特開 2024-118503 空間情報処理装置および空間情報処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024118503

(43)【公開日】2024-09-02

(54)【発明の名称】空間情報処理装置および空間情報処理方法

(51)【国際特許分類】

   G06T 17/10 20060101AFI20240826BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20240826BHJP

【ＦＩ】

G06T17/10

G01C15/00 103E

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023024809

(22)【出願日】2023-02-21

(71)【出願人】

【識別番号】302060926

【氏名又は名称】株式会社フジタ

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100182936

【弁理士】

【氏名又は名称】矢野 直樹

(72)【発明者】

【氏名】山口 瞳

(72)【発明者】

【氏名】久保田 善経

【テーマコード（参考）】

5B080

【Ｆターム（参考）】

5B080AA17

5B080DA01

5B080DA06

(57)【要約】

【課題】点群を取得する際、点群が存在しない箇所のステータスを付与することで、計測空間の把握が容易になる空間情報処理装置を提供すること。
【解決手段】空間情報処理装置は、レーザスキャナにより測量する計測空間に存在する物体を表す複数の点よりなる点群を取得する取得部と、上記点に基づき、上記点を取得するレーザ光が進む経路上および経路の延長線上に位置する空間に対しラベルを付ける、ラベリング部と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザスキャナにより測量する計測空間に存在する物体を表す複数の点よりなる点群を取得する取得部と、
前記点に基づき、前記点を取得するレーザ光が進む経路上および前記経路の延長線上に位置する空間に対しラベルを付ける、ラベリング部と、を備える、
空間情報処理装置。

【請求項2】

前記点群を含む前記計測空間を複数のボクセルに分割する分割部を備える、
請求項１に記載の空間情報処理装置。

【請求項3】

前記ラベリング部は、前記分割部により分割された各前記ボクセル内の前記点に基づき、物体が存在する第１の空間、物体が存在しない第２の空間、物体が存在するか否か不明な第３の空間、の何れか１つのラベルを付ける、
請求項２に記載の空間情報処理装置。

【請求項4】

前記ラベリング部は、前記分割部により分割された各前記ボクセル内の前記点群に基づき、物体が存在する第１の空間、物体が存在しない第２の空間、物体が存在するか否か不明な第３の空間、の何れか１つのラベルを付ける、
請求項２に記載の空間情報処理装置。

【請求項5】

前記ラベリング部は、前記計測空間内の前記レーザスキャナの設置位置から前記計測空間の前記経路上に位置するボクセルのなかで前記第１の空間がラベリングされるボクセルがない場合、前記経路上に位置する全てのボクセルを、前記第２の空間としてラベルを付与する、
請求項４に記載の空間情報処理装置。

【請求項6】

前記点群を計測対象面として検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記計測対象面を前記ボクセルに変換し、前記ラベルに基づき、前記ボクセルに視覚的情報を付加する付加部と、を更に備える、
請求項５に記載の空間情報処理装置。

【請求項7】

前記付加部は、前記ボクセルに付けられたラベルに応じた色情報を付加する、
請求項６に記載の空間情報処理装置。

【請求項8】

前記計測空間は、部屋を含み、
前記計測対象面は、前記部屋の天井面、床面、壁面に相当する面であり、
前記検出部は、
前記レーザスキャナの設置位置を始点とした鉛直下方向の基準ベクトルを算出し、
前記計測対象面に垂直な代表ベクトルを前記計測対象面毎に算出し、
前記基準ベクトルと前記代表ベクトルとの内積に基づき、各前記計測対象面が前記部屋の天井面、床面、壁面に相当するか否かを判定する、
請求項７に記載の空間情報処理装置。

【請求項9】

レーザスキャナにより測量する計測空間に存在する物体を表す複数の点よりなる点群を取得し、
前記点に基づき、前記点を取得するレーザ光が進む経路上および前記経路の延長線上に位置する空間に対しラベルを付ける、処理を、コンピュータに実行させる、
空間情報処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空間情報処理装置および空間情報処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

工事現場や建設現場等における進捗確認および出来形測量等を行うため、レーザスキャナを用いて現場の３次元データを点群データとして立体的に測量する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－２７７８１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この種の測量方法は、測量対象の形状の凹凸を判定するには有効である。しかし、この測量方法では、例えば、点群が存在しない箇所のステータスを判定することは難しい。

【0005】

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、点群を取得する際、点群が存在しない箇所のステータスを付与することで、計測空間の把握が容易になる空間情報処理装置および空間情報処理方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施形態に係る空間情報処理装置は、レーザスキャナにより測量する計測空間に存在する物体を表す複数の点よりなる点群を取得する取得部と、点に基づき、点を取得するレーザ光が進む経路上および経路の延長線上に位置する空間に対しラベルを付ける、ラベリング部と、を備える。

【0007】

本発明の一実施形態に係る空間情報処理装置は、点群を含む計測空間を複数のボクセルに分割する分割部を更に備えてもよい。

【0008】

本発明の一実施形態において、ラベリング部は、例えば、分割部により分割された各ボクセル内の点に基づき、物体が存在する第１の空間、物体が存在しない第２の空間、物体が存在するか否か不明な第３の空間、の何れか１つのラベルを付ける。

【0009】

本発明の一実施形態において、ラベリング部は、例えば、分割部により分割された各ボクセル内の点群に基づき、物体が存在する第１の空間、物体が存在しない第２の空間、物体が存在するか否か不明な第３の空間、の何れか１つのラベルを付ける。

