JP5057734B2 - 測量方法及び測量システム及び測量データ処理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、所要範囲の３次元データを取得する測量方法及び測量システム及び測量データ処理プログラムに関する。

近年、立体物の３次元測量が行われ、又電子地図用の３次元データ付き画像が要求される等から、測量に求められるデータ量は飛躍的に増加している。

短時間で詳細且つ大量の３次元データを測定できる測量装置として、レーザスキャナがある。

レーザスキャナは、パルスレーザ光線を所定の測定エリアに走査し、前記パルスレーザ光線の反射光を受光し、パルス毎にパルスレーザ光線照射点の３次元位置データを測距し、前記測定エリアの点群データを取得する測量機である。

前記レーザスキャナは、短時間で大量の点群データを得ることができるが、測定エリアに、障害物、例えば車両、樹木等が存在すると、陰（オクルージョン）が生じ、データの欠落部分が生じる。又、パルスレーザ光線の反射により測距を行っている為、照射点の反射率が悪い場合、例えば使用するレーザ光線が、緑である場合、反射点が黒色、或は補色の赤である場合は、反射光は得られず、やはりデータ欠落部分となる。

更に、水平方向から測定エリアを走査した場合、例えば建築物、構造物の上面側の点群データは取得できない。

この為、陰となった部分の点群データを得る為、レーザスキャナを移動し、陰の部分のデータを取得し、又建築物、構造物の上面側の点群データを取得する為、レーザスキャナをレーザ光線により上面を照射できる位置迄、移動させ上面の点群データを取得している。

従って、陰の部分がある度にレーザスキャナを移動させ、或はやぐらの設置、昇降機等大掛りな装置を用いてレーザスキャナを上方位置に設置する等、現地での作業は大変な労力と時間を要していた。

又、反射率の悪い測定個所については、点群データは得られないという不具合があった。

特開２００４−１６３２９２号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、レーザスキャナによりデータが得られなかった未取得データ範囲について、簡便にデータが得られる様にし、データの欠落箇所のない点群データの取得を可能にするものである。

本発明は、レーザスキャナで所定の測定範囲についての主点群データを取得する工程と、未取得データ範囲を検出する工程と、副撮像装置により未取得データ範囲の補足画像をデータ取得する工程と、前記副撮像装置により得た補足画像データによりステレオ画像を作成する工程と、該ステレオ画像から補足点群データを取得する工程と、前記主点群データと前記補足点群データとのマッチングにより前記主点群データの未取得範囲を補充する工程とを有する測量方法に係り、又前記レーザスキャナは、点群データと共に該点群データに関連付けられた主画像データを取得する測量方法に係り、又前記主点群データと前記補足点群データとのマッチングは、前記主点群データから適宜選択された基準点と前記補足点群データの前記基準点に対応する点との関連付けによってなされる測量方法に係り、又前記主点群データと前記補足点群データとのマッチングは、前記主画像データと前記補足画像データとの画像マッチングでなされる測量方法に係り、又前記未取得データ範囲は、測定範囲に隣接する範囲である測量方法に係り、又前記未取得データ範囲は、レーザスキャナで点データが得られなかったデータ欠落部分である測量方法に係り、又前記未取得データ範囲は、主点群データを画像表示させることで判別される測量方法に係り、更に又前記未取得データ範囲は、主点群データの内隣接する点データが欠けている境界を検出することによって判別される測量方法に係るものである。

又本発明は、パルスレーザ光線を所定の測定エリアに走査し、前記パルスレーザ光線の反射光を受光し、パルス毎にパルスレーザ光線照射点の３次元位置データを測距し、前記測定エリアの主点群データを取得するレーザスキャナと、該レーザスキャナとは分離し、任意の方向から補足画像データを取得可能な副撮像装置と、記憶部、制御演算部、表示部を備えた測量データ処理装置とを具備し、前記レーザスキャナにより取得された主点群データと、前記副撮像装置により前記レーザスキャナの未取得データ範囲を少なくとも２方向から撮像して得られた補足画像データとが前記記憶部に登録され、前記制御演算部が前記補足データよりステレオ画像を作成すると共に前記未取得データ範囲の補足点群データを取得し、該補足点群データと前記主点群データとを関連付け、前記補足点群データにより前記主点群データの未取得データ範囲を補う様構成した測量システムに係り、又前記レーザスキャナは、パルスレーザ光線の照射光軸と同一の撮像光軸により前記測定エリアを撮像して主画像データを取得する主撮像装置を具備する測量システムに係り、又前記補足点群データと前記主点群データとの関連付けは、該主点群データから選択した基準点と前記補足点群データの前記基準点と対応する点との関連付けでなされる測量システムに係り、又前記主撮像装置で撮像された主画像データは前記主点群データと関連付けられ、該主点群データと共に前記測量データ処理装置に登録され、該測量データ処理装置は前記主点群データと前記補足点群データとを、前記主画像データと前記副画像データとの画像マッチングを介して関連付ける測量システムに係り、更に又前記演算制御部は、前記主画像データ、前記主点群データ、前記補足画像データ、前記補足点群データの内、少なくとも前記主点群データを個別に前記表示部に表示させる様にした測量システムに係るものである。

又本発明は、レーザスキャナで得られた所定の測定範囲についての主点群データから未取得データ範囲を検出する機能と、副撮像装置により撮像された未取得データ範囲の少なくとも２方向からの補足画像データに基づき未取得データ範囲の補足点群データを演算する機能と、前記主点群データと前記補足点群データとのマッチングを行う機能と、前記主点群データの未取得範囲を前記補足点群データにより補充とを実現する測量データ処理プログラムに係り、又前記主点群データと前記補足点群データとのマッチング機能は、前記主点群データから適宜基準点を選択する機能と、前記補足点群データの前記基準点に対応する点を選択する機能と、選択された該基準点と対応する点との関連付けを行う機能によって実行される測量データ処理プログラムに係り、又前記未取得データ範囲の判別を、前記主点群データの内隣接する点データが欠けている境界を検出することによって判別する測量データ処理プログラムに係り、又前記主点群データと前記補足点群データとのマッチング機能は、前記主点群データに関連付けられた測定エリアの画像データと前記未取得データ範囲の補足画像との画像マッチング機能によって実行される測量データ処理プログラムに係り、更に又前記レーザスキャナに具備された主撮像装置により測定光軸と同軸で測定範囲を取得した主画像データ、前記主点群データ、前記補足画像データ、前記補足点群データの内、少なくとも前記主点群データを個別に表示させる測量データ処理プログラムに係るものである。

本発明によれば、レーザスキャナで所定の測定範囲についての主点群データを取得する工程と、未取得データ範囲を検出する工程と、副撮像装置により未取得データ範囲の補足画像をデータ取得する工程と、前記副撮像装置により得た補足画像データによりステレオ画像を作成する工程と、該ステレオ画像から補足点群データを取得する工程と、前記主点群データと前記補足点群データとのマッチングにより前記主点群データの未取得範囲を補充する工程とを有するので、レーザスキャナによりデータが得られなかった未取得データ範囲について、簡便にデータが得られ、データの欠落箇所のない点群データが取得可能である。

又本発明によれば、前記レーザスキャナは、点群データと共に該点群データに関連付けられた主画像データを取得するので、主画像データと点群データとを併せて表示することで、データの未取得範囲を視覚的に判別できる。

又本発明によれば、前記主点群データと前記補足点群データとのマッチングは、前記主点群データから適宜選択された基準点と前記補足点群データの前記基準点に対応する点との関連付けによってなされるので、主点群データは３次元データを有しており、補足点群データについては測量を実施する必要がない。

又本発明によれば、前記主点群データと前記補足点群データとのマッチングは、前記主画像データと前記補足画像データとの画像マッチングでなされるので、簡便なマッチングが可能となる。

又本発明によれば、前記未取得データ範囲は、主点群データを画像表示させることで判別されるので、データの未取得範囲を視覚的に判別できる。

又本発明によれば、前記未取得データ範囲は、主点群データの内隣接する点データが欠けている境界を検出することによって判別されるので、データ操作による自動的な検出が可能となる。

又本発明によれば、パルスレーザ光線を所定の測定エリアに走査し、前記パルスレーザ光線の反射光を受光し、パルス毎にパルスレーザ光線照射点の３次元位置データを測距し、前記測定エリアの主点群データを取得するレーザスキャナと、該レーザスキャナとは分離し、任意の方向から補足画像データを取得可能な副撮像装置と、記憶部、制御演算部、表示部を備えた測量データ処理装置とを具備し、前記レーザスキャナにより取得された主点群データと、前記副撮像装置により前記レーザスキャナの未取得データ範囲を少なくとも２方向から撮像して得られた補足画像データとが前記記憶部に登録され、前記制御演算部が前記補足データよりステレオ画像を作成すると共に前記未取得データ範囲の補足点群データを取得し、該補足点群データと前記主点群データとを関連付け、前記補足点群データにより前記主点群データの未取得データ範囲を補う様構成したので、レーザスキャナによりデータが得られなかった未取得データ範囲について、簡便にデータが得られ、データの欠落箇所のない点群データが取得可能である。

