マーカ素子の設置方法及び識別方法
【課題】
マーカ素子の判別精度を格段に向上させ、マーカ素子の利用環境を拡大することが可能なマーカ素子の設置方法及び識別方法を提供すること。
【解決手段】
Ｍ系列状に配列されるマーカ素子を地面に設置するマーカ素子の設置方法において、該マーカ素子は、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成され、同一のサイズの該マーカ素子（ａ）を直線状に連続して配置する基準列と、該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子（ｂ）〜（ｄ）をＭ系列状に配列するデータ列とを有することを特徴とする。
マーカ素子の判別精度を格段に向上させ、マーカ素子の利用環境を拡大することが可能なマーカ素子の設置方法及び識別方法を提供すること。
【解決手段】
Ｍ系列状に配列されるマーカ素子を地面に設置するマーカ素子の設置方法において、該マーカ素子は、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成され、同一のサイズの該マーカ素子（ａ）を直線状に連続して配置する基準列と、該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子（ｂ）〜（ｄ）をＭ系列状に配列するデータ列とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マーカ素子の設置方法及び識別方法に関し、特に、Ｍ系列状に配置されるマーカ素子を利用して位置特定を行う際に利用される、マーカ素子の設置方法及び識別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人々が行きたい場所に、安全、快適に移動できる環境が求められている。このような環境を提供する手法のひとつとし、歩行者ナビゲーションシステムが注目され、様々な研究が行われている。
【０００３】
現在、一般的に普及している歩行者ナビゲーションシステム（非特許文献１）は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いた位置特定を行うため、高層ビル街や地下、建物内などにおいて、電波の反射や遮蔽などが測位結果に影響を与える可能性がある。無線通信を用いたポジショニングを行うシステムをして、Bluetooth（登録商標）を用いたインフォサイン（非特許文献２）などがあるが、これは地図によるナビゲーションを行うため、利用者は地図の理解や解釈が必要となる。また、ＩＣタグ（非接触IC）を用いたナビゲーションシステムも研究されているが、これは専用携帯情報端末が必要である。
【０００４】
一方、地面に設置したマーカを撮影することで位置特定を行う、「Ｍ−ＣｕｂＩＴＳ(M-sequence Multimodal Markers for ITS)歩行者ＷＹＳＩＷＹＡＳ(What You See Is What You Are Suggested)ナビゲーションシステム」が提案されている（特許文献１，非特許文献３）。このナビゲーションシステムは、現在広く普及しているカメラ付き携帯電話機でマーカを撮影して位置特定を行い、撮影した画像上に進むべき方向を矢印で直接表示することで、地図による解釈を必要としない道案内を行う。
【０００５】
現在までにＭ−ＣｕｂＩＴＳのマーカ素子として、視覚障害者誘導用ブロックを用いたマーカの検討（非特許文献４，６）と、タイルカーペットを用いたマーカの検討（非特許文献５）が行われているが、視覚障害者誘導用ブロックやタイルカーペットは利用できる環境が限られるため、他のマーカ素子の検討を行う必要がある。
【０００６】
特に、視覚障害者誘導用ブロックでは、点字ブロックに三角形等の図形を描き該図形の向き及び色でＭ系列のビット情報を表現しており、タイルカーペットでは、異なる色の選択又は組み合わせでＭ系列のビット情報を表現している。このため、マーカ素子の判別精度は、これらのマーカ素子が配置される環境の明るさや色合いの影響を受け易く、例えば、夜間でのカメラ付き携帯電話のフラッシュ程度では、殆どマーカ素子を判別することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特願２００８−７０４８６号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】M. Arikawa, S. Konomi, and K. Ohnishi, "NAVITIME: Supporting Pedestrian Navigation in the Real World", IEEE Pervasive Computing, vol. 6, no.3, pp. 21-29, July-Sept. 2007
【非特許文献２】櫻井光徳，松橋正道，”インフォサインによる歩行者ナビゲーション”，ＮＥＣ技報，Vol. 61，no. 1，pp. 53-56，Jan. 2008
【非特許文献３】長谷川孝明，”ＩＴＳプラットホーム”ＥＵＰＩＴＳ”〜実現へのアプローチから”，電子情報通信学会技術研究報告，ITS2003-8，pp. 41-47， May, 2003
【非特許文献４】山下清司，長谷川孝明，”視覚障害者誘導用ブロックを用いたM-CubITS歩行者ナビゲーションシステムについて”，電子情報通信学会論文誌（Ａ），Vol. J88-A， No. 2， pp.269-276， Feb. 2005
【非特許文献５】T. MANABE, T. HASEGAWA, Y. MATSUOKA, S. FURUKAWA, A. FUKUDA, "On the M-CubITS Pedestrian WYSIWYAS Navigation Using Tile Carpets", Proceedings of the 10th IEEE International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC'07), pp. 879-884, Oct. 2007
【非特許文献６】芹澤崇，間邊哲也，長谷川孝明，宮谷隆，”音声案内・サーバ処理型M-CubITS歩行者WYSIWYASナビゲーションシステムの提案”，電子情報通信学会技術研究報告，ITS2007-90，pp. 71-76，May 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解決し、マーカ素子の判別精度を格段に向上させ、マーカ素子の利用環境を拡大することが可能なマーカ素子の設置方法及び識別方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、Ｍ系列状に配列されるマーカ素子を地面に設置するマーカ素子の設置方法において、該マーカ素子は、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成され、同一のサイズの該マーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をＭ系列状に配列するデータ列とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のマーカ素子の設置方法において、該基準列を構成するマーカ素子のサイズは、該データ列を構成するマーカ素子のサイズより大きく、該基準列の配列方向に垂直な方向である横基準線を、該基準列を構成するマーカ素子間の目地で設定し、該データ列は該横基準線に沿って所定のビット数の情報を表現するようにマーカ素子を配列することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のマーカ素子の設置方法において、該地面は舗道であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明は、地面に設置されたマーカ素子からＭ系列に対応するデータを取得するマーカ素子の識別方法において、該マーカ素子は、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成され、該マーカ素子の配列は、同一のサイズの該マーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をＭ系列状に配列するデータ列とから構成され、配列された該マーカ素子を撮影した画像データから、該基準列と該データ列を検出し、該基準列に対する該データ列の配置に基きデータ列の配列方向及び該マーカ素子の撮影方向を判別することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載のマーカ素子の識別方法において、該画像データから該基準列の配列方向に相当する縦方向のブロック体のエッジと、該縦方向と略直交する横方向のブロック体のエッジとを抽出するエッジ抽出工程と、該基準列内の該横方向のエッジに基き横基準線を検出する横基準線検出工程と、該データ列内の該横基準線と該縦方向のエッジとで囲まれる区域を１つのデータセルとすることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載のマーカ素子の識別方法において、該画像データの該データ列からビットデータを取得するビット列取得工程と、該ビットデータの誤りを訂正処理する誤り訂正工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項４乃至６のいずれかに記載のマーカ素子の識別方法において、該地面は舗道であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明により、Ｍ系列状に配列されるマーカ素子を地面に設置するマーカ素子の設置方法において、該マーカ素子は、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成されるため、ブロック体間の目地によりブロック体の形状が容易に判別することが可能となり、マーカ素子の判別においてマーカ素子が設置される環境の照度等の影響を受けることが抑制される。しかも、マーカ素子が四角形の表面を有するため、縦・横のエッジ（目地）のみ判別するだけで、マーカ素子の形状が判別でき、判別処理に係る情報処理の負担を軽減することが可能となる。
【００１８】
しかも、基準列を設けるため、マーカ素子のＭ系列に係る位置情報だけでなく、データ列が基準列に対していずれの側に位置するかを判別することにより、該マーカ素子を観察している利用者がどの方向を向いているのかも容易に特定することができ、より正確なナビゲーション情報を利用者に伝達することが可能となる。また、基準列は、同一のサイズのマーカ素子を直線状に連続して配置して構成されるため、マーカ素子の配列の中から容易に基準列を抽出することができる。しかも、データ列には、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子使用しているため、データ列と基準列とを容易に区別することも可能である。
【００１９】
