JP2021169989A - 自己位置測定システム、車両、及び、自己位置測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】人工衛星から発信される電波を受信できないエリアにおいて、簡易で高精度の自己位置測定が可能な自己位置測定システムを提供する。【解決手段】自己位置測定システム１００は、自己位置を測定する自己位置測定システムであって、周囲を撮影するカメラ１０と、予め設定したマーカの位置情報が記憶された記憶部３１と、マーカを含むカメラが撮影した画像に基づいて、マーカとカメラとの相対距離を算出し、算出した相対距離と記憶部に記憶されたマーカの位置情報とに基づいて自己位置を測定する第１自己位置測定部３２と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、自己位置測定システム、車両、及び、自己位置測定方法に関する。

車両や人などが自己位置を測定するシステムとして、人工衛星を利用したGlobal Navigation Satellite System（ＧＮＳＳ）が知られている。

特開２０１９−１０９１６３号公報

ＧＮＳＳでは、人工衛星から電波で送信される信号（ＧＮＳＳ信号）を受信することで自己位置を測定する。そのため、高い建築物の付近や屋内など人工衛星から電波を受信できないエリアでは、車速パルス、ジャイロセンサ、加速度センサなどを用いた自律航法で補完処理を行うが、この場合センサの累積誤差により、自己位置測定の精度が急激に低下する。また、既存の屋内測位のシステムとして、ＩＭＥＳ(Indoor Messaging System)方式、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）方式、レーザースキャンなどの手法が存在するが、これらのシステムは高価で、機器設置の際は屋内に電源配線などの工事が必要であり、利便性が悪いという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、人工衛星から発信される電波を受信できないエリアにおいて、簡易で高精度の自己位置測定が可能な自己位置測定システム、車両、及び、自己位置測定方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る自己位置測定システムは、自己位置を測定する自己位置測定システムであって、周囲を撮影するカメラと、予め設定したマーカの位置情報が記憶された記憶部と、前記マーカを含む前記カメラが撮影した画像に基づいて、前記マーカと前記カメラとの相対距離を算出し、算出した前記相対距離と前記記憶部に記憶されたマーカの位置情報とに基づいて自己位置を測定する第１自己位置測定部と、を備えている。

この構成によれば、カメラでマーカを撮影できれば自己位置を測定することができるため、人工衛星から発信される電波を受信できないエリアにおいても、簡易で高精度の自己位置測定が可能である。

また、本発明の一態様に係る車両は、上記の自己位置測定システムを備えている。

この構成によれば、上記の自己位置測定システムを備えているため、人工衛星から発信される電波を受信できないエリアにおいても、簡易で高精度の自己位置測定が可能である。

また、本発明の一態様に係る自己位置測定方法は、自己位置を測定する自己位置測定方法であって、予めマーカを設定するとともに前記マーカの位置情報を記憶し、カメラで周囲を撮影し、前記マーカを含む前記カメラが撮影した画像に基づいて、前記マーカと前記カメラとの相対距離を算出し、算出した前記相対距離と記憶した前記マーカの位置情報とに基づいて自己位置を測定する。

この方法によれば、カメラでマーカを撮影できれば自己位置を測定することができるため、人工衛星から発信される電波を受信できないエリアにおいても、簡易で高精度の自己位置測定が可能である。

上記の態様によれば、人工衛星から発信される電波を受信できないエリアにおいて、簡易で高精度の自己位置測定が可能な自己位置測定システム、車両、及び、自己位置測定方法を提供することができる。

図１は、自己位置測定システムの概略図である。 図２は、マーカの態様を説明する図である。 図３は、第１自己位置測定部による自己位置測定のフロー図である。 図４は、第２自己位置測定部による自己位置測定のフロー図である。 図５は、比較出力部による測定精度の比較及び出力のフロー図である。

＜自己位置測定システム＞
まず、実施形態に係る自己位置測定システム１００の概要について説明する。図１は、自己位置測定システム１００の概略図である。本実施形態に係る自己位置測定システム１００は、無人で自動走行する車両１０１に搭載されている。車両１０１は、自己位置測定システム１００によって自己位置を測定しつつ、予め定められた移動ルート４２（図２参照）に沿って移動する。

本実施形態の車両１０１は、自動走行する産業用車両を想定しているが、車両１０１はこれに限定されない。例えば、車両１０１は、人が運転する産業用車両や一般車両であってもよい。また、自己位置測定システム１００は車両１０１に搭載されていなくてもよい。例えば、自己位置測定システム１００は持ち運び可能に構成されており、人が自己位置測定システム１００を持って移動してもよい。この場合、自己位置測定システム１００は、カメラ付き携帯電話等で構成されていてもよい。

