JP2010002225A - 可視光通信を利用した位置測定装置、位置測定システム、及び位置測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可視光通信と画像処理とを利用した位置測定システムを容易に実用化することが可能な位置測定装置を提供することにある。
【解決手段】可視光通信と画像処理とを利用した位置測定システムにおいて、車両は２個の画像センサ１９Ａ，１９Ｂ及び車載位置測定装置１０を搭載している。画像センサ１９Ａ，１９Ｂは、可視光通信ビーコンの位置からの距離を測定するための画像処理を行なうための画像入力部及び可視光通信ビーコンの受信部とを兼ねている。車載位置測定装置１０は、画像センサ１９Ａ，１９Ｂからの入力に基づいて、走行する車両の位置を測定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、可視光通信を利用した位置測定装置に関し、特に、道路を走行する車両の位置を測定する位置測定装置に関する。

近年、自動車を代表とする車両の現在位置を測定する方式として、ＧＰＳ（global positioning system）を利用した位置測定（位置計測）方式が、例えばカーナビゲーション装置に組み込まれて普及している。

また、近年では、特に高精度の位置測定機能を実現するための方式として、可視光通信システムを利用した位置測定方式が提案されている。可視光通信システムは、可視光信号を利用した通信方式であり、位置測定機能に必要な位置情報で変調した可視光信号を発信する（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００７−８１７０３号公報

ＧＰＳを応用した車両位置計測技術は、複数の衛星から送信される電波を利用して位置を計測する技術である。しかし、通常では、ＧＰＳを応用した車両位置計測の計測精度は数十ｍから百ｍの位置誤差があり、これを補正するために地図とのマッチングを行う処理などが必要である。さらに、このような補正処理を実行しても、数ｍの位置誤差を解消することは困難である。

一方、ＧＰＳ以外に、可視光通信技術と画像処理技術とを組み合わせて、道路上を走行する車両の現在位置を高精度に測定できる位置測定方法の実現が可能である。具体的には、画像入力用にＣＣＤカメラを２台、及び可視光を受信するための受信素子を含む車載用装置を使用することにより、当該車載用装置を搭載した車両の位置を測定する方法である。しかしながら、このような位置測定装置は、２台のＣＣＤカメラや受信素子としてのフォトダイオードなどの機器や部品を必要とするため、製品として実現するには比較的高いコストを要する。このため、可視光通信技術と画像処理技術とを組み合わせた位置測定システムを実用化することは困難である。

そこで、本発明の目的は、可視光通信と画像処理とを利用した位置測定システムを容易に実用化することが可能な位置測定装置を提供することにある。

本発明の観点は、位置情報を可視光信号で発信する可視光通信ビーコン及び当該可視光通信ビーコンの位置からの距離を測定するための画像処理を組み合わせた位置測定システムにおいて、画像入力機能と可視光通信ビーコンの受信機能を兼ねた画像入力手段を有する構成の位置測定装置である。

本発明の観点に従った位置測定装置は、道路を走行する車両に設けられる位置測定装置おいて、道路沿いに配置された複数の照明灯の画像を入力する画像入力手段と、前記画像入力手段を使用して前記各照明灯から発光される可視光を受光し、当該可視光に含まれる可視光通信信号中の位置情報を取得する手段と、前記画像入力手段により入力された各照明灯の画像に基づいて、前記車両と前記各照明灯との距離を算出する距離算出手段と、前記距離算出手段による距離に基づいて前記車両から最短距離の照明灯を選択し、当該選択した照明灯を使用した可視光通信信号に含まれる位置情報、及び前記車両と前記選択した照明灯との距離を使用して前記車両の位置を測定する位置測定手段とを備えた構成である。

本発明によれば、特に車両に搭載する位置測定装置を低コストで実現することにより、可視光通信と画像処理とを利用した位置測定システムを容易に実用化できる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（システムの構成）
図１は、本実施形態に関する位置測定システムの要部を示す図である。

本実施形態は、可視光通信システムを利用して、自動車などの車両１の現在位置を測定するシステムである。本システムは大別して、車両１が走行するための道路２の近傍の定位置に設けられた道路照明柱３、及び車両１に搭載された位置測定装置（以下、車載位置計測装置と表記する）１０からなる。

道路照明柱３は、道路２上の照明を行なうための道路照明灯３０、及び可視光通信装置３１を有する。道路照明灯３０は、照明用発光ダイオード素子（以下、ＬＥＤと表記）を有し、道路２上を照明するための照明光３００を発光すると共に、後述する可視光通信ビーコンとして機能する。

