CN109669468B - 测量装置、无人机及其控制装置、控制方法及存储介质 - Google Patents

测量装置、无人机及其控制装置、控制方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种能够将无人机有效地引导到对象物的特定部位的技术，特别是提供一种测量装置、无人机及其控制装置、控制方法及存储介质。一种无人机(200)的控制装置，该无人机具有摄像头(201)，该控制装置具有：亮点检测部，从摄像头(201)所拍摄的图像中检测出由激光指示器产生的亮点(301)；和飞行控制部，基于所述图像中的所述亮点301的位置进行无人机(200)的飞行控制。在该结构中，摄像头(201)检测从全站仪(100)照射的点指示用激光在壁面(300)上的亮点(301)，以使无人机(200)追随亮点(301)的方式进行无人机(200)的飞行控制。

Description

测量装置、无人机及其控制装置、控制方法及存储介质
技术领域
本发明涉及一种无人机的控制技术，特别是涉及一种测量装置、无人机及其控制装置、控制方法及存储介质。
背景技术
可以考虑使用UAV(Unmanned Aerial Vehicle：无人驾驶飞行器)来检查桥墩或用混凝土加强的倾斜面。在该技术中，在UAV中搭载激光扫描仪或摄像头(camera)，对桥墩或倾斜面进行激光扫描或拍摄。在专利文献1中，记载了关于使用UAV来对设施进行检查的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-154577号公报
发明内容
发明要解决的问题
例如在检查隧道的内壁或桥墩时，有时希望对某特定部分进行拍摄。此时，需要对UAV进行正确的飞行控制。作为对UAV进行正确的飞行控制的方法，可考虑如下形态：在UAV上安装雷达或激光扫描仪，进而安装高精度的IMU(惯性测量装置)，并使UAV一边对周围进行三维测量一边飞行。然而，在该方法中，搭载于UAV的设备的重量的增加、耗电的增加、成本的增加都是问题。另外，如何确定UAV相对于拍摄对象的位置关系也是问题。
在这样的背景下，本发明的目的在于，提供一种能够将UAV有效地引导到对象物的特定部位的技术。
用于解决问题的手段
本发明为一种无人机的控制装置，该无人机具有摄像头，该无人机的控制装置具有：亮点检测部，从所述摄像头所拍摄的图像中检测由激光指示器产生的亮点；和控制部，基于所述图像中的所述亮点的位置，对该无人机及所述摄像头的至少一者的姿势进行控制。
在本发明中，可列举如下形态：所述控制部，基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述亮点的位置，对该无人机的位置进行控制。另外，在本发明中，可列举如下形态：所述亮点检测部检测出所述亮点的移动，所述控制部基于所述亮点的移动，对该无人机及所述摄像头的至少一者的姿势进行控制。
在本发明中，可列举如下形态：通过所述亮点描绘图形，基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形的方向，对所述姿势进行控制。在本发明中，可列举如下形态：通过所述亮点描绘图形，基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形在画面中在交叉的多个轴方向上的尺寸的比率，对所述姿势进行控制。
在本发明中，可列举如下形态：通过所述亮点描绘图形，基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形的大小，对所述无人机的位置进行控制。另外，本发明也可以为搭载有以上控制装置的无人机。
本发明也可以为一种测量装置，具有权利要求所述的控制装置、所述激光指示器和三维位置确定部，所述三维位置确定部确定由所述激光指示器产生的亮点的三维位置，所述亮点按照预定的路径移动，所述路径的位置是预先获得的。作为该测量装置，可列举出具有使用上述由激光指示器产生的亮点来控制UAV飞行的功能的TS(全站仪)。
本发明也可以为一种无人机的控制方法，所述无人机具有摄像头，在该控制方法中，从所述摄像头所拍摄的图像中检测由激光指示器产生的亮点，基于所述图像中的所述亮点的位置，对该无人机及所述摄像头的至少一者的姿势进行控制。
本发明也可以为一种程序，用于使计算机作为具有摄像头的无人机的控制装置而动作，该计算机作为亮点检测部和控制部而动作，其中，所述亮点检测部，从所述摄像头所拍摄的图像中检测由激光指示器产生的亮点；所述控制部，基于所述图像中的所述亮点的位置，对该无人机及所述摄像头的至少一者的姿势进行控制。