又本発明によれば、前記レーザスキャナは、パルスレーザ光線の照射光軸と同一の撮像光軸により前記測定エリアを撮像して主画像データを取得する主撮像装置を具備するので、主画像データと主点群データとの関連付けが、簡単に行える。

又本発明によれば、前記補足点群データと前記主点群データとの関連付けは、該主点群データから選択した基準点と前記補足点群データの前記基準点と対応する点との関連付けでなされるので、補足点群データについて測定を実施することなく簡単に実行できる。

又本発明によれば、前記主撮像装置で撮像された主画像データは前記主点群データと関連付けられ、該主点群データと共に前記測量データ処理装置に登録され、該測量データ処理装置は前記主点群データと前記補足点群データとを、前記主画像データと前記補足画像データとの画像マッチングを介して関連付けるので、点データ同士のマッチングを行う必要がなく、簡単に実施できる。

又本発明によれば、前記演算制御部は、前記主画像データ、前記主点群データ、前記補足画像データ、前記補足点群データの内、少なくとも前記主点群データを個別に前記表示部に表示させる様にしたので、主点群データと主画像データとを重合させた状態で表示でき、データの未取得範囲を視覚的に判別できる。

又本発明によれば、レーザスキャナで得られた所定の測定範囲についての主点群データから未取得データ範囲を検出する機能と、副撮像装置により撮像された未取得データ範囲の少なくとも２方向からの補足画像データに基づき未取得データ範囲の補足点群データを演算する機能と、前記主点群データと前記補足点群データとのマッチングを行う機能と、前記主点群データの未取得範囲を前記補足点群データにより補充とを実現するので、レーザスキャナによりデータが得られなかった未取得データ範囲について、簡便にデータが得られ、データの欠落箇所のない点群データが取得可能である。

又本発明によれば、前記主点群データと前記補足点群データとのマッチング機能は、前記主点群データから適宜基準点を選択する機能と、前記補足点群データの前記基準点に対応する点を選択する機能と、選択された該基準点と対応する点との関連付けを行う機能によって実行されるので、補足点群データが３次元データを有していなくても、補足点群データについて測定を実施することなく簡単に実行できる。

又本発明によれば、前記未取得データ範囲の判別を、前記主点群データの内隣接する点データが欠けている境界を検出することによって判別するので、データ操作による自動的な検出が可能となる。

又本発明によれば、前記主点群データと前記補足点群データとのマッチング機能は、前記主点群データに関連付けられた測定エリアの画像データと前記未取得データ範囲の補足画像との画像マッチング機能によって実行されるので、点データ同士のマッチングを行う必要がなく、簡単に実施できる。

更に又本発明によれば、前記レーザスキャナに具備された主撮像装置により測定光軸と同軸で測定範囲を取得した主画像データ、前記主点群データ、前記補足画像データ、前記補足点群データの内、少なくとも前記主点群データを個別に表示させるので、レーザスキャナによりデータが得られなかった未取得データ範囲について、視覚的な判断が可能となる等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明で使用されるレーザスキャナについて説明する。

本発明に係る測量システムは、図１に示される様に、レーザスキャナ１、デジタルカメラ等に代表される撮像装置８１、測量データ処理装置９１によって概略構成される。

先ず、図２〜図１７に於いて、本発明で使用されるレーザスキャナについて説明する。

図２、図３はレーザスキャナの第１の例を示している。

レーザスキャナ１は主に、整準部２、該整準部２に設置された回転機構部３、該回転機構部３に支持され、測距部４、撮像部５、制御部６等を含む測定装置本体部７、該測定装置本体部７の上部に設けられた回転照射部８から構成されている。尚、図２は便宜上、図１に対して前記回転照射部８のみ側方から見た状態を示している。

前記整準部２について、説明する。

台盤１１にピン１２が立設され、該ピン１２の上端は曲面に形成され、下部ケーシング１３の底面に形成された凹部に傾動自在に嵌合している。又、前記底面の他の２カ所には、調整螺子１４が螺合貫通しており、該調整螺子１４の下端部には脚部材１５が固着されており、該脚部材１５の下端は、尖端又は曲面に形成され、前記台盤１１に当接している。前記調整螺子１４の上端には整準従動ギア１６が嵌着されている。前記下部ケーシング１３は前記ピン１２と２つの前記調整螺子１４により３点で前記台盤１１に支持され、前記ピン１２の先端を中心に傾動可能となっている。尚、前記台盤１１と前記下部ケーシング１３とは離反しない様に、前記台盤１１と前記下部ケーシング１３との間にはスプリング１９が設けられている。

前記下部ケーシング１３の内部には、２個の整準モータ１７が設けられ、該整準モータ１７の出力軸に整準駆動ギア１８が嵌着され、該整準駆動ギア１８は前記整準従動ギア１６に噛合している。前記整準モータ１７は前記制御部６によって独立して駆動され、前記整準モータ１７の駆動により前記整準駆動ギア１８、前記整準従動ギア１６を介して前記調整螺子１４が回転され、該調整螺子１４の下方への突出量が調整される様になっている。又、前記下部ケーシング１３の内部には傾斜センサ５６（図４参照）が設けられており、該傾斜センサ５６の検出信号に基づき２個の前記整準モータ１７が駆動されることで、前記整準部２の整準がなされる。

前記回転機構部３について説明する。

前記下部ケーシング１３は、前記回転機構部３のケーシングを兼ねており、内部には水平回動モータ２０が設けられ、該水平回動モータ２０の出力軸には水平回動駆動ギア２１が嵌着されている。

前記下部ケーシング１３の上端には、軸受２２を介して回転基盤２３が設けられ、該回転基盤２３の中心には、下方に突出する回転軸２４が設けられ、該回転軸２４には水平回動ギア２５が設けられ、該水平回動ギア２５に前記水平回動駆動ギア２１が噛合されている。

又、前記回転軸２４には水平角検出器２６、例えばエンコーダが設けられ、該水平角検出器２６により、前記下部ケーシング１３に対する前記回転軸２４の相対回転角が検出され、検出結果（水平角）は前記制御部６に入力され、該検出結果に基づき前記制御部６により前記水平回動モータ２０の駆動が制御される様になっている。

前記測定装置本体部７について説明する。

前記回転基盤２３に本体部ケーシング２７が固着され、該本体部ケーシング２７の内部に鏡筒２８が設けられる。該鏡筒２８は、前記本体部ケーシング２７の回転中心と同心の中心線を有し、該本体部ケーシング２７に所要の手段で取付けられる。例えば、前記鏡筒２８の上端にフランジ２９が形成され、該フランジ２９が前記本体部ケーシング２７の天井部に固着される。

前記鏡筒２８は軸心と合致する発光光軸３２を有し、該発光光軸３２上に光学的分離手段であるビームスプリッタ７４が設けられる。該ビームスプリッタ７４は、可視光を透過し、赤外光を反射するものであり、前記ビームスプリッタ７４により、前記発光光軸３２から反射光軸３８と撮像光軸４４に分離されている。

該反射光軸３８上に前記測距部４が設けられる。

前記反射光軸３８上に発光素子３１が設けられ、前記反射光軸３８上に孔明きミラー３３が配設されている。前記孔明きミラー３３は前記反射光軸３８を分岐し、該分岐光軸上には測距受光部３９が設けられている。

前記発光素子３１からはパルスビームが発せられる。該発光素子３１は、例えば半導体レーザ等であり、測距光３７としての赤外光のパルスレーザ光線を発し、前記制御部６によって所要の状態でパルスレーザ光線が発光される様に制御される。該パルスレーザ光線は前記孔明きミラー３３を通過し、前記ビームスプリッタ７４により高低回動ミラー３５に向け反射され、該高低回動ミラー３５を経て測定対象物に照射される様になっている。該高低回動ミラー３５は偏向光学部材であり、前記発光光軸３２上に配設され、該発光光軸３２には集光レンズ３４が配設されている。前記高低回動ミラー３５は鉛直方向の前記発光光軸３２を水平方向の投光光軸３６に偏向する。

前記測距受光部３９には測定対象物からの反射測距光が前記高低回動ミラー３５、前記孔明きミラー３３を経て入射される。又、前記測距受光部３９には、前記測距光３７の分割された一部が内部参照光（図示せず）として入射する様になっており、反射測距光と内部参照光とに基づき測定対象物迄の距離を測定する様になっている。

前記発光素子３１、前記孔明きミラー３３、前記集光レンズ３４、前記高低回動ミラー３５、前記反射光軸３８等は前記測距部４を構成する。

前記発光光軸３２の前記ビームスプリッタ７４を貫通した前記撮像光軸４４上には画像受光部４３が設けられ、該画像受光部４３は前記鏡筒２８の底部に位置する。

前記画像受光部４３は多数の画素が平面上に集合されたもの、例えばＣＣＤであり、各画素は前記分岐光軸を中心として位置が特定されている。又画素の位置の特定は、例えば光軸を原点としたＸ−Ｙ座標が想定され、Ｘ座標、Ｙ座標によって特定される。更に、前記測距受光部３９に入射する光線の角度は前記画像受光部４３の画素の位置によって特定され、画角として表される。

