專利名稱：數(shù)據(jù)解析裝置、數(shù)據(jù)解析方法以及程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)表示地物表面的三維形狀的點(diǎn)群數(shù)據(jù)對(duì)地面的階差進(jìn)行檢測(cè)的數(shù)據(jù)解析裝置、數(shù)據(jù)解析方法以及程序。
背景技術(shù)：
在日本特開2009-204615號(hào)公報(bào)中，公開了一種使用激光掃描儀而對(duì)表不地物形狀的三維點(diǎn)群數(shù)據(jù)進(jìn)行取得的技術(shù)。例如，移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)為，將激光掃描儀搭載到汽車上，從車體的上部向斜下方向照射激光。激光的照射方向沿橫向擺動(dòng)，在掃描角度范圍內(nèi)按照每個(gè)微小角度發(fā)射激光脈沖。根據(jù)從發(fā)射激光到接收反射光為止的時(shí)間來計(jì)測(cè)距離，并且在此時(shí)，計(jì)測(cè)激光的發(fā)射方向、時(shí)刻以及車體的位置、姿態(tài)等。根據(jù)這些計(jì)測(cè)數(shù)據(jù)，求出對(duì)反射了激光脈沖的點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行表示的點(diǎn)群數(shù)據(jù)。此外，在取得點(diǎn)群數(shù)據(jù)的同時(shí)，使用攝像機(jī)拍攝影像。在數(shù)據(jù)解析中用戶對(duì)計(jì)測(cè)對(duì)象部分進(jìn)行指定時(shí)，能夠利用圖像。以往，為了根據(jù)點(diǎn)群數(shù)據(jù)來判讀地物而需要人手，并通過三維CAD利用編輯工具等，通過手動(dòng)作業(yè)進(jìn)行地物的提取作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供根據(jù)表示地物表面的三維形狀的點(diǎn)群數(shù)據(jù)對(duì)地面的階差自動(dòng)地進(jìn)行檢測(cè)的數(shù)據(jù)解析裝置、數(shù)據(jù)解析方法以及程序。本發(fā)明的數(shù)據(jù)解析裝置為，根據(jù)對(duì)對(duì)象空間的地物表面的三維形狀進(jìn)行表示的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，對(duì)地面的階差進(jìn)行檢測(cè)，具有:局部空間設(shè)定單元，將上述對(duì)象空間分為多個(gè)局部空間，將該局部空間分別設(shè)定為解析的單位空間；以及邊界搜索單元，對(duì)于每個(gè)上述單位空間，在水平面內(nèi)對(duì)由上述階差形成的邊界進(jìn)行搜索；上述邊界搜索單元，在上述水平面內(nèi)搜索預(yù)定寬度的帶狀區(qū)域，即、向上述水平面投影的點(diǎn)群在該區(qū)域內(nèi)集中預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)以上、且該區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)群具有預(yù)先設(shè)定的階差閾值以上的階差的階差附近區(qū)域；將沿著屬于該階差附近區(qū)域的點(diǎn)群在上述水平面內(nèi)的分布的方向線搜索為上述邊界。其它的本發(fā)明的數(shù)據(jù)解析裝置為，還具有邊界追隨單元，該邊界追隨單元對(duì)上述局部空間中所檢測(cè)的上述邊界在該局部空間之外進(jìn)行追隨，上述邊界追隨單元為，當(dāng)從上述單位空間檢測(cè)到上述邊界時(shí)，在與該邊界相對(duì)應(yīng)的上述方向線的延長線的方向上，將追隨空間設(shè)定為與該單位空間相鄰接的新的上述單位空間，上述邊界搜索單元在上述追隨空間中對(duì)沿著上述延長線的上述邊界進(jìn)行搜索。在其它的本發(fā)明的數(shù)據(jù)解析裝置中，上述邊界搜索單元，根據(jù)各個(gè)與上述階差附近區(qū)域相鄰接的區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)群，求出階差上面的高度以及階差底面的高度，并根據(jù)屬于上述階差附近區(qū)域的上述點(diǎn)群之中、比上述階差底面高且比上述階差上面低的高度范圍內(nèi)存在的點(diǎn)群在上述水平面內(nèi)的分布，求出上述方向線。在本發(fā)明中，上述局部空間設(shè)定單元將上述對(duì)象空間例如分割為立方體形狀的上述局部空間。本發(fā)明的數(shù)據(jù)解析方法為，根據(jù)對(duì)對(duì)象空間的地物表面的三維形狀進(jìn)行表示的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，對(duì)地面的階差進(jìn)行檢測(cè)，具有:局部空間設(shè)定步驟，將上述對(duì)象空間分為多個(gè)局部空間，將該局部空間分別設(shè)定為解析的單位空間；以及邊界搜索步驟，對(duì)于每個(gè)上述單位空間，在水平面內(nèi)對(duì)由上述階差形成的邊界進(jìn)行搜索。上述邊界搜索步驟為，在上述水平面內(nèi)搜索預(yù)定寬度的帶狀區(qū)域，即、向上述水平面投影的點(diǎn)群在該區(qū)域內(nèi)集中預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)以上、且該區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)群具有預(yù)先設(shè)定的階差閾值以上的高低差的階差附近區(qū)域；將沿著屬于該階差附近區(qū)域的點(diǎn)群在上述水平面內(nèi)的分布的方向線搜索為上述邊界。