JP7452681B2 - 測定装置、情報処理装置、位置合わせ方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1記載の情報処理装置は、第1点群データから抽出される第1平面と、第2点群データから抽出される第2平面との高さを一致させるように、第2平面の高さを補正し、平面の高さを特定する。この情報処理装置は、第1点群データ、第2点群データそれぞれから抽出される複数の平面の組み合わせそれぞれについて、平面の高さを特定し、補正に用いるオフセット量を特定する。
この偏りを利用して位置合わせを行うことで、位置合わせを効率的に行えることが期待される。
図1は、第1実施形態にかかる測定装置の構成例を示す図である。図1に示す測定装置10は、プロセッサがメモリに格納されたプログラムを実行することによって動作するコンピュータ装置であってもよい。
点群データ取得部11は、位置合わせによって結合する対象となる、第1の測定位置における第1の点群データ及び第2の測定位置における第2の点群データを取得する。点群データは、実世界の三次元情報を表現するデータであり、複数の三次元点からなる集合である。三次元点は、三次元空間における座標データを保持するデータである。座標データは、三次元空間における位置を表すデータであればよく、特定のものに限定されない。三次元空間における座標データは、例えば、直交座標系で表現されていてもよく、極座標系で表現されていてもよい。
点群データ取得部11は、LiDAR(Light Detection and Ranging)を用いて、点群データを取得してもよい。LiDARでは、LiDAR装置が光を放射し、放射した光が物体に当たることによる反射光をLiDAR装置が受光する。LiDARでは、放射から受光までの時間及び光速に基づいて、LiDAR装置から物体までの距離を測定する。点群データ取得部11がLiDARによって点群データを取得する場合には、三次元点が保持する付加情報は、受光した反射光の特徴を表す情報を含んでもよい。付加情報は、例えば、受光した反射光の強さを表す反射輝度を含んでもよく、受光した反射光の位相情報を含んでもよい。
このように、点群データ取得部11が点群データを取得する方法として、三次元空間における点の座標データを取得可能な、いろいろな方法を用いることができる。
測定装置10が行う位置合わせでは、三次元空間における平行移動変換と、回転軸を軸とする回転変換との、2つの変換を、第1の点群データに対して適用する。
回転軸決定部12は、回転軸決定手段の例に該当する。
以上説明したように、回転軸決定部12は、第1の点群データ及び第2の点群データを位置合わせによって結合するための、回転軸となる直線を決定できる。
評価関数決定部13は、評価関数決定手段の例に該当する。
ここでいう十分近いことは、距離が所定の閾値以下であることであってもよい。i番目の許容領域は、i番目の第2点群データ点からの距離が所定の閾値以下の領域の部分領域であってもよい。
集合Siが示す許容領域を許容領域Siとも称する。
評価関数決定部13が決定する評価関数の例を、式(3)を用いて説明する。
i番目の重みは、例えば、回転軸から第1の点群データに含まれる三次元点までの距離の中央値を表す距離中央値と、回転軸からi番目の第1点群データ点までの距離を表す第1距離とに基づいて、第1距離と距離中央値との差の逆数として算出されてもよい。このような場合、i番目の第1点群データ点が回転軸に近すぎるもしくは遠すぎるような添え字iの、位置合わせにおける重視度合いを低くすることができる。回転軸に近すぎる三次元点は位置合わせにおける回転軸周りの回転変換の影響が及びにくいため、i番目の第1点群データ点が回転軸に近すぎる添え字iに対してi番目の重みを小さくすることで、位置合わせにおいて、回転量の推定性能の向上が期待される。また、i番目の第1点群データ点が回転軸に遠すぎる添え字iに対してi番目の重みを小さくすることで、三次元点が集中する領域から離れすぎた外れ値のような点が位置合わせに与える悪影響を低減する効果が期待される。
位置合わせ計算部14は、位置合わせ計算手段の例に該当する。
図5は回転直進量算出部141の構成例を示す図である。図5に示す構成で、回転直進量算出部141は、回転直進量可能領域算出部1411及び回転直進量可能領域集計部1412を備える。回転直進量可能領域算出部1411及び回転直進量可能領域集計部1412は、プロセッサがメモリに格納されたプログラムを実行することによって処理が実行されるソフトウェアもしくはモジュールであってもよい。回転直進量可能領域算出部1411及び回転直進量可能領域集計部1412は、回路もしくはチップ等のハードウェアであってもよい。
