JP2005321208A

JP2005321208A - 移動体の位置特定方法および位置特定システム

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Publication number: JP2005321208A
Application number: JP2004137150A
Authority: JP
Inventors: Koji Tamaki; 浩二玉木; Yasushi Yamamoto; ▲やすし▼ 山本
Original assignee: Tokyo University of Agriculture
Current assignee: Tokyo University of Agriculture
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】自在に移動可能な移動体の位置を、定位置に設置された静止体において特定すること。
【解決手段】移動体４の移動中において、静止体側装置１０と移動体側装置４０のトラッキング機構１１，４１を常に正対させるようにする。この処理を続けながら、まず静止体側装置１０のＣＣＤカメラ１７で、移動体側装置４０の光源４５を撮像する。次いで、撮像結果に基づいて、光源４５を成す一対の発光体４６，４６の画像上における位置を特定する。さらに、特定された発光体４６，４６間の画像上における長さｌを測定する。次いで、測定した長さｌに基づいて、静止体１と移動体４との間の距離ｄを算出する。続いて、静止体側トラッキング機構１１の回転角度αを測定して、回転角度αと前記距離ｄとに基いて移動体の現在位置（座標）を特定する。このような方法によれば、簡単な処理手順で移動体の位置を正確且つ迅速に特定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動体の位置特定方法および位置特定システムに関し、特に、自在に移動可能な移動体の位置を、定位置に設置された静止体において特定するため方法およびシステムに関する。

人間が２つの目を利用して一つの物体までのおおよその距離を測定することは、一般的に知られている。したがって、たとえば定位置に設置した物体（静止体）に、人間の目に相当するカメラを２つ設置し、人間の場合と同じ様な処理過程を通じて、当該静止体の周囲を移動する移動体の位置を特定することも理論的には可能ではある。

しかしながら、静止体に設けた２つのカメラを利用して、人間が行う処理と同様な処理過程を通じて、移動体までの距離を測定しようとすれば、複雑な処理が必要となって装置全体が大掛かり且つ複雑なものとなり、また製造コストも莫大なものとなる。

そこで、本発明の目的は、定位置に設置された静止体において、当該静止体の周囲を移動する移動体の位置を、より簡単な処理で特定するための方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、定位置に設置された静止体において、当該静止体の周囲を移動する移動体の位置を、より簡単な処理で特定するためのシステムを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明に係る方法は、自在に移動可能な移動体の位置を、定位置に設置された静止体においてリアルタイムで特定するようになっており、
前記移動体は、
任意の座標平面上を自在に移動できるように構成された移動手段と、
前記移動手段上に設けられ、当該移動手段から独立して自在に回転可能な移動体側トラッキング機構と、
前記移動体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられ、互いに所定距離離隔するように配置された一対の発光体から成る移動体側光源と、
前記移動体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられた一の移動体側撮像手段と、を有しており、
前記静止体は、前記座標平面上の原点に設置され、
前記原点を通る垂線を中心軸として、所定基準位置を基準に自在に回転することが可能な静止体側トラッキング機構と、
前記静止体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられ、互いに所定距離離隔するように配置された一対の発光体から成る静止体側光源と、
前記静止体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられた一の静止体側撮像手段と、を有しており、
当該方法は、
前記移動体が静止している間および移動している間、前記移動体側トラッキング機構と静止体側トラッキング機構とが常に正対するように、前記移動体側トラッキング機構を回転させるステップと、
前記移動体が静止している間および移動している間、前記移動体側トラッキング機構と静止体側トラッキング機構とが常に正対するように、前記静止体側トラッキング機構を回転させるステップと、
前記静止体側撮像手段で、前記移動体側光源を撮像するステップと、
撮像結果に基づいて、前記移動体側光源を成す一対の発光体の画像上における位置を特定するステップと、
特定された前記発光体間の画像上における長さｌを測定するステップと、
測定した前記長さｌに基づいて、前記静止体と前記移動体との間の距離ｄを算出するステップと、を含んでいる。

（２）上記（１）記載の方法において、好ましくは、前記移動体側撮像手段および前記静止体側撮像手段は、それぞれ、撮像素子を備えたＣＣＤカメラから構成されており、
前記移動体の位置特定方法は、さらに、一対の発光体のうちの一方の発光体の画像上における位置と、他方の発光体の画像上における位置との間の画素数を算出するステップを含んでおり、
前記長さｌを測定するステップは、算出された前記画素数に基づいて行われる。

（３）上記（１）又は（２）記載の方法は、好ましくは、さらに、
予め決められた前記基準位置との関係で、前記静止体側トラッキング機構の回転角度αを測定するステップと、
前記距離ｄと回転角度αとに基いて、移動体の現在位置を特定するステップと、を含んでいる。

（４）上記（１）又は（２）記載の方法は、好ましくは、さらに、
前記座標平面上のｙ軸方向と一致するように設定された前記基準位置との関係で、前記静止体側トラッキング機構の回転角度αを測定するステップと、
数式ｘ＝ｄ×ｓｉｎαに従って、移動体の現在位置のｘ座標を算出するステップと、
数式ｙ＝ｄ×ｃｏｓαに従って、移動体の現在位置のｙ座標を算出するステップと、を含んでいる。

