(57)【要約】【課題】容易に周囲の環境を認識することができる環境認識装置を提供する。【解決手段】基台２０に装着され、基台２０の周囲に存在する物体の位置情報を取得する第１のセンサ３０と、基台２０に装着され、第１のセンサ３０の画角よりも狭い画角を有し、基台２０の周囲に存在する物体の画像情報を取得する第２のセンサ４０を備える。第１のセンサ３０により取得した物体の位置情報から第２のセンサ４０の視界に物体を入れることにより取得した第２のセンサ４０による物体の画像情報、及び、第１のセンサ３０により取得した物体の位置情報から周囲の環境を認識する演算部を備える。【選択図】図１
2018146440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台に装着され、基台の周囲に存在する物体の位置情報を取得する第１のセンサと、
前記基台に装着され、前記第１のセンサの画角よりも狭い画角を有し、基台の周囲に存在する物体の画像情報を取得する第２のセンサと、
前記第１のセンサにより取得した物体の位置情報から前記第２のセンサの視界に物体を入れることにより取得した前記第２のセンサによる物体の画像情報、及び、前記第１のセンサにより取得した物体の位置情報から周囲の環境を認識する演算部と、
を備えることを特徴とする環境認識装置。
【請求項２】
前記基台に、前記第２のセンサを物体に向かせるための向き変更手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の環境認識装置。
【請求項３】
前記第１のセンサはレーザレンジファインダであり、前記第２のセンサはリニアイメージセンサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境認識装置。
【請求項４】
前記演算部は、
前記第１のセンサであるレーザレンジファインダによって基台の周囲に存在する物体の数と位置を検知し、前記第２のセンサであるリニアイメージセンサによって物体の形状と色を検知し、この物体の位置と形状と色から、保存してある参照情報と照合することを特徴とする請求項３に記載の環境認識装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境認識装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動ロボット等において周囲の環境を認識する機能が求められる。この機能を実現するためにレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）等の距離センサを用いた環境認識装置が提案されている。また、環境認識を十分に行うために、環境認識装置に距離センサだけでなくカメラを搭載した環境認識装置についても提案されている（例えば、特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１５０４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、周囲の環境を認識する環境認識装置において、単に２種類のセンサ（距離センサとカメラ）を用いて周囲の物体を検知するだけでは情報処理の負荷との観点から改善が求められている。
【０００５】
本発明の目的は、容易に周囲の環境を認識することができる環境認識装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、基台に装着され、基台の周囲に存在する物体の位置情報を取得する第１のセンサと、前記基台に装着され、前記第１のセンサの画角よりも狭い画角を有し、基台の周囲に存在する物体の画像情報を取得する第２のセンサと、前記第１のセンサにより取得した物体の位置情報から前記第２のセンサの視界に物体を入れることにより取得した前記第２のセンサによる物体の画像情報、及び、前記第１のセンサにより取得した物体の位置情報から周囲の環境を認識する演算部と、を備えることを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、第１のセンサにより、基台の周囲に存在する物体の位置情報を取得することができる。第２のセンサにより、基台の周囲に存在する物体の画像情報を取得することができる。第２のセンサは、第１のセンサの画角よりも狭い画角を有する。演算部により、第１のセンサにより取得した物体の位置情報から第２のセンサの視界に物体を入れることにより取得した第２のセンサによる物体の画像情報、及び、前記第１のセンサにより取得した物体の位置情報から周囲の環境が認識される。よって、容易に周囲の環境を認識することができる。
【０００８】
請求項２に記載のように、請求項１に記載の環境認識装置において、前記基台に、前記第２のセンサを物体に向かせるための向き変更手段を更に備えるとよい。
請求項３に記載のように、請求項１又は２に記載の環境認識装置において、前記第１のセンサはレーザレンジファインダであり、前記第２のセンサはリニアイメージセンサであるとよい。
【０００９】
請求項４に記載のように、請求項３に記載の環境認識装置において、前記演算部は、前記第１のセンサであるレーザレンジファインダによって基台の周囲に存在する物体の数と位置を検知し、前記第２のセンサであるリニアイメージセンサによって物体の形状と色を検知し、この物体の位置と形状と色から、保存してある参照情報と照合するとよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、容易に周囲の環境を認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は実施形態における車両及びその周辺の概略平面図、（ｂ）は車両及びその周辺の概略正面図。
【図２】作用を説明するための車両及びその周辺の概略平面図。
