JP2020086941A - Position deviation correction device and program - Google Patents

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Abstract

To suppress an error mapping in an initial step in a positioning and increase accuracy in the positioning.SOLUTION: In the case where each data point included in a data point group is corresponded to a model point included in a model point group, and a plurality of data points included in the data point group is corresponded to the same model point on the basis of a coordinate of the data point and the coordinate of the model point until it is determined that a determination part 160 satisfies a prescribed condition, a prescribed weight is set to each of the correspondence of the same model point and the plurality of data points. In the case of converting the coordinate of the data point included in the data point group on the basis of the correspondence with the data point group and the model point group and the prescribed weight to be set, a coordinate conversion matrix in which a position deviation of the data point group and the model point group after the conversion becomes the minimum is calculated, and the conversion of the coordinate of the data point included in the data point group is repeated on the basis of the coordinate conversion matrix.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、位置ずれ補正装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a positional deviation correction device and a program.

従来から、GNSS(全球測位衛星システム、例えばGPS)等を用いた車両測位装置と車両搭載の外界センサ(カメラやLIDAR)により検出した白線情報等を走行データとして収集し、走行環境の地図が生成されている。 Conventionally, white line information and the like detected by a vehicle positioning device using a GNSS (Global Positioning Satellite System, such as GPS) and an external sensor (camera or LIDAR) mounted on the vehicle is collected as traveling data to generate a map of the traveling environment. Has been done.

複数の走行データを集約して地図の精度向上や生成範囲の拡大を行う際、GPSの測位誤差などによる走行軌跡の位置ずれが生じるため、異なる走行データの相対的な位置ずれを補正する必要がある。 When a plurality of pieces of travel data are aggregated to improve the accuracy of the map and expand the generation range, the travel locus is displaced due to GPS positioning errors, etc., so it is necessary to correct the relative displacement of different travel data. is there.

相対的な位置ずれを補正するために、3次元環境をモデル化した点群Qに対して、取得した3次元点群Pを重ね合わせることにより物体の位置・姿勢や観測者の位置・姿勢を推定する技術において、ICP(Iterative Closest Point)法(非特許文献1)がよく用いられている(特許文献1、特許文献2)。 In order to correct the relative displacement, the acquired 3D point group P is superposed on the point group Q modeling the 3D environment to determine the position/orientation of the object and the observer's position/orientation. An ICP (Iterative Closest Point) method (Non-Patent Document 1) is often used in the estimating technique (Patent Documents 1 and 2).

ICP法は、(1)点群Pと点群Qに含まれる点を対応付け、(2)対応点間の距離が小さくなるような座標変換行列(回転、並進)の算出を繰り返して最適な座標変換行列を推定する手法である(図12)。 In the ICP method, (1) the points included in the point group P and the point group Q are associated with each other, and (2) the coordinate transformation matrix (rotation, translation) is repeatedly calculated so that the distance between the corresponding points becomes small, and the optimum point is obtained. This is a method of estimating the coordinate transformation matrix (FIG. 12).

ICP法は収束性が保証されているが、誤った対応が行われると局所解に陥る場合があるため、正しい対応付けを行うことが重要である。 Although the ICP method is guaranteed to have a convergent property, it may be possible to fall into a local solution if an incorrect correspondence is made. Therefore, it is important to make a correct correspondence.

特許文献1では、点群Pの各点に対し、点群Q内で距離が最小となる点を探索し対応付ける。この時、距離が指定の値より大きい場合に誤対応として無効とする方法がとられている。 In Patent Document 1, with respect to each point of the point group P, a point having the smallest distance in the point group Q is searched and associated. At this time, if the distance is larger than a specified value, it is invalidated as a wrong correspondence.

また、逆方向の対応付けを行い一致した場合のみ有効とするという手法も用いられている(特許文献3、非特許文献2)。 Further, there is also used a method of making correspondence in the opposite direction and validating only when they match (patent document 3 and non-patent document 2).

一般的には点群Qが密に得られており、ICP法での繰り返し処理により徐々に正しい対応付けが行われることが期待できる。このように、点群が密な場合にはICP法での繰り返し処理により、初期の誤った点への対応が徐々に解消し、多くの場合は正しい対応による誤差の小さい位置合わせが行われる。 In general, the point cloud Q is obtained densely, and it can be expected that correct association is gradually performed by iterative processing by the ICP method. As described above, when the point group is dense, the correspondence to the initial erroneous points is gradually eliminated by the iterative processing by the ICP method, and in many cases, the positioning is performed with a small error due to the correct correspondence.

"Iterative closest point", [online], 2017, arXiv:1706.00227, [平成30年10月5日検索], インターネット<https://en.wikipedia.org/wiki/Iterative_closest_point>."Iterative closest point", [online], 2017, arXiv:1706.00227, [Search on October 5, 2018], Internet <https://en.wikipedia.org/wiki/Iterative_closest_point>. Congcong Jin, Jihua Zhu, Yaochen Li, Shaoyi Du, Zhongyu Li, Huimin Lu, "An Effective Approach for Point Clouds Registration Based on the Hard and Soft Assignments", [online], 2017, arXiv:1706.00227, [平成30年10月5日検索], インターネット<https://arxiv.org/abs/1706.00227>.Congcong Jin, Jihua Zhu, Yaochen Li, Shaoyi Du, Zhongyu Li, Huimin Lu, "An Effective Approach for Point Clouds Registration Based on the Hard and Soft Assignments", [online], 2017, arXiv:1706.00227, [2018 10 5th month search], Internet <https://arxiv.org/abs/1706.00227>.

特開2013−072857号公報JP, 2013-072857, A 特開2008−250905号公報JP, 2008-250905, A 特開2011−209116号公報JP, 2011-209116, A

しかし、点群にノイズや欠落がある場合、初期の誤った対応が解消せず、誤った対応による誤差の大きい位置合わせ結果に収束する可能性が高くなる、という問題があった。 However, when the point cloud has noise or omissions, there is a problem that the initial incorrect correspondence cannot be resolved, and the possibility of convergence to a registration result with a large error due to the incorrect correspondence increases.

また、点群Qが疎な場合には初期状態の誤対応が解消されず、局所解に陥る可能性が高くなってしまう、という問題があった(図13)。 Further, when the point group Q is sparse, there is a problem that the erroneous correspondence in the initial state is not resolved and the possibility of falling into a local solution becomes high (FIG. 13).

また、特許文献3の手法では、点群Pと点群Qとのずれ方、配置によっては、誤対応が残存してしまう、という問題があった。 In addition, the method of Patent Document 3 has a problem that erroneous correspondence may remain depending on how the point group P and the point group Q are displaced or arranged.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、位置合わせの初期段階での誤った対応付けを抑制し、位置合わせの精度を高めることができる位置ずれ補正装置及びプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a misalignment correction device and a program capable of suppressing incorrect association in the initial stage of alignment and improving alignment accuracy. The purpose is to

上記の目的を達成するために、本発明の位置ずれ補正装置は、位置合わせの対象となるデータ点の座標の集合であるデータ点群の入力を受け付ける入力部と、位置合わせの基準となるモデル点の座標の集合であるモデル点群を取得する取得部と、前記データ点の座標及び前記モデル点の座標に基づいて、前記データ点群に含まれるデータ点の各々について、前記モデル点群に含まれるモデル点との対応付けを行うモデル点対応部と、同一の前記モデル点に対し、前記データ点群に含まれる複数のデータ点が対応付けられた場合に、同一の前記モデル点と前記複数のデータ点の各々との対応付けの各々に対して所定の重みを設定する重み設定部と、前記データ点群と前記モデル点群との対応付け、及び前記設定された前記所定の重みに基づいて、前記データ点群に含まれる前記データ点の座標を変換した場合に、変換後の前記データ点群と前記モデル点群との位置ずれが最小となる座標変換行列を算出する変換行列算出部と、前記座標変換行列に基づいて、前記データ点群に含まれる前記データ点の座標を変換する座標変換部と、予め定めた条件を満たすと判定されるまで、前記座標変換部による変換、前記モデル点対応部により対応付け、前記重み設定部による設定、及び前記変換行列算出部による算出を繰り返させる判定部と、を含んで構成されている。 In order to achieve the above-mentioned object, the positional deviation correction device of the present invention includes an input unit that receives an input of a data point group that is a set of coordinates of data points to be aligned, and a model that serves as a reference for alignment. An acquisition unit that acquires a model point group that is a set of point coordinates, and based on the coordinates of the data points and the coordinates of the model points, for each of the data points included in the data point group, in the model point group. When a plurality of data points included in the data point group are associated with the same model point as the model point corresponding unit that associates with the included model point, the same model point and the A weight setting unit that sets a predetermined weight for each correspondence with each of the plurality of data points, a correspondence between the data point group and the model point group, and the set predetermined weight. Based on the above, when the coordinates of the data points included in the data point group are converted, a conversion matrix calculation for calculating a coordinate conversion matrix that minimizes the positional deviation between the converted data point group and the model point group. Unit, based on the coordinate transformation matrix, a coordinate transformation unit that transforms the coordinates of the data points included in the data point group, and the transformation by the coordinate transformation unit until it is determined that a predetermined condition is satisfied, The model point correspondence unit includes a determination unit that repeats the association by the model point correspondence unit, the setting by the weight setting unit, and the calculation by the conversion matrix calculation unit.

また、本発明のプログラムは、コンピュータを、位置合わせの対象となるデータ点の座標の集合であるデータ点群の入力を受け付ける入力部、位置合わせの基準となるモデル点の座標の集合であるモデル点群を取得する取得部、前記データ点の座標及び前記モデル点の座標に基づいて、前記データ点群に含まれるデータ点の各々について、前記モデル点群に含まれるモデル点との対応付けを行うモデル点対応部、同一の前記モデル点に対し、前記データ点群に含まれる複数のデータ点が対応付けられた場合に、同一の前記モデル点と前記複数のデータ点の各々との対応付けの各々に対して所定の重みを設定する重み設定部、前記データ点群と前記モデル点群との対応付け、及び前記設定された前記所定の重みに基づいて、前記データ点群に含まれる前記データ点の座標を変換した場合に、変換後の前記データ点群と前記モデル点群との位置ずれが最小となる座標変換行列を算出する変換行列算出部、前記座標変換行列に基づいて、前記データ点群に含まれる前記データ点の座標を変換する座標変換部、及び予め定めた条件を満たすと判定されるまで、前記座標変換部による変換、前記モデル点対応部により対応付け、前記重み設定部による設定、及び前記変換行列算出部による算出を繰り返させる判定部として機能させるためのプログラムである。 In addition, the program of the present invention causes a computer to input an input of a data point group, which is a set of coordinates of data points to be aligned, and a model which is a set of coordinates of model points to be a reference for alignment. Based on the acquisition unit that acquires a point group, the coordinates of the data points, and the coordinates of the model points, each of the data points included in the data point group is associated with the model point included in the model point group. Correspondence between the same model point and each of the plurality of data points when a plurality of data points included in the data point group are associated with the same model point A weight setting unit that sets a predetermined weight for each of the data points, the correspondence between the data point group and the model point group, and based on the set predetermined weight, the data points included in the data point group. When the coordinates of the data points are converted, a conversion matrix calculation unit that calculates a coordinate conversion matrix that minimizes the positional deviation between the converted data point group and the model point group, based on the coordinate conversion matrix, A coordinate conversion unit that converts the coordinates of the data points included in the data point group, and conversion by the coordinate conversion unit, association by the model point correspondence unit, and setting of the weight until it is determined that a predetermined condition is satisfied. It is a program for functioning as a determination unit that repeats the setting by the unit and the calculation by the conversion matrix calculation unit.