（５）上記（１）乃至（４）の何れかに記載の方法において、好ましくは、
前記静止体側撮像手段は、
前記静止体側光源を成す一対の発光体から等距離の位置に設けられ、
当該一対の発光体を結ぶ直線と、撮像方向とが直交するように配置されており、
前記移動体側撮像手段は、
前記移動体側光源を成す一対の発光体から等距離の位置に設けられ、
当該一対の発光体を結ぶ直線と、撮像方向とが直交するように配置されている。

（６）上記（５）記載の方法において、好ましくは、前記移動体側撮像手段および前記静止体側撮像手段は、それぞれ、撮像素子を備えたＣＣＤカメラから構成されており、
前記移動体側トラッキング機構を回転させるステップは、
前記移動体側撮像手段で、前記静止体側光源を撮像するステップと、
撮像された画像を解析することによって、前記静止体側光源を成す一対の発光体の画像上における位置を特定するステップと、
特定された前記発光体間の画像上における中間点を特定するステップと、
前記中間点が撮像素子上の所定位置において撮像されるように、前記移動体側トラッキング機構を回転させるステップと、を含み、
前記静止体側トラッキング機構を回転させるステップは、
前記静止体側撮像手段で、前記移動体側光源を撮像するステップと、
撮像された画像を解析することによって、前記移動体側光源を成す一対の発光体の画像上における位置を特定するステップと、
特定された前記発光体間の画像上における中間点を特定するステップと、
前記中間点が撮像素子上の所定位置において撮像されるように、前記静止体側トラッキング機構を回転させるステップと、を含む。

（７）上記（１）乃至（６）の何れかに記載の方法において、好ましくは、前記一対の発光体の画像上における位置を特定するステップは、前記撮像素子の画素を直接走査し、前記発光体を撮像している画素を特定することによって行う。

（８）上記（１）乃至（６）の何れかに記載の方法において、好ましくは、前記一対の発光体の画像上における位置を特定するステップは、前記ＣＣＤカメラから出力されるビデオ信号のコンポジット信号を解析して、ピーク値を検出することによって行う。

（９）上記（１）乃至（６）の何れかに記載の方法において、好ましくは、前記一対の発光体の画像上における位置を特定するステップは、前記発光体から発せられる光に起因して画像上に生じるスミアを検出することによって行う。

（１０）上記（１）乃至（９）の何れかに記載の方法において、好ましくは、前記発光体は、高輝度発光体、赤外発光体、赤色フィルタを備えた発光体、及び赤外フィルタを備えた発光体の何れかである。

（１１）また、上記目的を達成するために、本発明に係るシステムは、任意の座標平面上を自在に移動可能な移動体の位置を、前記座標平面上の原点に設置された静止体においてリアルタイムで特定するようになっており、
当該システムは、
前記静止体側に設けられる静止体側装置と、前記移動体側に設けられる移動体側装置と、から構成されており、
前記移動体側装置は、
自在に回転可能な移動体側トラッキング機構と、
前記移動体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられ、互いに所定距離離隔するように配置された一対の発光体から成る移動体側光源と、
前記移動体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられた一の移動体側撮像手段と、
前記移動体の動きに応じて、前記移動体側トラッキング機構を回転させるための移動体側トラッキングシステムと、を有しており、
前記静止体側装置は、
前記原点を通る垂線を中心軸として、所定基準位置を基準に自在に回転することが可能な静止体側トラッキング機構と、
前記静止体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられ、互いに所定距離離隔するように配置された一対の発光体から成る静止体側光源と、
前記静止体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられた一の静止体側撮像手段と、
前記移動体の動きに応じて、前記静止体側トラッキング機構を回転させる静止体側トラッキングシステムと、
前記静止体側撮像手段による撮像結果に基づいて、前記移動体側光源を成す一対の発光体の画像上における位置を特定する位置特定手段と、
特定された前記発光体間の画像上における長さｌを測定する長さ測定手段と、
測定した前記長さｌに基づいて、前記静止体と前記移動体との間の距離ｄを算出する距離算出手段と、を有しており、
前記移動体側トラッキングシステムは、前記移動体が静止している間および移動している間、前記移動体側トラッキング機構と静止体側トラッキング機構とが常に正対するように、当該移動体側トラッキング機構を回転させるように構成されており、
前記静止体側トラッキングシステムは、前記移動体が静止している間および移動している間、前記移動体側トラッキング機構と静止体側トラッキング機構とが常に正対するように、当該静止体側トラッキング機構を回転させるように構成されている。

（１２）上記（１１）記載のシステムの前記静止体側装置は、好ましくは、さらに、
予め決められた前記基準位置との関係で、前記静止体側トラッキング機構の回転角度αを測定する回転角度測定手段と、
前記距離ｄと回転角度αとに基いて、移動体の現在位置を示すｘ座標およびｙ座標を算出する座標算出手段と、を含む。

