(57)【要約】      （修正有）【課題】コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルにアクセスすることなく表面を分析するためのシステムを提供する事。【解決手段】物体の表面を分析するためのシステムおよび方法が提供される。このシステムは、物体の表面上の複数の点を取得し、各点の３Ｄ座標を決定するように動作することができる３Ｄ測定装置２８を含む。このシステムは、３Ｄ測定装置に動作可能に結合されたプロセッサ４４をさらに含む。プロセッサは、プロセッサ上で実行されたときに、複数の点の３Ｄ座標から点群を生成するステップと、複数の点から第１組の点を抽出するステップと、第１組の点を通る第１の基準形状を定めるステップと、第１組の点の各点から第１の基準形状までの少なくとも１つの第１の指標を測定するステップと、少なくとも１つの第１の指標に少なくとも部分的に基づいて不適合な特徴を特定するステップとを含む方法を実行するためのコンピュータ命令に応答する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の表面を分析するためのシステムであって、
物体の表面上の複数の点を取得し、該複数の点の各々の３Ｄ座標を決定するように動作することができる三次元（３Ｄ）測定装置と、
前記３Ｄ測定装置に動作可能に結合された１つ以上のプロセッサと、
を備え、
前記１つ以上のプロセッサは、該１つ以上のプロセッサ上で実行されたときに
前記複数の点の前記３Ｄ座標から点群を生成するステップと、
前記複数の点から第１組の点を抽出するステップと、
前記第１組の点を通る第１の基準形状を定めるステップと、
前記第１組の点の各点から前記第１の基準形状までの少なくとも１つの第１の指標を測定するステップと、
前記少なくとも１つの第１の指標に少なくとも部分的に基づいて不適合な特徴を特定するステップと、
を含む方法を実行する実行可能コンピュータ命令に応答する、システム。
【請求項２】
前記方法は、距離が所定のしきい値を超えるときに信号を送信するステップをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記方法は、
前記点群内の表面を、前記物体のエッジに基づいて表面の組に分割するステップと、
関心領域を定めるステップであって、前記第１組の点は前記関心領域内に位置する、ステップと、
前記表面の組の各表面において前記関心領域を移動させるステップと、
をさらに含み、
前記関心領域の各々の移動において、第２組の点が前記複数の点から抽出され、第２の基準形状が前記第２組の点を通ってフィットされ、第２の指標が前記組の点の各点から前記基準形状まで測定され、不適合な特徴が前記第２の指標に少なくとも部分的に基づいて特定される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の基準形状は、第１の平面であり、
前記第２の基準形状は、第２の平面であり、
前記少なくとも１つの第１の指標は、前記第１の平面から前記組の点の各点までの第１の距離であり、
前記第２の指標は、前記第２の平面から前記組の点の各点までの第２の距離であり、
前記第１の距離および前記第２の距離は、前記第１の平面および前記第２の平面に直交するベクトルに沿って決定される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
移動プラットフォームをさらに備え、
前記３Ｄ測定装置は、前記移動プラットフォームに結合され、前記移動プラットフォームは、所定の経路に沿って自律的に移動するように動作することができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
モバイルコンピューティングデバイスをさらに備え、
前記モバイルコンピューティングデバイスは、１つ以上の第２のプロセッサと、該モバイルコンピューティングデバイスから表面までの深度を測定するように動作することができる３Ｄカメラとを有し、
前記１つ以上のプロセッサは、前記１つ以上の第２のプロセッサ上で実行されたときに実行可能コンピュータ命令に応答し、前記１つ以上の第２のプロセッサは、
前記物体のグラフィック表現をユーザインターフェース上に表示するステップと、
前記物体に対する位置であって、前記３Ｄ測定装置による測定を実行するための位置を、オペレータからの入力に応答して特定するステップと、
前記位置を前記１つ以上のプロセッサに伝達するステップと、
を含む方法を実行するように応答する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記１つ以上の第２のプロセッサは、
前記３Ｄカメラで前記物体の複数の画像を取得するステップと、
前記複数の画像に少なくとも部分的に基づいて前記物体の前記グラフィック表現を生成するステップと、
を含む方法を実行するようにさらに応答する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記不適合な特徴は、へこみ、隆起、または固定具の欠如のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
物体の表面を分析する方法であって、
３Ｄ測定装置によって前記物体のスキャンを実行するステップであって、前記３Ｄ測定装置は前記表面上の複数の点の３Ｄ座標を測定するように動作できる、ステップと、
前記複数の点の前記３Ｄ座標から点群を生成するステップと、
前記複数の点から第１組の点を抽出するステップと、
前記第１組の点を通る第１の基準形状を定めるステップと、
前記第１組の点の各点から前記第１の基準形状までの少なくとも１つの第１の指標を測定するステップと、
前記少なくとも１つの第１の指標に少なくとも部分的に基づいて不適合な特徴を特定するステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
前記点群内の表面を、前記物体のエッジに基づいて表面の組に分割するステップと、
関心領域を定めるステップであって、前記第１組の点は前記関心領域内に位置する、ステップと、
前記表面の組の各表面において前記関心領域を移動させるステップであって、該関心領域の各々の移動において、第２組の点を前記複数の点から抽出し、第２の基準形状を前記第２組の点を通ってフィットさせ、第２の指標を前記組の点の各点から前記基準形状まで測定し、不適合な特徴を前記第２の指標に少なくとも部分的に基づいて特定する、ステップと、
前記３Ｄ測定装置を前記物体の周囲で移動させるステップと、
前記３Ｄ測定装置が前記物体の周囲で移動されるときに複数のスキャンを実行するステップと、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記３Ｄ測定装置は、自律的な移動プラットフォームによって移動される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記物体のグラフィック表現をユーザインターフェース上に表示するステップと、
前記物体に対する位置であって、前記複数のスキャンの各々を実行するための位置を、オペレータからの入力に応答して特定するステップと、
前記位置を前記自律的な移動プラットフォームへ伝達するステップと、
複数の画像を３Ｄカメラを使用して取得するステップであって、前記複数の画像の各々は深度情報を含む、ステップと、
前記複数の画像に少なくとも部分的に基づいて前記物体の前記グラフィック表現を生成するステップと、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記特定される不適合な特徴は、へこみ、隆起、または固定具の欠如のうちの少なくとも１つである、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記点群をユーザインターフェース上に表示するステップと、
前記不適合な特徴の位置における前記点群の色を変更するステップと、
をさらに含み、
前記第１の基準形状は、平面であり、前記少なくとも１つの第１の指標は、前記平面から前記第１組の点の各点までの距離である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記距離は、前記平面に垂直なベクトルに沿って決定される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、その全開示が本明細書に援用される２０１７年１１月２１日付の米国特許仮出願第６２／５８９，１２６号の利益を主張する。
