JP2813767B2 - 地形地図作成方法および装置 - Google Patents
地形地図作成方法および装置Info
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- JP2813767B2 JP2813767B2 JP6145504A JP14550494A JP2813767B2 JP 2813767 B2 JP2813767 B2 JP 2813767B2 JP 6145504 A JP6145504 A JP 6145504A JP 14550494 A JP14550494 A JP 14550494A JP 2813767 B2 JP2813767 B2 JP 2813767B2
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Landscapes
- Instructional Devices (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は地形地図作成方法および
装置に関する。さらに詳しくは、地形の３次元位置計測
点群から平面を抽出して、それらを組合せることにより
地形地図を作成する地形地図作成方法および装置に関す
る。
装置に関する。さらに詳しくは、地形の３次元位置計測
点群から平面を抽出して、それらを組合せることにより
地形地図を作成する地形地図作成方法および装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】移動ロボットを移動させる際には、従来
よりレーザ・レンジ・ファインダー（ＬＲＦ）などの距
離センサにより得られた周囲の地形に関する距離データ
を高さデータに変換して高さ地図を作成し、得られた高
さ地図を基にして移動ロボットの航行プランを作成する
ことが検討されている（「レーザ・レンジ・ファインダ
ーを用いた環境認識の方法について」 第１０回 日本
ロボット学会学術講演会予稿集Ｎｏ．３ ３２３１参
照）。かかる高さ地図により航行プランを作成する場
合、地形が平坦なときには問題を生じない
よりレーザ・レンジ・ファインダー（ＬＲＦ）などの距
離センサにより得られた周囲の地形に関する距離データ
を高さデータに変換して高さ地図を作成し、得られた高
さ地図を基にして移動ロボットの航行プランを作成する
ことが検討されている（「レーザ・レンジ・ファインダ
ーを用いた環境認識の方法について」 第１０回 日本
ロボット学会学術講演会予稿集Ｎｏ．３ ３２３１参
照）。かかる高さ地図により航行プランを作成する場
合、地形が平坦なときには問題を生じない
【０００３】しかしながら、地形に起伏がある場合に
は、かかる高さ地図のみでは傾斜角が不明であるため、
その斜面を移動ロボットが登坂できるか否かの判断を直
ちになすことができない。そのため、高さ地図における
一点一点を参照しながら逐一演算処理を行い傾斜角等を
算出して、その斜面を移動ロボットが登坂できるか否か
の判断がなされている。したがって、航行プランの作成
が迅速になし得ず、そのため移動ロボットの移動速度の
低下、ひいてはその稼動率の低下を招来させているとい
う問題がある。
は、かかる高さ地図のみでは傾斜角が不明であるため、
その斜面を移動ロボットが登坂できるか否かの判断を直
ちになすことができない。そのため、高さ地図における
一点一点を参照しながら逐一演算処理を行い傾斜角等を
算出して、その斜面を移動ロボットが登坂できるか否か
の判断がなされている。したがって、航行プランの作成
が迅速になし得ず、そのため移動ロボットの移動速度の
低下、ひいてはその稼動率の低下を招来させているとい
う問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、起伏がある地
形においても移動ロボット等の自律的に移動する移動物
体の航行プランが容易に作成できる地形地図作成方法お
よび装置を提供することを目的としている。
術の問題点に鑑みなされたものであって、起伏がある地
形においても移動ロボット等の自律的に移動する移動物
体の航行プランが容易に作成できる地形地図作成方法お
よび装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等はかかる従来
技術の問題点について鋭意研究した結果、例えば３次元
ハフ変換を用いて高さ地図を構成する計測点を含有する
平面をその含有点の多い順に算出するとともに、その平
面から計測点に対応した地形に相当する領域を抽出し、
その抽出された領域を適宜組合わせることにより地形地
図が作成できることを見出し本発明を完成するに至っ
た。
技術の問題点について鋭意研究した結果、例えば３次元
ハフ変換を用いて高さ地図を構成する計測点を含有する
平面をその含有点の多い順に算出するとともに、その平
面から計測点に対応した地形に相当する領域を抽出し、
その抽出された領域を適宜組合わせることにより地形地
図が作成できることを見出し本発明を完成するに至っ
た。
【０００６】すなわち、本発明の地形地図作成方法は、
地形を３次元的に計測して、その３次元位置計測点群を
得る手順と、前記３次元位置計測点群の計測点を含有す
る平面を、その含有数が多い順に算出する手順と、前記
算出された平面から含有している計測点に対応する地形
に相当する領域を抽出する手順と、前記抽出された領域
を組合せて地形地図を作成する手順とを含んでいること
を特徴とする。
地形を３次元的に計測して、その３次元位置計測点群を
得る手順と、前記３次元位置計測点群の計測点を含有す
る平面を、その含有数が多い順に算出する手順と、前記
算出された平面から含有している計測点に対応する地形
に相当する領域を抽出する手順と、前記抽出された領域
を組合せて地形地図を作成する手順とを含んでいること
を特徴とする。
【０００７】より具体的には、本発明の地形地図の作成
方法は、地形を３次元的に計測して、その３次元位置計
