特許 7300930 測量データ処理装置、測量データ処理方法および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】2023-06-22

(45)【発行日】2023-06-30

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

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20230623BHJP

   G01C 7/02 20060101ALI20230623BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20230623BHJP

   G06T 7/521 20170101ALI20230623BHJP

   G06T 7/38 20170101ALI20230623BHJP

【ＦＩ】

G01C15/00 103Z

G01C7/02

G06T1/00 315

G06T7/521

G06T7/38

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019153506

(22)【出願日】2019-08-26

(65)【公開番号】P2021032716

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-06-30

(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 陽

【審査官】續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０３３４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３７６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０３４７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０８８７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０３６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１５３８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０４６９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－３０９６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１３３３４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｃ １５／００

Ｇ０１Ｃ ７／０２

Ｇ０６Ｔ １／００

Ｇ０６Ｔ ７／５２１

Ｇ０６Ｔ ７／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

計測対象物を第１の視点からレーザースキャンすることで得た第１の点群データおよび前記計測対象物を第２の視点からレーザースキャンすることで得た第２の点群データを取得する点群データ取得部と、
予め用意された前記計測対象物の三次元モデルのデータを取得する三次元モデルデータ取得部と、
前記第１の点群データと前記三次元モデルの少なくとも一部との対応関係と求める第１の対応関係特定部と、
前記第１の点群データと前記三次元モデルの前記少なくとも一部との前記対応関係に基づき、前記第１の点群データに前記三次元モデルの前記少なくとも一部の情報を統合することで、前記第１の点群データを拡張した拡張三次元データを作成する拡張三次元データ作成部と、
前記拡張三次元データと前記第２の点群データとの対応関係を特定する第２の対応関係特定部と
を備え、
前記第１の対応関係特定部では、前記第１の点群データと前記予め用意された前記計測対象物の三次元モデルに合致する点群データである疑似点群データの対応関係の特定が行われ、
当該対応関係の特定では、前記第１の点群データと前記疑似点群データにおいて共通する部分を探し出す処理が行われる測量データ処理装置。

【請求項2】

前記三次元モデルは、前記計測対象物の設計データから得られる請求項１に記載の測量データ処理装置。

【請求項3】

前記三次元モデルには、前記計測対象物の前記第１の視点からは影となり見えず、前記第２の視点からは見えるオクルージョン部分が含まれる請求項１または２に記載の測量データ処理装置。

【請求項4】

前記拡張三次元データと前記第２の点群データとの対応関係の特定では、前記オクルージョン部分と前記第２の点群データとの対応関係の特定が行なわれる請求項３に記載の測量データ処理装置。

【請求項5】

前記三次元モデルには、前記計測対象物の前記第１の視点からの前記レーザースキャンの射程外であり、前記第２の視点からの前記レーザースキャンの射程内である特定の部分が含まれる請求項１～４のいずれか一項に記載の測量データ処理装置。

【請求項6】

前記拡張三次元データと前記第２の点群データとの対応関係の特定では、前記特定の部分と前記第２の点群データとの対応関係の特定が行なわれる請求項５に記載の測量データ処理装置。

【請求項7】

前記第１の点群データと前記三次元モデルとの対応関係の特定では、
前記第１の点群データを構成する点と前記三次元モデルを構成する面との離間距離の統計値が特定の条件を満たす状態の探索が行なわれる請求項１～６のいずれか一項に記載の測量データ処理装置。

【請求項8】

計測対象物を第１の視点からレーザースキャンすることで得た第１の点群データおよび前記計測対象物を第２の視点からレーザースキャンすることで得た第２の点群データを取得する点群データ取得ステップと、
予め用意された前記計測対象物の三次元モデルのデータを取得する三次元モデルデータ取得ステップと、
前記第１の点群データと前記三次元モデルの少なくとも一部との対応関係と求める第１の対応関係特定ステップと、
前記第１の点群データと前記三次元モデルの前記少なくとも一部との前記対応関係に基づき、前記第１の点群データに前記三次元モデルの前記少なくとも一部の情報を統合することで、前記第１の点群データを拡張した拡張三次元データを作成する拡張三次元データ作成ステップ
と、
前記拡張三次元データと前記第２の点群データとの対応関係を特定する第２の対応関係特定ステップと
を備え、
前記第１の対応関係特定ステップでは、前記第１の点群データと前記予め用意された前記計測対象物の三次元モデルに合致する点群データである疑似点群データの対応関係の特定が行われ、
当該対応関係の特定では、前記第１の点群データと前記疑似点群データにおいて共通する部分を探し出す処理が行われる測量データ処理方法。

