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JP7569261B2 - Remote Control System - Google Patents
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JP7569261B2 JP2021069316A JP2021069316A JP7569261B2 JP 7569261 B2 JP7569261 B2 JP 7569261B2 JP 2021069316 A JP2021069316 A JP 2021069316A JP 2021069316 A JP2021069316 A JP 2021069316A JP 7569261 B2 JP7569261 B2 JP 7569261B2
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Description

本発明は、遠隔制御システムに関する。 The present invention relates to a remote control system.

地震、洪水、土砂崩れ等による災害復旧工事において、有人の作業機械による作業により二次災害のおそれがある場合に、遠隔操作した無人の作業機械による作業が行われる場合がある。例えば、特許文献1には、作業機械に設置した2台の魚眼カメラ映像を、遠隔操縦室にいるオペレータが装着したヘッドマウントディスプレイ(HMD:Head Mounted Display)に両眼視差を再現して表示する遠隔制御システムが記載されている。
特許文献1に記載される遠隔制御システムによれば、両眼視差があるため、単眼カメラでは得られない奥行感や遠近感が得られる。また、魚眼レンズを用いているために視界が広範囲であり、さらに、ヘッドマウントディスプレイの方向と映像方向とが同期しているため、ヘッドマウントディスプレイを装着した頭を左右に振ることで、見たい方向の映像を見ることができる。
In disaster recovery work following an earthquake, flood, landslide, etc., when there is a risk of secondary disaster due to work using a manned work machine, work may be performed using a remotely operated unmanned work machine. For example, Patent Literature 1 describes a remote control system that reproduces binocular parallax and displays images from two fisheye cameras installed on a work machine on a head mounted display (HMD) worn by an operator in a remote control room.
According to the remote control system described in Patent Document 1, binocular parallax provides a sense of depth and perspective that cannot be obtained with a monocular camera. In addition, a fisheye lens is used, providing a wide field of view, and since the direction of the head-mounted display and the direction of the image are synchronized, the user can view the image in the direction they want by shaking their head wearing the head-mounted display left and right.

特開2018-121195号公報JP 2018-121195 A

しかし、従来のシステムでは、作業機械の遠隔制御において後方確認を行うことが必ずしも簡単ではなかった。魚眼レンズを用いたカメラであっても、前方の上下左右180度までしか撮影できず、作業機械の後方は魚眼レンズを用いたカメラの撮影範囲外になるので、作業機械の後方を撮影することができない。また、後方の一般的な確認方法としては、後方確認用のミラー(バックミラーやサイドミラーなど)による状況把握方法があるが、上記システムのカメラは運転席に設置され、作業機械の後方確認用のミラーも撮影範囲内にあるため、上記のシステムにおいても魚眼レンズで撮影した映像の中の当該ミラーを確認することが可能である。ここで、後方確認用のミラーは、作業の邪魔にならないように正面から少し外れた場所に設置されるのが一般的である。そして、魚眼レンズを用いて撮影した映像は、外周部ほど解像度が低下する。その為、魚眼レンズを用いて撮影した映像越しでの後方確認用のミラーの後方映像は、画質が低く後方確認のための映像としては不十分である。
このような観点から、本発明は、遠隔制御における作業機械の後方確認が容易となる遠隔制御システムを提供する。
However, in conventional systems, it was not necessarily easy to check the rear when remotely controlling a work machine. Even with a camera using a fisheye lens, it can only capture images up, down, left, and right to 180 degrees in the front, and the rear of the work machine is outside the capture range of the camera using a fisheye lens, so it is not possible to capture the rear of the work machine. In addition, a common method of checking the rear is to grasp the situation using a rearview mirror (such as a rearview mirror or side mirror), but since the camera in the above system is installed in the driver's seat and the rearview mirror of the work machine is also within the capture range, it is possible to check the mirror in the image captured by the fisheye lens in the above system. Here, the rearview mirror is generally installed in a location slightly away from the front so as not to interfere with work. And the resolution of the image captured using a fisheye lens decreases toward the outer periphery. Therefore, the rear image of the rearview mirror through the image captured using the fisheye lens has low image quality and is insufficient as an image for rearview confirmation.
From this viewpoint, the present invention provides a remote control system that makes it easy to check the rear of a work machine during remote control.

本発明に係る遠隔制御システムは、作業機械を遠隔操作するための遠隔操作装置と、魚眼レンズを備え、前記作業機械の運転室に設けられる前方ステレオカメラと、魚眼レンズを備え、前記作業機械の後方を撮影する後方カメラと、角度センサを備え、前記前方ステレオカメラおよび前記後方カメラによって撮影した映像を表示するヘッドマウントディスプレイとを有する。
前記前方ステレオカメラが備える魚眼レンズは、円周魚眼レンズであり、前記後方カメラが備える魚眼レンズは、対角魚眼レンズである。
前記前方ステレオカメラが撮像する広範囲の魚眼映像から、前記角度センサが検知した操作者の頭の向きに応じて所望方向の部分映像を抽出し、該部分映像の歪みを補正した補正映像を、前記ヘッドマウントディスプレイに両眼視差を再現して表示する。前記後方カメラが撮像する後方カメラ映像を、小窓形式によって前記補正映像に重ねてまたは含めて表示する。
後方カメラ映像を補正映像に重ねて表示するとは、補正映像のデータが存在する領域に後方カメラ映像を表示することである。後方カメラ映像を補正映像に含めて表示するとは、補正映像のデータが存在しない領域(切り抜いた部分や欄外)に後方カメラ映像を表示することである
発明に係る遠隔制御システムでは、操作者は、後方カメラ映像を介して作業機械の後方の状況を容易に確認することができる。なお、後方カメラ映像は、前方ステレオカメラで撮影した映像の歪みを補正した後の補正映像に重ねてまたは含めて表示されるので、当該歪み補正が後方カメラ映像の画質に影響を及ぼすことはなく、したがって、後方確認のための映像として十分な画質を持たせることができる。
The remote control system according to the present invention comprises a remote operation device for remotely operating a work machine, a forward stereo camera equipped with a fisheye lens and installed in the driver's cab of the work machine , a rear camera equipped with a fisheye lens for capturing images behind the work machine, and a head mounted display equipped with an angle sensor for displaying images captured by the forward stereo camera and the rear camera.
The fisheye lens of the front stereo camera is a circular fisheye lens, and the fisheye lens of the rear camera is a diagonal fisheye lens.
A partial image in a desired direction is extracted from a wide-range fisheye image captured by the front stereo camera in accordance with the direction of the operator's head detected by the angle sensor, and a corrected image in which distortion of the partial image is corrected is displayed on the head-mounted display by reproducing binocular parallax. A rear camera image captured by the rear camera is displayed superimposed on or included in the corrected image in a small window format .
"Overlapping the rear camera image on the corrected image" means displaying the rear camera image in an area where the corrected image data exists. "Including the rear camera image in the corrected image and displaying it" means displaying the rear camera image in an area where the corrected image data does not exist (such as a cutout area or margin) .
In the remote control system according to the present invention, the operator can easily check the situation behind the work machine via the rear camera image. Note that the rear camera image is displayed superimposed on or included in the corrected image obtained by correcting the distortion of the image captured by the front stereo camera, so that the distortion correction does not affect the image quality of the rear camera image, and therefore the image can have sufficient image quality for checking the rear.

