JP2010175423A - 計測装置、計測装置のレーザー位置姿勢値補正方法およびレーザー位置姿勢値補正プログラム - Google Patents
計測装置、計測装置のレーザー位置姿勢値補正方法およびレーザー位置姿勢値補正プログラム Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】レーザースキャナを取り付けられた計測車両は往復走行して距離方位点群283を取得する。位置姿勢標定部210は、距離方位点群283と共に取得されたGPSデータ282や姿勢角速度284に基づいて計測車両の位置姿勢を標定する。三次元点群生成部211は計測車両の位置姿勢、距離方位点群283およびレーザースキャナの取り付け位置姿勢値に基づいて三次元点群292を生成する。レーザースキャナ調整部220は、往路の三次元点群292と復路の三次元点群292とを比較し、そのずれ量に基づいてレーザースキャナの取り付け位置姿勢値を調整する。三次元点群生成部211は、調整後のレーザースキャナの取り付け位置姿勢値に基づいて正確な三次元点群292を生成する。
【選択図】図3
Description
従来、レーザースキャナやカメラの取り付け情報(位置、姿勢角)の計測は物理的施設を用いて行われていた。
レーザースキャナおよびカメラを備えた計測車両を走行させて取得したレーザースキャナの計測データとカメラの映像とに基づいて、走行地域の三次元地図を生成するモービルマッピングシステム(MMS)について説明する。
また、MMSにおけるレーザースキャナのキャリブレーションについて説明する。
図2は、実施の形態1における計測ユニット110の構成図である。
実施の形態1における計測車両100の構成について、図1および図2に基づいて以下に説明する。
計測ユニット110は、前方用カメラ111、路面用カメラ112、GPS113、上面用レーザースキャナ114、下面用レーザースキャナ115、IMU116および配線中継BOX117を備える。
路面用カメラ112は、斜め下方に向けて取り付けられ、路面を撮像する。
下面用レーザースキャナ115は、斜め下方に向けて取り付けられ、計測ユニット110より低い場所に位置する地物(例えば、路面)を対象に距離方位の計測を行う。
距離方位とは、上面用レーザースキャナ114または下面用レーザースキャナ115から地物までの距離および方位を意味する。
距離方位の計測において、上面用レーザースキャナ114と下面用レーザースキャナ115とは、左右に首降りしながら左真横から前方および前方から右真横の180度の方向にレーザーを順次出射し、出射したレーザーが地物で反射して戻ってくるまでの時間を計測する。上面用レーザースキャナ114と下面用レーザースキャナ115とは、計測した時間に基づいてレーザーを反射した地物との距離を算出し、算出した距離とレーザーの出射方向とを地物の距離方位とする。
レーザースキャナは、LRF(Laser Range Finder)ともいう。
また、x軸回りの回転角を「ロールφ(回転角)」、y軸回りの回転角を「ピッチθ(仰角)」、z軸回りの回転角を「ヨーψ(方位角)」とする。
また、xyz座標系の原点を「O」とする。
実施の形態1における移動体自己位置計測装置200の機能構成について、図3に基づいて以下に説明する。
以下、計測車両100の前方用カメラ111および路面用カメラ112により撮像された画像データを「カメラ映像281」という。
また、計測車両100のGPS113により観測された各種データ(測位信号が示す情報、測位結果など)を「GPSデータ282」という。
また、計測車両100の上面用レーザースキャナ114および下面用レーザースキャナ115により計測された距離方位を示す複数のデータそれぞれを「距離方位点」といい、距離方位点の集合を「距離方位点群283」という。
また、計測車両100のIMU116により計測された角速度を示すデータを「角速度284」という。
以下、位置姿勢標定部210により算出された各計測時刻における計測車両100の位置および姿勢を「車両位置姿勢291」という。
以下、三次元点群生成部211により算出される一つの距離方位点に対応する三次元座標を「三次元点」といい、三次元点の集合を「三次元点群292」という。
ここで、投影とは、カメラ映像281内の各画素のうち三次元点により示される地点が写っている1つまたは複数の画素に、印(例えば、黒丸)を重畳して表示する、または当該三次元点を対応付けることである。
以下、地物位置計測部213により算出された地物の三次元座標を「地物位置293」という。
さらに、レーザースキャナ調整部220は、算出したずれ量に基づいて、記憶されている位置姿勢値をCPUを用いて補正する。以下、位置姿勢値の補正を「調整(キャリブレーション)」という。
図4において、移動体自己位置計測装置200は、プログラムを実行するCPU911(Central・Processing・Unit)(中央処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータともいう)を備えている。CPU911は、バス912を介してROM913、RAM914、通信ボード915、表示装置901、キーボード902、マウス903、FDD904(Flexible・Disk・Drive)、CDD905(コンパクトディスク装置)、プリンタ装置906、スキャナ装置907、マイク908、スピーカー909、磁気ディスク装置920と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。
