JP2016118824A

JP2016118824A - 移動体位置検出システムおよび方法

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Publication number: JP2016118824A
Application number: JP2014256607A
Authority: JP
Inventors: 深瀬　勇太郎; Yutaro Fukase; 勇太郎深瀬; 洋史金森; Yoji Kanamori; 尚大鵜山; Naohiro Uyama; 優多賀; Masaru Taga
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: JP6439972B2

Abstract

【課題】カメラと床間の距離が変動する際の照合不良を起こし難くした低コストで汎用性に優れた移動体位置検出システムおよび方法を提供する。【解決手段】平面１２上に配置されたドットパターンと、移動体１６が位置する平面１２上の領域を撮像する撮像手段２０と、撮像手段２０により取得した画像中から所定のドットを選択し、検出特徴量を算出する検出特徴量算出手段と、データベース３４から検出特徴量と一致度の高い基準特徴量を選択する特徴量照合手段２４と、基準特徴量に基づいて、移動体１６の現在位置を検出する位置検出手段２８と、撮像手段２０と平面１２との距離が予め設定した規定の距離Ｈと異なる場合に、検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、特徴量照合手段２４によりデータベース３４と照合可能な倍率に変更調整する倍率調整手段３６とを備えるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、移動体位置検出システムおよび方法に関するものである。

従来、平面上に配置したパターン（模様）を利用して、平面上を移動する移動体の位置の検出を行う移動体位置検出システムが知られている（例えば、特許文献１〜４を参照）。

特許文献１、２の移動体位置検出システムは、既知のランダムなドットパターン（点群模様）が描画してある床面を利用し、この床面上に配置した移動体に備わるカメラから直下の床面を撮像して取得した画像中のドットの配置（点群配置）を解析することにより移動体の位置を検出するものである。これらの移動体位置検出システムは、取得画像中の点群配置を床全体の点群配置データベースと照合することで、移動体の絶対位置を高精度に検出する。

特許文献３、４の移動体位置検出システムは、上記の特許文献１、２の移動体位置検出システムにおける取得画像中の点群配置の照合アルゴリズムとして、人工衛星の姿勢検出に使われるポールスターアルゴリズム（例えば、非特許文献１を参照）を適用し、位置検出の信頼性をより高めたものである。なお、人工衛星では搭載されたカメラで天空を撮像し、取得画像中の恒星点の配置を既知の恒星配置図（星図）と照合することでカメラの向いている方向を特定し人工衛星の姿勢検出をしているが、このポールスターアルゴリズムは、対象外の星の混入や星の消失に強いアルゴリズムとされている。

上記の特許文献１〜４の移動体位置検出システムでは、床面の画像を取得する際に、床面からのカメラの高さを一定の距離に固定して鉛直下方向（床面に対して垂直な方向）に撮像する必要がある。ところで、移動体が搬送台車の場合には、図７（１Ａ）、（２Ａ）に示すように、床面１からの搬送台車の車体２の高さが積載物３の荷重によって変動することがある。カメラ４が車体２に固定されている場合、撮像した取得画像中の点群配置は規定の高さからの取得画像中のもの（図７（１Ｂ）を参照）に比べて拡大（または縮小）して見える（図７（２Ｂ）を参照）。このため、高さの変動の大きさによっては、点群配置データベースと照合できなくなり、移動体の位置・方向の検出が困難となるおそれがあった。

こうした問題を解決する技術として、本発明者内の一部は既に特願２０１４−０１１７３２号に示すような移動体位置検出システムを提案している。この移動体位置検出システムは、カメラから床までの距離をレーザセンサなどの距離センサで計測し、その計測値に基づいて取得画像を拡大または縮小することにより規定距離からの取得画像と同等の画像に変換するものである。こうすることで、カメラと床間の距離が変動した際の照合不良を起こし難くしている。

また、カメラと床間の距離が変動した際の照合不良を回避する別の方法として、例えば、搬送台車の車軸付近など床からの高さが変化しない箇所を選んでカメラを設置することなどが挙げられる。

