JP2019203826A - ビーコン発信機位置抽出システム及びビーコン発信機位置抽出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上記ビーコンとして用いられる電波の規格としては、例えばWiFi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)及びUWB(ultra wide band:超広帯域無線)がある。
上記ビーコンの電波強度あるいは到達時間差などを用いた三角測量、あるいは到来角度を用いた三辺測量から、対象物の測位を行うことが行われている。
また、室内における対象物の動線を表示画面において視認する際、対象物の測位を行う室内の3次元形状が必要となる。
すなわち、CAD情報に基づく3次元座標系を用いることにより、室内に配置したビーコン発信機の固有識別情報とビーコン発信機の座標値との対応関係を容易に対応付けることができる。
そのため、3次元座標系が準備されていないため、室内のいずれの位置にどの固有識別情報を有するビーコン発信機が配置されたかを容易に検出することはできない。
結果として、3次元形状が変化するため、再度3次元座標系の構成をし直し、同様に位置が変更されたビーコン発信機の座標値を求めることになる。
このため、イベント会場の3次元形状を取得して、かつビーコン発信機の固有識別情報とビーコン発信機の座標値との対応関係を求めるのは煩雑な作業となる。
図1は、本発明の一実施形態によるビーコン発信機位置抽出システムの構成例を示すブロック図である。図1において、ビーコン発信機位置抽出システム1は、携帯端末11とビーコン発信機位置抽出サーバ12とを備えている。また、ビーコン発信機位置抽出サーバ12の機能を所定のアプリケーションとして、携帯端末11にこのアプリケーションのプログラムをインストールすることにより持たせる構成としても良い。本実施形態においては、屋内施設における測位対象の測位に用いるビーコン発信機として、ビーコン発信機101_1、ビーコン発信機101_2、ビーコン発信機101_3の3台を用いて説明するが、これに限らず、屋内施設の広さに応じて、3台以上の任意の複数個が配置される。
また、点滅装置102_1、点滅装置102_2及び点滅装置102_3の各々は、それぞれ所定の点滅周期毎に、予め設定された点灯時間、消灯時間で、点灯及び消灯を繰り返す。
また、携帯端末11は、ビーコン発信機101_1、ビーコン発信機101_2及びビーコン発信機101_3の各々の発信する電波信号であるビーコン信号を受信し、このビーコンそれぞれの受信強度(RSSI:Received Signal Strength Indicator)を取得する。
電波受信部112は、ビーコン発信機101_1、ビーコン発信機101_2及びビーコン発信機101_3の各々が発信するビーコン信号を受信し、ビーコン信号に含まれている固有識別情報により、ビーコン発信機101、ビーコン発信機101_2、ビーコン発信機101_3それぞれの出力するビーコン信号の計測電波強度を求める。また、電波受信部112は、ビーコン発信機101_1、ビーコン発信機101_2及びビーコン発信機101_3の各々が発信するビーコン信号の計測電波強度と、ビーコン信号を受信した時刻を示すタイムスタンプを付加して、ビーコン発信機位置抽出サーバ12へ送信する。
また、データ入出力部121は、携帯端末11から供給される、固有識別情報毎のタイムスタンプと計測電波強度とを対応させて、記憶部129に対して書き込んで記憶させる。
ここで、タイムスタンプは、動画像におけるフレーム画像の各々が撮像された時刻を示している。フレーム画像インデックスは、記憶部129の画像記憶領域における、タイムスタンプに対応するフレーム画像の各々が書き込まれているアドレスを示している。
この3次元形状の復元を行う際、3次元形状生成部122は、屋内施設500の3次元座標系における、携帯端末11の画像撮像部111がフレーム画像を撮像した撮像位置(座標値)及び撮像角度の各々も求める。
このため、点滅装置検出部123は、動画像から、実質的に、ビーコン発信機101、ビーコン発信機101_2及びビーコン発信機101_3の各々の位置座標を求める。
すなわち、形状対応距離算出部124は、3次元座標系において、携帯端末11がフレーム画像を撮像した撮像位置の座標値(位置座標)と、点滅装置102の位置座標との間の距離を算出する。そして、形状対応距離算出部124は、算出した距離を、携帯端末11及びビーコン発信機101間の形状対応距離とする。
上記(1)式に基づき、
distance=10(TxPower−RSSI) …(2)