【0010】

本発明の一実施形態において、ラベリング部は、計測空間内のレーザスキャナの設置位置から計測空間の経路上に位置するボクセルのなかで第１の空間がラベリングされるボクセルがない場合、経路上に位置する全てのボクセルを、第２の空間としてラベルを付与することができる。

【0011】

本発明の一実施形態に係る空間情報処理装置は、点群を計測対象面として検出する検出部と、検出部によって検出された計測対象面をボクセルに変換し、ラベルに基づき、ボクセルに視覚的情報を付加する付加部と、を更に備える構成としてもよい。

【0012】

本発明の一実施形態において、付加部は、例えば、ボクセルに付けられたラベルに応じた色情報を付加する。

【0013】

本発明の一実施形態において、計測空間は、例えば部屋を含む。計測対象面は、例えば、部屋の天井面、床面、壁面に相当する面である。この場合、検出部は、レーザスキャナの設置位置を始点とした鉛直下方向の基準ベクトルを算出し、計測対象面に垂直な代表ベクトルを計測対象面毎に算出し、基準ベクトルと代表ベクトルとの内積に基づき、各計測対象面が部屋の天井面、床面、壁面に相当するか否かを判定してもよい。

【0014】

本発明の一実施形態に係る空間情報処理方法は、レーザスキャナにより測量する計測空間に存在する物体を表す複数の点よりなる点群を取得し、点に基づき、点を取得するレーザ光が進む経路上および経路の延長線上に位置する空間に対しラベルを付ける、処理を、コンピュータに実行させる方法である。

【発明の効果】

【0015】

本発明の一実施形態によれば、点群を取得する際、点群が存在しない箇所のステータスを付与することで、計測空間の把握が容易になる空間情報処理装置および空間情報処理方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る空間情報処理装置および空間情報処理方法を説明するための概略図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る空間情報処理装置および空間情報処理方法を説明するための概略図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る空間情報処理装置のハードウェア構成を示す図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る空間情報処理装置の機能ブロック図である。

【図5】本発明の一実施形態において空間情報処理装置のプロセッサにより実行される空間情報処理を示すフローチャートである。

【図6】本発明の一実施形態においてレーザスキャナにより測量された計測空間に存在する物体を表す点群の一例を示す図である。

【図7】図５のステップＳ１０３で実行されるラベリング処理を説明するための図である。

【図8】図５のステップＳ１０３で実行されるラベリング処理の説明を補助する図である。

【図9】図５のステップＳ１０４で実行される検出処理の説明を補助する図である。

【図10】図５のステップＳ１０４で検出される計測対象面の一例を示す図である。

【図11】床相当面の点群の一例を示す図である。

【図12】図５のステップＳ１０４で実行される検出処理の説明を補助する図である。

【図13】図５のステップＳ１０５で実行される算出処理の説明を補助する図である。

【図14】図５のステップＳ１０６で色情報が付加されたボクセル群が表す３次元モデルの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図面を参照して、本発明の一実施形態に係る空間情報処理装置、空間情報処理方法および空間情報処理プログラムについて詳細に説明する。

【0018】

図１および図２は、本発明の一実施形態に係る空間情報処理装置および空間情報処理方法を説明するための概略図である。図１中、符号ＲＭは、部屋（計測空間）を示す。符号ＯＪは、部屋ＲＭに設置された物体の１つを示す。図１および図２の例では、物体ＯＪとしてディスプレイが示される。

【0019】

符号ＬＳは、空間情報を測量するレーザスキャナである。レーザスキャナＬＳは、例えばＴＬＳ（Terrestrial Laser Scanner）である。レーザスキャナＬＳは、水平方向および垂直方向に回転可能な本体部のレーザ射出口より射出されるレーザ光Ｌにより、レーザスキャナＬＳを中心としてほぼ全方位（半球状の範囲）をスキャンする。これにより、例えば、部屋ＲＭの全体がスキャンされて、部屋ＲＭの３次元データが点群データとして得られる。

【0020】

レーザスキャナＬＳは、空間情報処理装置１０と無線で接続される。レーザスキャナＬＳは、空間情報処理装置１０と有線で接続されてもよい。レーザスキャナＬＳは、測量により得た点群データを空間情報処理装置１０へ送信する。

【0021】

空間情報処理装置１０は、レーザスキャナＬＳからの点群データを受信する。空間情報処理装置１０は、部屋ＲＭ（より詳細には、部屋ＲＭを含む空間）を複数のボクセルに分割する。なお、図２に示される格子は、ボクセルを表現している。ボクセルとは、レーザスキャナＬＳで計測空間である部屋ＲＭを計測し、計測空間を任意の大きさで分割することを意味する。計測空間をボクセル化することで点群データを容易に扱うことができる。

【0022】

空間情報処理装置１０は、各ボクセルに含まれる点に基づき、各ボクセルに、ラベルＢ０、Ｂ１、Ｂ２の何れか１つを付ける。上記の「各ボクセルに含まれる点」は、点群データをなす各点を示す。便宜上、これらの点を「点Ｐ」と記す。

