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JP7821466B2 - Measurement system and measurement method - Google Patents
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JP7821466B2 - Measurement system and measurement method - Google Patents

Measurement system and measurement method

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JP7821466B2 JP2022004884A JP2022004884A JP7821466B2 JP 7821466 B2 JP7821466 B2 JP 7821466B2 JP 2022004884 A JP2022004884 A JP 2022004884A JP 2022004884 A JP2022004884 A JP 2022004884A JP 7821466 B2 JP7821466 B2 JP 7821466B2
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Description

本発明は、ターゲットを用いた3次元写真計測に関する。 The present invention relates to three-dimensional photometry using targets.

農作業の効率化を目的に各種のセンシング技術が研究されている。その中で作物の三次元写真計測を行う技術がある。三次元写真計測では、ステレオ画像間の対応関係の特定やカメラの標定にターゲットが利用される。例えば、特許文献1には、圃場における三次元写真計測に利用されるターゲットについて記載されている。また、特許文献2と3には、多面に識別面を設けた立体的なターゲットについて記載されている。 Various sensing technologies are being researched with the aim of improving the efficiency of agricultural work. One such technology is the use of three-dimensional photometry of crops. In three-dimensional photometry, targets are used to identify correspondences between stereo images and to orient the camera. For example, Patent Document 1 describes targets used for three-dimensional photometry in fields. Furthermore, Patent Documents 2 and 3 describe three-dimensional targets with multiple identification surfaces.

特開2021-139749号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-139749 特開2002-354506号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-354506 特開2003-42726号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-42726

圃場における三次元写真計測では、一々被写体に狙いを付けて撮影を行う形態は現実的ではない。実用的な形態としては、カメラを搭載した作業ロボットを圃場内で巡回させて撮影を行う方法がある。 When taking 3D photographs in a field, it is not realistic to aim at each subject and take a photograph. A more practical method is to have a work robot equipped with a camera patrol the field and take photographs.

圃場における作物の撮影を移動ロボットに行わせる場合、移動ロボットに取り付けたカメラで圃場内に配置された多数の識別ターゲットを識別可能な状態で撮影する必要がある。ところで、標定に用いる識別ターゲットは、ターゲットの中心を画像中から検出するための図形および識別情報となる図形が表示されている。この識別ターゲットは、極力正面から撮影する必要がある。これは、斜めから撮影すると図形が歪み、識別コードの読み取り精度や中心位置の読み取り精度が低下するからである。 When using a mobile robot to photograph crops in a field, the camera attached to the mobile robot must be able to capture images of numerous identification targets placed in the field in an identifiable state. Incidentally, the identification targets used for orientation display a graphic used to detect the target's center in the image, as well as a graphic that serves as identification information. These identification targets should be photographed as closely as possible to the front. This is because photographing them from an angle distorts the graphic, reducing the accuracy of reading the identification code and the center position.

よって撮影時に移動ロボットのカメラを識別ターゲットに正対させることが重要となる。他方で、ステレオ写真計測に基づく3次元モデルの作成を考えた場合、異なる多数の視点からの撮影が必要となる。よって、識別ターゲットを異なる視点から、且つ、正面から撮影することが要求される。 It is therefore important to point the mobile robot's camera directly at the target to be identified when taking photographs. On the other hand, when considering the creation of a 3D model based on stereophotography, it is necessary to take photographs from many different viewpoints. Therefore, it is necessary to photograph the target to be identified from different viewpoints and from the front.

また、識別ターゲットは、識別する方法として一つの方法に限定されず、多様な方法による識別ができるものが求められている。 In addition, there is a demand for identification targets that can be identified using a variety of methods, rather than being limited to a single identification method.

このような背景において、本発明は、高い汎用性を有する識別ターゲットに係る技術の提供を目的とする。 Against this background, the present invention aims to provide technology related to highly versatile identification targets.

本発明は、圃場内に配置された複数の識別ターゲットと、前記圃場内で移動可能な移動体と、前記移動体に設けられ、異なる方向に向いた第1のカメラ及び第2のカメラと、を備え、前記複数の識別ターゲットは、異なる方向に向き、識別コードが表示された第1の面と第2の面をそれぞれ有し、前記第1のカメラが第1の方向を法線方向とする前記複数の識別ターゲットの前記第1の面それぞれに正対可能であるとともに、前記第2のカメラが前記第1の方向とは異なる第2の方向を法線方向とする前記複数の識別ターゲットの前記第2の面それぞれに正対可能であり、前記移動体の移動中において、前記第1のカメラは、前記移動体の移動方向に間隔をおいて配置された複数の前記識別ターゲットの前記第1の面それぞれを間欠的に撮影可能であり、前記第2のカメラは、前記移動体の移動方向に間隔をおいて配置された複数の前記識別ターゲットの前記第2の面それぞれを間欠的に撮影可能である計測システムである。 The present invention provides a measurement system comprising a plurality of identification targets arranged in a field , a mobile body movable within the field, and a first camera and a second camera mounted on the mobile body and facing in different directions, wherein the plurality of identification targets face in different directions and each have a first surface and a second surface on which an identification code is displayed , the first camera being capable of facing directly on each of the first surfaces of the plurality of identification targets whose normal direction is the first direction, and the second camera being capable of facing directly on each of the second surfaces of the plurality of identification targets whose normal direction is a second direction different from the first direction, and while the mobile body is moving, the first camera being capable of intermittently photographing each of the first surfaces of the plurality of identification targets arranged at intervals in the direction of movement of the mobile body, and the second camera being capable of intermittently photographing each of the second surfaces of the plurality of identification targets arranged at intervals in the direction of movement of the mobile body .

本発明において、前記第1の面と前記第2の面には同じ識別コードが表示されている態様が挙げられる。 In the present invention, the same identification code may be displayed on the first surface and the second surface.

本発明において、前記識別ターゲットは多面体の構造を有し、前記第1の面は前記多面体の一つの面であり、前記第2の面は前記多面体の他の一つの面である態様が挙げられる。 In one embodiment of the present invention, the identification target has a polyhedral structure, the first surface is one surface of the polyhedron, and the second surface is another surface of the polyhedron.

本発明において、前記識別ターゲットは角錐台の形状を有し、前記角錐台を構成する複数の斜面および前記角錐台を構成する平行な2つの面の内の小さい方の面を利用して前記第1の面と前記第2の面、更にそれに加えて識別コードを備えた他の面が構成されている態様が挙げられる。 In one embodiment of the present invention, the identification target has a truncated pyramid shape, and the first and second surfaces, as well as another surface bearing an identification code, are formed using the multiple inclined surfaces that make up the truncated pyramid and the smaller of the two parallel surfaces that make up the truncated pyramid.

本発明において、記第1のカメラが複数の前記識別ターゲットのうちのいずれかの前記第1の面を正面に捉えている第1の状態において、前記第2のカメラは複数の前記識別ターゲットの前記第2の面のいずれも正面に捉えておらず、前記第1の状態から前記移動体を移動させることで、前記第1のカメラが複数の前記識別ターゲットの前記第1の面のいずれも正面に捉えておらず、前記第2のカメラが複数の前記識別ターゲットのうちのいずれかの前記第2の面を正面に捉えている第2の状態となる態様が挙げられる。 In the present invention, an example is where, in a first state in which the first camera is capturing the first surface of one of the multiple identification targets in a frontal view, the second camera is not capturing the second surface of any of the multiple identification targets in a frontal view, and by moving the moving body from the first state, a second state is reached in which the first camera is not capturing the first surface of any of the multiple identification targets in a frontal view, and the second camera is capturing the second surface of any of the multiple identification targets in a frontal view.

本発明において前記複数の識別ターゲットには、大きさおよび/または形状の異なるものが含まれ、三次元情報を計測する手段により、前記識別ターゲットの前記大きさおよび/または形状の違いが検出されることで、前記識別ターゲットの識別が行われる態様が挙げられる。 In the present invention , the multiple identification targets may include targets of different sizes and/or shapes, and the differences in size and/or shape of the identification targets may be detected by a means for measuring three-dimensional information, thereby identifying the identification targets.

