JP2010128931A - 遠隔操作システムおよび遠隔操作装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】遠隔操作システム10に含まれる遠隔操作装置14のCPU44は、移動体12からの過去情報および最新の移動体情報に基づいて過去情報を選択し仮想視点Vを決定する。CPU44は、グローバル座標系GCに、選択された過去情報に基づいて3次元環境画像Kと仮想視点Vとを生成し、最新の移動体情報と移動体モデルMに関するデータとに基づいて移動体モデルMと基準点Bと切り出し中心点とを生成する。CPU44は、仮想視点Vと基準点Bとの距離dに基づいて画角を算出し、3次元環境画像Kと移動体モデルMとを仮想視点Vから切り出し中心点方向に透視投影して得られる投影画像を画角に基づいて切り出して合成画像を生成し、合成画像を所定サイズの表示画像に変換する。その表示画像をモニタ36に表示する。
【選択図】図3
Description
特許文献1には、移動体と遠隔操作装置との通信に通信速度の低い(帯域が狭い)通信手段を用いる場合、環境画像を固定した状態で移動体画像を更新することが開示されている。このように環境画像を固定すれば、移動体から遠隔操作装置に送る環境画像の数を削減でき、移動体から遠隔操作装置へのデータ通信量を削減できる。
図1はこの発明の一実施形態の遠隔操作システム10を示すブロック図である。図2は移動体12を示す左側面図である。
図2をも参照して、移動体12は、たとえば荒地走行用の4輪バギー車であり農作業や測量等に用いられ、マイクロコンピュータ(以下、マイコンという)16、速度検出器18、カメラ20、測位ユニット22、姿勢センサ24、方位センサ26、ハードディスクドライブ(ハードディスクを含む:以下、HDDという)28、駆動部30および通信機器32を含む。
カメラ20は、移動体12の前面中央部やや上寄りに設けられ、移動体12の前方の環境画像を撮像する。カメラ20はレンズ20aを有するデジタルCCDカメラである。レンズ20aは広角であることが望ましく、この実施形態では画角が180°の全周魚眼レンズが用いられる。これによってカメラ20は広角な画像を撮像できる。ここで、レンズ20aの中心点をカメラ20の視点Aとし、視点Aの位置をカメラ20の位置とする。
方位センサ26は移動体12の前方の向き(方位角)を検出する。
マイコン16によって駆動部30も制御される。
遠隔操作装置14は、たとえばパーソナルコンピュータからなるコントロールユニット34、操作者による移動体12の操作を支援するための画像等を表示するためのたとえば液晶モニタからなるモニタ36、操作者が移動体12を操作するための入力機器38、および通信回線Tを介して移動体12の通信機器32と通信するための通信機器40を含む。
CPU44は、記憶手段であるROM46やHDD50等に記憶された各種のプログラムを実行し、各構成要素に指示を与え、遠隔操作装置14の動作を制御する。
図4は過去情報の選択方法を説明するための図解図である。図4において、横軸は移動体12の累積移動距離である。白抜き丸で示されたF1,F2およびF3は、過去情報に含まれる累積移動距離を示し、矢印方向に移るほど累積移動距離が大きくなる。累積移動距離がF1,F2およびF3であるときに撮像された環境画像およびカメラ20の視点Aの位置はそれぞれ、過去情報に含まれHDD50に記憶されている。Nは現在の移動体12の位置での累積移動距離であり、図4(b)には図4(a)よりも時間的に後の状態が示されている。
具体的には次のようにして選択される。
図4に示す距離D1およびD2は、数1によって求められる。
この処理について図5から図7を参照して説明する。
まず、環境画像Iが座標系C1に配置される。環境画像Iは、その中心点が座標系C1の原点Oに一致するように配置される。そして、環境画像Iを複数(たとえば縦16×横16=256:図5では図面の簡略化のため縦6×横6=36とする)の正方形状の画像片IPに分割し、座標系C1における各画像片IPの頂点の座標P(py,pz)が取得される。つづいて、取得した座標P(py,pz)に基づいて座標系C2における座標P(x,y,z)が数2によって求められる。