前記高低回動ミラー３５、前記集光レンズ３４、前記画像受光部４３等は、前記撮像部５を構成する。

測定対象物からの撮像光は、前記投光光軸３６と一致する撮像光軸４４に沿って前記高低回動ミラー３５に入射され、該高低回動ミラー３５により反射された後、前記集光レンズ３４、前記ビームスプリッタ７４を透過して前記画像受光部４３に受光され、画像が取得される。

前記回転照射部８について説明する。

前記本体部ケーシング２７の上側に上部ケーシング４１が設けられ、該上部ケーシング４１の側壁の一部は投光窓４２となっている。前記回転照射部８は前記上部ケーシング４１の内部に収納される。

前記フランジ２９の上端にミラーホルダ４７が設けられ、該ミラーホルダ４７に回動軸４８を介して前記高低回動ミラー３５が回転自在に設けられ、該高低回動ミラー３５の一方の軸端に高低回動ギア５１が嵌着され、前記高低回動ミラー３５の他方の軸端には高低角検出器５２が設けられている。該高低角検出器５２は前記高低回動ミラー３５の回動角（回動位置）を検出し、前記制御部６に検出結果を送出する様になっている。

前記ミラーホルダ４７には高低回動モータ５３が取付けられ、該高低回動モータ５３の出力軸に高低回動駆動ギア５４が嵌着され、該高低回動駆動ギア５４は前記高低回動ギア５１に噛合している。前記高低回動モータ５３は、前記高低角検出器５２の検出結果に基づき前記制御部６により駆動が制御される様になっている。又、該制御部６は、前記水平回動モータ２０及び前記高低回動モータ５３を独立して駆動、或は同期して駆動制御可能となっている。

図４に於いて、前記レーザスキャナ１の制御系の構成について説明する。

前記制御部６には前記水平角検出器２６、前記高低角検出器５２、前記傾斜センサ５６からの検出信号が入力されると共に操作部５７から作業者が前記レーザスキャナ１を測定を開始するのに必要な条件、測定開始の指令等を入力できる様になっている。尚、前記操作部５７は前記本体部ケーシング２７等の筐体に設けられても、或は別途独立して設けられてもよい。

前記制御部６は前記水平回動モータ２０、前記高低回動モータ５３、前記整準モータ１７を駆動すると共に作業状況、測定結果等を表示する表示部５８を駆動する。又、前記制御部６には、メモリカード、ＨＤＤ等の外部記憶装置５９が設けられ、或は着脱可能に設けられている。

前記制御部６の概略を説明する。

該制御部６は、ＣＰＵで代表される演算部６１と、測距、高低角の検出、水平角の検出をする為に必要な測量データを得る為、前記発光素子３１の発光を制御し、又前記整準モータ１７、前記水平回動モータ２０、前記高低回動モータ５３等を制御するシーケンスプログラム、得られたデータを演算し、距離、３次元データを求める等する演算プログラム、距離データを処理する距離データプログラム、画像処理をする画像処理プログラム、データを前記表示部５８に表示させる為の画像表示プログラム等のプログラム、或はこれらプログラムを統合管理するプログラム等を格納し、更に測定データ、画像データ等のデータを格納する記憶部６２と、前記水平回動モータ２０を駆動制御する為の水平駆動部６３と、前記高低回動モータ５３を駆動制御する為の高低駆動部６４と、前記整準モータ１７を駆動制御する為の整準駆動部６５、及び前記測距部４により得られた距離データを処理する為の距離データ処理部６６と、前記撮像部５により得られた画像データを処理する画像データ処理部６７等を具備している。

前記演算部６１は、前記シーケンスプログラム、前記演算プログラム、前記距離データプログラム、前記画像処理プログラム、前記画像表示プログラムに基づき、必要な処理を実行する。

尚、前記距離データ処理部６６、前記画像データ処理部６７の機能を前記演算部６１に実行させてもよく、この場合前記距離データ処理部６６と前記画像データ処理部６７は省略できる。又、前記距離データ処理部６６、前記画像データ処理部６７を個別に具備することで、距離データ処理と、画像データ処理とを平行して実行でき、高速処理が可能となる。

又、前記距離データ処理部６６と前記画像データ処理部６７とを別途設けてもよい。例えば、別途ＰＣ６８（図５参照）を具備し、該ＰＣ６８に前記距離データ処理部６６と前記画像データ処理部６７の機能を実行させる様にしてもよい。この場合、距離データ、画像データを前記外部記憶装置５９に格納し、格納後、該外部記憶装置５９を前記ＰＣ６８に接続し、該ＰＣ６８で距離データ処理、画像データ処理を実行する様にしてもよい。尚、無線ＬＡＮ等所要の通信手段で、前記レーザスキャナ１で取得したデータを前記ＰＣ６８に送信する様にすれば、前記外部記憶装置５９は省略できる。

次に、図５〜図１０に於いて、前記レーザスキャナ１による測定作動、データ作成処理について説明する。

前記レーザスキャナ１を既知点に設置し、測定対象物７１を含む測定エリア７２を概略設定する。図示の場合は、前記測定対象物７１は建造物を含む自然の地形となっている。

前記レーザスキャナ１を前記測定エリア７２に正対させ、前記操作部５７より整準を実行させる。

前記整準駆動部６５を介して前記整準モータ１７が駆動され、前記レーザスキャナ１の傾斜は前記傾斜センサ５６によって検出され、該傾斜センサ５６の検出結果が前記制御部６にフィードバックされる。前記傾斜センサ５６が水平を検出する様に、前記整準モータ１７により前記調整螺子１４が回転される。

整準が完了すると、前記表示部５８に整準完了の表示がなされ、或は警告音等によって告知される。

整準が終了すると、前記測定エリア７２の撮像を行う。又、該測定エリア７２の広さが、画角（１回の撮像範囲）を超える場合は、分割して撮像を行う。

先ず、図５、図６により前記測定エリア７２が１回の撮像範囲内に収まる場合を説明する。

前記測定エリア７２を撮像し、該測定エリア７２のデジタル画像データを取得し、デジタル画像データ及び該画像データを取得した際の視準方向、即ち前記撮像光軸４４の方向（水平角、高低角）を前記記憶部６２に格納する。

尚、デジタル画像データは、前記画像受光部４３の画素それぞれの信号の集合であり、又画素それぞれの信号は、前記画像受光部４３内での位置を特定する信号を有している。又、該画像受光部４３内での位置は前記撮像光軸４４に対して方向が特定される。従って、前記測定エリア７２の画像を取得した際の前記撮像光軸４４の方向に基づいて各画素の水平角、高低角が求められる。又、前記記憶部６２に格納される画像データにより、各画素毎に水平角データ、高低角データ（番地データ）が算出可能である。

前記測定エリア７２の画像を前記表示部５８に表示させ、画像上で詳細測定エリア７２′を設定する。尚、前記シーケンスプログラムによって前記詳細測定エリア７２′が予め設定されている場合は、別途詳細測定エリア７２′を設定する必要はない。

前記操作部５７より測距の実行を指令し、或は前記シーケンスプログラムによって測距の実行が指令される。

前記高低回動ミラー３５の反射面が前記発光素子３１に対峙する様に前記高低回動ミラー３５の姿勢が設定されると共に前記水平回動モータ２０、前記高低回動モータ５３が駆動され、前記測定装置本体部７が水平方向に回転され、前記高低回動ミラー３５が高低方向に回転される。

前記発光素子３１から測距光がパルス発光され、前記孔明きミラー３３の孔を通過し、前記高低回動ミラー３５で偏向され、前記投光光軸３６上に投射される。又、前記測定対象物７１で反射された反射測距光は前記高低回動ミラー３５により前記発光光軸３２上に偏向され、前記孔明きミラー３３により反射されて前記測距受光部３９に受光される。

前記水平回動モータ２０と前記高低回動モータ５３が同期駆動され、パルス発光された前記測距光３７により、前記測定エリア７２の範囲が走査される。前記測距部４に於いて反射測距光に基づき各パルス毎に距離測定がなされる。

各パルス毎に測距された距離データが取得される。又、パルス発光された時の前記水平角検出器２６の検出水平角、前記高低角検出器５２の検出高低角も同時に取得され、各距離データは高低角データ、水平角データと関連付けられて前記記憶部６２に格納される。尚、各画素に関する水平角と距離データに関する水平角とは等しく対応し、各画素に関する高低角と距離データに関する高低角の関係は、（画素高低角−９０°）＝（距離データ高低角）となる。

