JP2023135106A - Information processor, control method, program and storage medium - Google Patents

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JP2023135106A JP2022040139A JP2022040139A JP2023135106A JP 2023135106 A JP2023135106 A JP 2023135106A JP 2022040139 A JP2022040139 A JP 2022040139A JP 2022040139 A JP2022040139 A JP 2022040139A JP 2023135106 A JP2023135106 A JP 2023135106A
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Shin Matsuzaki
正浩 加藤
Masahiro Kato
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Abstract

To provide an information processor which can suitably calculate a normal line of a measured point measured by a measurement device.SOLUTION: A controller 13 of an information processor 1 mainly includes acquisition means, normal line calculation range setting means, and normal line calculation means. The acquisition means acquires measurement data which is a set of data indicating a plurality of measured points measured by a measurement device. The normal line calculation range setting means sets a normal line calculation range for generating a point set of the measurement points used in calculation of the respective normal lines of the measured points, on the basis of a measurement distance indicated by the measurement data. The normal line calculation means calculates the respective normal lines of the measured points, on the basis of the normal line calculation range.SELECTED DRAWING: Figure 18

Description

本開示は、計測データの処理に関する。 The present disclosure relates to processing of measurement data.

従来から、船舶の接岸(着岸)に関する支援を行う技術が知られている。例えば、特許文献1には、船舶の自動接岸を行う自動接岸装置において、ライダから照射される光が接岸位置の周囲の物体に反射してライダにより受光できるように、船舶の姿勢を変化させる制御を行う手法が記載されている。 BACKGROUND ART Conventionally, techniques for providing support for berthing (berthing) of ships have been known. For example, Patent Document 1 discloses, in an automatic berthing device that automatically berths a ship, control that changes the attitude of the ship so that light emitted from a lidar is reflected by objects around the berthing position and received by the lidar. The method to do this is described.

特開2020-59403号公報JP2020-59403A

一般的に、岸壁は平地である地面部分(上面)と、地面と海とを隔てる垂直壁部分(側面)とで構成される。そのとき、面を抽出するには計測した点群データから計算した法線情報を基にすることが望ましい。一方、例えばライダの場合、遠距離からでは計測した点群が疎になり、近距離からでは計測した点群が密になる測距特性を持つため、被計測点の距離によっては法線計算の精度が悪化もしくは計算不可となる可能性があった。 Generally, a quay consists of a flat ground portion (top surface) and a vertical wall portion (side surface) that separates the ground from the sea. At this time, in order to extract the surface, it is desirable to use normal information calculated from the measured point cloud data as the basis. On the other hand, for example, in the case of lidar, the point cloud measured from a long distance is sparse, and the point cloud measured from a short distance is dense, so depending on the distance of the measured point, the normal calculation may be difficult. There was a possibility that the accuracy would deteriorate or calculation would become impossible.

本開示は、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被計測点の法線を好適に算出可能な情報処理装置を提供することを主な目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and its main purpose is to provide an information processing device that can suitably calculate the normal line of a measured point measured by a measuring device. .

請求項に記載の発明は、
計測装置により計測された複数の被計測点を表すデータの集合である計測データを取得する取得手段と、
前記計測データが示す計測距離に基づき、前記被計測点の各々の法線の算出に用いる前記被計測点の点集合を生成するための法線算出範囲を設定する法線算出範囲設定手段と、
前記法線算出範囲に基づき、前記被計測点の各々の法線を算出する法線算出手段と、
を有する情報処理装置である。
The claimed invention is:
acquisition means for acquiring measurement data that is a collection of data representing a plurality of measured points measured by the measurement device;
normal line calculation range setting means for setting a normal line calculation range for generating a point set of the measured points to be used for calculating the normal line of each of the measured points, based on the measurement distance indicated by the measurement data;
normal line calculation means for calculating the normal line of each of the measured points based on the normal line calculation range;
This is an information processing device having:

また、請求項に記載の発明は、
コンピュータが実行する制御方法であって、
計測装置により計測された複数の被計測点を表すデータの集合である計測データを取得し、
前記計測データが示す計測距離に基づき、前記被計測点の各々の法線の算出に用いる前記被計測点の点集合を生成するための法線算出範囲を設定し、
前記法線算出範囲に基づき、前記被計測点の各々の法線を算出する、
制御方法である。
In addition, the claimed invention is
A control method executed by a computer,
Obtain measurement data, which is a collection of data representing multiple measured points measured by a measuring device,
Based on the measurement distance indicated by the measurement data, setting a normal calculation range for generating a point set of the measurement points used for calculating the normal of each of the measurement points,
calculating a normal to each of the measured points based on the normal calculation range;
This is a control method.

また、請求項に記載の発明は、
計測装置により計測された複数の被計測点を表すデータの集合である計測データを取得し、
前記計測データが示す計測距離に基づき、前記被計測点の各々の法線の算出に用いる前記被計測点の点集合を生成するための法線算出範囲を設定し、
前記法線算出範囲に基づき、前記被計測点の各々の法線を算出する処理をコンピュータに実行させるプログラムである。
In addition, the claimed invention is
Obtain measurement data, which is a collection of data representing multiple measured points measured by a measuring device,
Based on the measurement distance indicated by the measurement data, setting a normal calculation range for generating a point set of the measurement points used for calculating the normal of each of the measurement points,
This is a program that causes a computer to execute a process of calculating a normal line of each of the points to be measured based on the normal line calculation range.

運航支援システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a navigation support system. 情報処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the hardware configuration of an information processing device. 実施例における処理概要を表すフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart showing the process outline in an Example. 接岸パラメータの算出処理の概要を示す図である。It is a figure showing an outline of calculation processing of a berthing parameter. (A)対象船舶の船体を基準とした船舶座標系の一例を示す。(B)法線ベクトルを明示した構造物の斜視図である。(A) An example of a ship coordinate system based on the hull of the target ship is shown. (B) It is a perspective view of a structure clearly showing a normal vector. (A)検出対象となる岸壁が比較的遠くに存在する場合の対象船舶及び岸壁の正面図である。(B)検出対象となる岸壁が比較的近くに存在する場合の対象船舶及び岸壁の正面図である。(A) It is a front view of a target ship and a quay when a quay serving as a detection target exists relatively far away. (B) It is a front view of a target ship and a quay when a quay serving as a detection target exists relatively nearby. (A)30m地点での点間距離と法線算出半径との関係を示した1m正方形内での被計測点の配列を示す。(B)法線算出半径を「y」とした場合の注目点の計測距離xに応じた1次式を表している。(A) An arrangement of measured points within a 1 m square showing the relationship between the distance between points at a 30 m point and the calculated normal radius. (B) represents a linear equation according to the measured distance x of the point of interest when the normal calculation radius is “y”. (A)平坦性が高い岸壁側面の各被計測点に対する法線を矢印により示した図である。(B)凹凸がある岸壁側面の各被計測点に対する法線を矢印により示した図である。(A) A diagram showing normal lines to each measured point on the side surface of a quay wall with high flatness using arrows. (B) It is a figure showing the normal line to each measured point of the quay wall side surface with an unevenness|corrugation by the arrow. (A)~(C)防舷材が設けられた岸壁の側面点を明示した図である。(A) to (C) are diagrams clearly showing the side points of the quay where fenders are installed. 同一面統合処理に用いる面間距離の概要を表す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an overview of inter-plane distances used in same-plane integration processing. 面積非壁面除去処理の概要を表す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an overview of area non-wall surface removal processing. (A)第1疑似面積算出手法の概要を示す。(B)第2疑似面積算出手法の概要を示す。(A) An overview of the first pseudo area calculation method is shown. (B) An overview of the second pseudo area calculation method is shown. (A)側面の壁面候補クラスタと上面の壁面候補クラスタが夫々3個存在する場合の岸壁の斜視図を示す。(B)最終的に上面と側面とに対応する壁面候補を明示した岸壁の斜視図を示す。(A) A perspective view of a quay when there are three wall candidate clusters on the side and three wall candidate clusters on the top. (B) A perspective view of the quay clearly showing wall surface candidates corresponding to the top surface and the side surface. 上面存在範囲を明示した岸壁の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the quay clearly showing the upper surface existing range. (A)(B)上面及び側面に対する壁面候補クラスタを夫々選択する手順(b)~(d)を示す図である。(A) and (B) are diagrams showing procedures (b) to (d) for selecting wall surface candidate clusters for the top and side surfaces, respectively. (A)岸壁上の被計測点の分類結果を示す図である。(B)境界点判定処理後の被計測点の分類結果を示す図である。(A) It is a figure which shows the classification result of the measured point on a quay. (B) It is a figure which shows the classification result of the measured point after a boundary point determination process. (A)(B)境界点判定処理の概要を示す図である。(A) and (B) are diagrams showing an overview of boundary point determination processing. 法線算出処理のフローチャートの一例である。This is an example of a flowchart of normal line calculation processing. 壁面向き判定処理のフローチャートの一例である。This is an example of a flowchart of wall orientation determination processing. 分散非壁面除去処理及び同一面統合処理のフローチャートの一例である。It is an example of a flowchart of distributed non-wall surface removal processing and same surface integration processing. 面積非壁面除去処理のフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart of area non-wall surface removal processing. 最適壁面選択処理のフローチャートの一例である。It is an example of a flowchart of optimal wall surface selection processing. 境界点判定処理のフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart of a boundary point determination process. 第1適用例の概要を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an overview of a first application example. 第1適用例の概要を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an overview of a first application example. 第2適用例の概要を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an outline of a second application example. 第2適用例の概要を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an outline of a second application example. 第3適用例の概要を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an outline of a third application example. 第3適用例の概要を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an outline of a third application example. 岸壁検出信頼度の算出例を示すテーブルである。It is a table showing an example of calculation of quay detection reliability.

本開示における好適な実施形態によれば、情報処理装置は、計測装置により計測された複数の被計測点を表すデータの集合である計測データを取得する取得手段と、前記計測データが示す計測距離に基づき、前記被計測点の各々の法線の算出に用いる前記被計測点の点集合を生成するための法線算出範囲を設定する法線算出範囲設定手段と、前記法線算出範囲に基づき、前記被計測点の各々の法線を算出する法線算出手段と、を有する。この態様によれば、情報処理装置は、計測装置により計測された被計測点の各々の法線を好適に算出することができる。 According to a preferred embodiment of the present disclosure, an information processing device includes an acquisition unit that acquires measurement data that is a collection of data representing a plurality of measured points measured by a measurement device, and a measurement distance indicated by the measurement data. a normal calculation range setting means for setting a normal calculation range for generating a point set of the measurement points used for calculating the normal of each of the measurement points, based on the normal calculation range; , normal line calculating means for calculating the normal line of each of the measured points. According to this aspect, the information processing device can suitably calculate the normal line of each measured point measured by the measuring device.

上記情報処理装置の一態様では、前記法線算出範囲設定手段は、前記計測距離が長いほど、前記法線算出範囲を大きくする。この態様により、情報処理装置は、計測装置により計測された被計測点の各々の法線を好適に算出することができる。 In one aspect of the information processing device, the normal line calculation range setting unit increases the normal line calculation range as the measured distance is longer. With this aspect, the information processing device can suitably calculate the normal line of each of the measurement points measured by the measurement device.

上記情報処理装置の他の一態様では、情報処理装置は、前記法線に基づき前記被計測点のクラスタリングを行うクラスタリング手段と、前記クラスタリングにより形成された前記被計測点のクラスタの各々が岸壁の候補であるか否かを、当該クラスタ内での前記法線のばらつきの度合いに基づき判定する判定手段と、を有する。この態様により、情報処理装置は、平面性が高い岸壁の壁面の被計測点を、岸壁の候補として好適に検出することができる。 In another aspect of the information processing device, the information processing device includes a clustering unit for clustering the measured points based on the normal line, and a clustering unit that clusters the measured points based on the normal line, and each of the clusters of the measured points formed by the clustering. and determining means for determining whether or not the cluster is a candidate based on the degree of variation in the normal line within the cluster. According to this aspect, the information processing device can suitably detect a measurement point on the wall surface of the quay that has high flatness as a candidate for the quay.

上記情報処理装置の他の一態様では、情報処理装置は、前記法線に基づき前記被計測点のクラスタリングを行うクラスタリング手段と、前記クラスタリングにより形成された前記被計測点のクラスタの各々に近似した面を推定し、当該面同士の距離に基づき、前記クラスタの統合の要否を判定する判定手段と、を有する。この態様により、情報処理装置は、障害物等により分断されたクラスタなどの統合の要否を好適に判定することができる。 In another aspect of the information processing device, the information processing device includes a clustering unit that performs clustering of the measured points based on the normal line, and a clustering unit that clusters the measured points based on the normal line; and determining means for estimating surfaces and determining whether or not the clusters need to be integrated based on the distance between the surfaces. According to this aspect, the information processing apparatus can suitably determine whether or not it is necessary to integrate clusters separated by obstacles or the like.

上記情報処理装置の他の一態様では、情報処理装置は、前記法線に基づき前記被計測点のクラスタリングを行うクラスタリング手段と、前記クラスタリングにより形成された前記被計測点のクラスタの各々が岸壁の候補であるか否かを、当該クラスタを形成する前記被計測点の点数及び前記クラスタの面積に基づき判定する判定手段と、を有する。この態様により、情報処理装置は、岸壁の候補となるクラスタを的確に判定することが可能となる。 In another aspect of the information processing device, the information processing device includes a clustering unit for clustering the measured points based on the normal line, and a clustering unit that clusters the measured points based on the normal line, and each of the clusters of the measured points formed by the clustering. and determining means for determining whether or not the object is a candidate based on the number of points to be measured forming the cluster and the area of the cluster. This aspect allows the information processing device to accurately determine clusters that are candidates for quays.

上記情報処理装置の他の一態様では、情報処理装置は、前記法線に基づき前記被計測点のクラスタリングを行うクラスタリング手段と、前記クラスタリングにより形成された、岸壁の上面の候補となる前記被計測点のクラスタのうち、所定の存在範囲内に存在し、かつ、最も低い位置に存在するクラスタを、前記上面を表すクラスタと判定する判定手段と、を有する。この態様により、情報処理装置は、岸壁の上面を表す被計測点のクラスタを的確に判定することが可能となる。 In another aspect of the information processing device, the information processing device includes a clustering unit that clusters the measured points based on the normal line, and a clustering unit that clusters the measured points based on the normal, and the measured points that are candidates for the top surface of the quay formed by the clustering. A determining means is provided for determining, among the clusters of points, a cluster that exists within a predetermined existence range and that exists at the lowest position as a cluster representing the upper surface. This aspect allows the information processing device to accurately determine the cluster of measured points representing the top surface of the quay.