特許第５１４７０１５号公報特許第５２１９２０５号公報特許第５４８３０９０号公報特開２０１１−２０３２２４号公報

E. SILANI, M. LOVERA : Ploitecnico di Milano Italy, "Star Identification Algorithms : Novel Approach & Comparison Study", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol.42, No.4 October 2006

上述したように、カメラと床間の距離が変動した際の照合不良を起こし難くするには、カメラから床までの距離をレーザセンサなどの距離センサで計測したり、カメラを車軸付近などの高さ変化の少ない箇所に設置する方法などがある。しかしながら、距離センサを利用する方法はシステムコストの上昇を招くという問題がある。また、カメラの設置箇所を車軸付近などに限定する方法はシステムの汎用性を低下させるという問題がある。このため、距離センサを利用したりカメラの設置箇所を限定しなくても、照合不良を起こさずに適正に位置検出できる低コストで汎用性に優れた技術が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、カメラと床間の距離が変動する際の照合不良を起こし難くした低コストで汎用性に優れた移動体位置検出システムおよび方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る移動体位置検出システムは、平面上を移動する移動体の位置を検出する移動体位置検出システムであって、前記平面上に配置された複数のドットからなるドットパターンと、前記移動体に備えられ、前記移動体が位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出する検出特徴量算出手段と、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択する特徴量照合手段と、前記特徴量照合手段により選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記移動体の現在位置を検出する位置検出手段と、前記撮像手段と前記平面との距離が予め設定した規定の距離と異なる場合に、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、前記特徴量照合手段により前記基準特徴量データベースと照合可能な倍率に変更調整する倍率調整手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の移動体位置検出システムは、上述した発明において、前記倍率調整手段は、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンと、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンとの誤差を最小にする最適倍率を求め、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、求めた最適倍率に変更調整することを特徴とする。

また、本発明に係る他の移動体位置検出システムは、上述した発明において、前記倍率調整手段は、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンを構成している各ドットと、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンを構成している各ドットとをそれぞれ対応付けし、倍率を変更調整した前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離と、前記基準特徴量データベースの前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離との比を対応付けした各ドットごとに求め、求めた距離の比から１を差し引いた値の絶対値を対応付けした各ドットについて合算し、合算した値を対応付けした組数で除算した値が最小となるときの倍率を最適倍率とすることを特徴とする。

また、本発明に係る移動体位置検出方法は、平面上を移動する移動体の位置を検出する移動体位置検出方法であって、前記平面上には複数のドットからなるドットパターンが配置され、前記移動体には前記移動体が位置する平面上の領域を撮像する撮像手段が備えられ、前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出し、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択し、選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記移動体の現在位置を検出する際において、前記撮像手段と前記平面との距離が予め設定した規定の距離と異なる場合に、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、前記基準特徴量データベースと照合可能な倍率に変更調整することを特徴とする。

また、本発明に係る他の移動体位置検出方法は、上述した発明において、前記撮像手段と前記平面との距離が予め設定した規定の距離と異なる場合に、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンと、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンとの誤差を最小にする最適倍率を求め、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、求めた最適倍率に変更調整することを特徴とする。

また、本発明に係る他の移動体位置検出方法は、上述した発明において、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンを構成している各ドットと、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンを構成している各ドットとをそれぞれ対応付けし、倍率を変更調整した前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離と、前記基準特徴量データベースの前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離との比を対応付けした各ドットごとに求め、求めた距離の比から１を差し引いた値の絶対値を対応付けした各ドットについて合算し、合算した値を対応付けした組数で除算した値が最小となるときの倍率を最適倍率とすることを特徴とする。

