JPH0352802B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、移動体の位置および姿勢検出装置
に関し、特にたとえば或る観測点に対する移動体
の相対位置および姿勢を検出する装置に関する。

先行技術の説明 従来、自動車等の移動体の位置および姿勢を検
出する装置として、たとえばレーダを用いた装置
などが実現されまたは提案されている。ところ
が、従来のこれらの装置は、いずれも構成が複雑
でありかつ高価であるという欠点があつた。

発明の目的 それゆえに、この発明の主たる目的は、上述の
ような欠点を解消し得る簡易型の移動体の位置お
よび姿勢検出装置を提供することである。

発明の要約 この発明は、要約すれば、第１の撮像装置で移
動体の像をとらえるとともに、移動体と外形が相
似しているモデルを設けてこのモデルの像を第２
の撮像装置でとらえ、第１の撮像装置を回動する
ことによつて移動体の像をシフトさせ、また第１
または第２の撮像装置の撮像倍率を変化すること
によつて移動体の像の大きさを変化させ、さらに
モデルを回動することによつてモデルの姿勢を変
化させ、それによつて第１の撮像装置から得られ
る移動体の像と第２の撮像装置から得られるモデ
ルの像とを一致させるようにし、その一致したと
きの第１の撮像装置の回動角度と第１または第２
の撮像装置の撮像倍率とモデルの回動角度とに基
づいて、移動体の位置および姿勢を演算するよう
にしたものである。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特
徴は、図面を参照して行なう以下の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。

実施例の説明 第１図はこの発明の一実施例を示す概略ブロツ
ク図である。この実施例は、道路上を走行する移
動体の一例の自動車１の位置および姿勢を検出す
るものである。図において、自動車１を観測する
観測点には、自動車１の像をとらえるためのテレ
ビカメラ２が設けられる。このテレビカメラ２
は、通常の撮像管を用いたものであつてもよい
し、また固体撮像素子を用いた固体撮像装置であ
つてもよい。またテレビカメラ２は、回動可能に
構成されており、さらに撮像倍率を変化するため
のズーム機構が備えられている。テレビカメラ２
から導出される画像出力はエツジ検出装置３に与
えられる。このエツジ検出装置３は入力される画
像のエツジを抽出し、縁取り線のみの画像を出力
する。エツジ検出装置３からの画像出力は混合装
置４の一方入力に与えられるとともに、ズーム制
御装置５の一方入力に与えられる。また、エツジ
検出装置３からの画像出力は追尾制御装置６に与
えられる。この追尾制御装置６は、移動体の像が
全体の画面のほぼ真ん中に位置するようにテレビ
カメラ２を回動させるものである。

一方、モータ７によつて回転されるプレート８
の上には自動車１のモデル９が載置される。この
モデル９は、自動車１のミニチユアモデルであ
り、その外形が自動車１の外形と相似している。
モデル９の像をとらえるためにテレビカメラ１０
が設けられる。このテレビカメラ１０は、前述の
テレビカメラ２と同様に、撮像管を用いたもので
あつてもよいし、固体撮像素子を用いたものであ
つてもよい。テレビカメラ１０が導出される画像
出力は前述のエツジ検出装置３と同様のエツジ検
出装置１１に与えられる。このエツジ検出装置１
１の出力は混合装置４の他方入力に与えられると
ともに、ズーム制御装置５の他方入力に与えられ
る。混合装置４はエツジ検出装置３からの画像信
号とエツジ検出装置１１からの画像信号とを混合
し、CRTデイスプレイ１２に与える。したがつ
て、CRTデイスプレイ１２はエツジ検出装置３
によつて検出された自動車１のエツジ形状と、エ
ツジ検出装置１１によつて検出されたモデル９の
エツジ形状とを１つの画面上に表示する。なお、
CRTデイスプレイ１２はエツジ形状の部分のみ
が明るく光り、バツクグラウンドは暗くなるよう
に表示を行なう。CRTデイスプレイ１２の表示
画面と対向して輝度読取装置１３が配設される。
この輝度読取装置１３はCRTデイスプレイ１２
の表示画面の輝度を読取ることにより、エツジ検
出装置３からのエツジ形状とエツジ検出装置１１
からのエツジ形状とが表示画面上で一致したか否
かを検出する。すなわち、２つのエツジ形状が一
致していない場合は明るく表示される部分（エツ
ジ形状の部分）の面積が広いためCRTデイスプ
レイ１２の表示画面の輝度は大きいが、２つのエ
ツジ形状が一致すると明るく表示される部分の面
積がほぼ1/2となるため表示画面の輝度もほぼ1/2
となる。輝度読取装置１３では、この輝度の変化
を読取ることにより、２つのエツジ形状の一致を
検出する。輝度読取装置１３の出力は角度制御装
置１４に与えられる。この角度制御装置１４は前
述のモータ７の回動角度を制御するための装置で
ある。モータ７の回転軸にはエンコーダ１５が連
結される。このエンコーダ１５はモータ７の回動
角度を読取り、位置・姿勢演算装置１６の一方入
力に与える。