前記操作者の頭の向きによらずに前記魚眼映像に対する前記後方カメラ映像の位置を固定して表示してもよい。その場合、前記後方カメラは、前記作業機械が備える後方確認用のミラーに代えてまたは当該ミラーに近接して設置し、前記補正映像の前記後方確認用のミラーに対応する部分に前記後方カメラ映像を表示するのがよい。
このようにすると、魚眼映像の中で作業を行うために重要な正面部分を後方カメラ映像によって邪魔をされることがない。また、操作者は、作業機械に搭乗した場合と同等の後方確認が可能であるので、遠隔操作でありながら作業機械に実際に搭乗している状態により近い状況で操作を行える。また、作業機械の正面方向が分かりやすいという利点もある。
前記操作者の頭の向きに応じて前記魚眼映像に対する前記後方カメラ映像の位置を移動させ、前記補正映像に対する前記後方カメラ映像の位置を固定して表示してもよい。その場合、前記補正映像の縁部付近に前記後方カメラ映像を表示するのがよい。
このようにすると、操作者の頭の向きに関わらずに後方カメラ映像が常に表示される(つまり、操作者の視界から後方カメラ映像が外れることがない)。また、後方カメラ映像の位置を移動させることができるので、魚眼映像の中で視認できない部分が発生しない。
なお、前記魚眼映像に対する前記後方カメラ映像の位置を固定して表示することと、前記魚眼映像に対する前記後方カメラ映像の位置を移動させて表示することを選択可能であってもよい。
このようにすると、操作者が作業の状況に応じて表示方法を選択できるので、遠隔制御がより容易となる。
The position of the rear camera image relative to the fisheye image may be fixed and displayed regardless of the direction of the operator's head. In this case, the rear camera is installed in place of a rearview mirror provided on the work machine or adjacent to the mirror, and the rearview camera image is displayed in a portion of the corrected image that corresponds to the rearview mirror.
In this way, the front area, which is important for performing work in the fisheye image, is not obstructed by the rear camera image. Also, since the operator can check the rear in the same way as if he/she were on board the work machine, the operator can operate the work machine in a situation that is closer to the situation when he/she is actually on board, even though the operation is remote. Another advantage is that it is easy to see which direction is in front of the work machine.
The position of the rear camera image relative to the fisheye image may be moved according to the direction of the operator's head, and the position of the rear camera image relative to the corrected image may be fixed and displayed. In this case, it is preferable to display the rear camera image near the edge of the corrected image.
In this way, the rear camera image is always displayed regardless of the direction of the operator's head (i.e., the rear camera image never leaves the operator's field of vision). In addition, since the position of the rear camera image can be moved, no part of the fisheye image is invisible.
In addition, it may be possible to select between displaying the rear camera image with the position of the rear camera image fixed relative to the fisheye image and displaying the rear camera image with the position of the rear camera image moved relative to the fisheye image.
This allows the operator to select the display method according to the work situation, making remote control easier.

本発明によれば、遠隔制御における作業機械の後方確認が容易である。 The present invention makes it easy to check the rear of a work machine when remotely controlled.

本発明の実施形態に係る遠隔制御システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a remote control system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る遠隔制御システムが備えるカメラの撮像範囲を説明するための図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。1A and 1B are diagrams for explaining the imaging range of a camera provided in a remote control system according to an embodiment of the present invention, where FIG. 魚眼レンズを用いて撮影した映像の歪み補正を説明するための図であり、(a)は被写体の一例であり、(b)は魚眼レンズでの取得画像のイメージ図であり、(c)は歪み補正画像のイメージ図であり、(d)は歪み補正前のイメージセンサ格子を示しており、(e)は歪み補正後のイメージセンサ格子を示している。FIG. 11 is a diagram for explaining distortion correction of an image captured using a fisheye lens, where (a) is an example of a subject, (b) is an image of an image captured with a fisheye lens, (c) is an image of a distortion-corrected image, (d) shows the image sensor grid before distortion correction, and (e) shows the image sensor grid after distortion correction. 魚眼レンズの種類を説明するための図であり、(a)は対角魚眼レンズを説明するための図であり、(b)は円周魚眼レンズを説明するための図である。1A is a diagram illustrating a diagonal fisheye lens, and FIG. 1B is a diagram illustrating a circumferential fisheye lens. ワイプ位置固定方式を説明するための図である。図5(a)は操作者が正面方向を向いた状態で見る映像のイメージであり、(b)は当該状態での各映像の位置関係を説明するための図である。図5(c)は操作者が上方向を向いた状態で見る映像のイメージであり、(d)は当該状態での各映像の位置関係を説明するための図である。図5(e)は操作者が左方向を向いた状態で見る映像のイメージであり、(f)は当該状態での各映像の位置関係を説明するための図である。5 is a diagram for explaining the wipe position fixing method. Fig. 5(a) is an image of an image seen by an operator facing forward, and (b) is a diagram for explaining the positional relationship of each image in that state. Fig. 5(c) is an image of an image seen by an operator facing upward, and (d) is a diagram for explaining the positional relationship of each image in that state. Fig. 5(e) is an image of an image seen by an operator facing left, and (f) is a diagram for explaining the positional relationship of each image in that state. ワイプ位置追従方式を説明するための図である。図6(a)は操作者が正面方向を向いた状態で見る映像のイメージであり、(b)は当該状態での各映像の位置関係を説明するための図である。図6(c)は操作者が上方向を向いた状態で見る映像のイメージであり、(d)は当該状態での各映像の位置関係を説明するための図である。図6(e)は操作者が左方向を向いた状態で見る映像のイメージであり、(f)は当該状態での各映像の位置関係を説明するための図である。6 is a diagram for explaining the wipe position tracking method. Fig. 6(a) is an image of an image seen by an operator facing forward, and (b) is a diagram for explaining the positional relationship of each image in that state. Fig. 6(c) is an image of an image seen by an operator facing upward, and (d) is a diagram for explaining the positional relationship of each image in that state. Fig. 6(e) is an image of an image seen by an operator facing left, and (f) is a diagram for explaining the positional relationship of each image in that state. ヘッドマウントディスプレイの姿勢制御を説明するための図である。1A to 1C are diagrams for explaining attitude control of a head mounted display. ヨー方向の回転による座標変換を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining coordinate transformation by rotation in the yaw direction. ワイプ位置追従方式でのステレオカメラ映像の位置座標の設定を説明するための図であり、(a)はステレオカメラ映像の設定例であり、(b)は基準方向(x軸に対して「0度」の方向)を向いた状態を示し、(c)は左斜め前(x軸に対して反時計回りに「45度」回転した方向)を向いた状態を示している。FIG. 11 is a diagram for explaining the setting of position coordinates of stereo camera images in a wipe position tracking method, in which (a) is an example of setting the stereo camera images, (b) shows a state in which the camera faces the reference direction (a direction of "0 degrees" relative to the x-axis), and (c) shows a state in which the camera faces diagonally forward and to the left (a direction rotated "45 degrees" counterclockwise relative to the x-axis). 後方カメラ映像(ワイプ)に対する位置座標の設定および回転動作後の位置座標の算出を説明するための図であり、(a)は後方カメラのワイプの設定例であり、(b)は基準方向(x軸に対して「0度」の方向)を向いた状態を示し、(c)は左斜め前(x軸に対して反時計回りに「45度」回転した方向)を向いた状態を示している。FIG. 11 is a diagram for explaining the setting of position coordinates for the rear camera image (wipe) and the calculation of position coordinates after a rotation operation, in which (a) is an example of the setting of the wipe of the rear camera, (b) shows a state facing the reference direction (a direction of "0 degrees" relative to the x-axis), and (c) shows a state facing diagonally forward and to the left (a direction rotated "45 degrees" counterclockwise relative to the x-axis).

以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。 Below, the form for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. Each figure is merely a schematic illustration to allow a sufficient understanding of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the illustrated examples. In each figure, common or similar components are given the same reference numerals, and duplicate explanations thereof will be omitted.