（１３）上記（１１）又は（１２）記載のシステムにおいて、好ましくは、前記移動体側撮像手段および前記静止体側撮像手段は、それぞれ、撮像素子を備えたＣＣＤカメラから構成されており、
前記移動体側トラッキングシステムは、
前記移動体側撮像手段によって撮像された画像を解析することによって、前記静止体側光源を成す一対の発光体の画像上における位置を特定する発光体特定手段と、
特定された前記発光体間の画像上における中間点を特定する中間点特定手段と、
前記中間点が撮像素子上の所定位置において撮像されるように、前記移動体側トラッキング機構を回転させるモーターと、を含み、
前記静止体側トラッキングシステムは、
前記静止体側撮像手段によって撮像された画像を解析することによって、前記移動体側光源を成す一対の発光体の画像上における位置を特定する発光体特定手段と、
特定された前記発光体間の画像上における中間点を特定する中間点特定手段と、
前記中間点が撮像素子上の所定位置において撮像されるように、前記静止体側トラッキング機構を回転させるモーターと、を含む。

（１４）上記（１１）乃至（１３）の何れかに記載のシステムにおいて、好ましくは、前記発光体は、高輝度発光体、赤外発光体、赤色フィルタを備えた発光体、及び赤外フィルタを備えた発光体の何れかである。

上記（１）に係る方法によれば、静止体は、撮像手段を１つしか備えていないにも拘らず、移動体までの距離を正確に特定することができる。しかも、人間が２つの目（撮像手段に相当）により対象物までのおおよその距離を特定するのと比較すると、本発明に係る方法は１つの撮像手段しか使用せず、しかも簡単な処理手順で移動体までの距離を正確に特定することができる。

上記（２）に係る方法によれば、画像上における一対の発光体間の長さｌを確実且つ迅速に特定することができる。

上記（３）及び（４）に係る方法によれば、移動体までの距離のみならず、移動体の位置を静止体側において正確に特定することができる。

上記（５）に係る方法によれば、静止体側撮像手段と移動体側光源とが正対しているときに、常に、移動体側撮像手段と静止体側光源とを正対させることができる。

上記（６）に係る方法によれば、静止体側撮像手段と移動体側光源とを確実に正対させることができるとともに、移動体側撮像手段と静止体側光源とを確実に正対させることができる。

上記（７）〜（１０）に係る方法によれば、一対の発光体の画像上における位置を確実且つ迅速に特定することができる。

上記（１１）に係るシステムによれば、静止体は、撮像手段（たとえば撮像素子を備えたＣＣＤカメラ）を１つしか備えていないにも拘らず、移動体までの距離を正確に特定することができる。しかも、人間が２つの目（撮像手段に相当）により移動体までのおおよそ距離を特定するのと比較すると、本発明に係るシステムは１つの撮像手段しか使用せず、しかも簡単な構成で移動体までの距離を正確に特定することができる。

上記（１２）に係るシステムによれば、移動体までの距離のみならず、移動体の位置を静止体側において正確に特定することができる。

上記（１３）に係るシステムによれば、静止体側撮像手段と移動体側光源とを、簡単かつ確実に正対させることができる。また、移動体側撮像手段と静止体側光源とを、簡単かつ確実に正対させることができる。

上記（１４）に係る方法によれば、一対の発光体の画像上における位置を確実且つ迅速に特定することができる。

以下、添付図面に基づいて、本発明に係る移動体の位置特定方法および位置特定システムの実施形態について説明する。

［位置特定システムの構成］
まず最初に、図１及び図２に基いて、本発明に係る移動体の位置特定システムの概略構成について説明する。

図１は、位置特定システムを備えた静止体１および移動体４を示す上面図であって、静止体側装置１０および移動体側装置４０のトラッキング機構１１，４１が互いに正対した状態を示している。この図１において、図１（Ａ）には静止体１を示し、図１（Ｂ）には移動体４を示す。
図２は、静止体側装置１０および移動体側装置４０の正面側を、トラッキングシステム１３，４３の電気的構成の概略とともに示す図である。なお、図２において、括弧内の符号は、移動体側装置４０の側の構成を示す。

図１に示すように、本発明の位置特定システムは、任意の座標平面上の原点（定位置）に設置される静止体１に設けられる静止体側装置１０と、当該座標平面上を自在に移動可能な移動体４に設けられる移動体側装置４０と、から構成されている。

なお、本発明において、「座標平面」とは、既に座標系が定められた特定の場所に限られず、実質的に座標系を定めることが可能な屋内および屋外を含むあらゆる場所を含む趣旨である。また、本発明において「移動体」の種類は特に限定されないが、その具体例としては、たとえば車両やロボットや人間等が挙げられる。以下、「移動体」の一例として車両を挙げ、本発明の実施形態を説明する。

１．静止体側装置の構成
静止体１の側に設置されることとなる静止体側装置１０は、図１（Ａ）及び図２に示すように、トラッキング機構１１と、トラッキングシステム１３と、光源１５と、撮像素子を備えた一台のＣＣＤカメラ（撮像手段）１７と、を有している。