上記情報処理装置の他の一態様では、前記判定手段は、前記クラスタリングにより形成された、岸壁の側面の候補となる前記被計測点のクラスタのうち、前記上面を表すクラスタよりも低い位置に存在し、かつ、前記計測装置に最も近くに存在するクラスタを、前記側面を表すクラスタと判定する。この態様により、情報処理装置は、岸壁の側面を表す被計測点のクラスタを的確に判定することが可能となる。 In another aspect of the information processing device, the determination means is located at a position lower than the cluster representing the top surface of the cluster of the measured points that are candidates for the side surface of the quay formed by the clustering. Then, the cluster closest to the measuring device is determined to be the cluster representing the side surface. This aspect allows the information processing device to accurately determine clusters of measured points representing the side surfaces of the quay.

上記情報処理装置の他の一態様では、情報処理装置は、前記法線に基づき、前記被計測点の各々が、岸壁が計測された壁面点又は前記岸壁以外が計測された非壁面点のいずれであるか分類する分類手段を有し、前記分類手段は、前記壁面点の間に存在する前記非壁面点を、当該非壁面点と前記壁面点との最短距離に基づき、前記壁面点として再分類する。この態様により、情報処理装置は、法線の向きだけでは正確な分類が難しい、岸壁の上面と側面との境界付近の被計測点の分類を、的確に実行することができる。 In another aspect of the information processing device, the information processing device determines whether each of the measured points is a wall point where a quay is measured or a non-wall point where an area other than the quay is measured, based on the normal line. The classification means classifies the non-wall point existing between the wall points as the wall point based on the shortest distance between the non-wall point and the wall point. Classify. With this aspect, the information processing device can accurately classify the measured points near the boundary between the top surface and the side surface of the quay, which is difficult to classify accurately based only on the direction of the normal line.

本開示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制御方法であって、計測装置により計測された複数の被計測点を表すデータの集合である計測データを取得し、前記計測データが示す計測距離に基づき、前記被計測点の各々の法線の算出に用いる前記被計測点の点集合を生成するための法線算出範囲を設定し、前記法線算出範囲に基づき、前記被計測点の各々の法線を算出する。コンピュータは、この制御方法を実行することで、計測装置により計測された被計測点の各々の法線を好適に算出することができる。 According to another preferred embodiment of the present disclosure, there is provided a control method executed by a computer, in which measurement data, which is a set of data representing a plurality of measured points measured by a measuring device, is acquired, and the measurement data Based on the measurement distance indicated by Calculate the normal line of each measurement point. By executing this control method, the computer can suitably calculate the normal line of each point to be measured measured by the measuring device.

本開示の他の好適な実施形態によれば、プログラムは、計測装置により計測された複数の被計測点を表すデータの集合である計測データを取得し、前記計測データが示す計測距離に基づき、前記被計測点の各々の法線の算出に用いる前記被計測点の点集合を生成するための法線算出範囲を設定し、前記法線算出範囲に基づき、前記被計測点の各々の法線を算出する処理をコンピュータに実行させるプログラムである。コンピュータは、このプログラムを実行することで、計測装置により計測された被計測点の各々の法線を好適に算出することができる。好適には、上記プログラムは、記憶媒体に記憶される。 According to another preferred embodiment of the present disclosure, the program acquires measurement data that is a collection of data representing a plurality of measured points measured by a measuring device, and based on the measurement distance indicated by the measurement data, A normal calculation range for generating a point set of the measurement points used for calculating the normal of each of the measurement points is set, and the normal of each of the measurement points is calculated based on the normal calculation range. This is a program that causes a computer to execute the process of calculating . By executing this program, the computer can suitably calculate the normal line of each point to be measured measured by the measuring device. Preferably, the program is stored on a storage medium.

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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(1)運航支援システムの概要
図1(A)~図1(C)は、本実施例に係る運航支援システムの概略構成である。具体的には、図1(A)は、運航支援システムのブロック構成図を示し、図1(B)は、運航支援システムに含まれる船舶及び後述のライダ3の視野範囲(「計測範囲」又は「測距可能範囲」とも呼ぶ。)90を例示した上面図であり、図1(C)は、船舶及びライダ3の視野範囲90を後ろから示した図である。運航支援システムは、移動体である船舶と共に移動する情報処理装置1と、当該船舶に搭載されたセンサ群2とを有する。以後では、運航支援システムが搭載された船舶を「対象船舶」とも呼ぶ。
(1) Overview of the flight support system
FIG. 1(A) to FIG. 1(C) are schematic configurations of the navigation support system according to this embodiment. Specifically, FIG. 1(A) shows a block configuration diagram of the navigation support system, and FIG. 1(B) shows the visual field range (“measurement range” or FIG. 1C is a top view illustrating the visual field range 90 of the ship and the rider 3 from behind. The navigation support system includes an information processing device 1 that moves together with a ship that is a mobile object, and a sensor group 2 that is mounted on the ship. Hereinafter, a ship equipped with a navigation support system will also be referred to as a "target ship."

情報処理装置1は、センサ群2と電気的に接続し、センサ群2に含まれる各種センサの出力に基づき、対象船舶の運航支援を行う。運航支援には、自動接岸(着岸)などの接岸支援などが含まれている。本実施例では、接岸場所である岸壁を的確に計測することで、正確な運航支援を実現する。情報処理装置1は、船舶に設けられたナビゲーション装置であってもよく、船舶に内蔵された電子制御装置であってもよい。 The information processing device 1 is electrically connected to the sensor group 2 and supports the operation of the target ship based on the outputs of various sensors included in the sensor group 2. Operation support includes berthing support such as automatic berthing (berthing). In this embodiment, accurate navigation support is achieved by accurately measuring the quay that is the berthing location. The information processing device 1 may be a navigation device provided on a ship, or may be an electronic control device built into the ship.

センサ群2は、船舶に設けられた種々の外界センサ及び内界センサを含んでいる。本実施例では、センサ群2は、例えば、ライダ(Lidar:Light Detection and Ranging、または、Laser Illuminated Detection And Ranging)3を含んでいる。 The sensor group 2 includes various external and internal sensors provided on the ship. In this embodiment, the sensor group 2 includes, for example, a lidar (Light Detection and Ranging or Laser Illuminated Detection and Ranging) 3.

ライダ3は、水平方向の所定の角度範囲(図1(B)参照)および垂直方向の所定の角度範囲(図1(C)参照)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外界センサである。図1(B)及び図1(C)の例では、ライダ3として、船舶の左側面方向に向けられたライダと、船舶の右側面方向に向けられたライダとが夫々船舶に設けられている。なお、ライダ3の配置は図1(B)及び図1(C)の例に限定されない。例えば、対象船舶は、接岸する際に岸壁の複数の計測データが同時に得られるように、同一側面方向を計測する複数のライダ3(例えば対象船舶の前方と後方に設けられたライダ)を有してもよい。また、ライダ3の対象船舶への設置個数は2個に限らず、1個であってもよく、3個以上であってもよい。 The lidar 3 exists in the outside world by emitting a pulsed laser in a predetermined horizontal angular range (see FIG. 1(B)) and a predetermined vertical angular range (see FIG. 1(C)). It is an external sensor that discretely measures the distance to an object and generates three-dimensional point cloud data indicating the position of the object. In the examples shown in FIGS. 1(B) and 1(C), a rider 3 directed toward the left side of the ship and a rider directed toward the right side of the ship are provided on the ship, respectively. . Note that the arrangement of the rider 3 is not limited to the examples shown in FIGS. 1(B) and 1(C). For example, the target ship has multiple lidars 3 (for example, lidars installed in front and rear of the target ship) that measure the same lateral direction so that multiple measurement data of the quay can be obtained simultaneously when berthing. It's okay. Further, the number of riders 3 installed on the target ship is not limited to two, but may be one, or three or more.

ライダ3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。レーザ光を照射する方向(走査位置)ごとに計測されるデータは、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。以後では、ライダ3の計測範囲内においてレーザ光が照射されることにより計測された点又はその計測データを「被計測点」とも呼ぶ。 The lidar 3 includes an irradiation section that irradiates laser light while changing the irradiation direction, a light reception section that receives reflected light (scattered light) of the irradiated laser light, and outputs scan data based on the light reception signal output by the light reception section. It has an output section. The data measured for each laser beam irradiation direction (scanning position) is based on the irradiation direction corresponding to the laser beam received by the light receiving unit and the response delay time of the laser beam specified based on the above-mentioned light reception signal. Generated based on Hereinafter, a point measured by laser beam irradiation within the measurement range of the lidar 3 or its measurement data will also be referred to as a "measured point."

ここで、点群データは、各計測方向を画素とし、各計測方向での計測距離及び反射強度値を画素値とする画像(フレーム)とみなすことができる。この場合、画素の縦方向の並びにおいて仰俯角におけるレーザ光の出射方向(即ち計測方向)が異なり、画素の横方向の並びにおいて水平角におけるレーザ光の出射方向が異なる。以後において、点群データを画像とみなした場合に横方向のインデックスの位置が一致する画素の列(即ち縦列)に対応する被計測点を「縦ライン」とも呼ぶ。 Here, the point cloud data can be regarded as an image (frame) in which each measurement direction is a pixel, and the measurement distance and reflection intensity value in each measurement direction are pixel values. In this case, the emitting direction of the laser beam at the elevation/depression angle (that is, the measurement direction) differs in the vertical arrangement of the pixels, and the emitting direction of the laser light at the horizontal angle differs in the horizontal arrangement of the pixels. Hereinafter, when the point cloud data is regarded as an image, the measured points corresponding to columns (that is, vertical columns) of pixels whose index positions in the horizontal direction match are also referred to as "vertical lines."

なお、ライダ3は、上述したスキャン型のライダに限らず、2次元アレイ状のセンサの視野にレーザ光を拡散照射することによって3次元データを生成するフラッシュ型のライダであってもよい。ライダ3は、本発明における「計測装置」の一例である。 Note that the lidar 3 is not limited to the above-mentioned scan type lidar, but may be a flash type lidar that generates three-dimensional data by diffusing laser light into the field of view of a two-dimensional array of sensors. The rider 3 is an example of a "measuring device" in the present invention.

(2)情報処理装置の構成
図2は、情報処理装置1のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。情報処理装置1は、主に、インターフェース11と、メモリ12と、コントローラ13と、を有する。これらの各要素は、バスラインを介して相互に接続されている。
(2) Configuration of information processing device
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the information processing device 1. As shown in FIG. The information processing device 1 mainly includes an interface 11, a memory 12, and a controller 13. Each of these elements is interconnected via a bus line.

インターフェース11は、情報処理装置1と外部装置とのデータの授受に関するインターフェース動作を行う。本実施例では、インターフェース11は、センサ群2の各センサから出力データを取得し、コントローラ13へ供給する。また、インターフェース11は、例えば、コントローラ13が生成した対象船舶の制御に関する信号を、対象船舶の運航を制御する対象船舶の各構成要素に供給する。例えば、対象船舶は、エンジンや電気モータなどの駆動源と、駆動源の駆動力に基づき進行方向の推進力を生成するスクリューと、駆動源の駆動力に基づき横方向の推進力を生成するスラスターと、船舶の進行方向を自在に定めるための機構である舵等とを備える。そして、自動接岸などの自動運航時には、インターフェース11は、コントローラ13が生成した制御信号を、これらの各構成要素に供給する。なお、対象船舶に電子制御装置が設けられている場合には、インターフェース11は、当該電子制御装置に対し、コントローラ13が生成した制御信号を供給する。インターフェース11は、無線通信を行うためのネットワークアダプタなどのワイヤレスインターフェースであってもよく、ケーブル等により外部装置と接続するためのハードウェアインターフェースであってもよい。また、インターフェース11は、入力装置、表示装置、音出力装置等の種々の周辺装置とのインターフェース動作を行ってもよい。 The interface 11 performs interface operations related to data exchange between the information processing device 1 and external devices. In this embodiment, the interface 11 acquires output data from each sensor of the sensor group 2 and supplies it to the controller 13. Further, the interface 11 supplies, for example, a signal related to the control of the target ship generated by the controller 13 to each component of the target ship that controls the operation of the target ship. For example, the target ship has a drive source such as an engine or an electric motor, a screw that generates propulsive force in the forward direction based on the driving force of the drive source, and a thruster that generates lateral propulsive force based on the driving force of the drive source. and a rudder, etc., which is a mechanism for freely determining the direction of travel of the vessel. During automatic operation such as automatic berthing, the interface 11 supplies control signals generated by the controller 13 to each of these components. Note that if the target ship is provided with an electronic control device, the interface 11 supplies the control signal generated by the controller 13 to the electronic control device. The interface 11 may be a wireless interface such as a network adapter for wireless communication, or may be a hardware interface for connecting to an external device via a cable or the like. Further, the interface 11 may perform interface operations with various peripheral devices such as an input device, a display device, and a sound output device.

メモリ12は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリなどの各種の揮発性メモリ及び不揮発性メモリにより構成される。メモリ12は、コントローラ13が所定の処理を実行するためのプログラムが記憶される。なお、コントローラ13が実行するプログラムは、メモリ12以外の記憶媒体に記憶されてもよい。 The memory 12 includes various types of volatile memory and nonvolatile memory, such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), hard disk drive, and flash memory. The memory 12 stores programs for the controller 13 to execute predetermined processes. Note that the program executed by the controller 13 may be stored in a storage medium other than the memory 12.

また、メモリ12には、本実施例において情報処理装置1が実行する処理に必要な情報が記憶される。例えば、メモリ12には、岸壁の位置に関する情報を含む地図データが記憶されてもよい。他の例では、メモリ12には、ライダ3が1周期分の走査を行った場合に得られる点群データに対してダウンサンプリングを行う場合のダウンサンプリングのサイズに関する情報が記憶される。 Further, the memory 12 stores information necessary for processing executed by the information processing device 1 in this embodiment. For example, the memory 12 may store map data including information regarding the location of the quay. In another example, the memory 12 stores information regarding the size of downsampling when downsampling is performed on point cloud data obtained when the lidar 3 scans for one cycle.

コントローラ13は、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、TPU(Tensor Processing Unit)などの1又は複数のプロセッサを含み、情報処理装置1の全体を制御する。この場合、コントローラ13は、メモリ12等に記憶されたプログラムを実行することで、対象船舶の運航支援等に関する処理を行う。 The controller 13 includes one or more processors such as a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and a TPU (Tensor Processing Unit), and controls the entire information processing device 1 . In this case, the controller 13 executes a program stored in the memory 12 or the like to perform processing related to operational support for the target vessel.

