(57)【要約】【課題】自己位置及び自己方位の少なくとも一方の推定方法において、マーカが撮像された撮像画像を用いた画像処理による方法と、センサの検知結果を用いた方法とを併用する場合の制御を効率的に行うこと。【解決手段】外部から送信された測位情報を受信し、受信された前記測位情報に基づいて、前記所定の座標系における前記測位情報の受信位置を特定し、実世界に配置された異なる複数のマーカのうち少なくともいずれかのマーカが、特定された前記受信位置を基準とする所定の範囲内に存在するか否かを判断し、前記マーカが前記所定の範囲内に存在すると判断された場合に、撮像装置に自己が向いている方向を撮像させることにより撮像画像を取得し、取得された前記撮像画像に前記マーカが撮像されているか否かを判断し、前記所定の座標系における前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出する。【選択図】図３
2015055534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の座標系における自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定する情報処理装置であって、
外部から送信された測位情報を受信する測位情報受信部と、
受信された前記測位情報に基づいて、前記所定の座標系における前記測位情報の受信位置を特定する受信位置特定部と、
実世界に配置された異なる複数のマーカのうち少なくともいずれかのマーカが、特定された前記受信位置を基準とする所定の範囲内に存在するか否かを判断するマーカ存否判断部と、
前記マーカが前記所定の範囲内に存在すると判断された場合に、撮像装置に自己が向いている方向を撮像させることにより撮像画像を取得する撮像画像取得部と、
取得された前記撮像画像に前記マーカが撮像されているか否かを判断するマーカ撮像判断部と、
前記所定の座標系における前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出する自己位置・自己方位算出部と、
を備え、
前記自己位置・自己方位算出部は、
前記マーカが前記所定の範囲内に存在すると判断され、かつ、前記撮像画像に前記マーカが撮像されていると判断された場合、取得された撮像画像内の前記マーカに基づいて前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出し、
前記マーカが前記所定の範囲内に存在しないと判断された場合、若しくは、前記撮像画像に前記マーカが撮像されていないと判断された場合、特定された前記受信位置を示す受信位置情報と、自律航法に用いられる物理量を計測するためのセンサにより計測された前記物理量とに基づいて前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出することを特徴とする情報処理装置。
【請求項２】
使用されている状況が、前記センサに所定以上の誤差を与える状況であるか否かを判断する使用状況判断部を備え、
前記マーカ存否判断部は、前記状況が前記センサに所定以上の誤差を与える状況であると判断された場合に、前記マーカが前記所定の範囲内に存在するか否かを判断し、
前記自己位置・自己方位算出部は、前記センサに所定以上の誤差を与える状況でないと判断された場合、前記受信位置情報と前記センサにより計測された前記物理量とに基づいて前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記撮像画像に前記マーカが撮像されていると判断された場合、撮像されていると判断された前記マーカを特定するマーカ特定部を備え、
前記自己位置・自己方位算出部は、
前記マーカを基準としたマーカ座標系を世界座標系に変換するため第一の座標系変換情報が前記複数のマーカ毎に登録された第一の座標系変換情報登録リストから、特定された前記マーカについての前記第一の座標系変換情報を抽出し、
前記撮像画像を取得するために前記撮像装置に撮像させた際の前記撮像装置の撮像方向を基準とした撮像座標系を、特定された前記マーカを基準としたマーカ座標系に変換するための第二の座標系変換情報を算出し、
抽出された前記第一の座標系変換情報と算出された前記第二の座標系変換情報とから、前記撮像座標系を前記世界座標系に変換するための第三の座標系変換情報を算出し、
算出された前記第三の座標系変換情報を構成する回転成分から前記世界座標系における各軸周りの回転角を前記世界座標系における前記自己方位として算出し、前記第三の座標系変換情報を構成する並進成分から前記世界座標系における各軸方向への移動距離を前記世界座標系における前記自己位置として算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記自己位置・自己方位算出部は、算出された前記回転角から前記所定の座標系における自己方位を算出し、前記移動距離から前記所定の座標系における自己位置を算出することを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
【請求項５】
マーカ特定部は、前記複数のマーカそれぞれの特徴を示すマーカ特徴情報が前記複数のマーカ毎に登録されたマーカ特徴情報登録リストを参照して、撮像されていると判断された前記マーカを特定することを特徴とする請求項３又は４に記載の情報処理装置。
【請求項６】
マーカ存否判断部は、前記複数のマーカそれぞれの前記所定の座標系における位置を示すマーカ位置情報が前記複数のマーカ毎に登録されたマーカ位置情報登録リストを参照して、前記マーカが前記所定の範囲内に存在するか否かを判断する請求項１乃至５いずれか１項に記載の情報処理装置。
【請求項７】
前記マーカ特定部は、撮像されていると判断された前記マーカを特定する祭、前記複数のマーカのうち前記所定の範囲内に存在するマーカの前記マーカ特徴情報と、撮像されていると判断された前記マーカの特徴情報との一致率を算出することにより、撮像されていると判断された前記マーカを特定することを特徴とする請求項３乃至６いずれか１項に記載の情報処理装置。
【請求項８】
所定の座標系における自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定する情報処理装置の制御プログラムであって、
外部から送信された測位情報を受信するステップと、
受信された前記測位情報に基づいて、前記所定の座標系における前記測位情報の受信位置を特定するステップと、
実世界に配置された異なる複数のマーカのうち少なくともいずれかのマーカが、特定された前記受信位置を基準とする所定の範囲内に存在するか否かを判断するステップと、
前記マーカが前記所定の範囲内に存在すると判断された場合に、撮像装置に自己が向いている方向を撮像させることにより撮像画像を取得するステップと、
取得された前記撮像画像に前記マーカが撮像されているか否かを判断するステップと、
前記マーカが前記所定の範囲内に存在すると判断され、かつ、前記撮像画像に前記マーカが撮像されていると判断された場合、取得された撮像画像内の前記マーカに基づいて前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出するステップと、
前記マーカが前記所定の範囲内に存在しないと判断された場合、若しくは、前記撮像画像に前記マーカが撮像されていないと判断された場合、特定された前記受信位置を示す受信位置情報と、自律航法に用いられる物理量を計測するためのセンサにより計測された前記物理量とに基づいて前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出するステップとを情報処理装置に実行させることを特徴とする情報処理装置の制御プログラム。
【請求項９】
所定の座標系における自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定する情報処理装置の制御方法であって、
外部から送信された測位情報を受信し、
受信された前記測位情報に基づいて、前記所定の座標系における前記測位情報の受信位置を特定し、
実世界に配置された異なる複数のマーカのうち少なくともいずれかのマーカが、特定された前記受信位置を基準とする所定の範囲内に存在するか否かを判断し、
前記マーカが前記所定の範囲内に存在すると判断された場合に、撮像装置に自己が向いている方向を撮像させることにより撮像画像を取得し、
取得された前記撮像画像に前記マーカが撮像されているか否かを判断し、
前記マーカが前記所定の範囲内に存在すると判断され、かつ、前記撮像画像に前記マーカが撮像されていると判断された場合、取得された撮像画像内の前記マーカに基づいて前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出し、