この静止体側装置１０において、トラッキング機構１１は、主として、後述するトラッキングモーター３７の出力軸に連結された回転軸２１と、当該回転軸に対して一体回転可能に設けられたロッド２３とを有している。ロッド２３は水平に設けられており、その中点が回転軸２１によって一体的に支持されている。このように構成されたトラッキング機構１１の回転軸２１及びロッド２３は、所定の基準位置を基準として所定角度だけ自在に回転できるようになっている。

光源１５は、所定距離Ｌ（図１参照）だけ互いに離隔するように配置された一対の発光体１６，１６から構成されており、トラッキング機構１１のロッド２３と一体回転可能に設けられている。発光体１６，１６のそれぞれは、ロッド２３の端部付近に固定されている。
なお、本発明において用いられる発光体の種類は特に限定されないが、高輝度発光体（特に高輝度ＬＥＤ）、赤外発光体（特に赤外ＬＥＤ）、赤色フィルタを備えた発光体、或いは赤外フィルタを備えた発光体であることが好ましい。このような発光体を用いることにより、撮像する側から発光体をより明確に識別することが可能になる。

ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラ１７は、主に後述する移動体側装置４０の光源４５を撮像する目的で設けられており、上記トラッキング機構１１と一体回転可能に設置されている。当該ＣＣＤカメラ１７は、回転軸２１の上方に設けられ、発光体１６，１６のそれぞれから等距離の位置に取り付けられている（本実施形態では発光体１６，１６の中間点に設置）。また、ＣＣＤカメラ１７の撮像方向は、図１に示すように、一対の発光体１６，１６を結ぶ直線（すなわちロッド２３）に対して直交するように設定されている。

トラッキングシステム１３は、両装置１０，４０のトラッキング機構１１，４１が常に互いに正対するように（図１参照）、当該トラッキング機構１１を所定角度だけ回転させるように構成されている。なお、本実施形態において「正対」とは、具体的には、ＣＣＤカメラの撮像方向が、被撮像側の発光体が結ぶ線の中間点おいて直交するような態様をいう。

２．移動体側装置の構成
一方、車両としての移動体４の側に設けられる移動体側装置４０は、図１（Ｂ）に示すように、自在に移動可能に構成された走行部（移動手段）７の上に設置されるようになっている。当該移動体側装置４０は、トラッキング機構４１と、トラッキングシステム４３と、光源４５と、撮像素子を備えた一台のＣＣＤカメラ（撮像手段）４７と、を有している。

この移動体側装置４０において、トラッキング機構４１は、主として、後述するトラッキングモーター６７の出力軸に連結された回転軸５１と、当該回転軸に対して一体回転可能に設けられたロッド５３とを有している。ロッド５３は水平に設けられており、その中点が回転軸５１によって一体的に支持されている。このように構成されたトラッキング機構４１の回転軸５１及びロッド５３は、走行部７から独立して自在に回転できるようになっている。

光源４５は、所定距離Ｌだけ互いに離隔するように配置された一対の発光体４６，４６から構成されており、トラッキング機構４１のロッド５３と一体回転可能に設けられている。発光体４６，４６のそれぞれは、ロッド５３の端部の近傍に固定されている。

ＣＣＤカメラ４７は、上述した静止体側装置１０の光源１５を撮像する目的で設けられており、トラッキング機構４１と一体回転可能に設置されている。当該ＣＣＤカメラ４７は、回転軸５１の上方に設けられ、発光体４６，４６のそれぞれから等距離の位置に取り付けられている（本実施形態では発光体４６，４６の中間点に設置）。また、ＣＣＤカメラ４７の撮像方向は、一対の発光体４６，４６を結ぶ直線（すなわちロッド５３）に対して直交するように設定されている。

トラッキングシステム４３は、両装置１０，４０のトラッキング機構１１，４１が常に互いに正対するように（図１参照）、当該トラッキング機構４１を所定角度だけ回転させるように構成されている。

［トラッキングシステムの電気的構成］
次に、図２に基いて、静止体側装置１０および移動体側装置４０がそれぞれ備えるトラッキングシステム１３，４３の電気的構成の概略について説明する。

静止体側装置１０のトラッキングシステム１３は、主として、光源検出部（位置特定手段）３１と、ＣＰＵ（中央処理装置）３３と、モータードライバ３５と、トラッキングモーター３７と、を有している。

光源検出部３１は、ＣＣＤカメラ１７によって撮像された画像を解析することによって、静止体側装置１０の発光体１６，１６の画像上における位置を特定するように構成されている。ＣＰＵ３３は、特定された発光体１６，１６間の画像上における中間点を特定する他、静止体側装置１０の各電子機器に対する種々の制御を行うようになっている。

モータードライバ３５は、ＣＰＵ３３から受信した所定のトラッキング信号に従って、トラッキングモーター３７を駆動するようになっている。そして、トラッキングモーター３７は、モータードライバ３５による制御に従って、トラッキング機構１１の回転軸２１及びロッド２３を所定角度だけ回転させるようになっている。

一方、移動体側装置４０のトラッキングシステム４３も、光源検出部６１と、ＣＰＵ６３と、モータードライバ６５と、トラッキングモーター６７とを有している。これらは、上記静止体側装置１０のトラッキングシステム１３と同様に構成されている。

