JP7336752B2 - 測位装置及び移動体 - Google Patents
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Description
移動体に搭載された撮影装置によって撮影された複数の画像に基づいて、所定の基準位置及び基準姿勢に対する前記移動体の相対位置及び相対姿勢を示す前記移動体の第1の位置及び第1の姿勢を計算する第1の計算器と、
予め決められた位置に配置されて視覚的に識別可能な複数のマーカーの識別子、位置、及び姿勢の情報と、前記移動体のための通路を含むマップの情報とを格納する記憶装置と、
前記撮影装置によって撮影された画像から前記複数のマーカーのうちの1つを抽出し、抽出された前記1つのマーカーの位置及び姿勢に基づいて、前記マップにおける前記移動体の位置及び姿勢を示す前記移動体の第2の位置及び第2の姿勢を計算する第2の計算器と、
前記第2の位置及び前記第2の姿勢に基づいて前記第1の位置及び前記第1の姿勢を補正し、前記移動体の補正された位置及び補正された姿勢を生成する補正器とを備え、
前記補正器は、前記移動体が旋回中であるか否かを判断し、前記移動体が旋回中である期間に計算された前記第2の姿勢を使用せず、前記移動体が旋回中ではない期間に計算された前記第2の姿勢のみを使用して、前記補正された姿勢を生成する。
図1~図24を参照して、第1の実施形態に係る測位装置及びそれを備えた移動体について説明する。
[全体構成]
図1は、第1の実施形態に係る車両1の構成を示す概略図である。車両1は、例えばフォークリフト又はトラックなど、有人の乗物であってもよい。また、車両1は、荷物3を搭載する荷台1aを備える。車両1は、荷物3を荷台1aに積み卸しするための昇降機構1bをさらに備えてもよい。また、車両1は、前進、後進、操舵、及び停止などのユーザ操作を受けるコンソール1cを備える。また、車両1の車体には、車両1に対して予め決められた向き(前方、後方、側方、上方、及び/又は下方)を撮影するように、撮影装置11が設置されている。
車両1は、撮影装置11、測位装置12、通信装置13、表示装置14、及び駆動機構15を備える。
図2のサーバ装置2は、処理装置21、通信装置22、入力装置23、記憶装置24、及び表示装置25を備える。処理装置21は、例えば、プロセッサ及びメモリなどを含む汎用のコンピュータである。通信装置22は、車両1の通信装置13と通信可能に接続される。入力装置23は、キーボード及びポインティングデバイスなどを含む。記憶装置24は、車両1から受信した車両1の位置及び姿勢を記録する。表示装置25は、車両1から受信した車両1の位置及び姿勢を表示する。処理装置21は、通信装置22を介して各車両1からそれらの位置を取得し、各車両1の位置を記憶装置24に記録し、また、各車両1の位置を表示装置25に表示する。
図3は、図2の測位装置12の構成を示すブロック図である。測位装置12は、画像処理器31、相対位置計算器32、画像認識器33、絶対位置計算器34、記憶装置35、及び補正器36を備える。
所定時間にわたって相対位置及び相対姿勢を計算し続けると、時間の経過に従って位置及び姿勢の誤差が累積的に増大する。補正器36は、前述のように、Visual-SLAMなどを用いて特徴点41に基づいて計算された相対位置及び相対姿勢を、マーカー4に基づいて計算された絶対位置及び絶対姿勢に基づいて補正する。絶対位置及び絶対姿勢を正確に計算することができれば、相対位置及び相対姿勢を計算する過程で発生する累積誤差を解消し、従って、車両1の位置及び姿勢を正しく計算することができる。しかしながら、マーカー4を設置するときにマーカー4自体の姿勢に誤差(「設置誤差」ともいう)が生じることがある。これにより、記憶装置35に格納されたマーカー4の角度θ(図6を参照)と、実際に設置されたマーカー4の角度とが不一致する。また、絶対位置及び絶対姿勢を計算するときに誤差、例えば、撮影装置11から見たマーカー4の位置又は姿勢の誤差、マーカー4から見た撮影装置11の位置又は姿勢の誤差(これらを「計算誤差」ともいう)が生じることがある。これらの誤差に起因して、車両1の位置及び/又は姿勢の精度が低下するおそれがある。
