(57)【要約】【課題】可視光通信システムを利用し、容易に実用化を図ることが可能な位置測定システムを提供することにある。【解決手段】位置情報を可視光信号で発信する可視光通信ビーコンと、１台のカメラにより撮像した画像情報とを使用して、車両１の現在位置を測定する位置測定システムである。可視光通信ビーコンは、道路照明柱３に設けられた道路照明灯３０及び可視光通信装置３１からなる。車両１は、１台のカメラを搭載し、可視光信号３１０から可視光通信ビーコンの位置情報を復調して、現在位置を算出する車両位置計測装置１０を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定位置で、高さ情報を含む位置情報で変調された可視光信号を発信する発信手段と、
位置測定対象である移動体に設けられて、前記発信手段を撮像する単眼型撮像手段と、
前記移動体に設けられて、前記可視光信号を受信して前記位置情報を取得する手段と、
前記移動体に設けられて、前記単眼型撮像手段により撮像された画像情報及び前記位置情報を使用して、前記移動体の位置を測定する位置測定手段と
を具備したことを特徴とする位置測定システム。
【請求項２】
前記発信手段は、
前記移動体である車両が走行するための道路上の照明を行なう道路照明灯に設けられて、
前記可視光信号に含まれる前記位置情報を記憶する記憶手段と
道路照明用の発光素子を駆動制御し、前記記憶手段に記憶された位置情報で変調された前記可視光信号を発信する発光素子駆動手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項３】
前記発信手段は、
建物などの施設に設けられて、前記施設の周辺に前記可視光信号を発信できるような構造物に取り付けられている構成であることを特徴とする請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項４】
前記位置測定手段は、
前記画像情報及び前記位置情報を使用して、前記移動体の現在位置と前記定位置との距離を算出する距離計算手段と、
前記距離計算手段により算出された距離、前記移動体に設けられた方位計から取得される方位、及び前記定位置の座標位置を使用して、前記移動体の現在位置を算出する補正計算手段と
を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の位置測定システム。
【請求項５】
前記位置測定手段は、
前記移動体の第１の位置での前記単眼型撮像手段により撮像された第１の画像情報と、前記移動体が前記第１位置から移動した後の第２の位置での前記単眼型撮像手段により撮像された第２の画像情報とを合成した合成画像情報を使用して、前記合成画像上での前記定位置の高さの差を算出する手段と、
前記高さの差、前記位置情報に含まれる前記定位置の高さ情報、及び前記第１位置から第２の位置までの移動距離を使用して、前記移動体の現在位置と前記定位置との距離を算出する距離計算手段と、
前記距離計算手段により算出された距離、前記移動体に設けられた方位計から取得される方位、及び前記定位置の座標位置を使用して、前記移動体の現在位置を算出する補正計算手段と
を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の位置測定システム。
【請求項６】
移動体に搭載された位置測定装置であって、
定位置で発信される可視光信号で、高さ情報を含む位置情報で変調された前記可視光信号を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記可視光信号から前記位置情報を復調する手段と、
定位置の対象物を撮像して画像情報を出力する単眼型撮像手段と、
前記単眼型撮像手段により撮像された画像情報及び前記位置情報を使用して、前記移動体の位置を測定する位置測定手段と
を具備したことを特徴とする位置測定装置。
【請求項７】
前記移動体は車両であり、
前記受信手段は、
道路上の照明を行なう道路照明灯に設けられた発信手段から発信された前記可視光信号を受信する受光素子と、
前記受光素子により受信した前記可視光信号から前記位置情報を復調する手段と
を含むことを特徴とする請求項６に記載の位置測定装置。
【請求項８】
前記位置測定手段は、
前記画像情報及び前記位置情報を使用して、前記移動体の現在位置と前記定位置との距離を算出する距離計算手段と、
前記距離計算手段により算出された距離、前記移動体に設けられた方位計から取得される方位、及び前記定位置の座標位置を使用して、前記移動体の現在位置を算出する補正計算手段と
