JP2010128935A - 遠隔操作システムおよび遠隔操作装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】遠隔操作システム10に含まれる遠隔操作装置14のCPU44は、移動体12からの過去情報および最新の移動体情報に基づいて過去情報を選択し仮想視点Vを決定する。CPU44は、グローバル座標系GCに、選択された過去情報に基づいて3次元環境画像Kと仮想視点Vとを生成し、最新の移動体情報と移動体モデルMに関するデータとに基づいて移動体モデルMを生成し、最新の移動体情報と操舵ユニット52からの入力量とに基づいて第1補助モデルM1と第2補助モデルM2とを生成する。そして、CPU44は、3次元環境画像Kと移動体モデルMと第1補助モデルM1と第2補助モデルM2とを仮想視点Vから切り出し中心点Q方向に透視投影して合成画像を生成し、当該合成画像をモニタ36に表示する。
【選択図】図3
Description
図1はこの発明の一実施形態の遠隔操作システム10を示すブロック図である。図2は移動体12を示す左側面図である。
図2をも参照して、移動体12は、たとえば荒地走行用の4輪バギー車であり農作業や測量等に用いられ、マイクロコンピュータ(以下、マイコンという)16、速度検出器18、カメラ20、測位ユニット22、姿勢センサ24、方位センサ26、ハードディスクドライブ(ハードディスクを含む:以下、HDDという)28、駆動部30および通信機器32を含む。
カメラ20は、移動体12の前面中央部やや上寄りに設けられ、移動体12の前方の環境画像を撮像する。カメラ20はレンズ20aを有するデジタルCCDカメラである。レンズ20aは広角であることが望ましく、この実施形態では画角が180°の全周魚眼レンズが用いられる。これによってカメラ20は広角な画像を撮像できる。ここで、レンズ20aの中心点をカメラ20の視点Aとし、視点Aの位置をカメラ20の位置とする。
方位センサ26は移動体12の前方の向き(方位角)を検出する。
マイコン16によって駆動部30も制御される。
遠隔操作装置14は、たとえばパーソナルコンピュータからなるコントロールユニット34、操作者による移動体12の操作を支援するための画像等を表示するためのたとえば液晶モニタからなるモニタ36、操作者が移動体12を操作するための入力機器38、および通信回線Tを介して移動体12の通信機器32と通信するための通信機器40を含む。
CPU44は、記憶手段であるROM46やHDD50等に記憶された各種のプログラムを実行し、各構成要素に指示を与え、遠隔操作装置14の動作を制御する。
また、入力機器38は、スロットル操作およびブレーキ操作等のためのユニットを含み、これらへの操作入力に基づく指令が遠隔操作装置14から移動体12に送信される。
図4は過去情報の選択方法を説明するための図解図である。図4において、横軸は移動体12の累積移動距離である。白抜き丸で示されたF1,F2およびF3は、過去情報に含まれる累積移動距離を示し、矢印方向に移るほど累積移動距離が大きくなる。累積移動距離がF1,F2およびF3であるときに撮像された環境画像およびカメラ20の視点Aの位置はそれぞれ、過去情報に含まれHDD50に記憶されている。Nは現在の移動体12の位置での累積移動距離であり、図4(b)には図4(a)よりも時間的に後の状態が示されている。
具体的には次のようにして選択される。
図4に示す距離D1およびD2は、数1によって求められる。
この処理について図5から図7を参照して説明する。
まず、環境画像Iが座標系C1に配置される。環境画像Iは、その中心点が座標系C1の原点Oに一致するように配置される。そして、環境画像Iを複数(たとえば縦16×横16=256:図5では図面の簡略化のため縦6×横6=36とする)の正方形状の画像片IPに分割し、座標系C1における各画像片IPの頂点の座標P(py,pz)が取得される。つづいて、取得した座標P(py,pz)に基づいて座標系C2における座標P(x,y,z)が数2によって求められる。
これらの処理について図8から図10を参照して説明する。
図8に示すように、移動体モデルは点群とそれらのうちの対応する2点間を結ぶ直線とによって移動体の形状のイメージを表現できる。移動体モデルは、その中心が原点Oに位置し、その前方がx軸方向を向きかつその上方がz軸方向を向くように3次元直交座標系C3に配置される。移動体モデルの各頂点には座標値が付与され、たとえば移動体モデルを示す立方体の各辺の長さを2とすると、頂点S1は(1,1,1)、頂点S2は(1,−1,1)として表すことができる。
そして、立方体の各頂点が、数4によってグローバル座標系GCに座標変換される。
図9は、第1補助モデルM1の生成方法を説明するための図解図である。図9には、座標系C3をz軸のプラス側(図8参照)から見た状態が示されている。また、図9には、操作部52aのハンドルが左に切られた状態(左折時の状態)が示されている。説明を簡単にするために、まず座標系C3におけるx軸座標値およびy軸座標値について考える。
また、右折時には点ERを旋回中心点Rに設定して点ERのy軸座標値rを求め、点ELの座標値を(2L,r)とすればよい。
図10および図11は、第2補助モデルM2の生成方法を説明するための図解図である。図10および図11には、座標系C3をz軸のプラス側(図8参照)から見た状態が示されている。また、図10には左折時の状態が示され、図11には直進時の状態が示されている。上述の第1補助モデルM1と同様に、まず座標系C3におけるx軸座標値およびy軸座標値について考える。