<実施形態に係る遠隔制御システムの構成>
図1を参照して、実施形態に係る遠隔制御システム1の構成について説明する。図1は、遠隔制御システム1の概略構成図である。遠隔制御システム1は、作業機械2を遠隔操作するためのシステムである。遠隔制御システム1は、作業機械2を用いる様々な場面で使用することができ、遠隔操作を行う対象の作業機械2の種類や作業機械2を用いて行う作業などは特に限定されない。
図1に示すように、遠隔制御システム1は、主に、作業機械2に搭載される装置類10と、操作室内に設けられる装置類20とで構成される。作業機械2は、例えば平常時には作業員が搭乗して操作することが可能なもの(運転室などを有するもの)を、遠隔操作可能に改造したものであってよい。作業機械2は、例えば建設機械の一種である油圧ショベル(バックホウ)、振動ローラ、ブルドーザ、ダンプトラック、クレーンなどである。
作業機械側の装置類10は、前方ステレオカメラ11と、少なくとも一つ以上(図1では二つ)の後方カメラ12とを含んで構成される。操作室側の装置類20は、遠隔操作装置21と、ヘッドマウントディスプレイ22と、処理装置23とを含んで構成される。なお、作業機械側の装置類10の説明における「前後」、「上下」、「左右」は、図1の矢印に従う。当該方向は、作業機械2に搭乗した作業員(つまり、遠隔操作する操作者)に対応するものである。
遠隔制御システム1は、前方ステレオカメラ11が撮像する広範囲の魚眼映像から、ヘッドマウントディスプレイ22の角度センサが検知した操作者の頭の向きや動きに応じて操作者が所望する領域の部分映像を抽出し、この部分映像の歪みを補正した補正映像をヘッドマウントディスプレイ22に投影する。また、遠隔制御システム1は、後方カメラ12が撮影した後方カメラ映像を小窓形式(ワイプ)によって補正映像に重ねてまたは含めて表示することを特徴とする。後方カメラ映像を補正映像に重ねて表示するとは、補正映像のデータが存在する領域に後方カメラ映像を表示することである。後方カメラ映像を補正映像に含めて表示するとは、補正映像のデータが存在しない領域(切り抜いた部分や欄外)に後方カメラ映像を表示することである。なお、補正映像と後方カメラ映像との関連性を明確にするという意味では、補正映像の領域内に後方カメラ映像を配置するのが望ましい。
<Configuration of remote control system according to embodiment>
The configuration of a remote control system 1 according to an embodiment will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a schematic configuration diagram of the remote control system 1. The remote control system 1 is a system for remotely operating a work machine 2. The remote control system 1 can be used in various situations where the work machine 2 is used, and there are no particular limitations on the type of work machine 2 to be remotely operated or the work to be performed using the work machine 2.
As shown in Fig. 1, the remote control system 1 is mainly composed of devices 10 mounted on a work machine 2 and devices 20 provided in an operation room. The work machine 2 may be, for example, a machine that can be operated by an operator while riding there under normal circumstances (one that has a driver's cab, etc.) that has been modified to be remotely operable. The work machine 2 is, for example, a hydraulic excavator (backhoe), a vibrating roller, a bulldozer, a dump truck, a crane, etc., which are types of construction machinery.
The devices 10 on the work machine side include a forward stereo camera 11 and at least one (two in FIG. 1) rear camera 12. The devices 20 on the control room side include a remote control device 21, a head mounted display 22, and a processing device 23. Note that "front/back,""up/down," and "left/right" in the explanation of the devices 10 on the work machine side follow the arrows in FIG. 1. These directions correspond to the worker on board the work machine 2 (i.e., the operator who remotely controls it).
The remote control system 1 extracts a partial image of a region desired by the operator from a wide range of fisheye images captured by the forward stereo camera 11 according to the direction and movement of the operator's head detected by an angle sensor of the head mounted display 22, and projects a corrected image in which the distortion of the partial image is corrected on the head mounted display 22. The remote control system 1 is also characterized in that the rear camera image captured by the rear camera 12 is displayed superimposed or included in the corrected image in a small window format (wipe). Displaying the rear camera image superimposed on the corrected image means displaying the rear camera image in an area where the data of the corrected image exists. Displaying the rear camera image included in the corrected image means displaying the rear camera image in an area where the data of the corrected image does not exist (a cut-out part or a margin). In terms of clarifying the relationship between the corrected image and the rear camera image, it is desirable to place the rear camera image within the area of the corrected image.

(作業機械側の装置類)
図1を参照して、作業機械側の装置類10について説明する。前方ステレオカメラ11は、左右に並べられた二つのカメラ11aを備える。前方ステレオカメラ11は、例えば作業機械2の運転室に設置され、作業機械2の遠隔操作に用いる映像を撮影する。前方ステレオカメラ11が備える二つのカメラ11a,11aは、平常時において搭乗する操作者の左右の目に相当する。カメラ11aは、作業現場の状況を認識できる解像度を有しており、また、遠隔操作に支障をきたさない程度のフレームレートであるものがよい。カメラ11aは、例えば4K解像度以上のビデオカメラであるのがよい。
前方ステレオカメラ11を構成する各々のカメラ11aは、魚眼レンズを備える。魚眼レンズは、超広角の範囲(例えば、180°)の撮影を可能にするレンズである。前方ステレオカメラ11の撮像範囲K1を図2に示す。図2は、遠隔制御システム1が備えるカメラの撮像範囲を説明するための図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。前方ステレオカメラ11は、超広角の撮像範囲K1を魚眼映像で常時撮像している。魚眼映像は、広範囲の領域を映し出すことができるが、周辺部に行くほど歪みが大きくなる。本実施形態では、この常時撮像している魚眼映像から、操作者の頭の方向に対応する部分映像を抽出し、この部分映像から歪みのない補正映像の作成を行う。なお、他の方法によって補正映像の作成を行うこともできる。補正映像を作成する画像処理は、操作室内に設置された処理装置23で行うことが好ましい。画像処理を、操作室内に設置された処理装置23で行うことにより、画像処理の高速化、作業機械2に設置する装置構成の簡略化、ヘッドマウントディスプレイ22の軽量化を実現することができる。
(Equipment on the work machine side)
The devices 10 on the work machine side will be described with reference to Fig. 1. The front stereo camera 11 is equipped with two cameras 11a arranged on the left and right. The front stereo camera 11 is installed, for example, in the driver's cab of the work machine 2, and captures images used for remote operation of the work machine 2. The two cameras 11a, 11a equipped on the front stereo camera 11 correspond to the left and right eyes of an operator who is on board under normal circumstances. The camera 11a has a resolution that allows the situation at the work site to be recognized, and preferably has a frame rate that does not interfere with remote operation. The camera 11a is preferably a video camera with a resolution of 4K or more, for example.
Each camera 11a constituting the forward stereo camera 11 is equipped with a fisheye lens. The fisheye lens is a lens that enables shooting in a super-wide angle range (for example, 180°). The imaging range K1 of the forward stereo camera 11 is shown in FIG. 2. FIG. 2 is a diagram for explaining the imaging range of the camera equipped in the remote control system 1, (a) is a plan view, and (b) is a side view. The forward stereo camera 11 always captures the super-wide angle imaging range K1 with fisheye images. Although the fisheye image can display a wide range of areas, the distortion becomes larger toward the periphery. In this embodiment, a partial image corresponding to the direction of the operator's head is extracted from the fisheye image that is always captured, and a distortion-free corrected image is created from this partial image. The corrected image can also be created by other methods. The image processing for creating the corrected image is preferably performed by a processing device 23 installed in the operation room. By performing image processing using a processing device 23 installed in the operator's room, it is possible to speed up image processing, simplify the configuration of the device to be installed on the work machine 2, and reduce the weight of the head-mounted display 22.

