(57)【要約】【課題】路面の凹凸や設置誤差の影響を受けることなく、正確に形状を計測することができるようにする。【解決手段】測定精度が低い点群データの測定領域を特定する低精度測定領域特定部１３と、レーザ光の走査角度範囲が低精度測定領域特定部１３により特定された測定領域を包含するように可動台４のロー角を制御して、レーザスキャナ５により測定された追加の点群データを収集するスキャン手法変更部１５とを設け、形状特定部１７がスキャン処理部１１により収集された点群データとスキャン手法変更部１５により収集された追加の点群データを合成し、合成後の点群データから反射物の形状を特定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を走査角度範囲で振って、上記レーザ光の反射光が戻ってくるまでの時間から反射物までの距離を測定するレーザ測距装置と、上記レーザ測距装置を搭載している可動台と、上記可動台のピッチ角を制御して、上記レーザ測距装置によるレーザ光の照射方向を変更しながら、上記レーザ測距装置により測定された距離を示す距離データを収集する第１の距離データ収集手段と、上記第１の距離データ収集手段により収集された距離データを解析して、測定精度が低い距離データの測定領域を特定する低精度測定領域特定手段と、上記レーザ測距装置によるレーザ光の走査角度範囲が上記低精度測定領域特定手段により特定された測定領域を包含するように上記可動台のロー角を制御して、上記レーザ測距装置により測定された距離を示す距離データを収集する第２の距離データ収集手段と、上記第１の距離データ収集手段により収集された距離データと上記第２の距離データ収集手段により収集された距離データを合成し、合成後の距離データから上記反射物の形状を特定する形状特定手段とを備えた環境地図取得装置。
【請求項２】
レーザ光を走査角度範囲で振って、上記レーザ光の反射光が戻ってくるまでの時間から反射物までの距離を測定するレーザ測距装置と、上記レーザ測距装置を搭載している可動台と、上記可動台のピッチ角を制御して、上記レーザ測距装置によるレーザ光の照射方向を変更しながら、上記レーザ測距装置により測定された距離を示す距離データを収集する距離データ収集手段と、上記可動台が異なる位置に設置されて、上記距離データ収集手段により収集された複数の距離データから特徴的な形状をそれぞれ抽出する特徴形状抽出手段と、上記特徴形状抽出手段により抽出された複数の特徴的な形状を相互に比較して、同じ空間を示す特徴的な形状を対応付ける形状対応付け手段と、上記形状対応付け手段により対応付けられた特徴的な形状の抽出元の距離データ同士を合成し、合成後の距離データから上記反射物の形状を特定する形状特定手段とを備えた環境地図取得装置。
【請求項３】
レーザ光を走査角度範囲で振って、上記レーザ光の反射光が戻ってくるまでの時間から反射物までの距離を測定するレーザ測距装置と、上記レーザ測距装置を搭載している可動台と、上記可動台のピッチ角を制御して、上記レーザ測距装置によるレーザ光の照射方向を変更しながら、上記レーザ測距装置により測定された距離を示す距離データを収集する第１の距離データ収集手段と、上記第１の距離データ収集手段により収集された距離データを解析して、上記レーザ測距装置により距離が測定されていない遮蔽領域を推測する遮蔽領域推測手段と、上記遮蔽領域推測手段により推測された遮蔽領域の測定が可能な位置まで上記可動台を移動させる移動制御手段と、上記移動制御手段により上記可動台が移動されたのち、上記可動台のピッチ角を制御して、上記レーザ測距装置によるレーザ光の照射方向を変更しながら、上記レーザ測距装置により測定された距離を示す距離データを収集する第２の距離データ収集手段と、上記第１の距離データ収集手段により収集された距離データと上記第２の距離データ収集手段により収集された距離データを合成し、合成後の距離データから上記反射物の形状を特定する形状特定手段とを備えた環境地図取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、環境地図（屋外の場合、例えば、地面、周辺の建物、ガードレールなどの構造物の形状が環境地図に該当し、屋内の場合、例えば、壁、天井、机、パーティション、テーブルなどの家具の形状や、床の上に置いている瓶や缶等の形状が環境地図に該当する）を取得する環境地図取得装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の環境地図取得装置は、人が計測したい場所に運んで形状を計測するものであり、計測装置としてレーザスキャナと呼ばれる装置を用いている（例えば、非特許文献１を参照）。
このレーザスキャナは、レーザを用いた測距機器であり、水平方向の左右にレーザ光を振ることにより、様々な方向角にレーザ光を照射し、その方向角に存在する反射物までの距離を取得するものである。
従来の環境地図取得装置は、レーザスキャナを台車に固定し、台車の進行方向に向けて左右水平の方向角の距離を取得することにより、建物内部の形状を取得するようにしている。
【０００３】
【非特許文献１】平岡他著「屋内地図作成のための時系列レーザスキャナデータのロバストな重ね合わせ」写真計測とリモートセンシング，Ｐ３７〜４１，ＶＯＬ．４６，ＮＯ．２，２００７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の環境地図取得装置は以上のように構成されているので、台車に対するレーザスキャナの設置誤差が存在する場合や、台車が載っている路面の凹凸の影響で台車が傾いて、レーザスキャナの計測方向が地面に対して水平方向にならない場合には、正確に形状を計測することができないなどの課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、路面の凹凸や設置誤差の影響を受けることなく、正確に形状を計測することができる環境地図取得装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る環境地図取得装置は、可動台のピッチ角を制御して、レーザ測距装置によるレーザ光の照射方向を変更しながら、レーザ測距装置により測定された距離を示す距離データを収集する第１の距離データ収集手段と、第１の距離データ収集手段により収集された距離データを解析して、測定精度が低い距離データの測定領域を特定する低精度測定領域特定手段と、レーザ測距装置によるレーザ光の走査角度範囲が低精度測定領域特定手段により特定された測定領域を包含するように可動台のロー角を制御して、レーザ測距装置により測定された距離を示す距離データを収集する第２の距離データ収集手段とを設け、形状特定手段が第１の距離データ収集手段により収集された距離データと第２の距離データ収集手段により収集された距離データを合成し、合成後の距離データから反射物の形状を特定するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、可動台のピッチ角を制御して、レーザ測距装置によるレーザ光の照射方向を変更しながら、レーザ測距装置により測定された距離を示す距離データを収集する第１の距離データ収集手段と、第１の距離データ収集手段により収集された距離データを解析して、測定精度が低い距離データの測定領域を特定する低精度測定領域特定手段と、レーザ測距装置によるレーザ光の走査角度範囲が低精度測定領域特定手段により特定された測定領域を包含するように可動台のロー角を制御して、レーザ測距装置により測定された距離を示す距離データを収集する第２の距離データ収集手段とを設け、形状特定手段が第１の距離データ収集手段により収集された距離データと第２の距離データ収集手段により収集された距離データを合成し、合成後の距離データから反射物の形状を特定するように構成したので、路面の凹凸や設置誤差の影響を受けることなく、正確に形状を計測することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による環境地図取得装置が移動台に搭載されている状態を示す斜視図である。また、図２はこの発明の実施の形態１による環境地図取得装置を示す構成図である。
