JP2023038285A - 判定装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】計測装置が計測した計測点群に基づき植生の存在を的確に判定することが可能な判定装置を提供する。
【解決手段】サーバ装置２は、空間を区切った領域であるボクセルごとに、１のボクセルに含まれる、ライダ３０等の計測装置が計測した物体の表面の計測点群の主成分を算出する。そして、サーバ装置２は、主成分分析の結果に基づき、計測点群が平面を形成する平面ボクセルＢｆを判定する。また、サーバ装置２は、主成分分析の結果に基づき、計測点群が柱状体を形成する柱状体ボクセルＢｐを判定する。そして、サーバ装置２は、計測点群を含むボクセルであって、平面ボクセルＢｆ又は柱状体ボクセルＢｐのいずれにも該当しないボクセルを、植生を含むボクセルである植生ボクセルＢｖとして判定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、地図の生成技術に関する。

従来から、車両に設置されたセンサの出力に基づき地図データを更新する技術が知られている。例えば、特許文献１には、計測した自車位置と地図データ上の走行位置との差分を表す誤差情報を位置情報と共にサーバに送信する車載装置と、受信された位置情報と誤差情報とを誤差データベースに格納し、誤差データベースに基づき位置情報ごとに更新の必要性を判定するサーバとを含む地図更新システムが開示されている。また、非特許文献１には、ライダなどから得られた計測点群を解析することで、木などの植生を構成する計測点群を認識する技術が開示されている。

特開２０１６－１８０９８０号公報

Fabrice Monnier, Bruno Vallet, Bahman Soheilian, TREES DETECTION FROM LASER POINT CLOUDS ACQUIRED IN DENSE URBAN AREAS BY A MOBILE MAPPING SYSTEM, [online], 2012, ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, ［平成３０年７月１４日検索］, インターネット〈URL：https://www.isprs-ann-photogramm-remote-sens-spatial-inf-sci.net/I-3/245/2012/isprsannals-I-3-245-2012.pdf〉

非特許文献１に記載の手法によれば、植生以外の特定の構造物の計測点群を検出した場合に、当該構造物の計測点群を、植生を構成する計測点群の候補から除外している。一方、非特許文献１に記載の手法では、垂直な平面を構成するビルなどの特定の構造物については検出できるものの、当該手法では補足しにくい構造物があり、このような構造物が存在する場合に、植生抽出の精度が低下するという問題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、計測装置が計測した計測点群に基づき植生の存在を的確に判定することが可能な判定装置を提供することを主な目的とする。

請求項に記載の発明は、判定装置であって、空間を区切った領域ごとに、１の領域に含まれる計測装置が計測した物体の表面の計測点群の主成分を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果に基づき、前記計測点群が所定の形状を形成する前記領域である第１領域を判定する第１判定手段と、前記計測点群を含む領域であって、前記第１領域に該当しない領域を、植生を含む第３領域として判定する第３判定手段と、を有する。

地図更新システムの概略構成である。 車載機及びサーバ装置のブロック構成を示す。 ボクセルデータの概略的なデータ構造の一例を示す。 ボクセルデータの生成処理に関するフローチャートである。 植生判定処理の手順を示すフローチャートである。 （Ａ）平面を含むボクセル内の計測点群の分布を概略的に示す。（Ｂ）隣接する候補ボクセルの配置例である。 （Ａ）壁面を含むボクセル内の計測点群の分布を概略的に示す。（Ｂ）隣接する候補ボクセルの配置例である。 （Ａ）柱状体を含むボクセル内の計測点群の分布を概略的に示す。（Ｂ）第１主成分の寄与率が所定値以上であって、第１主成分の分散が一様分布とは異なる分散であるボクセルの例を示す。 （Ａ）水平柱状体を含むボクセル内の計測点群の分布を概略的に示す。（Ｂ）隣接する候補ボクセルの配置例である。

本発明の好適な実施形態によれば、判定装置は、空間を区切った領域ごとに、１の領域に含まれる計測装置が計測した物体の表面の計測点群の主成分を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果に基づき、前記計測点群が平面を形成する前記領域である第１領域を判定する第１判定手段と、前記算出手段の算出結果に基づき、前記計測点群が柱状体を形成する前記領域である第２領域を判定する第２判定手段と、前記計測点群を含む領域であって、前記第１領域又は前記第２領域のいずれにも該当しない領域を、植生を含む第３領域として判定する第３判定手段と、を有する。「空間を区切った領域」とは、空間を所定の規則により分割した領域であり、例えば大きさが一定の直方体又は立方体である。また、「主成分」とは、主成分分析における主成分と同義であり、３次元空間の場合には分散が大きい順に第１主成分から第３主成分まで存在する。

この態様によれば、判定装置は、空間を区切った領域ごとに、計測点群の主成分を算出することで、計測点群が平面及び柱状体をそれぞれ形成する領域を的確に判定する。これにより、判定装置は、植生を含む領域を的確に判定することができる。

上記判定装置の一態様では、前記第１判定手段は、前記領域ごとの計測点群の第３主成分の分散に基づき、前記第１領域を判定する。この態様により、判定装置は、第１領域を的確に判定することができる。

上記判定装置の他の一態様では、前記第２判定手段は、前記領域ごとの計測点群の第１主成分の寄与率及び分散に基づき、前記第２領域を判定する。この態様により、判定装置は、第２領域を的確に判定することができる。

上記判定装置の他の一態様では、前記第１判定手段は、前記第３主成分の方向が鉛直方向に略一致する前記領域を、前記第１領域として判定する。この態様により、判定装置は、計測点群が地表面を形成する領域を第１領域として好適に判定することができる。