測点群を得る手順と、得られた３次元位置計測点群を、
平面を表すパラメータ空間に写像する手順と、複数の抽
出平面を得る手順と、得られた複数の抽出平面を組合せ
て地形地図を作成する手順とを含み、前記複数の抽出平
面が下記手順の繰り返しにより得られることを特徴とす
る。
方法は、地形を３次元的に計測して、その３次元位置計
測点群を得る手順と、得られた３次元位置計測点群を、
平面を表すパラメータ空間に写像する手順と、複数の抽
出平面を得る手順と、得られた複数の抽出平面を組合せ
て地形地図を作成する手順とを含み、前記複数の抽出平
面が下記手順の繰り返しにより得られることを特徴とす
る。
【０００８】前記パラメータ空間における度数分布を
求める手順
求める手順
【０００９】前記度数分布から度数が最大の点を検出
して、計測点最多含有平面を算出する手順
して、計測点最多含有平面を算出する手順
【００１０】前記算出された計測点最多含有平面から
所定距離内にある計測点のみを抽出する手順
所定距離内にある計測点のみを抽出する手順
【００１１】前記抽出された計測点間の距離が所定距
離内に位置するものをグループ化して領域分割を行う手
順
離内に位置するものをグループ化して領域分割を行う手
順
【００１２】前記グループ化された計測点の内、最大
グループに属する計測点のみを前記算出平面を構成する
点として抽出する手順
グループに属する計測点のみを前記算出平面を構成する
点として抽出する手順
【００１３】前記抽出された計測点間の補間を行い、
前記算出平面において前記抽出された計測点により特定
される領域を決定し、それを抽出平面とする手順
前記算出平面において前記抽出された計測点により特定
される領域を決定し、それを抽出平面とする手順
【００１４】前記パラメータ空間から、前記抽出され
た計測点に対応する度数を削除する手順
た計測点に対応する度数を削除する手順
【００１５】ここで、前記得られた３次元位置計測点群
を、平面を表すパラメータ空間への写像は、例えば３次
元ハフ変換によりθーφーｄ空間になされる。
を、平面を表すパラメータ空間への写像は、例えば３次
元ハフ変換によりθーφーｄ空間になされる。
【００１６】本発明の地形地図作成方法においては、作
成された地形地図から相対水平面を選出する手順と、前
記相対水平面と交差する平面を選出する手順と、前記相
対水平面と交差する平面の相対水平面との交差位置およ
びなす角を含む簡易データを算出する手順とが付加され
ているのが好ましく、また作成された地形地図または簡
易データが画像表示またはプリントアウトされるのが好
ましい。
成された地形地図から相対水平面を選出する手順と、前
記相対水平面と交差する平面を選出する手順と、前記相
対水平面と交差する平面の相対水平面との交差位置およ
びなす角を含む簡易データを算出する手順とが付加され
ているのが好ましく、また作成された地形地図または簡
易データが画像表示またはプリントアウトされるのが好
ましい。
【００１７】一方、本発明の地形地図作成装置は、距離
測定手段と出力手段と演算処理手段とを備え、前記距離
測定手段により、地形の３次元位置計測点群が得られる
とともに、それらの計測点群が演算処理手段に入力さ
れ、前記演算処理手段により、前記３次元位置計測点群
の計測点を含有する平面が、その含有点数が多い順に算
出され、前記算出された平面から含有している計測点に
対応する地形に相当する領域が抽出され、前記抽出され
た領域を組合わせて地形地図が作成されて、前記出力手
段に入力され、前記出力手段により地形地図が出力され
ることを特徴とする。
測定手段と出力手段と演算処理手段とを備え、前記距離
測定手段により、地形の３次元位置計測点群が得られる
とともに、それらの計測点群が演算処理手段に入力さ
れ、前記演算処理手段により、前記３次元位置計測点群
の計測点を含有する平面が、その含有点数が多い順に算
出され、前記算出された平面から含有している計測点に
対応する地形に相当する領域が抽出され、前記抽出され
た領域を組合わせて地形地図が作成されて、前記出力手
段に入力され、前記出力手段により地形地図が出力され
ることを特徴とする。
【００１８】より具体的には、本発明の地形地図作成装
置は、距離測定手段と出力手段と演算処理手段とを備
え、前記距離測定手段により、地形の３次元位置計測点
群が得られるとともに、それらの計測点群が前記演算処
理手段に入力され、前記演算処理手段により、入力され
た３次元位置計測点群を、平面を表すパラメータ空間に
写像し、複数の抽出平面が下記手順の繰り返しにより得
られ、 前記パラメータ空間における度数分布を求める手順 前記度数分布から度数が最大の点を検出して、計測点
最多含有平面を算出する手順 前記算出された計測点最多含有平面から所定距離内に
ある計測点のみを抽出する手順 前記抽出された計測点間の距離が所定距離内に位置す
るものをグループ化して領域分割を行う手順 前記グループ化された計測点の内、最大グループに属
する計測点のみを前記算出平面を構成する点として抽出
する手順 前記抽出された計測点間の補間を行い、前記算出平面
において前記抽出された計測点により特定される領域を
決定し、それを抽出平面とする手順 前記パラメータ空間から、前記抽出された計測点に対
応する度数を削除する手順 得られた複数の抽出平面を組合わせて地形地図が作成さ
れて、前記出力手段に入力され、前記出力手段により、
前記入力された地形地図が出力されることを特徴とす
る。
置は、距離測定手段と出力手段と演算処理手段とを備
え、前記距離測定手段により、地形の３次元位置計測点
群が得られるとともに、それらの計測点群が前記演算処
理手段に入力され、前記演算処理手段により、入力され
た３次元位置計測点群を、平面を表すパラメータ空間に
写像し、複数の抽出平面が下記手順の繰り返しにより得
られ、 前記パラメータ空間における度数分布を求める手順 前記度数分布から度数が最大の点を検出して、計測点
最多含有平面を算出する手順 前記算出された計測点最多含有平面から所定距離内に