図１及び図２において、移動台１は前方の左右に２つの前方車輪２が取り付けられ、後方の中心に１つの後方車輪３が取り付けられている。
２つの前方車輪２はステッピングモータが実装されており、計算機６から出力される制御信号にしたがって指定の角変位量だけ任意方向に回転する。また、前方車輪２は回転計が取り付けられており、その回転計により検知された回転角度を計算機６に送信する。
後方車輪３は左右に曲がることが可能な車輪である。
【０００９】
可動台４は例えば自動精密ステージや、電動雲台といわれる機器を用いて構成されており、移動台１の上面部に固定されている。可動台４は移動台１の上面部に対する上下方向（ピッチ方向）と、進行方向へ向かう軸を中心とする左右方向（ロー方向）に回転することができる。
即ち、可動台４は計算機６から出力される制御信号にしたがって上下向き方向（ピッチ方向）又は進行方向を軸とした左右回転方向（ロー方向）に回転する。また、計算機６が可動台４を任意のピッチ角及び回転角で傾けることができるようにするために、可動台４の中心には、ピッチ方向の角度と、ロー方向の水平からの角度を検知する傾斜計が設置されており、その傾斜計により検知された角度を計算機６に送信する。
なお、アジマス方向もピッチ方向及びロー方向と同様に、計算機６の指示の下で、任意の変位角だけ回転させることができる。この場合、任意の変位角とは、正面角度からの変位角である。
【００１０】
レーザスキャナ５は可動台４の上面部に設置されており、レーザ光を照射する光源５ａを中心にして、左右水平に回転することにより、レーザ光を走査角度範囲（レーザスキャナ５がレーザ光を向ける方向を変えられる面）で振り、レーザ光の反射光（物体に反射されたレーザ光）が戻ってくるまでの時間から反射物までの距離を測定するレーザ測距装置である。
計算機６は移動台１の上面部に固定されており、前方車輪２及び後方車輪３を制御して、移動台１を前後左右や、向きの変更といった任意の位置、方向に動かす処理を実施するとともに、可動台４を任意のピッチ方向及びロー方向に動かす処理を実施する。
また、計算機６はレーザスキャナ５により測定された距離を示す距離データを収集し、その距離データから反射物の形状を特定する処理を実施する。
【００１１】
図３はこの発明の実施の形態１による環境地図取得装置の計算機６の詳細を示す構成図である。
図３において、スキャン処理部１１は可動台４のピッチ角を制御して、レーザスキャナ５によるレーザ光の照射方向を変更しながら、レーザスキャナ５により測定された距離を示す距離データである点群データを収集する処理を実施する。なお、スキャン処理部１１は第１の距離データ収集手段を構成している。
点群データ格納部１２はスキャン処理部１１により収集された点群データを格納するメモリである。
【００１２】
低精度測定領域特定部１３はスキャン処理部１１により収集された点群データを解析して、測定精度が低い点群データの測定領域を特定する処理を実施する。なお、低精度測定領域特定部１３は低精度測定領域特定手段を構成している。
低精度範囲データメモリ１４は低精度測定領域特定部１３により特定された測定精度が低い点群データの測定領域を示す低精度範囲データを格納するメモリである。
【００１３】
スキャン手法変更部１５はレーザスキャナ５によるレーザ光の走査角度範囲が低精度測定領域特定部１３により特定された測定精度が低い点群データの測定領域を包含するように、可動台４のロー角を制御して、レーザスキャナ５により測定された距離を示す距離データである追加の点群データを収集する処理を実施する。なお、スキャン手法変更部１５は第２の距離データ収集手段を構成している。
追加点群データ格納部１６はスキャン手法変更部１５により収集された追加の点群データを格納するメモリである。
【００１４】
形状特定部１７は点群データメモリ１２に格納されている点群データと追加点群データ格納部１６に格納されている追加の点群データとを合成し、合成後の点群データから反射物の形状を特定する処理を実施する。なお、形状特定部１７は形状特定手段を構成している。
【００１５】
まず、全体の動作について説明する。
可動台は、自動的に前進しても、人が押して前進させてもよい。第一に、自動的に一定時間間隔でスキャン処理部１１が点群データを取得する。この直後に低精度測定領域特定部１３の動作により、低精度範囲データが蓄積される。このとき、もし、低精度領域データが存在した場合、スキャン手法変更部１５が動作し、可動台及びレーザスキャナ５へ指示を送ることにより、レーザ取得位置及び取得方法を変更して、再度、点群データを収集する。
次に各部の動作について説明する。
まず、計算機６のスキャン処理部１１は、可動台４のピッチ角及びロー角を制御して、例えば、可動台４が水平になるように調整するとともに、測定方向を調整する。
次に、スキャン処理部１１は、可動台４のピッチ角を制御して、レーザスキャナ５によるレーザ光の照射方向を変更しながら、レーザスキャナ５により測定された距離を示す距離データを収集する。
【００１６】
即ち、スキャン処理部１１は、可動台４のピッチ角を、例えばマイナス２０度からプラス４０度まで１度刻みで可動し、各ピッチ角において、１回のスキャンを実施するようにレーザスキャナ５に指示する。
レーザスキャナ５は、各ピッチ角において、レーザ光を走査角度範囲で振って、レーザ光の反射光（物体に反射されたレーザ光）が戻ってくるまでの時間から反射物までの距離を測定する。
レーザスキャナ５の走査角度範囲が例えばマイナス９０度からプラス９０度の範囲であり、レーザスキャナ５が１度変位で距離を測定する場合には、１８１個の距離データが点群データとしてスキャン処理部１１に出力される。
スキャン処理部１１は、上述したように、可動台４のピッチ角を、例えばマイナス２０度からプラス４０度まで１度刻みで可動する場合、レーザスキャナ５から６１組の点群データを収集し、６１組の点群データを点群データ格納部１２に格納する。
【００１７】
ここで、図４は点群データの一例を示す説明図である。
図４の例では、測定位置として、レーザスキャナ５の中心の位置を直交座標Ｘ，Ｙ，Ｚで表すこととする。
なお、測定位置の基準は、例えば、環境地図取得装置の出発地点を原点として、北方向をＹ、東方向をＸ、高さ方向をＺとし、単位は１メートルを１．０としている。
測定方位は、水平面上でレーザスキャナ５が向いている方位を示し、北を０として、時計方向の角度としている。
