JP5147015B2 - Moving body position detection system - Google Patents
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Description
本発明は、平面上を移動する物体の位置を検出するシステムに関する。 The present invention relates to a system for detecting the position of an object moving on a plane.
従来、建物内において搬送機械、ロボット、人間等の移動体の位置を検出する方法としては、天井カメラ方式、天井ID設置方式、超音波利用方式、RFID利用方式等の方法が知られている。 Conventionally, methods such as a ceiling camera method, a ceiling ID installation method, an ultrasonic wave utilization method, and an RFID utilization method are known as methods for detecting the position of a moving body such as a transport machine, a robot, and a human in a building.
天井カメラ方式は、天井や壁に設置したカメラを用いて、対象物に設置したマークを撮像し、このマークを検出することで位置を割り出す方法である。また、天井ID設置方式は、赤外線を反射するIDマーカを天井に設置し、下方から赤外線を照射してその反射をカメラでとらえることによって、カメラの位置・方向を検出する。しかし、これらの方法は、天井や壁などの構造物が上方にないと成立しない。また、カメラとマークとの間を遮断する物体が存在する場合には検出不能になる。 The ceiling camera system is a method of determining a position by imaging a mark installed on an object using a camera installed on a ceiling or a wall and detecting the mark. The ceiling ID installation method detects the position and direction of the camera by installing an ID marker that reflects infrared rays on the ceiling, irradiating infrared rays from below and capturing the reflection with the camera. However, these methods cannot be established unless a structure such as a ceiling or a wall is located above. Further, when there is an object that blocks between the camera and the mark, the detection becomes impossible.
超音波利用方式は、天井や壁に超音波マイクを複数配置するとともに、対象物に超音波スピーカを設置し、超音波スピーカに発音指令を送ってから超音波マイクでその音が聞こえるまでの時間を計測し、この時間から超音波スピーカと複数の超音波マイク間の距離を割り出し、三角測量によりスピーカの3次元位置を算出する方法である。しかしながら、この方法では、スピーカとマイクとの間に物体が入ると音が遮断されるため、計測不能になる。また、壁や柱で超音波が反射されることで、大きな計測誤差が生じる。 In the ultrasonic usage method, multiple ultrasonic microphones are placed on the ceiling or wall, an ultrasonic speaker is installed on the object, and the time from when the sound generation command is sent to the ultrasonic speaker until the sound is heard by the ultrasonic microphone. Is measured, the distance between the ultrasonic speaker and the plurality of ultrasonic microphones is determined from this time, and the three-dimensional position of the speaker is calculated by triangulation. However, in this method, if an object enters between the speaker and the microphone, the sound is cut off and measurement is impossible. In addition, a large measurement error occurs due to reflection of ultrasonic waves by walls and columns.
RFID方式は、床にRFIDタグを多数配置し、これらのRFIDタグをRFIDレシーバにより受信し、受信したRFIDタグのIDにより検出位置を特定する方法である。しかしながら、一般には、RFIDタグは不連続に検出されるため、RFIDが検出できない位置では、位置を検出することができない。RFIDタグを高密度に敷き詰めることにより、連続に近いタグの検出は可能であるが、コストが増大する上、検出値は数センチ単位に離散的であり、最小でも数センチの分解能でしか位置を特定することができない。 The RFID system is a method in which a large number of RFID tags are arranged on a floor, these RFID tags are received by an RFID receiver, and a detection position is specified by the ID of the received RFID tag. However, generally, since RFID tags are detected discontinuously, the position cannot be detected at a position where the RFID cannot be detected. Although it is possible to detect near-continuous tags by spreading RFID tags at a high density, the cost increases and the detection values are discrete in units of several centimeters, and the position can be located only with a resolution of several centimeters at the minimum. It cannot be specified.
さらに、上記の各種方式のような建物内の移動体の位置検出に限らず、平面上に配置したパターン(模様)を利用して、平面上を移動する移動体の位置の検出を行う方法が知られている(例えば特許文献1を参照)。 Furthermore, the method of detecting the position of the moving body moving on the plane using a pattern (pattern) arranged on the plane is not limited to the position detection of the moving body in the building as in the above various methods. It is known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1の位置検出システムでは、平面のXY座標値を符号化した符号化パターンが平面上に配置されている。この符号化パターンは、複数の格子状の基準線を備えており、複数のドットが基準線の各交点の位置に関連づけられて配置されている。移動体に備えられた位置検出装置は、移動体が位置する平面上の領域を撮像し、取得した画像を処理して符号化パターンを識別し、この符号化パターンを復元することによって移動体の平面上のXY座標値を得る。
In the position detection system of
特許文献1に示すように、平面上に配置したパターンを利用して、平面上を移動する移動体の位置の検出を行う位置検出システムでは、平面上の各座標値に1つの符号化パターンを対応させているため、パターンの設計の自由度が低いという問題がある。特に、特許文献1の位置検出システムでは、格子状の基準線の交点周辺にドットが配置されるため、格子模様に近いパターンのみしか適用することができない。
As shown in
本発明は、上記の点に鑑み、従来のように平面の座標値に対応させてコード化したパターンを用いずに、平面上に描いたパターンを利用して移動体の位置の検出を行うことのできる移動体位置検出システムを提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention detects the position of a moving body using a pattern drawn on a plane without using a pattern encoded in correspondence with the coordinate value of the plane as in the prior art. An object of the present invention is to provide a movable body position detection system capable of performing the above.
本発明の移動体位置検出システムは、平面上を移動する移動体の位置を検出する移動体位置検出システムであって、前記平面上にランダムに配置された複数のドットからなるドットパターンと、前記ドットパターンにおける個々のドットと前記個々のドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を算出し、前記位置関係と前記個々のドットの前記平面上における座標値とを対応付けて基準特徴量とし、これを基準特徴量データベースに格納する基準特徴量格納手段と、前記移動体に備えられ、前記移動体が位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段が取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出する検出特徴量算出手段と、前記検出特徴量を前記基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と最も一致度の高い基準特徴量を選択し、選択した基準特徴量の座標値を、前記平面上における移動体の現在位置として検出する特徴量照合手段と、を備えたことを特徴とする。 The moving object position detection system of the present invention is a moving object position detection system that detects the position of a moving object that moves on a plane, and includes a dot pattern consisting of a plurality of dots randomly arranged on the plane, Calculating a positional relationship between individual dots in the dot pattern and a plurality of dots positioned around the individual dots, and associating the positional relationship with the coordinate values on the plane of the individual dots to generate a reference feature amount A reference feature quantity storage means for storing the reference feature quantity database in a reference feature quantity database; an imaging means provided in the movable body for imaging a region on a plane on which the movable body is located; and an image acquired by the imaging means The selected dot is selected from a plurality of dots, and the positional relationship between the selected dot and a plurality of dots located around this dot is detected. And a reference feature amount having the highest degree of coincidence with the detected feature amount is selected from the reference feature amount database by comparing the detected feature amount with the reference feature amount database. And a feature value matching means for detecting the coordinate value of the reference feature value as the current position of the moving object on the plane.