本発明に係る移動体位置検出システムによれば、平面上を移動する移動体の位置を検出する移動体位置検出システムであって、前記平面上に配置された複数のドットからなるドットパターンと、前記移動体に備えられ、前記移動体が位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出する検出特徴量算出手段と、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択する特徴量照合手段と、前記特徴量照合手段により選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記移動体の現在位置を検出する位置検出手段と、前記撮像手段と前記平面との距離が予め設定した規定の距離と異なる場合に、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、前記特徴量照合手段により前記基準特徴量データベースと照合可能な倍率に変更調整する倍率調整手段とを備えるので、仮に撮像手段（カメラ）と平面（床）間の距離が変化することにより一時的に基準特徴量データベースとの照合不能状態が生じたとしても、倍率調整手段によって、取得画像中のドットパターンの倍率は照合可能な倍率に適宜変更調整される。このため、距離センサを利用したりカメラの設置箇所を限定しなくても、照合不良を起こさずに適正に位置検出が可能である。したがって、カメラと床間の距離が変動する際の照合不良を起こし難くした低コストで汎用性に優れた移動体位置検出システムを提供することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の移動体位置検出システムによれば、前記倍率調整手段は、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンと、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンとの誤差を最小にする最適倍率を求め、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、求めた最適倍率に変更調整するので、距離変動の際の照合不良を回避するための最適倍率を比較的簡便な手法で得ることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の移動体位置検出システムによれば、前記倍率調整手段は、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンを構成している各ドットと、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンを構成している各ドットとをそれぞれ対応付けし、倍率を変更調整した前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離と、前記基準特徴量データベースの前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離との比を対応付けした各ドットごとに求め、求めた距離の比から１を差し引いた値の絶対値を対応付けした各ドットについて合算し、合算した値を対応付けした組数で除算した値が最小となるときの倍率を最適倍率とするので、距離変動の際の照合不良を回避するための最適倍率を解析的な手法で簡便に得ることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る移動体位置検出方法によれば、平面上を移動する移動体の位置を検出する移動体位置検出方法であって、前記平面上には複数のドットからなるドットパターンが配置され、前記移動体には前記移動体が位置する平面上の領域を撮像する撮像手段が備えられ、前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出し、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択し、選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記移動体の現在位置を検出する際において、前記撮像手段と前記平面との距離が予め設定した規定の距離と異なる場合に、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、前記基準特徴量データベースと照合可能な倍率に変更調整するので、仮に撮像手段（カメラ）と平面（床）間の距離が変化することにより一時的に基準特徴量データベースとの照合不能状態が生じたとしても、取得画像中のドットパターンの倍率は照合可能な倍率に適宜変更調整される。このため、距離センサを利用したりカメラの設置箇所を限定しなくても、照合不良を起こさずに適正に位置検出が可能である。したがって、カメラと床間の距離が変動する際の照合不良を起こし難くした低コストで汎用性に優れた移動体位置検出方法を提供することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の移動体位置検出方法によれば、前記撮像手段と前記平面との距離が予め設定した規定の距離と異なる場合に、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンと、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンとの誤差を最小にする最適倍率を求め、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、求めた最適倍率に変更調整するので、距離変動の際の照合不良を回避するための最適倍率を比較的簡便な手法で得ることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の移動体位置検出方法によれば、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンを構成している各ドットと、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンを構成している各ドットとをそれぞれ対応付けし、倍率を変更調整した前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離と、前記基準特徴量データベースの前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離との比を対応付けした各ドットごとに求め、求めた距離の比から１を差し引いた値の絶対値を対応付けした各ドットについて合算し、合算した値を対応付けした組数で除算した値が最小となるときの倍率を最適倍率とするので、距離変動の際の照合不良を回避するための最適倍率を解析的な手法で簡便に得ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る移動体位置検出システムおよび方法の実施の形態を示す構成図である。図２は、ドットパターンと取得画像の一例を示す図である。図３は、取得画像から位置を検出する概念を説明する図である。図４は、倍率調整手段の機能を説明する図である。図５は、本発明に係る移動体位置検出システムおよび方法の実施の形態を示すフローチャート図である。図６は、最適倍率の求め方を説明する図であり、（１）は取得画像中の点群を例示する図、（２）は基準特徴量データベース中の対応する点群を例示する図である。図７は、従来の移動体位置検出システムの説明図であり、（１Ａ）は搬送台車の側面図、（１Ｂ）は（１Ａ）の場合の取得画像を例示した図、（２Ａ）は高さが変化した搬送台車の側面図、（２Ｂ）は（２Ａ）の場合の取得画像を例示した図である。