本発明は、識別コードが表示された立体構造を有し、前記立体構造の大きさおよび/または形状は、前記識別コードの識別情報に対応しており、前記識別コードによる前記識別情報の検出と、前記立体構造の大きさおよび/または形状による前記識別情報の検出が可能な識別ターゲットである。 The present invention is an identification target that has a three-dimensional structure on which an identification code is displayed, the size and/or shape of the three-dimensional structure corresponds to the identification information of the identification code, and the identification information can be detected by the identification code and by the size and/or shape of the three-dimensional structure.

本発明は、圃場内に配置された複数の識別ターゲットと、前記圃場内で移動可能な移動体に設けられ、異なる方向に向いた第1のカメラ及び第2のカメラと、を用いた計測方法であって、前記複数の識別ターゲットは、異なる方向に向き、識別コードが表示された第1の面と第2の面をそれぞれ有し、前記第1のカメラが第1の方向を法線方向とする前記複数の識別ターゲットの前記第1の面それぞれに正対可能であるとともに、前記第2のカメラが前記第1の方向とは異なる第2の方向を法線方向とする前記複数の識別ターゲットの前記第2の面それぞれに正対可能であり、前記移動体の移動中において、前記第1のカメラを用いて、前記移動体の移動方向に間隔をおいて配置された複数の前記識別ターゲットの前記第1の面それぞれを間欠的に撮影するとともに、前記第2のカメラを用いて、前記移動体の移動方向に間隔をおいて配置された複数の前記識別ターゲットの前記第2の面それぞれを間欠的に撮影する、計測方法である。 The present invention is a measurement method that uses a plurality of identification targets arranged in a field , and a first camera and a second camera that are mounted on a mobile body that can move within the field and face in different directions , wherein the plurality of identification targets face in different directions and each have a first surface and a second surface on which an identification code is displayed , the first camera is capable of facing directly on each of the first surfaces of the plurality of identification targets whose normal direction is the first direction, and the second camera is capable of facing directly on each of the second surfaces of the plurality of identification targets whose normal direction is a second direction different from the first direction, and while the mobile body is moving, the first camera is used to intermittently photograph each of the first surfaces of the plurality of identification targets that are arranged at intervals in the direction of movement of the mobile body, and the second camera is used to intermittently photograph each of the second surfaces of the plurality of identification targets that are arranged at intervals in the direction of movement of the mobile body .

本発明によれば、高い汎用性を有する識別ターゲットに係る技術が得られる。 The present invention provides technology for identifying targets with high versatility.

実施形態の概念図(A)および(B)である。1A and 1B are conceptual diagrams of an embodiment. 識別ターゲットの斜視図(A)および(B)である。1A and 1B are perspective views of an identification target. 識別のためのコード表示の一例を示す図(A)および(B)である。1A and 1B are diagrams showing an example of a code display for identification purposes. 処理の手順の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure. 識別ターゲットの他の例を示す斜視図(A)、(B)および(C)である。10A, 10B, and 10C are perspective views showing other examples of the identification target.

1.第1の実施形態
(構成)
図1には、圃場100に展開された計測システムが示されている。図1(A)は、作業ロボット(移動ロボット)110を正面から見た図であり、図1(B)は、作業ロボット110を側面から見た図である。
1. First embodiment (configuration)
Figure 1 shows a measurement system deployed in a farm field 100. Figure 1(A) is a front view of a work robot (mobile robot) 110, and Figure 1(B) is a side view of the work robot 110.

圃場100には、棚101が設けられ、棚101を利用して作物102(例えばブドウ)の栽培が行われる。栽培される作物は、ブドウに限定されず、ブドウ以外の果実や野菜でもよい。 Shelves 101 are provided in the field 100, and the shelves 101 are used to cultivate crops 102 (e.g., grapes). The crops cultivated are not limited to grapes, and may be fruits or vegetables other than grapes.

圃場100の地面120の上をカメラを備えた移動体である作業ロボット110が移動する。作業ロボット110は、モータ等の駆動手段を備え、車輪によって自律移動する。作業ロボット110は、予め定められた経路上を移動する。勿論、自律的に移動経路を自分で設定できる形態も可能である。車輪でなく、無限軌道を利用して移動する形態、レールやワイヤーを利用して移動する形態も可能である。またカメラを備えた移動体としてUAVを利用することもできる。 A work robot 110, a mobile body equipped with a camera, moves across the ground 120 of the farm field 100. The work robot 110 is equipped with a drive means such as a motor and moves autonomously using wheels. The work robot 110 moves along a predetermined path. Of course, it is also possible for the work robot 110 to be configured to autonomously set its own movement path. It is also possible for the robot to move using caterpillars instead of wheels, or rails or wires. A UAV can also be used as a mobile body equipped with a camera.

作業ロボット110は、複数のカメラを備えている。図1には、車両110の前方斜め上45°の方向に向いたカメラ111、鉛直上方を向いたカメラ112、後方斜め上45°の方向を向いたカメラ113、進行方向(X軸正方向)に向かって左斜め上45°の方向を向いたカメラ114、進行方向(X軸正方向)に向かって右斜め上45°の方向を向いたカメラ115を備える。 The work robot 110 is equipped with multiple cameras. In Figure 1, the work robot 110 is equipped with camera 111 facing diagonally upward at 45 degrees in front of the vehicle 110, camera 112 facing vertically upward, camera 113 facing diagonally upward at 45 degrees behind the vehicle, camera 114 facing diagonally upward at 45 degrees to the left in the direction of travel (positive direction of the X-axis), and camera 115 facing diagonally upward at 45 degrees to the right in the direction of travel (positive direction of the X-axis).

各カメラは、本例では、例えば繰り返し静止画像の撮影を行う。撮影の間隔は、作業ロボット110を移動させながらの撮影において、n回目の撮影とn+1回目の撮影において、撮影画像が重複するように設定される。動画撮影の場合は、重複撮影されている画像を切り出したものを撮影画像として利用する。 In this example, each camera repeatedly captures still images. The interval between captures is set so that, when capturing images while the work robot 110 is moving, the captured images overlap between the nth capture and the n+1th capture. When capturing video, overlapping images are cropped and used as the captured image.

図1には、棚101に配置された識別ターゲット121,122,123,124,125,126,127,128,129,130,131が示されている。各識別ターゲットは、異なる識別表示を備え、形状はすべて同じである。 Figure 1 shows identification targets 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 130, and 131 arranged on shelf 101. Each identification target has a different identification marking, but they all have the same shape.

識別ターゲットの少なくとも一部の位置は既知である。位置を記述する座標系は絶対座標系またはローカル座標系が利用される。絶対座標系は、GNSSや地図で利用される座標系である。 The position of at least part of the identified target is known. The coordinate system used to describe the position may be an absolute coordinate system or a local coordinate system. An absolute coordinate system is the coordinate system used in GNSS and maps.

この例では、作業ロボット110の移動経路に沿ってX軸方向に延長する3列の識別ターゲット群が配列されている。この3列の識別ターゲット群の中央の列が、図1(B)に示す識別ターゲット121,122,123,124,125,126,127,128,129である。同様に識別ターゲット130が属するX軸方向に延長する列における識別ターゲット群、および識別ターゲット131が属するX軸方向に延長する列における識別ターゲット群が配置されている。 In this example, three rows of identification targets are arranged extending in the X-axis direction along the movement path of the work robot 110. The central row of these three rows of identification targets is made up of identification targets 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, and 129 shown in Figure 1(B). Similarly, the row of identification targets extending in the X-axis direction to which identification target 130 belongs, and the row of identification targets extending in the X-axis direction to which identification target 131 belongs are also arranged.

図1において、全ての識別ターゲットは同じ形状であるが、表示されている識別データがそれぞれ異なる。以下、識別ターゲットの形状について説明する。ここでは、代表して識別ターゲット122を説明する。 In Figure 1, all of the identification targets have the same shape, but the identification data displayed varies. The shapes of the identification targets are explained below. Here, identification target 122 will be explained as a representative example.

図2には、識別ターゲット122が示されている。図2(A)と図2(B)には、異なる視点から見た状態が示されている。 Figure 2 shows the identification target 122. Figures 2(A) and 2(B) show the target from different perspectives.

識別ターゲット122は、四角錐台を上下逆にした形状を有している。図2には、識別ターゲット122の斜面122A、122B、122C、122D、および下面122Eが示されている。斜面122A、122B、122C、122D、および下面122Eは、同じ識別コードが表示されたコード表示面となる。 The identification target 122 has the shape of an upside-down truncated quadrangular pyramid. Figure 2 shows the inclined surfaces 122A, 122B, 122C, 122D, and the bottom surface 122E of the identification target 122. The inclined surfaces 122A, 122B, 122C, 122D, and the bottom surface 122E serve as code display surfaces on which the same identification code is displayed.