方位が正確にわかるケースは、傾斜計に、地磁気センサが付加されている場合であるとする。この場合、地磁気センサが可動台４の向きを、北方向からの角度のずれとして検知して計算機６に送り、計算機６が車輪２，３を動かして一定回転数分移動した場合に、方向と距離（回転数と車輪の直径から求まる）により絶対位置を算出する。万が一、地磁気センサを有しないで、方位が取得できない場合は、ピッチとロー角を正確に記録し、仮に方位については、北方向、絶対位置については、出発点と仮定してデータを記録することとする。
【００１８】
測定結果は、ピッチ角Ｐ１，Ｐ２，・・・、ロー角Ｒ１，Ｒ２，・・・、測定方向θ−ｍ，θ−ｍ＋１，・・・，θ＋ｍ、測定方向に対応する測定距離Ｄ１（θ−ｍ）〜Ｄ１（θ＋ｍ），Ｄ２（θ−ｍ）〜Ｄ２（θ＋ｍ），・・・・で表されている。
例えば、Ｄ１（θ−ｍ）は、水平角θ−ｍの方向のレーザスキャナ５の測距値であり、例えば、センチメートル精度である。
角度はθ−ｍ，θ−ｍ＋１，・・・，θ＋ｍまでの２ｍ＋１方向である。角度の解像度は、レーザスキャナ５の精度により異なるが、例えば、１度である。
【００１９】
計算機６の低精度測定領域特定部１３は、スキャン処理部１１が点群データを収集すると、その点群データを解析して、測定精度が低い点群データの測定領域を特定する。
即ち、低精度測定領域特定部１３は、反射物の形状を正確に測定することが困難な領域を特定するものであり、例えば、反射物のエッジ付近の形状（エッジ付近の距離データ）は正確に測定することが困難であるので、主には、エッジの位置を特定することを目的としている。
【００２０】
以下、低精度測定領域特定部１３の処理内容を具体的に説明する。
レーザスキャナ５の走査方向の変位は、図６に示すように、レーザスキャナ５の製品仕様によって誤差の範囲が一定に抑えられている。
一方、移動台１の姿勢は、路面の状況によって水平にならないことがある。
また、可動台４の水平は、完全には保証されないため、可動台４のピッチ角とロー角の角度調整だけでは、水平な面の距離計測を行うことができない。
さらに、精度が低い安価な傾斜計を使用すると、可動台４の姿勢自体も正確にとれないため、レーザスキャナ５の測定面の方向は不正確になる。
【００２１】
レーザスキャナ５のスキャン面（レーザスキャナ５がレーザ光を振っている面）を上下させると、図７に示すように、物体の形状の不均衡によって、レーザ光が物体の上を突き抜けたり（Ｂ，Ｄ，Ｅを参照）、レーザ光が物体の側面に当ったりすることがある（Ａ，Ｃを参照）。このような場合には、あるスキャン面において、凸凹した形状であると捉えられることがある。
また、水平に調整したつもりのスキャン面が水平でなかった場合には、図８に示すように、レーザ光が箱の上を突き抜けてしまって（Ｄ，Ｅを参照）、形状が定まらないことがある。
また、図９に示すように、スキャン面のピッチを徐々に上げる場合、ある面では、全てのレーザ光が箱の横に辺り、ある面では、全てのレーザ光が箱の上を通過するようなことがある。このような場合、可動台４を動かす精度では、この間の角度変位が正確な値にならない。即ち、正確に変位何度であるとか、水平に対して絶対角が何度であるといった正確な値にならない。
【００２２】
そこで、低精度測定領域特定部１３では、図７に示すように、同じスキャンデータ（あるピッチ角において、スキャン処理部１１により収集された点群データ）の中で、測定点が隣り合う方向角で一定以上のばらつきがある場合（例えば、連続する測定方位角におけるＮ個の距離値の分散が一定以上である場合）、低精度範囲データ（点群データのある範囲を示すデータ）として、ばらつきのある範囲のピッチ角、ロー角及び測定方向の測定点を低精度範囲データ格納部１４に記録する。
ここで、図５は低精度範囲データの一例を示す説明図である。
低精度範囲データのフォーマットは、点群データのフォーマットと同じであるが、低精度範囲のピッチ角、ロー角、測定方向に関するデータだけが記録される。
【００２３】
また、低精度測定領域特定部１３は、図８のＣとＤのように、連続する測定方位角において、一定以上の距離の変動がある場合にも、低精度範囲データとして、ばらつきのある範囲のピッチ角、ロー角及び測定方向の測定点を低精度範囲データ格納部１４に記録する。
【００２４】
また、低精度測定領域特定部１３は、図９に示すように、連続するピッチ角において、同じ測定方位角の距離測定誤差が一定以上の差異がある場合にも、低精度範囲データとして、ばらつきのある範囲のピッチ角、ロー角及び測定方向の測定点を低精度範囲データ格納部１４に記録する。
図９において、Ｘ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓの測定点に対して、Ｙ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及びＺ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの測定点がそれぞれ同じ測定方位であるとして、一定の増減率で距離が変化している部分（Ｐ，Ｑ，Ｒ，ＳやＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を一つの物体の面とする。
このとき、ＡとＥ、ＡとＦ、ＡとＧ、ＡとＨは、それぞれ一定以上の距離変位があるので、Ｙ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを計測したピッチ角、ロー角及び測定方向の測定点と、Ｚ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈを計測したピッチ角、ロー角及び測定方向の測定点とを低精度範囲データとして記録する。
なお、図７、図８及び図９は、いずれも箱等の凸の角であるが、凹の角でも同じ処理によって低精度にしか測定することができない部分を特定する。
【００２５】
計算機６のスキャン手法変更部１５は、低精度測定領域特定部１３が低精度範囲データを低精度範囲データ格納部１４に記録すると、レーザスキャナ５によるレーザ光の走査角度範囲が、その低精度範囲データが示す測定領域を包含するように、可動台４のロー角を制御して、レーザスキャナ５により測定された距離を示す距離データを収集する。
以下、スキャン手法変更部１５の処理内容を具体的に説明する。
【００２６】
スキャン手法変更部１５は、測定精度が低い点群データの測定領域における反射物の形状を正確に測定することができるようにするため、レーザスキャナ５の新たなスキャン面をエッジ方向に垂直に傾けた方向に決定する。
レーザスキャナ５のスキャン面は、例えば、以下のように決定する。
（１）図７の例では、エッジの角度が不明なので、元のスキャン面に垂直な面を新たなスキャン面（点線で示す面）に決定する。
（２）図８の例では、複数のピッチ角のスキャンデータを参照することにより、図１０のように、同じ測定方向で測定距離に差異がある２と４の間にエッジがあり、また、３と５の間にエッジがあると判断し、２と３の方向、あるいは、４と５の方向に垂直な面を新たなスキャン面（図１０において、点線で示す面）に決定する。
（３）図９の例では、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに垂直な面を新たなスキャン面（点線で示す面）に決定する。
【００２７】