図3を参照して、魚眼レンズを用いて撮影した映像の歪み補正について説明する。図3は、魚眼レンズを用いて撮影した映像の歪み補正を説明するための図であり、(a)は被写体の一例であり、(b)は魚眼レンズでの取得画像のイメージ図であり、(c)は歪み補正画像のイメージ図であり、(d)は歪み補正前のイメージセンサ格子を示しており、(e)は歪み補正後のイメージセンサ格子を示している。
ここでは説明を容易にするために、被写体として市松模様(碁盤目状の格子の目を色違いに並べた模様)を想定する(図3(a)参照)。魚眼レンズを備えるカメラ(魚眼カメラ)で図3(a)に示す被写体を撮影した場合、図3(b)に示すように取得画像では直線が湾曲して取得される。その為、ヘッドマウントディスプレイ上に表示する際に歪みを補正する必要があり、歪み補正を行うことで図3(c)に示すように被写体が魚眼レンズによって歪む前の状態となる。
一方、図3(d)に示すようにカメラのイメージセンサは格子状になっており、魚眼カメラ取得画像の歪んだ被写体を補正すると、イメージセンサのドットごとに補正がかかる。図3(d)では、中央部のドットに符号D1を付し、端部のドットに符号D2を付している。図3(e)に示すように、歪み補正した画像では、イメージセンサのドットの歪み量は中央部では少なく、端部では大きくなる。つまり、歪み補正した画像では、中央部でのドット密度は大きく、端部でのドット密度は小さくなる。その為、ヘッドマウントディスプレイでの見え方としては、表示される画像の中央部に比べて端部へ行くほど解像度が低くなる。
The distortion correction of an image captured using a fisheye lens will be described with reference to Fig. 3. Fig. 3 is a diagram for explaining the distortion correction of an image captured using a fisheye lens, in which (a) is an example of a subject, (b) is an image of an image captured by the fisheye lens, (c) is an image of a distortion-corrected image, (d) shows the image sensor grid before distortion correction, and (e) shows the image sensor grid after distortion correction.
For ease of explanation, a checkerboard pattern (a checkerboard pattern of different colored checkerboard patterns) is assumed as the subject (see FIG. 3(a)). When the subject shown in FIG. 3(a) is photographed with a camera equipped with a fisheye lens (fisheye camera), straight lines are curved in the acquired image as shown in FIG. 3(b). Therefore, it is necessary to correct the distortion when displaying the image on the head-mounted display, and by performing the distortion correction, the subject returns to the state before it was distorted by the fisheye lens as shown in FIG. 3(c).
On the other hand, as shown in Fig. 3(d), the image sensor of the camera is in a lattice pattern, and when a distorted subject in an image captured by a fisheye camera is corrected, the correction is performed for each dot of the image sensor. In Fig. 3(d), the dots in the center are labeled with the symbol D1, and the dots at the ends are labeled with the symbol D2. As shown in Fig. 3(e), in the distortion-corrected image, the amount of distortion of the dots of the image sensor is small in the center and large at the ends. In other words, in the distortion-corrected image, the dot density is large in the center and small at the ends. Therefore, when viewed on a head-mounted display, the resolution is lower toward the ends compared to the center of the displayed image.

後方カメラ12は、作業機械2の後方確認のために用いる映像を撮影する。後方カメラ12は、後方確認に必要な映像を撮影可能な位置に設置されればよく、例えば後方確認用のミラーに代えてまたは当該ミラーに近接して設置されるのがよい。図2(a)に示すように、本実施形態では、後方カメラ12がサイドミラーの位置に後向きで設置されている。後方カメラ12は、運転席の左右のフレームに固定されている。図2(a)に示すように、右側の後方カメラ12Rは、主に作業機械2の右後方を撮像範囲K2とする。一方、左側の後方カメラ12Lは、主に作業機械2の左後方を撮像範囲K2とする。後方確認を行うのは作業機械2の後進時や旋回時が主となるため、後方カメラ12は、作業機械2の履帯を撮影できる角度で取り付けられるのがよい(図2(b)参照)。
なお、後方カメラ12は、魚眼レンズを備えていてもよい。魚眼レンズには「対角魚眼レンズ」と「円周魚眼レンズ」の2種類があることが知られている。図4を参照して、魚眼レンズの種類の違いを説明する。図4は、魚眼レンズの種類を説明するための図であり、(a)は対角魚眼レンズを説明するための図であり、(b)は円周魚眼レンズを説明するための図である。
図4(a)に示すように、対角魚眼レンズでは、イメージサークルの直径がカメラセンサーの対角線となる。対角魚眼レンズでは、被写体が大きく映る(構成ピクセル数が多い=画質が良い)が、カットされる部分が多くなるので広範囲を見るのには適さない。一方、図4(b)に示すように、円周魚眼レンズでは、被写体が小さく映る(構成ピクセル数が少ない=画質が荒い)が、カットされる部分がないので広範囲を見るのに適している。
作業機械2の操作(特に、建設機械の操作)においては、上下左右に広い視野角を持たせるのが望ましいので、遠隔制御システム1の前方ステレオカメラ11では円周魚眼レンズを使用するのが望ましい。一方、後方確認にはそれほど広い視野角を要求されないので、より画質の良い対角魚眼レンズを使用するのが望ましい。
The rear camera 12 captures images used for rear confirmation of the work machine 2. The rear camera 12 may be installed in a position where it can capture images necessary for rear confirmation, and may be installed, for example, in place of a rear confirmation mirror or adjacent to the mirror. As shown in FIG. 2(a), in this embodiment, the rear camera 12 is installed facing rearward at the position of the side mirror. The rear camera 12 is fixed to the left and right frames of the driver's seat. As shown in FIG. 2(a), the right rear camera 12R mainly captures an image range K2 of the right rear of the work machine 2. On the other hand, the left rear camera 12L mainly captures an image range K2 of the left rear of the work machine 2. Rear confirmation is mainly performed when the work machine 2 is reversing or turning, so the rear camera 12 is preferably attached at an angle that allows it to capture an image of the tracks of the work machine 2 (see FIG. 2(b)).
The rear camera 12 may be equipped with a fisheye lens. It is known that there are two types of fisheye lenses: a diagonal fisheye lens and a circular fisheye lens. The differences between the types of fisheye lenses will be described with reference to Fig. 4. Fig. 4 is a diagram for explaining the types of fisheye lenses, where Fig. 4(a) is a diagram for explaining a diagonal fisheye lens and Fig. 4(b) is a diagram for explaining a circular fisheye lens.
As shown in Fig. 4(a), in a diagonal fisheye lens, the diameter of the image circle is the diagonal line of the camera sensor. With a diagonal fisheye lens, the subject appears large (more pixels = better image quality), but many areas are cut off, so it is not suitable for viewing a wide range. On the other hand, as shown in Fig. 4(b), in a circular fisheye lens, the subject appears small (fewer pixels = lower image quality), but no areas are cut off, so it is suitable for viewing a wide range.
When operating a work machine 2 (particularly when operating a construction machine), it is desirable to have a wide viewing angle in all directions, so it is desirable to use a circular fisheye lens in the forward stereo camera 11 of the remote control system 1. On the other hand, a viewing angle that is as wide is not required for checking the rear, so it is desirable to use a diagonal fisheye lens, which has better image quality.

