JP2018071973A - 路面凹凸量推定装置、方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本発明の実施の形態における概要を説明する。
本発明の実施形態の路面凹凸量推定装置は、物体の表面上の位置を表す3次元点の集合である3次元点群から路面の損傷領域の抽出、局所的な領域における路面推定、各々推定した路面からの窪み量推定処理から構成される。本発明の実施形態は、轍掘れ量やホットスポットのような窪みの深さを推定することを主な目的としている。また、ひび割れや浮き砂利など損傷した路面点群を抽出可能な技術である。ここで、本発明の実施形態における損傷した路面とは、微小凹凸(高周波成分)を多く含む路面領域を意味する。
次に、本実施形態の路面凹凸量推定装置の構成について説明する。
本実施形態の路面凹凸量推定装置100の路面窪み量推定部103の処理の概要について説明する(図2)。
本ステップS1では、全ての点群について法線および平面近似誤差を算出し、求めた法線および平面近似誤差は、ステップS2における路面領域推定処理の入力として出力される。入力点群を区別する番号をi、点群の総数をNallとすると、各点の3次元位置は次式で表現される。
ステップS2において、入力された3次元点群から路面領域を推定する。路面領域推定については、既存の技術を利用可能である。ただし、MMSの走行軌跡情報を必ずしも必要としないという観点から、以下では法線情報と平面近似誤差を用いた実施例を示す。
と計算し、それら相対ベクトルの2つのペアについて逆向き相対ベクトルが存在する場合に陥没点と判定する。2つの相対ベクトルの成す角度が小さいときは、図4に示すような側溝の溝などを意味し、本発明における路面の轍掘れの深さではないため、以降の処理に使用しないこととする。
をjの最大数とし、図7のT軸方向は、注目点piの時刻におけるスキャンライン平面と水平面(XY平面)との成す直線である。
実施例AのステップS3−3においては、ステップS3−2で求めた局所領域内の同一スキャンラインの点群の相対ベクトル間の成す角度をフーリエ変換した値により、高周波成分を抽出する。図7に示すように
の偏角θjの指数関数と複素平面における座標pjとの関係式は、複素数
を用いると次式で表される。
実施例BのステップS3−3においては、路面凹凸量の振幅の大きさを簡易的に調べるために、同一スキャンライン上の点群について、隣り合う相対ベクトル同士の成す角度の変化をもとに微小凹凸量特徴を計算する。図6に示すように、計測誤差が生じた点群には、ランダムな方向への計測ノイズ成分が生じている。そこで、本発明の実施形態においてはスキャンラインの点群について、急激に方向が変化した点群の割合が多い箇所が、損傷した路面箇所であると考え、相対ベクトルの路面の法線方向に対する大きさをもとに、微小凹凸振動度合いを算出する。注目点piにおける微小凹凸量度合いは次式Bumpy(pi)により求まる。
は注目点piにおける局所領域内の同一スキャンラインの点数であり、σは相対ベクトル同士の成す角度が閾値よりも小さいときは0を、それ以外は注目点の法線方向(路面の法線方向)に対する相対変化量を出力する関数である。本実施例において、閾値THpn=90度とした。
とし、求めた仮平面パラメータ(サンプリング3点の重心位置
、3点を通る平面の法線ni)を用いて次式により平面近似誤差を求める。
図13では、図12の注目点qiとその近傍点の一部を切り出した場合における、評価式Jを最適化する平面候補の組み合わせについて示す。概念図を示す。注目代表点位置qiにおいて、まず半径Rpの点群により求めた平面候補N個について、近傍代表点を全く考慮しない場合(α=0)のときは、最も尤度の高い平面候補1として決定される。一方、αが大きな値であるほど、段差距離が少なくなるように、つまり代表点周辺で推定した平面が、より滑らかになるような平面候補が選択される。図13の例では、注目代表点qiの位置においては、最も尤度Dが高い平面候補1ではなくて、尤度Dは候補1よりも低いが類似度Hが非常に高い平面候補2が選ばれている。
