JP2019095267A - Output device, position measurement system, program and method for measuring coordinate of fixed station position - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の固定局と移動局とを備え、両局間で送受信される無線信号の伝搬時間に基づいて移動局の位置を演算する測位システムの固定局の位置を計測するための出力装置、位置計測システム、コンピュータプログラム及び固定局の位置の座標の計測方法に関する。 The present invention is an output for measuring the position of a fixed station of a positioning system which comprises a plurality of fixed stations and a mobile station and calculates the position of the mobile station based on the propagation time of a radio signal transmitted and received between the two stations. The present invention relates to an apparatus, a position measurement system, a computer program, and a method of measuring coordinates of a position of a fixed station.
複数の固定局から送信される無線信号(電波)を受信して移動局の位置を演算する測位システムがある。移動局は、無線信号の送信時点及び受信時点の時間差、即ち固定局及び移動局間の無線信号の伝搬時間を算出する。当該伝搬時間は、各固定局と、移動局との距離に相当する。各固定局の座標は既知となっており、移動局の座標及び移動局が備える時計の誤差も含めた3つの値を未知数として、3つの固定局からの無線信号を受信して得た連立方程式を解くことによるGPS測位法、又は双曲線航法等によって、移動局の位置を演算することができる。 There is a positioning system that receives radio signals (radio waves) transmitted from a plurality of fixed stations and calculates the position of the mobile station. The mobile station calculates the time difference between the transmission and reception times of the radio signal, that is, the propagation time of the radio signal between the fixed station and the mobile station. The propagation time corresponds to the distance between each fixed station and the mobile station. Coordinates of each fixed station are known, and simultaneous equations obtained by receiving radio signals from three fixed stations, with three values including the coordinates of the mobile station and the error of the clock included in the mobile station as unknowns The position of the mobile station can be calculated by the GPS positioning method by solving or the hyperbolic navigation method.
位置計測システムを構築するにあたり、各固定局の座標を既知とするためには、各固定局の座標を計測する必要がある。各固定局の座標を計測するため、複数の固定発信器を既知の座標に配置し、これら複数の固定発信器から各固定局(基地局)へ発信された電波の伝搬時間と、固定発信器夫々の既知の位置とに基づいて、各固定局の位置を算出する固定局位置算出方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In constructing a position measurement system, in order to make the coordinates of each fixed station known, it is necessary to measure the coordinates of each fixed station. In order to measure the coordinates of each fixed station, a plurality of fixed transmitters are arranged at known coordinates, and the propagation time of radio waves transmitted from each of the plurality of fixed transmitters to each fixed station (base station) and the fixed transmitter A fixed station position calculation method is known which calculates the position of each fixed station based on each known position (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、空間の電波伝搬では、電波の反射等により2つ以上の伝搬経路となるマルチパスが発生する場合があるため、固定局の座標を正確に計測することが困難となる問題点がある。 However, in radio wave propagation in space, there may be a case where two or more propagation paths may be generated due to reflection of radio waves or the like, so there is a problem that it is difficult to accurately measure the coordinates of a fixed station.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、空間の電波伝搬におけるマルチパスの影響を受けることなく、測位システムの固定局の位置を正確に計測するためのことができる固定局の位置計測システム等を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to accurately measure the position of a fixed station in a positioning system without being affected by multipath in radio wave propagation in space. It is in providing a position measurement system etc. of a fixed station.
本開示の一態様に係る出力装置は、固定局及び移動局を備え両局間で送受信される無線信号の伝搬時間に基づいて該移動局の位置を演算する測位システムの固定局と、自装置との距離を導出するための固定局画像データを出力する出力装置であって、側面を対向して配された2つのレンズと、該レンズ夫々から入射された前記固定局を含む画像データを出力する出力部とを備えることを特徴とする。 An output device according to an aspect of the present disclosure includes a fixed station and a mobile station, and a fixed station of a positioning system that calculates a position of the mobile station based on a propagation time of a radio signal transmitted and received between both stations, and an own device. An output device for outputting fixed station image data for deriving a distance between the two, wherein two lenses arranged opposite to each other and image data including the fixed station incident from each of the lenses are output. And an output unit.
本態様にあたっては、出力装置は、2つのレンズ、これらレンズから入射された固定局を含む被写体の画像データを出力する出力部を備える。従って、空間の電波伝搬におけるマルチパスの影響を受けることなく、出力装置から固定局までの距離を導出するためのデータを取得することができる。 In this aspect, the output device includes an output unit that outputs image data of an object including two lenses and a fixed station incident from the lenses. Therefore, it is possible to obtain data for deriving the distance from the output device to the fixed station without being affected by multipath in the radio wave propagation in space.
本開示の一態様に係る出力装置は、前記固定局と自装置との方位角を検出する方位角検出部と、前記固定局と自装置との仰角を検出する仰角検出部とを備え、前記出力部は、前記方位角検出部が検出した方位角、及び前記仰角検出部が検出した仰角に関するデータを出力することを特徴とする。 An output device according to an aspect of the present disclosure includes: an azimuth angle detection unit that detects an azimuth angle between the fixed station and the own device; and an elevation angle detection unit that detects an elevation angle between the fixed station and the own device. The output unit is characterized by outputting data relating to the azimuth detected by the azimuth detection unit and the elevation angle detected by the elevation detection unit.
本態様にあたっては、出力部は、固定局と自装置との方位角及び仰角に関するデータを出力するので、固定局と自装置との方位角及び仰角が0°以外の場合であっても、固定局の位置を計測するための位置計測データを取得することができる。 In this aspect, since the output unit outputs data on the azimuth angle and elevation angle between the fixed station and the own apparatus, even if the azimuth angle and elevation angle between the fixed station and the own apparatus are other than 0 °, the output unit is fixed. It is possible to acquire position measurement data for measuring the position of a station.