請求項２に係る発明により、基準列を構成するマーカ素子のサイズは、データ列を構成するマーカ素子のサイズより大きく、該基準列の配列方向に垂直な方向である横基準線を、該基準列を構成するマーカ素子間の目地で設定し、該データ列は該横基準線に沿って所定のビット数の情報を表現するようにマーカ素子を配列するため、基準列が提供する横基準線がデータ列を判別する際の有用な手掛かりとなり、データ列の判別精度を高め、情報処理に係る負担を軽減することが可能となる。しかも、横基準線を確定するマーカ素子には、大きいサイズのマーカ素子が使用されているため、直線の傾きの変動がより少ない横基準線を設定することができる。
【００２０】
請求項３に係る発明により、地面は舗道であるため、本発明に係るマーカ素子の設置方法を、歩行者や車両へのナビゲーションステムに好適に利用することができる。
【００２１】
請求項４に係る発明により、地面に設置されたマーカ素子からＭ系列に対応するデータを取得するマーカ素子の識別方法において、該マーカ素子は、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成され、該マーカ素子の配列は、同一のサイズの該マーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をＭ系列状に配列するデータ列とから構成されているため、配列された該マーカ素子を撮影した画像データにより、該基準列と該データ列を検出することで、該基準列に対する該データ列の配置に基きデータ列の配列方向や該マーカ素子の撮影方向を容易に判別することができる。しかも、該画像データからブロック体間の目地を利用して、ブロック体の形状が容易に判別することができ、マーカ素子の判別においてマーカ素子が設置される環境の照度等の影響を受けることが抑制される。しかも、マーカ素子が四角形の表面を有するため、縦・横のエッジ（目地）のみ判別するだけで、マーカ素子の形状が判別でき、判別処理に係る情報処理の負担を軽減することが可能となる。
【００２２】
しかも、基準列を利用することで、基準列に対するデータ列の配置から、データ列のデータの読み取り方向が容易に判別でき、データの読み取り精度の低下を抑制できる。また、マーカ素子を観察している利用者がどの方向を向いているのかを判別する場合に、基準列に対するデータ列の配置を特定することで、利用者の向きを容易に判別することができる。なお、利用者の向きはデータ列のみからでも判断することは可能であるが、通常の利用者の位置情報を取得するのに必要なデータ量（位置情報を表すＭ系列の部分系列のデータ量）の２倍以上のデータを取得する必要があり、マーカ素子の配列を撮影する際の視野を通常の２倍以上に設定しなければならない。また、これに係る情報処理時間も極めて長くなる。
【００２３】
請求項５に係る発明により、画像データから基準列の配列方向に相当する縦方向のブロック体のエッジと、該縦方向と略直交する横方向のブロック体のエッジとを抽出するエッジ抽出工程と、該基準列内の該横方向のエッジに基き横基準線を検出する横基準線検出工程と、該データ列内の該横基準線と該縦方向のエッジとで囲まれる区域を１つのデータセルとするため、読み取るべきデータが画像データのどの領域に存在するのかを予め特定でき、データの読み取り精度を格段に向上させることが可能となる。
【００２４】
請求項６に係る発明により、画像データのデータ列からビットデータを取得するビット列取得工程と、該ビットデータの誤りを訂正処理する誤り訂正工程とを有するため、例えば、データの読み取りを局所的に誤っても、より適正なデータに修復することが可能となる。特に、地面に枯葉などの異物が存在する場合にはマーカ素子を正確に判別することが困難となるため、このような誤り訂正工程を設けることで、このような不具合を排除することが可能となる。しかも、本発明は、Ｍ系列の配置データを利用することが前提となっており、Ｍ系列の部分系列データから前後のあるべきデータ系列を容易に推定することが可能であるため、誤り訂正工程も簡便に構成することができる。また、位置情報を格納したデータベースを利用し、蓄積したデータ配列と読み取ったデータとを照合し、訂正することも可能である。
【００２５】
請求項７に係る発明により、地面は舗道であるため、本発明に係るマーカ素子の識別方法を、歩行者や車両へのナビゲーションステムに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るマーカ素子の設置方法及び識別方法を適用可能なナビゲーションシステムの一例を示す図である。
【図２】Ｍ系列のデータ（３ビットの場合）を発生する仕組みを説明する図である。
【図３】マーカ素子に利用されるブロック体の表面の形状を例示する図である。
【図４】基準列の一方側のみデータ列を配置する例を示す図である。
【図５】図４に示したデータセル単位に設置されるマーカ素子のパターンの種類を示す図である。
【図６】図４に示したマーカ素子の配列において、データ列の読み取り方向を説明する図である。
【図７】図６における読み取り方向に沿ったマーカ素子の配列と、Ｍ系列データの配列とを説明する図である。
【図８】１つのデータセルに含まれるマーカ素子の情報量を変更する例を示す図である。
【図９】基準列の両側にデータ列を配置する例を示す図である。
【図１０】２つの基準列の間にデータ列を配置する例を示す図である。
【図１１】画像処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】画像処理によって順次変化する画像の様子を説明する図である。
【図１３】画像データ中の注目ピクセルと周辺ピクセルとの位置関係を説明する図である。
【図１４】本発明に係る実験で使用したマーカ素子の配列を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係るマーカ素子の設置方法及び識別方法について、詳細に説明する。
まず、本発明のマーカ素子の設置方法及び識別方法が、好適に利用可能なナビゲーションシステムの一つである、「Ｍ−ＣｕｂＩＴＳ歩行者ＷＹＳＩＷＹＡＳナビゲーションシステム」（非特許文献３等参照）について説明する。
【００２８】
ここで、用語「ＷＹＳＩＷＹＡＳ」は、ワープロなどで用いられる、見たままのもので編集し印刷されること意味する「ＷＹＳＩＷＹＡＧ（What You See Is What You Get）方式」に対応した表現であり、“What You See Is What You Are Suggested”の頭文字を取った造語である。特に、ナビゲーションシステムにおいては、「解釈を必要としない直感的な表示による案内」を実現するためのＨＭＩ(Human-Machine Interface)の基本設計概念を示す用語として使用される。行き先経路を地図上で表現する場合では、地図の解釈が必要であるが、例えば、風景上に直接矢印を表示することで、直感的で分かりやすいナビゲーションが実現できる。
【００２９】
用語「Ｍ−ＣｕｂＩＴＳ」は、”M-sequence Multimodal Markers for ITS; M-Cubed for ITS”)の頭文字を利用した造語である。これは、０又は１を表すマルチモーダルなマーカ素子を、Ｍ系列状に地面に配置して、ユーザの持つカメラでマーカ素子の並びを検出し、データベースとの比較から、位置と方向を特定するポジショニングシステムを意味している。Ｍ−ＣｕｂＩＴＳは、地面に設置されたマーカ素子から情報を得るため、ＧＰＳによるポジショニングでは測位誤差が生じてしまうような高層ビル街、地下や建物内においても、高精度な位置特定が可能である。
【００３０】
Ｍ−ＣｕｂＩＴＳに利用されるマーカ素子は、ペイントやシールなどで簡単に作製できるが、本発明では、マーカ素子の識別に際して、マーカ素子が配置される環境の明るさや色合いの影響など避けるため、地面に配置するブロック体の形状を利用している。特に、画像認識や情報処理の負担を軽減するため、マーカ素子としては、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成されている。
【００３１】
歩行者向けのＭ−ＣｕｂＩＴＳによる位置特定は、既に広く普及しているカメラ付き携帯電話機のカメラの利用によって、低コストで実現が可能である。また、Ｍ−ＣｕｂＩＴＳの位置特定に用いる画像上にユーザの進むべき方向を矢印で表示することでＷＹＳＩＷＹＡＳナビゲーションが実現できるため、Ｍ−ＣｕｂＩＴＳとＷＹＳＩＷＹＡＳナビゲーションの親和性は極めて高い。
【００３２】
現在までに研究されているＭ−ＣｕｂＩＴＳ歩行者ＷＹＳＩＷＹＡＳナビゲーションシステムの処理形式は、非特許文献４又は５に示されるような端末処理型と、特許文献１又は非特許文献６に示されるようなサーバ処理型に分けられる。端末処理型は利用者の端末にソフトウェアをダウンロードし、以後の処理を全て端末で行うために、一度ダウンロードを行えば以後は通信を行うことなく利用できる。それに対しサーバ処理型は、端末で撮影したＭ−ＣｕｂＩＴＳのマーカ素子の画像を電子メールを利用してサーバに送信し、サーバで処理を行う。通信が保たれた環境と、メール送受信の時間が必要となるが、サーバの方がユーザの端末よりもＣＰＵ性能が高いため、計算の複雑な処理を端末型よりも短時間で行える利点を持つ。
【００３３】
図１は、サーバ処理型のナビゲーションシステムの概略を示す図である。利用者（ユーザ）は、地面にあるマーカ素子を、カメラ付き携帯電話機で撮影し、撮影画像と目的地（利用者の行き先等）を電子メールに付して、サーバに送る。サーバ側は受信したメールに添付された画像を処理し、位置情報（現在位置及び利用者の向き）を取得する。そして、現在位置から目的地までの経路を探索し、その結果、現在位置からどの方向に進めば良いかを説明する案内（ナビゲーション）文を作成し、ユーザに電子メールを返信する。当然、撮影画像に行き先方向を示す矢印を付与することも可能である。ユーザは、サーバからの電子メールを受信し、案内文又は添付された矢印付き画像を表示し、行き先方向を判別する。
【００３４】
位置情報は、Ｍ系列に従って配置されたマーカ素子によって特定される。本発明では、Ｍ系列のデータを表示するために配置されたマーカ素子を、「Ｍ系列状に配列されるマーカ素子」と言う。図２を用いて、Ｍ系列のデータ（３ビットの場合）を発生する仕組みを説明する。
【００３５】
Ｍ系列は、シフトレジスタ（図２（ａ）中の３つの四角部分）を用いて作成可能な０と１との２進数から成る配列である。
例えば、図１４に示すように、３段のシフトレジスタを用いる場合は、各段のセルの値を１クロック毎に右に移動し、３段目のセルの値を出力するとともに、１段目のセルには、前クロック時点における１段目のセルの値（値Ｄ１として参照）と３段目のセルの値（値Ｄ２として参照）との排他的論理和（ＥＸ−ＯＲ。図２（ｂ）にＤ１及びＤ２の各値に対する出力値を表で示す。）を入力することとすると、シフトレジスタに保持される値は、図２（ａ）のシフトレジスタの下側に順次例示されるように、１１１，０１１，１０１，・・・，１１０と７通りに変化し、その後のクロックで、この変化を周期的に繰り返す。その間にシフトレジスタからは、１周期の配列が１１１０１００から成る系列長７ビットのＭ系列が繰り返し出力される。