また、本発明の請求項2の移動体位置検出システムは、上記請求項1において、前記ドットパターンが、前記平面を複数のブロックに分割し、各ブロック内のランダムな位置にドットを配置することによって作成されたものであることを特徴とする。
The moving body position detection system according to claim 2 of the present invention is the moving object position detection system according to
また、本発明の請求項3の移動体位置検出システムは、上記請求項1又は2において、前記基準特徴量及び検出特徴量が、ドットと該ドットを中心とする所定半径の円の領域内に位置する複数の周辺ドットとを結ぶ各線分の方向からなる配列と、各線分の長さからなる配列を含むことを特徴とする。
The moving body position detection system according to claim 3 of the present invention is the moving body position detection system according to
また、本発明の請求項4の移動体位置検出システムは、上記請求項3において、前記特徴量照合手段が、前記画像中から選択したドットの検出特徴量における線分の数が閾値以上であると判定した場合に、前記ドットの検出特徴量を前記基準特徴量データベースと照合する一方、前記画像中から選択したドットの検出特徴量における線分の数が閾値未満であると判定した場合に、前記ドットの検出特徴量と前記基準特徴量データベースとの照合を行わず、前記検出特徴量算出手段を通じて前記画像中の他のドットを選択することを特徴とする。 The moving body position detection system according to claim 4 of the present invention is the moving body position detection system according to claim 3, wherein the number of line segments in the detected feature amount of the dot selected from the image by the feature amount matching unit is greater than or equal to a threshold value. When it is determined that the number of line segments in the detected feature value of the dot selected from the image is less than a threshold while collating the detected feature value of the dot with the reference feature value database, The detected feature quantity of the dot and the reference feature quantity database are not collated, and other dots in the image are selected through the detected feature quantity calculating means.
また、本発明の請求項5の移動体位置検出システムは、上記請求項1から4のいずれか1つにおいて、前記特徴量照合手段が、前記検出特徴量を、前記基準特徴量データベース中の所定の大きさの照合範囲の基準特徴量と照合することを特徴とする。
The moving object position detection system according to
また、本発明の請求項6の移動体位置検出システムは、上記請求項5において、前記照合範囲が、前記移動体の最高移動速度と前記撮像手段の画像取得時間間隔から決まる前記移動体の移動可能範囲を包含する周辺領域に設定されることを特徴とする。
The moving body position detection system according to claim 6 of the present invention is the moving body position detection system according to
また、本発明の請求項7の移動体位置検出システムは、上記請求項1から6のいずれか1つにおいて、所定位置に固定された固定側装置と、移動体とともに移動し無線通信によって前記固定側装置と通信可能な移動体側装置を備え、前記固定側装置が前記基準特徴量格納手段を有する一方、前記移動体側装置が前記撮像手段、前記検出特徴量算出手段及び前記特徴量照合手段を有することを特徴とする。 A moving body position detection system according to a seventh aspect of the present invention is the moving body position detection system according to any one of the first to sixth aspects, wherein the fixed side device is fixed at a predetermined position, and the fixed body device moves together with the moving body and is fixed by wireless communication. A fixed-side device having the reference feature amount storage unit, while the movable-side device has the imaging unit, the detected feature amount calculating unit, and the feature amount collating unit. It is characterized by that.
本発明の移動体位置検出システムによれば、従来の位置検出システムのように、平面座標値に対応させて符号化したパターンを用いて検出を行う場合と比べて、平面上に配置するパターンの設計の自由度を向上させることができる。 According to the moving body position detection system of the present invention, compared to a case where detection is performed using a pattern encoded in correspondence with a plane coordinate value as in a conventional position detection system, a pattern arranged on a plane is reduced. The degree of freedom in design can be improved.
以下に、添付図面を参照して、本発明の移動体位置検出システムの好適な実施の形態について詳細に説明する。以下では、建物内の床上を移動する移動体が自己の位置を検出する例について説明する。 Exemplary embodiments of a mobile body position detection system according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Below, the example which the mobile body which moves on the floor in a building detects an own position is demonstrated.
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態である移動体位置検出システム1の概念図であり、図2の左図は、床面2上に配置されたドットパターン3の一例を示す図、右図はドットパターン3の一部の領域を撮像した画像の一例を示す図である。また、図3は、移動体位置検出システム1における照合処理の概念図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a conceptual diagram of a moving body
図1に例示される移動体位置検出システム1は、建物内の床面2上に配置されたドットパターン3と、移動体(図示を省略)に備えられ、移動体とともに床面2上を移動する移動体位置検出装置10とから構成されている。ここで、移動体とは、例えば搬送台車、ロボット、人間等である。ドットパターン3は、印刷や描画等の手段によって床面2上にランダムに配置されている。移動体位置検出装置10は、撮像部11と、撮像部11によって撮像された画像を処理することにより移動体の位置検出を行う制御部15とを有している。
A moving body
図3に示すように、移動体位置検出装置10は、移動体の検出を行う前に、床面2上のドットパターン3におけるすべてのドット5の特徴量を予め算出し、これを基準特徴量データベース16に蓄積する。この特徴量は、ドットパターン3における個々のドット5と、個々のドット5の周辺に位置する複数のドット5との位置関係を算出し、算出した位置関係を個々のドット5の床面2上における座標値と対応付けたものである。以下では、これを「基準特徴量」とよぶことにする。
As shown in FIG. 3, the moving body
また、移動体位置検出装置10は、移動体とともに移動する際に、自身が位置する床面2上の領域を撮像し、取得した画像中の複数のドット5から所定のドット5Aを選択し、このドット5Aの特徴量を算出する。この特徴量は、画像中のドット5Aと、ドット5Aの周辺に位置する複数のドット5Bとの位置関係を算出したものである。以下では、これを「検出特徴量」とよぶことにする。
Further, when moving with the moving body, the moving body
そして、移動体検出装置10は、取得画像中のドット5Aの検出特徴量を、予め作成した基準特徴量データベース16と照合し、基準特徴量データベース16から最も一致度の高い基準特徴量を選択し、選択した基準特徴量の座標値を、床面2上における移動体の現在位置として検出する。
Then, the moving
[ドットパターンの作成]
図4−1及び図4−2は、床面2上にドットパターン3を作成する方法の一例を説明するための図である。ドットパターン3を構成する複数のドット5は、原則的にはランダムに打たれたものであるが、まったくランダムにドット5を打つと、撮像部11の撮像領域に最小限度必要な数のドット5が存在しないという事態が生じることもあり得る。このような場合には移動体の位置検出を行うことができなくなるため、床面2上のどの領域を撮像しても画像中に最小限度必要な数のドット5が存在する程度に、床面2上に均一にドット5を打つ必要がある。
[Create dot pattern]
4A and 4B are diagrams for explaining an example of a method for creating the dot pattern 3 on the floor 2. The plurality of
上記の点を考慮して、本実施の形態では、図4−1に示すように、床面2を正方形の複数のブロック(領域)4に分割し、各ブロック4内のランダムな位置に一つのドット5を打つことによって、ドットパターン3を作成する。各ブロック4内にランダムにドット5を打つ方法としては様々な方法が考えられるが、本実施の形態では、各ブロック4を、4のN乗個の正方形の小ブロックに細分化し、各ブロック4に対応してランダムに数値を発生させ、この数値に基づいて一つの小ブロックを選択し、選択した小ブロックの中心にドット5を割り当てる方法を採用している。
