光学測位技術

2025 年 8 月 7 日
IoTに関するよくある質問

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光学測位理論によれば、距離を測定できれば位置を特定できます。可視光、赤外線、レーザーなど、光源と受信機間の距離を測定できる光源も測位に利用できます。これらは、実用場面において様々な用途があります。

可視光測位技術

可視光通信技術（VLC）は、インターネット情報伝送を実現します。一般的に、Light Fidelity技術は、様々な可視光を信号源として利用します。コントローラは光のオン/オフを切り替えることで、光源と端末受信機間の通信を制御します。その中でも、LEDを用いた可視光測位技術は広く利用されています。

LED-ID位置決め方法
TOF（飛行時間）測位方式
RSSI（受信信号強度表示）測位方式

LED-ID測位方式では、各LEDに固定IDを割り当てます。受信機は信号に含まれるID情報を取得することで、LEDの位置を特定します。この測位方式の精度は主にLEDの配置に依存します。LEDの数を増やすと精度は向上しますが、対応するアルゴリズムの複雑さも増します。受信機が室内にあるかどうかを確認するなど、プレゼンス測位に使用できます。

TOF測位方式は、受信機に送信されるLEDの時刻情報を用いて測位し、その時刻差から距離を測定します。その後、三角測量などの手法を用いて測位を行います。この方式の主な難しさは、送信機と受信機のクロノメーターを厳密に調整する必要があることです。精度は1センチメートル以内です。

RSSI測位方式は、受信信号強度に基づいて検出点とLED間の距離を測定します。送信側と受信側のクロノメーターを必要とせず、より高精度な測位効果が得られます。構造がシンプルで実現が容易なため、屋内可視光測位方式として広く利用されています。

可視光による位置決めの主な問題は、光が簡単に遮られてしまうことであり、実用上は多くの制限があります。

赤外線測位技術

赤外線測位技術には次の 2 種類があります。

1つ目は、位置特定対象となるターゲットに赤外線ロケーターを使用し、変調された赤外線を発射する方式です。この赤外線は、室内に設置された測位センサーによって受信されます。

2つ目は、測定対象空間を複数の送信機と受信機でカバーする方法です。送信機と受信機は赤外線ネットを編み込み、移動するターゲットの位置を特定します。

現時点では、実験室での単純な物体の正確な位置決めと軌道の記録、および屋内の自走ロボットの追跡にのみ適しています。

コンピュータビジュアルポジショニング

視覚測位システムは2つのカテゴリーに分けられます。1つは、移動するセンサーの画像を収集することでセンサーの位置を特定するシステムです。参照点の選択に基づいて、3D建物モデル、画像、事前配置されたターゲット、ターゲット投影を参照するシステム、他のセンサーを参照するシステム、そして参照点を持たないシステムに分類されます。これはSLAM（Simultaneous Localization and Mapping）と呼ばれます。また、固定位置センサーを用いて画像内のターゲットの位置を特定することもできます。

3D建物モデルと画像を参照するということは、既存の建物構造データベースや事前キャリブレーション済みの画像と比較することを意味します。堅牢性を向上させるため、事前配置ターゲットを参照するには、参照点として配置された特定の画像サイン（QRコードなど）を使用します。投影ターゲットを参照するということは、事前配置ターゲットを参照し、屋内環境に参照点を投影することを意味します。他のセンサーを参照することで、他のセンサーデータと組み合わせることで、精度、カバレッジ、または堅牢性を向上させることができます。

もう1つのカテゴリーは、画像認識を用いてリアルタイムの画像情報をデータベースと比較し、位置合わせを行うというものです。欠点は、画像処理に時間がかかり、リアルタイム性が低いことです。

SLAM技術は自動運転やロボット制御に広く利用されています。