JP2006051864A - 自動飛行制御システムおよび自動飛行制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無人小型飛行体の飛行制御を容易かつ確実に行うと共に、無人小型飛行体の飛行範囲を拡大することができる自動飛行制御システムおよび自動飛行制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の自動飛行制御システム１０は、地上から撮影可能なマーカ３００が付された無人小型飛行体１の制御システムであって、前記無人小型飛行体１に付されたマーカ３００を地上から撮影する複数のカメラ装置３０２〜３０５、前記カメラ装置より前記マーカの撮影画像を取得し、該マーカの撮影画像の属性情報を抽出する属性抽出手段と、前記属性情報に基づき前記カメラ装置に対する前記無人小型飛行体の位置および姿勢の現在情報を算定する現在情報算定手段と、前記現在情報と、予め定めた飛行経路における位置および姿勢の基準情報との差異を特定し、該差異を解消する制御データを生成して無人小型飛行体に送信する制御データ送信手段とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動飛行制御システムおよび自動飛行制御方法に関するものである。

ラジコンヘリコプターなど小型飛行体の自動制御方法や自律制御方法は、飛行中にラジコンヘリコプター本体から送信されてくる姿勢情報および位置情報（ＧＰＳなど）を地上システム上で受信し、飛行経路より進むべき次のポイントを見出し、そのポイントに進むための制御情報（Power、Yaw、Roll、Pitch）をラジコンヘリコプターに送信することにより従来は実現していた。

このような技術手法として、例えば、陸上の地形および地図を位置（緯度・経度）および高度データとして電子化した地形・地図データベース部と、無人ヘリコプタの自律飛行制御や無線操縦飛行制御を行うための飛行ルートおよび飛行エリアデータの作成演算と保存を行う飛行計画部と、タッチパネル・キーボードなどの操作機器と、前記操作機器の操作信号に基づき画面上のボタン動作や各種設定を行う操作・設定部と、前記地形・地図データベース部の地形・地図データや飛行計画部の飛行ルートおよび飛行エリアデータや操作・設定部の操作情報などを画面上に表示する画面表示部と、前記画面表示部よりの画面情報を表示する表示器と、接続したＧＰＳ受信機・アンテナとの通信を行い現在の位置（緯度・経度）および高度を入力するＧＰＳ通信部と、自律飛行や無線操縦飛行を行う無人ヘリコプタとの間で飛行ルートおよび飛行エリアやヘリコプタの位置・高度・機器状態などのデータを通信するヘリコプタ通信部により構成され、飛行を予定している飛行エリアの外周をＧＰＳ受信機・アンテナと接続した状態で移動しながら、飛行エリアの各端点にてその地点のＧＰＳ受信機・アンテナによる位置（緯度・経度）および高度を登録することで、正確な飛行エリアデータを設定することを特徴とする無人ヘリコプタ用飛行計画装置などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、このような従来の制御手法は、前記姿勢情報と位置情報を測定し送信する機能の実装が可能な揚力を備えた飛行体に適用範囲が限定されてしまっていた。したがって、揚力がさほど大きくない小型の飛行体であっても飛行制御を可能とする制御システムが望まれていた。

特開２００２−２１１４９４号公報

本発明の目的は、無人小型飛行体の飛行制御を容易かつ確実に行うと共に、無人小型飛行体の飛行範囲を拡大することができる自動飛行制御システムおよび自動飛行制御方法を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の自動飛行制御システムは、地上から撮影可能なマーカが付された無人小型飛行体の制御システムであって、
前記無人小型飛行体に付されたマーカを地上から撮影する複数のカメラ装置と、
前記カメラ装置より前記マーカの撮影画像を取得し、該マーカの撮影画像の属性情報を抽出する属性抽出手段と、
前記属性情報に基づき前記カメラ装置に対する前記無人小型飛行体の位置および姿勢の現在情報を算定する現在情報算定手段と、
前記現在情報と、予め定めた飛行経路における位置および姿勢の基準情報との差異を特定し、該差異を解消する制御データを生成して無人小型飛行体に送信する制御データ送信手段とを備えることを特徴とする。
これにより、無人小型飛行体（特に、小揚力の無人小型飛行体）の飛行制御を容易かつ確実に行うと共に、複数のカメラ装置を有するので、無人小型飛行体の飛行範囲を拡大することができる。

本発明の自動飛行制御システムでは、前記属性情報は、前記マーカの撮影画像の画像枠における有無、位置、大きさ、回転およびゆがみに関する情報であることが好ましい。
これにより、無人小型飛行体の飛行制御をさらに容易かつ確実に行うことができる。
本発明の自動飛行制御システムでは、前記属性情報に基づく無人小型飛行体の現在位置が、予め定めた第１のカメラ装置の撮影範囲より、該第１のカメラ装置の撮影範囲と隣接の第２のカメラ装置の撮影範囲との重複領域に移動したか判定する重複領域判定手段と、
前記無人小型飛行体の現在位置が前記重複領域に移動したと判定された場合、所定時間内でのマーカの連続検出回数の閾値を前記第２のカメラ装置におけるマーカの連続検出回数が上回っているか判定するとともに、画像枠の中心へのマーカの近さ度合いについて前記第２のカメラ装置が第１のカメラ装置を上回っているか判定する切替判定実行手段と、
前記マーカの連続検出回数の閾値を前記第２のカメラ装置におけるマーカの連続検出回数が上回っており、かつ、前記画像枠の中心へのマーカの近さ度合いについて前記第２のカメラ装置が第１のカメラ装置を上回っている場合、前記現在情報算定手段が前記現在情報の算定のために用いるカメラ装置を前記第２のカメラ装置に切り替えるカメラ切替制御手段とを備えることが好ましい。
これにより、複数のカメラ装置間での撮影切替を確実なものとし、ひいては飛行経路の拡大につながるカメラ装置の撮影範囲を拡大し、無人小型飛行体の飛行範囲を拡大することができる。

本発明の自動飛行制御システムでは、前記第１のカメラ装置から第２のカメラ装置へ、前記現在情報算定手段が前記現在情報の算定のために用いるカメラ装置を切り替えるに際し、第１のカメラ装置の撮影範囲におけるマーカの撮影画像に基づき、第１のカメラ装置の撮影範囲を反映した第１カメラ座標系における前記マーカの座標値を算定すると共に、該第１カメラ座標系における前記マーカの座標値を、各カメラ装置の撮影範囲をまたがった共通座標系の原点と設定する原点設定手段と、
前記重複領域における前記第１のカメラ装置による前記マーカの撮影画像に基づいて、前記第１カメラ座標系における前記マーカの座標値を算定し、この座標値を前記共通座標系での座標値に変換して基準座標値を生成する第１座標変換手段と、
前記重複領域における前記第２のカメラ装置による前記マーカの撮影画像に基づいて、前記第２のカメラ装置の撮影範囲を反映した第２カメラ座標系における前記マーカの座標値を算定し、この座標値と前記基準座標値との対応関係から前記共通座標系と第２カメラ座標系との変換パラメータを算出する変換パラメータ算出手段とを備えることが好ましい。
これにより、複数のカメラ装置間での撮影切替に伴う座標変換を確実なものとし、ひいては飛行経路の拡大につながるカメラ装置の撮影範囲を拡大し、無人小型飛行体の飛行範囲を拡大することができる。