上記判定装置の他の一態様では、前記第１判定手段は、前記第３主成分の方向が水平方向に略一致する前記領域を、前記第１領域として判定する。この態様により、判定装置は、計測点群が壁面を形成する隣接領域を第１領域として好適に判定することができる。

上記判定装置の他の一態様では、前記第１判定手段は、前記第３主成分の方向が水平方向に略一致する前記領域であって、当該領域と前記第３主成分の方向が略一致又は略１８０°異なる領域と隣接する領域を、前記第１領域として判定する。この態様では、判定装置は、壁面は複数の領域にまたがって存在するという前提に基づき、計測点群が壁面を形成する領域を第１領域として的確に判定することができる。

上記判定装置の他の一態様では、前記第２判定手段は、前記領域ごとの計測点群の第１主成分の方向が鉛直方向に略一致する領域を、前記第２領域として判定する。この態様により、判定装置は、計測点群が垂直柱状体（鉛直方向に延びた柱状体）を形成する領域を第２領域として好適に判定することができる。

上記判定装置の他の一態様では、前記第２判定手段は、前記領域ごとの計測点群の第１主成分の方向が水平方向に略一致する領域を、前記第２領域として判定する。この態様により、判定装置は、計測点群が水平柱状体（水平方向に延びた柱状体）を形成する領域を第２領域として好適に判定することができる。

上記判定装置の他の一態様では、前記第１判定手段は、前記第１主成分の方向が水平方向に略一致する前記領域であって、当該領域と前記第１主成分の方向が略一致又は略１８０°異なる領域と隣接する領域を、前記第２領域として判定する。この態様では、判定装置は、水平柱状体は複数の領域にまたがって存在するという前提に基づき、計測点群が水平柱状体を形成する隣接領域を第２領域として的確に判定することができる。

上記判定装置の他の一態様では、前記第１判定手段は、前記算出手段の算出結果に基づき決定される前記第１領域の候補となる複数の第１候補領域のうち、１の第１候補領域について、他の第１候補領域が隣接する場合に、当該１の第１候補領域を前記第１領域として判定し、前記第２判定手段は、前記算出手段の算出結果に基づき決定される前記第２領域の候補となる複数の第２候補領域のうち、１の第２候補領域について、他の第２候補領域が隣接する場合に、当該１の第２候補領域を前記第２領域として判定する。この態様により、判定装置は、第１領域及び第２領域の判定の正確性を好適に向上させることができる。

本発明の他の好適な実施形態によれば、判定装置が実行する制御方法であって、空間を区切った領域ごとに、１の領域に含まれる計測装置が計測した物体の表面の計測点群の主成分を算出する算出工程と、前記算出工程での算出結果に基づき、前記計測点群が平面を形成する前記領域である第１領域を判定する第１判定工程と、前記算出工程での算出結果に基づき、前記計測点群が柱状体を形成する前記領域である第２領域を判定する第２判定工程と、前記計測点群を含む領域であって、前記第１領域又は前記第２領域のいずれにも該当しない領域を、植生を含む第３領域として判定する第３判定工程と、を有する。判定装置は、この制御方法を実行することで、植生を含む領域を的確に判定することができる。

本発明の他の好適な実施形態によれば、コンピュータが実行するプログラムであって、空間を区切った領域ごとに、１の領域に含まれる計測装置が計測した物体の表面の計測点群の主成分を算出する算出手段と、前記算出手段の算出結果に基づき、前記計測点群が平面を形成する前記領域である第１領域を判定する第１判定手段と、前記算出手段の算出結果に基づき、前記計測点群が柱状体を形成する前記領域である第２領域を判定する第２判定手段と、前記計測点群を含む領域であって、前記第１領域又は前記第２領域のいずれにも該当しない領域を、植生を含む第３領域として判定する第３判定手段として前記コンピュータを機能させる。コンピュータは、このプログラムを実行することで、植生を含む領域を的確に判定することができる。好適には、上記プログラムは、記憶媒体に記憶される。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

［地図更新システムの概要］
図１は、本実施例に係る地図更新システムの概略構成である。地図更新システムは、車両と共に移動する車載機１と、地図情報の配信を行うサーバ装置２と、を備える。なお、図１では、サーバ装置２と通信を行う車載機１及び車両が１組のみ表示されているが、実際には、異なる位置に複数の車載機１及び車両の組が存在する。

車載機１は、ライダ（Ｌｉｄａｒ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、または、Ｌａｓｅｒ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）などの外界センサ、ジャイロセンサや車速センサなどの内界センサと電気的に接続し、これらの出力に基づき、車載機１が搭載される車両の位置（「自車位置」とも呼ぶ。）の推定を行う。そして、車載機１は、自車位置の推定結果に基づき、設定された目的地への経路に沿って走行するように、車両の自動運転制御などを行う。車載機１は、ボクセルデータを含む地図データベース（ＤＢ：ＤａｔａＢａｓｅ）１０を記憶する。ボクセルデータは、３次元空間を複数の領域に分割した場合の各領域（「ボクセル」とも呼ぶ。）ごとに静止構造物の位置情報等を記録したデータである。ボクセルデータは、各ボクセル内の静止構造物の計測された計測点の点群データを正規分布により表したデータを含み、後述するように、ＮＤＴ（Ｎｏｒｍａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いたスキャンマッチングに用いられる。

車載機１は、ライダが出力する物体の表面の計測点を絶対座標系に変換した点群データと、当該点群データが属するボクセルに対応するボクセルデータとに基づき、ＮＤＴに基づくスキャンマッチングを行うことで、自車位置の推定を行う。また、車載機１は、上述の点群データを含む計測データ「Ｄ１」を、サーバ装置２へ送信する。また、車載機１は、サーバ装置２から地図ＤＢ１０に関する更新データ「Ｄ２」を受信することで、地図ＤＢ１０の更新を行う。

