特開 2024-89680 測位装置、移動体、測位方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024089680

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】測位装置、移動体、測位方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/43 20240101AFI20240627BHJP

   G01C 21/30 20060101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

G05D1/02 K

G01C21/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022205013

(22)【出願日】2022-12-22

(71)【出願人】

【識別番号】000001443

【氏名又は名称】カシオ計算機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001254

【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮本 直知

【テーマコード（参考）】

2F129

5H301

【Ｆターム（参考）】

2F129AA03

2F129BB06

2F129BB14

2F129BB15

2F129BB33

2F129BB38

2F129BB39

2F129BB49

2F129BB66

2F129CC14

2F129DD39

2F129EE69

2F129FF02

2F129FF08

2F129FF18

2F129GG17

2F129HH18

2F129HH20

5H301AA01

5H301AA07

5H301BB10

5H301CC03

5H301CC06

5H301CC10

5H301FF06

5H301FF11

5H301GG09

5H301GG17

(57)【要約】

【課題】より確実に測位を行うことが可能な測位装置、移動体、測位方法及びプログラムを提供する。
【解決手段】測位装置は、空間を移動する移動体に設けられた撮像部により撮像された画像において、光源と、光源とは異なる物標と、を検出し、画像における光源及び物標の位置と、空間における光源及び物標の既知の位置と、に基づいて空間における移動体の位置を導出する処理部を備える。また、移動体は、上記の測位装置と、測位装置と、撮像部と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

空間を移動する移動体に設けられた撮像部により撮像された画像において、光源と、前記光源とは異なる物標と、を検出し、前記画像における前記光源及び前記物標の位置と、前記空間における前記光源及び前記物標の既知の位置と、に基づいて前記空間における前記移動体の位置を導出する処理部を備える、測位装置。

【請求項2】

前記処理部は、
前記画像において、１つの前記光源と、前記物標と、を検出した場合に、前記画像における前記１つの光源及び前記物標の位置と、前記空間における前記１つの光源及び前記物標の既知の位置と、に基づいて前記移動体の位置を導出し、
前記画像において前記光源を検出し、かつ、検出した前記光源が複数の光源である場合には、前記画像における前記複数の光源のうち少なくとも２つの光源の位置と、前記空間における前記少なくとも２つの光源の既知の位置と、に基づいて前記移動体の位置を導出する、
請求項１に記載の測位装置。

【請求項3】

前記処理部は、前記画像において前記光源及び前記物標を検出し、かつ、検出した前記光源が複数の光源である場合に、前記画像における前記複数の光源のうち少なくとも２つの光源及び前記物標の位置と、前記空間における前記少なくとも２つの光源及び前記物標の既知の位置と、に基づいて前記移動体の位置を導出する、
請求項１に記載の測位装置。

【請求項4】

前記処理部は、前記画像において前記光源及び前記物標を検出し、かつ、検出した前記物標が複数の物標である場合に、前記画像における前記光源及び前記複数の物標のうち少なくとも２つの物標の位置と、前記空間における前記光源及び前記少なくとも２つの物標の既知の位置と、に基づいて前記移動体の位置を導出する、
請求項１に記載の測位装置。

【請求項5】

前記処理部は、最後に導出した前記移動体の位置に基づいて、前記画像に写っている前記物標の識別結果を取得し、取得した前記識別結果に基づいて前記空間における前記物標の前記既知の位置を特定する、
請求項１に記載の測位装置。

【請求項6】

前記処理部は、さらに現在時刻に基づいて、前記画像に写っている前記物標の識別結果を取得する、
請求項５に記載の測位装置。

【請求項7】

前記光源は、固有の発光パターンで発光し、
前記処理部は、前記画像から特定される前記発光パターンに基づいて前記光源を識別し、前記光源の識別結果に基づいて前記空間における前記光源の前記既知の位置を特定する、
請求項１に記載の測位装置。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一項に記載の測位装置と、
前記撮像部と、
を備える移動体。

【請求項9】

前記測位装置の前記処理部が前記空間における前記物標の位置に基づいて前記移動体の位置を導出した場合に、前記移動体の移動速度を基準値未満の低速に低減させる制御部を備える、
請求項８に記載の移動体。

【請求項10】

コンピュータが実行する測位方法であって、
空間を移動する移動体に設けられた撮像部により撮像された画像において、光源と、前記光源とは異なる物標と、を検出し、前記画像における前記光源及び前記物標の位置と、前記空間における前記光源及び前記物標の既知の位置と、に基づいて前記空間における前記移動体の位置を導出する、測位方法。

【請求項11】

コンピュータを、空間を移動する移動体に設けられた撮像部により撮像された画像において、光源と、前記光源とは異なる物標と、を検出し、前記画像における前記光源及び前記物標の位置と、前記空間における前記光源及び前記物標の既知の位置と、に基づいて前記空間における前記移動体の位置を導出する処理手段として機能させる、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測位装置、移動体、測位方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、屋内における移動体の測位をするために、光を発する光源からの情報により当該移動体の測位を行う技術が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－７６４０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来技術では、周囲の環境によっては、光源からの光を適切に受信できずに測位ができなくなるおそれがある。

【0005】

本発明は、より確実に測位を行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明に係る測位装置は、
空間を移動する移動体に設けられた撮像部により撮像された画像において、光源と、前記光源とは異なる物標と、を検出し、前記画像における前記光源及び前記物標の位置と、前記空間における前記光源及び前記物標の既知の位置と、に基づいて前記空間における前記移動体の位置を導出する処理部を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、より確実に測位を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】測位システムの構成を示す図である。

