JP2022167560A - 目的地点案内システム - Google Patents

Abstract

【課題】目的地点の状態が不明な場合においても、使用者を案内することが可能な目的地点案内システムを提供する。【解決手段】案内システムは、表示パネル７及びデータ入力部８を有する携帯端末と、携帯端末に接続されたアンテナと、アンテナから取得した情報に基づいて、携帯端末の現在地点の位置を算出する現在地点決定部１４を有する。経路演算部１０は、現在地点決定部１４によって算出された現在地点の位置と、携帯端末に入力された目的地点の位置に基づいて、現在地点から目的地点への経路を演算する。映像処理部５は、イメージセンサ４の撮像データに基づいて風景映像の表示データを生成する。マーカー表示処理部１８は、経路演算部１０が演算した経路を表示パネル７上に示すマーカーの表示データを生成する。モード切替部１６は、表示パネル７に表示させる風景を、垂直モードから水平モードに切り替える。【選択図】図２

Description

本実施形態の実施形態は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）とスマートフォンなどの携帯端末を利用した目的地点案内システムに関する。

スマートフォンなどの携帯端末を利用した目的地点案内システムは、車両用のナビゲーション装置や歩行者用の案内システムとして従来から使用されている。特に最近では、ＲＴＫ－ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic Global Navigation Satellite System）と呼ばれる高精細測位が可能なシステムも実用化されていることから、これらの測位システムとスマートフォンなどの携帯端末を利用することで、歩行者用のナビゲーションシステムを実現する試みがなされている。例えば、特許文献１～３に示す技術は、その一例である。

特開２０１４－２０８６３号公報 特開２０１６－１５１４５３号公報 特開２０２０－１０６２８２号公報

しかしながら、これらの従来技術は、いずれも探索する目的地点が施設などのように比較的大きなものであり、目的地点が数ｃｍから数１０ｃｍに及ぶような狭小な地点、施設などを対象としたものではなかった。例えば、農地や山林などにおいて地図上では予め座標が設定されている境界線や標識を探索したり、地中に埋設されているガス管や水道管などの設備、特に分岐部分やバルブ、マンホールなどを探索したりする場合、更には、雪で覆われた空港などにおいてマンホールや消火栓などの設備を探索したりする場合には、広大な探索対象範囲の中から非常に狭小な設備を発見する必要がある。

従来技術の一つでは、オンラインで取得した地図データを携帯端末に表示させた状態で、携帯端末の現在位置の座標をＧＮＳＳなどで取得し、その座標と予め設定した目的地点の座標と比較することで、目的地点までの案内を行っていた。しかし、地図データは、その表示内容に制限があり、目的地点探索時における使用者や目的地点の状況を正確に表示することができず、狭小な目的地点を発見することが非常に困難であった。

他の従来技術として、携帯端末が有するカメラ機能を利用して、カメラで撮影した静止画像にあらかじめ用意しておいた目標地点の画像を重畳するものも提案されている。しかし、この技術も目標地点の画像が判明していること、及びその画像をあらかじめ用意しておくことが前提であり、前述したような境界標識、地中の設備、雪で覆われた設備、更には設備そのものが存在しない特定座標の地点などが目的地点である場合には、採用することができなかった。

本実施形態は、上記課題を解決するために提案されたものである。すなわち、本実施形態の目的は、目的地点の状態が不明な場合や、土や雪によって覆われていて外部からは目視や撮影できない場合においても、使用者を目的地点に案内することが可能な目的地点案内システムを提供することにある。

実施形態の目的地点案内システムは、次のような構成を備える。
（１）表示パネル及びデータ入力部を有する携帯端末と、前記携帯端末に接続されたＧＮＳＳアンテナ。
（２）前記ＧＮＳＳアンテナから取得した情報に基づいて、前記携帯端末の現在地点の位置を算出する現在地点決定部。
（３）前記現在地点決定部によって算出された前記現在地点の位置と、前記携帯端末に入力された目的地点の位置に基づいて、前記現在地点から前記目的地点への経路を演算する経路演算部。
（４）前記表示パネルの背面に設けられ、前記携帯端末周囲の風景を撮像するイメージセンサと、前記イメージセンサの撮像データに基づいて風景映像の表示データを生成する映像処理部。
（５）前記携帯端末の仰角及び方位を検出する角度センサ。
（６）前記角度センサによって検出された前記携帯端末の前記表示パネルの仰角と方向に基づいて、前記表示パネル上に、前記経路演算部が演算した前記経路を示すマーカーの表示データを生成するマーカー表示処理部。
（７）前記映像処理部が生成した風景映像の表示データと、前記マーカー表示処理部が生成した前記経路を示すマーカーの表示データを、前記表示パネルに重畳して表示させる表示メモリ。
（８）前記携帯端末の現在位置と目的地点の距離が予め設定された閾値以下になった場合に、前記表示パネルに表示させる風景を垂直モードから水平モードに切り替えるか、使用者に対して垂直モードから水平モードへの切り替えを促すメッセージを出力するモード切替部。
（９）前記垂直モードは、前記表示パネルの仰角を地面と垂直もしくは垂直に近い角度として広範囲の風景映像を表示させ、前記水平モードは、前記表示パネルの仰角を地面と平行もしくは平行に近い角度として、前記イメージセンサの１画素あたりの距離精度を前記垂直モードに比較して精細なものとする。

