特許 7245040 測量データ処理装置、測量データ処理方法、測量データ処理用プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-14

(45)【発行日】2023-03-23

(54)【発明の名称】測量データ処理装置、測量データ処理方法、測量データ処理用プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20230315BHJP

【ＦＩ】

G01C15/00 103A

G01C15/00 103Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018235426

(22)【出願日】2018-12-17

(65)【公開番号】P2020056765

(43)【公開日】2020-04-09

【審査請求日】2021-12-10

(31)【優先権主張番号】16/145,354

(32)【優先日】2018-09-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(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】100096884

【弁理士】

【氏名又は名称】末成 幹生

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 大輔

(72)【発明者】

【氏名】ケリー コーン

(72)【発明者】

【氏名】金子 順紀

【審査官】眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０５４３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６６９３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｃ １／００－１／１４

Ｇ０１Ｃ ５／００－１５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の機械点に水平に設置された第１のレーザースキャナから得た第１の点群データと第２の機械点に水平に設置された第２のレーザースキャナから得た第２の点群データを受け付ける点群データ受付部と、
前記第１の点群データおよび前記第２の点群データを水平面で切断し、前記第１の点群データを前記水平面で切断した第１の点群データ水平切断面と、前記第２の点群データを前記水平面で切断した第２の点群データ水平切断面とを得る水平切断部と、
鉛直方向から見た前記第１の点群データ水平切断面と前記第２の点群データ水平切断面の位置を合わせる水平位置合わせ部と、
前記水平位置合わせ部により水平位置が合わされた前記第１の点群データと前記第２の点群データに基づき、鉛直上方から見た前記第１の点群データおよび前記第２の点群データにおける前記第１の機械点と前記第２の機械点の位置を取得する機械点の位置取得部と、
前記第１の点群データおよび前記第２の点群データを前記第１の機械点および前記第２の機械点を含む鉛直面で切断し、前記第１の点群データを前記鉛直面で切断した第１の点群データ鉛直切断面と、前記第２の点群データを前記鉛直面で切断した第２の点群データ鉛直切断面とを得る鉛直切断部と、
前記鉛直面に垂直な方向から見た前記第１の点群データ鉛直切断面と前記第２の点群データ鉛直切断面の鉛直位置を合わせる鉛直位置合わせ部と
を備える測量データ処理装置。

【請求項2】

第１の機械点に水平に設置された第１のレーザースキャナから得た第１の点群データと第２の機械点に水平に設置された第２のレーザースキャナから得た第２の点群データを受け付ける点群データ受付ステップと、
前記第１の点群データおよび前記第２の点群データを水平面で切断し、前記第１の点群データを前記水平面で切断した第１の点群データ水平切断面と、前記第２の点群データを前記水平面で切断した第２の点群データ水平切断面とを得る水平切断ステップと、
鉛直方向から見た前記第１の点群データ水平切断面と前記第２の点群データ水平切断面の位置を合わせる水平位置合わせステップと、
前記水平位置合わせステップにより水平位置が合わされた前記第１の点群データと前記第２の点群データに基づき、鉛直上方から見た前記第１の点群データおよび前記第２の点群データにおける前記第１の機械点と前記第２の機械点の位置を取得する機械点の位置取得ステップと、
前記第１の点群データおよび前記第２の点群データを前記第１の機械点および前記第２の機械点を含む鉛直面で切断し、前記第１の点群データを前記鉛直面で切断した第１の点群データ鉛直切断面と、前記第２の点群データを前記鉛直面で切断した第２の点群データ鉛直切断面とを得る鉛直切断ステップと、
前記鉛直面に垂直な方向から見た前記第１の点群データ鉛直切断面と前記第２の点群データ鉛直切断面の鉛直位置を合わせる鉛直位置合わせステップと
を備える測量データ処理方法。