【請求項9】

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
計測対象物を第１の視点からレーザースキャンすることで得た第１の点群データおよび前記計測対象物を第２の視点からレーザースキャンすることで得た第２の点群データを取得する点群データ取得ステップと、
予め用意された前記計測対象物の三次元モデルのデータを取得する三次元モデルデータ取得ステップと、
前記第１の点群データと前記三次元モデルの少なくとも一部との対応関係と求める第１の対応関係特定ステップと、
前記第１の点群データと前記三次元モデルの前記少なくとも一部との前記対応関係に基づき、前記第１の点群データに前記三次元モデルの前記少なくとも一部の情報を統合することで、前記第１の点群データを拡張した拡張三次元データを作成する拡張三次元データ作成ステップと、
前記拡張三次元データと前記第２の点群データとの対応関係を特定する第２の対応関係特定ステップと
を実行させ、
前記第１の対応関係特定ステップでは、前記第１の点群データと前記予め用意された前記計測対象物の三次元モデルに合致する点群データである疑似点群データの対応関係の特定が行われ、
当該対応関係の特定では、前記第１の点群データと前記疑似点群データにおいて共通する部分を探し出す処理が行われ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、レーザースキャンの技術に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザースキャンにより点群データを得る技術が知られている。この技術では、レーザースキャンにより多数の点の三次元座標が取得され、スキャン対象物が、三次元座標が取得された点の集まりとして把握される。この三次元座標が取得された点の集まりが点群データである。

【0003】

レーザースキャンにおいて、スキャン用レーザー光が届かない箇所が生じる場合がある。この場合、機械点（視点）を変更し、前回レーザースキャンができなかった範囲に対する再度のレーザースキャンが行なわれる。特許文献１には、レーザースキャンが出来なかった部分への再度のレーザースキャンを行う技術について記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５０５７７３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば、異なる２箇所の機械点からのレーザースキャンにより、２つの点群データが得られる場合を考える。この場合、２つの点群データの対応関係を特定する作業が必要になる。この作業は、点群データの位置合わせやレジストレーションとも呼ばれている。２つの点群データの対応関係を特定することで、２つの点群データを共通の座標系上で記述することができ、２つの点群データを統合することができる。

【0006】

上記の点群データの対応関係を特定する作業では、両者で共通する部分を探し、一致させる作業が必要となる。この際、この共通する部分が多い程、上記対応関係を特定する作業は容易となり、また高い精度で行える。

【0007】

このような背景において、本発明は、異なる視点から得られた複数の点群データ間の対応関係を特定する作業をより容易に、且つ、より高精度に行うことができる技術の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、計測対象物を第１の視点からレーザースキャンすることで得た第１の点群データおよび前記計測対象物を第２の視点からレーザースキャンすることで得た第２の点群データを取得する点群データ取得部と、予め用意された前記計測対象物の三次元モデルのデータを取得する三次元モデルデータ取得部と、前記第１の点群データと前記三次元モデルの少なくとも一部との対応関係と求める第１の対応関係特定部と、前記第１の点群データと前記三次元モデルの前記少なくとも一部との前記対応関係に基づき、前記第１の点群データに前記三次元モデルの前記少なくとも一部の情報を統合することで、前記第１の点群データを拡張した拡張三次元データを作成する拡張三次元データ作成部と、前記拡張三次元データと前記第２の点群データとの対応関係を特定する第２の対応関係特定部とを備え、前記第１の対応関係特定部では、前記第１の点群データと前記予め用意された前記計測対象物の三次元モデルに合致する点群データである疑似点群データの対応関係の特定が行われ、当該対応関係の特定では、前記第１の点群データと前記疑似点群データにおいて共通する部分を探し出す処理が行われる測量データ処理装置である。

【0009】

本発明において前記三次元モデルは、前記計測対象物の設計データから得られる態様が挙げられる。本発明において、前記三次元モデルには、前記計測対象物の前記第１の視点からは影となり見えず、前記第２の視点からは見えるオクルージョン部分が含まれる態様が挙げられる。本発明において、前記拡張三次元データと前記第２の点群データとの対応関係の特定では、前記オクルージョン部分と前記第２の点群データとの対応関係の特定が行なわれる態様が挙げられる。