本发明为一种无人机的控制方法，使用具有激光指示器功能的全站仪，从设置在已知位置的全站仪向对象物照射点指示激光(laser point light)，用无人机所搭载的摄像头拍摄所述对象物上的所述点指示激光的亮点，以使所述摄像头所拍摄的图像中映出的所述亮点映在特定的画面位置的方式，进行所述无人机的飞行控制，通过沿预先设定的特定的路径，移动来自所述全站仪的所述点指示激光的照射位置，使所述无人机沿所述路径飞行。
本发明还提供一种无人机的控制装置，该无人机具有摄像头，所述无人机的控制装置的特征在于，具有：亮点检测部，从所述摄像头所拍摄的图像中检测由激光指示器产生的亮点，所述亮点按照预定的路径移动，所述亮点的移动轨迹描绘出图形；和控制部，基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形的方向，对该无人机及所述摄像头的至少一者的姿势进行控制，并基于按照所述图形的指示路径的移动，进行所述无人机的移动控制。
另外，本发明还提供一种无人机的控制方法，该无人机具有摄像头，该无人机的控制方法的特征在于，从所述摄像头所拍摄的图像中检测由激光指示器产生的亮点，所述亮点按照预定的路径移动，所述亮点的移动轨迹描绘出图形，基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形的方向，对该无人机及所述摄像头的至少一者的姿势进行控制，并基于按照所述图形的指示路径的移动，进行所述无人机的移动控制。
此外，本发明还提供一种无人机的控制用程序，用于使计算机作为具有摄像头的无人机的控制装置而动作，其特征在于，使该计算机作为亮点检测部和控制部而动作，所述亮点检测部，从所述摄像头所拍摄的图像中检测由激光指示器产生的亮点，所述亮点按照预定的路径移动，所述亮点的移动轨迹描绘出图形，所述控制部，基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形的方向，对该无人机及所述摄像头的至少一者的姿势进行控制，并基于按照所述图形的指示路径的移动，进行所述无人机的移动控制。
此外，本发明还提供一种无人机的控制方法，使用具有激光指示器功能的全站仪，该无人机的控制方法的特征在于，从设置在已知位置的全站仪向对象物照射点指示激光，用无人机所搭载的摄像头拍摄所述对象物上的所述点指示激光的亮点，所述亮点按照预定的路径移动，所述亮点的移动轨迹描绘出图形，以使所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形的方向成为预定的方向的方式，进行所述无人机的飞行控制，并基于按照所述图形的指示路径的移动，进行所述无人机的移动控制。
发明的效果
根据本发明，提供一种能够将UAV有效地引导到对象物的特定部位的技术。
附图说明
图1是示出实施方式的概要的图。
图2是实施方式的框图。
图3是实施方式的框图。
图4是示出由亮点绘制的图形的一个例子的图。
图5是实施方式的UAV的框图。
图6是示出处理的步骤的一个例子的流程图。
附图标记说明
100…TS(全站仪)、200…UAV、201…摄像头、300…壁面、301…亮点、302…亮点的移动轨迹。
具体实施方式
1.第一实施方式
(概要)
图1中示出了用摄像头201拍摄壁面300的UAV200。壁面300为例如用混凝土加强的崖或倾斜面、隧道的壁面、桥墩的侧面、大楼等建筑物的侧面等。图1中示出了壁面300由混凝土构成且由摄像头201所拍摄的图像来判断其开裂或老化的程度时的例子。
从设置在已知位置的TS(Total Station：全站仪)100向壁面300照射点(Point)指示用激光。在该点指示用激光在壁面300上的反射点，形成有因该激光的反射而产生的亮点301。该激光还用作测距光，用TS100测量从TS100观察到的亮点301的三维坐标。另外，TS100具有望远镜和摄像头，由TS100获得以亮点301为中心的壁面300的图像。
UAV200具有摄像头201，UAV200一边用摄像头201拍摄壁面300一边沿着壁面300飞行。此时，在UAV200侧识别摄像头201所拍摄的图像中映出的亮点301，并使用亮点301进行UAV200的飞行控制。
TS100设置在已知的位置，TS100使点指示用激光的亮点沿着想要由UAV200进行拍摄的壁面上移动。例如，通过沿着路径302移动亮点301，来使UAV200随亮点301的移动而移动。另外，此时，通过摄像头201拍摄壁面300上的包含亮点301的区域。