【００３６】
ここで、シフトレジスタに保持された連続した３ビットは、１周期のＭ系列の中でユニークな存在であり、Ｍ系列の連続した３ビットを見れば、７ビットのＭ系列中の何処の位置であるかが特定できる。例えば、１０１のビット列は、図２（ａ）の左側に二重のアンダーラインで表示された位置に特定される。
【００３７】
シフトレジスタの段数をｍ段とすると、発生するＭ系列の系列長Ｌは、
Ｌ＝２ｍ−１
で表される。この場合、Ｍ系列の連続するｍビットを見れば、Ｌビット中の何処の位置であるかが特定できることになる。例えば、３０ｃｍのブロック（１枚１ビットとする場合）を直線状に配置し、１２枚、３．６ｍの長さをＭ系列の部分系列（位置情報と特定するために必要なビット列。Ｍ系列を発生させるシフトレジスタの段数（Ｍ系列の生成多項式の次数）と同じ。）とすると、系列長Ｌ＝２１２−１となり、位置特定が可能な長さは、３０ｃｍ×Ｌ＝約１２３０ｍとなる。なお、１枚のブロックに２ビット載せることも可能であり、その場合には、Ｌ＝２２４−１となる。
【００３８】
上述したＭ系列では、データ単位を０又は１の１ビット（２値）を基本に説明したが、本発明におけるＭ系列の意味は、このような２値の配列に限らず、１つのデータ単位がＳ種類の値（Ｓ値）を有し、ｍ個のシフトレジスタを用いてデータ系列発生させる場合（系列長Ｌ＝Ｓｍ−１）も含むものである。
【００３９】
本発明で利用されるマーカ素子は、ブロック体で構成される。これは、ブロック体間の目地によりブロック体の形状が容易に判別することが可能となり、マーカ素子の判別においてマーカ素子が設置される環境の照度等の影響を受け難くするためである。ブロック体の形状やサイズは基本的には任意であるが、より好ましくは、図３に一例を示すように、１つのブロック体のみ（図３（ａ）〜（ｄ）参照）又は複数のブロック体を組み合わせること（図３（ｅ）参照。三角形のブロック体を２つ以上組み合わせた例を示す。）により、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成されるブロック体を利用する。
【００４０】
ブロック体としては、地面の広い範囲に渡って設置する場合には、規格化された市販品を用いるのが好ましい。このような市販品は、設置コストが安価である上、サイズも規格化されており、不測な形状が出現することが無いため、画像データからのマーカ素子の判別精度も、容易に向上させることができる。例えば、歩行者が歩道や施設内の廊下などでナビゲーションシステムを利用する場合には、インターロッキングブロック、タイルは、好適に利用可能である。インターロッキングブロックとは、コンクリートブロックをかみ合わせるように敷設することで加重分散効果を発揮させることのできる舗装用コンクリートブロックである。機能性と色や形の多様性から、近年、歩道や車道、広場などの舗道で、主に屋外環境において、幅広く利用されている。
【００４１】
図４は、図３に示すブロック体をマーカ素子として利用し、配列した一例を示すものである。図４に付した（ａ）〜（ｄ）は、図３の各形状を有するブロック体（ａ）〜（ｄ）に対応している。
本発明のマーカ素子の設置方法では、同一のサイズのマーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をＭ系列状に配列するデータ列を有することを特徴とする。
【００４２】
このような基準列を設ける利点としては、該基準列に対してデータ列がどの位置に配置されているかを判別することにより、マーカ素子を観察している利用者が現在どの方向を向いているのかを容易に特定することができる。さらに基準列を基準としてデータ列内のデータがどの順序で並んでいるのかも、容易に判別することができる。特に、利用者の観察方向を判別する場合には、基準列に対して、データ列を非対称に配置することが必要であり、例えば、図４のように基準列の片側にデータ列を配置する方法や図９のように基準列の両側に、データ列の幅が異なるデータ列を各々配置する方法などがある。
【００４３】
図４に示すように、基準列を構成するマーカ素子（ａ）のサイズは、データ列を構成するマーカ素子（ｃ）〜（ｄ）のサイズより大きく、また、該基準列の配列方向に垂直な方向である横基準線を、該基準列を構成するマーカ素子（ａ）間の目地で設定し、該データ列は該横基準線に沿って所定のビット数の情報を表現するようにマーカ素子（ｃ）〜（ｄ）を配列する。このように、基準列が提供する横基準線は、データ列を構成するマーカ素子を設置したり、該マーカ素子の配列からデータを判別する際に、有用な手掛かりとなる。
【００４４】
しかも、横基準線を確定するマーカ素子（ａ）には、地面に配置するブロック体の中で最も大きいサイズのブロック体を使用することにより、直線自体の傾きの変動がより少ない横基準線を設定することができ、より安定したデータの識別が可能となる。
【００４５】
図４の実施例においては、データ列を構成する基本的なデータ単位を、横基準線と縦線とで囲まれる区域（図の網掛け領域）としている。このようなデータ単位の基準となる区域を「データセル」という。
【００４６】
データセルを、横基準線と縦線とにより設定しているため、読み取るべきデータが画像データのどの領域に存在するのかを予め特定でき、データの読み取り精度を格段に向上させることが可能となる。
【００４７】
各データセルに設定されるデータは、マーカ素子の組み合わせ又は配置で表現される。具体例として、図３に示す大きさの異なる３種類のブロック体（ｂ）〜（ｃ）を利用し、図５に示すように、４種類のデータ（２ビット）を表現している。なお、マーカ素子が表示するデータを識別する際には、マーカ素子の個々の形状を判別するより、例えば、図４や図５の場合のように、データセル内の横線（ブロック体のエッジ又はブロック体間の目地が形成する横線）の位置及び数を特定することで、容易にデータを識別することができる。
【００４８】
データ列内のマーカ素子の配置方法は、図６の丸数字の順番で示すように、基準列側から矢印Ａで示す方向に順次配列されており、各行の最終データセルに到達すると、一つ上段の行に移動し、再度、基準列側から矢印Ａで示す方向に、続きのデータが順次配列される。これらを繰り返すことで、図７に示すＭ系列のデータを各データセル内に順に配置することが可能となる。配列方向は、矢印Ａの方向に限らず、矢印Ａとは逆の方向であっても良いし、また、各行のデータの最終データセルまでデータ入力に使用するのではなく、基準列側から所定数のデータセルをＭ系列のデータ配置に使用するよう設定することも可能である。
【００４９】
さらに、データ列は図６のように４列のものに限らず、案内する経路の長さによって選択することも可能である。例えば、符号長２６２，１４３ビット（２１８−１ビット）のＭ系列を用いると、インターロッキングブロックの１行の長さ（図５におけるデータブロックの縦の長さ）を３０ｃｍとすれば、約１３ｋｍの案内経路上の位置と方向を一意に特定できる。このＭ系列から位置特定を行うには、９個のデータブロックを撮影できればよい。すなわち、データブロックを３行×３列撮影できればよいので、データ列は３列で十分である。
【００５０】
図８〜図１０は、マーカ素子の設置方法の他の実施例をしている。
図８（ａ）は、データセル内でマーカ素子を用いた表現に制約があるため、２列のマーカ素子の並びを１つのデータセルとし、３ビット分のデータを表現したものである。具体的には、図８（ｂ）のように、１つ目のブロックと２つ目のブロックとの組み合わせで、０〜７の８種類のデータを表現できるよう構成している。このように、横基準線と縦線とで区画される最小区域（図４の「データセル」参照）を複数集めて一つのデータセルを構成することも可能である。なお、Ｍ系列の表現方法には、「０１００１１１」を「青緑青青緑緑緑」などのように直接二種類の色（又は形）で表現する方法（直接表現型）と、「（０１）（００）（１１）（１」のように２ビット分をまとめて４種類の色や形で表現する方法（変換表現型）がある。図８（ａ）は変換表現型であり、Ｍ系列のデータの並びを３ビットのデータセル毎に区切り、各データセルのデータの配列に対応して図８（ｂ）のマーカ素子の配列パターンを選択している。
【００５１】
図９は、基準列の両側にデータ列（１）及び（２）を配置する例を示したものである。基準列を歩道の中央付近に配置する場合には、片側に十分な数のデータ列を確保できない場合もあり、そのような場合に、図９のような配置が利用できる。マーカ素子の識別に際しては、例えば、同じ横基準線上に位置する（同一行の）データ列について、データ列（１）の後にデータ列（２）のデータを続けて読み取り、その後、次の行のデータ列を同様に読み取る方法などがある。
【００５２】
ただし、基準列とデータ列との位置関係で、利用者がマーカ素子を観察している方向を判別する必要があるため、基準列を基準にデータ列（１）とデータ列（２）とが線対称とならないように、各データ列の配置を工夫する必要がある。
【００５３】
図１０は、２つの基準列（１）及び（２）の間に、データ列を配置する例を示す図である。例えば、データ列の始まりと終わりを基準列で表示するよう構成することも可能である。ただし、２つの基準列（１）及び（２）は、いずれの基準列であるかを明確にするため、各基準列の幅を互いに異ならせる必要があり、例えば、図１０（ａ）のように、基準列を構成するマーカ素子の列の数を基準列毎に変更したり、図１０（ｂ）のように、基準列に使用されるマーカ素子のサイズ又は形状を基準列毎に変更することが望ましい。
【００５４】
次に、配列されたマーカ素子からデータを読み取る、マーカ素子の識別方法を説明する。
図１１は、マーカ素子の識別に際して行われる、画像処理の流れを示したものである。画像は、利用者が携帯電話などに付属するカメラでマーカ素子の配列を撮影することで、画像データをして入力される（図１２（ａ）の入力画像を参照）。
【００５５】
（１）１次微分フィルタ（エッジ抽出工程）
撮影画像に対し、横方向と縦方向の１次微分フィルタを用いることで、エッジを抽出する。図１２（ｂ）は横方向について１次微分フィルタでエッジを抽出したものであり、図１２（ｃ）は、縦方向について１次微分フィルタでエッジを抽出したものである。
【００５６】
フィルタの出力を２値化する際に、携帯電話機の機種による画像の差や、画像の明暗（撮影した際の照明環境）に対応するため、閾値を固定とせず、動的に変化させることが好ましい。
【００５７】
以下に２値化の方法を具体的に説明する。
図１３に示すような、１次微分フィルタから出力された数値を格納したピクセル群の中で、注目ピクセル群の２値化を行う場合には、注目ピクセル群及び周辺ピクセル群の数値から１つの平均を求める。この平均値から、次の式で注目ピクセル群を２値化するための閾値を求める。
閾値＝ｋ×平均値
この際、ｋは定数であり、マーカ素子を配置する環境を考慮し、あらかじめ設定しておく（後述する実験ではｋ＝２．０とした）。
【００５８】