本開示の一態様に係る位置計測システムは、本開示の一態様の出力装置と、前記出力装置の出力部から出力された画像データの画像処理を行い、該画像処理の結果に基づき前記出力装置から前記固定局までの距離を導出し、導出した前記固定局までの距離、前記出力装置の出力部から出力された前記方位角、仰角、及び前記出力装置が設置されている座標に基づいて、前記固定局の位置の座標を導出する導出部とを備えることを特徴とする。 A position measurement system according to an aspect of the present disclosure performs the image processing of the output device according to the aspect of the present disclosure and the image data output from the output unit of the output device, and the output device based on the result of the image processing The distance from the fixed station to the fixed station is derived, and based on the derived distance to the fixed station, the azimuth angle and elevation angle output from the output unit of the output device, and the coordinates at which the output device is installed, And a derivation unit for deriving coordinates of the position of the fixed station.
本態様にあたっては、固定局の位置計測システムは、出力装置の出力部から出力された被写体の画像データの画像処理を行い、画像処理結果に基づき、出力装置から固定局までの距離を導出する導出部を備える。導出部は、出力装置から固定局までの距離、固定局との方位角及び仰角に基づき固定局の座標を導出する。従って、光学的手段によって座標を計測することで、空間の電波伝搬におけるマルチパスの影響を受けることなく、固定局の位置を正確に計測することができる。 In this aspect, the position measurement system of the fixed station performs image processing of the image data of the subject output from the output unit of the output device, and derives the distance from the output device to the fixed station based on the image processing result. Equipped with The deriving unit derives the coordinates of the fixed station based on the distance from the output device to the fixed station, the azimuth angle with the fixed station, and the elevation angle. Therefore, by measuring the coordinates by optical means, it is possible to accurately measure the position of the fixed station without being affected by multipath in the radio wave propagation in space.
本開示の一態様に係る位置計測システムは、前記導出部による画像処理は、前記2つのレンズ夫々から入射された被写体の画像データ夫々を画素単位で相対移動させて比較し、該被写体に含まれる固定局夫々に対応した画素の差異の絶対値の総和が、最小値となる移動量を出力する処理を含み、前記導出部は、出力した移動量、前記レンズの焦点距離、前記レンズ夫々の中心間の距離、及び前記レンズの焦点位置に配されたイメージセンサの画素のピッチに基づいて、前記出力装置から前記固定局までの距離を導出することを特徴とする。 In the position measurement system according to one aspect of the present disclosure, the image processing by the derivation unit relatively moves the image data of each of the objects incident from each of the two lenses in units of pixels and compares them. The sum total of the absolute value of the difference of the pixel corresponding to each fixed station includes the processing which outputs the movement which becomes the minimum value, and the derivation unit outputs the movement, the focal length of the lens, and the center of each lens. The distance from the output device to the fixed station is derived on the basis of the distance between and the pitch of the pixel of the image sensor disposed at the focal position of the lens.
本態様にあたっては、2つのレンズ夫々から入射された被写体の画像データ夫々を画素単位で相対移動させて比較し、当該比較結果に基づき導出した移動量、前記レンズの焦点距離、前記レンズ夫々の中心間の距離、及びイメージセンサの画素のピッチに基づいて、出力装置から固定局までの距離を導出するので、簡易な方法で固定局までの距離を導出することができる。 In this aspect, the image data of each of the objects incident from each of the two lenses are relatively moved in units of pixels and compared, and the amount of movement derived based on the comparison result, the focal length of the lens, and the center of each lens Since the distance from the output device to the fixed station is derived based on the distance between the two and the pixel pitch of the image sensor, the distance to the fixed station can be derived by a simple method.
本開示の一態様に係る位置計測システムは、前記出力装置は、筐体を備え、前記導出部は、該筐体内に設けられていることを特徴とする。 The position measurement system according to an aspect of the present disclosure is characterized in that the output device includes a housing, and the lead-out portion is provided in the housing.
本態様にあたっては、位置計測システムは、出力装置は筐体を備え、この筐体内には、導出部が配されているので、位置計測システムの移動又は設置を効率的に行うことができる。 In the aspect, in the position measurement system, the output device includes the housing, and the lead-out portion is disposed in the housing, so that the position measurement system can be efficiently moved or installed.
本開示の一態様に係る位置計測システムは、前記固定局には、目印部が設けられてあり、前記導出部は、該目印部に関する画像データに基づいて、前記移動量を出力する
ことを特徴とする。
In the position measurement system according to an aspect of the present disclosure, the fixed station is provided with a mark portion, and the deriving portion outputs the movement amount based on image data regarding the mark portion. I assume.
本態様にあたっては、固定局には、目印部が設けられてあり、導出部は、該目印部に関する画像データに基づいて、移動量を出力するので、相対移動した画素単位での比較の精度を向上させ、より正確な移動量を出力することができる。 In the present embodiment, the fixed station is provided with the mark portion, and the deriving portion outputs the movement amount based on the image data regarding the mark portion, so that the comparison accuracy in the pixel unit relatively moved is set. It is possible to improve and output more accurate movement amount.
本開示の一態様に係るプログラムは、コンピュータに、側面を対向して配された2つのレンズ夫々から入射された固定局を含む被写体の画像データを取得し、前記2つのレンズを含む出力装置と前記固定局との方位角及び仰角に関するデータを取得し、取得した前記被写体の画像データに基づき前記出力装置から前記固定局までの距離を導出し、導出した前記距離、取得した前記方位角と仰角に関するデータ、及び前記出力装置が設置されている座標に基づいて、前記固定局の位置の座標を導出する処理を実行させる。 According to an embodiment of the present disclosure, there is provided a program comprising: acquiring, on a computer, image data of an object including a fixed station incident from each of two lenses disposed facing each other on the side, and an output device including the two lenses The data on the azimuth and elevation with the fixed station is acquired, the distance from the output device to the fixed station is derived based on the acquired image data of the subject, and the derived distance, the acquired azimuth and elevation The process of deriving the coordinates of the position of the fixed station is executed based on the data relating to and the coordinates at which the output device is installed.