本発明の自動飛行制御システムでは、前記複数のカメラ装置は、前記無人小型飛行体の飛行経路に沿って所定間隔で設置され、飛行経路における無人小型飛行体の少なくとも飛行高度の特性に応じた焦点距離特性を有するものであることが好ましい。
これにより、飛行経路の拡大につながるカメラ装置の撮影範囲を飛行高度の面でも拡大し、無人小型飛行体の飛行範囲を拡大することができる。

本発明の自動飛行制御システムでは、前記無人小型飛行体は、空中停止飛行が可能なものであることが好ましい。
これにより、無人小型飛行体のうち、空中停止飛行が可能なものについての飛行制御を容易かつ確実に行うと共に、無人小型飛行体の飛行範囲を拡大することができる。
本発明の自動飛行制御システムでは、前記無人小型飛行体は、軸と、
前記軸に同軸的に設けられ、互いに反対方向に回転可能な２つのロータと、
前記各ロータに設けられた回転翼とを備えることが好ましい。
これにより、大型化・重量増加を招来することなく、容易かつ確実に、無人小型飛行体全体の回転を防止したり、向きを制御したりすることができる。

本発明の自動飛行制御システムでは、前記無人小型飛行体は、重心を移動させることにより、飛行姿勢を変更する姿勢変更手段を備えていることが好ましい。
これにより、無人小型飛行体を、容易かつ確実に、任意の位置に飛行（移動）させることができる。
本発明の自動飛行制御システムでは、前記姿勢変更手段は、錘要素と、該錘要素を変位させる変位機構とを有することが好ましい。
これにより、簡易な構成で、無人小型飛行体を、容易かつ確実に、任意の位置に飛行（移動）させることができる。

本発明の自動飛行制御方法は、地上から撮影可能なマーカが付された無人小型飛行体のコンピュータによる制御方法であって、
前記無人小型飛行体に付されたマーカを地上から撮影する複数のカメラ装置より前記マーカの撮影画像を取得し、該マーカの撮影画像の属性情報を抽出し、
前記属性情報に基づき前記カメラ装置に対する前記無人小型飛行体の位置および姿勢の現在情報を算定し、
前記現在情報と、予め定めた飛行経路における位置および姿勢の基準情報との差異を特定し、該差異を解消する制御データを生成して無人小型飛行体に送信することを特徴とする。
これにより、無人小型飛行体の飛行制御を容易かつ確実に行うと共に、複数のカメラ装置で撮影を行なうので、無人小型飛行体の飛行範囲を拡大することができる。

以下、本発明の自動飛行制御システムおよび自動飛行制御方法を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
まずは、本発明の自動飛行制御システムを適用して自動飛行制御を行なう無人小型飛行体の構成例について予め説明する。本実施形態における無人小型飛行体は、空中停止飛行が可能な飛行体を想定する。

図１は、本発明の自動飛行制御システムを適用する無人小型飛行体の構成例を示す斜視図である。なお、以下の説明では、図の上方（上側）を「上」、下方（下側）を「下」として説明する。また、図１に示す無人小型飛行体の姿勢を「基本姿勢」とし、図１中、上下方向を「鉛直方向」、上方（上側）を「鉛直方向上方（鉛直方向上側）」、下方（下側）を「鉛直方向下方（鉛直方向下側）」とする。また、図中で示すように、互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸（ｘ−ｙ−ｚ座標）を想定する。この場合、ｚ軸は、ロータの回転中心線（回転中心軸）と一致または平行になるように想定される。

無人小型飛行体１は、略円柱状（または略円筒状）の中心軸（軸）２２と、互いに対向するように中心軸２２に固定された２つの基部２と、中心軸２２（下側の基部２）に対し回転可能に設置され、回転翼３４を備えたロータ（第１のロータ）３と、下側の基部２に設けられ、ロータ３を回転駆動する駆動源である振動体（超音波モータ）４と、中心軸２２（上側の基部２）に対し回転可能に設置され、回転翼５４を備えたロータ（第２のロータ）５と、上側の基部２に設けられ、ロータ５を回転駆動する駆動源である振動体（超音波モータ）４と、無人小型飛行体１の飛行姿勢を安定化させる姿勢安定化手段（スタビライザ）１９と、重心の移動により無人小型飛行体１の飛行姿勢を変更する姿勢変更手段１６と、中心軸に固定され、無人小型飛行体１を支持する接地手段６と、地上から撮影可能な所定形状（パターン）および寸法（サイズ）のマーカ３００とを有している。

前記ロータ３と、前記ロータ５とは、互いに反対方向に回転し、かつ、同軸的に設けられている。すなわち、この無人小型飛行体１は、２重反転ロータを備えている。そしてこのロータ３、５、ロータ３を回転駆動する振動体４およびロータ５を回転駆動する振動体４により、推力（揚力）を発生させる推力発生手段（揚力発生手段）の主要部が構成される。基本姿勢において、この推力発生手段は、鉛直方向上方に位置し、姿勢変更手段１６および接地手段６は、それぞれ、鉛直方向下方に位置している。

次に、無人小型飛行体１が備える姿勢変更手段１６について説明する。図１、図２および図３に示す姿勢変更手段１６は、重心の移動により、無人小型飛行体１の姿勢を変更（調節）することで、ロータ３および５の回転中心線（回転中心軸）３６を鉛直線（鉛直方向：重力の方向）に対して所定方向に所定角度傾斜させるもの（傾きを調節するもの）である。

図１に示すように、姿勢変更手段１６は、回転翼３４の下方に位置している。すなわち、姿勢変更手段１６は、中心軸２２の下端に設置（固定）されている。
本実施形態における姿勢変更手段１６は、錘要素（錘）１４と、錘要素１４をｙ軸方向に移動（変位）させるｙ軸方向移動手段（ｙ軸方向変位手段）であるリニアアクチュエータ（第１のリニアアクチュエータ）１６ｙと、リニアアクチュエータ（ｙ軸方向移動手段）１６ｙおよび錘要素１４をｘ軸方向に移動（変位）させるｘ軸方向移動手段（ｘ軸方向変位手段）であるリニアアクチュエータ（第２のリニアアクチュエータ）１６ｘとを有している。なお、リニアアクチュエータ１６ｘおよび１６ｙにより、錘要素１４を変位させる変位機構が構成される。

また、各リニアアクチュエータ１６ｘおよび１６ｙは、それぞれ、スライダ１８１（錘要素１４）のｘ軸方向の位置（移動量）およびｙ軸方向の位置（移動量）を検出する図示しない位置検出手段（移動量検出手段）を有している。各位置検出手段は、それぞれ、所定の位置検出用スケールと、発光部および受光部を有するセンサとで構成されている。
リニアアクチュエータ１６ｘの振動体４が駆動し、スライダ１８１が移動すると、センサからの信号が後述する駆動制御回路９のθｙ制御回路９２ｙに供給（入力）され、θｙ制御回路９２ｙは、その信号に基づいて、スライダ１８１（錘要素１４）のｘ軸方向の移動量や位置を求める。前記スライダ１８１（錘要素１４）の移動量や位置の情報は、スライダ１８１（錘要素１４）をｘ軸方向へ移動させる際の所定の制御や処理に利用される。