「〜ファイル」や「〜データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。ディスクやメモリなどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してCPU911によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示などのCPUの動作に用いられる。これらのCPUの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリやキャッシュメモリやバッファメモリに一時的に記憶される。
また、実施の形態において説明するフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示し、データや信号値は、RAM914のメモリ、FDD904のフレキシブルディスク、CDD905のコンパクトディスク、磁気ディスク装置920の磁気ディスク、その他光ディスク、ミニディスク、DVD(Digital・Versatile・Disc)等の記録媒体に記録される。また、データや信号値は、バス912や信号線やケーブルその他の伝送媒体によりオンライン伝送される。
実施の形態1における計測方法について、図5に基づいて以下に説明する。
計測車両100および移動体自己位置計測装置200は、以下に説明する処理をCPUを用いて実行する。
移動体自己位置計測装置200は計測結果に基づいて三次元点群292を生成し(S120)、三次元点群292に基づいてレーザースキャナの取り付け位置姿勢値を調整する(S130)。
計測車両100は地物位置の測定用に計測を行い(S140)、移動体自己位置計測装置200は計測結果に基づいて地物位置293を測定する(S150)。
以下に、各処理(S110〜S150)の詳細について説明する。
計測車両100はレーザースキャナの取り付け位置姿勢値の調整用に計測を行う。
S110におけるレーザースキャナの取り付け位置姿勢値の調整用の計測について、図6に基づいて以下に説明する。
以下、計測車両100から近い方に配置されている地物を「近傍地物B」、計測車両100から遠い方に配置されている地物を「遠方地物A」とする。
S110の後、処理はS120に進む。
移動体自己位置計測装置200は、取得データ記憶部280に記憶された各種データに基づいて以下のように三次元点群292を生成する。
例えば、位置姿勢標定部210は、GPSデータ282に含まれるGPS113の測位結果を計測車両100の三次元座標とする。
また例えば、位置姿勢標定部210は、角速度284に基づいて慣性航法(デッドレコニングともいう)により車両位置姿勢291を算出する。
位置姿勢標定部210により算出される車両位置姿勢291の座標系は、特定の座標系(例えば、ENU座標系)である。以下、車両位置姿勢291の座標系をENU座標系とする。
このとき、三次元点群生成部211は、距離方位点群283に含まれる距離方位点毎に当該距離方位点の計測時の車両位置姿勢291を計測データ記憶部290から取得し、以下のように三次元点を距離方位点毎に算出する。算出した複数の三次元点が三次元点群292である。
三次元点群生成部211は、局所座標系で示されるレーザースキャナの取り付け位置姿勢値とレーザースキャナを基点とした相対的な地物の方位とに基づいて、局所座標系における地物方位を算出する。さらに、三次元点群生成部211は、ENU座標系で示される当該車両位置姿勢291(姿勢)と局所座標系における地物方位とに基づいて、ENU座標系における地物方位を算出する。
三次元点群生成部211は、ENU座標系で示される当該車両位置姿勢291とENU座標系における地物方位と当該距離方位点とに基づいて、計測車両100から地物方位へ当該距離方位点に示される距離だけ離れた地点の三次元座標を三次元点として算出する。三次元点はENU座標系の座標を示す。
移動体自己位置計測装置200は、S120において生成された三次元点群292に基づいてレーザースキャナの取り付け位置姿勢値を調整する。
S130の詳細については後述する。
S130の後、処理はS140に進む。
利用者は、計測車両100で計測対象地域を走行する。計測車両100の計測ユニット110に取り付けられた各機器はデータを取得し、取得された各種データは計測車両100のユニット記憶部190に記憶される。
利用者は、ユニット記憶部190に記憶された各種データを移動体自己位置計測装置200に入力する。取得データ記憶部280は、移動体自己位置計測装置200に入力された各種データを記憶する。
S140の後、処理はS150に進む。
移動体自己位置計測装置200は、取得データ記憶部280に記憶された各種データに基づいて、例えば以下のように地物位置293を計測する。
次に、三次元点群生成部211は、S120と同じく、車両位置姿勢291に基づいて三次元点群292を生成し、生成した三次元点群292を計測データ記憶部290に記憶する。
次に、三次元点群投影部212は、カメラの焦点やカメラの取り付け位置姿勢値に基づいて、三次元点群292をカメラ映像281に投影する。