(操作室側の装置類)
図1を参照して、操作室側の装置類20について説明する。遠隔操作装置21は、作業機械2を遠隔操作するための装置である。図1では遠隔操作装置21としてジョイステック型のコントローラを例示しているが、遠隔操作装置21はこれに限定されるものではない。遠隔操作装置21はフットペダルなどを含んでいてもよい。遠隔操作装置21は、操作者によって入力された作業機械2の操作情報を、例えば処理装置23を介して作業機械2に送信する。
ヘッドマウントディスプレイ22は、前方ステレオカメラ11が撮影した映像(「ステレオカメラ映像」や「魚眼映像」と呼ぶ場合がある)や後方カメラ12が撮影した映像(「後方カメラ映像」と呼ぶ場合がある)を表示する。前方ステレオカメラ11や後方カメラ12が撮影した映像は、例えば処理装置23を介してヘッドマウントディスプレイ22に送信される。
ヘッドマウントディスプレイ22は、操作室内の操作者に装着される。ヘッドマウントディスプレイ22には、前方ステレオカメラ11を構成する二つのカメラ11a,11aからの映像が、ヘッドマウントディスプレイ22の左眼部分と右眼部分とに両眼視差を再現して投影される。つまり、前方ステレオカメラ11は、二個の魚眼レンズにより対象物を異なる角度から撮像しており、操作者は、両眼視差を再現した奥行き感のある画像(3D画像)を見ることができる。すなわち、遠隔制御システム1により、作業機械2の運転室からの視界をほぼリアルタイムで忠実にヘッドマウントディスプレイ22に投影することができる。操作者は、奥行き感のある映像をほぼリアルタイムで見ながら作業することができるため、作業機械2を正確に操作することができる。
また、ヘッドマウントディスプレイ22には、後方カメラ12からの映像(後方カメラ映像)が表示される。後方カメラ映像は、ステレオカメラ映像に重ねてまたはステレオカメラ映像の一部に含めて表示される。後方カメラ映像をステレオカメラ映像に重ねて表示するとは、ステレオカメラ映像のデータが存在する領域に後方カメラ映像を表示することである。後方カメラ映像をステレオカメラ映像に含めて表示するとは、ステレオカメラ映像のデータが存在しない領域(切り抜いた部分や欄外)に後方カメラ映像を表示することである。なお、ステレオカメラ映像と後方カメラ映像との関連性を明確にするという意味では、ステレオカメラ映像の領域内に後方カメラ映像を配置するのが望ましい。後方カメラ映像の表示方法は後記する。
(Equipment in the control room)
The devices 20 in the control room will be described with reference to Fig. 1. The remote control device 21 is a device for remotely controlling the work machine 2. In Fig. 1, a joystick type controller is shown as an example of the remote control device 21, but the remote control device 21 is not limited to this. The remote control device 21 may include a foot pedal or the like. The remote control device 21 transmits operation information for the work machine 2 input by the operator to the work machine 2 via a processing device 23, for example.
The head mounted display 22 displays the images captured by the front stereo camera 11 (sometimes referred to as "stereo camera images" or "fisheye images") and the images captured by the rear camera 12 (sometimes referred to as "rear camera images"). The images captured by the front stereo camera 11 and the rear camera 12 are transmitted to the head mounted display 22 via, for example, a processing device 23.
The head mounted display 22 is worn by an operator in an operating room. Images from the two cameras 11a, 11a constituting the forward stereo camera 11 are projected on the left eye and right eye of the head mounted display 22 while reproducing binocular parallax. That is, the forward stereo camera 11 captures images of an object from different angles using two fisheye lenses, and the operator can see an image (3D image) with a sense of depth that reproduces binocular parallax. That is, the remote control system 1 can faithfully project the field of view from the cab of the work machine 2 onto the head mounted display 22 in almost real time. The operator can work while viewing the image with a sense of depth in almost real time, and therefore can accurately operate the work machine 2.
Further, the head mounted display 22 displays an image from the rear camera 12 (rear camera image). The rear camera image is displayed superimposed on the stereo camera image or included as part of the stereo camera image. Displaying the rear camera image superimposed on the stereo camera image means displaying the rear camera image in an area where the data of the stereo camera image exists. Displaying the rear camera image included in the stereo camera image means displaying the rear camera image in an area where the data of the stereo camera image does not exist (a cut-out part or a margin). In terms of clarifying the relationship between the stereo camera image and the rear camera image, it is desirable to arrange the rear camera image within the area of the stereo camera image. A method of displaying the rear camera image will be described later.

ヘッドマウントディスプレイ22は、図示しない角度センサやジャイロセンサ等を備えており、角度センサやジャイロセンサ等によって操作者の頭の向き、動き等を感知する。感知した操作者の頭の向きや動き等は、ヘッドマウントディスプレイ22に投影する映像との連動に用いられる。なお、ヘッドマウントディスプレイ22が有するセンサの種類や数は、ヘッドマウントディスプレイ22を装着する操作者と投影する映像とを連動させることができるものであれば特に限定されない。
処理装置23は、遠隔制御システム1を統括制御するコンピュータである。処理装置23は、例えば、作業機械2側で撮影した映像をヘッドマウントディスプレイ22に表示する映像表示に関する機能や、遠隔操作装置21を介して入力された操作情報によって作業機械2を制御する遠隔操作に関する機能を備える。処理装置23が備えるこれらの機能は、例えばCPU(Central Processing Unit)が図示しないROM(Read Only Memory)等から所定のプログラムを読み出して実行することにより実現される。処理装置23は、例えばUSB(Universal Serial Bus)やDisplayPortなどによって、遠隔操作装置21、ヘッドマウントディスプレイ22に接続されており、無線通信を介して作業機械側の装置類10と通信する。なお、処理装置23の配置場所は操作室に限定されず、操作室以外の場所に配置することもできる。また、処理装置23の一部の機能を作業機械2が備えるコンピュータが有するように構成することも可能である。
The head mounted display 22 includes an angle sensor, a gyro sensor, etc. (not shown), and detects the direction, movement, etc. of the operator's head by the angle sensor, the gyro sensor, etc. The detected direction, movement, etc. of the operator's head are used to link with the image projected on the head mounted display 22. The type and number of sensors included in the head mounted display 22 are not particularly limited as long as they can link the operator wearing the head mounted display 22 with the image to be projected.
The processing device 23 is a computer that performs overall control of the remote control system 1. The processing device 23 has, for example, a function related to image display for displaying an image captured on the work machine 2 side on the head mounted display 22, and a function related to remote operation for controlling the work machine 2 by operation information input via the remote operation device 21. These functions of the processing device 23 are realized, for example, by a central processing unit (CPU) reading and executing a predetermined program from a read only memory (ROM) (not shown). The processing device 23 is connected to the remote operation device 21 and the head mounted display 22, for example, via a universal serial bus (USB) or a display port, and communicates with the devices 10 on the work machine side via wireless communication. The location of the processing device 23 is not limited to the operation room, and it can be arranged in a place other than the operation room. It is also possible to configure the processing device 23 so that some of the functions of the processing device 23 are possessed by a computer provided in the work machine 2.

<ヘッドマウントディスプレイによる各映像の表示方法>
ヘッドマウントディスプレイ22は、後方カメラ映像を小窓形式(ワイプ)で表示する。後方カメラ映像は、ステレオカメラ映像の邪魔にならない部分に表示する。後方カメラ映像は、ステレオカメラ映像との関係で位置が固定されていてもよいし(例えば、正面を向いた状態での上部などに表示させる)、ステレオカメラ映像との関係で位置が固定されていなくてもよい(例えば、ヘッドマウントディスプレイ22を装着した頭の動きに合わせて追従するように移動させ、どの方向を向いたとしても操作者の視界の同じ位置に表示させる)。前者の方式を「ワイプ位置固定方式」と呼び、後者の方式を「ワイプ位置追従方式」と呼ぶことにする。後方カメラ映像の表示方式は、操作者の好みに合わせて選択可能にするのがよい。
<How each image is displayed using a head-mounted display>
The head mounted display 22 displays the rear camera image in a small window format (wipe). The rear camera image is displayed in a portion that does not interfere with the stereo camera image. The rear camera image may be fixed in position relative to the stereo camera image (for example, displayed at the top when facing forward), or may not be fixed in position relative to the stereo camera image (for example, moved to follow the movement of the head wearing the head mounted display 22, and displayed in the same position in the operator's field of view regardless of the direction the operator faces). The former method is called the "fixed wipe position method" and the latter method is called the "following wipe position method". It is preferable that the display method of the rear camera image be selectable according to the operator's preference.