本発明の状態予測装置及びプログラムによれば、入力部が、位置合わせの対象となるデータ点の座標の集合であるデータ点群の入力を受け付け、取得部が、位置合わせの基準となるモデル点の座標の集合であるモデル点群を取得し、モデル点対応部が、前記データ点の座標及び前記モデル点の座標に基づいて、前記データ点群に含まれるデータ点の各々について、前記モデル点群に含まれるモデル点との対応付けを行う。 According to the state prediction apparatus and the program of the present invention, the input unit receives an input of a data point group that is a set of coordinates of data points to be aligned, and the acquisition unit is a model point to be a reference for alignment. A model point group, which is a set of coordinates, and the model point corresponding unit, based on the coordinates of the data points and the coordinates of the model points, for each of the data points included in the data point group, Correlate with the model points included in the group.

重み設定部が、同一の前記モデル点に対し、前記データ点群に含まれる複数のデータ点が対応付けられた場合に、同一の前記モデル点と前記複数のデータ点の各々との対応付けの各々に対して所定の重みを設定し、変換行列算出部が、前記データ点群と前記モデル点群との対応付け、及び前記設定された前記所定の重みに基づいて、前記データ点群に含まれる前記データ点の座標を変換した場合に、変換後の前記データ点群と前記モデル点群との位置ずれが最小となる座標変換行列を算出し、座標変換部が、前記座標変換行列に基づいて、前記データ点群に含まれる前記データ点の座標を変換し、判定部が、予め定めた条件を満たすと判定されるまで、前記座標変換部による変換、前記モデル点対応部により対応付け、前記重み設定部による設定、及び前記変換行列算出部による算出を繰り返させる。 When a plurality of data points included in the data point group are associated with the same model point, the weight setting unit associates the same model point with each of the plurality of data points. A predetermined weight is set for each of them, and the conversion matrix calculation unit includes the data point group based on the correspondence between the data point group and the model point group and the set predetermined weight in the data point group. When the coordinates of the data points to be converted are converted, a coordinate conversion matrix that minimizes the positional deviation between the converted data point group and the model point group is calculated, and the coordinate conversion unit calculates the coordinate conversion matrix based on the coordinate conversion matrix. The coordinates of the data points included in the data point group are converted, and the determination unit performs conversion by the coordinate conversion unit and associates the model point correspondence unit until it is determined that a predetermined condition is satisfied, The setting by the weight setting unit and the calculation by the conversion matrix calculation unit are repeated.

このように、予め定めた条件を満たすと判定されるまで、データ点の座標及びモデル点の座標に基づいて、データ点群に含まれるデータ点の各々について、モデル点群に含まれるモデル点との対応付け、同一の当該モデル点に対し、データ点群に含まれる複数のデータ点が対応付けられた場合に、同一の当該モデル点と複数のデータ点の各々との対応付けの各々に対して所定の重みを設定し、データ点群とモデル点群との対応付け、及び設定された所定の重みに基づいて、データ点群に含まれる当該データ点の座標を変換した場合に、変換後のデータ点群とモデル点群との位置ずれが最小となる座標変換行列を算出し、当該座標変換行列に基づいて、データ点群に含まれるデータ点の座標を変換することにより、位置合わせの初期段階での誤った対応付けを抑制し、位置合わせの精度を高めることができる。 As described above, until it is determined that the predetermined condition is satisfied, the model points included in the model point group and the model points included in the data point group are determined based on the coordinates of the data points and the coordinates of the model points. Of the same model point, when a plurality of data points included in the data point group are associated, for each of the correspondence of the same model point and each of the plurality of data points When a predetermined weight is set, the data point group and the model point group are associated with each other, and the coordinates of the data point included in the data point group are converted based on the set predetermined weight. The coordinate conversion matrix that minimizes the positional deviation between the data point group and the model point group is calculated, and the coordinates of the data points included in the data point group are converted based on the coordinate conversion matrix, thereby performing the alignment. It is possible to suppress erroneous correspondence in the initial stage and improve the accuracy of alignment.

また、本発明の位置ずれ補正装置の前記変換行列算出部は、対応付けられた前記データ点の変換後の座標と前記モデル点の座標との距離、及び前記データ点と前記モデル点との対応付けに対する重みを用いて求められる、重み付きの距離の二乗和が最小となるように、前記座標変換行列を算出することができる。 Further, the conversion matrix calculation unit of the misalignment correction device of the present invention is configured such that a distance between a coordinate after conversion of the associated data point and a coordinate of the model point, and correspondence between the data point and the model point. The coordinate transformation matrix can be calculated so that the sum of squares of the weighted distances, which is obtained by using the weights for weighting, is minimized.

また、本発明の位置ずれ補正装置の前記重み設定部は、一つの前記モデル点に対し、一つの前記データ点のみが対応付けられた場合に、前記モデル点と前記データ点との対応付けに対して一定の重みを設定し、同一の前記モデル点に対し、複数のデータ点が対応付けられた場合に、同一の前記モデル点と前記複数のデータ点の各々との対応付けの各々に対して、前記一定の重みより低い重みを設定することができる。 Further, the weight setting unit of the misalignment correction apparatus of the present invention, when only one of the data points is associated with one of the model points, the model point and the data point are associated with each other. A fixed weight is set for the same model point, and when a plurality of data points are associated with each other, for each of the association of the same model point and each of the plurality of data points. Thus, a weight lower than the fixed weight can be set.

また、本発明の位置ずれ補正装置は、前記モデル点の座標及び前記データ点の座標に基づいて、前記モデル点群に含まれるモデル点の各々について、前記データ点群に含まれるデータ点との対応付けるデータ点対応部を更に含み、前記重み設定部は、同一の前記データ点に対し、前記モデル点群に含まれる複数のモデル点が対応付けられた場合に、同一の前記データ点と前記複数のモデル点の各々との対応付けの各々に対して所定の重みを設定し、前記判定部は、予め定めた条件を満たすと判定されるまで、前記座標変換部による変換、前記モデル点対応部により対応付け、前記データ点対応部により対応付け、前記重み設定部による設定、及び前記変換行列算出部による算出を繰り返させることができる。 Further, the misalignment correction device of the present invention, based on the coordinates of the model points and the coordinates of the data points, with respect to each of the model points included in the model point group, with the data points included in the data point group. The weight setting unit further includes a corresponding data point correspondence unit, and the plurality of model points included in the model point group are associated with the same data point, the same data point and the plurality of data points. A predetermined weight is set for each of the correspondence with each of the model points, and the determination unit performs the conversion by the coordinate conversion unit and the model point correspondence unit until it is determined that a predetermined condition is satisfied. It is possible to repeat the associating, the data point associating unit, the setting by the weight setting unit, and the calculation by the conversion matrix calculating unit.

また、本発明の位置ずれ補正装置部は、前記モデル点対応部により対応付けられた前記データ点の座標と前記モデル点の座標との距離が予め定めた第1閾値以上である場合に、対応付けを無効化する第1有効距離判定部を更に含むことができる。 Further, the positional deviation correction device unit of the present invention corresponds to the case where the distance between the coordinates of the data points and the coordinates of the model points associated by the model point association unit is equal to or greater than a first threshold value set in advance. A first effective distance determination unit that invalidates the attachment may be further included.

また、本発明の位置ずれ補正装置部は、前記データ点対応部により対応付けられた前記モデル点の座標と前記データ点の座標との距離が予め定めた第2閾値以上である場合に、対応付けを無効化する第2有効距離判定部を更に含むことができる。 Further, the positional deviation correction device unit of the present invention corresponds to the case where the distance between the coordinates of the model point and the coordinates of the data point associated by the data point correspondence unit is equal to or greater than a second threshold value set in advance. A second effective distance determination unit that invalidates the attachment may be further included.

また、本発明の位置ずれ補正装置の前記重み設定部は、対応付けられた前記データ点群のデータ点と前記モデル点群のモデル点との位置ずれが予め定めた第3閾値以下となる場合、又は前記判定部による繰り返し回数が予め定めた第4閾値以上となる場合、重みの設定方法を変更することができる。 Further, when the weight setting unit of the positional deviation correcting device of the present invention is configured such that the positional deviation between the associated data points of the data point group and the model points of the model point group is equal to or less than a predetermined third threshold value. Alternatively, when the number of repetitions by the determination unit is equal to or larger than a predetermined fourth threshold value, the weight setting method can be changed.

以上説明したように、本発明の位置ずれ補正装置及びプログラムによれば、位置合わせの初期段階での誤った対応付けを抑制し、位置合わせの精度を高めることができる、という効果が得られる。 As described above, according to the misalignment correction apparatus and the program of the present invention, it is possible to suppress an incorrect association in the initial stage of alignment and improve the alignment accuracy.

本発明の第1の実施の形態における概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における点群の対応付けの例を示すイメージ図である。It is an image figure which shows the example of matching of a point cloud in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における位置ずれ補正処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing the contents of a positional deviation correction processing routine according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態における点群の対応付け処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the matching processing routine of the point cloud in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における3次元点群の位置合わせの例を示すイメージ図である。It is an image figure which shows the example of the position alignment of the three-dimensional point group in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における点群の対応付け処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the point cloud matching process routine in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態における概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態における点群の対応付け処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the matching process routine of the point cloud in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態における概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態における点群の対応付け処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the matching processing routine of the point cloud in the 4th Embodiment of this invention. 従来の3次元点群の位置合わせの例を示すイメージ図である。It is an image figure which shows the example of the position alignment of the conventional three-dimensional point group. 従来の3次元点群の位置合わせによる誤対応が残存する例を示すイメージ図である。It is an image figure which shows the example which the incorrect correspondence by the position alignment of the conventional three-dimensional point group remains. 3次元点群の位置合わせの基本構成を示すイメージ図である。It is an image figure which shows the basic composition of the alignment of a three-dimensional point group. 本発明の実施の形態における3次元点群の位置合わせの概要を示すイメージ図である。It is an image figure which shows the outline|summary of the alignment of the three-dimensional point cloud in embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<本発明の実施の形態の概要>
従来の点群間の位置合わせでは、3次元のデータ点群Pの点列で表現される図形(図12(a))をモデル点群Qの点列で表現される図形に重ね合わせる(図12(b))。この図形は、線図形、面、立体など任意の図形である。
<Outline of Embodiment of the Present Invention>
In the conventional alignment between point groups, the figure represented by the point sequence of the three-dimensional data point group P (FIG. 12A) is superimposed on the figure represented by the point sequence of the model point group Q (see FIG. 12(b)). This figure is an arbitrary figure such as a line figure, a plane, or a solid.

