JP2019219874A - 自律移動撮影制御システムおよび自律移動体 - Google Patents
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Description
無人航空機などの自律移動体に搭載したカメラよって撮影対象物を撮影する場合、同じ位置を同じ方向から定期的に撮影することも多く、同じ種別の撮影対象物であれば形状の差異があろうとも撮影する目的からその手順は類似してくる。よって、地図情報、対象物情報などの撮影に関する既知の情報、センサ、カメラからの情報を整えることにより、自位置と対象物との位置関係を認識できるため、移動制御情報を予め決めた撮影手順および制御則に基づき各種制御手順を自動生成することが可能である。
自律移動体に付与すべき機能に応じて、制御則を個別に構成することにより、各機能を実現するために使用するセンサやカメラからの情報や設備情報、周辺情報を無駄なくかつ最大限に利用することが可能となる。
図5に、本発明の一実施形態に係る自律移動撮影制御システムにおいてステップ1で使用する制御則を示す。ステップ1では、姿勢制御31および速度制御32に加え、無人航空機100を離陸させて撮影対象物の撮影位置まで効率的かつ高速に接近させるために、高速位置制御33、接近回避制御37の2つの制御則を採用する。後述のステップ2でセンサが確実に検知するエリアに無人航空機100が侵入できれば良いが、飛行時間はバッテリー容量の制約を受けるため、飛行開始前に衛星測位部22を使用して取得した自位置情報と対象設備情報1から取得した撮影対象設備200の位置情報とから飛行経路を自動生成する。
図7に、本発明の一実施形態に係る自律移動撮影制御システムにおいてステップ2で使用する制御則を示す。ステップ1において高速位置制御出力と接近回避制御出力の大きさが十分に小さく、かつ測位センサ25が安定的に撮影対象物との離隔距離を計測できる位置まで無人航空機100が接近したとき、ステップ2に移行する。ステップ2では測距センサ25から計測される離隔距離に基づき撮影対象物の撮影位置までさらに接近する。ステップ2ではステップ3で高精細な画像を取得するために精度の高い相対位置を維持するとともに、無人航空機100が停止することが求められる。そのため、ステップ1で用いた高速位置制御33および接近回避制御37に代えて、高精度位置制御34、特徴接近制御35、および電磁界回避制御38を使用する。
図9に、本発明の一実施形態に係る自律移動撮影制御システムにおいてステップ3で使用する制御則を示す。ステップ3では、ステップ2により撮影対象物の撮影位置に高精度で到達しているので、撮影制御39において、カメラ5のカメラ駆動部51およびカメラ撮影部52に対し、測距センサ25により得られた相対位置に基づいてPTZ制御量を算出し撮影開始の指令を出力する。また同時に、接近追従制御36ではステップ2の特徴接近制御35と同様、衛星測位情報に頼らず、測距センサ25により求められる撮影対象物との相対位置に基づいて撮影対象物に沿って移動しながら位置制御を行う。図10は架空地線に沿って高精度に移動するため、自ずと電線が描くカテナリ曲線に沿った飛行軌跡を描く。また、仮に撮影対象物の架空地線が揺れた場合は、その揺れに追従して飛行する。
図11に、本発明の一実施形態に係る自律移動撮影制御システムにおいてステップ3aで使用する制御則を示す。また、図12(a)に、本発明の一実施形態に係る自律移動撮影制御システムの異常検知時の接近追従制御出力と撮影制御出力とを統合して速度制御指令を生成する例を示し、図12(b)に、本発明の一実施形態に係る自律移動撮影制御システムのステップ3aにおける異常検知箇所撮影の過程を示す。ステップ3において、指令統合部40が画像解析部41から異常検知の通知情報を受けると、ステップ3aへ移行する。ステップ3aでは、指令統合部40から接近追従制御36に対して異常検知があった場所に停止するよう指令し、撮影制御39からのカメラ駆動部51により高精細な画像が撮影できるように、ズームにより高倍率側に再調整を行う指令を出力する。