【0023】

図２のレーザ光Ｌが進む経路（図２中、実線部分）上およびこの経路の延長線（図２中、一点鎖線部分）上に位置するボクセルを例に取り、ラベルＢ０～Ｂ２について説明する。便宜上、レーザ光Ｌが進む経路とこの経路の延長線とがなす直線を「レーザ直線路ＬＳＷ」と記す。

【0024】

図２に示されるように、空間情報処理装置１０は、レーザ光Ｌにより検知された物体ＯＪに対応する点Ｐを検出する。空間情報処理装置１０は、点Ｐが含まれるボクセル（言い換えると、物体ＯＪが存在する空間）に、ラベルＢ１を付ける。空間情報処理装置１０は、レーザ光Ｌが物体ＯＪに遮られることによってレーザ光Ｌが届かないボクセル（言い換えると、物体が存在するか否か不明な空間）に、ラベルＢ０を付ける。空間情報処理装置１０は、レーザスキャナＬＳのレーザ射出口から射出されたレーザ光Ｌが物体ＯＪに遮られる手前までのボクセル（言い換えると、物体が存在しない空間）に、ラベルＢ２を付ける。

【0025】

補足として、ボクセルにラベルＢ２が付けられた場合を考える。部屋ＲＭには、壁、天井、床などがある。例えば壁面に相当する面（便宜上「壁相当面」と記す。）上に点群が存在しない箇所がある。例示的には、レーザ光Ｌは、空いているドアや透明な窓（すなわち、レーザ光Ｌが反射しない窓）を通過する。そのため、これらの箇所では点群が取得できない。空間情報処理装置１０は、壁相当面上の箇所が部屋ＲＭの開口部（例えば空いているドアや透明な窓）であると判定することができる。ただし空いている空間の先に、隣の部屋の壁や、窓の先の植物などが距離の離れた点群データとして存在する場合がある。計測空間以外の点群を計測データとして扱わないことで、ドアや窓の位置を検出することができる。

【0026】

本実施形態において、空間情報処理装置１０は、レーザ直線路ＬＳＷに対してラベリング処理することにより、部屋ＲＭの壁面上の点群が存在しない箇所にステータスを付与することができる。これにより、計測空間の把握が容易になる。

【0027】

また、点群データには、例えば部屋ＲＭの天井面に相当する面（便宜上「天井相当面」と記す。）上で点群が存在しない箇所がある。例示的には、レーザ光Ｌは、透明な天窓を通過する。そのため、天井相当面上にも点群が存在しない領域が存在する。異なる例として、天井に設置された装飾物や梁（言い換えると物体）で遮られることによってレーザが届かない。このような場合も、点群が存在しない領域が存在する。

【0028】

例えば、レーザスキャナＬＳと天井相当面とを結ぶレーザ直線路ＬＳＷ上に位置する全てのボクセルにラベルＢ２が付けられた場合を考える。この場合、レーザ光Ｌが、部屋ＲＭの天井や天井に設置された物体に当たることなく、部屋ＲＭの外部に射出されたものと推定される。そのため、空間情報処理装置１０は、このレーザ直線路ＬＳＷ上に位置する、天井相当面上の箇所が部屋ＲＭの開口部（例えば透明な天窓）であると判定することができる。

【0029】

また、天井相当面上のボクセルにラベルＢ０が付けられた場合を考える。この場合、レーザ光Ｌが、例えば、部屋ＲＭの天井に設置された物体に当たったため、天井に届いていないものと推定される。そのため、空間情報処理装置１０は、ラベルＢ０が付けられたボクセルの、天井相当面上の箇所が、物体に遮られて測量できなかった箇所であると判定することができる。

【0030】

また、点群データには、例えば部屋ＲＭの床面に相当する面（便宜上「床相当面」と記す。）上で点群が存在しない箇所がある。例示的には、レーザ光Ｌは、施工中で開口部となっている床部分を通過する。そのため、床相当面上に位置する、これらの箇所には、点群が存在しない。また、例えば、床に置かれた物体で遮られることによってレーザが届かない、床相当面上の箇所にも、点群が存在しない。

【0031】

例えば、レーザスキャナＬＳと床相当面とを結ぶレーザ直線路ＬＳＷ上に位置する全てのボクセルにラベルＢ２が付けられた場合を考える。この場合、レーザ光Ｌが、部屋ＲＭに置かれた物体や床に当たることなく、部屋ＲＭの外部に射出されたものと推定される。そのため、空間情報処理装置１０は、このレーザ直線路ＬＳＷ上に位置する、床相当面上の箇所が、部屋ＲＭの開口部（例えば施工中で開口部となっている床部分）であると判定することができる。

【0032】

また、床相当面上のボクセルにラベルＢ０が付けられた場合を考える。この場合、レーザ光Ｌが、例えば、部屋ＲＭに置かれた物体に当たったため、部屋ＲＭの床に届いていないものと推定される。そのため、空間情報処理装置１０は、ラベルＢ０が付けられたボクセルの、床相当面上の箇所が、物体に遮られて測量できなかった箇所であると判定することができる。

【0033】

このように、本実施形態では、計測空間内の各ボクセルにラベルＢ０～Ｂ２が付けられる。空間情報処理装置１０は、例えば、点群が存在しない、部屋ＲＭの壁相当面、天井相当面、床相当面等の各箇所にステータスを付与することができる。これにより、計測空間の把握が容易になる。

