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JP7701101B2 - Map generation device, map generation method, and program - Google Patents
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JP7701101B2 - Map generation device, map generation method, and program - Google Patents

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Description

本開示は、点群データで構築された環境地図を生成するための、地図生成装置及び地図生成方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムに関する。 The present disclosure relates to a map generation device and a map generation method for generating an environmental map constructed from point cloud data, and further to a program for implementing these.

近年、センシング技術の向上により、SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)が注目されている。SLAMは、センサを搭載した移動体によって、自己位置の推定と環境地図の作成とを同時に実行する技術である(例えば、特許文献1参照)。SLAMによれば、自律走行するロボット等の移動体は、ランダムに移動する必要がなく、環境地図から得られる自律走行用地図に沿って移動できるため、その移動効率は向上することになる。In recent years, with the improvement of sensing technology, SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) has been attracting attention. SLAM is a technology in which a mobile object equipped with a sensor simultaneously estimates its own position and creates an environmental map (see, for example, Patent Document 1). With SLAM, a mobile object such as an autonomous robot does not need to move randomly, but can move along an autonomous driving map obtained from an environmental map, thereby improving the efficiency of its movement.

具体的には、移動体は、カメラから出力される画像データをフレーム毎に取得し、最新のフレームにおいて、過去のフレームから抽出された特徴点に対応する特徴点を探索し、対応する特徴点同士で構成された特徴点の組を抽出する。そして、移動体は、特徴点の組を用いて、最新のフレームにおけるカメラ行列を算出し、特徴点の組毎に、カメラ行列と、特徴点のフレームにおける2次元座標とを用いて、特徴点の3次元座標を算出する。 Specifically, the mobile body acquires image data output from the camera for each frame, searches for feature points in the latest frame that correspond to feature points extracted from past frames, and extracts pairs of feature points consisting of corresponding feature points. The mobile body then calculates a camera matrix for the latest frame using the pairs of feature points, and calculates, for each pair of feature points, the three-dimensional coordinates of the feature points using the camera matrix and the two-dimensional coordinates of the feature points in the frame.

また、移動体は、カメラ行列を算出すると、カメラ行列からカメラの位置を算出し、自己位置推定を行う。更に、移動体は、3次元座標が算出された特徴点を用いて、3次元の点群で構成された環境地図(以下「3次元環境地図」と表記する。)を生成又は更新する。その後、移動体は、3次元環境地図を2次元に変換することによって、自律走行用地図を生成し、自律走行用地図を用いて自律走行を行う。 After calculating the camera matrix, the mobile body calculates the camera position from the camera matrix and performs self-location estimation. Furthermore, the mobile body generates or updates an environmental map (hereinafter referred to as a "3D environmental map") composed of a 3D point cloud using the feature points whose 3D coordinates have been calculated. The mobile body then generates a map for autonomous driving by converting the 3D environmental map into 2D, and performs autonomous driving using the map for autonomous driving.

また、センサとしては、カメラ以外に、画像データの画素毎に物体までの距離(深度)を測定できる深度センサが用いられる。深度センサを用いれば、カメラを用いる場合に比べて、環境地図を構成する点群の密度を高くでき、精度の高い自律走行が可能となる。深度センサの具体例としては、LiDAR(light detection and ranging)センサが挙げられる(例えば、特許文献2参照)。In addition to cameras, sensors that can measure the distance (depth) to an object for each pixel of image data are also used. By using a depth sensor, the density of the point cloud that constitutes the environmental map can be increased compared to when a camera is used, enabling highly accurate autonomous driving. A specific example of a depth sensor is a LiDAR (light detection and ranging) sensor (see, for example, Patent Document 2).

特許文献2は、3次元LiDARセンサを開示している。特許文献2に開示された3次元LiDARセンサは、光源、受光器、ミラー、及び制御装置を備えている。光源から出射されたレーザ光は、ミラーで反射されてから、物体へと照射される。そして、物体で反射されたレーザ光は、受光器に入射する。制御装置は、レーザ光が光源から出射されてから受光器に入射するまでの時間から、物体までの深度を算出する。 Patent Document 2 discloses a three-dimensional LiDAR sensor. The three-dimensional LiDAR sensor disclosed in Patent Document 2 includes a light source, a light receiver, a mirror, and a control device. Laser light emitted from the light source is reflected by the mirror and then irradiated onto the object. The laser light reflected by the object then enters the light receiver. The control device calculates the depth to the object from the time it takes for the laser light to be emitted from the light source and to enter the light receiver.

また、特許文献2に開示された3次元LiDARセンサは、回転型の3次元LiDARセンサであり、ミラーを回転させる回転機構も備えている。このため、特許文献2に開示された3次元LiDARセンサを用いれば、360度の範囲、又はそれに近い範囲において、走査(特徴点の探索)が可能となっている。In addition, the 3D LiDAR sensor disclosed in Patent Document 2 is a rotary 3D LiDAR sensor and also includes a rotation mechanism for rotating a mirror. Therefore, by using the 3D LiDAR sensor disclosed in Patent Document 2, scanning (searching for feature points) is possible in a range of 360 degrees or a range close to that.

特開2020-76714号公報JP 2020-76714 A 特開2021-124496号公報JP 2021-124496 A

ところで、上述した回転型の3次元LiDARセンサには、広範囲での走査が可能となる反面、回転機構が必要となるため、製造コストが高いという問題がある。このため、SLAMにおいては、回転機構を備えていない、画角が固定された3次元LiDAR(以下「画角固定型の3次元LiDAR」と表記する。)も提案されている。 The above-mentioned rotating 3D LiDAR sensor is capable of scanning over a wide area, but it requires a rotation mechanism, which has the drawback of high manufacturing costs. For this reason, 3D LiDAR with a fixed angle of view that does not have a rotation mechanism (hereinafter referred to as "fixed angle of view 3D LiDAR") has also been proposed for SLAM.

しかしながら、画角固定型の3次元LiDARでは、画角が固定されているため、SLAMにおいて、最新のフレームの一部が過去のフレームと重ならない事態が生じることがある。このような事態が生じると、間違った特徴点の組が抽出され、精度の低い環境地図が生成されてしまう。この結果、自律走行の精度は大きく低下してしまう。However, with fixed-angle 3D LiDAR, because the angle of view is fixed, it is possible that in SLAM, parts of the latest frame do not overlap with previous frames. When this happens, an incorrect set of feature points is extracted, and an environment map with low accuracy is generated. This results in a significant decrease in the accuracy of autonomous driving.

本開示の目的の一例は、画角が固定された深度センサを用いた場合において、環境地図の精度を向上させることにある。 One example of the objectives of this disclosure is to improve the accuracy of environmental maps when using a depth sensor with a fixed angle of view.