【請求項3】

コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、
コンピュータに
第１の機械点に水平に設置された第１のレーザースキャナから得た第１の点群データと第２の機械点に水平に設置された第２のレーザースキャナから得た第２の点群データを受け付ける点群データ受付ステップと、
前記第１の点群データおよび前記第２の点群データを水平面で切断し、前記第１の点群データを前記水平面で切断した第１の点群データ水平切断面と、前記第２の点群データを前記水平面で切断した第２の点群データ水平切断面とを得る水平切断ステップと、
鉛直方向から見た前記第１の点群データ水平切断面と前記第２の点群データ水平切断面の位置を合わせる水平位置合わせステップと、
前記水平位置合わせステップにより水平位置が合わされた前記第１の点群データと前記第２の点群データに基づき、鉛直上方から見た前記第１の点群データおよび前記第２の点群データにおける前記第１の機械点と前記第２の機械点の位置を取得する機械点の位置取得ステップと、
前記第１の点群データおよび前記第２の点群データを前記第１の機械点および前記第２の機械点を含む鉛直面で切断し、前記第１の点群データを前記鉛直面で切断した第１の点群データ鉛直切断面と、前記第２の点群データを前記鉛直面で切断した第２の点群データ鉛直切断面とを得る鉛直切断ステップと、
前記鉛直面に垂直な方向から見た前記第１の点群データ鉛直切断面と前記第２の点群データ鉛直切断面の鉛直位置を合わせる鉛直位置合わせステップと
を実行させる測量データ処理用プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザースキャナが得た情報を処理する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザー光を用いてレーザースキャンを行い、点群データを得るレーザースキャナが知られている（例えば、特許第６１８４２３７号公報および米国特許９６７１２１７号を参照）。レーザースキャナから見て影となる部分は、測定用のレーザー光が届かず、点群データは得られない。この現象をオクル―ジョンという。この問題に対応するため、異なる２以上の機械点からレーザースキャンを行って、機械点が異なる２つの点群データを得、それを合成することでオクル―ジョンの無い（あるいは減らした）点群データを得る。

【0003】

機械点の異なる複数の点群データを合成するには、複数の点群データ同士の間における対応関係を求める必要がある。各機械点におけるレーザースキャナの外部標定要素（位置と姿勢）が取得できれば、複数の点群データを共通の座標系で扱うことができるので、点群データの合成は簡単に行うことができる。しかしながらこの方法は、各機械点におけるレーザースキャナの外部標定要素を求める作業が必要であり、簡便性に欠ける。

【0004】

また、テンプレートマッチング等で点群データ同士のマッチング（対応関係の特定）を行う方法もあるが、ソフトウェア処理では、ある程度の粗マッチングが行われた後でないと無駄な演算が多くなる問題や精度が得られない問題が生じる。よって通常は、オペレータの操作により対応点が指定され、その後にソフトウェア処理による詳細なマッチングが行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６１８４２３７号公報

【文献】米国特許９６７１２１７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

２つの点群データの間における対応点の指定をマニュアル操作で行う方法は、対応点を見つけ出す作業の作業性が良くなく、より簡便な方法が求められている。このような背景において、本発明は、レーザースキャナを用いて複数の機械点から得た複数の点群データの対応関係の特定を簡便に行える技術の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、第１の機械点に水平に設置された第１のレーザースキャナから得た第１の点群データと第２の機械点に水平に設置された第２のレーザースキャナから得た第２の点群データを受け付ける点群データ受付部と、前記第１の点群データおよび前記第２の点群データを水平面で切断し、前記第１の点群データを前記水平面で切断した第１の点群データ水平切断面と、前記第２の点群データを前記水平面で切断した第２の点群データ水平切断面とを得る水平切断部と、鉛直方向から見た前記第１の点群データ水平切断面と前記第２の点群データ水平切断面の位置を合わせる水平位置合わせ部と、前記水平位置合わせ部により水平位置が合わされた前記第１の点群データと前記第２の点群データに基づき、鉛直上方から見た前記第１の点群データおよび前記第２の点群データにおける前記第１の機械点と前記第２の機械点の位置を取得する機械点の位置取得部と、前記第１の点群データおよび前記第２の点群データを前記第１の機械点および前記第２の機械点を含む鉛直面で切断し、前記第１の点群データを前記鉛直面で切断した第１の点群データ鉛直切断面と、前記第２の点群データを前記鉛直面で切断した第２の点群データ鉛直切断面とを得る鉛直切断部と、前記鉛直面に垂直な方向から見た前記第１の点群データ鉛直切断面と前記第２の点群データ鉛直切断面の鉛直位置を合わせる鉛直位置合わせ部とを備える測量データ処理装置である。

【0008】

本発明は、方法の発明およびプログラムの発明として把握することもできる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、レーザースキャナを用いて複数の機械点から得た複数の点群データの対応関係の特定を簡便に行える技術が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態の概要を示す図である。

