(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査軸（１）上の測定基準点（２）を通り当該軸（１）に垂直な平面上の走査角度範囲で当該軸（１）と一定の位置関係に設定される仮想の走査線（３）を、走査軸（１）と測定基準点（２）で直交する測定軸（４）周りで回動させることにより、内方に三次元座標をもつ格子点網（６）が形成される仮想の平面枠（７）を設定するとともに、この平面枠（７）内を連続走査して各格子点（６ａ）を通る測定線（Ｌ）上における走査対象物（Ｔ）の角度及び距離を測定する走査測定手段（８）と、この走査測定手段（８）による測定データを処理するコンピュータ（９）とを具備する三次元形状自動認識装置を用いた三次元形状自動認識方法において、
平面枠（７）内を連続走査する前に、予め定めた間隔で構成される探査点（１０ａ）及び近接する探査点（１０ａ）３つで構成される探査面（１０ｂ）からなる三角探査点網モデル（１０）を格子点網（６）と同一平面上に設定してその三角探査点網モデル（１０）とコンピュータ（９）のメモリーとを関連付けておくステップ（１１）と、前記測定データのうち、各探査点に最も近い格子点における測定データをその探査点における測定データとして抽出するステップ（１２）と、抽出した各探査点における測定データを三次元座標データに変換するステップ（１３）と、変換した三次元座標データを各探査点における三次元座標データとして前記メモリーに記憶するステップ（１４）と、記憶した各探査点における三次元座標データを各探査面における法線方向の面ベクトルデータに変換するステップ（１５）とを含むことを特徴とする三次元形状自動認識方法。
【請求項２】
走査軸（１）上の測定基準点（２）を通り当該軸（１）に垂直な平面上の走査角度範囲で当該軸（１）と一定の位置関係に設定される仮想の走査線（３）を走査軸（１）と測定基準点（２）で直交する測定軸（４）周りで回動させて円平面（５）を形成し、かつ、この円平面（５）を走査軸（１）周りの予め定めた角度範囲において回動させることにより、内方に三次元座標をもつ格子点網（６）が形成される仮想の平面枠（７）を設定するとともに、この平面枠（７）内を連続走査して各格子点（６ａ）を通る測定線（Ｌ）上における走査対象物（Ｔ）の角度及び距離を測定する走査測定手段（８）と、この走査測定手段（８）による測定データを処理するコンピュータ（９）とを具備する三次元形状自動認識装置を用いた三次元形状自動認識方法において、
平面枠（７）内を連続走査する前に、予め定めた間隔で構成される探査点（１０ａ）及び近接する探査点（１０ａ）３つで構成される探査面（１０ｂ）からなる三角探査点網モデル（１０）を格子点網（６）と同一平面上に設定してその三角探査点網モデル（１０）とコンピュータ（９）のメモリーとを関連付けておくステップ（１１）と、前記測定データのうち、各探査点に最も近い格子点における測定データをその探査点における測定データとして抽出するステップ（１２）と、抽出した各探査点における測定データを三次元座標データに変換するステップ（１３）と、変換した三次元座標データを各探査点における三次元座標データとして前記メモリーに記憶するステップ（１４）と、記憶した各探査点における三次元座標データを各探査面における法線方向の面ベクトルデータに変換するステップ（１５）とを含むことを特徴とする三次元形状自動認識方法。
【請求項３】
走査軸（１）上の測定基準点（２）を通り当該軸（１）に垂直な平面上の走査角度範囲で当該軸（１）と一定の位置関係に設定される仮想の走査線（３）を、走査軸（１）と測定基準点（２）で直交する測定軸（４）周りで回動させることにより、内方に三次元座標をもつ格子点網（６）が形成される仮想の平面枠（７）を設定するとともに、この平面枠（７）内を連続走査して各格子点（６ａ）を通る測定線（Ｌ）上における走査対象物（Ｔ）の角度及び距離を測定する走査測定手段（８）と、この走査測定手段（８）による測定データを処理するコンピュータ（９）とを具備する三次元形状自動認識装置において、
平面枠（７）内を連続走査する前に、予め定めた間隔で構成される探査点（１０ａ）及び近接する探査点（１０ａ）３つで構成される探査面（１０ｂ）からなる三角探査点網モデル（１０）を格子点網（６）と同一平面上に設定するモデル設定手段（１６）と、前記全ての測定データのうち、三角探査点網モデルの各探査点に最も近い格子点における測定データをその探査点における測定データとする第１抽出手段（１７）と、抽出した各探査点における測定データを三次元座標データに変換する第１変換手段（１８）と、変換した三次元座標データを各探査点における三次元座標データとしてメモリーに格納する格納手段（１９）と、格納した各探査点における三次元座標データを各探査面における法線方向の面ベクトルデータに変換する第２抽出手段（第２変換手段）（２０）とを含むことを特徴とする三次元形状自動認識装置。
【請求項４】
走査軸（１）上の測定基準点（２）を通り当該軸（１）に垂直な平面上の走査角度範囲で当該軸（１）と一定の位置関係に設定される仮想の走査線（３）を走査軸（１）と測定基準点（２）で直交する測定軸（４）周りで回動させて円平面（５）を形成し、かつ、この円平面（５）を走査軸（１）周りの予め定めた角度範囲において回動させることにより、内方に三次元座標をもつ格子点網（６）が形成される仮想の平面枠（７）を設定するとともに、この平面枠（７）内を連続走査して各格子点（６）を通る測定線（Ｌ）上における走査対象物（Ｔ）の角度及び距離を測定する走査測定手段（８）と、この走査測定手段（８）による測定データを処理するコンピュータ（９）とを具備する三次元形状自動認識装置において、
平面枠（７）内を連続走査する前に、予め定めた間隔で構成される探査点（１０ａ）及び近接する探査点（１０ａ）３つで構成される探査面（１０ｂ）からなる三角探査点網モデル（１０）を格子点網（６）と同一平面上に設定するモデル設定手段（１６）と、前記全ての測定データのうち、三角探査点網モデルの各探査点に最も近い格子点における測定データをその探査点における測定データとする第１抽出手段（１７）と、抽出した各探査点における測定データを三次元座標データに変換する第１変換手段（１８）と、変換した三次元座標データを各探査点における三次元座標データとしてメモリーに格納する格納手段（１９）と、格納した各探査点における三次元座標データを各探査面における法線方向の面ベクトルデータに変換する第２抽出手段（第２変換手段）（２０）とを含むことを特徴とする三次元形状自動認識装置。
【請求項５】
第２抽出手段（第２変換手段）により面ベクトルデータに変換した後に予め設定された域値により面ベクトルデータをグループ化するグループ化手段を含むことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項６】
第２抽出手段（第２変換手段）により面ベクトルデータに変換した後に隣接し合う面ベクトルデータ同士を比較して相対変化量が所定の大きさ以上である形状輪郭部分の面ベクトルデータだけを抽出する第３抽出手段を含むことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項７】
三角探査点網モデル（１０）上に仮想の二重円を、その内円の内側に走査範囲内を経時的に移動する移動体が入るように初期設定するとともに、その外円の外側の範囲に属する測定データの全てを消去する二重円初期設定手段と、この二重円初期設定手段により初期設定された移動体が内円から外れ出て外円と内円との間に移動した場合に限り、内円の内側にその移動した移動体が入るように前記二重円を再設定する二重円再設定手段とを含むことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項８】
前記移動体が自らの移動ルート及び移動スピードの制御を行う移動制御手段を有する場合において、測定データに基づいて移動体が目標に到達するまでの最適な移動ルート及び移動スピードの算出をリアルタイムに行う演算手段と、この演算結果に基づいて前記移動制御手段に移動体の誘導を行うための指示を行う誘導指示手段とを含むことを特徴とする請求項７記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項９】
前記モデル設定手段（１６）には、通常の三角探査点網モデルと比べ探査点の間隔の小さいミニ探査点網モデルと通常の三角探査点網モデルとに切換自在に設定した一部領域に、走査範囲内を経時的に移動する移動体が近接するか又は入るかした場合に限り、当該領域をミニ探査点網モデルに切り換えるモデル切換手段を含むことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項１０】
同一探査面における面ベクトルデータを経時的に比較して変化のあった面ベクトルデータだけを抽出する第４抽出手段を含むことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項１１】
前記コンピュータ（９）が表示手段として表示画面を含む場合において、その表示画面の一定画素数ごとに探査点（１０ａ）となる画素を選定して表示画面に三角探査点網モデル（１０）を認識させる三角探査点網認識手段と、面ベクトルデータを表示画面の対応する部位に視覚的に表示する面ベクトル表示手段とを含むことを特徴とする請求項３又は請求項４記載又は請求項６の三次元形状自動認識装置。