ある計測点のみを抽出する手順 前記抽出された計測点間の距離が所定距離内に位置す
るものをグループ化して領域分割を行う手順 前記グループ化された計測点の内、最大グループに属
する計測点のみを前記算出平面を構成する点として抽出
する手順 前記抽出された計測点間の補間を行い、前記算出平面
において前記抽出された計測点により特定される領域を
決定し、それを抽出平面とする手順 前記パラメータ空間から、前記抽出された計測点に対
応する度数を削除する手順 得られた複数の抽出平面を組合わせて地形地図が作成さ
れて、前記出力手段に入力され、前記出力手段により、
前記入力された地形地図が出力されることを特徴とす
る。
【００１９】ここで、前記得られた３次元位置計測点群
を、平面を表すパラメータ空間への写像は、例えば３次
元ハフ変換によりθーφーｄ空間になされる。
を、平面を表すパラメータ空間への写像は、例えば３次
元ハフ変換によりθーφーｄ空間になされる。
【００２０】本発明の地形地図作成装置においては、前
記演算処理手段により、作成された地形地図から相対水
平面が選出され、前記相対水平面と交差する平面が選出
され、前記相対水平面と交差する平面の相対水平面との
交差位置およびなす角を含む簡易データが算出されるこ
とが付加されているのが好ましい。
記演算処理手段により、作成された地形地図から相対水
平面が選出され、前記相対水平面と交差する平面が選出
され、前記相対水平面と交差する平面の相対水平面との
交差位置およびなす角を含む簡易データが算出されるこ
とが付加されているのが好ましい。
【００２１】
【作用】本発明においては、まず、距離測定手段によ
り、地形の３次元位置計測点群が得られる。この３次元
位置計測点群が、例えば３次元ハフ変換によりパラメー
タ空間、例えば、θーφーｄ空間に写像される。このパ
ラメータ空間では、写像された計測点群の度数分布が求
められ、ついで度数が最大の点が検出されて、前記計測
点を最も多く含有する平面、すなわち計測点最多含有平
面が算出される。しかるのち、この算出された計測点最
多含有平面から所定距離内にある計測点のみの抽出がな
され、これらの抽出された計測点間の距離が所定距離内
に位置するもののグループ化がなされることにより領域
分割が行われる。そして、そのグループの内、最大グル
ープに属する計測点のみが、前記算出平面を構成するも
のとして抽出される。ついで、これら抽出された計測点
間の補間がなされて、前記算出平面の領域が決定されて
抽出平面が得られる。この一連の作業が終了すると、パ
ラメータ空間から、先に抽出された計測点に対応した度
数が削除された度数分布が使用されて、前記一連の手段
が繰り返されて、計測点が多く含有される順に複数の抽
出平面が得られる。この得られた抽出平面が敵宜組合さ
れて地形地図が作成される。
り、地形の３次元位置計測点群が得られる。この３次元
位置計測点群が、例えば３次元ハフ変換によりパラメー
タ空間、例えば、θーφーｄ空間に写像される。このパ
ラメータ空間では、写像された計測点群の度数分布が求
められ、ついで度数が最大の点が検出されて、前記計測
点を最も多く含有する平面、すなわち計測点最多含有平
面が算出される。しかるのち、この算出された計測点最
多含有平面から所定距離内にある計測点のみの抽出がな
され、これらの抽出された計測点間の距離が所定距離内
に位置するもののグループ化がなされることにより領域
分割が行われる。そして、そのグループの内、最大グル
ープに属する計測点のみが、前記算出平面を構成するも
のとして抽出される。ついで、これら抽出された計測点
間の補間がなされて、前記算出平面の領域が決定されて
抽出平面が得られる。この一連の作業が終了すると、パ
ラメータ空間から、先に抽出された計測点に対応した度
数が削除された度数分布が使用されて、前記一連の手段
が繰り返されて、計測点が多く含有される順に複数の抽
出平面が得られる。この得られた抽出平面が敵宜組合さ
れて地形地図が作成される。
【００２２】
【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明を実施
例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに
限定されるものではない。なお、本実施例は、本件出願
人が既に提案している不整地移動ロボットの自動走行シ
ステム（特願平６ー４００９７(特開平７−２４８８２
０号公報)）について適用してなるものである。
例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに
限定されるものではない。なお、本実施例は、本件出願
人が既に提案している不整地移動ロボットの自動走行シ
ステム（特願平６ー４００９７(特開平７−２４８８２
０号公報)）について適用してなるものである。
【００２３】図１に本発明の地形地図作成方法の基本的
手順を示し、本発明の地形地図作成方法の基本的手順
は、地形の３次元位置計測点群を収集し、得られた３次
元位置計測点群の計測点を含有する平面を、その含有点
が多い順に算出し、前記算出平面から含有している計測
点に対応する地形に相当する領域を抽出し、前記抽出さ
れた領域を組合せて地形地図を作成するものである。
手順を示し、本発明の地形地図作成方法の基本的手順
は、地形の３次元位置計測点群を収集し、得られた３次
元位置計測点群の計測点を含有する平面を、その含有点
が多い順に算出し、前記算出平面から含有している計測
点に対応する地形に相当する領域を抽出し、前記抽出さ
れた領域を組合せて地形地図を作成するものである。
【００２４】図２および図３には、図１に示す基本的手
順をより具体的にした手順が示されている。以下、図２
および図３を参照しながら説明する。
順をより具体的にした手順が示されている。以下、図２
および図３を参照しながら説明する。
【００２５】ステップ１：地形の３次元位置計測点群の
収集がなされる。この地形の３次元位置計測点群として
は、例えば距離センサーにより取得されたデータ群（生
