JPH06236209A - 移動体の自動追尾式位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動体が比較的高速に移動する場合であって
も自動追尾可能で高信頼性である移動体の自動追尾式位
置測定装置を提供する。 【構成】 相対移動する物体Ａ，Ｂの一方に発光体２０
が、且つ、他方に撮像手段Ｓが設けられ、撮像手段Ｓの
撮像情報に基づいて撮像視野内に発光体２０を捉えるよ
うに、撮像手段Ｓの撮像角度調節手段１１，１２を作動
させる追尾制御手段１００と、撮像角度を検出する撮像
角度検出手段１１ａ，１２ａと、撮像方向に沿って検出
方向を設定して発光体２０までの距離を検出する距離検
出手段１３と、撮像角度情報及び距離検出情報に基づい
て発光体２０の位置を測定する位置測定手段１０１とが
設けられ、距離検出手段１３が発光体２０が撮像視野内
の所定位置にあるときに距離検出作動を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体の自動追尾式位
置測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる移動体の自動追尾式位置測定装置
は、例えば、図８に示すように、電子セオドライトシス
テムと呼ばれる３次元位置測定装置であって、この３次
元位置測定装置では、従来、移動体１上に設けられた追
尾ターゲット２がコーナーキューブ３によって構成さ
れ、このコーナーキューブ３に向けて、地上側の装置４
から検出用のビーム光５を投射するとともに、コーナー
キューブ３からの反射ビーム光６の一部を装置内蔵のポ
ジションセンサ７に導き、その画面内での反射ビーム光
の２次元位置に応じて、撮像角度変更手段によって縦軸
芯θ周りの旋回動作及び横軸芯φ周りの首振り動作を行
って、反射ビーム光の位置が画面の中心位置になるよう
に追尾制御を行う。そして、この追尾制御により反射ビ
ーム光の位置が画面の中心に位置した状態でコーナーキ
ューブ３からの反射ビーム光６を受光して検出されたコ
ーナーキューブ３（即ち移動体１）までの距離情報と、
上記縦軸芯θ周りの旋回角度及び横軸芯φ周りの首振り
角度情報とに基づいて、移動体１の３次元位置を測定す
るようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、コーナーキューブ３に入射するビーム光の許容入
射角（コーナーキューブ表面に立てた垂線に対する）
が、コーナーキューブ３の光学特性より実用上±５度程
度に制限されるので、追尾ターゲット２の面が少し傾い
ただけでビーム光がコーナーキューブ３に入射していて
も有効な反射ビーム光が得られないことになる。又、追
尾ターゲット２の大きさ自体も一定サイズに制限される
ことから、例えば追尾ターゲット２が高速で移動した場
合等において、ビーム光が追尾ターゲット２に入射しな
くなる場合も起こりやすい。従って、追尾ターゲット２
を見失わないようにするために移動体１の移動速度が数
Ｋｍ程度に制限され、又、一度追尾ターゲット２を見失
うとその復帰を自動的に行うことができず手動にてビー
ム光の投射方向を再設定する必要があり、従来の移動体
の自動追尾式位置測定装置は実用的なものではなかっ
た。

【０００４】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、移動体が比較的高速に移動する
場合にも自動追尾可能であってその位置測定が可能な移
動体の自動追尾式位置測定装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による移動体の自
動追尾式位置測定装置の第１の特徴構成は、相対移動す
る物体の一方に発光体が、且つ、他方に撮像手段が設け
られ、前記撮像手段の撮像情報に基づいてその撮像視野
内に前記発光体を捉えるように、前記撮像手段の撮像角
度調節手段を作動させる追尾制御手段が設けられ、前記
撮像手段が設けられている物体側に、前記撮像手段の撮
像角度を検出する撮像角度検出手段と、前記撮像手段の
撮像方向に沿って検出方向を設定した状態で前記発光体
までの距離を検出する距離検出手段と、前記撮像角度検
出手段及び前記距離検出手段の情報に基づいて、前記発
光体の位置を測定する位置測定手段とが設けられ、前記
距離検出手段は、前記発光体が前記撮像手段の撮像視野
内の所定位置にあるときに距離検出を行うように構成さ
れている点にある。