上記(1)及び(2)式において、RSSIは電波強度を示し、TxPowerはビーコン発信機101が発信するビーコン信号の発信強度を示し、distanceは携帯端末11及びビーコン発信機101間の電波対応距離を示している。
そして、電波対応距離算出部125は、算出した上記計測電波強度を、固有識別情報に対応させて、記憶部129におけるそれぞれの計測電波強度テーブルに対して書き込んで記憶させる。
そして、類似度算出部126は、点滅装置102毎に、形状距離変化曲線を書き込んで記憶させる。
そして、類似度算出部126は、ビーコン発信機101毎に、電波距離変化曲線を書き込んで記憶させる。
このため、形状距離変化曲線50及び電波距離変化曲線60の各々の時刻同期が取れており、携帯端末11とビーコン発信機101との距離とした場合、ビーコン発信機101から発信されたビーコン信号から求められた電波対応距離の電波距離変化曲線60と、このビーコン発信機101に備えられた点滅装置102により求められた形状対応距離の形状距離変化曲線50との形状は類似する。
そして、類似度算出部126は、ビーコン発信機101_1、ビーコン発信機101_2及びビーコン発信機101_3に対応する電波距離変化曲線60の各々と、点滅装置102_1、点滅装置102_2及び点滅装置102_3に対応する形状距離変化曲線50の各々との組合わせ、すなわち9個の類似度を求め、それぞれの組合わせ毎に記憶部129に対して求めた類似度を書き込んで記憶させる。
同様に、ビーコン発信機101_1が発信したビーコン信号が固有識別情報で判り、かつ所定の時刻における携帯端末11とビーコン発信機101との距離(電波対応距離)も判るが、ビーコン発信機101_1が何れの座標値に存在しているかは認識できていない。
例えば、発信機位置抽出部127は、ビーコン発信機101_1の発信したビーコン信号に基づいて求めた電波距離変化曲線60と、点滅装置102_1、点滅装置102_2及び点滅装置102_3の各々の座標値から求めた形状距離変化曲線50それぞれとの組合わせに対する類似度を比較し、最も類似度の大きい組合わせを抽出する。すなわち、発信機位置抽出部127は、時刻に対する距離変化が類似する形状距離変化曲線50と電波距離変化曲線60との組合わせを抽出する。
ここで、固有識別情報は、ビーコン発信機101の各々を識別する識別情報である。座標値は、同一レコードにおける固有識別情報のビーコン発信機101の3次元座標系における座標である。
ユーザは、携帯端末11を携帯して、屋内施設500内を移動しつつ、屋内施設500内の3次元空間の3次元形状の撮像を行う。
このとき、携帯端末11の画像撮像部111は、撮像した動画像のフレーム画像のデータを、このフレーム画像を撮像した時刻を示すタイムスタンプを付加して、ビーコン発信機位置抽出サーバ12に対して送信する。
また、電波受信部112は、受信したビーコン信号の計測電波強度のデータを、この計測電波強度を計測した時刻を示すタイムスタンプ及びビーコン信号を発信したビーコン発信機101の固有識別情報(ビーコン信号から抽出)を付加して、ビーコン発信機位置抽出サーバ12に対して送信する。
また、データ入出力部121は、携帯端末11から供給されるビーコン信号の計測電波強度を、タイムスタンプとともに、記憶部129における固有識別情報に対応する計測電波強度テーブルに対して書き込んで記憶させる。
そして、例えば、ユーザは、屋内施設500内を移動して、内部の3次元形状を撮像した後、終了ボタンを押下する。これにより、携帯端末11は、データの取得処理が終了したことを示す終了信号を、ビーコン発信機位置抽出サーバ12に対して送信する。
3次元形状生成部122は、順次、記憶部129における動画像データテーブルのフレーム画像インデックスを参照し、動画像のフレーム画像のデータを画像記憶領域から読み出す。そして、3次元形状生成部122は、各フレーム画像の画像特徴量を抽出し、特徴点を対応付けて、屋内施設500内の3次元形状の3次元点群を生成する。
この際、3次元形状生成部122は、3次元座標系内における画像撮像部111がフレーム画像の各々を撮像したときの撮像位置(座標値)及び撮像方向の各々を求める。
次に、3次元形状生成部122は、生成した3次元点群に基づき、屋内施設500内の3次元形状の復元を行い、屋内施設500内における移動体などの測位に用いる3次元座標系(3次元マップ)を生成する。
そして、3次元形状生成部122は、生成した3次元座標系としての3次元形状のデータを記憶部129に対して書き込んで記憶させる。
