JP6217198B2 - Simulation data generation method and simulation data generation apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、マスタデータを基に3次元計測装置で計測されるであろう模擬データを生成する模擬データ生成方法および模擬データ生成装置に関する。   The present invention relates to a simulation data generation method and a simulation data generation apparatus for generating simulation data that will be measured by a three-dimensional measurement apparatus based on master data.
従来、複数の仕様が異なる3次元計測装置の中から、実際に使用する環境に最適な3次元計測装置を選択し、選択した3次元計測装置に合わせて処理アルゴリズムが開発されている。このとき、複数の仕様が異なる3次元計測装置の中から、実際に使用する環境に最適な3次元計測装置を選択する際には、複数の3次元計測装置を全て購入またはレンタルし、それぞれの3次元計測装置について実際に計測して得られた計測データを評価していた。   2. Description of the Related Art Conventionally, a three-dimensional measuring device that is most suitable for an environment to be actually used is selected from a plurality of three-dimensional measuring devices having different specifications, and a processing algorithm has been developed according to the selected three-dimensional measuring device. At this time, when selecting the most suitable 3D measuring device for the environment to be actually used from among the 3D measuring devices having different specifications, all the plurality of 3D measuring devices are purchased or rented. Measurement data obtained by actually measuring the three-dimensional measuring apparatus was evaluated.
しかしながら、複数の3次元計測装置を全て購入またはレンタルするには、金銭的な負担が大きく、また、たとえ複数の3次元計測装置を並べて計測したとしても空間上の配置等、完全に同一条件で計測することは困難であった。   However, in order to purchase or rent a plurality of three-dimensional measuring devices, a financial burden is great, and even if a plurality of three-dimensional measuring devices are measured side by side, the arrangement in space is completely the same under the same conditions. It was difficult to measure.
ところで、画像シミュレーション方法においては、入力された画像データから、画像記録装置で出力されるであろう画像を、当該入力された画像データの反射率に基づいてシミュレーションするものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   By the way, an image simulation method has been proposed in which an image that will be output by an image recording device is simulated from input image data based on the reflectance of the input image data (for example, , See Patent Document 1).
特開2001−127997号公報JP 2001-127997 A
上述した画像シミュレーション方法は、2次元の画像データに対してシミュレーションを行なっており、3次元計測装置で計測される3次元の計測データをシミュレーションすることはできない。   The above-described image simulation method performs simulation on two-dimensional image data, and cannot simulate three-dimensional measurement data measured by a three-dimensional measurement apparatus.
したがって、金銭的な負担がかかることなく、複数の3次元計測装置で計測されるであろう計測データを容易に取得できる方法が望まれる。   Therefore, there is a demand for a method that can easily acquire measurement data that would be measured by a plurality of three-dimensional measurement devices without applying a financial burden.
そこで、本発明は、仕様の異なる3次元計測装置の計測データを容易に模擬することを目的とする模擬データ生成方法および模擬データ生成装置を提供する。   Therefore, the present invention provides a simulation data generation method and a simulation data generation device for the purpose of easily simulating measurement data of three-dimensional measurement devices having different specifications.
上記課題を解決するために、本発明の模擬データ生成方法は、複数の計測点で形成されるとともに、その3次元位置が示されたマスタデータを取得するデータ取得ステップと、前記マスタデータから、任意の3次元計測装置の仕様に基づいて模擬データを生成する模擬データ生成ステップと、を有し、前記模擬データ生成ステップでは、前記マスタデータに示される前記複数の計測点に対し、前記3次元計測装置の仕様に基づいて、該3次元計測装置で計測されるであろう模擬計測範囲を決定し、該模擬計測範囲に含まれる1または複数の計測点それぞれの位置に基づいて、前記模擬データに示される、基準となる位置からの該模擬計測範囲の距離を算出する。   In order to solve the above-described problem, a simulated data generation method of the present invention includes a data acquisition step of acquiring master data in which a three-dimensional position is indicated while being formed with a plurality of measurement points, and from the master data, A simulation data generation step for generating simulation data based on the specifications of an arbitrary three-dimensional measurement device, and in the simulation data generation step, the three-dimensional measurement is performed on the plurality of measurement points indicated in the master data. Based on the specifications of the measurement device, a simulated measurement range that will be measured by the three-dimensional measurement device is determined, and the simulated data is determined based on the positions of one or more measurement points included in the simulated measurement range. The distance of the simulation measurement range from the reference position shown in FIG.
また、前記模擬データ生成ステップでは、前記模擬計測範囲に含まれる計測点の基準となる位置からの距離を基準として、前記3次元計測装置の仕様による計測誤差を反映させた分布を算出し、該分布を合成することで得られる合成分布と所定の閾値を比較することで、該模擬計測範囲の距離を算出するようにしてもよい。   In the simulation data generation step, a distribution reflecting a measurement error according to the specification of the three-dimensional measurement apparatus is calculated with reference to a distance from a position serving as a reference of the measurement points included in the simulation measurement range, The distance of the simulated measurement range may be calculated by comparing a predetermined distribution with a combined distribution obtained by combining the distributions.
また、前記データ取得ステップでは、3次元計測装置で実測されることにより得られたマスタデータを取得するようにしてもよい。   In the data acquisition step, master data obtained by actual measurement with a three-dimensional measurement apparatus may be acquired.
また、前記マスタデータに対して、計測環境が再現された散乱体を付加する環境処理ステップを有し、前記模擬データ生成ステップでは、前記散乱体が付加されたマスタデータから、前記模擬データを生成するようにしてもよい。   In addition, an environment processing step of adding a scatterer in which a measurement environment is reproduced to the master data is included. In the simulated data generation step, the simulated data is generated from the master data to which the scatterer is added. You may make it do.
