(57)【要約】【課題】計測対象の物体の未計測部分を減少させつつ、計測精度を高めることができる計測装置、方法、及びプログラムを提供する。【解決手段】実施形態の計測装置は、生成部と、更新部と、算出部とを、備える。生成部は、計測対象の物体を含む空間を観測する観測部の第１位置、第１向き、及び観測の理論精度を表す誤差モデル、並びに前記観測部により観測された前記物体の３次元形状データを生成する。更新部は、前記第１位置及び前記３次元形状データを用いて、前記空間内の各座標における前記物体の存在の確からしさを表す空間情報を更新する。算出部は、前記誤差モデル及び前記空間情報を用いて、前記空間内の探索領域の第２位置及び第２向きの計測品質増加量を算出し、算出した前記計測品質増加量が所定条件を満たす第３位置及び第３向きを前記観測部の新たな位置及び向きに設定する。【選択図】図１
2014010111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象の物体を含む空間を観測する観測部の第１位置、第１向き、及び観測の理論精度を表す誤差モデル、並びに前記観測部により観測された前記物体の３次元形状データを生成する生成部と、
前記第１位置及び前記３次元形状データを用いて、前記空間内の各座標における前記物体の存在の確からしさを表す空間情報を更新する更新部と、
前記誤差モデル及び前記空間情報を用いて、前記空間内の探索領域の第２位置及び第２向きの計測品質増加量を算出し、算出した前記計測品質増加量が所定条件を満たす第３位置及び第３向きを前記観測部の新たな位置及び向きに設定する算出部と、
を備える計測装置。
【請求項２】
前記空間情報は、更に、前記空間内の各座標が前記観測部により観測済みであるか否かを表し、
前記算出部は、前記誤差モデル及び前記空間情報の前記物体の存在の確からしさに基づく観測精度を算出するとともに、前記空間情報の前記観測済みであるか否かに基づく前記空間内の未観測領域の割合を算出し、算出した前記観測精度と前記割合とを所定比率で合成して前記計測品質増加量を算出する請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記空間情報は、更に、前記空間内の各座標が前記物体の外部であるか否かを表し、
前記算出部は、前記空間内の各座標のうち前記物体の外部である座標における前記物体の存在の確からしさに基づいて前記観測精度を算出し、前記空間内の各座標のうち前記物体の外部である座標が観測済みであるか否かに基づいて前記割合を算出する請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記空間情報を用いて、観測を終了するか否かを判定する判定部を更に備える請求項１〜３のいずれか１つに記載の計測装置。
【請求項５】
前記算出部は、前記第１位置と前記第２位置との距離、又は前記第１向きと前記第２向きとの差の大きさを、前記計測品質増加量に考慮する請求項１〜４のいずれか１つに記載の計測装置。
【請求項６】
前記第３位置及び前記第３向きは、算出された前記計測品質増加量が最大となる前記第２位置及び前記第２向きである請求項１〜５のいずれか１つに記載の計測装置。
【請求項７】
前記空間は、排他的な領域に分割されており、
前記空間内の各座標は、各領域の代表点である請求項１〜６のいずれか１つに記載の計測装置。
【請求項８】
前記空間情報で表される前記空間、並びに前記第３位置及び前記第３向きの少なくともいずれかを表示部に表示させる表示制御部を更に備える請求項１〜７のいずれか１つに記載の計測装置。
【請求項９】
生成部が、計測対象の物体を含む空間を観測する観測部の第１位置、第１向き、及び観測の理論精度を表す誤差モデル、並びに前記観測部により観測された前記物体の３次元形状データを生成する生成ステップと、
更新部が、前記第１位置及び前記３次元形状データを用いて、前記空間内の各座標における前記物体の存在の確からしさを表す空間情報を更新する更新ステップと、
算出部が、前記誤差モデル及び前記空間情報を用いて、前記空間内の探索領域の第２位置及び第２向きの計測品質増加量を算出し、算出した前記計測品質増加量が所定条件を満たす第３位置及び第３向きを前記観測部の新たな位置及び向きに設定する算出ステップと、
を含む計測方法。
【請求項１０】
