(57)【要約】計測部による周囲の計測結果から形状図面を作成する図面作成システムであって、基準面を抽出する高さの設定を受け付ける基準面高さ設定部と、前記基準面高さ設定部によって設定された高さの高所において基準面を抽出する基準面抽出部と、前記基準面の法線となる基準法線を推定する基準法線推定部と、前記基準面の形状を二次元形状として、前記基準面の位置から前記基準法線の方向に設定された長さまで延伸した形状が表された図面を作成する形状復元部と、を備える。
2016132489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測部による周囲の計測結果から形状図面を作成する図面作成システムであって、
基準面を抽出する高さの設定を受け付ける基準面高さ設定部と、
前記基準面高さ設定部によって設定された高さの高所において基準面を抽出する基準面抽出部と、
前記基準面の法線となる基準法線を推定する基準法線推定部と、
前記基準面の形状を二次元形状として、前記基準面の位置から前記基準法線の方向に設定された長さまで延伸した形状が表された図面を作成する形状復元部と、を備える図面作成システム。
【請求項２】
請求項１に記載の図面作成システムであって、
前記基準面から前記基準法線の方向について、設定された範囲内に存在する形状データを抽出する人工物形状抽出部と、
前記人工物形状抽出部が抽出した形状データを前記基準面と平行な面上に射影することによって二次元画像を作成する二次元投影部と、
前記二次元投影部が作成した二次元画像から二次元形状を抽出する形状抽出部と、を備え、
前記形状復元部は、前記基準面の形状の代わりに、前記形状抽出部が抽出した二次元形状を、前記基準面の位置から前記基準法線の方向に前記設定された長さまで延伸した形状が表された図面を作成することを特徴とする図面作成システム。
【請求項３】
請求項２に記載の図面作成システムであって、
前記二次元投影部が作成した画像を画面上に表示する画像表示部と、
前記画像表示部が表示する画像に二次元形状を加える、及び前記形状抽出部が抽出した二次元形状を修正する、の少なくとも一つの処理を実行する形状編集部と、を備える図面作成システム。
【請求項４】
請求項２に記載の図面作成システムであって、
前記人工物形状抽出部は、前記基準面から前記基準法線の方向について二つ以上の前記設定された範囲内の形状データを抽出することを特徴とした図面作成システム。
【請求項５】
請求項２に記載の図面作成システムであって、
前記二次元投影部は、前記人工物形状抽出部が抽出した形状データの数に応じてヒストグラムを作成し、
前記形状抽出部は、前記ヒストグラムを用いて二次元形状を抽出することを特徴とする図面作成システム。
【請求項６】
請求項２に記載の図面作成システムであって、
前記形状抽出部は、前記二次元投影部が作成した二次元画像から線形状を抽出することとした図面作成システム。
【請求項７】
請求項２に記載の図面作成システムであって、
前記基準面から、設定された距離だけ離れた位置にある形状データを対応基準面として抽出する対応基準面抽出部を備え、
前記形状復元部は、前記形状抽出部が抽出した二次元形状を前記基準面の位置から前記基準法線の方向に前記対応基準面の位置まで延伸した形状と、前記基準面と前記対応基準面とで囲まれる領域とが表された図面を作成することを特徴とする図面作成システム。
【請求項８】
請求項７に記載の図面作成システムであって、
オペレータが設定する距離を受け付ける対応基準面高さ設定部を備え、
前記対応基準面抽出部は、前記基準面から前記対応基準面高さ設定部が設定した距離だけ離れた位置から設定された範囲内の面を抽出することを特徴とする図面作成システム。
【請求項９】
請求項７に記載の図面作成システムであって、
形状データを画面上に表示する形状データ表示部と、
前記形状データ表示部が表示する形状データの選択を受け付ける対応基準面高さ設定部と、を備え、
前記対応基準面抽出部は、前記選択された形状データを含むように対応基準面を抽出することを特徴とした図面作成システム。
【請求項１０】
請求項７に記載の図面作成システムであって、
前記対応基準面抽出部は、床面を抽出することを特徴とする図面作成システム。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一つに記載の図面作成システムであって、
形状データを画面上に表示する形状データ表示部と、
前記形状データ表示部に表示された形状データの選択を受け付ける形状データ選択部と、を備え、