可視光通信装置３１は、道路照明灯３０のＬＥＤを駆動制御して、位置情報を含む可視光通信信号３１０を発信する可視光通信ビーコンを構成する。以下、本実施形態では、定位置に設けられた道路照明柱３、道路照明灯３０、及び可視光通信装置３１から構成される設備を、可視光通信ビーコンとして総称する場合がある。

車載位置計測装置１０は、可視光通信ビーコンから発信された可視光通信信号を受信し、この可視光通信信号から復調した位置情報を使用して、現在位置を測定する。位置情報は、定位置にある可視光通信ビーコンの座標位置情報（経度と緯度）と、道路２から道路照明灯３０までの高さ情報（即ち、可視光通信ビーコンの高さＨを示す情報）を含む。

（可視光通信装置の構成）
可視光通信装置３１は、図２に示すように、可視光通信装置３１は、電源３３、ＬＥＤ駆動装置３４、通信制御装置３５及び記憶装置３６を有し、道路照明灯３０の近傍で道路照明柱３に固定されている。ＬＥＤ駆動装置３４は、道路照明灯３０の発光素子であるＬＥＤ３２を駆動するドライバである。通信制御装置３５は、ＬＥＤ駆動装置３４を介してＬＥＤ３２を点滅制御することにより、記憶装置３６に保存されている位置情報に基づいて変調した可視光通信信号３１０を発信させる。位置情報は、定位置の可視光通信ビーコンの座標位置情報及び高さ情報を含む情報である。

可視光通信ビーコンの位置情報は、記憶装置３６に予め記憶されているか、または無線通信などにより送信されて記憶装置３６に保存される。可視光通信装置３１は、道路照明灯３０のＬＥＤ３２により発光される可視光を変調することで、位置情報を乗せた可視光通信信号（可視光通信ビーコン信号）３１０を発信する。なお、可視光の変調方式は、点滅制御やＲＧＢ変調など各種の変調方式から適切に選択されたものでよい。

（車載位置計測装置の構成）
本実施形態の車両１は、図３に示すように、車載位置計測装置１０と共に、２個の画像センサ１９Ａ，１９Ｂを搭載している。画像センサ１９Ａ，１９Ｂはそれぞれ、例えばＣＭＯＳセンサやフォトダイオードアレイにより構成されており、可視光通信信号（可視光通信ビーコン信号）を受信する受信素子として機能し、かつ複数の道路照明灯３０の画像を入力する画像入力機器として機能する。

車載位置計測装置１０は、データ処理部１１、画像処理部１２、可視光通信部１３及び方位計測部１４を有する。データ処理部１１は、後述する位置測定処理に必要な演算処理を実行する。

画像処理部１２は、２個の画像センサ１９Ａ，１９Ｂにより撮像された複数の道路照明灯３０の画像を入力し、当該各画像を処理して複数の道路照明灯３０を抽出する。即ち、画像処理部１２は、ステレオ画像処理機能により各画像センサ１９Ａ，１９Ｂの入力画像から道路照明灯３０毎の画像上の位置を抽出する。データ処理部１１は、画像処理部１２により算出される位置情報と、車両１上の画像センサ１９Ａ，１９Ｂ間の距離とから三角測量方法により各道路照明灯３０と車両１間の距離を計算する。

また、画像処理部１２は、各画像センサ１９Ａ，１９Ｂの入力画像を処理して、可視光通信ビーコンの高さ情報を算出するための画像情報を生成してデータ処理部１１に転送する。ここで、データ処理部１１及び画像処理部１２は、マイクロプロセッサ及びソフトウェアから構成される。

可視光通信部１３は、画像センサ１９Ａ，１９Ｂにより受信した可視光通信信号（可視光通信ビーコン信号）から位置情報を復調して、データ処理部１１に転送する。ここで、画像処理部１２は、画像センサ１９Ａ，１９Ｂにより受信した可視光通信信号を電気信号に変換して可視光通信部１３に転送する。データ処理部１１は、可視光通信部１３により復調された各道路照明灯３０、即ち各可視光通信ビーコンの位置情報を内部メモリに記憶する。方位計測部１４は、車両１の走行方位を計測し、その計測結果をデータ処理部１１に出力する。