本態様にあたっては、プログラムは、コンピュータを上述の位置計測システムとして機能させることができ、空間の電波伝搬におけるマルチパスの影響を受けることなく、固定局の位置を計測することができる。 In this aspect, the program can cause the computer to function as the above-described position measurement system, and can measure the position of the fixed station without being affected by multipath in radio wave propagation in space.
本開示の一態様に係る固定局の位置の座標の計測方法は、固定局及び移動局を備え両局間で送受信される無線信号の伝搬時間に基づいて該移動局の位置を演算する測位システムの固定局の位置の座標の計測方法において、側面を対向して配された2つのレンズ夫々から入射された前記固定局を含む被写体の画像データを取得し、前記2つのレンズを含む出力装置と前記固定局との方位角及び仰角に関するデータを取得し、取得した前記被写体の画像データに基づき前記出力装置から前記固定局までの距離を導出し、導出した前記距離、取得した前記方位角と仰角に関するデータ、及び前記出力装置が設置されている座標に基づいて、前記固定局の位置の座標を導出する。 According to one aspect of the present disclosure, a method of measuring coordinates of a position of a fixed station includes a fixed station and a mobile station, and calculates a position of the mobile station based on a propagation time of a radio signal transmitted and received between both stations. In the method of measuring the coordinates of the position of the fixed station, image data of an object including the fixed station incident from each of two lenses disposed facing each other on the side surface is acquired, and an output device including the two lenses The data on the azimuth and elevation with the fixed station is acquired, the distance from the output device to the fixed station is derived based on the acquired image data of the subject, and the derived distance, the acquired azimuth and elevation The coordinates of the position of the fixed station are derived on the basis of the data on and the coordinates at which the output device is installed.
本態様にあたっては、固定局を含む被写体の画像データを取得し、取得した画像データ等に基づいて固定局の位置の座標を計測する方法を用いることにより、空間の電波伝搬におけるマルチパスの影響を受けることなく、固定局の位置を計測することができる。 In this aspect, the method of acquiring image data of an object including a fixed station and measuring the coordinates of the position of the fixed station based on the acquired image data etc. The position of the fixed station can be measured without receiving it.
空間の電波伝搬におけるマルチパスの影響を受けることなく、測位システムの固定局の位置を正確に計測するためのことができる固定局の位置計測システム等を提供するができる。 It is possible to provide a position measurement system and the like of a fixed station that can accurately measure the position of a fixed station of a positioning system without being affected by multipath in radio wave propagation in space.
本実施形態に関する測位システム40の固定局42の位置計測システムSは、当該測位システム40を倉庫、工場等の所定の領域内に構築するにあたり用いられるものであり、以下にその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
The position measurement system S of the
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る測位システムの一構成例を示す模式図である。本発明は、当該測位システム40を構築するにあたり、測位システム40に含まれる複数の固定局42の座標を計測するものである。そこで、まずは、測位システム40の概要について、図1に基づいて説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view showing one configuration example of the positioning system according to the first embodiment. The present invention measures the coordinates of a plurality of
測位システム40は、領域内に適宜配置され、無線信号を送信する3つの固定局42、各固定局42による無線信号の送信を制御する送信制御装置44及び搬送装置41に搭載され、固定局42からの無線信号を受信する移動局43を備える。測位システム40は、固定局42から送信された無線信号の伝搬時間及び固定局42の位置を示す座標に基づいて、搬送装置41が自身の位置を測位する。
The
固定局42は、搬送装置41の移動経路に干渉しないように、適宜箇所に離隔配置されている。各固定局42は、送信制御装置44と通信可能に有線接続されている。各固定局42は、送信制御装置44の制御に従って動作する。固定局42は、移動局43の位置演算に必要な無線信号を異なるタイミングで、所定の順番で送信している。固定局42夫々の位置を示す座標は、測位システム40を構築するにあたり計測してあり、計測された座標は、測位システム40の制御部が読み取り可能な記憶部17等に記憶されている。
The
図2は、実施形態1に係る固定局42の一構成例を示すブロック図である。複数の固定局42は同一構成であるため、一の固定局42の構成を説明する。固定局42は、送信アンテナ421、基準時計423、拡散符号発生器424、搬送波発生器426、乗算器425及び増幅器427を備える。