前記基準面抽出部は、前記選択された形状データを含むように基準面を抽出することを特徴とする図面作成システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の図面作成システムであって、
前記形状データ選択部は、選択した範囲内に複数の存在物が前記形状データから特定される場合、最も手前に位置する存在物を選択することを特徴とする図面作成システム。
【請求項１３】
請求項１から１０のいずれか一つに記載の図面作成システムであって、
前記基準面抽出部は、天井を抽出することを特徴とする図面作成システム。
【請求項１４】
計測部による周囲の計測結果から形状図面をコンピュータを用いて作成する方法であって、
前記コンピュータは、プログラムを実行するプロセッサと、前記プログラムを格納するメモリとを有し、
前記方法は、
前記プロセッサが、基準面を抽出する高さの設定を受け付ける基準面高さ設定手順と、
前記プロセッサが、前記基準面高さ設定部によって設定された高さの高所において基準面を抽出する基準面抽出手順と、
前記プロセッサが、前記基準面の法線となる基準法線を推定する基準法線推定手順と、
前記プロセッサが、前記基準面の形状を二次元形状として、前記基準面の位置から前記基準法線の方向に設定された長さまで延伸した形状が表された図面を作成する形状復元手順と、を含む図面作成方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の図面作成方法であって、
前記プロセッサが、前記基準面から前記基準法線の方向について、設定された範囲内に存在する形状データを抽出する人工物形状抽出手順と、
前記プロセッサが、前記人工物形状抽出手順で抽出された形状データを前記基準面と平行な面上に射影することによって二次元画像を作成する二次元投影手順と、
前記プロセッサが、前記二次元投影手順で作成された二次元画像から二次元形状を抽出する形状抽出手順と、を含み、
前記形状復元手順では、前記基準面の形状の代わりに、前記形状抽出手順で抽出された二次元形状を、前記基準面の位置から前記基準法線の方向に前記設定された長さまで延伸した形状が表された図面を作成することを特徴とする図面作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状計測センサが計測した形状データから図面を作成するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間の形状を記録するための一つの手段として、周囲の存在物までの距離を測ることによって存在物の三次元的な形状を計測できる形状計測センサがある。形状計測センサを用いると、手計りに比べ迅速かつ高精度に空間全体の形状を取得でき、また人の手が届かない高所や危険な場所を離れた地点から非破壊で形状を計測できる。【０００３】
本技術の背景技術として、特開２００５−４３２４８号公報（特許文献１）、特開２００３−３２３４６１号公報（特許文献２）、国際公開２０１１／０７０９２７号公報（特許文献３）がある。特許文献１（特開２００５−４３２４８号公報）には、非対称の３次元形状のマーカーを被測定物の測定箇所に取り付け、被測定物の部分領域を形状測定器によりマーカーと共に光学的に３次元測定して測定値を得て、その後、形状測定器を移動して、マーカーを含む被測定物の他の測定箇所の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得る。そして、測定値から、マーカーを認識すると共に、マーカーの位置・姿勢を算出して、マーカーに基づいて座標変換係数を算出し、測定値を同一座標系に変換して、被測定物の外形形状を測定する３次元形状測定方法が記載されている。【０００４】
また、特許文献２（特開２００３−３２３４６１号公報）には、対象物の位置および形状を点群データとして取得すると共に、点群データに基づいて表示部に点群を表示する点群データ取得部と、取得された対象物を示す点群の中から、対象物を構成する部材を示す点群を指定する点群指定部と、指定された部材を示す点群の元となる点群データと他の点群データと区分する点群区分部とを備えるＣＡＤデータ作成装置が記載されている。点群区分部にて区分された部材を示す点群データには、任意の属性情報を付加することができ、この属性情報毎に３Ｄ−ＣＡＤの図面を描画するためのＣＡＤデータを作成することができる。部材または属性毎に作成された３Ｄ−ＣＡＤ図面を組み合わせることにより、対象物全体の３Ｄ−ＣＡＤ図面を作成することができる。【０００５】