(TS(全站仪))
以下，对TS100进行说明。图2是TS100的框图。TS100具有激光发射部101、激光接收部102、测距部103、水平/垂直(铅直)角检测部104、水平/垂直(铅直)角驱动部105、三维位置计算部106、UAV引导部(亮点位置控制部)107、亮点描绘部108、激光扫描仪109。关于TS(全站仪)，在日本特开2009-229192号公报、日本特开2012-202821号公报、日本专利第5124319号公报等中有记载。
激光发射部101发出兼作为测距光的点指示用激光。该光经由未图示的光学***照射到对象物。此处，点指示用激光采用可见光。激光接收部102经由未图示光学***接收照射到对象物并被该对象物反射的点指示用激光的反射光。
测距部103基于兼作为测距光的点指示用激光的飞翔时间，计算从TS100到亮点301的距离。具体地，在TS100的内部设有参考(reference)光的光路，根据该参考光与由激光接收部102接收的测距光(兼点指示用激光)的位相差，计算TS100到亮点301的距离。
TS100具有能够水平旋转的主体。在该主体上安装有能够在竖直方向旋转(仰角和俯角的旋转控制)的可动部。该可动部上固定有激光发射部101、激光接收部102以及测距部103的光学***，能够控制兼作为测距光的点指示用激光的光轴在水平方向及竖直方向上的方向。
水平/垂直角检测部104检测出上述可动部的水平角(水平方向上的角度)和垂直角(仰角或者俯角的角度)。角度检测是通过旋转编码器进行的。就角度测量的基准而言，例如可列举出如下测量的例子：对于水平角，将北方向作为0°，检测沿顺时针方向转的角度；对于垂直角(铅直角)，将水平位置作为0°，并使仰角为+、俯角为-，来进行检测。此外，TS100被设置在地图坐标系(绝对坐标系)上的已知位置。地图坐标系是GNSS(Global NavigationSatellite System：全球导航卫星***)中使用的全局坐标系。
水平/垂直角驱动部105具有发动机或驱动电路，用于进行上述可动部的水平方向的旋转驱动、竖直方向的旋转驱动。通过进行上述可动部的水平角及垂直角的控制，来进行亮点301的位置控制。
三维位置计算部106根据由测距部103计算出的距离和由水平/垂直角检测部104检出的亮点301的方向(来自TS100的方向)，来计算亮点301的三维坐标值。该亮点301的三维坐标值，被作为以TS100为原点的TS坐标系上的坐标值而获得。作为该TS坐标系，可列举出将东方向作为X轴、北方向作为Y轴、垂直(铅直)向上的方向作为Z轴的XYZ坐标系。
UAV引导部(亮点位置控制部)107进行使图1的亮点301沿路径302移动的控制。通过由水平/垂直角驱动部105对TS100可动部进行水平方向的旋转驱动以及竖直方向的旋转驱动，来实现亮点301的移动。在本说明书所公开的技术中，UAV200以追随亮点301的方式飞行。UAV引导部107沿想要使UAV200飞行的路径来移动由亮点301形成的图形，由此进行UAV200的飞行引导。对于由亮点301形成的图形的移动路径302，可列举出预先决定好移动路径302的形态，但是也可以是由操作者来移动的形态。
例如，考虑由UAV200进行桥梁检查的情况。此处，桥梁的三维模型数据是预先获得的。此时，在UAV200上搭载视频摄像头，进行桥梁的拍摄，根据该动态图像来检查混凝土有无开裂或其老化的状态、螺栓结合部的状态等。此时，沿着成为预定拍摄对象的部位来设定径路302，移动由亮点301形成的图形。并且，UAV200追随亮点301的移动而飞行。此时的亮点301的引导，是由UAV引导部(亮点位置控制部)107来进行的。通过UAV引导部(亮点位置控制部)107的功能，来进行使用了亮点301的UAV200的飞行控制。
亮点描绘部108通过一边照射点指示用激光(测距光)一边控制照射方向的水平角及垂直角，来移动亮点301，并根据亮点301的轨迹进行描绘控制。通过使用该亮点所进行的描绘，在对象面(例如，图1的壁面300)上形成由亮点形成的特定形状的图形(亮点描绘图形)。
以下，说明由亮点描绘部108进行的描绘。图4中示出了描绘亮点301的一个例子。在该例子中，使亮点301以1～5Hz左右的重复频率周期性地以L字型往复运动，进行L字形状的描绘。以使该L字形状的亮点的轨迹在对象面上的方向及大小为预定的特定方向及大小的方式进行描绘。由亮点描绘的图形只要能够被识别即可，不限定于文字，也可以是三角形或箭头等。