前記マーカが前記所定の範囲内に存在しないと判断された場合、若しくは、前記撮像画像に前記マーカが撮像されていないと判断された場合、特定された前記受信位置を示す受信位置情報と、自律航法に用いられる物理量を計測するためのセンサにより計測された前記物理量とに基づいて前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出することを特徴とする情報処理装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報処理装置、情報処理装置の制御プログラム及び情報処理装置の制御方法に関し、特に、情報処理装置の自己位置推定方法及び自己方位推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、現在地周辺の施設情報や道路情報等の周辺情報を提示し、若しくは、目的地への経路案内を行なうナビゲーション機能を搭載した情報処理装置（以下、「ナビゲーション装置」とする）が普及している。このようなナビゲーション装置は通常、予め作成された地図データに基づいて表示画面上に現在地周辺の地図を表示し、その現在地周辺の地図上に上記周辺情報や、経路案内に必要な情報、例えば、目的地までのルートや距離、進行方向を示す矢印等を重畳させて表示することでその機能を実現している。従って、このようなナビゲーション装置がその機能を実現するためには、ナビゲーション装置の位置を示す自己位置及びナビゲーション装置の正面方向の方位を示す自己方位が必要となる。
【０００３】
そこで、このようなナビゲーション装置のうち、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ＧＰＳ）やＩＭＥＳ（Ｉｎｄｏｏｒ  ＭＥｓｓａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等の測位システム機能を搭載し、加速度センサ、ジャイロセンサを備えるナビゲーション装置が提案され既に知られている。
【０００４】
このようなナビゲーション装置は、測位システムから得られた三次元位置情報を基本として自己位置及び自己方位を推定するが、その情報だけでは推定精度に誤差があるため、上記センサ類から取得した計測結果による自律航法との併用により推定するようになっている。
【０００５】
このようなナビゲーション装置は、例えば、磁場や電場が発生するような地磁気に影響を与える環境で使用される場合や、不適正な姿勢や角度で使用される場合等、上記センサ類に誤差を与えるような状況で使用される場合には、自己位置及び自己方位推定の推定精度が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
そこで、このような問題を回避するために、屋内や路上等に配置されたマーカを撮像し、生成された撮像画像におけるマーカの角度と、そのマーカについて設定された位置や方位に基づいて自己位置及び自己方位を推定するナビゲーション装置が提案されすでに知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなナビゲーション装置は、撮像画像内の座標系における上記マーカの座標と、実世界の座標系における上記マーカの座標とのマッチング処理により自己位置及び自己方位を推定するようになっている。
【０００７】
特許文献１に開示されているようなナビゲーション装置によれば、上記センサ類を用いることなく自己位置及び自己方位を推定することができるため、使用状況に依存せず安定した推定精度を確保することが可能となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようなナビゲーション装置は、正面方向を撮像した際に、その撮像画像内に１つ以上のマーカが含まれていなければ自己位置及び自己方位を推定することができないが、その撮像画像内に必ず１つ以上のマーカが含まれるようにするためには、実世界に無数のマーカが配置されていなければならず、広範囲において自己位置及び自己方位を推定することは事実上不可能であるという問題がある。
【０００９】
一方で、このような問題を回避するためには、上述したように、測位システムから得られた三次元位置情報と自律航法との併用により自己位置及び自己方位を推定するようにすれば良いが、これでは、上記センサ類に誤差を与えるような状況で使用される場合には、自己位置及び自己方位推定の推定精度が低下してしまうという問題が解決されなくなってしまう。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、自己位置及び自己方位の少なくとも一方の推定方法において、マーカが撮像された撮像画像を用いた画像処理による方法と、センサの検知結果を用いた方法とを併用する場合の制御を効率的に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、所定の座標系における自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定する情報処理装置であって、外部から送信された測位情報を受信する測位情報受信部と、受信された前記測位情報に基づいて、前記所定の座標系における前記測位情報の受信位置を特定する受信位置特定部と、実世界に配置された異なる複数のマーカのうち少なくともいずれかのマーカが、特定された前記受信位置を基準とする所定の範囲内に存在するか否かを判断するマーカ存否判断部と、前記マーカが前記所定の範囲内に存在すると判断された場合に、撮像装置に自己が向いている方向を撮像させることにより撮像画像を取得する撮像画像取得部と、取得された前記撮像画像に前記マーカが撮像されているか否かを判断するマーカ撮像判断部と、前記所定の座標系における前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出する自己位置・自己方位算出部と、を備え、前記自己位置・自己方位算出部は、前記マーカが前記所定の範囲内に存在すると判断され、かつ、前記撮像画像に前記マーカが撮像されていると判断された場合、取得された撮像画像内の前記マーカに基づいて前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出し、前記マーカが前記所定の範囲内に存在しないと判断された場合、若しくは、前記撮像画像に前記マーカが撮像されていないと判断された場合、特定された前記受信位置を示す受信位置情報と、自律航法に用いられる物理量を計測するためのセンサにより計測された前記物理量とに基づいて前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の態様は、所定の座標系における自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定する情報処理装置の制御プログラムであって、外部から送信された測位情報を受信するステップと、受信された前記測位情報に基づいて、前記所定の座標系における前記測位情報の受信位置を特定するステップと、実世界に配置された異なる複数のマーカのうち少なくともいずれかのマーカが、特定された前記受信位置を基準とする所定の範囲内に存在するか否かを判断するステップと、前記マーカが前記所定の範囲内に存在すると判断された場合に、撮像装置に自己が向いている方向を撮像させることにより撮像画像を取得するステップと、取得された前記撮像画像に前記マーカが撮像されているか否かを判断するステップと、前記マーカが前記所定の範囲内に存在すると判断され、かつ、前記撮像画像に前記マーカが撮像されていると判断された場合、取得された撮像画像内の前記マーカに基づいて前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出するステップと、前記マーカが前記所定の範囲内に存在しないと判断された場合、若しくは、前記撮像画像に前記マーカが撮像されていないと判断された場合、特定された前記受信位置を示す受信位置情報と、自律航法に用いられる物理量を計測するためのセンサにより計測された前記物理量とに基づいて前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出するステップとを情報処理装置に実行させることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の更に他の態様は、所定の座標系における自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