本実施形態に係る自己位置測定システム１００は、カメラ１０と、ＧＮＳＳ受信機２０と、処理装置３０と、を備えている。

カメラ１０は、車両１０１に搭載された車載カメラであり、車両１０１とともに移動しながら周囲を撮影する。なお、カメラ１０は、車両１０１が停止したときに周囲を撮影してもよい。本実施形態のカメラ１０は車両１０１の前方を撮影する。ただし、カメラ１０は、車両１０１の側方又は後方を撮影してもよい。また、本実施形態のカメラ１０は、レンズを１つ有する単眼カメラであるが、レンズを２つ以上有するステレオカメラであってもよい。また、カメラ１０は、複数の単眼カメラによって構成されていてもよい。

ＧＮＳＳ受信機２０は、１つ又は複数の人工衛星から電波によって発信されるＧＮＳＳ信号を受信する装置である。ＧＮＳＳ信号には、人工衛星の位置情報及び時間情報が含まれる。ＧＮＳＳ受信機２０は、車両１０１に設けられたアンテナ２１を介してＧＮＳＳ信号を受信する。

処理装置３０は、カメラ１０及びＧＮＳＳ受信機２０と電気的に接続されている。処理装置３０は、カメラ１０から画像情報を取得し、ＧＮＳＳ受信機２０から人工衛星の位置情報、時間情報、及び電波に関する情報を取得する。そして、これらの情報に基づいて自己位置を測定（算出）して出力する。自己位置の測定方法及び出力方法については後述する。

また、処理装置３０は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、及び、Ｉ／Ｏインターフェース等を有している。不揮発性メモリに種々のプログラム及びデータ等が保存されており、プロセッサが不揮発性メモリに保存されたプログラム等に基づき揮発性メモリを用いて演算処理を行う。

また、処理装置３０は、記憶部３１を有している。記憶部３１は、上述した不揮発性メモリに相当する。記憶部３１には、予め設定された複数のマーカの位置情報及び形状等情報が記憶されている。マーカの位置情報には、各マーカの絶対座標系における座標位置が含まれる。また、マーカの形状等情報には、各マーカの形状、大きさ、色等が含まれる。

図２は、マーカの態様を説明する図である。本実施形態では図形、文字、色、又はこれらを組み合わせたもの（以下、「図形等」と称する）４１を、予め移動ルート４２に沿って設置する。そして、移動ルート４２に沿って設置した図形等４１をマーカに設定する。本実施形態では、各マーカに設定される図形等４１は互いに異なる。

＜自己位置の測定方法及び出力方法＞
次に、処理装置３０による自己位置の測定方法及び出力方法について説明する。図１に示すように、処理装置３０は、機能的な構成要素として、第１自己位置測定部３２と、第２自己位置測定部３３と、比較出力部３４と、を有している。自己位置の測定及び出力は、これらの構成要素によって実現される。以下、これらの構成要素について順に説明する。

（第１自己位置測定部）
第１自己位置測定部３２は、カメラ１０から取得した画像情報に基づいて自己位置を測定する部分である。図３は、第１自己位置測定部３２による自己位置測定のフロー図である。図３に示すように、第１自己位置測定部３２は、自己位置を測定するにあたり、はじめにカメラ１０から、カメラ１０が撮影した画像に関する画像情報を取得する（ステップＳ１）。

続いて、第１自己位置測定部３２は、カメラ１０が撮影した画像内におけるマーカが、記憶部３１が記憶するマーカと同じものであるか否かを判定する（ステップＳ２）。マーカの判別は、撮影したマーカの形状及び色と、記憶部３１が記憶しているマーカの形状等情報（具体的にはマーカの形状及び色）とを対比して行う。

カメラ１０が撮影した画像内のマーカが、記憶部３１が記憶するマーカと同じものでない場合又はカメラ１０が撮影した画像内にマーカが存在しない場合は（ステップＳ２でＮＯ）、ステップＳ１に戻る。一方、カメラ１０が撮影した画像内のマーカが、記憶部３１が記憶するマーカと同じものである場合は（ステップＳ２でＹＥＳ）、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、第１自己位置測定部３２は、カメラ１０から取得した画像情報と、マーカの形状等情報（具体的にはマーカの大きさ）とに基づいて、撮影されたマーカとカメラ１０との相対距離を算出する。ここで、マーカとカメラ１０が近ければ画像内におけるマーカが大きくなり、マーカとカメラ１０が遠ければ画像内におけるマーカは小さくなる。これを利用して、本実施形態では、カメラ１０が撮影した画像内におけるマーカの大きさに基づいて、マーカとカメラ１０の相対距離を算出する。

