JPH02143309A - 操縦方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、走行ロボットのような動く車両の操縦に関す
るものであり、そして特に車両に搭載され、天井ライト
を観察するカメラを備え、そして整列から操縦データを
推断する視覚システムに関する。

［従来の技術〕 走行ロボットのような可動自走車両は車両の操縦する状
況を感知するある形式のセンサーシステムを備えている
。超音波検出器、機械的接点装置及びレーザー距離測定
装置を使用したシステムは当該技術分野において公知で
ある。状況を観察するカメラ及び受動三次元イメージ処
理系を備えたシステムも公知である。

従来の三次元受動情景分析（画像のセグメント化）視覚
システムに伴う問題は、多量の計算能力を必要とするこ
とにある。このようなシステムはまた比較的ゆっくりし
ており、しばしば誤った結果をもたらす。通常、データ
の解釈は実時間操縦に有用であるにはゆっくりすぎ、か
げを物体として判断するようなエラーを生じ得、その結
果誤操縦が生じ得る。視覚システムが好ましくはロボッ
トに搭載されそしてロボットのバッテリーで給電される
場合には、イメージ処理系の寸法及び電力消費は考慮す
べき重要な要件である。

従来の情景分析システムに伴う別の問題は、システムが
分析する必要のあるしばしば視覚的に″リッチな”イメ
ージ（画像）に関する。例えば、典型的な病院環境にお
いては、玄関や廊下には多数の従業員や患者のような動
くものの他に、洗濯物カート、食べ物カート及び医療機
器のような多数の静止したものが存在している。このよ
うな環境において操縦を迅速かつ正確に行うためには、
複雑で時間を浪費する情景分析技術が要求される。

またロボットの環境には本来のものでない特殊な視覚マ
ーカーすなわち“ビーコン”を設けることも知られてい
る。このようなビーコンは、システムが高価で複雑とな
りしかもロボットの環境を変更する必要があるので、望
ましくない。さらに、本質的なこととしてビーコンはそ
の環境内に存在し得る物体によって隠れてはならない。

利用分野における走行ロボットの商業的な応用例として
は床掃除、身体障害者の補助器具、病院の配送システム
、郵便カート及び保障がある。これらの応用例には実時
間操縦データを提供ししかも低コストで電力消費の少な
いセンサーを利用した丈夫で信頼できる操縦が必要とさ
れる。

従って、本発明の一つの目的は、走行ロボットのような
車両の視覚及び視覚処理を簡単化することにある。

本発明の別の目的は、環境においてロボットを案内する
のに十分な画像解像度をもちながら情景分析の複雑さを
最少に抑えた走行ロボットの視覚システムを提供するこ
とにある。

本発明の別の目的は、ロボットの環境内にビーコンまた
は他の環境変更手段を必要としない走行ロボットの視覚
システムを提供することにある。

本発明の別の目的は、高速度で運転できしかもロボット
の環境においてロボットを連続し適応性よく動かすこと
のできる走行ロボットの視覚システムを提供することに
ある。

本発明のさらに別の目的は、相対的には視覚的に単純で
あり、一般的には静止または動いている物体がなく、さ
らには多数の本来の視覚的に明確な基準物体を備えてい
るロボットの環境の部分を分析する走行ロボットの視覚
システムを提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、ロボットの上方及び（また
は）前方に配置した天井の像を観察し、天井ライトの方
向性から操縦関連データを判断する走行ロボットの視覚
システムを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、天井ライトの像から玄関や廊下のよう
な環境における車両の方向や側部位置をｆｌ（ＩＩ定す
る装置及び方法によって上記の及びその他の問題点は解
決されそして」二記の目的は達成される。本発明は、天
頂凝視カメラまたは水平と天頂との間の中間角度で斜め
に設定されるカメラを備えた走行ロボットを提供する。

天井ライトは長方形のものであることができ、そして好
ましくは玄関や廊下の軸線に整列される。天井ライトは
玄関や廊下の長袖に平行または垂直なし軸線に沿って配
列され得る。天井ライトはカバー付きまたはカバーなし
の白熱灯または蛍光灯から成り得る。天井ライトの整列
パターンが玄関や廊下の長袖に実質的に平行または垂直
であるには、本発明はこの整列パターンを有利に利用し
てロボット操縦情報を得るようにする。

本発明によれば、走行ロボットのような車両用の操縦関
連情報を発生する操縦装置が提供される。

この装置は、車両または車両の投影通路−４二に位置し
、一つまたはそれ以上の照射源の配置された表面の像を
形成する像形成手段と、この像形成手段に結合され、上
記像内における一つまたはそれ以」二の照射源の位置を
検出する位置検出手段と、この位置検出手段に結合され
、検出された一つまたは複数の照射源位置から車両操縦
情報を発生ずる車両操縦情報発生手段とを備えている。

車両操縦情報発生手段は、像内の照射源の位置に対する
車両の少なくともずれ距離及び角度変位を４（す定する
手段を備えるようにされる。

さらに、本発明によれば、走行ロボットに対する操縦関
連情報を発生する方法が提供される。この方法は、（ａ
）一つまたはそれ以上の明確な視覚特徴をもち、少なく
ともロボットの投影通路Ｉ−に位置した天井の少なくと
も一つの像を形成すること、（ｂ）天井の像の範囲内に
一つまたはそれ以上の明確な視覚特徴を位置させること
、（Ｃ）明確な視覚特徴の境界を検出すること、（ｄ）
検出した境界に対する少なくとも一つの基準線を発生す
ること、及び（ｅ）基準線に対するロボットの位置を測
定することから成っている。

［実施例］ 本発明の特徴は添付図面についての以下の詳細な説明に
おいてより一層明らかとなろう。

さて第１ａ図を参照すると、走行ロボット１０の一実施
例が側面図で示されており、この走行ロボット１０はカ
メラのような電子画像形成装置Ｉ２を備えている。本発
明によれば、この光学的配置は多数のライト固定部１６
を備えた天井１４を観察するようにされており、天井１
４は走行ロボット１０の所望の通路の−Ｌ方に位置され
ている。カメラ１２は好ましくはＣＣＤ画像形成装置を
備え、このＣＣＤ画像形成装置の方形または長方形視野
（Ｆ　ＯＶ）は走行ロボットＩＯの前方通路内に天井Ｉ
４の画像を形成するように斜め−Ｌ方に向けられている
。カメラ１２は多数の画素を発生し、各画素はカメラの
先感知装置の対応した表面領域に入射する光の強度を表
す値をもっている。走行ロボットＩＯはさらにカメラ１
２の出力に接続される画像処理装置Ｉ８を備えている。

この画像処理装置Ｉ８は第１ｂ図に詳細に示すようにビ
デオ記憶装置１８Ａを存し、このビデオ記憶装置１８＾
はカメラ１２の一つのビデオフレームの出力の表示を記
憶する。ビデオ記憶装置１．８Ａに対する入力はアナロ
グ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１８Ｂから供給され、
このＡ／Ｄ変換器１．８ｒ３はカメラ１２のアナログ出
力をディジタル量に変換する。