サーバ装置２は、複数の車両に対応する車載機１とデータ通信を行う。サーバ装置２は、複数の車両に対応する車載機１に配信するための配信地図ＤＢ２３を記憶し、配信地図ＤＢ２３には各ボクセルに対応するボクセルデータが含まれている。サーバ装置２は、車載機１から受信する計測データＤ１を蓄積し、蓄積した計測データＤ１に基づきボクセルデータを生成し、生成したボクセルデータに基づき配信地図ＤＢ２３を更新する。また、サーバ装置２は、生成したボクセルデータを含む更新データＤ２を車載機１へ送信する。サーバ装置２は、本発明における「判定装置」の一例である。

［車載機の構成］
図２（Ａ）は、車載機１の機能的構成を表すブロック図を示す。図２（Ａ）に示すように、車載機１は、主に、通信部１１と、記憶部１２と、センサ部１３と、入力部１４と、制御部１５と、出力部１６とを有する。通信部１１、記憶部１２、センサ部１３、入力部１４、制御部１５及び出力部１６は、バスラインを介して相互に接続されている。

通信部１１は、制御部１５の制御に基づき、制御部１５が生成した計測データＤ１をサーバ装置２へ送信したり、サーバ装置２から配信される更新データＤ２を受信したりする。また、通信部１１は、車両を制御するための信号を車両に送信したり、車両の状態に関する信号を車両から受信したりする。

記憶部１２は、制御部１５が実行するプログラムや、制御部１５が所定の処理を実行する為に必要な情報を記憶する。本実施例では、記憶部１２は、ボクセルデータを含む地図ＤＢ１０を記憶する。

センサ部１３は、ライダ３０と、カメラ３１と、ＧＰＳ受信機３２と、ジャイロセンサ３３と、速度センサ３４とを含む。ライダ３０は、水平方向および垂直方向の所定の角度範囲に対してパルスレーザを出射することで、外界に存在する物体までの距離を離散的に測定し、当該物体の位置を示す３次元の点群データを生成する。この場合、ライダ３０は、照射方向を変えながらレーザ光を照射する照射部と、照射したレーザ光の反射光（散乱光）を受光する受光部と、受光部が出力する受光信号に基づくスキャンデータを出力する出力部とを有する。スキャンデータは、受光部が受光したレーザ光に対応する照射方向と、上述の受光信号に基づき特定される当該レーザ光の応答遅延時間とに基づき生成される。ライダ３０は、本発明における「計測装置」の一例である。

入力部１４は、ユーザが操作するためのボタン、タッチパネル、リモートコントローラ、音声入力装置等であり、経路探索のための目的地を指定する入力、自動運転のオン及びオフを指定する入力などを受け付け、生成した入力信号を制御部１５へ供給する。出力部１６は、例えば、制御部１５の制御に基づき出力を行うディスプレイやスピーカ等である。

制御部１５は、プログラムを実行するＣＰＵなどを含み、車載機１の全体を制御する。例えば、制御部１５は、ライダ３０の出力データを絶対座標系に変換した点群データと、当該点群データが属するボクセルに対応するボクセルデータとに基づき、ＮＤＴに基づくスキャンマッチングを行うことで、自車位置の推定を行う。また、制御部１５は、通信部１１がサーバ装置２から受信した更新データＤ２に基づき、地図ＤＢ１０の更新を行う。

また、制御部１５は、ライダ３０から出力される点群データに基づき生成した計測データＤ１を、通信部１１によりサーバ装置２へ送信する。この場合、制御部１５は、例えば、ライダ３０から出力される計測点の点群データを、推定した自車位置及び車両に対するライダ３０の位置並びに姿勢の情報に基づき絶対座標系に変換し、変換後の点群データを計測データＤ１に含めて通信部１１によりサーバ装置２へ送信する。他の例では、制御部１５は、ライダ３０から出力される点群データ（所謂生データ）と、当該点群データを絶対座標系に変換するのに必要なデータ（上述の自車位置等）とを計測データＤ１に含めて通信部１１によりサーバ装置２へ送信する。後者の例では、サーバ装置２は、計測データＤ１に基づき、絶対座標系により表された計測点の点群データを生成する。

［サーバ装置の構成］
図２（Ｂ）は、サーバ装置２の概略構成を示す。図２（Ｂ）に示すように、サーバ装置２は、通信部２１と、記憶部２２と、制御部２５とを有する。通信部２１、記憶部２２、及び制御部２５は、バスラインを介して相互に接続されている。

通信部２１は、制御部２５の制御に基づき、車載機１と各種データの通信を行う。記憶部２２は、サーバ装置２の動作を制御するためのプログラムを保存したり、サーバ装置２の動作に必要な情報を保持したりする。また、記憶部２２は、配信地図ＤＢ２３と、複数の車載機１から送信される計測データＤ１に基づく物体の計測点の点群データを記録する計測点群ＤＢ２４とを記憶する。

制御部２５は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどを備え、サーバ装置２内の各構成要素に対して種々の制御を行う。本実施例では、制御部２５は、車載機１から通信部２１が受信する計測データＤ１を計測点群ＤＢ２４に蓄積し、蓄積した計測データＤ１に基づきボクセルデータを生成する。この場合、制御部２５は、ボクセルごとに、植生を含むボクセルであるか否かを判定し、その判定結果に基づき、後述する重み付け値及び植生フラグを生成してボクセルデータに含める。また、制御部２５は、生成したボクセルデータに基づく更新データＤ２を通信部２１により車載機１へ送信する。制御部２５は、本発明における「算出手段」、「第１判定手段」、「第２判定手段」、「第３判定手段」及びプログラムを実行する「コンピュータ」の一例である。