図8は、図2の測位装置12によって実行される測位処理を示すフローチャートである。
図9は、図8のステップS2(相対位置計算処理)のサブルーチンを示すフローチャートである。
図11は、図8のステップS3(絶対位置計算処理)のサブルーチンを示すフローチャートである。
図14は、図8のステップS4(補正処理)のサブルーチンを示すフローチャートである。
図14の例では、補正回転量の計算(ステップS33)を常に実行する場合について説明した。しかしながら、複数の画像にわたってマーカー4が連続的に検出され、車両1の絶対位置を連続的に計算できる場合には、これらの絶対位置に基づいて車両1の進行方向(すなわち姿勢)がわかるので、補正回転量の計算は不要である。従って、複数の画像にわたってマーカー4が連続的に検出されている場合、補正器36は、図14のステップS33~S35をスキップしてもよい。この場合、ステップS36において、補正器36は、以前に計算されて内部に保持された最新の補正回転量を、車両1の相対姿勢に加算する。ここで、「連続的に検出する」とは、例えば、ある時刻nにおいて、ある識別子(例えば、ID:010)を有するマーカー4を検出したとき、予め決められた閾値時間(例えば1秒間)内に、同じ識別子を有するマーカー4を検出することを意味する。補正器36は、絶対位置計算器34から絶対位置及び絶対姿勢が連続的に入力されているとき、マーカー4が連続的に検出されていると判断する。
第1の実施形態によれば、測位装置12は、第1の計算器、記憶装置35、第2の計算器、及び補正器36を備える。第1の計算器は、車両1に搭載された撮影装置11によって撮影された複数の画像に基づいて、所定の基準位置及び基準姿勢に対する車両1の相対位置及び相対姿勢を示す車両1の第1の位置及び第1の姿勢を計算する。記憶装置35は、予め決められた位置に配置されて視覚的に識別可能な複数のマーカー4の識別子、位置、及び姿勢の情報と、車両1のための通路101を含むマップの情報とを格納する。第2の計算器は、撮影装置11によって撮影された画像から複数のマーカー4のうちの1つを抽出し、抽出された1つのマーカー4の位置及び姿勢に基づいて、マップにおける車両1の位置及び姿勢を示す車両1の第2の位置及び第2の姿勢を計算する。補正器36は、第2の位置及び第2の姿勢に基づいて第1の位置及び第1の姿勢を補正し、車両1の補正された位置及び補正された姿勢を生成する。補正器36は、抽出された1つのマーカー4が通路101に沿って配置され、かつ、補正された位置及び補正された姿勢を有する車両1の進行方向と、通路101の向きとの角度差が予め決められた閾値よりも小さいとき、第2の姿勢に代えて通路101の向きに基づいて第1の姿勢を補正する。
図25~図33を参照して、第2の実施形態に係る測位装置及びそれを備えた移動体について説明する。
第2の実施形態に係る測位装置12は、第1の実施形態に係る測位装置12と同様に構成される。第2の実施形態では、測位装置12によって実行される補正処理が、第1の実施形態のものとは異なる。
図25は、第2の実施形態に係る測位装置12によって実行される補正処理を示すフローチャートである。図25の補正処理のステップS4Aは、図8の補正処理のステップS4に代えて実行される。
