航空写真

航空写真は、フランスの写真家で気球乗りの​​ガスパール＝フェリックス・トゥルナション（通称「ナダール」）が1858年にフランスのパリ上空で初めて撮影した。^{[ 3 ]}しかし、彼が撮影した写真は現存しないため、現存する最古の航空写真は「鷲と雁が見たボストン」と題されている。 1860年10月13日にジェームズ・ウォレス・ブラックとサミュエル・アーチャー・キングによって撮影されたこの写真は、高度630mからボストンを写している。 ^{[ 4 ] [ 5 ]}

凧を使った空中写真撮影は、 1882 年にイギリスの気象学者 E.D. アーチボルドによって開拓されました。彼はタイマー付きの爆薬を使って空中から写真を撮りました。^{[ 6 ]}同年、セシル・シャドボルトはガス気球のゴンドラから、真下を向いた写真も含め、写真を撮る方法を考案しました。^{[ 7 ] [ 8 ]}スタンフォード・ヒル上空2,000 フィート (610 m)から撮影された彼の写真の 1 つは、イギリス諸島で撮影された現存する最古の空中写真です。^{[ 7 ]}同じ写真のプリント「気球のゴンドラから撮影された瞬間地図写真、高度 2,000 フィート」は、1882 年の写真協会展で展示されました。^{[ 8 ]} 

フランス人のアルチュール・バトゥーは1888年に凧を使った写真撮影を始め、1890年にその方法についての本を書いた。^{[ 9 ] [ 10 ]}サミュエル・フランクリン・コディは、高度な「人持ち上げ戦争凧」を開発し、その能力でイギリス陸軍省の関心を引くことに成功した。

1908年、アルバート・サママ・チクリーは、ハマム・リフとグロンバリアの間で気球を使用して史上初の空中撮影を行った。^{[ 11 ]} 重航空機に搭載された映画用カメラが初めて使用されたのは、1909年4月24日、ローマ上空で撮影された3分28秒の無声短編映画『ウィルバー・ライトと彼の飛行機』である。

航空写真の利用は戦争中に急速に発展し、偵察機には敵の動きや防御状況を記録するためのカメラが搭載されるようになった。戦争初期には航空写真の有用性は十分に認識されておらず、偵察は上空からの地図作成によって行われていた。

ドイツは1913年に世界初の航空カメラであるゲルツ社製カメラを採用した。フランスは開戦当初、偵察用カメラを搭載したブレリオ観測機を数個飛行隊配備していた。フランス陸軍は、撮影した画像を現場指揮官に記録的な速さで届けるための手順を開発した。

フレデリック・チャールズ・ビクター・ローズは、1912年に英国飛行隊第1飛行隊（後の英国空軍第1飛行隊）で、英国の飛行船ベータ号から写真を撮影し、航空写真の実験を開始した。彼は、60%の重なりで撮影された垂直写真を立体視鏡で見ると立体視効果が得られることを発見し、それによって地図作成や航空写真から得られる情報に役立つ奥行きの知覚が生み出されることを示した。英国飛行隊の偵察パイロットは1914年に観測記録にカメラを使用し始め、 1915年のヌーヴ・シャペルの戦いまでには、ドイツ軍の塹壕システム全体が撮影されていた。^{[ 12 ]} 1916年には、オーストリア＝ハンガリー帝国が地図作成のためにイタリア上空で垂直カメラ軸航空写真を撮影した。

初めて専用に設計された実用的な航空カメラは、 1915年にジョン・ムーア＝ブラバゾン大尉がソーントン＝ピカード社の協力を得て発明し、航空写真の効率を大幅に向上させた。カメラは航空機の床に挿入され、パイロットが一定間隔でシャッターを切ることができた。ムーア＝ブラバゾンはまた、航空写真に立体視技術を取り入れる先駆者でもあり、異なる角度から撮影した写真を比較することで、風景上の物体の高さを識別できるようにした。^{[ 13 ] [ 14 ]}

