JP2019191134A - 測位システム及び測位方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マーカーの位置や姿勢のズレを考慮して、マーカーとカメラとの間の距離と、マーカーに対するカメラの姿勢とを求める、測位システム及び測位方法を提供する。【解決手段】測位システム１が、方向と距離の情報が備わる模様を有するマーカー１１と、マーカー１１の基本形に関するデータを格納し、当該データのマーカー１１の基本形に対して、球面収差を補正したカメラ１２の撮像面のマーカー１１の画像と比較することによって、カメラ１２のマーカー１１からの距離とカメラ１２のマーカー１１に対する姿勢を求める算出部１５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、マーカーとカメラとの間の距離とマーカーに対するカメラの姿勢を求める、測位システム及び測位方法に関する。

ＡＲ（Augmented Reality：拡張現実)の技術分野において、実空間にマーカーを配置しておき、マーカーをカメラで撮影することにより、カメラの位置を推定することがなされている。

特許文献１には、多数のマーカーを配置しないで、単一のマーカーを配置することにより、カメラの位置及び姿勢を精度よく推定することを可能にする、撮像装置の位置・姿勢推定システムが開示されている。

特許文献２には、同時位置決定及びマッピング（ＳＬＡＭ： Simultaneous Localization and Mapping）技術と呼ばれる測位技術が開示されている。

特開２０１３−２０５２７８号公報 特表２０１３―５３５０１３号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示された技術では、マーカーの位置は測位時には既知となっていることが必要である。また、マーカーの位置や姿勢を測位する際、予め定められた位置や姿勢についての時間的経過によるズレを考慮していない。

そこで、本発明では、マーカーの位置や姿勢のズレを考慮して、マーカーとカメラとの間の距離と、マーカーに対するカメラの姿勢とを求める、測位システム及び測位方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のコンセプトは次の通りである。
［１］ 方向と距離の情報が備わる模様を有するマーカーと、
前記マーカーの基本形に関するデータを格納し、当該データの前記マーカーの基本形に対して、球面収差を補正したカメラの撮像面の前記マーカーの画像と比較することによって、前記カメラの前記マーカーからの距離と前記カメラの前記マーカーに対する姿勢を求める算出部と、
を備える、測位システム。
［２］ 前記マーカーが固定的に設置されており、
前記マーカーに対し位置及び姿勢が特定されるように配置されたセンサと、
前記センサからのデータの入力を受けて送信する通信部と、
を、さらに備え、
前記算出部が、前記通信部により送信される前記センサからのデータに基づいて、前記カメラの前記マーカーからの距離と前記カメラの前記マーカーに対する姿勢とについて補正する、前記［１］に記載の測位システム。
［３］ 前記マーカー、前記センサ及び前記通信部を設置するための筐体を備え、
前記センサ及び前記通信部の何れか一方又は双方が前記筐体から取り外し可能に設置される、前記［２］に記載の測位システム。
［４］ 位置と方向の情報が備わり、床面、柱、壁面などの固定された位置に設置された一又は複数の基準ポイントと、
前記基準ポイントに配置される前記カメラと、
を備える、前記［１］ないし［３］のいずれかに記載の測位システム。
［５］ 方向と距離の情報が備わる模様を有する複数の補助マーカーを、さらに備え、
前記算出部が、前記補助マーカーの基本形に関するデータを格納し、当該データの前記補助マーカーの基本形に対して、球面収差を補正したカメラの撮像面の前記補助マーカーの画像と比較することによって、前記カメラの前記マーカーからの距離と前記カメラの前記マーカーに対する姿勢とについて補正をする、前記［１］ないし［４］のいずれかに記載の測位システム。
［６］ 前記補助マーカーには、当該補助マーカーを識別するためのＩＤ情報が付されている、前記［５］に記載の測位システム。
［７］ 移動体本体と可動部とを有する移動体において前記移動体本体に設置され、前記マーカーを撮影する球面収差を補正した前記カメラとしての第１のカメラと、
前記移動体本体に設置され、方向と距離の情報が備わる模様を有する一の補助マーカーと、
前記可動部に設置され、前記一の補助マーカーを撮影する球面収差を補正した第２のカメラと、
を備え、
前記算出部が、前記一の補助マーカーの基本形に関するデータを格納し、当該データの前記一の補助マーカーの基本形に対して、前記第２のカメラの前記一の補助マーカーからの距離と前記第２のカメラの前記一の補助マーカーに対する姿勢を求めて、その求めた結果に基づいて、前記第２のカメラの前記マーカーからの距離と前記第２のカメラの前記マーカーに対する姿勢とについて補正する、前記［１］ないし［５］のいずれかに記載の測位システム。
［８］ 移動体本体と可動部とを有する移動体において前記移動体本体に設置され、前記マーカーを撮影する前記カメラと、
前記可動部に設置され、方向及び距離の情報が備わる模様を有する一の補助マーカーと、
を備え、
前記算出部が、前記一の補助マーカーの基本形に関するデータを格納し、当該データの前記一の補助マーカーの基本形に対して、前記カメラの前記一の補助マーカーからの距離と前記カメラの前記一の補助マーカーに対する姿勢を求めて、その求めた結果に基づいて、前記カメラの前記一の補助マーカーからの距離と前記カメラの前記一の補助マーカーに対する姿勢とについて補正する、前記［１］ないし［６］のいずれかに記載の測位システム。
［９］ 前記算出部が、前記マーカーまでの距離と前記マーカーの姿勢についての補正を、定期的に又は測位の際にする、前記［２］ないし［８］のいずれかに記載の測位システム。
［１０］方向と距離の情報が備わる模様を有するマーカーの基本形に関するデータであって、当該マーカーが方向と距離の情報を模様として備える前記データを格納しておき、
当該データの前記マーカーの基本形に対して、球面収差を補正したカメラの撮像面の前記マーカーの画像と比較することによって、前記カメラの前記マーカーからの距離と前記カメラの前記マーカーに対する姿勢を求める、測位方法。