同様に、この場合の点PR1〜PR8の座標値は数9によって求められる。
図12において、dは仮想視点Vから移動体12の基準点B(現在の移動体12の位置)までの距離、βは仮想視点Vからの縦画角、hは移動体モデルMの高さ、Hは仮想視点Vから縦画角βで切り出したときの距離dの位置(基準点Bを通る縦面)での切り出し幅である。距離dは仮想視点Vの位置と基準点Bの位置とから得ることができる。
モニタ36に移動体モデルMが表示されるとき、移動体モデルMの縦サイズを表示画像の縦サイズの一定値k(0<k<1)倍の大きさにするには、k=h/Hの関係が成立すればよい。たとえばk=h/H=0.33である。
また、図12より、d*tan(β/2)=H/2が成立する。
これらの2つの数式より、縦画角βは数10によって求められる。
図13は、グローバル座標系GCに生成された3次元環境画像Kと移動体モデルMと第1補助モデルM1と第2補助モデルM2とを3次元直交座標系C2のz軸方向のプラス側(図7参照)から見た状態を示す図解図である。図13では、3次元環境画像Kは、仮想視点Vにて撮影された画角180°の半球状の広角画像である。
合成画像の生成には、一般的に使用できる3次元グラフィックライブラリを用いることができる。この実施形態では、OpenGL(登録商標)とそれをマイクロソフト社のWindows(登録商標)で使用するためにフリーで提供されているgluLookAt関数およびgluPerspective関数を使用した。gluLookAt関数への引数として、グローバル座標系GCでの仮想視点Vの位置と切り出し中心点Qの位置とを与え、gluPerspective関数への引数として縦画角βと表示画像の縦横比(たとえば縦:横=3:5)とを与える。これによって、グローバル座標系GCに生成された3次元環境画像Kと移動体モデルMと第1補助モデルM1と第2補助モデルM2とを含んで透視投影した合成画像を描画できる。
12 移動体
14 遠隔操作装置
16 マイクロコンピュータ
18 速度検出器
20 カメラ
20a レンズ
22 測位ユニット
24 姿勢センサ
26 方位センサ
28,50 ハードディスクドライブ
32,40 通信機器
34 コントロールユニット
36 モニタ
38 入力機器
44 CPU
46 ROM
48 RAM
52 操舵ユニット
52a 操作部
52b 舵角センサ
C1 2次元直交座標系
C2,C3 3次元直交座標系
GC グローバル座標系
I 環境画像
K 3次元環境画像
M 移動体モデル
M1 第1補助モデル
M2 第2補助モデル
V 仮想視点
Claims (4)
- 移動体と前記移動体を遠隔操作する遠隔操作装置とを備える遠隔操作システムであって、
前記移動体は、
前記移動体の周囲の環境画像を撮像する撮像手段と、
前記移動体および前記撮像手段に関する情報を検出する情報検出手段とを備え、
前記遠隔操作装置は、
操作者が前記移動体を操舵するための入力手段と、
前記情報検出手段の検出結果に基づいて仮想視点を決定する決定手段と、
前記撮像手段によって前記仮想視点から撮像された前記環境画像と当該環境画像の撮像時における前記情報検出手段の検出結果とに基づいて、前記環境画像を3次元で表す3次元環境画像と前記仮想視点とを仮想空間に生成する第1生成手段と、
前記仮想視点からの前記環境画像の撮像後における前記情報検出手段の検出結果と前記移動体を表す移動体モデルに関するデータとに基づいて、前記移動体モデルを前記仮想空間に生成する第2生成手段と、
前記仮想視点からの前記環境画像の撮像後における前記情報検出手段の検出結果と前記入力手段からの入力量とに基づいて、前記入力手段からの入力量の指標となる補助モデルを前記仮想空間に生成する第3生成手段と、
前記仮想視点から見た前記3次元環境画像と前記移動体モデルと前記補助モデルとを透視投影して合成画像を生成する第4生成手段と、
前記合成画像を表示する表示手段とを備える、遠隔操作システム。 - 前記補助モデルは、前記移動体モデルの進行方向に直交しかつ前記移動体モデルに対して横方向に延びる第1補助モデルを含む、請求項1に記載の遠隔操作システム。
- 前記補助モデルは、前記移動体モデルの移動経路を表す第2補助モデルを含む、請求項1に記載の遠隔操作システム。
- 移動体の周囲の環境画像を撮像する撮像手段と、前記移動体および前記撮像手段に関する情報を検出する情報検出手段とを備える前記移動体、を遠隔操作する遠隔操作装置であって、
操作者が前記移動体を操舵するための入力手段と、
前記情報検出手段の検出結果に基づいて仮想視点を決定する決定手段と、
前記撮像手段によって前記仮想視点から撮像された前記環境画像と当該環境画像の撮像時における前記情報検出手段の検出結果とに基づいて、前記環境画像を3次元で表す3次元環境画像と前記仮想視点とを仮想空間に生成する第1生成手段と、
前記仮想視点からの前記環境画像の撮像後における前記情報検出手段の検出結果と前記移動体を表す移動体モデルに関するデータとに基づいて、前記移動体モデルを前記仮想空間に生成する第2生成手段と、
前記仮想視点からの前記環境画像の撮像後における前記情報検出手段の検出結果と前記入力手段からの入力量とに基づいて、前記入力手段からの入力量の指標となる補助モデルを前記仮想空間に生成する第3生成手段と、
前記仮想視点から見た前記3次元環境画像と前記移動体モデルと前記補助モデルとを透視投影して合成画像を生成する第4生成手段と、
前記合成画像を表示する表示手段とを備える、遠隔操作装置。
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