定する情報処理装置の制御方法であって、外部から送信された測位情報を受信し、受信された前記測位情報に基づいて、前記所定の座標系における前記測位情報の受信位置を特定し、実世界に配置された異なる複数のマーカのうち少なくともいずれかのマーカが、特定された前記受信位置を基準とする所定の範囲内に存在するか否かを判断し、前記マーカが前記所定の範囲内に存在すると判断された場合に、撮像装置に自己が向いている方向を撮像させることにより撮像画像を取得し、取得された前記撮像画像に前記マーカが撮像されているか否かを判断し、前記マーカが前記所定の範囲内に存在すると判断され、かつ、前記撮像画像に前記マーカが撮像されていると判断された場合、取得された撮像画像内の前記マーカに基づいて前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出し、前記マーカが前記所定の範囲内に存在しないと判断された場合、若しくは、前記撮像画像に前記マーカが撮像されていないと判断された場合、特定された前記受信位置を示す受信位置情報と、自律航法に用いられる物理量を計測するためのセンサにより計測された前記物理量とに基づいて前記自己位置及び前記自己方位の少なくとも一方を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、自己位置及び自己方位の少なくとも一方の推定方法において、マーカが撮像された撮像画像を用いた画像処理による方法と、センサの検知結果を用いた方法とを併用する場合の制御を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るナビゲーションシステムの運用形態を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置のハードウェア構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の機能構成を模式的に示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係るマーカ特徴情報登録リストの一例を示す図である。
【図５】世界測地系を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るマーカ位置情報登録リストの一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るマーカ座標系の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る世界座標系の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係るマーカ座標系変換情報登録リストの一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る変換行列ｍＴｗを説明するための図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置が自己位置及び自己方位を推定する際の処理を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置が、現在地周辺にマーカが存在するか否かを判断する際の処理を説明するためのフローチャートである。
【図１３】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置が、撮像されているマーカに基づいて自己位置及び自己方位を算出する際の処理を説明するためのフローチャートである。
【図１４】本発明の実施形態に係る変換行列ｃＴｍを説明するための図である。
【図１５】本発明の実施形態に係るカメラ座標系の一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る変換行列ｃＴｗを説明するための図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る座標系の変換処理を視覚化して示す図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る自己位置及び自己方位の世界座標系から世界測地系への変換処理を視覚化して示す図である。
【図１９】本発明の他の実施形態に係るナビゲーション装置が自己位置及び自己方位を推定する際の処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。本実施形態においては、利用者に対して現在地周辺の施設情報や道路情報等の周辺情報を提示し、若しくは、目的地への経路案内を行なう等のナビゲーションを行うナビゲーションシステムにおいて利用されるナビゲーション機能を搭載した情報処理装置（以下、「ナビゲーション装置」とする）を例として説明する。
【００１７】
本実施形態に係るナビゲーション装置は、実世界に配置された三次元位置座標が既知の複数の異なるマーカのうち、ナビゲーション装置の正面方向に存在するマーカを撮像し、その撮像画像を用いた画像処理により自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定することができるように構成されている。また、本実施形態に係るナビゲーション装置は、この他、地磁気センサ、ジャイロセンサ、加速度センサの各センサを備え、それらの各センサから取得された計測データを用いた自律航法により自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定することができるように構成されている。
【００１８】
即ち、本実施形態に係るナビゲーション装置は、マーカを撮像してその撮像画像を用いた画像処理により自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定し、若しくは、センサの検知結果を用いた自律航法により自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定することができるように構成されている。
【００１９】
このように構成されたナビゲーション装置において、本実施形態に係る要旨の一つは、マーカを撮像してその撮像画像を用いた画像処理により自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定する場合と、センサの検知結果を用いた自律航法により自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定する場合とを、使用されている状況に応じて切り替えることにある。
【００２０】
従って、本実施形態に係るナビゲーション装置によれば、自己位置推定及び自己方位推定の度に撮像及び画像処理を行う必要がないので、撮像装置を駆動させる必要がなく、また、演算装置の負荷を低減させることが可能となる。これにより、本実施形態に係るナビゲーション装置が自己位置及び自己方位の少なくとも一報を推定する場合において、消費電力を低減させ、かつ、処理時間を短縮させることが可能となる。
【００２１】
また、本実施形態に係るナビゲーション装置によれば、マーカが配置されていない、若しくは、マーカが撮像されないような状況で使用される場合、センサの検知結果を用いた自律航法により自己位置及び自己方位を推定するので、そのような状況で使用される場合であっても自己位置及び自己方位を推定することが可能となる。これにより、本実施形態に係るナビゲーション装置は、広範囲において自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定することが可能となる。
【００２２】
さらに、本実施形態に係るナビゲーション装置によれば、各センサに誤差を与えるような状況で使用される場合、マーカを撮像してその撮像画像を元に自己位置及び自己方位を推定するので、そのような状況で使用される場合であっても誤差なく自己位置及び自己方位を推定することが可能である。これにより、本実施形態に係るナビゲーション装置は、使用状況に依らず精度良く自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定することが可能となる。
【００２３】
このように、本実施形態においては、自己位置及び自己方位の少なくとも一方の推定方法において、マーカが撮像された撮像画像を用いた画像処理による方法と、センサの検知結果を用いた方法とを併用する場合の制御を効率的に行うことができる。
【００２４】