【図３】作用を説明するための車両及びその周辺の概略平面図。
【図４】環境認識装置のブロック図。
【図５】車両の一部を示す斜視図。
【図６】別例の車両の斜視図。
【図７】各種センサの特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、車両には環境認識装置１０が搭載されている。環境認識装置１０は、１つの第１のセンサ３０と、１つの第２のセンサ４０を備える。第１のセンサ３０及び第２のセンサ４０は基台２０に装着されている。第１のセンサ３０はレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）である。第２のセンサ４０はリニアイメージセンサである。第１のセンサ３０は、基台２０の周囲に存在する物体の位置情報を取得するためのものである。第２のセンサ４０は、基台２０の周囲に存在する物体の画像情報を取得するためのものである。
【００１３】
図１（ａ），（ｂ）及び図５に示すように、基台２０に、回転部材Ｔ１とアクチュエータ６０を備える。図５を用いて説明すると、基台２０に円柱状の回転部材Ｔ１が回転可能に支持されている。回転部材Ｔ１の上面は水平面となっている。回転部材Ｔ１はアクチュエータ６０としてのモータにより回転する。
【００１４】
回転部材Ｔ１の上面には、第１のセンサ３０であるレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）が固定されている。第１のセンサ３０であるレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）は円柱形をなしている。第１のセンサ３０であるレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）の画角αは、図１（ａ）に示すように例えば２７０度であり、広角である。また、第１のセンサ３０は車両の進行方向（前方）を向いており、画角の中心が車両前方となっている。
【００１５】
第１のセンサ３０であるレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）の上面には、第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサが固定されている。第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサは柱状をなし、鉛直線上に延びている。第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサは鉛直軸上に複数の撮像素子４１が一列に並べられて配置されており、直交３軸座標系における１軸の画像情報が得られる。この情報には形状と色を含む。
【００１６】
第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサの画角βは、図１（ａ）に示すように例えば１０度であり、狭角である。つまり、第２のセンサ４０は、第１のセンサ３０の画角αよりも狭い画角βを有する。より詳しくは、水平方向における視野は、第１のセンサ３０は広く、第２のセンサ４０は狭くなっている。そして、向き変更手段としてのアクチュエータ６０により回転部材Ｔ１を鉛直方向を回転軸として回転させることにより第２のセンサ４０で物体の画像情報を取得すべく第２のセンサ４０を物体に向かわせることができるようになっている。
【００１７】
図４に示すように、環境認識装置１０は、演算部５０を備える。演算部５０は、第１のセンサ３０により取得した物体の位置情報から第２のセンサ４０の視界に物体を入れることにより取得した第２のセンサ４０による物体の画像情報、及び、第１のセンサ３０により取得した物体の位置情報から周囲の環境を認識することができるように構成されている。
【００１８】
詳しくは、演算部５０は、環境認識部５１と制御部５２と個体識別部５３を有する。環境認識部５１には、第１のセンサ３０であるレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）から取得した情報が送られてくる。制御部５２には環境認識部５１から位置情報が送られてくる。この位置情報に基づいて制御部５２はアクチュエータ６０を駆動する。アクチュエータ６０の駆動に伴い第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサから取得された情報が個体識別部５３に送られてくる。演算部５０は環境データ保持部５５と接続されている。環境データ保持部５５には、環境データとして物体の位置と形状と色についての情報が保存されている。演算部５０は環境データ保持部５５に保存された環境データの取り出し及び環境データの更新を行うことができるようになっている。
【００１９】
次に、作用について説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、演算部５０は、第１のセンサ３０であるレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）によって基台２０の周囲に存在する物体（Ｈ１，Ｈ２，Ｗ１）の数と位置を検知する。図１（ａ），（ｂ）においては、物体として、人Ｈ１、人Ｈ２、壁Ｗ１が周囲に存在する状況を示している。物体（Ｈ１，Ｈ２，Ｗ１）の数は「３」であり、物体としての人Ｈ１の位置は車両前方を基準として角度が＋θ１であり、距離がＬ１である。物体としての人Ｈ２の位置は車両前方を基準として角度が−θ２であり、距離がＬ２である。物体としての壁Ｗ１の位置は車両前方を基準として角度が−θ３であり、距離がＬ３である。なお、物体の角度の表記において、反時計回りを＋とし、時計回りを−としている。
【００２０】