【０００６】又、第２の特徴構成は、前記発光体を発光
させる発光駆動装置が、間欠的に発光駆動するように構
成され、前記撮像手段が、前記発光駆動装置によって間
欠的に発光駆動される前記発光体の発光タイミングに同
期して、撮像作動を行うように構成されているいる点に
ある。

【０００７】又、第３の特徴構成は、前記距離検出手段
によって検出された前記発光体までの距離情報に基づい
て、前記撮像手段の撮像倍率を変更するズーム手段が設
けられている点にある。

【０００８】

【作用】本発明の第１の特徴構成によれば、相対移動す
る物体の一方に設けられた発光体が、相対移動する物体
の他方に設けられた撮像手段によって撮像され、この撮
像情報に基づいて、撮像手段側の追尾制御手段が、撮像
視野内に発光体を捉えるように撮像手段の撮像角度調節
手段を作動させる。そして、この追尾制御によって発光
体が撮像視野内の所定位置に位置したときに、撮像手段
の撮像方向に沿って検出方向を設定した距離検出手段が
発光体までの距離を検出するとともに、撮像手段の撮像
角度が検出され、この発光体までの距離情報及び撮像角
度の情報とに基づいて、発光体の位置が測定される。

【０００９】又、第２の特徴構成によれば、発光体が間
欠的に発光する一方、撮像手段が、発光体の発光タイミ
ングに同期して撮像作動を行い、そして、この撮像情報
に基づいて、上記と同様の発光体の追尾制御及び発光体
の位置測定が実行される。

【００１０】又、第３の特徴構成によれば、ズーム手段
が上記検出された発光体までの距離情報に基づいて撮像
手段の撮像倍率を変更するように作動する。

【００１１】

【発明の効果】本発明の第１の特徴構成によれば、発光
体を含む比較的広い範囲を撮像した撮像情報によって、
発光体（即ち追尾ターゲット）の位置を検出しているの
で、従来のように（図８参照）、例えば、追尾ターゲッ
トに向けてビーム光を投射してその反射光によって追尾
ターゲットの位置検出を行うものに比べて、追尾ターゲ
ットが比較的高速に移動した場合にも追尾ターゲットを
見失うおそれがなく、撮像視野内に追尾ターゲットを捉
える追尾制御が可能になるとともに、仮に追尾ターゲッ
トを見失った場合にもその撮像視野内に追尾ターゲット
を捉えるように自動復帰することが比較的容易にでき
る。そして、上記自動追尾された状態における検出距離
情報と角度情報とによって、発光体（即ち追尾ターゲッ
ト）の位置測定を確実に行うことができる。もって、高
信頼性かつ実用的な移動体の自動追尾式位置測定装置が
得られる。

【００１２】又、第２の特徴構成によれば、発光体の発
光タイミングに同期して撮像作動が行われ、このタイミ
ング以外の時点で発光する外乱光の影響が除去でき、も
って、一層信頼性の高い移動体の自動追尾式位置測定装
置が得られる。

【００１３】又、第３の特徴構成によれば、例えば、発
光体までの距離が近くなると撮像倍率を低くする一方、
距離が遠くなると撮像倍率を高くするようにズーム手段
を作動させることにより、撮像視野内での発光体の大き
さを所定サイズに維持することができ、もって、追尾制
御及び位置測定の精度向上が可能になる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１に示すように、相対移動する物体の一方とな
る作業車Ａ（詳細は省略）側に、発光体としての電球２
０が設置され、一方、この電球２０を含む所定範囲を撮
像する撮像手段としてのイメージセンサＳが、地上側に
固定された他方の物体である自動追尾式位置測定装置Ｂ
に設置されている。