図13に、本発明の一実施形態に係る自律移動撮影制御システムにおいてステップ3bで使用する撮影地点間移動の制御則を示す。撮影対象物が単一でない場合、次の撮影対象物まで移動する際の制御はステップ2と同様に撮影対象物の撮影開始位置まで接近する。なお、ステップ3で撮影が完了した撮影対象物は、新たな障害物となることから、特徴接近制御35は離脱出力と新たな接近出力との合成指令となる。別の方法としては、元の撮影対象物が既知の障害物となることから、離脱出力については高速位置制御33を利用しても良い。また別の方法としては、一旦撮影が完了した撮影対象物から距離を置いてから次の撮影対象物まで移動させてもよい。
図15に、本発明の一実施形態に係る自律移動撮影制御システムにおいてステップ3cで使用する固定設備点検の制御則を示す。また図16に、本発明の一実施形態に係る自律移動撮影制御システムのステップ3cにおける固定設備点検時の様子を示す。
図17に、本発明の一実施形態に係る自律移動撮影制御システムにおいてステップ4で使用する目標位置に着陸する制御則を示す。また図18に、本発明の一実施形態に係る自律移動撮影制御システムのステップ4における撮影位置から着陸までの移動過程を示す。
2 センサ部
3 制御部
4 モータ駆動部
5 カメラ
21 IMU部
22 衛星測位部
23 気圧センサ
24 高度LIDAR部
25 測距センサ
26 障害物LIDAR部
27 赤外線センサ
28 超音波センサ
29 電磁界センサ
31 姿勢制御
32 速度制御
33 高速位置制御
34 高精度位置制御
35 特徴接近制御
36 接近追従制御
37 接近回避制御
38 電磁界回避制御
39 撮影制御
40 指令統合部
41 画像解析部
51 カメラ駆動部
52 カメラ撮影部
100 無人航空機
200 撮影対象設備
300 未知の障害物
301 メモリ
302 CPU
303 ストレージ
304 GPU
305 DRAM
306 移動体制御ユニット
307 通信部
308 入出力I/F
また、別の一態様は、カメラを搭載した自律移動体を制御する自律移動撮影制御システムであって、撮影対象物の形状情報および撮影場所の位置情報を含む対象設備情報を記憶する設備情報記憶部と、前記自律移動体の姿勢と方位を計測するセンサを含む、複数のセンサを有するセンサ部と、前記センサ部から取得した前記自律移動体の自位置情報から前記撮影場所の位置情報が示す撮影開始位置までの経路を、前記対象設備情報をもとに前記撮影対象物への衝突を回避するように生成する経路形成部と、前記経路に沿って前記撮影開始位置まで移動するための経路追従指令と、前記センサ部により前記自律移動体と前記自律移動体周囲の障害物との離隔距離が所定の離隔距離よりも短くなった場合に前記自律移動体が前記自律移動体周囲の障害物から遠ざかる指令とを生成し、複数の前記指令を統合した統合指令に基づき前記自律移動体の位置を制御する位置制御部と、前記相対距離に基づき前記カメラの焦点を調整して前記撮影対象物を撮影するカメラ制御部とを備えたことを特徴とする。
また、別の一態様は、カメラを搭載した自律移動体を制御する自律移動撮影制御システムであって、撮影対象物の形状情報および撮影場所の位置情報を含む対象設備情報を記憶する設備情報記憶部と、前記自律移動体の姿勢と方位を計測するセンサを含む、複数のセンサを有するセンサ部と、前記センサ部から取得した前記自律移動体の自位置情報から前記撮影場所の位置情報が示す撮影開始位置までの経路を、前記対象設備情報をもとに前記撮影対象物への衝突を回避するように生成する経路形成部と、前記カメラで撮影した画像を解析する画像解析部と、前記経路に沿って前記撮影開始位置まで移動するための経路追従指令である速度ベクトルと、前記センサ部により前記自律移動体と前記自律移動体周囲の障害物との離隔距離が所定の離隔距離よりも短くなった場合に前記自律移動体が前記自律移動体周囲の障害物から遠ざかる指令である速度ベクトルとを含む複数の飛行制御に関する速度ベクトル、および、前記画像解析部により生成された、前記カメラで撮影した画像から検知した異常箇所の撮影位置に移動する指令である速度ベクトルと、前記自律移動体と前記撮影対象物との相対方位を補正する指令である速度ベクトルとを含む複数の撮影制御に関する速度ベクトルのうち、飛行状況に応じた複数の速度ベクトルを合成した統合指令に基づき前記自律移動体の位置および姿勢6を制御する位置制御部と、前記相対距離に基づき前記カメラの焦点を調整して前記撮影対象物を撮影するカメラ制御部とを備えたことを特徴とする。