【請求項１２】
前記コンピュータ（９）が表示手段として表示画面を含む場合において、その表示画面の一定画素数ごとに探査点（１０ａ）となる画素を選定して表示画面に三角探査点網モデル（１０）を認識させる三角探査点網認識手段と、グループ化した面ベクトルデータをグループごとに色分けして表示画面の対応する部位に表示するグループ表示手段とを含むことを特徴とする請求項５記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項１３】
前記コンピュータ（９）が表示手段として表示画面を含む場合において、その表示画面の一定画素数ごとに探査点（１０ａ）となる画素を選定して表示画面に三角探査点網モデル（１０）を認識させる三角探査点網認識手段と、隣接し合う面ベクトルデータ同士を比較して相対変化量が所定の大きさ以上である形状輪郭部分の面ベクトルデータだけを抽出して表示画面の対応する部位に表示する輪郭表示手段とを含むことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項１４】
前記コンピュータ（９）が表示手段として表示画面を含む場合において、その表示画面の一定画素数ごとに探査点（１０ａ）となる画素を選定して表示画面に三角探査点網モデル（１０）を認識させる三角探査点網認識手段と、初期設定及び再設定された前記二重円を表示画面の対応する部位に表示する二重円表示手段とを含むことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項１５】
前記コンピュータ（９）が表示手段として表示画面を含み、かつ、三角探査点網モデル（１０）の一部領域が通常の三角探査点網モデルと比べ探査点の間隔の小さいミニ探査点網モデルと通常の三角探査点網モデルとに切換自在の設定である場合において、その表示画面の一定画素数ごとに探査点（１０ａ）となる画素を選定して表示画面に三角探査点網モデル（１０）を認識させる三角探査点網認識手段と、走査範囲内を経時的に移動する移動体が当該領域に近接するか又は入るかした場合に限り当該領域をミニ探査点網モデルに切り換えるモデル切換手段と、ミニ探査点網モデルにおける面ベクトルデータを表示画面の対応する部位に視覚的に表示する面ベクトル表示手段とを含むことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項１６】
前記コンピュータ（９）が表示手段として表示画面を含む場合であってテレビカメラを測定軸（４）に合わせて設置してその表示画面でテレビ画像を得る場合において、その表示画面の一定画素数ごとに探査点（１０ａ）となる画素を選定して表示画面に認識させた三角探査点網モデル（１０）をテレビ画像に重ね合わせる三角探査点網重合手段と、面ベクトルデータを表示画面の対応する部位に視覚的に表示する面ベクトル表示手段とを含むことを特徴とする請求項３又は請求項４又は請求項６記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項１７】
前記コンピュータ（９）が表示手段として表示画面を含む場合であってテレビカメラを測定軸（４）に合わせて設置してその表示画面でテレビ画像を得る場合において、その表示画面の一定画素数ごとに探査点（１０ａ）となる画素を選定して表示画面に認識させた三角探査点網モデル（１０）をテレビ画像に重ね合わせる三角探査点網重合手段と、グループ化した面ベクトルデータをグループごとに色分けして表示画面の対応する部位に表示するグループ表示手段とを含むことを特徴とする請求項５記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項１８】
前記コンピュータ（９）が表示手段として表示画面を含む場合であってテレビカメラを測定軸（４）に合わせて設置してその表示画面でテレビ画像を得る場合において、その表示画面の一定画素数ごとに探査点（１ａ）となる画素を選定して表示画面に認識させた三角探査点網モデル（１０）をテレビ画像に重ね合わせる三角探査点網重合手段と、隣接し合う面ベクトルデータ同士を比較して相対変化量が所定の大きさ以上である形状輪郭部分の面ベクトルデータだけを抽出して表示画面の対応する部位に表示する輪郭表示手段とを含むことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項１９】
前記コンピュータ（９）が表示手段として表示画面を含む場合であってテレビカメラを測定軸（４）に合わせて設置してその表示画面でテレビ画像を得る場合において、その表示画面の一定画素数ごとに探査点（１０ａ）となる画素を選定して表示画面に認識させた三角探査点網モデル（１０）をテレビ画像に重ね合わせる三角探査点網重合手段と、初期設定及び再設定された前記二重円を表示画面の対応する部位に表示する二重円表示手段とを含むことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項２０】
前記コンピュータ（９）が表示手段として表示画面を含む場合であってテレビカメラを測定軸（４）に合わせて設置してその表示画面でテレビ画像を得る場合において、その表示画面の一定画素数ごとに探査点（１０ａ）となる画素を選定して表示画面に認識させた三角探査点網モデル（１０）をテレビ画像に重ね合わせる三角探査点網重合手段と、移動体が表示された表示画面をマークして当該移動体が二重円の内円の内側に入るようにする二重円初期設定手段と、初期設定及び再設定された前記二重円を表示画面の対応する部位に表示する二重円表示手段とを含むことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項２１】
連続走査する前に予め移動体に配設される発光手段と、前記二重円の初期設定を行うために当該発光体が表示された表示画面のマークをする画面マーク手段とを含むことを特徴とする請求項２０記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項２２】
前記コンピュータ（９）が表示手段として表示画面を含み、かつ、テレビカメラを測定軸（４）に合わせて設置してその表示画面でテレビ画像を得る場合であって三角探査点網モデル（１０）の一部領域が通常の三角探査点網モデルと比べ探査点の間隔の小さいミニ探査点網モデルと通常の三角探査点網モデルとに切換自在の設定である場合において、その表示画面の一定画素数ごとに探査点となる画素を選定して表示画面に認識させた三角探査点網モデル（１０）をテレビ画像に重ね合わせる三角探査点網重合手段と、走査範囲内を経時的に移動する移動体が当該領域に近接するか又は入るかした場合に限り当該領域をミニ探査点網モデルに切り換えるモデル切換手段と、ミニ探査点網モデルにおける面ベクトルデータを表示画面の対応する部位に視覚的に表示する面ベクトル表示手段とを含むことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の三次元形状自動認識装置。
【請求項２３】
前記走査測定手段（８）は、レーザー光線によるものであることを特徴とする請求項３乃至請求項２２のいずれか一項に記載の三次元形状自動認識装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザー光線等の光や音等を利用した測定技術を用いて走査測定手段を固定しながら所定範囲内における地形、構造物、移動体等の継続的に連続走査を行うとともに、得られた膨大な量の測定データをコンピュータ及び特有の情報抽出手法を有効に利用して迅速なデータ処理を行うことにより、これらの形状及び移動体の挙動をリアルタイムで三次元的に認識し、又は認識したデータに基づいて移動体の軌道等の制御を行うための自動測定方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の光や音等による測距技術を利用して所定範囲内で連続走査を行うことにより当該範囲における三次元的な形状を把握することができることに鑑みて、本発明者等は、この測距走査技術及びコンピュータによる情報処理手法を応用することにより、地面、構造物等の三次元的な形状をリアルタイムにコンピュータ認識することを可能とする三次元形状自動認識方法及びその装置に係る技術的手段を開発するに至った。
【０００３】
この技術的手段によると、膨大な量の測定データの全てについてデータ処理を行うという無駄なプロセスを回避することにより、相当の範囲であっても、地面、構造物等の三次元的な形状を迅速にコンピュータ認識することが可能となるばかりか、認識したデータに基づきリアルタイムに車両の走行やロボットの動作等の制御をもすることが可能となる。
【０００４】