同様に、リニアアクチュエータ１６ｙの振動体４が駆動し、スライダ１８１が移動すると、センサからの信号が、後述する駆動制御回路９のθｘ制御回路９２ｘに供給（入力）され、θｘ制御回路９２ｘは、その信号に基づいて、スライダ１８１（錘要素１４）のｙ軸方向の移動量や位置を求める。前記スライダ１８１（錘要素１４）の移動量や位置の情報は、スライダ１８１（錘要素１４）をｙ軸方向へ移動させる際の所定の制御や処理に利用される。

次に、前記の錘要素１４について説明する。図１に示すように、錘要素１４は、箱状のケーシング１４１を有しており、このケーシング１４１の外側には、所定の駆動回路、例えば、図４に示す駆動制御回路９、姿勢制御センサ８等を有する回路基板（フレキシブル回路基板）１３が設置されている。
これにより、ロータ３、５が回転したときの回転翼３４、５４からの気流（空気流）により、回路基板１３が冷却され、回路基板１３で発生する熱を容易かつ確実に放熱することができ、これによって、駆動制御回路９、姿勢制御センサ８等の誤動作や破壊を防止することができる。また、別途、冷却手段（放熱手段）を設ける必要がないので、小型化・軽量化に有利である。

また、ケーシング１４１内には、例えば、無線通信用の図示しない送受信部と、前記駆動制御回路９、姿勢制御センサ８および送受信部等の無人小型飛行体１の各部に電力を供給する図４に示す電池（無人小型飛行体１のエネルギーを蓄積するエネルギー蓄積手段）１５等が収納（内蔵）されている。
更に、ケーシング１４１の底面には、本発明の自動飛行制御システムをこの無人小型飛行体１に適用するための、マーカ３００が付されている。このマーカ３００は、図示例では黒色正方形マーカ（黒色の正方形の枠内の一辺の近傍に、黒色の小さい正方形を設けてなるマーカ）であり、地上に設置されている複数のカメラ装置（図示例では、第１、第２、第３および第４の４つのカメラ装置３０２、３０３、３０４および３０５）で構成されるカメラ装置群３０１（図５参照）による撮影対象となる。なお、マーカ３００の形状は、これに限定されないことは、言うまでもない。

カメラ装置群３０１により撮影されたマーカ３００の画像（撮影画像）、すなわち、画像枠内の画像（撮影画像）は、本実施形態の自動飛行制御システム１０を構成する複数（図示例では、４つ）の画像取得用コンピュータで構成される画像取得用コンピュータ群３０６（図５参照）により２値化される。そして、この画像取得用コンピュータ群３０６は、前記黒色正方形に対応した四角形領域をマーカ候補として抽出する。

更に、画像取得用コンピュータ群３０６のうち、前記マーカ候補を抽出できた画像取得用コンピュータは、前記四角形領域内部のパターンを、事前に登録されているパターンと照合することでマーカを識別し、その４頂点座標値からマーカの位置および姿勢、ひいては無人小型飛行体１の位置および姿勢を推定（検出）することとなる。

得られた無人小型飛行体１の位置および姿勢の現在情報は、同じく本実施形態の自動飛行制御システム１０を構成する制御用コンピュータ３０７（図５参照）に送られる。
このような、マーカ３００を用いて対象物の位置および姿勢等を推定する技術として、例えば、ＡＲＴｏｏｌＫｉｔ（参考文献：日本バーチャルリアリティ学会論文誌 Vol.4,No.4,1999 「マーカー追跡に基づく拡張現実感システムとそのキャリブレーション」、加藤博一,Mark Billinghurst,浅野浩一、橘啓八郎）に基づくものがある。このＡＲＴｏｏｌＫｉｔは、画像処理に基づいたオープンソース・ライブラリ群であり、カメラ画像中の正方形マーカの位置および姿勢を導出し、この正方形マーカ内の固有パターンを検出する技術である。

なお、ここで示したＡＲＴｏｏｌＫｉｔの他にも、無人小型飛行体１に付したマーカ３００を撮影して解析することで無人小型飛行体１の位置および姿勢等を推定可能な技術があれば、そのいずれを採用しても良い。
上記した姿勢制御センサ８は、図４に示すように、Ｚ軸の回り（θｚ方向）の回転を検出するジャイロセンサ８１ｚと、Ｘ軸の回り（θｘ方向）の回転を検出するジャイロセンサ８１ｘと、Ｙ軸の回り（θｙ方向）の回転を検出するジャイロセンサ８１ｙとで構成されている。

また、駆動制御回路９は、θｚ検出回路９１ｚと、θｘ検出回路９１ｘと、θｙ検出回路９１ｙと、θｚ制御回路９１ｚと、θｘ制御回路９１ｘと、θｙ制御回路９１ｙと、第１の駆動回路９３１と、第２の駆動回路９３２と、ｙ駆動回路９３ｙと、ｘ駆動回路９３ｘと、リニアアクチュエータ１６ｙの振動体４の通電される電極を切り替える図示しないスイッチ（切替スイッチ）と、リニアアクチュエータ１６ｘの振動体４の通電される電極を切り替える図示しないスイッチ（切替スイッチ）とで構成されている。

第１の駆動回路９３１は、ロータ３を回転駆動する振動体４に接続され、第２の駆動回路９３２は、ロータ５を回転駆動する振動体４に接続されている。
また、ｙ駆動回路９３ｙは、前記電極を切り替えるスイッチを介してリニアアクチュエータ１６ｙの振動体４に接続され、ｘ駆動回路９３ｘは、前記電極を切り替えるスイッチを介してリニアアクチュエータ１６ｘの振動体４に接続されている。

また、電池１５としては、例えば、１次電池、２次電池（蓄電池）、燃料電池、太陽電池（光電変換素子と２次電池とを組み合わせたもの）等が挙げられる。
このような無人小型飛行体１に対し、地上には、前記制御用コンピュータ３０７および操作部３０８（図５参照）が設けられており、制御用コンピュータ３０７および操作部３０８と無人小型飛行体１とは、例えばBluetooth（「Bluetooth SIG, Inc.」は、登録商標）ユニット３０９などを利用して無線で通信することができ、前記制御用コンピュータ３０７や操作部３０８から無人小型飛行体１を無線で遠隔操作（ロータ３および５の回転数の調整、錘要素１４のｘ軸方向およびｙ軸方向の位置の調整等）することができるようになっている。なお、無人小型飛行体１の自動飛行制御を行うのは前記制御用コンピュータ３０７であり、前記操作部３０８は、緊急時等に人手により無人小型飛行体１を操作する際などに使用するものである。

この無人小型飛行体１では、ジャイロセンサ８１ｚによるθｚ方向の検出値と、Ｚ軸方向の指示値（高さ指示値）と、Ｚ軸の回りの指示値（θｚ方向の指示値）とに基づいて、ロータ３およびロータ５の回転数（回転速度）をそれぞれ制御する。
すなわち、前記制御用コンピュータ３０７から無線により無人小型飛行体１に伝達されたＺ軸方向の指示値は、θｚ制御回路９２ｚへ入力され、そのＺ軸方向の指示値（高さ）になるように、第１の駆動回路９３１および第２の駆動回路９３２を介して、ロータ３および５を回転駆動する各振動体４の駆動が制御される。これにより、制御用コンピュータ３０７を通じて無人小型飛行体１を上昇または下降させることができ、また、所定の高さに保持することができる。

