(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたステレオカメラと、
前記車両に搭載され、ＧＰＳ時計を備えるとともに、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号と、ＧＰＳ基準局からの位置補正情報とを基に、前記ステレオカメラの３次元位置を求めるＤＧＰＳ受信機と、
前記車両が所定の距離を走行する度にパルスを発生する車速エンコーダと、
前記車両に搭載され、一定周期の測位パルスを生成し、前記ＤＧＰＳ受信機が求めた３次元位置を用いた推測航法演算により、前記測位パルスのタイミングで、前記ステレオカメラの３次元位置および撮影方向を測定し、測定した３次元位置および撮影方向のデータを含む測位パケットを生成する慣性航法部と、
前記車両に搭載され、前記エンコーダが所定数のパルスを発生する毎に、前記ステレオカメラに対してシャッタトリガ信号を与え、当該シャッタトリガ信号が与えられたときに当該ステレオカメラが撮影して出力する、走行路周囲の地図対象物のステレオ画像を受信して受信の順に保存し、前記測位パケットを受信して受信の順に保存する位置画像収集部とを備え、
前記位置画像収集部は、前記シャッタトリガ信号を前記ＤＧＰＳ受信機に与え、
前記ＤＧＰＳ受信機は、前記シャッタトリガ信号が与えられたときに、前記ＧＰＳ時計により計時を行い、計時による撮影時刻データを慣性航法部に出力し、
前記慣性航法部は、前記ＤＧＰＳ受信機からの撮影時刻データを受信し、当該撮影時刻データを、当該受信後の最初の測位パルスにより測定された３次元位置および撮影方向のデータを含む測位パケットに格納する
ことを特徴とする位置取得装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地図対象物の３次元位置を取得する位置取得装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、市街地地図を作成するには建物等の位置を測量する必要があるが、従来では三角測量技法を利用した測量が行われていた。
【０００３】
例えばレストランやガソリンスタンドなどが新しく出店されると、そこに測量機材を運搬し、基準点を設定して建物との相対位置を計測することで、建物の位置を間接的に求めることが可能だった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来では、三角測量技法を利用した地図対象物の３次元位置測量が行われていた。しかし、三角測量を行うには、重量物である測量機材を測定場所に運搬した上で、複数の基準点を設定する必要があった。また、離れた場所にある別の対象物を測量する場合は、測量機材を運搬して、手間の掛かる準備作業を再び行う必要があり、多大な時間と労力を要した。その上、交通量の激しい道路上では、交通の妨げとなることもあった。
【０００５】
また、建物等の建築や取り壊しなどがあっても、測量が大掛で技術の熟練を要したので測量が頻繁に行えず、地図情報の更新が遅れて現場の状態と乖離することとなり、改善が望まれていた。
【０００６】
そこで、この発明は上記従来の課題を解決すべくなされたもので、地図対象物の３次元位置が容易に得られる位置取得装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の従来課題を解決するために、この発明による位置取得装置は、車両に搭載されたステレオカメラと、前記車両に搭載され、ＧＰＳ時計を備えるとともに、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号と、ＧＰＳ基準局からの位置補正情報とを基に、前記ステレオカメラの３次元位置を求めるＤＧＰＳ受信機と、前記車両が所定の距離を走行する度にパルスを発生する車速エンコーダと、前記車両に搭載され、一定周期の測位パルスを生成し、前記ＤＧＰＳ受信機が求めた３次元位置を用いた推測航法演算により、前記測位パルスのタイミングで、前記ステレオカメラの３次元位置および撮影方向を測定し、測定した３次元位置および撮影方向のデータを含む測位パケットを生成する慣性航法部と、前記車両に搭載され、前