本発明によれば、方向と距離の情報が備わる模様を有するマーカーの基本形に関するデータであって、当該マーカーが方向と距離の情報を模様として備えるデータを格納しておき、当該データのマーカーの基本形に対して、球面収差を補正したカメラの撮像面のマーカーの画像と比較することによって、カメラの前記マーカーからの距離とカメラのマーカーに対する姿勢を求める。よって、マーカーの位置や姿勢のズレを考慮して、マーカーとカメラとの間の距離と、マーカーに対するカメラの姿勢とを求める、測位システム及び測位方法が提供される。

本発明の第１の実施形態に係る測位システムの構成図である。 （Ａ）ないし（Ｃ）は図１に示す測位システムでのマーカーの例をそれぞれ模式的に示す図である。 （Ａ）は図１における算出部での処理の仕方を説明するための図であり、（Ａ）はマーカーが付されている面に対してカメラレンズが平行である場合を示し、（Ｂ）はマーカーが付されている面に対してカメラレンズが平行でない場合を示している。 図３（Ａ）の場合に関する斜視図である。 図３（Ｂ）の場合に関する斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る測位システムの構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る測位システムの構成図である。 本発明の第４の実施形態に係る測位システムの構成図である。 本発明の第５の実施形態に係る測位システムの構成図である。 本発明の第６の実施形態に係る測位システムの構成図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明するが、図示する形態は好ましい形態を示すものであり、本発明の範囲において適宜変更してもよい。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る測位システム１は、図１に示すように、マーカー１１とカメラ１２を備え、カメラ１２が、レンズ１３と撮像デバイス１４と算出部１５とを備える。

マーカー１１は、方向と距離に関する情報を模様として備えている。ここで、模様には形状が含まれている。マーカー１１には、図２（Ａ）に示すように、例えばＡＲマーカーのように、画像認識型ＡＲシステムにおいて、付加情報を表示する位置を指定するための標識となるよう決まったパターンの画像を含む。マーカー１１には、図２（Ｂ），（Ｃ）に示すように、例えば、アルファベット文字のうち、「Ｆ」、「Ｌ」、その他の文字やその変形したものが含まれる。アルファベット文字の上下左右のうち例えば上の向きにより方向を示し、アルファベット文字の大きさにより距離に関する情報を示している。

