JP7025156B2 - データ処理装置、データ処理方法およびデータ処理用プログラム - Google Patents
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Description
本実施形態の概要を図1に示す。図1には、飛行するUAV200、UAV200の追跡しつつその測位を行うTS(トータルステーション)100が示されている。図1には、UAV200にレーザースキャナ201を搭載し、UAV200を飛行させながら地上や建築物等の対象物のレーザースキャンを行い、当該対象物の三次元レーザースキャン点群(点群データ)を得る状態が示されている。
以下、レーザースキャナ201が得たレーザースキャンデータの座標を、TS100を原点とした地上座標系における座標に座標変換する原理について説明する。この処理では、UAV200の位置の特定、UAV200の姿勢の特定、UAV200に固定された座標系の地上座標系への座標変換が行われる。以下、各処理について説明する。
飛行するUAV200の位置(空中での三次元位置)は、TS100によりリアルタイムに特定され、その位置座標は、図2のXYZ座標系(地上座標系)上で記述される。TS100によるUAV200の追跡と測位は、UAV200に搭載された反射プリズム202をTS100のターゲット追跡機能を用いて追跡し、またTS100の測位機能により測位(三次元位置の特定)することで行われる。TS100のターゲット(反射プリズム)の追跡機能と測位機能については後述する。
UAV200は、識別可能な3つ以上の反射ターゲットを備え、この3つ以上の反射ターゲットの位置をTS100が装備するレーザースキャナ112の機能によって特定することで、UAV200の姿勢が算出される。
図2には、地上座標系であるXYZ座標系が示されている。XYZ座標系は、地上に固定されたTS100の位置を原点Oとする三次元直交直線座標系である。XYZ座標系における各座標軸の方向の設定は任意であるが、例えばZ軸を鉛直上方の方向、Y軸を北の方向、X軸を東の方向に設定する態様が挙げられる。
以下、UAV200に固定されたX1Y1Z1座標系、X2Y2Z2座標系、・・・・XnYnZn座標系(n=1,2,3・・・)を地上座標系であるXYZ座標系に統合し、飛行するUAV200から得たレーザースキャンデータを地上座標系XYZ上で記述する処理について説明する。
図3に図1に示すTS100のブロック図が示されている。TS100は、GNSSを用いた位置測定装置、画像を取得するカメラ、ターゲット(UAV200の反射プリズム202)を探索し、追尾する追尾レーザースキャン機能、測距用レーザー光を用いてターゲット(反射プリズム202)までの距離を測距するレーザー測距機能、レーザー測距されたターゲットの方向(水平角と垂直角(仰角または俯角))を計測する機能、ターゲットまでの距離と方向からターゲットの三次元位置を算出する機能、外部の機器との間で通信を行う機能、点群データを得るためのレーザースキャン機能を有する。
図4は、測量データ処理装置300のブロック図である。測量データ処理装置300は、図2に関連して説明した原理に基づき、UAV200が得たレーザースキャンデータを地上座標系に座標変換する処理を行う。測量データ処理装置300における処理を行うことで、飛行するUAV200から得たレーザースキャンデータに基づく三次元モデルを作成することができる。また、上記の座標変換の前段階の処理として、各時刻におけるUAV200の姿勢を算出する処理を測量データ処理装置300は行う。
以下、UAV200(レーザスキャナ201)の外部標定要素の取得、およびUAV座標系から地上座標系への座標変換に係る処理の一例を説明する。
以下、UAV200の外部標定要素(位置と姿勢)を取得する処理手順の一例を図5のフローチャートに沿って説明する。図5の処理を実行に必要なプログラムは、適当な記憶領域や記憶媒体に記憶され、そこから読み出されて実行される。これは、図6の処理についても同じである。
以下、UAV200から取得したレーザースキャン点群を地上座標系に変換する処理手順の一例を図6のフローチャートに沿って説明する。まず、レーザースキャンデータ1取得部301にて、TS100のレーザースキャナ112が得たレーザースキャンデータを取得する(ステップS201)。一方で、レーザースキャンデータ2取得部302は、UAV200のレーザースキャナ201が得たレーザースキャンデータを取得する(ステップS202)。
TS100のターゲット追跡機能およびターゲット測位機能を用いて飛行するUAV200の追跡と測位を行い、同時にTS100のレーザースキャン機能によりUAV200のレーザースキャンを行い、UAV200の姿勢を特定する。この態様によれば、UAV200追跡と同時にUAV200の外部標定要素(位置と姿勢)を高い精度で求めることができる。また、UAV200の外部標定要素が判ることでUAV200に搭載したレーザースキャナ201によるレーザースキャンデータを地上座標系の座標変換し、地上座標系での三次元モデル化が可能となる。