FIG. 2 is a block diagram showing one configuration example of the
基準時計423は、現在の時間に相当する計時信号を発振し、拡散符号発生器424へ出力する。固定局42の基準時計423は、送信制御装置44の制御によって同期している。
The
拡散符号発生器424は、基準時計423が発振する計時信号に同期して、信号をスペクトラム拡散させるための拡散符号を発生させ、発生させた拡散符号の信号を乗算器425へ出力する。拡散符号は例えば疑似雑音符号であり、拡散符号発生器424は、基準時計423が発振する計時信号を参照し、所定時点を起点にして拡散符号の発生を開始し、拡散符号の信号を出力する。拡散符号は、複数の固定局42で共通であり、各固定局42は電波を時分割で送信する。
The spreading
搬送波発生器426は、ミリ波の搬送波に係る信号を発生させ、発生させた搬送波の信号を乗算器425へ出力する。ミリ波は周波数が30〜300GHzの電波である。実施形態1に係る搬送波発生器426は、例えば60GHzの搬送波に係る信号を出力する。
乗算器425は、拡散符号発生器424から出力された拡散符号の信号と、搬送波発生器426から出力された搬送波の信号とを乗算することによって、スペクトラム拡散変調された信号を生成し、スペクトラム拡散変調された信号を増幅器427へ出力する。
スペクトラム拡散変調された信号は、基準時計423に同期して発生した拡散符号を用いて変調された信号であるため、固定局42から当該信号が送信される送信時の情報を含むことになる。なお、移動局43の位置を正確に演算するために必要な補助的な情報があれば、当該情報を含む信号をスペクトラム拡散変調して出力するように構成しても良い。
The
Since the spread spectrum modulated signal is a signal modulated using a spread code generated in synchronization with the
増幅器427は、乗算器425から出力された信号を増幅させ、増幅させた信号を送信アンテナ421へ出力することによって、スペクトラム拡散変調されたミリ波の電波を移動局43へ送信させる。
The
図3は、実施形態1に係る移動局43の一構成例を示すブロック図である。移動局43は、例えば、搬送装置41に搭載されており、移動局43は搬送装置41と共に移動する。移動局43は、受信アンテナ431、増幅器432、発振器434、混合器433、時計437、逆拡散符号発生器436、相関器435、及び制御部438を備える。
FIG. 3 is a block diagram showing one configuration example of the
受信アンテナ431は増幅器432に接続されており、各固定局42から送信された電波を受信し、受信して得た信号を増幅器432へ出力する。
The receiving
増幅器432は、受信アンテナ431が電波を受信して得た信号を増幅させ、増幅された信号を混合器433へ出力する。
The
発振器434は、受信アンテナ431が受信した信号の周波数を変換するための信号を混合器433へ発振する素子である。
The
混合器433は、増幅器432から出力された信号と、発振器434から出力された信号とを混合することによって、周波数変換を行う。混合器433にて周波数変換された信号は、増幅され、図示しないフィルタを通じて相関器435へ出力される。
The
時計437は、固定局42の基準時計423と同期して、現在の時間に相当する計時信号を発振し、逆拡散符号発生器436へ出力する。ただし、移動局43の時計437は、固定局42の基準時計423と必ずしも正確に同期していないため、時間の補正を要する。
The
逆拡散符号発生器436は、スペクトラム拡散変調された信号を逆拡散するための逆拡散符号を、時計437が発振する計時信号に同期して発生させ、発生した逆拡散符号の信号を相関器435へ出力する。逆拡散符号発生器436は、複数の各固定局42でスペクトラム拡散変調された信号を逆拡散するための逆拡散符号をそれぞれ発生させることができ、逆拡散符号の信号を相関器435へ出力する。逆拡散符号は、例えば各固定局42で用いられる拡散符号を時間反転させた信号であり、逆拡散符号発生器436は、時計437が発振する計時信号を参照し、所定時点を起点にして逆拡散符号の発生を開始し、逆拡散符号の信号を出力する。
The
相関器435は、混合器433から出力された信号と、逆拡散符号発生器436から出力された逆拡散符号の信号とを比較することによって、受信した信号に重畳している拡散符号と、逆拡散符号発生器436から出力された逆拡散符号との相関を取る。そして、相関器435は、各符号の相関が最大になる時点を求めることによって、受信した電波の送信時及び受信時の時間差、即ち固定局42及び移動局43間の電波の伝搬時間を特定し、特定された伝搬時間を制御部438へ出力する。また、相関器435は、各符号の相関が最大になった時の相関の大きさを示す相関値を制御部438へ出力する。更に、相関器435は、電波の送信元の固定局42を示す情報を制御部438へ出力する。固定局42は所定のタイミングで電波を順次送信しており、移動局43は、固定局42から送信された電波の受信タイミングから、相関値最大に係る電波の送信元である固定局42を特定することができる。なお、各固定局42がそれぞれ固有の拡散符号でスペクトラム拡散変調させた電波を送信している場合、相関器435は相関値が最大になる逆拡散符号を判別することによって、電波の送信元である固定局42を特定しても良い。また、電波に固定局42の識別子を含ませ、相関器435が電波に含まれる識別子に基づいて、電波の送信元である固定局42を特定するように構成しても良い。
The
制御部438は、例えばCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、記憶部、入出力ポート等を有するコンピュータである。記憶部は、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)等の不揮発性メモリであり、移動局43の位置演算及び時間補正に係る処理をCPUに実行するためのコンピュータプログラムを記憶している。制御部438は、コンピュータプログラムを実行することにより、伝搬時間、相関値等の情報に基づいて、移動局43の位置を演算する。
The
図4は、実施形態1に係る出力装置1の一構成例を示すブロック図である。出力装置1は、筐体15を備え、筐体15内には、2つのレンズ10、レンズ10の焦点位置に配された2つのイメージセンサ11、イメージセンサ11に入射された被写体の画像データを出力する2つの出力部12、方位角センサ13、及び仰角センサ14が設けられている。
FIG. 4 is a block diagram showing one configuration example of the
レンズ10夫々は、例えば凸レンズ等の光学レンズである。レンズ10夫々は、互いの中心軸が平行となるようにレンズ10夫々の側面を対向させ、両中心の間隔が所定の距離(L)となるように筐体15内に配置されている。レンズ10夫々は、出力装置1を床又は地面等に設置した場合、正面視にて左右又は上下に並設されるように、筐体15内に配置されている。
Each
イメージセンサ11夫々は、レンズ10夫々の焦点位置となるように筐体15内に配置してある。イメージセンサ11は、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ等であり、レンズ10から入射された光を受光し、複数の画素によって受光した光を露光することによって撮像し、撮像した画像を出力部12に出力する。イメージセンサ11の画素数、画素のピッチは、撮像する画像の解像度に合わせて適宜決定される。
