特許 6773503 レーザスキャナシステム及び点群データのレジストレーション方法

(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】6773503

(24)【登録日】2020年10月5日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】レーザスキャナシステム及び点群データのレジストレーション方法

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20201012BHJP

【ＦＩ】

   G01C15/00 103A

   G01C15/00 102C

【請求項の数】4

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2016-188652(P2016-188652)

(22)【出願日】2016年9月27日

(65)【公開番号】特開2018-54380(P2018-54380A)

(43)【公開日】2018年4月5日

【審査請求日】2019年9月5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】古明地 隆浩

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 忠之

(72)【発明者】

【氏名】吉野 健一郎

【審査官】 國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０３７４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１９８４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−３５７０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １５／００

Ｇ０１Ｂ １１／００

Ｇ０６Ｔ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測距光を発する測距発光部と、測定対象物からの反射光を受光し測距を行う測距部と、測距光を回転照射する走査部と、該走査部が設けられ水平回転可能な托架部と、該托架部を整準する整準部と、測距光の照射方向を検出する方向角検出部と、ＧＮＳＳ装置と、制御演算部とを具備するレーザスキャナを有するレーザスキャナシステムであって、前記レーザスキャナは２地点に設置され、前記托架部は前記整準部により整準され、前記制御演算部は前記ＧＮＳＳ装置からそれぞれ前記レーザスキャナの設置位置のグローバル座標を取得し、各設置位置で測距光を全周に走査して全周の点群データを取得し、一方の点群データを鉛直軸心を中心に所定角度回転させる毎に、一方の点群データに対して他方の点群データを鉛直軸心を中心に１周回転させ、一方の点群データと他方の点群データとを形状マッチングし、複数の前記点群データを合体させるレーザスキャナシステム。

【請求項2】

前記制御演算部は、前記点群データから低密度の粗点群データを作成し、該粗点群データを基に概略マッチングを行い、概略マッチング時の誤差を含む詳細マッチング範囲を設定し、詳細マッチング範囲内でのみ詳細な形状マッチングを行う請求項１に記載のレーザスキャナシステム。

【請求項3】

前記レーザスキャナは撮像部を有し、該撮像部は前記２地点で２つの点群データに対応する全周画像をそれぞれ取得し、前記制御演算部は各全周画像から特徴点を抽出し、該特徴点から全周画像の概略マッチングを行い、概略マッチング時の誤差を含む詳細マッチング範囲を設定し、詳細マッチング範囲内でのみ詳細な形状マッチングを行う請求項１又は請求項２に記載のレーザスキャナシステム。

【請求項4】

ＧＮＳＳ装置を具備するレーザスキャナを任意の２地点に設置する工程と、該レーザスキャナを鉛直に整準する工程と、前記ＧＮＳＳ装置により前記２地点の前記レーザスキャナのグローバル座標値を取得する工程と、前記２地点からそれぞれ点群データを取得する工程と、点群データを前記グローバル座標値に基づきグローバル座標系に変換する工程と、一方の点群データを鉛直軸心を中心に所定角度回転させる毎に、一方の点群データに対して他方の点群データを鉛直軸心を中心に１周回転させ、一方の点群データと他方の点群データとを形状マッチングし、複数の前記点群データを合体させる工程とを有する点群データのレジストレーション方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザスキャナにより複数の地点から点群データを取得し、又複数の点群データを同一の座標系の点群データとして統合するレーザスキャナシステム及び点群データのレジストレーション方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

測定対象物の３次元データを取得する測定装置としてレーザスキャナがあり、該レーザスキャナは測距光を走査（スキャン）して、測定対象物或は測定範囲の点群データを取得する。得られた点群データにより、測定対象物の形状及び３次元データを測定することができる。

【0003】

又、測定対象物がビル等の構造物である場合、一方向からの測定であると影の部分の点群データを取得することはできない。この為、複数地点から測定対象物の点群データを取得している。

【0004】

複数地点から点群データを取得した場合、同一の座標系のデータとなる様合体させる必要がある。

【0005】

従来、複数の設置点から取得した点群データを合体させる為には、各設置点での器械点（レーザスキャナの設置点）、器械高、既知の座標値を有する複数の後視点が必要となる。

【0006】

器械点は任意でもよいが、器械点から複数の後視点を測定し、測定結果に基づき器械点が既知点とされる。又、器械高は設置点の地表からレーザスキャナの基準点迄の高さであり、設置状態で実測される。

【0007】

複数の点群データは、それぞれの器械点の座標値、器械高、及び共通の後視点の座標値に基づき合体される。

【0008】

上記した様に、従来のレーザスキャナシステムでは、レーザスキャナを設置する度に、複数の既知の後視点の測定、器械高の測定、器械点の測定を行わなければならず、作業が煩雑であるという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第５０７３２５６号公報

【特許文献2】特開２０１３−１９０２７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、レーザスキャナの設置作業を容易にし、或は複数地点から点群データを取得した場合の複数の点群データの合体を容易にしたレーザスキャナシステム及び点群データのレジストレーション方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、測距光を発する測距発光部と、測定対象物からの反射光を受光し測距を行う測距部と、測距光を回転照射する走査部と、該走査部が設けられ水平回転可能な托架部と、該托架部を整準する整準部と、測距光の照射方向を検出する方向角検出部と、ＧＮＳＳ装置と、制御演算部とを具備するレーザスキャナを有するレーザスキャナシステムであって、前記レーザスキャナは２地点に設置され、前記托架部は前記整準部により整準され、前記制御演算部は前記ＧＮＳＳ装置からそれぞれ前記レーザスキャナの設置位置のグローバル座標を取得し、各設置位置で測距光を全周に走査して全周の点群データを取得し、２つの点群データを鉛直軸心を中心に相対回転させて形状マッチングし、複数の前記点群データを合体させるレーザスキャナシステムに係るものである。

【0012】

又本発明は、前記制御演算部は、一方の点群データを所定角度回転させる毎に、一方の点群データに対して他方の点群データを１周回転させ、一方の点群データと他方の点群データとの形状マッチングを行うレーザスキャナシステムに係るものである。

【0013】

又本発明は、前記制御演算部は、前記点群データから低密度の粗点群データを作成し、該粗点群データを基に概略マッチングを行い、概略マッチング時の誤差を含む詳細マッチング範囲を設定し、詳細マッチング範囲内でのみ詳細な形状マッチングを行うレーザスキャナシステムに係るものである。

【0014】

又本発明は、前記レーザスキャナは撮像部を有し、該撮像部は前記２地点で２つの点群データに対応する全周画像をそれぞれ取得し、前記制御演算部は各全周画像から特徴点を抽出し、該特徴点から全周画像の概略マッチングを行い、概略マッチング時の誤差を含む詳細マッチング範囲を設定し、詳細マッチング範囲内でのみ詳細な形状マッチングを行うレーザスキャナシステムに係るものである。