In consideration of the above points, in the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the floor surface 2 is divided into a plurality of square blocks (regions) 4, and each block 4 has a random position. A dot pattern 3 is created by hitting two
例えば、最も簡単な例として、図4−2に示すように、ブロックを4つ(4の1乗個)の正方形の小ブロック4a〜4dに分け、ランダムに発生させた数値λijに応じて、小ブロック4a〜4dのいずれか一つにドット5を打つ。ここで、λijにおけるi及びjはブロック4の位置を示す番号であり、iはブロック縦方向の番号、jはブロック横方向の番号である。図4−2に示すように、0<λij≦0.25の範囲であれば、小ブロック4aにドット5を打つ。また、0.25<λij≦0.50の範囲であれば、小ブロック4bにドット5を打つ。また、0.50<λij≦0.75の範囲であれば、小ブロック4cにドット5を打つ。また、0.75<λij≦1.0の範囲であれば、小ブロック4dにドット5を打つ。例えば、図4−1に示すように、λ11は0.78であるから小ブロック4dにドット5が打たれ、λ12は0.32であるから小ブロック4aにドット5が打たれている。これを床面2上の全てのブロック4について行うことにより、ドットパターン3を作成することができる。なお、上記のドットパターン3の作成方法は一例であり、他にも様々な作成方法が考えられる。
For example, as the simplest example, as shown in FIG. 4B, the block is divided into four (four to the power of 4) square
[基準特徴量データベースの作成]
次に、ドットパターン3における個々のドット5の基準特徴量の算出方法について説明する。図5に示すように、算出対象となるドット5aを中心とした所定半径の大きさの円を想定する。以下では、ドット5aを「中心ドット5a」とよぶ。この円の半径は特に限定されないが、本実施の形態では、円の半径をブロック4の1辺の長さの1.25倍としてある。図5に示す例では、中心ドット5aを中心とした円の領域内に、5つの周辺ドット5b1〜5b5がある。
[Create reference feature database]
Next, a method for calculating the reference feature amount of each
次に、中心ドット5aと各周辺ドット5b1〜5b5とを結ぶ5本のアーム(線分)を描き、アーム6a〜6eのいずれか一つのアームを基準として選び、このアームと他の4本のアームとのなす角度から各アーム6a〜6eの方向を求める。さらに、5本のアーム6a〜6eの長さを求める。
Next, draw a five arms connecting the
中心ドット5aと各周辺ドット5b1〜5b5との位置関係は、アーム6a〜6eの数と、各アーム6a〜6eの方向の配列と、各アーム6a〜6eの長さの配列とからなる。図5に示す中心ドット5aを例に示すと、アーム数は5、各アーム6a〜6eの方向の配列は、アーム6aを基準として、(0,90,150,240,300)、各アーム6a〜6eの長さの配列は、ブロック4の一辺の長さを1として、(1,0.5,1.2,0.5,1.2)と表わされる。以下では、アームの方向の配列を、省略して「アーム方向配列」とよび、アームの長さの配列を、省略して「アーム長配列」とよぶ。
Positional relationship between the
床面2上のすべてのドット5について、上述したアームの数、アームの方向の配列、アームの長さの配列を算出し、各ドット5の床面2上の座標値と対応付けたものを、基準特徴量とする。床面2上に配置されたすべてのドット5の基準特徴量は、基準特徴量データベース16に蓄積される。
For all the
[移動体位置検出処理]
次に、移動体位置検出装置10が床面2上の移動体の位置を検出する処理について説明する。図6は移動体位置検出装置10のブロック図である。図6に示すように、移動体位置検出装置10は、撮像部11、ドットパターン作成部12、基準特徴量算出部13、基準特徴量格納部14及び制御部15とから構成されている。
[Moving object position detection processing]
Next, the process in which the moving body
撮像部11は、CCDカメラ等の画像取得装置である。撮像部11は移動体に固定されており、移動体とともに移動しながら、移動体の位置する床面2上の領域を所定の時間間隔で撮像し、図2に示したような画像を取得する。本実施の形態では、高速度カメラを用いて、例えば10ms程度の時間間隔で画像を取得している。また、図1に示すように、撮像部11と床面2との間の距離は数センチメートルであり、照明11aを用いることで、外乱光の影響の少ない画像を取得することができる。
The
ドットパターン作成部12は、床面2上に配置される個々のドット5の位置を算出し、ドットパターン3を作成する。ドットパターン3の作成手順は上述したとおりである。
The dot pattern creation unit 12 calculates the positions of the
基準特徴量算出部13は、ドットパターン作成部12が作成したドットパターン3におけるすべてのドット5の基準特徴量を算出する。基準特徴量の算出手順は上述したとおりである。
The reference feature quantity calculation unit 13 calculates the reference feature quantity of all the
基準特徴量格納部14は、基準特徴量算出部13で算出した個々のドット5の基準特徴量を格納する部位であり、上述した基準特徴量データベース16を有している。
The reference feature
制御部15は、撮像部11によって撮像された画像を処理することにより移動体の床面2上における位置検出を行うものであり、検出特徴量算出部17と特徴量照合部18とを備えている。
The
検出特徴量算出部17は、図3に示すように、撮像部11が取得した画像中の複数のドット5から、画像の中心に近い位置にあるドット5A(以下、これを「中心ドット5A」という)を選択し、選択したドット5Aと、このドット5Aの周辺に位置する複数のドット5Bとの位置関係を、ドット5Aの検出特徴量として算出する。
As shown in FIG. 3, the detection feature
検出特徴量は、上述した基準特徴量の算出方法と同様にして算出する。図3に示す取得画像において、中心ドット5Aを中心とした所定半径の大きさの円を想定する。この円の半径は、基準特徴量を算出した際の円の半径と同じとする。図3に示す例では、中心ドット5Aを中心とした円の領域内に、5つの周辺ドット5B1〜5B5がある。中心ドット5Aと各周辺ドット5B1〜5B5とを結ぶ5本のアーム6A〜6Eを描き、5本のアーム6A〜6Eのいずれか一つのアームを基準として選び、基準となるアームと他の4本のアームとのなす角度θ1〜θ5(θ1は0°)から、各アームの方向を求める。さらに、5本のアーム6A〜6Eの長さL1〜L5を求める。すなわち、中心ドット5Aの検出特徴量は、アーム6A〜6Eの本数と、アーム方向配列(θ1,θ2,θ3,θ4,θ5)と、アーム長配列(L1,L2,L3,L4,L5)とで表される。
The detected feature amount is calculated in the same manner as the reference feature amount calculation method described above. In the acquired image shown in FIG. 3, a circle having a predetermined radius with the
特徴量照合部18は、検出特徴量算出部17で算出した取得画像中におけるドット5Aの検出特徴量を基準特徴量データベース16と照合し、基準特徴量データベース16から、検出特徴量と最も一致度の高い基準特徴量を選択する。そして、選択した基準特徴量の座標値を、床面2上における移動体の現在位置として検出する。
The feature amount collation unit 18 collates the detected feature amount of the
図7〜図10は、上記のように構成した移動体位置検出装置10の制御部15が実行する処理の流れを示すフローチャートである。図7はメインフローチャートであり、図8及び図9は図7のサブフローチャートである。また、図10は図8及び図9のサブフローチャートである。以下、図7〜図10を参照しながら、制御部15が実行する処理手順について説明する。
7-10 is a flowchart which shows the flow of the process which the
移動体位置検出装置10は、図7に示すように、移動体が床面2上の移動を開始した後、所定の時間間隔で移動体の現在位置の検出を繰り返す。移動体の現在位置を検出する手順は、図8に示す手順SUB1と、図9に示す手順SUB2の2通りがある。まず、図8に示す手順について説明する。
As shown in FIG. 7, the moving body
図8に示すように、制御部15は、撮像部11から画像データを取得すると(ステップS11)、画像中の複数のドット5から一つのドット5(中心ドット5A)を選択し、検出特徴量算出部17を通じて、中心ドット5Aの検出特徴量を計算する(ステップS12)。ここで、検出特徴量とは、上述したように、中心ドット5Aと複数の周辺ドット5Bとを結ぶアーム本数、アーム方向配列、アーム長配列である。制御部15は、中心ドット5Aのアーム本数が閾値以上である場合に(ステップS13:Yes)、特徴量照合部18を通じて、中心ドット5Aの検出特徴量を基準特徴量データベース16と照合する(SUB3)。一方、中心ドット5Aにおけるアーム本数が閾値未満の場合には(ステップS13:No)、基準特徴量データベース16と照合せず、画像中の別のドット5を新たに中心ドット5Aとして選択し(ステップS14)、ステップS12に戻って新たに選択した中心ドット5Aの検出特徴量を計算する。ここで、ステップ13におけるアーム本数の閾値は、ドットパターン3のドット5の密度等により適宜設定されるものである。本実施の形態では、アーム本数の閾値を4本としている。
As shown in FIG. 8, when acquiring image data from the imaging unit 11 (step S11), the
ステップS13で、検出特徴量のアーム本数に閾値を設ける理由は、アーム本数が少ないと照合結果が1つに決まる割合が低くなるためであり、計算を高速化することを目的としている。しかしながら、ステップS13は必ずしも設ける必要はなく、ステップS13を省略してもよい。 The reason why the threshold value is provided for the number of arms of the detected feature amount in step S13 is that, when the number of arms is small, the rate at which the collation result is determined as one decreases, and the purpose is to speed up the calculation. However, step S13 is not necessarily provided, and step S13 may be omitted.
