特許 6046852 形状解析プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6046852

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】形状解析プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20161212BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/24 Z

   G01B11/00 A

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-134485(P2016-134485)

(22)【出願日】2016年7月6日

【審査請求日】2016年7月6日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】591057256

【氏名又は名称】株式会社エクサ

(74)【代理人】

【識別番号】100091096

【弁理士】

【氏名又は名称】平木 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100102576

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 敏章

(74)【代理人】

【識別番号】100153903

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 明

(72)【発明者】

【氏名】寺澤 英樹

【審査官】 神谷 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１５２３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０９９２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２４５１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２９０９８９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ１１／００−１１／３０

Ｇ０１Ｃ ３／００− ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ測距装置による計測対象の計測結果を用いて前記計測対象の形状を解析する処理をコンピュータに実行させる形状解析プログラムであって、前記コンピュータに、
前記レーザ測距装置と構造物との間の第１距離、前記レーザ測距装置から見て前記構造物よりも遠い位置にある第１面と前記レーザ測距装置との間の第２距離、および前記構造物の終端部の位置の対応関係を、複数の前記構造物についてそれぞれ前記レーザ測距装置を用いて計測した結果を記述した、特性データを読み取るステップ、
前記レーザ測距装置と前記計測対象との間の第３距離を前記レーザ測距装置から取得するステップ、
前記レーザ測距装置から見て前記計測対象よりも遠い位置にある第２面と前記レーザ測距装置との間の第４距離を前記レーザ測距装置から取得するステップ、
前記第３距離と前記第４距離を用いて前記特性データを照会することにより、前記第３距離と前記第４距離に対応する前記対応関係を特定する特定ステップ、
前記レーザ測距装置のレーザスポットが前記計測対象の終端部と重なる位置において、前記レーザ測距装置と前記計測対象との間の第５距離を計測した結果を、前記レーザ測距装置から取得するステップ、
前記第５距離を用いて前記特定した対応関係を照会することにより、前記第５距離を計測したときの計測位置と前記計測対象の終端部との間の距離を取得するステップ、
を実行させることを特徴とする形状解析プログラム。

【請求項2】

前記特性データはさらに、前記レーザ測距装置から見た前記構造物の第１傾き、前記レーザ測距装置から見た前記第１面の第２傾き、および前記構造物の終端部の位置の対応関係を、複数の前記構造物についてそれぞれ前記レーザ測距装置を用いて計測した結果を記述しており、
前記形状解析プログラムは、前記コンピュータにさらに、
前記レーザ測距装置から見た前記計測対象の第３傾きを前記レーザ測距装置から取得するステップ、
前記レーザ測距装置から見た前記第２面の第４傾きを前記レーザ測距装置から取得するステップ、
を実行させ、
前記形状解析プログラムは、前記特定ステップにおいて、前記コンピュータに、
前記第３距離と前記第４距離に加えて前記第３傾きと前記第４傾きを用いて前記特性データを照会することにより、前記第３距離、前記第４距離、前記第３傾き、および前記第４傾きに対応する前記対応関係を特定させる
ことを特徴とする請求項１記載の形状解析プログラム。

【請求項3】

前記特性データはさらに、前記レーザ測距装置から見た前記構造物の厚さと前記構造物の終端部の位置の対応関係を、複数の前記構造物についてそれぞれ前記レーザ測距装置を用いて計測した結果を記述しており、
前記形状解析プログラムは、前記コンピュータにさらに、前記レーザ測距装置から見た前記計測対象の厚さを取得するステップを実行させ、
前記形状解析プログラムは、前記特定ステップにおいて、前記コンピュータに、
前記第３距離、前記第４距離、前記第３傾き、および前記第４傾きに加えて前記計測対象の厚さを用いて前記特性データを照会することにより、前記第３距離、前記第４距離、前記第３傾き、前記第４傾き、および前記計測対象の厚さに対応する前記対応関係を特定させる
ことを特徴とする請求項２記載の形状解析プログラム。

【請求項4】

前記形状解析プログラムは、前記コンピュータにさらに、
前記第３距離と前記第４距離に対応する前記対応関係を前記特性データが記述していない場合は、前記特性データを内挿または外挿することにより、前記第３距離と前記第４距離に対応する前記対応関係を演算により求めるステップを実行させる
ことを特徴とする請求項１記載の形状解析プログラム。

