JP6747038B2 - Information processing device, calibration method, and calibration program - Google Patents

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Description

本発明は、情報処理装置、キャリブレーション方法、およびキャリブレーションプログラムに関する。 The present invention relates to an information processing device, a calibration method, and a calibration program.

従来、物体に向けてレーザを照射し、反射光が返ってくるまでの時間を測定することにより、物体までの距離を計測するセンサがある。また、センサ内で光学系を回転させて水平方向のスキャニングを行いながら物体までの距離を計測する、いわゆる２Ｄ（２次元：２−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）センサがある。 Conventionally, there is a sensor that measures the distance to an object by irradiating the object with a laser and measuring the time until the reflected light returns. Further, there is a so-called 2D (two-dimensional: 2-Dimensions) sensor that measures a distance to an object while rotating an optical system in the sensor to perform horizontal scanning.

先行技術としては、例えば、レーザレンジファインダのペアから共通に観測される対象物の位置の誤差が最小となるように、センサネットワーク座標系での各レーザレンジファインダの位置および向きを校正する技術がある。 As a prior art, for example, there is a technology for calibrating the position and orientation of each laser range finder in the sensor network coordinate system so that the error of the position of the object commonly observed from the pair of laser range finders is minimized. is there.

特開２０１５−１２７６６４号公報JP-A-2015-127664

しかしながら、従来技術では、２Ｄセンサを駆動装置により回転させて３Ｄ計測を行おうとすると、２Ｄセンサを駆動装置に取り付ける際の組み立て誤差により、２Ｄセンサが正規姿勢から傾斜して計測誤差が発生してしまう場合がある。具体的には、２Ｄセンサが正規姿勢から傾斜していると計測空間に歪みが生じる。このため、２Ｄセンサの正規姿勢からの傾斜を校正することになるが、どの方向にどの程度傾斜しているのかを人手で判断することが難しく、校正作業に時間や手間がかかる。 However, in the related art, when the 2D sensor is rotated by the driving device to perform the 3D measurement, the assembly error when the 2D sensor is attached to the driving device causes the 2D sensor to be tilted from the normal posture, resulting in a measurement error. It may end up. Specifically, when the 2D sensor is tilted from the normal posture, the measurement space is distorted. Therefore, although the inclination of the 2D sensor from the normal posture is calibrated, it is difficult to manually determine which direction and how much the inclination is, and it takes time and labor for the calibration work.

一つの側面では、本発明は、測定装置の正規姿勢からの傾斜角を算出することを目的とする。 In one aspect, the present invention aims to calculate a tilt angle of a measuring device from a normal posture.

本発明の一態様によれば、回転軸を中心にパン方向に回転する駆動装置と、前記駆動装置に取り付けられて前記回転軸を中心として円軌道に沿って移動される状態で、前記パン方向に垂直なチルト方向に走査しながら光を物体に向けて照射して自装置から前記物体までの距離を測定する測定装置と、を有する情報処理装置が、前記測定装置の傾斜角を表す補正パラメータを含み、前記測定装置により測定される距離と測距方向から計測点の３次元座標を導出する計測モデルを用いて、前記測定装置が光を照射する範囲のうちの前記チルト方向に０〜１８０度の有効範囲または前記チルト方向に１８０〜３６０度の冗長範囲のいずれか一方の範囲を用いて距離が測定された各点の３次元座標を算出し、前記一方の範囲を用いて前記各点の距離が測定されたときの測距方向に基づいて、前記有効範囲または前記冗長範囲のうちの他方の範囲を用いて前記各点の距離が測定されたときの測距方向を推定し、推定した前記測距方向に基づいて、前記計測モデルを用いて、前記他方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標を算出し、前記一方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標と、前記他方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標との差を最小化するように、前記補正パラメータの値を算出する情報処理装置、キャリブレーション方法、およびキャリブレーションプログラムが提案される。 According to one aspect of the present invention, a drive device that rotates in a pan direction around a rotation axis, and a state in which the drive device is attached to the drive device and moves along a circular orbit around the rotation axis in the pan direction. An information processing apparatus having a measuring device that irradiates light toward an object while scanning in a tilt direction perpendicular to the object and measures a distance from the device to the object, and a correction parameter that represents an inclination angle of the measuring device. And a range of 0 to 180 in the tilt direction within the range irradiated by the measuring device, using a measurement model that derives three-dimensional coordinates of the measuring point from the distance measured by the measuring device and the distance measuring direction. 3D coordinates of each point whose distance has been measured using either one of the effective range of degrees or the redundant range of 180 to 360 degrees in the tilt direction, and each of the points is calculated using the one range. Based on the distance measuring direction when the distance is measured, the distance measuring direction when the distance of each point is measured is estimated using the other range of the effective range or the redundant range, and is estimated. Based on the distance measurement direction, the three-dimensional coordinate of each point whose distance is measured using the other range is calculated using the measurement model, and the distance is measured using the one range. An information processing apparatus that calculates the value of the correction parameter so as to minimize the difference between the three-dimensional coordinates of each of the points and the three-dimensional coordinates of each of the points whose distances are measured using the other range. , A calibration method, and a calibration program are proposed.

本発明の一側面によれば、測定装置の正規姿勢からの傾斜角を算出することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to calculate the tilt angle of the measuring device from the normal posture.

図１は、実施の形態にかかる情報処理装置１００の一実施例を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of the information processing apparatus 100 according to the embodiment. 図２は、測定装置１０２の傾斜角を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the inclination angle of the measuring device 102. 図３は、測定装置１０２が正規姿勢から傾斜している場合の計測誤差を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing measurement errors when the measuring device 102 is tilted from the normal posture. 図４は、情報処理装置１００のキャリブレーション方法の一実施例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a calibration method of the information processing apparatus 100. 図５は、情報処理装置１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a hardware configuration example of the information processing device 100. 図６は、情報処理装置１００の機能的構成例を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration example of the information processing apparatus 100. 図７は、センサ座標系および世界座標系を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a sensor coordinate system and a world coordinate system. 図８は、測距方向（θ’h，θ’v）の推定方法を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a method of estimating the distance measuring direction (θ′ h , θ′ v ). 図９は、補正パラメータｐの探索例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a search example of the correction parameter p. 図１０は、情報処理装置１００のキャリブレーション処理手順の一例を示すフローチャート（その１）である。FIG. 10 is a flowchart (part 1) illustrating an example of the calibration processing procedure of the information processing apparatus 100. 図１１は、情報処理装置１００のキャリブレーション処理手順の一例を示すフローチャート（その２）である。FIG. 11 is a flowchart (part 2) showing an example of the calibration processing procedure of the information processing apparatus 100. 図１２は、モデル生成処理の具体的処理手順の一例を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart showing an example of a specific processing procedure of the model generation processing.

以下に図面を参照して、本発明にかかる情報処理装置、キャリブレーション方法、およびキャリブレーションプログラムの実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of an information processing apparatus, a calibration method, and a calibration program according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかる情報処理装置１００の一実施例を示す説明図である。図１において、情報処理装置１００は、駆動装置１０１と、測定装置１０２と、制御装置１０３と、を有する。駆動装置１０１は、回転軸１１０（図１中、Ｚ軸に対応）を中心にパン方向ｄ１に回転するモータである。 (Embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of the information processing apparatus 100 according to the embodiment. In FIG. 1, the information processing device 100 includes a driving device 101, a measuring device 102, and a control device 103. The drive device 101 is a motor that rotates in the pan direction d1 around a rotation shaft 110 (corresponding to the Z axis in FIG. 1).

以下の説明では、パン方向ｄ１の回転角（図１中、Ｘ軸に対する角度）を「回転角θh（θh＝０〜３６０°（度））」と表記する場合がある。ただし、駆動装置１０１が初期位置のときの正面方向とＸ軸方向とが一致しているものとする。 In the following description, the rotation angle in the pan direction d1 (the angle with respect to the X axis in FIG. 1) may be expressed as “rotation angle θ h (θ h =0 to 360° (degrees))”. However, it is assumed that the front direction and the X-axis direction when the drive device 101 is in the initial position are the same.

測定装置１０２は、チルト方向ｄ２に走査しながら光（例えば、レーザ）を物体に向けて照射し、反射光を受光するまでの時間を用いて自装置から物体までの距離を測定する２Ｄセンサである。チルト方向ｄ２は、チルト軸１２０を中心に回転する方向である。すなわち、測定装置１０２は、チルト軸１２０を中心に光学系（例えば、後述の図５に示す発光部５１１、受光部５１２等）を回転させながら、図１中の太線矢印で示す方向（照射方向）に光を照射する。 The measuring device 102 is a 2D sensor that measures the distance from the device itself to the object by using the time until the object receives light (for example, laser) while scanning in the tilt direction d2 and receives the reflected light. is there. The tilt direction d2 is a direction in which the tilt axis 120 rotates. That is, the measuring device 102 rotates the optical system (for example, the light emitting unit 511 and the light receiving unit 512 shown in FIG. 5, which will be described later) about the tilt axis 120, while rotating in the direction indicated by the thick arrow in FIG. ) Is irradiated with light.

情報処理装置１００において、測定装置１０２は、パン方向ｄ１に対してチルト方向ｄ２が垂直となるように駆動装置１０１に取り付けられる。そして、測定装置１０２は、回転軸１１０を中心として円軌道に沿って移動される状態で、チルト方向ｄ２に走査しながら光（以下、「レーザ」という）を物体に向けて照射して物体までの距離を測定する。 In the information processing device 100, the measuring device 102 is attached to the drive device 101 so that the tilt direction d2 is perpendicular to the pan direction d1. The measuring device 102 irradiates the object with light (hereinafter, referred to as “laser”) while scanning in the tilt direction d2 while moving along the circular orbit around the rotation axis 110, and reaches the object. To measure the distance.

この際、測定装置１０２は、チルト方向ｄ２に「０〜２２５°（０°以上２２５°未満）、３１５〜３６０°」の範囲でレーザを照射する。チルト方向ｄ２に「２２５〜３１５°」の範囲は、レーザを照射しない死角部分となる。ただし、チルト方向ｄ２に「１８０〜３６０°」の範囲のうち、どの範囲にレーザを照射するかは任意に設定可能であり、例えば、チルト方向ｄ２に「１８０〜３６０°」の範囲にレーザを照射することにしてもよい（死角部分なし）。 At this time, the measuring device 102 irradiates the laser in the tilt direction d2 in the range of “0 to 225° (0° or more and less than 225°), 315 to 360°”. The range of “225 to 315°” in the tilt direction d2 is a blind spot portion where laser irradiation is not performed. However, in the range of “180 to 360°” in the tilt direction d2, it is possible to arbitrarily set which range to irradiate the laser. For example, in the tilt direction d2, the range of “180 to 360°” is set to the laser range. You may decide to irradiate (no blind spot).

より詳細に説明すると、例えば、測定装置１０２は、チルト方向ｄ２に「０〜２２５°、３１５〜３６０°」の範囲を１０８０分割して、１周当たり２５［ｍｓｅｃ］で１０８０点の計測を行う。測定装置１０２は、駆動装置１０１によってパン方向ｄ１に、０°から３６０°まで０．２４°ずつ移動される度に、この計測を行う。 More specifically, for example, the measuring device 102 divides the range of “0 to 225°, 315 to 360°” into 1080 in the tilt direction d2 and measures 1080 points at 25 [msec] per revolution. .. The measuring device 102 performs this measurement each time the driving device 101 moves the pan direction d1 from 0° to 360° by 0.24°.

これにより、２Ｄセンサである測定装置１０２を利用して３Ｄ計測を行うことができる。３Ｄ計測とは、立体的なものの位置や形状をデータ化することである。３Ｄ計測によって得られるデータ（３次元モデル）は、例えば、各種シミュレーションやＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）などのアプリケーションに利用することができる。 Thereby, 3D measurement can be performed using the measuring device 102 that is a 2D sensor. The 3D measurement is to convert the position and shape of a three-dimensional object into data. The data (three-dimensional model) obtained by the 3D measurement can be used for applications such as various simulations and CAD (Computer Aided Design).

制御装置１０３は、測定装置１０２の正規姿勢からのズレ（傾斜）を解析するコンピュータである。測定装置１０２の正規姿勢からのズレは、測定装置１０２を駆動装置１０１に取り付ける際の組み立て誤差（あるいは、経年劣化）により生じるものであり、例えば、図２に示すような、測定装置１０２の傾斜角（チルト傾斜角φt、ロール傾斜角φr）によって表される。 The control device 103 is a computer that analyzes the deviation (tilt) of the measuring device 102 from the normal posture. The deviation of the measuring device 102 from the normal posture is caused by an assembly error (or deterioration over time) when the measuring device 102 is attached to the driving device 101. For example, the inclination of the measuring device 102 as shown in FIG. It is represented by an angle (tilt tilt angle φ t , roll tilt angle φ r ).