を含むことを特徴とする請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の位置測定装置。
【請求項９】
前記位置測定手段は、
前記移動体の第１の位置での前記単眼型撮像手段により撮像された第１の画像情報と、前記移動体が前記第１位置から移動した後の第２の位置での前記単眼型撮像手段により撮像された第２の画像情報とを合成した合成画像情報を使用して、前記合成画像上での前記定位置の高さの差を算出する手段と、
前記高さの差、前記位置情報に含まれる前記定位置の高さ情報、及び前記第１位置から第２の位置までの移動距離を使用して、前記移動体の現在位置と前記定位置との距離を算出する距離計算手段と、
前記距離計算手段により算出された距離、前記移動体に設けられた方位計から取得される方位、及び前記定位置の座標位置を使用して、前記移動体の現在位置を算出する補正計算手段と
を含むことを特徴とする請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の位置測定装置。
【請求項１０】
定位置に設けられた発信手段から発信される可視光信号で、高さ情報を含む位置情報で変調された前記可視光信号を使用して、移動体の現在位置を測定する位置測定方法であって、
前記移動体に設けられて、前記発信手段を単眼型撮像手段により撮像して画像情報を生成する処理と、
前記移動体に設けられて、前記可視光信号を受信して前記位置情報を取得する処理と、
前記移動体に設けられて、前記画像情報及び前記位置情報を使用して、前記移動体の位置を測定する位置測定処理と
を有する手順を実行することを特徴とする位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には可視光通信システムを利用した位置測定システムに関し、特に、車両などの移動体の位置を測定する位置測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車を代表とする車両の現在位置を測定する方式として、ＧＰＳ（global positioning system）を利用した位置測定（位置計測）方式が、例えばカーナビゲーション装置に組み込まれて普及している。
【０００３】
また、近年では、特に高精度の位置測定機能を実現するための方式として、可視光通信システムを利用した位置測定方式が提案されている。可視光通信システムは、可視光信号を利用した通信方式であり、位置測定機能に必要な位置情報で変調した可視光信号を発信することができる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
このような可視光通信システムによる可視光信号と、車両に搭載させた複数台のビデオカメラにより撮像したステレオ画像とを使用して、例えば道路上を走行する自動車の現在位置を測定することが可能である。
【特許文献１】特開２００７−８１７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、可視光通信システムを利用することにより、車両の現在位置を高精度に測定できる位置測定方式の実現が可能である。しかしながら、複数台のカメラを車両に搭載させる方式では、ステレオ画像処理などの複雑な処理を行なう装置や、複数台のカメラに要するコストが高く、実用化の面で難点がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、可視光通信システムを利用し、容易に実用化を図ることが可能な位置測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の観点は、位置情報を可視光信号で発信する可視光通信ビーコンと、１台のカメラにより撮像した画像情報を生成する単眼型撮像手段を利用して、車両などの移動体の現在位置を測定する位置測定システムである。
【０００８】
本発明の観点に従った位置測定システムは、定位置で、高さ情報を含む位置情報を示す可視光信号を発信する発信手段と、位置測定対象である移動体に設けられて、前記発信手段を撮像する単眼型撮像手段と、前記移動体に設けられて、前記可視光信号を受信して前記位置情報を取得する手段と、前記移動体に設けられて、前記単眼型撮像手段により撮像された画像情報及び前記位置情報を使用して、前記移動体の位置を測定する位置測定手段とを備えた構成である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、可視光通信システムを利用し、低コストで容易に実用化を図ることが可能な位置測定システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
