JP4645432B2 - ナビゲーション装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体が進行しようとしている方位を決定し、この決定した方位を用いたナビゲーション装置に関する。

特許文献１には、走行中の車両が道路に沿って配置された２つのビーコンからの受信情報に含まれる２つの方位情報の差分を求め、これに基づいて車両の進行方位を補正する技術が開示されている。この技術によると、車両は正確な進行方位を得るまでに離間した２つの地点を通過しなければならない。

特許文献２にはカメラと画像処理技術を用いて、２つの地点を通過することなくヘッドマウントディスプレイ（移動体）の方位を決定する技術が開示されている。その技術において、ヘッドマウントディスプレイに搭載されたカメラによって撮影される位置表示タグは、自身で取得したその地点の緯度、経度、高度の位置情報と、タグの姿勢情報とを提供する。タグはこれらの情報を例えばＱＲコード（登録商標）などの２次元コードの可視化図形として提供する。ヘッドマウントディスプレイにおいては、タグの姿勢情報を取得することにより、カメラの撮影方向を算出することができると述べられている（ただし、姿勢情報の具体的な形態とそれに対する画像処理の具体的方法までは開示されていない）。さらにまた、これとは別に、タグの撮影画像の扁平具合からカメラの撮影方向を決定できると述べられている（ただし、この場合も具体的な手順は開示されていない）。ここに開示された技術によると、移動体においてタグとの位置情報（緯度、経度、高度）とタグとの相対方位（カメラの撮影方向）とを得ることの可能性が示されているが、移動体における絶対方位を決定するための手法についての開示はない。
特開平５−５３９０号公報 特開２００４−２５７８７２号公報

本発明は、離間した２つの地点を通過することなく、移動体において絶対方位を決定する技術を適用して、道路地図上における車両等の移動体の進行方向（方位）を表示する表示装置を備えたナビゲーション装置において、移動体の進行方向をより正確に表示することを目的とするものである。

上記主目的を達成するために、請求項１に記載のナビゲーション装置は、道路地図と、この地図上における移動体の現在位置と進行方向とを示す移動体位置とを表示する表示装置を含むナビゲーション装置であって、
移動体において情報取得方向が予め定められ／または判明している読取装置を用いて、道路上または道路近辺に設置され基準方向を示す第１情報と当該基準方向の絶対方位を示す第２情報とが少なくとも含まれた方位情報マークから、第１情報と前記第２情報とを取得する情報取得手段と、第１情報に基づいて移動体とマークの基準方向との相対方位を決定し、この相対方位と第２情報とに基づいて移動体における絶対方位を決定する方位決定手段と、
この方位決定手段を第２方位決定手段とし、これとは独立して、移動体に設けられた検出手段からの信号に基づき移動体の方位を決定する第１方位決定手段と、第１方位決定手段が先行して決定した方位に対して第２方位決定手段が決定した絶対方位との差が所定の閾値以上である場合に、第２方位決定手段が決定した絶対方位を移動体の方位として最終決定するとともに、所定の閾値未満である場合には、第１方位決定手段が決定した方位を移動体の方位として最終決定する閾値手段と、
地図上の所定地点における属性情報として、施設情報、道路名情報、交差点名情報、道路形状情報、および住所情報の少なくとも１つを記憶する記憶手段と、を備え、
前記方位情報マークには、さらに設置された地点またはその近辺における属性情報として、施設情報、道路名情報、交差点名情報、道路形状情報、および住所情報の少なくとも１つを含む第３情報が含まれており、
前記情報取得手段によって取得された前記第３情報が前記記憶手段に記憶された情報と異なるときに前記第３情報に基づいて前記記憶手段に記憶された情報を更新することを特徴とする。

