特許 7344675 表示システム、遠隔操作システムおよび表示方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-06

(45)【発行日】2023-09-14

(54)【発明の名称】表示システム、遠隔操作システムおよび表示方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20230907BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20230907BHJP

【ＦＩ】

E02F9/26 B

G06T1/00 300

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019103166

(22)【出願日】2019-05-31

(65)【公開番号】P2020197045

(43)【公開日】2020-12-10

【審査請求日】2022-03-29

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高濱 和久

【審査官】亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１５２７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３５６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１１１１４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０５６９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０１１０５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５９２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５５２６００２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２６

Ｅ０２Ｆ ９／２０－９／２２

Ｅ０２Ｆ ３／４２－３／４３

Ｅ０２Ｆ ３／８４－３／８５

Ｇ０６Ｔ １／００

Ｇ０６Ｔ １１／６０－１３／８０

Ｇ０６Ｔ １７／０５

Ｇ０６Ｔ １９／００－１９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械に搭載された距離検出装置が計測した複数の計測点の三次元データを取得する取得部と、
前記三次元データを、前記作業機械の車体に紐づいて規定された車体座標系に変換する変換部と、
前記車体座標系に変換された三次元データに基づいて、地形の三次元形状を表す基準画像を生成する画像生成部と、
撮像装置による撮影画像に、前記基準画像を重畳して表示する表示処理部と、
を備え、
前記画像生成部は、前記各計測点の、前記作業機械の接地面に対する法線方向の距離に応じて、前記基準画像の前記計測点に対応する位置における前記基準画像の表示形態を決定し、
前記作業機械の接地面は傾斜地であり、
前記基準画像が複数の線画像による格子を含み、
前記格子は、グローバル座標系の水平面に平行に延びる第１方向に沿って配置された第１の線画像と、前記グローバル座標系の水平面に並行に延び、前記第１方向に直交する第２方向に沿って配置された第２の線画像とで構成される、
作業機械の表示システム。

【請求項2】

前記画像生成部は、作業機械が水平面で接地の場合と、傾斜面で接地の場合とで、前記表示形態を異ならせる、
請求項１に記載の表示システム。

【請求項3】

前記表示形態が、前記基準画像の配色である
請求項１又は２に記載の表示システム。

【請求項4】

前記表示形態が、前記線画像の線の太さである
請求項１から３のいずれか１項に記載の表示システム。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の表示システムと、
作業機械の姿勢を検出する検出装置と、
前記作業機械から離れた位置に設置され、前記表示処理部の処理によって画像が表示される表示装置と、
前記作業機械から離れた位置に設置され、前記作業機械を遠隔操作する操作装置と、 を備える作業機械の遠隔操作システム。

【請求項6】

作業機械に搭載された距離検出装置が計測した複数の計測点の三次元データを取得するステップと、
前記三次元データを、前記作業機械の車体に紐づいて規定された車体座標系に変換するステップと、
前記車体座標系に変換された三次元データに基づいて、地形の三次元形状を表す基準画像を生成するステップと、
撮像装置による撮影画像に、前記基準画像を重畳して表示装置に表示するステップと、 を備え、
前記基準画像を生成するステップは、さらに、前記各計測点の、前記作業機械の接地面に対する法線方向の距離に応じて、前記基準画像の前記計測点に対応する位置における前記基準画像の表示形態を決定するステップを含み、
前記作業機械の接地面は傾斜地であり、
前記基準画像が複数の線画像による格子を含み、
前記格子は、グローバル座標系の水平面に平行に延びる第１方向に沿って配置された第１の線画像と、前記グローバル座標系の水平面に並行に延び、前記第１方向に直交する第２方向に沿って配置された第２の線画像とで構成される、
表示方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表示システム、遠隔操作システムおよび表示方法に関する。

【背景技術】

【0002】

作業機械を遠隔操作する場合、作業機械のオペレータ視点の画像を用いた操作では、表示される画像が２次元のため、遠近感に乏しくなる。そのため、作業対象と作業機械との距離の把握が難しくなり、作業効率が低下する可能性がある。また、作業機械に搭乗したオペレータが作業機を操作する場合も、オペレータの熟練度によっては作業機と作業対象との距離を把握することが難しい場合があり、作業効率が低下する可能性もある。このような課題を解決するための画像表示システムの一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されている画像表示システムは、作業具を有する作業機を備えた作業機械に取り付けられる撮像装置と、作業機の姿勢を検出する姿勢検出装置と、作業機械の作業対象までの距離の情報を求める距離検出装置と、作業機の姿勢を用いて得られた作業具の位置の情報と、距離検出装置が求めた距離の情報から得られた作業対象の位置の情報とを用いて、作業具と対向する作業対象上で作業具に対応する部分の画像を生成し、撮像装置によって撮像された作業対象の画像と合成して、表示装置に表示させる処理装置とを含む。特許文献１に記載されている画像表示システムによれば、作業具を有する作業機を備えた作業機械を用いて作業する際の作業効率の低下を抑制することができる。

【0003】

また、特許文献１に記載されている画像表示システムでは、処理装置が、作業対象の位置の情報を用いて作業対象の表面に沿った線画像を生成して、作業対象の画像と合成して表示装置に表示させる。線画像は、作業対象となる地形（作業対象）の形状に沿って表示されるため、地形面上での距離感をつかみやすく、遠近感の把握が容易になる。

【0004】

また、特許文献２には、標高値に色を割り当て、標高値に応じて色が遷移するグラデーションカラーで表現したカラー標高図を作成する構成が記載されている。特許文献２に記載されている構成によれば、標高に応じて線画像にグラデーションカラーで配色することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－１６０７４１号公報

【文献】特開２００７－０４８１８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載されている構成と、特許文献２に記載されている構成を組み合わせれば、標高に応じて作業対象の表面に沿った線画像をグラデーションカラーで配色できるので、作業対象の表面の凹凸等がさらに分かりやすくなる。しかしながら、色の変化を水平面基準で決定した場合、例えば、図２１に示すように、作業機械４００が傾斜地４０１を登坂中に、傾斜地４０１にある凹凸４０２を色分け表示できない場合があるという課題がある。図２１は、作業機械４００が走行あるいは作業する対象の傾斜地４０１を標高に応じて色分けする例を示す模式図である。図２１では、網掛けの密度の変化が、配色の変化を示す。あるいは、標高に応じて配色を変化させる場合、対象とする範囲の標高差が大きい場合、小さな凹凸はすべて同じ色になってしまうことがあるという課題がある。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、上記課題を解決することができる表示システム、遠隔操作システムおよび表示方法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】

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、作業機械に搭載された距離検出装置が計測した複数の計測点の三次元データを取得する取得部と、前記三次元データを、前記作業機械の車体に紐づいて規定された車体座標系に変換する変換部と、前記車体座標系に変換された三次元データに基づいて、地形の三次元形状を表す基準画像を生成する画像生成部と、撮像装置による撮影画像に、前記基準画像を重畳して表示する表示処理部と、を備え、前記画像生成部は、前記各計測点の、前記作業機械の接地面に対する法線方向の距離に応じて、前記基準画像の前記計測点に対応する位置における前記基準画像の表示形態を決定する作業機械の表示システムである。

【発明の効果】

【0009】

本発明の態様によれば、作業機械が走行あるいは作業する対象の表示態様を作業機械の接地面に対する法線方向の距離に応じて変化させることができるので、例えば、傾斜地に存在する凹凸等の表示態様を周囲の表示態様と異ならせることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施形態に係る作業機械の画像表示システム及び作業機械の遠隔操作システムを示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係る作業機械であるブルドーザを示す模式的に示す側面図である。

