(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地球に対する太陽の運動を示す天体情報を取得する天体情報取得手段と、
日時情報を取得する日時情報取得手段と、
自装置の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得手段と、
前記自装置に照射される太陽光を複数の偏光成分に分離し、分離した各偏光成分の光強度を検出する検出手段から、当該各光強度を示す光強度情報を取得する光強度情報取得手段と、
或る方向を基準とした前記自装置の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢情報取得手段と、
前記天体情報取得手段により取得された天体情報を参照し、前記日時情報取得手段により取得された日時情報が示す日時に、前記位置情報取得手段により取得された位置情報が示す位置を原点とする地平座標における太陽の方向を推定する第１推定手段と、
前記光強度情報取得手段により取得された光強度情報が示す各光強度、および前記姿勢情報取得手段により取得された姿勢情報に応じて、前記自装置を基準とした太陽の方向を推定する第２推定手段と、
前記第１推定手段および前記第２推定手段により推定された各方向に応じて、自装置の位置を原点とする地平座標における方位を推定する方位推定手段と
を具備することを特徴とする方位推定装置。
【請求項２】
地球に対する太陽の運動を示す天体情報を取得する天体情報取得手段と、
日時情報を取得する日時情報取得手段と、
自装置の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得手段と、
前記自装置に照射される太陽光を複数の偏光成分に分離し、分離した各偏光成分の光強度を検出する検出手段から、当該各光強度を示す光強度情報を取得する光強度情報取得手段と、
或る方向を基準とした前記自装置の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢情報取得手段と、
前記天体情報取得手段により取得された天体情報を参照し、前記日時情報取得手段により取得された日時情報が示す日時に、前記位置情報取得手段により取得された位置情報が示す位置を原点とする地平座標における太陽の方向を推定する第１推定手段と、
前記光強度情報取得手段により取得された光強度情報が示す各光強度に応じて、前記自装置を基準とした太陽の方向を推定する第２推定手段と、
前記第１推定手段および前記第２推定手段により推定された各方向、並びに前記姿勢情報取得手段により取得された姿勢情報に応じて、自装置の位置を原点とする地平座標における方位を推定する方位推定手段と
を具備することを特徴とする方位推定装置。
【請求項３】
前記第２推定手段は、前記光強度の差に応じて、前記太陽の方向を推定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の方位推定装置。
【請求項４】
前記検出手段は、それぞれ異なる偏光方向の複数の偏光フィルタを通して撮像を行う撮像手段を備え、
前記光強度情報取得手段は、前記撮像手段により各々の前記偏光フィルタを通して撮像された各画像の明度を示す明度情報を前記光強度情報として取得する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方位推定装置。
【請求項５】
前記検出手段は、それぞれ異なる偏光方向の複数の偏光フィルタが配置されたフィルタを通して撮像を行う撮像手段を備え、
前記光強度情報取得手段は、前記撮像手段により撮像された画像の明度の配置パターンを示す明度情報を前記光強度情報として取得する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方位推定装置。
【請求項６】
前記検出手段は、偏光フィルタを通して撮像を行う撮像手段と、前記偏光フィルタを回転させて、前記撮像手段へと透過させる偏光成分を変動させる回転駆動部とを備える
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方位推定装置。
【請求項７】
前記検出手段は、液晶を通して撮像を行う撮像手段と、印加する電圧を変えて当該液晶が透過させる偏光成分を変動させる液晶制御手段とを備える
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方位推定装置。
【請求項８】
地球に対する太陽の運動を示す天体情報を記憶する記憶手段と、日時情報を出力する時計と、自装置の位置を計測して当該位置を示す位置情報を出力する測位手段と、前記自装置に照射される太陽光を複数の偏光成分に分離し、分離した各偏光成分の光強度を検出する検出手段と、或る方向を基準とした前記自装置の姿勢を検知する姿勢検知手段とを備えるコンピュータを、
前記記憶手段から、前記天体情報を取得する天体情報取得手段と、
前記時計から、前記日時情報を取得する日時情報取得手段と、
前記測位手段から、前記位置情報を取得する位置情報取得手段と、
前記検出手段から、前記各光強度を示す光強度情報を取得する光強度情報取得手段と、
前記姿勢検知手段から、前記自装置の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢情報取得手段と、
前記天体情報取得手段により取得された天体情報を参照し、前記日時情報取得手段により取得された日時情報が示す日時に、前記位置情報取得手段により取得された位置情報が示す位置を原点とする地平座標における太陽の方向を推定する第１推定手段と、
前記光強度情報取得手段により取得された光強度情報が示す各光強度、および前記姿勢情報取得手段により取得された姿勢情報に応じて、前記自装置を基準とした太陽の方向を推定する第２推定手段と、
前記第１推定手段および前記第２推定手段により推定された各方向に応じて、自装置の位置を原点とする地平座標における方位を推定する方位推定手段
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を用いて方位を推定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
地磁気センサやＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて方位を推定する装置が知られている。しかし、地磁気センサを用いる場合、近くに磁性体がある場合やビル街、踏切付近、鉄橋、地下鉄の上、屋内などでは、地磁気が乱れるため、装置は正確に方位を計測することができない。また、ＧＰＳを用いて方位を推定する場合には、移動方向から方位を推定するので、このような装置は移動させる必要があり、立ち止まった状態では方位を計測することができない。さらに、ＧＰＳは衛星からの電波を受信して位置特定をするので、このような装置はビル街や屋内などで計測精度が低下する。
【０００３】
一方、太陽光の偏光特性に基づいて、太陽の方向を検出する技術が開発されている。特許文献１には、人工衛星の打上げ初期において太陽方向計算を行う技術が開示されている。特許文献２には、角度が異なるように設けられた２つの偏光板を通してそれぞれ画像を取得し、各画像の差分値から太陽の位置を検出することにより撮影補助光の発光を制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２４８２２５号公報