まず、本実施形態に係るナビゲーションシステムの運用形態について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るナビゲーションシステムの運用形態の例を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るナビゲーションシステムは、ナビゲーション装置１が利用者に携帯されて、屋外ではＧＰＳ衛星２から測位情報を取得し、屋内では屋内ＧＰＳ送信機３から測位情報を取得するように構成される。また、図１に示すように、本実施形態に係るナビゲーションシステムは、複数のマーカ４が、道路、建物の外壁や内壁、床、天井等、屋内外に配置されて構成される。
【００２５】
ナビゲーション装置１は、ＧＰＳ機能が搭載されているＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、カーナビゲーション装置、ＰＮＤ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の情報処理端末により実現される。尚、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、携帯型の情報処理端末に限定されず、自動車や自動二輪車等に取り付けられて用いられる取り付け型の情報処理端末であっても良い。また、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、撮像装置を備え、自身の正面方向を撮像することができる。
【００２６】
ＧＰＳ衛星２は、ＧＰＳで用いられる人工衛星であり、搭載した高精度原子時計による時刻情報と、全衛星の概略精度の天体暦と、衛星自身の天体暦とを含むデータを測位情報として信号に乗せて送信している。ナビゲーション装置１は、この信号を受信することにより、複数の衛星からの測位情報を元に、世界測地系における受信地点の正確な三次元位置情報を取得することができる。即ち、ナビゲーション装置１は、ＧＰＳ衛星２から送信された時刻と受信した時刻との差から、複数のＧＰＳ衛星２との距離を計算し、その情報を基に世界測地系における受信地点の三次元位置を特定する。
【００２７】
屋内ＧＰＳ送信機３は、ＧＰＳ信号の受信強度が大幅に下がる建物内部や地下街等の屋内での測位を可能にするための屋内測位技術の一つであるＩＭＥＳ（Ｉｎｄｏｏｒ  ＭＥｓｓａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）に用いられる送信機であって、ＧＰＳ衛星２と同じ電波形式で時刻情報や天体暦の代わりに屋内ＧＰＳ送信機３自身の位置情報を測位情報として信号に乗せて送信している。ナビゲーション装置１は、この信号を受信することにより、屋内においても、世界測地系における受信地点の正確な三次元位置情報を取得することができる。即ち、ナビゲーション装置１は、屋内ＧＰＳ送信機３から送信された測位情報を基に世界測地系における受信地点の三次元位置を特定する。
【００２８】
このように、本実施形態に係るナビゲーションシステムにおいては、ナビゲーション装置１の屋内外でのシームレスな三次元位置情報の取得が可能となる。即ち、本実施形態においては、測位情報が、受信位置情報として使用される。以下では、ＧＰＳとＩＭＥＳとを特に区別する必要がない場合には、それらをまとめて測位ステムと称する。
【００２９】
マーカ４は、屋内外に複数配置されて本実施形態に係るナビゲーションシステムにおいてランドマークとして利用される物体であって、それぞれ異なる特徴を有する。この特徴により、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、どの角度・距離からマーカ４を観測しても、それがマーカ４であることを検知することができ、さらに、どのマーカ４であるかを識別することができる。
【００３０】
即ち、本実施形態に係るマーカ４は、ナビゲーション装置１がどの角度・距離からマーカ４を観測しても、それがマーカ４であることを検知することができ、さらに、どのマーカ４であるかを識別することができる特徴を有する。このような特徴としては、例えば、マーカ４自体の形状やサイズ、マーカ４にプリントされた模様、柄、文字、文字列、記号、パターン等のいずれか若しくはそれらの組み合わせが挙げられる。本実施形態においては、上記特徴を有するシート様（平面状）の部材をマーカ４として使用しているが、これに限らず、上記特徴を有する立体物であっても良い。
【００３１】
次に、本実施形態に係るナビゲーション装置１を構成するハードウェアについて、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係るナビゲーション装置１のハードウェア構成を模式的に示すブロック図である。
【００３２】
図２に示すように、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１０、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２０、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）３０、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）４０及びＩ／Ｆ５０がバス８０を介して接続されている。また、Ｉ／Ｆ５０にはＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）６０及び操作部７０が接続されている。
【００３３】
ＣＰＵ１０は演算手段であり、ナビゲーション装置１全体の動作を制御する。ＲＡＭ２０は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ１０が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＲＯＭ３０は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。ＨＤＤ４０は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム等が格納される。
【００３４】
Ｉ／Ｆ５０は、バス８０と各種のハードウェアやネットワーク等を接続し制御する。ＬＣＤ６０は、利用者がナビゲーション装置１の状態を確認するための視覚的利用者インタフェースである。操作部７０は、キーボード、マウス、各種のハードボタン、タッチパネル等、利用者がナビゲーション装置１に情報を入力するための利用者インタフェースである。
【００３５】
このようなハードウェア構成において、ＲＯＭ３０やＨＤＤ４０若しくは図示しない光学ディスク等の記憶媒体に格納されたプログラムがＲＡＭ２０に読み出され、ＣＰＵ１０がそれらのプログラムに従って演算を行うことによりソフトウェア制御部が構成される。このようにして構成されたソフトウェア制御部と、ハードウェアとの組み合わせによって、本実施形態に係るナビゲーション装置１の機能を実現する機能ブロックが構成される。
【００３６】
次に、本実施形態に係るナビゲーション装置１の機能構成について、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態に係るナビゲーション装置１の機能構成を模式的に示すブロック図である。尚、図３においては、電気的接続を実線の矢印で示している。図３に示すように、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、コントローラ１００、ディスプレイパネル１１０、測位情報受信Ｉ／Ｆ１２０、撮像装置１３０、地磁気センサ１４０、ジャイロセンサ１５０、加速度センサ１６０、記憶部１７０を有する。
【００３７】
コントローラ１００は、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって構成される。具体的には、ＲＯＭ３０やＨＤＤ４０等の不揮発性記憶媒体に格納されたファームウェア等の制御プログラムが、ＲＡＭ２０にロードされ、それらのプログラムに従ってＣＰＵ１０が演算を行うことにより構成されるソフトウェア制御部と集積回路などのハードウェアとによってコントローラ１００が構成される。コントローラ１００は、ナビゲーション装置１全体を制御する制御部として機能する。
【００３８】
このように構成されたコントローラ１００はさらに、主制御部１０１、操作表示制御部１０２、撮像制御部１０３、測位情報入力制御部１０４、計測データ入力制御部１０５、自己位置・自己方位算出部１０６を含む。
【００３９】
主制御部１０１は、コントローラ１００に含まれる各部を制御する役割を担い、コントローラ１００の各部に命令を与える。操作表示制御部１０２は、ディスプレイパネル１１０に情報表示を行い若しくはディスプレイパネル１１０を介して入力された情報を主制御部１０１に通知する。撮像制御部１０３は、撮像装置１３０を制御する。また、撮像制御部１０３は、撮像装置１３０を動作させることにより撮像させた撮像画像をデジタルデータとして主制御部１０１に入力する。