上記目的を達成するため、本開示の一側面における地図生成装置は、
画角が固定された深度センサから出力された画像データをフレーム単位で取得する、データ取得部と、
フレーム毎に、前記画像データから特徴点を抽出する、特徴点抽出部と、
フレーム毎に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定し、判定の結果、存在している場合は、前記重なっていない部分から抽出された前記特徴点を排除する、フィルタリング部と、
フレーム間で対応する特徴点の組を特定し、更に、組として特定された前記特徴点の3次元座標を算出し、算出結果を用いて、組として特定された前記特徴点の集合で構成された環境地図を生成する、環境地図生成部と、
を備えている、
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a map generating device according to one aspect of the present disclosure includes:
A data acquisition unit that acquires image data output from a depth sensor having a fixed angle of view on a frame-by-frame basis;
A feature point extraction unit that extracts feature points from the image data for each frame;
a filtering unit that determines, for each frame, whether or not a portion of the frame that does not overlap with another frame other than the frame in question exists, and, if the result of the determination indicates that a portion of the frame exists, removes the feature points extracted from the non-overlapping portion;
an environment map generating unit that identifies pairs of corresponding feature points between frames, calculates three-dimensional coordinates of the feature points identified as pairs, and generates an environment map composed of a collection of the feature points identified as pairs using a calculation result;
Equipped with
It is characterized by:

また、上記目的を達成するため、本開示の一側面における地図生成方法は、
画角が固定された深度センサから出力された画像データをフレーム単位で取得する、データ取得ステップと、
フレーム毎に、前記画像データから特徴点を抽出する、特徴点抽出ステップと、
フレーム毎に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定し、判定の結果、存在している場合は、前記重なっていない部分から抽出された前記特徴点を排除する、フィルタリングステップと、
フレーム間で対応する特徴点の組を特定し、更に、組として特定された前記特徴点の3次元座標を算出し、算出結果を用いて、組として特定された前記特徴点の集合で構成された環境地図を生成する、環境地図生成ステップと、
を有する、
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a map generating method according to one aspect of the present disclosure includes:
A data acquisition step of acquiring image data output from a depth sensor having a fixed angle of view on a frame-by-frame basis;
A feature point extraction step of extracting feature points from the image data for each frame;
a filtering step of determining, for each frame, whether or not a portion of the frame that does not overlap with another frame other than the frame in question exists, and, if the result of the determination indicates that a portion of the frame exists, eliminating the feature points extracted from the non-overlapping portion;
an environmental map generating step of identifying pairs of corresponding feature points between frames, calculating three-dimensional coordinates of the feature points identified as pairs, and generating an environmental map constituted by a set of the feature points identified as pairs using the calculation results;
having
It is characterized by:

更に、上記目的を達成するため、本開示の一側面におけるプログラムは、
コンピュータに、
画角が固定された深度センサから出力された画像データをフレーム単位で取得する、データ取得ステップと、
フレーム毎に、前記画像データから特徴点を抽出する、特徴点抽出ステップと、
フレーム毎に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定し、判定の結果、存在している場合は、前記重なっていない部分から抽出された前記特徴点を排除する、フィルタリングステップと、
フレーム間で対応する特徴点の組を特定し、更に、組として特定された前記特徴点の3次元座標を算出し、算出結果を用いて、組として特定された前記特徴点の集合で構成された環境地図を生成する、環境地図生成ステップと、
を実行させる、ことを特徴とする。
Furthermore, in order to achieve the above object, a program according to one aspect of the present disclosure includes:
On the computer,
A data acquisition step of acquiring image data output from a depth sensor having a fixed angle of view on a frame-by-frame basis;
A feature point extraction step of extracting feature points from the image data for each frame;
a filtering step of determining, for each frame, whether or not a portion of the frame that does not overlap with another frame other than the frame in question exists, and, if the result of the determination indicates that a portion of the frame exists, eliminating the feature points extracted from the non-overlapping portion;
an environmental map generating step of identifying pairs of corresponding feature points between frames, calculating three-dimensional coordinates of the feature points identified as pairs, and generating an environmental map constituted by a set of the feature points identified as pairs using the calculation results;
The present invention is characterized in that:

以上のように本開示によれば、画角が固定された深度センサを用いた場合において、環境地図の精度を向上させることができる。 As described above, according to the present disclosure, the accuracy of the environmental map can be improved when a depth sensor with a fixed angle of view is used.

図1は、地図生成装置の概略構成を示す構成図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a map generating device. 図2は、地図生成装置の構成を具体的に示す構成図である。FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of the map generating device. 図3は、深度センサの画角を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the angle of view of the depth sensor. 図4は、地図生成装置のフィルタリング部における判定処理を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a determination process in the filtering unit of the map generating device. 図5は、3次元環境地図の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a three-dimensional environment map. 図6は、地図生成装置の動作を示すフロー図である。FIG. 6 is a flow diagram showing the operation of the map generating device. 図7は、地図生成装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing an example of a computer that realizes the map generating device.

(実施の形態)
以下、実施の形態における、地図生成装置、地図生成方法、及びプログラムについて、図1~図7を参照しながら説明する。
(Embodiment)
A map generating device, a map generating method, and a program according to an embodiment will be described below with reference to FIGS.

[装置構成]
最初に、地図生成装置の概略構成について図1を用いて説明する。図1は、地図生成装置の概略構成を示す構成図である。
[Device configuration]
First, the schematic configuration of the map generating device will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a diagram showing the schematic configuration of the map generating device.

図1に示す、地図生成装置10は、点群データで構築された環境地図を生成するための装置である。図1に示すように、地図生成装置10は、データ取得部11と、特徴点抽出部12と、フィルタリング部13と、環境地図生成部14と、を備えている。The map generating device 10 shown in Fig. 1 is a device for generating an environmental map constructed from point cloud data. As shown in Fig. 1, the map generating device 10 includes a data acquisition unit 11, a feature point extraction unit 12, a filtering unit 13, and an environmental map generating unit 14.

データ取得部11は、画角が固定された深度センサから出力された画像データをフレーム単位で取得する。特徴点抽出部12は、フレーム毎に、データ取得部11が取得した画像データから特徴点を抽出する。The data acquisition unit 11 acquires image data output from a depth sensor with a fixed angle of view on a frame-by-frame basis. The feature point extraction unit 12 extracts feature points from the image data acquired by the data acquisition unit 11 for each frame.

フィルタリング部13は、フレーム毎に、各フレームに、そのフレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定する。そして、フィルタリング部13は、判定の結果、存在している場合は、重なっていない部分から抽出された特徴点を排除する。The filtering unit 13 determines, for each frame, whether or not there is a portion in the frame that does not overlap with other frames other than the frame itself. If the result of the determination indicates that there is such a portion, the filtering unit 13 eliminates the feature points extracted from the non-overlapping portion.

環境地図生成部14は、フレーム間で対応する特徴点の組を特定し、更に、組として特定された特徴点の3次元座標を算出する。そして、環境地図生成部14は、算出結果を用いて、組として特定された特徴点の集合で構成された環境地図を生成する。The environment map generating unit 14 identifies pairs of corresponding feature points between frames, and further calculates the three-dimensional coordinates of the feature points identified as pairs.The environment map generating unit 14 then uses the calculation results to generate an environment map composed of a collection of the feature points identified as pairs.

このように、実施の形態では、地図生成装置10は、各フレームの別のフレームと重なっていない部分においては、抽出された特徴点を排除する。このため、深度センサの画角が固定されている場合に生じる、間違った特徴点の組の抽出が回避される。つまり、実施の形態によれば、画角が固定された深度センサを用いた場合において、環境地図の精度を向上させることができる。 Thus, in the embodiment, the map generating device 10 excludes extracted feature points in parts of each frame that do not overlap with other frames. This avoids the extraction of an incorrect set of feature points, which occurs when the angle of view of the depth sensor is fixed. In other words, according to the embodiment, the accuracy of the environmental map can be improved when a depth sensor with a fixed angle of view is used.