ここで、前記測定エリア７２の広さにもよるが、取得する距離データの数は、数百万〜数千万に及ぶ。取得された距離データと高低角データ、水平角データとを関連付けることで、測定点の３次元データが得られる。

又、前記測距部４と前記撮像部５とは前記測定装置本体部７に一体に設けられ、前記回転機構部３により一体に水平回転されるので、距離データと画像データ間で回転による位置ずれは生じない。更に、前記画像データの各画素毎の水平角データ、高低角データは、前記距離データに関連付けられた高低角データ、水平角データと１対１に対応するので、前記距離データと前記画像データとは高低角データ、水平角データに基づき、直ちに関連付けが可能である。

前記測距光３７による前記詳細測定エリア７２′全域の走査が完了することで、画像データ、距離データ、高低角データ、水平角データを含む３次元データ群（点群データ）の取得が完了する。

次に、前記測定エリア７２の広さが前記撮像部５の画角、即ち１回の撮像範囲を超える場合は、図７〜図９に示される様に分割して撮像を行う。図７では、前記測定エリア７２を８分割した例を示している。

分割して撮像する場合は、第１分割エリア７３ａ、第２分割エリア７３ｂ、…、第８分割エリア７３ｈ、それぞれについて、撮像方向の設定を行う。撮像方向の設定は、前記各分割エリア７３ａ〜７３ｈ毎に、視準方向の設定、即ち水平角の設定、高低角の設定を行う。ここで、水平角、高低角とは、撮像光軸即ち前記投光光軸３６の水平角、高低角を意味する。

又、隣接する分割エリアは、所要範囲、オーバラップする様に設定される。

前記操作部５７より測距の実行を指令し、或は前記シーケンスプログラムによって測距の実行が指令される。

前記高低回動ミラー３５の反射面が前記画像受光部４３に対峙する様に前記高低回動ミラー３５の姿勢が設定されると共に前記水平回動モータ２０、前記高低回動モータ５３が駆動され、前記測定装置本体部７が水平方向に回転され、前記高低回動ミラー３５が高低方向に回転される。

前記水平角検出器２６で検出した水平角、前記高低角検出器５２により検出した高低角が前記制御部６にフィードバックされ、前記投光光軸３６が前記各分割エリア７３ａ〜７３ｈの水平角、高低角に合致する様に制御される。

前記各分割エリア７３ａ〜７３ｈ毎に、設定した水平角、高低角と前記水平角検出器２６、前記高低角検出器５２が検出した水平角、高低角とが合致した状態で、前記各分割エリア７３ａ〜７３ｈの撮像が行われる。

該各分割エリア７３ａ〜７３ｈに対応する分割画像はデジタル分割画像データとして、それぞれ水平角、高低角と関連付けられ前記記憶部６２に格納される。又、前記分割エリア７３ａ〜７３ｈに対応する分割画像は、オーバラップ部分を重合させることで合成され、合成画像は前記測定エリア７２の画像として前記記憶部６２に格納される。

尚、前記分割エリア７３ａ〜７３ｈに対応するデジタル分割画像データは、ぞれぞれ前記撮像光軸４４の方向（水平角、高低角）に関連付けられているので、前記分割画像の各画素は前記撮像光軸４４の方向に基づいて各画素の水平角、高低角が求められる。従って、前記測定エリア７２全域の、各画素毎に水平角データ、高低角データ（番地データ）が算出可能である。

前記測定エリア７２の画像を前記表示部５８に表示させ、画像上で前記詳細測定エリア７２′を設定する。尚、前記シーケンスプログラムによって前記測定エリア７２に対する前記詳細測定エリア７２′が予め設定されている場合は、別途詳細測定エリア７２′を設定する必要はない。

前記操作部５７より測距の実行を指令し、或は前記シーケンスプログラムによって測距の実行が指令され、又前記シーケンスプログラムによって測距が実行されることで前記測定エリア７２′の点群データが取得される。

尚、前記詳細測定エリア７２′の測距については、分割しない場合の測距と同様であるので説明を省略する。

更に、画像付き３次元データの作成の処理について説明する。

尚、前記測定エリア７２が１回の撮像範囲より小さい場合と、該測定エリア７２を分割して撮像し、分割画像を合成する場合とは略同様に処理される。

ＳＴＥＰ：０１ 分割エリアの画像付き３次元データ作成を前記操作部５７より指令すると、前記記憶部６２より測定シーケンスプログラム、演算プログラム、画像処理プログラム等、画像付き３次元データ作成をする為の必要なプログラムが起動される。

ＳＴＥＰ：０２ 前記操作部５７より前記測定エリア７２を概略設定する。

ＳＴＥＰ：０３ 前記撮像部５により前記測定エリア７２の画像が撮像される。前記撮像部５の画角が前記測定エリア７２より大きい場合は、１回の撮像により得られた画像が前記測定エリア７２の画像として前記記憶部６２に格納される。又、前記撮像部５の画角が前記測定エリア７２より小さい場合は、該測定エリア７２が所要分割されて前記分割エリア７３毎に撮像が実行され、該分割エリア７３の画像が取得され、得られた分割画像データは、撮像方向（前記投光光軸３６即ち撮像光軸４４の水平角、高低角）に関連付けられて前記記憶部６２に格納される。更に、分割画像データが合成され、前記測定エリア７２の画像として前記記憶部６２に格納される。

ＳＴＥＰ：０４ 前記測定エリア７２の画像が前記表示部５８に表示され、前記測定エリア７２の画像上で測定エリア(詳細測定エリア７２′）が詳細設定される。

ＳＴＥＰ：０５ 次に、前記詳細測定エリア７２′内の測量が実行される。測量の実施は前記詳細測定エリア７２′の範囲で、パルス測距光が前記測定対象物７１を走査することで、各パルス毎（各測定点毎）に測距が実行され、各測定点毎の距離データが取得される。又、１パルス毎の高低角、水平角が、前記水平角検出器２６、前記高低角検出器５２によって検出され、検出結果は前記水平角検出器２６、前記高低角検出器５２から取込まれ、各距離データ毎に関連付けられ、前記記憶部６２に格納される。

ＳＴＥＰ：０６ 全ての前記測定点の距離データと、各距離データに関連付けられた高低角、水平角によって測定点の３次元位置データ群が演算され、前記詳細測定エリア７２′についての３次元位置データ群（点群データ）が作成される。

ＳＴＥＰ：０７ 前記測定エリア７２′の画像に関する前記撮像光軸４４の方向（水平角、高低角）は既知となっており、前記画像データの各画素の水平角、高低角は前記撮像光軸４４に関して演算によって求められる。従って、前記画像データの各画素と前記点群データの個々との関連付けは、画素の高低角に基づき関連付けが行える。又、前記撮像部５の撮像光軸４４と前記測距部４の測距光軸（即ち投光光軸３６）とは同一であり、又該測距部４と前記撮像部５とは一体に水平回転するので、前記画像データと前記点群データとの位置関係にずれは生じない。従って、前記画像データと前記３次元データとの関連付けに於いて、光軸合せ、画像の回転等の画像処理を必要としない。又、別途測定対象物の基準点等の設定をする必要がなく、又画像から対応する基準点の抽出を行う必要がない。更に、画像から基準点の抽出を行う必要がないので、抽出時に生じる誤差もない。

ＳＴＥＰ：０８ 上記した様に、点群データのデータ数は、数百万点から数千万点に及ぶ。点群データをＴＩＮ化（不定形三角網化）されるが、ＴＩＮ化の態様によりデータの圧縮、データの省略が可能であり、前記演算部６１の負担を軽減する。

尚、不定形三角網は３次元データを頂点とする３角形で構成されるが、頂点とする為に選択する３次元データを粗く選択するか、細かく選択するかで不定形三角の大きさが異なる。図１１（Ａ）は粗く３次元データを選択した場合、図１１（Ｄ）は細かく３次元データを選択した場合を示し、図１１（Ｂ）〜図１１（Ｃ）はその中間を示している。

ＴＩＮ化することで、演算処理が実行される場合に不定形三角内に含まれる３次元データが省略される（データが圧縮される）。尚、不定形三角面内の位置データの算出については、上記した特許文献１に示されている。

而して、ＴＩＮ化する場合のパターンを幾つか準備することで、取得した点群データを保持したまま、データの圧縮率を大きくして高速処理を実施する態様と、データの圧縮率を小さくして細密処理を実施する態様等、状況に応じた処理態様を選択することができる。

ＳＴＥＰ：０９ ＴＩＮ化した点群データと画像データとのテクスチャマッピングが行われる。ここで、ＴＩＮ化する場合の不定形三角頂点のデータについての高低角、水平角は既に取得され、又画像データ中の各画素の高低角、水平角は既知であるので、前記不定形三角頂点は、高低角、水平角を基に画像データ中の画素を直ちに特定でき、点群データと画像データとのテクスチャマッピングは容易に実施される。

