JP5703890B2 - 認識対象物、対象物認識装置およびプログラム、対象物認識システム - Google Patents

Description

本発明は、認識対象物、認識対象物を認識する対象物認識装置等に関する。

近年、ＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）などの識別情報を付与したカード等の対象物を利用し、当該対象物の３次元空間における位置や角度（対象物が向いている方向等）を計測する位置計測システムの研究がなされている。

例えば、特許文献１には、撮像可能な任意の物体であって、少なくとも、前記物体の特定の面に取付けられた複数の光源と、前記光源の入出力を制御する制御手段とを備え前記制御手段は、前記光源の点滅パターンが異なるように点滅制御することを特徴とする自己位置提示物体について記載がされている。

また、特許文献２には、対象物に配置された平面上の３つの点である第一基準点の互いの位置関係、当該平面から一定の距離にある１つの点である第二基準点の当該第一基準点との位置関係、および当該平面上に配置された第三基準点の当該第一基準点との位置関係を記憶する記憶部と、前記対象物の基準点を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された前記基準点の画像の位置関係から、アフィン不変量を用いることで前記第一基準点の画像と前記第二基準点の画像と前記第三基準点の画像とを識別する識別部と、前記記憶部より前記第一基準点の互いの位置関係および前記第二基準点の当該第一基準点との位置関係を読み出し、当該位置関係と前記撮像部により撮像された前記基準点の画像の位置関係から、第三基準点の第一基準点との位置関係を演算する演算部と、前記記憶部に記憶された前記第三基準点の前記第一基準点との位置関係を読み出し、当該位置関係と前記演算部により演算された第三基準点の第一基準点との位置関係とを比較し、前記対象物を認識する認識部と、を備えることを特徴とする対象物認識装置について記載がされている。

特開２０００−１３１０１７号公報 特開２００９−９２５６８号公報

しかしながら、撮像される認識対象物の予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する当該認識対象物の三次元位置等の算出に用いられる一の識別部と、当該認識対象物の三次元位置等の算出において補助的に用いられ、あるいは当該認識対象物の三次元位置等の算出以外の目的に用いられるように設けられた他の識別部と、を有する認識対象物は、当該認識対象物を撮像する撮像部との位置関係（例えば、当該認識対象物と、当該認識対象物を撮像する撮像部が有する光軸と、のなす角度が小さくなるような位置関係）によっては、識別部同士が近接して撮像される等の理由によって、当該認識対象物の三次元位置等を正確に算出し得ないという課題があった。

上記のような課題を解決するために、本発明の目的の一つは、撮像される認識対象物の予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する一の識別部と、他の識別部と、を有し、一の識別部を撮像可能な前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲の一部からは他の識別部が撮像されることを抑制する、認識対象物を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、撮像される認識対象物であって、予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する少なくとも３の第一識別部からなる第一識別部群と、前記第一識別部群の位置に基づいて定められる位置に設けられた少なくとも１の第二識別部と、を備え、前記第一識別部は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_１度にて撮像され、前記第二識別部は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_２度にて撮像され、θ_１とθ_２とは、θ_１＞θ_２の関係を有する、ことを特徴とする認識対象物である。

また、請求項２に記載の発明は、前記角度範囲０〜θ_２度におけるθ_２は、前記第二識別部の周囲に備えられる前記第二識別部の撮像を遮る遮蔽部によって定められる、ことを特徴とする請求項１に記載の認識対象物である。

また、請求項３に記載の発明は、前記第一識別部と、前記第二識別部と、は発光素子であり、当該認識対象物において、前記第一識別部は、前記共通平面の法線方向に対して最大出射角度θ_１の光を照射範囲に含む光を照射し、前記第二識別部は、前記共通平面の法線方向に対して最大出射角度θ_２の光を照射範囲に含む光を照射する、ことを特徴とする請求項１又は２いずれかに記載の認識対象物である。

また、請求項４に記載の発明は、予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する少なくとも３の第一識別部からなる第一識別部群と、前記第一識別部群の位置に基づいて定められる位置に設けられた少なくとも１の第二識別部と、を備え、前記第一識別部は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_１度にて撮像され、前記第二識別部は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_２度にて撮像され、θ_１とθ_２とは、θ_１＞θ_２の関係を有する、認識対象物を撮像した画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段によって取得された前記画像において撮像されている識別部の数を計数する計数手段と、前記計数手段によって計数された数が規定数を超える場合は、前記画像に撮像された識別部を前記第一識別部群、前記第二識別部のそれぞれに特定し、前記画像における前記第一識別部群、前記第二識別部の位置関係と、前記認識対象物において予め定められた前記第一識別部群、前記第二識別部の位置関係と、に基づいて前記認識対象物の位置情報を演算し、前記計数手段によって計数された数が規定数の場合は、前記画像に撮像された識別部を前記第一識別部群と特定し、前記画像における前記第一識別部群の位置関係と、前記認識対象物において予め定められた前記第一識別部群の位置関係と、に基づいて前記対象物の位置情報を演算する演算手段と、を有し、前記規定数は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_１度にて撮像されるように前記認識対象物に備えられた識別部の総数である、ことを特徴とする対象物認識装置である。

また、請求項５に記載の発明は、前記角度範囲０〜θ_２度におけるθ_２は、前記第二識別部の周囲に備えられる前記第二識別部の撮像を遮る遮蔽部によって定められる、ことを特徴とする請求項４に記載の対象物認識装置である。

また、請求項６に記載の発明は、前記第一識別部と、前記第二識別部と、は発光素子であり、当該認識対象物において、前記第一識別部は、前記共通平面の法線方向に対して最大出射角度θ_１の光を照射範囲に含む光を照射し、前記第二識別部は、前記共通平面の法線方向に対して最大出射角度θ_２の光を照射範囲に含む光を照射する、ことを特徴とする請求項４又は５いずれかに記載の対象物認識装置である。

また、請求項７に記載の発明は、予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する少なくとも３の第一識別部からなる第一識別部群と、前記第一識別部群の位置に基づいて定められる位置に設けられた少なくとも１の第二識別部と、を備え、前記第一識別部は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_１度にて撮像され、前記第二識別部は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_２度にて撮像され、θ_１とθ_２とは、θ_１＞θ_２の関係を有する、認識対象物を撮像した画像を取得する画像取得手段、前記画像取得手段によって取得された前記画像において撮像されている識別部の数を計数する計数手段、及び、前記計数手段によって計数された数が、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_１度にて撮像されるように前記認識対象物に備えられた識別部の総数である、規定数を超える場合は、前記画像に撮像された識別部を前記第一識別部群、前記第二識別部のそれぞれに特定し、前記画像における前記第一識別部群、前記第二識別部の位置関係と、前記認識対象物において予め定められた前記第一識別部群、前記第二識別部の位置関係と、に基づいて前記認識対象物の位置情報を演算し、前記計数手段によって計数された数が規定数の場合は、前記画像に撮像された識別部を前記第一識別部群と特定し、前記画像における前記第一識別部群の位置関係と、前記認識対象物において予め定められた前記第一識別部群の位置関係と、に基づいて前記対象物の位置情報を演算する演算手段、としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。

また、請求項８に記載の発明は、予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する少なくとも３の第一識別部からなる第一識別部群と、前記第一識別部群の位置に基づいて定められる位置に設けられた少なくとも１の第二識別部と、を備え、前記第一識別部は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_１度にて撮像され、前記第二識別部は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_２度にて撮像され、θ_１とθ_２とは、θ_１＞θ_２の関係を有する、認識対象物と、前記認識対象物を撮像した画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段によって取得された前記画像において撮像されている識別部の数を計数する計数手段と、前記計数手段によって計数された数が、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_１度にて撮像されるように前記認識対象物に備えられた識別部の総数である、規定数を超える場合は、前記画像に撮像された識別部を前記第一識別部群、前記第二識別部のそれぞれに特定し、前記画像における前記第一識別部群、前記第二識別部の位置関係と、前記認識対象物において予め定められた前記第一識別部群、前記第二識別部の位置関係と、に基づいて前記認識対象物の位置情報を演算し、前記計数手段によって計数された数が規定数の場合は、前記画像に撮像された識別部を前記第一識別部群と特定し、前記画像における前記第一識別部群の位置関係と、前記認識対象物において予め定められた前記第一識別部群の位置関係と、に基づいて前記対象物の位置情報を演算する演算手段と、を有する対象物認識装置と、を有することを特徴とする対象物認識システムである。