続いて、図2及び図3を用いて、実施の形態における地図生成装置の構成及び機能について具体的に説明する。図2は、地図生成装置の構成を具体的に示す構成図である。図3は、深度センサの画角を説明するための説明図である。Next, the configuration and functions of the map generating device in the embodiment will be specifically described with reference to Figures 2 and 3. Figure 2 is a configuration diagram specifically showing the configuration of the map generating device. Figure 3 is an explanatory diagram for explaining the angle of view of the depth sensor.

図2に示すように、実施の形態では、地図生成装置10は、ロボット等の自律走行可能な移動体100に搭載されている。移動体100は、地図生成装置10に加えて、深度センサ20と、制御装置30と、操舵装置40と、パワートレイン50とを備えている。As shown in FIG. 2, in the embodiment, the map generating device 10 is mounted on a mobile body 100 capable of autonomous driving, such as a robot. In addition to the map generating device 10, the mobile body 100 includes a depth sensor 20, a control device 30, a steering device 40, and a power train 50.

深度センサ20は、実施の形態では、移動体100において、その進行方向側が撮影されるように取り付けられている。また、深度センサ20は、深度付の画像を撮影可能なセンサであり、深度付の画像データを、設定されたフレームレートで出力する。図2の例では、深度センサ20としては、画角固定型の3次元LiDARが用いられている。In the embodiment, the depth sensor 20 is attached to the moving body 100 so as to capture an image in the direction of travel. The depth sensor 20 is a sensor capable of capturing images with depth and outputs the depth-capped image data at a set frame rate. In the example of FIG. 2, a fixed-angle 3D LiDAR is used as the depth sensor 20.

図3に示すように、深度センサ20の画角は固定されており、その撮影領域21は、移動体100の向きによって変化する。図3の例では、時間(t-2)から時間(t)までの撮影領域21の変化が示されている。 As shown in Figure 3, the angle of view of the depth sensor 20 is fixed, and its shooting area 21 changes depending on the orientation of the moving body 100. In the example of Figure 3, the change in the shooting area 21 from time (t-2) to time (t) is shown.

制御装置30は、移動体100に搭載されたコンピュータによって構築されている。制御装置30は、地図生成装置10によって生成された環境地図を用いて、移動体100の進行方向及び移動速度を制御する。例えば、制御装置30は、環境地図を用いて、現在から目的地までのルートを設定し、移動体100が設定したルート上を移動するように、移動体100の進行方向及び移動速度を決定して、パワートレイン50と操舵装置40とを制御する。The control device 30 is constructed by a computer mounted on the moving body 100. The control device 30 controls the traveling direction and moving speed of the moving body 100 using the environmental map generated by the map generating device 10. For example, the control device 30 uses the environmental map to set a route from the present to the destination, determines the traveling direction and moving speed of the moving body 100 so that the moving body 100 moves along the set route, and controls the power train 50 and the steering device 40.

パワートレイン50は、走行用の電動モータ、動力伝達機構等で構成されている。パワートレイン50には、タイヤ、キャタピラ等が接続されている。パワートレイン50は、制御装置30から指示に応じて、タイヤ、キャタピラ等を回転させる。The powertrain 50 is composed of an electric motor for driving, a power transmission mechanism, etc. Tires, caterpillar tracks, etc. are connected to the powertrain 50. The powertrain 50 rotates the tires, caterpillar tracks, etc. in response to instructions from the control device 30.

操舵装置40は、移動体100の操舵輪の方向を制御するための機構を備えている。操舵装置40は、制御装置30からの指示に応じて、操舵輪の方向を決定する。また、操舵装置40は、左右の駆動輪のトルクを制御することで移動方向を制御する機構を備えていても良い。The steering device 40 is equipped with a mechanism for controlling the direction of the steering wheels of the moving body 100. The steering device 40 determines the direction of the steering wheels in response to instructions from the control device 30. The steering device 40 may also be equipped with a mechanism for controlling the direction of movement by controlling the torque of the left and right drive wheels.

実施の形態では、地図生成装置10は、移動体100に搭載されたコンピュータ上に、後述する実施の形態におけるプログラムによって構築されている。また、地図生成装置10は、移動体100に搭載されたコンピュータとは別の装置(例えば、電子回路等)によって構築されていても良い。In an embodiment, the map generating device 10 is constructed on a computer mounted on the mobile body 100 by a program in an embodiment described below. In addition, the map generating device 10 may be constructed by a device (e.g., an electronic circuit, etc.) separate from the computer mounted on the mobile body 100.

データ取得部11は、実施の形態では、深度センサ20から、深度付の画像データを、フレーム単位で取得する。データ取得部11は、取得した画像データ(フレーム)を、順次、特徴点抽出部12に入力する。In the embodiment, the data acquisition unit 11 acquires depth-based image data on a frame-by-frame basis from the depth sensor 20. The data acquisition unit 11 inputs the acquired image data (frames) sequentially to the feature point extraction unit 12.

特徴点抽出部12は、実施の形態では、フレームが入力されると、フレーム毎に、例えば、一般的なFASTアルゴリズムを用いて、物体の特徴点を抽出する。そして、特徴点抽出部12は、フレーム毎に抽出した特徴点を特定する情報を、フィルタリング部13に入力する。In the embodiment, when a frame is input, the feature point extraction unit 12 extracts feature points of an object for each frame using, for example, a general FAST algorithm. Then, the feature point extraction unit 12 inputs information that identifies the feature points extracted for each frame to the filtering unit 13.

フィルタリング部13は、実施の形態では、フレーム毎の特徴点が入力されると、まず、入力されたフレームそれぞれ毎に、移動体100の情報に基づいて、移動体の進行方向及び位置を求める。具体的には、フィルタリング部13は、フレーム毎に、フレームが出力された時の移動体100の情報に基づいて、移動体100の位置を求め、更に、進行方向として、絶対姿勢を求める。絶対姿勢は、移動体100の並進ベクトルT(x, y, z)と回転成分R(roll, pitch, yaw)とで表される。In an embodiment, when feature points for each frame are input, the filtering unit 13 first determines the moving direction and position of the moving body for each input frame based on the information of the moving body 100. Specifically, the filtering unit 13 determines the position of the moving body 100 for each frame based on the information of the moving body 100 at the time the frame was output, and further determines the absolute attitude as the moving direction. The absolute attitude is expressed by the translation vector T (x, y, z) and rotation components R (roll, pitch, yaw) of the moving body 100.

移動体100の情報としては、移動体100の位置情報及び進行方向を示す情報が挙げられる。位置情報は、移動体100に搭載されたGPS(Global Positioning System)受信機から得られていても良いし、後述する自己位置推定によって得られていても良い。また、進行方向を示す情報は、例えば、移動体100に搭載された角速度センサから得ることができる。The information of the moving body 100 includes information indicating the position information and the traveling direction of the moving body 100. The position information may be obtained from a GPS (Global Positioning System) receiver mounted on the moving body 100, or may be obtained by self-position estimation, which will be described later. In addition, the information indicating the traveling direction can be obtained, for example, from an angular velocity sensor mounted on the moving body 100.

