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技術 位置特定システム、位置特定方法、及びプログラム

出願人 国立大学法人鹿児島大学日之出紙器工業株式会社
発明者 余永中間雄太近藤英二足立昭彦中野高志鶴丸勝也川野友也紺屋隆馬
出願日 2015年7月17日 (5年5ヶ月経過) 出願番号 2015-142846
公開日 2017年2月2日 (3年10ヶ月経過) 公開番号 2017-026374
状態 特許登録済
技術分野 光によるビーコン、方位測定、位置決定
主要キーワード 各仮想領域 各発信器 R参照 等脚台形状 位置特定プログラム 位置特定ステップ 高解像度イメージ 等脚台形
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

天井部分の構成の簡素化を図ることができ、かつ位置を表す情報を移動体に伝えるための強度変調の煩雑化を防止することができる位置特定システム等を提供する。

解決手段

複数のLED照明光源Pが天井面Cに配置される。LED照明光源Pの位置によって、天井面C内が複数の仮想領域区分され、各々の仮想領域が複数の小仮想領域に区分される。各仮想領域内で小仮想領域の形状及び大きさが異なる。変調器12は、LED照明光源Pから出射される照明光に、仮想領域に応じた強度変調を施す。高フレームレートイメージセンサ21と高解像度イメージセンサ22が、フォークリフトAの上方に位置する4つのLED照明光源Pを撮像する。コンピュータが、高フレームレートイメージセンサ21の撮像結果から仮想領域を特定し、高解像度イメージセンサ22の撮像結果から小仮想領域を特定する。

概要

背景

特許文献1に開示されるように、床面を移動する移動体において自らの位置を特定する技術が知られている。この技術では、天井の各所に発信器を設置する。各発信器は、自己の天井面内における位置を表す位置情報発信する。天井面内の位置と床面内の位置とは対応している。このため、移動体は、上方の発信器から位置情報を受信することで、自らの位置を特定することができる。

なお、各発信器は、位置情報を赤外線によって発信する。具体的には、各発信器から出射される赤外線は、位置情報によって強度変調されている。

概要

天井部分の構成の簡素化をることができ、かつ位置を表す情報を移動体に伝えるための強度変調の煩雑化を防止することができる位置特定システム等を提供する。複数のLED照明光源Pが天井面Cに配置される。LED照明光源Pの位置によって、天井面C内が複数の仮想領域区分され、各々の仮想領域が複数の小仮想領域に区分される。各仮想領域内で小仮想領域の形状及び大きさが異なる。変調器12は、LED照明光源Pから出射される照明光に、仮想領域に応じた強度変調を施す。高フレームレートイメージセンサ21と高解像度イメージセンサ22が、フォークリフトAの上方に位置する4つのLED照明光源Pを撮像する。コンピュータが、高フレームレートイメージセンサ21の撮像結果から仮想領域を特定し、高解像度イメージセンサ22の撮像結果から小仮想領域を特定する。

目的

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、天井部分の構成の簡素化を図ることができ、かつ位置を表す情報を移動体に伝えるための強度変調の煩雑化を防止することができる位置特定システム、位置特定方法、及びプログラムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

天井に設けられる複数の照明光源であって、それら照明光源の各々を床面に平行な仮想平面に射影した射影像の位置によって、該仮想平面内が複数の仮想領域区分され、各々の前記仮想領域が複数の小仮想領域に区分され、かつ該仮想領域内で該小仮想領域の形状及び/又は大きさが異なるように、前記天井に配置される複数の照明光源と、前記複数の照明光源の各々から出射される照明光に、その照明光を出射する前記照明光源の前記射影像が属する前記仮想領域に応じた強度変調を施す変調手段と、前記床面を移動する移動体に設けられ、前記複数の照明光源のうち前記移動体の上方に位置する2つ以上の前記照明光源から前記照明光を受光し、受光した各照明光の強度の時間変化観測する観測手段と、前記移動体に設けられ、前記複数の照明光源のうち前記移動体の上方に位置する3つ以上の前記照明光源を撮像する撮像手段と、前記観測手段の観測結果に基づいて前記各照明光に施された強度変調を検出することにより、前記複数の仮想領域のうち、前記移動体を前記仮想平面に射影した射影像が属する仮想領域を特定する概略位置特定手段と、前記概略位置特定手段によって特定された前記仮想領域内での前記移動体の射影像が属する前記小仮想領域を、前記撮像手段によって撮像された前記3つ以上の照明光源が構成する図形の形状及び/又は大きさに基づいて特定する詳細位置特定手段と、を備える位置特定システム

請求項2

前記観測手段と前記撮像手段とが、それぞれイメージセンサで構成され、前記観測手段を構成するイメージセンサのフレームレートが、前記撮像手段を構成するイメージセンサのフレームレートよりも高く、前記撮像手段を構成するイメージセンサの解像度が、前記観測手段を構成するイメージセンサの解像度よりも高い請求項1に記載の位置特定システム。

請求項3

前記複数の仮想領域の各々が台形状をなし、隣接する前記仮想領域どうしが四角形状の領域を構成するように、前記複数の照明光源が配置されている請求項1又は2に記載の位置特定システム。

請求項4

前記複数の仮想領域の各々が、該仮想領域をその底辺に平行な複数の仮想直線で区分して得られる各々台形状の複数の前記小仮想領域に区分されている請求項3に記載の位置特定システム。

請求項5

前記変調手段が、前記照明光の強度を第1の強度と、該第1の強度より小さい第2の強度との間で交互に変化させ、かつ前記第1の強度が保たれる期間長デューティ比を、該照明光を出射する前記照明光源の位置に応じて異ならせる請求項1から4のいずれか1項に記載の位置特定システム。