さらに、この閾値を利用して、画像中の全ピクセルについて、２値化を行う。なお、周辺ピクセルや注目ピクセルの数を、マーカ素子の配列部分の入力画像のサイズの大きさに応じて、動的に変化させることも可能である。例えば、入力画像のサイズが大きい場合には、周辺ピクセル、注目ピクセル数を多く、小さい場合には少なくすることで、画像のサイズの違いに対して頑健性を得る。
【００５９】
（２）縦直線検出
縦方向の１次微分フィルタの２値化画像（図１２（ｃ）参照）に対し、Ｈｏｕｇｈ変換を用いて直線検出を行う。この処理によってブロックの縦方向の目地を検出できる。直線検出後に、ラベリング処理を行うことにより、画像中のブロックを列ごとに領域を分ける（図１２（ｄ）「縦直線の検出」参照）。
【００６０】
なお、撮影した画像は、通常、カメラのレンズの光軸とマーカ素子の配列面とが垂直でないため、あおりが発生し、この影響で画像が遠近的に表示され、図１２（ｃ）のように、各縦直線は平行にはならない。同様に、後述する横基準線や横線も、縦直線に全てが直交することにはならない。本発明では、このような縦直線と横基準線等との配置関係を「略直交」と表現している。
【００６１】
（３）画像の回転
横方向の１次微分フィルタの２値化画像に対して回転処理を行い、横方向のエッジを画像中で、可能な範囲で水平にする。具体的には、上記（２）の「縦直線検出」工程で検出した、各縦直線の縦方向の傾きを表す角度θから、傾きの平均値Θを算出し、横方向の１次微分フィルタの２値化画像（図１２（ｂ）の横方向のエッジ抽出画像を参照）を、−Θだけ回転させる（図１２（ｅ）「画像の回転結果」参照）。
【００６２】
（４）横基準線検出（横基準線検出工程）
上記（３）の「画像の回転」で回転させた画像に対して、Ｈｏｕｇｈ変換を行うことにより、図１２（ｆ）に示すような、基準列からデータ列へ、又はデータ列から基準列へ続く横方向の目地（横基準線）の検出を行う。この横基準線がデータセルの行を分ける線であり、この横基準線を用いることで、各データセルと基準列のマーカ素子（ブロック体）の縦方向の位置を、行番号を利用して識別することができる。さらに、横基準線と縦直線とを組み合わせることによって、各データセルの位置を、行と列の番号を用いることで識別することも可能となる。
【００６３】
（５）各データセルの横線検出
各データセル中の横線（横方向の目地）の検出を行う。データセル中の横線は、長さが短く、Ｈｏｕｇｈ変換による検出は困難なため、以下の方法を取る。
図１２（ｆ）のような上記（４）の「横基準線検出」による出力画像に対し、ラスター順にピクセルに注目する。横直線間において、エッジを検出したピクセル数とエッジを検出していないピクセル数を比較し、エッジを検出したピクセル数の方が多ければ、そこに横線があるものと認識する（図１２（ｇ）「横線検出結果１」参照）。
【００６４】
（６）ビット列の取得（ビット列取得工程）
位置情報を表すビット列と撮影方向を取得する。基準列の位置から撮影方向を判別し、図１２（ｇ）のように順方向（基準列がデータ列の右側）であればデータ列の右下から、逆方向（基準列がデータ列の左側）であればデータ列の左上からデータセルを識別していくことで、位置情報を表すＭ系列の部分系列（ビット列）を取得し、出力する。
【００６５】
Ｍ系列の部分系列に対する誤り訂正（誤り訂正工程）
画像処理から出力されたビット列には、様々な要因により正しく識別できなったビットが含まれる可能性がある。そこで、画像処理により取得したＭ系列の部分系列から位置特定を行う際に、誤り訂正を行う。Ｍ系列による位置特定の場合、位置特定に必要な長さ以上のビット列を取得した場合には、その冗長分を用いて誤り訂正を行うことができる。
【００６６】
具体的には、画像処理出力ビット列から撮影画像の位置特定を行う際に、データベースのＭ系列と画像処理の出力ビット列を比較し、ハミング距離が最も小さい位置候補を、誤り訂正を含めた位置特定結果とする。これ以外に、本発明では、Ｍ系列の配置データを利用することが前提であるため、Ｍ系列の部分系列データから前後のあるべきデータ系列を容易に推定することも可能であり、このような処理により、誤り訂正工程を行うこともできる。
【００６７】
本発明者らは、以下に説明する方法で、本発明に係る実験を行った。
（１）実験システムの構築
本発明のマーカ素子の設置方法及び識別方法の有効性を確認するために、埼玉大学構内の案内を行う「実験用Ｍ−ＣｕｂＩＴＳ歩行者ＷＹＳＩＷＹＡＳナビゲーションシステム」を構築した。
【００６８】
今回の実験では、使用できるインターロッキングブロックに限りがあり、図５で示したマーカ素子（ブロック体）のうち、００を表すブロック体が準備できなかった。そのため、００のマーカ素子を用いずにシステムを実現するために、Ｍ系列の符号化を行った。具体的には、Ｍ系列を３ビットずつ、変換表（表１参照）に従って４ビットに変化する符号化を行った。
【００６９】
【表１】
【００７０】
符号化したＭ系列を用いたデータベースを構築し、案内経路上に敷設するインターロッキングブロックの一部分を屋外環境で再現した（図１４に一部の配列を示す）。敷設したインターロッキングブロックの全長は６ｍであり、１行の長さ３０ｃｍのインターロッキングブロックを２０行敷設した。
実験で用いたＭ系列の符号長は２６２，１４３ビットであり、これは符号化すると、ブロック３行から取得できる２４ビットのビット列から一意に位置特定が可能となる符号長である。
【００７１】
（２）実験方法
本発明の実験では、正しい位置特定がなされれば、正しい案内が可能であるため、位置特定の成功率を測定する。具体的には、１２種類のカメラ付き携帯電話機を用いて、日中における実験用インターロッキングブロックを合計１１６枚（雨天時の画像を１５枚含む）撮影した。撮影した画像を用いて、位置特定を行い、位置特定の成功率を測定した。
次に、１種類のカメラ付き携帯電話機を用いて、夜間の照明環境下で実験用インターロッキングブロックの撮影を行った。照明装置とブロック体との距離を３ｍと７ｍの２通りを用意し、それぞれ８枚ずつ、合計１６枚の画像を収集し、位置特定の成功率を測定した。
【００７２】
（３）実験結果
日中における撮影画像の位置特定結果を示す。誤り訂正を行わず、画像処理の結果だけで正しい位置特定ができた画像の枚数は、全１１６枚の画像のうち、９８枚（８４．５％）であった。誤り訂正の処理（データベースのＭ系列と画像処理の出力ビット列を比較を利用）を加えて正しい位置特定が行われたものは、１１１枚（９５．７％）であった。これにより、誤り訂正の有効性を確認した。
【００７３】
残りの５枚の画像のうち、画像処理から位置特定結果を得られなかったものが４枚（３．４％）、異なる位置を誤検出したものが１枚（０．９％）であった。このようなナビゲーションシステムでは、実環境において位置特定結果が得られなった画像に対しては、ユーザが撮り直せばよい。問題は他の位置を誤検出してしまった場合であるが、今回、誤検出率はわずか０．９％である。
【００７４】
また、今回の実験では、焦点のずれた画像や撮影者の影が入った画像においても正しく位置特定できることを確認した。一方、位置特定が行われなかったものの原因としては、撮影角度、焦点距離のずれなどによりブロックの目地がカメラで撮影した際に写らなかったことが挙げられる。
【００７５】
夜間の照明下における撮影画像の位置特定結果を示す。誤り訂正を含め、正しい位置を特定できた画像の枚数は、全１６枚の画像中１２枚（７５．０％）だった。残りの４枚は、画像処理より位置特定結果が得られなかった。原因としては、撮影者の影の写りこみや、画像全体が暗すぎたために目地の認識ができなかったことが挙げられるが、これは実環境では、撮影位置を変えたり、照明の当たっている部分を撮影するなど、簡単に対処できる問題である。
以上に示した位置特定の成功率から、本発明のマーカ素子の設置方法及び識別方法が有効に機能していることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明によれば、マーカ素子の判別精度を格段に向上させ、マーカ素子の利用環境を拡大することが可能なマーカ素子の設置方法及び識別方法を提供することができる。しかも、本発明のマーカ素子の設置方法及び識別方法を、「Ｍ−ＣｕｂＩＴＳ歩行者ＷＹＳＩＷＹＡＳナビゲーションシステム」などのナビゲーションシステムに組み込むことにより、当該システムのマーカ素子の判別精度を向上でき、利用環境をより一層拡大することが可能となる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マーカ素子の設置方法及び識別方法に関し、特に、Ｍ系列状に配置されるマーカ素子を利用して位置特定を行う際に利用される、マーカ素子の設置方法及び識別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人々が行きたい場所に、安全、快適に移動できる環境が求められている。このような環境を提供する手法のひとつとし、歩行者ナビゲーションシステムが注目され、様々な研究が行われている。
【０００３】
現在、一般的に普及している歩行者ナビゲーションシステム（非特許文献１）は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いた位置特定を行うため、高層ビル街や地下、建物内などにおいて、電波の反射や遮蔽などが測位結果に影響を与える可能性がある。無線通信を用いたポジショニングを行うシステムをして、Bluetooth（登録商標）を用いたインフォサイン（非特許文献２）などがあるが、これは地図によるナビゲーションを行うため、利用者は地図の理解や解釈が必要となる。また、ＩＣタグ（非接触IC）を用いたナビゲーションシステムも研究されているが、これは専用携帯情報端末が必要である。
【０００４】
一方、地面に設置したマーカを撮影することで位置特定を行う、「Ｍ−ＣｕｂＩＴＳ(M-sequence Multimodal Markers for ITS)歩行者ＷＹＳＩＷＹＡＳ(What You See Is What You Are Suggested)ナビゲーションシステム」が提案されている（特許文献１，非特許文献３）。このナビゲーションシステムは、現在広く普及しているカメラ付き携帯電話機でマーカを撮影して位置特定を行い、撮影した画像上に進むべき方向を矢印で直接表示することで、地図による解釈を必要としない道案内を行う。
【０００５】
現在までにＭ−ＣｕｂＩＴＳのマーカ素子として、視覚障害者誘導用ブロックを用いたマーカの検討（非特許文献４，６）と、タイルカーペットを用いたマーカの検討（非特許文献５）が行われているが、視覚障害者誘導用ブロックやタイルカーペットは利用できる環境が限られるため、他のマーカ素子の検討を行う必要がある。
【０００６】
特に、視覚障害者誘導用ブロックでは、点字ブロックに三角形等の図形を描き該図形の向き及び色でＭ系列のビット情報を表現しており、タイルカーペットでは、異なる色の選択又は組み合わせでＭ系列のビット情報を表現している。このため、マーカ素子の判別精度は、これらのマーカ素子が配置される環境の明るさや色合いの影響を受け易く、例えば、夜間でのカメラ付き携帯電話のフラッシュ程度では、殆どマーカ素子を判別することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特願２００８−７０４８６号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】M. Arikawa, S. Konomi, and K. Ohnishi, "NAVITIME: Supporting Pedestrian Navigation in the Real World", IEEE Pervasive Computing, vol. 6, no.3, pp. 21-29, July-Sept. 2007