ターゲット401~404を識別する方法として、色情報を利用することもできる。レーザースキャンでは、得られた点群データ(スキャン点群)にカメラが撮影した画像から得られた色データを配色し、各点に色データを付与することができる。このスキャン点群各点の色情報を利用し、ターゲット401~404の識別を行ってもよい。この場合、予めターゲット401~404を異なる色に設定しておき、スキャン点群の色データの違いからターゲット401~404の識別を行う。また、曲率半径と色の違いの両方を用いてターゲットの識別を行う方法も可能である。
UAV姿勢算出部305におけるUAV200の姿勢を算出する方法として以下の方法もある。この方法では、ターゲット401~404の少なくとも2つの位置と反射プリズム202の位置とからUAV200の姿勢を求める。この場合、ターゲット401~404と反射プリズム202のUAV200における位置とその相対位置関係は予めして取得しておく。
ターゲット401~404として反射プリズムを用いる形態も可能である。この場合、各反射プリズムは色付きガラスや蛍光ガラスを用いて構成し、異なる波長の反射特性を有する設定とする。また、TS100のレーザースキャナの受光部は、光学フィルタによって各ターゲットからの異なる波長の反射光を選別して検出できる形態とする。また、ターゲット401~404と反射プリズム202の反射光が区別できるように、ターゲット401~404における各反射光の波長と、測距部103で用いる測距光の波長との関係を調整しておく。
UAV200の姿勢を示す反射形状を有する反射部を配置し、この反射部のレーザースキャンデータからUAV200の姿勢を検出する形態も可能である。この場合、当該反射部をレーザースキャンによって他の部分から識別できる反射特性の部材で構成する(塗装や表面処理でもよい)。UAV200の姿勢を示す反射形状としては、矢印、三角形等の形状の方向が判別し易い形状が挙げられる。この技術については、例えば特願2017-137832号に記載された内容が参考となる。
TS100は、カメラ101によってUAV200を捕捉し、撮影する機能を有する。この画像の解析結果をUAV200の姿勢を算出に利用することもできる。
UAV200の姿勢をTS100の側で検出する方法として、UAV200の形状そのものを利用する形態も可能である。例えば、図1のUAV200は、本体中央部から四方に十字状のアーム405が伸び、その先端にモータとプロペラが配された構造を有している。この十字型のフレーム構造をレーザースキャン点群から取得し、UAV200の水平面からの傾きを検出する。
TS100の側でUAV200の姿勢を算出する他の例を説明する。この例で説明する処理は、測量データ処理装置300のUAV姿勢算出部305で行われる。
以上説明したUAV200の姿勢を求める方法の複数を組み合わせて用いることもできる。本明細書で開示する技術は、IMUを用いる以外の方法でUAVの姿勢を計測できる技術であるが、UAVへのIMUの搭載を排除するものではない。よって、本明細書で開示する技術を用いたUAVの姿勢を計測する技術と、UAVに搭載したIMUによるUAVの姿勢を計測する技術とを組み合わせて利用することも可能である。
Claims (10)
- 飛行する航空機に第1の座標系に固定されたレーザースキャナからレーザースキャン光を照射することで得られたレーザースキャンデータを取得するレーザースキャンデータ取得部と、
前記レーザースキャンデータに基づき、前記飛行する前記航空機の前記第1の座標系での姿勢を算出する姿勢算出部と
を備え、
前記姿勢は、前記レーザースキャンデータに基づき特定された前記航空機における複数の位置に基づいて算出され、
前記複数の位置は、前記航空機が備えた識別可能な複数のターゲットを対象としたレーザースキャンにより特定され、
前記複数のターゲットは曲面の反射面を有し、
前記複数のターゲットの識別が前記曲面の曲率半径の違いに基づいて行われるデータ処理装置。 - 前記複数のターゲットの位置の特定が前記曲面の曲率中心を求めることで行われる請求項1に記載のデータ処理装置。
- 飛行する航空機に第1の座標系に固定されたレーザースキャナからレーザースキャン光を照射することで得られたレーザースキャンデータを取得するレーザースキャンデータ取得部と、
前記レーザースキャンデータに基づき、前記飛行する前記航空機の前記第1の座標系での姿勢を算出する姿勢算出部と、
前記第1の座標系における前記航空機の位置のデータを取得する位置データ取得部と
を備え、
前記レーザースキャンデータは、前記航空機が備えた識別可能な複数のターゲットを対象としたレーザースキャンにより得られ、
前記第1の座標系における前記航空機の位置と前記複数のターゲットに含まれる2以上のターゲットの位置とに基づいて前記姿勢が算出されるデータ処理装置。 - 飛行する航空機に第1の座標系に固定されたレーザースキャナからレーザースキャン光を照射することで得られたレーザースキャンデータを取得するレーザースキャンデータ取得ステップと、