そして、地物位置計測部213は、カメラ映像281に投影された三次元点群292に基づいて地物位置293を計測し、計測した地物位置293を計測データ記憶部290に記憶する。例えば、三次元点群投影部212はカメラ映像281およびカメラ映像281に投影した三次元点群292を表示装置に表示する。利用者は、表示に基づいて、地物位置293を計測したい地物を移動体自己位置計測装置200に指定すると共に当該地物に重畳して表示されている三次元点を指定する。地物位置計測部213は、指定された三次元点が示す三次元座標を当該地物の地物位置293とする。
S150の後、計測方法の処理は終了する。
例えば、三次元地図の生成方法や上記の計測方法(S130を除く)として、特許文献1に開示されている技術を用いることができる。
移動体自己位置計測装置200は、S130においてレーザースキャナの取り付け位置姿勢値を調整して正確な値にするため、地物位置293を正確に計測することができる。
次に、レーザースキャナ調整処理(S130)の詳細について説明する。
実施の形態1におけるレーザースキャナ調整処理(S130)について、図7に基づいて以下に説明する。
移動体自己位置計測装置200の各部は、以下に説明する各処理(S131〜S139)をCPUを用いて実行する。
レーザースキャナと地物との距離が近いほどレーザースキャナの姿勢の影響による座標のずれ量が小さく、レーザースキャナと地物との距離が遠いほどレーザースキャナの姿勢の影響による座標のずれ量が大きい。つまり、近傍地物Bの三次元点群292のずれの主要因はレーザースキャナの取り付け位置(XL、YL)の誤差である。また、レーザースキャナの取り付け位置(XL、YL)を調整後において、遠方地物Aの三次元点群292のずれの主要因はレーザースキャナの取り付け姿勢(φL、θL、ψL)の誤差である。
レーザースキャナ調整部220は、計測車両100により往路(正方向)で取得された距離方位点群283に基づいて生成された三次元点群292(以下、「三次元点群(正方向)」という)から近傍地物Bの三次元点群を第1近傍点群として抽出する。さらに、レーザースキャナ調整部220は、計測車両100により復路(逆方向)で取得された距離方位点群283に基づいて生成された三次元点群292(以下、「三次元点群(逆方向)」という)から近傍地物Bの三次元点群を第2近傍点群として抽出する。
また例えば、レーザースキャナ調整部220は、三次元点群292を表示装置に表示し、第1近傍点群と第2近傍点群とを利用者に指定させてもよい。
第1近傍点群と第2近傍点群とはそれぞれ1点でも構わない。
以下に、レーザースキャナの取り付け位置(XL、YL)の調整値(ΔXL、ΔYL)の算出方法について説明する。
図9は、実施の形態1におけるレーザースキャナの調整値ΔYLの算出方法を示す図である。
図8、図9において、下面用レーザースキャナ115の取り付け位置姿勢値に相当する場所を点線の四角で示し、実際に下面用レーザースキャナ115が取り付けられている場所を実線の四角で示す。
また、実際に近傍地物Bが位置する地点を黒丸(座標値PB)で示し、第1近傍点と第2近傍点とを点線の白丸(座標値PB’、PB’’)で示す。
レーザースキャナ調整部220は、第1近傍点PB’と第2近傍点PB’’とのずれ量の半分「ΔXL」を調整値として算出する。
レーザースキャナ調整部220は、第1近傍点PB’と第2近傍点PB’’とのずれ量の半分「ΔYL」を調整値として算出する。
S131の後、処理はS132に進む。
レーザースキャナ調整部220は、S131において算出した調整値(ΔXL、ΔYL)を加算(または減算)してレーザースキャナの取り付け位置(XL、YL)を調整する。
S132の後、処理はS133に進む。
三次元点群生成部211は、S132において取り付け位置(XL、YL)を調整されたレーザースキャナの取り付け位置姿勢値に基づいて、S120と同じく三次元点群292を生成する。
S133の後、処理はS134に進む。
レーザースキャナ調整部220は、S133において生成された三次元点群292から第1近傍点群と第2近傍点群とを抽出し、抽出した第1近傍点群と第2近傍点群との座標値が一致するか判定する。ここで、一致とは、「値の完全一致」「差が所定値以下」のいずれを意味してもよい。
第1近傍点群と第2近傍点群との座標値が一致する場合(YES)、処理はS135に進む。
第1近傍点群と第2近傍点群との座標値が一致しない場合(NO)、処理はS131に戻り、第1近傍点群と第2近傍点群との座標値が一致するまでS131〜S134が繰り返される。
レーザースキャナ調整部220は、S131と同様に、三次元点群(正方向)から遠方地物A(図6参照)の三次元点群を第1遠方点群として抽出すると共に、三次元点群(逆方向)から遠方地物Aの三次元点群を第2遠方点群として抽出する。第1遠方点群と第2遠方点群とはそれぞれ1点でも構わない。
レーザースキャナ調整部220は、第1遠方点群と第2遠方点群とのずれ量に基づいて、レーザースキャナの取り付け姿勢(φL、θL、ψL)の調整値(ΔφL、ΔθL、ΔψL)を算出する。
以下に、レーザースキャナの取り付け姿勢(φL、θL、ψL)の調整値(ΔφL、ΔθL、ΔψL)の算出方法について説明する。
図11は、実施の形態1におけるレーザースキャナの調整値ΔθLの算出方法を示す図である。
図12は、実施の形態1におけるレーザースキャナの調整値ΔψLの算出方法を示す図である。
図10〜図12において、下面用レーザースキャナ115の取り付け位置姿勢値に相当する場所を点線の四角で示し、実際に下面用レーザースキャナ115が取り付けられている場所を実線の四角で示す。
また、実際に遠方地物Aが位置する地点を黒丸(座標値PA)で示し、第1遠方点と第2遠方点とを点線の白丸(座標値PA’、PA’’)で示す。
