(57)【要約】【課題】距離画像を撮像する撮像装置の構造により規定される装置軸が、実空間上の構造物等により規定する空間軸から回転している回転角を、距離画像から推定する。【解決手段】撮像装置６は、ＴＯＦカメラ４と情報処理装置５を備える。ＴＯＦカメラ４は、距離画像を撮像する。情報処理装置５は、基準設定部１７と推定部１８とを備える。基準設定部１７は、プラットホーム端部１Ｃを基準に距離画像上に２つの基準点を設定し、２つの基準点の距離画像上での位置関係を取得する。推定部１８は、２つの基準点が、距離画像上で３つの空間軸うちの１つの軸に対して平行な位置関係にあるとして、３つの装置軸をそれぞれ３つの空間軸に合わせる各装置軸回りの回転角を推定する。【選択図】図２
2014173922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面に投影される対象エリアを撮像した距離画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された距離画像上に２つの基準点を設定する基準設定部と、
前記受光面を基準に互いに直交する３つの装置軸を、それぞれ前記２つの基準点を基準に互いに直交する３つの空間軸に合わせる各装置軸回りの回転角を、前記基準設定部で設定された前記２つの基準点の前記距離画像上での位置関係に基づいて推定する推定部と、
を備え、
前記推定部は、前記２つの基準点が、前記距離画像上で前記３つの空間軸うちの１つの軸に対して平行な位置関係にあるとして、各装置軸回りの回転角を推定する、撮像装置。
【請求項２】
前記基準設定部は、前記推定部が各装置軸回りの回転角を推定しようとする前に、回転角を推定しようとする装置軸とは別の装置軸を合わせることになる空間軸に対して平行な位置関係にある２つの基準点を設定する、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記基準設定部は、前記推定部が各装置軸回りの回転角を推定しようとする前に、前記推定部で先に得られた装置軸回りの回転角により修正した位置関係に基づいて２つの基準点を設定する、
請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記推定部は、各装置軸回りの回転角を推定しようとする際に、先に得られた装置軸回りの回転角により修正した位置関係に基づいて、各装置軸回りの回転角を推定する、
請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記推定部は、各装置軸回りの回転角が一定の範囲に収束するまで、各装置軸回りでの回転角の導出を繰り返す、
請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記基準設定部は、前記距離画像における距離特徴点に基づいて前記距離画像に前記基準点を設定する、
請求項１〜５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像部は、前記距離画像と同じ対象エリアを撮像した受光強度画像を前記距離画像とともに撮像し、
前記基準設定部は、前記受光強度画像における受光強度特徴点に基づいて前記距離画像に前記基準点を設定する、
請求項１〜５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項８】
撮像部の受光面に投影される対象エリアを撮像した距離画像を撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで撮像された距離画像上の２つの基準点を設定する基準設定ステップと、
前記受光面を基準にして互いに直交する３つの装置軸を、それぞれ前記２つの基準点を基準にして互いに直交する３つの空間軸に合わせる各装置軸回りの回転角を、前記基準設定ステップで設定した前記２つの基準点の前記距離画像上での位置関係に基づいて推定するステップであって、前記２つの基準点が、前記距離画像上で前記３つの空間軸うちの１つの軸に対して平行な位置関係にあるとして、各装置軸回りの回転角を推定する推定ステップと、
を情報処理装置が実行する回転角推定方法。
【請求項９】
情報処理装置にインストールされるプログラムであって、
撮像部の受光面に投影される対象エリアを撮像した距離画像を撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで撮像された距離画像上の２つの基準点を設定する基準設定ステップと、
前記受光面を基準にして互いに直交する３つの装置軸を、それぞれ前記２つの基準点を基準にして互いに直交する３つの空間軸に合わせる各装置軸回りの回転角を、前記基準設定ステップで設定した前記２つの基準点の前記距離画像上での位置関係に基づいて推定するステップであって、前記２つの基準点が、前記距離画像上で前記３つの空間軸うちの１つの軸に対して平行な位置関係にあるとして、各装置軸回りの回転角を推定する推定ステップと、