また、前記制御用コンピュータ３０７から無線により無人小型飛行体１に伝達されたθｚ方向の指示値は、θｚ制御回路９２ｚへ入力され、そのθｚ方向の指示値（向き）になるように、第１の駆動回路９３１および第２の駆動回路９３２を介して、ロータ３および５を回転駆動する各振動体４の駆動が制御される。これにより、制御用コンピュータ３０７を通じて無人小型飛行体１をθｚ方向に、正逆いずれの方向へも所定量（所定角度）回転させることができ、θｚ方向に、所定の角度（向き）に保持することができる。

また、この無人小型飛行体１では、ジャイロセンサ８１ｘによるθｘ方向の検出値と、Ｙ軸方向の指示値とに基づいて、錘要素１４のＹ軸方向の位置を制御する。
すなわち、前記制御用コンピュータ３０７から無線により無人小型飛行体１に伝達されたＹ軸方向の指示値は、θｘ制御回路９２ｘへ入力され、そのＹ軸方向の指示値になるように、ｙ駆動回路９３ｙを介して、リニアアクチュエータ１６ｙの振動体４の駆動が制御される。これにより、ベース１６１とともに錘要素１４がＹ軸方向へ移動し、無人小型飛行体１の重心がＹ軸方向へ移動して、無人小型飛行体１の各ロータ３および５の回転中心線３６が、ＹＺ平面内で所定角度回転し、鉛直線に対してｙ軸に向って所定角度傾斜する。

このようにして、制御用コンピュータ３０７を通じて無人小型飛行体１を前記回転中心線３６の傾斜方向に、例えば、水平移動（飛行）させることができる。
また、この無人小型飛行体１では、ジャイロセンサ８１ｙによるθｙ方向の検出値と、Ｘ軸方向の指示値とに基づいて、錘要素１４のＸ軸方向の位置を制御する。
すなわち、前記制御用コンピュータ３０７から無線により無人小型飛行体１に伝達されたＸ軸方向の指示値は、θｙ制御回路９２ｙへ入力され、そのＸ軸方向の指示値になるように、ｘ駆動回路９３ｘを介して、リニアアクチュエータ１６ｘの振動体４の駆動が制御される。これにより、錘要素１４およびリニアアクチュエータ１６ｙがＸ軸方向へ移動し、無人小型飛行体１の重心がＸ軸方向へ移動して、無人小型飛行体１の各ロータ３および５の回転中心線３６が、ＸＺ平面内で所定角度回転し、鉛直線に対してｘ軸に向って所定角度傾斜する。
このようにして、制御用コンピュータ３０７を通じて無人小型飛行体１を前記回転中心線の傾斜方向に、例えば、水平移動（飛行）させることができる。

以上のように、無人小型飛行体１の構造と、無人小型飛行体１の制御系統について示した。本実施形態の自動飛行制御システム１０は、こうした構造および制御系統を備える無人小型飛行体１に対し、以下に説明する自動飛行制御方法を適用し、無人小型飛行体１の飛行制御を容易かつ確実に行うと共に、無人小型飛行体１の飛行範囲を拡大可能とすることとなる。以下、本実施形態における自動飛行制御システム１０について説明する。

図５は、本実施形態における自動飛行制御システムの構成を示す図である。
図５に示すように、本実施形態における自動制御システム１０は、上空を飛行する無人小型飛行体１の底面に付されたマーカ３００を撮影してその画像を取得するための複数のカメラ装置、すなわち、カメラ装置群３０１を備えている。このカメラ装置群３０１は、自動制御システム１０の前記制御用コンピュータ３０７が予め策定した飛行経路３２５に沿って所定間隔で配置されるものである。

図中には、カメラ装置群３０１として、第１のカメラ装置３０２〜第４のカメラ装置３０４まで４つ（４ユニット）のカメラ装置を配置した例を示した。
これら第１のカメラ装置３０２〜第４のカメラ装置３０４は、前記飛行経路３２５上で、カメラ装置毎の撮影範囲３１５、３１６、３１８、３２０に所定の重複領域、すなわち、撮影範囲３１５と撮影範囲３１６との重複領域３１７、撮影範囲３１６と撮影範囲３１８との重複領域３１９、撮影範囲３１８と撮影範囲３２０との重複領域３２１、撮影範囲３２０と撮影範囲３１５との重複領域３２２が生じるよう所定間隔で配置される。
また、第１のカメラ装置３０２〜第４のカメラ装置３０４は、前記飛行経路３２５における無人小型飛行体１の少なくとも飛行高度の特性に応じた焦点距離特性を有するものである。これにより、飛行経路３２５の拡大につながるカメラ装置群３０１の撮影範囲を飛行高度の面でも拡大し、無人小型飛行体１の飛行範囲を拡大することができる。

前記カメラ装置群３０１は、画像取得ネットワーク３１０を介して前記画像取得用コンピュータ群３０６が接続され、このカメラ装置群３０１と画像取得コンピュータ群３０６とで撮影ユニット群（図示例では、４つの撮影ユニット）を構成することとなる。この撮影ユニット群、すなわち、カメラ装置群３０１を前記飛行経路３２５に応じて地上に配置すれば、その上空における無人小型飛行体１の自動飛行制御を行なうことができる。
このカメラ装置群３０１によるマーカ３００の撮影は、カメラ装置群３０１全部で行なってもよく、また、必要なカメラ装置のみで行なってもよい。

本実施形態の自動飛行制御システム１０は、前記画像取得用コンピュータ群３０６と制御用コンピュータ３０７とからなるコンピュータ系統１００と、コンピュータ系統１００に統御されるカメラ装置群３０１とを有しており、本発明の自動飛行制御方法を実行する機能を実現すべく、前記コンピュータ系統１００のプログラムデータベース１０１に格納されたプログラム１０２をメモリ１０３に読み出し、演算装置たるＣＰＵ１０４により実行する。また、自動飛行制御システム１０のコンピュータ系統１００は、上述したBluetoothユニット３０等を通じて、無人小型飛行体１と通信してデータ授受を実行するＩ／Ｏ部１０５を備える。

以下に、前記自動飛行制御システム１０が、例えばプログラム１０２に基づいて実現（構成・保持）する各機能部について説明を行う。なお、以下で説明する各機能部については、前記コンピュータ系統１００の制御用コンピュータ３０７が実現するものを一例とするが、その一部を前記画像取得用コンピュータ群３０６が分担してもよい。
自動飛行制御システム１０は、前記無人小型飛行体１に付されたマーカ３００を地上から撮影するカメラ装置群３０１を備える。前記画像取得用コンピュータ群３０６は、図５では、カメラ装置群３０１とは別体のコンピュータとして示したが、これに限らず、例えば、このカメラ装置群３０１に組み込まれた一体のコンピュータチップであってもよい。

また、自動飛行制御システム１０は、前記カメラ装置群３０１より前記マーカ３００の撮影画像（画像枠内の撮影画像）を取得し、マーカ３００の撮影画像の画像枠における有無、位置、大きさ、回転およびゆがみに関する各情報（各属性情報）を抽出する属性抽出手段（属性情報抽出手段）である属性抽出部（属性情報抽出部）１１０を備える。
また、自動飛行制御システム１０は、前記属性情報に基づき前記カメラ装置群３０１の各カメラ装置に対する前記無人小型飛行体１の位置および姿勢の現在情報を算定する、現在情報算定部（現在情報算定手段）１１１を備える。