ここにおいて、本発明の経路とは移動体が通過し得る場所と定義することができる。経路上または経路近辺に設置された方位情報マークは、移動体が進行し得る現実の路面上またはその路面近辺に設置されている。移動体が自動車であれば、自動車が走行可能な一般道路や、駐車場などの特定施設の内部や出入口、一般道路との接続通路など、特に正確な方位情報を提供すべき場所に設置するのが適当である。また移動体が自動車でない場合、例えば自立走行する車両や、人に持ち運ばれ得る情報端末である場合も、それが実際に通過し得る場所であって、正確な方位情報を提供すべき場所に本発明の方位情報マークは設置することができる。

本発明によれば、移動体は所定の地点に設置された方位情報マークを読取り、マークに含まれている基準方向を示す第１情報と当該基準方向の絶対方位を示す第２情報とを取得し、移動体とマークの基準方向との相対方位を利用することにより、移動体の絶対方位を決定することができる。
そして、本発明において絶対方位を決定するに際しては、それ以前に別の方法によって得られた方位と所定の閾値以上の差がある場合に新たな絶対方位として決定する。光学カメラ等により情報取得する場合にマークを示す画像データに歪などがあると方位の算出算過程に誤差が含まれる場合があり、僅かな差は無視するのが望ましいからである。

従って、請求項１に記載のナビゲーション装置は従来の自立航法などの方法では進行方向が正確に決定されにくかった場所においても、より正確に移動体位置を表示することができる。例えば、このナビゲーション装置を自動車に適用した場合、方位情報マークを例えばターンテーブル駐車場の出口部分の路面上に設置（または描いておく）しておけば、ナビゲーション装置は方位情報マークを読取って絶対方位を決定することにより、表示装置に表示された地図上の移動体方位をより正確にすることができる。

方位情報マークには、さらに設置された地点またはその近辺における属性情報すなわち、施設情報、道路名情報、交差点名情報、道路形状情報、および住所情報の少なくとも１つを含む第３情報を含むので、ナビゲーション装置は、読取装置や情報取得手段を兼用して、方位情報取得だけでなく、自動車等の移動体ユーザに対して種々の情報提供の便宜を図ることもできる。

具体的には、ナビゲーション装置は、地図上の所定地点における属性情報すなわち、施設情報、道路名情報、交差点名情報、道路形状情報、および住所情報の少なくとも１つを記憶する記憶手段を備え、取得された第３情報が記憶手段に記憶された情報と異なるときに記憶手段に記憶された情報を更新する。これにより、種々の属性情報を自動的に更新させることができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、方位決定手段または方位決定工程において、第１情報によって示される基準方向と移動体の予め定められ／または判明している情報取得方向との差分を求めることにより、相対方位を決定することができる（請求項２）。

方位情報マークは、光学的に可読であり、かつ上下左右非対称な関係に配置された少なくとも３つの切り出しパターンと、所定の形式で符号化されたパターンとを含み、両パターンが同一平面上に配置されていることが望ましい（請求項３）。この２つのパターンを含む形態の光学可読マークは、ＱＲコードと称されるもので、請求項５に記載の装置によれば光学カメラにより読取られ、画像処理技術を用いてデコードされる。ＱＲコードに関しては、コード提供からデコードに至る技術が普及しているので、本発明の実施に用いることは有利である。

また、方位情報マークにおける少なくとも３つの切り出しパターンが基準方向を示す第１情報を示し、残りのパターンが第２情報を示すようにすることがさらに有利である（請求項４）。典型的なＱＲコードにおいては、３つの切り出しパターンが画像処理技術の中で残りのパターンをデコードする場合の基準方向をも示すからである。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。まず、本発明を自動車搭載のナビゲーション装置に適用した場合について説明する。

図１は本発明の基本原理を説明するための説明図である。符号１０１は移動体であり、ナビゲーション装置が搭載された自動車が例として示されている。１０２は道路面等の移動体が通過する経路の表面上に描かれた方位情報マークである。

