(57)【要約】【課題】  マークとそのマークを検出する移動体との距離や方向が大きく変化する環境においても、マークの位置及び向きを検出することが可能なマーク検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】  マーク検出装置１は、複数の撮像画像を入力する画像入力手段１０と、入力された画像の濃淡情報に基づいて、位置検出用マークＭのマークパターンの候補となる領域を抽出する領域抽出手段２０と、その領域毎に直線成分を検出する直線検出手段３０と、各マークパターンの配置の比率と、領域抽出手段２０で抽出された領域が直線上に存在する比率とに基づいて、位置検出用マークＭにおけるマークパターンの位置を検出するパターン検出手段５０と、撮像画像毎のマークパターンの位置に基づいて、位置検出用マークの３次元位置を算出する３次元位置算出手段６０を備えていることを特徴とする。【選択図】      図３
2005164323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に複数のマークパターンを配置してなる位置検出用マークであって、
前記一方向に長い第一のマークパターンと、
前記第一のマークパターンの長手方向の両脇にこれと離間して配置され、前記第一のマークパターンより短い第二及び第三のマークパターンとを備えることを特徴とする位置検出用マーク。
【請求項２】
前記第二及び第三のマークパターンは、前記一方向において互いに長さが異なることを特徴とする請求項１に記載の位置検出用マーク。
【請求項３】
前記第一のマークパターンにおける前記第二のマークパターン側の端部から、前記第二のマークパターンにおける前記第一のマークパターンから遠方にある端部までの距離と、前記第一のマークパターンにおける前記第三のマークパターン側の端部から、前記第三のマークパターンにおける前記第一のマークパターンから遠方にある端部までの距離とを略等しくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位置検出用マーク。
【請求項４】
前記マークパターンは、照射された方向に光を反射する再帰性反射材からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の位置検出用マーク。
【請求項５】
一方向に長さの異なるマークパターンをその長さ方向に沿って離間させて配置した、位置検出用マークを検出するマーク検出装置であって、
撮像装置から撮像画像を入力する画像入力手段と、
この画像入力手段で入力された撮像画像において、色情報又は濃淡情報に基づいて、前記位置検出用マークのマークパターンの候補となる領域を抽出する領域抽出手段と、
この領域抽出手段によって抽出された領域毎に、直線成分を検出する直線検出手段と、
予め定められた前記位置検出用マークにおける各マークパターンの配置の比率と、前記領域抽出手段で抽出された領域が前記直線成分で示される直線上に存在する比率とに基づいて、前記領域の中から、前記位置検出用マークにおけるマークパターンの位置を検出するパターン検出手段と、
を備えていることを特徴とするマーク検出装置。
【請求項６】
前記直線検出手段が、前記撮像画像のエッジを抽出したエッジ画像を生成するエッジ画像生成手段と、
このエッジ画像生成手段で生成されたエッジ画像に対してハフ変換を行うことで、前記直線成分を検出するハフ変換処理手段と、
を備えていることを特徴とする請求項５に記載のマーク検出装置。
【請求項７】
前記画像入力手段は、複数の撮像装置からそれぞれ撮像画像を入力するものであって、
前記パターン検出手段で検出された前記撮像画像毎の前記位置検出用マークにおけるマークパターンの位置に基づいて、前記位置検出用マークの３次元位置を算出する３次元マーク位置算出手段、
を備えていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のマーク検出装置。
【請求項８】
一方向に長さの異なるマークパターンをその長さ方向に沿って離間させて配置した、位置検出用マークを検出するマーク検出方法であって、
複数の撮像装置から撮像画像を入力する画像入力ステップと、
この画像入力ステップで入力された撮像画像において、色情報又は濃淡情報に基づいて、前記位置検出用マークのマークパターンの候補となる領域を抽出する領域抽出ステップと、
この領域抽出ステップで抽出された領域毎にエッジを検出することで、エッジ画像を生成するエッジ画像生成ステップと、
このエッジ画像生成ステップで生成されたエッジ画像に対してハフ変換を行うことで、当該エッジ画像から直線成分を検出するハフ変換処理ステップと、
予め定められた前記位置検出用マークにおける各マークパターンの配置の比率と、前記領域抽出ステップで抽出された領域が前記直線成分で示される直線上に存在する比率とに基づいて、前記領域の中から、前記位置検出用マークにおけるマークパターンの位置を検出するパターン検出ステップと、
このパターン検出ステップで検出された前記撮像画像毎のマークパターンの位置に基づいて、前記位置検出用マークの３次元位置を算出する３次元マーク位置算出ステップと、
を含んでいることを特徴とするマーク検出方法。
【請求項９】
一方向に長さの異なるマークパターンをその長さ方向に沿って離間させて配置した、位置検出用マークを検出するために、コンピュータを、
複数の撮像装置から撮像画像を入力する画像入力手段、
この画像入力手段で入力された撮像画像において、色情報又は濃淡情報に基づいて、前記位置検出用マークのマークパターンの候補となる領域を抽出する領域抽出手段、
この領域抽出手段で抽出された領域毎にエッジを検出することで、エッジ画像を生成するエッジ画像生成手段、
このエッジ画像生成手段で生成されたエッジ画像に対してハフ変換を行うことで、当該エッジ画像から直線成分を検出するハフ変換処理手段、
予め定められた前記位置検出用マークにおける各マークパターンの配置の比率と、前記領域抽出手段で抽出された領域が前記直線成分で示される直線上に存在する比率とに基づいて、前記領域の中から、前記位置検出用マークにおけるマークパターンの位置を検出するパターン検出手段、
このパターン検出手段で検出された前記撮像画像毎のマークパターンの位置に基づいて、前記位置検出用マークの３次元位置を算出する３次元マーク位置算出手段、
として機能させることを特徴とするマーク検出プログラム。                                                                                
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理により位置検出を行う際の基準となる位置検出用マークと、その位置検出用マークを検出するマーク検出装置、その方法及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自律移動ロボット、自律走行作業車等の自律的に移動する移動体は、走行上の地面や操作対象となる物体に貼付された予め定めたマークを検出することで、自己位置、走行位置、あるいは操作対象となる物体の位置を特定している。
これらの位置検出を行うための技術としては、例えば、ステレオカメラで撮像した一対の画像から、どの方向で視差検出を行っても類似した領域が存在しないマーク（ランドマーク）を用いることで、位置検出の精度を高める技術が開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、例えば、パターンの異なる２つの同心円状のマークを物体に貼付し、その同心円状のマークの間にさらにバーコードを貼付することで、物体の位置を検出するとともに、物体の情報を読み取る技術が開示されている（非特許文献１参照）。また、光の入射方向に光を反射する再帰型の反射シートを用いた方形状の複数のバーをバーコード状に配置したマーク（バーコードマーク）を、食器に貼付することで、食器の種類と位置を検出する技術が開示されている（非特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−８５９８１号公報（段落番号００２２〜００３３、第２図、第４〜６図）