また、自動飛行制御システム１０は、前記現在情報と、予め定めた飛行経路３２５における位置および姿勢の基準情報との差異を特定し、この差異を解消する制御データを生成して無人小型飛行体１に送信する制御データ送信部（制御データ送信手段）１１２を備える。
また、自動飛行制御システム１０は、前記属性情報に基づく無人小型飛行体１の現在位置が、予め定めた第１のカメラ装置３０２の撮影範囲３１５より、第１のカメラ装置３０２の撮影範囲３１５と隣接の第２のカメラ装置３０３の撮影範囲３１６との重複領域３１７に移動したか判定する重複領域判定部（重複領域判定手段）１１３を備える。

また、自動飛行制御システム１０は、前記無人小型飛行体１の現在位置が前記重複領域３１７に移動したと判定された場合、所定時間内でのマーカ３００の連続検出回数の閾値を前記第２のカメラ装置３０３におけるマーカ３００の連続検出回数が上回っているか判定するとともに、画像枠の中心へのマーカ３００の近さ度合いについて前記第２のカメラ装置３０３が第１のカメラ装置３０２を上回っているか判定する切替判定実行部（切替判定実行手段）１１４を備える。

また、自動飛行制御システム１０は、前記マーカ３００の連続検出回数の閾値を前記第２のカメラ装置３０３におけるマーカ３００の連続検出回数が上回っており、かつ、前記画像枠の中心へのマーカ３００の近さ度合いについて前記第２のカメラ装置３０３が第１のカメラ装置３０２を上回っている場合、前記現在情報算定部１１１が前記現在情報の算定のために用いるカメラ装置を第２のカメラ装置３０３に切り替えるカメラ切替制御部（カメラ切替制御手段）１１５を備える。

また、自動飛行制御システム１０は、前記第１のカメラ装置３０２から第２のカメラ装置３０３へ、前記現在情報算定部１１１が前記現在情報の算定のために用いるカメラ装置を切り替えるに際し、第１のカメラ装置３０２の撮影範囲３１５におけるマーカ３００の撮影画像に基づき、第１のカメラ装置３０２の撮影範囲３１５を反映した第１カメラ座標系における前記マーカ３００の座標値を算定すると共に、第１カメラ座標系におけるマーカ３００の座標値を、各カメラ装置の撮影範囲をまたがった共通座標系の原点と設定する原点設定部（原点設定手段）１１６を備える。

また、前記重複領域３１７における前記第１のカメラ装置３０２による前記マーカ３００の撮影画像に基づいて、前記第１カメラ座標系におけるマーカ３００の座標値を算定し、この座標値を前記共通座標系での座標値に変換して基準座標値を生成する第１座標変換部（第１座標変換手段）１１７を備える。
また、前記重複領域３１７における前記第２のカメラ装置３０３による前記マーカ３００の撮影画像に基づいて、前記第２のカメラ装置３０３の撮影範囲３１６を反映した第２カメラ座標系におけるマーカ３００の座標値を算定し、この座標値と前記基準座標値との対応関係から前記共通座標系と第２カメラ座標系との変換パラメータを算出する変換パラメータ算出部（変換パラメータ算出手段）１１８を備える。

なお、前記重複領域判定部１１３、切替判定実行部１１４、カメラ切替制御部１１５、原点設定部１１６、第１座標変換部１１７、変換パラメータ算出部１１８を、それぞれ、第１のカメラ装置３０２と第２のカメラ装置３０３とを例に挙げて説明したが、これらの機能部は、それぞれ、第１のカメラ装置３０２と第２のカメラ装置３０３に限らず、カメラ装置群３０１の各カメラ装置について用いられる。前記重複領域判定部１１３、切替判定実行部１１４、カメラ切替制御部１１５、原点設定部１１６、第１座標変換部１１７、変換パラメータ算出部１１８を、それぞれ、カメラ装置群３０１のうちの所定の２つのカメラ装置について用いる場合、一方のカメラ装置を前記第１のカメラ装置３０２、他方のカメラ装置を前記第２のカメラ装置３０３に置き換えればよい。

また、これまで示した自動飛行制御システム１０における属性抽出部１１０、現在情報算定部１１１、制御データ送信部１１２、重複領域判定部１１３、切替判定実行部１１４、カメラ切替制御部１１５、原点設定部１１６、第１座標変換部１１７、変換パラメータ算出部１１８の主機能は、ハードウェアとして実現してもよいし、メモリなどの記憶装置に格納したプログラム（ソフトウェア）として実現してもよいし、これらを併用してもよい。プログラムの場合、前記ＣＰＵ１０４がプログラムの実行に合わせて記憶装置より該当するプログラムをメモリ１０３に読み出して、これを実行することとなる。

次に、本実施形態の自動飛行制御方法の実際の手順について図を参照しつつ説明する。まず、無人小型飛行体１の自動制御方法について、その主たる処理の流れを概説しておく。
図６は無人小型飛行体１の自動制御手順の概要を示すフローチャートである。なお、このフローチャートでは、説明の便宜上、自動飛行制御システム１０の処理のみならず、自動飛行制御システム１０の利用者側の動作も含めて記載しているが、本発明の自動飛行制御方法は自動飛行制御システム１０が実現するものである。

無人小型飛行体１の自動飛行制御を行うに先立ち、例えば無人小型飛行体１の使用者が飛行経路３２５のシナリオ（飛行計画）を作成しておく（ｓ１０００）。そしてこのシナリオ作成が完了したならば（ｓ１００１：YES）、前記使用者はこのシナリオを前記制御用コンピュータ３０７に送信する（ｓ１００２）。一方、制御用コンピュータ３０７は、このシナリオを受信して、そのシナリオに沿って飛行経路３２５の策定を行い、自動飛行制御を開始するのである（ｓ１００３）。

自動飛行制御システム１０の制御用コンピュータ３０７は、上述した通り、前記カメラ装置群３０１によるマーカ３００の撮影によりマーカ００の撮影画像を取得し、これを解析することで無人小型飛行体１の現在位置や姿勢の情報を取得する（ｓ１００４）。更に、前記取得した現在位置の情報等が、前記飛行経路３２５の対応箇所と一致するか判定し（ｓ１００５）、この判定にて“一致しない”となれば（ｓ１００５：ＮＯ）、無人小型飛行体１の位置を前記飛行経路３２５に戻すべく制御信号を生成し（ｓ１００６）、これを無人小型飛行体１に送信することとなる（ｓ１００７）。

前記ステップｓ１００５において、無人小型飛行体１の現在位置が飛行経路３２５の対応箇所と一致することとなれば（ｓ１００５：ＹＥＳ）、次の目的地の存在有無を確認する（ｓ１００８）。次の目的地が存在するならば（ｓ１００８：ＹＥＳ）、前記飛行経路３２５に基づいて無人小型飛行体１の次なる目的地の位置情報を取得し（ｓ１００９）、処理をステップｓ１００４に戻し、ステップｓ１００４以降を実行する（無人小型飛行体１の現在位置と飛行経路３２５との照合処理を繰り返す）。他方、前記ステップｓ１００において、次なる目的が存在しないとなれば（ｓ１００８：ＮＯ）、処理を終了する。つまり、無人小型飛行体１はここで地上に着陸し、自動飛行制御システム１０による自動飛行制御を終了するのである。