以下に、本発明に係る移動体位置検出システムおよび方法の実施の形態について、ポールスターアルゴリズムを適用して点群の照合を行う場合を例にとり、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

［移動体位置検出システム］
まず、本発明に係る移動体位置検出システムについて説明する。

図１および図２に示すように、本発明に係る移動体位置検出システム１０は、建物内の床面（平面）１２上に配置されたドットパターン１４（点群配置）と、移動体１６に備えられ、移動体１６とともに床面１２上を移動する移動体位置検出装置１８とから構成されている。ここで、移動体１６とは、例えば搬送台車、ロボット、人間等である。ドットパターン１４は、印刷や描画等の手段によって床面１２上にランダムに配置されている。

移動体位置検出装置１８は、移動体１６が位置する床面１２上の領域を撮像する撮像手段２０と、ポールスター特徴量格納手段２２と、ポールスター照合手段２４（検出特徴量算出手段および特徴量照合手段）と、絞り込み手段２６と、撮像手段２０によって撮像した画像に基づいて移動体１６の位置を検出する位置検出手段２８と、倍率調整手段３６とを備える。

撮像手段２０は、ＣＣＤカメラ等の画像取得装置である。撮像手段２０は移動体１６に固定されており、床面１２に対して垂直な撮影軸を有している。この撮像手段２０は移動体１６とともに移動しながら、移動体１６の位置する床面１２上の領域を所定の時間間隔で撮像し、図２の右側に示したような画像を取得する。本実施の形態では、高速度カメラを用いて、例えば１０ｍｓ程度の時間間隔で画像を取得している。また、図１に示すように、ＬＥＤなどの照明３０を用いることで、外乱光の影響の少ない画像を取得することができる。撮像手段２０と床面１２との距離Ｈ（床面１２から撮像手段２０までの高さ）は、予め規定の距離に設定してある。この距離Ｈは数センチメートルとすることが好ましいが、外乱光の影響の少ない画像を取得可能であればこの距離に限るものではない。

ポールスター特徴量格納手段２２は、図３に示すように、移動体１６の検出を行う前に、床面１２上のドットパターン１４におけるすべてのドット３２のポールスター特徴量（基準特徴量）を予め算出し、これをポールスターデータベース３４（基準特徴量データベース）に格納する。

ポールスター照合手段２４は、本発明の検出特徴量算出手段および特徴量照合手段として機能するものであり、図３に示すように、取得画像中の複数のドット３２から所定のドット３２ａを選択し、ドット３２ａや周辺に位置する複数のドット３２ｂ_１〜３２ｂ_５等から得られるポールスター特徴量（検出特徴量）を、予め作成したポールスターデータベース３４と照合する。

ここで、このポールスター照合手段２４は、尤度を設定したポールスター特徴量を用いて、ポールスター照合を行うものである。この尤度は、撮像手段２０により取得した画像中のドットと、このドットに対応するポールスターアルゴリズムのポールスターデータベース３４中のドットとの間の誤差を吸収するためのものである。

絞り込み手段２６は、ポールスター照合手段２４により照合された照合ドット候補から所定の照合ドットに絞り込むためのものである。

位置検出手段２８は、絞り込み手段２６により絞り込んだ所定の照合ドットからなるドットパターンの位置関係に基づいて、移動体１６の床面１２上での現在位置および方向を検出するものである。

