JPH08125999A - 反射式画像伝送方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】送信アンテナ15aを固定したまま移動体１に取
付けた撮像機３の出力画像を固定局12へ伝送する。 【構成】移動体１に撮像機３の出力画像の電波信号を移
動体上の所定向きへ送信する送信アンテナ5aと、送信ア
ンテナ5aの送信方向と交差する電波反射面41と、反射面
41の法線方位・仰角を制御する制御手段48と、移動体１
の地表座標系における姿勢を測る姿勢計測手段49とを取
付ける。移動体１の移動に応じて姿勢計測手段49の計測
値と前記所定向きとから地表座標系における送信アンテ
ナ5aの今回送信方位・仰角を算出し、移動体１から見た
地表座標系における受信アンテナ15aの今回伝送方位・
仰角を求め、今回送信方位・仰角から入射した電波信号
を今回伝送方位・仰角へ向けて反射する反射面41の今回
法線方位・仰角を算出し、反射面41を今回法線方位・仰
角に向けて撮像機３の出力画像の伝送を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は反射式画像伝送方法に関
し、とくに移動体に取付けた撮像機の出力画像を指向性
の強いアンテナにより固定局へ無線伝送する画像伝送方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】人の立入り禁止区域や人に危険が伴う区
域で作業を行なう場合に、作業区域からの映像や画像
（以下、画像という）に基づいてブルドーザやダンプト
ラック等の作業機械を十分に離れた操作室から遠隔操作
することがある。遠隔操作用の画像の一例は作業機械に
取付けた撮像機の出力画像である。有線伝送ケーブルに
より作業機械の移動範囲が制限される事態を避けるた
め、遠隔操作では無線画像伝送が行なわれる。

【０００３】従来の無線画像伝送では、例えば50GHz程
度のマイクロ波帯の電波を利用した画像伝送装置が広く
利用されている。但しこの画像伝送装置は指向性の強い
高利得アンテナを使用するため、画像伝送に際し送信ア
ンテナと受信アンテナを対向させる必要がある。この画
像伝送装置を用いて遠隔操作用の画像を伝送するために
は、例えば作業機械に取付けた送信アンテナを作業機械
の移動や旋回に応じて制御することが必要となる。この
必要に鑑み、本発明者等は移動体に取付けた送信アンテ
ナの姿勢を移動体の移動に応じて自動制御する画像伝送
方法を開発し、特願平6-104199号及び特願平6-226265号
に開示した。

【０００４】特願平6-104199号は衛星航行システム（以
下、ＧＰＳということがある）による位置測定器を取付
けた移動体からの画像伝送方法を開示する。図５を参照
するに特願平6-104199号は、固定局12の三次元座標を予
め測量等により求め、移動に応じた移動体１の三次元座
標をＧＰＳ位置測定器６により測定し、移動体１と固定
局12の各三次元座標から移動体１の送信アンテナ5aが固
定局12の受信アンテナ15aと対向する送信方位及び仰角
を算出し、移動体１の移動に応じて送信アンテナ5aを前
記送信方位及び仰角へ指向させることにより移動体１か
ら固定局12へ画像伝送を行なうものである。図中５は送
信機、15は受信機を示す。

【０００５】特願平6-226265号は第２撮像機付き画像処
理装置を取付けた移動体からの画像送信方法を開示す
る。図４を参照するに特願平6-226265号は、移動体１に
撮像機３と送信アンテナ5a付き送信機５と第２撮像機７
付き画像処理装置８と送信アンテナ5a及び第２撮像機７
を同一向きに制御する姿勢制御手段９とを取付け、移動
体１の移動に応じて第２撮像機７により固定局12の受信
アンテナ15aを撮影し、画像処理装置８で検出した第２
撮像機７の出力画像中の受信アンテナ15aの像の座標が
常に一定となるように姿勢制御手段９によって第２撮像
機７の向きを制御することにより、送信アンテナ5aを受
信アンテナ15aと対向する向きに維持して画像伝送を行
なうものである。図中13は受信アンテナ15a近傍の視標
を示し、画像処理装置８で受信アンテナ15aの像に替え
て視標13の像を検出してもよい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した画像伝送方法
では、例えば雲台状の姿勢制御手段９（図４参照）を用
いて送信アンテナ5aの姿勢を制御する。送信アンテナ5a
が十分に軽量であるときは比較的小型の姿勢制御手段９
によって送信アンテナ5aの姿勢を作業機械の移動や旋回
に追従させることが可能である。しかし送信アンテナ5a
が重い場合、例えば送信アンテナ5aと送信機５が一体形
成されている市販の簡易無線機の姿勢を姿勢制御手段９
で制御する場合は、以下の問題点がある。