【０００２】
本出願は、物体の表面を分析するシステムに関し、とくには、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルにアクセスすることなく表面を分析するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
３Ｄレーザスキャナ飛行時間型（ＴＯＦ）座標測定装置は、物体の表面の座標を決定するために使用される計測装置の一種である。この種の３Ｄレーザスキャナは、物体の拡散散乱表面などの非協力的ターゲットへと光ビームを誘導する。装置内の距離計が、物体までの距離を測定し、角度エンコーダが、装置内の２つの軸の回転角度を測定する。測定された距離および２つの角度は、装置内のプロセッサが、ターゲットの３Ｄ座標を決定することを可能にする。
【０００４】
ＴＯＦレーザスキャナは、目標点までの距離を、スキャナと目標点との間の空気中の光の速度に基づいて明らかにするスキャナである。レーザスキャナは、典型的には、建物、産業設備、およびトンネルの内部領域などの閉じた空間または開いた空間をスキャンするために使用される。それらを、例えば、産業の用途および事故復旧の用途に使用することが可能である。レーザスキャナは、空間内の物体表面を表すデータ点の取得を通じて、スキャナの周囲の空間内の物体を光学的にスキャンし、測定する。そのようなデータ点は、物体へと光ビームを送り、反射光または散乱光を集めることにより、距離、２つの角度（すなわち、方位角および天頂角）、および任意にグレースケール値を求めることによって得られる。この生のスキャンデータが、収集され、記憶され、スキャン対象の領域または物体を表す３Ｄ画像を生成するために１つ以上のプロセッサへと送られる。
【０００５】
画像の生成は、各々のデータ点について少なくとも３つの値を必要とする。これらの３つの値は、距離および２つの角度を含むことができ、あるいはｘ、ｙ、ｚ座標などの変換された値であってよい。一実施形態においては、画像が、スキャナへと戻る散乱光の放射照度に関連する値である第４のグレースケール値にさらに基づく。
【０００６】
大部分のＴＯＦスキャナは、ビーム操向機構によって光の方向を変えることによって、測定空間内で光ビームを案内する。ビーム操向機構は、第１の角度エンコーダ（または、他の角度トランスデューサ）によって測定される第１の角度によって第１の軸を中心にして光ビームの方向を操る第１のモータを含む。さらに、ビーム操向機構は、第２の角度エンコーダ（または、他の角度トランスデューサ）によって測定される第２の角度によって第２の軸を中心にして光ビームの方向を操る第２のモータを含む。
【０００７】
現代の多くのレーザスキャナは、環境のカメラデジタル画像を収集し、カメラデジタル画像をレーザスキャナのオペレータへと提示するために、レーザスキャナに取り付けられたカメラを含む。カメラ画像を眺めることによって、スキャナのオペレータは、測定対象の空間の視野を決定し、より大きい空間領域またはより小さい空間領域について測定を行うようにレーザスキャナの設定を調整することができる。さらに、カメラデジタル画像をプロセッサへと送信し、スキャナ画像に色を加えることができる。カラースキャナ画像を生成するために、少なくとも３つの位置座標（ｘ、ｙ、ｚ、など）および３つの色値（赤、緑、青の「ＲＧＢ」など）が、各々のデータ点について収集される。
【０００８】
シーンの３Ｄ画像は、異なる位置合わせ位置からの複数のスキャンを必要とし得る。重なり合うスキャンが、ジョイント座標系において位置合わせされる。そのような位置合わせは、複数のスキャンの重なり合う領域内のターゲットを一致させることによって実行される。ターゲットは、球またはチェス盤などの人工的なターゲットでもよいし、壁の隅または端などの自然の特徴でもよい。いくつかの位置合わせ手順は、各々のターゲットをユーザが識別し、異なる位置合わせ位置の各々においてスキャナによって取得されたターゲットを一致させるなど、比較的時間のかかる手動での手順を含む。さらに、いくつかの位置合わせ手順においては、トータルステーションなどの外部装置によって測定された位置合わせターゲットの外部「制御ネットワーク」を確立させる必要もある。
【０００９】
いくつかの用途においては、ひとたび物体がスキャンされ、位置合わせが完了すると、点群が、パラメータが仕様から外れていないかどうか、あるいは他のかたちで不適合でないかどうかを判断するために、分析または検査される。点群の手動での分析が、遅くて退屈なプロセスであり得ることを、理解すべきである。点群の分析を自動化する試みは、典型的には、点群をコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルなどの測定対象の物体の電子モデルと比較することに注力している。最初に、ＣＡＤモデルと点群とが整列させられる。次に、点群とＣＡＤモデルとの比較が行われ、偏差が強調される。いくつかの例においては、偏差が所定の許容差に基づいて注記される。さらに他の例においては、例えば寸法などの所定の属性が、比較の前にオペレータによって特定される。
【００１０】
点群との比較にＣＡＤモデルを使用することで、測定対象の物体の何らかの検査が可能になるが、物体のＣＡＤモデルは、常に利用できるわけではない。例えば、測定が第三者によって、すなわち物体の製造者以外の何者かによって行われる場合、製造者の所有に係るＣＡＤモデルは、利用できないかもしれない。物体の測定に関係し得る第三者として、例えば、損害の見積もりを行おうとする保険会社や、航空機を検査する航空会社が挙げられる。
【００１１】
したがって、表面を測定および分析するための既存のシステムは、それらの意図する目的には適しているが、必要とされているものは、本発明の実施形態の特定の特徴を有するシステムである。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の一態様によれば、物体の表面を分析するためのシステムが提供される。このシステムは、物体の表面上の複数の点を取得し、複数の点の各々の３Ｄ座標を決定するように動作することができる三次元（３Ｄ）測定装置を含む。このシステムは、３Ｄ測定装置に動作可能に結合された１つ以上のプロセッサをさらに含む。１つ以上のプロセッサは、１つ以上のプロセッサ上で実行されたときに、複数の点の３Ｄ座標から点群（ｐｏｉｎｔ  ｃｌｏｕｄ）を生成するステップと、複数の点から第１組の点を抽出するステップと、第１組の点を通る第１の基準形状（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を定めるステップと、第１組の点の各点から第１の基準形状までの少なくとも１つの第１の指標を測定するステップと、少なくとも１つの第１の指標に少なくとも部分的に基づいて不適合な特徴を特定するステップとを含む方法を実行するための実行可能コンピュータ命令に応答する。
【００１３】
本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、システムのさらなる実施形態は、距離が所定のしきい値を超えるときに信号を送信する方法を含むことができる。本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、システムのさらなる実施形態は、点群内の表面を物体のエッジに基づいて表面の組に分割する方法を含むことができる。本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、システムのさらなる実施形態は、第１組の点が位置する関心領域を定め、表面の組の各表面において関心領域を移動させ、関心領域の各々の移動において、第２組の点を複数の点から抽出し、第２の基準形状を第２組の点を通ってフィットさせ、第２の指標を組の点の各点から基準形状まで測定し、不適合な特徴を第２の指標に少なくとも部分的に基づいて特定する方法を含むことができる。
【００１４】