記エンコーダが所定数のパルスを発生する毎に、前記ステレオカメラに対してシャッタトリガ信号を与え、当該シャッタトリガ信号が与えられたときに当該ステレオカメラが撮影して出力する、走行路周囲の地図対象物のステレオ画像を受信して受信の順に保存し、前記測位パケットを受信して受信の順に保存する位置画像収集部とを備え、前記位置画像収集部は、前記シャッタトリガ信号を前記ＤＧＰＳ受信機に与え、前記ＤＧＰＳ受信機は、前記シャッタトリガ信号が与えられたときに、前記ＧＰＳ時計により計時を行い、計時による撮影時刻データを慣性航法部に出力し、前記慣性航法部は、前記ＤＧＰＳ受信機からの撮影時刻データを受信し、当該撮影時刻データを、当該受信後の最初の測位パルスにより測定された３次元位置および撮影方向のデータを含む測位パケットに格納することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明による位置取得装置の実施の形態を図１ないし図１１を参照して詳述する。
【００１１】
図１は、この発明による位置取得装置の第１の実施の形態のブロック図である。
【００１２】
この位置取得装置は、ＤＧＰＳ受信機１、慣性航法部２、ステレオカメラ３、位置画像収集部４、車速エンコーダ５、テープストリーマ６、ディスプレイ装置７、位置補間手段８および対象物座標算出手段９からなり、オペレータが運転する自動車に搭載されて、走行路周囲の地図対象物を含んだ画像を自動的に撮影する。尚、位置補間手段８および対象物座標算出手段９は、事後の解析により地図対象物の３次元座標を求めるためのものであり、必ずしも自動車に搭載されなくともよい。
【００１３】
ＤＧＰＳ受信機１は、ＤＧＰＳ（Differential Global Positioning System）方式、すなわち相対測位方式を利用するＧＰＳ受信機であり、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号（電波）を受信するアンテナ１ａと、携帯電話網を介してＧＰＳ基準局から位置補正情報を受信するための携帯電話用アンテナ１ｂとを備えている。ＤＧＰＳ受信機１は、ＧＰＳ信号および位置補正情報から、ステレオカメラ３の３次元位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求めて、そのデータを、ＲＳ２３２Ｃインターフェースを経由して、慣性航法部２へ送信する。
【００１４】
この位置データは、慣性航法部２において、後述する推測航法演算による測位を実行するときの既知の位置データ（基準位置のデータ）として用いられる。
【００１５】
また、ＤＧＰＳ受信機１は、ＧＰＳ衛星に搭載されている原子時計に同期して、百万分の１秒の精度を有するＧＰＳ時計を内蔵している。この図に示すＰＰＳ（Pulse Per Second) 信号は、ＤＧＰＳ受信機１が毎正秒に発生するパルス信号であり、同軸ケーブルで電気的に接続された、慣性航法部２および位置画像収集部４に入力される。また、ＧＰＳ時計は、シャッタトリガ信号を入力すると、その時刻を撮影時刻として計時する。
【００１６】
慣性航法部２は、ＤＧＰＳ受信機１から送信されるステレオカメラ３の基準位置のデータおよび後述する車速エンコーダ５からの車両速度情報に基づき、推測航法演算により、走行する車両に固定されたステレオカメラ３の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求めると同時に、カメラ角（ψ，ω，κ）、すなわち、ステレオカメラ３の撮影方向の、地球座標系の南北軸に対する傾き角度ψと、東西軸に対する傾き角度ωおよび上下方向に対する傾き角度κをリアルタイムに求める。（以下、ステレオカメラ３の位置座標およびカメラ角を測定する動作を「測位」と記す。）  推測航法演算を用いることで、例えばトンネル内部等のＧＰＳ測位ができない場所においても、常に測位が可能となっている
図２は、測位を行う慣性航法部２のブロック図である。
【００１７】
慣性航法部２は、内部タイマー２１、測位部２２、および測位パケット生成部２３から構成される。
【００１８】