【非特許文献１】鮎澤，羽田，清水，高瀬，「マークとバーコードの組みを用いた散在物体の検出と読みとり」，第１４回日本ロボット学会学術講演会予稿集，ｐｐ．１７５−１７６，１９９６
【非特許文献２】青柳，紀之本，家氏，高野，「ＲＥＣＳコンセプトに基づいたロボットによる食器の認識とハンドリング」，電気学会論文誌  Ｖｏｌ．１２０−Ｃ，Ｎｏ．５，ｐｐ．６１５−６２４，２０００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記した特許文献１に開示されている技術では、ステレオカメラで撮像した画像の輝度によって、マーク（ランドマーク）を特定するための線分の位置や向きを特定している。しかし、この手法では、視差検出の方向を、例えば、斜め上方向からとして、マーク（ランドマーク）を検出しようとした場合、そのマークを構成する各領域の比率が変化してしまうため、マークの認識精度が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
また、前記した非特許文献１に開示されている技術では、物体に貼付されたパターンの異なる２つの同心円状のマークと、その間に貼付されたバーコードによって、物体の位置や向きを特定することとしている。しかし、その物体を撮像した画像からバーコードを検出するには、その内容（各バーの間隔）を認識可能な至近距離で撮像を行わなければならい。このため、自律移動ロボット、自律走行作業車等のような数１０ｃｍから数ｍまでの検出距離範囲が必要な移動体では、移動しながらバーコードの内容を認識することは困難である。
【０００６】
また、前記した非特許文献２に開示されている技術においても、バーコード状のマークを使用しているため、非特許文献１と同様に、移動物体におけるバーコードの内容を認識することは困難である。さらに、この技術では、同一のマークを連続して配置したとき、その区別を行うことができず、向きを特定することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、マークとそのマークを検出する移動体との距離や方向が大きく変化する環境においても、その位置及び向きを特定することが可能な位置検出用マークと、その位置検出用マークの位置及び向きを検出するマーク検出装置、その方法及びそのプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項１に記載の位置検出用マークは、一方向に複数のマークパターンを配置してなる位置検出用マークであって、前記一方向に長い第一のマークパターンと、前記第一のマークパターンの長手方向の両脇にこれと離間して配置され、前記第一のマークパターンより短い第二及び第三のマークパターンとを備えることを特徴とする。
【０００９】
この位置検出用マークによれば、一方向に配置した３つのマークパターンにおいて、中央に配置したマークパターンの長さを、他の両端のマークパターンよりも長くしているため、位置検出用マークを直線として認識する場合、その認識の精度を高めることができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の位置検出用マークは、請求項１に記載の位置検出用マークにおいて、前記第二及び第三のマークパターンは、前記一方向において互いに長さが異なることを特徴とする。
【００１１】
この位置検出用マークによれば、３つのマークパターンの長さがそれぞれ異なることから、連続して位置検出用マークが並んでいる場合であっても、１つの位置検出用マークを特定することができる。また、両端のマークパターンの長さが異なることから、向きを区別することが可能になる。
【００１２】
さらに、請求項３に記載の位置検出用マークは、請求項１又は請求項２に記載の位置検出用マークにおいて、前記第一のマークパターンにおける前記第二のマークパターン側の端部から、前記第二のマークパターンにおける前記第一のマークパターンから遠方にある端部までの距離と、前記第一のマークパターンにおける前記第三のマークパターン側の端部から、前記第三のマークパターンにおける前記第一のマークパターンから遠方にある端部までの距離とを略等しくしたことを特徴とする。
【００１３】
この位置検出用マークによれば、第一のマークパターンは、位置検出用マークの中央に位置することになる。これによって、常に位置検出用マークの中央に最も長いマークパターンが配置されているため、位置検出用マークを直線として認識する場合、その認識の精度を高めることができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の位置検出用マークは、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の位置検出用マークにおいて、前記マークパターンは、照射された方向に光を反射する再帰性反射材からなることを特徴とする。
【００１５】
この位置検出用マークによれば、当該位置検出用マークを検出するマーク検出装置から、近赤外線等の光を照射されることで、マーク検出装置の方向に反射光を返すことになる。これによって、マーク検出装置では、明るい場所においても、位置検出用マークを検出することが可能になる。
【００１６】
さらに、請求項５に記載のマーク検出装置は、一方向に長さの異なるマークパターンをその長さ方向に沿って離間させて配置した、位置検出用マークを検出するマーク検出装置であって、画像入力手段と、領域抽出手段と、直線検出手段と、パターン検出手段とを備える構成とした。
【００１７】
かかる構成によれば、マーク検出装置は、画像入力手段によって、撮像装置から撮像画像を入力し、領域抽出手段によって、撮像画像から色情報又は濃淡情報に基づいて、位置検出用マークのマークパターンの候補となる領域を抽出する。例えば、位置検出用マークが、特定の色（例えば、赤等）で着色されている場合、領域抽出手段は、カラー画像の撮像画像から画素毎の色情報に基づいて、マークパターンの候補となる領域を抽出する。また、撮像画像が白黒画像の場合、領域抽出手段は、画素毎の濃淡情報（輝度）に基づいて、マークパターンの候補となる領域を抽出する。
【００１８】
また、マーク検出装置は、直線検出手段によって、領域抽出手段で抽出された領域毎に、直線成分を検出する。例えば、直線検出手段は、撮像画像内で色や濃淡の境となる線（エッジ）を抽出し、そのエッジを直線近似したときの直線成分を求める。ここで、直線成分とは、撮像画像を座標とみなしたときの直線を示す式のパラメータ（例えば、傾き、切片等）である。これによって、マーク検出装置は、位置検出用マークのマークパターンの辺を直線として認識することが可能になる。
【００１９】
そして、マーク検出装置は、パターン検出手段によって、予め定められた位置検出用マークにおける各マークパターンの配置の比率と、領域抽出手段で抽出された領域が直線成分で示される直線上に存在する比率とに基づいて、領域の中から、位置検出用マークのマークパターンの位置を検出する。これによって、マーク検出装置は、撮像画像の中から、位置検出用マークの２次元座標上の位置を検出することができる。
【００２０】
また、請求項６に記載のマーク検出装置は、請求項５に記載のマーク検出装置において、前記直線検出手段が、エッジ画像生成手段と、ハフ変換処理手段とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
かかる構成によれば、マーク検出装置は、直線検出手段のエッジ画像生成手段によって、撮像画像のエッジを抽出したエッジ画像を生成する。例えば、エッジ画像生成手段は、領域抽出手段によって抽出された領域毎にエッジを抽出する。これによって、直線を検出する際の直線の候補となる点列が生成されることになる。