【０００７】(１)作業機械が高速で移動又は旋回する場
合、重い送信アンテナの姿勢を作業機械の動きに追従さ
せて迅速に制御するために大型で駆動力の大きな姿勢制
御手段が必要となる。 (２)作業機械の作業中の振動や衝撃が大きい場合、重い
送信アンテナの姿勢を維持する姿勢制御手段とくに駆動
部に損傷の生じる危険があり、画像送信の信頼性が低下
する。

【０００８】本発明は上記問題点の解決を目的とし、送
信アンテナを固定したまま移動体から固定局への画像無
線伝送を行なう反射式画像伝送方法を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】図１の実施例を参照する
に本発明の反射式画像伝送方法は、地表を移動する移動
体１に取付けた撮像機３の出力画像を移動体１から地表
の固定局12へ伝送する画像伝送方法において、移動体１
に撮像機３の出力画像の電波信号を移動体１上の所定向
きへ送信する指向性固定送信アンテナ5aと送信アンテナ
5aの送信方向と交差させて配置した電波反射面41と反射
面41の法線の方位及び仰角を制御する反射面姿勢制御手
段48と移動体１の地表座標系における姿勢を計測する姿
勢計測手段49とを取付け、固定局12に指向性受信アンテ
ナ15aを設け、移動体１の移動に応じて姿勢計測手段49
で計測した移動体１の姿勢と前記所定向きとから地表座
標系における送信アンテナ5aの今回送信方位及び仰角を
算出し、移動体１から見た地表座標系における受信アン
テナ15aの今回伝送方位及び仰角を求め、送信アンテナ5
aの今回送信方位及び仰角から入射した電波信号を受信
アンテナ15aの今回伝送方位及び仰角へ向けて反射する
反射面41の今回法線方位及び仰角を算出し、反射面41を
今回法線方位及び仰角に指向させ、送信アンテナ15aの
今回送信方位及び仰角の算出から反射面41の今回法線方
位及び仰角への指向までのサイクルを繰返すことにより
撮像機３の出力画像を移動体１から固定局12へ伝送して
なるものである。

【００１０】好ましくは移動体１に衛星航行システムに
よる位置測定器６を取付け、位置測定器６により測定し
た移動体１の今回位置と固定局12の受信アンテナ15aの
位置とから受信アンテナ15aの今回伝送方位及び仰角を
検出する。

【００１１】

【作用】本発明で使用する送信アンテナ5a及び受信アン
テナ15aは例えば50GHz程度の電波信号を送信及び受信す
る指向性の強いアンテナとすることができ、従来技術に
属するものである。このような電波信号は光に近い性質
を有し、反射面41との交差によりほぼ正反射する。この
性質を利用すれば、送信アンテナ5aを移動体に固定した
まま反射面41の法線の方位及び仰角の調節により電波信
号の方位及び仰角を変えることができる。なお送信アン
テナ5a及び受信アンテナ15aの伝送距離は移動体１と固
定局12との距離に応じて適当に選択できる。

【００１２】移動体１の移動に応じ、反射面41へ入射す
る電波信号（以下、入射電波信号ということがある）の
地表座標系における今回送信方位及び仰角を、送信アン
テナ5aの移動体上の送信向きと移動体１の地表座標系に
おける姿勢とから算出する。図１では移動体１が地表と
平行な初期位置において送信アンテナ5aを鉛直上方へ向
けて固定し、送信アンテナ5aの鉛直上方に反射板42を設
けている。反射板42の一面を送信アンテナ5aに臨ませて
反射面41とし、送信アンテナ5aからの電波信号を反射面
41へ入射する。但し本発明における送信アンテナ5aの送
信向きは図１の例に限定されない。反射板42の材料は
鋼、アルミニウム、その他電波信号の反射率の高い材料
とすることができる。

【００１３】また反射面41で反射する電波信号（以下、
反射電波信号ということがある）の反射すべき方位及び
仰角を、移動体１から見た受信アンテナ15aの地表座標
系における今回伝送方位及び仰角から求める。図１では
移動体１に衛星航行システムによる位置測定器６を取付
け、位置測定機６で測定した移動体１の今回位置と予め
測量した固定局12の受信アンテナ15aの位置とから今回
伝送方位及び仰角を算出している。但し今回伝送方位及
び仰角の検出方法は図示例に限定されず、例えば図４に
示す第２撮像機７付き画像処理装置８を移動体１に取付
け、第２撮像機７で受信アンテナ15aを自動追尾しなが
らその視準方位及び仰角を計測することにより今回伝送
方位及び仰角を求めることもできる。