［ＮＤＴに基づくスキャンマッチング］
次に、本実施例におけるＮＤＴに基づくスキャンマッチングについて説明する。

まず、ＮＤＴに基づくスキャンマッチングに用いるボクセルデータについて説明する。図３は、ボクセルデータの概略的なデータ構造の一例を示す。

ボクセルデータは、ボクセル内の点群を正規分布で表現する場合のパラメータの情報を含み、本実施例では、図３に示すように、ボクセルＩＤと、ボクセル座標と、平均ベクトルと、共分散行列と、重み付け値と、植生フラグとを含む。ここで、「ボクセル座標」は、各ボクセルの中心位置などの基準となる位置の絶対的な３次元座標を示す。なお、各ボクセルは、空間を格子状に分割した立方体であり、予め形状及び大きさが定められているため、ボクセル座標により各ボクセルの空間を特定することが可能である。ボクセル座標は、ボクセルＩＤとして用いられてもよい。

「平均ベクトル」及び「共分散行列」は、対象のボクセル内での点群を正規分布で表現する場合のパラメータに相当する平均ベクトル及び共分散行列を示し、任意のボクセル「ｎ」内の任意の点「ｉ」の座標をＸ_ｎ（ｉ）＝［ｘ_ｎ（ｉ）、ｙ_ｎ（ｉ）、ｚ_ｎ（ｉ）］^Ｔと定義し、ボクセルｎ内での点群数を「Ｎ_ｎ」とすると、ボクセルｎでの平均ベクトル「μ_ｎ」及び共分散行列「Ｖ_ｎ」は、それぞれ以下の式（１）及び式（２）により表される。

「重み付け値」は、対象のボクセルのボクセルデータ（特に平均ベクトル及び共分散行列）の信頼度に応じた値に設定され、スキャンマッチングにおいて設定される対象のボクセルに対する重み付けの値を表す。また、本実施例では、植生を含むボクセルであると判定されたボクセル（「植生ボクセルＢｖ」とも呼ぶ。）に対する重み付け値は、他のボクセルに対する重み付け値よりも低く設定される。重み付け値は、本発明における「重み」の一例である。「植生フラグ」は、対象のボクセルが植生を含むボクセルであるか否かを示すフラグ情報である。

次に、ボクセルデータを用いたＮＤＴによるスキャンマッチングについて説明する。本実施例では、後述するように、車載機１は、ＮＤＴスキャンマッチングにより得られる評価関数の値（評価値）を、ボクセルデータに含まれる重み付け値を用いて重み付けして算出する。これにより、車載機１は、ＮＤＴスキャンマッチングに基づく位置推定精度を好適に向上させる。

車両を想定したＮＤＴによるスキャンマッチングは、道路平面（ここではｘｙ座標とする）内の移動量及び車両の向きを要素とした推定パラメータＰ＝［ｔ_ｘ、ｔ_ｙ、ｔ_ｚ、ｔ_ψ］^Ｔを推定することとなる。ここで、「ｔ_ｘ」は、ｘ方向の移動量を示し、「ｔ_ｙ」は、ｙ方向の移動量を示し、「ｔ_ｚ」は、ｚ方向の移動量を示し、「ｔ_ψ」は、ヨー角（ヨー方向の角度変化量）を示す。なお、ピッチ角、ロール角は、道路勾配や振動によって生じるものの、無視できる程度に小さい。

ライダ２により得られた計測点を絶対座標系に変換した点群データに対して、マッチングさせるべきボクセルとの対応付けを行った場合に、対応するボクセルｎでの任意の点の座標をＸ_Ｌ（ｉ）＝［ｘ_ｎ（ｉ）、ｙ_ｎ（ｉ）、ｚ_ｎ（ｉ）］^Ｔとする。そして、上述の推定パラメータＰを用い、Ｘ_Ｌ（ｉ）＝［ｘ_ｎ（ｉ）、ｙ_ｎ（ｉ）、ｚ_ｎ（ｉ）］^Ｔを座標変換すると、変換後の座標「Ｘ′_ｎ」は、以下の式（３）により表される。

そして、本実施例では、車載機１は、座標変換した点群と、ボクセルデータに含まれる平均ベクトルμ_ｎと共分散行列Ｖ_ｎとを用い、以下の式（４）により示されるボクセルｎの評価関数値「Ｅ_ｎ」を算出する。

ここで、「ｗ_ｎ」は、ボクセルｎに対する重み付け値を示す。式（４）により、重み付け値ｗ_ｎが大きいほど、評価関数Ｅ_ｎは大きい値となる。

また、車載機１は、式（４）により示されるボクセルごとの評価関数値（「個別評価関数値」とも呼ぶ。）の算出後、式（５）により示されるマッチングの対象となる全てのボクセルを対象とした総合的な評価関数値「Ｅ」（「総合評価関数値」とも呼ぶ。）を算出する。

「Ｍ」は、マッチングの対象となるボクセルの数を示す。

その後、車載機１は、ニュートン法などの任意の求根アルゴリズムにより総合評価関数値Ｅが最大となるとなる推定パラメータＰを算出する。そして、車載機１は、自律測位装置の出力等に基づき予測した自車位置「Ｘ^－」に対し、推定パラメータＰを適用することで、高精度な自車位置「Ｘ^＾」を推定する。