図8に示すように、移動体モデルは点群とそれらのうち対応する2点間を結ぶ直線とによって移動体の形状のイメージを表現できる。移動体モデルは3次元直交座標系C3に、移動体モデルの中心が座標系C3の原点に位置し、移動体モデルの前方がx軸方向を向くように配置される。移動体モデルの各頂点には座標値が付与され、たとえば移動体モデルを示す立方体の各辺の長さを2とすると、頂点S1は(1,1,1)、頂点S2は(1,−1,1)として表わすことができる。
そして、立方体の各頂点が、数4によってグローバル座標系GCに座標変換される。
図9において、dは仮想視点Vから移動体12の基準点B(現在の移動体12の位置)までの距離、βは仮想視点Vからの縦画角、hは移動体モデルMの高さ、Hは仮想視点Vから縦画角βで切り出したときの距離dの位置(基準点Bを通る縦面)での切り出し幅である。距離dは仮想視点Vの位置と基準点Bの位置とから得ることができる。
モニタ36に移動体モデルMが表示されるとき、移動体モデルMの縦サイズを表示画像の縦サイズの一定値k(0<k<1)倍の大きさにするには、k=h/Hの関係が成立すればよい。たとえばk=h/H=0.33である。
また、図9より、d*tan(β/2)=H/2が成立する。
これらの2つの数式より、縦画角βは数5によって求められる。
図10は、グローバル座標系GCに生成された3次元環境画像Kと移動体モデルMとを3次元直交座標系C2のz軸方向のプラス側(図7参照)から見た状態を示す図解図である。図10では、3次元環境画像Kは、仮想視点Vにて撮影された画角180°の半球状の広角画像である。
ここでは、ステップS9およびS11においてグローバル座標系GCに生成された3次元環境画像Kと移動体モデルMとを、仮想視点Vから基準点Bに向かって透視投影して投影画像を得て、さらにステップS13で算出された縦画角βと表示画像の縦横比とに基づく切り出し範囲に応じて仮想視点Vから当該投影画像を切り出すことによって、合成画像が得られる。この合成画像では、合成画像に対する移動体モデルMの大きさの割合は略一定である。
そして、得られた所定サイズの表示画像がモニタ36に表示され、操作者に提示される(ステップS19)。
図11(b)の例では、移動体が仮想視点から離れるに従い、移動体モデルが描画される大きさが小さくなっていく。それに対して、図11(a)の例では、移動体が仮想視点から離れていく場合でも、表示画像における移動体モデルの大きさおよび位置を略一定にできる。
この実施形態では、表示画像の中心位置となる投影画像の切り出し中心点は、W1ではなくW2となる。それ以外は先の実施形態と同様である。切り出し中心点W2は、移動体12の前方正面に所定距離だけ離れた位置に設定され、たとえば移動体12の位置を示す基準点Bから6m前方に位置する。
そして、3次元環境画像Kと移動体モデルMとを仮想視点Vから切り出し中心点W2に向かって透視投影して得られる投影画像が、得られた縦画角βと表示画像の縦横比とに基づく切り出し範囲に応じて切り出されて合成画像が得られる。
図15および図16では、移動体モデルMの前方正面の位置にある切り出し中心点W2を表示画像の中心としているので、移動体モデルMの左折動作に従って進行方向である左側が、移動体モデルMの表示位置の急激な変化なく広く表示されていく様子がわかる。
また、図15(a)〜(d)の表示画像と図16(a)〜(d)の表示画像とでは、仮想視点Vの位置が異なる。このように仮想視点Vが切り替えられても、表示画像中での移動体モデルMの位置や大きさにはほとんど違いがないことがわかる。
12 移動体
14 遠隔操作装置
16 マイクロコンピュータ
18 速度検出器
20 カメラ
20a レンズ
22 測位ユニット
24 姿勢センサ
26 方位センサ