【００１４】入射電波信号と反射電波信号は反射面41の
法線に対して対称となるから、地表座標系における入射
電波信号の今回送信方位及び仰角と反射電波信号の反射
すべき今回伝送方位及び仰角とから、式(1)(2)により反
射面41の今回法線方位及び仰角を算出することができ
る。但し、例えば図１で示すように電波信号が鉛直下方
から反射面41へ入射するため入射電波信号の今回送信方
位がないような場合は、反射面41の今回法線方位を式
(1)に替えて式(3)により求める。算出した今回法線方位
及び仰角に基づいて姿勢制御手段48を駆動し、反射面41
の法線の方位及び仰角を今回法線方位及び仰角に指向さ
せる。

【００１５】

【数１】

【００１６】移動体１の移動に応じて、上述した入射電
波信号の今回送信方位及び仰角の算出、反射電波信号の
反射すべき今回伝送方位及び仰角の検出、反射面41の今
回反射方位及び仰角の算出、及び反射面41の今回法線方
位及び仰角への指向のサイクルを繰返すことにより、移
動体１の位置や姿勢に拘らず送信アンテナ5aの発信した
電波信号を常に受信アンテナ15aへ向けて送り出すこと
ができる。

【００１７】こうして本発明の目的である「送信アンテ
ナを固定したまま移動体から固定局への画像無線伝送を
行なう反射式画像伝送方法」の提供が達成できる。

【００１８】

【実施例】図２は反射板42とその姿勢制御手段48を有す
る電波反射手段40の一例を示す。姿勢制御手段48は回転
軸43の回りに回転可能に移動体１に取付けられ、反射板
42を枢支軸44の回りに回転自在に枢支する。例えば式
(1)又は(3)の今回法線方位に基づいて回転モータ45を駆
動し、姿勢制御手段48を回転軸43の回りに回転させるこ
とにより反射面41の法線の方位を制御することができ
る。好ましくは反射面41を回転軸43の回りに360゜を越え
て回転可能とする。又、例えば式(2)の今回法線仰角に
基づいて回転モータ46を駆動し、反射板42を枢支軸44の
回りに回転させることにより反射面41の法線の仰角を制
御することができる。今回法線仰角は移動体１の高さ方
向の変化及び傾斜の変化に応じて変化するが、通常の遠
隔操作による作業では反射面41が枢支軸44の回りに30゜
程度回転可能であれば足りる。なお図中47は減速機構を
示す。

【００１９】図３は送信アンテナ5aに向けて凸状の湾曲
反射板42aを有する電波反射手段40を示す。湾曲反射板4
2aの反射曲面41aで反射した電波信号は図２に示す反射
面41の反射電波信号に比し指向性が弱まるので、例えば
反射曲面41aの法線の方位及び仰角が式(1)(2)等で算出
した今回法線方位及び仰角と厳密に一致しない場合でも
固定局12の受信アンテナ15aで一定程度良質な画像を受
信することができる。通常の遠隔操作の作業における反
射面41の法線仰角の変位幅と送信アンテナ5aの指向性と
に基づいて反射曲面41aの曲率を設計することにより、
図３に示すように姿勢制御手段48の枢支軸44を省略する
ことができる。また図３に示す湾曲反射板42aに替えて
球面状の反射板（図示せず）を用いれば、反射電波信号
の指向性を更に弱め、移動体１の高速な旋回時や急激な
傾斜時においても画像伝送の中断の発生を防ぐことが期
待できる。

【００２０】以上電波反射面41を移動体１に設けた画像
伝送方法について説明したが、固定局12にも反射面41
（図示せず）を設け、固定局12の反射面41を利用して画
像伝送を行なうこともできる。通常の遠隔操作では受信
アンテナ15aを固定して画像伝送を行なえば足りる。し
かし、例えば移動体１が受信アンテナ15aの受信可能範
囲外へ移動するような場合に固定局12の反射面41を利用
すれば、受信可能範囲外の移動体１から送信された電波
信号を受信アンテナ15aで受信できる。この場合固定局1
2の反射面41を移動体１の移動に応じて制御する必要が
あるが、例えば移動体１及び固定局12に位置測定器６の
測定値の発信機及び受信機を設け、固定局12で移動体１
の今回位置を受信して反射面41の制御を行なうことがで
きる。

【００２１】また自動車等の受信用移動体（図示せず）
に受信アンテナ15aを取付け、送信アンテナ5aを取付け
た移動体１と受信用移動体との間で画像伝送を行なう場
合にも、本発明の反射式画像伝送方法を有効に適用する
ことができる。更に本発明は移動体１から固定局12への
一方的な画像伝送のみではなく、固定局12から移動体１
への画像伝送にも適用することができる。例えば図１に
示す送信機５及び受信機15をそれぞれ送受信可能な画像
伝送装置とすることにより、図１において双方向の画像
伝送が可能となる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明の反射
式画像伝送方法は、移動体に固定した送信アンテナから
所定向きで送信される電波信号を反射面と交差させ、反
射面の法線の方位及び仰角を制御して電波信号を固定局
の受信アンテナへ向けて反射することにより移動体から
固定局への画像伝送を行なうので、次の顕著な効果を奏
する。