さらに、特許文献３（国際公開２０１１／０７０９２７号公報）には、測定対象物の点群データから非面領域の点を除去する非面除去部１６と、非面除去部によって除去された点以外の点に対して、同一面上の点に同一ラベルを付与する面ラベリング部と、面ラベリング部によって区分けされた面同士の交線および面を凸状に包む凸包線の少なくとも一に基づき三次元エッジを抽出する三次元エッジ抽出部と、面ラベリング部によって区分けされた面内から二次元エッジを抽出する二次元エッジ抽出部と、三次元エッジと二次元エッジを統合するエッジ統合部とを備える点群データ処理装置に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−４３２４８号公報
【特許文献２】特開２００３−３２３４６１号公報
【特許文献３】国際公開２０１１／０７０９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した従来技術によると、特許文献１に記載されるようなレーザ光を用いた形状計測では、周囲の形状を計測点の集合（以下、点群と称する）として測定できる。そして、特許文献２に記載されるように、実測した点群データから図面を作成する。【０００８】
点群から図面を作成するために、計測した点群上において、壁や柱などの所定のオブジェクトの位置を指示又は探索し、図面に記載する方法がある。例えば、屋内には机などの多数の遮蔽物が存在し、床面の多くの領域を計測できない。また、棚などの遮蔽物によって、壁も一部の領域しか計測できない。さらに、空間内にどのようなオブジェクトが存在するかの情報を事前に得ることはできない。つまり、点群データから図面を作成するためには、未知の環境下でかつ空間の一部しか計測できない状況下において、計測対象の空間に存在するオブジェクトや、当該オブジェクトの場所を決定する必要がある。【０００９】
特許文献３に記載されている方法によれば、未知の環境においても、計測した点群からエッジなどのモデルを認識することができる。一方、レーザ光で対象を計測した場合、遮蔽物の裏の領域にはレーザ光が届かないためにデータを取得できない。つまり、特許文献３で記載された方法では、データが存在しない領域の形状を認識できないため、レーザの届かない領域を図面化できない。【００１０】
また、未知の環境においても、オブジェクトの種類を壁及び円柱として、オブジェクトを探索する方法が提案されている。しかし、この方法では、屋内のように遮蔽が多く、図面に記載すべき形状の大半が計測できていない場合は、探索を実施するのに十分な点群が得られず、オブジェクトの探索をロバストに行うことは難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、計測部による周囲の計測結果から形状図面を作成する図面作成システムであって、基準面を抽出する高さの設定を受け付ける基準面高さ設定部と、前記基準面高さ設定部によって設定された高さの高所において基準面を抽出する基準面抽出部と、前記基準面の法線となる基準法線を推定する基準法線推定部と、前記基準面の形状を二次元形状として、前記基準面の位置から前記基準法線の方向に設定された長さまで延伸した形状が表された図面を作成する形状復元部と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一形態によれば、点群データから失敗が少なく、すなわちロバストな図面を作成することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施例の図面作成システムの概要の構成を示す図である。
【図２】第１実施例の図面作成システムの詳細な構成を示す図である。
【図３】第１実施例の図面作成システムの物理的な構成を示すブロック図である。
【図４】第１実施例の図面作成システムが実行する処理のフローチャートである。
【図５】第１実施例の形状計測部による周囲の形状の計測を示す図である。
【図６】第１実施例の形状データ選択部が受け付ける範囲を選択するための画面を示す図である。
【図７】第１実施例の基準面抽出部による基準面の抽出を示す図である。
【図８】第１実施例の二次元投影部による存在物の二次元画像への投影を示す図である。
【図９】第１実施例の二次元形状データの抽出を示す図である。
【図１０】第１実施例の対応基準面高さ設定部が受け付ける距離を設定するための画面を示す。
【図１１】第１実施例の形状復元部による全体の形状の復元を示す図である。
【図１２】第２実施例のヒストグラムの作成を示す図である。
【図１３】第３実施例の壁に接続されている配管の抽出を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