【0015】

更に又本発明は、ＧＮＳＳ装置を具備するレーザスキャナを任意の２地点に設置する工程と、該レーザスキャナを鉛直に整準する工程と、前記ＧＮＳＳ装置により前記２地点の前記レーザスキャナのグローバル座標値を取得する工程と、前記２地点からそれぞれ点群データを取得する工程と、点群データを前記グローバル座標値に基づきグローバル座標系に変換する工程と、２つの点群データを鉛直軸心を中心に相対回転させて形状マッチングし、複数の前記点群データを合体させる点群データのレジストレーション方法に係るものである。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、測距光を発する測距発光部と、測定対象物からの反射光を受光し測距を行う測距部と、測距光を回転照射する走査部と、該走査部が設けられ水平回転可能な托架部と、該托架部を整準する整準部と、測距光の照射方向を検出する方向角検出部と、ＧＮＳＳ装置と、制御演算部とを具備するレーザスキャナを有するレーザスキャナシステムであって、前記レーザスキャナは２地点に設置され、前記托架部は前記整準部により整準され、前記制御演算部は前記ＧＮＳＳ装置からそれぞれ前記レーザスキャナの設置位置のグローバル座標を取得し、各設置位置で測距光を全周に走査して全周の点群データを取得し、２つの点群データを鉛直軸心を中心に相対回転させて形状マッチングし、複数の前記点群データを合体させるので、前記レーザスキャナの設置位置での方位角が既知である必要がなく、システム構成の簡略化が図れると共に、複数の前記点群データの形状マッチングは１方向の回転のみで行われることから、処理を簡略化でき、レジストレーション処理の高速化を図ることができる。

【0017】

又本発明によれば、ＧＮＳＳ装置を具備するレーザスキャナを任意の２地点に設置する工程と、該レーザスキャナを鉛直に整準する工程と、前記ＧＮＳＳ装置により前記２地点の前記レーザスキャナのグローバル座標値を取得する工程と、前記２地点からそれぞれ点群データを取得する工程と、点群データを前記グローバル座標値に基づきグローバル座標系に変換する工程と、２つの点群データを鉛直軸心を中心に相対回転させて形状マッチングし、複数の前記点群データを合体させるので、前記レーザスキャナの設置位置での方位角が既知である必要がなく、システム構成の簡略化が図れると共に、複数の前記点群データの形状マッチングは１方向の回転のみで行われることから、処理を簡略化でき、レジストレーション処理の高速化を図ることができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施例に用いられるレーザスキャナの概略立断面図である。

【図2】該レーザスキャナの構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施例に係るシステムの概略図である。

【図4】本発明の第１の実施例に係るレジストレーション方法を説明するフローチャートである。

【図5】本発明の第２の実施例に係るレジストレーション方法を説明するフローチャートである。

【図6】本発明の第３の実施例に係るレジストレーション方法を説明するフローチャートである。

【図7】本発明の第４の実施例に係るレジストレーション方法を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

【0020】

先ず、図１、図２を参照して、本発明の実施例に用いられる３次元レーザスキャナについて説明する。

【0021】

図１に示される様に、レーザスキャナ１は、三脚１０（図３参照）を介して設置される。前記レーザスキャナ１は、前記三脚１０に取付けられる整準部２と、該整準部２に設けられた基盤部３と、該基盤部３に水平回転部４を介して水平方向に回転可能に設けられた托架部５と、水平に延びる軸心を有する鉛直回転軸６を中心に前記托架部５に鉛直方向（高低方向）に回転可能に設けられた走査ミラー７とを有している。

【0022】

前記整準部２は、例えば１つの支持ピン（図示せず）及び２つの調整螺子８を有し、前記托架部５に設けられた傾斜センサ（図示せず）が水平を検出する様前記調整螺子８を調整することで、前記整準部２の整準がなされる。

【0023】

前記水平回転部４は、鉛直に延びる軸心を有し、前記基盤部３に軸受９を介して回転自在に、且つ鉛直に支持された水平回転軸１１を有している。該水平回転軸１１に前記托架部５が支持され、該托架部５が前記水平回転軸１１と一体に回転する様になっている。

【0024】

前記水平回転部４には、水平駆動モータ１２を含む水平駆動部１３、前記水平回転軸１１の回転角を検出する水平角検出器（例えばエンコーダ）１４が収納されている。前記水平駆動モータ１２によって前記水平回転軸１１を中心に前記托架部５が回転され、前記水平回転軸１１の前記基盤部３に対する回転角、即ち前記托架部５の回転角は前記水平角検出器１４によって検出される様になっている。

【0025】

又、該水平角検出器１４の検出結果（水平角）は、制御演算部１５（後述）に入力される。該制御演算部１５は、前記水平角検出器１４の検出結果に基づき前記水平駆動モータ１２の駆動を制御する。

【0026】

前記托架部５の中央部に凹部１６が形成され、該凹部１６を挾み左右に室５ａ，５ｂが形成されている。一方の前記室５ａ（図示では左側の室）には、鉛直駆動部１７、鉛直角検出器１８が収納されている。他方の前記室５ｂ（図示では右側の室）には、測距発光部１９、共通光路部２１、測距部２２、撮像部２３等が収納されている。又、前記托架部５の内部の所要位置には、前記制御演算部１５が収納されている。更に、前記托架部５の所要部分には、表示部２５、操作部２６が設けられている。

【0027】

前記鉛直回転軸６は、前記托架部５に軸受２７を介して回転自在に支持されている。前記鉛直回転軸６の一端部は前記凹部１６に突出しており、前記鉛直回転軸６の突出端に前記走査ミラー７が前記鉛直回転軸６の軸心に対して４５°傾いた状態で設けられている。前記走査ミラー７は、前記鉛直回転軸６によって前記凹部１６内で支持され、前記鉛直回転軸６を中心に鉛直方向に回転自在となっている。

【0028】

該鉛直回転軸６の軸心は、前記走査ミラー７の中心を通過すると共に該走査ミラー７に入射する測距光軸３６と合致する様になっている。又、前記鉛直回転軸６の軸心は、前記走査ミラー７の中心で前記水平回転軸１１の軸心と直交する様に設定されている。

【0029】

前記鉛直駆動部１７は、鉛直駆動モータ２８を有し、該鉛直駆動モータ２８により前記鉛直回転軸６が回転される。又、前記鉛直駆動モータ２８により、前記鉛直回転軸６を介して前記走査ミラー７が回転される。尚、前記鉛直回転軸６、前記走査ミラー７、前記鉛直駆動モータ２８等により、走査部２９が構成される。