次に、フィルタリング部13は、移動体100の進行方向及び位置を用いて、フレーム毎に、そのフレームに、それ以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定する。実施の形態では、フィルタリング部13は、フレーム毎に、移動体100の進行方向及び位置を用いて、そのフレームの周辺に別のフレームが存在しているかどうかを判定する。そして、フィルタリング部13は、そのフレームの周辺に別のフレームが存在していない場合に、そのフレームに別のフレームと重なっていない部分が存在していると判定する。Next, the filtering unit 13 uses the traveling direction and position of the moving body 100 to determine, for each frame, whether or not there is a portion of the frame that does not overlap with other frames. In the embodiment, the filtering unit 13 uses the traveling direction and position of the moving body 100 to determine, for each frame, whether or not there is another frame in the vicinity of the frame. Then, if there is no other frame in the vicinity of the frame, the filtering unit 13 determines that there is a portion of the frame that does not overlap with other frames.

具体的には、フィルタリング部13は、移動体の右側、左側、上側、又は下側において、端に位置するフレームを特定する。図3の例では、時間tのときに出力されたフレームが、端に位置するフレームとなる。端に位置するフレームには、別のフレームと重なっていない部分が存在している可能性がある。Specifically, the filtering unit 13 identifies a frame located at the edge on the right, left, top, or bottom side of the moving object. In the example of FIG. 3, the frame output at time t is the frame located at the edge. A frame located at the edge may have a portion that does not overlap with another frame.

次に、フィルタリング部13は、端に位置するフレームとその前に出力されたフレームとの間における、移動体100の姿勢の変化量を算出する。具体的には、端に位置するフレームが出力された時刻をt、その前のフレームが出力された時刻をt-1とし、それぞれの時刻における回転成分をR、Rt-1とする。この場合、移動体の姿勢の変化量γは、以下の数1によって算出される。 Next, filtering unit 13 calculates the amount of change in the attitude of moving body 100 between the frame located at the edge and the frame outputted before that. Specifically, the time when the frame located at the edge is outputted is t, the time when the previous frame is outputted is t-1, and the rotation components at the respective times are R t and R t-1 . In this case, the amount of change γ in the attitude of the moving body is calculated by the following equation 1.

(数1)
γ=R-Rt-1
(Equation 1)
γ=R t −R t−1

次に、フィルタリング部13は、算出した姿勢の変化量γに基づいて、端に位置するフレームに、別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定し、判定の結果、存在している場合は、重なっていない部分から抽出された特徴点を排除する。ここで、図4を用いて、フレームが重なっているかどうかの判定処理について説明する。図4は、地図生成装置のフィルタリング部における判定処理を示す図である。Next, the filtering unit 13 determines whether or not there is a portion of the frame located at the edge that does not overlap with another frame based on the calculated posture change amount γ, and if the result of the determination indicates that there is, eliminates the feature points extracted from the non-overlapping portion. Here, the process of determining whether frames overlap will be explained using Figure 4. Figure 4 is a diagram showing the determination process in the filtering unit of the map generating device.

図4において、21は、端に位置するフレームを撮影したとき(時刻t)の撮影領域を示している。また、図4においては、深度方向をz軸方向、画像の水平方向をx軸方向、画像の垂直方向をy方向とする。更に、深度センサ20の画角をH、抽出された特徴点をP(x,y,z)、深度センサ20の撮像面の中心を通る法線と同じく中心を通る特徴点Pから伸びる線とのzx平面における角度をθとする。 In Figure 4, 21 indicates the shooting area when a frame located at the edge is shot (time t). In Figure 4, the depth direction is the z-axis direction, the horizontal direction of the image is the x-axis direction, and the vertical direction of the image is the y-direction. Furthermore, the angle of view of the depth sensor 20 is H, the extracted feature point is P(x,y,z), and the angle in the zx plane between the normal line passing through the center of the imaging surface of the depth sensor 20 and the line extending from the feature point P that also passes through the center is θ.

この場合において、特徴点Pの角度θが、画角Hの半分の値から姿勢の変化量γを減算して得られた角度((H/2)-abs(γ))よりも大きい場合は、特徴点Pは、フレームが重ならない領域に存在している。In this case, if the angle θ of feature point P is greater than the angle ((H/2) - abs(γ)) obtained by subtracting the amount of change in posture γ from half the value of the angle of view H, feature point P is located in an area where the frames do not overlap.

従って、フィルタリング部13は、時刻tにおけるフレームから抽出された特徴点それぞれについて、下記の数2を満たすかどうかを判定する。そして、フィルタリング部13は、下記の数2を満たす特徴点が存在する場合は、端に位置するフレームに、別のフレームと重なっていない部分が存在していると判定する。Therefore, the filtering unit 13 judges whether or not each of the feature points extracted from the frame at time t satisfies the following equation 2. If there is a feature point that satisfies the following equation 2, the filtering unit 13 judges that the frame located at the edge has a portion that does not overlap with another frame.

(数2)
(H/2)-abs(γ)>θ
(Equation 2)
(H/2)-abs(γ)>θ

その後、フィルタリング部13は、別のフレームと重なっていないと判定されたフレームの該当部分に存在する特徴点を排除する。具体的には、フィルタリング部13は、端に位置するフレームの別のフレームと重なっていない部分に存在する特徴点(上記数2を満たす特徴点)を排除する。Then, the filtering unit 13 eliminates feature points that exist in the corresponding parts of the frame that are determined not to overlap with another frame. Specifically, the filtering unit 13 eliminates feature points (feature points that satisfy the above formula 2) that exist in the parts of the frame located at the edge that do not overlap with another frame.

環境地図生成部14は、まず、フィルタリング部13によって排除されなかった各フレームの特徴点を用いて、フレーム毎に、それから抽出された特徴点と過去のフレームから抽出された特徴点とを対応付け、特徴点の組を特定する。The environmental map generation unit 14 first uses the feature points of each frame that were not excluded by the filtering unit 13 to match, for each frame, the feature points extracted from that frame with the feature points extracted from previous frames, and identifies pairs of feature points.

次に、環境地図生成部14は、フレーム毎に、そのフレームで特定された特徴点の組を用いて、そのフレームにおけるカメラ行列を算出する。そして、環境地図生成部14は、算出したカメラ行列と、特徴点のフレームにおける2次元座標とを用いて、特徴点の3次元座標を算出する。Next, for each frame, the environment map generating unit 14 calculates a camera matrix for that frame using the set of feature points identified in that frame. Then, the environment map generating unit 14 calculates the three-dimensional coordinates of the feature points using the calculated camera matrix and the two-dimensional coordinates of the feature points in the frame.

続いて、環境地図生成部14は、カメラ行列を算出すると、カメラ行列からカメラの位置を算出し、自己位置推定を行う。更に、移動体は、3次元座標が算出された特徴点を用いて、3次元の点群で構成された環境地図(以下「3次元環境地図」と表記する。)を生成又は更新する。図5は、3次元環境地図の一例を示す図である。Next, after calculating the camera matrix, the environmental map generation unit 14 calculates the camera position from the camera matrix and performs self-location estimation. Furthermore, the moving body generates or updates an environmental map composed of a three-dimensional point cloud (hereinafter referred to as a "three-dimensional environmental map") using the feature points whose three-dimensional coordinates have been calculated. Figure 5 is a diagram showing an example of a three-dimensional environmental map.