本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、システムのさらなる実施形態は、第１の基準形状が第１の平面であり、第２の基準形状が第２の平面であることを含むことができる。本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、システムのさらなる実施形態は、少なくとも１つの第１の指標が、第１の平面から組の点の各点までの第１の距離であり、第２の指標が、第２の平面から組の点の各点までの第２の距離であることを含むことができる。本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、システムのさらなる実施形態は、第１の距離および第２の距離が第１の平面および第２の平面に直交するベクトルに沿って決定されることを含むことができる。
【００１５】
本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、システムのさらなる実施形態は、移動プラットフォームを含むことができ、３Ｄ測定装置は移動プラットフォームに結合される。本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、システムのさらなる実施形態は、移動プラットフォームが所定の経路に沿って自律的に移動するように動作することができることを含むことができる。
【００１６】
本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、システムのさらなる実施形態は、モバイルコンピューティングデバイスを含むことができ、モバイルコンピューティングデバイスは、１つ以上の第２のプロセッサを有し、１つ以上の第２のプロセッサは、１つ以上の第２のプロセッサ上で実行されたときに実行可能コンピュータ命令に応答し、１つ以上の第２のプロセッサは、物体のグラフィック表現をユーザインターフェース上に表示するステップと、物体に対する位置であって、３Ｄ測定装置による測定を実行するための位置を、オペレータからの入力に応答して特定するステップと、位置を１つ以上のプロセッサに伝達するステップとを含む方法を実行するように応答する。
【００１７】
本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、システムのさらなる実施形態は、モバイルコンピューティングデバイスがモバイルコンピューティングデバイスから表面までの深度を測定するように動作することができる３Ｄカメラをさらに有することを含むことができる。本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、システムのさらなる実施形態は、１つ以上の第２のプロセッサが、３Ｄカメラで物体の複数の画像を取得するステップと、複数の画像に少なくとも部分的に基づいて物体のグラフィック表現を生成するステップとを含む方法を実行するようにさらに応答することを含むことができる。本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、システムのさらなる実施形態は、不適合な特徴がへこみ、隆起、または固定具の欠如のうちの少なくとも１つであることを含むことができる。
【００１８】
本発明のさらなる態様においては、物体の表面を分析する方法が提供される。この方法は、表面上の複数の点の３Ｄ座標を測定するように動作することができる３Ｄ測定装置によって物体のスキャンを実行することを含む。点群が、複数の点の３Ｄ座標から生成される。第１組の点が、複数の点から抽出される。第１の基準形状が、第１組の点を通って定められる。少なくとも１つの第１の指標が、第１組の点の各点から第１の基準形状まで測定される。不適合の特徴が、少なくとも１つの第１の指標に少なくとも部分的に基づいて特定される。
【００１９】
本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、この方法のさらなる実施形態は、点群内の表面を物体のエッジに基づいて表面の組に分割することを含むことができる。本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、この方法のさらなる実施形態は、第１組の点が位置する関心領域を定めることを含むことができる。本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、この方法のさらなる実施形態は、表面の組の各表面において関心領域を移動させ、関心領域の各々の移動において、第２組の点を複数の点から抽出し、第２の基準形状を第２組の点を通ってフィットさせ、第２の指標を組の点の各点から基準形状まで測定し、不適合な特徴を第２の指標に少なくとも部分的に基づいて特定することを含むことができる。
【００２０】
本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、この方法のさらなる実施形態は、３Ｄ測定装置を物体の周囲で移動させ、３Ｄ測定装置を物体の周囲で移動させるときに複数のスキャンを実行することを含むことができる。本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、この方法のさらなる実施形態は、３Ｄ測定装置を自律的な移動プラットフォームによって移動させることを含むことができる。本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、この方法のさらなる実施形態は、物体のグラフィック表現をユーザインターフェース上に表示し、物体に対する位置であって、複数のスキャンの各々を実行するための位置を、オペレータからの入力に応答して特定し、位置を前記自律的な移動プラットフォームへと伝達することを含むことができる。
【００２１】
本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、この方法のさらなる実施形態は、各々が深度情報を含んでいる複数の画像を、３Ｄカメラを使用して取得し、複数の画像に少なくとも部分的に基づいて物体のグラフィック表現を生成することを含むことができる。本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、この方法のさらなる実施形態は、特定される不適合な特徴がへこみ、隆起、または固定具の欠如のうちの少なくとも１つであることを含むことができる。本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、この方法のさらなる実施形態は、点群をユーザインターフェース上に表示し、不適合な特徴の位置における点群の色を変更することを含むことができる。
【００２２】
本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、この方法のさらなる実施形態は、第１の基準形状が平面であり、少なくとも１つの第１の指標が平面から第１組の点の各点までの距離であることを含むことができる。本明細書に記載の特徴のうちの１つ以上に加え、あるいは代えて、この方法のさらなる実施形態は、距離が平面に垂直なベクトルに沿って決定されることを含むことができる。
【００２３】
これらの利点および特徴、ならびに他の利点および特徴は、以下の説明を図面と併せて検討することで、さらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明であると見なされる主題が、本明細書の結びの特許請求の範囲において、詳しく指摘され、明瞭に請求される。本発明の上述の特徴および利点、ならびに他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて検討することで、明らかである。
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態による表面を分析するためのシステムの概略図である。
【００２６】
【図２】一実施形態による自律移動式三次元（３Ｄ）測定装置の斜視図である。
【００２７】
【図３】一実施形態による図２の移動式３Ｄ測定装置の一部分の上方からの斜視図である。
【００２８】
【図４】一実施形態による図２の移動式３Ｄ測定装置の前方からの斜視図である。
【００２９】
【図５】別の実施形態による自律移動式３Ｄ測定装置である。
【００３０】
【図６】一実施形態による図２の移動式３Ｄ測定装置において使用されるレーザスキャナ装置を示している。