倍率調整手段３６は、撮像手段２０と床面１２との距離Ｈが予め設定した規定の距離と異なることによってポールスター照合手段２４での照合が一時的に不能となった場合に、この状態を解消するために以下の機能を発揮するものである。すなわち、距離Ｈが規定の距離と異なる場合、倍率調整手段３６はポールスター照合手段２４で照合に用いる画像中のドットパターンの倍率を、ポールスター照合手段２４によりポールスターデータベース３４と照合可能な倍率に変更調整する。距離Ｈが規定の距離と一致し、ポールスター照合手段２４による照合が可能なときは、倍率調整手段３６は機能しない。なお、距離Ｈが規定の距離と異なる場合とは、例えば移動体１６が搬送台車などにより構成され、荷重積載後などにおいてその車体高さが変化するような場合が挙げられる。

図４は、倍率調整手段３６の機能について説明したものである。図の左側は、撮像手段２０により撮像した取得画像の本来の見え方、すなわち距離Ｈが規定の距離である場合の取得画像の一例である。基準特徴量データベースであるポールスターデータベース３４中には、こうした見え方の倍率の点群配置（ドットパターン）に対応するポールスター特徴量が登録されている。

一方、図の右側の最上部は、距離Ｈが規定の距離と異なる場合の取得画像の一例である。このような取得画像では、距離Ｈが規定の距離と異なるために図の左側の本来の見え方に比べて点群配置が拡大（または縮小）したものとなり、ポールスター照合手段２４による照合ができない（照合不能）。

そこで、図の右側の下方に示すように、取得画像中の点群配置の倍率を少しずつ変化させていくと、図の左側の本来の見え方と照合する倍率が見つかる。照合可能な倍率の中でもより良好な照合となる倍率を最適倍率として求めることが望ましい。この場合、倍率調整手段３６は、ポールスターデータベース３４に格納されたポールスター特徴量に対応するドットパターンと、撮像手段２０による取得画像中の倍率を変更調整したドットパターンとの誤差を最小にする倍率を求め、求めた倍率を最適倍率に設定することができる。こうすることで、距離Ｈが変動した際の照合不良を回避するための最適倍率を比較的簡便な手法で得ることができる。

この後、求めた最適倍率をポールスター照合手段２４で用いる画像中のドットパターンに乗じること等によって、倍率調整手段３６はこのドットパターンの拡縮倍率を最適倍率に変更調整し、最適倍率に変更調整されたドットパターンを含む画像を生成する。生成した画像はポールスター照合手段２４に入力され、ポールスター特徴量を得るための画像として使用されることとなる。

なお、図４においては説明の簡略化のためにポールスターデータベース３４における点群配置と取得画像中の点群配置の配置角度（方向）が倍率変化前から一致しているように描かれているが、実際には配置角度は照合したときにはじめて判明する。

上記構成の動作および作用を説明する。
図５に示すように、移動体位置検出装置１８は、画像取得して画像中の点にラベリングをし（ステップＳ１１）、この画像点群を用いてポールスター照合手段２４で尤度を導入したポールスター照合を行い（ステップＳ１２）、照合床点候補群について絞り込み手段２６で点群相互間距離の組み合わせの照合を行って（ステップＳ１３）、位置検出手段２８で撮像手段２０のカメラ位置・方向の計算をし（ステップＳ１４）、照合率による確認をする（ステップＳ１５）。なお、上記のうちステップＳ１１〜Ｓ１５の具体的な処理内容については、上記の特許文献３に記載の処理内容と同様であるから、詳細な説明は省略する。

ここで、ステップＳ１２のポールスター照合手段２４による照合が不能となった場合には（ステップＳ１６でＮｏ）、移動体位置検出装置１８は距離Ｈが規定の距離から変化していると判定し、倍率調整手段３６による倍率調整の処理を行う（ステップＳ１７）。このステップＳ１７において、取得画像中のドットパターンの倍率を予め設定した所定量（例えば０．１％）だけ増減変化させることによって、拡大または縮小したドットパターンを含む画像を生成し、生成した画像を移動体位置検出装置１８に出力してステップＳ１１に戻る。この後、生成した画像を用いてポールスター照合手段２４による照合を行い（ステップＳ１２）、照合可能（ステップＳ１６でＹｅｓ）となるまでステップＳ１７、Ｓ１１、Ｓ１２の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１２においてポールスター照合手段２４による照合が可能である場合には（ステップＳ１６でＹｅｓ）、ステップＳ１７を経ることなく処理をステップＳ１３に進める。なお、倍率の初期値は等倍（１００％）であり、等倍から倍率を上げると拡大（１００％超過）、倍率を下げると縮小（１００％未満）となる。