実施形態の目的地点案内システムは、更に次のような構成を備えてもよい。
（１）表示座標演算部の出力側に、前記表示座標演算部によって算出された複数の目的地点について、本来の目的地点との乖離量を算出する乖離量演算部と、前記乖離量演算部に基づいて前記角度センサの誤差に対する補正量を算出する補正量演算部が設けられ、前記補正量演算部によって算出された補正量に基づいて前記角度センサの誤差を補正する。
（２）前記乖離量演算部は、
(1) 角度センサの誤差がθ度
(2) 目的地点と第１の現在地点からの距離Ｌｍ
(3) 目的地点と第２の現在地点からの距離Ｃ・Ｌｍ
(4) 第１の現在地点での表示誤差Ｅｌ
(5) 第１の現在地点での表示座標演算で取得した目的地点Ｄｅ
(6) 本来の目的地点Ｄ
(7) 第２の現在地点での表示座標演算で取得した目的地点ＣＤｅ
(8) 第２の地点での乖離量ＣＥｌ
とした場合に、
目的地点までＬｍの時とＣ・Ｌｍの時のＤｅとＣＤｅの距離を表示座標演算で取得することで乖離量ＣＥｌを下記式により演算し、
ＣＥｌ＝ｄ（Ｄｅ，ＣＤｅ）×（Ｌ－Ｃ・Ｌ）/Ｌ

前記補正量演算部は、
前記乖離量ＣＥｌが、
ＣＥｌ＝（Ｌ×ｔａｎθ－Ｃ・Ｌ×ｔａｎθ）×（Ｌ－Ｃ・Ｌ）/Ｌ
であることに基づいて、
センサ誤差θを、
（Ｌ－Ｌ・Ｃ）ｔａｎθ＝d（Ｄｅ，ＣＤｅ）
θ＝Arcｔａｎθ＝d（Ｄｅ，ＣＤｅ）/（Ｌ－Ｌ・Ｃ）
を算出する。
（３）前記ＧＮＳＳアンテナと前記携帯端末は、ヒンジ部によって接続されたアンテナ固定部と端末装着部を有するアンテナ台に設置されている。

第１実施形態におけるアンテナ台の斜視図である。 第１実施形態における案内システムの機能ブロック図である。 第１実施形態における画面表示例を示す図である。 第１実施形態における垂直モードで発生する角度センサの誤差を示す平面図と側面図である。 第１実施形態における水平モードで発生する角度センサの誤差を示す平面図である。 第１実施形態における垂直モードで発生するイメージセンサの解像度に起因する誤差を示す側面図である。 第１実施形態における水平モードで発生するイメージセンサの解像度に起因する誤差を示す側面図である。 第２実施形態における案内システムの機能ブロック図である。 第２実施形態における角度の誤差θを算出する手法を示す平面図である。 第２実施形態の動作を示すフローチャートである。

［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
（１）アンテナ台
以下、第１実施形態の目的地点案内システムについて、説明する。第１実施形態の案内システムは、ＲＴＫ－ＧＮＳＳアンテナ（以下、アンテナと略称する）を接続した携帯端末を使用することにより、携帯端末の位置を高精度に特定したことを特徴とする。また、携帯端末を垂直モードで広範囲の風景映像を表示させて、目的地点を探索しやすくすると共に、目的地点に接近した場合には、携帯端末を水平モードに切り替えることで、イメージセンサを探索周辺領域だけをセンシングさせ、目的地点のマーキング位置の表示の精度を向上させたものである。

そのため、第１実施形態においては、使用者が携帯端末を持つ角度が異なっても、アンテナが天頂方向を向くことができるように、角度調整機能を有するアンテナ台を使用する。図１は、角度調整機能を有するアンテナ台の一例と、それに取り付けたアンテナ及び携帯端末の使用状態を示す図である。

図１に示すように、アンテナ台１は、板状のアンテナ固定部１ａと、アンテナ固定部１ａの一端にヒンジ部１ｂを介して回動自在に取り付けられた板状の端末装着部１ｃを備える。アンテナ固定部１ａの表面には、アンテナ２がねじ止め、嵌合、接着等の手段で固定されている。端末装着部１ｃは、板状の部材の表面に、上面が開口した箱型のケース１ｄが接着、嵌合等の手段で固定され、このケース１ｄに対して携帯端末３が装着される。ケース１ｄとしては、上面開口型のものに限らず、ノート型或いはブックカバー型の側方から携帯端末３を収容するものなど、適宜のものが使用できる。また、端末装着部１ｃそのものをケースとして、その内部に携帯端末３を装着しても良い。

このような構成のアンテナ台１を使用することで、使用者が携帯端末３を垂直に近い状態でもって目的地点を探索する垂直モードでも、携帯端末３を地面とほぼ平行に横向きに使用する水平モードであっても、ヒンジ部１ｂを中心として端末装着部１ｃとアンテナ固定部１ａとの角度を調整することで、アンテナ固定部１ａに固定されたアンテナ２を常に天頂方向に向けておくことが可能になる。その結果、衛星からの測位信号を高感度で常時受信することができる。

アンテナ台１としては、例えば、ヒンジ部１ｂにモータが設けられ、アンテナ２と携帯端末３の角度を自動調整する機能を有するものを使用することができる。例えば、アンテナ２やアンテナ固定部１ａに、アンテナ２の傾き度合を測定する傾きセンサを設けると共にヒンジ部１ｂにモータを設けて、傾きセンサからの指令に基づいてアンテナ２が天頂方向を向くようにモータを駆動することで、アンテナ固定部１ａを端末装着部１ｃに対してヒンジ部１ｂを中心として回動させることができる。また、手動作業により、アンテナ固定部１ａと端末装着部１ｃの角度を調整するものも使用できる。

アンテナ台１に固定するアンテナとしては、アンテナにＧＮＳＳ機能を有する本体部分を一体化したものを使用しても良いし、アンテナ単体をアンテナ台１に固定して、ＧＮＳＳ機能を有する本体部分は携帯端末３に内蔵したものを使用しても良い。アンテナやＧＮＳＳの本体部分の電源は、携帯端末３から供給するものでも良いし、別途用意したモバイルバッテリーなどの電源からアンテナやＧＮＳＳ本体、更には携帯端末３に電源を供給しても良い。