【図3】図３は、実施形態に係る作業機械であるブルドーザの制御系を示す図である。

【図4】図４は、図１に示す処理部５１Ｐの機能的構成例を示すブロック図である。

【図5】図５は、実施形態に係る画像表示システム及び遠隔操作システムでの座標系を説明するための図である。

【図6】図６は、ブルドーザを模式的に示す背面図である。

【図7】図７は、撮像装置及び距離検出装置の座標系を説明する図である。

【図8】図８は、画像表示システム及び遠隔操作システムが実行する制御例のフローチャートである。

【図9】図９は、図８に示す処理を説明するための図である。

【図10】図１０は、図８に示す処理を説明するための図である。

【図11】図１１は、撮像装置及び距離検出装置と作業対象とを示す図である。

【図12】図１２は、占有領域を説明する図である。

【図13】図１３は、占有領域を除去した作業対象の形状の情報を示す図である。

【図14】図１４は、作業対象上でブレードの位置を示す画像を説明するための図である。

【図15】図１５は、作業対象上でブレードの位置を示す画像を説明するための図である。

【図16】図１６は、作業対象上でブレードの位置を示す画像を説明するための図である。

【図17】図１７は、基準画像である格子画像を示す図である。

【図18】図１８は、基準画像である格子画像を示す図である。

【図19】図１９は、作業用の画像を示す図である。

【図20】図２０は、作業用の画像を示す図である。

【図21】図２１は、本発明の課題を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、各図において同一又は対応する構成には同一の符号を付けて説明を適宜省略する。

【0012】

＜作業機械の画像表示システム及び作業機械の遠隔操作システムの概要＞
図１は、実施形態に係る作業機械の画像表示システム１００（表示システム）及び作業機械の遠隔操作システム１０１を示す図である。作業機械の画像表示システム１００（以下、適宜画像表示システム１００と称する）は、オペレータが、作業機械であるブルドーザ１１００を遠隔操作する際に、ブルドーザ１１００の作業対象、より具体的には、ブルドーザ１１００が備える作業機１１３０による作業の対象である地形面、すなわち作業対象ＷＡ及び作業具であるブレード１１３２を撮像装置１９で撮像し、得られた画像を表示装置５２に表示させる。このとき、画像表示システム１００は、例えば、撮像装置１９によって撮像された作業対象ＷＡの画像６８と、格子画像６５と、作業対象ＷＡ上においてブレード１１３２の位置を示すための画像６０と、を含む作業用の画像６９を、表示装置５２に表示させる。ここで、格子画像６５は、「地形面（地形）の三次元形状を表す画像」（以下、「基準画像」ともいう）の一態様である。基準画像は、例えば、複数の点画像、複数の線画像、複数の線画像からなる格子画像等を用いて構成することができる。

【0013】

画像表示システム１００は、撮像装置１９と、姿勢検出装置３２と、距離検出装置２０と、処理装置５１とを含む。作業機械の遠隔操作システム１０１（以下、適宜遠隔操作システム１０１と称する）は、撮像装置１９と、姿勢検出装置３２と、距離検出装置２０と、作業機制御装置２７と、表示装置５２と、処理装置５１と、操作装置５３とを含む。実施形態において、画像表示システム１００の撮像装置１９、姿勢検出装置３２及び距離検出装置２０はブルドーザ１１００に設けられ、処理装置５１は施設５０に設けられる。施設５０は、ブルドーザ１１００を遠隔操作したり、ブルドーザ１１００を管理したりする施設である。実施形態において、遠隔操作システム１０１の撮像装置１９、姿勢検出装置３２、距離検出装置２０及び作業機制御装置２７はブルドーザ１１００に設けられ、表示装置５２、処理装置５１及び操作装置５３は施設５０に設けられる。

【0014】

画像表示システム１００の処理装置５１は、処理部５１Ｐと、記憶部５１Ｍと、入出力部５１ＩＯとを含む。処理部５１Ｐは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサである。記憶部５１Ｍは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスクドライブ、ストレージデバイス又はこれらの組み合わせである。入出力部５１ＩＯは、処理装置５１と外部機器とを接続するためのインターフェース回路である。実施形態において、入出力部５１ＩＯには、外部機器として、表示装置５２、操作装置５３及び通信装置５４が接続されている。入出力部５１ＩＯに接続される外部機器はこれらに限定されるものではない。

【0015】

処理装置５１は、作業機１１３０の姿勢を用いて得られた作業具であるブレード１１３２の位置の情報と、距離検出装置２０が求めた距離の情報から得られた作業対象ＷＡの位置の情報とを用いて、基準画像である格子画像６５と、ブレード１１３２と対向する作業対象ＷＡ上でブレード１１３２に対応する部分の画像６０を、撮像装置１９を基準として生成する。そして、処理装置５１は、生成した画像６５及び６０と撮像装置１９によって撮像された作業対象ＷＡの画像６８とを合成して、表示装置５２に表示させる。作業対象ＷＡは、ブルドーザ１１００の作業機１１３０が掘削又は地ならし等の作業をする対象となる面である。なお、画像６０の表示は省略することができる。

【0016】

表示装置５２は、液晶ディスプレイ又はプロジェクタが例示されるがこれらに限定されるものではない。通信装置５４は、アンテナ５４Ａを備えている。通信装置５４は、ブルドーザ１１００に備えられた通信装置２５と通信して、ブルドーザ１１００の情報を取得したり、ブルドーザ１１００に情報を送信したりする。

【0017】

操作装置５３は、オペレータの左側に設置される左操作レバー５３Ｌと、オペレータの右側に配置される右操作レバー５３Ｒと、図示していないブレーキペダルおよびデセルペダルを有する。右操作レバー５３Ｒは、ブレード１１３２の上げ操作または下げ操作の移動量を設定するために操作される。右操作レバー５３Ｒは、前方へ傾けられることにより下げ操作を受け付け、後方へ傾けられることにより上げ操作を受け付ける。左操作レバー５３Ｌは、走行装置１１２０の進行方向を設定するために操作される。左操作レバー５３Ｌは、前方へ傾けられることにより前進操作を受け付け、後方へ傾けられることにより後進操作を受け付ける。また左操作レバー５３Ｌは、左方へ傾けられることにより左旋回操作を受け付け、右方へ傾けられることにより右旋回操作を受け付ける。図示していないブレーキペダルは、走行装置１１２０を制動させるために操作される。図示していないデセルペダルは、走行装置１１２０の回転数を低減させるために操作される。

【0018】

左操作レバー５３Ｌ及び右操作レバー５３Ｒの操作量は、例えば、ポテンショメータ及びホールＩＣ等によって検出され、処理装置５１は、これらの検出値に基づいて電磁制御弁を制御するための制御信号を生成する。この信号は、施設５０の通信装置５４及びブルドーザ１１００の通信装置２５を介して作業機制御装置２７に送られる。作業機制御装置２７は、制御信号に基づいて電磁制御弁を制御することによって作業機１１３０を制御する。電磁制御弁については後述する。

【0019】

処理装置５１は、左操作レバー５３Ｌ及び右操作レバー５３Ｒの少なくとも一方に対する入力を取得し、作業機１１３０等を動作させるための命令を生成する。処理装置５１は、生成した命令を、通信装置５４を介してブルドーザ１１００の通信装置２５に送信する。ブルドーザ１１００が備える作業機制御装置２７は、通信装置２５を介して処理装置５１からの命令を取得し、命令にしたがって作業機１１３０等を動作させる。

【0020】

ブルドーザ１１００は、通信装置２５と、作業機制御装置２７と、姿勢検出装置３２と、撮像装置１９と、距離検出装置２０と、アンテナ２１、２２と、グローバル位置演算装置２３とを備える。作業機制御装置２７は、作業機１１３０等を制御する。通信装置２５は、アンテナ２４に接続されており、施設５０に備えられた通信装置５４と通信する。姿勢検出装置３２は、作業機１１３０及びブルドーザ１１００の少なくとも一方の姿勢を検出する。撮像装置１９は、ブルドーザ１１００に取り付けられて、作業対象ＷＡを撮像する。距離検出装置２０は、ブルドーザ１１００の所定の位置から作業対象ＷＡまでの距離の情報を求める。アンテナ２１、２２は、測位衛星２００からの電波を受信する。グローバル位置演算装置２３は、アンテナ２１、２２が受信した電波を用いて、アンテナ２１、２２のグローバル位置、すなわちグローバル座標における位置を求める。

【0021】

＜ブルドーザ１１００の全体構成＞
図２は、実施形態に係る作業機械であるブルドーザ１１００を模式的に示す側面図である。ブルドーザ１１００は、車体１１１０、走行装置１１２０、作業機１１３０、運転室１１４０を備える。