【００４０】
測位情報入力制御部１０４は、ＧＰＳ衛星２若しくは屋内ＧＰＳ送信機３から送信されて測位情報受信Ｉ／Ｆ１２０で受信された信号を主制御部１０１に入力する。計測データ入力制御部１０５は、地磁気センサ１４０による計測結果である地磁気データ、ジャイロセンサ１５０による計測結果である角速度データ、加速度センサ１６０による計測結果である加速度データを主制御部１０１に入力する。
【００４１】
自己位置・自己方位算出部１０６は、測位システムから受信した測位情報を元に、記憶部１７０に記憶されている自己位置・方位算出プログラム１７４に従って演算を行い、世界測地系における上記測位情報の受信地点の三次元位置情報を取得する。
【００４２】
また、自己位置・自己方位算出部１０６は、測位システムにより取得された三次元位置情報と、地磁気センサ１４０、ジャイロセンサ１５０、加速度センサ１６０から入力された計測データとを元に、記憶部１７０に記憶されている自己位置・方位算出プログラム１７４に従って演算を行い、世界測地系における自己位置及び自己方位を算出する。即ち、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、測位システムにより取得された三次元位置情報と、地磁気センサ１４０、ジャイロセンサ１５０、加速度センサ１６０から入力された計測データによる自律航法との併用により世界測地系における自己位置及び自己方位を推定するように構成されている。
【００４３】
このように、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、測位システムにより取得された三次元位置情報と自律航法との併用により自己位置及び自己方位を推定するようになっているが、これは、測位システムにより取得された三次元位置情報だけではその推定精度に誤差が生じるためである。
【００４４】
さらに、自己位置・方位算出部１０７は、撮像装置１３０により取得された撮像画像に撮像されているマーカ４を元に、記憶部１７０に記憶されている自己位置・方位算出プログラム１７４に従って演算を行い、世界測地系における自己位置及び自己方位を算出する。
【００４５】
ディスプレイパネル１１０は、ナビゲーション装置１の状態を視覚的に表示する出力インタフェースであると共に、タッチパネルとして利用者がナビゲーション装置１を直接操作し若しくはナビゲーション装置１に対して情報を入力する際の入力インタフェースでもある。ディスプレイパネル１１０は、図２に示すＬＣＤ６０及び操作部７０によって実現される。
【００４６】
測位情報受信Ｉ／Ｆ１２０は、ナビゲーション装置１がＧＰＳ衛星２若しくは屋内ＧＰＳ送信機３から送信された信号を受信するためのインタフェースである。測位情報受信Ｉ／Ｆ１２０は、図２に示すＩ／Ｆ５０によって実現される。即ち、本実施形態においては、測位情報受信Ｉ／Ｆ１２０が、測位情報受信部として機能する。
【００４７】
撮像装置１３０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＯＭＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の、光学信号である画像を電気信号に変換する撮像素子（光学センサ）により画像を撮像するための装置である。
【００４８】
地磁気センサ１４０は、ナビゲーション装置１の現在地における地磁気の大きさ及び方向を計測する。ジャイロセンサ１５０は、ナビゲーション装置１の角速度を計測する。加速度センサ１６０は、ナビゲーション装置１の加速度を計測する。
【００４９】
記憶部１７０は、図２に示したＨＤＤ４０やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ  ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性の記憶媒体により実現され、マーカ特徴情報登録リスト１７１、マーカ位置情報登録リスト１７２、マーカ座標系変換情報登録リスト１７３、自己位置・自己方位算出プログラム１７４を記憶する。
【００５０】
マーカ特徴情報登録リスト１７１は、各マーカ４の特徴に関する情報（以下、「マーカ特徴情報」とする）がマーカ４毎に登録されたリストである。具体的には、本実施形態に係るマーカ特徴情報登録リスト１７１には、各マーカ４のマーカ特徴情報が、それらのマーカ４を識別するためのマーカＩＤに対応付けられて登録されている。ここで、特徴情報とは、上述した特徴、例えば、マーカ４自体の形状やサイズ、マーカ４にプリントされた模様、柄、文字、文字列、記号、パターン等のいずれか若しくはそれらの組み合わせを、コンピュータが解釈できるかたちでデータ化したものである。
【００５１】
このようなマーカ特徴情報登録リスト１７１の一例を図４に示す。図４は、本実施形態に係るマーカ特徴情報登録リスト１７１の一例を示す図である。尚、上述したように、実際にはマーカ特徴情報は、コンピュータが解釈できるかたちでデータ化されてマーカ特徴情報登録リスト１７１に登録されているが、図４においては便宜上、マーカ特徴情報を視覚化して示している。ナビゲーション装置１は、このようなマーカ特徴情報登録リスト１７１を参照することにより、マーカＩＤからそのマーカＩＤにより識別されるマーカ４のマーカ特徴情報を知ることができ、反対に、マーカ特徴情報からそのマーカ特徴情報を有するマーカ４を識別するためのマーカＩＤを知ることができる。
【００５２】
マーカ位置情報登録リスト１７２は、各マーカ４の世界測地系における三次元位置に関する情報（以下、「マーカ位置情報」とする）がマーカ４毎に登録されたリストである。ここで、世界測地系とは、地球上の位置を経緯度（経度・緯度）及び標高を用いる座標系のことである。このような世界測地系を図５に示す。図５は、世界測地系を示す図である。
【００５３】
具体的には、本実施形態に係るマーカ位置情報登録リスト１７２には、各マーカ４のマーカ位置情報として、経度（ＤＥＧ）、緯度（ＤＥＧ）、標高（ｍｍ）が、それらのマーカ４を識別するためのマーカＩＤに対応付けられて登録されている。このようなマーカ位置情報登録リスト１７２の一例を図６に示す。図６は、本実施形態に係るマーカ位置情報登録リスト１７２の一例を示す図である。
【００５４】
マーカ座標系変換情報登録リスト１７３は、各マーカ４を基準とした座標系（以下「マーカ座標系」とする）をそれぞれ世界座標系に変換するための座標系変換情報（以下、「マーカ座標系変換情報」とする）がマーカ４毎に登録されたリストである。ここで、マーカ座標系とは、各マーカ４に個別に定義された座標系であって、マーカ４の重心を原点とした三次元の直交座標系である。本実施形態に係るマーカ座標系の一例を図７に示す。図７は、本実施形態に係るマーカ座標系の一例を示す図である。
【００５５】
図７に示すように、本実施形態に係るマーカ座標系は、原点で互いに直行するＸｍ軸、Ｙｍ軸、Ｚｍ軸により定義され、このようなマーカ座標系においては、地球上の位置が（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）で表される。但し、図７に示すように、本実施形態に係るマーカ座標系では、Ｚｍ軸はマーカ４の平面に垂直であり、マーカ４の裏面から表面への方向を正の方向としている。また、図７に示すように、本実施形態に係るマーカ座標系では、Ｘｍ軸及びＹｍ軸はそれぞれマーカ４の各辺に平行である。
【００５６】
また、世界座標系とは、地球面上の所定の位置を原点とした三次元の直交座標系である。本実施形態に係る世界座標系の一例を図８に示す。図８は、本実施形態に係る世界座標系の一例を示す図である。本実施形態に係る世界座標系は、図８に示すように、原点で互いに直行するＸｗ軸、Ｙｗ軸、Ｚｗ軸により定義され、このような世界座標系においては、地球上の位置が（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）で表される。但し、図８に示すように、本実施形態に係る世界座標系では、Ｘｗ軸は、南極、北極、原点を通る平面に平行な軸であって北極方向を正の方向としており、Ｙｗ軸は東西方向に平行な軸であって東方向を正の方向としており、Ｚｗ軸は、原点と地球の中心とを通る軸であって原点から宇宙空間への方向を正の方向としている。
【００５７】
