マーカ、マーカ検出方法および装置
【課題】対象物が太陽光で照らされた屋外のように、多様性や変化に富んだ環境下において、画像中の対象物を１０画素以下の少ない画素から、誤認することなく検出することができるマーカ、マーカ検出方法および装置を提供する。
【解決手段】対象物１の表面に取り付けたマーカ１０であって、乱反射材からなる内層１２と、内層の外側に取り付けられた偏光フィルムからなる外層１４とを有し、外光２を乱反射し、地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光３に変換して放射する。
【解決手段】対象物１の表面に取り付けたマーカ１０であって、乱反射材からなる内層１２と、内層の外側に取り付けられた偏光フィルムからなる外層１４とを有し、外光２を乱反射し、地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光３に変換して放射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像中の対象物を少ない画素で検出するマーカ、マーカ検出方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動制御される複数のロボットが屋外において分担作業するような場合などにおいて、各ロボットは互いの位置関係を知る必要がある。
【０００３】
特に農作業や地雷除去などのように屋外の広範囲なエリアを複数のロボットが作業分担する場合や、鉱山や災害現場の瓦礫除去で荷物を運ぶために複数のロボットが縦横に走り回る場合などには、各ロボットは他のロボットを高い精度で検出する必要がある。
【０００４】
このような場合に、従来からマーカが用いられている。同じ作業環境下にある他の物体と確実に区別できるマーカを各ロボットに取り付け、このマーカを検出することにより、マーカの位置、すなわち相手のロボットの位置を検出することができる。
【０００５】
また、ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの自動搬送ロボットは、従来は、予め設置した磁気テープに沿ったコース上しか移動できなかった。
しかし、マーカを人に取り付け、そのマーカを自動搬送ロボットが追従することにより、或いは、人を追従しているロボットのマーカを、別のロボットが追従することにより、人が自分で運ぶ荷物以外に、重い荷物を多数搬送することができる。
このような場合にも、マーカは有益であり、人がマーカを持つ、或いは人の着衣にマーカを貼り付けることで、ロボットが追跡すべき対象を１つ、もしくは、限られた数に限定することができる。
さらに特許文献１によると、複数のロボットが、交互に動きながら、お互いの位置を計測することで、誤差が発生しやすい位置計測についても高い精度で計測できるようにするものである。マーカをロボットに取り付け、ロボットが互いの方向を検出し計測できれば、高精度の位置計測が可能になる。
【０００６】
上述した目的を達成するために、種々の方式のマーカやマーカ検出手段が既に提案されている（例えば特許文献１〜４）。
【０００７】
特許文献１は、マーカとマーカ検出手段として、ロボットの発光する光と、この光を角度選択性のある光検出機構を例示している。
【０００８】
特許文献２は、マーカとしてＬＥＤを取り付け、特定のタイミングでの点滅や、明るさを特定のパターンで時間変化させ、検出装置は周囲を撮影し、画像中の画素毎に明るさの変化を検出し、時間的な明るさ変化のうち、マーカ特有の明るさ変化（タイミング的なもの、時間的・周期的なパターン）のみを見つけ出す処理を行い、見つかった部分をマーカとして検出するものである。
【０００９】
特許文献３は、特定の幾何学模様（直線、四角形、円弧など）を描いたマーカを用い、検出装置は周囲の映像を撮影し、映像の中からマーカ特有の幾何学特徴を抽出する画像処理を行ってマーカのみを見つけ出すものである。
【００１０】
特許文献４は、マーカを部分部分に分け、その小領域の中で特徴的な部分をいくつか抜き出し、その特徴的な部分を部分毎に画像処理により照合することで、マーカの一部が隠れていても、或いは、ある程度似た模様が背景にあっても高い精度でマーカを検出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平６−３１４１２４号公報、「自立走行ロボット群システム」
【特許文献２】特開２００９−３３３６６号公報、「光学マーカシステム」
【特許文献３】特開２００７−３２３３号公報、「コードターゲット、コード検出システム、及び３次元情報取得システム」
【特許文献４】特開２０１１−２８４１７号公報、「マーカ検出装置、マーカ生成検出システム、マーカ生成検出装置、マーカ検出方法及びマーカ検出プログラム」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
屋外の一般環境（工事現場、農場、森林など）で使用する実用的なロボットを想定した場合に、マーカの周囲には、多種多様な模様が背景として撮影される。また、光源についても太陽光を想定すると、人工的な光源に比べ非常に明るい光源がその位置を様々に変化させる特徴がある。また、このような一般環境用の機械はそもそも広いフィールドでの運用が望まれていることを考えると、互いに遠い距離（数十ｃｍのマーカを、百ｍ以上の距離で見つける）で検出できる必要がある。
ところが、ある程度広い視野（６０度）を確保しようとする場合には、百万画素を有するカメラを用いても、５０ｃｍのマーカを１００ｍ地点から撮影した場合に一辺５画素程度にしか映らない。もちろん、さらに遠くなるとさらに小さくしか映らないので、実質上は数画素程度でマーカを判別できる必要がある。
【００１３】
特許文献１，２のマーカ及びマーカ検出手段の場合、太陽光の影響が大きく、周囲が直接太陽光で照らされる場合にはＬＥＤよりも太陽光に照らされた周囲が明るいため、ＬＥＤと周りとの区別がつかなくなり、画像中で検出できなくなるという問題がある。
【００１４】
特許文献３のマーカ及びマーカ検出手段では、マーカが単純な幾何学模様の場合には、背景にいろいろな模様があるため、背景の一部が間違ってマーカとして抽出されてしまう。
また、模様の形が画像処理可能であるためにはマーカは一辺が十数画素程度のサイズに映るようにしなくてはならない。ところが、遠くのマーカはそれより小さくしか映らない。
一方、小さく見える対象をズームレンズで撮影することも考えられるが、この場合、非常に狭い視野となり、ロボットの運動により簡単に視野から外れたり、カメラの向きを制御する場合でも非常に緻密な方向制御を行わないかぎりマーカを見つけられなくなるという問題がある。
【００１５】
特許文献４のマーカ及びマーカ検出手段では、背景模様を間違って検出することは少なくなるが、模様の一部だけで画像処理を行うため、その一部が画像処理できる一辺が十画素近い大きさで、つまり全体としては一辺が数十画素で撮影される必要がある。このため、小さく見えるマーカを検出する手段としては適していない。
【００１６】
