(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザレーダとカメラをコンパクトに配置して、構造体積と重量を低減させたレーザレーダ三次元スキャンカメラを提供する。【解決手段】レーザレーダ三次元スキャンカメラは、筐体１００、および、筐体内に取り付けられたカメラ２００とレーザレーダとを含み、カメラはその主光軸（Ｘ−Ｘ’）の周りに形成された視野を有し、レーザレーダはその走査平面にレーザ信号を送信し戻ってきたレーザ信号を受信することができ、かつ、筐体にカメラの視野が通過するカメラ開口１１０とレーザレーダの視野が通過するレーダ開口とが設けられ、カメラとレーザレーダが互いの視野外に位置するように、カメラの主光軸とレーザレーダの走査平面は鉛直方向（Ｖ−Ｖ’）周りに互いにずらされている。【選択図】図１
0003233140.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
筐体、および、前記筐体内に取り付けられたカメラとレーザレーダとを含み、
前記カメラはその主光軸の周りに形成された視野を有し、
前記レーザレーダはその走査平面に沿って形成された視野を有し、
かつ、前記筐体に前記カメラの視野が通過するカメラ開口と、前記レーザレーダの視野が通過するレーダ開口とが設けられたレーザレーダ三次元スキャンカメラであって、
前記カメラと前記レーザレーダが互いの視野外に位置するように、前記カメラの主光軸と前記レーザレーダの走査平面が、鉛直方向周りに互いに角度をずらしていることを特徴とするレーザレーダ三次元スキャンカメラ。
【請求項２】
前記カメラの主光軸は、水平方向に沿って延びており、かつ、前記レーザレーダの走査平面は一つ、または、複数の鉛直平面である、請求項１に記載のレーザレーダ三次元スキャンカメラ。
【請求項３】
前記レーザレーダは、前記カメラの上方に位置し、かつ、前記レーザレーダと前記カメラは鉛直方向において一部が重なっている、請求項１に記載のレーザレーダ三次元スキャンカメラ。
【請求項４】
前記カメラ、および、前記レーザレーダは、鉛直方向において隣接している、請求項３に記載のレーザレーダ三次元スキャンカメラ。
【請求項５】
前記カメラの主光軸と前記レーザレーダの走査平面とがなす前記角度は、７０°〜１１０°である、請求項１〜４のいずれかに記載のレーザレーダ三次元スキャンカメラ。
【請求項６】
前記カメラの主光軸と前記レーザレーダの走査平面とがなす前記角度は、９０°である、請求項５に記載のレーザレーダ三次元スキャンカメラ。
【請求項７】
前記筐体は、前記カメラ開口の上下両側に形成された、前記カメラ開口に隣接し、かつ、互いの間に少なくとも１５０°以上の夾角がある一対の平坦な外表面を有する、請求項１〜４のいずれかに記載のレーザレーダ三次元スキャンカメラ。
【請求項８】
前記レーダ開口は、少なくとも１５０°以上の角度で前記レーザレーダ周りに延びていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のレーザレーダ三次元スキャンカメラ。
【請求項９】
前記レーダ開口は、前記レーザレーダ周りに、前記レーザレーダの真上を超えるように延びている、請求項８に記載のレーザレーダ三次元スキャンカメラ。
【請求項１０】
前記レーザレーダ三次元スキャンカメラは、さらに、前記カメラと前記レーザレーダがともに取り付けられた、前記筐体に固定されたフレームを含む、請求項１〜４のいずれかに記載のレーザレーダ三次元スキャンカメラ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、三次元再構成分野に関し、より具体的には、レーザレーダ三次元スキャンカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の室内三次元再構成スキャナは、構造化光カメラとレーザレーダスキャンカメラとを含む。構造化光カメラは可視距離が比較的短く、誤差が大きい。レーザレーダスキャンカメラは可視距離が長く（百メートル以上に至る）、精度が高いが、スキャンが遅く、工業用途に用いられることが多い。
【０００３】