【0010】

本発明において、前記三次元モデルには、前記計測対象物の前記第１の視点からの前記レーザースキャンの射程外であり、前記第２の視点からの前記レーザースキャンの射程内である特定の部分が含まれる態様が挙げられる。本発明において、前記拡張三次元データと前記第２の点群データとの対応関係の特定では、前記特定の部分と前記第２の点群データとの対応関係の特定が行なわれる態様が挙げられる。本発明において、前記第１の点群データと前記三次元モデルとの対応関係の特定では、前記第１の点群データを構成する点と前記三次元モデルを構成する面との離間距離の統計値が特定の条件を満たす状態の探索が行なわれる態様が挙げられる。

【0011】

本発明は、計測対象物を第１の視点からレーザースキャンすることで得た第１の点群データおよび前記計測対象物を第２の視点からレーザースキャンすることで得た第２の点群データを取得する点群データ取得ステップと、予め用意された前記計測対象物の三次元モデルのデータを取得する三次元モデルデータ取得ステップと、前記第１の点群データと前記三次元モデルの少なくとも一部との対応関係と求める第１の対応関係特定ステップと、前記第１の点群データと前記三次元モデルの前記少なくとも一部との前記対応関係に基づき、前記第１の点群データに前記三次元モデルの前記少なくとも一部の情報を統合することで、前記第１の点群データを拡張した拡張三次元データを作成する拡張三次元データ作成ステップと、前記拡張三次元データと前記第２の点群データとの対応関係を特定する第２の対応関係特定ステップとを備え、前記第１の対応関係特定ステップでは、前記第１の点群データと前記予め用意された前記計測対象物の三次元モデルに合致する点群データである疑似点群データの対応関係の特定が行われ、当該対応関係の特定では、前記第１の点群データと前記疑似点群データにおいて共通する部分を探し出す処理が行われる測量データ処理方法である。

【0012】

本発明は、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、コンピュータに計測対象物を第１の視点からレーザースキャンすることで得た第１の点群データおよび前記計測対象物を第２の視点からレーザースキャンすることで得た第２の点群データを取得する点群データ取得ステップと、予め用意された前記計測対象物の三次元モデルのデータを取得する三次元モデルデータ取得ステップと、前記第１の点群データと前記三次元モデルの少なくとも一部との対応関係と求める第１の対応関係特定ステップと、前記第１の点群データと前記三次元モデルの前記少なくとも一部との前記対応関係に基づき、前記第１の点群データに前記三次元モデルの前記少なくとも一部の情報を統合することで、前記第１の点群データを拡張した拡張三次元データを作成する拡張三次元データ作成ステップと、前記拡張三次元データと前記第２の点群データとの対応関係を特定する第２の対応関係特定ステップとを実行させ、前記第１の対応関係特定ステップでは、前記第１の点群データと前記予め用意された前記計測対象物の三次元モデルに合致する点群データである疑似点群データの対応関係の特定が行われ、当該対応関係の特定では、前記第１の点群データと前記疑似点群データにおいて共通する部分を探し出す処理が行われる測量データ処理用プログラムである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、異なる視点から得られた複数の点群データ間の対応関係を特定する作業をより容易に、且つ、より高精度に行うことができる技術が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】レーザースキャンの対象となる部屋を上方から見た概念図である。

【図2】第１の点群データを示す概念図（Ａ）と第２の点群データを示す概念図（Ｂ）である。

【図3】レーザースキャンの対象となる部屋の三次元モデル図である。

【図4】拡張三次元モデルの一例を示す概念図（Ａ）と第２の点群データを示す概念図（Ｂ）である。

【図5】実施形態のブロック図である。

【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】

【0015】

１．第１の実施形態
（概要）
図１には、計測対象となる部屋を上方から見た概念図が示されている。この例では、室内でレーザースキャンを行うことで、室内の壁，天井、床、柱、梁等の室内形状の点群データを得る。レーザースキャンの対象は室内に限定されず、各種の建築物や工作物、工事現場等であってもよい。

【0016】

図１には、部屋を鉛直上方から見た様子が示されている。図１では、鉛直上方からの視点において、壁の水平面で切断された部分が示されている。なお、図１は概念図であり、壁の厚みは無視されている。