【図７】一実施形態による図２の移動式３Ｄ測定装置において使用されるレーザスキャナ装置を示している。
【図８】一実施形態による図２の移動式３Ｄ測定装置において使用されるレーザスキャナ装置を示している。
【００３１】
【図９】一実施形態による図１のシステムの概略のブロック図を示している。
【００３２】
【図１０】一実施形態による図１のシステムで使用されるモバイルコンピューティングデバイス用のユーザインターフェースを示している。
【図１１】一実施形態による図１のシステムで使用されるモバイルコンピューティングデバイス用のユーザインターフェースを示している。
【００３３】
【図１２】一実施形態による関心領域を通ってフィットさせた平面の図である。
【００３４】
【図１３】一実施形態による図１２の関心領域の一部分の図である。
【図１４】一実施形態による図１２の関心領域の一部分の図である。
【００３５】
【図１５】一実施形態による測定対象の物体上の関心領域を示すユーザインターフェースの図である。
【００３６】
【図１６】一実施形態による測定対象の物体上の関心領域を示すユーザインターフェースの別の図である。
【００３７】
【図１７】一実施形態による物体上の関心領域の点群の図である。
【００３８】
【図１８】図１のシステムの動作方法のフロー図を示している。
【００３９】
詳細な説明が、図面を参照しつつ、あくまでも例として、本発明の実施形態を、利点および特徴とともに説明する。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の実施形態は、物体の表面を分析するためのシステムに関する。いくつかの実施形態は、自律移動プラットフォームに搭載された３Ｄ測定装置を使用して損傷または不適合な製造の物体の表面を分析することを可能にするシステムの提供において、いくつかの利点を提供する。さらなる実施形態は、ＣＡＤモデルなどの電子モデルとの比較を必要とすることなく、損傷または不適合な製造の物体の表面を分析することを可能にするシステムの提供において、いくつかの利点を提供する。
【００４１】
図１を参照すると、例えば飛行機２２などの物体の表面を分析するためのシステム２０の一実施形態が示されている。本明細書の実施形態は、物体に飛行機２２であるものとして言及することがあるが、これが例示を目的としていることを、理解すべきである。他の実施形態においては、これらに限られるわけではないが、例えば自動車、トラック、ボート、船舶、および橋梁など、他の物体を検査することができる。典型的な実施形態において、システム２０は、移動プラットフォーム２６と一体型３Ｄ測定装置２８とで構成される移動３Ｄ測定システム２４を含む。本明細書においてさらに詳しく述べられるように、移動プラットフォーム２６は、所定の経路に沿って移動して複数のスキャンを実行する自律動作車両であってよい。これらの複数のスキャンからの表面上の点の３Ｄ座標を、物体の点群を生成するために使用することができる。
【００４２】
典型的な実施形態は、表面分析を、移動プラットフォーム２６を有する測定システム２４に関して説明するが、これは例示の目的のためのものであり、特許請求の範囲をそのように限定すべきではないことを、理解すべきである。他の実施形態においては、表面分析を、例えば単一の場所で行われるレーザスキャナなどの３Ｄ測定システムによる単一のスキャンから実行してもよい。
【００４３】
ここで図２〜５および図９を参照すると、３Ｄ測定システム２４の一実施形態が示されている。この実施形態において、移動プラットフォーム２６は、本体３０と複数の車輪３２とを含む。車輪３２は、１つ以上のモータ３４によって駆動される。操舵機構３６が、移動プラットフォーム２６の方向を変えることができるように、少なくとも２つの車輪３２に結合されている。コントローラまたはプロセッサ４４へと入力をもたらす複数のセンサ３８、４０、４２が、本体３０に取り付けられている。一実施形態において、センサ入力は、移動プラットフォーム２６の周囲の領域内の障害物を識別し、プロセッサ４４によって移動プラットフォーム２６の速度または方向を変更して障害物または人との接触を回避できるようにするために、プロセッサ４４によって使用される。一実施形態において、プロセッサ４４は、モータ３４および操舵機構３６を制御し、所定の経路に沿って自律的に動作することができる。
【００４４】
プロセッサ４４は、データおよび命令を受け取り、命令を実行してデータを処理することができる適切な電子装置である。コントローラ４４は、ユーザインターフェースを介して命令を受け取ることができ、あるいは、これらに限られるわけではないが、電子データカード、音声起動手段、手動操作の選択および制御手段、放射波長、ならびに電子的または電気的転送などの他の手段を介して、命令を受け取ることができる。
【００４５】
一般に、プロセッサ４４は、センサ３８、４０、４２からデータを受け取り、センサ３８、４０、４２からのデータを所定の動作パラメータと比較する目的のための特定の命令が、プロセッサ４４に与えられる。プロセッサ４４は、モータ３４および操舵機構３６へと動作信号をもたらす。さらに、プロセッサ４４は、センサ３８、４０、４２から、例えば障害物かどうかを示すデータを受け取る。コントローラ３８は、動作パラメータを所定の分散（例えば、接触の可能性）と比較し、所定の分散を超える場合に、オペレータまたはコンピュータネットワーク４２へと警報を示すために使用することができる信号を生成する。加えて、信号は、分散外の動作パラメータを補償するために移動プラットフォーム２６の方向または速度を変更するなど、３Ｄ測定システム２４の動作を調整する他の制御方法を開始させることができる。さらに、信号は、所定の場所に到達したときに３Ｄ測定装置２８の動作を開始させる他の制御方法を開始させることができる。
【００４６】
さらに、プロセッサ４４を、通信回路またはモジュール５０を介してローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）４６およびインターネットなどの外部コンピュータネットワークに接続することができる。ＬＡＮ４６は、ＴＣＰ／ＩＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ（＾）Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＲＳ−２３２、ＭｏｄＢｕｓ、などの周知のコンピュータ通信プロトコルを使用してコントローラ３８と通信するように構成された１つ以上のリモートコンピュータ４８を相互接続する。さらなるシステム２４も、ＬＡＮ４６に接続することができ、これらのシステム２４の各々のプロセッサ４４が、リモートコンピュータ４８および他のシステム２４とのデータの送信および受信を行うように構成される。ＬＡＮ４６をインターネットに接続することも可能である。この接続により、プロセッサ４４は、インターネットに接続された１つ以上のリモートコンピュータ４８と通信することができる。通信モジュール５０が、３Ｄ測定システム２４とオペレータ５４が携帯するモバイルコンピューティングデバイス５２との間の通信も可能にすることを、理解すべきである。３Ｄ測定システム２４とモバイルコンピューティングデバイス５２との間の通信媒体は、ネットワーク４６または直接無線接続（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＲＦＩＤ）を介することができる。
【００４７】
プロセッサ４４は、１つ以上のメモリデバイス５６および入力／出力（Ｉ／Ｏ）コントローラ５８にさらに接続される。メモリデバイス５６は、１つ以上のランダムアクセスメモリデバイス、不揮発性メモリデバイス、または読み出し専用メモリデバイスを含み得る。
【００４８】
移動プラットフォーム２６が、これらに限られるわけではないが、技術的に公知のように本体３０に取り付けられるライト６０、アンテナ６２、および停止アクチュエータ６４など、追加の装置を含んでもよいことを理解すべきである。一実施形態においては、ポスト６６が、本体３０の上部の中央領域から延びる。３Ｄ測定システム２８は、本体３０とは反対側のポスト６６の端部に取り付けられる。一実施形態において、ポスト６６は、３Ｄ測定システム２８が地面から一定の高さでスキャンを実行するように、固定長である。図５に示される別の実施形態において、ポストは、システム２０の稼働の環境に基づいて３Ｄ測定システム２８の高さを変えるためにプロセッサ４４によって制御することができるシザーリフト６８である。