ＳＴＥＰ：１０ 点群データと画像データとのテクスチャマッピングにより、画像付き３次元データが作成される。

尚、ＳＴＥＰ：０７で関連付け、作成された前記画像データ、点群データ及び各画素と前記点群データの個々との関連付けはデータファイルとして前記記憶部６２或は前記外部記憶装置５９に格納され、以後のデータの連結等、後処理に利用される（ＳＴＥＰ：２１）。

次に、前記レーザスキャナ１により複数の測定エリア７２について測定し、各測定エリア７２について画像付き３次元データを作成した場合に、複数の測定エリア７２の画像付き３次元データを連結する場合を説明する。尚、複数の測定エリア７２の画像付き３次元データを連結する場合、前記測定エリア７２の画像は一部オーバラップして取得されている。

図１２により、複数の測定エリア７２について作成した画像付き３次元データを連結する場合を説明する。尚、以下の場合は、前記レーザスキャナ１の設置位置を変更しないで複数の測定エリア７２に画像付き３次元データを作成した場合を示している。

ＳＴＥＰ：１１ 各測定エリア７２ａ、測定エリア７２ｂ、…、測定エリア７２ｎについて、図１０で示したＳＴＥＰ：０１〜ＳＴＥＰ：０７を実行して、それぞれ画像データ、３次元データの取得を行い、更に３次元データと画像データとの関連付けを行う。

尚、各測定エリア７２ａ、測定エリア７２ｂ、…、測定エリア７２ｎについての画像データの撮像範囲は、隣接する画像データ同士が所要量オーバラップする様に設定される。

ＳＴＥＰ：１２ 各測定エリア７２ａ、測定エリア７２ｂ、…、測定エリア７２ｎ毎に、画像データ、３次元データ群、３次元データと画像データとの関連付け情報等を含むデータファイルを作成し、前記記憶部６２に格納する。

ＳＴＥＰ：１３ 前記隣接する各測定エリア７２ａ、測定エリア７２ｂ、…、測定エリア７２ｎについて連結する。

ＳＴＥＰ：１４ 前記隣接する各測定エリア７２ａ、測定エリア７２ｂ、…、測定エリア７２ｎの連結は、画像データを連結することで、実行される。画像データの連結は、オーバラップ部分を重合させ、重合部分のマッチングにより画像データの連結を行う。尚、重合部分のマッチングは、前記レーザスキャナ１の設置位置を変更していない場合は、直ちにマッチングが可能である。

ＳＴＥＰ：１５ 画像の各画素毎に、３次元データが関連付けられているので、画像の連結を行うことで、点群データの連結も実行される。更に、全ての各測定エリア７２ａ、測定エリア７２ｂ、…、測定エリア７２ｎについて画像の連結を実行することで、複数の測定エリア７２ａ、測定エリア７２ｂ、…、測定エリア７２ｎの点群データの連結が完了する。

ＳＴＥＰ：１６ 全ての各測定エリア７２ａ、測定エリア７２ｂ、…、測定エリア７２ｎについて、画像データの連結、点群データの連結を行うことで、複数の測定エリア７２ａ、測定エリア７２ｂ、…、測定エリア７２ｎ全域での画像データの取得、点群データの取得、更に測定エリア７２ａ、測定エリア７２ｂ、…、測定エリア７２ｎ全域について画像データと点群データの関連付けが行われる。

ＳＴＥＰ：１７ 前記測定エリア７２ａ、測定エリア７２ｂ、…、測定エリア７２ｎ全域についての点群データのＴＩＮ化が行われる。

点群データのＴＩＮ化は、上記ＳＴＥＰ：０８と同様に実施され、データの圧縮、データの省略が行われて、前記演算部６１の負担が軽減される。

ＳＴＥＰ：１８ 上記ＳＴＥＰ：０９と同様にして、ＴＩＮ化した点群データと画像データとのテクスチャマッピングが行われる。

ＳＴＥＰ：１９ 上記ＳＴＥＰ：１０と同様に、点群データと画像データとのテクスチャマッピングにより、前記測定エリア７２ａ、測定エリア７２ｂ、…、測定エリア７２ｎ全域についての画像付き３次元データが作成される。

尚、ＳＴＥＰ：１６で関連付け、作成された前記画像データ、点群データ及び各画素と前記点群データの個々との関連付けはデータファイルとして前記記憶部６２或は前記外部記憶装置５９に格納され、以後のデータの連結等、後処理に利用される（ＳＴＥＰ：２１）。

次に、図１３、図１４に於いて、前記レーザスキャナ１の設置位置を変更して取得した、複数の３次元データ付き画像の連結について説明する。

前記レーザスキャナ１がＡ点に設置され、Ａ点から第１測定エリア７２-1について画像データ、点群データ取得が行われる。又、前記レーザスキャナ１が移動され、Ｂ点に設置され、Ｂ点から第２測定エリア７２-2について画像データ、点群データ取得が行われる。

ここで、前記第１測定エリア７２-1、前記第２測定エリア７２-2が、図６に示される様に、前記レーザスキャナ１の前記撮像部５の画角より小さい場合は、前記測定エリアの画像データが１回の撮像で取得され、又前記第１測定エリア７２-1、前記第２測定エリア７２-2が、図７〜図９に示される様に、前記測定エリアが前記撮像部５の画角より大きい場合は、前記測定エリア７２が分割され、画像データが取得される。

尚、前記第１測定エリア７２-1の画像データと前記第２測定エリア７２-2の画像データとは所要部分がオーバラップして取得される。

ＳＴＥＰ：２１ 前記第１測定エリア７２-1、前記第２測定エリア７２-2についての測定エリアのデータファイルは、図１０に示されるＳＴＥＰ：０１〜ＳＴＥＰ：０７の過程を経て作成される。

ＳＴＥＰ：２２ 前記第１測定エリア７２-1のデータファイルと前記第２測定エリア７２-2のデータファイルを基に前記第１測定エリア７２-1のデータと前記第２測定エリア７２-2のデータとの合成が行われる。

ＳＴＥＰ：２３ 上記した様に前記第１測定エリア７２-1の画像データと前記第２測定エリア７２-2の画像データとは一部オーバラップする様に取得されているので、オーバラップ部分に基づき画像データによるマッチングが行われる。

画像データのマッチングは、オーバラップした部分での両画像中の共通点を抽出し、一方の画像を基準として共通点が重合する様に他方の画像を座標変換する。更に高精度な画像マッチングを行うには、座標変換後投影歪みに有効なマッチング手法である、最小２乗マッチング：ＬＳＭ（Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）を用いてマッチングを実施する。

ＳＴＥＰ：２４ 前記第１測定エリア７２-1の画像データと前記第２測定エリア７２-2の画像データとをマッチングさせることで、前記第１測定エリア７２-1の画像データと前記第２測定エリア７２-2の画像データとが連結される。又画像同士の連結により、前記第１測定エリア７２-1の画像データと対応する点群データ、前記第２測定エリア７２-2の画像データと対応する点群データも連結され、同時に前記第１測定エリア７２-1、前記第２測定エリア７２-2の連結された画像データと同時に前記第１測定エリア７２-1、前記第２測定エリア７２-2の連結された点群データとの関連付けもなされる。

図１５は点群データ（Ａ）と点群データ（Ｂ）とが連結され、点群データ（Ｃ）に合成された状態を示している。

関連付けされた連結画像データ、連結点群データは前記第１測定エリア７２-1と前記第２測定エリア７２-2との合成データファイルとして前記記憶部６２、又は前記外部記憶装置５９に格納される。格納された合成データファイルは以後のデータの連結等、後処理に利用される（ＳＴＥＰ：３１）。

ＳＴＥＰ：２５ 点群データをＴＩＮ化してデータの圧縮、データの省略をして前記演算部６１の負担を軽減する。

ＳＴＥＰ：２６ ＴＩＮ化した点群データと画像データとのテクスチャマッピングが行われる。ここで、ＴＩＮ化する場合の不定形三角頂点のデータについての高低角、水平角は既に取得され、又画像データ中の各画素の高低角、水平角は既知であるので、前記不定形三角頂点は、高低角、水平角を基に画像データ中の画素を直ちに特定でき、点群データと画像データとのテクスチャマッピングは容易に実施される。

ＳＴＥＰ：２７ 点群データと画像データとのテクスチャマッピングにより、画像付き３次元データが作成される。

尚、図１２のＳＴＥＰ：２１で得られた測定エリア全域のデータファイルを複数用いて、或は図１４のＳＴＥＰ：３１で得られた合成データファイルを複数用いてデータの連結を行い、更に広範囲の画像付き３次元データを作成することが可能である。

図１６、図１７は本発明に係るレーザスキャナ１の第２の例を示している。尚、図１６と図１７は、図２と図３と同様の関係にある。又、図１６、図１７中、図２と図３中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第１の例のレーザスキャナ１では、発光光軸３２と撮像光軸４４とを高低回動ミラー３５によって切替える様にしたが、第２の例のレーザスキャナでは、前記発光光軸３２と前記撮像光軸４４とを光学的に分離したものである。撮像光学系、測距光学系を除き、整準部２、回転機構部３、回転照射部８等の機構については第１の例と同様である。