しかしながら、当該技術的手段では、走査手段ごと走査線を移動させるという方法により、認識のための三角探査点網モデルを設定する仮想の平面を設定する構成であるため、静止している物体の形状を把握することは容易になし得るのに対し、その反面、移動している物体や大きさの変動する物体等の形状の挙動を把握したり、追尾したりすることは困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明は、レーザービーム等の光や音等による測距技術を用いて連続走査を行うとともに、連続走査による膨大な量の測定データのすべてについてデータ処理を行う無駄を排除しながら、静止している物体等の形状のみならず移動している物体等の挙動をもリアルタイムに三次元的に認識し、又は認識したデータに基づいて移動体の軌道等の制御を行うことができる自動認識方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、第１の発明に係る三次元形状自動認識方法は、図１及び図２に示すように、走査軸１上の測定基準点２を通り当該軸１に垂直な平面上の走査角度範囲で当該軸１と一定の位置関係に設定される仮想の走査線３を、走査軸１と測定基準点２で直交する測定軸４周りで回動させることにより、内方に三次元座標をもつ格子点網６が形成される仮想の平面枠７を設定するとともに、この平面枠７内を連続走査して各格子点６ａを通る測定線Ｌ上における走査対象物Ｔの角度及び距離を測定する走査測定手段８と、この走査測定手段８による測定データを処理するコンピュータ９とを具備する三次元形状自動認識装置を用いた三次元形状自動認識方法において、平面枠７内を連続走査する前に、予め定めた間隔で構成される探査点１０ａ及び近接する探査点１０ａ３つで構成される探査面１０ｂからなる三角探査点網モデル１０を格子点網６と同一平面上に設定してその三角探査点網モデル１０とコンピュータ９のメモリーとを関連付けておくステップ１１と、前記測定データのうち、各探査点に最も近い格子点における測定データをその探査点における測定データとして抽出するステップ１２と、抽出した各探査点における測定データを三次元座標データに変換するステップ１３と、変換した三次元座標データを各探査点における三次元座標データとして前記メモリーに記憶するステップ１４と、記憶した各探査点における三次元座標データを各探査面における法線方向の面ベクトルデータに変換するステップ１５とを含むことを特徴とするものである。
【０００７】
また、第２の発明に係る三次元形状自動認識方法は、図３及び図４に示すように、走査軸１上の測定基準点２を通り当該軸１に垂直な平面上の走査角度範囲で当該軸１と一定の位置関係に設定される仮想の走査線３を走査軸１と測定基準点２で直交する測定軸４周りで回動させて円平面５を形成し、かつ、この円平面５を走査軸１周りの予め定めた角度範囲において回動させることにより、内方に三次元座標をもつ格子点網６が形成される仮想の平面枠７を設定するとともに、この平面枠７内を連続走査して各格子点６ａを通る測定線Ｌ上における走査対象物Ｔの角度及び距離を測定する走査測定手段８と、この走査測定手段８による測定データを処理するコンピュータ９とを具備する三次元形状自動認識装置を用いた三次元形状自動認識方法において、平面枠７内を連続走査する前に、予め定めた間隔で構成される探査点１０ａ及び近接する探査点１０ａ３つで構成される探査面１０ｂからなる三角探査点網モデル１０を格子点網６と同一平面上に設定してその三角探査点網モデル１０とコンピュータ９のメモリーとを関連付けておくステップ１１と、前記測定データのうち、各探査点に最も近い格子点における測定データをその探査点における測定データとして抽出するステップ１２と、抽出した各探査点における測定データを三次元座標データに変換するステップ１３と、変換した三次元座標データを各探査点における三次元座標データとして前記メモリーに記憶するステップ１４と、記憶した各探査点における三次元座標データを各探査面における法線方向の面ベクトルデータに変換するステップ１５とを含むことを特徴とするものである。
【０００８】
このような第１の発明に係る三次元形状自動認識方法を具現化する装置発明は、図１及び図２に示すように、走査軸１上の測定基準点２を通り当該軸１に垂直な平面上の走査角度範囲で当該軸１と一定の位置関係に設定される仮想の走査線３を、走査軸１と測定基準点２で直交する測定軸４周りで回動させることにより、内方に三次元座標をもつ格子点網６が形成される仮想の平面枠７を設定するとともに、この平面枠７内を連続走査して各格子点６ａを通る測定線Ｌ上における走査対象物Ｔの角度及び距離を測定する走査測定手段８と、この走査測定手段８による測定データを処理するコンピュータ９とを具備する三次元形状自動認識装置において、平面枠７内を連続走査する前に、予め定めた間隔で構成される探査点１０ａ及び近接する探査点１０ａ３つで構成される探査面１０ｂからなる三角探査点網モデル１０を格子点網６と同一平面上に設定するモデル設定手段１６と、前記全ての測定データのうち、三角探査点網モデルの各探査点に最も近い格子点における測定データをその探査点における測定データとする第１抽出手段１７と、抽出した各探査点における測定データを三次元座標データに変換する第１変換手段１８と、変換した三次元座標データを各探査点における三次元座標データとしてメモリーに格納する格納手段１９と、格納した各探査点における三次元座標データを各探査面における法線方向の面ベクトルデータに変換する第２抽出手段第２変換手段２０とを含むことを特徴とするものである。
【０００９】
また、第２の発明に係る三次元形状自動認識方法を具現化する装置発明は、図３及び図４に示すように、走査軸１上の測定基準点２を通り当該軸１に垂直な平面上の走査角度範囲で当該軸１と一定の位置関係に設定される仮想の走査線３を走査軸１と測定基準点２で直交する測定軸４周りで回動させて円平面５を形成し、かつ、この円平面５を走査軸１周りの予め定めた角度範囲において回動させることにより、内方に三次元座標をもつ格子点網６が形成される仮想の平面枠７を設定するとともに、この平面枠７内を連続走査して各格子点６を通る測定線Ｌ上における走査対象物Ｔの角度及び距離を測定する走査測定手段８と、この走査測定手段８による測定データを処理するコンピュータ９とを具備する三次元形状自動認識装置において、平面枠７内を連続走査する前に、予め定めた間隔で構成される探査点１０ａ及び近接する探査点１０ａ３つで構成される探査面１０ｂからなる三角探査点網モデル１０を格子点網６と同一平面上に設定するモデル設定手段１６と、前記全ての測定データのうち、三角探査点網モデルの各探査点に最も近い格子点における測定データをその探査点における測定データとする第１抽出手段１７と、抽出した各探査点における測定データを三次元座標データに変換する第１変換手段１８と、変換した三次元座標データを各探査点における三次元座標データとしてメモリーに格納する格納手段１９と、格納した各探査点における三次元座標データを各探査面における法線方向の面ベクトルデータに変換する第２抽出手段第２変換手段２０とを含むことを特徴とするものである。
【００１０】
このような技術的手段において、前記走査測定手段８としては、光や音等の応答時間の差から距離を測定できるとともに、他の基準となる点との関係を把握するため角度を測定できるものであれば、その種類は問わないが、より形状認識の精度を高めようとする観点からすれば、レーザー光線によるものとすることが好ましい。
【００１１】
また、データの処理速度をより速めようとする観点からすれば、第２抽出手段（第２変換手段）により面ベクトルデータに変換した後に予め設定された域値により面ベクトルデータをグループ化するグループ化手段を含むものとするか、又は第２抽出手段第２変換手段により面ベクトルデータに変換した後に隣接し合う面ベクトルデータ同士を比較して相対変化量が所定の大きさ以上である形状輪郭部分の面ベクトルデータだけを抽出する第３抽出手段を含むものとすることが好ましい。
【００１２】
さらに、移動体を効率的に追尾しようとする観点からすれば、三角探査点網モデル１０上に仮想の二重円を、その内円の内側に走査範囲内を経時的に移動する移動体が入るように初期設定するとともに、その外円の外側の範囲に属する測定データの全てを消去する二重円初期設定手段と、この二重円初期設定手段により初期設定された移動体が内円から外れ出て外円と内円との間に移動した場合に限り、内円の内側にその移動した移動体が入るように前記二重円を再設定する二重円再設定手段とを含むものとすることが好ましい。
【００１３】
この場合において、前記移動体が自らの移動ルート及び移動スピードの制御を行う移動制御手段を有するときは、測定データに基づいて移動体が目標に到達するまでの最適な移動ルート及び移動スピードの算出をリアルタイムに行う演算手段と、この演算結果に基づいて前記移動制御手段に移動体の誘導を行うための指示を行う誘導指示手段とを含むものとすることができる。
【００１４】
さらにまた、必要な場合に限り詳細に形状を把握しようとする観点からすれば、前記モデル設定手段１６には、通常の三角探査点網モデルと比べ探査点の間隔の小さいミニ探査点網モデルと通常の三角探査点網モデルとに切換自在に設定した一部領域に、走査範囲内を経時的に移動する移動体が近接するか又は入るかした場合に限り、当該領域をミニ探査点網モデルに切り換えるモデル切換手段を含むものとすることが好ましい。
【００１５】
また、特に移動体や変動体等の挙動を伴うものだけを把握しようとする観点からすれば、同一探査面における面ベクトルデータを経時的に比較して変化のあった面ベクトルデータだけを抽出する第４抽出手段を含むものとすることが好ましい。
【００１６】
三次元形状を視覚に訴えることにより明確に認識しようとする観点からすれば、前記コンピュータ９が表示手段として表示画面を含む構成とすることに加え、以下のような構成とすることが好ましい。
【００１７】
