JP5750361B2

JP5750361B2 - 作業位置誘導装置及びその誘導方法

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Publication number: JP5750361B2
Application number: JP2011247951A
Authority: JP
Inventors: 東　裕司; 裕司東; 幾太郎大串
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-11-11
Also published as: JP2013104747A

Description

本発明は、予め登録された電子的な作業指示データに基づく作業位置に作業設備が当接するように誘導指示を与える作業位置誘導装置及びその誘導方法に関する。

電気通信設備における回線開通作業や故障修理作業、運用保守作業は、先ず作業対象となる設備を正確に選別することが肝要である。もし、異なる設備を選別し、作業を継続すると、他の顧客の回線断やサービス断に至ることや、本来提供すべきサービスとは異なるサービスを提供することとなり、顧客に迷惑をかけるのは勿論のこと、その是正作業を行なわなければならず、必要以上の稼働が発生する。

通常、作業誤りを避けるため、作業指示書と対象設備の目視による確認や複数人による確認などを行なう対策を行っている。しかしながら、この場合であっても、作業誤りが発生する確率は減少するものの、発生確率をゼロにすることは極めて困難である。
この様な課題を解決方法の一案として、特許文献１に示す様な技術がある。これは、高密度に配列された光配線接続架のコネクタ挿抜作業時の誤作業を回避するための技術であり、それぞれの端子個々に可視光波長領域のＬＥＤとＲＦＩＤを実装し、オペレーションシステムから作業指示データを電子的に抽出し、そのデータに基づいたＬＥＤを点滅させることで、作業端子までコネクタ挿抜工具を誘導するものである。コネクタ挿抜工具にはＲＦＩＤリーダが実装されており、該当端子のＲＦＩＤのＩＤを読み取り、オペレーションシステムに登録されている作業指示のＩＤとの照合を行ない、正しい場合はコネクタ挿抜を行なうことができ、間違っている場合はコネクタ挿抜ができない仕組みとなっている。この方法により、作業指示データどおりの高い信頼性のある作業を完遂することができる。

しかしながら、この技術においては、ＬＥＤやＲＦＩＤを光配線接続架に予め実装しておく必要や、ＲＦＩＤのＩＤを予めデータベースに登録しておく必要があり、相応の初期投資や初期作業を必要とすることから、必ずしもスムーズな適用に至る技術的対処法ではない。

また、同様の他の解決技術として、特許文献２に示す様な例がある。これは、特許文献１と目的は同等であるが、ＲＦＩＤを用いず、発光するＬＥＤに端子ＩＤ情報を含む変調信号を重畳させ、コネクタ挿抜工具に実装した受光素子でその変調信号光を受光復調し、作業端子であるか否かの照合を行なう方法である。この方法は、特許文献１と同様に予めＬＥＤを実装しておく必要があるが、ＲＦＩＤの実装が無い分、初期投資や初期作業が少ない。しかし、初期投資や初期作業は少ないものの、やはりスムーズな適用に至る技術的対処法とは言い難い。

一方、画像処理技術や端末装置の進展により、拡張現実（AR：Argument Reality）技術によるアプリケーションが実現され、近年、その応用事例が幾つか散見される。例えば、非特許文献１に示す様に、スマートフォンを用いて、街角の景色を内蔵カメラで撮影し、ＧＰＳから取得した位置情報や、方位センサから取得した方位情報等と、ＡＴＭが配置されている位置が蓄積されたデータベースと照合し、撮影した街角の画像上に存在する銀行ＡＴＭのおよその位置情報を、実際のカメラで撮影した画像上にアイコンとして重畳させて表示させるアプリケーションがある。この様に、目視では確認することのできない情報をデータベースと連携することで、直観的に分かり易い位置ナビゲーションを実現している。

また、非特許文献２に示す様に、接続端子盤の特徴点を画像処理により抽出して、予め決められた寸法である接続端子盤の端子位置を特徴点との相関により算出し、任意の位置からのカメラで撮影した画像上に、接続端子盤の格子位置や、任意の端子位置を明示する画像を重畳させて表示させる方法が研究発表されている。この様に、予め決まった寸法を有する対象物に対しては、画像処理技術を駆使することで、高い精度の位置ナビゲーションと位置照合確認が可能になりつつある。

