JPH07105408A

JPH07105408A - 環境モデル作成装置

Info

Publication number: JPH07105408A
Application number: JP5248992A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Watanabe; 睦渡辺; Kazunori Onoguchi; 一則小野口; Kaoru Suzuki; 薫鈴木; Takashi Wada; 和田　　隆; Hiroshi Hattori; 寛服部; Minoru Yagi; 稔八木; Tatsuro Nakamura; 達郎中村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-10-05
Filing date: 1993-10-05
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】環境モデルに欠落・誤差が含まれる場合にこれ
を修正する手段を設けることにより、精度の高い環境モ
デルを作成すること。【構成】空間内の対象物に関する３次元属性情報を測定
入力する３次元属性情報入力手段、入力された３次元属
性情報に対し予め記憶された対象物データを用いて空間
内の対象物毎の環境モデルを作成する環境モデル処理手
段、環境モデルに従って空間内の特定位置での人工映像
を作成する映像作成手段、人工映像と前記特定位置での
画像情報を比較することにより環境モデルの検証を行う
解析手段、この検証結果に従って３次元属性情報入力手
段による測定入力を制御する観測制御手段を備えた環境
モデル作成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３次元ＣＡＤや３次元
コンピュータグラフィックス、移動ロボット制御等で用
いられるモデル記述を自動的に作成する環境モデル作成
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、工業部品などの設計を支援するた
めの３次元ＣＡＤや、３次元コンピュータグラフィクス
を用いた映像作成、及び知能移動ロボットのニーズが、
急速に高まっている。これらの技術においては、設計、
またはコンピュータグラフィクス表示を行なう対象、ま
たはロボットが移動する環境の幾何形状、表面属性、及
び必要であれば動きのデータを計算機に入力することが
必要である（この過程をモデリングと呼び、計算機内部
に表現された数値データをモデルと呼ぶ）が、この部分
は現在、人間が多くの労力を掛けて行っており、自動化
が強く望まれている。

【０００３】最近、３次元ＣＡＤへの適用のために、レ
ンジファインダと呼ばれる距離画像装置を用いて、呈示
した対象の形状の自動入力を行うシステムが提案されて
いる。しかし、レンジファインダの測定距離限界のた
め、現状技術で入力できる対象は小物体に限られてい
る。測定距離限界を大きくするためには、レーザ出力を
増大せねばならないが、これは同時に人体への危険性を
も増大させることになり、オフィスなどの屋内環境で適
用するには適さない。また、コンピュータグラフィクス
表示を目的とした場合、色、模様など表面属性のデータ
が必要となり、テレビカメラ画像も同時に入力、解析を
行わねばならない。しかし、レーザレンジファインダで
得られる距離画像とテレビカメラ画像は異種の情報であ
り、これらを統合することは容易ではない。

【０００４】従来より、テレビカメラ画像から直接対象
の３次元情報を抽出する手法として、複数台のカメラを
用い３角測量の原理を利用したステレオ法や、１台のカ
メラで焦点距離を変化させて得た画像系列を解析し３次
元情報を得る技術などの研究が活発に行われている。こ
れらの技術をモデリングに適用した例として、例えば臨
場感通信や会議を想定し、ステレオ視の技術を用いて人
間の顔の形状を自動入力する研究が行われている。ま
た、屋内を移動するロボットに、超音波センサや複数台
のカメラを搭載して、移動する空間の概略の記述を自動
作成する研究も行われている。しかし、これらの研究で
は、対象は顔や柱、ドアといった、従来技術のうち単独
の手法で処理するのが容易な物体に限定されており、例
えば事務計算機器や書類が置かれた机の上や本の並んだ
書棚のような繁雑な領域はうまく入力することはできな
い。また入力されたデータを検証・修正する手段がない
ため、ノイズなどの影響により３次元距離入力に欠落、
誤差が生じた場合これを回復することができず、不完全
なデータしか供給できない。