【００２３】(１)移動体の送信アンテナを固定したまま
移動体から固定局への画像伝送を行なうことができる。 (２)軽い反射板の利用により反射面の姿勢制御の駆動力
を最小化し反射面姿勢制御手段の小型化を図ることがで
きる。 (３)また姿勢制御手段の駆動部の障害発生が避けられる
ので、画像伝送の信頼性の向上が期待できる。 (４)更に反射面の高速な制御が可能となるので、移動体
の移動に迅速に対応して画像伝送の中断の発生等を避け
ることができる。 (５)湾曲反射板の利用により反射電波信号の指向性を弱
め、移動体の高速な方位の変化時又は傾斜の変化時にも
中断することなく継続的な画像伝送を行なうことができ
る。 (６)また湾曲反射板の利用により反射面の制御を簡略化
し、反射面姿勢制御手段の簡素化を図ることができる。 (７)移動体と固定局との間の双方向の画像伝送にも適用
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の一実施例の説明図である

【図２】は、本発明の電波反射手段の一例を示すの説明
図である。

【図３】は、本発明の電波反射手段の他の例を示す説明
図である。

【図４】は、従来技術の一例の説明図である。

【図５】は、従来技術の他の例の説明図である。

【符号の説明】

１ 移動体 ３ 撮像機 ５ 画像送信機 5a 送信アンテナ ６ 位置測定器 ７ 第２撮像機 ８ 画像処理装置 ９ 姿勢制御手段 12 固定局 13 視標 15 画像受信機 15a 受信アンテナ 40 電波反射手段 41 反射面 41a 反射曲面 42 反射板 42a 湾曲反射板 43 回転軸 44 枢支軸 45、46 回転モータ 47 減速機構 48 姿勢制御手段 49 姿勢計測手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 5/38 Ｈ０４Ｑ 9/00 ３０１ Ｂ (72)発明者 廣瀬 素久 東京都調布市飛田給二丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地表を移動する移動体に取付けた撮像機の
   出力画像を前記移動体から地表の固定局へ伝送する画像
   伝送方法において、前記移動体に前記撮像機の出力画像
   の電波信号を移動体上の所定向きへ送信する指向性固定
   送信アンテナと前記送信アンテナの送信方向と交差させ
   て配置した電波反射面と前記反射面の法線の方位及び仰
   角を制御する反射面姿勢制御手段と前記移動体の地表座
   標系における姿勢を計測する姿勢計測手段とを取付け、
   前記固定局に指向性受信アンテナを設け、前記移動体の
   移動に応じて前記姿勢計測手段で計測した移動体の姿勢
   と前記所定向きとから地表座標系における前記送信アン
   テナの今回送信方位及び仰角を算出し、前記移動体から
   見た地表座標系における前記受信アンテナの今回伝送方
   位及び仰角を求め、前記送信アンテナの今回送信方位及
   び仰角から入射した前記電波信号を前記受信アンテナの
   今回伝送方位及び仰角へ向けて反射する前記反射面の今
   回法線方位及び仰角を算出し、前記反射面を前記今回法
   線方位及び仰角に指向させ、前記送信アンテナの今回送
   信方位及び仰角の算出から前記反射面の今回法線方位及
   び仰角への指向までのサイクルを繰返すことにより前記
   撮像機の出力画像を前記移動体から前記固定局へ伝送し
   てなる反射式画像伝送方法。
2. 【請求項２】請求項１の画像伝送方法において、前記移
   動体に衛星航行システムによる位置測定器を取付け、前
   記位置測定器により測定した前記移動体の今回位置と前
   記固定局の受信アンテナ位置とから前記受信アンテナの
   今回伝送方位及び仰角を検出してなる反射式画像伝送方
   法。
3. 【請求項３】請求項１又は２の画像伝送方法において、
   前記移動体が地表と平行な初期位置において前記送信ア
   ンテナを鉛直上方へ向けて固定してなる反射式画像伝送
   方法。
4. 【請求項４】請求項１、２又は３の画像伝送方法におい
   て、前記反射面を鋼製又はアルミニウム製としてなる反
   射式画像伝送方法。
5. 【請求項５】請求項４の画像伝送方法において、前記反
   射面を前記送信アンテナに向けて凸状の反射曲面として
   なる反射式画像伝送方法。