JP3874363B1 - 位置評定装置、位置評定方法および位置評定プログラム - Google Patents
位置評定装置、位置評定方法および位置評定プログラム Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 都市部などＧＰＳの衛星補足数が十分確保できない条件下でも測位精度の劣化を防ぐことを目的とする。
【解決手段】 天空画像カメラ部１１０が撮影して撮像データを生成し、天空画像変換部１２０が撮像データを仰角・方位角面に投影する。また、ＤＳＭ取得部１４０が各地点において天空画像カメラ部１１０が撮影するであろう範囲の地理データをＤＳＭデータベース１９０から取得し、ＤＳＭ変換部１５０が地理データを仰角・方位角面に投影する。そして、位置・姿勢推定部１６０が仰角・方位角面に投影した撮像データと各地点における地理データとを比較し、地理データが撮像データと一致する地点を天空画像カメラ部１１０の撮影時の位置評定装置１００の位置とする。
【選択図】 図１
【解決手段】 天空画像カメラ部１１０が撮影して撮像データを生成し、天空画像変換部１２０が撮像データを仰角・方位角面に投影する。また、ＤＳＭ取得部１４０が各地点において天空画像カメラ部１１０が撮影するであろう範囲の地理データをＤＳＭデータベース１９０から取得し、ＤＳＭ変換部１５０が地理データを仰角・方位角面に投影する。そして、位置・姿勢推定部１６０が仰角・方位角面に投影した撮像データと各地点における地理データとを比較し、地理データが撮像データと一致する地点を天空画像カメラ部１１０の撮影時の位置評定装置１００の位置とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、測位システムにおける位置評定装置、位置評定方法および位置評定プログラムに関するものである。
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の測位精度は、単独衛星では１０ｍ程度の精度であったが、近年、ＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＧＰＳ）と最低４個の衛星の搬送波位相情報を利用して数ｃｍ程度へ精度の向上を図っている。しかしながらこの手法では、都市部において建物による遮蔽等により、測位に必要な数の衛星を捕捉することができない場合がある。この場合、測位精度が数ｍ程度へ劣化するため、従来から様々な解決手段の提案が行われている。
一般的なアプローチとしてまず挙げられるのが、ＧＰＳとジャイロ・加速度計による慣性航法装置（ＩＮＳ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）とを複合させる方式（例えば、特許文献１）である。これは、カルマンフィルタを用いて、衛星可視時には衛星航法を使用すると同時にＩＮＳの誤差を補正し、衛星不可視時には慣性航法を使用するという複合航法である。原理的には最低２個の衛星が捕捉できれば、ＩＮＳの誤差の補正が可能である。しかし、長時間に渡って十分な衛星が捕捉できない場合は、ＩＮＳの誤差が蓄積していき、測位誤差が増大していくという課題があった。
一般的なアプローチとしてまず挙げられるのが、ＧＰＳとジャイロ・加速度計による慣性航法装置（ＩＮＳ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）とを複合させる方式（例えば、特許文献１）である。これは、カルマンフィルタを用いて、衛星可視時には衛星航法を使用すると同時にＩＮＳの誤差を補正し、衛星不可視時には慣性航法を使用するという複合航法である。原理的には最低２個の衛星が捕捉できれば、ＩＮＳの誤差の補正が可能である。しかし、長時間に渡って十分な衛星が捕捉できない場合は、ＩＮＳの誤差が蓄積していき、測位誤差が増大していくという課題があった。
また、天空画像を使った例として「特許文献２」が挙げられる。これは、天空画像とその撮像した位置のＧＰＳ測位結果、および衛星軌道情報を用いて可視／不可視衛星の棄却処理を行うものである。これは建物の遮蔽ではなく、反射による干渉波に起因する精度劣化を解決するいわゆるマルチパス対策である。つまり、この棄却結果として可視衛星数が少なく、ＧＰＳ測位精度の劣化が起きている場合の補正方法まで言及していない。加えて、一般に天空画像を可視カメラを用いて撮影した場合、天候によっては太陽光の映りこみ（外光外乱）による画像飽和（ハレーションやスミアなど）が起こり、空と建物との境界の判別が不可能となる課題もあった。
特開２００５−１９５３９５号公報
特開２００３−００４８３８号公報
本発明は、上記の課題などを解決するためになされたもので、例えば、都市部などＧＰＳの衛星補足数が十分確保できない条件下でも測位精度の劣化を防ぐことを目的とする。
本発明の位置評定装置は、撮影して撮像データを生成する撮像部と、３次元の地理データを記憶する地理データ記憶部と、各地点における前記撮像部の撮影範囲に対応する地理データを前記地理データ記憶部から取得する地理データ取得部と、前記地理データ取得部が取得した各地点における前記撮像部の撮影範囲に対応する地理データを前記撮像部が生成した撮像データと比較し、前記撮像部が生成した撮像データに対する前記地理データ取得部が取得した各地点における前記撮像部の撮影範囲に対応する地理データの誤差量に基づいて位置を特定する位置特定部とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、撮像部の撮影した撮像データと各地点における撮像部の撮影範囲に対応する地理データとを比較した誤差量に基づいて位置特定部が位置を特定することにより、ＧＰＳの衛星補足数が十分確保できない条件下においても測位することができる。また、ＩＮＳによる測位でもないため、ＩＮＳの誤差の蓄積による測位精度の劣化も防ぐことができる。
実施の形態１．
実施の形態１における位置・姿勢推定方法は、測位対象である移動体に搭載した撮像機により取得した画像と、地理データから得た各位置・各姿勢において撮像機が撮像できるであろう画像とを比較することで位置も姿勢も求まると推定し、地理データから得た画像が撮像機により取得した画像と一致する位置と姿勢とを特定し、特定した位置と姿勢が移動体の位置と姿勢であると評定する方法である。
実施の形態１における位置・姿勢推定方法は、測位対象である移動体に搭載した撮像機により取得した画像と、地理データから得た各位置・各姿勢において撮像機が撮像できるであろう画像とを比較することで位置も姿勢も求まると推定し、地理データから得た画像が撮像機により取得した画像と一致する位置と姿勢とを特定し、特定した位置と姿勢が移動体の位置と姿勢であると評定する方法である。
図１は、実施の形態１における位置評定装置１００の構成図である。
実施の形態１における位置評定装置１００の構成を図１に基づいて以下に説明する。