検出特徴量を基準特徴量データベースと照合する処理(SUB3)は、図10に示す手順で行う。まず、基準特徴量データベース16から、画像中の中心ドット5Aのアーム方向配列と一致するドットを選ぶ(ステップS41)。
The process of matching the detected feature quantity with the reference feature quantity database (SUB3) is performed according to the procedure shown in FIG. First, a dot that matches the arrangement in the arm direction of the
上述したように、基準特徴量データベース16には、各ドットのアーム方向配列として、特定の基準となるアームと他のアームとのなす角度からなる配列が一種類ずつ格納されている。従って、画像中の中心ドット5Aのアーム方向配列において基準となるアームと、基準特徴量データベース16のドットのアーム方向配列において基準となるアームは必ずしも一致しない可能性がある。そのため、画像中の中心ドット5Aのアーム方向配列として、各アームを基準アームとした配列を作成する。すなわち、図3に示す画像中の中心ドット5Aのようにアーム数が5本の場合には、5本の各アームを基準アームとした5種類のアーム方向配列を作り、この5種類のアーム方向配列を、基準特徴量データベース16のアーム方向配列と照合する。
As described above, the reference
アーム方向配列が一致した場合、アーム方向配列が一致した基準特徴量データベース16のドットのアーム長配列と、画像中の中心ドット5Aのアーム長配列との一致度を求める(ステップS42)。上述したように、基準特徴量データベース16における各ドットのアーム長配列は、特定の基準となるアームから順番にアーム長を並べた配列が一種類ずつ格納されている。このため、アーム長配列の一致度を求める際には、画像中の中心ドット5Aのアーム長の順を並べ替えた配列も作成する。すなわち、図3に示す画像中の中心ドット5Aのようにアーム数が5本の場合には、(L1,L2,L3,L4,L5),(L2,L3,L4,L5,L1,),(L3,L4,L5,L1,L2),(L4,L5,L1,L2,L3),(L5,L1,L2,L3,L4)の5種類のアーム長配列を求め、この5種類のアーム長配列と、基準特徴量データベース16のアーム長配列との一致度を求める。そして、この中から一致度が最も高いものを選ぶ(ステップS43)。
When the arm direction arrangements match, the degree of coincidence between the arm length arrangement of the
アーム長配列の一致度を求める方法の一例として、以下に説明する方法がある。上記の5種類の各アーム長配列をそれぞれの配列の大きさで割って単位ベクトルにする。また、基準特徴量のアーム長配列も配列の大きさで割って単位ベクトルにする。そして、5種類の各アーム長配列(単位ベクトル)と、基準特徴量のアーム長配列(単位ベクトル)との内積を計算し、この内積の値を一致度とする。すなわち、内積の値が最も1に近いものを、最も一致度が高いものとする。なお、アーム長配列の一致度として内積の値を用いることは、あくまでも一例であり、他の方法を用いることもできる。 As an example of a method for obtaining the degree of matching of the arm length arrays, there is a method described below. The above five types of arm length arrays are divided by the size of each array to form a unit vector. Also, the arm length array of the reference feature amount is divided by the array size into a unit vector. Then, the inner product of each of the five types of arm length arrays (unit vectors) and the reference feature amount arm length array (unit vector) is calculated, and the value of the inner products is used as the degree of coincidence. That is, the one with the inner product value closest to 1 is assumed to have the highest degree of coincidence. Note that the use of the inner product value as the matching degree of the arm length array is merely an example, and other methods can be used.
なお、アーム方向配列の照合、及び、アーム長配列の一致度の基準は、画像解像度などに起因する誤差に対する許容範囲を持たせておく。 Note that the collation of the arm direction arrangement and the reference for the degree of coincidence of the arm length arrangements have an allowable range for errors caused by image resolution and the like.
基準特徴量データベースの照合処理SUB3が完了した後、制御部15は、図8に示すように、画像中の中心ドット5Aと一致したものが1つであるか否かを判定する(ステップS15)。一致したものが一つであった場合には(ステップS15:Yes)、基準特徴量データベース16における一致したドットの平面座標値を、移動体の現在位置として検出する(ステップS16)。
After the reference feature database matching process SUB3 is completed, as shown in FIG. 8, the
一方、一致したものが複数あった場合には(ステップS15:No)、照合結果を採用せず、ステップS14に戻って画像中の別のドット5を新たに中心ドット5Aとして選択し、新たに選択した中心ドット5Aの検出特徴量を計算する(ステップS12)。以降、最終的に照合結果が一つに決まるまでステップS12からステップS15までの処理を繰り返す。
On the other hand, if there are a plurality of matches (step S15: No), the collation result is not adopted, the process returns to step S14, and another
以降、撮像部11は、所定の時間間隔で撮像を行い、制御部15は、上述した移動体の現在位置の検出処理S11〜S16を繰り返す。
Thereafter, the
次に、移動体の現在位置を検出する手順として、図9に示す手順を採用した場合について説明する。 Next, a case where the procedure shown in FIG. 9 is adopted as a procedure for detecting the current position of the moving body will be described.
図9に示すように、制御部15は、撮像部11から画像データを取得すると(ステップS21)、画像中の複数のドット5から一つ目のドット5(第1中心ドット5A1)を選択し、検出特徴量算出部17を通じて、第1中心ドット5A1の検出特徴量を計算する(ステップS22)。制御部15は、第1中心ドット5A1におけるアーム本数が閾値以上である場合に(ステップS23:Yes)、特徴量照合部18を通じて、第1中心ドット5A1の検出特徴量を基準特徴量データベース16と照合する(SUB3)。一方、第1中心ドット5A1におけるアーム本数が閾値未満の場合には(ステップS23:No)、基準特徴量データベース16と照合せず、画像中の別のドット5を新たに第1中心ドット5A1として選択し(ステップS24)、ステップS22に戻って新たに選択した第1中心ドット5A1の検出特徴量を計算する。
As shown in FIG. 9, when acquiring image data from the imaging unit 11 (step S21), the
図10に示すSUB3のステップS41〜S43の照合処理を行い、基準特徴量データベース16から、画像中の第1中心ドット5A1と最も一致度の高いドットを選択する。複数のドットが選択された場合には、これらを「一致候補群」とする(ステップS25)。
Performs verification processing of steps S41~S43 of SUB3 shown in FIG. 10, the reference
次いで、制御部15は、画像中の複数のドット5から二つ目のドット5(第2中心ドット5A2)を選択し、検出特徴量算出部17を通じて、第2中心ドット5A2の検出特徴量を計算する(ステップS26)。制御部15は、第2中心ドット5A2におけるアーム本数が閾値以上である場合に(ステップS27:Yes)、特徴量照合部18を通じて、第2中心ドット5A2の検出特徴量を基準特徴量データベース16と照合する(SUB3)。一方、第2中心ドット5A2におけるアーム本数が閾値未満の場合には(ステップS27:No)、基準特徴量データベース16と照合せず、画像中の別のドット5を新たに第2中心ドット5A2として選択し(ステップS28)、ステップS26に戻って新たに選択した第2中心ドット5A2の検出特徴量を計算する。
Next, the
図10に示すSUB3のステップS41〜S43の照合処理を行い、基準特徴量データベース16から、画像中の第2中心ドット5A2と最も一致度の高いドットを選択する。複数のドットが選択された場合には、これらを「一致候補群」とする(ステップS29)。
Performs verification processing of steps S41~S43 of SUB3 shown in FIG. 10, the reference
次いで、制御部15は、ステップS25の第1中心ドット5A1の一致候補群と、ステップS29の第2中心ドット5A2の一致候補群との組み合わせから、適切な組み合わせを選択する(ステップS30)。具体的には、2つのドット間の距離が、取得画像中の第1中心ドット5A1と第2中心ドット5A2との間の距離と等しいものを、最適な組み合わせとして選択する。
Then, the
次いで、制御部15は、最適な組み合わせとして各一致候補群から選択した2つのドットの中点の床面座標値を、移動体の現在位置として検出する(ステップS31)。