其它的本發(fā)明的數(shù)據(jù)解析方法為，還具有邊界追隨步驟，該邊界追隨步驟為，對(duì)上述局部空間中所檢測(cè)的上述邊界在該局部空間之外進(jìn)行追隨。上述邊界追隨步驟為，當(dāng)從上述單位空間檢測(cè)到上述邊界時(shí)，在與該邊界相對(duì)應(yīng)的上述方向線的延長線的方向上，將追隨空間設(shè)定為與該單位空間相鄰接的新的上述單位空間，上述邊界搜索步驟在上述追隨空間中對(duì)沿著上述延長線的上述邊界進(jìn)行搜索。本發(fā)明的程序?yàn)椋褂?jì)算機(jī)進(jìn)行根據(jù)對(duì)對(duì)象空間的地物表面的三維形狀進(jìn)行表示的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，對(duì)地面的階差進(jìn)行檢測(cè)的數(shù)據(jù)解析，使該計(jì)算機(jī)作為如下單元起作用:局部空間設(shè)定單元，將上述對(duì)象空間分為多個(gè)局部空間，將該局部空間分別設(shè)定為解析的單位空間；以及邊界搜索單元，對(duì)于每個(gè)上述單位空間，在水平面內(nèi)對(duì)由上述階差形成的邊界進(jìn)行搜索。上述邊界搜索單元，在上述水平面內(nèi)搜索預(yù)定寬度的帶狀區(qū)域，即、向上述水平面投影的點(diǎn)群在該區(qū)域內(nèi)集中預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)以上、且該區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)群具有預(yù)先設(shè)定的階差閾值以上的高低差的階差附近區(qū)域；將沿著屬于該階差附近區(qū)域的點(diǎn)群在上述水平面內(nèi)的分布的方向線搜索為上述邊界。其它的本發(fā)明的程序?yàn)椋褂?jì)算機(jī)還作為邊界追隨單元起作用，該邊界追隨單元對(duì)上述局部空間中所檢測(cè)的上述邊界在該局部空間之外進(jìn)行追隨。上述邊界追隨單元為，當(dāng)從上述單位空間檢測(cè)到上述邊界時(shí)，在與該邊界相對(duì)應(yīng)的上述方向線的延長線的方向上，將追隨空間設(shè)定為與該單位空間相鄰接的新的上述單位空間，上述邊界搜索單元在上述追隨空間中對(duì)沿著上述延長線的上述邊界進(jìn)行搜索。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠根據(jù)對(duì)地物表面的三維形狀進(jìn)行表示的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，自動(dòng)地檢測(cè)地面的階差。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的地面階差提取系統(tǒng)的概略構(gòu)成的框圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施方式的地面階差提取系統(tǒng)的階差提取處理的概略的流程圖。圖3是局部空間設(shè)定單元的概略的處理流程圖。圖4是邊界搜索單元的概略的處理流程圖。圖5是對(duì)基點(diǎn)空間中的邊緣搜索處理進(jìn)行說明的示意圖。圖6是表示基點(diǎn)空間的重新配置的示意圖。圖7是從邊緣方向觀察的基點(diǎn)空間的垂直剖面的示意圖。圖8是邊界追隨單元的概略的處理流程圖。
圖9是圖形登記單元的概略的處理流程圖。圖10是邊界搜索單元的重疊邊緣處理的概略的處理流程圖。圖11是說明重疊邊緣處理的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式(以下稱為實(shí)施方式)的地面階差提取系統(tǒng)2進(jìn)行說明。本系統(tǒng)是根據(jù)表示地物表面的三維形狀的點(diǎn)群數(shù)據(jù)對(duì)地面的階差進(jìn)行檢測(cè)的數(shù)據(jù)解析裝置。點(diǎn)群數(shù)據(jù)例如上述移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)那樣、通過搭載于在地面上行駛的車輛上的激光掃描儀取得。此外，也可以將激光掃描儀設(shè)置在地面上而進(jìn)行計(jì)測(cè)。點(diǎn)群數(shù)據(jù)為了表示地物表面的三維形狀，需要以與地物表面的凹凸、階差的規(guī)模相對(duì)應(yīng)的密度進(jìn)行激光掃描。這一點(diǎn)，從車輛、三腳架等的高度進(jìn)行的激光掃描，例如能夠?qū)崿F(xiàn)如下程度的掃描密度:在道路以及其附近程度的范圍內(nèi)，能夠捕捉路邊的階差這種數(shù)厘米程度的較小的形狀變化。圖1是表示地面階差提取系統(tǒng)2的概略構(gòu)成的框圖。本系統(tǒng)構(gòu)成為，包含計(jì)算處理裝置4、存儲(chǔ)裝置6、輸入裝置8以及輸出裝置10。作為計(jì)算處理裝置4，雖然也能夠制作進(jìn)行本系統(tǒng)的各種計(jì)算處理的專用的硬件，但是在本實(shí)施方式中，計(jì)算處理裝置4使用計(jì)算機(jī)以及在該計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的程序來構(gòu)建。該計(jì)算機(jī)的CPU (Central Processing Unit)構(gòu)成計(jì)算處理裝置4,作為后述的局部空間設(shè)定單元20、邊界搜索單元22、邊界追隨單元24以及圖形登記單元26起作用。存儲(chǔ)裝置6由計(jì)算機(jī)所內(nèi)置的硬盤等構(gòu)成。存儲(chǔ)裝置6儲(chǔ)存用于使計(jì)算處理裝置4作為局部空間設(shè)定單元20、邊界搜索單元22、邊界追隨單元24以及圖形登記單元26起作用的程序、其它程序以及本系統(tǒng)的處理所需要的各種數(shù)據(jù)。