位置評定装置１００は、天空画像カメラ部１１０、天空画像変換部１２０、概位置取得部１３０、ＤＳＭ取得部１４０、ＤＳＭ変換部１５０、位置・姿勢推定部１６０およびＤＳＭデータベース１９０を備え、位置評定装置１００は測位対象である移動体に搭載される。
実施の形態１における位置評定装置１００の構成を図１に基づいて以下に説明する。
位置評定装置１００は、天空画像カメラ部１１０、天空画像変換部１２０、概位置取得部１３０、ＤＳＭ取得部１４０、ＤＳＭ変換部１５０、位置・姿勢推定部１６０およびＤＳＭデータベース１９０を備え、位置評定装置１００は測位対象である移動体に搭載される。
天空画像カメラ部１１０は、全周（３６０度）を撮像する赤外線カメラを有し、赤外線カメラが撮像した画像のデータ（以下、天空画像とする）を生成し出力する。また、赤外線カメラは移動体に姿勢軸を一致させて搭載する。
天空画像変換部１２０は、天空画像を入力し、入力した天空画像を仰角と方位角とを表す天空画像（以下、天空画像投影データとする）に変換する。
概位置取得部１３０は、位置を推定する対象地点（以下、測位点とする）の概算の座標（以下、概位置とする）を算出する。算出した概位置は緯度・経度・高度を示す。例えば、ジャイロ・加速度計を有し、慣性航法により測位点の概位置を算出する。また例えば、キーボードや無線機などのユーザインタフェースを介して入力されたユーザ指定の座標、位置・姿勢推定部１６０が前回推定した座標を概位置とする。
ＤＳＭデータベース１９０は、３次元の地理データであるＤＳＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｅｌ：数値表層モデル）を記憶管理する。ＤＳＭは、航空機や人工衛星などから計測した樹木や建物などの地物を含んだ地表面形状のデータであり、一般的に緯度・経度・高度をもった点データで表される。
ＤＳＭ取得部１４０は、座標を入力し、入力した座標において天空画像カメラ部１１０が撮像できる場所のＤＳＭをＤＳＭデータベース１９０から取得する。
ＤＳＭ変換部１５０は、ＤＳＭを入力し、入力したＤＳＭを仰角と方位角とを表すＤＳＭ（以下、ＤＳＭ投影データとする）に変換する。
位置・姿勢推定部１６０は、天空画像投影データと特定の範囲内の各地点におけるＤＳＭ投影データとを入力し、天空画像投影データに対する各ＤＳＭ投影データの誤差量に基づいて位置・姿勢を推定する。
天空画像変換部１２０は、天空画像を入力し、入力した天空画像を仰角と方位角とを表す天空画像（以下、天空画像投影データとする）に変換する。
概位置取得部１３０は、位置を推定する対象地点（以下、測位点とする）の概算の座標（以下、概位置とする）を算出する。算出した概位置は緯度・経度・高度を示す。例えば、ジャイロ・加速度計を有し、慣性航法により測位点の概位置を算出する。また例えば、キーボードや無線機などのユーザインタフェースを介して入力されたユーザ指定の座標、位置・姿勢推定部１６０が前回推定した座標を概位置とする。
ＤＳＭデータベース１９０は、３次元の地理データであるＤＳＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｅｌ：数値表層モデル）を記憶管理する。ＤＳＭは、航空機や人工衛星などから計測した樹木や建物などの地物を含んだ地表面形状のデータであり、一般的に緯度・経度・高度をもった点データで表される。
ＤＳＭ取得部１４０は、座標を入力し、入力した座標において天空画像カメラ部１１０が撮像できる場所のＤＳＭをＤＳＭデータベース１９０から取得する。
ＤＳＭ変換部１５０は、ＤＳＭを入力し、入力したＤＳＭを仰角と方位角とを表すＤＳＭ（以下、ＤＳＭ投影データとする）に変換する。
位置・姿勢推定部１６０は、天空画像投影データと特定の範囲内の各地点におけるＤＳＭ投影データとを入力し、天空画像投影データに対する各ＤＳＭ投影データの誤差量に基づいて位置・姿勢を推定する。
天空画像カメラ部１１０は撮影して撮像データ（天空画像）を生成する撮像部の一例である。
ＤＳＭデータベース１９０は３次元の地理データを記憶する地理データ記憶部の一例である。
ＤＳＭ取得部１４０は各地点における撮像部の撮影範囲に対応する地理データを地理データ記憶部から取得する地理データ取得部の一例である。
位置・姿勢推定部１６０は地理データ取得部が取得した各地点における撮像部の撮影範囲に対応する地理データを撮像部が生成した撮像データと比較し、撮像部が生成した撮像データに対する地理データ取得部が取得した各地点における撮像部の撮影範囲に対応する地理データの誤差量に基づいて位置を特定する位置特定部の一例である。
天空画像変換部１２０は撮像部が撮影して生成した撮像データを仰角と方位角とを表す撮像データに変換する撮像データ変換部の一例である。
ＤＳＭ変換部１５０は地理データ取得部が取得した地理データを地球中心地球固定座標系の地理データに変換し、地球中心地球固定座標系の地理データを撮像部の座標を原点とする座標系の地理データに変換し、撮像部の座標を原点とする座標系の地理データを仰角と方位角とを表す地理データに変換する地理データ変換部の一例である。
ＤＳＭデータベース１９０は３次元の地理データを記憶する地理データ記憶部の一例である。
ＤＳＭ取得部１４０は各地点における撮像部の撮影範囲に対応する地理データを地理データ記憶部から取得する地理データ取得部の一例である。
位置・姿勢推定部１６０は地理データ取得部が取得した各地点における撮像部の撮影範囲に対応する地理データを撮像部が生成した撮像データと比較し、撮像部が生成した撮像データに対する地理データ取得部が取得した各地点における撮像部の撮影範囲に対応する地理データの誤差量に基づいて位置を特定する位置特定部の一例である。
天空画像変換部１２０は撮像部が撮影して生成した撮像データを仰角と方位角とを表す撮像データに変換する撮像データ変換部の一例である。
ＤＳＭ変換部１５０は地理データ取得部が取得した地理データを地球中心地球固定座標系の地理データに変換し、地球中心地球固定座標系の地理データを撮像部の座標を原点とする座標系の地理データに変換し、撮像部の座標を原点とする座標系の地理データを仰角と方位角とを表す地理データに変換する地理データ変換部の一例である。
図２は、実施の形態１における位置評定装置１００のハードウェア構成図である。
図２において、位置評定装置１００は、プログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９１１を備えている。ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介してＲＯＭ９１３、ＲＡＭ９１４、磁気ディスク装置９２０、撮像機９５１、ジャイロ９５２、加速度計９５３と接続されている。
ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３、磁気ディスク装置９２０は、不揮発性メモリの一例である。これらは、記憶部（記憶機器・記憶装置）、入力部（入力機器・入力装置）あるいは出力部（出力機器・出力装置）の一例である。