請求項１に記載の発明によれば、撮像される認識対象物の予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する一の識別部と、他の識別部と、を有する認識対象物において、一の識別部を撮像可能な前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲の一部からは他の識別部が撮像されないという効果を奏する。

請求項２に記載の発明によれば、撮像される認識対象物の予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する一の識別部と、他の識別部と、を有する認識対象物において、一の識別部を撮像可能な前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲のうちの他の識別部が撮像されない一部は、当該認識対象物に備えられた遮蔽部によって定められるという効果を奏する。

請求項３に記載の発明によれば、撮像される認識対象物の予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する一の識別部と、他の識別部と、を有する認識対象物において、一の識別部を撮像可能な前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲のうちの他の識別部が撮像されない一部は、発光素子である一の識別部及び他の識別部のそれぞれの最大出射角度によって定められるという効果を奏する。

請求項４に記載の発明によれば、撮像される認識対象物の予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する一の識別部と、他の識別部と、を有する認識対象物において、一の識別部を撮像可能な前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲の一部からは他の識別部が撮像されず、測定誤差が抑制されるように当該認識対象物の位置情報を演算するという効果を奏する。

請求項５に記載の発明によれば、撮像される認識対象物の予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する一の識別部と、他の識別部と、を有する認識対象物において、一の識別部を撮像可能な前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲の一部からは他の識別部が撮像されず、測定誤差が抑制されるように当該認識対象物の位置情報を演算するという効果を奏する。

請求項６に記載の発明によれば、撮像される認識対象物の予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する一の識別部と、他の識別部と、を有する認識対象物において、一の識別部を撮像可能な前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲の一部からは他の識別部が撮像されず、測定誤差が抑制されるように当該認識対象物の位置情報を演算するという効果を奏する。

請求項７に記載の発明によれば、撮像される認識対象物の予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する一の識別部と、他の識別部と、を有し、一の識別部を撮像可能な空間領域のうちの共通平面と隣り合う部分の一部からは他の識別部が撮像されず、測定誤差が抑制されるように当該認識対象物の位置情報を演算するという効果を奏する。

請求項９に記載の発明によれば、撮像される認識対象物の予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する一の識別部と、他の識別部と、を有する認識対象物において、一の識別部を撮像可能な前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲の一部からは他の識別部が撮像されず、測定誤差が抑制されるように当該認識対象物の位置情報を演算するようにコンピュータを機能させる。

請求項１０に記載の発明によれば、撮像される認識対象物の予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する一の識別部と、他の識別部と、を有する認識対象物において、一の識別部を撮像可能な前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲の一部からは他の識別部が撮像されず、測定誤差が抑制されるように当該認識対象物の位置情報を対象物認識装置が演算するという効果を奏する。

第一実施形態にかかる対象物認識装置が適用される対象物認識システムの全体構成を示す図である。 第一実施形態にかかる認識対象物の構成を示す平面図である。 図２Ａにおける切断線２Ｂ−２Ｂにおける対象物の断面図である。 図２Ａにおける切断線２Ｃ−２Ｃにおける対象物の断面図である。 撮像される認識対象物に備えられた識別部の撮像可能な空間領域について説明する図である。 第一実施形態にかかる対象物認識装置の主な構成例を示すブロック図である。 第一識別部、第二識別部の両方が撮像される空間領域から撮像部によって撮像された画像の一例を示すものである。 第一識別部のみが撮像される空間領域から撮像部によって撮像された画像の一例を示すものである。 第一実施形態にかかる対象物認識装置の制御部が行う処理を説明した図である。 第二実施形態にかかる認識対象物の構成を示す平面図である。 図７Ａにおける切断線７Ｂ−７Ｂにおける対象物の断面図である。 図７Ａにおける切断線７Ｃ−７Ｃにおける対象物の断面図である。 第一識別部、第二識別部、第三識別部の全てが撮像される空間領域から撮像部によって撮像された画像の一例を示すものである。 第一識別部、第三識別部が撮像される空間領域から撮像部によって撮像された画像の一例を示すものである。 第二実施形態における認識対象物の第一識別部、第二識別、および第三識別部の配置例を示す図である。 第二実施形態における認識対象物の三次元位置および三軸角度を計算する方法を説明する図である。 第三実施形態にかかる認識対象物の構成を示す平面図である。 図１１Ａにおける切断線１１Ｂ−１１Ｂにおける認識対象物の断面図である。 図１１Ａにおける切断線１１Ｃ−１１Ｃにおける認識対象物の断面図である。 第四実施形態にかかる認識対象物の構成を示す平面図である。 図１２Ａにおける切断線１２Ｂ−１２Ｂにおける認識対象物の断面図である。 図１２Ａにおける切断線１２Ｃ−１２Ｃにおける認識対象物の断面図である。

［第一実施形態］
以下に、第一実施形態にかかる認識対象物、対象物認識装置について図面を参照しつつ説明を行う。図１は、第一実施形態にかかる認識対象物が適用される対象物認識システムの全体構成を示す図である。図１に示されるように、第一実施形態にかかる認識対象物２が適用される情報処理システムは、撮像対象である複数の識別部（識別部）２０を有する認識対象物２と、認識対象物２が有する複数の識別部２０を撮像する撮像部３と、撮像部３によって撮像された認識対象物２が有する識別部２０の画像（識別部画像）に基づいて認識対象物２の三次元空間での位置（以下、三次元位置という）および三軸角度（ロール角、ピッチ角、ヨー角）等の位置情報を計算する対象物認識装置１とを含むものである。

認識対象物２は、撮像部３によって撮像されるものであり、予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する少なくとも３の第一識別部２０Ａからなる第一識別部２０Ａ群と、第一識別部２０Ａ群の位置に基づいて定められる位置に設けられた少なくとも１の第二識別部２０Ｂと、を備え、第一識別部２０Ａは、共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_１度にて撮像部３にて撮像され、第二識別部２０Ｂは、共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_２度にて撮像部３にて撮像され、θ_１とθ_２とは、θ_１＞θ_２の関係を有するように設けられている。すなわち、第二識別部２０Ｂは、それを撮像可能な空間領域が、第一識別部２０Ａを撮像可能な空間領域のうちの共通平面と隣り合う部分の少なくとも一部を除いて設けられている。

はじめに認識対象物２の構成について説明を行う。図２Ａは、第一実施形態にかかる認識対象物２の構成を示す平面図である。図２Ｂは、図２Ａにおける切断線２Ｂ−２Ｂにおける認識対象物２の断面図である。図２Ｃは、図２Ａにおける切断線２Ｃ−２Ｃにおける認識対象物２の断面図である。

図２Ａ〜Ｂにて示されるように、認識対象物２は、複数の識別部２０と、基材２１と、を含んで構成されている。また、認識対象物２に備えられる識別部２０は、例えば、ＬＥＤ、赤外線発光素子等で構成されることとしてもよい。また、識別部２０は、撮像部３によって撮像される周囲の可視光との差異を明確にするために、赤外ＬＥＤによって構成されることが好ましい。また、識別部２０は、再帰反射型の反射部材であることとしてもよく、この場合は撮像部３の近傍から認識対象物２の可動範囲に向けて光を照射する、照射部を対象物認識システムに設けることとしてもよい。第一実施形態においては、それぞれの識別部２０が赤外ＬＥＤによって実現されており、当該赤外ＬＥＤの発光を制御する制御装置（赤外ＬＥＤ発光制御装置）が、認識対象物２に備えられている。

基材２１は、識別部２０のそれぞれを予め定められた位置に固定する部材である。また、基材２１の形状は特に限定されないが、平面状の部材であって歪みのない部材であることが好ましい。基材２１に平面状の部材であって歪みのない部材を用いることによって、識別部２０間の距離や高さが変動することに由来する計測誤差を抑制する。

