(57)【要約】【課題】ＳｆＭを用いた施工現場の三次元形状の復元において、復元精度を向上させる。【解決手段】三次元測量装置１は、予め設定された複数の所定箇所を有する施工現場において、カメラ６の位置および角度を変えて、複数の所定箇所を含む施工現場が撮影された複数の画像Ｉｍに対して、ＳｆＭ処理をすることにより、施工現場の三次元形状のデータを生成する三次元形状生成部２３と、複数の画像のそれぞれについて、所定の画像処理によって複数の所定箇所を抽出する所定箇所抽出部２５と、複数の画像中の複数の所定箇所の位置、および、複数の所定箇所における各所定箇所間の実際の距離を基にして、三次元形状生成部２３によって生成された施工現場の三次元形状のデータを、施工現場の三次元形状の実際の寸法を示すデータに変換するデータ変換部２７と、を備える。【選択図】図１
2020181241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された複数の所定箇所を有する施工現場において、カメラの位置および角度を変えて、前記複数の所定箇所を含む前記施工現場が撮影された複数の画像に対して、ＳｆＭ処理をすることにより、前記施工現場の三次元形状のデータを生成する三次元形状生成部と、
前記複数の画像のそれぞれについて、所定の画像処理によって前記複数の所定箇所を抽出する所定箇所抽出部と、
前記複数の画像中の前記複数の所定箇所の位置、および、前記複数の所定箇所における各所定箇所間の実際の距離を基にして、前記三次元形状生成部によって生成された前記施工現場の三次元形状のデータを、前記施工現場の三次元形状の実際の寸法を示すデータに変換するデータ変換部と、を備える、三次元測量装置。
【請求項２】
前記施工現場で作業する建設機械の所定の部位に取り付けられたカメラによって前記複数の画像のそれぞれが撮影されたときに、前記所定の部位の位置および角度を測定する装置が測定した前記所定の部位の位置角度情報が入力する入力部をさらに備え、
前記三次元形状生成部は、
前記複数の画像から得られる２つの画像の組み合わせのそれぞれについて、前記２つの画像の特徴点を対応付ける対応付け部を含み、
前記対応付け部は、前記２つの画像の一方の画像が撮影されたときの前記位置角度情報から推定される前記カメラの位置および角度と、他方の画像が撮影されたときの前記位置角度情報から推定される前記カメラの位置および角度と、を用いて求められた前記カメラの位置の変化量および角度の変化量を基にして、前記特徴点の対応付けの探索範囲を制限する、請求項１に記載の三次元測量装置。
【請求項３】
ＧＰＳ受信機を備える複数の所定の物が配置されている箇所が、前記複数の所定箇所であり、
前記三次元測量装置は、さらに、
前記複数の所定の物に備えられる前記ＧＰＳ受信機が出力した位置情報を用いて、前記複数の所定箇所における各所定箇所間の実際の距離を算出する算出部を備える、請求項１または２に記載の三次元測量装置。
【請求項４】
レーザ光を利用して距離を計測する測距装置を用いて計測された前記複数の所定箇所のそれぞれの距離を基にして、前記複数の所定箇所における各所定箇所間の実際の距離を算出する算出部をさらに備える、請求項１または２に記載の三次元測量装置。
【請求項５】
予め設定された複数の所定箇所を有する施工現場において、カメラの位置および角度を変えて、前記複数の所定箇所を含む前記施工現場が撮影された複数の画像に対して、ＳｆＭ処理をすることにより、前記施工現場の三次元形状のデータを生成する三次元形状生成ステップと、
前記複数の画像のそれぞれについて、所定の画像処理によって前記複数の所定箇所を抽出する所定箇所抽出ステップと、
前記複数の画像中の前記複数の所定箇所の位置、および、前記複数の所定箇所における各所定箇所間の実際の距離を基にして、前記三次元形状生成ステップによって生成された前記施工現場の三次元形状のデータを、前記施工現場の三次元形状の実際の寸法を示すデータに変換するデータ変換ステップと、を備える、三次元測量方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、施工現場の三次元形状を測定する三次元測量装置および三次元測量方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
