JP2019045381A - 空間認識装置、空間認識方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】静止構造物が同じパターンで数多く並んでいるような空間内に多様な物体が載置される際に、移動体の位置やその位置の近傍に載置される荷物を容易に低コストに認識できる空間認識装置、空間認識方法、プログラムを提供する。
【解決手段】空間認識装置１は、検出範囲に位置する静止構造物に設けられた反射板Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に光を照射しその反射光を受光する移動体に取り付けられた光学装置から光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得し、検出範囲の各座標における反射光から得られる情報の分布に基づいて反射板が設けられた静止構造物と移動体との位置関係を少なくとも判定する解析部と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、空間認識装置、空間認識方法、プログラムに関する。

ある空間内を移動する移動体の位置を認識するために、照射した光の反射光を解析する技術が特許文献１、特許文献２に開示されている。

特開平７−１５２４３４号公報 特開２００２−１８８９１８号公報

静止構造物が同じパターンで数多く並んでいるような空間内に多様な物体が載置される際に、移動体の位置やその位置の近傍に載置される荷物を容易に低コストに認識できる技術が必要となっている。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる空間認識装置、空間認識方法、プログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、空間認識装置は、検出範囲に位置する静止構造物に設けられた反射板に光を照射しその反射光を受光する移動体に取り付けられた光学装置から前記光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得し、前記検出範囲の各座標における前記反射光から得られる情報の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記静止構造物と移動体との位置関係を少なくとも判定する解析部と、を備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様によれば、空間認識方法は、空間認識装置が、検出範囲に位置する静止構造物に設けられた反射板に光を照射しその反射光を受光する移動体に取り付けられた光学装置から前記光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得し、前記検出範囲の各座標における前記反射光から得られる情報の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記静止構造物と移動体との位置関係を少なくとも判定することを特徴とする。

本発明の第３の態様によれば、プログラムは、空間認識装置のコンピュータを、検出範囲に位置する静止構造物に設けられた反射板に光を照射しその反射光を受光する移動体に取り付けられた光学装置から前記光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得し、前記検出範囲の各座標における前記反射光から得られる情報の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記静止構造物と移動体との位置関係を少なくとも判定する解析手段、として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、静止構造物が同じパターンで数多く並び多様な物体が載置される空間において、空間認識装置が移動体の現在位置やその位置の近傍に載置される物体を容易に認識することができる。

本発明の一実施形態による空間認識システムの概要を示す図である。 本発明の一実施形態による空間認識装置のハードウェア構成を示す図である。 本発明の一実施形態による空間認識装置の機能ブロックを示す図である。 本発明の一実施形態による空間認識装置の処理フローを示す図である。 本発明の一実施形態によるセンシング情報の具体例を示す図である。 本発明の一実施形態によるフォークリフトの位置する座標の算出概要を示す図である。 本発明の一実施形態による反射板の第一の他の例を示す図である。 本発明の一実施形態による反射板の第二の他の例を示す図である。 本発明の一実施形態による空間認識装置の最小構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態による空間認識装置を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による空間認識装置を備えたフォークリフトを含む空間認識システムの概要を示す図である。
図１で示すフォークリフト１０は、多様な荷物が載置され静止構造物が同じパターンで数多く並んでいるような空間内を移動する移動体の一例である。フォークリフト１０はフォークリフト１０の移動できる空間に載置されるコンテナ等の荷物を運搬する。フォークリフト１０は一例として、空間認識装置１、レーダ装置１１、地上通信アンテナ１２、衛星アンテナ１３などを備える。

空間内に配置される静止構造物は例えば柱や壁などである。図１は角柱状や円柱状の柱に反射板Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が取り付けられている様子を示している。反射板Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を総称して反射板Ｒと呼ぶこととする。フォークリフト１０に取り付けられた光学装置の一つであるレーダ装置１１は、空間認識装置１の制御に基づいて空間内の検出範囲に光を照射し、その光の反射光を受光する。反射板Ｒにおいて反射しレーダ装置１１で受光した反射光の受光強度は、反射板Ｒ以外の位置で反射してレーダ装置１１で受光した反射光の受光強度に比べて強い。レーダ装置１１は反射光から得られる受光強度などの情報を空間認識装置１へ出力する。レーダ装置１１は反射光に基づいて算出した各反射位置までの距離の情報も空間認識装置１へ出力する。

