特許 5753409 パノラマ画像作成方法及び３次元レーザスキャナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5753409

(24)【登録日】2015年5月29日

(45)【発行日】2015年7月22日

(54)【発明の名称】パノラマ画像作成方法及び３次元レーザスキャナ

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20150702BHJP

   G01S 17/89 20060101ALI20150702BHJP

   G03B 37/00 20060101ALI20150702BHJP

【ＦＩ】

   G01C15/00 103A

   G01S17/89

   G03B37/00 Z

【請求項の数】6

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2011-48745(P2011-48745)

(22)【出願日】2011年3月7日

(65)【公開番号】特開2012-185053(P2012-185053A)

(43)【公開日】2012年9月27日

【審査請求日】2014年3月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000220343

【氏名又は名称】株式会社トプコン

(74)【代理人】

【識別番号】100083563

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 祥二

(72)【発明者】

【氏名】井上 孝浩

(72)【発明者】

【氏名】吉野 健一郎

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−８２７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５２４５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０６３８３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−３０８８９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ１５／００−１５／１４

Ｇ０１Ｓ１７／００−１７／９５

Ｇ０３Ｂ３７／００−３７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物を含む様に測定範囲を設定し、該測定範囲を所要分割して複数の区画を設定し、各区画毎に撮影した部分画像を合成してパノラマ画像を作成するパノラマ画像作成方法に於いて、前記各区画毎に複数の撮像条件で撮影し、
同一の撮像条件で取得した部分画像によりパノラマ画像が作成され、複数のパノラマ画像の内、前記測定対象物について最適な撮像条件を有するパノラマ画像を選択し、選択したパノラマ画像から前記測定対象物を含む領域を切出し、切出した画像を用いてパノラマ画像が合成されることを特徴とするパノラマ画像作成方法。

【請求項2】

前記撮像条件は、撮影方向で光量が異なる場合、撮影方向に合わせて予め各区画毎に設定された請求項１のパノラマ画像作成方法。

【請求項3】

パルス光の測距光を発する発光源と、発光源からの測距光を測定範囲に照射する射出光学系と、反射測距光を受光する受光部と、前記測定範囲に測距光を走査する走査部と、測距光の照射方向を検出する角度検出部と、前記受光部からの受光信号に基づき前記測定範囲にある測定対象物迄の距離を演算する測距部と、前記測定範囲の画像を取得する撮像部と、前記発光源と、前記受光部と、前記走査部と、前記測距部と、前記撮像部とを制御する制御部とを具備し、該制御部は、前記角度検出部からの角度検出信号、前記測距部からの測距結果に基づき３次元データを演算し、又測定対象物を含む様に測定範囲を設定し、該測定範囲を少なくとも２以上の区画に分割し、各区画毎に少なくとも２の撮像条件で撮影して部分画像を取得し、
１つの撮像条件で撮影した部分画像を合成して基準パノラマ画像を作成し、前記測定対象物の画像については少なくとも２の撮像条件の内、最適な撮像条件となっている画像を選択して前記基準パノラマ画像に貼付けることを特徴とする３次元レーザスキャナ。

【請求項4】

前記制御部は、前記３次元データに基づき画像の切出し領域を設定し、少なくとも２の撮像条件で撮影した画像の内、前記切出し領域が最適な撮像条件となっているものを選択して前記基準パノラマ画像に貼付ける請求項３の３次元レーザスキャナ。

【請求項5】

前記測定対象物が最適な撮像条件となっている部分画像を選択し、前記基準パノラマ画像に貼付ける請求項３の３次元レーザスキャナ。

【請求項6】

前記撮像条件は、コントラストである請求項１又は請求項２のパノラマ画像作成方法又は請求項３〜請求項５の内いずれか１つの３次元レーザスキャナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パノラマ画像作成方法及び３次元レーザスキャナに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、短時間に測定対象物の３次元データ（３Ｄデータ）を取得する為の測量装置として３次元レーザスキャナが知られている。

【0003】

３次元レーザスキャナは基準点に設置され、測定範囲、或は測定対象物に対してパルスレーザ光線を走査し、各パルスレーザ光線毎に測距を行って点群データを取得する。又、広範囲で点群データを取得する場合は、３次元レーザスキャナを他の基準点に設置し、隣接する測定範囲について点群データを取得し、取得した点群データを合成することで広範囲の点群データの取得を可能としている。

【0004】

更に、３次元レーザスキャナが撮像装置を具備し、該撮像装置により測定範囲の画像を取得し、取得した画像から測定点の色情報（ＲＧＢ）を取得して測定点の３次元座標に色情報を貼付け、点群データで描いた測定対象物の画像に色彩を付し、画像を認識し易い様にしたものがある。

