JP4750193B2 - マーカ素子の設置方法及び識別方法 - Google Patents
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Description
まず、本発明のマーカ素子の設置方法及び識別方法が、好適に利用可能なナビゲーションシステムの一つである、「M−CubITS歩行者WYSIWYASナビゲーションシステム」(非特許文献3等参照)について説明する。
例えば、図14に示すように、3段のシフトレジスタを用いる場合は、各段のセルの値を1クロック毎に右に移動し、3段目のセルの値を出力するとともに、1段目のセルには、前クロック時点における1段目のセルの値(値D1として参照)と3段目のセルの値(値D2として参照)との排他的論理和(EX−OR。図2(b)にD1及びD2の各値に対する出力値を表で示す。)を入力することとすると、シフトレジスタに保持される値は、図2(a)のシフトレジスタの下側に順次例示されるように、111,011,101,・・・,110と7通りに変化し、その後のクロックで、この変化を周期的に繰り返す。その間にシフトレジスタからは、1周期の配列が1110100から成る系列長7ビットのM系列が繰り返し出力される。
L=2m−1
で表される。この場合、M系列の連続するmビットを見れば、Lビット中の何処の位置であるかが特定できることになる。例えば、30cmのブロック(1枚1ビットとする場合)を直線状に配置し、12枚、3.6mの長さをM系列の部分系列(位置情報と特定するために必要なビット列。M系列を発生させるシフトレジスタの段数(M系列の生成多項式の次数)と同じ。)とすると、系列長L=212−1となり、位置特定が可能な長さは、30cm×L=約1230mとなる。なお、1枚のブロックに2ビット載せることも可能であり、その場合には、L=224−1となる。
本発明のマーカ素子の設置方法では、同一のサイズのマーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をM系列状に配列するデータ列を有することを特徴とする。
図8(a)は、データセル内でマーカ素子を用いた表現に制約があるため、2列のマーカ素子の並びを1つのデータセルとし、3ビット分のデータを表現したものである。具体的には、図8(b)のように、1つ目のブロックと2つ目のブロックとの組み合わせで、0〜7の8種類のデータを表現できるよう構成している。このように、横基準線と縦線とで区画される最小区域(図4の「データセル」参照)を複数集めて一つのデータセルを構成することも可能である。なお、M系列の表現方法には、「0100111」を「青緑青青緑緑緑」などのように直接二種類の色(又は形)で表現する方法(直接表現型)と、「(01)(00)(11)(1」のように2ビット分をまとめて4種類の色や形で表現する方法(変換表現型)がある。図8(a)は変換表現型であり、M系列のデータの並びを3ビットのデータセル毎に区切り、各データセルのデータの配列に対応して図8(b)のマーカ素子の配列パターンを選択している。
図11は、マーカ素子の識別に際して行われる、画像処理の流れを示したものである。画像は、利用者が携帯電話などに付属するカメラでマーカ素子の配列を撮影することで、画像データをして入力される(図12(a)の入力画像を参照)。
撮影画像に対し、横方向と縦方向の1次微分フィルタを用いることで、エッジを抽出する。図12(b)は横方向について1次微分フィルタでエッジを抽出したものであり、図12(c)は、縦方向について1次微分フィルタでエッジを抽出したものである。
図13に示すような、1次微分フィルタから出力された数値を格納したピクセル群の中で、注目ピクセル群の2値化を行う場合には、注目ピクセル群及び周辺ピクセル群の数値から1つの平均を求める。この平均値から、次の式で注目ピクセル群を2値化するための閾値を求める。
閾値=k×平均値
この際、kは定数であり、マーカ素子を配置する環境を考慮し、あらかじめ設定しておく(後述する実験ではk=2.0とした)。
縦方向の1次微分フィルタの2値化画像(図12(c)参照)に対し、Hough変換を用いて直線検出を行う。この処理によってブロックの縦方向の目地を検出できる。直線検出後に、ラベリング処理を行うことにより、画像中のブロックを列ごとに領域を分ける(図12(d)「縦直線の検出」参照)。
横方向の1次微分フィルタの2値化画像に対して回転処理を行い、横方向のエッジを画像中で、可能な範囲で水平にする。具体的には、上記(2)の「縦直線検出」工程で検出した、各縦直線の縦方向の傾きを表す角度θから、傾きの平均値Θを算出し、横方向の1次微分フィルタの2値化画像(図12(b)の横方向のエッジ抽出画像を参照)を、−Θだけ回転させる(図12(e)「画像の回転結果」参照)。
上記(3)の「画像の回転」で回転させた画像に対して、Hough変換を行うことにより、図12(f)に示すような、基準列からデータ列へ、又はデータ列から基準列へ続く横方向の目地(横基準線)の検出を行う。この横基準線がデータセルの行を分ける線であり、この横基準線を用いることで、各データセルと基準列のマーカ素子(ブロック体)の縦方向の位置を、行番号を利用して識別することができる。さらに、横基準線と縦直線とを組み合わせることによって、各データセルの位置を、行と列の番号を用いることで識別することも可能となる。
各データセル中の横線(横方向の目地)の検出を行う。データセル中の横線は、長さが短く、Hough変換による検出は困難なため、以下の方法を取る。