データ点群Pとモデル点群Qとの間で、対応するデータ点pの座標とモデル点qの座標の距離が最小となるようにデータ点群Pを座標変換する。例えばICP法等を用いて、点群間の対応付けを行う。なお、データ点群Pは、モデル点群Qと同一の座標系にあるものとする。 Coordinate conversion is performed between the data point group P and the model point group Q such that the distance between the coordinates of the corresponding data point p i and the coordinate of the model point q j is minimized. For example, the point groups are associated using the ICP method or the like. The data point group P is assumed to be in the same coordinate system as the model point group Q.

ICP法の基本構成を図14(a)に示す。ICP法の基本構成で行われる最近傍点の探索・対応付けでは、誤った対応付けが行われる可能性がある。 The basic structure of the ICP method is shown in FIG. In the search and association of the nearest neighbor point performed by the basic configuration of the ICP method, incorrect association may be performed.

また、非特許文献2のように逆方向の対応付けによる構成を図14(b)に示す。この場合でも、ICP法の繰り返し処理の初期段階において、データ点群Pとモデル点群Qとの位置ずれが大きい場合、点群の配置によっては誤対応が発生しやすい。 Further, FIG. 14B shows a configuration based on the association in the opposite direction as in Non-Patent Document 2. Even in this case, if the positional deviation between the data point group P and the model point group Q is large in the initial stage of the iterative processing of the ICP method, an erroneous correspondence is likely to occur depending on the arrangement of the point groups.

本発明の実施の形態は、このようなノイズや欠落がある点群の位置合わせに関するものである。 The embodiment of the present invention relates to the alignment of the point cloud having such noise or omission.

本実施の形態では、誤対応の発生を抑制するため、データ点群Pとモデル点群Qとの対応付けがあいまいな場合、その対応付けを無効化するか、又はその対応付けに対して小さな重みを設定する(図15(c)。あいまい性の判定基準として、従来技術のようなモデル点とデータ点の距離のほかに、対応付けの重複(複数のデータ点から同一モデル点への対応など)を用いる。 In the present embodiment, in order to suppress the occurrence of erroneous correspondence, when the correspondence between the data point group P and the model point group Q is ambiguous, the correspondence is invalidated, or the correspondence is small. A weight is set (FIG. 15C). As a criterion for ambiguity, in addition to the distance between the model point and the data point as in the prior art, duplicate correspondence (correspondence from a plurality of data points to the same model point) Etc.) is used.

従来のICP法の応用では、モデル点群Qはノイズなどを除去した状態を仮定しているが、本実施の形態では、位置合わせの基準となるモデル点群Qにもノイズや欠落が含まれる場合においても、誤った対応付けによる位置合わせを抑制することができる(図15(d))。 In the application of the conventional ICP method, it is assumed that the model point group Q is a state in which noise and the like are removed. However, in the present embodiment, the model point group Q serving as a reference for alignment also includes noise and omissions. Even in such a case, it is possible to suppress alignment due to incorrect association (FIG. 15D).

<本発明の第1の実施の形態に係る位置ずれ補正装置10の構成>
図1を用いて、本発明の実施の形態にかかる位置ずれ補正装置10について説明する。
<Configuration of misregistration correction device 10 according to the first embodiment of the present invention>
A positional deviation correction device 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

位置ずれ補正装置10は、CPUと、RAMと、後述する位置ずれ補正処理ルーチンを実行するためのプログラムを記憶したROMとを備え、機能的には次に示すように構成されている。 The positional deviation correction device 10 includes a CPU, a RAM, and a ROM that stores a program for executing a positional deviation correction processing routine described later, and is functionally configured as shown below.

図1に示すように、本発明の実施の形態に係る位置ずれ補正装置10は、入力部100と、モデル点群記憶部110と、取得部120と、モデル点対応部130と、重み設定部140と、変換行列算出部150と、判定部160と、座標変換部170と、出力部180とを備えて構成される。 As shown in FIG. 1, the misalignment correction apparatus 10 according to the embodiment of the present invention includes an input unit 100, a model point group storage unit 110, an acquisition unit 120, a model point correspondence unit 130, and a weight setting unit. 140, a conversion matrix calculation unit 150, a determination unit 160, a coordinate conversion unit 170, and an output unit 180.

入力部100は、位置合わせの対象となるデータ点pの座標の集合であるデータ点群Pの入力を受け付ける。データ点群Pは、n個のデータ点p{i=1,...,n}を含む。データ点pは3次元の点であり、データ点pの座標は(x,y,z)で表される。なお、入力部100に入力されるデータ点群Pは、後述のモデル点群Qと同一の座標系であるか、又は同一の座標系に予め変換されたものである。 The input unit 100 receives an input of a data point group P that is a set of coordinates of data points p i to be aligned. The data point group P includes n data points p i {i=1,..., N}. The data point p i is a three-dimensional point, and the coordinates of the data point p i are represented by (x i , y i , z i ). The data point group P input to the input unit 100 has the same coordinate system as the model point group Q described later, or has been converted into the same coordinate system in advance.

そして、入力部100は、データ点群Pを、取得部120に渡す。 Then, the input unit 100 passes the data point group P to the acquisition unit 120.

モデル点群記憶部110には、位置合わせの基準となるモデル点qの座標の集合であるモデル点群Qが格納されている。モデル点群Qは、m個のモデル点q{j=1,...,m}を含む。モデル点qは3次元の点であり、モデル点qの座標は(x,y,z)で表される。 The model point group storage unit 110 stores a model point group Q, which is a set of coordinates of model points q j serving as a reference for alignment. The model point group Q includes m model points q j {j=1,..., M}. The model point q j is a three-dimensional point, and the coordinates of the model point q j are represented by (x j , y j , z j ).

取得部120は、位置合わせの基準となるモデル点qの座標の集合であるモデル点群Qを取得する。 The acquisition unit 120 acquires a model point group Q, which is a set of coordinates of model points q j serving as a reference for alignment.

そして、取得部120は、データ点群P及びモデル点群Qを、モデル点対応部130に渡す。 Then, the acquisition unit 120 passes the data point group P and the model point group Q to the model point corresponding unit 130.

モデル点対応部130は、データ点pの座標及びモデル点qの座標に基づいて、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々について、モデル点群Qに含まれるモデル点qとの対応付けを行う。 Model points corresponding unit 130, based on the coordinates of the coordinates and the model point q j of the data points p i, for each of the data points p i included in the data points P, the model points q j in the model point group Q Corresponds to.

具体的には、モデル点対応部130は、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々について、モデル点群Qから最近傍点となるモデル点qを探索する(下記式(1))。 Specifically, the model point correspondence unit 130 searches the model point group Q for a model point q j that is the closest point for each of the data points p i included in the data point group P (the following formula (1)). ..

そして、モデル点対応部130は、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々について、当該データ点pと当該データ点pの最近傍点であるモデル点qとの対応付け(p,q)を、重み設定部140に渡す。 Then, for each of the data points p i included in the data point group P, the model point correspondence unit 130 associates the corresponding data point p i with the model point q j that is the closest point to the data point p i (p. i , q j ) is passed to the weight setting unit 140.

重み設定部140は、同一のモデル点qに対し、データ点群Pに含まれる複数のデータ点pが対応付けられた場合に、同一のモデル点qと当該複数のデータ点pの各々との対応付け(p,q)の各々に対して所定の重みwを設定する。 Weight setting unit 140, for the same model points q j, when a plurality of data points p i included in the data points P are associated, same model points q j and the plurality of data points p i A predetermined weight w i is set for each association (p i , q j ) with each

具体的には、重み設定部140は、まず、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々について、当該データ点pと当該データ点pの最近傍点であるモデル点qとの対応付け(p,q)に対して、所定の重みw=W1を付与し、重み付き対応付け(p,q,w)とする。ここで、W1は、予め定めた定数である。 Specifically, the weight setting unit 140 first sets, for each data point p i included in the data point group P, the data point p i and the model point q j that is the closest point to the data point p i . Predetermined weight w i =W1 is given to the association (p i , q j ) to obtain a weighted association (p i , q j , w i ). Here, W1 is a predetermined constant.

次に、重み設定部140は、同一のモデル点qに対し、複数のデータ点pが対応付けられているか否かを判定する。 Next, the weight setting unit 140 determines whether or not a plurality of data points p i are associated with the same model point q j .

同一のモデル点qに対し、複数のデータ点pが対応付けられている場合、重み設定部140は、当該モデル点qを含む重み付き対応付け(p,q,w)について、重みw=W2とする。W2は、予め定めた定数であり、W1よりも低い重みである。 When a plurality of data points p i are associated with the same model point q j , the weight setting unit 140 causes the weighted association (p i , q j , w i ) including the model point q j. With respect to, the weight w i =W2. W2 is a predetermined constant and has a lower weight than W1.

そして、重み設定部140は、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々についての重み付き対応付け(p,q,w)を、変換行列算出部150に渡す。 Then, the weight setting unit 140 passes the weighted association (p i , q j , w i ) for each of the data points p i included in the data point group P to the conversion matrix calculation unit 150.

変換行列算出部150は、データ点群Pとモデル点群Qとの対応付け、及び設定された重みwに基づいて、データ点群Pに含まれるデータ点pの座標を変換した場合に、変換後のデータ点群とモデル点群Qとの位置ずれが最小となる座標変換行列Tsを算出する。 The conversion matrix calculation unit 150 converts the coordinates of the data points p i included in the data point group P based on the correspondence between the data point group P and the model point group Q and the set weight w i. , The coordinate transformation matrix Ts that minimizes the positional deviation between the transformed data point group and the model point group Q is calculated.

具体的には、変換行列算出部150は、まず、予め座標変換行列TをT=l4に初期化する。ここで、l4は、4×4の単位行列である。 Specifically, the conversion matrix calculation unit 150 first initializes the coordinate conversion matrix T to T=14 in advance. Here, l4 is a 4×4 identity matrix.

次に、変換行列算出部150は、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々についての重み付き対応付け(p,q,w)に基づいて、位置ずれが最小となる座標変換行列Tsを算出する。ここで、sは、位置合わせ回数を示すカウンタであり、初期値はs=1である。 Next, the conversion matrix calculation unit 150, based on the weighted correspondence (p i , q j , w i ) for each of the data points p i included in the data point group P, the coordinates that minimize the positional deviation. The conversion matrix Ts is calculated. Here, s is a counter indicating the number of times of alignment, and the initial value is s=1.

具体的には、変換行列算出部150は、対応付けられたデータ点pの変換後の点p’の座標とモデル点qの座標との距離、及びデータ点pとモデル点qとの対応付けに対する重みwを用いて求められる、重み付きの距離の二乗和(下記式(2))が最小となるように、座標変換行列Tsを算出する。 Specifically, the conversion matrix calculation unit 150 calculates the distance between the coordinates of the converted point p i ′ of the associated data point p i and the coordinates of the model point q j , and the data point p i and the model point q. The coordinate transformation matrix Ts is calculated so that the sum of squared weighted distances (Equation (2) below), which is obtained using the weight w i associated with j , is minimized.