斜面122Aは、X軸正の斜め下45°の方向に向いている平面である。斜面122Cは斜面122AのX軸方向における反対側の斜面であり、X軸負の斜め下45°の方向に向いている平面である。 Sloped surface 122A is a plane facing diagonally downward at 45 degrees to the positive X-axis. Sloped surface 122C is the slope on the opposite side of slope 122A in the X-axis direction, and is a plane facing diagonally downward at 45 degrees to the negative X-axis.

斜面122Bは、Y軸負の斜め下45°の方向に向いている平面である。斜面122Dは斜面122BのY軸方向における反対側の斜面であり、Y軸正の斜め下45°の方向に向いている平面である。下面122Eは、鉛直下方(Z軸負の方向)に向いている平面である。 Sloped surface 122B is a plane facing diagonally downward at 45° in the negative direction of the Y axis. Sloped surface 122D is the slope on the opposite side of slope 122B in the Y axis direction, and is a plane facing diagonally downward at 45° in the positive direction of the Y axis. Bottom surface 122E is a plane facing vertically downward (negative direction of the Z axis).

斜面122Cは、カメラ111に正対可能な向きに設定されている。すなわち、図1において、カメラ111はX軸正の斜め上45°の方向に光軸が向くように設定されている。図1(B)の状態において、カメラ111と斜面122Cが正対、すなわちカメラ111が斜面122Cを正面から撮影するように、斜面122Cは、X軸負の斜め下45°の方向に向いた斜面に設定されている。これは、識別ターゲット121,123~129の対応する斜面についても同じである。 Sloped surface 122C is oriented so that it can face camera 111 directly. That is, in FIG. 1, camera 111 is oriented so that its optical axis faces diagonally upward at 45 degrees along the positive X-axis. In the state shown in FIG. 1(B), camera 111 and slope 122C face each other directly, i.e., slope 122C is oriented diagonally downward at 45 degrees along the negative X-axis so that camera 111 photographs slope 122C from the front. This is also true for the corresponding slopes of identification targets 121, 123-129.

同様の考え方で、斜面122Aは、カメラ113に正対可能な向きに設定されている。すなわち、図1において、カメラ113はX軸負の方向の上斜め45°の方向に光軸が向くように設定されている。図1(B)の状態では、カメラ113と斜面122Aは正対していないが、作業ロボット110がX軸正方向に移動することで、カメラ113が斜面112を正面から撮影できる状況が得られる。この状況が得られるように、斜面122Aは、X軸正の斜め下45°の方向に向いた斜面に設定されている。これは、識別ターゲット121,123~129に対応する斜面についても同じである。 Using a similar concept, inclined surface 122A is oriented so that it can face camera 113 directly. That is, in Figure 1, camera 113 is oriented so that its optical axis faces upward at an angle of 45 degrees in the negative direction of the X-axis. In the state shown in Figure 1(B), camera 113 and inclined surface 122A do not face each other directly, but by moving work robot 110 in the positive direction of the X-axis, a situation is created in which camera 113 can photograph inclined surface 112 from the front. To achieve this situation, inclined surface 122A is oriented downward at an angle of 45 degrees in the positive direction of the X-axis. The same applies to the inclined surfaces corresponding to identification targets 121, 123-129.

下面122Eは、カメラ112が鉛直下方に位置した際に、鉛直上方を向いたカメラ112に正対するように、面の向きが設定されている。これは、識別ターゲット121,123~129に対応する下面についても同じである。 The orientation of the lower surface 122E is set so that it faces directly toward the camera 112, which is facing vertically upward, when the camera 112 is positioned vertically downward. This is also true for the lower surfaces corresponding to the identification targets 121, 123-129.

識別ターゲット130におけるY軸負の斜め下45°の方向を向いた斜面は、Y軸正の斜め上45°上の方向に向いたカメラ114に正対可能となるように、向きが設定されている。これは、識別ターゲット130の列に含まれるX軸方向に並ぶ他の図示しない識別ターゲットについても同じである。識別ターゲット131におけるY軸正の斜め下45°の方向を向いた斜面は、Y軸負の斜め上45°の方向に向いたカメラ115に正対可能となるように配置されている。これは、識別ターゲット131の列に含まれるX軸方向に並ぶ他の図示しない識別ターゲットについても同じである。 The slope of identification target 130 facing diagonally downward at 45° in the negative Y-axis direction is oriented so that it can directly face camera 114 facing diagonally upward at 45° in the positive Y-axis direction. This is also true for other identification targets (not shown) lined up in the X-axis direction and included in the row of identification target 130. The slope of identification target 131 facing diagonally downward at 45° in the positive Y-axis direction is positioned so that it can directly face camera 115 facing diagonally upward at 45° in the negative Y-axis direction. This is also true for other identification targets (not shown) lined up in the X-axis direction and included in the row of identification target 131.

以上の説明では、カメラの向きに合わせて、各識別ターゲットのコード表示面の向きを設定したものと説明しているが、逆にコード表示面の向きに合わせて、カメラの向きを設定したと考えることもできる。あるいは、上記の向きの関係となるように、コード表示面とカメラの向きを設定したと考えることもできる。さらに、この逆台形ターゲットの上面にもコードを付することで、UAV等の上空から認識することも可能となる。 In the above explanation, it has been explained that the orientation of the code display surface of each identification target is set to match the orientation of the camera, but it can also be thought of as the camera being set to match the orientation of the code display surface. Alternatively, it can be thought of as the orientation of the code display surface and camera being set so that the above orientation relationship is achieved. Furthermore, by attaching a code to the top surface of this inverted trapezoid target, it can also be recognized from the air by UAVs, etc.

各識別ターゲットにおける5面のコード表示面には、同じコード表示が配置されている。図3(A)にコード表示の一例を示す。このコード表示では、当該コード表示を撮影した撮影画像の中から、中央の丸印の中心と円弧の曲率中心を検出することで、画像中におけるコード表示の中心が認識され、円弧の位置および円弧の長さが検出されることで、コード表示が示す識別情報が認識される。 The same code display is placed on each of the five code display surfaces of each identification target. Figure 3(A) shows an example of a code display. In this code display, the center of the code display in the image is recognized by detecting the center of the central circle and the center of curvature of the arc in a photographed image of the code display, and the position and length of the arc are detected, allowing the identification information indicated by the code display to be recognized.

識別ターゲット121,122,123,124,125,126,127,128,129,130,131は、異なる5方向に向いたコード表示面を有し、5方向からコード表示面を正面から撮影できる。すなわち、多方向からの識別が容易なターゲットとなる。 Identification targets 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 130, and 131 have code display surfaces facing five different directions, allowing the code display surfaces to be photographed from the front from five different directions. In other words, they are targets that are easy to identify from multiple directions.

前述したように、図3のコード表示を斜めから撮影すると、図形の形が歪み、中心位置の誤検出や識別情報の読み取りに支障が生じる可能性が増大する。識別ターゲット121~131は、5方向から正対できるので、多方向からの識別が容易に行える。 As mentioned above, if the code display in Figure 3 is photographed from an oblique angle, the shape of the figure will be distorted, increasing the possibility of erroneous detection of the center position or problems reading the identification information. Since the identification targets 121-131 can be viewed directly from five directions, they can be easily identified from multiple directions.

また、図1のシステムでは、いろいろな方向に向けたカメラの内のどれかが識別ターゲットのコード表示面を正面または正面に近い位置から撮影できる。例えば、図1(B)の状態において、カメラ111に対して識別ターゲット122の一つの斜面が正対する。また、カメラ112に対して識別ターゲット125の下面が正対する。また、カメラ113に対して識別ターゲット128の一つの斜面が正対する。 Furthermore, in the system of Figure 1, any of the cameras facing in various directions can photograph the code display surface of the identification target from the front or a position close to the front. For example, in the state shown in Figure 1(B), one sloping surface of identification target 122 faces directly toward camera 111. Furthermore, the bottom surface of identification target 125 faces directly toward camera 112. Furthermore, one sloping surface of identification target 128 faces directly toward camera 113.