【0022】

走行装置１１２０は、車体１１１０の下部に設けられる。走行装置１１２０は、クローラ（履帯）１１２１、スプロケット１１２２等を備える。スプロケット１１２２の駆動によってクローラ１１２１が回転することで、ブルドーザ１１００が走行する。スプロケット１１２２の回転軸には、回転センサ１１２３が設けられる。回転センサ１１２３は、スプロケット１２２の回転数を計測する。スプロケット１２２の回転数は、走行装置１１２０の速度に換算可能である。

【0023】

車体１１１０には、ＩＭＵ３３が設けられる。ＩＭＵ３３は、車体１１１０のロール方向およびピッチ方向の傾斜角と、ヨー方向の角度変位を計測する。

【0024】

作業機１１３０は、土砂等の掘削対象の掘削および運搬に用いられる。作業機１１３０は、車体１１１０の前部に設けられる。作業機１１３０は、リフトフレーム１１３１、ブレード１１３２、およびリフトシリンダ１１３３を備える。

【0025】

リフトフレーム１１３１の基端部は、車幅方向に伸びるピンを介して、車体１１１０の側面に取り付けられる。リフトフレーム１１３１の先端部は、ブレード１１３２の裏面に球体関節を介して取り付けられる。これにより、ブレード１１３２は、車体１１１０に対して上下方向に移動可能に支持される。ブレード１１３２の下端部には、刃先１１３２ｅが設けられる。リフトシリンダ１１３３は、油圧シリンダである。リフトシリンダ１１３３の基端部は車体１１１０の側面に取り付けられる。リフトシリンダ１１３３の先端部はリフトフレーム１１３１に取り付けられる。リフトシリンダ１１３３が作動油によって伸縮することによって、リフトフレーム１１３１およびブレード１１３２が上げ方向または下げ方向に駆動する。

【0026】

リフトシリンダ１１３３には、リフトシリンダ１１３３のストローク長を計測するストロークセンサ１１３４が設けられる。ストロークセンサ１１３４が計測するストローク長は、車体１１１０を基準とした刃先１１３２ｅの位置に換算可能である。具体的には、リフトシリンダ１１３３のストローク長に基づいて、リフトフレーム１１３１の回転角を算出する。リフトフレーム１１３１およびブレード１１３２の形状は既知であるため、リフトフレーム１１３１の回転角から、ブレード１１３２の刃先１１３２ｅの位置を特定することができる。なお、他の実施形態に係るブルドーザ１１００は、エンコーダ等の他のセンサで回転角を検出してもよい。

【0027】

運転室１１４０は、オペレータが搭乗し、ブルドーザ１１００の操作を行うためのスペースである。運転室１１４０は、車体１１１０の上部に設けられる。

【0028】

ブルドーザ１１００は、クローラ１１２１の代わりにタイヤを備え、エンジンの駆動力を、トランスミッションを介してタイヤへ伝達して走行が可能な走行装置を備えたものであってもよい。また、ブルドーザ１１００は、このようなタイヤを有した走行装置を備え、さらに車両本体（本体部）に作業機が取り付けられた例えばバックホウローダであってもよい。すなわち、バックホウローダは、車両本体に作業機が取り付けられ、車両本体の一部を構成する走行装置を備えたものである。

【0029】

車体１１１０は、作業機１１３０が配置されている側が前である。車体１１１０の前後方向がｙ方向である。前に向かって左側が車体１１１０の左であり、前に向かって右側が車体１１１０の右である。車体１１１０の左右方向は、幅方向又はｘ方向ともいう。ブルドーザ１１００は、車体１１１０を基準として走行装置１１２０側が下であり、走行装置１１２０を基準として車体１１１０側が上である。車体１１１０の上下方向がｚ方向である。ブルドーザ１１００が水平面に設置されている場合、下は鉛直方向、すなわち重力の作用方向側であり、上は鉛直方向とは反対側である。

【0030】

車体１１１０の上部には、アンテナ２１、２２及びアンテナ２４が取り付けられている。アンテナ２１、２２は、ブルドーザ１１００の現在位置を検出するために用いられる。アンテナ２１、２２は、図３に示されるグローバル位置演算装置２３と電気的に接続されている。グローバル位置演算装置２３は、ブルドーザ１１００の位置を検出する位置検出装置である。グローバル位置演算装置２３は、ＲＴＫ－ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう）を利用してブルドーザ１１００の現在位置を検出する。以下の説明において、アンテナ２１、２２を、適宜ＧＮＳＳアンテナ２１、２２と称する。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２が受信したＧＮＳＳ電波に応じた信号は、グローバル位置演算装置２３に入力される。グローバル位置演算装置２３は、グローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ２１、２２の設置位置を求める。全地球航法衛星システムの一例としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が挙げられるが、全地球航法衛星システムは、これに限定されるものではない。

【0031】

ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、図２に示されるように、車体１１１０の上であって、ブルドーザ１１００の左右方向、すなわち幅方向に離れた両端位置に設置されることが好ましい。実施形態において、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、車体１１１０の幅方向両側にそれぞれ取り付けられる。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２が車体１１１０に取り付けられる位置は限定されるものではないが、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、可能な限り離れた位置に設置される方が、ブルドーザ１１００の現在位置の検出精度は向上するので好ましい。また、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、オペレータの視界を極力妨げない位置に設置されることが好ましい。

【0032】

撮像装置１９は、図１に示される作業対象ＷＡを撮像し、距離検出装置２０は、自身（ブルドーザ１１００の所定の位置）から作業対象ＷＡまでの距離を求めるので、できる限り広い作業対象ＷＡからの情報を取得することが好ましい。このため、実施形態において、アンテナ２４、撮像装置１９及び距離検出装置２０は、車体１１１０の運転室１１４０の上方に設置される。撮像装置１９及び距離検出装置２０が設置される場所は運転室１１４０の上方に限定されるものではない。例えば、撮像装置１９及び距離検出装置２０は、運転室１１４０の内部かつ上方に設置されてもよい。

【0033】

撮像装置１９は、撮像面１９Ｌが車体１１１０の前方を向いている。距離検出装置２０は、検出面２０Ｌが車体１１１０の前方を向いている。実施形態において、撮像装置１９は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサのようなイメージセンサを備えた単眼カメラである。

【0034】

実施形態において、距離検出装置２０は、三次元レーザーレンジファインダ、三次元レーザースキャナ、三次元距離センサ等である。三次元レーザーレンジファインダ等は、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging；ライダー）等とも呼ばれ、一定の範囲にわたる複数の測定方向に対して、測定方向を順次走査させながらパルス状に発光するレーザ光を照射し、反射した散乱光が戻ってくるまでの時間と照射方向に基づき距離と向きを計測するセンサ（走査式測距センサ）である。本実施形態において、距離検出装置２０は、一走査周期毎に各測定点（各反射点）の測定結果を示す三次元データを順次、記憶及び更新して出力する。距離検出装置２０が出力する三次元データは、各測定点までの距離と向きあるいは各測定点の三次元座標値を示す点群データである。

【0035】

撮像装置１９及び距離検出装置２０はこれらに限定されるものではない。例えば、撮像装置１９及び距離検出装置２０の代わりに、作業対象ＷＡの画像を取得する機能と、作業対象ＷＡまでの距離を求める機能との両方を有する装置が用いられてもよい。このような装置としては、例えば、ステレオカメラが例示される。なお、ＬｉＤＡＲは、長距離化、屋外対応の点で優れている。

【0036】

＜ブルドーザ１１００の制御系＞
図３は、実施形態に係る作業機械であるブルドーザ１１００の制御系１Ｓを示す図である。制御系１Ｓは、通信装置２５と、センサコントローラ２６と、作業機制御装置２７と、撮像装置１９と、距離検出装置２０と、グローバル位置演算装置２３と、姿勢検出装置３２と、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）３３と、油圧システム３６と、を備える。通信装置２５と、センサコントローラ２６と、作業機制御装置２７とは、信号線３５によって接続されている。このような構造により、通信装置２５と、センサコントローラ２６と、作業機制御装置２７とは、信号線３５を介して相互に情報をやり取りすることができる。制御系１Ｓ内で情報を伝達する信号線は、ＣＡＮ（Controller Area Network）のような車内信号線が例示される。

