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情報端末、位置推定方法、および位置推定プログラム NEW

国内特許コード P170014643
整理番号 S2016-0550-N0
掲載日 2017年10月24日
出願番号 特願2016-056139
公開番号 特開2017-173001
出願日 平成28年3月18日(2016.3.18)
公開日 平成29年9月28日(2017.9.28)
発明者
  • 菅谷 至寛
  • 外崎 健人
  • 大町 真一郎
  • 宮崎 智
出願人
  • 国立大学法人東北大学
発明の名称 情報端末、位置推定方法、および位置推定プログラム NEW
発明の概要 【課題】縮尺、方位を含まない地図データを用いても、自装置の位置を正確に推定することが可能な情報端末等を提供する。
【解決手段】情報端末は、環境情報をセンサ情報として出力するセンサと、ユーザが通行する通路領域を含む複数の領域を有する地図データを表示する表示部と、ユーザの操作に応じた信号を出力する操作部と、地図データ上での自装置の位置を推定する位置推定部を有するとともに、推定位置の表示を地図データに重畳させて表示部に表示させる制御部とを備え、位置推定部は、センサ情報に基づき、地図データ上での自装置の現在位置を推定するためのDR情報を出力し、DR情報、および操作部を介して入力された地図データ上での位置を示す情報に基づき、地図データの縮尺に関する情報および方位に関する情報を取得し、DR情報、縮尺に関する情報および方位に関する情報に基づき、自装置が移動する位置を推定する。
【選択図】図4
従来技術、競合技術の概要


従来から、歩行者であるユーザを目的地まで案内する歩行者ナビゲーションシステムがスマートフォン等の情報端末に搭載され、広く利用されている。このような歩行者ナビゲーションシステムでは、GPS(Global Positioning System)から受信するGPS信号に含まれている位置情報により、情報端末の位置を測位し、地図データ上に表示させる。



しかしながら、歩行者ナビゲーションシステムは、GPS信号を受信可能な場所においては、高精度に情報端末の位置を測位することができるが、例えば屋内などのGPS信号が受信できない場所では、情報端末の位置を正確に推定することができない。



そのため、最近では、様々な手法を用いて屋内での情報端末の位置を推定する方法が提案され、実用化されている。例えば、Wi-Fi(Wireless Fidelity)(登録商標、以下省略)のアクセスポイント、BLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)技術を用いたビーコン等の機器が屋内に設置されている場合には、これらを利用することにより、屋内であっても情報端末の位置を正確に推定することができる。



しかしながら、Wi-Fiアクセスポイント等の機器を屋内に設置して情報端末の位置推定に利用する場合には、事前にデータベースを構築しておく必要があることもあり、設置コストおよび管理コストがかかってしまう。また、Wi-Fiアクセスポイント等の機器をすべての屋内に設置することは非常に困難であるため、利用できる場所が制限されてしまう。



そこで、このような特別な機器を設置することなく、情報端末に搭載されている各種センサ等を用いて自装置の位置を推定する方法が提案されている(例えば、非特許文献1および非特許文献2参照)。

産業上の利用分野


本発明は、移動した際の自装置の位置を推定する情報端末、位置推定方法、および位置推定プログラムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
環境情報を取得し、センサ情報として出力するセンサと、
ユーザが通行する領域である通路領域および該通路領域とは異なる非通路領域を含む複数の領域を有する地図データを表示する表示部と、
ユーザの操作に応じた操作信号を出力する操作部と、
前記地図データ上での自装置の位置を推定する位置推定部を有するとともに、前記推定された自装置の位置を示す表示を前記地図データに重畳させて前記表示部に表示させる制御部と
を備え、
前記位置推定部は、
前記センサから出力された前記センサ情報に基づき、前記地図データ上での自装置の現在位置を推定するためのデッドレコニング情報を出力し、
前記デッドレコニング情報、および前記操作部を介して入力された前記地図データ上での位置を示す情報に基づき、前記地図データの縮尺に関する情報および方位に関する情報を取得し、
前記デッドレコニング情報、前記縮尺に関する情報および前記方位に関する情報に基づき、自装置が移動する位置を推定する
ことを特徴とする情報端末。

【請求項2】
前記位置推定部は、
前記センサ情報に基づき、前記デッドレコニング情報を出力するデッドレコニング処理部と、
前記デッドレコニング情報に基づき、前記操作部を介して入力された前記地図データ上での位置の周囲に、前記地図データ上での位置を示す座標に関する情報、前記地図データの縮尺に関する情報、および方位に関する情報を少なくとも含む状態を有する複数の粒子を初期値として配置する粒子初期化部と、
前記デッドレコニング情報に基づき、配置された前記複数の粒子が自装置の移動に応じて移動する位置を推定し、推定した前記位置に前記複数の粒子を移動させる予測計算部と、
移動した前記複数の粒子のうち、前記非通路領域に移動した粒子を除外する尤度計算部と、
前記尤度計算部の処理によって残った複数の粒子に基づき、現在位置を推定する位置計算部と、
前記尤度計算部の処理によって残った複数の粒子に基づき、前記初期値の複数の粒子と同数の粒子を、該粒子が有する前記状態に含まれる前記座標に関する情報が示す前記地図データ上での位置に再配置するリサンプリング部と
を有し、
前記予測計算部は、
前記リサンプリング部によって再配置された複数の粒子を、次回の処理の初期値として用いる
ことを特徴とする請求項1に記載の情報端末。