【図2】レーザースキャナの正面図である。

【図3】レーザースキャナのブロック図である。

【図4】測量データ処理装置のブロック図である。

【図5】端末の表示画面の一例を示すイメージ図である。

【図6】処理の手順の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（概要）
図１には、室内を対象に、レーザースキャンを２ヵ所の機械点で行う場合が示されている。この例では、１台のレーザースキャナを用い、第１の機械点で第１のレーザースキャンを行い、次に第１の機械点とは異なる第２の機械点で２回目の第２のレーザースキャンを行う。図１では、第１の機械点に設置されたレーザースキャナに符号１００を付与し、第２の機械点に設置されたレーザースキャナに符号１００’を付与している。ここで、レーザースキャナ１００とレーザースキャナ１００’は同じものである。勿論、２台のレーザースキャナを用いる形態も可能である。また、３点以上の機械点を選択することもできる。機械点とは、レーザースキャナの光学原点の位置であり、レーザースキャンの視点となる点のことである。この機械点を原点として点群データが得られる。

【0012】

点群データは、対象物にレーザー光を点々と照射し、各反射点の三次元座標をレーザー測位の原理で求めることで得られる。点群データでは、機械点を原点とした三次元座標系において座標位置が取得された点の集合が取り扱われる。

【0013】

ここで、レーザースキャナ１００とレーザースキャナ１００’は、水平が確保された状態で配置され、レーザースキャン時における外部標定要素（レーザースキャナの位置と姿勢）の関係は未知である。

【0014】

（レーザースキャナ）
図２にレーザースキャナ１００が示されている。レーザースキャナ１００は、点群データを得る。レーザースキャナについては、例えば特開２０１０－１５１６８２号公報、特開２００８―２６８００４号公報等に記載されている。

【0015】

レーザースキャナ１００は、本体となる水平回転部１０１、水平回転部１０１を水平回転が可能な状態で支える基台部１０２、基台部１０２が載せられた架台部１０３を有している。水平回転部１０１は、電動により基台部１０２に対して水平回転が可能である。架台部１０３は、水平回転部１０１の水平状態を調整できる調整機構を有している。なお、水平回転部１０１には水平状態を確認するための図示省略した水準器が配置されている。架台部１０３は、三脚等の上部に固定される。

【0016】

水平回転部１０１は、略Ｕ字形状の双頭形状の本体を有し、略Ｕ字形状を構成する上方に延在する一対の延在部を備える。この一対の延在部の間には、鉛直回転部１０４が配置されている。鉛直回転部１０４は、水平軸を中心に電動により鉛直回転（縦回転）する。鉛直回転部１０４は、対物レンズ１０５を備えている。水平回転部１０１の内部には、狭角カメラ１１１（図３参照）が配置されている。対物レンズ１０５は、点群データを得るための測距光（測距用レーザー光）と上記の狭角カメラ１１１とで共用されている。また、鉛直回転部１０４には、測距光と狭角カメラ１１１の光学系１１０（図３参照）の一部が内蔵されている。また、水平回転部１０１には、広角カメラ１０６が配置されている。

【0017】

ここで、狭角カメラ１１１の画角は、水平角および鉛直角（上下角）で９～１２°程度であり、広角カメラ１０６の画角は、水平角および鉛直角（上下角）で１７０°程度である。また、狭角カメラ１１１、広角カメラ１０６、レーザースキャナ１００の位置と姿勢の関係（外部標定要素の関係）は、予め求められており、既知である。

【0018】

水平回転部１０１を水平回転させつつ、鉛直回転部１０４を鉛直回転させ、スキャンレーザー光（測距用レーザー光）を数十ｋＨｚ～数百ｋＨｚの間隔でパルス照射することで、レーザースキャンが行なわれ、点群データが得られる。

【0019】

その他、水平回転部１０１には、各種の情報の表示および操作を行うための操作インターフェース部（タッチパネルディスプレイ）１１４（図３参照）が配置されている。

【0020】

図３にレーザースキャナ１００の機能ブロック図を示す。レーザースキャナ１００は光学系１１０を備える。対物レンズ１０５は、光学系１１０の一部である。光学系１１０は、対物レンズ１０５の他に、レンズ等の光学部品、光路の分離や合成を行うミラー等により構成されている。光学系１１０により、狭角カメラ１１１と測距光の光路が分離され、また測距光の発光系と受光系とが分離される。