続いて、第１自己位置測定部３２は、カメラ１０から取得した画像情報と、マーカの形状等情報（具体的にはマーカの形状）とに基づいて、撮影されたマーカに対するカメラ１０の角度位置を算出する（ステップＳ４）。ここで、マーカに対するカメラ１０の角度位置が変化すれば、カメラ１０から見えるマーカの形状は変形する。例えば、マーカを正面から見た場合と斜めから見た場合とでは、見えるマーカの形状が異なる。これを利用して、本実施形態では、画像内におけるマーカの形状に基づいて、マーカに対するカメラ１０の角度位置を算出する。

続いて、第１自己位置測定部３２は、カメラ１０が撮影したマーカの位置情報を記憶部３１から取得する（ステップＳ５）。

最後に、第１自己位置測定部３２は、ステップＳ５で取得したマーカの位置情報、ステップＳ３で算出したマーカとカメラ１０の相対距離、及び、ステップＳ４で算出したマーカに対するカメラ１０の角度位置に基づいて、自己位置（車両１０１の位置）を算出する（ステップＳ６）。前述のとおり、マーカの位置情報にはマーカの絶対座標系における座標位置が含まれているため、マーカの位置情報、上記の相対距離、及び、上記の角度位置に基づけば、車両１０１の絶対座標系における座標位置を算出することができる。

（第２自己位置測定部）
第２自己位置測定部３３は、ＧＮＳＳ受信機２０が受信したＧＮＳＳ信号に基づいて自己位置を測定する部分である。ＧＮＳＳ信号に基づいて自己位置を測定する方式としては、単独測位、干渉測位（ＲＴＫ；Real Time Kinematic）、ＰＰＰ（Precise Point Positioning）など様々な方式がある。ここでは基本的な単独測位を例にとって説明するが、本発明におけるＧＮＳＳ信号に基づいて自己位置を測定する方式は単独測位に限定されない。

図４は、第２自己位置測定部３３による自己位置測定のフロー図である。図４に示すように、制御が開始されると、第２自己位置測定部３３は、はじめにＧＮＳＳ受信機２０が受信したＧＮＳＳ信号に含まれる各人工衛星の位置情報及び時間情報をＧＮＳＳ受信機２０から取得する（ステップＳ１１）。

続いて、第２自己位置測定部３３は、時間情報に基づいて各人工衛星から発信されたＧＮＳＳ信号をＧＮＳＳ受信機２０が受信するまでの時間（到達時間）を求め、この到達時間から各人工衛星までの距離をそれぞれ算出する（ステップＳ１２）。

続いて、第２自己位置測定部３３は、ＧＮＳＳ受信機２０から取得した各人工衛星の位置情報と、算出した各人工衛星までの距離とに基づいて、ＧＮＳＳ受信機２０の位置（すなわち自己位置）を測定する（ステップＳ１３）。

（比較出力部）
比較出力部３４は、第１自己位置測定部３２と第２自己位置測定部３３の測定精度（測定誤差の小ささ）を比較し、両測定部３２、３３のうち測定精度の高い方が測定した自己位置を出力する部分である。図５は、比較出力部３４による測定精度の比較及び出力のフロー図である。

図５に示すように、比較出力部３４は、はじめに第１自己位置測定部３２による自己位置の測定精度を求める（ステップＳ２１）。第１自己位置測定部３２による自己位置の測定精度は、マーカ自体の大きさ、カメラ１０の画素数、及び、マーカからカメラ１０までの距離によって決まる。このうちマーカ自体の大きさ、及び、カメラ１０の画素数は一定である。そのため、例えばマーカからカメラ１０までの距離と測定精度との関係を示したテーブルを予め作成しておければ、このテーブルとマーカからカメラ１０までの距離とに基づいて第１自己位置測定部３２の測定精度を求めることができる。

続いて、比較出力部３４は、第２自己位置測定部３３による自己位置の測定精度を求める（ステップＳ２２）。上述した単独測位では、補足している人工衛星の数や精度低下率（ＤＯＰ；Dilution Of Precision）に基づいて第２自己位置測定部３３による自己位置の測定精度を求めることができる。なお、単独測位に代えて相対測位を用いる場合は、float状態であるか又はfix状態であるか等の測定状態に基づいて自己位置の測定精度を求めることができる。

