JP2016136099A

JP2016136099A - 測位システム及び測位方法

Info

Publication number: JP2016136099A
Application number: JP2015011137A
Authority: JP
Inventors: 章裕酒井; Akihiro Sakai
Original assignee: Sato Holdings Corp
Current assignee: Sato Holdings Corp
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2016-07-28

Abstract

【課題】ＧＰＳによらない高精度の測位を実現する。
【解決手段】測位システム１は、位置が既知、かつ、直列に配置される複数のセルの色の遷移によって特定の情報を表現するマーカー９が様々な場所に設置された環境において自位置を測位する。測位システム１は、カメラ４によって自位置から自位置の周辺を撮像し、撮像された画像に含まれる多数のマーカー９を全て読み取り、多数のマーカー９各々の位置及び自位置からの距離を用いて自位置を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自位置を測位する技術に関する。

屋外では衛星測位システム（ＧＰＳ）による測位が主流であり、ジャイロ、順天頂衛星測位等を組み合わせることで高精度測位を実現している。

これに対し、ＧＰＳを利用できない屋内に関しては、測位技術は未だ開発途上にあり、無線ＬＡＮ、Bluetooth（登録商標）等の電波強度を用いる方法、カメラによって撮像された周辺の画像から位置を算出する方法等、様々な測位方法が提案されている。

例えば、特許文献１は、位置が既知のマーカーをカメラで撮像し、撮像画像中のマーカー画像に基づきマーカーの方向及びマーカーまでの距離を算出し、マーカーの位置とこれら算出された情報とに基づき自位置を算出する測位方法を開示している。

特開２０１２−１５９５０６公報

しかしながら、一般的には、電波強度を利用した測位方法では、電波を発する発信器を複数設置する必要があり、導入コストが高い。また、屋内では、発信器から発せられた電波の反射及び吸収が起こるので、測位精度が低下する。

また、マーカーを利用した測位方法は、導入コストが低いものの、マーカー画像から算出されるマーカーの方向及びマーカーまでの距離に含まれる誤差が大きく、高い測位精度を実現するのが難しい。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、ＧＰＳによらない高精度の測位を実現することを目的とする。

本発明のある態様によれば、位置が既知、かつ、直列に配置される複数のセルの色の遷移によって特定の情報を表現するマーカーが様々な場所に設置された環境において自位置を測位する測位システムであって、前記自位置から前記自位置の周辺を撮像するカメラを備え、前記カメラによって撮像された画像に含まれる多数のマーカーを全て読み取り、前記多数のマーカー各々の前記環境における位置及び前記自位置からの距離を用いて前記自位置を算出する、ように構成される測位システムが提供される。

また、これに対応する測位方法が提供される。

カラービット（登録商標）等の色の遷移によって特定の情報を表現するマーカーは、従来のバーコード、二次元コード等と比べて歪み、ぼけに強いので、一枚の撮像画像からの一括読み取りが可能である。上記態様では、この特性を利用し、撮像画像に含まれる多数のマーカー全てを使って自位置を算出するようにしたので、従来のマーカーを利用した測位と比較して高精度の測位を実現することができる。

本発明の実施形態に係る測位システムの全体構成図である。マーカーの一例を示した図である。各マーカーに割り当てられたＩＤと各マーカーの建物内の位置とを関連づけるマーカー位置テーブルの一例である。カメラによって撮像された画像の一例である。撮像画像から抽出されたマーカーの一例である。自位置の測位手順を示したフローチャートである。三点測位の説明図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る測位システム１の全体構成を示している。測位システム１は、建物内における作業者２の位置（以下、自位置）を測位するためのシステムである。

建物は、本実施形態では商品を格納する収納棚３を多数有する倉庫である。収納棚３に格納される物品は商品に限定されず、部品、書籍、書類、郵送物、薬品等であってもよい。建物は倉庫に限定されず、店舗、工場、書庫、貯蔵庫等であってもよい。

測位システム１は、作業者２が携帯するカメラ４及びクライアント５と、クライアント５と無線ＬＡＮ６を介して通信可能に接続されるサーバ７と、サーバ７に接続されるハードディスク等の記憶装置８とで構成される。

建物内には少なくとも数十〜数百個の収納棚３が様々な場所に設置されており、収納棚３それぞれにマーカー９が貼り付けられている。各マーカー９には収納棚３を識別するために異なるＩＤが割り当てられている。