具体的には、本実施形態に係るマーカ座標系変換情報登録リスト１７３には、各マーカ４のマーカ座標系変換情報として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸周りの回転角度（ＤＥＧ）、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向への移動距離（ｍｍ）が、それらのマーカ４を識別するためのマーカＩＤに対応付けられて登録されている。このようなマーカ座標系情報登録リスト１７３の一例を図９に示す。図９は、本実施形態に係るマーカ座標系変換情報登録リスト１７３の一例を示す図である。
【００５８】
ナビゲーション装置１は、このようなマーカ座標系変換情報登録リスト１７３を参照することにより、各マーカのマーカ座標系から世界座標系への変換行列ｍＴｗをそれぞれ作成することができる。尚、本実施形態におけるマーカ座標系から世界座標系への変換は、回転と並進とにより実現される。そのため、本実施形態に係る変換行列ｍＴｗは、図１０に示すように、４×４の正方行列であって、回転成分及び並進成分により構成され、マーカ座標系に作用して世界座標系を得るための行列となる。図１０は、本実施形態に係る変換行列ｍＴｗを説明するための図である。即ち、本実施形態においては、マーカ座標系変換情報が第一の座標系変換情報として使用され、マーカ座標系変換情報登録リストが、第一の座標系変換情報登録リストとして使用される。
【００５９】
自己位置・自己方位算出プログラム１７４は、自己位置・自己方位算出部１０６が自己位置・自己方位を算出するために用いるプログラムである。
【００６０】
次に、本実施形態に係るナビゲーション装置１が自己位置及び自己方位を推定する際の処理について、図１１を参照して説明する。図１１は、本実施形態に係るナビゲーション装置１が自己位置及び自己方位を推定する際の処理を説明するためのフローチャートである。
【００６１】
図１１に示すように、本実施形態に係るナビゲーション装置１が自己位置及び自己方位を推定するにはまず、主制御部１０１は、測位システムから送信された測位情報を取得する（Ｓ１１０１）。主制御部１０１は、測位情報を取得すると、記憶部１７０から自己位置・自己方位算出プログラムを読み出す（Ｓ１１０２）。
【００６２】
主制御部１０１は、Ｓ１１０１で取得した測位情報を元に、Ｓ１１０２で読み出した自己位置・自己方位算出プログラムに従って自己位置・自己方位算出部１０６に演算を行わせることにより、世界測地系における上記測位情報の受信地点の三次元位置情報を取得する（Ｓ１１０３）。即ち、本実施形態においては、主制御部１０１が、受信位置特定部として機能する。
【００６３】
主制御部１０１は、測位システムにより受信地点の三次元位置情報を取得すると、使用状況が地磁気センサ１４０、ジャイロセンサ１５０、加速度センサ１６０の少なくともいずれかに誤差を与える状況であるか否かを判断する（Ｓ１１０４）。即ち、本実施形態においては、主制御部１０１が、使用状況判断部として機能する。主制御部１０１は、Ｓ１１０４の判断処理において、使用状況が上記センサ類の少なくともいずれかに誤差を与える状況であると判断すると（Ｓ１１０４／ＹＥＳ）、Ｓ１１０３で取得した三次元位置情報に基づいて、現在地周辺にマーカ４が存在するか否かを判断する（Ｓ１１０５）。即ち、本実施形態においては、主制御部１０１が、マーカ存否判断部として機能する。
【００６４】
尚、Ｓ１１０４の判断処理において、使用状況が上記センサ類の少なくともいずれかに誤差を与える状況であると判断される場合としては、例えば、磁場や電場が発生するような地磁気に影響を与える環境で使用される場合や、不適正な姿勢や角度で使用される場合等がある。Ｓ１１０５の判断処理の詳細については、図１２を参照して後述する。
【００６５】
主制御部１０１は、Ｓ１１０５の判断処理において、現在地周辺にマーカ４が存在すると判断した場合には（Ｓ１１０５／ＹＥＳ）、撮像制御部１０３を制御して撮像装置１３０にナビゲーション装置１の正面方向を撮像させ、その正面方向の撮像画像を取得する（Ｓ１１０６）。即ち、本実施形態においては、主制御部１０１が、撮像画像取得部として機能する。
【００６６】
主制御部１０１は、撮像画像を取得すると、その撮像画像にマーカ４が撮像されているか否かを判断する（Ｓ１１０７）。即ち、本実施形態においては、主制御部１０１が、マーカ撮像判断部として機能する。主制御部１０１は、Ｓ１１０７の判断処理において、Ｓ１１０６で取得した撮像画像にマーカ４が撮像されていると判断した場合には（Ｓ１１０７／ＹＥＳ）、撮像されているマーカ４を元に、Ｓ１１０２で読み出した自己位置・自己方位算出プログラムに従って自己位置・自己方位算出部１０６に演算を行わせることにより、世界測地系における自己位置及び自己方位を算出する（Ｓ１１０８）。このようにして算出された自己位置及び自己方位がそれぞれ、推定するべき自己位置及び自己方位である。このようにして、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、自己位置及び自己方位を推定する際の処理を終了する。Ｓ１１０８の算出処理の詳細については、図１３を参照して後述する。
【００６７】
一方、主制御部１０１は、Ｓ１１０４の判断処理において、使用状況が上記センサ類のいずれにも誤差を与える状況ではないと判断した場合（Ｓ１１０４／ＮＯ）、若しくは、現在地周辺にマーカ４が存在しないと判断した場合（Ｓ１１０５／ＮＯ）、若しくは、Ｓ１１０７の判断処理において、撮像画像にマーカ４が撮像されていると判断した場合（Ｓ１１０７／ＮＯ）には、Ｓ１１０３で取得された三次元位置情報と、地磁気センサ１４０、ジャイロセンサ１５０、加速度センサ１６０から入力された計測データとを元に、Ｓ１１０２で読み出した自己位置・自己方位算出プログラムに従って自己位置・自己方位算出部１０６に演算を行わせることにより、世界測地系における自己位置及び自己方位を算出する。即ち、このとき、主制御部１０１は、測位システムにより取得された三次元位置情報と、自律航法との併用により世界測地系における自己位置及び自己方位を算出する。このようにして算出された自己位置及び自己方位がそれぞれ、推定するべき自己位置及び自己方位である。このようにして、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、自己位置及び自己方位を推定する際の処理を終了する。
【００６８】
このように構成されたナビゲーション装置１において、本実施形態に係る要旨の一つは、マーカ４を撮像してその撮像画像を用いた画像処理により自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定する場合と、センサの検知結果を用いた自律航法により自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定する場合とを、使用されている状況に応じて切り替えることにある。
【００６９】
従って、本実施形態に係るナビゲーション装置１によれば、自己位置推定及び自己方位推定の度に撮像及び画像処理を行う必要がないので、撮像装置を駆動させる必要がなく、また、演算装置の負荷を低減させることが可能となる。これにより、本実施形態に係るナビゲーション装置１が自己位置及び自己方位の少なくとも一報を推定する場合において、消費電力を低減させ、かつ、処理時間を短縮させることが可能となる。
【００７０】
また、本実施形態に係るナビゲーション装置１によれば、マーカ４が配置されていない、若しくは、マーカ４が撮像されないような状況で使用される場合、センサの検知結果を用いた自律航法により自己位置及び自己方位を推定するので、そのような状況で使用される場合であっても自己位置及び自己方位を推定することが可能となる。これにより、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、広範囲において自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定することが可能となる。
【００７１】
さらに、本実施形態に係るナビゲーション装置１によれば、各センサに誤差を与えるような状況で使用される場合、マーカ４を撮像してその撮像画像を元に自己位置及び自己方位を推定するので、そのような状況で使用される場合であっても誤差なく自己位置及び自己方位を推定することが可能である。これにより、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、使用状況に依らず精度良く自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定することが可能となる。
【００７２】
このように、本実施形態においては、自己位置及び自己方位の少なくとも一方の推定方法において、マーカ４が撮像された撮像画像を用いた画像処理による方法と、センサの検知結果を用いた方法とを併用する場合の制御を効率的に行うことができる。