この様に、ＡＲ技術の様な画像認識処理技術を用いた位置ナビゲーションや位置照合確認は、特許文献１や特許文献２で説明した様な初期投資や初期作業工程を極限まで最小化することができるため、適用性に優れることが期待できる。
しかしながら、この様な画像認識処理技術を用いた位置ナビゲーションを実際の作業に適用する際、画像を表示させるディスプレイを傍らに見ながらの作業となるため、（１）実際の対象物を見ることなくディスプレイのみを見ながらの作業を行なうか、若しくは、（２）実際の対象物とディスプレイを交互に見ながらの作業を行なうか、の何れかを行なうことになる。（１）の場合は、作業を行なう手の位置と、ディスプレイへの視線方向が異なるため、移動する距離感等の操作性に難があることが懸念され、正確で緻密な作業を行なうには習熟するための訓練を要する。また、（２）の場合は、実際の対象物とディスプレイの間で目線を交互に動かすことから、ディスプレイに表示された対象物の映像と、実際の対象物を見比べ、常に頭の中で位置照合をしながら作業を行わなければならず、非効率な作業となり、間違いを誘引することが懸念される。

一方、昨今、ディスプレイは液晶タイプのものが主流となり薄型化・軽量化している。更にＥＬ（エレクトロルミネセンス、Electroluminescence）ディスプレイも商品化されており、その中にはディスプレイの背景が透けたものも開発されつつあり、その応用アプリケーションが期待できる。

特開２００８−１１７７１４号公報特開２０１０−１７６９９０号公報

ＮＴＴドコモ報道発表資料(2011年5月10日)：みずほ銀行とドコモがスマートフォン向けＡＲ店舗ナビアプリケーション「ＡＴＭ・店舗検索」アプリを共同で開発，http://www.nttdocomo.co.jp/info/news_release/2011/05/10_00.html 情報処理学会ＣＶＩＭ研究会［画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2011)］：島村・森本・小池「設備保守支援向けＡＲのための部分テンプレート検出とvSLAMの併用によるオブジェクト座標系へのレジストレーション」IS4-13, 2011 年7 月

上述したように、電気通信設備ビル内の光配線接続架における回線開通や故障修理の保守作業は、作業対象となる設備（接続端子）を正確に選別する必要がある。そのため、光配線接続架のコネクタ端子それぞれに可視光波長領域のＬＥＤとＲＦＩＤを実装し、オペレーションシステムから作業対象端子のＬＥＤを点滅させることで、保守作業者が使用するコネクタ挿抜工具を対象端子まで誘導する技術が開示されている。しかしながら、この技術は、ＬＥＤやＲＦＩＤを光配線接続架に予め実装しておく必要がある等、設備構築に多くの費用を要するため実用化が困難であった。

一方、拡張現実（ＡＲ：Argument Reality）技術を用い、接続端子盤を任意の位置からのカメラで撮影した画像上に、接続端子盤の格子位置や任意の端子位置を明示する画像を重畳表示させることで、対象端子の位置をナビゲーションする技術が開示されている。しかしながら、この位置ナビゲーション技術は、画像を表示させるディスプレイを傍らに見ながらの作業となるため、実作業時には、作業を行なう手元とディスプレイとの間で視線を移動させる必要があること等のため、操作には習熟が必要であるという問題があった。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたもので、経済的に構築でき、かつ作業者が実際の作業対象物から目を逸らすことなく、誘導画像を参照しながら作業対象位置を選別することが可能な作業位置誘導装置とその誘導方法を提供することを目的とする。

本発明に係る作業位置誘導装置は、以下のような態様の構成とする。
（１）作業時に、ポインティング部の先端が、作業面の予め既知の位置に設定される作業対象位置に向かうように誘導する作業位置誘導装置であって、前記ポインティング部と一体化され、前記作業時に前記作業面を撮影するカメラ部と、前記ポインティング部と一体化され、画面が透明で前記作業時に前記カメラ部の撮影領域及びポインティング部の先端が透過して見えるように配置され、前記画面上に誘導用の位置ナビゲーションマーク及び誘導中心としての前記画面の中心を表す情報を表示する透明スクリーン部と、前記作業面に設定される作業対象位置の位置情報を格納する指示情報蓄積部と、前記カメラ部で撮影された画像から前記ポインティング部の先端の前記作業対象位置に対する位置を算出し、その算出結果に基づいて前記ポインティング部の先端位置を前記誘導中心に対応させたときの前記作業対象位置を表す位置ナビゲーションマークを前記透明スクリーン部に表示させると共に、前記誘導中心の前記位置ナビゲーションマークへの移動方向を表すマークを前記透明スクリーン部に表示させる情報処理部とを具備し、さらに前記情報処理部は、前記カメラ部で撮影された画像から、その撮像中心と前記キャリブレーションマークとの間の三次元方向の距離ｘ ₀ ，ｙ ₀ ，ｚ ₀ のうちｘ ₀ ，ｙ ₀ に相当する画素数Ｇx ₀ ，Ｇy ₀ と、前記撮像中心と前記作業対象位置との間の三次元方向の距離ｘ，ｙ，ｚのうちｘ，ｙに相当する画素数Ｇx ，Ｇy と、前記撮像中心と前記作業面の既知の位置に表示された基準マークとの間の距離ｘm に相当する画素数Ｇm をそれぞれ検出し、この検出された各画素数Ｇx ₀ ，Ｇy ₀ ，Ｇx ，Ｇy ，Ｇm と、前記既知の距離ｘ ₀ ，ｙ ₀ ，ｚ ₀ とをもとに、三角法を用いて前記ポインティング部の先端の前記作業対象位置に対する三次元方向の位置ｘ，ｙ，ｚを算出する態様とする。