そして、マーク検出装置は、直線検出手段のハフ変換処理手段によって、エッジ画像生成手段で生成されたエッジ画像に対してハフ変換を行うことで直線成分を検出する。すなわち、ハフ変換処理手段は、エッジ画像生成手段で生成されたエッジ画像のエッジ（点列）に対応する画素位置をハフ変換し、（ｘ−ｙ）平面上の点列が、原点から直線に下ろした垂線の長さρと、その垂線とｘ軸とのなす角θとで示される（ρ−θ）平面上でどの位置に多く存在するかで、直線成分を検出することができる。
【００２２】
さらに、請求項７に記載のマーク検出装置は、請求項５又は請求項６に記載のマーク検出装置において、前記画像入力手段は、複数の撮像装置からそれぞれ撮像画像を入力するものであって、前記パターン検出手段で検出された前記撮像画像毎の前記位置検出用マークにおけるマークパターンの位置に基づいて、前記位置検出用マークの３次元位置を算出する３次元マーク位置算出手段を備えていることを特徴とする。
【００２３】
かかる構成によれば、マーク検出装置は、３次元マーク位置算出手段によって、複数の撮像画像から検出された、複数の位置検出用マークの２次元座標上の位置から、３次元座標上（３次元空間）における位置検出用マークの位置を算出する。例えば、３次元マーク位置算出手段は、複数の撮像画像の視差や、個々の撮像装置のキャリブレーションデータ等を参照することで、３次元空間における位置検出用マークの位置を算出することができる。
【００２４】
また、請求項８に記載のマーク検出方法は、一方向に長さの異なるマークパターンをその長さ方向に沿って離間させて配置した、位置検出用マークを検出するマーク検出方法であって、画像入力ステップと、領域抽出ステップと、エッジ画像生成ステップと、ハフ変換処理ステップと、パターン検出ステップと、３次元マーク位置算出ステップとを含んでいることを特徴とする。
【００２５】
この手順によれば、マーク検出方法は、画像入力ステップで、複数の撮像装置から撮像画像を入力し、領域抽出ステップで、撮像画像から色情報又は濃淡情報に基づいて、位置検出用マークのマークパターンの候補となる領域を抽出する。
また、マーク検出方法は、直線検出ステップで、領域抽出ステップにおいて抽出した領域毎に、直線成分を検出する。これによって、マーク検出方法は、位置検出用マークのマークパターンの辺を直線として認識することが可能になる。
【００２６】
そして、マーク検出方法は、パターン検出ステップで、予め定められた位置検出用マークにおける各マークパターンの配置の比率と、領域抽出ステップで抽出された領域が直線成分で示される直線上に存在する比率とに基づいて、領域の中から、位置検出用マークのマークパターンの位置を検出する。これによって、マーク検出方法は、撮像画像の中から、位置検出用マークの２次元座標上の位置を検出することができる。
また、マーク検出方法は、３次元マーク位置算出ステップで、複数の撮像画像から検出された、複数の位置検出用マークの２次元座標上の位置から、３次元座標上（３次元空間）における位置検出用マークの位置を算出する。
【００２７】
さらに、請求項９に記載のマーク検出プログラムは、一方向に長さの異なるマークパターンをその長さ方向に沿って離間させて配置した、位置検出用マークを検出するために、コンピュータを、画像入力手段、領域抽出手段、エッジ画像生成手段、ハフ変換処理手段、パターン検出手段、３次元マーク位置算出手段として機能させることを特徴とする。
【００２８】
かかる構成によれば、マーク検出プログラムは、画像入力手段によって、複数の撮像装置から撮像画像を入力し、領域抽出手段によって、撮像画像から色情報又は濃淡情報に基づいて、位置検出用マークのマークパターンの候補となる領域を抽出する。また、マーク検出プログラムは、直線検出手段によって、領域抽出手段で抽出された領域毎に直線成分を検出する。
【００２９】
そして、マーク検出プログラムは、パターン検出手段によって、予め定められた位置検出用マークにおける各マークパターンの配置の比率と、領域抽出手段で抽出された領域が直線成分で示される直線上に存在する比率とに基づいて、領域の中から、位置検出用マークのマークパターンの位置を検出する。
また、マーク検出プログラムは、３次元マーク位置算出手段によって、複数の撮像画像から検出された、複数の位置検出用マークの２次元座標上の位置から、３次元座標上（３次元空間）における位置検出用マークの位置を算出する。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１に記載の発明によれば、位置検出用マークは、単純なマークパターンの組み合わせで構成されているため、解像度の低い撮像装置で撮影された画像からでも認識が可能である。また、中央に位置するマークパターンの長さが最も長いため、位置検出用マークを直線として認識する際の精度を高めることができる。
請求項２に記載の発明によれば、位置検出用マークの両端に配置されたマークパターンの長さが異なるため、向きを特定することができる。
請求項３に記載の発明によれば、位置検出用マークは、常に位置検出用マークの中央に最も長いマークパターンが配置されているため、位置検出用マークを直線として認識する際の精度を高めることができる。
請求項４に記載の発明によれば、位置検出用マークは、照射された方向に光を反射する再帰性反射材で構成することもできるため、明るい場所においても、認識が可能である。
【００３１】
請求項５に記載の発明によれば、マーク検出装置は、位置検出用マークが単純なマークパターンの組み合わせで構成されており、そのマークパターンの配置の比率に基づいて、位置検出用マークを検出するため、精度よく位置検出用マークの位置と向きを検出することができる。
請求項６に記載の発明によれば、マーク検出装置は、ハフ変換によって、位置検出用マークのマークパターンの直線成分を検出するため、位置検出用マークが撮像画像に完全な直線として映っていなくても、直線成分を推定することができる。これによって、マーク検出装置は、高い精度で位置検出用マークを検出することができる。
請求項７、請求項８又は請求項９に記載の発明によれば、３次元空間上に配置された位置検出用マークの位置及び向きを検出することができる。これによって、自律移動ロボット等で、位置検出用マークとの距離や、方向が大きく変化する環境においても、位置検出用マークを検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、ここでは、本発明に係る位置検出用マークの形状について説明した後に、その位置検出用マークを検出するマーク検出装置について順次説明することとする。
【００３３】
［位置検出用マーク］
まず、図１を参照して、位置検出用マークの形状について説明する。図１（ａ）は、位置検出用マークの形状を示す平面図である。図１（ｂ）は、位置検出用マークを再帰性反射材で構成した場合のマークパターンの一部を拡大した断面図である。
図１（ａ）に示すように、位置検出用マークＭは、一方向に長さの異なるマークパターンＭＰ（ＭＰ1、ＭＰ2、ＭＰ3）を、その長さ方向に沿って離間させて配置したものである。この位置検出用マークＭは、一方向に長い第一のマークパターンＭＰ1と、そのマークパターンＭＰ1の長手方向の両脇に、第一のマークパターンより短かく、互いに長さの異なる第二のマークパターンＭＰ2と、第三のマークパターンＭＰ3とを備えている。すなわち、マークパターンＭＰ1の長さをＬ1、マークパターンＭＰ2の長さをＬ2、マークパターンＭＰ3の長さをＬ3としたとき、各マークパターンＭＰの長さの関係は、以下の（１）式の関係を満たすものである。
【００３４】
Ｌ2＜Ｌ3＜Ｌ1      …（１）
【００３５】