【００７３】
次に、本実施形態に係るナビゲーション装置１が、現在地周辺にマーカ４が存在するか否かを判断する際の処理について、即ち、図１１におけるＳ１１０５の判断処理の詳細について、図１２を参照して説明する。図１２は、本実施形態に係るナビゲーション装置１が、現在地周辺にマーカ４が存在するか否かを判断する際の処理を説明するためのフローチャートである。
【００７４】
図１２に示すように、本実施形態に係るナビゲーション装置１が、現在地周辺にマーカ４が存在するか否かを判断する際にはまず、主制御部１０１は、図１１におけるＳ１１０３で取得された三次元位置情報により特定される地点、即ち、受信地点を現在地と見做し、その現在地を基準とする所定の範囲を世界測地系に設定する（Ｓ１２０１）。ここで、所定の範囲は、例えば、測位システムの誤差を考慮して、その誤差をカバーすることができるように定められた範囲であっても良いし、予め利用者や管理者により定められて範囲であっても良い。
【００７５】
主制御部１０１は、所定の範囲を設定すると、マーカ位置情報登録リスト１７２に登録されている各マーカ位置情報と、Ｓ１２０１で設定された所定の範囲とその外との境界線を表す三次元位置情報とを照合し（Ｓ１２０２）、その結果、上記境界線の内側にマーカ４が存在するか否かを判断する（Ｓ１２０３）。
【００７６】
主制御部１０１は、Ｓ１２０３の判断処理で、上記境界線の内側にマーカ４が存在すると判断した場合には（Ｓ１２０３／ＹＥＳ）、現在地周辺にマーカ４が存在するものとして判断する（Ｓ１２０４）。一方、主制御部１０１は、Ｓ１２０３の判断処理で、上記境界線の内側にマーカ４が存在しないと判断した場合には（Ｓ１２０３／ＮＯ）、現在地周辺にマーカ４が存在しないものとして判断（Ｓ１２０５）。これにより、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、現在地周辺にマーカ４が存在するか否かを判断する際の処理を終了する。
【００７７】
尚、上記では、Ｓ１２０２において、主制御部１０１は、マーカ位置情報登録リスト１７２に登録されている各マーカ位置情報と、境界線を表す三次元位置情報とを照合する例について説明した。この他、Ｓ１２０２において、主制御部１０１は、マーカ位置情報登録リスト１７２に登録されている各マーカ位置情報と、Ｓ１２０１で設定された所定の範囲に含まれる地点の三次元位置情報とを照合するように構成されていても良い。このような構成された場合、Ｓ１２０３において、主制御部１０１は、Ｓ１２０３における照合の結果、上記三次元位置情報と一致するマーカ位置情報を有するマーカ４がマーカ位置情報登録リスト１７２に登録されているか否かを判断することになる。
【００７８】
そして、主制御部１０１は、Ｓ１２０３の判断処理において、上記三次元位置情報と一致するマーカ位置情報を有するマーカ４がマーカ位置情報登録リスト１７２に登録されていると判断した場合には、Ｓ１２０４において現在地周辺にマーカ４が存在するものとして判断し、登録されていないと判断した場合には、Ｓ１２０５において、現在地周辺にマーカ４が存在しないものとして判断する。
【００７９】
次に、本実施形態に係るナビゲーション装置１が、撮像されているマーカ４に基づいて自己位置及び自己方位を算出する処理について、即ち、図１１におけるＳ１１０８の算出処理の詳細について、図１３を参照して説明する。図１３は、本実施形態に係るナビゲーション装置１が、撮像されているマーカ４に基づいて自己位置及び自己方位を算出する際の処理を説明するためのフローチャートである。
【００８０】
図１３に示すように、本実施形態に係るナビゲーション装置１が、撮像されているマーカ４に基づいて自己位置及び自己方位を算出する際にはまず、主制御部１０１は、図１１におけるＳ１１０６で取得した撮像画像からマーカを検出する（Ｓ１３０１）。主制御部１０１は、Ｓ１３０１で検出したマーカのマーカ特徴情報と、記憶部１７０に記憶されているマーカ特徴情報登録リスト１７１に登録されている各マーカのマーカ特徴情報との一致率を算出する（Ｓ１３０２）。
【００８１】
尚、Ｓ１３０２の一致率の算出処理において、主制御部１０１は、マーカ特徴情報登録リスト１７１に登録されている全マーカのマーカ特徴情報を一致率算出の対象としてもよいが、これでは処理時間が長くなり、また、消費電力が大きくなってしまう。そこで、このような問題を回避するために、本実施形態においては、主制御部１０１は、Ｓ１３０２において、マーカ特徴情報登録リスト１７１に登録されている全マーカについてのマーカ特徴情報のうち、Ｓ１２０１で設定した所定の範囲内に存在し得るマーカについてのマーカ特徴情報のみを一致率算出の対象とするように構成されている。
【００８２】
そして、主制御部１０１は、Ｓ１３０２で算出した一致率をそれぞれ比較し（Ｓ１３０３）、一致率算出の対象となったマーカのうち最も一致率が高いマーカをＳ１３０１で撮像画像から検出したマーカとして特定する（Ｓ１３０４）。即ち、本実施形態においては、主制御部１０１が、マーカ特定部として機能する。
【００８３】
主制御部１０１は、マーカを特定すると、Ｓ１１０６で撮像装置１３０にナビゲーション装置１の正面方向を撮像させた際のカメラ座標系から、Ｓ１３０４で特定したマーカのマーカ座標系へ変換するための変換行列ｃＴｍを算出する（Ｓ１３０５）。尚、本実施形態におけるカメラ座標系からマーカ座標系への変換は、回転と並進とにより実現される。そのため、本実施形態に係る変換行列ｃＴｍは、図１４に示すように、４×４の正方行列であって、回転成分及び並進成分により構成され、カメラ座標系に作用してマーカ座標系を得るための行列となる。即ち、本実施形態においては、変換行列ｃＴｍが、第二の座標系変換情報として使用される。図１４は、本実施形態に係る変換行列ｃＴｍを説明するための図である。
【００８４】
ここで、カメラ座標系とは、撮像装置１３０の撮像方向を基準とした座標系であって、カメラの光学中心を原点とした三次元の直行座標系である。即ち、本実施形態においては、カメラ座標系が、撮像座標系として使用される。本実施形態に係るカメラ座標系の一例を図１５に示す。図１５は、本実施形態に係るカメラ座標系の一例を示す図である。
【００８５】
図１５に示すように、本実施形態に係るカメラ座標系は、原点で互いに直行するＸｃ軸、Ｙｃ軸、Ｚｃ軸により定義され、このようなカメラ座標系においては、地球上の位置が（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃ）で表される。但し、図１５に示すように、本実施形態に係るカメラ座標系では、撮像装置１３０の撮像方向をＺｃ軸と定義している。
【００８６】
主制御部１０１は、変換行列ｃＴｍを算出すると、マーカ座標系変換情報登録リスト１７３を参照することにより、Ｓ１３０４で特定したマーカのマーカ座標系から世界座標系への変換行列ｍＴｗを作成する（Ｓ１３０６）。
【００８７】
主制御部１０１は、変換行列ｍＴｗを作成すると、Ｓ１３０５で算出した変換行列ｃＴｍとＳ１３０６で作成致した変換行列ｍＴｗとから、即ち、ｃＴｍ・ｍＴｗにより、Ｓ１１０６で撮像装置１３０にナビゲーション装置１の正面方向を撮像させた際のカメラ座標系から世界座標系への変換行列ｃＴｗを算出する（Ｓ１３０７）。尚、本実施形態におけるカメラ座標系から世界座標系への変換は、回転と並進とにより実現される。そのため、本実施形態に係る変換行列ｃＴｗは、図１６に示すように、４×４の正方行列であって、回転成分及び並進成分により構成され、カメラ座標系に作用して世界座標系を得るための行列となる。図１６は、本実施形態に係る変換行列ｃＴｗを説明するための図である。即ち、本実施形態においては、変換行列ｃＴｗが、第三の座標系変換情報として使用される。
【００８８】
ここで算出された変換行列ｃＴｗが、世界座標系におけるナビゲーション装置１の自己位置及び自己方位を示すことになる。即ち、図１６に示した変換行列のうち、並進成分である３行１列の行列が世界座標系におけるナビゲーション装置１の自己位置に相当し、回転成分である３×３の正方行列が世界座標系におけるナビゲーション装置１の自己方位に相当する。
【００８９】
ここで、Ｓ１３０５、Ｓ１３０６、Ｓ１３０７における処理を視覚化したものを図１７に示す。図１７は、本実施形態に係る座標系の変換処理を視覚化して示す図である。
【００９０】
そして、主制御部１０１は、Ｓ１３０７で算出された変換行列ｃＴｗに基づいて、世界座標系におけるナビゲーション装置１の自己位置及び自己方位を、世界測地系におけるナビゲーション装置１の座標に換算する（Ｓ１３０８）。
【００９１】