ここで、作業ロボット110がX軸正の方向に移動すると、上記正対の状態からのズレが生じる。しかしながら、更に移動すると、カメラ111に対して識別ターゲット121の一つの斜面が正対し、カメラ112に対して識別ターゲット124の下面が正対し、カメラ113に対して識別ターゲット127の一つの斜面が正対する。 Here, when the work robot 110 moves in the positive direction of the X-axis, it deviates from the above-mentioned facing state. However, with further movement, one slope of the identification target 121 faces directly toward the camera 111, the bottom surface of the identification target 124 faces directly toward the camera 112, and one slope of the identification target 127 faces directly toward the camera 113.

こうして、作業ロボット110の移動中において、必ずしも常にではないが、間欠的にカメラ111,112,113が識別ターゲットのコード表示面に正対する。また、完全に正対しなくても、正対に近い状況を極力長い時間作り出せる。 In this way, while the work robot 110 is moving, the cameras 111, 112, and 113 intermittently, though not always, face the code display surface of the identification target. Even if they do not face it completely directly, a situation as close to a direct face as possible can be created for as long as possible.

上記のことは、カメラ114,115についてもいえる。識別ターゲット130と131のX軸方向にも識別ターゲット121,122,123,124,125,126,127,128,129と同様に、複数の識別ターゲットが配置されている。 The same applies to cameras 114 and 115. Similar to identification targets 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, and 129, multiple identification targets are also arranged in the X-axis direction of identification targets 130 and 131.

ここで、識別ターゲット130に着目する。この場合、カメラ114が識別ターゲット130の斜面の一つに正対している状態から、作業ロボット110がX軸正の方向に移動すると、カメラ114の正面から識別ターゲット130が外れるが、じきに次の識別ターゲットがカメラ114の正面に見えるようになる。これは、カメラ115についても同じである。 Now, let's focus on the identification target 130. In this case, when the work robot 110 moves in the positive X-axis direction from a state in which the camera 114 is directly facing one of the slopes of the identification target 130, the identification target 130 moves out of view of the camera 114, but soon the next identification target will be visible in front of the camera 114. The same is true for the camera 115.

また、識別ターゲット122に着目すると、コード表示面122Dはカメラ111に正対可能であり、コード表示面122Aはカメラ113に正対が可能である。そして、コード表示面122Dがカメラ111に正対している図1(B)の状態から、作業ロボット110がX軸正の方向に移動すると、コード表示面122Aがカメラ113に正対する。 Furthermore, when focusing on the identification target 122, the code display surface 122D can face the camera 111, and the code display surface 122A can face the camera 113. Then, when the work robot 110 moves in the positive direction of the X axis from the state shown in Figure 1(B) where the code display surface 122D faces the camera 111, the code display surface 122A faces the camera 113.

こうして、作業ロボット110の移動中において、各カメラが識別ターゲットを正面から撮影できる状況が極力多く得られる。 In this way, while the work robot 110 is moving, each camera can capture images of the identification target from the front as often as possible.

カメラの数は限定されないが、その数がなるべく多い方が漏れなく撮影を行える。これは、識別ターゲットについても同じである。 There is no limit to the number of cameras, but the more cameras you have, the more thorough the capture of images. The same applies to identifying targets.

カメラを移動させる手段として、人力で移動する台車を用いる方法もある。また、作業員が複数のカメラを携帯し、その移動時に撮影を行う形態も可能である。この場合、作業者の頭部(例えば、ヘルメット)や作業ベストに多方向に向けて複数のカメラを固定し、作業員が移動しながら多方向を同時に撮影する。 One method for moving the cameras is to use a manually-moved cart. It is also possible for workers to carry multiple cameras and take pictures while they move. In this case, multiple cameras are fixed to the worker's head (e.g., a helmet) or work vest, facing in multiple directions, and the worker can simultaneously take pictures in multiple directions as he or she moves.

(処理の一例)
以下、撮影画像から識別ターゲットの識別情報を得る手順の一例を説明する。図4は、処理の手順の一例を示すフローチャートである。
(Example of processing)
An example of a procedure for obtaining identification information of an identification target from a photographed image will now be described with reference to a flowchart of FIG.

まず、圃場内の撮影を行う(ステップS101)。例えば、図1の作業ロボット110を圃場内でくまなく移動させ、装備した多数のカメラによる撮影を行う。この際、あるカメラに着目した場合に、第1のタイミングで撮影した撮影画像と、次の第2のタイミングで撮影した撮影画像とが一部重複するように作業ロボット110の移動速度と撮影間隔を調整する。この第1のタイミングで撮影した撮影画像と第2のタイミングで撮影した撮影画像が立体写真計測に利用されるステレオ画像となる。 First, photographs are taken within the field (step S101). For example, the work robot 110 in Figure 1 is moved thoroughly within the field, taking photographs using the multiple cameras it is equipped with. When focusing on a particular camera, the movement speed and photographing interval of the work robot 110 are adjusted so that the image taken at a first timing and the image taken at the following second timing partially overlap. The images taken at the first timing and the second timing become the stereo images used for stereophotography.

次に、ステップS101において撮影した多数の撮影画像の画像データを画像処理装置で受け付ける(ステップS102)。画像処理装置は、例えばPC(パーソナル・コンピュータ)により構成され、撮影画像中からの識別ターゲットの検出(画像認識)、sfm(Structure from Motion)に係る処理を行う。sfmに係る処理には、撮影画像中からの特徴点の抽出、ステレオ画像を構成する複数の画像間の対応関係の特定、識別ターゲットを用いた標定、撮影画像中に写った対象物に係る点群データの生成、該点群データに基づく三次元モデルの作成が含まれる。 Next, image data for the multiple images captured in step S101 is received by an image processing device (step S102). The image processing device is configured, for example, as a PC (personal computer), and performs processing related to the detection of identification targets from the captured images (image recognition) and sfm (Structure from Motion). sfm processing includes the extraction of feature points from the captured images, identification of correspondences between multiple images that make up a stereo image, orientation using identification targets, generation of point cloud data related to objects captured in the captured images, and creation of a three-dimensional model based on the point cloud data.

画像データを受け付けた画像処理装置は以下の処理を行う。まず、撮影画像それぞれの中から識別ターゲットのコード表示面に表示されたコード表示(例えば、図3参照)を検出する(ステップS103)。1枚の撮影画像中に複数の異なるコード表示が写っている場合、各コード表示を検出する。 The image processing device that receives the image data performs the following process. First, it detects the code display (see Figure 3, for example) displayed on the code display surface of the identification target from each captured image (step S103). If multiple different code displays are captured in a single captured image, each code display is detected.

1枚の撮影画像中に同じコード表示が複数写っている場合、コード検出の信頼性がより高められる。例えば、同一内容の第1のコード表示と第2のコード表示が検出され、それぞれ互いに異なる一部の情報が欠落しているとする。この場合、欠落した情報を相互に補間することで、より確実なコード内容の検出が可能となる。また、コード内容の誤検出を減らすことができる。 When multiple identical code indications are captured in a single captured image, the reliability of code detection is improved. For example, suppose a first code indication and a second code indication with the same content are detected, but some of the different information is missing from each. In this case, by interpolating the missing information, more reliable detection of the code content is possible. It is also possible to reduce false detection of the code content.

さらに、極力正面から撮影したコード表示を優先して検出する。正面から撮影しているか否かは、画像の歪みを評価することで行う。例えば、図3(A)の場合、正面からの撮影でないと、円弧が歪み、円弧でない曲線となる。ここで、より円弧に近いコード表示を選択することで、より正面から撮影したコード表示を選択できる。例えば、図3(B)の場合、正面からの撮影でないと、矩形の形状からのズレが生じる。ここで、より矩形に近いコード表示を選択することで、より正面から撮影したコード表示を選択できる。 Furthermore, priority is given to detecting code displays photographed from the front as much as possible. Whether or not the image was photographed from the front is determined by evaluating the distortion of the image. For example, in the case of Figure 3(A), if the image was not photographed from the front, the arc will be distorted and will become a curved line rather than an arc. By selecting a code display that is closer to an arc, it is possible to select a code display photographed from a closer front. For example, in the case of Figure 3(B), if the image was not photographed from the front, there will be deviation from the rectangular shape. By selecting a code display that is closer to a rectangle, it is possible to select a code display photographed from a closer front.