（システムの構成）
図１は、本実施形態に関する位置測定システムの要部を示す図である。
【００１２】
本実施形態は、可視光通信システムを利用して、自動車（以下、車両と表記する）１の現在位置を測定するシステムである。本システムは大別して、車両１が走行するための道路２の近傍の定位置に設けられた道路照明柱３、及び車両１に搭載された位置測定装置（以下、車両位置計測装置と表記する）１０からなる。
【００１３】
道路照明柱３は、道路２上の照明を行なうための道路照明灯３０、及び可視光通信装置３１を有する。道路照明灯３０は、照明用発光ダイオード素子（以下、ＬＥＤと表記）を有し、道路２上を照明するための照明光３００を発光すると共に、後述する可視光通信ビーコンとして機能する。
【００１４】
可視光通信装置３１は、道路照明灯３０のＬＥＤを駆動制御して、位置情報を含む可視光信号３１０を発信する可視光通信ビーコンを構成する。以下、本実施形態では、定位置に設けられた道路照明柱３、道路照明灯３０、及び可視光通信装置３１から構成される設備を、可視光通信ビーコンとして総称する場合がある。
【００１５】
車両位置計測装置１０は、可視光通信ビーコンから発信された可視光信号を受信し、この可視光信号から復調した位置情報を使用して、現在位置を測定する。位置情報は、定位置にある可視光通信ビーコンの座標位置情報（経度と緯度）と、道路２から道路照明灯３０までの高さ情報（即ち、可視光通信ビーコンの高さＨを示す情報）を含む。
【００１６】
（可視光通信装置の構成）
図２は、本実施形態の可視光通信装置３１の構成を示す図である。
【００１７】
図２に示すように、可視光通信装置３１は、電源３３、ＬＥＤ駆動装置３４、通信制御装置３５及び記憶装置３６を有し、道路照明灯３０の近傍で道路照明柱３に固定されている。ＬＥＤ駆動装置３４は、道路照明灯３０の発光素子であるＬＥＤ３２を駆動するドライバである。通信制御装置３５は、ＬＥＤ駆動装置３４を介してＬＥＤ３２を点滅制御することにより、記憶装置３６に保存されている位置情報に基づいて変調した可視光信号３１０を発信させる。位置情報は、定位置の可視光通信ビーコンの座標位置情報及び高さ情報を含む情報である。
【００１８】
可視光通信ビーコンの位置情報は、記憶装置３６に予め記憶されているか、または無線通信などにより送信されて記憶装置３６に保存される。可視光通信装置３１は、道路照明灯３０のＬＥＤ３２により発光される可視光を変調することで、位置情報を乗せた可視光信号（可視光通信ビーコン信号）３１０を発信する。なお、可視光の変調方式は、点滅制御やＲＧＢ変調など各種の変調方式から適切に選択されたものでよい。
【００１９】
（車両位置計測装置の構成）
図３は、本実施形態の車両位置計測装置１０の構成を示す図である。
【００２０】
図３に示すように、本実施形態の車両１は、車両位置計測装置１０と共に、可視光信号を受信するための受光部１５、方位計１７と距離計１８を含む車載用計測機器１６、及び１台の車載用ビデオカメラ（以下、単にカメラと表記する）１９を搭載している。
【００２１】
受光部１５は、具体的にはフォトダイオード素子（ＰＤ素子）であり、受光した可視光信号を電気信号に変換して車両位置計測装置１０に出力する。方位計１７及び距離計１８は、車両位置計測装置１０に接続されており、それぞれ車両１の方位及び走行距離の計測結果を車両位置計測装置１０に出力する。カメラ１９は、単眼型撮像装置であり、撮像した画像を車両位置計測装置１０に出力する。
【００２２】
車両位置計測装置１０は、データ処理部１１、画像処理部１２、可視光通信部１３及び車両機器インターフェース１４を有する。データ処理部１１は、後述する位置測定処理に必要な演算処理を実行する。画像処理部１２は、カメラ１９により撮像された画像を処理して、後述するように、可視光通信ビーコンの高さ情報を算出するための画像情報を生成してデータ処理部１１に転送する。ここで、データ処理部１１及び画像処理部１２は、マイクロプロセッサ及びソフトウェアから構成される。
【００２３】
可視光通信部１３は、受光部１５で受信した可視光信号（電気信号に変換された信号）から位置情報を復調して、データ処理部１１に転送する。車両機器インターフェース１４は、車載用計測機器１６に含まれる方位計１７及び距離計１８から車両１の方位角及び走行距離の計測結果を受信すると、データ処理部１１に転送する。
【００２４】
（位置測定システムの動作）
以下、図４から図７を参照して、本実施形態のシステムの位置測定動作を説明する。
【００２５】
まず、図４及び図７のフローチャートを参照して、位置測定動作の概略を説明する。
【００２６】