スキャン手法変更部１５は、レーザスキャナ５の新たなスキャン面を決定すると、図１１に示すように、レーザスキャナ５のスキャン面が、決定したスキャン面と一致するように、可動台４の向きを制御して（計測対象のエッジにスキャン面が垂直になるように、可動台４の向きを制御する）、スキャンの実施指令をレーザスキャナ５に出力する。
これにより、レーザスキャナ５がレーザ光を振ることにより、低精度測定領域を包含する範囲がスキャンされる。
図１１に示すように、低精度測定領域を包含する範囲がスキャンされて、新たに別のエッジが検出された場合、計測対象のエッジから新たに検出されたエッジの範囲にあるデータ（図１１の例では、ろ、は、に）を追加の点群データとして、追加点群データ格納部１６に格納する。
追加の点群データのフォーマットは、低精度範囲データのフォーマットと同じであり、データの内容は、新たに追加して取得した測定位置、測定方位、測定結果（測定方位とその距離）である。
【００２８】
計算機６の形状特定部１７は、スキャン手法変更部１５が追加の点群データを追加点群データ格納部１６に格納すると、点群データメモリ１２に格納されている点群データと追加点群データ格納部１６に格納されている追加の点群データとを合成して、合成後の点群データから反射物の形状を特定する。
即ち、形状特定部１７は、以下のようにして、反射物の形状を特定する。
【００２９】
形状特定部１７は、レーザスキャナ５における光源５ａの中心位置は移動しないので、レーザスキャナ５における光源５ａの位置を原点として、点群データの測定方位（図４を参照）への単位ベクトルに対して、計測方向角、ロー回転角、アジマス回転角及びピッチ回転角の角度変換を加えて、角度変換後のベクトルを全ての測定結果について求める。
同様に、追加の点群データの測定方位への単位ベクトルに対して、計測方向角、ロー回転角、アジマス回転角及びピッチ回転角の角度変換を加えて、角度変換後のベクトルを全ての測定結果について求める。
【００３０】
次に、形状特定部１７は、点群データの測定結果から求めた角度変換後のベクトルの角度と、追加の点群データの測定結果から求めた角度変換後のベクトルの角度とを比較する。
そして、双方のベクトルの角度差が一定角度以下であれば、当該ベクトルに係る点群データの測定結果を消去し、残っている点群データの測定結果と追加の点群データの測定結果（追加の点群データの測定結果を点群データの測定結果と同様に取り扱う）とから反射物の形状を特定する。
点群データの測定結果から反射物の形状を特定する手法の一例を挙げれば、先ず、点群同士で、最も近い点同士をつなぐベクトルを生成し、ベクトルをつなげた点を除いて、同じく最も近い点同士をつなぐベクトルを生成する処理を繰り返すようにする。このとき、一定の距離以内である場合にだけベクトルを生成することとする。
次に、ベクトルによって繋がった連結成分を一つのグループとして、あるグループの中の点と、他のグループの中の点で、最も近い点同士をつなぐベクトルを生成する。ベクトルでつないだグループを除く他のグループ同士も同様なベクトル生成を繰り返すようにする。このとき、一定の距離以内である場合にだけベクトルを生成することとする。
このような繰り返しをベクトルが生成できなくなるまで繰り返した結果、生成できたベクトル群を面とする形状が反射物の表面の形状を現すデータとして再現することができる。
【００３１】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、可動台４のピッチ角を制御して、レーザスキャナ５によるレーザ光の照射方向を変更しながら、レーザスキャナ５により測定された点群データを収集するスキャン処理部１１と、スキャン処理部１１により収集された点群データを解析して、測定精度が低い点群データの測定領域を特定する低精度測定領域特定部１３と、レーザスキャナ５によるレーザ光の走査角度範囲が低精度測定領域特定部１３により特定された測定領域を包含するように可動台４のロー角を制御して、レーザスキャナ５により測定された追加の点群データを収集するスキャン手法変更部１５とを設け、形状特定部１７がスキャン処理部１１により収集された点群データとスキャン手法変更部１５により収集された追加の点群データを合成し、合成後の点群データから反射物の形状を特定するように構成したので、路面の凹凸や設置誤差の影響を受けることなく、正確に形状を計測することができる効果を奏する。
【００３２】
即ち、可動台４の可動角度の分解能が低い場合や、レーザスキャナ５自体が傾いている場合であっても、机、パーティション、壁の縁などのエッジ部分を高精度で計測することができる。
図１１の例では、縦にレーザ光を振ることにより、エッジからエッジまでの距離が正確になる（図９の例は、ピッチ角を可動台４の動作にまかせているので、正確にピッチの差異がでるか否かが分らず、正確に計測することができない）。
【００３３】
実施の形態２．
図１２はこの発明の実施の形態２による環境地図取得装置の計算機６の詳細を示す構成図であり、図１２において、図３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
スキャン処理部２１は図３のスキャン処理部１１と同様に、可動台４のピッチ角を制御して、レーザスキャナ５によるレーザ光の照射方向を変更しながら、レーザスキャナ５により測定された距離を示す距離データである点群データを収集する処理を実施する。
ただし、スキャン処理部２１は、環境地図取得装置が移動されて、可動台４が異なる位置に設置される毎に、各設置位置において、点群データを収集する。なお、スキャン処理部２１は距離データ収集手段を構成している。
点群データ格納部２２はスキャン処理部２１により収集された点群データを格納するメモリである。
【００３４】
特徴形状抽出部２３は点群データ格納部２２から、可動台４が異なる位置から取得した複数の点群データを読み出し、複数の点群データから特徴的な形状をそれぞれ抽出する処理を実施する。なお、特徴形状抽出部２３は特徴形状抽出手段を構成している。
特徴データ格納部２４は特徴形状抽出部２３により抽出された特徴的な形状を示す特徴データを格納するメモリである。
【００３５】
形状対応付け部２５は特徴形状抽出部２３により抽出された複数の特徴的な形状を相互に比較して、同じ空間を示す特徴的な形状を対応付ける処理を実施する。なお、形状対応付け部２５は形状対応付け手段を構成している。
形状特定部２６は形状対応付け部２５により対応付けられた特徴的な形状の抽出元の点群データ同士を合成し、合成後の点群データから反射物の形状を特定する処理を実施する。なお、形状特定部２６は形状特定手段を構成している。
【００３６】
まず、全体の動作について説明する。
可動台４は、自動的に前進しても、人が押して前進させてもよい。第一に、自動的に一定時間間隔でスキャン処理部２１が点群データを取得する。例えば、人が可動台４を動かして、様々な場所において、スキャン処理を行ってもよい。複数台の可動台４を別々に動かし、それぞれの可動台４にて取得した点群データを一つの点群データに集めてもよい。
次に、特徴形状抽出部２３が個々の点群データの特徴を抽出し、特徴データとして記録する。次に、形状対応付け部２５が、これらの特徴データのうち、対応付くものを抽出する。これにしたがって、形状特定部２６が点群データ同士をつなぎ合わせる処理を行う。
次に個々の動作について説明する。