また、本発明の模擬データ生成装置は、複数の計測点で形成されるとともに、その3次元位置が示されたマスタデータを取得するデータ取得部と、前記マスタデータから、3次元計測装置の仕様に合わせた模擬データを生成する模擬データ生成部と、を備え、前記模擬データ生成部は、前記マスタデータに示される前記複数の計測点に対し、前記3次元計測装置の仕様に基づいて、該3次元計測装置で計測されるであろう模擬計測範囲を決定する模擬計測範囲決定部と、前記模擬計測範囲に含まれる1または複数の計測点それぞれの位置に基づいて、前記模擬データに示される、基準となる位置からの該模擬計測範囲の距離を算出する測距離模擬部と、を有する。   In addition, the simulation data generation device of the present invention is formed of a plurality of measurement points, a data acquisition unit that acquires master data indicating the three-dimensional position, and specifications of the three-dimensional measurement device from the master data. A simulation data generation unit that generates simulation data matched to the master data, the simulation data generation unit, for the plurality of measurement points indicated in the master data, based on the specifications of the three-dimensional measurement device, Based on the simulated measurement range determination unit that determines the simulated measurement range that will be measured by the three-dimensional measurement device, and the position of each of one or more measurement points included in the simulated measurement range, the simulation data indicates A distance measurement simulation unit that calculates a distance of the simulation measurement range from a reference position.
本発明によれば、仕様の異なる3次元計測装置の計測データを容易に模擬することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to easily simulate measurement data of a three-dimensional measurement apparatus having different specifications.
(a)は、模擬データ生成装置の概略的な構成を示した機能ブロック図である。(b)は、データ記憶部のデータ構成を示す図である。(A) is the functional block diagram which showed the schematic structure of the simulation data generation apparatus. (B) is a figure which shows the data structure of a data storage part. マスタデータの計測点により形成される3次元空間に対して、模擬計測装置パラメータに基づく模擬計測範囲、および、環境データに基づく散乱体を配置する過程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the process which arrange | positions the scatterer based on the simulated measurement range based on a simulated measurement apparatus parameter, and environmental data with respect to the three-dimensional space formed of the measurement point of master data. 模擬計測範囲の模擬測距を算出する過程を説明する図である。It is a figure explaining the process of calculating the simulated distance measurement of the simulated measurement range. (a)は、3次元計測装置により3次元位置が計測される計測対象を示す図である。(b)は、計測対象が3次元計測装置により計測されることで得られたマスタデータの計測点を示す図である。(A) is a figure which shows the measurement object from which a three-dimensional position is measured with a three-dimensional measuring apparatus. (B) is a figure which shows the measurement point of the master data obtained by measuring a measurement object with a three-dimensional measuring apparatus. マスタデータから計測パラメータに基づいて生成された模擬データの模擬計測範囲を示す図である。It is a figure which shows the simulation measurement range of the simulation data produced | generated based on the measurement parameter from master data. 模擬データ生成処理の流れを説明したフローチャートである。It is a flowchart explaining the flow of the simulation data generation process.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
(模擬データ生成装置)
図1は、模擬データ生成装置100の構成を示した図である。図1(a)は、模擬データ生成装置100の概略的な構成を示した機能ブロック図である。図1(b)は、データ記憶部116のデータ構成を示す図である。図1(a)に示すように、模擬データ生成装置100は、外部I/F(インターフェイス)部110、CPU(Central Processing Unit)112、メモリ部114、データ記憶部116を含む構成とされ、外部I/F部110を介して3次元計測装置102が接続される。
(Simulation data generator)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the simulation data generation apparatus 100. FIG. 1A is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of the simulated data generation apparatus 100. FIG. 1B is a diagram illustrating a data configuration of the data storage unit 116. As shown in FIG. 1A, the simulated data generation apparatus 100 includes an external I / F (interface) unit 110, a CPU (Central Processing Unit) 112, a memory unit 114, and a data storage unit 116. A three-dimensional measuring apparatus 102 is connected via the I / F unit 110.
CPU112は、模擬データ生成装置100全体を統括制御する。メモリ部114は、プログラム等が格納されたROM(Read Only Memory)、および、ワークエリアとしてのRAM(Random Access Memory)からなる。データ記憶部116は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)などで構成される。   The CPU 112 performs overall control of the entire simulated data generation apparatus 100. The memory unit 114 includes a ROM (Read Only Memory) in which programs and the like are stored, and a RAM (Random Access Memory) as a work area. The data storage unit 116 includes, for example, an HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), or the like.
図1(b)に示すように、データ記憶部116は、マスタデータ130、複数の模擬計測装置パラメータ132(132a〜132n)、環境データ134、複数の模擬データ136(136a〜136n)が記憶される。なお、各データの内容について、詳しくは後述する。   As shown in FIG. 1B, the data storage unit 116 stores master data 130, a plurality of simulated measurement device parameters 132 (132a to 132n), environmental data 134, and a plurality of simulated data 136 (136a to 136n). The The details of each data will be described later.
図1(a)に戻って、3次元計測装置102は、例えば、垂直方向および水平方向にそれぞれ0.009度のピッチで全方位に対してレーザを発射する3次元のレーザスキャナが適応される。なお、3次元計測装置102の計測誤差は±2mmである。   Returning to FIG. 1A, the three-dimensional measuring apparatus 102 is, for example, a three-dimensional laser scanner that emits laser beams in all directions at a pitch of 0.009 degrees in the vertical and horizontal directions. . The measurement error of the three-dimensional measuring apparatus 102 is ± 2 mm.
3次元計測装置102は、垂直方向あるいは水平方向にそれぞれ1ピッチずつ変化させた方向にレーザを順に発射し、各方向において計測対象の計測点で反射されたレーザを受信する。そして、3次元計測装置102は、レーザの発射から受信までの時間に基づいて、レーザを発射した方向での計測点までの距離を算出する。そして、3次元計測装置102は、レーザを発射した方向および算出された距離に基づいて、計測点の3次元位置(x座標、y座標、z座標)を算出するとともに、受信したレーザの強度に基づいて反射強度を算出する。   The three-dimensional measurement apparatus 102 sequentially emits lasers in the directions changed by one pitch in the vertical direction or the horizontal direction, and receives the laser reflected at the measurement point to be measured in each direction. Then, the three-dimensional measurement apparatus 102 calculates the distance to the measurement point in the direction in which the laser is emitted based on the time from laser emission to reception. The three-dimensional measuring device 102 calculates the three-dimensional position (x coordinate, y coordinate, z coordinate) of the measurement point based on the direction in which the laser is emitted and the calculated distance, and sets the received laser intensity. Based on this, the reflection intensity is calculated.
