JP7482453B2 - 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の姿勢を計算し、前記1つのマーカーを原点とするマーカー座標系における前記移動体の位置及び姿勢に基づいて、前記1つのマーカーの面の法線に対する前記移動体の方向への角度を計算する第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、前記角度が第1の閾値以下である前記マーカーの位置及び姿勢に基づいて計算される前記第2の位置及び前記第2の姿勢を使用せず、前記角度が前記第1の閾値より大きい前記マーカーの位置及び姿勢に基づいて計算される前記第2の位置及び前記第2の姿勢を使用して、前記補正された位置及び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。
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。この補正処理は、車両1の絶対位置及び絶対姿勢が正しいことを前提とし、従って、マーカー4を撮影した画像からマーカー4の姿勢が正しく認識されていることを前提としている。しかしながら、マーカー4ではないオブジェクトがマーカー4として誤検出されることがある。また、マーカー4の姿勢を正しく認識するためには、マーカー4を適切な角度及び適切な距離から撮影する必要がある。マーカー4を撮影した画像から認識されたマーカー4自体の位置及び姿勢に誤差があると、車両1の絶対位置及び絶対姿勢にも誤差が生じ、測位装置12によって計算される車両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17は、図11のステップS24(マーカー評価処理)のサブルーチンを示すフローチャートである。
図17のステップS41~S45は、他の任意の順序で実行されてもよい。処理の順序によって結果は変わらないが、処理速度に違いが生じる。例えば、ステップS44よりも前にステップS42を実行することにより、撮影装置11がマーカー4の正面に位置する場合を効率的に除去することができる。また、ステップS41~S45のうちの一部のみが実行されてもよい。
第1の実施形態によれば、測位装置12は、相対位置計算器32、記憶装置35、絶対位置計算器34、及び補正器36を備える。相対位置計算器32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のための通路を含むマップの情報とを格納する。絶対位置計算器34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の絶対位置及び絶対姿勢を計算する。また、絶対位置計算器34は、1つのマーカー4を原点とするマーカー座標系における車両1の位置及び姿勢に基づいて、1つのマーカー4の面の法線に対する車両1の方向への角度を計算する。補正器36は、絶対位置及び絶対姿勢に基づいて相対位置及び相対姿勢を補正し、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36は、角度が第1の閾値以下であるマーカー4の位置及び姿勢に基づいて計算される絶対位置及び絶対姿勢を使用せず、角度が第1の閾値より大きいマーカー4の位置及び姿勢に基づいて計算される絶対位置及び絶対姿勢を使用して、補正された位置及び補正された姿勢を生成する。
図32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。
図32は、第2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2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、
12,12B…測位装置、
13…通信装置、
14…表示装置、
15…駆動機構、
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…倉庫、
101…通路、
102…棚、
103,104…軌跡。
Claims (17)
- 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1つの面をそれぞれ有する視覚的に識別可能な複数の正方形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の姿勢を計算し、前記1つのマーカーを原点とするマーカー座標系における前記移動体の位置及び姿勢に基づいて、前記1つのマーカーの面の法線に対する前記撮影装置の方向への角度を計算する第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、前記移動体の第3の位置及び第3の姿勢を生成する補正器とを備え、
前記補正器は、前記計算された角度が第1の閾値以下である場合、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の姿勢を補正することなく、前記第1の位置及び前記第1の姿勢を前記第3の位置及び前記第3の姿勢として生成し、前記計算された角度が前記第1の閾値より大きい場合、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、前記第3の位置及び前記第3の姿勢を生成する、
測位装置。 - 前記第2の計算器は、前記撮影装置によって連続的に撮影された画像であって、同一の識別子を有するマーカーがそれぞれ抽出された画像の個数をカウントし、
前記補正器は、前記マーカーが第2の閾値に等しい個数の画像にわたって同一の識別子をもたない場合、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の姿勢を補正することなく、前記第1の位置及び前記第1の姿勢を前記第3の位置及び前記第3の姿勢として生成し、前記マーカーが前記第2の閾値以上の個数の画像にわたって同一の識別子を有する場合、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、前記第3の位置及び前記第3の姿勢を生成する、
請求項1記載の測位装置。 - 前記第2の計算器は、前記撮影装置によって連続的に撮影された複数の画像からそれぞれ抽出された同一の識別子を有する複数のマーカーをそれぞれ原点とする各マーカー座標系において、前記移動体の位置及び姿勢を計算し、