Next, the
先に説明したSUB1の処理では、基準特徴量データベース16の照合結果が最終的に一つに決まるまで、画像中の中心ドット5Aを替えて検出特徴量の計算及び照合処理を繰り返し行ったが、後に説明したSUB2の処理では、これらの処理を何回も行う必要がなく、一度の処理で現在位置を特定することが可能である。従って、SUB2の処理は、SUB1の処理と比べて検出時間が速くなるというメリットがある。
In the processing of SUB1 described above, until the matching result of the reference
以上説明したように、本実施の形態の移動体位置検出システム1は、床面2上に配置された複数のドット5からなるドットパターン3と、個々のドット5とこのドット5の周辺に位置する複数のドット5との位置関係を算出し、この位置関係を個々のドット5の床面上の座標値と対応付けて基準特徴量として記憶する基準特徴量データベース16と、移動体が位置する床面2上の領域を撮像する撮像部11と、撮像部11が取得した画像中の複数のドット5から所定の中心ドット5Aを選択し、中心ドット5Aとこの中心ドット5Aの周辺に位置する複数のドット5Bとの位置関係を、ドット5Aの検出特徴量として算出する検出特徴量算出部17と、ドット5Aの検出特徴量を基準特徴量データベース16と照合することにより、ドット5Aの検出特徴量と最も一致度の高い基準特徴量を選び、この基準特徴量の座標値を、床面2上における移動体の現在位置として検出する特徴量照合部18とを備えた構成としている。すなわち、本実施の形態では、ドットパターン3を床面座標値に対応させて符号化する手法を採用しないため、従来の位置検出システムのように床面座標値に対応させて符号化したパターンを用いて検出を行う場合と比べて、床面上のパターンの設計の自由度を向上させることができる。
As described above, the moving body
具体的には、床面座標値に対応させて符号化したパターンを用いて検出を行う場合と比べて、ランダムなドットパターンを床面上に配置することが可能となる。 Specifically, it is possible to arrange a random dot pattern on the floor surface as compared with the case where detection is performed using a pattern encoded corresponding to the floor surface coordinate value.
さらに、従来のように床面座標値に対応させて符号化したドットパターンを用いる場合、床面にドットの大きさ程度の汚れが付着すると、その部分の符号化パターンを復元することができなくなるという問題があったが、本実施の形態の移動体位置検出システムによれば、基準特徴量データベースの中で、付着した汚れにより発生したドットから所定の円内に中心ドットがある基準特徴量について、付着した汚れで発生したドットも加えて基準特徴量を再計算し、更新することで、位置検出機能を維持することができる。 Furthermore, when using a dot pattern encoded corresponding to the floor surface coordinate value as in the past, if the dirt of the dot size is attached to the floor surface, the encoded pattern of that portion cannot be restored. However, according to the moving object position detection system of the present embodiment, in the reference feature value database, the reference feature value having a center dot within a predetermined circle from the dot generated due to the attached dirt. The position detection function can be maintained by recalculating and updating the reference feature amount in addition to the dots generated due to the attached dirt.
さらに、本実施の形態の移動体位置検出システム1によれば、画像の空間解像度にも依存するが、撮像部11のカメラの1画素分に相当する空間長さ以上の精度が期待できる。
Furthermore, according to the moving body
(実施の形態2)
次に、実施の形態2の移動体位置検出システムについて説明する。なお、上記実施の形態1と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
(Embodiment 2)
Next, the moving body position detection system according to the second embodiment will be described. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図11は、実施の形態2の移動体位置検出装置10のブロック図である。上述した実施の形態1では、取得画像中の中心ドット5Aの検出特徴量を、基準特徴量データベース16のすべての基準特徴量と照合し、基準特徴量データベース16全体から最も一致度の高い基準特徴量を選択した。この場合、基準特徴量データベース16の蓄積量が膨大であると計算時間が長くなり、複数のデータが抽出される可能性も高くなる。このため、実施の形態2では、取得画像中の中心ドット5Aの検出特徴量を、基準特徴量データベース16中の所定の大きさの照合範囲の基準特徴量と照合するように構成している。それ以外の構成は実施の形態1と同じである。以下の説明では、基準特徴量データベース16中の所定の大きさの照合範囲にある基準特徴量を、「基準特徴量データリスト20」とよぶ。
FIG. 11 is a block diagram of the moving body
画像中の中心ドット5Aの検出特徴量を上記の基準特徴量データリスト20と照合する場合、基準特徴量データリスト20の大きさ(すなわち照合範囲)が大きいと計算時間が長くなる。このため、照合範囲は必要最小限度の範囲とする。照合範囲をどの程度の大きさにするかは、以下のようにして決めることができる。
When the detected feature amount of the
図12は、床面2上を移動する移動体の軌跡を概念的に示したものである。図12における点P1〜Pnは、撮像部11の画像取得時における移動体の位置、すなわち、移動体の検出位置をそれぞれ表している。撮像部11は、一定の時間間隔で画像を取得する。点P1は移動体の初期位置(移動開始位置)である。また、初期位置P1を中心とした所定半径の円内領域C1は、上述した照合範囲である。この照合範囲C1は、具体的には、次の画像取得時における移動体の位置P2を検索する範囲を意味する。
FIG. 12 conceptually shows the trajectory of the moving body that moves on the floor surface 2. Points P 1 to P n in FIG. 12 respectively represent the position of the moving body at the time of image acquisition by the
図12に示すように、照合範囲C1は、移動体の初期位置P1からの移動可能範囲M1を包含する領域である。移動体の移動可能範囲M1とは、移動体の移動最高速度と画像取得時間間隔から決まる移動体の移動範囲を意味する。具体的な例を挙げて説明すると、撮像部11の画像取得間隔を10ms(100分の1秒)、移動体の移動最高速度を1.0m/sとすると、1回の画像取得間隔10msの間で移動体は10mm進む。この場合、移動体の移動可能範囲M1は、移動体を中心とした半径10mmの円の領域内である。すなわち、移動可能範囲とは、撮像部11が画像を取得してから次の画像を取得するまでの間に移動体が進むことのできる範囲である。従って、照合範囲C1は、移動可能範囲M1よりも大きく設定する必要があるが、図12に示すように、移動可能範囲M1よりも一回り程度大きな領域に設定すれば、次の画像取得時における移動体の位置P2を確実に検出することができる。
As shown in FIG. 12, collation range C 1 is the region encompassing the movable range M 1 from the initial position P 1 of the moving body. The movable range M 1 of the moving body means a moving range of the moving body determined from the maximum moving speed of the moving body and the image acquisition time interval. To explain with a specific example, if the image acquisition interval of the
なお、基準特徴量データベース16中から抽出された基準特徴量データリスト20は、図11に示すように、記憶部19に一時的に格納される。
The reference feature
図13は、上記のように構成した移動体位置検出装置10の制御部15が実行する処理の流れを示すフローチャートである。図13中のSUB1及びSUB2は、図8及び図9に示す手順と同じである。以下、図13を参照しながら、制御部15が実行する手順について説明する。なお、以下ではSUB1の処理のみを説明し、SUB2の処理については説明を省略する。
FIG. 13 is a flowchart showing a flow of processing executed by the
まず、制御部15は、移動体の初期位置P1の検出を行う。初期位置P1の検出処理では、上述した実施の形態1と同様に、基準特徴量データベース16全体と照合する。撮像部11から移動体の初期位置P1の画像データを取得すると(SUB1:ステップS11)、画像中の複数のドットから一つのドット5A(中心ドット5A)を選択し、検出特徴量算出部17を通じて、中心ドット5Aの検出特徴量を計算する(SUB1:ステップS12)。制御部15は、中心ドット5Aのアーム本数が閾値以上である場合に(SUB1:ステップS13:Yes)、特徴量照合部18を通じて、中心ドット5Aの検出特徴量を基準特徴量データベース16と照合する(SUB3)。一方、中心ドット5Aにおけるアーム本数が閾値未満の場合には(SUB1:ステップS13:No)、基準特徴量データベース16と照合せず、画像中の別のドットを新たに中心ドット5Aとして選択し(SUB1:ステップS14)、ステップS12に戻って新たに選択した中心ドット5Aの検出特徴量を計算する。ここで、ステップ13におけるアーム本数の閾値は、実施の形態1と同様に4本としている。