計測対象の物体を含む空間を観測する観測部の第１位置、第１向き、及び観測の理論精度を表す誤差モデル、並びに前記観測部により観測された前記物体の３次元形状データを生成する生成ステップと、
前記第１位置及び前記３次元形状データを用いて、前記空間内の各座標における前記物体の存在の確からしさを表す空間情報を更新する更新ステップと、
前記誤差モデル及び前記空間情報を用いて、前記空間内の探索領域の第２位置及び第２向きの計測品質増加量を算出し、算出した前記計測品質増加量が所定条件を満たす第３位置及び第３向きを前記観測部の新たな位置及び向きに設定する算出ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、計測装置、方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元計測では、計測対象の物体を観測して当該物体の３次元形状データを生成する。ここで、計測対象の物体を未計測部分がなくかつ高精度に計測するためには、当該物体を観測する位置及び向きの選択が重要となる。例えば、周辺に物体が存在するか否かを考慮して、当該物体を観測する位置及び向きを算出する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７２７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような従来技術では、未計測領域の増減や計測精度の高低の変動を考慮しておらず、計測対象の物体の未計測部分を減少させつつ、計測精度を高めることが困難であった。本発明が解決しようとする課題は、計測対象の物体の未計測部分を減少させつつ、計測精度を高めることができる計測装置、方法、及びプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の計測装置は、生成部と、更新部と、算出部とを、備える。生成部は、計測対象の物体を含む空間を観測する観測部の第１位置、第１向き、及び観測の理論精度を表す誤差モデル、並びに前記観測部により観測された前記物体の３次元形状データを生成する。更新部は、前記第１位置及び前記３次元形状データを用いて、前記空間内の各座標における前記物体の存在の確からしさを表す空間情報を更新する。算出部は、前記誤差モデル及び前記空間情報を用いて、前記空間内の探索領域の第２位置及び第２向きの計測品質増加量を算出し、算出した前記計測品質増加量が所定条件を満たす第３位置及び第３向きを前記観測部の新たな位置及び向きに設定する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本実施形態の計測装置の例を示す構成図。
【図２】図２は、本実施形態のオッズの例の説明図。
【図３】図３は、本実施形態の観測フラグの更新手法の例の説明図。
【図４】図４は、本実施形態の表示例を示す図。
【図５】図５は、本実施形態の処理例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、添付図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。
【０００８】
図１は、本実施形態の計測装置１０の一例を示す構成図である。図１に示すように、計測装置１０は、観測部１１と、生成部１２と、更新部１３と、判定部１４と、指示部１５と、算出部１６と、表示制御部１７と、表示部１８とを、備える。
【０００９】
観測部１１は、計測対象の物体を含む空間を観測し、観測データを取得する。観測データは、例えば、観測部１１の座標系における当該物体の３次元座標である。観測部１１は、例えば、光学カメラやＬＲＦ（Laser  Range  Finder）などにより実現できる。なお、観測部１１は、ステレオカメラにより実現することもできるし、全周囲カメラ及びTime  of  Flightカメラなどのセンサの少なくともいずれかより実現することもできる。
【００１０】
生成部１２、更新部１３、判定部１４、指示部１５、算出部１６、及び表示制御部１７は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）などの処理装置にプログラムを実行させること、即ち、ソフトウェアにより実現できる。
【００１１】