を前記情報処理装置に実行させる回転角推定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、距離画像を撮像する撮像装置に関する。より詳しくは、撮像装置の構造を基準として規定される装置軸が、実空間上の構造物を基準として規定する空間軸から回転している回転角を、距離画像に基づいて推定する撮像装置、回転角推定方法、および回転角推定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、距離画像を撮像する撮像装置として、ＴＯＦ（ＴｉｍｅＯｆ Ｆｌｉｇｈｔ）カメラが知られている（例えば、特許文献１参照）。ＴＯＦカメラは、正弦波変調光（赤外光）を投光する投光部、および、受光面にマトリクス状に配置した複数の受光素子、を備えている。ＴＯＦカメラは、投光した赤外光が反射された拡散光（反射光）を各受光素子で受光することにより、画素毎に距離を対応付けした距離画像と、画素毎に受光強度を対応付けした受光強度画像とを撮像する。距離画像は、画素毎に投光した赤外線と各画素が受光した反射光との位相差を検出し、赤外光を投光してから反射光を受光するまでの時間（飛行時間）を各画素に対応付けすることにより得ることができる。
【０００３】
このようなＴＯＦカメラは、オブジェクトの有無を検知するセンサなどの用途に利用され、対象エリアの全体を撮像できるように、対象エリアの端で斜め下方や斜め上方に向けて設置される。このようにＴＯＦカメラが配置されていると、ＴＯＦカメラの構造により規定される装置軸が、実空間上の構造物などを基準にして規定する空間軸から回転している状態となるため、距離画像から実空間上でのオブジェクトの正確な位置を把握することが難しくなってしまう。
【０００４】
そのため、通常は、ＴＯＦカメラの設置時に、各装置軸がそれぞれ対応する空間軸から回転している回転角が、作業者によりジグ等を用いて測定され、ＴＯＦカメラにパラメータとして登録されていた。ＴＯＦカメラは、それらのパラメータを利用して、実空間上でのオブジェクトの正確な位置を把握していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１０−５３４０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、各装置軸がそれぞれ対応する空間軸から回転している回転角を作業者が測定してパラメータとしてＴＯＦカメラに登録する作業は、作業者の習熟が必要であった。また、この作業により、ＴＯＦカメラを設置するために要する手順や時間が増えるため、ＴＯＦカメラの設置作業が煩雑化する要因となっていた。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、各装置軸がそれぞれに対応する空間軸から回転している回転角を、距離画像に基づいて推定する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の撮像装置は、撮像部と、基準設定部と、推定部と、を備えている。
【０００９】
撮像部は、受光面に投影される対象エリアを撮像した距離画像を撮像する。撮像部は、例えば、距離画像と同じ対象エリアを撮像した受光強度画像を距離画像とともに撮像する公知のＴＯＦカメラや、レーザ光を走査して距離画像を撮像する構成である。
【００１０】
基準設定部は、撮像部で撮像された距離画像上に２つの基準点を設定する。なお、基準設定部は、例えば、実空間に存在する段差などによる距離特徴点に基づいて距離画像に基準点を設定してもよく、実空間に存在するマーカーやラインテープなどによる受光強度特徴点を受光強度画像から抽出し、距離画像に対応する基準点を設定してもよい。
【００１１】
推定部は、３つの装置軸を３つの空間軸に合わせる各装置軸回りの回転角を、基準設定部で設定された２つの基準点が、距離画像上で３つの空間軸のうちの１つの軸に対して平行な位置関係にあるとして推定する。ここで、空間軸は、２つの基準点を基準に互いに直交するように規定するものである。また、装置軸は、受光面を基準に互いに直交するように規定されるものであり、例えば、装置軸の１つは、受光面に対して垂直な軸であり装置軸の他の２つは、受光面において各画素が配列される方向に沿う軸である。
【００１２】
このように、距離画像上に２つの基準点を設定し、その２つの基準点の距離画像上での位置関係に用いることにより、３つの装置軸を３つの空間軸に合わせる各装置軸回りの回転角を、距離画像に基づいて推定することができる。
【００１３】
なお、推定部が各装置軸回りの回転角を推定しようとする前に、回転角を推定しようとする装置軸とは別の装置軸を合わせることになる空間軸に対して平行な位置関係にある２つの基準点を設定すると好適である。また、基準設定部は、推定部が各装置軸回りの回転角を推定しようとする前に、推定部で先に得られた装置軸回りの回転角により修正した位置関係に基づいて、２つの基準点を設定すると好適である。また、推定部は、各装置軸回りの回転角を推定しようとする際に、先に得られた装置軸回りの回転角により修正した位置関係に基づいて、各装置軸回りの回転角を推定すると好適である。また、推定部は、各装置軸回りの回転角が一定の範囲に収束するまで、各装置軸回りでの回転角の導出を繰り返すと好適である。
【００１４】
上述のように基準設定部や推定部を構成することにより、距離画像に含まれる解像度に基づく誤差が大きくても、距離画像に含まれる誤差の影響を抑制して、各装置軸がそれぞれ空間軸から回転している回転角を精度よく推定することができる。
【００１５】
また、この発明にかかる回転角推定方法は、上述の撮像部、基準設定部、および推定部の構成に相当する処理を情報処理装置に実行させる発明である。
【００１６】
さらに、この発明にかかる回転角推定プログラムは、情報処理装置にインストールすることで、上述の撮像部、基準設定部、および推定部の構成に相当する処理を情報処理装置に実行させる発明である。
【発明の効果】
【００１７】