First, the
画像中の中心ドット5Aの検出特徴量を基準特徴量データリスト20と照合する処理(SUB3)は、図10に示す手順で行う。ここでは説明を省略する。基準特徴量データベースの照合処理SUB3が完了した後、制御部15は、図10に示すように、画像中の中心ドット5Aと一致したものが1つであるか否かを判定する(SUB1:ステップS15)。一致したものが一つであった場合には(SUB1:ステップS15:Yes)、基準特徴量データベース16における一致したドットの床F上の平面座標値を現在位置として検出する。この平面座標値を、初期位置P1の現在位置とする(SUB1:ステップS16)。
The process of matching the detected feature quantity of the
一方、一致したものが複数あった場合には(SUB1:ステップS15:No)、照合結果を採用せず、画像中の別のドット5を新たに中心ドット5Aとして選択し(SUB1:ステップS14)、新たに選択した中心ドット5Aの検出特徴量を計算する(SUB1:ステップS12)。以降、最終的に照合結果が一つに決まるまでステップS12からステップS15までの処理を繰り返す。
On the other hand, if there are multiple matches (SUB1: Step S15: No), the matching result is not adopted, and another
制御部15は、移動体の初期位置P1を検出すると、基準特徴量データベース16から、初期位置P1を中心とした照合範囲C1にあるドットの基準特徴量データリスト20を抽出し、これを記憶部19に格納する(図13:ステップS1)。そして、移動体の現在位置(P2)の検出処理を開始する(SUB1)。
When the
制御部15は、撮像部11から画像データを取得すると(SUB1:ステップS11)、画像中の複数のドットから一つのドット(中心ドット5A)を選択し、検出特徴量算出部17を通じて、中心ドット5Aの検出特徴量を計算する(SUB1:ステップS12)。制御部15は、中心ドット5Aにおけるアーム本数が閾値以上である場合に(SUB1:ステップS13:Yes)、特徴量照合部18を通じて、中心ドット5Aの検出特徴量を記憶部19の基準特徴量データリスト20と照合する(SUB3)。一方、中心ドット5Aにおけるアーム本数が閾値未満の場合には(SUB1:ステップS13:No)、基準特徴量データリスト20と照合せず、画像中の別のドット5を新たに中心ドット5Aとして選択し(SUB1:ステップS14)、ステップS12に戻って新たに選択した中心ドット5Aの検出特徴量を計算する。
When acquiring image data from the imaging unit 11 (SUB1: step S11), the
制御部15は、SUB3のステップS41〜ステップS43において照合範囲C1の基準特徴量データリスト20の照合を行い、画像中の中心ドット5Aと一致したものが1つであるか否かを判定する(SUB1:ステップS15)。一致したものが一つであった場合には(SUB1:ステップS15:Yes)、基準特徴量データリスト20の一致したドットの床F上での平面座標値を、移動体の現在位置P2として検出する(SUB1:ステップS16)。
制御部15は、移動体の現在位置P2を検出した後、基準特徴量データベース16から、次の照合範囲C2の基準特徴量データリスト20を抽出し、これを記憶部19に格納する(図13:ステップS1)。以上のようにして、制御部15は、これ以降、移動体の現在位置(P3,P4,・・・,Pn,・・・)の検出処理を繰り返す。
After detecting the current position P 2 of the moving body, the
以上説明したように、実施の形態2の移動体位置検出システム1では、基準特徴量データベース16から移動体の移動可能範囲周辺に絞った照合範囲Cnにあるドットの基準特徴量データリスト20を抽出する。そして、検出特徴量算出部17によって算出された検出特徴量を、照合範囲Cnの基準特徴量データリスト20と照合することにより、検出特徴量と最も一致度の高い基準特徴量を選択し、選択した基準特徴量の座標値を、床面2上における移動体の現在位置Pn+1として検出した後、現在位置Pn+1を中心とした次の照合範囲のPn+1の基準特徴量データリストを抽出する構成としている。上記のように構成したことで、実施の形態1で記載した効果に加えて、移動体の位置検出の計算速度を実施の形態1よりもさらに高速化することができるという効果を奏する。
As described above, in the moving body
(実施の形態3)
次に、実施の形態3の移動体位置検出システム1´について説明する。なお、上記実施の形態1,2と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
(Embodiment 3)
Next, the moving body
図14は、実施の形態3の移動体位置検出システム1´の概念図である。多様なエリアで移動体の位置検出を行うことを想定した場合、それぞれのエリアの床面に固有な基準特徴量データベース16をすべて保有する必要があり、基準特徴量データベース16の蓄積量が膨大になってしまう。また、一つのエリア内のみで検出を行う場合であっても、エリアの床面積が広大な場合には、基準特徴量データベースの蓄積量が膨大となる。そこで、本実施の形態では、移動体位置検出装置10を、建物内の所定位置に固定された固定側装置20と、移動体に備えられた移動体側装置30とで構成し、固定側装置20に建物全体の床面におけるドットパターンの基準特徴量データベース16を格納し、無線通信によって固定側装置20と移動体側装置30との間で各種データの送受信を行う構成としている。なお、ドットパターン3の作成方法、ドットパターン3における各ドットの基準特徴量の算出方法、及び、取得画像中から選択したドットの検出特徴量の算出方法は、実施の形態1,2で説明した方法と同じである。
FIG. 14 is a conceptual diagram of a moving body
以下では、複数箇所のエリアで移動体の位置検出を行う例について説明する。固定側装置20は、複数のエリア(エリア1,エリア2,・・・,エリアm−1,エリアm,・・・)の床面に固有な基準特徴量データベース161,162,・・,16m−1,16m,・・をそれぞれ保持しているものとする。
Below, the example which performs the position detection of a mobile body in the area of several places is demonstrated. The fixed-
図15は、固定側装置20及び移動体側装置30のブロック図である。固定側装置20は、ドットパターン作成部12、基準特徴量算出部13、基準特徴量格納部14a、制御部15a、及び、無線通信部21aを備えている。上述したように、基準特徴量格納部14aには、建物の全フロアの基準特徴量データベース16が格納され、基準特徴量データベース16は、複数エリアの各床面に固有な基準特徴量データベース161,162,・・,16m−1,16m,・・から構成されている。一方、移動体側装置30は、撮像部11、基準特徴量格納部14b、制御部15b、記憶部31、及び、無線通信部21bを備えている。基準特徴量格納部14bは、固定側装置20から送信される1つのエリアの基準特徴量データベース16mを保存することができる程度のメモリを有したものである。
FIG. 15 is a block diagram of the fixed
以下に説明するように、固定側装置20は、基準特徴量データベース16から、移動体の所在エリアの基準特徴量データベース16mを選択し、これを無線通信部21a,21bを介して移動体側装置30に送信する。ここで、「移動体の所在エリア」とは、移動体が現在位置しているエリアを意味する。移動体側装置30は、固定側装置20から受信した移動体の所在エリアの基準特徴量データベース16mを基準特徴量格納部14bに格納する。そして、撮像部11で撮像した画像中の複数のドット5から所定のドット(中心ドット5A)を選択して検出特徴量を算出し、これを上記の移動体の所在エリアの基準特徴量データベース16mの一部の照合範囲と照合することにより、移動体の現在位置を検出する。以下では、移動体の所在エリアの基準特徴量データベース16mから抽出した照合範囲を、基準特徴量データリスト20とよぶ。なお、この基準特徴量データリスト20は、記憶部31に一時的に格納される。
As described below, the fixed-
この実施の形態3においても、上述した実施の形態2と同様に、基準特徴量データリスト20の大きさ(照合範囲)を必要最小限度の範囲としている。「照合範囲」の概念は、実施の形態2で説明した通りである。すなわち、照合範囲Cnとは、次の画像取得時における移動体の位置Pn+1を検索する範囲を意味するものであり、移動体の現在位置Pnからの移動可能範囲Mnを包含する周辺領域である(図12を参照)。
Also in the third embodiment, as in the second embodiment described above, the size (collation range) of the reference feature
図16は、上記のように構成した固定側装置20の制御部15aと、移動体側装置30の制御部15bが実行する処理の流れを示すフローチャートである。移動体の現在位置の検出処理は、実施の形態1,2と同様に図8のSUB1又は図9のSUB2の手順を行う。また、基準特徴量データベースの照合処理も、実施の形態1,2と同様に図10のSUB3の手順を用いる。以下、図12及び図16を参照しながら、制御部15a及び制御部15bが実行する処理手順について説明する。
FIG. 16 is a flowchart showing a flow of processing executed by the control unit 15a of the fixed-
移動体側装置30の制御部15bは、移動体の初期位置P1の画像データを撮像部11から取得すると(ステップS51)、この画像中のドット群の位置データを無線通信によって固定側装置20に送信するとともに、移動体の初期位置P1と、移動体の所在エリアの基準特徴量データベースを要求する(ステップS52)。
Control unit 15b of the movable