【特許文献２】特開２００４−１１７４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１により開示された技術は、宇宙空間において人工衛星から見た太陽の方向を検出することに関するものであり、特許文献２により開示された技術は、逆光などカメラと太陽との相対的な方向関係を検出するに留まるものである。いずれの文献も、地表における方位を推定するものではない。
【０００６】
本発明の目的は、地表において太陽光を用いて方位を推定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明に係る方位推定装置は、地球に対する太陽の運動を示す天体情報を取得する天体情報取得手段と、日時情報を取得する日時情報取得手段と、自装置の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得手段と、前記自装置に照射される太陽光を複数の偏光成分に分離し、分離した各偏光成分の光強度を検出する検出手段から、当該各光強度を示す光強度情報を取得する光強度情報取得手段と、或る方向を基準とした前記自装置の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢情報取得手段と、前記天体情報取得手段により取得された天体情報を参照し、前記日時情報取得手段により取得された日時情報が示す日時に、前記位置情報取得手段により取得された位置情報が示す位置を原点とする地平座標における太陽の方向を推定する第１推定手段と、前記光強度情報取得手段により取得された光強度情報が示す各光強度、および前記姿勢情報取得手段により取得された姿勢情報に応じて、前記自装置を基準とした太陽の方向を推定する第２推定手段と、前記第１推定手段および前記第２推定手段により推定された各方向に応じて、自装置の位置を原点とする地平座標における方位を推定する方位推定手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る方位推定装置は、地球に対する太陽の運動を示す天体情報を取得する天体情報取得手段と、日時情報を取得する日時情報取得手段と、自装置の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得手段と、前記自装置に照射される太陽光を複数の偏光成分に分離し、分離した各偏光成分の光強度を検出する検出手段から、当該各光強度を示す光強度情報を取得する光強度情報取得手段と、或る方向を基準とした前記自装置の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢情報取得手段と、前記天体情報取得手段により取得された天体情報を参照し、前記日時情報取得手段により取得された日時情報が示す日時に、前記位置情報取得手段により取得された位置情報が示す位置を原点とする地平座標における太陽の方向を推定する第１推定手段と、前記光強度情報取得手段により取得された光強度情報が示す各光強度に応じて、前記自装置を基準とした太陽の方向を推定する第２推定手段と、前記第１推定手段および前記第２推定手段により推定された各方向、並びに前記姿勢情報取得手段により取得された姿勢情報に応じて、自装置の位置を原点とする地平座標における方位を推定する方位推定手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記第２推定手段は、前記光強度の差に応じて、前記太陽の方向を推定するとよい。
【００１０】
また、好ましくは、前記検出手段は、それぞれ異なる偏光方向の複数の偏光フィルタを通して撮像を行う撮像手段を備え、前記光強度情報取得手段は、前記撮像手段により各々の前記偏光フィルタを通して撮像された各画像の明度を示す明度情報を前記光強度情報として取得するとよい。
【００１１】
また、好ましくは、前記検出手段は、それぞれ異なる偏光方向の複数の偏光フィルタが配置されたフィルタを通して撮像を行う撮像手段を備え、前記光強度情報取得手段は、前記撮像手段により撮像された画像の明度の配置パターンを示す明度情報を前記光強度情報として取得するとよい。
【００１２】
また、好ましくは、前記検出手段は、偏光フィルタを通して撮像を行う撮像手段と、前記偏光フィルタを回転させて、前記撮像手段へと透過させる偏光成分を変動させる回転駆動部とを備えるとよい。
【００１３】
また、好ましくは、前記検出手段は、液晶を通して撮像を行う撮像手段と、印加する電圧を変えて当該液晶が透過させる偏光成分を変動させる液晶制御手段とを備えるとよい。
【００１４】
また、本発明に係るプログラムは、地球に対する太陽の運動を示す天体情報を記憶する記憶手段と、日時情報を出力する時計と、自装置の位置を計測して当該位置を示す位置情報を出力する測位手段と、前記自装置に照射される太陽光を複数の偏光成分に分離し、分離した各偏光成分の光強度を検出する検出手段と、或る方向を基準とした前記自装置の姿勢を検知する姿勢検知手段とを備えるコンピュータを、前記記憶手段から、前記天体情報を取得する天体情報取得手段と、前記時計から、前記日時情報を取得する日時情報取得手段と、前記測位手段から、前記位置情報を取得する位置情報取得手段と、前記検出手段から、前記各光強度を示す光強度情報を取得する光強度情報取得手段と、前記姿勢検知手段から、前記自装置の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢情報取得手段と、前記天体情報取得手段により取得された天体情報を参照し、前記日時情報取得手段により取得された日時情報が示す日時に、前記位置情報取得手段により取得された位置情報が示す位置を原点とする地平座標における太陽の方向を推定する第１推定手段と、前記光強度情報取得手段により取得された光強度情報が示す各光強度、および前記姿勢情報取得手段により取得された姿勢情報に応じて、前記自装置を基準とした太陽の方向を推定する第２推定手段と、前記第１推定手段および前記第２推定手段により推定された各方向に応じて、自装置の位置を原点とする地平座標における方位を推定する方位推定手段として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、地表において太陽光を用いて方位を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る方位推定装置の構成を示す図である。
【図２】方位推定装置の外観を示す図である。
【図３】方位推定装置の機能的構成を示す図である。
【図４】方位推定装置の位置を原点とする地平座標系を示す概略図である。
【図５】太陽の相対方向を説明する図である。
【図６】太陽方向に対する撮像方向の成す角度に対する明度差の変化を表した図である。
【図７】明度差が最も増大したときの２つの画像を例示した図である。
【図８】第２実施形態に係る方位推定装置の機能的構成を示す図である。
【図９】相対方向推定部が、太陽の相対方向を推定することを説明する図である。
【図１０】地平面に対する装置座標系を表す図である。
【図１１】相対方向推定部により推定される太陽の相対方向を説明する図である。
【図１２】方位推定装置によって算出される撮像方向の方位角を説明する図である。
【図１３】変形例における偏光フィルタの一例を示す図である。
【図１４】変形例における偏光フィルタの別の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
１．第１実施形態
１−１．構成