（２）（１）の構成において、前記透明スクリーン部は、画面中央で交差するように垂直方向のターゲットラインと水平方向のターゲットラインを固定表示し、その交差点を前記誘導中心とする態様とする。
（３）（２）の構成において、前記情報処理部は、前記位置ナビゲーションマークの表示に際して、前記ポインティング部から作業面までの奥行き距離の遠近に比例して前記位置ナビゲーションマークの大きさを大小に変化させ、前記作業対象位置に対する水平方向と垂直方向の前記ポインティング部の位置ずれ距離の大小に比例して前記位置ナビゲーションマークの前記水平方向と垂直方向のターゲットラインからの位置ずれ量を遠近に変化させる態様とする。

（４）（１）〜（３）の構成において、前記ポインティング部は、前記作業面の作業対象位置に配置されているコネクタアダプタ端子列のコネクタを着脱する機能を有するコネクタ挿抜工具の先端部位であり、前記作業面の作業対象は通信回線の切り替えを行なうコネクタ接続端子盤である態様とする。

本発明に係る作業位置誘導方法は、以下のような態様の構成とする。
（５）一体化されたカメラ部と透明スクリーン部とポインティング部を用い、さらに前記ポインティング部の先端を付き当てる箇所を示すポインティング部接触マークと、複数のキャリブレーションマークが表示され、前記ポインティング部接触マークおよび前記キャリブレーションマークの形状および寸法、並びに前記キャリブレーションマーク間の距離が既知の値である一つの平板からなるキャリブレーションボードを用いて、作業時に、ポインティング部の先端が、作業面の予め既知の位置に設定される作業対象位置に向かうように誘導する作業位置誘導方法であって、前記作業時にカメラ部により前記作業面を撮影し、画面が透過する透明スクリーン部により、前記作業時に前記カメラ部の撮影領域及びポインティング部の先端が透過して見えるようにしながら、誘導用の位置ナビゲーションマーク及び誘導中心としての前記画面の中心を表す情報を表示し、前記カメラ部で撮影された画像から、その撮像中心と前記キャリブレーションマークとの間の三次元方向の距離ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 のうちｘ0 ，ｙ0 に相当する画素数Ｇx0，Ｇy0と、前記撮像中心と前記作業対象位置との間の三次元方向の距離ｘ，ｙ，ｚのうちｘ，ｙに相当する画素数Ｇx ，Ｇy と、前記撮像中心と前記作業面の既知の位置に表示された基準マークとの間の距離ｘm に相当する画素数Ｇm をそれぞれ検出し、この検出された各画素数Ｇx0，Ｇy0，Ｇx ，Ｇy ，Ｇm と、前記既知の距離ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 とをもとに、三角法を用いて前記ポインティング部の先端の前記作業対象位置に対する三次元方向の位置ｘ，ｙ，ｚを算出し、前記ポインティング部の先端の前記作業対象位置に対する三次元方向の位置ｘ，ｙ，ｚの算出結果に基づいて前記前記ポインティング部の先端位置を前記誘導中心に対応させたときの前記作業対象位置を表す位置ナビゲーションマークを前記透明スクリーン部に表示させると共に、前記誘導中心の前記位置ナビゲーションマークへの移動方向を表すマークを前記透明スクリーン部に表示させる態様とする。

上記構成によれば、経済的に構築でき、かつ作業者が実際の作業対象物から目を逸らすことなく、誘導画像を参照しながら作業対象位置を選別することが可能な作業位置誘導装置とその誘導方法を提供することができる。
この結果、設備の運用・保守作業時において、作業指示に基づいた正確な作業を実現するため、設備対象物のどの位置が作業指示個所かを正確に伝え、可能な限り少ない初期投資と初期稼働で構築できる技術の１つの選択肢であるＡＲ技術の様な画像認識処理技術を用いた作業位置誘導において、実際の対象物から目を逸らすことなく誘導画像を参照しながら作業を安心安全に行なうことが可能となる。