Each of the
出力部12は、イメージセンサ11から出力された画像(アナログ信号)をデジタル変換するAD変換部121、及びAD変換部121により変換された画像データ(デジタル信号)を記憶するメモリ部122を含む。
The
AD変換部121は、入力されたアナログ信号を一定時間ごとに区切ってサンプリングし、サンプリングした値をデジタル信号に変換できるように量子化し、量子化された値を予め指定された2進数の桁数で出力する。AD変換部121は、サンプリングレート及び分解能に応じて、フラッシュ形、パイプライン形等の方式が適宜決定される。
The
メモリ部122は、例えばRAM(Random access memory)等の揮発性記メモリにより構成され、AD変換部121によってデジタル信号に変換された画像データを記憶する。メモリ部122に記憶された画像データは、出力部12に設けられている接続コネクタ(図示せず)によって接続されている外部機器に出力される。
The
方位角センサ13は、例えば、ジャイロスコープ又はジャイロセンサーで構成され、出力装置1を固定局42に向けるにあたり、設定された基準となる方位に対し出力装置1を水平に回転した回転角を、固定局42の方位角(θ)として出力する。出力装置1を水平に回転するにあたって、出力装置1は、モータ等による回転駆動部を備えていてもよい。
The
仰角センサ14は、例えば、ジャイロスコープ又はジャイロセンサーで構成され、出力装置1を固定局42に向けるにあたり、重力に対し垂直方向を基準(0°)として出力装置1を上下に回動させた回動角を、固定局42の仰角(φ)として出力する。出力装置1を上下に回動するにあたって、出力装置1は、モータ等による回動駆動部を備えていてもよい。
The
図4に示すごとく、出力部12に接続される外部機器は、例えば通信装置22又は外部記憶媒体21を含む。通信装置22は、例えば携帯端末又は無線子機であり、4G又はWIFI等に準拠した通信プロトコルで外部ネット(図示せず)に接続し、出力部12から出力された画像データを所定のコンピュータ(図示せず)等に送信する。外部記憶媒体21は、例えばUSB(Universal Serial Bus)メモリ等であり、出力部12から出力された画像データを記憶して所定のコンピュータ(図示せず)等に接続することで、当該コンピュータは、画像データを読み出すことができる。
As shown in FIG. 4, the external device connected to the
通信装置22及び外部記憶媒体21は、方位角センサ13及び仰角センサ14とも接続されており、方位角センサ13及び仰角センサ14が出力したデータも、通信装置22及び外部記憶媒体21に入力される。通信装置22及び外部記憶媒体21は、入力された方位角センサ13及び仰角センサ14のデータについても、画像データと同様にコンピュータに転送する。
The
このように構成された出力装置1は、固定局42と出力装置1との距離を導出するために用いられ、レンズ10夫々から入射された固定局42を含む被写体の画像データを出力することができる。
The
出力装置1に接続した通信装置22又は外部記憶媒体21を介して、出力した画像データ、方位角センサ13及び仰角センサ14からのデータを、画像処理機能を有するコンピュータ等に転送することによって、画像処理を行い固定局42の位置の座標を計測することができる。固定局42の位置の座標を計測するための演算については、後述する。
Image data and data from the
なお、本実施形態において、出力部12は2つ備えるとしているが、これに限定されない。出力部12を一つとし、当該一つの出力部12が、夫々のイメージセンサ11からの出力を受付け、いずれかのイメージセンサ11からの出力であるかを区別してメモリ部122に記憶し、通信装置22又は外部記憶媒体21に出力する構成としてもよい。
In the present embodiment, although two
図5は、実施形態1に係る位置計測システムSの一構成例を示すブロック図である。位置計測システムSは、出力装置1、画像処理等を行う演算部16、記憶部17、及び入出力インターフェイス18を備える。演算部16、記憶部17、及び入出力インターフェイス18は、出力装置1の筐体15内に設けられている。
FIG. 5 is a block diagram showing one configuration example of the position measurement system S according to the first embodiment. The position measurement system S includes an
出力装置1は、位置計測システムSのモジュールとして構成され、出力装置1から出力された画像データ、方位角及び仰角に関するデータを演算部16が処理できるように、演算部16と通信可能に接続されている。
The
演算部16は、CPU(Central Processing Unit)又はMPU(Micro Processing Unit)等により構成してあり、記憶部17に予め記憶されたプログラム31P及びデータを読み出して実行することにより、種々の制御処理及び演算処理等を行う。演算部16は、プログラム31Pを実行することによって、後述する導出部(画像処理部及び計測部)として機能する。演算部16は、画像データを処理するにあたり、記憶部17に当該画像データ等を記憶するようにしてある。
記憶部17は、ROM(Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、又はRAM等の揮発性メモリにより構成してあり、プログラム31P及び処理時に参照するデータがあらかじめ記憶してある。記憶部17に記憶されたプログラム31Pは、演算部16が読み取り可能な記録媒体31から読み出されたプログラム31Pを記憶したものであってもよい。また、図示しない通信網に接続されている図示しない外部コンピュータからプログラム31Pをダウンロードし、記憶部17に記憶させたものであってもよい。記憶部17が記憶するデータには、固定局を撮像した際の出力装置1の位置の座標に関するデータが含まれる。
The
入出力インターフェイス18は、外部装置と通信を行うためのインターフェイス群であり、例えば、USB、SCSI(Small Computer System Interface)、RS232C(Recommended Standard 232)、IEEE802.3及びDSUB等の規格化された通信インターフェイスである。入出力インターフェイス18には、液晶ディスプレイ等の表示部32が接続され、表示部32には、入出力インターフェイス18を介して出力された演算部16からの操作メニュー、画像データ及び演算結果に関するデータが表示される。
The input /
位置計測システムSは、画像処理部及び計測部からなる導出部を有する。上述のごとく、演算部16は、プログラム31Pを実行することによって、導出部(画像処理部及び計測部)として機能する。
The position measurement system S has a derivation unit including an image processing unit and a measurement unit. As described above, the