例如，存儲(chǔ)裝置6作為處理對(duì)象數(shù)據(jù)而存儲(chǔ)解析的對(duì)象空間的點(diǎn)群數(shù)據(jù)。例如，沿著道路的地域稱為解析的對(duì)象空間。輸入裝置8為鍵盤、鼠標(biāo)等，用戶為了進(jìn)行向本系統(tǒng)的作業(yè)而使用。輸出裝置10為顯示器、打印機(jī)等，用于將通過本系統(tǒng)求出的階差的邊界(邊緣)通過畫面顯示、印刷等向用戶表示等。圖2是地面階差提取系統(tǒng)2的階差提取處理的概略的流程圖。參照該圖2對(duì)計(jì)算處理裝置4的各單元進(jìn)行說明。局部空間設(shè)定單元20為，將對(duì)象空間分為多個(gè)局部空間，將該局部空間分別設(shè)定為解析的初始的單位空間(S30)。局部空間雖然也能夠設(shè)定為相鄰的空間相互重疊，但是在本實(shí)施方式中，局部空間設(shè)定單元20將對(duì)象空間簡單地分割為三維正交格子(網(wǎng)格)狀而生成立方體形狀的局部空間。例如，局部空間能夠使寬度W以及進(jìn)深D分別為50cm、高度H為60cm。此外，在構(gòu)成局部空間設(shè)定單元20的程序中，寬度W、進(jìn)深D以及高度H被參數(shù)化，例如用戶能夠使用輸入裝置8來進(jìn)行變更。邊界搜索單元22，對(duì)每個(gè)單位空間解析其中的點(diǎn)群，在水平面(XYZ正交坐標(biāo)系中成為X-Y平面)內(nèi)對(duì)由階差形成的邊界進(jìn)行搜索(S32，S34)。邊界搜索單元22在搜索過程中，在單位空間的X-Y平面上將[成為邊界的候補(bǔ)的線(候補(bǔ)線)配置為各種各樣。在本實(shí)施方式中，將直線狀的階差作為提取對(duì)象，對(duì)沿著該階差的邊界的方向線進(jìn)行搜索。與此相對(duì)應(yīng)，候補(bǔ)線的形狀也成為直線或者線段。邊界搜索單元22沿著候補(bǔ)線，設(shè)定預(yù)定寬度的帶狀區(qū)域，對(duì)與候補(bǔ)線相對(duì)應(yīng)而在X-Y平面內(nèi)各種各樣地設(shè)定的帶狀區(qū)域之中、包含階差的階差附近區(qū)域進(jìn)行搜索。具體地說，邊界搜索單元22求出位于帶狀區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)(點(diǎn)群)的個(gè)數(shù)以及屬于該帶狀區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)的高低差(Z軸方向的坐標(biāo)差)(S32)。然后，邊界搜索單元22根據(jù)對(duì)其結(jié)果而設(shè)定的條件提取階差的邊緣(S34)。S卩，邊界搜索單元22為，在點(diǎn)群在帶狀的區(qū)域內(nèi)集中預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)以上、且該區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)群具有預(yù)先設(shè)定的階差閾值以上的高低差的情況下，將該區(qū)域判斷為階差附近區(qū)域，將成為該階差附近區(qū)域的基礎(chǔ)的候補(bǔ)線確定為邊界。此外，在處理S32中，數(shù)據(jù)點(diǎn)是否處于帶狀區(qū)域內(nèi)，不考慮數(shù)據(jù)點(diǎn)的Z坐標(biāo)，而僅根據(jù)X-Y坐標(biāo)來判斷。例如，作為邊界提取的條件之中的、與階差附近區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)群的數(shù)量相關(guān)的基準(zhǔn)，能夠設(shè)定候補(bǔ)線之中、集中在其附近的點(diǎn)群的個(gè)數(shù)最多的候補(bǔ)線這種條件。此外，本實(shí)施方式的邊界搜索單元22為，當(dāng)在被初始設(shè)定為解析的單位空間的局部空間中發(fā)現(xiàn)邊緣時(shí)，以該邊緣成為中心的方式重新配置單位空間(S36)。接下來，根據(jù)重新配置的該單位空間中的與該邊緣的階差附近區(qū)域相鄰接的區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)群，求出階差上面的高度以及階差底面的高度，求出屬于上述階差附近區(qū)域的上述點(diǎn)群之中、存在于比上述階差底面高、且比上述階差上面低的高度范圍的點(diǎn)群(S38)。如此求出的點(diǎn)群為階差面上的點(diǎn)群，因此根據(jù)上述水平面內(nèi)的該點(diǎn)群的分布，求出表示階差的邊界的方向線(S40)。邊界搜索單元22也可以在單位空間內(nèi)僅對(duì)點(diǎn)群集中最多的邊界進(jìn)行搜索，也可以進(jìn)行假設(shè)了在單位空間內(nèi)存在多個(gè)邊界的重疊邊緣的處理。于是，如上述那樣，在本實(shí)施方式中將直線狀的階差的邊緣作為提取對(duì)象。其理由為，直線的提取與圓弧等其它形狀的提取相比處理負(fù)荷較少，以及在要提取的階差較多的情況下具有直線狀的邊緣。此外，單位空間被設(shè)定為比道路的轉(zhuǎn)彎及環(huán)形交叉點(diǎn)的中心部的圓等小，因此在單位空間內(nèi)這些構(gòu)造物的階差的邊緣能夠作為直線處理。此外，雖然處理負(fù)荷增加，但在原理上例如也能夠構(gòu)成為，假設(shè)圓弧等規(guī)定的形狀而對(duì)直線以外的邊緣進(jìn)行搜索。邊界追隨單元24在該局部空間之外對(duì)在局部空間中所檢測(cè)的邊界進(jìn)行追隨(S42)。邊界追隨單元24為，當(dāng)檢測(cè)到存在于成為基點(diǎn)的局部空間(基點(diǎn)空間)的邊界的方向線時(shí)，在該方向線的兩個(gè)延長方向上，作為與該基點(diǎn)空間相鄰接的新的單位空間而設(shè)定追隨空間。在該情況下，邊界搜索單元22在追隨空間內(nèi)對(duì)沿著方向線的延長線的邊界進(jìn)行搜索。