具体的には、作業者が作業時に使用するコネクタ挿抜工具をベースにして、透明スクリーン部及びカメラ部が一体化された作業位置誘導装置と、カメラから得られた情報を演算処理するコンピュータから構成されるシステムであり、コネクタ挿抜工具の先端の光コネクタ把持部にポインティング部を設け、予め作業対象物の面上に具備されているマークをカメラ部で撮影した映像情報から、ポインティング部が作業対象位置から離隔する距離と方向を算出し、透明スクリーン部の画面上にナビゲーションマークを表示させることにより、ポインティング部を作業対象位置に誘導するものである。この装置を用いることにより、光配線接続架の保守作業者が操作習熟の必要がなく、経済的に誤作業を防止する環境を構築することが可能となる。

この装置の実現により、予め登録された作業内容を蓄積した管理データベースどおりの作業を、透明ディスプレイの背景として作業対象近傍の状況を見ながら、作業対象から目を離すことなく、作業対象箇所がどちらの方向にあるかを画像として誘導表示することができるので、作業者にとってわかり易く、かつ安心安全に作業を完遂することが可能となる。また、作業対象物には予め位置情報を導くためのマークを施すことのみで、安価に構築することができこともメリットである。

本発明の一実施形態に係る作業位置誘導装置の構成を示す斜視図である。図１に示す作業位置誘導装置の信号系統の構成を示すブロック図である。図１に示す実施形態において、指示情報蓄積部に蓄積された作業対象位置の座標管理データベースの一例を示す図である。図１に示す実施形態において、透明スクリーン上に表示する位置ナビゲーションマークの一例を示す図である。図１に示す実施形態において、透明スクリーン上に表示する位置ナビゲーションマークの画面遷移例を示す図である。図１に示す実施形態において、キャリブレーションの方法を説明するための図である。図６で説明するキャリブレーションにおいて、カメラから取得した映像イメージを示す図である。図６で説明するキャリブレーションにおいて、カメラ取得映像位置と透明スクリーン表示位置を説明するための図である。本発明の第１の実施例として、離隔距離計算方法例を示す図である。本発明の第２の実施例として、位置を示すマークとコードが分離している場合の作業位置誘導装置を示す図である。本発明の第３の実施例として、光コネクタ挿抜工具と光コネクタ接続端子盤に本発明に係る作業位置誘導装置を付加した場合の構成を示す図である。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
図１は、本発明に係る作業位置誘導装置の構成を示す斜視図である。ここでは、作業面Ａにある作業対象ＴＡ〜ＴＨの何れかの対象に対し、ポインティング部１１の先端を近づける作業を想定し、作業対象Ｂを作業対象ターゲットとする。また、台座１２に固定されたカメラ部１３の位置とポインティング部１１の先端の奥行きとの距離をz₀とし、作業面Ａにはユニークなコードを示すマークＡ１、マークＡ２が表示されているものとする。

上記ポインティング部１１は、台座１２やグリップ１４をベースとし、透明スクリーン部１５やカメラ部１３と共に一体的にマウントされている。透明スクリーン部１５は、背景が透過して見える画面上に映像を描画することができるようになされている。透過画面上には、縦横中央の定まった位置にＸ軸ターゲットライン１５１およびＹ軸ターゲットライン１５２と、ターゲットの方向や距離を示す位置ナビゲーションマーク１５３や矢印１５４が描画表示される。

上記カメラ部１３、透明スクリーン部１５はいずれも電源・通信コードを介して駆動制御装置１６に接続されており、当該駆動制御装置１６からの駆動制御信号による位置ナビゲーションの指示に従って、作業対象ターゲットである作業対象ＴＢに近づける。

図２は、作業位置誘導装置の信号処理構成を示すブロック図である。作業オーダーである作業対象位置は、駆動制御装置１６の指示情報蓄積部１６１に、図３に示す様な形式（後述）で蓄積されている。
まず、（１）駆動制御装置１６において、情報処理部１６２は指示情報蓄積部１６１から作業位置情報を取得すると共に、カメラ部１３から作業対象の画像を取得する。（２）作業対象の画像の中には１つ以上のマークＡ１，Ａ２が含まれており、そのマークＡ１，Ａ２の大きさ・寸法（既知）やマークＡ１，Ａ２間の長さ（既知）の要素から、ポインティング部１１の先端と作業位置である作業対象ＴＢとの離隔距離（x,y,z−z₀）を導出する。但し、正確な離隔距離を導出するための事前のキャリブレーション方法については後述する。（３）導出された情報をもとに、作業位置を表示する信号を透明スクリーン部１５に送出し、位置ナビゲーションマーク１５３として表示する。