請求項6

天井に設けられる複数の照明光源であって、それら照明光源の各々を床面に平行な仮想平面に射影した射影像の位置によって、該仮想平面内が複数の仮想領域に区分され、各々の前記仮想領域が複数の小仮想領域に区分され、かつ該仮想領域内で該小仮想領域の形状及び/又は大きさが異なるように前記天井に配置される複数の照明光源の各々から出射される照明光に、その照明光を出射する前記照明光源の前記射影像が属する前記仮想領域に応じた強度変調を施す強度変調ステップと、前記床面を移動する移動体において、前記複数の照明光源のうち前記移動体の上方に位置する2つ以上の前記照明光源から前記照明光を受光し、受光した各照明光の強度の時間変化を観測すると共に、前記移動体の上方に位置する3つ以上の前記照明光源を撮像する観測撮像ステップと、前記各照明光の強度の時間変化の観測結果に基づいて前記各照明光に施された強度変調を検出することにより、前記複数の仮想領域のうち前記移動体を前記仮想平面に射影した射影像が属する仮想領域を特定する概略位置特定ステップと、特定した前記仮想領域内での前記移動体の射影像が属する前記小仮想領域を、前記観測撮像ステップで撮像した前記3つ以上の照明光源が構成する図形の形状及び/又は大きさに基づいて特定する詳細位置特定ステップと、を含む位置特定方法

請求項7

天井に設けられる複数の照明光源であって、それら照明光源の各々を床面に平行な仮想平面に射影した射影像の位置によって、該仮想平面内が複数の仮想領域に区分され、各々の前記仮想領域が複数の小仮想領域に区分され、かつ該仮想領域内で該小仮想領域の形状及び/又は大きさが異なるように、前記天井に配置される複数の照明光源と、前記複数の照明光源の各々から出射される照明光に、その照明光を出射する前記照明光源の前記射影像が属する前記仮想領域に応じた強度変調を施す変調手段と、前記床面を移動する移動体に設けられ、前記複数の照明光源のうち前記移動体の上方に位置する2つ以上の前記照明光源から前記照明光を受光し、受光した各照明光の強度の時間変化を観測する観測手段と、前記移動体に設けられ、前記複数の照明光源のうち前記移動体の上方に位置する3つ以上の前記照明光源を撮像する撮像手段と、前記移動体の前記床面内における位置を特定するコンピュータと、を備える位置特定システムにおいて、前記コンピュータに、前記観測手段の観測結果に基づいて前記各照明光に施された強度変調を検出することにより、前記複数の仮想領域のうち、前記移動体を前記仮想平面に射影した射影像が属する仮想領域を特定する概略位置特定機能と、前記概略位置特定機能によって特定された前記仮想領域内での前記移動体の射影像が属する前記小仮想領域を、前記撮像手段によって撮像された前記3つ以上の照明光源が構成する図形の形状及び/又は大きさに基づいて特定する詳細位置特定機能と、を実現させるプログラム

技術分野

0001

本発明は、位置特定システム位置特定方法、及びプログラムに関する。

背景技術

0002

特許文献1に開示されるように、床面を移動する移動体において自らの位置を特定する技術が知られている。この技術では、天井の各所に発信器を設置する。各発信器は、自己の天井面内における位置を表す位置情報発信する。天井面内の位置と床面内の位置とは対応している。このため、移動体は、上方の発信器から位置情報を受信することで、自らの位置を特定することができる。

0003

なお、各発信器は、位置情報を赤外線によって発信する。具体的には、各発信器から出射される赤外線は、位置情報によって強度変調されている。

先行技術

0004

特開2007−183178号公報

発明が解決しようとする課題

0005

特許文献1の技術では、天井の至る所に、照明光源とは別個に発信器を設置する必要がある。天井に多くの部材を設置することは好ましいことではない。

0006

また、特許文献1の技術では、赤外線の強度変調を、個々の発信器ごとに異ならせる必要がある。多数の発信器のそれぞれに異なる強度変調を施すことは煩雑である。

0007

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、天井部分の構成の簡素化を図ることができ、かつ位置を表す情報を移動体に伝えるための強度変調の煩雑化を防止することができる位置特定システム、位置特定方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記目的を達成するために、本発明の第1の観点に係る位置特定システムは、
天井に設けられる複数の照明光源であって、それら照明光源の各々を床面に平行な仮想平面に射影した射影像の位置によって、該仮想平面内が複数の仮想領域区分され、各々の前記仮想領域が複数の小仮想領域に区分され、かつ該仮想領域内で該小仮想領域の形状及び/又は大きさが異なるように、前記天井に配置される複数の照明光源と、
前記複数の照明光源の各々から出射される照明光に、その照明光を出射する前記照明光源の前記射影像が属する前記仮想領域に応じた強度変調を施す変調手段と、
前記床面を移動する移動体に設けられ、前記複数の照明光源のうち前記移動体の上方に位置する2つ以上の前記照明光源から前記照明光を受光し、受光した各照明光の強度の時間変化観測する観測手段と、
前記移動体に設けられ、前記複数の照明光源のうち前記移動体の上方に位置する3つ以上の前記照明光源を撮像する撮像手段と、
前記観測手段の観測結果に基づいて前記各照明光に施された強度変調を検出することにより、前記複数の仮想領域のうち、前記移動体を前記仮想平面に射影した射影像が属する仮想領域を特定する概略位置特定手段と、
前記概略位置特定手段によって特定された前記仮想領域内での前記移動体の射影像が属する前記小仮想領域を、前記撮像手段によって撮像された前記3つ以上の照明光源が構成する図形の形状及び/又は大きさに基づいて特定する詳細位置特定手段と、
を備える。

0009

上記位置特定システムにおいては、
前記観測手段と前記撮像手段とが、それぞれイメージセンサで構成され、
前記観測手段を構成するイメージセンサのフレームレートが、前記撮像手段を構成するイメージセンサのフレームレートよりも高く、前記撮像手段を構成するイメージセンサの解像度が、前記観測手段を構成するイメージセンサの解像度よりも高くてもよい。