【０００５】上記の理由により、従来提案されている手
法は、３次元コンピュータグラフィクスによる映像作成
の作業軽減や移動ロボットの制御に利用される環境モデ
ルを自動的に作成する目的には未だ不十分であると考え
られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた様に従来の
環境モデル作成装置においては、環境モデルに欠落・誤
差が生じた場合でもこれを検証し修正する手段が無いた
め、不完全な環境モデルしか作成できないという欠点が
あった。

【０００７】本発明の目的は、環境モデルに欠落・誤差
が含まれているか否かを検証し、含まれる場合にこれを
修正する手段を設けることにより、精度の高い環境モデ
ルを作成できる環境モデル作成装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、空間内の対象
物に関する３次元属性情報を測定入力するための３次元
属性情報入力手段と、この３次元属性情報入力手段から
の３次元属性情報に対し予め記憶された対象物データを
用いて前記空間内での対象物毎の環境モデルを作成する
環境モデル処理手段と、この環境モデル処理手段により
作成された環境モデルに従って前記空間内の特定位置で
の人工映像を作成する映像作成手段と、この映像作成手
段により作成された人工映像と前記特定位置での前記３
次元属性情報入力手段からの画像情報とを比較すること
により当該環境モデルの検証を行う解析手段と、この解
析手段の検証結果に従って前記３次元属性情報入力手段
による測定入力を制御する観測制御手段とを具備したこ
とを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明においては、まず超音波センサやテレビ
カメラなど３次元距離情報を計測するための手段と色、
模様などの表面属性を入力するためのテレビカメラなど
の手段を環境に存在する対象の属性に応じ具備した３次
元属性情報入力部により、現在位置における３次元属性
情報を入力する。この入力制御は、観測制御部により行
われる。環境モデル処理部では、この入力と過去に蓄積
された３次元環境データを用いて、データの統合・更新
を行い、環境モデル記述を作成する。この環境モデル記
述作成結果は、映像作成部によりコンピュータグラフィ
クスを利用した人工映像に変換され、表示される。解析
部は、この人工映像と現在位置でのカメラ画像を比較す
ることによる３次元距離入力の欠落、誤差による記述の
誤り部分の検出などの検証や、モデル記述が得られてい
ない領域を検出することによる新たな観測指令の生成、
などの処理を行い、環境モデル記述を修正する。

【００１０】つまり、本発明においては、環境に存在す
る対象の属性の違いに応じた入力手段を揃え入力結果を
統合することにより、従来技術の問題であった入力対象
の限定を解決する。また、解析部においてモデル記述に
基づく人工映像とカメラ画像との比較に基づき環境モデ
ル技術の修正を行うことにより、３次元距離入力の欠
落、誤差によるモデル記述の精度低下の影響を軽減し、
精度の高いモデル記述を提供する。

【００１１】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例について
説明を行う。図１は本発明全体の構成図、図２は本発明
の処理フローチャートである。３次元属性情報入力部
は、超音波センサやテレビカメラなど３次元距離情報を
計測するための手段と、色・模様などの表面属性を入力
するためのテレビカメラなどの手段を環境に存在する対
象の属性に応じ具備した構成を採り、現在位置での３次
元属性情報を入力し環境モデル処理部２へ転送する（ス
テップ１０１）。環境モデル処理部２では、この現在位
置での入力と過去に蓄積された３次元環境データ、及び
環境内部に存在する対象物のデータを用いて、環境モデ
ル記述の作成を行う（ステップ１０２）。映像作成部３
は、この環境モデル記述をコンピュータグラフィクスを
利用した映像に変換し表示する（ステップ１０３）。解
析部４は、この人工映像と前記３次元属性情報入力部１
で得られた現在位置でのカメラ画像を比較することによ
り、３次元距離入力の欠落、誤差による記述の誤り部分
を検出し、前記環境モデル処理部２に格納された環境モ
デル記述の修正を行う（ステップ１０４）。又解析部４
は、上記比較処理によりモデルデータが得られていない
領域を検出し、新たな観測指令を観測制御部５を介して
３次元属性情報入力部１に送信し、移動観測の制御を行
う（ステップ１０５）。