一方、前述のズーム制御装置５は、エツジ検出
装置３および１１からのエツジ形状に基づき、２
つのエツジ形状の大きさが等しくなるようにテレ
ビカメラ２の撮像倍率を制御する。また、ズーム
制御装置５の出力は角度・倍率検出装置１７の一
方入力に与えられる。この角度・倍率検出装置１
７の他方入力には前述の追尾制御装置６の出力が
与えられる。角度・倍率検出装置１７はテレビカ
メラ２の回動角度および撮像倍率を検出し、位
置・姿勢演算装置１６の他方入力に与える。位
置・姿勢演算装置１６では、自動車１の位置およ
び姿勢を演算する。

なお、以上説明した構成のうち、自動車１を除
く部分の構成は、道路上の或る地点に固定的に設
けられてもよいし、また自動車などに設けられて
導路上を移動可能とされてもよい。後者にように
自動車などに設ける場合は、位置・姿勢演算装置
１６の出力は自動車１への追従制御に利用するこ
とが可能である。

第２図は自動車１とテレビカメラ２との関係を
示した図解図である。以下、この第２図を参照し
て第１図の実施例の動作について説明する。

当初、テレビカメラ２は、第２図で２点鎖線で
示すごとく、その光軸がＸ軸と一致するように配
置されている。このＸ軸は基準方位であるが、第
１図に示す実施例が自動車などに搭載される場合
はその自動車の進行方向がＸ軸に選ばれてもよ
い。今、テレビカメラ２が２点鎖線の状態にある
と、自動車１の像は全体の画像の端部に片寄つた
状態となつている。ところで、テレビカメラ１０
はモデル９の像が全体の画像のちようど真ん中に
くるように配置されている。したがつて、このま
ま自動車１の像とモデル９の像とを混合しても、
画面上で２つの像が一致することはない。そこ
で、追尾制御装置６は自動車１の像が全体の画像
の真ん中に位置するようにテレビカメラ２を回動
させる。すなわち、追尾制御装置６はエツジ検出
装置３から与えられる自動車１のエツジ形状の中
央の座標を演算し、その座標が画面全体の中央の
座標と一致するようにテレビカメラ２を回動させ
る。このときのテレビカメラ２の回動角度αは角
度・倍率検出装置１７によつて検出される。そし
てこの回動角度αは位置・姿勢演算装置１６に与
えられる。位置・姿勢演算装置１６はこの回動角
度αを基準方位に対する自動車１の偏倚角あるい
は観測車（第１図に示す構成を搭載した車）の進
行方向に対する自動車１の偏倚角として出力す
る。

一方、ズーム制御装置５は自動車１の像とモデ
ル９の像とが画面上で同じ大きさとなるようにテ
レビカメラ２の撮像倍率を制御する。すなわち、
ズーム制御装置５はエツジ検出装置３からのエツ
ジ形状の上下方向の幅とエツジ検出装置１１から
のエツジ形状の上下方向の幅とが一致するように
テレビカメラ２のズーム機構を制御する。なお、
テレビカメラ２の撮像倍率が同じであつても、自
動車１の姿勢が変化することによりそのエツジ形
状の左右方向の幅が変化する。したがつて、ズー
ム制御装置５では、制御のための要素として２つ
のエツジ形状の上下方向の幅のみを採用し、左右
方向の幅を採用しない。角度・倍率検出装置１７
はズーム制御装置５の出力を取り込みテレビカメ
ラ２の撮像倍率を検出する。そして、その検出結
果を位置・姿勢演算装置１６に与える。位置・姿
勢演算装置１６は角度・倍率検出装置１７から与
えられる撮像倍率に基づき、テレビカメラ２と自
動車１との間の距離ｌを演算し出力する。なお、
自動車１に対するモデル９の縮尺比率、モデル９
とテレビカメラ１０との間の距離およびテレビカ
メラ１０の撮像倍率が予めわかつているので、テ
レビカメラ２の撮像倍率が求まれば、簡単な比例
計算によつて距離ｌを計算することができる。

