ＺＦの長さを、以下の式（７）で算出することができる。

【0059】

線分ＺＦ＝線分ＸＦ×（ｓｗ／２）／ｆ１…（７）

【0060】

ここで、線分ＺＦの長さが線分ＣＦの長さよりも短い場合には、線分ＺＦの長さが線分ＣＦの長さ以上となるように、余裕率Ｑが大きくなるような補正を行う。このようにして得られた線分ＸＡにより、線分ＡＤ’を延長した対角線上の焦点Ｘの高さＨ１を算出する。高さＨ１は、以下の式（８）により算出することができる。

【0061】

高さＨ１＝線分ＸＣ×ｔａｎ（∠ＡＢ’Ａ’）…（８）

【0062】

このような高さＨ１に対して、図７（ｂ）に示すように、仮想空間Ｓを側面視したときに、撮像装置３５の画角内に、上側角部Ｔ２（Ｂ）と、下側角部Ｂ１（Ａ’）とが収まればよい。したがって、上述した計算方法と同様にして、以下の式（９）、式（１０）で、線分ＢＪの長さと線分ＶＪの長さを算出する。

【0063】

線分ＢＪ＝線分ＡＢ×ｓｉｎ（∠ＢＡＢ’）…（９）
線分ＶＪ＝線分ＸＪ×（ｓｈ／２）／ｆ１…（１０）

【0064】

ここで、線分ＶＪの長さが線分ＢＪの長さよりも短い場合には、線分ＶＪの長さが線分ＢＪの長さ以上となるように、余裕率Ｑが大きくなるような補正を行う。

【0065】

同様に、以下の式（１１）、式（１２）で、線分Ａ’Ｈの長さと線分ＺＨの長さを算出する。

【0066】

線分Ａ’Ｈ＝線分ＡＡ’×ｓｉｎ（∠ＢＡＡ’）…（１１）
線分ＺＨ＝線分ＸＨ×（ｓｈ／２）／ｆ１…（１２）

【0067】

ここで、線分ＺＨの長さが線分Ａ’Ｈの長さよりも短い場合には、線分ＺＨの長さが線分Ａ’Ｈの長さ以上となるように、余裕率Ｑが大きくなるような補正を行う。

【0068】

このようにして、余裕率Ｑを設定し、これを補正することで、点Ｂ、Ｄ、Ａ’は写り込むように、撮像位置Ｐ１とこれに対応する光軸Ｃの方向を算出することができる。その他の撮像位置Ｐ２～Ｐ４の位置座標と、これらのそれぞれに対応する光軸Ｃの方向も同様にして算出する。なお、撮像位置Ｐ１～Ｐ４から、中央角部の位置座標から撮像位置座標までが同じ距離となるように、各撮像位置座標を設定する。この態様によれば、すべての撮像位置座標から中央角部までの距離を同じ距離にすることにより、すべての画像の縮尺を同じ縮尺にすることができる。

【0069】

別の変形例として、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、撮像条件設定部５０４は、撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標ごとに、建物１０の平面視において、撮像位置（たとえば、撮像位置Ｐ１）の位置座標と、一対の上側角部（たとえば、上側角部Ｔ３、Ｔ４）のそれぞれの位置座標とを結ぶ第１および第２上辺ＥＴ１、ＥＴ２とが成す角を二等分した第１二等分線ＤＬ１を設定する。撮像条件設定部５０４は、建物１０の側面視において、撮像位置Ｐ１と、下側角部Ｂ１の位置座標とを結ぶ側辺ＥＳと、撮像位置（たとえば、撮像位置Ｐ１）座標と、一対の上側角部（たとえば、上側角部Ｔ２、Ｔ４）のうち、撮像位置（たとえば、撮像位置Ｐ１）の位置座標からの距離が遠い方の上側角部（たとえば、上側角部Ｔ２）の位置座標とを結ぶ第１または第２上辺ＥＴ１、ＥＴ２とが成す角を二等分した第２二等分線ＤＬ２を設定する。撮像条件設定部５０４は、設定第１および第２二等分線のそれぞれに対して、撮像装置３５の光軸Ｃが一致するように、各撮像位置の位置座標と、光軸Ｃの方向を設定する。

【0070】

具体的には、以下の撮像位置Ｐ１における位置座標と撮像装置３５の光軸Ｃの設定に関して、図８（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図８（ａ）に示すように、撮像装置３５の光軸Ｃが上側角部Ｔ１を通過し、かつ、上側角部Ｔ１と上側角部Ｔ２とを結ぶ第１上辺ＥＴ１と、上側角部Ｔ１と上側角部Ｔ４とを結ぶ第２上辺ＥＴ２と、の成す角を二等分した第１二等分線ＤＬ１を設定する。なお、第１上辺ＥＴ１と第２上辺ＥＴ２は、四角柱状の仮想空間Ｓの上辺である。この第１二等分線ＤＬ１をｘ軸とし、上側角部Ｔ１とｘ座標とが直交する線を、ｙ軸とする。