上述通过描绘形成的图形沿图1的路径302移动。此时，就图形的位置而言，通过其重心的位置或预定的位置(在L字的情况下，用竖线和横线的交点等)来掌握。例如，在图4的情况下，L字形状的亮点的轨迹朝向想要使UAV200飞行的方向移动。此时，由于测距值在时间轴上晃动，因而采用以特定间隔(0.5～1秒左右)进行平均化后的值作为测距值。
调整亮点的描绘图形，以使其在亮点形成位置具有预定的大小、纵横比以及方向。就该调整而言，需要与对象物的三维形状相关的数据和从TS100到亮点为止的距离的信息。预先通过从三维激光扫描仪或立体照片图像获得的三维模型，来掌握与对象物的三维形状相关的数据。通过用TS100所具有的测距功能或激光扫描仪功能，来获得从TS100到对象物的距离。
尤其从倾斜的方向向进行亮点描绘的对象面照射点指示用激光时，以使其成为从正面进行描绘时的形状的方式进行描绘。此时，进行使用了如下射影变换的描绘，即，使用来自后述的激光扫描仪109的激光扫描数据，计算对象面的法向量，根据该法向量与来自TS100的点指示用激光的光轴所成的角度，使亮点描绘图形的形状成为从正面进行描绘时的形状。
激光扫描仪109在点指示用激光的照射点(亮点301)附近进行激光扫描，获得亮点301附近的三维点云数据。通过在亮点附近进行激光扫描，可判断亮点301附近的对象物的表面相对于TS100的光轴的方向。即，可判断对象物的表面的法线相对于点指示用激光的光轴的方向。
关于激光扫描仪，例如在日本特开2010-151682号公报、日本特开2008-268004号公报、美国专利8767190号公报、美国专利7969558号公报中有记载。另外，在US2015/0293224号公报中，记载了一种在不使用光学***的旋转或往复运动的情况下进行电子式扫描的形态的激光扫描仪。也能够使用进行该电子式扫描的形态的激光扫描仪。
(UAV)
UAV200具有图3的飞行控制装置210、GSNN位置确定装置、高度计、方向传感器、IMU(惯性测量装置)、倾斜传感器、无线通信装置等。除了飞行控制装置210以外，其余均是普通UAV所具有的设备及功能，因而省略说明。另外，在能够移动摄像头201的姿势的结构的情况下，在UAV200中搭载有摄像头201的姿势控制装置。
图3中示出了UAV200所具有的飞行控制装置210的框图。飞行控制装置210为发挥计算机功能的硬件，具有CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、存储器、各种接口。飞行控制装置210也可以用通用的微型计算机构成，也可以开发为专用的硬件。例如，可以使用微计算机插件、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：特定用途集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)等电子电路构成飞行控制装置210。
飞行控制装置210具有图像数据接收部211、亮点检测部212、图形检测部213、飞行控制部214、通信部215、存储部216。这些功能部的一部分或者全部可以为通过在CPU执行程序而以软件构成的形态，也可以为用专用的硬件构成的形态。
图像数据接收部211接收摄像头201所拍摄的图像。在该例子中，摄像头201拍摄视频，该图像数据由图像数据接收部211接收。此外，可以使用视频帧数不多的高速快门图像(例如，每0.1秒拍摄一次)。
亮点检测部212从摄像头201所拍摄的图像中检测出因从TS100照射的点指示用激光产生的亮点。亮点的检测，是通过用数字处理检测出亮度比周围高的像素来进行的。在该例子中，从摄像头201所拍摄的动态图像数据中所包含的多个帧图像中，检测亮点301的轨迹。例如，由亮点检测部212检测图4的L字形状的亮点的轨迹。此时，亮点301精细地移动以描绘图形。因此，对在等于或大于描绘图形所用的时间的期间内获得的轨迹的变化进行平均化处理，检测出描绘图形的亮点的集合。例如，假设用0.5秒描绘了L字形状的图形。此时，检测出在0.5秒～0.7秒左右的期间内将亮点的移动进行平均化处理而得的亮点的轨迹。此外，该轨迹与图1的轨迹302不同，其是为了描绘图4那样的图形而以短时间间隔重复的轨迹。
图形检测部213根据由亮点检测部212检测出的亮点的轨迹，进行图形检测。例如，在图4的情况下，由图形检测部213检测L字形状的图形。使用公知的形状识别处理算法进行该处理。
飞行控制部214进行UAV200的飞行控制。在由飞行控制部214进行的飞行控制中，除了由通常的UAV进行的飞行控制外，还包含基于描绘图形的飞行控制，所述描绘图形是指，由图形检测部213检测出的由点指示用激光产生的亮点所描绘出的图形(例如，图4的L字形状的亮点的轨迹)。