また、コントローラ13は、機能的には、岸壁検出部15と、接岸パラメータ算出部16と、を有する。岸壁検出部15は、ライダ3が出力する点群データに基づき、岸壁の検出に関する処理を行う。接岸パラメータ算出部16は、岸壁への接岸に必要なパラメータ(「接岸パラメータ」とも呼ぶ。)の算出を行う。ここで、接岸パラメータには、対象船舶から岸壁までの距離(対岸距離)、対象船舶の岸壁への進入角度、対象船舶が岸壁へ近づく速度(接岸速度)などが含まれる。また、接岸パラメータ算出部16は、岸壁検出部15の処理結果及び接岸パラメータに基づき、岸壁への接岸に関する信頼度を表す情報(「信頼度情報」とも呼ぶ。)を算出してもよい。そして、コントローラ13は、「取得手段」、「法線算出範囲設定手段」、「法線算出手段」、「クラスタリング手段」、「判定手段」、「分類手段」及びプログラムを実行するコンピュータ等として機能する。 Further, the controller 13 functionally includes a quay detection section 15 and a berthing parameter calculation section 16. The quay detection unit 15 performs processing related to quay detection based on the point cloud data output by the rider 3. The berthing parameter calculation unit 16 calculates parameters necessary for berthing to a quay (also referred to as "berthing parameters"). Here, the berthing parameters include the distance from the target vessel to the quay (the opposite shore distance), the approach angle of the target vessel to the quay, the speed at which the target vessel approaches the quay (berthing speed), and the like. Furthermore, the berthing parameter calculation unit 16 may calculate information representing reliability regarding berthing to the berthing (also referred to as “reliability information”) based on the processing results of the berth detection unit 15 and the berthing parameters. The controller 13 functions as an "acquisition means", "normal line calculation range setting means", "normal line calculation means", "clustering means", "judgment means", "classification means", and a computer that executes a program. do.

なお、コントローラ13が実行する処理は、プログラムによるソフトウェアで実現することに限ることなく、ハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアのうちのいずれかの組み合わせ等により実現してもよい。また、コントローラ13が実行する処理は、例えばFPGA(Field-Programmable Gate Array)又はマイコン等の、ユーザがプログラミング可能な集積回路を用いて実現してもよい。この場合、この集積回路を用いて、コントローラ13が本実施例において実行するプログラムを実現してもよい。 Note that the processing executed by the controller 13 is not limited to being implemented by software based on a program, but may be implemented by a combination of hardware, firmware, and software. Further, the processing executed by the controller 13 may be realized using a user-programmable integrated circuit such as an FPGA (Field-Programmable Gate Array) or a microcomputer. In this case, this integrated circuit may be used to realize the program that the controller 13 executes in this embodiment.

(2)処理概要
図3は、本実施例において、岸壁検出部15が実行する処理の概要を示すフローチャートの一例である。
(2) Processing overview
FIG. 3 is an example of a flowchart showing an overview of the processing executed by the quay detection unit 15 in this embodiment.

まず、岸壁検出部15は、ライダ3がフレーム周期ごとに生成する点群データを取得する(ステップS1)。なお、岸壁検出部15は、ライダ3が生成する点群データに対し、水面位置より下方に存在するデータを、水面の計測データ(即ち誤検出データ)として除去してもよい。なお、岸壁検出部15は、例えば、周辺に水面以外の物体が存在しないときにライダ3が生成する点群データの高さ方向の平均値等に基づき、水面位置を推定する。また、岸壁検出部15は、水面反射データを除去後の点群データに対し、所定サイズの格子空間毎に被計測点を統合する処理であるダウンサンプリングを行ってもよい。なお、ダウンサンプリングは、誤検出データの除去の前に実行されてもよい。 First, the quay detection unit 15 acquires point cloud data generated by the rider 3 every frame period (step S1). Note that the quay detection unit 15 may remove data existing below the water surface position from the point cloud data generated by the rider 3 as water surface measurement data (ie, erroneous detection data). Note that the quay detection unit 15 estimates the water surface position based on, for example, the average value in the height direction of point cloud data generated by the lidar 3 when there are no objects other than the water surface in the vicinity. Furthermore, the quay detection unit 15 may perform downsampling, which is a process of integrating measured points for each grid space of a predetermined size, on the point cloud data after removing the water surface reflection data. Note that downsampling may be performed before removing false detection data.

次に、岸壁検出部15は、点群データが表す各被計測点の法線を算出する処理である法線算出処理を実行する(ステップS2)。そして、岸壁検出部15は、ステップS2で算出した法線の向きに基づき、壁面向き判定処理を行う(ステップS3)。壁面向き判定処理では、岸壁検出部15は、各被計測点について、岸壁の上面の被計測点(「上面点」とも呼ぶ。)、岸壁の側面の被計測点(「側面点」とも呼ぶ。)、又は岸壁ではない被計測点(「非壁面点」とも呼ぶ。)のいずれであるかの分類(ラベル付け)を行う。 Next, the quay detection unit 15 executes a normal calculation process, which is a process of calculating the normal to each measured point represented by the point cloud data (step S2). Then, the quay detection unit 15 performs a wall orientation determination process based on the orientation of the normal line calculated in step S2 (step S3). In the wall orientation determination process, the quay detection unit 15 determines, for each measured point, a measured point on the top surface of the quay (also referred to as "top point") and a measured point on the side surface of the quay (also referred to as "side point"). ), or a measured point that is not a quay (also called a "non-wall point").

次に、岸壁検出部15は、法線の分散に基づき、上面点又は側面点(「壁面点」とも呼ぶ。)であると誤ってラベル付けされた非壁面点を除去する処理である分散非壁面除去処理を行う(ステップS4)。さらに、岸壁検出部15は、防舷材などにより分断された壁面を1つの面として取り扱うために壁面点のクラスタを統合する処理である同一面統合処理を行う(ステップS5)。そして、岸壁検出部15は、ノイズにより発生したノイズ点や小物体の被計測点をクラスタの点数及び面積に基づき除去する処理である面積非壁面除去処理を行う(ステップS6)。 Next, the quay detection unit 15 performs a dispersion correction process, which is a process of removing non-wall points that are incorrectly labeled as top points or side points (also referred to as "wall points"), based on the dispersion of the normals. Wall surface removal processing is performed (step S4). Further, the quay wall detection unit 15 performs a coplanar integration process, which is a process of integrating clusters of wall surface points, in order to treat a wall surface divided by fenders or the like as one surface (step S5). Then, the quay detection unit 15 performs area non-wall surface removal processing, which is processing for removing noise points generated by noise and measurement points of small objects based on the number of cluster points and area (step S6).

次に、岸壁検出部15は、上面点のクラスタ及び側面点のクラスタが夫々複数存在する場合に、1組の上面点のクラスタ及び側面点のクラスタを選択する処理である最適壁面選択処理を実行する(ステップS7)。次に、岸壁検出部15は、上面点と側面点との間に存在する非壁面点(「境界点」とも呼ぶ。)が壁面の境界(上面と側面の境界)に存在する壁面点であるか否かを判定する境界点判定処理を行う(ステップS8)。そして、岸壁検出部15は、上面点又は側面点のいずれかに相当する壁面点であると判定された被計測点を表す点群データである岸壁点群を出力する(ステップS9)。その後、接岸パラメータ算出部16は、岸壁点群に基づき、接岸パラメータ(対岸距離、接岸速度、進入角度)を算出する。 Next, the quay detection unit 15 executes optimal wall surface selection processing, which is processing for selecting a set of clusters of top surface points and clusters of side points when there are multiple clusters of top surface points and multiple clusters of side points. (Step S7). Next, the quay detection unit 15 determines whether a non-wall point (also referred to as a "boundary point") that exists between the top surface point and the side point is a wall surface point that exists on the boundary of the wall surface (the boundary between the top surface and the side surface). Boundary point determination processing is performed to determine whether or not (step S8). Then, the quay detection unit 15 outputs a quay point group that is point group data representing the measured points determined to be wall points corresponding to either top points or side points (step S9). Thereafter, the berthing parameter calculation unit 16 calculates berthing parameters (berthing distance, berthing speed, approach angle) based on the quay point group.

図4は、接岸パラメータ算出部16による接岸パラメータの算出処理の概要を示す図である。接岸パラメータ算出部16は、岸壁点群(詳しくは側面点)を対象に、対象船舶から最近傍となる直線(「岸壁エッジ直線」とも呼ぶ。)を生成する。そして、接岸パラメータ算出部16は、その直線への最短距離を対岸距離として算出する。また、接岸パラメータ算出部16は、対岸距離の時間微分によって接岸速度を算出し、岸壁エッジ直線に対する角度から船首向きを表す進入角度を算出する。ここで、ライダ3が計測した被計測点の点群から岸壁ではない小物体やノイズなどの非壁面点を除去できていないと、接岸パラメータを正確に算出することができない。以上を勘案し、本実施例では、岸壁検出部15による岸壁点群の的確な抽出方法について説明する。 FIG. 4 is a diagram showing an overview of the berthing parameter calculation process by the berthing parameter calculation unit 16. The berthing parameter calculation unit 16 generates a straight line (also referred to as a "quay edge straight line") that is closest to the target ship for a group of quay points (specifically, side points). Then, the berthing parameter calculation unit 16 calculates the shortest distance to the straight line as the distance to the opposite shore. The berthing parameter calculation unit 16 also calculates the berthing speed by time differentiation of the opposite shore distance, and calculates the approach angle representing the bow direction from the angle with respect to the quay edge straight line. Here, if non-wall points such as small objects that are not quay walls and noise cannot be removed from the point group of measured points measured by the rider 3, the berthing parameters cannot be calculated accurately. In consideration of the above, in this embodiment, a method for accurately extracting a group of quay points by the quay detection unit 15 will be described.

(3)法線算出処理
岸壁検出部15は、法線算出処理において、ライダ3が取得した点群データが表す各被計測点に対する法線ベクトルを算出する。この場合、岸壁検出部15は、各被計測点を順に処理対象の点(「注目点」とも呼ぶ。)として選択し、注目点から一定距離以内に存在する被計測点の群により近似された面の法線ベクトルを算出する。そして、岸壁検出部15は、対象船舶の船体を基準とした座標系(「船舶座標系」とも呼ぶ。)における法線ベクトルの角度(法線角度)に基づき、各被計測点が側面点、上面点、非壁面点のいずれに該当するかの分類(ラベル付け)を行う。
(3) Normal calculation process
In the normal calculation process, the quay detection unit 15 calculates a normal vector to each measured point represented by the point cloud data acquired by the rider 3. In this case, the quay detection unit 15 sequentially selects each measured point as a point to be processed (also referred to as a "point of interest"), and selects each measured point as a point to be processed (also referred to as a "point of interest"), and selects a target point that is approximated by a group of measured points existing within a certain distance from the point of interest. Calculate the normal vector of the surface. Then, the quay detection unit 15 determines whether each measured point is a side point or Classify (label) whether it corresponds to a top surface point or a non-wall surface point.

図5(A)は、対象船舶の船体を基準とした船舶座標系の一例を示す。図5(A)に示すように、ここでは、対象船舶の正面(前進)方向を「X」座標、対象船舶の側面方向を「Y」座標、対象船舶の高さ方向を「Z」座標とする。そして、ライダ3が計測した、ライダ3を基準とした座標系の計測データは、図5(A)に示す船舶座標系に変換される。なお、移動体に設置されたライダを基準とした座標系の点群データを移動体の座標系に変換する処理については、例えば、国際公開WO2019/188745などに開示されている。 FIG. 5(A) shows an example of a ship coordinate system based on the hull of the target ship. As shown in Figure 5 (A), here, the front (forward) direction of the target ship is the "X" coordinate, the side direction of the target ship is the "Y" coordinate, and the height direction of the target ship is the "Z" coordinate. do. Then, the measurement data measured by the rider 3 in the coordinate system based on the rider 3 is converted into the ship coordinate system shown in FIG. 5(A). Note that processing for converting point cloud data in a coordinate system based on a lidar installed on a moving body into a coordinate system of the moving body is disclosed in, for example, International Publication WO 2019/188745.

図5(B)は、ライダ3が計測した計測位置を表す被計測点及び被計測点に基づき算出した法線ベクトルを明示した岸壁の斜視図である。図5(B)では、被計測点を丸により示し、法線ベクトルを矢印により示している。ここでは、岸壁の上面及び側面の両方がライダ3により計測できた例が示されている。 FIG. 5(B) is a perspective view of the quay clearly showing the measured point representing the measured position measured by the rider 3 and the normal vector calculated based on the measured point. In FIG. 5(B), the measured points are indicated by circles, and the normal vectors are indicated by arrows. Here, an example is shown in which both the top and side surfaces of the quay were able to be measured by the rider 3.

図5(B)に示すように、岸壁検出部15は、岸壁の側面及び上面の被計測点に対する法線ベクトルを算出する。法線ベクトルは、対象とする平面や曲面に垂直なベクトルであるため、面として構成可能な複数の被計測点を用いて算出される。したがって、岸壁検出部15は、選択した注目点に対し、半径が所定長の円を設定し、その内部に存在する被計測点を用いて法線ベクトルを計算する。以後では、上述の半径を「法線算出半径」と呼び、上述の円(又は球)を「法線算出範囲」とも呼ぶ。 As shown in FIG. 5(B), the quay detection unit 15 calculates normal vectors to the measured points on the side and top surfaces of the quay. Since the normal vector is a vector perpendicular to the target plane or curved surface, it is calculated using a plurality of measured points that can be configured as a surface. Therefore, the quay detection unit 15 sets a circle with a predetermined radius for the selected point of interest, and calculates a normal vector using the measured points existing inside the circle. Hereinafter, the above-mentioned radius will be referred to as a "normal calculation radius", and the above-mentioned circle (or sphere) will also be referred to as a "normal calculation range".

ここで、岸壁検出部15は、注目点の計測距離に応じて法線算出半径を定める。この具体例については、図6(A)及び図6(B)を参照して説明する。図6(A)は、検出対象となる岸壁が比較的遠くに存在する場合の対象船舶及び岸壁の正面図であり、図6(B)は、検出対象となる岸壁が比較的近くに存在する場合の対象船舶及び岸壁の正面図である。図6(A)及び図6(B)では、岸壁の被計測点が丸印により示されており、さらに、ある被計測点に対する法線算出範囲が実線枠により示され、法線が矢印により示されている。 Here, the quay detection unit 15 determines the normal calculation radius according to the measured distance of the point of interest. This specific example will be explained with reference to FIGS. 6(A) and 6(B). FIG. 6(A) is a front view of the target ship and the quay when the quay to be detected is relatively far away, and FIG. 6(B) is a front view of the quay to be detected when the quay is relatively close. FIG. In Figures 6(A) and 6(B), the measured points on the quay are indicated by circles, and furthermore, the normal calculation range for a certain measured point is indicated by a solid line frame, and the normal is indicated by an arrow. It is shown.