此外，當(dāng)在追隨空間中檢測(cè)到邊界時(shí)，邊界追隨單元24在與求出該追隨空間的方向相同方向上，進(jìn)一步將該邊界的方向線延長而設(shè)定追隨空間，邊界搜索單元22在該追隨空間中對(duì)邊界進(jìn)行搜索。設(shè)定為追隨空間的解析的單位空間，在本實(shí)施方式中與局部空間同樣地設(shè)定為立方體形狀，但是其尺寸(WXDXH)與局部空間的尺寸不同。例如，高度H能夠考慮在之前進(jìn)行搜索的基點(diǎn)空間或者追隨空間中已經(jīng)檢測(cè)的階差的高度而決定。此外，所追隨的邊界的方向、位置預(yù)先帶有推測(cè)，因此與邊界正交的方向的尺寸(寬度W)基本上能夠設(shè)定為比局部空間窄。圖形登記單元26將通過邊界追隨單元24求出的邊界接合，制作連續(xù)線段(S42)，并向存儲(chǔ)裝置6登記。以下，對(duì)地面階差提取系統(tǒng)2的處理例更詳細(xì)地進(jìn)行說明。圖3、圖4、圖8 10將計(jì)算處理裝置4執(zhí)行的一系列處理的流程分割表示，首先，圖3是局部空間設(shè)定單元20的概略的處理流程圖，表示地面階差提取系統(tǒng)2的解析的單位空間的初始設(shè)定、即與局部空間的制作處理有關(guān)的部分的處理。當(dāng)?shù)孛骐A差提取系統(tǒng)2開始階差提取處理時(shí)(S50)，局部空間設(shè)定單元20依次制作成為追隨處理的基點(diǎn)空間的局部空間。例如，在設(shè)定了局部空間的尺寸的情況下，與對(duì)象空間的尺寸相對(duì)應(yīng)，決定X、Y、Z各方向的局部空間的排列個(gè)數(shù)，例如決定表示各方向的局部空間位置的索引的范圍。另一方面，在設(shè)定了對(duì)象空間的各方向的分割數(shù)(索引的寬度)的情況下，與對(duì)象空間的尺寸相對(duì)應(yīng)而計(jì)算并設(shè)定局部空間的尺寸。局部空間設(shè)定單元20為，安裝規(guī)定的順序?qū)Ρ硎揪植靠臻g的三維網(wǎng)格狀的配置的索引進(jìn)行變更，將由與所設(shè)定的索引相對(duì)應(yīng)的位置(χ、γ、ζ各方向的坐標(biāo)值的范圍)定義的立方體的局部空間設(shè)定為基點(diǎn)空間(S52)。此外，在此，如果被索引指定的網(wǎng)格的局部空間為未處理(S54中“否”的情況)，局部空間設(shè)定單元20將基點(diǎn)空間內(nèi)的點(diǎn)群例如從硬盤等的存儲(chǔ)裝置6向RAM (Random Access Memory)等作業(yè)區(qū)域取入(S57)。在向基點(diǎn)空間內(nèi)取入的點(diǎn)群的數(shù)量為閾值η以上(S58中“是”的情況)、且向基點(diǎn)空間內(nèi)取入的點(diǎn)群不平坦的情況(S59中“否”的情況)下，進(jìn)行將該局部空間作為基點(diǎn)空間的階差搜索(處理向圖4的節(jié)點(diǎn)B前進(jìn))。另一方面，在向基點(diǎn)空間內(nèi)取入的點(diǎn)群的數(shù)量小于閾值η的情況(S58中“否”的情況)、以及向基點(diǎn)空間內(nèi)取入的點(diǎn)群被判斷為平坦的情況(S59中“是”的情況)下，作為不存在階差、或者不能夠高精度地進(jìn)行階差搜索，而不進(jìn)行該搜索。在這些情況下，將關(guān)于該基點(diǎn)空間的處理結(jié)束，向?qū)⑾乱粋€(gè)局部空間設(shè)定為基點(diǎn)空間的處理轉(zhuǎn)移(處理向節(jié)點(diǎn)A返回)。例如，在處理S58中，點(diǎn)群的閾值η能夠設(shè)定為5以上。此外，在處理S59中，如果點(diǎn)群的階差(最大標(biāo)高與最小標(biāo)高之差)比預(yù)先設(shè)定的值小，則判斷為平坦。在對(duì)于全部網(wǎng)格結(jié)束處理的情況(S54中“是”的情況)下，計(jì)算處理裝置4結(jié)束階差提取的處理(S56)。圖4是邊界搜索單元22的概略的處理流程圖，表示與基點(diǎn)空間中的階差的邊緣搜索相關(guān)的處理。邊界搜索單元22在基點(diǎn)空間內(nèi)是否存在邊緣(S60)。圖5是對(duì)基點(diǎn)空間中的邊緣搜索處理S60進(jìn)行說明的示意圖。圖5是從上面觀察基點(diǎn)空間的圖，表示與基點(diǎn)空間62相對(duì)應(yīng)的矩形、基點(diǎn)空間內(nèi)的點(diǎn)群在X-Y面內(nèi)的配置的一個(gè)例子。邊界搜索單元22從基點(diǎn)空間內(nèi)的點(diǎn)群中選擇任意2個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)P α、Ρ β，將使者2點(diǎn)為兩端的X-Y面內(nèi)的線段LO設(shè)定為邊緣的候補(bǔ)線，并且以線段LO為中心而在其兩側(cè)分別設(shè)定寬度w (合計(jì)寬度2w)的帶狀區(qū)域EA。邊界搜索單元22對(duì)點(diǎn)群之中、X-Y平面中的坐標(biāo)位于該區(qū)域EA內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。例如能夠通過X-Y平面上的從該數(shù)據(jù)點(diǎn)向線段LO的垂線的長度是否為w以下，來判斷數(shù)據(jù)點(diǎn)是否在區(qū)域EA內(nèi)。此外，作為邊緣的條件，設(shè)定為表示區(qū)域EA內(nèi)的點(diǎn)群的三維形狀不平坦。具體地說，邊界搜索單元22為，如果區(qū)域EA內(nèi)所包含的數(shù)據(jù)點(diǎn)的階差(最大標(biāo)高和最小標(biāo)高之差)ΛΖ為預(yù)先設(shè)定的階差閾值Y以上，則判斷為不平坦。