また、図3(A)の場合、正面からの撮影でないと、複数の円弧の曲率中心の位置の不整合、円弧の曲率中心の位置と丸印の中心位置の不整合といった現象が生じる。この不整合の程度が最も低いコード表示を選択することで、より正面から撮影したコード表示を選択する方法もある。 In addition, in the case of Figure 3(A), if the image is not taken from the front, there will be inconsistencies in the positions of the centers of curvature of the multiple arcs, and inconsistencies between the positions of the centers of curvature of the arcs and the center positions of the circles. One way to select a code display that is taken from a more frontal angle is to select a code display with the least degree of inconsistency.

あるいは、複数の同一コードが検出されたターゲットの信頼性を評価し、地図上の点として登録したり、そのターゲットが先に地図上の点として登録されている場合は、その座標値をもってきて検出ターゲットの座標としたりすることも可能である。 Alternatively, it is possible to evaluate the reliability of targets where multiple identical codes are detected and register them as points on a map, or if the target has already been registered as a point on a map, use those coordinates as the coordinates of the detected target.

コード表示を検出したら、コードの内容(中心の位置と識別情報)を取得する(ステップS104)。次に、各撮影画像の中から特徴点の抽出を行い(ステップS105)、更にステレオ画像間の対応関係を特定する(ステップS106)。 Once a code display is detected, the code content (center position and identification information) is obtained (step S104). Next, feature points are extracted from each captured image (step S105), and the correspondence between the stereo images is identified (step S106).

次に、ステレオ画像に写ったコード表示を利用した標定を行いカメラの位置と姿勢と求める(ステップS107)。次に、ステレオ画像中の特徴点の3次元位置を前方交会法により算出し、点群データを得る(ステップS108)。次に、ステップS108において得た点群データに基づき撮影対象の3次元モデルを作成する(ステップS109)。 Next, orientation is performed using the code displayed in the stereo images to determine the camera position and orientation (step S107). Next, the three-dimensional positions of feature points in the stereo images are calculated using the forward intersection method to obtain point cloud data (step S108). Next, a three-dimensional model of the subject is created based on the point cloud data obtained in step S108 (step S109).

上記の処理において、コード表示を正面から撮影した撮影画像が多くなる確率が高いので、コード表示の誤検出や検出不良を抑えることができる。 In the above process, there is a high probability that many of the images will be taken from the front of the code display, which helps reduce false or incomplete detection of the code display.

上述の例ではステレオ計測の例を示したが、例えば図3(B)のようなマーカーを用いて、1枚の画像から単写真標定法で計測することも可能である。この場合、ターゲット上の複数点の特徴点を検出して、ターゲットは平面上に配置してあるという条件を与えれば、単写真標定を行うことができる。この場合は、平面という条件を利用するために、ステレオ法よりもさらにターゲットが正対していることが重要となる。 The above example shows stereo measurement, but it is also possible to use markers such as those shown in Figure 3(B) to perform measurements from a single image using single-photo orientation. In this case, single-photo orientation can be performed by detecting multiple feature points on the target and providing the condition that the target is placed on a flat surface. In this case, in order to utilize the flat surface condition, it is even more important that the targets are facing directly than with stereo.

図3(B)には、コード表示としてArマーカーの例が示されている。Arマーカーは、複数の矩形形状の表示により構成されている。各矩形形状の角の部分が特徴点として撮影画像中から抽出される。矩形形状の位置や組み合わせは予め定められており、それにより識別情報が読み取られる。また、各矩形形状の角の部分の位置関係は既知であり、それらが平面上に配置されているという条件を与えることで、単写真標定を利用したカメラの位置と姿勢の算出が行える。 Figure 3 (B) shows an example of an Ar marker as a code representation. An Ar marker is composed of multiple rectangular shapes. The corners of each rectangular shape are extracted from the captured image as feature points. The positions and combinations of the rectangular shapes are predetermined, and identification information is read from them. In addition, the positional relationships of the corners of each rectangular shape are known, and by providing the condition that they are arranged on a plane, the position and orientation of the camera can be calculated using single-photo orientation.

具体的には、上記矩形形状の角の部分を既知点とした後方交会法により、当該コード表示面を撮影したカメラの当該コード表示面に対する位置と姿勢が算出される。 Specifically, the position and orientation of the camera that captured the code display surface relative to the code display surface are calculated using the backward intersection method, with the corners of the rectangular shape set as known points.

2.第2の実施形態
コード表示に正対するカメラに加えて、該カメラの光軸に対して少しずれた向きの光軸に設定されたカメラを複数配置してもよい。光軸の方向がすこしずれたカメラは、識別ターゲットのコード表示に正確には正対しないが、正対に近い状態の撮影画像が数多く得られる。
2. Second embodiment In addition to a camera facing the code display, multiple cameras may be placed with their optical axes slightly offset from the optical axis of the camera. Although the camera with the slightly offset optical axis does not face the code display of the identification target exactly, it can capture many images that are close to being directly facing the code display.

またこの場合、移動体と識別ターゲットの位置関係が多少アバウトであっても、向きが近い複数のカメラにおけるいずれかが、識別ターゲットの識別面(コード表示面)に正対またはそれに近い状態が得られる。圃場の地面は水平および平坦であるとは限らず、カメラを搭載した移動体が傾く場合が考えられる。また、人にカメラを装着した場合、カメラの光軸方向は一定しない。このような場合、光軸方向が少しずつずれた複数のカメラを配置することで、その中のどれかが識別面に正対する(あるいは正対に近い状態になる)。これにより、識別面に正対した撮影画像を高い確率で得ることができる。 In this case, even if the positional relationship between the moving object and the identification target is somewhat approximate, one of the multiple cameras that are oriented similarly will be directly facing or nearly facing the identification surface (code display surface) of the identification target. The ground in a field is not necessarily horizontal or flat, and it is possible that the moving object carrying the camera may be tilted. Furthermore, when a camera is attached to a person, the direction of the camera's optical axis will not be constant. In such cases, by arranging multiple cameras with slightly offset optical axis directions, one of them will be directly facing (or nearly facing) the identification surface. This makes it possible to obtain a captured image that is directly facing the identification surface with a high probability.

図1のカメラ111~115として、2台以上のカメラを用いたステレオカメラを利用することも可能である。 It is also possible to use a stereo camera using two or more cameras as cameras 111 to 115 in Figure 1.

3.第3の実施形態
識別ターゲットが備える複数のコード表示面において、異なる識別コードを採用することも可能である。例えば、図2の斜面122A、122B、122C、122D、および下面122Eの全て、あるいは複数を異なるコード表示とすることも可能である。こうすることにより、移動体がターゲットに対してどちらの方向にいるかを判別できるようになる。このようにすることで地図がない場合や、地図作成時においてこれらの判定を利用することで、さらに確実なナビゲーションや地図作成が可能とできる。
3. Third Embodiment Different identification codes can be used on the multiple code display surfaces of an identification target. For example, different codes can be displayed on all or multiple of the inclined surfaces 122A, 122B, 122C, and 122D and the bottom surface 122E in FIG. 2 . This makes it possible to determine the direction of a moving object relative to the target. This allows for more reliable navigation and map creation when a map is not available or when creating a map.

4.第4の実施形態
カメラを搭載した移動体(作業ロボット110)の進行方向の方向で見て、右斜め上の方向にコード表示面が正対および/または左斜め上の方向にコード表示面が正対するようにカメラの向きと識別ターゲットの向きを設定してもよい。
4. Fourth Embodiment The orientation of the camera and the orientation of the identification target may be set so that the code display surface faces directly in the upper right direction and/or the code display surface faces directly in the upper left direction when viewed in the direction of travel of the mobile body (work robot 110) on which the camera is mounted.

5.第5の実施形態
図5に識別ターゲットの他の形状の例を示す。図5(A)には、コード表示面401,402,403,404,405を備えた識別ターゲット400が示されている。コード表示面401~405は、例えば30°毎に異なる方向に向くように設定される。
5. Fifth Embodiment Examples of other shapes of identification targets are shown in Figure 5. Figure 5(A) shows an identification target 400 having code display surfaces 401, 402, 403, 404, and 405. The code display surfaces 401 to 405 are set to face in different directions, for example, at intervals of 30°.

