JPH1038537A - 三次元形状認識方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光測距技術等で連続走査を行いかつ測定データ
の段階的抽出により三次元形状をリアルタイムに認識で
きる三次元形状認識方法及び装置を提供する。 【解決手段】走査線１を移動させることにより内方に格
子点網５をもつ仮想の平面枠４を設定しかつこれを走査
して各格子点５ａを通る測定線Ｌの角度及び距離を測定
する走査測定手段６と、測定データを処理するコンピュ
ータ７とを具備する装置構成とし、連続走査前に探査点
８ａ及び探査面８ｂからなる三角探査点網モデル８を格
子点網５と同一平面上に設定しかつ三角探査点網モデル
８とコンピュータ７のメモリーとを関連付け、各探査点
８ａに最も近い格子点５ａの測定データをその探査点８
ａの測定データとし、これを三次元座標データに変換
し、これを各探査点８ａの三次元座標データとして記憶
し、これを各探査面８ｂの法線方向の面ベクトルデータ
に変換する三次元形状認識方法及びその装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザー光線等
の光や音等を利用した測定技術を用いて地面、路面、物
体、構造物等の連続走査を行うとともに、得られた膨大
な量の測定データをコンピュータ及び特有の情報抽出手
法を有効に利用して迅速なデータ処理を行うことによ
り、これらの形状をリアルタイムで三次元的に認識する
ための測定方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年における光や音等の応答速度から距
離や角度の測定を行う測距技術は、従来における個別的
な測距の繰り返しにより地形や構造物等の位置を把握す
るといういわゆる単なる測量手段であるというだけでな
く、所定範囲内において連続走査を行い膨大な量の測定
データを得るようにしさえすれば、当該範囲の三次元的
な形状を把握することができるいわゆる認識手段として
利用することができる。

【０００３】しかしながら、所定範囲内における連続走
査により三次元的な形状を認識しようとすると、通常の
測距の場合と比べ、コンピュータが処理すべき測定デー
タ量があまりにも膨大化することになり、何の手段も講
じないでこの膨大化した測定データ量を処理しようとす
ると、現段階では、ソフトウエアによるデータ処理技術
が未熟であるばかりか、コンピュータのハードウエア資
源、とりわけ中央演算処理装置の処理能力が不足してお
り、莫大な処理時間を要する問題があり、また、ソフト
ウエアやハードウエア資源の開発を待ち望むだけではこ
の問題の解決を図ることはできない。

【０００４】この点の理解を容易にするため、具体的に
説明すると、例えば、レーザー光線を利用するレーザー
スキャニング技術により連続走査を行い物体等の形状を
認識する場合には、コンピュータへ入力する測定データ
は１秒間に１万点以上というきわめて膨大な量となり、
このような膨大な量の角度及び距離のデータの各々につ
いて測定データの処理（物体等の形状の把握を容易にす
る目的で角度データ及び距離データから三次元座標デー
タへと変換処理）をすると、現在のコンピュータの処理
能力を越える量のデータ処理をする必要があるゆえ多大
な時間を要することになる。

【０００５】また、このようにデータ処理に多大な時間
を要するということは、例えば工業用ロボット等の分野
等、リアルタイムにデータ処理してロボットの動作に即
反映させることが必要とされる技術分野において適用す
ることはできないため、結局、レーザースキャニング技
術の利用範囲を限定する結果を招くことになるばかり
か、社会的には、このような技術分野こそ技術的価値を
高める必要があるとの要請が強い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は、
膨大化する測定データの全てについてデータ処理を行う
という無駄なプロセスを回避しながら、レーザービーム
等の光や音等による測定技術を用いて地面、構造物等の
連続走査を行うとともに、連続走査により得られた測定
データを段階的に抽出して必要なものだけ入手する情報
処理手法を利用することにより、地面、構造物等の三次
元的な形状をリアルタイムに認識することができる三次
元形状認識方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、この発明に係
る三次元形状認識方法は、走査軸１上の測定基準点２を
通り当該軸１に垂直な平面上の走査角度範囲で当該軸１
と一定の位置関係に設定される仮想の走査線３を移動さ
せることにより、内方に三次元座標をもつ格子点網５が
形成される仮想の平面枠４を設定するとともに、この平
面枠４内を連続走査して各格子点５ａを通る測定線Ｌに
おける測定基準点２から走査対象物Ｔまでの角度及び距
離を測定する走査測定手段６と、この走査測定手段６に
よる測定データを処理するコンピュータ７とを具備する
三次元形状認識装置において、平面枠４内を連続走査す
る前に、予め定めた間隔で構成される探査点８ａ及び近
接する探査点８ａ３つで構成される探査面８ｂからなる
三角探査点網モデル８を格子点網５と同一平面上に設定
してその三角探査点網モデル８とコンピュータ７のメモ
リーとを関連付けておくステップ９と、前記測定データ
のうち、各探査点８ａに最も近い格子点８ａにおける測
定データをその探査点８ａにおける測定データとして抽
出するステップ１０と、抽出した各探査点８ａにおける
測定データを三次元座標データに変換するステップ１１
と、変換した三次元座標データを各探査点８ａにおける
三次元座標データとして前記メモリーに記憶するステッ
プ１２と、記憶した各探査点８ａにおける三次元座標デ
ータを各探査面８ｂにおける法線方向の面ベクトルデー
タに変換するステップ１３とを含むことを特徴とするも
のである。