このように、撮像手段２０と床面１２間の距離Ｈが変化することにより一時的にポールスターデータベース３４との照合不能状態が生じたとしても、倍率調整手段３６によって、取得画像中のドットパターンの倍率は照合可能な倍率に適宜変更調整される。このため、本発明によれば、距離センサを利用したりカメラの設置箇所を限定しなくても、照合不良を起こさずに適正に位置検出が可能である。したがって、照合不良を起こし難くした低コストで汎用性に優れた移動体位置検出システムを提供することができる。

（最適倍率を求める方法の一例）
次に、上述した倍率調整手段３６による最適倍率を求める方法の一例について説明する。

この方法は、図６（１）に例示するように、撮像手段２０により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンを構成している各ドットと、図６（２）に例示するように、基準特徴量データベースであるポールスターデータベース３４に格納されたポールスター特徴量に対応するドットパターンを構成している各ドットとをそれぞれ対応付けして以下の処理を行うものである。ここで、図６（１）のドット（ｉ）は図６（２）のドット（ｉ’）に対応し、図６（１）のドット（ｊ）は図６（２）のドット（ｊ’）に対応する。そして、倍率を変更調整したドットパターンにおける各ドット（ｉ）とその周辺に位置する他のドット（ｊ）との距離Ｌｉｊと、ポールスターデータベース３４のドットパターンにおける各ドット（ｉ’）とその周辺に位置する他のドット（ｊ’）との距離Ｌｉ’ｊ’との比（Ｌｉｊ／Ｌｉ’ｊ’）を対応付けした各ドットごとに求め、求めた距離の比から１を差し引いた値の絶対値を対応付けした各ドットについて合算し、合算した値をドット（ｉ）、ドット（ｊ）の組みの数（組数）で除算した値が最小となるときの倍率（平均倍率）を最適倍率とするものである。

より具体的には、倍率を少しずつ変化させてポールスター照合手段２４で照合させる中で、対応付けした各ドットの距離の比−１の絶対値の和Ａを下記の式（１）により計算し、Ａの値が最小となるときの倍率を最適倍率とする。ここで、式（１）において、ｉ、ｊは照合できた点の全ての組み合わせ、ｉ’、ｊ’はそれぞれｉ、ｊに対応する点を意味し、ｎはｉ、ｊの組数である。このようにすれば、距離変動の際の照合不良を回避するための最適倍率を解析的な手法で簡便に得ることができる。

なお、上記の実施の形態においては、ポールスターアルゴリズムを適用して点群の照合を行う場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではなく、上記の特許文献１、２に示すようなポールスターアルゴリズムを用いない移動体位置検出システムに適用することも可能である。

［移動体位置検出方法］
次に、本発明に係る移動体位置検出方法について説明する。
本発明に係る移動体位置検出方法は、床面（平面）上を移動する移動体の位置を検出する移動体位置検出方法であって、上記の移動体位置検出システム１０を用いて実施可能なものである。すなわち、床面１２上における移動体１６の現在位置を検出する際において、撮像手段２０と床面１２との距離Ｈが予め設定した規定の距離と異なる場合に、ポールスター照合手段２４で用いる画像中のドットパターンの倍率を、ポールスターデータベース３４と照合可能な倍率に変更調整するものである。この倍率の変更調整の方法は、上記の移動体位置検出システム１０で説明した倍率調整手段３６の機能を実現するための方法と同様である。