【0030】

前記托架部５の上面には、アダプタ３０を介してＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）装置２４が取付けられる。前記アダプタ３０は、前記托架部５に対して着脱可能となっている。従って、前記ＧＮＳＳ装置２４も前記托架部５に対して着脱可能となっている。又、前記ＧＮＳＳ装置２４は、人工衛星からの信号を受信し、所要の信号処理を行い、グローバル座標演算部５３（後述）に入力する。該グローバル座標演算部５３は、前記受信信号に基づきグローバル座標を演算する。

【0031】

前記ＧＮＳＳ装置２４を前記托架部５に装着した場合、前記ＧＮＳＳ装置２４の基準位置（該ＧＮＳＳ装置２４によって測定されるグローバル座標の位置）と前記レーザスキャナ１の基準位置（測距、測角する場合の基準位置）とは、既知の関係となっている。又、前記ＧＮＳＳ装置２４は、前記水平回転軸１１の軸心上に位置する様に設定される。

【0032】

前記測距発光部１９は、測距光源部３１と、ハーフミラーやビームスプリッタ等の光路分割部材３２と、対物レンズ等から構成される投光光学部３３と、ミラー３４とを有している。前記測距光源部３１は、例えば半導体レーザ等であり、測距光３５として前記測距光軸３６上に不可視光である赤外光のパルスレーザ光線を発する。

【0033】

該測距光軸３６は、前記共通光路部２１を経て前記走査ミラー７に入射し、前記共通光路部２１によって前記鉛直回転軸６の軸心と一致する様に偏向される。又、前記測距光軸３６は、前記走査ミラー７によって測定対象物に向う様直角方向に偏向される。

【0034】

前記測距光源部３１は、所要の光強度、所要のパルス間隔等、所要の状態でパルス光が発光される様前記制御演算部１５に制御される様になっている。

【0035】

前記共通光路部２１は、第１ビームスプリッタ３８と第２ビームスプリッタ３９とを有している。又、前記測距部２２は、集光レンズ等から構成される受光光学部４１と、光路延長部４２と、光路結合部４３と、受光素子４４とを有している。

【0036】

前記測距光源部３１より出力された前記測距光３５は、一部が前記光路分割部材３２を透過し、前記投光光学部３３を介して前記ミラー３４に入射される。前記測距光３５は、前記ミラー３４に反射されて前記共通光路部２１へと導かれる。又、残りの前記測距光３５は、内部参照光として前記光路分割部材３２により反射され、内部参照光路３７へと導かれる。

【0037】

前記ミラー３４に反射された前記測距光３５は、前記第１ビームスプリッタ３８、前記第２ビームスプリッタ３９により順次反射され、該第２ビームスプリッタ３９に反射された後、前記走査ミラー７へと導かれる。尚、前記第１ビームスプリッタ３８、前記第２ビームスプリッタ３９を透過した前記測距光３５は、図示しない反射防止部材により吸収される。

【0038】

尚、前記走査ミラー７は偏向光学部材であり、該走査ミラー７は水平方向から入射した前記測距光３５を直角に反射し、又前記走査ミラー７に入射した反射測距光を前記第２ビームスプリッタ３９に向って水平方向に反射する様になっている。

【0039】

前記共通光路部２１から前記走査ミラー７に導かれた前記測距光３５は、前記走査ミラー７に反射され、図示しない測定対象物へと照射される。又、該走査ミラー７が前記鉛直回転軸６の軸心を中心に回転されることで、前記測距光３５は鉛直面内で回転照射される。又、前記水平回転部４が前記托架部５を水平方向に回転させることで、前記測距光３５は前記水平回転軸１１の軸心を中心に水平方向に回転照射される。従って、前記走査ミラー７の鉛直方向の回転と、前記托架部５の水平方向の回転の協働により、測定範囲全域を前記測距光３５により走査できる。

【0040】

走査範囲内に存在する測定対象物で反射された反射測距光は、前記走査ミラー７に入射し、該走査ミラー７によって反射され、前記共通光路部２１に入射する。前記反射測距光は、前記第２ビームスプリッタ３９で反射され、更に前記第１ビームスプリッタ３８を透過し、前記測距部２２へと導かれる。

【0041】

該測距部２２は、前記第１ビームスプリッタ３８を透過した反射測距光を前記受光素子４４に導くと共に、前記内部参照光路３７より導かれた内部参照光を前記光路結合部４３を介して前記受光素子４４に導く様になっている。

【0042】

前記第１ビームスプリッタ３８を透過した反射測距光は、前記受光光学部４１に入射し、該受光光学部４１で集光され、前記光路延長部４２へと入射する。該光路延長部４２を透過した反射測距光は、前記光路結合部４３を介して前記受光素子４４に受光される。又、前記内部参照光路３７を経た内部参照光が、前記光路結合部４３を介して前記受光素子４４に受光される。

【0043】

該受光素子４４に於いて、前記反射測距光と前記内部参照光は、反射測距光電気信号と内部参照光電気信号へと変換され、前記制御演算部１５へと送られる。前記反射測距光電気信号と前記内部参照光電気信号との時間間隔の差に基づき測定対象物（測定点）迄の距離が測定される様になっている。

【0044】

前記制御演算部１５は、測定した測定点迄の距離と、前記鉛直角検出器１８により検出された鉛直角と、前記水平角検出器１４により検出された水平角とに基づき、測定点の３次元座標値を算出する。又、パルス毎の測定点の座標値を記録することで、測定範囲全域に関する、或は測定対象物に関する点群データを得ることができる。又、前記ＧＮＳＳ装置２４からの受光信号に基づき、前記レーザスキャナ１のグローバル座標が演算され、該グローバル座標に基づき前記点群データのグローバル座標が演算される。

【0045】

前記水平角検出器１４及び前記鉛直角検出器１８により、前記測距光軸３６の方向を検出する方向角検出部が構成される。

【0046】

前記撮像部２３は撮像光軸を有し、該撮像光軸は前記共通光路部２１を経て前記測距光軸３６と合致し、前記走査ミラー７に入射する。前記撮像光軸上の結像位置には撮像素子４５が設けられ、該撮像素子４５はデジタル画像信号を出力する様になっている。

【0047】

該撮像素子４５は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ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４５内での位置が特定できる様になっている。該撮像素子４５では、前記走査ミラー７に入射し、該走査ミラー７で反射され前記第２ビームスプリッタ３９を透過した背景光が受光される。

【0048】

又、前記撮像部２３によって画像が取得される場合は、前記撮像光軸が撮像対象に向く様に前記走査ミラー７の鉛直角、前記托架部５の水平角が前記制御演算部１５によって制御される。この場合、前記走査ミラー７の回転、前記托架部５の回転は、停止或は略停止の状態となる。又、前記測距部２２による測距は停止され、前記測距光源部３１の発光も停止される。