カメラ１２は、そのレンズ１３をマーカー１１に向けて配置され、レンズ１３を通してマーカー１１の像を撮像デバイス１４の撮像面上に生成する。

算出部１５は、マーカー１１の基本形に関するデータを格納するメモリを備える。算出部１５は、撮像デバイス１４により生成した像に関して球面収差の補正をして球面収差を可能な限りなくし、球面収差を補正した撮像面上のマーカー１１の像とメモリ内のマーカー１１の基本形とを比較する。これにより、算出部１５は、カメラ１２のマーカー１１からの距離とカメラ１２のマーカー１１に対する姿勢を求めることができる。球面収差の補正については公知技術が適用される。

算出部１５の処理について具体的に説明する。算出部１５のメモリには、マーカー１１の画像の形状を３次元形状（3D structure object）で事前に記憶させておく。このとき、奥行き情報（ｚ値）を０（ゼロ）とする。マーカー１１の画像を有する面を投影面とし、メモリ内のマーカーの３次元形状をマーカー１１の画像に一致させるように投影面に射影する。そして、レンズの内部パラメータ、外部パラメータ及び射影行列を利用して、マーカー１１の画像の位置、縮尺、姿勢情報（具体的にはピッチ角、ヨー角、ロール角）を求める。マーカー１１の画像がマーカー１１を設置したときから、マーカー１１の姿勢が変化した場合には、そのヨー角、ロール角、ピッチ角の何れか一つ又は組み合わせを減算することで補正する。レンズの内部パラメータ、外部パラメータ及び射影行列については公知技術である。

マーカー１１が設置されている面に対してカメラ１２のレンズ１３の面が平行である場合、その状況を図３（Ａ）及び図４に示すように模式的に描くことができる。マーカー１１はアルファベットの大文字「Ｌ」の模様を有している。図４に示すように、マーカー１１がＸＹＺ座標軸でのＸＹ面上に存在し、カメラ１２のレンズ１３の面がＸＹ面に平行な状況になっている。すなわち、カメラ１２のレンズ１３がマーカー１１の方向（図４ではＺ１の方向）に向いて、方向Ｚ１と方向Ｚとが１８０°ずれてはいるが平行になっている。このとき、αβγ座標軸がレンズ１３に設定されているとすると、カメラ１２の撮像面にマーカー１１の虚像１１ａが図示するように生成され、α１軸はα軸と１８０°ずれてはいるが平行になっており、β１軸はβ軸と１８０°ずれてはいるが平行になっており、γ１軸はγ軸に一致、すなわち平行になっている。そのため、算出部１５内のメモリに記憶されている像１１ｂの姿勢が虚像１１ａの姿勢に一致し、α１軸とＸ軸とは１８０°ずれているが平行になっている。そのため、当該虚像１１ａの大きさを算出部１５内のメモリに記憶されている像１１ｂの大きさと比較することにより、カメラ１２の撮像面からマーカー１１までの距離が算出される。このように、図３（Ａ）及び図４に示すように、マーカー１１が設置されている面に対してカメラ１２のレンズ１３の面が平行である場合、虚像１１ａとメモリ内の像１１ｂの大きさの比較から、カメラ１２のレンズ１３からマーカー１１までの距離を求めることができる。

マーカー１１が設置されている面に対してカメラ１２のレンズ１３の面が平行でない場合、その状況の一例を図３（Ｂ）及び図５に示すように模式的に描くことができる。マーカー１１はアルファベットの大文字「Ｌ」の模様を有している。図５に示すように、マーカー１１がＸＹＺ座標軸でのＸＹ面上に存在し、カメラ１２のレンズ１３の面がＸＹ面に平行なっておらず、Ｙ軸回りにθ回転しないと平行にならない状況になっている。すなわち、カメラ１２のレンズ１３がマーカー１１の方向（図５ではＺ１の方向）に向いて、方向Ｚ１と方向Ｚとが平行になっていない。このとき、αβγ座標軸がレンズ１３に設定されているとすると、カメラ１２の撮像面にマーカー１１の虚像１１ａが図示するように生成され、α１軸はα軸と１８０°ずれてはいるが平行になっており、β１軸はβ軸と１８０°ずれてはいるが平行になっており、γ１軸はγ軸に一致、すなわち平行になっている。そのため、算出部１５内のメモリに記憶されている像１１ｂの姿勢が虚像１１ａの姿勢に一致しておらず、α１軸はＹ軸回り（すなわちβ１軸回り）に−θ回転することでＸ軸とは１８０°ずれて平行になる。このような場合においては、当該虚像１１ａがメモリ内に記憶されている像１１ｂと平行になるようにＹ軸回りに−θ回転させ、かつ当該虚像１１ａの大きさとメモリ内に記憶されている像１１ｂの大きさを比較する。虚像１１ａをＹ軸回りに−θ回転させ、つまりβ１軸回りにθ回転させることで当該虚像１１ａがメモリ内に記憶されている像１１ｂと平行になる。その上で、虚像１１ａの寸法がメモリ内に記憶されている像１１ｂの寸法に等しくなるように、つまり撮像面の画素上の像と一致させるように拡大縮小する。このように、カメラ１２のマーカー１１からの距離とカメラ１２のマーカー１１に対する姿勢を求めることができる。一般に、マーカー１１が設置されている面に対してカメラ１２のレンズ１３の面が平行でない場合、虚像１１ａの姿勢とメモリ内の像１１ｂの姿勢とを比較して、例えば虚像１１ａのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回り（すなわち、α１軸、β１軸、γ１軸回り）の回転により、両者の姿勢を一致させ、その上で、虚像１１ａの寸法がメモリ内に記憶されている像１１ｂの寸法に等しくなるように、つまり撮像面の画素上の像と一致させるように拡大縮小する。このように、カメラ１２のマーカー１１からの距離とカメラ１２のマーカー１１に対する姿勢を求めることができる。