【0005】

３次元レーザスキャナの測定範囲が広がると、測定範囲は撮像装置単体の撮影範囲より大きくなるので、測定範囲に対応する画像は、部分的に取得した画像を合成したパノラマ画像となる。図８はパノラマ画像８３と撮像装置単体の撮影範囲８４との関係の一例を示しており、図８に示す１区画が撮像装置単体の撮影範囲８４を示し、図示のパノラマ画像８３は撮影範囲８４が縦５×横５で構成されている。

【0006】

従来では、パノラマ画像を取得する場合、コントラストの調整をパノラマ画像の中央で行っており、中央の撮影範囲８４でコントラストが最適となる様にコントラストが設定され、設定されたコントラストで測定範囲全体の撮影が行われている。ところが、撮影する方向、撮影位置により明るさが異なることが通常であり、図９に例示される様に、中央の撮影範囲８４でコントラストを適正化すると、明るすぎる部分、暗すぎる部分ではコントラストが最適ではなくなる。

【0007】

この為、明るすぎる部分、暗すぎる部分の測定点については、最適でないコントラストで撮影した画像データの色情報を貼付けることになる。この為、得られる点群データによる色付き画像も画像データのコントラストの状態を反映したものとなってしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００８−８２７０７号公報

【特許文献2】特開２００８−２６８００４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は斯かる実情に鑑み、測定範囲に対応するパノラマ画像中のコントラストが最適となる様にするパノラマ画像作成方法及びパノラマ画像中のコントラストが最適となる画像データを取得する３次元レーザスキャナを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、測定対象物を含む様に測定範囲を設定し、該測定範囲を所要分割して複数の区画を設定し、各区画毎に撮影した画像を合成してパノラマ画像を作成するパノラマ画像作成方法に於いて、前記各区画毎に複数の撮像条件で撮影し、少なくとも測定対象物については、最適な撮像条件で撮影された画像が用いられてパノラマ画像が合成されるパノラマ画像作成方法に係るものである。

【0011】

又本発明は、少なくとも測定対象物を含む区画については、得られた画像の内、最適な撮像条件で撮影された画像が用いられてパノラマ画像が合成されるパノラマ画像作成方法に係るものである。

【0012】

又本発明は、同一の撮像条件で取得した部分画像によりパノラマ画像が作成され、複数のパノラマ画像の内、前記測定対象物について最適な撮像条件を有するパノラマ画像を選択し、選択したパノラマ画像から前記測定対象物を含む領域を切出し、切出した画像を用いてパノラマ画像が合成されるパノラマ画像作成方法に係るものである。

【0013】

又本発明は、前記撮像条件は、撮影方向で光量が異なる場合、撮影方向に合わせて予め各区画毎に設定されたパノラマ画像作成方法に係るものである。

【0014】

又本発明は、パルス光の測距光を発する発光源と、発光源からの測距光を測定範囲に照射する射出光学系と、反射測距光を受光する受光部と、前記測定範囲に測距光を走査する走査部と、測距光の照射方向を検出する角度検出部と、前記受光部からの受光信号に基づき前記測定範囲にある測定対象物迄の距離を演算する測距部と、前記測定範囲の画像を取得する撮像部と、前記発光源と、前記受光部と、前記走査部と、前記測距部と、前記撮像部とを制御する制御部とを具備し、該制御部は、前記角度検出部からの角度検出信号、前記測距部からの測距結果に基づき３次元データを演算し、又測定対象物を含む様に測定範囲を設定し、該測定範囲を少なくとも２以上の区画に分割し、各区画毎に撮影して部分画像を取得し、該部分画像を合成して測定範囲のパノラマ画像を作成し、合成される前記部分画像の内、少なくとも測定対象物を含む区画の画像は最適な撮像条件で撮影されている３次元レーザスキャナに係るものである。

【0015】

又本発明は、前記制御部は、各区画毎に少なくとも２の撮像条件で撮影して部分画像を取得し、１つの撮像条件で撮影した部分画像を合成して基準パノラマ画像を作成し、前記測定対象物の画像については少なくとも２の撮像条件の内、最適な撮像条件となっている画像を選択して前記基準パノラマ画像に貼付ける３次元レーザスキャナに係るものである。

【0016】

又本発明は、前記制御部は、前記３次元データに基づき画像の切出し領域を設定し、少なくとも２の撮像条件で撮影した画像の内、前記切出し領域が最適な撮像条件となっているものを選択して前記基準パノラマ画像に貼付ける３次元レーザスキャナに係るものである。

【0017】

又本発明は、前記測定対象物が最適な撮像条件となっている部分画像を選択し、前記基準パノラマ画像に貼付ける３次元レーザスキャナに係るものである。

【0018】

又本発明は、前記撮像条件は、コントラストであるパノラマ画像作成方法又は３次元レーザスキャナに係るものである。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、測定対象物を含む様に測定範囲を設定し、該測定範囲を所要分割して複数の区画を設定し、各区画毎に撮影した画像を合成してパノラマ画像を作成するパノラマ画像作成方法に於いて、前記各区画毎に複数の撮像条件で撮影し、少なくとも測定対象物については、最適な撮像条件で撮影された画像が用いられてパノラマ画像が合成されるので、測定対象物についてパノラマ画像の何処の位置にある測定対象物についても、高画質の画像が得られる。