【0034】

本実施形態に係る空間情報処理装置、空間情報処理方法および空間情報処理プログラムについて、より具体的な説明を行う。

【0035】

図３は、空間情報処理装置１０のハードウェア構成を示す図である。

【0036】

空間情報処理装置１０は、例えば汎用のＰＣ（Personal Computer）である。図３に示されるように、空間情報処理装置１０は、バス１００を備える。バス１００に、プロセッサ１１１、メモリ１１２、補助記憶装置１１３、通信インタフェース１１４、入力装置１１５および出力装置１１６が接続される。なお、空間情報処理装置１０は、図３に示されていない他の構成を備えていてもよい。すなわち、空間情報処理装置１０の態様には自由度があり、各種の設計変更が可能である。

【0037】

プロセッサ１１１は、メモリ１１２上に展開されたプログラムを実行する。プロセッサ１１１により実行されるプログラムには、本発明の一実施形態に係る空間情報処理プログラム１１３Ａが含まれる。

【0038】

プロセッサ１１１は、例えばシングルプロセッサまたはマルチプロセッサであり、少なくとも１つのプロセッサを含む。複数のプロセッサを含む構成とした場合、プロセッサ１１１は、単一の装置としてパッケージ化されたものであってもよく、空間情報処理装置１０内で物理的に分離した複数の装置で構成されてもよい。

【0039】

メモリ１１２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）であり、ワークエリアを提供する。

【0040】

補助記憶装置１１３は、種々の情報を記憶する記憶装置であり、例えばハードディスクドライブや半導体メモリである。補助記憶装置１１３には、空間情報処理プログラム１１３Ａを含む各種プログラムが記憶される。プロセッサ１１１は、メモリ１１２内に確保したワークエリアにプログラムを展開し、展開されたプログラムに従って空間情報処理装置１０を制御する。

【0041】

コンピュータの一例である空間情報処理装置１０は、空間情報処理プログラム１１３Ａにより、本発明の一実施形態に係る空間情報処理方法を実行する。

【0042】

例示的には、空間情報処理装置１０は、レーザスキャナＬＳにより測量する計測空間に存在する物体（例えば、部屋ＲＭの壁、天井、床、計測空間に置かれたディスプレイ等の物体）を表す複数の点Ｐよりなる点群を取得し、点Ｐに基づき、点Ｐを取得するレーザ光Ｌが進む経路上と経路の延長線（すなわちレーザ直線路ＬＳＷ）上の位置する空間に対しラベルを付ける（図２参照）、という一連の処理を実行する。より詳細には、空間情報処理装置１０は、点群を含む計測空間を複数のボクセルに分割し、分割された各ボクセル内に含まれる点Ｐ（または複数の点Ｐを含む点群）に基づき、各ボクセルに、物体が存在する第１の空間、物体が存在しない第２の空間、物体が存在するか否か不明な第３の空間、の何れか１つのラベルを付ける、という一連の処理を実行する。

【0043】

空間情報処理装置１０が空間情報処理プログラム１１３Ａを実行することにより、例えば、上述したように、点群が存在しない、部屋ＲＭの壁相当面、天井相当面、床相当面等の各箇所にステータスを付与することができる。これにより、計測空間の把握が容易になる。空間情報処理プログラム１１３Ａの詳細は後述する。

【0044】

通信インタフェース１１４は、レーザスキャナＬＳと空間情報処理装置１０とを相互通信可能に接続する。また、通信インタフェース１１４は、例えば、外部ネットワークを介して空間情報処理装置１０をクラウドコンピューティングと接続してもよい。この場合、クラウドコンピューティングが空間情報処理プログラム１１３Ａを備えていてもよい。すなわち、空間情報処理プログラム１１３Ａによる処理は、空間情報処理装置１０に代えて、クラウドコンピューティングで実行されてもよい。

【0045】

入力装置１１５は、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル等であり、例えば、オペレータによる入力を受け付ける。

【0046】

出力装置１１６は、表示装置、音声出力装置、プリンタ等を含む。出力装置１１６は、例えば、空間情報処理プログラム１１３Ａによる処理結果を出力する。

【0047】

図４は、空間情報処理装置１０の機能ブロック図である。空間情報処理装置１０は、図４に示されるように、機能ブロックとして、点群取得部１００Ａ、ボクセル分割部１００Ｂ、ラベリング部１００Ｃ、計測対象面検出部１００Ｄおよび視覚的情報付加部１００Ｅを含む。各機能ブロックは、コンピュータの一例である空間情報処理装置１０が実行する空間情報処理プログラム１１３Ａにより実現される。各機能ブロックは、一部または全部が専用の論理回路等のハードウェアにより実現されてもよい。

【0048】

点群取得部１００Ａは、レーザスキャナＬＳにより測量された計測空間に存在する物体を表す複数の点Ｐよりなる点群を取得する。ボクセル分割部１００Ｂは、点群を含む計測空間を複数のボクセルに分割する。ラベリング部１００Ｃは、ボクセル分割部１００Ｂにより分割された各ボクセル内の点Ｐ（または複数の点Ｐを含む点群）に基づき、各ボクセルに、ラベルＢ０～Ｂ２の何れか１つを付ける。これら機能ブロックの動作により、例えば、上述したように、点群が存在しない、部屋ＲＭの壁相当面、天井相当面、床相当面等の各箇所にステータスを付与することができる。これにより、計測空間の把握が容易になる。