邊界搜索單元22為，對(duì)由從基點(diǎn)空間內(nèi)選擇的2個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的全部組合設(shè)定候補(bǔ)線而進(jìn)行上述判斷，將在區(qū)域EA內(nèi)集中最多數(shù)據(jù)點(diǎn)、且ΛΖ為閾值Y以上的線段L0，選擇為基點(diǎn)空間中的搜索處理中的邊緣。在存在邊緣的情況(S62中“是”的情況)下，向處理S70前進(jìn)。另一方面，在未發(fā)現(xiàn)邊緣的情況(S62中“否”的情況)下，對(duì)于該基點(diǎn)空間結(jié)束處理，向?qū)⑾乱粋€(gè)局部空間作為基點(diǎn)空間的處理轉(zhuǎn)移(處理向圖3的節(jié)點(diǎn)A前進(jìn))。
在此，寬度w為參數(shù)，對(duì)對(duì)應(yīng)于階差的數(shù)據(jù)點(diǎn)的與邊緣正交的方向的位置的差別進(jìn)行吸收。例如，在路邊的階差的提取中，w能夠成為3cm程度。此外，階差閾值Y例如能夠設(shè)定為2cm程度。邊界搜索單元22為，將從基點(diǎn)空間提取的邊緣的位置固定，并以該固定了的邊緣LI成為中心的方式重新制作基點(diǎn)空間，并取入該基點(diǎn)空間內(nèi)的點(diǎn)群(S70)。圖6是表示基點(diǎn)空間的重新配置的示意圖，是從上面觀察重新配置后的基點(diǎn)空間72以及邊緣LI的圖，為了進(jìn)行比較而將最初的基點(diǎn)空間62用點(diǎn)劃線表示。當(dāng)提取邊緣LI時(shí)，邊界搜索單元22將基點(diǎn)空間內(nèi)的點(diǎn)群分類為階差的下部(下端)、階差部、階差的上部(上端)(S74)。圖7是從邊緣方向觀察的基點(diǎn)空間的垂直剖面的示意圖。在圖7中圓圈為數(shù)據(jù)點(diǎn)80，在圖中階差部82位于中央，其左側(cè)為下端(例如道路部84)、右側(cè)為上端(例如人行道部86)。具體地說，階差部82為與邊緣對(duì)應(yīng)的階差附近區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)群，在X-Y平面中位于以邊緣LI為中心的寬度2w的帶狀區(qū)域內(nèi)。邊界搜索單元22，分別在階差部82的兩側(cè)求出點(diǎn)群的最小標(biāo)高。例如，在圖7中求出階差82左側(cè)的點(diǎn)群的最小標(biāo)高和右側(cè)的點(diǎn)群的最小標(biāo)高，對(duì)這些進(jìn)行比較，將最小標(biāo)高較低側(cè)作為階差的下端，將該最小標(biāo)聞定義為下端的聞度Zp另一方面，將最小標(biāo)聞?shì)^聞側(cè)作為階差的上端，將該最小標(biāo)高作為上端的高度ZH。如此通過最小標(biāo)高來定義階差的下端、上端的高度，由此能夠除去地物表面之上出現(xiàn)的噪聲點(diǎn)、草及樹枝的點(diǎn)群的影響。此外，邊界搜索單元22根據(jù)階差部82的點(diǎn)群計(jì)算階差的方向。邊界搜索單元22，對(duì)于由從階差部82內(nèi)選擇的2個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成的全部組合，設(shè)定通過這2個(gè)點(diǎn)Qa、ζ)β的線段，在向X-Y面投影的位置關(guān)系中，求出該線段與階差部82的其它各數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的垂線長度之和。然后，尋找階差部82內(nèi)的2個(gè)點(diǎn)Qa、Qi3的組合中、該垂線長度之和為最小的組合，將由這2個(gè)點(diǎn)確定的線段決定為邊緣的方向線。此外，通過使用了階差部82的全部數(shù)據(jù)點(diǎn)的最小二乘法，來決定表示階差的方向線的X-Y面內(nèi)的一次式，由此也能夠求出方向線。此外，在求出階 差的方向線的上述各方法中，線段優(yōu)選限定為位于上端的高度和下端的高度之間的線段。此外，階差部82具有寬度2w，在具有該寬度的階差部82內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)80中，圖7所示那樣，不僅是位于存在于上端的高度和下端的高度之間的階差面(垂直面或者傾斜面)的數(shù)據(jù)點(diǎn)80i,還能夠包含位于上端的面或者下端的面的數(shù)據(jù)點(diǎn)80e。為了使階差的方向線高精度地沿著階差面，在求出階差的方向線的上述各方法的處理中，優(yōu)選從階差部82內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)80(80i以及80e)中除去數(shù)據(jù)點(diǎn)80e，僅使用剩余的數(shù)據(jù)點(diǎn)80i。例如，能夠構(gòu)成為，設(shè)定參數(shù)￡2(>0)，將階差部82的數(shù)據(jù)點(diǎn)80(801以及80e)之中、Z坐標(biāo)成為[ZJ εζ，Zh- ε ζ]的范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)點(diǎn)80i，而用于階差的方向線的決定。參數(shù)εζ例如能夠根據(jù)階差的高度(Zh-ZJ及階差閾值Y來設(shè)定，例如被設(shè)定為這些置的1/2以下。此外，也可以構(gòu)成為，在相對(duì)于設(shè)定的參數(shù)εζ、階差部82內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)80全部成為80e，未剩余數(shù)據(jù)點(diǎn)80i的情況下，不進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)80e的除去處理，也可以構(gòu)成為，以剩余恒定個(gè)數(shù)或者恒定比例的數(shù)據(jù)點(diǎn)80i的方式對(duì)參數(shù)ε ζ進(jìn)行可變?cè)O(shè)定。邊界搜索單元22根據(jù)上述的處理結(jié)果求出圖形數(shù)據(jù)。