土木、建設の施工現場において、施工進捗、施工品質を管理するために、施工現場の測量は重要である。近年、人手不足を背景に、情報化施工が推進されている。情報化施工において、三次元測量装置は重要なツールである。例えば、特許文献１は、測定対象物を含む範囲の画像を取得する撮像部と、画像取得に同期して所定範囲を２次元スキャンし、測定する測距部と、演算制御部と前記撮像部の水平に対する傾斜角を検出する姿勢検出ユニットとを具備し、前記演算制御部は取得画像上で対応付けられるスキャン軌跡の各画素に測定結果、前記姿勢検出ユニットの検出結果を関連付ける測定装置を開示している。
【０００３】
ＳｆＭ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｆｒｏｍ  Ｍｏｔｉｏｎ）を応用した三次元測量装置が提案されている。例えば、特許文献２は、既存のＳｆＭ処理部を用いた仮想三次元空間におけるオブジェクト再現技術に、カメラ間距離付与部によってカメラ間距離を与え、データ変換処理部によってデータ変換処理を行うことで、絶対三次元空間におけるオブジェクトを再現し、オブジェクトに長さ及び大きさを与えることが可能になる、三次元被写体形状推定装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２１５２４０号公報
【特許文献２】特開２０１７−１３０００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＳｆＭを用いて三次元形状のデータを生成（三次元形状を復元）する前に、前工程として、画像から特徴点を抽出する工程がある。施工現場の測量対象は、その形状および色が単調なことがある。例えば、平坦な土面に掘られた掘削溝である。このような測量対象を含む施工現場の画像に対して特徴点抽出がされたとき、掘削溝の三次元形状を高精度で復元にするのに必要な数の特徴点が得られないことがある。
【０００６】
本発明の目的は、ＳｆＭを用いた施工現場の三次元形状の復元において、復元精度を向上させることができる三次元測量装置および三次元測量方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１局面に係る三次元測量装置は、予め設定された複数の所定箇所を有する施工現場において、カメラの位置および角度を変えて、前記複数の所定箇所を含む前記施工現場が撮影された複数の画像に対して、ＳｆＭ処理をすることにより、前記施工現場の三次元形状のデータを生成する三次元形状生成部と、前記複数の画像のそれぞれについて、所定の画像処理によって前記複数の所定箇所を抽出する所定箇所抽出部と、前記複数の画像中の前記複数の所定箇所の位置、および、前記複数の所定箇所における各所定箇所間の実際の距離を基にして、前記三次元形状生成部によって生成された前記施工現場の三次元形状のデータを、前記施工現場の三次元形状の実際の寸法を示すデータに変換するデータ変換部と、を備える。
【０００８】
ＳｆＭ処理で生成された三次元形状からは、三次元形状の実際の寸法が分からない。そこで、データ変換部は、複数の画像中の複数の所定箇所の位置、および、複数の所定箇所における各所定箇所間の実際の距離を基にして、ＳｆＭ処理で生成された施工現場の三次元形状のデータを、施工現場の三次元形状の実際の寸法を示すデータに変換する。このように本発明では、画像中の複数の所定箇所の位置を用いてデータが変換されるので、画像中の複数の所定箇所を区別できるようにする必要がある。例えば、複数の所定箇所のそれぞれの色を変えたり、複数の所定箇所のそれぞれの形状を変えたり、複数の所定箇所のそれぞれに付けるマークを変えたりする。
【０００９】
三次元形状の実際の寸法を示すデータに変換するために用いられる複数の所定箇所は、施工現場の画像に含まれている。画像中の各所定箇所（各所定箇所の像）も特徴点を含む。従って、本発明に係る三次元測量装置によれば、画像中の特徴点の数を増やすことができるので、ＳｆＭを用いた施工現場の三次元形状の復元の精度を向上させることができる。
【００１０】
画像中の所定箇所が特徴点を有するようにするために、所定箇所の形状は、角を有する形状（例えば、三角形、四角形）が好ましく、所定箇所の色は、施工現場の色と異なる色が好ましい。
【００１１】
所定箇所は、所定の物が配置されている箇所でもよいし、レーザ光が照射されている箇所（レーザ照射スポット）でもよい。所定の物は、例えば、丁張り杭、ターゲットマーカーである。
【００１２】
上記構成において、前記施工現場で作業する建設機械の所定の部位に取り付けられたカメラによって前記複数の画像のそれぞれが撮影されたときに、前記所定の部位の位置および角度を測定する装置が測定した前記所定の部位の位置角度情報が入力する入力部をさらに備え、前記三次元形状生成部は、前記複数の画像から得られる２つの画像の組み合わせのそれぞれについて、前記２つの画像の特徴点を対応付ける対応付け部を含み、前記対応付け部は、前記２つの画像の一方の画像が撮影されたときの前記位置角度情報から推定される前記カメラの位置および角度と、他方の画像が撮影されたときの前記位置角度情報から推定される前記カメラの位置および角度と、を用いて求められた前記カメラの位置の変化量および角度の変化量を基にして、前記特徴点の対応付けの探索範囲を制限する。