本実施形態では、図４に示すように、道路上を走行する車両１が最初の位置（第１の位置Ｐ１）から次の位置（第２の位置Ｐ２）まで移動したときに、現在位置として位置Ｐ２を測定する場合を想定する。
【００２７】
ここで、道路上は、道路照明灯３０からＬＥＤ３２の発光により照明されている。また、道路照明灯３０からは、定位置の可視光通信ビーコンとして、位置情報が乗せられた可視光信号２００が、当該定位置の周辺に対して発信されている。
【００２８】
車両１では、第１の位置Ｐ１で、可視光通信ビーコンからの可視光信号２００を受光部１５で受信する（ステップＳ１）。車両１に搭載された車両位置計測装置１０では、可視光通信部１３は、受光部１５で受信した可視光信号２００（電気信号に変換された信号）から位置情報を復調して、データ処理部１１に転送する。
【００２９】
このとき、車両１では、位置Ｐ１で、例えば可視光信号２００を受光部１５で受信したタイミングで、カメラ１９により可視光通信ビーコン、即ち道路照明柱３を含む道路照明灯３０の外観が撮像される（ステップＳ１）。車両位置計測装置１０では、画像処理部１２は、カメラ１９により撮像された画像（１００）を入力して処理し、可視光通信ビーコンの高さ（Ｈ）を算出するための画像情報を生成してデータ処理部１１に転送する。
【００３０】
次に、車両１は、位置Ｐ１から第２の位置Ｐ２に移動したときに、位置Ｐ１と同様に、可視光通信ビーコンからの可視光信号２００を受信し、かつ、カメラ１９により可視光通信ビーコンを撮像する（ステップＳ２）。即ち、車両位置計測装置１０では、可視光通信部１３は、受光部１５で受信した可視光信号２００から位置情報を復調して、データ処理部１１に転送する。
【００３１】
なお、データ処理部１１は、位置Ｐ１及びＰ２で復調された位置情報を内部メモリに保存する。また、画像処理部１２は、カメラ１９により撮像された画像（１００）を入力して処理し、当該画像情報を生成してデータ処理部１１に転送する。また、車両位置計測装置１０では、車両機器インターフェース１４を介して、距離計１８により測定された位置Ｐ１からＰ２までの車両１の走行距離をデータ処理部１１に転送する。データ処理部１１は受信した車両１の走行距離（Ｌｏ）を内部メモリに保存する。
【００３２】
車両位置計測装置１０では、データ処理部１１は、位置Ｐ１，Ｐ２で画像処理部１２により取得された２枚の画像情報を合成して、この合成情報、位置情報及び車両１の走行距離（Ｌｏ）を使用して、車両１の位置Ｐ２と可視光通信ビーコンとの距離（Ｌｘ）及び位置Ｐ２の座標位置を算出する（ステップＳ３）。
【００３３】
さらに、車両位置計測装置１０では、データ処理部１１は、車両機器インターフェース１４を介して、方位計１７により測定された位置Ｐ２での方位角を入力し、位置Ｐ２の座標位置を補正して、実際の車両１の現在位置を算出する（ステップＳ４）。
【００３４】
次に、図５及び図６を参照して、本実施形態の車両位置計測装置１０による位置測定動作の計算手順を詳細に説明する。
【００３５】
まず、図５を参照して、車両１の車両位置計測装置１０において、道路上の位置Ｐ１をスタート位置として、位置Ｐ２まで走行移動したときに、到着した位置Ｐ２と可視光通信ビーコンとの距離Ｌｘを算出する手順を説明する。ここで、可視光通信ビーコンの位置７００は、便宜的に道路照明灯３０からの垂直線と道路面との交点とする。
【００３６】
車両位置計測装置１０では、データ処理部１１は、位置Ｐ１，Ｐ２で画像処理部１２により取得された２枚の画像情報４００，５００を合成した合成画像６００を使用して、合成画像６００上の道路照明柱３の高さｈを算出する。この高さｈは、図５に示すように、位置Ｐ１でのカメラ１９の位置ｈａと、撮影角度αで道路照明灯３０を撮影したときの直線との位置Ｐ２との交点ｈｂとの差分に相当する。
【００３７】
ここで、可視光通信ビーコンの高さをＨとし、車両１上に取り付けられたカメラ１９の高さｖｈとし、さらに位置Ｐ１と可視光通信ビーコンの位置７００までの距離をＬとした場合に、以下のような関係式（１）〜（５）を求めることができる。
【００３８】
なお、データ処理部１１は、位置Ｐ１，Ｐ２間の距離Ｌｏは、距離計１８により測定された走行距離を使用して算出する。また、データ処理部１１は、受光部１５で受信した可視光信号２００から復調した位置情報から、可視光通信ビーコンの高さＨを取得する。
【００３９】
ＤＯ＝√（Ｌｏ２＋ｈ２）…（１）
ここで、√は、（Ｌｏ２＋ｈ２）の平方根を示す。
【００４０】
α＝ＣＯＳ−１（Ｌｏ／ＤＯ）…（２）
β＝９０−α…（３）
Ｌ＝（Ｈ−ｖｈ）tanβ…（４）
Ｌｘ＝Ｌ−Ｌｏ…（５）