データであってもよいし、座標変換がなされたデータ群
でもよい）があげられる。
収集がなされる。この地形の３次元位置計測点群として
は、例えば距離センサーにより取得されたデータ群（生
データであってもよいし、座標変換がなされたデータ群
でもよい）があげられる。
【００２６】ステップ２：得られた３次元位置計測点群
を、平面を表すパラメータ空間に写像する。
を、平面を表すパラメータ空間に写像する。
【００２７】ステップ３：前記パラメータ空間における
度数分布を作成する。
度数分布を作成する。
【００２８】ステップ４：前記度数分布から度数が最大
の点を検出し、計測点最多含有平面を抽出する。
の点を検出し、計測点最多含有平面を抽出する。
【００２９】ステップ５：前記計測点最多含有平面から
所定距離内にある計測点のみを抽出する。
所定距離内にある計測点のみを抽出する。
【００３０】ステップ６：前記抽出された計測点間の距
離が所定距離内に位置するものをグループ化し、領域分
割を行う。
離が所定距離内に位置するものをグループ化し、領域分
割を行う。
【００３１】ステップ７：前記グループ化された計測点
の内、最大グループに属する計測点のみを、前記算出平
面を構成する点として抽出する。
の内、最大グループに属する計測点のみを、前記算出平
面を構成する点として抽出する。
【００３２】ステップ８：前記抽出された計測点間の補
間を行い、前記算出平面において、前記抽出された計測
点により特定される領域を抽出平面とする。
間を行い、前記算出平面において、前記抽出された計測
点により特定される領域を抽出平面とする。
【００３３】ステップ９：前記パラメータ空間から、前
記抽出された計測点に対応する度数を削除する。
記抽出された計測点に対応する度数を削除する。
【００３４】ステップ１０：繰り返し数が所定数に達し
たか否か判定され、所定数に達すると次のステップに進
み、達しないとステップ３に戻る。ここで、この繰り返
し数は、例えば１０回とされる。
たか否か判定され、所定数に達すると次のステップに進
み、達しないとステップ３に戻る。ここで、この繰り返
し数は、例えば１０回とされる。
【００３５】ステップ１１：得られた複数の抽出平面を
組合せて地形地図を作成する。
組合せて地形地図を作成する。
【００３６】ここで、得られた３次元位置計測点群を、
平面を表すパラメータ空間への写像は、例えば３次元ハ
フ変換によりなされる。以下、３次元ハフ変換について
簡単に説明する。
平面を表すパラメータ空間への写像は、例えば３次元ハ
フ変換によりなされる。以下、３次元ハフ変換について
簡単に説明する。
【００３７】３次元ハフ変換とは、ＸＹＺ空間上の全て
の計測点を、数式１によってθーφーｄ空間上に写像
し、θーφーｄ空間上に得られた曲面群の交点を求める
ことにより、ＸＹＺ空間上の計測点が構成する平面を導
き出すものである。例えば、図４に示すように、ＸＹＺ
空間上に計測点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）が得られたとし、この
点を通る任意の平面を平面αとし、この平面αに原点Ｏ
から下ろした垂線との交点をＩ（ｘi，ｙi，ｚi）と
し、原点Ｏから平面αまでの距離をｄとし、垂線ＯＩを
ＸＹ平面に投影した直線とＹ軸とのなす角をθとし、垂
線ＯＩとＸＹ平面のなす角をφとすると、下記の関係式
が得られる。
の計測点を、数式１によってθーφーｄ空間上に写像
し、θーφーｄ空間上に得られた曲面群の交点を求める
ことにより、ＸＹＺ空間上の計測点が構成する平面を導
き出すものである。例えば、図４に示すように、ＸＹＺ
空間上に計測点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）が得られたとし、この
点を通る任意の平面を平面αとし、この平面αに原点Ｏ
から下ろした垂線との交点をＩ（ｘi，ｙi，ｚi）と
し、原点Ｏから平面αまでの距離をｄとし、垂線ＯＩを
ＸＹ平面に投影した直線とＹ軸とのなす角をθとし、垂
線ＯＩとＸＹ平面のなす角をφとすると、下記の関係式
が得られる。
【００３８】ｚi・ｓｉｎφ＝ｚi 2／ｄ δ・ｃｏｓφ＝δ2／ｄ （ただし、δ＝ｘi・ｓｉｎθ＋ｙi・ｃｏｓθ） ｄ＝δ・ｃｏｓφ＋ｚi・ｓｉｎφ
【００３９】以上の関係式を整理すると、下記式が得ら
れる。 ｄ＝（ｘi・ｓｉｎθ＋ｙi・ｃｏｓθ）・ｃｏｓφ＋ｚ
i・ｓｉｎφ
れる。 ｄ＝（ｘi・ｓｉｎθ＋ｙi・ｃｏｓθ）・ｃｏｓφ＋ｚ
i・ｓｉｎφ
【００４０】ここで、前記式を一般化すると、得られた
数式１は平面αを表す式になる。
数式１は平面αを表す式になる。
【数１】 ｄ＝（ｘ・ｓｉｎθ＋ｙ・ｃｏｓθ）・ｃｏｓφ＋ｚ・ｓｉｎφ （１）
【００４１】また前記仮定より平面αは点Ｐ（ｘ，ｙ，
ｚ）を通るから、数式１は点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を通る式
ともなる。そして、式の形態から明らかなように、数式
１はθとφとｄにより一意的に決定される。したがっ
て、数式１により点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を通るあらゆる平
面をθーφーｄ空間に写像することができる。
ｚ）を通るから、数式１は点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を通る式
ともなる。そして、式の形態から明らかなように、数式
１はθとφとｄにより一意的に決定される。したがっ
て、数式１により点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を通るあらゆる平
面をθーφーｄ空間に写像することができる。
【００４２】いま、数式１により点Ｐ1，Ｐ2，・・・，
Ｐkをθーφーｄ空間に写像し、その結果を図示すると
図５のようになる。そして、図５において、最も密度の
濃い点（θg，φg，ｄg）を求め、この値を数式１に代