以下，对作为通过将点指示用激光(测距光)照射到对象物而形成的图形采用了图4的L字形状的情况下的飞行控制的例子进行说明。
首先，检测由图形检测部213检测出的L字形状图形在画面中的位置。例如，将L字形状图形在画面中的重心的位置作为该图形在画面中的位置(关注位置)检测出来。然后，以使该关注位置到达画面中的预定位置(左下或中央等)的方式，控制UAV的位置。
接着，检测出由图形检测部213检测出的L字形状图形在画面上的方向。然后，以使该方向成为预定的方向(例如，图4的方向)的方式，控制UAV200的姿势。在该处理中，进行图1的绕X轴的旋转控制。
接着，以使L字形状图形的纵横比接近预定值(图4的情况为1：1)的方式，进行UAV200的姿势控制。在使用了该L字形状图形(亮点描绘图形)的纵横比的姿势控制中，进行图1中的绕Z轴的旋转控制。
不限定于纵横比，也能够采用交叉的2个轴的方向上的尺寸的比率。但是，优选地，交叉的2个轴之间所成的角度尽可能接近90°(正交状态)。另外，也可以采用交叉的3个轴以上的方向上的尺寸的比率，作为判定基准。此时，以使由亮点描绘的图形在3个轴以上的方向上的尺寸的比率最接近预定值的方式，进行UAV的姿势控制。例如，设定以60°的角度差来进行交叉的3个轴，以使这3个轴的方向上的图形的比率为预定值的方式，进行UAV的姿势控制。
若使用上述L字形状图形在画面上的纵横比来进行UAV200的姿势控制，则画面中的L字形状图形的位置会变化。因此，交替重复(1)基于L字形状图形在画面中的位置来调整UAV200的位置，及(2)基于L字形状图形在画面中的纵横比来调整UAV200的姿势，使L字形状图形在画面中的位置成为预定的特定的位置，并且使画面中的L字形状图形的纵横比为规定值。
接着，以使画面中的L字形状图形的纵向和横向的尺寸(Lx及/或Lz)为预定值的方式，控制UAV200的位置。此处，当UAV200的位置与对象物之间的距离大于规定值时，(Lx及/或Lz)比规定值小。另外，当UAV200的位置与对象物之间的距离小于规定值时，则与之相反。
通过上述的以使检出的图形在画面上的大小为规定值的方式，控制UAV200的位置，从而使点指示用激光(测距光)所照射的对象物与UAV200之间的距离(图1的X轴上的位置)为预定值。
图4的L字形状图形的描绘位置随着图1的轨迹302移动。通过以每隔1秒时间间隔连续进行上述姿势控制及移动控制，UAV200在相对于对象物(例如，图1的壁面300)维持特定姿势及位置关系的同时，沿附图标记302所示出的指示路径移动。即，UAV200追随由亮点301构成的图形(亮点描绘图形)的移动而移动。
此外，在实际的UAV200的飞行中，首先通过操纵者进行远程操纵来使UAV200接近对象物，然后进行使用了来自TS100的点指示用激光的上述飞行控制。
通信部215接收来自操纵者所操纵的操纵用控制器的信号。另外，从通信部215向操纵用控制器或外部设备发送飞行时的各种数据(位置数据等)。存储部216由半导体存储器构成，存储有飞行控制装置210的动作所需的各种数据、作为动作的结果而获得的数据、动作所需的程序。另外，当飞行控制装置210搭载于UAV200的情况下，将飞行计划或飞行日志、UAV200的动作所需的各种数据或程序存储在存储部216中。
(处理的一个例子)
以下，对由飞行控制装置210执行的处理的一个例子进行说明。图6是示出由飞行控制装置210执行的处理的步骤的一个例子的流程图。用于执行图6的处理的程序被存储于存储部216等适当的存储器区域，通过从中读取来执行。也可以为这样的形态：将该程序存储在适当的存储介质中，并从存储介质提供该程序。
向对象物(例如，图1的壁面300)照射点指示用激光，在由亮点进行图形描绘的阶段开始执行图6的处理。若开始图6的处理，则首先判定是否检测出了由亮点301构成的图形(亮点描绘图形)(步骤S101)。该处理由图形检测部212执行。在检测出了亮点描绘图形时，进入步骤S102，否则，在使UAV200向上下左右移动的同时重复步骤S101。
此外，当检测不出该图形的时间达到一定时间时，判定为看不见亮点301的情况(丢失判定)，并将该情况通知(丢失通知)给TS100或者UAV200的未图示的控制器。另外，此时，为了防止事故，UAV200将成为就此悬停的状态。
在步骤S102中，基于摄像头201所拍摄的图像的画面中的亮点描绘图形的位置来进行UAV200的位置控制。在该处理中，以使画面内的亮点描绘图形的位置成为预定的特定的位置的方式，进行调整UAV200的位置的飞行控制。