生成部１２は、観測部１１の位置（第１位置の一例）及び向き（第１向きの一例）、計測対象の物体の３次元形状データ、及び観測部１１の観測の理論精度を表す誤差モデルを生成する。
【００１２】
観測部１１の位置及び向きは、世界座標系における回転Ｒと並進移動Ｔとの組である（Ｒ，Ｔ）で表される。計測対象の物体の３次元形状データは、観測部１１により取得された観測データである観測部１１の座標系における計測対象の物体の３次元座標Ｘを、観測部１１の位置及び向きの組（Ｒ，Ｔ）で世界座標系に変換したＲＸ＋Ｔで表される。つまり、計測対象の物体の３次元形状データは、世界座標系における３次元座標で表される。
【００１３】
生成部１２は、観測部１１が光学カメラの場合、例えば、ＳＬＡＭ（Simultaneous  Localization  and  Mapping）及び観測部１１の観測データを利用して、観測部１１の位置及び向き、並びに計測対象の物体の３次元形状データを生成する。また生成部１２は、観測部１１がＬＲＦの場合、例えば、D.  Cole  and  P.  Newman,  “Using  laser  range  data  for  3D  SLAM  in  outdoor  environments,”  in  Proc.  of  the  IEEE  Int.  Conf.  on  Robotics  &  Automation  (ICRA),  2006,  pp.  1556-1563.に開示された手法及び観測部１１の観測データを利用して、観測部１１の位置及び向き、並びに計測対象の物体の３次元形状データを生成する。
【００１４】
なお、詳細な説明は省略するが、生成部１２は、観測部１１がステレオカメラや全周囲カメラ及びTime  of  Flightカメラなどのセンサの少なくともいずれかである場合も、観測部１１に応じた手法及び観測部１１の観測データを利用して、観測部１１の位置及び向き、並びに計測対象の物体の３次元形状データを生成する。
【００１５】
観測部１１の誤差モデルは、観測部１１の座標系において、観測結果の座標がｘチルダ（以下、「ｘ〜」と表記する）である場合に真の座標がｘとなる条件付き確率であり、数式（１）により表される。
【００１６】
【数１】
2014010111.tif 000003
【００１７】
生成部１２は、観測部１１が光学カメラであり、光学カメラを動かしながら撮影することで３次元計測を行う単眼ステレオにおいて、位置及び向きの２つの組み、光学素子のピクセルサイズ、及び光学カメラの内部パラメータが与えられている場合、例えば、J.J.  Rodriguez  and  J.K.  Aggarwal,  “Stochastic  analysis  of  stereo  quantization  error,”IEEE  Transactions  on  Pattern  Analysis  and  Machine  Intelligence,  12:467  -  470,  1990.に開示された手法を利用して、観測部１１の誤差モデルを生成する。また生成部１２は、観測部１１がＬＲＦであり、データシートなどから既知である誤差精度が与えられている場合、例えば、L.  Kneip,  F.  Tache,  G.  Caprari,  and  R.  Siegwart,  “Characterization  of  the  compact  Hokuyo  URG-04LX  2D  laser  range  scanner,”  in  Proc.  of  the  IEEE  Int.  Conf.  on  Robotics  &  Automation  (ICRA),  2009.に開示された手法を利用して、観測部１１の誤差モデルを生成する。なお、生成部１２による観測部１１の誤差モデルの生成手法は、上記文献に開示された手法に限定されるものではない。
【００１８】
なお、単眼ステレオを用いる場合、生成部１２は、観測部１１の過去の観測における位置及び向きを観測履歴として図示せぬ記憶部に記憶しておく。この場合、生成部１２は、任意の与えられた位置及び向きにおける観測部１１の誤差モデルを、当該与えられた位置及び向きと最も近い観測部１１の過去の位置及び向きを観測履歴から選び上述した手法で生成する。但し、与えられた位置及び向きと観測履歴における観測部１１の過去の位置及び向きとの近さは、位置の差、向きの差、及びそれぞれのノルムを、所定の割合で混合したもので定義する。なお、観測履歴は、観測が開始されてから現在までの観測部１１の全ての位置及び向きの組であってもよいし、適宜間引いたものであってもよい。