【図2】移動体の機能構成を示すブロック図である。

【図3】測位に用いられる画像の例を示す図である。

【図4】光源位置データの内容例を示す図である。

【図5】物標位置データの内容例を示す図である。

【図6】移動体の位置の導出方法を説明する図である。

【図7】画像の他の例を示す図である。

【図8】測位移動処理の制御手順を示すフローチャートである。

【図9】測位移動処理の制御手順の他の例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【0010】

（測位システムの構成）
図１は、本実施形態における測位システム１の構成を示す図である。
測位システム１は、移動体１０と、複数の光源２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、…（以下、任意の１つの光源を指す場合には「光源２０」と記す）とを備える。本実施形態では、測位システム１を月面上の空間５００において適用した場合を例に挙げて説明する。以下では、空間５００における移動体１０及び光源２０の位置をＸＹＺ直交座標系により表す。Ｚ方向は鉛直方向（月の重力加速度方向）上向きであり、Ｘ方向及びＹ方向は、互いに垂直、かつＺ方向に垂直であるものとする。

【0011】

移動体１０は、月面上の空間５００を自律走行（移動）して探査する月面探査車（ローバー）である。移動体１０は、２つのカメラ１４（撮像部）と、カメラ１４により撮像された画像に基づいて移動体１０の位置及び向きを導出する測位装置１００とを備える。本明細書では、空間５００における移動体１０の位置及び向きのうち、少なくとも位置を導出することを「測位」と記す。本実施形態の測位装置１００が行う測位は、移動体１０の位置及び向きの双方を導出する動作を含む。移動体１０は、測位装置１００が所定の頻度で行う測位の結果に基づいて自装置の位置及び向きを特定しつつ、設定された目的地に向かって自律的に移動する。

【0012】

複数の光源２０は、月面上において互いに間隔をあけて設置されている。各光源２０は、その設置時に、空間５００にける位置（ＸＹＺ座標）が測量されている（位置が既知である）。光源２０は、月面上の位置を表す位置指標として機能し、マーカーとも呼ばれる。各光源２０は、例えば赤、緑及び青の光を発する３つのＬＥＤ（Light Emitting Diode）を有し、固有の発光パターンで発光する。すなわち、各光源２０は、光源２０ごとに予め定められたパターンで、発光色を時系列に沿って変化させる。各光源２０の発光パターンをデコードすることで、各光源２０に割り当てられた光源ＩＤを特定することができる。このように、光源２０は、可視光により情報（ここでは、光源ＩＤ）を伝達する可視光通信に用いられる。

【0013】

複数の光源２０は、空間５００のうち移動体１０が移動する可能性のある範囲において、移動体１０がどの位置にあってもカメラ１４により２以上の光源２０が撮像されるような配置で設置されている。光源２０の電源としては、太陽電池等を用いることができる。光源２０に適切な容量の充電池を接続しておくことで、月の夜の期間（月の自転に応じて太陽光が直接届かなくなる期間。以下「夜間」と記す）においても光源２０を発光させることができる。図１には、夜間において発光している光源２０が描かれている。夜間においては、空間５００が暗くなるので、光源２０の発光パターンを良好に観測できる。一方、月の昼の期間（月の自転に応じて太陽光が直接当たる期間。以下「昼間」と記す）においては、光源２０に太陽光が直接当たっていると、光源２０の発光パターンが太陽光によってかき消されて観測できなくなる（カメラ１４による撮像画像において検出できなくなる）場合がある。このため、可能な限り、昼間においても陰になるような場所、例えば図１に示す窪地４０（クレーター等）に光源２０を設置することが好ましい。

【0014】

また、本実施形態では、月面上の山頂３０ａ、３０ｂ等のランドスケープ、及び、月面基地３０ｃ等のランドマークといった種々の物標も位置指標として用いられる。以下では、山頂３０ａ、３０ｂ、及び月面基地３０ｃを含む種々の物標のうち任意の１つを指す場合には「物標３０」と記す。

【0015】

図２は、移動体１０の機能構成を示すブロック図である。
移動体１０は、ＣＰＵ１１（Central Processing Unit）（１以上の処理部、処理手段、１以上の制御部、制御手段、コンピュータ）と、ＲＡＭ１２（Random Access Memory）と、記憶部１３と、カメラ１４と、計時部１５と、走行駆動部１６と、姿勢角検出部１７などを備える。このうちＣＰＵ１１、ＲＡＭ１２及び記憶部１３により測位装置１００が構成される。移動体１０の各部は、バス等の通信経路１８を介して接続されている。

【0016】

ＣＰＵ１１は、記憶部１３に記憶されているプログラム１３１を読み出して実行することで、移動体１０の動作を制御する制御部として機能し、また、測位装置１００による測位に係る処理を実行する処理部として機能するプロセッサである。なお、移動体１０（及び測位装置１００）は、複数のプロセッサ（複数のＣＰＵ等）を有していてもよく、本実施形態のＣＰＵ１１が実行する複数の処理を、当該複数のプロセッサが実行してもよい。この場合には、複数のプロセッサが１以上の制御部及び１以上の処理部に相当する。これらの場合において、複数のプロセッサが共通の処理に関与してもよいし、あるいは、複数のプロセッサが独立に異なる処理を並列に実行してもよい。後者の場合には、複数のプロセッサのうちの一部が１以上の制御部に相当し、複数のプロセッサのうちの他の一部が１以上の処理部に相当してもよい。