図３に拡大して示されているようにマーク１０２は、全体として略正方形の濃淡パターンをなしており、3つの切り出しパターン１０２ａと、それらに囲まれた符号化パターン１０２ｂとを同一平面に含む構成である。このマーク１０２は光学的に可読でコンピュータを用いた画像処理によりデコードが可能な２次元コードの１種である。このマーク（コード）１０２は例えばＱＲコードと称され、その形態自体は公知のものである。なお、マーク１０２は予め印刷されたシート状のラベルを経路等の表面に貼り付けるとか、経路等の表面に塗料によって描くことによって経路等と一体的に設置され得る。

自動車の経路案内に適用しようとする場合、マーク１０２はターンテーブル駐車場、螺旋スロープのある立体駐車場、トンネル内、分岐路の入り口、フェリーターミナル、および交差点等に設置するとより効果的である。

３つの切り出しパターン１０２ａはマーク１０２の右上隅、左上隅、左下隅の３カ所に配置されており、それによりこのマークは上下左右非対称なマークとして識別することを可能にしている。さらに、図示のように、右上隅と左上隅を上辺とし、左下隅を含み上辺に対し平行である辺を下辺としたときに、下辺から上辺に向かう白抜き矢印の方向がこのマークの基準方向であることが、３つの切り出しパターン１０２ａによって示される。

マークの符号化パターン１０２ｂの部分には上述したマーク基準方向が指す方向の絶対方位のデータが符号化されて描かれている。例えば、北方向を０度とし、時計回りに０〜３６０度の値が符号化されているものとする。

ここにおいては、基準方向を示す切り出しパターン１０２ａが本発明に言う第１情報であり、絶対方位を示す符号化パターン１０２ｂが本発明に言う第２情報に相当する。

図２に示されるように、移動体１０１にはカメラ２０１が搭載されており、移動体がマーク１０２の近辺を通過するときに、光学デジタルカメラ２０１によってこのマーク１０２を画像データとして取り込むことができる。図２において、カメラ２０１は、移動体１０１が自動車であれば、自動車の前進方向直下の走行経路面上の前進方向と同一方向を撮影方向とするように、自動車に対して固定されている。

なお、カメラは後進方向直下の走行路面上を後進方向と同一方向を撮影方向とするように固定されていてもよい。もちろん、この他の取り付け場所、取り付け方向でもよい。移動体に対するカメラの取り付け角度が固定されていることは意味がある。なぜなら、撮影した画像データをコンピュータ２０２で処理する場合に画像処理の手順が簡単になり、および方位角を算出するときの変数が１つ少なくて済むからである。

この一方で、カメラ２０１は、移動体１０１に対し可動であってもよい。例えば、カメラ２０１が移動体１０１に対して１つまたは２つの軸を中心に所定の範囲で可動であるように取り付けられている場合でもよい。この場合も、軸の周りの回転角を検出する角度センサを設けて、それによりカメラの移動体に対する角度を検出し画像処理コンピュータ２０２に入力すればよい。これにより、コンピュータ２０２はカメラの撮影方向すなわち情報取得方向を予め判明させておくことができる。この可動カメラを他の目的、例えば自動車の前方障害検出システム、死角範囲内の物体検出システム、あるいは周辺の不審物検出システム等に兼用する場合に有利である。

このように、移動体におけるカメラ２０１の撮影方向、言い換えるとマーク１０２に対する情報取得方向が予め定められている（判明している）と、後述する手法によって情報取得方向の絶対方位を算出することにより、移動体の進行方向の絶対方位を求めることができる。なお、以下の説明では、カメラ２０１による情報取得方向と自動車の進行方向とが一致している場合を例として引き続き説明する。

図１から図３を参照すると、移動体１０１に搭載されたコンピュータ２０２は、カメラ２０１で撮影した画像データが入力され、一方ではマーク１０２に含まれる３つの切り出しパターン１０２ａの位置関係から、図面上便宜的にθ_０で示されるマークの基準方向と移動体１０１の進行方向（この場合、カメラの撮影方向すなわち情報取得方向でもある）とがなす差分角度Δθを移動体１０１とマーク１０２との相対方位として算出する。移動体の進行方向を０度と決めておけば、図示の場合、相対方位はマイナスΔθである。