続いて、比較出力部３４は、ステップＳ２１で求めた第１自己位置測定部３２の測定精度が、ステップＳ２２で求めた第２自己位置測定部３３の測定精度よりも高いか否かを判定する（ステップＳ２３）。つまり、第１自己位置測定部３２と第２自己位置測定部３３の測定精度を比較する。

比較出力部３４は、第１自己位置測定部３２の測定精度が、第２自己位置測定部３３の測定精度よりも高いと判定した場合（ステップＳ２３でＹＥＳ）、第１自己位置測定部３２が測定した自己位置を出力する（ステップＳ２４）。一方、第１自己位置測定部３２の測定精度が、第２自己位置測定部３３の測定精度よりも高くない（つまり、低い）と判定した場合（ステップＳ２３でＮＯ）、第２自己位置測定部３３が測定した自己位置を出力する（ステップＳ２５）。これにより、第１自己位置測定部３２と第２自己位置測定部３３のうち測定精度が高い方が測定した自己位置が出力される。

なお、本実施形態では、比較出力部３４は、車両１０１の自動運転を制御する図外の自動運転制御部に自己位置を出力する。この自動運転制御部は、比較出力部３４から取得した車両１０１の自己位置に基づいて、車両１０１の自動運転を制御する。また、自己位置測定システム１００が、人が運転する車両１０１に搭載されている場合や、人によって持ち運ばれる（携帯される）ように構成されている場合は、比較出力部３４は地図とともに自己位置を図外の表示部に出力する。

（変形例）
上記の実施形態では、第１自己位置測定部３２が、マーカとカメラ１０の相対距離、マーカに対するカメラ１０の角度位置、及び、マーカの位置情報に基づいて、自己位置を算出した。ただし、車両１０１が決められた移動ルート４２上を正確に移動するような場合（例えば、軌道車両が線路上を走行するような場合）は、マーカとカメラ１０の相対距離、又は、マーカに対するカメラ１０の角度位置のいずれかがわかれば、マーカとカメラ１０の相対位置がわかる。そのため、このような場合は、第１自己位置測定部３２は、マーカとカメラ１０の相対距離を用いずに自己位置を算出してもよく、マーカに対するカメラ１０の角度位置を用いずに自己位置を算出してもよい。

なお、カメラ１０がステレオカメラである場合、各レンズによってそれぞれ撮影した画像を比較すれば、第１自己位置測定部３２は、マーカとカメラ１０の相対位置（マーカとカメラ１０の相対距離及びマーカに対するカメラ１０の角度位置）を算出することができる。そのため、カメラ１０がステレオカメラである場合、第１自己位置測定部３２は、上述したカメラ１０が単眼カメラである場合のマーカとカメラ１０の相対距離の算出及びマーカに対するカメラ１０の角度位置の算出を行う必要はない。

また、上述した実施形態では、図形等４１を移動ルート４２に沿って設置し、設置した図形等４１をマーカに設定したが、これ以外の方法でマーカを設定してもよい。例えば、移動ルート４２の周辺に位置する設備に記載された文字をマーカに設定してもよく、移動ルート４２の周辺に位置する設備自体をマーカに設定してもよい。ただし、マーカは見る方向によって形状が異なることが望ましい。例えば、球体はどの方向から見ても同じ形状に見えるため、上述した実施形態で用いるマーカとしては好ましくない。

また、上述した実施形態では、車両１０１や人が予め定められた移動ルート４２に沿って移動する場合について説明したが、車両１０１や人が自由に移動する場合にも同様に自己位置を測定することができる。この場合、マーカは広範囲に設定すればよい。

＜作用効果等＞
上記のとおり、本実施形態に係る自己位置測定システム１００は、自己位置を測定する自己位置測定システム１００であって、周囲を撮影するカメラ１０と、予め設定したマーカの位置情報が記憶された記憶部３１と、マーカを含むカメラ１０が撮影した画像に基づいて、マーカとカメラ１０との相対距離を算出し、算出した相対距離と記憶部３１に記憶されたマーカの位置情報とに基づいて自己位置を測定する第１自己位置測定部３２と、を備えている。

この構成によれば、カメラ１０でマーカを撮影できれば自己位置を測定することができるため、人工衛星から発信される電波を受信できないエリアにおいても、簡易で高精度の自己位置測定が可能である。

また、本実施形態に係る自己位置測定システム１００は、ＧＮＳＳ信号を受信するＧＮＳＳ受信機２０と、ＧＮＳＳ信号に基づいて自己位置を測定する第２自己位置測定部３３と、第１自己位置測定部３２と第２自己位置測定部３３の測定精度を比較し、測定精度の高い方が測定した自己位置を出力する比較出力部３４と、をさらに備える。