【0037】

センサコントローラ２６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサと、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶装置とを有する。センサコントローラ２６には、グローバル位置演算装置２３の検出値、撮像装置１９によって撮像された画像の情報、距離検出装置２０の検出値、姿勢検出装置３２の検出値及びＩＭＵ３３の検出値が入力される。センサコントローラ２６は、入力された検出値及び画像の情報を、信号線３５及び通信装置２５を介して、図１に示される施設５０の処理装置５１に送信する。

【0038】

作業機制御装置２７は、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶装置とを有する。作業機制御装置２７は、施設５０の処理装置５１によって生成された、作業機１１３０及び車体１１１０の少なくとも一方を動作させるための命令を、通信装置２５を介して取得する。作業機制御装置２７は、取得した命令に基づいて、油圧システム３６の電磁制御弁２８を制御する。

【0039】

油圧システム３６は、電磁制御弁２８と、油圧ポンプ２９と、リフトシリンダ１１３３、走行モータ３０等の油圧アクチュエータとを備える。油圧ポンプ２９は、エンジン３１によって駆動されて、油圧アクチュエータを動作させるための作動油を吐出する。作業機制御装置２７は、電磁制御弁２８を制御することにより、リフトシリンダ１１３３等に供給される作動油の流量を制御する。このようにして、作業機制御装置２７は、リフトシリンダ１１３３等の動作を制御する。

【0040】

センサコントローラ２６は、ストロークセンサ１１３４等の検出値を取得する。ストロークセンサ１１３４はリフトシリンダ１１３３に設けられる。リフトシリンダ長が決定されれば、作業機１１３０の姿勢が決定される。したがって、これを検出するストロークセンサ１１３４等は、作業機１１３０の姿勢を検出する姿勢検出装置３２に相当する。姿勢検出装置３２は、ストロークセンサ１１３４等に限定されるものではなく、角度検出器であってもよい。

【0041】

センサコントローラ２６は、ストロークセンサ１１３４が検出したリフトシリンダ長から、ブルドーザ１１００の座標系であるローカル座標系（車体座標系）における水平面と直交する方向（ｚ軸方向）に対するリフトフレーム１１３１の回転角を算出する。リフトフレーム１１３１およびブレード１１３２の形状は既知であるため、センサコントローラ２６は、リフトフレーム１１３１の回転角から、ブレード１１３２の刃先１１３２ｅの位置を特定することができる。また、センサコントローラ２６は、ストロークセンサ１１３４が検出したリフトシリンダ長からリフトフレーム１１３１の回転角やブレード１１３２の傾斜角を算出する。リフトフレーム１１３１の回転角は、作業機１１３０の姿勢を示す情報である。すなわち、センサコントローラ２６は、作業機１１３０の姿勢を示す情報を求める。センサコントローラ２６は、算出した傾斜角を、信号線３５及び通信装置２５を介して、図１に示される施設５０の処理装置５１に送信する。

【0042】

ＧＮＳＳアンテナ２１は、自身の位置を示す位置Ｐ１を測位衛星から受信する。ＧＮＳＳアンテナ２２は、自身の位置を示す位置Ｐ２を測位衛星から受信する。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、例えば１０Ｈｚ周期で位置Ｐ１、Ｐ２を受信する。位置Ｐ１、Ｐ２は、グローバル座標系において、ＧＮＳＳアンテナが設置されている位置の情報である。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号、すなわち位置Ｐ１、Ｐ２は、グローバル位置演算装置２３に入力される。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、位置Ｐ１、Ｐ２を受信する毎に、グローバル位置演算装置２３に出力する。

【0043】

グローバル位置演算装置２３は、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶装置とを有する。グローバル位置演算装置２３は、例えば１０Ｈｚの周波数でグローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ２１、２２の位置Ｐ１、Ｐ２を検出し、基準位置情報Ｐｇａ１、Ｐｇａ２としてセンサコントローラ２６に出力する。実施形態において、グローバル位置演算装置２３は、取得した２つの位置Ｐ１、Ｐ２から、ブルドーザ１１００の方位角、より具体的には車体１１１０の方位角であるヨー角を求めてセンサコントローラ２６に出力する。センサコントローラ２６は、取得した基準位置情報Ｐｇａ１、Ｐｇａ２及びヨー角を、信号線３５及び通信装置２５を介して、図１に示される施設５０の処理装置５１に送信する。

【0044】

ＩＭＵ３３は、ブルドーザ１１００の動作及び姿勢を検出する。ブルドーザ１１００の動作は、車体１１１０の動作及び走行装置１１２０の動作の少なくとも一方を含む。ブルドーザ１１００の姿勢は、ブルドーザ１１００のロール角、ピッチ角及びヨー角によって表すことができる。実施形態において、ＩＭＵ３３は、ブルドーザ１１００の角速度及び加速度を検出して出力する。

【0045】

＜処理部５１Ｐの機能的構成例＞
図４は、図１に示す処理部５１Ｐの機能的構成例を示すブロック図である。図４に示すように、本実施形態の処理部５１Ｐは、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせから構成される機能的要素として、取得部５１Ｐ１と、変換部５１Ｐ２と、画像生成部５１Ｐ３と、表示処理部５１Ｐ４とを有する。取得部５１Ｐ１は、ブルドーザ１１００（作業機械）に搭載された距離検出装置２０が計測した複数の計測点の三次元データを取得する。変換部５１Ｐ２は、三次元データを、ブルドーザ１１００の車体１１１０に紐づいて規定されたローカル座標系（車体座標系）に変換する。画像生成部５１Ｐ３は、ローカル座標系に変換された三次元データに基づいて、地形の三次元形状を表す基準画像を生成する。そして、表示処理部５１Ｐ４は、撮像装置１９（カメラ）による撮影画像に、基準画像を重畳して表示装置５２に表示する。その際、画像生成部５１Ｐ４は、三次元データの各計測点の、ブルドーザ１１００の接地面に対する法線方向の距離に応じて、基準画像の計測点に対応する位置における基準画像の表示形態を決定する。ここで、接地面は、クローラ（履帯）１１２１が現場で接地している面である。表示形態は、例えば、基準画像の配色、基準画像が複数の線画像や複数の線画像からなる格子画像を含む場合の線の太さや線の密度、線種（破線や鎖線の別等）等である。この構成によれば、作業機械が走行あるいは作業する対象の表示態様を作業機械の接地面に対する法線方向の距離に応じて変化させることができるので、例えば、傾斜地に存在する凹凸等の表示態様を周囲の表示態様と異ならせることができる。

【0046】

＜座標系について＞
図５は、実施形態に係る画像表示システム１００及び遠隔操作システム１０１での座標系を説明するための図である。図６は、ブルドーザ１１００を模式的に示す背面図である。図７は、撮像装置及び距離検出装置の座標系を説明する図である。画像表示システム１００及び遠隔操作システム１０１においては、グローバル座標系と、ローカル座標系と、撮像装置１９の座標系と、距離検出装置２０の座標系とが存在する。実施形態において、グローバル座標系とは、例えば、ＧＮＳＳにおける座標系である。グローバル座標系は、ブルドーザ１１００の作業区画ＧＡに設置された基準となる、例えば基準杭８０の基準位置ＰＧを基準とした、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で示される三次元座標系である。図５に示されるように、基準位置ＰＧは、例えば、作業区画ＧＡに設置された基準杭８０の先端８０Ｔに位置する。

【0047】

ローカル座標系とは、ブルドーザ１１００を基準とした、（ｘ、ｙ、ｚ）で示される三次元座標系である。実施形態において、ローカル座標系の原点位置ＰＬは、車体１１１０の所定位置である。

【0048】

実施形態において、撮像装置１９の座標系は、図７に示されるように、撮像素子１９ＲＣの受光面１９Ｐの中心を原点ＰＣとした、（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃ）で示される三次元座標系である。実施形態において、距離検出装置２０の座標系は、図７に示されるように、距離検出素子２０ＲＣの受光面２０Ｐの中心を原点ＰＤとした、（Ｘｄ、Ｙｄ、Ｚｄ）で示される三次元座標系である。