本発明の移動体位置検出方法によれば、撮像手段２０と床面１２間の距離Ｈが変化することにより一時的にポールスターデータベース３４との照合不能状態が生じたとしても、取得画像中のドットパターンの倍率は照合可能な倍率に適宜変更調整される。このため、距離センサを利用したりカメラの設置箇所を限定しなくても、照合不良を起こさずに適正に位置検出が可能である。したがって、照合不良を起こし難くした低コストで汎用性に優れた移動体位置検出方法を提供することができる。

以上説明したように、本発明に係る移動体位置検出システムによれば、平面上を移動する移動体の位置を検出する移動体位置検出システムであって、前記平面上に配置された複数のドットからなるドットパターンと、前記移動体に備えられ、前記移動体が位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出する検出特徴量算出手段と、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択する特徴量照合手段と、前記特徴量照合手段により選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記移動体の現在位置を検出する位置検出手段と、前記撮像手段と前記平面との距離が予め設定した規定の距離と異なる場合に、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、前記特徴量照合手段により前記基準特徴量データベースと照合可能な倍率に変更調整する倍率調整手段とを備えるので、仮に撮像手段（カメラ）と平面（床）間の距離が変化することにより一時的に基準特徴量データベースとの照合不能状態が生じたとしても、倍率調整手段によって、取得画像中のドットパターンの倍率は照合可能な倍率に適宜変更調整される。このため、距離センサを利用したりカメラの設置箇所を限定しなくても、照合不良を起こさずに適正に位置検出が可能である。したがって、カメラと床間の距離が変動する際の照合不良を起こし難くした低コストで汎用性に優れた移動体位置検出システムを提供することができる。

また、本発明に係る他の移動体位置検出システムによれば、前記倍率調整手段は、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンと、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンとの誤差を最小にする最適倍率を求め、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、求めた最適倍率に変更調整するので、距離変動の際の照合不良を回避するための最適倍率を比較的簡便な手法で得ることができる。

また、本発明に係る他の移動体位置検出システムによれば、前記倍率調整手段は、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンを構成している各ドットと、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンを構成している各ドットとをそれぞれ対応付けし、倍率を変更調整した前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離と、前記基準特徴量データベースの前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離との比を対応付けした各ドットごとに求め、求めた距離の比から１を差し引いた値の絶対値を対応付けした各ドットについて合算し、合算した値を対応付けした組数で除算した値が最小となるときの倍率を最適倍率とするので、距離変動の際の照合不良を回避するための最適倍率を解析的な手法で簡便に得ることができる。

また、本発明に係る移動体位置検出方法によれば、平面上を移動する移動体の位置を検出する移動体位置検出方法であって、前記平面上には複数のドットからなるドットパターンが配置され、前記移動体には前記移動体が位置する平面上の領域を撮像する撮像手段が備えられ、前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出し、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択し、選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記移動体の現在位置を検出する際において、前記撮像手段と前記平面との距離が予め設定した規定の距離と異なる場合に、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、前記基準特徴量データベースと照合可能な倍率に変更調整するので、仮に撮像手段（カメラ）と平面（床）間の距離が変化することにより一時的に基準特徴量データベースとの照合不能状態が生じたとしても、取得画像中のドットパターンの倍率は照合可能な倍率に適宜変更調整される。このため、距離センサを利用したりカメラの設置箇所を限定しなくても、照合不良を起こさずに適正に位置検出が可能である。したがって、カメラと床間の距離が変動する際の照合不良を起こし難くした低コストで汎用性に優れた移動体位置検出方法を提供することができる。

また、本発明に係る他の移動体位置検出方法によれば、前記撮像手段と前記平面との距離が予め設定した規定の距離と異なる場合に、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンと、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンとの誤差を最小にする最適倍率を求め、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、求めた最適倍率に変更調整するので、距離変動の際の照合不良を回避するための最適倍率を比較的簡便な手法で得ることができる。

