AUV 用海底地形スキャニングレーザー計測技術の開発

AUV 用海底地形スキャニングレーザー計測技術の開発
平戸
1
遼介 1, 篠野 雅彦 2
東京海洋大学大学院海洋科学技術研究科（〒135-0044 東京都江東区越中島 2-1-6）
2
海上技術安全研究所（〒181-0004 東京都三鷹市新川 6-38-1）
Development of a Laser Scanner for Seafloor Measurement by AUV
Ryosuke HIRATO1, Masahiko SASANO2
1
Graduate School of Maritime Science and Technology, Tokyo University of Marine Science and Technology. 2-1-6 Etchujima, Koto,
Tokyo 135-0044
2
National Maritime Research Insititute, 6-38-1 Shinkawa Mitaka Tokyo 380-8553
Abstract
We are developing Laser Scanner for seafloor measurements on AUV (Autonomous Underwater Vehicle). The
measurement by Laser and stereo camera was conducted and we confirmed that the method is useful for measure
the topology. The target range of the observation is 3~30 meters, which is typical height of the hovering type AUV
on deep-sea floor. The performance of the measurement by this system is shown in this paper.
Key Words: Scanning Laser, Stereo camera, AUV, Underwater, Seafloor
1. は じ め に
世界第６位の面積を有する日本の排他的経済
水 域 (EEZ)に は メ タ ン ハ イ ド レ ー ド や 海 底 熱 水 鉱
床 な ど の エ ネ ル ギ ー 資 源・鉱 物 資 源 が 大 量 に 存 在
し て い る こ と が 明 ら か に な り つ つ あ る 1) .そ の 資
源 調 査 の ツ ー ル と し て AUV(Autonomous
Underwater Vehicle):自 律 型 無 人 探 査 機 の 研 究 開
発 が 進 ん で い る .AUV は ワ イ ヤ レ ス で あ る た め
ROV(Remotely Operated Vehicle): 遠 隔 操 作 型 無
人探査機よりも広範囲な海底を高効率に観測可
能という特徴を持つ.
AUV か ら の 深 海 底 地 形 計 測 の 探 査 ツ ー ル と し て
は 従 来 ,音 響 ソ ナ ー や カ メ ラ 観 測 が 主 流 で あ っ た
が ,音 響 ソ ナ ー は 解 像 度 が 課 題 と な る .ま た 水 中
では光の減衰が大きいため計測距離が大きい場
合 に 画 像 確 認 が 困 難 と な る こ と が あ っ た .こ の た
め AUV に 搭 載 す る 新 た な 海 底 地 形 計 測 用 の レ ー ザ
ーシステムを開発している.
ル バ ノ ミ ラ ー を 用 い て AUV 進 行 方 向 と 垂 直 方 向 に
扇 状 に 振 る .レ ー ザ ー で 照 ら し た ポ イ ン ト を ス テ
レ オ カ メ ラ で 撮 影 し 各 点 で の 測 距 を 行 う .本 装 置
の 概 念 図 を Fig.1 に 示 す .
Fig.1 Schematic diagram of Camera and Laser
Scanning System on AUV
2. ス テ レ オ カ メ ラ と レ ー ザ ー に よ る 計 測
本研究ではステレオカメラとスキャニングレ
ー ザ ー に よ る 計 測 シ ス テ ム の 確 立 を 目 指 し ,海 底
面 か ら 高 さ 3～ 30 m の 高 度 で AUV が 高 度 お よ び 速
度 一 定 の 条 件 の も と ,海 底 面 を ス キ ャ ン し 得 ら れ
たデータを解析し海底地形を推測することを目
標 と す る .レ ー ザ ー は 水 中 減 衰 の 少 な い 緑 色 CW レ
ー ザ ー （ 波 長 :532 nm, 出 力 :40 mW） を 使 用 し ,ガ
この計測システムの性能を地上において確認す
る た め ,計 測 シ ス テ ム か ら 8.1 m 離 れ ,「 へ 」 の 字
に 曲 が っ た 壁 を 計 測 し た（ Fig.2 参 照 ）.深 海 底 で
の観測を想定し実験室内は背景光のない暗室と
し た .計 測 結 果 を Fig.3 に 示 す .こ の 計 測 で は 撮 影
に １ 台 の デ ィ ジ タ ル カ メ ラ （ CASIO EX-ZR800） を
使 用 し ,レ ー ザ ー を 中 心 に 左 右 0.5m の 位 置 に 交 互
に 固 定 す る こ と で ,ス テ レ オ 画 像 を 取 得 し ,画 像
解析を実施した.
Fig.4 Photo of the scanning laser and two Line CCDs
system with curved wall in 8.1m distance
Fig.2 Schematic diagram of Stereo Camera and Lase r
Scanning System in Laboratory
海 底 地 形 計 測 の 観 測 技 術 と し て ,レ ー ザ ー と ス
テレオカメラを用いた計測システムの開発を進
め ,暗 室 内 で の 形 状 計 測 試 験 に 成 功 し た .今 後 ,水
槽 , 実 海 域 で の 試 験 を 行 う 予 定 で あ る .ま た 水 中
で は 光 の 散 乱・吸 収 の 効 果 が 陸 上 よ り も 大 き い た
め ,2 台 の ラ イ ン CCD の 間 隔 が 観 測 結 果 に 与 え る
影響についても評価を進める予定である .
8.5
Longitudinal Distance [m]
3. 海 底 調 査 の 準 備 と 今 後 の 展 望
8
7.5
7
6.5
6
-2
-1
0
1
2
Lateral Distance [m]
Fig.3 Results of the of the curved wall
measured by the Two Cameras System in 8.1m
distance
受 光 部 に カ メ ラ を 用 い た 場 合 ,連 続 撮 影 に 時 間
が か か る と 共 に , 画 像 解 析 作 業 が 必 要 と な る .解
析 に 必 要 な 最 小 限 の デ ー タ は Fig.4 に 示 す よ う な
レーザースキャン方向の一次元輝度分布である
た め , デ ィ ジ タ ル カ メ ラ を ラ イ ン CCD カ メ ラ
（ Tholabs LC100/M）2 台 に 置 き 換 え る こ と で 観 測
の 高 速 化 を 図 っ た .こ れ に よ り 現 状 で 観 測 繰 り 返
し 10 Hz が 実 現 し て い る .約 0.2 m/s で 航 行 す る
ホ バ リ ン グ 型 AUV に 対 し ,5 cm 程 度 の 水 平 分 解 能
を 得 る た め に は ,観 測 繰 り 返 し 100 Hz 以 上 が 必 要
と な る .こ の た め , 今 後 段 階 的 に 観 測 の 高 速 化 及
びリアルタイム解析の高速化を進める予定であ
る.
Fig.5 Schematic diagram of Stereo Line CCD and
Laser Scanning System in Laboratory
謝
辞
本 研 究 は ,SIP（ 戦 略 的 イ ノ ベ ー シ ョ ン 創 造 プ ロ
グラム）
「次世代海洋資源調査技術」
（海のジパン
グ 計 画 ） の 一 部 ,「 AUV 複 数 運 用 手 法 等 の 研 究 開
発 」（ 高 効 率 小 型 シ ス テ ム ） の 研 究 資 金 に よ り 実
施 し て い ま す .関 係 者 各 位 に 厚 く 御 礼 申 し 上 げ ま
す．
参考文献
1) JOGMEC NEWS vol.40 (2015).
http://www.jogmec.go.jp/publish/about/publish_10_0
00013.html