【非特許文献２】櫻井光徳，松橋正道，”インフォサインによる歩行者ナビゲーション”，ＮＥＣ技報，Vol. 61，no. 1，pp. 53-56，Jan. 2008
【非特許文献３】長谷川孝明，”ＩＴＳプラットホーム”ＥＵＰＩＴＳ”〜実現へのアプローチから”，電子情報通信学会技術研究報告，ITS2003-8，pp. 41-47， May, 2003
【非特許文献４】山下清司，長谷川孝明，”視覚障害者誘導用ブロックを用いたM-CubITS歩行者ナビゲーションシステムについて”，電子情報通信学会論文誌（Ａ），Vol. J88-A， No. 2， pp.269-276， Feb. 2005
【非特許文献５】T. MANABE, T. HASEGAWA, Y. MATSUOKA, S. FURUKAWA, A. FUKUDA, "On the M-CubITS Pedestrian WYSIWYAS Navigation Using Tile Carpets", Proceedings of the 10th IEEE International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC'07), pp. 879-884, Oct. 2007
【非特許文献６】芹澤崇，間邊哲也，長谷川孝明，宮谷隆，”音声案内・サーバ処理型M-CubITS歩行者WYSIWYASナビゲーションシステムの提案”，電子情報通信学会技術研究報告，ITS2007-90，pp. 71-76，May 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解決し、マーカ素子の判別精度を格段に向上させ、マーカ素子の利用環境を拡大することが可能なマーカ素子の設置方法及び識別方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、Ｍ系列状に配列されるマーカ素子を地面に設置するマーカ素子の設置方法において、該マーカ素子は、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成され、同一のサイズの該マーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をＭ系列状に配列するデータ列とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のマーカ素子の設置方法において、該基準列を構成するマーカ素子のサイズは、該データ列を構成するマーカ素子のサイズより大きく、該基準列の配列方向に垂直な方向である横基準線を、該基準列を構成するマーカ素子間の目地で設定し、該データ列は該横基準線に沿って所定のビット数の情報を表現するようにマーカ素子を配列することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のマーカ素子の設置方法において、該地面は舗道であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明は、地面に設置されたマーカ素子からＭ系列に対応するデータを取得するマーカ素子の識別方法において、該マーカ素子は、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成され、該マーカ素子の配列は、同一のサイズの該マーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をＭ系列状に配列するデータ列とから構成され、配列された該マーカ素子を撮影した画像データから、該基準列と該データ列を検出し、該基準列に対する該データ列の配置に基きデータ列の配列方向及び該マーカ素子の撮影方向を判別することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載のマーカ素子の識別方法において、該画像データから該基準列の配列方向に相当する縦方向のブロック体のエッジと、該縦方向と略直交する横方向のブロック体のエッジとを抽出するエッジ抽出工程と、該基準列内の該横方向のエッジに基き横基準線を検出する横基準線検出工程と、該データ列内の該横基準線と該縦方向のエッジとで囲まれる区域を１つのデータセルとすることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載のマーカ素子の識別方法において、該画像データの該データ列からビットデータを取得するビット列取得工程と、該ビットデータの誤りを訂正処理する誤り訂正工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項４乃至６のいずれかに記載のマーカ素子の識別方法において、該地面は舗道であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明により、Ｍ系列状に配列されるマーカ素子を地面に設置するマーカ素子の設置方法において、該マーカ素子は、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成されるため、ブロック体間の目地によりブロック体の形状が容易に判別することが可能となり、マーカ素子の判別においてマーカ素子が設置される環境の照度等の影響を受けることが抑制される。しかも、マーカ素子が四角形の表面を有するため、縦・横のエッジ（目地）のみ判別するだけで、マーカ素子の形状が判別でき、判別処理に係る情報処理の負担を軽減することが可能となる。
【００１８】
しかも、基準列を設けるため、マーカ素子のＭ系列に係る位置情報だけでなく、データ列が基準列に対していずれの側に位置するかを判別することにより、該マーカ素子を観察している利用者がどの方向を向いているのかも容易に特定することができ、より正確なナビゲーション情報を利用者に伝達することが可能となる。また、基準列は、同一のサイズのマーカ素子を直線状に連続して配置して構成されるため、マーカ素子の配列の中から容易に基準列を抽出することができる。しかも、データ列には、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子使用しているため、データ列と基準列とを容易に区別することも可能である。
【００１９】
請求項２に係る発明により、基準列を構成するマーカ素子のサイズは、データ列を構成するマーカ素子のサイズより大きく、該基準列の配列方向に垂直な方向である横基準線を、該基準列を構成するマーカ素子間の目地で設定し、該データ列は該横基準線に沿って所定のビット数の情報を表現するようにマーカ素子を配列するため、基準列が提供する横基準線がデータ列を判別する際の有用な手掛かりとなり、データ列の判別精度を高め、情報処理に係る負担を軽減することが可能となる。しかも、横基準線を確定するマーカ素子には、大きいサイズのマーカ素子が使用されているため、直線の傾きの変動がより少ない横基準線を設定することができる。
【００２０】
請求項３に係る発明により、地面は舗道であるため、本発明に係るマーカ素子の設置方法を、歩行者や車両へのナビゲーションステムに好適に利用することができる。
【００２１】
請求項４に係る発明により、地面に設置されたマーカ素子からＭ系列に対応するデータを取得するマーカ素子の識別方法において、該マーカ素子は、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成され、該マーカ素子の配列は、同一のサイズの該マーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をＭ系列状に配列するデータ列とから構成されているため、配列された該マーカ素子を撮影した画像データにより、該基準列と該データ列を検出することで、該基準列に対する該データ列の配置に基きデータ列の配列方向や該マーカ素子の撮影方向を容易に判別することができる。しかも、該画像データからブロック体間の目地を利用して、ブロック体の形状が容易に判別することができ、マーカ素子の判別においてマーカ素子が設置される環境の照度等の影響を受けることが抑制される。しかも、マーカ素子が四角形の表面を有するため、縦・横のエッジ（目地）のみ判別するだけで、マーカ素子の形状が判別でき、判別処理に係る情報処理の負担を軽減することが可能となる。
【００２２】
しかも、基準列を利用することで、基準列に対するデータ列の配置から、データ列のデータの読み取り方向が容易に判別でき、データの読み取り精度の低下を抑制できる。また、マーカ素子を観察している利用者がどの方向を向いているのかを判別する場合に、基準列に対するデータ列の配置を特定することで、利用者の向きを容易に判別することができる。なお、利用者の向きはデータ列のみからでも判断することは可能であるが、通常の利用者の位置情報を取得するのに必要なデータ量（位置情報を表すＭ系列の部分系列のデータ量）の２倍以上のデータを取得する必要があり、マーカ素子の配列を撮影する際の視野を通常の２倍以上に設定しなければならない。また、これに係る情報処理時間も極めて長くなる。
【００２３】
請求項５に係る発明により、画像データから基準列の配列方向に相当する縦方向のブロック体のエッジと、該縦方向と略直交する横方向のブロック体のエッジとを抽出するエッジ抽出工程と、該基準列内の該横方向のエッジに基き横基準線を検出する横基準線検出工程と、該データ列内の該横基準線と該縦方向のエッジとで囲まれる区域を１つのデータセルとするため、読み取るべきデータが画像データのどの領域に存在するのかを予め特定でき、データの読み取り精度を格段に向上させることが可能となる。
【００２４】
請求項６に係る発明により、画像データのデータ列からビットデータを取得するビット列取得工程と、該ビットデータの誤りを訂正処理する誤り訂正工程とを有するため、例えば、データの読み取りを局所的に誤っても、より適正なデータに修復することが可能となる。特に、地面に枯葉などの異物が存在する場合にはマーカ素子を正確に判別することが困難となるため、このような誤り訂正工程を設けることで、このような不具合を排除することが可能となる。しかも、本発明は、Ｍ系列の配置データを利用することが前提となっており、Ｍ系列の部分系列データから前後のあるべきデータ系列を容易に推定することが可能であるため、誤り訂正工程も簡便に構成することができる。また、位置情報を格納したデータベースを利用し、蓄積したデータ配列と読み取ったデータとを照合し、訂正することも可能である。
【００２５】