前記補正器は、第3の閾値に等しい個数の画像にわたって前記各マーカー座標系における前記移動体の座標が同じ符号をもたない場合、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の姿勢を補正することなく、前記第1の位置及び前記第1の姿勢を前記第3の位置及び前記第3の姿勢として生成し、前記第3の閾値以上の個数の画像にわたって前記各マーカー座標系における前記移動体の座標が同じ符号を有する場合、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、前記第3の位置及び前記第3の姿勢を生成する、
請求項1又は2記載の測位装置。 - 前記第2の計算器は、前記撮影装置によって撮影された画像における前記マーカーのサイズを計算し、
前記補正器は、前記マーカーが第4の閾値以下のサイズを有する場合、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の姿勢を補正することなく、前記第1の位置及び前記第1の姿勢を前記第3の位置及び前記第3の姿勢として生成し、前記マーカーが前記第4の閾値より大きいサイズを有する場合、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、前記第3の位置及び前記第3の姿勢を生成する、
請求項1~3のうちの1つに記載の測位装置。 - 前記第2の計算器は、前記撮影装置によって撮影された画像に基づいて前記移動体から前記マーカーまでの距離を計算し、
前記補正器は、前記移動体から前記マーカーまでの距離が第5の閾値以上である場合、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の姿勢を補正することなく、前記第1の位置及び前記第1の姿勢を前記第3の位置及び前記第3の姿勢として生成し、前記移動体から前記マーカーまでの距離が前記第5の閾値より小さい場合、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、前記第3の位置及び前記第3の姿勢を生成する、
請求項1~4のうちの1つに記載の測位装置。 - 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の姿勢を計算し、前記撮影装置によって連続的に撮影された画像であって、同一の識別子を有するマーカーがそれぞれ抽出された画像の個数をカウントする第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、前記移動体の第3の位置及び第3の姿勢を生成する補正器とを備え、
前記補正器は、前記マーカーが第2の閾値に等しい個数の画像にわたって同一の識別子をもたない場合、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の姿勢を補正することなく、前記第1の位置及び前記第1の姿勢を前記第3の位置及び前記第3の姿勢として生成し、前記マーカーが前記第2の閾値以上の個数の画像にわたって同一の識別子を有する場合、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、前記第3の位置及び前記第3の姿勢を生成する、
測位装置。 - 前記第2の計算器は、前記撮影装置によって連続的に撮影された複数の画像からそれぞれ抽出された同一の識別子を有する複数のマーカーをそれぞれ原点とする各マーカー座標系において、前記移動体の位置及び姿勢を計算し、
前記補正器は、第3の閾値に等しい個数の画像にわたって前記各マーカー座標系における前記移動体の座標が同じ符号をもたない場合、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の姿勢を補正することなく、前記第1の位置及び前記第1の姿勢を前記第3の位置及び前記第3の姿勢として生成し、前記第3の閾値以上の個数の画像にわたって前記各マーカー座標系における前記移動体の座標が同じ符号を有する場合、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、前記第3の位置及び前記第3の姿勢を生成する、
請求項6記載の測位装置。 - 前記第2の計算器は、前記撮影装置によって撮影された画像における前記マーカーのサイズを計算し、
前記補正器は、前記マーカーが第4の閾値以下のサイズを有する場合、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の姿勢を補正することなく、前記第1の位置及び前記第1の姿勢を前記第3の位置及び前記第3の姿勢として生成し、前記マーカーが前記第4の閾値より大きいサイズを有する場合、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、前記第3の位置及び前記第3の姿勢を生成する、
請求項6又は7記載の測位装置。 - 前記第2の計算器は、前記撮影装置によって撮影された画像に基づいて前記移動体から前記マーカーまでの距離を計算し、
前記補正器は、前記移動体から前記マーカーまでの距離が第5の閾値以上である場合、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の姿勢を補正することなく、前記第1の位置及び前記第1の姿勢を前記第3の位置及び前記第3の姿勢として生成し、前記移動体から前記マーカーまでの距離が前記第5の閾値より小さい場合、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、前記第3の位置及び前記第3の姿勢を生成する、
請求項6~8のうちの1つに記載の測位装置。 - 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1~9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10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10又は11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10~12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13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13記載の測位装置。 - 撮影装置と、
請求項1~15のうちの1つに記載の測位装置とを備えた、
移動体。 - 前記補正器は、前記第1の位置及び前記第1の姿勢と、当該第1の位置及び当該第1の姿勢が計算された画像と同じ画像から計算された前記第2の位置及び前記第2の姿勢とに基づいて、前記第3の位置及び前記第3の姿勢を生成する、
請求項1~15のうちの1つに記載の測位装置。
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