赤外線カメラは撮像機９５１の一例であり、撮像機９５１の別例とし可視カメラがある。
図２において、位置評定装置１００は、プログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９１１を備えている。ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介してＲＯＭ９１３、ＲＡＭ９１４、磁気ディスク装置９２０、撮像機９５１、ジャイロ９５２、加速度計９５３と接続されている。
ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３、磁気ディスク装置９２０は、不揮発性メモリの一例である。これらは、記憶部（記憶機器・記憶装置）、入力部（入力機器・入力装置）あるいは出力部（出力機器・出力装置）の一例である。
赤外線カメラは撮像機９５１の一例であり、撮像機９５１の別例とし可視カメラがある。
磁気ディスク装置９２０には、オペレーティングシステム（ＯＳ）９２１、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。プログラム群９２３は、ＣＰＵ９１１、ＯＳ９２１により実行される。
上記プログラム群９２３には、実施の形態の説明において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。
ファイル群９２４には、実施の形態の説明において、「〜部」として説明する機能を実行時の判定結果や演算結果を示すデータ、「〜部」として説明する機能を実行するプログラム間で受け渡しするデータなどが「〜ファイル」として記憶されている。
また、以下に述べる実施の形態の説明において、フローチャートや構成図の矢印の部分は主としてデータの入出力を示し、そのデータの入出力のためにデータは、磁気ディスク装置９２０、ＦＤ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｄｉｓｋ ｃａｒｔｒｉｄｇｅ）、光ディスク、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、その他の記憶媒体に記憶される。あるいは、信号線やその他の伝送媒体により伝送される。
ファイル群９２４には、実施の形態の説明において、「〜部」として説明する機能を実行時の判定結果や演算結果を示すデータ、「〜部」として説明する機能を実行するプログラム間で受け渡しするデータなどが「〜ファイル」として記憶されている。
また、以下に述べる実施の形態の説明において、フローチャートや構成図の矢印の部分は主としてデータの入出力を示し、そのデータの入出力のためにデータは、磁気ディスク装置９２０、ＦＤ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｄｉｓｋ ｃａｒｔｒｉｄｇｅ）、光ディスク、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、その他の記憶媒体に記憶される。あるいは、信号線やその他の伝送媒体により伝送される。
また、実施の形態の説明において「〜部」として説明するものは、ＲＯＭ９１３に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、ハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。
また、実施の形態を実施するプログラムは、磁気ディスク装置９２０、ＦＤ、光ディスク、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ、その他の記憶媒体による記憶装置を用いて記憶されても構わない。
図３は、実施の形態１における位置評定装置１００の位置評定処理を示すフローチャートである。
実施の形態１における位置評定装置１００が実行する位置評定処理の流れについて、図３に基づいて以下に説明する。
実施の形態１における位置評定装置１００が実行する位置評定処理の流れについて、図３に基づいて以下に説明する。
まず、天空画像カメラ部１１０が赤外線カメラ（撮像機９５１）で測位点の全周囲を撮像し、天空画像を生成して出力する（Ｓ１０１：撮像処理）。
そして、天空画像変換部１２０が天空画像カメラ部１１０の出力した天空画像を入力し、赤外線カメラに写った建物のエッジを天空画像から抽出し、抽出した建物のエッジを仰角・方位角面に投影した天空画像投影データを生成して出力する（Ｓ１０２：撮像データ変換処理）。
そして、天空画像変換部１２０が天空画像カメラ部１１０の出力した天空画像を入力し、赤外線カメラに写った建物のエッジを天空画像から抽出し、抽出した建物のエッジを仰角・方位角面に投影した天空画像投影データを生成して出力する（Ｓ１０２：撮像データ変換処理）。
また、概位置取得部１３０が、例えば、慣性航法を行い、撮像時の天空画像カメラ部１１０（赤外線カメラ）の概位置を算出して出力する。慣性航法では、ジャイロ９５２で測定した進行方向と、加速度計９５３で測定した加速度から算出する移動距離とに基づいて測位計算を行う。慣性航法の代わりに、キーボードや無線機などのユーザインタフェースを介してユーザ指定の座標を概位置として取得してもよいし、２回目以降の位置評定処理で、位置・姿勢推定部１６０が前回推定した座標を概位置として取得してもよい（Ｓ１０３：概位置取得処理）。
次に、位置・姿勢推定部１６０が概位置取得部１３０の出力した概位置を入力し、入力した概位置を基準に予測誤差を範囲とするグリッドを生成する。そして、位置・姿勢推定部１６０はＤＳＭを取得する対象のグリッド点を１つ選択し出力する（Ｓ１０４：範囲設定処理）。
次に、位置・姿勢推定部１６０が概位置取得部１３０の出力した概位置を入力し、入力した概位置を基準に予測誤差を範囲とするグリッドを生成する。そして、位置・姿勢推定部１６０はＤＳＭを取得する対象のグリッド点を１つ選択し出力する（Ｓ１０４：範囲設定処理）。
次に、ＤＳＭ取得部１４０が位置・姿勢推定部１６０の出力したグリッド点を入力し、入力したグリッド点において赤外線カメラが撮像できる建物のＤＳＭをＤＳＭデータベース１９０から取得して出力する（Ｓ１０５：地理データ取得処理）。
次に、ＤＳＭ変換部１５０がＤＳＭ取得部１４０の出力したＤＳＭを入力し、入力したＤＳＭから建物のエッジを抽出し、抽出した建物のエッジを仰角・方位角面に投影したＤＳＭ投影データを生成して出力する（Ｓ１０６：地理データ変換処理）。
次に、ＤＳＭ変換部１５０がＤＳＭ取得部１４０の出力したＤＳＭを入力し、入力したＤＳＭから建物のエッジを抽出し、抽出した建物のエッジを仰角・方位角面に投影したＤＳＭ投影データを生成して出力する（Ｓ１０６：地理データ変換処理）。