【００４９】
一実施形態において、３Ｄ測定装置２８は、飛行時間型レーザスキャナである。本明細書に開示される実施形態は、レーザスキャナに言及することがあるが、特許請求の範囲がそのように限定されるべきではないことを、理解すべきである。他の実施形態において、３Ｄ測定装置２８は、これらに限られるわけではないが、例えば三角測量スキャナ、構造化光スキャナ、写真測量システム、ビデオ測量システム、またはパノラマカメラシステムなど、所望の精度レベルで３Ｄ座標を測定することができる任意の装置であってよい。
【００５０】
ここで図６〜図８を参照すると、自身の周囲の環境を光学的にスキャンおよび測定するレーザスキャナ７０の一実施形態が示されている。レーザスキャナ７０は、測定ヘッド７２とベース７４とを有する。測定ヘッド７２は、レーザスキャナ７０を垂直軸７６を中心にして回転させることができるようにベース７４上に取り付けられている。一実施形態において、測定ヘッド７２は、垂直軸７６および水平軸８０を中心とする回転の中心であるジンバル点７８を含む。測定ヘッド７２は、水平軸８０を中心にして回転することができる回転ミラー８２を有する。垂直軸を中心とする回転は、ベース７４の中心とすることができる。用語「垂直軸」および「水平軸」は、通常の直立姿勢の状態のスキャナに関する。３Ｄ座標測定装置は、横倒しまたは逆さまにして動作させることが可能であるため、混乱を避けるために、用語「方位軸」および「天頂軸」を、用語「垂直軸」および「水平軸」でそれぞれ置き換えることができる。用語「パン軸」または「直立（ｓｔａｎｄｉｎｇ）軸」を、垂直軸の代わりとして使用することも可能である。
【００５１】
測定ヘッド７２は、例えば放射光ビーム８６を放射する発光体８４などの電磁放射エミッタをさらに備える。一実施形態において、放射光ビーム８６は、レーザビームなどのコヒーレント光ビームである。レーザビームは、例えば７９０ナノメートル、９０５ナノメートル、１５５０ｎｍ、または４００ナノメートル未満など、おおよそ３００〜１６００ナノメートルの波長範囲を有することができる。より長い波長またはより短い波長を有する他の電磁放射ビームを使用してもよいことを、理解すべきである。放射光ビーム３０は、例えば正弦波形または矩形波形で振幅変調または強度変調される。放射光ビーム８６は、発光体８４によって回転ミラー８２へと放射され、回転ミラー８２において環境へと向けられる。反射光ビーム８８が、物体９０によって環境から反射される。反射光または散乱光は、回転ミラー８２によって迎えられ、受光器９２へと向けられる。放射光ビーム８６および反射光ビーム８８の方向は、軸７６、８０を中心とする回転ミラー８２および測定ヘッド７２の角度位置からもたらされる。次いで、これらの角度位置は、対応する回転駆動部またはモータが発生させる運動に依存する。
【００５２】
発光体８４および受光器９２に、コントローラ９４が接続される。コントローラ９４は、多数の測定点Ｘについて、レーザスキャナ７０と物体９０上の点Ｘとの間の対応する数の距離ｄを決定する。特定の点Ｘまでの距離は、電磁放射が装置から物体の点Ｘまで伝播する空気中の光速に少なくとも部分的に基づいて決定される。一実施形態においては、レーザスキャナ７０および点Ｘによって放射された光における変調の位相シフトが測定および評価され、測定距離ｄが得られる。
【００５３】
空気中の光の速度は、気温、気圧、相対湿度、二酸化炭素の濃度、などの空気の特性に依存する。そのような空気の特性は、空気の屈折率ｎに影響を及ぼす。空気中の光の速度は、真空中の光の速度ｃを屈折率で割ったものに等しい。換言すると、ｃａｉｒ＝ｃ／ｎである。本明細書において論じられる種類のレーザスキャナは、空気中の光の飛行時間（ＴＯＦ）（光が装置から物体まで移動して再び装置へと戻る往復時間）に基づく。ＴＯＦスキャナの例として、発光パルスと戻りパルスとの間の時間間隔を使用して往復時間を測定するスキャナ（パルスＴＯＦスキャナ）、光を正弦波変調し、戻り光の位相シフトを測定するスキャナ（位相式スキャナ）、および多数の他の種類が挙げられる。光の飛行時間に基づいて距離を測定する方法は、空気中の光の速度に依存するため、三角測量に基づいて距離を測定する方法から容易に区別される。三角測量に基づく方法は、光源からの光を特定の方向に沿って投射し、次いで特定の方向に沿ってカメラのピクセル上で光を迎えることを必要とする。三角測量の方法は、カメラとプロジェクタとの間の距離を知り、投射の角度を受光の角度に整合させることにより、三角形の既知の１つの長さおよび既知の２つの角度に基づいて物体までの距離を求めることができる。したがって、三角測量の方法は、空気中の光の速度に直接的には依存しない。
【００５４】
１つの動作モードにおいて、レーザスキャナ７０の周囲の空間のスキャンは、測定ヘッド７２を軸７６を中心にして比較的ゆっくりと回転させつつ、回転ミラー８２を軸８０を中心にして比較的速く回転させることにより、アセンブリをらせんのパターンにて移動させることによって行われる。典型的な実施形態において、回転ミラーは、５８２０回転／分の最大速度で回転する。このようなスキャンにおいて、ジンバル点７８は、局所静止基準系の原点を定める。ベース７４は、この局所静止基準系に位置する。
【００５５】
ジンバル点７８から物体の点Ｘまでの距離ｄの測定に加えて、スキャナ７０は、受光パワーに関連するグレースケール情報（用語「明るさ」に相当する）も収集することができる。グレースケール値を、少なくとも部分的には、例えば、受光器９２における帯域通過フィルタ処理および増幅後の信号を、物体の点Ｘに帰する測定期間にわたって積分することによって決定することができる。
【００５６】
測定ヘッド７２は、レーザスキャナ７０に一体化された表示装置９８を含むことができる。表示装置９８は、図６に示されるように、レーザスキャナ７０のパラメータの設定および動作の開始をオペレータにとって可能にするグラフィカルタッチスクリーン１００を含むことができる。例えば、スクリーン１００は、オペレータが測定命令を装置へともたらすことを可能にするユーザインターフェースを有することができ、あるいはスクリーンは、測定結果を表示してもよい。一実施形態において、スクリーン１００は、オペレータが移動プラットフォーム２６とやり取りし、移動プラットフォーム２６を設定し、移動プラットフォーム２６の動作を開始させることを可能にするユーザインターフェースも同様に提供する。
【００５７】
一実施形態において、レーザスキャナ７０は、測定ヘッド７２のためのフレームと、レーザスキャナ７０の構成要素を取り付けるためのプラットフォームとを提供する収容構造１０２を含む。一実施形態において、収容構造１０２は、アルミニウムなどの金属から作られる。収容構造１０２は、両端部の１対の壁１０６、１０８を有する横木部材１０４を含む。壁１０６、１０８は、互いに平行であり、ベース７４とは反対の方向に延びている。シェル１１０、１１２が、壁１０６、１０８に結合し、レーザスキャナ７０の構成要素を覆っている。典型的な実施形態において、シェル１１０、１１２は、例えばポリカーボネートまたはポリエチレンなどのプラスチック材料から作られる。シェル１１０、１１２は、壁１０６、１０８と協働して、レーザスキャナ７０のためのハウジングを形成する。
【００５８】
壁１０６、１０８とは反対側のシェル１１０、１１２の端部に、１対のヨーク１１４、１１６が配置され、それぞれのシェル１１０、１１２を部分的に覆っている。典型的な実施形態において、ヨーク１１４、１１６は、例えばアルミニウムなど、輸送中および動作中のシェル１１０、１１２の保護に役立つ適切な耐久性を有する材料から作られる。ヨーク１１４、１１６の各々は、例えば固定具などでベース７４に隣接する横木１０４に結合した第１のアーム部１１８を含む。各々のヨーク１１４、１１６のアーム部１１８は、横木１０４からそれぞれのシェル１１０、１１２の外側角部へと斜めに延びている。シェルの外側角部から、ヨーク１１４、１１６は、シェルの側縁に沿ってシェルの反対側の外側角部まで延びている。各々のヨーク１１４、１１６は、壁１０６、１０８へと斜めに延びる第２のアーム部分をさらに含む。ヨーク１１４、１１６を、複数の位置において横木１０４、壁１０６、１０８、およびシェル１１０、１１２に結合させてよいことを、理解すべきである。
【００５９】
