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(In Japanese)スペクトルカメラ制御装置、スペクトルカメラ制御プログラム、スペクトルカメラ制御システム、このシステムを搭載した飛行体およびスペクトル画像撮像方法

Patent code P190015814
File No. (S2016-0632-N0)
Posted date Jan 24, 2019
Application number P2017-565879
Patent number P6321895
Date of filing Mar 22, 2017
Date of registration Apr 13, 2018
International application number JP2017011411
International publication number WO2017179378
Date of international filing Mar 22, 2017
Date of international publication Oct 19, 2017
Priority data
  • P2016-080896 (Apr 14, 2016) JP
Inventor
  • (In Japanese)高橋 幸弘
  • (In Japanese)栗原 純一
  • (In Japanese)石田 哲朗
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人北海道大学
Title (In Japanese)スペクトルカメラ制御装置、スペクトルカメラ制御プログラム、スペクトルカメラ制御システム、このシステムを搭載した飛行体およびスペクトル画像撮像方法
Abstract (In Japanese)
【課題】
 スペクトル画像の撮像時における空間分解能と露光時間とをそれぞれ任意に設定することができるとともに、スペクトル画像の空間的な歪みやズレを抑制することができる、スペクトルカメラ制御装置、スペクトルカメラ制御プログラム、スペクトルカメラ制御システム、このシステムを搭載した飛行体およびスペクトル画像撮像方法を提供する。
【解決手段】
 静止飛行可能な飛行体1に液晶波長可変フィルタ33を備えたスペクトルカメラ3とともに搭載されており、前記飛行体1の静止飛行中において前記液晶波長可変フィルタ33の透過波長を切り換える度に前記スペクトルカメラ3にスナップショット方式で撮像させる。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

スペクトル画像は、可視光および赤外線領域等をスペクトルカメラによって撮像することにより得られる。このスペクトル画像は、例えば、撮像対象のタンパク質の量等を把握することができるため、農作物の実入り状況を把握したり、収穫率の良い刈り入れ場所や刈り入れ順を把握することができる。

また、スペクトル画像は、農作物の生育や病害虫・土壌の状態を把握できる他、樹木の種類を判別したり、炭素固定速度(成長速度)を把握したり、鉱物資源を探査したり、漁場を推定したり、塩害や汚染地域を把握したりすること等において、高い精度の情報を提供することができる。

特に、航空機による上空からのスペクトル画像を撮像することは、人が踏査によってアクセスすることが困難な森林や海上、険しい山間部、汚染地域も含めて、圧倒的に広い範囲を短時間で調査することができるため、その応用範囲は極めて広い。

ところで従来、波長幅が約20nm以下の狭い波長分解能を持った数十バンド以上のスペクトル画像を撮像する際には、回折格子を備えたハイパースペクトルセンサと呼ばれる光学装置を固定翼の航空機に搭載し、プッシュブルーム方式と呼ばれる撮像方式を用いて行われている。このプッシュブルーム方式とは、航空機の進行方向に対して直角な方向に設定された一次元の空間視野を用いて1回の露光で全バンド(全波長帯)を同時に記録し、この記録を1画素相当を移動する時間間隔で連続的に行うことにより、進行方向に掃引して二次元空間のスペクトル画像を得る方式である。

例えば、特開2011-169896号公報には、プッシュブルーム型センサを備えたハイパースペクトルイメージングシステムに関する発明が開示されている(特許文献1)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、静止飛行可能な飛行体に搭載されるスペクトルカメラによってスペクトル画像を撮像するための、スペクトルカメラ制御装置、スペクトルカメラ制御プログラム、スペクトルカメラ制御システム、このシステムを搭載した飛行体およびスペクトル画像撮像方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
静止飛行可能な飛行体に液晶波長可変フィルタを備えたスペクトルカメラとともに搭載されており、前記飛行体の静止飛行中において前記液晶波長可変フィルタの透過波長を切り換える度に前記スペクトルカメラにスナップショット方式で撮像させる、スペクトルカメラ制御装置であって、
前記スペクトルカメラにおける露光時間当たりの前記スペクトルカメラの姿勢変化量または位置変化量のうち少なくともいずれかが、前記スペクトルカメラの空間分解能に基づく所定の閾値を超えた場合に、前記スペクトルカメラの露光時間を現露光時間よりも短い時間に設定する、前記スペクトルカメラ制御装置。

【請求項2】
 
姿勢センサから前記スペクトルカメラの角速度を取得し、前記露光時間を下記の式(1)により算出する、請求項1に記載のスペクトルカメラ制御装置;
T<X/(H×Ω) ・・・式(1)
ただし、各符号は以下を表す。
T:露光時間(sec)
X:空間分解能(m)
H:飛行体の高度(m)
Ω:スペクトルカメラの角速度(rad/sec)