車両位置計測装置１０のデータ処理部１１は、前記関係式（１）〜（５）を使用した計算処理を実行して、位置Ｐ２まで移動した車両１と、可視光通信ビーコンの位置７００までの距離Ｌｘを算出することができる。
【００４１】
次に、図６を参照して、車両１の位置Ｐ２における座標位置（ｘ，ｙ）を計算する手順を説明する。
【００４２】
まず、可視光通信ビーコンの位置７００の座標位置を（ｘｏ，ｙｏ）とする。この座標位置とは、通常では、経度と緯度を示す位置情報である。車両位置計測装置１０では、可視光通信部１３が、受光部１５で受信した可視光信号２００から当該座標位置（ｘｏ，ｙｏ）を復調して、データ処理部１１に転送する。一方、データ処理部１１は、車両機器インターフェース１４を介して、車載用計測機器１６に含まれる方位計１７により測定された方位角（γ）を取得する。
【００４３】
データ処理部１１は、下記のような関係式（６），（７）を使用して、可視光通信ビーコンの座標位置（ｘｏ，ｙｏ）に対する補正計算を実行することにより、車両１の位置Ｐ２における座標位置（ｘ，ｙ）を算出する。即ち、データ処理部１１は、車両１と可視光通信ビーコンとの距離Ｌｘ及び方位角γを使用した補正計算により、車両１の位置Ｐ２における座標位置（ｘ，ｙ）を算出する。
【００４４】
ｘ＝ｘｏ−Ｌｘ・sinγ…（６）
ｙ＝ｙｏ−Ｌｘ・cosγ…（７）
以上のように本実施形態のシステムであれば、位置Ｐ２における車両１の位置情報として、可視光通信ビーコンの座標位置（ｘｏ，ｙｏ）、車両１と可視光通信ビーコン間の距離Ｌｘ、及び車両の方位角γを使用する補正計算を実行することにより、車両１の座標位置（ｘ，ｙ）を求めることができる。この場合、車両１と可視光通信ビーコン間の距離Ｌｘは、１台のカメラ１９により撮像した各画像を合成した合成画像を使用して、いわゆる三角測量方法により、車両１と可視光通信ビーコン間の距離Ｌｘを求めることができる。
【００４５】
要するに、本実施形態のシステムであれば、複数台のカメラを車両に搭載させて、ステレオ画像処理などの複雑な方式を用いることなく、車両１に搭載された単眼型カメラ１９を使用して、車両１と可視光通信ビーコン間の距離Ｌｘを求めることができる。従って、複数台のカメラに要する高コストの低減化を図ることができる。さらに、近年の自動車では、１台のカメラを搭載することは一般的であるため、本実施形態のシステムの実用化は容易である。また、可視光通信ビーコンからの位置情報と、車両１に搭載された方位計を使用した補正計算により、車両１の座標位置を高精度に求めることができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、可視光通信ビーコンは、道路上の定位置に設けられた道路照明灯３０を利用して構成されているが、これに限ることなく、例えば建物や施設などに設けられた照明灯により構成されてもよい。また、可視光通信ビーコンは、照明灯と一体化されたものでなく、可視光信号を発信する専用の施設（装置）でもよい。
【００４７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に関する位置測定システムの要部を示す図。
【図２】本実施形態に関する可視光通信装置の構成を説明するための図。
【図３】本実施形態に関する車両位置計測装置の構成を説明するための図。
【図４】本実施形態に関するシステムの位置測定動作を説明するための図で、移動中の車両と可視光通信ビーコンとの関係を示す図。
【図５】本実施形態に関するシステムの位置測定動作を説明するための図で、位置測定動作に必要な計算手順を説明するための図。
【図６】本実施形態に関するシステムの位置測定動作を説明するための図で、補正計算手順を説明するための図。
【図７】本実施形態に関するシステムの処理手順を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
【００４９】
１…車両、２…道路、３…道路照明柱、１０…位置測定装置（車両位置計測装置）、
１１…データ処理部、１２…画像処理部、１３…可視光通信部、
１４…車両機器インターフェース、１５…受光部、１６…車載用計測機器、
１７…方位計、１８…距離計、１９…カメラ（単眼型カメラ）、
３０…道路照明灯、３１…可視光通信装置、３２…発光素子（ＬＥＤ）、
３３…電源、３４…ＬＥＤ駆動装置、３５…通信制御装置、３６…記憶装置、
３００…照明光、３１０…可視光信号。
【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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