【００１２】次に、本発明の構成要素の詳細について説
明する。図３は、前記３次元属性情報入力部１の一構成
例である。環境に存在する種々の対象に応じ３次元距
離、形状、表面などの属性情報を適切に入力するため、
本実現例ではカメラ２台による受動ステレオ計測部６、
１台のカメラの焦点距離を変化させて得た画像列を解析
することにより３次元情報を得る３次元計測部７、及び
光パタン投光による能動ステレオ計測部８、の３種類の
入力手段から構成される。これら６、７、８は各々、
柱、扉など輪郭部分が明確に存在しステレオ処理で３次
元計測が容易な領域、事務計算機器や書類が置かれた机
の上や本の並んだ書棚のように繁雑で、ステレオ法では
３次元計測が困難な領域、白壁のように輪郭部分や表面
の模様が無く、ステレオ法、焦点変動画像処理による３
次元計測、どちらも適用できない領域を入力するのに使
用される。受動ステレオ計測部６では、まず左カメラ画
像入力部９、右カメラ画像入力部１０により現在位置で
のステレオ画像を入力する。この入力のタイミングなど
の制御は、前記解析部４や観測制御部５により行われ
る。入力されたステレオ画像は、ステレオ処理部１１に
おいて、特徴抽出、対応付け、３次元距離情報抽出処理
を行い、結果を前記環境モデル処理部２に転送する。焦
点変動画像処理による３次元計測部７においては、焦点
距離制御部１２によりカメラに装着されたレンズの焦点
距離の大きさを変化させつつ、焦点変動カメラ画像入力
部１３で画像入力を行う。この入力のタイミングなどの
制御は、観測制御部５により行われる。入力された複数
枚の焦点変動画像列は、３次元計測部１４により広域強
調フィルタ処理、最高フィルタ出力領域検出、幾何光学
基本式の適用による３次元距離情報抽出処理を行い、結
果を前記環境モデル処理部２に転送する。能動ステレオ
計測部８においては、上記白壁のように輪郭部分や表面
の模様が無い領域に対して、光パタン投光制御部１５に
より対象表面に既知の光パタンを投光しこの部分を上記
受動ステレオ計測部６で計測することにより、３次元距
離情報抽出処理を行う。本構成例では、構成要素の簡素
化のために能動ステレオ計測部８が受動ステレオ計測部
６を完全に包含する構成とする。以上の３次元距離情報
抽出処理と並列に、６、７、８で各々入力された画像は
表面属性解析のために前記環境モデル処理部２に転送さ
れる。また、後述する様に環境モデルの検証のため解析
部４にも転送される。（尚、図３では左カメラ画像入力
部９、右カメラ画像入力部１０、焦点変動カメラ画像入
力部１３への画像入力の信号線は省略している）図４は、前記環境モデル処理部２の一構成例である。前
記観測制御部５から、作成装置自身の移動量が環境内位
置検出部１６に送信される。１６はこの移動量と一時点
前の位置情報を用いて、環境に固定された座標系（環境
座標系）における本装置の位置を計算し、３次元環境デ
ータ更新部１７に送信する。また、前記３次元属性情報
入力部１で得られた３次元距離、及び画像情報も、３次
元環境データ更新部１７に送信される。３次元距離情報
は、現在位置での観測系座標で記述されたデータであ
り、（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）の形式で表現される。ここ
で、各項は距離データであり、ｉは観測位置を示す添字
である。３次元環境データ更新部１７は、これらのデー
タを環境内位置検出部１６から送信された現在位置情報
を用いて環境に固定された座標系におけるデータに変換
し、過去に作成され３次元環境データ記憶部１８に格納
された３次元環境データへの統合・更新を行う。ここで
図５は環境座標系と観測座標系との関係を示す模式図で
ある。環境座標系とは対象とする空間に対し予め定めら
れた基準となる座標軸である。観測座標系とは移動体５
０（図１の３次元属性情報入力部１に該当するロボッ
ト）の現在位置を基準とした座標軸である。つまり移動
体５０から入力される３次元属性情報は観測座標系に従
ったデータであり、環境モデルは環境座標系に従ったデ
ータとして記憶される。