【０００８】この場合において、前記走査測定手段６と
しては、光や音等の応答時間の差から距離を測定できる
とともに、他の基準となる点との関係を把握するため角
度を測定できるものであれば、その種類は問わないが、
より形状認識の精度を高めようとする観点からすれば、
レーザー光線によるものとすることが好ましい。

【０００９】また、データの処理速度をより速めようと
する観点からすれば、記憶した各探査点８ａにおける三
次元座標データを各探査面８ｂにおける法線方向の面ベ
クトルデータに変換するステップ１３の後に、予め設定
された域値により面ベクトルデータをグループ化するス
テップを含むものとするか、又は記憶した各探査点８ａ
における三次元座標データを各探査面８ｂにおける法線
方向の面ベクトルデータに変換するステップ１３の後
に、隣接し合う面ベクトルデータ同士を比較して相対変
化量が所定の大きさ以上である面ベクトルデータだけを
抽出するステップを含むものとすることが好ましい。

【００１０】さらに、視覚に訴えてより明確に形状を認
識する観点からすれば、前記コンピュータ７が表示手段
として表示画面を含む構成とした上で、その表示画面の
一定画素数ごとに探査点８ａとなる画素を選定して三角
探査点網モデル８を形成するステップと、面ベクトルデ
ータを表示画面の対応する部位に表示するステップとを
含むものとするか、若しくはその表示画面の一定画素数
ごとに探査点８ａとなる画素を選定して三角探査点網モ
デル８を形成するステップと、グループ化した面ベクト
ルデータをグループごとに色分けして表示画面の対応す
る部位に表示するステップとを含むものとするか、又は
その表示画面の一定画素数ごとに探査点８ａとなる画素
を選定して三角探査点網モデル８を形成するステップ
と、隣接し合う面ベクトルデータ同士を比較して相対変
化量が所定の大きさ以上である抽出した面ベクトルデー
タだけを表示画面の対応する部位に表示するステップと
を含むものとすることができる。

【００１１】このような三次元形状認識方法を具現化す
る装置発明は、走査軸１上の測定基準点２を通り当該軸
１に垂直な平面上の走査角度範囲で当該軸１と一定の位
置関係に設定される仮想の走査線３を移動させることに
より、内方に三次元座標をもつ格子点網５が形成される
仮想の平面枠４を設定するとともに、この平面枠４内を
連続走査して各格子点８ａを通る測定線Ｌにおける測定
基準点２から走査対象物Ｔまでの角度及び距離を測定す
る走査測定手段６と、この走査測定手段６による測定デ
ータを処理するコンピュータ７とを具備する三次元形状
認識装置において、平面枠４内を連続走査する前に、予
め定めた間隔で構成される探査点８ａ及び近接する探査
点８ａ３つで構成される探査面８ｂからなる三角探査点
網モデル８を格子点網５と同一平面上に設定するモデル
設定手段７ａと、前記全ての測定データのうち、三角探
査点網モデル８の各探査点８ａに最も近い格子点５ａに
おける測定データをその探査点８ａにおける測定データ
とする第１抽出手段７ｂと、抽出した各探査点８ａにお
ける測定データを三次元座標データに変換する第１変換
手段７ｃと、変換した三次元座標データを各探査点８ａ
における三次元座標データとしてメモリーに格納する格
納手段７ｄと、格納した各探査点８ａにおける三次元座
標データを各探査面８ｂにおける法線方向の面ベクトル
データに変換する第２抽出手段（第２変換手段）７ｅと
を含むことを特徴とするものである。

