(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬｉＤＡＲ装置を用いた３Ｄモデリングシステムを提供する。【解決手段】３Ｄモデリングシステム１は、ＬｉＤＡＲ装置１０及びＬｉＤＡＲ装置に接続されるコンピューター１１を含む。ＬｉＤＡＲ装置は検出レーザー１２８を発射して、反射レーザー１４８を受光して、反射点データを得る。コンピューターはＬｉＤＡＲ装置の作業を制御して、ＬｉＤＡＲ装置が収集した反射点データを処理して、反射点データに基づいて３Ｄモデルを形成する。【選択図】図１
2018109610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬｉＤＡＲ装置及びＬｉＤＡＲ装置に接続されるコンピューターを含む３Ｄモデリングシステムであって、
前記ＬｉＤＡＲ装置は検出レーザーを発射して、反射レーザーを受光して、反射点データを得ることに用いられ、
前記コンピューターは前記ＬｉＤＡＲ装置の作業を制御して、前記ＬｉＤＡＲ装置が収集した反射点データを処理して、前記反射点データに基づいて３Ｄモデルを形成することに用いられることを特徴とする３Ｄモデリングシステム。
【請求項２】
前記コンピューターは制御モジュールと、データ受信モジュールと、データ処理モジュールと、ＩＣＰ計算モジュールと、３Ｄモデリングモジュールと、記憶モジュールと、を含み、
前記データ受信モジュールと、前記データ処理モジュールと、前記ＩＣＰ計算モジュールと、前記３Ｄモデリングモジュールと、前記記憶モジュールとは、前記制御モジュールとそれぞれ接続され、
前記データ受信モジュールは前記ＬｉＤＡＲ装置が発信した反射点データを受信することに用いられ、
前記データ処理モジュールは、前記反射点データのフォーマットを、前記コンピューターが読み取れるフォーマットに変換することに用いられ、
前記ＩＣＰ計算モジュールは、前記反射点データを繰り返して演算を行い、３次元点群を得ることに用いられ、
前記３Ｄモデリングモジュールは前記３次元点群によって３Ｄモデルを形成することに用いられ、
前記記憶モジュールはさまざまなデータを記憶することに用いられることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄモデリングシステム。
【請求項３】
前記コンピューターの作業方法は、
反射点データを受信し、第二ステップに進む第一ステップと、
Ｎ＝１を設定し、Ｎ回目に受信した前記反射点データを繰り返して演算を行い、原点を算出して初期の３Ｄ点群を形成し、第三ステップに進む第二ステップと、
Ｎ＝Ｎ+１を設定し、第四ステップに進む第三ステップと、
Ｎ回目に受信した前記反射点データとＮ-１回目に受信した前記反射点データを演算して相対変位を算出して、得られた新反射点を前記３Ｄ点群に追加して、第五ステップに進む第四ステップと、
Ｎ＝Ｎ+１を設定し、第六ステップに進む第五ステップと、
前記新反射点データを受信したか否かを判断し、前記新反射点データを受信した場合に第四ステップに戻り、前記新反射点データを受信しない場合に第七ステップに進む第六ステップと、
前記３Ｄ点群に基づいて、３Ｄモデルを形成する第七ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄモデリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄモデリングシステムに関し、特にレーザー検出および測距装置に基づく３Ｄモデリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー検出および測距（ｌｉｇｈｔ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒａｎｇｉｎｇ，ＬｉＤＡＲ）技術はレーザー反射原理によって建物及び地形を測量する技術である。
【０００３】
ＬｉＤＡＲは３Ｄモデリングシステムの分野で広く使用される。しかし、従来の３Ｄモデリングシステムは、通常、グローバルポジションシステム（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ，ＧＰＳ）および慣性測定ユニット（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ，ＩＭＵ）などの多くのセンサを含む。したがって、従来の３Ｄモデリングシステムの構造は複雑であり、コストが高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、前記課題を解決するための、構造が簡単で且つコストが低い３Ｄモデリングシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の３Ｄモデリングシステムは、ＬｉＤＡＲ装置及びＬｉＤＡＲ装置に接続されるコンピューターを含み、ＬｉＤＡＲ装置は検出レーザーを発射して、反射レーザーを受光して、反射点データを得ることに用いられ、コンピューターは、ＬｉＤＡＲ装置の作業を制御して、ＬｉＤＡＲ装置が収集した反射点データを処理して、反射点データに基づいて３Ｄモデルを形成することに用いられる。
【０００６】