内部タイマー２１は、慣性航法部２の内部時刻を管理するタイマーであり、予め設定された周期２０ｍｓに１回の割合で測位の為のパルス（測位パルス）を測位部２２に出力するとともに、その時刻を計時して測位パケット生成部２３へ送出する。
【００１９】
また、内部タイマー２１は百万分の１秒の分解能を有し、予めＧＰＳ時計と正確に時刻合わせされた後、ＰＰＳ信号のパルスが入力される毎に（毎正秒に）時刻合わせを行う。従って、ＧＰＳ時計に対する、内部タイマー２１の誤差の蓄積を回避することができる。
【００２０】
測位部２２には、ＲＳ２３２Ｃインターフェースを経由して、ＤＧＰＳ受信機１から基準位置データが入力される。このデータをもとに、内部タイマー２１から入力される測位パルスのタイミングで、３軸のリングレーザジャイロ、加速度計、および車速計（後述する車速エンコーダ）による測位（推測航法測位）が行われる。そして、得られたステレオカメラ３の位置座標およびカメラ角データは、測位パケット生成部２２へ出力される。
【００２１】
測位パケット生成部２３では、測位部２２において測定、計時されたステレオカメラ３の位置座標、カメラ角および撮影時刻が入力される。また、ＤＧＰＳ受信機１からは、撮影時刻データが入力される。そして、図３に示すような、位置座標ｘ，ｙ，ｚと、カメラ角φ，ω，κと、測位時刻ｔｐと、撮影時刻ｔｓとから構成される測位パケットが生成され、図１に示すＭＩＬ１５５３バスへ出力される。
【００２２】
また、左右２台のＣＣＤディジタルカメラからなる、図１のステレオカメラ３は、車両の所定位置に固定搭載されている。ステレオカメラ３は、シャッタトリガ信号を受け、建物等に代表される走行路周辺の地図対象物をステレオ撮影する。この信号は、ＤＧＰＳ受信機１にも送信され、ＧＰＳ時計により撮影時刻が計時される。
【００２３】
位置画像収集部４は、このステレオカメラ３から送信される画像データの取込処理を行い、テープストリーマ５に保存するコンピュータである。また、慣性航法部２から送信される測位パケットを受信して、これを蓄積保存する。
【００２４】
図４は、位置画像収集部４のブロック図である。
【００２５】
この位置画像収集部４では、内部バス４２に種々の回路が接続されており、予め設定されたプログラムにより、ＣＰＵ４１が各種処理を行う。
【００２６】
慣性航法部２における時刻合わせと同様に、ＰＰＳ信号により内部タイマー４３の時刻合わせが行われる。
【００２７】
ハードディスク装置４８には、測位パケットに収納された情報が蓄積保存され、データベース（カメラ位置角度データベース）が構築される。
【００２８】
パルス発生部４９は、図１に示す、車速エンコーダ５から入力されるエンコーダパルス信号をカウントして、所定数のパルスが入力される毎にシャッタトリガ信号を出力する。すなわち、車速エンコーダ５は、車輪軸に取り付けられ、回転動作に同期したエンコーダパルス信号を送出する速度センサであり、パルス発生部４９は５ｍの走行距離に相当する数のパルスをカウントする毎に、シャッタトリガ信号を発生させる。このシャッタトリガ信号は、ＣＰＵ４１に接続され、カメラインターフェース４５を経由して、ステレオカメラ３の左右のカメラシャッタを同時に動作させる。従って、左右同期した走行路周囲のステレオ画像が連続的に撮影できる。ところで、この実施の形態では、５ｍ走行する毎に撮影が行われるが、このような撮影方法に限ることなく、例えば、オペレータの指示により撮影を行ってもよい。
【００２９】
尚、上述のように、カメラ位置角度データベースには、測位パケットに収納された撮影時刻ｔｓが保存されるが、位置画像収集部４の内部タイマー４３によっても撮影時刻が計時されてハードディスク装置４８に保存され、万が一撮影時刻データがＤＧＰＳ受信機１から送信されなかった場合のバックアップとして、使用できるようになっている。
【００３０】
そして、ＭＩＬ１５５３入力インターフェース４４は、測位パケットを取り込み、カメラインターフェース４５は、シャッタを動作させる他に、ステレオカメラ３からの左右の画像データを入力する。テープストリーマインターフェース４６は、画像データを保存するためのテープストリーマ６とのデータ通信を行う。ビデオインターフェース４７は、測定されていくステレオ画像や地図情報をオペレータに知らせるディスプレイ装置へ画像信号を送信する。