入すると、全ての計測点からみて最も共通点の多い平面
が求められる。また、この平面の単位法線ベクトルＶ
は、数式２により求められる。
Ｐkをθーφーｄ空間に写像し、その結果を図示すると
図５のようになる。そして、図５において、最も密度の
濃い点（θg，φg，ｄg）を求め、この値を数式１に代
入すると、全ての計測点からみて最も共通点の多い平面
が求められる。また、この平面の単位法線ベクトルＶ
は、数式２により求められる。
【数２】 V=(-cosφg・sinθg,-cosφg・cosθg,-sinφg) （２）
【００４３】以下、具体的な実施例に基づいて本発明を
より詳細に説明する。
より詳細に説明する。
【００４４】図６に、本発明の地形地図作成方法に用い
られる装置のブロック図が示されている。図６に示す装
置は、距離測定手段１と、出力手段２と、演算処理手段
３とを主要構成要素としている。
られる装置のブロック図が示されている。図６に示す装
置は、距離測定手段１と、出力手段２と、演算処理手段
３とを主要構成要素としている。
【００４５】距離測定手段１としては、レーザ・レンジ
・ファインダー、ＣＣＤカメラによるステレオ立体視装
置、ＣＣＤカメラによる複眼視装置、超音波センサ、フ
ェイズドアレイセンサ、触覚センサなどが用いられる。
しかし、これに限定されるものではなく、３次元位置計
測点群を出力するセンサであればいかなるものも用いる
ことができる。
・ファインダー、ＣＣＤカメラによるステレオ立体視装
置、ＣＣＤカメラによる複眼視装置、超音波センサ、フ
ェイズドアレイセンサ、触覚センサなどが用いられる。
しかし、これに限定されるものではなく、３次元位置計
測点群を出力するセンサであればいかなるものも用いる
ことができる。
【００４６】出力手段２としては、例えば、ＣＲＴディ
スプレイ装置や液晶表示装置などの画像表示装置２１、
あるいはプリンターなどの印字装置２２が用いられる。
スプレイ装置や液晶表示装置などの画像表示装置２１、
あるいはプリンターなどの印字装置２２が用いられる。
【００４７】演算処理手段３としては、例えばコンピュ
ータが用いられる。
ータが用いられる。
【００４８】この演算処理手段３には、３次元ハフ変換
手段３１が設けられていて、後述する実施例１および実
施例２にかかわる処理がなし得るようにされている。
手段３１が設けられていて、後述する実施例１および実
施例２にかかわる処理がなし得るようにされている。
【００４９】また、演算処理手段３と出力手段２とが一
体化されたワークステーションを用いてもよい。
体化されたワークステーションを用いてもよい。
【００５０】さらに、マニュアル入力が可能なようにキ
ーボードなどの入力手段も設けられてもよい。
ーボードなどの入力手段も設けられてもよい。
【００５１】実施例１ 次に、図７に示す本発明の地形地図作成方法の説明図お
よび図８〜図９に示すフローチャートを参照しながら、
本発明の実施例１にかかわる地形地図作成方法について
説明する。
よび図８〜図９に示すフローチャートを参照しながら、
本発明の実施例１にかかわる地形地図作成方法について
説明する。
【００５２】ステップ１０１：距離センサにより周囲の
地形の距離情報を含む画像データを収集する。
地形の距離情報を含む画像データを収集する。
【００５３】ステップ１０２：得られた画像データから
基準点を原点とするＸＹＺ空間に常法により高さ地図を
作成する。
基準点を原点とするＸＹＺ空間に常法により高さ地図を
作成する。
【００５４】ステップ１０３：高さ地図上のその構成点
群（３次元位置計測点群）を３次元ハフ変換によりθー
φーｄ空間に写像し、θーφーｄ空間における度数分布
を作成する。
群（３次元位置計測点群）を３次元ハフ変換によりθー
φーｄ空間に写像し、θーφーｄ空間における度数分布
を作成する。
【００５５】ステップ１０４：θーφーｄ空間におい
て、度数分布の度数の最大の点（θg，φg，ｄg）を求
める。
て、度数分布の度数の最大の点（θg，φg，ｄg）を求
める。
【００５６】ステップ１０５：θg，φg，ｄgを数式１
に代入して、ＸＹＺ空間における計測点を最も多く含む
平面（以下、計測点最多含有平面という）γを求める。
に代入して、ＸＹＺ空間における計測点を最も多く含む
平面（以下、計測点最多含有平面という）γを求める。
【００５７】ステップ１０６：移動ロボット等はそのサ
スペンションにより地表に多少の凹凸があっても問題な
く移動できるので、計測点最多含有平面γから所定距離
内にある点は計測点最多含有平面γ上の点として扱って
も問題を生じない。そこで、そのような点（計測点）
を、例えば最小自乗法により抽出して、計測点最多含有
平面上の点として処理する。
スペンションにより地表に多少の凹凸があっても問題な
く移動できるので、計測点最多含有平面γから所定距離
内にある点は計測点最多含有平面γ上の点として扱って
も問題を生じない。そこで、そのような点（計測点）
を、例えば最小自乗法により抽出して、計測点最多含有
平面上の点として処理する。
【００５８】ステップ１０７：前記ステップ１０６によ
り抽出された点であっても、例えば図１０に示すよう
に、本来なら別の計測点最多含有平面に属している点も
抽出されている恐れがある。そこで近傍の計測点との位
置関係により領域分割をして計測点のグループ分けを行
う。例えば、クローラ幅の１／２以内の点は、同一グル
ープに属するとし、それを超えている点は別のグループ
に属しているとして、計測点のグループ分けを行う。な
お、このグループ分けに用いる幅は前記に限定されるも
のではなく、用途に応じて適宣選定される。
り抽出された点であっても、例えば図１０に示すよう
に、本来なら別の計測点最多含有平面に属している点も
抽出されている恐れがある。そこで近傍の計測点との位
置関係により領域分割をして計測点のグループ分けを行
う。例えば、クローラ幅の１／２以内の点は、同一グル
ープに属するとし、それを超えている点は別のグループ
