JP2008190874A

JP2008190874A - 測位装置、位置情報供給装置、および測位システム

Info

Publication number: JP2008190874A
Application number: JP2007022258A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Shimada; 重人島田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-08-21

Abstract

【課題】移動体の位置を高精度に測定をすること。
【解決手段】位置情報供給装置から供給される基準物の位置情報を取得する取得部２１と、前記基準物をそれぞれ撮像する一対のカメラを有する撮像部２２と、前記一対のカメラによって得られた第１画像および第２画像から前記基準物の画像上の位置をそれぞれ抽出する基準物位置抽出部２３と、前記移動体に搭載され、前記基準物位置抽出部によって抽出された前記基準物の第１および第２画像上の位置と、前記一対の撮像部間の設置距離と、前記一対の撮像部の焦点距離とに基づいて前記基準物と前記移動体との距離を算出すると共に、前記移動体と前記基準物との位置関係を求める距離算出部２４と、前記移動体の進行方位を測定する方位測定器２５と、前記距離と、前記基準物の設置高さと、前記一対の撮像部の設置高さと、前記位置関係と、前記進行方位とから前記移動体の位置を求める移動体位置算出部２６とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、移動体の位置を測定するための測位装置、位置情報供給装置、および測位システムに関する。

一般に、車両の位置計測においては、車両に搭載されたＧＰＳ（Global Positioning System）による位置測定が普及している。

ＧＰＳを応用した車両位置計測技術は、複数の衛星から発せられる電波を利用して位置を計測するが、位置の計測精度は数十ｍから百mの位置誤差があり、これを補正するためにため地図とのマッチングなどを行う必要がある。このように補正を行っても数ｍの誤差が生じていた。

特許文献１には、ＬＥＤの輝度変化によって交通情報等のデータを送信する装置に関する技術が開示されている。
特開２００２−２０２７４１号公報

上述したように、ＧＰＳを応用した車両位置計測技術では誤差が大きく、誤差を補正するために地図とのマッチング等を行っても、依然として誤差が残るという問題があった。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、移動体の位置を高精度に測定をすることが可能になる測位装置、位置情報供給装置、および測位システムを提供することにある。

本発明の一例に係わる、移動体の位置を測定する測位装置は、前記移動体に搭載され、位置情報供給装置から供給される基準物の位置情報を取得する取得部と、前記移動体に搭載され、前記基準物をそれぞれ撮像する一対の撮像部と、前記一対の撮像部によって得られた第１画像および第２画像から前記基準物の画像上の位置をそれぞれ抽出する基準物位置抽出部と、前記移動体に搭載され、前記基準物位置抽出部によって抽出された前記基準物の第１および第２画像上の位置と、前記一対の撮像部間の設置距離と、前記一対の撮像部の焦点距離とに基づいて前記基準物と前記移動体との距離を算出する距離算出部と、前記移動体と前記基準物との位置関係を求める位置関係算出部と、前記移動体の進行方位を測定する方位測定器と、前記距離と、前記基準物の設置高さと、前記一対の撮像部の設置高さとから、前記基準物と地面とを結ぶ垂線と前記基準物との距離を求める距離補正部と、前記距離補正部によって求められた距離と、前記位置関係と、前記進行方位とから前記移動体の位置を求める位置求める移動体位置算出部とを具備することを特徴とする。

本発明の一例に係わる移動体の位置を測定する測位装置に前記移動体の位置を測定するための情報を与える前記位置情報供給装置であって、基準物の位置を含む位置情報が格納される位置情報格納部と、前記位置情報格納部に格納された位置情報を送信する送信部とを具備することを特徴とする。

移動体の位置を高精度に測定をすることが可能になる。

本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わる測位システムの概略を示す図である。

測位システムは、道路上に設置された基準物ＲＯの位置情報を車両側に供給するための位置情報供給装置１０と、車両（移動体）に搭載され、位置情報供給装置１０から供給される位置情報に基づいて車両（移動体）の位置を計測する測位装置２０とから構成される。

位置情報供給装置１０は、例えば可視光通信、赤外線通信、電波通信によって位置情報を供給する。また、或いは、ＱＲ（Quick Response）コード等の図形によって、位置情報を位置計測装置に供給することも可能である。

位置情報としては、基準物ＲＯの緯度・経度が必要である。また、基準物ＲＯの設置高さが設置場所に応じて異なる場合、位置情報に基準物ＲＯの高さの情報が必要になる。基準物ＲＯの設置高さが一定であれば、測位装置が設置高さの情報を有するようにしても良い。なお、基準物ＲＯの設置高さが一定であっても、位置情報に高さの情報を含ませても良い。