0010

また、前記複数の仮想領域の各々が台形状をなし、隣接する前記仮想領域どうしが四角形状の領域を構成するように、前記複数の照明光源が配置されていてもよい。

0011

この場合、前記複数の仮想領域の各々が、該仮想領域をその底辺に平行な複数の仮想直線で区分して得られる各々台形状の複数の前記小仮想領域に区分されていてもよい。

0012

また、前記変調手段が、前記照明光の強度を第1の強度と、該第1の強度より小さい第2の強度との間で交互に変化させ、かつ前記第1の強度が保たれる期間長デューティ比を、該照明光を出射する前記照明光源の位置に応じて異ならせてもよい。

0013

本発明の第2の観点に係る位置特定方法は、
天井に設けられる複数の照明光源であって、それら照明光源の各々を床面に平行な仮想平面に射影した射影像の位置によって、該仮想平面内が複数の仮想領域に区分され、各々の前記仮想領域が複数の小仮想領域に区分され、かつ該仮想領域内で該小仮想領域の形状及び/又は大きさが異なるように前記天井に配置される複数の照明光源の各々から出射される照明光に、その照明光を出射する前記照明光源の前記射影像が属する前記仮想領域に応じた強度変調を施す強度変調ステップと、
前記床面を移動する移動体において、前記複数の照明光源のうち前記移動体の上方に位置する2つ以上の前記照明光源から前記照明光を受光し、受光した各照明光の強度の時間変化を観測すると共に、前記移動体の上方に位置する3つ以上の前記照明光源を撮像する観測撮像ステップと、
前記各照明光の強度の時間変化の観測結果に基づいて前記各照明光に施された強度変調を検出することにより、前記複数の仮想領域のうち前記移動体を前記仮想平面に射影した射影像が属する仮想領域を特定する概略位置特定ステップと、
特定した前記仮想領域内での前記移動体の射影像が属する前記小仮想領域を、前記観測撮像ステップで撮像した前記3つ以上の照明光源が構成する図形の形状及び/又は大きさに基づいて特定する詳細位置特定ステップと、
を含む。

0014

本発明の第3の観点に係るプログラムは、
天井に設けられる複数の照明光源であって、それら照明光源の各々を床面に平行な仮想平面に射影した射影像の位置によって、該仮想平面内が複数の仮想領域に区分され、各々の前記仮想領域が複数の小仮想領域に区分され、かつ該仮想領域内で該小仮想領域の形状及び/又は大きさが異なるように、前記天井に配置される複数の照明光源と、
前記複数の照明光源の各々から出射される照明光に、その照明光を出射する前記照明光源の前記射影像が属する前記仮想領域に応じた強度変調を施す変調手段と、
前記床面を移動する移動体に設けられ、前記複数の照明光源のうち前記移動体の上方に位置する2つ以上の前記照明光源から前記照明光を受光し、受光した各照明光の強度の時間変化を観測する観測手段と、
前記移動体に設けられ、前記複数の照明光源のうち前記移動体の上方に位置する3つ以上の前記照明光源を撮像する撮像手段と、
前記移動体の前記床面内における位置を特定するコンピュータと、
を備える位置特定システムにおいて、
前記コンピュータに、
前記観測手段の観測結果に基づいて前記各照明光に施された強度変調を検出することにより、前記複数の仮想領域のうち、前記移動体を前記仮想平面に射影した射影像が属する仮想領域を特定する概略位置特定機能と、
前記概略位置特定機能によって特定された前記仮想領域内での前記移動体の射影像が属する前記小仮想領域を、前記撮像手段によって撮像された前記3つ以上の照明光源が構成する図形の形状及び/又は大きさに基づいて特定する詳細位置特定機能と、
を実現させる。

発明の効果

0015

本発明によれば、照明光に位置を表す情報を担わせるため、照明光源が照明としての機能に加え、位置を表す情報を発信する機能を兼ねることができる。このため、位置を表す情報を発信する専用の発信器が不要となり、天井部分の構成の簡素化を図ることができる。

0016

また、照明光に施す強度変調は、個々の照明光源ごとに異ならせる必要はなく、仮想領域に応じたものとすればよい。このため、強度変調の煩雑化を防止することができる。

図面の簡単な説明

0017

本発明の一実施形態に係る位置特定システムを設けた倉庫概念図である。
本発明の一実施形態に係る位置特定システムのブロック図である。
位置特定装置が設置されたフォークリフトの側面図である。
LED照明光源が設置された天井面の平面図である。
LED照明光源から出射される照明光の強度波形を表すグラフである。
高解像度イメージセンサで撮像された画像の概念図である。
位置特定処理フローチャートである。
本発明の他の実施形態に係る位置特定システムを設けた倉庫の概念図である。

実施例

0018

以下、本発明の実施形態を、移動体が倉庫内での運搬作業に用いられるフォークリフトである場合を例に挙げて、図面を参照しながら説明する。図中、同一又は相当する部分に同一符号を付す。

0019

図1に示すように、移動体としてのフォークリフトAが、倉庫B内に置かれている。例えば、慣れない作業者は、フォークリフトAで倉庫B内を長距離移動した場合等に、現在位置が分からなくなる場合がある。そこで、位置特定システムを用いて、作業者がフォークリフトAにて任意のタイミングで、床面F上における現在位置を特定できるようにすることが望まれる。

0020

図2に示すように、本発明の一実施形態に係る位置特定システム100は、照明装置10と、位置特定装置20とを備える。

0021

照明装置10は、LED(Light Emitting Diode)群11と、変調器12とを備える。LED群11は、図1に示すように、倉庫Bの天井面Cに配置された複数のLED照明光源Pで構成される。LED照明光源Pの各々が、可視光である白色の照明光を出射する。