レーザースキャナ調整部220は、第1遠方点PA’と第2遠方点PA’’とのずれ量の半分「y(ΔφL)」「z(ΔφL)」に基づいて調整量「ΔφL」を算出する。
レーザースキャナ調整部220は、第1遠方点PA’と第2遠方点PA’’とのずれ量の半分「x(ΔθL)」に基づいて調整量「ΔθL」を算出する。
レーザースキャナ調整部220は、第1遠方点PA’と第2遠方点PA’’とのずれ量に基づいて調整量「ΔψL」を算出する。
S135の後、処理はS136に進む。
レーザースキャナ調整部220は、S135において算出した調整値(ΔφL、ΔθL、ΔψL)を加算(または減算)してレーザースキャナの取り付け位置(φL、θL、ψL)を調整する。
S136の後、処理はS137に進む。
三次元点群生成部211は、S136において取り付け姿勢(φL、θL、ψL)を調整されたレーザースキャナの取り付け位置姿勢値に基づいて、S120と同じく三次元点群292を生成する。
S137の後、処理はS138に進む。
レーザースキャナ調整部220は、S137において生成された三次元点群292から第1遠方点群と第2遠方点群とを抽出し、抽出した第1遠方点群と第2遠方点群との座標値が一致するか判定する。ここで、一致とは、「値の完全一致」「差が所定値以下」のいずれであってもよい。
第1遠方点群と第2遠方点群との座標値が一致する場合(YES)、処理はS139に進む。
第1遠方点群と第2遠方点群との座標値が一致しない場合(NO)、処理はS135に戻り、第1遠方点群と第2遠方点群との座標値が一致するまでS135〜S138が繰り返される。
レーザースキャナ調整部220は、S137において生成された三次元点群(正方向)と三次元点群(逆方向)との座標値が一致するか判定する。ここで、一致とは、「値の完全一致」「差が所定値以下」のいずれであってもよい。
三次元点群(正方向)と三次元点群(逆方向)との座標値が一致する場合(YES)、レーザースキャナ調整処理(S130)は終了する。
三次元点群(正方向)と三次元点群(逆方向)との座標値が一致しない場合(NO)、処理はS131に戻り、三次元点群(正方向)と三次元点群(逆方向)との座標値が一致するまでS131〜S139が繰り返される。
これにより、移動体自己位置計測装置200は、正確な三次元点群292を生成し、正確な地物位置293を算出することができる。
レーザースキャナの取り付けヨー角ψを実施の形態1と異なる方法で調整する形態について説明する。
以下、実施の形態1と異なる事項について主に説明する。説明を省略する事項は実施の形態1と同様である。
実施の形態2におけるレーザースキャナの調整値Δψの算出方法について、図13に基づいて以下に説明する。
図13の表記は、図12と同様である。但し、逆方向(復路)を走行する計測車両100を点線で示し、後述する第3遠方点を点線の白丸(座標値PA’’)で示す。
地物が位置する高さがレーザースキャナと同じ高さである場合、レーザースキャナにより当該地物を計測できるのは、計測車両100が移動して当該地物がレーザースキャナの真横に来たときである。
しかし、地物(座標PA)を挟んで2方向(正方向、第二方向)から計測した場合、一方(正方向)の計測値に基づく第1遠方点(座標PA’)と他方(第二方向)の計測値に基づく第3遠方点(座標PA’’)とにずれが生じる。
レーザースキャナ調整部220は、座標PA’と座標PA’’とのずれ量に基づいてレーザースキャナの取り付けヨー角ψLの調整値ΔψLを算出する。
但し、計測方法のS110において、利用者は、計測車両100を往復走行させて各種データを取得するほかに(図6(1)(2))、遠方地物Aを挟んだ反対側で計測車両100を走行させる(図6(3))。遠方地物Aを挟んだ反対側での走行の向き(第二方向)は、正方向でも逆方向でも構わない。また、計測車両100と遠方地物Aとの距離は、正方向と第二方向とで等しい方がよい。
実施の形態2におけるレーザースキャナ調整処理(S130)について、図14に基づいて以下に説明する。
図14に示すフローチャートは、実施の形態1(図7参照)のS135〜S137、S139をS135a〜S137a、S139’に変更し、S135b〜S137bを追加したものである。
以下、S135a〜S137a、S135b〜S137bおよびS139’について主に説明する。
実施の形態1と同じく、レーザースキャナの取り付け位置が調整される。
S131〜S134の後、処理はS135aに進む。
レーザースキャナ調整部220は、実施の形態1のS135〜S136と同様に、第1遠方点群と第2遠方点群とのずれ量に基づいて調整値を算出し(S135a)、レーザースキャナの取り付け姿勢(φL、θL)を調整する(S135a)。
S135a〜S136aにおいて、レーザースキャナの取り付け姿勢のうちヨーψは調整されない。
S135a〜S136aの後、処理はS137aに進む。
三次元点群生成部211は、S136aにおいて取り付け姿勢(φL、θL)を調整されたレーザースキャナの取り付け位置姿勢値に基づいて、S120と同じく三次元点群292を生成する。
S137aの後、処理はS138に進む。
実施の形態1と同じく、レーザースキャナ調整部220は、第1遠方点群と第2遠方点群との座標値が一致するか判定する。
第1遠方点群と第2遠方点群との座標値が一致する場合(YES)、処理はS135bに進む。
第1遠方点群と第2遠方点群との座標値が一致しない場合(NO)、処理はS135aに戻り、第1遠方点群と第2遠方点群との座標値が一致するまでS135a〜S138が繰り返される。