【0017】

ＲＡＭ１２は、ＣＰＵ１１に作業用のメモリ空間を提供し一時データを記憶する。

【0018】

記憶部１３は、コンピュータとしてのＣＰＵ１１により読み取り可能な非一時的な記録媒体であり、プログラム１３１及び各種データを記憶する。記憶部１３は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の不揮発性メモリを含む。記憶部１３に記憶されるデータとしては、カメラ１４により撮像された画像に係る撮像画像データ１３２、各光源２０の位置に係る情報を含む光源位置データ１３３、各種物標３０の位置に係る情報を含む物標位置データ１３４、及び、測位装置１００による測位履歴の情報を含む測位履歴データ１３５などがある。

【0019】

カメラ１４は、所定のフレームレート（例えば、３０ｆｐｓ、又は６０ｆｐｓ等）で空間５００を撮像し、その撮像画像データ１３２を測位装置１００に出力する。図１に示すように、移動体１０には、移動体１０の前方及び後方をそれぞれ撮像する２つのカメラ１４が設けられている。２台のカメラ１４を用いる理由は、光源２０の光（可視光通信用の光）の検知範囲を確保するためと、レンズ等の光学歪みの補正エラーを防ぐためである。なお、歪み補正が良好にできるのであれば、大広角レンズの単一のカメラ１４を用いてもよい。

【0020】

計時部１５は、現在時刻を算出して保持し、保持している時刻をＣＰＵ１１に出力する。計時部１５が算出する時刻は、例えば地球のＵＴＣ（協定世界時）であってもよいし、月の一昼夜（地球上の約２７．３日に相当）を１日として当該１日における時間の経過を表すものであってもよい。

【0021】

走行駆動部１６は、ＣＰＵ１１から送信される制御信号に従って、移動体１０を走行させるための車輪の駆動（回転）や、移動方向の変更等を行う。よって、ＣＰＵ１１は、走行駆動部１６に制御信号を送信することで、移動体１０の移動速度や移動方向を制御することができる。

【0022】

姿勢角検出部１７は、例えば、３軸方向の加速度を検出する３軸加速度センサ、及び、３軸周りの角速度を検出する３軸角速度センサ（ジャイロセンサ）を備える６軸センサである。姿勢角検出部１７は、３軸加速度センサ、及び３軸角速度センサの出力値に基づいて、移動体１０の姿勢角（ヨー、ピッチ、ロール）を導出して測位装置１００に出力する。なお、姿勢角検出部１７は、３軸加速度センサ、及び３軸角速度センサの出力値を測位装置１００に出力し、測位装置１００のＣＰＵ１１がこれらの出力値に基づいて姿勢角を導出してもよい。

【0023】

（測位システムの動作）
次に、測位システム１の移動体１０及び測位装置１００の動作について説明する。
上述のとおり、移動体１０の測位装置１００は、移動体１０の測位を所定の頻度で行う。以下に説明する測位に係る動作の主体は、測位装置１００のＣＰＵ１１であるが、便宜上、測位装置１００を動作主体として記載する場合がある。

【0024】

測位装置１００は、カメラ１４により撮像された画像６０（図３参照）において、空間５００における位置が既知である２以上の位置指標を検出し、画像６０における２以上の位置指標の位置と、空間５００における２以上の位置指標の既知の位置と、に基づいて、空間５００における移動体１０の位置及び向きを導出する。以下では、画像６０における位置指標の位置（画像６０における位置指標に相当する画素の座標）を「画像内位置」と記し、空間５００における位置指標の位置（空間５００における位置指標のＸＹＺ座標）を「空間内位置」と記す。

【0025】

上述のとおり、光源２０は、位置指標の一態様である。測位装置１００は、画像６０において複数の光源２０を検出した場合には、当該複数の光源２０のうち少なくとも２つの光源２０の画像内位置及び空間内位置に基づいて、移動体１０の位置及び向きを導出する。上述のとおり、夜間は空間５００が暗いため、通常、画像６０から２つ以上の光源２０を検出することができる。よって、夜間においては、測位装置１００は、位置指標として光源２０のみを用いて測位を行うことができる。

【0026】

一方、画像６０において１つ以下の光源２０しか検出できない場合には、測位装置１００は、光源２０とは異なる月面上の（空間５００内にある）物標３０を位置指標として用いる。すなわち、検出できた光源２０が１つである場合には、測位装置１００は、当該１つの光源２０及び他の少なくとも１つの物標３０の画像内位置及び空間内位置に基づいて移動体１０の位置及び向きを導出する。また、画像６０において光源２０が１つも検出できなかった場合には、測位装置１００は、少なくとも２つの物標３０の画像内位置及び空間内位置に基づいて移動体１０の位置及び向きを導出する。ここで、物標３０は、画像６０内及び空間５００内において代表点（特徴点）の位置を特定することが可能な任意の物体とすることができる。例えば、山の稜線の一部（山頂等）、地平線の一部、特徴的な地形（岩石やクレーター等）のエッジ部、及び建造物（月面基地等）などが物標３０となり得る。
画像６０において検出できる光源２０が１つ以下となる場合の例としては、昼間において太陽光により一部の光源２０の光がかき消されて観測できなくなる場合や、移動体１０と光源２０との間に光を遮る障害物がある場合等が挙げられる。

【0027】

図３は、測位に用いられる画像６０の例を示す図である。
画像６０は、昼間においてカメラ１４が空間５００の一部を撮像して得られたものである。ここでは、窪地４０において太陽光の陰ができているので、窪地４０に位置する光源２０ａの光は画像６０において検出することができる。一方、日なたに位置する光源２０ｂ、２０ｃの光は、太陽光によりかき消されて画像６０上では検出できなくなっている。このように、画像６０において１つの光源２０ａしか検出できない場合には、測位装置１００は、光源２０ａに加えて、画像６０において物標３０としての山頂３０ａや月面基地３０ｃを検出し、測位に用いる。以下、図３の画像６０において光源２０ａ及び山頂３０ａを用いて測位を行う場合の動作を例に挙げて説明する。