請求項７に係る発明により、地面は舗道であるため、本発明に係るマーカ素子の識別方法を、歩行者や車両へのナビゲーションステムに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るマーカ素子の設置方法及び識別方法を適用可能なナビゲーションシステムの一例を示す図である。
【図２】Ｍ系列のデータ（３ビットの場合）を発生する仕組みを説明する図である。
【図３】マーカ素子に利用されるブロック体の表面の形状を例示する図である。
【図４】基準列の一方側のみデータ列を配置する例を示す図である。
【図５】図４に示したデータセル単位に設置されるマーカ素子のパターンの種類を示す図である。
【図６】図４に示したマーカ素子の配列において、データ列の読み取り方向を説明する図である。
【図７】図６における読み取り方向に沿ったマーカ素子の配列と、Ｍ系列データの配列とを説明する図である。
【図８】１つのデータセルに含まれるマーカ素子の情報量を変更する例を示す図である。
【図９】基準列の両側にデータ列を配置する例を示す図である。
【図１０】２つの基準列の間にデータ列を配置する例を示す図である。
【図１１】画像処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】画像処理によって順次変化する画像の様子を説明する図である。
【図１３】画像データ中の注目ピクセルと周辺ピクセルとの位置関係を説明する図である。
【図１４】本発明に係る実験で使用したマーカ素子の配列を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係るマーカ素子の設置方法及び識別方法について、詳細に説明する。
まず、本発明のマーカ素子の設置方法及び識別方法が、好適に利用可能なナビゲーションシステムの一つである、「Ｍ−ＣｕｂＩＴＳ歩行者ＷＹＳＩＷＹＡＳナビゲーションシステム」（非特許文献３等参照）について説明する。
【００２８】
ここで、用語「ＷＹＳＩＷＹＡＳ」は、ワープロなどで用いられる、見たままのもので編集し印刷されること意味する「ＷＹＳＩＷＹＡＧ（What You See Is What You Get）方式」に対応した表現であり、“What You See Is What You Are Suggested”の頭文字を取った造語である。特に、ナビゲーションシステムにおいては、「解釈を必要としない直感的な表示による案内」を実現するためのＨＭＩ(Human-Machine Interface)の基本設計概念を示す用語として使用される。行き先経路を地図上で表現する場合では、地図の解釈が必要であるが、例えば、風景上に直接矢印を表示することで、直感的で分かりやすいナビゲーションが実現できる。
【００２９】
用語「Ｍ−ＣｕｂＩＴＳ」は、”M-sequence Multimodal Markers for ITS; M-Cubed for ITS”)の頭文字を利用した造語である。これは、０又は１を表すマルチモーダルなマーカ素子を、Ｍ系列状に地面に配置して、ユーザの持つカメラでマーカ素子の並びを検出し、データベースとの比較から、位置と方向を特定するポジショニングシステムを意味している。Ｍ−ＣｕｂＩＴＳは、地面に設置されたマーカ素子から情報を得るため、ＧＰＳによるポジショニングでは測位誤差が生じてしまうような高層ビル街、地下や建物内においても、高精度な位置特定が可能である。
【００３０】
Ｍ−ＣｕｂＩＴＳに利用されるマーカ素子は、ペイントやシールなどで簡単に作製できるが、本発明では、マーカ素子の識別に際して、マーカ素子が配置される環境の明るさや色合いの影響など避けるため、地面に配置するブロック体の形状を利用している。特に、画像認識や情報処理の負担を軽減するため、マーカ素子としては、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成されている。
【００３１】
歩行者向けのＭ−ＣｕｂＩＴＳによる位置特定は、既に広く普及しているカメラ付き携帯電話機のカメラの利用によって、低コストで実現が可能である。また、Ｍ−ＣｕｂＩＴＳの位置特定に用いる画像上にユーザの進むべき方向を矢印で表示することでＷＹＳＩＷＹＡＳナビゲーションが実現できるため、Ｍ−ＣｕｂＩＴＳとＷＹＳＩＷＹＡＳナビゲーションの親和性は極めて高い。
【００３２】
現在までに研究されているＭ−ＣｕｂＩＴＳ歩行者ＷＹＳＩＷＹＡＳナビゲーションシステムの処理形式は、非特許文献４又は５に示されるような端末処理型と、特許文献１又は非特許文献６に示されるようなサーバ処理型に分けられる。端末処理型は利用者の端末にソフトウェアをダウンロードし、以後の処理を全て端末で行うために、一度ダウンロードを行えば以後は通信を行うことなく利用できる。それに対しサーバ処理型は、端末で撮影したＭ−ＣｕｂＩＴＳのマーカ素子の画像を電子メールを利用してサーバに送信し、サーバで処理を行う。通信が保たれた環境と、メール送受信の時間が必要となるが、サーバの方がユーザの端末よりもＣＰＵ性能が高いため、計算の複雑な処理を端末型よりも短時間で行える利点を持つ。
【００３３】
図１は、サーバ処理型のナビゲーションシステムの概略を示す図である。利用者（ユーザ）は、地面にあるマーカ素子を、カメラ付き携帯電話機で撮影し、撮影画像と目的地（利用者の行き先等）を電子メールに付して、サーバに送る。サーバ側は受信したメールに添付された画像を処理し、位置情報（現在位置及び利用者の向き）を取得する。そして、現在位置から目的地までの経路を探索し、その結果、現在位置からどの方向に進めば良いかを説明する案内（ナビゲーション）文を作成し、ユーザに電子メールを返信する。当然、撮影画像に行き先方向を示す矢印を付与することも可能である。ユーザは、サーバからの電子メールを受信し、案内文又は添付された矢印付き画像を表示し、行き先方向を判別する。
【００３４】
位置情報は、Ｍ系列に従って配置されたマーカ素子によって特定される。本発明では、Ｍ系列のデータを表示するために配置されたマーカ素子を、「Ｍ系列状に配列されるマーカ素子」と言う。図２を用いて、Ｍ系列のデータ（３ビットの場合）を発生する仕組みを説明する。
【００３５】
Ｍ系列は、シフトレジスタ（図２（ａ）中の３つの四角部分）を用いて作成可能な０と１との２進数から成る配列である。
例えば、図１４に示すように、３段のシフトレジスタを用いる場合は、各段のセルの値を１クロック毎に右に移動し、３段目のセルの値を出力するとともに、１段目のセルには、前クロック時点における１段目のセルの値（値Ｄ１として参照）と３段目のセルの値（値Ｄ２として参照）との排他的論理和（ＥＸ−ＯＲ。図２（ｂ）にＤ１及びＤ２の各値に対する出力値を表で示す。）を入力することとすると、シフトレジスタに保持される値は、図２（ａ）のシフトレジスタの下側に順次例示されるように、１１１，０１１，１０１，・・・，１１０と７通りに変化し、その後のクロックで、この変化を周期的に繰り返す。その間にシフトレジスタからは、１周期の配列が１１１０１００から成る系列長７ビットのＭ系列が繰り返し出力される。
【００３６】
ここで、シフトレジスタに保持された連続した３ビットは、１周期のＭ系列の中でユニークな存在であり、Ｍ系列の連続した３ビットを見れば、７ビットのＭ系列中の何処の位置であるかが特定できる。例えば、１０１のビット列は、図２（ａ）の左側に二重のアンダーラインで表示された位置に特定される。
【００３７】
シフトレジスタの段数をｍ段とすると、発生するＭ系列の系列長Ｌは、
Ｌ＝２ｍ−１
で表される。この場合、Ｍ系列の連続するｍビットを見れば、Ｌビット中の何処の位置であるかが特定できることになる。例えば、３０ｃｍのブロック（１枚１ビットとする場合）を直線状に配置し、１２枚、３．６ｍの長さをＭ系列の部分系列（位置情報と特定するために必要なビット列。Ｍ系列を発生させるシフトレジスタの段数（Ｍ系列の生成多項式の次数）と同じ。）とすると、系列長Ｌ＝２１２−１となり、位置特定が可能な長さは、３０ｃｍ×Ｌ＝約１２３０ｍとなる。なお、１枚のブロックに２ビット載せることも可能であり、その場合には、Ｌ＝２２４−１となる。
【００３８】
上述したＭ系列では、データ単位を０又は１の１ビット（２値）を基本に説明したが、本発明におけるＭ系列の意味は、このような２値の配列に限らず、１つのデータ単位がＳ種類の値（Ｓ値）を有し、ｍ個のシフトレジスタを用いてデータ系列発生させる場合（系列長Ｌ＝Ｓｍ−１）も含むものである。
【００３９】
本発明で利用されるマーカ素子は、ブロック体で構成される。これは、ブロック体間の目地によりブロック体の形状が容易に判別することが可能となり、マーカ素子の判別においてマーカ素子が設置される環境の照度等の影響を受け難くするためである。ブロック体の形状やサイズは基本的には任意であるが、より好ましくは、図３に一例を示すように、１つのブロック体のみ（図３（ａ）〜（ｄ）参照）又は複数のブロック体を組み合わせること（図３（ｅ）参照。三角形のブロック体を２つ以上組み合わせた例を示す。）により、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成されるブロック体を利用する。
【００４０】
ブロック体としては、地面の広い範囲に渡って設置する場合には、規格化された市販品を用いるのが好ましい。このような市販品は、設置コストが安価である上、サイズも規格化されており、不測な形状が出現することが無いため、画像データからのマーカ素子の判別精度も、容易に向上させることができる。例えば、歩行者が歩道や施設内の廊下などでナビゲーションシステムを利用する場合には、インターロッキングブロック、タイルは、好適に利用可能である。インターロッキングブロックとは、コンクリートブロックをかみ合わせるように敷設することで加重分散効果を発揮させることのできる舗装用コンクリートブロックである。機能性と色や形の多様性から、近年、歩道や車道、広場などの舗道で、主に屋外環境において、幅広く利用されている。
【００４１】
図４は、図３に示すブロック体をマーカ素子として利用し、配列した一例を示すものである。図４に付した（ａ）〜（ｄ）は、図３の各形状を有するブロック体（ａ）〜（ｄ）に対応している。
本発明のマーカ素子の設置方法では、同一のサイズのマーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をＭ系列状に配列するデータ列を有することを特徴とする。
【００４２】
このような基準列を設ける利点としては、該基準列に対してデータ列がどの位置に配置されているかを判別することにより、マーカ素子を観察している利用者が現在どの方向を向いているのかを容易に特定することができる。さらに基準列を基準としてデータ列内のデータがどの順序で並んでいるのかも、容易に判別することができる。特に、利用者の観察方向を判別する場合には、基準列に対して、データ列を非対称に配置することが必要であり、例えば、図４のように基準列の片側にデータ列を配置する方法や図９のように基準列の両側に、データ列の幅が異なるデータ列を各々配置する方法などがある。
【００４３】