１対のヨーク１１４、１１６は、２つのシェル１１０、１１２が配置された凸状空間を囲むように協働する。典型的な実施形態において、ヨーク１１４、１１６は、シェル１１０、１１２の外縁のすべてを覆うように協働する一方で、上部および下部のアーム部は、シェル１１０、１１２の上縁および下縁の少なくとも一部分を覆って突出する。これは、輸送中および動作中の損傷からシェル１１０、１１２および測定ヘッド７２を保護するうえで有利である。他の実施形態において、ヨーク１１４、１１６は、レーザスキャナ７０の持ち運びを容易にするためのハンドルや、例えば付属品のための取り付け点など、追加の特徴を含むことができる。
【００６０】
横木１０４の上部に、プリズム１２０が設けられる。プリズムは、壁１０６、１０８と平行に延びる。典型的な実施形態において、プリズム１２０は、収容構造１０２の一部として一体的に形成される。他の実施形態において、プリズム１２０は、横木１０４に結合した別個の構成要素である。ミラー７８が回転するとき、ミラー７８は、各々の回転の最中に、放射光ビーム８６を横木１０４およびプリズム１２０へと向ける。例えば受光器９２内の電子部品の非線形性ゆえに、測定距離ｄは、例えばスキャナへと進入する光パワーまたは受光器９２内の光検出器へと進入する光パワーにて測定することができる信号強度に依存する可能性がある。一実施形態においては、距離補正が、測定点までの距離および測定点から戻る光パワー（一般には、「明るさ」と呼ばれることもある光パワーのスケーリングされていない量）の関数（おそらくは、非線形関数）としてスキャナに保存され、受光器９２内の光検出器へと送られる。プリズム１２０は、ジンバル点７８から既知の距離にあるため、プリズム１２０による反射光について測定される光パワーレベルを、他の測定点についての距離測定値を補正するために使用することにより、温度などの環境変数の影響を補正するための補償を可能にすることができる。典型的な実施形態において、得られる距離の補正は、コントローラ９４によって実行される。
【００６１】
一実施形態において、ベース７４は、本出願と所有者が共通であり、本明細書に援用される米国特許第８，７０５，０１２号（「‘０１２」）に記載のスイベルアセンブリなどのスイベルアセンブリ（図示せず）に結合する。スイベルアセンブリは、収容構造１０２内に収容され、測定ヘッド７２を軸７６を中心にして回転させるように構成されたモータを含む。
【００６２】
一実施形態においては、補助画像取得装置１２２が、画像取得領域にわたってスキャン対象の空間またはスキャン対象の物体に関連するパラメータを取得および測定し、測定された量を表す信号をもたらす装置であってよい。補助画像取得装置１２２は、高温計、熱画像装置、電離放射線検出器、またはミリ波検出器であってよいが、これらに限られるわけではない。一実施形態において、補助画像取得装置１２２は、カラーカメラである。
【００６３】
一実施形態においては、中央カラーカメラ（第１の画像取得装置）１２４が、スキャナの内部に配置され、３Ｄスキャナ装置と同じ光軸を有することができる。この実施形態において、第１の画像取得装置１２４は、測定ヘッド７２に一体化され、放射光ビーム８６および反射光ビーム８８と同じ光路に沿って画像を取得するように配置される。この実施形態において、発光体８４からの光は、固定ミラー１２６において反射し、発光体８４からの光１３０を回転ミラー８２へと反射させるダイクロイックビームスプリッタ１２８へと進む。ダイクロイックビームスプリッタ１２８は、光１３０の波長とは異なる波長において光の通過を可能にする。例えば、発光体８４は、近赤外レーザ光（例えば、７８０ｎｍまたは１１５０ｎｍの波長の光）であってよく、ダイクロイックビームスプリッタ１２８は、赤外レーザ光を反射しつつ、可視光（例えば、４００〜７００ｎｍの波長）の透過を許すように構成されてよい。他の実施形態においては、光がビームスプリッタ１２８を通過するか、あるいは反射させられるかどうかの決定が、光の偏光に依存する。デジタルカメラ１２４は、スキャンされた画像に追加するカラーデータを得るために、スキャンされた領域の２Ｄ画像を取得する。３Ｄスキャン装置の光軸と一致する光軸を有する内蔵カラーカメラの場合、カメラ視野の方向を、例えば方位角を軸７６を中心にして調整し、ミラー８２の向きを軸８０を中心にして調整するなど、単にスキャナの操向機構を調整するだけで容易に得ることができる。
【００６４】
ここで図９を参照すると、システム２０の一実施形態が示されている。上述のように、測定システム２４は、通信媒体１３２を介したネットワーク４６とのデータのやり取りを測定システム２４にとって可能にする通信モジュール５０を含む。通信媒体１３２は、無線（例えば、ＷｉＦｉ（登録商標）または無線周波数通信）であっても、有線（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））であってもよい。通信媒体１３２は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ  ＳＩＧ，Ｉｎｃによって提供されるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）などの無線通信プロトコルなど、モバイルコンピューティングデバイス５２と測定システム２４との間の直接通信も可能にできることを、理解すべきである。
【００６５】
モバイルコンピューティングデバイス５２は、プロセッサ１３４およびメモリ１３６を含む。プロセッサ１３４は、実行可能コンピュータ命令に応答し、図１０〜図１８に示される機能または制御方法などの機能または制御方法を実行する。プロセッサは、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、およびデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）であってよく、広くには、コンピューティング機能を実行することができる任意のデバイスであってよい。１つ以上のプロセッサは、情報を記憶するためのメモリへのアクセスを有する。メモリ１３６は、プロセッサ１３４上で実行されるアプリケーションコードを格納し、例えば座標データなどのデータを格納するために、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含むことができる。モバイルコンピューティングデバイス５２は、例えば、近距離無線通信（ＩＳＯ  １４４４３）回路１３８、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）（ＩＥＥＥ  ８０２．１５．１またはその後継）回路１４０、およびＷｉＦｉ（ＩＥＥＥ  ８０２．１１）回路１４２などの通信回路をさらに含む。通信回路１３８、１４０、１４２は、トランシーバであり、すなわち各々が信号を送信および受信することができる。技術的に知られているとおり、携帯電話機が、セルラー通信回路などのさらなる構成要素および回路を含み得ることを、理解すべきである。
【００６６】
典型的な実施形態において、モバイルコンピューティングデバイス５２は、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）１４６をユーザに提示するディスプレイ１４４を含む。一実施形態において、ＧＵＩ１４６は、例えば測定された座標データなどのデータの閲覧、およびモバイルコンピューティングデバイス５２とのやり取りを、ユーザにとって可能にする。一実施形態において、ディスプレイ１４４は、ユーザが自身の指を使用して情報を入力し、モバイルコンピューティングデバイス５２の動作を制御することを可能にするタッチスクリーンデバイスである。
【００６７】
一実施形態において、モバイルコンピューティングデバイス５２は、１つ以上のカメラ１４８を含むことができる。一実施形態においては、カメラ１４８の少なくとも１つが、ピクセル単位で視覚情報に加えて深度情報を取得するＲＧＢＤ型カメラなどの深度カメラである。深度カメラデータを、有線または無線通信チャネルを介してプロセッサシステムへと送信することができる。本明細書においてさらに詳しく論じられるように、深度カメラ１４８を、スキャンされるべき領域および物体の予備的マッピングを実行するために使用することができる。これにより、測定装置２４の移動経路のマップ計画が可能になる。
【００６８】