【請求項5】

前記形状解析プログラムは、前記コンピュータにさらに、
前記レーザスポットの短径または長径に対する前記計測対象の終端部の形状の第５傾きを計測するステップ、
前記第５傾きに対応する前記対応関係を特定する第２特定ステップ、
を実行させる
ことを特徴とする請求項１記載の形状解析プログラム。

【請求項6】

前記特性データは、前記第５傾きの値ごとに前記対応関係を記述しており、
前記第２特定ステップにおいては、前記コンピュータに、
前記計測した前記第５傾きを用いて前記特性データを照会することにより、前記計測した前記第５傾きに対応する前記対応関係を特定させる
ことを特徴とする請求項５記載の形状解析プログラム。

【請求項7】

前記形状解析プログラムは、前記コンピュータにさらに、
前記レーザスポットの短径または長径が前記計測対象の終端部に対して前記第５傾きを有するときにおける、前記レーザスポットの中心から前記計測対象の終端部までの第６距離を取得するステップ、
前記レーザスポットの形状が真円形状になるまで前記レーザスポットを短径方向に伸長または長径方向に収縮する座標変換を実施することにより前記第５傾きを第６傾きに変換するステップ、
前記第６距離と前記第６傾きを用いて、前記座標変換を実施した後における前記レーザスポットの中心から前記計測対象の終端部までの第７距離を算出するステップ、
前記レーザスポットの短径または長径が前記計測対象の終端部に対して直交する方向に前記レーザスポットを移動させた場合における、前記レーザスポットの中心から前記計測対象の終端部までの距離が前記第７距離であるときの前記対応関係を、前記レーザスポットの短径または長径が前記計測対象の終端部に対して前記第５傾きを有しかつ前記レーザスポットの中心から前記計測対象の終端部までの距離が前記第６距離であるときの前記対応関係として、前記特性データに対して記録するステップ、
を実行させる
ことを特徴とする請求項５記載の形状解析プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、計測対象の形状を解析する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ測距装置は、計測対象までの距離をレーザビームによって計測する装置である。計測対象の表面に対して計測を繰り返すことにより、計測対象の形状を解析することができる。

【0003】

下記特許文献１は、レーザ光を用いた３次元形状技術を記載している。同文献は、『ＣＣＤ本来の感度を得る事と、積分等の歪の無い生波形の後処理ができる事と、その例として測定対象物の角（エッジ）部分においても正確な距離情報を取得することができる３次元形状測定装置を提供すること。』を課題として、『本発明に係る３次元形状測定装置は、マッピングデータの処理を用いることにより、デジタル最高値を中心にして、デジタル最高値を示すＣＣＤから徐々に離れた位置に配設されているＣＣＤのデジタル値がこのデジタル最高値よりも徐々に低い値を示すという分布状態を把握することができ、これにより正確に測定対象物の表面に反射したレーザ光が本来収束すべきＣＣＤを特定する。アナログ回路が減る、部品点数が減る、発熱が減る、消費電力が減る、エコである。』という技術を開示している（要約参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−２６５００５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

レーザ測距装置が照射するレーザは、スポットサイズを有している。レーザスポットが計測対象に対して均一に入射する位置においては、レーザが計測対象から均一に反射されるので、比較的精度よく距離を計測することができる。他方で計測対象の終端部をまたがるようにしてレーザスポットが入射する場合、レーザスポットの一部は計測対象から反射され、残部は終端部を通過してその奥にある構造物から反射される。レーザ測距装置は、これら２種類の反射ビームを平均して計測結果とする。そうすると、レーザスポットが終端部をまたがる位置においては、計測対象までの距離とその奥にある構造物までの距離が混合した不正確な計測結果が得られることになる。かかる不正確な計測結果は、一般にノイズとして現れる。

【0006】

上記特許文献１記載の技術においては、測定対象物の角を走査する際にＣＣＤ電圧値が急激に小さくなることに着目し、ＣＣＤ電圧値を平滑化（積分）せずそのまま比較して変化率パターンを特定している（同文献の図５、００３２〜００３６参照）。この手法は、ＣＣＤ電圧を平滑化することによる不具合を解消することはできるが、単一のレーザスポットが測定対象物の角にまたがるように照射される場合における上記課題を解決するには至っていない。

【0007】

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、レーザ測距装置による計測結果を用いて計測対象の終端部を正確に検出することができる形状解析技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る形状解析プログラムは、レーザ測距装置、構造物、前記レーザ測距装置から見て前記構造物よりも奥にある面の対応関係をあらかじめ複数計測しておき、計測対象がその対応関係のいずれに該当するかを特定することにより、前記計測対象の終端部の位置を取得する。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る形状解析プログラムによれば、レーザスポットが計測対象の終端部をまたがる位置においても、その終端部の位置を精度よく計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】レーザスポットが計測対象の終端部をまたがる様子を示す図である。