岸壁検出部15は、図6(A)に示すように岸壁が比較的遠くに存在する場合には、点群データの点数が少なく(即ち、被計測点が岸壁上で疎に分布し)、法線計算が難しいことを勘案し、法線算出半径を大きく設定する。これにより、法線算出範囲を大きくし、法線計算に用いる被計測点の点数を好適に確保することができる。 As shown in FIG. 6A, when the quay is located relatively far away, the quay detection unit 15 detects that the number of point cloud data is small (that is, the measured points are sparsely distributed on the quay) Considering that normal calculation is difficult, set a large normal calculation radius. Thereby, the normal calculation range can be enlarged, and the number of measured points used for normal calculation can be suitably secured.

一方、岸壁検出部15は、図6(B)に示すように岸壁が近距離に存在する場合には、法線算出半径を小さく設定する。これは、近距離時に遠距離時と同様の法線算出半径を用いた場合には、法線算出に用い被計測点の点数が多くなりすぎてしまい、計算コストの増加や向き推定精度の低下といった問題が生じるからである。 On the other hand, the quay detection unit 15 sets the normal calculation radius small when the quay is present at a short distance as shown in FIG. 6(B). This is because if the same normal calculation radius is used for short distances as for long distances, the number of measured points used for normal calculation will become too large, increasing calculation costs and reducing orientation estimation accuracy. This is because such problems arise.

図7(A)は、30m地点での点間距離と法線算出半径との関係を示した1m正方形内での被計測点の配列を示す。ここでは、「φ」はライダ3の分解能を示し、「x」は、注目点(図7(A)の中央の被計測点)の計測距離を示す。この場合、隣接する被計測点の点間距離は「φx」により表される。また、本実施例では、法線算出半径は、注目点ごとに設定され、注目点の計測距離に比例して大きくなるような1次式により表される。この場合、「a」を1次式の傾き(点間距離倍率パラメータ)、「b」を1次式の切片とすると、法線算出半径は、点間距離に「aφx+b」により表される。図7(B)は、法線算出半径を「y」とした場合の注目点の計測距離xに応じた1次式を表している。ここで、係数a、bは、最低5点以上が法線算出範囲に含まれるように予め実験等に基づき設定され、メモリ12等に記憶されている。 FIG. 7(A) shows an arrangement of measured points within a 1 m square, showing the relationship between the distance between points at a 30 m point and the calculated normal radius. Here, "φ" indicates the resolution of the lidar 3, and "x" indicates the measured distance of the point of interest (the center measured point in FIG. 7(A)). In this case, the distance between adjacent measurement points is represented by "φx". Further, in this embodiment, the normal calculation radius is set for each point of interest, and is expressed by a linear equation that increases in proportion to the measured distance of the point of interest. In this case, if "a" is the slope of the linear equation (inter-point distance magnification parameter) and "b" is the intercept of the linear equation, the normal calculation radius is expressed by "aφx+b" for the inter-point distance. FIG. 7(B) shows a linear equation according to the measured distance x of the point of interest when the normal calculation radius is "y". Here, the coefficients a and b are set in advance based on experiments or the like so that at least five points are included in the normal calculation range, and are stored in the memory 12 or the like.

このように、岸壁検出部15は、注目点の計測距離に応じて法線算出半径を適応的に設定することで、被計測点ごとの法線を距離によらず一定数の点数により安定的に算出することが可能となる。 In this way, the quay detection unit 15 adaptively sets the normal calculation radius according to the measured distance of the point of interest, so that the normal for each measured point can be stably determined by a fixed number of points regardless of the distance. It becomes possible to calculate

その後、岸壁検出部15は、壁面向き判定処理において、船舶座標系におけるXY平面に対する法線の角度である法線角度に基づき各被計測点が上面点、側面点、非壁面点のいずれであるかの分類を行う。この場合、岸壁検出部15は、法線角度が予め定められた上面閾値以上となる被計測点を上面点と分類し、法線角度が予め定められた側面閾値(上面閾値より低い閾値)未満となる被計測点を側面点と分類し、その他の被計測点を非壁面点と分類する。 Thereafter, in the wall orientation determination process, the quay detection unit 15 determines whether each measured point is a top surface point, a side surface point, or a non-wall surface point based on the normal angle, which is the angle of the normal to the XY plane in the ship coordinate system. Perform the classification. In this case, the quay detection unit 15 classifies the measured point whose normal angle is equal to or greater than a predetermined upper surface threshold as an upper surface point, and the quay wall detection unit 15 classifies the measured point whose normal angle is less than a predetermined side threshold (a threshold lower than the upper surface threshold). The measured points where , are classified as side points, and the other measured points are classified as non-wall points.

(4)分散非壁面除去処理
対象の岸壁が必ずしも地面に対して垂直な側面を持っているとは限らないため、様々な岸壁に対応するために、壁面と判定する法線角度の範囲にはある程度の幅を持たせる必要がある。一方、壁面と判定する法線角度の範囲を大きくすると,平坦でない面まで壁面と判定してしまう恐れがある。このように、防舷材などにより凹凸の激しい部分を除外した岸壁面上の被計測点を壁面点として的確に判定する必要がある。
(4) Distributed non-wall surface removal processing
Since the target quay does not necessarily have sides perpendicular to the ground, it is necessary to have a certain width in the range of normal angles that are determined to be wall surfaces in order to accommodate various quays. be. On the other hand, if the range of normal angles that are determined to be wall surfaces is increased, there is a risk that surfaces that are not flat may also be determined to be wall surfaces. In this way, it is necessary to accurately determine the measurement point on the quay surface, excluding areas with severe unevenness due to fenders, etc., as the wall surface point.

以上を勘案し、岸壁検出部15は、分散非壁面除去処理において、壁面向き判定処理において判定された上面点及び側面点のクラスタにおいて、法線の分散が大きいクラスタを、非壁面点を形成するクラスタとして除去する。なお、上面点及び側面点のクラスタを生成する手法(クラスタリング手法)は、例えば距離に基づくユークリッドクラスタリングなどの任意のクラスタリング手法である。 Taking the above into consideration, in the distributed non-wall surface removal process, the quay wall detection unit 15 forms clusters with large normal variances as non-wall points in the clusters of top surface points and side points determined in the wall orientation determination process. Remove as a cluster. Note that the method (clustering method) for generating clusters of top surface points and side points is any clustering method such as Euclidean clustering based on distance, for example.

図8(A)は、平坦性が高い岸壁側面の各被計測点に対する法線を矢印により示した図である。図8(B)は、凹凸がある岸壁側面の各被計測点に対する法線を矢印により示した図である。ここでは、「θ」はある被計測点に対する法線角度を表す。図8(A)の例では、岸壁側面の各被計測点に対する法線の方向が揃っており、分散が小さい。よって、この場合、岸壁検出部15は、岸壁側面の各被計測点を壁面点と判定する。なお、図8(A)では、側面が斜めに傾いているが、法線角度θの許容角度(即ち、上述の側面閾値)をある程度大きくすることで、このような側面の被計測点についても壁面点であると的確に判定することが可能である。 FIG. 8(A) is a diagram in which arrows indicate normal lines to each measurement point on the side surface of the quay wall, which has high flatness. FIG. 8(B) is a diagram in which arrows indicate normal lines to each point to be measured on the side surface of the quay wall with projections and depressions. Here, "θ" represents a normal angle to a certain measured point. In the example of FIG. 8(A), the directions of the normals to each measured point on the side surface of the quay are the same, and the dispersion is small. Therefore, in this case, the quay wall detection unit 15 determines each measured point on the side surface of the quay to be a wall surface point. In Fig. 8(A), the side surface is obliquely inclined, but by increasing the permissible angle of the normal angle θ (i.e., the above-mentioned side surface threshold) to a certain extent, it is possible to measure points on such a side surface. It is possible to accurately determine that the point is a wall point.

一方、図8(B)の例では、岸壁側面の各被計測点に対する法線の方向にばらつきがあり、分散が大きくなっている。よって、この場合、岸壁検出部15は、岸壁側面の各被計測点を非壁面点と判定する。 On the other hand, in the example shown in FIG. 8(B), there is variation in the direction of the normal to each measured point on the side surface of the quay, and the variance is large. Therefore, in this case, the quay detecting unit 15 determines each measured point on the side of the quay to be a non-wall surface point.

ここで、クラスタごとの分散の算出方法の具体例について説明する。まず、岸壁検出部15は、クラスタごとの被計測点の法線群のXYZ方向の各要素の共分散行列を計算する。共分散行列の対角成分は各軸(X軸、Y軸、Z軸)方向の分散値を表すことから、岸壁検出部15は、共分散行列の対角成分の最大値が所定の閾値以上となる場合、対象のクラスタが非壁面点のクラスタであると判定する。 Here, a specific example of a method for calculating the variance for each cluster will be described. First, the quay detection unit 15 calculates the covariance matrix of each element in the XYZ directions of the group of normals to the measured point for each cluster. Since the diagonal components of the covariance matrix represent the variance values in the directions of each axis (X axis, Y axis, Z axis), the quay detection unit 15 determines whether the maximum value of the diagonal components of the covariance matrix is greater than or equal to a predetermined threshold. If so, it is determined that the target cluster is a cluster of non-wall points.

上述した分散非壁面除去処理によれば、壁面と判定する法線角度の範囲をある程度大きくした場合であっても、平面性の低い面(法線がばらついていて分散が大きい面)の被計測点を非壁面点として的確に判定することができる。また、壁面と判定する法線角度の範囲をある程度大きくできるため、図8(A)に示すような斜めの側面の被計測点を壁面点として的確に判定できると共に、対象船舶のロール角及びピッチ角の変化にもロバストに壁面点の判定を行うことが可能となる。なお、分散は「ばらつきの度合い」を表す指標の一例である。 According to the above-mentioned distributed non-wall surface removal process, even if the range of normal angles that are determined to be wall surfaces is increased to a certain extent, the measured surface of a surface with low flatness (a surface with varying normals and large dispersion) Points can be accurately determined as non-wall points. In addition, since the range of normal angles that are determined to be wall surfaces can be increased to a certain extent, it is possible to accurately determine measured points on oblique side surfaces as wall points as shown in FIG. It becomes possible to determine wall points robustly even when the angle changes. Note that the variance is an example of an index representing the "degree of dispersion."

(5)同一面統合処理
岸壁検出を行う際に、ユークリッドクラスタリングなどにより空間的に近い点同士をクラスタ毎に分けた場合、防舷材や岸壁上の障害物によって、本来は同一平面上に存在するはずの壁面候補のクラスタが、複数のクラスタに分断されてしまう場合がある。そして、壁面候補のクラスタのうちいずれか1つのみを壁面を表すクラスタとして採用すると、接岸パラメータ算出部16による対岸距離の算出に用いる壁面点数が少なくなり、対岸距離算出精度の悪化の恐れがある。
(5) Same-plane integration processing
When detecting a quay, if spatially close points are divided into clusters using Euclidean clustering, etc., clusters of wall candidates that should originally exist on the same plane may be created due to fenders or obstacles on the quay. However, it may be divided into multiple clusters. If only one of the clusters of wall candidates is adopted as a cluster representing a wall surface, the number of wall points used for calculating the opposite shore distance by the berthing parameter calculation unit 16 will decrease, and there is a risk that the accuracy of calculating the opposite shore distance will deteriorate. .

以上を勘案し、同一面統合処理では、側面点又は上面点のクラスタ(「壁面候補クラスタとも呼ぶ。)を、法線の向きと壁面候補クラスタ同士の面間距離に基づき統合する。図9(A)は、防舷材が設けられた岸壁の側面点を明示した図である。図9(A)では、防舷材の存在により岸壁の側面点が二分されており、その結果、第1壁面候補クラスタと第2壁面候補クラスタ(ここではいずれも側面点のクラスタ)とが形成されている。図9(B)は、第2壁面候補クラスタを、壁面を表すクラスタとして採用し、第1壁面候補クラスタを、非壁面を表すクラスタとした状態を表す。この例では、第1壁面候補クラスタを形成する被計測点が非壁面点に分類されるため、結果として側面点の点数が少なくなってしまう。図9(C)は、同一面統合処理により第1壁面候補クラスタと第2壁面候補クラスタを統合した統合壁面候補クラスタを示した図である。この例では、第1壁面候補クラスタと第2壁面候補クラスタに属する被計測点が側面点として扱われるため、側面点の点数の減少を抑制することができる。また、生成された統合壁面候補クラスタは、後述する面積非壁面除去処理においても非壁面として除外されにくいという利点もある。 Taking the above into consideration, in the same surface integration process, clusters of side points or top surface points (also referred to as "wall surface candidate clusters") are integrated based on the direction of the normal line and the inter-plane distance between wall surface candidate clusters. A) is a diagram that clearly shows the side points of the quay where fenders are installed. In FIG. A wall surface candidate cluster and a second wall surface candidate cluster (here both clusters of side points) are formed. In FIG. 9B, the second wall surface candidate cluster is adopted as a cluster representing a wall surface, and the first wall surface candidate cluster is This represents a state where the wall candidate cluster is a cluster representing a non-wall surface.In this example, the measured points forming the first wall candidate cluster are classified as non-wall points, so the number of side points is reduced as a result. FIG. 9(C) is a diagram showing an integrated wall candidate cluster obtained by integrating the first wall candidate cluster and the second wall candidate cluster by the same surface integration process. In this example, the first wall candidate cluster and Since the measured points belonging to the second wall candidate cluster are treated as side points, it is possible to suppress the decrease in the number of side points.In addition, the generated integrated wall candidate cluster is used in the area non-wall surface removal process described later. It also has the advantage that it is less likely to be excluded as a non-wall surface.

図10は、同一面統合処理に用いる面間距離の概要を表す図である。図10において、「G(x,y,z)」は、第1壁面候補クラスタの代表点(代表位置)を表し、「G(x,y,z)」は、第2壁面候補クラスタの代表位置を表す。また、「n=(n,n,n」は、第1壁面候補クラスタの代表の法線ベクトル(第2壁面候補クラスタの代表の法線ベクトルと同一)であるものとする。また、「H」は、第2壁面候補クラスタを近似した面(延長面)と法線ベクトルnとの交点を表す。 FIG. 10 is a diagram illustrating an overview of inter-plane distances used in the same-plane integration process. In FIG. 10, "G 1 (x 1 , y 1 , z 1 )" represents the representative point (representative position) of the first wall candidate cluster, and "G 2 (x 2 , y 2 , z 2 )" represents the representative point (representative position) of the first wall candidate cluster. , represents the representative position of the second wall candidate cluster. Furthermore, “n=(n x , ny , nz ) T ” is the normal vector of the representative of the first wall candidate cluster (same as the normal vector of the representative of the second wall candidate cluster). . Moreover, "H" represents the intersection of the surface (extension surface) that approximates the second wall surface candidate cluster and the normal vector n.