よって、本発明の第１の実施形態に係る測位システム１によれば、マーカー１１の位置や姿勢のズレを考慮して、マーカー１１とカメラ１２との間の距離と、マーカー１１に対するカメラの姿勢とを求めることができる。

以上の説明においては、算出部１５が、カメラ１２内に備えられるようにしているが、カメラ１２外に備えていてもよい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る測位システム２は、図６に示すように、位置が可及的に変化しないように設置されるマーカー２１と、マーカー２１に対し位置及び姿勢が特定されるように配置されたセンサ２２と、センサ２２からのデータの入力を受けて外部に送信する通信部２３と、通信部２３との間で通信をする通信部２４と、通信部２４からのデータを受けるカメラ１２を備え、カメラ１２が、レンズ１３と撮像デバイス１４と算出部１５とを備える。測位システム２において、算出部１５が、通信部２３により送信されるセンサ２２からのデータに基づいて、カメラ１２のマーカー２１からの距離とカメラ１２のマーカー２１に対する姿勢とについて補正する。

マーカー２１は、第１の実施形態と同様、方向と距離に関する情報を模様として備えている。

センサ２２は、位置と姿勢の双方を検出することができるものであれば種類は問わず、例えば、地磁気及び加速度センサが挙げられる。加速度センサを利用して重力方向を計測し、続いて地磁気センサを用いて設置位置での姿勢を測定する。すなわち、当該位置において、３次元の直交座標（右手系）として、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を設定し、ｚ軸まわりの回転角（Ｙａｗ）、ｘ軸まわりの回転角（Ｒｏｌｌ）、ｙ軸まわりの回転角（Ｐｉｔｃｈ）の成分として求められる。

通信部２３が、センサ２２からのデータを通信部２４を経由して算出部１５に送信し、算出部１５が、カメラ１２のマーカー２１からの距離とカメラ１２のマーカー２１に対する姿勢とについて補正する。よって、時系列的に変化するマーカー２１の位置ズレ分、姿勢変化分（具体的には、ヨー、ピッチ、ロールの各変化分）の何れか一方又は双方がある場合においても、カメラ１２のマーカー２１からの距離とカメラ１２のマーカー２１に対する姿勢が求められる。

なお、第２の実施形態においても、算出部１５は、カメラ１２内に設けられていても、カメラ外に設けられていてもよい。

第２の実施形態においては、図６に例示するように、マーカー２１とセンサ２２と通信部２３とが筐体２５内に設置され、センサ２２及び通信部２３の何れか一方又は双方が筐体２５から取り外し可能に設置されてもよい。これは、マーカー２１が設置される位置、その位置でのマーカー２１の姿勢の少なくとも一方が、実際のそれとずれていた場合に、有効である。

