JP2001142532A - 移動体の位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】画像処理技術を用いて屋内外のどちらでも高精
度で高速の位置検出が可能な移動体の位置検出装置を提
供する。 【解決手段】移動体１０の移動経路に沿って設置された
ランドマークＡ〜Ｆを撮像部１１で撮像し、少なくとも
３つ以上のランドマークが認識されると、記憶部に予め
記憶されている３つのランドマークの位置データを読み
込み、また、画像に基づいて移動体１０から見た各ラン
ドマーク間の相対角度θを算出し、位置データと角度デ
ータとに基づいて移動体１０の現在位置を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体の位置検出
装置に関し、特に、電波の障害物が多い屋外や工場内等
の屋内に好適な移動体の位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動体の位置検出装置としては、近年で
は全地球測位システム（以下、ＧＰＳという）を用いた
ものが主流となっている。ＧＰＳは、地球上空の複数の
ＧＰＳ衛星から１秒毎に発信される電波を移動体に搭載
したＧＰＳ受信機で受信し、受信した電波に含まれる発
信源であるそれぞれの衛星の位置情報に基づいて、移動
体の現在位置を求める。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＧＰＳ
電波は、建物や山等が多く電波障害が発生し易い環境に
ある屋外や、電波の潜り込みが難しい工場、空港ビル、
駅構内等の屋内等では、電波障害や受信感度の悪化等に
より移動体の位置検出の信頼性が低下するという問題が
ある。

【０００４】尚、ＧＰＳを用いない移動体の位置検出装
置として、例えば、特許公報第２５３８３４４号及び特
開平９−１５６２８号公報等で開示されたものがある。
これらは、移動体の緯度経路に予め設置した目標物を移
動体側で認識し、認識した目標物の位置情報等から移動
体の位置を検出する構成である。しかしながら、これら
装置は、いずれも目標物の認識方法に光ビームを利用す
るもので、撮像装置を利用するものではない。

【０００５】本発明は上記問題点に着目してなされたも
ので、画像処理技術を用いて屋内外のどちらでも高精度
の位置検出が可能な移動体の位置検出装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の移動体の位置検出装置では、移動体の移
動経路に沿って設置され個々の識別が可能な指標を撮像
する撮像手段と、前記各指標の位置データを記憶する記
憶手段と、少なくとも３つ以上の指標が前記撮像手段で
撮像された時に、任意に選択した３つの指標の前記記憶
手段に記憶された位置データと移動体から見た各指標間
の相対角度情報とに基づいて前記移動体の現在位置を算
出する位置算出手段とを備えて構成した。

【０００７】かかる構成では、移動経路に沿って移動す
る移動体は、撮像手段で進行方向前方の指標を認識しな
がら移動する。この際に、３つ以上の指標を認識する
と、記憶手段に予め記憶されている認識した各指標の位
置情報と撮影画像から得られる各指標間の相対角度情報
とに基づいて、位置算出手段が移動体の現在位置を算出
する。

【０００８】前記位置算出手段は、請求項２のように、
３つの指標の組合わせが複数ある時に、現在位置の算出
動作を異なる組み合わせで複数回実行し、算出された複
数の現在位置の重心位置を算出し、該重心位置を移動体
の現在位置とする構成とするとよい。

【０００９】かかる構成では、認識した指標が４つ以上
存在すれば、３つの指標の組合わせが複数組できるの
で、この場合、現在位置の算出動作を指標の異なる組み
合わせで複数回実行し、算出された複数の現在位置の重
心位置を算出して移動体の現在位置とすれば、位置の検
出精度が高められるようになる。

【００１０】前記指標は、請求項３のように、円形表面
に個々の識別標識を設けるようにするとよい。かかる構
成では、どの方向から指標を撮影しても略同じ状態で認
識できるようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１において、例えば工場内等にお
ける移動体１０の予め定められた移動経路１の両側に、
個々の識別が可能な指標としてのランドマークＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，・・を例えば一定の間隔ｄを設けて設
置する。

【００１２】図２（Ａ）〜（Ｄ）にランドマークの構成
例を示す。図のように、ランドマークＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，
Ｅ，Ｆ，・・は、例えば円柱状で、（Ａ）は、各ランド
マークＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，・・を色で識別可能に
構成したもので、その円形表面の一部（図の斜線部）を
赤、青等の色で塗りつぶして識別標識としたものであ
る。（Ｂ）は、識別標識をバーコードとしたものであ
る。（Ｃ）は、識別標識を数字としたものである。
（Ｄ）は、（Ｂ）のバーコード方式で識別標識の上方に
傘を設けたもので、屋外に設置する場合に雪、埃等で識
別標識が見難くなるのを防止している。尚、夜間等でも
認識し易いように、ランドマーク内部に光源を設けた
り、傘に光源を設けたり、或いは、識別標識を蛍光発光
体にする等して識別標識部分を明るくするとよい。