この構成によれば、カメラ１０を用いて測定した自己位置とＧＮＳＳ信号を用いて測定した自己位置のうち、より精度の高い方が出力されるため、様々なエリアにおいて正確な自己位置を出力することができる。

また、本実施形態に係る自己位置測定システム１００では、第１自己位置測定部３２は、画像内におけるマーカの大きさに基づいてマーカとカメラ１０との相対距離を算出するとともに、画像内におけるマーカの形状に基づいてマーカに対するカメラ１０の角度位置を算出し、算出した相対距離及び角度位置と記憶部３１に記憶されたマーカの位置情報とに基づいて自己位置を測定する。

この構成によれば、マーカとカメラ１０との相対距離を算出できるとともに、マーカに対するカメラ１０の角度位置を算出することができるため、第１自己位置測定部３２は精度よく自己位置を測定することができる。

また、本実施形態に係る車両１０１は、上記の自己位置測定システム１００を備えている。

この構成によれば、車両１０１は、上記の自己位置測定システム１００を備えているため、人工衛星から発信される電波を受信できないエリアにおいても、簡易で高精度の自己位置測定が可能である。

また、本実施形態に係る自己位置測定方法は、自己位置を測定する自己位置測定方法であって、予めマーカを設定するとともにマーカの位置情報を記憶し、カメラ１０で周囲を撮影し、マーカを含むカメラ１０が撮影した画像に基づいて、マーカとカメラ１０との相対距離を算出し、算出した相対距離と記憶したマーカの位置情報とに基づいて自己位置を測定する。

この方法によれば、カメラ１０でマーカを撮影することにより自己位置を測定することができるため、人工衛星から発信される電波を受信できないエリアにおいても、簡易で高精度の自己位置測定が可能である。

また、本実施形態に係る自己位置測定方法は、予めマーカを設置する。

この方法によれば、適切な位置にマーカを設定することができる。

また、本実施形態の変形例に係る自己位置測定方法は、設備に記載された文字をマーカに設定する。

この方法によれば、マーカの設置を省略することができる。

また、本実施形態の他の変形例に係る自己位置測定方法は、設備自体をマーカに設定する。

この方法であっても、マーカの設置を省略することができる。

１０ カメラ
２０ ＧＮＳＳ受信機
３０ 処理装置
３１ 記憶部
３２ 第１自己位置測定部
３３ 第２自己位置測定部
３４ 比較出力部
４２ 移動ルート
１００ 自己位置測定システム
１０１ 車両

Claims (8)

1. 自己位置を測定する自己位置測定システムであって、
   周囲を撮影するカメラと、
   予め設定したマーカの位置情報が記憶された記憶部と、
   前記マーカを含む前記カメラが撮影した画像に基づいて、前記マーカと前記カメラとの相対距離を算出し、算出した前記相対距離と前記記憶部に記憶されたマーカの位置情報とに基づいて自己位置を測定する第１自己位置測定部と、を備えた自己位置測定システム。
2. ＧＮＳＳ信号を受信するＧＮＳＳ受信機と、
   前記ＧＮＳＳ信号に基づいて自己位置を測定する第２自己位置測定部と、
   前記第１自己位置測定部と前記第２自己位置測定部の測定精度を比較し、測定精度の高い方が測定した自己位置を出力する比較出力部と、をさらに備える、請求項１に記載の自己位置測定システム。
3. 前記第１自己位置測定部は、前記画像内におけるマーカの大きさに基づいて前記マーカと前記カメラとの相対距離を算出するとともに、前記画像内におけるマーカの形状に基づいて前記マーカに対する前記カメラの角度位置を算出し、算出した前記相対距離及び前記角度位置と前記記憶部に記憶されたマーカの位置情報とに基づいて自己位置を測定する、請求項１又は２に記載の自己位置測定システム。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか一の項に記載の自己位置測定システムを備えた車両。
5. 自己位置を測定する自己位置測定方法であって、予めマーカを設定するとともに前記マーカの位置情報を記憶し、カメラで周囲を撮影し、前記マーカを含む前記カメラが撮影した画像に基づいて、前記マーカと前記カメラとの相対距離を算出し、算出した前記相対距離と記憶した前記マーカの位置情報とに基づいて自己位置を測定する、自己位置測定方法。
6. 予め前記マーカを設置する、請求項５に記載の自己位置測定方法。
7. 設備に記載された文字を前記マーカに設定する、請求項５に記載の自己位置測定方法。
8. 設備自体を前記マーカに設定する、請求項５に記載の自己位置測定方法。
   

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