複数の識別部２０は、共通平面上の予め定められた位置に配置される第一識別部２０Ａ群と、前記第一識別部２０Ａ群の位置に基づいて定められた位置に配置される第二識別部２０Ｂと、によって構成され、基材２１に固定されている。

ここで、第一識別部２０Ａ群は、第一識別部２０Ａ群を構成するそれぞれの第一識別部２０Ａを結んでできる平面が一の共通平面を形成するように配置されている。すなわち第一識別部２０Ａ群は少なくとも３以上の複数の第一識別部２０Ａによって構成されることとなる。以下、第一識別部２０Ａ群は３つの第一識別部２０Ａから構成されるものとして説明を行うこととする。

第一識別部２０Ａ群を構成する第一識別部２０Ａのそれぞれはお互いに予め定められた位置に配置されているため、第一識別部２０Ａ群によって囲まれる三角形エリア（ＴＡ）の面積、および当該三角形の角度のそれぞれは予め定められていることとなる。すなわち、認識対象物２における三角形エリア（ＴＡ）の面積および当該三角形の角度と、第一識別部２０Ａ群が撮像部３によって撮像された画像における三角形の面積および当該三角形の角度と、を比較することによって、認識対象物２の位置情報を得られることとなる。すなわち、第一識別部２０Ａは対象物認識システムにおいて、認識対象物２の位置情報を算出する上で主となる識別部２０である。そして、第一識別部２０Ａは、第一識別部２０Ａ群を構成するそれぞれの第一識別部２０Ａを結んでできる共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_１度にて撮像される。

第二識別部２０Ｂは、位置情報を算出する上で主となる識別部２０である第一識別部２０Ａとは異なる役割を有している。例えば、第二識別部２０Ｂは、認識対象物２が複数存在する場合、認識対象物２のそれぞれを区別するための識別部２０（すなわち認識対象物２自体を示すＩＤが付与された識別部）として用いることとしてもよい。すなわち、第一識別部２０Ａ群の位置に基づいて定められる位置を、複数の認識対象物２ごとに異なる位置とすることによって、第二識別部２０Ｂは当該認識対象物２のＩＤ情報を付与するための識別部２０としての役割を有することとしてもよい。

あるいは、第二識別部２０Ｂは、位置情報を算出する上で主となる識別部２０である第一識別部２０Ａを補助する役割を有する目的で用いられることとしてもよい。この場合、第二識別部２０Ｂは、第一識別部２０Ａ群によって形成される共通平面とは離間させて設けられる。例えば、図２Ｂ，Ｃにて示されるように、複数の識別部２０が配される基材２１の一の面に、凸部を備え、当該凸部の上端部に第二識別部２０Ｂを備えることとしてもよい。また、第二識別部２０Ｂは、図２Ａにて示される認識対象物２の平面視において、複数の第一識別部２０Ａによって囲まれるエリア（図２Ａにおける三角形のエリアＴＡ）の内側に備えられている。

また、第二識別部２０Ｂは、第一識別部２０Ａ群を構成するそれぞれの第一識別部２０Ａを結んでできる共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_２度にて撮像され、θ_１とθ_２とは、θ_１＞θ_２の関係を有する。すなわち、第二識別部２０Ｂを撮像可能な空間領域は、第一識別部２０Ａを撮像可能な空間領域のうちの、第一識別部２０Ａが位置する共通平面と隣り合う部分の少なくとも一部を除いて設けられている。図３は、撮像される認識対象物２に備えられた識別部２０の撮像可能な空間領域について説明する図である。撮像部３を、認識対象物２における第一識別部２０Ａが位置する共通平面の法線方向（図３におけるＸ方向）の位置（図３におけるＡの位置）から、認識対象物２における第一識別部２０Ａが位置する共通平面と近接する位置（図３におけるＣの位置）に、除々に移動させて認識対象物２を撮像した場合、撮像部３によって撮像される画像は、図３における（Ｉ）領域（第一識別部２０Ａ群を構成するそれぞれの第一識別部２０Ａを結んでできる共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_２度の領域）では第一識別部２０Ａ、第二識別部２０Ｂの両方が撮像される画像、図３における（ＩＩ）領域（第一識別部２０Ａ群を構成するそれぞれの第一識別部２０Ａを結んでできる共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_１度）では第一識別部２０Ａのみが撮像される画像、図３における（ＩＩＩ）領域では第一識別部２０Ａ、第二識別部２０Ｂの両方が撮像されない画像、となる。

このように、第二識別部２０Ｂの撮像可能な空間領域が、第一識別部２０Ａを撮像可能な空間領域のうちの前記共通平面と隣り合う部分の少なくとも一部を除いて設けられるためには、例えば、認識対象物２に備えられる第一識別部２０Ａが、図３における（Ｉ）、（ＩＩ）に光を照射する発光素子（すなわち、共通平面の法線方向に対して最大出射角度θ_１の光を照射範囲に含む光を照射する発光素子）によって構成され、第二識別部２０Ｂが、図３における（Ｉ）のみに光を照射する発光素子（すなわち、共通平面の法線方向に対して最大出射角度θ_２の光を照射範囲に含む光を照射する発光素子）によって構成されることによって実現される。

あるいは、第二識別部２０Ｂが発光素子によって実現される場合、図３における（ＩＩ）、（ＩＩＩ）領域から撮像される状態のとき、第二識別部２０Ｂが撮像され得ない状態とするためには、認識対象物２の法線方向Ｘと撮像部３の光軸がなす角度を算出して、当該角度が予め定められた角度θ_２を超えるとき、第二識別部２０Ｂの発光を制御する制御装置２２が第二識別部２０Ｂの発光を消す制御を行うことによって実現することとしてもよい。

あるいは、第二識別部２０Ｂの周囲に、図３における（ＩＩ）、（ＩＩＩ）領域からの撮像を遮る遮蔽部が備えられていることによって実現されることとしてもよい。すなわち、角度範囲０〜θ_２度におけるθ_２は、第二識別部２０Ｂの周囲に備えられる第二識別部２０Ｂの撮像を遮る遮蔽部によって定められることとしてもよい。

第二識別部２０Ｂの撮像可能な空間領域が、第一識別部２０Ａを撮像可能な空間領域のうちの前記共通平面と隣り合う部分の少なくとも一部を除いて設けられる方法は、上記方法に限られるものではない。以下、第二識別部２０Ｂは１つの識別部２０から構成され、位置情報を算出する上で主となる識別部２０である第一識別部２０Ａを補助する目的で用いられるものとして説明を行うこととする。

次に、対象物認識装置１について説明を行う。対象物認識装置１は、複数の識別部２０のうちの第一識別部２０Ａ群（三次元位置等識別部群）が撮像された画像に基づいて認識対象物２の位置情報を計算する。位置情報の計算方法は、上述のように、例えば、認識対象物２において予め定められている、第一識別部２０Ａ群によって囲まれる三角形エリア（ＴＡ）の面積、および当該三角形の角度と、第一識別部２０Ａ群が撮像部３によって撮像された画像における三角形の面積および当該三角形の角度と、を比較することによって、認識対象物２の位置情報を得ることとしてもよい。

また、対象物認識装置１は、第一識別部２０Ａ以外の識別部２０が撮像された画像に基づいて、認識対象物２のＩＤを特定、もしくは、認識対象物２の位置情報の精度を高める演算を行うこととしてもよい。認識対象物２のＩＤを特定、もしくは、認識対象物２の位置情報の精度を高める演算の方法は、例えば、特許第４５３０１１号、あるいは、特開２００９−９２５６８に記載された方法を用いて行われることとしてもよい。対象物認識装置１の構成、対象物認識装置１が行う具体的な処理に関しては後述する。

次に、撮像部３について説明を行う。撮像部３は、認識対象物２に備えられた複数の識別部２０を撮像する。また、撮像部３は、例えば、デジタルカメラ等によって実現される。ここで、複数の識別部２０が、赤外線ＬＥＤによって実現されている場合、撮像部３は複数の識別部２０より出射された赤外線を検知するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅ Ｄｅｖｉｃｅ）等のイメージセンサ等を備えるものである。また、複数の識別部２０から出射される光を選択的に撮像部３に入射させる目的で、複数の識別部２０に用いられる光の発光波長に応じた光学フィルタを配することとしてもよい。