図２は、測定装置１０２の傾斜角を示す説明図である。図２において、チルト傾斜角φtは、チルト角θvが０°のときのレーザを照射する方向の回転軸１１０に対する角度を表す。チルト角θvは、回転軸１１０に対するチルト方向ｄ２の角度である。すなわち、測定装置１０２の正規姿勢からのズレがなければ、チルト傾斜角φtは０°となる。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing the inclination angle of the measuring device 102. In FIG. 2, the tilt tilt angle φ t represents the angle of the laser irradiation direction with respect to the rotation axis 110 when the tilt angle θ v is 0°. The tilt angle θ v is an angle in the tilt direction d2 with respect to the rotation axis 110. That is, if there is no deviation from the normal posture of the measuring device 102, the tilt inclination angle φ t becomes 0°.

また、ロール傾斜角φrは、回転軸１１０に垂直な面に対するチルト軸１２０の角度を表す。すなわち、測定装置１０２の正規姿勢からのズレがなければ、ロール傾斜角φrは０°となる。ところが、測定装置１０２を駆動装置１０１により回転させて３Ｄ計測を行う場合、図２に示したように、測定装置１０２が正規姿勢から傾斜していると、計測誤差が発生して計測空間に歪みが生じてしまう。 The roll tilt angle φ r represents the angle of the tilt axis 120 with respect to the plane perpendicular to the rotation axis 110. That is, if there is no deviation from the normal posture of the measuring device 102, the roll inclination angle φ r becomes 0°. However, when the measurement device 102 is rotated by the drive device 101 to perform 3D measurement, as shown in FIG. 2, if the measurement device 102 is tilted from the normal posture, a measurement error occurs and distortion occurs in the measurement space. Will occur.

ここで、図３を用いて、測定装置１０２が正規姿勢から傾斜している場合の計測誤差について説明する。 Here, the measurement error when the measuring device 102 is tilted from the normal posture will be described with reference to FIG.

図３は、測定装置１０２が正規姿勢から傾斜している場合の計測誤差を示す説明図である。図３の（３−１）において、測定装置１０２の正規姿勢からの傾斜として、チルト傾斜角φtが「φt＝−５°」である場合を想定する。この場合、チルト角θvを「θv＝１６０°」として、回転角θhが０〜１８０°の１０°間隔で床面までの距離を測定した際の計測点（レーザが照射されて距離が測定される点）は、（３−１）に示すように、らせん状にずれる。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing measurement errors when the measuring device 102 is tilted from the normal posture. In (3-1) of FIG. 3, as the slope of the normal posture of the measuring device 102, it is assumed that the tilt angle of inclination phi t is "phi t = -5 °." In this case, when the tilt angle θ v is “θ v =160°” and the rotation angle θ h is 0 to 180° and the distance to the floor surface is measured at intervals of 10° (the distance from the laser irradiation to the measurement point). (Point at which is measured) is spirally displaced as shown in (3-1).

（３−１）において、○印は、チルト傾斜角φtが「φt＝−５°」である場合の計測点を示す。一方、●印は、測定装置１０２が正規姿勢から傾斜していない場合の計測点を示す。このように、測定装置１０２が正規姿勢から傾斜（φt＝−５°）しているときの計測点「○印」は、測定装置１０２が正規姿勢から傾斜していないときの計測点「●印」に比べて、計測方向へずれることになり、計測誤差が発生する。 In (3-1), ○ mark indicates the measurement point when the tilt inclination angle phi t is "phi t = -5 °." On the other hand, the ● marks indicate measurement points when the measuring device 102 is not tilted from the normal posture. As described above, the measurement point “◯” when the measuring device 102 is tilted from the normal posture (φ t =−5°) is the measurement point “●” when the measuring device 102 is not tilted from the normal posture. Compared to the “mark”, it is displaced in the measurement direction, and a measurement error occurs.

図３の（３−２）において、測定装置１０２の正規姿勢からの傾斜として、ロール傾斜角φrが「φr＝５°」である場合を想定する。この場合、チルト角θvを「θv＝１６０°」として、回転角θhが０〜１８０°の１０°間隔で床面までの距離を測定した際の計測点は、（３−２）に示すように、らせん状にずれる。 In (3-2) of FIG. 3, it is assumed that the roll inclination angle φ r is “φ r =5°” as the inclination of the measuring device 102 from the normal posture. In this case, when the tilt angle θ v is “θ v =160°” and the rotation angle θ h is 0 to 180° and the distance to the floor surface is measured at 10° intervals, the measurement point is (3-2). As shown in, it shifts in a spiral shape.

（３−２）において、○印は、ロール傾斜角φrが「φr＝５°」である場合の計測点を示す。一方、●印は、測定装置１０２が正規姿勢から傾斜していない場合の計測点を示す。このように、測定装置１０２が正規姿勢から傾斜（φr＝５°）しているときの計測点「○印」は、測定装置１０２が正規姿勢から傾斜していないときの計測点「●印」に比べて、計測方向と垂直方向へずれることになり、計測誤差が発生する。 In (3-2), a circle indicates a measurement point when the roll inclination angle φ r is “φ r =5°”. On the other hand, the ● marks indicate measurement points when the measuring device 102 is not tilted from the normal posture. As described above, the measurement point “◯” when the measuring device 102 is tilted from the normal posture (φ r =5°) is the measurement point “●” when the measuring device 102 is not tilted from the normal posture. In comparison with the above, the measurement direction is displaced in the vertical direction, and a measurement error occurs.

したがって、測定装置１０２を駆動装置１０１に取り付けて３Ｄ計測を行う場合、測定装置１０２の正規姿勢からの傾斜（ズレ）を校正する必要がある。しかしながら、測定装置１０２の正規姿勢からの傾斜を人手で判断して校正するには知識やスキルが必要となるとともに時間や手間がかかる。 Therefore, when the measurement device 102 is attached to the drive device 101 to perform 3D measurement, it is necessary to calibrate the inclination (deviation) of the measurement device 102 from the normal posture. However, knowledge and skills are required and time and labor are required to manually determine and calibrate the inclination of the measuring device 102 from the normal posture.

なお、２Ｄセンサを回転機構により回転させて３Ｄ計測を行う際に生じる２Ｄセンサの傾斜を校正する従来技術として、例えば、ある補正パラメータをもとに３次元点群を計算し、３次元点群から平面パッチを抽出して、平面パッチの平面性・面積を評価し、補正パラメータを修正していくものがある（例えば、下記参考文献参照）。 As a conventional technique for calibrating the inclination of the 2D sensor generated when the 2D sensor is rotated by the rotating mechanism to perform the 3D measurement, for example, a 3D point group is calculated based on a certain correction parameter, and the 3D point group is calculated. There is a method in which a planar patch is extracted from the above, the planarity/area of the planar patch is evaluated, and the correction parameters are corrected (for example, refer to the following references).

参考文献：Ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ３Ｄ Ｓｃａｎｎｅｒｓ Ｂｕｉｌｔ ｗｉｔｈ ａ ２Ｄ Ｌａｓｅｒ Ｒａｎｇｅｆｉｎｄｅｒ Ｒｏｔａｔｉｎｇ ｏｎ Ｉｔｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ References: Boresight Calibration of Construction Misalignments for 3D Scanners Built with a 2D Laser Rangefinder Rotating on Its Optical Center.

ところが、この従来技術では、凹凸面（例えば、砂利道やレンガ壁）や曲面構造はノイズとなるため、一様に平らな面が環境中に存在する必要がある。また、平面パッチを抽出可能な密度・範囲の計測データを評価する必要がある。このため、キャリブレーションが適用可能な環境条件や計測条件に制約が生じ、キャリブレーションのロバスト性や計測機器の精度・利便性を損なうおそれがある。 However, in this conventional technique, uneven surfaces (for example, gravel roads and brick walls) and curved structures cause noise, so that it is necessary that a uniformly flat surface exists in the environment. In addition, it is necessary to evaluate the measurement data of the density/range that can extract the plane patch. Therefore, there are restrictions on the environmental conditions and the measurement conditions to which the calibration can be applied, and the robustness of the calibration and the accuracy and convenience of the measuring device may be impaired.

そこで、本実施の形態では、測定装置１０２の有効範囲外の計測（冗長スキャン）を利用して、測定装置１０２の傾斜を補正するための補正パラメータを求めることで、測定装置１０２の正規姿勢からの傾斜に伴う計測誤差を自動校正可能にするキャリブレーション方法について説明する。 Therefore, in the present embodiment, by using the measurement (redundant scan) outside the effective range of the measuring device 102, the correction parameter for correcting the inclination of the measuring device 102 is obtained, so that the normal posture of the measuring device 102 can be obtained. A calibration method that makes it possible to automatically calibrate the measurement error associated with the inclination of the.

ここで、測定装置１０２の有効範囲および冗長範囲について説明する。測定装置１０２は、駆動装置１０１に取り付けられて回転軸１１０を中心として円軌道に沿って移動される。したがって、測定装置１０２がチルト方向ｄ２に０〜１８０°の範囲を走査（スキャン）すれば、３次元空間全体の３Ｄ計測が行えることになる。 Here, the effective range and the redundant range of the measuring device 102 will be described. The measuring device 102 is attached to the driving device 101, and is moved along a circular orbit about the rotating shaft 110. Therefore, if the measuring device 102 scans the range of 0 to 180° in the tilt direction d2, 3D measurement of the entire three-dimensional space can be performed.

換言すれば、測定装置１０２がレーザを照射する範囲のうち、チルト方向に１８０〜３６０°（１８０°≦θv＜３６０°）の範囲は、レーザを照射しなくてもよい範囲となる。このため、チルト方向に０〜１８０°（０°≦θv＜１８０°）の範囲を「有効範囲」と表記し、チルト方向に１８０〜３６０°（１８０°≦θv＜３６０°）の範囲を「冗長範囲」と表記する。 In other words, the range of 180 to 360° (180°≦θ v <360°) in the tilt direction in the range in which the measuring device 102 irradiates the laser is the range in which the laser does not have to be irradiated. Therefore, the range of 0 to 180° (0°≦θ v <180°) in the tilt direction is referred to as “effective range”, and the range of 180 to 360° (180°≦θ v <360°) in the tilt direction. Is referred to as "redundant range".

例えば、測定装置１０２は、チルト方向ｄ２に「０〜２２５°、３１５〜３６０°」の範囲でレーザを照射する。この場合、測定装置１０２がレーザを照射する範囲のうち、「０〜１８０°」は有効範囲であり、「１８０〜２２５°、３１５〜３６０°」は冗長範囲となる。 For example, the measuring device 102 irradiates the laser in the tilt direction d2 in the range of “0 to 225°, 315 to 360°”. In this case, "0 to 180°" is the effective range and "180 to 225°, 315 to 360°" is the redundant range in the range irradiated by the measuring device 102 with the laser.

つぎに、図４を用いて、実施の形態にかかる情報処理装置１００のキャリブレーション方法の一実施例について説明する。 Next, an example of the calibration method of the information processing apparatus 100 according to the embodiment will be described with reference to FIG.

図４は、情報処理装置１００のキャリブレーション方法の一実施例を示す説明図である。図４において、ＸＹ平面に略平行な楕円図形は、パン方向ｄ１の回転を示している。また、ＸＹ平面に略直交する円形図形は、チルト方向ｄ２の回転を示している。円形図形の中心は、測定装置１０２の中心（例えば、光学中心）を示している。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a calibration method of the information processing apparatus 100. In FIG. 4, an elliptical figure that is substantially parallel to the XY plane indicates rotation in the pan direction d1. A circular figure that is substantially orthogonal to the XY plane indicates rotation in the tilt direction d2. The center of the circular figure indicates the center of the measuring device 102 (for example, the optical center).

（１）情報処理装置１００は、計測モデルＭＬを用いて、有効範囲または冗長範囲のいずれか一方の範囲を用いて距離が測定された各点の３次元座標を算出する。ここで、計測モデルＭＬは、測定装置１０２の傾斜角を表す補正パラメータｐを含み、測定装置１０２により測定される距離と測距方向から計測点の３次元座標を導出する関数であり、例えば、後述する下記式（１）〜（４）または下記式（７）〜（１０）である。 (1) The information processing apparatus 100 uses the measurement model ML to calculate the three-dimensional coordinates of each point whose distance is measured using either the effective range or the redundant range. Here, the measurement model ML is a function that includes a correction parameter p that represents the tilt angle of the measurement device 102 and that derives the three-dimensional coordinates of the measurement point from the distance measured by the measurement device 102 and the distance measurement direction. The following formulas (1) to (4) or the following formulas (7) to (10) are given below.

測定装置１０２の傾斜角は、例えば、測定装置１０２のチルト傾斜角φtやロール傾斜角φrである。補正パラメータｐは、測定装置１０２の正規姿勢からのズレ（傾斜）により生じる３次元座標の誤差を補正するための変数であり、例えば、測定装置１０２のチルト傾斜角φtおよび／またはロール傾斜角φrである。 The tilt angle of the measuring device 102 is, for example, the tilt tilt angle φ t or the roll tilt angle φ r of the measuring device 102. The correction parameter p is a variable for correcting an error of the three-dimensional coordinate caused by the deviation (tilt) of the measuring device 102 from the normal posture, and for example, the tilt tilt angle φ t and/or the roll tilt angle of the measuring device 102. φ r .