［正対状態を維持するための処理の流れ］
次に、図３〜図５に基いて、トラッキング機構１１，４１の正対状態を維持させるために、静止体側装置１０および移動体側装置４０において行われる処理の流れを説明する。

図３は、仮想上の座標系が設定された場所における静止体１と移動体４の位置関係および動きを示す図である。この図３において、図３（Ａ）は、座標（０，ｙ₁）に位置する移動体４と、原点に設置された静止体１とを示している。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の位置から座標（ｘ₁，ｙ₁）に移動した移動体４と、静止体１とを示している。
図４は、図３（Ｂ）に示す位置に移動した移動体４の光源４５を、静止体側装置１０に設けたＣＣＤカメラ１７から撮像したときに得られる画像を示す図であって、トラッキング機構１１，４１を正対させる過程を示す図である。
図５は、トラッキング機構１１，４１の正対状態を維持させるために、静止体側装置１０において行われる処理の流れを示すフローチャートである。

なお、正対状態を維持するために静止体側装置１０において行われる処理と、移動体側装置４０において行われる処理とは同様である。そこで、以下の記載においては、静止体側装置１０において行われる処理についてのみ説明し、移動体側装置４０において行われる処理についてはその説明およびフローチャートを省略する。

この処理においては、まず静止体側装置１０のＣＣＤカメラ１７で、図３（Ａ）に示す位置から図３（Ｂ）に示す位置に移動した移動体４の光源４５を撮像する（図５のステップＳ１１）。撮像することによって得られる光源４５及びロッド５３の画像を図４（Ａ）に示す。

次に、ＣＣＤカメラ１７は、ステップＳ１１において撮像された画像の画像データをトラッキングシステム１３の光源検出部３１に送信する（図２参照）。光源検出部３１は、撮像された画像を解析して、画像中の光源４５を検出するとともに、当該光源を成す一対の発光体４６，４６の画像上における位置を特定する（Ｓ１３／本発明における「発光体特定手段」に相当）。

続いて、光源検出部３１は、発光体４６，４６の位置データをＣＰＵ３３に送信する。ＣＰＵ３３は、光源検出部３１から受信した位置データに基いて、特定された発光体４６，４６間の画像上における中間点を特定する（Ｓ１５／本発明における「中間点特定手段」に相当）。符号８１で示される中間点を特定した様子を図４（Ｂ）に示す。

次に、ＣＰＵ３３は、中間点８１を撮像素子上の基準線８３に一致させるための（重なり合わせるための）トラッキング信号を生成して、モータードライバ３５へ送信する（Ｓ１７）。なお、本実施形態において上記「基準線」とは、ＣＣＤカメラの撮像素子の中央に設定された垂直方向の仮想線を指し示すものである。

モータードライバ３５は、受信したトラッキング信号に基いて、トラッキングモーター３７の出力軸を所定角度だけ回転させる（Ｓ１９）。その結果、静止体側装置１０のトラッキング機構１１のロッド２３が所定角度だけ回転して、中間点８１がＣＣＤカメラ１７の撮像素子上の所定位置（基準線８３）上において撮像されることとなる（図４（Ｃ）参照）。

上述した処理（Ｓ１１〜Ｓ１９）を高速で繰り返すことにより、移動体４が静止している間および移動している間、トラッキング機構１１，４１が常に正対するように、トラッキング機構１１の回転軸２１及びロッド２３を回転させることができる。また、移動体側装置４０においても、上述した処理（Ｓ１１〜Ｓ１９）と同様の処理を高速で繰り返すことにより、移動体４が静止している間および移動している間、トラッキング機構１１，４１が常に正対するように、トラッキング機構４１の回転軸５１及びロッド５３を回転させることができる。

なお、発光体１６，１６（４６，４６）の画像上における位置を特定する方法（Ｓ１３における処理方法）は特に限定されず、一般的に用いられている方法を利用することが可能であるが、たとえば、撮像素子の画素を直接走査することによって、発光体を撮像している画素を特定する方法を利用することが好ましい。このような方法によれば、発光体の画像上における位置を確実且つ迅速に特定することができる。

また、そのような方法に代えて、ＣＣＤカメラから出力されるビデオ信号のコンポジット信号を解析して、ピーク値を検出することによって行ってもよい。或いは、発光体から発せられる光に起因して画像上に生じるスミアを検出することによって行ってもよい。このような方法によっても、発光体の画像上における位置を確実且つ迅速に特定することができる。

ここで、スミアとは、ＣＣＤ等の撮像素子を有するカメラで、高輝度の光源（たとえば太陽や、夜間における明るい照明など）が含まれる画像を撮った際に、垂直方向に延びる光の筋が画像中に発生する現象のことを指す。したがって、上述した「スミアを検出する」方法とは、そのような光源に起因して画像中に現れる「垂直方向に延びる光の筋」を検出することによって行われる。