１−１−１．方位推定装置の構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る方位推定装置１の構成を示す図である。方位推定装置１は、デジタルスティルカメラや携帯電話機、電子書籍表示機、ゲーム機、携帯音楽再生機、携帯動画再生機などさまざまなものに実装することができる。ここでは、方位推定装置１は、携帯電話機である。
【００１８】
制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備え、ＣＰＵが、ＲＯＭに記憶されているブートローダや記憶部１２に記憶されているコンピュータプログラム（以下、単にプログラムという）を読み出し、ＲＡＭをワークエリアとして実行することにより、方位推定装置１の各部を制御する。
【００１９】
記憶部１２はＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などの大容量の記憶手段であり、制御部１１のＣＰＵに読み込まれるプログラムを記憶する。また、記憶部１２は、地球を含めた太陽系天体の自転・公転などの運動を示す情報である天体情報１２１を記憶している。
【００２０】
操作部１３は各種の指示を入力するための操作子を備えており、ユーザによる操作を受け付けてその操作内容に応じた信号を制御部１１に供給する。表示部１４は、制御部１１からの指示に応じて、画像を表示する。表示部１４は、例えば、液晶ディスプレイなどの表示体を有する。
【００２１】
時計部１５は、日時を計測し、計測した日時を示す日時情報を出力する。時計部１５は、標準電波を受信して日時の誤差を修正する機能を備えたいわゆる電波時計であってもよい。
【００２２】
通信部１６は、無線による通信機能を備え、無線基地局の識別情報を読み出すことにより方位推定装置１の位置を特定し、この位置を示す位置情報を出力する。この位置情報とは、すなわち、上記の識別情報で識別される無線基地局の通信エリアを示す情報である。この位置情報には、この通信エリア内の代表地点に割り当てられた緯度・経度が記述されている。
【００２３】
撮像部１７は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサなどの撮像素子と、対象からの光を受けて像を結ぶための２つの光学部材１７１ａ，１７１ｂ（以下、区別する必要がない場合には、これらを光学部材１７１と表記する）を備える。光学部材１７１は、レンズ・反射鏡・プリズムなどのほか、偏光フィルタを備える。各光学部材１７１において、偏光フィルタは互いに偏光方向が異なるように設けられている。例えば、光学部材１７１ａ，１７１ｂの各偏光フィルタの偏光方向が成す角度は９０度である。
そして、撮像部１７は、これら２つの光学部材１７１ａ，１７１ｂに備えられた偏光フィルタを介して撮像した各画像Ｐａ，Ｐｂを示す画像データを出力する。
【００２４】
姿勢検知部１８は、３軸の加速度センサであり、方位推定装置１の各構成に沿って定められた座標系である装置座標系の各座標軸が重力方向に対して成す角度を計測して、方位推定装置１の姿勢を検知し、この姿勢を示す姿勢情報を出力する。
【００２５】
ここで、装置座標系について説明する。図２は、方位推定装置１の外観を示す図である。図２（ａ）に示すように、方位推定装置１の一方の面には操作部１３と表示部１４と撮像部１７の２つの光学部材１７１ａ，１７１ｂが配置されている。表示部１４の表示体は矩形に準じた輪郭を有しており、この矩形の互いに直交する２辺に沿ってｘ軸およびｙ軸が定められている。そして、ｘ軸およびｙ軸に直交する方向にｚ軸が定められている。このｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸で表される直交座標系が装置座標系である。装置座標系の原点は、例えば、方位推定装置１の重心である。
【００２６】
以下、図において、「○」の内部に「・」が記載されている記号は、紙面の奥から手前へ向かう方向を表す記号である。そして、ｘ軸方向の成分が増加する方向をｘ（＋）方向とよび、ｘ軸方向の成分が減少する方向をｘ（−）方向とする（ｙ軸、ｚ軸についても同様とする）。すなわち、図にｘ，ｙ，ｚで表す直交座標系は右手系である。
【００２７】
各光学部材１７１は、表示部１４の表示体が画像を表示する表示面に垂直な方向に向けられている。したがって、撮像部１７が撮像する方向は、ｚ（＋）方向である。図２（ａ）に示した方向成分Ｄａは、ｙ軸方向に沿った方向成分であり、光学部材１７１ａに含まれる偏光フィルタは、方向成分Ｄａを有する直線偏光を通過させる偏光特性を有する。同様に、方向成分Ｄｂは、ｘ軸方向に沿った方向成分であり、光学部材１７１ｂに含まれる偏光フィルタは、方向成分Ｄｂを有する直線偏光を通過させる偏光特性を有する。したがって、方向成分Ｄａと方向成分Ｄｂとは直交する。
【００２８】
方位推定装置１が方位を推定すると、表示部１４には、図２（ｂ）に示したように推定された方位を表すコンパス図が表示される。このコンパス図は、例えば、地平面に描いたコンパス図を、この地平面に垂直な平行光線によって表示部１４の表示面に正射影したものである。例えば、コンパス図の中心点から「北」と表示された点に向けて線を引いたとする。そして、この線を地平面に平行な第１成分と、原点Ｏからみて天頂の方向に平行な第２成分に直交分解すると、分解された第１成分は「北」を指し示す。
【００２９】
このほかに、携帯電話機である方位推定装置１は、ユーザの声を音声信号に変換するマイクロフォン、受信した音声信号に基づいて変換された相手の声を放音するスピーカ、音声信号のデジタル／アナログ変換をするコンバータなどを備えている。通信部１６は、通信機能によりこれらの音声信号を遣り取りする。
【００３０】
１−１−２．方位推定装置の機能的構成
図３は、第１実施形態に係る方位推定装置１の機能的構成を示す図である。制御部１１は、プログラムを実行することで、天体情報取得部１１１、日時情報取得部１１２、位置情報取得部１１３、明度情報取得部１１４、姿勢情報取得部１１５、絶対方向推定部１１６、相対方向推定部１１７、および方位推定部１１８として機能する。
【００３１】
天体情報取得部１１１は、記憶部１２から天体情報１２１を取得する。日時情報取得部１１２は、時計部１５から日時情報を取得する。位置情報取得部１１３は、通信部１６から位置情報を取得する。明度情報取得部１１４は、撮像部１７から画像Ｐａ，Ｐｂをそれぞれ示す画像データ受け取り、それぞれの明度を示す明度情報を取得する。姿勢情報取得部１１５は、姿勢検知部１８から姿勢情報を取得する。
【００３２】
絶対方向推定部１１６は、天体情報取得部１１１が取得した天体情報１２１、日時情報取得部１１２が取得した日時情報、および位置情報取得部１１３が取得した位置情報に基づいて、太陽の絶対方向を推定する。太陽の絶対方向とは、位置情報で示される方位推定装置１の位置を原点とする地平座標系における太陽の方向であり、例えば方位角Ａおよび高度ｈにより表される。
【００３３】
図４は、方位推定装置１の位置を原点Ｏとする地平座標系を示す概略図である。同図に示すように、太陽Ｓｎの方向は、地平座標系における天球上の位置として表される。ここで方位角Ａは、天頂と太陽Ｓｎとを通る大円が子午線と成す角度であり、真北から東回りに測定される。また、高度ｈは、上記の大円に沿って地平線から太陽Ｓｎまでの角度である。
【００３４】