（２）案内システム
次に、携帯端末３に内蔵された本実施形態の案内システムの構成について、図２を参照して、説明する。

携帯端末３は、風景画像などの撮像データを取得するイメージセンサ４を有する。イメージセンサ４としては、例えば、携帯端末３がスマートフォンの場合には、その動画撮影用のカメラであり、表示パネルとは反対側の面に設けられている。イメージセンサ４は、映像処理部５及び表示メモリ６を介して表示パネル７に接続され、イメージセンサ４で取得された撮像データが、表示パネル７において画像として表示される。

イメージセンサ４からは、後述する表示座標演算部１５に対して、イメージセンサ４が表示パネル７に表示する画像の範囲に関するデータも送られる。すなわち、イメージセンサ４に使用されるレンズの広角度や解像度など、表示パネル７に映し出されるイメージセンサ４からの画像をＸＹ座標として表現するために必要なデータが、イメージセンサ４から表示座標演算部１５に出力される。

携帯端末３は、キーボードなどのデータ入力部８を備える。データ入力部８としては、携帯端末３と一体に設けられた機械的キーボード、ＵＳＢやBluetooth（登録商標）などで接続された外部キーボードなども使用できるが、表示パネル７に表示されるソフトウェアキーボードの使用が一般的である。データ入力部８からは、目的地点情報（目的地点の座標など）や使用するRTK-GNSSに関する情報、使用者の識別情報などが入力されるが、探察システムとしては、少なくとも、目的地点情報（例えば、緯度、経度、高度）の入力が必要である。

データ入力部８の出力側には、入力された目的地点情報に基づいて目的地点を決定し、探索終了時点まで保存する目的地点決定部９が接続される。携帯端末３を持った使用者が探索に従って移動して現在地点が変更されると、その都度新たな経路探索が必要となるが、この目的地点決定部９によって保存された目的地点に関する情報が、経路探索を再実行する度に新たな現在地点情報と共に経路演算部１０に入力される。

携帯端末３は、角度及び地磁気センサ１１を有する。角度及び地磁気センサ１１としては、スマートフォンなどの携帯端末を利用に内蔵されている重力角度センサ、３軸加速度センサ、３軸ジャイロセンサ、地磁気センサを組み合わせて使用することができる。この角度及び地磁気センサ１１の出力側は、表示角度演算部１２に接続されている。表示角度演算部１２は、使用者が持っている携帯端末３の表示パネル７の地表面に対する角度、及び携帯端末３から見た目的地点の方向（水平方向及び垂直方向の角度）を算出する。表示角度演算部１２で得られた携帯端末３の角度や方位は、経路演算部１０に入力される。

携帯端末３は、現在地点情報入力部１３を有する。現在地点情報入力部１３は、携帯端末３が内蔵するＧＰＳチップが測位した位置情報のほか、携帯電話基地局やＷｉ－Ｆｉアクセスポイント経由で入手したデータなどに基づいて、携帯端末３の位置情報を取得するものである。特に、本実施形態では、現在地点情報入力部１３として、アンテナ２から取得した現在地点の位置情報を入力するものを使用する。現在地点情報入力部１３に出力側は、現在地点決定部１４に接続され、現在地点決定部１４において、現在地点情報入力部１３から得られた情報に基づいて、現在地点の緯度、経度及び高度が算出される。現在地点決定部１４によって算出された現在地点の緯度、経度及び高度は、経路演算部１０に入力される。

すなわち、経路演算部１０は、
(1) 目的地点決定部９によって得られた目的地点の緯度、経度及び高度
(2) 現在地点決定部１４によって得られた現在地点の緯度、経度及び高度
に基づいて、現在地点から見た目的地点の方向もしくは方位、仰角、直線距離を含む案内経路を演算する。

経路演算部１０の出力側には、表示座標演算部１５が接続されている。表示座標演算部１５は、表示パネル７をＸＹ座標として表現した場合に、どの座標位置に目的地点決定部９が決定した目的地点や案内用のマーカーを表示させるかを、演算する。表示座標演算部１５には、次のデータが入力される。
(1) 経路演算部１０によって得られた現在地点から目的地点までの案内経路
(2) イメージセンサ４から表示パネル７に映し出されている風景影像の範囲
(3) 表示角度演算部１２によって得られた表示パネル７の仰角及び方位

経路演算部１０の出力側には、モード切替部１６が接続されている。モード切替部１６は、経路演算部１０によって得られた携帯端末３の現在位置と、目的地点の距離が予め設定された閾値以下になった場合に、表示パネル７に表示させる風景を、垂直モードから水平モードに切り替える。垂直モードは、イメージセンサ４の光軸を地面と平行もしくは平行に近い角度として広範囲の風景映像を表示させる。水平モードは、イメージセンサ４の光軸を地面と垂直もしくは垂直に近い角度として、イメージセンサ４の１画素あたりのセンシング距離精度を垂直モードに比較して精細なものとする。

モード切替部１６におけるモードの切替の基準となる閾値は、主としてイメージセンサ４のレンズの画角によって定まる。例えば、使用者が表示パネル７と地面と平行になるように携帯端末３を持っている状態、すなわちレンズの光軸が垂直もしくは垂直に近い状態において、表示パネル７に映し出される風景影像の外縁の地点と目的地点との距離よりも、携帯端末３が目的地点に近づいた場合に、モード切替部１６は垂直モードから水平モードへの切り替えを行う。

モード切替部１６の出力側には、携帯端末３に設けられたスピーカやイヤホンなどの音声出力部１７が接続される。この音声出力部１７は、モード切替部１６の指令に基づき、使用者にモード切替のために携帯端末３の角度調整を実行させるメッセージを出力する。例えば、アンテナ台１のヒンジ部１ｂにモータが設けられ、アンテナ２と携帯端末３の角度を自動調整する機能を有するものの場合には、モード切替部１６からの指令によりモータを駆動して、携帯端末３の角度を垂直モードから水平モードに自動的に切り替えると同時に、音声出力部１７から使用者にモード切換を実行する旨のメッセージが出力される。一方、手動操作により、携帯端末３の角度を調整するアンテナ台１を使用する場合には、モード切替部１６からの指令に基づき、音声出力部１７から使用者に対して携帯端末３の角度を垂直から水平モードに変更することを促すメッセージが出力される。

