JP3714459B2 - 移動体の位置検出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、平面上を移動する移動体の位置検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体の位置を検出する技術としては、周囲環境の特徴を予め入力しておいてこれを利用するものと、位置を認識するための基準となる標識を設置してこれを利用するものとがある。
標識を用いる方式は一般に安定した運用が可能であり、これには移動体から見て２つ以上の標識のある方向と予め入力した各標識の位置情報から平面上の位置を検出する方法と、標識自体に位置情報の一部を埋め込むことで１つの標識のみから平面上の位置を検出できるようにする方法とがある。
【０００３】
標識自体に位置情報を埋め込む後者のものは、その標識の平面上の位置を高精度に設置しなくても、物体の最初の位置からの相対位置の認識が高精度になされるという特徴があり、その例を図２に示す。
これは、図示のように部屋の天井等に設けられた標識２の周囲に角度符号３を予め埋め込んでおき、台車等の移動体６に搭載された画像取込センサ１で標識２の画像を取り込んだとき、画像上の或る決まった点における角度符号３を読み取ることで標識周りの移動体６の位置角度を検出（同定）するとともに、取り込んだ標識画像４の縦横比から標識２までの距離を検出し、この距離と読み取った位置角度から標識２を原点とする極座標５上の位置を認識するものである。
【０００４】
なお、上記距離の検出に当たっては、例えば、良く知られている次の（１）式の関係を利用する。
ここに、ｙS ／ｘS は標識画像の縦横比、ｈは標識の極座標原点上の高さ（図２の符号ｈ参照）、ｒは標識の半径、ｌは標識までの距離をそれぞれ示す。
この（１）式を算術的に解くのは必ずしも容易ではないが、計算機の演算機能等を利用することで、画像の縦横比，標識の極座標原点上の高さおよび標識の半径から、標識までの距離ｌは比較的容易に求めることが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような方式では、画像の角度符号を読み取るために２値化処理が必要であるが、その際に照明条件のばらつきや標識面と視線とのなす角度の相違等により、共通のしきい値を決定することは極めて困難しく、その結果、読み誤りを生じるおそれが生じている。
したがって、この発明の課題は、最適な２値化しきい値を求められるようにして高精度な角度検出を可能にすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、平面上を移動する移動体に搭載されズームが可能な画像取込センサにより、所定の角度符号が形成され前記画像取込センサに対し一定の高低差を以て前記平面と平行に設置された標識の前記角度符号を読み取って移動体の相対的位置を検出するに当たり、
前記標識の角度符号を含む所定領域を画像として切り出す一方、標識までの距離と画像取込センサのズーム率とから、前記角度符号の中で変化の度合いが最も高いビットの白部分または黒部分の画像上の横寸法を算出するとともに、標識画像の縦寸法から符号１ビットの画像上の縦寸法を算出してその縦横寸法を持つ矩形パタンを想定し、この矩形パタンを前記切り出した標識画像の変化の度合いが最も高い白部分または黒部分に順次あて嵌めて行きながらパタンマッチング処理をして、最も適合する標識画像領域を探索し、この標識画像領域の左右端近傍領域の濃度から、２値化のためのしきい値を求めることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態説明図で、（ａ）は標識を示し、（ｂ）はその領域９のセンサ画像（撮像画像）１０を示す。
すなわち、全体的構成は図２と同様であるが、標識画像の処理を以下のように行なう点に特徴がある。なお、角度符号としてここではグレーコードを用いる例で説明するが、他の符号（コード）についても同様である。図１（ｂ）に点線で示す部分１１が１つの符号（コード）を示し、一番下に最上位のビットがあり、一番上に最下位のビットがあるものとする。
【０００８】
１）標識までの距離を求める。
距離の検出は、上述のように画像取込センサで取り込んだ標識画像の縦横比を利用する方法や、画像取込センサから標識を見たときの仰角を利用するなど公知の方法による。なお、距離を求めるのは、画像取込センサで取り込んだ標識画像の１画素（ピクセル）の大きさが、距離やセンサのズーム率に応じて変わるからである。なお、これらの関係は、テーブル等に予め格納しておくことができるのは勿論である。