0022

変調器12は、倉庫Bの壁面に設けられている。変調器12は、各LED照明光源Pから出射される照明光に強度変調を施す。強度変調によって照明光に位置を表す情報を担わせる。本実施形態では、強度変調を、LED照明光源Pの点滅で実現する。具体的には、後述するように、変調器12は、LED照明光源Pを点滅させ、その点滅における点灯期間のデューティ比によって、照明光に位置を表す情報を担わせる。

0023

図2に戻って、位置特定装置20は、高フレームレートイメージセンサ21、高解像度イメージセンサ22、及びコンピュータ23を備える。位置特定装置20は、フォークリフトAに設置される。

0024

図3に示すように、高フレームレートイメージセンサ21と、高解像度イメージセンサ22は、フォークリフトAのルーフに設けられる。コンピュータ23は、フォークリフトAの運転席の前面部分に設けられる。

0025

図1破線で示すように、高フレームレートイメージセンサ21と高解像度イメージセンサ22は、それぞれフォークリフトAの鉛直上方を撮像する。これにより、各イメージセンサ21及び22で、画像データが生成される。天井面Cにおいて、高フレームレートイメージセンサ21で撮像される撮像領域と、高解像度イメージセンサ22で撮像される撮像領域とがほぼ一致するように、各イメージセンサ21及び22の視野が調整されている。その共通の撮像領域Rは、四角形状をなし、その一辺の長さは、例えば1.5m〜2mである。撮像領域Rが、複数個、具体的には、4つのLED照明光源Pを内包する。

0026

なお、フレームレートとは、単位時間あたりに撮像できる画像データの枚数を表す。解像度とは、撮像される画像データの画素密度を表す。一般に、イメージセンサにおいてフレームレートと解像度は、一方を高めると他方が低下するトレードオフの関係にある。

0027

高フレームレートイメージセンサ21は、高解像度イメージセンサ22よりもフレームレートが高い。具体的には、複数のLED照明光源Pのうち、変調器12によって最も高い周波数で点滅させられるものの、その点滅の周波数をfmaxとしたとき、高フレームレートイメージセンサ21のフレームレートは、2×fmax以上である。つまり、高フレームレートイメージセンサ21は、fmaxの2倍以上のサンプリング周波数でLED照明光源Pを撮像するため、LED照明光源Pの点滅を観測することができる。こうして高フレームレートイメージセンサ21は、各照明光の強度の時間変化を観測する観測手段としての役割を果たす。

0028

高フレームレートイメージセンサ21のフレームレート(サンプリング周波数)は、例えば、200/秒以上である。

0029

高解像度イメージセンサ22は、高フレームレートイメージセンサ21よりも高い解像度を有する。このため、高解像度イメージセンサ22は、4つのLED照明光源Pを撮像した場合に、それらLED照明光源P間の相対的な位置関係を、高フレームレートイメージセンサ21よりも正確に観測することができる。高解像度イメージセンサ22は、LED照明光源Pを撮像する撮像手段としての役割を果たす。

0030

高解像度イメージセンサ22は、例えば、1280ピクセル×960ピクセル以上の解像度を有する。ピクセル格子サイズは、例えば、3.75μm以下である。

0031

以下、図4図6を参照し、高フレームレートイメージセンサ21及び高解像度イメージセンサ22で得られる画像データに基づいて、フォークリフトAの位置を特定する原理について具体的に説明する。

0032

図4は、天井面Cの平面図である。天井面Cに、図1にも示した56個のLED照明光源P1〜P56が配置される。天井面C内は、LED照明光源P1〜P56の配置位置によって、第1〜第7の仮想領域G1〜G7に区分されている。

0033

具体的には、LED照明光源P1〜P14で第1の仮想領域G1が画定され、LED照明光源P8〜P21で第2の仮想領域G2が画定され、LED照明光源P15〜P28で第3の仮想領域G3が画定され、LED照明光源P22〜P35で第4の仮想領域G4が画定され、LED照明光源P29〜P42で第5の仮想領域G5が画定され、LED照明光源P36〜P49で第6の仮想領域G6が画定され、LED照明光源P43〜P56で第7の仮想領域G7が画定されている。

0034

第1〜第7の仮想領域G1〜G7の各々は、等脚台形状をなす。それら等脚台形は、互いに合同である。第1〜第7の仮想領域G1〜G7のうち、任意の仮想領域が構成する等脚台形と、それに隣接する仮想領域が構成する等脚台形とで平行四辺形が構成されるように、隣接する等脚台形どうしが脚を共有している。このように仮想領域G1〜G7を配置することで、長方形状の天井面C内の殆どすべての領域を仮想領域G1〜G7で隙間無く覆うことができる。

0035

さらに、第1〜第7の仮想領域G1〜G7の各々は、底辺(上底及び下底)に平行な複数の仮想直線L1〜L5によって区分して得られる各々等脚台形状の複数の小仮想領域に区分されている。各小仮想領域も、LED照明光源の位置によって画定されている。

0036

例えば、第1の仮想領域G1は、LED照明光源P1、P2、P13、及びP14で画定される小仮想領域、LED照明光源P2、P3、P12、及びP13で画定される小仮想領域、LED照明光源P3、P4、P11、及びP12で画定される小仮想領域、LED照明光源P4、P5、P10、及びP11で画定される小仮想領域、LED照明光源P5、P6、P9、及びP10で画定される小仮想領域、並びにLED照明光源P6、P7、P8、及び9で画定される小仮想領域に区分されている。

0037

図1及び図2に示した変調器12が、各照明光に仮想領域に応じた強度変調を施す。上述したように、強度変調は、LED照明光源の点滅によって実現する。以下、この点について説明する。