以下，对该处理的一个详细的例子进行说明。首先，假设在摄像画面上设定有正交的X-Y轴。此处，亮点描绘图形相对于规定的画面位置而位于X+方向。此时，以使画面向X－方向流动的方式进行UAV200的移动控制。其结果，画面中的亮点描绘图形的位置向X－方向移动。这样，以使画面中的亮点描绘图形的位置一直为恒定位置的方式，进行飞行控制。其结果，UAV以追随亮点描绘图形的方式飞行。与以上的使UAV追随亮点描绘图形的飞行控制相关的处理，由飞行控制部214执行。此外，以下的步骤S102～S106的处理也由飞行控制部214执行。
接着，基于亮点描绘图形的方向和纵横比，进行UAV200的姿势控制(步骤S103)。在该处理中，以使画面中的亮点描绘图形最接近预定的方向、以及预定的纵横比的方式，进行UAV200的姿势调整。
若执行步骤S103的处理，则画面中的亮点描绘图形的位置会变化。因此，进行步骤S104的判定，如果画面中的亮点描绘图形的位置发生偏移，则再次执行从步骤102开始的处理。如果画面中的亮点描绘图形的位置没有发生偏移，则进入步骤S105。
在步骤S105中，基于画面中的亮点描绘图形的大小，控制UAV200的位置。在该处理中，以使画面中的亮点描绘图形成为预定的大小的方式，调整UAV200的位置。通过该处理，使对象物与UAV200(摄像头201)之间的距离成为预定的特定的值。
然后，判断是否为下一个处理时机(步骤S106)，如果为下一个处理时机，则重复从步骤S101开始的处理。例如，以0.5秒～2秒的间隔重复执行步骤S101～S104的处理。
根据以上的处理，使亮点301描绘图形，并且该图形沿路径302移动，因而可进行使用了亮点301的UAV200的姿势控制、保持与壁面300的距离的飞行控制、以及飞行路径的控制。即，一边控制UAV200相对于壁面300的姿势以及与壁面300相离的距离，一边使UAV200以沿亮点301的移动路径302追随亮点301的方式(确切地说，以追随由亮点301形成的亮点描绘图形的方式)移动。
(优势)
根据本实施方式，使用进行点指示的引导用激光，能够通过TS100有效地将UAV引导到对象物的特定部位。在该技术中，UAV200通过图像处理调整其相对于对象物的姿势和位置。在该技术中，不需要为了进行位置控制而具有雷达或用于激光扫描的装置，更不需要使UAV具有高精度的IMU。因此，能够减轻与UAV相对于对象物的姿势控制及位置控制相关的UAV侧的负荷。
通过操纵者的手动操作使UAV200距离壁面300一定的距离飞行，需要先进的技术，并且有时很困难。对此，在本实施方式的技术中，无须高级的操纵技巧就能够进行UAV200沿壁面300的飞行控制。
2.第二实施方式
也可以采用如下方式，即，从UAV200发送摄像头201所拍摄的图像的数据，由TS100或其他数据处理装置接收该数据，并由地面上的这些处理装置侧对该数据进行处理，将接收了处理结果而生成的飞行控制信号发送到UAV200，从而对UAV200进行操纵。此时，可以准备TS100或地面设置型的装置来作为图3的飞行控制装置，由地面上的装置侧进行本来由飞行控制装置210执行的与点指示用激光的亮点相关的处理。此时，可简化搭载于UAV200的硬件，并可减轻在UAV200侧的运算负荷。
3.第三实施方式
例如，使用UAV200所具有的IMU或倾斜传感器的输出，来进行机体的水平控制(绕图1的Y轴以及X轴的姿势控制)。并且，基于亮点描绘图形在图像中的Z轴以及Y轴方向上的尺寸，进行绕图1的Z轴的姿势控制。即，以使亮点描绘图形的拍摄图像在画面中的Z轴方向以及Y轴方向上的尺寸的比率成为预定值(或者范围)的方式，进行UAV200绕Z轴的姿势控制。
4.第四实施方式
也可以为相对于UAV200的机体而能够可变地控制摄像头201的方向的形态。此时，也可以使用由点指示用激光的亮点所描绘的图形(亮点描绘图形)进行摄像头201的指向方向的控制(姿势控制)。此时，UAV200具有用于控制摄像头201的姿势的摄像头姿势控制装置。图5中示出了具备摄像头姿势控制装置220的UAV200的框图的例子。
例如，当对象面为倾斜面时，有时难以使机体倾斜地飞行，因而使机体为水平，以使摄像头201的光轴垂直于对象面的方式倾斜摄像头201。在此时的处理中，也可以使用亮点描绘图形。此时，以使亮点描绘图形的纵横比成为特定的值的方式，调整摄像头201的方向。此外，若调整摄像头201的方向，则在画面中的亮点描绘图形的位置会变化，因而以使亮点描绘图形在画面中的位置成为特定的位置且其纵横比成为特定的值的方式，交替地重复进行摄像头201的方向的调整和UAV200的位置(以及姿势)的调整。