画像処理部は、2つのレンズ10夫々から入射された2つの被写体の画像データを取得し、両画像データを画素単位で相対移動させて比較する。被写体夫々は、固定局42を含んでいる。画像処理部は、比較対象として、予め設定されている固定局42の形状に基づいて、当該固定局42が露光されている画素単位で比較する処理を行う。固定局42の形状は、位置計測システムSの操作者が、例えば所定の設定機能部(ウィンドウ設定部)を操作することによって設定され、設定された固定局42の形状は、記憶部17に記憶される。
The image processing unit acquires image data of two objects incident from each of the two
画像処理部は、記憶部17に記憶されている夫々の画像データを読み出し、一方の画像データに含まれている固定局42に対応する画素信号を取得し、当該画素信号を固定局42までの距離を演算するための基準信号とする。固定局42に対応する画素信号の取得は、予め設定された固定局42の形状に基づいて行われる。次に画像処理部は、他方の画像データに含まれている固定局42に対応する画素信号を取得し、一方の画素信号(基準信号)との比較する処理を行う。比較する処理は、一方の画素信号(基準信号)に対し、他方の画素信号を1画素ずつ順次にシフトさせ、順次にシフトさせる毎に両画素毎の信号の差の絶対値の総和を演算する処理を含む。シフトした回数に応じて複数の総和が演算され、画像処理部は、当該演算結果となる複数の総和夫々とシフト量夫々とを関連付けて記憶部17に記憶する。画像処理部は、順次にシフトする処理の終了後、記憶した複数の総和夫々において、最小値の総和となった画素のシフト量を、固定局42までの距離を演算するためのシフト量(n画素)として確定する。
The image processing unit reads each of the image data stored in the
固定局42までの距離(R)は、確定したシフト量(n画素)、レンズ10夫々の中心の間隔(L)、レンズ10の焦点距離(f)、及びイメージセンサ11の画素のピッチ(P)に基づき、導出することができる。イメージセンサ11の画素のピッチ(P)は、解像度等のイメージセンサ11の解像度等の特性に基づき決定される値である。本実施形態の位置計測システムSにおいて、例えば、固定局42までの距離を50m以内、距離の許容誤差を10cm内と仕様を設定する場合、当該仕様に対応できるイメージセンサ11の解像度に基づき、イメージセンサ11の画素のピッチ(P)は、適宜決定される。固定局42までの距離(R)を求める算式は、例えば、距離(R)=(レンズ10の焦点距離(f)×レンズ10夫々の中心の間隔(L)}/(確定したシフト量(n画素)×画素のピッチ(P))である。
The distance (R) to the fixed
計測部は、画像処理部が導出した固定局42までの距離(R)、出力装置1が出力した方位角(θ)及び仰角(φ)に関するデータ、固定局42を撮像した際の出力装置1が設置された位置の座標(X0,Y0,Z0)に基づいて、当該固定居の位置の座標を計測する。出力装置1が設置された位置の座標は、位置計測システムSの操作者によって入力される。又は、出力装置1は、固定局42を撮像した際に画像データと同様に出力してもよい。
The measurement unit is data about the distance (R) to the fixed
固定局42の位置の座標(X,Y,Z)を求める算式は、例えば下記によるものである。
X=X0+固定局42までの距離(R)×cosφ×sinθ
Y=Y0+固定局42までの距離(R)×cosφ×cosθ
Z=Z0+固定局42までの距離(R)×sinφ
An equation for obtaining coordinates (X, Y, Z) of the position of the fixed
X = X0 + distance to fixed station 42 (R) × cos φ × sin θ
Y = Y0 + distance to fixed station 42 (R) × cos φ × cos θ
Z = Z0 + distance to fixed station 42 (R) x sinφ
図6は、位置計測システムによる固定局の位置の計測に関する説明図である。位置計測システムSは、固定局42(1)、固定局42(2)及び固定局42(3)の位置の座標を計測する。図6に示すごとく、位置計測システムSの出力装置1は、固定局42(1)を向いている。この状態を基準となる方位とした場合、固定局42(1)の方位角(θ1)は、0°となる。出力装置1を固定局42(2)に向けた場合、固定局42(2)の方位角(θ2)は、固定局42(1)に向いた状態から水平に回転させた回転角によって決定される。固定局42(3)の方位角(θ3)も同様に固定局42(1)に向いた状態から水平に回転させた回転角によって決定される。
FIG. 6 is an explanatory diagram regarding measurement of the position of the fixed station by the position measurement system. The position measurement system S measures the coordinates of the positions of the fixed station 42 (1), the fixed station 42 (2) and the fixed station 42 (3). As shown in FIG. 6, the
固定局42(1)、固定局42(2)及び固定局42(3)の仰角夫々(φ1、φ2、φ3)は、重力方向に対し垂直を基準として、決定される。固定局42(1)、固定局42(2)及び固定局42(3)の距離夫々(R1、R2、R3)は、画像処理部により導出される。固定局42(1)の位置の座標(X1,Y1,Z1)、固定局42(2)の位置の座標(X2,Y2,Z2)、固定局42(3)の位置の座標(X3,Y3,Z3)は、距離夫々(R1、R2、R3)、仰角夫々(φ1、φ2、φ3)及び方位角(θ1、θ2、θ3)に基づき上述の算式を用いて、夫々導出することができる。 The elevation angles (φ1, φ2, φ3) of the fixed station 42 (1), the fixed station 42 (2), and the fixed station 42 (3) are determined on the basis of the direction perpendicular to the direction of gravity. The distances (R1, R2, R3) of the fixed station 42 (1), the fixed station 42 (2), and the fixed station 42 (3) are derived by the image processing unit. Coordinates (X1, Y1, Z1) of the position of the fixed station 42 (1), coordinates (X2, Y2, Z2) of the position of the fixed station 42 (2), coordinates (X3, Y3) of the position of the fixed station 42 (3) , Z3 can be derived using the above equations based on the distances (R1, R2, R3), elevation angles (φ1, φ2, φ3) and azimuth angles (θ1, θ2, θ3), respectively.