点滅装置検出部123は、3次元形状生成部122が求めたフレーム画像間において対応する特徴点から、フレーム画像間において輝度が経時的に変化する特徴点を検出する。そして、点滅装置検出部123は、検出した特徴点に対応する座標値を、3次元形状生成部122が生成した3次元座標系における点滅装置102の各々の座標値として抽出する。
そして、点滅装置検出部123は、記憶部129に点滅装置102の座標値毎に設けられた形状対応距離テーブルに対し、タイムスタンプと、このタイムスタンプに撮像されたフレーム画像を撮像した際の撮像位置及び撮像角度を書き込んで記憶させる。
形状対応距離算出部124は、フレーム画像が撮像されたタイムスタンプ毎に、携帯端末11の位置とビーコン発信機101との3次元座標系における距離である形状対応距離を、携帯端末11及びビーコン発信機101の各々の位置座標(撮像位置)と、フレーム画像を撮像した撮像角度とにより算出する。
そして、形状対応距離算出部124は、記憶部129における点滅装置102(座標値)単位で設けられた形状対応距離テーブルに対し、タイムスタンプ毎に算出した形状対応距離を書き込んで記憶させる。
電波対応距離算出部125は、ビーコン発信機101の各々が発信するビーコン信号の計測電波強度から、上記(1)式を用いて、タイムスタンプ毎に携帯端末11とビーコン発信機101との距離である電波対応距離を算出する。
そして、電波対応距離算出部125は、固有識別情報毎に記憶部129に設けられた計測電波強度テーブルに対して、それぞれの固有識別情報に対応する固有識別情報のビーコン発信機101から発信されたビーコン信号の算出した計測電波強度を、書き込んで記憶させる。
類似度算出部126は、記憶部129における点滅装置102毎(座標値毎)に設けられた形状対応距離テーブルを参照し、タイムスタンプ毎の形状対応距離のデータを連結し、点滅装置102毎の時刻に対する形状対応距離の変化を示す形状距離変化曲線を求める。
また、類似度算出部126は、記憶部129におけるビーコン発信機101毎(固有識別情報毎)毎に設けられた電波対応距離テーブルを参照し、タイムスタンプ毎の電波対応距離のデータを連結し、ビーコン発信機101毎の時刻に対する電波対応距離の変化を示す電波距離変化曲線を求める。
そして、類似度算出部126は、記憶部129に対して、求めた組合わせ毎の類似度を書き込んで記憶させる。
発信機位置抽出部127は、記憶部129を参照して、類似度算出部126が求めたビーコン発信機101の電波距離変化曲線60各々と、点滅装置102の形状距離変化曲線50各々との組合わせの類似度において、例えばビーコン発信機101の電波距離変化曲線60毎に、最も類似度が大きい組合わせを抽出する。
すなわち、発信機位置抽出部127は、時刻に対する距離変化が類似する形状距離変化曲線50と電波距離変化曲線60との組合わせを抽出することで、屋内施設500内における点滅装置102から求めた座標値と、この点滅装置102が備えられたビーコン発信機101の固有識別情報との対応が求められる。
対応テーブル生成部128は、記憶部129における対応テーブルを参照し、ビーコン発信機101の固有識別情報と、点滅装置102の座標値との対応した数と、屋内施設500内に配置したビーコン発信機101及び点滅装置102の各々の全ての数と一致しているか否かの判定を行う。
一方、対応テーブル生成部128は、固有識別情報と座標値との対応した数が、ビーコン発信機101及び点滅装置102の各々の全ての数と一致していない場合、処理をステップS111へ進める。
対応テーブル生成部128は、記憶部129における対応テーブルを図示しない表示画面に対して表示する。
そして、対応テーブル生成部128は、屋内施設500内における3次元形状を復元した3次元マップが生成され、かつ屋内施設500内に配置したビーコン発信機101の各々の3次元座標系における座標値が対応付けられたことを示す画像を、上記表示画面に対して終了通知として表示する。
また、データ入出力部121は、必要(外部装置からの要求)に応じて、屋内施設500内の移動体の測位を行う外部装置に対して、上記対応テーブル及び3次元座標系における3次元形状を示す3次元マップを出力する。
ユーザは、ビーコン発信機位置抽出サーバ12を操作し、上記表示画面に対して3次元マップの画像を表示させ、ビーコン発信機101の各々を特定のマーク画像により示す。
このとき、例えば、ビーコン発信機101を10台配置したにもかかわらず、ビーコン発信機101を示すマーク画像が9個しかない場合、座標値の検出が行われない点滅装置102があるとして、表示画面において動画像を観察する。