また、特定の色をマーカとして用いること考えられる。しかし、この場合も一般的な環境（工事現場や農場・森林）などには様々な色のものが設置されるため、マーカと似た色が存在する場合に誤って検出されるおそれがある。
【００１７】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、対象物が太陽光で照らされた屋外のように、多様性や変化に富んだ環境下において、画像中の対象物を１０画素以下（一辺３画素程度）の少ない画素から、誤認することなく検出することができるマーカ、マーカ検出方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によれば、対象物の表面に取り付けたマーカであって、
乱反射材からなる内層と、内層の外側に取り付けられた偏光フィルムからなる外層とを有し、
外光を乱反射し、地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光に変換して放射する、ことを特徴とするマーカが提供される。
【００１９】
また本発明によれば、偏光除去手段により、上記のマーカから放射された偏光を除去し、
第１受光素子により、前記偏光を除去した入射光によりマーカを含む領域の第１画像を撮影し、
第２受光素子により、前記偏光を除去しない入射光により前記領域の第２画像を撮影し、
演算装置により、第１画像及び第２画像の対応する画素の光の強度比から、マーカの位置を検出する、ことを特徴とするマーカ検出方法が提供される。
【００２０】
さらに本発明によれば、上記のマーカから放射された偏光を除去する偏光除去手段と、
前記偏光を除去した入射光によりマーカを含む領域の第１画像を撮影する第１受光素子と、
前記偏光を除去しない入射光により前記領域の第２画像を撮影する第２受光素子と、
第１画像及び第２画像の対応する画素の光の強度比から、マーカの位置を検出する演算装置と、を備えることを特徴とするマーカ検出装置が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
対象物が太陽光で照らされた屋外のように、多様性や変化に富んだ環境下において、上記本発明のマーカは、外光を乱反射し、地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光に変換して放射するので、マーカから放射された偏光からマーカを特定して誤認することなく検出することができる。
【００２２】
この場合、マーカ全体が同じ波長特性と光学特性を持ち均一な対象の計測となるため、理論的には１画素、現実的には一辺が数画素あればその特徴を見つけ出すことが出来る。そのため、画像中の対象物を１０画素以下（一辺３画素程度）の少ない画素から、誤認することなく検出することができ、遠くのマーカを広い視野の計測装置で見つけることができる。
【００２３】
また、自然界ではほとんど発生しない光学特性なので、誤検出することがない。
従って、外光を反射するときに、光源の位置や強さに依存しにくい光学特性変化を行っているため、外光の位置や強さの変化に対しても安定してマーカを見つけ出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるマーカを備えたロボットの模式図である。
【図２】本発明によるマーカの構造図である。
【図３】マーカの原理図である。
【図４】本発明によるマーカ検出装置の第１実施形態図である。
【図５】本発明によるマーカ検出装置の第２実施形態図である。
【図６】本発明によるマーカ検出装置の第３実施形態図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２６】
図１は、本発明によるマーカを備えたロボットの模式図である。
この図において、１は対象物であり、この例では自走ロボットである。なお、対象物１は、自律移動ロボットや自動搬送ロボットであってもよく、ロボット以外であってもよい。
【００２７】
本発明のマーカ１０は、この例では自走ロボット１（対象物）の外面に取り付けられた円筒形部材である。なお、マーカ１０は、この形状に限定されず、平板でもその他の形状であってもよい。
【００２８】
本発明のマーカ検出装置２０は、この例では自走ロボット１（対象物）に取り付けられ、水平方向に旋回してその回りに位置する他の自走ロボット１（対象物）を検出するようになっている。なお、マーカ検出装置２０を自走ロボット１（対象物）に取り付けずに、その他の位置（例えば固定部分）や追跡対象の人間に取り付けてもよい。
【００２９】
またこの図において、測距用のレーザレーダ４０が自走ロボット１（対象物）に設けられ、その回りに位置する他の自走ロボット１（対象物）までの距離を検出するようになっている。なお、レーザレーダ４０は必須ではなく、これを省略してもよい。
【００３０】
図２は、本発明によるマーカの構造図であり、一部を分離して示している。
この図において、本発明のマーカ１０は、対象物１の表面に取り付けられた内層１２、外層１４、及び表面層１６を有する。
内層１２は乱反射材からなる。外層１４は内層１２の外側に取り付けられた偏光フィルムからなる。さらに表面層１６は、反射防止膜からなる。
この構成により、マーカ１０は、外光２を内層１２で乱反射し、かつ外層１４で地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光３に変換して放射するようになっている。外光２は、太陽光又は屋外光である。
【００３１】
マーカ１０は、ロボットなどの検出したい対象物１の外板に沿って以下のフィルムを貼る、もしくは、布や板の上に以下のフィルムを貼ったものである。
フィルムは内層１２と外層１４の２層構造になっており、内層１２は高い反射率を持った乱反射材であり、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）を発泡させたものや、厚手の紙を多層に貼り合わせたものが適している。内層１２は、見た目は明るくて光沢の無い白色である。
外層１４は、水平方向、垂直方向、又は斜め方向の偏光フィルムである。水たまりが想定される場合には垂直方向の偏光フィルムを用い、ガラス窓が想定される場合には水平方向の偏光フィルムをマーカに用いるのがよい。影響の大きい方を重視するが、両方の存在がある場合には垂直方向、又は斜め方向の偏光フィルムとし、低い位置にマーカを設置するなど、窓ガラスが視界内に入りにくい工夫を行う。
さらに外側（表面層１６）に反射防止膜として反射を防止するコーティングを実施するか、反射防止フィルムを貼り付けることが望ましい。
【００３２】
図３は、マーカ１０の原理図である。
この図では、説明の都合上、マーカ１０の内層１２、外層１４、及び表面層１６を平面で示している。外層１４は、水平方向、垂直方向、又は斜め方向の偏光フィルムである。
【００３３】
図３のマーカ１０に外光（太陽光、屋外光）が当たると、偏光フィルムからなる外層１４により、偏光フィルムと同じ偏光の光ａが通過する。通過した光ａが乱反射フィルムからなる内層１２にあたり、内層１２の表側で全方向に乱反射する。乱反射した光ｂは無偏光になるが、さらに偏光フィルムからなる外層１４を通過することにより地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光３に変換され偏光３だけがマーカ１０から放射される。