【００１３】３次元環境データの表現は、例えば予め環
境全体を３次元格子状に等分し、各格子に占有の信頼度
０を割り当てておく。３次元格子は、Ｇ（ｉ，ｊ，ｋ，
ｇ）の形式で記述される。ここでｉ，ｊ，ｋは格子の３
次元位置、ｇは信頼度である。図６は空間を３次元格子
状に等分した様子を示す図である。ここではｘ軸、ｙ
軸、ｚ軸夫々１０個の格子を割り当て、全体として１０
００個の格子で空間を分割している。従って各３次元位
置ｉ，ｊ，ｋは夫々１０個の値をとり、ｇは１０００個
分存在する。

【００１４】３次元属性情報入力部１より３次元距離情
報が得られた格子は環境内物体に占有された領域として
信頼度を更新し、更にこの格子領域に対応する画像を対
象表面属性を含む情報として記録することを逐次繰り返
す。データが未だ得られていない格子に対し新たに３次
元距離情報が得られた場合は、この格子を環境内物体に
占有されたものとして最小信頼度を与える。既に３次元
距離情報が得られ占有と登録された格子に対し更に３次
元距離情報が得られた場合には、この格子が対象に占有
されている可能性が高いとして、占有の信頼度を増加さ
せる。また、現在位置から占有と登録された格子の遠方
の３次元距離・表面情報が直接得られた場合は、逆にこ
の格子が対象に占有されている可能性が低いとして、占
有の信頼度を低下させる。こうして得られた３次元環境
データのうち、信頼度の高い格子領域を抽出した領域Ｇ
（ｉ，ｊ，ｋ，ｇ＞ＴＨ）が、環境内物体の存在領域と
なる。ここでＴＨは、信頼度のしきい値であり、予め実
験的に設定される。この３次元環境データ記憶部１８に
格納された３次元環境データは、空間領域の占有有無の
記述段階であり、３次元ＣＡＤやコンピュータグラフィ
クスのためのモデルとしては未だ不十分である。対象物
データ管理部１９は、この領域Ｇ（ｉ，ｊ，ｋ，ｇ＞Ｔ
Ｈ）に対し、予め準備された環境内部に存在する対象物
のデータと照合することにより、対象物単位の環境モデ
ルの記述を作成し、環境モデル記憶部２０に格納する。