このように、車載機１は、各ボクセルに対し、それぞれのボクセルデータ（平均ベクトル、共分散行列）に対して植生ボクセルＢｖか否かに応じた重み付け値を乗じている。これにより、植生ボクセルＢｖの評価関数Ｅ_ｎが相対的に小さくなり、ＮＤＴマッチングによる位置推定精度が好適に向上する。

［植生ボクセルの判定］
次に、サーバ装置２がボクセルデータの生成時に実行する植生ボクセルＢｖの判定処理について説明する。概略的には、サーバ装置２は、計測点群ＤＢ２４に記録された計測点群に対してボクセルごとに主成分分析を行うことで平面又は柱状体の構造物を表すボクセルを判定し、平面又は柱状体のいずれの構造物にも該当しないボクセルを植生ボクセルＢｖとして判定する。

（１）処理フロー
図４は、サーバ装置２が実行するボクセルデータの生成処理に関するフローチャートである。サーバ装置２は、図４に示すフローチャートの処理を、所定のタイミングにおいて実行する。

まず、サーバ装置２は、計測点群ＤＢ２４に記録された各計測点が属するボクセルを認識し、上述した式（１）及び式（２）に基づき、ボクセルごとに計測点の平均ベクトル及び共分散行列を算出する（ステップＳ１０１）。

次に、サーバ装置２は、計測点を含む各ボクセルに対し、植生ボクセルＢｖであるか否かを判定する植生判定処理を実行する（ステップＳ１０２）。この植生判定処理の手順については図５のフローチャートを参照して後述する。

そして、サーバ装置２は、ステップＳ１０２での判定結果に基づき、ボクセルごとに重み付け値及び植生フラグを設定する（ステップＳ１０３）。例えば、サーバ装置２は、植生ボクセルＢｖとそれ以外のボクセルとに対してそれぞれ付与すべき重み付け値及び植生フラグの値を示す設定情報を予め記憶しておく。そして、サーバ装置２は、上述の設定情報を参照し、ステップＳ１０３で植生ボクセルＢｖと判定されたボクセルと、植生ボクセルＢｖ以外のボクセルとに対し、それぞれ異なる重み付け値及び植生フラグを付与する。

なお、サーバ装置２は、図５のフローチャートの処理の前処理として、計測点群ＤＢ２４に記録された計測点群から、動的物体を示す計測点群を除外する処理を実行してもよい。例えば、サーバ装置２は、歩行者や車両などの特定の動的物体を形成する計測点群を、形状や大きさ等に基づくパターンマッチングなどの処理に基づき特定し、特定した計測点群を計測点群ＤＢ２４から削除する。

図５は、図４のステップＳ１０２で実行する植生判定処理の手順を示すフローチャートである。

まず、サーバ装置２は、計測点群Ｄ２４に記録された計測点群に対してボクセルごとに主成分分析を実行する（ステップＳ２０１）。具体的には、サーバ装置２は、図４のステップＳ１０１で算出したボクセルごとの共分散行列から第１～第３主成分に対応する３組の固有値及び固有ベクトルを算出する。ここで、固有値は、各主成分の分散（即ち大きさ）を示し、固有ベクトルは、各主成分の方向を表す。従って、サーバ装置２は、最も大きい固有値及びこれに対応する固有ベクトルが第１主成分に対応し、２番目に大きい固有値及びこれに対応する固有ベクトルが第２主成分に対応し、残りの固有値及び固有ベクトルが第３主成分にそれぞれ対応するとみなす。なお、第１～第３主成分は互いに直交している。

そして、サーバ装置２は、ステップＳ２０１での主成分分析の結果に基づき、平面を形成するボクセル（「平面ボクセルＢｆ」とも呼ぶ。）を抽出する（ステップＳ２０２）。この平面ボクセルＢｐの抽出方法の詳細については後述する。さらに、サーバ装置２は、ステップＳ２０１での主成分分析の結果に基づき、柱状体を形成するボクセル（「柱状体ボクセルＢｐ」とも呼ぶ。）を抽出する（ステップＳ２０３）。この柱状体ボクセルＢｐの抽出方法の詳細については後述する。

そして、サーバ装置２は、計測点を含むボクセルのうち、平面ボクセルＢｆと柱状体ボクセルＢｐのいずれにも該当しない残余のボクセルを、植生ボクセルＢｖとして判定する（ステップＳ２０４）。ここで、植生ではない静的構造物は、その殆どが平面形状又は柱状体の形状から構成されており、出願人は、実験等においても、平面形状又は柱状体の形状を形成する計測点群のボクセルを除外したボクセルを植生ボクセルＢｖとみなすことで、植生ボクセルＢｖに対する良好な認識結果を得ている。

なお、平面ボクセルＢｆは、本発明における「第１領域」の一例であり、柱状体ボクセルＢｐは、本発明における「第２領域」の一例であり、植生ボクセルＢｖは、本発明における「第３領域」の一例である。

（２）平面ボクセルの抽出
次に、図５のステップＳ２０２で実行する平面ボクセルＢｆの抽出の具体的手法について説明する。本実施例では、サーバ装置２は、平面ボクセルＢｆを総合的に検出するための一般平面抽出処理に加えて、地表面を表すボクセルを個別に検出するための地表面抽出処理、及び壁面を表すボクセルを個別に検出するための壁面抽出処理をそれぞれ実行する。そして、サーバ装置２は、いずれかの処理において平面と判定されたボクセルを平面ボクセルＢｆとして認識する。