図10に示すように、岸壁検出部15は、面間距離を、壁面候補の重心点や幾何中心点などの代表点同士を結んだベクトルと、法線ベクトルとの内積(|(G2-G1)・n|)として算出する。この面間距離は対象船舶のロール・ピッチ角が変化しても変わらず計算できるため、対象船舶の姿勢によらずに同一面統合処理を的確に実行することができる。 As shown in FIG. 10, the quay wall detection unit 15 calculates the inter-plane distance by calculating the inner product (|(G2-G1 )・n|). Since this inter-plane distance can be calculated without changing even if the roll/pitch angle of the target ship changes, the same-plane integration process can be accurately executed regardless of the attitude of the target ship.

次に、統合条件について説明する。岸壁検出部15は、比較する壁面候補クラスタの法線が近似することを第1条件とする。例えば、側面候補クラスタ同士の場合、XY平面上の角度差が10度以内であれば法線が近似すると判定する。次に、岸壁検出部15は、面間距離が所定の閾値未満であることを第2条件とする。また、岸壁検出部15は、比較する壁面候補クラスタの代表点間距離が所定の閾値未満であることを第3条件とする。なお、第3条件は必須の条件としなくともよい。この場合、第1条件及び第2条件を必要十分条件としてもよく、第1~第3条件を必要十分条件としてもよい。 Next, the integration conditions will be explained. The first condition of the quay detection unit 15 is that the normals of the wall candidate clusters to be compared are approximate. For example, in the case of side candidate clusters, if the angular difference on the XY plane is within 10 degrees, it is determined that the normal lines are similar. Next, the quay detection unit 15 sets a second condition that the inter-plane distance is less than a predetermined threshold. Furthermore, the quay wall detection unit 15 sets a third condition that the distance between the representative points of the wall surface candidate clusters to be compared is less than a predetermined threshold value. Note that the third condition does not have to be an essential condition. In this case, the first condition and the second condition may be necessary and sufficient conditions, and the first to third conditions may be necessary and sufficient conditions.

ここで、3つ以上の壁面候補クラスタが存在する場合の統合方法について補足説明する。第1の例では、岸壁検出部15は、上述の条件を満たす壁面候補クラスタの組を統合した後,代表の法線と代表点を計算し直した上で、次の候補との比較及び統合を順次行う。第2の例では、岸壁検出部15は、距離が近い壁面候補クラスタ同士で統合判定を行い,最終的に統合すべきと判定された全ての壁面候補クラスタを統合する。 Here, a supplementary explanation will be given regarding the integration method when there are three or more wall candidate clusters. In the first example, the quay wall detection unit 15 integrates the set of wall candidate clusters that meet the above conditions, recalculates the representative normal and representative point, and then compares and integrates the clusters with the next candidate. Perform sequentially. In the second example, the quay detection unit 15 performs an integration determination between wall candidate clusters that are close to each other, and finally integrates all wall candidate clusters that have been determined to be integrated.

(6)面積非壁面除去処理
岸壁検出部15は、面積非壁面除去処理において、ノイズ点や小物体(係留用ロープなど)に対応する壁面候補クラスタを、点数と面積とに基づき除去する。
(6) Area non-wall surface removal processing
In area non-wall surface removal processing, the quay wall detection unit 15 removes wall surface candidate clusters corresponding to noise points and small objects (such as mooring ropes) based on the number of points and the area.

まず、岸壁検出部15は、点数が所定閾値に満たない小さな壁面候補クラスタを非壁面点のクラスタとすることで,ノイズなどの外れ点を除外する。次に、岸壁検出部15は、壁面候補クラスタが空間に占有する面積を判定基準に加え、所定面積を満たさない小さな壁面候補クラスタを、非壁面点のクラスタとして除外する。 First, the quay detection unit 15 excludes outlying points such as noise by treating a small wall candidate cluster whose number of points is less than a predetermined threshold as a cluster of non-wall points. Next, the quay detection unit 15 adds the area occupied by the wall candidate cluster to the determination criteria, and excludes small wall candidate clusters that do not satisfy the predetermined area as clusters of non-wall points.

図11は、面積非壁面除去処理の概要を表す図である。図11において、被計測点P1~P3は、夫々1個からなるクラスタであり、岸壁検出部15は、これらのクラスタの点数が閾値未満であることから、これらを非壁面点とみなす。また、クラスタCw4は、点数が閾値以上であるものの、面積の閾値を満たしていないことから、岸壁検出部15は、クラスタCw4を、非壁面点のクラスタとみなす。一方、岸壁検出部15は、点数及び面積の両方の条件を満たすクラスタCw5、Cw6を、壁面候補クラスタとして残す。 FIG. 11 is a diagram illustrating an overview of area non-wall surface removal processing. In FIG. 11, each of the measured points P1 to P3 is a cluster consisting of one point, and since the number of points of these clusters is less than the threshold value, the quay wall detection unit 15 regards these clusters as non-wall points. Furthermore, although the number of points in the cluster Cw4 is equal to or greater than the threshold, it does not satisfy the area threshold, so the quay detection unit 15 considers the cluster Cw4 to be a cluster of non-wall points. On the other hand, the quay detection unit 15 leaves clusters Cw5 and Cw6 that satisfy both the score and area conditions as wall surface candidate clusters.

ここで、壁面候補クラスタの面積算出方法について説明する。岸壁検出部15は、壁面候補クラスタ毎に主成分分析を行い、各クラスタが占める疑似面積の計算を行う。図12(A)は、第1疑似面積算出手法の概要を示し、図12(B)は、第2疑似面積算出手法の概要を示す。図12(A)において、「PC」はクラスタCw5の第1主成分軸、「PC」はクラスタCw5の第2主成分軸、「PC」はクラスタCw6の第1主成分軸、「PC」はクラスタCw6の第2主成分軸を表す。また、図12(B)において、「sd」はクラスタCw5の第1主成分軸の標準偏差、「sd」はクラスタCw5の第2主成分軸の標準偏差、「sd」はクラスタCw6の第1主成分軸の標準偏差、「sd」はクラスタCw6の第2主成分軸の標準偏差を表す。 Here, a method for calculating the area of wall candidate clusters will be explained. The quay detection unit 15 performs principal component analysis for each wall candidate cluster and calculates the pseudo area occupied by each cluster. FIG. 12(A) shows an overview of the first pseudo area calculation method, and FIG. 12(B) shows an overview of the second pseudo area calculation method. In FIG. 12(A), "PC 1 " is the first principal component axis of cluster Cw5, "PC 2 " is the second principal component axis of cluster Cw5, "PC 3 " is the first principal component axis of cluster Cw6, " PC 4 ” represents the second principal component axis of cluster Cw6. In addition, in FIG. 12(B), "sd 1 " is the standard deviation of the first principal component axis of cluster Cw5, "sd 2 " is the standard deviation of the second principal component axis of cluster Cw5, and "sd 3 " is the standard deviation of the second principal component axis of cluster Cw6. The standard deviation of the first principal component axis of "sd 4 " represents the standard deviation of the second principal component axis of cluster Cw6.

第1疑似面積算出手法では、岸壁検出部15は、主成分分析の第1及び第2主成分軸方向の長さを縦横の長さとして、クラスタCw5及びクラスタCw6を夫々四角形と見なした場合の面積を計算する。この場合、係数k(0<k<1)を用いて、岸壁検出部15は、第1疑似面積算出手法に基づくクラスタCw5の面積S
=k×w×h
とし、クラスタCw6の面積S1を、
=k×w×h
とする。この場合、長さ(ws、s、u、)は第1及び第2主成分軸方向でのクラスタ内の被計測点の最大値及び最小値の差によって決定される。第1疑似面積算出手法では、クラスタが四角形に近いとき、実面積に近い値が得られる。
In the first pseudo area calculation method, the quay detection unit 15 assumes that the lengths in the first and second principal component axes of the principal component analysis are the vertical and horizontal lengths, and that the cluster Cw5 and the cluster Cw6 are respectively considered as quadrilaterals. Calculate the area of . In this case, using the coefficient k (0<k<1), the quay detection unit 15 calculates the area S1 of the cluster Cw5 based on the first pseudo area calculation method.
S 1 =k× ws × hs
And the area S1 of cluster Cw6 is
S 1 =k x w u x h u
shall be. In this case, the lengths (ws , hs , wu, hu ) are determined by the difference between the maximum and minimum values of the measured points in the cluster in the first and second principal component axis directions. In the first pseudo area calculation method, when the cluster is close to a quadrangle, a value close to the actual area is obtained.

第2疑似面積算出手法では、岸壁検出部15は、第1主成分の固有値及び第2主成分の固有値から標準偏差を求め,その積をクラスタの大きさ(即ちばらつきの度合い)とし、面積を算出する。この場合、岸壁検出部15は、第2疑似面積算出手法に基づくクラスタCw5の面積S
=k×sd×sd=k√(λλ
とし、クラスタCw6の面積S2を
=k×sd×sd=k√(λλ
とする。
In the second pseudo area calculation method, the quay detection unit 15 calculates the standard deviation from the eigenvalue of the first principal component and the eigenvalue of the second principal component, sets the product as the cluster size (that is, the degree of dispersion), and calculates the area. calculate. In this case, the quay detection unit 15 calculates the area S2 of the cluster Cw5 based on the second pseudo area calculation method.
S 2 =k×sd 1 ×sd 2 =k√(λ 1 λ 2 )
and the area S2 of cluster Cw6 is
S 2 =k×sd 3 ×sd 4 =k√(λ 3 λ 4 )
shall be.

ここで、「λ」はクラスタCw5の第1主成分の固有値、「λ」はクラスタCw5の第2主成分の固有値、「λ」はクラスタCw6の第1主成分の固有値、「λ」はクラスタCw6の第2主成分の固有値を表す。第2疑似面積算出手法では、様々な形状の大きさを汎用的に評価できる。 Here, "λ 1 " is the eigenvalue of the first principal component of cluster Cw5, "λ 2 " is the eigenvalue of the second principal component of cluster Cw5, "λ 3 " is the eigenvalue of the first principal component of cluster Cw6, "λ 4 '' represents the eigenvalue of the second principal component of cluster Cw6. With the second pseudo area calculation method, the sizes of various shapes can be evaluated in a general-purpose manner.

(7)最適壁面選択処理
対象とする岸壁が複雑な形状の場合、複数の壁面候補クラスタが存在する。従って、岸壁検出部15は、最適壁面選択処理において、岸壁として尤もらしい壁面候補クラスタを選択する。
(7) Optimal wall surface selection process
If the target quay has a complex shape, there are multiple wall surface candidate clusters. Therefore, the quay detection unit 15 selects wall surface candidate clusters that are likely to be quays in the optimal wall surface selection process.

この場合、岸壁検出部15は、壁面候補クラスタ毎に代表位置を計算し、相互の位置関係を基に最適面を選択する。最終的に、岸壁検出部15は、上面と側面とに対応する壁面候補クラスタを夫々1個に絞り込み、選ばなかった壁面候補クラスタを障害物などの非壁面点のクラスタとみなす。図13(A)は、側面の壁面候補クラスタと上面の壁面候補クラスタが夫々3個存在する場合の岸壁の斜視図を示す。図13(B)は、最終的に上面と側面とに対応する壁面候補を明示した岸壁の斜視図を示す。 In this case, the quay detection unit 15 calculates the representative position for each wall surface candidate cluster, and selects the optimal surface based on the mutual positional relationship. Finally, the quay detection unit 15 narrows down the wall surface candidate clusters corresponding to the top surface and the side surface to one each, and regards the unselected wall surface candidate clusters as clusters of non-wall surface points such as obstacles. FIG. 13(A) shows a perspective view of a quay when there are three side wall candidate clusters and three top wall candidate clusters. FIG. 13(B) shows a perspective view of the quay clearly showing wall surface candidates corresponding to the top surface and side surface.

最適壁面選択処理の詳細について説明する。まず、岸壁検出部15は、岸壁上面の存在し得る高さの範囲(「上面存在範囲」とも呼ぶ。)を予め設定し,その範囲外となる上面の壁面候補クラスタ(例えば海面反射点や建造物の屋根などのクラスタ)を除外する。 The details of the optimal wall surface selection process will be explained. First, the quay detection unit 15 presets a range of heights in which the top surface of the quay can exist (also referred to as "top surface existence range"), and sets wall surface candidate clusters on the top surface that are outside the range (for example, sea surface reflection points and construction Clusters such as roofs of objects) are excluded.

図14は、上面存在範囲を明示した岸壁の断面図である。図14において、クラスタCw10~Cw14は、上面点からなる壁面候補クラスタである。この場合、岸壁検出部15は、上面存在範囲外となるクラスタCw10及びクラスタCw13を、非壁面点のクラスタとみなす。なお、上面存在範囲は、潮位や船舶の喫水深さにより上下するため,ある程度余裕を持った範囲に設定する。なお、岸壁検出部15は、側面に関しても,存在範囲が限定される場合に存在範囲(側面存在範囲)を設定し、側面存在範囲外の側面点の壁面候補クラスタを非壁面点のクラスタとして分類してもよい。 FIG. 14 is a sectional view of the quay clearly showing the upper surface existing range. In FIG. 14, clusters Cw10 to Cw14 are wall surface candidate clusters consisting of top surface points. In this case, the quay detection unit 15 regards the clusters Cw10 and Cw13, which are outside the upper surface existence range, as clusters of non-wall points. Note that the upper surface existence range changes depending on the tide level and the draft depth of the ship, so it should be set within a range with some leeway. The quay detection unit 15 also sets an existence range (side existence range) for side surfaces when the existence range is limited, and classifies wall candidate clusters of side points outside the side existence range as clusters of non-wall points. You may.

図15(A)及び図15(B)は、上面及び側面に対する壁面候補クラスタを夫々選択する手順(b)~(d)を示す図である。なお、手順(a)は、前処理として、同一面統合処理による面の統合を行ったことを示している。まず、岸壁検出部15は、手順(b)において、上面存在範囲に存在す上面の壁面候補クラスタのうち、代表位置が最も低い位置となる壁面候補クラスタを選択する。ここで、代表位置は、例えば、壁面候補クラスタの重心点や幾何中心点である。次に、岸壁検出部15は、手順(c)において、手順(b)で選択した上面に対応する壁面候補クラスタの代表位置よりも高い代表位置の位置となる側面の壁面候補クラスタを除外する。そして、岸壁検出部15は、残った側面の壁面候補クラスタのうち、対象船舶に最も近い代表位置となる壁面候補クラスタを選択する。 15(A) and 15(B) are diagrams showing procedures (b) to (d) for selecting wall surface candidate clusters for the top surface and side surface, respectively. Note that step (a) indicates that surfaces are integrated by the same surface integration process as preprocessing. First, in step (b), the quay detection unit 15 selects a wall candidate cluster whose representative position is the lowest among the upper wall candidate clusters existing in the upper surface existence range. Here, the representative position is, for example, the center of gravity or the geometric center of the wall candidate cluster. Next, in step (c), the quay wall detection unit 15 excludes the wall surface candidate cluster on the side surface whose representative position is higher than the representative position of the wall surface candidate cluster corresponding to the top surface selected in step (b). Then, the quay detection unit 15 selects the wall candidate cluster that is the representative position closest to the target ship from among the remaining side wall candidate clusters.