【0049】

次に、図２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。

【0050】

前記制御演算部１５には、前記操作部２６、前記鉛直角検出器１８、前記水平角検出器１４が電気的に接続されている。前記制御演算部１５には、前記鉛直角検出器１８、前記水平角検出器１４からの角度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２６からの信号が入力される。

【0051】

作業者は、該操作部２６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、点群データ密度（ピッチ）の設定、或は撮像時の撮像条件の設定等を行う。更に、後述するレジストレーション処理の開始指示や、測定開始の指示等が入力できる。前記操作部２６から入力された設定条件等は、前記表示部２５により確認できる。尚、前記操作部２６や前記表示部２５は、前記托架部５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。

【0052】

前記制御演算部１５は、前記測距光源部３１、前記水平駆動モータ１２、前記鉛直駆動モータ２８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２５を制御する。又、前記制御演算部１５には、ＨＤＤ、メモリーカード、ＵＳＢメモリ等の外部記憶装置４６が設けられる。該外部記憶装置４６は、前記制御演算部１５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。

【0053】

次に、前記制御演算部１５の概略について説明する。

【0054】

該制御演算部１５は、ＣＰＵに代表される演算部４７と、記憶部４８と、前記測距光源部３１の発光を制御する為の測距発光駆動部４９と、前記水平駆動モータ１２を駆動制御する為の前記水平駆動部１３と、前記鉛直駆動モータ２８を駆動制御する為の前記鉛直駆動部１７とを有している。又、前記制御演算部１５は、前記測距部２２により得られた信号に基づき距離データを演算する為の距離データ処理部５１と、前記撮像部２３により得られた画像データを処理する為の画像データ処理部５２と、前記ＧＮＳＳ装置２４により得られた受信信号に基づきグローバル座標を演算する前記グローバル座標演算部５３等を有している。

【0055】

前記制御演算部１５は、上記した様に前記水平駆動部１３、前記鉛直駆動部１７等を制御すると共に、データ処理装置として後述する各種プログラムにより所要の演算、処理を実行する。

【0056】

前記記憶部４８は、測距、鉛直角の測定、水平角の測定を実行する為のシーケンスプログラム、測距光を回転照射し、更に測距、測角の演算等を行い、点群データを取得する点群データ測定プログラム、複数の点群データの形状マッチング（シェイプマッチング）を行うマッチングプログラム、点群データ同士の合体処理を行うレジストレーションプログラム、前記撮像部２３の撮像状態を制御する為の撮像プログラム、画像処理を実行する画像処理プログラム、データを前記表示部２５に表示させる為の画像表示プログラム等のプログラム、或はこれらのプログラムを統合管理するプログラム等を格納する。

【0057】

又、前記記憶部４８は、点群データ、測角データ、画像データ、ＧＮＳＳデータ（グローバル座標）等のデータを格納する。

【0058】

尚、前記距離データ処理部５１、前記画像データ処理部５２、前記グローバル座標演算部５３の機能を、前記演算部４７に実行させてもよい。この場合、前記距離データ処理部５１と前記画像データ処理部５２と前記グローバル座標演算部５３は省略することができる。

【0059】

又、前記距離データ処理部５１と前記画像データ処理部５２と前記グローバル座標演算部５３とを別途設けてもよい。例えば、データ処理装置（例えばＰＣ）を別途装備し、該ＰＣに前記距離データ処理部５１と前記画像データ処理部５２と前記グローバル座標演算部５３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と前記ＰＣとに通信手段を設け、点群データ、測角データ、画像データ、ＧＮＳＳデータを前記ＰＣに送信し、該ＰＣでターゲット測定データ処理、点群データ処理、測角データ処理、画像データ処理、ＧＮＳＳ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。

【0060】

或は、前記外部記憶装置４６を前記レーザスキャナ１、前記ＰＣに共通に着脱可能とし、前記レーザスキャナ１が、ターゲット測定データ、点群データ、測角データ、画像データ、ＧＮＳＳデータ等のデータを前記外部記憶装置４６に格納し、該外部記憶装置４６に格納されたデータを前記ＰＣで処理する様にしてもよい。更に、点群データの形状マッチング、点群データの合体（レジストレーション）を前記ＰＣで行ってもよい。

【0061】

尚、前記レーザスキャナ１では、前記撮像部２３を前記測距部２２と一体に設けたが、該測距部２２を分離し、独立して設けてもよい。尚、この場合、前記撮像部２３の光軸は前記測距部２２の光軸と既知の関係に設定される。

【0062】

次に、図３及び図４を参照して、本発明の第１の実施例に係るレーザスキャナシステム及びレジストレーション方法について説明する。

【0063】

該レーザスキャナシステムは、少なくとも１つのレーザスキャナ１を有している。又、該レーザスキャナ１は測定対象物（図示せず）をスキャンするのに適した任意の位置に設置される。図３中では、該レーザスキャナ１は２台示されているが、実際には、Ａ地点に設置され、所要の測定が完了した後にＢ地点に設置される。

【0064】

尚、前記レーザスキャナ１は、コンパス等の方位角を測定する機構を有していない。従って、Ａ地点或はＢ地点に設置した際には、前記レーザスキャナ１の向きが未知であり、Ａ地点に対するＢ地点の方向、Ｂ地点に対するＡ地点の方向は未知となっている。

【0065】

ＳＴＥＰ：０１ 先ず始めに、前記レーザスキャナ１を任意の位置であるＡ地点に設置する。

【0066】

ＳＴＥＰ：０２ 該レーザスキャナ１が設置されると、水平回転軸１１の軸心が鉛直となる様、整準部２が前記レーザスキャナ１を整準する。又、ＧＮＳＳ装置２４により、前記レーザスキャナ１の設置位置の測定が行われ、該レーザスキャナ１のグローバル座標（ＧＮＳＳデータ）が取得される。ここで、該レーザスキャナ１の器械高の測定等の作業は省略される。

【0067】

ＳＴＥＰ：０３ Ａ地点での前記レーザスキャナ１の整準、グローバル座標の取得が完了すると、制御演算部１５により点群データ測定プログラムが実行される。測距発光部１９より測距光が所定のパルス間隔で照射されると共に、走査ミラー７が所定の回転速度で回転される。又、托架部５が所定の回転速度で回転されることで、測距光が全周にスキャンされる。前記托架部５を１周（３６０°）回転させることで、Ａ地点に於ける測定対象物を含む全周の点群データである点群データＡが取得される。又、前記制御演算部１５により、Ａ地点のグローバル座標を基に点群データＡのグローバル座標が演算される。