【００１３】前記移動体１０は、図３に示すように、前
記ランドマークＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，・・を画像と
して取り込むための撮像手段としての撮像部１１と、撮
像部１１から出力される画像情報から画像内のランドマ
ークを抽出し識別標識に基づいて個々のランドマークを
識別する画像処理部１２と、設置された全てのランドマ
ークＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，・・の位置データ（緯
度、経度）をテーブル化して記憶する記憶手段としての
記憶部１３と、画像処理部１２で認識されたランドマー
クが少なくとも３つ以上存在する時に認識された各ラン
ドマークに対応する位置データを記憶部１３から読み込
み、読み込んだ各位置データと撮影画像から後述のよう
にして得られる各ランドマーク間の相対角度θ情報とか
ら移動体１０の現在位置を算出する位置算出部１４と、
撮像部１１で撮影される実際の画像を確認するためのモ
ニタ部１５と、算出した移動体１０の現在位置、現在位
置の算出に用いたランドマークの位置データ及び角度デ
ータ、移動体１０の移動軌跡等の情報を表示する表示部
１６とを備えている。

【００１４】前記撮像部１１は、例えばＣＣＤカメラを
備え、移動体１０の先端部にカメラがランドマークＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，・・の識別標識部分と略同じ高さ
位置となるように取り付ける。

【００１５】ここで、移動体１０の現在位置の算出原理
を、図４〜図６を参照しながら説明する。図４のよう
に、移動経路１の移動体１０前方の３つのランドマーク
Ａ〜Ｃが、撮像部１１で撮影されたとする。この場合、
撮影された画像は、カメラ位置とランドマークＡ，Ｂ，
Ｃの識別標識部分とが略同じ高さ位置にあるので、図５
のように画像の上下の中心位置に各ランドマークＡ，
Ｂ，Ｃの識別標識部分が映る。この画像から、図５の画
像の底辺中心をカメラ位置とし、この位置と各ランドマ
ークＡ，Ｂ，Ｃを結ぶ各直線の成す角度、即ち、ランド
マークＡとＢの成す角度θ₁と、ランドマークＢとＣの
成す角度θ₂を算出する。角度θ₁、θ₂は、画像のドッ
ト数に基づいて算出する。例えば、画像が６４０×４８
０ドットの場合、１ドットの成す角度θ（図５に示す）
は０．４７７°となる。従って、ランドマークＡ−Ｂ間
及びランドマークＢ−Ｃ間の各ドット数をそれぞれ計算
してθ₁′、θ₂′を得る。このようにして得られる
θ₁′、θ₂′を前記θ₁、θ₂に変換する場合の係数を予
め実験で求めておき、得られたθ₁′、θ₂′からその係
数を用いてθ₁、θ₂を算出する。次に、画像から識別標
識に基づいて識別した各ランドマークＡ〜Ｃの位置デー
タを記憶部１３から読み出す。ここで、各ランドマーク
Ａ〜Ｃの位置をＡ（ｘ_a，ｙ_a）、Ｂ（ｘ_b，ｙ_b）、Ｃ
（ｘ_c，ｙ_c）とする。また、移動体１０の現在位置をＰ
（ｘ，ｙ）とする。そして、これら各位置情報から、図
６に示すような、移動体の位置Ｐ（ｘ，ｙ）と任意の２
つのランドマークＡ，Ｂの位置（ｘ_a，ｙ_a）、（ｘ_b，
ｙ_b）又はＢ，Ｃの位置（ｘ_b，ｙ_b）、（ｘ_c，ｙ_c）の
それぞれ３点を通る２つの円の方程式と角度θ₁、θ₂を
用いて移動体１０の現在位置をＰ（ｘ，ｙ）を算出す
る。

【００１６】まず、画面に映る２つの点において、相対
的に左側にある点を常に（ｘ₁，ｙ₁）とし、右側にある
点を常に（ｘ₂，ｙ₂）とする。一般に、円の中心が
（Ｍ，Ｎ）で２点（ｘ₁，ｙ₁）、（ｘ₂，ｙ₂）を通る円
の方程式は下記のように表せる。