まず、計算機６のスキャン処理部２１は、図３のスキャン処理部１１と同様に、可動台４のピッチ角及びロー角を制御して、例えば、可動台４が水平になるように調整するとともに、測定方向を調整する。
次に、スキャン処理部２１は、図３のスキャン処理部１１と同様に、可動台４のピッチ角を制御して、レーザスキャナ５によるレーザ光の照射方向を変更しながら、レーザスキャナ５により測定された距離を示す距離データを収集する。
【００３７】
即ち、スキャン処理部２１は、可動台４のピッチ角を、例えばマイナス２０度からプラス４０度まで１度刻みで可動し、各ピッチ角において、１回のスキャンを実施するようにレーザスキャナ５に指示する。
レーザスキャナ５は、各ピッチ角において、レーザ光を走査角度範囲で振って、レーザ光の反射光（物体に反射されたレーザ光）が戻ってくるまでの時間から反射物までの距離を測定する。
レーザスキャナ５の走査角度範囲が例えばマイナス９０度からプラス９０度の範囲であり、レーザスキャナ５が１度変位で距離を測定する場合には、１８１個の距離データが点群データとしてスキャン処理部２１に出力される。
スキャン処理部２１は、上述したように、可動台４のピッチ角を、例えばマイナス２０度からプラス４０度まで１度刻みで可動する場合、レーザスキャナ５から６１組の点群データを収集し、６１組の点群データを点群データ格納部２２に格納する。
【００３８】
ただし、スキャン処理部２１は、図３のスキャン処理部１１と異なり、環境地図取得装置が移動されて、可動台４が異なる位置に設置される毎に、各設置位置において、６１組の点群データを収集する。
なお、環境地図取得装置の移動台１が移動することによって、可動台４の設置位置が変化する場合には、出発地点を原点として測定位置を記録する。
一方、ユーザが環境地図取得装置を持ち上げて、任意地点から他の地点に移動させる場合には、操作するユーザの指示の下、測定位置と測定方位を記録しないようにする。
点群データのフォーマットは、上記実施の形態１と同様である（図４を参照）。
【００３９】
特徴形状抽出部２３は、スキャン処理部２１が各設置位置の点群データを点群データ格納部２２に格納すると、その点群データ格納部２２から各設置位置の点群データを読み出し、各設置位置の点群データから特徴的な形状をそれぞれ抽出する。
即ち、特徴形状抽出部２３は、各設置位置の点群データの中から、例えば、机の角、パーティションの縁など、目印になる形状を抽出する。
そして、特徴形状抽出部２３は、目印になる形状の相対位置、特徴部位の直線性を表現する値、矩形を表現する値、形状の包含関係を表す値を特徴データとして、特徴データ格納部２４に出力する。
【００４０】
点群データから特徴的な形状を抽出する技術は、公知の技術を用いればよいが、ここでは、点群データから特徴的な形状として、直線を抽出する例を説明する。
図１４は特徴的な形状として直線を抽出する手法を示す説明図である。図中上４本のレーザ軌跡は、箱型の形状の上をつきぬけ、点１を含む左右４本のうち、左側２本は壁にあたり、右２本は壁が無い部分に伸びている、点２の左右４本、点３の左右４本も、点１と同様である。
まず、特徴形状抽出部２３は、図１４の点１，点２，点３のように、隣接するピッチ角、隣接する測定方向の距離が急激に変化している点に注目する。
図１４の例では、凸部分であるが、凹部分であれば、距離が急激に変化するのではなく、距離が最長になる部分となる（凹み部分の一番遠くまで届いている点である）。
【００４１】
そして、特徴形状抽出部２３は、点１，点２，点３の座標（光源５ａの座標を“０”とする）との距離の和が最も小さくなる直線を求める。一般的な手法として、最小二乗法を用いると求まる。または、例えば、３点から２つの点を取り出して、２点を結ぶ傾きの単位ベクトルを求めて合成し、合成後のベクトルを傾きベクトルとして、３点の中の１点を通る直線を決定する。
そして、点１，点２，点３のうち、連続するピッチ角のレーザ軌跡、または、連続する測定方向の両端（図１４の例では、点１、点２、点３と連続したピッチ角のレーザ軌跡の到達点のうち、点１と点３が両端である）を特徴データとして記録する。
なお、一つの点群データから複数の特徴データを生成するようにしてもよい。この場合、元の特徴データ毎に識別できるように番号を付与する。
【００４２】
図１３は特徴データの一例を示す説明図である。
図１３の例では、特徴となる両端の点と、両端の点を結ぶ直線の傾きとを特徴データとしている。
なお、一つの特徴を表す点が多数ある場合には、特徴を表す点群から求めた傾きデータを利用する。また、全ての特徴データにはユニークな番号を付与するものとする。
【００４３】
形状対応付け部２５は、特徴形状抽出部２３が各設置位置の点群データから特徴的な形状をそれぞれ抽出すると、複数の特徴的な形状を相互に比較して、同じ空間を示す特徴的な形状の対応付けを実施し、対応部分情報を形状特定部２６に出力する。
ここで、対応部分情報とは、各設置位置の点群データの中で、ある点群データのどの部分が、他の点群データのどの部分に対応しているかを示す情報である。
以下、形状対応付け部２５の処理内容を具体的に説明する。
【００４４】
形状対応付け部２５は、特徴データ格納部２４に格納されている複数の特徴データの中から、下記の条件を満足する特徴データを探索し、その特徴データに付与されている番号、対応部分情報、その特徴データ（傾き、距離）などを形状特定部２６に出力する。
［ケース１］測定位置と測定方向が記録されている番号のペアの探索（その１）
条件（１）  傾き角度が一定以下の２つの特徴データ
条件（２）  線分の距離が一定以下の２つの特徴データ。
条件（３）  異なる測定位置から取得した点群データの特徴データを比較する
【００４５】
［ケース２］測定位置と測定方向が記録されている番号のペアの探索（その２）
条件（１）  同じ測定位置から取得した点群データの特徴データを比較する
条件（２）  傾き角度が一定以上の２つの特徴データ
条件（３）  線分の距離が一定以下の２つの特徴データ
条件（４）  ２つの特徴データの線分の距離の最も近い点の少なくとも一方が端点
条件（５）  条件（１）〜条件（４）を満たす特徴データをグループとする。
（同じ測定位置から複数のグループの特徴データ群が出る可能性有）
それぞれの一式の特徴データと、他の測定位置から測定した特徴データについて、ケース１の条件（１）〜条件（３）と一致する特徴データを求める。
【００４６】
［ケース３］（Ａ：同じ測定位置、測定方向で測定した特徴データ）と（Ｂ：Ａと異なるが、同じ測定位置、測定方向で測定した特徴データ）のペアの探索（測定位置の座標が定まっていてもいなくてもよい）
条件（１）  ＡとＢの特徴データを比較して、傾き角度が一定以内の特徴データを抽出
条件（２）  条件（１）を満たす特徴データのうち、
（Ａの特徴データ（２つ）の距離）と（Ｂの特徴データ（２つ）の距離）を比
較し、距離の差が一定以下の特徴データを選択
条件（３）  条件（２）を満たす特徴データのうち、
（Ａの特徴データ同士の傾きの差異）と（Ｂの特徴データ同士の傾きの差異）
を比較し、これらの差異の差分が一定以下の対を選択
条件（４）  条件（２）（３）を同時に満たすＡの特徴データ間の相対位置と、条件（２
）、（３）を満たすＢの特徴データ間の相対位置が同じになるものを、Ａ、
Ｂから選択
【００４７】