【００１５】前記自動追尾式位置測定装置Ｂには、前記
電球２０までの距離を検出する距離検出手段としてのレ
ーザ測長器１３が、前記イメージセンサＳの撮像方向に
沿ってその検出方向を設定した状態で設置されるととも
に、イメージセンサＳとレーザ測長器１３とは、設置台
９上に一体のものとして固定設置されている。又、この
設置台９を縦軸芯θ周りに旋回させる旋回用モータ１１
と、設置台９を横軸芯φ周りに首振り動作させる首振り
用モータ１２とが設けられている。従って、この旋回用
モータ１１及び首振り用モータ１２によって、前記イメ
ージセンサＳの撮像角度を調節する撮像角度調節手段１
１，１２が構成される。尚、上記旋回用モータ１１及び
首振り用モータ１２には、夫々エンコーダ１１ａ，１２
ａが内蔵されており（図３参照）、このエンコーダ１１
ａ，１２ａの情報に基づいてイメージセンサＳの撮像角
度（撮像方向）が検出されるようになっている。従っ
て、前記エンコーダ１１ａ，１２ａによって、前記イメ
ージセンサＳの撮像角度を検出する撮像角度検出手段１
１ａ，１２ａが構成される。

【００１６】前記電球２０は、前記作業車Ａに立設した
円柱１９の先端部に設置され、この円柱１９の外周面に
は、前記レーザ測長器１３から投射される距離検出用の
ビーム光１７をその入射方向へ向けて反射する反射シー
ト１９ａが形成されている。又、前記作業車Ａ側には、
前記電球２０を発光させる発光駆動装置としての発光用
電源２２が設けられ、この発光用電源２２は間欠的に発
光駆動するように構成されている。従って、電球２０
は、発光用電源２２によって間欠的に発光駆動されるこ
とになる。

【００１７】図２に示すように、前記イメージセンサＳ
は、光学系を構成する電動ズームレンズ１４と分光光学
系２３、及び撮像部である電子シャッター搭載の白黒式
のＣＣＤセンサ１５からなる。電動ズームレンズ１４に
は、フォーカス駆動モータ３３と、フォーカス位置検出
センサである第１ポテンショメータ３４と、ズーム駆動
モータ３５と、ズーム位置検出センサである第２ポテン
ショメータ３６とが設けられている。又、分光光学系２
３には、光学フィルター２４と、ハーフミラー２５とが
設けられている。そして、電動ズームレンズ１４及び分
光光学系２３を通過した電球２０からの光が、ＣＣＤセ
ンサ１５に設けられた撮像素子であるＣＣＤ素子２７上
に結像するように構成されるとともに、電球２０からの
光のうちハーフミラー２５によって一部反射された光
が、光センサ２６に入射するように構成されている。
尚、光学フィルター２４は、電球２０の発光波長に対し
て透過率が大きくなるようにしてある。

【００１８】次に、図３に基づいて、制御構成について
説明すれば、撮像角度コントローラ４９、イメージセン
サコントローラ５０、レーザ測長器コントローラ５１、
及び、これらのコントローラ４９，５０，５１を制御す
るメインコントローラＣが設けられている。前記撮像角
度コントローラ４９には、前記エンコーダ１１ａ，１２
ａからの前記イメージセンサＳの撮像角度情報が入力さ
れるとともに、前記旋回用モータ１１及び首振り用モー
タ１２に対する駆動信号が出力されている。前記イメー
ジセンサコントローラ５０には、前記ＣＣＤセンサ１５
の撮像情報、前記光センサ２６の検出情報、前記第１ポ
テンショメータ３４及び第２ポテンショメータ３６の検
出情報が入力されるとともに、前記ＣＣＤセンサ１５、
前記フォーカス駆動モータ３３及び前記ズーム駆動モー
タ３５に対する駆動信号が出力されている。前記レーザ
測長器コントローラ５１には、前記レーザ測長器１３か
らの距離検出情報が入力されるとともに、前記レーザ測
長器１３に対する制御信号が出力されている。