【0017】

図２（Ａ）には、図１の第１の機械点に設置したレーザースキャナによるレーザースキャンによって得た第１の点群データが示されている。図２（Ａ）における視点の位置および切断面の位置は、図１と同じである。

【0018】

図２（Ｂ）には、第２の機械点に設置したレーザースキャナによるレーザースキャンによって得た第２の点群データが示されている。図２（Ｂ）における視点の位置および切断面の位置は、図１と同じである。

【0019】

ここで機械点とは、レーザースキャナが設置される点であり、レーザースキャンの光学原点となる点のことである。図２（Ａ）および図２（Ｂ）には、図１に対応した水平面上の点群が例示されているが、実際の点群は、三次元空間上に分布している。

【0020】

ここで、レーザースキャン時における第１の機械点および第２の機械点の絶対座標系における位置は未知であるとする。絶対座標系とは、ＧＮＳＳデータや地図データを記述する座標系である。絶対座標系上における位置は、例えば緯度、緯度、標高で記述される。各機械点の絶対座標系における位置を取得し、既知のデータとすることもできる。

【0021】

第１の機械点からのレーザースキャンによって得た第１の点群データと第２の機械点からのレーザースキャンによって得た第２の点群データとは、一部が重複し、また重複しない部分がある、例えば、中央の柱の部分に着目すると、第１の機械点側の面が図２（Ａ）の第１の点群データに含まれ、第２の機械点側の面が図２（Ｂ）の第２の点群データに含まれている。また両点群データは柱の部分では重複しない。これは、この柱を挟んで第１の機械点と第２の機械点が選択されているからである。

【0022】

以下、図２（Ａ）の第１の点群データと図２（Ｂ）の第２の点群データとの対応関係の特定（マッチング）を行う手法について説明する。まず、従来技術である古典的な方法について説明する。この方法では、第１の点群データと第２の点群データにおいて共通する部分を探し出し、この共通する部分を足掛かりに第１の点群データと第２の点群データの対応関係が特定される。

【0023】

この古典的な方法では、共通する部分多ければ、効率よく対応関係の特定が行なえる。しかしながら共通する部分が少ないと、対応関係の特定の困難性が増大し、計算の負荷の増大や対応関係の特定にミスが生じる傾向が増大する。

【0024】

そこで本発明を用いた技術では、第１の点群データと第２の点群データの共通部分を増やすために、他の方法で得た計測対象物の三次元モデルを用いて第１の点群データの三次元情報を拡張した拡張三次元データを作成する。そして、この拡張三次元データと第２の点群データの対応関係の特定を行う。

【0025】

拡張三次元データには、第１の機械点からは影（オクル―ジョン）となり、第２の機械点からは見える（レーザースキャンが可能な）部分が含まれる。また、拡張三次元データには、第１の機械点からのレーザースキャンでは射程外となり、第２の機械点からのレーザースキャンでは射程内となる部分が含まれる。

【0026】

これらの部分は、第２の機械点から得た第２の点群データにも含まれる。よって、拡張三次元データと第２の点群データの間では、従来の方法よりも共通する部分が多くなり、対応関係の特定がより効率的および高精度で行われる。

【0027】

図３は、ここで計測対象としている室内の三次元モデルを上方の視点から見た平面図である。この三次元モデルは、設計データ（設計用ＣＡＤデータ）から得られるもので、図３には、図１および図２に対応する部分が示されている。

【0028】

図４（Ａ）には、拡張三次元データの一例が示されている。図４（Ａ）に示す拡張三次元データは、図２（Ａ）に示す第１の点群データと図３に示す設計データ由来の三次元モデルとを合成することで得られる。図４（Ａ）に示す拡張三次元データでは、第１の機械点からはオクル―ジョンとなる部分の三次元データが第１の点群データに加えられ、第１の点群データの三次元情報が拡張されている。なお、図４（Ｂ）には、図２（Ｂ）の第２の点群データと同じものが示されている。

【0029】

図４（Ａ）における拡張部分は、第１の機械点からのレーザースキャンでは得られず、第２の機械点からのレーザースキャンによって得られる部分であり、第２の点群データに含まれている。よって、図４（Ａ）の拡張三次元データと図４（Ｂ）の第２の点群データとの対応関係の特定は、第１の点群データと第２の点群データの共通部分に加えて、上記拡張部分も用いて行われる。この方法では、従来からの共通部分のみを用いた場合よりも対応関係の特定に利用する三次元データが増える。よって、図４（Ａ）の拡張三次元データと図４（Ｂ）の第２の点群データとの間の対応関係の特定がより容易となり、また、対応関係の特定の精度が高くなる。