図３においては、筐体２５は、屋内の天井２６に固定されることを示すが、固定位置は天井に限らず、また、固定の仕方についても図６では一例を示し、その他の態様であってもよい。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る測位システム３は、図７に示すように、屋内の床面、柱、壁面などの固定された位置に配置された一又は複数の基準ポイント３１と、基準ポイント３１に配置されるカメラ１２と、を備える。基準ポイント３１には、方向と位置の情報が付され、当該位置にカメラ１２が配置され、その基準ポイントに示される方向と一定の関係を有するようにカメラ１２のレンズが向けられる。ここで、基準ポイント３１の位置に関する情報は、カメラ１２が配置される際に用いられ、例えばカメラ１２の設置位置を示すものであればよい。基準ポイント３１の方向に関する情報は、カメラ１２（具体的にはレンズ１３）の方向を規定するものであればよい。例えば、基準ポイント３１は、図７の床面に示す長方形又は正方形とその中に矢印を示す三角形を付したものでも、また十字に矢印を付したものなどでもよい。

基準ポイント３１と第１の実施形態で示すマーカー１１，第２の実施形態で示すマーカー２１との間の距離と、マーカー１１，２１に対する基準ポイント３１が有する方向との対応関係を予め例えばマーカー１１，２１の設定の際に測定しておき、算出部１５に測定データとして記憶しておく。具体的には第１の実施形態において図３ないし図５を参照して説明したように、マーカー１１，２１の虚像１１ａ，２１ａに関するデータとしてメモリに保存される。

そして、一定の期間が経過して測位する際に、カメラ１２が基準ポイント３１に設置され、基準ポイント３１に示される方向と一定の関係を有するようにカメラ１２のレンズが向けられ、カメラ１２によりマーカー１１、１２を撮像する。カメラ１２での撮影により、基準ポイント３１と第１の実施形態で示すマーカー１１，第２の実施形態で示すマーカー２１との間の距離と、マーカー１１，２１に対する基準ポイントが有する方向との対応関係を測定する。そして、算出部１５に記憶されている距離及び方向の対応関係と比較することにより、マーカー１１，２１の歪み、カメラ１２からマーカー１１，２１までの距離のずれを求めることができる。

例えば、第１の実施形態で示すマーカー１１，第２の実施形態で示すマーカー２１が屋内天井に設置され、基準ポイント３１がマーカー１１，２１に対向するように設定され、マーカー１１，２１が示す方向と基準ポイント３１での方向とが平行になるように設定される形態では、基準ポイント毎に基準ポイント３１からマーカー１１，２１までの距離と、基準ポイント３１でのヨー、ピッチ、ロールを測定しておき、それらの測定データを算出部１５に格納しておく。ここでの測定は図３ないし図５を参照して説明した方法に準じて行える。基準ポイント３１においてマーカー１１，２１の方向は、マーカー１１，２１が示す方向と平行になるので、ヨー、ピッチ、ロールは（０，０，０）となる。基準ポイント３１の方向がマーカー１１，２１の方向に沿うように、基準ポイント３１にカメラ１２を配置する。カメラ１２でマーカー１１，２１を撮影して、カメラ１２からマーカー１１，２１までの距離と方向を求める。そして、算出部１５に格納した測定データとの差が、マーカー１１，２１の歪み、カメラ１２からマーカー１１，２１までの距離のずれとして求まる。

よって、第２の実施形態のように、センサ２２と通信部２３とが取り外された場合であっても、マーカー２１の位置、姿勢の変化に対応して補正することができる。

基準ポイント３１は、屋内の床面、柱、壁面など可及的に位置や姿勢が変化しない位置に配置される。基準ポイント３１を複数、特に多数設けることで、相互に誤差が生じうるが、最小二乗法を適用するなどしてどの基準ポイント３１を採用するかを決めることができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る測位システム４は、図８に示すように、図１の測位システム１に対してさらに複数の補助マーカー４１を備え、算出部１５が、補助マーカー４１の基本形に関するデータを格納するメモリを備える。補助マーカー４１は、当該補助マーカー４１を識別するためのＩＤ情報が付されている。これにより、複数の補助マーカー４１のうち何れの補助マーカー４１に関して計測するかを識別することができる。算出部１５は、撮像デバイス１４により生成した像に関して球面収差の補正をして球面収差を可能な限りなくし、球面収差を補正した撮像面上の補助マーカー４１の像とメモリ内の補助マーカー４１の基本形とを比較する。これにより、算出部１５は、カメラ１２の補助マーカー４１からの距離と、カメラ１２の補助マーカー４１に対する姿勢を求めることができる。そのため、算出部１５は、この求めた結果に基づいて、カメラ１２のマーカー２１からの距離とカメラ１２のマーカー２１に対する姿勢とについて補正をする。