すなわち、その表示画面の一定画素数ごとに探査点１０ａとなる画素を選定して表示画面に三角探査点網モデル１０を認識させる三角探査点網認識手段と、面ベクトルデータを表示画面の対応する部位に視覚的に表示する面ベクトル表示手段とを含むものとすることできる。
【００１８】
また、その表示画面の一定画素数ごとに探査点１０ａとなる画素を選定して表示画面に三角探査点網モデル１０を認識させる三角探査点網認識手段と、グループ化した面ベクトルデータをグループごとに色分けして表示画面の対応する部位に表示するグループ表示手段とを含むものとすることができる。
【００１９】
さらに、その表示画面の一定画素数ごとに探査点１０ａとなる画素を選定して表示画面に三角探査点網モデル１０を認識させる三角探査点網認識手段と、隣接し合う面ベクトルデータ同士を比較して相対変化量が所定の大きさ以上である形状輪郭部分の面ベクトルデータだけを抽出して表示画面の対応する部位に表示する輪郭表示手段とを含むものとすることができる。
【００２０】
さらにまた、その表示画面の一定画素数ごとに探査点１０ａとなる画素を選定して表示画面に三角探査点網モデル１０を認識させる三角探査点網認識手段と、初期設定及び再設定された前記二重円を表示画面の対応する部位に表示する二重円表示手段とを含むものとすることができる。
【００２１】
必要なタイミングで特定の物体の詳細な形状を把握しようとする観点からすれば、前記コンピュータ９が表示手段として表示画面を含む構成とし、更に三角探査点網モデル１０の一部領域が通常の三角探査点網モデルと比べ探査点の間隔の小さいミニ探査点網モデルと通常の三角探査点網モデルとに切換自在の構成とした上で、その表示画面の一定画素数ごとに探査点１０ａとなる画素を選定して表示画面に三角探査点網モデル１０を認識させる三角探査点網認識手段と、走査範囲内を経時的に移動する移動体が当該領域に近接するか又は入るかした場合に限り当該領域をミニ探査点網モデルに切り換えるモデル切換手段とを含むものとすることが好ましい。
【００２２】
また、臨場感のある表示をして物体の特定を容易とする観点からすれば、前記コンピュータ９が表示手段として表示画面を含む構成とし、かつ、テレビカメラを測定軸４に合わせて設置してその表示画面でテレビ画像を得る構成としたことに加え、以下のような構成とすることが好ましい。
【００２３】
すなわち、その表示画面の一定画素数ごとに探査点１０ａとなる画素を選定して表示画面に認識させた三角探査点網モデル１０をテレビ画像に重ね合わせる三角探査点網重合手段と、面ベクトルデータを表示画面の対応する部位に視覚的に表示する面ベクトル表示手段とを含むものとすることができる。
【００２４】
また、その表示画面の一定画素数ごとに探査点１０ａとなる画素を選定して表示画面に認識させた三角探査点網モデル１０をテレビ画像に重ね合わせる三角探査点網重合手段と、グループ化した面ベクトルデータをグループごとに色分けして表示画面の対応する部位に表示するグループ表示手段とを含むものとすることができる。
【００２５】
さらに、その表示画面の一定画素数ごとに探査点１ａとなる画素を選定して表示画面に認識させた三角探査点網モデル１０をテレビ画像に重ね合わせる三角探査点網重合手段と、隣接し合う面ベクトルデータ同士を比較して相対変化量が所定の大きさ以上である形状輪郭部分の面ベクトルデータだけを抽出して表示画面の対応する部位に表示する輪郭表示手段とを含むものとすることができる。
【００２６】
さらにまた、その表示画面の一定画素数ごとに探査点１０ａとなる画素を選定して表示画面に認識させた三角探査点網モデル１０をテレビ画像に重ね合わせる三角探査点網重合手段と、初期設定及び再設定された前記二重円を表示画面の対応する部位に表示する二重円表示手段とを含むものとすることができる。
【００２７】
また、臨場感のある表示をして移動体の特定を容易として、当該移動体を効率的に追尾しようとする観点からすれば、前記コンピュータ９が表示手段として表示画面を含む構成とし、かつ、テレビカメラを測定軸４に合わせて設置してその表示画面でテレビ画像を得る構成とした上で、その表示画面の一定画素数ごとに探査点１０ａとなる画素を選定して表示画面に認識させた三角探査点網モデル１０をテレビ画像に重ね合わせる三角探査点網重合手段と、移動体が表示された表示画面をマークして当該移動体が二重円の内円の内側に入るようにする二重円初期設定手段と、初期設定及び再設定された前記二重円を表示画面の対応する部位に表示する二重円表示手段とを含むものとすることが好ましい。
【００２８】
この場合において、夜間であっても表示画面に表示される移動体を容易にマークして初期設定しようとする観点からすれば、連続走査する前に予め移動体に配設される発光手段と、前記二重円の初期設定を行うために当該発光体が表示された表示画面のマークをする画面マーク手段とを含むものとすることが好ましい。
【００２９】
さらにまた、臨場感のある表示をして物体の特定を容易として、必要なタイミングで特定の物体の詳細な形状を把握しようとする観点からすれば、前記コンピュータ９が表示手段として表示画面を含むようにするとともに、テレビカメラを測定軸に合わせて設置してその表示画面でテレビ画像を得る構成とし、更に三角探査点網モデル１０の一部領域が通常の三角探査点網モデルと比べ探査点の間隔の小さいミニ探査点網モデルと通常の三角探査点網モデルとに切換自在の構成とした上で、その表示画面の一定画素数ごとに探査点となる画素を選定して表示画面に認識させた三角探査点網モデル１０をテレビ画像に重ね合わせる三角探査点網重合手段と、走査範囲内を経時的に移動する移動体が当該領域に近接するか又は入るかした場合に限り当該領域をミニ探査点網モデルに切り換えるモデル切換手段とを含むものとすることが好ましい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明について詳細に説明する。
【００３１】
◎実施の形態１
図５はこの発明に係る三次元形状自動認識装置の実施の形態１が適用された建設現場の施工概要を示すものである。
【００３２】
同図において、符号２１はダムを構築するはずの谷間の左側肩部に立設される左部支持塔２１ａと右側肩部に立設される右部支持塔２１ｂとで構成されるロープ支持塔、２２はこの谷間の上空の左部支持塔２１ａと右部支持塔２１ｂとの間で右へ向かうに伴い下り勾配になるように架設されている支持用ロープ、２３はこの支持用ロープ２２上を移動自在に装架される車両２３ａとこれに吊り下げられる吊り治具２３ｂとからなる第１搬送器、２４は第１搬送器と同じ支持用ロープ２２上に装架される車両２４ａとこれに吊り下げられるコンクリートバケット２４ｂとからなる第２搬送器、２５はそのままでは右方向へと自然走行する第１搬送器２３を牽引する牽引用ロープ２５ａを具備する第１ウインチ、２６はそのままでは右方向へと自然走行する第２搬送器２４を牽引する牽引用ロープ２６ａを具備する第２ウインチ、２７はこの第１ウインチ２５及び第２ウインチ２６が収容されている機械室である。
【００３３】
また、２８はダムの堤体の構築に使用する生コンクリートの製造プラント、２９は右部支持塔２１ｂが立設される右側肩部のすぐ下方に固定設置されているレーザースキャニング装置、３０はレーザースキャニング装置２８の制御、第１搬送器２３及び第２搬送器２４の誘導、計測データの作業者への伝送等を行うコンピュータ、３１はレーザースキャニング装置２９及びマイクロコンピュータ３０が収容されるとともに本現場の集中管理を行う中央管理室、３２は施工カ所においてコンピュータ３０から伝送されてくる施工情報が表示される端末装置Ａを持ちながら施工指示を行う作業管理者、３３は施工個所においてマイクロコンピュータ３０から伝送されてくる施工情報が表示される端末装置Ｂを持ちながら施工指示を行う作業管理者である。
【００３４】
また、この実施の形態に係るレーザースキャニング装置２９は、図６に示すように、レーザー測距の基準原点となる走査軸４１上に位置する測定基準点４２を通るとともに当該軸４１に垂直な平面上の走査角度Ｃの範囲内で当該軸４１と一定の位置関係に設定される仮想の走査線４３を、走査軸４１と測定基準点４２で直交する測定軸４４周りで矢印Ｄ方向に回動させることにより、仮想の平面枠４５が設定される。
【００３５】
この時、この仮想の平面枠４５の内方には、平面枠４５内を連続走査した場合に各測定線Ｌが通過するはずの多数の各格子点４６よりなる格子点網４７が設定されることになる。
【００３６】
すなわち、この平面枠４５内を連続走査した場合において、各格子点４６を通る各測定線Ｌ上における走査対象物、例えば、コンクリートバケット２４ｂの角度及び距離の計測データは、当該格子点４６における計測データとされることになる。
【００３７】
さらに、この実施の形態では、上述したように、レーザースキャニング装置２９の制御、第１搬送器２３及び第２搬送器２４の誘導を目的とする第１ウインチ及び第２ウインチの制御、並びに計測データ等の作業者への伝送等を行う制御系として、図７に示すマイクロコンピュータ３０が用いられる。
【００３８】