レーザレーダスキャンカメラは、通常、高価な工業作業用装置となり、消費レベルのものは少なく、その作動原理は概して、装置が三脚に架設され、レーザレーダとカラーカメラが同一方向に向かって観測し、装置の底部がモータにより３６０℃回転し、すると、１つの点位置のパノラマ点群とパノラマ写真を得、標定されたパラメータにより融合すれば、カラー点群が得られ、多点融合処理を経た後に、建物の三次元モデルが得られる。しかしながら、一方では、従来のレーザレーダ三次元スキャン装置はコストが高く、作業時間が長く、工業レベル応用が多いが、他方では、レーザレーダとカラーカメラが同一方向に向かって配置されることで、装置の高さや幅が大きくなり、装置のサイズが大型化してしまう。この２つの理由で、現在のレーザレーダ三次元スキャンカメラは大規模に消費レベルで使用されることが困難である。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
本考案は、上記課題を解決して、住宅の展示や内装際の部屋測定等の消費場面で大規模に使用するように、構造設計上体積が小さく、重量が軽く、撮像効率が高い三次元再構成装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記従来技術における課題を解決するために、本考案は、レーザレーダ三次元スキャンカメラを提出し、筐体及び前記筐体内に取り付けられたカメラとレーザレーダを含み、前記カメラはその主光軸の周りに形成された視野を有し、前記レーザレーダはその走査平面に沿って形成された視野を有し、かつ前記筐体に前記カメラの視野が通過するカメラ開口と前記レーザレーダの視野が通過するレーダ開口とが設けられたレーザレーダ三次元スキャンカメラであって、前記カメラと前記レーザレーダが互いの視野外に位置するように、前記カメラの主光軸と前記レーザレーダの走査平面は鉛直方向周りに互いに角度をずらす。
【０００６】
前記カメラの主光軸は水平方向に沿って延びており、かつ前記レーザレーダの走査平面は一つ、または、複数の鉛直平面であるようにしてもよい。
【０００７】
前記レーザレーダは前記カメラの上方に位置し、かつ前記レーザレーダと前記カメラは鉛直方向において一部が重なっているようにしてもよい。
【０００８】
前記カメラ及び前記レーザレーダは、鉛直方向において隣接しているようにしてもよい。前記カメラの主光軸と前記レーザレーダの走査平面とがなす角度は、７０°〜１１０°であるようにしてもよい。
【０００９】
前記カメラの主光軸と前記レーザレーダの走査平面とがなす角度は、９０°であるようにしてもよい。
【００１０】
前記筐体は、前記カメラ開口の上下両側に形成された、前記カメラ開口に隣接し、かつ互いの間に少なくとも１５０°以上の夾角がある一対の平坦な外表面を有するようにしてもよい。
【００１１】
前記レーダ開口は、少なくとも１５０°以上の角度で前記レーザレーダ周りに延びているようにしてもよい。
【００１２】
前記レーダ開口は、前記レーザレーダ周りに、前記レーザレーダの真上を超えるように延びているようにしてもよい。
【００１３】
前記レーザレーダ三次元スキャンカメラは、さらに、前記カメラと前記レーザレーダがともに取り付けられた、前記筐体に固定されたフレームを含むようにしてもよい。
【００１４】
本考案は図面における例示的な実施形態として体現することができる。しかしながら、図面は模式的なものだけであり、本考案による教示の下で想到される変更はいずれも本考案の範囲内に含まれると見なされるべきであり、かつ本考案の範囲は、添付された請求項のみによって限定される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
図面には、本考案の例示的な実施形態が示されている。これらの図面は、必然的に本考案の範囲を制限すると解釈されるべきではない。なお、本明細書において、同一の数字、および／または、類似する符号は、同一の、および／または、類似する要素を指すことができる。
【図１】図１は、本考案のレーザレーダ三次元スキャンカメラの模式的な斜視図である。
【図２】図２は、本考案のレーザレーダ三次元スキャンカメラの、内部部品を示すように筐体が取り外された模式的な斜視図である。
【図３】図３は、本考案のレーザレーダ三次元スキャンカメラの、内部部品を示すように筐体の一部が取り外された模式的な斜視図である。
【図４】図４は、本考案のレーザレーダ三次元スキャンカメラの模式的な平面図である。