測距光としては赤外光が使用され、発光素子３１は赤外光のパルスレーザ光線を発する。

鏡筒２８の内部、前記発光光軸３２上に光学的分離手段であるビームスプリッタ７４が設けられる。該ビームスプリッタ７４は、可視光を透過し、赤外光を反射するものであり、前記ビームスプリッタ７４により、前記発光光軸３２から反射光軸３８が分離されている。

前記発光素子３１から射出された測距光３７は前記ビームスプリッタ７４で前記発光光軸３２上に反射され、更に前記高低回動ミラー３５によって投光光軸３６上に照射される。

該投光光軸３６に反射された反射測距光は前記高低回動ミラー３５、前記ビームスプリッタ７４、孔明きミラー３３で反射され、測距受光部３９で受光され、距離測定が行われる。

又、測定対象物からの撮像光は、前記高低回動ミラー３５で反射され、前記ビームスプリッタ７４を透過して画像受光部４３に受光され、画像が取得される。

第２の例のレーザスキャナ１に於いても、撮像光軸と測距光軸が同一であり、又測距部４と撮像部５とが一体に回転するので、点群データと画像データの関連付けが容易である。又、前記高低回動ミラー３５による光軸の切換えをしないので、点群データと画像データの関連付けは更に容易である。

尚、上記したレーザ光線として赤外光を使用したが、照射点の視認が必要とされる場合は、赤色、又は緑色のレーザ光線が用いられてもよい。

前記撮像装置８１（図１参照）は、撮像した画像がデジタルデータとして得られるものが好ましく、例えばデジタルカメラが用いられる。尚、フィルム等に撮像した画像をデジタルデータに変換してもよい。

前記撮像装置８１は、画像データを格納でき、運搬可能な記憶媒体が装脱可能となっており、記憶媒体としては例えばメモリカードが挙げられ、該メモリカードを介して画像データを前記測量データ処理装置９１に入力できる。

図１８に於いて、該測量データ処理装置９１の概略について説明する。

該測量データ処理装置９１は、演算制御部（ＣＰＵ）９２、主記憶部９３、入出力制御部９４、表示部９５、補助記憶部９６、操作部９７によって概略構成されている。

前記主記憶部９３にはプログラム格納域、データ格納域が形成され、前記プログラム格納域には、画像処理プログラム、所要の演算を実行する演算プログラム、データ処理を管理進行するシーケンスプログラム等から構成される測量データ処理プログラム、画像表示プログラム等のプログラムが格納され、前記データ格納域にはレーザスキャナ１で取得した点群データ、該点群データに関連付けられた主画像データ、前記撮像装置８１により取得された補足画像データ等が格納される。

前記補助記憶部９６は、メモリカードリーダライタ、ＤＶＤドライブ、ＦＤドライブ、或は着脱可能な可搬なＨＤＤ等であり、前記レーザスキャナ１で取得された点群データ、主画像データは、メモリカード、ＤＶＤ、ＦＤ等の記録媒体に書込まれ、記録媒体が前記補助記憶部９６に装填され、読込まれることで前記主記憶部９３に書込みがされ、或は前記可搬なＨＤＤにデータが書込まれ、該可搬なＨＤＤが前記主記憶部９３に接続され、前記演算制御部９２を介して前記可搬なＨＤＤのデータが前記主記憶部９３にに書込まれる様になっている。

又、前記撮像装置８１が、デジタルカメラ等の撮像画像を電子データとして取得可能な場合、撮像され取得された補足画像はデジタルデータとしてメモリカードに記録され、該メモリカードが前記補助記憶部９６に装着されることで、前記主記憶部９３に補足画像データを格納することができる。

前記撮像装置８１が、感光フィルムに画像を記録するアナログ式のカメラ等であった場合は、画像をイメージスキャナ等で電子データに変換し、変換した電子データをメモリカード、ＤＶＤ等に書込み、メモリカード、ＤＶＤ等を前記補助記憶部９６に装填することで、同様にして前記主記憶部９３に補足画像データを格納することができる。

又、前記レーザスキャナ１と前記測量データ処理装置９１とを無線ＬＡＮ等で接続することにより、無線通信を記録媒体とし物理的な記録媒体の授受なく、前記レーザスキャナ１と前記測量データ処理装置９１間でデータの授受が可能となる。

前記操作部９７は、例えばキーボード、マウス等に代表され、測定者が測量の条件の入力、測定開始等所要の指示を前記演算制御部９２に与えるものである。

図１９に於いて、本発明に於ける測量データ処理の基本的な流れを説明する。

ＳＴＥＰ：３１ レーザスキャナ１によりパルスレーザ光線を照射して、測定エリアを走査し、測定エリアの主点群データを取得する。更に、前記撮像部５により測定エリアの主画像データを取得する。前記主点群データはＴＩＮ化され、該主点群データに前記主画像データがテクスチャマッピングされる。

取得された主点群データは、主画像データ、主点群データに主画像がテクスチャマッピングされたデータは、前記外部記憶装置５９を介して記憶媒体、例えばメモリカードに記録される。該メモリカードは前記外部記憶装置５９から取出され、前記補助記憶部９６に装填される。前記メモリカードから主点群データ等のデータが読取られ、前記主記憶部９３に格納される。

ＳＴＥＰ：３２ 主点群データを前記表示部９５に表示させ、主点群データの未取得データ範囲を判別する。例えば、未取得データ範囲は、車両、樹木等で陰になった欠落部分９８（図２０参照）であり、主点群データを表示させることで、目視で直ちに判別できる。尚、主点群データの表示は主画像データと共に表示してもよい。

又、主点群データの点データの内、隣接する点データが欠けている境界点データを検出し、境界点データを結線し、ポリラインを作成するデータ処理を実行することで、前記未取得データ範囲が自動的に判別される。以下、前記未取得データ範囲が欠落部分９８であった場合を説明する。

ＳＴＥＰ：３３ 前記撮像装置８１により、未取得データ範囲をステレオ撮影する。ステレオ撮影は、前記欠落部分９８を左右、上下の少なくとも２方向から撮影し、画像を取得する。方向を変えて撮像する場合、一部をオーバラップさせる。使用する撮像装置８１としては、撮像画像を電子データとして記録するデジタルカメラ等が好ましい。取得された画像データは、補足画像データとしてメモリカード等の記録媒体に格納される。

尚、前記欠落部分９８が大きい場合は、全体がカバーできる様に多数枚の補足画像データを取得する。

ＳＴＥＰ：３４ メモリカードを前記補助記憶部９６に装填し、補助画像データを前記主記憶部９３に格納する。前記補助画像データは、例えば左画像、右画像の順に格納し、ステレオペアとして登録する。又、前記補助画像データの登録に併せて、撮像方向、撮像位置、撮像光軸に関する傾き等、撮像条件（キャリブレーションデータ）も登録する。

ＳＴＥＰ：３５ ステレオペアとなっている補足画像データが選択され、ステレオ画像を作製する為の標定処理が行われる。ステレオペアの補足画像データの標定は、主点群データから選択した点に基づき行われる。従って、取得画像中の標定の為の基準点設定、測定は省略される。尚、標定処理については、後で詳述する。

ＳＴＥＰ：３６ ＳＴＥＰ：３５の標定結果に基づき、任意に撮影された画像からステレオ画像（偏位修正画像）を作成する。

該ステレオ画像は、左右画像の相対的な傾きを補正した縦視差のない画像であり、立体視をすることも可能である。前記ステレオ画像上に前記主点群データを表示し、前記ステレオ画像が前記欠落部分９８を抜けなく覆っているかどうかが確認される。同時にスキャンデータの整合性（測定データの異常がないかどうか）等がチェックされる。

補足画像データの抜けや、点群データの整合性に異常のある部分について、再計測部分とする。補足画像データの抜けに関しては、抜け部分について再度画像を取得し、ステレオ画像を作成する。又点群データの整合性に異常のある部分については、画像上をマウス等を用いてマニュアルで再測定範囲を指定するか、上記した様にポリラインを自動で作成し、測定範囲とし、前記レーザスキャナ１によって再度測定し、再測定点群データを取得する。再測定点群データは前記主点群データに合成する。

ＳＴＥＰ：３７ ＳＴＥＰ：３６で作成したステレオ画像から、補足画像取得範囲の補足点群データをデータ処理により、自動測定を行う。

補足点群データの点間の間隔は、前記レーザスキャナ１で測定した点間の間隔と同じになる様に点間の間隔を設定する。自動測定により得られた補足点群データは前記主記憶部９３に格納される。

ＳＴＥＰ：３８ 主点群データから所定数の基準点を選択し、又前記補足点群データから前記基準点に対応する対応点を選択し、基準点と対応点に基づき前記主点群データと前記補足点群データとのマッチングを行う。