戦争が終わる頃には、航空カメラはサイズと焦点力が劇的に向上し、軍事的に極めて重要な価値が証明されるにつれて、ますます頻繁に使用されるようになった。1918年までに、両陣営は戦線全体を1日に2回撮影し、紛争開始以来50万枚以上の写真を撮影していた。1918年1月、アレンビー将軍は、トルコ戦線の地図を修正および改善するために、第1飛行隊AFCの5人のオーストラリア人パイロットを使用して、パレスチナの624平方マイル（1,620 km ² ）のエリアを撮影した。これは、地図作成の補助として航空写真を使用した先駆的な例である。レオナルド・タプリン中尉、アラン・ランシマン・ブラウン中尉、HLフレイザー中尉、エドワード・パトリック・ケニー中尉、LWロジャース中尉は、トルコ戦線から後方地域に32マイル（51 km）奥まで伸びる土地を撮影した。1月5日から、彼らは敵戦闘機を撃退するために戦闘機の護衛を受けて飛行した。ロイヤル・エアクラフト・ファクトリーのBE.12とマーティンサイドの飛行機を使用して、敵の航空攻撃を克服しただけでなく、時速65マイル（105km /h）の強風、対空砲火、故障した機器にも対処して任務を遂行しなければならなかった。^{[ 15 ]}    

英国初の商業航空写真会社は、第一次世界大戦の退役軍人であるフランシス・ウィルズとクロード・グラハム・ホワイトによって1919年に設立されたエアロフィルムズ社でした。同社はすぐに事業を拡大し、英国だけでなくアフリカやアジアでも大きな契約を獲得しました。事業はエッジウェアのスタッグ・レーン飛行場から始まり、ロンドン飛行学校の航空機を使用していました。その後、航空機製造会社（後のデ・ハビランド航空機会社）は、パイロット兼起業家のアラン・コブハムとともにエアコDH.9をリースしました。^{[ 16 ]}

1921年から、エアロフィルムズは測量と地図作成のために垂直写真撮影を行った。1930年代には、同社は写真測量（航空写真からの地図作成）の科学を開拓し、英国陸地測量局も同社の顧客であった。^{[ 17 ]} 1920年、オーストラリア人のミルトン・ケントは、カール・ツァイスAGから購入したハーフプレート斜め航空カメラを航空写真ビジネスで使い始めた。^{[ 18 ]}

航空写真の商業利用で成功したもう一人の先駆者は、アメリカ人のシャーマン・フェアチャイルドで、彼は自身の航空機会社フェアチャイルド・エアクラフトを設立し、高高度航空測量任務用の特殊航空機の開発と製造を始めた。^{[ 19 ]} 1935年のフ​​ェアチャイルド航空測量機には、同期した2台のカメラを組み合わせたユニットが搭載されていた。10インチレンズをそれぞれ10個搭載した2つのユニットを使用して、この航空機は23,000フィートから写真を撮影した。各写真は225平方マイルをカバーしていた。最初の政府契約の1つは、ニューメキシコの土壌侵食を調査するための航空測量だった。^{[ 20 ]} 1年後、フェアチャイルドは、1つのユニットに9つのレンズを搭載した、より優れた高高度カメラを発表した。これは、30,000フィートから1回の露光で600平方マイルをカバーする写真を撮影できた。^{[ 21 ]}

1939年、イギリス空軍のシドニー・コットンとモーリス・ロングボトム飛行士官は 、空中偵察は高速で小型の航空機の方が適しているのではないか、なぜならそれらの航空機はその速度と高い実用上昇限度を利用して探知や迎撃を回避できるからだと最初に提唱した人物の一人だった。現代の偵察任務は高速で高高度を飛行する航空機によって行われているため、今では当然のことのように思えるが、当時は斬新な考え方だった。

彼らは、武装と無線機を取り外し、代わりに燃料とカメラを追加したスピットファイアの使用を提案した。これがスピットファイアPR派生型の開発につながった。スピットファイアは偵察任務で非常に成功を収め、その目的のために特別に製造された派生型が多数あった。当初は、後に第1写真偵察部隊（PRU）となる部隊で使用された。1928年、RAFは航空カメラ用の電気加熱システムを開発した。これにより、偵察機はカメラ部品が凍結することなく非常に高い高度から写真を撮影できるようになった。^{[ 22 ]} RAFメドメンハムを拠点として、そのような写真の収集と解釈は大きな事業となった。^{[ 23 ]}