【0028】

カメラ１４から画像６０を取得すると、測位装置１００は、まず画像６０において光源２０ａを検出する。詳しくは、測位装置１００は、画像６０を含む所定フレーム数の直近の画像群（動画像）から、光源２０ａの発光パターンを検出し、検出した発光パターンをデコードして光源ＩＤを特定する。光源ＩＤを特定する動作は、光源２０を識別する動作に相当する。測位装置１００は、光源位置データ１３３を参照して、特定した光源ＩＤの光源２０の空間内位置を取得する。

【0029】

図４は、光源位置データ１３３の内容例を示す図である。
光源位置データ１３３では、各光源ＩＤに対して、その光源ＩＤが付与されている光源２０の空間５００における設置位置（空間内位置）が対応付けられて記憶されている。図３に示す光源２０ａの光源ＩＤは「１００１」であり、対応する空間内位置は（Ｘ１１，Ｙ１１，Ｚ１１）であるものとする。

【0030】

また、測位装置１００は、以下の方法で、画像６０において物標３０（山頂３０ａ）を検出する。
まず、測位装置１００は、物標位置データ１３４を参照し、前回の測位結果（最後に導出した移動体１０の位置）と、計時部１５が計時している現在時刻と、に基づいて、画像６０に写り得る物標３０の候補を特定する。また、特定した物標３０の候補に基づいて、画像６０において現に写っている物標３０（山頂３０ａ）の識別結果を取得し、取得した識別結果に基づいて物標３０の空間内位置を特定する。物標３０の識別結果を取得する動作は、画像６０において物標３０を検出する動作に含まれる。

【0031】

図５は、物標位置データ１３４の内容例を示す図である。
物標位置データ１３４では、空間５００を複数の区域Ｒ（区域Ｒ１、Ｒ２、…）に区分した場合に、各区域Ｒから観測可能な物標３０の候補が区域Ｒごとに登録されている。物標位置データ１３４は、物標３０の候補に係るデータとして、「名称」、「方位」、「位置」及び「観測可能時間帯」を含む。
「名称」は、物標３０の候補の名称である。
「方位」は、区域Ｒの代表位置（例えば中央）から物標３０の候補が観測される方位である。
「位置」は、予め測量された、空間５００における物標３０の候補のＸＹＺ座標である。したがって、各物標３０の空間内位置は既知である。
「観測可能時間帯」は、区域Ｒの代表位置から物標３０の候補を観測可能な時間帯である。例えば、昼間であっても時間帯によっては高い山の陰に入って観測できなくなる物標３０については、観測できなくなる時間帯を除いた時間帯が記録される。

【0032】

物標位置データ１３４において、前回の測位結果における移動体１０の位置が属する区域Ｒを参照することで、移動体１０の現在位置（厳密には、直近の位置）から観測可能な物標３０の候補及びその方位を特定することができる。よって、特定された物標３０の候補と、画像６０に写っている物標３０とを画像認識処理等により対比することで、画像６０において写っている物標３０の識別結果を取得することができ、当該識別結果から物標３０を検出することができる。また、物標位置データ１３４から、識別された物標３０の空間内位置を特定することができる。なお、前回の測位結果における移動体１０の向きをさらに参照して、画像６０が撮像された方位を特定することで、物標３０の識別精度をより高めてもよい。
図３に示す画像６０からは、物標３０として山頂３０ａが検出され、その空間内位置（Ｘ２１，Ｙ２１，Ｚ２１）が特定されたものとする。

【0033】

なお、物標３０の識別方法及び検出方法は上述の方法に限られない。
例えば、区域Ｒを用いず、前回の測位結果における移動体１０の位置（ＸＹＺ座標）から直接、画像６０に写り得る物標３０の候補を特定してもよい。例えば、空間５００の３Ｄモデルを予め作成しておき、移動体１０の現在位置（直近の位置）から見える物標３０の候補を３Ｄモデルに基づくシミュレーションによって特定してもよい。当該シミュレーションにより特定された物標３０の候補と、画像６０とを対比することで、物標３０の識別結果を取得することができる。また、上記３Ｄモデルに代えて、高さの情報を含む月面の地図を用いて物標３０の候補を特定してもよい。
また、機械学習モデルに画像６０を入力することで、画像６０に写っている物標３０を特定してもよい。すなわち、月面上の複数の地点から観測できる物標３０の位置、形状及び大きさ等を予め学習させた機械学習モデルを用意し、当該機械学習モデルに、画像６０及び前回の測位結果（移動体１０の位置、及び、必要な場合にはさらに向き）を入力することで、画像６０内に物標３０の候補が写っているか否か、及び、写っている場合における物標３０の識別結果を出力として取得してもよい。上記の機械学習モデルは、記憶部１３に記憶されていてもよいし、外部装置に記憶されていてもよい。機械学習モデルが外部装置に記憶されている場合には、移動体１０が有する図示略の通信部により画像６０等の入力データを外部装置の機械学習モデルに入力し、出力結果を外部装置から受信すればよい。
いずれの場合にも、特定された物標３０の空間内位置は、物標３０と空間内位置とが対応付けられたテーブルデータ（物標位置データ１３４でもよい）から取得することができる。