【００１９】前記メインコントローラＣを利用して、前
記レーザ測長器１３によって検出された前記電球２０ま
での距離情報に基づいて、イメージセンサＳの撮像倍率
を変更するズーム手段１０２が構成されている。即ち、
電球２０までの距離が遠くなるとズーム倍率を上げる一
方、電球２０までの距離が近くなるとズーム倍率を下げ
るように電動ズーム１４のレンズ位置を移動させる制御
を行うことにより、撮像視野内での電球２０の大きさを
適正な大きさに維持するようにしている。具体的に説明
すれば、図４に示すように（図の縦軸は、ズーム駆動モ
ータ３５の駆動電圧（Ｖ）を示す）、距離対レンズ位置
の標準特性Ｍから、電球２０までの距離がＬ（ｍ）であ
るときに適正レンズ位置にするための駆動電圧はｄ
（Ｖ）であり、この適正駆動電圧ｄの上下±１／２Δｄ
の範囲に入るように制御する。更に、前記電球２０の撮
像視野内での移動方向が横方向であるときには、上記標
準特性Ｍに沿った制御経路４０で制御するが、上記移動
方向が遠近方向であるとき、つまり、撮像視野内での電
球２０の位置はあまり変わらずに距離が変わるときに
は、上記標準特性Ｍに沿った制御経路４０よりも急速な
制御経路４１，４２（４１は遠方側への移動時、４２は
接近側への移動時の経路である）にて制御するようにし
ている。これにより、追尾制御の遅れを極力小さくする
ようにしている。

【００２０】又、前記イメージセンサコントローラ５０
は、前記光センサ２６の検出情報を処理して、電球２０
の発光タイミングを検出するように構成されており、こ
れより、前記光センサ２６と前記イメージセンサコント
ローラ５０とを利用して、電球２０からの光を受光して
その発光タイミングを検出するタイミング検出部Ｔが構
成される。具体的に説明すれば、図５に示すように、前
記電球２０からの間欠発光を受光したときの光センサ２
６の出力電圧３０は、昼間時の標準的な周囲光条件での
光センサ２６の出力電圧３１よりも十分に大きいので、
電球２０からの間欠発光に対応する電圧３０のピーク値
と、昼間時の周囲光に対応する電圧３１との間に閾値電
圧Ｔｈを設定し、電球２０からの間欠発光に対応する電
圧３０が上記閾値電圧Ｔｈを越えたとき（ｔ１時）にタ
イミング信号を発生するようにしている。尚、３２は夜
間時での周囲光による光センサ２６の出力電圧を示す。
そして、前記イメージセンサコントローラ５０は、前記
タイミング検出部Ｔからのタイミング情報に基づいて、
前記発光用電源２２によって間欠的に発光駆動される前
記電球２０の発光タイミングに同期して、前記イメージ
センサＳが撮像作動を行うように、イメージセンサＳの
作動を制御する。

【００２１】又、前記メインコントローラＣを利用し
て、前記イメージセンサＳの撮像情報に基づいてその撮
像視野内に前記電球２０を捉えるように、前記旋回用モ
ータ１１及び首振り用モータ１２を作動させる追尾制御
手段１００が構成されている。又、前記メインコントロ
ーラＣは、前記電球２０が前記イメージセンサＳの撮像
視野内の所定位置（後述のレーザ測長可能領域Ｋ内）に
あるときに、前記レーザ測長器１３の距離検出が行われ
るように制御するように構成されている。そして、前記
メインコントローラＣを利用して、前記両エンコーダ１
１ａ，１２ａ及び前記レーザ測長器１３の情報に基づい
て、前記電球２０の位置を測定する位置測定手段１０１
が構成されている。