【0021】

測距光は、測距光発光部１１２から発光され、光学系１１０と対物レンズ１０５を介して、外部に照射される。点群データ取得対象の対象物から反射された測距光は対物レンズ１０５に入射し、光学系１１０を介して、測距光受光部１１３で受光される。

【0022】

水平回転部１０１の内部には、図示しない基準光路が設けられており、測距光発光部１１２からのパルス光は、分岐され、一方が測距光として対象物に照射され、他方が基準光として上記基準光路に導かれる。対物レンズ１０５から取り込まれた測距光と基準光路を伝搬した基準光は、光学系１１０で合成され、測距光受光部１１３で検出させる。この際、測距光と基準光には光路差があるので、測距光受光部１１３からの出力波形に位相差が生じる。この位相差に基づき、測距光の反射点までの距離が算出される。この計算が測距部１２０で行われる。

【0023】

測距部１２０で計算された反射点までの測距値と、その時の水平回転部１０１の水平角および鉛直回転部１０４の鉛直角（上下角）からレーザースキャナ１００の光学原点（機械点）を原点とする測距光の反射点の三次元位置が算出される。この反射点の座標が点群データを構成する点の座標となる。この処理が三次元位置算出部１２１で行われる。この反射点がスキャン点であり、その座標値の集まりが点群データとなる。そして、この点群データが点群データ取得部１２２で取得される。

【0024】

回転制御部１１９は、水平回転部１０１の水平回転と鉛直回転部１０４の鉛直回転の回転制御を行う。水平回転部１０１の回転は、モータ、その駆動回路、ギア等の機構を備えた水平回転駆動部１１５によって行われる。鉛直回転部１０４の回転は、モータ、その駆動回路、ギア等の機構を備えた鉛直回転駆動部１１６によって行われる。

【0025】

水平回転部１０１の水平角は、ロータリーエンコーダ等の角度検出センサとその周辺回路を備えた水平回転角計測部１１７によって計測される。鉛直回転部１０４の鉛直角は、ロータリーエンコーダ等の角度検出センサとその周辺回路を備えた鉛直回転角計測部１１８によって計測される。

【0026】

操作インターフェース部（タッチパネルディスプレイ）１１４は、レーザースキャナ１００の操作内容を受け付け、また各種情報に画面表示する。通信装置１２３は、後述する測量データ処理装置３００やその他の機器との間で通信を行う。この例では、通信装置１２３を介して、レーザースキャナ１００から点群データが図４の測量データ処理装置３００に送信される。

【0027】

（測量データ処理装置）
図４には、第１の機械点に水平に設置された第１のレーザースキャナから得た第１の点群データと第２の機械点に水平に設置された第２のレーザースキャナから得た第２の点群データを受け付ける点群データ受付部３０１と、前記第１の点群データおよび前記第２の点群データを前記第１の機械点および前記第２の機械点を含む鉛直面で切断し、前記第１の点群データを前記鉛直面で切断した第１の点群データ鉛直切断面と、前記第２の点群データを前記鉛直面で切断した第２の点群データ鉛直切断面とを得る鉛直切断面作成部３０５と、前記鉛直面に垂直な方向から見た前記第１の点群データ鉛直切断面と前記第２の点群データ鉛直切断面の鉛直位置を合わせる鉛直位置調整部３０６とを備える測量データ処理装置３００が示されている。

【0028】

測量データ処理装置３００は、図示する各機能部の機能を発揮するコンピュータである。測量データ処理装置３００は、図示する各機能部の機能を実現するためのＣＰＵ、メモリ、インターフェース、その他集積回路を有している。測量データ処理装置３００は、汎用のコンピュータを利用して構成してもよいし、専用のハードウェアとして構成してもよい。例えば、タブレット、スマートフォン、ノート型ＰＣ等のコンピュータに、図４に示す各機能部の機能を実現するプログラムをインストールし、当該コンピュータを測量データ処理装置３００として利用することもできる。また、レーザースキャナ１００の内部に測量データ処理装置３００を組み込む形態も可能である。

【0029】

測量データ処理装置３００は、点群データ受付部３０１、水平切断面作成部３０２、水平位置調整部３０３、機械点取得部３０４、鉛直切断面作成部３０５、鉛直位置調整部３０６、点群データ統合部３０７、通信装置３０８、表示装置３０９、操作インターフェース部３１０を備える。