同図において、レーザースキャニング走査の計測データ５１等の各出力が入力インターフェース６１を介して、制御部６２にデータとして入力されるようになっている。そして、この制御部６２は、中央演算処理装置（以下ＣＰＵという）６３、リードオンリーメモリー（以下ＲＯＭという）６４及びランダムアクセスメモリー（以下ＲＡＭという）６５からなり、前記ＲＯＭ６４には、レーザースキャニング装置２９による通常の連続走査を実行するためのプログラム（図８参照）及び誘導対象を特定して当該誘導対象を追尾するためのプログラム（図９参照）等が格納されており、前記ＣＰＵ６３は、入力インターフェースを介して、与えられたデータに基づいて前記プログラムを実行し、出力インターフェース６６を介して、機械室２７に存する第１ウインチ２５及び第２ウインチ２６、並びに中央管理室モニター表示７１、端末装置Ａモニター表示７２及び端末装置Ｂモニター表示７３等をそれぞれ制御するようになっている。
【００３９】
この実施の形態に係るダムの建設現場においては、施工を行う際には継続的してレーザースキャニング装置２９及びマイクロコンピュータ３０を稼働させることとしているため、施工時間中では、レーザースキャニング装置２９の走査角度Ｃの範囲内の領域全体に亘り継続的に連続走査されることになるとともに、連続走査に追従して得られるすべてのレーザースキャニング走査計測データ５１は、入力インターフェース６１を介してマイクロコンピュータ３０に入力され処理されることにより、当該施工時間中における当該走査範囲内において、静止している物体又は移動していく物体の別を問わず、現場に存在する形あるものはすべて、三次元形状として自動的に認識されることになる。
【００４０】
このようにして、マイクロコンピュータ３０により認識されたレーザースキャニング走査計測データ５１は、計測データのすべてについてマイクロコンピュータ３０によりデータ処理をするということをしないで、必要なデータのみを抽出して選択的な処理が可能となる本発明独自の情報抽出手法を用いることにより、迅速なデータ処理を可能としてリアルタイムの制御等が実現されることになり、これにより、有用な施工情報へと処理、加工が施された後、各々の装置設備の機能を有効に果たすべく、出力インターフェース６６を介して、各々の装置設備の存在意義に応じた必要な情報がそれぞれに伝送されることになる一方、伝送先からは更に効果的に現場施工を進捗させるために有効な施工情報がフィードバックされることになる。
【００４１】
また、この実施の形態では、上述したとおり、中央管理室３１や作業管理者３２、３３においてモニター画面を（図示外）を配備することとしており、レーザースキャニング走査計測データ５１がマイクロコンピュータ３０により認識されると、当該認識結果をリアルタイムに現場内の各モニター画面に表示することとしており、具体的には、出力インターフェース６６を介して、中央管理室モニター表示７１、端末装置Ａモニター表示７２及び端末装置Ｂモニター表示７３等として出力される。
【００４２】
この実施の形態では、本発明独自の情報抽出手法を用いて、リアルタイムの制御、モニター表示出力等を実現するため、予め、各モニター画面（図示外）の各々の画素とマイクロコンピュータ３０との関連付けをしている。
【００４３】
具体的には、図８（ａ）に示すように、予め、前記平面枠４５の内方に形成されるはずの仮想平面８１上に設定される格子点４６の夫々を、モニター画面の画素の夫々に対応させることによりモニター画面上で格子点網４７を設定するとともに、当該モニター画面の一定画素数ごとに探査点８４を連続的に設定して、この探査点８４及び探査点８４のうち近接するものの３つの内方に形成される正三角形に設定される探査面８５とで構成される三角探査点網モデル８３をモニター画面上で設定することにより、モニター画面を通じて、仮想平面８１とマイクロコンピュータ３０のＲＯＭ６４との関連付けがなされている。
【００４４】
この三角探査点網モデル８３は、所望の間隔で正三角形の頂点を構成するように設定されるものであり、通常は必要な測定精度、利用する制御の性質等に応じて探査点８４の間隔を自由に設定することができるようになっているが、この実施の形態では、使用目的が限られていることもあり、予め定められたスケールに設定されているため、スイッチ等で改めて選択する等の煩雑な作業が回避されるようになっている。
【００４５】
このような技術的手段を用いて行う現場施工のプロセスは、例えば、機械室２７に対しては、第１搬送器２３の吊り治具２３ｂ及び第２搬送器２４のコンクリートバケット２４ｂの誘導を円滑に行うための誘導情報を機械室２７に伝送して、第１ウインチ及び第２ウインチの動作制御をリアルタイムに行うこととする一方、制御により安定走行することとなった吊り治具２３ｂ及びコンクリートバケット２４ｂの三次元形状がレーザースキャニング装置２９及びマイクロコンピュータ３０によりリアルタイムで自動認識されるとともに、当該認識結果がリアルタイムに現場内の各モニター画面に表示されて、有用な施工情報として各作業者に伝送されることになり、これに基づいて、再度、第１ウインチ２５及び第２ウインチ２６の動作制御が更に効率的に行われるというものである。
【００４６】
次に、図９に示すフローチャートに基づいて、この実施の形態に係るレーザースキャニング装置２９及びマイクロコンピュータ３０の作動について説明する。なお、この実施の形態では、同図に示すように、スイッチＡ又はスイッチＢのいずれか一方をＯＮ操作することにより、２種類の三次元形状の認識方法のうちのいずれかを選択することができるようになっている。
【００４７】
（１）ステップ１
今、当該ダムの建設現場における作業が開始されるタイミングに合わせて、レーザースキャニング装置２９のメインスイッチ（図示外）をＯＮ操作して、更にスイッチＡ、又はスイッチＢのいずれか一方を選択する。
【００４８】
ここで、スイッチＡには輪郭部分表示モードである旨、明示されており、一方、スイッチＢにはグループ表示モードである旨、明示されており、輪郭部分表示モードを選択した場合にはステップ２に進むこととされ、グループ表示モードを選択した場合にはステップ８に進むようになっている。
【００４９】
（２）ステップ２
ステップ１において、グループ表示モードを選択して、レーザースキャニング装置２９の作動が開始されると、レーザースキャニング装置２９に係る仮想の走査線４３は測定軸４４周りで矢印Ｄ方向にその回動を開始することになり、仮想の平面枠４５が設定されるとともに、走査角度Ｃの範囲内で現場の全範囲に亘り連続走査が行われることになり、レーザースキャニング走査計測が実施される。
【００５０】
そして、ここで、本発明独自の追尾方法により移動体を追尾する場合の初期設定とでも言うべき、目標位置のマークをしたか否かをチェックすることとし、まだ、目標位置をマークしていなければステップ３へと進むことになるが、目標位置のマークについては後述する。
【００５１】
（３）ステップ３
レーザースキャニング計測が開始されると、前記仮想の平面枠４５の内方には、平面枠４５内を連続走査した場合に各測定線Ｌが通過するはずの多数の各格子点４６よりなる格子点網４７が設定されることになる。
【００５２】
そして、この平面枠４５内を連続走査すると、各格子点４６を通る各測定線Ｌ上における走査対象物、例えば、コンクリートバケット２４ｂの角度及び距離の計測データは、当該格子点４６における計測データとされることになり、これにより、計測データはマイクロコンピュータ３０へと取り込まれることになる。
【００５３】
（４）ステップ４
次に、予め設定された面積を有する平面枠４５の内方に予め設定された数分のデータが得られるとすぐに、格子点網４７の各格子点４６の座標と、この格子点網４７と同一平面上に設定されることになる三角探査点網モデルの各探査点の座標との対比がマイクロコンピュータ３０により行われ、各格子点４６のうち、各探査点に最も近接する格子点４６のみが各探査点に割り当てられることになる。すなわち、具体的には、マイクロコンピュータ３０に取り込まれた計測データ８２は、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に示すデータ抽出のプロセスを経て抽出（各探査点４６への割り当て）されることになる。
【００５４】
（ａ）計測データ認識
レーザースキャニング装置２９による連続走査を行うと、予め、仮想平面８１とマイクロコンピュータ３０のＲＯＭ６４との関連づけされていることから、仮想平面８１上に設定されている各格子点４６を通る各測定線Ｌ上における走査対象物の角度データ及び距離データの計測データ８２は、当該格子点４６における計測データ８２としてマイクロコンピュータ３０のＲＯＭ６４内に存するデータベースプログラム（図示外）上で認識される。
【００５５】
（ｂ）三角探査点網モデル設定
次に、上述したように、仮想平面８１上の同一平面の座標系において、連続する正三角形で構成される三角探査点網モデル８３が自動設定される。
【００５６】
（ｃ）計測データの抽出作業
そして、三角探査点網モデル８３が自動設定されると、まもなく、計測データ８２の抽出作業が以下のようにして行われることになる。
【００５７】
すなわち、例えば、探査点８４ａに最も近い計測データ８２ａは、その探査点８４における計測データ８２ａとして抽出されることになる一方、計測データ８２ｂや計測データ８２ｃは、探査点８４ａに抽出されることがないというばかりか、探査点８４ｂや探査点８４ｃや探査点８４ｄ等にも抽出されることはないため、結局、いずれの探査点８４にも属することがないままにその運命を終わらせることになる。
【００５８】
（ｄ）計測データの抽出完了