ただし、変換後の点p’の座標X’は、以下の式(3)で表される。 However, the coordinate X′ of the converted point p i ′ is represented by the following equation (3).

ここで、Xは、変換前のデータ点pの座標(x,y,z)を用いたベクトルであり、

で表される。
Here, X is a vector using the coordinates (x, y, z) of the data point p i before conversion,

It is represented by.

座標変換行列Tsの具体的な算出方法は、例えば参考文献1の手法を用いることができる。
[参考文献1]Olga Sorkine-Hornung, Michael Rabinovich, "Least-Squares Rigid Motion Using SVD", [online], Department of Computer Science, ETH Zurich, January 16, 2017, [平成30年10月5日検索], インターネット<https://igl.ethz.ch/projects/ARAP/svd_rot.pdf>.
As a specific method of calculating the coordinate conversion matrix Ts, for example, the method of Reference Document 1 can be used.
[Reference 1] Olga Sorkine-Hornung, Michael Rabinovich, "Least-Squares Rigid Motion Using SVD", [online], Department of Computer Science, ETH Zurich, January 16, 2017, [Search on October 5, 2018] , Internet <https://igl.ethz.ch/projects/ARAP/svd_rot.pdf>.

変換行列算出部150は、算出した座標変換行列Tsを用いて、座標変換行列Tを下記式(4)により更新する。 The conversion matrix calculation unit 150 updates the coordinate conversion matrix T by the following formula (4) using the calculated coordinate conversion matrix Ts.

また、変換行列算出部150は、sに1を加算する。 Further, the conversion matrix calculation unit 150 adds 1 to s.

そして、変換行列算出部150は、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々についての重み付き対応付け(p,q,w)と、sと、座標変換行列Tとを判定部160に渡す。 Then, the conversion matrix calculation unit 150 determines the weighted association (p i , q j , w i ) for each of the data points p i included in the data point group P, s, and the coordinate conversion matrix T. It is passed to the section 160.

判定部160は、予め定めた条件を満たすか否かを判定する。 The determination unit 160 determines whether or not a predetermined condition is satisfied.

条件としては、例えば、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々についての重み付き対応付け(p,q,w)の位置ずれの平均値が予め定めた第3閾値以下となる場合、カウンタsが予め定めた第4閾値以上となる場合等である。 The condition is, for example, that the average value of the positional deviations of the weighted correspondences (p i , q j , w i ) for each of the data points p i included in the data point group P is equal to or less than a predetermined third threshold value. In this case, the counter s is equal to or larger than a predetermined fourth threshold value.

そして、予め定めた条件を満たさないと判定した場合、判定部160は、データ点群P及び座標変換行列Tを座標変換部170に渡す。 When it is determined that the predetermined condition is not satisfied, the determination unit 160 passes the data point group P and the coordinate conversion matrix T to the coordinate conversion unit 170.

一方、予め定めた条件を満たすと判定した場合、判定部160は、座標変換行列Tを出力部180に渡す。 On the other hand, when determining that the predetermined condition is satisfied, the determining unit 160 passes the coordinate conversion matrix T to the output unit 180.

座標変換部170は、座標変換行列Tに基づいて、データ点群Pに含まれるデータ点pの座標を変換する。 The coordinate conversion unit 170 converts the coordinates of the data points p i included in the data point group P based on the coordinate conversion matrix T.

具体的には、座標変換部170は、下記式(4)を用いて、データ点群Pに含まれるデータ点pの座標を変換する。 Specifically, the coordinate transformation unit 170 transforms the coordinates of the data points p i included in the data point group P using the following equation (4).

ここで、変換行列Tは、

であり、座標変換における回転行列Rは、
Here, the transformation matrix T is

And the rotation matrix R in the coordinate transformation is


であり、並進ベクトルtは、

である。

And the translation vector t is

Is.

そして、座標変換部170は、座標変換したデータ点群P’を、モデル点対応部130に渡す。 Then, the coordinate conversion unit 170 passes the coordinate-converted data point group P′ to the model point correspondence unit 130.

判定部160により予め定めた条件を満たすと判定されるまで、座標変換部170による座標変換後のデータ点群P’に基づいて、モデル点対応部130により対応付け、重み設定部140による設定、及び変換行列算出部150による算出を繰り返すこととなる。 Until the determination unit 160 determines that the predetermined condition is satisfied, the model point correspondence unit 130 associates the data point group P′ after the coordinate conversion by the coordinate conversion unit 170 with the setting by the weight setting unit 140. And the calculation by the conversion matrix calculation unit 150 is repeated.

出力部180は、座標変換行列Tを出力する。 The output unit 180 outputs the coordinate conversion matrix T.

このように、重みwを付与することにより、あいまいな対応付けを除去し、又はあいまいな対応付けの影響小さくすることができるため、位置ずれを小さくすることができる。 As described above, by assigning the weight w i , ambiguous association can be removed or the influence of the ambiguous association can be reduced, so that the positional deviation can be reduced.

例えば、重みwについて、W1=1.0、W2=0.0とすれば、重複判定がされた対応付け(p,q)については、無効なものとして処理される。 For example, if the weight w i is W1=1.0 and W2=0.0, the association (p i , q j ) for which the duplication determination is made is processed as invalid.

図2にW1=1.0、W2=0.0とした場合の例を示す。図2(a)は、データ点群P及びモデル点群Qが共に一部欠落がある場合を示す。 FIG. 2 shows an example when W1=1.0 and W2=0.0. FIG. 2A shows a case where both the data point group P and the model point group Q are partially missing.

この場合、重複していると判定された対応付け(p,q)については、図2(b)のように無効として取り扱う。そして、図2(c)のように、位置合わせには、有効な対応付け(p,q)のみを用いる。 In this case, the correspondence (p i , q j ) determined to be duplicated is treated as invalid as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 2C, only the effective association (p i , q j ) is used for the alignment.

また、例えば、重みwについて、W1=1.0、W2=0.1とすれば、重複判定がされた対応付け(p,q)については、上記式(2)の計算における寄与が小さくなる。 Further, for example, if W1=1.0 and W2=0.1 for the weight w i , the correspondence (p i , q j ) for which the duplication determination is made contributes to the calculation of the above formula (2). Becomes smaller.

そして、点群間の位置ずれが小さくなるにつれて、あいまい性が解消、対応付け可能な点対が増加し、精度の高い位置合わせが可能となる。 Then, as the positional deviation between the point groups becomes smaller, the ambiguity is eliminated, the number of pairs of points that can be associated with each other is increased, and highly accurate alignment becomes possible.

<本発明の第1の実施の形態に係る位置ずれ補正装置10の作用>
次に、図3を参照して、本実施形態の位置ずれ補正装置10の位置ずれ補正処理ルーチンについて説明する。
<Operation of the positional deviation correction device 10 according to the first embodiment of the present invention>
Next, with reference to FIG. 3, a positional deviation correction processing routine of the positional deviation correction device 10 of the present embodiment will be described.

まず、ステップS100において、入力部100は、位置合わせの対象となるデータ点pの座標の集合であるデータ点群Pの入力を受け付ける。 First, in step S100, the input unit 100 receives an input of a data point group P, which is a set of coordinates of data points p i to be aligned.

ステップS110において、取得部120は、位置合わせの基準となるモデル点qの座標の集合であるモデル点群Qを取得する。 In step S110, the acquisition unit 120 acquires a model point group Q, which is a set of coordinates of model points q j serving as a reference for alignment.

ステップS120において、変換行列算出部150は、予め座標変換行列TをT=l4に初期化する。 In step S120, the conversion matrix calculation unit 150 initializes the coordinate conversion matrix T to T=14 in advance.

ステップS130において、変換行列算出部150は、s=1とする。なお、sはカウンタである。 In step S130, the conversion matrix calculation unit 150 sets s=1. In addition, s is a counter.

ステップS140において、モデル点対応部130及び重み設定部140は、点群の対応付け処理を行う。 In step S140, the model point correspondence unit 130 and the weight setting unit 140 perform point cloud correspondence processing.

ステップS150において、変換行列算出部150は、データ点群Pとモデル点群Qとの対応付け、及び設定された所定の重みwに基づいて、データ点群Pに含まれるデータ点pの座標を変換した場合に、座標変換後のデータ点群とモデル点群Qとの位置ずれが最小となる座標変換行列Tsを算出し、座標変換行列Tsを用いて、座標変換行列Tを上記式(3)により更新する。 In step S150, the conversion matrix calculation unit 150 associates the data point group P with the model point group Q, and based on the set predetermined weight w i , determines the data points p i included in the data point group P. When the coordinates are converted, the coordinate conversion matrix Ts that minimizes the positional deviation between the data point group after the coordinate conversion and the model point group Q is calculated, and the coordinate conversion matrix Ts is used to calculate the coordinate conversion matrix T using the above equation. Update by (3).

ステップS160において、判定部160は、予め定めた条件を満たすか否かを判定する。 In step S160, the determination unit 160 determines whether or not a predetermined condition is satisfied.

予め定めた条件を満たさない場合(ステップS160のNO)、ステップS170において、座標変換部170は、座標変換行列Tに基づいて、データ点群Pに含まれるデータ点pの座標を変換する。 If the predetermined condition is not satisfied (NO in step S160), the coordinate conversion unit 170 converts the coordinates of the data points p i included in the data point group P based on the coordinate conversion matrix T in step S170.

ステップS180において、変換行列算出部150は、sに1を加算し、ステップS140へ戻る。 In step S180, the conversion matrix calculation unit 150 adds 1 to s and returns to step S140.

予め定めた条件を満たす場合(ステップS160のYES)、ステップS190において、出力部180は、座標変換行列Tを出力し、処理を終了する。 If the predetermined condition is satisfied (YES in step S160), the output unit 180 outputs the coordinate conversion matrix T in step S190, and the process ends.

次に、図4を参照して、上記ステップS140の点群の対応付け処理について説明する。 Next, referring to FIG. 4, the point cloud association processing in step S140 will be described.

ステップS141において、モデル点対応部130は、データ点pの座標及びモデル点qの座標に基づいて、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々について、モデル点群Qに含まれるモデル点qとの対応付けを行う。 In step S141, the model point corresponding unit 130 is included in the model point group Q for each of the data points p i included in the data point group P based on the coordinates of the data points p i and the coordinates of the model points q j. Correlation with the model point q j is performed.

ステップS142において、重み設定部140は、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々について、当該データ点pと当該データ点pの最近傍点であるモデル点qとの対応付け(p,q)に対して、一定の重みw=W1を付与し、重み付き対応付け(p,q,w)とする。 In step S142, the weight setting unit 140 associates each data point p i included in the data point group P with the data point p i and the model point q j that is the closest point to the data point p i ( A constant weight w i =W1 is given to p i , q j ) to make a weighted association (p i , q j , w i ).