【0068】

尚、点群データＡを取得する際に、上方の点群データが不要である場合には、前記ＧＮＳＳ装置２４を取外す必要がない。一方で、トンネル等上方の点群データが必要である場合には、前記ＧＮＳＳ装置２４は取外される。

【0069】

ＳＴＥＰ：０４ Ａ地点での点群データＡが取得されると、前記レーザスキャナ１をＡ地点からＢ地点へと移動する。

【0070】

ＳＴＥＰ：０５ 該レーザスキャナ１が設置されると、前記水平回転軸１１の軸心が鉛直となる様、前記整準部２が前記レーザスキャナ１を整準する。又、前記ＧＮＳＳ装置２４により、前記レーザスキャナ１の設置位置の測定が行われ、該レーザスキャナ１のグローバル座標が取得される。

【0071】

ＳＴＥＰ：０６ Ｂ地点での前記レーザスキャナ１の整準、グローバル座標の取得が完了すると、前記制御演算部１５により点群データ測定プログラムが実行され、Ｂ地点に於ける測定対象物を含む全周の点群データである点群データＢが取得される。又、前記制御演算部１５により、Ｂ地点のグローバル座標を基に点群データＢのグローバル座標が演算される。

【0072】

ＳＴＥＰ：０７ 最後に、前記制御演算部１５によりレジストレーションプログラムが実行され、点群データＡと点群データＢの合体（レジストレーション）処理が行われる。尚、点群データＡと点群データＢの合体処理は、別途設けられたＰＣにより行ってもよい。

【0073】

レジストレーション処理では、点群データＡと点群データＢとの形状マッチング（シェイプマッチング）が行われる。例えば、点群データＢを鉛直軸心を中心に１°回転させた状態で、点群データＡを鉛直軸心を中心に１周回転させる。或は、点群データＡを鉛直軸心を中心に１°回転させた状態で、点群データＢを鉛直軸心を中心に１周回転させる。

【0074】

尚、点群データＡ又は点群データＢを１周回転させる毎に回転させる点群データＢ又は点群データＡの回転角は１°に限らない。例えば０．１°や５°等、要求される精度に応じて適宜設定される。

【0075】

ＳＴＥＰ：０８ 点群データＡを１周回転させる過程で、点群データＡと点群データＢとに共通する物体、例えば点群データＡに於ける測定対象物の点群形状（凹凸）と、点群データＢに於ける測定対象物の点群形状が一致する場合があるかを前記制御演算部１５が判断する。

【0076】

尚、前記点群データＡと前記点群データＢとは、それぞれ前記レーザスキャナ１の前記水平回転軸１１の軸心が鉛直となった状態で取得された点群データである。従って、点群データ同士の形状マッチングを行う際には、鉛直軸心を中心に点群データを回転させるだけでよい。

【0077】

測定対象物の点群形状が一致しなかった場合には、再度ＳＴＥＰ：０７、ＳＴＥＰ：０８の処理が行われる。即ち、点群データＢを鉛直軸心を中心に更に１°回転させた状態で、点群データＡを鉛直軸心を中心に１周回転させる。又、点群データＡを１周回転させる過程で、前記制御演算部１５は測定対象物の点群形状が一致する場合があるかを再度判断する。

【0078】

点群データＢを所定角度回転させる毎に点群データＡを１周回転させ、点群データＡに於ける測定対象物の点群形状と、点群データＢに於ける測定対象物の点群形状とが一致する迄ＳＴＥＰ：０７、ＳＴＥＰ：０８が繰返される。点群データＡと点群データＢの測定対象物の点群形状が一致した時点で、点群データＡと点群データＢの形状マッチングが完了する。又、形状マッチングを経て、点群データＡと点群データＢが合体（レジストレーション）される。

【0079】

上述の様に、第１の実施例では、Ａ地点とＢ地点でそれぞれ全周の点群データを取得し、点群データＡと点群データＢを相対回転させて、各点群データに共通する物体の点群データを形状マッチングさせることで、点群データＡと点群データＢとをレジストレーションしている。

【0080】

従って、点群データＡと点群データＢとのレジストレーションを行う際に、Ａ地点、Ｂ地点に設置した前記レーザスキャナ１の方位角が既知である必要がなく、又形状マッチングの為にＡ地点とＢ地点から共通して測定可能なターゲットを設ける必要がなく、装置構成、システム構成の簡略化を図ることができる。

【0081】

又、前記レーザスキャナ１の設置位置（グローバル座標値）を前記ＧＮＳＳ装置２４によって単独で取得できるので、前記レーザスキャナ１の設置位置は任意でよく、又複数箇所に設置する場合にも測定環境のみを考慮すればよく、設置上の制約を大幅に軽減させることができる。

【0082】

更に、点群データＡと点群データＢとは、それぞれ前記レーザスキャナ１を整準し、前記水平回転軸１１の軸心が鉛直となった状態で取得される。従って、点群データＡと点群データＢとの形状マッチングは、点群データＡと点群データＢとをそれぞれ鉛直軸心を中心に水平回転させるだけでよい。即ち、レジストレーションは１方向の回転のみで行われるので、器械高の測定等の作業が省略でき、処理を簡略化でき、レジストレーション処理の高速化を図ることができる。

【0083】

次に、図５のフローチャートを参照して、本発明の第２の実施例に係るレジストレーション方法について説明する。尚、第２の実施例に於いて、レーザスキャナ１（図１参照）及びレーザスキャナシステムの構成については、第１の実施例と同様であるので説明を省略する。

【0084】

ＳＴＥＰ：１１、ＳＴＥＰ：１２ 前記レーザスキャナ１を任意の位置であるＡ地点に設置し、水平回転軸１１（図１参照）の軸心が鉛直となる様、前記レーザスキャナ１を整準する。又、ＧＮＳＳ装置２４（図１参照）により前記レーザスキャナ１の設置位置の測定が行われ、該レーザスキャナ１のグローバル座標が取得される。

【0085】

ＳＴＥＰ：１３ 次に、制御演算部１５（図１参照）により点群データ測定プログラムが実行され、測距光が全周にスキャンされることで、Ａ地点に於ける測定対象物を含む全周の点群データである点群データＡが取得される。尚、点群データＡは、高密度（高解像度）の精密な点群データとなっている。又、前記制御演算部１５は、Ａ地点のグローバル座標を基に、点群データＡのグローバル座標を演算する。

【0086】

ＳＴＥＰ：１４ 点群データＡの取得後、前記制御演算部１５は、点群データＡの各点を周囲の点と比較し、比較結果が許容値を超える点を間引くか、或は点群データＡから所定間隔毎に点を間引く等、低密度（低解像度）とした全周の粗点群データＡを作成する。或は、測距光のパルス間隔等を調整し、スキャン間隔を大きくした状態で再度全周をスキャンし、粗点群データＡを取得してもよい。

