JP2019212204A - Position estimation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、施設内を飛行する飛行体の飛行位置を推定する位置推定システムに関する。 The present invention relates to a position estimation system that estimates a flight position of an aircraft flying in a facility.
近年、広範囲のエリアの調査に飛行体いわゆるドローンが積極的に活用されている。調査エリアが屋外である場合、飛行体の位置はGPSによって特定することが可能である。これに対し、調査エリアが屋内である場合、飛行体はGPS信号を受信することができない。このため、屋内を調査する際には飛行体の位置を特定することが困難である。 In recent years, so-called drones have been actively used to investigate a wide area. When the survey area is outdoors, the position of the flying object can be specified by GPS. On the other hand, when the survey area is indoors, the flying object cannot receive GPS signals. For this reason, it is difficult to specify the position of the flying object when surveying indoors.
屋内を調査する際の飛行体の位置を特定する方法としては、例えば、UWB(Ultra Wide Band)と呼ばれる無線を使用して自己位置測定方法が知られている。また他の方法としては、例えば特許文献1では、マーカを用いた高速移動物体の速度・位置の推定方法が開示されている。特許文献1の推定方法では、屋内の床面にマーカが設けられていて、このマーカを読み取ることにより位置を推定している。 As a method for specifying the position of the flying object when investigating indoors, for example, a self-position measuring method using radio called UWB (Ultra Wide Band) is known. As another method, for example, Patent Document 1 discloses a method for estimating the speed and position of a high-speed moving object using a marker. In the estimation method of Patent Document 1, a marker is provided on an indoor floor surface, and the position is estimated by reading this marker.
しかしながら、UWB方式では、調査対象の屋内に無線発信機を事前に多数設置しておく必要がある。また特許文献1の方法では、屋内の床面にマーカを事前に配置しておく必要がある。このため、これらの方法であると、立入禁止の建設物等、無線発信機を設置したりマーカを配置したりすることが困難な建造物の屋内を調査する際には適用することができないという課題があった。 However, in the UWB system, it is necessary to install a large number of wireless transmitters in advance in the indoor area to be investigated. Moreover, in the method of patent document 1, it is necessary to arrange | position a marker in advance on an indoor floor surface. For this reason, these methods cannot be applied when investigating indoors of buildings where it is difficult to install radio transmitters or place markers, such as buildings that are prohibited from entering. There was a problem.
本発明は、このような課題に鑑み、無線発信機やマーカ等を事前に配置することなく施設内における飛行体の位置を好適に推定することが可能な位置推定システムを提供することを目的としている。 In view of such problems, the present invention has an object to provide a position estimation system capable of suitably estimating the position of a flying object in a facility without arranging a radio transmitter, a marker, or the like in advance. Yes.
上記課題を解決するために、本発明にかかる位置推定システムの代表的な構成は、施設内を飛行する飛行体と、飛行体に搭載されるカメラと、カメラによって撮影された撮影画像を処理する演算装置と、カメラによって事前に撮影された施設内の画像である基準画像と撮影位置を関連付けて格納する画像データベースと、を含み、演算装置は、飛行体が施設を巡回中に撮影した撮影画像を画像データベースに格納された基準画像と照合することにより、マッチングされた基準画像に関連付けられた撮影位置を飛行体の飛行位置と推定することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a representative configuration of a position estimation system according to the present invention processes a flying object flying in a facility, a camera mounted on the flying object, and a photographed image photographed by the camera. A computing device and an image database that stores a reference image that is an image in the facility that has been captured in advance by the camera and an imaging position, and the computing device is a captured image that is captured by the flying object while traveling around the facility. Is compared with the reference image stored in the image database, and the imaging position associated with the matched reference image is estimated as the flight position of the flying object.
上記構成によれば、施設を巡回中に飛行体に搭載されたカメラによって撮影された撮影画像と、画像データベースに格納された基準画像とを照合することにより、飛行体の飛行位置を推定することができる。したがって、無線発信機やマーカ等を事前に配置することなく施設内における飛行体の位置を好適に推定することが可能となる。 According to the above configuration, the flight position of the flying object is estimated by collating the captured image taken by the camera mounted on the flying object while traveling around the facility with the reference image stored in the image database. Can do. Therefore, the position of the flying object in the facility can be suitably estimated without arranging a radio transmitter, a marker, or the like in advance.