【００３１】
このような、種々の入出力インターフェースを備えた位置画像収集部４により、図１に示した、各種周辺機器が制御される。
【００３２】
図５は、ディスプレイ装置７に表示される画面の一例である。
【００３３】
左画像表示部８１および右画像表示部８２には、ステレオカメラ３が逐次撮影していく地図対象物の画像が表示される。従って、何らかの原因でカメラ位置がずれてしまった場合は、オペレータは、位置を修正することができる。情報表示部８３には、測位時刻や撮影時刻などの情報が表示される。地図表示部８４は道路地図表示部であり、走行中の道路をトレースして、オペレータに現在位置を知らせるので、道順の確認が容易となっている。
【００３４】
次にこの実施の形態における位置取得装置の動作について説明する。
【００３５】
図６は、撮影地点と測位地点を示す道路地図であり、車両１０が、走行路Ｒを直進して、曲がり角で右折した様子を例示したものである。
【００３６】
この実施の形態では、慣性航法部２に予め測位周期２０ｍｓが設定されおり、１秒に５０回の割合で測位が行われるので、車両１０が時速５０ｋｍで走行した場合の各測位地点は、この図に示すように、互いに約２８ｃｍの距離間隔を有する。
【００３７】
一方、エンコーダパルスをカウントして、車両１０が５ｍ走行する毎に１回の割合でステレオ撮影が行われるようになっているので、５ｍ間隔に、Ａ地点、Ｂ地点、Ｃ地点と、ステレオ撮影が行われていく。
【００３８】
このように、この発明による位置取得装置の第１の実施の形態では、測位およびステレオ撮影が自動的に行うことができる。
【００３９】
図７は、この実施の形態の位置取得装置における主な信号のタイミングチャートである。
【００４０】
ＤＧＰＳ受信機１は、内蔵するＧＰＳ時計の毎正秒（この図では、１３時００分００秒と１３時００分０１秒）に、ＰＰＳ信号を慣性航法部２および位置画像収集部４へ送出し、受信側の内部タイマーの時刻合わせが行われる。
【００４１】
慣性航法部２は、２０ｍｓの周期を有するパルス（測位パルス）を生成し（立上がり時刻：ｔｐ１，ｔｐ２，ｔｐ３，…）、このパルスのタイミングで、測位が行われる。そして、測位が行われる毎に、測位パケット（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…）を出力する。従って、測位パケット出力の周期も約２０ｍｓとなる。
【００４２】
エンコーダパルス信号を入力する位置画像収集部４では、所定数のパルスが入力される毎に、パルス発生部４９がシャッタトリガ信号（立上がり時刻：ｔｓ１，ｔｓ２）を出力し、ステレオ撮影が行われる。
【００４３】
シャッタトリガ信号（立上がり時刻：ｔｓ１，ｔｓ２）は、撮影時刻を取得するための要求としてＤＧＰＳ受信機１にも入力される（このチャートのＧＰＳ時刻リクエストは、ＤＧＰＳ受信機１に入力されるシャッタトリガ信号を表す）。このパルスが入力されるとＤＧＰＳ受信機１は、ＧＰＳ時計により計時を行い、撮影時刻データを慣性航法部２に出力する。
【００４４】
そして、慣性航法部２は、撮影時刻データを受信すると、次回送信されるべき測位パケットにその撮影時刻データを格納して出力する。従って、撮影時刻データおよび測位によって得られたデータが、確実に送信可能となる。
【００４５】
このチャートの例では、時刻ｔｓ１、ｔｓ２にシャッタトリガ信号が発生し、ＤＧＰＳ受信機１からの撮影時刻データは、ＲＳ２３２Ｃインターフェースを経由して送信されるので、時刻ｔｓ１、ｔｓ２よりそれぞれ遅延して、時刻ｔｓ１ａ、ｔｓ２ａに慣性航法部２が受信する。慣性航法部２は、時刻データｔｓ１、ｔｓを測位パケットＰ４、Ｐｎにそれぞれ格納して出力する。
【００４６】
測位パケットは、位置画像収集部４に入力された順番に蓄積保存され、カメラ位置角度データベースが、ハードディスク装置４８に構築される。
【００４７】
図８は、このカメラ位置角度データベースの構造図である。
【００４８】
カメラ位置角度データベースは、測位パケットを単に積み上げ保存したものであり、ステレオカメラの位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）、カメラ角（ψ，ω，κ）、測位時刻（ｔｐ）、および撮影時刻（ｔｓ）のフィールドから構成される。測位時刻（ｔｐ）、および撮影時刻（ｔｓ）には、時分秒および小数点以下６桁までの時刻データが保存される。