【００１２】このような技術的手段において、前記走査
測定手段６としては、光や音等の応答時間の差から距離
を測定できるとともに、他の基準となる点との関係を把
握するため角度を測定できるものであれば、その種類は
問わないが、より形状認識の精度を高めようとする観点
からすれば、レーザー光線によるものとすることが好ま
しい。

【００１３】また、データの処理速度をより速めようと
する観点からすれば、第２抽出手段（第２変換手段）７
ｅにより面ベクトルデータに変換した後のタイミングで
予め設定された域値により面ベクトルデータをグループ
化するグループ化手段を含むものとするか、又は第２抽
出手段（第２変換手段）７ｅにより面ベクトルデータに
変換した後に隣接し合う面ベクトルデータ同士を比較し
て相対変化量が所定の大きさ以上である形状輪郭部分の
面ベクトルデータだけを抽出する第３抽出手段を含むも
のとすることが好ましい。

【００１４】さらに、視覚に訴えてより明確に形状を認
識する観点からすれば、前記コンピュータ７が表示手段
として表示画面を含む構成とした上で、その表示画面の
一定画素数ごとに探査点８ａとなる画素を選定して表示
画面に三角探査点網モデル８を認識させる三角探査点網
認識手段と、面ベクトルデータを表示画面の対応する部
位に視覚的に表示する面ベクトル表示手段とを含むもの
とするか、若しくはその表示画面の一定画素数ごとに探
査点８ａとなる画素を選定して表示画面に三角探査点網
モデル８を認識させる三角探査点網認識手段と、グルー
プ化した面ベクトルデータをグループごとに色分けして
表示画面の対応する部位に表示するグループ表示手段と
を含むものとするか、又はその表示画面の一定画素数ご
とに探査点８ａとなる画素を選定して表示画面に三角探
査点網モデル８を認識させる三角探査点網認識手段と、
隣接し合う面ベクトルデータ同士を比較して相対変化量
が所定の大きさ以上である形状輪郭部分の面ベクトルデ
ータだけを抽出して表示画面の対応する部位に表示する
輪郭表示手段とを含むものとすることが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
に基づいてこの発明について詳細に説明する。図３はこ
の発明に係る三次元形状認識装置を示すものである。

【００１６】同図において、三次元形状認識装置２１
は、車両２２上に搭載されているレーザースキャニング
装置２３と、このレーザースキャニング装置２３に接続
されるコンピュータ２４とで構成されており、レーザー
スキャニング装置２３が図示矢印Ａ及びＡ’方向の走査
動作を行いながら、車両２２が図示矢印Ｂ又はＢ’方向
に走行すると、内方に三次元座標をもつ格子点網が形成
される仮想の平面枠２５が車両２に対し一定の位置関係
を有するように設定されるとともに、この平面枠２５内
をレーザースキャニング装置２３が連続走査して各格子
点２６を通る走査線２７上における地表面までの角度デ
ータ及び距離データの各測定データ２８を得ることがで
き、更に得られた測定データ２８をコンピュータ２４に
より処理することができるようになっている。

【００１７】この実施の形態において、コンピュータ２
４は、図４（ａ）に示すように、中央演算処理装置（以
下ＣＰＵという）２４ａと、リードオンリーメモリー
（以下ＲＯＭという）２４ｂと、ランダムアクセスメモ
リー（以下ＲＡＭという）２４ｃとで構成されていお
り、このコンピュータ２４によれば、レーザースキャニ
ング装置２３が平面枠２５を連続走査する前のタイミン
グにおいて、予め定めた間隔で正三角形の頂点を構成す
るように探査点３１を設定するとともに、探査点３１の
うち近接するものの３つの内方に形成される正三角形を
探査面３２として設定することとして、この探査点３１
及び探査面３２からなる三角探査点網モデル３０を格子
点網が形成される平面枠２５内と同一平面上に設定する
こととする。

【００１８】この場合において、平面枠２５内と同一平
面上に設定するとは、既に三次元座標を有して設定され
ている格子点網と同一座標系において三角探査点網を設
定してコンピュータ２４のＲＯＭ２４ｂとの関連づけを
行うことにより、コンピュータ２４に認識させることを
意味するが、これにより、仮想の平面枠２５、格子点網
及び三角探査点網という別個のものがコンピュータとい
う１つの手段によって有機的に連結されることになる。

【００１９】また、この実施の形態では、コンピュータ
２４は図示外のモニター画面を具備しており、モニター
画面の所定画素数と仮想の平面枠２５の大きさとを対応
させて関連づけを行うことにより、格子点２６や三角探
査点網モデルをモニター画面上に表示することとしてい
る。