【００１９】
また、光学カメラによる単眼ステレオを用いる場合、生成部１２は、観測履歴を算出部１６に出力し、算出部１６において観測部１１の誤差モデルを生成するようにしてもよい。
【００２０】
更新部１３は、生成部１２により生成された観測部１１の位置及び３次元形状データを用いて、空間内の各座標における計測対象の物体の存在の確からしさを表す空間情報を更新する。なお、更新部１３は、更に、生成部１２により生成された観測部１１の誤差モデルを空間情報の更新に用いてもよい。空間情報は、更に、空間内の各座標が観測部１１により観測済みであるか否か、及び空間内の各座標が計測対象の物体の外部であるか否かを表す。
【００２１】
本実施形態では、空間情報は、世界座標系における３次元空間を所定サイズの三次元グリッド状に均等に分割した排他的な分割領域におけるグリッド（詳細には、グリッドの代表点である重心毎）毎に、計測対象の物体が当該グリッドに存在するかどうかの確からしさを表すオッズ、当該グリッドが観測済みか未観測かを表す観測フラグ、及び当該グリッドが計測対象の物体の外部か否かを示す外部フラグを有するものとする。本実施形態では、観測フラグが１なら当該グリッドを観測済みであり、観測フラグが０なら当該グリッドを未観測であるものとする。また外部フラグが１なら当該グリッドが計測対象の物体の外部であることを表し、外部フラグが０なら当該グリッドが計測対象の物体の外部ではないことを表すものとする。外部フラグは、物体内部に属するグリッドを、物体表面や物体外部に属するグリッドと区別できるようにするためのものである。
【００２２】
図２は、本実施形態のオッズの一例の説明図である。図２に示す例では、空間情報で特定されるグリッドの空間１０１において、３次元形状データが存在する３次元点１０２（３次元座標ｘ〜）が与えられており、当該３次元点１０２がグリッドｇ１に含まれている。この場合、更新部１３は、グリッドの空間１０１において、生成部１２により生成された観測部１１の位置Ｖ１（以下、単に「位置Ｖ１」と称する）から３次元点１０２を通過する方向に無限遠に伸ばした半直線１０５を定義する。そして更新部１３は、当該半直線１０５を含んでいるグリッドｇ２（例えば、グリッド１０６など）内に真の３次元座標ｘが存在する確率を数式（２）で求め、その尤度を数式（３）で求める。この尤度が、計測対象の物体のグリッドｇ２に対する存在の確からしさ、即ち、オッズとなる。
【００２３】
【数２】
2014010111.tif 000004
【００２４】
【数３】
2014010111.tif 000005
【００２５】
なお、数式（２）は、生成部１２により生成された観測部１１の位置、３次元点（３次元形状データに含まれる座標）、及び誤差モデル、並びにオッズを知りたいグリッドが与えられれば、例えば、Occupancy  Mapの理論に基づいた確率計算により計算できる。
【００２６】
以下、更新部１３による空間情報（オッズ、観測フラグ、及び外部フラグ）の更新手法について説明する。
【００２７】
なお、更新部１３は、観測部１１による観測が初回である場合、空間情報を更新する前に空間情報を初期化する。更新部１３は、空間情報を初期化する場合、世界座標系における３次元空間を所定サイズの三次元グリッド状に均等に分割した分割領域の中心を、３次元形状データの重心位置に設定し、分割領域の大きさ及び三次元グリッドの分割数を所定の値に設定し、空間情報におけるグリッドを定義する。更新部１３は、例えば、分割領域の大きさを、生成部１２により生成された観測部１１の位置から３次元形状データの重心位置までの距離の２倍を一辺の長さとする立方体に設定する。そして更新部１３は、空間情報における各グリッドのオッズを０、観測フラグを０、外部フラグを１に初期化する。
【００２８】