次に、第一実施形態にかかる対象物認識装置１の構成について具体的に説明する。対象物認識装置１は、複数の識別部２０のうちの三次元位置等識別部群（第一識別部２０Ａ群、又は、第一識別部２０Ａ群および第二識別部２０Ｂ）が撮像された画像に基づいて認識対象物２の位置情報を計算する。

図４は、第一実施形態にかかる対象物認識装置１の主な構成例を示すブロック図である。

制御部９は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等によって実現され、記憶部１０に格納されているプログラムに従って動作する。制御部９は、図４にて示されるように、画像取得部１１、計数部１２、演算部１３、を含んで構成されている。この制御部９が行う処理の具体的な内容については、後に詳しく述べる。なお、上記プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等の情報記録媒体に格納されて提供されるものであってもよいし、インターネット等のネットワークを介して提供されるものであってもよい。

記憶部１０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）や、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ素子、並びにハードディスク等によって実現できる。この記憶部１０は、制御部９が実行するプログラム（ソフトウェア）を格納している。また、この記憶部１０は、制御部９が行う処理の過程で利用される種々のデータを格納するワークメモリとしても動作する。また、記憶部１０は、対象物認識装置１の外部に備えることとしてもよい。また、この記憶部１０は、認識対象物２に備えられた複数の識別部２０の位置関係を記憶している。

画像取得部１１は、撮像部３により複数の識別部２０が撮像された画像を取得する。そして、画像取得部１１は、取得された画像を計数部１２に出力する。

計数部１２は、画像取得部１１によって取得された画像において撮像されている識別部の数を計数する。

ここで、認識対象物２における第二識別部２０Ｂは、それを撮像可能な空間領域が、第一識別部２０Ａを撮像可能な空間領域のうちの前記共通平面と隣り合う部分の少なくとも一部を除いて設けられている。したがって、認識対象物２に、３つの第一識別部２０Ａ、１つの第二識別部２０Ｂ、計４つの識別部のそれぞれが配置されている場合、撮像部３が認識対象物２を撮像する位置によって、４個、あるいは３個の識別部２０が画像に撮像されていることとなる。

図５Ａ、５Ｂはそれぞれ、撮像部３によって、認識対象物２に配置された複数の識別部２０が撮像された画像の一例を示す図である。図５Ａは、第一識別部２０Ａ、第二識別部２０Ｂの両方が撮像される空間領域（図３における（Ｉ）領域）から撮像部３によって撮像された画像４Ａの一例を示すものである。図５Ｂは、第一識別部２０Ａのみが撮像される空間領域（図３における（ＩＩ）領域）から撮像部３によって撮像された画像４Ｂの一例示すものである。

また、図５Ａ、５Ｂでは一つの認識対象物２が撮像されている画像を示しているが、画像には複数の認識対象物２が撮像されることとしてもよい。この場合、計数部１２は、画像に撮像された複数の識別部２０を、予め定められた間隔以内に存在する識別部２０ごとにグループ分けする。本実施形態の場合、認識対象物２に備えられる識別部２０は４つであり、画像に撮像される識別部２０は、４もしくは３個である。したがって、計数部１２は、画像に撮像された複数の識別部２０を、４もしくは３個ごとにグループ分けする。

図５Ａにて示される画像４Ａは、認識対象物２が、第一識別部２０Ａ、第二識別部２０Ｂの両方が撮像される空間領域（図３における（Ｉ）領域）から撮像部３によって撮像されたものであるため、一の識別部グループ５Ａを構成している４つの識別部２０が撮像されている。すなわち、計数部１２は、認識対象物２に配置された複数の識別部２０が撮像された画像４Ａに基づいて、撮像されている識別部２０の数“４”を計数する。

図５Ｂにて示される画像４Ｂは、認識対象物２が、第一識別部２０Ａのみが撮像される空間領域（図３における（ＩＩ）領域）から撮像部３によって撮像されたものであるため、一の識別部グループ５Ｂを構成している３つの識別部２０撮像されている。すなわち、計数部１２は、認識対象物２に配置された複数の識別部２０が撮像された画像４Ｂに基づいて、撮像されている識別部２０の数“３”を計数する。

演算部１３は、はじめに、計数部１２によって計数された数が予め定められた規定数を超えるものか、規定数であるか、規定数に満たないものか、を判定する。ここで、規定数とは、第一識別部２０Ａの数と、第一識別部２０Ａを撮像可能な空間領域と同一の撮像可能な空間領域を有する識別部の数と、の総数、すなわち、共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_１度にて撮像されるように認識対象物２に備えられた識別部の数の総数を示すものである。第一実施形態における認識対象物２には、第一識別部２０Ａを撮像可能な空間領域と同一の撮像可能な空間領域を有する識別部の数は、第一識別部２０Ａ以外存在しないため、第一実施形態における規定数は“３”（第一識別部２０Ａの数）ということとなる。

認識対象物２に備えられた第一識別部２０Ａの数“３”を超える場合（規定数を超える場合）は、画像４Ａに撮像された４つの識別部２０における、中央に位置する識別部２０の画像は第二識別部２０Ｂが撮像されたものに基づくものであると特定する。なぜならば、認識対象物２において第一識別部２０Ａは三角形のエリアＴＡを形成し、第二識別部２０Ｂがこの三角形のエリアＴＡの内側に配置されている。認識対象物２に配置された第一識別部２０Ａより構成される三角形の内側の位置は、この三角形が撮像された画像においても、三角形の内側の位置に対応する。したがって、画像４Ａに撮像された４つの識別部２０における、中央に位置する識別部２０の画像は第二識別部２０Ｂが撮像されたものに基づくものであると特定する。

そして、演算部１３は、計数部１２によって計数された数が３である場合（規定数である場合）は、画像４Ａに撮像された３つの識別部２０は第一識別部２０Ａが撮像されたものに基づくものであると特定する。

そして、演算部１３は、認識対象物２における三角形エリア（ＴＡ）の面積および当該三角形の角度と、第一識別部２０Ａ群が撮像部３によって撮像された画像における三角形の面積および当該三角形の角度と、に基づいて認識対象物２の位置情報を演算する。

図６は、第一実施形態にかかる対象物認識装置１の制御部９が行う処理を説明した図である。制御部９は、撮像部３によって認識対象物２が撮像された画像を取得し（Ｓ６１）、取得した画像における認識対象物２に備えられた複数の識別部２０をグループ分けし（Ｓ６２）、当該グループごとに当該グループを構成する識別部２０の数を計数する（Ｓ６３）。

次に、Ｓ６３によって計数された数が規定数を超えるか否かを判定し（Ｓ６４）、規定数を超える場合、画像に撮像された識別部２０を第一識別部２０Ａ群、第二識別部２０Ｂのそれぞれに特定し、画像における第一識別部２０Ａ群および第二識別部２０Ｂの位置関係と、認識対象物２における第一識別部２０Ａおよび第二識別部２０Ｂの位置関係と、に基づいて認識対象物２の位置情報を演算する（Ｓ６５）。

また、Ｓ６３によって計数された数が規定数を超えない場合、Ｓ６３によって計数された数が規定数であるかを判定し（Ｓ６６）、規定数である場合、画像に撮像された識別部２０を第一識別部２０Ａ群と特定し、画像における第一識別部２０Ａ群の位置関係と、認識対象物２における第一識別部２０Ａ群の位置関係と、に基づいて認識対象物２の位置情報を演算する（Ｓ６５）。

また、Ｓ６３によって計数された数が規定数に満たない場合、認識対象物２の位置情報に関する演算は行わず、新しいコマの画像を取得する（Ｓ６１）。ここで、Ｓ６３によって計数された数が規定数に満たない場合とは、例えば、第一識別部２０Ａが位置する共通平面と、撮像部３の光軸とがほぼ水平となる位置より、撮像部３が認識対象物２を撮像した場合があてはまる。このように、撮像部３が認識対象物２を認識しづらい姿勢から撮像した画像を基に位置情報を算出する場合には、当該算出に誤差が生じることが少なくない。したがって、撮像部３が認識対象物２を認識しづらい姿勢から撮像した画像を基に位置情報を算出する場合に、一の第一識別部２０Ａの発光が見えなくなるような障碍を配置し、演算部にて位置情報の算出がそもそも出来ない様にしてもよい。