は注目窪み領域点から最も近い代表点における平面パラメータ(重心位置)、niは注目した窪み領域点の法線方向とする。
101 被写体計測部
102 3次元点群記憶部
103 路面窪み量推定部
104 異常警告表示部
105 路面凹凸量記憶部
111 法線・平面近似誤差算出部
112 路面領域点群検出部
113 微小凹凸振動抽出部
114 窪み量推定部
115 路面異常判定部
Claims (6)
- 物体の表面上の位置を表す3次元点の集合である3次元点群に含まれる3次元点の各々について、平面近似誤差及び法線方向を算出し、前記3次元点群のうちの前記平面近似誤差が小さい3次元点からなる点群に対して、前記3次元点の法線方向の類似度を用いたクラスタリングを行い、3次元点群クラスタを、路面領域点群として検出する路面領域点群検出部と、
前記路面領域点群のうちの3次元点について局所的に求めた平面候補と、前記3次元点の近傍の3次元点について局所的に求めた平面候補とを連結する滑らかさと、前記平面候補の尤度とを評価する評価関数を最適化するように、前記3次元点の各々における平面を推定し、
前記路面領域点群のうち、前記推定された平面より鉛直下側にある3次元点からなる点群をクラスタリングし、クラスタ毎に、前記クラスタに属する3次元点における、前記推定された平面との法線方向の距離の最大値を、窪み量として推定する窪み量推定部と、
を含む路面凹凸量推定装置。 - 前記窪み量推定部は、前記3次元点について局所的に平面候補を求める際に、前記3次元点の各々について前記平面近似誤差又は路面微小凹凸振動度合いが小さいほど重みを重く設定し、重み付きの点群を用いた平面当てはめにより、前記平面候補の尤度を算出し、
前記滑らかさを評価する際に、連結する一方の前記平面候補の重心位置と、連結する他方の前記平面候補との距離が近いことを評価する関数、又は連結する一方の前記平面候補の法線方向と、連結する他方の前記平面候補の法線方向とが類似していることを評価する関数を用いる請求項1記載の路面凹凸量推定装置。 - 前記3次元点は、レーザをスキャンする計測器により計測され、
前記3次元点の各々について、前記3次元点と同一スキャンライン内の3次元点からなる点群のうちの隣り合う3次元点の相対ベクトルを各々算出して隣り合う相対ベクトル間のなす偏角を各々算出し、前記なす偏角が大きいものが多いほど、又は前記なす偏角のばらつきが大きいほど、前記路面微小凹凸振動度合いが大きくなるように前記路面微小凹凸振動度合いを算出する微小凹凸振動抽出部を更に含む請求項2記載の路面凹凸量推定装置。 - 前記窪み量推定部によって推定された窪み量が、閾値以上の3次元点について舗装状態が悪い点と判定し、舗装状態が悪い3次元点からなる点群をクラスタリングしたときに生成される点群の大きさに基づいて、路面舗装状態が悪いか否かを判定する路面異常判定部を更に含む請求項1〜請求項3の何れか1項記載の路面凹凸量推定装置。
- 路面領域点群検出部が、物体の表面上の位置を表す3次元点の集合である3次元点群に含まれる3次元点の各々について、平面近似誤差及び法線方向を算出し、前記3次元点群のうちの前記平面近似誤差が小さい3次元点からなる点群に対して、前記3次元点の法線方向の類似度を用いたクラスタリングを行い、3次元点群クラスタを、路面領域点群として検出し、
窪み量推定部が、前記路面領域点群のうちの3次元点について局所的に求めた平面候補と、前記3次元点の近傍の3次元点について局所的に求めた平面候補とを連結する滑らかさと、前記平面候補の尤度とを評価する評価関数を最適化するように、前記3次元点の各々における平面を推定し、
前記路面領域点群のうち、前記推定された平面より鉛直下側にある3次元点からなる点群をクラスタリングし、クラスタ毎に、前記クラスタに属する3次元点における、前記推定された平面との法線方向の距離の最大値を、窪み量として推定する
路面凹凸量推定方法。 - コンピュータを、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の路面凹凸量推定装置の各部として機能させるためのプログラム。
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