天体情報１２１には、地球を含めた太陽系天体の自転・公転などの運動を示す情報が記述されている。絶対方向推定部１１６は、この天体情報１２１に基づいて、地球に対する太陽の運動を、例えば、赤道座標系で表す。そして、絶対方向推定部１１６は、取得した日時情報により日時を特定し、特定された日時の赤道座標系における太陽の位置を算出する。そして取得した位置情報により、絶対方向推定部１１６は、方位推定装置１の緯度および経度を決定し、赤道座標系における太陽Ｓｎの位置を、決定した緯度および経度により表される方位推定装置１の位置を原点Ｏとする地平座標系に変換する。なお、天体情報１２１は、日時および位置を独立変数として、太陽の地球に対する運動を所定の天球座標系で表した関数であってもよく、また、複数の、日時および位置の組み合わせごとに、地球に対する太陽の座標や速度などの運動情報を対応付けた表であってもよい。
【００３５】
相対方向推定部１１７は、明度情報取得部１１４が取得した明度情報に基づいて、太陽の相対方向を推定する。太陽の相対方向とは、方位推定装置１を基準とした太陽の相対的な方向であって、上述した装置座標系における太陽の方向である。
【００３６】
図５は、太陽の相対方向を説明する図である。同図において、方位推定装置１は、原点Ｏに位置し、撮像部１７による撮像方向を矢線ｚ（＋）方向に向けている。太陽Ｓｎと原点Ｏを結ぶ線がｚ（＋）方向と成す角をψとすると、同図に示す線Ｃｖは、原点Ｏを中心とする天球において、角度ψの値が共通する撮像方向と天球面との各交点を結んだ線である。
【００３７】
撮像方向を太陽に向ける（ψ＝０度）ことにより得られる太陽光そのものには、あらゆる偏光成分の光が含まれている。また、撮像方向を太陽の反対方向（ψ＝１８０度）に向けても、太陽光の反射光が得られるので、得られる光には、あらゆる偏光成分の光が含まれている。一方、大気により散乱させられた太陽光（以下、散乱光という）は、同図に示す線Ｃｖに沿った偏光特性を有することがわかっている。したがって、撮像方向であるψの値が９０度に近づくほど、撮像部１７が受け取る光のうち、線Ｃｖに沿った偏光成分の割合が、これに垂直な偏光成分の割合よりも強くなる。偏光成分の光の強度（以下、光強度という）は、偏光成分を受け取って撮像部１７により生成される画像の明度に相関があるので、つまり、ψの値が９０度に近づくほど各偏光成分に対応する画像の明度の差（以下、明度差という）が大きくなる。
【００３８】
図６は、太陽方向に対する撮像方向の成す角度に対する明度差の変化を表した図である。横軸は角度ψの値であり、縦軸は明度差、または明度差に準じた指標値（例えば、明度差の二次関数や対数関数など）である。このようにψの値が９０度に近いほど、明度差が増加するため、例えば地平面に沿った方向を撮像する方位推定装置１に対して真横から太陽光が照射されているとき、撮像方向である正面からは、地平面に対して垂直方向の偏光成分が得られ、地平面に対して水平方向の偏光成分は得られ難い。そのため、偏光フィルタの偏光方向が地平面に対して垂直方向に近いほど、横から地平面に沿って太陽光が照射された状態で撮像した撮像画像は明るくなるが、偏光フィルタの偏光方向が地平面に対して水平方向に近くなるにしたがって、撮像画像は暗くなる。この傾向は、太陽方向に対する撮像方向の成す角度ψが９０度に近づくほど強くなる。このような太陽光の偏光特性はプログラムに記述されており、相対方向推定部１１７は、取得した明度情報から明度差を算出して、これに対応する角度ψを太陽の相対方向として推定する。
【００３９】
図３に戻る。姿勢情報取得部１１５は、姿勢検知部１８から取得した姿勢情報から重力方向と装置座標系のｚ軸との成す角を得て、これに基づいて図４に示した仰角φを特定する。仰角φとは、撮像方向（すなわちｚ（＋）方向）が地平面と成す角度である。すなわち、姿勢情報取得部１１５は、或る方向を基準とした自装置（方位推定装置１）の姿勢を示す姿勢情報を取得する姿勢情報取得手段の一例である。この場合、或る方向とは、重力方向（図４におけるＧ）や地平面の法線方向などである。
【００４０】
方位推定部１１８は、絶対方向推定部１１６により推定された太陽の絶対方向を示す情報と、相対方向推定部１１７により推定された太陽の相対方向を示す情報、および取得した姿勢情報に基づいて姿勢情報取得部１１５が特定した仰角から、方位推定装置１の方位を推定する。具体的には、方位推定部１１８は、太陽の絶対方向を示す情報として方位角Ａおよび高度ｈを取得し、太陽の相対方向を示す情報として角度ψを取得し、姿勢情報として撮像方向の仰角φを取得する。そして、方位推定部１１８は、地平面に対して仰角φを満たし、かつ太陽の照射方向に対して角度ψを満たすｚ軸を特定し、特定されたｚ軸が、地平座標においてどの方位にあるかを示す方位角θを、太陽の絶対方向を示す方位角Ａ、高度ｈを基準にして求める。
【００４１】
１−２．動作
次に、第１実施形態の方位推定装置１による方位推定の動作について説明する。
ユーザは、撮像する方向であるｚ軸を定めて方位推定装置１の撮像部１７の光学部材１７１を向ける。表示部１４には、撮像部１７が撮像した２つの画像Ｐａ，Ｐｂが表示される。画像Ｐａは、光学部材１７１ａを介して撮像された画像であり、画像Ｐｂは、光学部材１７１ｂを介して撮像された画像である。したがって、画像Ｐａは、方向成分Ｄａを有する偏光を受けて生成された画像であり、画像Ｐｂは、方向成分Ｄｂを有する偏光を受けて生成された画像である。そのため、撮像方向からの光に方向成分Ｄａが減少すると、画像Ｐａが暗くなり、方向成分Ｄｂが減少すると、画像Ｐｂが暗くなる。
【００４２】
定めたｚ軸を中心としてユーザが方位推定装置１を回転させると、２つの画像Ｐａ，Ｐｂの明度差が変動する。制御部１１は、撮像部１７から各画像の明度情報を取得し（明度情報取得部１１４）、明度差が最も増大したときに、その明度差をＲＡＭに記憶する。
【００４３】
制御部１１は、ＲＡＭに記憶した明度差から角度ψを推定する（相対方向推定部１１７）。図７は、上述の明度差が最も増大したときの２つの画像を例示した図である。図７（ａ）に示すように、画像Ｐａ，Ｐｂで明度差がない場合には、太陽の相対方向を示す角度ψは０度か１８０度である。すなわち、太陽に向かって撮像した場合や、太陽に背を向けて撮像した場合にあっては、撮像部１７の各光学部材１７１は、太陽光の散乱光のみならず、直射光や反射光を受けるので、受けた光に偏光が少なく、撮像された２つの画像Ｐａ，Ｐｂの明度に差が生じない。
【００４４】
一方、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、角度ψが３０度、６０度、９０度と増加し、または１５０度、１２０度、９０度と減少して９０度に近づくにつれて、画像Ｐａ，Ｐｂ間の明度差は増大する。プログラムには、図６で示したような明度差と角度ψとの関係が予め記述されているので、制御部１１は、このプログラムを実行することにより、取得した明度差から角度ψを推定する。なお、この段階では、制御部１１は、２種類（例えば、３０度と１５０度など）の角度ψを推定することがある。
【００４５】
また、制御部１１は、時計部１５から日時情報を（日時情報取得部１１２）、通信部１６から位置情報を（位置情報取得部１１３）それぞれ取得して、記憶部１２に記憶された天体情報１２１を参照して（天体情報取得部１１１）、取得した日時情報が示す日時に、取得した位置情報が示す方位推定装置１の位置を原点とする地平座標における太陽の位置を絶対方向として推定する（絶対方向推定部１１６）。
【００４６】