表示座標演算部１５の出力側には、表示座標演算部１５によって決定された座標位置に目的地点や案内用のマーカーを表示させるマーカー表示処理部１８が設けられている。このマーカー表示処理部１８の入力側には、表示パネル７に表示する現在地点や目的地点用のマーカー、及び案内用のマーカーに関するデータ（例えば、形状、色彩、寸法、静止画又は動画）を記憶したマーカー形状記憶部１９が接続されている。すなわち、マーカー表示処理部１８は、表示座標演算部１５からの座標位置に対して、マーカー形状記憶部１９から読み出した目的地点や経路案内用のマーカーを配置する。

マーカー表示処理部１８には、モード切替部１６の出力側が接続されており、モード切替部１６によるモード切替指令に伴って、マーカー表示処理部１８がマーカー形状記憶部１９から読み込む目的地点や経路案内用のマーカーの種類が変更される。マーカー形状記憶部１９には、異なる形状、色彩、寸法などを有するマーカーを保存されている。マーカー表示処理部１８は、経路演算部１０及び表示座標演算部１５を経由して入力された現在地点と目的地点間の距離、携帯端末３に内蔵された各種センサから得られた現在地点の移動速度などに基づいて、経路案内の各状況に応じて異なるマーカーを、マーカー形状記憶部１９から選択して呼び出す。

マーカー表示処理部１８の出力側は、表示メモリ６に接続されている。表示メモリ６においては、映像処理部５によって得られた風景画像とマーカー表示処理部１８によって得られた各マーカーの画像とが重畳され、重畳された画像データが表示パネル７に映し出される。

マーカー形状記憶部１９に記憶されるマーカーとしては、例えば次のようなものがある。
(1) マーキング表示は現在地点及び目的地点を俯瞰的に見つけられやすい形状や色で構成する。例えば、目的地点を緑円、現在地点を茶星というように、色彩と形状を異ならせる。水平モードでは現在地点も併せてマーキング表示させる。
(2) モード切替部１６からの指令により、垂直モードと水平モードでは、目的地点と現在地点のマーキング表示の形状や色を自動的に切り替え、使用者がどのモードで探索を実行しているかの判定や、表示パネル７に示された風景の解像度の精度が容易に判定できるようにする。例えば、目的地点に充分に近づくとマーカ－クッションが赤から緑に変わって、水平グリップで表示できることを知らせるように、目的地点用に複数のマーカーを記憶しておく。
(3) ２次元の表示パネル７に、奥行き情報を含めた３次元の表示が求められるため、奥行を矢印の数で表現させる。
(4) 誘導する人間の歩くスピードに合わせて、矢印をアニメーションで表示させて、奥行きがあることの認識効果をより高める。そのために必要な形状、大きさ、色彩の矢印の静止画データ及び動画データを記憶しておく。

［１－２．作用］
前記のような構成を有する第１実施形態の案内システムの作用について、垂直モードと水平モードに分けて説明する。

（１）垂直モード
垂直モードは、現在地点と目的地点がある程度離れている状態、例えば、水平モードが現在地点の周囲１～２ｍ程度にある目的地点の探索を対象としている場合は、現在地点と目的地点がそれ以上離れている場合に使用される。垂直モードにおいては、アンテナ２が天頂方向を向いた状態において、携帯端末３の表示パネル７が地面に対して垂直もしくは垂直に近い範囲となるように、アンテナ台１のヒンジ部１ｂを調整する。このようにすると、携帯端末において表示パネル７の背面側に設けられたイメージセンサ４の光軸は、地面と平行もしくは平行に近い角度に設定される。

目的地点の探索を行うにあたり、使用者は、まず、目的地点の緯度、経度、高度に関するデータをデータ入力部８から携帯端末３に入力する。携帯端末３はデータ入力部８に入力された各データに基づいて、目的地点決定部９に経路探索に使用する目的地点の情報を保存する。目的地点に関するデータの入力と同時に、又は使用者が探索開始指令を携帯端末３に入力すると、携帯端末３の現在地点情報入力部１３にアンテナ２からのＧＮＳＳ信号が入力され、その入力信号に基づいて、現在地点決定部１４において現在地点の緯度、経度及び高度が決定される。

目的地点決定部９に保存された目的地点の緯度、経度及び高度と、現在地点決定部１４で得られた現在地点の緯度、経度及び高度は経路演算部１０に送られる。経路演算部１０では、現在地点の情報と目的地点の情報に基づいて、両地点間の距離、現在地点から見た目的地点の方向（方位と仰角）が計算され、両地点を結ぶ経路が算出される。

経路演算部１０によって得られた経路は、表示座標演算部１５に送られる。表示座標演算部１５は、携帯端末３の表示パネル７の表示角度及びイメージセンサ４からの広角度や解像度に従って、表示パネル７の画像表示面をＸＹ座標として定義する。この場合、表示パネル７の表示角度は、角度及び地磁気センサ１１からのデータに従って、表示角度演算部１２が表示パネル７の方位や仰角が算出され、その結果が表示座標演算部１５に入力される。表示座標演算部１５は、経路演算部１０が算出した現在地点、探索経路及び目的地点を、表示パネル７のどの座標に表示するかを演算する。

表示パネル７の向きによって演算した探索経路や目的地点が表示パネル７上に表示できない場合、すなわち、表示パネル７の向いている方位と、探索経路や目的地点の方位が異なっている場合には、表示座標演算部１５は、使用者に対して、音声出力部１７から表示パネル７の向きを変えるためのメッセージを出力することができる。もちろん、表示パネル７に探索経路や目的地点を示すマーカーが表示されていないことを使用者が判別して、表示パネル７の向きを変更しても良い。