その後、3次元計測装置102は、全ての方向での計測点の3次元位置および反射強度の算出が終了すると、全ての計測点についての行番号(垂直方向の番号)、列番号(水平方向の番号)、x座標、y座標、z座標および反射強度が示されたマスタデータ130を生成する。なお、行番号は、水平面を基準として、垂直方向に1ピッチずれる毎に1ずつ増加される番号であり、列番号は、所定の垂直面を基準として、水平方向に1ピッチずれる毎に1ずつ増加される番号である。   After that, when the calculation of the three-dimensional position and the reflection intensity of the measurement points in all directions is completed, the three-dimensional measurement apparatus 102 performs row number (vertical number) and column number (horizontal direction) for all measurement points. Number), x coordinate, y coordinate, z coordinate and reflection data are generated. The row number is a number that is incremented by 1 every 1 pitch in the vertical direction with reference to the horizontal plane, and the column number is 1 by 1 in the horizontal direction with respect to the predetermined vertical surface. It is a number that is incremented.
したがって、この3次元計測装置102は、約40000点(垂直方向)×約40000点(水平方向)の計測点の3次元位置および反射強度が計測された高精細なマスタデータ130を生成することができる。   Therefore, the three-dimensional measurement apparatus 102 can generate high-definition master data 130 in which the three-dimensional positions and reflection intensities of the measurement points of about 40000 points (vertical direction) × about 40000 points (horizontal direction) are measured. it can.
CPU112は、メモリ部114のROMに格納された模擬データ生成プログラムをRAMに展開して模擬データ生成処理を実行する際、マスタデータ取得部120および模擬データ生成部122として機能する。また、模擬データ生成部122は、模擬計測範囲決定部122a、環境処理部122b、測距値模擬部122cおよび模擬データ記憶部122dとして機能する。   The CPU 112 functions as the master data acquisition unit 120 and the simulation data generation unit 122 when executing the simulation data generation process by expanding the simulation data generation program stored in the ROM of the memory unit 114 to the RAM. The simulated data generation unit 122 functions as a simulated measurement range determination unit 122a, an environment processing unit 122b, a distance measurement value simulation unit 122c, and a simulation data storage unit 122d.
マスタデータ取得部120は、3次元計測装置102で生成されたマスタデータ130を取得し、当該マスタデータ130をデータ記憶部116に記憶する。   The master data acquisition unit 120 acquires the master data 130 generated by the three-dimensional measurement apparatus 102 and stores the master data 130 in the data storage unit 116.
図2は、マスタデータ130の計測点200により形成される3次元空間に対して、模擬計測装置パラメータ132に基づく模擬計測範囲210、および、環境データ134に基づく散乱体220を配置する過程を示す説明図である。図2(a)は、マスタデータ130の各計測点200を示す図である。図2(b)は、マスタデータ130の各計測点200により形成される3次元空間に対して、模擬計測装置パラメータ132に基づく模擬計測範囲210を配置した図である。図2(c)は、マスタデータ130の計測点200により形成される3次元空間に対して、模擬計測装置パラメータ132に基づく模擬計測範囲210、および、環境データ134に基づく散乱体220を配置した図である。   FIG. 2 shows a process of arranging the simulated measurement range 210 based on the simulated measurement device parameter 132 and the scatterer 220 based on the environment data 134 in the three-dimensional space formed by the measurement point 200 of the master data 130. It is explanatory drawing. FIG. 2A is a diagram illustrating each measurement point 200 of the master data 130. FIG. 2B is a diagram in which a simulated measurement range 210 based on the simulated measurement apparatus parameter 132 is arranged in a three-dimensional space formed by each measurement point 200 of the master data 130. In FIG. 2C, the simulated measurement range 210 based on the simulated measurement device parameter 132 and the scatterer 220 based on the environment data 134 are arranged in the three-dimensional space formed by the measurement point 200 of the master data 130. FIG.
模擬計測範囲決定部122aは、データ記憶部116に記憶されたマスタデータ130および模擬計測装置パラメータ132を読み出す。ここで、模擬計測装置パラメータ132は、例えば下記表1および表2に示すように、模擬の対象となる3次元計測装置(以下、これを模擬計測装置とも呼ぶ)の仕様、すなわち、視界、計測点ピッチ、計測点数、計測誤差、スポット径等の計測パラメータが、模擬計測装置毎に複数設けられる。なお、以下では、表1に示す模擬計測装置の仕様を模擬計測装置パラメータ132aとし、表2に示す模擬計測装置の仕様を模擬計測装置パラメータ132bとして説明する。   The simulated measurement range determination unit 122a reads the master data 130 and the simulated measurement device parameter 132 stored in the data storage unit 116. Here, as shown in Table 1 and Table 2 below, for example, the simulation measurement device parameter 132 is a specification of a three-dimensional measurement device to be simulated (hereinafter also referred to as a simulation measurement device), that is, field of view, measurement. A plurality of measurement parameters such as point pitch, number of measurement points, measurement error, and spot diameter are provided for each simulated measurement apparatus. In the following description, the specification of the simulated measurement device shown in Table 1 is described as the simulated measurement device parameter 132a, and the specification of the simulated measurement device shown in Table 2 is described as the simulated measurement device parameter 132b.
なお、表2における計測点ピッチのΔθは、水平方向および垂直方向のピッチ角度である。また、表1および表2において、スポット径を円形としているが、楕円形状としてもよい。 In Table 2, Δθ of the measurement point pitch is a pitch angle in the horizontal direction and the vertical direction. In Tables 1 and 2, the spot diameter is circular, but may be elliptical.