上記演算装置は、基準画像から撮影位置を算出し、施設の機器配置の3Dモデルと基準画像とを照合して撮影位置を補正し、基準画像と補正した撮影位置を関連付けて画像データベースに格納するとよい。かかる構成によれば、施設の機器配置の3Dモデルと照合して基準画像の撮影位置を補正することにより、基準画像の撮影位置の精度を高めることができる。したがって、飛行体の飛行位置をより高精度に推定することが可能となる。 The arithmetic unit calculates a shooting position from the reference image, compares the 3D model of the facility arrangement of the facility with the reference image to correct the shooting position, and associates the reference image with the corrected shooting position and stores the image in the image database. Good. According to this configuration, the accuracy of the shooting position of the reference image can be improved by correcting the shooting position of the reference image by collating with the 3D model of the equipment arrangement of the facility. Therefore, the flight position of the flying object can be estimated with higher accuracy.
上記飛行体は、線量計または温度計が更に搭載されるとよい。これにより、飛行体によって巡回した領域の放射線量や温度のデータを得ることができ、有益性を高めることが可能となる。ただし、線量計または温度計に限定するものではなく、飛行体には、それら以外の他のセンサを搭載することも可能である。 The flying object may be further equipped with a dosimeter or a thermometer. Thereby, the radiation dose and temperature data of the area circulated by the flying object can be obtained, and the usefulness can be enhanced. However, the present invention is not limited to a dosimeter or a thermometer, and other sensors can be mounted on the flying object.
上記飛行体を追尾しながら施設内を飛行する第2の飛行体を更に含むとよい。これにより、第2の飛行体によって前方の飛行体の周囲を撮影することができる。したがって、前方の飛行体の周囲の障害物を好適に把握することができ、運用の安定性を高めることが可能となる。 It is preferable to further include a second flying object that flies within the facility while tracking the flying object. Thereby, the surroundings of the front flying body can be imaged by the second flying body. Therefore, it is possible to appropriately grasp obstacles around the flying object ahead, and it is possible to improve operational stability.
本発明によれば、無線発信機やマーカ等を事前に配置することなく施設内における飛行体の位置を好適に推定することが可能な位置推定システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the position estimation system which can estimate the position of the flying body in a facility suitably can be provided, without arrange | positioning a radio transmitter, a marker, etc. in advance.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
図1は、本実施形態にかかる位置推定システム100を説明する図である。図1に示すように、本実施形態の位置推定システム100は、飛行体110、カメラ112および演算装置120を含んで構成される。飛行体110は、施設内を飛行しながら移動する移動体であり、かかる飛行体110にカメラ112が搭載される。
FIG. 1 is a diagram for explaining a
演算装置120は、演算部122および画像データベース130を含んで構成される。演算部122は、カメラ112によって撮影された撮影画像を処理する。画像データベース130は、カメラ112によって事前に撮影された施設内の画像である基準画像と撮影位置を関連付けて格納する。
The
図2および3は、画像データベース130の作成方法を説明する図である。図2(a)は、飛行中の飛行体110を上方から観察した模式図であり、図2(b)、図2(c)および図2(d)は、飛行中の飛行体110のカメラ112によって撮影された画像を例示する図である。画像データベース130を作成する際には、図2(a)に示すように、まず飛行体110に施設内を飛行させ、カメラ112によって施設内の画像を事前に撮影する。このとき、飛行体110の飛行ルートとして、図2(a)に示すように、右側の機器102aと左側の機器102bとの間の中央を前方に飛行する場合を例に説明する。
2 and 3 are diagrams for explaining a method of creating the