コットンの航空写真は、当時としては画期的なものだった。彼は第1偵察部隊（1 PRU）の他の隊員たちと共に、高高度高速立体写真の技術を開拓し、多くの重要な軍事目標や諜報目標の位置を明らかにする上で重要な役割を果たした。RVジョーンズによれば、写真はV-1飛行爆弾とV-2ロケットの両方の大きさや特徴的な発射機構を特定するために使用された。コットンはまた、特殊偵察機の試作機や写真機器のさらなる改良といったアイデアにも取り組んだ。最盛期には、イギリスは1日に100回以上の偵察飛行を行い、1日に5万枚もの画像を解析していた。他の国々も同様の取り組みを行った。

大日本帝国の空母に駐留していたインド王立空軍のパイロット、FS・フセインは、広島と長崎への原爆投下後の惨状を撮影する任務を負っていた。^{[ 24 ]}放射線被曝の危険性を知らなかった彼は、1969年に44歳で亡くなった。^{[ 25 ]}

無線操縦モデルの進歩により、模型航空機で低高度の航空写真撮影が可能になりました。これは、商業用および住宅用物件が写真の対象となる不動産広告に役立っています。2014年、米国連邦航空局は、不動産広告での写真撮影にドローンを使用することを禁止しました。^{[ 33 ]}この禁止は解除され、ドローンまたはUASを使用した商業用航空写真撮影は、2018年のFAA再承認法に基づいて規制されています。^{[ 34 ] [ 35 ]}商業パイロットはパート107ライセンスの要件を満たす必要がありますが、^{[ 36 ]}アマチュアおよび非商業的な使用はFAAによって制限されています。^{[ 37 ]}

小型模型航空機は、これまで立ち入りが制限されていたエリアへの写真撮影のアクセスを向上させます。小型機は、より長い飛行時間、より高い高度、より大きな機器の積載が可能な実物大航空機に取って代わるものではありません。しかし、実物大航空機の運用が危険な状況では、小型機は有用です。例えば、送電線の上にある変圧器の点検や、農地の上空を低空でゆっくり飛行することなどが挙げられますが、これらはどちらも大型のラジコンヘリコプターで可能です。このような模型には、プロ仕様のジャイロスコープで安定化されたカメラプラットフォームが使用できます。26ccのガソリンエンジンを搭載した大型模型ヘリコプターは、約7キログラム（15ポンド）のペイロードを吊り上げることができます。一例として、 1988年から1998年にかけてロバート・シャノンによって開発された無線操縦のニトロホーク・ヘリコプターが挙げられる。^{[ 38 ]}ジャイロスコープで安定化された映像に加え、FPV（一人称視点）技術の統合により、RCヘリコプターを信頼性の高い空撮ツールとして使用するケースが増加した。多くの無線操縦航空機、特にドローンは、現在ではWi-Fiを利用して、機体のカメラからパイロットまたは操縦士（PIC）の地上局にライブ映像をストリーミング配信することができる。^{[ 39 ]}

オーストラリアでは、民間航空安全規則パート101（CASRパート101）^{[ 40 ]}により、無人機および遠隔操縦機の商業利用が認められています。これらの規則では、商業用の無人遠隔操縦機は遠隔操縦航空機システム（RPAS）と呼ばれ、レクリエーション目的の無線操縦機は模型航空機と呼ばれます。CASRパート101では、商業的に遠隔操縦機を運用する企業/個人は、有人航空機の操縦者と同様に、操縦者証明書を保持する必要があります。商業的に運用される遠隔操縦機の操縦者は、民間航空安全局（CASA）の免許も取得する必要があります。^{[ 41 ]} 小型RPASと模型航空機は実際には同一である可能性がありますが、模型航空機とは異なり、RPASは承認を得て管制空域に入り、飛行場の近くで運用することができます。