また、この両端のマークパターンＭＰ2，ＭＰ3の長さの違いから、位置検出用マークＭの向きを特定することができる。さらに、中央に最も長いマークパターンＭＰ1を配置することで、後で説明するマーク検出装置において、位置検出用マークＭを直線として検出する際の検出率を高めることができる。例えば、位置検出用マークＭを広角カメラ等で撮像し、その撮像画像に歪みがある場合、図２（ａ）に示したように、位置検出用マークＭを、最も長いマークパターンＭＰ1を端にした位置検出用マークＭ２とすると、直線Ｌとして位置検出用マークＭ２を検出する際に、マークパターンＭＰ1の反対側のマークパターンＭＰ2の、直線Ｌからのずれ量Ｚが大きくなってしまう。また、図２（ｂ）に示したように、最も長いマークパターンＭＰ1を中央にした位置検出用マークＭでは、直線Ｌとして位置検出用マークＭを検出する際に、両端のマークパターンの直線Ｌからのずれ量Ｚが、位置検出用マークＭ２に比べて少なくて済むため、誤検出を減らすことができる。なお、中央のマークパターンＭＰ1の長さは、長いほど直線としての検出（認識）率を高めることができるが、誤検出がないレベルで短い方が、貼付するために都合がよい。
【００３６】
さらに、位置検出用マークＭは、図１（ａ）に示したように、第一のマークパターンＭＰ1における第二のマークパターンＭＰ2側の端部から、第二のマークパターンＰ2における第一のマークパターンＭＰ1から遠方にある端部までの距離Ｇ1と、第一のマークパターンＭＰ1における第三のマークパターンＭＰ3側の端部から、第三のマークパターンＭＰ3における第一のマークパターンＭＰ1から遠方にある端部までの距離Ｇ2とを（２）式に示すように略等しくする。
【００３７】
Ｇ1≒Ｇ2      …（２）
【００３８】
これによって、第一のマークパターンＭＰ1は、常に位置検出用マークＭの中央に位置することになる。これによって、位置検出用マークＭを直線として検出する際に、図２（ｂ）に示したように、検出精度を高めることができる。また、例えば、各マークパターンの長さはそのままで、距離Ｇ1（Ｇ2）の長さを変えることで、位置検出用マークＭに意味を持たせることも可能になる。例えば、位置検出用マークＭが貼ってある対象物の種類や、自律移動ロボット等の移動体における動作の指示といった意味を持たせることができる。
【００３９】
なお、第二のマークパターンＭＰ2の長さと、第三のマークパターンＭＰ3の長さと、マークパターンＭＰ2（ＭＰ2）の端部から、第一のマークパターンＭＰ1の端部までの距離Ｇ1（Ｇ2）との比率を決めておいてもよい。例えば、以下の（３）式の比率とする。
【００４０】
Ｌ2：Ｌ3：Ｇ1（≒Ｇ2）＝１：３：６      …（３）
【００４１】
これによって、マークパターンＭＰの配置比率から、位置検出用マークＭを特定することができるため、位置検出用マークＭを検出することが容易になる。また、前記（１）式の関係を満たせば、各マークパターンＭＰの長さを変えた場合でも、位置検出用マークＭを特定することができるため、各マークパターンＭＰの長さによっても、距離Ｇ1（Ｇ2）の長さを変える場合と同様に、位置検出用マークＭに意味を持たせることが可能になる。なお、Ｌ1の長さは、Ｌ3の長さの１．５倍以上、望ましくは２倍以上とする。
【００４２】
また、個々のマークパターンＭＰは、長さ方向の辺が直線となる形状を有するものであればよく、例えば、長方形の形状が望ましい。また、マークパターンＭＰの幅Ｗは、この位置検出用マークＭを検出する移動体が、位置検出用マークＭを直線状に認識できる幅であればよい。なお、マークパターンＭＰは、位置検出用に予め定めた色（例えば、黒色）でシール等のシート状の厚みを持つものである。なお、マークパターンＭＰの幅Ｗは、Ｌ3より短く、例えば、Ｌ1の長さの半分以下、望ましくはＬ1の長さの１／３以下とする。これによって、位置検出用マークＭは直線として認識されやすくなる。
【００４３】
また、図１（ｂ）に示したように、個々のマークパターンＭＰは、投光された方向に光を反射する再帰性反射材で構成されていてもよい。この図１（ｂ）では、ガラスビーズタイプの一般的な再帰性反射材の構造を示している。この再帰性反射材は、複数の微小（数十μ程度）な透明微小球（ガラスビーズ）Ｂと、透明微小球Ｂの下部半球面を覆い光を反射する反射層Ｒと、透明微小球Ｂの上部半球面を覆い透明微小球Ｂを保護する透明保護層Ｃと、それらを支持する支持体Ｓとを備えている。そして、この再帰性反射材は、入射された光が透明微小球Ｂで屈折し反射層Ｒに照射され、その反射層Ｒで反射された反射光が、さらに透明微小球Ｂで屈折することで、入射光と同じ方向に光を反射する。なお、この再帰性反射材は、ガラスビーズ以外にもプリズムを用いたものであってもよい。
このように、位置検出用マークＭの個々のマークパターンＭＰを再帰性反射材で構成することで、明るい場所であっても検出精度を高めることができる。
【００４４】
以上説明したように、位置検出用マークＭは、３つのマークパターンＭＰからなる単純な構造となっているため、低解像度の画像においても位置検出用マークＭを検出することができる。また、白黒画像で撮像された画像においても位置検出用マークＭを検出することができる。
【００４５】
［マーク検出装置の構成］
次に、図３を参照して、本発明に係るマーク検出装置の構成について説明する。図３は、マーク検出装置の構成を示したブロック図である。マーク検出装置１は、撮像手段（以下、カメラ）Ｃで撮像された撮像画像から、図１で説明した位置検出用マークＭの３次元位置を検出するものである。ここでは、マーク検出装置１を、画像入力手段１０と、領域抽出手段２０と、直線検出手段３０と、マーク配置比率記憶手段４０と、パターン検出手段５０と、３次元マーク位置算出手段６０とを備えて構成した。
【００４６】
なお、ここでは、検出する位置検出用マークＭは、図１（ｂ）で説明した再帰性反射材で構成されているものとする。また、カメラＣは、赤外線カメラとし、カメラＣの近傍に配置された近赤外線を照射する照射手段（以下、ライト）ＬＴで照射された位置検出用マークＭの反射光を受光するものとする。
【００４７】
画像入力手段１０は、２台のカメラＣ（右カメラＣR及び左カメラＣL）で撮像した各々の撮像画像を入力するものである。なお、動画像として撮像画像を時系列に入力する場合は、右カメラＣR及び左カメラＣLで撮像された各撮像画像（右カメラ画像及び左カメラ画像）は、同期して画像入力手段１０へ入力されるものとする。ここで入力された右カメラ画像及び左カメラ画像は、領域抽出手段２０に出力される。なお、以下で説明する領域抽出手段２０、直線検出手段３０及びパターン検出手段５０は、右カメラ画像及び左カメラ画像を個別に処理するが、同一の処理であるため、単に撮像画像を処理するものとして説明を行う。
【００４８】
領域抽出手段２０は、画像入力手段１０で入力された撮像画像から、位置検出用マークＭのマークパターンの候補となる領域を抽出するものである。ここでは、領域抽出手段２０は、輝度正規化部２１と、２値化部２２と、ラベリング部２３とを備えている。
【００４９】
輝度正規化部２１は、入力された撮像画像の画素の輝度を補正することで、撮像画像の光の強度（輝度）を正規化するものである。一般にライトＬＴの照明の強度は周辺になるほど弱くなるため、入力された撮像画像の周辺部分は暗くなる（輝度が低下する）。そこで、ここでは、後記する２値化部２２において撮像画像を２値化するため、撮像画像の周辺部分においても適正に２値化処理が可能なように、撮像画像の輝度を正規化した画像（輝度正規化画像）を生成する。すなわち、輝度正規化部２１は、撮像画像における各画素の光の強度を、その画素の周辺画素の平均強度により除算することで、撮像画像の光の強度を正規化する。より具体的には、画素の光の強度をＩ、注目する画素の画素位置を（ｕ，ｖ）、その画素を中心とした周辺領域の大きさを横（２ｎ＋１）画素、縦（２ｍ＋１）画素としたとき、輝度正規化部２１は、画素位置（ｕ，ｖ）の正規化した光の強度Ｏu,vを、以下の（４）式により算出する。
【００５０】
【数１】
2005164323.tif 000003
【００５１】
ここで、図４及び図５を参照して、輝度正規化部２１に入力される撮像画像、及び、輝度正規化部２１で正規化された輝度正規化画像について、具体的に説明する。図４は、位置検出用マークを貼付したテーブルを斜め上方から撮像した画像（撮像画像）、図５は、図４の撮像画像を輝度において正規化した輝度正規化画像を示している。
【００５２】