【0034】

測位装置１００は、画像６０において位置指標としての光源２０ａ及び山頂３０ａを検出すると、画像６０における光源２０ａ及び山頂３０ａの画像内位置と、空間５００における光源２０ａ及び山頂３０ａの空間内位置と、に基づいて、空間５００における移動体１０の位置及び向きを導出する。

【0035】

図６は、移動体１０の位置の導出方法を説明する図である。
ここでは、画像６０における光源２０ａの画像内位置が点Ｐ１（Ｐｘ，Ｐｙ）であり、山頂３０ａの画像内位置が点Ｑ１（Ｑｘ，Ｑｙ）であるものとする。測位装置１００は、画像６０における光源２０ａの画像内位置（点Ｐ１）及び山頂３０ａの画像内位置（点Ｑ１）と、空間５００における光源２０ａの空間内位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）及び山頂３０ａの空間内位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）と、に基づいて、三角測量の原理により、移動体１０（カメラ１４）の空間内位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）を導出する（ただし、ここではＺ０は固定）。また、測位装置１００は、移動体１０の空間内位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）と、画像６０において光源２０ａ及び／又は山頂３０ａが写っている位置とから、移動体１０（カメラ１４）の向きを導出する。
この方法により、移動体１０（カメラ１４）の高さ及び姿勢角の２自由度（ピッチ、ロール）が固定されている前提で、移動体１０の位置及び向き（水平方位）を導出することができる。なお、路面に凹凸がある場合等、移動体１０の姿勢角が変動し得る場合には、姿勢角検出部１７による姿勢角の検出結果に基づいて補正された位置及び向きを導出してもよい。例えば、姿勢角検出部１７による姿勢角の検出結果に基づいて画像６０の向き（画像６０における光源２０ａ及び山頂３０ａの位置）等を補正した上で位置を導出してもよい。

【0036】

ところで、画像６０における物標３０の位置の検出精度は、画像６０における光源２０の位置の検出精度よりも低くなりやすい。これは、物標３０は発光体ではないので画像６０上で周囲の物体と区別しにくいこと、及び、物標３０を識別するための他の処理（画像認識処理等）の精度が影響すること等による。このため、画像６０において、１つの光源２０の他に複数の物標３０を検出可能である場合には、１つの光源２０と、検出可能な複数の物標３０のうち少なくとも２つの物標３０と、を位置指標として用いて（すなわち、３つ以上の位置指標を用いて）測位を行うことで、測位精度を高めてもよい。例えば、図３に示す例では、光源２０ａ及び物標３０としての山頂３０ａに加えて、物標３０としての月面基地３０ｃ（例えば、その角部の特徴点（画像内位置：点Ｑ２））をさらに測位に用いてもよい。

【0037】

図７は、画像６０の他の例を示す図である。
図７に示す画像６０は、昼間においてカメラ１４が空間５００のうち図３とは異なる一部を撮像して得られたものである。この画像６０からは、２つの窪地４０の陰に位置する２つの光源２０ａ（画像内位置：点Ｐ１）及び光源２０ｄ（画像内位置：点Ｐ２）の発光パターンを観測できるので、これらの光源２０ａ、２０ｄを検出することができる。また、光源位置データ１３３を参照して光源２０ａ、２０ｄの空間内位置を取得することができる。よって、測位装置１００は、画像６０における光源２０ａ、２０ｄの画像内位置と、空間５００における光源２０ａ、２０ｄの空間内位置と、に基づいて、図６と同様の方法により移動体１０の位置及び向きを導出する。この場合には、図６において、山頂３０ａを光源２０ｄに置き換え、画像６０内の点Ｑ１を、光源２０ｄに対応する点Ｐ２に置き換えればよい。

【0038】

また、画像６０から２つの光源２０を検出できる場合に、さらに光源２０以外の物標３０を位置指標として用いてもよい。すなわち、光源２０及び物標３０を含む３つ以上の位置指標を用いて測位を行ってもよい。例えば、図７に示す画像６０においては、光源２０ａ、２０ｄの他に、物標３０としての月面基地３０ｃ（画像内位置：点Ｑ２）、及び山頂３０ｂ（画像内位置：点Ｑ３）を検出可能であるので、光源２０ａ、２０ｄに加えて、月面基地３０ｃ及び山頂３０ｂのうち少なくとも一方をさらに位置指標として用いてもよい。これにより、２つの光源２０のみを用いた場合よりもさらに測位精度を高めることができる。

【0039】

また、３つ以上の位置指標を用いることで、より多くの自由度に対応した測位を行うことができる。すなわち、２つの位置指標を用いた場合には、水平位置（ＸＹ座標）及び水平方位の３自由度の測位が可能であるのに対し、３つ以上の位置指標を用いることで、鉛直方向座標（Ｚ座標）及び姿勢角の２自由度（ピッチ、ロール）のうちの少なくとも一部を加えた４自由度以上の測位が可能になる。理想的には、６つの位置指標を用いることで、３次元座標（水平位置及び高さ）及び３軸姿勢角（ヨー（水平方位）、ピッチ、ロール）の６自由度の測位が可能となる。７点以上の位置指標が検出されている場合には、位置指標として光源２０を優先的に用いることで、さらに測位精度を高めることができる。

【0040】

次に、上述した測位を行いつつ移動体１０を移動させるためにＣＰＵ１１が実行する測位移動処理について説明する。
図８は、測位移動処理の制御手順を示すフローチャートである。
測位移動処理は、月面上において移動体１０が動作を開始した場合に開始される。