測位装置２０は、位置情報取得部２１、ステレオ画像撮影部２２、基準物位置抽出部２３、距離測定部２４、方位計測部２５、および車両位置演算部２６等を具備する。

位置情報取得部２１は、位置情報供給装置１０が供給する位置情報を取得する。位置情報取得部２１の構成は、位置情報供給装置１０の位置情報の供給方法によって異なる。位置情報供給装置１０が可視光通信や赤外通信等の光通信によって位置情報を供給するならば、位置情報取得部２１は、位置情報供給装置１０が送信する光信号を受光して電気信号に変換するフォトダイオード等の受光部、電気信号をデジタル信号に復調する復調回路、デジタル信号から位置情報を抽出する位置情報抽出部等を有する。

また、位置情報供給装置１０が無線通信によって位置情報を供給するならば、位置情報取得部２１は、位置情報供給装置１０が送信する無線信号を受信して電気信号に変換する受信部、電気信号をデジタル信号に復調する復調器等を有する。

また、位置情報がＱＲコード等の図形で供給される場合、位置情報取得部２１は、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等を用いたカメラと、カメラで撮影されたＱＲコードの画像から位置情報をデコードするデコード部等を有する。

ステレオ画像撮影部２２は、基準物ＲＯをそれぞれ撮像する一対の撮像部を有する。撮像部としては、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等が用いられる。

基準物位置抽出部２３は、ステレオ画像撮影部２２で撮影された一対の画像上の基準物ＲＯの位置を抽出する。

距離測定部２４は、基準物位置抽出部２３によって抽出された基準物ＲＯの位置から車両と基準物ＲＯとの距離、および基準物ＲＯと車両との位置関係を測定する。

方位計測部２５は、車両の進行方位を測定する。

車両位置演算部２６は、距離測定部２４によって測定された距離および基準物ＲＯと車両との位置関係、基準物ＲＯの設置高さ、車両の進行方位から車両の位置を求める。

次に、実際の道路上または路側に設置される基準物ＲＯおよび位置情報供給装置の例、車両に搭載される測位装置の例を示して説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係わる測位システムの概略を示す図である。

図２に示すように、本システムは、路側に設置された道路照明柱３１に設けられる道路照明灯３２、照明灯駆動器３３、車両４０に設けられるフォトダイオードアレイ４１、ＣＣＤカメラ４２、および車両位置計測車載処理装置４３等を有する。

照明灯３２は、ＬＥＤアレイで構成される。また、位置情報供給装置からその設置位置情報が供給される基準物である。また、照明灯３２は照明灯駆動器３３と共に位置情報供給装置として動作する。

照明灯駆動器３３の構成について図３を参照して説明する。照明灯駆動器３３は、位置情報格納部５１、変調回路５２、およびＬＥＤ駆動回路５３等を有する。

位置情報格納部５１には、照明灯３２の設置位置（緯度・経度）、および照明灯３２の高さの情報が記憶されている。照明灯３２の設置位置は、照明灯の真下の位置（緯度・経度）である。なお、位置情報格納部５１が照明灯３２の高さの情報を記憶している理由は、照明灯３２の位置が設置箇所によって異なる場合があるからである。

変調回路５２は、位置情報格納部５１に格納されている照明灯３２の位置および高さの情報にヘッダ等を付加したデジタルデータを変調する。

駆動回路５３は、変調信号に応じて照明灯（ＬＥＤ）３２に駆動電流を供給し、照明灯（ＬＥＤ）３２を駆動する。照明灯（ＬＥＤ）３２が駆動電流の値に応じて点滅、或いは強弱が変化することによって、照明灯の位置情報が送信される。

次に、図４を参照して、車両４０に搭載される車両位置計測車載処理装置４３の構成について説明する。

車両位置計測車載処理装置４３は、復調回路６１、位置情報抽出部６２、メモリ６３、画像処理部６４、照明灯位置測定部６５、照明灯距離補正部６６、方位計測部６７、および車両位置測定部６８等を有する。

フォトダイオード（ＰＤ）アレイ４１は、受光した光信号を電気信号に変換する。復調回路６１は、電気信号を復調してデジタルデータを生成する。位置情報抽出部６２は、デジタルデータから位置情報を抽出する。位置情報抽出部６２は、抽出した位置情報をメモリ６３に格納する。なお、複数のフォトダイオードで構成されるフォトダイオードではなく、一つのフォトダイオードで光信号を受光しても良い。