【0049】

＜ブルドーザ１１００の姿勢＞
図６に示されるように、車体１１１０の左右方向、すなわち幅方向に対する傾斜角θ４はブルドーザ１１００のロール角であり、車体１１１０の前後方向に対する傾斜角θ５はブルドーザ１１００のピッチ角であり、ｚ軸周りにおける車体１１１０の角度はブルドーザ１１００のヨー角である。ロール角はＩＭＵ３３によって検出されたｙ軸周りの角速度を時間で積分することにより、ピッチ角はＩＭＵ３３によって検出されたｘ軸周りの角速度を時間で積分することにより、ヨー角はＩＭＵ３３によって検出されたｚ軸周りの角速度を時間で積分することにより求められる。ｚ軸周りの角速度は、ブルドーザ１１００の旋回角速度ωである。すなわち、旋回角速度ωを時間で積分することによりブルドーザ１１００、より具体的には車体１１１０のヨー角が得られる。

【0050】

ＩＭＵ３３が検出した加速度及び角速度は、動作情報としてセンサコントローラ２６に出力される。センサコントローラ２６は、ＩＭＵ３３から取得した動作情報にフィルタ処理及び積分といった処理を施して、ロール角である傾斜角θ４、ピッチ角である傾斜角θ５及びヨー角を求める。センサコントローラ２６は、求めた傾斜角θ４、傾斜角θ５及びヨー角を、ブルドーザ１１００の姿勢に関連する情報として、図３に示される信号線３５及び通信装置２５を介して、図１に示される施設５０の処理装置５１に送信する。

【0051】

センサコントローラ２６は、前述したように、作業機１１３０の姿勢を示す情報を求める。作業機１１３０の姿勢を示す情報は、具体的には、ローカル座標系における水平面と直交する方向（ｚ軸方向）に対するリフトフレーム１１３１の傾斜角θ１や、ブレード１１３２の傾斜角、刃先１１３２ｅの位置等である。図１に示される施設５０の処理装置５１は、ブルドーザ１１００のセンサコントローラ２６から取得した作業機１１３０の姿勢を示す情報、すなわち傾斜角θ１やブレード１１３２の刃先１１３２ｅの位置（以下、適宜刃先位置と称する）Ｐ４を算出する。

【0052】

処理装置５１の記憶部５１Ｍは、作業機１１３０のデータ（以下、適宜作業機データという）を記憶している。作業機データは、例えばローカル座標系の原点位置ＰＬを基準とするリフトフレーム１１３１およびブレード１１３２の形状を表すデータを含む。処理装置５１は、作業機データと、ストロークセンサ１１３４が検出したリフトシリンダ長や傾斜角θ１及び原点位置ＰＬを用いて、原点位置ＰＬに対する刃先位置Ｐ４を求めることができる。実施形態において、施設５０の処理装置５１が刃先位置Ｐ４を求めたが、ブルドーザ１１００のセンサコントローラ２６が刃先位置Ｐ４を求めて施設５０の処理装置５１に送信してもよい。

【0053】

＜画像表示システム１００及び遠隔操作システム１０１が実行する制御例＞
図８は、画像表示システム１００及び遠隔操作システム１０１が実行する制御例のフローチャートである。図１１は、撮像装置１９及び距離検出装置２０と作業対象ＷＡとを示す図である。

【0054】

ステップＳ１０１において、図３に示されるセンサコントローラ２６は、ブルドーザ１１００の情報を取得する。ブルドーザ１１００の情報は、撮像装置１９、距離検出装置２０、グローバル位置演算装置２３、姿勢検出装置３２及びＩＭＵ３３から得られる情報である。撮像装置１９は、図１１に示されるように、撮像範囲ＴＡ内で作業対象ＷＡを撮像し、作業対象ＷＡの画像を得る。距離検出装置２０は、検出範囲ＭＡ内に存在する作業対象ＷＡ及びその他の物体までの、距離検出装置２０からの距離Ｌｄを検出する。グローバル位置演算装置２３は、グローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ２１、２２の位置Ｐ１、Ｐ２に対応する基準位置情報Ｐｇａ１、Ｐｇａ２を求める。姿勢検出装置３２は、リフトシリンダ長等を検出する。ＩＭＵ３３は、ブルドーザ１１００の姿勢、より具体的には、車体１１１０のロール角θ４、ピッチ角θ５及びヨー角を検出する。

【0055】

ステップＳ１０２において、画像表示システム１００及び遠隔操作システム１０１の処理装置５１は、取得部５１Ｐ１によって、ブルドーザ１１００の通信装置２５及び処理装置５１に接続された通信装置５４を介して、ブルドーザ１１００のセンサコントローラ２６からブルドーザ１１００の情報を取得する。

【0056】

処理装置５１がセンサコントローラ２６から取得するブルドーザ１１００の情報は、撮像装置１９によって撮像された作業対象ＷＡの画像と、距離検出装置２０が検出した、距離検出装置２０から作業対象ＷＡまでの距離の情報と、姿勢検出装置３２によって検出されたブルドーザ１１００が備える作業機１１３０の姿勢の情報と、基準位置情報Ｐｇａ１、Ｐｇａ２と、ブルドーザ１１００の姿勢の情報と、を含む。

【0057】

距離検出装置２０から作業対象ＷＡまでの距離の情報は、検出範囲ＭＡ内に存在する作業対象ＷＡ又は物体ＯＢまでの距離Ｌｄと、距離Ｌｄに対応する位置Ｐｄの方位の情報とを含む。図１１では、作業対象ＷＡまでの距離として距離Ｌｄを示す。位置Ｐｄの方位の情報は、距離検出装置２０を基準としたときの位置Ｐｄの方位であり、距離検出装置２０の座標系の各軸Ｘｄ、Ｙｄ、Ｚｄに対する角度である。処理装置５１が取得する作業機１１３０の姿勢の情報は、リフトシリンダ長等を用いてセンサコントローラ２６が求めた、作業機１１３０の傾斜角θ１である。ブルドーザ１１００の姿勢の情報は、ブルドーザ１１００、より具体的には車体１１１０のロール角θ４、ピッチ角θ５及びヨー角である。

【0058】

処理装置５１は、例えば変換部５１Ｐ２によって、センサコントローラ２６から取得した作業機１１３０の傾斜角θ１等と、記憶部５１Ｍに記憶されているリフトシリンダ長等とを用いて、ブレード１１３２の刃先位置Ｐ４を求める。ブレード１１３２の刃先位置Ｐ４は、ブルドーザ１１００のローカル座標系（ｘ、ｙ、ｚ）における座標の集合である。

【0059】

ステップＳ１０３に進み、処理装置５１は、変換部５１Ｐ２によって、ローカル座標系の原点を求める。

【0060】

ステップＳ１０４に進み、処理装置５１は、変換部５１Ｐ２によって、作業対象ＷＡまでの距離の情報を用いて、作業対象ＷＡまでの距離Ｌｄを位置の情報に変換する。位置の情報は、距離検出装置２０の座標系（Ｘｄ、Ｙｄ、Ｚｄ）における位置Ｐｄの座標である。ステップＳ１０４においては、検出範囲ＭＡ内で距離検出装置２０によって検出されたすべての距離Ｌｄが、位置の情報に変換される。処理装置５１は、変換部５１Ｐ２によって、距離Ｌｄと、距離Ｌｄに対応する位置Ｐｄの方位の情報とを用いて、距離Ｌｄを位置の情報に変換する。ステップＳ１０４においては、検出範囲ＭＡ内に存在する物体ＯＢまでの距離も、作業対象ＷＡの距離Ｌｄと同様に、位置の情報に変換される。ステップＳ１０４の処理によって、検出範囲ＭＡ内における作業対象ＷＡの位置の情報が得られる。作業対象ＷＡの位置の情報から、作業対象ＷＡの形状の情報を得ることができる。

【0061】

作業対象ＷＡの位置の情報及び形状の情報は、距離検出装置２０の座標系（Ｘｄ、Ｙｄ、Ｚｄ）における位置Ｐｄの座標の集合である。処理装置５１は、変換部５１Ｐ２によって、作業対象ＷＡの形状の情報を、撮像装置１９の座標系（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃ）の値に変換した後、ブルドーザ１１００のローカル座標系（ｘ、ｙ、ｚ）の値に変換する。