これらの手順によれば、岸壁検出部15は、上面及び側面に夫々対応する1組の壁面候補クラスタを的確に選択することができる。 According to these procedures, the quay wall detection unit 15 can accurately select a set of wall surface candidate clusters corresponding to the top surface and the side surface, respectively.

(8)境界点判定処理
岸壁のエッジ付近では、法線を計算する際に上面と側面の点が混在するため、法線角度が斜め方向になりやすい。従って、エッジ付近の被計測点については、法線角度から上面点、側面点、非壁面点の判定を的確に行うことが難しい。図16(A)は、岸壁上の被計測点の分類結果を示す図である。図16(A)において、矢印は法線方向を表している。図16(A)の例では、側面と上面の境のエッジ付近の被計測点が非壁面点と判定されている。
(8) Boundary point determination processing
Near the edge of the quay, when calculating the normal, points on the top and side surfaces are mixed, so the normal angle tends to be diagonal. Therefore, for measured points near edges, it is difficult to accurately determine whether they are top points, side points, or non-wall points based on the normal angle. FIG. 16(A) is a diagram showing the classification results of measurement points on the quay. In FIG. 16(A), the arrow represents the normal direction. In the example of FIG. 16A, the measured point near the edge of the boundary between the side surface and the top surface is determined to be a non-wall surface point.

以上を勘案し、岸壁検出部15は、境界点判定処理では、上面と側面の境界に存在する非壁面点である境界点が壁面点として相応しいか否かの再判定を行う。図16(B)は、境界点判定処理後の被計測点の分類結果を示す図である。この場合、図16(A)において存在していた非壁面点は、側面点又は上面点のいずれかに適切に再分類されている。 Taking the above into consideration, in the boundary point determination process, the quay detection unit 15 re-determines whether a boundary point that is a non-wall point existing at the boundary between the top surface and the side surface is suitable as a wall surface point. FIG. 16(B) is a diagram showing the classification results of the measured points after the boundary point determination process. In this case, the non-wall points that existed in FIG. 16(A) have been appropriately reclassified as either side points or top points.

図17(A)及び図17(B)は、境界点判定処理の概要を示す図である。まず、岸壁検出部15は、図17(A)に示すように、縦ラインごとに下から(即ちライダ3の俯角が最大の位置から仰角が大きくなる方向に)走査することで境界点を探索する。次に、岸壁検出部15は、図17(B)に示されるように、探索した境界点から最近傍となる壁面点(側面点又は上面点)との距離を計算し、その距離が所定閾値以下であった場合に、探索した境界点を壁面点として再判定(分類)する。詳しくは、岸壁検出部15は、この場合、壁面点であると再判定した境界点について、最近傍となる壁面点が側面点である場合には側面点と分類し、最近傍となる壁面点が上面点であれば上面点と分類する。なお、上面又は側面のうち片面しか検出されていない場合でも、岸壁検出部15は、壁面点の端点から数列分の被計測点を境界点とみなし、境界点と壁面点との最短距離が閾値以下であれば、当該境界点を壁面点として再判定してもよい。 FIG. 17(A) and FIG. 17(B) are diagrams showing an overview of the boundary point determination process. First, as shown in FIG. 17(A), the quay detection unit 15 searches for a boundary point by scanning each vertical line from below (that is, from the position where the angle of depression of the rider 3 is maximum to the direction where the angle of elevation increases). do. Next, as shown in FIG. 17(B), the quay detection unit 15 calculates the distance from the searched boundary point to the nearest wall point (side point or top point), and determines that the distance is a predetermined threshold value. If the following is true, the searched boundary point is re-determined (classified) as a wall point. Specifically, in this case, the quay detection unit 15 classifies the boundary point re-determined to be a wall point as a side point if the nearest wall point is a side point, and classifies the boundary point as a side point. If is a top point, it is classified as a top point. Note that even if only one side of the top or side surface is detected, the quay detection unit 15 regards the measured points in several rows from the end points of the wall points as boundary points, and the shortest distance between the boundary point and the wall point is the threshold. If it is below, the boundary point may be re-determined as a wall point.

(9)詳細処理フロー
次に、図3のフローチャートにおいて説明した各処理の詳細フローについて説明する。
(9) Detailed processing flow
Next, the detailed flow of each process explained in the flowchart of FIG. 3 will be explained.

図18は、図3のステップS2で実行される法線算出処理のフローチャートの一例である。 FIG. 18 is an example of a flowchart of the normal calculation process executed in step S2 of FIG. 3.

まず、岸壁検出部15は、法線算出処理において用いる点群データを取得する(ステップS11)。そして、岸壁検出部15は、以下に述べるステップS12~S16の処理ループを実行する。この場合、岸壁検出部15は、取得した点群データの全被計測点を順に注目点として選択し、注目点として選択する被計測点がなくなるまで、処理ループを繰り返し実行する。 First, the quay detection unit 15 acquires point cloud data used in the normal line calculation process (step S11). Then, the quay detection unit 15 executes a processing loop of steps S12 to S16 described below. In this case, the quay detection unit 15 sequentially selects all measured points of the acquired point cloud data as points of interest, and repeatedly executes a processing loop until there are no measured points to be selected as points of interest.

まず、岸壁検出部15は、ライダ3の基準点から注目点までの距離(即ち計測距離)xを計算する(ステップS12)。次に、岸壁検出部15は、計測距離xに基づき、法線算出半径を計算する(ステップS13)。そして、岸壁検出部15は、注目点から法線算出半径内に存在する他の被計測点(「近傍点」とも呼ぶ。)を探索する(ステップS14)。そして、岸壁検出部15は、注目点と近傍点の合計点数が点数閾値以上であるか否か判定する(ステップS15)。そして、上述の点数が点数閾値以上である場合(ステップS15;Yes)、岸壁検出部15は、注目点及び近傍点に基づき注目点の法線を計算する(ステップS16)。一方、上述の点数が点数閾値未満である場合(ステップS15;No)、岸壁検出部15は、ステップS16を実行しない。 First, the quay detection unit 15 calculates the distance (i.e., measured distance) x from the reference point of the rider 3 to the point of interest (step S12). Next, the quay detection unit 15 calculates a normal radius based on the measured distance x (step S13). Then, the quay detection unit 15 searches for other measured points (also referred to as "neighboring points") that exist within the normal calculation radius from the point of interest (step S14). Then, the quay detection unit 15 determines whether the total score of the point of interest and the neighboring points is equal to or greater than the score threshold (step S15). If the above-mentioned score is equal to or greater than the score threshold (step S15; Yes), the quay detection unit 15 calculates the normal of the point of interest based on the point of interest and neighboring points (step S16). On the other hand, if the above-mentioned score is less than the score threshold (step S15; No), the quay detection unit 15 does not execute step S16.

そして、岸壁検出部15は、ステップS12~S16の処理ループの終了後、法線算出処理の処理結果として、各被計測点に法線(法線ベクトル)が関連付けられた法線付き点群を出力する(ステップS17)。 Then, after completing the processing loop of steps S12 to S16, the quay detection unit 15 generates a group of points with normals in which a normal (normal vector) is associated with each measured point as a processing result of the normal calculation process. Output (step S17).

図19は、図3のステップS3で実行される壁面向き判定処理のフローチャートの一例である。 FIG. 19 is an example of a flowchart of the wall orientation determination process executed in step S3 of FIG.

まず、岸壁検出部15は、法線算出処理の処理結果である法線付き点群を、壁面向き判定処理に用いる入力として取得する(ステップS21)。次に、岸壁検出部15は、ステップS22~S26の処理ループを実行する。この場合、岸壁検出部15は、取得した点群データの全被計測点を順に注目点として選択し、注目点として選択する被計測点がなくなるまで、処理ループを繰り返し実行する。 First, the quay detection unit 15 obtains a group of points with normals, which are the processing results of the normal calculation process, as an input for use in the wall orientation determination process (step S21). Next, the quay detection unit 15 executes a processing loop of steps S22 to S26. In this case, the quay detection unit 15 sequentially selects all measured points of the acquired point cloud data as points of interest, and repeatedly executes a processing loop until there are no measured points to be selected as points of interest.

まず、岸壁検出部15は、注目点の法線角度θが上面閾値より大きいか否か判定する(ステップS22)。そして、注目点の法線角度θが上面閾値より大きい場合(ステップS22;Yes)、岸壁検出部15は、注目点に対して上面点であることを示すラベル(上面ラベル)を付与する(ステップS23)。一方、注目点の法線角度θが上面閾値以下の場合(ステップS22;No)、岸壁検出部15は、注目点の法線角度θが側面閾値未満であるか否か判定する(ステップS24)。そして、注目点の法線角度θが側面閾値未満である場合(ステップS24;Yes)、岸壁検出部15は、注目点に対して側面点であることを示すラベル(側面ラベル)を付与する(ステップS25)。一方、注目点の法線角度θが側面閾値以上である場合(ステップS24;No)、岸壁検出部15は、注目点に対して非壁面点であることを示すラベル(非壁面ラベル)を付与する(ステップS26)。上述したラベル(上面ラベル、側面ラベル、非壁面ラベル)を「壁面ラベル」と総称する。 First, the quay detection unit 15 determines whether the normal angle θ of the point of interest is larger than the upper surface threshold (step S22). If the normal angle θ of the point of interest is larger than the top surface threshold (step S22; Yes), the quay detection unit 15 gives the point of interest a label (top surface label) indicating that it is a top surface point (step S22; Yes). S23). On the other hand, if the normal angle θ of the point of interest is less than or equal to the top threshold (step S22; No), the quay detection unit 15 determines whether the normal angle θ of the point of interest is less than the side threshold (step S24). . Then, if the normal angle θ of the point of interest is less than the side surface threshold (step S24; Yes), the quay detection unit 15 gives the point of interest a label (side label) indicating that it is a side point ( Step S25). On the other hand, if the normal angle θ of the point of interest is equal to or greater than the side surface threshold (step S24; No), the quay detection unit 15 gives the point of interest a label (non-wall label) indicating that it is a non-wall point. (Step S26). The above-mentioned labels (top label, side label, non-wall label) are collectively referred to as "wall label."

そして、岸壁検出部15は、ステップS22~S26の処理ループの終了後、壁面向き判定処理の処理結果として、各被計測点に法線及び壁面ラベルが関連付けられた法線/壁面ラベル付き点群を出力する(ステップS27)。 Then, after completing the processing loop of steps S22 to S26, the quay detection unit 15 generates a normal/wall labeled point group in which a normal and a wall label are associated with each measured point as a processing result of the wall orientation determination process. is output (step S27).

図20は、図3のステップS4及びステップS5で実行される分散非壁面除去処理及び同一面統合処理のフローチャートの一例である。 FIG. 20 is an example of a flowchart of the distributed non-wall surface removal process and the same surface integration process that are executed in step S4 and step S5 of FIG.

まず、岸壁検出部15は、壁面向き判定処理の処理結果である法線/壁面ラベル付き点群を、分散非壁面除去処理及び同一面統合処理に用いる入力として取得する(ステップS31)。そして、岸壁検出部15は、壁面点となる被計測点のクラスタリング(例えばユークリッドクラスタリング)を実行する(ステップS32)。そして、岸壁検出部15は、生成されたクラスタの各々について、点数が所定閾値より大きいか否か判定する(ステップS33)。そして、岸壁検出部15は、点数が所定閾値以下のクラスタを、非壁面点のクラスタと判定する(ステップS33;No及びステップS34)。この場合、岸壁検出部15は、点数が所定閾値以下のクラスタの各被計測点の壁面ラベルを非壁面ラベルに変更する。 First, the quay detection unit 15 obtains a group of points with normal/wall labels, which are the processing results of the wall orientation determination process, as input for use in the distributed non-wall surface removal process and the same surface integration process (step S31). Then, the quay detection unit 15 performs clustering (for example, Euclidean clustering) of the measured points that become wall points (step S32). Then, the quay detection unit 15 determines whether or not the score of each of the generated clusters is greater than a predetermined threshold (step S33). Then, the quay detection unit 15 determines a cluster whose number of points is less than or equal to a predetermined threshold value as a cluster of non-wall points (step S33; No and step S34). In this case, the quay detection unit 15 changes the wall label of each measured point of the cluster whose score is below a predetermined threshold value to a non-wall label.

次に、岸壁検出部15は、上面点と側面点を分離し、夫々でクラスタリング(例えばユークリッドクラスタリング)を実行する(ステップS35)。そして、岸壁検出部15は、ステップS36~S45の処理ループを実行する。この場合、岸壁検出部15は、ステップS35で生成したクラスタを順に注目クラスタとして選択し、注目クラスタとして選択するクラスタがなくなるまで、この処理ループを繰り返し実行する。 Next, the quay detection unit 15 separates the top surface point and the side surface point, and performs clustering (for example, Euclidean clustering) on each (step S35). The quay detection unit 15 then executes a processing loop of steps S36 to S45. In this case, the quay detection unit 15 sequentially selects the clusters generated in step S35 as clusters of interest, and repeatedly executes this processing loop until there are no more clusters to be selected as clusters of interest.

まず、岸壁検出部15は、注目クラスタの各被計測点を対象として分散共分散行列を計算する(ステップS36)。そして、岸壁検出部15は、分散共分散行列の対角成分の最大値を求める(ステップS37)。次に、岸壁検出部15は、ステップS37で求めた最大値が所定閾値未満であるか否か判定する(ステップS38)。そして、ステップS37で求めた最大値が所定閾値未満である場合(ステップS38;Yes)、岸壁検出部15は、注目クラスタが壁面点のクラスタとしての条件を満たすと判定し、ステップS39を実行する。一方、ステップS37で求めた最大値が所定閾値以上である場合(ステップS38;No)、岸壁検出部15は、注目クラスタを、非壁面点のクラスタと判定する(ステップS40)。 First, the quay detection unit 15 calculates a variance-covariance matrix for each measured point of the cluster of interest (step S36). The quay detection unit 15 then finds the maximum value of the diagonal components of the variance-covariance matrix (step S37). Next, the quay detection unit 15 determines whether the maximum value obtained in step S37 is less than a predetermined threshold (step S38). If the maximum value obtained in step S37 is less than the predetermined threshold (step S38; Yes), the quay detection unit 15 determines that the cluster of interest satisfies the conditions for a cluster of wall points, and executes step S39. . On the other hand, if the maximum value determined in step S37 is equal to or greater than the predetermined threshold (step S38; No), the quay detection unit 15 determines the cluster of interest to be a cluster of non-wall points (step S40).