【００１５】
＜第１実施例＞
図１は、本実施例の図面作成システムの概要の構成を示す図である。
【００１６】
図１に示す図面作成システムは、最小限の構成として、基準面高さ設定部１０２、基準面抽出部１０３、基準法線推定部１０６及び形状復元部１１５を有する。また、図面作成システムは、形状計測部１００が周囲の形状を計測した形状データ１０１、及び復元された形状を表す図面情報１１６を記憶装置（メモリ１２、補助記憶装置１３）に格納する。
【００１７】
本実施例では、形状データ１０１の一例として、点の集合（点群）を扱うが、形状を表す（具体的には、形状が取得できてエッジや頂点の情報を含まない）データであればよい。
【００１８】
まず、基準面高さ設定部１０２は、オペレータによる高さの設定を受け付ける。例えば、人の手が直接届きづらく人工物の少ない高さ（約２ｍ）を設定すればよい。高所には人工物が少ないため、形状計測時に人工物に遮蔽されることなく形状（例えば、壁）を計測可能である。なお、高さの設定は、基準面を抽出する下限の高さでも、基準面を抽出する高さの範囲でもよい。
【００１９】
基準面抽出部１０３は、基準面高さ設定部１０２が設定した高さ以上（又は、設定した高さの範囲）の高所に存在し、形状復元の基準となる面を形状データ１０１から抽出する。本実施例では遮蔽の少ない高所の面（例えば、天井面）を基準として全体の形状を復元する。なお、形状を容易に計測できる高所にある面であれば、基準面は天井以外の面でもよい。基準面を抽出する際には、鉛直方向に位置しつつ且つオペレータが指示した高さ以上に存在する面をハフ変換などの平面探索アルゴリズムによって抽出する。
【００２０】
基準法線推定部１０６は、基準面抽出部１０３が抽出した基準面上の形状データの法線ベクトルを推定する。具体的には、基準面上の形状データに最小二乗法を用いて平面を当てはめ、当てはめた平面の法線の値を用いることによって法線ベクトルを推定できる。又は、オペレータが法線の値を直接入力してもよい。
【００２１】
形状復元部１１５は、基準面の形状を推定された法線の方向に延ばすことによって、三次元情報に変換して、全体の形状を復元し、図面情報１１６として格納する。
【００２２】
図２は、本実施例の図面作成システムの詳細な構成を示す図である。図２の説明において、概略構成（図１）で前述した要素のうち詳細構成（図２）と同一の部分の説明は省略する。
【００２３】
図２に示す図面作成システムは、オプショナルな構成も含み、基準面高さ設定部１０２、基準面抽出部１０３、形状データ表示部１０４、形状データ選択部１０５、基準法線推定部１０６、人工物形状抽出部１０７、二次元投影部１０８、形状抽出部１０９、二次元形状データ１１０、画像表示部１１１、形状編集部１１２、対応基準面抽出部１１３、対応基準面高さ設定部１１４及び形状復元部１１５を有する。また、図面作成システムは、形状計測部１００が周囲の形状を計測した形状データ１０１、形状抽出部１０９が抽出した形状である二次元形状データ１１０、及び形状を表す図面情報１１６を記憶装置（メモリ１２、補助記憶装置１３）に格納する。
【００２４】
まず、基準面高さ設定部１０２は、オペレータによる高さの設定を受け付ける。そして、基準面抽出部１０３は、基準面高さ設定部１０２が設定した高さ以上の高所に存在し、形状復元の基準となる面を形状データ１０１から抽出する（図７参照）。
【００２５】
形状データ表示部１０４は、形状データ１０１をディスプレイ装置１９に表示する。形状データ選択部１０５は、画面上に表示した形状データからオペレータが選択した範囲を受け付け、選択された範囲内の形状データを選択する。基準面抽出部１０３は、選択された範囲の形状データによって構成される面を基準面としてもよい（図６参照）。
【００２６】
基準法線推定部１０６は、基準面抽出部１０３が抽出した基準面上の形状データの法線ベクトル（基準法線）を推定する。
【００２７】
人工物形状抽出部１０７は、基準面抽出部１０３が抽出した基準面から、推定された基準法線の方向に設定された範囲内に存在する部分的な形状データを抽出する。この設定された範囲内は、部分的な形状データを抽出する高さ方向の範囲としてオペレータが設定してもよいし、予め設定した高さ方向の範囲でもよい。
【００２８】
二次元投影部１０８は、人工物形状抽出部１０７が抽出した形状データを、基準面と水平な二次元画像面上に射影する（図８参照）。基準面と垂直な人工物は、二次元画像上において線形状となって表される。例えば基準面を天井とした場合、垂直に設置された壁は二次元画像において直線として表される。
【００２９】