測距方向は、測定装置１０２により計測点の距離が測定されたときのパン方向ｄ１の角度（水平インデックス：回転角θh）と、チルト方向ｄ２の角度（垂直インデックス：チルト角θv）とから特定される方向である。以下の説明では、測定装置１０２により距離が測定された任意の点を「計測点Ｐ」と表記する場合がある。 The distance measuring direction includes an angle in the pan direction d1 (horizontal index: rotation angle θ h ) and an angle in the tilt direction d2 (vertical index: tilt angle θ v ) when the distance between the measurement points is measured by the measuring device 102. It is the direction specified from. In the following description, an arbitrary point whose distance is measured by the measuring device 102 may be referred to as “measurement point P”.

図４の例では、一方の範囲が「冗長範囲（１８０°≦θv＜２２５°，３１５°≦θv＜３６０°）」である場合を例に挙げて、冗長範囲を用いて距離が測定された、ある計測点Ｐの３次元座標ＭCが示されている。なお、図４の例では、１点の計測点Ｐのみに着目しているが、冗長範囲を用いて距離が測定された各計測点Ｐについて３次元座標が算出される。 In the example of FIG. 4, one range is “redundant range (180°≦θ v <225°, 315°≦θ v <360°)”, and the distance is measured using the redundant range. The three-dimensional coordinate M C of a certain measurement point P that has been generated is shown. In the example of FIG. 4, only one measurement point P is focused, but three-dimensional coordinates are calculated for each measurement point P whose distance is measured using the redundant range.

以下の説明では、測定装置１０２により冗長範囲を用いて測定された計測点Ｐの距離（測距値Ｌ）と測距方向（θh，θv）とを対応付けて表す情報（レンジデータ）を「冗長データＬ（θh，θv）」と表記する場合がある。ただし、θhは、計測点Ｐの距離が測定されたときの回転角である。θvは、計測点Ｐの距離が測定されたときのチルト角である。 In the following description, information (range data) representing the distance (distance measurement value L) of the measurement point P measured by the measuring device 102 using the redundant range and the distance measurement direction (θ h , θ v ) in association with each other. May be referred to as “redundant data L(θ h , θ v )”. However, θ h is the rotation angle when the distance of the measurement point P is measured. θ v is the tilt angle when the distance of the measurement point P is measured.

（２）情報処理装置１００は、一方の範囲を用いて各点の距離が測定されたときの測距方向に基づいて、有効範囲または冗長範囲のうちの他方の範囲を用いて各点の距離が測定されたときの測距方向を推定する。ここで、測定装置１０２は回転軸１１０を中心として円軌道に沿って移動されるため、有効範囲または冗長範囲のうちの一方の範囲で距離が測定された点は、他方の範囲でも距離が測定されるはずである。 (2) The information processing device 100 uses the other range of the effective range or the redundant range based on the distance measurement direction when the distance of each point is measured using one range, and the distance of each point. Estimate the distance measurement direction when is measured. Here, since the measuring device 102 is moved along the circular orbit around the rotation axis 110, a point whose distance is measured in one of the effective range and the redundant range is also measured in the other range. Should be done.

情報処理装置１００は、この対称性をもとに、他方の範囲を用いて各点の距離が測定されたときの測距方向を幾何学的に推定する。そして、情報処理装置１００は、推定した測距方向に基づいて、他方の範囲を用いて測定された各点の距離と測距方向とを対応付けて表す情報（レンジデータ）を取得する。 Based on this symmetry, the information processing apparatus 100 geometrically estimates the distance measuring direction when the distance of each point is measured using the other range. Then, the information processing apparatus 100 acquires, based on the estimated distance measuring direction, information (range data) that indicates the distance of each point measured using the other range and the distance measuring direction in association with each other.

なお、測距方向を推定する具体的な処理内容については、図８を用いて後述する。 Note that the specific processing content for estimating the distance measuring direction will be described later with reference to FIG.

図４の例では、冗長範囲を用いて計測点Ｐの距離が測定されたときの測距方向（θh，θv）に基づいて、有効範囲（０°≦θv＜１８０°）を用いて計測点Ｐの距離が測定されたときの測距方向が推定される。そして、冗長データＬ（θh，θv）に対応する有効データＬ（θ’h，θ’v）が取得される。 In the example of FIG. 4, the effective range (0°≦θ v <180°) is used based on the distance measurement direction (θ h , θ v ) when the distance of the measurement point P is measured using the redundant range. The distance measuring direction when the distance of the measuring point P is measured is estimated. Then, the redundant data L (θ h, θ v) corresponding to the valid data L (θ 'h, θ' v) is obtained.

有効データＬ（θ’h，θ’v）は、測定装置１０２により有効範囲を用いて測定された計測点Ｐの距離（測拒値Ｌ’）と測距方向（θ’h，θ’v）とを対応付けて表す情報（レンジデータ）である。ただし、θ’hは、計測点Ｐの距離が測定されたときの回転角である。θ’vは、計測点Ｐの距離が測定されたときのチルト角である。 The effective data L(θ′ h , θ′ v ) is the distance (measurement refusal value L′) of the measurement point P measured by the measuring device 102 using the effective range and the distance measurement direction (θ′ h , θ′ v ). ) Is associated with each other (range data). However, θ′ h is the rotation angle when the distance of the measurement point P is measured. θ′ v is the tilt angle when the distance of the measurement point P is measured.

（３）情報処理装置１００は、一方の範囲を用いて距離が測定された各点の３次元座標と、他方の範囲を用いて距離が測定された各点の３次元座標との差を最小化するように、補正パラメータｐの値を算出する。ここで、測定装置１０２の正規姿勢からの傾斜がなければ、ある点について、有効範囲および冗長範囲それぞれを用いて測定される距離は一致し、当該距離から導出される３次元座標は一致する。 (3) The information processing apparatus 100 minimizes the difference between the three-dimensional coordinates of each point whose distance is measured using one range and the three-dimensional coordinates of each point whose distance is measured using the other range. The value of the correction parameter p is calculated so that Here, if there is no inclination of the measuring device 102 from the normal posture, the distance measured using the effective range and the redundant range at a certain point match, and the three-dimensional coordinates derived from the distance match.

そこで、本実施の形態では、有効範囲を用いて測定された各点の距離から導出される３次元座標と、冗長範囲を用いて計測された各点の距離から導出される３次元座標との誤差を最小化することにより、測定装置１０２の傾斜の補正に最適な補正パラメータｐの値を算出する。 Therefore, in the present embodiment, a three-dimensional coordinate derived from the distance of each point measured using the effective range and a three-dimensional coordinate derived from the distance of each point measured using the redundant range By minimizing the error, the optimum value of the correction parameter p for correcting the inclination of the measuring device 102 is calculated.

図４の例では、情報処理装置１００は、冗長データＬ（θh，θv）に対応する有効データＬ（θ’h，θ’v）に基づいて、計測モデルＭＬを用いて、有効範囲を用いて距離が測定された計測点Ｐの３次元座標Ｍ’Cを算出する。そして、情報処理装置１００は、３次元座標ＭCと３次元座標Ｍ’Cとの差を表す３次元誤差εを最小化するように、補正パラメータｐの値を算出する。 In the example of FIG. 4, the information processing apparatus 100 uses the measurement model ML based on the valid data L(θ′ h , θ′ v ) corresponding to the redundant data L(θ h , θ v ) and uses the valid range. Is used to calculate the three-dimensional coordinates M′ C of the measurement point P whose distance is measured. Then, the information processing apparatus 100 calculates the value of the correction parameter p so as to minimize the three-dimensional error ε that represents the difference between the three-dimensional coordinate M C and the three-dimensional coordinate M′ C.

補正パラメータｐの計算には、例えば、Ｎｅｌｄｅｒ−Ｍｅａｄ法やＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法などの反復的な非線形最適化を適用することができる。具体的には、例えば、情報処理装置１００は、補正パラメータｐの値を微少に変化させながら、上記（１）〜（３）の処理を反復することにより、３次元誤差εを最小化するような、補正パラメータｐの値を探索する。 For the calculation of the correction parameter p, iterative nonlinear optimization such as the Nelder-Mead method or the Levenberg-Marquardt method can be applied. Specifically, for example, the information processing apparatus 100 minimizes the three-dimensional error ε by repeating the processes (1) to (3) while slightly changing the value of the correction parameter p. The value of the correction parameter p is searched.

図１の例では、３次元誤差εがほぼ０となる補正パラメータｐの値、すなわち、測定装置１０２のチルト傾斜角φt，ロール傾斜角φrが算出される。これにより、測定装置１０２の傾斜角（チルト傾斜角φt、ロール傾斜角φr）を反映した校正済みの計測点Ｐの３次元座標を求めることができる。 In the example of FIG. 1, the value of the correction parameter p at which the three-dimensional error ε is almost 0, that is, the tilt tilt angle φ t and the roll tilt angle φ r of the measuring device 102 are calculated. Accordingly, it is possible to obtain the three-dimensional coordinates of the calibrated measurement point P that reflects the tilt angle (tilt tilt angle φ t , roll tilt angle φ r ) of the measuring device 102.

このように、情報処理装置１００によれば、測定装置１０２の有効範囲外の計測（冗長スキャン）を利用して、有効／冗長範囲の計測誤差を評価・最小化することで、測定装置１０２の傾斜を補正するための補正パラメータｐを計算して、測定装置１０２の正規姿勢からの傾斜に伴う計測誤差を校正することができる。 As described above, according to the information processing apparatus 100, the measurement error outside the effective range of the measuring apparatus 102 (redundant scan) is used to evaluate/minimize the measurement error in the effective/redundant area. A correction parameter p for correcting the tilt can be calculated to calibrate the measurement error due to the tilt of the measuring device 102 from the normal posture.

（情報処理装置１００のハードウェア構成例）
つぎに、情報処理装置１００のハードウェア構成例について説明する。 (Example of hardware configuration of information processing apparatus 100)
Next, a hardware configuration example of the information processing device 100 will be described.

図５は、情報処理装置１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図５において、情報処理装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０１と、メモリ５０２と、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）５０３と、駆動装置１０１と、測定装置１０２と、を有する。また、各構成部は、バス５００によってそれぞれ接続される。 FIG. 5 is a block diagram showing a hardware configuration example of the information processing device 100. In FIG. 5, the information processing device 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 501, a memory 502, an I/F (Interface) 503, a drive device 101, and a measurement device 102. Further, each component is connected by a bus 500.

ここで、ＣＰＵ５０１は、情報処理装置１００の全体の制御を司る。メモリ５０２は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）およびフラッシュＲＯＭなどを有する。具体的には、例えば、フラッシュＲＯＭやＲＯＭが各種プログラムを記憶し、ＲＡＭがＣＰＵ５０１のワークエリアとして使用される。メモリ５０２に記憶されるプログラムは、ＣＰＵ５０１にロードされることで、コーディングされている処理をＣＰＵ５０１に実行させる。 Here, the CPU 501 controls the entire information processing apparatus 100. The memory 502 includes, for example, a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and a flash ROM. Specifically, for example, a flash ROM or a ROM stores various programs, and a RAM is used as a work area of the CPU 501. The program stored in the memory 502 is loaded into the CPU 501 to cause the CPU 501 to execute the coded processing.

Ｉ／Ｆ５０３は、有線または無線のネットワークに接続され、ネットワークを介して他のコンピュータ（例えば、利用者のパーソナル・コンピュータ）に接続される。そして、Ｉ／Ｆ５０３は、ネットワークと自装置内部とのインターフェースを司り、他のコンピュータからのデータの入出力を制御する。なお、図１に示した制御装置１０３は、例えば、ＣＰＵ５０１と、メモリ５０２と、Ｉ／Ｆ５０３と、を含む。 The I/F 503 is connected to a wired or wireless network and is connected to another computer (for example, a user's personal computer) via the network. The I/F 503 administers an interface between the network and the inside of the device itself, and controls the input/output of data from/to another computer. The control device 103 illustrated in FIG. 1 includes, for example, a CPU 501, a memory 502, and an I/F 503.