図４に示すように、基準列を構成するマーカ素子（ａ）のサイズは、データ列を構成するマーカ素子（ｃ）〜（ｄ）のサイズより大きく、また、該基準列の配列方向に垂直な方向である横基準線を、該基準列を構成するマーカ素子（ａ）間の目地で設定し、該データ列は該横基準線に沿って所定のビット数の情報を表現するようにマーカ素子（ｃ）〜（ｄ）を配列する。このように、基準列が提供する横基準線は、データ列を構成するマーカ素子を設置したり、該マーカ素子の配列からデータを判別する際に、有用な手掛かりとなる。
【００４４】
しかも、横基準線を確定するマーカ素子（ａ）には、地面に配置するブロック体の中で最も大きいサイズのブロック体を使用することにより、直線自体の傾きの変動がより少ない横基準線を設定することができ、より安定したデータの識別が可能となる。
【００４５】
図４の実施例においては、データ列を構成する基本的なデータ単位を、横基準線と縦線とで囲まれる区域（図の網掛け領域）としている。このようなデータ単位の基準となる区域を「データセル」という。
【００４６】
データセルを、横基準線と縦線とにより設定しているため、読み取るべきデータが画像データのどの領域に存在するのかを予め特定でき、データの読み取り精度を格段に向上させることが可能となる。
【００４７】
各データセルに設定されるデータは、マーカ素子の組み合わせ又は配置で表現される。具体例として、図３に示す大きさの異なる３種類のブロック体（ｂ）〜（ｃ）を利用し、図５に示すように、４種類のデータ（２ビット）を表現している。なお、マーカ素子が表示するデータを識別する際には、マーカ素子の個々の形状を判別するより、例えば、図４や図５の場合のように、データセル内の横線（ブロック体のエッジ又はブロック体間の目地が形成する横線）の位置及び数を特定することで、容易にデータを識別することができる。
【００４８】
データ列内のマーカ素子の配置方法は、図６の丸数字の順番で示すように、基準列側から矢印Ａで示す方向に順次配列されており、各行の最終データセルに到達すると、一つ上段の行に移動し、再度、基準列側から矢印Ａで示す方向に、続きのデータが順次配列される。これらを繰り返すことで、図７に示すＭ系列のデータを各データセル内に順に配置することが可能となる。配列方向は、矢印Ａの方向に限らず、矢印Ａとは逆の方向であっても良いし、また、各行のデータの最終データセルまでデータ入力に使用するのではなく、基準列側から所定数のデータセルをＭ系列のデータ配置に使用するよう設定することも可能である。
【００４９】
さらに、データ列は図６のように４列のものに限らず、案内する経路の長さによって選択することも可能である。例えば、符号長２６２，１４３ビット（２１８−１ビット）のＭ系列を用いると、インターロッキングブロックの１行の長さ（図５におけるデータブロックの縦の長さ）を３０ｃｍとすれば、約１３ｋｍの案内経路上の位置と方向を一意に特定できる。このＭ系列から位置特定を行うには、９個のデータブロックを撮影できればよい。すなわち、データブロックを３行×３列撮影できればよいので、データ列は３列で十分である。
【００５０】
図８〜図１０は、マーカ素子の設置方法の他の実施例をしている。
図８（ａ）は、データセル内でマーカ素子を用いた表現に制約があるため、２列のマーカ素子の並びを１つのデータセルとし、３ビット分のデータを表現したものである。具体的には、図８（ｂ）のように、１つ目のブロックと２つ目のブロックとの組み合わせで、０〜７の８種類のデータを表現できるよう構成している。このように、横基準線と縦線とで区画される最小区域（図４の「データセル」参照）を複数集めて一つのデータセルを構成することも可能である。なお、Ｍ系列の表現方法には、「０１００１１１」を「青緑青青緑緑緑」などのように直接二種類の色（又は形）で表現する方法（直接表現型）と、「（０１）（００）（１１）（１」のように２ビット分をまとめて４種類の色や形で表現する方法（変換表現型）がある。図８（ａ）は変換表現型であり、Ｍ系列のデータの並びを３ビットのデータセル毎に区切り、各データセルのデータの配列に対応して図８（ｂ）のマーカ素子の配列パターンを選択している。
【００５１】
図９は、基準列の両側にデータ列（１）及び（２）を配置する例を示したものである。基準列を歩道の中央付近に配置する場合には、片側に十分な数のデータ列を確保できない場合もあり、そのような場合に、図９のような配置が利用できる。マーカ素子の識別に際しては、例えば、同じ横基準線上に位置する（同一行の）データ列について、データ列（１）の後にデータ列（２）のデータを続けて読み取り、その後、次の行のデータ列を同様に読み取る方法などがある。
【００５２】
ただし、基準列とデータ列との位置関係で、利用者がマーカ素子を観察している方向を判別する必要があるため、基準列を基準にデータ列（１）とデータ列（２）とが線対称とならないように、各データ列の配置を工夫する必要がある。
【００５３】
図１０は、２つの基準列（１）及び（２）の間に、データ列を配置する例を示す図である。例えば、データ列の始まりと終わりを基準列で表示するよう構成することも可能である。ただし、２つの基準列（１）及び（２）は、いずれの基準列であるかを明確にするため、各基準列の幅を互いに異ならせる必要があり、例えば、図１０（ａ）のように、基準列を構成するマーカ素子の列の数を基準列毎に変更したり、図１０（ｂ）のように、基準列に使用されるマーカ素子のサイズ又は形状を基準列毎に変更することが望ましい。
【００５４】
次に、配列されたマーカ素子からデータを読み取る、マーカ素子の識別方法を説明する。
図１１は、マーカ素子の識別に際して行われる、画像処理の流れを示したものである。画像は、利用者が携帯電話などに付属するカメラでマーカ素子の配列を撮影することで、画像データをして入力される（図１２（ａ）の入力画像を参照）。
【００５５】
（１）１次微分フィルタ（エッジ抽出工程）
撮影画像に対し、横方向と縦方向の１次微分フィルタを用いることで、エッジを抽出する。図１２（ｂ）は横方向について１次微分フィルタでエッジを抽出したものであり、図１２（ｃ）は、縦方向について１次微分フィルタでエッジを抽出したものである。
【００５６】
フィルタの出力を２値化する際に、携帯電話機の機種による画像の差や、画像の明暗（撮影した際の照明環境）に対応するため、閾値を固定とせず、動的に変化させることが好ましい。
【００５７】
以下に２値化の方法を具体的に説明する。
図１３に示すような、１次微分フィルタから出力された数値を格納したピクセル群の中で、注目ピクセル群の２値化を行う場合には、注目ピクセル群及び周辺ピクセル群の数値から１つの平均を求める。この平均値から、次の式で注目ピクセル群を２値化するための閾値を求める。
閾値＝ｋ×平均値
この際、ｋは定数であり、マーカ素子を配置する環境を考慮し、あらかじめ設定しておく（後述する実験ではｋ＝２．０とした）。
【００５８】
さらに、この閾値を利用して、画像中の全ピクセルについて、２値化を行う。なお、周辺ピクセルや注目ピクセルの数を、マーカ素子の配列部分の入力画像のサイズの大きさに応じて、動的に変化させることも可能である。例えば、入力画像のサイズが大きい場合には、周辺ピクセル、注目ピクセル数を多く、小さい場合には少なくすることで、画像のサイズの違いに対して頑健性を得る。
【００５９】
（２）縦直線検出
縦方向の１次微分フィルタの２値化画像（図１２（ｃ）参照）に対し、Ｈｏｕｇｈ変換を用いて直線検出を行う。この処理によってブロックの縦方向の目地を検出できる。直線検出後に、ラベリング処理を行うことにより、画像中のブロックを列ごとに領域を分ける（図１２（ｄ）「縦直線の検出」参照）。
【００６０】
なお、撮影した画像は、通常、カメラのレンズの光軸とマーカ素子の配列面とが垂直でないため、あおりが発生し、この影響で画像が遠近的に表示され、図１２（ｃ）のように、各縦直線は平行にはならない。同様に、後述する横基準線や横線も、縦直線に全てが直交することにはならない。本発明では、このような縦直線と横基準線等との配置関係を「略直交」と表現している。
【００６１】
（３）画像の回転
横方向の１次微分フィルタの２値化画像に対して回転処理を行い、横方向のエッジを画像中で、可能な範囲で水平にする。具体的には、上記（２）の「縦直線検出」工程で検出した、各縦直線の縦方向の傾きを表す角度θから、傾きの平均値Θを算出し、横方向の１次微分フィルタの２値化画像（図１２（ｂ）の横方向のエッジ抽出画像を参照）を、−Θだけ回転させる（図１２（ｅ）「画像の回転結果」参照）。
【００６２】
（４）横基準線検出（横基準線検出工程）
上記（３）の「画像の回転」で回転させた画像に対して、Ｈｏｕｇｈ変換を行うことにより、図１２（ｆ）に示すような、基準列からデータ列へ、又はデータ列から基準列へ続く横方向の目地（横基準線）の検出を行う。この横基準線がデータセルの行を分ける線であり、この横基準線を用いることで、各データセルと基準列のマーカ素子（ブロック体）の縦方向の位置を、行番号を利用して識別することができる。さらに、横基準線と縦直線とを組み合わせることによって、各データセルの位置を、行と列の番号を用いることで識別することも可能となる。
【００６３】
（５）各データセルの横線検出
各データセル中の横線（横方向の目地）の検出を行う。データセル中の横線は、長さが短く、Ｈｏｕｇｈ変換による検出は困難なため、以下の方法を取る。
図１２（ｆ）のような上記（４）の「横基準線検出」による出力画像に対し、ラスター順にピクセルに注目する。横直線間において、エッジを検出したピクセル数とエッジを検出していないピクセル数を比較し、エッジを検出したピクセル数の方が多ければ、そこに横線があるものと認識する（図１２（ｇ）「横線検出結果１」参照）。
【００６４】
（６）ビット列の取得（ビット列取得工程）
位置情報を表すビット列と撮影方向を取得する。基準列の位置から撮影方向を判別し、図１２（ｇ）のように順方向（基準列がデータ列の右側）であればデータ列の右下から、逆方向（基準列がデータ列の左側）であればデータ列の左上からデータセルを識別していくことで、位置情報を表すＭ系列の部分系列（ビット列）を取得し、出力する。
【００６５】
Ｍ系列の部分系列に対する誤り訂正（誤り訂正工程）
画像処理から出力されたビット列には、様々な要因により正しく識別できなったビットが含まれる可能性がある。そこで、画像処理により取得したＭ系列の部分系列から位置特定を行う際に、誤り訂正を行う。Ｍ系列による位置特定の場合、位置特定に必要な長さ以上のビット列を取得した場合には、その冗長分を用いて誤り訂正を行うことができる。
【００６６】
具体的には、画像処理出力ビット列から撮影画像の位置特定を行う際に、データベースのＭ系列と画像処理の出力ビット列を比較し、ハミング距離が最も小さい位置候補を、誤り訂正を含めた位置特定結果とする。これ以外に、本発明では、Ｍ系列の配置データを利用することが前提であるため、Ｍ系列の部分系列データから前後のあるべきデータ系列を容易に推定することも可能であり、このような処理により、誤り訂正工程を行うこともできる。
【００６７】
本発明者らは、以下に説明する方法で、本発明に係る実験を行った。
（１）実験システムの構築
本発明のマーカ素子の設置方法及び識別方法の有効性を確認するために、埼玉大学構内の案内を行う「実験用Ｍ−ＣｕｂＩＴＳ歩行者ＷＹＳＩＷＹＡＳナビゲーションシステム」を構築した。