［移動体の位置特定のための処理の流れ］
次に、図３，図６及び図７に基いて、移動体の位置特定のための処理の流れを説明する。なお、以下の記載では、図３〜図５との関係で説明した正対状態が維持されていることを前提として説明する。

図６は、図３（Ｂ）に示す位置に移動した移動体側装置４０の光源４５を、静止体側装置１０に設けたＣＣＤカメラ１７から撮像したときに得られる画像を示す図であって、画像上における発光体４６，４６間の長さｌを特定するまでの過程を示す図である。
図７は、図３（Ｂ）に示す位置に移動した移動体４の位置を特定するために、静止体側装置１０において行われる処理の流れを示すフローチャートである。

以下、一例として、移動体４が図３（Ａ）に示す位置から図３（Ｂ）に示す位置に移動したときの処理の流れについて説明する。

まず、静止体側装置１０は、ＣＣＤカメラ１７で、図３（Ｂ）に示す位置に移動した移動体４の光源４５を撮像する（図７のステップＳ３１）。撮像することによって得られる光源４５及びロッド５３の画像を図６（Ａ）に示す。

次に、ＣＣＤカメラ１７は、ステップＳ３１において撮像された画像の画像データをトラッキングシステム１３の光源検出部３１に送信する。光源検出部３１は、撮像された画像を解析して、画像中の光源４５を検出するとともに、当該光源を成す一対の発光体４６，４６の画像上における位置を特定する（Ｓ３３）。

続いて、光源検出部３１は、発光体４６，４６の位置データをＣＰＵ３３に送信する。ＣＰＵ３３は、光源検出部３１から受信した位置データに基いて、一対の発光体４６，４６のうちの一方の発光体の画像上における位置と、他方の発光体の画像上における位置との間の画素数を算出する（Ｓ３５／図６（Ｂ）参照）。

さらに、ＣＰＵ３３は、ステップＳ３５において算出した画素数に基づいて、発光体４６，４６間の画像上における長さｌを測定する（Ｓ３７／本発明における「長さ測定手段」に相当）。次に、測定した長さｌに基づいて、静止体１と移動体４との間の距離ｄを算出する（Ｓ３９／本発明における「距離算出手段」に相当）。

なお、発光体４６，４６間の画像上における長さｌ（すなわち発行体４６，４６間の画素数）は、静止体１と移動体４の距離ｄに応じて変化する。したがって、長さｌと距離ｄには、非線形の関数関係が成立する。すなわち、静止体１と移動体４との間の距離ｄが大きくなるに従って長さｌが小さくなり、且つ、静止体１と移動体４との間の距離ｄが小さくなるに従って長さｌが大きくなるような、非線形の関数関係が成立する。それゆえ、このような非線形の関数関係に基けば、長さｌに基づいて、静止体１と移動体４との間の距離ｄを算出することが可能になる。

続いて、予め決められた基準位置との関係で、トラッキング機構１１の回転角度αを測定する（Ｓ４１／本発明における「回転角度測定手段」に相当）。本実施形態において、この「基準位置」は、撮像方向が座標平面上のｙ軸方向と一致するように設定されている（図３参照）。

次に、下記数式（１）に従って、移動体の現在位置のｘ座標を算出する（Ｓ４３）。

さらに、下記数式（２）に従って、移動体の現在位置のｙ座標を算出する（Ｓ４５）。なお、図７におけるステップＳ４３及びＳ４５は、本発明における「座標算出手段」に相当する。

以上説明した処理を経て、静止体側装置１０において、移動体４の現在位置の座標（ｘ₁，ｙ₁）が特定される。

なお、発光体の画像上における位置を特定する方法（Ｓ３３における処理方法）は特に限定されず、一般的に用いられている方法を利用することが可能であるが、たとえば、撮像素子の画素を直接走査することによって、発光体を撮像している画素を特定する方法を利用することが好ましい。このような方法によれば、発光体の画像上における位置を確実且つ迅速に特定することができる。

［本発明によって達成される優れた効果］
上述した方法およびシステムによれば、静止体側装置１０は、ＣＣＤカメラを１台しか備えていないにも拘らず、静止体１から移動体４までの距離を正確に特定することができる。しかも、人間が２つの目（撮像手段に相当）により対象物までのおおよその距離を特定するのと比較すると、静止体側装置１０は１台のＣＣＤカメラしか使用せず、しかも簡単な処理手順で移動体４までの距離および当該移動体の位置を、正確且つ迅速に特定することができる。

本発明は、定位置に設置された静止体において、当該静止体の周囲を移動する移動体の位置を、より簡単な処理で特定するための方法およびシステムを提供するのに好適に用いられる。