レーザースキャナ調整部220は、実施の形態1のS135と同様に、三次元点群(正方向)から遠方地物Aの三次元点群を第1遠方点群として抽出すると共に、三次元点群(第二方向)から遠方地物Aの三次元点群を第3遠方点群として抽出する。三次元点群(第二方向)は、計測車両100により正方向および逆方向に対して遠方地物Aを挟んだ反対側の第二方向から計測された距離方位点群283に基づいて生成された三次元点群292を示す(図6、図13参照)。第1遠方点群と第3遠方点群とはそれぞれ1点でも構わない。
レーザースキャナ調整部220は、第1遠方点群と第3遠方点群とのずれ量に基づいてレーザースキャナの取り付けヨーψLの調整値(ΔψL)を算出する。
レーザースキャナ調整部220は、第1遠方点PA’と第2遠方点PA’’とのずれ量の半分「x(ΔψL)」「y(ΔψL)」に基づいて調整量「ΔψL」を算出する。
レーザースキャナ調整部220は、S135bにおいて算出した調整値ΔψLを加算(または減算)してレーザースキャナの取り付けヨーψLを調整する。
S136bの後、処理はS137bに進む。
三次元点群生成部211は、S136bにおいて取り付けヨーψLを調整されたレーザースキャナの取り付け位置姿勢値に基づいて、S120と同じく三次元点群292を生成する。
S137bの後、処理はS139’に進む。
レーザースキャナ調整部220は、S137bにおいて生成された三次元点群(正方向)と三次元点群(逆方向)と三次元点群(第二方向)との座標値が一致するか判定する。ここで、一致とは、「値の完全一致」「差が所定値以下」のいずれであってもよい。
三次元点群(正方向)と三次元点群(逆方向)と三次元点群(第二方向)との座標値が一致する場合(YES)、レーザースキャナ調整処理(S130)は終了する。
三次元点群(正方向)と三次元点群(逆方向)と三次元点群(第二方向)との座標値が一致しない場合(NO)、処理はS131に戻り、三次元点群(正方向)と三次元点群(逆方向)と三次元点群(第二方向)との座標値が一致するまでS131〜S139’が繰り返される。
レーザースキャナと共にカメラの取り付け位置姿勢値を調整する形態について説明する。
以下、実施の形態1、2と異なる事項について主に説明する。説明を省略する事項は実施の形態1、2と同様である。
実施の形態3における移動体自己位置計測装置200の機能構成について、図15に基づいて以下に説明する。
さらに、カメラ調整部230は、特定したずれ量に基づいて、記憶されている位置姿勢値をCPUを用いて補正(調整)する。
実施の形態3における計測方法について、図16に基づいて以下に説明する。
図16に示すフローチャートは、実施の形態1(図5参照)にS160を追加したものである。
以下、S160について説明し、その他の処理(S110〜S150)の説明を省略する。
移動体自己位置計測装置200は、カメラ映像281と三次元点群292とに基づいてカメラの取り付け位置姿勢値を調整する。
実施の形態3におけるレーザースキャナ調整処理(S160)について、図17に基づいて以下に説明する。
移動体自己位置計測装置200の各部は、以下に説明する各処理(S161〜S169b)をCPUを用いて実行する。
三次元点群投影部212は、S150と同じく、カメラの取り付け位置姿勢値に基づいて、三次元点群292をカメラ映像281に投影する。
S161の後、処理はS162に進む。
カメラ調整部230は、S161においてカメラ映像281に投影された三次元点群292から近傍地物Bの三次元点群を近傍点群として抽出する。
例えば、カメラ調整部230は、予め測位された近傍地物Bの座標との距離が所定値未満である三次元点群を近傍点群として抽出する。また例えば、カメラ調整部230は、三次元点群292を表示装置に表示し、近傍点群を利用者に指定させてもよい。近傍点群は1点でも構わない。
さらに、カメラ調整部230は、カメラ映像281から近傍地物Bが写っている画素を特定する。例えば、カメラ調整部230は、カメラの取り付け位置姿勢値と予め測位された近傍地物Bの座標とに基づいて、近傍地物Bが写る画素の位置(カメラ映像281上の二次元座標)を算出する。また例えば、利用者に画素を指定させてもよい。
カメラ調整部230は、近傍点群が投影された画素と近傍地物Bが写っている画素とのずれ量に基づいて、カメラの取り付け位置(XC、YC、ZC)の調整値(ΔXC、ΔYC、ΔZC)を算出する。
図18には、計測車両100の正面に位置しているゲート(下向きコの字状)を写したカメラ映像281とカメラ映像281に投影させた近傍点群(黒丸)(ゲートを計測したもの)とを示している。
以下、画素の位置を表すカメラ映像281の座標系をuv座標系とする。
(2)カメラがx軸方向(計測車両100の進行方向)にずれている場合、近傍点群はカメラ映像281に写ったゲートに対して(Δu、Δv)異なる大きさで投影される。
(3)カメラがy軸方向(計測車両100の幅方向)にずれている場合、近傍点群はカメラ映像281に写ったゲートに対して左右に「Δu」ずれて投影される。
S162の後、処理はS163に進む。
カメラ調整部230は、S162において算出した調整値(ΔXC、ΔYC、ΔZC)を加算(または減算)してカメラの取り付け位置(XC、YC、ZC)を調整する。
S163の後、処理はS164に進む。
三次元点群投影部213は、S163において取り付け位置(XC、YC、ZC)を調整されたカメラの取り付け位置姿勢値に基づいて、S150と同じく三次元点群292をカメラ映像281に投影する。