【０００９】
２）角度符号画像の切り出し
次に、図１（ａ）の如き円形標識の最上端にある角度符号を含む一定大きさの領域９の画像１０を図１（ｂ）のように切り出すが、この切り出しに当たっては最上端にある角度符号を中心として、その左右に複数分解能以上の角度符号が入るように行なうこととする。なお、符号７は標識の内部円でその半径をＲ２、８は角度符号部を示しその外径をＲ１とする。
切り出しの下端は（ａ）ではＰ１点、（ｂ）ではβ点でそれぞれ示すが、これは（ａ）の内部円７の標識とそれ以外の領域との境界線として抽出する。また、切り出しの上端は（ａ）ではＰ２点、（ｂ）ではα点でそれぞれ示すが、これは下端差は標識の半径Ｒ１と内部円７の半径Ｒ２との比と、内部円７の画像上の上下寸法等を用いて決定する。さらに、切り出しの左右中心は、内部円７の左右端の中心を通る上下線Ｓとする。
【００１０】
いま、角度符号がＮビットからなるものとすると、図１（ａ）の角度符号部８には２N 個の角度符号が存在し得る。しかし、ここではグレーコードの例なので、最外周の符号は２つの符号毎に白パタン，黒パタンが交互に出現する（グレーコードでは誤差を少なくするため、隣り合う符号間では最下位の１ビット分しか変化しないようにしている）。したがって、角度符号の２符号分に対応する白パタン，黒パタンの画像上の横寸法δは、円形標識の外周を２N-1 で割ったものとなる。なお、円形標識の外周の画像上の寸法は、内部円７の画像上の左右寸法をＬとすると、２π・Ｌ・Ｒ１／Ｒ２であるので、
δ＝２π・Ｌ・Ｒ１／（Ｒ２・２N-1 ） …（２）
と表わすことができる。つまり、切り出しの左右寸法はこのδ値の数倍として与えられることになる。
【００１１】
３）マッチングのためのパタン生成
一方、角度符号の縦方向の寸法γは、切り出した領域の上下端差を符号長Ｎで割ったものとして与えられる。したがって、この縦寸法γと上記の如く求められる横寸法δとで表わされる矩形パタンを想定し、この矩形を用いてパタンマッチング処理を行なう。矩形パタンは白パタン，黒パタンのいずれでも良い。
４）矩形パタンによる探索
上記の如き矩形パタンを用いて、図１（ｂ）のような角度符号の変化が最も頻繁なビット、ここでは最外周のビット領域について矩形パタンと合同な領域を、角度符号の左右いずれかの端からマッチングにより順次探索する。評価は、例えば領域内画素毎に濃度差の二乗の総和を求め、それが最小となるとき、矩形パタンと最も良く合致するものとする。
【００１２】
５）矩形パタンと合致する領域の左右端の画像の濃度値（例えば領域内の濃度の平均値）から、しきい値を求める。
６）求めたしきい値に基づく読み出し処理
上記５）で求めたしきい値で切り出した角度符号画像を２値化し、角度符号画像の左右中心を通る上下線上の各ビットを読み取り、角度を認識する。
７）角度と距離から極座標上の位置を同定する。
【００１３】
【発明の効果】
この発明によれば、画像取込センサにより取り込まれた画像の２値化しきい値を一定領域ごとに求めるようにしたので、正確な位置、特に角度検出が可能になり精度が向上するという利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態説明図である。
【図２】従来例を示す全体構成図である。
【符号の説明】
１…画像取込センサ（カメラ）、２…距離検出用標識、３…角度符号、４…標識画像、５…極座標、６…移動体（台車）、７…標識の内部円、８…標識の角度符号部、９…切り出し領域、１０…切り出し画像、１１…符号（コード）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、平面上を移動する移動体の位置検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体の位置を検出する技術としては、周囲環境の特徴を予め入力しておいてこれを利用するものと、位置を認識するための基準となる標識を設置してこれを利用するものとがある。
標識を用いる方式は一般に安定した運用が可能であり、これには移動体から見て２つ以上の標識のある方向と予め入力した各標識の位置情報から平面上の位置を検出する方法と、標識自体に位置情報の一部を埋め込むことで１つの標識のみから平面上の位置を検出できるようにする方法とがある。
【０００３】
標識自体に位置情報を埋め込む後者のものは、その標識の平面上の位置を高精度に設置しなくても、物体の最初の位置からの相対位置の認識が高精度になされるという特徴があり、その例を図２に示す。