また、環境地図生成部14は、生成した3次元環境地図を制御装置30に入力する。更に、環境地図生成部14は、3次元環境地図を2次元に変換することによって、2次元の環境地図を生成することもできる。この場合は、環境地図生成部14は、生成した2次元の環境地図を、制御装置30に渡す。その後、制御装置30は、得られた環境地図を用いて、移動体の進行方向及び移動速度を制御する。The environmental map generating unit 14 also inputs the generated three-dimensional environmental map to the control device 30. Furthermore, the environmental map generating unit 14 can also generate a two-dimensional environmental map by converting the three-dimensional environmental map into two dimensions. In this case, the environmental map generating unit 14 passes the generated two-dimensional environmental map to the control device 30. The control device 30 then uses the obtained environmental map to control the traveling direction and moving speed of the moving object.

なお、上述した例では、深度センサ20として、3次元空間での深度を測定可能な3次元LiDARが用いられているが、実施の形態では、深度センサ20は、これに限定されることはない。実施の形態では、深度センサ20としては、その他に、特定の平面での深度を測定する画角固定型の2次元LiDAR、TOF(Time Of Flight)カメラも挙げられる。In the above example, a 3D LiDAR capable of measuring depth in a 3D space is used as the depth sensor 20, but in the embodiment, the depth sensor 20 is not limited to this. In the embodiment, other examples of the depth sensor 20 include a 2D LiDAR with a fixed angle of view that measures depth in a specific plane, and a TOF (Time Of Flight) camera.

[装置動作]
次に、地図生成装置10の動作について図6を用いて説明する。図6は、地図生成装置の動作を示すフロー図である。以下の説明においては、適宜図1~図5を参照する。また、実施の形態では、地図生成装置10を動作させることによって、地図生成方法が実施される。よって、実施の形態における地図生成方法の説明は、以下の地図生成装置10の動作説明に代える。
[Device operation]
Next, the operation of the map generation device 10 will be described with reference to FIG. 6. FIG. 6 is a flow diagram showing the operation of the map generation device. In the following description, reference will be made to FIGS. 1 to 5 as appropriate. In addition, in the embodiment, a map generation method is implemented by operating the map generation device 10. Therefore, the description of the map generation method in the embodiment will be replaced by the following description of the operation of the map generation device 10.

図6に示すように、最初に、データ取得部11は、深度センサ20から、フレーム単位で、深度付の画像データが出力されると、出力された画像データを取得する(ステップA1)。また、データ取得部11は、設定されたフレーム数分の画像データを取得すると、取得した画像データを、特徴点抽出部12に入力する。6, first, when image data with depth is output from the depth sensor 20 on a frame-by-frame basis, the data acquisition unit 11 acquires the output image data (step A1). Furthermore, when the data acquisition unit 11 acquires image data for the set number of frames, it inputs the acquired image data to the feature point extraction unit 12.

次に、特徴点抽出部12は、ステップA1で取得された画像データが入力されると、フレーム毎に、特徴点を抽出する(ステップA2)。また、特徴点抽出部12は、フレーム毎に、抽出した特徴点を、フィルタリング部13に出力する。Next, when the image data acquired in step A1 is input, the feature point extraction unit 12 extracts feature points for each frame (step A2). The feature point extraction unit 12 also outputs the extracted feature points for each frame to the filtering unit 13.

次に、フィルタリング部13は、ステップA2によって、フレーム毎の特徴点が入力されると、入力されたフレームそれぞれ毎に、移動体100の情報に基づいて、移動体の進行方向及び位置を求める(ステップA3)。Next, when the feature points for each frame are input in step A2, the filtering unit 13 determines the traveling direction and position of the moving body 100 for each input frame based on the information of the moving body 100 (step A3).

次に、フィルタリング部13は、移動体100の進行方向及び位置を用いて、フレーム毎に、そのフレームに、それ以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定する(ステップA4)。Next, the filtering unit 13 uses the direction of travel and position of the moving body 100 to determine, for each frame, whether there is any part of that frame that does not overlap with other frames (step A4).

具体的には、ステップA4では、フィルタリング部13は、移動体の右側、左側、上側、又は下側において、端に位置するフレームを特定する。更に、フィルタリング部13は、上記数1を用いて、端に位置するフレームとその前に出力されたフレームとの間における、移動体100の姿勢の変化量を算出する。Specifically, in step A4, the filtering unit 13 identifies a frame located at the edge on the right, left, top, or bottom side of the moving body. Furthermore, the filtering unit 13 uses the above formula 1 to calculate the amount of change in the posture of the moving body 100 between the frame located at the edge and the frame output previously thereto.

そして、フィルタリング部13は、算出した姿勢の変化量γを用いて、端に位置するフレームから抽出された特徴点それぞれについて、上記数2を満たすかどうかを判定する。フィルタリング部13は、上記数2を満たす特徴点が存在する場合は、端に位置するフレームに、別のフレームと重なっていない部分が存在していると判定する。Then, the filtering unit 13 uses the calculated posture change amount γ to determine whether or not each of the feature points extracted from the frame located at the edge satisfies the above formula 2. If there is a feature point that satisfies the above formula 2, the filtering unit 13 determines that the frame located at the edge has a portion that does not overlap with another frame.

次に、フィルタリング部13は、別のフレームと重なっていない部分が存在するフレームにおいて、その該当部分にある特徴点を排除する(ステップA5)。具体的には、A5では、フィルタリング部13は、端に位置するフレームの上記数2を満たす特徴点を排除する。Next, in a frame that has a portion that does not overlap with another frame, the filtering unit 13 eliminates feature points in that portion (step A5). Specifically, in A5, the filtering unit 13 eliminates feature points that satisfy the above equation 2 from frames located at the edges.

次に、環境地図生成部14は、ステップA5で排除されなかった特徴点を用いて、フレーム毎に、それから抽出された特徴点と過去のフレームから抽出された特徴点とを対応付け、特徴点の組を特定する(ステップA6)。Next, the environmental map generation unit 14 uses the feature points that were not excluded in step A5 to match, for each frame, the feature points extracted from it with the feature points extracted from previous frames, and identifies pairs of feature points (step A6).

次に、環境地図生成部14は、ステップA6で組として特定された特徴点の3次元座標を算出し、算出結果を用いて、組として特定された特徴点の集合で構成された環境地図を生成する(ステップA7)。Next, the environmental map generation unit 14 calculates the three-dimensional coordinates of the feature points identified as groups in step A6, and uses the calculation results to generate an environmental map composed of a collection of the feature points identified as groups (step A7).

その後、環境地図生成部14は、ステップA7で生成された環境地図を、制御装置30に入力する。これにより、制御装置30は、得られた環境地図を用いて、移動体の進行方向及び移動速度を制御する。Thereafter, the environmental map generating unit 14 inputs the environmental map generated in step A7 to the control device 30. As a result, the control device 30 uses the obtained environmental map to control the traveling direction and moving speed of the moving object.

以上のように実施の形態では、深度センサ20の画角が固定されていても、端に位置するフレームの別のフレームと重なっていない部分において特徴点が排除されるため、間違った特徴点の組の抽出が回避される。従って、実施の形態によれば、画角が固定された深度センサを用いた場合において、環境地図の精度を向上させることができる。As described above, in the embodiment, even if the angle of view of the depth sensor 20 is fixed, feature points are excluded from portions of a frame located at the edge that do not overlap with other frames, thereby avoiding the extraction of an incorrect set of feature points. Therefore, according to the embodiment, the accuracy of the environmental map can be improved when a depth sensor with a fixed angle of view is used.