図5および図6を参照して、ヘッドマウントディスプレイによる映像の表示方法(「ワイプ位置固定方式」と「ワイプ位置追従方式」)について説明する。
(ワイプ位置固定方式)
図5は、ワイプ位置固定方式を説明するための図である。図5(a)は操作者が正面方向を向いた状態で見る映像のイメージであり、(b)は当該状態での各映像の位置関係を説明するための図である。図5(c)は操作者が上方向を向いた状態で見る映像のイメージであり、(d)は当該状態での各映像の位置関係を説明するための図である。図5(e)は操作者が左方向を向いた状態で見る映像のイメージであり、(f)は当該状態での各映像の位置関係を説明するための図である。
図5に示す符号Eはステレオカメラ映像(魚眼映像)を示し、符号WRは右側の後方カメラ映像を映したワイプを示し、符号WLは左側の後方カメラ映像を映したワイプを示している。
ワイプ位置固定方式では、ステレオカメラ映像Eに対して後方カメラ12のワイプWR,WLの位置が固定されている。その為、図5(b),(d),(f)に示すように、操作者が向く方向を変更した場合であっても、ステレオカメラ映像Eに対して後方カメラ12のワイプWR,WLは移動しない。したがって、ステレオカメラ映像Eの中で重要な正面部分をワイプWR,WLで邪魔されることがない。ただし、操作者の向く方向によっては後方カメラ12のワイプWR,WLが視界から外れることがある(図5(f)参照)。
The image display methods ("fixed wipe position method" and "following wipe position method") using a head mounted display will be described with reference to Figs. 5 and 6.
(fixed wipe position method)
Fig. 5 is a diagram for explaining the wipe position fixing method. Fig. 5(a) is an image of an image seen by an operator facing forward, and (b) is a diagram for explaining the positional relationship of each image in that state. Fig. 5(c) is an image of an image seen by an operator facing upward, and (d) is a diagram for explaining the positional relationship of each image in that state. Fig. 5(e) is an image of an image seen by an operator facing left, and (f) is a diagram for explaining the positional relationship of each image in that state.
Reference symbol E in FIG. 5 indicates a stereo camera image (fisheye image), reference symbol WR indicates a wipe showing the image from the right rear camera, and reference symbol WL indicates a wipe showing the image from the left rear camera.
In the fixed wipe position method, the positions of the wipes WR and WL of the rear camera 12 are fixed with respect to the stereo camera image E. Therefore, as shown in Figures 5(b), (d), and (f), even if the operator changes the direction in which he or she faces, the wipes WR and WL of the rear camera 12 do not move with respect to the stereo camera image E. Therefore, the wipes WR and WL do not obstruct the important front portion of the stereo camera image E. However, depending on the direction in which the operator faces, the wipes WR and WL of the rear camera 12 may be out of sight (see Figure 5(f)).

(ワイプ位置追従方式)
図6は、ワイプ位置追従方式を説明するための図である。図6(a)は操作者が正面方向を向いた状態で見る映像のイメージであり、(b)は当該状態での各映像の位置関係を説明するための図である。図6(c)は操作者が上方向を向いた状態で見る映像のイメージであり、(d)は当該状態での各映像の位置関係を説明するための図である。図6(e)は操作者が左方向を向いた状態で見る映像のイメージであり、(f)は当該状態での各映像の位置関係を説明するための図である。
図6に示す符号Eはステレオカメラ映像(魚眼映像)を示し、符号WRは右側の後方カメラ映像を映したワイプを示し、符号WLは左側の後方カメラ映像を映したワイプを示している。
ワイプ位置追従方式では、ステレオカメラ映像Eに対して後方カメラ12のワイプWR,WLの位置が固定されていない。その為、図6(b),(d),(f)に示すように、操作者が向く方向を変更した場合に頭の動きに合わせて後方カメラ12のワイプWR,WLが追従して移動する。したがって、操作者の向く方向によらず後方カメラ12のワイプWR,WLが視界から外れることがない。また、後方カメラ映像の位置を移動させることができるので、ステレオカメラ映像Eの中で視認できない部分が発生しない。
(Wipe position tracking method)
Fig. 6 is a diagram for explaining the wipe position tracking method. Fig. 6(a) is an image of an image seen by an operator facing forward, and Fig. 6(b) is a diagram for explaining the positional relationship of each image in that state. Fig. 6(c) is an image of an image seen by an operator facing upward, and Fig. 6(d) is a diagram for explaining the positional relationship of each image in that state. Fig. 6(e) is an image of an image seen by an operator facing left, and Fig. 6(f) is a diagram for explaining the positional relationship of each image in that state.
Reference symbol E in FIG. 6 indicates a stereo camera image (fisheye image), reference symbol WR indicates a wipe showing the image from the right rear camera, and reference symbol WL indicates a wipe showing the image from the left rear camera.
In the wipe position tracking method, the positions of the wipes WR and WL of the rear camera 12 are not fixed with respect to the stereo camera image E. Therefore, as shown in Fig. 6 (b), (d), and (f), when the operator changes the direction of his/her head, the wipes WR and WL of the rear camera 12 move to follow the head movement. Therefore, the wipes WR and WL of the rear camera 12 do not go out of the field of view regardless of the direction of the operator's head. In addition, since the position of the rear camera image can be moved, no part of the stereo camera image E is invisible.

<後方カメラ映像の設定方法>
図7ないし図10を参照して、ワイプ位置固定方式およびワイプ位置追従方式での後方カメラ映像の設置方法について説明する。
ヘッドマウントディスプレイ22は、加速度センサや地磁気センサ等を備えるため、図7に示すように3軸回転(ロール・ピッチ・ヨー)を検知して自身の姿勢情報を認識可能である(3DoF 制御)。図7は、ヘッドマウントディスプレイ22の姿勢制御を説明するための図である。
(ワイプ位置固定方式)
ワイプ位置固定方式では、ステレオカメラ映像(魚眼映像)、後方カメラ映像ともに座標に定数を与え固定座標とする。これにより、ヘッドマウントディスプレイ22(操作者の頭)を動かしても各映像位置は変化しない。
<How to set up rear camera footage>
A method of installing the rear camera image in the fixed wipe position method and the follow wipe position method will be described with reference to FIG. 7 to FIG.
The head mounted display 22 is equipped with an acceleration sensor, a geomagnetic sensor, etc., and is therefore capable of detecting three-axis rotation (roll, pitch, yaw) and recognizing its own attitude information (3DoF control) as shown in Fig. 7. Fig. 7 is a diagram for explaining the attitude control of the head mounted display 22.
(fixed wipe position method)
In the fixed wipe position method, the coordinates of both the stereo camera image (fisheye image) and the rear camera image are given constants and are fixed, so that the image positions do not change even if the head mounted display 22 (the operator's head) is moved.