28,50 ハードディスクドライブ
32,40 通信機器
34 コントロールユニット
36 モニタ
38 入力機器
44 CPU
46 ROM
48 RAM
A カメラの視点
B 移動体の位置を示す基準点
C1 2次元直交座標系
C2,C3 3次元直交座標系
GC グローバル座標系
I 環境画像
K 3次元環境画像
M 移動体モデル
V 仮想視点
W1,W2 切り出し中心点
β 縦画角
γ 横画角
Claims (4)
- 移動体と前記移動体を遠隔操作する遠隔操作装置とを備える遠隔操作システムであって、
前記移動体は、
前記移動体の周囲の環境画像を撮像する撮像手段と、
前記移動体および前記撮像手段に関する情報を検出する情報検出手段とを備え、
前記遠隔操作装置は、
前記情報検出手段の検出結果に基づいて仮想視点を決定する決定手段と、
前記撮像手段によって前記仮想視点から撮像された前記環境画像と当該環境画像の撮像時における前記情報検出手段の検出結果とに基づいて、前記環境画像を3次元で表す3次元環境画像と前記仮想視点とを仮想空間に生成する第1生成手段と、
前記仮想視点からの前記環境画像の撮像後における前記情報検出手段の検出結果と前記移動体を表す移動体モデルに関するデータとに基づいて、前記移動体モデルと前記移動体の位置を示す基準点と切り出し中心点とを前記仮想空間に生成する第2生成手段と、
合成画像に対する前記移動体モデルの大きさの割合が略一定になるように前記仮想視点と前記基準点との距離に基づいて前記仮想視点からの画角を算出する算出手段と、
前記3次元環境画像と前記移動体モデルとを前記仮想視点から前記切り出し中心点方向に透視投影して得られる投影画像を、前記仮想視点から前記画角に基づいて切り出して前記合成画像を生成する第3生成手段と、
前記合成画像を所定サイズの表示画像に変換する変換手段と、
前記表示画像を表示する表示手段とを備える、遠隔操作システム。 - 前記切り出し中心点は前記基準点の位置に設定される、請求項1に記載の遠隔操作システム。
- 前記切り出し中心点は、前記移動体から前方に所定距離だけ離れた位置に設定される、請求項1に記載の遠隔操作システム。
- 移動体の周囲の環境画像を撮像する撮像手段と、前記移動体および前記撮像手段に関する情報を検出する情報検出手段とを備える移動体、を遠隔操作する遠隔操作装置であって、
前記情報検出手段の検出結果に基づいて仮想視点を決定する決定手段と、
前記撮像手段によって前記仮想視点から撮像された前記環境画像と当該環境画像の撮像時における前記情報検出手段の検出結果とに基づいて、前記環境画像を3次元で表す3次元環境画像と前記仮想視点とを仮想空間に生成する第1生成手段と、
前記仮想視点からの前記環境画像の撮像後における前記情報検出手段の検出結果と前記移動体を表す移動体モデルに関するデータとに基づいて、前記移動体モデルと前記移動体の位置を示す基準点と切り出し中心点とを前記仮想空間に生成する第2生成手段と、
合成画像に対する前記移動体モデルの大きさの割合が略一定になるように前記仮想視点と前記基準点との距離に基づいて前記仮想視点からの画角を算出する算出手段と、
前記3次元環境画像と前記移動体モデルとを前記仮想視点から前記切り出し中心点方向に透視投影して得られる投影画像を、前記仮想視点から前記画角に基づいて切り出して前記合成画像を生成する第3生成手段と、
前記合成画像を所定サイズの表示画像に変換する変換手段と、
前記表示画像を表示する表示手段とを備える、遠隔操作装置。
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JPN6012042763; 城間直司,外5名: '"ロボットの遠隔操作のための過去画像履歴を用いたシーン複合"' 計測自動制御学会論文集 第41巻,第12号, 2005, p.1036-1043, 社団法人計測自動制御学会 * |
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