このとき、点滅装置検出部123は、ユーザがクリックした座標値を、動画像のデータから抽出した点滅装置102の座標値に加える。
これにより、点滅装置検出部123は、処理をS105に戻す。
これにより、本実施形態によれば、イベント会場などにおいて、入場者の動線に基づいて、配置を換えても、リアルタイムに新たな屋内施設の3次元形状と、この3次元形状の3次元座標系におけるビーコン発信機101の座標値と、この座標値のビーコン発信機101の固有識別情報との対応関係を一括して容易に求めることができる。
図8は、本実施形態における点滅装置102の点滅周期における輝度値の変化パターンを示す図である。図8(a)は、本実施形態で説明したように、点滅周期Tにおいて、点灯と消灯との2値による点滅装置102の点滅パターンを示している。
上述した輝度値の時間的に変化する点滅パターンを用いることにより、充電器などの他の点滅する光源と、点滅パターンにより区別することにより、点滅装置102の位置座標の検出における他の機器の点滅を除去することができ、ビーコン発信機101の座標値と、ビーコン発信機101の固有識別情報とを対応させる処理の精度を向上させることができる。
これにより、点滅パターンにより区別する場合と同様に、点滅装置102の位置座標の検出における他の機器の点滅を除去することができ、ビーコン発信機101の座標値と、ビーコン発信機101の固有識別情報とを対応させる処理の精度を向上させることができる。
画像撮像部111は、フレーム画像をビーコン発信機位置抽出サーバ12に出力する際、タイムスタンプ及びフレーム画像とともに、このフレーム画像を撮像した際のゲイン補正値を出力する。また、画像撮像部111は、ゲイン補正値が取得できない撮像装置の場合、3次元形状生成部122で計算した画像特徴点の対応から画素値における輝度変化を求め、ゲイン補正値を推定して出力する。
ここで、タイムスタンプは、動画像におけるフレーム画像の各々が撮像された時刻を示している。フレーム画像インデックスは、記憶部129の画像記憶領域における、タイムスタンプに対応するフレーム画像の各々が書き込まれているアドレスを示している。ゲイン補正値は、フレーム画像を撮像した際のゲイン補正値を示している。
そして、点滅装置検出部123は、いずれかのフレーム画像のゲイン補正値を基準とし、他のフレーム画像のゲイン補正値を基準のフレーム画像のゲイン補正となるように、フレーム画像の各画素の画素値を補正する。
これにより、点滅装置102の点滅の輝度を統一したゲイン補正値により観察することができるため、図8に示す点滅周期Tの時間幅、サイン波あるいは三角波の形状を精度良く判定することができ、他の機器の点滅と容易に区別することができる。
この場合には、画像撮像部111と3次元形状計測器との相対位置関係が固定されて、3次元点群と特徴点と対応が校正済みとする必要がある。これにより、画像撮像部111の撮像した動画像により求めた3次元形状を、3次元形状計測器により取得した3次元点群で校正することで、高い精度により屋内施設500の3次元形状を復元することができる。
しかしながら、他の実施形態として、電波対応距離算出部125がビーコン信号の到来時間(TOA(time of arrival))に対して、電波の到来速度を乗じることにより電波対応距離を求める構成としても良い。この場合、全てのビーコン発信機101のビーコン信号の発信の時刻は同期が取れている必要が有る。また、ビーコン発信機101がビーコン信号を発信してから電波受信部112が受信するまでの電波の到来時間を、高い精度により計測する必要があるため、携帯端末11の電波受信部112が用いる時計も、ビーコン発信機101の時計と同期が取れている必要がある。
この構成の場合、画像撮像部111の撮像方向と、電波受信部112のアレイアンテナの形成されたアレイアンテナ形成面の法線方向とは同一方向に固定されている必要がある。
3次元座標系におけるビーコン信号の到来角度を、3次元形状の復元の際に算出される画像撮像部111の撮像位置と撮像方向とに対応させ、電波受信部112のアレイアンテナにより求めたビーコン信号の到来角度を、3次元座標系における到来角度に変更する。
そして、発信機位置抽出部127は、交点と最も近いとして抽出した点滅装置102の座標値と、この交点を形成する到来方向に対応するビーコン信号を発信するビーコン発信機101の固有識別情報とを対応付ける。
11…携帯端末
12…ビーコン発信機位置抽出サーバ
101,101_1,101_2,101_3…ビーコン発信機
102,102_1,102_2,102_3…点滅装置
111…画像撮像部
112…電波受信部
121…データ入出力部