ＣＣＤカメラ４２Ｌ，４２Ｒは、水平に設置されている。ＣＣＤカメラ４２Ｌ，４２Ｒの設置間隔Ｌ、焦点距離ｆ、画角２θ、水平方向の画素数ｐ_x、垂直方向の画素数ｐ_y等の情報は、照明灯位置測定部６５が有している。また、ＣＣＤカメラ４２Ｌ，４２Ｒの設置高さの情報は、照明灯距離補正部６６が有している。

ＣＣＤカメラ４２Ｌ，４２Ｒで撮像された照明灯を含む画像データは、画像処理部６４に入力される。画像処理部６４は、ＣＣＤカメラ４２Ｌ，４２Ｒによって撮影された画像からそれぞれ照明灯３２の位置を抽出する。

照明灯位置測定部６５は、抽出された照明灯３２の位置から車両４０と照明灯３２の距離を測定すると共に、照明灯３２と車両４０との位置関係を求める。

照明灯距離補正部６６は、照明灯位置測定部６５によって求められた距離、および照明灯３２の高さから照明灯３２の設置位置と車両４０との距離を求める。

方位計測部６７は、車両４０の進行方位を計測する。

車両位置測定部６８は、照明灯距離補正部６６によって求められた距離と照明灯位置測定部６５によって求められた位置関係と、方位計測部６７によって求められた進行方位から、車両４０の位置を求める。

次に、具体的に説明する。

変調回路５２は、位置情報格納部５１に格納されている位置情報にヘッダ等を付加したデジタルデータを変調する。駆動回路５３は、変調された信号に従って照明灯（ＬＥＤ）３２の光強度が変化するように駆動電流を供給する。照明灯（ＬＥＤ）３２が駆動回路５３から供給される駆動電流の値に応じて光強度が変化することによって、位置情報が送信される。

フォトダイオードアレイ４１は、照明灯（ＬＥＤ）３２から送られた可視光信号を受信し、可視光信号の光強度に応じた電気信号に変換する。復調回路６１は、電気信号を復調して、デジタル信号を生成する。位置情報抽出部６２は、デジタル信号から位置情報を抽出する。位置情報抽出部６２は、抽出した位置情報をメモリ６３に格納する。

なお、日中、太陽光の下では、フォトダイオードアレイ４１が照明灯（ＬＥＤ）３２からの光信号を受光しにくい。日中に使用することを考慮すると、以下のようにすると良い。

照明灯は白色ＬＥＤで構成するのではなく、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤで構成する。特定の色のＬＥＤを駆動制御する。なお、駆動制御するＬＥＤの色は、太陽光のスペクトル強度が低い波長であることが好ましい。太陽光は５００ｎｍ付近にピーク波長を有する。また、赤色ＬＥＤのピーク波長は６６０ｎｍ付近、緑色ＬＥＤのピーク波長は５２５ｎｍ付近、青色ＬＥＤのピーク波長は４７０ｎｍ付近である。従って、ピーク波長が太陽光のピーク波長からずれた赤色ＬＥＤを駆動制御して、通信を行うことが好ましい。

そして、フォトダイオードアレイの前に駆動制御されるＬＥＤの色が透過する光学バンドパスフィルタを設ける。太陽光の影響を受けにくくなる。

画像処理部は、一対のＣＣＤカメラ４２Ｌ，４２Ｒで撮像された画像からそれぞれ照明灯３２の位置を抽出し、その位置を算出する。照明灯３２の位置は、それぞれの画像の中心を原点とするｘｙ座標系で求める。なお、ｘ軸を地面に対して水平方向とし、ｙ軸を地面に対して垂直方向とする。

照明灯位置測定部６５は、それぞれの画像内の照明灯３２の位置座標から車両４０と照明灯３２との距離を三角測量で求める。照明灯位置測定部６５による距離の求め方を以下に説明する。

左側のＣＣＤカメラ４２Ｌで撮像された画像中の照明灯の位置座標を（ｘ_L，ｙ_L）とする。また、右側のＣＣＤカメラ４２Ｒで撮像された画像中の照明灯の位置座標を（ｘ_R，ｙ_R）とする。なお、左右のカメラ４２Ｌ，４２Ｒは水平に設置されているので、ｙ_L＝ｙ_Rである。

次に、左のカメラ画像の中心を空間座標の原点として、左のカメラ画像のそれぞれの画素の３次元位置を求める。まずは，２次元的に考える（図５）。ここで，図４は３次元の光線をＸＺ平面（以下，カメラの左右方向をＸ，カメラの上下方向をＹ，カメラの前後方向をＺとする）に正射影したものである。