駆動装置１０１は、図１に示したように、回転軸１１０を中心にパン方向ｄ１に回転するモータである。測定装置１０２は、発光部５１１と、受光部５１２と、駆動部５１３と、センサ制御部５１４と、を含む。発光部５１１は、レーザを照射する光源であり、例えば、半導体レーザである。受光部５１２は、反射光を受光する。駆動部５１３は、チルト軸１２０（図１参照）を中心にチルト方向ｄ２に発光部５１１を回転させる。センサ制御部５１４は、チルト方向ｄ２に走査しながらレーザを物体に向けて照射し、反射光を受光するまでの時間を用いて自装置から物体までの距離を測定する。 As shown in FIG. 1, the driving device 101 is a motor that rotates in the pan direction d1 around the rotation shaft 110. The measuring device 102 includes a light emitting unit 511, a light receiving unit 512, a driving unit 513, and a sensor control unit 514. The light emitting unit 511 is a light source that emits a laser, and is, for example, a semiconductor laser. The light receiving section 512 receives the reflected light. The drive unit 513 rotates the light emitting unit 511 in the tilt direction d2 about the tilt shaft 120 (see FIG. 1). The sensor control unit 514 irradiates the object with the laser while scanning in the tilt direction d2, and measures the distance from the own device to the object by using the time until the reflected light is received.

なお、情報処理装置１００は、上述した構成部のほかに、例えば、ディスクドライブ、ディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、入力装置、ディスプレイなどを有することにしてもよい。 Note that the information processing apparatus 100 may include, for example, a disk drive, a disk, an SSD (Solid State Drive), an input device, a display, and the like, in addition to the above-described components.

（情報処理装置１００の機能的構成例）
図６は、情報処理装置１００の機能的構成例を示すブロック図である。図６において、情報処理装置１００は、取得部６０１と、算出部６０２と、対応付け部６０３と、評価部６０４と、生成部６０５と、出力部６０６と、を含む構成である。取得部６０１〜出力部６０６は制御部となる機能であり、具体的には、例えば、図５に示したメモリ５０２に記憶されたプログラムをＣＰＵ５０１に実行させることにより、または、Ｉ／Ｆ５０３により、その機能を実現する。各機能部の処理結果は、例えば、メモリ５０２に記憶される。 (Example of functional configuration of information processing apparatus 100)
FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration example of the information processing apparatus 100. In FIG. 6, the information processing apparatus 100 has a configuration including an acquisition unit 601, a calculation unit 602, an association unit 603, an evaluation unit 604, a generation unit 605, and an output unit 606. The acquisition unit 601 to the output unit 606 are functions as a control unit. Specifically, for example, by causing the CPU 501 to execute the program stored in the memory 502 illustrated in FIG. 5, or by the I/F 503, Realize that function. The processing result of each functional unit is stored in, for example, the memory 502.

取得部６０１は、測定装置１０２により測定された計測点Ｐまでの距離（測距値Ｌ）と測距方向（θh，θv）とを対応付けて表すレンジデータＬ（θh，θv）を取得する。具体的には、例えば、取得部６０１は、全周のレンジデータ群を取得する（０°≦θh＜３６０°、０°≦θv＜３６０°（ただし、死角部分を除く））。 The acquisition unit 601 includes range data L(θ h , θ v ) that represents the distance (distance measurement value L) measured by the measuring device 102 to the measurement point P and the distance measurement direction (θ h , θ v ). ) To get. Specifically, for example, the acquisition unit 601 acquires the range data group of the entire circumference (0°≦θ h <360°, 0°≦θ v <360° (excluding the blind spot portion)).

算出部６０２は、計測モデルＭＬを用いて、測定装置１０２の有効範囲または冗長範囲のいずれか一方の範囲を用いて距離が測定された計測点Ｐの３次元座標ＭCを算出する。以下の説明では、有効範囲または冗長範囲のいずれか一方の範囲として「冗長範囲」を例に挙げて説明する。 The calculation unit 602 uses the measurement model ML to calculate the three-dimensional coordinate M C of the measurement point P whose distance has been measured using either the effective range or the redundant range of the measuring apparatus 102. In the following description, the “redundant range” will be described as an example of either the effective range or the redundant range.

具体的には、例えば、算出部６０２は、全周のレンジデータ群から冗長データＬ（θh，θv）を選択する。そして、算出部６０２は、選択した冗長データＬ（θh，θv）に基づいて、計測モデルＭＬを用いて、計測点Ｐの３次元座標ＭCを算出する。ここで、図７を用いて、計測モデルＭＬについて説明する。 Specifically, for example, the calculation unit 602 selects redundant data L(θ h , θ v ) from the range data group of the entire circumference. Then, the calculation unit 602 calculates the three-dimensional coordinates M C of the measurement point P using the measurement model ML based on the selected redundant data L(θ h , θ v ). Here, the measurement model ML will be described with reference to FIG. 7.

図７は、センサ座標系および世界座標系を示す説明図である。図７において、センサ座標系は、ＸS軸（不図示）とＹS軸とＺS軸とからなる直交座標系である（ただし、ＸS＝０）。センサ座標系の原点ＯSは、測定装置１０２の中心（例えば、光学中心）である。世界座標系は、図１に示したような、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とからなる直交座標系である。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing a sensor coordinate system and a world coordinate system. In FIG. 7, the sensor coordinate system is an orthogonal coordinate system composed of an X S axis (not shown), a Y S axis, and a Z S axis (where X S =0). The origin O S of the sensor coordinate system is the center (for example, the optical center) of the measuring device 102. The world coordinate system is an orthogonal coordinate system including X-axis, Y-axis and Z-axis as shown in FIG.

計測モデルＭＬは、例えば、下記式（１）〜（４）により表すことができる。ただし、ＭCは、世界座標系における計測点Ｐの位置を示す３次元座標である。ＭSは、センサ座標系における計測点Ｐの位置を示す３次元座標であり、例えば、下記式（２）により表される。Ｌは、測距値である。θh，θvは、測距方向を示す水平インデックス（回転角）、垂直インデックス（チルト角）である。ＲCは、回転を表しており、例えば、下記式（３）により表される。Ｒx，Ｒy，Ｒzは、それぞれＸ，Ｙ，Ｚ軸周りの回転行列である。φt，φrは、補正パラメータｐである。ｔは、並進を表しており、例えば、下記式（４）により表される。Ｄは、回転軸１１０から測定装置１０２の中心までの最短距離を表すオフセット値である（例えば、図１参照）。 The measurement model ML can be represented by, for example, the following equations (1) to (4). However, M C is three-dimensional coordinates indicating the position of the measurement point P in the world coordinate system. M S is a three-dimensional coordinate indicating the position of the measurement point P in the sensor coordinate system, and is represented by the following formula (2), for example. L is a distance measurement value. θ h and θ v are a horizontal index (rotation angle) and a vertical index (tilt angle) indicating the distance measuring direction. R C represents rotation, and is represented by the following formula (3), for example. R x , R y , and R z are rotation matrices around the X, Y, and Z axes, respectively. φ t and φ r are correction parameters p. t represents translation, and is represented by the following formula (4), for example. D is an offset value that represents the shortest distance from the rotation axis 110 to the center of the measuring device 102 (see, for example, FIG. 1 ).

Figure 0006747038
Figure 0006747038

この場合、算出部６０２は、冗長データＬ（θh，θv）に基づいて、上記式（１）〜（４）を用いて、計測点Ｐの３次元座標ＭCを算出する。なお、３次元座標ＭCの算出は、例えば、全周のレンジデータ群に含まれる全ての冗長データＬ（θh，θv）について行われる。 In this case, the calculation unit 602 calculates the three-dimensional coordinate M C of the measurement point P using the above equations (1) to (4) based on the redundant data L(θ h , θ v ). The calculation of the three-dimensional coordinate M C is performed, for example, for all the redundant data L(θ h , θ v ) included in the range data group of the entire circumference.

対応付け部６０３は、有効範囲または冗長範囲のうち、一方の範囲を用いて距離が測定された計測点Ｐの３次元座標ＭCと、他方の範囲を用いて距離が測定された計測点Ｐの３次元座標Ｍ’Cとを対応付ける。ここでは、一方の範囲は「冗長範囲」であり、他方の範囲は「有効範囲」である。 The associating unit 603 determines the three-dimensional coordinates M C of the measurement point P whose distance is measured using one of the effective range and the redundant range and the measurement point P whose distance is measured using the other range. And the three-dimensional coordinate M′ C of. Here, one range is a "redundant range" and the other range is a "valid range".

このため、対応付け部６０３は、冗長範囲を用いて距離が測定された計測点Ｐの３次元座標ＭCと、有効範囲を用いて距離が測定された計測点Ｐの３次元座標Ｍ’Cとの対応付けを行う。この場合、まず、対応付け部６０３は、冗長範囲を用いて計測点Ｐの距離（測距値Ｌ）が測定されたときの測距方向（θh，θv）に基づいて、有効範囲を用いて計測点Ｐの距離（測距値Ｌ’）が測定されたときの測距方向（θ’h，θ’v）を推定する。 Therefore, the associating unit 603 causes the three-dimensional coordinate M C of the measurement point P whose distance is measured using the redundant range and the three-dimensional coordinate M′ C of the measurement point P whose distance is measured using the effective range. Correlate with. In this case, first, the associating unit 603 sets the effective range based on the distance measurement direction (θ h , θ v ) when the distance of the measurement point P (distance measurement value L) is measured using the redundant range. The distance measurement direction (θ′ h , θ′ v ) when the distance of the measurement point P (distance measurement value L′) is measured is estimated by using this.

ここで、図８を用いて、測距方向（θ’h，θ’v）の推定方法について説明する。 Here, a method of estimating the distance measuring direction (θ′ h , θ′ v ) will be described with reference to FIG.

図８は、測距方向（θ’h，θ’v）の推定方法を示す説明図である。図８に示すように、測定装置１０２が正規姿勢から傾斜（チルト傾斜角φt、ロール傾斜角φr）していると、測定装置１０２は、回転軸１１０を中心として点線で示す円軌道に沿って移動される。点ＭCは、冗長範囲を用いて距離が測定された、測距方向（θh，θv）の計測点Ｐを示している。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing a method of estimating the distance measuring direction (θ′ h , θ′ v ). As shown in FIG. 8, when the measuring device 102 is tilted from the normal posture (tilt tilt angle φ t , roll tilt angle φ r ), the measuring device 102 moves in a circular orbit around the rotation axis 110 as shown by a dotted line. Will be moved along. A point M C indicates a measurement point P in the distance measuring direction (θ h , θ v ) where the distance is measured using the redundant range.

この場合、有効範囲を用いて計測点Ｐの距離が測定されるときの水平インデックスは、（水平インデックス：θh）との対称的な関係から、（上面図）に示すような「θ’h」となる。このため、（水平インデックス：θ’h）は、例えば、下記式（５）を用いて表すことができる。ただし、Ｘ，Ｙは、計測点Ｐの３次元座標ＭCのＸ，Ｙ座標である。 In this case, the horizontal index when the distance of the measurement point P is measured using the effective range is “θ′ h ” as shown in (top view) due to the symmetrical relationship with (horizontal index: θ h ). It will be. Therefore, the (horizontal index: θ′ h ) can be expressed using the following equation (5), for example. However, X and Y are the X and Y coordinates of the three-dimensional coordinate M C of the measurement point P.

Figure 0006747038
Figure 0006747038

また、有効範囲を用いて計測点Ｐの距離が測定されるときの垂直インデックスは、（垂直インデックス：θv）との対称的な関係から、（側面図）に示すような「θ’v」となる。このため、（垂直インデックス：θ’v）は、例えば、下記式（６）を用いて表すことができる。 Further, the vertical index when the distance of the measurement point P is measured using the effective range is “θ′ v ”as shown in (side view) because of the symmetrical relationship with the (vertical index: θ v ). Becomes Therefore, (vertical index: θ′ v ) can be expressed by using the following equation (6), for example.

Figure 0006747038
Figure 0006747038

これにより、対応付け部６０３は、冗長データＬ（θh，θv）に基づいて、上記式（５）および（６）を用いて、有効範囲を用いて計測点Ｐの距離（測距値Ｌ’）が測定されたときの測距方向（θ’h，θ’v）を推定することができる。 As a result, the associating unit 603 uses the effective range based on the redundant data L(θ h , θ v ) and uses the above formulas (5) and (6) to measure the distance (distance measurement value) of the measurement point P. The distance measuring direction (θ′ h , θ′ v ) when L′) is measured can be estimated.

つぎに、対応付け部６０３は、推定した測距方向（θ’h，θ’v）に基づいて、全周のレンジデータ群から、冗長データＬ（θh，θv）に対応する有効データＬ（θ’h，θ’v）を取得する。具体的には、例えば、対応付け部６０３は、全周のレンジデータ群から、測距方向が推定した測距方向（θ’h，θ’v）に最も近いレンジデータを、有効データＬ（θ’h，θ’v）として探索する（ただし、１８０≦θ’v＜２２５°、３１５≦θ’v＜３６０°）。 Next, the associating unit 603, based on the estimated distance measuring direction (θ′ h , θ′ v ), selects valid data corresponding to redundant data L(θ h , θ v ) from the range data group of the entire circumference. Obtain L(θ′ h , θ′ v ). Specifically, for example, the associating unit 603 sets the range data closest to the distance measuring direction (θ′ h , θ′ v ) estimated from the range data group of the entire circumference to the effective data L( θ′ h , θ′ v ) (where 180≦θ′ v <225°, 315≦θ′ v <360°).