オーストラリアでは、承認されていると偽って主張する違法な操縦者が多数存在するため、CASAは承認された遠隔操縦者証明書（ReOC）保持者のリストを維持・公開しています。^{[ 42 ]}しかし、CASAは規制を改正し、2016年9月29日から、2kg（4.4ポンド）未満のドローンは商業目的で運用できるようになりました。^{[ 43 ]}  

2006年に制定された、すべての商用RC模型飛行機の飛行を禁止するFAA（連邦航空局）の規制は、米国でいかなる高度で飛行する場合でも、許可を得る前に正式なFAA認証を取得することを義務付けるように改訂された。

2014年6月25日、FAAは、14 CFR Part 91 [Docket No. FAA–2014–0396]「模型航空機に関する特別規則の解釈」の裁定において、米国領空における無人航空機の商業利用を禁止した。^{[ 44 ]} 2014年9月26日、FAAはドローンを空撮に使用する権利の付与を開始した。操縦者は免許を持つパイロットである必要があり、ドローンを常に視界内に維持しなければならない。ドローンは、人が危険にさらされる可能性のある場所での撮影には使用できない。^{[ 45 ]}

2012年のFAA近代化改革法は、第336条で模型航空機に関する特別規則を制定した。第336条において、議会は模型航空機が航空機であるというFAAの長年の立場を確認した。同法の規定によれば、模型航空機は「(1)大気中で持続飛行が可能であること、(2)航空機を操作する人の目視範囲内で飛行すること、(3)趣味またはレクリエーション目的で飛行すること」という「無人航空機」と定義されている。^{[ 46 ]}

米国では公共の場所から見えるものはすべてプライバシーの領域外とみなされるため、航空写真は私有地内の特徴や出来事を合法的に記録することができる。 ^{[ 47 ]}

FAAは、国家空域システムの安全を脅かす模型航空機を操縦する者に対して執行措置を講じることができる：公法112-95、第336条(b)。^{[ 33 ]}

2016年6月21日、FAAは小型無人航空機規則（パート107）の概要を発表しました。この規則では、小型UASオペレーター向けのガイドラインが定められており、昼間のみの運用、400フィート（120メートル）の飛行高度制限、パイロットはUASを視界内に維持しなければならないことなどが含まれています。^{[ 48 ]}  

2017年4月7日、FAAは14 CFR § 99.7に基づき特別なセキュリティ指示を発表しました。2017年4月14日以降、基地および/またはFAAから特別な許可を得ない限り、米軍施設の側方境界から400フィート以内のすべてのUAS飛行は禁止されます。^{[ 49 ]}

英国では、ドローンの飛行場所に関して航空写真撮影に関する厳しい規制がある。^{[ 50 ]}

20 kg (44 lb)未満の軽飛行機による航空写真撮影。SUA (小型無人航空機) の非商業飛行に関する基本規則。  

第241条「人または財産の安全を危険にさらす行為」は、何人も、無謀または過失により、航空機が人または財産を危険にさらす原因を作ったり、そのような危険を許容したりしてはならないと規定している。

第94条では、小型無人航空機について以下のように規定している。

1. 人は、人や財産を危険にさらすような物品や動物（パラシュートに取り付けられているか否かを問わない）を小型無人航空機から投下してはならない。
2. 小型無人航空機の操縦責任者は、飛行が安全に実施できると合理的に確信できる場合に限り、当該航空機を飛行させることができる。
3. 小型無人航空機の操縦者は、衝突を回避するために、他の航空機、人、車両、船舶、構造物との位置関係において、航空機の飛行経路を監視するのに十分な、航空機との直接的かつ補助なしの視覚的接触を維持しなければならない。（500メートル（1,600フィート））  
4. 燃料を除く重量が7kg （15ポンド）を超える小型無人航空機（飛行開始時に機体に搭載または取り付けられている物品や機器を含む）の操縦者は、当該航空機を操縦してはならない。   
   1. クラスA、C、DまたはEの空域では、適切な航空交通管制機関の許可を得ていない限り飛行できません。
   2. 当該飛行場の航空交通管制機関（存在する場合）の監視時間中に、当該航空交通管制機関の許可を得ていない限り、飛行場交通区域内を飛行してはならない。
   3. 地上400フィート以上の高さで
5. 小型無人航空機の操縦者は、CAA（英国民間航空局）から許可を得た場合を除き、商業目的で当該航空機を飛行させてはならない。