図４では、３つの位置検出用マーク（Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3）、及び、これらのマークと同じ反射率を持つ位置検出とは無関係なマークＤを貼付したテーブルＴを撮像した画像で、周辺部分ほど暗い状態を示している。すなわち、テーブルＴは、中央部より周辺部の方が、輝度が低くなっている。そのため、周辺部の位置検出用マークＭ1，Ｍ3は、中央部の位置検出用マークＭ2より輝度が低くなっている。この撮像画像で２値化を行うと、閾値によっては、位置検出用マークＭ2のみを抽出したり、テーブルＴの一部まで抽出したり等、位置検出用マーク（Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3）を適正に分離することができない。
【００５３】
そこで、輝度正規化部２１（図３）が、図４の撮像画像の輝度を正規化し、図５の輝度正規化画像を生成する。図５では、テーブルＴの周辺の輝度が高くなり、中央部と同等の輝度となっていることを示している。また、周辺部の位置検出用マークＭ1，Ｍ3の輝度が高くなり、中央部の位置検出用マークＭ2と同等の輝度となっていることを示している。このように、撮像画像を輝度で正規化することで、位置検出用マークの輝度のレベルを均一にすることができる。
図３に戻って説明を続ける。
【００５４】
２値化部２２は、輝度正規化部２１で生成された輝度正規化画像を予め定めた閾値を基準として、画素毎に２値化した２値化画像を生成するものである。例えば、閾値よりも高い輝度の画素の値を「１」、それ以外の画素の値を「０」とする。なお、閾値は、輝度正規化部２１で生成される輝度正規化画像において、位置検出用マークの輝度のレベルが均一になっているため、その輝度のレベルに基づいて、予め定めておくことができる。
【００５５】
この２値化部２２で生成された２値化画像は、例えば、図６に示すように、図５の輝度正規化画像から、位置検出用マーク（Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3）の領域及び領域Ｄを抽出したものとなる。ただし、２値化部２２では、位置検出用マークの輝度と同じ又はそれ以上の輝度を持つ領域が抽出される可能性がある。すなわち、ここで抽出された領域は、位置検出用マークのマークパターンの候補となる領域といえる。この２値化部２２で生成された２値化画像は、後記するラベリング部２３及び直線検出手段３０のエッジ画像生成部３１から参照される。
【００５６】
ラベリング部２３は、２値化部２２で生成され、２値化画像として抽出された領域を、その領域毎にラベルを付して分類するものである。ラベル付けを行うことで領域を分類する手法は種々存在するが、ここでは、ラベリング部２３が、各領域の画素値を、領域固有の値に設定したラベリング画像を生成することで分類を行うこととする。なお、このラベリング部２３で生成されたラベリング画像は、パターン検出手段５０の２次元マーク判定部５１から参照される。
【００５７】
ここで、図７を参照して、ラベリング部２３におけるラベリング画像を生成する手法について説明する。図７は、ラベリングを行う対象となる注目画素の位置を基準位置（０，０）とし、その基準位置に対して、左上の画素位置（−１，−１）、真上の画素位置（０，−１）、右上の画素位置（１，−１）、左の画素位置（−１，０）の各画素値を判定することで、注目画素の画素値を決定する規則（規則〈１〉〜〈５〉）を説明するための図である。
【００５８】
ラベリング部２３（図３）は、以下の規則〈１〉〜〈５〉を、画像（２値化画像）の左上から順番にスキャンし、注目画素のラベルを決定する。なお、ここでは、２値化部２２（図３）で生成された２値化画像は、マークパターンの候補となる領域の画素値が「１」、それ以外の画素値が「０」となっているものとし、領域毎に固有の「ＩＤ」値（ラベル）を付与するものとする。また、以下の規則は、すべて注目画素の画素値が「１」の場合の動作を規定している。
【００５９】
規則〈１〉  画素位置（−１，−１）、（０，−１）、（１，−１）、（−１，０）の画素値がすべて「０」の場合は、注目画素（０，０）に固有の「ＩＤ」を付与する。（例えば、「１００」から順に番号を付ける。）
規則〈２〉  画素位置（−１，−１）、（０，−１）、（１，−１）のいずれかにすでに「ＩＤ」が付与されており、左の画素位置（−１，０）の画素値が「０」の場合は、注目画素（０，０）に、上の画素位置に付与されている「ＩＤ」を付与する。
規則〈３〉  画素位置（−１，−１）、（０，−１）、（１，−１）の画素値がすべて「０」で、左の画素位置（−１，０）に「ＩＤ」が付与されている場合は、注目画素（０，０）に、左の画素位置（−１，０）の「ＩＤ」を付与する。
規則〈４〉  画素位置（−１，−１）、（０，−１）、（１，−１）のいずれかに「ＩＤ」が付与されており、左の画素位置（−１，０）に付与されている「ＩＤ」と同じである場合は、注目画素（０，０）に、左の画素位置（−１，０）の「ＩＤ」を付与する。
規則〈５〉  画素位置（１，−１）と画素位置（−１，０）とに異なる「ＩＤ」が付与されている場合は、左の画素位置（−１，０）に付与されている「ＩＤ」を注目画素（０，０）に付与するとともに、画素位置（１，−１）と同じ「ＩＤ」を付与されている画素のラベルを、すべて、画素位置（−１，０）に付与されている「ＩＤ」に付け直す。
【００６０】
以上の規則に基づいて、図６の２値化画像に対してラベル付けを行うと、図８に示したように、個々の領域に固有のラベル（１００、１０１等）が付与（設定）された、ラベリング画像が生成されることになる。
図３に戻って説明を続ける。
【００６１】
直線検出手段３０は、撮像画像から当該撮像画像内の直線成分を検出するものである。ここで、カメラＣが位置検出用マークＭを撮像した場合、その撮像画像内には、位置検出用マークＭを構成するマークパターンの各辺が直線成分として含まれることになる。そこで、この直線検出手段３０は、撮像画像から直線成分を検出することとする。ここでは、直線検出手段３０は、エッジ画像生成部３１と、ハフ変換処理部３２とを備えている。
【００６２】
エッジ画像生成部（エッジ画像生成手段）３１は、撮像画像のエッジを抽出したエッジ画像を生成するものである。このエッジ画像生成部３１は、領域抽出手段２０の２値化部２２で生成された、撮像画像を２値化した２値化画像から、画素値が変化する部分をエッジとして検出し、そのエッジのみからなるエッジ画像を生成する。このエッジ画像生成部３１で生成されたエッジ画像は、ハフ変換処理部３２から参照される。例えば、エッジ画像生成部３１は、図６に示した２値化画像からエッジを抽出することで、図９に示したエッジ画像を生成する。
なお、エッジ画像は、画像入力手段１０で入力された撮像画像（図４）や、輝度正規化部２１で生成された輝度正規化画像（図５）等から生成することも可能であるが、すでに境界を確定した２値化画像（図６）から生成する方が、処理速度の面で好ましい。
【００６３】
ハフ変換処理部（ハフ変換処理手段）３２は、エッジ画像生成部３１で生成されたエッジ画像を、ハフ（Ｈｏｕｇｈ）変換することで、エッジ画像から直線成分を検出するものである。すなわち、ハフ変換処理部３２は、エッジ画像から、位置検出用マークＭの各辺に相当する直線部分を抽出するものである。
【００６４】
ここで、図１０を参照して、ハフ変換について説明する。図１０は、ハフ変換の概念を説明するための説明図である。図１０（ａ）はｘ−ｙ平面、図１０（ｂ）はρ−θ平面を示している。ここで、ハフ変換とは、２次元画像平面（ｘ−ｙ平面）上のある点（ｘ，ｙ）を、以下の（５）式により、ρ−θ平面に射影する変換をいう。
【００６５】
ρ＝ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθ      …（５）
【００６６】