ステップS143において、重み設定部140は、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々についての重み付き対応付け(p,q,w)において、同一のモデル点qに対し、複数のデータ点pが対応付けられているか否かを判定する。 In step S143, the weight setting unit 140 sets the same model point q j to the same model point q j in the weighted correspondence (p i , q j , w i ) for each data point p i included in the data point group P. It is determined whether or not a plurality of data points p i are associated.

同一のモデル点qに対し、複数のデータ点pが対応付けられている場合(ステップS143のYES)、ステップS144において、重み設定部140は、当該モデル点qを含む重み付き対応付け(p,q,w)について、重みw=W2とし、リターンする。 When a plurality of data points p i are associated with the same model point q j (YES in step S143), in step S144, the weight setting unit 140 causes the weighted association including the model point q j. For (p i , q j , w i ), the weight w i =W2 is set, and the process returns.

同一のモデル点qに対し、複数のデータ点pが対応付けられていない場合(ステップS143のNO)、リターンする。 When a plurality of data points p i are not associated with the same model point q j (NO in step S143), the process returns.

以上説明したように、本発明の第1の実施の形態に係る位置ずれ補正装置によれば、予め定めた条件を満たすと判定されるまで、データ点の座標及びモデル点の座標に基づいて、データ点群に含まれるデータ点の各々について、モデル点群に含まれるモデル点との対応付け、同一の当該モデル点に対し、データ点群に含まれる複数のデータ点が対応付けられた場合に、同一の当該モデル点と複数のデータ点の各々との対応付けの各々に対して所定の重みを設定し、データ点群とモデル点群との対応付け、及び設定された所定の重みに基づいて、データ点群に含まれる当該データ点の座標を変換した場合に、変換後のデータ点群とモデル点群との位置ずれが最小となる座標変換行列を算出し、当該座標変換行列に基づいて、データ点群に含まれるデータ点の座標を変換することにより、位置合わせの初期段階での誤った対応付けを抑制し、位置合わせの精度を高めることができる。 As described above, according to the positional deviation correction device according to the first embodiment of the present invention, based on the coordinates of data points and the coordinates of model points, it is determined that a predetermined condition is satisfied. For each of the data points included in the data point group, in correspondence with the model point included in the model point group, when a plurality of data points included in the data point group are associated with the same model point. , A predetermined weight is set for each correspondence between the same model point and each of the plurality of data points, and the correspondence between the data point group and the model point group and the set predetermined weight are set. Then, when the coordinates of the data points included in the data point group are converted, a coordinate conversion matrix that minimizes the positional deviation between the converted data point group and the model point group is calculated, and based on the coordinate conversion matrix, By converting the coordinates of the data points included in the data point group, it is possible to suppress erroneous correspondence in the initial stage of the alignment and improve the alignment accuracy.

<本発明の第2の実施の形態に係る位置ずれ補正装置20の構成>
図5を用いて、本発明の第2の実施の形態に係る位置ずれ補正装置20の構成について説明する。なお、第1の実施の形態に係る位置ずれ補正装置10と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
<Configuration of misregistration correction device 20 according to second embodiment of the present invention>
The configuration of the positional deviation correction device 20 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those of the positional deviation correction device 10 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

位置ずれ補正装置10は、CPUと、RAMと、後述する位置ずれ補正処理ルーチンを実行するためのプログラムを記憶したROMとを備え、機能的には次に示すように構成されている。 The positional deviation correction device 10 includes a CPU, a RAM, and a ROM that stores a program for executing a positional deviation correction processing routine described later, and is functionally configured as shown below.

図5に示すように、本発明の実施の形態に係る位置ずれ補正装置20は、入力部100と、モデル点群記憶部110と、取得部220と、モデル点対応部130と、データ点対応部235と、重み設定部240と、変換行列算出部150と、判定部160と、座標変換部270と、出力部180とを備えて構成される。 As shown in FIG. 5, the positional deviation correction device 20 according to the embodiment of the present invention includes an input unit 100, a model point group storage unit 110, an acquisition unit 220, a model point correspondence unit 130, and data point correspondence. The configuration includes a unit 235, a weight setting unit 240, a conversion matrix calculation unit 150, a determination unit 160, a coordinate conversion unit 270, and an output unit 180.

取得部220は、位置合わせの基準となるモデル点qの座標の集合であるモデル点群Qを取得する。 The acquisition unit 220 acquires a model point group Q, which is a set of coordinates of model points q j serving as a reference for alignment.

そして、取得部220は、データ点群P及びモデル点群Qを、モデル点対応部130及びデータ点対応部235に渡す。 Then, the acquisition unit 220 passes the data point group P and the model point group Q to the model point corresponding unit 130 and the data point corresponding unit 235.

データ点対応部235は、モデル点qの座標及びデータ点pの座標に基づいて、モデル点群Qに含まれるモデル点qの各々について、データ点群Pに含まれるデータ点pとの対応付けを行う。 Data points corresponding unit 235, based on the coordinates of the coordinates and the data points p i model points q j, for each of the model points q j in the model point group Q, the data points p i included in the data point group P Corresponds to.

具体的には、データ点対応部235は、モデル点群Qの各モデル点qの各々について、データ点群Pから最近傍点となるデータ点pを探索する。 Specifically, the data point correspondence unit 235 searches the data point group P for the data point p i that is the closest point for each model point q j of the model point group Q.

そして、データ点対応部235は、モデル点群Qに含まれるモデル点qの各々について、当該モデル点qと当該モデル点qの最近傍点であるデータ点pとの対応付け(p,q)を、重み設定部240に渡す。 Then, for each of the model points q j included in the model point group Q, the data point correspondence unit 235 associates the model point q j with the data point p i that is the closest point to the model point q j (p. i , q j ) to the weight setting unit 240.

重み設定部240は、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々について、当該データ点pと当該データ点pの最近傍点であるモデル点qとの対応付け(p,q)に対して、所定の重みw=W1を付与し、重み付き対応付け(p,q,w)とすると共に、モデル点群Qに含まれるモデル点qの各々について、当該モデル点qと当該モデル点qの最近傍点であるデータ点pとの対応付け(p,q)に対して、重みw=W1を付与し、重み付き対応付け(q,p,w)とする。 For each data point p i included in the data point group P, the weight setting unit 240 associates the corresponding data point p i with the model point q j that is the closest point to the data point p i (p i , q j ) is given a predetermined weight w i =W1 to make a weighted correspondence (p i , q j , w i ), and for each model point q j included in the model point group Q, A weight w j =W1 is assigned to the association (p i , q j ) between the model point q j and the data point p i that is the closest point to the model point q j , and the weighted association (q j , p i , w j ).

また、重み設定部240は、同一のモデル点qに対し、複数のデータ点pが対応付けられている場合、当該モデル点qを含む重み付き対応付け(p,q,w)の各々について、重みw=W2とする。重み設定部240は、更に、同一のデータ点pに対し、モデル点群Qに含まれる複数のモデル点qが対応付けられた場合に、当該データ点pを含む重み付き対応付け(q,p,w)の各々について、重みw=W2を付与する。 In addition, when a plurality of data points p i are associated with the same model point q j , the weight setting unit 240 includes a weighted association (p i , q j , w) including the model point q j. For each i ), let the weight w i =W2. When a plurality of model points q j included in the model point group Q are associated with the same data point p i , the weight setting unit 240 further assigns a weighted association (including the data point p i ). A weight w i =W2 is given to each of q j , p i , and w j ).

そして、重み設定部240は、重み付き対応付け(p,q,w)の各々を、変換行列算出部150に渡す。 Then, the weight setting unit 240 passes each of the weighted associations (p i , q j , w j ) to the conversion matrix calculation unit 150.

座標変換部270は、座標変換行列Tに基づいて、データ点群Pに含まれるデータ点pの座標を変換する。 The coordinate conversion unit 270 converts the coordinates of the data points p i included in the data point group P based on the coordinate conversion matrix T.

具体的には、座標変換部270は、上記式(4)を用いて、データ点群Pをデータ点群P’に座標変換する。 Specifically, the coordinate conversion unit 270 performs coordinate conversion of the data point group P into the data point group P'using the above equation (4).

そして、座標変換部270は、データ点群P’を、モデル点対応部130及びデータ点対応部235に渡す。 Then, the coordinate conversion unit 270 passes the data point group P′ to the model point corresponding unit 130 and the data point corresponding unit 235.

このように、重みwを付与することにより、あいまいな対応付けを除去し、又はあいまいな対応付けの影響小さくすることができるため、位置ずれを小さくすることができる。 In this way, by adding the weight w j , ambiguous associations can be removed or the influence of ambiguous associations can be reduced, so that the positional deviation can be reduced.

第1の実施の形態と同様に、図6にW1=1.0、W2=0.0とした場合の例を示す。図6(a)は、データ点群P及びモデル点群Qが共に一部欠落がある場合を示す。 Similar to the first embodiment, FIG. 6 shows an example in which W1=1.0 and W2=0.0. FIG. 6A shows a case where both the data point group P and the model point group Q are partially missing.

この場合、重複していると判定された対応付け(p,q)については、図6(b)のように無効として取り扱う。そして、図6(c)のように、位置合わせには、有効な対応付け(p,q)のみを用いる。 In this case, the correspondence (p i , q j ) determined to be duplicated is treated as invalid as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 6C, only the effective association (p i , q j ) is used for the alignment.

よって、逆方向の対応付けを行う場合でも、点群間の位置ずれが小さくなるにつれて、あいまい性が解消、対応付け可能な点対が増加し、精度の高い位置合わせが可能となる。 Therefore, even when the matching in the opposite direction is performed, as the positional deviation between the point groups becomes smaller, the ambiguity is eliminated, the number of point pairs that can be matched is increased, and highly accurate positioning becomes possible.

<本発明の第2の実施の形態に係る位置ずれ補正装置20の作用>
図7は、本発明の第2の実施の形態に係る点群の対応付け処理ルーチンを示すフローチャートである。なお、第1の実施の形態に係る点群の対応付け処理ルーチンと同様の処理については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
<Operation of the positional deviation correction device 20 according to the second embodiment of the present invention>
FIG. 7 is a flowchart showing a point cloud association processing routine according to the second embodiment of the present invention. The same processes as those in the point cloud association process routine according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

ステップS300において、データ点対応部235は、モデル点qの座標及びデータ点pの座標に基づいて、モデル点群Qに含まれるモデル点qの各々について、データ点群Pに含まれるデータ点pとの対応付けを行う。 In step S300, the data point corresponding unit 235 is included in the data point group P for each of the model points q j included in the model point group Q based on the coordinates of the model point q j and the coordinates of the data point p i. Correlate with the data point p i .