例如，對(duì)求出的階差的方向線與作為基點(diǎn)空間72的平面形狀的矩形相交的2個(gè)交點(diǎn)進(jìn)行求出，將連結(jié)這些交點(diǎn)的線定義為方向線。圖形數(shù)據(jù)包括:邊緣下端，是將使定義上述各交點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)和通過下端的高度A賦予的Z坐標(biāo)組合而得到三維空間內(nèi)的2個(gè)點(diǎn)作為兩端的線段；邊緣上端，是將使定義上述各交點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)和通過上端的高度ZH賦予的Z坐標(biāo)組合而得到的三維空間內(nèi)的2個(gè)點(diǎn)作為兩端的線段；以及邊緣中央，是將使定義上述各交點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)和平均標(biāo)高Zm= (ZJZh)/2組合而得到的三維空間內(nèi)的2個(gè)點(diǎn)作為兩端的線段。即，作為圖形數(shù)據(jù)求出表示階差面的骨格的單純的圖形。邊界搜索單元22，調(diào)查在已經(jīng)被圖形登記的方向線之中是否存在與該圖形數(shù)據(jù)一致或者交叉的方向線(S90)。如果未被圖形登記(S92中“否”的情況)，則生成用于對(duì)圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖的線形表，該線形表中存儲(chǔ)從基點(diǎn)空間中求出的圖形數(shù)據(jù)(S94)，并開始邊界追隨處理(向圖8的節(jié)點(diǎn)D前進(jìn))。另一方面，如果被圖形登記(S92中“是”的情況)，則該階差的信息不記錄，而進(jìn)行在該基點(diǎn)空間內(nèi)中對(duì)其它階差進(jìn)行搜索的重疊邊緣處理(處理向圖10的節(jié)點(diǎn)F前進(jìn))。圖8是邊界追隨單元24的概略的處理流程圖，表示與追隨空間中的階差的邊緣的搜索處理有關(guān)的處理。邊界追隨單元24，當(dāng)在基點(diǎn)空間或者之前設(shè)定的追隨空間中檢測(cè)到邊緣時(shí)，設(shè)定于這些之前進(jìn)行了邊緣檢測(cè)的單位空間相鄰接的追隨空間(S100)。新的追隨空間的寬度W的中心為，對(duì)之前的單位空間的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行參照，而與其方向線的延長線一致。如上所述，追隨空間的寬度W被設(shè)定為比基點(diǎn)空間的寬度窄。此外，關(guān)于高度H，考慮到階差相對(duì)于邊緣方向的變化具有角度的可能性，優(yōu)選設(shè)定為上面的高度比之前的單位空間中的上端的高度Zh高、底面的高度比之前的單位空間中的下端的高度\低，例如能夠使上面為ΖΗ+Λζ、底面為Az的高度。此外，對(duì)基點(diǎn)空間的方向線所指的2個(gè)方向分別進(jìn)行追隨。此外，在之前設(shè)定的追隨空間中檢測(cè)到邊界的情況下，在與求出該追隨空間的方向相同方向上，使該邊界的方向線延長，并進(jìn)一步進(jìn)行追隨。當(dāng)設(shè)定追隨空間時(shí)，邊界追隨單元24取入該追隨空間內(nèi)的點(diǎn)群(S102)，調(diào)查之前的單位空間的沿著方向線的延長線是否存在邊緣。如果向追隨空間內(nèi)集中沿著延長線設(shè)定的基準(zhǔn)以上的點(diǎn)群，該點(diǎn)群的高低差為階差閾值Y以上(S104中“是”的情況)，則判斷為沿著延長線存在邊緣。在該情況下，邊界追隨單元24進(jìn)行與邊界搜索單元22的處理S74同樣的處理(S106)，生成與追隨空間相關(guān)的圖形數(shù)據(jù)。邊界追隨單元24為，調(diào)查在已經(jīng)圖形登記的方向線之中是否存在與該圖形數(shù)據(jù)一致或者交叉的方向線(S108)。如果未圖形登記(S110中“否”的情況)，則邊界追隨單元24將與當(dāng)前的追隨空間相關(guān)的圖形數(shù)據(jù)向線形表中增加(S112)，并返回處理S100，設(shè)定于當(dāng)前的追隨空間連續(xù)的新的追隨空間。如此，邊界追隨單元24依次設(shè)定追隨空間而對(duì)邊緣進(jìn)行追隨。追隨處理如上述那樣在2個(gè)方向上進(jìn)行，某個(gè)方向的追隨處理為，如果在該方向的追隨空間中未發(fā)現(xiàn)邊緣則被結(jié)束(S104中“否”的情況)，向圖形登記處理轉(zhuǎn)移(向圖9的節(jié)點(diǎn)E前進(jìn))。此外，如果通過追隨檢測(cè)的圖形數(shù)據(jù)已經(jīng)圖形登記(S110中“是”的情況)，則該階差的信息不向線形表增加而將追隨處理結(jié)束，向圖形登記處理轉(zhuǎn)移(向圖9的節(jié)點(diǎn)E前進(jìn))。圖9是圖形登記單元26的概略的處理流程圖。圖形登記單元26為，當(dāng)2個(gè)方向的追隨處理結(jié)束時(shí)，將線形表所儲(chǔ)存的圖形數(shù)據(jù)即方向線的端點(diǎn)按照追隨順序而接合來制作連續(xù)線段(S120)。制作的連續(xù)線段向存儲(chǔ)裝置6圖形登記(S122)。當(dāng)圖形登記結(jié)束時(shí)，與該追隨處理有關(guān)的線形表變得不需要，因此進(jìn)行削除(S124)，進(jìn)行在該基點(diǎn)空間內(nèi)對(duì)其它階差進(jìn)行搜索的重疊邊緣處理(處理向圖10的節(jié)點(diǎn)F前進(jìn))。此外，如果線形表為空(S126)，此時(shí)也將線形表削除(S124)，進(jìn)行在該基點(diǎn)空間內(nèi)對(duì)其它階差進(jìn)行搜索的重疊邊緣處理(處理向圖10的節(jié)點(diǎn)F前進(jìn))。圖10是邊界搜索單元22進(jìn)行的重疊邊緣處理的概略的處理流程圖。