図5(B)には、コード表示面411,412を備えた識別ターゲット410が示されている。図5(C)には、コード表示面421,422,423を備えた識別ターゲット420が示されている。なお、コード表示面422の裏側には、もう一つ同じ形状のコード表示面があるが図では隠れており見えていない。 Figure 5(B) shows an identification target 410 with code display surfaces 411 and 412. Figure 5(C) shows an identification target 420 with code display surfaces 421, 422, and 423. Note that there is another code display surface of the same shape on the back side of code display surface 422, but it is hidden and not visible in the figure.

6.第6の実施形態
画像撮影により識別を行う形態に加えて、Laiderやデプスカメラ等の対象物の3次元情報を取得可能な手段により識別可能な識別ターゲットも可能である。
6. Sixth Embodiment In addition to the form in which identification is performed by capturing an image, it is also possible to use a means capable of acquiring three-dimensional information of an object, such as a Laider or a depth camera, to identify an identification target.

対象物の3次元情報を取得する手段としては、ステレオカメラ、Laider、ToFカメラ、ドットパターン等の投影光を用いて奥行き情報を得るカメラ、レーダー、これらの2以上の組み合わせが挙げられる。 Means for obtaining three-dimensional information about an object include stereo cameras, Laiders, ToF cameras, cameras that obtain depth information using projected light such as dot patterns, radar, and combinations of two or more of these.

この識別ターゲットにはいくつかの形態がある。第1の形態は、各識別ターゲットの大きさと形状の違い(あるいはその一方)で識別する形態である。例えばLaiderでは、計測対象の大きさと形状を評価できるので、識別ターゲットの大きさと形状の違いを検出できる。 These identification targets can take several forms. The first form is one in which the identification is based on differences in size and/or shape of each identification target. For example, Laider can evaluate the size and shape of the measurement target, so it can detect differences in size and shape of the identification target.

例えば、識別コードに対応させて異なる形状を用意することで、カメラ画像とLaider等の三次元形状を取得するセンサーとの併用が可能となり、各センサーで取得した三次元空間と、画像により取得した三次元空間を同一地図上に統一する作業の大幅な効率化が可能となる。 For example, by preparing different shapes corresponding to identification codes, it becomes possible to use camera images in conjunction with sensors that capture three-dimensional shapes, such as Laider, which can greatly improve the efficiency of the process of unifying the three-dimensional space captured by each sensor and the three-dimensional space captured by images on the same map.

第2の形態は、図2の角錐台形状の識別ターゲットを直方体と結合させ、この直方体の長さ(Z軸方向の寸法)の違いにより識別を行う。 In the second form, the truncated pyramidal identification target shown in Figure 2 is combined with a rectangular parallelepiped, and identification is performed based on the difference in the length of the rectangular parallelepiped (dimension in the Z-axis direction).

第3の形態は、コード表示を出っ張った凸型、あるいは窪んだ凹型(溝)で形成し、その凹凸形状をレーザースキャンにより計測することで、表示内容を検出する方法である。 The third method is to form the code display as a protruding convex or recessed (groove) shape, and then detect the displayed content by measuring the uneven shape using a laser scan.

第4の形態は、コード表示とそうでない部分のそれぞれをLaiderで用いるレーザー光の波長の吸収率(あるいは反射率)が大きく異なる材質で形成する方法である。この場合、計測に利用するレーザー光の反射光の強弱により、コード表示を認識することができる。また、上記第1~第4の形態の2以上を組み合わせた方法も可能である。 The fourth method is to form the code marking and the non-coded portion from materials with significantly different absorbance (or reflectance) for the wavelength of the laser light used by the Laider. In this case, the code marking can be recognized based on the intensity of the reflected light of the laser light used for measurement. It is also possible to combine two or more of the first through fourth methods.

以下、具体的な例を示す。ここでは、簡単な例として、識別ターゲットとして、四角錐台、五角錐台、六角錐台を採用し、更に3種類の大きさを採用するとする。この場合、形状の違い(×3)と大きさの違い(×3)の組み合わせにより、9通りのコード(識別情報)を扱うことができる。 A specific example is shown below. As a simple example, let's assume that a square, pentagonal, and hexagonal pyramid are used as identification targets, with three different sizes. In this case, by combining three different shapes and three different sizes, nine different codes (identification information) can be handled.

この場合、上記9通りのコード情報に対応させて、各識別ターゲットのコード表示面のコード内容を設定する。なお、各識別ターゲットにおける複数のコード表面における表示内容は同じとする。表示の形態は、例えば図3(A)や図3(B)に示すコードを用いる。 In this case, the code content on the code display surface of each identification target is set to correspond to the nine types of code information mentioned above. Note that the display content on the multiple code surfaces of each identification target is the same. The display format uses the codes shown in Figure 3(A) or Figure 3(B), for example.

例えば、仮にコードの内容が番号1~9であるとする。この場合、第1の識別ターゲットは、番号1に対応した形状と大きさを有し、番号1に対応したコード表示を備える。また、第2の識別ターゲットは、番号2に対応した形状と大きさを有し、番号2に対応したコード表示を備える。以下、第3~第9の識別ターゲットについても同じである。 For example, suppose the code content is the numbers 1 to 9. In this case, the first identification target has a shape and size corresponding to the number 1 and is equipped with a code display corresponding to the number 1. The second identification target has a shape and size corresponding to the number 2 and is equipped with a code display corresponding to the number 2. The same applies to the third to ninth identification targets.

この場合、カメラによる撮影画像からのコードの検出と、Lidarやデプスカメラ等の対象物の3次元情報を取得する手段による大きさと形状の検出に基づくコードの検出が可能となる。例えば、上記の場合でいうと、カメラの撮影により番号1の識別ターゲットが識別され、他方で番号1に対応する大きさと形状をLidarやデプスカメラにより検出することで番号1の識別ターゲットが識別される。つまり、同じ識別ターゲットを異なる観察手段(計測手段)を用いて識別できる In this case, the code can be detected both from the image captured by the camera and based on the size and shape of the object using a means of acquiring three-dimensional information, such as a lidar or depth camera. For example, in the above example, target number 1 is identified by capturing the image with the camera, and target number 1 is identified by detecting the size and shape corresponding to number 1 using a lidar or depth camera. In other words, the same target can be identified using different observation (measurement) means.

これにより、例えば、移動するカメラを用いて撮影した画像データとLidarの計測データといった異なる計測手段による計測データであっても、両データにおいて共通の識別ターゲットを識別でき、両データ間の関係を容易に求めることができる。 This makes it possible to identify common identification targets in both sets of data, even when the data is measured using different measurement methods, such as image data captured using a moving camera and Lidar measurement data, and easily determine the relationship between the two sets of data.

また例えば、作業ロボット110から撮影した撮影画像に基づくsfmによる3DモデルとLidarに基づく3Dモデルの統合や、作業ロボット110から撮影した撮影画像に基づくsfmによる3Dモデルにデプスカメラが得た3Dデータを統合するといった作業が容易に行える。 In addition, for example, it is easy to integrate a 3D model based on sfm and a 3D model based on lidar, or to integrate 3D data obtained by a depth camera into a 3D model based on sfm and an image captured by the work robot 110.

例えば、作業ロボット110から撮影した撮影画像に基づくsfmによる圃場の3Dモデル(第1の3Dモデル)があるとする。他方において、当該圃場の一部をLidarにより計測した3Dモデル(第2の3Dモデル)があるとする。 For example, suppose there is a 3D model (first 3D model) of a farm field created using sfm based on images captured by the work robot 110. On the other hand, suppose there is a 3D model (second 3D model) of a portion of the farm field measured using lidar.

ここで、第1の3Dモデルと第2の3Dモデルを統合する場合、第1の3Dモデルと第2の3Dモデルの対応関係の特定、あるいは第1の3Dモデルと第2の3Dモデルの位置合わせを行う必要がある。 Here, when integrating the first 3D model and the second 3D model, it is necessary to identify the correspondence between the first 3D model and the second 3D model, or to align the first 3D model and the second 3D model.

この作業では、両3Dモデルで共通する部分を求める(探索する)作業が必要となる。3Dモデル間での共通する部分を探索する手法には多様な方法があるが、演算量が増大する問題、誤マッチングの問題があり、実用性に問題がある。 This task requires the task of finding (searching for) common parts between both 3D models. There are various methods for searching for common parts between 3D models, but they have problems with increased computational effort and false matching, making them impractical.