【0087】

ＳＴＥＰ：１５、ＳＴＥＰ：１６ Ａ地点での点群データＡ、粗点群データＡが取得されると、前記レーザスキャナ１をＡ地点からＢ地点へと移動させる。又、前記水平回転軸１１の軸心が鉛直となる様前記レーザスキャナ１を整準すると共に、該レーザスキャナ１のグローバル座標を取得する。

【0088】

ＳＴＥＰ：１７ 前記制御演算部１５により点群データ測定プログラムが実行され、Ｂ地点に於ける測定対象物を含む全周の点群データである点群データＢが取得される。尚、点群データＢは、高密度（高解像度）の精密な点群データとなっている。又、前記制御演算部１５は、Ｂ地点のグローバル座標を基に、点群データＢのグローバル座標を演算する。

【0089】

ＳＴＥＰ：１８ 点群データＢの取得後、点群データＢの点群を間引いて粗点群データＢを作成するか、或はスキャン間隔を大きくした状態で再度全周をスキャンし、低密度（低解像度）の粗点群データＢを取得する。

【0090】

ＳＴＥＰ：１９ 次に、前記制御演算部１５によりマッチングプログラムが実行され、粗点群データＡと粗点群データＢの形状マッチング処理が行われる。例えば、粗点群データＢを鉛直軸心を中心に所定角度、例えば０．１°、１°、５°等、要求される精度に応じて設定された回転角だけ回転させた状態で、粗点群データＡを鉛直軸心を中心に１周（３６０°）回転させる。

【0091】

ＳＴＥＰ：２０ 粗点群データＡを１周回転させる過程で、前記制御演算部１５により、例えば粗点群データＡに於ける測定対象物の点群形状と、粗点群データＢに於ける測定対象物の点群形状が一致する場合があるかが判断される。

【0092】

測定対象物の点群形状が一致しなかった場合には、再度ＳＴＥＰ：１９、ＳＴＥＰ：２０の処理が行われる。即ち、粗点群データＢを鉛直軸心を中心に更に所定角度回転させた状態で、粗点群データＡを鉛直軸心を中心に１周回転させる。又、粗点群データＡを１周回転させる過程で、前記制御演算部１５は測定対象物の点群形状が一致する場合があるかを再度判断する。

【0093】

尚、粗点群データＢを１周回転させ、粗点群データＡと粗点群データＢとの比較を全周分行い、粗点群データＡと粗点群データＢとの残差が最小となる位置を選択してもよい。

【0094】

粗点群データＡ、粗点群データＢは、点群密度の低い点群データとなっているので、ＳＴＥＰ：２０の比較処理に於ける一度あたりの演算時間が短縮でき、形状マッチングを短時間で完了させることができる。一方で、粗点群データＡ、粗点群データＢは、点群密度の低い点群データであるので、形状マッチングの結果が誤差を含み、正確にレジストレーションを行うことはできない場合がある。

【0095】

従って、第２の実施例に於いて、ＳＴＥＰ：１９、ＳＴＥＰ：２０は、高密度の点群データＡと点群データＢとを形状マッチングさせる範囲を絞り込む為の概略マッチング処理となる。前記制御演算部１５は、概略マッチング処理の形状マッチング結果を中心に、概略マッチング処理時の誤差を含む様な詳細マッチング範囲を設定する。

【0096】

ＳＴＥＰ：２１ 概略マッチング処理が終了すると、前記制御演算部１５により最後にレジストレーションプログラムが実行され、精密な点群データである点群データＡと点群データＢとの合体（レジストレーション）処理が行われる。

【0097】

点群データＢを鉛直軸心を中心に所定角度、例えばＳＴＥＰ：１９に於ける概略マッチング処理と同様の回転角で回転させた状態で、点群データＡを鉛直軸心を中心に１周（３６０°）回転させる。尚、点群データＢは、先に実行された概略マッチング処理を基に、詳細マッチング範囲内でのみ回転される様になっている。

【0098】

ＳＴＥＰ：２２ 点群データＡを１周回転させる過程で、前記制御演算部１５により、例えば点群データＡに於ける測定対象物の点群形状と、点群データＢに於ける測定対象物の点群形状が一致する場合があるかが判断される。

【0099】

測定対象物の点群形状が一致しなかった場合には、再度ＳＴＥＰ：２１、ＳＴＥＰ：２２の処理が行われる。即ち、点群データＢを鉛直軸心を中心に更に所定角度回転させた状態で、点群データＡを鉛直軸心を中心に１周回転させる。又、点群データＡを１周回転させる過程で、測定対象物の点群形状が一致する場合があるかを前記制御演算部１５が再度判断する。

【0100】

ＳＴＥＰ：２１、ＳＴＥＰ：２２は各測定対象物の点群形状が一致する迄繰返され、測定対象物の点群形状が一致した時点で、点群データＡと点群データＢとの詳細な形状マッチングが完了する。又、形状マッチングを経て、点群データＡと点群データＢとが合体（レジストレーション）される。

【0101】

第２の実施例では、点群密度の低い粗点群データＡと粗点群データＢとにより、概略の形状マッチングを行った後、点群密度の高い点群データＡと点群データＢとにより、詳細な形状マッチングを行い、レジストレーションしている。

【0102】

従って、概略の形状マッチングにより、詳細な形状マッチングを行う為の範囲の絞り込みを迅速に行うことができ、詳細な形状マッチングは詳細マッチング範囲内でのみ実行すればよいので、レジストレーション処理の高速化を図ることができる。

【0103】

尚、第２の実施例では、粗点群データ同士の形状マッチングと、点群データ同士の形状マッチングの、２段階の形状マッチングを行っているが、低密度（低解像度）の点群データ、中密度（中解像度）の点群データ、高密度（高解像度）の点群データにより３段階の形状マッチングを実行し、詳細な形状マッチングを行う範囲を順次絞り込んでいく様にしてもよい。更に、形状マッチングは、４段階以上実行されてもよいのは言う迄もない。

【0104】

次に、図６のフローチャートを参照して、本発明の第３の実施例に係るレジストレーション方法について説明する。尚、第３の実施例に於いて、レーザスキャナ１（図１参照）及びレーザスキャナシステムの構成については、第１の実施例と同様であるので説明を省略する。

【0105】

ＳＴＥＰ：３１、ＳＴＥＰ：３２ 前記レーザスキャナ１を任意の位置であるＡ地点に設置し、水平回転軸１１（図１参照）の軸心が鉛直となる様、前記レーザスキャナ１を整準する。又、ＧＮＳＳ装置２４（図１参照）により前記レーザスキャナ１の設置位置の測定が行われ、該レーザスキャナ１のグローバル座標が取得される。