模擬計測範囲決定部122aは、マスタデータ130の計測点200により形成される3次元空間に対して、模擬計測装置で計測されるであろう模擬計測範囲210(210a、210b、・・・)の数および方向(範囲)を模擬計測装置パラメータ132aに基づいて決定する。   The simulated measurement range determination unit 122a has a simulated measurement range 210 (210a, 210b,...) That will be measured by the simulated measurement device for the three-dimensional space formed by the measurement points 200 of the master data 130. The number and direction (range) are determined based on the simulated measurement device parameter 132a.
そして、模擬計測範囲決定部122aは、図2(a)に示すマスタデータ130の計測点200(20011、20012、・・・、20021、・・・、200ij、・・・)により形成される3次元空間に対して、図2(b)に示すように、決定された数および方向に模擬計測範囲210(210a、210b、・・・)を配置する。なお、3次元計測装置102は、模擬計測装置よりもピッチが狭く、かつ、スポット径が小さい仕様であるため、計測点200が模擬計測範囲210のスポット内に複数含まれることになる。 The simulated measurement range determining unit 122a, the measurement point 200 of the master data 130 shown in FIG. 2 (a) (200 11, 200 12, ···, 200 21, ···, 200 ij, ···) by As shown in FIG. 2B, simulated measurement ranges 210 (210a, 210b,...) Are arranged in the determined number and direction with respect to the formed three-dimensional space. Since the three-dimensional measuring apparatus 102 has a specification with a narrower pitch and a smaller spot diameter than the simulated measuring apparatus, a plurality of measurement points 200 are included in the spots of the simulated measuring range 210.
環境処理部122bは、空間中にある雨、雪、塵等の計測環境を再現するために、環境データ134に基づいて、マスタデータ130に対して雨、雪、塵等の散乱体220を付加する。環境データ134には、雨、雪、塵等の散乱体220が配置される3次元位置、個数、大きさ、レーザの反射率等のパラメータが記憶される。   The environment processing unit 122b adds a scatterer 220 such as rain, snow, and dust to the master data 130 based on the environment data 134 in order to reproduce the measurement environment such as rain, snow, and dust in the space. To do. The environment data 134 stores parameters such as the three-dimensional position, number, size, and laser reflectance at which the scatterers 220 such as rain, snow, and dust are arranged.
具体的には、環境処理部122bは、データ記憶部116に予め記憶された環境データ134を読み出し、図2(c)に示すように、マスタデータ130の計測点200により形成される3次元空間に対して、環境データ134に示された3次元位置に散乱体220(220a〜220f)を配置する(図2(c)中、△で表す。)。   Specifically, the environment processing unit 122b reads the environment data 134 stored in advance in the data storage unit 116, and a three-dimensional space formed by the measurement points 200 of the master data 130 as shown in FIG. On the other hand, the scatterers 220 (220a to 220f) are arranged at the three-dimensional positions indicated in the environment data 134 (represented by Δ in FIG. 2C).
これにより、例えば、模擬計測範囲210aのスポット内には、計測点20023、20032、20033、20034、20043、および散乱体220aが配置されることになる。 Thereby, for example, the measurement points 200 23 , 200 32 , 200 33 , 200 34 , 200 43 , and the scatterer 220a are arranged in the spot of the simulated measurement range 210a.
図3は、模擬計測範囲210aの模擬測距を算出する過程を説明する図である。測距値模擬部122cは、模擬計測範囲210内に配置された計測点200および散乱体220に基づいて、模擬計測範囲210の基準となる位置(以下、基準位置とも呼ぶ)からの距離を算出する。   FIG. 3 is a diagram for explaining the process of calculating the simulated distance measurement of the simulated measurement range 210a. The distance measurement simulation unit 122c calculates a distance from a reference position (hereinafter also referred to as a reference position) of the simulated measurement range 210 based on the measurement points 200 and the scatterers 220 arranged in the simulated measurement range 210. To do.
例えば、模擬計測範囲210aのスポット内に配置された計測点20023、20032、20033、20034、20043、および散乱体220aが図3(a)に示すような基準位置からの距離(時間)分布であったとする。すなわち、基準位置に近い順に散乱体220a、計測点20023、20033、20032、20034、20043で並んでおり、また、計測点20023、20033および20032が近接しており、計測点20034および20043が近接していたとする。 For example, the measurement points 200 23 , 200 32 , 200 33 , 200 34 , 200 43 , and the scatterer 220a arranged in the spot of the simulated measurement range 210a are distances from the reference position as shown in FIG. Time) distribution. That is, the scatterer 220a and the measurement points 200 23 , 200 33 , 200 32 , 200 34 , and 200 43 are arranged in order from the reference position, and the measurement points 200 23 , 200 33, and 200 32 are close to each other, Assume that measurement points 200 34 and 200 43 are close to each other.
この場合、測距値模擬部122cは、図3(b)に示すように、模擬計測範囲210aのスポット内に配置される計測点20023、20032、20033、20034、20043、および散乱体220aの距離を模擬計測装置の計測誤差に基づいて前後に移動させ、反射強度に基づいた大きさに対して、ガウシアン分布に従った誤差が付加されたガウス分布250a〜250fを算出する。なお、計測点20023、20032、20033、20034、20043、および散乱体220aの距離を移動させる量は、例えば、模擬計測装置の測距精度が1cmである場合、σ=1cmのガウス型擬似乱数を生成して決定するが、他の誤差モデルにより決定してもよい。 In this case, as shown in FIG. 3B, the distance measurement value simulation unit 122c includes measurement points 200 23 , 200 32 , 200 33 , 200 34 , 200 43 , and the like arranged in the spot of the simulated measurement range 210a. The distance of the scatterer 220a is moved back and forth based on the measurement error of the simulation measuring device, and Gaussian distributions 250a to 250f in which an error according to the Gaussian distribution is added to the magnitude based on the reflection intensity are calculated. Note that the amount by which the distance between the measurement points 200 23 , 200 32 , 200 33 , 200 34 , 200 43 , and the scatterer 220a is moved is, for example, σ = 1 cm when the distance measurement accuracy of the simulated measurement apparatus is 1 cm. A Gaussian pseudorandom number is generated and determined, but may be determined by another error model.