そして、それぞれの探査点８４に計測データ８２が抽出されると、各探査点８４における計測データ８２として一旦マイクロコンピュータ３０のＲＡＭ６５に一時的に記憶されることになり、探査点への計測データの割り当て（抽出）作業が完了することになる。
【００５９】
次いで、このＲＡＭ６５に一時的に記憶されている各探査点８４における測定データ８２の全てがマイクロコンピュータ３０の有する演算機能により三次元座標データ８６へと変換されることになる。
【００６０】
すなわち、当該探査点８４に最も近接する格子点４６における計測データ８２（角度データ及び距離データ）、及びその格子点４６の三次元座標から、その格子点４６を通る走査線Ｌが照射される走査対象物における三次元座標がマイクロコンピュータ３０の有する演算機能により算出されるとともに、当該走査対象物の三次元座標を当該探査点８４における三次元座標データ８６として再びマイクロコンピュータ３０のＲＡＭ６５に一時的に記憶されることになり、このようにして、すべての計測データ８２は三次元座標データ８６に変換されることになる。
【００６１】
（５）ステップ５
次に、マイクロコンピュータ３０のＲＡＭ６５に一時的に記憶された各探査点８４における三次元座標データ８６から、さらなるデータ抽出作業及びデータ変換作業が行われる。
【００６２】
すなわち、図８（ｂ）に示すように、互いに近接する探査点８４における三次元座標データ８６の３つから、マイクロコンピュータ３０の有する演算機能及び所定の演算式により、当該３つの探査点８４の内方に形成される探査面８５における法線ベクトル方向を示す１つの面ベクトルデータ８６に変換されることになる。
【００６３】
なお、この実施の形態では、同図に示すように、面ベクトルデータ８６をマイクロコンピュータ３０に認識させるだけでなく、面ベクトルデータ８６をモニター画面の対応する部位に視覚的に表示することとして、中央管理室モニター表示７１、端末装置Ａモニター表示７２、端末装置Ｂモニター表示７３等にリアルタイムで出力するようにして現場施工に役立てている。
【００６４】
（６）ステップ６
ステップ１でグループ表示モードを選択したことから、変換後の面ベクトルデータ８６は、予め設定された域値により各々の特徴的なグループに区分けされることになり、面ベクトルデータ８６により特定される、例えば「平滑グループ」、あるいは「凸凹グループ」等の各々の特徴的なグループへとグループ化されることになる。
【００６５】
このため、走査対象物の三次元形状の概略を容易かつ迅速な把握が可能となるものである。
【００６６】
（７）ステップ７
そして、グループ化された面ベクトルデータ８６を基礎として、三次元形状をコンピュータグラフィックスを利用して、中央管理室モニター表示７１、端末装置Ａモニター表示７２及び端末装置Ｂモニター表示にリアルタイムで出力されることになり、レーザースキャニング装置２９によりリアルタイムに把握される三次元形状情報が現場内の作業者等に有効に伝達されることになる。
【００６７】
具体的には、図１１に示すように、同一の面ベクトルデータ８６のグループに含まれる探査面３２は、同一の多角形（以下ポリゴンという）の範囲内に含められて表示されることになるとともに、各ポリゴンごとに色分けされて表示されることにより、視覚に訴えることによって、三次元形状の概略を迅速かつ容易に把握することができるというものである。
【００６８】
（８）ステップ８〜ステップ１１
ステップ１において、輪郭部分表示モードを選択すると、レーザースキャニング計測が開始されることになり、連続して入手される各格子点４６における計測データ８２は、格子点網４７と同一平面上に三角探査点網モデル８３を設定してステップ２〜ステップ５までと全く同じ抽出及び変換プロセスを経て、各探査面８５における面ベクトルデータ８６に変換される。
【００６９】
（９）ステップ１２
ステップ１で輪郭部分表示モードを選択したことから、変換後の面ベクトルデータ８６のうち、隣接し合う面ベクトルデータ８６同士を比較して相対変化量が所定の大きさ以上である面ベクトルデータ８６、すなわち、形状輪郭部分の面ベクトルデータ８６だけを抽出して把握することにより、走査対象物の三次元形状の全体をより迅速にして効率よく把握することができるようになる。
（１０）ステップ１３
そして、抽出された面ベクトルデータ８６を基礎として、三次元形状をコンピュータグラフィックスを利用して、機械室２７、中央管理室３１等の現場内の必要な個所に配備されているモニター画面（図示外）、並びに端末装置Ａ及び端末装置Ｂにリアルタイムで表示されることになり、レーザースキャニング装置２９にてリアルタイムに把握される三次元形状情報が現場内の作業者等に有効に伝達されることになる。
【００７０】
すなわち、図１１（ｂ）に示すように、面ベクトルデータ８６の全てのうち、形状の変動が大きい輪郭部分だけを選択的に表示することにより、多くのデータのうちの一部を抽出表示して一目見れば三次元形状の概略を容易に把握することができるように表示されるとともに、各ブロックごとに色分けされて表示されることにより、人間の視覚に訴えることで三次元形状の把握が更に迅速かつ容易なものとなる。
【００７１】
なお、この実施の形態では、予め、モニター画面上の画素に格子点網４７及び三角探査点網モデル８３を対応させることにより、格子点網４７及び三角探査点網モデル８３とマイクロコンピュータ３０との関連付けをすることとしたが、モニター画面がなくても、格子点網４７及び三角探査点網モデル８３を平面枠４５内方に形成される同一平面上の同一座標系として捉えることにより、格子点網４７及び三角探査点網モデル８３とマイクロコンピュータ３０との関連付けをするようにしてもよい。
【００７２】
◎実施の形態２
図５はこの発明に係る三次元形状自動認識装置の実施の形態２が適用された建設現場の施工概要を示すものである。なお、実施の形態１と略同様な構成要素については実施の形態１と同様な符号を付して、ここではその詳細な説明は省略する。
【００７３】
この実施の形態２に係るレーザースキャニング装置２９は、図１２に示すように、実施の形態１の構成に加え、テレビカメラ９１が測定軸４４に合わせて設置されており、モニター画面（図示外）上でレーザースキャニング装置２９と同一の視点における現場内のテレビ画像を得ることができるとともに、コンピュータグラフィックスによる各種表示を当該テレビ画像上に重ねて表示することができるようになっている。
【００７４】
したがって、この実施の形態によれば、三次元形状の自動認識結果をモニター画面に面ベクトル表示とする等して視覚的に表現するというだけでなく、当該面ベクトル表示等をテレビ映像に重ね合わせ臨場感をもった表示とすることにより、作業管理者３２、３３等に明確に周知させることができるとともに、以下に述べるように、コンクリートバケット２４ｂ等の移動する物体を追尾したり、追尾しながら誘導したりすることができる。
【００７５】
また、この実施の形態に係るレーザースキャニング装置２９は、レーザー測距の基準原点となる走査軸４１上に位置する測定基準点４２を通るとともに当該軸４１に垂直な平面上の走査角度Ｃの範囲内で当該軸４１と一定の位置関係に設定される仮想の走査線４３を測定軸４４周りで回動させて円平面４５ａを形成し、この円平面４５ａを走査軸４１周りの予め定めた角度範囲Ｅにおいて回動させることにより、仮想の平面枠４５が設定されることになる。
【００７６】
したがって、この実施の形態２によれば、実施の形態１と比べ、更に広いレーザースキャニング走査の範囲を得ることができるから、移動又は静止する物体をより広範囲に亘り把握することができ、このようなことは、現場の施工管理上好ましいものと言える。
【００７７】
なお、この仮想の平面枠４５の内方には、実施の形態１と同様に、平面枠４５内を連続走査した場合に各測定線Ｌが通過するはずの多数の各格子点４６よりなる格子点網４７が自動設定されることになり、各格子点４６を通る各測定線Ｌ上における走査対象物の角度データ及び距離データの計測データが当該格子点４６における計測データとされることになる。
【００７８】
次に、図１３に示すフローチャート及び図１４の追尾プロセスを示すモニター画面図に基づいて、この実施の形態に係るレーザースキャニング装置２９及びマイクロコンピュータ３０を用いてするコンクリートバケット２４ｂの追尾について説明する。
【００７９】
本フローチャートに係るプログラムは、上述した図９に示すフローチャートのステップ２、又はステップ８において目標位置、すなわち、誘導対象である例えばコンクリートバケット２４ｂを到達させるべき目標位置を作業管理者３２、３３がマークした場合に限り、作動するようになっている。
【００８０】
なお、この実施の形態においては、予めコンクリートバケット２４ｂの側部に発光手段として電池式の点滅灯９３が配設されており、夜間作業時等、コンクリートバケット２４ｂがテレビ映像として捉え難い場合において、モニター画面上のコンクリートバケット２４ｂを容易にマークすることができる。
【００８１】
（１）ステップ１
図９のフローチャートのステップ２又はステップ８において、作業管理者３２、又は作業管理者３３の少なくともいずれか一方が、端末装置Ａ、又は端末装置Ｂのモニター画面上で目標位置をマークすると、本プログラムを作動が開始されることになるが、このステップ１では、図９のフローチャートのステップ２又はステップ８において既に開始されていたレーザースキャニング装置２９によるレーザースキャニング計測が継続して行われることになる。