に属しているとして、計測点のグループ分けを行う。な
お、このグループ分けに用いる幅は前記に限定されるも
のではなく、用途に応じて適宣選定される。
【００５９】ステップ１０８：前記グループの中から最
大グループを選出する。
大グループを選出する。
【００６０】ステップ１０９：前記最大グループに属す
る点を抽出してそのグループにより作成される平面（以
下、抽出平面という）を作成する。即ち、計測点に対応
する地形に相当する領域を計測点最多含有平面から抽出
する。
る点を抽出してそのグループにより作成される平面（以
下、抽出平面という）を作成する。即ち、計測点に対応
する地形に相当する領域を計測点最多含有平面から抽出
する。
【００６１】ステップ１１０：抽出平面の原点からの最
短距離、法線ベクトル等を算出する。
短距離、法線ベクトル等を算出する。
【００６２】ステップ１１１：抽出平面に識別番号を付
与する。
与する。
【００６３】ステップ１１２：パラメータ空間から抽出
平面に属する計測点に対応する度数を削除する。
平面に属する計測点に対応する度数を削除する。
【００６４】ステップ１１３：地形地図を作成するため
に必要な計測点について抽出平面が作成されたか否か判
定する。必要な計測点について抽出平面が作成されてい
なければステップ１０４に戻る。その逆に、必要な計測
点について抽出平面が作成されていれば次のステップに
進む。
に必要な計測点について抽出平面が作成されたか否か判
定する。必要な計測点について抽出平面が作成されてい
なければステップ１０４に戻る。その逆に、必要な計測
点について抽出平面が作成されていれば次のステップに
進む。
【００６５】ステップ１１４：抽出平面と高さ地図との
対応をとる。この対応は、例えば計測点番号を照合する
ことによりなされる。
対応をとる。この対応は、例えば計測点番号を照合する
ことによりなされる。
【００６６】ステップ１１５：前記対応関係に基づい
て、抽出平面を組み合わせて地形地図を作成する。
て、抽出平面を組み合わせて地形地図を作成する。
【００６７】ステップ１１６：作成された地形地図を、
例えば画像表示装置に出力する。
例えば画像表示装置に出力する。
【００６８】図１１に示す地形に対して実施例１の方法
により作成された地形地図を図１２〜１４に示す。図１
２〜１４より明らかなように、実施例１によれば対応関
係よく地形地図が作成されているのがわかる。
により作成された地形地図を図１２〜１４に示す。図１
２〜１４より明らかなように、実施例１によれば対応関
係よく地形地図が作成されているのがわかる。
【００６９】以上説明したように、実施例１によれば、
複雑な形状を有する地形を実用上支障のない範囲で平面
として処理し、その平面を適宜組み合せることにより地
形を表現できる。すなわち、平面を組み合わせて地形地
図を作成することができる。
複雑な形状を有する地形を実用上支障のない範囲で平面
として処理し、その平面を適宜組み合せることにより地
形を表現できる。すなわち、平面を組み合わせて地形地
図を作成することができる。
【００７０】実施例２ 次に、図１５に示すフローチャートを参照しながら、本
発明の実施例２にかかわる地形地図の作成方法について
説明する。なお、実施例２においても、地形地図作成ま
では実施例１と同様であるので、以下実施例１と異なる
ステップ１１５以降の部分についてのみ説明する。
発明の実施例２にかかわる地形地図の作成方法について
説明する。なお、実施例２においても、地形地図作成ま
では実施例１と同様であるので、以下実施例１と異なる
ステップ１１５以降の部分についてのみ説明する。
【００７１】ステップ２０１：作成された地形地図から
相対水平面を選出する。ここで、相対水平面とは、距離
センサが設置されている平面、すなわち移動物体、例え
ば移動用ロボットが載っている平面をいう。
相対水平面を選出する。ここで、相対水平面とは、距離
センサが設置されている平面、すなわち移動物体、例え
ば移動用ロボットが載っている平面をいう。
【００７２】ステップ２０２：相対水平面と交差する平
面（以下、交差平面という）を選出する。
面（以下、交差平面という）を選出する。
【００７３】ステップ２０３：交差平面の相対水平面と
交差する位置、交差平面の相対水平面とのなす角を算出
する。
交差する位置、交差平面の相対水平面とのなす角を算出
する。
【００７４】ステップ２０４：算出された交差平面の交
差位置、なす角等のデータを、例えばテーブルにまとめ
てプリンターに出力する。
差位置、なす角等のデータを、例えばテーブルにまとめ
てプリンターに出力する。
【００７５】図１１に示す地形に対して実施例２の方法
により作成された地形地図のデータを簡易形式により表
現したものを図１６に示す。図１６より明らかなよう
に、実施例２によれば、地形の特徴を簡易化して表現で
きるのがわかる。
により作成された地形地図のデータを簡易形式により表
現したものを図１６に示す。図１６より明らかなよう
に、実施例２によれば、地形の特徴を簡易化して表現で
きるのがわかる。
【００７６】以上説明したように、実施例２によれば、
交差平面の傾斜角や距離を即座に知ることができるの
で、移動ロボット等の登坂能力との比較が容易になし得
る。したがって、航行プランを簡易迅速に策定すること
ができる。また、交差平面の位置や大きさを知ることが
できるので、交差平面を避けた簡略的な航行プランを策
定することもできる。
交差平面の傾斜角や距離を即座に知ることができるの
で、移動ロボット等の登坂能力との比較が容易になし得
る。したがって、航行プランを簡易迅速に策定すること
ができる。また、交差平面の位置や大きさを知ることが
できるので、交差平面を避けた簡略的な航行プランを策
定することもできる。
【００７７】しかして、本発明の地形地図作成装置を適
宜調整して本件出願の先の提案にかかわる不整地移動ロ
ボットの自動走行システムに搭載すれば、航行プランを
自分で策定しながら移動させることができ、その活動範
囲および移動速度を飛躍的に増大させることができる。