ここで、測距方向が推定した測距方向（θ’h，θ’v）に最も近いレンジデータとは、例えば、推定した測距方向（θ’h，θ’v）との水平／垂直インデックスそれぞれの角度差の総和が最小となるレンジデータである。また、有効データＬ（θ’h，θ’v）の探索手法としては、例えば、ｋｄ木による最近傍探索を用いることができる。 Here, the ranging direction (θ 'h, θ' v ) the range finding direction is estimated from the closest range data to, for example, estimated range finding directions (θ 'h, θ' v ) horizontal / vertical and The range data is such that the sum of the angle differences of the indexes is the smallest. Further, as a search method for the effective data L(θ′ h , θ′ v ), for example, a nearest neighbor search using a kd tree can be used.

これにより、冗長データＬ（θh，θv）に対応する有効データＬ（θ’h，θ’v）を取得することができる。ただし、水平／垂直インデックスそれぞれの角度差の総和の最小値が、予め決められた閾値以上となる場合は、対応付け部６０３は、冗長データＬ（θh，θv）に対応する有効データがないと判断することにしてもよい（探索失敗）。 As a result, the valid data L(θ′ h , θ′ v ) corresponding to the redundant data L(θ h , θ v ) can be acquired. However, when the minimum value of the sum of the angular differences of the horizontal/vertical indexes is equal to or larger than a predetermined threshold value, the associating unit 603 determines that the valid data corresponding to the redundant data L(θ h , θ v ) is You may decide not to do so (search failure).

つぎに、対応付け部６０３は、取得した有効データＬ（θ’h，θ’v）に基づいて、計測モデルＭＬを用いて、有効範囲を用いて距離（測距値Ｌ’）が測定された計測点Ｐの３次元座標Ｍ’Cを算出する。具体的には、例えば、対応付け部６０３は、下記式（７）〜（１０）を用いて、計測点Ｐの３次元座標Ｍ’Cを算出する。 Next, the associating unit 603 measures the distance (distance measurement value L′) using the effective range using the measurement model ML based on the acquired effective data L(θ′ h , θ′ v ). The three-dimensional coordinate M′ C of the measured point P is calculated. Specifically, for example, the associating unit 603 calculates the three-dimensional coordinates M′ C of the measurement point P using the following formulas (7) to (10).

Figure 0006747038
Figure 0006747038

そして、対応付け部６０３は、算出部６０２によって算出された計測点Ｐの３次元座標ＭCと、算出した計測点Ｐの３次元座標Ｍ’Cとを対応付ける。なお、３次元座標ＭCと３次元座標Ｍ’Cとの対応付けは、例えば、３次元座標ＭCが算出された計測点Ｐごとに行われる。 The association unit 603 associates the three-dimensional coordinates M C measurement point P calculated by the calculating unit 602, and a three-dimensional coordinate M 'C of the calculated measurement point P. The association between the three-dimensional coordinate M C and the three-dimensional coordinate M′ C is performed, for example, for each measurement point P where the three-dimensional coordinate M C is calculated.

評価部６０４は、対応付けられた計測点Ｐの３次元座標ＭCと、計測点Ｐの３次元座標Ｍ’Cとの差を最小化するように、補正パラメータｐの値を算出する。ここで、補正パラメータｐは、測定装置１０２のチルト傾斜角φtおよび／またはロール傾斜角φrである。具体的には、例えば、評価部６０４は、下記式（１１）を用いて、各計測点Ｐの３次元座標ＭCと３次元座標Ｍ’Cとの差を表す３次元誤差εをそれぞれ算出する。 The evaluation unit 604 calculates the value of the correction parameter p so as to minimize the difference between the three-dimensional coordinates M C of the associated measurement point P and the three-dimensional coordinates M′ C of the measurement point P. Here, the correction parameter p is the tilt tilt angle φ t and/or the roll tilt angle φ r of the measuring device 102. Specifically, for example, the evaluation unit 604 calculates the three-dimensional error ε representing the difference between the three-dimensional coordinates M C and the three-dimensional coordinates M′ C of each measurement point P using the following formula (11). To do.

Figure 0006747038
Figure 0006747038

つぎに、評価部６０４は、例えば、下記式（１２）を用いて、各計測点Ｐの３次元座標ＭCと３次元座標Ｍ’Cとの差を表す３次元誤差εを累積することにより、評価値Ｅ（ｐ）を算出する。この際、評価部６０４は、例えば、閾値εth以下となる３次元誤差εのみを累積することにより、定義域に制限を設けて外れ値を除外することにしてもよい。 Next, the evaluation unit 604 accumulates the three-dimensional error ε representing the difference between the three-dimensional coordinates M C and the three-dimensional coordinates M′ C of each measurement point P by using the following formula (12), for example. , The evaluation value E(p) is calculated. At this time, the evaluation unit 604 may exclude outliers by limiting the domain by accumulating only the three-dimensional error ε that is equal to or less than the threshold ε th .

Figure 0006747038
Figure 0006747038

そして、評価部６０４は、例えば、下記式（１３）を用いて、評価値Ｅ（ｐ）を最小化するような、補正パラメータｐの値を探索する。ただし、補正パラメータｐを「ｐ＝（φt，φr）」とする。補正パラメータｐの初期値ｐ0は、「ｐ0＝（０，０）」、あるいは、解析的な手法により推定した値に設定される。 Then, the evaluation unit 604 searches for a value of the correction parameter p that minimizes the evaluation value E(p) using the following expression (13), for example. However, the correction parameter p is “p=(φ t , φ r )”. The initial value p 0 of the correction parameter p is set to “p 0 =(0,0)” or a value estimated by an analytical method.

Figure 0006747038
Figure 0006747038

ここで、図９を用いて、評価値Ｅ（ｐ）を最小化する補正パラメータｐの探索例について説明する。 Here, a search example of the correction parameter p that minimizes the evaluation value E(p) will be described with reference to FIG. 9.

図９は、補正パラメータｐの探索例を示す説明図である。図９において、グラフ９００は、φtとφrとの組み合わせに応じて変化する評価値Ｅ（ｐ）の大きさを表す。ここでは、評価部６０４は、Ｎｅｌｄｅｒ−Ｍｅａｄ法を用いて、補正パラメータｐの値を微少に変化させながら、評価値Ｅ（ｐ）を最小化する補正パラメータｐの値（図９中、「ｐ＾」）を探索する。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing a search example of the correction parameter p. In FIG. 9, a graph 900 represents the magnitude of the evaluation value E(p) that changes depending on the combination of φ t and φ r . Here, the evaluation unit 604 uses the Nelder-Mead method to slightly change the value of the correction parameter p and minimizes the evaluation value E(p). ^").

より詳細に説明すると、評価部６０４は、評価値Ｅ（ｐ）の大きさがグラフ９００の谷に向かうように、補正パラメータｐの値を微少に変化させていく。すなわち、評価部６０４が、補正パラメータｐの値を更新するたびに、算出部６０２、対応付け部６０３が上述した処理を行う。そして、評価部６０４は、評価値Ｅ（ｐ）の大きさの変化量（減少量）が閾値未満となったら収束したと判断し、そのときの補正パラメータｐの値を、評価値Ｅ（ｐ）を最小化する補正パラメータｐ＾とする。 More specifically, the evaluation unit 604 slightly changes the value of the correction parameter p so that the magnitude of the evaluation value E(p) moves toward the valley of the graph 900. That is, every time the evaluation unit 604 updates the value of the correction parameter p, the calculation unit 602 and the association unit 603 perform the processing described above. Then, the evaluation unit 604 determines that the amount of change (amount of decrease) in the magnitude of the evaluation value E(p) has converged when it is less than the threshold value, and the value of the correction parameter p at that time is set to the evaluation value E(p ) Is a correction parameter p^ that minimizes.

これにより、各計測点Ｐの３次元座標Ｍ’Cとの差を最小化するような補正パラメータｐの値を算出することができる。 This makes it possible to calculate the value of the correction parameter p that minimizes the difference between each measurement point P and the three-dimensional coordinate M′ C.

なお、ここでは、補正パラメータｐの値を微少に変化させながら、グラフ９００の谷となる補正パラメータｐ＾を探索する場合を例に挙げて説明したが、これに限らない。例えば、評価部６０４は、φtとφrとの様々な組み合わせについて、評価値Ｅ（ｐ）の大きさを事前に計算し、評価値Ｅ（ｐ）の大きさが最小となるときの組み合わせを、補正パラメータｐ＾とすることにしてもよい。 Note that, here, the case where the correction parameter p^ which becomes the valley of the graph 900 is searched while slightly changing the value of the correction parameter p has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the evaluation unit 604 calculates in advance the magnitude of the evaluation value E(p) for various combinations of φ t and φ r, and combines the values when the magnitude of the evaluation value E(p) becomes the minimum. May be set as the correction parameter p^.

図６の説明に戻り、生成部６０５は、算出された補正パラメータｐの値に基づいて、３次元モデルＱを生成する。ここで、３次元モデルＱは、情報処理装置１００の周囲環境を表す３次元モデルであり、測定装置１０２の傾斜角（チルト傾斜角φt、ロール傾斜角φr）を反映した校正済みの各計測点Ｐの３次元座標ＭCを含む情報である。 Returning to the description of FIG. 6, the generation unit 605 generates the three-dimensional model Q based on the calculated value of the correction parameter p. Here, the three-dimensional model Q is a three-dimensional model representing the surrounding environment of the information processing apparatus 100, and each calibrated reflecting the tilt angle (tilt tilt angle φ t , roll tilt angle φ r ) of the measuring apparatus 102. This is information including the three-dimensional coordinates M C of the measurement point P.

具体的には、例えば、生成部６０５は、全周のレンジデータ群から、有効範囲を用いて測定された計測点Ｐの距離（測拒値Ｌ）と測距方向（θh，θv）とを対応付けて表すレンジデータＬ（θh，θv）を取得する。そして、生成部６０５は、取得したレンジデータと、算出された補正パラメータｐ（ｐ＝（φt，φr））の値とに基づいて、上記式（１）〜（４）を用いて、計測点Ｐの３次元座標ＭCを算出する。 Specifically, for example, the generation unit 605, from the range data group of the entire circumference, the distance (measurement refusal value L) of the measurement point P measured using the effective range and the distance measurement direction (θ h , θ v ). The range data L(θ h , θ v ) that represents and are associated with each other is acquired. Then, the generation unit 605 uses the above formulas (1) to (4) based on the acquired range data and the calculated value of the correction parameter p (p=(φ t ,φ r )), The three-dimensional coordinate M C of the measurement point P is calculated.

３次元座標ＭCの算出は、例えば、全周のレンジデータ群のうちの有効範囲を用いて距離が測定された全てのレンジデータＬ（θh，θv）について行われる。これにより、測定装置１０２により有効範囲を用いて距離が測定された各計測点Ｐの３次元座標ＭCを含む３次元モデルＱを生成することができる。 The calculation of the three-dimensional coordinate M C is performed, for example, for all range data L(θ h , θ v ) whose distance is measured using the effective range of the range data group of the entire circumference. Accordingly, it is possible to generate the three-dimensional model Q including the three-dimensional coordinates M C of each measurement point P whose distance is measured by the measuring device 102 using the effective range.

出力部６０６は、生成された３次元モデルＱを出力する。出力部６０６の出力形式としては、例えば、Ｉ／Ｆ５０３による外部のコンピュータへの送信、メモリ５０２への記憶、不図示のディスプレイへの表示、不図示のプリンタへの印刷出力などがある。 The output unit 606 outputs the generated three-dimensional model Q. The output format of the output unit 606 includes, for example, transmission by an I/F 503 to an external computer, storage in the memory 502, display on a display (not shown), and print output to a printer (not shown).

なお、上述した説明では、有効範囲または冗長範囲のいずれか一方の範囲として、「冗長範囲」を例に挙げて説明したが、一方の範囲を「有効範囲」とし、他方の範囲を「冗長範囲」とすることにしてもよい。ただし、この場合、冗長範囲に死角部分があれば、対応する冗長データがない有効データについても処理（探索）することになる。このため、一方の範囲を「冗長範囲」とし、他方の範囲を「有効範囲」とするほうが処理効率的に望ましいといえる。 In the above description, the “redundant range” is described as an example of either the effective range or the redundant range, but one range is set as the “effective range” and the other range is set as the “redundant range”. It may be decided to say. However, in this case, if there is a blind spot in the redundant range, valid data without corresponding redundant data will be processed (searched). Therefore, it can be said that it is desirable in terms of processing efficiency to set one range as a "redundant range" and the other range as an "effective range".

（情報処理装置１００のキャリブレーション処理手順）
つぎに、図１０および図１１を用いて、情報処理装置１００のキャリブレーション処理手順について説明する。 (Calibration procedure of information processing apparatus 100)
Next, a calibration processing procedure of the information processing device 100 will be described with reference to FIGS. 10 and 11.