【図５】図５は、本考案のレーザレーダ三次元スキャンカメラの模式的な側面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１６】
本考案の各態様、および、利点は以下の図面を参照して与えられた記述から明らかになり、ここで、図面には本考案の例示的な実施形態が示されている。しかしながら、本考案は多くの異なる形態として実現することができるとともに、必然的にここに開示された例示的な実施形態に制限すると解釈されるべきではない。逆に、これらの例示的な実施形態は、本考案を説明し、また、当業者へ本考案の思想を伝達するためにのみ提供される。
【００１７】
以下、各図面を参照しながら、本考案にかかるレーザレーダ三次元スキャンカメラの非限定的な実施形態について詳細に描く。各図面おいては、図１は本考案にかかるレーザレーダ三次元スキャンカメラの模式的な斜視図であり、図２は本考案にかかるレーザレーダ三次元スキャンカメラの、内部部品を示すように筐体が取り外された模式的な斜視図であり、図３は本考案にかかるレーザレーダ三次元スキャンカメラの、内部部品を示すように筐体の一部が取り外された模式的な斜視図であり、図４は本考案にかかるレーザレーダ三次元スキャンカメラの模式的な平面図であり、図５は本考案にかかるレーザレーダ三次元スキャンカメラの模式的な側面図である。各図面において、矢印「Ｖ−Ｖ’」で鉛直方向を示すが、本明細書において、「鉛直方向Ｖ−Ｖ’」の使用は図面を参照して本考案をより直感的に説明する目的のみであり、いかなる方式で本考案の保護範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【００１８】
図１、および、図２を参照すると、本考案によるレーザレーダ三次元スキャンカメラは、主に、筐体１００、および、筐体１００に取り付けられたカメラ２００とレーザレーダ３００を含み、カメラ２００は、その主光軸Ｘ−Ｘ’周りに形成されたカメラ視野ＣＶＦ（例えば、テーパ状視野）を有し、カメラ２００は、そのカメラ視野ＣＶＦに入る周囲環境の画像（以下、「環境画像」と略称する。）を収集することができ、明らかに、この環境画像は周囲環境の外観や様子を反映することができ、レーザレーダ３００は、その走査平面ＳＰにレーザ信号を送信し、かつ、戻ってきたレーザ信号を受信することができる。
【００１９】
つまりレーザレーダ３００は、その走査平面ＳＰに沿って形成されたレーダ視野ＲＶＦを有し、送信信号と返送信号のパラメータを比較することで、レーザレーダ３００は、レーザレーダ３００に対する周囲環境の走査平面ＳＰにおける点の方位を決定することができる。つまりレーザレーダ３００は、周囲環境の走査平面ＳＰにおける方位情報付きの点（以下、「環境点群」と略称する。）を生成することができ、環境点群を利用すれば、環境の構造をモデリングして、環境の構造モデルを生成することができる。
【００２０】
さらに、環境外観を反映する環境画像と環境方位を反映する環境点群（即ち、環境の構造モデル）とを組み合わせることにより、構造モデルに画像や外観を付与して、環境モデルを生成することができる。
【００２１】
またさらに、例えばモータを用いて鉛直方向Ｖ−Ｖ’周りに筐体１００を３６０°回転させた場合、カメラ２００のカメラ視野ＣＶＦとレーザレーダ３００の走査平面ＳＰも鉛直方向Ｖ−Ｖ’周りに３６０°回転することで、カメラ２００は鉛直方向Ｖ−Ｖ’周りに３６０°の環境画像であるパノラマ画像を生成し、レーザレーダ３００は鉛直方向Ｖ−Ｖ’周りに３６０°の環境点群であるパノラマ点群を生成し、さらに、パノラマ三次元構造モデルを生成する。そして、パノラマ画像とパノラマ三次元構造モデルとを組み合わせることにより、周囲環境に対してパノラマ三次元モデリングを行うことができ、すなわち、周囲環境のパノラマ三次元モデルを得ることができる。
【００２２】
後続処理（例えば、環境画像と構造モデルの組み合わせ）の便宜上、カメラ２００の主光軸Ｘ−Ｘ’は水平方向に沿って延びており、レーザレーダ３００の走査平面ＳＰは１つ、または、複数の鉛直平面であるようにしてもよい。
【００２３】