次に、位置・姿勢推定部１６０が天空画像変換部１２０の出力した天空画像投影データとＤＳＭ変換部１５０の出力したＤＳＭ投影データとを入力して比較し、天空画像投影データに対するＤＳＭ投影データの誤差量を算出する。また、位置・姿勢推定部１６０はグリッド点を新たに１つ選択し、ＤＳＭ変換部１５０が出力した当該ＤＳＭ投影データの誤差量の算出を繰り返す。そして、位置・姿勢推定部１６０は算出した誤差量に基づいて天空画像を撮影時の天空画像カメラ部１１０（赤外線カメラ）の位置・姿勢を特定し測位対象である移動体の位置・姿勢とする（Ｓ１０７：位置特定処理）。
以下に、位置評定装置１００の位置評定処理（Ｓ１０１〜Ｓ１０７）の詳細について説明する。
図４は、実施の形態１における天空画像変換部１２０が実行する撮像データ変換処理（Ｓ１０２）を示すフローチャートである。
実施の形態１における天空画像変換部１２０が実行する撮像データ変換処理（Ｓ１０２）の流れについて、図４に基づいて以下に説明する。
実施の形態１における天空画像変換部１２０が実行する撮像データ変換処理（Ｓ１０２）の流れについて、図４に基づいて以下に説明する。
まず、天空画像変換部１２０は天空画像カメラ部１１０の出力した天空画像を入力する。天空画像が表す画像の例を図５に示す（Ｓ２０１）。
次に、天空画像変換部１２０は入力した天空画像を二値化する。図５に示した天空画像を二値化した図を図６に示す。図６に示すように、天空画像変換部１２０は、天空画像の二値化により、天空画像カメラ部１１０の撮像した画像を建物（および樹木など他の地物）と建物以外とに区別する（Ｓ２０２）。
次に、天空画像変換部１２０は二値化した天空画像から建物のエッジを抽出する。図６に示した二値化した天空画像から建物のエッジを抽出した図を図７に示す。このとき、天空画像カメラ部１１０の撮像した画像の縁も抽出される（Ｓ２０３）。
次に、天空画像変換部１２０は抽出したエッジの外周（画像の縁）を削除する。図７に示した建物のエッジからエッジの外周を削除した図を図８に示す。図８に示すように、天空画像変換部１２０は、エッジの外周を削除することにより、画像の縁を除いて建物のエッジを抽出する（Ｓ２０４）。
次に、天空画像変換部１２０はエッジの外周を削除して残った建物のエッジを仰角・方位角面に投影した天空画像投影データを生成する。図８に示した建物のエッジを仰角・方位角面に投影した天空画像投影データが表すグラフを図９に示す。図９のグラフは、方位角を「０〜３６０度」とし、分解能を「１／２度」とした、測位点の各方位角分解能に位置する建物のエッジの赤外線カメラからの仰角を表す（Ｓ２０５）。
そして、天空画像変換部１２０は生成した天空画像投影データを出力する（Ｓ２０６）。
次に、天空画像変換部１２０は入力した天空画像を二値化する。図５に示した天空画像を二値化した図を図６に示す。図６に示すように、天空画像変換部１２０は、天空画像の二値化により、天空画像カメラ部１１０の撮像した画像を建物（および樹木など他の地物）と建物以外とに区別する（Ｓ２０２）。
次に、天空画像変換部１２０は二値化した天空画像から建物のエッジを抽出する。図６に示した二値化した天空画像から建物のエッジを抽出した図を図７に示す。このとき、天空画像カメラ部１１０の撮像した画像の縁も抽出される（Ｓ２０３）。
次に、天空画像変換部１２０は抽出したエッジの外周（画像の縁）を削除する。図７に示した建物のエッジからエッジの外周を削除した図を図８に示す。図８に示すように、天空画像変換部１２０は、エッジの外周を削除することにより、画像の縁を除いて建物のエッジを抽出する（Ｓ２０４）。
次に、天空画像変換部１２０はエッジの外周を削除して残った建物のエッジを仰角・方位角面に投影した天空画像投影データを生成する。図８に示した建物のエッジを仰角・方位角面に投影した天空画像投影データが表すグラフを図９に示す。図９のグラフは、方位角を「０〜３６０度」とし、分解能を「１／２度」とした、測位点の各方位角分解能に位置する建物のエッジの赤外線カメラからの仰角を表す（Ｓ２０５）。
そして、天空画像変換部１２０は生成した天空画像投影データを出力する（Ｓ２０６）。
ここで、天空画像変換部１２０がＳ２０５において実行する天空画像投影データの生成処理について、図１０に基づいて以下に説明する。図１０は、実施の形態１における天空画像の関係図である。
図１０に示すように、天空画像の左上を原点としたＸ−Ｙ軸において、建物のエッジを示す各点を（ｘ，ｙ）、天空画像の中心で表される天頂座標を（ｘｃ，ｙｃ）、天頂座標（ｘｃ，ｙｃ）から建物のエッジを示す各点（ｘ，ｙ）までの長さで表される像高を「ｈ」とする。また、天空画像を撮像した赤外線カメラの焦点距離を「ｆ」とする。この関係において以下の式１〜式４により、天空画像変換部１２０は各方位角θにおける天頂角φ（＝９０°−“仰角”）を算出して天空画像投影データを生成する。以下の式１〜式４は、撮像機が正射影方式である場合の一例であり、天空画像変換部１２０は撮像機の射影方式に応じた式を用いて天空画像投影データを生成する。
図１０に示すように、天空画像の左上を原点としたＸ−Ｙ軸において、建物のエッジを示す各点を（ｘ，ｙ）、天空画像の中心で表される天頂座標を（ｘｃ，ｙｃ）、天頂座標（ｘｃ，ｙｃ）から建物のエッジを示す各点（ｘ，ｙ）までの長さで表される像高を「ｈ」とする。また、天空画像を撮像した赤外線カメラの焦点距離を「ｆ」とする。この関係において以下の式１〜式４により、天空画像変換部１２０は各方位角θにおける天頂角φ（＝９０°−“仰角”）を算出して天空画像投影データを生成する。以下の式１〜式４は、撮像機が正射影方式である場合の一例であり、天空画像変換部１２０は撮像機の射影方式に応じた式を用いて天空画像投影データを生成する。
図１１は、実施の形態１におけるＤＳＭ変換部１５０が実行する地理データ変換処理（Ｓ１０６）を示すフローチャートである。
実施の形態１におけるＤＳＭ変換部１５０が実行する地理データ変換処理（Ｓ１０６）の流れについて、図１１に基づいて以下に説明する。
実施の形態１におけるＤＳＭ変換部１５０が実行する地理データ変換処理（Ｓ１０６）の流れについて、図１１に基づいて以下に説明する。
まず、ＤＳＭ変換部１５０はＤＳＭ取得部１４０の出力したＤＳＭを入力する（Ｓ３０１）。
次に、ＤＳＭ変換部１５０は入力したＤＳＭの各点データを概位置取得部１３０が出力した概位置座標を原点とするＥＮＵ座標系（Ｅａｓｔ Ｎｏｒｔｈ Ｕｐ：東北上座標系）に変換する。この際、緯度・経度・高度で表されるＤＳＭの各点データをＥＣＥＦ直交座標系（Ｅａｒｔｈ Ｃｅｎｔｅｒｅｄ Ｅａｒｔｈ Ｆｉｘｅｄ：地球中心地球固定座標系）に変換し、ＥＣＥＦ直交座標系に変換したＤＳＭの各点データを概位置取得部１３０が出力した概位置座標を原点とするＥＮＵ座標系に変換する。ＤＳＭ変換部１５０は概位置座標を原点とする座標系に変換することでＤＳＭの座標系を天空画像と同じ座標系にする（Ｓ３０２）。
次に、ＤＳＭ変換部１５０はＥＮＵ座標系に変換したＤＳＭの各点データを仰角・方位角面に投影したＤＳＭ投影データを生成する（Ｓ３０３）。