ＳＴＥＰ：３７で取得した前記補足点群データを前記主点群データに合成する。尚、ステレオ画像の標定は、主点群データを用いて標定しており、ステレオ画像にて測定された補足点群データは主点群データと同じ座標系として計算されている。従って、主点群データの前記欠落部分９８の補足点群データによる補充は、複雑な処理をすることなく直ちに実行される。

次に、上記測量データ処理の基本的な流れのうち、主要なデータ処理について個別に説明する。

先ず、図２１を参照して、ステレオ画像の標定について説明する。

ＳＴＥＰ：４１ レーザスキャナ１で取得した主点群データの欠落部分９８を判別、又は検出し、該欠落部分９８をデジタルカメラで撮影し、該欠落部分９８の補足画像データを取得する。補足画像データを前記主記憶部９３に格納し、補足画像データに基づき前記欠落部分９８の画像を表示させる。

ＳＴＥＰ：４２ 登録した画像の内、ステレオペアとなる画像を所定の順序（例えば、右画像、左画像）で指定する。ステレオペアの指定は、画像上でマウス等で指定してもよく、プログラムに欠落部分９８を検出させ、該欠落部分９８に該当する補足画像データを検索させる様にしてもよい。

ＳＴＥＰ：４３ 欠落部分が複数ある場合、或は欠落した部分が大きい場合、欠落部分に該当するステレオペア画像、或は該当する複数のステレオペア画像を標定処理用として登録する。

ＳＴＥＰ：４４ ＳＴＥＰ：４３で登録した補足画像及び主点群データを前記表示部９５に表示させる。尚、主点群データの表示は、該主点群データに画像をテクスチャマッピングした状態で表示させてもよい。

ＳＴＥＰ：４５ 表示させた主点群データ、補足画像を対比させ、補足画像による充足が不完全である場合は、不足部分を前記撮像装置８１により更に撮像して画像データの追加を行う。補足画像が完全に前記欠落部分９８を充足している場合は、標定点を選択し、座標を計測する。

標定点とは、ステレオ画像の場合、左右画像上の対応点（同一点）の画像上の座標（ｘ，ｙ）であり、パスポイントとも呼ばれる。

相互標定では、パスポイントを６点以上計測する必要がある。又、これらのパスポイントの内、基準点として３点以上の地上座標（Ｘ,Ｙ,Ｚ）を与えると、ステレオ画像の絶対標定を行う事ができる。

ＳＴＥＰ：４６ 左画像又は右画像上にて、標定点を測定したい部分をマウスで指定し左右画像のマッチングを行う。マッチングの処理としては、相関処理、ＳＳＤＡ（差分）、最小２乗相関（ＬＳＭ）等を用いる。

マッチングが正常にできない部分（テクスチャがない等）は、マニュアルで正確に左右画像の対応点を測定する。

例えば、左画像から右画像へのマッチングを行う場合、左画像で指定した概略の位置を中心として、指定した左画像上にウィンドウと呼ばれる正方領域のテンプレートを設定し、そのテンプレートと同じ大きさのウィンドウを右画像上で動かして、左画像と右画像との画像の濃度値が最も類似している位置を探索し、対応点を決定する。ここで類似度とは、正規化した相関処理の場合、最大１であり、ＳＳＤＡ（差分）の場合、最小値（０）が最も類似している値となる。

ここでは一例として、テンプレートの大きさは左画像で１５×１５画素（左画像のテンプレート１０１とする）、探索幅はその倍以上とし、右画像でのウィンドウの大きさは３１×３１画素（右画像のウィンドウ１０２とする）程度を設定する。又、左画像から右画像への探索を行った後、その結果を使って右画像から左画像のバックマッチングを行う事により、求められた対応点の一致を評価して信頼性を高めることもできる。

更に、ここでは測定対象物の凹凸形状や投影歪みに有効なマッチング手法として、最小２乗マッチング：ＬＳＭ（Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）を用い、画像間のマッチングを高精度に行う。最小２乗マッチングは、図２２に示される様に、右画像上の前記ウィンドウ１０２の形状をアフィン変形させながらマッチング（パターン比較）を行い、対応点をサブピクセル単位で計測する手法である。

パターン比較を行う際の前記テンプレート１０１をｆ１（ｉ，ｊ）、変形された前記ウィンドウ１０２をｆ２（ｘ，ｙ）とし、該ウィンドウ１０２の変形を次式のアフィン変換によって近似する。

ｘ＝ａ1 ｉ＋ａ2 ｊ＋ａ3
ｙ＝ａ4 ｉ＋ａ5 ｊ＋ａ6

又、各々比較する画素に於ける濃度差は、以下の式で与えられる。
Σｄ（ｉ，ｊ）^２→ｍｉｎ
ｄ（ｉ，ｊ）＝ｆ1 （ｉ，ｊ）−ｆ2 （ｘ，ｙ）
＝ｆ1 （ｉ，ｊ）−ｆ2 （ａ1 ｉ＋ａ2 ｊ＋ａ3 ，ａ4 ｉ＋ａ5 ｊ＋ａ6 ）

次に、Σｄ（ｉ，ｊ）^２→ｍｉｎを満たす様な、ａ1 〜ａ6 を決定する。

ここで、ａ１，ａ２，ａ４，ａ５は前記ウィンドウ１０２の変形を表し、ａ３，ａ６が求めるべき検出位置の座標となり、サブピクセル精度で求める事ができる。相互標定では、この左右の対応点（パスポイント）を６点以上、計測する必要がある。

ＳＴＥＰ：４７ 補足画像データに関して左右画像との対応付けをマッチングにより求めた後、その左右画像中の位置と同一の位置を主点群データから求め、補足画像データと主点群データとのマッチングを行う。

主点群データと補足画像データとのマッチングの一方法としては、主画像データと補足画像データとの画像マッチングにより実行する。

即ち、主点群データにテクスチャマッピングした主画像データを前記表示部９５に表示し、又補足画像データ（ＳＴＥＰ：４６で得られたステレオ画像の右画像又は左画像）を前記欠落部分９８を覆う様に重ねて表示し、補足画像データと主画像データとのマッチングを行う。而して、補足画像データと主画像データとのマッチングを介して主点群データと補足画像データとのマッチングが実行される。

尚、主点群データと補足画像データとのマッチングができない場合には、マニュアルにて対応点を測定する。

左右画像（補足画像データ）中の位置と主点群データの同一の位置との対応付けが求まると、その位置での主点群データから座標（Ｘ,Ｙ,Ｚ）を取得し、座標を取得した点を測定点、例えば測定点：０１と設定して、測定が完了する。主点群データとの補足画像データ対応は、全てのパスポイントを対応付けする必要はなく、絶対標定を行う為には基準点として３点以上の座標（Ｘ,Ｙ,Ｚ）があればよい。

ＳＴＥＰ：４８ 標定点のチェックを行う。標定点を６点以上、又点群データから選択した基準点３点以上の点数チェックを行う。ＯＫであればＳＴＥＰ：４９に進み、ＮＧならばＳＴＥＰ：４５に戻る。

ＳＴＥＰ：４９ 前記撮像装置８１で撮影した時の左右画像の相対的な位置と傾きを求める相互標定計算とステレオ画像の基準点に対する位置と傾きを求める絶対標定を計算する。

計算結果は、相互標定の場合には左右画像のモデル座標の縦視差の標準偏差によりチェックされ、又絶対標定の場合には、基準点Ｘ、Ｙ、Ｚと計算して得られた座標Ｘ′、Ｙ′、Ｚ′との残差の標準偏差等でチェックされ、いずれも基準値を満たす場合には標定を終了する。基準値を満たさない場合には、ＳＴＥＰ：４５に戻り、標定点の修正（再測定）、追加等を行う。

次に、図２３を参照して点群データを用いたステレオマッチングについて説明する。

ＳＴＥＰ：５１ ＳＴＥＰ：３５、及びＳＴＥＰ：４１〜ＳＴＥＰ：５０の処理で得られた標定結果に基づき、補足画像データの左右画像の相対的な傾きを補正して、補足画像データに基づきステレオ画像（偏位修正画像）を作成する。該偏位修正画像は、左右画像の縦視差を補正した画像であり、左右画像の同一箇所の縦方向（Ｙ座標）は完全に一致する。その為、以降の左右画像のステレオマッチングの１次元探索を可能にする。

ＳＴＥＰ：５２ ステレオ画像上に主点群データを表示する。

レーザスキャナ１によりパルスレーザ光線を照射して、測定エリアをレーザースキャンした際に、測定エリア内に車が止まっていたとすると、車部分が陰となって主点群データに欠落部分９８（図２０参照）が生じる。

ＳＴＥＰ：５３ 主点群データの欠落部分９８をチェックし、ステレオ画像内で補足計測範囲を設定する。補足計測範囲は、ポリゴン（連続で結線した線）で指定する。

補足計測範囲の設定は、マウス等を用いて、マニュアルで指定するか、穴あき部分を自動的に認識して、周囲の点群データを自動的に結線して指定する。

ＳＴＥＰ：５４ ステレオ画像より補足点群データを測定する場合の測定間隔を入力する。測定間隔を特に指定しない場合は、レーザースキャンで得られた主点群データの平均の測定間隔が表示される。主点群データと同じ密度で画像計測により補足点群データを取得する場合、前記測定間隔にてそのまま測定を行う。