【００１５】図７に、この対象物データ管理部１９の詳
細な構成を示す。環境に存在する机、椅子などの対象物
の形状、表面模様などの属性データは、予め対象物デー
タ入力部２１により入力され、対象物データ記憶部２２
に格納されている。例えば、机の場合、属性データはＯＢＪＥＣＴ（ＤＥＳＫ（ｔｙｐｅ），Ｓｈａｐｅ
（ｘ，ｙ，ｚ），Ｓｕｒｆａｃｅ（ｘ，ｙ，ｚ））の形式で記述される。ここでｔｙｐｅは机の種類、ｓｈ
ａｐｅ（ｘ，ｙ，ｚ）は表面の形状を表す３次元関数、
ｓｕｒｆａｃｅ（ｘ，ｙ，ｚ）は表面の色度を表す３次
元関数である。対象物データ照合部２３は、このデータ
を逐次前記３次元環境データ記憶部１８に格納されたデ
ータに対して照合処理を行うことにより、環境内の３次
元位置情報（重心位置、回転角）を対象物記述として抽
出し、前記環境モデル記憶部２０に格納する。つまり上
述した様に、空間内でしきい値より大きい信頼度を有す
る格子を抽出すると、これは空間である対象物に対応し
た格子領域（格子群）となる。まず、この格子領域に対
し、空間内での３次元位置から、その表面の形状を表す
３次元関数を求める。また、この格子領域に対応する画
像情報も得られていることから、表面の色度を表す３次
元関数を求める。そしてこれらの表面形状の３次元関数
及び色度の３次元関数と前記対象物の属性データを比較
し、最も類似した表面形状の３次元関数及び色度の３次
元関数を有する属性データを抽出する。つまり前記格子
領域は抽出された属性データの対象物である可能性が非
常に高いため、これらをマージして当該対象物の環境モ
デルを作成する。ここで格子領域に対しては空間内での
重心位置、環境座標系のｘ軸・ｙ軸・ｚ軸回りの回転角
を求める。そしてこれと抽出された属性データとを組み
合わせることにより、当該対象物の環境モデルが生成さ
れる。また、対象物の属性データと対応のつかない格子
領域で当該空間の外側表面に位置するものは壁領域、当
該空間内に位置するものは未知の物体として属性が記録
される（空間内で格子領域の存在しない部分は物体不在
領域（単なる空間）となる）。

【００１６】この結果、環境モデル記憶部には、ＯＢＪ
ＥＣＴ（ｔｙｐｅ，ｓｈａｐｅ（ｘ，ｙ，ｚ），ｓｕｒ
ｆａｃｅ（ｘ，ｙ，ｚ），Ｃｅｎｔｅｒ（Ｘ，Ｙ，
Ｚ），Ａｔｔｉｔｕｄｅ（α，β，γ））の形式のデー
タが蓄積される。ここで、ＯＢＪＥＣＴは物体の属性で
あり、Ｃｅｎｔｅｒ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は照合の結果得られ
た物体の環境内の３次元重心位置、Ａｔｔｉｔｕｄｅ
（α，β，γ）は物体のｘ軸・ｙ軸・ｚ軸方向の回転角
である。

【００１７】図８は空間内の格子領域で、机を対象物と
する属性データと一致した例を示している。ここで机は
格子の集合体として表現されており、環境座標系で夫々
の格子の３次元位置及び画像情報が得られている。従っ
てこれらを用いて机の表面形状の３次元関数及び色度の
３次元関数が計算できる。

【００１８】図９に前記映像作成部３の一構成例を示
す。前記環境モデル記憶部２０に格納された環境モデル
記述は、観測座標系変換部２４に送信される。２４は、
前記３次元環境データ更新部１７により環境座標系に変
換された対象物データを観測座標系での記述に変換し、
モデル映像作成部２５に送る。２５は、このデータに対
し、本作成装置に最も近い物体のみ選択するクリッピン
グ処理（これは物体毎に本作成装置のカメラからの距離
を比較することにより選択できる。）、カメラ画像の見
え方に変換する透視変換処理などを行い、環境モデル記
述が正しければカメラに映るはずの画像（これを人工映
像と呼ぶ）に変換する。対象物データと対応のつかない
物体不在領域は、空洞として映像作成を行う。この人工
映像は表示部２６によりモニタ上に表示されると共に、
前記解析部４に送られる。