S164の後、処理はS165に進む。
カメラ調整部230は、S164において近傍点群が投影された画素と近傍地物Bが写っている画素とが一致するか判定する。ここで、一致とは、「同一画素」「所定量以下離れた画素」のいずれを意味してもよい。
近傍点群が投影された画素と近傍地物Bが写っている画素とが一致する場合(YES)、処理はS166に進む。
近傍点群が投影された画素と近傍地物Bが写っている画素とが一致しない場合(NO)、処理はS161に戻り、近傍点群が投影された画素と近傍地物Bが写っている画素とが一致するまでS161〜S165が繰り返される。
カメラ調整部230は、S162と同様に、S164においてカメラ映像281に投影された三次元点群292から遠方地物Aの三次元点群を遠方点群として抽出する。
さらに、カメラ調整部230は、S162と同様に、三次元点群292から遠方地物Aが写っている画素を特定する。
カメラ調整部230は、遠方点群が投影された画素と遠方地物Aが写っている画素とのずれ量に基づいて、カメラの取り付け姿勢(φC、θC、ψC)の調整値(ΔφC、ΔθC、ΔψC)を算出する。
図19の見方は、図18と同じである。
(2)カメラがy軸回り(ピッチ)にずれて回転している場合、遠方点群はカメラ映像281に写ったゲートに対して(Δu、Δv)ずれて投影される。
(3)カメラがz軸回り(ヨー)にずれて回転している場合、遠方点群はカメラ映像281に写ったゲートに対して(Δu、Δv)ずれて投影される。
S166の後、処理はS167に進む。
カメラ調整部230は、S166において算出した調整値(ΔφC、ΔθC、ΔψC)を加算(または減算)してカメラの取り付け姿勢(φC、θC、ψC)を調整する。
S167の後、処理はS168に進む。
三次元点群投影部213は、S167において取り付け位置(φC、θC、ψC)を調整されたカメラの取り付け位置姿勢値に基づいて、S150と同じく三次元点群292をカメラ映像281に投影する。
S168の後、処理はS169aに進む。
カメラ調整部230は、S168において遠方点群が投影された画素と遠方地物Aが写っている画素とが一致するか判定する。ここで、一致とは、「同一画素」「所定量以下離れた画素」のいずれを意味してもよい。
遠方点群が投影された画素と遠方地物Aが写っている画素とが一致する場合(YES)、処理はS169bに進む。
遠方点群が投影された画素と遠方地物Aが写っている画素とが一致しない場合(NO)、処理はS166に戻り、遠方点群が投影された画素と遠方地物Aが写っている画素とが一致するまでS166〜S169aが繰り返される。
カメラ調整部230は、S168において三次元点群292が投影された画素と各地物が写っている画素とが一致するか判定する。ここで、一致とは、「同一画素」「所定量以下離れた画素」のいずれを意味してもよい。
三次元点群292が投影された画素と各地物が写っている画素とが一致する場合(YES)、カメラ調整処理(S160)は終了する。
三次元点群292が投影された画素と各地物が写っている画素とが一致しない場合(NO)、処理はS161に戻り、三次元点群292が投影された画素と各地物が写っている画素とが一致するまでS161〜S169bが繰り返される。
これにより、移動体自己位置計測装置200は、三次元点群292を正確にカメラ映像281に投影し、正確な地物位置293を算出することができる。
距離方位点の計測時刻を出力しないレーザースキャナを用いる形態について説明する。
以下、実施の形態1〜3と異なる事項について主に説明する。説明を省略する事項については実施の形態1〜3と同様である。
但し、レーザースキャナ(上面用レーザースキャナ114、下面用レーザースキャナ115)は、距離方位の計測時刻を出力しなくても構わない。つまり、レーザースキャナの値段を抑えることができ、計測車両100を安価に構成することができる。
配線中継BOX117は、レーザースキャナの代わりに、距離方位の計測時刻を出力する。配線中継BOX117により出力できる計測時刻は、実際の計測時刻ではなく、レーザースキャナから距離方位が出力された時刻である。つまり、配線中継BOX117により出力される計測時刻と実際の計測時刻とには、レーザースキャナが地物で反射したレーザーを観測してから距離方位を算出し算出した距離方位を配線中継BOX117に出力するまでに要する時間だけずれが生じる。
移動体自己位置計測装置200は、この計測時刻のずれを調整する機能を備える。
実施の形態4における移動体自己位置計測装置200の機能構成について、図20に基づいて以下に説明する。
さらに、レーザー計測時刻調整部240は、特定した誤差に基づいて、距離方位点群283に設定されている計測時刻をCPUを用いて補正(調整)する。
実施の形態4における計測方法について、図21に基づいて以下に説明する。
図21に示すフローチャートは、実施の形態3(図16参照)にS170〜S190を追加したものである。
以下、S170〜S190について説明し、その他の処理(S110〜S160)の説明を省略する。
利用者は、計測車両100で同一地域を異なる速度で走行して各種データを取得し、取得した各種データを移動体自己位置計測装置200の取得データ記憶部280に記憶する。
S170の後、処理はS180に進む。
移動体自己位置計測装置200は、S120と同じく、S170において取得された各種データに基づいて三次元点群292を生成する。
S180の後、処理はS190に進む。