［第二実施形態］
以下に、第二実施形態にかかる認識対象物、対象物認識装置について図面を参照しつつ説明をおこなう。第二実施形態は、認識物対象物の構成と、対象物認識装置の演算部が行う演算方法と、が第一実施形態のものと異なる。また、認識物対象物の構成、および、対象物認識装置の演算部が行う演算方法以外については第一実施形態と同様である。以下、第一実施形態と異なる点について説明を行う。

図７Ａは、第二実施形態にかかる対象物認識装置１が認識する認識対象物２の構成を示す平面図である。図７Ｂは、図７Ａにおける切断線７Ｂ−７Ｂにおける認識対象物２の断面図である。図７Ｃは、図７Ａにおける切断線７Ｃ−７Ｃにおける認識対象物２の断面図である。第二実施形態の認識対象物２に備えられたそれぞれの識別部２０は、赤外ＬＥＤによって実現されている。

第二実施形態にかかる認識対象物２の第一識別部２０Ａ群は、当該第一識別部２０Ａ群を構成する３つの第一識別部２０Ａを結んでできる平面は、一の共通平面を形成するように配置されている。

第二実施形態にかかる対象物認識装置１が認識する認識対象物２の第二識別部２０Ｂは、位置情報を算出する上で主となる識別部２０である第一識別部２０Ａを補助する目的で用いられることとする。ここで、第二識別部２０Ｂは、例えば、図７Ｂ，Ｃにて示されるように、基材２１に配された凸部の上端部に備えられており、第一識別部２０Ａ群によって形成される共通平面とは異なる平面上に離間して設けられる。また、第二識別部２０Ｂは、図７Ａにて示される認識対象物２の平面視において、複数の第一識別部２０Ａによって囲まれるエリア（図７Ａにおける三角形のエリアＴＡ）の内側に備えられている。

そして、第二識別部２０Ｂを撮像可能な空間領域は、第一識別部２０Ａを撮像可能な空間領域のうちの共通平面と隣り合う部分の少なくとも一部を除いて設けられている。すなわち、第二識別部２０Ｂは、認識対象物２が、第一識別部２０Ａ群が配置される共通平面上の法線方向（図７Ｂ、７ＣにおけるＸ方向）に対して予め定められた角度範囲（図７Ｂ、７Ｃにおける角度範囲θ）の外側から撮像される状態のとき、前記第二識別部２０Ｂは撮像され得ない状態となる。それに対し、第一識別部２０Ａ群は、第一識別部２０Ａ群が配置される共通平面上の法線方向（図７Ｂ、７ＣにおけるＸ方向）に対して予め定められた角度範囲（図７Ｂ、７Ｃにおける角度範囲θ）の外側の一部からも撮像される状態となっている。

また、第二実施形態にかかる対象物認識装置１が認識する認識対象物２には、第三識別部２０Ｃが備えられている。第三識別部２０Ｃは第一識別部２０Ａのそれぞれを結んでできる共通平面と、同一平面に位置する（すなわち、共通平面上に位置する）。また、第三識別部２０Ｃは、図７Ａにて示される認識対象物２の平面視において、複数の第一識別部２０Ａによって囲まれるエリア（図７Ａにおける三角形のエリアＴＡ）の外側に備えられている。また、認識対象物２において、第三識別部２０Ｃは第一識別部２０Ａ群の位置に基づいて定められた位置に配置されており、第三識別部２０Ｃと第一識別部２０Ａ群との配置の位置関係は当該認識対象物２に固有のものである。すなわち、第三識別部２０Ｃと、第一識別部２０Ａと、の位置関係は認識対象物２を特定するＩＤの役割を有している。また、第三識別部２０Ｃを撮像可能な空間領域は、第一識別部２０Ａを撮像可能な空間領域であることとする。すなわち、第三識別部２０Ｃは、第一識別部２０Ａと同様、共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲（０〜θ_１度）にて撮像されるように認識対象物２に備えられている。

次に、第二実施形態にかかる対象物認識装置１の構成について説明する。第二実施形態にかかる対象物認識装置１の構成は図５にて示されるものと同様である。対象物認識装置１は、複数の識別部２０のうちの三次元位置等識別部群（第一識別部２０Ａ群、又は、第一識別部２０Ａ群および第二識別部２０Ｂ）が撮像された画像と、記憶部１０に記憶された認識対象物２において予め定められた第一識別部２０Ａ群、第二識別部２０Ｂの位置関係と、に基づいて認識対象物２の三次元位置等を計算する。そして、認識対象物識別部（第三識別部２０Ｃ）が撮像された画像と、記憶部１０に記憶された認識対象物２において予め定められた第一識別部２０Ａ群、第三識別部２０Ｃの位置関係と、に基づいて、認識対象物２に予め定められた当該認識対象物２のＩＤを特定する。

第二実施形態において、認識対象物２が、第一識別部２０Ａ群が位置する共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲（図２Ｂ、２Ｃにおける角度範囲θ）から撮像される場合、認識対象物２に配置された第二識別部２０Ｂは、画像取得部１１によって取得された画像において撮像され得ない状態となるように認識対象物２に配置されている。したがって、認識対象物２に、３つの第一識別部２０Ａ、１つの第二識別部２０Ｂ、１つの第三識別部２０Ｃ、計５つの識別部のそれぞれが配置されている場合、撮像部３が認識対象物２を撮像した画像には、５個、あるいは４個の識別部２０が撮像されていることとなる。

図８Ａ、８Ｂはそれぞれ、撮像部３によって、認識対象物２に配置された複数の識別部２０が撮像された画像の一例を示す図である。

図８Ａは、第一識別部２０Ａ、第二識別部２０Ｂ、第三識別部２０Ｃの全てが撮像される空間領域から撮像部３によって撮像された画像４Ｃの一例を示すものである。すなわち、図８Ａは、第一識別部２０Ａ群が位置する共通平面の法線方向（図７Ｂ、７ＣにおけるＸ方向）に対して予め定められた角度範囲（図７Ｂ、７Ｃにおける角度範囲θ）以外から撮像部３によって撮像された画像４Ｃを示すものである。また、図８Ｂは、第一識別部２０Ａ、第三識別部２０Ｃが撮像される空間領域から撮像部３によって撮像された画像４Ｄの一例を示すものである。すなわち、図８Ｂは、第一識別部２０Ａ群が位置する共通平面の法線方向（図７Ｂ、７ＣにおけるＸ方向）に対して予め定められた角度範囲（図７Ｂ、７Ｃにおける角度範囲θ）から撮像部３によって撮像された画像４Ｄを示すものである。

また、図８Ａ、８Ｂでは一つの認識対象物２が撮像されている画像を示しているが、画像には複数の認識対象物２が撮像されることとしてもよい。この場合、計数部１２は、画像に撮像された複数の識別部２０を、予め定められた間隔以内に存在する識別部２０ごとにグループ分けする。本実施形態の場合、認識対象物２に備えられる識別部２０は５つであり、画像に撮像される識別部２０は、５もしくは４個である。したがって、計数部１２は、画像に撮像された複数の識別部２０を、５もしくは４個ごとにグループ分けする。

図８Ａにて示される画像４Ｃは、認識対象物２が第一識別部２０Ａ群の位置する共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲以外から撮像部３によって撮像されたものであるため、一の識別部グループ５Ｃを構成している５つの識別部２０が撮像されている。すなわち、計数部１２は、認識対象物２に配置された複数の識別部２０が撮像された画像４Ｃに基づいて、撮像されている識別部２０の数“５”を計数する。