Ａ／Ｄ変換器１８１３のディジタル出力はルックアツプ
表（ＬＵＴ）１８Ｃへのアドレス人力を成し、このルッ
クアツプ表１８Ｃにおいて画素の輝度値が再割り当てさ
れ得る。ルックアツプ表１８Ｃはまた画像しきい値形成
及び（または）ヒストグラム修正のためにも使用され得
る。画像処理装置１８はさらにマイクロコンピュータの
ような画像処理装置１８Ｄを有し、この画像処理装置１
．８Ｄはビデオ記憶装置１８Ａに接続され、そしてビデ
オ記憶装置１８八から記憶されているビデオフレームデ
ータを読み出すように動作し得る。画像処理装置１８は
さらにプログラム指令、定数及び−時的なデータを記憶
する記憶装置を備えた記憶装置１８Ｅを有している。

プログラムデータは以下に詳しく説明する形態の演算を
実行するように作動できる。画像処理装置１８の出力は
カメラ１２の視野内の天井固定部１６に関連した位置情
報を表し、Ｒ８−２３２すなわち平行データリンクを介
して操縦制御プロセッサ２０に供給され得、この操縦制
御プロセッサ２０は天井環境の感知した画像、特に天井
ライト固定部の方向性に基づいて操縦データを発生する
。この操縦データは玄関や廊下でロボットを操作したり
天井ライト固定部を備えた部屋やその他の包囲部の座標
系内でロボットを方向法めするのに使用され得る。

操縦制御プロセッサ２０の出力は駆動及び操作制御装置
２２に供給され、この駆動及び操作制御装置２２の出力
は駆動及び操作車輪２４に連結されている。

駆動及び操作車輪２４は典型的には床である支持面２６
に接触している。操縦制御プロセッサ２０は通常駆動及
び操作制御装置２２からの出力を受け、この出力は走行
ロボット１０の走行した距離に関する走行距離計の読取
り値を表している。操縦制御プロセッサ２０は記憶装置
及びサポート回路をもつデータ処理装置を有している。

上記の装置を収容して保護する包囲体が設けられる。

第１Ｃ図に見られるように、操縦制御プロセッサ２０は
通常、他のセンサー系統からの可能性のある人力と共に
天井操縦画像処理装置１８によっては発生されたロボッ
ト１０の位置測定値を判断して駆動及び操作制御装置２
２を制御し走行ロボッＮＯを所望の通路に沿って案内す
るように応動できる。従って、位置測定値はフィードバ
ック制御系のエラー信号として機能し、駆動及び操作機
構はロボットの位置を変えるアクチュエータとして働く
。

カメラ１２はＰｕｌｎｆｘ社製の形式ＴＭ４４０のＣＣ
Ｄカメラであることができる。このカメラ１２は、視野
を最大にするため焦点距離が比較的短く、例えば８．　
５ｍ１ｌ！であり得る。マイクロコンピュータ１．８０
はＭｏｔｏｒｏｌａ社製のマイクロプロセッサ装置の６
８０００フアミリーの一つであることができる。ルック
アツプ表１８ｃ及びビデオ記憶装置１８八は、Ｃｏｒｅ
ｃｏ　ｏｒ　Ｉｍａｇｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ
ｓ社製の形式のようなフレームグラツバ−ｐｃボード内
に収納され得る。

簡単に第３ａ図を参照すると、代表的な公共施設の廊下
が例示されている。適当に境界決めされたカメラ画像に
おいて、天井ライトＩ６は圧倒的に目立った視覚特徴で
ある。天井ライト１６の直線縁部すなわち直線境界線は
本発明の方法及び装置に従って視見操縦のための基準線
を画定している。

認められ得るように、天井ライトの中心及び縁部を検索
して特定する際には、全体の処理時間を減らすためにで
きるだけ少ない画素を検索することが重要である。この
検索動作は、天井ライトを暗い背景内に埋め込まれる輝
き領域として現わさせる画像限界またはカメラ１２のア
パーチャを設定することによって容易となる。それで暗
い画素から輝いた照射画素を確認するのに二進限界ｈ″
（ｂｉｎａｒｙ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｔｅｃｈｎｉｑ
ｕｅ）が利用され得る。

最初に画像において天井ライトを位置決めするため、に
列の画素から始めて下列に向かって全体画像にわたって
最初に予備検索を行うことができる。予定の検索しきい
値以」二の値をもつ画素が検出されると、予備検索は終
了される。予定のしきい値は、使用したカメラの形式、
カメラアパーチャの設定及び（または）特定の形式の画
素しきい値設定のようなファクタによって影響される。

予備検索は好ましくは、ロボットに最も近い天井ライト
が最初に検出されるように画像の上部から開始される。

しきい値以」二の画素が検出されると、本発明の方法で
は以下に説明するようにその後は二進副分割検索が使用
され得る。例として、天井ライト内に白点すなわち画素
が与えられると、ライトの縁部は白から黒への変化の生
じる部位に位置される。

これはライトに対応した画素値から暗い背景に対応した
画素値への変化を検出するため画素値を検査しながら白
点から外方へ向かって動くことによって行われ得る。当
然、画素値は通常完全臼または完全黒に対応してなく、
典型的には灰色の変化する影として現される。ライトの
縁部に向かって動かしながら各画素をサンプリングする
ことにより、最適でなくなり最初に検出された画素から
数百の画素が除去され得る。従って、好ましい方法では
、各ステップ毎に１６の画素によるような画素のある比
較的大きな増加によるステッピングが包含される。１Ｂ
画素増加における外方へのステッピングは、検索が暗い
背景に入ったことを画素値が示すまで続く。この場合、
検索の増加は二つに分割され、そして検索の方向は反転
される。ステッピングの増加の分割及びステッピング方
向の反転のプロセスは、ステップサイズが一つに分割さ
れるまで続く。その時点において考察中の画素は明るい
ライトへの一つの画素かまたは暗い背景への一つの画素
である。この検索操作は以下に説明するように繰り返さ
れ、天井ライトの左方縁部、右方縁部及び中心点を正確
に位置決めするのに十分な情報を得るために天井ライト
の多線部を検出する。

第４ｆ図を参照すると、ライト内の点（ｘ）で表された
画素の後、垂直線（１）及び水平線（２）が上記の画素
検索法を用いて点（ｘ）を通ってライトの縁部へ投影さ
れることが見られ得る。垂直線（１）が水平線（２）よ
り長ければ、新しい水平線（３）が垂直線（１）の中心
から投影される。

代わりに、水平線（２）が垂直線（１）より長ければ、
第２の垂直線が水平線（２）の中心から投影される。こ
れらのステップによりライトの枠縁部にあり得る最初の
点をさらに点Ｘ′で示すライトの中心へ移す。その後、
ライトの縁部の傾きは以下に説明するように測定される
。

多数の垂直線（４，５，６）は、垂直線（５）が水平線
（３）の中点に、他の二つの垂直線（４，６）が水平線
（３）の端部からほぼ２５％の位置に投影される。その
後、垂直線（４，５，６）の端部を画定する点（ａ、ｂ
Ｓｃ、ｄＳｅ、ｆ）からライトの平均傾きが見出される
。その後、線（７）は垂直線（５）の中心を通って投影
され、線（７）は前に計算したライトの平均傾きに等し
い傾きをもっている。垂直線（４，５，６）は互いに近
接して引かれ、それで計算された平均傾きは高精変のも
のでいことが認められるべきである。従って、線（７）
はライトの二つの端部と交差しない。その結果、線（７
）の端部からほぼ２５％の点に二つの付加的な垂直線（
８，９）が投影され、これらの垂直線（８，９）の端点
（ｇ、ｈｓ　ｉｓ　ｊ）から平均傾きが測定される。二
つの付加的な垂直線（８，９）の各々の中心点からは線
（１０，１１）がそれぞれライトの最近縁部に向かって
直前に計算された平均傾きに沿って投影される。線（１
０，１１，）に沿って感知された照射画素と非照射画素
との間の縁変移はライト（Ａ、Ｂ）の真の縁部を表して
いる。これらの縁部（Ａ、Ｂ）の間の中間にライト（Ｃ
Ｐ）の中心点がある。