【００１３】
ＳｆＭでは、複数の画像から得られる２つの画像の組み合わせについて、２つの画像の特徴点の対応付けをする。この構成によれば、カメラの位置の変化量および角度の変化量を基にして、特徴点の対応付けの探索範囲を制限する（例えば、対応付け部は、カメラの位置の変化量および角度の変化量を基にして、一方の画像と他方の画像とが重なる範囲を特定し、重なる範囲を探索範囲する）。これにより、施工現場の三次元形状の復元精度をさらに向上させることができる。
【００１４】
なお、ＳｆＭによれば、カメラの位置角度情報も得られるが、特徴点の数が多くなければ、位置角度情報の精度が良くない。そこで、この構成では、建設機械のカメラが取り付けられている所定の部位（例えば、アーム）の位置および角度を測定する装置が測定した位置角度情報を用いる。
【００１５】
上記構成において、ＧＰＳ受信機を備える複数の所定の物が配置されている箇所が、前記複数の所定箇所であり、前記三次元測量装置は、さらに、前記複数の所定の物に備えられる前記ＧＰＳ受信機が出力した位置情報を用いて、前記複数の所定箇所における各所定箇所間の実際の距離を算出する算出部を備える。
【００１６】
この構成は、複数の所定箇所における各所定箇所間の実際の距離を算出する手段の一例である。
【００１７】
上記構成において、レーザ光を利用して距離を計測する測距装置を用いて計測された前記複数の所定箇所のそれぞれの距離を基にして、前記複数の所定箇所における各所定箇所間の実際の距離を算出する算出部をさらに備える。
【００１８】
この構成は、複数の所定箇所における各所定箇所間の実際の距離を算出する手段の他の例である。
【００１９】
本発明の第２局面に係る三次元測量方法は、予め設定された複数の所定箇所を有する施工現場において、カメラの位置および角度を変えて、前記複数の所定箇所を含む前記施工現場が撮影された複数の画像に対して、ＳｆＭ処理をすることにより、前記施工現場の三次元形状のデータを生成する三次元形状生成ステップと、前記複数の画像のそれぞれについて、所定の画像処理によって前記複数の所定箇所を抽出する所定箇所抽出ステップと、前記複数の画像中の前記複数の所定箇所の位置、および、前記複数の所定箇所における各所定箇所間の実際の距離を基にして、前記三次元形状生成ステップによって生成された前記施工現場の三次元形状のデータを、前記施工現場の三次元形状の実際の寸法を示すデータに変換するデータ変換ステップと、を備える。
【００２０】
本発明の第２局面に係る三次元測量方法は、本発明の第１局面に係る三次元測量装置を方法の観点から規定しており、本発明の第１局面に係る三次元測量装置と同様の作用効果を有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＳｆＭを用いた施工現場の三次元形状の復元において、復元精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態に係る三次元測量装置のブロック図である。
【図２】施工現場の複数の画像の例を示す模式図である。
【図３】複数のターゲットマーカーが配置された施工現場の画像とターゲットマーカーの例を示す模式図である。
【図４】２つ画像の特徴点を対応付けた例を示す模式図である。
【図５】一つの画像が撮影されたときのカメラの位置および角度と、別の画像が撮影されたときのカメラの位置および角度との関係の例を説明する説明図である。
【図６】実施形態に係る三次元測量装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】実施形態に係る三次元測量装置の動作を制御処理部の機能ブロックの観点から説明した説明図である。
【図８】施工現場の三次元形状のデータを生成する処理を説明するフローチャートである。
【図９】変形例において、レーザ距離計が一つのターゲットマーカーの距離を計測していること示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合にはハイフンを省略した参照符号で示し（例えば、画像Ｉｍ）、個別の構成を指す場合にはハイフンを付した参照符号で示す（例えば、画像Ｉｍ‐１）。
【００２４】