【００３４】
図４は、本発明によるマーカ検出装置の第１実施形態図である。
この図において、本発明のマーカ検出装置２０は、偏光除去手段、第１カメラ２２、偏光フィルタ２３、第２カメラ２４、位置補正装置２６、及び演算装置２８を備える。
【００３５】
偏光除去手段は、この例では偏光フィルタ２１である。
偏光フィルタ２１は、マーカ１０から放射された偏光３を除去し、マーカ１０を含む領域からのその他の光を通すようになっている。すなわち偏光フィルタ２１は、マーカ１０から放射された水平、垂直、又は斜めの偏光３と直交する方向の偏光フィルタであり、マーカ１０で反射した偏光３をカットするようになっている。
【００３６】
第１カメラ２２は、レンズ２２ｂ及び第１受光素子２２ｃを有する。レンズ２２ｂは撮影レンズであり、偏光フィルタ２１を透過した入射光によりマーカ１０を含む領域の第１画像１０ａを第１受光素子２２ｃに結像する。第１受光素子２２ｃは、ＣＣＤ又はＣ−ＭＯＳである。
この構成により、第１カメラ２２は、マーカ１０から放射された偏光３を除去した入射光４によりマーカ１０を含む領域の第１画像１０ａを撮影するようになっている。
【００３７】
偏光フィルタ２３は、この例ではマーカ１０から放射された偏光３と同じ向きの偏光フィルタであり、マーカ１０で反射した偏光３をそのまま通すようになっている。
【００３８】
第２カメラ２４は、レンズ２４ｂ、及び第２受光素子２４ｃを有する。
レンズ２４ｂは撮影レンズであり、フィルタ２４ａを透過した入射光によりマーカ１０を含む領域の第２画像１０ｂを第２受光素子２４ｃに結像する。第２受光素子２４ｃは、第１受光素子２２ｃと同様のＣＣＤ又はＣ−ＭＯＳである。
この構成により、第２カメラ２４は、マーカ１０から放射された偏光３を除去しない入射光により第１画像１０ａと同じ領域の第２画像１０ｂを撮影するようになっている。
【００３９】
なおこの例において、偏光フィルタ２３は必須ではなく、これを省略することができる。
【００４０】
上述した第１画像１０ａと第２画像１０ｂは、マーカ１０を含む領域の画像である点で共通するが、各画像を形成するための入射光にマーカ１０から放射された偏光３を含むか否かで相違する。
【００４１】
位置補正装置２６は、第１画像１０ａと第２画像１０ｂの画素位置を対応させる。
図４の構成において、第１カメラ２２と第２カメラ２４は、近接して配置されているが、対象物１を一定の離れた位置から撮影するため、必然的に視差が生じる。
位置補正装置２６は、この視差を補償し、同一の対象物１に対応する画素位置を第１画像１０ａと第２画像１０ｂで対応付けできるようにする。
【００４２】
演算装置２８は、第１画像１０ａ及び第２画像１０ｂの対応する画素の光の強度比から、マーカ１０の位置を検出する。この検出方法は後述する。
【００４３】
図５は、本発明によるマーカ検出装置の第２実施形態図である。
この図において、本発明のマーカ検出装置２０は、さらに、レンズ３０と分割ミラー３２を備える。レンズ３０は、対象物１からの入射光（偏光３を含む）を光５に変換する。光５は例えば平行光である。
【００４４】
分割ミラー３２は、レンズ３０を通過した光５を９０度方向に反射する反射光５ａと、光５をそのまま通過する透過光５ｂと、に分割するハーフミラー３２ａである。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４５】
上述した第１受光素子２２ｃは、第１実施形態と同様にマーカ１０から放射された偏光３を除去した入射光４によりマーカ１０を含む領域の第１画像１０ａを撮影するようになっている。
【００４６】
また、第２受光素子２４ｃは、マーカ１０から放射された偏光３を除去しない入射光により第１画像１０ａと同じ領域の第２画像１０ｂを撮影するようになっている。
従って、第１画像１０ａと第２画像１０ｂは、マーカ１０を含む領域の画像である点で共通するが、各画像を形成するための入射光にマーカ１０から放射された偏光３を含むか否かで相違する。
【００４７】
位置補正装置２６は、第１画像１０ａと第２画像１０ｂの画素位置を対応させる。
図５の構成において、第１カメラ２２と第２カメラ２４は、対象物１からの同一の光を分割して撮影するため、図４のような視差は生じない。
しかし、第１画像１０ａと第２画像１０ｂの画素位置が正確には一致していない場合には、位置補正装置２６は、同様に同一の対象物１に対応する画素位置を第１画像１０ａと第２画像１０ｂで対応付けできるようにする。一方、受光素子２２ｃ、２４ｃを正確に設置して位置が一致できている場合には位置補正装置２６を省略することもできる。
【００４８】
演算装置２８は、第１画像１０ａ及び第２画像１０ｂの対応する画素のマーカ１０で反射した偏光３の強度から、マーカ１０の位置を検出する。
【００４９】
図６は、本発明によるマーカ検出装置の第３実施形態図である。
この例で分割ミラー３２は、ワイヤーグリッドアレイミラー（又は偏光特性のあるビームスプリッタ）３２ｂであり、偏光除去手段に相当する。
ワイヤーグリッドアレイミラー（又は偏光特性のあるビームスプリッタ）３２ｂは、特定の偏光成分をそのまま通過する透過光５ｂと、その他を９０度方向に反射する反射光５ａとに分割する。この場合、透過光５ｂにマーカ１０から放射された偏光３を含まないように設定するのがよい。
ワイヤーグリッドアレイミラー（又は偏光特性のあるビームスプリッタ）３２ｂを用いる場合には、第２実施形態の偏光フィルタ２１，２３は必須ではなく、これを省略することができる。
【００５０】
上述したマーカ１０とマーカ検出装置２０を用い、本発明によるマーカ１０の検出は以下の方法による。
（Ａ）偏光フィルタ２１により、マーカ１０から放射された偏光３を除去する。
（Ｂ）第１受光素子２２ｃにより偏光３を除去した入射光によりマーカ１０を含む領域の第１画像１０ａを撮影する。
（Ｃ）第２受光素子２４ｃにより、偏光３を除去しない入射光により同じ領域の第２画像１０ｂを撮影する。
（Ｄ）位置補正装置２６により、第１画像１０ａと第２画像１０ｂの画素位置を対応させる。
（Ｅ）演算装置２８により、第１画像１０ａ及び第２画像１０ｂの対応する画素の光の強度比（明るさの比率）から、マーカ１０の位置を検出する
【００５１】
上記（Ｅ）では、演算装置２８により、対応する画素における第１画像１０ａ上の光の強度Ｉ１と第２画像１０ｂ上の光の強度Ｉ２の強度比Ｉ１／Ｉ２を演算し、強度比Ｉ１／Ｉ２が閾値を下回った画素位置をマーカ１０の位置として検出する。この閾値は、１／２〜１／４が好ましく、後述の例では１／４である。
【００５２】
第１画像１０ａの入射光は、マーカ１０から放射された偏光３を含まないため、第２画像１０ｂと比較して一般的に暗い画像となり、検出精度が低下する可能性がある。
この場合、補正値Ｋを予め設定し、第１画像１０ａの強度を補正値Ｋだけ増幅することが好ましい。
【００５３】