【0030】

点群データ受付部３０１は、第１の機械点においてレーザースキャナ１００が取得した第１の点群データと、第２の機械点においてレーザースキャナ１００’が取得した第２の点群データを受け付ける。

【0031】

水平切断面作成部３０２は、第１の点群データと第２の点群データを、水平面で切断し、第１の点群データの水平切断面（第１の水平切断面）と、第２の点群データの水平切断面（第２の水平切断面）を作成する。水平面の高さ位置は任意の位置を選択できる。

【0032】

水平切断面は、点群の点の分布のバラツキを考慮し、水平切断面に垂直な方向にある程度の厚みを持たせる。この厚みの設定は調整可能である。この厚みは、点群データの点の間隔より大きな寸法に設定する。切断面に厚みを持たせる点は、後述する鉛直切断面についても同じである。

【0033】

第１の水平切断面および第２の水平切断面は、以下の方法で得る。この場合、第１の点群データから、鉛直角（上下角）０°、すなわち水平方向のレーザースキャンデータを抽出する。ここで抽出された点群が第１の水平切断面を構成する点群となる。ここで、鉛直角０°の線上に点がない場合、鉛直角０°に最も近い角度の点を抽出する。そして同様な方法で、第２の水平切断面を得る。鉛直角０°でなく、例えば仰角１５°といった特定の鉛直角における点群データを抽出することで水平切断面を得ることもできる。

【0034】

また、以下の方法で点群データの水平切断を行ってもよい。まず、切断面の面の方程式（水平面の方程式）を得る。そして、この面の方程式で示される面に含まれる点群データ、およびこの面に近接する点群データを求める。具体的には、当該面と点群の点との最短距離を計算し、この最短距離が閾値以下である点を抽出する。これは、点群データを鉛直面で切断する場合も同じである。

【0035】

水平位置調整部３０３は、鉛直方向から見て、第１の水平切断面と第２の水平切断面とが一致するように、第１の水平切断面と第２の水平切断面との水平位置を調整する。この調整は、少なくとも一方の水平切断面の回転と平行移動により行われる。この調整は、自動、手動、半自動で行われる。

【0036】

自動の場合、テンプレートマッチング等の公知の自動マッチング方法を用いて、第１の水平切断面上に分布する点群と、第２の水平切断面上に分布する点群とが鉛直方向から見て一致（あるいは極力一致）するように、第１の水平切断面上に分布する点群の点および第２の水平切断面上に分布する点群の点の一方または両方の水平面内における回転と平行移動を行う。

【0037】

手動の場合は、表示装置３０９に鉛直方向から見た２つの水平切断面を表示し、それを見ながら手動で水平切断面の水平位置の調整を行う。半自動の場合は、自動→手動による微調整、あるいは手動による粗調整→自動による微調整が行われる。

【0038】

鉛直上方から見た第１の水平切断面と第２の水平切断面のマッチングが行われることで、鉛直上方から見た第１の点群データと第２の点群データのマッチング（位置合わせ）が行われる。

【0039】

機械点取得部３０４は、第１の水平切断面と第２の水平切断面のマッチングの結果を利用して、鉛直上方から見た第１の機械点と第２の機械点の位置を取得する。より詳細にいうと、第１の水平切断面と第２の水平切断面のマッチングの結果を利用して、鉛直上方から見た第１の点群データ、第２の点群データ、第１の機械点、第２の機械点の位置関係を取得する。機械点の位置の情報を取得する方法としては、計測機器を用いて実測する方法や予め床に表示された位置決め点を利用する方法も可能である。

【0040】

鉛直切断面作成部３０５は、第１の点群データおよび第２の点群データを第１の機械点と第２の機械点を通る（含む）鉛直面で切断する。第１の点群データを上記鉛直面で切断することで、第１の鉛直切断面が得られる。また、第２の点群データを上記鉛直面で切断することで、第２の鉛直切断面が得られる。

【0041】

鉛直位置調整部３０６は、上述した第１の鉛直切断面と第２の鉛直切断面の鉛直位置（鉛直方向における位置）を調整する。具体的には、切断に用いた鉛直面に垂直な方向から見て、第１の鉛直切断面と第２の鉛直切断面が一致するように、第１の鉛直切断面と第２の鉛直切断面の一方または両方の鉛直位置を動かす。鉛直切断面の鉛直位置の調整は、自動、手動、半自動で行われる。これは、水平切断面の位置合わせの場合と同じである。