【００８２】
この実施の形態におけるマークする手段としては、ペン型のものを用いて電子的にマークするものを用いることとし、携帯性に優れたタイプのものと言え、現場作業に適したものである。なお、この実施の形態では、ペン型のタイプのマーク手段を使用したが、マウス等の別の手段であっても、差し支えない。
【００８３】
（２）ステップ２
次に、作業管理者３２又は作業管理者３３は、今一度、現場の状況、周辺の安全、端末装置Ａ又は端末装置Ｂのモニター表示を見ながら、誘導対象であるコンクリートバケット２４ｂを到達させるべき目標位置の最終的な確認をして、目標位置のマークを正確に行うことにより目標位置の確定をする。
【００８４】
（３）ステップ３
次いで、作業管理者３２又は作業管理者３３は、誘導対象である例えばコンクリートバケット２４ｂを、モニター画面上でマークするという方法により、誘導対象を特定する。これにより、誘導対象物及びその到達すべき目標位置が設定されたことになる。
【００８５】
（４）ステップ４
そして、目標位置の確定をした後のタイミングで、例えば、作業管理者３３が端末装置Ａのモニター画面Ｇ上に表示されているコンクリートバケット２４ｂを電子的にマークすると、仮想の二重円９２が設定されるとともに、このモニター画面Ｇ上に表示されることになり、いわゆる二重円９２の初期設定がなされることになる（図１４ａ参照）。
【００８６】
すると、二重円９２が初期設定されるのと同時に、二重円９２の構成要素である内円９２ｂの外側の範囲における三角探査点網モデル８３を含むすべての計測データ８２は、消去されることになる。
【００８７】
したがって、二重円９２の初期設定後のタイミングでは、三次元形状を自動認識するために必要なデータ、計測データ８２のみならず、三角探査点網モデル８３に関するデータをも含むすべてのデータは、この内円９２ｂの範囲内のみに存在することとなる。
【００８８】
次いで、コンクリートバケット２４ｂが通常の走行プロセスに従って図示矢印Ｆ方向に移動するが、このタイミングでは、まだ、コンクリートバケット２４ｂは、二重円９２の構成要素である内円９２ｂの範囲内に含まれている（図１４ｂ参照）。
（５）ステップ５
そして、コンクリートバケット２４ｂが更に図示矢印Ｆ方向に移動して、コンクリートバケット２４ｂが内円９２ｂの範囲内に含まれないこととなり、すなわち、コンクリートバケット２４ｂが外円９２ａと内円９２ｂとの間に移動する。
【００８９】
（６）ステップ６
すると、コンクリートバケット２４ｂが外円９２ａと内円９２ｂとの間に移動した瞬間のタイミングにおいて、外円９２ａと内円９２ｂとの範囲内に新たに移動してきたコンクリートバケット２４ｂの三次元位置関係は、外円９２ａと内円９２ｂとの範囲内の三角探査点網モデルにより計測される。二重円９２は平面ではなく立体的に設定されているため、同じ平面範囲内にあっても、コンクリートバケット２４ｂと遠近距離が大きく異なる物体に対しては同じく認識の範囲外となる。
【００９０】
（７）ステップ７
そして、三次元移動位置を把握するとともに、それまでの二重円９２は一旦消滅し、新たな二重円９２が移動後のコンクリートバケット２４ｂを中心に再設定されることになり、二重円９２の初期設定を行う前の状況に戻ることになる。
【００９１】
（８）ステップ８
更に、すぐのタイミングにおいて、内円９２ｂの内側の範囲内にコンクリートバケット２４ｂが含まれるように消失した二重円９２と同一の二重円が再設定されることになり、これに追従して外円９２ａの外側の範囲における三角探査点網モデル８３を含むすべての計測データ８２が消去されることになる（図１４ｄ参照）。
【００９２】
（９）ステップ９
そして、本ステップにより、コンクリートバケット２４ｂが外円９２ａと内円９２ｂとの間に移動したか否かの判断をして、移動したのであれば、再びステップ６に戻ることとして追尾プロセスを繰り返すこととし、所定時間が経過しても移動しないとの判断であれば、ステップ１０に進むことになる。
【００９３】
（１０）ステップ１０
最後に、予め、設定した目標位置に、コンクリートバケット２４ｂが到達したことを確認したならば、本プログラムは終了することになる。
【００９４】
したがって、この実施の形態によれば、三次元形状の自動認識をする対象を作業管理者が追尾しようと意志決定したものに限定して、必要なものだけデータ処理をすることにより、効率的な移動体の追尾を実現するものである。
【００９５】
このような追尾プロセスにて追尾されるコンクリートバケット２４ｂの誘導プロセスは、自動追尾により継続的に把握されるコンクリートバケット２４ｂの三次元形状、すなわち、三次元位置のレーザースキャニング走査測定データ５１が、入力インターフェース６１を介して、制御部６２に入力されると同時に、出力インターフェース６６を介して、機械室２７に配設されている第１ウインチ２５及び第２ウインチ２６をリアルタイムに制御して、第２搬送器２４の移動ルート及び移動スピードを最適に調整することにより、コンクリートバケット２４ｂを目標位置まで効率的かつ安全に誘導しようとするものである。
【００９６】
この場合において、コンクリートバケット２４ｂの誘導をするに際し、受信した目標位置（マーク位置）、目標物（目標位置に存在する物）の計測データ、及び付近の三次元形状の計測データ等と、自動追尾により計測中であるコンクリートバケット２４ｂの現在の三次元座標（三次元位置）、及びコンクリートバケット２４ｂの形状の計測データ等を突き合わせしながら、これらの空間位置関係を把握した上で、予めＲＯＭ６４上に設定してあるプログラム上でこれらのデータをリアルタイムに処理することにより、コンクリートバケット２４ｂの振れが大きくなって危険とならない限度で、最適なルート及びスピードの設定を行うことができ、これにより、コンクリートバケット２４ｂが目標位置まで効率的かつ安全に誘導されることになる。
【００９７】
◎実施の形態３
図５はこの発明に係る三次元形状自動認識装置の実施の形態３が適用された建設現場の施工概要を示すものである。なお、実施の形態２と略同様な構成要素については実施の形態２と同様な符号を付して、ここではその詳細な説明は省略する。
【００９８】
本実施の形態３に係る三次元形状自動認識装置は、実施の形態２と同一のダム建設現場に使用される略同一構成を有するものであるが、レーザースキャニング装置２９が実施の形態２と同一構成であることに加え、当該装置自体が水平、鉛直方向に旋回する架台（図示外）の上に搭載されて、当該装置により設定される平面枠４５が水平、又は鉛直方向に移動自在の構成とするとともに、二重円９２をモニター画面Ｇの中央部位に固定配置した構成を有している。
【００９９】
このような構成を有するレーザースキャニング装置２９によれば、内円９２ｂで捉えられているコンクリートバケット２４ｂが外円２４ａと内円９２ｂとの範囲内に移動した場合には、その三次元位置関係を当該範囲内における三角探査点網モデルにより計測した後、当該計測結果に基づいて前記架台を回転させることにより、レーザースキャニング装置２９の中心部位に移動後のコンクリートバケット２４ｂが捉えられるように制御することができ、このような制御を繰り返すことにより、常に、コンクリートバケット２４ｂ（誘導対象物）をモニター画面Ｇの中央部位に表示しながら、追尾、誘導することができる。
【０１００】
◎実施の形態４
図５はこの発明に係る三次元形状自動認識装置の実施の形態４が適用された建設現場の施工概要を示すものである。なお、実施の形態４は、実施の形態１と全く同様な構成要素を有するものであるため、実施の形態１と同様な符号を付すこととして、ここではその詳細な説明は省略する。
【０１０１】
本実施の形態４に係る三次元形状自動認識装置は、実施の形態１と全く同一構成を有するとともに同一のダム建設現場に使用されるものであるが、実施の形態１と異なり、作業時間中における現場内の様子を把握する目的に使用するのではなく、作業休止時間中における現場内の様子を把握する、いわば現場内の監視を目的として使用するようにしている。
【０１０２】
この実施の形態では、作業休止時間中において、中央管理室３１にガードマンを常駐させることとして現場内の監視をするようにしているが、本現場はダム建設現場でありあまりにも広いため、すべてを漏れなく監視するのは困難であることから、レーザースキャニング装置２９により連続走査することにより、現場内を効果的に把握するようになっている。
【０１０３】
すなわち、三角探査点網モデル８３上の同一部位において、一定時間ごとに計測した面ベクトルデータの相互を比較するようにして、経時的に変化する面ベクトルデータを有する形状部分のみを抽出することにより、移動する物体のみを把握することができるようになっており、作業休止時間中では、移動する物体はないはずであり、また、移動する物体があったとしても、予め把握できる範囲に限定されるはずであることを考慮すれば、現場内を監視するシステムとしては十分過ぎる機能を果たすものと言える。
【０１０４】
この実施の形態に係る監視システムによれば、中央管理室３１等の三次元形状の自動認識結果が表示され得るモニター画面の前に、きわめて少人数のガードマンを配備するだけで、作業休止時間中における広範囲に亘る現場内を漏れなく監視することができ、人員削減による経済効果が絶大であるというだけでなく、移動する物体のすべてを記録に残すことも容易にできるから、事後分析等にも役立てることができる。