照明灯位置測定部６５は、角度αを（１）式によって求める（図６）。角度αは、左右のカメラを結ぶ線分と、左側のＣＣＤカメラ４２Ｌと照明灯３２の正射影位置とを結ぶ線分とのなす角である。

α＝90゜−arctan(ｆ×（ｘ_L/ｐ_x/2）×tanθ） (1)
ここで、ｆはレンズの焦点距離、２θは画角、ｐ_xは水平方向の画素数である。

また、角度βを（２）式によって求める。角度βは、左右のカメラ４２Ｌ，４２Ｒを結ぶ線分と、右側のカメラ４２Ｒと照明灯３２の正射影位置とを結ぶ線分とのなす角である。

β＝arctan(ｆ×（ｘ_R/ｐ_x/2）×tanθ)＋90゜ (2)
次に、角度αおよび角度βから、左側のカメラ４２Ｌと照明灯３２の正射影位置とを結ぶ線分の長さｒを（３）式を用いて求める（図５）。

ｒ＝Ｌ×sinβ／sin(180°-α-β) (3)
左カメラを原点とするＸＹＺ座標系における照明灯のＸ座標およびＺ座標を（４）式および（５）式を用いて求める。

Ｘ＝ｒ×cosα (4)
Ｚ＝ｒ×sinα (5)
更に、左右のカメラ４２Ｌ，４２Ｒを結ぶ線分の中点と照明灯３２の正射影位置とを結ぶ線分と水平面とのなす角ψを求める。図７を参照して角度ψの求め方を説明する。図７は、３次元の光線をＹＺ平面に正射影したものである。図７に示すように、角度ψを（６）式を用いて求める。

ψ＝arctan(ｙ_L/ｐ_y×tan（θ×ｐ_y/ｐ_x）) (6)
次に、照明灯の位置のＹ座標を（７）式を用いて求める。

Ｙ＝Ｚ×tanψ
＝ｒ×sinα×tanψ (7)
次に、左カメラを基準とした車両と照明灯との距離Ｄを（８）式を用いて求める。

Ｄ＝（Ｘ²＋Ｙ²＋Ｚ²）^1/2 (8)
照明灯位置測定部６５は、以上の三角測量に基づいた処理によって車両と照明灯との距離Ｄを求める。なお、車両４０と照明灯３２との距離Ｄとを求めるには、視差（ｘ_L−ｘ_R）に基づいて求める方法がある。

視差に基づいた場合、照明灯３２の座標(Ｘ，Ｙ，Ｚ）は次式で求められる。

Ｘ＝（ｘ_L＋ｘ_R）／２×Ｌ／（ｘ_L−ｘ_R）
Ｙ＝ｙ_L×Ｌ／（ｘ_L−ｘ_R）
Ｚ＝ｆ×Ｌ／（ｘ_L−ｘ_R）
また、車両４０と照明灯の位置関係は、前述（１）式で求めればよい。

距離Ｄを求めた後、照明灯距離補正部６６は、照明灯位置測定部６５によって求められた車両４０と照明灯３２との距離Ｄとメモリ６３に格納されている照明灯の設置高さＨと、カメラ４２の設置高さｈ_cから、照明灯と地面とを結ぶ垂線と車両との距離ｄを式（９）を用いて求める（図８）。

ｄ＝（Ｄ²−ｈ²）^1/2 (9)
ｈ＝Ｈ−ｈ_c
次に、図９に示すように、車両位置測定部６８は、照明灯距離補正部６６によって求められた距離ｄと、照明灯位置測定部６５によって求められた角度αと、方位計測部６７によって計測された進行方位から、車両の位置位置（経度、緯度）を求める。

本実施の形態によれば、道路際に多数設置された道路照明灯から予め精度高く固定記憶されている道路照明柱の位置情報を車両へ送信し、更に道路照明灯から車両までの距離、方位により車両位置を計算するため、高い精度で車両の位置を計測することができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の一実施形態に係わる測位システムの概略を示す図。本発明の一実施形態に係わる測位システムの概略を示す図。図２に示される照明灯駆動器の構成を示すブロック図。図２に示される車両位置計測車載処理装置の構成を示すブロック図。３次元の光線をＸＺ平面に正射影した図。左右のカメラを結ぶ線分と、左側のＣＣＤカメラと照明灯の正射影位置とを結ぶ線分とのなす角αの求め方を説明するための図。左右のカメラ４２Ｌ，４２Ｒを結ぶ線分の中点と照明灯３２の正射影位置とを結ぶ線分と水平面とのなす角ψの求め方を説明するための図。照明灯と地面とを結ぶ垂線と車両との距離の求め方を説明するための図。車両の位置の求め方を説明するための図。