飛行体110が位置P1を飛行しているときに撮影された画像は、図2(b)に示すように機器102a〜102e、すなわちすべての機器が写っている。そして、飛行体110が位置P1から前方に移動し、位置P2を飛行しているときに撮影された画像は、図2(c)に示すように機器102c〜102eが写っている。その後、飛行体110が位置P2から前方に移動し、位置P3を飛行しているときに撮影された画像は、図2(d)に示すように機器102eのみが写っている。
As shown in FIG. 2B, the image taken when the
なお、上記のように施設内の画像を事前に撮影する際には、飛行体110を低速で飛行させ、且つ撮影の時間間隔を短くすることが好ましい。これにより、より多くの位置における画像が得られる。また事前の撮影時の飛行体110の飛行高さは、巡回時の飛行予定高度と同一の一定高度に保ち、かつ、実際の高度データを記録しておくことが好ましい。飛行体110の飛行高さは、飛行体110に気圧計や下向きの超音波距離計を搭載することにより、それらの値に応じて制御することができる。
In addition, when the image in a facility is image | photographed in advance as mentioned above, it is preferable to make the
図3(a)は、推測された飛行体110の飛行位置を例示する図であり、図3(b)、図3(c)および図3(d)は、それぞれ図2(b)、図2(c)および図2(d)に相当する図である。上述したように事前に施設内の画像を撮影したら、演算部122は、その画像を参照して、その画像を撮影したときの飛行体110の撮影位置を算出する。飛行体110の撮影位置を算出する手法としては、例えばMonocular VO(Visual Odometry)を用いることができる。
FIG. 3A is a diagram illustrating the estimated flight position of the flying
上記手法を用いることにより、事前に撮影した画像から飛行体110が飛行していた撮影位置を算出することができる。詳細には、図3(b)に示す画像を上記手法によって解析することにより、撮影時に飛行体110が飛行していた撮影位置はP1´であると算出される。図3(c)に示す撮影画像を上記手法によって解析することにより、撮影時に飛行体110が飛行していた位置はP2´であると算出される。図3(d)に示す画像を上記手法によって解析することにより、撮影時に飛行体110が飛行していた撮影位置はP3´であると算出される。
By using the above method, the shooting position where the flying
事前に撮影した複数の画像それぞれを撮影した際の飛行体110の撮影位置が算出されたら、演算部122は、それらの画像と、各画像に対応して算出された撮影位置(図3の例では、P1´、P2´およびP3´)とを関連付けて画像データベース130に格納する。これにより、各画像により画像データベース130が構築される。以下、画像データベース130に格納された画像を基準画像と称する。
When the shooting position of the flying
ここで、算出されたP1´、P2´およびP3´は、現実の撮影位置である、P1、P2およびP3と位置ずれが生じている可能性がある。そこで、本実施形態の位置推定システム100では、基準画像から算出した撮影位置を、施設の機器配置の3Dモデルと照合して補正する。図4は、画像データベース130に格納された基準画像の撮影位置の補正について説明する図である。図4(a)は、飛行体110が事前画像を撮影した施設の機器配置図であり、例えば機器102eの寸法W1が記載されている。演算装置120は、図4(a)の機器配置図等の設備情報を基に、施設の機器配置の3Dモデル(図4(b)参照)を作成する。
Here, the calculated P1 ′, P2 ′, and P3 ′ may be misaligned with P1, P2, and P3 that are actual photographing positions. Therefore, in the
本実施形態の位置推定システム100の特徴として、演算装置120の演算部122は、施設の機器配置の3Dモデル(図4(b)参照)を用いて、画像データベースに格納されている各基準画像に対応して算出された撮影位置(図3の例では、P1´、P2´およびP3´)を補正する。
As a feature of the
詳細には、演算部122は、図4(b)に示すように、3Dモデル空間において算出された撮影位置(例えばP2´)から見えるはずの画像を生成する。そして図4(b)に示す3Dモデルと、図4(c)に示す基準画像(2D)とを照合する。演算部122の内部で行われる照合のイメージは、図4(d)に示すとおりである。そして、演算部122は、図4(b)の3Dモデルの特徴点(白丸で図示)が図4(c)の基準画像の特徴点(黒丸で図示)に近接するように、撮影位置P2´の視点を修正する。これにより、図4(e)に示すように、飛行体110の撮影位置が破線に示す位置(算出された撮影位置、図3のP1´、P2´およびP3´)から実線に示す位置(現実の撮影位置、図2のP1、P2およびP3)に補正される。
Specifically, as illustrated in FIG. 4B, the
飛行体110の撮影位置を補正したら、演算部122は、基準画像と、補正した撮影位置を関連付けて記画像データベース130に格納する。上記説明したように、施設の機器配置を基に作成した3Dモデルによって基準画像の撮影位置を補正することにより、基準画像の撮影位置の精度を高めることができる。したがって、後述するように飛行体110が施設を巡回した際の飛行位置を高い精度で推定することが可能となる。
After correcting the shooting position of the flying
なお、機器配置図を利用すれば、機器の幅W1(図4(a)参照)の正確な値が得られる。したがって、図4(b)の機器の幅W1と、図4(c)の基準画像の機器の幅W2との比を算出することにより、飛行体110の移動量を算出することができ、基準画像の撮影位置をより好適に補正することが可能となる。
If the device layout diagram is used, an accurate value of the device width W1 (see FIG. 4A) can be obtained. Therefore, by calculating the ratio between the device width W1 of FIG. 4B and the device width W2 of the reference image of FIG. 4C, the amount of movement of the flying