【0071】

ここで、図８（ａ）の平面視において、矩形状の仮想空間Ｓの短辺の長さをｒ１、その長辺の長さをｒ２とする。さらに、ｘ軸と、第１上辺ＥＴ１との成す角度を、θとする。上側角部Ｔ２、Ｔ４の位置座標（ｘ，ｙ）を以下のように表すことができる。

【0072】

上側角部Ｔ２の位置座標：（ｒ２ｃｏｓθ，ｒ２ｓｉｎθ）
上側角部Ｔ４の位置座標：（ｒ１ｃｏｓ（θ＋π／２），ｒ１ｓｉｎθ（θ＋π／２））

【0073】

さらに、図８（ｂ）の平面視において、上辺角部Ｔ１と撮像位置Ｐ１との距離をＬとし、線分Ｔ２Ｐ１とｙ軸との成す角度をφ１とし、線分Ｔ４Ｐ１とｙ軸の成す角度をφ２とすると、以下の式（１３）、（１４）のように示すことができる。

【0074】

φ１＝ａｔａｎ（ｒ２ｃｏｓθ／｛ｒ２ｓｉｎθ＋Ｌ｝）…（１３）
φ２＝ａｔａｎ（ｒ１ｃｏｓ（θ＋π／２）／｛ｒ１ｓｉｎθ（θ＋π／２）＋Ｌ｝）…（１４）

【0075】

角度φ１および角度φ２のいずれも、水平方向の画角ＦＯＶＬ／２であることから、これらの式（１３）および（１４）は、変数θと変数Ｌの二元一次方程式となり、これらの方程式を解くことにより、θとＬを算出することができる。

【0076】

図８（ｂ）に示すように、撮像条件設定部５０４は、建物１０の側面視において、撮像位置Ｐ１と下側角部Ｂ１の位置座標とを結ぶ側辺ＥＳと、撮像位置Ｐ１の位置座標と上側角部Ｔ２の位置座標とを結ぶ第１上辺ＥＴ１と、が成す角（図では９０°）を二等分した第２二等分線ＤＬ２を設定する。ここで、上側角度Ｔ２と下側角部Ｂ１とが、撮像装置３５の画角ＦＯＶＨ内に入る撮像装置３５の高さＨ１を算出する。

【0077】

飛行制御部５０５は、設定した撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標ごとに、撮像装置３５が、撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標で、設定した光軸Ｃの方向Ｄ１～Ｄ４となるように、無人航空機の飛行制御を行う。具体的には、飛行制御部５０５は、無人航空機３０の制御装置３９を介して、駆動装置３６に飛行指令を送り、飛行制御を行う。この際、無人航空機３０の撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標を座標検出センサ３２と高度検出センサ３４から取得し、撮像装置３５の光軸Ｃの方向Ｄ１～Ｄ４を方位検出センサ３３から取得し、フィードバック制御により、飛行制御を行ってもよい。

【0078】

撮像制御部５０６は、飛行制御された無人航空機３０から、撮像位置Ｐ１～Ｐ４ごとに、撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標の光軸Ｃの方向Ｄ１～Ｄ４に合わせて、撮像装置３５に建物１０を撮像させる。撮像制御部５０６による撮像装置３５の撮像タイミングは、座標検出センサ３２と高度検出センサ３４による撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標から取得し、方位検出センサ３３による撮像装置３５の光軸Ｃの方向Ｄ１～Ｄ４が、図６に示す撮像条件Ａ～Ｄのそれぞれの撮像条件を満たしたときである。

【0079】

以下に、図９を参照して、無人航空機３０を飛行させた状態で、無人航空機３０に搭載された撮像装置３５で、建設中の建物１０を少なくとも撮像する建物の撮像方法を説明する。

【0080】

まず、ステップＳ１では、建設予定となる建物情報を入力する。具体的には、建物１０の上側隅部ｔ１～ｔ３または下側隅部ｂ１～ｂ３の位置座標（緯度および軽度）、建物１０の高さ、建設予定となる敷地Ａ１の領域の位置座標などを、建物情報として入力する。

【0081】

次にステップＳ２で、空間設定部５０３により、仮想空間Ｓの設定を行う。具体的には、仮想空間Ｓの完成予定の建物１０を内部に含む最小の大きさとなる四角柱状の仮想空間Ｓである。これにより、仮想空間Ｓの各辺が、建物１０の縁部と一致するように、建物１０の各隅部の位置座標、および建物１０の高さＨに基づいて、仮想空間Ｓを設定する。

