[发明专利]三维形状数据的存储/显示方法和装置以及三维形状的计测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于从多个计测位置来计测静止的三维形状并综合其距离数据以进行复原的三维形状数据的存储/显示方法和装置以及三维形状的计测方法和装置。

背景技术

三维形状的计测技术已普及，三维形状数据用于各种各样的应用领域，例如机械零件/工件等的形状计测、移动机器人中的自身位置的辨认、地形/结构物的计测等。

作为三维形状数据的存储/显示方法和装置，迄今使用点群、距离图像、表面(surface)、体素(voxel)结构等。

点群以作为传感器的计测数据的计测点的坐标值来表现形状。此外距离图像通过对二维图像的各像素保持进深方向的距离值来表现形状。表面是通过三角形等的叠合来表现物体的表面形状。体素结构是将空间以小长方体分割并在各体素内保持形状信息的结构。

三维形状计测中的计测数据例如以计测位置作为原点的极坐标值(r，θ，)来表示。在本发明中将该数据称为“距离数据”。

在综合来自多个位置的距离数据而复原静止的三维形状的情况下，有以下问题。

在使用点群的情况下，数据量与计测数据成比例地增加。因此，在计测对象物大的情况下的综合数据量会变得庞大。为此，作为用于形状表现的数据结构并不现实。

在使用距离图像的情况下，由于是来自一个方向的计测，所以越向远方，像素的间隔越扩展，使精度下降。此外，由于仅能表示来自一个方向的数据，所以不适合来自多个视点的计测结果的综合。

在使用表面的情况下，由于综合需要复杂的处理，所以高速处理困难。

与此相比，体素结构具有数据量一定、能够综合来自多个视点的数据、数据综合不需要复杂的计算的特征，对于综合来自多个位置的距离数据并复原是最适合的。

进而，作为改良体素结构的文献，公开了专利文献1、2和非专利文献1。

在专利文献1的“三维信息抽取方法”中，通过使用称作VoxelVoting(体素投票)的方法对各体素投票计测结果，从而综合来自多个视点的三维形状。进而，在该方法中公开了对于不能得到需要的分辨率的体素，进而八分割体素并分级地管理数据的方法

在专利文献2的“环境模型输入装置”中，提出了一种对各体素累积概率值的单元。在该单元中，不依赖于赋予概率的频度地进行环境模型的综合，能够作成正确的环境模型。

在非专利文献1的单元中，提出了一种虽然假定了平面，但对保持概率值的体素，将通过计测数据中包含的误差而发生的体素的错误概率值恢复到正确的值的处理。

此外，作为与本发明相关的技术，公开了非专利文献2。

专利文献1：日本专利第3170345号公报，“三维信息抽取方法”

专利文献2：日本专利申请公开平9-81788号公报，“环境模型输入装置”

非专利文献1：Sebastian Thrun，“Learning Occupancy Grid Maps WithForward Sensor Models.”

非专利文献2：关本清英等，“三维激光雷达的开发”，石川岛播磨技报Vol.43 No.4(2003-7)

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1的体素结构为了得到正确的形状，反复体素的分割，但当分割的次数增加时会发生数据量增加的问题。因此，一般是固定分割的深度，由此分辨率存在极限。也就是说，不能表现分割后的体素的大小以上的分辨率。此外，由于包含误差的数据而错误发生的体素就保持原样地存在下去。因此，不能应对包含误差的数据。

专利文献2的体素结构，虽然使用概率值来表现形状，但与专利文献1同样地在数据包含误差的情况下错误发生的体素就保持原样地存在下去。因此，不能应对包含误差的数据。

非专利文献1的体素结构由于包含降低概率的处理，所以具有擦除保持错误概率值的体素的功能。但是，由于一般在体素内计测物体存在的区域和不存在的区域两方都存在，所以有即使综合多次的计测也不能收敛到正确形状的问题。

发明的概要

本发明是为了解决上述问题而提出的。即，本发明的目的是提供一种三维形状数据的存储/显示方法和装置以及三维形状的计测方法和装置，其中能够综合来自多个位置的距离数据来复原静止的三维形状，而且不大幅增加数据量就能提高分辨率，能够应对包含误差的数据。