ステップS39では、岸壁検出部15は、注目クラスタの代表位置(代表点)及び代表法線を計算する(ステップS39)。そして、岸壁検出部15は、代表法線に基づき、注目クラスタと代表法線の向き(即ち壁面向き)が近い他のクラスタが存在するか否か判定する(ステップS41)。そして、注目クラスタと壁面向きが近い他のクラスタが存在する場合(ステップS41;Yes)、岸壁検出部15は、注目クラスタと当該他のクラスタとの面間距離を計算する(ステップS42)。そして、岸壁検出部15は、面間距離が距離閾値未満であると判定した場合(ステップS43;Yes)、注目クラスタと当該他のクラスタとの点群を統合し(ステップS44)、統合した点群を表すクラスタを壁面候補クラスタとしてメモリ12等に保存する(ステップS45)。一方、岸壁検出部15は、注目クラスタと壁面向きが近い他のクラスタが存在しない場合(ステップS41;No)、又は、面間距離が距離閾値以上であると判定した場合(ステップS43;No)、注目クラスタを壁面候補クラスタとしてメモリ12等に保存する(ステップS45)。 In step S39, the quay detection unit 15 calculates the representative position (representative point) and representative normal of the cluster of interest (step S39). Then, based on the representative normal, the quay wall detection unit 15 determines whether there is another cluster whose representative normal is similar in direction to the cluster of interest (that is, toward the wall) (step S41). If there is another cluster having a similar wall orientation to the cluster of interest (Step S41; Yes), the quay detection unit 15 calculates the inter-plane distance between the cluster of interest and the other cluster (Step S42). Then, when the quay detection unit 15 determines that the inter-plane distance is less than the distance threshold (step S43; Yes), it integrates the point cloud of the cluster of interest and the other cluster (step S44), and The cluster representing the group is stored in the memory 12 or the like as a wall candidate cluster (step S45). On the other hand, when the quay detection unit 15 determines that there is no other cluster whose wall orientation is close to the cluster of interest (step S41; No), or that the distance between surfaces is equal to or greater than the distance threshold (step S43; No) , the cluster of interest is stored in the memory 12 or the like as a wall candidate cluster (step S45).

そして、岸壁検出部15は、クラスタに関する処理ループの終了後、分散非壁面除去処理及び同一面統合処理の処理結果として、壁面候補クラスタの群を出力する(ステップS46)。 Then, after completing the processing loop related to clusters, the quay detection unit 15 outputs a group of wall surface candidate clusters as the processing results of the distributed non-wall surface removal process and the same surface integration process (step S46).

図21は、図3のステップS6で実行される面積非壁面除去処理のフローチャートの一例である。 FIG. 21 is an example of a flowchart of the area non-wall surface removal process executed in step S6 of FIG.

まず、岸壁検出部15は、分散非壁面除去処理及び同一面統合処理の処理結果である壁面候補クラスタの群を、面積非壁面除去処理の入力として取得する(ステップS51)。そして、岸壁検出部15は、ステップS52~S59の処理ループを実行する。この場合、岸壁検出部15は、壁面候補クラスタを順に注目クラスタとして選択し、注目クラスタとして選択する壁面候補クラスタがなくなるまで、この処理ループを繰り返し実行する。なお、岸壁検出部15は、第1疑似面積算出手法に基づきステップS53~S55を実行してもよく、第2疑似面積算出手法に基づきステップS57及びS58を実行してもよい。 First, the quay detection unit 15 obtains a group of wall candidate clusters, which are the processing results of the distributed non-wall surface removal process and the same surface integration process, as input to the area non-wall surface removal process (step S51). The quay detection unit 15 then executes a processing loop of steps S52 to S59. In this case, the quay detection unit 15 sequentially selects wall surface candidate clusters as clusters of interest, and repeatedly executes this processing loop until there are no wall surface candidate clusters to be selected as clusters of interest. Note that the quay detection unit 15 may execute steps S53 to S55 based on the first pseudo area calculation method, or may execute steps S57 and S58 based on the second pseudo area calculation method.

まず、岸壁検出部15は、注目クラスタに対して主成分分析を行う(ステップS52)。そして、第1疑似面積算出手法を採用する場合には、岸壁検出部15は、注目クラスタを構成する各被計測点の元の座標値を第1及び第2主成分軸の座標値に変換する(ステップS53)。次に、岸壁検出部15は、注目クラスタの各軸方向の最大値及び最小値の差から、注目クラスタを矩形とみなした場合の縦横の長さw、hを計算し(ステップS54)、面積Sを計算する(ステップS55)。一方、第2疑似面積算出手法を採用する場合には、岸壁検出部15は、第1及び第2主成分の固有値λから標準偏差sdを計算し(ステップS57)、面積Sを計算する(ステップS58)。 First, the quay detection unit 15 performs principal component analysis on the cluster of interest (step S52). Then, when adopting the first pseudo area calculation method, the quay detection unit 15 converts the original coordinate values of each measured point constituting the cluster of interest into coordinate values of the first and second principal component axes. (Step S53). Next, the quay detection unit 15 calculates the vertical and horizontal lengths w and h when the cluster of interest is regarded as a rectangle from the difference between the maximum value and the minimum value in each axis direction of the cluster of interest (step S54), and calculates the area S1 is calculated (step S55). On the other hand, when adopting the second pseudo area calculation method, the quay detection unit 15 calculates the standard deviation sd from the eigenvalue λ of the first and second principal components (step S57), and calculates the area S2 ( Step S58).

そして、岸壁検出部15は、算出した面積が所定閾値よりも大きいか否か判定する(ステップS56)。そして、岸壁検出部15は、算出した面積が所定閾値以下の場合(ステップS56;Yes)、対象クラスタを非壁面点のクラスタと判定する(ステップS59)。 Then, the quay detection unit 15 determines whether the calculated area is larger than a predetermined threshold (step S56). Then, if the calculated area is less than or equal to the predetermined threshold (step S56; Yes), the quay wall detection unit 15 determines that the target cluster is a cluster of non-wall points (step S59).

そして、岸壁検出部15は、壁面候補クラスタの処理ループの終了後、ステップS59で非壁面点であるとの判定がなされなかった壁面候補クラスタの群を、面積非壁面除去処理の処理結果として出力する(ステップS60)。 After the wall candidate cluster processing loop ends, the quay detection unit 15 outputs the group of wall candidate clusters that were not determined to be non-wall points in step S59 as the processing result of the area non-wall surface removal process. (Step S60).

図22は、図3のステップS7で実行される最適壁面選択処理のフローチャートの一例である。 FIG. 22 is an example of a flowchart of the optimal wall surface selection process executed in step S7 of FIG.

まず、岸壁検出部15は、面積非壁面除去処理の処理結果である壁面候補クラスタの群を、最適壁面選択処理の入力として取得する(ステップS61)。次に、岸壁検出部15は、各壁面候補クラスタの代表位置を計算する(ステップS62)。そして、岸壁検出部15は、上面存在範囲の上限よりも高い代表位置となる壁面候補クラスタの各点、及び、下限よりも低い代表位置となる壁面候補クラスタの各点には、非壁面ラベルを付す(ステップS63)。 First, the quay detection unit 15 obtains a group of wall candidate clusters, which are the processing results of the area non-wall surface removal process, as input for the optimal wall surface selection process (step S61). Next, the quay detection unit 15 calculates the representative position of each wall candidate cluster (step S62). Then, the quay detection unit 15 assigns a non-wall label to each point of the wall candidate cluster whose representative position is higher than the upper limit of the upper surface existence range, and to each point of the wall candidate cluster whose representative position is lower than the lower limit. (Step S63).

そして、岸壁検出部15は、上面点からなる壁面候補クラスタが1個以上あるか否か判定する(ステップS64)。そして、上面点からなる壁面候補クラスタが1個以上ある場合(ステップS64;Yes)、岸壁検出部15は、上面点からなる壁面候補クラスタのうち最も代表位置が低いクラスタを残し、他のクラスタの各点には非壁面ラベルを付与する(ステップS65)。一方、上面点からなる壁面候補クラスタが1個の場合(ステップS64;No)、ステップS65は実行されない。 Then, the quay detection unit 15 determines whether there is one or more wall surface candidate clusters consisting of upper surface points (step S64). If there is one or more wall surface candidate clusters made up of top surface points (step S64; Yes), the quay detection unit 15 leaves the cluster with the lowest representative position among the wall surface candidate clusters made of top surface points, and removes the cluster from other clusters. A non-wall surface label is given to each point (step S65). On the other hand, if there is one wall candidate cluster consisting of upper surface points (step S64; No), step S65 is not executed.

そして、岸壁検出部15は、側面点からなる壁面候補クラスタのうち、残った1個の上面点の壁面候補クラスタの代表点よりも高い(即ちZ座標が大きい)クラスタの各点に非壁面ラベルを付与する(ステップS66)。そして、岸壁検出部15は、残った側面点の壁面候補クラスタのうちY座標の絶対値が最も小さい(即ち原点に近い)クラスタを残し、他のクラスタの各点には非壁面ラベルを付与する(ステップS67)。そして、岸壁検出部15は、最適壁面選択処理の処理結果として、被計測点ごとに法線及び壁面ラベルが関連付けられた法線/壁面ラベル付き点群を出力する(ステップS68)。 Then, the quay detection unit 15 assigns a non-wall label to each point of the cluster, which is higher (that is, has a larger Z coordinate) than the representative point of the wall candidate cluster of the remaining top point among the wall candidate clusters made up of the side points. (Step S66). Then, the quay detection unit 15 leaves the cluster with the smallest absolute value of the Y coordinate (that is, close to the origin) among the wall surface candidate clusters of the remaining side points, and assigns a non-wall surface label to each point of the other clusters. (Step S67). Then, the quay detection unit 15 outputs a normal/wall labeled point group in which a normal and a wall label are associated for each measured point as a processing result of the optimal wall surface selection process (step S68).

図23は、図3のステップS8で実行される境界点判定処理のフローチャートの一例である。 FIG. 23 is an example of a flowchart of the boundary point determination process executed in step S8 of FIG.

まず、岸壁検出部15は、最適壁面選択処理の処理結果である法線/壁面ラベル付き点群を、境界点判定処理の入力として取得する(ステップS71)。次に、岸壁検出部15は、ステップS72~S75の処理ループを実行する。この場合、岸壁検出部15は、点群データの全ての縦ラインを順に注目ラインとして選択し、注目ラインとして選択する縦ラインがなくなるまで繰り返しループを実行する。 First, the quay detection unit 15 obtains a group of points with normal/wall surface labels, which are the processing results of the optimal wall surface selection process, as an input for the boundary point determination process (step S71). Next, the quay detection unit 15 executes a processing loop of steps S72 to S75. In this case, the quay detection unit 15 sequentially selects all the vertical lines of the point cloud data as lines of interest, and repeats the loop until there are no more vertical lines to be selected as lines of interest.

まず、岸壁検出部15は、側面点と上面点との間に存在する非壁面点を探索する(ステップS72)。そして、岸壁検出部15は、探索した非壁面点の各々について、最近傍に位置する壁面点(上面点又は側面点)との距離を計算する(ステップS73)。そして、岸壁検出部15は、計算した距離が所定閾値未満となる非壁面点が存在すると判定した場合(ステップS74;Yes)、当該非壁面点の壁面ラベルを、最近傍に位置する壁面点と同一の壁面ラベルに設定する(ステップS75)。一方、岸壁検出部15は、計算した距離が所定閾値未満となる非壁面点が存在しないと判定した場合(ステップS74;No)、ステップS75の処理を実行しない。 First, the quay detection unit 15 searches for a non-wall point that exists between the side point and the top point (step S72). Then, the quay detection unit 15 calculates the distance from the nearest wall point (top point or side point) for each of the searched non-wall points (step S73). When the quay detecting unit 15 determines that there is a non-wall point for which the calculated distance is less than a predetermined threshold (step S74; Yes), the quay detecting unit 15 sets the wall label of the non-wall point to the nearest wall point. The same wall label is set (step S75). On the other hand, when the quay detection unit 15 determines that there is no non-wall point for which the calculated distance is less than the predetermined threshold (step S74; No), it does not execute the process of step S75.

そして、岸壁検出部15は、縦ラインのループ処理の終了後、境界点判定処理の処理結果として、壁面ラベルが各被計測点に関連付けられた壁面ラベル付き点群を出力する(ステップS76)。 After the vertical line loop processing is completed, the quay detection unit 15 outputs a group of wall labeled points in which wall labels are associated with each measured point as a processing result of the boundary point determination processing (step S76).

(10)適用例
次に、図3に示すフローチャートの処理結果を利用した適用例(第1適用例~第3適用例)について説明する。
(10) Application example
Next, application examples (first application example to third application example) using the processing results of the flowchart shown in FIG. 3 will be described.

図24及び図25は、第1適用例の概要を示す図である。第1適用例は、船舶が図24に示される形状の岸壁に着岸するときの岸壁検出である。この場合、ライダは船舶側面に取り付けられ、岸壁方向を照射する。そして、ライダのビームは放射状に出力されるため,取得される被計測点の間隔は位置が遠いほど広がる。 24 and 25 are diagrams showing an overview of the first application example. The first application example is quay detection when a ship docks at a quay having the shape shown in FIG. 24 . In this case, the lidar is attached to the side of the ship and illuminates the quay direction. Since the lidar beam is output radially, the distance between the acquired measurement points increases as the distance increases.

第1適用例では、ライダの視野内に岸壁の点群が取得され始めた第1タイミング、岸壁の壁面上に突起物が存在する区間の検出中の第2タイミング、船舶が岸壁に対して近距離となった第3タイミングにおいて本実施例の処理が実行される。この場合、図25に示されるように、第1タイミングで本実施例の処理を行う場合、法線算出半径を大きくして点の探索をするため,法線計算に用いる点数が少なくなることを防ぐ。また、遠距離からでも法線算出ができることで,岸壁検出可能な最大距離が伸びる。また、第2タイミングで本実施例の処理を行う場合、法線の分散閾値によって突起物を除去し、平坦性が高い面のみを抽出できる。また,分断されてしまった面を統合した上で、面積による壁面判定ができる。また、第3タイミングで本実施例の処理を行う場合、法線算出半径を小さくして点の探索をするため、局所的な法線が求められ、計算精度が向上する。特に、法線方向が乱れやすい上面と側面の境界点における性能が改善される。 In the first application example, the first timing is when a point cloud of the quay begins to be acquired within the rider's field of view, the second timing is when a section where a protrusion exists on the quay wall is being detected, and the second timing is when the ship is close to the quay. The processing of this embodiment is executed at the third timing when the distance is reached. In this case, as shown in FIG. 25, when the process of this embodiment is performed at the first timing, the normal calculation radius is increased to search for a point, so the number of points used for normal calculation is reduced. prevent. Additionally, by being able to calculate normals from a long distance, the maximum distance at which quay walls can be detected is extended. Furthermore, when the process of this embodiment is performed at the second timing, protrusions can be removed using the normal dispersion threshold and only surfaces with high flatness can be extracted. Furthermore, after integrating the divided surfaces, wall surface determination can be performed based on area. Furthermore, when the process of this embodiment is performed at the third timing, the normal calculation radius is reduced and the point is searched for, so local normals are obtained and calculation accuracy is improved. In particular, the performance is improved at the boundary point between the top and side surfaces where the normal direction is likely to be disturbed.