上記の識別ターゲットを用いた場合、第2の3Dモデルにおいて検出されている識別ターゲットが、第1の3Dモデルの作成に用いた撮影画像のどの撮影画像に写っているのかを知ることができる。このため、第2の3Dモデルが第1の3Dモデルのどの部分に対応するのかを容易に知ることができる。 When the above-mentioned identification target is used, it is possible to know in which of the captured images used to create the first 3D model the identification target detected in the second 3D model appears. This makes it easy to know which part of the first 3D model the second 3D model corresponds to.

第2の3Dモデルが第1の3Dモデルのどの部分に対応するのかを知ることができれば、第1の3Dモデルと第2の3Dモデルの統合を容易に行うことができる。 If you can determine which part of the first 3D model the second 3D model corresponds to, you can easily integrate the first and second 3D models.

以下、具体的な例を説明する。例えば、図1に示す作業ロボット110を用いた撮影を行い、sfmにより、圃場100の3Dモデル(圃場全体の3Dモデル)を作成したとする(例えば、図4の処理を参照)。他方において、圃場100における一部の作物の実に対してLidarによる計測を行い、その3Dモデル(実の3Dモデル)を得たとする。 A specific example will be described below. For example, suppose that photography is performed using the work robot 110 shown in Figure 1, and a 3D model of the farm field 100 (a 3D model of the entire farm field) is created using sfm (see, for example, the processing in Figure 4). On the other hand, suppose that measurements are performed using Lidar on the fruits of some crops in the farm field 100, and a 3D model of the fruits (a 3D model of the fruits) is obtained.

ここで、Lidarによる計測の対象となる実の近くに本実施形態の識別ターゲットがあり、「実の3Dモデル」の基となるレーザースキャンデータ(レーザースキャン点群)の中に本実施形態の識別ターゲットが少なくとも一つ含まれているとする。この場合、「実の3Dモデル」と共に、その近くにある当該識別ターゲットの3Dモデルも得られる。つまり、「実の3Dモデル」のデータには、識別ターゲットの3Dモデルも付随して含まれる。 Here, suppose that an identification target of this embodiment is located near the fruit that is the subject of Lidar measurement, and that at least one identification target of this embodiment is included in the laser scan data (laser scan point cloud) that forms the basis of the "3D model of the fruit." In this case, along with the "3D model of the fruit," a 3D model of the identification target located nearby is also obtained. In other words, the data for the "3D model of the fruit" also includes the 3D model of the identification target.

この場合において、「実の3Dモデル」の基となるレーザースキャンデータから、当該識別ターゲットの大きさと形状(またはその一方)に基づくコード情報(識別情報)を抽出する。ここで抽出された当該識別ターゲットのコード情報が例えば「コード番号5番」であるとする。 In this case, code information (identification information) based on the size and/or shape of the identification target is extracted from the laser scan data that forms the basis of the "real 3D model." Let's say the extracted code information for the identification target is "code number 5," for example.

この場合、圃場全体の3Dモデルの基となる撮影画像群の中から「コード番号5番」の識別ターゲットが写った撮影画像を探索する。これにより、Lidarによる計測により得た「実の3Dモデル」と、作業ロボット110に搭載したカメラが撮影した撮影画像の対応関係が特定される。通常、この「コード番号5番」が写った撮影画像は複数枚となる。これは、作業ロボット110に搭載したカメラが撮影した撮影画像は、sfmを行うために撮影範囲が重複した複数の撮影画像が得られるように撮影条件を設定しているからである。 In this case, a search is made for an image that captures the identification target "Code Number 5" from the group of captured images that form the basis of the 3D model of the entire field. This identifies the correspondence between the "fruit 3D model" obtained through Lidar measurement and the image captured by the camera mounted on the work robot 110. Normally, there will be multiple images that capture this "Code Number 5." This is because the capture conditions for the images captured by the camera mounted on the work robot 110 are set so that multiple images with overlapping capture ranges can be obtained in order to perform SFM.

ここで、上記の対応関係が特定された複数の撮影画像に基づくsfmにより作成された3Dモデルには、「コード番号5番」の識別ターゲットの3Dモデルが含まれている。よって、「圃場の3Dモデル」と「実の3Dモデル」の両方において、「コード番号5番」の識別ターゲットの3Dモデルが特定できる。 Here, the 3D model created by sfm based on the multiple captured images for which the above correspondence has been identified includes a 3D model of the identification target with "code number 5." Therefore, the 3D model of the identification target with "code number 5" can be identified in both the "3D model of the field" and the "3D model of the fruit."

例えば、「圃場の3Dモデル」における「コード番号5番」の識別ターゲットの3Dモデルの部分と、「実の3Dモデル」における「コード番号5番」の識別ターゲットの3Dモデルの部分とを重ね、一方に対して他方を回転および必要であれば平行移動させ、更に拡大と縮小を行うことで、当該識別ターゲットに係る2つの3Dモデルが重なる状態を探索する。 For example, by overlapping the 3D model portion of the identification target "Code No. 5" in the "3D model of the field" with the 3D model portion of the identification target "Code No. 5" in the "3D model of the fruit," rotating one relative to the other and translating it if necessary, and then zooming in and out, the state in which the two 3D models related to the identification targets overlap is searched for.

この探索により、「圃場の3Dモデル」と「実の3Dモデル」の対応関係が特定される。すなわち、「圃場の3Dモデル」の中のどの部分が「実の3Dモデル」に対応するのかが特定される。そして、両3Dモデルの対応関係が特定されることで、「圃場の3Dモデル」と「実の3Dモデル」を統合することができる。 This search identifies the correspondence between the "3D model of the field" and the "3D model of the fruit." In other words, it identifies which parts of the "3D model of the field" correspond to the "3D model of the fruit." Then, by identifying the correspondence between the two 3D models, the "3D model of the field" and the "3D model of the fruit" can be integrated.

またこの際、「圃場の3Dモデル」を記述する座標系におけるLidarの外部標定要素(位置と姿勢)も求まる。 At this time, the exterior orientation elements (position and orientation) of the Lidar in the coordinate system describing the "3D model of the field" are also determined.

なお、識別ターゲットとして、大きさの違いと形状の違いの一方のみを利用して識別性が与えられる形態も可能である。 It is also possible for the identification target to be distinguishable by using only one of differences in size and shape.

7.第7の実施形態
図1には、識別ターゲットを下向きに配置する形態が示されているが、水平方向に向けて配置(例えば、図2のコード表示面122Eを水平方向に向けて配置)する形態や鉛直上向きに配置(図2と上下を逆さに配置)する形態も可能である。この場合、コード表示面の向きに合わせてカメラの光軸の方向を設定する。
1 shows a configuration in which the identification target is arranged facing downward, but it is also possible to arrange it facing horizontally (for example, by arranging the code display surface 122E in FIG. 2 facing horizontally) or facing vertically upward (upside down from FIG. 2). In this case, the direction of the optical axis of the camera is set according to the orientation of the code display surface.

8.第8の実施形態
識別ターゲットの構造は、四角錐台以外に三角錐台、五角推台、六角推台といった多角錐台(n角錐台)の構造も可能である。
8. Eighth Embodiment The structure of the identification target may be a polygonal truncated pyramid (n-sided truncated pyramid) such as a triangular truncated pyramid, a pentagonal truncated pyramid, or a hexagonal truncated pyramid, in addition to a quadrangular truncated pyramid.

8.第8の実施形態
また、他の実施例として、これら識別ターゲットを地面に配置することも可能である。地面に配置することで、例えば、露地栽培のキャベツやレタス、イチゴ、その他の植物にも対応可能となる。この場合、移動体には上方向でなく下方向や斜め下方向にカメラを配置することで第1の実施形態の場合と同様のことが可能となる。
8. Eighth Embodiment In another example, these identification targets can be placed on the ground. By placing them on the ground, it becomes possible to handle, for example, outdoor-grown cabbage, lettuce, strawberries, and other plants. In this case, by placing a camera on the moving body facing downward or diagonally downward instead of upward, it becomes possible to achieve the same results as in the first embodiment.

9.第9の実施形態
図2の識別ターゲット122を上下逆にして配置すると、空中を移動する移動体からの撮影に適したターゲットとなる。この場合も多様な方向からの識別が可能となる。この場合の移動体としては、UAV、ワイヤーを利用して空中を移動するロボット、高い場所に配置されたレール上を移動するロボット等が挙げられる。この場合、空中を移動する移動体に下方を含めた多様な方向に向けた複数のカメラを配置する。
9. Ninth Embodiment If the identification target 122 in FIG. 2 is placed upside down, it becomes a target suitable for shooting from a mobile object moving through the air. In this case, identification from various directions is also possible. Examples of mobile objects in this case include UAVs, robots that move through the air using wires, and robots that move on rails placed in high places. In this case, multiple cameras facing various directions, including downward, are placed on the mobile object moving through the air.

