JPH09270013A - 移動体位置検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】移動体に設けた撮像手段によって得られた画像
を処理して移動体の現在位置を正確に検知できる安価な
移動体位置検知装置を提供する。 【解決手段】走行中に列車１に取り付けたカメラ２で走
行路周辺を撮像しＡ／Ｄ変換器３で量子化した入力画像
と、予め走行路周辺を撮像した比較画像から特徴的な環
境画像部分を抽出して得た比較処理データとを位置演算
部４で比較して、その比較結果に基づいて列車１の現在
位置が演算される。位置演算部４で用いる比較処理デー
タは、比較処理データベース５にデータベース化され、
比較処理データ呼出しポインタ６によって列車１の現在
位置に応じて呼び出される。演算された列車１の現在位
置は現在位置レジスタ７に記憶される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体上で撮像さ
れた画像を処理して現在位置を検出する移動体位置検知
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、移動体の現在位置を検知する装
置としては、例えば、通信衛星からの電波を利用したＧ
ＰＳ(Global Positioning System) や、ジャイロを使用
した装置などが知られている。また、例えば、特開昭63
-44300号公報や特開昭59-167716 号公報等で公知の装置
では、走行路に設けられた固定標識等を移動体に設置し
たカメラ等で撮像して、得られた画像を基に移動体の現
在位置を検出するものが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置において、ＧＰＳでは、トンネル内などの電波
が届かないかまたは届き難い場所において現在位置を検
出することが困難なため、それを補正する装置等を必要
とし、且つノイズの影響も受け易いという欠点がある。
また、ジャイロを使用した装置では、ドリフト誤差が累
積されるため、ある地点毎または距離毎にキャリブレー
ションを行う必要が生じる。このようなＧＰＳやジャイ
ロを使用した装置の問題点に対して走行路に固定標識等
を設置する装置は有効であるが、しかし、固定標識等の
設置費用を必要とするため装置が高価なものになってし
まう。

【０００４】本発明は上記問題点に着目してなされたも
ので、移動体に設けた撮像手段によって得られた画像を
処理して移動体の現在位置を正確に検知できる安価な移
動体位置検知装置を提供することを目的とする。尚、特
開平1-133183号公報等では、移動体が通る通路を撮像し
た画像から一方の通路端のエッジ情報を抽出・変換して
移動体の位置を検出する装置が開示されている。しか
し、この装置は、通路端に対する移動体の方向および距
離を検出するものであって、移動体の現在位置（絶対的
な位置）を検知する装置ではないため、本発明とは目的
が異なる。また、特開平2-3582号公報等では、脚歩行型
の移動体の周囲を撮像した画像から抽出した観測特徴パ
ターンと、移動体の位置情報に基づく予測パターンとを
比較することで設定からのずれを補正して移動体を誘導
制御する装置が開示されている。しかし、この装置にお
いて移動体の位置情報はジャイロ等によって検出される
だけであって、その位置情報により予測パターンが決定
されるため移動体の位置検出に関して上述の問題点を解
決するものではない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため本発明のうちの
請求項１に記載の発明では、移動体に設けられ走行路周
辺を撮像して入力画像を生成する撮像手段と、前記走行
路周辺を予め一定の距離間隔で撮像して生成された複数
の比較画像それぞれについて、特徴的な環境画像部分を
抽出し該環境画像部分及び当該比較画像の撮像位置を記
憶する比較画像記憶手段と、該比較画像記憶手段に記憶
した前記環境画像部分と前記入力画像中の対応する画像
部分とを比較し、比較結果に基づいて前記比較画像記憶
手段に記憶した比較画像の撮像位置から前記移動体の現
在位置を検知する位置検知手段とを備えて構成されたこ
とを特徴とする。

【０００６】かかる構成によれば、移動体の現在位置を
検知するに際し、予め得た複数の比較画像より、例え
ば、季節や昼夜等の環境変化に影響されない既存の構築
物等の特徴的な環境画像部分を抽出して当該比較画像の
撮像位置と共に比較画像記憶手段に記憶させる。そし
て、移動体が走行し、撮像手段で入力画像が得られる
と、位置検知手段において、得られた入力画像と比較画
像記憶手段に記憶した環境画像部分とを比較し、その比
較結果に基づいて移動体の現在位置が検知される。

【０００７】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記位置検知手段が、前記比較画像
記憶手段に記憶した環境画像部分の大きさと前記入力画
像中の前記環境画像部分に対応する画像部分の大きさと
の大小差を求め、該大小差に基づいて前記比較画像記憶
手段に記憶した当該撮像位置からの距離を演算すること
により前記移動体の現在位置を検知することを特徴とす
る。