表示座標演算部１５によって算出された現在地点、探索経路及び目的地点の座標は、マーカー表示処理部１８に送られる。マーカー表示処理部１８では、現在地点、探索経路及び目的地点のそれぞれについて、表示パネル７に表示すべきマーカーをマーカー形状記憶部１９から読み出し、各マーカーを表示座標演算部１５によって算出した座標に配置する。この際、現在地点や目的地点については、垂直モードに対応したマーカーを用意しておき、それを選択することが好ましい。また、経路演算部１０によって演算した探索経路の距離（現在地点と目的地点間の距離）に応じて、探索経路を示す矢印状のマーカーの色や形状、表示数を異ならせることが好ましい。例えば、目的地点が現在位置から離れている場合には、その距離が使用者に直感的に分かるように矢印の数を変更したり、遠方の目的地点ほど小さな矢印を表示させると良い。このようにすると、２次元の表示パネル７に、奥行き情報を含めた３次元の表示が可能となる。更に、誘導する人間の歩くスピードに合わせて、矢印をアニメーションで表示させて、奥行きがあることの認識効果をより高めることも可能である。

マーカー表示処理部１８によって得られたマーカー表示用のデータは表示メモリ６に送られる。表示メモリ６においては、映像処理部５によって得られた風景画像とマーカー表示処理部１８によって得られた各マーカーの画像とが重畳され、重畳された画像データが表示パネル７に映し出される。図３は、表示パネル７に映し出された風景画像とマーカーの表示例である。目的地点を入力した状態では、図３（ａ）のように、目的地点のみをマーカーＭ１が風景画像Ｓに重ねあわされた状態で示されている。経路探索が実行されると、図３（ｂ）のように、目的地点のマーカーＭ１、案内経路を示す複数の矢印状のマーカーＭ２及び案内経路が目的地点からどの程度離れているかを示す円弧状のマーカーＭ３が、風景画像Ｓと重ね合わされた状態で表示パネル７に表示される。距離を示す円弧状のマーカーＭ３は、例えば、目的地点から１ｍ及び１０ｍの位置に同心円状に、かつ距離を示す数値と共に表示することが好ましい。

垂直モードにおいて、使用者が案内経路に沿って移動すると、アンテナ２からの測位データが変化し、それに基づいて現在地点決定部１４により新たな現在地点が決定される。経路演算部１０は、新たな現在地点に基づいて、新たな経路を演算し、その結果、表示パネル７には移動によって得られたイメージセンサ４からの新たな風景と、新たな目的地点や経路を示すマーカーが重畳表示される。このとき、現在地点と目的地点との距離が閾値以下となった場合に、その距離に応じて、案内経路を示す矢印形のマーカーの形状、色、大きさ、数などを変化させることで、目的地点までどの程度近付いたかを使用者に知らせることもできる。

このように、垂直モードにおいては、表示パネル７が垂直もしくは垂直に近い角度となるように使用者が携帯端末３を持って目的地点の方向を向くことによって、現在地点から離れた位置にある目的地点とその方向を、イメージセンサ４が撮影した風景画像上で確認することができる。特に、垂直モードでは、イメージセンサ４は、遠方の風景全体を映し出すことが可能であることから、使用者は離れた位置にある目的地点の方向と、その経路を表示パネル７上で容易に確認することができ、目的地点に向かって歩みを進めることが可能となる。

（２）水平モード
垂直モードで経路案内が行われ、使用者が目的地点に一定距離、例えば１～２ｍ程度に近づいたことを経路演算部１０が検出した場合、その検出信号を受信してモード切替部１６は垂直モードから水平モードへの切替を実施する。この切替作業は、モード切替部１６が音声出力部１７を通じて使用者に表示パネル７の角度変更を促すものでも良いし、アンテナ台１がモータなどを利用して自動で角度調整を行うようなものの場合には、自動的に角度変更を行うものであっても良い。水平モードでは、表示パネル７の表示面が地面に対して水平もしくは水平に近い角度に設定される。そのため、表示パネル７の背面に設けられたイメージセンサ４のレンズの光軸は、地面と垂直になる。また、イメージセンサ４と地面との距離は使用者の手の位置、すなわち携帯端末３と地面との距離となるので、イメージセンサ４はカメラの広角度にもよるが、概ね１～２ｍの範囲の風景を映し出すことになる。

水平モードでは、例えば、マーカーとして現在地点が茶色の星印、目的地点が緑色の円印であるとすると、表示パネル７には目的地周囲の地面の風景が映し出されると共に、風景に重畳して現在地点の茶色の星印と目的地点の緑色の円印が表示される。その状態で、携帯端末３を動かして星印が円印に重なった時に、目的地点に到達したと直感的に判る。

このような水平モードと、前記垂直モードにおける目的地点の検出精度を比較する。まず、目的地点の検出精度は、地磁気センサと重力角度センサが検出する表示パネル７の方位方向の角度と、表示パネル７の仰角の精度によって左右される。スマートフォンのような一般的な端末に内蔵された地磁気センサの誤差は±５度、重力角度センサの誤差が±１度程度である。また、イメージセンサ４の解像度、すなわち、イメージセンサ４の１画素数当たりの表示パネル７に映し出される風景の範囲も、目的地点の検出精度に影響する。イメージセンサ４が広い範囲の風景を撮影している場合に、その１画素の表示範囲が広いと計測誤差が発生する。以下、これらの誤差について説明する。

（３）方位方向と仰角に関するセンサの誤差
図４（ａ）は、垂直モードにおける目的地点の方位方向の誤差ｅを示す平面図である。使用者が位置する現在地点と目的地点の距離を３０ｍとすると、地磁気センサが±５度の誤差を持つとすると、方位方向についての最大誤差ｅは、次の通りとなる。
ｅ＝ｔａｎ５×３０ｍ≒５．２ｍ
また、図４（ｂ）の側面図に示すように、使用者が携帯端末３を地上１ｍの高さに持って３０ｍ先の目的地点を探索した場合、重力角度センサの誤差を±１度とすると、目的地点の手前方向の誤差ｅｆと、奥側方向の誤差ｅｂは、次の通りとなる。
ｅｆ＝３０－（ｔａｎ（（ｔａｎ^－１３０／１）－１））≒１０ｍ
ｅｂ＝３０＋（ｔａｎ（（ｔａｎ^－１３０／１）＋１））≒３３ｍ