そして、制御部１１は、姿勢検知部１８から姿勢情報を取得し（姿勢情報取得部１１５）、取得した姿勢情報（仰角φ）、推定した太陽の相対方向（角度ψ）および絶対方向（方位角Ａおよび高度ｈ）から、方位推定装置１の撮像方向を特定して、その方位角θ（図４参照）を算出し、算出された方位角θに基づいて方位推定装置１の位置を原点とする地平座標における方位を推定し（方位推定部１１８）、その方位に応じたコンパス図を表示部１４に表示する。
【００４７】
なお、太陽方向との成す角が角度ψであり、地平面と成す角が仰角φである撮像方向（ｚ（＋）方向）は、原点Ｏを頂点として太陽方向に軸を有する円錐の側面と、原点Ｏを頂点として天頂方向に軸を有する円錐の側面とが交差する線上にあるので、１つに特定される場合もあるが、２つが特定されることもある。この場合、制御部１１は、特定した２つの撮像方向をそれぞれ候補として、これらの方位を表す方位角θをそれぞれ推定し、表示部１４に推定された２つの方位角θに基づくコンパス図をそれぞれ表示してもよい。
【００４８】
以上の構成により、第１実施形態に係る方位推定装置１は、地磁気やＧＰＳを用いることなく、方位を推定することができる。
【００４９】
２．第２実施形態
本発明の第２実施形態に係る方位推定装置１について説明する。第２実施形態において第１実施形態と共通する事項の説明は省略する。第２実施形態に係る方位推定装置１は、太陽の相対方向を示す情報として、撮像部１７が受け取る光のうち最も強い偏光成分の方向に直交する方向を、地平面を基準として特定する点が第１実施形態と異なっている。
【００５０】
２−１．構成
第２実施形態に係る方位推定装置１の構成は、第１実施形態に係る方位推定装置１の構成と共通しており、制御部１１がプログラムを実行することで実現する機能の一部に相違がある。
図８は、第２実施形態に係る方位推定装置１の機能的構成を示す図である。制御部１１は、プログラムを実行することで、第１実施形態と共通する天体情報取得部１１１、日時情報取得部１１２、位置情報取得部１１３、明度情報取得部１１４、姿勢情報取得部１１５、および絶対方向推定部１１６として機能するほか、後述する相対方向推定部１１７ａ、および方位推定部１１８ａとして機能する。
【００５１】
相対方向推定部１１７ａは、明度情報取得部１１４が取得した明度情報と、姿勢情報取得部１１５が取得した姿勢情報に基づいて、太陽の相対方向を推定する。第２実施形態において、太陽の相対方向は、方位推定装置１が地平面の中心にある天球上の位置として求められる。例えば、この天球に対し、撮像部１７が受け取る光のうち最も強い偏光成分によって特定される方向（以下、特定方向という）に線を引くと、太陽を中心とした同心円が描かれるので（図５参照）、上記の天球において、この特定方向に引いた線に直交する直交線上に太陽が位置することとなる。つまり、上記の天球において、上記の特定方向に引いた線上の一点から、その一点を通り且つその線に直交する直交線に沿った方向が、太陽の相対方向である。相対方向推定部１１７ａは、太陽の相対方向を、地平面を基準として推定するため、姿勢情報取得部１１５が取得した姿勢情報を参照する。
【００５２】
図９は、第２実施形態に係る相対方向推定部１１７ａが、太陽の相対方向を推定することを説明する図である。相対方向推定部１１７ａは、同図に示すように、撮像部１７が撮像した２つの画像Ｐａ，Ｐｂに基づいて、特定方向と方向成分Ｄｂとの成す角を特定することにより、太陽の相対方向を推定する。
【００５３】
例えば、図９（ａ）のように、画像Ｐａの明度が画像Ｐｂの明度よりも暗い場合、撮像部１７が撮像方向から受け取る光は、方向成分Ｄａを有する直線偏光よりも、方向成分Ｄｂを有する直線偏光を多く含んでいることがわかる。したがって、方向成分Ｄｂ、すなわちｘ軸方向と、天球において特定方向に沿った線Ｃｖとの成す角は、少なくとも４５度未満と推定される。さらに、例えば、画像Ｐａと画像Ｐｂとの明度差が閾値を超えているなどの条件が満たされた場合には、方向成分Ｄｂと線Ｃｖとの成す角は０度と推定される。
【００５４】
また、図９（ｂ）のように、画像Ｐａの明度が画像Ｐｂの明度と略同じである場合、撮像部１７が撮像方向から受け取る光は、方向成分Ｄａを有する直線偏光と、方向成分Ｄｂを有する直線偏光とを略等しい割合で含んでいることがわかる。したがって、方向成分Ｄｂ（ｘ軸方向）と、線Ｃｖとの成す角は略４５度と推定される。
【００５５】
また、図９（ｃ）のように、画像Ｐａの明度が画像Ｐｂの明度よりも明るい場合、撮像部１７が撮像方向から受け取る光は、方向成分Ｄｂを有する直線偏光よりも、方向成分Ｄａを有する直線偏光を多く含んでいることがわかる。したがって、方向成分Ｄｂと線Ｃｖとの成す角は４５度を超えると推定される。さらに、例えば、画像Ｐａと画像Ｐｂとの明度差が閾値を超えているなどの条件が満たされた場合には、方向成分Ｄｂと線Ｃｖとの成す角は９０度と推定される。
【００５６】
以上のように画像Ｐａ，Ｐｂの明度差のパターンから方向成分Ｄｂと線Ｃｖとの成す角を推定すると、相対方向推定部１１７ａは、姿勢情報取得部１１５が取得した姿勢情報を参照して、線Ｃｖに直交する方向を、地平面を基準として推定する。すなわち、相対方向推定部１１７ａは、姿勢情報を参照することによって、ｘ軸方向である方向成分Ｄｂの地平面に対する傾きを求め、さらに方向成分Ｄｂと線Ｃｖとの成す角と、求めた傾きとに基づいて、地平面を基準とした場合における、上述の線Ｃｖに直交する方向を推定する。なお、線Ｃｖに直交する方向は地平面を基準として推定されるが、相対方向推定部１１７ａは、この方向と地平座標系における方位との関係は特定していない。つまり、相対方向推定部１１７ａによって、太陽の相対方向として推定される「線Ｃｖに直交する方向」とは、方位推定装置１を基準とした方向である。
【００５７】
方位推定部１１８ａは、絶対方向推定部１１６により推定された太陽の絶対方向を示す情報と、相対方向推定部１１７ａにより推定された太陽の相対方向を示す情報とに基づいて方位推定装置１の方位を推定する。つまり、方位推定部１１８ａは、太陽の相対方向と地平座標系における方位との関係を、太陽の絶対方向を用いて推定する。具体的には、方位推定部１１８ａは、太陽の絶対方向により示される太陽の位置が、太陽の相対方向により示される「線Ｃｖに直交する方向」に引いた線上に存在するような向きに方位推定装置１を配置したときの方位を推定する。
【００５８】
２−２．動作
次に、第２実施形態の方位推定装置１による方位推定の動作について説明する。
ユーザは、撮像する方向であるｚ軸を定めて方位推定装置１の撮像部１７の光学部材１７１を向ける。図１０は、地平面に対する装置座標系を表す図である。第２実施形態において、装置座標系のｘ（＋）方向が地平面に含まれるように、方位推定装置１の姿勢は、ユーザによって調整される。例えば、方位推定装置１の制御部１１は、姿勢検知部１８によって検知された姿勢情報を参照し、ｘ（＋）方向が地平面に含まれていないと判断すると、表示部１４にその旨の警告をして、ユーザにより方位推定装置１の姿勢が調整されるまで方位推定の動作を中断する。なお、ｘ（＋）方向が地平面に含まれるとは、ｘ（＋）方向と地平面との成す角が閾値（例えば、２度）を超えないということである。したがって、同図に示したように、ｘ（＋）方向と重力方向Ｇとの成す角は、略９０度（例えば、８８〜９２度）であり、ｘ軸方向である方向成分Ｄｂの地平面に対する傾きは、略０度（例えば、±２度）である。
【００５９】