図12(f)のような上記(4)の「横基準線検出」による出力画像に対し、ラスター順にピクセルに注目する。横直線間において、エッジを検出したピクセル数とエッジを検出していないピクセル数を比較し、エッジを検出したピクセル数の方が多ければ、そこに横線があるものと認識する(図12(g)「横線検出結果1」参照)。
位置情報を表すビット列と撮影方向を取得する。基準列の位置から撮影方向を判別し、図12(g)のように順方向(基準列がデータ列の右側)であればデータ列の右下から、逆方向(基準列がデータ列の左側)であればデータ列の左上からデータセルを識別していくことで、位置情報を表すM系列の部分系列(ビット列)を取得し、出力する。
画像処理から出力されたビット列には、様々な要因により正しく識別できなったビットが含まれる可能性がある。そこで、画像処理により取得したM系列の部分系列から位置特定を行う際に、誤り訂正を行う。M系列による位置特定の場合、位置特定に必要な長さ以上のビット列を取得した場合には、その冗長分を用いて誤り訂正を行うことができる。
(1)実験システムの構築
本発明のマーカ素子の設置方法及び識別方法の有効性を確認するために、埼玉大学構内の案内を行う「実験用M−CubITS歩行者WYSIWYASナビゲーションシステム」を構築した。
実験で用いたM系列の符号長は262,143ビットであり、これは符号化すると、ブロック3行から取得できる24ビットのビット列から一意に位置特定が可能となる符号長である。
本発明の実験では、正しい位置特定がなされれば、正しい案内が可能であるため、位置特定の成功率を測定する。具体的には、12種類のカメラ付き携帯電話機を用いて、日中における実験用インターロッキングブロックを合計116枚(雨天時の画像を15枚含む)撮影した。撮影した画像を用いて、位置特定を行い、位置特定の成功率を測定した。
次に、1種類のカメラ付き携帯電話機を用いて、夜間の照明環境下で実験用インターロッキングブロックの撮影を行った。照明装置とブロック体との距離を3mと7mの2通りを用意し、それぞれ8枚ずつ、合計16枚の画像を収集し、位置特定の成功率を測定した。
日中における撮影画像の位置特定結果を示す。誤り訂正を行わず、画像処理の結果だけで正しい位置特定ができた画像の枚数は、全116枚の画像のうち、98枚(84.5%)であった。誤り訂正の処理(データベースのM系列と画像処理の出力ビット列を比較を利用)を加えて正しい位置特定が行われたものは、111枚(95.7%)であった。これにより、誤り訂正の有効性を確認した。
以上に示した位置特定の成功率から、本発明のマーカ素子の設置方法及び識別方法が有効に機能していることを確認した。
Claims (7)
- M系列状に配列されるマーカ素子を地面に設置するマーカ素子の設置方法において、
該マーカ素子は、1つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成され、
同一のサイズの該マーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、
該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をM系列状に配列するデータ列とを有することを特徴とするマーカ素子の設置方法。 - 請求項1に記載のマーカ素子の設置方法において、
該基準列を構成するマーカ素子のサイズは、該データ列を構成するマーカ素子のサイズより大きく、
該基準列の配列方向に垂直な方向である横基準線を、該基準列を構成するマーカ素子間の目地で設定し、
該データ列は該横基準線に沿って所定のビット数の情報を表現するようにマーカ素子を配列することを特徴とするマーカ素子の設置方法。 - 請求項1又は2に記載のマーカ素子の設置方法において、
該地面は舗道であることを特徴とするマーカ素子の設置方法。 - 地面に設置されたマーカ素子からM系列に対応するデータを取得するマーカ素子の識別方法において、
該マーカ素子は、1つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成され、
該マーカ素子の配列は、同一のサイズの該マーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をM系列状に配列するデータ列とから構成され、
配列された該マーカ素子を撮影した画像データから、該基準列と該データ列を検出し、該基準列に対する該データ列の配置に基きデータ列の配列方向及び該マーカ素子の撮影方向を判別することを特徴とするマーカ素子の識別方法。 - 請求項4に記載のマーカ素子の識別方法において、
該画像データから該基準列の配列方向に相当する縦方向のブロック体のエッジと、該縦方向と略直交する横方向のブロック体のエッジとを抽出するエッジ抽出工程と、
該基準列内の該横方向のエッジに基き横基準線を検出する横基準線検出工程と、
該データ列内の該横基準線と該縦方向のエッジとで囲まれる区域を1つのデータセルとすることを特徴とするマーカ素子の識別方法。 - 請求項4又は5に記載のマーカ素子の識別方法において、
該画像データの該データ列からビットデータを取得するビット列取得工程と、
該ビットデータの誤りを訂正処理する誤り訂正工程とを有することを特徴とするマーカ素子の識別方法。 - 請求項4乃至6のいずれかに記載のマーカ素子の識別方法において、
該地面は舗道であることを特徴とするマーカ素子の識別方法。
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