【0062】

ステップＳ１０５において、処理装置５１は、変換部５１Ｐ２によって、作業対象ＷＡの位置の情報、ブレード１１３２の刃先位置Ｐ４及びブルドーザ１１００のセンサコントローラ２６から取得した基準位置情報Ｐｇａ１、Ｐｇａ２を、グローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に変換する。グローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）への変換にあたって、処理装置５１は、変換部５１Ｐ２によって、センサコントローラ２６から取得したブルドーザ１１００のロール角θ４、ピッチ角θ５及びヨー角を用いた回転行列を生成する。処理装置５１は、変換部５１Ｐ２によって、生成した回転行列を用いて、作業対象ＷＡの位置の情報、ブレード１１３２の刃先位置Ｐ４及び基準位置情報Ｐｇａ１、Ｐｇａ２を、グローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に変換する。次に、ステップＳ１０６に進み、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３（又は変換部５１Ｐ２）によって、占有領域を求める。

【0063】

図１２は、占有領域ＳＡを説明する図である。占有領域ＳＡは、作業対象ＷＡの形状の情報内において、作業機１１３０が占める領域である。図１２に示される例では、作業機１１３０のブレード１１３２の一部が距離検出装置２０の検出範囲ＭＡ内、かつ距離検出装置２０と作業対象ＷＡとの間に入っている。このため、占有領域ＳＡの部分は、距離検出装置２０によって、作業対象ＷＡまでの距離ではなくブレード１１３２までの距離が検出される。実施形態において、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、ステップＳ１０４で得られた作業対象ＷＡの形状の情報から、占有領域ＳＡの部分を除去する。

【0064】

処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、ブレード１１３２の位置及び姿勢の少なくとも一方に応じて距離検出装置２０が検出する位置及び姿勢の少なくとも一方の情報を、例えば記憶部５１Ｍに記憶させておく。このような情報は、本実施形態においてブルドーザ１１００の作業機１１３０の姿勢に含まれる。作業機１１３０の姿勢は、作業機１１３０の傾斜角θ１、リフトシリンダ長等を用い、必要に応じてブルドーザ１１００の姿勢を用いて求めることができる。そして、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、距離検出装置２０によって検出されたデータと記憶部５１Ｍに記憶されている情報とを比較し、両者がマッチングしたならば、ブレード１１３２が検出されたものとすることができる。このような作業機１１３０の姿勢を用いた処理により、処理装置５１は、図１に示される格子画像６５を生成する際に、占有領域ＳＡのブレード１１３２の情報を使わないので、格子画像６５を正確に生成できる。

【0065】

なお、占有領域ＳＡの部分を除去するために、作業機１１３０の姿勢を用いた処理は、次のような方法によって行われてもよい。作業機１１３０の姿勢に含まれる、ブレード１１３２のグローバル座標系における位置及び姿勢の少なくとも一方に関する情報は、作業機１１３０の傾斜角θ１、リフトシリンダ長等から求められる。ステップＳ１０４及びステップＳ１０５で、グローバル座標系における作業対象ＷＡの形状の情報が得られている。ステップＳ１０７において、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、ブレード１１３２の位置を作業対象ＷＡの形状の情報に投影した領域を占有領域ＳＡとして、作業対象ＷＡの形状から除去する。

【0066】

図１３は、占有領域を除去した作業対象ＷＡの形状の情報を示す図である。作業対象ＷＡの形状の情報ＩＭＷＡは、グローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）における座標Ｐｇｄ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の集合である。占有領域ＩＭＢＡは、ステップＳ１０７の処理により、座標の情報が存在しない。次に、ステップＳ１０８に進み、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、ブレード１１３２の位置を示す画像を生成する。ブレード１１３２の位置を示す画像は、作業対象ＷＡ上でブレード１１３２に対応する部分の画像である。

【0067】

図１４から図１６は、作業対象ＷＡ上でのブレード１１３２の位置を示す画像を説明するための図である。実施形態において、ブレード１１３２の位置を示す画像は、作業対象ＷＡ上でのブレード１１３２の刃先１１３２ｅの位置を示す画像である。以下において、ブレード１１３２の刃先１１３２ｅの位置を示す画像を、適宜、刃先位置画像と称する。刃先位置画像は、図１４に示されるように、刃先１１３２ｅを鉛直方向、すなわち重力が作用する方向の作業対象ＷＡに投影したときに、作業対象ＷＡの表面ＷＡＰの位置Ｐｇｔ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で規定される画像である。鉛直方向は、グローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）におけるＺ方向であり、Ｘ方向及びＹ方向とは直交する方向である。

【0068】

図１５に示されるように、作業対象ＷＡの表面ＷＡＰの第１位置Ｐｇｔ１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）と第２位置Ｐｇｔ２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）との間で、作業対象ＷＡの表面ＷＡＰに沿って形成される線画像が、刃先位置画像６１である。第１位置Ｐｇｔ１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）は、ブレード１１３２の幅方向Ｗｂの一方の端部８Ｗｔ１側における刃先１１３２ｅの外側の位置Ｐｇｂ１から鉛直方向に向かって延ばした直線ＬＶ１と作業対象ＷＡの表面ＷＡＰとの交点である。第２位置Ｐｇｔ２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）は、ブレード１１３２の幅方向Ｗｂの他方の端部８Ｗｔ２側における刃先１１３２ｅの外側の位置Ｐｇｂ２から鉛直方向に向かって延ばした直線ＬＶ２と作業対象ＷＡの表面ＷＡＰとの交点である。

【0069】

処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、ブレード１１３２の位置Ｐｇｂ１及び位置Ｐｇｂ２から鉛直方向に延びた直線ＬＶ１及び直線ＬＶ２を求める。次に、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、得られた直線ＬＶ１及び直線ＬＶ２と、作業対象ＷＡの形状の情報とから、第１位置Ｐｇｔ１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）及び第２位置Ｐｇｔ２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を求める。そして、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、第１位置Ｐｇｔ１と第２位置Ｐｇｔ２とを結ぶ直線を作業対象ＷＡの表面ＷＡＰに投影したときの表面ＷＡＰの位置Ｐｇｔの集合を刃先位置画像６１とする。

【0070】

実施形態において、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、位置Ｐｇｂ１と第１位置Ｐｇｔ１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）とを結ぶ直線ＬＶ１の画像である第１直線画像６２と、位置Ｐｇｂ２と第２位置Ｐｇｔ２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）とを結ぶ直線ＬＶ２の画像である第２直線画像６３とを生成する。次に、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、刃先位置画像６１、第１直線画像６２及び第２直線画像６３を、撮像装置１９を基準、すなわち撮像装置１９の視点の画像に変換する。

【0071】

図１６に示されるように、撮像装置１９の視点の画像は、グローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）における撮像装置の原点Ｐｇｃ（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃ）から刃先位置画像６１、第１直線画像６２及び第２直線画像６３を見たときの画像である。撮像装置の原点Ｐｇｃ（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃ）は、撮像装置１９が備える撮像素子１９ＲＣの受光面１９Ｐの中心、すなわち原点ＰＣを、グローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に変換した座標である。

【0072】

刃先位置画像６１、第１直線画像６２及び第２直線画像６３は、三次元空間内の画像であるが、撮像装置１９の視点の画像は２次元の画像である。したがって、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、三次元空間、すなわちグローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）内に定義された刃先位置画像６１、第１直線画像６２及び第２直線画像６３を、２次元面上に投影する透視投影変換を実行する。撮像装置１９の視点の画像に変換された刃先位置画像６１、第１直線画像６２及び第２直線画像６３を、以下においては適宜、作業具案内画像６０と称する。

【0073】

ステップＳ１０９に進み、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、グローバル座標をローカル座標系に変換する。

【0074】

ステップＳ１１０に進み、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、ローカル座標系の高さに応じて基準画像のグラデーション配色を求める。ステップＳ１１０において、画像生成部５１Ｐ３は、三次元データの各計測点の、ブルドーザ１１００の接地面に対する法線方向の距離に応じて、基準画像の計測点に対応する位置における基準画像のグラデーション配色を決定する。画像生成部５１Ｐ３は、例えば、比較的低い計測点に対応する位置における基準画像の配色を寒色とし、比較的高い計測点に対応する位置における基準画像の配色を暖色とし、中間的な高さの計測点に対応する位置における基準画像の配色を中性色に設定する。