第95条は、小型無人監視航空機について次のように述べている。

1. 航空機を混雑区域の上空または150メートル以内に飛行させてはなりません。
2. 1,000人以上が集まる組織的な野外集会の150メートル（490フィート）以内、またはその上空にいること。  
3. 航空機の操縦責任者の管理下にない船舶、車両、または建造物から50メートル（160フィート）以内。  
4.  小型無人監視機は、離陸時または着陸時において、いかなる人物からも50メートル以内では飛行してはならず、また、いかなる人物からも30メートル（98フィート）以内には飛行してはならない。ただし、この規定は、小型無人監視機の操縦者、または操縦者の管理下にある人物には適用されない。  

重量が20kgを超える模型航空機 は「大型模型航空機」と呼ばれ、英国では、大型模型航空機は、CAA（英国民間航空局）が発行するANO（航空航行命令）の免除規定に従ってのみ飛行させることができる。

斜めから撮影された写真は、斜写真と呼ばれます。地球の表面に対して低い角度から撮影された写真は、低角度斜写真と呼ばれ、高い角度から撮影された写真は、高角度斜写真または急角度斜写真と呼ばれます。^{[ 51 ]}

垂直写真は真下から撮影されます。^{[ 52 ]}これらは主に写真測量と画像解釈 に使用されます。写真測量に使用される写真は、従来、幾何学的特性が校正され文書化された特殊な大判カメラで撮影されます。

航空写真はしばしば合成されます。その目的に応じて、いくつかの方法があり、以下にそのいくつかを示します。

• パノラマ写真は、一箇所から異なる角度で撮影した複数の写真（例えば、手持ちカメラで撮影した写真）を合成するか、同じ角度から異なる場所から撮影した複数の写真（例えば、飛行機から撮影した写真）を合成することによって作成できます。
• ステレオ写真技術を用いることで、同じ場所を異なる場所から撮影した複数の写真から3D画像を作成することが可能となる。
• ピクトメトリーでは、5台の固定式カメラによって、1枚の垂直画像と4枚の低角度斜め画像が得られ、これらを組み合わせて使用​​することができます。
• 一部のデジタルカメラでは、航空写真測量のために、複数の撮像素子（場合によっては別々のレンズ）から得られた画像が、幾何補正されてカメラ内で1つの画像に合成される。

垂直写真は、オルソフォト（オルソフォトマップとも呼ばれる）を作成するためによく使用されます。オルソフォトとは、地図として使用できるよう幾何学的に「補正」された写真のことです。言い換えれば、オルソフォトは、無限遠から真下（天底）を真下に見下ろして撮影した写真のシミュレーションです。遠近法は当然除去する必要がありますが、地形の起伏も補正しなければなりません。画像の特定の部分に必要な遠近法と地形の補正に応じて、複数の幾何学的変換が画像に適用されます。

オルソフォトは、地図作成機関（例えば、英国陸地測量局）が地図を作成する際に使用するような地理情報システムで一般的に用いられています。画像が既知の現実世界の座標と位置合わせ、つまり「登録」されると、広く展開できるようになります。

複数の情報源から取得され、「タイル」（通常256×256ピクセル）に分割された大規模なオルソフォトセットは、Googleマップなどのオンライン地図システムで広く利用されています。OpenStreetMapは、同様のオルソフォトを使用して新しい地図データを作成する機能を提供しています。Google Earthは、オルソフォトまたは衛星画像をデジタル標高モデルに重ね合わせることで、3D地形をシミュレートします。

航空写真には、落葉樹の葉が写っているかどうかを示すために、「落葉」または「葉あり」のいずれかのラベルが付けられることがあります。落葉写真は、葉が少ないか、まったく葉がなく、地面や地面にあるものをより詳しく見るために使用されます。葉あり写真は、作物の健康状態や収量を測定するために使用されます。林業の目的では、落葉写真の方が他の種類の木と区別しやすい樹種もあれば、葉あり写真の方が区別しやすい樹種もあります。^{[ 53 ]}