図6は、水平移動量uが与えられたときの、回転直進量可能領域算出部1411の動作を説明するための図である。図6において、円柱で表現されたSiは、i番目の許容領域である。直線「L+u」は、回転軸を水平移動量uに応じて平行移動させた、回転軸に平行な直線である。三次元点「pi+tu、v」は、直進移動量vに特徴づけられる三次元点であり、i番目の第1点群データ点piを、水平移動量u及び直進移動量vから算出される平行移動量tu、vの分だけ、平行移動させた三次元点である。
平面走査法では、水平線を動かしながら、重みの和の記録を更新することによって、重みの和が最大となるような領域を算出することができる。
図8は、パラメータ算出部142が、水平移動量の暫定解を更新する方法の例を説明するための図である。パラメータ算出部142は、まず、水平移動量の暫定解の最適評価値を算出し、それを暫定的な最適評価値とする。
次に、パラメータ算出部142は、任意の方法によって小領域を1つ選択し、選択した小領域をさらに小さな複数の小領域へと分割する。小領域を1つ選択することは、小領域選択と言い換えられてもよい。
式(6)は、小領域における評価関数の上界を説明する数式である。
図9は、測定装置10の処理の手順の例を示す図である。
図9の処理で、点群データ取得部11は、第1の測定位置における第1の点群データを取得する(ステップS11)。次に、点群データ取得部11は、第2の測定位置における第2の点群データを取得する(ステップS12)。次に、回転軸決定部12は、位置合わせの回転軸を決定する(ステップS13)。次に、評価関数決定部13は、回転軸、第1の点群データ、及び第2の点群データに基づいて、区分的な柱体により規定される評価関数を決定する(ステップS14)。次に、位置合わせ計算部14は、回転軸、第1の点群データ、及び第2の点群データに基づいて、評価関数を最適化するような、位置合わせパラメータを算出する(ステップS15)。位置合わせ計算部14は、評価関数が区分的な柱体により規定されることを利用して、回転直進量算出部141を用いることによって、位置合わせパラメータを効率的に算出できる。
このように、評価関数決定部13が、位置合わせ結果の望ましさを表す評価関数として、1つ以上の柱体の和集合の領域を示す評価関数を決定することで、回転軸方向と、回転軸に垂直な方向とを区別して位置合わせ結果を評価することができる。測定装置10によれば、この点で、回転軸方向における点群間のデータの差異と、回転軸に垂直な方向における点群間のデータの差異との偏りを利用して位置合わせを行うことができる。これにより、測定装置10では、位置合わせのためのパラメータの個数が比較的少なくて済み、位置合わせを効率的に行えると期待される。
測定装置10によれば、この点でも、回転軸方向における点群間のデータの差異と、回転軸に垂直な方向における点群間のデータの差異との偏りを利用して位置合わせを行うことができ、位置合わせを効率的に行えると期待される。
図10は、第2実施形態にかかる通信システムの構成例を示す図である。図10に示す構成で、通信システム2は、情報処理装置20、測定装置31、及び測定装置32を備える。測定装置31と測定装置32とを総称して、測定装置30とも表記する。
図10には、通信システム2が備える測定装置30が2台である場合の例を示している。ただし、通信システム2が備える測定装置30は、3台以上であってもよい。もしくは、通信システム2が備える測定装置30は、1台であってもよい。
点群データ保持部21は、点群データ保持手段の例に該当する。
図11は、第3実施形態にかかる測定装置の構成例を示す図である。図11に示す構成で、測定装置610は、点群データ取得部611と、回転軸決定部612と、評価関数決定部613と、位置合わせ計算部614と、を備える。
図12は、第4実施形態にかかる情報処理装置の構成例を示す図である。図12に示す構成で、情報処理装置620は、通信部621と、点群データ保持部622と、回転軸決定部623と、評価関数決定部624と、位置合わせ計算部625と、を備える。
図13は、第5実施形態にかかる位置合わせ方法における処理の手順の例を示す図である。図13に示す位置合わせ方法は、回転軸を決定すること(ステップS611)と、評価関数を決定すること(ステップS612)と、位置合わせ計算を行うこと(ステップS613)とを含む。
ネットワークインタフェース91は、ネットワークノード(例えば、eNB、MME、P-GW等)と通信するために使用される。ネットワークインタフェース91は、例えば、IEEE802.3 seriesに準拠したネットワークインタフェースカード(NIC)を含んでもよい。