図7は、固定局42の模式的斜視図である。図8は、夫々のレンズ10による固定局42の画像データに関する説明図である。固定局42は、矩形の箱体をなし、短手側の端面を平坦な台上に載置されて使用される。一面の上部には、3つの送信アンテナ421が突設してある。送信アンテナ421は、指向性ホーンアンテナであり、移動局43を有する搬送装置41が移動する領域に向けて設けられている。上側の短手側の端面には、目印部422が支持棒によって支持されて設けられている。目印部422は、短寸の円柱をなし円柱の外周面は、例えば、赤、黄色等の明色となるように塗装等されていることが望ましい。なお、送信アンテナ421は、指向性ホーンアンテナに限定されず、無指向性アンテナであってもよい。
FIG. 7 is a schematic perspective view of the fixed
図8に示すごとく、2つのレンズ10から入射された固定局42を含む被写体の画像データを比較した場合、固定局42に対応して露光された画素が異なる位置となる。これに対し、目印部422の赤、黄色等の明色として、背景の画像と異なる色とすることによって、目印部422に対応した画素信号を基準信号とすることで、画素信号の差を顕著化でき、画素の比較精度を向上さえることができる。
As shown in FIG. 8, when the image data of the subject including the fixed
図9は、実施形態1に係る演算部の処理手順を示すフローチャートである。位置計測システムSの演算部16は、記憶部17に記憶されているプログラム31Pを実行することによって、以下に示す処理を開始する。
FIG. 9 is a flowchart of the processing procedure of the computing unit according to the first embodiment. The
演算部16は、出力装置1から出力された固定局42の画像データを取得する(S101)。位置計測システムSの出力装置1からは、2つのレンズ10夫々から入射された被写体の画像データが出力される。当該被写体には、固定局42が含まれている。演算部16は、出力装置1が出力した画像データ夫々を取得し、記憶部17に記憶する。
The
演算部16は、固定局42の方位角を取得する(S102)。出力装置1からは、設定された基準となる方位に対し、出力装置1を固定局42に向けるにあたって水平に回転された回転角に基づき、方位角に関するデータが出力される。演算部16は、出力装置1が出力した方位角に関するデータを取得し、記憶部17に記憶する。
The
演算部16は、固定局42の仰角を取得する(S103)。出力装置1からは、重力に対し垂直方向を基準として、出力装置1を上下に回動させた回動角に基づき、仰角に関するデータが出力される。演算部16は、出力装置1が出力した仰角に関するデータを取得し、記憶部17に記憶する。
The
演算部16は、記憶部17に記憶してある出力装置1の位置の座標を、記憶部17から読み出す(S104)。出力装置1の位置の座標は、操作者の操作等によって予め記憶部17に記憶されている。又は、出力装置1の位置の座標は、出力装置1が画像データを出力した際に、併せて出力されるものであってもよい。
The
演算部16は、取得した画像データの画像処理を行い、出力装置1と固定局42との距離を導出する(S105)。演算部16は、取得した画像データ夫々から、固定局42又は固定局42に設けられた目印部422の形状を特定し、特定した固定局42等に対応する画素を、両画像データ間において比較する処理を行う。比較する処理は、一方の画像データによる画素(画素信号)を基準信号とし、他方の画素を1画素ずつ順位シフトし、両画素毎の信号の差の絶対値の総和を演算する。順位シフトするにあたって、当該絶対値の総和が最小となる時の画素のシフト量を、固定局42までの距離を演算するためのシフト量(n画素)として確定する。
The
演算部16は、記憶部17に記憶されているレンズ10夫々の中心の間隔(L)、レンズ10の焦点距離(f)、及びイメージセンサ11の画素のピッチ(P)を、記憶部17から読み出す。演算部16は、確定したシフト量(n画素)、レンズ10夫々の中心の間隔(L)、レンズ10の焦点距離(f)、及びイメージセンサ11の画素のピッチ(P)に基づき、固定局42までの距離(R)を導出する。
From the
演算部16は、導出した固定局42までの距離(R)、記憶部17に記憶してある方位角(θ)及び仰角(φ)に関するデータ、出力装置1の位置の座標に基づいて、当該固定局42の位置の座標を導出する(S106)。
The
位置計測システムSは、2つのレンズ10により撮像した固定局42を含む画像データに基づいて、固定局42との距離を計測するため、空間の電波伝搬におけるマルチパスの影響を受けることなく、測位システム40の固定局42の位置を正確に計測することができる。
Since the position measurement system S measures the distance to the fixed
固定局42には、目印部422が設けられてあり、画像処理部は、該目印部422に関する画像データに基づいて、移動量を出力するので、相対移動した画素単位での比較の精度を向上させ、より正確な移動量を出力することができる。
The fixed
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is indicated not by the meaning described above but by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
S 位置計測システム
1 出力装置
10 レンズ
11 イメージセンサ
12 出力部
121 AD変換部
122 メモリ部
13 方位角センサ(方位角検出部)
14 仰角センサ(仰角検出部)
15 筐体
16 演算部(導出部)
17 記憶部
18 入出力インターフェイス
21 外部記憶媒体
22 通信装置
31 記録媒体
31P プログラム
32 表示部
40 測位システム
41 搬送装置
42 固定局
421 送信アンテナ
422 目印部
423 基準時計
424 拡散符号発生器
425 乗算器
426 搬送波発生器
427 増幅器
43 移動局
431 受信アンテナ
432 増幅器
433 混合器
434 発振器
435 相関器
436 逆拡散符号発生器
437 時計
438 制御部
44 送信制御装置
S
14 Elevation sensor (elevation detector)
15
Claims (8)
側面を対向して配された2つのレンズと、
該レンズ夫々から入射された前記固定局を含む画像データを出力する出力部と
を備えることを特徴とする出力装置。 A fixed station image for deriving the distance between a fixed station of a positioning system that has a fixed station and a mobile station and calculates the position of the mobile station based on the propagation time of a radio signal transmitted and received between the two stations and a local station An output device for outputting data,
With two lenses arranged opposite to each other,
An output unit that outputs image data including the fixed station incident from each of the lenses.