図33は、第2の実施形態の変形例に係る測位装置12Aの構成を示すブロック図である。測位装置12Aは、図3の補正器36に代えて、補正器36Aを備える。補正器36Aは、車両1に搭載された角速度センサ16によって生成された車両1の角速度を含むセンサデータを取得する。角速度センサ16は、例えばジャイロセンサである。角速度センサ16は、撮影装置11の筐体の内部又は外部に一体的に固定されてもよく、撮影装置11の付近に固定されてもよい。補正器36Aは、車両1の角速度に基づいて、車両1が旋回中であるか否かを判断する。補正器36Aは、車両1の角速度が予め決められた閾値(例えば、0.1ラジアン/秒)よりも大きいとき、車両1が旋回中であると判断してもよい。
第2の実施形態によれば、測位装置12,12Aは、第1の計算器、記憶装置35、第2の計算器、及び補正器36,36Aを備える。車両1に搭載された撮影装置11によって撮影された複数の画像に基づいて、所定の基準位置及び基準姿勢に対する車両1の相対位置及び相対姿勢を示す車両1の第1の位置及び第1の姿勢を計算する。予め決められた位置に配置されて視覚的に識別可能な複数のマーカー4の識別子、位置、及び姿勢の情報と、車両1のための通路101を含むマップの情報とを格納する。撮影装置11によって撮影された画像から複数のマーカー4のうちの1つを抽出し、抽出された1つのマーカー4の位置及び姿勢に基づいて、マップにおける車両1の位置及び姿勢を示す車両1の第2の位置及び第2の姿勢を計算する。第2の位置及び第2の姿勢に基づいて第1の位置及び第1の姿勢を補正し、車両1の補正された位置及び補正された姿勢を生成する。補正器36,36Aは、車両1が旋回中であるか否かを判断し、車両1が旋回中である期間に計算された第2の姿勢を使用せず、車両1が旋回中ではない期間に計算された第2の姿勢のみを使用して、補正された姿勢を生成する。
図34を参照して、第3の実施形態に係る測位装置及びそれを備えた移動体について説明する。
図34は、第3の実施形態に係る測位装置12Bの構成を示すブロック図である。第1又は第2の実施形態に係る車両1は、図3の測位装置12に代えて、測位装置12Bを備えてもよい。測位装置12Bは、図3の測位装置12の各構成要素に加えて、画像認識器37及びデータ合成器38を備える。
第3の実施形態によれば、車両1に搭載された1つ又は複数のセンサによって生成されたセンサデータを取得し、センサデータを、補正された位置及び補正された姿勢のデータに合成するデータ合成器38をさらに備えてもよい。
なお、第1~第3の実施形態において、測位装置は、フォークリフト又はトラックなどの四輪の車両に設けられてもよく、1~3輪、5輪以上の車両に設けられてもよい。また、第1~第3の実施形態において、測位装置は、車輪の個数及び/又は車輪の有無と関係なく、飛行機、ヘリコプタ、ドローン、ホバークラフトなど、車輪のない移動体に設けられてもよい。本実施形態に係る測位装置は、車輪の回転数から移動体の位置を推定するのでなく、撮影装置によって撮影された画像に基づいて移動体の位置を推定することができる。
1a…荷台、
1b…昇降機構、
1c…コンソール、
2…サーバ装置、
3…荷物、
4…マーカー、
11…撮影装置、
12,12A,12B…測位装置、
13…通信装置、
14…表示装置、
15…駆動機構、
16…角速度センサ、
16B…センサ群、
21…処理装置、
22…通信装置、
23…入力装置、
24…記憶装置、
25…表示装置、
31…画像処理器(特徴点)、
32…相対位置計算器、
33…画像認識器(マーカー)、
34…絶対位置計算器、
35…記憶装置、
36,36A…補正器、
37…画像認識器(人物、荷物)、
38…データ合成器、
40…画像、
41…特徴点、
100,110…倉庫、
101,111…通路、
102,112…棚、
103,104,115,116…軌跡。
Claims (15)
- 移動体に搭載された撮影装置によって撮影された複数の画像に基づいて、所定の基準位置及び基準姿勢に対する前記移動体の相対位置及び相対姿勢を示す前記移動体の第1の位置及び第1の姿勢を計算する第1の計算器と、