これは、図示のように部屋の天井等に設けられた標識２の周囲に角度符号３を予め埋め込んでおき、台車等の移動体６に搭載された画像取込センサ１で標識２の画像を取り込んだとき、画像上の或る決まった点における角度符号３を読み取ることで標識周りの移動体６の位置角度を検出（同定）するとともに、取り込んだ標識画像４の縦横比から標識２までの距離を検出し、この距離と読み取った位置角度から標識２を原点とする極座標５上の位置を認識するものである。
【０００４】
なお、上記距離の検出に当たっては、例えば、良く知られている次の（１）式の関係を利用する。
この（１）式を算術的に解くのは必ずしも容易ではないが、計算機の演算機能等を利用することで、画像の縦横比，標識の極座標原点上の高さおよび標識の半径から、標識までの距離ｌは比較的容易に求めることが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような方式では、画像の角度符号を読み取るために２値化処理が必要であるが、その際に照明条件のばらつきや標識面と視線とのなす角度の相違等により、共通のしきい値を決定することは極めて困難しく、その結果、読み誤りを生じるおそれが生じている。
したがって、この発明の課題は、最適な２値化しきい値を求められるようにして高精度な角度検出を可能にすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、平面上を移動する移動体に搭載されズームが可能な画像取込センサにより、所定の角度符号が形成され前記画像取込センサに対し一定の高低差を以て前記平面と平行に設置された標識の前記角度符号を読み取って移動体の相対的位置を検出するに当たり、
前記標識の角度符号を含む所定領域を画像として切り出す一方、標識までの距離と画像取込センサのズーム率とから、前記角度符号の中で変化の度合いが最も高いビットの白部分または黒部分の画像上の横寸法を算出するとともに、標識画像の縦寸法から符号１ビットの画像上の縦寸法を算出してその縦横寸法を持つ矩形パタンを想定し、この矩形パタンを前記切り出した標識画像の変化の度合いが最も高い白部分または黒部分に順次あて嵌めて行きながらパタンマッチング処理をして、最も適合する標識画像領域を探索し、この標識画像領域の左右端近傍領域の濃度から、２値化のためのしきい値を求めることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態説明図で、（ａ）は標識を示し、（ｂ）はその領域９のセンサ画像（撮像画像）１０を示す。
すなわち、全体的構成は図２と同様であるが、標識画像の処理を以下のように行なう点に特徴がある。なお、角度符号としてここではグレーコードを用いる例で説明するが、他の符号（コード）についても同様である。図１（ｂ）に点線で示す部分１１が１つの符号（コード）を示し、一番下に最上位のビットがあり、一番上に最下位のビットがあるものとする。
【０００８】
１）標識までの距離を求める。
距離の検出は、上述のように画像取込センサで取り込んだ標識画像の縦横比を利用する方法や、画像取込センサから標識を見たときの仰角を利用するなど公知の方法による。なお、距離を求めるのは、画像取込センサで取り込んだ標識画像の１画素（ピクセル）の大きさが、距離やセンサのズーム率に応じて変わるからである。なお、これらの関係は、テーブル等に予め格納しておくことができるのは勿論である。
【０００９】
２）角度符号画像の切り出し
次に、図１（ａ）の如き円形標識の最上端にある角度符号を含む一定大きさの領域９の画像１０を図１（ｂ）のように切り出すが、この切り出しに当たっては最上端にある角度符号を中心として、その左右に複数分解能以上の角度符号が入るように行なうこととする。なお、符号７は標識の内部円でその半径をＲ２、８は角度符号部を示しその外径をＲ１とする。
切り出しの下端は（ａ）ではＰ１点、（ｂ）ではβ点でそれぞれ示すが、これは（ａ）の内部円７の標識とそれ以外の領域との境界線として抽出する。また、切り出しの上端は（ａ）ではＰ２点、（ｂ）ではα点でそれぞれ示すが、これは下端差は標識の半径Ｒ１と内部円７の半径Ｒ２との比と、内部円７の画像上の上下寸法等を用いて決定する。さらに、切り出しの左右中心は、内部円７の左右端の中心を通る上下線Ｓとする。
【００１０】
いま、角度符号がＮビットからなるものとすると、図１（ａ）の角度符号部８には２N 個の角度符号が存在し得る。しかし、ここではグレーコードの例なので、最外周の符号は２つの符号毎に白パタン，黒パタンが交互に出現する（グレーコードでは誤差を少なくするため、隣り合う符号間では最下位の１ビット分しか変化しないようにしている）。したがって、角度符号の２符号分に対応する白パタン，黒パタンの画像上の横寸法δは、円形標識の外周を２N-1 で割ったものとなる。なお、円形標識の外周の画像上の寸法は、内部円７の画像上の左右寸法をＬとすると、２π・Ｌ・Ｒ１／Ｒ２であるので、