オッズについては、更新部１３は、生成部１２により生成された観測部１１の位置及び３次元形状データに含まれる各３次元点を用いて、空間情報における各グリッドの最新のオッズｏｎｅｗを計算する。そして更新部１３は、グリッド毎に、最新のオッズｏｎｅｗと過去のオッズｏｏｌｄとを比較し、オッズｏｎｅｗの方が大きければ、オッズｏｏｌｄをオッズｏｎｅｗに更新する。なお、更新部１３は、Konolige,  K.,“Improved  Occupancy  Grids  for  Map  Building,”1997,  Autonomous  Robots,  vol.  4,  351-367.の第６章で開示されたアルゴリズムを用いて、Occupancy  Mapの理論に基づいた手順でオッズｏｏｌｄをオッズｏｎｅｗに更新してもよい。
【００２９】
観測フラグの更新については、図３を参照しながら説明する。図３は、本実施形態の観測フラグの更新手法の一例の説明図である。図３に示す例では、空間情報で特定されるグリッドの空間１０１において、更新部１３は、３次元点２０２（ｘ）から位置Ｖ１まで伸ばした線分２０４を定義する。なお、更新部１３は、線分２０４の端点（３次元点２０２）を、位置Ｖ１から３次元点２０２の方向へ所定の長さだけ伸長してもよい。そして、更新部１３は、当該線分２０４を含んでいる全てのグリッド２０５については、オッズの絶対値が所定値より大きい場合には観測フラグを１に設定し、オッズの絶対値が所定値以下の場合には観測フラグを０に設定する。
【００３０】
外部フラグについては、更新部１３は、空間情報において観測フラグが０である全てのグリッドを空の空間とし、空間情報において観測フラグが１である全てのグリッドを壁とし、Flood  Fillアルゴリズムによって観測フラグが０である全てのグリッドが属する閉空間を探索する。そして、更新部１３は、探索が完了するまでに、閉空間の境界面にあたるグリッドに観測フラグが０のグリッドが存在した場合、探索完了後の閉区間に属するグリッドの外部フラグを１に設定する。一方、更新部１３は、探索が完了するまでに、閉空間の境界面にあたるグリッドに観測フラグが０のグリッドが存在せず、かつ観測部１１の位置が閉区間に含まれなかった場合、探索完了後の閉区間に属するグリッドの外部フラグを０に設定する。なお、更新部１３は、Flood  Fillアルゴリズム以外の手法を用いて外部フラグを更新するようにしてもよい。
【００３１】
判定部１４は、更新部１３により更新された空間情報を用いて、３次元計測が終了したか否か、即ち観測部１１による観測が終了したか否かを判定する。
【００３２】
判定部１４は、例えば、数式（４）を用いて計測率ｒ１を求め、数式（５）を用いて精度達成率ｒ２を求め、数式（６）を用いて平均達成精度ｒ３を求める。
【００３３】
【数４】
2014010111.tif 000006
【００３４】
【数５】
2014010111.tif 000007
【００３５】
【数６】
2014010111.tif 000008
【００３６】
ここで、Ｇ１は、空間情報の外部フラグが１であるグリッドの集合を表す。Ｇ２は、集合Ｇ１に含まれ、かつ観測フラグが１であるグリッドの集合を表す。｜Ａ｜は、集合Ａに含まれる要素の個数を表す。関数ｆｏｂｓｅｒｖｅｄ（）は、グリッドの観測フラグの値を返す関数である。関数ｆｏｄｄｓ（）は、グリッドのオッズを返す関数である。
【００３７】
つまり、計測率ｒ１は、集合Ｇ１に含まれる全てのグリッドの観測フラグを足し合わせた数を｜Ｇ１｜で割った数である。精度達成率ｒ２は、集合Ｇ２に含まれかつオッズが所定値βより大きいグリッドの個数を｜Ｇ２｜で割った数である。平均達成精度ｒ３は、集合Ｇ２に含まれる全てのグリッドのオッズの和を、｜Ｇ２｜で割った数である。
【００３８】
そして判定部１４は、例えば、数式（７）を用いて３次元計測が終了したか否かを判定する。
【００３９】
【数７】
2014010111.tif 000009
【００４０】
つまり、判定部１４は、計測率ｒ１が所定値α１より大きい、精度達成率ｒ２が所定値α２より大きい、及び平均達成精度ｒ３が所定値α３より大きいという条件のいずれかの条件が成立すると、３次元計測が終了したと判定する。
【００４１】
指示部１５は、観測部１１の次の位置及び向きの候補の探索が行われる探索領域の領域設定方法を指示する。指示部１５は、例えば、空間情報で表される空間の全領域を探索領域に設定するという領域設定方法を指示する。但し、領域設定方法はこれに限定されず、更に、空間情報で表される空間の観測済み領域に設定するという領域設定方法や、生成部１２により生成された観測部１１の位置から所定の距離内にある領域に設定するという領域設定方法などを組み合わせてもよい。