【0020】

又本発明によれば、パルス光の測距光を発する発光源と、発光源からの測距光を測定範囲に照射する射出光学系と、反射測距光を受光する受光部と、前記測定範囲に測距光を走査する走査部と、測距光の照射方向を検出する角度検出部と、前記受光部からの受光信号に基づき前記測定範囲にある測定対象物迄の距離を演算する測距部と、前記測定範囲の画像を取得する撮像部と、前記発光源と、前記受光部と、前記走査部と、前記測距部と、前記撮像部とを制御する制御部とを具備し、該制御部は、前記角度検出部からの角度検出信号、前記測距部からの測距結果に基づき３次元データを演算し、又測定対象物を含む様に測定範囲を設定し、該測定範囲を少なくとも２以上の区画に分割し、各区画毎に撮影して部分画像を取得し、該部分画像を合成して測定範囲のパノラマ画像を作成し、合成される前記部分画像の内、少なくとも測定対象物を含む区画の画像は最適な撮像条件で撮影されているので、パノラマ画像の何処の位置にある測定対象物についても、高画質の画像が得られるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施例に係るレーザスキャナの断面図である。

【図2】該レーザスキャナの一部を回転した断面図である。

【図3】該レーザスキャナの構成を示すブロック図である。

【図4】測定エリア及び該測定エリアを分割した区画及びパノラマ画像と部分画像との関係を示し、コントラストを変えて撮影した部分画像をパノラマ画像に組込む場合の説明図であり、（Ａ）は明度の明るいパノラマ画像、（Ｂ）は明度の暗いパノラマ画像、（Ｃ）は最適なコントラストの部分画像を組込んだパノラマ画像を示す。

【図5】パノラマ画像中でコントラストを変えた場合の調整可能なコントラスト幅が増大することを示す説明図である。

【図6】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、複数のコントラストの異なるパノラマ画像であり、（Ｄ）は、コントラストの最適な部分画像を抽出してパノラマ画像を再作成する場合の説明図である。

【図7】測定範囲中で撮影方向によって明るさが異なる場合に、各区画毎にコントラストを予め設定して撮影する場合の説明図である。

【図8】従来の測定エリア及び該測定エリアを分割した区画との関係、及びパノラマ画像のコントラスト設定の方法を示す説明図である。

【図9】従来の方法で区画を撮影し、撮影した部分画像でパノラマ画像を合成した場合の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

【0023】

先ず、図１〜図３に於いて、本発明の実施例に係る３次元レーザスキャナについて説明する。

【0024】

レーザスキャナ１は主に、整準部２、該整準部２に設置された回転機構部３、該回転機構部３に回転可能に支持された測定装置本体部４、該測定装置本体部４の上部に設けられた走査部５から構成されている。又、前記測定装置本体部４は、測距部６、射出光学系７、受光光学系８、制御部９等を収納している。尚、図２は便宜上、図１に対して前記走査部５のみ側方から見た状態を示している。

【0025】

前記整準部２について説明する。

【0026】

台盤１１にピン１２が立設され、該ピン１２の上端部は曲面に形成され、下部ケーシング１３の底面に形成された凹部に傾動自在に嵌合している。又、前記底面の他の２カ所には、調整螺子１４が螺合貫通しており、該調整螺子１４の下端部には脚部材１５が固着されている。該脚部材１５の下端は、尖端又は曲面に形成され、前記台盤１１に当接している。前記調整螺子１４の上端には整準従動ギア１６が嵌着されている。前記下部ケーシング１３は前記ピン１２と２つの前記調整螺子１４により３点で前記台盤１１に支持され、前記ピン１２の先端を中心に任意な方向に傾動可能となっている。

【0027】

前記台盤１１と前記下部ケーシング１３との間にはスプリング１９が設けられ、該スプリング１９の引張り力により、前記台盤１１と前記下部ケーシング１３とは離反しない様になっている。

【0028】

前記下部ケーシング１３の内部には、２個の整準モータ１７が設けられ、該整準モータ１７の出力軸に整準駆動ギア１８が嵌着され、該整準駆動ギア１８は前記整準従動ギア１６に噛合している。前記各整準モータ１７は前記制御部９によって独立して駆動され、前記整準モータ１７の駆動により前記整準駆動ギア１８、前記整準従動ギア１６を介して前記調整螺子１４が回転され、該調整螺子１４の下方への突出量が調整される様になっている。又、前記下部ケーシング１３の内部には水平２方向の傾斜を検出する傾斜センサ５６（図３参照）が設けられており、該傾斜センサ５６の検出信号に基づき前記制御部９が２個の前記整準モータ１７を駆動することで、前記整準部２の整準がなされる。