【００２２】次に、図６に示すタイムチャートによっ
て、前記メインコントローラＣの動作を具体的に説明す
ると、前述のように、電球２０の間欠発光に対応してタ
イミング信号が発生し、このタイミング信号の立ち上が
り時（ｔ１）から、ＣＣＤセンサ１５に搭載の電子シャ
ッターが所定時間ＯＮして撮像作動が実行される。そし
て、得られた撮像情報によって、図７に示すように、そ
の撮像視野２９内での電球２０の位置を計測する処理を
行う。この視野内位置計測では、電球２０に対応する領
域の重心位置Ｇが検出され、この位置Ｇと撮像視野２９
の中心点Ｏとの偏差が判別される。この視野内位置計測
において、上記偏差が大きくて中心点Ｏを含むレーザ測
長可能範囲Ｋ内に位置していない場合（図の最初のｔ１
時）は、その範囲Ｋになるように、前記旋回用モータ１
１及び首振り用モータ１２を作動させるトラッキング制
御を行う。尚、上記レーザ測長可能範囲Ｋは、前記ズー
ム倍率が大きい場合は広く、ズーム倍率が小さい場合は
狭く設定される。そして、上記トラッキング作動のあ
と、レーザ測長を行う。尚、上記偏差が小さくてレーザ
測長可能範囲Ｋ内に位置している場合（図の２番目のｔ
１時）は、トラッキング制御は行わずに直ちにレーザ測
長を行う。

【００２３】そして、上記レーザ測長によって得られた
距離情報と前記エンコーダ１１ａ，１２ａによって得ら
れる撮像角度の情報とに基づいて、前記電球２０（作業
車Ａ）の３次元での位置を測定する位置測定処理を行
う。尚、電球２０に対応する領域の重心位置Ｇが撮像視
野２９の中心点Ｏに正確に位置していないときは、上記
エンコーダ１１ａ，１２ａからの角度情報は、電球２０
の角度位置に対して誤差を含むので、ズーム倍率等に基
づいて補正することになる。

【００２４】〔別実施例〕次に別実施例を列記する。 上記実施例では、相対移動する物体Ａ，Ｂのうち、
発光体２０が設けられる方の物体Ａが移動する一方、撮
像手段Ｓを設けた方の物体Ｂが地上側に固定されて移動
しない場合を例示したが、逆に、発光体２０が設けられ
る方の物体Ａが停止する一方、撮像手段Ｓを設けた方の
物体Ｂが移動するように構成してもよい。又、両物体
Ａ，Ｂが共に移動するように構成してもよい。

【００２５】 上記実施例では、撮像手段Ｓとして、
白黒式のＣＣＤカメラを用いた場合を例示したが、ＣＣ
Ｄカメラ以外に、例えば、ＰＳＤカメラ等を用いてもよ
く、又、白黒式ではなく、カラー式のカメラを用いるよ
うにしてもよい。

【００２６】 上記実施例では、撮像手段Ｓの角度調
節手段１１，１２として、電動モータによって構成した
ものを例示したが、モータに限らず、他のアクチュエー
タを用いることができる。又、上記実施例では、撮像手
段Ｓの角度調節手段であるモータ１１，１２に、エンコ
ーダを内蔵させて撮像角度を検出するように構成した
が、モータ１１，１２とは別体に、例えば、ポテンショ
メータ等の角度検出手段を設けるように構成してもよ
い。

【００２７】 上記実施例では、発光体２０を電球に
よって構成したものを例示したが、これ以外に、例え
ば、ＬＥＤ発光器等を用いるようにしてもよい。

【００２８】 上記実施例では、追尾制御手段１００
が、発光体２０を撮像視野の中心点Ｏを含む所定範囲Ｋ
内に位置させるように制御する場合を例示したが、この
撮像視野内に発光体２０を捉えるときの目標となる所定
範囲Ｋは距離検出手段１３の測長性能等に応じて適宜変
更できる。