【００２０】この場合において、探査点網モデルの探査
点３１の間隔は、予め所望の画素数を設定してコンピュ
ータ２４に入力しさえすれば自由に設定することが可能
であるため、測定対象の形状の特徴、必要な測定精度、
必要に応じて探査点３１の間隔をフレキシブルに変更す
ることができ、データの抽出度合い等柔軟かつ的確な変
更を容易に行うことができる。

【００２１】さらに、このコンピュータ２４によれば、
入力された各格子点２６における測定データ２８のう
ち、三角探査点網モデルの各探査点３１に最も近い格子
点２６における測定データ２８をその探査点３１におけ
る測定データ２８としてコンピュータ２４のメモリー上
においてとらえるようになっており、このような情報処
理の手法によって、膨大な量存在していた測定データ２
８のうちの各探査点３１における測定データ２８のみを
抽出することができる。

【００２２】さらにまた、このコンピュータ２４によれ
ば、抽出された各探査点３１における測定データ２８の
全てを三次元座標データ３３に変換することができるよ
うになっているとともに、この変換された三次元座標デ
ータ３３を各探査点３１における三次元座標データ３３
としてメモリーに格納されることになる。

【００２３】そして、図４（ｂ）に示すように、その格
納された各探査点３１における三次元座標データ３３の
うち、近接するものの３つから、その内方に形成される
探査面３２の法線方向を示す１つの面ベクトルデータ３
４が変換されることになる。

【００２４】また、この実施の形態では、予め設定され
た域値、すなわち、ベクトルデータの許容幅を設定して
面ベクトルデータ３４のグループ化を行うようにしてお
り、グループ化をしない場合と比べ、三次元形状の概略
をより適正かつ迅速に把握するようにしている。

【００２５】次に、以上のように構成される三次元形状
認識装置２１を使用して連続走査を行う場合における走
査プロセスについて図３、図５のフローチャート及び図
６の抽出プロセス説明図を用いて説明する。

【００２６】（１）ステップ１ 先ず、車両２を走行させながら、レーザースキャニング
装置２３のスイッチ（図示外）をＯＮとすると、レーザ
ースキャニング装置２３により図示Ａ方向における１回
目の走査が行われる。

【００２７】この時、レーザースキャニング装置２３が
車両２に対して固定されていることから、走査する地表
面の方向で車両２から一定の位置関係のところに仮想の
平面枠２５が設定されるとともに、当該平面枠２５の内
方に格子点網の一部を構成するはずの三次元座標をもつ
等間隔の点が、前記Ａ方向に対応する部位に一列に設定
される。

【００２８】そして、更に車両２がある一定の距離走行
すると、その走行した距離の分だけ当該平面枠２５の両
側の辺が延伸し、このタイミングで、レーザースキャニ
ング装置２３による２回目の走査が行われる。このよう
な要領で車両２がある一定距離の走行をするごとに、レ
ーザースキャニング装置２３による走査が行われるた
め、平面枠２５の平面が連続的に構成されていくに伴
い、順次格子点網が形成されていくことになる。

【００２９】（２）ステップ２ レーザースキャニング装置２３からの走査線は、必ず当
該等間隔の点を通るとともに地表面に照射されることに
なり、また、このような走査線２７により得られた測定
データ２８は各格子点２６における測定データ２８とし
てコンピュータ２４に取り込まれる。

【００３０】（３）ステップ３ 次に、車両２による一定距離の走行が終了し、予め設定
された面積を有する平面枠２５の内方に予め設定された
数分のデータが得られると、格子点網の各格子点２６の
三次元座標と、この格子点網と同一平面上に設定された
三角探査点網モデルの各探査点３１の三次元座標との対
比がコンピュータ２４により行われ、各格子点２６のう
ち、各探査点３１に最も近接する格子点２６のみが各探
査点３１に割り当てられることになる。すなわち、具体
的には、コンピュータ２４に取り込まれた測定データ２
８は、以下の（ａ）〜（ｄ）に示すデータ抽出のプロセ
スを経て抽出されることになる。

【００３１】（ａ）測定データ認識 先ず、測定データ２８がコンピュータ２４に取り込まれ
ると、コンピュータ２４は測定データ２８を各格子点２
６における測定データ２８として認識する。

【００３２】（ｂ）三角探査点網モデル設定 次に、モニター画面の画素のうち、探査点３１として割
り当てるはずの画素の間隔を選定してコンピュータに入
力すると、連続する正三角形に形成される三角探査点網
モデル３０が設定される。