一つのライトを正確に位置決めした後、第２のライトは
水平における消滅点まで線（Ｃ，Ｄ）を投影する一組の
点を発生するため実質的に同じ方法で見出され分析され
る。

第２のライトを見出すために、第１のライトの中心（Ｃ
Ｐ）からの画像に下向きにかつ線（７）の傾きに垂直に
線（Ｉ２）が投影される。この線（Ｉ２）に沿った画素
は分析されて別のライトに出会うかどうかを測定する。

ライトが相対的に取り得る角度が異なるため、線（１２
）は第２のライトと交差し得ない。その場合には、二つ
の別の線（１３，１４）が第１のライトの端部から線（
７）に垂直に投影され、第２のライトが交差する位置及
び第２のライトが交差するかどうかをＡｌ１ｊ定する。

線（１２，１３，１４）から、これらの線の一つが別の
ライトと存在すれば交差すると仮定する。

天井ライトの縁部を決める方法の上記の説明は一つの適
当な方法であることが認めれる。例えば、ビデオ画像に
おいて直線パターンを見出す公知の方法はＲｏｕｇｈ変
換、縁部検出及びリンキング、並びにカーブフィテイン
グの使用を包含する。

第２ａ図を参照すると、カメラ１２の形態が視点３０及
び画像平面３２として幾何学的に処理されることを示し
ている。視点３０はカメラレンズの中心として考えられ
得る。画像は三次元空間内の任意の点Ｐから画像平面３
２の点Ｐ′に視点３０を通る線に沿って斜めに投影され
る。画像平面３２を視点３ｏから単位距離にあると考え
るのが数学的に都合がよい。

Ｎは画像平面３２に垂直な単位ベクトルである。従って
、画像平面３２において測定した複数の単位距離は画像
平面３２に垂直な視点３０を通るベクトルＮからの正切
角度に対応する。この方法は次のように計数したカメラ
１２の画素の対して接線方向視角を測定する。

第２ｂ図を参照すると、カメラＩ２の視野の水平角度は
ｆｏｖｈとして表され、また視野の垂直角度はｆ　ｏｖ
ｖとして表されることが示されている。

画像平面３２は長方形であり、そしてほとんどのビデオ
カメラにおいて規格であるようにカメラＦＯＶに対して
対称に位置決めされる。ｎｐｌ　ｘｈは水平線における
画素３４の数であり、またｎｐｌ　ＸＶは画素３６の垂
直列の数である。画像平面３２の座標系（Ｕ、■）は画
像平面３２の中心３８からそれぞれ水平及び垂直方向に
圧切単位で与えられる。下記の式により画素座標系は圧
切座標系に変換される。

ｕ　＝　（ｉ　−ｎｐｌｘｈ／２　）　＊　ｔ　ａ　ｎ
　（１”ｏｖｈ／２）　／（ｎｐｉｘｈ／２　）　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　（１）ｖ　＝　　（
ｊ　−ｎｐｌｘｈ／２　）　　＊　ｔ　ａ　ｎ　　（１
’ｏｖｈ／２）　　／（ｎｐｌｘｖ／２　）　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　（２）ここで、ｉ及びｊ
は画像平面３２の左上方隅部からの画Ｊのそれぞれ行数
及び列数である。またここで使用した記号”＊”は掛は
算を表し、また記号“／″は割り算を表している。式（
１）、（２）の画素座標系−圧切座標系変換により、カ
メラＩ２のアスペクト比が修正され、そして以下に記載
する座標変換及び投影の説明が簡単となる。視角から画
素数を得るため式を反転すると次のようになる。

ｉ　＝　ｕ　＊　　（ｎｐｌｘｈ／２　）　／　ｔ　ａ
　ｎ　　（ｆ’ｏｖｈ／２）　＋ｎｐｌｘｈ／２　　　
　　　　　　　　　　　　　　　（３）ｊ　”−ｖ　＊
　　（ｎｐｌｘｈ／２　）　／　ｔ　ａ　ｎ　　（ｆ’
ｏｖｈ／２）　＋ｎｐＪ　ＸＶ／２　　　　　　　　　
　　　　　　　　　（４）焦点距離８．　５ｉｎ＋で通
常のフレームグラツバ−を備えた゛代表的なＣＣＤビデ
オカメラの場合、次の関係が適用される。

ｎｐｌｘｈ　＝５１２５１ ２画素ｘｖ　＝４８０４８ ０画素ｖｈ＝５５　　　　角度 ｆ’ｏｖｖ＝４２　　　　角度 第３ａ図には本発明の一つの特徴に従ってロボット１０
に搭載された天頂凝視カメラ１２が示されている。カメ
ラ１２の視点から天井１４までの距離は“Ｃである。画
像平面のＵ軸線は車両の前方に整列されている。ヨー角
度θはＵ軸線と廊下の長軸千Ａとの間で測定される。カ
メラＩ２から見た天井の画像は第３ｂ図に示す。

カメラ１２の画像Ｗ面上における天井画像の回転角度は
第３ａ図及び第３ｂ図に示すように車両のヨー角度に等
しい。測定精度は天井ライト１Ｂの直線縁部または境界
を確認する精度及びまた境界の長さに部分的に依存する
。代表的な環境では、ライト１６の縁部は１００画素に
及び、縁部測定値は正確には二つの画素の範囲内である
。これはヨー測定においてほぼ０．２ラジアンの精度ま
たは０，５°より多少大きい角度に対応している。

ロボットＩＯが車輪エンコーダまたは走行距離計で測定
して床２６に沿って距離ｄ動くと、視軸線の天頂投影は
天井１４に沿ってｄ単位動く。天井１４の画像における
点は画像平面上のｕ−ｖ単位において距離ｄ′動くこと
になる。第３ｃ図には車両１ｏの座標系に対するこの動
きを示し、すなわち、車両１０はあたかも静止しており
、そして天井１４が距離ｄだけ動いたように示されてい
る。相似三角形の分析により、カメラ１２の視点上の天
井までの距離は次式で得られる。

ｃ＝ｄ／ｄ”　　　　　　　　　　　　　　（５）一般
には、 ｄ　　＝ｓｑｒｔ（ｕ＊＊２＋ｖ＊＊２）　　　　（６
）であり、ここで“５ｑｒｔ“は平方根関数であり、ま
た“＊＊“は指数関数である。式（６）は、カメラＩ２
の水平線が運動方向と一致している場合には、ｄ　＝　
＝ｕ　　　　　　　　　　　　　　　　（７）と簡単に
表される。

