洪水や地震などの自然災害、あるいは銃乱射や爆破などの人為的な災害が発生した場合、救助を強く必要としている人がいても、救急隊員を現場に送り込むことは極めて危険を伴うことがあります。
ドローンは有用であり、復旧作業にも役立っています。致命的な被害をもたらしたアラバマ州の竜巻の後には、ただし大半のドローンは個々のパイロットが必要で、パイロットがリモコンで無人航空機を操縦します。そのため、救助隊が被災地域全体を把握するまでに時間がかかり、被災者への実際の支援が遅れる可能性があります。
自律型ドローンは、より広い範囲をより速く探索できますが、救助隊が要救助者を特定するのを自ら支援できて初めて、より効果的になります。ダートン大学ビジョン・ラボにおいて、私たちは人や動物、特に倒壊した瓦礫に閉じ込められている可能性のある人を見つけ出すことを支援するシステムの開発に取り組んでいます。私たちの技術は、人間の救助隊員の行動を模倣しています。広い範囲をさっと見渡し、特定の領域をすばやく選び出して、より詳細に調べるのです。
混沌とした場面で対象物を探す
被災地は、倒木、倒壊した建物、寸断された道路などで散乱していることが多く、救助を必要とする被災者を見つけることが非常に困難になる場合があります。
私の研究チームは、ドローンに搭載されたコンピューター上で動作する人工ニューラルネットワーク・システムを開発しました。このシステムは、人間の優れた視覚の仕組みの一部を再現できます。ドローンのカメラが撮影した画像を分析し、注目すべき発見を人間の監督者に伝えます。
まず、私たちのシステムは画像を処理して鮮明さを向上させます。人間が焦点を合わせるために目を細めるのと同様に、私たちの技術は場面内の暗い領域を詳細に推定し、計算によって画像を明るくします。画像がかすんでいたり霧がかかっていたりする場合、システムはそれが明るすぎることを認識し、画像の白さを抑えて実際の場面をより明確に見えるようにします。明るすぎることを認識し、実際の場面をより明確に見るために、画像の白さを抑えます。
雨の中では、人間の脳は明瞭に見るための見事な方法を用いています。場面の中で変化しない部分に注目することで、雨粒が落ちるにつれて変化する部分と変化しない部分を区別し、人は雨の中でもある程度よく見ることができます。私たちの技術も同じ方法を用い、連続した画像列の中で、各場所の内容を継続的に調べ、明確な情報をその場所にある対象物について得ています。
また、ドローン搭載カメラの画像をより大きく、より明るく、より鮮明にする技術も開発しました。画像の大きさを拡大することで、アルゴリズムと人間の双方が主要な特徴をより明確に見分けられるようになります。
対象物の確認
私たちのシステムは、うつ伏せに横たわっている場合や胎児のように体を丸めている場合など、さまざまな姿勢の人を、異なる視点や変化する照明条件の下でも識別できます。
人間の脳は、対象物の一つの視点を見て、別の角度からどのように見えるかを想像することができます。警察が人を探すよう一般市民に呼びかける際、静止画を添えることがよくあります。これは、見る人の脳がその人物の三次元的な姿を想像し、写真とまったく同じ視点でなくても街中でその人物を認識できるという前提に基づいています。私たちはこの方法を応用し、人の三次元モデルを計算しています。一般的な人の形状や、特定の人物をより詳細に投影したものを用います。これらのモデルは、場面に人物が現れた際の類似点を照合するために使われます。
また、物体全体を見ることなく、その一部を検出する方法も開発しました。私たちのシステムは、瓦礫の下から突き出た脚、遠くで振られている手、木材の山の上に現れた頭部などを検出し、位置を特定するよう訓練することができます。また、人や動物を、木、低木、車両と区別することもできます。
各要素を組み合わせる
私たちのシステムは、周囲を最初に走査する際、上空の観測者の手法を模倣し、地上を調べて対象物の候補や、さらに詳しく調べる価値のある領域を見つけ、その後により詳細に観察します。例えば、地上のトラックを探している航空機のパイロットは、通常、湖、池、農地、遊び場にはあまり注意を払いません。トラックがそうした場所にある可能性は低いからです。私たちの自律技術も同じ戦略を用い、捜索範囲を場面の中で最も重要な領域に絞り込みます。
その後、私たちのシステムは選択された各領域を調べ、そこにある対象物の形状、構造、質感に関する情報を得ます。人間、またはその一部と一致する特徴のセットを検出すると、それを被災者のいる場所として示します。
ドローンはまた、自身の位置に関するGPSデータを収集し、撮影している他の物体との距離も感知します。その情報により、システムは支援を必要とする各人物の正確な位置を算出し、救助隊に警告することができます。
画像の撮影、視認性を最大化するための処理、そして閉じ込められている、あるいは隠れている可能性のある人を特定するための分析という一連の処理はすべて、ドローンが高解像度カメラとともに搭載する一般的なノートパソコン上で、約5分の1秒で行われます。
米軍もこの技術に関心を寄せています。私たちは、米陸軍医学研究・装備司令部と協力し、戦場で救助を必要とする負傷者を見つける取り組みを行ってきました。また、この研究を、パイプラインを損傷するおそれのある建設機械や車両によるパイプライン経路への侵入を検出する必要のある公益事業者向けにも応用してきました。公益事業者はまた、パイプライン経路の近くで新たに建物が建設されていないかを検出することにも関心を寄せています。これらの団体をはじめ、さらに多くの組織が、人間と同じように見ることができる技術、特に人間が立ち入ることのできない場所でそれを実現する技術に関心を持っています。