【図2】実施形態１に係る形状解析プログラム１１１を実行するコンピュータ１００の構成図である。

【図3】特性データ１２１が記述している内容を説明する図である。

【図4A】形状解析プログラム１１１が計測対象２１０の終端部を特定する手順を説明する図である。

【図4B】形状解析プログラム１１１が計測対象２１０の終端部を特定する次手順を説明する図である。

【図5】実施形態２における特性データ１２１が記述している内容を説明する図である。

【図6】実施形態３における特性データ１２１が記述している内容を説明する図である。

【図7】レーザ測距装置３００が照射する測距レーザのレーザスポットが楕円形である場合における、計測対象２１０の上面図である。

【図8】レーザ測距装置３００が照射する測距レーザのレーザスポットが楕円形である場合における、計測対象２１０の上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜実施の形態１：レーザスポットと終端部の関係について＞
図１は、レーザスポットが計測対象の終端部をまたがる様子を示す図である。図１において、計測対象２１０は平面２２０よりも上方に配置された板状の部材である。レーザ測距装置３００は、計測対象２１０の上方からレーザビーム３１１を照射することにより、レーザ測距装置３００から計測対象２１０までの距離を計測する。

【0012】

レーザ測距装置３００は、計測対象２１０の表面上の複数個所を同様に計測し、各箇所とレーザ測距装置３００との間の距離を計測する。図１においては、ｘ方向に沿って複数個所にレーザを走査して計測する様子を例示した。レーザ測距装置３００は、必ずしも自身が移動しながら照射位置を走査する必要はなく、固定位置から各照射位置に対してレーザを照射してもよい。以下では説明の簡易のため、計測対象２１０の表面に対して略法線方向からレーザを照射するものと仮定する。

【0013】

レーザ測距装置３００がレーザを走査する過程において、レーザが計測対象の終端部に到達する。図１（ａ）においては、左から３番目の照射位置がこれに当たる。レーザスポット３１２はある程度のサイズを有するので、レーザスポットが終端部をまたがるようにしてレーザが計測対象２１０に対して照射されることがある。この場合、レーザの一部は計測対象２１０の表面から反射され、残部はレーザ測距装置３００から見て計測対象２１０よりも奥にある平面２２０から反射される。

【0014】

図１（ｂ）は、終端部においてレーザスポット３１２が分割されている様子を示す側面図である。斜線はレーザスポット３２１の範囲を示し、黒丸はレーザスポット３１２の中心を示す。図１（ｂ）に示すように、レーザスポット３１２が計測対象２１０の終端部をまたがるようにレーザ照射すると、レーザの一部は計測対象２１０に対して照射され、残部はその奥にある平面２２０に対して照射される。レーザ測距装置３００は、これら双方から反射された反射光を平均して距離を計測するので、その計測結果は点線で示すような中途半端なものとなる。この中途半端な計測結果がノイズとなり、終端部の正確な位置を計測することを妨げている。

【0015】

＜実施の形態１：形状解析プログラム＞
図２は、本発明の実施形態１に係る形状解析プログラム１１１を実行するコンピュータ１００の構成図である。コンピュータ１００は、レーザ測距装置３００から計測結果を受け取り、これを形状解析プログラム１１１によって処理することにより、計測対象２１０の形状を解析する。コンピュータ１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１０、記憶装置１２０を備える。

【0016】

ＣＰＵ１１０は、形状解析プログラム１１１を実行する。形状解析プログラム１１１が実装する処理の内容については後述する。以下では記載の便宜上、形状解析プログラム１１１を動作主体として説明する場合があるが、実際に形状解析プログラム１１１を実行するのはＣＰＵ１１０である。

【0017】

記憶装置１２０は、特性データ１２１を格納している。特性データ１２１は、あらかじめ複数の構造物の終端部についてレーザ測距装置３００を用いて計測した結果を記録するデータファイルである。特性データ１２１の詳細については後述する。

【0018】

＜実施の形態１：特性データについて＞
図３は、特性データ１２１が記述している内容を説明する図である。レーザスポットが終端部をまたがるように照射されたときのレーザ測距装置３００による計測結果は、レーザ測距装置３００から計測対象２１０までの距離とレーザ測距装置３００から平面２２０までの距離が同一であれば、同様の計測結果が得られると考えられる。そこで本実施形態１においては、計測対象２１０と平面２２０の間の位置関係と同様な構造物について、レーザスポットが終端部をまたがる際の計測結果を、複数パターンあらかじめ取得しておくこととした。