【請求項3】
前記デッドレコニング処理部は、
前記センサ情報に基づき、自装置が移動したことを示すステップイベントを検出し、
前記ステップイベントが検出される毎に、前記ステップイベントの回数、前記ステップイベント毎の移動距離、および自装置の進行方向を前記デッドレコニング情報として出力し、
前記粒子初期化部は、
前記デッドレコニング情報と、前記操作部を介して入力された前記地図データ上での2点の座標情報とに基づき、初期値の前記複数の粒子のそれぞれにおける前記地図データ上での座標、縮尺および方位を算出し、
前記予測計算部は、
前記デッドレコニング情報と、配置されている前記複数の粒子の状態を示す情報とに基づき、前記複数の粒子を前記ステップイベント検出後に移動させる際の前記複数の粒子の座標、縮尺および方位を算出する
ことを特徴とする請求項2に記載の情報端末。

【請求項4】
前記尤度計算部は、
前記通路領域の座標情報と、移動した前記複数の粒子の座標情報とに基づき、前記粒子が前記非通路領域に位置する場合に、前記粒子を除外する
ことを特徴とする請求項2または3に記載の情報端末。

【請求項5】
前記リサンプリング部は、
前記尤度計算部の処理によって残った複数の粒子から1つの粒子をランダムに選択するとともに、選択された粒子を複製して再配置する処理を、再配置された粒子の数が前記初期値の複数の粒子と同数となるまで行い、
前記残った複数の粒子を破棄する
ことを特徴とする請求項2~4のいずれか一項に記載の情報端末。

【請求項6】
前記地図データとしての画像データを取得する画像データ取得部
をさらに備え、
前記制御部は、
前記画像データから通路領域を推定する画像解析部
をさらに有し、
前記画像解析部は、
前記画像データから、該画像データ中のエッジを検出するエッジ検出処理部と、
前記画像データ中の画像を複数の領域に分割し、それぞれの領域を形成する画素の画素値を共通の画素値に変換した領域分割画像データを生成する領域分割処理部と、
前記エッジおよび前記領域分割画像データに基づき、該領域分割画像データ中のそれぞれの領域のうち、同一領域とすべき複数の領域を統合し、統合された前記複数の領域を形成する画素に対して、画素値に応じて共通の領域を形成する画素であることを示す同一のラベルを付与し、前記同一のラベルが付与された複数の画素で形成された複数のラベリング領域を有するラベリング画像データを生成するラベリング処理部と、
前記ラベリング画像データに含まれる前記複数のラベリング領域から前記通路領域を推定し、該通路領域を示す情報を含む画像情報を生成する通路領域推定部と
を有する
ことを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の情報端末。

【請求項7】
地図データとしての画像データを取得する画像データ取得部と、
前記画像データから通路領域を推定する画像解析部と
を備え、
前記画像解析部は、
前記画像データから、該画像データ中のエッジを検出するエッジ検出処理部と、
前記画像データ中の画像を複数の領域に分割し、それぞれの領域を形成する画素の画素値を共通の画素値に変換した領域分割画像データを生成する領域分割処理部と、
前記エッジおよび前記領域分割画像データに基づき、該領域分割画像データ中のそれぞれの領域のうち、同一領域とすべき複数の領域を統合し、統合された前記複数の領域を形成する画素に対して、画素値に応じて共通の領域を形成する画素であることを示す同一のラベルを付与し、前記同一のラベルが付与された複数の画素で形成された複数のラベリング領域を有するラベリング画像データを生成するラベリング処理部と、
前記ラベリング画像データに含まれる前記複数のラベリング領域からユーザが通行する領域である通路領域を推定し、該通路領域を示す情報を含む画像情報を生成する通路領域推定部と
を有する
ことを特徴とする情報端末。

【請求項8】
前記通路領域推定部は、
前記ラベリング画像データに含まれる前記複数のラベリング領域のうち、面積が最大となる第1の領域と、面積が前記第1の領域に次いで大きい第2の領域とを抽出し、
抽出された前記第1の領域および前記第2の領域における面積と、画素値の平均値と、前記第1の領域および前記第2の領域のそれぞれを囲み、すべての辺において前記第1の領域または前記第2の領域の一部と接する外接矩形の面積とのうち少なくとも1つを比較した結果に基づき、前記第1の領域および前記第2の領域の少なくとも一方のラベリング領域を前記通路領域として推定する
ことを特徴とする請求項6または7に記載の情報端末。

【請求項9】
前記通路領域推定部は、
前記第1の領域の面積を示す値が前記第2の領域の面積を示す値に予め設定された係数を乗算した値よりも大きい場合に、前記第1の領域を前記通路領域として推定する
ことを特徴とする請求項8に記載の情報端末。