次に、ＤＳＭ変換部１５０は、天空画像投影データと高精度に比較するため、生成したＤＳＭ投影データに対してノイズ除去やスムージング処理を行い補正する（Ｓ３０４：ＤＳＭ投影データ補正処理）。
そして、補正したＤＳＭ投影データを出力する（Ｓ３０５）。
次に、ＤＳＭ変換部１５０は入力したＤＳＭの各点データを概位置取得部１３０が出力した概位置座標を原点とするＥＮＵ座標系（Ｅａｓｔ Ｎｏｒｔｈ Ｕｐ：東北上座標系）に変換する。この際、緯度・経度・高度で表されるＤＳＭの各点データをＥＣＥＦ直交座標系（Ｅａｒｔｈ Ｃｅｎｔｅｒｅｄ Ｅａｒｔｈ Ｆｉｘｅｄ：地球中心地球固定座標系）に変換し、ＥＣＥＦ直交座標系に変換したＤＳＭの各点データを概位置取得部１３０が出力した概位置座標を原点とするＥＮＵ座標系に変換する。ＤＳＭ変換部１５０は概位置座標を原点とする座標系に変換することでＤＳＭの座標系を天空画像と同じ座標系にする（Ｓ３０２）。
次に、ＤＳＭ変換部１５０はＥＮＵ座標系に変換したＤＳＭの各点データを仰角・方位角面に投影したＤＳＭ投影データを生成する（Ｓ３０３）。
次に、ＤＳＭ変換部１５０は、天空画像投影データと高精度に比較するため、生成したＤＳＭ投影データに対してノイズ除去やスムージング処理を行い補正する（Ｓ３０４：ＤＳＭ投影データ補正処理）。
そして、補正したＤＳＭ投影データを出力する（Ｓ３０５）。
ここで、Ｓ３０２・Ｓ３０３の詳細について以下に説明する。
図１２は、実施の形態１におけるＥＣＥＦ直交座標系とＥＮＵ座標系との関係図である。
ＤＳＭの各点データを表す緯度「Ｂ」・経度「Ｌ」と、地球の中心を原点「Ｏ（大文字）」とするＸ−Ｙ−Ｚ軸で表されるＥＣＥＦ直交座標系と、概位置座標を原点「ｏ（小文字）」とするＥ−Ｎ−Ｕ軸で表されるＥＮＵ座標系との関係を図１２に示す。
ＤＳＭの各点データを表す緯度「Ｂ」・経度「Ｌ」と、地球の中心を原点「Ｏ（大文字）」とするＸ−Ｙ−Ｚ軸で表されるＥＣＥＦ直交座標系と、概位置座標を原点「ｏ（小文字）」とするＥ−Ｎ−Ｕ軸で表されるＥＮＵ座標系との関係を図１２に示す。
Ｓ３０２において、ＤＳＭ変換部１５０は以下の式５〜式７によりＤＳＭの各点データをＥＣＥＦ直交座標系に変換する。以下の式５〜式７において、ＤＳＭの各点データの示す緯度を「Ｂ」、経度を「Ｌ」、高度を「ｈ」、ＥＣＥＦ直交座標系における各点データの示す座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とする。また、「ａ」を赤道半径、「ｅ」を離心率とする。
また、ＤＳＭ変換部１５０は以下の式８によりＥＣＥＦ直交座標系に変換したＤＳＭの各点データをＥＮＵ座標系に変換する。以下の式８において、ＥＮＵ座標系における各点データの座標を（ｘｌ，ｙｌ，ｚｌ）、赤外線カメラの位置する座標を（ｘ０，ｙ０，ｚ０）とする。ここで、赤外線カメラの位置する座標は原点（０，０，０）とする。
Ｓ３０３において、ＤＳＭ変換部１５０は以下の式９・式１０によりＥＮＵ座標系に変換したＤＳＭの各点データの仰角φ・方位角θを算出してＤＳＭ投影データを生成する。
図１３の画像が示す地域のＤＳＭを入力した場合、ＤＳＭ変換部１５０はＳ３０２・Ｓ３０３により図１４のような画像を示すＤＳＭ投影データを生成する。
次に、Ｓ３０４（ＤＳＭ投影データ補正処理）の詳細について以下に説明する。
図１５は、実施の形態１におけるＤＳＭ変換部１５０が実行するＤＳＭ投影データ補正処理（Ｓ３０４）を示すフローチャートである。
図１５に示すように、ＤＳＭ変換部１５０は、生成したＤＳＭ投影データから建物（および樹木など他の地物）のエッジを示す点データを抽出し（Ｓ４０１）、建物のエッジを示す点データから不要な点データを抽出し（Ｓ４０２）、抽出した不要な点データ以外の点データのスムージングを行う（Ｓ４０３）。このようにして、ＤＳＭ変換部１５０は天空画像投影データと高精度に比較するためにＤＳＭ投影データを補正する。
図１５に示すように、ＤＳＭ変換部１５０は、生成したＤＳＭ投影データから建物（および樹木など他の地物）のエッジを示す点データを抽出し（Ｓ４０１）、建物のエッジを示す点データから不要な点データを抽出し（Ｓ４０２）、抽出した不要な点データ以外の点データのスムージングを行う（Ｓ４０３）。このようにして、ＤＳＭ変換部１５０は天空画像投影データと高精度に比較するためにＤＳＭ投影データを補正する。
Ｓ４０１において、ＤＳＭ変換部１５０は生成したＤＳＭ投影データにおいて同じ方位角を示す複数の点データが存在する場合、最も仰角の大きい点を建物のエッジとして抽出する。図１４に示した画像において建物のエッジを抽出した画像を図１６に示す。
Ｓ４０２において、ＤＳＭ変換部１５０は、異なる建物を表す点データ同士でスムージングすることを防ぎ、また、高さ誤差を持ってＤＳＭに混在した点データをスムージングすることを防ぐため、不要な点データを抽出する。
例えば、建物のエッジを抽出したＤＳＭ投影データから方位角が隣り合う２点を抽出し、抽出した２点の距離または高さが特定の閾値より大きい場合にその２点（またはいずれか１点）を不要な点とする。２点の距離および高さは、例えば、仰角・方位角面に投影前のＥＮＵ座標系の座標を用いて算出する。例えば、距離が閾値７ｍより大きい２点は異なる建物を表す点と判定し、高さが閾値１ｍより大きい２点のいずれかは高さ誤差を持ってＤＳＭに混在した点と判定する。
例えば、建物のエッジを抽出したＤＳＭ投影データから方位角が隣り合う２点を抽出し、抽出した２点の距離または高さが特定の閾値より大きい場合にその２点（またはいずれか１点）を不要な点とする。２点の距離および高さは、例えば、仰角・方位角面に投影前のＥＮＵ座標系の座標を用いて算出する。例えば、距離が閾値７ｍより大きい２点は異なる建物を表す点と判定し、高さが閾値１ｍより大きい２点のいずれかは高さ誤差を持ってＤＳＭに混在した点と判定する。
Ｓ４０３において、ＤＳＭ変換部１５０は、抽出した不要な点データ以外の点データのスムージングを以下のように行う。
まず、ｘ−ｙ−ｚ三次元座標系において高さｚを一定とした場合、２点（ｘ１，ｙ１）・（ｘ２，ｙ２）の直線の方程式は以下の式１１で表される。
まず、ｘ−ｙ−ｚ三次元座標系において高さｚを一定とした場合、２点（ｘ１，ｙ１）・（ｘ２，ｙ２）の直線の方程式は以下の式１１で表される。
ここで、Ｓ３０３で用いる仰角φ・方位角θの算出式（式９・式１０）を上記の式１１に代入し、ｘ・ｙを消去するとスムージングを行うための以下の式１２が導出できる。そして、ＤＳＭ変換部１５０は導出した式１２を用いて点データのスムージングを行う。
図１６に示した画像において不要な点を抽出し、スムージングを行った画像を図１７に示す。
ＤＳＭ変換部１５０は、上記のようにすることで、ＤＳＭの分解能が低い場合やレーザスキャナによる測定エラーにより大幅な高さ誤差を持った点データがＤＳＭに混在する場合などを考慮して、ＤＳＭ投影データを補正することができる。
図１８は、実施の形態１における位置・姿勢推定部１６０が実行する範囲設定処理（Ｓ１０４）および位置特定処理（Ｓ１０７）を示すフローチャートである。