【0019】

図３（ａ）は、レーザ測距装置３００から構造物２３１までの距離が比較的近く、構造物２３１とその奥の平面２４１が接近している場合の計測結果である。レーザスポットが構造物２３１の終端部をまたがらない位置においては構造物２３１と平面２４１がそれぞれ正確に測距され、レーザスポットが構造物２３１の終端部をまたがる範囲においては分離したレーザスポットの平均値に基づき中途半端な計測結果となる。この計測結果を計測位置（図面の左右方向における位置）と対応付けて、図３（ａ）に示すような曲線データとして特性データ１２１内に記録する。ここでいう計測位置とは、後述する終端部の正確な位置に対する相対位置である。

【0020】

図３（ｂ）は、レーザ測距装置３００から構造物２３２までの距離が図３（ａ）と比較してやや離れ、さらに構造物２３２とその奥の平面２４２が図３（ａ）と比較して離れている例である。図３（ｃ）は、構造物２３３からその奥の平面２４３までの距離がさらに離れた例である。これら距離の様々な組み合わせについて終端部をまたがって計測した結果を、特性データ１２１内にあらかじめ記録しておく。これら計測結果は、図３に概念的に示す特性曲線として表すことができる。

【0021】

様々な構造物（例えば図３における構造物２３１〜２３３）について特性データ１２１を記録する際に、レーザ測距装置３００による計測結果を特性曲線として記録することに加えて、各特性曲線における終端部の正確な位置を併せて記録しておく。図３の太矢印は終端部の位置を示す。レーザ測距装置３００による計測位置を終端部に対して正確に位置合わせすることにより、各特性曲線と終端部の位置を対応付けて記録することができる。位置合わせは、例えばレーザ測距装置３００とは別の計測精度が高い適当な位置合わせ器を用いればよい。

【0022】

＜実施の形態１：解析手順について＞
図４Ａは、形状解析プログラム１１１が計測対象２１０の終端部を特定する手順を説明する図である。レーザ測距装置３００は、レーザスポットが計測対象２１０の終端部をまたがらない位置において、レーザ測距装置３００と計測対象２１０との間の距離、およびレーザ測距装置３００と平面２２０との間の距離を、それぞれ計測する。形状解析プログラム１１１は、その計測結果を取得する（図４Ａ（１））。

【0023】

特性データ１２１は、これら２つの距離の組み合わせごとに特性曲線を記録している。したがって形状解析プログラム１１１は、レーザ測距装置３００から取得した２つの距離を用いて特性データ１２１を照会することにより、計測対象２１０と平面２２０に対応する特性曲線を特定することができる（図４Ａ（２））。

【0024】

特性データ１２１は、構造物（図３の例においては構造物２３１〜２３３）の終端部近傍における計測結果の変化を、計測位置に対応付けて記録したものであるに過ぎない。したがって、計測対象２１０と平面２２０に対応する特性曲線を特定したとしても、レーザ測距装置３００がその特性曲線のうちどの部分を計測したのかについては、改めて特定する必要がある。

【0025】

図４Ｂは、形状解析プログラム１１１が計測対象２１０の終端部を特定する次手順を説明する図である。形状解析プログラム１１１が計測対象２１０と平面２２０に対応する特性曲線を特定した後、レーザ測距装置３００は計測対象２１０の終端部近傍に対してレーザを照射することにより測距を実施する（図４Ｂ（３））。このときの計測位置は、レーザスポットが終端部をまたがっていればよく、終端部に対して正確に位置合わせする必要はない。

【0026】

形状解析プログラム１１１は、レーザ測距装置３００から終端部近傍の計測結果を取得する。この計測結果は、先に特定した特性曲線のうち終端部近傍の値に相当する。形状解析プログラム１１１は、取得した計測結果を用いて特性曲線を照会することにより、レーザ測距装置３００が特性曲線のうちいずれの部分に対応する位置において測距したのかを特定することができる（図４Ｂ（４．１））。形状解析プログラム１１１は、特定したレーザ測距装置３００の位置と、特性曲線が記録している終端部位置との間の差分を求めることにより、計測対象２１０の終端部位置を求めることができる。すなわち、レーザ測距装置３００が測距した位置から終端部までの距離を求めることができる（図４Ｂ（４））。