マーカー９は、図２に示すように、直列に配置される複数のセル９ｓの色の遷移、例えば、赤、青、緑の並びによって特定の情報を表現する矩形のマーカーである。マーカー９は、例えば、カラービット（登録商標）である。

マーカー９は、一枚の撮像画像に多数含まれていても一括で読み取ることが可能である。これは、マーカー９は色の遷移さえ判別できれば読み取ることができ、撮像画像中のマーカー画像が歪んだりぼけたりしていてもその影響を受けにくいからである。

これに対し、白黒ストライプの幅によって情報を表現するバーコード、白色セルと黒色セルの配置によって情報を表現する二次元コードは、マーカー画像が歪んだりぼけたりすると正しく読み取ることができない。このため、バーコード及び二次元コードは、本実施形態のような一括読み取りが必要とされる用途には適さない。

また、各マーカー９の建物内の位置（Ｘ座標及びＹ座標）は既知であり、各マーカー９に割り当てられたＩＤと各マーカー９の建物内の位置とを関連づけるマーカー位置テーブル１０（図３）が記憶装置８に格納されている。

カメラ４は、作業者２の周辺を撮像するＣＣＤカメラである。カメラ４は、ディスプレイ１１と共に、又は、ディスプレイ１１と一体化された状態で作業者２の頭部に装着され、作業者２の前方の風景を撮像する。なお、カメラ４は自位置から撮像するものであればよく、撮像方向は必ずしも作業者２の前方である必要はない。

カメラ４は、ケーブル、Bluetooth（登録商標）等によってクライアント５と接続されており、撮像画像をクライアント５に送信する。

図４Ａはカメラ４によって撮像された画像の一例である。建物内には少なくとも数十〜数百個のマーカー９が様々な場所に配置されるので、図４Ａに示すように撮像画像には常に多数のマーカー９の画像が含まれる。なお、図中の参照符号及び引き出し線は説明用に付けたものであり、撮像画像には含まれない。

図１に戻り、クライアント５は、ＣＰＵ、メモリ、無線ＬＡＮ６に接続するための送受信機等を備えた小型のコンピュータ装置である。クライアント５は、カメラ４から受信した撮像画像を無線ＬＡＮ６を介してサーバ７に送信する。なお、クライアント５はカメラ４やディスプレイ１１と一体化されていてもよい。

サーバ７は、ＣＰＵ、メモリ、無線ＬＡＮ６に接続するための送受信機等を備えるコンピュータ装置である。サーバ７に接続される記憶装置８は例えばハードディスクである。サーバ７は、クライアント５から撮像画像を受信すると、受信した撮像画像から撮像画像に含まれる多数のマーカー９の画像を抽出する。図４Ｂは撮像画像から抽出された多数のマーカー９の画像の一例である。

サーバ７は、抽出された画像から撮像画像に含まれる多数のマーカー９各々のＩＤを読み取る。そして、サーバ７は、読み取ったＩＤを検索キーとして図３に示すマーカー位置テーブル１０から撮像画像に含まれる多数のマーカー９各々の位置を検索するとともに、多数のマーカー９各々の画像の撮像画像における大きさに基づき自位置からの距離を算出し、これらの情報全てを用いて自位置を算出する。

理論上は三個のマーカー９の位置及び自位置からの距離が分かれば三点測位によって自位置を算出することが可能である。しかしながら、本実施形態のように、マーカー９が一括読み取り可能なマーカーであることを利用し、撮像画像から抽出される多数のマーカー９各々の位置及自位置からの距離を用いて自位置を算出するようにすれば、従来にはない高精度な測位を実現することができる。

算出された自位置は、サーバ７から無線ＬＡＮ６を介してクライアント５に送信される。クライアント５は受信した自位置に基づき、ディスプレイ１１に自位置及び自位置から特定の商品が格納されている収納棚３までのナビゲーション情報等を表示する。

図５は自位置の測位手順を示したフローチャートである。これを参照しながら自位置の測位手順について詳しく説明する。本実施形態においては、ステップＳ１の実行主体はカメラ４であり、ステップＳ２以降の実行主体はサーバ７である。