図１０および図１１は、情報処理装置１００のキャリブレーション処理手順の一例を示すフローチャートである。図１０のフローチャートにおいて、まず、情報処理装置１００は、駆動装置１０１により測定装置１０２を回転させて距離を測定することにより、全周（０°≦θh＜３６０°、０°≦θv＜３６０°（ただし、死角部分を除く））のレンジデータ群を取得する（ステップＳ１００１）。 10 and 11 are flowcharts showing an example of the calibration processing procedure of the information processing apparatus 100. In the flowchart of FIG. 10, first, the information processing apparatus 100 measures the distance by rotating the measuring device 102 by the driving device 101, and thereby the entire circumference (0°≦θ h <360°, 0°≦θ v < A range data group of 360° (excluding the blind spot portion) is acquired (step S1001).

そして、情報処理装置１００は、補正パラメータｐの初期値ｐ0を設定する（ステップＳ１００２）。ただし、補正パラメータｐを「ｐ＝（φt，φr）」とする。初期値ｐ0としては、例えば、「ｐ0＝（０，０）」、あるいは、解析的な手法により推定した値が設定される。 Then, the information processing apparatus 100 sets the initial value p 0 of the correction parameter p (step S1002). However, the correction parameter p is “p=(φ t , φ r )”. As the initial value p 0 , for example, “p 0 =(0,0)” or a value estimated by an analytical method is set.

つぎに、情報処理装置１００は、取得した全周のレンジデータ群から、未選択の冗長データＬ（θh，θv）を選択する（ステップＳ１００３）。そして、情報処理装置１００は、選択した冗長データＬ（θh，θv）に基づいて、上記式（１）〜（４）を用いて、計測点Ｐの３次元座標ＭCを算出する（ステップＳ１００４）。 Next, the information processing apparatus 100 selects the unselected redundant data L(θ h , θ v ) from the acquired all-round range data group (step S1003). Then, the information processing apparatus 100 calculates the three-dimensional coordinate M C of the measurement point P using the above equations (1) to (4) based on the selected redundant data L(θ h , θ v )( Step S1004).

つぎに、情報処理装置１００は、冗長データＬ（θh，θv）に基づいて、上記式（５）および（６）を用いて、有効範囲を用いて計測点Ｐの距離（測距値Ｌ’）が測定されたときの測距方向（水平インデックス：θ’h，垂直インデックス：θ’v）を推定する（ステップＳ１００５）。そして、情報処理装置１００は、推定した測距方向（θ’h，θ’v）に基づいて、全周のレンジデータ群から、冗長データＬ（θh，θv）に対応する有効データＬ（θ’h，θ’v）を取得する（ステップＳ１００６）。 Next, the information processing apparatus 100 uses the effective range based on the redundant data L(θ h , θ v ) and uses the above equations (5) and (6) to measure the distance (distance measurement value) of the measurement point P. The distance measurement direction (horizontal index: θ′ h , vertical index: θ′ v ) when L′) is measured is estimated (step S1005). Then, the information processing apparatus 100, based on the estimated distance measuring direction (θ′ h , θ′ v ), selects the effective data L corresponding to the redundant data L (θ h , θ v ) from the range data group of the entire circumference. (θ 'h, θ' v ) to get (step S1006).

つぎに、情報処理装置１００は、取得した有効データＬ（θ’h，θ’v）に基づいて、上記式（７）〜（１０）を用いて、計測点Ｐの３次元座標Ｍ’Cを算出する（ステップＳ１００７）。そして、情報処理装置１００は、計測点Ｐの３次元座標ＭCと、算出した計測点Ｐの３次元座標Ｍ’Cとを対応付ける（ステップＳ１００８）。 Next, the information processing apparatus 100 uses the above equations (7) to (10) based on the acquired effective data L(θ′ h , θ′ v ) to calculate the three-dimensional coordinates M′ C of the measurement point P. Is calculated (step S1007). Then, the information processing apparatus 100 associates the three-dimensional coordinates M C of the measurement point P with the calculated three-dimensional coordinates M′ C of the measurement point P (step S1008).

つぎに、情報処理装置１００は、全周のレンジデータ群から選択されていない未選択の冗長データＬ（θh，θv）があるか否かを判断する（ステップＳ１００９）。ここで、未選択の冗長データＬ（θh，θv）がある場合（ステップＳ１００９：Ｙｅｓ）、情報処理装置１００は、ステップＳ１００３に戻る。 Next, the information processing apparatus 100 determines whether or not there is unselected redundant data L(θ h , θ v ) that has not been selected from the range data group of the entire circumference (step S1009). Here, if there is unselected redundant data L(θ h , θ v ) (step S1009: Yes), the information processing apparatus 100 returns to step S1003.

一方、未選択の冗長データＬ（θh，θv）がない場合（ステップＳ１００９：Ｎｏ）、情報処理装置１００は、図１１に示すステップＳ１１０１に移行する。 On the other hand, when there is no unselected redundant data L(θ h , θ v ) (step S1009: No), the information processing apparatus 100 proceeds to step S1101 shown in FIG.

図１１のフローチャートにおいて、まず、情報処理装置１００は、上記式（１１）を用いて、ステップＳ１００８において対応付けた３次元座標ＭCと３次元座標Ｍ’Cとの各ペアの３次元誤差εをそれぞれ算出する（ステップＳ１１０１）。つぎに、情報処理装置１００は、算出した各ペアの３次元誤差εに基づいて、上記式（１２）を用いて、評価値Ｅ（ｐ）を算出する（ステップＳ１１０２）。 In the flowchart of FIG. 11, first, the information processing apparatus 100 uses the above equation (11) to calculate the three-dimensional error ε of each pair of the three-dimensional coordinate M C and the three-dimensional coordinate M′ C associated in step S1008. Are calculated respectively (step S1101). Next, the information processing apparatus 100 calculates the evaluation value E(p) using the above equation (12) based on the calculated three-dimensional error ε of each pair (step S1102).

そして、情報処理装置１００は、評価値Ｅ（ｐ）を最小化するように、補正パラメータｐの値を微少に変化させて、補正パラメータｐの値を更新する（ステップＳ１１０３）。つぎに、情報処理装置１００は、評価値Ｅ（ｐ）の大きさの変化量（減少量）が収束したか否かを判断する（ステップＳ１１０４）。 Then, the information processing apparatus 100 slightly changes the value of the correction parameter p so as to minimize the evaluation value E(p), and updates the value of the correction parameter p (step S1103). Next, the information processing apparatus 100 determines whether or not the amount of change (the amount of decrease) in the magnitude of the evaluation value E(p) has converged (step S1104).

ここで、収束していない場合（ステップＳ１１０４：Ｎｏ）、情報処理装置１００は、図１０に示したステップＳ１００３に戻る。一方、収束した場合（ステップＳ１１０４：Ｙｅｓ）、情報処理装置１００は、更新した補正パラメータｐ（ｐ＝（φt，φr））の値に基づいて、３次元モデルＱを生成するモデル生成処理を実行する（ステップＳ１１０５）。 Here, when it has not converged (step S1104: No), the information processing apparatus 100 returns to step S1003 shown in FIG. On the other hand, when it converges (step S1104: Yes), the information processing apparatus 100 generates a three-dimensional model Q based on the updated correction parameter p (p=(φ t ,φ r )). Is executed (step S1105).

なお、モデル生成処理の具体的な処理手順については、図１２を用いて後述する。 The specific processing procedure of the model generation processing will be described later with reference to FIG.

そして、情報処理装置１００は、生成した３次元モデルＱを出力して（ステップＳ１１０６）、本フローチャートによる一連の処理を終了する。これにより、駆動装置１０１に取り付ける際の組み立て誤差により生じる測定装置１０２の正規姿勢からの傾斜に伴う計測誤差を自動校正することができる。 Then, the information processing apparatus 100 outputs the generated three-dimensional model Q (step S1106) and ends the series of processes according to this flowchart. As a result, it is possible to automatically calibrate the measurement error due to the inclination of the measuring device 102 from the normal posture caused by the assembly error when the device is attached to the driving device 101.

つぎに、図１２を用いて、図１１に示したステップＳ１１０５のモデル生成処理の具体的な処理手順について説明する。 Next, a specific processing procedure of the model generation processing in step S1105 shown in FIG. 11 will be described with reference to FIG.

図１２は、モデル生成処理の具体的処理手順の一例を示すフローチャートである。図１２のフローチャートにおいて、まず、情報処理装置１００は、全周のレンジデータ群を取得する（ステップＳ１２０１）。そして、情報処理装置１００は、水平インデックス（回転角）：θhを「０」とし、３次元モデルＱを｛｝とする（ステップＳ１２０２）。 FIG. 12 is a flowchart showing an example of a specific processing procedure of the model generation processing. In the flowchart of FIG. 12, first, the information processing apparatus 100 acquires a range data group of the entire circumference (step S1201). Then, the information processing apparatus 100 sets the horizontal index (rotation angle): θ h to “0” and sets the three-dimensional model Q to {} (step S1202).

つぎに、情報処理装置１００は、垂直インデックス（チルト角）：θvを「０」とする（ステップＳ１２０３）。そして、情報処理装置１００は、上記式（１）〜（４）を用いて、レンジデータＬ（θh，θv）と補正パラメータｐ（ｐ＝（φt，φr））の値とに基づいて、３次元座標Ｍcを算出する（ステップＳ１２０４）。 Next, the information processing apparatus 100 sets the vertical index (tilt angle): θ v to “0” (step S1203). Then, the information processing apparatus 100 uses the above equations (1) to (4) to obtain the range data L(θ h , θ v ) and the value of the correction parameter p (p=(φ t ,φ r )). Based on this, the three-dimensional coordinate M c is calculated (step S1204).

つぎに、情報処理装置１００は、算出した３次元座標Ｍcを３次元モデルＱ｛｝に追加する（ステップＳ１２０５）。そして、情報処理装置１００は、垂直インデックス：θvを「θv＋Δθv」として（ステップＳ１２０６）、θvが１８０°よりも大きくなったか否かを判断する（ステップＳ１２０７）。ただし，Δθvは，垂直インデックス：θvにおける増分である。 Next, the information processing apparatus 100 adds the calculated three-dimensional coordinates M c to the three-dimensional model Q{} (step S1205). Then, the information processing apparatus 100 sets the vertical index: θ v to “θ v +Δθ v ”(step S1206), and determines whether θ v is larger than 180° (step S1207). However, Δθ v is the increment in the vertical index: θ v .

ここで、θvが１８０°以下の場合（ステップＳ１２０７：Ｎｏ）、情報処理装置１００は、ステップＳ１２０４に戻る。一方、θvが１８０°より大きい場合（ステップＳ１２０７：Ｙｅｓ）、情報処理装置１００は、水平インデックス：θhを「θh＋Δθh」として（ステップＳ１２０８）、θhが３６０°以上となったか否かを判断する（ステップＳ１２０９）。ただし，Δθhは，水平インデックス：θhにおける増分である。 Here, when θ v is 180° or less (step S1207: No), the information processing apparatus 100 returns to step S1204. On the other hand, when θ v is larger than 180° (step S1207: Yes), the information processing apparatus 100 sets the horizontal index: θ h to “θ h +Δθ h ”(step S1208) and determines whether θ h is 360° or more. It is determined whether or not (step S1209). However, Δθ h is the increment in the horizontal index: θ h .

ここで、θhが３６０°未満の場合（ステップＳ１２０９：Ｎｏ）、情報処理装置１００は、ステップＳ１２０３に戻る。一方、θhが３６０°以上の場合（ステップＳ１２０９：Ｙｅｓ）、情報処理装置１００は、モデル生成処理を呼び出したステップに戻る。 Here, when θ h is less than 360° (step S1209: No), the information processing apparatus 100 returns to step S1203. On the other hand, when θ h is 360° or more (step S1209: Yes), the information processing apparatus 100 returns to the step of calling the model generation process.

これにより、測定装置１０２の傾斜角（チルト傾斜角φt、ロール傾斜角φr）を反映した校正済みの各計測点Ｐの３次元座標ＭCを含む３次元モデルＱを生成することができる。 Accordingly, it is possible to generate the three-dimensional model Q including the three-dimensional coordinate M C of each calibrated measurement point P that reflects the tilt angle (tilt tilt angle φ t , roll tilt angle φ r ) of the measuring device 102. ..