実施の形態１のおける位置・姿勢推定部１６０が実行する範囲設定処理（Ｓ１０４）および位置特定処理（Ｓ１０６）の流れについて、図１８に基づいて以下に説明する。
実施の形態１のおける位置・姿勢推定部１６０が実行する範囲設定処理（Ｓ１０４）および位置特定処理（Ｓ１０６）の流れについて、図１８に基づいて以下に説明する。
＜範囲設定処理：Ｓ５０１〜Ｓ５０３＞
まず、位置・姿勢推定部１６０は概位置取得部１３０が出力した測位点の概位置を入力する（Ｓ５０１）。
次に、位置・姿勢推定部１６０は入力した概位置（緯度，経度，高度）を基準に特定の予測誤差を範囲とするグリッドを生成する。この際、位置・姿勢推定部１６０は、入力した概位置を基準にした、一定値の範囲や概位置算出時の速度に一定時間を乗じた距離の範囲などを特定の予測誤差の範囲とし、また、一定値やカメラの解像度に応じた値や生成したＤＳＭ投影データの仰角の単位値をグリッド分解能（グリッド幅）として、図１９に図示するようなグリッドを生成する。生成したグリッドは緯度・経度・高度を表す複数のグリッド点を示す（Ｓ５０２）。
次に、位置・姿勢推定部１６０はＤＳＭを取得する対象のグリッド点を生成したグリッドから１つ選択しＤＳＭ取得部１４０に出力する（Ｓ５０３）。
まず、位置・姿勢推定部１６０は概位置取得部１３０が出力した測位点の概位置を入力する（Ｓ５０１）。
次に、位置・姿勢推定部１６０は入力した概位置（緯度，経度，高度）を基準に特定の予測誤差を範囲とするグリッドを生成する。この際、位置・姿勢推定部１６０は、入力した概位置を基準にした、一定値の範囲や概位置算出時の速度に一定時間を乗じた距離の範囲などを特定の予測誤差の範囲とし、また、一定値やカメラの解像度に応じた値や生成したＤＳＭ投影データの仰角の単位値をグリッド分解能（グリッド幅）として、図１９に図示するようなグリッドを生成する。生成したグリッドは緯度・経度・高度を表す複数のグリッド点を示す（Ｓ５０２）。
次に、位置・姿勢推定部１６０はＤＳＭを取得する対象のグリッド点を生成したグリッドから１つ選択しＤＳＭ取得部１４０に出力する（Ｓ５０３）。
＜位置特定処理：Ｓ５０４〜Ｓ５０８＞
次に、位置・姿勢推定部１６０は天空画像変換部１２０が出力した天空画像投影データを天空画像変換部１２０から入力する（Ｓ５０４）。
また、位置・姿勢推定部１６０は、Ｓ５０３で選択したグリッド点に対応するＤＳＭ投影データをＤＳＭ取得部１４０から入力する（Ｓ５０５）。
次に、位置・姿勢推定部１６０は入力した天空画像投影データとＤＳＭ投影データとを比較し、誤差量の最も小さい「姿勢（ロール角，ピッチ角，方位角）」を選択する（Ｓ５０６：姿勢選択処理）。
そして、誤差量と特定の閾値を比較し、Ｓ５０３で選択したグリッド点・Ｓ５０６で決定した姿勢を位置評定装置１００の位置・姿勢とするか判定する（Ｓ５０７）。
誤差量が特定の閾値以下である場合、位置・姿勢推定部１６０はＳ５０３で選択したグリッド点（緯度，経度，高度）・Ｓ５０６で決定した姿勢（ロール角，ピッチ角，方位角）を赤外線カメラ（移動体）の位置・姿勢として出力する（Ｓ５０８）。
誤差量が特定の閾値より大きい場合、位置・姿勢推定部１６０はＳ５０３においてグリッド点を新たに選択し、Ｓ５０３〜Ｓ５０７を処理する。
次に、位置・姿勢推定部１６０は天空画像変換部１２０が出力した天空画像投影データを天空画像変換部１２０から入力する（Ｓ５０４）。
また、位置・姿勢推定部１６０は、Ｓ５０３で選択したグリッド点に対応するＤＳＭ投影データをＤＳＭ取得部１４０から入力する（Ｓ５０５）。
次に、位置・姿勢推定部１６０は入力した天空画像投影データとＤＳＭ投影データとを比較し、誤差量の最も小さい「姿勢（ロール角，ピッチ角，方位角）」を選択する（Ｓ５０６：姿勢選択処理）。
そして、誤差量と特定の閾値を比較し、Ｓ５０３で選択したグリッド点・Ｓ５０６で決定した姿勢を位置評定装置１００の位置・姿勢とするか判定する（Ｓ５０７）。
誤差量が特定の閾値以下である場合、位置・姿勢推定部１６０はＳ５０３で選択したグリッド点（緯度，経度，高度）・Ｓ５０６で決定した姿勢（ロール角，ピッチ角，方位角）を赤外線カメラ（移動体）の位置・姿勢として出力する（Ｓ５０８）。
誤差量が特定の閾値より大きい場合、位置・姿勢推定部１６０はＳ５０３においてグリッド点を新たに選択し、Ｓ５０３〜Ｓ５０７を処理する。
図２０は、実施の形態１における位置・姿勢推定部１６０が実行する姿勢選択処理（Ｓ５０６）を示すフローチャートである。
実施の形態１における位置・姿勢推定部１６０が実行する姿勢選択処理（Ｓ５０６）の流れについて、図２０に基づいて以下に説明する。
実施の形態１における位置・姿勢推定部１６０が実行する姿勢選択処理（Ｓ５０６）の流れについて、図２０に基づいて以下に説明する。
まず、位置・姿勢推定部１６０はロール角φｒｏｌｌを選択する（Ｓ６０１）。
次に、位置・姿勢推定部１６０はピッチ角φｐｉｔｃｈを選択する（Ｓ６０２）。
次に、位置・姿勢推定部１６０は方位角θを選択する（Ｓ６０３）。
次に、位置・姿勢推定部１６０はピッチ角φｐｉｔｃｈを選択する（Ｓ６０２）。
次に、位置・姿勢推定部１６０は方位角θを選択する（Ｓ６０３）。
次に、位置・姿勢推定部１６０は選択した方位角θを変化量としてＤＳＭ投影データを変化させると共に、選択したピッチ角φｐｉｔｃｈとロール角φｒｏｌｌ分の変化をさせてＤＳＭ投影データを調整する。位置・姿勢推定部１６０はピッチ角φｐｉｔｃｈ分の変化量ψｐｉｔｃｈ、ロール角φｒｏｌｌ分の変化量ψｒｏｌｌを以下の式１３・式１４で算出する（Ｓ６０４）。
次に、位置・姿勢推定部１６０は、各方位角分解能ｉ（方位角：０〜３６０度、分解能：１／２度、方位角分解能Ｎ：０〜７２０）における天空画像投影データの仰角ｌｉ２と調整したＤＳＭ投影データの仰角ｌｉ１との差ｄｉの合計を、天空画像投影データに対するＤＳＭ投影データの誤差量ｅとして算出する。図２１のグラフを表す天空画像投影データと図２２のグラフを表すＤＳＭ投影データとにおける仰角差ｄｉの関係を図２３に示す。また、位置・姿勢推定部１６０は天空画像投影データに対するＤＳＭ投影データの誤差量ｅを以下の式１５により算出する（Ｓ６０５）。
次に、位置・姿勢推定部１６０は、選択したロール角φｒｏｌｌ・ピッチ角φｐｉｔｃｈにおける各方位角での誤差量ｅを算出済みか判定する。例えば、方位角を「０〜３６０度」、分解能を「１／２度」として各方位角分解能における誤差量ｅを算出済みか判定する。各方位角分解能における誤差量ｅを示すグラフが図２４である場合、ＤＳＭ投影データの方位角（θ）を１８５°変化させたときが最も誤差量ｅが小さく、選択したピッチ角φｐｉｔｃｈ・ロール角φｒｏｌｌに対応する赤外線カメラ（移動体）の方位角は１８５°になる（Ｓ６０６）。
各方位角での誤差量ｅが算出済みでない場合、位置・姿勢推定部１６０はＳ６０３において方位角θを新たに選択し、Ｓ６０３〜Ｓ６０６を処理する。