（位置測定システムの動作）
以下、図４から図６を参照して、本実施形態のシステムの位置測定動作を説明する。

本実施形態では、図５に示すように、道路上を走行する車両１は、車載位置測定装置１０に接続された２個の画像センサ１９Ａ，１９Ｂにより、進行方向の複数の道路照明灯３０を撮像して各画像を入力する（ステップＳ１）。ここで、車両１は、画像センサ１９Ａ，１９Ｂにより、図４に示すように、車両１から距離が異なる道路照明灯３０毎に、道路照明灯３０を撮像して得られる画像１００と共に、可視光通信ビーコンとして、道路照明灯３０の位置情報が乗せられた可視光通信信号２００を受信する。即ち、車両１は、図５に示すように、走行しながら、距離が異なる道路照明灯３０毎から可視光通信ビーコン２００Ａ〜２００Ｃを受信する。データ処理部１１は、可視光通信部１３により復調された各道路照明灯３０、即ち各可視光通信ビーコン２００Ａ〜２００Ｃの各位置情報を内部メモリに記憶する。

画像処理部１２は、図５に示すように、各画像センサ１９Ａ，１９Ｂの入力画像１９０をステレオ画像処理して、道路照明灯３０毎の画像上の各位置を抽出する（ステップＳ２）。次に、データ処理部１１は、画像処理部１２により算出される各位置情報と、車両１上の画像センサ１９Ａ，１９Ｂ間の距離とから三角測量方法により各道路照明灯３０と車両１間の距離を計算する（ステップＳ３）。

データ処理部１１は、各道路照明灯３０までの距離を算出した後に、車両１から最も近い距離の道路照明灯３０、即ち図５に示すように、最短距離の可視光通信ビーコン２００Ａを選択する（ステップＳ４）。データ処理部１１は、選択した最短距離の可視光通信ビーコン２００Ａの位置情報を内部メモリから取り出す。

次に、データ処理部１１は、図４に示すように、選択した最短距離の可視光通信ビーコン２００Ａに対応する道路照明柱３の高さＨを算出する。ここでは、データ処理部１１は、画像処理部１２から、各画像センサ１９Ａ，１９Ｂの入力画像１００に基づいて生成された画像情報、即ち可視光通信ビーコンの高さ情報を算出するための画像情報を使用して高さＨを算出する。具体的には、データ処理部１１は、各画像センサ１９Ａ，１９Ｂの位置、撮像角度、及び道路照明灯３０の位置（位置情報）に基づいて道路照明柱３の高さＨを算出する。

データ処理部１１は、図４に示すように、算出した最短距離の道路照明柱３の高さＨと車両１から最も近い距離から、最短距離の道路照明灯３０を有する道路照明柱３の地面近傍までの距離Ｌｘを算出するための補正計算を実行する。そして、データ処理部１１は、方位計測部１４から得られる走行方位、道路照明柱３と車両間の距離Ｌｘ、及び最短距離の可視光通信ビーコン２００Ａの位置情報を使用して、現時点での車両１の位置（経度、緯度）を算出する（ステップＳ５）。

以上のように本実施形態によれば、画像入力用にＣＣＤカメラを２台、及び可視光を受信するための受信素子を含む高いコストの車載用装置を使用することなく、２個の画像センサ及び車載位置測定装置１０を使用する構成により、可視光通信技術と画像処理技術とを組み合わせた位置測定システムを低コストで実現することができる。従って、可視光通信技術と画像処理技術とを組み合わせ構成により、特に道路を走行する車両の位置を高精度に測定できる位置測定システムを容易に実用化できる。

なお、本実施形態では、画像入力装置として２個の画像センサを使用する構成について説明したが、単眼型カメラを使用しても可能である。但し、車載位置測定装置１０のデータ処理部１１の処理手順が異なる。また、本実施形態では、可視光通信ビーコンは、道路上の定位置に設けられた道路照明灯３０を利用して構成されているが、これに限ることなく、例えば建物や施設などに設けられた照明灯により構成されてもよい。また、可視光通信ビーコンは、照明灯と一体化されたものでなく、可視光信号を発信する専用の施設（装置）でもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に関する位置測定システムの要部を示す図。 本実施形態に関する可視光通信装置の構成を説明するための図。 本実施形態に関する車載位置計測装置の構成を説明するための図。 本実施形態に関するシステムの位置測定動作を説明するための図。 本実施形態に関する車載位置計測装置の画像処理を説明するための図。 本実施形態に関するシステムの処理手順を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１…車両、２…道路、３…道路照明柱、１０…車載位置計測装置、
１１…データ処理部、１２…画像処理部、１３…可視光通信部、
１４…方位計測部、１９Ａ，１９Ｂ…画像センサ、３０…道路照明灯、
３１…可視光通信装置、３２…発光素子（ＬＥＤ）、３３…電源、
３４…ＬＥＤ駆動装置、３５…通信制御装置、３６…記憶装置。

Claims (10)