図１は、実施形態に係る三次元測量装置１のブロック図である。実施形態に係る三次元測量装置１は、カメラ６の位置および角度（姿勢）を変えて撮影された施工現場の複数の画像Ｉｍ（以下、簡単に「施工現場の複数の画像Ｉｍ」と記載することもある）を基にして、施工現場の三次元形状のデータを生成、すなわち、施工現場の三次元形状を復元する。施工現場の複数の画像Ｉｍには、三次元測量の対象（例えば、掘削溝）が含まれる。
【００２５】
図２は、施工現場の複数の画像Ｉｍの例を示す模式図である。ここでは、複数の画像Ｉｍのうち、三枚の画像Ｉｍ‐１，Ｉｍ‐２，Ｉｍ‐３が示されている。複数の画像Ｉｍは、カメラ６の位置および角度を変えて、それぞれ撮影されており、施工現場の土の地面１０１、地面１０１に掘られた掘削溝１０２、掘削溝１０２を掘ったときに地面１０１から取り出された土１０３、施工現場の周辺の建屋１０４等が写されている。
【００２６】
特徴点の数を増やすために、施工現場の複数の画像Ｉｍが撮影される前に、施工現場に複数の所定箇所が予め設定される。実施形態では、複数の所定箇所の設定として、施工現場に複数のターゲットマーカー１０５が配置される。ターゲットマーカー１０５は、所定の物の一例である。図３は、複数のターゲットマーカー１０５が配置された施工現場の画像Ｉｍ‐４とターゲットマーカー１０５の例を示す模式図である。ターゲットマーカー１０５は、細長い形状を有する。掘削溝１０２の長手方向に沿って地面１０１に複数のターゲットマーカー１０５が差し込まれている。複数のターゲットマーカー１０５の数は、必要とする特徴点の数を得ることができる点からユーザが決める。複数のターゲットマーカー１０５の位置は、特徴点の偏在を防止する点からユーザが決める。
【００２７】
後で説明するように、ＳｆＭ処理で生成された施工現場の三次元形状のデータを、施工現場の三次元形状の実際の寸法を示すデータに変換するために、複数のターゲットマーカー１０５（複数の所定箇所）が利用される。このため、複数のターゲットマーカー１０５は、画像Ｉｍ上で互いを区別できるようにされている。例えば、ターゲットマーカー１０５の色、形状、ターゲットマーカー１０５に付けられたマークで区別することができる。
【００２８】
所定箇所は、ターゲットマーカー１０５のような所定の物が配置された箇所に限らず、レーザ光が照射される箇所（レーザ照射スポット）でもよい。レーザ照射スポットを所定箇所にする場合、レーザ光の色（例えば、青、緑、赤）、レーザ照射スポットのパターン（例えば、ドット、ライン、サークル）、または、これらの組み合わせによって、複数の所定箇所が区別される。
【００２９】
図１を参照して、カメラ６は、施工現場での作業に用いられる建設機械（例えば、ショベルカー、クレーン車）の所定の部位に取り付けられる。ショベルカーを例にすると、所定の部位は、例えば、アーム、ブーム、キャブである。キャブの場合、キャブの内側でもよいし、外側でもよい。カメラ６の位置および角度を変えて施工現場の複数の画像Ｉｍが撮影される。このため、建設機械は、キャブが旋回機能を有することが好ましい。施工現場の複数の画像Ｉｍは、建設機械が作業中または作業終了後に、オペレータがキャブを旋回運動させ、このときに、オペレータはカメラ６を操作し、施工現場の複数の画像Ｉｍを撮影する。なお、カメラ６が自動的に施工現場の複数の画像Ｉｍを撮影してもよい。
【００３０】
施工現場の複数の画像Ｉｍは、動画でもよいし、静止画でもよい。カメラ６は、一台でなくてもよく、複数台でもよい。施工現場の複数の画像Ｉｍは、建設機械の所定の部位に取り付けられたカメラ６でなく、人がカメラ６の位置および角度を変えて撮影してもよい。
【００３１】
三次元測量装置１は、制御処理部２と、ＩＦ部３と、入力部４と、出力部５と、を備える。制御処理部２は、三次元測量装置１の全体を統括し、三次元測量装置１の動作に必要な制御および処理をする。制御処理部２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、および、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等のハードウェア、制御処理部２の機能を実行するためのプログラムおよびデータ等によって実現される。
【００３２】
ＩＦ部３は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、外部の機器との間で画像Ｉｍ、情報等を入出力する。例えば、ＩＦ部３は、カメラ６の位置および角度を変えて撮影された施工現場の複数の画像Ｉｍ、および、施工現場で作業する建設機械の所定部位の位置および角度の情報（以下、位置角度情報Ｉｐａ）が入力し、これらを制御処理部２へ送る。ＩＦ部３は、入出力インターフェース回路によって実現される。