δ＝２π・Ｌ・Ｒ１／（Ｒ２・２N-1 ） …（２）
と表わすことができる。つまり、切り出しの左右寸法はこのδ値の数倍として与えられることになる。
【００１１】
３）マッチングのためのパタン生成
一方、角度符号の縦方向の寸法γは、切り出した領域の上下端差を符号長Ｎで割ったものとして与えられる。したがって、この縦寸法γと上記の如く求められる横寸法δとで表わされる矩形パタンを想定し、この矩形を用いてパタンマッチング処理を行なう。矩形パタンは白パタン，黒パタンのいずれでも良い。
４）矩形パタンによる探索
上記の如き矩形パタンを用いて、図１（ｂ）のような角度符号の変化が最も頻繁なビット、ここでは最外周のビット領域について矩形パタンと合同な領域を、角度符号の左右いずれかの端からマッチングにより順次探索する。評価は、例えば領域内画素毎に濃度差の二乗の総和を求め、それが最小となるとき、矩形パタンと最も良く合致するものとする。
【００１２】
５）矩形パタンと合致する領域の左右端の画像の濃度値（例えば領域内の濃度の平均値）から、しきい値を求める。
６）求めたしきい値に基づく読み出し処理
上記５）で求めたしきい値で切り出した角度符号画像を２値化し、角度符号画像の左右中心を通る上下線上の各ビットを読み取り、角度を認識する。
７）角度と距離から極座標上の位置を同定する。
【００１３】
【発明の効果】
この発明によれば、画像取込センサにより取り込まれた画像の２値化しきい値を一定領域ごとに求めるようにしたので、正確な位置、特に角度検出が可能になり精度が向上するという利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態説明図である。
【図２】従来例を示す全体構成図である。
【符号の説明】
１…画像取込センサ（カメラ）、２…距離検出用標識、３…角度符号、４…標識画像、５…極座標、６…移動体（台車）、７…標識の内部円、８…標識の角度符号部、９…切り出し領域、１０…切り出し画像、１１…符号（コード）。
Claims (1)
- 平面上を移動する移動体に搭載されズームが可能な画像取込センサにより、所定の角度符号が形成され前記画像取込センサに対し一定の高低差を以て前記平面と平行に設置された標識の前記角度符号を読み取って移動体の相対的位置を検出するに当たり、
前記標識の角度符号を含む所定領域を画像として切り出す一方、標識までの距離と画像取込センサのズーム率とから、前記角度符号の中で変化の度合いが最も高いビットの白部分または黒部分の画像上の横寸法を算出するとともに、標識画像の縦寸法から符号１ビットの画像上の縦寸法を算出してその縦横寸法を持つ矩形パタンを想定し、この矩形パタンを前記切り出した標識画像の変化の度合いが最も高い白部分または黒部分に順次あて嵌めて行きながらパタンマッチング処理をして、最も適合する標識画像領域を探索し、この標識画像領域の左右端近傍領域の濃度から、２値化のためのしきい値を求めることを特徴とする移動体の位置検出方法。
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000150813A JP3714459B2 (ja) | 2000-05-23 | 2000-05-23 | 移動体の位置検出方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP3986220B2 (ja) * | 1999-10-19 | 2007-10-03 | オリンパス株式会社 | 情報表示部材及びそれを用いた位置検出方法 |
| JP3666642B2 (ja) * | 2000-01-14 | 2005-06-29 | 富士電機システムズ株式会社 | 移動体の位置検出方法 |
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2000
- 2000-05-23 JP JP2000150813A patent/JP3714459B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2001330411A (ja) | 2001-11-30 |
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