【0075】

例えば、図９に示すように、ブルドーザ１１００の接地面が平地４０３である場合、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、ローカル座標系のｚ方向（この場合、鉛直方向）の高さに応じて、基準画像のグラデーション配色を求める。図９に示す例では、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、図２１を参照して説明した水平面基準で決定した場合と同様に、基準画像のグラデーション配色を求める。図９は、網掛けの密度の変化で配色の変化を示す模式図である。

【0076】

また、例えば、図１０に示すように、ブルドーザ１１００の接地面が傾斜地４０１である場合、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、ローカル座標系のｚ方向（この場合、傾斜地４０１の斜面と垂直な方向）の高さに応じて、基準画像のグラデーション配色を求める。図１０に示す例では、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、図２１を参照して説明した水平面基準で決定した場合と異なり、基準画像のグラデーション配色を求める。図１０は、網掛けの密度の変化で配色の変化を示す模式図である。この場合、図２１では色分けされていなかった傾斜地４０１にある凹凸４０２に周辺と異なる配色を設定することができる。

【0077】

図１７及び図１８は、基準画像である格子画像６５を示す図である。ステップＳ１１０で基準画像のグラデーション配色が決定されたら、ステップＳ１１１に進み、処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、ステップＳ１１０で決定されたグラデーション配色で基準画像である格子画像６５を生成する。格子画像６５は、作業対象ＷＡの位置の情報を用いて作業対象ＷＡの表面ＷＡＰに沿った線画像である。格子画像６５は、複数の第１の線画像６６と、複数の第１の線画像６６と交差する複数の第２の線画像６７とを備えた格子である。実施形態において、第１の線画像６６は、例えば、グローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）におけるＸ方向と平行に延び、Ｙ方向に配置される線画像である。第１の線画像６６は、グローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）において、ブルドーザ１１００が備える車体１１１０の前後方向と平行に伸び、車体１１１０の幅方向に配置される線画像であってもよい。

【0078】

格子画像６５は、作業対象ＷＡの位置の情報、より具体的には表面ＷＡＰの位置Ｐｇｇ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を用いて生成される。第１の線画像６６と第２の線画像６７との交点が位置Ｐｇｇ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）となる。第１の線画像６６及び第２の線画像６７は、図１８に示されるように、グローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で定義されるので、三次元の情報を含んでいる。実施形態において、複数の第１の線画像６６は等間隔で配置され、複数の第２の線画像６７は等間隔で配置される。隣接する第１の線画像６６同士の間隔と、隣接する第２の線画像６７同士の間隔とは等しい。

【0079】

格子画像６５は、表面ＷＡＰの位置Ｐｇｇ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を用いて生成された第１の線画像６６及び第２の線画像６７が、撮像装置１９の視点の画像に変換された画像である。処理装置５１は、画像生成部５１Ｐ３によって、第１の線画像６６及び第２の線画像６７を生成したら、これらを撮像装置１９の視点の画像に変換して、格子画像６５を生成する。第１の線画像６６及び第２の線画像６７が撮像装置１９の視点の画像に変換されることで、作業対象ＷＡの絶対距離を補助するために、水平面において等間隔の格子画像６５を、作業対象ＷＡの形状に合わせて変形させて表示させることができる。

【0080】

次に、ステップＳ１１２において、処理装置５１は、表示処理部５１Ｐ４によって、生成された作業具案内画像６０及び基準画像である格子画像６５から、前述した占有領域ＳＡを除去する。ステップＳ１１２において、処理装置５１は、表示処理部５１Ｐ４によって、占有領域ＳＡを撮像装置１９の視点の画像に変換して、作業具案内画像６０及び基準画像である格子画像６５から除去する。実施形態において、処理装置５１は、表示処理部５１Ｐ４によって、撮像装置１９の視点の画像に変換される前の刃先位置画像６１、第１直線画像６２及び第２直線画像６３と、撮像装置１９の視点の画像に変換される前の第１の線画像６６及び第２の線画像６７とから、それぞれ撮像装置１９の視点の画像に変換される前の占有領域ＳＡを除去してもよい。

【0081】

図１９は、作業用の画像６９を示す図である。ステップＳ１１３において、処理装置５１は、表示処理部５１Ｐ４によって、占有領域ＳＡが除去された作業具案内画像６０と、格子画像６５と、撮像装置１９によって撮像された作業対象ＷＡの画像６８とを合成して、作業用の画像６９を生成する。ステップＳ１１４において、処理装置５１は、表示処理部５１Ｐ４によって、生成された作業用の画像６８を、表示装置５２に表示する。作業用の画像６９は、作業対象ＷＡの画像６８に、格子画像６５及び作業具案内画像６０が表示された画像である。

【0082】

格子画像６５は、作業対象ＷＡの表面ＷＡＰに沿った格子なので、ブルドーザ１１００のオペレータは、格子画像６５を参照することにより、作業対象ＷＡの位置を把握することができる。例えば、オペレータは、第２の線画像６７により奥行き、すなわちブルドーザ１１００が備える車体１１１０の前後方向の位置を把握でき、第１の線画像６６によりブレード１１３２の幅方向の位置を把握できる。

【0083】

図２０は、作業用の画像６９の他の例を示す図である。図２０において、作業用の画像６９は、法線方向の距離に応じて線の太さが異なる格子画像６５を含んでいる。図２０に示す格子画像６５は、距離が大きいほど線径が太くなるように設定されている。なお、図２０に示す例では作業機械が油圧ショベル等である。

【0084】

本実施形態では、第１の線画像６６及び第２の線画像６７からなる格子画像６５は、高さに応じて異なる色で色づけされる。その際、本実施形態では、ブルドーザ１１００（作業機械）が走行あるいは作業する対象の表示態様を、ブルドーザ１１００の接地面に対する法線方向の距離に応じて変化させることができ、例えば、傾斜地に存在する凹凸等の表示態様を周囲の表示態様と異ならせることができる。すなわち、本実施形態では、高さの色ゲージをクローラ１１２１の接地面基準としているので、例えば登坂中の傾斜地にある凹凸が正しく認識できるようになる。

【0085】

作業具案内画像６０は、刃先位置画像６１が、作業対象ＷＡの表面ＷＡＰ及び格子画像６５に沿って表示される。また、図１９に示す例では、刃先位置画像６１を延長した延長線画像６１－１と延長線画像６１－２も作業対象ＷＡの表面ＷＡＰ及び格子画像６５に沿って表示されている。このため、オペレータは、格子画像６５及び刃先位置画像６１により、ブレード１１３２と作業対象ＷＡとの位置関係を把握できるので、作業効率及び作業の精度が向上する。実施形態においては、ブレード１１３２の幅方向Ｗｂの両側から、第１直線画像６２と第２直線画像６３とが刃先位置画像６１の両端を結んでいる。オペレータは、第１直線画像６２及び第２直線画像６３により、ブレード１１３２と作業対象ＷＡとの位置関係を、さらに容易に把握できる。格子画像６５及び刃先位置画像６１は、作業対象となる地形（作業対象ＷＡ）の形状に沿って表示されるため、地形面上（２次元上）での両者の相対位置関係が容易に把握できる。さらに、格子画像６５を構成する、第１の線画像６６及び第２の線画像６７は、グローバル座標系にて等間隔に配置されているため、地形面上での距離感をつかみやすく、遠近感の把握が容易になる。

【0086】

実施形態において、作業用の画像６９は、ブレード１１３２の刃先１１３２ｅと作業対象ＷＡとの距離を示す情報を含むことができる。このようにすることで、オペレータは、ブレード１１３２の刃先１１３２ｅと作業対象ＷＡとの実際の距離を把握できるという利点がある。ブレード１１３２の刃先１１３２ｅと作業対象ＷＡとの距離は、ブレード１１３２の幅方向Ｗｂの中央における刃先１１３２ｅから作業対象ＷＡの表面ＷＡＰまでの距離とすることができる。

【0087】

なお、作業対象ＷＡとの距離を示す情報は、ブレード１１３２の刃先１１３２ｅと作業対象ＷＡとの距離に代え、又はその距離に加えて、ブレード１１３２の角度といった姿勢に関する情報、ブレード１１３２と作業対象ＷＡとの相対距離を示す情報、ブレード１１３２の例えば刃先１１３２ｅの向きと作業対象ＷＡの面の向きとの関係を示す情報、ブレード１１３２の位置を座標で示した情報、作業対象ＷＡの面の向きを示す情報及び撮像装置１９からブレード１１３２の刃先１１３２ｅまでのローカル座標系におけるｙ方向の距離を示す情報といった情報を含む、作業具又は作業対象Ｗに関する空間位置情報であればよい。