符号の説明

１０…位置情報供給装置，２０…位置計測装置，２１…位置情報取得部，２２…ステレオ画像撮影部，２３…基準物位置抽出部，２４…距離測定部，２５…方位計測部，２６…車両位置演算部，３１…道路照明柱，３２…道路照明灯，３３…照明灯駆動器，４０…車両，４１…フォトダイオードアレイ，４２…ＣＣＤカメラ，４３…車両位置計測車載処理装置，５１…位置情報格納部，５２…変調回路，５３…ＬＥＤ駆動回路，６１…復調回路，６２…位置情報抽出部，６３…メモリ，６４…画像処理部，６５…照明灯位置測定部，６６…照明灯距離補正部，６７…方位計測部，６８…車両位置測定部。

Claims

移動体の位置を測定する測位装置であって、
前記移動体に搭載され、位置情報供給装置から供給される基準物の位置情報を取得する取得部と、
前記移動体に搭載され、前記基準物をそれぞれ撮像する一対の撮像部と、
前記一対の撮像部によって得られた第１画像および第２画像から前記基準物の画像上の位置をそれぞれ抽出する基準物位置抽出部と、
前記移動体に搭載され、前記基準物位置抽出部によって抽出された前記基準物の第１および第２画像上の位置と、前記一対の撮像部間の設置距離と、前記一対の撮像部の焦点距離とに基づいて前記基準物と前記移動体との距離を算出する距離算出部と、
前記移動体と前記基準物との位置関係を求める位置関係算出部と、
前記移動体の進行方位を測定する方位測定器と、
前記距離と、前記基準物の設置高さと、前記一対の撮像部の設置高さと、前記位置関係と、前記進行方位とから前記移動体の位置を求める移動体位置算出部と
を具備することを特徴とする測位装置。
前記位置情報は、前記基準物の設置高さの情報を含むことを特徴とする請求項１記載の測位装置。
前記位置情報供給装置は、可視光通信を用いて前記位置情報を送信する送信部を有し、
前記受信部は、前記可視光通信受信を受信して電気信号に変換するフォトダイオードと、前記電気信号を復調する復調回路とを有することを特徴とする請求項１記載の測位装置。
前記移動体位置算出部は、三角測量または視差に基づいて前記移動体と前記基準物との距離を求めることを特徴とする請求項１記載の
移動体の位置を測定する測位装置に前記移動体の位置を測定するための情報を与える位置情報供給装置であって、
基準物の位置を含む位置情報が格納される位置情報格納部と、
前記位置情報格納部に格納された位置情報を送信する送信部とを具備することを特徴とする位置情報供給装置。
前記送信部は、ＬＥＤと、前記位置情報を含むデータを変調する変調回路と、前記変調回路によって変調された信号に基づいて前記ＬＥＤを駆動するための駆動回路とを具備することを特徴とする請求項５記載の位置情報供給装置。
前記位置情報は、前記基準物の高さを含むことを特徴とする請求項５記載の位置情報供給装置。
前記ＬＥＤは、照明灯として使用されると共に、前記基準物であって、
前記基準物の位置は、前記ＬＥＤの設置位置であることを特徴とする請求項６記載の位置情報供給装置。
移動体の位置を測定する測位装置システムであって、
基準物の位置を含む位置情報が格納される位置情報格納部と、前記位置情報格納部に格納された位置情報を送信する送信部とを具備する位置情報供給装置と、
前記移動体に搭載され、前記位置情報供給装置から供給される基準物の位置情報を取得する取得部と、前記移動体に搭載され、前記基準物をそれぞれ撮像する一対の撮像部と、前記一対の撮像部によって得られた第１画像および第２画像から前記基準物の画像上の位置をそれぞれ抽出する基準物位置抽出部と、前記移動体に搭載され、前記基準物位置抽出部によって抽出された前記基準物の第１および第２画像上の位置と、前記一対の撮像部間の設置距離と、前記一対の撮像部の焦点距離とに基づいて前記基準物と前記移動体との距離を算出する距離算出部と、前記移動体と前記基準物との位置関係を求める位置関係算出部と、前記移動体の進行方位を測定する方位測定器と、前記距離と、前記基準物の設置高さと、前記一対の撮像部の設置高さとから、前記基準物と地面とを結ぶ垂線と前記基準物との距離を求める距離補正部と、前記距離補正部によって求められた距離と、前記位置関係と、前記進行方位とから前記移動体の位置を求める位置求める移動体位置算出部とを具備する測位装置とを具備することを特徴とする測位システム。