也可为使用亮点描绘图像进行摄像头201的姿势控制和UAV200的姿势控制两者的形态。
5.第五实施方式
也可以为基本上由手动操纵使UAV飞行，并使用亮点描绘图像进行精细的姿势或位置调整的形态。
6.具体例
以下，说明检查用混凝土加强的倾斜面时的具体例子。此时，图1的壁面300是用混凝土加强的倾斜面。以下，将图1的附图标记300当作倾斜面来进行说明。首先，作为前提，通过TS100进行壁面300的多个点的定位(或者激光扫描)，并在TS100侧获得壁面300的三维模型。或者，也可以预先准备倾斜面300的三维数据，并将该三维数据输入TS100。
此处，将倾斜面300的拍摄位置设定为路径302。如下进行该设定。例如，将笔记本电脑连接到TS100，将TS100所存储的倾斜面300的三维模型显示到笔记本电脑的显示器上。该三维模型被表示在以TS100为原点的三维坐标上或者地图坐标系(以经度/纬度/距离平均水面的高度指定坐标的坐标系)上。然后，操作该笔记本电脑从而在倾斜面300的三维模型上设定路径302。
通过在倾斜面300的三维模型上设定路径302，可确定路径302在三维空间中的位置。TS100被设置在上述坐标系上的已知的位置。然后，从TS100向倾斜面300的路径302的起点的位置照射点指示用激光，在倾斜面300的表面形成亮点301。此时，使用TS100的描绘功能，通过亮点301描绘图4的图形。接着，通过手动操纵，使UAV300飞行到摄像头201的画面能捕捉到由亮点301形成的图形的位置。
接着，使用TS100的功能，使由亮点301形成的图形沿路径302移动。TS100本来是进行精密的位置测量的测量装置，如果指定了三维位置，则能够向该点照射点指示用激光(测距用激光)。使用该功能，使由亮点301形成的图形沿路径302移动。
UAV200进行图6所示的处理，追随由亮点301形成的图形，并追随该图形的移动而飞行。此时，使用该图形的外观进行位置控制和姿势控制。另外，在飞行的过程中通过摄像头201拍摄倾斜面300。即，通过摄像头201来沿着路径302对倾斜面300进行视频拍摄。
在以上的例子中，通过TS100获得倾斜面300的三维信息，通过TS100使亮点301在倾斜面300上移动，从而进行UAV200的飞行控制。这可以被视为TS100使用亮点301对UAV200进行间接的飞行控制。
通常，定期进行倾斜面300的检查。这对于桥梁或隧道的内壁等情况也是同样的。因此，如果登记了路径302，则下次的检查中也能够进行同样的飞行控制，能够节省作业的工夫。
(其他)
也可以为在TS100中，除了测距光的光源外还准备点指示用激光的光源的形态。另外，作为点指示用激光的光源，不仅可以使用TS，也可以使用具有亮点的位置控制和描绘功能的激光指示器。另外，也可以为通过改变亮点描绘图形的形状来向UAV发出动作指示的形态。例如，可以为通过改变亮点描绘图形的形状发出紧急返回指示的形态等。
本实施方式所示的技术可用于从UAV对隧道的壁面或顶棚、建筑物的外壁面、室内的壁面或顶棚、悬崖等倾斜面、桥梁的侧面或里面、桥墩的壁面、烟囱的壁面、重油储罐或煤气罐等外壁面、各种机械设备的外壁面、管道设备的外壁面、工厂设备的外壁面、船舶及飞机的外侧表面等进行拍摄的技术。
也可以为将图2的亮点描绘部108作为独立的硬件，从该亮点描绘部108向TS100发送用于亮点描绘的控制信号的形态。
在图5的结构中，也可以为不将飞行控制装置210与摄像头姿势控制装置220分离而是将它们合并起来的结构。此时，由合并成而的控制部进行UAV200的飞行控制和摄像头201的姿势控制。
还可以为采用立体相机来作为摄像头201的形态。此时，能够根据拍摄图像来确定亮点301与UAV200的相对三维位置及方向之间的关系，并使用该关系控制UAV200相对于壁面300的姿势和位置。即，使用立体图像以使UAV200始终相对于亮点301而具有特定的位置关系的方式，控制UAV200的姿势和位置，由此，以使UAV200在维持一定的位置及姿势的关系的状态下追随亮点301的方式，来进行UAV200的飞行控制。
此时，准备具有基于立体图像的亮点位置计算部以及飞行控制装置的硬件，该飞行控制装置以使UAV相对于亮点的位置为特定的相对位置的方式控制UAV飞行。该硬件可以装置于UAV，也可以配置在地面上的装置侧。

Claims (6)

1.一种无人机的控制装置，该无人机具有摄像头，所述无人机的控制装置的特征在于，具有：
亮点检测部，从所述摄像头所拍摄的图像中检测由激光指示器产生的亮点，所述亮点按照预定的路径移动，所述亮点的移动轨迹描绘出图形；和