しかしながら、前述したように、カメラ２００はそのカメラ視野ＣＶＦに入る周囲環境の画像を生成する必要があり、レーザレーダ３００はその走査平面ＳＰにレーザ信号を送受信する必要がある。したがって、カメラ２００とレーザレーダ３０が互いに干渉することを回避しつつ、十分に大きな鉛直方向Ｖ−Ｖ’の視野角を取得するために、図２、および、図３に示すように、カメラ２００とレーザレーダ３００は互いにずらされており、より具体的に、カメラ２００の主光軸Ｘ−Ｘ’とレーザレーダ３００の走査平面ＳＰは鉛直方向Ｖ−Ｖ’周りに角度φをずらし（図３に示すように）、かつレーザレーダ３００とカメラ２００はいずれも相手の視野外に分布している。
【００２４】
これにより、カメラ２００はレーザレーダ３００の走査平面ＳＰに位置することがなく、そのため、カメラ２００はレーザレーダ３００によるレーザ信号の送受信を影響することがないことで、周囲環境の構造モデルの形成を影響することがない。また、レーザレーダ３００はカメラ２００のカメラ視野ＣＶＦ外にあるため、レーザレーダ３００はカメラ２００による画像収集を影響することがない。さらに、カメラ２００とレーザレーダ３００は互いに影響しないため、カメラ２００とレーザレーダ３００を比較的にコンパクトに配置することができ、これにより、レーザレーダ三次元スキャンカメラのサイズを低減して、レーザレーダ三次元スキャンカメラは空間の小さな環境に対して三次元モデリングを行うことができるようになり、例えば家屋内の様子の展示や内装際の部屋測定等のような場面に使用されやすくなり、従来技術における大きなサイズのスキャンカメラのように大きな空間の環境モデリングにのみ使用できるようなことはない。
【００２５】
図２、および、図３に示すように、レーザレーダ３００はカメラ２００の上方に位置し、かつレーザレーダ３００とカメラ２００は鉛直方向Ｖ−Ｖ’において一部が重なっているようにしてもよい。このようにして、レーザレーダ三次元スキャンカメラの水平方向におけるサイズを小さくすることができる。
【００２６】
さらに、図２、および、図３に示すように、カメラ２００とレーザレーダ３００は、鉛直方向Ｖ−Ｖ’において隣接しているようにしてもよい。このようにして、レーザレーダ三次元スキャンカメラの水平方向におけるサイズを小さくすることができるとともに、レーザレーダ三次元スキャンカメラの鉛直方向におけるサイズを小さくすることができる。
【００２７】
カメラ２００の主光軸Ｘ−Ｘ’とレーザレーダ３００の走査平面ＳＰとがなす角度φは７０°〜１１０°であるようにしてもよく、さらに、８０°〜１００°であるようにしてもよく、またさらに、約９０°であるようにしてもよい。これにより、カメラ２００とレーザレーダ３００が互いに干渉することを回避してレーザレーダ三次元スキャンカメラ全体のサイズを小さくすることができるだけではなく、カメラ２００とレーザレーダ３００はいずれも大きな鉛直方向Ｖ−Ｖ’の視野角を有することができ、より全面的に周囲環境の三次元モデルが確立される。
【００２８】
図１に示すように、筐体１００には、カメラ２００のカメラ視野ＣＶＦが通過するカメラ開口１１０が設けられており、また、筐体１００にはさらに、カメラ開口１１０の上下両側に形成された、カメラ開口１１０に隣接しかつ互いの間に少なくとも１５０°に同等の角度以上の夾角θがある一対の平坦な外表面１２０、１３０を有するようにしてもよい。
【００２９】
このようにして、一対の平坦な外表面１２０、１３０がカメラ開口１１０の上下両側にカメラ開口１１０と隣接しているため、一対の平坦な外表面１２０、１３０は鉛直方向Ｖ−Ｖ’においてカメラ２００の視野角β（図２に示す）を限定し、さらに、一対の平坦な外表面１２０、１３０の互いの間に少なくとも１５０°に同等な角度以上の夾角θがあるため、カメラ２００は鉛直方向Ｖ−Ｖ’に少なくとも１５０°に同等な角度以上の視野角βを有することで、より全面的に周囲環境の画像を収集できる。
【００３０】
さらに、図１に示すように、一対の平坦な外表面１２０、１３０はカメラ２００の主光軸Ｘ−Ｘ’に関して対称に配置されているようにしてもよい。
【００３１】