122…3次元形状生成部
123…点滅装置検出部
124…形状対応距離算出部
125…電波対応距離算出部
126…類似度算出部
127…発信機位置抽出部
128…対応テーブル生成部
129…記憶部
Claims (11)
- 動画像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置に設けられ、ビーコン発信機の発信するビーコン信号を受信するビーコン受信装置と、
前記動画像から3次元形状を復元する3次元形状生成部と、
前記3次元形状における前記ビーコン発信機に備えられた点滅装置の位置を、前記動画像における当該点滅装置の点滅状態から検出する点滅装置検出部と、
前記ビーコン信号の計測により求めた前記ビーコン受信装置と前記ビーコン発信機との距離に対応する距離情報と、前記点滅装置の位置及び前記撮像装置間の距離情報である形状対応距離とに基づき、前記ビーコン発信機と前記点滅装置との対応付けを行う発信機位置抽出部と
を備えることを特徴とするビーコン発信機位置抽出システム。 - 前記点滅装置の位置と前記撮像装置との前記形状対応距離を求める形状対応距離算出部と、
前記ビーコン信号の計測結果から、前記距離情報を求める電波対応距離算出部と
をさらに備え、
前記発信機位置抽出部が、前記形状対応距離及び距離情報の各々を比較することにより、前記ビーコン発信機と前記点滅装置との対応付けを行う
ことを特徴とする請求項1に記載のビーコン発信機位置抽出システム。 - 前記距離情報が前記ビーコン信号の電波強度から求めた、前記ビーコン受信装置と前記ビーコン発信機の各々との距離である電波対応距離である
ことを特徴とする請求項2に記載のビーコン発信機位置抽出システム。 - 前記距離情報がビーコン信号のビーコン信号受信装置への到来時間から求めた、前記ビーコン受信装置と前記ビーコン発信機の各々との電波対応距離である
ことを特徴とする請求項2に記載のビーコン発信機位置抽出システム。 - 所定の時刻範囲における時刻と前記形状対応距離との関係と、当該時刻と前記距離情報との関係との類似度を算出する類似度算出部
をさらに備え、
前記発信機位置抽出部が前記類似度に基づき、前記ビーコン発信機と前記点滅装置との対応付けを行う
ことを特徴とする請求項2から請求項3のいずれか一項に記載のビーコン発信機位置抽出システム。 - 前記点滅状態が所定の周期で点滅装置の点灯の照度が変化する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のビーコン発信機位置抽出システム。 - 前記点滅状態が所定の周期で点滅装置の点灯の色が変化する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のビーコン発信機位置抽出システム。 - 前記発信機位置抽出部が、
前記ビーコン発信機の発信するビーコンに含まれる、当該ビーコン発信機を識別する固有識別情報と、前記3次元形状における前記点滅装置の位置とを対応付ける
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のビーコン発信機位置抽出システム。 - 前記撮像装置が前記動画像の撮像において、撮像における明るさの調整をゲイン補正により行う
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のビーコン発信機位置抽出システム。 - 前記点滅装置検出部が、
前記動画像のフレーム毎にゲイン補正値を予測し、動画像のゲイン補正値を同一とする補正を行い、前記点滅装置の点灯を検出する
ことを特徴とする請求項9に記載のビーコン発信機位置抽出システム。 - 撮像装置により、動画像を撮像する撮像過程と、
ビーコン受信装置により、前記撮像装置に設けられ、ビーコン発信機の発信するビーコンを受信するビーコン受信過程と、
3次元形状生成部が、前記動画像から3次元形状を復元する3次元形状復元過程と、
点滅装置検出部が、前記3次元形状における前記ビーコン発信機に備えられた点滅装置の位置を、前記動画像における当該点滅装置の点滅状態から検出する点滅装置検出過程と、
発信機位置抽出部が、前記ビーコン信号の計測により求めた前記ビーコン受信装置と前記ビーコン発信機との距離に対応する距離情報と、前記点滅装置の位置及び前記撮像装置間の距離である形状対応距離とに基づき、前記ビーコン発信機と前記点滅装置との対応付けを行う発信機位置抽出過程と
を含むことを特徴とするビーコン発信機位置抽出方法。
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