カメラ■２が床２６から２．５フイートの位置にあり、
天井１４の高さがｌＯフィートであり、そしてロボット
１０が毎秒２フイートの速度で動く例を考えると、ｃ−
７，５フイートとなる。２５０　ミリ秒にロボットＩＯ
は６インチ動くことになる。従って、ｄ−＝ｄ／　ｃ　
＝０．５　／７．５　、すなわち０．０６６６正切単位
となる。カメラＩ２のＦＯＶが５５″で一列当り５１２
１２画素えている場合には、この動きは３２画素に対応
している。Ｃが予め未知である場合には、２５０ミリ秒
内における３２画素の画像の動きは、天井１４が床から
１０フイートの高さに位置していることを意味し、床か
らのカメラ１２の高さは２．５フイートであることがわ
かる。このようにして、天井の高さは直接判断され得る
。

動きの測定の正確さは天井■４における画素“足跡“の
大きさから次のようにして求められる。上記の例では、
（’ｏｖｈ＝５５°であり、従って一つの画素はｕ　＝
　ｔ　ａ　ｎ　（ｆ’ｏｖｈ／２）　／２５Ｂ　＝０．
００２正切単位を表していることになる。よって、ｄ＝
ｃ＊ｄ　−＝７．５　＊０．００−０．１５フイートま
たは０．１８インチとなる。このエラー類は瞬時運動エ
ンコーダの精度のエラー類を越え得るが、このエラー類
は絶対値であって時間の経過と共に累積しないことが認
められるべきである。従って、運動エンーダによる測定
値がほぼ１％に正確である場合には、天井Ｉ４の視覚観
察は床を単に１８インチ走行した後の運動エンーダによ
るデッドロック精度より勝っていることになる。しかし
ながら、車両ＩＯの台は床面の凸凹や車両ＩＯの台の慧
架における加速の吸収作用のため幾分揺れる。車両」Ｏ
の２°の傾きは天井１４に３インチ、すなわち約１７画
素のエラーとして現れることになる。仮にこの大きさの
揺れが普通であるとすると、位置的な表示における揺れ
の影響を低減する一つの適当な方法は３フィートまたは
それ以上の床走行毎に天頂凝視式視覚観察を使用するこ
とにある。不確定性の共変マトリックスに基づくカルマ
ンフィルタ法を使用して、視覚とエンコーダによる位置
評価を併合し、それにより絶対位置制御を維持するよう
にしてもよい。

上記例の場合、天井１４における視覚スクリーンの足跡
（“頭跡”）はほぼ８フイートである。ライト１６が４
フイ一ト以上離れており、そしてライトの一組が消えて
いる場合には、ライトの見えないロボット位置が存在す
る。従来のＣＣＤカメラ及びレンズを使用しては、ＦＯ
Ｖは“魚眼“型のひずみを伴うことなしにはほぼ５５°
以」二に容易に拡げることはできない。この形態のひず
みまたは収差はレンズの画像の直線性を歪ませ、画像処
理の幾何学を非常に複雑化させることになる。この制限
に対する好ましい解決法はカメラ１２を水平より斜め上
方に向けて車両■０より前方でしかもロボットの投影さ
れた前方通路に沿った天井の領域を観察するようにする
ことにある。

以下、天井ライトの画像から廊下のような環境における
車両の方向決め及び横方向位置を推断するための幾何学
及び演算について説明する。以下の説明では、水平と天
頂との間の中間角度で斜めに選定されるカメラのような
画像形成装置が使用される。天井ライトは好ましくは長
方形のものであり、そして廊下と整列される。天井ライ
トの長軸線は廊下の長軸線に平行または垂直に配列され
得る。天井ライトは白熱灯または蛍光灯から成り得、そ
してカバーされてもカバーされなくてもよい。好ましく
は、ライトは廊下の長軸線に実質的に平行または垂直な
パターンまたはアライメントをもっている。すなわち、
検出されることになる形状は光源バルブのような簡単な
形の線境界かまたは直線列であるこができる。アライメ
ントの推断された軸線は以下の説明では幾何学的線とし
て取り扱う。

カメラ■２の中心に原点を中心法めしそして次のような
廊下と整列した右側のデカルト座標（Ｘ、ｙ、ｚ）を適
用するのが好都合である。Ｚ軸は垂直であり、ｙ軸は廊
下の長軸線に平行に廊下を表し、ｙ軸は廊下の長軸線に
垂直である。位置はカメラ１２から基準が取られ、方向
は廊下の壁に対して基準が取られる。従って以下用語“
カム壁”座標を使用する。

第４ａ図にはカム壁座標系の一般的な形態が示されてい
る。カメラ５０から天井５２までの距離はＣで表される
。天井面はマイナス無限大＜Ｘ＜無限大、マイナス無限
大＜ｙ＜無限大及びＺ＝Ｃとして特徴づけられる。カメ
ラ５０は角度Ｐｃｈラジアンで縦に揺れ、そして角度Ｙ
ａｗラジアンだけ横に揺れる。

ロール成分はなく、カメラのラスター線は天井、床及び
水５Ｆ面に平行である。角度Ｐｃｈは視面に垂直なベク
トルＮに対して垂直なｘ−ｙ平面から測定される。角度
ＹａｗはベクトルＮを含む垂直平面とｙ−ｚ平面との間
の角度として測定される。これらの定義から、明らかな
ように垂直ベクトルＮは Ｎ＝　　（ｘ、ｙ、ｚ）＝　　［ｃｏｓ　　（Ｐｃｈ）
ｓｉｎ（Ｙａｗ　）　　、ｃｏｓ　　（Ｐｃｈ　　）ｃ
ｏｓ　　（Ｙａｗ　）　　、ｓ　ｉｎ　　（Ｐｃｈ）］
　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）で与えられ
る。

すなわち、Ｎの垂直成分は５ｉｎ（Ｐｃｈ）である。木
毛成分はｃｏｓ（Ｐｃｈ）であり、比ｃｏｓ（Ｙａｗ）
　　：　ｓ　ｉｎ　（Ｙａｗ）でＸ成分とｙ成分とに分
解する。

カム壁座標から画像座標への透視投影は第４ｂ図に示さ
れる。三次元空間内における一般的なベクトルＰ＝　（
ｘ−ＹＮ　Ｚ）は直線で原点に結合される。そしてそれ
は、Ｐの測定画像を画定するＰ＝＝（ｘ−１−ｚ−）＝
Ｐ／に＝　　（ｘ／ｋ、ｙ／に、ｚ／ｋ）　　　　　　
　　　　　　　　（９）で画像を面５４と交差する。測
定ファクタにはスクリーン垂線Ｎ上のＰの投影の長さで
あり、すなわち、相似三角形ＯＮＰ′及び０　（ｋＮ）
Ｐによって ｋ　＝　Ｐ　　（ｄａｔ　）　　Ｎ　　　　　　　　　
　　　　　　（１０）である。（ｄａｔ　）動作は、式 ％式％） で与えられるベクトル点の積である。

画像平面５４の中止からの画像座標［ｕ、ｖ］は単位ベ
クトルＵ、Ｖに対して表される。すなわち、［ｕＳ　ｖ
コ　＝ｕ＊Ｕ＋ｖ＊Ｖ　　　　　　　　　　（１，２）
であり、ここでＵ、Ｖはベクトルであり、またｕ１■は
スカラーである。ＵはＮのｘ　−ｙ　トＩ’面の足跡に
垂直な水平単位ベクトルである。カム壁座標においては
、 Ｕ＝　［ｃｏｓ　（Ｙａｗ）、ｓ　ｉｎ　（Ｊａｗ）、
０３である。