位置特定システムを備えた静止体および移動体を示す上面図であって、静止体側装置および移動体側装置のトラッキング機構が互いに正対した状態を示しており、図１（Ａ）には静止体を示し、図１（Ｂ）には移動体を示す。静止体側装置および移動体側装置の正面側を、トラッキングシステムの電気的構成の概略とともに示す図である。仮想上の座標系が設定された場所における静止体と移動体の位置関係および動きを示す図であり、図３（Ａ）は、座標（０，ｙ₁）に位置する移動体と、原点に設置された静止体とを示し、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の位置から座標（ｘ₁，ｙ₁）に移動した移動体と静止体とを示す。図３（Ｂ）に示す位置に移動した移動体の光源を、静止体側装置に設けたＣＣＤカメラから撮像したときに得られる画像を示す図であって、トラッキング機構を正対させる過程を示す図である。トラッキング機構の正対状態を維持させるために、静止体側装置において行われる処理の流れを示すフローチャートである。図３（Ｂ）に示す位置に移動した移動体側装置の光源を、静止体側装置に設けたＣＣＤカメラから撮像したときに得られる画像を示す図であって、画像上における発光体間の長さを特定するまでの過程を示す図である。図３（Ｂ）に示す位置に移動した移動体の位置を特定するために、静止体側装置において行われる処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１静止体
１０静止体側装置
１１トラッキング機構
１３トラッキングシステム
１５光源
１６発光体
１７ＣＣＤカメラ（撮像手段）
２１回転軸
２３ロッド
３１光源検出部（位置特定手段）
３３ＣＰＵ
３５モータードライバ
３７トラッキングモーター
４移動体
４０移動体側装置
４１トラッキング機構
４３トラッキングシステム
４５光源
４６発光体
４７ＣＣＤカメラ（撮像手段）
５１回転軸
５３ロッド
６１光源検出部（位置特定手段）
６３ＣＰＵ
６５モータードライバ
６７トラッキングモーター
７走行部（移動手段）
８１中間点
８３基準線