0038

図5は、任意のLED照明光源Pから出射される照明光の強度波形を示す。横軸は時間を示し、縦軸は強度を示す。変調器12は、期間TAにおいてはLED照明光源Pを点灯させ、期間TBにおいてはLED照明光源Pを消灯させる。期間TAとTBの和が1周期を表す。変調器12は、1周期に占める点灯期間TAの割合を表すデューティ比、即ちTA/(TA+TB)を制御する。変調器12は、デューティ比の調整をパルス間隔TBの長さによって行い、パルス幅TAは一定とする。

0039

図4に示すように、変調器12は、具体的には、第1の仮想領域G1内のLED照明光源P1〜P14をデューティ比が0.8となる条件で点滅させ、第3の仮想領域G3内のLED照明光源P15〜P28のデューティ比を1とし、第5の仮想領域G5内のLED照明光源P29〜P42をデューティ比が0.7となる条件で点滅させ、第7の仮想領域G7内のLED照明光源P43〜56をデューティ比が0.9となる条件で点滅させる。

0040

また、変調器12は、仮想領域ごとにLED照明光源の点滅の位相を揃える。なお、LED照明光源P15〜P28のデューティ比が1であるとは、これらLED照明光源P15〜P28は点滅させずに、常時点灯させることを意味する。以上のように、照明光に仮想領域に応じたデューティ比をもたせることで、照明光に仮想領域を識別する情報を担わせることができる。

0041

ところで、LED照明光源を点滅させても、LED照明光源の照明としての機能を良好に保つために、LED照明光源の点滅の繰り返し周波数は高い方が好ましい。視認テストの結果、LED照明光源の点滅の繰り返し周波数(図5に示すパルス幅TAとパルス間隔TBとの和の逆数)は、70Hz以上であることが好ましいことが分かった。70Hz以上での点滅は、人の目で認識できない。即ち、70Hz以上で点滅しているLED照明光源は、人の目には、デューティ比が1であるLED照明光源と区別がつかない。そこで、変調器12は、第1〜第7の仮想領域G1〜G7のうち、第3の仮想領域G3以外の仮想領域に属するLED照明光源のすべてを、70Hz以上の周波数で点滅させる。

0042

上述したように、高フレームレートイメージセンサ21及び高解像度イメージセンサ22は、フォークリフトAの鉛直上方に位置する4つのLED照明光源Pを撮像する(図1の撮像領域R参照)。

0043

例えば、フォークリフトAが、LED照明光源P3、P4、P11、及びP12で画定される小仮想領域の鉛直下方に位置していて、高フレームレートイメージセンサ21で、それらLED照明光源P3、P4、P11、及びP12を撮像する場合を考える。

0044

高フレームレートイメージセンサ21では、1回の撮像で、例えば100枚の画像データが得られる。高フレームレートイメージセンサ21のフレームレートが200/秒のとき、100枚の画像データを得るのに要する時間は0.5秒である。

0045

LED照明光源P3、P4、P11、及びP12は、デューティ比が0.8となる条件で点滅するので、100枚の画像データを調べた場合、そのうち平均して80枚の画像データは、LED照明光源P3、P4、P11、及びP12に対応する4つの点が発光している様子を表し、残りの20枚の画像データは、それら4つの点が発光していない様子を表すという結果が得られる。

0046

ここで、画像データ中の発光している“点”とは、必ずしも1ピクセルを指すのではなく、LED照明光源の発光を撮像した結果得られる或る広がりをもつ点状(多角形状や星形状等も含む)の領域を指す。

0047

以上のようにして、100枚の画像データのうち、4点が発光している様子を表す画像データの枚数によって、デューティ比を特定することができる。こうしてデューティ比を特定することは、それら4点に対応する4つのLED照明光源が、仮想領域G1、G3、G5、G7のいずれに属するかを特定することである。特定される仮想領域の鉛直下方に、フォークリフトAが存在する。

0048

次に、高フレームレートイメージセンサ21で、例えば、LED照明光源P39、P40、P45、及びP46を撮像し、100枚の画像データを得る場合を考える。LED照明光源P39とP40はデューティ比が0.7となる条件で点滅し、LED照明光源P45とP46はデューティ比が0.9となる条件で点滅する。

0049

このため、100枚の画像データを調べると、LED照明光源P39とP40に対応する特定の2点が発光している様子を表すものが平均70枚存在し、LED照明光源P45とP46に対応する他の2点が発光している様子を表すものが平均90枚存在する。これより、フォークリフトAが、デューティ比0.7に対応する仮想領域G5と、デューティ比0.9に対応する仮想領域G7との間の、仮想領域G6の鉛直下方に位置することを特定できる。

0050

なお、LED照明光源P39とP40に対応する特定の2点が発光している様子を表す画像データの枚数と、LED照明光源P45とP46に対応する他の2点が発光している様子を表す画像データの枚数との差は平均20枚である。これは、LED照明光源P39とP40のデューティ比0.7と、LED照明光源P45とP46のデューティ比0.9との差で決まる。

0051

仮想領域G1、G3、G5、及びG7から選ばれる相隣る任意の仮想領域間で、デューティ比の差は0.2以上である。そこで、特定の2点が発光している様子を表す画像データの枚数と、他の2点が発光している様子を表す画像データの枚数の差が、例えば、15枚以上であれば、フォークリフトAが、仮想領域G2、G4、又はG6の鉛直下方に位置する旨が特定される。

0052

さらに、その特定の2点が発光している様子を表す画像データの枚数と、他の2点が発光している様子を表す画像データの枚数とによって、フォークリフトAが、仮想領域G2、G4、及びG6のいずれの鉛直下方に位置するかを特定することができる。