【００３３】
位置角度情報Ｉｐａは、建設機械のモーション情報と称することもでき、建設機械に取り付けられた位置角度取得装置７によって取得される。位置角度情報Ｉｐａは、カメラ６が取り付けられている部位の位置および角度の情報である。例えば、カメラ６がアームに取り付けられている場合、アームの位置および角度の情報であり、カメラ６がブームに取り付けられている場合、ブームの位置および角度の情報であり、カメラ６がキャブに取り付けられている場合、キャブの位置および角度の情報である。位置情報は、例えば、ＧＰＳを用いて取得される。角度情報は、水平角および仰俯角の情報であり、例えば、角度センサ、傾斜センサを用いて取得される。
【００３４】
入力部４は、制御処理部２に接続され、オペレータが、各種の情報、データ、命令等を入力するための装置である。入力部４は、タッチパネル、スイッチ等により実現される。出力部５は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、入力部４から入力されたコマンド、データ、および、施工現場の三次元形状の画像Ｉｍ等を出力する装置である。出力部５は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ  ｄｉｓｐｌａｙ）等により実現される。
【００３５】
制御処理部２は、機能ブロックとして、特徴点抽出部２１と、位置角度推定部２２と、三次元形状生成部２３と、所定箇所抽出部２５と、距離算出部２６と、データ変換部２７と、記憶部２８と、を備える。
【００３６】
特徴点抽出部２１は、カメラ６の位置および角度を変えて撮影された施工現場の複数の画像Ｉｍのそれぞれに対して、所定の画像処理をして特徴点を抽出する。所定の画像処理は、特徴点を抽出できる画像処理であればよく、例えば、ＳＩＦＴ（Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｖａｒｉａｎｔ  Ｆｅａｔｕｒｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）である。図２に示すような施工現場の場合、土面の砂利、安全柵、施工現場の周辺の建屋１０４の角部、エッジ等が特徴点として抽出される。実施形態では、さらに施工現場に図３に示す複数のターゲットマーカー１０５（複数の所定箇所）が配置されるので、これらの角部、エッジ等が特徴点として抽出される。
【００３７】
位置角度推定部２２は、施工現場の複数の画像Ｉｍが撮影されたときの位置角度情報Ｉｐａを基にして、これらの画像Ｉｍが撮影されたときのカメラ６の位置および角度（姿勢）を推定する。具体的に説明する。カメラ６が画像Ｉｍ‐１（図２）を撮影したときに、位置角度情報Ｉｐａが示す位置がカメラ６の位置と推定され、位置角度情報Ｉｐａが示す角度がカメラ６の角度（姿勢）と推定される。
【００３８】
後述するＳｆＭ処理によっても、カメラ６の位置および角度の情報が得られるが、特徴点の数が多くなければ、これらの情報の精度が良くない。そこで、位置角度推定部２２によって、カメラ６の位置および角度を推定する。
【００３９】
三次元形状生成部２３は、カメラ６の位置および角度を変えて撮影された施工現場の複数の画像Ｉｍに対して、ＳｆＭ処理をすることにより、施工現場の三次元形状のデータを生成する。これにより、施工現場の三次元形状が復元される。詳しく説明する。
【００４０】
三次元形状生成部２３は、対応付け部２４を備える。対応付け部２４は、施工現場の複数の画像Ｉｍから得られる２つの画像Ｉｍの組み合わせのそれぞれについて、２つの画像Ｉｍの特徴点を対応付ける。図２に示す画像Ｉｍ‐１と画像Ｉｍ‐３を例にして、２つの画像Ｉｍの特徴点の対応付けを具体的に説明する。図４は、画像Ｉｍ‐１から抽出された特徴点と画像Ｉｍ‐３から抽出された特徴点を対応付けた例を示す模式図である。例えば、画像Ｉｍ‐１の特徴点ＦＰと画像Ｉｍ‐３の特徴点ＦＰとが対応付けられている。
【００４１】
対応付け部２４は、位置角度推定部２２が推定したカメラ６の位置および角度を基にして、対応点探索の範囲を制限する。画像Ｉｍ‐１と画像Ｉｍ‐３の組み合わせを例にして、詳しく説明する。図５は、画像Ｉｍ‐１が撮影されたときのカメラ６の位置および角度と、画像Ｉｍ‐３が撮影されたときのカメラ６の位置および角度との関係の例を説明する説明図である。画像Ｉｍ‐１および画像Ｉｍ‐１に写されているものは、省略されている。
【００４２】