【0041】

測位移動処理が開始されると、ＣＰＵ１１は、カメラ１４により撮像された画像６０を取得する（ステップＳ１０１）。また、ＣＰＵ１１は、夜間であるか否かを判別する（ステップＳ１０２）。ここでは、ＣＰＵ１１は、計時部１５により計時されている現在時刻に基づいて夜間か否かの判別を行う。あるいは、画像６０の輝度に基づいて夜間か否かの判別を行ってもよい。例えば、画像６０の画素の平均輝度が所定の基準輝度以下であれば夜間と判別してもよい。

【0042】

夜間であると判別された場合には（ステップＳ１０２で“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１１は、上述の方法により画像６０において光源２０の検出を試み、画像６０において複数の光源２０を検出したか否かを判別する（ステップＳ１０３）。複数の光源２０を検出したと判別された場合には（ステップＳ１０３で“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１１は、検出した複数の光源２０のうち２以上の光源２０の画像内位置及び空間内位置に基づいて測位を行い（すなわち、移動体１０の位置及び向きを導出し）、測位結果を測位履歴データ１３５に記録する（ステップＳ１０４）。

【0043】

一方、画像６０において複数の光源２０を検出できなかったと判別された場合には（ステップＳ１０３で“ＮＯ”）、ＣＰＵ１１は、走行駆動部１６に制御信号を送信して移動体１０の移動を停止させる（ステップＳ１０５）。自装置の位置や向きが不明な状態で移動すると、目的地へのルートを大きく外れたり、不測の事故に繋がったりする可能性があるためである。ステップＳ１０５が終了すると、ＣＰＵ１１は、処理をステップＳ１０１に戻す。

【0044】

ステップＳ１０２において、夜間ではない（すなわち、昼間である）と判別された場合には（ステップＳ１０２で“ＮＯ”）、ＣＰＵ１１は、画像６０において光源２０の検出を試み、画像６０において複数の光源２０を検出したか否かを判別する（ステップＳ１０６）。複数の光源２０を検出したと判別された場合には（ステップＳ１０６で“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１１は、処理をステップＳ１０４に移行させ、２以上の光源２０を用いて測位を行う。

【0045】

画像６０において複数の光源２０を検出できなかったと判別された場合には（ステップＳ１０６で“ＮＯ”）、ＣＰＵ１１は、測位履歴データ１３５に前回の測位結果が記録されているか否かを判別する（ステップＳ１０７）。前回の測位結果が記録されていないと判別された場合には（ステップＳ１０７で“ＮＯ”）、ＣＰＵ１１は、物標３０の識別及び検出に必要な自装置の現在位置を取得できないため、処理をステップＳ１０５に移行させて移動体１０の移動を停止させる。

【0046】

前回の測位結果が記録されていると判別された場合には（ステップＳ１０７で“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１１は、画像６０において１つの光源２０を検出したか否かを判別する（ステップＳ１０８）。１つの光源２０を検出したと判別された場合には（ステップＳ１０８で“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１１は、前回の測位結果、及び計時部１５が計時する現在時刻に基づいて、カメラ１４により撮像され得る物標３０の候補を特定して取得する（ステップＳ１０９）。

【0047】

ＣＰＵ１１は、画像６０において、候補に合致する物標３０の検出（物標３０の識別結果の取得）を試み、１以上の物標３０を画像６０から検出したか否かを判別する（ステップＳ１１０）。物標３０を検出できなかったと判別された場合には（ステップＳ１１０で“ＮＯ”）、ＣＰＵ１１は、処理をステップＳ１０５に移行させて移動体１０の移動を停止させる。１以上の物標３０を検出したと判別された場合には（ステップＳ１１０で“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０８で検出した１つの光源２０、及びステップＳ１１０で検出した１以上の物標３０の画像内位置及び空間内位置に基づいて測位を行い、測位結果を測位履歴データ１３５に記録する（ステップＳ１１１）。

【0048】

一方、ステップＳ１０８において、光源２０を１つも検出できなかったと判別された場合には（ステップＳ１０８で“ＮＯ”）、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０９と同様に物標３０の候補を特定して取得する（ステップＳ１１２）。

【0049】

ＣＰＵ１１は、画像６０において、候補に合致する物標３０の検出を試み、２以上の物標３０を画像６０から検出したか否かを判別する（ステップＳ１１３）。２以上の物標３０を検出できなかったと判別された場合には（ステップＳ１１３で“ＮＯ”）、ＣＰＵ１１は、処理をステップＳ１０５に移行させて移動体１０の移動を停止させる。２以上の物標３０を検出したと判別された場合には（ステップＳ１１３で“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１１は、検出した２以上の物標３０の画像内位置及び空間内位置に基づいて測位を行い、測位結果を測位履歴データ１３５に記録する（ステップＳ１１４）。

【0050】

ステップＳ１１４が終了した場合、ＣＰＵ１１は、移動体１０の移動速度を所定の基準値未満の低速に低減させる（ステップＳ１１５）。物標３０のみを位置指標として用いて測位を行った場合、２つの光源２０を位置指標とした測位と比較して位置精度が低くなるため、移動体１０の移動軌跡の、予定のルートからの誤差が大きくなりやすい。よって、ステップＳ１１５では、移動体１０の移動速度を低減させることで、この誤差の拡大を抑制する。ステップＳ１１５の開始時点において既に移動速度が基準値未満に低減されている場合には、ステップＳ１１５は省略される。
なお、ステップＳ１１１が終了した場合にも、処理をステップＳ１１５に移行させて移動速度を低減させてもよい。すなわち、１以上の物標３０を位置指標として用いて測位を行った場合に移動体１０の移動速度を低減させることとしてもよい。ただし、１以上の物標３０を位置指標として用いている場合であっても、他に２以上の光源２０を位置指標として用いている場合には、移動体１０の移動速度を低減させないこととしてもよい。