ここで、Ｓ１３０８における処理を視覚化したものを図１８に示す。図１８は、本実施形態に係る自己位置及び自己方位の世界座標系から世界測地系への変換処理を視覚化して示す図である。
【００９２】
このとき、自己方位の世界座標系から世界測地系への換算に関しては、本実施形態に係る世界座標系は図８に示した通りであるため、図１６に示した変換行列のうち回転成分である３×３の正方行列から算出される各軸周りの回転角に基づいて行われる。
【００９３】
また、自己位置の世界座標系から世界測地系への換算に関しては、求めるべき世界測地系における緯度をφ、経度をλ、標高をＨとすると、例えば、下記式（１）〜（３）を計算することにより行われる。
【００９４】
【数１】
2015055534.tif 000003
【００９５】
【数２】
2015055534.tif 000004
【００９６】
【数３】
2015055534.tif 000005
【００９７】
但し、ｅは第一離心率を、Ｎは卯酉線曲率半径を、Ｎｇはジオイド高を表す。また、
【数４】
2015055534.tif 000006
である。
【００９８】
また、上記式（１）は、φｉをｉ回目の計算結果とし、
【数５】
2015055534.tif 000007
として、φが下記の条件式（６）を満たすように収束するまで繰り返し計算される。
【数６】
2015055534.tif 000008
【００９９】
このようにして、本実施形態に係るナビゲーション装置１が、撮像されているマーカ４に基づいて自己位置及び自己方位を算出する際の処理を終了する。
【０１００】
以上、説明したように、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、マーカ４を撮像してその撮像画像を用いた画像処理により自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定する場合と、センサの検知結果を用いた自律航法により自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定する場合とを、使用されている状況に応じて切り替えるように構成されている。
【０１０１】
従って、本実施形態に係るナビゲーション装置１によれば、自己位置推定及び自己方位推定の度に撮像及び画像処理を行う必要がないので、撮像装置を駆動させる必要がなく、また、演算装置の負荷を低減させることが可能となる。これにより、本実施形態に係るナビゲーション装置１が自己位置及び自己方位の少なくとも一報を推定する場合において、消費電力を低減させ、かつ、処理時間を短縮させることが可能となる。
【０１０２】
また、本実施形態に係るナビゲーション装置１によれば、マーカ４が配置されていない、若しくは、マーカ４が撮像されないような状況で使用される場合、センサの検知結果を用いた自律航法により自己位置及び自己方位を推定するので、そのような状況で使用される場合であっても自己位置及び自己方位を推定することが可能となる。これにより、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、広範囲において自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定することが可能となる。
【０１０３】
さらに、本実施形態に係るナビゲーション装置１によれば、各センサに誤差を与えるような状況で使用される場合、マーカ４を撮像してその撮像画像を元に自己位置及び自己方位を推定するので、そのような状況で使用される場合であっても誤差なく自己位置及び自己方位を推定することが可能である。これにより、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、使用状況に依らず精度良く自己位置及び自己方位の少なくとも一方を推定することが可能となる。
【０１０４】
このように、本実施形態においては、自己位置及び自己方位の少なくとも一方の推定方法において、マーカ４が撮像された撮像画像を用いた画像処理による方法と、センサの検知結果を用いた方法とを併用する場合の制御を効率的に行うことができる。
【０１０５】
尚、本実施形態においては、図１３を参照して説明したように、世界測地系におけるナビゲーション装置１の自己位置及び自己方位を推定する例について説明した。この他、世界座標系におけるナビゲーション装置１の自己位置及び自己方位を推定するように構成されていても良い。このように構成された場合、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、自己位置及び自己方位を算出する際、図１３におけるＳ１３０８の処理は行わず、Ｓ１３０７の処理までで終了することになる。このとき、本実施形態に係るナビゲーション装置１は、図１６に示した変換行列のうち、回転成分である３×３の正方行列から算出される各軸周りの回転角を自己方位とし、並進成分である３行１列の行列から得られる各軸方向への移動距離を自己位置として推定する。
【０１０６】
また、本実施形態においては、図１１を参照して説明したように、使用状況がセンサ類のいずれかに誤差を与える状況であるか否かを判断して、その結果に応じて、マーカ４に基づいて推定するのか、それとも、三次元位置情報と自律航法との併用により推定するのかを判断する例について説明した。この他、図１９に示すように、使用状況がセンサ類のいずれかに誤差を与えるか否かに関わらず、マーカ４に基づいて推定するのか、それとも、三次元位置情報と自律航法との併用により推定するのかを判断するように構成されていても良い。図１９は、他の実施形態に係るナビゲーション装置１が自己位置及び自己方位を推定する際の処理を説明するためのフローチャートである。
【０１０７】
また、本実施形態においては、図１１を参照して説明したように、Ｓ１１０５の判断処理において、現在地周辺にマーカ４が存在すると判断した場合には（Ｓ１１０５／ＹＥＳ）、自動的に周辺画像を撮像するように構成されている例について説明した。この他、Ｓ１１０５の判断処理において、現在地周辺にマーカ４が存在すると判断した場合に（Ｓ１１０５／ＹＥＳ）、その旨をユーザに通知して、ユーザの操作により周辺画像を撮像するように構成されていても良い。このように構成された場合、ナビゲーション装置１の利用者は、マーカ４が配置されている方向を意識的に撮像することになるため、そのマーカ４の近く若しくはその方向に広告等の情報を配置することでその情報に注目を集めることが可能となる。
【符号の説明】
【０１０８】
１  ナビゲーション装置
２  ＧＰＳ衛星
３  屋内ＧＰＳ送信機
４  マーカ
１０  ＣＰＵ
２０  ＲＡＭ
３０  ＲＯＭ
４０  ＨＤＤ
５０  Ｉ／Ｆ
６０  ＬＣＤ
７０  操作部
８０  バス
１００  コントローラ
１０１  主制御部
１０２  操作表示制御部
１０３  撮像制御部
１０４  測位情報入力制御部
１０５  計測データ入力制御部
１０６  自己位置・自己方位算出部
１１０  ディスプレイパネル
１２０  測位情報受信Ｉ／Ｆ
１３０  撮像装置
１４０  地磁気センサ
１５０  ジャイロセンサ
１６０  加速度センサ
１７０  記憶部
１７１  マーカ特徴情報登録リスト
１７２  マーカ位置情報登録リスト
１７３  マーカ座標系変換情報登録リスト
１７４  自己位置・自己方位算出プログラム
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０９】
【特許文献１】特開２００８−０７０６５３号公報
【図１】
2015055534.tif 000009
【図２】
2015055534.tif 000010
【図３】
2015055534.tif 000011
【図４】
2015055534.tif 000012
【図５】
2015055534.tif 000013
【図６】
2015055534.tif 000014
【図７】
2015055534.tif 000015
【図８】
2015055534.tif 000016
【図９】
2015055534.tif 000017
【図１０】
2015055534.tif 000018
【図１１】
2015055534.tif 000019
【図１２】
2015055534.tif 000020
【図１３】
2015055534.tif 000021
【図１４】
2015055534.tif 000022
【図１５】
2015055534.tif 000023
【図１６】
2015055534.tif 000024
【図１７】
2015055534.tif 000025
【図１８】
2015055534.tif 000026
【図１９】
2015055534.tif 000027