0053

以上のようにして、高フレームレートイメージセンサ21で得られた100枚の画像データを解析することで、フォークリフトAが第1〜第7の仮想領域G1〜G7のいずれの鉛直下方に位置するかを特定することができる。

0054

次に、その特定した仮想領域内で、フォークリフトAの位置を高解像度イメージセンサ22の撮像結果を用いてさらに特定する。

0055

図6に、高解像度イメージセンサ22で撮像された画像を例示する。このように、高解像度イメージセンサ22では、LED照明光源の点滅は検出されず、点灯した状態の4つのLED照明光源の像PZ1〜PZ4が写った画像データが1枚得られる。

0056

この画像データから、像PZ1〜PZ4間の位置関係、具体的には、それら4つの像PZ1〜PZ4が画定する等脚台形の形状及び大きさを把握することができる。また、画像中央の位置(図中、模式的に+印を付した位置)が、フォークリフトAの位置を表す。即ち、これら4つの像PZ1〜PZ4に対するフォークリフトAの相対的な位置関係も把握することができる。また、小仮想領域に対するフォークリフトAの回転角θも検出することができる。

0057

図4に戻って、例えば、LED照明光源P3、P4、P11、及びP12を高解像度イメージセンサ22で撮像する場合を考える。LED照明光源P3、P4、P11、及びP12が画定する小仮想領域が構成する等脚台形は、第1の仮想領域G1内における他の小仮想領域が構成する等脚台形と相似でなく、形状が異なり、大きさも異なる。同様に、任意の1つの仮想領域内で、小仮想領域の形状及び大きさが互いに異なる。このため、高解像度イメージセンサ22で撮像された画像データから、小仮想領域を一意に特定することができる。

0058

さらに、図6を参照して述べたように、その特定される小仮想領域に対するフォークリフトAの相対的な位置関係(回転角θを含む)も分かるので、床面F内におけるフォークリフトAの位置を特定することができる。即ち、図6の画像データ上での距離を、既知対応関係(例えば、既知の比例係数)を用いて、天井面C上(床面F上)における現実の距離に換算することで、フォークリフトAの位置を特定できる。具体的には、床面F上に想定した2次元直交座標系におけるフォークリフトAの座標を特定できる。

0059

図2に戻って説明を続ける。コンピュータ23が、以上説明した原理で、フォークリフトAの床面F上における位置を特定する処理を行う。コンピュータ23は、インタフェース(I/F;interface)231、記憶部232、RAM(Random Access Memory)233、タッチパネルディスプレイ234、及びCPU(Central Processing Unit)235が、バス236で接続された構成を有する。

0060

インタフェース231は、CPU235の制御に従って、高フレームレートイメージセンサ21及び高解像度イメージセンサ22に、撮影の開始を指示する制御信号を出力すると共に、高フレームレートイメージセンサ21及び高解像度イメージセンサ22から画像データを取得する。

0061

記憶部232は、HDD(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶媒体を含んで構成される。記憶部232は、位置特定プログラム232a、及び地図データ232bを記憶する。

0062

位置特定プログラム232aは、フォークリフトAの現在位置を特定する位置特定処理を規定する。地図データ232bは、床面F上でフォークリフトAが走行可能な経路原材料の配置位置等の情報を含む床面F上の地図を表す。

0063

RAM233は、CPU235のメインメモリとして機能し、CPU235による上記位置特定プログラム232a等の実行に必要なデータ等を一時的に記憶する。

0064

タッチパネルディスプレイ234は、地図データ232bが表す地図を表示する表示手段としての機能と、フォークリフトAの運転手が位置特定処理の開始を指示するための入力手段としての機能とを果たす。図3に示すように、タッチパネルディスプレイ234は、フォークリフトAにおける運転席近傍の運転手が視認可能な位置に設置される。

0065

図2で、CPU235は、記憶部232に記憶された位置特定プログラム232aを実行することにより、位置特定処理を実現する。

0066

図7を参照し、CPU235が行う位置特定処理を説明する。位置特定処理は、フォークリフトAの運転手が、フォークリフトAを停止させたのち、タッチパネルディスプレイ234を通じて位置特定処理の開始を指示することにより開始する。

0067

まず、CPU235は、タッチパネルディスプレイ234を通じて位置特定処理の開始の指示を検出すると、インタフェース231を通じて、高フレームレートイメージセンサ21及び高解像度イメージセンサ22に、撮像の開始を指示する制御信号を出力する。

0068

これにより、高フレームレートイメージセンサ21及び高解像度イメージセンサ22の各々によって、フォークリフトAの上方に位置する4つのLED照明光源Pが撮像され、画像データが生成される。

0069

次に、CPU235は、高フレームレートイメージセンサ21から、撮像されたN枚の画像データを取得する(ステップS11)。ここでNは、照明光に施された強度変調をより正確に判別する観点から、例えば50以上であることが好ましく、100以上であることがより好ましい。以下では、N=100とする。

0070

次に、CPU235は、その100枚分の画像データ中に、60枚以上の画像データ中で発光している特定の2点が存在するか否か判定する(ステップS12)。ここで、画像データ中の発光している“点”とは、既述のように、LED照明光源の発光を撮像した結果得られる或る広がりをもつ点状の領域を指す。

0071

ここで、ステップS12の判定で、特定の2点が発光していることを表す画像データの枚数の基準を60枚としたのは、図4を参照して説明したように、変調器12によって実現される最も小さいデューティ比が0.7であることによる。即ち、正常な場合、100枚分の画像データ中には、平均70枚以上の画像データ中で発光している特定の2点が存在することになる。

0072

そこで、CPU235は、60枚以上の画像データ中で発光している特定の2点が存在しないならば(ステップS12;NO)、照明装置10又は高フレームレートイメージセンサ21等に異常が発生している可能性が高いため、タッチパネルディスプレイ234にエラーである旨を表示出力させ(ステップS21)、本処理を終了する。