これらの発明によれば、距離画像に２つの基準点を設定し、距離画像上での２つの基準点の位置関係を用いることにより、各装置軸がそれぞれ空間軸から回転している回転角を、距離画像に基づいて推定することができる。これにより、撮像装置の設置時の作業を簡略化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＴＯＦカメラが設置されている駅のプラットホームを示す概略図である。
【図２】撮像装置の主要部の構成を示す模式図である。
【図３】回転角推定処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】撮像ステップの一例を示すフローチャートである。
【図５】基準設定ステップの一例を示すフローチャートである。
【図６】基準設定ステップの他の例を示すフローチャートである。
【図７】推定ステップの一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】
【００１９】
以下、この発明の実施形態に係る撮像装置、回転角推定方法、および回転角推定プログラムについて説明する。
【００２０】
この実施形態で説明する撮像装置の一例は、駅のプラットホームの端部付近の空間を対象エリアとして設けられ、検知対象エリア内に位置するオブジェクトの有無を検出する。そして、撮像装置は、オブジェクトの検出を伝える信号を外部装置に出力し、外部装置に警報等を行わせることにより、乗降客がプラットホームから線路内に落ちることなどを防止する。
【００２１】
図１は、撮像装置をプラットホームに設置している状態を示す概念図である。図１（Ａ）は撮像装置が撮像する撮像エリアを右手側から視た側面図である。図１（Ｂ）は撮像装置が撮像する撮像エリアを上側から視た平面図である。図１（Ｃ）は撮像装置が撮像する撮像エリアを奥側から視た側面図である。図１（Ａ）には、実空間上の構造物であるプラットホームを基準として規定する空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚと、撮像装置の受光面の構造を基準として規定される装置軸ｘ，ｙ，ｚとを表示している。なお、空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚは、実空間上の構造物であれば、どのような構造物を基準として規定されてもよい。装置軸ｘ，ｙ，ｚは、撮像装置の受光面の構造であれば、どのような構造を基準として規定されてもよい。
【００２２】
駅１は、プラットホーム１Ａと線路１Ｂとを有している。プラットホーム１Ａはおおよそ水平であり、線路１Ｂに面してプラットホーム端部１Ｃを有している。
【００２３】
プラットホーム１Ａは、落下防止柵２を有している。落下防止柵２は、プラットホーム端部１Ｃから線路１Ｂとは反対側に離して設置されている。また、落下防止柵２は、プラットホーム端部１Ｃと平行に配置されている。落下防止柵２は、スライドドア２Ａと筐体２Ｂとを有している。筐体２Ｂは、スライドドア２Ａの戸袋として機能する。スライドドア２Ａは、線路１Ｂに停車する列車の各ドアに対向する位置に設けられている。また、スライドドア２Ａは、スライド自在に筐体２Ｂに取り付けられており、図１（Ｂ）に示す閉する状態から、左右方向にスライドすることにより筐体２Ｂ内（戸袋）に収納され、開する状態になる。
【００２４】
プラットホーム１Ａには、支柱３とＴＯＦカメラ４とが設置されている。支柱３は、落下防止柵２の筐体２Ｂに近接するように設置されている。また、支柱３は、落下防止柵２の筐体２Ｂよりもプラットホーム端部１Ｃ側に配置されている。ＴＯＦカメラ４は、この実施形態に係る撮像部を構成している。このＴＯＦカメラ４は、支柱３に取り付けられており、支柱３の上端部から斜め下方を撮像し、受光面に投影されるスライドドア２Ａと線路１Ｂとの間のエリアの画像を得る。なお、ＴＯＦカメラ４は、落下防止柵２の筐体２Ｂに直接取り付けられていてもよい。ＴＯＦカメラ４および支柱３は、線路１Ｂに停車する列車の各ドアと各スライドドア２Ａとの間の空間を撮像するように複数、設けられていると好適である。
【００２５】
空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚは、ここでは、実空間上の構造物であるプラットホームを基準として規定する。空間軸Ｚは、実空間において水平な直線を構成しており、プラットホーム端部１Ｃに平行な直線として定めている。空間軸Ｘは、空間軸Ｚに直交する直線であり、ここでは実空間においてプラットホーム端部１Ｃに直交する水平な直線として定めている。空間軸Ｙは、空間軸Ｚおよび空間軸Ｘに直交する直線であり、ここでは実空間においてプラットホーム端部１Ｃに直交する鉛直な直線として定めている。また、ここでは、空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚは、ＴＯＦカメラ４の受光面の中心で交差するように定めている。
【００２６】
装置軸ｘ，ｙ，ｚは、ＴＯＦカメラ４の構造を基準として規定される。装置軸ｚは、ＴＯＦカメラ４の受光面に垂直な直線である。装置軸ｘは、詳細は後述するがＴＯＦカメラ４を構成する受光素子の配列の行方向に平行する直線である。装置軸ｙは、詳細は後述するが受光素子の配列の列方向に平行する直線である。ここでは、装置軸ｘ，ｙ，ｚは、ＴＯＦカメラ４の受光面の中心で交差するように定めている。ＴＯＦカメラ４は、装置軸ｘ，ｙ，ｚが、それぞれ空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚからわずかに傾くように配置されている。