各方位角での誤差量ｅが算出済みでない場合、位置・姿勢推定部１６０はＳ６０３において方位角θを新たに選択し、Ｓ６０３〜Ｓ６０６を処理する。
各方位角での誤差量ｅが算出済みである場合、位置・姿勢推定部１６０は、選択したロール角φｒｏｌｌにおける各ピッチ角（および各方位角）での誤差量ｅを算出済みか判定する。例えば、ピッチ角を「−９０〜９０度」、分解能を「１／２度」として各ピッチ角分解能（および各方位角）における誤差量ｅを算出済みか判定する（Ｓ６０７）。
各ピッチ角（および各方位角）における誤差量ｅが算出済みでない場合、位置・姿勢推定部１６０はＳ６０２においてピッチ角φｐｉｔｃｈを新たに選択し、Ｓ６０２〜Ｓ６０７を処理する。
各ピッチ角（および各方位角）における誤差量ｅが算出済みでない場合、位置・姿勢推定部１６０はＳ６０２においてピッチ角φｐｉｔｃｈを新たに選択し、Ｓ６０２〜Ｓ６０７を処理する。
各ピッチ角（および各方位角）における誤差量ｅが算出済みである場合、位置・姿勢推定部１６０は、各ロール角（および各ピッチ角・各方位角）における誤差量ｅを算出済みか判定する。例えば、ロール角を「−９０〜９０度」、分解能を「１／２度」として各ロール角分解能（および各ピッチ角・各方位角）における誤差量ｅを算出済みか判定する（Ｓ６０８）。
各ロール角（および各ピッチ角・各方位角）における誤差量ｅが算出済みでない場合、位置・姿勢推定部１６０はＳ６０１においてロール角φｒｏｌｌを新たに選択し、Ｓ６０１〜Ｓ６０８を処理する。
各ロール角（および各ピッチ角・各方位角）における誤差量ｅが算出済みでない場合、位置・姿勢推定部１６０はＳ６０１においてロール角φｒｏｌｌを新たに選択し、Ｓ６０１〜Ｓ６０８を処理する。
各ロール角（および各ピッチ角・各方位角）における誤差量ｅが算出済みである場合、位置・姿勢推定部１６０は最も誤差量ｅが小さいロール角・ピッチ角・方位角の組を赤外線カメラ（移動体）の「姿勢」として決定する（Ｓ６０９）。
上記において、天空画像変換部１２０で生成した仰角・方位角平面とＤＳＭ変換部１５０で生成した仰角・方位角平面を元に測位点の位置・姿勢角の推定を行うことを説明した。またこのとき、位置・姿勢角は緯度、経度、高度、ロール角、ピッチ角および方位角で示される６軸の変数であり、単独で求めることはできないため、各変数を段階的に変化させ、繰り返し計算を行うことを説明した。
上記で説明した位置・姿勢推定方法のポイントは、建物等による衛星遮断が発生するときには上方を表す天空画像に必ず建物などが写ることに着目し、建物などのシルエットを用いて位置・姿勢の推定を行う点である。そして、これを処理した天空図（天空画像投影データ）とあらかじめ持っている高精度３次元地図（ＤＳＭ）を座標変換して生成した擬似天空図（ＤＳＭ投影データ）とを比較することで、自己位置、姿勢を推定する。これにより、現在、位置評定の主流となっているＧＰＳによる測定ができない箇所（長時間に渡って捕捉衛星数が十分確保できない都市部など）においても、トンネルや屋根の下などを除くほとんどの場所において、精度の高い位置・姿勢推定が可能となる。そのため、現在屋外において位置情報を用いているアプリケーションにとって大幅な精度、利用率の向上を果たすことができると考えられる。
上記で説明した天空画像カメラ部１１０の有する撮像機は赤外線カメラでなくても構わない。例えば、可視カメラでも構わない。また、撮像するのは静止画でも動画（位置・姿勢推定処理では動画の１フレームを使用）でも構わない。赤外線カメラは、太陽光などの外乱に強く、空と建物の境界が容易に抽出可能であるという特徴があり、そのような特徴を持つ赤外線カメラを上空に向けることで、人間や自動車などの外乱を除外することができる。つまり、天空画像の撮影に赤外線カメラを用いることにより、天候の影響・太陽光による外乱の影響を受けずに、赤外線透過率の高い空と建物等その他の部分とを容易に区別することができる。
また、撮像は全周でなくても構わないが、全周の天空画像とＤＳＭとを用いることにより、エッジ（輪郭）が類似する建物が隣接する場所においても比較が可能になるため、より高い精度で位置・姿勢の推定を行うことができる。また、一部の方向（例えば半周）の天空画像とＤＳＭとを用いることで比較するデータ量が減り、位置・姿勢推定処理時間を短縮することができる。
また、撮像は全周でなくても構わないが、全周の天空画像とＤＳＭとを用いることにより、エッジ（輪郭）が類似する建物が隣接する場所においても比較が可能になるため、より高い精度で位置・姿勢の推定を行うことができる。また、一部の方向（例えば半周）の天空画像とＤＳＭとを用いることで比較するデータ量が減り、位置・姿勢推定処理時間を短縮することができる。
上記で説明した誤差量の算出（Ｓ６０５）は、方位角の「０〜３６０度」およびピッチ角・ロール角それぞれの「−９０〜９０度」に対して実行しなくても構わない。例えば、方位角の「０〜１８０度」に対して実行してもよいし、ピッチ角・ロール角それぞれの「０〜３６０度」に対して実行してもよい。より広い角度の方位角・ピッチ角・ロール角において誤差量を算出することにより、エッジ（輪郭）が類似する建物が隣接する場所においても誤差量に差が現れるため、より高い精度で位置・姿勢を特定することができる。また、より狭い角度の方位角・ピッチ角・ロール角において誤差量を算出することにより、誤差量の算出回数が減り、位置・姿勢推定処理時間を短縮することができる。
上記で説明した位置評定装置１００は、位置特定処理において、誤差量が閾値以下であるグリッド点・姿勢を位置・姿勢とせず、最も誤差量が小さいグリッド点・姿勢を位置・姿勢としてもよい。つまり、Ｓ５０７のループの判定において、誤差量と閾値との比較判定ではなく、全グリッド点について誤差量を算出したかの判定をし、Ｓ５０８において最も誤差量が小さいグリッド点・姿勢を位置・姿勢として出力してもよい。誤差量が閾値以下であるグリッド点・姿勢を位置・姿勢とすることで位置・姿勢推定処理時間が短縮し、最も誤差量が小さいグリッド点・姿勢を位置・姿勢とすることで精度が向上する。
また、位置評定装置１００は、姿勢選択処理において、最も誤差量が小さい姿勢に決定せず、誤差量が閾値以下である姿勢に決定してもよい。つまり、Ｓ６０６〜Ｓ６０８のループ判定において、各方位角・ピッチ角・ロール角について誤差量を算出済みかの判定ではなく、算出した当該誤差量と閾値とを比較判定し、Ｓ６０９において誤差量が閾値以下である姿勢に決定してもよい。最も誤差量が小さい姿勢に決定することで精度が向上し、誤差量が閾値以下である姿勢に決定することで位置・姿勢推定処理時間が短縮する。
また、位置評定装置１００は、最も誤差量が小さいグリッド点を位置とせずに、最も小さい誤差量と最も誤差量が小さいグリッド点に隣接するグリッド点の誤差量とに相応して、グリッド点間の座標を位置としてもよい。同様に、最も誤差量が小さい姿勢に決定せずに、最も小さい誤差量と最も誤差量が小さい姿勢と分解能が隣り合う姿勢の誤差量とに相応して、誤差量を算出した分解能以下の分解能で表される姿勢に決定してもよい。