0073

一方、CPU235は、60枚以上の画像データ中で発光している特定の2点が存在する場合(ステップS12;YES)、その特定の2点が発光していることを表す画像データの枚数(以下、発光枚数という。)と、他の2点が発光していることを表す発光枚数との差が、15枚以上であるか否かを判定する(ステップS13)。

0074

ここで、特定の2点が発光していることを表す発光枚数と、他の2点が発光していることを表す発光枚数との差の基準を15枚(0.15N枚)としたのは、図4を参照して説明したように、仮想領域G1、G3、G5、及びG7から選ばれる相隣る任意の仮想領域間で、デューティ比の差が0.2以上であることによる。

0075

CPU235は、ステップS13でYESの場合、フォークリフトAを天井面Cに射影した射影像が、仮想領域G2、G4、又はG6に属する可能性があるので、その特定の2点が発光している様子を表す発光枚数と、他の2点が発光している様子を表す発光枚数とによって、フォークリフトAの射影像が仮想領域G2、G4、及びG6のいずれに属するかを特定できるか否か判定する(ステップS14)。

0076

例えば、図4を参照して説明したように、特定の2点が発光している様子を表す発光枚数が約70枚であり、他の2点が発光している様子を表す発光枚数が約90枚である場合は、フォークリフトAの射影像が仮想領域G6に属する旨を特定できる。

0077

一方、CPU235は、ステップS13でNOの場合、フォークリフトAの射影像は仮想領域G1、G3、G5、又はG7に属する可能性があるので、4点が発光している様子を表す発光枚数によって、フォークリフトAの射影像が仮想領域G1、G3、G5、及びG7のいずれに属するかを特定できるか否かを判定する(ステップS15)。

0078

例えば、図4を参照して説明したように、4点が発光している様子を表す発光枚数が、約80枚であれば、フォークリフトAの射影像が仮想領域G1に属すると特定できる。

0079

CPU235は、ステップS14でNOの場合、又はステップS15でNOの場合、フォークリフトAの射影像が属する仮想領域を特定できないので、タッチパネルディスプレイ234にエラーである旨を表示出力させ(ステップS21)、本処理を終了する。

0080

一方、CPU235は、ステップS14でYESの場合、又はステップS15でYESの場合、フォークリフトAの射影像が属する仮想領域を特定する(ステップS16)。このようにして、CPU235は、第1〜第7の仮想領域G1〜G7のうちフォークリフトAの射影像が属する仮想領域をまず特定する概略位置特定手段として機能する。

0081

次に、CPU235は、高解像度イメージセンサ22から画像データを取得する(ステップS17)。そして、CPU235は、その画像データ中の4つの発光点が構成する等脚台形の形状及び大きさによって、ステップS16で特定した仮想領域に属する複数の小仮想領域のうち、フォークリフトAの射影像の位置が属する小仮想領域を特定する(ステップS18)。

0082

さらに、CPU235は、図6を参照して説明したように、その画像データ中の4つの発光点が構成する等脚台形に対するフォークリフトAの相対的な位置関係を用いて、フォークリフトAの床面F上における位置座標を特定する(ステップS19)。このようにして、CPU235は、仮想領域内でのフォークリフトAの射影像の位置を特定する詳細位置特定手段として機能する。

0083

次に、CPU235は、記憶部232に記憶されている地図データ232bが表す地図をタッチパネルディスプレイ234に表示させると共に、その地図中におけるステップS19で特定した現在位置にマーキングを付し(ステップS20)、本位処理を終了する。これにより、フォークリフトAの運転手は、現在位置を視認することができる。

0084

以上説明した位置検出システム100によれば、次の効果が得られる。

0085

(I)変調器12が照明光に強度変調を施すので、LED照明光源Pが、天井面C下を明るくする照明としての機能に加え、位置を表す情報を発信する機能を兼ねることができる。この結果、位置を表す情報を発信する専用の発信器が不要となり、天井部分の構成の簡素化を図ることができる。

0086

(II)変調器12が、70Hz以上の周波数でLED照明光源Pを点滅させる制御を行うので、LED照明光源Pの点滅によって強度変調を実現しても、その点滅を作業者に感じさせずに済む。このため、LED照明光源Pの照明としての機能が損なわれにくい。

0087

(III)フレームレートと解像度とはトレードオフの関係にあるため、位置特定処理に、仮に1つのイメージセンサしか用いないとすれば、フレームレートと解像度のどちらかを犠牲にしなければならない。この点、本実施形態では、フレームレートを優先させたイメージセンサと、解像度を優先させたイメージセンサとの2つを用いたことで、1度の撮像で、高いフレームレートで得られた画像データと、高い解像度で得られた画像データの両方を得ることができる。

0088

このため、フォークリフトAの現在位置を、まず、高いフレームレートで得られた画像データを用いて大まかに特定し、次に、高い解像度で得られた画像データを用いて詳細に特定することが可能となる。このようにして、フォークリフトAの現在位置を2段階で特定するようにしたので、例えば、次の利点が得られる。

0089

即ち、照明光に施す強度変調は、個々のLED照明光源Pごとに異ならせる必要はなく、仮想領域に応じたものとすればよい。このため、変調器12が行う制御の複雑化を回避できる。また、小仮想領域の形状及び大きさは、仮想領域内で異ならせればよく、或る小仮想領域と合同な小仮想領域が他の仮想領域内に存在してもよい。このため、天井面CにおけるLED照明光源の配置位置の設計が容易である。

0090

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、以下に述べる変形が可能である。

0091

(1)図1には、理解を容易にするために、イメージセンサ21及び22に結像される撮像領域Rが、天井面C内に存在する様子を示したが、そうである必要はない。また、理解を容易にするため、図1には、床面Fと平行な天井面Cを示したが、天井面Cは床面Fと平行である必要はない。