【００４２】
算出部１６は、生成部１２により生成された観測部１１の位置、向き、及び誤差モデル、更新部１３により更新された空間情報、並びに指示部１５により指示された領域設定方法を用いて、観測部１１の次の位置及び向きを算出する。但し、空間情報は、更新部１３により更新されていなくてもよい。
【００４３】
算出部１６は、更新部１３により更新された空間情報で表される空間に対し、指示部１５により指示された領域設定方法で探索領域を設定し、設定した探索領域におけるグリッド毎に位置（第２位置の一例）及び向き（第２向きの一例）の計測品質増加量を算出し、算出した計測品質増加量が所定条件を満たす位置（第３位置の一例）及び向き（第３向きの一例）を観測部１１の新たな位置及び向きに設定する。計測品質増加量は、計測対象の物体に対する計測品質の期待値であり、未計測領域の削減量（計測領域の増加量）や観測精度の増加量を表す。また、探索領域におけるグリッドの位置は、例えば、グリッドの重心点であり、探索領域におけるグリッドの向きは、例えば、０度から３６０度までを所定の分割数で分割した角度を、ＸＹＺ各軸の角度に重複を許して割り当てた全組み合わせである。
【００４４】
具体的に説明すると、まず、算出部１６は、探索領域における位置及び向きに、生成部１２により生成された観測部１１の誤差モデルを配置する。
【００４５】
次に、算出部１６は、判定部１４で説明した集合Ｇ１に含まれる各グリッドｇについて、更新部１３で説明した位置Ｖ１を観測部１１の位置とし、更新部１３で説明したｘ〜を集合Ｇ１に含まれる各グリッドｇの重心座標とし、更新部１３で説明したグリッドｇ２を集合Ｇ１に含まれる各グリッドｇとしたうえで、数式（３）を用いて、計測対象の物体の集合Ｇ１に含まれる各グリッドｇのオッズｏｎｅｗを求める。なお、集合Ｇ１に含まれる各グリッドｇの過去のオッズは、ｏｏｌｄである。
【００４６】
ここで、数式（８）に示す関数ｆｓｕｒｆａｃｅ（）は、オッズを引数にとり、当該オッズが所定値γ（好ましくは、正値）よりも大きい場合、１を返し、当該オッズが所定値γ以下の場合、０を返す関数である。関数ｆｓｕｒｆａｃｅ（）が１を返す場合、引数のオッズのグリッドは物体が存在する空間であることを示し、関数ｆｓｕｒｆａｃｅ（）が０を返す場合、引数のオッズのグリッドは物体が存在しない空間であることを示す。
【００４７】
【数８】
2014010111.tif 000010
【００４８】
そして算出部１６は、探索領域における位置及び向きから計測対象の物体を観測した場合に、新たに計測されうる領域の体積Ｃ１を、数式（９）及び（８）を用いて算出する。新たに計測されうる領域の体積Ｃ１は、実質的に空間情報が示す空間内の未観測領域の割合に相当する。また、新たに計測されうる領域の体積Ｃ１は、空間情報が示す空間内のグリッドのうち計測対象の物体の外部であるグリッドが観測済みであるか否かに基づく割合に相当する。
【００４９】
【数９】
2014010111.tif 000011
【００５０】
更に算出部１６は、数式（８）により既に観測された物体が存在すると判定された集合Ｇ１に属するグリッドｇ（詳細には、ｆｓｕｒｆａｃｅ（ｏｏｌｄ）＝１となるグリッド）に対し、探索領域における位置及び向きから計測対象の物体を観測した場合に、観測精度がどれだけ上がるかを表すＣ２を、数式（１０）及び（８）を用いて算出する。観測精度がどれだけ上がるかを表すＣ２は、誤差モデル及び空間情報の物体の存在の確からしさに基づく値である。また、観測精度がどれだけ上がるかを表すＣ２は、空間情報が示す空間内のグリッドのうち計測対象の物体の外部であるグリッドにおける物体の存在の確からしさに基づく値である。
【００５１】
【数１０】
2014010111.tif 000012
【００５２】
最後に、算出部１６は、数式（１１）を用いて、探索領域における位置及び向きの計測品質増加量Ｉを算出する。
【００５３】
【数１１】
2014010111.tif 000013
【００５４】
なお、α６１、α６２は、所定値である。
【００５５】