対応付け部２４は、位置角度推定部２２によって推定された、画像Ｉｍ‐１が撮影されたときのカメラ６の角度（姿勢）を基にして、画像Ｉｍ‐１が撮影されたときのカメラ６の視線方向を示す法線ベクトルＶ‐１を算出する。また、対応付け部２４は、位置角度推定部２２によって推定された、画像Ｉｍ‐３が撮影されたときのカメラ６の角度（姿勢）を基にして、画像Ｉｍ‐３が撮影されたときのカメラ６の視線方向を示す法線ベクトルＶ‐３を算出する。
【００４３】
対応付け部２４は、位置角度推定部２２によって推定された、画像Ｉｍ‐１が撮影されたときのカメラ６の位置、法線ベクトルＶ‐１、位置角度推定部２２によって推定された、画像Ｉｍ‐３が撮影されたときのカメラ６の位置、および、法線ベクトルＶ‐３を基にして、画像Ｉｍ‐１と画像Ｉｍ‐３との重複範囲を特定する。対応付け部２４は、この重複範囲において、画像Ｉｍ‐１と画像Ｉｍ‐３との特徴点の対応付けをする。
【００４４】
図１を参照して、三次元形状生成部２３は、施工現場の複数の画像Ｉｍから得られる２つの画像Ｉｍの組み合わせのそれぞれについて、特徴点の対応付けをした後、この結果を基にして、施工現場の三次元形状のデータを生成する（三次元形状の再構築）。なお、三次元形状生成部２３は、施工現場の三次元形状に対して、施工現場の写真から生成したテクスチャーを貼り付ける処理をしてもよい。
【００４５】
所定箇所抽出部２５は、施工現場の複数の画像Ｉｍのそれぞれについて、所定の画像処理によって、複数のターゲットマーカー１０５（複数の所定箇所）を抽出する。所定の画像処理は、例えば、テンプレートマッチングである。上述したように、複数のターゲットマーカー１０５は、画像Ｉｍ上で互いを区別できるようにされている。
【００４６】
距離算出部２６は、複数のターゲットマーカー１０５における各ターゲットマーカー１０５間の実際の距離を算出する。例えば、ターゲットマーカー１０５が３つの場合、距離算出部２６は、第１のターゲットマーカー１０５と第２のターゲットマーカー１０５間、第１のターゲットマーカー１０５と第３のターゲットマーカー１０５間、第２のターゲットマーカー１０５と第３のターゲットマーカー１０５間の実際の距離を算出する。複数のターゲットマーカー１０５は、それぞれＧＰＳ受信機を備えている。距離算出部２６は、これらのＧＰＳ受信機が取得した位置情報を用いて、ターゲットマーカー１０５間の実際の距離を算出する。
【００４７】
なお、距離算出部２６は、複数のターゲットマーカー１０５から得られる２つのターゲットマーカー１０５の組み合わせの全てについて、ターゲットマーカー１０５間の実際の距離を算出してもよいし、一部の組み合わせについて、ターゲットマーカー１０５間の実際の距離を算出してもよい。前者の場合、複数のターゲットマーカー１０５の全てがＧＰＳ受信機を備えている必要があり、後者の場合、複数のターゲットマーカー１０５の一部がＧＰＳ受信機を備えていればよい。
【００４８】
三次元形状生成部２３が生成した施工現場の三次元形状の寸法は相対値であり、三次元測量をするためには、実際の寸法に変換する必要がある。施工現場に配置されている複数のターゲットマーカー１０５と、画像Ｉｍに写されている複数のターゲットマーカー１０５とは、１対１で対応付けられている。これにより、各ターゲットマーカー１０５間の実際の距離と画像Ｉｍ中の各ターゲットマーカー１０５間の距離とを対応付けることができる。データ変換部２７は、これを基にして、三次元形状生成部２３によって生成された施工現場の三次元形状のデータを、施工現場の三次元形状の実際の寸法を示すデータに変換する。すなわち、データ変換部２７は、施工現場の複数の画像Ｉｍ中の複数のターゲットマーカー１０５の位置、および、複数のターゲットマーカー１０５における各ターゲットマーカー１０５間の実際の距離を基にして、三次元形状生成部２３によって生成された施工現場の三次元形状のデータを、施工現場の三次元形状の実際の寸法を示すデータに変換する。
【００４９】
記憶部２８は、施工現場の複数の画像Ｉｍ、位置角度情報Ｉｐａ、三次元形状生成部２３が生成した施工現場の三次元形状のデータ、データ変換部２７が変換した施工現場の三次元形状の実際の寸法を示すデータ等を記憶する。
【００５０】
実施形態に係る三次元測量装置１の動作を説明する。図６は、この動作を説明するフローチャートである。図７は、この動作を制御処理部２の機能ブロックの観点から説明した説明図である。図６および図７を参照して、カメラ６の位置および角度を変えて撮影された施工現場の複数の画像Ｉｍ、および、これらが撮影されたときの位置角度情報Ｉｐａが三次元測量装置１に入力する（Ｓ１）。制御処理部２は、処理Ｓ１で入力された施工現場の複数の画像Ｉｍ、および、位置角度情報Ｉｐａを記憶部２８に記憶させる（Ｓ２）。