【0029】

前記回転機構部３について説明する。

【0030】

前記下部ケーシング１３は、前記回転機構部３のケーシングを兼ねており、内部には水平回動モータ２０が設けられ、該水平回動モータ２０の出力軸には水平回動駆動ギア２１が嵌着されている。

【0031】

前記下部ケーシング１３の上端には、リング状の軸受２２を介して回転基盤２３が回転自在に設けられ、該回転基盤２３の中心には、下方に突出する中空の回転軸２４が設けられ、該回転軸２４には水平回動ギア２５が設けられ、該水平回動ギア２５に前記水平回動駆動ギア２１が噛合されている。前記水平回動モータ２０の駆動によって、前記水平回動駆動ギア２１、前記水平回動ギア２５を介して前記回転基盤２３が回転される。

【0032】

又、前記回転軸２４には水平角検出器２６、例えばエンコーダが設けられ、該水平角検出器２６により、前記下部ケーシング１３に対する前記回転軸２４の相対回転角、即ち前記回転基盤２３の相対回転角が検出され、検出結果（水平角）は前記制御部９に入力され、該検出結果に基づき前記制御部９により前記水平回動モータ２０の駆動が制御される様になっている。

【0033】

前記測定装置本体部４について説明する。

【0034】

前記回転基盤２３に本体部ケーシング２７が固着され、該本体部ケーシング２７の内部に鏡筒２８が設けられる。該鏡筒２８は、前記本体部ケーシング２７の回転中心と同心の軸心を有し、該本体部ケーシング２７に所要の手段で取付けられる。例えば、前記鏡筒２８の上端にフランジ２９が形成され、該フランジ２９が前記本体部ケーシング２７の天井部に固着される。

【0035】

前記鏡筒２８は前記軸心と合致する光軸３０を有し、該光軸３０上に光学的分離手段である孔明きミラー３１が設けられる。該孔明きミラー３１により、前記光軸３０から反射光軸３２が分離されている。

【0036】

該反射光軸３２上に波長選択反射ミラー（ダイクロイックミラー）３３が設けられ、該ダイクロイックミラー３３により、前記反射光軸３２が更に副反射光軸と副透過光軸に分離され、副反射光軸上には、集光レンズ３４、受光部３５が設けられる。該受光部３５にはフォトダイオード等の受光素子が用いられる。前記ダイクロイックミラー３３は、可視光を透過、赤外光等の不可視光を反射する。従って、可視光は前記ダイクロイックミラー３３を透過して撮像素子３６に受光され、不可視光は前記ダイクロイックミラー３３によって反射され、前記受光部３５に受光される。

【0037】

又、副透過光軸上には前記撮像素子３６が設けられている。該撮像素子３６はデジタル画像信号を出力するものであり、例えばＣＣＤ又はＣＯＭＳセンサ等、画素（ピクセル）の集合体で構成されたものであり、各画素は、前記撮像素子３６内での位置（座標）が特定できる様になっている。

【0038】

前記光軸３０上に発光源３７、対物レンズ３８及び高低回動ミラー３９が設けられている。前記発光源３７には、レーザダイオード等の発光素子が用いられる。

【0039】

前記対物レンズ３８、前記高低回動ミラー３９等は前記射出光学系７を構成し、前記高低回動ミラー３９、前記対物レンズ３８、前記孔明きミラー３１、前記ダイクロイックミラー３３、前記集光レンズ３４等は前記受光光学系８を構成する。

【0040】

前記発光源３７は、例えば半導体レーザ等であり、測距光４０として不可視光の赤外光のパルスレーザ光線を発し、前記制御部９によって所要の光強度、所要のパルス間隔等、所要の状態でパルスレーザ光線が発光される様に制御される。該パルスレーザ光線は前記孔明きミラー３１を通過し前記高低回動ミラー３９によって反射され、測定対象物に照射される。

【0041】

前記高低回動ミラー３９は偏向光学部材であり、該高低回動ミラー３９は鉛直方向の前記光軸３０を水平方向の投光光軸４１に偏向し、更に該投光光軸４１に沿って入射する光線を前記光軸３０に偏向する。

【0042】

前記受光部３５には測定対象物からの反射測距光が前記高低回動ミラー３９に入射し、該高低回動ミラー３９によって前記光軸３０上に偏向される。更に、前記孔明きミラー３１、前記ダイクロイックミラー３３によって反射され、反射測距光は前記受光部３５に入射し、該受光部３５によって検出される。該受光部３５には、前記測距光４０から分割された一部の光束が内部参照光（図示せず）として入射する様になっており、反射測距光と内部参照光とに基づき測定対象物迄の距離を測定する様になっている。