【０００８】かかる構成によれば、位置検知手段におい
て、比較画像記憶手段に記憶した環境画像部分の大きさ
と入力画像中の環境画像部分に対応する画像部分の大き
さの大小差に応じて移動体の現在位置が検知されるよう
になる。請求項３に記載の発明では、請求項１または２
に記載の発明において、前記位置検知手段で検知した現
在位置に最も近い位置で撮像された前記比較画像から得
た情報を前記比較画像記憶手段より呼び出して前記位置
検知手段に出力する比較画像情報呼出し手段を備え、前
記位置検知手段が、前記比較画像情報呼出し手段からの
比較画像情報に基づいて次の計測周期における前記移動
体の現在位置を検知する構成としたことを特徴とする。

【０００９】かかる構成によれば、位置検知手段で用い
る比較画像記憶手段の情報が、移動体の現在位置に応じ
て比較画像呼出し手段によって呼び出されるようにな
り、位置検知手段で次の計測周期に入力画像と比較する
情報が、現在位置に最も近い位置で撮像された比較画像
から得た情報に限られるようになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本実施形態の構成を示すブ
ロック図である。図１において、本装置は、移動体とし
ての例えば列車１の先端に取り付けた撮像手段としての
カメラ２と、カメラ２で得た入力画像を量子化するＡ／
Ｄ変換器３と、量子化された入力画像を基に列車１の現
在位置を演算する位置検知手段としての位置演算部４
と、位置演算部４で用いる後述する比較画像から得た比
較処理データをデータベース化した比較画像記憶手段と
しての比較処理データベース５と、位置演算部４で演算
された列車１の現在位置に応じて比較処理データベース
５から比較処理データを位置演算部４に呼び出す比較画
像情報呼出し手段としての比較処理データ呼出しポイン
タ６と、位置演算部４で求めた現在位置を記憶する現在
位置レジスタ７と、列車１の車軸の回転数を検出する車
軸回転検出部８と、出発時に比較処理データ呼出しポイ
ンタ６及び現在位置レジスタ７を初期化する出発指令部
９とを備えて構成される。

【００１１】カメラ２は、例えば、ＣＣＤを撮像素子と
したビデオカメラなどが用いられ、列車の運行時に、進
行方向の線路周辺を一定の時間間隔で撮像してアナログ
の入力画像を生成する。ここでは、一定の時間間隔をｎ
秒間隔としする。従って、１計測周期がｎ秒間となる。
Ａ／Ｄ変換器３は、カメラ２で撮像された入力画像を量
子化してディジタルの入力画像に変換する。

【００１２】位置演算部４は、Ａ／Ｄ変換器３からの入
力画像と比較処理データベース５からの比較処理データ
とを入力し、後述するように入力画像及び比較処理デー
タを比較して列車１の現在位置を演算する。その演算結
果を比較処理データ呼出しポインタ６及び現在位置レジ
スタ７に出力する。比較処理データベース５は、予め、
列車１を走行させて、例えば、100 ｍ程度の一定間隔毎
に進行方向の路線周辺をカメラ２で撮像して得られた前
記比較画像に関する情報がデータベース化されたもので
ある。このデータベース化では、それぞれの比較画像に
ついて、後述する環境画像部分を含む領域を抽出し、そ
の比較画像が撮像された位置及び抽出領域に関する情報
（領域内の画像の形状、輝度や領域の位置等）が比較処
理データとして記憶される。

【００１３】比較処理データ呼出しポインタ６は、位置
演算部４で演算された列車１の現在位置に基づいて呼出
しポインタｐが更新される。この呼出しポインタｐは、
列車１の現在位置に最も近い位置で撮像された比較画像
から得た比較処理データを比較処理データベース５から
呼び出すための変数で、列車１の出発時に初期化（ｐ＝
０）され、列車１の移動に応じて更新される。

【００１４】現在位置レジスタ７は、位置演算部４、車
軸回転検出部８及び出発指令部９の出力を入力し、それ
ぞれの出力に応じて列車１の現在位置を一時的に記憶す
ると共に、その現在位置を他の装置等に出力する。現在
位置を記憶したレジスタの値は、出発指令部９の出力に
より初期化され、後述する車軸回転検出部８の出力に応
じて更新され、更に、位置演算部４の演算結果に応じて
補正される。

【００１５】車軸回転検出部８は、列車１の車軸の回転
数を検出し、検出した回転数を基に列車１の現在位置が
求められる。ここで求められる現在位置は、例えば、車
輪のスリップ等による誤差を含む可能性がある。このた
め、車軸回転検出部８からはある程度の誤差の範囲を有
する列車１の現在位置が出力される。この出力により前
記のように現在位置レジスタ７が更新される。

【００１６】出発指令部９は、列車１の出発時に、出発
を合図する信号を比較処理データ呼出しポインタ６及び
現在位置レジスタ７に出力する。ここでは、例えば、出
発地に列車１の始発駅等を設定し、始発駅を発車する際
に出発指令部９の出力が発生する。次に、本実施形態の
動作を説明する。