移動体自己位置計測装置200は、S180において生成された三次元点群292に基づいて距離方位点群283の計測時刻を調整する。
以下、S170において異なる走行速度で取得された距離方位点群283のうち走行速度が遅い方の距離方位点群283を「第1距離方位点群」とし、走行速度が速い方の距離方位点群283を「第2距離方位点群」という。
S190において、レーザー計測時刻調整部240は、第1距離方位点群に基づいて生成された三次元点群292(以下、「第1三次元点群」という)と、第2距離方位点群に基づいて生成された三次元点群292(以下、「第2三次元点群」という)とのずれ量に基づいて、距離方位点群283の計測時刻の調整時間を算出し、算出した調整時間に基づいて距離方位点群283の計測時刻を調整する。
図22において、停止時に計測を行った計測車両100を実線で示し、走行時に計測を行った計測車両100を点線で示す。また、第1三次元点を「P」、第2三次元点を「P’」、距離方位点群283の計測時刻の誤差を「Δt」とする。
このため、停止時に計測された距離方位点に基づく第1三次元点Pと、速度vで走行時に計測された距離方位点に基づく第2三次元点P’とのx座標は「d(Δt)」だけずれた座標を示す。
そして、レーザー計測時刻調整部240は、距離方位点群283に設定されている各計測時刻を調整時間Δtだけ前の時刻に変更する。
S190の後、実施の形態1〜3で説明したS110〜S160が実行される。
これにより、移動体自己位置計測装置200は、正確な三次元点群292を生成し、正確な地物位置293を算出することができる。
進行方向を変えて複数回計測し、結果として同じターゲットの点群が重なるようにレーザースキャナのキャリブレーション値(調整値)を求めていく。この考えの基本として、位置、姿勢が正しく設定されていれば走行方向や位置が変化しても同じターゲットを照射した結果として同じ位置が算出される事をベースにしている。逆に同じターゲットを照射した結果として同じ位置が算出されない事は、情報が誤っていることを意味している。さらに取り付け位置が崩れている場合と、取り付け姿勢が崩れている場合にデータのずれ方が異なることに注目し、これらのずれが最小になるように収束させていく手法である。
・レーザースキャナの位置、姿勢、計測時間が完璧にキャリブレーションされていれば、計測方向や速度に寄らずおなじターゲットの三次元点は同じ位置を示す。
・レーザースキャナの位置がずれている場合は、ターゲットの三次元点は車両から近くても遠くても同じだけずれる。
・レーザースキャナの姿勢が崩れている場合にはターゲットの三次元点は近くではずれが少ないが、遠方になるほどずれ量が大きくなる。
・レーザースキャナの位置がずれている場合にはターゲットの三次元点は車両の左右で同じ方向にずれる。
・レーザースキャナの姿勢が崩れている場合にはターゲットの三次元点は車両の左右で反対方向にずれる。
・レーザースキャナの計測時間がずれている場合、ターゲットの三次元点は計測速度が低速ならずれないが、計測速度が高速になるほどずれ量が大きくなる。
上記の特性を利用し、複数計測した点群が最も重なるように収束させた値をキャリブレーション値とする。
基本的な考えは同じであり、近傍でも遠方でも同じ距離ずれているのであればX、Y、Zを修正し、近傍では一致しているが遠方ではずれを生じている場合は姿勢角を修正する。
個別にパラメータを変化させるとどのようにずれ量が変化するかを事前に調べておき、事前に調べた結果に基づいてパラメータを変化させるとパラメータの追い込みがより容易になる。
・特別な施設と装置が必要なくキャリブレーションのための工数を大幅に縮小することができる。
・結果としての計測データがどの程度まで精度が出ているかキャリブレーション時に確認することができる。
・キャリブレーション方法が簡易であるために、場合によっては計測ごとにこのキャリブレーションを行い、個別の計測精度を向上させることができる。
・ソフト的な手法であるために専用ソフトを組むことによって自動キャリブレーションを行うことも可能である。
Claims (13)
- 特定体に取り付けられたレーザースキャナにより計測された前記特定体から地物までの距離と前記レーザースキャナにより計測された前記特定体から前記地物への方位とを示す距離方位と、前記レーザースキャナの取り付け位置と前記レーザースキャナの取り付け姿勢とを示すレーザー位置姿勢値とに基づいて、前記地物の座標をCPU(Central Processing Unit)を用いて算出する地物座標算出部と、
前記レーザースキャナにより特定の地物を対象として第1の方向から計測された第1の距離方位に基づいて前記地物座標算出部により算出された第1の座標と、前記レーザースキャナにより前記特定の地物を対象として第2の方向から計測された第2の距離方位に基づいて前記地物座標算出部により算出された第2の座標との差をCPUを用いて算出し、算出した差に基づいて前記レーザー位置姿勢値に含まれる誤差をCPUを用いて特定するレーザー位置姿勢値誤差特定部と、
前記レーザー位置姿勢値誤差特定部により特定された誤差に基づいて前記レーザー位置姿勢値をCPUを用いて補正するレーザー位置姿勢値補正部と
を備えたことを特徴とする計測装置。 - 前記レーザー位置姿勢値誤差特定部は、異なる位置にある複数の地物のうち遠方に位置している地物を前記特定の地物として、前記レーザー位置姿勢値に含まれる誤差のうち前記レーザースキャナの取り付け姿勢に含まれる誤差を特定する