次に、測距値模擬部122cは、図3(c)に示すように、ガウス分布250a〜250fを合成し、その結果として、ガウス分布250b〜250dが合成された合成分布260a、ガウス分布250e〜250fが合成された合成分布260bを算出する。   Next, as shown in FIG. 3C, the distance measurement value simulation unit 122c combines the Gaussian distributions 250a to 250f, and as a result, the combined distribution 260a and the Gaussian distribution 250e obtained by combining the Gaussian distributions 250b to 250d. A combined distribution 260b obtained by combining ˜250f is calculated.
そして、測距値模擬部122cは、ガウス分布250a、合成分布260aおよび260bを、模擬計測装置が反射光としてレーザを受信できるとされる閾値αと比較する。測距値模擬部122cは、図3(d)に示すように、合成分布260aおよび260bにおける閾値α以上である範囲をパルス状に抽出し、抽出したパルス状の範囲を、模擬計測装置で計測される模擬距離270aおよび270bとして算出する。   Then, the distance measurement value simulation unit 122c compares the Gaussian distribution 250a and the combined distributions 260a and 260b with a threshold value α at which the simulated measurement device can receive a laser as reflected light. As shown in FIG. 3D, the distance measurement value simulation unit 122c extracts a range that is equal to or greater than the threshold value α in the combined distributions 260a and 260b in a pulse shape, and measures the extracted pulse-shaped range using a simulation measurement device. Calculated as simulated distances 270a and 270b.
なお、図3(d)においては、模擬計測装置が、計測対象で反射されたレーザを複数回にわたって受信できるマルチエコー対応である場合を想定しており、2つの模擬距離270aおよび270bが算出された。しかしながら、模擬計測装置が、計測対象で反射されたレーザを一回のみ受信できるシングルエコーのみに対応する場合、閾値α以上である合成分布260aおよび260bのうちの、最も距離が基準となる位置に近い合成分布260aのパルス状の範囲だけが模擬距離270aとして算出されるようにしてもよい。   In FIG. 3D, it is assumed that the simulated measurement apparatus is compatible with multi-echo that can receive the laser reflected from the measurement object a plurality of times, and two simulated distances 270a and 270b are calculated. It was. However, when the simulated measurement apparatus supports only a single echo that can receive the laser reflected by the measurement target only once, the synthetic distribution 260a and 260b that is equal to or greater than the threshold value α is at the position where the distance is the reference. Only the pulse-like range of the near composite distribution 260a may be calculated as the simulated distance 270a.
測距値模擬部122cは、全ての模擬計測範囲210について模擬距離270を算出する。模擬データ記憶部122dは、模擬計測範囲210の方向、および測距値模擬部122cにより算出された模擬距離270を関連付け、全ての模擬計測範囲210の方向および模擬距離270が関連付けられた模擬データ136を生成し、データ記憶部116に記憶する。   The distance measurement value simulation unit 122 c calculates the simulation distance 270 for all the simulation measurement ranges 210. The simulated data storage unit 122d associates the direction of the simulated measurement range 210 and the simulated distance 270 calculated by the measured distance value simulation unit 122c, and the simulated data 136 associates all the simulated measurement range 210 directions and simulated distances 270. Is generated and stored in the data storage unit 116.
模擬データ生成部122は、全ての模擬計測装置パラメータ132について模擬データ136を生成し、データ記憶部116に記憶する。   The simulation data generation unit 122 generates simulation data 136 for all the simulation measurement device parameters 132 and stores the simulation data 136 in the data storage unit 116.
このようにして、模擬データ生成部122は、3次元計測装置102から取得したマスタデータ130に基づいて、複数の模擬計測装置で計測されるであろう模擬データ136を同一環境下で容易に生成することができる。   In this manner, the simulation data generation unit 122 easily generates simulation data 136 that will be measured by a plurality of simulation measurement devices based on the master data 130 acquired from the three-dimensional measurement device 102 in the same environment. can do.
ここで、図4(a)は、3次元計測装置102により3次元位置が計測される計測対象を示す図である。図4(b)は、図4(a)に示す計測対象が3次元計測装置102により計測されることで得られたマスタデータ130の計測点200を示す図である。また、図5(a)は、図4(b)に示すマスタデータ130から模擬計測装置パラメータ132aに基づいて生成された模擬データ136aの模擬計測範囲210を示す図である。図5(b)は、図4(b)に示すマスタデータ130から模擬計測装置パラメータ132bに基づいて生成された模擬データ136bの模擬計測範囲210を示す図である。   Here, FIG. 4A is a diagram illustrating a measurement target whose three-dimensional position is measured by the three-dimensional measurement apparatus 102. FIG. 4B is a diagram showing measurement points 200 of the master data 130 obtained by measuring the measurement target shown in FIG. 4A by the three-dimensional measurement apparatus 102. FIG. 5A is a diagram showing a simulated measurement range 210 of the simulated data 136a generated from the master data 130 shown in FIG. 4B based on the simulated measurement device parameter 132a. FIG. 5B is a diagram illustrating the simulated measurement range 210 of the simulated data 136b generated based on the simulated measurement device parameter 132b from the master data 130 illustrated in FIG. 4B.
図4(b)に示すように、3次元計測装置102では高精細なマスタデータ130が生成されていることがわかる。また、図5(a)および図5(b)に示すように、模擬データ生成装置100により、マスタデータ130から模擬計測装置パラメータ132aおよび132bに基づいて生成された模擬データ136aおよび136bは、模擬計測装置の仕様に合った計測対象の3次元位置が精度よく模擬できていることがわかる。   As shown in FIG. 4B, it can be seen that high-definition master data 130 is generated in the three-dimensional measuring apparatus 102. Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, the simulation data 136a and 136b generated from the master data 130 based on the simulation measurement device parameters 132a and 132b by the simulation data generation device 100 are simulated. It can be seen that the three-dimensional position of the measurement object that meets the specifications of the measurement apparatus can be simulated with high accuracy.