ただし、上記説明したような基準画像の撮影位置の補正処理は、飛行体110が事前に撮影したすべての画像に対して行う必要はない。例えば、10コマおき等、適当な間隔の画像に対して上述した処理を行い、残りの画像については補間によって補正を行うことで、補正処理にかかる負荷を軽減することが可能である。
However, it is not necessary to perform the correction processing of the shooting position of the reference image as described above on all the images shot by the flying
上述したようにして、演算部122は画像データベース130を構築する。演算部122は、巡回時には画像データベース130を用いて飛行体110の飛行位置の推定を行う。詳細には、まず演算装置120の演算部122は、飛行体110が施設を巡回中に撮影した撮影画像を所定間隔ごとに取得し、取得した撮影画像と、画像データベース130に格納された基準画像と照合する。そして、演算部122は、照合処理によってマッチングされた基準画像に関連付けられた撮影位置を飛行体110の飛行位置と推定する。
As described above, the
上記説明したように、本実施形態の位置推定システム100によれば、施設を巡回中に飛行体110に搭載されたカメラ112によって撮影された撮影画像と、画像データベース130に格納された基準画像とを照合することにより、飛行体110の飛行位置を推定することができる。したがって、無線発信機やマーカ等を事前に配置することなく施設内における飛行体110の位置を好適に推定することが可能となる。
As described above, according to the
なお、飛行体110による施設の巡回を開始する際には、飛行体110の位置を手動で画像データベースに入力することにより、巡回開始点の画像を画像データベース130から抽出するとよい。そして、飛行体110の巡回中は、1つ前の照合タイミングにおける飛行体110の飛行位置から推定できる現在の飛行位置の近傍に相当する画像を画像データベースから優先的に検索することにより、飛行体110の現在の飛行位置を効率的に推定することができる。具体的には、照合を毎秒1回行っていて飛行体110が前方に毎秒0.1mで移動している場合には、1秒前の照合タイミングにおける位置から0.1m前方の位置の近傍の画像を優先的に検索するとよい。
In addition, when starting the patrol of the facility by the flying
また一時的に高所を確認する必要がある時は、その場でいったん上昇し、確認が済んだら下降して巡視高度に戻る。これにより、画像データベース130による飛行体110の飛行位置の推定を再開することができる。
When it is necessary to temporarily check the high place, it rises once on the spot, and once it is confirmed, it descends and returns to the inspection altitude. Thereby, the estimation of the flight position of the flying
以下、上記説明した位置推定システム100の他の運用方法について説明する。他の運用方法の1つめとしては、例えば施設を巡回する際に飛行体110を指定したコースに沿って自動飛行させる方法がある。このような場合、指定したコースによって通過するポイントを適当選定し、指定箇所とする。そして、その指定箇所において撮影した撮影画像と画像データベース130との基準画像を照合し、飛行体110の飛行位置を補正する。飛行位置を補正し終わったら、飛行体110を次の指定箇所に飛行させる。これにより、飛行体110の巡回時の位置推定にかかる演算装置120の負荷を軽減することが可能となる。
Hereinafter, another operation method of the
他の運用方法の2つめとしては、飛行体110に線量計や温度計など(以下、これらを総じてセンサと称する)を搭載して施設内を巡回させる方法がある。これにより、センサの測定値と飛行体110の飛行位置とを関連付けることにより、これにより、飛行体110によって巡回した施設内の所定の箇所における放射線量や温度などのデータを得ることができ、有益性を高めることが可能となる。
As a second operation method, there is a method in which a dosimeter, a thermometer, and the like (hereinafter collectively referred to as sensors) are mounted on the flying
センサの測定値と飛行体110の飛行位置とを関連付ける際には、飛行体110の現在箇所におけるセンサの測定値を取得し、その現在箇所における撮影画像を画像データベース130の基準画像と照合する。そして、飛行体110の飛行位置を推定できたら、センサの測定値と飛行体110との位置とを関連付けて格納する。このような処理を巡視対象の施設内の多数の箇所で行うことにより、巡視対象の施設内における放射線量や温度の分布図を作成することが可能となる。また例えばセンサによって測定を行う箇所を予め指定しておき、飛行体110がその箇所に到達したらセンサによる測定を行うという構成にすることも可能である。
When associating the measured value of the sensor with the flight position of the flying
他の運用方法の3つめとしては、飛行体110によって施設内にある圧力計などの計器の測定値を取得しに行く方法がある。この場合は、画像データベース130を作成するときに計器までの飛行経路の画像を事前に撮影しておき、機器配置図によって計器の位置を確定しておく。そして、巡回する際には、機器までの飛行経路を指定し、飛行体110をその飛行経路を飛行させて計器の測定値の画像を取得する。
As another operation method, there is a method of obtaining the measurement value of a gauge such as a pressure gauge in the facility by the flying