Claims (16)
- カメラを搭載した自律移動体を制御する自律移動撮影制御システムであって、
撮影対象物の形状情報および撮影場所の位置情報を含む対象設備情報を記憶する設備情報記憶部と、
前記自律移動体の姿勢と方位を計測するIMU部と、
前記自律移動体の水平方向および鉛直方向の位置を測位する衛星測位部と、
前記自律移動体の鉛直方向の位置を測位する高度計測センサと、
前記自律移動体周囲の障害物との離隔距離を計測する障害物計測センサと、
前記自律移動体周囲の電磁界を計測する電磁界センサと、
前記自律移動体と前記自律移動体周囲の撮影対象物との相対距離および相対角度を計測する測距センサと、
前記相対距離に基づき前記カメラの焦点を調整して前記撮影対象物を撮影するカメラ制御部と、
前記カメラで撮影した画像を解析する画像解析部であって、前記カメラで撮影した複数の画像を連結して前記撮影対象物全体の画像を合成する画像解析部と、
前記画像解析部における前記カメラで撮影した画像の解析結果を記録する解析記録部と、
前記各センサおよび前記各部の情報に基づき前記自律移動体の位置を制御する位置制御部と、
二周波かつ見通し外の無線通信で前記各センサおよび前記各部の情報を伝送する通信部と、
を備えたことを特徴とする自律移動撮影制御システム。 - 前記IMU部から取得した方位の情報、前記衛星測位部および前記高度計測センサから取得した前記水平方向の位置および前記鉛直方向の位置を含む自位置情報から前記撮影場所の位置情報が示す撮影開始位置までの経路を、前記対象設備情報をもとに前記撮影対象物への衝突を回避するように生成する経路形成部をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の自律移動撮影制御システム。
- 前記位置制御部は、前記経路に沿って前記撮影開始位置まで移動するための経路追従指令と、前記障害物計測センサにより前記自律移動体と前記自律移動体周囲の障害物との離隔距離が所定の離隔距離よりも短くなった場合に前記自律移動体が前記自律移動体周囲の障害物から遠ざかる指令とを生成し、複数の前記指令を統合した統合指令に基づき前記自律移動体の位置を制御することを特徴とする請求項2に記載の自律移動撮影制御システム。
- 前記位置制御部は、前記自位置情報と前記対象設備情報と前記相対距離および前記相対角度から、前記撮影対象物の撮影対象箇所および撮影位置を特定し、
前記カメラ制御部は、前記撮影位置において前記撮影対象物を撮影することを特徴とする請求項3に記載の自律移動撮影制御システム。 - 前記位置制御部は、前記電磁界センサで所定値以上の値を計測した場合、前記自位置情報が示す自位置に最も近い電磁界発生源の位置を前記対象設備情報から特定し、前記電磁界発生源から遠ざかる指令をさらに生成することを特徴とする請求項3または4に記載の自律移動撮影制御システム。
- 前記カメラ制御部は、前記電磁界センサで所定値以上の値を計測した場合、前記電磁界センサの値が所定値以下となる位置で撮影を継続または中止することを特徴とする請求項5に記載の自律移動撮影制御システム。
- 前記位置制御部は、前記撮影対象物との前記相対距離および相対角度を一定に保つように追従しながら、前記撮影開始位置から前記撮影場所の位置情報が示す撮影終了位置まで移動する指令をさらに生成することを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項に記載の自律移動撮影制御システム。