0092

図8に示すように、天井面Cが傾斜を有しており、イメージセンサ21及び22に結像される撮像領域Rが、天井面Cよりも低い位置に存在してもよい。傾斜した天井面Cに、複数のLED照明光源Pが設置される。図8では、理解を容易にするために、代表して1つのLED照明光源Pのみを示す。イメージセンサ21及び22に結像される撮像領域Rの高さに、床面Fと平行な仮想平面Sを考える。複数のLED照明光源Pの各々を仮想平面Sに射影した射影像Qが、仮想平面S内で重ならなければ、LED照明光源Pは同一平面上に設けられていなくてもよい。図4に示した平面図は、この仮想平面Sを表すものとも解釈できる。即ち、図4中の符号P1〜P56は、LED照明光源を仮想平面Sに射影した射影像Qに対応する。

0093

(2)上記実施形態では、高フレームレートイメージセンサ21で、4つのLED照明光源Pを撮像したが、仮想領域の特定に、4つのLED照明光源Pの撮像は必須でない。図4の仮想領域G1、G3、G5、及びG7は、これらに内包される1つのLED照明光源Pを撮像すれば特定できる。但し、仮想領域G2、G4、及びG6の特定には、少なくとも2つのLED照明光源を撮像する必要がある。例えば、図4で、高フレームレートイメージセンサ21で、LED照明光源P11とP18の2つを撮像すれば、仮想領域G2を特定できる。従って、高フレームレートイメージセンサ21では、少なくとも2つのLED照明光源を撮像すれば、フォークリフトAを上記仮想平面Sに射影した射影像が属する仮想領域を特定できる。

0094

(3)上記実施形態では、仮想領域及び小仮想領域を台形状としたが、これらの形状は特に限定されない。例えば、これらの形状を3角形状に構成してもよい。この場合、高解像度イメージセンサ22では、3つのLED照明光源を撮像すれば、それら3つのLED照明光源が構成する3角形の形状及び大きさを特定することができる。

0095

(4)上記実施形態では、仮想領域内で小仮想領域の形状及び大きさが異なっていたが、形状と大きさのいずれかが異なっていれば、仮想領域内で小仮想領域を一意に特定することができる。

0096

(5)上記実施形態では、強度変調をLED照明光源Pの点滅で実現したが、変調器12は、照明光の強度を第1の強度と、第1の強度より小さく、ゼロでない第2の強度とに交互に変化させると共に、照明光が第1の強度を保つ期間長のデューティ比を、その照明光を出射するLED照明光源の位置に応じて異ならせる制御を行ってもよい。この場合、CPU235は、高フレームレートイメージセンサ21で得られた画像データを2値化処理することで、図7と同様の手順で、デューティ比を検出することができる。2値化処理の閾値は、第1の強度と第2の強度との間の強度を表す輝度とすればよい。

0097

(6)上記実施形態では、観測手段と撮像手段とを別個のイメージセンサで実現したが、観測手段と撮像手段とを、共通の1つのイメージセンサで構成してもよい。例えば、フレームレートと解像度との兼ね合いを図った、例えばフレームレート50fps程度のイメージセンサによって、観測手段と撮像手段とを実現することもできる。但し、兼ね合いを図ることでフレームレートが犠牲になる分、1回の観測に要する時間、例えば100枚の画像データを取得する時間は、長期化する。観測手段をフレームレートの高いイメージセンサで実現し、撮像手段を解像度の高いイメージセンサで実現することにより、両手段を共通のイメージセンサで実現する場合に比べて、1回の観測に要する時間の短縮を図ることができる。

0098

(7)タッチパネルディスプレイ234において、ユーザが、目標となる移動先を指定できるようにしてもよい。例えば、移動先の指定は、タッチパネルディスプレイ234に表示される地図をタッチすることでなされる。CPU235は、図7に示す位置特定処理で特定した現在位置から、そのタッチパネルディスプレイ234で指定された移動先までのルートを探索し、探索結果のルート、例えば最短ルートをタッチパネルディスプレイ234に地図と共に表示する処理を行ってもよい。

0099

(8)図7の位置特定処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータを用いて実現可能である。例えば、位置特定プログラム232aを、フレキシブルディスクCD−ROM(Compact Disk Read-Only Memory)、DVD−ROM(Digital Versatile Disk Read-Only Memory)、MO(Magneto Optical Disk)、メモリカード等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、位置特定プログラム232aをコンピュータにインストールすることで、コンピュータ23を構成してもよい。インターネット等の通信ネットワーク上のサーバが有する記憶装置に位置特定プログラム232aを格納しておき、通常のコンピュータシステムダウンロード等することでコンピュータ23を構成してもよい。

0100

コンピュータ23の機能を、OS(オペレーティングシステム)とアプリケーションプログラム分担、又はOSとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合等には、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。

0101

送波コンピュータプログラム重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。例えば、通信ネットワーク上の掲示板(BBS, Bulletin Board System)にコンピュータプログラムを掲示し、ネットワークを介してコンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、OSの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、位置特定処理を実行できるように構成してもよい。

0102

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。即ち、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

0103

10…照明装置、11…LED群、12…変調器(変調手段)、20…位置特定装置、21…高フレームレートイメージセンサ(観測手段)、22…高解像度イメージセンサ(撮像手段)、23…コンピュータ、231…インタフェース、232…記憶部、232a…位置特定プログラム、232b…地図データ、233…RAM、234…タッチパネルディスプレイ、235…CPU(概略位置特定手段、詳細位置特定手段)、236…バス、100…位置特定システム、P,P1〜P56…LED照明光源(照明光源)、A…フォークリフト(移動体)、B…倉庫、C…天井面、F…床面、Q…射影像、R…撮像領域、S…仮想平面。

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