三维形状数据的存储/显示方法和装置以及三维形状的计测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术具有：数据输入步骤（Ｓ１），将三维形状上的坐标值输入到计算机中；模型构筑步骤（Ｓ３），构筑环境模型，该环境模型将空间区域分割为由边界表面相互正交的长方体构成的多个体素，并存储各体素位置；匹配步骤（Ｓ４），在对应于所述坐标值的体素的内部设定代表点及其误差分布并存储起来；模型更新步骤（Ｓ５），更新环境模型；以及输出步骤（Ｓ６），将体素位置、代表点以及误差分布的至少任一个输出到输出装置中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于从多个计测位置来计测静止的三维形状并综 合其距离数据以进行复原的三维形状数据的存储/显示方法和装置以及 三维形状的计测方法和装置。
技术介绍
三维形状的计测技术已普及，三维形状数据用于各种各样的应用 领域，例如机械零件/工件等的形状计测、移动机器人中的自身位置的 辨认、地形/结构物的计测等。作为三维形状数据的存储/显示方法和装置，迄今使用点群、距离图像、表面(surface )、体素(voxel)结构等。点群以作为传感器的计测数据的计效'J点的坐标值来表现形状。此 外距离图像通过对二维图像的各像素保持进深方向的距离值来表现形 状。表面是通过三角形等的叠合来表现物体的表面形状。体素结构是 将空间以小长方体分割并在各体素内保持形状信息的结构。三维形状计测中的计测数据例如以计测位置作为原点的极坐标值 (r, e， cp)来表示。在本专利技术中将该数据称为"距离数据"。在综合来自多个位置的距离数据而复原静止的三维形状的情况 下，有以下问题。在使用点群的情况下，数据量与计测数据成比例地增加。因此， 在计测对象物大的情况下的综合数据量会变得庞大。为此，作为用于 形状表现的数据结构并不现实。在使用距离图像的情况下，由于是来自一个方向的计测，所以越 向远方，像素的间隔越扩展，使精度下降。此外，由于仅能表示来自 一个方向的数据，所以不适合来自多个视点的计测结果的综合。在使用表面的情况下，由于综合需要复杂的处理，所以高速处理 困难。与此相比，体素结构具有数据量一定、能够综合来自多个视点的数据、数据综合不需要复杂的计算的特征，对于综合来自多个位置的 距离数据并复原是最适合的。进而，作为改良体素结构的文献，公开了专利文献l、 2和非专利 文献1。在专利文献1的"三维信息抽取方法"中，通过使用称作Voxel Voting (体素投票)的方法对各体素投票计测结果，从而综合来自多个 视点的三维形状。进而，在该方法中公开了对于不能得到需要的分辨 率的体素，进而八分割体素并分级地管理数据的方法在专利文献2的"环境模型输入装置"中，提出了 一种对各体素累积 概率值的单元。在该单元中，不依赖于赋予概率的频度地进行环境才莫 型的综合，能够作成正确的环境模型。在非专利文献1的单元中，提出了一种虽然假定了平面，但对保 持概率值的体素，将通过计测数据中包含的误差而发生的体素的错误 概率值恢复到正确的值的处理。此外，作为与本专利技术相关的技术，公开了非专利文献2。专利文献1:日本专利第3170345号公报，"三维信息抽取方法"专利文献2:日本专利申请公开平9-81788号公报，"环境模型输入装 置,，非专利文献1: Sebastian Thrun, "Learning Occupancy Grid Maps With Forward Sensor Models."非专利文献2:关本清英等，"三维激光雷达的开发"，石川岛播磨技报 Vol.43 No.4 (2003-7)
技术实现思路
专利技术要解决的问题专利文献1的体素结构为了得到正确的形状，反复体素的分割， 但当分割的次数增加时会发生数据量增加的问题。因此， 一般是固定 分割的深度，由此分辨率存在极限。也就是说，不能表现分割后的体 素的大小以上的分辨率。此外，由于包含误差的数据而错误发生的体 素就保持原样地存在下去。因此，不能应对包含误差的数据。专利文献2的体素结构，虽然使用概率值来表现形状，但与专利 文献1同样地在数据包含误差的情况下错误发生的体素就保持原样地存在下去。因此，不能应对包含误差的数据。非专利文献1的体素结构由于包含降低概率的处理，所以具有擦 除保持错误概率值的体素的功能。