(ワイプ位置追従方式)
ワイプ位置追従方式では、ステレオカメラ映像(魚眼映像)には座標に定数を与え固定座標とするが、後方カメラ映像には、座標にヘッドマウントディスプレイ22の角度情報を含んだ変数を与える。すなわち、後方カメラ映像は、固定座標としない。例えば、後方カメラ映像の位置座標にヘッドマウントディスプレイ22の姿勢情報を変数として組み込むことで、ヘッドマウントディスプレイ22を動かして視認方向を変化させても常に後方カメラ映像が表示されるようにする。
ここでは、説明を簡単にするために、二次元座標を用いてヨー方向の回転におけるワイプ位置追従方式の制御を説明する(図8参照)。図8は、ヨー方向の回転による座標変換を説明するための図である。図8に示す二次元座標平面上において、ある点P(x,y)を原点Oを中心に反時計回りにθだけ回転させた新たな点Pの座標(X,Y)は、以下の式で表すことができる。
・X=xcosθ-ysinθ
・Y=xsinθ+ycosθ
(Wipe position tracking method)
In the wipe position tracking method, the coordinates of the stereo camera images (fisheye images) are given constants to make them fixed coordinates, but the coordinates of the rear camera images are given variables including the angle information of the head mounted display 22. In other words, the rear camera images are not set to fixed coordinates. For example, by incorporating the attitude information of the head mounted display 22 as a variable into the position coordinates of the rear camera images, the rear camera images are always displayed even if the viewing direction is changed by moving the head mounted display 22.
For simplicity, the control of the wipe position tracking method in the yaw direction rotation will be described using two-dimensional coordinates (see FIG. 8). FIG. 8 is a diagram for explaining coordinate transformation by yaw direction rotation. On the two-dimensional coordinate plane shown in FIG. 8, the coordinates (X, Y) of a new point P obtained by rotating a point P(x, y) counterclockwise by θ around the origin O can be expressed by the following equation.
・X=xcosθ−ysinθ
・Y=xsinθ+ycosθ

図9を参照して、ステレオカメラ映像E(魚眼映像)に対する位置座標の設定について説明する。図9は、ステレオカメラ映像Eの位置座標の設定を説明するための図であり、(a)はステレオカメラ映像Eの設定例であり、(b)は基準方向(x軸に対して「0度」の方向)を向いた状態を示し、(c)は左斜め前(x軸に対して反時計回りに「45度」回転した方向)を向いた状態を示している。
図9(a)に示すように、視点位置を原点とする座標系で、原点を中心とする半径Rの半球を設定し、この半球の内側にステレオカメラ映像Eを配置する。操作者が基準方向(x軸に対して「0度」の方向)を向いた場合での視認範囲は、例えば図9(b)に示す通りである。操作者がステレオカメラ映像Eの左側を見ようとして、図9(c)に示すようにヘッドマウントディスプレイ22を反時計回りに回転させて視認方向を変えても、ステレオカメラ映像Eは動かずに設定時の状態のままである。
Setting of position coordinates for stereo camera image E (fisheye image) will be described with reference to Fig. 9. Fig. 9 is a diagram for explaining setting of position coordinates for stereo camera image E, in which (a) is a setting example of stereo camera image E, (b) shows a state facing the reference direction (direction of "0 degrees" with respect to the x-axis), and (c) shows a state facing diagonally forward left (direction rotated "45 degrees" counterclockwise with respect to the x-axis).
As shown in Fig. 9(a), in a coordinate system with the viewpoint position as the origin, a hemisphere of radius R centered on the origin is set, and the stereo camera image E is placed inside this hemisphere. When the operator faces the reference direction (the direction of "0 degrees" with respect to the x-axis), the visible range is, for example, as shown in Fig. 9(b). Even if the operator tries to look at the left side of the stereo camera image E and changes the viewing direction by rotating the head mounted display 22 counterclockwise as shown in Fig. 9(c), the stereo camera image E does not move and remains in the set state.

次に、図10を参照して、後方カメラ映像(ワイプW)に対する位置座標の設定および回転動作後の位置座標の算出について説明する。図10は、後方カメラ映像(ワイプW)に対する位置座標の設定および回転動作後の位置座標の算出を説明するための図であり、(a)は後方カメラ12のワイプWの設定例であり、(b)は基準方向(x軸に対して「0度」の方向)を向いた状態を示し、(c)は左斜め前(x軸に対して反時計回りに「45度」回転した方向)を向いた状態を示している。
図10(a)に示すように、視点位置を原点とする座標系で、後方カメラ映像のワイプWの位置座標Pを「HMD回転角関数」として設定する。なお、ステレオカメラ映像Eの位置座標設定は、図9で説明した通りである。ヘッドマウントディスプレイ22のz軸周りの回転角を「θ」とし、ワイプ位置座標をP(xcosθ-ysinθ,xsinθ+ycosθ)とする(上述した座標返還式を参照)。そうすると、操作者が基準方向(x軸に対して「0度」の方向)を向いた場合でのワイプWの位置座標Pは、次の通りである。
・ワイプWの位置座標P(xcos0°-ysin0°,xsin0°+ycos0°)=(x,y)
また、操作者が左斜め前(x軸に対して反時計回りに「45度」回転した方向)を向いた場合でのワイプWの位置座標Pは、次の通りである。
・ワイプWの位置座標P(xcos45°-ysin45°,xsin45°+ycos45°)=((x-y)/√2,(x+y)/√2)
このようにして、ヘッドマウントディスプレイ22を反時計回りに回転させて視認方向を変えた場合に、ワイプWの位置を「HMD回転角関数」によって算出し、視認方向の変化に追従して後方カメラ映像のワイプWを動かすようにする。
Next, the setting of position coordinates for the rear camera image (wipe W) and the calculation of position coordinates after rotation will be described with reference to Fig. 10. Fig. 10 is a diagram for explaining the setting of position coordinates for the rear camera image (wipe W) and the calculation of position coordinates after rotation, in which (a) is an example of setting the wipe W of the rear camera 12, (b) shows a state facing the reference direction (a direction of "0 degrees" relative to the x-axis), and (c) shows a state facing diagonally forward left (a direction rotated "45 degrees" counterclockwise relative to the x-axis).
As shown in Fig. 10(a), in a coordinate system with the viewpoint position as the origin, the position coordinate P of the wipe W of the rear camera image is set as an "HMD rotation angle function". The position coordinate setting of the stereo camera image E is as described in Fig. 9. The rotation angle of the head mounted display 22 around the z axis is set as "θ", and the wipe position coordinate is set as P(xcosθ-ysinθ, xsinθ+ycosθ) (see the coordinate return formula described above). Then, the position coordinate P of the wipe W when the operator faces the reference direction (the direction of "0 degrees" with respect to the x axis) is as follows:
Position coordinates P of wipe W (xcos0°-ysin0°, xsin0°+ycos0°)=(x, y)
Moreover, when the operator faces diagonally forward and to the left (a direction rotated "45 degrees" counterclockwise about the x-axis), the position coordinate P of the wipe W is as follows:
Position coordinates P of wipe W (xcos45°-ysin45°, xsin45°+ycos45°)=((x-y)/√2, (x+y)/√2)
In this way, when the head mounted display 22 is rotated counterclockwise to change the viewing direction, the position of the wipe W is calculated by the "HMD rotation angle function" and the wipe W of the rear camera image is moved in accordance with the change in the viewing direction.