図１１は、相対方向推定部１１７ａにより推定される太陽の相対方向を説明する図である。撮像された画像Ｐａ，Ｐｂの明度差のパターンから図９（ａ）に示したように方向成分Ｄｂと線Ｃｖとの成す角を０度と推定した場合に、相対方向推定部１１７ａは、図１１（ａ）に示すように天球とｚ軸とが交差する点ｚにおいてｘ軸に平行な接線Ｔ1と直交する線Ｌ1を特定する。点ｚを通り、方向成分Ｄｂと特定の角を成す線Ｃｖは無数に存在するが、これらの線Ｃｖの点ｚにおける接線は、同図に示した接線Ｔ1のみである。この接線Ｔ1は、方向成分Ｄｂと線Ｃｖとの成す角が０度であることから、ｘ軸とｚ軸とによって定まる平面（以下、ｘｚ平面という）に含まれる。そして、点ｚにおいてこの接線Ｔ1と直交する線Ｌ1は、点ｚにおいて線Ｃｖにも直交するので、相対方向推定部１１７ａは、点ｚにおいて接線Ｔ1と直交する線Ｌ1を太陽の相対方向として推定する。
【００６０】
また、図９（ｂ）に示したように方向成分Ｄｂと線Ｃｖとの成す角を４５度と推定した場合に、相対方向推定部１１７ａは、図１１（ｂ）に示すように上記の点ｚにおいて、上記のｘｚ平面との成す角が４５度の接線Ｔ2を特定し、この接線Ｔ2と直交する線Ｌ2を太陽の相対方向として特定する。相対方向推定部１１７ａは、このようにして、方向成分Ｄｂと線Ｃｖとの成す角に応じて天球上の線Ｌ（Ｌ1、Ｌ2）を特定し、これに沿った方向を太陽の相対方向として推定する。
【００６１】
そして、方位推定部１１８ａは、推定した太陽の相対方向（線Ｌ）および絶対方向（方位角Ａおよび高度ｈ）から、方位推定装置１の撮像方向（ｚ（＋）方向）を特定して、その方位角θを算出する。
図１２は、方位推定装置１によって算出される撮像方向の方位角θを説明する図である。方位推定部１１８ａは、絶対方向推定部１１６によって推定された絶対方向、すなわち、方位推定装置１の位置を原点とする地平座標系における太陽の方位角Ａおよび高度ｈを取得している。そして図１１（ａ）に示したように、相対方向推定部１１７ａが線Ｌ1を太陽の相対方向として推定した場合には、方位推定部１１８ａは、線Ｌ1を通り、且つ、地平から高度ｈの位置を太陽Ｓｎの位置として特定する。例えば、図１２（ａ）に示すように、方位推定部１１８ａは、天球上の点のうち、地平から高度ｈの位置にある点を結んでなる曲線Ｌｈを特定し、この曲線Ｌｈと線Ｌ1との交点を、太陽Ｓｎの位置として特定する。そして、方位推定部１１８ａは、特定した太陽Ｓｎの位置と方位角Ａとに基づいて、北を示す方位を特定し、この北を基準として撮像方向の方位角θを算出する。
【００６２】
同様に、図１１（ｂ）に示したように、相対方向推定部１１７ａが線Ｌ2を太陽の相対方向として推定した場合には、図１２（ｂ）に示すように、方位推定部１１８ａは、線Ｌ2を通り、且つ、地平から高度ｈの位置を太陽Ｓｎの位置として特定する。そして、方位推定部１１８ａは、特定した太陽Ｓｎの位置と方位角Ａとに基づいて、北を示す方位を特定し、この北を基準として撮像方向の方位角θを算出する。
【００６３】
以上のように、方位推定部１１８ａは、撮像方向の方位角θを算出すると、算出された方位角θに基づいて方位推定装置１の位置を原点とする地平座標における方位を推定し、その方位に応じたコンパス図を表示部１４に表示する。
【００６４】
なお、曲線Ｌｈと線Ｌ（Ｌ1、Ｌ2）との交点は、図１２に示すように２点が特定されることもある。この場合、制御部１１は、特定した２点をそれぞれ太陽の位置の候補として、これらに基づいて方位角θをそれぞれ推定し、表示部１４に推定された２つの方位角θに基づくコンパス図をそれぞれ表示してもよい。
【００６５】
以上の構成により、第２実施形態に係る方位推定装置１は、地磁気やＧＰＳを用いることなく、方位を推定することができる。
【００６６】
３．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
３−１．上述の第１実施形態において、ユーザは、ｚ軸を中心として方位推定装置１を回転させていたが、撮像部１７の各光学部材１７１を回転させてもよい。この回転は、制御部１１によって制御される図示しない駆動部によって、行われてもよい。
【００６７】
また、制御部１１は、姿勢検知部１８の検知する姿勢情報を参照して、装置座標系の地平面に対する傾きに応じて、撮像部１７の各光学部材１７１を回転させてもよい。これにより、方位推定装置１は、偏光フィルタの方向成分Ｄａや方向成分Ｄｂをｙ軸やｘ軸の向きに連動させることができる。
【００６８】
３−２．上述の実施形態において、光学部材１７１は撮像部１７に２つ備えられていたが、３つ以上備えられていてもよいし、１つだけ備えられていてもよい。光学部材１７１が撮像部１７に１つだけ備えられている場合、この光学部材１７１は、駆動部によって周期的に回転させられるように構成し、制御部１１が回転周期内における予め定められた複数のタイミングで撮像を行って、各タイミングに応じた画像の明度を比較することで、太陽の相対方向を推定すればよい。
【００６９】
３−３．上述の実施形態において、光学部材１７１ａと光学部材１７１ｂとにそれぞれ設けられた偏光フィルタの偏光方向が成す角は９０度であったが、この角度は９０度に限られない。各偏光フィルタの偏光方向に差があり、両者が平行でなければよい。
【００７０】
３−４．上述の第１実施形態において、制御部１１は、方位推定装置１または光学部材１７１を回転させて得た２つの画像の明度情報を取得し、明度差が最も増大したときに、その明度差をＲＡＭに記憶して、記憶した明度差から太陽の相対方向である角度ψを推定していたが、方位推定装置１または光学部材１７１を回転させないで得た２つの画像の明度情報を取得し、その明度差に基づいて角度ψを推定してもよい。この場合、図５に示したｚ（＋）方向を結ぶ線Ｃｖの方向は、２つの画像Ｐａ，Ｐｂにそれぞれ対応する方向成分Ｄａ，Ｄｂのいずれにも一致しないことがある。例えば、上述した図９（ｂ）は、この変形例における２つの画像の明度差の一例を示す図である。同図に示すように、方向成分Ｄａ，Ｄｂに対して線Ｃｖが成す角がいずれも４５度である場合、光学部材１７１ａ，１７１ｂでそれぞれ吸収される偏光成分の量は等しいので、画像Ｐａ，Ｐｂはともに暗くなり、明度差は生じない。このような場合であっても、制御部１１は、以下のような方法で、太陽の相対方向を推定すればよい。
【００７１】
（１）プログラムに角度ψと最大の明度差との関係のほか、明度そのものと角度ψとの関係が記述されている場合、制御部１１は、各画像の明度そのものと算出した明度差とをキーにして、プログラムに記述されたこれらのパターンから角度ψを特定すればよい。
【００７２】
（２）制御部１１は、姿勢情報取得部１１５が取得した姿勢情報から装置座標系のｘ軸またはｙ軸の方向を特定し、特定したｘ軸またはｙ軸の方向と、太陽Ｓｎの相対方向との傾きを算出して、この傾きに応じて角度ψを補正すればよい。この処理は具体的に、以下の通りである。制御部１１は、各画像の明度差を最大の明度差と仮定して、太陽の相対方向である角度ψを算出する。そして、制御部１１は、太陽の相対方向と、太陽の絶対方向、および姿勢情報から得た仰角φにより撮像方向の方位角θを算出する。次に、制御部１１は、姿勢情報から重力方向に対する装置座標系のｘ（＋）方向またはｙ（＋）方向を特定し、特定したこの方向と、図５に示したｚ（＋）方向を結ぶ線Ｃｖの方向との成す角度ζを求める。そして、この角度ζが減少するように、角度ψを補正して、上述の計算を繰り返せばよい。なお、この処理には、種々の最適化計算のアルゴリズムが適用可能である。
【００７３】
（３）撮像部１７は、さらに偏光フィルタを有しない光学部材１７１ｃを備え、この光学部材１７１ｃを介して撮像された画像Ｐｃを撮像するようにしてもよい。画像Ｐｃは、偏光フィルタを経ていない光により生成された画像なので、画像Ｐａや画像Ｐｂと比較することで、偏光フィルタを介することによる画像の明度への影響がそれぞれ特定される。これにより、画像Ｐａと画像Ｐｂとの明度の比較による明度差に加えて、画像Ｐａおよび画像Ｐｂの画像Ｐｃに対する明度差がそれぞれ特定されるので、方位推定の確度が向上する。