例えば、同一の白色光に対する第１画像１０ａ上の強度Ｉ３と第２画像１０ｂ上の強度Ｉ４から補正値Ｋ×強度比Ｉ３／Ｉ４が１になる補正値Ｋを予め設定し、第１画像１０ａの強度Ｉ１を補正値Ｋだけ増幅した強度比Ｉ１’／Ｉ２が上述の閾値×補正値Ｋを下回った画素位置をマーカ１０の位置として検出する。
このように、補正値Ｋを予め設定し、検出レベルの低い第１画像１０ａ上の強度Ｉ１をＫ倍に増幅しておくことにより、検出レベルを高め、検出精度を高めることができる。
【００５４】
上述したように、図４、図５におけるマーカ検出装置２０は、２つの受光素子２２ｃ、２４ｃのマトリクス（ＣＣＤもしくはＣ−ＭＯＳ）を持ち、２つの画像（第１画像１０ａと第２画像１０ｂ）を同時に撮影する。
第１画像１０ａと第２画像１０ｂの画像データは、演算装置２８に伝送され、演算装置２８内では以下の２つの計算を実施する。
【００５５】
光学系や２つの受光素子２２ｃ、２４ｃのカメラ２２、２４内の設置位置のずれにより、撮影対象（対象物１やマーカ１０）は、２つの受光素子２２ｃ、２４ｃの全く同じ位置に映るわけではなく、微少なズレ（平行移動とスケール）が発生する。そのため、予めこのズレを計測して校正値を準備し、その校正値により２つの画像データが正しく重なるようなズレ補正を位置補正装置２６により行う。
【００５６】
各画素が同じ所を撮影している２枚の画像（第１画像１０ａと第２画像１０ｂ）で、同じ画素同士で明るさ（強度）の比を取る。
この明るさの比が一定の閾値を下回った部分をマーカ１０として検出する。
【００５７】
固定の補正値Ｋは事前に校正パラメータとして計測を行う。無偏光のものを撮影したときに上記式の比率が１になるように、実験値から求める。
この比（Ｋ×前述の比率）が充分小さな値、例えば１／４以下となる画素を検出する。よって明るさ（強度）の比から直接判定する場合の閾値はＫ×１／４となる。
【００５８】
以下、本発明によるマーカ検出動作を説明する。
マーカ１０によって放射された地表に対し水平、垂直、又は斜めに偏光した偏光３は、それと直交する偏光フィルタ２１では遮断され、無フィルタもしくは同じ方向のフィルタであるフィルタ２４ａは通過する。そのため、偏光フィルタ２１側の第１受光素子２２ｃではマーカ１０の明るさ（強度）はきわめて低く、もう一方の第２受光素子２４ｃではマーカ１０は本来の見えている明るさ（強度）で撮影される。
【００５９】
撮影したマーカ１０を含む画像（第１画像１０ａ及び第２画像１０ｂ）に位置補正装置２６により位置補正を行い、２つの画像（第１画像１０ａ及び第２画像１０ｂ）の間で同じ場所を撮影した画素のデータが同じ位置にくるようにデータを修正する。
その後、各場所の画素で明るさを比較し、比が例えば１／４以下の部分を抽出する画像処理を実施する。理論上では偏光フィルタ２１側の第１受光素子２２ｃの明るさは０に近いので、明るさの比もきわめて小さい（０に近い）値となる。また、抽出結果には、ごま塩状のノイズなどが乗っている場合があるので、孤立点除去（塊のサイズが小さければ除去）などのノイズ除去を行った後、まとまって検出が得られている領域の位置を検出位置として出力する。
充分な明るさ（強度）の比と面積が無い場合には検出出来なかったことを出力する。
【００６０】
なお地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光３は、自然界ではあまり発生しない光学特性なので、以下の特殊な状況を除いて誤検出することがない。
水たまりの反射はほとんど水平成分として反射され垂直偏光が小さくなる。
窓などのガラス面での反射はほとんど垂直成分として反射され水平偏光が小さくなる。
従って、マーカ１０は、使用する環境により水平、垂直、又は斜めの偏光のいずれを放射（反射）するかを決定するのがよい。
【００６１】
上述した本発明によれば、対象物１が太陽光で照らされた屋外のように、多様性や変化に富んだ環境下において、本発明のマーカ１０は、外光を乱反射し、地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光３に変換して放射するので、マーカ１０から放射された偏光３からマーカ１０を特定して誤認することなく検出することができる。
【００６２】
この場合、マーカ全体が同じ波長特性と光学特性を持ち均一な対象の計測となるため、理論的には１画素、現実的には一辺が数画素あればその特徴を見つけ出すことが出来る。そのため、画像中の対象物１を１０画素以下（一辺３画素程度）の少ない画素から、誤認することなく検出することができ、遠くのマーカを広い視野の計測装置で見つけることができる。
【００６３】
従って、外光を反射するときに、光源の位置や強さに依存しにくい光学特性変化を行っているため、外光の位置や強さの変化に対しても安定してマーカ１０を見つけ出すことができる。
【００６４】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００６５】
１ 対象物（ロボット）、２ 外光、
３ 偏光、４ 偏光３を除去した光、
５ 光、５ａ 反射光、５ｂ 透過光、
１０ マーカ、１０ａ 第１画像、１０ｂ 第２画像、
１２ 内層（乱反射材）、１４ 外層（偏光フィルム）、
１６ 表面層（反射防止膜）、
２０ マーカ検出装置、２１ 偏光フィルタ、
２２ 第１カメラ、２２ｂ レンズ、
２２ｃ 第１受光素子（ＣＣＤ又はＣ−ＭＯＳ）、
２３ 偏光フィルタ、２４ 第２カメラ、
２４ｂ レンズ、２４ｃ 第２受光素子（ＣＣＤ又はＣ−ＭＯＳ）、
２６ 位置補正装置、２８ 演算装置、
３０ レンズ、３２ 分割ミラー、
３２ａ ハーフミラー、
３２ｂ ワイヤーグリッドアレイミラー（又は偏光特性のあるビームスプリッタ）、
４０ レーザレーダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像中の対象物を少ない画素で検出するマーカ、マーカ検出方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動制御される複数のロボットが屋外において分担作業するような場合などにおいて、各ロボットは互いの位置関係を知る必要がある。
【０００３】
特に農作業や地雷除去などのように屋外の広範囲なエリアを複数のロボットが作業分担する場合や、鉱山や災害現場の瓦礫除去で荷物を運ぶために複数のロボットが縦横に走り回る場合などには、各ロボットは他のロボットを高い精度で検出する必要がある。
【０００４】
このような場合に、従来からマーカが用いられている。同じ作業環境下にある他の物体と確実に区別できるマーカを各ロボットに取り付け、このマーカを検出することにより、マーカの位置、すなわち相手のロボットの位置を検出することができる。
【０００５】
また、ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの自動搬送ロボットは、従来は、予め設置した磁気テープに沿ったコース上しか移動できなかった。
しかし、マーカを人に取り付け、そのマーカを自動搬送ロボットが追従することにより、或いは、人を追従しているロボットのマーカを、別のロボットが追従することにより、人が自分で運ぶ荷物以外に、重い荷物を多数搬送することができる。