このように垂直モードにおいては、携帯端末に内蔵された地磁気センサ及び重力角度センサの誤差が、表示パネル７上に目的地点を表示する場合に影響を与えることが分かる。しかし、垂直モードは目的地点から離れた現在地点において目的地点を探索し、案内するものであることから、各センサにこの程度の誤差があっても、使用者を目的地点近傍にまで案内することが可能である。ところが、目的地点に近づいた状態においても、垂直モードにおけるこのようなセンサの誤差が存在すると、目的地点を高精度で特定することが不可能となる。特に、測量の境界地点、埋設された水道管やガス管、雪や土で覆われたマンホールやバルブなどを探索する場合、地表面などに目的地点を示す目標物が見えていないことが多い。そのため、数ｃｍの誤差があると、目的地点を正確に発見することができない。

一方、本実施形態における水平モードは、図５に示すように、イメージセンサ４の視野角（イメージセンサ４に使用されるレンズの広角度）によって定まる狭い範囲の風景のみを表示パネル７に映し出す。その場合、イメージセンサ４の視野角を例えば７７度とし、水平に持った携帯端末の高さを１ｍとすると、表示パネル７には半径１．６ｍの映像が映し出される。その状態で、重力角度センサの誤差が±１度とすると、目的地点の最大表示誤差ｅｖは、次の通りとなる。
ｅｖ＝ｔａｎ１＝０．０１７ｍ
このように、水平モードでは、半径１．６ｍの範囲内で、わずか１．７ｃｍの誤差で目的地点を検出することができる。その結果、土地の境界や水道管、マンホール、バルブなどの小型で小面積の目的地点であっても、その位置を高精度で特定することができる。

（４）イメージセンサ４の解像度による誤差
図６は、垂直モードにおけるイメージセンサ４の解像度に起因する誤差を示している。一例として、イメージセンサ４は視野角７７度、目的地点方向の撮像画角７７度×３／４、センサ画素数１２００万、表示パネル７の地面からの高さを１ｍとする。その場合、イメージセンサ４の目的地点方向の撮像範囲は３０ｍ×３０ｍ×１／２となる。ここで１／２を乗じるのは、携帯端末３を垂直モードで支持した場合、表示パネル７に映し出される風景のうち上半分は空の方向が表示されるため、下半分の風景のみが探索に必要なためである。このような条件に従えば、１画素当たりの撮像範囲は、
（３０ｍ×３０ｍ×１／２）／１２００万画素＝５０ｍｍ^２
となる。

このように、垂直モードでは、１画素当たりの撮像範囲が広いことから高精度な探索が困難である。特に、スマートフォンのような小型の携帯端末では、表示パネル７自体の解像度も限界があることから、イメージセンサ４のすべての画素がそのまま表示パネル７に表示される訳ではないため、表示パネル７に表示される目的地点の精度はより低いものとなる。

更に、垂直モードにおいては、前記のように仰角を検出する重力角度センサなどの誤差もあることから、１画素当たりの撮像範囲が広いと目的地点の検出精度はより低下する。仮に、重力角度センサに比較して精度の高いジャイロセンサを使用しても、１画素当たりの撮像範囲の広さに起因する誤差は解消できない。

図７は、水平モードにおける１画素当たりの撮像範囲を示す側面図であって、携帯端末３が地面から１ｍの高さに支持されている場合、撮像範囲は１．６ｍ×１．６ｍであるから、１画素当たりの撮像範囲は、
（１．６ｍ×１．６ｍ）／１２００万画素＝０．２ｍｍ^２
となる。このように、水平モードは垂直モードに比較して、１画素当たりの撮像範囲が１００倍以上も高精度となることから、その誤差は殆ど無視できる程度と考えられる。また、近距離で真下方向のため、角度センサの誤差も目的地点の特定に殆ど影響を与えないと考えられる。

［１－３．効果］
本実施形態の効果は、以下の通りである。
（１）携帯端末３にＧＮＳＳを使った現在位置認識機能と、イメージセンサ４と角度及び地磁気センサ１１で画面の風景映像の任意の地点にマーカーを重畳できる表示機能を搭載させ、現在位置認識機能を使って予め設定した目的地点を地面にマーキング表示をさせる。そのため、使用者に周囲の風景と案内用のマーカーを同時に認識させることか可能となり、目的地点の探索が直感的に分かりやすく実行できる。

（２）携帯端末３を使用して目的地点を探索し、かつその地点への到達を案内するシステムにおいて、携帯端末３を垂直にして探索する垂直モードと水平にして探索する水平モードを併せ持ち、垂直モードでは広範囲を探索し、水平モードではより高精度で探索できる仕組みを持たせた。これにより、垂直モードと水平モードを連携させて効率よく高精度に地点を探索することが可能になった。

（３）特に、垂直モードで広範囲の風景映像を表示させ、マーキング表示は目的地点を俯瞰的に見つけられやすい形状や色で構成することで、目的地点を探索しやすくする。目的地点に近づいた場合は、水平モードに切り替えることで、イメージセンサ４を探索周辺領域だけをセンシングさせることができ、センサの１画素あたりのセンシング距離精度を精細にでき、目的地点のマーキング位置の表示の精度を上げることができる。また水平モードでは現在地点も併せてマーキング表示させる。このモード切替で目的地点と現在地点のマーキング表示を自動的に、ユーザが精度が判定できる形状や色に変更する。目的地点のマーキング表示に、現在地点が重なるように移動すれば、案内が完了する。