そして、図２に示すように、演算部５０は、アクチュエータ６０の駆動により第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサを物体としての人Ｈ１を撮像できる範囲に回転させる。そして、演算部５０は、第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサによって物体としての人Ｈ１の形状と色を検知する。
【００２１】
同様に、物体としての人Ｈ２についても演算部５０は、アクチュエータ６０の駆動により第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサを物体としての人Ｈ２を撮像できる範囲に回転させる。そして、演算部５０は、第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサによって物体としての人Ｈ２の形状と色を検知する。
【００２２】
また、物体としての壁Ｗ１についても図３に示すように、演算部５０は、アクチュエータ６０の駆動により第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサを物体としての壁Ｗ１を撮像できる範囲に回転させる。そして、演算部５０は、第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサによって物体としての壁Ｗ１の形状と色を検知する。
【００２３】
このようにして演算部５０は、人Ｈ１の形状と色、人Ｈ２の形状と色、壁Ｗ１の形状と色を検知した後、物体としての人Ｈ１，Ｈ２、壁Ｗ１の位置と形状と色から、保存してある参照情報と照合する。
【００２４】
ここで、演算部５０は、第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサによって物体の形状と色を検知するので、人Ｈ１が例えば青色の服を着ており、人Ｈ２が赤色の服を着ている場合等、人Ｈ１と人Ｈ２とを識別することができる。この物体の位置と形状と色から、保存してある参照情報と照合することができる。
【００２５】
以下、詳しく説明する。
図４において、環境認識部５１は、第１のセンサ３０であるレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）のデータを基に、周囲に存在する物体の数と位置を把握する。詳しくは、環境認識部５１は第１のセンサ３０であるレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）のデータを受け取り、データのクラスタリング、即ち、領域分割を行う。クラスタリングを行うことで、周囲に存在する人Ｈ１，Ｈ２や壁Ｗ１等の物体の数と位置を検知する。
【００２６】
制御部５２は、アクチュエータ６０によって第２のセンサ４０であるリニアメージセンサをヨー方向（水平方向）に駆動する。つまり、制御部５２は環境認識部５１よりクラスタの数と位置を受け取り、アクチュエータ６０を駆動して第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサを各クラスタに順次向ける。
【００２７】
個体識別部５３は、第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサによる物体の形状と色、及び、第１のセンサ３０であるレーザレンジファインダによる物体の位置についての情報を基に物体の個体識別を行う。
【００２８】
つまり、個体識別部５３は、環境認識部５１よりクラスタの位置、及び、第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサよりクラスタの形状と色についての情報を受け取る。個体識別部５３は、環境データ保持部５５に保存してある環境オブジェクトの位置と形状と色を参照し、受信したクラスタの位置と形状と色についての情報と照合する。そして、最もクラスタに類似する環境オブジェクトの位置、形状、色を、クラスタの位置、形状、色で更新する。また、クラスタに類似する環境オブジェクトが存在しない場合、新規環境オブジェクトを生成し、環境オブジェクトの位置、形状、色を、クラスタの位置、形状、色とする。
【００２９】
以下、図７を用いて説明する。
図７は物体検知用の各種のセンサの特性を一覧にしたものである。図７において、センサの種類として、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）を用いた場合、カメラを用いた場合、及び、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）とカメラとを用いた場合である。特性としては、コスト、検知範囲及び識別能力である。２種類のセンサによる環境認識には、コスト、検知範囲、識別能力の面で図７のようなメリット・デメリットがある。ここで、識別能力とは、人や壁などの物体（個体）を識別する能力を指している。
【００３０】
図７において、特性が優れている場合は○で、劣っている場合は×で、その中間の場合は△で表している。
それぞれのセンサの特性について具体的に述べる。
【００３１】
まず、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）はカメラに比べて一般に広範囲の画角を有し、検知範囲に優れる。しかし、物体の位置情報のみを取得するセンサであるため、物体同士が検出ライン上で重なった場合に、それぞれの物体を識別する能力に乏しい。
【００３２】