ＶはＮ、Ｕの両方に垂直な単位ベクトルであり、すなわ
ちＮ、Ｕのベクトルのクロス積は、次式％式％ ここで、■、Ｊ、には（Ｘ　ＳｙＮ　Ｚ　）カム壁座標
の単位基準ベクトルである。

すなわち、 Ｖ　−［ｓ　ｉｎ　　（Ｐｃｈ　）　＊ｓ　ｉｎ　　（
Ｙａｗ　）、ｓ　　ｉｎ　　（Ｐｃｈ）　　＊ｃｏｓ　
　（Ｙａｗ）　　　ｃｏｓ（Ｐｃｈ　）　］　　　　　
　　　　　　　　　　　　（１，５）である。

点Ｐの画像の画像平面５４の座標は、Ｕ、Ｖ上における
Ｐ′の投影であり、すなわち、 ｕ＝Ｐ　′（ｄ　ａ　ｔ）　Ｕ　　　　　　　　　（１
６）ｖ＝Ｐ　−（ｄ　ａ　ｔ）　Ｖ　　　　　　　　　
（１，７’）であり、これらの式は、 ｕ　＝　（ｘ／ｋ）　＊　ｃ　ｏ　ｓ　（Ｙａｖ　）　
＋　（ｙ／ｋ）＊Ｓ　ｉｎ　（Ｙａｗ）　　　　　　　
　　　　　　（１８）ｖ＝　（ｘ／ｋ）　　＊ｓ　ｉ　
ｎ　　（Ｐｃｈ　）　　＊ｓ　ｉｎ（Ｙａｗ　）　−（
ｙ／ｋ）　＊ｓ　ｉ　ｎ　（Ｐｃｈ　）　＊ｃｏｓ（Ｙ
ａｗ）＋（ｚ／ｋ）＊ｃｏｓ（Ｐｃｈ）　　　（ｆ、９
）廊下の軸線に沿った天井ライトの列は壁と床の両方に
平行な線ＬＯを画定している。

カム壁座標においては、線ＬＯの式は ｘ＝ｘＯ１ｙ　＝　ｓ　、　ｚ　＝　ｚ　Ｏ（２０）で
あり、ここで、Ｓは線ＬＯの長さのパラメータであり、
プラス無限大からマイナス無限大まで変化し得る。値Ｘ
０１ｚＯは視点からの線の横方向距離及び垂直距離であ
る。画像平面５４におけるこの線の投影は次式で与えら
れる。

ｕ　−（ｘＯ／ｋ）　　＊ｃ　ｏ　ｓ　　（Ｙａｗ　）
　　＋　　（ｓ／ｋ）＊ｓ　ｉ　ｎ　　（Ｙａｗ　）　
　　　　　　　　　　　　　　　（２１）ｖ＝　　（ｘ
Ｏ／ｋ）＊ｓ　　ｉｎ　　（Ｐｃｈ）＊ｓ　　１ｎ（Ｙ
Ｂｙ）　　−（ｓ／ｋ）　　＊ｓ　ｉｎ　　（Ｐｃｈ）
　　＊ｃｏｓ（Ｗａｙ　）　　＋　　（ｚＯ／ｋ）　　
＊　ｃ　ｏ　ｓ　　（Ｐｃｈ　）　　（２２）ここで ｋ　−−ｘＯ＊ｃｏｓ　　（Ｐｃｈ）　　＊ｓ　ｉｎ　
　（Ｙａｗ）＋ｓ＊ｃｏｓ　　（Ｐｃｈ）＊ｃｏｓ　　
（Ｙａｗ）＋ｚＯ＊ｓ　ｉ　ｎ　　（Ｐｃｈ　）　　　
　　　　　　　　　　　　　　（２３）である。

Ｓが無限大になるにつれて、ｕ、ｖは限界［Ｕ１ｖ］−
−＞　［ｕｕＸＶＶ］　に近き、ここで、ｕｕ−ｓ　ｉ
ｎ　（Ｙａｗ）　／　［ｃｏｓ　　（Ｙａｗ）　＊ｃｏ
ｓ　　（Ｐｃｈ）］　＝ｔａｎ　　（Ｙａｗ）／ｃｏｓ
（Ｐｃｈ　）　　　　　　　　　　　　　　　　　（２
４）ｖ　ｖ＝　−ｔ　ａ　ｎ　（Ｐｃｈ　）　　　　　
　　　　（２５）である。

第４ｃ図に示すように、線ＬＯの画像はスクリーン上の
消滅点５Ｂに近づく。この消滅点５Ｂは線ＬＯに平行な
すべての線すなわちｘＯｌｚＯのすべての可能な選択で
の画像の交点である。直感的には、この消滅点５６は、
鉄道線路のような二本の線が集束し合致する水Ｗ上の点
である。

この集束する線類推法は、本発明の方法に従ってｕｕ及
びｖｖの値を決めるために有利に使用される。すなわち
、第３ａ図におけるように天井ライト４Ｂの列の左側及
び右側境界のような平行関係である既知の天井特徴の画
像である画像平面５４内の二本の線が選択される。従っ
て、二つの境界の画像平面座標における交点は一方の境
界の式を他方の境界の式に代入することによって決めら
れる。

こうして決められた交点は画像平面５４から物理的にず
れているが、それにもかかわらず消滅点ＵＵ、ｖｖの値
を形成する。従って、ピッチはＰｃｈ’　＝　ａｒｃｔ
ａｎ　（ｖ　ｖ　）　　　　　　　　　　（２６）であ
り、またヨーは Ｙａｗ　＝ａｒｃｔａｎ　［ｕ　ｕ　＊　ｃ　ｏ　ｓ　
（Ｐｃｈ　）　　　（２７）である。

ｖｖはヨーに無関係であることがわかる。従って、■の
値は水平の画像であるスクリーン上の水平線である。

さて再び第４ａ図を参照すると、カメラのピッチ（Ｐｃ
ｈ）が既知となると、天井の高さは、車両１０が床に沿
って動く際の画像特徴の動きから推断され得ることが認
められるべきである。関連幾何学をさらに明確するため
、カメラ及び車両の動きの順方向と一致する座標系を考
えることは有効である。

これは、カム壁座標のｘ−ｙ平面を回転させて画像５４
の垂線ｎの水平成分に一致するようにすることによって
行われる。第４ｂ図にはこの新しい座標系を示す。Ｚ軸
はカム壁座標と共通であり、ｙ軸及びｙ軸はＵ軸及びＷ
軸で置き換えられ、それらの基本ベクトルは、 Ｕ＝　［ｃｏｓ　（＊Ｙａｗ　）　、ｓ　ｉｎ　（Ｙａ
ｖ　）　、０］−（１，０，０１（２８） Ｗ　−［−ｓ　ｉｎ　（Ｙａｗ）　、ｃｏｓ　（Ｙａｗ
）　、０ｌ−（０，１，０）　　　　　　　　　　　　
　（２９）ｚ−（０，０，１）　　　　　　　　　　　
（３０）大括弧表示（ｕ、ｗ、ｚ）は基本ベクトルＵ１
Ｗ、ｚに対する座標を表し、この座標は以下”カム床”
座標系と記載する。カム壁座標系及びカム床座標系は両
方とも原点５０としてカメラの視点を用いているｏ　　
（ＸＳｙｓ　ｚ）から（ｕ、ｗ、、ｚ）への変換は変換
式 ％式％） 逆変換は、 ＝　　［ｕ＊ｃｏｓ　　（Ｙａｖ）−Ｗ＊Ｓ　ｉｎ　　
（Ｙａｗ）　　、ｕ＊ｓ　　ｉｎ　　（Ｙａｗ）＋ｗ＊
ｃｏｓ　　（Ｙａｗ）　　、ｚ）で行われる。