移動体１０１に搭載されたコンピュータ１０１は、他方ではマーク１０２の符号化パターン１０２ｂが示す情報をＱＲコードのデコード方法に従ってデコードすることにより、符号化パターンが持つ絶対方位θ_０を示すデータを得る。

以上のもとにコンピュータ２０２は、このマーク基準方向の絶対方位θ_０と、移動体１０１の進行方向に対するマークの基準方向の差分角度Δθとを加算することにより、移動体１０１の進行方位に対応する絶対方位φ=θ_０＋（−Δθ）を算出する。

図４には、本発明が適用されたナビゲーション装置のブロック図が示されている。光学デジタルカメラ２０１は移動体である自動車（図面中では車両と表記）に対して既述のように取り付けられ、既述の方位情報マークを撮影して画像データを通信線を介してナビゲーションコンピュータ２０３に入力する。コンピュータ２０３は、中枢機能をなすナビゲーション制御部（ナビゲーションＥＣＵ）２０３ｅの中に画像処理機能２０３ｉを備えるとともに、他の周辺装置と連携してこの自動車の乗員に対して経路案内情報を提供するように構成されている。

コンピュータ２０３は、ナビゲーション制御部２０３ｅの制御下において、ＧＰＳ衛星からの信号を元に絶対位置を算出するＧＰＳ２０３ａ、自動車のヨーレート（回転角速度）を検出するジャイロ２０３ｂ、自動車の走行速度および距離を検出する車速センサ２０３ｃから得られた情報に基づいて、自立航法の手法によって自動車の現実の位置および進行方位を逐次算出する。算出した自動車の位置に基づいて地図データベース２０３ｄから自動車の周辺の道路地図データを取り出し、表示装置（ディスプレイ）２０３ｇに道路地図とともに自動車の現在位置とを表示させる。この表示は、地図上の現在位置を示す地点上に自動車の進行方向（方位）を示すシンボル、例えば尖頭型の矢印記号として生成される。また、コンピュータ２０３には目的地設定等ユーザの操作を検出する入力装置２０３ｆと、ユーザに対して音声で目的地に向けて走行するための経路案内を出力スピーカ２０３ｈが含まれている。

図５にはナビゲーション制御部２０３ｅがプログラム制御によって実施する機能の処理のうち、基本的に公知である機能部分を除いて本発明の特徴と関わりのある、画像処理による方位情報マークからの情報取得工程、方位決定工程、および表示装置上の移動体（自動車）位置の設定工程がフローチャートによって示されている。

コンピュータ２０３は、図示のプログラム手順を繰り返し実行する。基本的な実施形態においては、ステップＳ５０１からステップＳ５０７を経て破線で示すように再びステップＳ５０１に戻る処理が繰り返し実行されればよい。まずステップＳ５０１でカメラで撮影された画像データを受け取り図示しない内部メモリに記憶する。ステップＳ５０２では画像データから方位情報マーク（ＱＲコード）の特徴を検出し画像中にこのマークが含まれているか否かを判別する。マークが画像に含まれていないと判別した場合はステップ５０１に戻り再度画像データを取得する。画像にマークが含まれていると判別した場合は、ステップ５０３において画像データ中の左上隅と左下隅の２つの切り出しパターンを結ぶ直線からマークの傾き角度を検出し、これをマークの基準方向と自動車の進行方向との差分角度（相対方位）Δθとして内部メモリに記憶する。

撮影方向が自動車の進行方向となるようにカメラ２０１が自動車に取り付けられている場合、Δθはカメラ撮影方向を０度とし、時計回り方向をプラス符号とする。次にステップＳ５０４において、画像データ中の符号化パターンを読み取り（デコードし）結果としてマークに記述された種々の情報を得るとともに、内部メモリに記憶する。この情報には、マークの基準方向が指す絶対方位θ_０を示すデータの他、後述の属性情報（第３情報）が含まれてもよい。