【0051】

ステップＳ１０４、Ｓ１１１、Ｓ１１５のいずれかが終了すると、ＣＰＵ１１は、測位結果に基づいて、目的地へ移動するルートを決定し、当該ルートに沿って移動体１０を移動させる（ステップＳ１１６）。目的地へのルートは、ルート上の任意の地点において、複数の光源２０を観測可能となるように設定される。ＣＰＵ１１は、目的地に到着したか否かを判別する（ステップＳ１１７）。ＣＰＵ１１は、目的地に到着していないと判別された場合には（ステップＳ１１７で“ＮＯ”）、処理をステップＳ１０１に戻し、目的地に到着したと判別された場合には（ステップＳ１１７で“ＹＥＳ”）、測位移動処理を終了させる。

【0052】

なお、図８に示したフローチャートに代えて、図９に示すフローチャートを用いてもよい。図９は、画像６０における光源２０の検出状況によらず、画像６０において物標３０が検出可能であればできる限り位置指標として用いるフローである。これにより、画像６０における光源２０及び物標３０の検出状況に応じて、可能な限り測位精度を高めることができる。

【0053】

図９に示す測位移動処理のステップＳ２０１～Ｓ２０５は、図８のステップＳ１０１～Ｓ１０５と同一であるので、説明を省略する。
ステップＳ２０２において、夜間ではないと判別された場合には（ステップＳ２０２で“ＮＯ”）、ＣＰＵ１１は、測位履歴データ１３５に前回の測位結果が記録されているか否かを判別する（ステップＳ２０６）。前回の測位結果が記録されていないと判別された場合には（ステップＳ２０６で“ＮＯ”）、ＣＰＵ１１は、処理をステップＳ２０３に移行させる。前回の測位結果が記録されていると判別された場合には（ステップＳ２０６で“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１１は、前回の測位結果、及び計時部１５が計時する現在時刻に基づいて、カメラ１４により撮像され得る物標３０の候補を特定して取得する（ステップＳ２０７）。

【0054】

ＣＰＵ１１は、画像６０において、取得した物標３０の候補に合致する物標３０の検出を試み、１以上の物標３０を画像６０から検出したか否かを判別する（ステップＳ２０８）。物標３０を検出できなかったと判別された場合には（ステップＳ２０８で“ＮＯ”）、ＣＰＵ１１は、処理をステップＳ２０３に移行させる。１以上の物標３０を検出したと判別された場合には（ステップＳ２０８で“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１１は、画像６０においてさらに光源２０の検出を試み、光源２０及び／又は物標３０を２つ以上検出したか否かを判別する（ステップＳ２０９）。光源２０及び／又は物標３０を１つ以下しか検出できなかったと判別された場合には（ステップＳ２０９で“ＮＯ”）、ＣＰＵ１１は、測位を実行できないため、処理をステップＳ２０５に移行させて移動体１０の移動を停止させる。光源２０及び／又は物標３０を２つ以上検出したと判別された場合には（ステップＳ２０９で“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１１は、検出した光源２０及び／又は物標３０の画像内位置及び空間内位置に基づいて測位を行い、測位結果を測位履歴データ１３５に記録する（ステップＳ２１０）。なお、位置指標としての光源２０及び物標３０を合わせて７つ以上検出した場合には、ＣＰＵ１１は、ステップＳ２１０の開始前に、光源２０を優先して６つの位置指標を選択する。

【0055】

ステップＳ２１０又はＳ２０４が終了すると、ＣＰＵ１１は、処理をステップＳ２１１に移行させる。ステップＳ２１１及びＳ２１２は、図８のステップＳ１１６及びＳ１１７と同一であるので、説明を省略する。

【0056】

（効果）
以上のように、本実施形態に係る測位装置１００は、ＣＰＵ１１を備え、ＣＰＵ１１は、空間５００を移動する移動体１０に設けられたカメラ１４により撮像された画像６０において、光源２０と、光源２０とは異なる物標３０（山頂３０ａ等）と、を検出し、画像６０における光源２０及び物標３０の位置と、空間５００における光源２０及び物標３０の既知の位置と、に基づいて空間５００における移動体１０の位置を導出する。これにより、光源２０の光が観測できない環境下においても、２つの位置指標を用いた測位を行うことができる。例えば、月面の昼間に強い太陽光の影響により光源２０が観測できない状況においても測位が可能となる。よって、より確実に測位を行うことができる。

【0057】

また、ＣＰＵ１１は、画像６０において、１つの光源２０と、物標３０と、を検出した場合に、画像６０における１つの光源２０及び物標３０の位置と、空間５００における１つの光源２０及び物標３０の既知の位置と、に基づいて移動体１０の位置を導出する。また、画像６０において光源２０を検出し、かつ、検出した光源２０が複数の光源２０である場合には、画像６０における複数の光源２０のうち少なくとも２つの光源２０の位置と、空間５００における少なくとも２つの光源２０の既知の位置と、に基づいて移動体１０の位置を導出する。これにより、検出可能な光源２０が１つである場合には、さらに物標３０を位置指標として用いることで測位を可能とし、複数の光源２０が検出可能である場合には、２以上の光源２０を位置指標として用いて高精度に測位を行うことができる。よって、環境によらずに確実に測位を行いつつ、好適な環境においては高精度な測位を行うことができる。