ここでの補助マーカー４１は、カメラ１２のマーカー２１からの距離と、カメラ１２のマーカー２１に対する姿勢を補正するため、補正用マーカーと呼ぶことができる。補助マーカー４１は、マーカー２１と同様、方向と距離に関する情報を模様として備えている。ここで、模様には形状が含まれている。つまり、補助マーカー４１は、例えばＡＲマーカーのように、画像認識型ＡＲシステムにおいて、付加情報を表示する位置を指定するための標識となるよう決まったパターンの画像を含む。また、マーカー１１には、図２（Ｂ），（Ｃ）に示すように、例えば、アルファベット文字のうち、「Ｆ」、「Ｌ」、その他の文字やその変形したものが含まれる。

このように、第２の実施形態のように、センサ２２と通信部２３とが取り外された場合であっても、マーカー２１の位置、姿勢の変化に対応することができる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る測位システム５では、図９に示すように、移動体５１が備えられ、移動体５１は移動体本体５２と可動部５３とを備える。移動体５１としては、フォークリフトや無人搬送車（ＡＧＶ：Automated Guided Vehicle Automated Guided Vehicle）が挙げられ、移動体本体５２がフォークリフト本体、搬送車本体などに対応し、可動部５３がフォーム部、アーム部などに対応する。

図９に示すようにマーカー１１を撮影するカメラとして第１のカメラ５４が移動体本体５２に設けられ、一つ補助マーカー５５として中継用のマーカーが移動体本体５２に取り付けられる。補助マーカー５５は、マーカー１１と同様に、方向と距離の情報が模様として備えられている。第２のカメラ５６が可動部５３に設置され、第２のカメラ５６が補助マーカー５５を撮影する。

第１のカメラ５４は、そのレンズ５４ａをマーカー１１に向けて配置され、レンズ５４ａを通してマーカー１１の像が撮像デバイス５４ｂの撮像面上に結像される。第２のカメラ５６は、そのレンズ５６ａを補助マーカー５５に向けて配置され、レンズ５６ａを通して補助マーカー５５の像が撮像デバイス５６ｂの撮像面上に結像される。

算出部５７が、マーカー１１と補助マーカー５５のそれぞれの基本形に関するデータを格納するメモリを備える。算出部５７は、撮像デバイス５４ｂにより生成した像に関して球面収差の補正をして球面収差を可能な限りなくし、球面収差を補正した撮像面上のマーカー１１の像とメモリ内のマーカー１１の基本形とを比較する。これにより、算出部５７は、マーカー１１からの第１のカメラ５４の距離と、マーカー１１に対する第１のカメラ５４の姿勢を求めることができる。算出部５７は、撮像デバイス５６ｂにより生成した像に関して球面収差の補正をして球面収差を可能な限りなくし、球面収差を補正した撮像面上の補助マーカー５５の像とメモリ内の補助マーカー５５の基本形とを比較する。これにより、算出部５７は、補助マーカー５５からの第２のカメラ５６の距離と、補助マーカー５５に対する第２のカメラ５６の姿勢を求めることができる。

ここで、第１のカメラ５４と第２のカメラ５６は、何れも、移動体５１に設置されるので、第１のカメラ５４と第２のカメラ５６との位置関係及び姿勢関係は既知となる。算出部５７が、マーカー１１からの第１のカメラ５４の距離と、マーカー１１に対する第１のカメラ５４の姿勢と、補助マーカー５５からの第２のカメラ５６の距離と、補助マーカー５５に対する第２のカメラ５６の姿勢と、第１のカメラ５４と第２のカメラ５６との位置関係、姿勢関係とを用いて、補助マーカー５５のマーカー１１からの距離、補助マーカー５５のマーカー１１に対する姿勢を求めることができる。

このように、マーカー１１が可動部５３の視野範囲内に存在しない可能性がある場合であっても、補助マーカー５５を中継用マーカーとして、補助マーカー５５のマーカー１１からの距離、補助マーカー５５のマーカー１１に対する姿勢の何れか又は双方を求めることができる。なお、第２の実施形態でのマーカー２１でも同様である。