ここで、形状対応付け部２５の処理内容をもう少し具体的に説明する。
点群データの並びの角度は、レーザスキャナ５の正面方向を必ず北として扱うようにしているが、設置位置や測定方向が異なる２つの点群データを比較するときには、角度を回転させて、特徴である直線部分の長さや方向が一致するかを調べる。
例えば、図１５に示すように、点群から曲がりと直線を検知して、さらに一次元配列に変換してから比較する。一例として、床（または天井）と壁の間の凹みの部分を特徴量として抽出した結果として、床（または天井）といった水平部分と壁との交線の形状を取得できている例を示す。曲がりや直線の端点は、図２８の種類で表現する。
一例としては、直線区間をＬ、空白区間をＳ、直線の端が角になっていない点をＥ、レーザの到達距離限界や、スキャン範囲の最大値といったその先がどのようになっているか分らない点をＵとして表現する。
また、直線の端点については、向かって左端で奥へ折れ曲がっている点をＡ、向かって右端で奥へ折れ曲がっている点をＢとする。向かって左端で手前に折れ曲がっている点をＣ、向かって右端で手前に折れ曲がっている点をＤとする。
また、右よりも左が手前にあるクランクをＧ、左よりも右が手前にあるクランクをＨとする。
なお、この表現例は、水平面についての形状特徴の記述例であるので、上下面や斜め面については、左右という表現を上下や斜めの角度にあてはめて考えればよい。
【００４８】
一次元配列に変換する時点で、長さや角度は数段階の値に丸める処理を行う。このような丸め処理を行うことで、例えば、壁際に電源コード等がある場合、タイミングや方向によっては、２箇所から取得した点群データの一方には反射し、もう一方には反射しないので、異なる壁面データとなる。
曲がりの連続については、曲がり始めと曲がり終わりの方向をもって、一つの大きな曲がりとして認識するようにしてもよい。この場合、誤差を低減することができる。
また、点群データを水平面ではなく、面として捉えた場合、一定面から逸れた小さな点の塊を除去するようにしてもよい（図１６を参照）。この場合、誤差を低減することができる。
【００４９】
センシングした位置やレーザスキャナ５の方向が異なる点群データ間のマッチングにおいては、部分的にしかマッチングしない場合もある。
例えば、凸の角に当ると、図２３のように角は取れるが、その奥の形状がよく分らないことがある。
一次元配列で比較する場合でも、全数一致ではなく、部分一致であってもよいことにする。
具体例として、床（または天井）と壁の間の凹みの部分を特徴量として抽出した結果として、床（または天井）といった水平面と壁の交線の形状を取得できている例を示す。この例では、床（または天井）と壁の接線を抽出できているので、センサの傾きに左右されない。図１７に示すように、取得位置や方向の異なる２つの点群データを一致させる場合に、別々に１〜８およびＡ〜Ｍの特徴を抽出する。このとき、何もデータが取れていない部分は空間として特徴付ける。空間と接している直線の長さは定まらない（もっと長いかもしれないとする）。
これらを、比較すると、図１８に示すように、一致する部分がある。このとき、両端が曲がり部分と接している直線の長さは定まるが、片方だけが曲がり部分と接している場合は、その直線の長さは定まらないので、長さを比較対象としない。例えば、１直線とＬ直線、３直線とＡ直線は、もっと長いかもしれないので、長さは比較しないようにする。
【００５０】
図１９の例では、点群を真上から見た処理を示しているが、点群を面として捉え、面の様々な位置の法線を求め、この法線の傾きと、面の接続関係を文字配列として比較する方法で、面と面を繋ぎ合わせるようにしてもよい。
この場合、面Ａと接続する面（例えば、面Ｂ、面Ｃ）、面Ｓと接続する面（例えば、面Ｔ、面Ｕ、面Ｖ）であった場合に、Ａの法線とＢの法線の角度差及びＡの法線とＣの法線の角度差が、面Ｓ、面Ｔ、面Ｕ、面Ｖのうち、例えば、面Ｓと接する２つの面の法線の角度差と等しく、かつ、それらの接する線の方向差も等しければ、一致するとする。
複数の装置を用いて、ばらばらの地点で取得した点群データや、廊下のような場所を行ったり来たりして、向きの違う方向から取得した点群データを合成することにより、環境地図取得装置が通過した場所の環境地図を作成することができる（図２０を参照）。
また、一次元配列を比較する具体的な手段として、例えば、ＤＰ（ダイナミックプログラミング）マッチング法を適用してもよい。
【００５１】
形状特定部２６は、形状対応付け部２５が同じ空間を示す特徴的な形状の対応付けを行うと、対応付けられた特徴的な形状の抽出元の点群データ同士を合成し、合成後の点群データから反射物の形状を特定する。
即ち、形状特定部２６は、形状対応付け部２５から出力された対応部分情報を参照して、一方の点群データを並行移動したり、回転したりすることで、対応関係がある他の点群データと合成する。
つまり、両方の特徴データの番号と傾きの差異の平均値を求め、この平均値分だけ、一方の測定位置から測定した点群データの全体を、光源を軸にして傾ける。点群データの全体を傾けた後に、再度、対応する線分の距離を計算して、距離の差異の平均値を求め、この平均値が示す距離だけ、点群データの全体を並行移動する。
図１７の例では、５直線とＣ直線の傾きの差、３直線とＡ直線の傾きの差、１直線とＬ直線の傾きの差、７直線とＪ直線の傾きの差が、それぞれ一定範囲内であれば、その差の平均値である傾きだけ、図１７の左側の点群を回転させて、４の曲がりの位置とＢの曲がりの位置、８の曲がりの位置とＫの曲がりの位置が重なる位置に点群を並行移動させることにより、図１９の右端のように点群をつなぎ合わせることができる。
【００５２】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、可動台４のピッチ角を制御して、レーザスキャナ５によるレーザ光の照射方向を変更しながら、レーザスキャナ５により測定された点群データを収集するスキャン処理部２１と、可動台４が異なる位置に設置されて、スキャン処理部２１により収集された複数の点群データから特徴的な形状をそれぞれ抽出する特徴形状抽出部２３と、特徴形状抽出部２３により抽出された複数の特徴的な形状を相互に比較して、同じ空間を示す特徴的な形状を対応付ける形状対応付け部２５とを設け、形状特定部２６が形状対応付け部５により対応付けられた特徴的な形状の抽出元の点群データ同士を合成し、合成後の点群データから反射物の形状を特定するように構成したので、異なる位置で測定された点群データを繋ぎ合わせることが可能になり、その結果、広範囲の環境地図を取得することができる効果を奏する。
【００５３】
なお、この実施の形態２における特徴形状抽出部２３では、隣接するピッチ角、隣接する測定方向の距離が急激に変化している点に注目して、特徴的な形状として直線を抽出する手法を説明したが、一般的に知られているハフ変換を用いる検出処理を実施することにより、特徴的な形状として直線を抽出するようにしてもよい。
具体的には、以下の通りである。
【００５４】
まず、ハフ変換を用いる検出処理を実施する前に、レーザスキャナ５により測定された点群データ（レーザ取得点列）を地面と水平な面に射影したときの点同士の距離が閾値以内である連結成分毎に、点列をグルーピングする。