第４ｂ図、第４Ｃ図及び第４ｅ図を参照してロボットが
順方向に動く際のカム床座標系における天井の点Ｐの軌
道を考えると、ｕ＝ｕＱ、ｗ＝６Ｓ　ｚ＝ＺＯであり、
ここでＳは方向Ｗに走行した距離のパラメータである。

この線の画像は画像平面５４における投影によって次の
ようにして形成される。

画像平面の基本ベクトルＵは式（２８）で表すようにカ
ム壁座標系の場合と同じである。

カム床座標系における画像平面５４の垂線はＮ＝（０、
ｃｏｓ　（Ｐｃｈ）　、ｓ　ｉｎ　（Ｐｃｈ）　１で与
えられ、また画像平面５４の基本ベクトル（Ｖ）は ■＝　（０、−ｓ　　ｉ　ｎ　　（Ｐｃｈ　　）　　、
ｃ　ｏ　ｓ　　（Ｐｃｈ　　）　　）である。

従って、Ｐは Ｐ　＝＝Ｐ／に＝　（ｕＯ／に、ｓ／に、ｚＯ／ｋｌで
スクリーン上に投影し、ここで に＝Ｐ　（ｄａｔ）Ｎ＝ｓ＊ｃｏｓ　　（Ｐｃｈ）＋ｚ
Ｏ＊ｓ　ｔ　ｎ　（Ｐｃｈ　）　　　　　　　　　　　
　　　（３６）である。

画像平面５４の座標はＵ１Ｖ上にＰ′を投影することに
よって形成され、 ｕ＝Ｐ　′（ｄａｔ　）　Ｕ＝ｕＯ／ｋｖ＝Ｐ＝　　（
ｄａｔ）Ｖ＝−ｓ＊ｓｉｎ　（Ｐｃｈ）／に＋ｚｏ＊ｃ
ｏｓ　（Ｐｃｈ　）　／ｋ　　　　　　　（３７）であ
る。

光学的流れの流れ線を表すこれらの画像線はすべて消滅
点、 ［ｕｕ、ｖｖ］　＝　［０、−ｔ　ａｎ　（Ｐｃｈ　）
　］から放射する。

新しい画像平面座標系を表す満されたブラケットを用い
て画像平面座標の原点をこの点に変換すると、 ［ｕ−１ｖ−］　　＝　　［ｕ−ｕｕＳ　ｖ−ｖｖコと
なり、これは、任意の光学的流れ線が［ｄ′　ｖ−］　
　−＝　［ｕＯ／に、ｚＯ／　（ｓ＝ｚＱ＊ｔａｎ　（
Ｐｃｈ）］　　−または［ｕ＝　　ｖ−］＝−［ｕＯ／
に、ｚｏ／（ｋ＊ｃｏｓ　（Ｐｃｈ　）　）　　　　　
　　　　　　　　（４０）となることを意味している。

従って、光学的流れ線の傾きは ｖ　　／ｕ−＝ｚＯ／　（ｕＯ＊ｃｏｓ　（Ｐｃｈ　）
である。

Ｖ′酸成分示されたようにｕＯに無関係であり、天井の
高さの計算は簡単となることがわかる。

第４ｅ図には画像平面及び天井のｗ−ｚ成分が示されて
いる。Ｕ成分は前に示したようにｚＯを計算する際に無
視できる。車両１０が方向Ｗに釦離ｄ進む際に、スクリ
ーンの足跡（“頭跡”）は天井に沿って距離ｄ動く。任
意の点Ｐ１はＰ２まで距離ｄ動き、スクリーン上の対応
した画像はＰ１′Ｐ２＝であり、画像平面においてｄ′
だけ垂直方向に離れている。すなわち、ｖ２−−ｖｌ−
＝ｄ′である。

図面に見られるように、ｄ＝　　ｃＩ′は、画像平面５
４のＷ軸道及び線０−Ｐ２−によって形成されたものと
相似形の三角形のそれぞれ側部及び底部である。従って
、 ｄ′−／ｄ′＝　［１／ｃｏｓ　　（Ｐｃｈ）］／ｖ２
−または ｃＩ−＝ｄ−／　［ｖ２−＊ｃｏｓ　（Ｐｃｈ）］］＝
Ｃｖ２−−ｖｌ−／ｖ２−＊ｃｏｓ　（Ｐｃｈ）である
。

ｄ−′、ｄは第４ｅ図に垂直方向の点線で示すように高
さｖｌ　”　＊ｃｏｓ　（Ｐｃｈ　）及びｚＯをもつ相
似三角形０−ＰＩ′−Ｑ及び０−ＰＬ−Ｐ２の対応した
部分であるので、 ｚＯ／ｄ＝ｖｌ−＊ｃｏｓ　　（Ｐｃｈ）／ｄ−−及び ｚＯ＝ｃ＝ｄ＊ｖｌ−＊ｖ２−＊ｃｏｓ２（Ｐｃｈ　）
　／　（ｖ２−−ｖ　１−）　　　　　　　（４４）と
表すことができる。

式（４４）は、特徴の二つの連続した画像の画像Ｎｖ−
面５４の垂直座標［ｖｌ−ｖ２−］及び画像・１２面５
４のピッチの関数として天井の高さを与え、車両は画像
間を距離ｄ走行する。ｄ−”とｄとの比率は、相似三角
形０−ＰＩ′〜Ｒ及び０−Ｐｌ−８によりそれぞれ原点
からＰｌ−及びＰｌまでの範囲のＷ成分の比率と同じで
ある。従って、ｗｌ／ｄ＝　［１／ｃｏｓ　　（Ｐｃｈ
　）−ｖ２−＊ｓ　ｉｎ　（Ｐｃｈ　）　］　／ｄ　−
−（４５）であり、これは、 ｗｌ＝ｄ＊ｖ２−＊　　［１−Ｖｌ−＊５ｉｎ（Ｐｃｈ
）＊ｃｏｓ　　（Ｐｃｈ）］／　（ｖ２＝−ｖｌ　−）
を意味している。

従って、本発明は、天井の高さを割り出す同一画像デー
タから推断されるべき範囲を形成する。

追跡天井の特徴からロボット１０の横方向変位は以下の
ようにして得られる。

画像線の傾きをｖ　−／ｕ−＝ｚＯ／　（ｕｃ）＊ｃｏ
ｓ（ＰＣｈ）で表した式（４Ｉ）から、ロボット通路に
対する追跡特徴の横方同位１δ（Ｕ軸座標）は、 ｕＯ−（ｕｌ−／ｖｌ−）＊ｚＯ／ｃｏｓ（Ｐｃｈ　）
　　　　　　　　　　　　　　　　　（４７）ｕｆ）−
（ｕ２　”／ｖ２−）＊ｚＯ／ｃ　ｏｓ（Ｐｃｈ　）　
　　　　　　　　　　　　　　　（４ｇ）である。

上記で説明したように、天井の高さがデータベース、ソ
ーナー読取り値または光学的流れ分析かられかれば、天
井の中心線ＬＯまたは任意の他の測定可能線に対するロ
ボット１０の位置は以下に説明するように廊下座標にお
いて求められ得る。ロボットのピッチおよびヨーも必要
な入力である。