図26及び図27は、第2適用例の概要を示す図である。第2適用例では、ライダの視野内に係留用ロープ,ブイといった壁面以外の物体が存在する場合を例とする。そして、これらの障害物の点は法線計算時には角度によっては上面点や側面点である旨のラベル付けがなされ、壁面候補に混ざってしまうことがある。これに対し、本実施例の処理を実行することで、図27に示すように、点数フィルタ処理(分散非壁面除去処理、面積非壁面除去処理等)によって外れ点を除去できる。また、点数閾値によって除去できなかった障害物に対して誤って壁面ラベルが付与された場合でも,面積を利用した判定によって壁面候補から除外することができる。その結果、図27に示すように、側面から上面にかけて隔たり無く壁面ラベルが付与されている。 26 and 27 are diagrams showing an overview of the second application example. In the second application example, a case is taken as an example in which an object other than a wall surface, such as a mooring rope or a buoy, exists within the field of view of the rider. Depending on the angle, these obstacle points may be labeled as top surface points or side surface points during normal line calculation, and may be mixed in with wall surface candidates. On the other hand, by executing the process of this embodiment, as shown in FIG. 27, outlying points can be removed by point filter processing (distributed non-wall surface removal processing, area non-wall surface removal processing, etc.). Furthermore, even if a wall label is erroneously assigned to an obstacle that cannot be removed based on the score threshold, it can be excluded from wall candidates by determination using area. As a result, as shown in FIG. 27, wall labels are applied seamlessly from the side surface to the top surface.

図28及び図29は、第3適用例の概要を示す図である。第3適用例では、複雑形状の岸壁の抽出に関し、岸壁の縁が一直線でなく、また岸壁上の障害物によって複数の壁面候補が表れるような場合を例とする。この場合、引き波に対して上面判定されてしまう場合もある。また、対岸距離を考慮し、船舶に近い位置に存在する壁面候補クラスタを優先的に壁面点と判定する必要がある。これに対し、本実施例に係る処理を実行することで、図29に示されるように、岸壁上に存在する建造物の屋根やコンテナ側面、船舶の引き波等、誤った面が壁面とみなされる事象を減少させることができる。また、よりもっともらしい面が岸壁と判定されることで、岸壁検出結果を利用した対岸距離(ライダ-岸壁間距離)の計算の安定性を向上させることができる。 28 and 29 are diagrams showing an overview of the third application example. In the third application example, regarding the extraction of a quay with a complex shape, a case where the edge of the quay is not in a straight line and a plurality of wall surface candidates appear due to an obstacle on the quay is taken as an example. In this case, the top surface may be determined for the undertow. Furthermore, it is necessary to consider the distance to the opposite shore and preferentially determine wall candidate clusters that exist in positions close to the ship as wall points. In contrast, by executing the process according to this embodiment, as shown in FIG. This can reduce the number of events that occur. Furthermore, by determining that a more plausible surface is a quay, it is possible to improve the stability of calculation of the distance to the opposite shore (distance between the rider and the quay) using the quay detection results.

(11)岸壁検出信頼度の算出
接岸パラメータ算出部16は、岸壁検出部15による岸壁検出結果の信頼度(岸壁検出信頼度)を、上面と側面のそれぞれにおいて算出してもよい。
(11) Calculation of quay detection reliability
The berthing parameter calculation unit 16 may calculate the reliability of the quay detection result by the quay detection unit 15 (quay detection reliability) for each of the top surface and the side surface.

図30は、岸壁検出信頼度の算出例を示すテーブルである。ここで、「検出/未検出」に関する係数「q」は、上面や側面が検出されたか否かに応じた値となり、「壁面点数」に関する係数「q」は、どの程度の大きさの点群が取得できているかを表し、大きいほど信頼度が高いことを表す。「視野角内/外」に関する係数「q」は、ライダの視野角に岸壁が収まっているかを表し、視野余裕度が大きく、視野角内に収まっている場合に1となり、視野角外まで岸壁が存在する可能性がある場合に-0.5となる。「法線ベクトル分散」に関する係数「q」は、岸壁と判定されたクラスタの法線ベクトルの分散度合いを表し、分散が小さいほど信頼度は高いことを表す。そして、側面の岸壁検出信頼度「q」と上面の岸壁検出信頼度「q」は、上述した各係数の重み付け平均によって夫々算出される。この場合に使用される各重み係数「w」~「w」は例えば予めメモリ12等に記憶されている。 FIG. 30 is a table showing an example of calculating the quay detection reliability. Here, the coefficient "q 3 " regarding "detection/undetection" is a value depending on whether the top surface or side surface is detected, and the coefficient "q 2 " regarding "wall surface points" is a value depending on the size. This indicates whether the point cloud has been acquired, and the larger the value, the higher the reliability. The coefficient "q 1 " related to "inside/outside the viewing angle" indicates whether the quay falls within the rider's viewing angle, and is 1 when the viewing margin is large and is within the viewing angle, -0.5 if there is a possibility that a quay exists. The coefficient “q 0 ” related to “normal vector variance” represents the degree of variance of the normal vectors of clusters determined to be quays, and the smaller the variance, the higher the reliability. The side wall detection reliability " qs " and the top wall detection reliability " q.sub.u " are respectively calculated by weighted averages of the above-mentioned coefficients. Each of the weighting coefficients “w 0 ” to “w 3 ” used in this case is stored in the memory 12 or the like in advance, for example.

以上説明したように、情報処理装置1のコントローラ13は、主に、取得手段と、法線算出範囲設定手段と、法線算出手段とを有する。取得手段は、計測装置により計測された複数の被計測点を表すデータの集合である計測データを取得する。法線算出範囲設定手段は、計測データが示す計測距離に基づき、被計測点の各々の法線の算出に用いる被計測点の点集合を生成するための法線算出範囲を設定する。法線算出手段は、法線算出範囲に基づき、被計測点の各々の法線を算出する。この態様により、コントローラ13は、計測装置により計測された被計測点の各々の法線を好適に算出することができる。 As described above, the controller 13 of the information processing device 1 mainly includes an acquisition means, a normal calculation range setting means, and a normal calculation means. The acquisition means acquires measurement data that is a collection of data representing a plurality of measured points measured by the measuring device. The normal line calculation range setting means sets a normal line calculation range for generating a point set of the measured points to be used for calculating the normal line of each of the measured points, based on the measurement distance indicated by the measurement data. The normal calculation means calculates the normal of each measured point based on the normal calculation range. With this aspect, the controller 13 can suitably calculate the normal line of each point to be measured measured by the measuring device.

なお、上述した実施例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(Non-Trasitory Computer Readable Medium)を用いて格納され、コンピュータであるコントローラ等に供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記憶媒体(Tangible Storage Medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記憶媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記憶媒体(例えば光磁気ディスク)、CD-ROM(Read Only Memory)、CD-R、CD-R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(Random Access Memory)を含む。 In the embodiments described above, the program can be stored using various types of non-transitory computer readable media and supplied to a computer, such as a controller. Non-transitory computer-readable media include various types of tangible storage media. Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic storage media (eg, flexible disks, magnetic tape, hard disk drives), magneto-optical storage media (eg, magneto-optical disks), CD-ROMs (Read Only Memory), CD-Rs, Includes CD-R/W, semiconductor memory (for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, and RAM (Random Access Memory).

以上、実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。すなわち、本願発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。また、引用した上記の特許文献等の各開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。 Although the present invention has been described above with reference to Examples, the present invention is not limited to the above-mentioned Examples. The configuration and details of the present invention can be modified in various ways that can be understood by those skilled in the art within the scope of the present invention. That is, it goes without saying that the present invention includes the entire disclosure including the claims and various modifications and modifications that a person skilled in the art would be able to make in accordance with the technical idea. In addition, the disclosures of the above cited patent documents, etc. are incorporated into this document by reference.

1 情報処理装置
2 センサ群
3 ライダ
1 Information processing device 2 Sensor group 3 Lidar

Claims (11)

計測装置により計測された複数の被計測点を表すデータの集合である計測データを取得する取得手段と、
前記計測データが示す計測距離に基づき、前記被計測点の各々の法線の算出に用いる前記被計測点の点集合を生成するための法線算出範囲を設定する法線算出範囲設定手段と、
前記法線算出範囲に基づき、前記被計測点の各々の法線を算出する法線算出手段と、
を有する情報処理装置。
acquisition means for acquiring measurement data that is a collection of data representing a plurality of measured points measured by the measurement device;
normal line calculation range setting means for setting a normal line calculation range for generating a point set of the measured points to be used for calculating the normal line of each of the measured points, based on the measurement distance indicated by the measurement data;
normal line calculation means for calculating the normal line of each of the measured points based on the normal line calculation range;
An information processing device having:
前記法線算出範囲設定手段は、前記計測距離が長いほど、前記法線算出範囲を大きくする、請求項1に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1, wherein the normal line calculation range setting means increases the normal line calculation range as the measured distance is longer. 前記法線に基づき前記被計測点のクラスタリングを行うクラスタリング手段と、
前記クラスタリングにより形成された前記被計測点のクラスタの各々が岸壁の候補であるか否かを、当該クラスタ内での前記法線のばらつきの度合いに基づき判定する判定手段と、
を有する請求項1または2に記載の情報処理装置。
clustering means for clustering the measured points based on the normal;
determining means for determining whether each of the clusters of measured points formed by the clustering is a quay candidate based on the degree of variation in the normal line within the cluster;
The information processing device according to claim 1 or 2, comprising:
前記法線に基づき前記被計測点のクラスタリングを行うクラスタリング手段と、
前記クラスタリングにより形成された前記被計測点のクラスタの各々に近似した面を推定し、当該面同士の距離に基づき、前記クラスタの統合の要否を判定する判定手段と、
を有する請求項1~3のいずれか一項に記載の情報処理装置。
clustering means for clustering the measured points based on the normal;
determining means for estimating a surface that approximates each of the clusters of the measured points formed by the clustering, and determining whether or not the clusters need to be integrated based on the distance between the surfaces;
The information processing device according to any one of claims 1 to 3, comprising:
前記法線に基づき前記被計測点のクラスタリングを行うクラスタリング手段と、
前記クラスタリングにより形成された前記被計測点のクラスタの各々が岸壁の候補であるか否かを、当該クラスタを形成する前記被計測点の点数及び前記クラスタの面積に基づき判定する判定手段と、
を有する請求項1~4のいずれか一項に記載の情報処理装置。
clustering means for clustering the measured points based on the normal;
determining means for determining whether each of the clusters of the measured points formed by the clustering is a quay candidate based on the number of the measured points forming the cluster and the area of the cluster;
The information processing device according to any one of claims 1 to 4.
前記法線に基づき前記被計測点のクラスタリングを行うクラスタリング手段と、
前記クラスタリングにより形成された、岸壁の上面の候補となる前記被計測点のクラスタのうち、所定の存在範囲内に存在し、かつ、最も低い位置に存在するクラスタを、前記上面を表すクラスタと判定する判定手段と、
を有する請求項1~5のいずれか一項に記載の情報処理装置。
clustering means for clustering the measured points based on the normal;
Among the clusters of the measured points that are candidates for the top surface of the quay formed by the clustering, a cluster that exists within a predetermined existence range and is located at the lowest position is determined to be a cluster representing the top surface. a means for determining,
The information processing device according to any one of claims 1 to 5.
前記判定手段は、前記クラスタリングにより形成された、岸壁の側面の候補となる前記被計測点のクラスタのうち、前記上面を表すクラスタよりも低い位置に存在し、かつ、前記計測装置に最も近くに存在するクラスタを、前記側面を表すクラスタと判定する、請求項6に記載の情報処理装置。 The determining means is configured to select one of the clusters of measured points that are candidates for the side surface of the quay, which are located at a lower position than the cluster representing the top surface, and which is closest to the measuring device. The information processing device according to claim 6, wherein an existing cluster is determined to be a cluster representing the side surface. 前記法線に基づき、前記被計測点の各々が、岸壁が計測された壁面点又は前記岸壁以外が計測された非壁面点のいずれであるか分類する分類手段を有し、
前記分類手段は、前記壁面点の間に存在する前記非壁面点を、当該非壁面点と前記壁面点との最短距離に基づき、前記壁面点として再分類する、請求項1~7のいずれか一項に記載の情報処理装置。
Based on the normal line, each of the measured points has a classification means for classifying whether it is a wall point where a quay is measured or a non-wall point where a part other than the quay is measured,
Any one of claims 1 to 7, wherein the classification means reclassifies the non-wall point existing between the wall points as the wall point based on the shortest distance between the non-wall point and the wall point. The information processing device according to item 1.
コンピュータが実行する制御方法であって、
計測装置により計測された複数の被計測点を表すデータの集合である計測データを取得し、
前記計測データが示す計測距離に基づき、前記被計測点の各々の法線の算出に用いる前記被計測点の点集合を生成するための法線算出範囲を設定し、
前記法線算出範囲に基づき、前記被計測点の各々の法線を算出する、
制御方法。
A control method executed by a computer,
Obtain measurement data, which is a collection of data representing multiple measured points measured by a measuring device,
Based on the measurement distance indicated by the measurement data, setting a normal calculation range for generating a point set of the measurement points used for calculating the normal of each of the measurement points,
calculating a normal to each of the measured points based on the normal calculation range;
Control method.
計測装置により計測された複数の被計測点を表すデータの集合である計測データを取得し、
前記計測データが示す計測距離に基づき、前記被計測点の各々の法線の算出に用いる前記被計測点の点集合を生成するための法線算出範囲を設定し、
前記法線算出範囲に基づき、前記被計測点の各々の法線を算出する処理をコンピュータに実行させるプログラム。
Obtain measurement data, which is a collection of data representing multiple measured points measured by a measuring device,
Based on the measurement distance indicated by the measurement data, setting a normal calculation range for generating a point set of the measurement points used for calculating the normal of each of the measurement points,
A program that causes a computer to execute a process of calculating a normal line of each of the measured points based on the normal line calculation range.
請求項10に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。 A storage medium storing the program according to claim 10.
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