レーダ装置１１は検出範囲の像面を細かく分割した各ピクセルに対応する各反射位置それぞれに対して光を照射し、その反射位置から反射した反射光から得られる受光強度や距離の情報を空間認識装置１へ出力する。空間認識装置１は、光の反射位置に応じた反射光から得られる受光強度や距離等の情報をレーダ装置１１から取得し、その情報の分布に基づいて反射板Ｒが設けられた静止構造物や移動体の位置を少なくとも判定する。空間認識装置１は、反射板Ｒと推定される範囲における反射光の情報の分布に基づいて、反射板Ｒが設けられた静止構造物の識別情報を解析してもよい。また、空間認識装置１は、反射板Ｒに設けられた凹凸の分布を解析して、反射板Ｒが設けられた静止構造物の識別情報を解析してもよい。空間認識装置１は、静止構造物の位置に基づいて移動体の位置を解析してもよい。

図２は同実施形態による空間認識装置のハードウェア構成を示す図である。
空間認識装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＩＦ（Interface）２０２、通信モジュール２０３、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０５、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２０６などの構成を備えている。通信モジュール２０３は地上通信アンテナ１２や衛星アンテナ１３を介した信号の送受信を行う。ＩＦ２０２は、例えば空間認識装置１に設けられたタッチパネルディスプレイ等に接続されている。

図３は同実施形態による空間認識装置の機能ブロックを示す図である。
空間認識装置１は制御部１０１、解析部１０２、車両情報取得部１０３、表示部１０４、記録部１０５の各機能部を備える。
制御部１０１は、空間認識装置１に備わる各機能を制御する。
解析部１０２は、検出範囲に位置する静止構造物に設けられた反射板Ｒに光を照射しその反射光を受光するレーダ装置１１から光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得する。解析部１０２は、レーダ装置１１の検出範囲の各座標における反射光から得られる情報の分布に基づいて反射板Ｒが設けられた静止構造物と移動体との位置関係を少なくとも判定する。
車両情報取得部１０３は空間認識装置１が備わるフォークリフト１０のＩＤ等を取得する。
表示部１０４は空間認識装置１に設けられたモニタ等に警告情報や位置情報などの表示情報を出力する。
記録部１０５は解析部１０２の解析結果等の情報をＲＯＭ２０４やＲＡＭ２０５等の記憶部に記録する。

図４は空間認識装置の処理フローを示す図である。
次に空間認識装置の処理フローについて順を追って説明する。
フォークリフト１０を操作するユーザは空間認識装置１を制御して、一例としてはフォークリフト１０の現在位置と近傍に載置されるコンテナ等の物体の種別を検出するものである。ユーザは処理開始の指示を空間認識装置１に与える。すると空間認識装置１の制御部１０１はレーダ装置１１に処理開始を指示する。レーダ装置１１は自装置の検出範囲の各方向に光を照射し、反射位置からの反射光を受光する。レーダ装置１１は一例としては検出範囲に含まれる各物体から反射した反射光の強度を、その光の照射方向毎に検出するものであってよい。レーダ装置１１は１秒や数ミリ秒など所定の間隔毎に、検出範囲の各方向に照射した光の反射光の強度を空間認識装置１へ出力する。フォークリフト１０が移動することによりレーダ装置１１の検出範囲も変動する。制御部１０１は所定の間隔毎に、レーダ装置１１から受信した検出範囲内の各光照射方向に対応する反射光の受光強度や、その反射光の反射位置までの距離を含むセンシング情報を生成する（ステップＳ１０１）。制御部１０１はセンシング情報を解析部１０２へ出力する。センシング情報には検出範囲の像面を細かく分割した各ピクセルを示す情報と、それら各ピクセルに対応する各反射位置からの反射光の受光強度と、各ピクセルに対応する反射位置までの距離とが少なくとも含まれる。