【００６８】
今回の実験では、使用できるインターロッキングブロックに限りがあり、図５で示したマーカ素子（ブロック体）のうち、００を表すブロック体が準備できなかった。そのため、００のマーカ素子を用いずにシステムを実現するために、Ｍ系列の符号化を行った。具体的には、Ｍ系列を３ビットずつ、変換表（表１参照）に従って４ビットに変化する符号化を行った。
【００６９】
【表１】
【００７０】
符号化したＭ系列を用いたデータベースを構築し、案内経路上に敷設するインターロッキングブロックの一部分を屋外環境で再現した（図１４に一部の配列を示す）。敷設したインターロッキングブロックの全長は６ｍであり、１行の長さ３０ｃｍのインターロッキングブロックを２０行敷設した。
実験で用いたＭ系列の符号長は２６２，１４３ビットであり、これは符号化すると、ブロック３行から取得できる２４ビットのビット列から一意に位置特定が可能となる符号長である。
【００７１】
（２）実験方法
本発明の実験では、正しい位置特定がなされれば、正しい案内が可能であるため、位置特定の成功率を測定する。具体的には、１２種類のカメラ付き携帯電話機を用いて、日中における実験用インターロッキングブロックを合計１１６枚（雨天時の画像を１５枚含む）撮影した。撮影した画像を用いて、位置特定を行い、位置特定の成功率を測定した。
次に、１種類のカメラ付き携帯電話機を用いて、夜間の照明環境下で実験用インターロッキングブロックの撮影を行った。照明装置とブロック体との距離を３ｍと７ｍの２通りを用意し、それぞれ８枚ずつ、合計１６枚の画像を収集し、位置特定の成功率を測定した。
【００７２】
（３）実験結果
日中における撮影画像の位置特定結果を示す。誤り訂正を行わず、画像処理の結果だけで正しい位置特定ができた画像の枚数は、全１１６枚の画像のうち、９８枚（８４．５％）であった。誤り訂正の処理（データベースのＭ系列と画像処理の出力ビット列を比較を利用）を加えて正しい位置特定が行われたものは、１１１枚（９５．７％）であった。これにより、誤り訂正の有効性を確認した。
【００７３】
残りの５枚の画像のうち、画像処理から位置特定結果を得られなかったものが４枚（３．４％）、異なる位置を誤検出したものが１枚（０．９％）であった。このようなナビゲーションシステムでは、実環境において位置特定結果が得られなった画像に対しては、ユーザが撮り直せばよい。問題は他の位置を誤検出してしまった場合であるが、今回、誤検出率はわずか０．９％である。
【００７４】
また、今回の実験では、焦点のずれた画像や撮影者の影が入った画像においても正しく位置特定できることを確認した。一方、位置特定が行われなかったものの原因としては、撮影角度、焦点距離のずれなどによりブロックの目地がカメラで撮影した際に写らなかったことが挙げられる。
【００７５】
夜間の照明下における撮影画像の位置特定結果を示す。誤り訂正を含め、正しい位置を特定できた画像の枚数は、全１６枚の画像中１２枚（７５．０％）だった。残りの４枚は、画像処理より位置特定結果が得られなかった。原因としては、撮影者の影の写りこみや、画像全体が暗すぎたために目地の認識ができなかったことが挙げられるが、これは実環境では、撮影位置を変えたり、照明の当たっている部分を撮影するなど、簡単に対処できる問題である。
以上に示した位置特定の成功率から、本発明のマーカ素子の設置方法及び識別方法が有効に機能していることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明によれば、マーカ素子の判別精度を格段に向上させ、マーカ素子の利用環境を拡大することが可能なマーカ素子の設置方法及び識別方法を提供することができる。しかも、本発明のマーカ素子の設置方法及び識別方法を、「Ｍ−ＣｕｂＩＴＳ歩行者ＷＹＳＩＷＹＡＳナビゲーションシステム」などのナビゲーションシステムに組み込むことにより、当該システムのマーカ素子の判別精度を向上でき、利用環境をより一層拡大することが可能となる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ系列状に配列されるマーカ素子を地面に設置するマーカ素子の設置方法において、
該マーカ素子は、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成され、
同一のサイズの該マーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、
該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をＭ系列状に配列するデータ列とを有することを特徴とするマーカ素子の設置方法。
【請求項２】
請求項１に記載のマーカ素子の設置方法において、
該基準列を構成するマーカ素子のサイズは、該データ列を構成するマーカ素子のサイズより大きく、
該基準列の配列方向に垂直な方向である横基準線を、該基準列を構成するマーカ素子間の目地で設定し、
該データ列は該横基準線に沿って所定のビット数の情報を表現するようにマーカ素子を配列することを特徴とするマーカ素子の設置方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のマーカ素子の設置方法において、
該地面は舗道であることを特徴とするマーカ素子の設置方法。
【請求項４】
地面に設置されたマーカ素子からＭ系列に対応するデータを取得するマーカ素子の識別方法において、
該マーカ素子は、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成され、
該マーカ素子の配列は、同一のサイズの該マーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をＭ系列状に配列するデータ列とから構成され、
配列された該マーカ素子を撮影した画像データから、該基準列と該データ列を検出し、該基準列に対する該データ列の配置に基きデータ列の配列方向及び該マーカ素子の撮影方向を判別することを特徴とするマーカ素子の識別方法。
【請求項５】
請求項４に記載のマーカ素子の識別方法において、
該画像データから該基準列の配列方向に相当する縦方向のブロック体のエッジと、該縦方向と略直交する横方向のブロック体のエッジとを抽出するエッジ抽出工程と、
該基準列内の該横方向のエッジに基き横基準線を検出する横基準線検出工程と、
該データ列内の該横基準線と該縦方向のエッジとで囲まれる区域を１つのデータセルとすることを特徴とするマーカ素子の識別方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のマーカ素子の識別方法において、
該画像データの該データ列からビットデータを取得するビット列取得工程と、
該ビットデータの誤りを訂正処理する誤り訂正工程とを有することを特徴とするマーカ素子の識別方法。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかに記載のマーカ素子の識別方法において、
該地面は舗道であることを特徴とするマーカ素子の識別方法。
【請求項１】
Ｍ系列状に配列されるマーカ素子を地面に設置するマーカ素子の設置方法において、
該マーカ素子は、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成され、
同一のサイズの該マーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、
該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をＭ系列状に配列するデータ列とを有することを特徴とするマーカ素子の設置方法。
【請求項２】
請求項１に記載のマーカ素子の設置方法において、
該基準列を構成するマーカ素子のサイズは、該データ列を構成するマーカ素子のサイズより大きく、
該基準列の配列方向に垂直な方向である横基準線を、該基準列を構成するマーカ素子間の目地で設定し、
該データ列は該横基準線に沿って所定のビット数の情報を表現するようにマーカ素子を配列することを特徴とするマーカ素子の設置方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のマーカ素子の設置方法において、
該地面は舗道であることを特徴とするマーカ素子の設置方法。
【請求項４】
地面に設置されたマーカ素子からＭ系列に対応するデータを取得するマーカ素子の識別方法において、
該マーカ素子は、１つのブロック体のみ又は複数のブロック体を組み合わせることにより、サイズが異なる複数種類の四角形の表面を有するマーカ素子が少なくとも形成され、
該マーカ素子の配列は、同一のサイズの該マーカ素子を直線状に連続して配置する基準列と、該基準列の少なくとも一方の側に、該基準列に使用したマーカ素子と異なるサイズのマーカ素子をＭ系列状に配列するデータ列とから構成され、
配列された該マーカ素子を撮影した画像データから、該基準列と該データ列を検出し、該基準列に対する該データ列の配置に基きデータ列の配列方向及び該マーカ素子の撮影方向を判別することを特徴とするマーカ素子の識別方法。
【請求項５】
請求項４に記載のマーカ素子の識別方法において、
該画像データから該基準列の配列方向に相当する縦方向のブロック体のエッジと、該縦方向と略直交する横方向のブロック体のエッジとを抽出するエッジ抽出工程と、
該基準列内の該横方向のエッジに基き横基準線を検出する横基準線検出工程と、
該データ列内の該横基準線と該縦方向のエッジとで囲まれる区域を１つのデータセルとすることを特徴とするマーカ素子の識別方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のマーカ素子の識別方法において、
該画像データの該データ列からビットデータを取得するビット列取得工程と、
該ビットデータの誤りを訂正処理する誤り訂正工程とを有することを特徴とするマーカ素子の識別方法。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかに記載のマーカ素子の識別方法において、
該地面は舗道であることを特徴とするマーカ素子の識別方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−２０４７７６（Ｐ２０１０−２０４７７６Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４７４４９（Ｐ２００９−４７４４９）
【出願日】平成２１年２月２８日（２００９．２．２８）
【出願人】（５０４１９０５４８）国立大学法人埼玉大学 (292)
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２８日（２００９．２．２８）
【出願人】（５０４１９０５４８）国立大学法人埼玉大学 (292)
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
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