（４）２次元の表示パネル７に、奥行き情報を含めた３次元の表示が求められる。本実施形態では、奥行を矢印の数で表現させ、更に、誘導する人間の歩くスピードに合わせて、矢印をアニメーションで表示させて、奥行きがあることの認識効果をより高めることができる。

（５）例えば、目的地点の方向（奥行方向）を矢印で表示して、目的地点までの距離が一定値以下、例えば３０ｍになった時に連続矢印で表示する。これにより、矢印の数で距離を表現することが可能になり、目的地点を直観的に理解できる。この場合、矢印の数を適宜設定することで、距離の増減を表示することもできる。また、本実施形態では、地図出たを使用することなく、イメージセンサ４からの風景にマーカーを重畳させているので、現在地点と目的地点との間に障害物があっても、連続矢印を表示することにより実際は障害物の奥に目的地点があると容易に推測でき、トンネルなども抜けることができる表示が可能である。

［２．第２実施形態］
第２実施形態を図８乃至図１０を参照して、説明する。第２実施形態は、第１実施形態の構成に加えて、目的地点に近づく前と近づいた後の目的地点の座標の差分＝空間距離を使って、左右方向の角度センサの誤差θを推定して、それ以後の角度センサの誤差を自動で補正する機能を持たせる。角度センサとしては、重力角度センサや地磁気センサ、ジャイロセンサなどが対象となる。

第２実施形態では、図８のブロック図に示すように、表示座標演算部１５の出力側に、表示座標演算部１５によって算出された複数の目的地点について、本来の目的地点との乖離量を算出する乖離量演算部２０と、この乖離量演算部２０に基づいて角度センサの誤差に対する補正量を算出する補正量演算部２１が設けられている。補正量演算部２１の出力側は、表示パネル７の角度を算出する表示角度演算部１２に接続されている。

乖離量演算部２０は、図９の演算原理図に示すような手法で、探索途中における２か所の現在地点について、それぞれ本来の目的地点と、表示座標演算部１５によって算出された誤差を含んだ計算上の目的地点の距離が、どの程度乖離しているかを演算する。図９における各値は次の通りである。なお、図９は、目的地点と第２の現在地点からの距離Ｃ・Ｌｍを１／２Ｌｍ、第２の現在地点での表示座標演算で取得した目的地点ＣＤｅを１／２Ｄｅ、第２の地点での乖離量ＣＥｌを１／２Ｅｌとしたものである。
(1) 角度センサの誤差がθ度
(2) 目的地点と第１の現在地点からの距離Ｌｍ
(3) 目的地点と第２の現在地点からの距離Ｃ・Ｌｍ
(4) 第１の現在地点での表示誤差Ｅｌ
(5) 第１の現在地点での表示座標演算で取得した目的地点Ｄｅ
(6) 本来の目的地点Ｄ
(7) 第２の現在地点での表示座標演算で取得した目的地点ＣＤｅ
(8) 第２の地点での乖離量ＣＥｌ

乖離量演算部２０は、目的地点までＬｍの時と１／２Ｌｍの時のＤｅとＤ１／２ｅの距離を検出する。すると、次の式が成り立つ
１／２Ｅｌ＝１／２Ｌ×ｔａｎθ＝ｄ（Ｄｅ，Ｄ１／２ｅ）
ｔａｎθ＝２／Ｌ×ｄ（Ｄｅ，Ｄ１／２ｅ）

次に、補正量演算部２１は、上記の式に基づいて、下記式を計算して、角度センサの誤差θを求める
θ＝Arcｔａｎθ＝（２／Ｌ×ｄ（Ｄｅ，Ｄ１／２ｅ））
誤差θが求められた後は、補正量演算部２１は、その値を表示角度演算部１２に出力し、表示角度演算部１２は角度センサの出力に誤差θを補正した値を、表示パネル７の角度として経路演算部１０を介して表示座標演算部１５に出力する。このようにすると、誤差θが補正された表示パネル７の角度が表示座標演算に使用されることになり、角度センサの誤差に起因する表示制度の低下が解消される。

図１０は、第２実施形態の動作の一例を示すフローチャートである。経路探索を開始すると、まず、角度センサの誤差θの推定ができているか、否かを確認する（Ｓ１）。確認ができている場合には（Ｓ１のＹｅｓ）、角度センサの出力にθを補正した数値Ａ－θ＝補正した角度センサの出力Ａｃとし、以後の角度センサの出力は数値Ａｃを使用する（Ｓ２）。確認ができていない場合には（Ｓ１のＮｏ）、探索を続けながら目的地点に向かって進み（Ｓ３）、目的地点までＬｍになったか否か、すなわち誤差θ検出のための第１の現在地点に達したか否かを確認する（Ｓ４）。第１の現在地点に達していない場合には（Ｓ４のＮｏ）、更に目的地点に向かって進み（Ｓ３）、第１の現在地点に達したか否かを確認する（Ｓ４）。第１の現在地点に達した場合には（Ｓ４のＹｅｓ）、角度センサの出力Ａを使って目的地点Ｄｅの表示座標を取得する（Ｓ５）。

第１の現在地点に達して（Ｓ４のＹｅｓ）、目的地点Ｄｅの表示座標を取得した後は（Ｓ５）、再び目的地点に向かって進み（Ｓ６）、目的地点まで１／２Ｌｍになったか否かを確認する（Ｓ７）。目的地点まで１／２Ｌｍに達していない場合には（Ｓ７のＮｏ）、更に目的地点に向かって進み（Ｓ６）、目的地点まで１／２Ｌｍに達したか否かの確認を繰り返す。目的地点まで１／２Ｌｍに達した場合には（Ｓ７のＹｅｓ）、角度センサの出力Ａを使って目的地点Ｄ１／２ｅの表示座標を取得する。先に取得した目的地点Ｄｅの座標との空間距離ｄ（Ｄｅ，１／２ｅ）を算出する（Ｓ８）。誤差θは右図の関係となり、
θ＝Arcｔａｎθ＝（２／Ｌ×ｄ（Ｄｅ，Ｄ１／２ｅ））
と推定する（Ｓ８）。誤差θが得られた後は、角度センサの出力にθを補正した数値Ａ－θ＝補正した角度センサの出力Ａｃとし、以後の角度センサの出力は数値Ａｃを使用する（Ｓ２）。