宜調整して本件出願の先の提案にかかわる不整地移動ロ
ボットの自動走行システムに搭載すれば、航行プランを
自分で策定しながら移動させることができ、その活動範
囲および移動速度を飛躍的に増大させることができる。
【００７８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複雑な形状を有する地形を平面の組み合せにより作成さ
れた地形地図により表現できる。また、地形を平面の組
合せで表現しているので、航行プランの策定が簡易迅速
になし得る。さらに、本発明の地形地図作成装置を自律
的に移動する移動物体に搭載すればその移動物体の行動
能力を飛躍的に向上することができ、その稼動率を著し
く高めることができる。
複雑な形状を有する地形を平面の組み合せにより作成さ
れた地形地図により表現できる。また、地形を平面の組
合せで表現しているので、航行プランの策定が簡易迅速
になし得る。さらに、本発明の地形地図作成装置を自律
的に移動する移動物体に搭載すればその移動物体の行動
能力を飛躍的に向上することができ、その稼動率を著し
く高めることができる。
【図１】本発明の地形地図作成方法の基本的手順を示す
フローチャートである。
フローチャートである。
【図２】図１に示すフローチャートを具体的にしたフロ
ーチャートの前半部である。
ーチャートの前半部である。
【図３】図２示すフローチャートの後半部である。
【図４】３次元ハフ変換の説明図であって、ＸＹＺ空間
上で点Ｐを通る平面を作成した状態を示すものである。
上で点Ｐを通る平面を作成した状態を示すものである。
【図５】３次元ハフ変換の説明図であって、点Ｐ1，点
Ｐ2…点Ｐkを通る平面をθ−φ−ｄ空間に写像して度数
分布の最大の点を求めている状態を示すものである。
Ｐ2…点Ｐkを通る平面をθ−φ−ｄ空間に写像して度数
分布の最大の点を求めている状態を示すものである。
【図６】本発明の地形地図の作成方法に用いる装置のブ
ロック図である。
ロック図である。
【図７】本発明の地形地図の作成方法の概念図である。
【図８】本発明の地形地図の作成方法の実施例１にかか
わるフローチャートの前半部である。
わるフローチャートの前半部である。
【図９】図８に示すフローチャートの後半部である。
【図１０】最大平面上に存在しても他の地形に属する計
測点である場合の説明図である。
測点である場合の説明図である。
【図１１】本発明が適用される地形の一例を示した図で
ある。
ある。
【図１２】図８に示す地形のレーザ・レンジ・ファイン
ダーによる概念図である。
ダーによる概念図である。
【図１３】図９に示す概念図に３次元ハフ変換を施して
平面を抽出した結果を示す図である。
平面を抽出した結果を示す図である。
【図１４】図１３より作成された地形地図である。
【図１５】本発明の地形地図の作成方法の実施例２にか
かわるフローチャートであって、実施例１と異なる部分
についてのみ示したものである。
かわるフローチャートであって、実施例１と異なる部分
についてのみ示したものである。
【図１６】本発明により作成された地形地図を簡易デー
タにして表現した図である。
タにして表現した図である。
１ 距離測定手段（レーザ・レンジ・ファインダ
ー） ２ 出力手段 ２１ 画像表示手段（ＣＲＴディスプレイ） ２２ 印字手段（プリンター） ３ 演算処理手段（コンピュータ） ３１ ３次元ハフ変換手段
ー） ２ 出力手段 ２１ 画像表示手段（ＣＲＴディスプレイ） ２２ 印字手段（プリンター） ３ 演算処理手段（コンピュータ） ３１ ３次元ハフ変換手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−128415（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01C 15/00 - 15/14 G05D 1/02 G09B 29/00
Claims (11)
- 【請求項１】 地形を３次元的に計測して、その３次元
位置計測点群を得る手順と、前記３次元位置計測点群の
計測点を含有する平面を、その含有数が多い順に算出す
る手順と、前記算出された平面から含有している計測点
に対応する地形に相当する領域を抽出する手順と、前記
抽出された領域を組合せて地形地図を作成する手順とを
含んでいることを特徴とする地形地図作成方法。 - 【請求項２】 地形を３次元的に計測して、その３次元
位置計測点群を得る手順と、得られた３次元位置計測点
群を、平面を表すパラメータ空間に写像する手順と、複
数の抽出平面を得る手順と、得られた複数の抽出平面を
組合せて地形地図を作成する手順とを含み、前記複数の
抽出平面が下記手順の繰り返しにより得られることを特
徴とする地形地図作成方法。 前記パラメータ空間における度数分布を求める手順 前記度数分布から度数が最大の点を検出して、計測点
最多含有平面を算出する手順 前記算出された計測点最多含有平面から所定距離内に
ある計測点のみを抽出する手順 前記抽出された計測点間の距離が所定距離内に位置す
るものをグループ化して領域分割を行う手順 前記グループ化された計測点の内、最大グループに属
する計測点のみを前記算出平面を構成する点として抽出
する手順 前記抽出された計測点間の補間を行い、前記算出平面
において前記抽出された計測点により特定される領域を
決定し、それを抽出平面とする手順 前記パラメータ空間から、前記抽出された計測点に対
応する度数を削除する手順 - 【請求項３】 前記得られた３次元位置計測点群の平面
を表すパラメータ空間への写像が、３次元ハフ変換によ
りθーφーｄ空間になされることを特徴とする請求項２
記載の地形地図作成方法。 - 【請求項４】 作成された地形地図から相対水平面を選
出する手順と、前記相対水平面と交差する平面を選出す
る手順と、前記相対水平面と交差する平面の相対水平面
との交差位置およびなす角を含む簡易データを算出する
手順とが付加されていることを特徴とする請求項１、２