次に角度制御装置１４はモータ７を回動させる
ことにより、テレビカメラ１０に対するモデル９
の姿勢を変化させる。このとき、CRTデイスプ
レイ１２は混合装置４によつて混合された自動車
１のエツジ形状とモデル９のエツジ形状とを表示
している。前述のように、CRTデイスプレイ１
２に表示された２つのエツジ形状が表示画面上で
一致（２つのエツジ形状が完全に重なる）と、
CRTデイスプレイ１２の表示画面の輝度がほぼ
１／２に低下する。輝度読取装置１３はこの輝度の
低下を検出したとき、角度制御装置１４に停止指
令を与える。角度制御装置１４はこの停止指令に
応じて、モータ７の回動を停止させる。そのた
め、モデル９の回動が停止される。このとき、テ
レビカメラ１０に対するモデル９の姿勢とテレビ
カメラ２に対する自動車１の姿勢とが等しくなつ
ている。ここで、エンコーダ１５は、モデル９の
真後ろにテレビカメラ１０が位置するときにその
出力角度が０となるように基準角度が設定されて
いるため、モータ７の回動停止時にエンコーダ１
５によつて検出される回動角度は、テレビカメラ
１０に対するモデル９の姿勢角（テレビカメラ１
０に対してモデル９がなす角度）と等しい。ま
た、このときテレビカメラ１０に対するモデル９
の姿勢とテレビカメラ２に対する自動車１の姿勢
とは等しいため、エンコーダ１５によつて検出さ
れた回動停止時の回動角度はテレビカメラ２に対
する自動車１の姿勢角（第２図に示す角度βであ
り、テレビカメラ２の光軸に対して自動車１がな
す角度）とも等しくなる。位置・姿勢演算装置１
６はエンコーダ１５から与えられる回動角度を自
動車１の姿勢角βとして出力する。

上述のごとく、位置・姿勢演算装置１６は基準
方位に対する自動車１の偏倚角αと、観測点と自
動車１との間の距離ｌと、自動車１の姿勢角βと
を出力する。該出力された角パラメータはそのま
ま表示されて自動車１の位置および進行方向を表
示するようにしてもよいし、また観測者を自動車
１に追従させるための制御に利用してもよい。そ
の他各種の利用の態様が考えられよう。

なお、上述の実施例では、移動体の一例として
自動車の場合について説明したが、この発明は空
港の誘導路上を移動する航空機や、構内の各種運
搬車や、盲人を自動的に誘導するための誘導ワゴ
ンや、自動掃除機や、各種農業機器や建設機器等
にも応用できることは勿論である。

また、上述の実施例では、テレビカメラ１０の
撮像倍率を変化させて自動車１の像の大きさとモ
デル９の像の大きさを等しくするようにしたが、
テレビカメラ１０の撮像倍率を変化させて同様目
的を達するようにしてもよい。

発明の効果 以上のように、この発明によれば、簡単かつ安
価な構成によつて移動体の位置および姿勢を検出
することのできる全く新規な移動体の位置および
姿勢検出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概略ブロツ
ク図である。第２図は第１図における自動車１と
テレビカメラ２との関係を示す図解図である。 図において、１は自動車、２および１０はテレ
ビカメラ、３および１１はエツジ検出装置、４は
混合装置、５はズーム制御装置、６は追尾制御装
置、７はモータ、８はプレート、９はモデル、１
２はCRTデイスプレイ、１３は輝度読取装置、
１４は角度制御装置、１５はエンコーダ、１６は
位置・姿勢演算装置、１７は角度・倍率検出装置
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 移動体の像をとらえるための第１の撮像装
   置、その外形が前記移動体と相似しているモデ
   ル、前記モデルの像をとらえるための第２の撮像
   装置、 前記第１の撮像装置によつてとらえられた前記
   移動体の像をシフトするために、前記第１の撮像
   装置を回動する第１の回動手段、 前記第１の撮像装置によつてとらえられた前記
   移動体の像の大きさと前記第２の撮像装置によつ
   てとらえられた前記モデルの像の大きさとを等し
   くするために、前記第１の撮像装置または第２の
   撮像装置の撮像倍率を変化する倍率変化手段、 前記第１の撮像装置に対する前記移動体の姿勢
   と前記第２の撮像装置に対する前記モデルの姿勢
   とを等しくするために、前記モデルを回動する第
   ２の回動手段、 前記第１の撮像装置から得られる画像と前記第
   ２の撮像装置から得られる画像とを混合する手
   段、 前記混合手段によつて混合された２つの画像が
   一致したことを検出する一致検出手段、および 前記一致検出手段からの一致出力に応答して、
   前記第１の画像装置の回動角度と前記第１の撮像
   装置または第２の撮像装置の撮像倍率と前記モデ
   ルの回動角度とを検出し、前記移動体の位置およ
   び姿勢を演算する手段を備える移動体の位置およ
   び姿勢検出装置。