次に、本実施形態における自動飛行制御方法のメインフローチャートについて説明する。
図７は本実施形態における自動飛行制御方法のメインフローチャートである。なお、以下で説明する自動飛行制御方法に対応する各種動作は、自動飛行制御システム１０におけるメモリ等の記憶手段が備えるプログラムによって実現される。そして、このプログラムは、以下に説明される各種の動作を行うためのコードから構成されており、前記構成各部の機能を有する。

自動飛行制御システム１０は、まず、前記無人小型飛行体１に付されたマーカ３００をカメラ装置群３０１により地上から撮影し（ｓ１１００）、カメラ装置群３０１より、前記マーカ３００の撮影画像、すなわち、画像枠内の撮影画像を取得する（ｓ１１０１）。そして、このマーカ３００の撮影画像の画像枠における有無、位置、大きさ、回転およびゆがみの各属性情報を抽出する（ｓ１１０２）。

更に、自動飛行制御システム１０は、前記抽出した属性情報に基づき、前記カメラ装置群３０１のうちの対応するカメラ装置に対する前記無人小型飛行体１の位置および姿勢の現在情報を算定する（ｓ１１０３）。このように、マーカ３００の撮影画像から無人小型飛行体１の位置や姿勢の情報を算定する手法については、既に上述した通り、例えば、ＡＲＴｏｏｌＫｉｔなどの技術を採用することができる。

自動飛行制御システム１０は、前記無人小型飛行体１の現在情報と、予め定めた飛行経路３２５における位置および姿勢の基準情報との差異を特定し（ｓ１１０４）、この差異を解消する制御データを生成する（ｓ１１０５）。前記無人小型飛行体１では、前記制御データは無人小型飛行体１を制御するための、Yaw、Roll、Pitch、Powerの４つのデータ、または、この４つのデータに基づいて作成されたデータである。この制御データは、自動飛行制御システム１０から、図４で示した無人小型飛行体１の駆動制御回路９に送信される（ｓ１１０６）。

なお、こうした、予め定めた飛行経路３２５との差異を最小化するような制御手法としては、例えば、PID（Proportinal、Integral、Differential）制御を想定することができる。この制御手法は、目標と実際の違い（制御理論ではこの違いを偏差と呼ぶ）を早く小さくするためにどのような処理をおこなえば良いかを決めるの技術となる。
以上が、本実施形態における自動飛行制御方法のメインフローチャートである。

図５で示したように、カメラ装置を複数設置して無人小型飛行体１のマーカ３００の撮影を行い、無人小型飛行体１の位置および姿勢の現在情報を算出する場合、無人小型飛行体１の移動に伴って、現在情報算定部１１１が現在情報の算定のために用いるカメラ装置の切り替え（単一のカメラ装置でマーカ３００の撮影を行なう場合は、そのマーカ撮影を担当するカメラ装置の切り替え）を行う必要がある。そこで、このカメラ装置の切り替えについて以下に説明する。

図８は本実施形態におけるカメラ装置の切り替え手順を示すフローチャートである。
この切り替え処理に際し、前記無人小型飛行体１は、図５における前記第１のカメラ装置３０２の撮影範囲３１５より離陸し（ｓ１２００）、そのまま前記撮影範囲３１５を飛行しているものとする（ｓ１２０１）。
一方、自動飛行制御システム１０は、マーカ３００の撮影画像から特定した無人小型飛行体１の位置や姿勢の情報により、前記無人小型飛行体１の現在位置が、予め定めた第１のカメラ装置３０２の撮影範囲３１５より、第１のカメラ装置３０２の撮影範囲３１５と隣接の第２のカメラ装置３０３の撮影範囲３１６との重複領域３１７に移動したか判定する（ｓ１２０２）。

この判定により、前記無人小型飛行体１が前記重複領域３１７に達したことが判明すれば（ｓ１２０２：ＹＥＳ）、自動飛行制御システム１０は、前記第２のカメラ装置３０３におけるマーカ３００の連続検出回数を取得し（ｓ１２０３）、この連続検出回数が、所定時間内でのマーカ３００の連続検出回数の閾値を上回っているか判定する（ｓ１２０４）。

本システムで使用する３次元位置検出ライブラリたるARToolKitでは、検出情報履歴を使用してマーカ検出を行うため、連続してマーカ３００を検出できているほどマーカ３００の誤認識が少なくなるとしている。つまり、このステップｓ１２０４においてマーカ３００の認識率が高いカメラ装置を判定しているわけである。
前記ステップｓ１２０４において、所定時間内でのマーカ３００の連続検出回数の閾値を、第２のカメラ装置３０３における所定時間内でのマーカ３００の連続検出回数が上回っていると判定された場合（ｓ１２０４：ＹＥＳ）、続いて、第１のカメラ装置３０２および第２のカメラ装置３０３における画像枠の中心へのマーカ３００の近さ度合いの情報を取得する（ｓ１２０５）。この近さ度合いの情報とは、カメラ装置で撮影した画像の中心に、マーカ３００がどの程度近いかを示す値（例えば0〜100：0は認識不能、100は画像の中心)であり、その値が大きい程、カメラ装置で撮影した画像におけるマーカ３００は、その画像の中心に近い。マーカ３００が画像の中心にあれば、無人小型飛行体１が外乱等により大きく移動しても、マーカ３００が撮影範囲から外れにくいこととなる。

自動飛行制御システム１０は、前記取得した前記第２のカメラ装置３０３の近さ度合いが第１のカメラ装置３０２の近さ度合いを上回っているか判定する（ｓ１２０６）。つまり、このステップｓ１２０６において、無人小型飛行体１が外乱等により大きく移動しても、マーカ３００が撮影範囲から外れにくいカメラ装置を判定しているわけである。
前記ステップｓ１２０３〜ｓ１２０６において、前記マーカ３００の連続検出回数の閾値を前記第２のカメラ装置３０３におけるマーカ３００の連続検出回数が上回っており、かつ、前記画像枠の中心へのマーカ３００の近さ度合いについて前記第２のカメラ装置３０３が第１のカメラ装置３０２を上回っている場合（ｓ１２０６：ＹＥＳ）、後述する座標オフセット処理（ｓ１２０７）を行った上で、現在情報算定部１１１が現在情報の算定のために用いるカメラ装置を、第１のカメラ装置３０２から前記第２のカメラ装置３０３に切り替える（ｓ１２０８）。
前記無人小型飛行体１は、前記重複領域３１７を経て前記第２のカメラ装置３０３の撮影範囲３１６を飛行し（ｓ１２０９）、そこが目的地であれば着陸し（ｓ１２１０）、処理を終了する。