【0030】

図４（Ａ）の拡張三次元データと図４（Ｂ）の第２の点群データとの対応関係の特定が行なわれることで、拡張三次元データに含まれる第１の点群データと第２の点群データの対応関係が特定される。なお、ここでは説明を省略するが、床面や天井面に係る点群データについても同様な対応関係の特定が行なわれる。

【0031】

第１の点群データと第２の点群データの対応関係が特定されることで、第１の点群データと第２の点群データとを統合、すなわち第１の点群データと第２の点群データを同じ座標系上で記述することができる。

【0032】

なお、第１の点群データと第２の点群データの対応関係の特定後に、拡張三次元データに含まれる計測対象物の三次元モデル（この例でいうと設計データ由来の三次元モデル）のデータを除去してもよい。もちろん、当該三次元モデルのデータの少なくとも一部を残してもよい。

【0033】

なお、第１の点群データの拡張に加えて、第２の点群データの拡張を行ってもよい。この場合、第１の点群データに由来する第１の拡張三次元データと第２の点群データに由来する第２の拡張三次元データとの対応関係の特定が行なわれる。

【0034】

この場合、第２の拡張三次元データは、第２の点群データに基づいているので、第２の拡張三次元データには、第２の点群データが直接あるいは間接に含まれている。したがって、第１の拡張三次元データと第２の拡張三次元データの対応関係の特定を行うことで、第１の拡張三次元データと第２の点群データの対応関係の特定が行なわれる。

【0035】

対応関係の特定を行う点群データの数は、２つに限定されない。例えば、３つ以上の点群データを対象に互いの対応関係の特定を行う処理に本発明を利用することもできる。

【0036】

ここでは、設計データに由来する三次元モデルを拡張用の三次元データとして用いる例を説明したが、過去に行なったレーザースキャンデータを第１の点群データの拡張に用いる三次元データとして利用することもできる。また、ステレオ写真計測の原理により作成した点群データや該点群データに基づく三次元データを上記の拡張に用いる三次元データとして用いることもできる。

【0037】

（ブロック図）
図５に本実施形態のブロック図を示す。図５には、レーザースキャナ２００と測量データ処理装置１００が示されている。レーザースキャナ２００は、市販されているものを利用している。レーザースキャナに係る技術については、特開２０１０－１５１６８２号公報、特開２００８－２６８００４号公報、米国特許第８７６７１９０号公報、ＵＳ７９６９５５８号公報、ＵＳ２０１７－０２６９１９７号公報等に記載されている。また、レーザースキャナとして、米国公開公報ＵＳ２０１５／０２９３２２４号公報に記載されているような、スキャンを電子式に行う形態も採用可能である。

【0038】

測量データ処理装置１００は、市販のＰＣ（パーソナルコンピュータ）を利用して構成されている。またここでは、レーザースキャナ２００と別に測量データ処理装置１００を用意する例を示すが、レーザースキャナ２００と測量データ処理装置１００を一体化した構成も可能である。

【0039】

測量データ処理装置１００は、点群データ取得部１０１、三次元モデルデータ取得部１０２、第１の対応関係特定部１０３、拡張三次元データ作成部１０４、第２の対応関係特定部１０５、統合された点群データ作成部１０６、記憶部１０７および通信部１０８を備えている。

【0040】

上記測量データ処理装置１００が備える各機能部の機能は、使用するＰＣに図５に示す各機能部を実現するためのアプリケーションソフトウェアをインストールし、当該アプリケーションソフトウェアを構成するプログラムが当該ＰＣのＣＰＵによって実行されることで実現される。各機能部の一部または全部を各種のプロセッサや電子回路で構成してもよい。また、外部のＰＣ（パーソナルコンピュータ）やサーバの演算部を利用して、上記機能部の少なくとも一部を実現してもよい。

【0041】

点群データ取得部１０１は、レーザースキャナ２００によるレーザースキャンを行うことで得られた点群データを取得する。レーザースキャンは、数ｋＨｚ～数十ｋＨｚの間隔で方向を可変しながら点々とレーザースキャン光を計測対象物に照射し、レーザー測距の原理により各点の三次元位置を取得することで行なわれる。この各点の三次元位置のデータの集まりが、レーザースキャンによって得た点群データとなる。