【００５１】
特徴点抽出部２１は、記憶部２８から施工現場の複数の画像Ｉｍを読み出し、これらについて、特徴点を抽出する（Ｓ３）。位置角度推定部２２は、記憶部２８から位置角度情報Ｉｐａを読み出して、施工現場の複数の画像Ｉｍのそれぞれについて、画像Ｉｍが撮影されたときのカメラ６の位置および角度を推定する（Ｓ４）。
【００５２】
三次元形状生成部２３は、処理Ｓ３がされた施工現場の複数の画像Ｉｍに対して、ＳｆＭ処理をすることにより、施工現場の三次元形状のデータを生成する（Ｓ５）。処理Ｓ５について詳しく説明する。図８は、処理Ｓ５を説明するフローチャートである。特徴点の対応付けがされる２つの画像Ｉｍの一方を画像Ｉｍ‐Ａとし、他方を画像Ｉｍ‐Ｂとし、画像Ｉｍ‐Ａが撮影されたときの位置角度情報Ｉｐａを位置角度情報Ｉｐａ‐Ａとし、画像Ｉｍ‐Ｂが撮影されたときの位置角度情報Ｉｐａを位置角度情報Ｉｐａ‐Ｂとする。
【００５３】
図７および図８を参照して、三次元形状生成部２３は、施工現場の複数の中から一つの画像Ｉｍ‐Ａを記憶部２８から読み出す（Ｓ５１）。三次元形状生成部２３は、処理Ｓ５１で読み出した画像Ｉｍ‐Ａが撮影されたときの位置角度情報Ｉｐａ‐Ａを記憶部２８から読み出す（Ｓ５２）。
【００５４】
三次元形状生成部２３は、処理Ｓ５１で読み出した画像Ｉｍ‐Ａが１番目の画像Ｉｍ（最初に撮影された画像Ｉｍ）か否かを判断する（Ｓ５３）。三次元形状生成部２３は、処理Ｓ５１で読み出した画像Ｉｍ‐Ａが１番目の画像Ｉｍと判断したとき（Ｓ５３でＹｅｓ）、この画像Ｉｍ‐Ａを特徴点の対応付けの対象となる他方の画像Ｉｍ‐Ｂとし、この画像Ｉｍ‐Ａの位置角度情報Ｉｐａ‐Ａを位置角度情報Ｉｐａ‐Ｂとし、これらを記憶部２８に格納する（Ｓ５４）。
【００５５】
三次元形状生成部２３は、処理Ｓ５４で格納された画像Ｉｍ‐Ｂが、施工現場の複数の画像Ｉｍにおいて、最後の画像Ｉｍか否かを判断する（Ｓ５５）。三次元形状生成部２３は、処理Ｓ５４で格納された画像Ｉｍ‐Ｂが、最後の画像Ｉｍと判断したとき（Ｓ５５でＹｅｓ）、処理Ｓ５を終了する。
【００５６】
三次元形状生成部２３は、処理Ｓ５４で格納された画像Ｉｍ‐Ｂが、最後の画像Ｉｍでないと判断したとき（Ｓ５５でＮｏ）、施工現場の複数の画像Ｉｍの中から次の一つの画像Ｉｍ‐Ａを記憶部２８から読み出す（Ｓ５１）。三次元形状生成部２３は、処理Ｓ５２および処理Ｓ５３を実行する。処理Ｓ５３において、三次元形状生成部２３は、処理Ｓ５１で読み出した画像Ｉｍが１番目の画像Ｉｍでないと判断する（Ｓ５３でＹｅｓ）。
【００５７】
対応付け部２４は、画像Ｉｍ‐Ａの位置角度情報Ｉｐａ‐Ａが示す位置と画像Ｉｍ‐Ｂの位置角度情報Ｉｐａ‐Ｂが示す位置との変化量（ΔＰ）を算出し、かつ、画像Ｉｍ‐Ａの位置角度情報Ｉｐａ‐Ａが示す角度と画像Ｉｍ‐Ｂの位置角度情報Ｉｐａ‐Ｂが示す角度との変化量（Δθ）を算出する（Ｓ５６）。
【００５８】
対応付け部２４は、位置の変化量（ΔＰ）と角度の変化量（Δθ）を基にして、画像Ｉｍ‐Ａと画像Ｉｍ‐Ｂとが重なる範囲（領域）を特定し、この範囲で、画像Ｉｍ‐Ａの特徴点と画像Ｉｍ‐Ｂの特徴点とを対応付ける（Ｓ５７）。
【００５９】
三次元形状生成部２３は、処理Ｓ５７の結果を基にして、ＳｆＭ処理をする（Ｓ５８）。この処理は特徴点と三次元空間の注目点との関連づけ等であり、これにより、施工現場の三次元形状のデータの一部が生成される。
【００６０】
三次元形状生成部２３は、処理Ｓ５１で読み出した画像Ｉｍ‐Ａを画像Ｉｍ‐Ｂとし、この画像Ｉｍ‐Ａの位置角度情報Ｉｐａ‐Ａを位置角度情報Ｉｐａ‐Ｂとし、これらを記憶部２８に格納する（Ｓ５４）。そして、三次元形状生成部２３は、処理Ｓ５５をする。
【００６１】
三次元形状生成部２３は、施工現場の複数の画像Ｉｍの中で、時系列で隣り合う画像Ｉｍに対して、図８の処理Ｓ５６〜処理Ｓ５８をしている。例えば、画像Ｉｍが３つの場合、１番目と２番目に撮影された２つの画像Ｉｍ、２番目と３番目に撮影された２つの画像Ｉｍのそれぞれに対して、処理Ｓ５６〜処理Ｓ５８がされる。しかしながら、三次元形状生成部２３は、施工現場の複数の画像Ｉｍから得られる２つの画像Ｉｍの組み合わせのそれぞれについて、処理Ｓ５６〜処理Ｓ５８をしてもよい。例えば、画像Ｉｍが３つの場合、１番目と２番目に撮影された２つの画像Ｉｍ、２番目と３番目に撮影された２つの画像Ｉｍ、１番目と３番目に撮影された２つの画像Ｉｍのそれぞれに対して、処理Ｓ５６〜処理Ｓ５８がされる。
【００６２】