【００２７】
図２（Ａ）は、ＴＯＦカメラ４を構成の一部に含む撮像装置６のブロック図である。図２（Ｂ）は、ＴＯＦカメラ４の受光面の構成を示す概念図である。
【００２８】
撮像装置６は、ＴＯＦカメラ４と、情報処理装置５とを備えている。
【００２９】
ＴＯＦカメラ４は、情報処理装置５から入力される制御信号に従って動作し、各画素に距離を対応付けした距離画像と、各画素に受光強度を対応付けした受光強度画像と、を撮像し、それらの画像を情報処理装置５に出力する。また、ＴＯＦカメラ４は、投光部１２と、受光部１３と、距離算出部１４と、を備えている。投光部１２は、制御信号が入力されることにより、赤外光を撮像エリアに照射する。受光部１３は、図２（Ｂ）に詳細を示すように、マトリクス状に配置されたｎ×ｍ個の受光素子１３Ａを備えている。受光素子１３Ａの配列の行方向、即ち、図１で示した装置軸ｘに沿う方向には、ｎ個の受光素子１３Ａが配列されている。受光素子１３Ａの配列の列方向、即ち、図１で示した装置軸ｙに沿う方向には、ｍ個の受光素子１３Ａが配列されている。各受光素子１３Ａは、撮像エリア内の反射物に照射された赤外光の反射光を受光する。距離算出部１４は、受光素子１３Ａ毎に、赤外光を撮像エリアに照射してから各受光素子１３Ａが反射光を受光するまでの時間（飛行時間）を、光の位相差に基づいて算出する。これにより、ＴＯＦカメラ４は、各受光素子１３Ａに対応する画素毎に反射光の受光強度を対応付けして受光強度画像を撮像するとともに、画素毎に距離を対応付けして距離画像を撮像する。ＴＯＦカメラ４は、これらの画像を、１秒間に５〜１０フレーム程度撮像することができる。
【００３０】
なお、撮像部は、距離画像が生成できるならば、受光強度画像が得られなくてもよく、ＴＯＦカメラ４に替えて別の構成を採用してもよい。例えば、レーザ光を走査するような構成であってもよい。
【００３１】
情報処理装置５は、オブジェクト検出処理を実行するためのオブジェクト検出プログラムと、回転角推定処理を実行するための回転角推定プログラムと、がインストールされている。オブジェクト検出処理は、ＴＯＦカメラ４から受け取る距離画像を用いて、検知対象エリア内に位置するオブジェクトの有無を検出する処理である。検知対象エリアは、ＴＯＦカメラ４が撮像する撮像エリアの一部である。回転角推定処理は、ＴＯＦカメラ４から受け取る距離画像を用いて、各装置軸がそれぞれ空間軸から回転している回転角を推定する処理である。
【００３２】
そのため、情報処理装置５は、制御部１１と記憶部１５とを備えている。制御部１１は、情報処理装置５の全体を制御して、オブジェクト検出処理と回転角推定処理とを実行する。記憶部１５は、オブジェクト検出プログラムと回転角推定プログラムとを含む各種プログラムコードや、ＴＯＦカメラ４から受け取る距離画像および受光強度画像、エリア設定パラメータと回転角パラメータとを含む各種パラメータ等を記憶する。
【００３３】
ここで、図１に示した駅１において列車等の運行が行われている通常時等に、検知対象エリア内でのオブジェクトの有無を検出するオブジェクト検出処理の概要を簡単に説明する。
【００３４】
制御部１１は、一定周期で繰り返し、ＴＯＦカメラ４に制御信号を出力する。ＴＯＦカメラ４は、制御信号を受けることにより距離画像および受光強度画像を撮像し、得られた画像を情報処理装置５に出力する。制御部１１は、ＴＯＦカメラ４から距離画像および受光強度画像を受けとると、記憶部１５に記憶させ、予め登録されているエリア規定パラメータと回転角パラメータとを読み出す。エリア規定パラメータは、図１に示した空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚにおける検知対象エリアの範囲を表すパラメータである。回転角パラメータは、図１に示した装置軸ｘ，ｙ，ｚがそれぞれ空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚから回転している回転角を推定することで得たパラメータである。制御部１１は、記憶部１５から読み出したパラメータと距離画像とに基づいて、検知対象エリア内でのオブジェクトの有無を検出する。そして、制御部１１は、検知対象エリア内にオブジェクトを検出すると、落下防止柵の制御装置や、中央制御装置、警報装置などの外部装置に検出信号を出力する。検出信号が入力された外部装置は、検知対象エリア内にオブジェクトが検出されていることを駅係員等に知らせるために、警告音による報知や、警告灯を点灯させる等の処理を行う。
【００３５】
なお、図１を示したように、ＴＯＦカメラ４は、装置軸ｘ，ｙ，ｚが空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚからずれるように設置されている。このため、制御部１１で画像から検出されるオブジェクトの位置は、空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚに直接対応付けられたものではなく、装置軸ｘ，ｙ，ｚに対応付けられたものになる。一方、エリア規定パラメータは、空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対応付けられたものである。したがって、制御部１１では、画像をそのまま用いては、検知対象エリア内でのオブジェクトの有無を正確に検出することが困難である。
【００３６】