【0042】

ここで、レーザースキャナ２００の設置位置（機械点）の絶対位置が既知であれば、絶対座標系上で記述される点群データが得られる。レーザースキャナ２００の設置位置（機械点）の絶対位置が未知の場合、当該機械点を原点とするローカル座標系上で記述される点群データが得られる。

【0043】

例えば、図１の第１の機械点にレーザースキャナ２００を設置し、レーザースキャンを行うことで図２（Ａ）の第１の点群データが得られる。また、図１の第２の機械点にレーザースキャナ２００を設置し、レーザースキャンを行うことで図２（Ｂ）の第２の点群データが得られる。そして、第１の点群データと第２の点群データが点群データ取得部１０１で取得される。

【0044】

以下、第１の点群データは、例えば図１および図２の第１の機械点に設置したレーザースキャナから得た点群データであり、第２の点群データは、第２の機械点に設置したレーザースキャナから得た点群データであるとする。

【0045】

三次元モデルデータ取得部１０２は、レーザースキャンの対象となる計測対象物の三次元モデルのデータを取得する。対象となる三次元モデルとしては、計測対象物の設計データ（例えば、ＣＡＤデータ）から得られる三次元モデルが挙げられる。例えば、室内が対象となる場合、当該室内に係る設計データから当該室内の三次元モデルのデータが三次元モデルデータ取得部１０２で取得される。

【0046】

第１の対応関係特定部１０３は、統合の対象（対応関係を求める対象）となる２つの点群データの一方（第１の点群データ）と、三次元モデル取得部１０２で取得された三次元モデルとの対応関係の特定を行う。

【0047】

以下、ここで利用される対応関係を特定する技術について説明する。第１の方法では、第１の点群データの各点と三次元モデル取得部１０２で取得された三次元モデルで規定される面との離間距離ｄ_ｉの統計値が特定の条件（最小となる条件）を満たす状態の探索が行なわれる。離間距離ｄ_ｉの統計値が満たす特定の条件としては、離間距離ｄ_ｉの積算値Σｄ_ｉが最小となる条件や離間距離ｄ_ｉの平均値が最小となる条件が挙げられる。

【0048】

第２の方法は、まず第１の点群データから三次元モデルを作成する。この三次元モデルを第１の三次元モデルとする。点群データから三次元モデルを作成する技術については、例えば、国際公開番号ＷＯ２０１１/０７０９２７号公報、特開２０１２－２３０５９４号公報、特開２０１４－３５７０２号公報等に記載されている。

【0049】

第１の三次元モデルを得たら、第１の三次元モデルと三次元モデル取得部１０２で取得された三次元モデル（例えば、設計図由来の三次元モデル）との対応関係を特定する。三次元モデル同士の対応関係を特定する技術については、例えば、国際公開番号ＷＯ２０１２／１４１２３５号公報、特開２０１４－３５７０２号公報、特開２０１５－４６１２８号公報、特開２０１７－１５５９８号公報等に記載されている。

【0050】

第１の三次元モデルと三次元モデル取得部１０２で取得された三次元モデルとの対応関係が特定されることで、第１の三次元モデルの基となる第１の点群データと三次元モデル取得部１０２で取得された三次元モデルとの対応関係が特定される。

【0051】

第３の方法は、三次元モデル取得部１０２で取得された三次元モデルに合致する点群データを疑似点群データとして生成し、この疑似点群データと第１の点群データとの対応関係の特定を行う。点群データ同士のマッチングは、例えばテンプレートマッチングを利用して行われる。点群データ同士のマッチングについては、例えば、特開２０１３－１８６８１６号公報や特開２０１３－１７８６５６号公報に記載された技術が利用できる。

【0052】

疑似点群データと第１の点群データとの対応関係の特定されることで、疑似点群データの基となる三次元モデル（三次元モデル取得部１０２で取得された三次元モデル）と第１の点群データの対応関係が特定される。

【0053】

拡張三次元データ作成部１０４は、第１の対応関係特定部１０３で特定された第１の点群データと三次元モデル取得部１０２で取得された三次元モデルとの対応関係に基づき、第１の点群データと三次元モデル取得部１０２で取得された三次元モデルとを結合し、第１の点群データの三次元情報を拡張した拡張三次元データを作成する。