前記固定局と自装置との仰角を検出する仰角検出部とを備え、
前記出力部は、前記方位角検出部が検出した方位角、及び前記仰角検出部が検出した仰角に関するデータを出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の出力装置。 An azimuth detection unit for detecting an azimuth between the fixed station and the own apparatus;
And an elevation angle detection unit that detects an elevation angle between the fixed station and the own apparatus,
The output device according to claim 1, wherein the output unit outputs data on an azimuth detected by the azimuth detection unit and an elevation angle detected by the elevation detection unit.
前記出力装置の出力部から出力された画像データの画像処理を行い、該画像処理の結果に基づき前記出力装置から前記固定局までの距離を導出し、導出した前記固定局までの距離、前記出力装置の出力部から出力された前記方位角、仰角、及び前記出力装置が設置されている座標に基づいて、前記固定局の位置の座標を導出する導出部と
を備えることを特徴とする位置計測システム。 An output device according to claim 2;
The image processing of the image data output from the output unit of the output device is performed, the distance from the output device to the fixed station is derived based on the result of the image processing, and the derived distance to the fixed station, the output And a derivation unit that derives the coordinates of the position of the fixed station based on the azimuth and elevation angles output from the output unit of the device and the coordinates at which the output device is installed. system.
前記導出部は、出力した移動量、前記レンズの焦点距離、前記レンズ夫々の中心間の距離、及び前記レンズの焦点位置に配されたイメージセンサの画素のピッチに基づいて、前記出力装置から前記固定局までの距離を導出する
ことを特徴とする請求項3に記載の位置計測システム。 The image processing by the deriving unit relatively moves the image data of each subject incident from each of the two lenses in pixel units, compares them, and compares the absolute value of the difference between the pixels corresponding to each fixed station included in the subject Including the process of outputting the movement amount at which the sum of
The deriving unit is configured to output the displacement from the output device based on the output movement amount, the focal length of the lens, the distance between the centers of the respective lenses, and the pixel pitch of the image sensor disposed at the focal position of the lens. The position measurement system according to claim 3, wherein a distance to a fixed station is derived.
前記導出部は、該筐体内に設けられている
ことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の位置計測システム。 The output device comprises a housing;
The position measurement system according to claim 3, wherein the lead-out portion is provided in the housing.
前記導出部は、該目印部に関する画像データに基づいて、前記移動量を出力する
ことを特徴とする請求項4に記載の位置計測システム。 The fixed station is provided with a mark portion,
The position measurement system according to claim 4, wherein the derivation unit outputs the movement amount based on image data regarding the mark portion.
側面を対向して配された2つのレンズ夫々から入射された固定局を含む被写体の画像データを取得し、
前記2つのレンズを含む出力装置と前記固定局との方位角及び仰角に関するデータを取得し、
取得した前記被写体の画像データに基づき前記出力装置から前記固定局までの距離を導出し、
導出した前記距離、取得した前記方位角と仰角に関するデータ、及び前記出力装置が設置されている座標に基づいて、前記固定局の位置の座標を導出する
処理を実行させるプログラム。 On the computer
Acquiring image data of an object including a fixed station incident from each of two lenses disposed with the side facing each other,
Obtaining data on azimuth and elevation angles between an output device including the two lenses and the fixed station;
The distance from the output device to the fixed station is derived based on the acquired image data of the subject,
A program for executing processing of deriving coordinates of the position of the fixed station based on the derived distance, the acquired data on the azimuth angle and elevation angle, and the coordinates at which the output device is installed.
側面を対向して配された2つのレンズ夫々から入射された前記固定局を含む被写体の画像データを取得し、
前記2つのレンズを含む出力装置と前記固定局との方位角及び仰角に関するデータを取得し、
取得した前記被写体の画像データに基づき前記出力装置から前記固定局までの距離を導出し、
導出した前記距離、取得した前記方位角と仰角に関するデータ、及び前記出力装置が設置されている座標に基づいて、前記固定局の位置の座標を導出する
固定局の位置の座標の計測方法。 A method of measuring coordinates of a position of a fixed station of a positioning system, comprising a fixed station and a mobile station and calculating the position of the mobile station based on the propagation time of a radio signal transmitted and received between both stations.
Acquiring image data of an object including the fixed station, which is incident from each of two lenses disposed facing each other at the side,
Obtaining data on azimuth and elevation angles between an output device including the two lenses and the fixed station;
The distance from the output device to the fixed station is derived based on the acquired image data of the subject,
A coordinate measurement method of a position of a fixed station, the coordinate of the position of the fixed station is derived based on the derived distance, the acquired data on the azimuth angle and elevation angle, and the coordinates at which the output device is installed.
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