ここまで説明したように、本実施形態に係る遠隔制御システム1によれば、操作者は、後方カメラ映像を介して作業機械2の後方の状況を容易に確認することができる。なお、後方カメラ映像は、前方ステレオカメラ11で撮影した映像の歪みを補正した後の補正映像に重ねてまたは含めて表示されるので、当該歪み補正が後方カメラ映像の画質に影響を及ぼすことはない。つまり、当該歪み補正によって後方カメラ映像の画質が低下することがなく、後方確認のための映像として十分な画質を持たせることができる。
また、本実施形態のワイプ位置固定方式では、ステレオカメラ映像E(魚眼映像)の中で作業を行うために重要な正面部分を後方カメラ映像(ワイプW)によって邪魔をされることがない。また、操作者は、作業機械2に搭乗した場合と同等の後方確認が可能であるので、遠隔操作でありながら作業機械2に実際に搭乗している状態により近い状況で操作を行える。また、作業機械2の正面方向が分かりやすいという利点もある。
また、本実施形態のワイプ位置追従方式では、操作者の頭の向きに関わらずに後方カメラ映像(ワイプW)が常に表示される(つまり、操作者の視界から後方カメラ映像が外れることがない)。また、後方カメラ映像の位置を移動させることができるので、ステレオカメラ映像E(魚眼映像)の中で視認できない部分が発生しない。
なお、ワイプ位置固定方式とワイプ位置追従方式を選択できるようにしてもよい。このようにすると、操作者が作業の状況に応じて表示方法を選択できるので、遠隔制御がより容易となる。
As described above, according to the remote control system 1 of this embodiment, the operator can easily check the situation behind the work machine 2 via the rear camera image. Note that the rear camera image is displayed superimposed on or included in the corrected image after the distortion of the image captured by the front stereo camera 11 has been corrected, so that the distortion correction does not affect the image quality of the rear camera image. In other words, the image quality of the rear camera image is not reduced by the distortion correction, and it is possible to provide an image of sufficient image quality for rear confirmation.
Furthermore, with the fixed wipe position method of this embodiment, the front portion of the stereo camera image E (fisheye image), which is important for performing work, is not obstructed by the rear camera image (wipe W). Furthermore, since the operator can check the rear in the same way as if he were on board the work machine 2, the operator can operate the work machine 2 in a situation that is close to the state when he is actually on board, even though the operation is remote. Another advantage is that it is easy to see which direction is in front of the work machine 2.
In addition, in the wipe position tracking method of this embodiment, the rear camera image (wipe W) is always displayed regardless of the direction of the operator's head (i.e., the rear camera image does not move out of the operator's field of vision). In addition, since the position of the rear camera image can be moved, no part of the stereo camera image E (fisheye image) is invisible.
It is also possible to select between a fixed wipe position method and a variable wipe position method, which allows the operator to select the display method according to the work situation, making remote control easier.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を変えない範囲で実施することができる。
本実施形態では、後方カメラ12がサイドミラーの位置に後向きで設置し、後方カメラ画像をステレオカメラ映像(魚眼映像)のサイドミラーの位置に表示させていた。しかしながら、後方カメラ12の設置位置および後方カメラ画像の表示場所は、実施形態で説明したものに限定されない。例えば、作業機械2の後部に後向きで設置し、後方カメラ画像をステレオカメラ映像(魚眼映像)のバックミラーの位置に表示させてもよい。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and can be practiced within the scope of the claims.
In this embodiment, the rear camera 12 is installed facing backward at the side mirror position, and the rear camera image is displayed at the side mirror position of the stereo camera image (fisheye image). However, the installation position of the rear camera 12 and the display location of the rear camera image are not limited to those described in the embodiment. For example, the rear camera 12 may be installed facing backward at the rear of the work machine 2, and the rear camera image may be displayed at the rear mirror position of the stereo camera image (fisheye image).

1 遠隔制御システム
2 作業機械
11 前方ステレオカメラ
12,12L,12R 後方カメラ
21 遠隔操作装置
22 ヘッドマウントディスプレイ
23 処理装置
K1,K2 撮像範囲
E ステレオカメラ映像(魚眼映像)
W,WL,WR ワイプ
REFERENCE SIGNS LIST 1 Remote control system 2 Work machine 11 Front stereo camera 12, 12L, 12R Rear camera 21 Remote control device 22 Head mounted display 23 Processing device K1, K2 Imaging range E Stereo camera image (fisheye image)
W, WL, WR Wipe

Claims (6)

作業機械を遠隔操作するための遠隔操作装置と、
魚眼レンズを備え、前記作業機械の運転室に設けられる前方ステレオカメラと、
魚眼レンズを備え、前記作業機械の後方を撮影する後方カメラと、
角度センサを備え、前記前方ステレオカメラおよび前記後方カメラによって撮影した映像を表示するヘッドマウントディスプレイと、を有し、
前記前方ステレオカメラが備える魚眼レンズは、円周魚眼レンズであり、
前記後方カメラが備える魚眼レンズは、対角魚眼レンズであり、
前記前方ステレオカメラが撮像する広範囲の魚眼映像から、前記角度センサが検知した操作者の頭の向きに応じて所望方向の部分映像を抽出し、該部分映像の歪みを補正した補正映像を、前記ヘッドマウントディスプレイに両眼視差を再現して表示し、
前記後方カメラが撮像する後方カメラ映像を、小窓形式によって前記補正映像に重ねてまたは含めて表示することを特徴とする遠隔制御システム。
A remote control device for remotely controlling a work machine;
A forward stereo camera equipped with a fisheye lens and installed in a cab of the work machine;
a rear camera equipped with a fisheye lens and configured to capture an image of the rear of the work machine;
a head mounted display that is equipped with an angle sensor and displays images captured by the front stereo camera and the rear camera;
the fisheye lens of the forward stereo camera is a circular fisheye lens,
The fisheye lens of the rear camera is a diagonal fisheye lens,
A partial image in a desired direction is extracted from the wide-range fisheye image captured by the forward stereo camera in accordance with the direction of the operator's head detected by the angle sensor, and a corrected image obtained by correcting distortion of the partial image is displayed on the head-mounted display by reproducing binocular parallax;
A remote control system characterized in that a rear camera image captured by the rear camera is displayed in a small window format so as to be superimposed on or included in the corrected image.
前記操作者の頭の向きによらずに前記魚眼映像に対する前記後方カメラ映像の位置を固定して表示する、ことを特徴とする請求項1に記載の遠隔制御システム。 2. The remote control system according to claim 1 , wherein the rear camera image is displayed at a fixed position relative to the fisheye image, regardless of the direction of the operator's head. 前記後方カメラは、前記作業機械が備える後方確認用のミラーに代えてまたは当該ミラーに近接して設置されており、
前記補正映像の前記後方確認用のミラーに対応する部分に前記後方カメラ映像を表示する、ことを特徴とする請求項に記載の遠隔制御システム。
The rear camera is installed in place of or adjacent to a rearview mirror equipped on the work machine,
3. The remote control system according to claim 2 , wherein the rear camera image is displayed in a portion of the corrected image that corresponds to the rearview mirror.
前記操作者の頭の向きに応じて前記魚眼映像に対する前記後方カメラ映像の位置を移動させ、前記補正映像に対する前記後方カメラ映像の位置を固定して表示する、
ことを特徴とする請求項1に記載の遠隔制御システム。
a position of the rear camera image relative to the fisheye image is moved in accordance with a direction of the head of the operator, and the position of the rear camera image relative to the corrected image is fixed and displayed.
2. The remote control system according to claim 1 .
前記補正映像の縁部付近に前記後方カメラ映像を表示する、ことを特徴とする請求項に記載の遠隔制御システム。 5. The remote control system of claim 4 , wherein the rear camera image is displayed near an edge of the corrected image. 前記魚眼映像に対する前記後方カメラ映像の位置を固定して表示することと、前記魚眼映像に対する前記後方カメラ映像の位置を移動させて表示することを選択可能である、
ことを特徴とする請求項1に記載の遠隔制御システム。
A selection can be made between displaying the rear camera image at a fixed position relative to the fisheye image and displaying the rear camera image at a movable position relative to the fisheye image.
2. The remote control system according to claim 1 .
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