【0027】

＜実施の形態２＞
図５は、本発明の実施形態２における特性データ１２１が記述している内容を説明する図である。特性データ１２１の違いに関連する事項以外は実施形態１と同様であるので、以下では主にその差異点について説明する。

【0028】

構造物２３１〜２３３と平面２４１〜２４３との間の配置関係によっては、これら一方または双方が、レーザ測距装置３００から見て傾いている場合がある。レーザ測距装置３００が構造物２３１〜２３３の終端部近傍を測距したときの計測結果は、これら傾きに応じて異なると考えられる。そこで本実施形態２においては、（ａ）レーザ測距装置３００と構造物２３１〜２３３との間の距離、（ｂ）レーザ測距装置３００と平面２４１〜２４３との間の距離、に加えて、（ｃ）レーザ測距装置３００から見た構造物２３１〜２３３の傾き、（ｄ）レーザ測距装置３００から見た平面２４１〜２４３の傾き、の組み合わせごとに、特性データ１２１を記録することとした。

【0029】

図５（ａ）は、レーザ測距装置３００から見て構造物２３１のみが傾いている例を示している。その他は図３（ａ）と同様である。図５（ｂ）は、レーザ測距装置３００から見て構造物２３２が傾き、さらに平面２４２が反対向きに傾いている例である。その他は図３（ｂ）と同様である。図５（ｃ）は、レーザ測距装置３００から見て平面２４３のみが傾いている例である。その他は図３（ｃ）と同様である。

【0030】

形状解析プログラム１１１は、図４Ａ〜図４Ｂと同様の手順により、計測対象２１０の終端部位置を特定する。ただし、図４Ａにおいてはレーザ測距装置３００と計測対象２１０との間の距離、およびレーザ測距装置３００と平面２２０との間の距離をそれぞれ計測しているが、本実施形態２においてはこれら距離とともに計測対象２１０の傾きと平面２２０の傾きを計測する点が異なる。これら傾きは、レーザ測距装置３００との間の距離と計測位置から容易に求めることができる。形状解析プログラム１１１は、計測した各距離と各傾きに対応する特性曲線を、特性データ１２１から取得する。以後の手順は実施形態１と同様である。

【0031】

＜実施の形態３＞
図６は、本発明の実施形態３における特性データ１２１が記述している内容を説明する図である。特性データ１２１の違いに関連する事項以外は実施形態２と同様であるので、以下では主にその差異点について説明する。

【0032】

構造物２３１がある程度の厚さを有する場合において、構造物２３１が図６に示す方向に傾いている場合、その厚さに応じて計測結果が異なる。図６（ａ）に示す位置（構造物２３１の終端部の底面側）を測距している場合、レーザスポットの右半分は構造物２３１に対して入射し、左半分は平面２４１に対して入射する。図６（ｂ）に示す位置（構造物２３１の終端部の上面側）を測距している場合、レーザスポットの右半分は構造物２３１の上面に対して入射し、左半分のうち一部は終端部に対して入射し、左半分のうち残部は平面２４１に対して入射する。

【0033】

図６（ａ）（ｂ）に示すように、終端部の側壁（厚さ部分）に対してレーザが入射することにより、計測結果は図３や図５で説明したものとは異なるものとなる。そこで本実施形態３においては、（ａ）レーザ測距装置３００と構造物２３１〜２３３との間の距離、（ｂ）レーザ測距装置３００と平面２４１〜２４３との間の距離、（ｃ）レーザ測距装置３００から見た構造物２３１〜２３３の傾き、（ｄ）レーザ測距装置３００から見た平面２４１〜２４３の傾き、に加えて、（ｅ）構造物２３１〜２３３の厚さ、の組み合わせごとに、特性データ１２１を記録することとした。ただし構造物２３１〜２３３が図５に示す向きに傾いている場合は、終端部の側壁に対してレーザが入射しないので、構造物２３１〜２３３の厚さを用いる必要はないことを付言しておく。

【0034】

構造物２３１〜２３３の終端部の位置（図６（ｃ）の太矢印）は、図６（ａ）に示す位置（構造物２３１の終端部の底面側のｘ座標）として定義してもよいし、図６（ｂ）に示す位置（構造物２３１の終端部の上面側のｘ座標）として定義してもよい。

【0035】

形状解析プログラム１１１は、図４Ａ〜図４Ｂと同様の手順により、計測対象２１０の終端部位置を特定する。ただし形状解析プログラム１１１は、実施形態２で説明した事項に加えて、計測対象２１０の厚さを用いて特性曲線を特定する点が、実施形態２とは異なる。計測対象２１０の厚さは、適当な計測手段によって計測してもよいし、ユーザが入力することによって与えてもよいし、その他適当な手段によって与えてもよい。