10、31、32、610 測定装置
11、611 点群データ取得部
12、22、612 回転軸決定部
13、23、613 評価関数決定部
14、24、614 位置合わせ計算部
141 回転直進量算出部
1411 回転直進量可能領域算出部
1412 回転直進量可能領域集計部
142 パラメータ算出部
20 情報処理装置
21 点群データ保持部
25 通信部
Claims (5)
- 第1の測定位置における第1の点群データ及び第2の測定位置における第2の点群データを取得する点群データ取得手段と、
位置合わせの回転軸を決定する回転軸決定手段と、
前記第1の点群データに含まれる点である第1点群データ点と、前記第2の点群データに含まれる点である第2点群データ点との対応付けを行い、前記第1点群データ点ごとに、前記回転軸に垂直な底面を持つ1つ以上の柱体の和集合である許容領域を、その第1点群データ点に対応付けられている第2点群データ点に応じて設定し、前記第1の点群データに含まれる各第1点群データ点が、その第1点群データ点について設定されている許容領域に含まれるかに基づいて値を出力する関数を用いた評価関数を決定する評価関数決定手段と、
前記回転軸決定手段が決定する前記回転軸、前記点群データ取得手段が取得する前記第1の点群データ、及び前記点群データ取得手段が取得する前記第2の点群データに基づいて、前記評価関数を最適化する位置合わせパラメータを算出する位置合わせ計算手段と、を備える測定装置。 - 前記位置合わせ計算手段は、前記回転軸の軸方向への点群データ移動に関連する水平移動量と、前記回転軸に垂直な方向への点群データ移動に関連する直進移動量とを、異なる手段により算出する、
請求項1に記載の測定装置。 - 複数の測定装置それぞれが取得する点群データを受信する通信手段と、
第1の測定装置から受信した第1の点群データ及び第2の測定装置から受信した第2の点群データを保持する点群データ保持手段と、
位置合わせの回転軸を決定する回転軸決定手段と、
前記第1の点群データに含まれる点である第1点群データ点と、前記第2の点群データに含まれる点である第2点群データ点との対応付けを行い、前記第1点群データ点ごとに、前記回転軸に垂直な底面を持つ1つ以上の柱体の和集合である許容領域を、その第1点群データ点に対応付けられている第2点群データ点に応じて設定し、前記第1の点群データに含まれる各第1点群データ点が、その第1点群データ点について設定されている許容領域に含まれるかに基づいて値を出力する関数を用いた評価関数を決定する評価関数決定手段と、
前記回転軸決定手段が決定する前記回転軸、前記点群データ保持手段が保持する前記第1の点群データ、及び前記点群データ保持手段が保持する前記第2の点群データに基づいて、前記評価関数を最適化する位置合わせパラメータを算出する位置合わせ計算手段と、を備える情報処理装置。 - 第1の点群データと第2の点群データとの位置合わせの回転軸を決定し、
前記第1の点群データに含まれる点である第1点群データ点と、前記第2の点群データに含まれる点である第2点群データ点との対応付けを行い、
前記第1点群データ点ごとに、前記回転軸に垂直な底面を持つ1つ以上の柱体の和集合である許容領域を、その第1点群データ点に対応付けられている第2点群データ点に応じて設定し、
前記第1の点群データに含まれる各第1点群データ点が、その第1点群データ点について設定されている許容領域に含まれるかに基づいて値を出力する関数を用いた評価関数を決定し、
前記回転軸、前記第1の点群データ、及び前記第2の点群データに基づいて、前記評価関数を最適化する位置合わせパラメータを算出する位置合わせ計算を行う、
ことを含む位置合わせ方法。 - コンピュータに、
第1の点群データ及び第2の点群データを読み出し、
位置合わせの回転軸を決定し、
前記第1の点群データに含まれる点である第1点群データ点と、前記第2の点群データに含まれる点である第2点群データ点との対応付けを行い、
前記第1点群データ点ごとに、前記回転軸に垂直な底面を持つ1つ以上の柱体の和集合である許容領域を、その第1点群データ点に対応付けられている第2点群データ点に応じて設定し、
前記第1の点群データに含まれる各第1点群データ点が、その第1点群データ点について設定されている許容領域に含まれるかに基づいて値を出力する関数を用いた評価関数を決定し、
前記回転軸、前記第1の点群データ、及び前記第2の点群データに基づいて、前記評価関数を最適化する位置合わせパラメータを算出する位置合わせ計算を行う、
処理を実行させるためのプログラム。
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