ＳＴＥＰ：５５ 主点群データと同じ密度で画像計測により補足点群データを取得する場合は、指定した範囲内に入力した前記測定間隔にて、ステレオ画像の一方の画像、例えば左画像上に測定点を設定する。

ＳＴＥＰ：５６ ＳＴＥＰ：５５で設定した測定点のマッチングを行う前に、画像を１／２ずつに縮小して作成したピラミッド画像を作成する。ピラミッド画像の段階は、最も小さい画像のサイズが２５６×２５６サイズ程度になる迄作成し、これは処理する画像のサイズに依存する。

図２４では、１／１６まで画像を縮小した例を示している。

マッチングは粗密探索法により、最も粗い段階の１／１６から始め、１／８、１／４、１／２、そして等倍画像へと収束させる。粗密探索法は、繰返しパターンや投影歪み等の影響を少なくし、マッチングの信頼性を高めると共に、高速な処理を可能とする。

ＳＴＥＰ：５７ ＳＴＥＰ：５３にてステレオ画像内で測定範囲を設定したポリラインの内部を３角形で結び、ＴＩＮを作成する。ポリラインの頂点は３次元データであり、ＴＩＮを形成する事により、最初の段階のマッチングの初期値、視差を３角形から内挿する事ができる。又、この視差の初期値を与えることにより、マッチングの信頼性を高めることができる。

ＳＴＥＰ：５８ 左右画像の対応付けを最小２乗マッチング（ＬＳＭ）にて行う。

ＳＴＥＰ：５７で作成したＴＩＮより、測定点を内挿しマッチングの初期値（粗画像）として利用する。この場合も、マッチングは粗密探索法にて行う。

ＳＴＥＰ：５９ ステレオマッチングにて求めた左右画像の対応点から、ＳＴＥＰ：５３で指定した補足計測範囲全ての測定点の３次元座標を計算する。

ＳＴＥＰ：６０ ３次元座標計算された補足点群データは、前記レーザスキャナ１で取得した元の主点群データに自動的に合成される。

ステレオ画像は、予めレーザスキャナの主点群データで標定している場合には、画像計測で得られた補足点群データと同じ座標系で変換されるので、位置合せの必要がない。更に、レーザスキャナの点群データと同じ間隔で計測する事ができる。

本発明の実施の形態の概略構成を示す説明図である。 本発明の第１の例のレーザスキャナの断面図である。 本発明の第１の例のレーザスキャナの一部を回転した位置測定装置の断面図である。 本発明の第１の例のレーザスキャナの構成ブロック図である。 第１の例のレーザスキャナに於けるデータ取得の第１の態様を示す説明図である。 第１の例のレーザスキャナに於けるデータ取得の第１の態様を示す説明図である。 第１の例のレーザスキャナに於けるデータ取得の第２の態様を示す説明図である。 第１の例のレーザスキャナに於けるデータ取得の第２の態様を示す説明図である。 第１の例のレーザスキャナに於けるデータ取得の第２の態様を示す説明図である。 第１の例のレーザスキャナに於ける画像付き３次元データの作成の流れを示すフローチャートである。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は、第１の例のレーザスキャナに於ける点群データのＴＩＮ化の態様を示す説明図である。 複数の測定エリアの画像データ、点群データの連結を示すフローチャートである。 第１の例のレーザスキャナに於けるデータ取得の第３の態様を示す説明図である。 データ取得の第３の態様に於ける画像データ、点群データの連結を示すフローチャートである。 データ取得の第３の態様に於ける点群データの連結を示す説明図である。 本発明の第２の例のレーザスキャナの断面図である。 本発明の第２の例のレーザスキャナに係る一部を回転した位置測定装置の断面図である。 本発明に係る測量データ処理装置概略ブロック図である。 本発明の実施の形態に於ける測量データ処理の基本的な流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に於いてレーザスキャナによる主点群データ取得で生じた欠落部分を示す説明図である。 本発明の実施の形態に於けるステレオ画像の標定についての流れを示すフローチャートである。 最少２乗マッチングについての説明図である。 本発明の実施の形態に於いて点群データを用いたステレオマッチングの流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に於ける粗密探索法を示す説明図である。

符号の説明

１ レーザスキャナ
２ 整準部
３ 回転機構部
４ 測距部
５ 撮像部
６ 制御部
７ 測定装置本体部
８ 回転照射部
１７ 整準モータ
２０ 水平回動モータ
２６ 水平角検出器
３１ 発光素子
３２ 発光光軸
３３ 孔明きミラー
３５ 高低回動ミラー
３６ 投光光軸
３７ 測距光
３８ 反射光軸
３９ 測距受光部
４３ 画像受光部
４４ 撮像光軸
５２ 高低角検出器
５９ 外部記憶装置
６１ 演算部
６２ 記憶部
７２ 測定エリア
７３ 分割エリア
８１ 撮像装置
９１ 測量データ処理装置
９２ 演算制御部
９３ 主記憶部
９５ 表示部
９６ 補助記憶部
９７ 操作部
９８ 欠落部分

Claims (10)

1. レーザスキャナで所定の測定範囲についての主点群データを取得する工程と、前記レーザスキャナと同軸の光学系により前記主点群データに関連付けられた主画像データを取得する工程と、未取得データ範囲を検出する工程と、副撮像装置により未取得データ範囲の補足画像をデータ取得する工程と、前記副撮像装置により得た補足画像データによりステレオ画像を作成する工程と、該ステレオ画像から補足点群データを取得する工程と、
   前記主画像データと前記補足画像データとの画像マッチングにより前記主点群データと前記補足点群データとをマッチングする工程と、前記主点群データと前記補足点群データとのマッチングにより前記主点群データの未取得範囲を補充する工程とを有することを特徴とする測量方法。
2. 前記未取得データ範囲は、測定範囲に隣接する範囲である請求項１の測量方法。
3. 前記未取得データ範囲は、レーザスキャナで点データが得られなかったデータ欠落部分である請求項１の測量方法。
4. 前記未取得データ範囲は、主点群データを画像表示させることで判別される請求項１の測量方法。
5. 前記未取得データ範囲は、主点群データの内隣接する点データが欠けている境界を検出することによって判別される請求項１の測量方法。
6. パルスレーザ光線を所定の測定エリアに走査し、前記パルスレーザ光線の反射光を受光し、パルス毎にパルスレーザ光線照射点の３次元位置データを測距し、前記測定エリアの主点群データを取得する測距部と、
   前記パルスレーザ光線の照射光軸と同一の撮像光軸により前記測定エリアを撮像して主画像データを取得する撮像部とを具備するレーザスキャナと、
   該レーザスキャナとは分離し、任意の方向から補足画像データを取得可能な副撮像装置と、
   記憶部、制御演算部、表示部を備えた測量データ処理装置とを具備し、
   前記レーザスキャナにより取得された主点群データ及び主画像データと、前記副撮像装置により前記レーザスキャナの未取得データ範囲を少なくとも２方向から撮像して得られた補足画像データとが前記記憶部に登録され、
   前記制御演算部が前記補足画像データよりステレオ画像を作成すると共に前記未取得データ範囲の補足点群データを取得し、該補足点群データと前記主点群データとを
   前記主画像データと前記補足画像データとの画像マッチングを介して関連付け、
   前記補足点群データにより前記主点群データの未取得データ範囲を補う様構成したことを特徴とする測量システム。
7. 前記演算制御部は、前記主画像データ、前記主点群データ、前記補足画像データ、前記補足点群データの内、少なくとも前記主点群データを個別に前記表示部に表示させる様にした請求項６の測量システム。
8. レーザスキャナで得られた所定の測定範囲についての主点群データから未取得データ範囲を検出する機能と、副撮像装置により撮像された未取得データ範囲の少なくとも２方向からの補足画像データに基づき未取得データ範囲の補足点群データを演算する機能と、前記主点群データと前記補足点群データとのマッチングを
   前記レーザスキャナに具備され、該レーザスキャナの測定光軸と同軸の撮像部により前記測定範囲を撮像した主画像データと前記補足画像データとの画像マッチングにより行う機能と、前記主点群データの未取得範囲を前記補足点群データにより補充する機能とを実現することを特徴とする測量データ処理プログラム。
9. 前記未取得データ範囲の判別を、前記主点群データの内隣接する点データが欠けている境界を検出することによって判別する請求項８の測量データ処理プログラム。
10. 前記レーザスキャナに具備された主撮像装置により測定光軸と同軸で測定範囲を取得した前記主画像データ、前記主点群データ、前記補足画像データ、前記補足点群データの内、少なくとも前記主点群データを個別に表示させる請求項８の測量データ処理プログラム。

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