【0042】

点群データ統合部３０７は、第１の機械点で取得した第１の点群データと、第２の機械点で取得した第２の点群データを統合する。２つの点群データを統合することで、一つの座標系上で２つの点群データが記述される。

【0043】

通信装置３０８は、他の機器との通信を行う。通信は、無線回線、有線回線、光回線（赤外線通信等）の既存のフォーマットを用いて行われる。レーザースキャナ１００，１００’との間の通信は、通信装置３０８を介して行われる。表示装置３０９は、測量データ処理装置３００を構成するＰＣ等が備えるディスプレイ（液晶表示装置等）である。

【0044】

操作インターフェース部３１０は、オペレータにより入力された各種の操作を受け付ける。例えば、ＧＵＩを用いて各種の操作を行う機能が表示装置３０９と操作インターフェース部３１０により構成される。また、表示装置３０９と操作インターフェース部３１０を兼ねた構成として、タッチパネルディスプレイを採用することもできる。なお、タブレット、スマートフォン、タブレットとＰＣを組合せたもの等を表示装置３０９および操作インターフェース部３１０を備えた端末として機能させ、当該端末を操作することで、測量データ処理装置３００に係る各種の操作を行う形態も可能である。

【0045】

（処理の一例）
以下、測量データ処理装置３００に係る処理の一例を説明する。ここでは、測量データ処理装置３００をノート型ＰＣで構成する。また、タブレット、スマートフォン、ＰＣとタブレットを組み合わせたもの等を表示装置３０９および操作インターフェース部３１０として機能する端末として用いる。オペレータは、当該端末を操作端末として用いて各種の操作を行う。

【0046】

図６に処理の手順の一例を示す。この処理を実行するプログラムは、適当な記憶領域や記憶媒体に記憶され、測量データ処理装置３００で実行される。

【0047】

まず、測量データ処理装置３００は第１の点群データと第２の点群データを取得する（ステップＳ１０１）。第１の点群データは、計測対象の室内の第１の機械点にレーザースキャナ１００を設置し、そこからレーザースキャンを行うことで得られる（図１参照）。第２の点群データは、計測対象の室内の第２の機械点にレーザースキャナ１００’を設置し、そこからレーザースキャンを行うことで得られる（図１参照）。

【0048】

各機械点において、レーザースキャナ１００（１００’）は水平に設置され、その外部標定要素は未知である。

【0049】

第１の点群データと第２の点群データを得たら、第１の水平切断面と第２の水平切断面を得る（ステップＳ１０２）。この処理では、床面から１ｍの高さの水平面で第１の点群データを切断し、第１の水平切断面を得、更に当該水平面で第２の点群データを切断し、第２の水平切断面を得る。この処理は、水平切断面作成部３０２で行われる。

【0050】

次に、第１の水平切断面を構成する点群データと第２の水平切断面を構成する点群データとの位置合わせを行う（ステップＳ１０３）。この処理では、第１の水平切断面を構成する点群データおよび第２の水平切断面を構成する点群データの一方または両方を回転および平行移動させることで、鉛直上方から見た第１の水平切断面を構成する点群データの分布した点で形作られる図形と、鉛直上方から見た第２の水平切断面を構成する点群データの分布した点で形作られる図形との位置合わせを行う。この処理は、水平位置調整部３０３で行われる。

【0051】

図５（Ａ）および（Ｂ）には、操作用の端末のＧＵＩの表示画面の一例が示されている。図５（Ａ）は、鉛直上方から見た第１の水平切断面４０１と第２の水平切断面４０２の様子が示されている。ここで、第１の水平切断面４０１は、水平面で切り取られた第１の点群データの一部で構成されている。同様に、第２の水平切断面４０２は、水平面で切り取られた第２の点群データの一部で構成されている。

【0052】

また、図５（Ａ）の下部には、第１の機械点と第２の機械点の位置と向きの概略の関係を示すＭＡＰが示されている。この段階において、第１の機械点におけるレーザースキャナ１００の外部標定要素と第２の機械点におけるレーザースキャナ１００’の外部標定要素は、未知である。よって、図５（Ａ）に示すように、第１の水平切断面４０１と第２の水平切断面４０２の向きと位置は一致しない。またＭＡＰは概略の位置関係を示すもので、精度は正確でない。