このような場合にも、マーカは有益であり、人がマーカを持つ、或いは人の着衣にマーカを貼り付けることで、ロボットが追跡すべき対象を１つ、もしくは、限られた数に限定することができる。
さらに特許文献１によると、複数のロボットが、交互に動きながら、お互いの位置を計測することで、誤差が発生しやすい位置計測についても高い精度で計測できるようにするものである。マーカをロボットに取り付け、ロボットが互いの方向を検出し計測できれば、高精度の位置計測が可能になる。
【０００６】
上述した目的を達成するために、種々の方式のマーカやマーカ検出手段が既に提案されている（例えば特許文献１〜４）。
【０００７】
特許文献１は、マーカとマーカ検出手段として、ロボットの発光する光と、この光を角度選択性のある光検出機構を例示している。
【０００８】
特許文献２は、マーカとしてＬＥＤを取り付け、特定のタイミングでの点滅や、明るさを特定のパターンで時間変化させ、検出装置は周囲を撮影し、画像中の画素毎に明るさの変化を検出し、時間的な明るさ変化のうち、マーカ特有の明るさ変化（タイミング的なもの、時間的・周期的なパターン）のみを見つけ出す処理を行い、見つかった部分をマーカとして検出するものである。
【０００９】
特許文献３は、特定の幾何学模様（直線、四角形、円弧など）を描いたマーカを用い、検出装置は周囲の映像を撮影し、映像の中からマーカ特有の幾何学特徴を抽出する画像処理を行ってマーカのみを見つけ出すものである。
【００１０】
特許文献４は、マーカを部分部分に分け、その小領域の中で特徴的な部分をいくつか抜き出し、その特徴的な部分を部分毎に画像処理により照合することで、マーカの一部が隠れていても、或いは、ある程度似た模様が背景にあっても高い精度でマーカを検出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平６−３１４１２４号公報、「自立走行ロボット群システム」
【特許文献２】特開２００９−３３３６６号公報、「光学マーカシステム」
【特許文献３】特開２００７−３２３３号公報、「コードターゲット、コード検出システム、及び３次元情報取得システム」
【特許文献４】特開２０１１−２８４１７号公報、「マーカ検出装置、マーカ生成検出システム、マーカ生成検出装置、マーカ検出方法及びマーカ検出プログラム」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
屋外の一般環境（工事現場、農場、森林など）で使用する実用的なロボットを想定した場合に、マーカの周囲には、多種多様な模様が背景として撮影される。また、光源についても太陽光を想定すると、人工的な光源に比べ非常に明るい光源がその位置を様々に変化させる特徴がある。また、このような一般環境用の機械はそもそも広いフィールドでの運用が望まれていることを考えると、互いに遠い距離（数十ｃｍのマーカを、百ｍ以上の距離で見つける）で検出できる必要がある。
ところが、ある程度広い視野（６０度）を確保しようとする場合には、百万画素を有するカメラを用いても、５０ｃｍのマーカを１００ｍ地点から撮影した場合に一辺５画素程度にしか映らない。もちろん、さらに遠くなるとさらに小さくしか映らないので、実質上は数画素程度でマーカを判別できる必要がある。
【００１３】
特許文献１，２のマーカ及びマーカ検出手段の場合、太陽光の影響が大きく、周囲が直接太陽光で照らされる場合にはＬＥＤよりも太陽光に照らされた周囲が明るいため、ＬＥＤと周りとの区別がつかなくなり、画像中で検出できなくなるという問題がある。
【００１４】
特許文献３のマーカ及びマーカ検出手段では、マーカが単純な幾何学模様の場合には、背景にいろいろな模様があるため、背景の一部が間違ってマーカとして抽出されてしまう。
また、模様の形が画像処理可能であるためにはマーカは一辺が十数画素程度のサイズに映るようにしなくてはならない。ところが、遠くのマーカはそれより小さくしか映らない。
一方、小さく見える対象をズームレンズで撮影することも考えられるが、この場合、非常に狭い視野となり、ロボットの運動により簡単に視野から外れたり、カメラの向きを制御する場合でも非常に緻密な方向制御を行わないかぎりマーカを見つけられなくなるという問題がある。
【００１５】
特許文献４のマーカ及びマーカ検出手段では、背景模様を間違って検出することは少なくなるが、模様の一部だけで画像処理を行うため、その一部が画像処理できる一辺が十画素近い大きさで、つまり全体としては一辺が数十画素で撮影される必要がある。このため、小さく見えるマーカを検出する手段としては適していない。
【００１６】
また、特定の色をマーカとして用いること考えられる。しかし、この場合も一般的な環境（工事現場や農場・森林）などには様々な色のものが設置されるため、マーカと似た色が存在する場合に誤って検出されるおそれがある。
【００１７】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、対象物が太陽光で照らされた屋外のように、多様性や変化に富んだ環境下において、画像中の対象物を１０画素以下（一辺３画素程度）の少ない画素から、誤認することなく検出することができるマーカ、マーカ検出方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によれば、対象物の表面に取り付けたマーカであって、
乱反射材からなる内層と、内層の外側に取り付けられた偏光フィルムからなる外層とを有し、
外光を乱反射し、地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光に変換して放射する、ことを特徴とするマーカが提供される。
【００１９】
また本発明によれば、偏光除去手段により、上記のマーカから放射された偏光を除去し、
第１受光素子により、前記偏光を除去した入射光によりマーカを含む領域の第１画像を撮影し、
第２受光素子により、前記偏光を除去しない入射光により前記領域の第２画像を撮影し、
演算装置により、第１画像及び第２画像の対応する画素の光の強度比から、マーカの位置を検出する、ことを特徴とするマーカ検出方法が提供される。
【００２０】
さらに本発明によれば、上記のマーカから放射された偏光を除去する偏光除去手段と、
前記偏光を除去した入射光によりマーカを含む領域の第１画像を撮影する第１受光素子と、
前記偏光を除去しない入射光により前記領域の第２画像を撮影する第２受光素子と、
第１画像及び第２画像の対応する画素の光の強度比から、マーカの位置を検出する演算装置と、を備えることを特徴とするマーカ検出装置が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
対象物が太陽光で照らされた屋外のように、多様性や変化に富んだ環境下において、上記本発明のマーカは、外光を乱反射し、地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光に変換して放射するので、マーカから放射された偏光からマーカを特定して誤認することなく検出することができる。
【００２２】