図６および図７を参照して、三次元形状生成部２３は、施工現場の三次元形状のデータを記憶部２８に記憶させる（Ｓ６）。所定箇所抽出部２５は、記憶部２８から施工現場の複数の画像Ｉｍを読み出し、これらについて、複数のターゲットマーカー１０５（複数の所定箇所）を抽出する（Ｓ７）。距離算出部２６は、複数のターゲットマーカー１０５に備えられるＧＰＳ受信機（不図示）が出力した位置情報を用いて、複数のターゲットマーカー１０５における各ターゲットマーカー１０５間の実際の距離を算出する（Ｓ８）。
【００６３】
データ変換部２７は、処理Ｓ７で抽出された、施工現場の複数の画像Ｉｍ中の複数のターゲットマーカー１０５の位置、および、処理Ｓ８で算出された、複数のターゲットマーカー１０５における各ターゲットマーカー１０５間の実際の距離を基にして、処理Ｓ５で生成された施工現場の三次元形状のデータを、施工現場の三次元形状の実際の寸法を示すデータに変換する（Ｓ９）。データ変換部２７は、処理Ｓ９で変換されたデータを記憶部２８に記憶させる（Ｓ１０）。
【００６４】
以上により、施工現場の測量対象の三次元測量が終了し、測量結果（処理Ｓ９で得られる、測量対象を含む施工現場の三次元形状の実際の寸法）が得られる。
【００６５】
実施形態の主な効果を説明する。実施形態によれば、三次元形状の実際の寸法を示すデータに変換するために用いられる複数のターゲットマーカー１０５は、施工現場の画像Ｉｍに含まれている。画像Ｉｍ中の各ターゲットマーカー１０５（各ターゲットマーカー１０５の像）も特徴点を含む。従って、実施形態によれば、画像Ｉｍ中の特徴点の数を増やすことができるので、ＳｆＭを用いた施工現場の三次元形状の復元の精度を向上させることができる。
【００６６】
建設機械の作業中（施工中）に、三次元測量装置１が処理Ｓ１〜処理Ｓ１０を実行すれば、建設機械の作業中（施工中）に測量結果が得られる。よって、作業状況（施工状況）をリアルタイムで監視することができる。
【００６７】
建設機械の作業後（施工後）に、三次元測量装置１が処理Ｓ１〜処理Ｓ１０を実行すれば、建設機械の作業後（施工後）に測量結果が得られる。よって、作業後（施工後）の進捗管理をすることができる。
【００６８】
変形例について説明する。変形例において、図１に示す距離算出部２６は、レーザ距離計８を用いて計測された複数のターゲットマーカー１０５のそれぞれの距離を基にして、複数のターゲットマーカー１０５における各ターゲットマーカー１０５間の実際の距離を算出する。図９は、変形例において、レーザ距離計８が一つのターゲットマーカー１０５の距離を計測していること示す模式図である。
【００６９】
レーザ距離計８は、レーザ光Ｌを利用して距離を計測する測距装置である。掘削溝１０２の一方側の地面１０１には、掘削溝１０２の長手方向に沿って、ターゲットマーカー１０５‐１，１０５‐２，１０５‐３が間隔を設けて配置されている。掘削溝１０２の他方側の地面１０１には、掘削溝１０２の長手方向に沿って、ターゲットマーカー１０５‐４，１０５‐５，１０５‐６が間隔を設けて配置されている。
【００７０】
ターゲットマーカー間の距離は、例えば、以下のようにして求めることができる。三脚に固定されたレーザ距離計８を用いてターゲットマーカー１０５‐１までの距離を測定し、レーザ距離計８の角度を変えて、ターゲットマーカー１０５‐２までの距離を測定する。このときの角度の変化量と、ターゲットマーカー１０５‐１までの距離と、ターゲットマーカー１０５‐２までの距離と、余弦定理の公式とを用いれば、ターゲットマーカー１０５‐１とターゲットマーカー１０５‐２の間の実際の距離が分かる。
【００７１】
残りのターゲットマーカー間（例えば、ターゲットマーカー１０５‐１とターゲットマーカー１０５‐３、ターゲットマーカー１０５‐２とターゲットマーカー１０５‐３）についても同様にして実際の距離が測定される。
【００７２】
複数のターゲットマーカー１０５‐１〜１０５‐６の位置は、複数のターゲットマーカー１０５‐１〜１０５‐６のそれぞれに備えられるＧＰＳ受信機（不図示）から出力される位置情報で特定される。
【符号の説明】
【００７３】
１  三次元測量装置
６  カメラ
７  位置角度取得装置
８  レーザ距離計
１０１  地面
１０２  掘削溝
１０３  土
１０４  建屋
１０５  ターゲットマーカー
ＦＰ  特徴点
Ｉｍ  画像
Ｉｐａ  位置角度情報
Ｌ  レーザ光
Ｖ‐１，Ｖ‐３  法線ベクトル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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