そこで、制御部１１は、装置軸ｘ，ｙ，ｚがそれぞれ空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚから回転している回転角を推定した回転角パラメータを用いて、空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚ上でのオブジェクトの位置を取得する。例えば、次に示す変換式により、装置軸ｘ，ｙ，ｚ上でのオブジェクトの位置を、空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚ上でのオブジェクトの位置に変換する。なお、次式で用いているθx，θy，θzは、それぞれ装置軸ｘ回りでの回転角パラメータ、装置軸ｙ回りでの回転角パラメータ、装置軸ｚ回りでの回転角パラメータである。
【００３７】
【数１】
2014173922.tif 000003
【００３８】
制御部１１は、上記式を用いて、空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚ上でのオブジェクトの位置を推定し、検知対象エリアと比較して、検出対象エリア内でのオブジェクトの有無を正確に検出する。
【００３９】
次に、図１に示した駅１においてプラットホーム１ＡにＴＯＦカメラ４が設置される設置時等に、装置軸ｘ，ｙ，ｚがそれぞれ空間軸Ｘ，Ｙ，Ｚから回転している回転角を画像から推定する回転角推定処理の概要について説明する。なお、回転角推定処理は、ＴＯＦカメラ４の設置当初のみ実施されてもよく、外部からの指示を受けることにより任意のタイミングで実施されてもよく、一定の期間が経過する度に自動的に実施されてもよい。
【００４０】
制御部１１は、回転角推定処理を行うための機能ブロックとして画像取得部１６と基準設定部１７と推定部１８とを備えている。制御部１１は、画像取得部１６と基準設定部１７と推定部１８とを機能させることにより、回転角推定処理を実行する。
【００４１】
図３は、回転角推定処理の概略のフローチャートである。
【００４２】
制御部１１は、まず、画像取得部１６を機能させることにより撮像ステップ（Ｓ１）を実施し、ＴＯＦカメラ４に距離画像および受光強度画像を撮像させる。次に、基準設定部１７を機能させることにより第１の基準設定ステップ（Ｓ２）を実施し、基準点の組を設定する。次に、推定部１８を機能させることにより第１の推定ステップ（Ｓ３）を実施し、回転角パラメータθｘを算出する。次に、基準設定部１７を機能させることにより第２の基準設定ステップ（Ｓ４）を実施し、基準点の組を再設定する。次に、推定部１８を機能させることにより第２の推定ステップ（Ｓ５）を実施し、回転角パラメータθｙを算出する。次に、基準設定部１７を機能させることにより第３の基準設定ステップ（Ｓ６）を実施し、基準点の組を再設定する。次に、推定部１８を機能させることにより第３の推定ステップ（Ｓ７）を実施し、回転角パラメータθｚを算出する。そして、回転角パラメータθx，θy，θzのそれぞれの値が収束（安定）するか否かの判定を行い（Ｓ８）、回転角パラメータθx，θy，θzが収束（安定）するまでこれらのステップ（Ｓ２〜Ｓ７）を繰り返す。そして、回転角パラメータθx，θy，θzが収束（安定）すると、回転角パラメータθx，θy，θzを記憶部１５に記憶させる（Ｓ９）。
【００４３】
ここで示したように、回転角パラメータθx，θy，θzが収束（安定）するまで先のステップ（Ｓ２〜Ｓ７）を繰り返すことにより、各装置軸回りの回転角パラメータを、精度よく導出することができる。
【００４４】
なお、第２の基準設定ステップと第３の基準設定ステップとは必ずしも必要では無く、先の基準設定ステップで設定された基準点の組をそのまま利用してもよい。また、第１の推定ステップと第２の推定ステップと第３の推定ステップとで推定する回転角パラメータθx，θy，θzの順番は、入れ替えてもよい。また、回転角パラメータθx，θy，θzが収束（安定）するまで各ステップを繰り返すのではなく、各ステップを一度ずつ実施するようにしてもよい。
【００４５】
図４は、撮像ステップの一例を示すフローチャートである。
【００４６】
撮像ステップは、各画素に距離を対応付けて距離画像を生成するステップである。このフローチャートでは、ＴＯＦカメラ４から複数の距離画像を取得し、各画素に対応付けられている距離を距離画像間で平均した平均距離画像を生成する。なお、撮像ステップは、平均距離画像を用いる他、１枚の画像をそのまま用いてもよい。また、単なる距離では無く、装置軸ｘ，ｙ，ｚ上での座標位置を各画素に対応づけしてもよい。
【００４７】
具体的には、画像取得部１６は、まず、ＴＯＦカメラ４に制御信号を出力して、ＴＯＦカメラ４から距離画像を受けとる（Ｓ１１）。画像取得部１６は、複数枚（例えば１０枚）の距離画像を取得するまでこのステップを繰り返す。次に、画像取得部１６は、複数の距離画像に属する各画素に対応づけられている距離を距離画像間で平均し、平均距離画像を生成する（Ｓ１２）。次に、画像取得部１６は、生成した平均距離画像を、記憶部１５に記憶させる（Ｓ１３）。
【００４８】
図５は、基準設定ステップの一例を示すフローチャートである。
【００４９】
基準設定ステップは、記憶部１５に記憶されている平均距離画像上に２つの基準点を設定するステップである。このフローチャートでは、記憶部１５に記憶されている平均距離画像から図１に示すプラットホーム端部１Ｃを抽出し、プラットホーム端部１Ｃに平行なプラットホーム１Ａ上のラインに一致する２つの基準点を、１つの空間軸に対して平行な位置関係にある２つの基準点として設定する。プラットホーム端部１Ｃは、隣接する線路１Ｂとの間に大きな段差（例えば高さ１５００ｍｍ程度）を有しているために距離特徴点となっており、距離画像から抽出する構造物として適している。