【００４９】
また、撮影が行われた場合にのみ測位パケットに収納される撮影時刻データ  （ｔｓ１、ｔｓ２）は、この図に示すように、互いに離れて保存されし、また撮影時刻フィールドが空（ｂｌａｎｋ）のレコードも多数保存される。
【００５０】
図９には、画像データベースの構造を示す。
【００５１】
カメラインターフェース４５を介して収集された左右の画像データを、収集された順番で蓄積保存することにより、画像データベースは構築される。
【００５２】
このように、カメラ位置角度データベースは、測位パケットを受信した順番に蓄積保存し、一方、画像データベースは、画像データを受信した順番に蓄積保存したものなので、カメラ位置角度データベースの各撮影時刻データを各画像データに対応づけることが可能となる。
【００５３】
すなわち、実質的には、ステレオカメラの位置座標、カメラ角および測位時刻とが対応づけられたデータベースと、画像データと撮影時刻とが対応づけられたデータベースの、２つのデータベースが構築されたことになる。
【００５４】
図１の位置補間手段８は、データ収集を終了した後に、ステレオカメラの位置座標およびカメラ角データを時刻情報（撮影時刻および測位時刻）に基づいて、撮影時刻におけるステレオカメラの位置座標およびカメラ角を求めるものである。
【００５５】
そして、図１に示す対象物座標算出手段９は、ステレオ画像を解析して、ステレオカメラと撮影された地図対象物との相対位置を求め、この相対位置と、位置補間手段８で求めた撮影時刻におけるステレオカメラの位置座標およびカメラ角とに基づいて、地図対象物の３次元位置座標を得るものである。
【００５６】
従って、この実施の形態の位置取得装置によれば、多数の地図対象物の３次元位置座標を自動的に得ることができる。
【００５７】
また、従来の三角測量のように熟練した技術を要しないばかりでなく、交通の妨げにもならない。
【００５８】
しかも、時刻情報は、ＧＰＳ時計により、１００万分の１秒の精度を有するように時刻合わせされたものなので、地図対象物の位置座標の精度を向上させることができる。
【００５９】
以上説明した、この実施の形態の位置取得装置の動作をフローチャートを使って簡単に説明する。
【００６０】
図１０は、測位の手順を示すフローチャートである。
【００６１】
先ず、慣性航法部２の内部タイマー２１により２０ｍｓ経過したかが判定される（Ｓ１）。経過していないと判定されたとき（ＮＯ）は、再びステップＳ１を繰り返す。ステップＳ１にて２０ｍｓ経過したと判定されると（ＹＥＳ）、測位が行われる（Ｓ２）。
【００６２】
そして、ＤＧＰＳ受信機１からの撮影時刻データの有無を判定する（Ｓ３）。撮影時刻データが無い場合は（ＮＯ）、ステップＳ５へ制御を移す。ステップＳ３にて、撮影時刻データが有ると判定されると（ＹＥＳ）、撮影時刻データを測位パケットに格納する。（Ｓ４）
次に、測位パケットを位置画像収集部４へ送信し（Ｓ５）、測位パケットに格納されたデータをハードディスク装置４８に保存する（Ｓ６）。そして、制御をステップＳ１へ戻し、この手順を繰り返し実行することで、カメラ位置角度データベースが構築される。
【００６３】
図１１は、地図対象物のステレオ撮影の手順を示すフローチャートである。
【００６４】
先ず、位置画像収集部４のパルス発生部４９が、エンコーダパルス信号に基づいて５ｍ走行したか否かを判定する（Ｓ１１）。５ｍ走行に満たない場合（ＮＯ）は、再びステップＳ１１を繰り返す。ステップＳ１１にて５ｍ走行したと判定されると（ＹＥＳ）、シャッタトリガ信号を発生させる（Ｓ１２）。
【００６５】
シャッタトリガ信号により、ステレオカメラ３は撮影を行う（Ｓ１３）。そして画像データをテープストリーマ６へ保存し（Ｓ１４）、制御をステップＳ１１へ移す。
【００６６】
このような一連の動作が行われ、走行路周囲の地図対象物のステレオ画像収集を効率良く行われる。
【００６７】