（２－１）一般平面抽出処理
一般平面抽出処理では、サーバ装置２は、第３主成分の大きさ（即ち第３主成分の固有値が示す分散）が所定値以下のボクセルを、平面ボクセルＢｆの候補となるボクセル（「候補ボクセル」とも呼ぶ。）として選定する。そして、サーバ装置２は、隣接する周辺ボクセルに他の候補ボクセルが存在する候補ボクセルを、平面ボクセルＢｆとみなす。平面ボクセルＢｆの候補となる候補ボクセルは、本発明における「第１候補領域」の一例である。

図６（Ａ）は、一般平面抽出処理により候補ボクセルとみなされるボクセル内の計測点群の分布を概略的に示す。なお、以後において、ｘ軸及びｙ軸は、水平面において直交する軸であり、ｚ軸は水平面と直交する軸（即ち鉛直方向に延びる軸）であるものとする。

図６（Ａ）の例では、計測点群は、楕円形状を形成するように平面的に分布しており、サーバ装置２は、主成分分析により、楕円形状の長軸方向を第１主成分、短軸方向を第２主成分、厚さ方向を第３主成分として抽出する。そして、この場合、サーバ装置２は、第３主成分の大きさに対応する固有値が所定値以下であると判断し、対象のボクセルを候補ボクセルとみなす。上述の所定値は、対象のボクセル内の物体が平面である場合に取り得る第３主成分の固有値の上限値であり、例えば実験等に基づき定められる。

図６（Ｂ）は、隣接する候補ボクセルの配置例である。サーバ装置２は、選定した各候補ボクセルに対し、対象の候補ボクセルを中心とする縦、横、高さそれぞれボクセル３個分の大きさの立方体領域内に存在するボクセルを周辺ボクセルとみなし、対象の候補ボクセル以外の他の候補ボクセルが周辺ボクセル内に存在するか否か判定する。そして、図６（Ｂ）の例では、斜め上方向に他の候補ボクセルが隣接して存在することから、サーバ装置２は、これらの候補ボクセルを平面ボクセルＢｆとみなす。

一般に、平面形状を有する物体は、複数のボクセルに渡って存在することが想定される。以上を勘案し、サーバ装置２は、候補ボクセルが隣接して存在する場合に限り、これらの候補ベクトルを平面ボクセルＢｆとみなす。これにより、サーバ装置２は、平面形状の物体を有しないボクセルを候補ボクセルとして誤選定した場合でも、隣接する他の候補ボクセルの有無に基づき、誤選定した候補ボクセルを平面ボクセルＢｆとみなすのを好適に抑制することができる。

（２－２）地表面抽出処理
サーバ装置２は、上述の一般平面抽出処理で抽出しきれない平面ボクセルＢｆを抽出するため、地表面抽出処理及び後述の壁面抽出処理を実行する。地表面抽出処理では、サーバ装置２は、第３主成分の方向とｚ軸とのなす角度が略０°又は略１８０°となるボクセルを候補ボクセルとして選定する。言い換えると、サーバ装置２は、第３主成分に対応する固有ベクトルが示す向きが鉛直方向と略一致するボクセルを候補ボクセルとして選定する。

一般に、地表面の計測点群の第３主成分の方向は、地表面の厚さ方向となり、鉛直方向と一致する。よって、サーバ装置２は、第３主成分に対応する固有ベクトルに基づき、地表面を構成するボクセルの候補となる候補ボクセルを好適に特定することができる。

さらに、サーバ装置２は、選定した候補ボクセルの各々について、隣接する周辺ボクセル（図６（Ｂ）参照）内に他の候補ボクセルが存在するか否か判定し、当該他の候補ボクセルが存在する場合に、対象の候補ボクセル（及び当該他の候補ボクセル）を平面ボクセルＢｆとみなす。一般に、地表面は、複数のボクセルに渡って存在することが想定される。よって、サーバ装置２は、地表面を有しないボクセルを候補ボクセルとして誤って選定した場合でも、隣接する他の候補ボクセルの有無に基づき、平面ボクセルＢｆを適切に選定することができる。

（２－３）壁面抽出処理
サーバ装置２は、壁面抽出処理として、第３主成分に対応する固有ベクトルが示す向きが水平方向と略一致するボクセルを候補ボクセルとして選定する。一般に、壁面は、地面に対して垂直に設けられるため、壁面を形成する計測点群の第３主成分の方向は水平方向に略一致する。よって、サーバ装置２は、第３主成分に対応する固有ベクトルに基づき、壁面を構成するボクセルの候補となる候補ボクセルを好適に特定することができる。

図７（Ａ）は、壁面を含むボクセル内の計測点群の分布を概略的に示す。図７（Ａ）に示すように、この場合、第３主成分の方向とｚ軸とのなす角度が略９０度となっている。言い換えると、第３主成分に対応する固有ベクトルが示す向きが水平方向と略一致している。よって、この場合、サーバ装置２は、第３主成分に対応する固有ベクトルが示す向きが水平方向と略一致していることから、対象のボクセルを候補ボクセルとして選定する。

また、サーバ装置２は、選定した候補ボクセルのうち、第３主成分の向きが同一又は１８０°異なる他の候補ボクセルが周辺ボクセル内に存在する候補ボクセルを、平面ボクセルＢｆとして選定する。一般に、壁面は、複数のボクセルにまたがって存在し、かつ、各ボクセル内の壁面の法線は平行となることが想定される。よって、サーバ装置２は、このように平面ボクセルＢｆを選定することで、平面ボクセルＢｆの誤選定を好適に抑制することができる。