【００５０】
なお、基準点の設定に際して、距離画像から実空間における構造物を抽出する他、受光強度画像から実空間における構造物（例えばマーカーやラインテープなどの受光強度特徴点）を抽出し、距離画像に対応する基準点を設定してもよく、また、距離画像や受光強度画像を作業者に提示し、作業者が指定する構造物に対応する基準点を距離画像に設定してもよい。
【００５１】
具体的には、基準設定部１７は、記憶部１５に記憶されている平均距離画像に属する各画素に対応付けられている距離（図示する例ではｚ軸座標）を読み取り、隣接する画素同士を比較する（Ｓ２１，Ｓ２２）。隣接する画素同士で距離の差が閾値（図示する例ではプラットホーム端部での線路と段差１５００ｍｍを閾値としている。）を超えた場合には、実空間における段差部分であると推定される。このため、基準設定部１７は、隣接する画素との距離の差が閾値を超えた画素か、その近傍の画素（例えば、その画素よりもプラットホーム側に１つ又は２つ離れた画素）を、プラットホーム端部１Ｃに平行なプラットホーム１Ａ上のラインとして記憶する（Ｓ２３）。基準設定部１７は、全ての画素に対して、プラットホーム端部１Ｃに平行なプラットホーム１Ａ上のラインに一致するか否かの推定を行う。
【００５２】
次に、基準設定部１７は、プラットホーム端部１Ｃに平行なプラットホーム１Ａ上のラインに一致する基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）の組を設定し、記憶部１５に記憶させる（Ｓ２４）。基準設定部１７は、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）の組を、予め定められた組数（例えば１０組）だけ設定する。
【００５３】
なお、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1）と基準点（ｘ2，ｙ2，ｚ2）は、互いの間隔が一定距離（例えば１９０ｍｍ〜２１０ｍｍ）以上、離れた２つの点を選択すると好適である。また、このフローチャートは、図３に示す回転角推定処理において、第１の基準設定ステップや第２の基準設定ステップで採用されると好適である。
【００５４】
図６は、基準設定ステップの他の一例を示すフローチャートである。
【００５５】
このフローチャートでは、プラットホーム端部１Ｃに平行なプラットホーム１Ａ上のラインではなく、プラットホーム端部１Ｃに直交するプラットホーム１Ａ上のラインに一致する基準点を設定する。
【００５６】
より具体的には、基準設定部１７は、記憶部１５に記憶されている平均距離画像に属する各画素に対応付けられている距離を読み取り、隣接する画素同士を比較する（Ｓ３１，Ｓ３２）。そして、まずはプラットホーム端部１Ｃに平行なラインを推定する。そのため、基準設定部１７は、隣接する画素との距離の差が閾値を超えた画素か、その近傍の画素を、プラットホーム端部１Ｃに平行なプラットホーム１Ａ上のラインとして記憶する（Ｓ３３）。基準設定部１７は、全ての画素に対して、プラットホーム端部１Ｃに平行なプラットホーム１Ａ上のラインに一致するか否かの推定を行う。
【００５７】
次に、基準設定部１７は、プラットホーム端部１Ｃに平行なプラットホーム１Ａ上のラインに位置する基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を設定し、記憶部１５に記憶させる（Ｓ３４）。
【００５８】
次に、基準設定部１７は、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を通り、プラットホーム端部１Ｃに直交するラインを推定する。そのため、各画素に対応付けられている距離（図示する例ではｚ軸座標）を、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1）と比較する（Ｓ３５，Ｓ３６）。基準設定部１７は、各画素から読み取った距離が、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1）に対して一定範囲内（図示する例ではｚ軸座標の差が前後３０ｍｍの範囲内）にある画素を、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を通り、プラットホーム端部１Ｃに直交するプラットホーム１Ａ上のラインに一致すると推定して、記憶部１５に記憶させる。基準設定部１７は、全ての画素に対して、プラットホーム端部１Ｃに直交するプラットホーム１Ａ上のラインに一致するか否かの推定を行う。
【００５９】
次に、基準設定部１７は、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を通り、プラットホーム端部１Ｃに直交するプラットホーム１Ａ上のラインに一致する基準点（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を設定する（Ｓ３４）。なお、この際には、基準点（ｘ2，ｙ2，ｚ2）として、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1）から一定距離（例えば１９０ｍｍ〜２１０ｍｍ）離れた点を選択すると好適である。基準設定部１７は、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）の組を、予め定められた組数（例えば１０組）だけ設定する。