【0054】

拡張三次元データについてはいくつかの態様がある。第１の態様は、点群データと面や線のデータとしてデータ化されている三次元モデルとを合成した三次元データを拡張三次元データとする場合である。この場合、例えば、第１の点群データと三次元モデル取得部１０２が取得した三次元データ（例えば、設計データから得られた三次元ＣＡＤデータ）とが向き、縮尺、位置を合わせた状態で合成される。

【0055】

第２の態様は、第１の点群データを三次元モデル化し、それと三次元モデル取得部１０２が取得した三次元データとを合成することで、拡張三次元データを得る方法である。この合成は、第１の対応関係特定部１０３で特定された第１の点群データと三次元モデル取得部１０２で取得された三次元モデルとの対応関係に基づき行われる。この第２の態様では、三次元モデル化された状態の拡張三次元データが得られる。なお、三次元モデル化された状態とは、三次元情報が面や線のデータとしてデータ化された状態をいう。例えば、三次元モデル化された状態の三次元情報の古典的な例として三次元ＣＡＤデータが挙げられる。

【0056】

第３の態様は、三次元モデル取得部１０２が取得した三次元データから疑似点群データを生成し、それと第１の点群データとを合成する場合である。この合成も、第１の対応関係特定部１０３で特定された第１の点群データと三次元モデル取得部１０２で取得された三次元モデルとの対応関係に基づき行われる。この第３の態様では、点群データ化された拡張三次元データが得られる。

【0057】

第２の対応関係特定部１０５は、統合の対象（対応関係を求める対象）となる２つの点群データの他方（第２の点群データ）と、拡張三次元データ作成部１０４で作成された拡張三次元データとの対応関係を特定する。対応関係の特定に係る技術は、第１の対応関係特定部１０３で用いられる技術と同じである。

【0058】

統合された点群データ作成部１０６は、第２の対応関係特定部１０５で特定された拡張三次元データと第２の点群データとの対応関係に基づき、第１の点群データと第２の点群データを統合した統合点群データを得る。

【0059】

統合点群データでは、第１の点群データと第２の点群データとが共通の座標系上で記述される。利用される座標系としては、絶対座標系、第１の機械点を原点とする座標系、第２の機械点を原点とする座標系、任意の位置を原点する座標系が挙げられる。

【0060】

例えば、第１の点群データのi番目の点iの第１の機械点を中心としたローカル座標系での位置が（Ｘ_１ｉ，Ｙ_１ｉ，Ｚ_１ｉ）であり、第２の点群データのｊ番目の点jの第２の機械点を中心としたローカル座標系での位置が（Ｘ_２ｊ，Ｙ_２ｊ，Ｚ_２ｊ）であるとする。また、点ｉと点ｊは、第１の点群データと第２の点群データにおいて共通する範囲にあるとする。

【0061】

ここで、第１の点群データと第２の点群データの対応関係が判明したとする。この対応関係が判明することで、第１の点群データに含まれる点ｉが第２の点群データのどの点に対応するのかが判る。当然、第２の点群データに含まれる点ｊが第１の点群データのどの点に対応するのかも判る。また、共通する部分での対応関係が特定されることで、共通しない部分、すなわち第１の機械点からはオクル―ジョンまたは射程外となる範囲にある第２の点群データと、第２の機械点からはオクル―ジョンまたは射程外となる範囲にある第１の点群データとの間の位置関係も判明する。

【0062】

この結果、第２の点群データの点の座標を第１の点群データを記述する座標系で記述できる。また逆に、第１の点群データの点の座標を第２の点群データを記述する座標系で記述できる。また、機械点１または機械点２におけるレーザースキャナの絶対座標系上での外部標定要素（位置と姿勢）が判るのであれば、第１の点群データと第２の点群データとを絶対座標系上で記述することもできる。このように、第１の点群データと第２の点群データを一つの座標系上で記述することで、第１の点群データと第２の点群データとを統合した統合点群データが得られる。

【0063】

記憶部１０７は、処理に係る各種の情報や動作に必要なプログラムを記憶する。通信部１０８は、外部の機器との間で通信を行う。通信の形態としては、有線回線を用いた通信、無線回線を用いた通信、光回線を用いた通信が挙げられる。例えば、各種の無線通信規格、電話回線、インターネット回線を用いた通信が通信部１０８を介して行われる。