このように、模擬データ生成装置100は、3次元計測装置102から取得したマスタデータ130に基づいて、複数の模擬計測装置で計測されるであろう模擬データ136を同一環境下で容易に、かつ精度よく生成することができる。   As described above, the simulation data generation apparatus 100 can easily execute the simulation data 136 that will be measured by a plurality of simulation measurement apparatuses based on the master data 130 acquired from the three-dimensional measurement apparatus 102 in the same environment. It can be generated with high accuracy.
また、模擬データ生成部122は、模擬計測装置が所定間隔ごとに連続した複数のシーンで測定対象を計測できる場合、模擬計測装置パラメータ132に示される計測レートに基づいて、連続した複数のシーンでの模擬データ136を生成する。   In addition, when the simulated measurement device can measure the measurement target in a plurality of consecutive scenes at predetermined intervals, the simulated data generation unit 122 performs the measurement in a plurality of consecutive scenes based on the measurement rate indicated in the simulated measurement device parameter 132. The simulation data 136 is generated.
具体的には、模擬計測範囲決定部122aは、計測レートに応じて模擬計測範囲210の方向を移動させ、マスタデータ130の計測点200により形成される3次元空間に対して、移動させた方向に模擬計測範囲210を再配置する。   Specifically, the simulated measurement range determination unit 122a moves the direction of the simulated measurement range 210 according to the measurement rate, and moves the direction relative to the three-dimensional space formed by the measurement points 200 of the master data 130. The simulated measurement range 210 is rearranged.
環境処理部122bは、環境データ134および計測レートに基づいて、マスタデータ130の計測点200により形成される3次元空間に対して、散乱体220を再配置する。   The environment processing unit 122b rearranges the scatterers 220 in the three-dimensional space formed by the measurement points 200 of the master data 130 based on the environment data 134 and the measurement rate.
測距値模擬部122cは、マスタデータ130の計測点200により形成される3次元空間に対して再配置された模擬計測範囲210および散乱体220を用いて、当該模擬計測範囲210での模擬距離270を再計算する。模擬データ記憶部122dは、模擬計測範囲210の方向、および再計算された模擬距離270を関連付けて模擬データ136を生成しデータ記憶部116に記憶する。模擬データ生成部122は、この処理を繰り返し行うことで、模擬計測装置で連続して計測されるであろう複数シーンの3次元の計測データを模擬データ136として生成することができる。   The distance measurement value simulation unit 122c uses the simulated measurement range 210 and the scatterer 220 rearranged with respect to the three-dimensional space formed by the measurement point 200 of the master data 130 to simulate the distance in the simulated measurement range 210. 270 is recalculated. The simulated data storage unit 122d generates simulated data 136 by associating the direction of the simulated measurement range 210 and the recalculated simulated distance 270, and stores them in the data storage unit 116. The simulation data generation unit 122 can generate three-dimensional measurement data of a plurality of scenes that will be continuously measured by the simulation measurement device as simulation data 136 by repeatedly performing this process.
(模擬データ生成処理)
図6は、模擬データ生成処理の流れを説明したフローチャートである。図6に示すように、CPU112は、3次元計測装置102からマスタデータ130を取得してデータ記憶部116に記憶する(ステップS100)。そして、CPU112は、データ記憶部116から模擬計測装置パラメータ132を取得し(ステップS102)、マスタデータ130の計測点200により形成される3次元空間に対して、模擬計測装置で計測されるであろう模擬計測範囲210の数および方向(範囲)を決定する(ステップS104)。
(Simulation data generation process)
FIG. 6 is a flowchart illustrating the flow of the simulation data generation process. As shown in FIG. 6, the CPU 112 acquires master data 130 from the three-dimensional measuring apparatus 102 and stores it in the data storage unit 116 (step S100). Then, the CPU 112 acquires the simulated measurement device parameter 132 from the data storage unit 116 (step S102), and is measured by the simulated measurement device with respect to the three-dimensional space formed by the measurement point 200 of the master data 130. The number and direction (range) of the simulated wax measurement range 210 are determined (step S104).
また、CPU112は、データ記憶部116から環境データ134を取得し(ステップS106)、マスタデータ130の計測点200により形成される3次元空間に対して、散乱体220を配置する(ステップS108)。   Further, the CPU 112 acquires the environmental data 134 from the data storage unit 116 (step S106), and arranges the scatterer 220 in the three-dimensional space formed by the measurement point 200 of the master data 130 (step S108).
その後、CPU112は、模擬計測範囲210のスポット内に配置される計測点200および散乱体220の距離を基準とした、模擬計測装置パラメータ132の計測誤差に応じたガウス分布250を算出し、当該ガウス分布250を合成した合成分布260を算出する。そして、CPU112は、合成分布260と閾値αとを比較して模擬計測範囲210の基準位置からの模擬距離270を算出する(ステップS110)。そして、CPU112は、模擬計測範囲210の方向および模擬距離270を関連付けられた模擬データ136を生成し、データ記憶部116に記憶する(ステップS112)。   Thereafter, the CPU 112 calculates a Gaussian distribution 250 corresponding to the measurement error of the simulation measurement device parameter 132 with reference to the distance between the measurement point 200 and the scatterer 220 arranged in the spot of the simulation measurement range 210, and the Gaussian concerned. A combined distribution 260 obtained by combining the distributions 250 is calculated. Then, the CPU 112 compares the composite distribution 260 with the threshold value α to calculate a simulated distance 270 from the reference position of the simulated measurement range 210 (step S110). Then, the CPU 112 generates simulated data 136 associated with the direction of the simulated measurement range 210 and the simulated distance 270, and stores the simulated data 136 in the data storage unit 116 (step S112).