図５はセンシング情報の具体例を示す図である。
解析部１０２は検出範囲のセンシング情報を受信すると、センシング情報から受光量などの反射光強度が所定の値以上となる高強度範囲Ａ２のデータ群を取り出す。高強度範囲Ａ２のデータ群は、一例としては図５で示すような検出範囲Ａ１内において反射光の強度（受光量）が高い高強度範囲Ａ２に対応する反射位置からの反射光の受光強度を示す。図５で示す高強度範囲Ａ２のデータ群は、当該範囲Ａ２において縦方向１３行、横方向１７列の分割された各ピクセルの光の照射方向に対応する反射光の強度を一例として示している。解析部１０２は高強度範囲Ａ２の各ピクセルの行方向に順次、反射光強度が閾値以上かを判定し、反射高強度が閾値以上のピクセルを特定する。解析部１０２はその反射光強度が閾値以上のピクセルの特定処理を、高強度範囲Ａ２の各行について行う。解析部１０２は反射光強度が閾値以上のピクセル群の範囲を、解析対象の反射板Ｒの範囲と判定する（ステップＳ１０２）。

解析部１０２が検出した反射板Ｒと推定される高強度範囲Ａ２のピクセルの列方向や行方向の範囲が所定のピクセル数未満である場合には、ほぼ反射板Ｒの範囲が点として認識されるような反射板Ｒから遠い位置にレーダ装置１１を備えたフォークリフト１０が位置すると判定できる。また解析部１０２が検出した反射板Ｒと推定される高強度範囲Ａ２のピクセルの列方向や行方向の範囲が検出範囲Ａ１全体を覆うようなあるピクセル数以上である場合には、反射板Ｒにかなり近い位置にフォークリフト１０が位置すると判定できる。解析部１０２は一例としては、反射板Ｒが点として認識されるような反射板Ｒから遠い位置にフォークリフト１０が位置する場合、その反射板Ｒを解析対象から除くようにしてよい。解析部１０２は解析対象の反射板Ｒの範囲と判定した高強度範囲Ａ２内の各ピクセル番号やそれぞれのピクセルの反射光強度を含む反射板データを生成する（ステップＳ１０３）。

解析部１０２は反射板データをセンシング情報内から生成した場合、その反射板データが示す反射板Ｒの範囲の中央部分の高さを算出する（ステップＳ１０４）。例えば解析部１０２はレーダ装置１１の取り付けられている高さＨ１と、反射板Ｒの中央部分の反射光を受信した場合の光照射方向の角度θと、その光の照射時刻から受光時刻までの時間に基づいて算出した反射板Ｒの中央部分までの距離Ｘとに基づいて、反射板Ｒの中央部分の高さＨ２を、Ｈ２＝Ｈ１＋Ｘｓｉｎθにより算出することができる。

反射板Ｒは例えば静止構造物である柱や壁それぞれにおいて高さＨ２の異なる位置に設けられている。解析部１０２はレーダ装置１１の光の照射方向を制御して各方向の検出範囲に映る反射板の高さに応じた反射板ＩＤをＨＤＤ２０６等の記憶部から読み取る（ステップＳ１０５）。なお静止構造物である柱や壁それぞれに設けられた反射板Ｒは異なる形状をしており、解析部１０２は反射板Ｒの形状をパターン認識などにより解析し、その形状に対応する反射板ＩＤを記憶部から読み取るようにしてもよい。