ステップS305において、重み設定部240は、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々について、当該データ点pと当該データ点pの最近傍点であるモデル点qとの対応付け(p,q)に対して、所定の重みw=W1を付与し、重み付き対応付け(p,q,w)とすると共に、モデル点群Qに含まれるモデル点qの各々について、当該モデル点qと当該モデル点qの最近傍点であるデータ点pとの対応付け(p,q)に対して、重みw=W1を付与し、重み付き対応付け(q,p,w)とする。 In step S305, the weight setting unit 240, for each of the data points p i included in the data points P, correspondence between model points q j is the closest point of the data points p i and the data point p i ( p i ,q j ) is given a predetermined weight w i =W1 to make a weighted association (p i ,q j ,w i ), and model points q j included in the model point group Q. For each of the above, weight w j =W1 is given to the association (p i , q j ) between the model point q j and the data point p i that is the closest point of the model point q j , and weighting is performed. Associating (q j , p i , w j ).

ステップS310において、重み設定部240は、重み付き対応付け(p,q,w)において、同一のモデル点qに対し、複数のデータ点pが対応付けられているか、又は同一のデータ点pに対し、複数のモデル点qが対応付けられているか否かを判定する。 In step S310, the weight setting unit 240 associates a plurality of data points p i with the same model point q j in the weighted association (p i , q j , w i ), or the same. It is determined whether or not a plurality of model points q j are associated with the data points p i of.

同一のモデル点qを含む複数の対応付けが無く、かつ、同一のデータ点pを含む複数の対応付けが無い場合(上記ステップS310のNO)、リターンする。 When there are no multiple associations including the same model point q j and there are no multiple associations including the same data point p i (NO in step S310 above), the process returns.

一方、同一のモデル点qを含む複数の対応付けが有るか、又は同一のデータ点pを含む複数の対応付けが有る場合(上記ステップS310のYES)、ステップS244において、重み設定部240は、同一のモデル点qを含む複数の重み付き対応付け(p,q,w)、又は同一のデータ点pを含む複数の重み付き対応付け(p,q,w)について、重みw=W2、w=W2とし、リターンする。 On the other hand, when there are a plurality of associations including the same model point q j or a plurality of associations including the same data point p i (YES in step S310 above), in step S244, the weight setting unit 240 is set. a plurality of weighted correlation including the same model points q j (p i, q j , w i), or with a plurality of weights, including the same data points p i association (p i, q j, w j ), weights w i =W2 and w j =W2 are set, and the process returns.

以上説明したように、本発明の第2の実施の形態に係る位置ずれ補正装置によれば、予め定めた条件を満たすと判定されるまで、 As described above, according to the positional deviation correction device according to the second embodiment of the present invention, until it is determined that the predetermined condition is satisfied,

データ点の座標及びモデル点の座標に基づいて、データ点群に含まれるデータ点の各々について、モデル点群に含まれるモデル点との対応付け、同一の当該モデル点に対し、データ点群に含まれる複数のデータ点が対応付けられた場合に、同一の当該モデル点と複数のデータ点の各々との対応付けの各々に対して所定の重みを設定し、モデル点の座標及びデータ点の座標に基づいて、モデル点群に含まれるモデル点の各々について、データ点群に含まれるデータ点との対応付け、同一の当該データ点に対し、モデル点群に含まれる複数のモデル点が対応付けられた場合に、同一の当該データ点と複数のモデル点の各々との対応付けの各々に対して所定の重みを設定し、データ点群とモデル点群との対応付け、及び設定された所定の重みに基づいて、データ点群に含まれる当該データ点の座標を変換した場合に、変換後のデータ点群とモデル点群との位置ずれが最小となる座標変換行列を算出し、当該座標変換行列に基づいて、データ点群に含まれるデータ点の座標を変換することにより、位置合わせの初期段階での誤った対応付けを抑制し、位置合わせの精度を高めることができる。 Based on the coordinates of the data points and the coordinates of the model points, each of the data points included in the data point group is associated with the model point included in the model point group, and the data point group is assigned to the same model point. When a plurality of included data points are associated with each other, a predetermined weight is set for each association of the same model point and each of the plurality of data points, and the coordinates of the model points and the data points Based on the coordinates, each model point included in the model point group is associated with a data point included in the data point group, and the same data point is associated with a plurality of model points included in the model point group. When attached, a predetermined weight is set for each correspondence between the same data point and each of the plurality of model points, and the correspondence between the data point group and the model point group is set. When the coordinates of the data points included in the data point group are converted based on the predetermined weight, the coordinate conversion matrix that minimizes the positional deviation between the converted data point group and the model point group is calculated, and By converting the coordinates of the data points included in the data point group based on the coordinate conversion matrix, it is possible to suppress erroneous association at the initial stage of alignment and improve the alignment accuracy.

<本発明の第3の実施の形態に係る位置ずれ補正装置30の構成>
図8を用いて、本発明の第2の実施の形態に係る位置ずれ補正装置30の構成について説明する。なお、第1の実施の形態に係る位置ずれ補正装置10と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
<Configuration of misregistration correction device 30 according to third embodiment of the present invention>
The configuration of the positional deviation correction device 30 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those of the positional deviation correction device 10 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

位置ずれ補正装置30は、CPUと、RAMと、後述する位置ずれ補正処理ルーチンを実行するためのプログラムを記憶したROMとを備え、機能的には次に示すように構成されている。 The positional deviation correction device 30 includes a CPU, a RAM, and a ROM that stores a program for executing a positional deviation correction processing routine described later, and is functionally configured as shown below.

図8に示すように、本発明の実施の形態に係る位置ずれ補正装置30は、入力部100と、モデル点群記憶部110と、取得部120と、モデル点対応部130と、第1有効距離判定部332と、重み設定部140と、変換行列算出部150と、判定部160と、座標変換部170と、出力部180とを備えて構成される。 As shown in FIG. 8, the positional deviation correction device 30 according to the embodiment of the present invention includes an input unit 100, a model point group storage unit 110, an acquisition unit 120, a model point correspondence unit 130, and a first effective point. The distance determination unit 332, the weight setting unit 140, the conversion matrix calculation unit 150, the determination unit 160, the coordinate conversion unit 170, and the output unit 180 are included.

本実施形態では、モデル点対応部130は、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々について、当該データ点pと当該データ点pの最近傍点であるモデル点qとの対応付け(p,q)を、第1有効距離判定部332に渡す。 In the present embodiment, the model points corresponding unit 130, for each of the data points p i included in the data points P, corresponding to the model point q j Recently a neighbor of the data points p i and the data point p i The attachment (p i , q j ) is passed to the first effective distance determination unit 332.

第1有効距離判定部332は、モデル点対応部130により対応付けられたデータ点pの座標とモデル点qの座標との距離が予め定めた第1閾値以上である場合に、対応付けを無効化する。 The first effective distance determination unit 332 associates the distance between the coordinate of the data point p i and the coordinate of the model point q j associated by the model point association unit 130 with a predetermined first threshold value or more. Invalidate.

具体的には、第1有効距離判定部332は、まず、データ点pとモデル点qとの対応付け(p,q)の各々について、当該データ点pと当該モデル点qとの距離を算出する。 Specifically, the first effective distance determination unit 332 first, for each correspondence (p i , q j ) between the data point p i and the model point q j , the data point p i and the model point q. Calculate the distance from j .

次に、第1有効距離判定部332は、対応付け(p,q)の各々についての当該データ点pと当該モデル点qとの距離が、第1閾値以上であるか否かを判定する。 Next, the first effective distance determination unit 332 determines whether the distance between the data point p i and the model point q j for each of the associations (p i , q j ) is the first threshold value or more. To judge.

距離が第1閾値以上である場合、第1有効距離判定部332は、当該対応付け(p,q)を無効なものとし、以降の処理では用いないこととする。 If the distance is greater than or equal to the first threshold, the first effective distance determination unit 332 invalidates the association (p i , q j ) and does not use it in the subsequent processing.

一方、距離が第1閾値以上でない場合、第1有効距離判定部332は、当該対応付け(p,q)を有効なものとする。 On the other hand, when the distance is not greater than or equal to the first threshold, the first effective distance determination unit 332 makes the association (p i , q j ) valid.

そして、第1有効距離判定部332は、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々について、当該データ点pと当該データ点pの最近傍点であるモデル点qとの対応付け(p,q)のうち有効な対応付け(p,q)を、重み設定部140に渡す。 Then, the first effective distance determination unit 332 associates each data point p i included in the data point group P with the data point p i and the model point q j that is the closest point to the data point p i. (p i, q j) effective mapping of the (p i, q j), and passes to the weight setting unit 140.

<本発明の第3の実施の形態に係る位置ずれ補正装置30の作用>
図9は、本発明の第3の実施の形態に係る点群の対応付け処理ルーチンを示すフローチャートである。なお、第1の実施の形態に係る点群の対応付け処理ルーチンと同様の処理については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
<Operation of the positional deviation correction device 30 according to the third embodiment of the present invention>
FIG. 9 is a flowchart showing a point cloud association processing routine according to the third embodiment of the present invention. The same processes as those in the point cloud association process routine according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

ステップS400において、第1有効距離判定部332は、データ点pとモデル点qとの対応付け(p,q)の各々について、当該データ点pと当該モデル点qとの距離を算出する。 In step S400, the first effective distance determination unit 332 associates the data point p i with the model point q j for each association (p i , q j ) between the data point p i and the model point q j . Calculate the distance.

ステップS410において、第1有効距離判定部332は、対応付け(p,q)の各々についての当該データ点pと当該モデル点qとの距離が、第1閾値以上であるか否かを判定する。 In step S410, the first effective distance determination unit 332 determines whether the distance between the data point p i and the model point q j for each of the associations (p i , q j ) is the first threshold value or more. To determine.

距離が第1閾値以上である場合(上記ステップS410のYES)ステップS420において、第1有効距離判定部332は、当該対応付け(p,q)を無効なものとし、ステップS142に進む。 When the distance is equal to or greater than the first threshold value (YES in step S410), in step S420, the first effective distance determination unit 332 makes the association (p i , q j ) invalid, and the process proceeds to step S142.

一方、距離が第1閾値以上でない場合(上記ステップS410のYES)、ステップS142に進む。 On the other hand, if the distance is not equal to or more than the first threshold value (YES in step S410), the process proceeds to step S142.

以上説明したように、本発明の第3の実施の形態に係る位置ずれ補正装置によれば、対応付けられたデータ点の座標とモデル点の座標との距離が予め定めた第1閾値以上である場合に、対応付けを無効化するため、位置合わせの初期段階での誤った対応付けを抑制し、位置合わせの精度をより高めることができる。 As described above, according to the positional deviation correction device according to the third embodiment of the present invention, the distance between the coordinate of the associated data point and the coordinate of the model point is equal to or larger than the first threshold value set in advance. In some cases, since the association is invalidated, it is possible to suppress erroneous association in the initial stage of alignment and further improve the alignment accuracy.

<本発明の第4の実施の形態に係る位置ずれ補正装置40の構成>
図10を用いて、本発明の第4の実施の形態に係る位置ずれ補正装置40の構成について説明する。なお、第1の実施の形態に係る位置ずれ補正装置10、第2の実施の形態に係る位置ずれ補正装置20及び第3の実施の形態に係る位置ずれ補正装置30と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
<Structure of the positional deviation correction device 40 according to the fourth embodiment of the present invention>
The configuration of the positional deviation correction device 40 according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, regarding the same configurations as the positional deviation correction device 10 according to the first embodiment, the positional deviation correction device 20 according to the second embodiment, and the positional deviation correction device 30 according to the third embodiment, The same reference numerals are given and detailed description is omitted.