【0043】

前記反射光軸３２、前記ダイクロイックミラー３３、前記集光レンズ３４、前記受光部３５、及び前記高低回動ミラー３９等は前記測距部６を構成する。

【0044】

測定対象物からの撮像光は、前記投光光軸４１と一致する撮像光軸４２に沿って前記高低回動ミラー３９に入射され、該高低回動ミラー３９により反射された後、前記対物レンズ３８を透過し、前記孔明きミラー３１で反射され、前記ダイクロイックミラー３３を透過し前記撮像素子３６に受光され、画像が取得される。従って、距離測定を行う為の、測距光軸と測定対象物方向の画像を取得する撮像光軸が同軸となっている。前記高低回動ミラー３９、前記対物レンズ３８、前記ダイクロイックミラー３３、前記撮像素子３６等は、撮像部１０（図３参照）を構成する。

【0045】

前記走査部５について説明する。

【0046】

前記本体部ケーシング２７の上側に上部ケーシング４３が設けられ、該上部ケーシング４３の側壁、好ましくは側壁の全周及び天井は透光部材で構成され、測距光を透過する投光窓４４となっている。前記走査部５は前記上部ケーシング４３の内部に収納される。以下、前記走査部５について更に説明する。

【0047】

前記フランジ２９の上端にミラーホルダ４５が設けられ、該ミラーホルダ４５に水平な回動軸４６が回転自在に設けられ、該回動軸４６に前記高低回動ミラー３９が固定される。該高低回動ミラー３９は前記回動軸４６を介して前記ミラーホルダ４５に回転自在に設けられ、該回動軸４６の一方の軸端に高低回動ギア５１が嵌着され、前記回動軸４６の他方の軸端には高低角検出器５２が設けられている。該高低角検出器５２は前記高低回動ミラー３９の回動角（回動位置）を検出し、前記制御部９に検出結果を送出する様になっている。

【0048】

前記ミラーホルダ４５には高低回動モータ５３が取付けられ、該高低回動モータ５３の出力軸に高低回動駆動ギア５４が嵌着され、該高低回動駆動ギア５４は前記高低回動ギア５１に噛合している。前記高低回動モータ５３の駆動により、前記高低回動駆動ギア５４、前記高低回動ギア５１を介して前記高低回動ミラー３９が回転する。

【0049】

前記高低回動モータ５３は、前記高低角検出器５２の検出結果に基づき前記制御部９により駆動が制御される様になっている。又、該制御部９は、前記水平回動モータ２０及び前記高低回動モータ５３を独立して駆動、或は同期して駆動制御可能となっている。

【0050】

尚、前記上部ケーシング４３の上面には照星照門４７が設けられ、該照星照門４７の視準方向は前記光軸３０と直交すると共に前記回動軸４６に対しても直交している。

【0051】

図３を参照して、前記レーザスキャナ１の制御系について説明する。

【0052】

前記制御部９には前記水平角検出器２６、前記高低角検出器５２、前記傾斜センサ５６、操作部５７が接続され、前記水平角検出器２６、前記高低角検出器５２、前記傾斜センサ５６からの検出信号が入力されると共に作業者の操作により前記操作部５７からの信号が入力される。

【0053】

作業者は該操作部５７から前記レーザスキャナ１の測定を開始するのに必要な条件設定、例えば測定範囲の設定、点群データの密度の設定、スキャンスピードの設定、或は撮影時の撮像条件の設定等を行い、又測定開始の指令等の指令を入力できる様になっている。尚、前記操作部５７は前記本体部ケーシング２７等の筐体に設けられてもよく、或は別途独立して設けられ、無線、赤外線等の信号伝達媒体により遠隔操作可能としてもよい。

【0054】

前記制御部９は前記発光源３７、前記水平回動モータ２０、前記高低回動モータ５３、前記整準モータ１７を駆動すると共に作業状況、測定結果等を表示する前記表示部５８を駆動する。又、前記制御部９には、メモリカード、ＨＤＤ等の外部記憶装置５９が設けられる。該外部記憶装置５９は前記制御部９に固定的に設けられてもよく、或は着脱可能に設けられてもよい。

【0055】

前記制御部９の概略を説明する。

【0056】

該制御部９は、ＣＰＵで代表される演算部６１と、測距、高低角の検出、水平角の検出をする為に必要な、シーケンスプログラム、演算プログラム、測定データの処理を実行する測定データ処理プログラム、前記撮像部１０の撮像状態を制御する為の撮像プログラム、画像処理をする画像処理プログラム、データを前記表示部５８に表示させる為の画像表示プログラム等のプログラム、或はこれらプログラムを統合管理するプログラム等を格納し、更に測定データ、画像データ等のデータを格納する前記記憶部６２と、前記発光源３７の発光を制御する為の発光駆動部６０と、前記水平回動モータ２０を駆動制御する為の水平駆動部６３と、前記高低回動モータ５３を駆動制御する為の高低駆動部６４と、前記整準モータ１７を駆動制御する為の整準駆動部６５、及び前記測距部６により得られた距離データを処理する為の距離データ処理部６６と、前記撮像部１０により得られた画像データを処理する画像データ処理部６７等を具備している。