【００１７】まず、比較処理データベース５を作成する
ためには、予め運行路線に列車１を走行させて、始発駅
から略100 ｍ毎にカメラ２で路線周囲を撮像して比較画
像を取得する。得られた複数の比較画像は、各画像中の
環境画像部分Ｇref 、例えば、季節や昼夜等の環境変化
に影響されない既存の構築物などを含む領域が抽出され
る。抽出された領域の画像は、位置演算部４で入力画像
と比較可能なデータ形式に変換処理され、比較画像が取
得された位置（始発駅からの距離）及び抽出領域に関す
る情報が比較処理データとしてデータベース化される。

【００１８】このようにして作成された比較処理データ
ベース５を用いて、列車１の現在位置を検知する動作を
図２のフローチャートに従って説明する。図２におい
て、列車１が始発駅を発車する際、ステップ１（図中Ｓ
１で示し、以下同様とする。）で、出発指令部９から出
発を合図する信号が出力される。ステップ２では、出発
指令部９からの出力により、比較処理データ呼出しポイ
ンタ６及び現在位置レジスタ７が初期化される。

【００１９】ステップ３では、列車１が走行を開始する
と、移動に応じて車軸回転検出部８で検出された列車１
の現在位置が現在位置レジスタ７に出力されて、現在位
置レジスタ７が更新される。ステップ４では、カメラ２
によりｎ秒周期で入力画像が取得される。ステップ５で
は、ステップ４で得た入力画像が、Ａ／Ｄ変換器３で量
子化された後、位置演算部４に入力される。

【００２０】ステップ６では、比較処理データ呼出しポ
インタ６により、呼出しポインタｐに対応する比較処理
データ（列車１の現在位置に最も近い位置で撮像された
比較画像に基づく比較処理データ）が比較処理データベ
ース５から呼び出され位置演算部４に入力される。ステ
ップ７では、位置演算部４において、入力された比較処
理データの抽出領域と一致する領域が入力画像から抽出
される。

【００２１】ステップ８では、ステップ７で抽出された
領域の入力画像と比較処理データの抽出領域画像とを比
較して、入力画像内の環境画像部分Ｇinを特定する。ス
テップ９では、入力画像の環境画像部分Ｇinと比較処理
データの環境画像部分Ｇref とを比較して大小関係を判
別する。環境画像部分Ｇinが環境画像部分Ｇref より小
さい場合にはステップ10に進む。環境画像部分Ｇinと環
境画像部分Ｇref とが等しい場合にはステップ12に進
む。環境画像部分Ｇinが環境画像部分Ｇref より大きい
場合にはステップ14に進む。

【００２２】ステップ10では、環境画像部分Ｇref に対
する環境画像部分Ｇinの大きさの割合ｆ（大小差）を求
め、この割合ｆに基づいて、比較画像の撮像位置に対す
る入力画像の撮像位置のずれ量Ｄが算出される。そし
て、比較処理データの位置情報（比較画像の撮像位置）
からずれ量Ｄを減算して列車１の現在位置が求められ
る。

【００２３】ステップ11では、ステップ10で求められた
列車１の現在位置が位置演算部４から現在位置レジスタ
７に出力され、現在位置レジスタ７に記憶された列車１
の現在位置が補正されると共に他の装置等に出力され
る。そして、ステップ３に戻り上記動作が繰り返され
る。ステップ12では、比較処理データの位置情報を列車
１の現在位置とする。

【００２４】ステップ13では、ステップ12で定めた列車
１の現在位置が位置演算部４から現在位置レジスタ７及
び比較処理データ呼出しポインタ６に出力され、現在位
置レジスタ７に記憶された列車１の現在位置が補正され
出力されると共に、呼出しポインタｐの値が更新され
る。そして、ステップ３に戻る。ステップ14では、ステ
ップ10と同様にして、比較画像の撮像位置に対する入力
画像の撮像位置のずれ量Ｄが算出される。そして、比較
処理データの位置情報にずれ量Ｄを加算して列車１の現
在位置が求められる。

【００２５】ステップ15では、ステップ14で求めた列車
１の現在位置が位置演算部４から現在位置レジスタ７及
び比較処理データ呼出しポインタ６に出力され、現在位
置レジスタ７に記憶された列車１の現在位置が補正され
出力されると共に、呼出しポインタｐの値が更新され
る。そして、ステップ３に戻る。このように、ステップ
１〜ステップ15の動作によって、列車１の現在位置が正
確に検知されて現在位置レジスタ７の記憶位置が更新さ
れる。尚、ステップ３において車軸回転検出部８の出力
により現在位置レジスタ７を更新する動作は、万一、画
像処理系が故障した時に、ある程度の誤差の範囲で列車
１の現在位置を検出できるようにする役割を有してい
る。従って、車軸回転検出部８による現在位置検出は画
像処理による検出を補助するものであれば良く、車軸回
転検出部８の代わりに従来の位置検出装置（ＧＰＳやジ
ャイロ等）を用いて現在位置を検出する構成であっても
構わない。