図７（Ｂ）は、隣接する候補ボクセルの配置例である。サーバ装置２は、選定した各候補ボクセルに対し、対象の候補ボクセルを中心とする縦、横、高さそれぞれボクセル３個分の大きさの立方体領域内に存在する周辺ボクセル内において、第３主成分の向きが同一又は１８０度異なる他の候補ボクセルの存否を判定する。そして、図６（Ｂ）の例では、斜め方向において、第３主成分の向きが同一又は１８０度異なる他の候補ボクセルが隣接して存在することから、サーバ装置２は、これらの候補ボクセルを平面ボクセルＢｆとみなす。

（３）柱状体ボクセルの抽出
次に、図５のステップＳ２０３で実行する柱状体ボクセルＢｐの抽出の具体的手法について説明する。本実施例では、サーバ装置２は、柱状体ボクセルＢｐを総合的に検出するための一般柱状体抽出処理に加えて、鉛直方向に延びた柱状体である垂直柱状体を表すボクセルを個別に検出するための垂直柱状体抽出処理、及び水平方向に延びた柱状体である水平柱状体を表すボクセルを個別に検出するための水平柱状体抽出処理をそれぞれ実行する。そして、サーバ装置２は、いずれかの処理において柱状体と判定されたボクセルを柱状体ボクセルＢｐとして認識する。以後の説明において、「候補ボクセル」とは、柱状体ボクセルＢｐの候補となるボクセルを指すものとする。柱状体ボクセルＢｐの候補となる候補ボクセルは、本発明における「第２候補領域」の一例である。

（３－１）一般柱状体抽出処理
一般柱状体抽出処理では、サーバ装置２は、第１主成分の寄与率が所定値以上であって、かつ、第１主成分の分散が一様分布に近い分散であるボクセルを、候補ボクセルとして抽出する。

図８（Ａ）は、柱状体を含むボクセル内の計測点群の分布を概略的に示す。この場合、サーバ装置２は、例えば、第１～第３主成分の固有値の総和に対する第１主成分の固有値の割合を、第１主成分の寄与率として算出する。また、サーバ装置２は、例えば、第１主成分の分散が一様分布に近い分散であるか否かを、第１主成分の固有値が、「（ｂ－ａ）^２／１２」と所定値以内の差であるか否かにより判定する。なお、上述の「ｂ－ａ」は、第１主成分を座標軸とした座標における計測点群の最大値と最小値との差を指す。そして、サーバ装置２は、図８（Ａ）に示すボクセル内の計測点群に関し、第１主成分の寄与率が所定値以上であって、かつ、第１主成分の分散が一様分布に近い分散であると判断し、図８（Ａ）に示すボクセルを候補ボクセルとして選定する。上述の所定値は、対象のボクセル内の物体が柱状体である場合に取り得る第１主成分の寄与率の下限値であり、例えば実験等に基づき定められる。

図８（Ｂ）は、一般柱状体抽出処理において候補ボクセルと判定されないボクセルの例を示す。図８（Ｂ）に示すボクセル内の計測点群は、第１主成分の方向において一様分布とは異なる分布をしており、その結果、第１主成分の分散は、一様分布とは異なる分散値となっている。このように、サーバ装置２は、第１主成分の寄与率に関する条件に加えて、第１主成分の分散に関する条件を設けることで、図８（Ｂ）に示されるようなボクセルを候補ボクセルとして選定するのを好適に防ぐことができる。

また、サーバ装置２は、選定した候補ボクセルの各々について、隣接する周辺ボクセル内に他の候補ボクセルが存在するか否か判定し、当該他の候補ボクセルが存在する場合に、対象の候補ボクセル（及び当該他の候補ボクセル）を柱状体ボクセルＢｐとみなす。一般に、柱状体は、複数のボクセルに渡って存在することが想定される。よって、サーバ装置２は、柱状体を有しないボクセルを候補ボクセルとして誤って選定した場合でも、隣接する他の候補ボクセルの有無に基づき、柱状体ボクセルＢｐの誤選定を好適に抑制する。

（３－２）垂直柱状体抽出処理
サーバ装置２は、上述の一般柱状体抽出処理で抽出しきれない柱状体ボクセルＢｐを抽出するため、垂直柱状体抽出処理及び後述の水平柱状体抽出処理を実行する。垂直柱状体抽出処理では、サーバ装置２は、第１主成分の方向とｚ軸とのなす角が略０°又は略１８０°となるボクセルを候補ボクセルとして選定する。言い換えると、サーバ装置２は、第１主成分に対応する固有ベクトルが示す向きが鉛直方向に略一致するボクセルを候補ボクセルとして選定する。

一般に、垂直柱状体の計測点群の第１主成分の方向は、地表面に対して垂直であり、鉛直方向に一致する。よって、サーバ装置２は、第１主成分に対応する固有ベクトルに基づき、垂直柱状体を構成するボクセルの候補となる候補ボクセルを好適に特定することができる。

さらに、サーバ装置２は、選定した候補ボクセルの各々について、隣接する周辺ボクセル（図６（Ｂ）参照）内に他の候補ボクセルが存在するか否か判定し、当該他の候補ボクセルが存在する場合に、対象の候補ボクセル（及び当該他の候補ボクセル）を柱状体ボクセルＢｐとみなす。一般に、垂直柱状体は、複数のボクセルに渡って存在することが想定される。よって、サーバ装置２は、垂直柱状体を有しないボクセルを候補ボクセルとして誤って選定した場合でも、隣接する他の候補ボクセルの有無に基づき、柱状体ボクセルＢｐを適切に選定することができる。

（３－３）水平柱状体抽出処理
サーバ装置２は、水平柱状体抽出処理として、第１主成分に対応する固有ベクトルが示す向きが水平方向と略一致するボクセルを候補ボクセルとして選定する。一般に、水平柱状体は、水平方向に延在するため、水平柱状体を形成する計測点群の第１主成分の方向は水平方向に略一致する。よって、サーバ装置２は、第１主成分に対応する固有ベクトルに基づき、水平柱状体を構成するボクセルの候補となる候補ボクセルを好適に特定することができる。