ここで表示する位置ナビゲーションマーク１５３の位置および大きさは、離隔距離（x,y）に比例した量のＸ軸ターゲットライン１５１、Ｙ軸ターゲットライン１５２からの距離位置に、離隔距離（z−z₀）に比例した量の画像（円形）の大きさ（半径）とする。即ち、透明スクリーン部１５の画面を見ている作業者は、画面の先の作業面が透けて見え、透明画面上には画像として表示されているＸ軸ターゲットライン１５１とＹ軸ターゲットライン１５２の交点を位置ナビゲーションマーク１５３に近づけるとともに、その位置ナビゲーションマーク１５３の大きさが最小になるように、ポインティング部１１の先端を動かすことで、ターゲットである作業対象ＴＢに到達することができることになる。

尚、透明スクリーン部１５には、カメラ部１３で取得した映像そのものを送出するわけではなく、あくまでも相対的な位置関係での誘導用のマークを表示するものである。
図３は、先ほど述べた指示情報蓄積部１６１に蓄積された作業対象ＴＡ〜ＴＨそれぞれの位置の座標管理データベースの一例である。基準となる図１のマークＡ１のマークコード”0005043”からの各作業対象ＴＡ〜ＴＨそれぞれの位置座標が予め登録されている。例えば、作業対象ＴＢは、”0005043”という基準マークコードからx_m1=5cm、y_m1=7cmの場所に存在することを表している。また、隣接するマークコードＡ１，Ａ２の間隔x_mkやそれぞれの大きさx_mも管理することも有効である。

図４は、透明スクリーン部１５の画面上に表示する位置ナビゲーションマーク１５３を具体的に説明するための図である。前述したように透明スクリーン部１５の画面上には中央にＸ軸ターゲットライン１５１及びＹ軸ターゲットライン１５２を固定表示する。また図２の（３）で説明したように、作業位置情報をもとに位置ナビゲーションマーク１５３を表示する。作業対象ＴＢとポインティング部１１の先端との離隔位置（x,y,z−z₀）をＸ軸ターゲットライン１５１とＹ軸ターゲットライン１５２との交点からの距離位置（k_xx,k_yy）に、および、位置ナビゲーションマーク１５３の半径k_z(z−z₀)として表示する。

尚、k_x、k_y、k_zは各軸の位置ナビゲーションマークの感度を決める係数であり、適宜調整する。また、ポインティング部１１をどちらの方向に動かすかを補助的に明示するために、Ｘ軸ターゲットライン１５１とＹ軸ターゲットライン１５２の交点から位置ナビゲーションマーク１５３に向かって矢印１５４を表示する。これは直観的な誘導手段として非常に有効である。

図５は、透明スクリーン部１５の画面上に表示する位置ナビゲーションマーク１５３の画面遷移を説明するための図である。図５（ａ）が作業開始状態であり、上段の（ｂ）−（ｃ）は、Ｚ軸を変化させずにＸＹ軸を作業対象物の位置（面）に近づけ最後にＺ軸を近づけるパターン、中段の（ｄ）−（ｅ）は、ＸＹ軸を変化させずにＺ軸のみを作業対象物の位置に近づけ最後にＸＹ軸を近づけるパターン、下段の（ｆ）−（ｇ）は、ＸＹＺ軸とも同時に作業対象物に近づけるパターンの３種類の画面遷移を表している。この様に、ＸＹ軸を縦横座標系で、Ｚ軸を位置ナビゲーションマーク１５３の大きさで表現することで、ポインティング部１１をターゲットである作業対象ＴＢに容易に到達させることが可能である。

以上の様に、透明スクリーン部１５を用いることで、作業者は対象物から目を離すことなく、作業ナビゲーションを直観的に享受することができる。
図６は、前述のキャリブレーションの方法を説明するための図である。キャリブレーションボードＢには、ポインティング部１１の先端を付き当てるポインティング部接触マークＢ１と、複数（図６では４）のキャリブレーションマークＢ２１−Ｂ２４で構成され、マークの大きさ・寸法やマーク間の距離は既知である。ここでは、キャリブレーションマーク間のＸ軸およびＹ軸の距離は、それぞれ2x₀,2y₀とし、ポインティング接触マークＢ１はそれぞれのキャリブレーションマークＢ２１−Ｂ２４の中央位置に配置されているとする。ポインティング部１１をポインティング部接触マークＢ１に付き当てると、z=z₀となる。