ＨＤＤ２０６には反射板ＩＤに応じた空間内の位置（座標）が記録されている。解析部１０２は反射板ＩＤに対応する空間内の位置を読み取る（ステップＳ１０６）。解析部１０２はセンシング情報から複数の解析対象の反射板Ｒが検出できる場合には、それぞれの反射板Ｒに対応する反射板ＩＤと位置を検出する。また解析部１０２は解析対象の反射板Ｒの範囲の中央部分のピクセルを示す反射位置までの距離をセンシング情報から特定する（ステップＳ１０７）。解析部１０２は３つ以上の反射板Ｒまでの距離を算出したかを判定する（ステップＳ１０８）。解析部１０２は３つ以上の反射板Ｒまでの距離を算出していない場合にはステップＳ１０１の処理に戻り、レーダ装置１１から受信した信号に基づいて次のセンシング情報の生成からの処理を繰り返す。

図６はフォークリフトの位置する座標の算出概要を示す図である。
解析部１０２は複数の反射板ＩＤとその反射板Ｒの絶対位置と反射板Ｒの中央部分までの距離とを取得すると、それらの情報に基づいて自装置の位置を算出する。例えば解析部１０２は、反射板Ｒ１の座標（ｘ１，ｙ１）を中心としその反射板Ｒ１の中央部分からレーダ装置１１までの距離Ｌ１を半径とする第一の円と、反射板Ｒ２の座標（ｘ２，ｙ２）を中心としその反射板Ｒ２の中央部分からレーダ装置１１までの距離Ｌ２を半径とする第二の円、反射板Ｒ３の座標（ｘ３，ｙ３）を中心としその反射板Ｒ３の中央部分からレーダ装置１１までの距離Ｌ３を半径とする第三の円との交点を算出する。解析部１０２はその交点を自装置が備わるフォークリフト１０の座標であると特定する（ステップＳ１０９）。表示部１０４は解析部１０２の算出したフォークリフト１０の位置を空間認識装置１に備わるモニタに表示された空間地図上に出力する（ステップＳ１１０）。これによりユーザはフォークリフト１０が走行する空間における位置情報を認識することができる。また表示部１０４はフォークリフト１０の位置に基づいて、その位置の近傍に載置されるコンテナ等の荷物ＩＤ、荷物の種類、荷物の量などの情報をＨＤＤ１０６から取得し、モニタに表示されている空間地図上に重ねて出力してもよい。制御部１０１は処理を終了するかを判定する（ステップＳ１１１）。制御部１０１は処理を終了しない場合にはステップＳ１０１からの処理を繰り返すよう制御する。

上述の処理によれば、フォークリフト１０に備えられた空間認識装置１は、静止構造物が同じパターンで数多く並び多様な物体が載置される空間において、フォークリフト１０の現在位置やその位置の近傍に載置される物体を容易に認識することができる。また空間認識装置１０は位置情報発信タグから発信された信号を解析して自装置の位置を特定する装置や、ＧＮＳＳなどによる位置を解析して自装置の位置を特定する装置を備えなくてよく、静止構造物に反射板Ｒを備え付ければよいため、システムを構成する装置のコストを軽減することができる。また空間認識装置１は電子回路に影響を及ぼす電波を用いずに光により自装置の取り付けられた移動体の位置を測定する為、電波信号の発信を抑制されるエリアにおける自装置の位置の認識に有用である。

なお上述の処理において解析部１０２は反射光強度が閾値以上となる範囲に基づいて反射板Ｒの範囲であるかどうかを判定している。しかしながら解析部１０２はさらに反射光強度が閾値以上となったピクセル範囲に隣接する、反射光強度が閾値未満となったピクセルやそのピクセル範囲の反射光強度との差が所定の閾値以上となる場合にのみ、反射光強度が閾値以上となったピクセル範囲を解析対象の反射板Ｒの範囲と特定してもよい。

図７は反射板の第一の他の例を示す図である。
反射板ＲにはＱＲコード（登録商標）などの２次元コード情報Ｄが印刷されていてもよい。この場合、解析部１０２は反射板Ｒの範囲と判定した高強度範囲Ａ２において反射光強度が閾値未満となるピクセルと、反射光強度が閾値以上となるピクセルを２値に分けて、その２値画像が２次元コード情報Ｄであると判定する。解析部１０２は高強度範囲Ａ２内の２値画像に基づいて、２次元コード情報Ｄを解析する従来の手法により、その反射板Ｒの座標や柱番号などの情報を読み取るようにしてもよい。