形状抽出部１０９は、二次元画像から線形状を抽出し、抽出した形状を二次元形状データ１１０として格納する（図９参照）。具体的には、二次元画像情報からハフ変換などの平面探索アルゴリズムや動的輪郭抽出法などを用いて線を自動的に認識し、二次元形状データ１１０を抽出する。
【００３０】
画像表示部１１１は、二次元画像を画面に表示する。形状編集部１１２は、基準面と垂直関係の人工物の二次元形状データの、オペレータによる指定を受け付ける。形状抽出部１０９は、オペレータの指定に従って二次元形状データ１１０を抽出してもよい。
【００３１】
対応基準面抽出部１１３は、抽出された基準面から、推定された基準法線の方向に所定の距離だけ離れた領域を対応基準面として抽出する。対応基準面高さ設定部１１４は、オペレータによる所定の距離の設定を受け付ける（図１０参照）。なお、対応基準面を抽出する際に、基準面と同じ方向の法線を持ち、計測地点において鉛直下方向に存在する面を自動的に認識してもよい。
【００３２】
形状復元部１１５は、基準面を上面とし、対応基準面を下面とし、形状抽出部１０９が抽出した二次元形状データ１１０を、基準面と対応基準面との間で基準面の法線方向に移動することによって、三次元情報に変換する（図１１参照）。このようにして、基準面と対応基準面との間を補間することによって、全体の形状を図面情報１１６として復元することができる。
【００３３】
図３は、本実施例の図面作成システムの物理的な構成を示すブロック図である。
【００３４】
本実施形態の図面作成システムは、プロセッサ（ＣＰＵ）１１、メモリ１２、補助記憶装置１３及び通信インターフェース１４を有する計算機によって構成される。
【００３５】
プロセッサ１１は、メモリ１２に格納されたプログラムを実行する。メモリ１２は、不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ及び揮発性の記憶素子であるＲＡＭを含む。ＲＯＭは、不変のプログラム（例えば、ＢＩＯＳ）などを格納する。ＲＡＭは、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）のような高速かつ揮発性の記憶素子であり、プロセッサ１１が実行するプログラム及びプログラムの実行時に使用されるデータを一時的に格納する。
【００３６】
補助記憶装置１３は、例えば、磁気記憶装置（ＨＤＤ）、フラッシュメモリ（ＳＳＤ）等の大容量かつ不揮発性の記憶装置であり、プロセッサ１１が実行するプログラム及びプログラムの実行時に使用されるデータ（例えば、地図データ）を格納する。すなわち、プログラムは、補助記憶装置１３から読み出されて、メモリ１２にロードされて、プロセッサ１１によって実行される。
【００３７】
図面作成システムは、入力インターフェース１５及び出力インターフェース１８を有してもよい。入力インターフェース１５は、キーボード１６やマウス１７などが接続され、オペレータからの入力を受けるインターフェースである。出力インターフェース１８は、ディスプレイ装置１９やプリンタなどが接続され、プログラムの実行結果をオペレータが視認可能な形式で出力するインターフェースである。
【００３８】
通信インターフェース１４は、所定のプロトコルに従って、他の装置との通信を制御するネットワークインターフェース装置である。図面作成システムは、通信インターフェース１４を介して端末（図示省略）と接続されてもよく、該端末から入力された指示に従って動作し、該端末に演算結果を出力してもよい。
【００３９】
プロセッサ１１が実行するプログラムは、リムーバブルメディア（ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュメモリなど）又はネットワークを介して図面作成システムに提供され、非一時的記憶媒体である不揮発性の記憶装置１３に格納される。このため、図面作成システムは、リムーバブルメディアからデータを読み込むインターフェースを有するとよい。
【００４０】
図面作成システムは、物理的に一つの計算機上で、又は、論理的又は物理的に構成された複数の計算機上で構成される計算機システムであり、同一の計算機上で別個のスレッドで動作してもよく、複数の物理的計算機資源上に構築された仮想計算機上で動作してもよい。
【００４１】
図４は、本実施例の図面作成システムが実行する処理のフローチャートである。
【００４２】
まず、基準面高さ設定部１０２は、オペレータによる高さの設定を受け付ける基準面高さ設定処理を実行する（Ｓ１０２）。
【００４３】
その後、基準面抽出部１０３は、基準面高さ設定処理Ｓ１０２において設定された高さ以上の高所に存在し、形状復元の基準となる面を形状データ１０１から抽出する基準面抽出処理を実行する（Ｓ１０３）。