本発明の３Ｄモデリングシステムでは、コンピューターは制御モジュールと、データ受信モジュールと、データ処理モジュールと、ＩＣＰ計算モジュールと、３Ｄモデリングモジュールと、記憶モジュールと、を含み、データ受信モジュールと、データ処理モジュールと、ＩＣＰ計算モジュールと、３Ｄモデリングモジュールと、記憶モジュールとは、制御モジュールとそれぞれ接続され、データ受信モジュールはＬｉＤＡＲ装置が発信した反射点データを受信することに用いられ、データ処理モジュールは、反射点データのフォーマットを、コンピューターが読み取れるフォーマットに変換することに用いられ、ＩＣＰ計算モジュールは、反射点データを繰り返して演算を行い、３次元点群を得ることに用いられ、３Ｄモデリングモジュールは３次元点群によって３Ｄモデルを形成することに用いられ、記憶モジュールはさまざまなデータを記憶することに用いられる。
【０００７】
本発明の３Ｄモデリングシステムでは、コンピューターの作業方法は、反射点データを受信し、第二ステップに進む第一ステップと、Ｎ＝１を設定し、Ｎ回目に受信した前記反射点データを繰り返して演算を行い、原点を算出して初期の３Ｄ点群を形成し、第三ステップに進む第二ステップと、Ｎ＝Ｎ+１を設定し、第四ステップに進む第三ステップと、Ｎ回目に受信した反射点データとＮ-１回目に受信した反射点データを演算して相対変位を算出して、得られた新反射点を前記３Ｄ点群に追加して、第五ステップに進む第四ステップと、Ｎ＝Ｎ+１を設定し、第六ステップに進む第五ステップと、新反射点データを受信したか否かを判断し、新反射点データを受信した場合に第四ステップに戻り、新反射点データを受信しない場合に第七ステップに進む第六ステップと、３Ｄ点群に基づく３Ｄモデルを形成する第七ステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
従来の技術に比べて、本発明の３Ｄモデリングシステムは以下の優れる点がある。本発明の３ＤモデリングシステムはＬｉＤＡＲ装置のみをデータ獲得装置として使用し、他の補助検知要素を必要としないので、構造が簡単であり、コストが低い。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１における３Ｄモデリングシステムの構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例１におけるＬｉＤＡＲ装置の構造を示す図である。
【図３】本発明の実施例１におけるコンピューターソフトウェアにおけるモジュールを示す図である。
【図４】本発明の実施例１における３Ｄモデリングシステムのコンピューターが反射点データに基づいて３Ｄモデルを形成するフローチャートである。
【図５】本発明の実施例１における３Ｄモデリングシステムによって形成される建物の３Ｄ点群画像である。
【図６】本発明の実施例１における３Ｄモデリングシステムによって形成されるオフィスの廊下の３Ｄ点群画像である。
【図７】本発明の実施例１における３Ｄモデリングシステムのコンピューターが新反射点データに基づいて３Ｄモデルを更新するフローチャートである。
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１１】
本発明の実施例１は３Ｄモデリングシステム１を提供する。図１を参照すると、３ＤモデリングシステムはＬｉＤＡＲ装置１０及びＬｉＤＡＲ装置１０に接続されるコンピューター１１を含む。ＬｉＤＡＲ装置１０は検出レーザー１２８を発射して、反射レーザー１４８を受光して、反射点データを得ることに用いられる。コンピューター１１はＬｉＤＡＲ装置１０の作業を制御して、ＬｉＤＡＲ装置１０が収集した反射点データを処理して、反射点データに基づいて３Ｄモデルを形成する。
【００１２】
ＬｉＤＡＲ装置１０の構造は制限されず、任意の３Ｄレーザー検出および測距装置であってもよい。図２を参照すると、本実施例において、ＬｉＤＡＲ装置１０はレーザー発射モジュール１２と、レーザー受光モジュール１４と、ＬｉＤＡＲデータ収集モジュール１６と、ＬｉＤＡＲデータ発信モジュール１８と、を含む。レーザー発射モジュール１２及びレーザー受光モジュール１４はデータ収集モジュール１６とそれぞれ接続される。データ収集モジュール１６はデータ発信モジュール１８と接続される。
【００１３】
レーザー発射モジュール１２は、レーザー発射器１２０と、第一集束レンズ１２２と、二つの第一反射ミラー１２４と、を含む。レーザー受光モジュール１４は、受光器１４０と、第二集束レンズ１４２と、二つの第二反射ミラー１４４と、フィルタ１４６と、を含む。レーザー発射器１２０から出射された検出レーザー１２８は、二つの第一反射ミラー１２４によって反射されて第一集束レンズ１２２に到達して収束した後に出射する。検出レーザー１２８は、対象物によって反射されて反射レーザー１４８を形成する。反射レーザー１４８は第二集束レンズ１４２を透過し且つ収束し、二つの第二反射ミラー１４４によって反射された後、フィルタ１４６に到達する。反射レーザー１４８はフィルタ１４６を透過した後に、受光器１４０に吸収される。ＬｉＤＡＲデータ収集モジュール１６は反射点データを収集するようにＬｉＤＡＲ装置１０を制御する。ＬｉＤＡＲデータ発信モジュール１８は反射点データをコンピューター１１に送信することに用いられる。
【００１４】