自位置を測位するにあたっては、まず、カメラ４によって作業者２の周辺、この例では、前方の風景が撮像される（ステップＳ１）。建物内には多数のマーカー９が様々な位置に設置されているので、撮像画像には多数のマーカー９が含まれることになる（図４Ａ参照）。撮像画像はクライアント５に送信され、さらに無線ＬＡＮ６を介してサーバ７に送信される。

次に、画像認識技術を利用して撮像画像に含まれる多数のマーカー９の画像全てが抽出される（ステップＳ２）。図４Ｂは図４Ａに示した画像から抽出されたマーカー９の画像の一例である。なお、抽出時には各マーカー９の画像の四隅の撮像画像における座標も併せて抽出される。

次に、多数のマーカー９各々の画像から所定の認識アルゴリズムによってこれらに割り当てられているＩＤが読み取られる（ステップＳ３）。マーカー９は一括読み取りに適したマーカーであるので、全てのマーカー９のＩＤを読み取ることが可能である。

次に、ステップＳ３で読み取られたＩＤを検索キーとして、撮像画像に含まれる多数のマーカー９各々の建物内の位置（Ｘ座標及びＹ座標）が図３に示すマーカー位置テーブル１０から検索される（ステップＳ４）。

次に、撮像画像に含まれる各マーカー９の画像の大きさから各マーカー９とカメラ４との距離、すなわち各マーカー９の自位置からの距離が算出される（ステップＳ５）。自位置から遠いマーカー９ほど小さく撮像されるので、各マーカー９の画像の大きさから、具体的には、各マーカー９の画像の四隅の撮像画像における座標から各マーカー９の画像の四辺の長さを算出し、これに基づき各マーカー９の自位置からの距離を算出することができる。

次に、撮像画像に含まれる多数のマーカー９から任意の三個のマーカー９が選択される（ステップＳ６）。そして、選択された三個のマーカー９の建物内の位置と、三個のマーカー９各々の自位置からの距離とに基づき、三点測位により建物内における自位置候補が算出される（ステップＳ７）。

図６は三点測位の説明図である。位置が既知の三点Ｐ１〜Ｐ３とこれらの自位置からの距離Ｒ１〜Ｒ３が分かれば、三点Ｐ１〜Ｐ３それぞれを中心として距離Ｒ１〜Ｒ３を半径とする円を描き、これら３つの円が交叉する点の座標を算出することによって、自位置候補を算出することができる。

このようにして自位置候補が算出されたら、撮像画像に含まれる多数のマーカー９から三個のマーカー９を選択する場合の全ての組み合わせについて自位置候補が算出されたか判断され、全ての組み合わせについて自位置候補が算出されるまでステップＳ６−Ｓ７の処理が繰り返される（ステップＳ８）。これにより、撮像画像に含まれるマーカー９の個数をｍ個とすると、ステップＳ６−Ｓ７の処理が_ｍＣ_３回繰り返され、結果として_ｍＣ_３個の自位置候補が算出される。

全ての組み合わせについて自位置候補が算出されると処理がステップＳ９に進み、算出された_ｍＣ_３個の自位置候補を用いて自位置が算出される。自位置は、例えば、各自位置候補との距離が小さくなる位置を最小二乗法によって算出する方法、各自位置候補のＸ座標及びＹ座標の平均値を自位置のＸ座標及びＹ座標として算出する方法等によって算出することができる。

したがって、上記自位置の測位手順によれば、カメラ４によって自位置から自位置の周辺を撮像し、撮像された画像に含まれる多数のマーカー９を全て認識し、多数のマーカー９各々の建物における位置及び自位置からの距離を用いて自位置が算出される。これにより、ＧＰＳによらずに、従来のマーカーを利用した測位よりも高精度の測位を実現することができる。このような測位は、一枚の撮像画像に多数含まれていても一括読み取り可能なマーカー９を利用して初めて実現されるものである。

また、環境内に既に配置されているマーカーがセルの色の遷移によって特定の情報を表現するマーカーであれば、これらを測位に利用するマーカー９としてそのまま利用することができ、これによって、コストを掛けることなく高精度の測位を実現することができる。

なお、高精度測位が実現されるためにはステップＳ９で自位置を算出するのに用いる自位置候補が複数個存在することが必要であるので、撮像画像からは少なくとも４個のマーカー９が認識される必要がある。すなわち、ステップＳ２における「多数」とは、４個以上の意味である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、各マーカー９の画像の四隅の撮像画像における座標からは、カメラ４の正面から左右にずれた位置にあるマーカー９ほど歪んだ形状で撮像されることを利用して、自位置からみて各マーカー９がある方向を算出することが可能である。