[プログラム]
実施の形態におけるプログラムは、コンピュータに、図6に示すステップA1~A7を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、実施の形態における地図生成装置10と地図生成方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのプロセッサは、データ取得部11、特徴点抽出部12、フィルタリング部13、及び環境地図生成部14として機能し、処理を行なう。
[program]
The program in the embodiment may be a program that causes a computer to execute steps A1 to A7 shown in Fig. 6. By installing and executing this program in a computer, the map generating device 10 and the map generating method in the embodiment can be realized. In this case, the processor of the computer functions as the data acquisition unit 11, the feature point extraction unit 12, the filtering unit 13, and the environmental map generating unit 14 and performs the processing.

また、コンピュータとしては、移動体100に搭載されたコンピュータが挙げられる。その他、コンピュータとしては、汎用のPC、スマートフォン、タブレット型端末装置も挙げられる。 Another example of a computer is a computer installed in the mobile object 100. Other examples of computers include general-purpose PCs, smartphones, and tablet terminal devices.

また、実施の形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、データ取得部11、特徴点抽出部12、フィルタリング部13、及び環境地図生成部14のいずれかとして機能しても良い。In addition, the program in the embodiment may be executed by a computer system constructed by multiple computers. In this case, for example, each computer may function as any one of the data acquisition unit 11, the feature point extraction unit 12, the filtering unit 13, and the environmental map generation unit 14.

[物理構成]
ここで、実施の形態におけるプログラムを実行することによって、地図生成装置10を実現するコンピュータについて図7を用いて説明する。図7は、地図生成装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
[Physical configuration]
A computer that realizes the map generating device 10 by executing a program in the embodiment will now be described with reference to Fig. 7. Fig. 7 is a block diagram showing an example of a computer that realizes the map generating device.

図7に示すように、コンピュータ110は、CPU(Central Processing Unit)111と、メインメモリ112と、記憶装置113と、入力インターフェイス114と、表示コントローラ115と、データリーダ/ライタ116と、通信インターフェイス117とを備える。これらの各部は、バス121を介して、互いにデータ通信可能に接続される。7, the computer 110 includes a CPU (Central Processing Unit) 111, a main memory 112, a storage device 113, an input interface 114, a display controller 115, a data reader/writer 116, and a communication interface 117. These components are connected to each other via a bus 121 so as to be able to communicate data with each other.

また、コンピュータ110は、CPU111に加えて、又はCPU111に代えて、GPU(Graphics Processing Unit)、又はFPGA(Field-Programmable Gate Array)を備えていても良い。この態様では、GPU又はFPGAが、実施の形態におけるプログラムを実行することができる。Furthermore, the computer 110 may include a GPU (Graphics Processing Unit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array) in addition to or instead of the CPU 111. In this embodiment, the GPU or FPGA can execute the program in the embodiment.

CPU111は、記憶装置113に格納された、コード群で構成された実施の形態におけるプログラムをメインメモリ112に展開し、各コードを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ112は、典型的には、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等の揮発性の記憶装置である。The CPU 111 loads the program in the embodiment, which is composed of a group of codes stored in the storage device 113, into the main memory 112 and executes each code in a predetermined order to perform various calculations. The main memory 112 is typically a volatile storage device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory).

また、実施の形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体120に格納された状態で提供される。なお、本実施の形態におけるプログラムは、通信インターフェイス117を介して接続されたインターネット上で流通するものであっても良い。In addition, the program in the embodiment is provided in a state stored in a computer-readable recording medium 120. The program in the embodiment may be distributed over the Internet connected via the communication interface 117.

また、記憶装置113の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置が挙げられる。入力インターフェイス114は、CPU111と、キーボード及びマウスといった入力機器118との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ115は、ディスプレイ装置119と接続され、ディスプレイ装置119での表示を制御する。 Specific examples of the storage device 113 include a hard disk drive and a semiconductor storage device such as a flash memory. The input interface 114 mediates data transmission between the CPU 111 and input devices 118 such as a keyboard and a mouse. The display controller 115 is connected to the display device 119 and controls the display on the display device 119.

データリーダ/ライタ116は、CPU111と記録媒体120との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体120からのプログラムの読み出し、及びコンピュータ110における処理結果の記録媒体120への書き込みを実行する。通信インターフェイス117は、CPU111と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。The data reader/writer 116 mediates data transmission between the CPU 111 and the recording medium 120, reads programs from the recording medium 120, and writes the results of processing in the computer 110 to the recording medium 120. The communication interface 117 mediates data transmission between the CPU 111 and other computers.

また、記録媒体120の具体例としては、CF(Compact Flash(登録商標))及びSD(Secure Digital)等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク(Flexible Disk)等の磁気記録媒体、又はCD-ROM(Compact Disk Read Only Memory)などの光学記録媒体が挙げられる。 Specific examples of recording medium 120 include general-purpose semiconductor storage devices such as CF (Compact Flash (registered trademark)) and SD (Secure Digital), magnetic recording media such as a flexible disk, or optical recording media such as a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory).

なお、実施の形態における地図生成装置10は、プログラムがインストールされたコンピュータではなく、各部に対応したハードウェア、例えば、電子回路を用いることによっても実現可能である。更に、地図生成装置10は、一部がプログラムで実現され、残りの部分がハードウェアで実現されていてもよい。実施の形態において、コンピュータは、図7に示すコンピュータに限定されることはない。 Note that the map generating device 10 in the embodiment can be realized not by a computer with a program installed, but by using hardware corresponding to each part, for example, electronic circuits. Furthermore, the map generating device 10 may be realized in part by a program and the remaining part by hardware. In the embodiment, the computer is not limited to the computer shown in FIG. 7.

上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する(付記1)~(付記9)によって表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。 Some or all of the above-described embodiments can be expressed by (Appendix 1) to (Appendix 9) described below, but are not limited to the following descriptions.

(付記1)
画角が固定された深度センサから出力された画像データをフレーム単位で取得する、データ取得部と、
フレーム毎に、前記画像データから特徴点を抽出する、特徴点抽出部と、
フレーム毎に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定し、判定の結果、存在している場合は、前記重なっていない部分から抽出された前記特徴点を排除する、フィルタリング部と、
フレーム間で対応する特徴点の組を特定し、更に、組として特定された前記特徴点の3次元座標を算出し、算出結果を用いて、組として特定された前記特徴点の集合で構成された環境地図を生成する、環境地図生成部と、
を備えている、
ことを特徴とする地図生成装置。
(Appendix 1)
A data acquisition unit that acquires image data output from a depth sensor having a fixed angle of view on a frame-by-frame basis;
A feature point extraction unit that extracts feature points from the image data for each frame;
a filtering unit that determines, for each frame, whether or not a portion of the frame that does not overlap with another frame other than the frame in question exists, and, if the result of the determination indicates that a portion of the frame exists, removes the feature points extracted from the non-overlapping portion;
an environment map generating unit that identifies pairs of corresponding feature points between frames, calculates three-dimensional coordinates of the feature points identified as pairs, and generates an environment map composed of a collection of the feature points identified as pairs using a calculation result;
Equipped with
A map generating device comprising:

(付記2)
前記深度センサが移動体に搭載されており、
前記フィルタリング部が、前記移動体の情報に基づいて、フレーム毎に、前記移動体の進行方向及び位置を求め、求めたフレーム毎の前記移動体の進行方向及び位置を用いて、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定する、
付記1に記載の地図生成装置。
(Appendix 2)
The depth sensor is mounted on a moving body,
the filtering unit determines, for each frame, a moving direction and a position of the moving body based on information about the moving body, and determines, using the determined moving direction and position of the moving body for each frame, whether or not a portion of the frame does not overlap with another frame other than the frame;
2. A map generating device as described in claim 1.