【００７４】
３−５．上述の実施形態において、撮像部１７は、ｚ（＋）方向のみの撮像方向を有していたが、複数の撮像方向を有していてもよい。この場合、複数の撮像方向のそれぞれに、複数の光学部材１７１を備えさせ、各光学部材１７１には、それぞれ互いに偏光方向が異なる偏光フィルタを設けるようにしてもよい。これにより、方位推定装置１は、ｚ（＋）方向を撮像した画像Ｐａ，Ｐｂと、ｚ（＋）方向と異なる方向（例えば、ｘｚ平面においてｚ（＋）方向からｘ（＋）方向に１度ずれた方向など）を撮像した画像Ｐｃ，Ｐｄをそれぞれ取得する。そして、方位推定装置１は、画像Ｐａ，Ｐｂの組から推定される角度ψａや線Ｌａが１つに絞り込めない場合に、画像Ｐｃ，Ｐｄの組から推定される角度ψｃや線Ｌｃを用いてこれらを１つに絞り込むようにしてもよい。なお、撮像方向は２つ以下に限られるものではなく、３つ以上であってもよい。
【００７５】
太陽の相対方向が１つに絞り込めない原因は、特定方向が太陽光の照射方向に対して対称であることが挙げられる。例えば、西の地平線上に太陽が位置しているときに、北西（西から北側に向かって４５度の方向）の地平線を撮像した場合と、南西（西から南側に向かって４５度の方向）の地平線を撮像した場合とでは、いずれも特定方向は地平面に対して垂直となり、且つ、太陽光の照射方向である西からずれた角度も４５度と等しいため、これだけでは見分けがつかない。上述した変形例のように、第１の撮像方向を撮像した画像によって特定される太陽の相対方向の候補が２つ以上ある場合には、第１の撮像方向と異なる方向である第２の撮像方向を撮像した画像を用いることで、この２つ以上ある候補のうちの１つを選択することができる場合がある。
【００７６】
（１）具体的には、上述の例によると、方位推定装置１が南東と、天頂から見て南東から時計回りに１０度ずれた方向とをそれぞれ撮像した場合には、前者より後者の方が、明度差が増加する。後者は、南から東側に向かって５５度の方向だからである。一方、方位推定装置１が南西と、天頂から見て南西から時計回りに１０度ずれた方向とをそれぞれ撮像した場合には、前者より後者の方が、明度差が低下する。後者は、南から西側に向かって３５度の方向だからである。したがって、或る方向と、或る方向から決まった方向にずれた方向とをそれぞれ撮像した場合に、ずれた方向における明度差が或る方向における明度差より増加しているか減少しているかを判断することにより、方位推定装置１は、この或る方向を１つに絞り込むことができる。
【００７７】
（２）なお、ユーザに方位推定装置１の姿勢を変えさせたり、図示しない駆動部によって撮像部１７の光学部材１７１の向きを動かしたりすることで、撮像部１７に今までと異なる撮像方向を撮像させ、方位推定装置１が複数の撮像方向を撮像した画像を取得するようにしてもよい。これにより得られた複数の撮像方向の各画像を比較して、方位推定装置１の制御部１１は、太陽の相対方向を１つに絞り込むようにすればよい。この場合においても、姿勢が変動するだけなので、方位推定装置１の位置（例えば重心など）を原点Ｏから移動させる必要は無い。そして、同時に複数の方向を撮像する場合に比較して、方位推定装置１の部品点数を抑制することができる。
【００７８】
３−６．上述の実施形態において、撮像部１７の２つの光学部材１７１ａ，１７１ｂは、互いに偏光方向が異なる偏光フィルタを備えていたが、１つの光学部材１７１に互いに偏光方向が異なる複数種類の偏光フィルタが備えられていてもよい。
【００７９】
（１）図１３は、この変形例における偏光フィルタの一例を示す図である。図１３（ａ）に示すように、偏光フィルタは、ｙ軸方向に平行な複数の線で複数の領域に区切られており、区切られた複数の領域は交互に偏光方向が異なるように構成されている。この偏光フィルタを用いることで、図１３（ｂ）や図１３（ｃ）に示すように、受光した偏光成分に応じて、各領域に明度差が生じ、撮像された画像には領域ごとに明暗のパターンが発生する。図１３（ｂ）で示したパターンはｘ軸方向の両端が明るく、図１３（ｃ）で示したパターンはｘ軸方向の両端が暗い。このようにパターンの違いから、受光した偏光成分を特定し、推定結果に基づいて太陽の相対方向を推定すればよい。この場合、光学部材１７１は１つでもよい。
【００８０】
（２）また、図１４は、この変形例における偏光フィルタの別の一例を示す図である。図１４（ａ）に示すように、この偏光フィルタは正八角形であり、正八角形の中心と各頂点とを結ぶ８つの線分によって８つの領域Ｒ１〜Ｒ８に区画されている。領域Ｒ１と領域Ｒ５とは、ｘ（＋）方向に平行な偏光方向を有する偏光フィルタである。領域Ｒ３と領域Ｒ７とは、ｙ（＋）方向に平行な偏光方向を有する偏光フィルタである。そして、領域Ｒ２と領域Ｒ６とは、ｘ（＋）方向に対して−４５度の偏光方向を有する偏光フィルタであり、領域Ｒ４と領域Ｒ８とは、ｘ（＋）方向に対して＋４５度の偏光方向を有する偏光フィルタである。このように、図１４に示す偏光フィルタは、４種類の偏光方向をそれぞれ有する領域に区画されている。
【００８１】
図１４（ｂ）に示すように、上述の偏光フィルタを介して撮像された画像が「領域Ｒ１と領域Ｒ５が最も暗く、領域Ｒ２と領域Ｒ６、および領域Ｒ４と領域Ｒ８が次に暗く、領域Ｒ３と領域Ｒ７が最も明るい」というパターンを示した場合、方位推定装置１が、この撮像方向から受け取る最も強い直線偏光の方向（特定方向）は、ｙ軸方向に平行な方向である。したがって、図１４（ｂ）に示すように、このパターンから、ｙ軸方向に平行な方向に上述した線Ｃｖが配置していることがわかる。つまり、例えば領域Ｒ１と領域Ｒ５の各重心を結ぶ線が上述した線Ｃｖに重なる。
【００８２】
また、図１４（ｃ）に示すように、上述の偏光フィルタを介して撮像された画像が「領域Ｒ４と領域Ｒ８が最も暗く、領域Ｒ１と領域Ｒ５、および領域Ｒ３と領域Ｒ７が次に暗く、領域Ｒ２と領域Ｒ６が最も明るい」というパターンを示した場合、方位推定装置１が、この撮像方向から受け取る最も強い直線偏光の方向（特定方向）は、ｘ（＋）方向に対して−４５度の方向である。したがって、図１４（ｂ）に示すように、このパターンから、ｘ（＋）方向に対して−４５度の方向に上述した線Ｃｖが配置していることがわかる。つまり、例えば領域Ｒ４と領域Ｒ８の各重心を結ぶ線が上述した線Ｃｖに重なる。
【００８３】
また、図１４（ｃ）に示すように、上述の偏光フィルタを介して撮像された画像が「領域Ｒ３と領域Ｒ７が最も暗く、領域Ｒ２と領域Ｒ６、および領域Ｒ４と領域Ｒ８が次に暗く、領域Ｒ１と領域Ｒ５が最も明るい」というパターンを示した場合、方位推定装置１が、この撮像方向から受け取る最も強い直線偏光の方向（特定方向）は、ｘ軸方向に平行な方向である。したがって、図１４（ｃ）に示すように、このパターンから、ｘ軸方向に平行な方向に上述した線Ｃｖが配置していることがわかる。つまり、例えば領域Ｒ３と領域Ｒ７の各重心を結ぶ線が上述した線Ｃｖに重なる。
【００８４】