即ち、レーザ取得点列の全てに対して、ハフ変換を用いる検出処理を実施すると、様々な直線成分が含まれているため、直線の過検出や検出漏れが発生することがある。このため、ハフ変換を用いる検出処理を実施する前に、点列をグルーピングする。
【００５５】
点列をグルーピングすることにより、環境地図取得装置から向かって左の壁、右の壁、正面の壁といった点群が連続していない部分毎に分割して、それぞれの壁に適する直線方向だけを検出することができるので、直線の過検出や検出漏れをなくすことができる。
図２９は距離が近い点群を３分割している例を示す説明図である。楕円のように分割しているので、それぞれ長い直線を抽出することができている。
【００５６】
点群が連続していない部分毎に分割せずに直線の検出を行うと、全体で何本まで直線を検出すればよいのか分らないため、直線の過検出や検出漏れが発生する。また、少ない点列（短い壁を示す点列）は検出することができないこともある。
図２２は直線の過検出例を示し、図２３は直線の検出漏れ例を示す説明図である。
点群が連続していない部分毎に分割すると、短い線だけの連結成分を一つの塊として処理するので、検出することができる。
【００５７】
ここで、図２４は直線と点の距離が急に変化している部分を示す説明図である。
例えば、検出した直線と、点列との距離の大小から、点列が直線であるのか、曲線を含んでいるのかを判断する。
順番に並んでいる点列において、ある区間で、直線と点の距離の変化が閾値以上の部分が、角であると判断する。
これにより、微小な窪み（例えば、ドア等で廊下面より凹んでいる部分）を抽出することができる。
【００５８】
建物等の構造物は、曲面や斜め面よりも直交する垂直、水平の面が多いことを特徴として面を抽出する。
これにより、微小な窪み（例えば、ドア等で廊下面より凹んでいる部分）を抽出することができる。
なお、この実施の形態２における特徴形状抽出部２３において、３次元的な別の特徴量の取得が可能な例について説明する。３次元ハフという手法を用いれば、水平面の点群から直線部分を抽出するだけではなく、様々なピッチ方向に向けたレーザの到達距離からなる立体的なレーザ点群の中から壁や天井といった面部分を抽出することができる。
点群全体の中から平面を見つけ、抽出した平面から、平面の端の部分を直線として特徴を求めることもできる。
３次元ハフ変換の原理の説明は、下記２つの論文にある記述が詳しい。中田崇行,他,“3D Hough変換における空間的なローリング角検出”，画像電子学会誌, Vol.31, No.5, pp.794--799, Sept. 2002）および、吉川 元基 ,他，“3次元ハフ変換を用いた眼鏡の抽出”,電子情報通信学会技術研究報告,パターン認識・メディア理解,Vol.101, No.568(20020110) pp.17-24。
３次元空間内の点（本特許では、点群の座標）のＸ１，Ｙ１，Ｚ１座標が、３次元ハフ変換により、ρ１、θ１、φ１の３つのパラメータから表現できる平面上にある場合に、ρ、θ、φ空間上のρ１、θ１、φ１に投票する。点群の全ての点に対して、様々なρ、θ、φの値で表現できる平面に載るかどうかを計算で試して投票し、投票数の多いρ、θ、φで表現できる平面上に点群のデータが多く存在することがわかる。
仮に、平面方向を北、または、レーザスキャナの正面方向からの角度としてφで表し、真上方向からの角度をθで表し、レーザ光源から物体までの距離をρで表現するとする。この場合、点群全てに関して様々なρ、θ、φで投票を行うと、無駄な計算が多いため、先ず点群のうち、地面と水平な点群（図４の例では、測定方向Aが水平のもの）の点群について、前述の２次元ハフ変換による直線部分の抽出処理を行う。
次に、抽出した直線を真上に延ばした平面が存在すると予想して、抽出した直線への垂線となるρ、θ、φの値を求め、この値の近くの値のみ、３次元ハフ変換の投票処理を行うこととする。
これにより、少ない計算量で、点群が多く乗る平面を見つけることができる。この平面のエッジにある点群の線（例えば、壁と天井の境の線や、壁の曲がりの角）を特徴線として抽出することができる。
なお、この実施の形態２における特徴形状抽出部２３において、形状の特徴を少ない計算量で取得する方法について説明する。レーザスキャナとカメラを同じ向きに固定して設置する。これにより、レーザスキャナの傾きとカメラの傾きが同じになるようにする。また、レーザスキャナの正面方向とカメラの視線方向も一致するようにする。
特徴形状抽出部２３において、カメラに写った画像の中の濃淡のエッジとなる直線部分を抽出する。次に、カメラについているレンズの焦点距離から、カメラの視野角を逆算し、画像中の座標位置から、濃淡部分がカメラの視線方向からアジマス及びピッチのどの角度かを求めることにより、同じアジマスとピッチ角の方向にある点群に直線エッジ部分があると推測し、このアジマスプラスマイナス数度、およびピッチプラスマイナス数度の範囲において、直線部分があるかどうかを調べることにより、全体から直線部分を抽出する時間を削減することができる。
【００５９】
実施の形態３．
図２５はこの発明の実施の形態３による環境地図取得装置の計算機６の詳細を示す構成図であり、図２５において、図３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
遮蔽領域推測部３１は点群データ格納部１２に格納された点群データを解析して、レーザスキャナ５により距離が測定されていない遮蔽領域を推測する処理を実施する。なお、遮蔽領域推測部３１は遮蔽領域推測手段を構成している。
【００６０】
計算機位置指定部３２は遮蔽領域推測部３１により推測された遮蔽領域の点群データを取得するために、環境地図取得装置が移動すべき位置を決定する処理を実施する。
移動制御部３３は計算機位置指定部３２の指示の下、移動台１及び可動台４を制御して、遮蔽領域推測部３１により推測された遮蔽領域の測定が可能な位置まで環境地図取得装置を移動させる。
なお、計算機位置指定部３２及び移動制御部３３から移動制御手段が構成されている。
【００６１】
スキャン処理部３４は移動制御部３３により環境地図取得装置が移動されたのち、可動台４のピッチ角を制御して、レーザスキャナ５によるレーザ光の照射方向を変更しながら、レーザスキャナ５により測定された距離を示す距離データである点群データを収集する処理を実施する。なお、スキャン処理部３４は第２の距離データ収集手段を構成している。
点群データ格納部３５はスキャン処理部３４により収集された点群データを格納するメモリである。
形状特定部３６は点群データメモリ１２に格納されている点群データと点群データ格納部３５に格納されている点群データとを合成し、合成後の点群データから反射物の形状を特定する処理を実施する。なお、形状特定部３６は形状特定手段を構成している。
【００６２】
次に動作について説明する。
スキャン処理部１１は、上記実施の形態１と同様に、可動台４のピッチ角を制御して、レーザスキャナ５によるレーザ光の照射方向を変更しながら、レーザスキャナ５により測定された距離を示す距離データである点群データを収集し、その点群データを点群データ格納部１２に格納する。
【００６３】
遮蔽領域推測部３１は、スキャン処理部１１が点群データを点群データ格納部１２に格納すると、その点群データ格納部１２に格納された点群データを解析して、レーザスキャナ５により距離が測定されていない遮蔽領域を推測する。