前の説明で示したように、ピッチ及びヨーは消滅点５Ｇ
の画像平面５４の座標から求められ得る。

前に説明したカム壁原点および線ＬＯはエピポーラ（ｅ
ｐｆｐｏｌａｒ）平面として知られた平面を画定する。

この平面と画像平面５４との交点はエピポーラ線を形成
し、このエピポーラ線はＬＯ上の全ての可能な点のスク
リーン画像の軌跡である。エピポーラ線の方向は画像平
面の垂線とエピポーラ平面の垂線とに対して垂直である
。エピポーラ平面に対するカム壁座標における垂線は次
式で与えられる。

Ｅ＝（−ｚｏ、０、Ｘ　Ｏ）　　　　　　　　　（４９
）従って、エピポーラ線の方向はクロス乗積ＥＸＮ＝　
［ｘＣｌｃｃｏｓ　　（Ｙａｗ）＊ｃｏｓ＊（Ｐｃｈ）
ｘＯ＊ｃｏｓ　（Ｐｃｈ）＊ｓ　ｉｎ＊　（Ｙａｗ）＋
ｚＯ＊ｓ　ｉ　ｎ　（Ｐｃｈ　）　−ｚＯ＊ｃｏｓ　（
Ｐｃｈ　）＊　ｃ　ｏ　ｓ　（Ｙａｗ　）　］　　　　
　　　　　　　　（５０）で与えられる。

画像平面座標に変換するため、このベクトルは画像平面
の単位基本ベクトル、すなわちＥｕ＝（ＥｘＮ）（ｄａ
ｔ　）Ｕ及びＥｖ＝　（ＥｘＮ）（ｄａｔ　）　Ｖに投
影され、その結果、Ｅｕ＝ｘＯ＊ｃｏｓ　　（Ｐｃｈ　
）＋ｚＯ＊ｓ　１ｎ（Ｐｃｈ　）　＊　ｓ　ｉ　ｎ　（
Ｙａｗ　）　　　　　　　　　（５１）Ｅｖ＝−ｚｏ＊
ｃ　ｏ　ｓ　（Ｙａｗ　）　　　　　　（５２）が得ら
れる。

従って、Ｕ−Ｖ平面におけるエピポーラ線の傾きは、 Ｅｖ／Ｅｕ＝−ｚｏ＊ｃｏｓ　　（Ｙａ、ｖ）／ｘＯ＊
ｃｏｓ　　（Ｐｃｈ）＋ｚＯ＊ｓｉｎ　　（Ｐｃｈ）＊
ｓ　ｉ　ｎ　（Ｙａｗ　）　　　　　　　　　　　　　
　　（５３）となる。

その結果、線ＬＯからの横方向変位（ｘ　Ｏ）は画像平
面５４」二のＬＯの画像の傾き（ｍ）、天井の高さ（ｚ
Ｏ）、ピッチ及びヨーから次式で求められる。

ｘＱ＝−ｚＱ＊ｃｏｓ　　（Ｙａｗ）／　［ｍ＊ｃｏｓ
（Ｐｃｈ）　］　　−ｚｏ＊ｓ　ｉｎ　　（Ｐｃｈ）　
　＊ｓ　ｉｎ（Ｙａｗ　）　／　ｃ　ｏ　ｓ　　（Ｐｃ
ｈ　）　　　　　　　　　　（５４）具体例 以下例として斜めに向けられたカメラを通して観察した
際の天井に沿ったライトの線に対する方向決め及び横方
向位置を推断するための一連の動作について例示する。

　第３ａ図について説明から、天井の適当に限界法めさ
れた画像においては天井ライト１６は主要な視覚特徴と
して浮き出ている。

第４ｃ図における二本の実線はライｌ−１，６の左側及
び右側の境界線を表している。これらの線は画素座標系
における消滅点［１１，ｊｊ］で収束する。

画素座標系は式（１）、（２）を用いて圧切単位［ｕｕ
、ｖｖ］に変換される。ピッチ角度（Ｐｃｈ　）は式（
２６）で求められ、またヨー角度は式（２７）で求めら
れる。

カメラの−に方の天井の高さ（Ｃ）は順方向走行に対す
る光学的流れを測定することによって測定でき、式（４
４）に記載したようにＣの値が得られる。こうして得ら
れたＣの値または天井の高さのソーナー測定値を用いる
ことによって、中心線からの横方向変位は式（５４）で
与えられる前に得られた値を用いて測定され得る。

代わりに、任意の天井の特徴に対する正確な位置は天井
の高さの測定と一緒に次のように求められる得る。

ｃ＝ｄ＊ｖｌ−＊ｖ２−＊ｃｏｓ　　（Ｐｃｈ）／（ｖ
２＝−ｖｌ−）　　　　　　　　　　　　　（５５）ｕ
＝　（ｕ２−／ｖ２”）＊ｃ／ｃｏｓ　　（Ｐｃｈ　）
ｗ＝ｄ＊ｖ２　　＋　　＊　　［１−ｖｌ　　−＊ｓ　
　ｉ　　ｎ（Ｐｃｈ　　）　　＊ｃ　　ｏ　　ｓ　　（
Ｐｃｈ　　）　　コ　／　　（ｖ２−−ｖｌ　　−）式
（５５）〜（５７）は例えば第１．　ｂ図のデータ処理
装置１８Ｄで容易に解くことができる。各フレーム当り
四つの画像データ点で消滅点Ｐを十分法めることができ
る。演算には、線の交点を求めるため上記×２７トリツ
ク反転が一度適用される。続いてピッチ及びヨーが計算
される。一般に、ピッチは廊下を動いている間は一定の
ままである。また、天井の高さは通常廊下に入る際に一
度計算する必要がある。代わりに、天井の高さはソーナ
ー測定値から求めることもでき、或いはロボットの予期
された通路または環境のマツプに関連して記憶されたデ
ータベースの要素から求めることもでき、それによって
、Ｃを計算する必要が省けることになる。データソース
に関係無く、天井の高さは一般に、計算機能」二の負担
を軽減するようにロボットの通路に沿って十分に長い距
離にわたって一定のままである。ロボットの横方向の偏
位を推断するために通常画素毎ではなくフレーム毎に八
つの乗算７割り算、及び一つの加算機能が必要とされる
。

本発明は玄関や廊下以外の車両環境に適用できることが
認められるべきである。例えば第５図には天井ライト固
定部１６の多数のバンクを備えた環境内にロボット１０
の上面図で示されている。この環境はオフィスビル内の
典型的な室であったりまたは例えば屋内競技場ような大
きな構内であってもよい。二つのライトのバンクの画像
は点Ｐで交差する二つの天井線を形成するように処理さ
れる。

天井線１はライトの一方のバンクの良縁に平行に走って
おり、また天井線２はライトの二つのバンクの短縁に平
行に走っている。ロボット１０の（Ｘ　Ｓｙ）床位置は
各天井線からのずれの量として推断され得る。角度θす
なわち天井線１または２に対する角度方向藻容易に求め
られ得る。