【0106】

ＳＴＥＰ：３３ 次に、制御演算部（図１参照）１５により点群データ測定プログラムが実行され、測距光が全周にスキャンされ、Ａ地点に於ける測定対象物を含む全周の点群データである点群データＡが取得される。又、前記制御演算部１５は、Ａ地点に於ける前記レーザスキャナ１のグローバル座標を基に、点群データＡのグローバル座標を演算する。

【0107】

又、点群データＡの取得後、前記制御演算部１５により撮像プログラムが実行される。撮像プログラムの実行により、撮像部２３（図２参照）がＡ地点に於ける測定対象物を含む全周画像Ａを取得する。尚、前記撮像部２３の撮像光軸と、測距部２２（図１参照）の測距光軸３６（図１参照）とは、共通光路部２１（図１参照）を経て合致する様になっている為、点群データＡと全周画像Ａとの関係は既知となっている。

【0108】

ＳＴＥＰ：３４ 、ＳＴＥＰ：３５ Ａ地点での点群データＡ、全周画像Ａが取得されると、前記レーザスキャナ１をＡ地点からＢ地点へと移動させる。又、Ｂ地点に於いて、前記水平回転軸１１の軸心が鉛直となる様前記レーザスキャナ１を整準すると共に、該レーザスキャナ１のグローバル座標を取得する。

【0109】

ＳＴＥＰ：３６ 前記制御演算部１５により点群データ測定プログラムが実行され、Ｂ地点に於ける測定対象物を含む全周の点群データＢが取得される。又、前記制御演算部１５は、Ｂ地点のグローバル座標を基に点群データＢのグローバル座標を演算する。更に、点群データＢの取得後、前記制御演算部１５により撮像プログラムが実行され、Ｂ地点に於ける測定対象物を含む全周画像Ｂを取得する。尚、前記撮像光軸と前記測距光軸３６とが合致する為、点群データＢと全周画像Ｂとの関係は既知となっている。

【0110】

ＳＴＥＰ：３７ 次に、前記制御演算部１５は、例えば全周画像Ａと全周画像Ｂの中から測定対象物の特徴点を抽出する。

【0111】

ＳＴＥＰ：３８ 全周画像Ａ、全周画像Ｂの中から測定対象物の特徴点が抽出されると、前記制御演算部１５は、抽出した特徴点を基に全周画像Ａと全周画像Ｂとを画像マッチングする。

【0112】

ＳＴＥＰ：３９ 前記制御演算部１５は、全周画像Ａと全周画像Ｂとのマッチング結果に基づき、点群データＡと点群データＢとを形状マッチングさせる為の範囲の絞り込みを行う。即ち、全周画像同士の画像マッチングは、詳細な形状マッチングの前段階の概略マッチング処理となる。又、前記制御演算部１５は、概略マッチング処理の形状マッチング結果を中心に、概略マッチング処理時の誤差を含む様な詳細マッチング範囲を設定し、該詳細マッチング範囲内で、点群データＡと点群データＢとの合体（レジストレーション）処理を行う。

【0113】

点群データＢを鉛直軸心を中心に所定角度、例えば１°回転させた状態で、点群データＡを鉛直軸心を中心に１周（３６０°）回転させる。尚、点群データＢは、先に実行された画像マッチングで絞り込まれた範囲内のみ回転する様になっている。

【0114】

ＳＴＥＰ：４０ 点群データＡを１周回転させる過程で、前記制御演算部１５により、例えば点群データＡに於ける測定対象物の点群形状と、点群データＢに於ける測定対象物の点群形状が一致する場合があるかが判断される。

【0115】

測定対象物の点群形状が一致しなかった場合には、再度ＳＴＥＰ：３９、ＳＴＥＰ：４０の処理が行われる。即ち、点群データＢを鉛直軸心を中心に更に１°回転させた状態で、点群データＡを鉛直軸心を中心に１周回転させる。又、点群データＡを１周回転させる過程で、測定対象物の点群形状が一致する場合があるかを前記制御演算部１５が再度判断する。

【0116】

ＳＴＥＰ：３９、ＳＴＥＰ：４０は各測定対象物の点群形状が一致する迄繰返され、測定対象物の点群形状が一致した時点で、点群データＡと点群データＢとの詳細な形状マッチングが完了する。又、形状マッチングを経て、点群データＡと点群データＢとが合体（レジストレーション）される。

【0117】

第３の実施例では、Ａ地点で取得された全周画像ＡとＢ地点で取得された全周画像Ｂとを画像マッチングさせた後、点群データＡと点群データＢとにより詳細な形状マッチングを行い、レジストレーションしている。

【0118】

従って、画像マッチングにより、詳細な形状マッチングを行う範囲の絞り込みができ、詳細な形状マッチングは詳細マッチング範囲内でのみ実行すればよいので、レジストレーション処理の高速化を図ることができる。

【0119】

次に、図７のフローチャートを参照して、本発明の第４の実施例に係るレジストレーション方法について説明する。尚、第４の実施例に於いて、レーザスキャナ１（図１参照）及びレーザスキャナシステムの構成については、第１の実施例と同様であるので説明を省略する。

【0120】

ＳＴＥＰ：４１、ＳＴＥＰ：４２ 前記レーザスキャナ１を任意の位置であるＡ地点に設置し、水平回転軸１１（図１参照）の軸心が鉛直となる様、前記レーザスキャナ１を整準する。又、ＧＮＳＳ装置２４（図１参照）により前記レーザスキャナ１の設置位置の測定が行われ、該レーザスキャナ１のグローバル座標が取得される。

【0121】

ＳＴＥＰ：４３ 次に、制御演算部（図１参照）１５により点群データ測定プログラムが実行され、測距光が全周にスキャンされ、Ａ地点に於ける測定対象物を含む全周の点群データである高密度（高解像度）の点群データＡが取得される。又、前記制御演算部１５は、Ａ地点に於ける前記レーザスキャナ１のグローバル座標を基に、点群データＡのグローバル座標を演算する。

【0122】

又、点群データＡの取得後、前記制御演算部１５により撮像プログラムが実行され、撮像部２３（図２参照）がＡ地点に於ける測定対象物を含む全周画像Ａを取得する。

【0123】

ＳＴＥＰ：４４ 点群データＡ及び全周画像Ａの取得後、点群データＡの点群を間引いて粗点群データＡを作成するか、或はスキャン間隔を大きくした状態で再度全周をスキャンし、低密度（低解像度）の粗点群データＡを取得する。

【0124】

ＳＴＥＰ：４５、ＳＴＥＰ：４６ 次に、前記レーザスキャナ１をＡ地点からＢ地点へと移動させる。又、Ｂ地点に於いて、前記水平回転軸１１の軸心が鉛直となる様前記レーザスキャナ１を整準すると共に、該レーザスキャナ１のグローバル座標を取得する。