コンピューター１１及びＬｉＤＡＲ装置１０はそれぞれ独立に設置されてもよく、或いは一つのシェルに集積して設置されてもよい。コンピューター１１はハードウェアと、ハードウェアに設置されるソフトウェアと、を含む。本実施例において、コンピューター１１はマイクロプロセッサであり、コンピューター１１及びＬｉＤＡＲ装置１０は一つのシェルに集積して設置される。図３を参照すると、コンピューター１１のソフトウェアは制御モジュール１１０と、データ受信モジュール１１１と、データ処理モジュール１１２と、ＩＣＰ（ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  ｃｌｏｓｅｓｔ  ｐｏｉｎｔ）計算モジュール１１３と、３Ｄモデリングモジュール１１４と、記憶モジュール１１５と、を含む。データ受信モジュール１１１と、データ処理モジュール１１２と、ＩＣＰ（ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  ｃｌｏｓｅｓｔ  ｐｏｉｎｔ）計算モジュール１１３と、３Ｄモデリングモジュール１１４と、記憶モジュール１１５とは、制御モジュール１１０とそれぞれ接続される。データ受信モジュール１１１はＬｉＤＡＲ装置１０が発信した反射点データを受信する。データ処理モジュール１１２は、反射点データのフォーマットを、コンピューター１１が読み取れる別のフォーマットに変換する。ＩＣＰ計算モジュール１１３は、反射点データをＩＣＰ法により計算し、３次元点群を得る。３Ｄモデリングモジュール１１４は３次元点群によって３Ｄモデルを形成する。記憶モジュール１１５はさまざまなデータを記憶する。
【００１５】
３Ｄモデリングシステム１が作動する場合、ＬｉＤＡＲ装置１０は、周囲環境から反射点データを連続的に収集し、反射点データをコンピューター１１に送信する。図４を参照すると、コンピューター１１の作業方法は以下のステップを含む。
Ｓ１０、反射点データを受信し、ステップＳ１１に進む。
Ｓ１１、Ｎ＝１を設定し、Ｎ回目に受信した反射点データを繰り返して演算を行い、原点を算出して初期の３Ｄ点群を形成し、ステップＳ１２に進む。
Ｓ１２、Ｎ＝Ｎ+１を設定し、ステップＳ１３に進む。
Ｓ１３、Ｎ回目に受信した反射点データとＮ-１回目に受信した反射点データを演算して相対変位を算出して、得られた新反射点を３Ｄ点群に追加して、ステップＳ１４に進む。
Ｓ１４、Ｎ＝Ｎ+１を設定し、ステップＳ１５に進む。
Ｓ１５、新反射点データを受信したか否かを判断し、新反射点データを受信した場合にステップＳ１３に戻り、新反射点データを受信しない場合にステップＳ１６に進む。
Ｓ１６、３Ｄ点群に基づく３Ｄモデルを形成する。
【００１６】
ステップＳ１５において、新反射点データが受信される限り繰り返して、新反射点データを３Ｄ点群の一部として３Ｄ点群に追加する。
【００１７】
図５は、３Ｄモデリングシステム１を車の屋根に設置し、建物の周りをドライブして、形成される建物の３Ｄ点群画像である。図６は、３Ｄモデリングシステム１を手で持ち、オフィスの廊下に移動して、形成されるオフィスの廊下の３Ｄ点群画像である。
【００１８】
図７を参照すると、コンピューター１１の作業方法はさらに以下のステップを含むことができる。
Ｓ１６、３Ｄ点群に基づく３Ｄモデルを形成し、ステップＳ１７に進む。
Ｓ１７、新反射点データを受信したか否かを判断し、新反射点データを受信した場合にステップＳ１８に進み、新反射点データを受信しない場合にステップＳ１７を繰り返す。
Ｓ１８、得られた新反射点データ及び前回に受信した反射点データを演算して相対変位を算出して、得られた新反射点を３Ｄ点群に追加して、ステップＳ１９に進む。
Ｓ１９、３Ｄ点群に基づいて、３Ｄモデルを更新して、ステップＳ１７に戻る。
【００１９】
図７に提供するコンピューター１１の作業方法によって、本発明の３Ｄモデリングシステム１は、新反射点データに基づいて３Ｄモデルを連続的に更新することができる。
【００２０】
本発明の３ＤモデリングシステムはＬｉＤＡＲ装置のみをデータ獲得装置として使用し、他の補助検知要素を必要としないので、構造が簡単でセットアップが容易である。３Ｄモデリングシステムの使用が容易であり、３Ｄモデリングシステムを手で持ち屋内や屋外で移動したり、３Ｄモデリングシステムをロボットや車両などの移動台に設置したりすることができる。
【符号の説明】
【００２１】
１      ３Ｄモデリングシステム
１０    ＬｉＤＡＲ装置
１１    コンピューター
１１０  制御モジュール
１１１  データ受信モジュール
１１２  データ処理モジュール
１１３  ＩＣＰ計算モジュール
１１４  ３Ｄモデリングモジュール
１１５  記憶モジュール
１２    レーザー発射モジュール
１２０  レーザー発射器
１２２  第一集束レンズ
１２４  第一反射ミラー
１２８  検出レーザー
１４    レーザー受光モジュール
１４０  受光器
１４２  第二集束レンズ
１４４  第二反射ミラー
１４６  フィルタ
１４８  反射レーザー
１６    ＬｉＤＡＲデータ収集モジュール
１８    ＬｉＤＡＲデータ発信モジュール
【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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