このように、偏光フィルタが備える偏光方向は、ｘ、ｙ軸の２種類から４５度ずつ位相が異なるように構成された４種類に増やすことにより、撮像方向から受け取る最も強い直線偏光の方向（特定方向）の特定精度を上げることができる。また、さらに、位相差を細かくし、偏光フィルタが備える偏光方向の種類を増加させることで、方位推定装置１による方位推定の精度は向上する。なお、偏光フィルタが備える偏光方向は、２種類と４種類に限定されるものではなく、２種類以上であればよい。また、上述した例では、偏光フィルタは正八角形であり、正八角形の中心と各頂点とを結ぶ８つの線分によって区画される８つの領域Ｒ１〜Ｒ８のうち、対向する２つの領域の偏光方向が共通していたが、偏光フィルタの形態はこれに限られず、偏光フィルタが区画されている場合において、例えば、区画された領域の全ての偏光方向が異なっていてもよい。
【００８５】
３−７．上述の実施形態において、明度情報取得部１１４は、撮像部１７から画像データを受け取り、その明度を示す明度情報を取得していたが、明度情報に代えて偏光成分の光強度を示す光強度情報を他の構成から取得してもよい。例えば、方位推定装置１は、撮像部１７に代えて、２つの偏光フィルタを介してそれぞれ得られる２つの光強度を検出する光強度センサを備えていてもよい。この場合、明度情報取得部１１４は、光強度センサから２つの光の強度を光強度情報として取得し、相対方向推定部１１７は、これらの差である光強度差から角度ψを推定してもよい。要するに、方位推定装置１は、自装置に照射される太陽光を複数の偏光成分に分離し、分離した各偏光成分の光強度を検出する検出手段から、各光強度を示す光強度情報を取得可能なように構成されていればよい。
【００８６】
なお、上述の実施形態において、明度情報取得部１１４は、撮像部１７から画像Ｐａ，Ｐｂをそれぞれ示す画像データ受け取り、それぞれの明度を示す明度情報を取得していたが、上述したとおり、偏光成分の光強度と、その偏光成分を受け取って撮像部１７により生成される画像の明度とは相関があるので、明度情報取得部１１４が取得する明度情報は、各偏光成分の光強度をそれぞれ示す光強度情報として用いられる。つまり、明度情報取得部１１４は、自装置に照射される太陽光を複数の偏光成分に分離し、分離した各偏光成分の光強度を検出する検出手段から、当該各光強度を示す光強度情報を取得する光強度情報取得手段として機能する。
【００８７】
３−８．上述の実施形態において、撮像部１７は、偏光フィルタを備えていたが、偏光フィルタに代えて液晶を備えていてもよい。この場合、制御部１１は、液晶に印加する電圧を制御して液晶の偏光特性を変動させ、撮像部１７は、変動した偏光特性に応じて撮像すればよい。すなわち、この制御部１１は、印加する電圧を変えて液晶が透過させる偏光成分を変動させる液晶制御手段として機能する。
【００８８】
３−９．上述の実施形態において、通信部１６は、無線基地局の識別情報を読み出すことにより方位推定装置１の位置を特定し、この位置を示す位置情報を出力していたが、通信部１６以外の構成が位置情報を出力してもよい。例えば、ＧＰＳを用いた測位部が、方位推定装置１の位置を特定してもよい。この場合であっても、ユーザは、方位を推定するために方位推定装置１を移動させる必要が無い。
【００８９】
３−１０．なお、方位推定装置１は、地磁気センサを含んでいてもよい。この場合、方位推定装置１は、地磁気センサによる方位の推定の信頼性を、センサの感知結果に基づいて評価し、その評価を示す評価値が予め定めた閾値を下回った場合に、上述の方位推定部１１８によって推定される方位を表示させるようにしてもよい。また、方位推定部１１８による方位の推定結果が複数ある場合において、地磁気センサによる方位の推定結果により近い方の推定結果を表示部１４に表示させるようにしてもよいし、地磁気センサによる方位の推定結果そのものを表示部１４に表示させるようにしてもよい。
【００９０】
３−１１．上述の実施形態において、表示部１４には、図２（ｂ）に示したように推定された方位を表すコンパス図が表示されていたが、地平面に垂直な平行光線に対して表示部１４の表示面が平行となるような姿勢を方位推定装置１がとっていた場合には、上述したように、地平面に描いたコンパス図の正射影を表示部１４に表示させることはできない。この場合、表示部１４は、撮像方向の反対方向（つまり、ｚ（−）方向）の方位を表示すればよい。例えば、表示部１４は、コンパス図の中心点から見たそのコンパス図の半円部分を表示してもよいし、「北東」「南西」などの文字列を表示してもよい。
【００９１】
３−１２．方位推定装置１の制御部１１によって実行される各プログラムは、磁気テープや磁気ディスクなどの磁気記録媒体、光ディスクなどの光記録媒体、光磁気記録媒体、半導体メモリなどの、コンピュータ装置が読み取り可能な記録媒体に記憶された状態で提供し得る。また、このプログラムを、インターネットのようなネットワーク経由でダウンロードさせることも可能である。なお、上記の制御部１１によって例示した制御手段としてはＣＰＵ以外にも種々の装置を適用することができ、例えば、専用のプロセッサなどを用いてもよい。
【００９２】
３−１３．上述の実施形態において、記憶部１２は、天体情報１２１を記憶しており、天体情報取得部１１１は、記憶部１２から天体情報１２１を取得していたが、天体情報取得部１１１は、他の構成から天体情報を取得してもよい。この他の構成としては、例えば、要求に応じて天体情報を供給するサーバ装置などが挙げられる。すなわち、天体情報取得部１１１は、通信部１６を介してサーバ装置に天体情報の要求を送信し、サーバ装置から要求した天体情報を取得すればよい。この場合、記憶部１２は、天体情報１２１を記憶していなくてもよい。
【００９３】
３−１４．上述の第１実施形態において、明度差情報取得部１１４は、撮像部１７から各画像の明度情報を取得し、明度差をＲＡＭに記憶していたが、明度差ではなく、各画像の明度の比を記憶してもよい。
【００９４】
３−１５．上述の第２実施形態において、方位推定装置１の姿勢は、装置座標系のｘ（＋）方向が地平面に含まれるようにユーザによって調整されていたが、調整はされなくてもよい。この場合、方位推定装置１の制御部１１は、姿勢検知部１８によって検知された姿勢情報を参照して、ｘ（＋）方向の地平面に対する傾きを取得し、ｘ軸方向である方向成分Ｄｂと線Ｃｖとの成す角にこの傾きを加算することにより、線Ｃｖの地平面に対する角度を算出すればよい。そして、相対方向推定部１１７ａは、この線Ｃｖの地平面に対する角度とｚ（＋）方向の仰角φとに基づいて、天球上の線Ｌを特定すればよい。
【００９５】
３−１６．上述の第１実施形態の相対方向推定部１１７は角度ψを取得し、第２実施形態の相対方向推定部１１７ａは、点ｚにおいて線Ｃｖまたは接線Ｔと直交する線Ｌを取得して、それぞれ太陽の相対方向を推定していたが、相対方向推定部１１７（１１７ａ）は、角度ψおよび線Ｌの両方を取得して、太陽の相対方向を推定するようにしてもよい。角度ψにより、太陽光の照射方向に対する撮像方向の相対的な角度が明確になり、線Ｌにより、撮像方向から受け取る光の方向（特定方向）の地平面に対する角度が明確になるため、これらを組み合わせることで、太陽の相対方向の推定がより正確になる。
【符号の説明】
【００９６】
１…方位推定装置、１１…制御部、１１１…天体情報取得部、１１２…日時情報取得部、１１３…位置情報取得部、１１４…明度情報取得部、１１５…姿勢情報取得部、１１６…絶対方向推定部、１１７…相対方向推定部、１１８…方位推定部、１２…記憶部、１２１…天体情報、１３…操作部、１４…表示部、１５…時計部、１６…通信部、１７…撮像部、１７１（１７１ａ，１７１ｂ）…光学部材、１８…姿勢検知部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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