図７はキャリブレーション時にカメラ部１３から取得される映像イメージである。キャリブレーションが正確に行えれば、キャリブレーションマークＢ２１−Ｂ２４とポインティング部接触マークＢ１に付き当てられたポインティング部１１の映像が取得できる。キャリブレーション接触マークＢ１とキャリブレーションマークＢ２１−Ｂ２４間のＸ軸方向の距離x₀の実寸法は既知であり、その時の画素数との相関を取得することができる。Ｙ軸方向についても同様である。

図８は、キャリブレーションにおいて、カメラ部１３で取得された映像位置と透明スクリーン部１５の表示位置との関係を示す図である。すなわち、キャリブレーション時には、位置ナビゲーションマーク１５３の表示位置を、Ｘ軸ターゲットライン１５１とＹ軸ターゲットライン１５２の交点上に配置するように調整するとともに、そのマーク１５３の大きさをz=z₀であること（Ｚ軸が対象面に達していること）を示す、可視できる程度の最小な大きさ（半径）に調整する。

上記調整の結果、上記誘導装置を利用すれば、透明スクリーン部１５の背景として作業対象近傍の状況を見ながら指示に従った対応が可能となる。このため、予め登録された作業内容を蓄積した管理データベースどおりの作業を、作業対象から目を離すことなく、作業対象箇所がどちらの方向にあるかを画像として誘導表示することができるので、作業者にとってわかり易く、かつ安心安全に作業を完遂することが可能となる。また、作業対象物には予め位置情報を導くためのマークを施すことのみで、安価に構築することができるというメリットもある。

（第１の実施例）
図９は本発明の第１の実施例として離隔距離（作業面Ａに対して垂直に向けられたポインティング部１１の先端と作業対象ターゲットＴＢのxyz距離）を計算する例を説明するための位置関係を示す図である。ここでは、主にxz平面について、キャリブレーションのフェーズと対象物の離隔距離を検出するフェーズそれぞれについて説明する。

キャリブレーションボードＢの面のキャリブレーションマークＢ２１−Ｂ２４等の２つの計測基準点の距離をx₀とし、この値は既知である。カメラ部１３でこれらの２つの計測基準点Ｂ３０，Ｂ３１を撮影した時のカメラ映像上の画素数をG₀とし、カメラ部１３から見た２つの計測基準点Ｂ３０，Ｂ３１の角度をθ₀とする。

また、作業対象のある作業面Ａには作業対象ターゲットＴＢとマークＡ１がある。カメラ部１３から作業対象ターゲットＴＢまでのＸ軸、Ｚ軸の距離をそれぞれ、x、zとし、カメラ部１３から見た作業対象ターゲットＴＢの角度はθ_xとする。また、マークＡ１の片辺までのＸ軸の距離をx_m1、もう一辺までのＸ軸の距離をx_m2とする。また、カメラ部１３で撮影した映像のx,x_m1,x_m2の距離に相応する画素数を、それぞれ、G_x,G_xm1,G_xm2とする。

キャリブレーションボードＢ上の計測基準点Ｂ３０，Ｂ３１の距離x₀と作業対象ターゲットＴＢの位置xの相関は、
tan θ₀ = x₀ / z₀
tan θ_x = x / z
であり、また、カメラ映像上の画素数G_x0はカメラ部１３からの視野角によるので、
θ ₀ ：θ _x ＝ G _x0 ：G _x
である。このことから、作業対象ターゲットＴＢの位置は、式（１）で表される。
x = [tan{(G_x/G_x0)tan^-1(x₀/z₀)}]z （１）
Ｙ軸についても同様に、式（２）で表される。
y = [tan{(G_y/G_y0)tan^-1(y₀/z₀)}]z （２）
ここで、y₀, G_y, G_y0はＸ軸定義と同様である。

また、マークＡ１の位置は、式（１）より次のように表される。
x_m1 = [tan{(G_xm1/G_x0)tan^-1(x₀/z₀)}]z
x_m2 = [tan{(G_xm2/G_x0)tan^-1(x₀/z₀)}]z
ここで、x_m = x_m1- x_m2であるから、zは、式（３）で導くことができる。
z = x_m/[tan{(G_xm1/G_x0)tan^-1(x₀/z₀)}
- tan{(G_xm2/G_x0)tan^-1(x₀/z₀)}] （３）
よって、x,yについても、
x = [tan{(G_x/G_x0)tan^-1(x₀/z₀)}] x_m/[tan{(G_xm1/G_x0)tan^-1(x₀/z₀)}
- tan{(G_xm2/G_x0)tan^-1(x₀/z₀)}]
y = [tan{(G_y/G_y0)tan^-1(y₀/z₀)}] x_m/[tan{(G_xm1/G_x0)tan^-1(x₀/z₀)}
- tan{(G_xm2/G_x0)tan^-1(x₀/z₀)}]
のように導出することができる。