本発明は、天井のような−に方平坦面を備え、そこに天
井ライト固定部のような照射源を配置したような環境に
おいて操縦する走行ロボットのような・車両に関して説
明してきた。しかし、本発明はこれら以外の多数の応用
例や環境に適用できることが認められるべきである。当
業者にとっては上記に例示してきたものを変更すること
ができ、従って、本発明は上記の実施例のみに限定され
るものではなく、特許請求の範囲に記載したように定義
されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、多数の天井固定光源を備えた天井を観察す
るため上向き視野をもつカメラを有する本発明によって
構成され作動する走行ロボットを示すブロック線図、第
１ｂ図は第１ａ図の画像処理装置１８のブロック線図、
第１Ｃ図は、天井関連位置測定値がエラー信号として機
能するフィードバック制御システムを例示するブロック
線図、第２ａ図及び第２ｂ図は天井視覚システムの画像
面を例示する図、第３ａ図、第３ｂ図及び第３Ｃ図は多
数の天井固定部を備えた環境内におけるロボットを示す
図、第４ａ図〜第４ｒ図は天井ライト固定部に対するロ
ボットの位置を数学的に割り出す方法を示すグラフ、第
５図は多数の天井ライト列または配列をもつ環境内に位
置決めされたロボットの上面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車両または車両の投影路上に位置し、一つまたはそ
   れ以上の照射源を配置した表面の像を形成する像形成手
   段と、 上記像形成手段に結合され、一つまたはそれ以上の照射
   源の像内の位置を検出する位置検出手段と、上記位置検
   出手段に結合され、一つまたは複数の検出された照射源
   位置から少なくとも車両位置及び方位情報を発生する手
   段と を有することを特徴とする車両用の操縦関連情報を発生
   する操縦装置。 ２、車両位置及び方位情報発生手段が像内の照射源位置
   に対する車両のオフセット距離及び角変位を測定する手
   段を備えている請求項１に記載の操縦装置。 ３、車両位置及び方位情報発生手段がさらに車両から表
   面までの距離を測定する手段を備えている請求項２に記
   載の操縦装置。 ４、像形成手段が多数の画素から成る二次元像を形成す
   る手段を備えている請求項１に記載の操縦装置。 ５、二次元像を形成する手段がＣＣＤ撮像手段から成る
   請求項４に記載の操縦装置。 ６、二次元像を形成する手段がビディコン手段から成る
   請求項４に記載の操縦装置。 ７、位置検出手段が、二次元像を形成する手段に結合さ
   れ、照射源のほぼ平行な縁部に対応する画素を特定する
   画素特定手段を備えている請求項４に記載の操縦装置。 ８、車両位置及び方位情報発生手段が、画素特定手段に
   結合され、照射源のほぼ平行な縁部に対応する画素から
   の線を投影する投影手段を備え、投影された線の各々の
   交点が二次元像内の消滅点を画定している請求項７に記
   載の操縦装置。 ９、画素特定手段が照射源の中心に対応した一つまたは
   複数の画素を特定するように作動でき、また投影手段は
   、投影された線が消滅点と交差するように照射源の中心
   を画定する一つまたは複数の画素から線を投影するよう
   に作動できる請求項８に記載の操縦装置。 １０、車両位置及び方位情報発生手段がさらに、少なく
   とも照射源の中心に対応した画素から消滅点へ投影され
   た線に対する方位の角度変位及びオフセット距離を測定
   する装置を備えている請求項９に記載の操縦装置。 １１、走行ロボットの順方向通路の上方に配置された天
   井の少なくとも一部の像を形成する像形成手段と、 天井の像形成部分内に配置される少なくとも一つの天井
   ライトの境界を上記像形成部分内に位置決めする位置決
   め手段と、 天井ライトの位置決めされた境界に対するロボットの動
   きの基準軸線を形成する基準軸線形成手段と、 ロボットの基準軸線に対するロボットの位置を測定する
   位置測定手段と を有することを特徴とする走行ロボット用の操縦関連情
   報を発生する操縦装置。 １２、像形成手段が多数の画素から成る二次元像を形成
   する手段を備えている請求項１１に記載の操縦装置。 １３、二次元像を形成する手段がＣＣＤ撮像手段から成
   る請求項１２に記載の操縦装置。 １４、二次元像を形成する手段がビディコン手段から成
   る請求項１２に記載の操縦装置。 １５、さらに、ロボットに対する天井の高さを測定する
   手段を有している請求項１１に記載の操縦装置。 １６、さらに、位置測定手段に結合され、ロボットの動
   きの基準軸線に対してロボットの動きを制御する制御手
   段を有している請求項１１に記載の操縦装置。 １７、一つまたはそれ以上の明確な視覚特徴をもち、少
   なくとも走行ロボットの投影通路上に位置した天井の少
   なくとも一つの像を形成すること、天井の像の範囲内に
   一つまたはそれ以上の明確な視覚特徴を位置決めさせる
   こと、 明確な視覚特徴の境界を検出すること、 検出した境界に対する少なくとも一つの基準線を発生す
   ること、及び 基準線に対する走行ロボットの位置を測定すること から成ることを特徴とする走行ロボット用の操縦関連情
   報を発生する操縦方法。 １８、像の形成行程が、各々天井の対応した部分の少な
   くとも輝度の関数である値をもつ多数の画素を発生する
   ことを含んでいる請求項１７に記載の操縦方法。 １９、位置決め及び検出行程が、天井ライト固定部の位
   置を表す値をもつ一つまたは複数の画素を特定すること
   によって行なわれる請求項１８に記載の操縦方法。 ２０、少なくとも一つの基準線を発生する行程は、検出
   された境界に沿って透視線を投影し、投影された線が消
   滅点で交差するようにすることを含んでいる請求項１７
   に記載の操縦方法。 ２１、位置を測定する行程が、走行ロボットと基準線と
   のずれ距離を測定することを含んでいる請求項１７に記
   載の操縦方法。 ２２、位置を測定する行程が、基準線に対する走行ロボ
   ットの角度方位を測定する行程を含んでいる請求項２１
   に記載の操縦方法。 ２３、車両の少なくとも投影された順方向通路の上方に
   配置され、車両上方に高さｚＯに位置ししかも一つまた
   は複数の照射源を備えた表面の像を形成すること、 照射源の一つの少なくとも二つの対向縁部を検出するこ
   と、 各照射源の中心点と、消滅点と交差する軸線のアライメ
   ントを決める各中心点を通る線とを測定すること、 像上に軸線のアライメントを投影して傾きｍを得ること
   、 軸線のアライメントに対する車両の方位のピッチ（Ｐｃ
   ｈ）成分とヨー（Ｙａｗ）成分とを測定すること、及び 軸線のアライメントからの車両の横方向変位ｘＯを、式
   ｘＯ＝−ｚＯ＊ｃｏｓ（Ｙａｗ）／［ｍ＊ｃｏｓ（Ｐｃ
   ｈ）］−ｚＯ＊ｓｉｎ（Ｐｃｈ）＊ｓｉｎ（Ｙａｗ）／
   ｃｏｓ（Ｐｃｈ）に従って決めること から成ることを特徴とする車両用の操縦関連情報を発生
   する操縦方法。 ２４、消滅点が座標ｕｕ及びｖｖ画定され、またピッチ
   成分が、式Ｐｃｈ＝ａｒｃｔａｎ（ｖｖ）に従って決め
   られ、さらにヨー成分が、式Ｙａｗ＝ａｒｃｔａｎ［ｕ
   ｕ＊ｃｏｓ（Ｐｃｈ）］に従って決められる請求項２３
   に記載の操縦方法。