【0064】

（処理の一例）
図６は、測量データ処理装置１００で行なわれる処理の一例を示すフローチャートである。図６の処理を実行するプログラムは、記憶部１０７や適当な記憶媒体に記憶され、そこから読み出され、測量データ処理装置１００を構成するＰＣのＣＰＵによって実行される。このプログラムをサーバに記憶し、インターネット経由でそこからダウンロードする形態も可能である。

【0065】

ここでは、一例として、図１および図２に例示する状況での処理を説明する。処理が開始されると、まず第１の点群データおよび第２の点群データの取得が行なわれる（ステップＳ１０１）。この処理は、点群データ取得部１０１で行なわれる。

【0066】

次に、計測対象である室内の設計ＣＡＤデータから当該室内の三次元モデルが取得される（ステップＳ１０２）。この処理は、三次元モデルデータ取得部１０２で行なわれる。

【0067】

次に、第１の点群データと設計データの三次元モデルの対応関係（第１の対応関係）の特定が行なわれる（ステップＳ１０３）。この処理は、第１の対応関係の特定部１０３で行なわれる。

【0068】

次に、設計データの三次元情報を利用した第１の点群データの拡張を行い、拡張三次元データを得る（ステップＳ１０４）。この処理は、拡張三次元データの作成部１０４で行なわれる。

【0069】

拡張三次元データを得たら、拡張三次元データと第２の点群データの対応関係（第２の対応関係）の特定を行う（ステップＳ１０５）。この処理は、第２の対応関係特定部１０５で行なわれる。

【0070】

次に、ステップＳ１０５で求めた対応関係に基づき、第１の点群データと第２の点群データを統合した統合点群データの作成を行う（ステップＳ１０６）。この処理は、統合された点群データ作成部１０６で行なわれる。

【0071】

２．第２の実施形態
第１の点群データと比較する三次元モデルは、計測対象物の全体の三次元モデルではなく、その一部であってもよい。

【0072】

３．第３の実施形態
第１の点群データと設計データ等に由来する三次元モデルとの対応関係を二次元の平面上で行う形態も可能である。この場合、第１の点群データの切断面と三次元モデルの切断面との対応関係の特定が行なわれる。切断面としては、水平面で切断した水平断面や鉛直面で切断した鉛直断面が挙げられる。

【0073】

この場合、着目した面に含まれる（または近接する）点群データと三次元モデルの切断面の形状とが比較され、両者の対応関係の特定が行なわれる。図４に示す状態は、この場合の一例であるともいえる。

【0074】

二次元での対応関係を特定の後に、それを初期条件として三次元の対応関係の特定を行う手法も可能である。この方法によれば、段階的に対応関係の特定が行なわれるので、処理を効率よく、また精度よく行える。

【0075】

同様な考え方で、拡張三次元データと第２の点群データとの対応関係の特定を二次元平面上で行う形態も可能である。例えば、拡張三次元データと第２の点群データとの対応関係の特定を、水平断面を対象に行う形態や鉛直断面を対象に行う形態が可能である。

【0076】

また、この場合において、二次元での対応関係を特定の後に、それを初期条件として三次元の対応関係の特定を行う手法も可能である。

【0077】

４．第４の実施形態
第１の点群データと比較する三次元モデルの形状および／または寸法を利用して第１の点群データと三次元モデルの対応関係の特定を行ってもよい。

【0078】

例えば、水平面で切断した断面（水平断面）が直径３０ｃｍの円形である柱が計測対象に含まれているとする。この場合、第１の点群データの水平切断面（当該水平切断面に含まれるあるいは近接する第１の点群データ）の中に、直径３０ｃｍの円形の部分の一部が含まれているか否か、が探索される。そして第１の点群データの中に直径３０ｃｍの円形の部分の一部が含まれている場合、該当する切断面において、円形の柱の切断面のモデルと第１の点群データとを合成し、第１の点群データの拡張データを得る。

【0079】

この場合、ユーザがＵＩ画面上で当該柱の指定およびこの柱を特定する情報を入力（あるいは指定）することで上記の処理が行なわれる。例えば、ユーザにより当該柱の形状や寸法が入力される。上記の説明では、利用する三次元モデルの二次元情報を利用する場合を説明したが、当該三次元モデルの三次元情報を利用して同様の処理を行うこともできる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】