また、本発明に係る他の移動体位置検出方法によれば、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンを構成している各ドットと、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンを構成している各ドットとをそれぞれ対応付けし、倍率を変更調整した前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離と、前記基準特徴量データベースの前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離との比を対応付けした各ドットごとに求め、求めた距離の比から１を差し引いた値の絶対値を対応付けした各ドットについて合算し、合算した値を対応付けした組数で除算した値が最小となるときの倍率を最適倍率とするので、距離変動の際の照合不良を回避するための最適倍率を解析的な手法で簡便に得ることができる。

以上のように、本発明に係る移動体位置検出システムおよび方法は、ランダムな点群模様が描画してある床面を利用し、この床面上に配置した移動体に備わるカメラから直下の床面を撮像して取得画像中の点群配置を解析することにより移動体の位置を検出するシステムおよび方法に有用であり、特に、カメラと床間の距離が変動する際の照合不良を起こし難くするのに適している。

１０移動体位置検出システム
１２床面（平面）
１４ドットパターン（点群配置）
１６移動体
１８移動体位置検出装置
２０撮像手段
２２ポールスター特徴量格納手段
２４ポールスター照合手段（検出特徴量算出手段、特徴量照合手段）
２６絞り込み手段
２８位置検出手段
３０照明
３２ドット
３４ポールスターデータベース（基準特徴量データベース）
３６倍率調整手段

Claims

平面上を移動する移動体の位置を検出する移動体位置検出システムであって、
前記平面上に配置された複数のドットからなるドットパターンと、
前記移動体に備えられ、前記移動体が位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出する検出特徴量算出手段と、
前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択する特徴量照合手段と、
前記特徴量照合手段により選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記移動体の現在位置を検出する位置検出手段と、
前記撮像手段と前記平面との距離が予め設定した規定の距離と異なる場合に、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、前記特徴量照合手段により前記基準特徴量データベースと照合可能な倍率に変更調整する倍率調整手段と
を備えることを特徴とする移動体位置検出システム。
前記倍率調整手段は、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンと、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンとの誤差を最小にする最適倍率を求め、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、求めた最適倍率に変更調整することを特徴とする請求項１に記載の移動体位置検出システム。
前記倍率調整手段は、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンを構成している各ドットと、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンを構成している各ドットとをそれぞれ対応付けし、倍率を変更調整した前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離と、前記基準特徴量データベースの前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離との比を対応付けした各ドットごとに求め、求めた距離の比から１を差し引いた値の絶対値を対応付けした各ドットについて合算し、合算した値を対応付けした組数で除算した値が最小となるときの倍率を最適倍率とすることを特徴とする請求項２に記載の移動体位置検出システム。
平面上を移動する移動体の位置を検出する移動体位置検出方法であって、
前記平面上には複数のドットからなるドットパターンが配置され、
前記移動体には前記移動体が位置する平面上の領域を撮像する撮像手段が備えられ、
前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出し、
前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択し、
選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記移動体の現在位置を検出する際において、
前記撮像手段と前記平面との距離が予め設定した規定の距離と異なる場合に、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、前記基準特徴量データベースと照合可能な倍率に変更調整することを特徴とする移動体位置検出方法。
前記撮像手段と前記平面との距離が予め設定した規定の距離と異なる場合に、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンと、前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンとの誤差を最小にする最適倍率を求め、前記検出特徴量算出手段で用いる画像中のドットパターンの倍率を、求めた最適倍率に変更調整することを特徴とする請求項４に記載の移動体位置検出方法。
前記撮像手段により取得した画像中の倍率を変更調整したドットパターンを構成している各ドットと、前記基準特徴量データベースに格納された前記基準特徴量に対応するドットパターンを構成している各ドットとをそれぞれ対応付けし、倍率を変更調整した前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離と、前記基準特徴量データベースの前記ドットパターンにおける各ドットとその周辺に位置する他のドットとの距離との比を対応付けした各ドットごとに求め、求めた距離の比から１を差し引いた値の絶対値を対応付けした各ドットについて合算し、合算した値を対応付けした組数で除算した値が最小となるときの倍率を最適倍率とすることを特徴とする請求項５に記載の移動体位置検出方法。