【0058】

また、ＣＰＵ１１は、画像６０において光源２０及び物標３０を検出し、かつ、検出した光源２０が複数の光源２０である場合に、画像６０における複数の光源２０のうち少なくとも２つの光源２０及び物標３０の位置と、空間５００における少なくとも２つの光源２０及び物標３０の既知の位置と、に基づいて移動体１０の位置を導出する。このように、２以上の光源２０を検出可能な場合においてさらに物標３０を位置指標として用いることで、より高精度な測位を行うことができる。

【0059】

また、ＣＰＵ１１は、画像６０において光源２０及び物標３０を検出し、かつ、検出した物標３０が複数の物標３０である場合に、画像６０における光源２０及び複数の物標３０のうち少なくとも２つの物標３０の位置と、空間５００における光源２０及び少なくとも２つの物標３０の既知の位置と、に基づいて移動体１０の位置を導出する。このように、検出可能な光源２０が１つである場合に２以上の物標３０をさらに位置指標として用いることで、測位精度を高めることができる。

【0060】

また、ＣＰＵ１１は、最後に導出した移動体１０の位置に基づいて、画像６０に写っている物標３０の識別結果を取得し、取得した識別結果に基づいて空間５００における物標３０の既知の位置を特定する。これにより、移動体１０の現在位置（直近の位置）に応じて物標３０を適切に検出することができる。

【0061】

また、ＣＰＵ１１は、さらに現在時刻に基づいて、画像６０に写っている物標３０の識別結果を取得する。これにより、時間帯によって観測できなくなることが予め判別されている物標３０を検出対象から除外することができる。よって、より適切に物標３０を検出することができる。

【0062】

また、光源２０は、固有の発光パターンで発光し、ＣＰＵ１１は、画像６０から特定される発光パターンに基づいて光源２０を識別し、光源２０の識別結果に基づいて空間５００における光源２０の既知の位置を特定する。これにより、電波の送受信を伴わずに光源２０の位置を特定することができる。また、撮像された画像６０のピクセル単位の分解能で高精度に光源２０の位置を特定できるため、測位精度を高めることができる。

【0063】

また、本実施形態に係る移動体１０は、上記の測位装置１００と、カメラ１４と、を備えるので、より確実に測位を行うことができる。

【0064】

また、移動体１０は、制御部としてのＣＰＵ１１を備え、ＣＰＵ１１は、処理部としてのＣＰＵ１１が空間５００における物標３０の位置に基づいて移動体１０の位置を導出した場合に、移動体１０の移動速度を基準値未満の低速に低減させる。物標３０を位置指標として用いた場合には、測位される位置の精度が低くなりやすいところ、移動体１０の移動速度を低減させることで、移動体１０の位置の、予定ルートからの誤差の拡大を抑制することができる。

【0065】

また、本実施形態に係る測位方法は、画像６０において光源２０及び物標３０を検出し、画像６０における光源２０及び物標３０の位置と、空間５００における光源２０及び物標３０の既知の位置と、に基づいて空間５００における移動体１０の位置を導出する。これにより、より確実に測位を行うことができる。

【0066】

また、本実施形態に係るプログラム１３１は、ＣＰＵ１１を、画像６０において光源２０及び物標３０を検出し、画像６０における光源２０及び物標３０の位置と、空間５００における光源２０及び物標３０の既知の位置と、に基づいて空間５００における移動体１０の位置を導出する処理手段として機能させる。これにより、より確実に測位を行うことができる。

【0067】

（その他）
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、移動体１０は、自律走行する月面探査車に限られず、人が操縦するローバー（自動運転モードを含む）やロボット等であってもよい。

【0068】

また、測位システム１は、地球上で運用してもよい。例えば、倉庫内の空間において移動する移動体としての車両（フォークリフト等）の測位に本発明を適用してもよい。

【0069】

また、上記実施形態では、光源２０の発光パターンをデコードして光源ＩＤを特定し、光源ＩＤから光源２０の空間内位置を取得したが、光源２０の発光パターンが十分な情報量を含み得る場合には、発光パターンをデコードすることで直接空間内位置を取得できるようにしてもよい。

【0070】

また、測位装置１００は、画像６０に基づく測位においては移動体１０の位置の導出のみ行い、移動体１０の向きについては他の方法で（例えば姿勢角検出部１７による検出結果に基づいて）導出してもよい。

【0071】

また、光源２０を用いた可視光通信として、赤、緑及び青の３色の光の組み合わせを用いる例を挙げて説明したが、これに限られない。例えば、用いる色を変更してもよいし、用いる色の数を２色以下又は４色以上としてもよい。また、高速で変調させた光により情報を送信するＬｉ－Ｆｉ（Light Fidelity）を用いてもよい。また、可視光通信に、代えて、赤外線又は紫外線を用いる光通信としてもよい。

【0072】

また、以上の説明では、本発明に係るプログラムのコンピュータ読み取り可能な媒体として記憶部１３のＨＤＤ、ＳＳＤを使用した例を開示したが、この例に限定されない。その他のコンピュータ読み取り可能な媒体として、フラッシュメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ等の情報記録媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウエーブ（搬送波）も本発明に適用される。

【0073】

また、上記実施形態における移動体１０及び測位装置１００の各構成要素の細部構成及び細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能であることは勿論である。

【0074】

本発明の実施の形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。

【符号の説明】

【0075】

１ 測位システム
１０ 移動体
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＡＭ１２
１３ 記憶部
１３１ プログラム
１４ カメラ（撮像部）
１５ 計時部
１６ 走行駆動部
１７ 姿勢角検出部
２０、２０ａ～２０ｄ 光源
３０ 物標
３０ａ、３０ｂ 山頂（物標）
３０ｃ 月面基地（物標）
４０ 窪地
６０ 画像
１００ 測位装置
５００ 空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】