なお、ρは、ｘ−ｙ平面の原点Ｏから点（ｘ，ｙ）への距離を示し、θは、原点Ｏと点（ｘ，ｙ）とで示される直線と、ｘ軸とのなす角を示している。また、点（ｘ，ｙ）を通る直線Ｌは、原点Ｏから直線Ｌに下ろした垂線の長さρと、その垂線とｘ軸とのなす角θとによって、一意に特定することができる。すなわち、ｘ−ｙ平面上ですべての点列が同一の直線上に乗っている場合、ρ−θ平面の曲線で交わった点（ρ，θ）が、その直線を示していることになる。例えば、ｘ−ｙ平面上に示した点Ｐ1を含んだ直線群、点Ｐ2を含んだ直線群、及び、点Ｐ3を含んだ直線群が、同一の直線Ｌ上に存在する場合、それらの直線群のρ−θ平面上での軌跡（曲線）は、２点Ｑ1及びＱ2で交わっている。そこで、直線Ｌは、交点Ｑ1で示されるパラメータ（ρ，θ）で表現することができる。なお、Ｑ2は、ρの値が負となるため交点の対象外とする。
図３に戻って説明を続ける。
【００６７】
図１０で説明したように、直線は、ρ−θ平面上の点で表現することができる。そこで、ハフ変換処理部３２は、ρ−θ平面を離散化した２次元配列とし、エッジ画像生成部３１で生成されたエッジ画像のエッジをハフ変換した値が、その２次元配列のどの配列に含まれるかを集計し、その集計値が一定値以上で上位の値を直線として検出する。
これによって、図９で示したエッジ画像から、図１１で示した直線群が検出される。なお、図１１は、エッジ画像（図９）に対応して視覚的に分かりやすくするため直線画像としているが、ハフ変換処理部３２は、実際の直線群を各直線のパラメータ（ρ，θ）のみで表現し、そのパラメータを、パターン検出手段５０に通知する。
【００６８】
マーク配置比率記憶手段４０は、位置検出用マークＭにおける各マークパターンの配置の比率を記憶した記憶媒体であって、例えば、ハードディスク等である。このマーク配置比率記憶手段４０には、前記した（１）式、（２）式、あるいは（３）式で示した各マークパターンの配置の条件が予め記憶されている。このマーク配置比率記憶手段４０に記憶されているマークパターンの配置は、パターン検出手段５０によって参照される。
【００６９】
パターン検出手段５０は、マーク配置比率記憶手段４０に記憶されている位置検出用マークＭにおける各マークパターンの配置の比率と、領域抽出手段２０で抽出された、位置検出用マークＭのマークパターンの候補となる領域が、直線検出手段３０で検出された直線成分で示される直線上に存在する比率とに基づいて、領域の中からマークパターンの位置を検出するものである。ここでは、パターン検出手段５０は、２次元マーク判定部５１と、２次元マーク位置・向き検出部５２とを備えている。
【００７０】
２次元マーク判定部５１は、ハフ変換処理部３２でハフ変換によって得られた直線成分（直線のパラメータ）に基づいて、ラベリング部２３でラベル付けされたラベリング画像（図８参照）を追跡し、マーク配置比率記憶手段４０に記憶されているマークパターンの配置比率に合致（近似）するマークパターンの組み合わせを、位置検出用マークＭと判定するものである。ここで位置検出用マークＭと判定された領域（ラベル）は、２次元マーク位置・向き検出部５２に通知される。
【００７１】
ここで、図１２及び図１３を参照（適宜図３参照）して、２次元マーク判定部５１が、ラベリング画像から位置検出用マークＭを検出する手法について説明する。図１２は、ラベリング画像と、ハフ変換によって得られた直線とから、マークパターンの候補となる領域の長さと、領域間（ブランク）の長さとを測定する手法を説明するための説明図である。図１３は、図１２で測定されたマークパターンの候補となる領域の長さと、ブランクの長さとをリストとして作成したときのリストの内容を示す図である。
【００７２】
図１２では、ハフ変換処理部３２において、直線Ｌが、ラベリング画像内の領域（１０４〜１０７）の直線成分として検出されたものとしている。ここで、２次元マーク判定部５１は、直線Ｌの一方向を主走査方向とし、その主走査方向に直角な副走査方向の一定距離内に領域が存在しているかどうかを検出する。そして、２次元マーク判定部５１は、この副走査方向における領域の有無を、主走査方向に沿ってカウントすることで、各領域（１０４〜１０７）の長さと、領域が存在しない空白領域（ブランク：２００〜２０４）の長さを測定する。なお、図１２では、各領域（１０４〜１０７）を、画素単位で示しており、副走査の単位は、画素以下の大きさとする。このように、直線Ｌに直角な副走査によって長さを測定することで、ハフ変換の誤差や、直線の角度の誤差を吸収し、各領域の画素を検出することができる。ここで、２次元マーク判定部５１は、各領域（１０４等）の長さと、ブランク（２００等）の長さから、図１３に示したリストを作成する。
【００７３】
そして、２次元マーク判定部５１は、図１３に示したリストから、マーク配置比率記憶手段４０に記憶されているマークパターンの配置比率、すなわち、前記（１）式及び（２）式に近似する領域の並びを位置検出用マークと判定する。
例えば、ここでは、（領域１０４の長さ）＜（領域１０６の長さ）＜（領域１０５の長さ）の関係となり、前記（１）式の条件が満たされる。
【００７４】
また、領域（１０４）及びブランク（２０１）の長さの和（「１８（３＋１５）」）と、ブランク（２０２）と領域（１０６）との長さの和（「１９（１０＋９）」）とが、略等しく、前記（２）式の条件が満たされる。これによって、領域１０４〜１０６が、位置検出用マークを構成するマークパターンであると判定される。また、領域１０７は、前記（２）式の条件を満たさないため、マークパターンではないと判定される。なお、さらに厳密に判定する場合は、前記（３）式の条件を加味してもよい。
【００７５】
２次元マーク位置・向き検出部５２は、２次元マーク判定部５１で判定された位置検出用マークＭの各マークパターンに基づいて、位置検出用マークＭの２次元座標（撮像画像）上の位置と向きとを検出するものである。例えば、位置検出用マークＭの両端の位置に存在するマークパターンＭＰ2及びＭＰ3（図１（ａ）参照）のそれぞれの中心位置を位置検出用マークＭの位置とする。また、マークパターンＭＰ2及びＭＰ3の中で、中央に位置するマークパターンＭＰ1（図１（ａ）参照）からの距離（ブランク）が大きい方向を正の方向として向きを特定する。
【００７６】
ここで、図１４を参照（適宜図３参照）して、２次元マーク位置・向き検出部５２が、位置検出用マークＭの両端の位置に存在するマークパターンのそれぞれの中心位置を決定する手法について説明する。図１４は、あるマークパターンの中心位置を決定する手法を説明するための説明図である。
【００７７】
２次元マーク位置・向き検出部５２は、２値化部２２で生成された２値化画像（図１４（ａ））のマークパターンの重心Ｇから、横及び縦に伸ばした直線上でマークパターンの中心位置を決定する。なお、ここでは、説明を簡略化するため、横方向の直線Ｌによって、マークパターンの横方向の中心位置を決定する場合について説明する。
【００７８】
図１４（ａ）に示すように、２値化画像の領域の境界は、輝度値が２値の値をとり、画素単位の精度である。そこで、２次元マーク位置・向き検出部５２は、図１４（ｂ）に示すように、画像入力手段１０で入力された撮像画像（グレー画像）から、直線Ｌ上のエッジを検出し、そのエッジの輝度値がピークとなる位置（ピーク位置Ｐ）を、マークパターンの境界とする。
なお、縦方向においても同様にマークパターンの境界を決定し、横方向における境界の中心と、縦方向における境界の中心とを、マークパターンの中心位置とする。これによって、２次元マーク位置・向き検出部５２は、１画素以下の精度でマークパターンの中心位置を決定することができる。
図３に戻って説明を続ける。
【００７９】
３次元マーク位置算出手段６０は、右カメラＣR及び左カメラＣLで撮像された各々の撮像画像から、パターン検出手段５０によって検出された、位置検出用マークＭのマークパターンの位置に基づいて、位置検出用マークＭの３次元位置を算出するものである。ここで算出された位置検出用マークＭの３次元位置は、２次元マーク位置・向き検出部５２で検出された位置検出用マークの向きとともに、外部に出力される。
なお、ここでは、３次元マーク位置算出手段６０は、２次元マーク位置・向き検出部５２で検出された位置検出用マークの両端に位置するマークパターンの、それぞれの中心位置の３次元位置を検出することとする。