また、位置評定装置１００は、姿勢選択処理において、最も誤差量が小さい姿勢に決定せず、誤差量が閾値以下である姿勢に決定してもよい。つまり、Ｓ６０６〜Ｓ６０８のループ判定において、各方位角・ピッチ角・ロール角について誤差量を算出済みかの判定ではなく、算出した当該誤差量と閾値とを比較判定し、Ｓ６０９において誤差量が閾値以下である姿勢に決定してもよい。最も誤差量が小さい姿勢に決定することで精度が向上し、誤差量が閾値以下である姿勢に決定することで位置・姿勢推定処理時間が短縮する。
また、位置評定装置１００は、最も誤差量が小さいグリッド点を位置とせずに、最も小さい誤差量と最も誤差量が小さいグリッド点に隣接するグリッド点の誤差量とに相応して、グリッド点間の座標を位置としてもよい。同様に、最も誤差量が小さい姿勢に決定せずに、最も小さい誤差量と最も誤差量が小さい姿勢と分解能が隣り合う姿勢の誤差量とに相応して、誤差量を算出した分解能以下の分解能で表される姿勢に決定してもよい。
上記で説明した姿勢決定処理（Ｓ６０１〜Ｓ６０９）は、ロール角、ピッチ角、方位角の順に選択しなくても構わない。
上記で説明した位置評定装置１００は概位置取得部１３０を備えずに概位置を取得しても構わない。例えば、キーボードを備えて操作者の手入力により概位置を取得しても構わないし、ＧＰＳ／ＩＮＳ複合航法で概位置を取得しても構わない。
上記で説明した３次元の地理データはＤＳＭ以外のデータでも構わない。ＤＳＭ以外のの３次元地理データを用いる場合、位置評定装置１００は、その３次元地理データの座標系に応じて、測位点の座標を原点とする座標系への変換処理（Ｓ３０２）を行う。
上記で説明した位置評定装置１００は１つの筐体でなくもてよい。例えば、天空画像カメラ部１１０・概位置取得部１３０は移動体に搭載し、その他の構成は別筐体に実装する。そして、位置・姿勢推定部１６０が移動体に搭載された天空画像カメラ部１１０・概位置取得部１３０から無線又は有線ネットワークを介して天空画像・概位置を受信し、遠隔地で移動体の位置・姿勢を推定してもよい。
１００ 位置評定装置、１１０ 天空画像カメラ部、１２０ 天空画像変換部、１３０ 概位置取得部、１４０ ＤＳＭ取得部、１５０ ＤＳＭ変換部、１６０ 位置・姿勢推定部、１９０ ＤＳＭデータベース、９１１ ＣＰＵ、９１２ バス、９１３ ＲＯＭ、９１４ ＲＡＭ、９２０ 磁気ディスク装置、９２１ ＯＳ、９２３ プログラム群、９２４ ファイル群、９５１ 撮像機。
Claims (8)
- 撮影して撮像データを生成する撮像部と、
３次元の地理データを記憶する地理データ記憶部と、
各地点における前記撮像部の撮影範囲に対応する地理データを前記地理データ記憶部から取得する地理データ取得部と、
前記撮像部が生成した撮像データと前記地理データ取得部が取得した地理データとを、同じ座標系における仰角と方位角とを表す撮像データと地理データとに変換する撮像・地理データ変換部と、
前記撮像・地理データ変換部が変換した地理データと前記撮像・地理データ変換部が変換した撮像データとの各方位角における仰角の差の合計を前記撮像・地理データ変換部が変換した撮像データに対する前記撮像・地理データ変換部が変換した地理データの誤差量として算出し、算出した誤差量に基づいて位置と姿勢とを特定する位置特定部と
を備えたことを特徴とする位置評定装置。 - 前記位置特定部は、
前記撮像・地理データ変換部が変換した地理データの方位角とピッチ角とロール角とをそれぞれ変えて地点毎に複数の地理データを生成し、生成した各地点の複数の地理データと前記撮像・地理データ変換部が変換した撮像データとの各方位角における仰角の差の合計を誤差量として算出し、算出した誤差量が最も小さい地点を特定した位置とし、算出した誤差量が最も小さい方位角とピッチ角とロール角とを特定した姿勢とする
ことを特徴とする請求項１記載の位置評定装置。 - 前記撮像・地理データ変換部は、
前記地理データ取得部が取得した地理データを地球中心地球固定座標系の地理データに変換し、地球中心地球固定座標系の地理データを前記撮像部の座標を原点とする座標系の地理データに変換し、前記撮像部の座標を原点とする座標系の地理データを仰角と方位角とを表す地理データに変換する
ことを特徴とする請求項１〜請求項２いずれかに記載の位置評定装置。 - 前記位置評定装置は、さらに、
前記撮像部の概位置を取得する概位置取得部を備え、
前記地理データ取得部は、
前記概位置取得部が取得した概位置を基準とする特定の範囲内の各地点における前記撮像部の撮影範囲に対応する地理データを前記地理データ記憶部から取得する
ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかに記載の位置評定装置。 - 全方位の構造物の境界を同時に撮影して撮像データを生成する撮像部と、
３次元の地理データを記憶する地理データ記憶部と、
各地点における前記撮像部の撮影範囲に対応する地理データを前記地理データ記憶部から取得する地理データ取得部と、
前記撮像部が生成した撮像データと前記地理データ取得部が取得した地理データとを、同じ座標系における仰角と方位角とを表す撮像データと地理データとに変換する撮像・地理データ変換部と、
前記撮像・地理データ変換部が変換した地理データを前記撮像・地理データ変換部が変換した撮像データと比較し、前記撮像・地理データ変換部が変換した撮像データが示す全方位の構造物の境界に対する前記撮像・地理データ変換部が変換した地理データが示す全方位の構造物の境界の誤差量に基づいて位置と姿勢とを特定する位置特定部と
を備えたことを特徴とする位置評定装置。 - 前記撮像部は、
赤外線カメラで撮影する
ことを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかに記載の位置評定装置。 - 地理データ記憶部が３次元の地理データを記憶し、
撮像部が撮影して撮像データを生成する撮像処理を行い、
地理データ取得部が各地点における前記撮像部の撮影範囲に対応する地理データを前記地理データ記憶部から取得する地理データ取得処理を行い、
撮像・地理データ変換部が前記撮像部が生成した撮像データと前記地理データ取得部が取得した地理データとを、同じ座標系における仰角と方位角とを表す撮像データと地理データとに変換する撮像・地理データ変換処理を行い、
位置特定部が前記撮像・地理データ変換部が変換した地理データと前記撮像・地理データ変換部が変換した撮像データとの各方位角における仰角の差の合計値を前記撮像・地理データ変換部が変換した撮像データに対する前記撮像・地理データ変換部が変換した地理データの誤差量として算出し、算出した誤差量に基づいて位置と姿勢とを特定する位置特定処理を行う
ことを特徴とする位置評定方法。 - 請求項７記載の位置評定方法をコンピュータに実行させることを特徴とする位置評定プログラム。
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