前記レーザースキャンデータに基づき、前記飛行する前記航空機の前記第1の座標系での姿勢を算出する姿勢算出ステップと
を備え、
前記姿勢は、前記レーザースキャンデータに基づき特定された前記航空機における複数の位置に基づいて算出され、
前記複数の位置は、前記航空機が備えた識別可能な複数のターゲットを対象としたレーザースキャンにより特定され、
前記複数のターゲットは曲面の反射面を有し、
前記複数のターゲットの識別が前記曲面の曲率半径の違いに基づいて行われるデータ処理方法。 - コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、
コンピュータを
飛行する航空機に第1の座標系に固定されたレーザースキャナからレーザースキャン光を照射することで得られたレーザースキャンデータを取得するレーザースキャンデータ取得部と、
前記レーザースキャンデータに基づき、前記飛行する前記航空機の前記第1の座標系での姿勢を算出する姿勢算出部と
して動作させ、
前記姿勢は、前記レーザースキャンデータに基づき特定された前記航空機における複数の位置に基づいて算出され、
前記複数の位置は、前記航空機が備えた識別可能な複数のターゲットを対象としたレーザースキャンにより特定され、
前記複数のターゲットは曲面の反射面を有し、
前記複数のターゲットの識別が前記曲面の曲率半径の違いに基づいて行われるデータ処理用プログラム。 - 飛行する航空機に第1の座標系に固定されたレーザースキャナからレーザースキャン光を照射することで得られたレーザースキャンデータを取得し、
前記レーザースキャンデータに基づき、前記飛行する前記航空機の前記第1の座標系での姿勢を算出し、
前記第1の座標系における前記航空機の位置のデータを取得し、
前記姿勢は、前記レーザースキャンデータに基づき特定された前記航空機における複数の位置に基づいて算出され、
前記複数の位置は、前記航空機が備えた識別可能な複数のターゲットを対象としたレーザースキャンにより特定され、
前記第1の座標系における前記航空機の位置と前記複数のターゲットに含まれる2以上のターゲットの位置とに基づいて前記姿勢が算出されるデータ処理方法。 - コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、
コンピュータに
飛行する航空機に第1の座標系に固定されたレーザースキャナからレーザースキャン光を照射することで得られたレーザースキャンデータの取得、
前記レーザースキャンデータに基づき、前記飛行する前記航空機の前記第1の座標系での姿勢の算出、
前記第1の座標系における前記航空機の位置のデータの取得
を実行させ、
前記姿勢は、前記レーザースキャンデータに基づき特定された前記航空機における複数の位置に基づいて算出され、
前記複数の位置は、前記航空機が備えた識別可能な複数のターゲットを対象としたレーザースキャンにより特定され、
前記第1の座標系における前記航空機の位置と前記複数のターゲットに含まれる2以上のターゲットの位置とに基づいて前記姿勢が算出されるデータ処理用プログラム。 - 飛行する航空機に第1の座標系に固定されたレーザースキャナからレーザースキャン光を照射することで得られたレーザースキャンデータを取得するレーザースキャンデータ取得部と、
前記レーザースキャンデータに基づき、前記飛行する前記航空機の前記第1の座標系での姿勢を算出する姿勢算出部と
を備え、
前記レーザースキャンデータは、前記航空機が備えた識別可能な複数のターゲットを対象としたレーザースキャンにより得られ、
前記複数のターゲットに含まれる3以上のターゲットの位置に基づいて前記姿勢が算出されるデータ処理装置。 - 飛行する航空機に第1の座標系に固定されたレーザースキャナからレーザースキャン光を照射することで得られたレーザースキャンデータを取得し、
前記レーザースキャンデータに基づき、前記飛行する前記航空機の前記第1の座標系での姿勢を算出し、
前記レーザースキャンデータは、前記航空機が備えた識別可能な複数のターゲットを対象としたレーザースキャンにより得られ、
前記複数のターゲットに含まれる3以上のターゲットの位置に基づいて前記姿勢が算出されるデータ処理方法。 - コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、
コンピュータに
飛行する航空機に第1の座標系に固定されたレーザースキャナからレーザースキャン光を照射することで得られたレーザースキャンデータの取得と、
前記レーザースキャンデータに基づき、前記飛行する前記航空機の前記第1の座標系での姿勢の算出を
実行させ、
前記レーザースキャンデータは、前記航空機が備えた識別可能な複数のターゲットを対象としたレーザースキャンにより得られ、
前記複数のターゲットに含まれる3以上のターゲットの位置に基づいて前記姿勢が算出されるデータ処理用プログラム。
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