図5は、本実施形態の位置推定システム100の他の運用方法を説明する図である。他の運用方法の4つめとしては、飛行体110に加え、第2の飛行体140を用いる方法がある。図5に示すように、本実施形態の位置推定システム100は、飛行体110を追尾しながら施設内を飛行する第2の飛行体140を更に含む構成とすることができる。第2の飛行体140には、前方を撮影するカメラ142が搭載されている。
FIG. 5 is a diagram for explaining another operation method of the
上記構成によれば、第2の飛行体140によって前方の飛行体110の周囲を撮影することができる。したがって、前方の飛行体110の周囲の障害物を好適に把握することができ、運用の安定性を高めることが可能となる。また例えば第2の飛行体140のカメラ142によって撮影された撮影画像を画像データベース130の基準画像と照合することにより、第2の飛行体140の飛行位置を推定することも可能となる。第2の飛行体140によって先行する飛行体110を追尾する手法としては、第2の飛行体140に飛行体110の画像を保持させておき、前方を飛行する飛行体110を第2の飛行体140のカメラ142の画像上で認識するとよい。
According to the above configuration, the
飛行体110および第2の飛行体140を用いて位置推定システム100を運用する際には、まず前方を飛行する飛行体110は、操縦者の手動操縦、または先に説明した位置推定システム100による位置推定を利用して自動操縦によって施設内を飛行する。一方、第2飛行体110は、前方を飛行する飛行体110が自機に搭載されたカメラ142によって撮影した撮影画像の中央に一定の大きさで写り続けるように自機の位置を制御しながら飛行する。これにより、第2の飛行体140を、前方を飛行する飛行体110との距離をほぼ一定に保った状態で飛行させ、飛行体110を追尾することが可能となる。
When the
なお、仮に第2の飛行体140が飛行体110をカメラ画像内から見失ったとしても、飛行体110の飛行位置は、上記説明した位置推定システム100によって自機の位置を推定することができる。したがって、前方を飛行する飛行体110に近づくよう、第2の飛行体140が自機の飛行を制御することにより、飛行体110の追尾を再開することが可能となる。
Even if the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
本発明は、施設内を飛行する飛行体の飛行位置を推定する位置推定システムとして利用することができる。 The present invention can be used as a position estimation system that estimates the flight position of an aircraft flying in a facility.
100…位置推定システム、102a…機器、102b…機器、102c…機器、102e…機器、110…飛行体、112…カメラ、120…演算装置、122…演算部、130…画像データベース、140…第2の飛行体、142…カメラ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記飛行体に搭載されるカメラと、
前記カメラによって撮影された撮影画像を処理する演算装置と、
前記カメラによって事前に撮影された施設内の画像である基準画像と撮影位置を関連付けて格納する画像データベースと、
を含み、
前記演算装置は、前記飛行体が前記施設を巡回中に撮影した撮影画像を前記画像データベースに格納された基準画像と照合することにより、マッチングされた基準画像に関連付けられた撮影位置を前記飛行体の飛行位置と推定することを特徴とする位置推定システム。 An aircraft flying in the facility;
A camera mounted on the aircraft;
An arithmetic device that processes a captured image captured by the camera;
An image database that stores a reference image that is an image in a facility that has been captured in advance by the camera and a shooting position in association with each other;
Including
The arithmetic unit collates a captured image captured by the flying object while traveling around the facility with a reference image stored in the image database, thereby determining a shooting position associated with the matched reference image. A position estimation system characterized by estimating the flight position of the vehicle.
前記基準画像から前記撮影位置を算出し、
前記施設の機器配置の3Dモデルと前記基準画像とを照合して前記撮影位置を補正し、
前記基準画像と前記補正した撮影位置を関連付けて前記画像データベースに格納することを特徴とする請求項1に記載の位置推定システム。 The arithmetic unit is:
Calculating the shooting position from the reference image;
The 3D model of the facility arrangement of the facility and the reference image are collated to correct the shooting position,
The position estimation system according to claim 1, wherein the reference image and the corrected shooting position are stored in the image database in association with each other.
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