CPU112は、まだ模擬データ136が生成されていない次の模擬計測装置パラメータ132があるか判断する(ステップS114)。その結果、次の模擬計測装置パラメータ132があると判断した場合(ステップS114においてYES)、CPU112は、ステップS102の処理に戻り、次の模擬計測装置パラメータ132がなくなるまでステップS102〜S114の処理を繰り返す。   The CPU 112 determines whether there is a next simulation measurement device parameter 132 for which simulation data 136 has not yet been generated (step S114). As a result, if it is determined that there is the next simulated measurement device parameter 132 (YES in step S114), the CPU 112 returns to the process of step S102, and performs the processing of steps S102 to S114 until the next simulated measurement device parameter 132 disappears. repeat.
一方、CPU112は、次の模擬計測装置パラメータ132がないと判断した場合(ステップS114においてNO)、模擬データ136が生成されていない次のシーンがあるか判断する(ステップS116)。その結果、次のシーンがあると判断した場合(ステップS116においてYES)、CPU112は、ステップS100の処理に戻り、次のシーンがなくなるまでステップS100〜S116の処理を繰り返す。一方、次のシーンがないと判断した場合(ステップS116においてNO)、CPU112は、模擬データ生成処理を終了する。   On the other hand, when CPU 112 determines that there is no next simulation measurement device parameter 132 (NO in step S114), CPU 112 determines whether there is a next scene for which simulation data 136 is not generated (step S116). As a result, if it is determined that there is a next scene (YES in step S116), CPU 112 returns to the process in step S100 and repeats the processes in steps S100 to S116 until there is no next scene. On the other hand, if it is determined that there is no next scene (NO in step S116), CPU 112 ends the simulated data generation process.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.
なお、上述した実施形態においては、模擬計測範囲210のスポット内に配置される計測点200および散乱体220の距離を基準とした、反射強度に応じたガウス分布250を算出するようにした。しかしながら、模擬計測範囲210のスポット内に配置される計測点200および散乱体220のうち、当該スポットの中心に近いほどガウス分布250の大きさを大きくするようにしてもよい。これにより、スポット内での光量分布をより反映した模擬距離270を算出することができる。   In the embodiment described above, the Gaussian distribution 250 corresponding to the reflection intensity is calculated based on the distance between the measurement point 200 and the scatterer 220 arranged in the spot of the simulated measurement range 210. However, among the measurement points 200 and the scatterers 220 arranged in the spot of the simulated measurement range 210, the Gaussian distribution 250 may be increased as it is closer to the center of the spot. Thereby, the simulated distance 270 more reflecting the light quantity distribution in the spot can be calculated.
また、上述した実施形態においては、模擬計測範囲210のスポット内に配置される計測点200および散乱体220のガウス分布250を合成した合成分布260を算出し、合成分布260と閾値αとを比較して模擬計測範囲210の模擬距離270を算出するようにした。しかしながら、模擬計測範囲210のスポット内に配置される計測点200および散乱体220のうち、最も基準位置からの距離が短い計測点200または散乱体220までの距離を模擬距離270とするようにしてもよい。また、模擬計測範囲210のスポット内に配置される計測点200および散乱体220のうち、最もスポットの中心に近い計測点200または散乱体220までの距離を模擬距離270とするようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the combined distribution 260 obtained by combining the measurement points 200 arranged in the spot of the simulated measurement range 210 and the Gaussian distribution 250 of the scatterer 220 is calculated, and the combined distribution 260 and the threshold value α are compared. Thus, the simulated distance 270 of the simulated measurement range 210 is calculated. However, among the measurement points 200 and the scatterers 220 arranged in the spot of the simulated measurement range 210, the distance to the measurement point 200 or the scatterer 220 having the shortest distance from the reference position is set as the simulated distance 270. Also good. Further, among the measurement points 200 and the scatterers 220 arranged in the spot of the simulated measurement range 210, the distance to the measurement point 200 or the scatterer 220 closest to the center of the spot may be set as the simulated distance 270. .
また、上述した実施形態においては、3次元計測装置102が模擬計測装置より高解像度で計測対象の3次元位置を計測できるようにした。しかしながら、3次元計測装置102が高解像度の3次元位置を計測できない場合、計測対象を複数計測し、それらを合成することで高解像度のマスタデータ130を生成するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the three-dimensional measurement apparatus 102 can measure the three-dimensional position of the measurement target with higher resolution than the simulated measurement apparatus. However, when the three-dimensional measuring apparatus 102 cannot measure a high-resolution three-dimensional position, the high-resolution master data 130 may be generated by measuring a plurality of measurement targets and combining them.
また、上述した実施形態においては、模擬計測範囲210のスポット内に配置される計測点200および散乱体220のガウス分布250を算出し、ガウス分布250を合成することで合成分布260を算出するようにした。しかしながら、模擬計測範囲210のスポット内に配置される計測点200および散乱体220を矩形状分布とし、または、模擬計測装置において想定される波形形状分布とし、当該矩形状分布または波形形状分布を合成することで合成分布を算出するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the Gaussian distribution 250 of the measurement points 200 and the scatterers 220 arranged in the spot of the simulated measurement range 210 is calculated, and the combined distribution 260 is calculated by combining the Gaussian distribution 250. I made it. However, the measurement points 200 and the scatterers 220 arranged in the spot of the simulated measurement range 210 have a rectangular distribution, or a waveform shape distribution assumed in the simulated measurement apparatus, and the rectangular distribution or the waveform shape distribution is synthesized. By doing so, the composite distribution may be calculated.