ことを特徴とする請求項1記載の計測装置。 - 前記レーザー位置姿勢値誤差特定部は、前記第1の方向と反対の方向を前記第2の方向として、前記レーザー位置姿勢値に含まれる誤差のうち前記レーザースキャナの取り付け姿勢の一部を表すロール角に含まれる誤差と前記レーザースキャナの取り付け姿勢の一部を表すピッチ角に含まれる誤差との少なくともいずれかを特定する
ことを特徴とする請求項1〜請求項2いずれかに記載の計測装置。 - 前記レーザー位置姿勢値誤差特定部は、前記特定の地物を挟んだ2か所からの方向のうち一方を前記第1の方向とすると共に他方を前記第2の方向として、前記レーザー位置姿勢値に含まれる誤差のうち前記レーザースキャナの取り付け姿勢の一部を表すヨー角に含まれる誤差を特定する
ことを特徴とする請求項1〜請求項3いずれかに記載の計測装置。 - 前記レーザー位置姿勢値誤差特定部は、さらに、異なる位置にある複数の地物のうち近傍に位置している地物を前記特定の地物として、前記レーザー位置姿勢値に含まれる誤差のうち前記レーザースキャナの取り付け位置に含まれる誤差を特定する
ことを特徴とする請求項2〜請求項4いずれかに記載の計測装置。 - 前記レーザー位置姿勢値誤差特定部は、前記第1の方向と反対の方向を前記第2の方向として、前記レーザースキャナの取り付け位置に含まれる誤差を特定する
ことを特徴とする請求項5記載の計測装置。 - 前記レーザー位置姿勢値誤差特定部は、前記レーザースキャナの取り付け位置に含まれる誤差を特定した後、前記レーザースキャナの取り付け姿勢に含まれる誤差を特定する
ことを特徴とする請求項1〜請求項6いずれかに記載の計測装置。 - 前記地物座標算出部は、前記距離方位と前記レーザー位置姿勢値と前記距離方位の計測時刻とに基づいて前記地物の座標を算出し、
前記計測装置は、さらに、
前記特定体が特定の速度で走行しているときに前記レーザースキャナにより第2の特定の地物を対象として計測された距離方位に基づいて前記地物座標算出部により算出された座標と、前記特定体が前記特定の速度より速い速度で走行しているときに前記レーザースキャナにより前記第2の特定の地物を対象として計測された距離方位に基づいて前記地物座標算出部により算出された座標との差をCPUを用いて算出し、算出した差に基づいて前記距離方位の計測時刻に含まれる誤差をCPUを用いて特定する計測時刻誤差特定部と、
前記計測時刻誤差特定部により特定された誤差に基づいて前記距離方位の計測時刻をCPUを用いて補正する計測時刻補正部とを備えた
ことを特徴とする請求項1〜請求項7いずれかに記載の計測装置。 - 前記計測装置は、さらに、
前記地物座標算出部により算出される第3の特定の地物の座標に対応するレーザー点を、前記特定体に取り付けられたカメラの取り付け位置と前記カメラの取り付け姿勢とを示すカメラ位置姿勢値に基づいて、前記カメラにより前記第3の特定の地物を写した画像にCPUを用いて投影するレーザー点投影部と、
前記レーザー点投影部により前記画像に投影された前記レーザー点と、前記画像に写った前記第3の特定の地物とのずれ量をCPUを用いて特定し、特定したずれ量に基づいて前記カメラ位置姿勢値に含まれる誤差をCPUを用いて特定するカメラ位置姿勢値誤差特定部と、
前記カメラ位置姿勢値誤差特定部により特定された誤差に基づいて前記カメラ位置姿勢値をCPUを用いて補正するカメラ位置姿勢値補正部と
を備えたことを特徴とする請求項1〜請求項8いずれかに記載の計測装置。 - 前記カメラ位置姿勢値誤差特定部は、異なる位置にある複数の地物のうち遠方に位置している地物を前記第3の特定の地物として、前記カメラ位置姿勢値に含まれる誤差のうち前記カメラの取り付け姿勢に含まれる誤差を特定する
ことを特徴とする請求項9記載の計測装置。 - 前記カメラ位置姿勢値誤差特定部は、異なる位置にある複数の地物のうち近傍に位置している地物を前記第3の特定の地物として、前記カメラ位置姿勢値に含まれる誤差のうち前記カメラの取り付け位置に含まれる誤差を特定する
ことを特徴とする請求項9〜請求項10いずれかに記載の計測装置。 - 地物座標算出部が、特定体に取り付けられたレーザースキャナにより計測された前記特定体から地物までの距離と前記レーザースキャナにより計測された前記特定体から前記地物への方位とを示す距離方位と、前記レーザースキャナの取り付け位置と前記レーザースキャナの取り付け姿勢とを示すレーザー位置姿勢値とに基づいて、前記地物の座標をCPU(Central Processing Unit)を用いて算出する地物座標算出処理を行い、
レーザー位置姿勢値誤差特定部が、前記レーザースキャナにより特定の地物を対象として第1の方向から計測された第1の距離方位に基づいて前記地物座標算出部により算出された第1の座標と、前記レーザースキャナにより前記特定の地物を対象として第2の方向から計測された第2の距離方位に基づいて前記地物座標算出部により算出された第2の座標との差をCPUを用いて算出し、算出した差に基づいて前記レーザー位置姿勢値に含まれる誤差をCPUを用いて特定するレーザー位置姿勢値誤差特定処理を行い、
レーザー位置姿勢値補正部が、前記レーザー位置姿勢値誤差特定部により特定された誤差に基づいて前記レーザー位置姿勢値をCPUを用いて補正するレーザー位置姿勢値補正処理を行う
ことを特徴とする計測装置のレーザー位置姿勢値補正方法。 - 請求項12記載のレーザー位置姿勢値補正方法を計測装置に実行させるレーザー位置姿勢値補正プログラム。
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