【0049】

図５は、空間情報処理装置１０のプロセッサ１１１により実行される空間情報処理を示すフローチャートである。例えば、入力装置１１５に対するオペレータの操作に応じて、プロセッサ１１１がレーザスキャナＬＳに対してスキャンを指示すると、図５に示される空間情報処理の実行が開始される。

【0050】

レーザスキャナＬＳは、プロセッサ１１１からの指示に従い、例えば自身を中心とした一定範囲内の空間をスキャンする。レーザスキャナＬＳは、スキャンにより得られた計測空間の点群を空間情報処理装置１０に出力する。

【0051】

図６は、レーザスキャナＬＳにより測量された計測空間に存在する物体を表す点群の一例を示す。図６の例では、点Ｐ（または点群）が存在する領域を白で示し、点Ｐ（または点群）が存在しない領域を黒で示す。図６中、鉛直方向をｚ軸方向とし、ｚ軸方向と直交し且つ互いに直交する２つの軸方向をそれぞれｘ軸方向、ｙ軸方向とする。互いに直交するｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向は、右手系をなす。図６に示される符号ＲＣ１については後に説明する。

【0052】

図６に示されるように、レーザスキャナＬＳにより測量される計測空間は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸で定義される三次元空間である。

【0053】

空間情報処理装置１０は、図６に例示される点群を取得する（ステップＳ１０１）。このように、ステップＳ１０１において、空間情報処理装置１０は、レーザスキャナＬＳにより測量された計測空間に存在する物体を表す複数の点Ｐよりなる点群を取得する取得部（すなわち、点群取得部１００Ａ）として動作する。

【0054】

空間情報処理装置１０は、計測空間を複数のボクセルに分割する（ステップＳ１０２）。例示的には、空間情報処理装置１０は、ステップＳ１０１で取得された点群のｘｙｚ座標の最大値および最小値を用いて、全ての点Ｐを囲う直方体のバウンディングボックスを作成する。空間情報処理装置１０は、作成されたバウンディングボックス内の空間（計測空間）を複数のボクセルに分割する。一例として、空間情報処理装置１０は、計測空間を、一辺が１０ｃｍの立方体のボクセルに分割する。なお、ボクセルの設定サイズは任意に変更できることが好ましい。

【0055】

このように、ステップＳ１０２において、空間情報処理装置１０は、点群を含む計測空間を複数のボクセルに分割する分割部（すなわち、ボクセル分割部１００Ｂ）として動作する。

【0056】

空間情報処理装置１０は、ステップＳ１０２で分割された各ボクセル内の点Ｐ（または複数の点Ｐを含む点群）に基づき、各ボクセルに、ラベルＢ０～Ｂ２の何れか１つを付ける（ステップＳ１０３）。

【0057】

ステップＳ１０３で実行されるラベリング処理を図７を用いて説明する。図７に示される格子は、バウンディングボックス内で分割されたボクセルを表現している。白丸（〇）が付記されたボクセルは、レーザスキャナＬＳが位置するボクセルを示す。白三角（△）が付記されたボクセルは、ラベルＢ０が付けられたボクセルを示す。黒丸（●）が付記されたボクセルは、ラベルＢ１が付けられたボクセルを示す。白四角（□）が付記されたボクセルは、ラベルＢ２が付けられたボクセルを示す。

【0058】

図７中、斜線のハッチングで示される領域は、点群が存在する領域を示す。符号Ｗ１およびＷ２が付された斜線のハッチング領域は、計測空間内に設けられた壁を示す。符号ＯＰ２が付されたドットのハッチング領域は、壁Ｗ２に設けられた開口部（例えばドアや窓）を示す。図７では、全方位に順次射出されるレーザ光のうち、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２を代表して示す。符号ＬＳＷ１は、レーザ光Ｌ１に対応するレーザ直線路を示す。符号ＬＳＷ２は、レーザ光Ｌ２に対応するレーザ直線路を示す。

【0059】

図７の例では、レーザスキャナＬＳより射出されたレーザ光Ｌ１は、壁Ｗ１に当たる。レーザ光Ｌ１が当たった壁Ｗ１の領域（空間）には点群が存在する。この空間には物体が存在するため、当該空間が位置するボクセルには、ラベルＢ１が付けられる。すなわち、空間情報処理装置１０は、このようなボクセルに、「物体が存在する第１の空間」を示すラベルＢ１を付ける。

【0060】

附言するに、点群に基づく物体検知の判定精度を向上させるため、予め適正に設定された閾値（便宜上「閾値ＴＨ」と記す。）以上の数の点Ｐが当該空間に存在する場合、この空間が位置するボクセルに物体が存在するものと判定されて、ラベルＢ１が付けられる。

【0061】

壁Ｗ１に遮られることによってレーザ光Ｌ１が届かない空間に位置するボクセルには、ラベルＢ０が付けられる。言い換えると、計測空間内のレーザスキャナＬＳの設置位置から計測空間の外部へ延びるレーザ直線路ＬＳＷ１上に位置するボクセルのなかで、レーザスキャナＬＳに対し、ラベルＢ１が付けられたボクセルよりも離れて位置するボクセルには、ラベルＢ０が付けられる。すなわち、空間情報処理装置１０は、このようなボクセルに、「物体が存在するか否か不明な第３の空間」を示すラベルＢ０を付ける。