【0036】

＜実施の形態４＞
本発明の実施形態４では、特性データ１２１が記述していない特性曲線を補う手法について説明する。コンピュータ１００、レーザ測距装置３００その他構成は実施形態１〜３と同様である。

【0037】

以上の実施形態１〜３において、特性データ１２１は、（ａ）レーザ測距装置３００と構造物２３１〜２３３との間の距離、（ｂ）レーザ測距装置３００と平面２４１〜２４３との間の距離（以上実施形態１）、（ｃ）レーザ測距装置３００から見た構造物２３１〜２３３の傾き、（ｄ）レーザ測距装置３００から見た平面２４１〜２４３の傾き（以上実施形態２）、（ｅ）構造物２３１〜２３３の厚さ（実施形態３）、の様々な組み合わせを記述していることを説明した。しかし特性データ１２１はレーザ測距装置３００による実計測結果を記述するものであるので、特性データ１２１が記述している各レコード間には空隙部分が必ず存在する。図４Ａで説明した手順により特性曲線を特定する際に、特性データ１２１が対応する特性曲線を保持していない場合は、既存の特性曲線を用いて演算により対応する特性曲線を求める必要がある。

【0038】

具体的には、特性データ１２１が記述している既存の特性曲線に対して内挿または外挿を実施することにより、不足している特性曲線を演算で求めることができる。内挿は、特性データ１２１が記述しているレコード間のデータ点を補間して不足しているデータ点を補うことに相当する。外挿は、特性データ１２１が記述しているレコード間の外側で予想されるデータ点を求めることに相当する。

【0039】

特性曲線を内挿または外挿により求めるとは、下記式１を満たすｑ_ｉを決定することである。Ｐａは、上記パラメータ（ａ）〜（ｅ）のベクトルである。パラメータ（ａ）〜（ｅ）を全て用いる場合、Ｐａは式１に示すように５次元ベクトルとなる。特性曲線は、ｑ_ｉを用いて下記式２により算出することができる。

【0040】

【数1】

【0041】

【数2】

【0042】

外挿を実施する際には、特性データ１２１が記述しているレコードのうち、演算により求めようとする目標データ点と最も近いものを特定する必要がある。各レコードは多次元ベクトルであるので、例えばその重心と目標データ点との間のユークリッド距離が最も近いものを、目標データ点と最も近いレコードとして取り扱うことができる。

【0043】

＜実施の形態５＞
本発明の実施形態５では、レーザスポットが楕円形状で近似できる場合の特性曲線を求める手法について説明する。コンピュータ１００、レーザ測距装置３００その他構成は実施形態１〜３と同様である。

【0044】

図７は、レーザ測距装置３００が照射する測距レーザのレーザスポットが楕円形である場合における、計測対象２１０の上面図である。図７（ａ）は、計測対象２１０の終端部形状がレーザスポットの短径と並行であり長径に対して垂直である場合を示す。図７（ｂ）は、計測対象２１０の終端部形状がレーザスポットの長径と並行であり短径に対して垂直である場合を示す。図７（ｃ）は、計測対象２１０の終端部形状がレーザスポットの短径と長径に対して傾いている場合を示す。

【0045】

図７（ａ）（ｂ）を比較すると、レーザスポットが楕円形状であることに起因して、レーザスポットが計測対象２１０の終端部を交差する時間が図７（ａ）（ｂ）それぞれにおいて互いに異なることが分かる。そうすると、計測対象２１０の終端部近傍をレーザ測距したとき得られる特性曲線も、図７（ａ）（ｂ）それぞれにおいて互いに異なると考えられる。図７（ｃ）における特性曲線は、図７（ａ）（ｂ）における特性曲線の中間の形態となると考えられる。

【0046】

そこで本実施形態５において、特性データ１２１は、実施形態１〜３で説明した（ａ）レーザ測距装置３００と構造物２３１〜２３３との間の距離、（ｂ）レーザ測距装置３００と平面２４１〜２４３との間の距離（以上実施形態１）、（ｃ）レーザ測距装置３００から見た構造物２３１〜２３３の傾き、（ｄ）レーザ測距装置３００から見た平面２４１〜２４３の傾き（以上実施形態２）、（ｅ）構造物２３１〜２３３の厚さ（実施形態３）、に加えて、（ｆ）レーザスポットの短径または長径に対する計測対象２１０の終端部の傾き、を記述することとした。例えば図７（ｃ）に示す角度φを上記パラメータ（ｆ）とすることができる。