【００６０】
このフローチャートは、図３に示す回転角推定処理において、第３の基準設定ステップで採用されると好適である。なお、各基準設定ステップで図４に示したフローチャートを採用するか、図５に示したフローチャートを採用するかは、そのときに回転角パラメータを導出しようとしている装置軸に応じて決定すると好適である。回転角パラメータを導出しようとしている装置軸に対して、直交するように配置されている２つの基準点を採用するほうが、精度よく回転角パラメータを導出することができる。即ち、装置軸ｘおよび装置軸ｙを対象として回転角パラメータを導出する際には、プラットホーム端部１Ｃに平行するラインに一致する基準点を設定する図４に示したフローチャートを採用するほうが望ましく、装置軸ｚを対象として回転角パラメータを導出する際には、プラットホーム端部１Ｃに直交するラインに一致する基準点を設定する図５に示したフローチャートを採用するほうが望ましい。
【００６１】
また、基準設定ステップが実施されるよりも前に、いずれかの装置軸回りの回転角パラメータが既に推定されている場合には、各画素に対応づけられている距離（または装置軸ｘ，ｙ，ｚ上での座標位置）を回転角パラメータに基づいて修正しておいてもよい。このように修正することにより、プラットホーム端部１Ｃに平行なプラットホーム１Ａ上のラインや、プラットホーム端部１Ｃに直交するプラットホーム１Ａ上のラインをより正確に推定することができる。
【００６２】
図７は、推定ステップの一例を示すフローチャートである。
【００６３】
推定ステップは、装置軸ｘ，ｙ，ｚ毎に、基準設定ステップで設定された基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）の組の位置関係に基づいて、各軸回りでの回転角パラメータθｘ，θｙ，θｚを導出するステップである。具体的には、推定部１８は、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）の組を記憶部１５から読み出し、所定の演算式により、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）の組が平行な位置関係になる仮想軸を仮想し、その仮想軸を実現することができる所定の装置軸回りでの回転角パラメータを導出する（Ｓ４１）。推定部１８は、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）の組（例えば１０組）ごとに、このステップを繰り返す。次に、推定部１８は、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）の組毎に導出した回転角パラメータを平均し、平均の回転角パラメータを算出する（Ｓ４２）。なお、推定ステップは、複数の回転角パラメータを平均した平均の回転角パラメータを用いる他、一組みの基準点から算出した回転角パラメータをそのまま用いてもよい。
【００６４】
ここで、図３に示した第１の推定ステップで、装置軸ｘ回りでの回転角パラメータθｘを導出する場合の演算式の一例について説明する。
【００６５】
第１の推定ステップでは、第１の基準設定ステップで設定された、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）の組、即ち、プラットホーム端部１Ｃに平行なプラットホーム１Ａ上のラインに一致する基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）の組に基づいて、装置軸ｘ回りでの回転角パラメータθｘを導出する。
【００６６】
装置軸ｘ，ｙ，ｚから、装置軸ｘ，ｙ，ｚを装置軸ｘ回りに回転角パラメータθｘで回転させてなる仮想軸Ｘｘ，Ｙｘ，Ｚｘへの変換行列式は、次式で表わされる。
【００６７】
【数２】
2014173922.tif 000004
【００６８】
ここで、仮想軸Ｚｘと仮想軸Ｙｘとを、図１（Ａ）で示す空間軸Ｚおよび空間軸Ｙと合わせるために、仮想軸Ｘｘと仮想軸Ｚｘとが成す面に対して、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を結ぶ線分が平行するという条件を成り立たせる。そのためには、上式を展開し、回転角パラメータθｘが変数として含まれている次の等式を成り立たせる必要がある。
【００６９】
【数３】
2014173922.tif 000005
【００７０】
したがって、装置軸ｘ回りの回転角パラメータθｘを導出する演算式は、次式のものになる。
【００７１】
【数４】
2014173922.tif 000006
【００７２】
次に、図３で示した第２の推定ステップで、装置軸ｙ回りでの回転角パラメータθｙを導出する場合の演算式の一例について説明する。
【００７３】
第２の推定ステップでは、第２の基準設定ステップで設定された、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）の組、即ち、プラットホーム端部１Ｃに平行なプラットホーム１Ａ上のラインに一致する基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）の組に基づいて、装置軸ｙ回りでの回転角パラメータθｙを導出する。
【００７４】
装置軸ｘ，ｙ，ｚから、装置軸ｘ，ｙ，ｚを装置軸ｙ回りに回転角パラメータθｙで回転させてなる仮想軸Ｘｙ，Ｙｙ，Ｚｙへの変換行列式は、次式で表わされる。