そして、算出部１６は、探索領域の全てのグリッドについて、計測品質増加量を算出すると、計測品質増加量が大きい順に位置及び向きを設定し、例えば、計測品質増加量が最大となる位置及び向きを観測部１１の新たな位置及び向きに設定する。
【００５６】
なお、算出部１６は、探索領域における位置及び向きの全ての組合せの計測品質増加量を算出しなくてもよく、適宜組み合わせの部分集合を選択して探索領域における新たな位置及び向きとしてもよい。また、算出部１６は、生成部１２により生成された観測部１１の位置と探索領域の位置との距離、又は生成部１２により生成された観測部１１の向きと探索領域の向きとの差の大きさを、計測品質増加量に考慮してもよい。
【００５７】
表示制御部１７は、更新部１３により更新された空間情報、並びに算出部１６により算出された観測部１１の新たな位置及び向きの少なくともいずれかを、表示部１８に表示させる。表示部１８は、各種画面を表示するものであり、例えば、液晶ディスプレイやタッチパネル式ディスプレイなどの表示装置により実現できる。
【００５８】
図４は、本実施形態の表示の一例を示す図であり、更新部１３により更新された空間情報で表される空間及び算出部１６により算出された位置及び向きの表示画面を示している。
【００５９】
図４に示す例では、ＣＧ（Computer  Graphics）空間に、更新部１３により更新された空間情報で表される空間が描写されている。ここで、グリッド４０１は領域の境界である。未観測領域４０２は観測フラグが０のグリッドを所定の色で描写したものである。観測済み領域４０３は観測フラグが１かつオッズが所定値より高いグリッドを未観測領域４０２とは異なる所定の色で描写したものである。なお、グリッド４０１の境界内部の中空領域は観測フラグが１かつオッズが所定値以下のグリッドであり、物体が存在しないと判定された領域である。
【００６０】
更に図４に示す例では、ＣＧ空間に位置及び向きも描写しており、位置の座標を所定サイズの球体で表し、向きを所定の長さの線で表している。ここで、位置及び向きの組４０４は、観測部１１の現在の位置及び向き（生成部１２により生成された観測部１１の位置及び向き）を所定の色で表したものである。位置及び向きの組４０５は、観測部１１の過去の位置及び向きを所定の色で表したものである。位置及び向きの組４０６は、観測部１１の次の位置及び向き（算出部１６により算出された位置及び向き）を所定の色で表したものである。なお、位置及び向きの組４０４〜４０６の表示色は、同一色であってもそれぞれ異なる色であってもよい。
【００６１】
影４０７は、観測済み領域４０３、及び位置及び向きの組４０４〜４０６の所定の光源に対する影をグリッド４０１の境界の所定の面が属する平面上に描写したものであり、それぞれの位置関係を直感的に理解しやすくするためのものである。
【００６２】
図５は、本実施形態の計測装置１０で行われる処理の手順の流れの一例を示すフローチャートである。
【００６３】
まず、観測部１１は、計測対象の物体を含む空間を観測し、観測データを取得する（ステップＳ１０１）。
【００６４】
続いて、生成部１２は、観測部１１の位置及び向き、観測データに基づく計測対象の物体の３次元形状データ、及び観測部１１の誤差モデルを生成する（ステップＳ１０３）。
【００６５】
続いて、更新部１３は、観測部１１の観測が初期観測、即ち、１回目の観測であるか否かを確認し（ステップＳ１０５）、初期観測である場合（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、空間情報を初期化する（ステップＳ１０７）。一方、初期観測でない場合（ステップＳ１０５でＮｏ）、ステップＳ１０７の処理は行われない。
【００６６】
続いて、更新部１３は、生成部１２により生成された観測部１１の位置、向き、及び誤差モデル、並びに計測対象の物体の３次元形状データを用いて、空間情報を更新する（ステップＳ１０９）。
【００６７】
続いて、判定部１４は、更新部１３により更新された空間情報を用いて、３次元計測が終了したか否か、即ち観測部１１による観測が終了したか否かを判定する（ステップＳ１１１）。なお、３次元計測が終了した場合（ステップＳ１１１でＹｅｓ）、処理は終了となる。
【００６８】
一方、３次元計測が終了していない場合（ステップＳ１１１でＮｏ）、指示部１５は、観測部１１の次の位置及び向きの候補の探索が行われる探索領域の領域設定方法を指示する（ステップＳ１１３）。