【００２６】上述のように本実施形態によれば、位置演
算部４において、入力画像に対応する比較処理データの
環境画像部分Ｇref と入力画像中の環境画像部分Ｇinと
を比較して列車１の現在位置を求めることによって、走
行路に固定標識等を設けることなく入力画像に撮像され
た環境画像によって列車１の現在位置を特定することが
できるため、高い精度で現在位置を検知できる安価な装
置が提供可能である。また、比較処理データの環境画像
部分Ｇref の大きさと入力画像中の環境画像部分Ｇinの
大きさとの大小差に基づいて列車１の現在位置を求める
ことによって、それぞれの環境画像部分が略一致する場
合、即ち、比較画像の撮像位置と入力画像の撮像位置と
が略一致する場合だけでなく、隣接する比較画像の撮像
位置の間で入力画像が撮像された場合でも列車１の現在
位置を求めることができるため、より正確に現在位置を
検知することが可能である。更に、列車１の現在位置に
応じて比較処理データ呼出しポインタ６で呼び出された
比較処理データを、位置演算部４で次の計測周期に用い
ることによって、現在位置に最も近い位置で撮像された
比較画像から得た比較処理データだけについて位置演算
部４の演算が行われるため、位置演算部４の演算量が減
少し位置検知動作の高速化を図ることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうちの請
求項１に記載の発明は、比較画像記憶手段に記憶された
環境画像部分と入力画像中の対応する画像部分とを比較
して移動体の現在位置を求めることによって、従来装置
のように走行路に固定標識等を設ける必要がなく、入力
画像に撮像された環境画像によって移動体の現在位置を
特定することができるため、高い精度で現在位置を検知
できる安価な装置が提供可能である。

【００２８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明の効果に加えて、比較画像記憶手段に記憶した環
境画像部分の大きさと、その環境画像部分に対応する入
力画像中の画像部分の大きさとの大小差に基づいて移動
体の現在位置を求めることによって、隣接する比較画像
の撮像位置の間で入力画像が撮像された場合でも移動体
の現在位置を求めることができるため、より正確に現在
位置を検知することが可能である。

【００２９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明の効果に加えて、比較画像情報呼出し手
段で呼び出された比較画像情報を位置検知手段で用いる
ことによって、移動体の現在位置に最も近い位置で撮像
された比較画像から得た情報だけについて、次の計測周
期の位置検知手段における演算が行われるため、演算量
が減少し位置検知動作の高速化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図

【図２】同上実施形態の動作を説明するフローチャート

【符号の説明】

１ 列車 ２ カメラ ３ Ａ／Ｄ変換器 ４ 位置演算部 ５ 比較処理データベース ６ 比較処理データ呼出しポインタ ７ 現在位置レジスタ ８ 車軸回転検出部 ９ 出発指令部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動体に設けられ走行路周辺を撮像して入
   力画像を生成する撮像手段と、前記走行路周辺を予め一
   定の距離間隔で撮像して生成された複数の比較画像それ
   ぞれについて、特徴的な環境画像部分を抽出し該環境画
   像部分及び当該比較画像の撮像位置を記憶する比較画像
   記憶手段と、該比較画像記憶手段に記憶した前記環境画
   像部分と前記入力画像中の対応する画像部分とを比較
   し、比較結果に基づいて前記比較画像記憶手段に記憶し
   た比較画像の撮像位置から前記移動体の現在位置を検知
   する位置検知手段とを備えて構成されたことを特徴とす
   る移動体位置検知装置。
2. 【請求項２】前記位置検知手段が、前記比較画像記憶手
   段に記憶した環境画像部分の大きさと前記入力画像中の
   前記環境画像部分に対応する画像部分の大きさとの大小
   差を求め、該大小差に基づいて前記比較画像記憶手段に
   記憶した当該撮像位置からの距離を演算することにより
   前記移動体の現在位置を検知することを特徴とする請求
   項１記載の移動体位置検知装置。
3. 【請求項３】前記位置検知手段で検知した現在位置に最
   も近い位置で撮像された前記比較画像から得た情報を前
   記比較画像記憶手段より呼び出して前記位置検知手段に
   出力する比較画像情報呼出し手段を備え、前記位置検知
   手段が、前記比較画像情報呼出し手段からの比較画像情
   報に基づいて次の計測周期における前記移動体の現在位
   置を検知する構成としたことを特徴とする請求項１また
   は２記載の移動体位置検知装置。