図８は反射板の第二の他の例を示す図である。
反射板Ｒは図７で示すように凹凸がもうけられていてもよい。この場合、解析部１０２は反射板Ｒの範囲と判定した高強度範囲Ａ２の各ピクセルに対応する反射位置までの距離を算出し、その距離に基づいて隣接するピクセル間の距離の差が大きいピクセルと、隣接するピクセル間の距離が小さいピクセルとを検出する。解析部１０２は隣接するピクセルとの距離の大小に基づいて各ピクセルを２値化して、その２値画像が２次元コード情報Ｄであると判定する。解析部１０２は高強度範囲Ａ２内の２値画像に基づいて、２次元コード情報Ｄを解析する従来の手法により、その反射板Ｒの座標や柱番号などの情報を読み取るようにしてもよい。

図９は空間認識装置の最小構成を示す図である。
空間認識装置１は少なくとも解析部を備えればよい。
解析部１０２は、検出範囲に位置する静止構造物に設けられた反射板に光を照射しその反射光を受光する光学装置から前記光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得する。解析部１０２は、検出範囲の各座標における反射光から得られる情報の分布に基づいて反射板が設けられた静止構造物と移動体との位置関係を少なくとも判定する。

上述の空間認識装置は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１・・・空間認識装置
１０・・・フォークリフト
１１・・・レーダ装置
１２・・・地上通信アンテナ
１３・・・衛星アンテナ
１０１・・・制御部
１０２・・・解析部
１０３・・・車両情報取得部
１０４・・・表示部
１０５・・・記録部

Claims (8)

1. 検出範囲に位置する静止構造物に設けられた反射板に光を照射しその反射光を受光する移動体に取り付けられた光学装置から前記光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得し、前記検出範囲の各座標における前記反射光から得られる情報の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記静止構造物と移動体との位置関係を少なくとも判定する解析部、
   を備える空間認識装置。
2. 前記反射光から得られる情報の分布は前記反射光の強度が強度閾値を超える範囲の分布であり、前記解析部は、前記反射光の強度が強度閾値を超える範囲の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記静止構造物と前記移動体との位置関係を少なくとも判定する
   請求項１に記載の空間認識装置。
3. 前記反射光から得られる情報の分布は前記光の照射時刻から前記反射光の受信時刻までの時間に基づく前記各座標に対応する実空間上の反射点までの距離の分布であり、前記解析部は、前記反射光の距離の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記静止構造物と前記移動体との位置関係を少なくとも判定する
   請求項１に記載の空間認識装置。
4. 前記解析部は、前記反射板に設けられた反射領域の分布に基づいて、前記反射板が設けられた静止構造物の識別情報を解析する
   請求項２に記載の空間認識装置。
5. 前記解析部は、前記反射板に設けられた凹凸の分布に基づいて、前記反射板が設けられた静止構造物の識別情報を解析する
   請求項３に記載の空間認識装置。
6. 前記解析部は、前記静止構造物の絶対位置に基づいて前記移動体の絶対位置を解析する
   請求項２から請求項５の何れか一項に記載の空間認識装置。
7. 空間認識装置が、
   検出範囲に位置する静止構造物に設けられた反射板に光を照射しその反射光を受光する移動体に取り付けられた光学装置から前記光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得し、前記検出範囲の各座標における前記反射光から得られる情報の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記静止構造物と移動体との位置関係を少なくとも判定する
   空間認識方法。
8. 空間認識装置のコンピュータを、
   検出範囲に位置する静止構造物に設けられた反射板に光を照射しその反射光を受光する移動体に取り付けられた光学装置から前記光の照射方向に応じた反射光から得られる情報を取得し、前記検出範囲の各座標における前記反射光から得られる情報の分布に基づいて前記反射板が設けられた前記静止構造物と移動体との位置関係を少なくとも判定する解析手段、
   として機能させるプログラム。