この場合、マーカ全体が同じ波長特性と光学特性を持ち均一な対象の計測となるため、理論的には１画素、現実的には一辺が数画素あればその特徴を見つけ出すことが出来る。そのため、画像中の対象物を１０画素以下（一辺３画素程度）の少ない画素から、誤認することなく検出することができ、遠くのマーカを広い視野の計測装置で見つけることができる。
【００２３】
また、自然界ではほとんど発生しない光学特性なので、誤検出することがない。
従って、外光を反射するときに、光源の位置や強さに依存しにくい光学特性変化を行っているため、外光の位置や強さの変化に対しても安定してマーカを見つけ出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるマーカを備えたロボットの模式図である。
【図２】本発明によるマーカの構造図である。
【図３】マーカの原理図である。
【図４】本発明によるマーカ検出装置の第１実施形態図である。
【図５】本発明によるマーカ検出装置の第２実施形態図である。
【図６】本発明によるマーカ検出装置の第３実施形態図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２６】
図１は、本発明によるマーカを備えたロボットの模式図である。
この図において、１は対象物であり、この例では自走ロボットである。なお、対象物１は、自律移動ロボットや自動搬送ロボットであってもよく、ロボット以外であってもよい。
【００２７】
本発明のマーカ１０は、この例では自走ロボット１（対象物）の外面に取り付けられた円筒形部材である。なお、マーカ１０は、この形状に限定されず、平板でもその他の形状であってもよい。
【００２８】
本発明のマーカ検出装置２０は、この例では自走ロボット１（対象物）に取り付けられ、水平方向に旋回してその回りに位置する他の自走ロボット１（対象物）を検出するようになっている。なお、マーカ検出装置２０を自走ロボット１（対象物）に取り付けずに、その他の位置（例えば固定部分）や追跡対象の人間に取り付けてもよい。
【００２９】
またこの図において、測距用のレーザレーダ４０が自走ロボット１（対象物）に設けられ、その回りに位置する他の自走ロボット１（対象物）までの距離を検出するようになっている。なお、レーザレーダ４０は必須ではなく、これを省略してもよい。
【００３０】
図２は、本発明によるマーカの構造図であり、一部を分離して示している。
この図において、本発明のマーカ１０は、対象物１の表面に取り付けられた内層１２、外層１４、及び表面層１６を有する。
内層１２は乱反射材からなる。外層１４は内層１２の外側に取り付けられた偏光フィルムからなる。さらに表面層１６は、反射防止膜からなる。
この構成により、マーカ１０は、外光２を内層１２で乱反射し、かつ外層１４で地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光３に変換して放射するようになっている。外光２は、太陽光又は屋外光である。
【００３１】
マーカ１０は、ロボットなどの検出したい対象物１の外板に沿って以下のフィルムを貼る、もしくは、布や板の上に以下のフィルムを貼ったものである。
フィルムは内層１２と外層１４の２層構造になっており、内層１２は高い反射率を持った乱反射材であり、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）を発泡させたものや、厚手の紙を多層に貼り合わせたものが適している。内層１２は、見た目は明るくて光沢の無い白色である。
外層１４は、水平方向、垂直方向、又は斜め方向の偏光フィルムである。水たまりが想定される場合には垂直方向の偏光フィルムを用い、ガラス窓が想定される場合には水平方向の偏光フィルムをマーカに用いるのがよい。影響の大きい方を重視するが、両方の存在がある場合には垂直方向、又は斜め方向の偏光フィルムとし、低い位置にマーカを設置するなど、窓ガラスが視界内に入りにくい工夫を行う。
さらに外側（表面層１６）に反射防止膜として反射を防止するコーティングを実施するか、反射防止フィルムを貼り付けることが望ましい。
【００３２】
図３は、マーカ１０の原理図である。
この図では、説明の都合上、マーカ１０の内層１２、外層１４、及び表面層１６を平面で示している。外層１４は、水平方向、垂直方向、又は斜め方向の偏光フィルムである。
【００３３】
図３のマーカ１０に外光（太陽光、屋外光）が当たると、偏光フィルムからなる外層１４により、偏光フィルムと同じ偏光の光ａが通過する。通過した光ａが乱反射フィルムからなる内層１２にあたり、内層１２の表側で全方向に乱反射する。乱反射した光ｂは無偏光になるが、さらに偏光フィルムからなる外層１４を通過することにより地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光３に変換され偏光３だけがマーカ１０から放射される。
【００３４】
図４は、本発明によるマーカ検出装置の第１実施形態図である。
この図において、本発明のマーカ検出装置２０は、偏光除去手段、第１カメラ２２、偏光フィルタ２３、第２カメラ２４、位置補正装置２６、及び演算装置２８を備える。
【００３５】
偏光除去手段は、この例では偏光フィルタ２１である。
偏光フィルタ２１は、マーカ１０から放射された偏光３を除去し、マーカ１０を含む領域からのその他の光を通すようになっている。すなわち偏光フィルタ２１は、マーカ１０から放射された水平、垂直、又は斜めの偏光３と直交する方向の偏光フィルタであり、マーカ１０で反射した偏光３をカットするようになっている。
【００３６】
第１カメラ２２は、レンズ２２ｂ及び第１受光素子２２ｃを有する。レンズ２２ｂは撮影レンズであり、偏光フィルタ２１を透過した入射光によりマーカ１０を含む領域の第１画像１０ａを第１受光素子２２ｃに結像する。第１受光素子２２ｃは、ＣＣＤ又はＣ−ＭＯＳである。
この構成により、第１カメラ２２は、マーカ１０から放射された偏光３を除去した入射光４によりマーカ１０を含む領域の第１画像１０ａを撮影するようになっている。
【００３７】
偏光フィルタ２３は、この例ではマーカ１０から放射された偏光３と同じ向きの偏光フィルタであり、マーカ１０で反射した偏光３をそのまま通すようになっている。
【００３８】
第２カメラ２４は、レンズ２４ｂ、及び第２受光素子２４ｃを有する。
レンズ２４ｂは撮影レンズであり、フィルタ２４ａを透過した入射光によりマーカ１０を含む領域の第２画像１０ｂを第２受光素子２４ｃに結像する。第２受光素子２４ｃは、第１受光素子２２ｃと同様のＣＣＤ又はＣ−ＭＯＳである。
この構成により、第２カメラ２４は、マーカ１０から放射された偏光３を除去しない入射光により第１画像１０ａと同じ領域の第２画像１０ｂを撮影するようになっている。
【００３９】
なおこの例において、偏光フィルタ２３は必須ではなく、これを省略することができる。
【００４０】
上述した第１画像１０ａと第２画像１０ｂは、マーカ１０を含む領域の画像である点で共通するが、各画像を形成するための入射光にマーカ１０から放射された偏光３を含むか否かで相違する。
【００４１】
位置補正装置２６は、第１画像１０ａと第２画像１０ｂの画素位置を対応させる。
図４の構成において、第１カメラ２２と第２カメラ２４は、近接して配置されているが、対象物１を一定の離れた位置から撮影するため、必然的に視差が生じる。