予め決められた位置に配置されて視覚的に識別可能な複数のマーカーの識別子、位置、及び姿勢の情報と、前記移動体のための通路を含むマップの情報とを格納する記憶装置と、
前記撮影装置によって撮影された画像から前記複数のマーカーのうちの1つを抽出し、抽出された前記1つのマーカーの位置及び姿勢に基づいて、前記マップにおける前記移動体の位置及び姿勢を示す前記移動体の第2の位置及び第2の姿勢を計算する第2の計算器と、
前記第2の位置に基づいて前記第1の位置を補正して前記移動体の第3の位置を生成する補正器とを備え、
前記補正器は、前記移動体が旋回中であるか否かを判断し、前記移動体が旋回中である場合、前記第2の姿勢に基づいて前記第1の姿勢を補正することなく、前記第1の姿勢を前記移動体の第3の姿勢として生成し、前記移動体が旋回中ではない場合、前記第2の姿勢に基づいて前記第1の姿勢を補正して前記移動体の第3の姿勢を生成する、
測位装置。 - 前記補正器は、前記移動体が旋回中である期間及び前記移動体が旋回中ではない期間に計算された前記第2の位置に基づいて前記第1の位置を補正して前記第3の位置を生成する、
請求項1記載の測位装置。 - 前記補正器は、時間的に隣接した複数のフレームの画像から計算された前記第1の姿勢の変化及び前記第2の姿勢の変化の少なくとも一方に基づいて、前記移動体が旋回中であるか否かを判断する、
請求項1又は2記載の測位装置。 - 前記補正器は、前記第1の姿勢又は前記第2の姿勢の変化に基づいて前記移動体のヨー軸の周りの回転角又はその分散を計算し、前記回転角又はその分散の計算値が予め決められた第1の閾値よりも大きいとき、前記移動体が旋回中であると判断する、
請求項3記載の測位装置。 - 前記補正器は、前記移動体に搭載された角速度センサによって生成された前記移動体の角速度を含むセンサデータを取得し、前記移動体の角速度に基づいて、前記移動体が旋回中であるか否かを判断する、
請求項1又は2記載の測位装置。 - 前記補正器は、前記移動体の角速度が予め決められた第2の閾値よりも大きいとき、前記移動体が旋回中であると判断する、
請求項5に記載の測位装置。 - 前記補正器は、前記マップに含まれる通路の形状と、前記移動体の現在の位置とに基づいて、前記移動体が旋回中であるか否かを判断する、
請求項1又は2記載の測位装置。 - 前記補正器は、前記移動体の操舵装置の状態に基づいて、前記移動体が旋回中であるか否かを判断する、
請求項1又は2記載の測位装置。 - 前記移動体に搭載された1つ又は複数のセンサによって生成されたセンサデータを取得し、前記センサデータを、前記第3の位置及び前記第3の姿勢のデータに合成するデータ合成器をさらに備えた、
請求項1~8のうちの1つに記載の測位装置。 - 前記データ合成器は、前記移動体の加速度及び角速度の少なくとも一方を含むセンサデータを取得する、
請求項9記載の測位装置。 - 前記データ合成器は、前記移動体によって搬送される荷物の重さを含むセンサデータを取得する、
請求項9又は10記載の測位装置。 - 前記測位装置は、前記撮影装置によって撮影された画像から予め決められた対象物を認識する画像認識器をさらに備え、
前記データ合成器は、前記画像認識器によって認識された対象物の情報を、前記第3の位置及び前記第3の姿勢のデータに合成する、
請求項9~11のうちの1つに記載の測位装置。 - 前記画像認識器は人物を認識する、
請求項12記載の測位装置。 - 前記画像認識器は、予め学習された特定の荷物を認識する、
請求項12記載の測位装置。 - 撮影装置と、
請求項1~14のうちの1つに記載の測位装置とを備えた、
移動体。
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