【００３３】この場合において、この発明に係る三角探
査点網モデル３０は、モニター画面の画素の間隔を任意
に設定してコンピュータに入力するだけで設定すること
ができ、必要な測定精度等に応じてそのスケールをフレ
キシブルに、しかも、容易に設定することができるた
め、モデル変更等、いつでも必要な時に行うことができ
る。

【００３４】（ｃ）測定データ抽出作業 そして、三角探査点網モデル３０が設定されると、まも
なく、第１回目の測定データ２８の抽出作業である各探
査点への測定データ２８の割り当てが以下のようにして
行われることになる。

【００３５】すなわち、例えば、探査点３１ａに最も近
い測定データ２８ａは、その探査点３１ａにおける測定
データ２８ａとして割り当てられるという具合である。

【００３６】この時、測定データ２８ｂや測定データ２
８ｃは、探査点３１ａに抽出されることがないばかり
か、探査点３１ｂや探査点３１ｃや探査点３１ｄ等にも
抽出されることはなく、結局、いずれの探査点３１にも
属するものとはならないまま、その運命を終わらせるこ
とになる。

【００３７】（ｄ）測定データ抽出完了 すると、各探査点３１に割り当てられた測定データ２８
がその探査点３１における測定データ２８としてコンピ
ュータ２４のメモリー上でとらえられることになり、各
格子点２６における測定データ２８は各探査点３１にお
ける測定データ２８だけとなり、測定データ２８の抽出
作業は完了することになる。その後、抽出された各測定
データ２８は各探査点３１における三次元座標データ３
３としてコンピュータ２４のＲＡＭ２４ｃに一時的に記
憶されることになる。

【００３８】次いで、このようにして抽出された各探査
点３１における測定データ２８の全てはコンピュータ２
４により三次元座標データ３３に変換される。

【００３９】すなわち、当該探査点３１に最も近接する
格子点２６における測定データ２８（角度データ及び距
離データ）と、その格子点２６の三次元座標とから、そ
の格子点２６を通る走査線が照射される地表面の三次元
座標をコンピュータ２４により算出するとともに、当該
地表面の三次元座標を当該探査点３１における三次元座
標データ３３とされることにより各探査点３１における
測定データ２８は三次元座標データ３３に変換されるこ
とになる。

【００４０】そして、この変換された三次元座標データ
３３は、各探査点３１における三次元座標データ３３と
してメモリーに格納されることになる。

【００４１】（４）ステップ４ 次に、格納された各探査点３１における三次元座標デー
タ３３を利用して更に三次元座標データ３３の抽出及び
変換を行う。

【００４２】すなわち、互いに近接する探査点３１にお
ける三次元座標データ３３の３つから、当該３つの探査
点３１の内方に形成される１つの探査面３２の法線方向
を示す１つの面ベクトルデータ３４に所定の演算式を用
いることにより変換されることになる。

【００４３】最後に、記憶した各探査点３１における三
次元座標データ３３が各探査面３２における法線方向の
面ベクトルデータに以下のようにして変換されることに
より段階的な情報抽出プロセスは終了することになる。

【００４４】（５）ステップ５ 次いで、変換された面ベクトルデータ３４は、以下の
（イ）、（ロ）の２通りの方法による測定データの処理
が行われることになり、これにより三次元形状の概略を
より迅速かつ的確に把握できることになる。

【００４５】（イ）第１の方法 変換された面ベクトルデータ３４は、予め設定された域
値に区分けされ、面ベクトルデータ３４により特定され
る例えば「平滑」、「凸凹」等の形状の特徴ごとにグル
ープ化されることになるため、これにより、三次元形状
の概略を容易に把握することができ、その結果、適正か
つ迅速な三次元形状の把握が可能となるものである。

【００４６】（ロ）第２の方法 変換された面ベクトルデータ３４のうち、隣接し合う面
ベクトルデータ同士を比較して相対変化量が所定の大き
さ以上である面ベクトルデータだけを抽出することによ
り、形状の変動が大きい輪郭部分だけを選択的に把握す
ることとし、これにより、三次元形状の概略を容易に把
握することができ、その結果、適正かつ迅速な三次元形
状の把握が可能となるものである。

【００４７】（６）ステップ６ 最後に、グループ化又は抽出された面ベクトルデータ３
４を基礎として、上記２通りの方法の各々について認識
された三次元形状をコンピュータグラフィックスを利用
してモニター（図示外）表示することとする。

【００４８】（イ）第１の方法 グループ化によるものについては、図５に示すように、
同一の面ベクトルデータ３４のグループに含まれる探査
面３２を同一のポリゴン（多角形）の範囲内に含めて表
示するとともに、各ポリゴン（多角形）ごとに色分けし
て表示することになるため、視覚に訴えることで三次元
形状の把握が更に迅速かつ容易なものとなる。