【0053】

ここで、第１の水平切断面４０１と第２の水平切断面４０２の少なくとも一方を回転させ、更に平行移動させることで、鉛直上方から見て両者を一致させる。図５（Ａ）には、上記の水平切断面の回転と平行移動を半自動で行う場合が示されている。この場合、表示画面上の「Shift」のアイコンを利用して第１の水平切断面４０１（または第２の水平切断面４０２）を画面上でマニュアル操作により平行移動させる。また、画面上の「Rotate」のアイコンを利用して第１の水平切断面４０１（または第２の水平切断面４０２）を画面上でマニュアル操作により回転させる。これにより、鉛直方向から見て第１の水平切断面４０１と第２の水平切断面４０２を極力一致させる。操作は、公知のＧＵＩの機能を利用して行われる。

【0054】

水平位置の合わせ方の他の例として、水平切断面からそれぞれ２点ずつ共通点を指定する方法がある。また、特願２０１８－１７８６５６号に記載された２つの点群データの位置合わせ手法を利用することもできる。

【0055】

鉛直方向から見て、第１の水平切断面４０１と第２の水平切断面４０２がある程度一致した段階で自動引き込み機能により、自動で第１の水平切断面４０１と第２の水平切断面４０２の一方または両方の回転と平行移動が行われ、両者が一致するように調整される。例えば、第１の水平切断面４０１を構成する点群と第２の水平切断面４０２を構成する点群とのズレが最小となるように、第１の水平切断面４０１の回転と平行移動が行われる。鉛直方向から見た第１の水平切断面と第２の水平切断面を一致させることで、鉛直方向から見た第１の点群データと第２の点群データとが一致する（勿論、誤差はある）。

【0056】

水平切断面の位置合わせを行なったら、鉛直上方から見た第１の水平切断面の点群データ、第１の機械点、第２の水平切断面の点群データ、第２の機械点の位置関係の取得を行う（ステップＳ１０４）。この処理は、機械点取得部３０４で行われる。この処理により、鉛直上方から見た２つの機械点の位置関係が求まる。

【0057】

この段階で、第１の水平切断面の点群データと第１の機械点の位置関係は既知である。また、第２の水平切断面の点群データと第２の機械点の位置関係も既知である。更に、第１の水平切断面の点群データと第２の水平切断面の点群データとは、ステップＳ１０３の処理により、鉛直上方から見て一致している。したがって、鉛直上方から見た第１の水平切断面の点群データ、第１の機械点、第２の水平切断面の点群データ、第２の機械点の位置の関係が判る。換言すると、鉛直上方から見た第１の点群データ、第１の機械点、第２の点群データ、第２の機械点の位置の関係が判る。

【0058】

次に、第１の機械点と第２の機械点を通る鉛直面を用いて、第１の点群データを切断し、第１の鉛直切断面を得る。また、当該鉛直面を用いて第２の点群データを切断し、第２の鉛直切断面を得る（ステップＳ１０５）。図５（Ｂ）は、水平方向（切断に用いた鉛直面に垂直な方向）から見た第１の鉛直切断面４０３と第２の鉛直切断面４０４の様子が示されている。この段階で、ステップＳ１０３において鉛直方向から見た位置合わせを行っているので、鉛直方向から見た第１の点群データと第２の点群データの位置は概略一致しており、第１の鉛直切断面４０３と第２の鉛直切断面４０４の水平方向における位置は概略合っている。他方で、鉛直方向の位置合わせを行っていないので、第１の鉛直切断面４０３と第２の鉛直切断面４０４は鉛直方向におけるずれがある。

【0059】

次に、第１の鉛直切断面４０３と第２の鉛直切断面４０４の少なくとも一方の鉛直方向の位置を調整し、鉛直方向における両鉛直切断面の位置を合わせる（ステップＳ１０６）。この処理は、鉛直位置調整部３０６で行われる。

【0060】

図５（Ｂ）には、上記の鉛直切断面の上下移動を半自動で行う場合が示されている。この場合、表示画面上の「Shift」のアイコンを利用して第１の鉛直切断面４０３（または第２の鉛直切断面４０４）を画面上で上下に移動させ、第１の鉛直切断面４０３と第２の鉛直切断面４０４を極力一致させる。