【0047】

レーザ測距装置３００による計測結果を用いて特性曲線をあらかじめ記録する際には、実施形態１〜３それぞれで説明した上記パラメータに加えてパラメータ（ｆ）を計測すればよい。例えば実施形態１においてはパラメータ（ａ）（ｂ）（ｆ）の組み合わせごとに特性曲線をあらかじめ記録することになる。

【0048】

レーザ測距装置３００による計測結果を用いて角度φを計測する手法としては、任意の公知技術を用いることができるが、例えば“決定木を用いた距離画像からの高速なエッジ検出”、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｖｉｓｉｏｎ．ｃｓ．ｃｈｕｂｕ．ａｃ．ｊｐ／ｆｌａｂｒｅｓｅａｒｃｈａｒｃｈｉｖｅ／ｂａｃｈｅｌｏｒ／Ｂ１３／Ａｂｓｔｒａｃｔ／ｋａｎｅｋｏ．ｐｄｆに記載されているものを用いることができる。

【0049】

図７（ｃ）においては、レーザスポットが長径方向に沿って進行する例を示したが、レーザスポットが計測対象２１０の終端部に対して直交する方向に進行する場合も同様に、レーザスポットの短径または長径に対する計測対象２１０の終端部の傾きを新たなパラメータとして記録すればよい。

【0050】

＜実施の形態６＞
本発明の実施形態６では、レーザスポットが楕円形状で近似できる場合の特性曲線を求める手法について説明する。コンピュータ１００、レーザ測距装置３００その他構成は実施形態１〜３と同様である。

【0051】

図８は、レーザ測距装置３００が照射する測距レーザのレーザスポットが楕円形である場合における、計測対象２１０の上面図である。図８（ａ）において、レーザスポットは短径ａと長径ｂを有する楕円形状であるものとする。

【0052】

この場合、図７で説明したように、計測対象２１０の終端部とレーザスポットの短径または長径が平行である場合とは異なる特性曲線が計測されることになる。したがって、計測対象２１０の終端部とレーザスポットの短径または長径が平行である場合における特性曲線については、別途計測により取得することが必要になる。この計測作業は手間がかかるので、本実施形態６においてはこれを演算により求めることとする。以下その原理について説明する。

【0053】

実施形態１で説明したように、レーザスポットが計測対象２１０の終端部をまたがって照射しているときの特性曲線の値は、計測対象２１０から反射されたレーザビーム強度と平面２２０から反射されたレーザビーム強度を平均した値によって構成されている。計測対象２１０から反射されるレーザビーム強度は、レーザスポットのうち計測対象２１０に対して照射される部分の面積によって定まる。平面２２０から反射されるレーザビーム強度は、レーザスポットのうち平面２２０に対して照射される部分の面積によって定まる。すなわちこのときの特性曲線の値は、これら２つの面積比によって定まるということができる。本実施形態６においては、この原理を利用して、図７（ａ）において得られた特性曲線を用いて図７（ｃ）の特性曲線を演算により求める。

【0054】

図８（ａ）における座標空間を、短径方向（図８のｘ軸方向）にｂ／ａ倍することにより、レーザスポットが真円形状になるように伸長したものと仮定する。図８（ｂ）はその伸長により得られるレーザスポットを示している。このとき、レーザスポットは１次元方向においてのみ伸長されているので、レーザスポットのうち計測対象２１０に対して照射される部分の面積とレーザスポットのうち平面２２０に対して照射される部分の面積の比は、伸長前後において変わらない。したがって、図８（ｂ）のようなレーザスポットを用いてレーザ測距を実施したと仮定したとき得られる特性曲線上の値は、図８（ａ）と同一である。ただし座標空間をｘ軸方向に変換しているので、終端部の傾きφ（第５傾き）はφ’（第６傾き）に変換されている。傾きφ’は、ｔａｎφ’＝（ａ／ｂ）ｔａｎφにより表される。

【0055】

図８（ｂ）のレーザスポットをさらに、計測対象２１０の終端部に対して平行な方向に収縮することにより、短径ａと長径ｂを有する楕円形状のレーザスポットを得ることができる。図８（ｃ）はその収縮により得られるレーザスポットを示している。図８（ｃ）に示すレーザスポットのうち計測対象２１０に対して照射される部分の面積とレーザスポットのうち平面２２０に対して照射される部分の面積の比は、収縮前後において変わらない。したがって、図８（ｃ）のようなレーザスポットを用いてレーザ測距を実施したと仮定したとき得られる特性曲線上の値は、図８（ｂ）と同一である。