次に、複数のカメラ装置を使用する場合に必要となる、座標系の考え方を説明する。
図９は本実施形態におけるカメラ座標系（カメラ座標）の考え方を示す図であり、図１０は本実施形態におけるカメラ装置の撮影範囲の考え方を示す図である。
例えば、複数のカメラ装置により前記マーカ３００の座標検出を行う場合、各カメラ装置で検出したマーカ３００の座標を統合する処理が必要となる。各カメラ装置では図９のように、カメラ装置のカメラ座標系（ローカル座標系）で３次元位置を検出しており、無人小型飛行体１がカメラ装置間（カメラ装置の撮影範囲間）を移動する際には自動飛行制御システム１０としてそのままの座標値を利用できないからである。

図１０に示すように、カメラ装置のZ軸は、地面に対して略垂直になるように（鉛直方向と略平行になるように）設定する。したがって、２つのカメラ座標系は(X、Ｙ)の平行移動およびZ軸周りの回転を行うことでカメラ装置間の座標軸変換をすることができる。他方、“Camera1”、“Camera2”の物理的な位置から２つの座標軸の変換を行うことも可能ではあるが、カメラ装置の座標軸を手作業で測定することは難しく、また、カメラ装置の個体差による誤差やレンズ特性による座標軸の歪みがあり、もし手作業で測定できたとしてもマーカ認識の実測値とは一致しないことが多いといった問題点があった。このため、本システムではカメラ装置の物理的な位置測定は行わずに、実際にマーカ認識した値を利用してカメラ装置間のオフセットをダイナミックに計算することとした。なお、オフセットとは、各カメラ装置にまたがった共通座標系から各カメラ装置毎のカメラ座標系への変換に使用するパラメータを意味する。

以下に、本実施形態における座標オフセットの処理について説明する。
図１１は本実施形態における座標オフセット処理の手順を示すフローチャートである。
自動飛行制御システム１０は、まず、前記第１のカメラ装置３０２から第２のカメラ装置３０３へ、現在情報算定部１１１が現在情報の算定のために用いるカメラ装置を切り替えるに際し、第１のカメラ装置３０２の撮影範囲３１５におけるマーカ３００の撮影画像に基づき、第１のカメラ装置３０２の撮影範囲３１５を反映した第１カメラ座標系における前記マーカ３００の座標値を算定する（ｓ１３００）。

続いて、自動飛行制御システム１０は、第１カメラ座標系におけるマーカ３００の座標値を、各カメラ装置３０２〜３０４の撮影範囲３１５、３１６、３１８、３２０をまたがった共通座標系の原点と設定する（ｓ１３０１）。また、前記重複領域３１７における前記第１のカメラ装置３０２による前記マーカ３００の撮影画像に基づいて、前記第１カメラ座標系におけるマーカ３００の座標値を算定し（ｓ１３０２）、この座標値を前記共通座標系での座標値に変換して基準座標値を生成する（ｓ１３０３）。

更に、自動飛行制御システム１０は、前記重複領域３１７における前記第２のカメラ装置３０３による前記マーカ３００の撮影画像に基づいて、前記第２のカメラ装置３０３の撮影範囲を反映した第２カメラ座標系におけるマーカ３００の座標値を算定する（ｓ１３０４）。そして、この座標値と前記基準座標値との対応関係から前記共通座標系と第２カメラ座標系との変換パラメータを算出する（ｓ１３０５）。ここで算出した変換パラメータは、図１０で概念を示した、各カメラ装置間でのXY平面の平行移動と、Z軸の回転を意味するデータとなる。以上の手順で、第１のカメラ装置３０２と第２のカメラ装置３０３との間で共通座標系への変換パラメータが算出できたことになる。

このように本システムでは、カメラ装置間の座標オフセットを無人小型飛行体１の飛行中に計算する。そして、無人小型飛行体１の飛行中に２つのカメラ装置間で検出した実測値を使用することで座標変換処理をスムーズなものとし、カメラ装置の切り替えの際の座標のずれを最小限とすることができる。
なお、無人小型飛行体１の飛行中の場合は、カメラ装置間の切り替えの際にオフセット計算をダイナミックに行う(ダイナミックオフセット)ことができるが、無人小型飛行体１が飛行していない場合は、オフセット計算を行うことができない。このため、カメラ装置群３０１を設置する際にデフォルト値としてオフセット値を設定する。実際の処理手順は、実際にマーカ３００を所定位置に配置し、対応するカメラ装置によりこのマーカ３００を撮影して、上記のダイナミックオフセット処理と同様に行なうことができる。

以上説明したように、この自動飛行制御システム１０および自動飛行制御方法によれば、小揚力の無人小型飛行体１の飛行制御を容易かつ確実に行えると共に、複数のカメラ装置を有するので、無人小型飛行体１の飛行範囲を拡大することができる。
また、複数のカメラ装置を所定のパターンで配置することにより、無人小型飛行体１の飛行経路を、広い範囲で、自由自在に設定することができる。

以上、本発明の自動飛行制御システムおよび自動飛行制御方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。
また、前記実施形態では、カメラ装置の数は、４つであるが、本発明では、カメラ装置の数は、４つに限定されず、複数であればよい。

また、本発明の自動飛行制御システムや自動飛行制御方法により制御される無人小型飛行体は、前述した構成のものに限定されず、地上から撮影可能なマーカが付された無人小型飛行体であれば、いずれの形態、構造をなすものであってもよい。
但し、制御対象とされる無人小型飛行体は、空中停止飛行が可能なものが好ましい。空中停止飛行が可能な飛行体としては、例えば、ヘリコプタ、飛行船等が挙げられる。

また、本発明の自動飛行制御システムの用途は、特に限定されず、例えば、無人小型飛行体にCCDカメラ等（軽量の）の各種センシング部品を搭載してその飛行経路を制御することで、各種環境で各種情報収集を行う例などが想定できる。
無人小型飛行体は、マニュアル操作の操縦も可能であるが、訓練を積んだ熟練者でないと操縦は難しい。よって、本発明のごとく、人の手操作を介さない自動飛行制御を行うことができ、また、複数の飛行経路を必要に応じ変更のできるというメリットを有効に活用できる特定の業務に展開できる。その例としては、商店等の万引き防止監視カメラを無人小型飛行体に搭載することが挙げられる。このような適用を行うことで、現状の監視カメラの設置位置および撮影範囲が固定されることによる防犯上の懸念を低減し、数種類の飛行経路を非固定的に飛行する無人小型飛行体による監視を実現できることとなる。
また、他にも、例えば、人間の入れない有害環境におけるセンシング作業などに本発明の自動飛行制御システムを適用した無人小型飛行体を使用するといった適用例も挙げられる。

本発明の自動飛行制御システムを適用する無人小型飛行体の構成例を示す斜視図。 図１に示す無人小型飛行体における姿勢変更手段の斜視図。 図１に示す無人小型飛行体における姿勢変更手段の分解斜視図。 図１に示す無人小型飛行体の回路構成を示すブロック図。 本実施形態における自動飛行制御システムの構成を示す図。 本実施形態における無人小型飛行体の自動制御手順の概要を示すフローチャート。 本実施形態における自動飛行制御方法のメインフローチャート。 本実施形態におけるカメラ装置の切り替え手順を示すフローチャート。 本実施形態におけるカメラ座標系（カメラ座標）の考え方を示す図。 本実施形態におけるカメラ装置の撮影範囲の考え方を示す図。 本実施形態における座標オフセット処理の手順を示すフローチャート。