図８Ｂにて示される画像４Ｄは、認識対象物２が第一識別部２０Ａ群の位置する共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲から撮像部３によって撮像されたものであるため、一の識別部グループ５Ｄを構成している４つの識別部２０が撮像されている。すなわち、計数部１２は、認識対象物２に配置された複数の識別部２０が撮像された画像４Ｄに基づいて、撮像されている識別部２０の数“４”を計数する。

演算部１３は、計数部１２によって計数された数が、予め定められた規定数を超えるものか、規定数であるか、規定数に満たないものか、を判定する。ここで、第二実施形態における規定数は、第一識別部２０Ａの数と、第一識別部２０Ａを撮像可能な空間領域と同一の撮像可能な空間領域を有する第三識別部２０Ｃの数と、の総数であるため、規定数は（第一識別部２０Ａの数“３”＋第三識別部２０Ｃの数“１”）“４”ということとなる。

演算部１３は、計数部１２によって計数された数が規定数を超える場合は、画像４Ｃに撮像された５つの識別部２０における、中央に位置する識別部２０の画像は第二識別部２０Ｂが撮像されたものに基づくものであると特定する。そして、演算部１３は、計数部１２によって計数された数が規定数である場合は、画像４Ａに撮像された他の４つの識別部２０は第一識別部２０Ａ、第三識別部２０Ｃが撮像されたものに基づくものであると特定する。

そして、演算部１３は、第一識別部２０Ａと、第二識別部２０Ｂと、第三識別部２０Ｃと、が撮像された識別部２０の画像４Ａにおけるそれぞれの位置と、記憶部１０に記憶されている複数の識別部２０の位置関係と、に基づいて、画像４Ａに撮像された当該他の４つの識別部２０のそれぞれが、第一識別部２０Ａ、第三識別部２０Ｃ、のいずれかであるかを特定するとともに、認識対象物２の三次元位置、三軸位置等の位置情報を算出する。

以下に、認識対象物２における複数の識別部２０を撮像した画像における、第一識別部２０Ａの画像および第三識別部２０Ｃの画像を特定する方法を説明する。

本実施形態では、認識対象物２に第一識別部２０Ａおよび第三識別部２０Ｃを予め定められた幾何学的特徴を満足するように備えられている、この幾何学的特徴に基づいてそれぞれの識別部２０の画像が第一識別部２０Ａおよび第三識別部２０Ｃのいずれに由来するものかを特定する。ここで、幾何学的特徴としては、例えば、射影不変量、アフィン変換の前後で保存される量（アフィン不変量）等が用いられることとしてもよい。

以下、アフィン不変量を用いた場合について説明を行うが、これに限定されるものではない。アフィン不変量を用いた場合、認識対象物２における複数の識別部２０を撮像した画像における、識別部２０により形成される形状は、第一識別部２０Ａ、第二識別部２０Ｂ、および第三識別部２０Ｃにより形成される形状をアフィン変換したものに相当するものである。

図９は、第二実施形態における認識対象物２の第一識別部２０Ａ、第二識別部２０Ｂ、および第三識別部２０Ｃの配置例を示す図である。

図９に示す例では、第一識別部２０Ａが三角形（ａ１ａ２ａ３）のエリアＴＡを形成し、第二識別部２０Ｂがこの三角形のエリアＴＡの内側に配置されている。そして、第三識別部２０Ｃは、三角形のエリアＴＡの外側に配置されている。すなわち、第二識別部２０Ｂは、第一識別部２０Ａおよび第三識別部２０Ｃで形成される四角形（ａ１ａ２ａ５ａ３）の内側に配置されていることとなる。認識対象物２に配置された第一識別部２０Ａおよび第三識別部２０Ｃにより構成される四角形の内側の位置は、この四角形がアフィン変換により変換された場合、変換後の四角形の内側の位置に対応する。したがって、認識対象物２における複数の識別部２０を撮像した画像上においても、第二識別部２０Ｂは撮像された４つの識別部２０の画像の内側に位置することとなり、当該位置に位置する識別部２０の画像は第二識別部２０Ｂが撮像されたものに基づくものであると特定する。

また、第三識別部２０Ｃは、次の関係を満たすように配置することとする。第一識別部２０Ａおよび第三識別部２０Ｃで形成される四角形（ａ１ａ２ａ５ａ３）の対角線の交点２３をｐとし、線分の比ａ１ｐ／ａ１ａ５＝ｓ、ａ２ｐ／ａ２ａ３＝ｔを考える。このとき、ａ１ｐ＝ｓ、ａ２ｐ＝ｔ、ａ３ｐ＝１−ｔ、ａ５ｐ＝１−ｓとなる。そして、第三識別部２０Ｃは、ｓ＞０．５かつｔ＞０．５を満たす位置に配置することとする。このとき線分の比の値であるｓ、ｔ、１−ｓ、１−ｔの値は、アフィン変換の前後で保存されるアフィン不変量であるため、認識対象物２における複数の識別部２０を撮像した画像上の、識別部２０の画像の位置関係においても保存されるという幾何学的特徴を有する。以下、演算部１３が行う、この幾何学的特徴に基づいて画像における複数の識別部２０が第一識別部２０Ａ、および第三識別部２０Ｃのいずれのものかを特定する方法を具体的に説明する。

演算部１３は、画像における第二識別部２０Ｂを除いた４つの識別部２０が撮像された画像から形成される四角形（図６における（ａ１ａ２ａ５ａ３））とその対角線を考える。ここで、撮像部３の光学中心をＯとしたときにＯと対角線の交点ｐとを結ぶベクトルをＯｐ、Ｏと第一識別部２０Ａのそれぞれとを結ぶ各ベクトルをＯａ１〜Ｏａ３、Ｏと第三識別部２０Ｃを結ぶベクトルをＯａ５とする。また、第一識別部２０Ａと第三識別部２０Ｃをある平面上に投影した点（例えば、撮像部３の撮像面上（図７参照）の識別部画像）の座標を（ａ１ｘ，ａ１ｙ）、（ａ２ｘ，ａ２ｙ）、（ａ３ｘ，ａ３ｙ）、（ａ５ｘ，ａ５ｙ）とすると、以下の関係が成り立つ。

この式より、以下の式が導かれる。

更に式を変形すると、以下の式が導かれる。

更に式を変形すると、以下の式が導かれる。

結局、ｔとｓは次式で表すことができる。

以上の関係とｓ＞０．５、ｔ＞０．５の関係より、第二識別部２０Ｂに対応する画像を除いた４つの識別部画像の対角線の交点と各識別部画像を結ぶ４つの線分について、前述の比の値が大きい方２つを求めれば、これがｓとｔの比を持つ線分に対応する。そして、対角線の交点を中心にして反時計回りにこの２本の線分の次の線分を探索する。その線分の対角線の交点とは反対側にある識別部画像が、第三識別部２０Ｃが撮像された識別部画像であると特定できる。

上記にて説明された、認識対象物２における複数の識別部２０を撮像した画像における、第一識別部２０Ａ、第二識別部２０Ｂ、および第三識別部２０Ｃの特定方法は、上記のものに限られず、例えば、特許第４５３０１１号、あるいは、特開２００９−９２５６８に記載された方法を用いて行われることとしてもよい。

次に、上記の方法により識別された識別部２０の位置に基づいて認識対象物２の三次元位置および三軸角度を計算する方法について説明する。

図１０は、第二実施形態における認識対象物２の三次元位置および三軸角度を計算する方法を説明する図である。まず、図１０に示すように、撮像部３により撮像された画像上（図１０における撮像面３０）の第一識別部２０Ａの識別部画像に基づいて、撮像部３の光学中心Ｏから第一識別部２０Ａ群の各々への方向ｄｉ（ｉ＝１、２、３）を算出する。ｄｉは、撮像部３の撮像面３０における第一識別部２０Ａの識別部画像と光学中心Ｏとを結ぶ直線上にあり、光学中心Ｏを始点とする規格化された単位ベクトルである。また、第一識別部２０Ａ群を構成するそれぞれの第一識別部２０Ａへの方向を、ベクトルｄ１（＝［ｘ１，ｙ１，ｚ１］）、ベクトルｄ２（＝［ｘ２，ｙ２，ｚ２］）、ベクトルｄ３（＝［ｘ３，ｙ３，ｚ３］）とする。また、撮像部３の光学中心Ｏを基準として、第一識別部２０Ａ群を構成するそれぞれの第一識別部２０Ａの位置ベクトルをａ１、ａ２、ａ３とする。これらの位置ベクトルａｉ（ｉ＝１、２、３）は、それぞれ上記のベクトルｄｉと重なる。そこで、各位置ベクトルａｉの長さを表す係数をｔ１、ｔ２、ｔ３とすると、各位置ベクトルａｉは次式で表せる。