【0061】

２つの鉛直切断面がある程度一致した段階で自動引き込み機能により、自動で第１の鉛直切断面４０３と第２の鉛直切断面４０４の一方または両方の位置が、両者が一致するように調整される。例えば、第１の鉛直切断面４０３を構成する点群と第２の鉛直切断面４０４を構成する点群とのズレが最小となるように、第１の鉛直切断面４０３の上下位置の探索が行われる。第１の鉛直切断面４０３を構成する点群と第２の鉛直切断面４０４を構成する点群とのズレが最小となることで、両鉛直切断面の位置合わせが行われる。こうして、第１の点群データと第２の点群データの鉛直方向における位置合わせが行われる。

【0062】

以上の処理では、第１の点群データと第２の点群データに対して、水平方向における位置合わせ（ステップＳ１０３）と鉛直方向における位置合わせ（ステップＳ１０６）が行われ、結果として３次元的な位置合わせが行なわれる。すなわち、ＸＹＺ座標系（Ｚ軸が鉛直軸）で考えると、第１の点群データと第２の点群データに対して、ステップＳ１０３においてＸ－Ｙ方向における位置合わせが行われ、ステップＳ１０６においてＺ方向における位置合わが行わる。つまり、Ｘ－Ｙ方向における位置合わせとＺ方向における位置合わせを行うことで、ＸＹＺ座標系における位置合わせが行なわれる。

【0063】

次に、第１の点群データと第２の点群データの統合を行う（ステップＳ１０７）。この処理は、点群データ統合部３０７で行われる。この処理により、第１の点群データと第２の点群データを同じ座標系で記述した状態が得られる。

【0064】

（まとめ）
異なる機械点から得られた第１の点群データと第２の点群データの一方または両方に対して、回転と平行移動を行ない第１の点群データと第２の点群データの水平方向におけるマッチングを行う（ステップＳ１０３）。また、水平面における２つの機械点の位置を求める（ステップＳ１０４）。そして、２つの機械点を通る鉛直面で第１の点群データと第２の点群データを切断し、その切断面（第１の鉛直切断面と第２の鉛直切断面）を得る（ステップＳ１０５）。そして、第１の鉛直切断面と第２の鉛直切断面を比較し、鉛直方向における第１の点群データと第２の点群データのマッチングを行う（ステップＳ１０６）。

【0065】

水平方向と鉛直方向のマッチング（位置合わせ）を行うことで、第１の点群データと第２の点群データの３次元的なマッチングが行われる。

【0066】

本明細書で開示するマッチング手法は、大凡のマッチングとなるが、取得した点群データのマッチングの状態を確認する用途であれば、十分な精度が得られる。また、本明細書で開示するマッチング手法は、テンプレートマッチング等の詳細なマッチングを行う前の初期条件の設定に利用することができる。ある程度のマッチングを行った段階で詳細なマッチングを行うことで、マッチングミスを減らし、処理時間を軽減できる。

【0067】

（補足説明）
水平切断面、鉛直切断面の点群データ取得方法について、モバイルデバイス側（端末側）で行う場合と、スキャナー側で行う場合が考えられる。スキャンした点群データを全てモバイルデバイス側に転送する場合は、モバイルデバイス側で切断面を計算し、断面の点群データをスキャンした全点群データから取得することになる。但し、この場合、データ転送に時間がかかる。

【0068】

スキャナー側で水平切断面、鉛直切断面の点群データの取得を行う場合、断面の計算はスキャナー側で行い、その結果である位置調整に必要な断面の点群データのみが、スキャナーからモバイルデバイス側に送られる。この場合、転送データの量を少なくでき、データ転送の時間を短縮できる。

【0069】

また、水平切断面の点群データを得る場合、点群データは縦方向に１回転する度に、インデックスが付与されているため、例えば、鉛直角０度に対応するインデックスを持つ点群を取り出すことで、機械高に対応した水平切断面を抽出できる。

【0070】

また鉛直切断面については、最初の調整ステップで水平の位置関係が決まった時点で、各スキャナーポジションにおいて、鉛直切断面を切る水平角を求めることができる。このデータをモバイルデバイス側で持っておき、モバイルデバイスからスキャナーに側に、コマンドなどで水平角を指示することで、必要な鉛直切断面を取得できる。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明は、異なる機械点から取得した点群データ同士のマッチングを行う技術に利用することができる。

【符号の説明】

【0072】

１００…レーザースキャナ、１０１…水平回転部、１０２…基台部、１０３…架台部、１０４…鉛直回転部、１０５…対物レンズ、１０６…広角カメラ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】