【0057】

尚、前記距離データ処理部６６、前記画像データ処理部６７の機能を前記演算部６１に実行させてもよく、この場合前記距離データ処理部６６と前記画像データ処理部６７は省略できる。又、前記距離データ処理部６６、前記画像データ処理部６７を個別に具備することで、距離データ処理と、画像データ処理とを並行して実行でき、高速処理が可能となる。

【0058】

又、前記距離データ処理部６６と前記画像データ処理部６７とを別途設けてもよい。例えば、別途ＰＣを装備し、該ＰＣに前記距離データ処理部６６と前記画像データ処理部６７の機能を実行させる様にしてもよい。この場合、前記レーザスキャナ１及びＰＣに通信手段を設け、前記距離データ、画像データを前記ＰＣに送信し、該ＰＣで距離データ処理、画像データ処理を実行する様にしてもよい。尚、通信手段としては、光通信、無線通信、ＬＡＮ等所要の通信手段を採用することが可能である。

【0059】

次に、前記レーザスキャナ１による測定作動について説明する。

【0060】

前記レーザスキャナ１を既知点に設置し、前記操作部５７より整準を指定し、整準を実行させる。

【0061】

前記整準駆動部６５を介して前記整準モータ１７が駆動され、前記レーザスキャナ１の傾斜は前記傾斜センサ５６によって検出され、該傾斜センサ５６の検出結果が前記制御部９にフィードバックされる。前記傾斜センサ５６が水平を検出する様に、前記整準モータ１７により前記調整螺子１４が回転される。

【0062】

整準が完了すると、前記表示部５８に整準完了の表示がなされ、或は警告音等によって整準完了が告知される。

【0063】

整準が終了すると、前記レーザスキャナ１を測定方向に向け、前記照星照門４７により測定方向を視準し、更に測定エリアの設定を行う。測定エリアが前記撮像部１０が一度に撮影し得る画角より広い場合は、測定エリアを垂直方向、水平方向に所要等分する。又、分割して得られた１区画は、前記撮像部１０の画角より小さく、隣接する区画同士は上下左右で所定幅だけオーバラップする様に設定される。

【0064】

測定範囲の設定が完了すると、走査開始点（例えば、前記測定エリアが矩形の場合は、
４隅の１つ）に前記投光光軸４１が向けられ、測距が開始される。

【0065】

前記発光源３７から測距光がパルス発光され、測距光は前記孔明きミラー３１の孔を通過し、前記対物レンズ３８で平行光束とされ、更に前記高低回動ミラー３９で水平方向に偏向され、前記投光光軸４１上に投射される。

【0066】

測距光がパルス発光された状態で、前記水平回動モータ２０と前記高低回動モータ５３が同期駆動され、前記高低回動ミラー３９が高低方向に回転され、前記測定装置本体部４が水平方向に回転される。例えば、前記測距光４０が高低方向に１走査する度に、前記測定装置本体部４が所要角度ピッチで水平回転され、測距光４０の水平に送りが掛けられることで、前記パルス発光された測距光４０（以下パルス測距光４０）により前記測定エリアの全域が走査（レーザスキャン）される。尚、水平回転は高低方向の往復時間を考慮した連続回転であってもよい。

【0067】

測定対象物で反射された反射測距光は前記高低回動ミラー３９に入射し、該高低回動ミラー３９により前記光軸３０上に偏向され、前記孔明きミラー３１で反射され、前記ダイクロイックミラー３３に向けられる。該ダイクロイックミラー３３に入射した反射測距光は、該ダイクロイックミラー３３の波長選択作用により、赤外光である反射測距光のみが反射され、前記集光レンズ３４によって集光され、前記受光部３５に受光される。前記測距部６に於いて反射測距光に基づき各パルス毎に距離測定がなされる。

【0068】

距離データが取得されると共にパルス発光された時の前記水平角検出器２６の検出水平角、前記高低角検出器５２の検出高低角も同時に取得され、各距離データは高低角データ、水平角データ及び時間と関連付けられて前記記憶部６２に格納される。

【0069】

ここで、前記測定エリアの広さにもよるが、取得する距離データの数は、数百万〜数千万に及ぶ。取得された距離データと高低角データ、水平角データとを関連付けることで、各測定点についての３次元点データが得られ、前記測定エリア全域の３次元点群データが得られる。