【００１９】図１０は人工映像がモニタ表示された例を
示す図である。これは図８でｙ方向からカメラに写るは
ずの人工映像を作成して表示したものである。上述した
机の環境モデル記述に対し、ｙ方向から見たときの形状
・色度・位置を求め、これらに従って表示される。（形
状はｓｈａｐｅ（ｘ，ｙ，ｚ）から、色度はｓｕｒｆａ
ｃｅ（ｘ，ｙ，ｚ）から、位置はＣｅｎｔｅｒ（ｘ，
ｙ，ｚ）及びＡｔｔｉｔｕｄｅ（ｘ，ｙ，ｚ）から求め
られる。）図１１に前記解析部４の一構成例を示す。映
像作成部３で作成された人工映像、及び前記３次元属性
情報入力部１で撮影されたカメラ画像に対して、各々比
較領域抽出部２７、２８でデータの検証を行うための特
徴領域を抽出する。この特徴領域としては、例えば可視
性の大きい面領域が選択される。前記映像作成部３にお
ける人工映像作成過程において、環境内の照明位置は前
記３次元属性情報入力部１から直接得られないため、予
め設定された位置にあると仮定して映像作成を行う。ま
た、観測装置による影などの環境に対する微妙な影響も
反映されないため、差異解析部２９では平均濃度、色度
などの統計量を用いて比較することにより、両者で異な
る部分を検出し、この検出結果を基に解析を行う。例え
ば、カメラ画像からは面が検出された領域が人工映像で
空洞であった場合、３次元属性情報入力に誤りがあった
と判断される。これは、ステレオ計測が輪郭部分以外の
面領域では対応付けの誤りが発生しやすいこと、光パタ
ン投影の際、対象までの距離が十分遠い場合にはパタン
映像が届かず、面領域を検出し損なう可能性があること
に起因している。この様に、カメラ映像と人工映像に差
異が生じた場合は、カメラ画像の結果を優先してモデル
記述を修正する修正指令を前記環境モデル処理部２へ送
信すると共に、接近して再観測する様、移動観測の指令
を前記観測制御部５へ送信する。

【００２０】ここで、カメラ画像・人工映像に共通して
空間が占有され対象物が存在すると判定された領域につ
いては、記述の変更は行わず、モデル記述の信頼性が高
いと判断する。カメラ画像・人工映像の両者共、空間が
占有されていないと判定され、人工映像で空洞として表
現された領域、空間が占有されているとされたが未だ対
象物との対応がついていず人工映像で未知の物体として
表現された領域、３次元環境データの更新が十分な回数
行われておらず人工映像で空洞として表現された領域に
対しては、記述の変更は行わないが、モデル記述の信頼
性は不十分であるため、接近して観測するための移動観
測の指令を前記観測制御部５へ送信する。これらの環境
モデル記述修正指令、及び移動観測指令は各々、環境モ
デル記述修正指令作成部３０、移動観測指令作成部３１
で生成され、前記環境モデル処理部２における３次元環
境データ更新部１７、対象物データ管理部１９、及び観
測制御部５へ送信される。

【００２１】図１２は前記観測制御部の一構成例であ
る。前記解析部４で作成された移動観測指令は、移動距
離計算部３２、及び移動方向計算部３３で移動距離、速
度、及びステアリング角度情報に変換され、移動機構制
御部３４に送られる。３４はこの情報を元に、本作成装
置の図示しないハンドル、アクセル、ブレーキなどの移
動機構を制御する。移動が終了し目的地点に到着した時
点で、３次元属性情報入力のための制御情報を前記３次
元属性情報入力部１に送信する。また、車輪の回転数か
ら計算される進行距離、移動方向、などの情報を用いて
現在位置を検出するための移動量を移動量検出部３５で
計算し、前記環境モデル処理部２の環境内位置計算部１
６に送信する。