位置補正装置２６は、この視差を補償し、同一の対象物１に対応する画素位置を第１画像１０ａと第２画像１０ｂで対応付けできるようにする。
【００４２】
演算装置２８は、第１画像１０ａ及び第２画像１０ｂの対応する画素の光の強度比から、マーカ１０の位置を検出する。この検出方法は後述する。
【００４３】
図５は、本発明によるマーカ検出装置の第２実施形態図である。
この図において、本発明のマーカ検出装置２０は、さらに、レンズ３０と分割ミラー３２を備える。レンズ３０は、対象物１からの入射光（偏光３を含む）を光５に変換する。光５は例えば平行光である。
【００４４】
分割ミラー３２は、レンズ３０を通過した光５を９０度方向に反射する反射光５ａと、光５をそのまま通過する透過光５ｂと、に分割するハーフミラー３２ａである。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４５】
上述した第１受光素子２２ｃは、第１実施形態と同様にマーカ１０から放射された偏光３を除去した入射光４によりマーカ１０を含む領域の第１画像１０ａを撮影するようになっている。
【００４６】
また、第２受光素子２４ｃは、マーカ１０から放射された偏光３を除去しない入射光により第１画像１０ａと同じ領域の第２画像１０ｂを撮影するようになっている。
従って、第１画像１０ａと第２画像１０ｂは、マーカ１０を含む領域の画像である点で共通するが、各画像を形成するための入射光にマーカ１０から放射された偏光３を含むか否かで相違する。
【００４７】
位置補正装置２６は、第１画像１０ａと第２画像１０ｂの画素位置を対応させる。
図５の構成において、第１カメラ２２と第２カメラ２４は、対象物１からの同一の光を分割して撮影するため、図４のような視差は生じない。
しかし、第１画像１０ａと第２画像１０ｂの画素位置が正確には一致していない場合には、位置補正装置２６は、同様に同一の対象物１に対応する画素位置を第１画像１０ａと第２画像１０ｂで対応付けできるようにする。一方、受光素子２２ｃ、２４ｃを正確に設置して位置が一致できている場合には位置補正装置２６を省略することもできる。
【００４８】
演算装置２８は、第１画像１０ａ及び第２画像１０ｂの対応する画素のマーカ１０で反射した偏光３の強度から、マーカ１０の位置を検出する。
【００４９】
図６は、本発明によるマーカ検出装置の第３実施形態図である。
この例で分割ミラー３２は、ワイヤーグリッドアレイミラー（又は偏光特性のあるビームスプリッタ）３２ｂであり、偏光除去手段に相当する。
ワイヤーグリッドアレイミラー（又は偏光特性のあるビームスプリッタ）３２ｂは、特定の偏光成分をそのまま通過する透過光５ｂと、その他を９０度方向に反射する反射光５ａとに分割する。この場合、透過光５ｂにマーカ１０から放射された偏光３を含まないように設定するのがよい。
ワイヤーグリッドアレイミラー（又は偏光特性のあるビームスプリッタ）３２ｂを用いる場合には、第２実施形態の偏光フィルタ２１，２３は必須ではなく、これを省略することができる。
【００５０】
上述したマーカ１０とマーカ検出装置２０を用い、本発明によるマーカ１０の検出は以下の方法による。
（Ａ）偏光フィルタ２１により、マーカ１０から放射された偏光３を除去する。
（Ｂ）第１受光素子２２ｃにより偏光３を除去した入射光によりマーカ１０を含む領域の第１画像１０ａを撮影する。
（Ｃ）第２受光素子２４ｃにより、偏光３を除去しない入射光により同じ領域の第２画像１０ｂを撮影する。
（Ｄ）位置補正装置２６により、第１画像１０ａと第２画像１０ｂの画素位置を対応させる。
（Ｅ）演算装置２８により、第１画像１０ａ及び第２画像１０ｂの対応する画素の光の強度比（明るさの比率）から、マーカ１０の位置を検出する
【００５１】
上記（Ｅ）では、演算装置２８により、対応する画素における第１画像１０ａ上の光の強度Ｉ１と第２画像１０ｂ上の光の強度Ｉ２の強度比Ｉ１／Ｉ２を演算し、強度比Ｉ１／Ｉ２が閾値を下回った画素位置をマーカ１０の位置として検出する。この閾値は、１／２〜１／４が好ましく、後述の例では１／４である。
【００５２】
第１画像１０ａの入射光は、マーカ１０から放射された偏光３を含まないため、第２画像１０ｂと比較して一般的に暗い画像となり、検出精度が低下する可能性がある。
この場合、補正値Ｋを予め設定し、第１画像１０ａの強度を補正値Ｋだけ増幅することが好ましい。
【００５３】
例えば、同一の白色光に対する第１画像１０ａ上の強度Ｉ３と第２画像１０ｂ上の強度Ｉ４から補正値Ｋ×強度比Ｉ３／Ｉ４が１になる補正値Ｋを予め設定し、第１画像１０ａの強度Ｉ１を補正値Ｋだけ増幅した強度比Ｉ１’／Ｉ２が上述の閾値×補正値Ｋを下回った画素位置をマーカ１０の位置として検出する。
このように、補正値Ｋを予め設定し、検出レベルの低い第１画像１０ａ上の強度Ｉ１をＫ倍に増幅しておくことにより、検出レベルを高め、検出精度を高めることができる。
【００５４】
上述したように、図４、図５におけるマーカ検出装置２０は、２つの受光素子２２ｃ、２４ｃのマトリクス（ＣＣＤもしくはＣ−ＭＯＳ）を持ち、２つの画像（第１画像１０ａと第２画像１０ｂ）を同時に撮影する。
第１画像１０ａと第２画像１０ｂの画像データは、演算装置２８に伝送され、演算装置２８内では以下の２つの計算を実施する。
【００５５】
光学系や２つの受光素子２２ｃ、２４ｃのカメラ２２、２４内の設置位置のずれにより、撮影対象（対象物１やマーカ１０）は、２つの受光素子２２ｃ、２４ｃの全く同じ位置に映るわけではなく、微少なズレ（平行移動とスケール）が発生する。そのため、予めこのズレを計測して校正値を準備し、その校正値により２つの画像データが正しく重なるようなズレ補正を位置補正装置２６により行う。
【００５６】
各画素が同じ所を撮影している２枚の画像（第１画像１０ａと第２画像１０ｂ）で、同じ画素同士で明るさ（強度）の比を取る。
この明るさの比が一定の閾値を下回った部分をマーカ１０として検出する。
【００５７】
固定の補正値Ｋは事前に校正パラメータとして計測を行う。無偏光のものを撮影したときに上記式の比率が１になるように、実験値から求める。
この比（Ｋ×前述の比率）が充分小さな値、例えば１／４以下となる画素を検出する。よって明るさ（強度）の比から直接判定する場合の閾値はＫ×１／４となる。
【００５８】
以下、本発明によるマーカ検出動作を説明する。
マーカ１０によって放射された地表に対し水平、垂直、又は斜めに偏光した偏光３は、それと直交する偏光フィルタ２１では遮断され、無フィルタもしくは同じ方向のフィルタであるフィルタ２４ａは通過する。そのため、偏光フィルタ２１側の第１受光素子２２ｃではマーカ１０の明るさ（強度）はきわめて低く、もう一方の第２受光素子２４ｃではマーカ１０は本来の見えている明るさ（強度）で撮影される。
【００５９】
撮影したマーカ１０を含む画像（第１画像１０ａ及び第２画像１０ｂ）に位置補正装置２６により位置補正を行い、２つの画像（第１画像１０ａ及び第２画像１０ｂ）の間で同じ場所を撮影した画素のデータが同じ位置にくるようにデータを修正する。