【００１７】ｘ²−２Ｍｘ＋ｙ²−２Ｎｙ＋（２Ｍｘ₁−
ｘ₁ ²＋２Ｎｙ₁−ｙ₁ ²）＝０ ここで、 Ｍ＝ｘ₁＋（１/２）（ｘ₂−ｘ₁）＋ｔ（ｙ₂−ｙ₁） Ｎ＝ｙ₁＋（１/２）（ｙ₂−ｙ₁）＋ｔ（ｘ₁−ｘ₂） ｔ＝（１/２）[（（（ｘ₂−ｘ₁）²＋（ｙ₂−ｙ₁）²）/
（（ｙ₂−ｙ₁）²＋（ｘ₁− ｘ₂）²））]^1/2
・（ｔａｎ（（１/２）（π−２θ₁））） 尚、上記に式中のｔの値は正（＋）とする。

【００１８】従って、図７の円Ｏ₁の方程式は、（ｘ₁，
ｙ₁）＝Ａ（ｘ_a，ｙ_a）とし、（ｘ₂，ｙ₂）＝Ｂ（ｘ_b，
ｙ_b）として決定できる。同様に、円Ｏ₂の方程式は、
（ｘ₁，ｙ₁）＝Ａ（ｘ_b，ｙ_b）とし、（ｘ₂，ｙ₂）＝Ｂ
（ｘ_c，ｙ_c）として決定できる。

【００１９】即ち、円Ｏ₁の方程式は中心を（Ｍ，Ｎ）
とすれば、 ｘ²−２Ｍｘ＋ｙ²−２Ｎｙ＋（２Ｍｘ_a−ｘ_a ²＋２Ｎｙ_a−ｙ_a ²）＝０ …（ １） となり、円Ｏ₂の方程式は中心を（Ｍ′，Ｎ′）とすれ
ば、 ｘ²−２Ｍ′ｘ＋ｙ²−２Ｎ′ｙ＋（２Ｍ′ｘ_c−ｘ_c ²＋２Ｎ′ｙ_c−ｙ_c ²）＝０ …（２） となる。

【００２０】ここで、 Ｍ＝ｘ_a＋（１/２）（ｘ_b−ｘ_a）＋ｔ（ｙ_b−ｙ_a） Ｎ＝ｙ_a＋（１/２）（ｙ_b−ｙ_a）＋ｔ（ｘ_a−ｘ_b） ｔ＝（１/２）[（（（ｘ_b−ｘ_a）²＋（ｙ_b−ｙ_a）²）/
（（ｙ_b−ｙ_a）²＋（ｘ_a −ｘ_b）²））]^1/2
・（ｔａｎ（（１/２）（π−２θ₁））） Ｍ′＝ｘ_b＋（１/２）（ｘ_c−ｘ_b）＋ｔ′（ｙ_c−ｙ_b） Ｎ′＝ｙ_b＋（１/２）（ｙ_c−ｙ_b）＋ｔ′（ｘ_b−ｘ_c） ｔ′＝（１/２）[（（（ｘ_c−ｘ_b）²＋（ｙ_c−ｙ_b）²）
/（（ｙ_c−ｙ_b）²＋（ｘ_b −ｘ_c）²））]
^1/2・（ｔａｎ（（１/２）（π−２θ₂））） ここで、直線ＰＢの方程式を求めるために（１）−
（２）を計算する。

【００２１】直線の方程式は、 ｙ＝（（Ｍ−Ｍ′）/（Ｎ−Ｎ′））ｘ＋（２（Ｍｘ_a−Ｍ′ｘ_c）−ｘ_a ²＋ｘ_c ² ＋２（Ｎｙ_a−Ｎ′ｙ_c）＋ｙ_a ²−ｙ_c ²）/（２（Ｎ−Ｎ′）） …（ ３） （３）式を（１）式に代入すると、ｘとｙについて２つ
の実数解又は１つの実数解が得られる。１つの実数解が
得られた場合は、その値が移動体１０の現在位置Ｐ
（ｘ，ｙ）を示す。また、２つの実数解が得られた場合
は、解の１つは点Ａ〜Ｃのいづれかと一致し、他の解が
移動体１０の現在位置Ｐ（ｘ，ｙ）となる。

【００２２】次に、本実施形態の位置検出装置の動作
を、図７のフローチャートを参照しながら説明する。ま
ず、ステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする）で
は、撮像部１１で前方の画像を取り込む。

【００２３】ステップ２では、ランドマークが３つ以上
存在するか否かを判定する。存在しなければステップ１
に戻る。存在すると判定されればステップ３に進む。ス
テップ３では、任意の３つのランドマークを選択し、前
述のようにしてランドマーク間の角度θ₁，θ₂を計算
し、記憶部１３から選択したランドマークの位置情報を
読み込む。

【００２４】ステップ４では、前述の計算式から移動体
１０の現在位置を算出する。ステップ５では、選択して
いないランドマークがあるか否かを判定する。あればス
テップ６に進み、選択しなかったランドマークの１つを
選択し、以前選択したランドマークの中から１つを除外
し、ステップ３，４の動作を繰り返す。