図３〜図５に示すように、筐体１００にはさらに、レーザレーダ３００の走査平面ＳＰ（即ち、レーダ視野ＲＶＦ）が通過するレーダ開口１４０が設けられており、レーダ開口１４０は少なくとも１５０°に同等な角度以上の角度でレーザレーダ３００周りに延びているようにしてもよい。このようにして、レーダ開口１４０はレーザレーダ３００周りに少なくとも１５０°に同等な角度以上の角度で延びているため、レーザレーダ３００の走査平面ＳＰは少なくとも１５０°に同等な角度の範囲内で筐体１００を通過することができ、これにより、レーザレーダ３００は鉛直方向Ｖ−Ｖ’において少なくとも１５０°に同等な角度の範囲内でレーザ信号を送受信することができ、言い換えれば、レーザレーダ３００が鉛直方向Ｖ−Ｖ’において少なくとも１５０°に同等な角度の視野角α（図３に示す）を有するようにするため、レーザレーダ３００は鉛直方向Ｖ−Ｖ’において少なくとも１５０°に同等な角度の範囲で環境点群を生成することができることで、より全面的に環境構造モデルを生成することができる。
【００３２】
さらに、図３〜図５に示すように、レーダ開口１４０はレーザレーダ３００周りにレーザレーダ３００の真上を超えるように延びているようにしてもよい。このようにして、レーザレーダ３００はその真上の環境の環境点群を生成することができ、これにより、より全面的な環境構造モデルを構築することができる。
【００３３】
図２と図３に示すように、レーザレーダ三次元スキャンカメラは、さらに、筐体１００に取り付けられたモータ４００を含み、モータ４００は、レーザレーダ三次元スキャンカメラが鉛直方向Ｖ−Ｖ’周りに、または、水平に（より具体的に、３６０°で）回転するように駆動するために配置されているようにしてもよい。
【００３４】
例えば、レーザレーダ三次元スキャンカメラを三脚に取り付けられた後、モータ４００はレーザレーダ三次元スキャンカメラが三脚に対して回転するように駆動できるようになり、これにより、周囲環境のパノラマ三次元モデルが生成される。なお、モータは、レーザレーダ三次元スキャンカメラ中に配置するものには限られず、三脚に設けられていてもよいことはいうまでも無い。
【００３５】
図２、および、図３に示すように、レーザレーダ三次元スキャンカメラはさらに、カメラ２００とレーザレーダ３００とモータ４００（存在すれば）がともに取り付けられた、筐体１００に固定されたフレーム５００を含むようにしてもよい。
【００３６】
このようにして、カメラ２００と、レーザレーダ３００と、モータ４００（存在すれば）とはいずれも同一フレーム５００に取り付けられているため、フレームの構造を設計することによりカメラ２００とレーザレーダ３００の方位を簡単に調整することができ、生産中に全体の標定を行い易くなり、かつ標定が完了した後にフレーム５００によりカメラ２００と、レーザレーダ３００と、モータ４００（存在すれば）とを簡単に筐体１００に組み立てることができる。
【００３７】
標定は、焦点距離、結像中心、および、歪みが含まれるカメラ２００の内部パラメータ、レーザレーダ３００とカメラ２００の相対的な位置、および、姿勢、モータ４００の回転軸の軸方向を含む。これらの標定は、高精度の三次元カラー点群モデルの生成中に不可欠なものである。
【００３８】
カメラ２００はカラーカメラであるようにしてもよい。このようにして、周囲環境のカラーパノラマ三次元モデルを生成でき、周囲環境をよりリアルに再現・表現することができる。
【００３９】
また、レーザレーダ三次元スキャンカメラはさらに、筐体１００に取り付けられたメインボードと、メインボードに設けられた演算ユニット、記憶ユニット、通信モジュール（例えば、Ｗi-Ｆiモジュール）、および、電源モジュール（例えば、リチウム電池）等を含む。
【００４０】
以上、図面を参照しながら、本考案にかかるレーザレーダ三次元スキャンカメラの好適でかつ非限定的な実施形態について詳細に描いた。当業者にとって、本件実用登録出願の請求項に記載された本考案の開示の範囲、および、実質から逸脱することなく、技術、および、構造に対する補正や追加は、いずれも本考案の範囲内に含まれると見なされるべきである。そのため、本考案による教示の下で想到されるこれらの補正や追加は、いずれも本考案の開示の一部として見なされるべきである。本考案の開示の範囲は、本件明細書に添付された実用新案登録請求の範囲の請求項に限定されるとともに、本考案の開示の出願日時点での既知の等価技術、および、予見されていない等価技術を含む。
【図１】
0003233140.tif 000003
【図２】
0003233140.tif 000004
【図３】
0003233140.tif 000005
【図４】
0003233140.tif 000006
【図５】
0003233140.tif 000007