次に、カメラは物体の形状と色についての情報を取得できるため、個々の物体を識別する能力に優れている。しかし、カメラの画角はレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）に比べて狭いため、検知範囲が狭い。加えて、カメラから得る情報は二次元的であるため、一次元情報を出力するレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）と比較し、情報の処理にかかるコストが高い。
【００３３】
これらのセンサの欠点を解決するために、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）とカメラを組み合わせて用いることが考えられる。レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）とカメラを組み合わせることで、検知範囲と識別能力の両立が実現できる。しかし、センサが出力する情報を処理するコストが高くなる。また、高機能な演算部が必要となるとともに処理負荷が大きくなることに伴い発熱量が大きくなることにより演算部を冷却するための冷却装置の搭載が必要となる。このため、環境認識装置をロボットなどに組み込む際に設計上の制約が発生する。
【００３４】
本実施形態においては、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）とリニアイメージセンサの組み合わせによる環境認識を行うべく、まず、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）によって広範囲の環境認識を行い、周囲に存在する物体の数と位置を把握する。その後、リニアイメージセンサを個々の物体に対して向けることで、物体の形状と色についての情報を取得する。物体毎の形状と色を比較することで、個々の物体を識別する。ここで、リニアイメージセンサが出力する情報は一次元的であり、カメラに比べて情報を処理するのに必要なコストが少ない。そのため、従来の環境認識装置に比べ演算負荷が軽くなることから冷却装置での消費電力の少なく、カメラに比べリニアイメージセンサを用いることにより小型の環境認識装置を実現できる。その結果、従来品よりも計算コストが低く小型な環境認識装置を構築できる。
【００３５】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）環境認識装置１０の構成として、基台２０に装着され、基台２０の周囲に存在する物体の位置情報を取得する第１のセンサ３０と、基台２０に装着され、第１のセンサ３０の画角よりも狭い画角を有し、基台２０の周囲に存在する物体の画像情報を取得する第２のセンサ４０を備える。さらに、環境認識装置１０は、第１のセンサ３０により取得した物体の位置情報から第２のセンサ４０の視界に物体を入れることにより取得した第２のセンサ４０による物体の画像情報、及び、第１のセンサ３０により取得した物体の位置情報から周囲の環境を認識する演算部５０を備える。よって、容易に周囲の環境を認識することができる。
【００３６】
（２）基台２０に、第２のセンサ４０を物体に向かせるための向き変更手段としてのアクチュエータ６０を更に備える。よって、容易に第２のセンサ４０を物体に向かせることができる。
【００３７】
（３）第１のセンサ３０はレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）であり、第２のセンサ４０はリニアイメージセンサであるので、実用的である。
（４）演算部５０は、第１のセンサ３０であるレーザレンジファインダによって基台２０の周囲に存在する物体の数と位置を検知し、第２のセンサ４０であるリニアイメージセンサによって物体の形状と色を検知し、この物体の位置と形状と色から、保存してある参照情報と照合する。よって、時系列で周囲の環境を認識することができる。
【００３８】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  図６に示すように、４輪オムニホイール車両等の車体を旋回させることでリニアイメージセンサ（４０）の向きを変更するようにしてもよい。この場合、追加のアクチュエータが不要である。つまり、図６においては、基台２１における左右には車輪２２，２３が設けられ、車輪２２又は車輪２３を正逆回転する、あるいは、車輪２２及び車輪２３を正逆回転することにより、その場所での旋回によって基台２０の向きを変えて第２のセンサ４０を物体に向かせる。
【００３９】
○  第１のセンサ３０はレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）であったが、超音波方式のセンサであってもよい。
○  第２のセンサ４０はリニアイメージセンサであったが、これに限ることはない。つまり、色（カラー）についての情報も取得できるものであったが白黒の情報を取得できるものであってもよい。
【００４０】
○  第２のセンサとしてリニアイメージセンサを用いたが、これに限ることはない。例えば、一次元画像に代わり二次元画像をとることができるセンサであってもよい。
○  車両に環境認識装置１０を搭載したが、これに限らない。例えば、移動ロボットに環境認識装置１０を搭載してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０…環境認識装置、２０…基台、３０…第１のセンサ、４０…第２のセンサ、５０…演算部、６０…アクチュエータ。
【図１】
2018146440.tif 000003
【図２】
2018146440.tif 000004
【図３】
2018146440.tif 000005
【図４】
2018146440.tif 000006
【図５】
2018146440.tif 000007
【図６】
2018146440.tif 000008
【図７】
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