または３記載の地形地図作成方法。 - 【請求項５】 作成された地形地図または簡易データ
が、画像表示またはプリントアウトされることを特徴と
する請求項１、２、３または４記載の地形地図作成方
法。 - 【請求項６】 距離測定手段と出力手段と演算処理手段
とを備え、前記距離測定手段により、地形の３次元位置
計測点群が得られるとともに、それらの計測点群が演算
処理手段に入力され、前記演算処理手段により、 前記３次元位置計測点群の計測点を含有する平面が、そ
の含有点数が多い順に算出され、 前記算出された平面から含有している計測点に対応する
地形に相当する領域が抽出され、 前記抽出された領域を組合わせて地形地図が作成され
て、前記出力手段に入力され、前記出力手段により前記
入力された地形地図が出力されることを特徴とする地形
地図作成装置。 - 【請求項７】 距離測定手段と出力手段と演算処理手段
とを備え、前記距離測定手段により、地形の３次元位置
計測点群が得られるとともに、それらの計測点群が前記
演算処理手段に入力され、前記演算処理手段により、 入力された３次元位置計測点群を、平面を表すパラメー
タ空間に写像し、 複数の抽出平面が下記手順の繰り返しにより得られ、 前記パラメータ空間における度数分布を求める手順 前記度数分布から度数が最大の点を検出して計測点最
多含有平面を算出する手順 前記算出された計測点最多含有平面から所定距離内に
ある計測点のみを抽出する手順 前記抽出された計測点間の距離が所定距離内に位置す
るものをグループ化して領域分割を行う手順 前記グループ化された計測点の内、最大グループに属
する計測点のみを前記算出平面を構成する点として抽出
する手順 前記抽出された計測点間の補間を行い、前記算出平面
において前記抽出された計測点により特定される領域を
決定し、それを抽出平面とする手順 前記パラメータ空間から、前記抽出された計測点に対
応する度数を削除する手順 得られた複数の抽出平面を組合わせて地形地図が作成さ
れて、前記出力手段に入力され、前記出力手段により、
前記入力された地形地図が出力されることを特徴とする
地形地図作成装置。 - 【請求項８】 前記得られた３次元位置計測点群の平面
を表すパラメータ空間への写像が、３次元ハフ変換によ
りθーφーｄ空間になされることを特徴とする請求項７
記載の地形地図作成装置。 - 【請求項９】 前記演算処理手段により、作成された地
形地図から相対水平面が選出され、前記相対水平面と交
差する平面が選出され、前記相対水平面と交差する平面
の相対水平面との交差位置およびなす角を含む簡易デー
タが算出されることが付加されていることを特徴とする
請求項６、７または８記載の地形地図作成装置。 - 【請求項１０】 自律的に移動する移動物体に搭載可能
とされてなることを特徴とする請求項６、７、８または
９記載の地形地図作成装置。 - 【請求項１１】 前記移動物体が移動ロボットであるこ
とを特徴とする請求項１０記載の地形地図作成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6145504A JP2813767B2 (ja) | 1994-06-02 | 1994-06-02 | 地形地図作成方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6145504A JP2813767B2 (ja) | 1994-06-02 | 1994-06-02 | 地形地図作成方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07332980A JPH07332980A (ja) | 1995-12-22 |
| JP2813767B2 true JP2813767B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=15386793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6145504A Expired - Lifetime JP2813767B2 (ja) | 1994-06-02 | 1994-06-02 | 地形地図作成方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2813767B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8351684B2 (en) * | 2008-02-13 | 2013-01-08 | Caterpillar Inc. | Terrain map updating system |
| JP6007873B2 (ja) * | 2013-08-30 | 2016-10-12 | トヨタ自動車株式会社 | ロボット及びその制御方法 |
| JP6548452B2 (ja) * | 2015-05-26 | 2019-07-24 | 株式会社日立産機システム | 地図生成装置および地図生成方法 |
| CN107121128B (zh) * | 2017-05-27 | 2022-04-05 | 中国北方车辆研究所 | 一种足式机器人地形参数的测量方法及系统 |
| JP7181026B2 (ja) * | 2018-08-28 | 2022-11-30 | ヤンマーパワーテクノロジー株式会社 | 障害物検知システム |
| CN114556255A (zh) * | 2019-10-25 | 2022-05-27 | 索尼集团公司 | 信息处理装置、信息处理方法、程序和飞行体 |
-
1994
- 1994-06-02 JP JP6145504A patent/JP2813767B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07332980A (ja) | 1995-12-22 |
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