控制部，基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形的方向，对该无人机及所述摄像头的至少一者的姿势进行控制，并基于按照所述图形的指示路径的移动，进行所述无人机的移动控制；
所述控制部还基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述亮点的位置，对该无人机的位置进行控制，基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形在画面中在交叉的多个轴方向上的尺寸的比率，对所述姿势进行控制，并基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形的大小，对所述无人机的位置进行控制。
2.一种具有权利要求1所述的控制装置的无人机。
3.一种测量装置，其特征在于，
具有权利要求1所述的控制装置、所述激光指示器和三维位置确定部，
所述三维位置确定部确定由所述激光指示器产生的亮点的三维位置，
所述亮点按照预定的路径移动，
所述路径的位置是预先获得的。
4.一种无人机的控制方法，该无人机具有摄像头，该无人机的控制方法的特征在于，
从所述摄像头所拍摄的图像中检测由激光指示器产生的亮点，所述亮点按照预定的路径移动，所述亮点的移动轨迹描绘出图形，
基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形的方向，对该无人机及所述摄像头的至少一者的姿势进行控制，并基于按照所述图形的指示路径的移动，进行所述无人机的移动控制，
基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述亮点的位置，对该无人机的位置进行控制，基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形在画面中在交叉的多个轴方向上的尺寸的比率，对所述姿势进行控制，并基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形的大小，对所述无人机的位置进行控制。
5.一种存储介质，存储有用于使计算机作为具有摄像头的无人机的控制装置而动作的无人机控制用程序，其特征在于，
所述无人机控制用程序使该计算机作为亮点检测部和控制部而动作，
所述亮点检测部，从所述摄像头所拍摄的图像中检测由激光指示器产生的亮点，所述亮点按照预定的路径移动，所述亮点的移动轨迹描绘出图形，
所述控制部，基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形的方向，对该无人机及所述摄像头的至少一者的姿势进行控制，并基于按照所述图形的指示路径的移动，进行所述无人机的移动控制，
所述控制部还基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述亮点的位置，对该无人机的位置进行控制，基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形在画面中在交叉的多个轴方向上的尺寸的比率，对所述姿势进行控制，并基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形的大小，对所述无人机的位置进行控制。
6.一种无人机的控制方法，使用具有激光指示器功能的全站仪，该无人机的控制方法的特征在于，
从设置在已知位置的全站仪向对象物照射点指示激光，
用无人机所搭载的摄像头拍摄所述对象物上的所述点指示激光的亮点，所述亮点按照预定的路径移动，所述亮点的移动轨迹描绘出图形，
以使所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形的方向成为预定的方向的方式，进行所述无人机的飞行控制，并基于按照所述图形的指示路径的移动，进行所述无人机的移动控制，
基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述亮点的位置，对该无人机的位置进行控制，基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形在画面中在交叉的多个轴方向上的尺寸的比率，对所述无人机及所述摄像头的至少一者的姿势进行控制，并基于所述摄像头所拍摄的图像中的所述图形的大小，对所述无人机的位置进行控制。
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