(付記3)
前記フィルタリング部が、フレーム毎に、求めたフレーム毎の前記移動体の向き及び位置を用いて、当該フレームの周辺に別のフレームが存在しているかどうかを判定し、当該フレームの周辺に別のフレームが存在していない場合に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在していると判定する、
付記2に記載の地図生成装置。
(Appendix 3)
the filtering unit determines, for each frame, whether or not another frame exists around the frame using the orientation and position of the moving object obtained for each frame, and if no other frame exists around the frame, determines that the frame has a portion that does not overlap with any other frame other than the frame itself;
3. A map generating device as described in claim 2.

(付記4)
画角が固定された深度センサから出力された画像データをフレーム単位で取得する、データ取得ステップと、
フレーム毎に、前記画像データから特徴点を抽出する、特徴点抽出ステップと、
フレーム毎に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定し、判定の結果、存在している場合は、前記重なっていない部分から抽出された前記特徴点を排除する、フィルタリングステップと、
フレーム間で対応する特徴点の組を特定し、更に、組として特定された前記特徴点の3次元座標を算出し、算出結果を用いて、組として特定された前記特徴点の集合で構成された環境地図を生成する、環境地図生成ステップと、
を有する、
ことを特徴とする地図生成方法。
(Appendix 4)
A data acquisition step of acquiring image data output from a depth sensor having a fixed angle of view on a frame-by-frame basis;
A feature point extraction step of extracting feature points from the image data for each frame;
a filtering step of determining, for each frame, whether or not a portion of the frame that does not overlap with another frame other than the frame in question exists, and, if the result of the determination indicates that a portion of the frame exists, eliminating the feature points extracted from the non-overlapping portion;
an environmental map generating step of identifying pairs of corresponding feature points between frames, calculating three-dimensional coordinates of the feature points identified as pairs, and generating an environmental map constituted by a set of the feature points identified as pairs using the calculation results;
having
A map generating method comprising:

(付記5)
前記深度センサが移動体に搭載されており、
前記フィルタリングステップにおいて、前記移動体の情報に基づいて、フレーム毎に、前記移動体の進行方向及び位置を求め、求めたフレーム毎の前記移動体の進行方向及び位置を用いて、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定する、
付記4に記載の地図生成方法。
(Appendix 5)
The depth sensor is mounted on a moving body,
in the filtering step, determining a moving direction and a position of the moving object for each frame based on information about the moving object, and using the determined moving direction and position of the moving object for each frame, determining whether or not the frame has a portion that does not overlap with another frame other than the frame;
5. A map generating method as described in claim 4.

(付記6)
前記フィルタリングステップにおいて、フレーム毎に、求めたフレーム毎の前記移動体の向き及び位置を用いて、当該フレームの周辺に別のフレームが存在しているかどうかを判定し、当該フレームの周辺に別のフレームが存在していない場合に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在していると判定する、
付記5に記載の地図生成方法。
(Appendix 6)
In the filtering step, for each frame, using the orientation and position of the moving object determined for each frame, it is determined whether or not another frame exists around the frame, and if no other frame exists around the frame, it is determined that the frame has a portion that does not overlap with other frames other than the frame.
6. A map generating method as claimed in claim 5.

(付記7)
コンピュータに、
画角が固定された深度センサから出力された画像データをフレーム単位で取得する、データ取得ステップと、
フレーム毎に、前記画像データから特徴点を抽出する、特徴点抽出ステップと、
フレーム毎に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定し、判定の結果、存在している場合は、前記重なっていない部分から抽出された前記特徴点を排除する、フィルタリングステップと、
フレーム間で対応する特徴点の組を特定し、更に、組として特定された前記特徴点の3次元座標を算出し、算出結果を用いて、組として特定された前記特徴点の集合で構成された環境地図を生成する、環境地図生成ステップと、
を実行させる、プログラム。
(Appendix 7)
On the computer,
A data acquisition step of acquiring image data output from a depth sensor having a fixed angle of view on a frame-by-frame basis;
A feature point extraction step of extracting feature points from the image data for each frame;
a filtering step of determining, for each frame, whether or not a portion of the frame that does not overlap with another frame other than the frame in question exists, and, if the result of the determination indicates that a portion of the frame exists, eliminating the feature points extracted from the non-overlapping portion;
an environmental map generating step of identifying pairs of corresponding feature points between frames, calculating three-dimensional coordinates of the feature points identified as pairs, and generating an environmental map constituted by a set of the feature points identified as pairs using the calculation results;
A program to execute.

(付記8)
前記深度センサが移動体に搭載されており、
前記フィルタリングステップにおいて、前記移動体の情報に基づいて、フレーム毎に、前記移動体の進行方向及び位置を求め、求めたフレーム毎の前記移動体の進行方向及び位置を用いて、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定する、
付記7に記載のプログラム。
(Appendix 8)
The depth sensor is mounted on a moving body,
in the filtering step, determining a moving direction and a position of the moving object for each frame based on information about the moving object, and using the determined moving direction and position of the moving object for each frame, determining whether or not the frame has a portion that does not overlap with another frame other than the frame;
8. The program according to claim 7.

(付記9)
前記フィルタリングステップにおいて、フレーム毎に、求めたフレーム毎の前記移動体の向き及び位置を用いて、当該フレームの周辺に別のフレームが存在しているかどうかを判定し、当該フレームの周辺に別のフレームが存在していない場合に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在していると判定する、
付記8に記載のプログラム。
(Appendix 9)
In the filtering step, for each frame, using the orientation and position of the moving object determined for each frame, it is determined whether or not another frame exists around the frame, and if no other frame exists around the frame, it is determined that the frame has a portion that does not overlap with other frames other than the frame.
9. The program according to claim 8.

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 Although the present invention has been described above with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. Various modifications that can be understood by a person skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.

この出願は、2022年6月3日に出願された日本出願特願2022-91128を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-91128, filed on June 3, 2022, the disclosure of which is incorporated herein in its entirety.

以上のように本開示によれば、画角が固定された深度センサを用いた場合において、環境地図の精度を向上させることができる。本開示は、SLAMが用いられる分野において有用である。As described above, according to the present disclosure, it is possible to improve the accuracy of an environmental map when using a depth sensor with a fixed angle of view. The present disclosure is useful in fields where SLAM is used.