尚、この実施の形態の位置取得装置は、自動車の車両に搭載され、道路周囲の地図対象物のステレオ画像を収集するものであったが、情報収集部等を鉄道車両に搭載することで、鉄道路線周囲の地図対象物のデータを収集して、その地図対象物の位置を取得することもできる。また、この発明によれば、災害や交通事故現場を撮影して、その位置座標特定に役立てることもできる。
【００６８】
以上説明したように、この発明による位置取得装置は、ステレオ画像やステレオカメラの３次元位置座標および撮影方向の情報を収集するだけでなく、ＤＧＰＳ受信機に内蔵されたＧＰＳ時計が、撮影時刻を計時し、ＧＰＳ時計により逐次時刻合わせされる慣性航法部の内部タイマーが、ステレオカメラの３次元位置座標および撮影方向の測定時刻を計時するので、後の解析で、撮影時刻におけるステレオカメラの３次元位置座標および撮影方向を正確に求めるために必要な情報が、車両を走行させることで容易に収集できる。そして、位置補間手段および対象物座標算出手段による解析で、地図対象物の３次元位置座標が取得可能となる。従って、車両を走行させて情報を収集すれば、多数の地図対象物の３次元位置座標が容易に取得できるので、時間と労力が節減できる。
【００６９】
【発明の効果】
この発明の位置取得装置によれば、共に車両に搭載したステレオカメラと撮影時刻計時手段とを有する画像収集手段を設けたことにより、走行路周囲の地図対象物のステレオ画像を逐次撮影して取得できるだけでなく、その撮影時刻を計時することもでき、こうして計時された撮影時刻はステレオ画像に対応づけられて保存される。
【００７０】
また、共に車両に搭載した測定部と測定時刻計時手段とを有する位置方向収集手段を設けたことにより、ステレオカメラの３次元位置および撮影方向が逐次測定できるだけでなく、その測定時刻を計時することもでき、こうして計時された測定時刻は、ステレオカメラの３次元位置および撮影方向に対応づけられて保存される。
【００７１】
これらの共に時刻情報が付加された情報からは、撮影時刻におけるステレオカメラの３次元位置および撮影方向が算出でき、この算出結果と撮影されたステレオ画像とに基づいて地図対象物の３次元位置の解析が可能となるので、多数の地図対象物の３次元位置が、容易に取得でき、時間と労力が節減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による位置取得装置の第１の実施の形態のブロック図である。
【図２】図１に示す装置を構成する慣性航法部のブロック図である。
【図３】図１に示す装置で送受信される測位パケットのデータ構造図である。
【図４】図１に示す装置を構成する位置画像収集部のブロック図である。
【図５】図１に示す装置を構成するディスプレイ装置の表示画面である。
【図６】図１に示す装置による画像収集方法を説明する道路地図である。
【図７】図１に示す装置の主な信号のタイミングチャートである。
【図８】図１に示す装置に保存されるカメラ位置角度データベースの構造図である。
【図９】図１に示す装置に保存される画像データベースの構造図である。
【図１０】図１に示す装置における測位の手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１に示す装置における画像収集の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ＤＧＰＳ受信機
２  慣性航法部
２１  内部タイマー
２２  測位部
２３  測位パケット生成部
３  ステレオカメラ
４  位置画像収集部
４１  ＣＰＵ
４３  内部タイマー
４４  ＭＩＬ１５５３入力インターフェース
４５  カメラインターフェース
４６  テープストリーマインターフェース
４７  ビデオインターフェース
４８  ハードディスク装置
４９  パルス発生部
５  車速エンコーダ
６  テープストリーマ
７  ディスプレイ装置
８  位置補間手段
９  対象物座標算出手段
１０  車両
【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】
0003725982.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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