したがって、キャリブレーション時のデータをもとに、カメラ部１３の位置からマークＡ１と共に撮影された作業面Ａ上の作業対象ターゲットＴＢまでの３軸の離隔距離（x,y,z）を導出することが可能である。
但し、ポインティング部１１の先端とカメラ部１３の位置を補正することで、ポインティング部１１の先端からの離隔距離に計算することも可能である。

また、キャリブレーション時の計測基準点Ｂ３０，Ｂ３１は、異なるキャリブレーションマークＢ２１−Ｂ２４の２対を選択して、それぞれの実寸距離x₀と画素数G_x0の相関を取得し、それぞれに対するx,y,zを導出し、平均化して、精度を向上させることも可能である。

また、上記の例では作業面Ａのマーク画像Ａ１の一辺の長さx_mを既知として基準として（x,y,z）を導出したが、図１で示すマークＡ１−Ａ２間の距離x_mkを用いて算出することも可能である。
また、カメラ画像や透明ディスプレイ画像の歪みがある場合は、必要に応じて歪み補正をおこなうことも可能である。

（第２の実施例）
図１０は、本発明の第２の実施例とする作業位置誘導装置の構成を示すもので、ここでは作業面Ａにキャリブレーションボードの機能を持たせ、キャリブレーションマークＢ２１−Ｂ２４として円形画像を用い、その横にバーコードＢ４１−Ｂ４４を配置する例である。円形のキャリブレーションマークＢ２１−Ｂ２４の方が画像処理時に中心を出し易い場合もあり、その場合はこの様な形で実施することも考えられる。

（第３の実施例）
図１１は、本発明の第３の実施例とする作業位置誘導装置の構成を示す斜視図である。ここでは、作業面Ａとして、多数の光コネクタアダプタがＸ−Ｙ軸方向に並べて配置された光コネクタ接続端子盤を想定している。また、ポインティング部１１の先端には、光コネクタ挿抜工具の光コネクタ把持部１１１が装着され、この光コネクタ把持部１１１により光コード先端の光コネクタ１１２を作業面Ａの作業対象ターゲットアダプタ端子ＢＴに誘導する場合を想定している。

光コネクタ接続端子盤Ａは高密度にコネクタアダプタが配列されており、どの端子にコネクタを挿入するか（もしくは抜去するか）の確認作業が非常に面倒であり、間違いが起こり易い。この作業において、本実施例の作業位置誘導装置を適用することにより、透明スクリーン部１５に映り出される誘導画面に基づき作業を進めることで安心安全な作業を行うことが可能となる。

尚、本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１…ポインティング部、１２…台座、１３…カメラ部、１４…グリップ、１５…透明スクリーン部、１５１…Ｘ軸ターゲットライン、１５２…Ｙ軸ターゲットライン、１５３…位置ナビゲーションマーク、１５４…矢印、１６…駆動制御装置、１６１…指示情報蓄積部、１６２…情報処理部、Ａ…作業面、Ａ１，Ａ２…マーク、Ｂ…キャリブレーションボード、Ｂ１…ポインティング部接触マーク、Ｂ２１−Ｂ２４…キャリブレーションマーク、Ｂ３０，Ｂ３１…計測基準点。