したがって、サーバ７の処理能力に余裕がある場合は、自位置からみて各マーカー９がある方向も演算し、この情報を各マーカー９の位置及び自位置からの距離に組み合わせて自位置を測位するようにしてもよく、これによってさらに高精度の測位を実現することができる。

また、本実施形態では、図５のステップＳ２以降の実行主体を全てサーバ７としているが、クライアント５の処理能力に余裕がある場合は、ステップＳ２以降の幾つかの実行主体をクライアント５として負荷を分散するようにしてもよい。あるいは、ステップＳ２以降の処理を全てクライアント５とするとともに、クライアント５の記憶装置（不図示）に図３に示すマーカー位置テーブル１０を格納するようにし、測位システム１をスタンドアローン構成としてもよい。

また、測位システム１が測位を行う環境は屋内に限定されず、屋外であってもよい。

１測位システム
２作業者
３収納棚
４カメラ
５クライアント
６無線ＬＡＮ
７サーバ
８記憶装置
９マーカー
９ｓセル
１０マーカー位置テーブル
１１ディスプレイ

Claims

位置が既知、かつ、直列に配置される複数のセルの色の遷移によって特定の情報を表現するマーカーが様々な場所に設置された環境において自位置を測位する測位システムであって、
前記自位置から前記自位置の周辺を撮像するカメラを備え、
前記カメラによって撮像された画像に含まれる多数のマーカーを全て読み取り、前記多数のマーカー各々の前記環境における位置及び前記自位置からの距離を用いて前記自位置を算出する、
ように構成されることを特徴とする測位システム。
請求項１に記載の測位システムであって、
前記環境における全マーカーの位置を格納した記憶装置をさらに備え、
前記多数のマーカー各々の前記環境における位置を前記記憶装置から検索し、
前記多数のマーカー各々の前記自位置からの距離を、前記多数のマーカー各々の画像の前記撮像された画像における大きさに基づいて算出する、
ように構成されることを特徴とする測位システム。
請求項１又は２に記載の測位システムであって、
前記環境は、物品の格納場所を様々な場所に有する建物の内部であり、
前記マーカーは、前記様々な場所の格納場所それぞれに貼り付けられるマーカーである、
ことを特徴とする測位システム。
請求項１から３のいずれかに記載の測位システムであって、
前記多数のマーカー各々の画像の前記撮像された画像における座標に基づき前記自位置からみた前記多数のマーカー各々がある方向を算出し、
前記多数のマーカー各々の前記環境における位置、前記自位置からの距離及び前記自位置からみた方向を用いて前記自位置を算出する、
ように構成されることを特徴とする測位システム。
位置が既知、かつ、直列に配置される複数のセルの色の遷移によって特定の情報を表現するマーカーが様々な場所に設置された環境において自位置を測位する測位方法であって、
前記自位置から前記自位置の周辺を撮像し、
撮像された画像に含まれる多数のマーカーを全て読み取り、
前記多数のマーカー各々の前記環境における位置及び前記自位置からの距離を用いて前記自位置を算出する、
ことを特徴とする測位方法。
請求項５に記載の測位方法であって、
前記多数のマーカー各々の前記環境における位置を、前記環境における全マーカーの位置を格納した記憶装置から検索し、
前記多数のマーカー各々の前記自位置からの距離を、前記多数のマーカー各々の画像の前記撮像された画像における大きさに基づいて算出する、
ことを特徴とする測位方法。
請求項５又は６に記載の測位方法であって、
前記環境は、物品の格納場所を様々な場所に有する建物の内部であり、
前記マーカーは、前記様々な場所の格納場所それぞれに貼り付けられるマーカーである、
ことを特徴とする測位方法。
請求項５から７のいずれかに記載の測位方法であって、
前記多数のマーカー各々の画像の前記撮像された画像における座標に基づき前記自位置からみた前記多数のマーカー各々がある方向を算出し、
前記多数のマーカー各々の前記環境における位置、前記自位置からの距離及び前記自位置からみた方向を用いて前記自位置を算出する、
ことを特徴とする測位方法。