【0062】

点Ｐの数が閾値ＴＨ未満のボクセルは、物体が存在しないものと判定される。そのため、このようなボクセルには、ラベルＢ２が付けられる。言い換えると、計測空間内のレーザスキャナＬＳが位置するボクセルとラベルＢ１が付けられたボクセル（すなわち、物体が存在すると判定されるボクセル）との間のボクセルは、レーザ光Ｌ１が通過する空間に対応する。そのため、このようなボクセルには、ラベルＢ２が付けられる。すなわち、空間情報処理装置１０は、このようなボクセルに、「物体が存在しない第２の空間」を示すラベルＢ２を付ける。

【0063】

図８を用いて、レーザスキャナＬＳが位置するボクセルとラベルＢ１が付けられたボクセルとの間のボクセルを検知する方法の一例を説明する。図８中、符号Ａは、レーザスキャナＬＳの位置を示す。符号Ｂは、物体が存在する位置を示す。符号ｐは、位置Ａと位置Ｂとを結ぶ直線上の位置を示す。

【0064】

位置ｐは、次式により示される。

【0065】

ｐ＝（１－ｔ）Ａ＋ｔＢ
０≦ｔ≦１

【0066】

ステップＳ１０３において、空間情報処理装置１０は、位置ｐを計算し、計算された位置ｐを含む各ボクセルを、レーザスキャナＬＳが位置するボクセルとラベルＢ１が付けられたボクセルとの間のボクセルとして検知する。空間情報処理装置１０は、検知された各ボクセルに、ラベルＢ２を付ける。

【0067】

また、図７の例では、レーザスキャナＬＳより射出されたレーザ光Ｌ２は、壁Ｗ２に当たらず開口部ＯＰ２を通過する。レーザスキャナＬＳの設置位置から計測空間の外部へ延びるレーザ直線路ＬＳＷ２上には、点Ｐの数が閾値ＴＨ以上のボクセルがない。空間情報処理装置１０は、レーザ直線路ＬＳＷ２上に位置するボクセルのなかでラベルＢ１のボクセルがない場合、レーザ直線路ＬＳＷ２上に位置する全てのボクセルに、ラベルＢ２を付ける。

【0068】

ラベルＢ０～Ｂ２のラベリングの順序について補足する。ステップＳ１０３において、空間情報処理装置１０は、まず、計測空間内の全てのボクセルに、ラベルＢ０を付ける。次いで、空間情報処理装置１０は、物体が存在すると判定される全てのボクセルのラベルを、ラベルＢ１に書き換える。続いて、空間情報処理装置１０は、レーザスキャナＬＳが位置するボクセルとラベルＢ１のボクセルとの間に位置する全てのボクセルのラベルを、ラベルＢ２に書き換える。このような順序でラベリングを行うことにより、比較的軽い処理負荷で全てのボクセルに対するラベリングを完了させることができる。

【0069】

このように、ステップＳ１０３において、空間情報処理装置１０は、点Ｐに基づき、レーザ直線路ＬＳＷ上（すなわち点Ｐを取得するレーザ光が進む経路上およびこの経路の延長線上）に位置する空間に対しラベルを付ける、ラベリング部（すなわち、ラベリング部１００Ｃ）として動作する。附言するに、ラベリング部１００Ｃとして動作する空間情報処理装置１０は、ボクセル分割部１００Ｂにより分割された各ボクセル内の点Ｐに基づき、各ボクセルに、物体が存在する第１の空間、物体が存在しない第２の空間、物体が存在するか否か不明な第３の空間、の何れか１つのラベルＢ０～Ｂ２を付ける。

【0070】

空間情報処理装置１０は、ステップＳ１０１で取得された点群に基づき、計測空間内の計測対象面を検出する（ステップＳ１０４）。

【0071】

図９を用いて、計測対象面の検出方法の一例を説明する。ここでは、部屋ＲＭの天井相当面、床相当面、壁相当面を計測対象面とする。図９中、符号Ｓｃは、部屋ＲＭの天井相当面を示す。符号Ｓｆは、部屋ＲＭの床相当面を示す。符号Ｓｗは、部屋ＲＭの壁相当面を示す。

【0072】

ステップＳ１０４において、空間情報処理装置１０は、例えば、ＲＡＮＳＡＣ（RANdom SAmple Consensus）を用いて点群から平面を検出する。ｘｙｚ座標空間の平面の方程式は次に示される。

【0073】

ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０

【0074】

空間情報処理装置１０は、レーザスキャナＬＳの座標（例えばレーザスキャナＬＳの光学系の主点）からｘｙ平面に垂直なベクトルＶｒを算出する。ベクトルＶｒは、レーザスキャナＬＳの設置位置を始点とした鉛直下方向の基準ベクトルである。

【0075】

空間情報処理装置１０は、パラメータａ、ｂおよびｃを用いて、点群から検出された各平面の代表ベクトルを算出する。附言するに、空間情報処理装置１０は、計測対象面が天井相当面、床相当面、壁相当面であることから、一定以上の面積をもつ平面に対してのみ代表ベクトルを算出する。ここでは、平面Ｓｃ、Ｓｆ、Ｓｗの代表ベクトルＶｃ、Ｖｆ、Ｖｗが算出される。

