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現在，実用化されているロボットの多くは限定された状況下でのみ運用されている．そのような現状で実環境下においてロボットと人間の共存と自律走行技術の発展を目指すつくばチャレンジという公開実験が存在する． つくばチャレンジとは，つくば市内で移動ロボットを自律走行させる技術チャレンジであり，つくば市内の遊歩道を含む課題コースの自律走行の必須課題に加えて，選択課題が課されている． このつくばチャレンジに太田研究室では毎年参加している． 2021年度では，課題コースが約2.5kmとなっており，公開されているコース全体は図1のように表される． 選択課題として事前データ取得なし走行，信号認識横断，チェックポイント通過+経路封鎖迂回,探索対象発見が出題されている．
つくばチャレンジにおいてロボットの自律走行を達成するために検出すべき物体として，選択課題に関連している経路封鎖看板，回避対象となるロードコーンが挙げられる． 選択課題の経路封鎖迂回では，課題コースの一部となっている研究学園前公園内に通行を禁止する経路封鎖看板が数カ所に設置され， 道の両端に経路封鎖看板を設置することで経路封鎖を示す．経路封鎖看板の設置場所は事前に提示されないことから, ロボットは経路封鎖看板を自律的に認識して物理的に通れるが経路を封鎖されているとして別の経路に再計画を行い，迂回することが求められる．また，ロードコーンはコースの一部に設置されており，ロボットはロードコーンをリアルタイムで認識して回避する必要がある．
本研究では, 3D-LiDARセンサを用いて距離画像での物体検出をする手法の提案する． 3D-LiDAR センサでは物体の座標，距離情報，反射強度のデータを計測することができ，計測したデータを点群として取得することができる． この点群データから距離画像を生成する． 検出対象となる経路封鎖看板とロードコーンには他の物体にない特徴がある． 経路封鎖看板には両端に再帰反射テープが貼られており，再帰反射テープの特徴として反射強度の値が他の物体に比べて高くなる.ロードコーンは上部先端が三角形状であるという特徴的な形状を有している． 提案手法では再帰反射テープの反射強度が高くなること，ロードコーンの形状が特徴的であることに着目し， 3D-LiDARセンサを用いた距離画像での検出を行う.
つくばチャレンジで使用したロボットのハードウェア構成について述べる． つくばチャレンジ2021にて走行したロボットの外観を図2に示す． 使用したロボットは株式会社リバストが開発・販売を行っているモバイルロボットプラットホームMercury Robotsシリーズをベースとしている． ロボットには各種センサが搭載されている．LiDARが3種類取り付けられており，上部に取り付けられている3D-LiDARは32レイヤーの光を全方位に0.36度間隔で照射し， 200m以内にある物体を計測することができ，約36000点の情報を取得できる．中部に取り付けられた3D-LiDARは，4レイヤーでLiDARを中心に前方275度に0.5度間隔で照射し，64m以内にある物体を2500点の情報として計測することができる．下部の2D-LiDARは前方270度の25m以内にある物体を計測することができ，約800点の情報を取得できる． 周囲の状況を画像で取り込むためにカメラがロボット上部の前方，左右70度に取り付けられている． ロボットは四輪駆動であるため，モーターが4つ，モーターごとにエンコーダが搭載されている．
LiDARとは，光を用いたリモートセンシング技術の１つであり，レーザー光を周囲に照射して物体から反射した光を測定することで， 物体までの距離や物体の性質を計測するセンサである．計測した情報は点群というデータ形式で取得する． 点群とは点の集合群のことであり，LiDARにおいては計測した対象物体の座標，距離，反射強度などが含まれている． 3D-LiDARにおいては物体の座標を3次元座標で計測することが可能である． 計測した点群には周辺の物体の座標等が含まれていることから周辺環境の情報を得ることができる．
反射強度とは物体に照射したレーザー光の反射光が照射したレーザー光と比べてどの程度の強度を持っているかを示した値である． 一般的に対象物体の色や材質によって反射強度は異なる．例を上げると自転車の反射板は光を強く反射する性質を持っているため高い反射強度を示す． 反射板とは反対に黒色は光を吸収する性質があるため黒色の物体は低い反射強度を示す．
経路封鎖看板は市販品である折り畳み樹脂看板が使用されている．形状は本体サイズが幅330(mm)，高さ887(mm)になっており，有効表示サイズは幅300(mm)，高さ760(mm)となっている． 経路封鎖迂回の課題では図に示す研究学園前公園内に数カ所設置され，設置されている場所では図2のように看板を2個を道の端に並べて設置される． 図の設置する際の道幅は5mとなっているが，2m，3mなどの複数種類の幅で設置される．
経路封鎖看板は図のように看板の両サイドに再帰反射テープが貼り付けられている． 再帰反射テープとは，再帰反射という光学的な性質を持ったテープのことである． 再帰反射とは光学的に特殊な反射機構のことであり，入射光がどのような方向から当たったとしても光源に向かってそのまま反射するという特殊な反射現象が生じる．
再帰反射の性質を持ったテープであることから，フラッシュ撮影を行うと図のようにフラッシュ光を強く反射し，テープが貼られている部分が白く発光する．
また，再帰反射テープだけでなく有効表示領域にはロボット経路封鎖を示すイラストが描かれており，全ての経路封鎖看板に共通している． 描かれているイラストは経路封鎖看板のみに扱われている．
ロードコーンは図に示すように緑色のロードコーンが使用される．ロードコーンは上部先端が三角形である特徴的な形状を有 しており，他の物体にはみられない特徴である．
ロードコーンは静止障害物として図に示されている公園内のコースに設置される． 設置される場合はロードコーンを単体で設置するのではなく，複数束になって設置される．設置例を図に示す． 設置箇所は公園内の遊歩道上で道幅の半分程度が塞がれる．遊歩道の幅は図では5mになっているが，他のパターンとして2m，3m幅の遊歩道に設置される． また，ロードコーンの設置数は道幅によってロボットや歩行者が通行できるように変動する．