次いでステップＳ５０５では、自動車の絶対方位φで示される進行方位を次式、すなわち、φ=θ_０−Δθによって算出する。

次に、ＧＰＳおよび自立航法で求められている現在の自動車の方位と、上記の処理で求めた新たな自動車の方位φを比較する。そして、両者の差が所定の閾値以上に異なる場合に新たな方位φを自動車の進行方位として採用する。閾値を設ける理由は、ステップＳ５０３での画像処理には、マークの傾き角度検出誤差が多少含まれることがあるため、自動車の進行方位が間違った方位に誤修正される事態を防ぐためである。採用された方位φのデータは内部メモリに記憶され、表示装置２０３ｇに表示される自動車の進行方向を示すシンボルの生成に用いられる。

以上説明したステップＳ５０１〜Ｓ５０７のプログラム処理が実行されることにより、ナビゲーション装置の表示装置２０３ｇには、従来の自立航法などの方法では進行方向が正確に決定されにくい場所においても、方位情報マークから絶対方位を示す情報を取得し、正確に移動体方位を表示することができる。
（変形例）
本発明の実施形態の一つでは、さらに方位情報マークの符号化パターン１０２ｂには、マークの基準方向が指す方向の絶対方位θ_０を示すデータの他、移動体（自動車）ユーザに対して種々の情報提供の便宜を図る地点属性情報（第３情報）を含めることができる。この属性情報には、マークが設置された地点の経緯度情報（緯度、経度、高度）、マップコード（登録商標）、道路名情報、または住所（交差点名）情報や、その地点の近辺に存在する施設情報（施設の名称、種別、営業時間、住所、電話番号等）、または周辺の道路形状の情報が適宜含まれ得る。

ナビゲーション装置は図４に示す構成のもとで、方位情報マークから地点属性情報を取得し、ナビゲーション制御部２０３ｅが図５のステップＳ５０７までのプログラム処理（前述の実施形態）に加えて、ステップＳ５０８からＳ５１５を実行した後でステップＳ５０１に戻るように処理を実行するようにプログラムされている。

ステップＳ５０８では、デコードして得た経緯度情報が示す現在の自動車の位置とそれ以前にＧＰＳおよび自立航法によって得られている位置とを比較し、所定の閾値以上離れている場合はステップＳ５０９でデコードして得た情報を用いて現在位置を修正する。これにより、それ以前に得た情報の精度の悪化に対してより正確な表示を可能にする。

ステップＳ５１０では、デコードして得た住所情報（例えば交差点名）が地図データベース２０３ｄに予め記憶されているそれと異なるか否かを判別し、異なる場合にはステップＳ５１１でデコードして得た情報を表示装置２０３ｇに表示するとともに、地図データベース２０３ｄ内の情報を新たに得た情報に更新する。これにより地図データベース２０３ｄ内の情報が古くなっている場合に、新しい正確な住所情報の表示を可能にする。

ステップＳ５１２では、デコードして得た施設情報と地図データベース２０３ｄに予め記憶されているそれと異なるか否かを判別し、異なる場合にはステップＳ５１３でデコードして得た情報を表示装置２０３ｇに表示するとともに、地図データベース２０３ｄ内の情報を新たに得た情報に更新する。この場合も、古くなった施設情報に代えて新しい正確な施設情報の提供が可能である。

ステップＳ５１４では、デコードして得た道路形状情報と地図データベース２０３ｄに予め記憶されているそれと異なるか否かを判別し、異なる場合にはステップＳ５１４でデコードして得た情報を表示装置２０３ｇに表示するとともに、地図データベース２０３ｄ内の情報を新たに得た情報に更新する。この場合も、古くなった道路形状情報に代えて新しい正確な道路形状情報の提供が可能である。

本発明は、自動車のナビゲーション装置に限らず、携帯電話等の移動可能端末装置に組み込まれ、端末機能の一つとしてナビゲーション機能を実施することもできる。例えば、携帯電話に本発明の移動体方位決定装置を組み込み、携帯電話に固定的に付設された光学デジタルカメラで路面に描かれた方位情報マーク（ＱＲコード）を読み取り、先に説明した同様の方法により携帯電話の絶対方位を算出し、地図を表示する際に地図の上方向と、端末の方位、言い換えると表示装置の上方向とが一致するように地図の描画を行う。これにより、携帯電話の携行者は表示装置に方位が正しく表示された地図を従って経路情報を得ることができる。