【0056】

図８（ｂ）におけるレーザスポットの中心Ｏから計測対象２１０の終端部までの距離ｌ’（第７距離）は、図８（ａ）におけるレーザスポットの中心Ｏから計測対象２１０の終端部までの距離をｌ（第６距離）とすると、ｌ’＝ｌ×ｃｏｓφ’によって表される。

【0057】

楕円形状のレーザスポットを、長径方向が計測対象２１０の終端部に対して直交する方向に進行させたとき得られる特性曲線は、図７（ａ）によって実測することができる。この実測により得られた特性曲線の値のうち、レーザスポットの中心Ｏから計測対象２１０の終端部までの距離がｌ’であるときの値は、図８（ｄ）において得られる特性曲線上の値に相当する。レーザスポットのうち計測対象２１０に対して照射される部分の面積とレーザスポットのうち平面２２０に対して照射される部分の面積の比は、図８（ｃ）（ｄ）において同一である。したがって、図８（ｄ）のようなレーザスポットを用いてレーザ測距を実施したと仮定したとき得られる特性曲線上の値は、図８（ｃ）と同一である。

【0058】

以上の検討によれば、図８（ａ）において得られる特性曲線上の値は、図８（ｄ）において得られる特性曲線上の値と同一であることが分かる。形状解析プログラム１１１は、この関係を利用して、図７（ａ）において得られた特性曲線を用いて図７（ｃ）の特性曲線を演算により求めることができる。対応するデータ点が存在しない場合は、実施形態４で説明した内挿または外挿によって補えばよい。

【0059】

図７（ａ）における特性曲線が関数ｆ（ｘ）によって表されるとすると、図８（ａ）または図８（ｄ）における特性曲線の値は、ｆ（ｌ’）＝ｆ（ｌ×ｃｏｓφ’）＝ｆ（ｌ×ｃｏｓ（ｔａｎ^−１（（ａ／ｂ）ｔａｎφ）））によって求められる。形状解析プログラム１１１は、求めた値を図８（ａ）（または図７（ｃ））に対応する特性曲線として特性データ１２１に対して記録する。

【0060】

図８においては、レーザスポットの短径を伸長することにより真円形状に変換したと仮定して説明したが、長径を収縮することによっても同様の説明をすることができる。ただし伸長と収縮が図８とは反対になる。

【0061】

＜本発明のまとめ＞
本発明に係る形状解析プログラム１１１は、構造物２３１〜２３３に例示するような複数の構造物について、レーザスポットが終端部をまたがる場合における計測結果をあらかじめパターン化しておき、計測対象２１０がそのいずれのパターンに該当するのかを特定することにより、計測対象２１０の終端部の位置を求める。これにより、レーザ測距装置３００のレーザスポットが計測対象２１０の終端部をまたがる場合であっても、図１で説明したようなノイズによる影響を抑制して終端部の位置を精度よく求めることができる。

【0062】

＜本発明の変形例について＞
以上の実施形態においては、計測対象２１０や平面２２０が平面状の部材である例を説明したが、これらが平面状ではない場合であっても、近似的に平面とみなすことができるサイズや範囲内で同様の処理を実施することにより、本発明と同様の効果を発揮することができる。

【0063】

以上の実施形態においては、コンピュータ１００がレーザ測距装置３００から計測結果を取得することを説明したが、レーザ測距装置３００自身が形状解析プログラム１１１を搭載してこれを実行することによっても同じ効果を発揮することができる。

【符号の説明】

【0064】

１００：コンピュータ、１１０：ＣＰＵ、１１１：形状解析プログラム、１２０：記憶装置、１２１：特性データ、２１０：計測対象、２２０：平面、２３１〜２３３：構造物、２４１〜２４３：平面、３００：レーザ測距装置。

【要約】      （修正有）

【課題】レーザ測距装置による計測結果を用いて計測対象の終端部を正確に検出することができる形状解析プログラムを提供する。
【解決手段】レーザ測距装置３００、構造物２３１−２３３、レーザ測距装置から見て構造物よりも奥にある面２４１ー２４３の対応関係をあらかじめ複数計測しておき、計測対象がその対応関係のいずれに該当するかを特定することにより、計測対象の終端部の位置を取得する。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】