画像中のドット群の位置データを受信した固定側装置20の制御部15aは、以下のように移動体の初期位置P1の検出処理を行う(SUB1)。まず、制御部15aは、画像中の複数のドット5から一つのドット5(中心ドット5A)を選択し、検出特徴量算出部17aを通じて、中心ドット5Aの検出特徴量を計算する(SUB1:ステップS12)。固定側装置20の制御部15aは、中心ドット5Aの検出特徴量におけるアーム本数が閾値以上である場合に(SUB1:ステップS13:Yes)、特徴量照合部18aを通じて、中心ドット5Aの検出特徴量を基準特徴量データベース16と照合する(SUB3)。一方、中心ドット5Aにおけるアーム本数が閾値未満の場合には(SUB1:ステップS13:No)、基準特徴量データベース16と照合せず、画像中の別のドット5を新たに中心ドット5Aとして選択し(SUB1:ステップS14)、ステップS12に戻って新たに選択した中心ドット5Aの検出特徴量を計算する。
Control unit 15a of the
検出特徴量を基準特徴量データベース16と照合する処理は、図10のSUB3のステップS41〜S43を行う。
The process of collating the detected feature quantity with the reference
固定側装置20の制御部15aは、SUB3の照合処理を行った後、画像中の中心ドット5Aと一致したものが1つであるか否かを判定する(SUB1:ステップS15)。一致したものが一つであった場合には(SUB1:ステップS15:Yes)、基準特徴量データベース16の一致したドットにおける平面座標値を、移動体の初期位置P1として検出する(SUB1:ステップS16)。そして、制御部15aは、移動体の初期位置P1から移動体の所在エリアを検出する(図16:ステップS62)。
The control unit 15a of the fixed-
固定側装置20の制御部15aは、移動体の初期位置P1及び所定エリアを検出すると、この初期位置データ及び所在エリアの基準特徴量データベース16m−1を移動体側装置30に送信する(ステップS62)。移動体側装置30の制御部15bは、移動体の初期位置データ及び所在エリアの基準特徴量データベース16m−1を受信すると(ステップS53)、所在エリアの基準特徴量データベース16m−1を基準特徴量格納部14bに格納し、この所在エリアの基準特徴量データベース16m−1と初期位置P1から照合範囲を決める(ステップS54)。すなわち、所在エリアの基準特徴量データベース16m−1から、移動体の初期位置P1を中心とした照合範囲C1にあるすべてのドット5の基準特徴量データリスト20を抽出し、この照合範囲C1の基準特徴量データリスト20を記憶部31に一時的に格納する。そして、移動体の現在位置の検出処理を開始する(SUB1)。
Control unit 15a of the
移動体側装置30の制御部15bは、撮像部11から画像データを取得すると(SUB1:ステップS11)、画像中の複数のドット5から一つのドット5(中心ドット5A)を選択し、検出特徴量算出部17bを通じて、中心ドット5Aの検出特徴量を計算する(SUB1:ステップS12)。移動体側装置30の制御部15bは、中心ドット5Aにおけるアーム本数が閾値以上である場合に(SUB1:ステップS13:Yes)、特徴量照合部18bを通じて、中心ドット5Aの検出特徴量を記憶部31の基準特徴量データリスト20と照合する(SUB3)。一方、中心ドット5Aにおけるアーム本数が閾値未満の場合には(SUB1:ステップS13:No)、基準特徴量データリスト20と照合せず、画像中の別のドット5を新たに中心ドット5Aとして選択し(SUB1:ステップS14)、ステップS12に戻って新たに選択した中心ドット5Aの検出特徴量を計算する。
When acquiring the image data from the imaging unit 11 (SUB1: Step S11), the control unit 15b of the
移動体側装置30の制御部15bは、SUB3のステップS41〜ステップS43において照合範囲C1の基準特徴量データリスト20の照合を行い、画像中の中心ドット5Aと一致したものが1つであるか否かを判定する(SUB1:ステップS15)。一致したものが一つであった場合には(SUB1:ステップS15:Yes)、基準特徴量データリスト20の一致したドットの平面座標値を、移動体の現在位置P2として検出する(SUB1:ステップS16)。
Or control unit 15b of the movable
移動体側装置30の制御部15bは、移動体の現在位置P2を検出した後、移動体が所在エリアの境界付近に達したか否かを判定する(ステップS55)。移動体が所在エリアの境界付近に達していない場合には(ステップS55:No)、ステップS54に戻り、所在エリアの基準特徴量データベース16m−1から、移動体の現在位置P2を中心とした照合範囲C2の基準特徴量データリスト20を抽出し、この照合範囲C2の基準特徴量データリスト20を記憶部31に一時的に格納する。移動体側装置30の制御部15bは、以降、移動体の現在位置(P3,P4,・・・,Pn,・・・)の検出処理を繰り返す。
Control unit 15b of the movable
一方、移動体が所在エリアの境界付近に達した場合には(ステップS55:Yes)、移動体側装置30の制御部15bは、現在位置を固定側装置20の制御部15aに送信し、移動体の現在位置周辺の所在エリアの基準特徴量データベース16mを要求する(ステップS56)。
On the other hand, when the moving body reaches the vicinity of the boundary of the location area (step S55: Yes), the control unit 15b of the moving
固定側装置20の制御部15aは、移動体の現在位置周辺の所在エリアの基準特徴量データベース16mを移動体側装置30に送信する(ステップS63)。移動体側装置30の制御部15bは、基準特徴量データベース16mを受信すると(ステップS57)、これを基準特徴量データベース14bに格納し、ステップS54に戻って、所在エリアの基準特徴量データベース16mと現在位置P2から照合範囲C2を決める。以降、上記の処理を繰り返す。
Control unit 15a of the
以上説明したように、実施の形態3の移動体位置検出システム1´は、所定位置に固定された固定側装置20と、移動体とともに移動し無線通信によって固定側装置20と通信可能な移動体側装置30を備え、固定側装置20が基準特徴量データベース16を有する一方、移動体側装置30が撮像部11、検出特徴量算出部17b及び特徴量照合部18bを有した構成としている。上記のように構成したことで、移動体側装置30は基準特徴量データベース16を持たないため、様々なエリアで移動体側装置30を利用することが可能となる。
As described above, the mobile body
また、実施の形態3の移動体位置検出システム1´では、固定側装置20が、基準特徴量データベース16から移動体の所在エリアの基準特徴量データベース16mを選択し、これを無線通信によって移動体側装置30に送信する。一方、移動体側装置30は、固定側装置20から受信した移動体の所在エリアの基準特徴量データベース16mと現在位置とから、移動体の移動可能範囲周辺に絞った照合範囲を決める。そして、検出特徴量算出部17bによって算出された検出特徴量を、上記照合範囲の基準特徴量データリスト20と照合することにより、検出特徴量と最も一致度の高い基準特徴量を選択し、選択した基準特徴量の座標値を、床面上における移動体の現在位置として検出する構成としている。上記のように構成したことで、移動体側装置30は、移動体の所在エリアの基準特徴量データベース16mを保存することができる程度のメモリと、当該所在エリアの基準特徴量データベース16mの中でも移動体の移動可能範囲周辺に絞った照合範囲内で位置検出が行える程度の計算能力を有していればよい。その結果、移動体側装置30の計算負荷が少なくて済むため、位置検出の計算速度を高速化することができる。
Further, in the moving body
なお、上述した実施の形態3では、固定側装置20から移動体側装置30に対して、移動体の所在エリアの基準特徴量データベースを送信したが、送信するデータ量は、移動体装置30側が許容するメモリ容量に依存する。従って、移動体側装置30のメモリ容量が比較的大きい場合には、送信するデータ量を所在エリアよりも広い範囲としてもよい。一方、移動体側装置30のメモリ容量が比較的小さい場合には、送信するデータ量を所在エリアよりも狭い範囲(例えば所在エリア中の部屋の大きさ)とする。
In Embodiment 3 described above, the
また、上述した実施の形態3では、検出特徴量と基準特徴量データリストの照合処理を移動体側装置30で行う構成としたが、検出特徴量と基準特徴量データリストの照合を固定側装置20で行う構成としてもよい。
In the above-described third embodiment, the
さらに、上述した実施の形態1〜3では、本発明の移動体位置検出システムを建物内での搬送台車等の位置検出に適用した例について説明したが、これに限定されるものではなく、一般的な平面上の移動体の位置検出に広く適用することが可能である。 Furthermore, although Embodiment 1-3 mentioned above demonstrated the example which applied the mobile body position detection system of this invention to position detection, such as a conveyance trolley in a building, it is not limited to this, General The present invention can be widely applied to detection of the position of a moving body on a general plane.
1,1´ 移動体位置検出システム
2 床面
3 ドットパターン
4 ブロック
5 ドット
10 移動体位置検出装置
11 撮像部
11a 照明
12 ドットパターン作成部
13 基準特徴量算出部
14,14a,14b 基準特徴量格納部
15,15a,15b 制御部
16 基準特徴量データベース
17,17a,17b 検出特徴量算出部
18,18a,18b 特徴量照合部
20 固定側装置
21a,21b 無線通信部
30 移動体側装置
31 記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記平面上にランダムに配置された複数のドットからなるドットパターンと、
前記ドットパターンにおける個々のドットと前記個々のドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を算出し、前記位置関係と前記個々のドットの前記平面上における座標値とを対応付けて基準特徴量とし、これを基準特徴量データベースに格納する基準特徴量格納手段と、
前記移動体に備えられ、前記移動体が位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段が取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出する検出特徴量算出手段と、