10.第10の実施形態
図2の識別ターゲット122を2つ用意し、平行面の広い方の面同士を接合させた構造の識別ターゲットも可能である。この場合、下方と上方の両方向からの識別が可能となる。この場合、例えば、下方からは図1に示すように地上を走行する作業ロボットからの撮影が行われ、上方からはUAVからの撮影行われる。この識別ターゲットを横に倒して使用すると、左右両側からの識別が可能となる。
10. Tenth Embodiment It is also possible to prepare two identification targets 122 as shown in Figure 2 and join the wider parallel surfaces together to form an identification target. In this case, identification is possible from both below and above. In this case, for example, an image is taken from below by a work robot traveling on the ground as shown in Figure 1, and an image is taken from above by a UAV. If this identification target is used by laying it on its side, identification is possible from both the left and right sides.

100…圃場、101…棚、102…作物、111…カメラ、112…カメラ、113…カメラ、114…カメラ、115…カメラ、120…地面、121…識別ターゲット、121A…コード表示面、121B…コード表示面、121C…コード表示面、121D…コード表示面、121E…コード表示面、122…識別ターゲット、123…識別ターゲット、124…識別ターゲット、125…識別ターゲット、126…識別ターゲット、127…識別ターゲット、128…識別ターゲット、129…識別ターゲット、130…識別ターゲット、131…識別ターゲット。


100...field, 101...shelf, 102...crop, 111...camera, 112...camera, 113...camera, 114...camera, 115...camera, 120...ground, 121...identification target, 121A...code display surface, 121B...code display surface, 121C...code display surface, 121D...code display surface, 121E...code display surface, 122...identification target, 123...identification target, 124...identification target, 125...identification target, 126...identification target, 127...identification target, 128...identification target, 129...identification target, 130...identification target, 131...identification target.


Claims (7)

圃場内に配置された複数の識別ターゲットと
前記圃場内で移動可能な移動体と、
前記移動体に設けられ、異なる方向に向いた第1のカメラ及び第2のカメラと、
を備え、
前記複数の識別ターゲットは、異なる方向に向き、識別コードが表示された第1の面と第2の面をそれぞれ有し、
前記第1のカメラが第1の方向を法線方向とする前記複数の識別ターゲットの前記第1の面それぞれに正対可能であるとともに、前記第2のカメラが前記第1の方向とは異なる第2の方向を法線方向とする前記複数の識別ターゲットの前記第2の面それぞれに正対可能であり、
前記移動体の移動中において、前記第1のカメラは、前記移動体の移動方向に間隔をおいて配置された複数の前記識別ターゲットの前記第1の面それぞれを間欠的に撮影可能であり、前記第2のカメラは、前記移動体の移動方向に間隔をおいて配置された複数の前記識別ターゲットの前記第2の面それぞれを間欠的に撮影可能である計測システム。
a plurality of identification targets arranged in a field ;
a mobile body that can move within the farm field;
a first camera and a second camera provided on the moving body and facing in different directions;
Equipped with
the plurality of identification targets each have a first surface and a second surface facing in different directions and displaying an identification code ;
the first camera can face directly onto each of the first surfaces of the plurality of identification targets, the normal direction of which is a first direction, and the second camera can face directly onto each of the second surfaces of the plurality of identification targets, the normal direction of which is a second direction different from the first direction;
A measurement system in which, while the moving body is moving, the first camera is capable of intermittently photographing each of the first surfaces of a plurality of the identification targets arranged at intervals in the direction of movement of the moving body, and the second camera is capable of intermittently photographing each of the second surfaces of the plurality of the identification targets arranged at intervals in the direction of movement of the moving body .
前記第1の面と前記第2の面には同じ識別コードが表示されている請求項1に記載の計測システム。 The measurement system according to claim 1 , wherein the first surface and the second surface have the same identification code displayed thereon. 前記識別ターゲットは多面体の構造を有し、
前記第1の面は前記多面体の一つの面であり、
前記第2の面は前記多面体の他の一つの面である請求項に記載の計測システム。
the identification target has a polyhedral structure;
the first face is one face of the polyhedron,
The measurement system according to claim 1 , wherein the second surface is another surface of the polyhedron.
前記識別ターゲットは角錐台の形状を有し、
前記角錐台を構成する複数の斜面および前記角錐台を構成する平行な2つの面の内の小さい方の面を利用して前記第1の面と前記第2の面、更にそれに加えて識別コードを備えた他の面が構成されている請求項3に記載の計測システム。
the identification target has a truncated pyramid shape;
The measurement system of claim 3, wherein the first surface, the second surface, and another surface having an identification code are formed using the multiple inclined surfaces that form the truncated pyramid and the smaller surface of the two parallel surfaces that form the truncated pyramid.
記第1のカメラが複数の前記識別ターゲットのうちのいずれかの前記第1の面を正面に捉えている第1の状態において、前記第2のカメラは複数の前記識別ターゲットの前記第2の面のいずれも正面に捉えておらず、
前記第1の状態から前記移動体を移動させることで、前記第1のカメラが複数の前記識別ターゲットの前記第1の面のいずれも正面に捉えておらず、前記第2のカメラが複数の前記識別ターゲットのうちのいずれかの前記第2の面を正面に捉えている第2の状態となる請求項1~4のいずれか一項に記載の計測システム。
In a first state in which the first camera captures the first surface of any of the plurality of identification targets in a frontal direction, the second camera does not capture any of the second surfaces of the plurality of identification targets in a frontal direction;
A measurement system as described in any one of claims 1 to 4, wherein by moving the moving body from the first state, a second state is reached in which the first camera does not capture any of the first surfaces of the multiple identification targets directly in front, and the second camera captures the second surface of one of the multiple identification targets directly in front.
記複数の識別ターゲットには、大きさおよび/または形状の異なるものが含まれ、
三次元情報を計測する手段により、前記識別ターゲットの前記大きさおよび/または形状の違いが検出されることで、前記識別ターゲットの識別が行われる請求項1~5のいずれか一項に記載の計測システム。
The plurality of identification targets include targets of different sizes and/or shapes;
A measurement system according to any one of claims 1 to 5, wherein the difference in size and/or shape of the identification target is detected by a means for measuring three-dimensional information, thereby identifying the identification target.
圃場内に配置された複数の識別ターゲットと、前記圃場内で移動可能な移動体に設けられ、異なる方向に向いた第1のカメラ及び第2のカメラと、を用いた計測方法であって、
前記複数の識別ターゲットは、異なる方向に向き、識別コードが表示された第1の面と第2の面をそれぞれ有し、
前記第1のカメラが第1の方向を法線方向とする前記複数の識別ターゲットの前記第1の面それぞれに正対可能であるとともに、前記第2のカメラが前記第1の方向とは異なる第2の方向を法線方向とする前記複数の識別ターゲットの前記第2の面それぞれに正対可能であり、
前記移動体の移動中において、前記第1のカメラを用いて、前記移動体の移動方向に間隔をおいて配置された複数の前記識別ターゲットの前記第1の面それぞれを間欠的に撮影するとともに、前記第2のカメラを用いて、前記移動体の移動方向に間隔をおいて配置された複数の前記識別ターゲットの前記第2の面それぞれを間欠的に撮影する、計測方法。
A measurement method using a plurality of identification targets arranged in a farm field , and a first camera and a second camera provided on a mobile object movable in the farm field and facing in different directions, comprising :
the plurality of identification targets each have a first surface and a second surface facing in different directions and displaying an identification code ;
the first camera can face directly onto each of the first surfaces of the plurality of identification targets, the normal direction of which is a first direction, and the second camera can face directly onto each of the second surfaces of the plurality of identification targets, the normal direction of which is a second direction different from the first direction;
A measurement method in which, while the moving body is moving, the first camera is used to intermittently photograph each of the first surfaces of a plurality of the identification targets arranged at intervals in the direction of movement of the moving body, and the second camera is used to intermittently photograph each of the second surfaces of the plurality of the identification targets arranged at intervals in the direction of movement of the moving body .
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