【0082】

次にステップＳ３で、撮像条件設定部５０４により、図６の表に示すように、中央角部と、下側角部と、一対の上側角部と、の４つの角部が、撮像装置１０の撮像範囲Ｇ内に収まるように、撮像装置３５が撮像する撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標と、撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標のごとに撮像装置３５の光軸Ｃの方向Ｄ１～Ｄ４と、を設定する。具体的には、この設定は、図６～図８で説明した方法で設定する。

【0083】

次に、ステップＳ４に進み、平面視において、撮像位置Ｐ１～Ｐ４のいずれかが、建物１０の敷地Ａ１から外れている撮像位置があるかを判定する。ここで、敷地Ａ１から外れていると判定された撮像位置Ｐ１～Ｐ４が存在する場合には、ステップＳ５に進み、そうでない場合には、ステップＳ６に進む。ここで、ステップＳ５では、敷地Ａ１から外れていると判定された撮像位置Ｐ１～Ｐ４に対して、光軸Ｃの方向Ｄ１～Ｄ４に沿って、撮像位置Ｐ１～Ｐ４を仮想空間Ｓに近づけるように、撮像位置Ｐ１～Ｐ４の撮像位置座標を補正する。この際に、中央角部と、下側角部と、一対の上側角部と、の４つの角部が、撮像装置３５の撮像範囲Ｇ内に収まらない場合、たとえば図７に示した例の場合には、余裕率Ｑを大きくする補正を行う。

【0084】

ステップＳ６では、飛行制御部５０５により、撮像位置Ｐ１まで無人航空機３０を飛行させるとともに、撮像装置３５の光軸Ｃの方向Ｄ１となるように、無人航空機３０を飛行させ、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、飛行させた無人航空機３０から、撮像装置３５の撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標ごとに光軸Ｃの方向Ｄ１に合わせて、撮像装置３５により建物１０を撮像し、ステップＳ８に進む。

【0085】

ステップＳ８では、全ての撮像位置Ｐ１～Ｐ４で、建物１０を撮像したかの判定を行う。ここで、撮像位置Ｐ１のみの場合には、ステップＳ６に戻る。撮像位置Ｐ２～Ｐ４まで、順に撮像が完了するまで、ステップＳ６～ステップＳ８までを繰り返す。

【0086】

本実施形態によれば、飛行制御部５０５により、設定した４つの撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標ごとに、撮像装置３５が、撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標で、設定した光軸Ｃの方向Ｄ１～Ｄ４となるように、無人航空機３０の飛行制御を行うことができる。次に、撮像制御部５０６で、飛行制御された無人航空機３０から、撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標で光軸Ｃの方向Ｄ１～Ｄ４に合わせて、撮像装置３５に建物１０（建設途中または建設前の物も含む）を撮像させる。これにより、撮像位置Ｐ１～Ｐ４の撮像座標ごとに、中央角部と、下側角部と、一対の上側角部と、の４つの角部が、撮像装置３５の撮像範囲Ｇ内に収まるように、撮像することができる。このような結果、建設途中から建設が完了するまでの建物を、同じ角度から同じ尺度で、撮像することができる。

【0087】

特に、図６および図７に示す例では、撮像条件設定部５０４において、下側角部の位置座標と中央角部の位置座標とを結ぶ対角線に、撮像装置の光軸Ｃが一致するように、光軸Ｃの方向Ｄ１～Ｄ４を設定する。これにより、撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標ごとに、中央角部と、下側角部と、一対の上側角部と、の４つの角部を、撮像した画像内にバランス良く写し込むことができる。これにより、このような結果、建設途中から建設が完了するまでの建物１０を、同じ角度から同じ尺度で、バランス良く撮像することができる。

【0088】

同様に、図９に示す例では、撮像条件設定部５０４において、建物１０の平面視および側面視における第１および第２二等分線ＤＬ１、ＤＬ２に、撮像装置３５の光軸Ｃが一致するように、光軸Ｃの方向Ｄ１～Ｄ４を設定する。これにより、撮像位置Ｐ１～Ｐ４の位置座標ごとに、中央角部と、下側角部と、一対の上側角部と、の４つの角部を、撮像した画像内にバランス良く写し込むことができる。これにより、このような結果、建設途中から建設が完了するまでの建物１０を、同じ角度から同じ尺度で、バランス良く撮像することができる。

【0089】

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

【符号の説明】

【0090】

１０：建物、３０：無人航空機、３５：撮像装置、５０３：空間設定部、５０４：撮像条件設定部、５０５：飛行制御部、５０６：撮像制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】