【００２５】例えば、図１の状態において図８のように
６個のランドマークＡ〜Ｆが存在する画像が得られたと
する。この場合、最初にランドマークＡ〜Ｃを選択して
現在位置を算出する。次にランドマークＡを除外しラン
ドマークＤを選択してランドマークＢ，Ｃ，Ｄの組合わ
せで現在位置を算出する。更に、ランドマークＢを除外
しランドマークＥを選択しランドマークＣ，Ｄ，Ｅの組
合わせで現在位置を算出し、更に、ランドマークＣを除
外しランドマークＦを選択しランドマークＤ，Ｅ，Ｆの
組合わせで現在位置を算出する。従って、図８の画像で
は例えば４つの現在位置が算出される。

【００２６】このようにして、選択されないランドマー
クがなくなるまでステップ３，４の動作を繰り返し、全
てのランドマークが選択されるとステップ５の判定がＮ
Ｏとなりステップ７に進む。

【００２７】ステップ７では、算出された現在位置が１
つの場合はその値を移動体１０の現在位置とし、算出さ
れた現在位置が複数あればその重心位置を算出し、算出
された重心位置を移動体１０の現在位置とし、表示部１
６に表示する。尚、重心位置は、算出された各現在位置
（ｘ，ｙ）の各ｘ成分の平均値ｘ_aveと各ｙ成分の平均
値ｙ_aveを算出し、算出された点（ｘ_ave，ｙ_ave）を重
心位置とする。

【００２８】かかる構成によれば、ランドマークを画像
で認識しその位置情報等に基づいて移動体１０の現在位
置を演算して得るようにしたので、屋内外で精度の良好
な位置検出が可能であると共に、演算処理時間の向上に
より現在位置の算出サイクルがＧＰＳ方式や光ビーム方
式等に比較して早くなり、よりリアルタイムで移動体１
０の位置検出が可能となる。また、検出精度も向上でき
る。従って、移動体１０の移動制御が正確となり、車庫
入れ時等の位置決め、スペースに余裕のない移動経路で
の移動を容易にする。

【００２９】尚、移動体は工場内を走行するものに限ら
ず、移動経路に従って移動できるものであればどのよう
なものでもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、指標を画像で認識しその位置情報等に基
づいて移動体の現在位置を演算するので、屋内外で精度
の良好な位置検出が可能であると共に一度に多数の指標
を認識でき、現在位置の算出サイクルがＧＰＳ方式や光
ビーム方式等に比較して早くなり、よりリアルタイムで
移動体の位置検出が可能となる。また、検出精度も向上
できる。従って、移動体の移動制御が従来以上に正確と
なり、車庫入れ時等の位置決め、スペースに余裕のない
移動経路での移動等を容易にする。

【００３１】請求項２の発明によれば、複数の現在位置
が算出される時はその重心位置を最終的に現在位置とす
るので、画像内の指標数が多いほど現在位置の検出精度
が向上する。

【００３２】請求項３の発明によれば、どの方向から指
標を撮影しても識別標識を同じように撮ることができ、
撮影方向に依存せずどの方向でも指標を正確に認識でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る移動体の位置検出装置の一実施形
態を示す構成図

【図２】同上実施形態のランドマークの構成例を示す図

【図３】同上実施形態の移動体側装置のブロック構成図

【図４】本発明の現在位置検出原理の説明図

【図５】本発明の現在位置検出原理の説明図

【図６】本発明の現在位置検出原理の説明図

【図７】同上実施形態の動作を示すフローチャート

【図８】図１の状態時の画像を示す図

【符号の説明】

１…移動経路 １０…移動体 １１…撮像部 １２…画像処理部 １３…記憶部 １４…位置算出部 Ａ〜Ｆ…ランドマーク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動体の移動経路に沿って設置され個々の
   識別が可能な指標を撮像する撮像手段と、 前記各指標の位置データを記憶する記憶手段と、 少なくとも３つ以上の指標が前記撮像手段で撮像された
   時に、任意に選択した３つの指標の前記記憶手段に記憶
   された位置データと移動体から見た各指標間の相対角度
   情報とに基づいて前記移動体の現在位置を算出する位置
   算出手段と、 を備えて構成したことを特徴とする移動体の位置検出装
   置。
2. 【請求項２】前記位置算出手段は、３つの指標の組合わ
   せが複数ある時に、現在位置の算出動作を異なる組み合
   わせで複数回実行し、算出された複数の現在位置の重心
   位置を算出し、該重心位置を移動体の現在位置とする構
   成である請求項１に記載の移動体の位置検出装置。
3. 【請求項３】前記指標は、円形表面に個々の識別標識を
   設けた請求項１又は２に記載の移動体の位置検出装置。