邊界搜索單元22當(dāng)在基點(diǎn)空間中對(duì)邊緣進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，對(duì)于該邊緣執(zhí)行追隨及圖形登記等處理，接著進(jìn)行對(duì)在該邊緣兩側(cè)是否存在其它邊緣進(jìn)行搜索的重疊邊緣處理。圖11是對(duì)重疊邊緣處理進(jìn)行說明的示意圖，表示單位空間的平面配置。在圖11(a)所示的例子重，基點(diǎn)空間130中存在最點(diǎn)群集中的邊緣132、和點(diǎn)群的集中程度比邊緣132低的邊緣134。邊界搜索單元22為，首先在對(duì)邊緣132進(jìn)行檢測(cè)而對(duì)于該邊緣132進(jìn)行了追隨及圖形登記的處理之后，在其兩側(cè)以不包含該邊緣132的方式設(shè)定新的基點(diǎn)空間136、138 (圖11(b))。例如，朝向之前檢測(cè)的邊緣(圖11的邊緣132)延伸的某個(gè)方向，定義該邊緣的左側(cè)的區(qū)域和右側(cè)的區(qū)域。在該左側(cè)的區(qū)域中制作基點(diǎn)空間，與處理S57、S58、S59同樣地取入點(diǎn)群(S140)，與處理S60同樣，在該基點(diǎn)空間中進(jìn)行邊緣的搜索(S141)，判斷是否存在邊緣(S142)。在存在邊緣的情況(S142中“是”的情況)下，進(jìn)行上述的處理:即，將該邊緣固定，以其邊緣方向?yàn)橹行闹匦轮谱骰c(diǎn)空間，向該基點(diǎn)空間內(nèi)取入點(diǎn)群，求出階差的方向線(支持從圖4的節(jié)點(diǎn)C起的處理)。同樣，在上述右側(cè)的區(qū)域制作基點(diǎn)空間，與處理S57、S58、S59同樣取入點(diǎn)群(S144)，與處理S60同樣，在該基點(diǎn)空間中進(jìn)行邊緣的搜索(S145)，判斷是否存在邊緣(S146)。在存在邊緣的情況(S146中“是”的情況)下，進(jìn)行上述的處理:即，將該邊緣固定，以其邊緣方向?yàn)橹行亩匦轮谱骰c(diǎn)空間，向該基點(diǎn)空間內(nèi)取入點(diǎn)群，求出階差的方向線(執(zhí)行從圖4的節(jié)點(diǎn)C起的處理)。如果在新的基點(diǎn)空間136以及138的任意一個(gè)中都未檢測(cè)到重疊邊緣(S142以及S146中“否”的情況)，則在處理S52中結(jié)束對(duì)于向某個(gè)索引設(shè)定的基點(diǎn)空間的階差提取處理，開始對(duì)于下一個(gè)索引的基點(diǎn)空間的處理(返回圖3的節(jié)點(diǎn)A)。在上述實(shí)施方式中構(gòu)成為，使計(jì)算機(jī)作為地面階差提取系統(tǒng)2的各單元?jiǎng)幼鞯某绦騼?chǔ)存在存儲(chǔ)裝置6中，計(jì)算機(jī)將其讀出而執(zhí)行，但在其它構(gòu)成中，該程序也能夠經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)等通信介質(zhì)向計(jì)算機(jī)提供，在該情況下，地面階差提取系統(tǒng)2具備通信裝置，該通信裝置從網(wǎng)絡(luò)等取得程序，向計(jì)算處理裝置4提供，或使其存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置6。此外，該程序也能夠儲(chǔ)存于 CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory)等記錄介質(zhì)而提供。符號(hào)的說明2地面階差提取系統(tǒng)，4計(jì)算處理裝置，6存儲(chǔ)裝置，8輸入裝置，10輸出裝置，20局部空間設(shè)定單元，22邊界搜索單元，24邊界追隨單元，26圖形登記單元，82階差部，84道路部，86人行道部，130，136，138基點(diǎn)空間，132，134邊緣。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)解析裝置，根據(jù)表示對(duì)象空間的地物表面的三維形狀的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，對(duì)地面的階差進(jìn)行檢測(cè)，其特征在于， 具有: 局部空間設(shè)定單元，將上述對(duì)象空間分為多個(gè)局部空間，將該局部空間分別設(shè)定為解析的單位空間；以及 邊界搜索單元，對(duì)于每個(gè)上述單位空間，在水平面內(nèi)對(duì)由上述階差形成的邊界進(jìn)行搜索， 上述邊界搜索單元，在上述水平面內(nèi)搜索預(yù)定寬度的帶狀區(qū)域，即、向上述水平面投影的點(diǎn)群在該區(qū)域內(nèi)集中預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)以上、且該區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)群具有預(yù)先設(shè)定的階差閾值以上的高低差的階差附近區(qū)域，搜索沿著屬于該階差附近區(qū)域的點(diǎn)群在上述水平面內(nèi)的分布的方向線作為上述邊界。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)解析裝置，其特征在于， 還具有邊界追隨單元，該邊界追隨單元對(duì)上述局部空間中所檢測(cè)的上述邊界在該局部空間之外進(jìn)行追隨， 上述邊界追隨單元，當(dāng)從上述單位空間檢測(cè)到上述邊界時(shí)，在與該邊界相對(duì)應(yīng)的上述方向線的延長線的方向上，將追隨空間設(shè)定為與該單位空間相鄰接的新的上述單位空間， 上述邊界搜索單元在上述追隨空間中對(duì)沿著上述延長線的上述邊界進(jìn)行搜索。