また、上述した実施形態においては、計測レートに応じて模擬計測範囲210の方向を移動させ、マスタデータ130の計測点200により形成される3次元空間に対して、移動させた方向に模擬計測範囲210を再配置し、連続した複数のシーンでの模擬データ136を生成するようにした。しかしながら、計測対象(例えば、人や自動車)が徐々に移動された連続する複数のシーンのマスタデータを3次元計測装置102で生成し、当該複数のシーンのマスタデータからそれぞれ模擬データ136を生成することで、連続した複数のシーンでの模擬データ136を生成するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the direction of the simulated measurement range 210 is moved according to the measurement rate, and the simulated measurement range is moved in the moved direction with respect to the three-dimensional space formed by the measurement point 200 of the master data 130. 210 is rearranged to generate simulated data 136 for a plurality of continuous scenes. However, the master data of a plurality of continuous scenes in which the measurement target (for example, a person or a car) is gradually moved is generated by the three-dimensional measurement apparatus 102, and the simulated data 136 is generated from the master data of the plurality of scenes. Thus, the simulation data 136 for a plurality of continuous scenes may be generated.
本発明は、仕様の異なる3次元計測装置の計測データを容易に模擬することができることを目的とする模擬データ生成方法および模擬データ生成装置に利用することができる。   The present invention can be used for a simulation data generation method and a simulation data generation device that are intended to easily simulate measurement data of three-dimensional measurement devices having different specifications.
100 模擬データ生成装置
102 3次元計測装置
112 CPU
120 マスタデータ取得部
122 模擬データ生成部
122a 模擬計測範囲決定部
122b 環境処理部
122c 測距値模擬部
122d 模擬データ記憶部
100 Simulation Data Generation Device 102 3D Measurement Device 112 CPU
120 Master Data Acquisition Unit 122 Simulated Data Generation Unit 122a Simulated Measurement Range Determination Unit 122b Environment Processing Unit 122c Ranging Value Simulation Unit 122d Simulated Data Storage Unit

Claims (5)

  1. 複数の計測点で形成されるとともに、その3次元位置が示されたマスタデータを取得するデータ取得ステップと、
    前記マスタデータから、任意の3次元計測装置の仕様に基づいて模擬データを生成する模擬データ生成ステップと、
    を有し、
    前記模擬データ生成ステップでは、
    前記マスタデータに示される前記複数の計測点に対し、前記3次元計測装置の仕様に基づいて、該3次元計測装置で計測されるであろう模擬計測範囲を決定し、該模擬計測範囲に含まれる1または複数の計測点それぞれの位置に基づいて、前記模擬データに示される、基準となる位置からの該模擬計測範囲の距離を算出する
    ことを特徴とする模擬データ生成方法。
    A data acquisition step for acquiring master data formed with a plurality of measurement points and indicating the three-dimensional position;
    From the master data, a simulation data generation step for generating simulation data based on the specifications of an arbitrary three-dimensional measurement device;
    Have
    In the simulated data generation step,
    For the plurality of measurement points indicated in the master data, a simulation measurement range that will be measured by the three-dimensional measurement device is determined based on the specifications of the three-dimensional measurement device, and is included in the simulation measurement range A simulated data generation method comprising: calculating a distance of the simulated measurement range from a reference position indicated in the simulated data based on the position of each of the one or more measurement points.
  2. 前記模擬データ生成ステップでは、
    前記模擬計測範囲に含まれる計測点の前記基準となる位置からの距離を基準として、前記3次元計測装置の仕様による計測誤差を反映させた分布を算出し、該分布を合成することで得られる合成分布と所定の閾値を比較することで、該模擬計測範囲の距離を算出する
    ことを特徴とする請求項1に記載の模擬データ生成方法。
    In the simulated data generation step,
    Obtained by calculating a distribution reflecting the measurement error according to the specifications of the three-dimensional measurement apparatus, based on the distance from the reference position of the measurement point included in the simulated measurement range, and synthesizing the distribution The simulated data generation method according to claim 1, wherein the distance of the simulated measurement range is calculated by comparing the composite distribution with a predetermined threshold.
  3. 前記データ取得ステップでは、
    3次元計測装置で実測されることにより得られたマスタデータを取得する
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の模擬データ生成方法。
    In the data acquisition step,
    3. The simulated data generation method according to claim 1, wherein master data obtained by actual measurement with a three-dimensional measuring apparatus is acquired.
  4. 前記マスタデータに対して、計測環境が再現された散乱体を付加する環境処理ステップを有し、
    前記模擬データ生成ステップでは、
    前記散乱体が付加されたマスタデータから、前記模擬データを生成する
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の模擬データ精製方法。
    An environment processing step of adding a scatterer in which a measurement environment is reproduced to the master data;
    In the simulated data generation step,
    The simulated data purification method according to claim 1, wherein the simulated data is generated from master data to which the scatterer is added.
  5. 複数の計測点で形成されるとともに、その3次元位置が示されたマスタデータを取得するデータ取得部と、
    前記マスタデータから、任意の3次元計測装置の仕様に基づいて模擬データを生成する模擬データ生成部と、
    を備え、
    前記模擬データ生成部は、
    前記マスタデータに示される前記複数の計測点に対し、前記3次元計測装置の仕様に基づいて、該3次元計測装置で計測されるであろう模擬計測範囲を決定する模擬計測範囲決定部と、
    前記模擬計測範囲に含まれる1または複数の計測点それぞれの位置に基づいて、前記模擬データに示される、基準となる位置からの該模擬計測範囲の距離を算出する測距離模擬部と、
    を有することを特徴とする模擬データ生成装置。
    A data acquisition unit that is formed by a plurality of measurement points and acquires master data indicating the three-dimensional position;
    From the master data, a simulation data generation unit that generates simulation data based on the specifications of an arbitrary three-dimensional measurement device;
    With
    The simulated data generation unit
    A simulated measurement range determining unit that determines a simulated measurement range that will be measured by the three-dimensional measurement device, based on the specifications of the three-dimensional measurement device, for the plurality of measurement points indicated in the master data;
    A distance measuring unit that calculates the distance of the simulated measurement range from a reference position indicated in the simulated data based on the position of each of the one or more measurement points included in the simulated measurement range;
    A simulated data generation apparatus characterized by comprising:
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