但是，由于一般在体素内计测物体 存在的区域和不存在的区域两方都存在，所以有即使综合多次的计测 也不能收敛到正确形状的问题。专利技术的概要本专利技术是为了解决上述问题而提出的。即，本专利技术的目的是提供 一种三维形状数据的存储/显示方法和装置以及三维形状的计测方法和装置，其中能够综合来自多个位置的距离数据来复原静止的三维形状， 而且不大幅增加数据量就能提高分辨率，能够应对包含误差的数据。根据本专利技术，提供一种三维形状数据的存储/显示方法，用于根据三维形状上的被计测点的坐标值来复原三维形状，其特征在于，具有 数据输入步骤，将三维形状上的坐标值输入到计算机中；模型构筑步 骤，构筑环境模型，该环境模型将所述三维形状所存在的空间区域分 割为由边界表面相互正交的长方体构成的多个体素，并存储各体素位 置；匹配(matching)步骤，在对应于所述坐标值的体素的内部设定代 表点及其误差分布并存储起来；以及输出步骤，将所述体素位置、代 表点以及误差分布输出到输出装置中。此外，根据本专利技术，提供一种三维形状的计测方法，根据三维形 状上的被计测点的坐标值来复原三维形状，并输出三维形状数据，其 特征在于，具有数据输入步骤，将三维形状上的坐标值输入到计算 机中；模型构筑步骤，构筑环境模型，该环境模型将所述三维形状所 存在的空间区域分割为由边界表面相互正交的长方体构成的多个体 素，并存储各体素位置；匹配步骤，在对应于所述坐标值的体素的内 部设定代表点及其误差分布并存储起来；以及输出步骤，将所述代表 点、体素位置以及误差分布的至少任 一 个输出到输出装置中。所述三维形状数据的存储/显示方法或三维形状的计测方法包含以 下的内容也可。根据本专利技术的优选实施方式，在所述模型构筑步骤中，在将最大 的体素设定为相当于必要最小限度的分辨能力的大小，而且单一的体 素内存在多个#皮计测点的情况下，以在单 一 的体素内仅存在单 一 的#皮 计测点的方式，将该体素进一步分割并分级地分割为多个体素。此外，在所述匹配步骤之后具有更新所述环境模型的模型更新步 骤，在该才莫型更新步骤中，探测对应于新输入的^t计测点的坐标值的 体素，作为在原点和被计测点之间不存在物体的，再设定或擦除位于 其间的体素内的代表点和误差分布。此外，在所述匹配步骤之后具有更新所述环境模型的模型更新步 骤，在该冲莫型更新步骤中，探测对应于新输入的被计测点的坐标值的 体素，在该体素内没有代表点的情况下，将所述坐标值和误差分布设 定为代表点的坐标值和误差分布。此外，优选在所述匹配步骤之后具有更新所述环境模型的模型更新步骤，在该;溪型更新步骤中，探测对应于新输入的被计测点的坐标 值的体素，在所述体素内有已经设定了的代表点的情况下，比较新取 得的误差分布和已经设定了的体素内的误差分布，在误差分布相互重 叠的情况下，根据两误差分布、或两误差分布和体素内已经设定了的 代表点和新输入的被计测点的坐标值，来再设定新的误差分布和新的 代表点，在误差分布不相互重叠的情况下，以在单一的体素内仅存在 单一的代表点的方式，将该体素进一步分割并分级地(hierarchical)分 割为多个体素。体素的分割例如使用八叉树或K-D树。此外，优选在体素内部除了代表点及其误差分布之外，还一并具 有概率值。此外，在所述数据输入步骤中，使用距离传感器，将三维形状上 的坐标值作为以任意的计测位置为原点的距离数据一边移动原点一边 依次取得。此外，优选在能得到距离传感器的位置和误差分布的情况下，合 成距离传感器的位置的误差分布和计测数据的误差分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维形状数据的存储／显示方法，用于根据三维形状上的被计测点的坐标值来复原三维形状，其特征在于，具有：　数据输入步骤，将三维形状上的坐标值输入到计算机中；　模型构筑步骤，构筑环境模型，该环境模型将所述三维形状所存在的空间区域分割为由边界表面相互正交的长方体构成的多个体素，并存储各体素位置；　匹配步骤，在对应于所述坐标值的体素的内部设定代表点及其误差分布并存储起来；以及　输出步骤，将所述体素位置、代表点以及误差分布输出到输出装置中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：林俊宽，河野幸弘，寺田英雄，
申请(专利权)人：株式会社IHI，
类型：发明
国别省市：JP[日本]