3.如權(quán)利要求1或2所述的 數(shù)據(jù)解析裝置，其特征在于， 上述邊界搜索單元，根據(jù)各個(gè)與上述階差附近區(qū)域相鄰接的區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)群，求出階差上面的高度以及階差底面的高度，并根據(jù)屬于上述階差附近區(qū)域的上述點(diǎn)群之中、比上述階差底面高且比上述階差上面低的高度范圍內(nèi)存在的點(diǎn)群在上述水平面內(nèi)的分布，求出上述方向線。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的數(shù)據(jù)解析裝置，其特征在于， 上述局部空間設(shè)定單元將上述對(duì)象空間分割為立方體形狀的上述局部空間。
5.一種數(shù)據(jù)解析方法,根據(jù)表示對(duì)象空間的地物表面的三維形狀的點(diǎn)群數(shù)據(jù),對(duì)地面的階差進(jìn)行檢測(cè)，其特征在于， 具有: 局部空間設(shè)定步驟，將上述對(duì)象空間分為多個(gè)局部空間，將該局部空間分別設(shè)定為解析的單位空間；以及 在邊界搜索步驟中，對(duì)于每個(gè)上述單位空間，在水平面內(nèi)對(duì)由上述階差形成的邊界進(jìn)行搜索， 上述邊界搜索步驟為，在上述水平面內(nèi)搜索預(yù)定寬度的帶狀區(qū)域，即、向上述水平面投影的點(diǎn)群在該區(qū)域內(nèi)集中預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)以上、且該區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)群具有預(yù)先設(shè)定的階差閾值以上的高低差的階差附近區(qū)域，搜索沿著屬于該階差附近區(qū)域的點(diǎn)群在上述水平面內(nèi)的分布的方向線作為上述邊界。
6.如權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)解析方法，其特征在于， 還具有邊界追隨步驟，該邊界追隨步驟為，對(duì)上述局部空間中所檢測(cè)的上述邊界在該局部空間之外進(jìn)行追隨， 在上述邊界追隨步驟中，當(dāng)從上述單位空間檢測(cè)到上述邊界時(shí)，在與該邊界相對(duì)應(yīng)的上述方向線的延長線的方向上，將追隨空間設(shè)定為與該單位空間相鄰接的新的上述單位空間， 上述邊界搜索步驟在上述追隨空間中對(duì)沿著上述延長線的上述邊界進(jìn)行搜索。
7.一種程序，使計(jì)算機(jī)進(jìn)行根據(jù)表示對(duì)象空間的地物表面的三維形狀的點(diǎn)群數(shù)據(jù)，對(duì)地面的階差進(jìn)行檢測(cè)的數(shù)據(jù)解析，其特征在于， 使該計(jì)算機(jī)作為如下單元起作用: 局部空間設(shè)定單元，將上述對(duì)象空間分為多個(gè)局部空間，將該局部空間分別設(shè)定為解析的單位空間；以及 邊界搜索單元，對(duì)于每個(gè)上述單位空間，在水平面內(nèi)對(duì)由上述階差形成的邊界進(jìn)行搜索， 上述邊界搜索單元，在上述水平面內(nèi)搜索預(yù)定寬度的帶狀區(qū)域，即、向上述水平面投影的點(diǎn)群在該區(qū)域內(nèi)集中預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)以上、且該區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)群具有預(yù)先設(shè)定的階差閾值以上的高低差的階差附近區(qū)域，搜索沿著屬于該階差附近區(qū)域的點(diǎn)群在上述水平面內(nèi)的分布的方向線作為上述邊界。
8.如權(quán)利要求7所述的程序，其特征在于， 使計(jì)算機(jī)還作為邊界追隨單元起作用，該邊界追隨單元對(duì)上述局部空間中所檢測(cè)的上述邊界在該局部空間之外進(jìn)行追隨， 上述邊界追隨單元，當(dāng)從上述單位空間檢測(cè)到上述邊界時(shí)，在與該邊界相對(duì)應(yīng)的上述方向線的延長線的方向上，將追隨空間設(shè)定為與該單位空間相鄰接的新的上述單位空間， 上述邊界搜索單元在上述追隨空間中對(duì)沿著上述延長線的上述邊界進(jìn)行搜索。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)解析裝置，根據(jù)表示地物表面的三維形狀的點(diǎn)群數(shù)據(jù)自動(dòng)地檢測(cè)地面的階差。局部空間設(shè)定單元(20)將解析的對(duì)象空間分為多個(gè)局部空間，將該局部空間分別設(shè)定為解析的單位空間。邊界搜索單元(22)，對(duì)于每個(gè)單位空間，在水平面內(nèi)對(duì)由階差形成的邊界進(jìn)行搜索。邊界搜索單元(22)，在上述水平面內(nèi)搜索預(yù)定寬度的帶狀區(qū)域，即、向水平面投影的點(diǎn)群在該區(qū)域內(nèi)集中預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)以上、且該區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)群具有預(yù)先設(shè)定的階差閾值以上的高低差的階差附近區(qū)域，將沿著屬于該階差附近區(qū)域的點(diǎn)群在上述水平面內(nèi)的分布的方向線搜索為上述邊界。邊界追隨單元(24)對(duì)局部空間所檢測(cè)的邊界在該局部空間之外進(jìn)行追隨。
文檔編號(hào)G01B11/24GK103196433SQ201210006108
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者真鍋鎮(zhèn)男, 北川育夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社博思科