【請求項10】
前記通路領域推定部は、
前記第1の領域の面積を示す値が前記第2の領域の面積を示す値に予め設定された係数を乗算した値以下であり、
前記第1の領域の画素値の平均値と、前記第2の領域の画素値の平均値との差分値が予め設定された値よりも小さい場合に、前記第1の領域および前記第2の領域を前記通路領域として推定する
ことを特徴とする請求項8または9に記載の情報端末。

【請求項11】
前記通路領域推定部は、
前記第1の領域の面積を示す値が前記第2の領域の面積を示す値に予め設定された係数を乗算した値以下であり、
前記第1の領域の画素値の平均値と、前記第2の領域の画素値の平均値との差分値が予め設定された値以上であり、
前記第1の領域を囲む外接矩形の面積を示す値が前記第2の領域を囲む外接矩形の面積を示す値よりも大きい場合に、前記第1の領域を前記通路領域として推定する
ことを特徴とする請求項8~10のいずれか一項に記載の情報端末。

【請求項12】
前記通路領域推定部は、
前記第1の領域の面積を示す値が前記第2の領域の面積を示す値に予め設定された係数を乗算した値以下であり、
前記第1の領域の画素値の平均値と、前記第2の領域の画素値の平均値との差分値が予め設定された値以上であり、
前記第1の領域を囲む外接矩形の面積を示す値が前記第2の領域を囲む外接矩形の面積を示す値以下である場合に、前記第2の領域を前記通路領域として推定する
ことを特徴とする請求項8~10のいずれか一項に記載の情報端末。

【請求項13】
前記画像データ取得部は、
地図を撮像して得られる撮像信号に基づき、前記画像データを取得する撮像部である
ことを特徴とする請求項6~12のいずれか一項に記載の情報端末。

【請求項14】
前記制御部は、
前記操作部を介して前記地図データ上での目的地が入力された場合に、現在地から入力された前記目的地までの経路を前記地図データ上に表示させ、自装置を前記目的地まで案内する案内機能を有する
ことを特徴とする請求項1~13のいずれか一項に記載の情報端末。

【請求項15】
環境情報を取得するセンサからのセンサ情報に基づき、ユーザが通行する通路領域および該通路領域とは異なる非通路領域を含む複数の領域を有する地図データ上での自装置の現在位置を推定するためのデッドレコニング情報を出力するデッドレコニング処理ステップと、
前記デッドレコニング情報に基づき、ユーザの操作に応じて入力された前記地図データ上での位置の周囲に、前記地図データ上での位置を示す座標に関する情報、前記地図データの縮尺に関する情報、および方位に関する情報を少なくとも含む状態を有する複数の粒子を初期値として配置する粒子初期化ステップと、
配置した前記複数の粒子が自装置の移動に応じて移動する位置を前記デッドレコニング情報に基づき推定し、推定した前記位置に前記複数の粒子を移動させる予測計算ステップと、
移動した前記複数の粒子のうち、前記地図データに含まれる前記非通路領域に移動した粒子を除外する尤度計算ステップと、
前記尤度計算ステップの処理によって残った複数の粒子に基づき、現在位置を推定する位置計算ステップと、
前記尤度計算ステップの処理によって残った複数の粒子に基づき、前記初期値の複数の粒子と同数の粒子を、該粒子が有する前記状態に含まれる前記座標に関する情報が示す前記地図データ上での位置に再配置するリサンプリングステップと
を有し、
前記予測計算ステップは、
前記リサンプリングステップの処理によって再配置された複数の粒子を、次回の処理の初期値として用いる
ことを特徴とする位置推定方法。

【請求項16】
コンピュータに、
環境情報を取得するセンサからのセンサ情報に基づき、ユーザが通行する通路領域および該通路領域とは異なる非通路領域を含む複数の領域を有する地図データ上での自装置の現在位置を推定するためのデッドレコニング情報を出力するデッドレコニング処理ステップと、
前記デッドレコニング情報に基づき、ユーザの操作に応じて入力された前記地図データ上での位置の周囲に、前記地図データ上での位置を示す座標に関する情報、前記地図データの縮尺に関する情報、および方位に関する情報を少なくとも含む状態を有する複数の粒子を初期値として配置する粒子初期化ステップと、
配置した前記複数の粒子が自装置の移動に応じて移動する位置を前記デッドレコニング情報に基づき推定し、推定した前記位置に前記複数の粒子を移動させる予測計算ステップと、
移動した前記複数の粒子のうち、前記地図データに含まれる前記非通路領域に移動した粒子を除外する尤度計算ステップと、
前記尤度計算ステップの処理によって残った複数の粒子に基づき、現在位置を推定する位置計算ステップと、
前記尤度計算ステップの処理によって残った複数の粒子に基づき、前記初期値の複数の粒子と同数の粒子を、該粒子が有する前記状態に含まれる前記座標に関する情報が示す前記地図データ上での位置に再配置するリサンプリングステップと
前記リサンプリングステップの処理によって再配置された複数の粒子を、前記予測計算ステップにおける次回の処理の初期値として用いるステップと
を実行させることを特徴とする位置推定プログラム。
国際特許分類(IPC)
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