位置ずれ補正装置40は、CPUと、RAMと、後述する位置ずれ補正処理ルーチンを実行するためのプログラムを記憶したROMとを備え、機能的には次に示すように構成されている。 The positional deviation correction device 40 includes a CPU, a RAM, and a ROM that stores a program for executing a positional deviation correction processing routine described later, and is functionally configured as shown below.

図10に示すように、本発明の実施の形態に係る位置ずれ補正装置40は、入力部100と、モデル点群記憶部110と、取得部220と、モデル点対応部130と、データ点対応部235と、第1有効距離判定部332と、第2有効距離判定部437と、重み設定部240と、変換行列算出部150と、判定部160と、座標変換部270と、出力部180とを備えて構成される。 As shown in FIG. 10, the positional deviation correction device 40 according to the embodiment of the present invention includes an input unit 100, a model point group storage unit 110, an acquisition unit 220, a model point correspondence unit 130, and data point correspondence. Unit 235, first effective distance determination unit 332, second effective distance determination unit 437, weight setting unit 240, conversion matrix calculation unit 150, determination unit 160, coordinate conversion unit 270, output unit 180. It is configured with.

本実施形態では、モデル点対応部130は、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々について、当該データ点pと当該データ点pの最近傍点であるモデル点qとの対応付け(p,q)を、第1有効距離判定部332に渡す。 In the present embodiment, the model points corresponding unit 130, for each of the data points p i included in the data points P, corresponding to the model point q j Recently a neighbor of the data points p i and the data point p i The attachment (p i , q j ) is passed to the first effective distance determination unit 332.

また、データ点対応部235は、モデル点群Qの各モデル点qの各々について、当該データ点pと当該データ点pの最近傍点であるモデル点qとの対応付け(p,q)を、第2有効距離判定部437に渡す。 In addition, the data point correspondence unit 235 associates each model point q j of the model point group Q with the corresponding data point p i and the model point q j that is the closest point to the data point p i (p i , Q j ) is passed to the second effective distance determination unit 437.

第2有効距離判定部437は、データ点対応部235により対応付けられたモデル点pの座標とデータ点pの座標との距離が予め定めた第2閾値以上である場合に、対応付けを無効化する。 The second effective distance determination unit 437 associates the distance between the coordinate of the model point p i and the coordinate of the data point p i associated by the data point association unit 235 with a predetermined second threshold value or more. Invalidate.

具体的には、第2有効距離判定部437は、まず、モデル点qとデータ点pとの対応付け(p,q)の各々について、当該モデル点qと当該データ点pとの距離を算出する。 Specifically, the second effective distance determination unit 437 firstly, for each of the correspondence (p i , q j ) between the model point q j and the data point p i , the model point q j and the data point p. Calculate the distance from i .

次に、第2有効距離判定部437は、対応付け(p,q)の各々についての当該モデル点qと当該データ点pとの距離が、第2閾値以上であるか否かを判定する。 Next, the second effective distance determination unit 437 determines whether or not the distance between the model point q j and the data point p i for each of the associations (p i , q j ) is the second threshold value or more. To judge.

距離が第2閾値以上である場合、第2有効距離判定部437は、当該対応付け(p,q)を無効なものとし、以降の処理では用いないこととする。 If the distance is equal to or greater than the second threshold value, the second effective distance determination unit 437 invalidates the association (p i , q j ) and does not use it in the subsequent processing.

一方、距離が第2閾値以上でない場合、第2有効距離判定部437は、当該対応付け(p,q)を有効なものとする。 On the other hand, when the distance is not greater than or equal to the second threshold value, the second effective distance determination unit 437 makes the association (p i , q j ) valid.

そして、第2有効距離判定部437は、モデル点群Qに含まれるモデル点pの各々について、当該モデル点qと当該モデル点qの最近傍点であるデータ点pとの対応付け(p,q)のうち有効な対応付け(p,q)を、重み設定部240に渡す。 Then, the second effective distance determination unit 437 associates each model point p i included in the model point group Q with the model point q j and the data point p i that is the closest point to the model point q j. (p i, q j) effective mapping of the (p i, q j), and passes to the weight setting unit 240.

<本発明の第4の実施の形態に係る位置ずれ補正装置40の作用>
図11は、本発明の第4の実施の形態に係る点群の対応付け処理ルーチンを示すフローチャートである。なお、第1の実施の形態に係る点群の対応付け処理ルーチン、第2の実施の形態に係る点群の対応付け処理ルーチン、及び第3の実施の形態に係る点群の対応付け処理ルーチンと同様の処理については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
<Operation of the positional deviation correction device 40 according to the fourth embodiment of the present invention>
FIG. 11 is a flowchart showing a point cloud association processing routine according to the fourth embodiment of the present invention. It should be noted that the point cloud association processing routine according to the first embodiment, the point cloud association processing routine according to the second embodiment, and the point cloud association processing routine according to the third embodiment. The same processing as the above is denoted by the same reference numeral, and detailed description thereof will be omitted.

ステップS510において、第2有効距離判定部437は、モデル点qとデータ点pとの対応付け(p,q)の各々について、当該モデル点qと当該データ点pとの距離を算出する。 In step S510, the second effective distance determination unit 437 associates the model point q j with the data point p i for each of the correspondence (p i , q j ) between the model point q j and the data point p i . Calculate the distance.

ステップS520において、第2有効距離判定部437は、対応付け(p,q)の各々についての当該モデル点qと当該データ点pとの距離が、第2閾値以上であるか否かを判定する。 In step S520, the second effective distance determination unit 437 determines whether or not the distance between the model point q j and the data point p i for each of the associations (p i , q j ) is the second threshold value or more. To determine.

距離が第2閾値以上である場合(上記ステップS520のYES)ステップS530において、第2有効距離判定部437は、当該対応付け(p,q)を無効なものとし、ステップS305に進む。 When the distance is equal to or greater than the second threshold value (YES in step S520), in step S530, the second effective distance determination unit 437 invalidates the association (p i , q j ) and proceeds to step S305.

一方、距離が第2閾値以上でない場合(上記ステップS520のYES)、ステップS305に進む。 On the other hand, if the distance is not greater than or equal to the second threshold value (YES in step S520 above), the process advances to step S305.

以上説明したように、本発明の第4の実施の形態に係る位置ずれ補正装置によれば、モデル点群に含まれるモデル点の各々について、当該モデル点と、当該モデル点に対応付けられたデータ点との距離が予め定めた第2閾値以上か否かを判定し、当該距離が第2閾値以上である場合に、当該モデル点に対する対応付けを無効化するため、位置合わせの初期段階での誤った対応付けを抑制し、位置合わせの精度をより高めることができる。 As described above, according to the misregistration correction device according to the fourth embodiment of the present invention, each model point included in the model point group is associated with the model point and the model point. It is determined whether or not the distance to the data point is greater than or equal to a predetermined second threshold value, and if the distance is greater than or equal to the second threshold value, the correspondence with the model point is invalidated. It is possible to suppress erroneous correspondence of the above and further improve the accuracy of alignment.

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、上記実施の形態では、3次元の点群の場合について説明したが、これに限定されるものではない。2次元の点群を用いる構成としてもよい。 For example, in the above embodiment, the case of a three-dimensional point group has been described, but the present invention is not limited to this. A configuration using a two-dimensional point group may be used.

また、重み設定部140(240)は、対応付けられたデータ点群Pのデータ点pとモデル点群Qのモデル点qとの位置ずれが予め定めた第3閾値以下となる場合、又は判定部160による繰り返し回数が予め定めた第4閾値以上となる場合、重みの設定方法を変更する。 Further, the weight setting unit 140 (240), when the positional deviation between the data point p i of the associated data point group P and the model point q j of the model point group Q is equal to or less than a predetermined third threshold value, Alternatively, when the number of repetitions by the determination unit 160 is equal to or larger than the predetermined fourth threshold value, the weight setting method is changed.

また、判定部160が、予め定めた条件を満たさないと判定した場合、判定結果に基づいて、重み設定部140(240)に対し、重みの設定方法を変更するように指示する構成としてもよい。 Further, when the determination unit 160 determines that the predetermined condition is not satisfied, the weight setting unit 140 (240) may be instructed to change the weight setting method based on the determination result. .

具体的には、判定部160は、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々についての重み付き対応付け(p,q,w)の位置ずれの平均値が予め定めた第3閾値以下となる場合、又はカウンタsが予め定めた第4閾値以上となる場合のうち、予め定めた条件でない方の条件を満たした場合に、重み設定部140に対し、重みの設定方法(W1及びW2の値)を変更するように指示する。例えば、W2の値を大きくするように変更してもよい。 Specifically, the determination unit 160 determines that the average value of the positional deviations of the weighted associations (p i , q j , w i ) for each of the data points p i included in the data point group P is predetermined. When the value is equal to or less than 3 threshold values or when the counter s is equal to or higher than a predetermined fourth threshold value, the condition that is not the predetermined condition is satisfied, the weight setting unit 140 is configured to set the weight ( Instruct to change (values of W1 and W2). For example, you may change so that the value of W2 may be enlarged.

点群に欠落がある場合、対応付けが無効化されたままとなってしまう場合があるため、重みの値を変更することで、位置合わせへの寄与を変更し、精度を向上させるためである。 This is because when there is a missing point group, the association may remain invalidated, so changing the weight value changes the contribution to alignment and improves accuracy. .

また、重み設定部140及び重み設定部240は、重みを予め定めたW2に変更する構成としたが、これに限定されるものではない。 Further, although the weight setting unit 140 and the weight setting unit 240 are configured to change the weight to the predetermined W2, the present invention is not limited to this.

例えば、同一のモデル点qに対し、複数のデータ点pが対応している場合、又は同一のデータ点pに対し、複数のモデル点qが対応している場合には、wを10で割った値とする、重複数に応じた数で割った値とする等の方法により変更する構成としてもよい。 For example, when a plurality of data points p i correspond to the same model point q j , or when a plurality of model points q j correspond to the same data point p i , w It is also possible to adopt a configuration in which i is divided by 10, a value is divided by a number corresponding to the duplication number, or the like.

また、重み設定部240は、同一のモデル点qに対し、複数のデータ点pが対応している場合、又は同一のデータ点pに対し、複数のモデル点qが対応している場合のみ、重みの変更をする構成としたが、これに限定されるものではない。 In addition, the weight setting unit 240 determines that a plurality of data points p i correspond to the same model point q j , or a plurality of model points q j correspond to the same data point p i. The weight is changed only when the weight is changed, but the present invention is not limited to this.