【００２２】以上述べた各要素の構成例を組み合わせる
ことにより、環境モデル作成装置の一例を作成すること
が可能となる。尚、本発明はここで述べた実施例に限定
されるものではない。例えば、前記３次元属性情報入力
部１において、本実施例ではカメラ２台による受動ステ
レオ計測部、１台のカメラの焦点距離を変化させて得た
画像列を解析することにより３次元情報を得る３次元計
測部、及び光パタン投光による能動ステレオ計測部、の
３種類の入力手段から構成したが、これをカメラ２台に
よる受動ステレオ計測部のみから構成することにより作
成コストを低下することも可能である。また、ステレオ
カメラの台数を３台以上に増やす構成を採ることによ
り、対応付けを容易、かつ高速化することも可能であ
る。また、超音波センサによる３次元距離情報抽出手段
を付加して構成し、能動ステレオ計測の代換、補助を行
うことが可能である。また、本実施例では受動ステレオ
計測部と能動ステレオ計測部とで、左右カメラ画像入力
部とステレオ処理部を兼用する構成としたが、これらを
各々独立に備える構成とすることにより処理の高速化を
行うことも可能である。また、ステレオカメラ、或い
は、焦点変動画像処理のためのカメラの位置を可変にす
るよう制御することにより、移動制御の負荷を減らすこ
とも可能である。また、環境モデル作成部３において、
人工映像を作成するのに用いる照明の位置は３次元属性
情報入力部１から直接得られないため、予め設定された
位置にあると仮定して映像作成を行ったが、この代わり
に環境内に存在する照明の位置、種類を予め人間が計測
し、現在位置に影響を与える照明を選択し映像作成する
ことにより人工映像の正確性を向上することも可能であ
る。また、上方を向いたテレビカメラの様に照明位置を
直接計測する手段を前記３次元属性情報入力部１に設け
ることにより人工映像の正確性を向上することも可能で
ある。

【００２３】また、前記解析部４において、差異解析部
２９の結果より移動観測指令を作成していたが、これと
並列に３次元属性情報再入力指令を作成し、前記３次元
属性情報入力部１の制御を行うことも可能である。以
上、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することが可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、環境モデルに欠落・誤
差が含まれているか否かを検証し、含まれる場合にこれ
を修正する手段を設けることにより、精度の高い環境モ
デルを作成できる。従って、３次元コンピュータグラフ
ィックスによる映像作成や、移動ロボットの制御のため
の高精度な環境モデル作成装置を提供することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体構成図。