符号の説明

１……無人小型飛行体 ２……基部 ２２……中心軸 ３……ロータ ３４……回転翼 ３６……回転中心線 ４……振動体 ５……ロータ ５４……回転翼 ６……接地手段８……姿勢制御センサ ８１ｘ、８１ｙ、８１ｚ……ジャイロセンサ ９……駆動制御回路 ９１ｘ……θｘ検出回路 ９１ｙ……θｙ検出回路 ９１ｚ……θｚ検出回路 ９２ｘ……θｘ制御回路 ９２ｙ……θｙ制御回路 ９２ｚ……θｚ制御回路 ９３１……第１の駆動回路 ９３２……第２の駆動回路 ９３ｘ……ｘ駆動回路 ９３ｙ……ｙ駆動回路 １３……回路基板 １４……錘要素 １４１……ケーシング １５……電池 １６……姿勢変更手段 １６ｘ……リニアアクチュエータ １６ｙ……リニアアクチュエータ １６１……ベース １８１……スライダ １９……姿勢安定化手段 １０……自動飛行制御システム １００……コンピュータ系統 １０１……プログラムデータベース １０２……プログラム １０３……メモリ １０４……ＣＰＵ １０５……Ｉ／Ｏ部 １１０……属性抽出部 １１１……現在情報算定部 １１２……制御データ送信部 １１３……重複領域判定部 １１４……切替判定実行部 １１５……カメラ切替制御部 １１６……原点設定部 １１７……第１座標変換部 １１８……変換パラメータ算出部 ３００……マーカ ３０１……カメラ装置群 ３０２……第１のカメラ装置 ３０３……第２のカメラ装置 ３０４……第３のカメラ装置 ３０５……第４のカメラ装置 ３０６……画像取得用コンピュータ群 ３０７……制御用コンピュータ ３０８……操作部 ３０９……Bluetoothユニット ３１０……画像取得ネットワーク ３１５……第１のカメラ装置の撮影範囲 ３１６……第２のカメラ装置の撮影範囲 ３１７……第１および第２のカメラ装置の撮影範囲の重複領域 ３１８……第３のカメラ装置の撮影範囲 ３１９……第２および第３のカメラ装置の撮影範囲の重複領域 ３２０……第４のカメラ装置の撮影範囲 ３２１……第３および第４のカメラ装置の撮影範囲の重複領域 ３２２……第４および第１のカメラ装置の撮影範囲の重複領域 ３２５……飛行経路

Claims (10)

1. 地上から撮影可能なマーカが付された無人小型飛行体の制御システムであって、
   前記無人小型飛行体に付されたマーカを地上から撮影する複数のカメラ装置と、
   前記カメラ装置より前記マーカの撮影画像を取得し、該マーカの撮影画像の属性情報を抽出する属性抽出手段と、
   前記属性情報に基づき前記カメラ装置に対する前記無人小型飛行体の位置および姿勢の現在情報を算定する現在情報算定手段と、
   前記現在情報と、予め定めた飛行経路における位置および姿勢の基準情報との差異を特定し、該差異を解消する制御データを生成して無人小型飛行体に送信する制御データ送信手段とを備えることを特徴とする自動飛行制御システム。
2. 前記属性情報は、前記マーカの撮影画像の画像枠における有無、位置、大きさ、回転およびゆがみに関する情報である請求項１に記載の自動飛行制御システム。
3. 前記属性情報に基づく無人小型飛行体の現在位置が、予め定めた第１のカメラ装置の撮影範囲より、該第１のカメラ装置の撮影範囲と隣接の第２のカメラ装置の撮影範囲との重複領域に移動したか判定する重複領域判定手段と、
   前記無人小型飛行体の現在位置が前記重複領域に移動したと判定された場合、所定時間内でのマーカの連続検出回数の閾値を前記第２のカメラ装置におけるマーカの連続検出回数が上回っているか判定するとともに、画像枠の中心へのマーカの近さ度合いについて前記第２のカメラ装置が第１のカメラ装置を上回っているか判定する切替判定実行手段と、
   前記マーカの連続検出回数の閾値を前記第２のカメラ装置におけるマーカの連続検出回数が上回っており、かつ、前記画像枠の中心へのマーカの近さ度合いについて前記第２のカメラ装置が第１のカメラ装置を上回っている場合、前記現在情報算定手段が前記現在情報の算定のために用いるカメラ装置を前記第２のカメラ装置に切り替えるカメラ切替制御手段とを備える請求項１または２に記載の自動飛行制御システム。
4. 前記第１のカメラ装置から第２のカメラ装置へ、前記現在情報算定手段が前記現在情報の算定のために用いるカメラ装置を切り替えるに際し、第１のカメラ装置の撮影範囲におけるマーカの撮影画像に基づき、第１のカメラ装置の撮影範囲を反映した第１カメラ座標系における前記マーカの座標値を算定すると共に、該第１カメラ座標系における前記マーカの座標値を、各カメラ装置の撮影範囲をまたがった共通座標系の原点と設定する原点設定手段と、
   前記重複領域における前記第１のカメラ装置による前記マーカの撮影画像に基づいて、前記第１カメラ座標系における前記マーカの座標値を算定し、この座標値を前記共通座標系での座標値に変換して基準座標値を生成する第１座標変換手段と、
   前記重複領域における前記第２のカメラ装置による前記マーカの撮影画像に基づいて、前記第２のカメラ装置の撮影範囲を反映した第２カメラ座標系における前記マーカの座標値を算定し、この座標値と前記基準座標値との対応関係から前記共通座標系と第２カメラ座標系との変換パラメータを算出する変換パラメータ算出手段とを備える請求項３に記載の自動飛行制御システム。
5. 前記複数のカメラ装置は、前記無人小型飛行体の飛行経路に沿って所定間隔で設置され、飛行経路における無人小型飛行体の少なくとも飛行高度の特性に応じた焦点距離特性を有するものである請求項１ないし４のいずれかに記載の自動飛行制御システム。
6. 前記無人小型飛行体は、空中停止飛行が可能なものである請求項１ないし５のいずれかに記載の自動飛行制御システム。
7. 前記無人小型飛行体は、軸と、
   前記軸に同軸的に設けられ、互いに反対方向に回転可能な２つのロータと、
   前記各ロータに設けられた回転翼とを備える請求項１ないし６のいずれかに記載の自動飛行制御システム。
8. 前記無人小型飛行体は、重心を移動させることにより、飛行姿勢を変更する姿勢変更手段を備えている請求項１ないし７のいずれかに記載の自動飛行制御システム。
9. 前記姿勢変更手段は、錘要素と、該錘要素を変位させる変位機構とを有する請求項８に記載の自動飛行制御システム。
10. 地上から撮影可能なマーカが付された無人小型飛行体のコンピュータによる制御方法であって、
    前記無人小型飛行体に付されたマーカを地上から撮影する複数のカメラ装置より前記マーカの撮影画像を取得し、該マーカの撮影画像の属性情報を抽出し、
    前記属性情報に基づき前記カメラ装置に対する前記無人小型飛行体の位置および姿勢の現在情報を算定し、
    前記現在情報と、予め定めた飛行経路における位置および姿勢の基準情報との差異を特定し、該差異を解消する制御データを生成して無人小型飛行体に送信することを特徴とする自動飛行制御方法。
    

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