以上説明したように、実施の形態にかかる情報処理装置１００によれば、測定装置１０２の傾斜角を表す補正パラメータｐを含む計測モデルＭＬを用いて、測定装置１０２の冗長範囲を用いて距離が測定された各計測点Ｐの３次元座標ＭCを算出することができる。また、情報処理装置１００によれば、冗長範囲を用いて計測点Ｐの距離（測距値Ｌ）が測定されたときの測距方向（θh，θv）に基づいて、有効範囲を用いて計測点Ｐの距離（測距値Ｌ’）が測定されたときの測距方向（θ’h，θ’v）を推定することができる。また、情報処理装置１００によれば、推定した測距方向（θ’h，θ’v）に基づいて、計測モデルＭＬを用いて、有効範囲を用いて距離が測定された各計測点Ｐの３次元座標Ｍ’Cを算出することができる。そして、情報処理装置１００によれば、算出した各計測点Ｐの３次元座標ＭCと各計測点Ｐの３次元座標Ｍ’Cとの差を表す３次元誤差εを最小化するように、補正パラメータｐの値を算出することができる。 As described above, according to the information processing apparatus 100 according to the embodiment, the measurement model ML including the correction parameter p representing the tilt angle of the measuring apparatus 102 is used to measure the distance using the redundant range of the measuring apparatus 102. It is possible to calculate the three-dimensional coordinate M C of each measured measurement point P. Further, according to the information processing apparatus 100, the effective range is used based on the distance measurement direction (θ h , θ v ) when the distance (distance measurement value L) of the measurement point P is measured using the redundant range. Thus, the distance measurement direction (θ′ h , θ′ v ) when the distance of the measurement point P (distance measurement value L′) is measured can be estimated. In addition, according to the information processing apparatus 100, the measurement model ML is used based on the estimated distance measurement direction (θ′ h , θ′ v ) to measure the distance of each measurement point P using the effective range. The three-dimensional coordinate M′ C can be calculated. Then, according to the information processing device 100, the three-dimensional error ε representing the difference between the calculated three-dimensional coordinate M C of each measurement point P and the three-dimensional coordinate M′ C of each measurement point P is minimized. The value of the correction parameter p can be calculated.

これにより、測定装置１０２を駆動装置１０１に取り付ける際の組み立て誤差により生じる、測定装置１０２の正規姿勢からの傾斜（ズレ）に伴う計測誤差を自動校正することが可能となる。 As a result, it is possible to automatically calibrate a measurement error that is caused by an assembly error when the measurement device 102 is attached to the drive device 101 and that is caused by an inclination (deviation) of the measurement device 102 from the normal posture.

また、情報処理装置１００は、測定装置１０２のチルト傾斜角φtおよび／またはロール傾斜角φrを補正パラメータｐとして用いることができる。これにより、計測誤差の要因となるチルト傾斜角φtおよび／またはロール傾斜角φrを考慮して、測定装置１０２の正規姿勢からの傾斜に伴う計測誤差を自動校正することが可能となる。 Further, the information processing apparatus 100 can use the tilt inclination angle φ t and/or the roll inclination angle φ r of the measuring apparatus 102 as the correction parameter p. Accordingly, in consideration of the factors become tilt inclination angle phi t and / or roll inclination angle phi r of measurement errors, it is possible to automatically calibrate the measurement error due to the inclination of the normal posture of the measuring device 102.

一例として、測定装置１０２のチルト傾斜角φtが「φt＝１．１７°」で、ロール傾斜角φrが「φr＝−０．３３°」の状態から、測定装置１０２の下にスペーサを入れて、ロール傾斜角φrをさらに「３．８５°」上げた場合を想定する。この場合、情報処理装置１００により、補正パラメータｐとして「ｐ＝（φt，φr）＝（１．２１°，３．５７°）」が得られた。これは、スペーサを入れる前の状態からの差分が（＋０．０４°，＋３．９０°）となっており、誤差が（＋０．０４°，＋０．０５°）で０．１°の精度でキャリブレーション可能であることがわかる。 As an example, from the state where the tilt inclination angle φ t of the measuring device 102 is “φ t =1.17°” and the roll inclination angle φ r is “φ r =−0.33°”, It is assumed that the spacer is inserted and the roll inclination angle φ r is further increased by “3.85°”. In this case, the information processing apparatus 100 obtained “p=(φ t , φ r )=(1.21°, 3.57°)” as the correction parameter p. This is because the difference from the state before inserting the spacer is (+0.04°, +3.90°), and the error is (+0.04°, +0.05°) with an accuracy of 0.1°. It turns out that calibration is possible.

また、情報処理装置１００は、算出した補正パラメータｐの値に基づいて、計測モデルＭＬを用いて、有効範囲を用いて距離が測定された各計測点Ｐの３次元座標ＭCを含む３次元モデルＱを生成して出力することができる。これにより、測定装置１０２の傾斜角（チルト傾斜角φt、ロール傾斜角φr）を反映した校正済みの計測点Ｐの３次元座標群を含む３次元モデルＱを生成することができる。 In addition, the information processing apparatus 100 uses the measurement model ML based on the calculated value of the correction parameter p, and the three-dimensional coordinate including the three-dimensional coordinate M C of each measurement point P whose distance is measured using the effective range. The model Q can be generated and output. Accordingly, it is possible to generate the three-dimensional model Q including the three-dimensional coordinate group of the calibrated measurement point P that reflects the tilt angle (tilt tilt angle φ t , roll tilt angle φ r ) of the measuring device 102.

これらのことから、情報処理装置１００によれば、環境の３次元構造に関する何らかの知識（ターゲット、平面など）を必要とすることなく、任意の３次元構造の環境で、測定装置１０２の正規姿勢からの傾斜（ズレ）に伴う計測誤差を自動校正することができる。また、キャリブレーションが適用可能な環境条件や計測条件に関する制約を緩和しつつ、計測精度および利便性を向上させることができる。 From these facts, according to the information processing apparatus 100, the normal posture of the measuring apparatus 102 can be set in an environment of an arbitrary three-dimensional structure without any knowledge (target, plane, etc.) about the three-dimensional structure of the environment. It is possible to automatically calibrate the measurement error due to the inclination (deviation) of. In addition, it is possible to improve measurement accuracy and convenience while relaxing restrictions on environmental conditions and measurement conditions to which calibration can be applied.

なお、本実施の形態で説明したキャリブレーション方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。本キャリブレーションプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。また、本キャリブレーションプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布してもよい。 The calibration method described in the present embodiment can be realized by executing a prepared program on a computer such as a personal computer or a workstation. The calibration program is recorded in a computer-readable recording medium such as a hard disk, a flexible disk, a CD-ROM, an MO (Magneto-Optical disk), a DVD (Digital Versatile Disk), or a USB (Universal Serial Bus) memory. It is executed by being read from the recording medium by the computer. The calibration program may be distributed via a network such as the Internet.

上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。 Regarding the above-described embodiment, the following additional notes are further disclosed.

（付記１）回転軸を中心にパン方向に回転する駆動装置と、
前記駆動装置に取り付けられて前記回転軸を中心として円軌道に沿って移動される状態で、前記パン方向に垂直なチルト方向に走査しながら光を物体に向けて照射して自装置から前記物体までの距離を測定する測定装置と、
前記測定装置の傾斜角を表す補正パラメータを含み、前記測定装置により測定される距離と測距方向から計測点の３次元座標を導出する計測モデルを用いて、前記測定装置が光を照射する範囲のうちの前記チルト方向に０〜１８０度の有効範囲または前記チルト方向に１８０〜３６０度の冗長範囲のいずれか一方の範囲を用いて距離が測定された各点の３次元座標を算出し、
前記一方の範囲を用いて前記各点の距離が測定されたときの測距方向に基づいて、前記有効範囲または前記冗長範囲のうちの他方の範囲を用いて前記各点の距離が測定されたときの測距方向を推定し、
推定した前記測距方向に基づいて、前記計測モデルを用いて、前記他方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標を算出し、
前記一方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標と、前記他方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標との差を最小化するように、前記補正パラメータの値を算出する制御装置と、
を有することを特徴とする情報処理装置。 (Supplementary Note 1) A drive device that rotates in a pan direction around a rotation axis,
The object is radiated toward an object while scanning in a tilt direction perpendicular to the pan direction while being attached to the drive device and moved along a circular orbit about the rotation axis, and the object is emitted from the device itself. A measuring device that measures the distance to
A range in which the measurement device emits light using a measurement model that includes a correction parameter that represents the tilt angle of the measurement device and that derives three-dimensional coordinates of the measurement point from the distance and the distance measurement direction measured by the measurement device. Of the effective range of 0 to 180 degrees in the tilt direction or the redundant range of 180 to 360 degrees in the tilt direction, the three-dimensional coordinate of each point whose distance is measured is calculated.
Based on the distance measuring direction when the distance of each of the points is measured using the one range, the distance of each of the points is measured using the other range of the effective range or the redundant range. When estimating the distance measurement direction,
Based on the estimated distance measuring direction, using the measurement model, calculates the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the other range,
In order to minimize the difference between the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the one range and the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the other range, A control device for calculating the value of the correction parameter,
An information processing device comprising:

（付記２）前記補正パラメータは、前記測定装置のチルト傾斜角および／またはロール傾斜角を表すパラメータである、ことを特徴とする付記１に記載の情報処理装置。 (Supplementary Note 2) The information processing apparatus according to Supplementary note 1, wherein the correction parameter is a parameter indicating a tilt inclination angle and/or a roll inclination angle of the measuring apparatus.

（付記３）前記制御装置は、
算出した前記補正パラメータの値に基づいて、前記計測モデルを用いて、前記有効範囲を用いて距離が測定された各点の３次元座標を含む３次元モデルを生成し、
生成した前記３次元モデルを出力する、ことを特徴とする付記１または２に記載の情報処理装置。 (Supplementary Note 3) The control device is
On the basis of the calculated value of the correction parameter, the measurement model is used to generate a three-dimensional model including three-dimensional coordinates of each point whose distance is measured using the effective range,
The information processing apparatus according to appendix 1 or 2, wherein the generated three-dimensional model is output.

（付記４）前記チルト傾斜角は、前記チルト方向に０度のときに光を照射する方向の前記回転軸に対する角度を表し、
前記チルト方向は、チルト軸を中心に回転する方向であり、
前記ロール傾斜角は、前記回転軸に垂直な面に対する前記チルト軸の角度を表す、ことを特徴とする付記２に記載の情報処理装置。 (Supplementary Note 4) The tilt tilt angle represents an angle with respect to the rotation axis in a direction of emitting light when the tilt direction is 0°,
The tilt direction is a direction of rotation about the tilt axis,
The information processing apparatus according to appendix 2, wherein the roll inclination angle represents an angle of the tilt axis with respect to a plane perpendicular to the rotation axis.

（付記５）回転軸を中心にパン方向に回転する駆動装置と、前記駆動装置に取り付けられて前記回転軸を中心として円軌道に沿って移動される状態で、前記パン方向に垂直なチルト方向に走査しながら光を物体に向けて照射して自装置から前記物体までの距離を測定する測定装置と、を有する情報処理装置のコンピュータが、
前記測定装置の傾斜角を表す補正パラメータを含み、前記測定装置により測定される距離と測距方向から計測点の３次元座標を導出する計測モデルを用いて、前記測定装置が光を照射する範囲のうちの前記チルト方向に０〜１８０度の有効範囲または前記チルト方向に１８０〜３６０度の冗長範囲のいずれか一方の範囲を用いて距離が測定された各点の３次元座標を算出し、
前記一方の範囲を用いて前記各点の距離が測定されたときの測距方向に基づいて、前記有効範囲または前記冗長範囲のうちの他方の範囲を用いて前記各点の距離が測定されたときの測距方向を推定し、
推定した前記測距方向に基づいて、前記計測モデルを用いて、前記他方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標を算出し、
前記一方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標と、前記他方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標との差を最小化するように、前記補正パラメータの値を算出する、
処理を実行することを特徴とするキャリブレーション方法。 (Supplementary Note 5) A drive device that rotates in a pan direction around a rotation axis, and a tilt direction that is perpendicular to the pan direction in a state where the drive device is attached to the drive device and moves along a circular orbit around the rotation axis. A computer of an information processing device having a measuring device that measures the distance from the device to the object by irradiating the object with light while scanning the
A range in which the measurement device emits light using a measurement model that includes a correction parameter that represents the tilt angle of the measurement device and that derives three-dimensional coordinates of the measurement point from the distance and the distance measurement direction measured by the measurement device. Of the effective range of 0 to 180 degrees in the tilt direction or the redundant range of 180 to 360 degrees in the tilt direction, the three-dimensional coordinate of each point whose distance is measured is calculated.
Based on the distance measuring direction when the distance of each of the points is measured using the one range, the distance of each of the points is measured using the other range of the effective range or the redundant range. When estimating the distance measurement direction,
Based on the estimated distance measuring direction, using the measurement model, calculates the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the other range,
In order to minimize the difference between the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the one range and the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the other range, Calculating the value of the correction parameter,
A calibration method characterized by executing processing.