第２実施形態では、探索の途中の２か所で、第１と第２の現在地点における表示座標上の目的地点と、本来の目的地点との乖離量に基づいて、角度センサの誤差θを求めることができる。その結果、角度センサの誤差を補正することで、より精度の高い目的地点の探索を行うことが可能となる。

［３．他の実施形態］
本明細書においては、本実施形態に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

（１）マーカーに加えて、候補となる目的地点の写真情報をAR表示して、正しく選択できることを助ける。写真情報等をユーザの目を介すことで選択している目的地点であることの確認を助けることができる。ユーザにとっては選択の安心感にもつながる。

（２）案内用のマーカーに限らず、アンテナの電波受信強度、目的地点までの距離、表示パネル７の傾斜角度など、経路案内や携帯端末３に関する情報を数値やマーカー音声によって使用者に知らせることもできる。

１…アンテナ台
１ａ…アンテナ固定部
１ｂ…ヒンジ部
１ｃ…端末装着部
１ｄ…ケース
２…アンテナ
３…携帯端末
４…イメージセンサ
５…映像処理部
６…表示メモリ
７…表示パネル
８…データ入力部
９…目的地点決定部
１０…経路演算部
１１…角度及び地磁気センサ
１２…表示角度演算部
１３…現在地点情報入力部
１４…現在地点決定部
１５…表示座標演算部
１６…モード切替部
１７…音声出力部
１８…マーカー表示処理部
１９…マーカー形状記憶部
２０…乖離量演算部
２１…補正量演算部

Claims (4)

1. 表示パネル及びデータ入力部を有する携帯端末と、前記携帯端末に接続されたＧＮＳＳアンテナと、
   前記ＧＮＳＳアンテナから取得した情報に基づいて、前記携帯端末の現在地点の位置を算出する現在地点決定部と、
   前記現在地点決定部によって算出された前記現在地点の位置と、前記携帯端末に入力された目的地点の位置に基づいて、前記現在地点から前記目的地点への経路を演算する経路演算部と、
   前記表示パネルの背面に設けられ、前記携帯端末周囲の風景を撮像するイメージセンサと、前記イメージセンサの撮像データに基づいて風景映像の表示データを生成する映像処理部と、
   前記携帯端末の仰角及び方位を検出する角度センサと、
   前記角度センサによって検出された前記携帯端末の前記表示パネルの仰角と方向に基づいて、前記表示パネル上に、前記経路演算部が演算した前記経路を示すマーカーの表示データを生成するマーカー表示処理部と、
   前記映像処理部が生成した風景映像の表示データと、前記マーカー表示処理部が生成した前記経路を示すマーカーの表示データを、前記表示パネルに重畳して表示させる表示メモリと、
   前記携帯端末の現在位置と目的地点の距離が予め設定された閾値以下になった場合に、前記表示パネルに表示させる風景を垂直モードから水平モードに切り替えるか、使用者に対して垂直モードから水平モードへの切り替えを促すメッセージを出力するモード切替部と、
   前記垂直モードは、前記表示パネルの仰角を地面と垂直もしくは垂直に近い角度として広範囲の風景映像を表示させ、
   前記水平モードは、前記表示パネルの仰角を地面と平行もしくは平行に近い角度として、前記イメージセンサの１画素あたりの距離精度を前記垂直モードに比較して精細なものとする目的地点案内システム。
2. 表示座標演算部の出力側に、前記表示座標演算部によって算出された複数の目的地点について、本来の目的地点との乖離量を算出する乖離量演算部と、前記乖離量演算部に基づいて前記角度センサの誤差に対する補正量を算出する補正量演算部が設けられ、前記補正量演算部によって算出された補正量に基づいて前記角度センサの誤差を補正する請求項１に記載の目的地点案内システム。
3. 前記乖離量演算部は、
   (1) 角度センサの誤差がθ度
   (2) 目的地点と第１の現在地点からの距離Ｌｍ
   (3) 目的地点と第２の現在地点からの距離Ｃ・Ｌｍ
   (4) 第1の現在地点での表示誤差Ｅｌ
   (5) 第1の現在地点での表示座標演算で取得した目的地点Ｄｅ
   (6) 本来の目的地点Ｄ
   (7) 第２の現在地点での表示座標演算で取得した目的地点ＣＤｅ
   (8) 第２の地点での乖離量ＣＥｌ
   とした場合に、
   目的地点までＬｍの時とＣ・Ｌｍの時のＤｅとＣＤｅの距離を表示座標演算で取得することで乖離量ＣＥｌを下記式により演算し、
   ＣＥｌ＝ｄ（Ｄｅ，ＣＤｅ）×（Ｌ－Ｃ・Ｌ）/Ｌ
   
   前記補正量演算部は、
   前記乖離量ＣＥｌが、
   ＣＥｌ＝（Ｌ×ｔａｎθ－Ｃ・Ｌ×ｔａｎθ）×（Ｌ－Ｃ・Ｌ）/Ｌ
   であることに基づいて、
   センサ誤差θを、
   （Ｌ－Ｌ・Ｃ）ｔａｎθ＝d（Ｄｅ，ＣＤｅ）
   θ＝Arcｔａｎθ＝d（Ｄｅ，ＣＤｅ）/（Ｌ－Ｌ・Ｃ）
   を算出する請求項２に記載の目的地点案内システム。
4. 前記ＧＮＳＳアンテナと前記携帯端末は、ヒンジ部によって接続されたアンテナ固定部と端末装着部を有するアンテナ台に設置されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の目的地点案内システム。

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