【0076】

空間情報処理装置１０は、次式により、ベクトルＶｒと各代表ベクトルとの内積を計算する。

【0077】

ベクトルＶｒ・代表ベクトル＝｜ベクトルＶｒ｜・｜代表ベクトル｜ｃｏｓθ

【0078】

上記式において、ｃｏｓθの絶対値が０．１以下となる場合、ベクトルＶｒと代表ベクトルとが実質的に垂直となる。図９の例では、ベクトルＶｒと代表ベクトルＶｗとの内積においてｃｏｓθの絶対値が０．１以下となる。そのため、代表ベクトルＶｗに対応する平面Ｓｗが、ｘｙ平面に対して垂直に立つ、一定以上の面積をもつ面といえる。従って、空間情報処理装置１０は、平面Ｓｗを部屋ＲＭの壁相当面として検出する。

【0079】

上記式において、ｃｏｓθの絶対値が０．９以上となる場合、ベクトルＶｒと代表ベクトルとが実質的に平行となる。図９の例では、ベクトルＶｒと代表ベクトルＶｃとの内積においてｃｏｓθの絶対値が０．９以上となる。また、ベクトルＶｒと代表ベクトルＶｆとの内積においてｃｏｓθの絶対値が０．９以上となる。そのため、代表ベクトルＶｃ、Ｖｆに対応する平面Ｓｃ、Ｓｆが、ｘｙ平面に対して平行な、一定以上の面積をもつ面、言い換えると、天井相当面または床相当面であるといえる。

【0080】

天井相当面は、レーザスキャナＬＳの上方に位置する。床相当面は、レーザスキャナＬＳの下方に位置する。そこで、空間情報処理装置１０は、平面Ｓｃ、Ｓｆ上の任意のｚ座標と、レーザスキャナＬＳのｚ座標と、を比較する。

【0081】

図９の例では、平面Ｓｃのｚ座標がレーザスキャナＬＳのｚ座標よりも大きい。そのため、平面Ｓｃは、レーザスキャナＬＳの上方に位置する。従って、空間情報処理装置１０は、平面Ｓｃを部屋ＲＭの天井相当面として検出する。

【0082】

また、図９の例では、平面Ｓｆのｚ座標がレーザスキャナＬＳのｚ座標よりも小さい。そのため、平面Ｓｆは、レーザスキャナＬＳの下方に位置する。従って、空間情報処理装置１０は、平面Ｓｆを部屋ＲＭの床相当面として検出する。

【0083】

このように、ステップＳ１０４において、空間情報処理装置１０は、計測空間内の計測対象面を点群に基づいて検出する検出部（すなわち、計測対象面検出部１００Ｄ）として動作する。附言するに、計測対象面検出部１００Ｄとして動作する空間情報処理装置１０は、レーザスキャナＬＳの設置位置を始点とした鉛直下方向のベクトルＶｒを算出し、計測対象面に垂直な代表ベクトルを計測対象面毎に算出し、ベクトルＶｒと代表ベクトルとの内積に基づき、各計測対象面が部屋ＲＭの天井面、床面、壁面に相当するか否かを判定する。

【0084】

なお、レーザスキャナＬＳは、レーザスキャナＬＳ直下の領域ＲＣにはレーザ光をスキャンすることができない。そのため、この領域ＲＣには点群が存在しない。なお、図９の例では、領域ＲＣは、ベクトルＶｒに対して角度θ１をなす、円錐の母線Ｌ１１の、平面Ｓｆ上の射影領域である。また、図６の例では、符号ＲＣ１で示される領域が領域ＲＣに相当する。

【0085】

図１０は、ステップＳ１０４で検出される計測対象面の一例を示す。図１０に示されるように、ステップＳ１０４では、平面Ｓｗが壁相当面として検出され、平面Ｓｆが床相当面として検出され、平面Ｓｃが天井相当面として検出される。また、レーザ光がスキャンされない領域ＲＣが検出される。

【0086】

ステップＳ１０４の検出処理について更に補足する。図１１は、床相当面の点群の一例を示す。図１１中、最も長い壁相当面と床相当面との交線をｘ軸とし、ｘ軸と直交し且つ床相当面と接する軸をｙ軸とし、ｘ軸およびｙ軸と直交する軸をｚ軸とする。

【0087】

図１２の上段図は、図１１に示される点群から検出される壁相当面の一例を示す。図１２の上段図に示されるように、空間情報処理装置１０は、点群が密な領域と点群が疎な領域との境界上の点群を検出する。符号ＯＰ３は、点群が存在しない領域であり、例えば空いているドアに対応する。符号ＥＲは、例えば家具等の物体の面を示す。図１２の上段図の例では、このような物体の面が壁相当面として誤検出されている。

【0088】

空間情報処理装置１０は、このような誤った検出部分を除去するため、図１２の中段図に示されるように、点群がなす各直線同士の交点ＩＰを抽出する。次いで、空間情報処理装置１０は、図１２の下段図に示されるように、抽出された各交点ＩＰを接続する。これにより、符号ＥＲに例示される誤検出部分が除去されて、壁相当面が確定する。

【0089】

なお、計測対象面は、平面に限らない。計測対象面は、曲面を含む面であってもよい。

【0090】

空間情報処理装置１０は、ステップＳ１０４で検出された測定対象面とボクセルとの対応関係を算出する（ステップＳ１０５）。言い換えると、空間情報処理装置１０は、ステップＳ１０４で検出された測定対象面をボクセルに変換する。