【0088】

すなわち、処理装置５１は、表示処理部５１Ｐ４によって、作業具であるブレード１１３２の位置、ブレード１１３２の姿勢、作業対象ＷＡの位置、作業対象ＷＡの相対的な姿勢、ブレード１１３２と作業対象ＷＡとの相対的な距離、ブレード１１３２と作業対象ＷＡとの相対的な姿勢の少なくとも１つを求めて、表示装置５２に表示させてもよい。

【0089】

以上、画像表示システム１００及び遠隔操作システム１０１は、撮像装置１９の視点で生成された作業具案内画像６０及び格子画像６５を、撮像装置１９によって撮像された実際の作業対象ＷＡの画像６８と重ね合わせて、表示装置５２に表示する。このような処理により、画像表示システム１００及び遠隔操作システム１０１は、表示装置５２に表示された作業対象ＷＡの画像を用いてブルドーザ１１００を遠隔操作するオペレータに、ブレード１１３２の位置と作業対象ＷＡとの位置関係を把握させやすくすることができるので、作業効率及び作業の精度を向上させることができる。経験の浅いオペレータも、画像表示システム１００及び遠隔操作システム１０１を用いることにより、ブレード１１３２の位置と作業対象ＷＡとの位置関係を容易に把握できる。その結果、作業効率及び作業の精度の低下が抑制される。また、画像表示システム１００及び遠隔操作システム１０１は、作業具案内画像６０と、格子画像６５と、実際の作業対象ＷＡの画像６８とを重ね合わせて表示装置５２に表示することにより、作業中にオペレータが注目する画面を単一として、作業効率を向上させることができる。

【0090】

格子画像６５は、隣接する第１の線画像６６同士の間隔と、隣接する第２の線画像６７同士の間隔とが等しい。このため、格子画像６５と、撮像装置１９によって撮像された実際の作業対象ＷＡの画像６８とを重ね合わせて表示することにより、作業対象ＷＡでの作業地点を把握しやすくなる。また、作業具案内画像６０の刃先位置画像６１と格子画像６５とを重ね合わせることにより、オペレータは、ブレード１１３２が移動した距離を把握することが容易になるので、作業効率が向上する。

【0091】

作業具案内画像６０及び格子画像６５は、作業機１１３０の領域である占有領域ＳＡが除去されるので、作業具案内画像６０及び格子画像６５は、占有領域ＳＡによる歪み及び作業機１１３０に作業具案内画像６０及び格子画像６５が重畳して表示されることを回避できる。その結果、画像表示システム１００及び遠隔操作システム１０１は、オペレータにとって見やすい形態で作業用の画像６９を表示装置５２に表示できる。

【0092】

実施形態において、作業具案内画像６０は、少なくとも刃先位置画像６１を含んでいればよい。格子画像６５は、少なくとも複数の第２の線画像６７、すなわちブルドーザ１１００が備える車体１１１０の前後方向と直交する方向を示す複数の線画像を含んでいればよい。また、処理装置５１は、ブレード１１３２の刃先１１３２ｅと作業対象ＷＡとの距離に応じて、作業具案内画像６０のうち、例えば刃先位置画像６１の色を変更してもよい。このようにすることで、オペレータは、ブレード１１３２の位置と作業対象ＷＡとの距離を把握しやすくなる。

【0093】

実施形態において、処理装置５１は、作業対象ＷＡの形状の情報をグローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に変換して作業具案内画像６０及び格子画像６５を生成したが、作業対象ＷＡの形状の情報をグローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に変換しなくてもよい。この場合、処理装置５１は、作業対象ＷＡの形状の情報をブルドーザ１１００のローカル座標系（ｘ、ｙ、ｚ）で取り扱い、作業具案内画像６０及び格子画像６５を生成する。作業対象ＷＡの形状の情報をブルドーザ１１００のローカル座標系（ｘ、ｙ、ｚ）で取り扱う場合、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２及びグローバル位置演算装置２３は不要である。

【0094】

前述の実施形態では、距離検出装置２０により検出されたブルドーザ１１００の一部（例えば、前述のようにブレード１１３２）を除去し、作業対象ＷＡの形状の情報（三次元地形データ）とした。しかし、過去（例えば数秒前）に取得した三次元地形データを処理装置５１の記憶部５１Ｍに記憶しておき、処理装置５１の処理部５１Ｐが、現在の作業対象ＷＡと、その記憶されている三次元地形データとが同じ位置であるのか判断し、同じ位置であるのであれば、過去の三次元地形データを用いて、格子画像６５を表示させてもよい。つまり、処理装置５１は、撮像装置１９から見て、ブルドーザ１１００の一部によって隠れている地形があっても、過去の三次元地形データがあれば、格子画像６５を表示させることができる。

【0095】

また、格子を用いた格子画像６５による表示ではなく、例えばローカル座標系を極座標系として格子画像６５を表示させるようにしてもよい。具体的には、ブルドーザ１１００の中心（例えば、車体１１１０の旋回中心）からの距離に応じた等間隔の同心円を線画像（第２の線画像）として描き、かつ車体１１１０の旋回角度に応じて旋回中心から等間隔に放射状の線画像（第１の線画像）を描くようにしてもよい。この場合、同心円の線画像である第２の線画像と旋回中心からの放射状の線画像である第１の線画像とは交差する。このような格子画像を表示させることによっても、旋回時や掘削時にブレード１１３２の位置と作業対象ＷＡとの位置関係を容易に把握することができる。

【0096】

＜ブルドーザ１１００の制御系の変形例＞
前述した画像表示システム１００及び遠隔操作システム１０１は、図１に示される施設５０の操作装置５３を用いてブルドーザ１１００を遠隔操作したが、図２に示される運転室１１４０内に表示装置５２を設けたり、ブルドーザ１１００にオペレータの作業を補助するために、作業用の画像６９が運転室１１４０内の表示装置５２に表示したりしてもよい。この場合、ブルドーザ１１００は、表示装置５２に表示された作業対象ＷＡの画像を用いてブルドーザ１１００を操作するオペレータに、ブレード１１３２の位置と作業対象ＷＡとの位置関係を把握させやすくすることができる。その結果、作業効率及び作業の精度を向上させることができる。また、経験の浅いオペレータも、ブレード１１３２の位置と作業対象ＷＡとの位置関係を容易に把握できる。その結果、作業効率及び作業の精度の低下が抑制される。さらに、夜間作業等の場合、オペレータが実際の作業対象ＷＡを目視し難い状況であっても、表示装置５２に表示された作業具案内画像６０及び格子画像６５を見ながら作業することができるので、作業効率の低下が抑制される。

【0097】

以上、実施形態を説明したが、前述した内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。作業機械はブルドーザ１１００に限定されず、ホイールローダー又は油圧ショベルのような他の作業機械であってもよい。また、占有領域としてブルドーザのブレード（作業機）を挙げたが、作業機に加え、車体のフードや排気管を占有領域に加えても良い。

【符号の説明】

【0098】

１１００ ブルドーザ、１１１０ 車体、１１２０ 走行装置、１１３０ 作業機、１１３２ ブレード、１１３２ｅ 刃先、１Ｓ 制御系、１９ 撮像装置、２０ 距離検出装置、２１、２２ アンテナ（ＧＮＳＳアンテナ）、２３ グローバル位置演算装置、２６ センサコントローラ、２７ 作業機制御装置、３２ 姿勢検出装置、３３ ＩＭＵ、５０ 施設、５１ 処理装置、５２ 表示装置、５３ 操作装置、６０ 作業具案内画像（画像）、６１ 刃先位置画像、６２ 第１直線画像、６３ 第２直線画像、６５ 格子画像、６６ 第１の線画像、６７ 第２の線画像、６８ 画像、６９ 作業用の画像、１００ 作業機械の画像表示システム（表示システム）、１０１ 作業機械の遠隔操作システム（遠隔操作システム）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】