一実施形態において、深度カメラ１４８は、２つの種類、すなわち中心要素（ｃｅｎｔｒａｌ−ｅｌｅｍｅｎｔ）深度カメラおよび三角測量に基づく深度カメラのうちの一方を含むことができる。中央要素深度カメラは、単一の一体化されたセンサ要素を照明要素と組み合わせて使用して、カメラから物体上の点までの距離（「深度」）および角度を決定する。中心要素深度カメラの１種類は、半導体チップと組み合わされたレンズを使用して、カメラから物体まで移動して戻る光の往復時間を測定する。例えば、ワシントン州ＲｅｄｍｏｎｄのＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されているＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｘｂｏｘ（商標）Ｏｎｅは、赤外線（ＩＲ）光源を使用して６４０ｘ４８０ピクセルの感光アレイを照らすＫｉｎｅｃｔ深度カメラを含む。この深度カメラは、赤色、青色、および緑色を測定する６４０ｘ４８０ピクセルのＲＧＢカメラと並行して使用される。赤外線照明が、レンズおよびＩＲアレイに隣接するＩＲ照明装置においてもたらされる。中心要素深度カメラの別の例は、レンズを含み、ドイツのＳｉｅｇｅｎのＰＭＤ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造されているＭｏｄｅｌ  ＰｈｏｔｏｎＩＣ  １９ｋ−Ｓ３  ３Ｄチップを、ＩＲ光源と併せて使用することができる。この１６０×１２０ピクセルのチップの測定距離範囲は、カメラのレイアウトに基づいて拡大縮小が可能である。多数の他の中心要素深度カメラおよび関連のＩＲ光源が、今日においては入手可能である。大部分の中心要素深度カメラは、変調光源を含む。光源は、往復移動時間を直接的に決定するためにパルス変調を使用することができる。別の実施形態において、光源は、位相シフトの測定に基づいて往復移動時間を求めるために、正弦波形または方形波形による連続波（ＣＷ）変調を使用してもよい。
【００６９】
深度カメラ１４８は、三角測量に基づく深度カメラであってもよい。そのようなカメラの例は、ワシントン州ＲｅｄｍｏｎｄのＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されているＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｘｂｏｘ（商標）３６０のＫｉｎｅｃｔ（商標）であり、これは、本明細書において上述したＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｘｂｏｘ（商標）ＯｎｅのＫｉｎｅｃｔ（商標）とは異なるＫｉｎｅｃｔ（商標）である。Ｘｂｏｘ（商標）３６０のＫｉｎｅｃｔ（商標）のＩＲ光源は、光のパターンを物体へと投影し、これが、感光アレイを備えるＩＲカメラによって画像化される。Ｋｉｎｅｃｔ（商標）は、投影されたパターンと感光アレイによって受光された画像との間の対応関係を決定する。この情報が、三角測量の計算に使用され、測定空間における物体の点までの距離が決定される。この計算は、プロジェクタとＩＲカメラとの間のベースラインに部分的に基づき、受光されたカメラパターンおよび送り出されたプロジェクタパターンに部分的に基づく。中心要素深度カメラと異なり、三角測量カメラは、ベースライン距離が短くなるにつれて精度が低下するため、光源（パターンプロジェクタ）に任意に近づけることはできない。
【００７０】
一実施形態において、モバイルコンピューティングデバイス５２は、傾斜計（加速度計）、ジャイロスコープ、磁気計、および高度計を含むことができる位置／方向センサを含む。通常は、傾斜計およびジャイロスコープのうちの１つ以上を含む装置は、慣性計測装置（ＩＭＵ）１５０と呼ばれる。いくつかの場合において、ＩＭＵ１５０という用語は、例えば地球の磁北に対する磁場方向の変化に基づいて方位を示す磁力計や、高度（高さ）を示す高度計など、位置および／または方向を示す種々のさらなる装置を含むように、より広い意味で使用される。広く使用されている高度計の例は、圧力センサである。位置／方向センサの組み合わせからの読み取り値を、カルマンフィルタを含むことができる融合アルゴリズムと組み合わせることによって、比較的低コストのセンサデバイスを使用して、比較的正確な位置および方向の測定値を得ることができる。
【００７１】
一実施形態においては、ＩＭＵを、カメラ１４８などの深度カメラと協働させて使用して、物体１５４が位置する環境の三次元マップ１５２を生成することができる。三次元マップ１５２を生成するために、オペレータは、物体１５２の周りを歩き回り、物体１５２および物体１５２が位置する環境の複数の画像を深度カメラ１４８で取得する。環境内の表面までの距離を深度カメラ１４８によって取得されたデータおよびＩＭＵ１５０からのモバイルコンピューティングデバイス５２の動きから決定することができるため、環境内の表面および物体１５２の三次元座標を決定することが可能である。一実施形態において、三次元座標は、第１の基準系における座標である。表面の三次元座標は、図１０および図１１に示されるように、モバイルコンピューティングデバイス５２のユーザインターフェース１４６上に環境および物体を表示することを可能にする。
【００７２】
環境の三次元マップを生成する能力は、ユーザがアドホックのやり方でシステム２０を操作することを可能にするうえで、利点を提供する。換言すると、システム２０を、先験的情報または既定の情報を必要とせずに、環境において物体について動作させることができ、したがってシステム２０は、物体の検査に柔軟性をもたらす。さらに、三次元マップ１５４は、オペレータが三次元測定装置２８によるスキャンの実行を望む環境内の位置１５６（図１１）を選択的に定義することをオペレータにとって可能にするうえで、利点を提供する。したがって、オペレータは、スキャンのパラメータ（スキャンの場所および移動測定システム２４の経路）を定め、パラメータを移動測定システム２４へと伝えることができる。ひとたびスキャンが測定システム２４によって実行されると、物体１５２の点群が生成される。
【００７３】
本明細書における実施形態は、物体１５２を測定システム２４によってスキャンされるものとして示しているが、これは、例示の目的のためのものであり、特許請求の範囲をそのように限定すべきではないことを、理解すべきである。他の実施形態においては、３Ｄ測定装置２８を、物体１５２の上面（例えば、飛行機の上部）のスキャンおよび点群の生成を可能にする可動のクレーンまたはガントリなど、他のキャリアまたはプラットフォームに取り付けることができる。本明細書に記載の表面分析は、異なるスキャンを共通の基準系において位置合わせすることを、必要としないことも理解すべきである。
【００７４】
ここで図１２〜図１７を参照すると、物体１５２について表面分析を実行する実施形態が示されている。ひとたび点群が生成されると、検査モジュールは、物体のエッジに基づいて、例えばセグメント１６０（図１５）などの１組の表面にスキャンを分割する。一実施形態においては、表面分析の偏りを避けるために、スキャンのセグメントが鋭いエッジを持たないように定められる。ひとたびセグメント１６０が定められると、表面は、各々のセグメント１６０の小さな関心領域１６２（図１３および図１４）を抽出することによって分析される。へこみや隆起を検査することが望まれる場合、スライドするウインドウは、図１３に示されるように、円のような形状とされる。このプロセスは、セグメント１６０の全体が完全にカバーされるまで反復して繰り返される。
【００７５】