前記検出特徴量を前記基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と最も一致度の高い基準特徴量を選択し、選択した基準特徴量の座標値を、前記平面上における移動体の現在位置として検出する特徴量照合手段と、
を備えたことを特徴とする移動体位置検出システム。 A moving body position detection system for detecting a position of a moving body moving on a plane,
A dot pattern consisting of a plurality of dots randomly arranged on the plane;
Calculating a positional relationship between individual dots in the dot pattern and a plurality of dots positioned around the individual dots, and associating the positional relationship with the coordinate values on the plane of the individual dots to provide a reference feature A reference feature amount storage means for storing the amount in a reference feature amount database;
An imaging means provided in the moving body for imaging a region on a plane on which the moving body is located;
A predetermined dot is selected from a plurality of dots in the image acquired by the imaging unit, and a positional relationship between the selected dot and a plurality of dots positioned around the dot is calculated as a detected feature amount of the selected dot. Detection feature amount calculating means for
By comparing the detected feature amount with the reference feature amount database, the reference feature amount having the highest degree of coincidence with the detected feature amount is selected from the reference feature amount database, and the coordinate value of the selected reference feature amount is Feature amount matching means for detecting the current position of the moving object on a plane;
A moving body position detection system comprising:
前記平面を複数のブロックに分割し、各ブロック内のランダムな位置にドットを配置することによって作成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の移動体位置検出システム。 The dot pattern is
The moving body position detection system according to claim 1, wherein the moving body position detection system is created by dividing the plane into a plurality of blocks and arranging dots at random positions in each block.
ドットと該ドットを中心とする所定半径の円の領域内に位置する複数の周辺ドットとを結ぶ各線分の方向からなる配列と、各線分の長さからなる配列を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の移動体位置検出システム。 The reference feature amount and the detected feature amount are:
An array composed of the direction of each line segment connecting a dot and a plurality of peripheral dots located in a circle area of a predetermined radius centered on the dot, and an array composed of the length of each line segment are included. Item 3. The moving object position detection system according to Item 1 or 2.
前記画像中から選択したドットの検出特徴量における線分の数が閾値以上であると判定した場合に、前記ドットの検出特徴量を前記基準特徴量データベースと照合する一方、
前記画像中から選択したドットの検出特徴量における線分の数が閾値未満であると判定した場合に、前記ドットの検出特徴量と前記基準特徴量データベースとの照合を行わず、前記検出特徴量算出手段を通じて前記画像中の他のドットを選択することを特徴とする請求項3に記載の移動体位置検出システム。 The feature amount matching means includes:
When it is determined that the number of line segments in the detected feature amount of the dot selected from the image is equal to or greater than a threshold, the detected feature amount of the dot is checked against the reference feature amount database,
When it is determined that the number of line segments in the detected feature amount of the dot selected from the image is less than the threshold value, the detected feature amount is not compared with the reference feature amount database. 4. The moving body position detection system according to claim 3, wherein another dot in the image is selected through a calculation unit.
前記検出特徴量を、前記基準特徴量データベース中の所定の大きさの照合範囲の基準特徴量と照合することを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の移動体位置検出システム。 The feature amount matching means includes:
5. The moving body position detection system according to claim 1, wherein the detected feature amount is collated with a reference feature amount of a collation range having a predetermined size in the reference feature amount database. .
前記移動体の最高移動速度と前記撮像手段の画像取得時間間隔から決まる前記移動体の移動可能範囲を包含する周辺領域に設定されることを特徴とする請求項5に記載の移動体位置検出システム。 The collation range is
6. The moving body position detection system according to claim 5, wherein the moving body position detection system is set to a peripheral region including a movable range of the moving body determined from a maximum moving speed of the moving body and an image acquisition time interval of the imaging means. .
前記固定側装置が前記基準特徴量格納手段を有する一方、
前記移動体側装置が前記撮像手段、前記検出特徴量算出手段及び前記特徴量照合手段を有することを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の移動体位置検出システム。 A fixed-side device fixed at a predetermined position, and a mobile-side device that moves with the mobile body and can communicate with the fixed-side device by wireless communication,
While the fixed side device has the reference feature amount storage means,
The mobile body position detection system according to any one of claims 1 to 6, wherein the mobile body side device includes the imaging unit, the detected feature amount calculating unit, and the feature amount collating unit.
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