【００４９】（ロ）第２の方法 抽出によるものについては、図６に示すように、面ベク
トルデータ３４の全てのうち、形状の変動が大きい輪郭
部分だけを選択的に表示することにより、多くのデータ
のうちの一部を抽出表示して一目見れば三次元形状の概
略を容易に把握することができ、その結果、三次元形状
の把握が更に迅速かつ容易なものとなる。

【００５０】この実施の形態においては、上述したよう
に、コンピュータのメモリーに格納された各探査面にお
ける三次元座標データ３３を一旦メモリー上に記憶した
上で、必要なタイミングで記憶されている三次元座標デ
ータ３３を取り出して必要な部分の三次元形状を多角形
で表現することとしたが、各探査面における三次元座標
データ３３をメモリー上に記憶すると同時に利用するこ
とも可能であり、例えば、車両２がこれから走行するは
ずの地表面上の三次元形状を認識すると同時に当該認識
結果をフィードバックさせることにより、車両２の走行
動作の制御に役立てることもできる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、仮想の走査線を移動させて内方に三次元座標をもつ
格子点網が形成される仮想の平面枠を設定し、かつ、こ
の平面枠を連続走査して各格子点を通る測定線における
走査対象物までの角度及び距離を測定する走査測定手段
と、この走査測定手段による測定データを処理するコン
ピュータとを具備する装置構成とした上で、平面枠の連
続走査前に探査点及び探査面からなる三角探査点網モデ
ルを格子点網と同一平面上に設定するとともにその探査
点網モデルとコンピュータのメモリーとの関連付けを行
い、各探査点に最も近い格子点の測定データをその探査
点の測定データとし、その各探査点の測定データを三次
元座標データに変換し、その三次元座標データを各探査
点の三次元座標データとしてメモリーに記憶し、その各
探査点の三次元座標データを各探査面の法線方向の面ベ
クトルデータに変換するようにしたので、次の効果を奏
する。

【００５２】（１）膨大なデータ量の全てについてデー
タ処理を行うという無駄なプロセスを回避しながら、抽
出されたデータについてのみデータ処理が行われるた
め、データの処理時間を大幅に短縮することができるか
ら、迅速なデータ処理が実現されることになる。

【００５３】（２）（１）の結果、リアルタイムに地
面、構造物等の形状を三次元的に認識することができる
から、車両の走行制御、ロボットの動作制御等、多様な
用途に利用することができ、測距技術の技術的価値を高
めることができる。

【００５４】（３）探査点網モデルの探査点の間隔を自
由に設定することができるため、形状を認識すべき測定
対象の特徴、必要な測定精度、利用する制御内容等に応
じて探査点の間隔をフレキシブルに変更することがで
き、データの抽出度合い等の自由な変更が可能である。

【００５５】（４）予め設定された域値で面ベクトルデ
ータのグループ化を行うか、又は形状の変動が大きい輪
郭部分の面ベクトルデータだけを選択的に把握するよう
にすれば、更に迅速なデータ処理が可能となるばかり
か、容易に三次元形状を認識することができる。

【００５６】（５）コンピュータが表示手段として表示
画面を有する場合において表示画面に三角探査点網モデ
ルを認識させるときは、その表示画面の一定画素数ごと
に探査点となる画素を選定するようにすればよいため、
三角探査点網モデルの設定が容易である。

【００５７】（６）グループ化した面ベクトルデータを
グループごとに色分けして表示画面の対応する部位に表
示するか、又は全て面ベクトルデータのうちの形状の変
化の大きい輪郭部分だけを選択的に表示するようにすれ
ば、視覚に訴えることにより三次元形状の概略の把握が
容易になるばかりか、より明確かつ迅速な形状認識が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の概要を示す概念図及びブロック図で
ある。