その後、各場所の画素で明るさを比較し、比が例えば１／４以下の部分を抽出する画像処理を実施する。理論上では偏光フィルタ２１側の第１受光素子２２ｃの明るさは０に近いので、明るさの比もきわめて小さい（０に近い）値となる。また、抽出結果には、ごま塩状のノイズなどが乗っている場合があるので、孤立点除去（塊のサイズが小さければ除去）などのノイズ除去を行った後、まとまって検出が得られている領域の位置を検出位置として出力する。
充分な明るさ（強度）の比と面積が無い場合には検出出来なかったことを出力する。
【００６０】
なお地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光３は、自然界ではあまり発生しない光学特性なので、以下の特殊な状況を除いて誤検出することがない。
水たまりの反射はほとんど水平成分として反射され垂直偏光が小さくなる。
窓などのガラス面での反射はほとんど垂直成分として反射され水平偏光が小さくなる。
従って、マーカ１０は、使用する環境により水平、垂直、又は斜めの偏光のいずれを放射（反射）するかを決定するのがよい。
【００６１】
上述した本発明によれば、対象物１が太陽光で照らされた屋外のように、多様性や変化に富んだ環境下において、本発明のマーカ１０は、外光を乱反射し、地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光３に変換して放射するので、マーカ１０から放射された偏光３からマーカ１０を特定して誤認することなく検出することができる。
【００６２】
この場合、マーカ全体が同じ波長特性と光学特性を持ち均一な対象の計測となるため、理論的には１画素、現実的には一辺が数画素あればその特徴を見つけ出すことが出来る。そのため、画像中の対象物１を１０画素以下（一辺３画素程度）の少ない画素から、誤認することなく検出することができ、遠くのマーカを広い視野の計測装置で見つけることができる。
【００６３】
従って、外光を反射するときに、光源の位置や強さに依存しにくい光学特性変化を行っているため、外光の位置や強さの変化に対しても安定してマーカ１０を見つけ出すことができる。
【００６４】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００６５】
１ 対象物（ロボット）、２ 外光、
３ 偏光、４ 偏光３を除去した光、
５ 光、５ａ 反射光、５ｂ 透過光、
１０ マーカ、１０ａ 第１画像、１０ｂ 第２画像、
１２ 内層（乱反射材）、１４ 外層（偏光フィルム）、
１６ 表面層（反射防止膜）、
２０ マーカ検出装置、２１ 偏光フィルタ、
２２ 第１カメラ、２２ｂ レンズ、
２２ｃ 第１受光素子（ＣＣＤ又はＣ−ＭＯＳ）、
２３ 偏光フィルタ、２４ 第２カメラ、
２４ｂ レンズ、２４ｃ 第２受光素子（ＣＣＤ又はＣ−ＭＯＳ）、
２６ 位置補正装置、２８ 演算装置、
３０ レンズ、３２ 分割ミラー、
３２ａ ハーフミラー、
３２ｂ ワイヤーグリッドアレイミラー（又は偏光特性のあるビームスプリッタ）、
４０ レーザレーダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の表面に取り付けたマーカであって、
乱反射材からなる内層と、内層の外側に取り付けられた偏光フィルムからなる外層とを有し、
外光を乱反射し、地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光に変換して放射する、ことを特徴とするマーカ。
【請求項２】
偏光除去手段により、請求項１のマーカから放射された偏光を除去し、
第１受光素子により、前記偏光を除去した入射光によりマーカを含む領域の第１画像を撮影し、
第２受光素子により、前記偏光を除去しない入射光により前記領域の第２画像を撮影し、
演算装置により、第１画像及び第２画像の対応する画素の光の強度比から、マーカの位置を検出する、ことを特徴とするマーカ検出方法。
【請求項３】
演算装置により、対応する画素における第１画像上の光の強度Ｉ１と第２画像上の光の強度Ｉ２の強度比Ｉ１／Ｉ２を演算し、
強度比Ｉ１／Ｉ２が閾値を下回った画素位置をマーカの位置として検出する、ことを特徴とする請求項２に記載のマーカ検出方法。
【請求項４】
請求項１のマーカから放射された偏光を除去する偏光除去手段と、
前記偏光を除去した入射光によりマーカを含む領域の第１画像を撮影する第１受光素子と、
前記偏光を除去しない入射光により前記領域の第２画像を撮影する第２受光素子と、
第１画像及び第２画像の対応する画素の光の強度比から、マーカの位置を検出する演算装置と、を備えることを特徴とするマーカ検出装置。
【請求項５】
前記偏光除去手段は、偏光フィルタである、ことを特徴とする請求項４に記載のマーカ検出装置。
【請求項６】
前記偏光除去手段は、ワイヤーグリッドアレイミラー又は偏光特性のあるビームスプリッタである、ことを特徴とする請求項４に記載のマーカ検出装置。
【請求項１】
対象物の表面に取り付けたマーカであって、
乱反射材からなる内層と、内層の外側に取り付けられた偏光フィルムからなる外層とを有し、
外光を乱反射し、地表に対し水平、垂直、又は斜めの偏光に変換して放射する、ことを特徴とするマーカ。
【請求項２】
偏光除去手段により、請求項１のマーカから放射された偏光を除去し、
第１受光素子により、前記偏光を除去した入射光によりマーカを含む領域の第１画像を撮影し、
第２受光素子により、前記偏光を除去しない入射光により前記領域の第２画像を撮影し、
演算装置により、第１画像及び第２画像の対応する画素の光の強度比から、マーカの位置を検出する、ことを特徴とするマーカ検出方法。
【請求項３】
演算装置により、対応する画素における第１画像上の光の強度Ｉ１と第２画像上の光の強度Ｉ２の強度比Ｉ１／Ｉ２を演算し、
強度比Ｉ１／Ｉ２が閾値を下回った画素位置をマーカの位置として検出する、ことを特徴とする請求項２に記載のマーカ検出方法。
【請求項４】
請求項１のマーカから放射された偏光を除去する偏光除去手段と、
前記偏光を除去した入射光によりマーカを含む領域の第１画像を撮影する第１受光素子と、
前記偏光を除去しない入射光により前記領域の第２画像を撮影する第２受光素子と、
第１画像及び第２画像の対応する画素の光の強度比から、マーカの位置を検出する演算装置と、を備えることを特徴とするマーカ検出装置。
【請求項５】
前記偏光除去手段は、偏光フィルタである、ことを特徴とする請求項４に記載のマーカ検出装置。
【請求項６】
前記偏光除去手段は、ワイヤーグリッドアレイミラー又は偏光特性のあるビームスプリッタである、ことを特徴とする請求項４に記載のマーカ検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５７５３１（Ｐ２０１３−５７５３１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４７０１（Ｐ２０１１−１９４７０１）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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