1. 道路を走行する車両に設けられる位置測定装置おいて、
   道路沿いに配置された複数の照明灯の画像を入力する画像入力手段と、
   前記画像入力手段を使用して前記各照明灯から発光される可視光を受光し、当該可視光に含まれる可視光通信信号中の位置情報を取得する手段と、
   前記画像入力手段により入力された各照明灯の画像に基づいて、前記車両と前記各照明灯との距離を算出する距離算出手段と、
   前記距離算出手段による距離に基づいて前記車両から最短距離の照明灯を選択し、当該選択した照明灯を使用した可視光通信信号に含まれる位置情報、及び前記車両と前記選択した照明灯との距離を使用して前記車両の位置を測定する位置測定手段と
   を具備したことを特徴とする位置測定装置。
2. 前記画像入力手段は、
   複数の照明灯を撮像し、かつ前記可視光を受光するための複数の画像センサを含む構成であることを特徴とする請求項１に記載の位置測定装置。
3. 前記距離算出手段は、
   前記複数の画像センサにより入力された各画像をステレオ画像処理して、前記各照明灯の画像上の位置を求める手段を有し、
   前記照明灯毎の位置情報と前記各画像センサ間の距離とを使用する三角測量方法により各照明灯と車両間の距離を算出するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の位置測定装置。
4. 前記位置測定手段は、
   選択した最短距離の照明灯の地面からの高さを算出する手段と、
   前記照明灯の高さ情報を使用して、前記最短距離の照明灯までの距離を補正計算して算出する手段とを含み、
   前記補正計算により算出した距離、及び前記最短距離の照明灯からの可視光通信信号に含まれる位置情報を使用して、車両の位置を測定するように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位置測定装置。
5. 前記位置測定手段は、
   選択した最短距離の照明灯の地面からの高さを算出する手段と、
   前記照明灯の高さ情報を使用して、前記最短距離の照明灯までの距離を補正計算して算出する手段と、
   前記車両の走行方向を計測する手段とを含み、
   前記走行方向、前記補正計算により算出した距離、及び前記最短距離の照明灯からの可視光信号に含まれる位置情報を使用して、車両の位置を測定するように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位置測定装置。
6. 車両が走行する道路に沿って配置された複数の照明灯を使用して、位置情報を含む可視光通信信号を発信する発信手段と、
   前記車両に設けられた位置測定装置とを含む位置測定システムにおいて、
   前記位置測定装置は、
   前記各照明灯の画像を入力する画像入力手段と、
   前記画像入力手段を使用して前記各照明灯から発光される可視光を受光し、当該可視光に含まれる可視光通信信号中の位置情報を取得する手段と、
   前記画像入力手段により入力された各照明灯の画像に基づいて、前記車両と前記各照明灯との距離を算出する距離算出手段と、
   前記距離算出手段による距離に基づいて前記車両から最短距離の照明灯を選択し、当該選択した照明灯を使用した可視光通信信号に含まれる位置情報、及び前記車両と前記選択した照明灯との距離を使用して前記車両の位置を測定する位置測定手段と
   を具備したことを特徴とする位置測定システム。
7. 前記画像入力手段は、
   複数の照明灯を撮像し、かつ前記可視光を受光するための複数の画像センサを含む構成であることを特徴とする請求項６に記載の位置測定システム。
8. 前記距離算出手段は、
   前記複数の画像センサにより入力された各画像をステレオ画像処理して、前記各照明灯の画像上の位置を求める手段を有し、
   前記照明灯毎の位置情報と前記各画像センサ間の距離とを使用する三角測量方法により各照明灯と車両間の距離を算出するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の位置測定システム。
9. 前記位置測定手段は、
   選択した最短距離の照明灯の地面からの高さを算出する手段と、
   前記照明灯の高さ情報を使用して、前記最短距離の照明灯までの距離を補正計算して算出する手段とを含み、
   前記補正計算により算出した距離、及び前記最短距離の照明灯からの可視光通信信号に含まれる位置情報を使用して、車両の位置を測定するように構成されていることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の位置測定システム。
10. 道路を走行する車両に設けられる位置測定装置に適用する位置測定方法であって、
    道路沿いに配置された複数の照明灯の画像を入力する処理と、
    前記画像入力手段を使用して前記各照明灯から発光される可視光を受光し、当該可視光に含まれる可視光通信信号の位置情報を取得する処理と、
    前記画像入力手段により入力された各照明灯の画像に基づいて、前記車両と前記各照明灯との距離を算出する処理と、
    前記距離算出手段による距離に基づいて前記車両から最短距離の照明灯を選択し、当該選択した照明灯を使用した可視光通信信号に含まれる位置情報、及び前記車両と前記選択した照明灯との距離を使用して前記車両の位置を測定する処理と
    を実行することを特徴とする位置測定方法。

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