【００６９】
続いて、算出部１６は、生成部１２により生成された観測部１１の位置、向き、及び誤差モデル、更新部１３により更新された空間情報、並びに指示部１５により指示された領域設定方法を用いて、観測部１１の次の位置及び向きを算出する（ステップＳ１１５）。
【００７０】
続いて、表示制御部１７は、更新部１３により更新された空間情報、及び算出部１６により算出された観測部１１の次の位置及び向きを、表示部１８に表示する（ステップＳ１１７）。
【００７１】
そして、ステップＳ１０１へ戻り、観測部１１は、算出部１６により算出された位置及び向きで計測対象の物体を含む空間を観測する。
【００７２】
なお、図５に示すフローチャートでは、観測部１１による初期観測及び生成部１２による生成後に空間情報を初期化する例について説明したが、空間情報の初期化は、このタイミングに限定されず、例えば、観測部１１による初期観測の前に行ってもよい。
【００７３】
以上のように本実施形態では、観測部１１の誤差モデル及び計測対象の物体を含む空間における物体の存在の確からしさを用いて、探索領域における位置及び向きの未計測領域の削減量や観測精度を算出し、計測部分を減少させつつ、計測精度を高めることができる位置及び向きを選択する。従って本実施形態によれば、形状が未知の計測対象の物体を三次元計測する場合であっても、計測部分を減少させつつ、計測精度を高めることができるので、欠損部位がなく高精度な３次元データを生成することができる。
【００７４】
（ハードウェア構成）
上記実施形態の計測装置１０のハードウェア構成の一例について説明する。上記実施形態の計測装置１０は、ＣＰＵなどの制御装置と、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置と、ＨＤＤなどの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置と、通信インタフェースなどの通信装置と、を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。
【００７５】
上記実施形態の計測装置１０で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disk）、フレキシブルディスク（ＦＤ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供される。
【００７６】
また、上記実施形態の計測装置１０で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するようにしてもよい。また、上記実施形態の計測装置１０で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するようにしてもよい。また、上記実施形態の計測装置１０で実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するようにしてもよい。
【００７７】
上記実施形態の計測装置１０で実行されるプログラムは、上述した各部をコンピュータ上で実現させるためのモジュール構成となっている。実際のハードウェアとしては、ＣＰＵがＨＤＤからプログラムをＲＡＭ上に読み出して実行することにより、上記各部がコンピュータ上で実現されるようになっている。
【００７８】
なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【００７９】
例えば、上記実施形態のフローチャートにおける各ステップを、その性質に反しない限り、実行順序を変更し、複数同時に実施し、あるいは実施毎に異なった順序で実施してもよい。
【００８０】
以上のように、本実施形態によれば、計測対象の物体の未計測部分を減少させつつ、計測精度を高めることができる。
【符号の説明】
【００８１】
１０  計測装置
１１  観測部
１２  生成部
１３  更新部
１４  判定部
１５  指示部
１６  算出部
１７  表示制御部
１８  表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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