【図２】この発明の概要を示すブロック図及び概念図で
ある。

【図３】この発明の実施の形態で使用される三次元形状
認識装置の構成及び動作を説明する説明図である。

【図４】この発明の実施の形態で使用される三次元形状
認識装置において設定された探査点網モデル及び面ベク
トルデータを示す説明図である。

【図５】この発明の実施の形態で使用される三次元形状
認識装置による形状認識プロセスを示すフローチャート
図である。

【図６】この発明の実施の形態で使用される三角探査点
網モデルによるデータ抽出のプロセスを示す説明図であ
る。

【図７】この発明の実施の形態で使用される三次元形状
認識装置により認識した三次元形状を表示画面に表示し
たところを示す多角形図である。

【図８】この発明の実施の形態で使用される三次元形状
認識装置により認識した三次元形状を表示画面に表示し
たところを示す三角形図である。

【符号の説明】

１…走査軸 ２…測定基準点 ３…走査線 ４…平面枠 ５…格子点網 ５ａ…格子点 Ｔ…走査対象物 ６…走査測定手段 ７…コンピュータ ７ａ…モデル設定手段 ７ｂ…第１抽出手段 ７ｃ…第１変換手段 ７ｄ…格納手段 ７ｅ…第２抽出手段（第２変換手段） ８…三角探査点網モデル ８ａ…探査点 ８ｂ…探査面 ２１…三次元形状認識装置 ２２…車両 ２３…レーザースキャニング装置 ２４…コンピュータ ２４ａ…中央演算処理装置（ＣＰＵ） ２４ｂ…リードオンリーメモリー（ＲＯＭ） ２４ｃ…ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ） ２５…平面枠 ２６…格子点 ２７…走査線 ２８…測定データ ３０…三角探査点網モデル ３１…探査点 ３２…探査面 ３３…三次元座標データ ３４…面ベクトルデータ Ｌ…測定線 Ａ…走査方向 Ｂ…走行方向