【０１０５】
◎実施の形態５
図５はこの発明に係る三次元形状自動認識装置の実施の形態５が適用された建設現場の施工概要を示すものである。なお、実施の形態２と略同様な構成要素については実施の形態１と同様な符号を付して、ここではその詳細な説明は省略する。
【０１０６】
本実施の形態５に係る三次元形状自動認識装置は、実施の形態２と同一のダム建設現場に使用される略同一構成を有するものであるが、実施の形態２の構成に加え、三角探査点網モデル８３の一部領域が通常の三角探査点網モデル８３と比べ探査点の間隔の小さいミニ探査点網モデルと通常の三角探査点網モデル８３とに切換自在である構成を有している。
【０１０７】
すなわち、図１５に示すように、レーザースキャニング装置２９による走査範囲がテレビ映像に重ね合わせて表示されているモニター画面Ｇ上には、通常時においては画面全体の亘ってすべて一様に三角探査点網モデル８３が設定されているが、例えば、予めコンクリートバケット２４ｂを到達させるべき目標位置１０１付近を中心とした特定領域１０２を設定しておくと、当該走査範囲内を経時的に移動する物体がこの特定領域１０２に近接するか、又は侵入した場合に限り、この特定領域１０２がミニ探査点網モデルに切り換えられるようになっている。
【０１０８】
この実施の形態によれば、コンクリートバケット２４ｂが誘導により到達するはずの目標位置１０１付近を中心とした特定領域１０２に、動く物体が近接するか、又は侵入するかすると、当該特定領域１０２がミニ探査点網モデルに切り換えられるから、コンクリートバケット２４ｂが現に特定領域１０２の頭上に存在するか否かを問わず、当該特定領域１０２に近接等する物体の三次元形状を選択的に詳細に把握することができ、また、把握した計測データを現場の作業管理者３２等がもつ端末装置に表示したり、アラーム等の音により周知させることにより、優れた安全管理システムを構築することができる。
【０１０９】
安全管理という視点から換言すると、この実施の形態は、コンクリートバケット２４ｂの移動ルート、移動スピード等がその振れを少なくして安全なものに設定されるばかりか、このように設定された移動ルートのデータからコンクリートバケット２４ｂがまだ通過していないタイミングにおいても将来的に通過するはずの特定領域１０２内に作業者等に代表される動く物体が近接等すると作業管理者３２等に周知させることができるという画期的なシステムであり、建設現場において作業者が自ら注意して吊り荷の下に入らないようにしていた従来の安全管理上の常識を大幅に覆すものと言うことができる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、仮想の走査線を測定軸周りで回動させて内方に三次元座標をもつ格子点網が形成される仮想の平面枠を設定し、かつ、この平面枠を連続走査して各格子点を通る測定線における走査対象物までの角度及び距離を測定する走査測定手段と、この走査測定手段による測定データを処理するコンピュータとを具備する構成とした上で、平面枠の連続走査前に探査点及び探査面からなる三角探査点網モデルを格子点網と同一平面上に設定するとともにその三角探査点網モデルとコンピュータとのを関連付けを行い、各探査点に最も近い格子点における測定データをその探査点における測定データとし、その各探査点における測定データを三次元座標データに変換し、その各探査点における三次元座標データとして記憶し、その各探査点における三次元座標データを各探査面における法線方向の面ベクトルデータに変換するようにしたので、次の効果を奏する。
【０１１１】
（１）膨大な量の計測データのすべてについてデータ処理を行うという無駄なプロセスを回避しながら、膨大な計測データのうち、所定の情報抽出手法により抽出したデータについてのみデータ処理を行って認識データを得るようにしたため、必要な認識データを得るまでのデータ処理速度を飛躍的に向上させることができるから、リアルタイムで画面表示したり、装置制御をしたりすることができる。
【０１１２】
（２）（１）の結果、静止している地面、構造物等の形状を三次元的に自動認識することができるばかりか、移動している物体等も把握することができるから、静止している物体等と移動している物体等とを区別することができる。
【０１１３】
（３）このため、計測された面ベクトルデータの相互を一定時間ごとに比較して、経時的に変化する面ベクトルデータの三次元形状部分のみを抽出して捉えることにより、移動する物体等のみを把握することができるから、例えば、現場内監視システム等に利用することができる。
【０１１４】
（４）また、移動している物体等が移動装置を有する場合において、移動している物体等の挙動をリアルタイムに三次元的に認識した認識データに基づいて、移動装置を制御することにより、移動している物体等を誘導することができる。
【０１１５】
（５）三角探査点網モデルの探査点の間隔を自由に設定することができるため、認識すべき測定対象の特徴、必要な測定精度、利用する制御内容等に応じて探査点の間隔をフレキシブルに変更することができ、データの抽出度合い等の自由な変更、柔軟な対応が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１発明の概要を示すブロック図である。
【図２】第１発明の概要を示すブロック図である。
【図３】第２発明の概要を示すブロック図である。
【図４】第２発明の概要を示すブロック図である。
【図５】この発明に係る三次元形状自動認識装置の実施の形態１が適用されたダム建設現場の施工概要を示すものである。
【図６】この発明の実施の形態１に係るレーザースキャニング装置の構成及び作用を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係るマイクロコンピュータの構成を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る三次元形状自動認識装置において設定された探査点網モデル及び面ベクトルデータの構成を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る三次元形状自動認識装置による三次元形状自動認識プロセスを示すフローチャート図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係るマイクロコンピュータによるデータ抽出プロセスを示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る三次元形状自動認識装置により認識された三次元形状を示す多角形図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係るレーザースキャニング装置の構成及び作用を示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態２に係る三次元形状自動認識装置による追尾及び誘導プロセスを示すフローチャート図である。
【図１４】この発明の実施の形態２に係る三次元形状自動認識装置による追尾プロセスを示すモニター画面図である。
【図１５】この発明の実施の形態４に係る三次元形状自動認識装置におけるミニ探査点網モデルを示すモニター画面図である。
【符号の説明】
１…走査軸
２…測定基準点
３…走査線
４…測定軸
５…円平面
６…格子点網
７…平面枠
８…走査測定手段
９…コンピュータ
１０…三角探査点網モデル
１０ａ…探査点
１０ｂ…探査面
１６…モデル設定手段
１７…第１抽出手段
１８…第１変換手段
１９…格納手段
２０…第２抽出手段（第２変換手段）
２１…ロープ支持塔
２２…支持用ロープ
２３…第１搬送器
２３ａ…車両
２３ｂ…吊り治具
２４…第２搬送器
２４ａ…車両
２４ｂ…コンクリートバケット
２５…第１ウインチ
２６…第２ウインチ
２７…機械室
２８…生コンクリート製造プラント
２９…レーザースキャニング装置
３０…マイクロコンピュータ
３１…中央管理室
３２…作業管理者
３３…作業管理者
４１…走査軸
４２…測定基準点
４３…走査線
４４…測定軸
４５…平面枠
４６…格子点
４７…格子点網
５１…レーザースキャニング走査測定データ
６１…入力インターフェース
６２…制御部
６３…中央演算処理装置（ＣＰＵ）
６４…リードオンリーメモリー（ＲＯＭ）
６５…ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）
６６…出力インターフェース
７１…中央管理室モニター表示
７２…端末装置Ａモニター表示
７３…端末装置Ｂモニター表示
８１…仮想平面
８２…計測データ
８３…三角探査点網モデル
８４…探査点
８５…探査面
８６…面ベクトルデータ
９１…テレビカメラ
９２…二重円
９２ａ…外円
９２ｂ…内円
１０１…目標位置
１０２…特定領域
Ｌ…測定線
Ｔ…走査対象物
Ａ…端末装置
Ｂ…端末装置
Ｄ…矢印
Ｅ…角度範囲
Ｇ…モニター画面
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003689191.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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