【0070】

次に、前記測定エリアの撮影について図４を参照して説明する。尚、図４中、７０は設定した測定範囲、７１は１区画を示している。又、前記測定範囲７０内には、測定対象物７２，７３，７４が含まれている。尚、図中、ａ〜ｇは区画７１の水平方向の番地、α〜δは区画７１の上下方向（高低方向）の番地を示している。

【0071】

前記撮像部１０により撮影する場合に、先ず少なくとも２つの撮像条件を設定する。設定される撮像条件としては、露光時間、絞り、受光感度、ホワイトバランスの設定等が考えられるが、以下の説明では、得られる画像の明るさ、色調を考慮して複数段階のコントラストを設定する。例えば、３段階の設定をする。具体的なコントラストについては、予備的に測定範囲７０の一番暗い場所或は一番暗い対象物、一番明るい場所或は一番明るい対象物について撮影した画像が適正なコントラストとなる値を事前に取得しておき、この値に基づき複数のコントラストを設定してもよい。或は、経験的に２段階又は３段階のコントラストを設定してもよい。

【0072】

前記撮像部１０により、前記測定範囲７０の区画７１を所定の順番で撮影するが、各区画７１毎に、設定された３段階のコントラストで撮影し、各区画毎の部分画像８１を取得する。従って、前記測定範囲７０全範囲が複数段階のコントラストでそれぞれ撮影される。

【0073】

又、前記区画７１の中心位置の水平角、高低角は、前記水平角検出器２６、前記高低角検出器５２によって検出されるので、各部分画像８１が持つ水平角、高低角に基づき、又部分画像８１のオーバラップ部分のマッチングにより、全ての区画７１の画像（部分画像８１）を合成して、測定範囲７０全域のパノラマ画像８０を合成することができる。従って、コントラストの異なる３つのパノラマ画像が取得できる。複数のパノラマ画像の内所定のコントラストで撮影したものを、基準パノラマ画像として設定する。

【0074】

図４（Ａ）は、露出時間を長くして撮影した場合を示し、暗い部分の測定対象物７２は適正なコントラストとなっており、中間の明るさの測定対象物７３はやや明るく、明るい部分の測定対象物７４は明るすぎて測定対象物の認識が困難となっている。

【0075】

図４（Ｂ）は、露出時間を短くして撮影した場合を示し、暗い部分の測定対象物７２は暗すぎて測定対象物の認識が困難となっており、中間の明るさの測定対象物７３はやや暗く、明るい部分の測定対象物７４は適正なコントラストとなっている。尚、中間のコントラストで撮影したパノラマ画像については図示を省略している。

【0076】

図４（Ｃ）は、各測定対象物について最適なコントラストの画像によりパノラマ画像８０′を合成した状態を示している。

【0077】

尚、図４（Ｃ）での説明は、コントラストの１番小さい（暗い）画像で合成したパノラマ画像を基準パノラマ画像としている。この場合、前記測定対象物７４は最適なコントラストとなっており、前記測定対象物７３についてはやや暗く、前記測定対象物７２については識別が困難な状態となっている。

【0078】

次に、前記測定対象物７３を含む区画７１（ｄβ，ｄγ，ｅβ，ｅγ）については中間の明るさで撮影した画像を選択し、前記測定対象物７２を含む区画７１（ａδ，ｂδ）については３段階の内、１番の明るさで撮影した画像を選択する。前記測定対象物７３、前記測定対象物７２についてそれぞれ最適なコントラストで撮影した画像を用いて合成したパノラマ画像８０′を、図４（Ｃ）で示している。従って、図４（Ｃ）で示すパノラマ画像８０′では、前記測定対象物７２，７３，７４部分の画像データは最適なコントラスト、即ち最適な画質となっている。

【0079】

通常、デジタル画像の階調は１２ｂｉｔであるが、異なるコントラストで撮影した画像を合成することで、擬似的に階調幅が増大する。

【0080】

図５は、コントラストの異なる画像を組合わせた場合の、階調の増大を説明する模式図であり、１２ｂｉｔでコントラスト設定が２段階で異なる画像を合成すると、擬似的に２４ｂｉｔとなることを示している。

【0081】

前記パノラマ画像８０の全範囲の画素の、パノラマ画像内での位置（測定範囲内での位置）は、各区画７１の水平角、高低角、画素の各画角中の位置（座標）から特定できる。従って、前記パルス発光で測定した点の３次元座標の１点と前記パノラマ画像内の画素とを対応させることができ、画素の色データを３次元座標データに貼付けることができる。

【0082】

而して、点群データによる色付きの画像が作成できると共にパノラマ画像全体で、或は各測定対象物について最適なコントラストとすることができる。

【0083】

尚、全体的に少し調整すればよい場合、基準パノラマ画像の設定の後、測定範囲７０全域のコントラストを一括で調整することもできる。

【0084】

図６は、測定対象物７２，７３，７４のコントラストを最適とする第２の実施例を示している。

【0085】

図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、それぞれコントラストを変えて部分画像を取得し、図６（Ｄ）は、各コントラスト毎のパノラマ画像を合成したものである。