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走査軸（１）上の測定基準点（２）を通
   り当該軸（１）に垂直な平面上の走査角度範囲で当該軸
   （１）と一定の位置関係に設定される仮想の走査線
   （３）を移動させることにより、内方に三次元座標をも
   つ格子点網（５）が形成される仮想の平面枠（４）を設
   定するとともに、この平面枠（４）内を連続走査して各
   格子点（５ａ）を通る測定線（Ｌ）における測定基準点
   （２）から走査対象物（Ｔ）までの角度及び距離を測定
   する走査測定手段（６）と、この走査測定手段（６）に
   よる測定データを処理するコンピュータ（７）とを具備
   する三次元形状認識装置において、 平面枠（４）内を連続走査する前に、予め定めた間隔で
   構成される探査点（８ａ）及び近接する探査点（８ａ）
   ３つで構成される探査面（８ｂ）からなる三角探査点網
   モデル（８）を格子点網（５）と同一平面上に設定して
   その三角探査点網モデル（８）とコンピュータ（７）の
   メモリーとを関連付けておくステップ（９）と、前記測
   定データのうち、各探査点に最も近い格子点における測
   定データをその探査点における測定データとして抽出す
   るステップ（１０）と、抽出した各探査点における測定
   データを三次元座標データに変換するステップ（１１）
   と、変換した三次元座標データを各探査点における三次
   元座標データとして前記メモリーに記憶するステップ
   （１２）と、記憶した各探査点における三次元座標デー
   タを各探査面における法線方向の面ベクトルデータに変
   換するステップ（１３）とを含むことを特徴とする三次
   元形状認識方法。
2. 【請求項２】 記憶した各探査点（８ａ）における三次
   元座標データを各探査面（８ｂ）における法線方向の面
   ベクトルデータに変換するステップ（１３）の後に、予
   め設定された域値により面ベクトルデータをグループ化
   するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の三
   次元形状認識方法。
3. 【請求項３】 記憶した各探査点（８ａ）における三次
   元座標データを各探査面（８ｂ）における法線方向の面
   ベクトルデータに変換するステップ（１３）の後に、隣
   接し合う面ベクトルデータ同士を比較して相対変化量が
   所定の大きさ以上である面ベクトルデータだけを抽出す
   るステップを含むことを特徴とする請求項１記載の三次
   元形状認識方法。
4. 【請求項４】 前記コンピュータ（７）が表示手段とし
   て表示画面を含む場合において、その表示画面の一定画
   素数ごとに探査点（８ａ）となる画素を選定して三角探
   査点網モデル（８）を形成するステップと、面ベクトル
   データを表示画面の対応する部位に表示するステップと
   を含むことを特徴とする請求項１記載の三次元形状認識
   方法。
5. 【請求項５】 前記コンピュータ（７）が表示手段とし
   て表示画面を含む場合において、その表示画面の一定画
   素数ごとに探査点（８ａ）となる画素を選定して三角探
   査点網モデル（８）を形成するステップと、グループ化
   した面ベクトルデータをグループごとに色分けして表示
   画面の対応する部位に表示するステップとを含むことを
   特徴とする請求項２記載の三次元形状認識方法。
6. 【請求項６】 前記コンピュータ（７）が表示手段とし
   て表示画面を含む場合において、その表示画面の一定画
   素数ごとに探査点（８ａ）となる画素を選定して三角探
   査点網モデル（８）を形成するステップと、隣接し合う
   面ベクトルデータ同士を比較して相対変化量が所定の大
   きさ以上である抽出した面ベクトルデータだけを表示画
   面の対応する部位に表示するステップとを含むことを特
   徴とする請求項３記載の三次元形状認識方法。
7. 【請求項７】 走査軸（１）上の測定基準点（２）を通
   り当該軸（１）に垂直な平面上の走査角度範囲で当該軸
   （１）と一定の位置関係に設定される仮想の走査線
   （３）を移動させることにより、内方に三次元座標をも
   つ格子点網が形成される仮想の平面枠（４）を設定する
   とともに、この平面枠（４）内を連続走査して各格子点
   （５ａ）を通る測定線（Ｌ）における測定基準点（２）
   から走査対象物（Ｔ）までの角度及び距離を測定する走
   査測定手段（６）と、この走査測定手段（６）による測
   定データを処理するコンピュータ（７）とを具備する三
   次元形状認識装置において、 平面枠（４）内を連続走査する前に、予め定めた間隔で
   構成される探査点（８ａ）及び近接する探査点（８ａ）
   ３つで構成される探査面（８ｂ）からなる三角探査点網
   モデル（８）を格子点網（５）と同一平面上に設定する
   モデル設定手段（７ａ）と、前記全ての測定データのう
   ち、三角探査点網モデル（８）の各探査点（８ａ）に最
   も近い格子点（５ａ）における測定データをその探査点
   （８ａ）における測定データとする第１抽出手段（７
   ｂ）と、抽出した各探査点（８ａ）における測定データ
   を三次元座標データに変換する第１変換手段（７ｃ）
   と、変換した三次元座標データを各探査点（８ａ）にお
   ける三次元座標データとしてメモリーに格納する格納手
   段（７ｄ）と、格納した各探査点（８ａ）における三次
   元座標データを各探査面（８ｂ）における法線方向の面
   ベクトルデータに変換する第２抽出手段（第２変換手
   段）（７ｅ）とを含むことを特徴とする三次元形状認識
   装置。
8. 【請求項８】 第２抽出手段（第２変換手段）（７ｅ）
   により面ベクトルデータに変換した後に予め設定された
   域値により面ベクトルデータをグループ化するグループ
   化手段を含むことを特徴とする請求項７記載の三次元形
   状認識装置。
9. 【請求項９】 第２抽出手段（第２変換手段）（７ｅ）
   により面ベクトルデータに変換した後に隣接し合う面ベ
   クトルデータ同士を比較して相対変化量が所定の大きさ
   以上である形状輪郭部分の面ベクトルデータだけを抽出
   する第３抽出手段を含むことを特徴とする請求項７記載
   の三次元形状認識装置。
10. 【請求項１０】 前記コンピュータ（７）が表示手段と
    して表示画面を含む場合において、その表示画面の一定
    画素数ごとに探査点（８ａ）となる画素を選定して表示
    画面に三角探査点網モデル（８）を認識させる三角探査
    点網認識手段と、面ベクトルデータを表示画面の対応す
    る部位に視覚的に表示する面ベクトル表示手段とを含む
    ことを特徴とする請求項７記載の三次元形状認識装置。
11. 【請求項１１】 前記コンピュータ（７）が表示手段と
    して表示画面を含む場合において、その表示画面の一定
    画素数ごとに探査点（８ａ）となる画素を選定して表示
    画面に三角探査点網モデル（８）を認識させる三角探査
    点網認識手段と、グループ化した面ベクトルデータをグ
    ループごとに色分けして表示画面の対応する部位に表示
    するグループ表示手段とを含むことを特徴とする請求項
    ８記載の三次元形状認識装置。
12. 【請求項１２】 前記コンピュータ（７）が表示手段と
    して表示画面を含む場合において、その表示画面の一定
    画素数ごとに探査点（８ａ）となる画素を選定して表示
    画面に三角探査点網モデル（８）を認識させる三角探査
    点網認識手段と、隣接し合う面ベクトルデータ同士を比
    較して相対変化量が所定の大きさ以上である形状輪郭部
    分の面ベクトルデータだけを抽出して表示画面の対応す
    る部位に表示する輪郭表示手段とを含むことを特徴とす
    る請求項９記載の三次元形状認識装置。
13. 【請求項１３】 前記走査測定手段（６）は、レーザー
    光線によるものであることを特徴とする請求項７乃至請
    求項１２記載の三次元形状認識装置。