次に、検査モジュールは、例えば平面、曲面、三次元スプライン、および他の形状など、より小さな幾何学的構造／アイデンティティまたは基準形状に表面を分割する（例えば、図１２に示されるように平面を識別するための平面フィッティングを適用することによって）。一実施形態において、平面１６４は、関心領域１６２内のすべての点についての最良フィットである。関心領域１６２にフィットさせた平面１６４によって、これらに限られるわけではないが、点と基準形状との間の距離、基準形状からの表面法線、ウインドウ点から基準形状までの距離の平均／共分散、距離の分布（例えば、しきい値よりも深い多数の点を有するウインドウ内の領域）、ウインドウ内の２つの部分領域についての距離の平均／共分散の比率（例えば、ウインドウが細分化され、平均／共分散距離が比較され、値がお互いの所定の範囲内である場合にはへこみがなく、そうでない場合には領域がへこみとマークされる）、基準形状と比較したすべての点の二乗平均平方根誤差（ＲＭＳＥ）値（しきい値よりも大きいＲＭＳＥがへこみとしてマークされる）、基準形状からの法線の分布、およびウインドウ内の極限点（例えば、最大値または最小値）の分析などの指標。典型的な実施形態において、指標は、各々の点と平面との間の距離である。一実施形態において、この距離は、平面に垂直なベクトルに沿って決定される。これにより、表面上の隆起（例えば、突起）またはへこみ（例えば、凹部）の識別が可能になる。図１４に示されるように、これらの距離がほぼ均一であり、すなわちピークが識別されない場合、その表面は、損傷がないとマークされる。しかしながら、変動が存在する場合、隆起または突起１６６が識別され得る。一実施形態においては、変動と所定のしきい値との比較に加えて、上述のすべての指標の統計分析を実行することができ、次いで領域が損傷を有するとマークされる。次いで、図１６に示されるように、これらの識別された隆起または突起１６６を、オペレータのために表示することができる。
【００７６】
上述の方法を、隆起およびへこみに加えて、さらなる関心項目の検査に使用できることを、理解すべきである。図１７を参照すると、複数の固定具１６８を有するセグメント１６０Ａの実施形態が示されている。飛行機などの物体のオペレータが、パネルを本体に結合するすべての固定具の存在の確認を所望する可能性があることを、理解すべきである。固定具が欠けている場合、穴１７０のような穴がセグメント１６０Ａに存在することを、理解すべきである。穴１７０は、平面１６４からの大きな偏差を示す。結果として、本開示の方法の実施形態は、欠けている部品、誤って組み立てられた部品、および周囲の領域から逸脱している他の構造要素を、識別することができる。一実施形態において、検査モジュールは、反復パターン（例えば、固定具の列）を識別することができ、パターンが中断されている場合、その領域をさらなる検査が必要であると識別できることを、理解すべきである。この実施形態において、頭部が欠けている固定具の識別を識別することができる。
【００７７】
この方法が、ＣＡＤモデルを使用し、あるいは比較用の基準点群を生成する伝統的な方法と比べて、利点を提供することを理解すべきである。いくつかの実施形態（例えば、自動車損害保険金請求検査）において、これらの基準モデルは、物体の元の製造業者に所有権があるため、利用できないかもしれない。さらに、本明細書に記載の実施形態の方法は、基準モデルが利用できないかもしれず、あるいは製造公差に起因する大きな偏差を含む可能性があるきわめて大きい物体（例えば、飛行機または船）においても機能する。
【００７８】
本明細書の実施形態は、携帯電話機またはタブレット型コンピュータであるものとしてモバイルコンピューティングデバイス５２に言及するかもしれないが、これは例示の目的のためであり、特許請求の範囲をそのように限定してはならないことを、理解すべきである。他の実施形態において、モバイルコンピューティングデバイス５２は、可搬であり、本明細書に記載の機能を実行するように構成することができる任意の種類のコンピューティングデバイスであってよい。モバイルコンピューティングデバイス５２は、携帯電話機、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、携帯情報端末、専用コンピュータ、ウェアラブルコンピュータ、またはこれらの組み合わせであってよいが、これらに限られるわけではない。
【００７９】
ここで図１８を参照すると、物体の表面検査を実行するための方法２００が開示されている。方法２００は、物体１５２または物体１５２が位置する環境をマッピングするブロック２０２で始まる。一実施形態において、マッピングは、深度カメラ１４８を使用して複数の画像を取得し、ＩＭＵ１５０でモバイルコンピューティングデバイス５２の位置を監視することによって実行される。次いで、方法２００は、物体１５２および環境のマップ１５４をモバイルコンピューティングデバイス５２のユーザインターフェース１４６に表示するブロック２０４へと進む。一実施形態においては、物体１５２を、二次元表現へと平坦化することができ、あるいは環境（例えば、床）への影として表すことができる。これは、移動測定システム２４が物体の下方を移動することができる飛行機などの物体において、モバイルコンピューティングデバイス５２のオペレータのための表示を単純化するために行うことができる。
【００８０】
ブロック２０４において、オペレータは、スキャンを実行すべき位置１５６を示すことができる。一実施形態において、オペレータは、移動測定システム２４の移動の経路またはルートを示すこともできる。次いで、方法２００は、スキャン位置データまたはルート／経路データが移動測定システム２４へと転送され、移動プラットフォーム２６の動作が開始されるブロック２０６へと進む。移動プラットフォーム２６は、経路に沿って第１の位置１５６へと移動する。一実施形態において、移動プラットフォーム２６は、所定の規則に従って任意の経路に沿って移動する自律型ユニットである。別の実施形態において、移動プラットフォーム２６は、ブロック２０４においてオペレータによって示された所定の経路に沿って移動する。
【００８１】
ひとたび移動プラットフォーム２６が第１の位置１５６に達すると、移動プラットフォーム２６は停止し、本方法はブロック２０８へと進む。一実施形態において、移動プラットフォーム２６の車輪３２は、スキャンの最中にその場に位置することができる。別の実施形態において、車輪３２は格納式である。位置１５６において、測定装置２８は、本明細書に記載のとおりの動作を開始する。測定装置２８は、物体１５２の表面上の点の三次元座標を取得する。測定装置２８がシザーリフト６８に取り付けられている実施形態においては、動作の開始前に床に対する測定装置２８の高さを変更してもよいことを、理解すべきである。オペレータがスキャンのためのさらなる位置１５６を特定している場合、移動プラットフォーム２６は、ひとたび測定装置２８によるスキャンが完了すると次の場所に移動する。これが、すべてのスキャンがオペレータが定めたすべての位置１５６において実行されるまで続く。
【００８２】
次いで、方法２００は、点群を生成するブロック２１０へと進む。次に、ブロック２１２において、物体１５２の表面が分析される。本明細書に記載のように、表面の分析は、セグメント１６０を決定すること、各々のセグメントについて関心領域１６２を決定すること、セグメントにおいて幾何学的構造を識別すること、および関心領域内の各々の点から識別された幾何学的構造（例えば、平面、曲面、など）までの距離を決定することを含む。次いで、方法２００は、異常（例えば、隆起およびへこみ）を有する可能性がある関心領域をオペレータのためのディスプレイにおいて強調するブロック２１４へと進む。物体の分析および異常の強調を、測定装置２８、モバイルコンピューティングデバイス５２、リモートコンピュータ、クラウド内のサービス、または以上の組み合わせにおいて実行できることを、理解すべきである。
【００８３】
プロセッサ、コントローラ、コンピュータ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、などの用語は、本明細書において、計測器の内部に配置されても、計測器のあらゆる場所の複数の要素に分散させられても、あるいは計測器の外部に配置されてもよいコンピューティングデバイスを意味するように理解される。
【００８４】
本発明を限られた数の実施形態のみに関連して詳細に説明してきたが、本発明が、そのような開示の実施形態に限定されないことを、容易に理解できるであろう。むしろ、本発明を、これまでに説明されていないが、本発明の精神および範囲に相応する任意のいくつかの変形、変更、置換、または同等の構成を備えるように、変更することが可能である。さらに、本発明の種々の実施形態を説明してきたが、本発明の態様が、説明した実施形態のうちの一部だけを含んでもよいことを、理解すべきである。したがって、本発明は、以上の説明によって限定されると見なされるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【外国語明細書】
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