【請求項3】
 
静止飛行可能な飛行体に液晶波長可変フィルタを備えたスペクトルカメラとともに搭載されており、前記飛行体の静止飛行中において前記液晶波長可変フィルタの透過波長を切り換える度に前記スペクトルカメラにスナップショット方式で撮像させる、スペクトルカメラ制御装置であって、
撮像されたスペクトル画像のSN比が所定の閾値未満の場合に、同じ透過波長で複数枚のスペクトル画像を連続して撮像させる、前記スペクトルカメラ制御装置。

【請求項4】
 
同じ透過波長で連続して撮像するスペクトル画像の枚数を下記式(2)により算出する、請求項3に記載のスペクトルカメラ制御装置;
N>(SNt/SN1)2 ・・・式(2)
ただし、各符号は以下を表す。
N:撮像するスペクトル画像の枚数
SN1:最初の1枚目のスペクトル画像のSN比
SNt:SN比閾値

【請求項5】
 
請求項1から請求項4のいずれかに記載のスペクトルカメラ制御装置と、このスペクトルカメラ制御装置により制御されるスペクトルカメラとを備えた、スペクトルカメラ制御システム。

【請求項6】
 
請求項5に記載のスペクトルカメラ制御システムを搭載した、静止飛行可能な飛行体。

【請求項7】
 
静止飛行可能な飛行体に液晶波長可変フィルタを備えたスペクトルカメラとともに搭載されており、前記飛行体の静止飛行中において前記液晶波長可変フィルタの透過波長を切り換える度に前記スペクトルカメラにスナップショット方式で撮像させるスペクトルカメラ制御装置としてコンピュータを機能させる、スペクトルカメラ制御プログラムであって、
前記スペクトルカメラにおける露光時間当たりの前記スペクトルカメラの姿勢変化量または位置変化量のうち少なくともいずれかが、前記スペクトルカメラの空間分解能に基づく所定の閾値を超えた場合に、前記スペクトルカメラの露光時間を現露光時間よりも短い時間に設定するスペクトルカメラ制御装置としてコンピュータを機能させる、前記スペクトルカメラ制御プログラム。

【請求項8】
 
姿勢センサから前記スペクトルカメラの角速度を取得し、前記露光時間を下記の式(1)により算出するスペクトルカメラ制御装置としてコンピュータを機能させる、請求項7に記載のスペクトルカメラ制御プログラム;
T<X/(H×Ω) ・・・式(1)
ただし、各符号は以下を表す。
T:露光時間(sec)
X:空間分解能(m)
H:飛行体の高度(m)
Ω:スペクトルカメラの角速度(rad/sec)

【請求項9】
 
静止飛行可能な飛行体に液晶波長可変フィルタを備えたスペクトルカメラとともに搭載されており、前記飛行体の静止飛行中において前記液晶波長可変フィルタの透過波長を切り換える度に前記スペクトルカメラにスナップショット方式で撮像させるスペクトルカメラ制御装置としてコンピュータを機能させる、スペクトルカメラ制御プログラムであって、
撮像されたスペクトル画像のSN比が所定の閾値未満の場合に、同じ透過波長で複数枚のスペクトル画像を連続して撮像させるスペクトルカメラ制御装置としてコンピュータを機能させる、前記スペクトルカメラ制御プログラム。

【請求項10】
 
同じ透過波長で連続して撮像するスペクトル画像の枚数を下記式(2)により算出するスペクトルカメラ制御装置としてコンピュータを機能させる、請求項9に記載のスペクトルカメラ制御プログラム;
N>(SNt/SN1)2 ・・・式(2)
ただし、各符号は以下を表す。
N:撮像するスペクトル画像の枚数
SN1:最初の1枚目のスペクトル画像のSN比
SNt:SN比閾値

【請求項11】
 
静止飛行可能な飛行体に液晶波長可変フィルタを備えたスペクトルカメラとともに搭載されたスペクトルカメラ制御装置を用いて、前記飛行体の静止飛行中において前記液晶波長可変フィルタの透過波長を切り換える度に前記スペクトルカメラにスナップショット方式で撮像させる、スペクトル画像撮像方法であって、
前記スペクトルカメラにおける露光時間当たりの前記スペクトルカメラの姿勢変化量または位置変化量のうち少なくともいずれかが、前記スペクトルカメラの空間分解能に基づく所定の閾値を超えた場合に、前記スペクトルカメラの露光時間を現露光時間よりも短い時間に設定する、前記スペクトル画像撮像方法。

【請求項12】
 
静止飛行可能な飛行体に液晶波長可変フィルタを備えたスペクトルカメラとともに搭載されたスペクトルカメラ制御装置を用いて、前記飛行体の静止飛行中において前記液晶波長可変フィルタの透過波長を切り換える度に前記スペクトルカメラにスナップショット方式で撮像させる、スペクトル画像撮像方法であって、
撮像されたスペクトル画像のSN比が所定の閾値未満の場合に、同じ透過波長で複数枚のスペクトル画像を連続して撮像させる、前記スペクトル画像撮像方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2017565879thum.jpg
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