【0091】

図１３を用いてステップＳ１０５の算出処理の一例を示す。図１３の上段図は、空間情報処理装置１０により抽出される、点群がなす各直線同士の交点ＩＰを示す。空間情報処理装置１０は、図１３の中段図に示されるように、各交点ＩＰを接続する直線上（図１２の下段図参照）に位置する各ボクセルを算出する。空間情報処理装置１０は、アルゴリズム（例えばWinding Number Algorithm）を用いて、ボクセルの内外判定を行う。この内外判定により、図１３の下段図に示されるように、図１３の中段図に示されるボクセルで囲われるボクセル（ここでは、床相当面のボクセル）が算出される。

【0092】

なお、空間情報処理装置１０は、他の測定対象面（各壁相当面および天井相当面）に対しても同様の処理を行い、ボクセルとの対応関係を算出する。

【0093】

空間情報処理装置１０は、ステップＳ１０４で検出された測定対象面上の領域をボクセル単位で視覚的に区別できるように、測定対象面上の各領域に位置するボクセルのラベルＢ０～Ｂ２に基づき、計測対象面上の各領域（言い換えると、ボクセル）に、ラベルに応じた色情報を付加する（ステップＳ１０６）。

【0094】

図１４は、色情報が付加されたボクセル群が表す部屋ＲＭの３次元モデルの一例を示す。図１４の例では、各測定対象面（部屋ＲＭの天井相当面、壁相当面、床相当面）上のボクセルのうち、ラベルＢ０が付けられたボクセルは、黄色（図１４では便宜上、斜線のハッチング）で示される。また、ラベルＢ１が付けられたボクセルは、水色（図１４では便宜上、白）で示される。また、ラベルＢ２が付けられたボクセルは、オレンジ色（図１４では便宜上、ドットのハッチング）で示される。

【0095】

上述したように、レーザスキャナＬＳ直下の領域ＲＣ２には、レーザ光がスキャンされない。そのため、領域ＲＣ２に位置するボクセルには、ラベルＢ０が付けられる。空間情報処理装置１０は、領域ＲＣ２を視覚的に区別できるように、領域ＲＣに位置するボクセルに、黄色以外の色（例えば赤色）を付加してもよい。

【0096】

図１４に例示される３次元モデルは、例えば空間情報処理装置１０の表示装置に表示される。オペレータは、このような３次元モデルを確認することにより、例えば、符号ＯＰ３で示される部分が部屋ＲＭの開口部（例えばドア）であることを判断したり、符号ＵＫ１およびＵＫ２で示される部分がドア（引き戸）で隠れている壁面部分であるものと推定できたりする。また、符号ＵＫ３で示される部分が、天井に設置された装飾物で隠れている部分であるものと推定したり、符号ＵＫ４で示される部分が、物体に遮られてレーザ光が届かなかった部分であるものと推定したり、符号ＵＫ５で示される部分が、床面の段差部分であるものと推定できたりする。

【0097】

また、オペレータは、このような３次元モデルを確認することにより、点群計測時の形状データの取り逃しの有無を判断したり、ＢＩＭ（Building Information Modeling）の支援情報として活用できたりする。

【0098】

例えば、３次元モデルを確認したオペレータは、赤色で表示される領域ＲＣが未計測部分であることを把握できる。そのため、オペレータは、この未計測部分を測量するため、レーザスキャナＬＳを部屋ＲＭの異なる位置に移動させて、レーザスキャナＬＳに部屋ＲＭを再度スキャンさせることができる。

【0099】

空間情報処理装置１０は、異なるスキャン位置で測量された複数の点群データをマージすることにより、例えば、未計測部分のない３次元モデルを作成することができる。なお、測量精度を担保するため、複数の点群データは、マージ前に事前にレジストレーションされることが望ましい。

【0100】

なお、上記の色情報の付加方法は一例に過ぎない。例えば、ラベルＢ０が付けられたボクセルは、一律に黄色でなく、測定対象面毎に異なる色情報が付加されてもよい。ラベルＢ１、Ｂ２が付けられたボクセルも、それぞれ、一律に水色、オレンジ色でなく、測定対象面毎に異なる色情報が付加されてもよい。

【0101】

このように、ステップＳ１０５～Ｓ１０６において、空間情報処理装置１０は、計測対象面検出部１００Ｄにより検出された計測対象面をボクセルに変換し、ラベルＢ０～Ｂ２に基づき、ボクセルに視覚的情報を付加する付加部（すなわち、視覚的情報付加部１００Ｅ）として動作する。附言するに、視覚的情報付加部１００Ｅとして動作する空間情報処理装置１０は、ボクセルに付けられたラベルに応じた色情報を付加する。これにより、例えば、オペレータは、ステータスの異なる計測対象面上の領域をボクセル単位で視覚的に区別することができる。

【0102】

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等または自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本発明の実施形態に含まれる。

【符号の説明】

【0103】

１０ ：空間情報処理装置
１００ ：バス
１００Ａ ：点群取得部
１００Ｂ ：ボクセル分割部
１００Ｃ ：ラベリング部
１００Ｄ ：計測対象面検出部
１００Ｅ ：視覚的情報付加部
１１１ ：プロセッサ
１１２ ：メモリ
１１３ ：補助記憶装置
１１３Ａ ：空間情報処理プログラム
１１４ ：通信インタフェース
１１５ ：入力装置
１１６ ：出力装置
Ｂ０～Ｂ２：ラベル
ＬＳ ：レーザスキャナ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】