第一識別部２０Ａ群が形成する三角形の形状は予めわかっているので、三角形の各辺の長さ（各第一識別部２０Ａ間の長さ）を、ａ１ａ２＝Ｌ１、ａ２ａ３＝Ｌ２、ａ３ａ１＝Ｌ３とすると、次式が得られる。

これを整理すると、次式が得られる。

さらに次式（１）が得られる。

ただし、
Ａ１＝ｘ１ｘ２＋ｙ１ｙ２＋ｚ１ｚ２、
Ａ２＝ｘ２ｘ３＋ｙ２ｙ３＋ｚ２ｚ３、
Ａ３＝ｘ３ｘ１＋ｙ３ｙ１＋ｚ３ｚ１
である。

実数解を持つために、次式の条件を満たす実数ｔ１、ｔ２、ｔ３をそれぞれ上記式（１）に代入し、式（１）が成立する全てのｔ１、ｔ２、ｔ３を求める。

通常、式（１）が成立するｔ１、ｔ２、ｔ３の組は複数存在する。そこで、第二識別部２０Ｂの位置に基づいて、複数のｔ１、ｔ２、ｔ３の組（候補）の中から特定の係数ｔ１、ｔ２、ｔ３の組を選択する。

具体的には、まず、算出した全ての係数ｔ１、ｔ２、ｔ３の組に対応する位置ベクトルａ１、ａ２、ａ３の組をそれぞれ算出し、ａ１、ａ２、ａ３の組で構成される三角形の三次元位置と三軸角度を求める。そして、各三角形の三次元位置および三軸角度に基づき、各三角形に対する第二識別部２０Ｂの位置を計算し、位置ベクトルａ４とする。次に、位置ベクトルａ４の点を撮像部３で撮像した場合の画像上の位置（画像位置）を計算し、計算値と実際に撮像された第二識別部２０Ｂの画像位置とを比較する。そして、実際の画像位置との差が最も小さい位置ベクトルａ４に対応する三角形を抽出し、この三角形に対応するｔ１、ｔ２、ｔ３の組を正解とする。

以上のようにして、第一識別部２０Ａ群を構成するそれぞれの第一識別部２０Ａの方向ｄ１、ｄ２、ｄ３および距離ｔ１、ｔ２、ｔ３が特定されたため、第一識別部２０Ａ群で形成される三角形（およびこれを含む認識対象物２）の三次元位置および三軸角度が求まることとなる。

また、第一識別部２０Ａ、第二識別部２０Ｂを用いた認識対象物２の三次元位置および三軸角度の計算方法は、上記の手順に限定されるものではない。例えば、上記の手順では複数のｔ１、ｔ２、ｔ３の組を求めた後に第二識別部２０Ｂの画像位置に基づいて１つの解を抽出したが、初めから第一識別部２０Ａ群の各々の画像位置と第二識別部２０Ｂの画像位置との関係を考慮して、第一識別部２０Ａ、第二識別部２０Ｂそれぞれまでの距離ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４を求めるようにしても良い。

また、第二識別部２０Ｂが撮像され得ない角度範囲から認識対象物２が撮像された場合、式（１）が成立するｔ１、ｔ２、ｔ３の組は複数存在しない。したがって、第二識別部２０Ｂの位置に基づいて、複数のｔ１、ｔ２、ｔ３の組（候補）の中から特定の係数ｔ１、ｔ２、ｔ３の組を選択することは行わない。

第三識別部２０Ｃの３次元位置の特定は、撮像部３により撮像された画像上の第三識別部２０Ｃの識別部画像に基づいて、撮像部３の光学中心Ｏから第三識別部２０Ｃへの方向ベクトルを決定し、この方向ベクトルと第一識別部２０Ａ群により形成される共通平面との交点を算出する。その交点から第三識別部２０Ｃの３次元位置が導出できる。そして、この第三識別部２０Ｃの３次元位置から、認識対象物２上における第一識別部２０Ａ群との位置関係を求めることができる。

以上、上記にて説明された、認識対象物２の位置情報等の演算方法は、上記のものに限られず、例えば、特許第４５３０１１号、あるいは、特開２００９−９２５６８に記載された方法を用いて行われることとしてもよい。

［第三実施形態］
以下に、第三実施形態にかかる認識対象物について図面を参照しつつ説明をおこなう。第三実施形態は、認識対象物が第二実施形態のものと異なり、その他については第二実施形態と同様である。

図１１Ａは、第三実施形態にかかる認識対象物２の構成を示す平面図である。図１１Ｂは、図１１Ａにおける切断線１１Ｂ−１１Ｂにおける認識対象物２の断面図である。図１１Ｃは、図１１Ａにおける切断線１１Ｃ−１１Ｃにおける認識対象物２の断面図である。第三実施形態の認識対象物２に備えられたそれぞれの識別部２０は、赤外ＬＥＤによって実現されている。

第三実施形態にかかる認識対象物２の第一識別部２０Ａ群は、第一識別部２０Ａ群を構成する３つの第一識別部２０Ａを結んでできる平面は、一の共通平面を形成するように配置されている。

第三実施形態にかかる認識対象物２の第二識別部２０Ｂは、位置情報を算出する上で主となる識別部２０である第一識別部２０Ａを補助する目的で用いられることとする。ここで、第二識別部２０Ｂは、例えば、図１１Ｂ，Ｃにて示されるように、複数の識別部２０が配される基材２１は凹部を有し、当該凹部の端部に備えられており、第一識別部２０Ａ群によって形成される共通平面とは異なる平面に離間して設けられる。すなわち、第二識別部２０Ｂの周囲には、代位に識別部２０Ｂの撮像を遮る遮光部が備えられていることとなる。また、第二識別部２０Ｂは、図１１Ａにて示される認識対象物２の平面視において、複数の第一識別部２０Ａによって囲まれるエリア（図１１Ａにおける三角形のエリアＴＡ）の内側に備えられている。

そして、第二識別部２０Ｂを撮像可能な空間領域は、第一識別部２０Ａを撮像可能な空間領域のうちの共通平面と隣り合う部分の少なくとも一部を除いて設けられている。すなわち、第二識別部２０Ｂは、認識対象物２が、第一識別部２０Ａ群が配置される共通平面上の法線方向（図１１Ｂ、１１ＣにおけるＸ方向）に対して予め定められた角度範囲（図１１Ｂ、１１Ｃにおける角度範囲θ）の外側から撮像される状態のとき、前記第二識別部２０Ｂは撮像され得ない状態となる。それに対し、第一識別部２０Ａ群は、第一識別部２０Ａ群が配置される共通平面上の法線方向（図７Ｂ、７ＣにおけるＸ方向）に対して予め定められた角度範囲（図７Ｂ、７Ｃにおける角度範囲θ）の外側の一部からも撮像される状態となっている。

また、第三実施形態にかかる対象物認識装置１が認識する認識対象物２には、第三識別部２０Ｃが備えられている。第三識別部２０Ｃは第一識別部２０Ａのそれぞれの点を結んでできる共通平面と、同一平面に位置する（すなわち、共通平面上に位置する）。また、第三識別部２０Ｃは、図１１Ａにて示される認識対象物２の平面視において、複数の第一識別部２０Ａによって囲まれるエリア（図１１Ａにおける三角形のエリアＴＡ）の外側に備えられている。また、認識対象物２において、第三識別部２０Ｃは第一識別部２０Ａ群の位置に基づいて定められた位置に配置されており、第三識別部２０Ｃと第一識別部２０Ａ群との配置の位置関係は当該認識対象物２に固有のものである。すなわち、第三識別部２０Ｃと、第一識別部２０Ａと、の位置関係は認識対象物２を特定するＩＤの役割を有している。また、第三識別部２０Ｃを撮像可能な空間領域は、第一識別部２０Ａを撮像可能な空間領域であることとする。