【0086】

図６（Ａ）は、画像の中心を基準としてコントラストを設定して撮影し、合成したパノラマ画像８０ａ（通常画像）であり、中央に位置する測定対象物７３が最適な基準のコントラストとなっている。

【0087】

図６（Ｂ）は、露出時間を長くし、明度増大させて撮影した部分画像を合成して得られたパノラマ画像８０ｂを示している。この撮像条件では、暗く撮影された測定対象物７２が最適なコントラストとなっているが、前記測定対象物７３、前記測定対象物７４は露出過度、即ち明るすぎて充分なコントラストが得られない。

【0088】

図６（Ｃ）は、露出時間を短く、明度減少させて撮影した部分画像を合成して得られたパノラマ画像８０ｃを示している。この撮像条件では、明るく撮影された測定対象物７４が最適なコントラストとなっているが、前記測定対象物７２、前記測定対象物７３は露出不足、即ち暗すぎて充分なコントラストが得られない。

【0089】

前記パノラマ画像８０ａ，８０ｂ，８０ｃは、前記外部記憶装置５９に格納される。作業者は、前記パノラマ画像８０ａ，８０ｂ，８０ｃを前記表示部５８に表示する。前記パノラマ画像８０ａ，８０ｂ，８０ｃの表示は、前記表示部５８に択一的に表示してもよく、或は画面を分割し、同時に表示してもよい。

【0090】

作業者は、表示された画像に基づき、各測定対象物毎に該測定対象物が最適なコントラストを持つパノラマ画像を選択し、画像中で測定対象物を指示する。測定対象物が指示されることで、前記演算部６１は得られた３次元座標から測定対象物を特定し、更に画像の切出し領域を設定し、設定した領域を切出して基準パノラマ画像に貼付ける。貼付けられる基準パノラマ画像は前記通常画像８０ａであってもよいし、新規に作成する画像であってもよい。

【0091】

例えば、通常画像では、前記測定対象物７３が選択され、該測定対象物７３を含む領域が切出され、図６（Ｄ）で示されるパノラマ画像８０に貼付けられ、明度を明るく撮影したパノラマ画像８０ｂでは測定対象物７２が選択され、該測定対象物７２を含む領域が切出され、更に明度を暗く撮影したパノラマ画像８０ｃでは、測定対象物７４が選択され、同様に該測定対象物７４を含む領域が切出され、それぞれ前記パノラマ画像８０に貼付けられ、適正なコントラストを有するパノラマ画像８０が再合成される。尚、切出す領域については、作業者が画像上から設定してもよい。

【0092】

得られたパノラマ画像８０と点群データに基づき各測定点に色データを貼付ければ、各測定対象物について最適なコントラストを有する色付き画像が取得できる。

【0093】

図７は、パノラマ画像を取得する場合に、パノラマ画像全体で最適なコントラストとなる様にコントラストを設定する第３の実施例を示している。

【0094】

パノラマ画像を取得する為の撮影では、撮像装置の向きを順次変更するが、明るく写る方向、暗く写る方向がある。例えば、太陽光が強い状態では、太陽に向う方向では逆光となり、暗く写り、太陽を背にする方向では明るく写る等である。

【0095】

この場合、撮影方向により、事前に明るさが異なることが分っているので、測定範囲７０を設定し、該測定範囲７０を区画７１に分割した時点で、各区画７１に対してコントラスト（明度）を設定する。例えば、図７では前記測定範囲７０中で下側から上側に向って明るくなる場合（撮影時の入射光量が多い場合）、前記測定範囲７０中で下側に向って撮影時のコントラストが明るくなる様に設定する。

【0096】

第３の実施例では、各区画７１を撮影する度に最適なコントラストが設定されるので、各区画７１を撮影する回数は一度でよい。従って第３の実施例では、画像データの格納に必要なメモリの容量を小さくできる。

【0097】

尚、上記実施例では、撮像部１０を測距の受光光学系８と同一の光軸上に設けたが、撮像部１０を受光光学系８とは分離して設け、該受光光学系８と前記撮像部１０とを既知の関係としてもよい。

【符号の説明】

【0098】

１ レーザスキャナ
２ 整準部
３ 回転機構部
４ 測定装置本体部
５ 走査部
６ 測距部
７ 射出光学系
８ 受光光学系
９ 制御部
１０ 撮像部
２６ 水平角検出器
３０ 光軸
３５ 受光部
３６ 撮像素子
３７ 発光源
４０ 測距光
４１ 投光光軸
５２ 高低角検出器
６０ 発光駆動部
６２ 記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図8】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図9】