なお、例えば携帯電話のようにコンピュータ資源に制約があるときは、構成およびプログラム処理の一部を基地局に代替させることができる。例えば、携帯電話において算出した絶対方位が示す指定方位データと地点の属性情報から取得した経緯度データとを基地局サーバに送信し、サーバにおいてサーバが保有している地図データベースから経緯度データに対応する地図データを取り出し、この地図データを指定方位データに対応する向きに回転変換して送信元の携帯電話に返信し、その表示装置で表示させる。

本発明の実施形態に即して本発明の基本原理を説明するための平面図である。 図１に対応する移動体を側方から見た説明図である。 本発明の実施形態に関わる、方位情報マークの例を示す図である。 本発明の実施形態に関わる、ナビゲーション装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に関わる、ナビゲーション装置のプログラム処理工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１ 移動体
１０２ 方位情報マーク
２０１ 光学デジタルカメラ
２０２ コンピュータ
２０３ ナビゲーションコンピュータ

Claims (5)

1. 道路地図と、この地図上における移動体の現在位置と進行方向とを示す移動体位置とを表示する表示装置を含むナビゲーション装置であって、
   前記移動体において情報取得方向が予め定められ／または判明している読取装置を用いて、道路上または道路近辺に設置され基準方向を示す第１情報と当該基準方向の絶対方位を示す第２情報とが少なくとも含まれた方位情報マークから、前記第１情報と前記第２情報とを取得する情報取得手段と、
   前記第１情報に基づいて前記移動体と前記マークの基準方向との相対方位を決定し、この相対方位と前記第２情報とに基づいて前記移動体車両における絶対方位を決定する方位決定手段と、
   前記方位決定手段を第２方位決定手段とし、これとは独立して、前記移動体に設けられた検出手段からの信号に基づき前記移動体の方位を決定する第１方位決定手段と、
   前記第１方位決定手段が先行して決定した方位に対して前記第２方位決定手段が決定した絶対方位との差が所定の閾値以上である場合に、前記第２方位決定手段が決定した絶対方位を前記移動体の方位として最終決定するとともに、前記所定の閾値未満である場合には、前記第１方位決定手段が決定した方位を前記移動体の方位として最終決定する閾値手段と、
   地図上の所定地点における属性情報として、施設情報、道路名情報、交差点名情報、道路形状情報、および住所情報の少なくとも１つを記憶する記憶手段と、を備え、
   前記方位情報マークには、さらに設置された地点またはその近辺における属性情報として、施設情報、道路名情報、交差点名情報、道路形状情報、および住所情報の少なくとも１つを含む第３情報が含まれており、
   前記情報取得手段によって取得された前記第３情報が前記記憶手段に記憶された情報と異なるときに前記第３情報に基づいて前記記憶手段に記憶された情報を更新することを特徴とするナビゲーション装置。
2. 前記方位決定手段は、前記第１情報によって示される前記基準方向と前記移動体の前記情報取得方向との差分を求めることにより前記相対方位を決定することを特徴とする請求項１に記載のナビゲーション装置。
3. 前記方位情報マークは、光学的に可読であり、かつ上下左右非対称な関係に配置された少なくとも３つの切り出しパターンと、所定の形式で符号化されたパターンとを含み、両パターンが同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のナビゲーション装置。
4. 前記方位情報マークにおける前記少なくとも３つの切り出しパターンが前記第１情報を示し、残りのパターンが前記第２情報を示すことを特徴とする請求項３に記載のナビゲーション装置。
5. 前記方位情報マークは光学的に可読であり、前記情報取得手段は前記読取装置としての光学カメラとこのカメラによって撮影された画像の処理装置とを含んでいることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のナビゲーション装置。

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