以下、第三実施形態にかかる対象物認識装置１の構成および、処理は第二実施形態と同様である。

［第四実施形態］
以下に、第四実施形態にかかる認識対象物について図面を参照しつつ説明をおこなう。第四実施形態は、認識対象物が第二実施形態のものと異なり、その他については第二実施形態と同様である。

図１２Ａは、第四実施形態にかかる認識対象物２の構成を示す平面図である。図１２Ｂは、図１２Ａにおける切断線１２Ｂ−１２Ｂにおける認識対象物２の断面図である。図１２Ｃは、図１２Ａにおける切断線１２Ｃ−１２Ｃにおける認識対象物２の断面図である。第四実施形態の認識対象物２に備えられたそれぞれの識別部２０は、赤外ＬＥＤによって実現されている。

第四実施形態にかかる認識対象物２の第一識別部２０Ａ群は、第一識別部２０Ａ群を構成する３つの第一識別部２０Ａを結んでできる平面は、一の共通平面を形成するように配置されている。

第四実施形態にかかる認識対象物２の第二識別部２０Ｂは、位置情報を算出する上で主となる識別部２０である第一識別部２０Ａを補助する目的で用いられることとする。ここで、例えば、図１２Ｂ，Ｃにて示されるように、複数の識別部２０が配される基材２１は凸部を有し当該凸部の上端部の周囲には遮蔽部６が備えられており、第二識別部２０Ｂは、当該凸部の上端部に備えられている。また、第一識別部２０Ａ群によって形成される共通平面とは異なる平面に離間して設けられる。また、第二識別部２０Ｂは、図１２Ａにて示される認識対象物２の平面視において、複数の第一識別部２０Ａによって囲まれるエリア（図１２Ａにおける三角形のエリアＴＡ）の内側に備えられている。

そして、第二識別部２０Ｂを撮像可能な空間領域は、第一識別部２０Ａを撮像可能な空間領域のうちの共通平面と隣り合う部分の少なくとも一部を除いて設けられている。すなわち、第二識別部２０Ｂは、認識対象物２が、第一識別部２０Ａ群が配置される共通平面上の法線方向（図１２Ｂ、１２ＣにおけるＸ方向）に対して予め定められた角度範囲（図１２Ｂ、１２Ｃにおける角度範囲θ）の外側から撮像される状態のとき、前記第二識別部２０Ｂは撮像され得ない状態となる。それに対し、第一識別部２０Ａ群は、第一識別部２０Ａ群が配置される共通平面上の法線方向（図７Ｂ、７ＣにおけるＸ方向）に対して予め定められた角度範囲（図７Ｂ、７Ｃにおける角度範囲θ）の外側の一部からも撮像される状態となっている。

また、第四実施形態にかかる対象物認識装置１が認識する認識対象物２には、第三識別部２０Ｃが備えられている。第四識別部２０Ｃは第一識別部２０Ａのそれぞれの点を結んでできる共通平面と、同一平面に位置する（すなわち、共通平面上に位置する）。また、第三識別部２０Ｃは、図１２Ａにて示される認識対象物２の平面視において、複数の第一識別部２０Ａによって囲まれるエリア（図１２Ａにおける三角形のエリアＴＡ）の外側に備えられている。また、認識対象物２において、第三識別部２０Ｃは第一識別部２０Ａ群の位置に基づいて定められた位置に配置されており、第三識別部２０Ｃと第一識別部２０Ａ群との配置の位置関係は当該認識対象物２に固有のものである。すなわち、第三識別部２０Ｃと、第一識別部２０Ａと、の位置関係は認識対象物２を特定するＩＤの役割を有している。また、第三識別部２０Ｃを撮像可能な空間領域は、第一識別部２０Ａを撮像可能な空間領域であることとする。

以下、第四実施形態にかかる対象物認識装置１の構成および、処理は第二実施形態と同様である。

１ 対象物認識装置、２ 認識対象物、３ 撮像部、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ 画像、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ 識別部グループ、６ 遮蔽部、９ 制御部、１０ 記憶部、１１ 画像取得部、１２ 計数部、１３ 演算部、２０ 識別部、２０Ａ 第一識別部、２０Ｂ 第二識別部、２０Ｃ 第三識別部、２１ 基材、２２ 制御装置、２３ 交点、３０ 撮像。

Claims (5)

1. 予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する少なくとも３の第一識別部からなる第一識別部群と、前記第一識別部群の位置に基づいて定められる位置に設けられた少なくとも１の第二識別部と、を備え、前記第一識別部は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_１度にて撮像され、前記第二識別部は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_２度にて撮像され、θ_１とθ_２とは、θ_１＞θ_２の関係を有する、認識対象物を撮像した画像を取得する画像取得手段と、
   前記画像取得手段によって取得された前記画像において撮像されている識別部の数を計数する計数手段と、
   前記計数手段によって計数された数が規定数を超える場合は、前記画像における前記第一識別部群、前記第二識別部の位置関係に基づいて前記認識対象物の位置情報を演算し、
   前記計数手段によって計数された数が規定数の場合は、前記画像における前記第一識別部群の位置関係に基づいて前記認識対象物の位置情報を演算する演算手段と、を有し、
   前記規定数は、前記第一識別部の総数である、
   ことを特徴とする対象物認識装置。
2. 前記角度範囲０〜θ_２度におけるθ_２は、前記第二識別部の周囲に備えられる前記第二識別部の撮像を遮る遮蔽部によって定められる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の対象物認識装置。
3. 前記第一識別部と、前記第二識別部と、は発光素子であり、
   当該認識対象物において、前記第一識別部は、前記共通平面の法線方向に対して最大出射角度θ_１の光を照射範囲に含む光を照射し、前記第二識別部は、前記共通平面の法線方向に対して最大出射角度θ_２の光を照射範囲に含む光を照射する、
   ことを特徴とする請求項１又は２いずれかに記載の対象物認識装置。
4. 予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する少なくとも３の第一識別部からなる第一識別部群と、前記第一識別部群の位置に基づいて定められる位置に設けられた少なくとも１の第二識別部と、を備え、前記第一識別部は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_１度にて撮像され、前記第二識別部は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_２度にて撮像され、θ_１とθ_２とは、θ_１＞θ_２の関係を有する、認識対象物を撮像した画像を取得する画像取得手段、
   前記画像取得手段によって取得された前記画像において撮像されている識別部の数を計数する計数手段、及び、
   前記計数手段によって計数された数が、前記第一識別部の総数である、規定数を超える場合は、前記画像における前記第一識別部群、前記第二識別部の位置関係に基づいて前記認識対象物の位置情報を演算し、
   前記計数手段によって計数された数が規定数の場合は、前記画像における前記第一識別部群の位置関係に基づいて前記認識対象物の位置情報を演算する演算手段、
   としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
5. 予め定められた位置に設けられ、共通平面上に位置する少なくとも３の第一識別部からなる第一識別部群と、
   前記第一識別部群の位置に基づいて定められる位置に設けられた少なくとも１の第二識別部と、を備え、
   前記第一識別部は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_１度にて撮像され、前記第二識別部は、前記共通平面の法線方向に対して予め定められた角度範囲０〜θ_２度にて撮像され、θ_１とθ_２とは、θ_１＞θ_２の関係を有する、認識対象物と、
   前記認識対象物を撮像した画像を取得する画像取得手段と、
   前記画像取得手段によって取得された前記画像において撮像されている識別部の数を計数する計数手段と、
   前記計数手段によって計数された数が、前記第一識別部の総数である、規定数を超える場合は、前記画像における前記第一識別部群、前記第二識別部の位置関係に基づいて前記認識対象物の位置情報を演算し、
   前記計数手段によって計数された数が規定数の場合は、前記画像における前記第一識別部群の位置関係に基づいて前記認識対象物の位置情報を演算する演算手段と、を有する対象物認識装置と、
   を有することを特徴とする対象物認識システム。

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