【００７５】
【数５】
2014173922.tif 000007
【００７６】
ここで、仮想軸Ｘｙと仮想軸Ｚｙとを、図１（Ｂ）で示す空間軸Ｘおよび空間軸Ｚと合わせるために、仮想軸Ｙｙと仮想軸Ｚｙとが成す面に対して、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を結ぶ線分が平行するという条件を成り立たせる。そのためには、上式を展開し、回転角パラメータθｙが変数として含まれている次の等式を成り立たせる必要がある。
【００７７】
【数６】
2014173922.tif 000008
【００７８】
したがって、装置軸ｙ回りの回転角パラメータθｙを導出する演算式は、次式のものになる。
【００７９】
【数７】
2014173922.tif 000009
【００８０】
次に、図３で示した第３の推定ステップで、装置軸ｚ回りでの回転角パラメータθｚを導出する場合の演算式の一例について説明する。
【００８１】
第３の推定ステップでは、第３の基準設定ステップで設定された、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）の組、即ち、プラットホーム端部１Ｃに直交するプラットホーム１Ａ上のラインに一致する基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）の組に基づいて、装置軸ｚ回りでの回転角パラメータθｚを導出する。
【００８２】
装置軸ｘ，ｙ，ｚから、装置軸ｘ，ｙ，ｚを装置軸ｚ回りに回転角パラメータθｚで回転させてなる仮想軸Ｘｚ，Ｙｚ，Ｚｚへの変換行列式は、次式で表わされる。
【００８３】
【数８】
2014173922.tif 000010
【００８４】
ここで、仮想軸Ｘｚと仮想軸Ｙｚとを、図１（Ｃ）で示す空間軸Ｘおよび空間軸Ｙと合わせるために、仮想軸Ｘｚと仮想軸Ｚｚとが成す面に対して、基準点（ｘ1，ｙ1，ｚ1），（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を結ぶ線分が平行するという条件を成り立たせる。そのためには、上式を展開し、回転角パラメータθｚが変数として含まれている次の等式を成り立たせる必要がある。
【００８５】
【数９】
2014173922.tif 000011
【００８６】
したがって、装置軸ｚ回りの回転角パラメータθｚを導出する演算式は、次式のものになる。
【００８７】
【数１０】
2014173922.tif 000012
【００８８】
これらの演算式が表わしているように、３つの装置軸を所定の装置軸回りで回転させてなる３つの仮想軸上での基準点の位置が、１つの仮想軸上で一致するという条件を満足する、所定の装置軸回りの回転角パラメータを導出することにより、各装置軸が各空間軸から回転している回転角を精度よく推定することができる。
【００８９】
なお、各装置軸回りの回転角パラメータを推定する際に、いずれかの装置軸回りの回転角パラメータが既に推定されている場合には、各基準点の位置を回転角パラメータに基づいて修正しておいてもよい。このように修正することにより、各装置軸回りの回転角パラメータをより正確に推定することができる。例えば、装置軸ｘ回りの平均の回転角パラメータθｘに基づく基準点の位置の修正には、前述の数２の式で示した回転行列を用いることができる。また、装置軸ｙ回りの平均の回転角パラメータθｙに基づく基準点の位置の修正には、前述の数５の式で示した回転行列を用いることができる。また、装置軸ｚ回りの平均の回転角パラメータθｚに基づく基準点の位置の修正には、前述の数８の式で示した回転行列を用いることができる。
【００９０】
最後に、先の推定ステップで算出された平均回転角が、記憶部１５に回転角パラメータとして登録される。
【００９１】
以上に説明した回転角推定処理のように、距離画像上の任意の２つの基準点を、画素情報に基づいて抽出して設定し、その２つの基準点を基準とする３つの空間軸に対して、３つの装置軸を合わせる各装置軸回りの回転角を導出し、パラメータとして登録することにより、各装置軸がそれぞれ空間軸から回転している回転角を、距離画像に基づいて推定することができる。
【００９２】
なお、上記の説明では、駅のプラットホーム端部を撮像して基準点を設定する例を用いて本願発明を説明したが、本願発明の撮像装置は、例えば、自動車路を撮像して、中央分離帯や歩道等の距離特徴点や、車線区画線や横断歩道線、点字ブロック等の受光強度特徴点を抽出して基準点を設定したり、工場等のラインでマーカーやラインテープ等の受光強度特徴点や、各部の段差による距離特徴点を抽出して基準点を設定したりしてもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１…駅
１Ａ…プラットホーム
１Ｂ…線路
１Ｃ…プラットホーム端部
２…落下防止柵
２Ａ…スライドドア
２Ｂ…筐体
３…支柱
４…ＴＯＦカメラ
５…情報処理装置
６…撮像装置
１１…制御部
１２…投光部
１３…受光部
１３Ａ…受光素子
１４…撮像部
１５…記憶部
１６…オブジェクト検出部
１７…基準設定部
１８…推定部
【図１】
2014173922.tif 000013
【図２】
2014173922.tif 000014
【図３】
2014173922.tif 000015
【図４】
2014173922.tif 000016
【図５】
2014173922.tif 000017
【図６】
2014173922.tif 000018
【図７】
2014173922.tif 000019