10 地図生成装置
11 データ取得部
12 特徴点抽出部
13 フィルタリング部
14 環境地図生成部
20 深度センサ
30 制御装置
40 操舵装置
50 パワートレイン
100 移動体
110 コンピュータ
111 CPU
112 メインメモリ
113 記憶装置
114 入力インターフェイス
115 表示コントローラ
116 データリーダ/ライタ
117 通信インターフェイス
118 入力機器
119 ディスプレイ装置
120 記録媒体
121 バス
REFERENCE SIGNS LIST 10 Map generating device 11 Data acquisition unit 12 Feature point extraction unit 13 Filtering unit 14 Environmental map generating unit 20 Depth sensor 30 Control device 40 Steering device 50 Power train 100 Mobile body 110 Computer 111 CPU
112 Main memory 113 Storage device 114 Input interface 115 Display controller 116 Data reader/writer 117 Communication interface 118 Input device 119 Display device 120 Recording medium 121 Bus

Claims (9)

画角が固定された深度センサから出力された画像データをフレーム単位で取得する、データ取得と、
フレーム毎に、前記画像データから特徴点を抽出する、特徴点抽出と、
フレーム毎に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定し、判定の結果、存在している場合は、前記重なっていない部分から抽出された前記特徴点を排除する、フィルタリングと、
フレーム間で対応する特徴点の組を特定し、更に、組として特定された前記特徴点の3次元座標を算出し、算出結果を用いて、組として特定された前記特徴点の集合で構成された環境地図を生成する、環境地図生成と、
を備えている、
ことを特徴とする地図生成装置。
A data acquisition unit that acquires image data output from a depth sensor having a fixed angle of view on a frame-by-frame basis;
A feature point extraction unit that extracts feature points from the image data for each frame;
a filtering unit that determines, for each frame, whether or not a portion of the frame that does not overlap with another frame other than the frame in question exists, and, if the result of the determination indicates that a portion of the frame exists , removes the feature points extracted from the non-overlapping portion;
an environment map generating unit that identifies pairs of corresponding feature points between frames, calculates three-dimensional coordinates of the feature points identified as pairs, and generates an environment map composed of a collection of the feature points identified as pairs using a calculation result;
Equipped with
A map generating device comprising:
前記深度センサが移動体に搭載されており、
前記フィルタリングが、前記移動体の情報に基づいて、フレーム毎に、前記移動体の進行方向及び位置を求め、求めたフレーム毎の前記移動体の進行方向及び位置を用いて、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定する、
請求項1に記載の地図生成装置。
The depth sensor is mounted on a moving body,
the filtering unit determines, for each frame, a moving direction and a position of the moving body based on information about the moving body, and determines, using the determined moving direction and position of the moving body for each frame, whether or not a portion of the frame does not overlap with another frame other than the frame;
The map generating device according to claim 1 .
前記フィルタリングが、フレーム毎に、求めたフレーム毎の前記移動体の向き及び位置を用いて、当該フレームの周辺に別のフレームが存在しているかどうかを判定し、当該フレームの周辺に別のフレームが存在していない場合に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在していると判定する、
請求項2に記載の地図生成装置。
the filtering unit determines, for each frame, whether or not another frame exists around the frame using the orientation and position of the moving object obtained for each frame, and if no other frame exists around the frame, determines that the frame has a portion that does not overlap with any other frame other than the frame itself;
The map generating device according to claim 2 .
画角が固定された深度センサから出力された画像データをフレーム単位で取得し、
フレーム毎に、前記画像データから特徴点を抽出し、
フレーム毎に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定し、判定の結果、存在している場合は、前記重なっていない部分から抽出された前記特徴点を排除し、
フレーム間で対応する特徴点の組を特定し、更に、組として特定された前記特徴点の3次元座標を算出し、算出結果を用いて、組として特定された前記特徴点の集合で構成された環境地図を生成する、
ことを特徴とする地図生成方法。
Image data output from a depth sensor with a fixed angle of view is acquired frame by frame.
Extracting feature points from the image data for each frame;
determining, for each frame, whether or not there is a portion in the frame that does not overlap with another frame other than the frame in question, and if the result of the determination indicates that there is a portion, excluding the feature points extracted from the non-overlapping portion;
Identifying pairs of corresponding feature points between frames, calculating three-dimensional coordinates of the feature points identified as pairs, and generating an environment map composed of the sets of the feature points identified as pairs using the calculation results.
A map generating method comprising:
前記深度センサが移動体に搭載されており、
前記判定において、前記移動体の情報に基づいて、フレーム毎に、前記移動体の進行方向及び位置を求め、求めたフレーム毎の前記移動体の進行方向及び位置を用いて、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定する、
請求項4に記載の地図生成方法。
The depth sensor is mounted on a moving body,
In the determination, a moving direction and a position of the moving body are obtained for each frame based on information of the moving body, and using the obtained moving direction and position of the moving body for each frame, it is determined whether or not a portion of the frame does not overlap with another frame other than the frame.
The map generating method according to claim 4.
前記判定において、フレーム毎に、求めたフレーム毎の前記移動体の向き及び位置を用いて、当該フレームの周辺に別のフレームが存在しているかどうかを判定し、当該フレームの周辺に別のフレームが存在していない場合に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在していると判定する、
請求項5に記載の地図生成方法。
In the determination, for each frame, using the orientation and position of the moving object determined for each frame, it is determined whether or not another frame exists around the frame, and if no other frame exists around the frame, it is determined that the frame has a portion that does not overlap with any other frame other than the frame.
The map generating method according to claim 5.
コンピュータに、
画角が固定された深度センサから出力された画像データをフレーム単位で取得させ、
フレーム毎に、前記画像データから特徴点を抽出させ、
フレーム毎に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定させ、判定の結果、存在している場合は、前記重なっていない部分から抽出された前記特徴点を排除させ、
フレーム間で対応する特徴点の組を特定させ、更に、組として特定された前記特徴点の3次元座標を算出させ、算出結果を用いて、組として特定された前記特徴点の集合で構成された環境地図を生成させる、
ログラム。
On the computer,
Image data output from a depth sensor with a fixed angle of view is acquired frame by frame,
extracting feature points from the image data for each frame;
determining, for each frame, whether or not there is a portion in the frame that does not overlap with another frame other than the frame in question, and, if the result of the determination indicates that there is a portion, excluding the feature points extracted from the non-overlapping portion;
Identifying pairs of corresponding feature points between frames, calculating three-dimensional coordinates of the feature points identified as pairs, and generating an environmental map composed of a set of the feature points identified as pairs using the calculation results.
program .
前記深度センサが移動体に搭載されており、
前記判定において、前記移動体の情報に基づいて、フレーム毎に、前記移動体の進行方向及び位置を求め、求めたフレーム毎の前記移動体の進行方向及び位置を用いて、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在しているかどうかを判定させる、
請求項7に記載のプログラム
The depth sensor is mounted on a moving body,
In the determination, a moving direction and a position of the moving body are obtained for each frame based on information of the moving body, and using the obtained moving direction and position of the moving body for each frame, it is determined whether or not a portion of the frame does not overlap with another frame other than the frame.
The program according to claim 7.
前記判定において、フレーム毎に、求めたフレーム毎の前記移動体の向き及び位置を用いて、当該フレームの周辺に別のフレームが存在しているかどうかを判定させ、当該フレームの周辺に別のフレームが存在していない場合に、当該フレームに、当該フレーム以外の別のフレームと重なっていない部分が存在していると判定させる、
請求項8に記載のプログラム
In the determination, for each frame, the orientation and position of the moving body obtained for each frame are used to determine whether or not another frame exists around the frame, and if no other frame exists around the frame, the frame is determined to have a portion that does not overlap with any other frame other than the frame itself.
The program according to claim 8.
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JP2019086419A (en) 2017-11-08 2019-06-06 川崎重工業株式会社 Environment acquisition system
JP2022022715A (en) 2020-07-02 2022-02-07 三菱ロジスネクスト株式会社 Position estimation apparatus, vehicle, position estimation method, and program

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