【００８０】
以下、図１５を参照（適宜図３参照）して、位置検出用マークＭの３次元位置を算出する手法について説明する。図１５は、位置検出用マークＭの３次元位置を算出する手法を説明するための説明図である。なお、ここでは、カメラＣのキャリブレーションデータに基づいて、３次元位置を検出する例について説明する。すなわち、３次元マーク位置算出手段６０は、図示していない記憶手段にカメラＣの撮像画像の画素毎にキャリブレーションデータを関連付けて記憶しているものとする。このキャリブレーションデータには、撮像画像の画素に入射してくる入射光を特定する方向（方向情報）を含んでいるものとする。
【００８１】
この図１５において、カメラＣRの光学中心をＯ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）、カメラＣLの光学中心をＯ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）とする。そして、カメラＣRの撮像画像における、マークパターンの中心位置の画素位置に対応する入射光線の方向（キャリブレーションデータの方向情報）を水平角度α1、垂直角度γ1とし、カメラＣLの撮像画像における、マークパターンの中心位置の画素位置に対応する入射光線の方向を水平角度α2、垂直角度γ2とする。ただし、ここではγ2は使用していないため図示していない。
この場合、マークパターンの中心位置Ｐ（Ｐx，Ｐy，Ｐz）は、以下の（６）〜（８）式で算出することができる。
【００８２】
Px＝（x1tanα1−y1−x2tanα2＋y2）／（tanα1−tanα2）  …（６）
Py＝（Px−x1）tanα1＋y1      …（７）
Pz＝（Px−x1）tanγ1＋z1      …（８）
【００８３】
このように、３次元マーク位置算出手段６０は、位置検出用マークＭにおける両端のマークパターンの中心位置を、３次元位置として算出することができる。これによって、両端のマークパターンの中心位置の距離を、位置検出用マークＭの長さとすることで、長さの異なる位置検出用マークＭを、種類の異なるマークとして判別することが可能になる。例えば、位置検出用マークＭを、その長さによって、移動体が自身の位置を認識するためのマークとして使用することもできるし、物体を検出するためのマークとして使用することもできる。
なお、ここで算出された３次元位置は、カメラＣを基準とした座標である。そこで、自律移動ロボット等の移動体の位置や姿勢の情報に基づいて、ワールド座標系における位置検出用マークＭの位置に変換することとしてもよい。
【００８４】
以上、マーク検出装置１の構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、１台のカメラＣで撮像した撮像画像に基づいて、位置検出用マークＭの２次元座標の位置及び向きを求めるものとして機能させることとしてもよい。この場合、マーク検出装置１から、３次元マーク位置算出手段６０を構成から省くことで実現することができる。
【００８５】
また、ここでは、位置検出用マークＭを再帰性反射材で構成されているものとし、ライトＬＴで照射した位置検出用マークＭの反射光によって得られる撮像画像に基づいて、位置検出用マークＭを検出することとしたが、位置検出用マークＭの色を予め定めた色（例えば、赤等）とし、カメラＣをカラーカメラとすることで、領域抽出手段２０が、撮像画像から、その色のみを領域として抽出することとしてもよい。
【００８６】
なお、以上説明したマーク検出装置１は、一般的なコンピュータにプログラムを実行させ、コンピュータ内の演算装置や記憶装置を動作させることにより実現することができる。このプログラム（マーク検出プログラム）は、通信回線を介して配布することも可能であるし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。
【００８７】
［マーク検出装置の動作］
次に、図１６を参照（適宜図１及び図３参照）して、マーク検出装置１の動作について説明する。図１６は、マーク検出装置１の動作を示すフローチャートである。なお、ステップＳ１からステップＳ８までは、それぞれ、右カメラＣR及び左カメラＣLで撮像された各撮像画像を個別に処理する、同一の動作であるため、同一のステップとして説明を行う。
【００８８】
（画像入力ステップ）
まず、マーク検出装置１は、画像入力手段１０によって、カメラＣ（ＣR、ＣL）で撮像した撮像画像を入力する（ステップＳ１）。なお、ここで撮像された撮像画像は、ライトＬＴによって照射された近赤外線が、位置検出用マークＭによって反射された反射光を撮像した画像であって、画像の周辺部の輝度が低下した画像（図４参照）である。
【００８９】
（領域抽出ステップ）
そして、マーク検出装置１は、領域抽出手段２０の輝度正規化部２１によって、入力された撮像画像の画素の輝度を補正することで、撮像画像の光の強度（輝度）を正規化する。これによって、マーク検出装置１は、位置検出用マークの輝度のレベルを均一にした輝度正規化画像（図５参照）を生成する（ステップＳ２）。
【００９０】
また、マーク検出装置１は、領域抽出手段２０の２値化部２２によって、ステップＳ２で正規化された輝度正規化画像を、予め定めた閾値を基準として、画素毎に２値化して２値化画像を生成する（ステップＳ３）。これによって、位置検出用マークＭのマークパターンの候補となる領域が抽出されたことになる。
【００９１】
さらに、マーク検出装置１は、領域抽出手段２０のラベリング部２３によって、ステップＳ３で生成され、２値化画像として抽出された領域を、その領域にラベルを付して分類する（ステップＳ４）。ここでは、ラベリング部２３は、各領域の画素値を、領域固有の値（ラベル）に設定したラベリング画像（図８参照）を生成する。
【００９２】
（エッジ画像生成ステップ）
そして、マーク検出装置１は、直線検出手段３０のエッジ画像生成部３１によって、撮像画像のエッジを抽出したエッジ画像（図９参照）を生成する（ステップＳ５）。ここでは、エッジ画像生成部３１は、ステップＳ３で２値化部２２によって生成された２値化画像から、画素値が変化する部分をエッジとして検出し、そのエッジのみからなるエッジ画像を生成する。
【００９３】
（ハフ変換処理ステップ）
さらに、マーク検出装置１は、直線検出手段３０のハフ変換処理部３２によって、ステップＳ５で生成されたエッジ画像をハフ変換することで、エッジ画像から直線を検出する（ステップＳ６）。これによって、位置検出用マークＭの各辺に相当する直線部分を、直線を特定するパラメータ（ρ，θ）として抽出することができる。
【００９４】
（パターン検出ステップ）
また、マーク検出装置１は、パターン検出手段５０の２次元マーク判定部５１によって、ステップＳ６で検出された直線に基づいて、ステップＳ４でラベリング部２３によってラベル付けされたラベリング画像を追跡し、マーク配置比率記憶手段４０に記憶されているマークパターンの配置比率に近似するマークパターンの組み合わせを、位置検出用マークＭと判定する（ステップＳ７）。
【００９５】
そして、マーク検出装置１は、パターン検出手段５０の２次元マーク位置・向き検出部５２によって、２次元マーク判定部５１で判定された位置検出用マークＭの各マークパターンに基づいて、位置検出用マークＭの２次元座標（撮像画像）上の位置と向きとを検出する（ステップＳ８）。なお、ここでは、２次元マーク位置・向き検出部５２は、位置検出用マークＭの両端の位置に存在するマークパターンＭＰ2，ＭＰ3のそれぞれの中心位置を検出するものとする。また、位置検出用マークＭの向きは、両端のマークパターンＭＰ2，ＭＰ3の中で、中央に位置するマークパターンＭＰ1からの距離（ブランク）が大きい方向を正の方向とする。これによって、２次元座標（撮像画像）上で位置検出用マークＭが検出され、その位置及び向きが特定されたことになる。
【００９６】