（付記６）回転軸を中心にパン方向に回転する駆動装置と、前記駆動装置に取り付けられて前記回転軸を中心として円軌道に沿って移動される状態で、前記パン方向に垂直なチルト方向に走査しながら光を物体に向けて照射して自装置から前記物体までの距離を測定する測定装置と、を有する情報処理装置のコンピュータに、
前記測定装置の傾斜角を表す補正パラメータを含み、前記測定装置により測定される距離と測距方向から計測点の３次元座標を導出する計測モデルを用いて、前記測定装置が光を照射する範囲のうちの前記チルト方向に０〜１８０度の有効範囲または前記チルト方向に１８０〜３６０度の冗長範囲のいずれか一方の範囲を用いて距離が測定された各点の３次元座標を算出し、
前記一方の範囲を用いて前記各点の距離が測定されたときの測距方向に基づいて、前記有効範囲または前記冗長範囲のうちの他方の範囲を用いて前記各点の距離が測定されたときの測距方向を推定し、
推定した前記測距方向に基づいて、前記計測モデルを用いて、前記他方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標を算出し、
前記一方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標と、前記他方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標との差を最小化するように、前記補正パラメータの値を算出する、
処理を実行させることを特徴とするキャリブレーションプログラム。 (Supplementary Note 6) A drive device that rotates in a pan direction around a rotation axis, and a tilt direction that is perpendicular to the pan direction in a state where the drive device is attached to the drive device and moves along a circular path around the rotation axis. A computer of an information processing device having a measuring device that measures the distance from the device to the object by irradiating light toward the object while scanning the
A range in which the measurement device emits light using a measurement model that includes a correction parameter that represents the tilt angle of the measurement device and that derives three-dimensional coordinates of the measurement point from the distance and the distance measurement direction measured by the measurement device. Of the effective range of 0 to 180 degrees in the tilt direction or the redundant range of 180 to 360 degrees in the tilt direction, the three-dimensional coordinate of each point whose distance is measured is calculated.
Based on the distance measuring direction when the distance of each of the points is measured using the one range, the distance of each of the points is measured using the other range of the effective range or the redundant range. When estimating the distance measurement direction,
Based on the estimated distance measuring direction, using the measurement model, calculates the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the other range,
In order to minimize the difference between the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the one range and the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the other range, Calculating the value of the correction parameter,
A calibration program that executes processing.

１００ 情報処理装置
１０１ 駆動装置
１０２ 測定装置
１０３ 制御装置
１１０ 回転軸
１２０ チルト軸
５００ バス
５０１ ＣＰＵ
５０２ メモリ
５０３ Ｉ／Ｆ
５１１ 発光部
５１２ 受光部
５１３ 駆動部
５１４ センサ制御部
６０１ 取得部
６０２ 算出部
６０３ 対応付け部
６０４ 評価部
６０５ 生成部
６０６ 出力部
９００ グラフ 100 Information Processing Device 101 Driving Device 102 Measuring Device 103 Control Device 110 Rotation Axis 120 Tilt Axis 500 Bus 501 CPU
502 Memory 503 I/F
511 Light emitting unit 512 Light receiving unit 513 Driving unit 514 Sensor control unit 601 Acquisition unit 602 Calculation unit 603 Corresponding unit 604 Evaluation unit 605 Generation unit 606 Output unit 900 Graph

Claims (4)

回転軸を中心にパン方向に回転する駆動装置と、
前記回転軸に対してチルト軸が垂直となるように前記駆動装置に取り付けられて前記回転軸を中心として円軌道に沿って移動される状態で、前記チルト軸を中心に回転する光学系により、前記チルト軸を中心に回転する方向であるチルト方向に走査しながらレーザを物体に向けて照射して自装置から前記物体までの距離を測定する測定装置と、
前記回転軸に対する前記チルト方向の回転角であるチルト角が０度のときのレーザを照射する方向の前記回転軸に対する角度を示す前記測定装置のチルト傾斜角、および／または、前記回転軸に垂直な面に対する前記チルト軸の角度を示す前記測定装置のロール傾斜角を表す補正パラメータを含み、前記測定装置により測定される距離と測距方向から計測点の３次元座標を導出する計測モデルを用いて、前記測定装置がレーザを照射する範囲のうち、前記回転軸に対する前記チルト方向の回転角であるチルト角が、０〜１８０度の有効範囲または１８０〜３６０度の冗長範囲のいずれか一方の範囲を用いて距離が測定された各点の３次元座標を算出し、
前記一方の範囲を用いて前記各点の距離が測定されたときの測距方向に基づいて、前記有効範囲または前記冗長範囲のうちの他方の範囲を用いて前記各点の距離が測定されたときの測距方向を推定し、
推定した前記測距方向に基づいて、前記計測モデルを用いて、前記他方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標を算出し、
前記一方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標と、前記他方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標との差を最小化するように、前記補正パラメータの値を算出する制御装置と、
を有することを特徴とする情報処理装置。 A drive device that rotates in the pan direction around the rotation axis,
An optical system that rotates about the tilt axis in a state where it is attached to the drive device so that the tilt axis is perpendicular to the rotation axis and is moved along a circular orbit about the rotation axis , A measuring device that measures the distance from the device to the object by irradiating a laser with an object while scanning in a tilt direction that is a direction of rotation around the tilt axis .
The tilt angle of the measuring device, which indicates the angle with respect to the rotation axis in the direction of irradiating the laser when the tilt angle that is the rotation angle in the tilt direction with respect to the rotation axis is 0 degree , and/or is perpendicular to the rotation axis. Using a measurement model that includes a correction parameter that represents the roll tilt angle of the measuring device that indicates the angle of the tilt axis with respect to another plane, and that derives the three-dimensional coordinates of the measurement point from the distance and the distance measurement direction measured by the measuring device. Te, within the range of the measuring device irradiates the laser, the tilt angle is a rotation angle of the tilt direction with respect to the axis of rotation, either the scope or 1 80-360 degrees redundancy range of 0 to 180 degrees Calculate the three-dimensional coordinates of each point whose distance is measured using the range of
Based on the distance measuring direction when the distance of each of the points is measured using the one range, the distance of each of the points is measured using the other range of the effective range or the redundant range. Estimate the distance measurement direction when
Based on the estimated distance measuring direction, the measurement model is used to calculate the three-dimensional coordinates of each of the points whose distances are measured using the other range,
In order to minimize the difference between the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the one range and the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the other range, A control device for calculating the value of the correction parameter,
An information processing device comprising: 前記制御装置は、 The control device is
算出した前記補正パラメータの値に基づいて、前記計測モデルを用いて、前記有効範囲を用いて距離が測定された各点の３次元座標を含む３次元モデルを生成し、 On the basis of the calculated value of the correction parameter, the measurement model is used to generate a three-dimensional model including three-dimensional coordinates of each point whose distance is measured using the effective range,
生成した前記３次元モデルを出力する、ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1, wherein the generated three-dimensional model is output. 回転軸を中心にパン方向に回転する駆動装置と、前記回転軸に対してチルト軸が垂直となるように前記駆動装置に取り付けられて前記回転軸を中心として円軌道に沿って移動される状態で、前記チルト軸を中心に回転する光学系により、前記チルト軸を中心に回転する方向であるチルト方向に走査しながらレーザを物体に向けて照射して自装置から前記物体までの距離を測定する測定装置と、を有する情報処理装置のコンピュータが、 A drive device that rotates in a pan direction around a rotation axis, and a state in which the drive device is attached to the drive device so that a tilt axis is perpendicular to the rotation axis and is moved along a circular path around the rotation axis. Then, the optical system that rotates about the tilt axis measures the distance from the device to the object by irradiating the object with a laser while scanning in the tilt direction that is the direction of rotation about the tilt axis. And a computer of an information processing device having
前記回転軸に対する前記チルト方向の回転角であるチルト角が０度のときのレーザを照射する方向の前記回転軸に対する角度を示す前記測定装置のチルト傾斜角、および／または、前記回転軸に垂直な面に対する前記チルト軸の角度を示す前記測定装置のロール傾斜角を表す補正パラメータを含み、前記測定装置により測定される距離と測距方向から計測点の３次元座標を導出する計測モデルを用いて、前記測定装置がレーザを照射する範囲のうち、前記回転軸に対する前記チルト方向の回転角であるチルト角が、０〜１８０度の有効範囲または１８０〜３６０度の冗長範囲のいずれか一方の範囲を用いて距離が測定された各点の３次元座標を算出し、 The tilt angle of the measuring device, which indicates the angle with respect to the rotation axis in the direction of irradiating the laser when the tilt angle that is the rotation angle in the tilt direction with respect to the rotation axis is 0 degree, and/or is perpendicular to the rotation axis. Using a measurement model that includes a correction parameter that represents the roll tilt angle of the measuring device that indicates the angle of the tilt axis with respect to another plane, and that derives the three-dimensional coordinates of the measurement point from the distance and the distance measurement direction measured by the measuring device. The tilt angle, which is the rotation angle in the tilt direction with respect to the rotation axis, of the range in which the measuring device irradiates the laser is either the effective range of 0 to 180 degrees or the redundant range of 180 to 360 degrees. Calculate the three-dimensional coordinates of each point whose distance is measured using the range,
前記一方の範囲を用いて前記各点の距離が測定されたときの測距方向に基づいて、前記有効範囲または前記冗長範囲のうちの他方の範囲を用いて前記各点の距離が測定されたときの測距方向を推定し、 Based on the distance measuring direction when the distance of each of the points is measured using the one range, the distance of each of the points is measured using the other range of the effective range or the redundant range. When estimating the distance measurement direction,
推定した前記測距方向に基づいて、前記計測モデルを用いて、前記他方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標を算出し、 Based on the estimated distance measuring direction, using the measurement model, calculates the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the other range,
前記一方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標と、前記他方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標との差を最小化するように、前記補正パラメータの値を算出する、 In order to minimize the difference between the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the one range and the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the other range, Calculating the value of the correction parameter,
処理を実行することを特徴とするキャリブレーション方法。 A calibration method characterized by executing processing. 回転軸を中心にパン方向に回転する駆動装置と、前記回転軸に対してチルト軸が垂直となるように前記駆動装置に取り付けられて前記回転軸を中心として円軌道に沿って移動される状態で、前記チルト軸を中心に回転する光学系により、前記チルト軸を中心に回転する方向であるチルト方向に走査しながらレーザを物体に向けて照射して自装置から前記物体までの距離を測定する測定装置と、を有する情報処理装置のコンピュータに、 A drive device that rotates in a pan direction around a rotation axis, and a state in which the drive device is attached to the drive device so that a tilt axis is perpendicular to the rotation axis and is moved along a circular path around the rotation axis. Then, the optical system that rotates about the tilt axis measures the distance from the device to the object by irradiating the object with a laser while scanning in the tilt direction that is the direction of rotation about the tilt axis. A computer of an information processing device having
前記回転軸に対する前記チルト方向の回転角であるチルト角が０度のときのレーザを照射する方向の前記回転軸に対する角度を示す前記測定装置のチルト傾斜角、および／または、前記回転軸に垂直な面に対する前記チルト軸の角度を示す前記測定装置のロール傾斜角を表す補正パラメータを含み、前記測定装置により測定される距離と測距方向から計測点の３次元座標を導出する計測モデルを用いて、前記測定装置がレーザを照射する範囲のうち、前記回転軸に対する前記チルト方向の回転角であるチルト角が、０〜１８０度の有効範囲または１８０〜３６０度の冗長範囲のいずれか一方の範囲を用いて距離が測定された各点の３次元座標を算出し、 The tilt angle of the measuring device, which indicates the angle with respect to the rotation axis in the direction of irradiating the laser when the tilt angle that is the rotation angle in the tilt direction with respect to the rotation axis is 0 degree, and/or is perpendicular to the rotation axis. Using a measurement model that includes a correction parameter that represents the roll tilt angle of the measuring device that indicates the angle of the tilt axis with respect to another plane, and that derives the three-dimensional coordinates of the measurement point from the distance and the distance measurement direction measured by the measuring device. The tilt angle, which is the rotation angle in the tilt direction with respect to the rotation axis, of the range in which the measuring device irradiates the laser is either the effective range of 0 to 180 degrees or the redundant range of 180 to 360 degrees. Calculate the three-dimensional coordinates of each point whose distance is measured using the range,
前記一方の範囲を用いて前記各点の距離が測定されたときの測距方向に基づいて、前記有効範囲または前記冗長範囲のうちの他方の範囲を用いて前記各点の距離が測定されたときの測距方向を推定し、 Based on the distance measuring direction when the distance of each of the points is measured using the one range, the distance of each of the points is measured using the other range of the effective range or the redundant range. When estimating the distance measurement direction,
推定した前記測距方向に基づいて、前記計測モデルを用いて、前記他方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標を算出し、 Based on the estimated distance measuring direction, using the measurement model, calculates the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the other range,
前記一方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標と、前記他方の範囲を用いて距離が測定された前記各点の３次元座標との差を最小化するように、前記補正パラメータの値を算出する、 In order to minimize the difference between the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the one range and the three-dimensional coordinates of each of the points whose distance is measured using the other range, Calculating the value of the correction parameter,
処理を実行させることを特徴とするキャリブレーションプログラム。 A calibration program that executes processing.
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