Claims

作業時に、ポインティング部の先端が、作業面の予め既知の位置に設定される作業対象位置に向かうように誘導する作業位置誘導装置であって、
前記ポインティング部と一体化され、前記作業時に前記作業面を撮影するカメラ部と、
前記ポインティング部と一体化され、画面が透明で前記作業時に前記カメラ部の撮影領域及びポインティング部の先端が透過して見えるように配置され、前記画面上に誘導用の位置ナビゲーションマーク及び誘導中心としての前記画面の中心を表す情報を表示する透明スクリーン部と、
前記ポインティング部の先端を付き当てる箇所を示すポインティング部接触マークと、複数のキャリブレーションマークが表示され、前記ポインティング部接触マークおよび前記キャリブレーションマークの形状および寸法、並びに前記キャリブレーションマーク間の距離が既知の値である一つの平板からなるキャリブレーションボードと、
前記カメラ部で撮影された画像から前記ポインティング部の先端の前記作業対象位置に対する位置を算出し、その算出結果に基づいて前記ポインティング部の先端位置を前記誘導中心に対応させたときの前記作業対象位置を表す位置ナビゲーションマークを前記透明スクリーン部に表示させると共に、前記誘導中心の前記位置ナビゲーションマークへの移動方向を表すマークを前記透明スクリーン部に表示させる情報処理部と
を具備し、
前記情報処理部は、前記カメラ部で撮影された画像から、その撮像中心と前記キャリブレーションマークとの間の三次元方向の距離ｘ ₀ ，ｙ ₀ ，ｚ ₀ のうちｘ ₀ ，ｙ ₀ に相当する画素数Ｇx ₀ ，Ｇy ₀ と、前記撮像中心と前記作業対象位置との間の三次元方向の距離ｘ，ｙ，ｚのうちｘ，ｙに相当する画素数Ｇx ，Ｇy と、前記撮像中心と前記作業面の既知の位置に表示された基準マークとの間の距離ｘm に相当する画素数Ｇm をそれぞれ検出し、この検出された各画素数Ｇx ₀ ，Ｇy ₀ ，Ｇx ，Ｇy ，Ｇm と、前記既知の距離ｘ ₀ ，ｙ ₀ ，ｚ ₀ とをもとに、三角法を用いて前記ポインティング部の先端の前記作業対象位置に対する三次元方向の位置ｘ，ｙ，ｚを算出することを特徴とする作業位置誘導装置。
前記透明スクリーン部は、画面中央で交差するように垂直方向のターゲットラインと水平方向のターゲットラインを固定表示し、その交差点を前記誘導中心とすることを特徴とする請求項１記載の作業位置誘導装置。
前記情報処理部は、前記位置ナビゲーションマークの表示に際して、前記ポインティング部から作業面までの奥行き距離の遠近に比例して前記位置ナビゲーションマークの大きさを大小に変化させ、前記作業対象位置に対する水平方向と垂直方向の前記ポインティング部の位置ずれ距離の大小に比例して前記位置ナビゲーションマークの前記水平方向と垂直方向のターゲットラインからの位置ずれ量を遠近に変化させることを特徴とする請求項２に記載の作業位置誘導装置。
前記ポインティング部は、前記作業面の作業対象位置に配置されているコネクタアダプタ端子列のコネクタを着脱する機能を有するコネクタ挿抜工具の先端部位であり、
前記作業面の作業対象は通信回線の切り替えを行なうコネクタ接続端子盤であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の作業位置誘導装置。
一体化されたカメラ部と透明スクリーン部とポインティング部を用い、さらに前記ポインティング部の先端を付き当てる箇所を示すポインティング部接触マークと、複数のキャリブレーションマークが表示され、前記ポインティング部接触マークおよび前記キャリブレーションマークの形状および寸法、並びに前記キャリブレーションマーク間の距離が既知の値である一つの平板からなるキャリブレーションボードを用いて、作業時に、ポインティング部の先端が、作業面の予め既知の位置に設定される作業対象位置に向かうように誘導する作業位置誘導方法であって、
前記作業時に前記カメラ部により前記作業面を撮影し、
画面が透過する前記透明スクリーン部により、前記作業時に前記カメラ部の撮影領域及び前記ポインティング部の先端が透過して見えるようにしながら、誘導用の位置ナビゲーションマーク及び誘導中心としての前記画面の中心を表す情報を表示し、
前記カメラ部で撮影された画像から、その撮像中心と前記キャリブレーションマークとの間の三次元方向の距離ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 のうちｘ0 ，ｙ0 に相当する画素数Ｇx0，Ｇy0と、前記撮像中心と前記作業対象位置との間の三次元方向の距離ｘ，ｙ，ｚのうちｘ，ｙに相当する画素数Ｇx ，Ｇy と、前記撮像中心と前記作業面の既知の位置に表示された基準マークとの間の距離ｘm に相当する画素数Ｇm をそれぞれ検出し、この検出された各画素数Ｇx0，Ｇy0，Ｇx ，Ｇy ，Ｇm と、前記既知の距離ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 とをもとに、三角法を用いて前記ポインティング部の先端の前記作業対象位置に対する三次元方向の位置ｘ，ｙ，ｚを算出し、
前記ポインティング部の先端の前記作業対象位置に対する三次元方向の位置ｘ，ｙ，ｚの算出結果に基づいて前記前記ポインティング部の先端位置を前記誘導中心に対応させたときの前記作業対象位置を表す位置ナビゲーションマークを前記透明スクリーン部に表示させると共に、前記誘導中心の前記位置ナビゲーションマークへの移動方向を表すマークを前記透明スクリーン部に表示させることを特徴とする作業位置誘導方法。