（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態に係る測位システム６では、図１０に示すように、第５の実施形態と同様、移動体６１が備えられ、移動体６１は移動体本体６２と可動部６３とを備える。マーカー１１が天井等に設置されており、補助マーカー６５が可動部６３に配置されている。カメラ６４が移動体本体６２に設けられ、マーカー１１と補助マーカー６５の何れも撮影する。補助マーカー６５は、マーカー１１と同様に、方向と距離の情報が模様として備えられている。

カメラ６４は、そのレンズ６４ａをマーカー１１に向けて配置され、レンズ６４ａを通してマーカー１１の像が撮像デバイス６４ｂの撮像面上に結像される。また、カメラの姿勢を制御する制御手段により、レンズ６４ａを補助マーカー６５に向けて配置することができるようになっている。この場合には、レンズ６４ａを通して補助マーカー６５の像が撮像デバイス６４ｂの撮像面上に結像される。

算出部６７が、マーカー１１と補助マーカー６５のそれぞれの基本形に関するデータを格納するメモリを備える。算出部６７は、撮像デバイス６４ｂにより生成した像に関して球面収差の補正をして球面収差を可能な限りなくし、球面収差を補正した撮像面上のマーカー１１の像とメモリ内のマーカー１１の基本形とを比較する。これにより、算出部６７は、マーカー１１からのカメラ６４の距離と、マーカー１１に対するカメラ６４の姿勢を求めることができる。算出部６７は、撮像デバイス６４ｂにより生成した像に関して球面収差の補正をして球面収差を可能な限りなくし、球面収差を補正した撮像面上の補助マーカー６５の像とメモリ内の補助マーカー６５の基本形とを比較する。これにより、算出部６７は、補助マーカー６５からのカメラ６４の距離と、補助マーカー６５に対するカメラ６４の姿勢を求めることができる。

ここで、カメラ６４がマーカー１１を向く状態と補助マーカー６５を向くと状態とは制御手段により制御される。そのため、両状態での位置関係及び姿勢関係は既知となる。そこで、算出部６７が、マーカー１１を向く状態においての、マーカー１１からのカメラ６４の距離と、マーカー１１に対するカメラ６４の姿勢と、補助マーカー６５を向く状態においての、補助マーカー６５からのカメラ６４の距離と、補助マーカー６５に対するカメラ６４の姿勢と、両状態間での撮像面の位置関係、姿勢関係とを用いて、補助マーカー６５のマーカー１１からの距離、補助マーカー６５のマーカー１１に対する姿勢を求めることができる。

このように、マーカー１１が可動部５３の視野範囲内に存在しない可能性がある場合であっても、補助マーカー６５を中継マーカーとして、補助マーカー６５のマーカー１１からの距離、補助マーカー５５のマーカー１１に対する姿勢を求めることができる。なお、第２の実施形態でのマーカー２１でも同様である。

幾つかの実施形態を説明したが、算出部が、マーカーまでの距離とマーカーの姿勢についての補正を、定期的に又は測位の際にすることで、正確な測位が可能となる。

本発明の実施形態に係る測位システムは、倉庫や工場といった屋内に配備されるため、ＧＰＳなどのＧＮＳＳとは異なり、カメラとＡＲマーカーが用いられるこれにより、数ｍという測定精度の限界を有する電波と異なり測定精度が高い。また、超音波を用いた測位では発信機を３台以上配備する必要があるが、本実施形態ではそのような必要性はないため、設備コストを低減することができ、スムーズに実用化することができる。

本実施形態では、マーカーや補助マーカーとカメラを配備すればよいので、極めて簡単でまた低コストで実現することができる。

本実施形態では、マーカーや補助マーカーの撮像面への投影をメモリ内のデータに合うように大きさ、ヨー、ピッチ、ロールの角度を調整することで、距離、姿勢を求めているが、マーカーや補助マーカーが特定の形を有する場合には、その形の辺同士がなす角度などの関係を用いて距離、姿勢を求めることができる。