【００２９】 上記実施例では、発光体２０の発光タ
イミングに撮像手段Ｓの撮像作動を同期させるために、
発光タイミングを検出するタイミング検出部Ｔを撮像素
子への光のうち一部を分光して別の光センサ２６によっ
て検出させるものを例示したが、このような別の光セン
サ２６を設けずに、撮像情報そのものを処理して発光タ
イミングを検出してもよい。又、上記実施例では、タイ
ミング検出部Ｔを撮像手段側に設けたものを例示した
が、これ以外に、例えば、撮像手段側に同期信号発生手
段を設け、この同期信号発生手段からの同期信号を発光
体２０及び撮像手段Ｓに送信して、夫々間欠発光及び撮
像作動を同期させるように構成することもできる。

【００３０】 上記実施例では、撮像手段Ｓの撮像方
向に沿って検出方向を設定した状態で発光体２０までの
距離を検出する距離検出手段１３として、レーザ測長器
を用いたものを例示したが、距離検出手段１３としては
上記レーザ測長器に限らず他の光式あるいは超音波式等
の距離検出手段が使用可能である。

【００３１】 上記実施例では、ズーム手段１０２に
よって作動されるズーム機構として、電動モータにて駆
動するものを例示したが、電動モータに限らず、他のア
クチュエータにて駆動するズーム機構が適宜使用でき
る。

【００３２】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】自動追尾式位置測定装置の全体構成図

【図２】撮像手段の構成を示す一部断面側面図

【図３】自動追尾式位置測定装置の制御構成を示すブロ
ック図

【図４】ズーム手段の作動を説明する特性図

【図５】発光タイミングの検出作動を説明する図

【図６】制御作動を説明するタイムチャート

【図７】撮像視野内における位置計測処理の説明図

【図８】従来の自動追尾式位置測定装置の全体構成図

【符号の説明】

Ａ 物体 Ｂ 物体 ２０ 発光体 Ｓ 撮像手段 １１，１２ 撮像角度調節手段 １００ 追尾制御手段 １１ａ，１２ａ 撮像角度検出手段 １３ 距離検出手段 １０１ 位置測定手段 ２２ 発光駆動装置 １０２ ズーム手段

フロントページの続き (72)発明者 藤原 正弘 兵庫県明石市魚住町住吉１丁目４番地６ 株式会社コス内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対移動する物体（Ａ），（Ｂ）の一方
   に発光体（２０）が、且つ、他方に撮像手段（Ｓ）が設
   けられ、 前記撮像手段（Ｓ）の撮像情報に基づいてその撮像視野
   内に前記発光体（２０）を捉えるように、前記撮像手段
   （Ｓ）の撮像角度調節手段（１１，１２）を作動させる
   追尾制御手段（１００）が設けられ、 前記撮像手段（Ｓ）が設けられている物体（Ｂ）側に、
   前記撮像手段（Ｓ）の撮像角度を検出する撮像角度検出
   手段（１１ａ，１２ａ）と、前記撮像手段（Ｓ）の撮像
   方向に沿って検出方向を設定した状態で前記発光体（２
   ０）までの距離を検出する距離検出手段（１３）と、前
   記撮像角度検出手段（１１ａ，１２ａ）及び前記距離検
   出手段（１３）の情報に基づいて、前記発光体（２０）
   の位置を測定する位置測定手段（１０１）とが設けら
   れ、 前記距離検出手段（１３）は、前記発光体（２０）が前
   記撮像手段（Ｓ）の撮像視野内の所定位置にあるときに
   距離検出を行うように構成されている移動体の自動追尾
   式位置測定装置。
2. 【請求項２】 前記発光体（２０）を発光させる発光駆
   動装置（２２）が、間欠的に発光駆動するように構成さ
   れ、 前記撮像手段（Ｓ）が、前記発光駆動装置（２２）によ
   って間欠的に発光駆動される前記発光体（２０）の発光
   タイミングに同期して、撮像作動を行うように構成され
   ている請求項１記載の移動体の自動追尾式位置測定装
   置。
3. 【請求項３】 前記距離検出手段（１３）によって検出
   された前記発光体（２０）までの距離情報に基づいて、
   前記撮像手段（Ｓ）の撮像倍率を変更するズーム手段
   （１０２）が設けられている請求項１又は２記載の移動
   体の自動追尾式位置測定装置。