Claims

自在に移動可能な移動体の位置を、定位置に設置された静止体においてリアルタイムで特定するための方法であって、
前記移動体は、
任意の座標平面上を自在に移動できるように構成された移動手段と、
前記移動手段上に設けられ、当該移動手段から独立して自在に回転可能な移動体側トラッキング機構と、
前記移動体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられ、互いに所定距離離隔するように配置された一対の発光体から成る移動体側光源と、
前記移動体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられた一の移動体側撮像手段と、を有しており、
前記静止体は、前記座標平面上の原点に設置され、
前記原点を通る垂線を中心軸として、所定基準位置を基準に自在に回転することが可能な静止体側トラッキング機構と、
前記静止体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられ、互いに所定距離離隔するように配置された一対の発光体から成る静止体側光源と、
前記静止体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられた一の静止体側撮像手段と、を有しており、
当該方法は、
前記移動体が静止している間および移動している間、前記移動体側トラッキング機構と静止体側トラッキング機構とが常に正対するように、前記移動体側トラッキング機構を回転させるステップと、
前記移動体が静止している間および移動している間、前記移動体側トラッキング機構と静止体側トラッキング機構とが常に正対するように、前記静止体側トラッキング機構を回転させるステップと、
前記静止体側撮像手段で、前記移動体側光源を撮像するステップと、
撮像結果に基づいて、前記移動体側光源を成す一対の発光体の画像上における位置を特定するステップと、
特定された前記発光体間の画像上における長さｌを測定するステップと、
測定した前記長さｌに基づいて、前記静止体と前記移動体との間の距離ｄを算出するステップと、を含むことを特徴とする移動体の位置特定方法。
前記移動体側撮像手段および前記静止体側撮像手段は、それぞれ、撮像素子を備えたＣＣＤカメラから構成されており、
前記移動体の位置特定方法は、さらに、一対の発光体のうちの一方の発光体の画像上における位置と、他方の発光体の画像上における位置との間の画素数を算出するステップを含んでおり、
前記長さｌを測定するステップは、算出された前記画素数に基づいて行われることを特徴とする請求項１記載の移動体の位置特定方法。
さらに、
予め決められた前記基準位置との関係で、前記静止体側トラッキング機構の回転角度αを測定するステップと、
前記距離ｄと回転角度αとに基いて、移動体の現在位置を特定するステップと、を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の移動体の位置特定方法。
さらに、
前記座標平面上のｙ軸方向と一致するように設定された前記基準位置との関係で、前記静止体側トラッキング機構の回転角度αを測定するステップと、
下記数式（１）に従って、移動体の現在位置のｘ座標を算出するステップと、
下記数式（２）に従って、移動体の現在位置のｙ座標を算出するステップと、を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の移動体の位置特定方法。
前記静止体において、前記静止体側撮像手段は、
前記静止体側光源を成す一対の発光体から等距離の位置に設けられ、
当該一対の発光体を結ぶ直線と、撮像方向とが直交するように配置されており、
前記移動体において、前記移動体側撮像手段は、
前記移動体側光源を成す一対の発光体から等距離の位置に設けられ、
当該一対の発光体を結ぶ直線と、撮像方向とが直交するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の移動体の位置特定方法。
前記移動体側撮像手段および前記静止体側撮像手段は、それぞれ、撮像素子を備えたＣＣＤカメラから構成されており、
前記移動体側トラッキング機構を回転させるステップは、
前記移動体側撮像手段で、前記静止体側光源を撮像するステップと、
撮像された画像を解析することによって、前記静止体側光源を成す一対の発光体の画像上における位置を特定するステップと、
特定された前記発光体間の画像上における中間点を特定するステップと、
前記中間点が撮像素子上の所定位置において撮像されるように、前記移動体側トラッキング機構を回転させるステップと、を含み、
前記静止体側トラッキング機構を回転させるステップは、
前記静止体側撮像手段で、前記移動体側光源を撮像するステップと、
撮像された画像を解析することによって、前記移動体側光源を成す一対の発光体の画像上における位置を特定するステップと、
特定された前記発光体間の画像上における中間点を特定するステップと、
前記中間点が撮像素子上の所定位置において撮像されるように、前記静止体側トラッキング機構を回転させるステップと、を含むことを特徴とする請求項５記載の移動体の位置特定方法。
前記一対の発光体の画像上における位置を特定するステップは、前記撮像素子の画素を直接走査し、前記発光体を撮像している画素を特定することによって行うことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の移動体の位置特定方法。
前記一対の発光体の画像上における位置を特定するステップは、前記ＣＣＤカメラから出力されるビデオ信号のコンポジット信号を解析して、ピーク値を検出することによって行うことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の移動体の位置特定方法。
前記一対の発光体の画像上における位置を特定するステップは、前記発光体から発せられる光に起因して画像上に生じるスミアを検出することによって行うことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の移動体の位置特定方法。
前記発光体は、高輝度発光体、赤外発光体、赤色フィルタを備えた発光体、及び赤外フィルタを備えた発光体の何れかであることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の移動体の位置特定方法。
任意の座標平面上を自在に移動可能な移動体の位置を、前記座標平面上の原点に設置された静止体においてリアルタイムで特定するためシステムであって、
当該システムは、
前記静止体側に設けられる静止体側装置と、前記移動体側に設けられる移動体側装置と、から構成されており、
前記移動体側装置は、
自在に回転可能な移動体側トラッキング機構と、
前記移動体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられ、互いに所定距離離隔するように配置された一対の発光体から成る移動体側光源と、
前記移動体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられた一の移動体側撮像手段と、
前記移動体の動きに応じて、前記移動体側トラッキング機構を回転させるための移動体側トラッキングシステムと、を有しており、
前記静止体側装置は、
前記原点を通る垂線を中心軸として、所定基準位置を基準に自在に回転することが可能な静止体側トラッキング機構と、
前記静止体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられ、互いに所定距離離隔するように配置された一対の発光体から成る静止体側光源と、
前記静止体側トラッキング機構と一体回転可能に設けられた一の静止体側撮像手段と、
前記移動体の動きに応じて、前記静止体側トラッキング機構を回転させる静止体側トラッキングシステムと、
前記静止体側撮像手段による撮像結果に基づいて、前記移動体側光源を成す一対の発光体の画像上における位置を特定する位置特定手段と、
特定された前記発光体間の画像上における長さｌを測定する長さ測定手段と、
測定した前記長さｌに基づいて、前記静止体と前記移動体との間の距離ｄを算出する距離算出手段と、を有しており、
前記移動体側トラッキングシステムは、前記移動体が静止している間および移動している間、前記移動体側トラッキング機構と静止体側トラッキング機構とが常に正対するように、当該移動体側トラッキング機構を回転させるように構成されており、
前記静止体側トラッキングシステムは、前記移動体が静止している間および移動している間、前記移動体側トラッキング機構と静止体側トラッキング機構とが常に正対するように、当該静止体側トラッキング機構を回転させるように構成されていることを特徴とする移動体の位置特定システム。
前記静止体側装置は、さらに、
予め決められた前記基準位置との関係で、前記静止体側トラッキング機構の回転角度αを測定する回転角度測定手段と、
前記距離ｄと回転角度αとに基いて、移動体の現在位置を示すｘ座標およびｙ座標を算出する座標算出手段と、を含むことを特徴とする請求項１１記載の移動体の位置特定システム。
前記移動体側撮像手段および前記静止体側撮像手段は、それぞれ、撮像素子を備えたＣＣＤカメラから構成されており、
前記移動体側トラッキングシステムは、
前記移動体側撮像手段によって撮像された画像を解析することによって、前記静止体側光源を成す一対の発光体の画像上における位置を特定する発光体特定手段と、
特定された前記発光体間の画像上における中間点を特定する中間点特定手段と、
前記中間点が撮像素子上の所定位置において撮像されるように、前記移動体側トラッキング機構を回転させるモーターと、を含み、
前記静止体側トラッキングシステムは、
前記静止体側撮像手段によって撮像された画像を解析することによって、前記移動体側光源を成す一対の発光体の画像上における位置を特定する発光体特定手段と、
特定された前記発光体間の画像上における中間点を特定する中間点特定手段と、
前記中間点が撮像素子上の所定位置において撮像されるように、前記静止体側トラッキング機構を回転させるモーターと、を含むことを特徴とする請求項１１又は１２記載の移動体の位置特定システム。
前記発光体は、高輝度発光体、赤外発光体、赤色フィルタを備えた発光体、及び赤外フィルタを備えた発光体の何れかであることを特徴とする請求項１１乃至１３の何れかに記載の移動体の位置特定システム。