図２６の例では、手前の物体の影響で、その物体の後ろに位置する壁の部分が遮蔽領域になっている。
例えば、遮蔽領域推測部３１は、スキャン面を水平にして、ピッチ角を上下してスキャンを実施したとき、ピッチ角が連続する測定方向、または、スキャン面のアジマス角度に連続する測定方向で、測定値である距離の差異が一定以上である場合は、その間の部分に遮蔽部分があると判定する。
図２７の例では、ＡとＢの間に遮蔽部分があると判定する。
【００６４】
計算機位置指定部３２は、遮蔽領域推測部３１が遮蔽領域を推測すると、その遮蔽領域の点群データを取得するために、環境地図取得装置が移動すべき位置を決定する。
図２７の例では、ＯＡの延長線上において、図中、Ｂより左側の位置を移動位置に決定する。
また、環境地図取得装置の向きは、ＡとＢを同時に観測できる方向に決定する。
【００６５】
移動制御部３３は、計算機位置指定部３２の指示の下、移動台１及び可動台４を制御して、遮蔽領域推測部３１により推測された遮蔽領域の測定が可能な位置まで環境地図取得装置を移動させる。
即ち、移動制御部３３は、計算機位置指定部３２により決定された移動位置に到達するように移動台１を制御し、計算機位置指定部３２により決定された向きになるように、移動台１及び可動台４を制御する。
なお、レーザスキャナ５の位置を上下したり、前に伸ばしたりすることができるようにするために、可動台４の形状は、以下の形状であってもよいことにする。
・クレーンアーム  （レーザスキャナ５を上に伸ばせる）
・マジックハンド  （レーザスキャナ５を細い影の部分に伸ばせる）
・フォークリフト  （レーザスキャナ５を上に伸ばせる）
【００６６】
スキャン処理部３４は、移動制御部３３により環境地図取得装置が移動されたのち、スキャン処理部１１と同様に、可動台４のピッチ角を制御して、レーザスキャナ５によるレーザ光の照射方向を変更しながら、レーザスキャナ５により測定された距離を示す距離データである点群データを収集し、その点群データを点群データ格納部３５に格納する。
【００６７】
形状特定部３６は、スキャン処理部３４が点群データを点群データ格納部３５に格納すると、点群データメモリ１２に格納されている点群データと点群データ格納部３５に格納されている点群データとを合成し、合成後の点群データから反射物の形状を特定する。
形状特定部３６における点群データの合成処理は、例えば、図１２の形状対応付け部２５のような形状の対応付け処理を実施してから行うようにする。
また、合成後の点群データから反射物の形状を特定する処理は、例えば、図１２の形状特定部２６と同じように行う。
【００６８】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、スキャン処理部１１により収集された点群データを解析して、レーザスキャナ５により距離が測定されていない遮蔽領域を推測する遮蔽領域推測部３１と、遮蔽領域推測部３１により推測された遮蔽領域の測定が可能な位置まで環境地図取得装置を移動させる移動制御部３２と、移動制御部３２により環境地図取得装置が移動されたのち、可動台４のピッチ角を制御して、レーザスキャナ５によるレーザ光の照射方向を変更しながら、レーザスキャナ５により測定された点群データを収集するスキャン処理部とを設け、形状特定部３６がスキャン処理部１１により収集された点群データとスキャン処理部３４により収集された点群データを合成し、合成後の点群データから反射物の形状を特定するように構成したので、環境地図取得装置が移動しなければ見えない遮蔽領域についても環境地図をくまなく作成することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】この発明の実施の形態１による環境地図取得装置が移動台に搭載されている状態を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１による環境地図取得装置を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による環境地図取得装置の計算機の詳細を示す構成図である。
【図４】点群データの一例を示す説明図である。
【図５】低精度範囲データの一例を示す説明図である。
【図６】レーザスキャナの走査方向の変位が一定に抑えられている旨を示す説明図である。
【図７】レーザスキャナの測定結果が不正確になる例を示す説明図である。
【図８】レーザスキャナの測定結果が不正確になる例を示す説明図である。
【図９】レーザスキャナの測定結果が不正確になる例を示す説明図である。
【図１０】斜めのエッジの判定を説明する説明図である。
【図１１】スキャン手法の変更例を示す説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による環境地図取得装置の計算機の詳細を示す構成図である。
【図１３】特徴データの一例を示す説明図である。
【図１４】特徴的な形状として直線を抽出する手法を示す説明図である。
【図１５】計算機の形状対応付け部の処理内容を示す説明図である。
【図１６】計算機の形状対応付け部の処理内容を示す説明図である。
【図１７】計算機の形状対応付け部の処理内容を示す説明図である。
【図１８】計算機の形状対応付け部の処理内容を示す説明図である。
【図１９】計算機の形状対応付け部の処理内容を示す説明図である。
【図２０】計算機の形状対応付け部の処理内容を示す説明図である。
【図２１】距離が近いものを３分割している例を示す説明図である。
【図２２】直線の過検出例を示す説明図である。
【図２３】直線の検出漏れ例を示す説明図である。
【図２４】直線と点の距離が急に変化している部分を示す説明図である。
【図２５】この発明の実施の形態３による環境地図取得装置の計算機の詳細を示す構成図である。
【図２６】レーザスキャナ５により距離が測定されていない遮蔽領域を示す説明図である。
【図２７】遮蔽領域推測部による遮蔽部分の判定手法を説明する説明図である。
【図２８】直線端点の形状とその記号表現を説明する説明図である。
【図２９】点群の分割単位と分割した点群が乗る直線を抽出した結果を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  移動台、２  前方車輪、３  後方車輪、４  可動台、５  レーザスキャナ、５ａ  光源、６  計算機、１１  スキャン処理部（第１の距離データ収集手段）、１２，２２，３５  点群データ格納部、１３  低精度測定領域特定部（低精度測定領域特定手段）、１４  低精度範囲データメモリ、１５  スキャン手法変更部（第２の距離データ収集手段）、１６  追加点群データ格納部、１７，２６，３６  形状特定部（形状特定手段）、２１  スキャン処理部（距離データ収集手段）、２３  特徴形状抽出部（特徴形状抽出手段）、２４  特徴データ格納部、２５  形状対応付け部（形状対応付け手段）、３１  遮蔽領域推測部（遮蔽領域推測手段）、３２  計算機位置指定部（移動制御手段）、３３  移動制御部（移動制御手段）、３４  スキャン処理部（第２の距離データ収集手段）。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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