１，２，３，４，５，６：測位システム
１０：天井（設置面）
１１：マーカー
１２：カメラ
１３：レンズ
１４：撮像デバイス
１５：算出部
２１：マーカー
２２：センサ
２３，２４：通信部
２５：筐体
２６：天井（設置面）
３１：基準ポイント
４１：補助マーカー
５１，６１：移動体
５２，６２：移動体本体
５３，６３：可動部
５４：第１のカメラ
５５，６５：補助マーカー
５６：第２のカメラ
５７：算出部
６４：カメラ
６７：算出部

Claims (10)

1. 方向と距離の情報が備わる模様を有するマーカーと、
   前記マーカーの基本形に関するデータを格納し、当該データの前記マーカーの基本形に対して、球面収差を補正したカメラの撮像面の前記マーカーの画像と比較することによって、前記カメラの前記マーカーからの距離と前記カメラの前記マーカーに対する姿勢を求める算出部と、
   を備える、測位システム。
2. 前記マーカーが固定的に設置されており、
   前記マーカーに対し位置及び姿勢が特定されるように配置されたセンサと、
   前記センサからのデータの入力を受けて送信する通信部と、
   を、さらに備え、
   前記算出部が、前記通信部により送信される前記センサからのデータに基づいて、前記カメラの前記マーカーからの距離と前記カメラの前記マーカーに対する姿勢とについて補正する、請求項１に記載の測位システム。
3. 前記マーカー、前記センサ及び前記通信部を設置するための筐体を備え、
   前記センサ及び前記通信部の何れか一方又は双方が前記筐体から取り外し可能に設置される、請求項２に記載の測位システム。
4. 位置と方向の情報が備わり、床面、柱、壁面などの固定された位置に設置された一又は複数の基準ポイントと、
   前記基準ポイントに配置される前記カメラと、
   を備える、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の測位システム。
5. 方向と距離の情報が備わる模様を有する複数の補助マーカーを、さらに備え、
   前記算出部が、前記補助マーカーの基本形に関するデータを格納し、当該データの前記補助マーカーの基本形に対して、球面収差を補正したカメラの撮像面の前記補助マーカーの画像と比較することによって、前記カメラの前記マーカーからの距離と前記カメラの前記マーカーに対する姿勢とについて補正をする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の測位システム。
6. 前記補助マーカーには、当該補助マーカーを識別するためのＩＤ情報が付されている、請求項５に記載の測位システム。
7. 移動体本体と可動部とを有する移動体において前記移動体本体に設置され、前記マーカーを撮影する球面収差を補正した前記カメラとしての第１のカメラと、
   前記移動体本体に設置され、方向と距離の情報が備わる模様を有する一の補助マーカーと、
   前記可動部に設置され、前記一の補助マーカーを撮影する球面収差を補正した第２のカメラと、
   を備え、
   前記算出部が、前記一の補助マーカーの基本形に関するデータを格納し、当該データの前記一の補助マーカーの基本形に対して、前記第２のカメラの前記一の補助マーカーからの距離と前記第２のカメラの前記一の補助マーカーに対する姿勢を求めて、その求めた結果に基づいて、前記第２のカメラの前記マーカーからの距離と前記第２のカメラの前記マーカーに対する姿勢とについて補正する、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の測位システム。
8. 移動体本体と可動部とを有する移動体において前記移動体本体に設置され、前記マーカーを撮影する前記カメラと、
   前記可動部に設置され、方向及び距離の情報が備わる模様を有する一の補助マーカーと、
   を備え、
   前記算出部が、前記一の補助マーカーの基本形に関するデータを格納し、当該データの前記一の補助マーカーの基本形に対して、前記カメラの前記一の補助マーカーからの距離と前記カメラの前記一の補助マーカーに対する姿勢を求めて、その求めた結果に基づいて、前記カメラの前記一の補助マーカーからの距離と前記カメラの前記一の補助マーカーに対する姿勢とについて補正する、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の測位システム。
9. 前記算出部が、前記マーカーまでの距離と前記マーカーの姿勢についての補正を、定期的に又は測位の際にする、請求項２ないし８のいずれか１項に記載の測位システム。
10. 方向と距離の情報が備わる模様を有するマーカーの基本形に関するデータであって、当該マーカーが方向と距離の情報を模様として備える前記データを格納しておき、
    当該データの前記マーカーの基本形に対して、球面収差を補正したカメラの撮像面の前記マーカーの画像と比較することによって、前記カメラの前記マーカーからの距離と前記カメラの前記マーカーに対する姿勢を求める、測位方法。

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