以上のステップＳ１からステップＳ８までの動作が、右カメラＣR及び左カメラＣLで撮像された撮像画像毎に行われる。そして、右カメラＣRで撮像された撮像画像におけるマークパターンＭＰ2，ＭＰ3のそれぞれの中心位置と、左カメラＣLで撮像された撮像画像におけるマークパターンＭＰ2，ＭＰ3のそれぞれの中心位置とが、３次元マーク位置算出手段６０に通知される。
【００９７】
（３次元マーク位置算出ステップ）
そして、マーク検出装置１は、３次元マーク位置算出手段６０によって、ステップＳ１からステップＳ８までの各ステップにより検出された、各撮像画像上における位置検出用マークＭの両端のマークパターンＭＰ2，ＭＰ3の中心位置に基づいて、位置検出用マークＭの３次元位置を算出する（ステップＳ９）。ここでは、３次元マーク位置算出手段６０は、位置検出用マークＭの両端の位置に存在するマークパターンのそれぞれの中心位置を３次元位置として算出する。
【００９８】
これによって、両端のマークパターンの中心位置の距離を、位置検出用マークＭの長さとすることで、長さの異なる位置検出用マークＭを、種類の異なるマークとして判別することが可能になる。これによって、ロボット等の移動体が、位置検出用マークＭの種類によって、動作内容を変更することも可能である。
なお、ここでは、位置検出用マークＭの両端のマークパターンＭＰ2，ＭＰ3のそれぞれの中心位置である２点を、位置検出用マークＭの３次元位置として特定しているが、マークパターンＭＰ2，ＭＰ3の中点である１点を、位置検出用マークＭの３次元位置としてもよい。
また、マーク検出装置１は、位置検出用マークＭの３次元位置を検出できるため、ロボット等の移動体が、位置検出用マークとの距離や方向が変化する環境においても、位置検出用マークＭの位置及び向きを特定することができる。
【００９９】
［位置検出用マーク及びマーク検出装置の応用例］
次に、図１７及び図１８を参照して、本発明に係る位置検出用マーク及びマーク検出装置の応用例について説明する。図１７は、ロボットが、ハンドルに位置検出用マークを貼ったカートを押す例を示した図である。図１８は、ロボットが、位置検出用マークを貼ったＣＤ（コンパクトディスク）のケースを把持する例を示した図である。
【０１００】
（応用例１）
図１７（ａ）は、カートＣＴのハンドルＨに、再帰性反射材からなる位置検出用マークＭを貼付した例を示している。また、図１７（ｂ）は、ロボットＲＢが、位置検出用マークＭを貼付したカートＣＴのハンドルＨの位置及び向きを検出し、そのハンドルＨを把持してカートＣＴを押す例を示している。
図１７（ａ）に示すように、ハンドルＨのような円柱形状の曲面に、位置検出用マークＭを貼付した場合であっても、位置検出用マークＭの方向性や、各マークパターンの配置比率といった特性は失われないため、位置検出用マークＭを検出することは可能である。また、位置検出用マークＭは方向性を有しているため、ロボットＲＢ（図１７（ｂ））は、図１７（ａ）の右下方向からカートＣＴを押す必要があることを認識できる。
【０１０１】
また、図７（ｂ）に示すように、ロボットＲＢの制御装置ＣＯ内には、マーク検出装置１を組み込んでいる。そして、ロボットＲＢの頭部内には赤外線カメラＣを備え、頭部側面に近赤外線照射ライトＬＴを備えている。このロボットＲＢは、近赤外線照射ライトＬＴでカートＣＴを照射したときに、赤外線カメラＣで撮像した撮像画像内の位置検出用マークの３次元位置を、マーク検出装置１によって検出することができる。これによって、ロボットＲＢは、位置検出用マークを貼付したハンドルＨを認識し、そのハンドルＨを把持し、カートＣＴを押すことが可能になる。
【０１０２】
（応用例２）
図１８（ａ）は、ＣＤ（コンパクトディスク）のケースＣＳに位置検出用マークＭを貼付した例を示している。また、図１８（ｂ）は、ロボットＲＢが、位置検出用マークＭを貼付したケースＣＳを検出し、そのケースＣＳを把持する例を示している。
図１８（ａ）に示すように、ケースＣＳに位置検出用マークＭを貼付することで、ロボットＲＢ（図１８（ｂ））は、ケースＣＳがどの位置に、どの方向に置かれているのかを認識することができる。
【０１０３】
なお、図１８（ｂ）に示したロボットＲＢは、図１７（ｂ）で説明したロボットＲＢと同様の構成となっている。すなわち、ロボットＲＢは、近赤外線照射ライトＬＴでケースＣＳを照射したときに、赤外線カメラＣで撮像した撮像画像内の位置検出用マークの３次元位置を、マーク検出装置１によって検出する。これによって、ロボットＲＢは、位置検出用マークを貼付したケースＣＳの位置及び向きを認識し、ケースＣＳを把持することが可能になる。
このように、ロボットのような移動体と、位置検出用マークとの距離や方向が変化する環境においても、マーク検出装置は、その位置検出用マークの位置及び向きを特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明に係る位置検出用マークの形状を示す図であって、（ａ）は、位置検出用マークの形状を示す平面図、（ｂ）は、位置検出用マークを再帰性反射材で構成した場合のマークパターンの一部を拡大した断面図である。
【図２】本発明に係る位置検出用マークのマークパターンの配置を説明するための説明図であって、（ａ）は、配置を変えた位置検出用マークを撮像した撮像画像、（ｂ）は、広角カメラで本発明の位置検出用マークを撮像した撮像画像である。
【図３】本発明に係るマーク検出装置の構成を示すブロック図である。
【図４】位置検出用マークを貼付したテーブルを撮像した撮像画像を示す図である。
【図５】撮像画像を輝度において正規化した輝度正規化画像を示す図である。
【図６】輝度正規化画像を２値化した２値化画像を示す図である。
【図７】ラベリングを行う際の規則を説明するための説明図である。
【図８】２値化画像の領域毎にラベリングを行ったラベリング画像を示す図である。
【図９】２値化画像からエッジを抽出したエッジ画像を示す図である。
【図１０】ハフ変換の概念を説明するための説明図であって、（ａ）はｘ−ｙ平面、（ｂ）はρ−θ平面を示している。
【図１１】エッジ画像からハフ変換処理によって検出した直線を視覚化した直線画像を示す図である。
【図１２】ラベリング画像と、ハフ変換によって得られた直線とから、マークパターンの候補となる領域の長さと、領域間（ブランク）の長さとを測定する手法を説明するための説明図である。
【図１３】図１２で測定されたマークパターンの候補となる領域の長さと、ブランクの長さとをリストとして作成したときのリストの内容を示す図である。
【図１４】位置検出用マークのマークパターンの中心位置を決定する手法を説明するための説明図である。
【図１５】位置検出用マークの３次元位置を算出する手法を説明するための説明図である。
【図１６】本発明に係るマーク検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図１７】ロボットが、ハンドルに位置検出用マークを貼ったカートを押す例を示した図であって、（ａ）は、カートのハンドルに位置検出用マークを貼った例、（ｂ）は、ロボットがカートを押す例を示す図である。
【図１８】ロボットが、位置検出用マークを貼ったＣＤのケースを把持する例を示した図であって、（ａ）は、ＣＤのケースに位置検出用マークを貼った例、（ｂ）は、ロボットがＣＤのケースを把持する例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１      マーク検出装置
１０    画像入力手段
２０    領域抽出手段
３０    直線検出手段
３１    エッジ画像生成部（エッジ画像生成手段）
３２    ハフ変換処理部（ハフ変換処理手段）
４０    マーク配置比率記憶手段
５０    パターン検出手段
６０    ３次元マーク位置算出手段
ＬＴ    ライト（照射装置）
Ｃ      カメラ（撮像装置）
Ｍ      位置検出用マーク
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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