【0125】

ＳＴＥＰ：４７ 前記制御演算部１５により点群データ測定プログラムが実行され、Ｂ地点に於ける測定対象物を含む全周の高密度（高解像度）の点群データＢが取得される。又、前記制御演算部１５は、Ｂ地点のグローバル座標を基に点群データＢのグローバル座標を演算する。更に、点群データＢの取得後、前記制御演算部１５により撮像プログラムが実行され、Ｂ地点に於ける測定対象物を含む全周画像Ｂを取得する。

【0126】

ＳＴＥＰ：４８ 点群データＢ及び全周画像Ｂの取得後、点群データＢの点群を間引いて粗点群データＢを作成するか、或はスキャン間隔を大きくした状態で再度全周をスキャンし、低密度（低解像度）の粗点群データＢを取得する。

【0127】

ＳＴＥＰ：４９ 次に、前記制御演算部１５は、例えば全周画像Ａと全周画像Ｂの中から測定対象物の特徴点を抽出する。

【0128】

ＳＴＥＰ：５０ 全周画像Ａ、全周画像Ｂの中から測定対象物の特徴点が抽出されると、前記制御演算部１５は、抽出した特徴点を基に全周画像Ａと全周画像Ｂとを画像マッチングする。尚、全周画像Ａと全周画像Ｂとの画像マッチングは、粗点群データＡと粗点群データＢとの形状マッチングの前段階である第１概略マッチング処理となっている。又、前記制御演算部１５は、第１概略マッチング処理のマッチング結果を中心に、第１概略マッチング処理時の誤差を含む様な概略マッチング範囲を設定する。

【0129】

ＳＴＥＰ：５１ 前記制御演算部１５は、粗点群データＢを鉛直軸心を中心に所定角度、例えば１°回転させた状態で、粗点群データＡを鉛直軸心を中心に１周（３６０°）回転させる。尚、粗点群データＢは、先に実行された第１概略マッチング処理で絞り込まれた概略マッチング範囲内のみ回転する様になっている。

【0130】

ＳＴＥＰ：５２ 粗点群データＡを１周回転させる過程で、前記制御演算部１５により、例えば粗点群データＡに於ける測定対象物の点群形状と、粗点群データＢに於ける測定対象物の点群形状が一致する場合があるかが判断される。

【0131】

測定対象物の点群形状が一致しなかった場合には、再度ＳＴＥＰ：５１、ＳＴＥＰ：５２の処理が行われる。即ち、粗点群データＢを鉛直軸心を中心に更に１°回転させた状態で、粗点群データＡを鉛直軸心を中心に１周回転させる。又、粗点群データＡを１周回転させる過程で、前記制御演算部１５は測定対象物の点群形状が一致する場合があるかを再度判断する。

【0132】

尚、粗点群データＡと粗点群データＢとの形状マッチングは、点群データＡと点群データＢとの形状マッチングの前段階である第２概略マッチング処理となっている。又、前記制御演算部１５は、第２概略マッチング処理のマッチング結果を中心に、第２概略マッチング処理時の誤差を含む様な詳細マッチング範囲を設定する。尚、詳細マッチング範囲は、概略マッチング範囲よりも狭くなっている。

【0133】

ＳＴＥＰ：５３ 第２概略マッチング処理が終了すると、前記制御演算部１５は、レジストレーションプログラムを実行し、精密な点群データである点群データＡと点群データＢとの合体（レジストレーション）処理を実行する。

【0134】

点群データＢを鉛直軸心を中心に所定角度、例えば第２概略マッチング処理と同様に１°回転させた状態で、点群データＡを鉛直軸心を中心に１周（３６０°）回転させる。尚、点群データＢは、先に実行された第２概略マッチング処理で絞り込まれた詳細マッチング範囲でのみ回転する様になっている。

【0135】

ＳＴＥＰ：５４ 点群データＡを１周回転させる過程で、前記制御演算部１５により、例えば点群データＡに於ける測定対象物の点群形状と、点群データＢに於ける測定対象物の点群形状が一致する場合があるかが判断される。

【0136】

測定対象物の点群形状が一致しなかった場合には、再度ＳＴＥＰ：５３、ＳＴＥＰ：５４の処理が行われる。即ち、点群データＢを鉛直軸心を中心に更に１°回転させた状態で、点群データＡを鉛直軸心を中心に１周回転させる。又、点群データＡを１周回転させる過程で、測定対象物の点群形状が一致する場合があるかを前記制御演算部１５が再度判断する。

【0137】

ＳＴＥＰ：５３、ＳＴＥＰ：５４は各測定対象物の点群形状が一致する迄繰返され、測定対象物の点群形状が一致した時点で、点群データＡと点群データＢとの詳細な形状マッチングが完了する。又、形状マッチングを経て、点群データＡと点群データＢとが合体（レジストレーション）される。

【0138】

第４の実施例では、全周画像Ａと全周画像Ｂとによる第１概略マッチング、点群密度の低い粗点群データＡと粗点群データＢとによる第２概略マッチングを行った後、点群密度の高い点群データＡと点群データＢとにより、詳細な形状マッチングを行い、レジストレーションしている。

【0139】

従って、第１概略マッチング、第２概略マッチングにより、形状マッチングを実行する範囲が順次絞り込まれ、詳細な形状マッチングは詳細マッチング範囲内でのみ実行すればよいので、レジストレーション処理をより高速化することができる。

【0140】

尚、第２の実施例〜第４の実施例では、前記制御演算部１５が自動で詳細な形状マッチングを行う範囲を絞り込み、詳細マッチング範囲内で詳細な形状マッチングを行う様になっているが、詳細マッチング範囲の設定、即ち概略マッチングは作業者が目視により手動で行ってもよい。

【0141】

又、第２の実施例〜第４の実施例に於いて、粗点群データの作成処理、特徴点の抽出及びマッチング処理、レジストレーション処理等の各種処理は、ＰＣ等の外部装置により行わせてもよい。

【0142】

又、第１の実施例〜第４の実施例では、Ａ地点に前記レーザスキャナ１を設置した後、該レーザスキャナ１をＢ地点に移動させているが、Ａ地点とＢ地点にそれぞれ前記レーザスキャナ１を設置してもよい。

【符号の説明】

【0143】

１ レーザスキャナ
２ 整準部
５ 托架部
７ 走査ミラー
１１ 水平回転軸
１３ 水平駆動部
１４ 水平角検出器
１５ 制御演算部
１７ 鉛直駆動部
１８ 鉛直角検出器
１９ 測距発光部
２２ 測距部
２３ 撮像部
２４ ＧＮＳＳ装置
２９ 走査部
３５ 測距光
４７ 演算部
４８ 記憶部
５１ 距離データ処理部
５２ グローバル座標演算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】