例えば、重み設定部240は、データ点群Pに含まれるデータ点pの各々について、モデル点qとの対応付けを行った結果、当該データ点pと当該データ点pの最近傍点であるモデル点qとの対応付け(p,q)がある場合に、モデル点群Qに含まれるモデル点qの各々について、データ点pとの対応付けを行った結果、当該モデル点qと対応付けられたデータ点がデータ点pと異なる場合に、対応付けに不一致があると判定し、重み設定部240は、当該不一致となる対応付け(p,q)について、重みw=W3を付与し、重み付き対応付け(p,q,w)としてもよい。ここで、W3は予め定めた定数である。 For example, the weight setting unit 240 associates each of the data points p i included in the data point group P with the model point q j, and as a result, the data point p i and the nearest point of the data point p i . in a correspondence between model points q j (p i, q j ) if there is, for each of the model points q j in the model point group Q, results of correspondence between the data points p i, When the data point associated with the model point q j is different from the data point p i, it is determined that there is a disagreement in the association, and the weight setting unit 240 causes the weight setting unit 240 to associate (p i , q j). ), a weight w i =W3 may be given and weighted association (p i , q j , w i ) may be performed. Here, W3 is a predetermined constant.

また、本願明細書中において、プログラムが予めインストールされている実施形態として説明したが、当該プログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して提供することも可能である。 Further, in the specification of the present application, the embodiment in which the program is preinstalled has been described, but the program can be stored in a computer-readable recording medium and provided.

10 補正装置
20 補正装置
30 補正装置
40 補正装置
100 入力部
110 モデル点群記憶部
120 取得部
130 モデル点対応部
140 重み設定部
150 変換行列算出部
160 判定部
170 座標変換部
180 出力部
220 取得部
235 データ点対応部
240 重み設定部
270 座標変換部
332 第1有効距離判定部
437 第2有効距離判定部
10 correction device 20 correction device 30 correction device 40 correction device 100 input unit 110 model point group storage unit 120 acquisition unit 130 model point correspondence unit 140 weight setting unit 150 conversion matrix calculation unit 160 determination unit 170 coordinate conversion unit 180 output unit 220 acquisition Unit 235 Data point correspondence unit 240 Weight setting unit 270 Coordinate conversion unit 332 First effective distance determination unit 437 Second effective distance determination unit

Claims (8)

位置合わせの対象となるデータ点の座標の集合であるデータ点群の入力を受け付ける入力部と、
位置合わせの基準となるモデル点の座標の集合であるモデル点群を取得する取得部と、
前記データ点の座標及び前記モデル点の座標に基づいて、前記データ点群に含まれるデータ点の各々について、前記モデル点群に含まれるモデル点との対応付けを行うモデル点対応部と、
同一の前記モデル点に対し、前記データ点群に含まれる複数のデータ点が対応付けられた場合に、同一の前記モデル点と前記複数のデータ点の各々との対応付けの各々に対して所定の重みを設定する重み設定部と、
前記データ点群と前記モデル点群との対応付け、及び前記設定された前記所定の重みに基づいて、前記データ点群に含まれる前記データ点の座標を変換した場合に、変換後の前記データ点群と前記モデル点群との位置ずれが最小となる座標変換行列を算出する変換行列算出部と、
前記座標変換行列に基づいて、前記データ点群に含まれる前記データ点の座標を変換する座標変換部と、
予め定めた条件を満たすと判定されるまで、前記座標変換部による変換、前記モデル点対応部により対応付け、前記重み設定部による設定、及び前記変換行列算出部による算出を繰り返させる判定部と、
を含む位置ずれ補正装置。
An input unit that receives an input of a data point group, which is a set of coordinates of data points to be aligned,
An acquisition unit that acquires a model point group, which is a set of coordinates of model points serving as a reference for alignment,
Based on the coordinates of the data points and the coordinates of the model points, for each of the data points included in the data point group, a model point corresponding unit that associates with the model points included in the model point group,
When a plurality of data points included in the data point group are associated with the same model point, a predetermined value is set for each association of the same model point and each of the plurality of data points. A weight setting section for setting the weight of
When the coordinates of the data points included in the data point group are converted based on the correspondence between the data point group and the model point group, and the set predetermined weight, the converted data A conversion matrix calculation unit that calculates a coordinate conversion matrix that minimizes the positional deviation between the point group and the model point group;
A coordinate conversion unit that converts the coordinates of the data points included in the data point group based on the coordinate conversion matrix;
A determination unit that repeats the conversion by the coordinate conversion unit, the association by the model point correspondence unit, the setting by the weight setting unit, and the calculation by the conversion matrix calculation unit until it is determined that a predetermined condition is satisfied,
Misregistration correction device including.
前記変換行列算出部は、対応付けられた前記データ点の変換後の座標と前記モデル点の座標との距離、及び前記データ点と前記モデル点との対応付けに対する重みを用いて求められる、重み付きの距離の二乗和が最小となるように、前記座標変換行列を算出する
請求項1記載の位置ずれ補正装置。
The conversion matrix calculation unit is obtained by using the distance between the coordinates of the converted data points and the coordinates of the model points associated with each other, and the weight for the association between the data points and the model points. The positional deviation correction device according to claim 1, wherein the coordinate conversion matrix is calculated so that the sum of squares of the attached distances is minimized.
前記重み設定部は、一つの前記モデル点に対し、一つの前記データ点のみが対応付けられた場合に、前記モデル点と前記データ点との対応付けに対して一定の重みを設定し、同一の前記モデル点に対し、複数のデータ点が対応付けられた場合に、同一の前記モデル点と前記複数のデータ点の各々との対応付けの各々に対して、前記一定の重みより低い重みを設定する
請求項1又は2記載の位置ずれ補正装置。
The weight setting unit, when only one of the data points is associated with one of the model points, sets a certain weight for the association of the model point and the data point, and the same. When a plurality of data points are associated with the model point of, a lower weight than the constant weight is assigned to each of the association of the same model point and each of the plurality of data points. The position shift correction device according to claim 1 or 2, which is set.
前記モデル点の座標及び前記データ点の座標に基づいて、前記モデル点群に含まれるモデル点の各々について、前記データ点群に含まれるデータ点との対応付けを行うデータ点対応部
を更に含み、
前記重み設定部は、同一の前記データ点に対し、前記モデル点群に含まれる複数のモデル点が対応付けられた場合に、同一の前記データ点と前記複数のモデル点の各々との対応付けの各々に対して所定の重みを設定し、
前記判定部は、予め定めた条件を満たすと判定されるまで、前記座標変換部による変換、前記モデル点対応部による対応付け、前記データ点対応部による対応付け、前記重み設定部による設定、及び前記変換行列算出部による算出を繰り返させる
請求項1乃至3の何れか1項記載の位置ずれ補正装置。
A data point correspondence unit that associates each model point included in the model point group with a data point included in the data point group, based on the coordinates of the model point and the coordinates of the data point. ,
The weight setting unit associates the same data point with each of the plurality of model points when a plurality of model points included in the model point group are associated with the same data point. Set a predetermined weight for each of
Until the determination unit determines that a predetermined condition is satisfied, conversion by the coordinate conversion unit, association by the model point correspondence unit, association by the data point correspondence unit, setting by the weight setting unit, and The positional deviation correction device according to claim 1, wherein the calculation by the conversion matrix calculation unit is repeated.
前記モデル点対応部により対応付けられた前記データ点の座標と前記モデル点の座標との距離が予め定めた第1閾値以上である場合に、対応付けを無効化する第1有効距離判定部
請求項1乃至3の何れか1項記載の位置ずれ補正装置。
A first effective distance determination unit that invalidates the association when the distance between the coordinates of the data points and the coordinates of the model points associated by the model point association unit is equal to or greater than a first threshold value set in advance. The position shift correction device according to any one of items 1 to 3.
前記データ点対応部により対応付けられた前記モデル点の座標と前記データ点の座標との距離が予め定めた第2閾値以上である場合に、対応付けを無効化する第2有効距離判定部
請求項4記載の位置ずれ補正装置。
A second effective distance determination unit that invalidates the association when the distance between the coordinates of the model point and the coordinates of the data point associated by the data point association unit is equal to or greater than a second threshold value set in advance. Item 4. The position shift correction device according to item 4.
前記重み設定部は、対応付けられた前記データ点群のデータ点と前記モデル点群のモデル点との位置ずれが予め定めた第3閾値以下となる場合、又は前記判定部による繰り返し回数が予め定めた第4閾値以上となる場合、重みの設定方法を変更する
請求項1乃至4の何れか1項記載の位置ずれ補正装置。
The weight setting unit, when the positional deviation between the associated data points of the data point group and the model points of the model point group is equal to or less than a predetermined third threshold value, or the number of repetitions by the determination unit is set in advance. The positional deviation correction device according to claim 1, wherein a setting method of the weight is changed when the value is equal to or more than the determined fourth threshold value.
コンピュータを、
位置合わせの対象となるデータ点の座標の集合であるデータ点群の入力を受け付ける入力部、
位置合わせの基準となるモデル点の座標の集合であるモデル点群を取得する取得部、
前記データ点の座標及び前記モデル点の座標に基づいて、前記データ点群に含まれるデータ点の各々について、前記モデル点群に含まれるモデル点との対応付けを行うモデル点対応部、
同一の前記モデル点に対し、前記データ点群に含まれる複数のデータ点が対応付けられた場合に、同一の前記モデル点と前記複数のデータ点の各々との対応付けの各々に対して所定の重みを設定する重み設定部、
前記データ点群と前記モデル点群との対応付け、及び前記設定された前記所定の重みに基づいて、前記データ点群に含まれる前記データ点の座標を変換した場合に、変換後の前記データ点群と前記モデル点群との位置ずれが最小となる座標変換行列を算出する変換行列算出部、
前記座標変換行列に基づいて、前記データ点群に含まれる前記データ点の座標を変換する座標変換部、及び
予め定めた条件を満たすと判定されるまで、前記座標変換部による変換、前記モデル点対応部により対応付け、前記重み設定部による設定、及び前記変換行列算出部による算出を繰り返させる判定部
として機能させるためのプログラム。
Computer,
An input unit that receives an input of a data point group that is a set of coordinates of data points to be aligned,
An acquisition unit that acquires a model point group that is a set of coordinates of model points serving as a reference for alignment,
A model point corresponding unit that associates each of the data points included in the data point group with a model point included in the model point group based on the coordinates of the data points and the coordinates of the model points,
When a plurality of data points included in the data point group are associated with the same model point, a predetermined value is set for each association of the same model point and each of the plurality of data points. A weight setting unit that sets the weight of
When the coordinates of the data points included in the data point group are converted based on the correspondence between the data point group and the model point group, and the set predetermined weight, the converted data A conversion matrix calculation unit that calculates a coordinate conversion matrix that minimizes the positional deviation between the point group and the model point group,
A coordinate conversion unit for converting the coordinates of the data points included in the data point group based on the coordinate conversion matrix, and conversion by the coordinate conversion unit until the predetermined condition is satisfied, the model point A program that functions as a determination unit that repeats the association by the association unit, the setting by the weight setting unit, and the calculation by the conversion matrix calculation unit.
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