図９（Ａ）は、水平柱状体を含むボクセル内の計測点群の分布を概略的に示す。図９（Ａ）に示すように、この場合、第１主成分の方向とｚ軸とのなす角度が略９０°となっている。言い換えると、第１主成分に対応する固有ベクトルが示す向きが水平方向と略一致している。よって、サーバ装置２は、図９（Ａ）に示すボクセルを候補ボクセルとして選定する。

また、サーバ装置２は、選定した各候補ボクセルに対し、第１主成分の向きが同一又は１８０°異なる他の候補ボクセルが周辺ボクセル内に存在するか否か判定し、当該他の候補ボクセルが存在する場合には、対象の候補ベクトル（及び当該他の候補ボクセル）を柱状体ボクセルＢｐとみなす。

図９（Ｂ）は、隣接する候補ボクセルの配置例である。サーバ装置２は、選定した各候補ボクセルに対し、対象の候補ボクセルを中心とする縦、横、高さそれぞれボクセル３個分の大きさの立方体領域内に存在する周辺ボクセル内において、第１主成分の向きが同一又は１８０度異なる他の候補ボクセルの存否を判定する。そして、図９（Ｂ）の例では、ｘ軸方向において、第１主成分の向きが略同一又は略１８０°異なる他の候補ボクセルが隣接して存在することから、サーバ装置２は、これらの候補ボクセルを柱状体ボクセルＢｐとみなす。一般に、水平柱状体は、複数のボクセルに渡って存在し、かつ、各ボクセル内の水平柱状体は同一の向きに延在することが想定される。よって、サーバ装置２は、上述の判定に基づき柱状体ボクセルＢｐを選定することで、水平柱状体を有しないボクセルを候補ボクセルとして誤って選定した場合でも、柱状体ボクセルＢｐを的確に選定することができる。

以上説明したように、本実施例に係るサーバ装置２は、空間を区切った領域であるボクセルごとに、１のボクセルに含まれる、ライダ３０等の計測装置が計測した物体の表面の計測点群の主成分を算出する。そして、サーバ装置２は、主成分分析の結果に基づき、計測点群が平面を形成する平面ボクセルＢｆを判定する。また、サーバ装置２は、主成分分析の結果に基づき、計測点群が柱状体を形成する柱状体ボクセルＢｐを判定する。そして、サーバ装置２は、計測点群を含むボクセルであって、平面ボクセルＢｆ又は柱状体ボクセルＢｐのいずれにも該当しないボクセルを、植生を含むボクセルである植生ボクセルＢｖとして判定する。これにより、サーバ装置２は、植生ボクセルＢｖを的確に判定し、ボクセルデータの重み付け値や植生フラグを適切に設定することができる。

［変形例］
以下、実施例に好適な変形例について説明する。以下の変形例は、組み合わせて実施例に適用してもよい。

（変形例１）
車載機１は、サーバ装置２に代えて、植生判定処理を実行してもよい。この場合、車載機１は、例えば、ライダ３０が出力する計測点を絶対座標系に変換した点群データに対して、図４のステップＳ１０１の処理及び図５に示す植生判定処理を実行することで、植生ボクセルＢｖを判定する。そして、車載機１は、判定した植生ボクセルＢｖの情報を計測データＤ１に含めてサーバ装置２へ送信する。この場合、サーバ装置２は、車載機１から受信した計測データＤ１に基づきボクセルデータの重み付け値や植生フラグの生成及び更新を行うことができる。本変形例では、車載機１は、本発明における「判定装置」の一例である。

また、さらに別の例では、車載機１は、サーバ装置２に代えて、図４に示すボクセルデータ生成処理の全体を実行してもよい。この場合、まず、車載機１は、ライダ３０が出力する計測点を絶対座標系に変換した点群データに対して、図４のステップＳ１０１の処理及び図５に示す植生判定処理を実行することで、植生ボクセルＢｖを判定する。そして、車載機１は、植生判定処理の判定結果に基づき、図４のステップＳ１０３に相当する処理であるボクセルデータの重み付け値や植生フラグの生成及び更新を行う。

（変形例２）
ボクセルデータは、図３に示すように、平均ベクトルと共分散行列とを含むデータ構造に限定されない。例えば、ボクセルデータは、平均ベクトルと共分散行列を算出する際に用いられる計測整備車両の計測データを絶対座標系に変換した点群データをそのまま含んでいてもよい。この場合、車載機１は、ＮＤＴによるスキャンマッチングに限定されず、ＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ）などの他のスキャンマッチングを適用して自車位置推定を行ってもよい。

（変形例３）
車載機１に相当する機能が車両に内蔵されていてもよい。この場合、車両の電子制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、車両のメモリに記憶されたプログラムを実行することで、車載機１の制御部１５に相当する処理を実行する。

１ 車載機
２ サーバ装置
１０ 地図ＤＢ
２３ 配信地図ＤＢ
２４ 計測点群ＤＢ
１１、２１ 通信部
１２、２２ 記憶部
１５、２５ 制御部
１３ センサ部
１４ 入力部
１６ 出力部

Claims (1)

1. 計測装置が計測した物体の表面の計測点群の主成分を算出する算出手段と、
   前記算出手段の算出結果に基づき、前記計測点群が所定の形状を形成する領域である第１領域を判定する第１判定手段と、
   前記計測点群を含む領域であって、前記第１領域に該当しない領域を、植生を含む第３領域として判定する第３判定手段と、
   を有する判定装置。

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