【図２】本発明の実施例の処理フローチャート。

【図３】本発明の実施例の３次元属性情報入力部の構
成図。

【図４】本発明の実施例の環境モデル処理部の構成
図。

【図５】環境座標系と観測座標系との関係を示す模式
図。

【図６】空間を３次元格子状に等分した様子を示す
図。

【図７】本発明の実施例の対象物データ管理部の構成
図。

【図８】空間内の格子領域で机の対象物データと一致
した例を示す図。

【図９】本発明の実施例の映像作成部の構成図。

【図１０】人工映像がモニタ表示された例を示す図。

【図１１】本発明の実施例の解析部の構成図。

【図１２】本発明の実施例の観測制御部の構成図。

【符号の説明】１…３次元属性情報入力部２…環境モデル処理部３
…映像作成部４…解析部５…観測制御部６…受動ステレオ計測部７，１４…３次元計測部８…能動ステレオ計測部９
…左カメラ画像入力部１０…右カメラ画像入力部１１…ステレオ処理部１
２…焦点距離制御部１３…焦点変動カメラ画像入力部１５…光パタン投光
制御部１６…環境内位置検出部１７…３次元環境データ更新
部１８…３次元環境データ記憶部１９…対象物データ管
理部２０…環境モデル記憶部２１…対象物データ入力部２２…対象物データ記憶部２３…対象物データ照合部２４…観測座標系変換部２５…モデル映像作成部２
６…表示部２７，２８…比較領域抽出部２９…差異解析部３０…環境モデル記述修正指令作成部３１…移動観測
指令作成部３２…移動距離計算部３３…移動方向計算部３４…
移動機構制御部３５…移動量計算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者和田隆大阪府大阪市北区大淀中１丁目１番30号株式会社東芝関西支社内 (72)発明者服部寛大阪府大阪市北区大淀中１丁目１番30号株式会社東芝関西支社内 (72)発明者八木稔大阪府大阪市北区大淀中１丁目１番30号株式会社東芝関西支社内 (72)発明者中村達郎大阪府大阪市北区大淀中１丁目１番30号株式会社東芝関西支社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空間内の対象物に関する３次元属性情報を
測定入力するための３次元属性情報入力手段と、この３
次元属性情報入力手段からの３次元属性情報に対し、予
め記憶された対象物データを用いて前記空間内での対象
物毎の環境モデルを作成する環境モデル処理手段と、こ
の環境モデル処理手段により作成された環境モデルに従
って前記空間内の特定位置での人工映像を作成する映像
作成手段と、この映像作成手段により作成された人工映
像と前記特定位置での前記３次元属性情報入力手段から
の画像情報とを比較することにより、当該環境モデルの
検証を行なう解析手段と、この解析手段の検証結果に従
って前記３次元属性情報入力手段による測定入力を制御
する観測制御手段とを具備したことを特徴とする環境モ
デル作成装置。
【請求項２】前記３次元属性情報入力手段は、複数のカ
メラ画像から対象物の３次元属性情報を得るステレオ計
測手段と、１台のカメラの焦点距離を変化させた画像列
から対象物の３次元属性情報を得る３次元計測手段と、
対象物に光パタンを照射して前記ステレオ計測手段にそ
のカメラ画像を入力させる光パタン投光制御手段とを具
備したことを特徴とする請求項１記載の環境モデル作成
装置。
【請求項３】前記環境モデル処理手段は、前記３次元属
性情報入力手段の測定入力のための移動量に従って環境
座標系での位置を求める環境内位置検出手段と、この環
境内位置検出手段より求められた位置に従って前記３次
元属性情報入力手段からの３次元属性情報を環境座標系
でのデータに変換する３次元環境データ更新手段と、予
め当該空間を３次元格子状に等分し前記３次元環境デー
タ更新手段により３次元属性情報の得られた格子の信頼
度を更新して記憶するための３次元環境データ記憶手段
と、この３次元環境データ記憶手段に記憶された信頼度
が所定のしきい値より高い格子領域と予め記憶された対
象物毎の属性データとを照合することにより当該空間内
の対象物の環境モデルを作成する対象物データ管理手段
とを具備したことを特徴とする請求項２記載の環境モデ
ル作成装置。
【請求項４】前記映像作成手段は、環境モデルに対し前
記３次元属性情報入力手段の測定位置を基準とした観測
座標系のデータに変換する観測座標系変換手段と、この
観測座標系変換手段により変換された環境モデルに対し
前記３次元属性情報入力手段のカメラ画像としての人工
映像を作成するモデル映像作成手段と、このモデル映像
作成手段より作成された人工映像を表示する表示手段と
を具備したことを特徴とする請求項３記載の環境モデル
作成装置。
【請求項５】前記解析手段は、人工映像及び当該測定位
置での前記３次元属性情報入力手段からのカメラ画像か
ら夫々特徴領域を抽出する比較領域抽出手段と、この比
較領域抽出手段により夫々抽出された特徴領域に差異が
生じた場合カメラ画像の結果を優先して当該環境モデル
記述の修正指令を出力する環境モデル記述修正指令作成
手段と、環境モデル記述の修正指令に呼応して前記３次
元属性情報入力手段に対する移動観測の指令を出力する
移動観測指令作成手段とを具備したことを特徴とする請
求項４記載の環境モデル作成装置。
【請求項６】前記観測制御手段は、前記移動観測指令に
従って距離速度指令及びステアリング角度指令を作成し
て前記３次元属性情報入力手段に対し移動制御情報とし
て出力する移動機構制御手段と、前記距離速度及びステ
アリング角度に従って位置を検出するための移動量を前
記環境内位置検出手段へ出力する移動量計算手段とを具
備したことを特徴とする請求項５記載の環境モデル作成
装置。
【請求項７】前記対象物データ管理手段は、前記移動制
御情報に従って前記３次元属性情報入力手段より新たに
測定入力された３次元属性情報を用いて、前記環境モデ
ル記述の修正指令に従って該当する環境モデルを修正す
ることを特徴とする請求項６記載の環境モデル作成装
置。