- 前記対象設備情報と、前記画像と、撮影開始位置情報および撮影終了位置情報により、前記撮影対象物全体を抜けなく撮影できたことを確認しおよび記録することを特徴とする請求項7に記載の自律移動撮影制御システム。
- 前記画像解析部は、前記対象設備情報と、前記画像と、前記画像の撮影開始位置情報、撮影終了位置情報に基づいて、過去に撮影された前記撮影対象物の過去撮影位置情報の中から前記撮影場所の位置情報に近い前記過去撮影位置情報に紐付けされた画像を抽出し、比較して異常を示す特定の差異を検知することを特徴とする請求項8に記載の自律移動撮影制御システム。
- 前記カメラ制御部は、前記対象設備情報により前記撮影対象物の特定された撮影箇所を撮影するとき、前記対象設備情報が有する色、材質、ならびに直前に撮影した画像に基づきISO感度、絞り、倍率およびシャッタースピードを調整し、それらの前記カメラの調整値を記録することを特徴とする請求項4乃至9のいずれか一項に記載の自律移動撮影制御システム。
- 前記画像解析部は、異常を検知した場合、異常箇所の位置情報を含む異常検知信号を前記位置制御部および前記カメラ制御部に出力し、
前記位置制御部は、前記異常箇所の撮影位置に移動する指令を生成し、
前記カメラ制御部は、前記異常箇所の撮影位置において、より高倍率で前記異常箇所を撮影し、前記異常箇所の高倍率による撮影開始時間、撮影終了時間、撮影開始位置、撮影終了位置、前記カメラの調整値、前記異常箇所の画像を記録することを特徴とする請求項10に記載の自律移動撮影制御システム。 - 前記画像解析部は、前記撮影対象物の画像のフレーム各辺に対する傾き角度を算出し、前記傾き角度に基づき前記自律移動体と前記撮影対象物との相対方位を補正することを特徴とする請求項8乃至11のいずれか一項に記載の自律移動撮影制御システム。
- 前記経路形成部は、前記撮影対象物が複数ある場合、前記撮影対象物の1つの撮影が完了すると、前記IMU部から取得した方位の情報および前記衛星測位部および前記高度計測センサから取得した前記自位置情報から撮影が完了していない他の撮影対象物の前記撮影場所の位置情報が示す撮影開始位置までの経路を、前記対象設備情報をもとに前記撮影対象物への衝突を回避するように生成することを特徴とする請求項4乃至12のいずれか一項に記載の自律移動撮影制御システム。
- 前記位置制御部が生成する各前記指令は、速度ベクトルであり、前記統合指令は、前記速度ベクトルを合成したものであることを特徴とする請求項3乃至13のいずれか一項に記載の自律移動撮影制御システム。
- 前記高度計測センサは、気圧センサ及びLIDARセンサの少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の自律移動撮影制御システム。
- 駆動部を有して自律的に移動可能な自律移動体であって、
前記自律移動体に搭載されたカメラと、
前記自律移動体の姿勢と方位を計測するIMU部と、
前記自律移動体の水平方向および鉛直方向の位置を測位する衛星測位センサと、
前記自律移動体の鉛直方向の位置を測位する高度計測センサと、
前記自律移動体周囲の障害物との離隔を計測する障害物計測センサと、
前記自律移動体周囲の電磁界を計測する電磁界センサと、
前記自律移動体と前記自律移動体周囲の撮影対象物との相対位置および相対角度を計測する測距センサと、
前記相対位置に基づき前記カメラの焦点を調整して前記撮影対象物を撮影するカメラ制御部と、
前記カメラで撮影した画像を解析する画像解析部であって、前記カメラで撮影した複数の画像を連結して前記撮影対象物全体の画像を合成する画像解析部と、
前記画像解析部における前記カメラで撮影した画像の解析結果を記録する解析記録部と、
前記各センサおよび前記各部の情報に基づき前記自律移動体の位置を制御する位置制御部と、
二周波かつ見通し外の無線通信で前記各センサおよび前記各部の情報を伝送する通信モジュールと、
を備えたことを特徴とする自律移動体。
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