【００４４】
一方、形状データ表示部１０４は、形状データ１０１をディスプレイ装置１９に表示する形状データ表示処理を実行する（Ｓ１０４）。形状データ選択部１０５は、画面上に表示した形状データからオペレータが選択した範囲を受け付け、選択された範囲の形状データ選択し、基準面抽出部１０３に出力する形状データ選択処理を実行する（Ｓ１０５）。基準面抽出部１０３は、形状データ選択処理Ｓ１０５において選択された範囲の形状データによって構成される面を基準面としてもよい。
【００４５】
基準法線推定部１０６は、基準面抽出処理Ｓ１０３において抽出された基準面上の形状データの法線ベクトル（基準法線）を推定する基準法線推定処理を実行する（Ｓ１０６）。
【００４６】
その後、人工物形状抽出部１０７は、基準面抽出処理Ｓ１０３において抽出された基準面から、推定された基準法線の方向に所定の範囲内に存在する部分的な形状データを抽出する人工物形状抽出処理を実行する（Ｓ１０７）。
【００４７】
その後、二次元投影部１０８は、人工物形状抽出処理Ｓ１０７において抽出された形状データを、基準面と水平な二次元画像面上に射影する二次元投影処理を実行する（Ｓ１０８）。
【００４８】
その後、形状抽出部１０９は、二次元画像から線形状を抽出し、抽出した形状を二次元形状データ１１０として格納する形状抽出処理を実行する（Ｓ１０９）。
【００４９】
また、画像表示部１１１は、二次元画像を画面に表示する画像編集処理を実行する（Ｓ１１１）。形状編集部１１２は、基準面と垂直関係の人工物の二次元形状データの、オペレータによる指定を受け付け、形状抽出部１０９に出力する形状編集処理を実行する（Ｓ１１２）。形状抽出部１０９は、オペレータの指定に従って二次元形状データ１１０を抽出してもよい。
【００５０】
一方、対応基準面抽出部１１３は、抽出された基準面から、推定された基準法線の方向に所定の距離だけ離れた領域を対応基準面として抽出する対応基準面抽出処理を実行する（Ｓ１１３）。対応基準面高さ設定部１１４は、オペレータによる所定の距離の設定を受け付け、対応基準面抽出部１１３に出力する対応基準面高さ設定処理を実行する（Ｓ１１４）。
【００５１】
その後、形状復元部１１５は、基準面を上面とし、対応基準面を下面とし、形状抽出処理Ｓ１０９において抽出された二次元形状データ１１０（又は、基準面の形状）を、基準面と対応基準面との間で基準面の法線方向に移動することによって、三次元情報に変換する形状復元処理を実行する（Ｓ１１５）。
【００５２】
図５は、形状計測部１００による周囲の形状の計測を示す図である。
【００５３】
図５（Ａ）に示すように、形状計測部１００は、様々な方向にレーザ光を照射し、レーザ光の反射光が戻るまでの時間を計測することによって、レーザ光を照射した方向に存在する物までの距離を計測できる。形状計測部１００は、周囲全方向にレーザ光を照射し、反射光を受光するまでの時間を繰り返し計測することによって、周囲に存在する全ての物の形状を計測することができる。
【００５４】
形状計測部１００を屋内に設置して周囲の形状を計測すると、天井、壁、柱などの存在物２０１と、机、椅子、棚、ボードなど屋内に設置している存在物２０２とが、図５（Ｂ）に示すように、レーザ光の照射点に対応する点２０３、２０４、２０５の集合として計測できる。
【００５５】
なお、図５に示す点群２０３は、内部の存在物が図に表れるようにするため、本来は計測されている手前の面及び右の面の点群を省略して図示している。また、理解を容易にするため、壁などの大まかな形状２０４は大きな点で記載し、屋内の細かな存在物２０５は細かな形状を示すため小さな点で記載している。しかし、全領域において、レーザ光の照射点の大きさはほぼ同じであり、点の密度もほぼ同じである。但し、本実施例においては、部分的に（例えば、領域毎に）計測密度が異なってもよい。
【００５６】
周囲を計測するだけでは、計測点とオブジェクトとの関係の情報は得られない。さらに、レーザ光が直接届かない領域（例えば、棚、ボードに隠れた形状）は計測できない。棚やボードなどの大きな存在物の背後の壁の形状は、僅かな領域しか計測できないため、その領域に壁の存在を判定することは困難である。さらに、机や椅子など、床に設置する存在物に遮られる領域もあり、全ての床面の計測は困難である。これに対し、天井のような高所では、レーザ光が遮蔽物に遮られることが少ないので、高所の形状は容易に計測できる。このため、本実施例では高所の形状に基づいて全体の形状を復元する。
【００５７】
図６は、形状データ選択部１０５が受け付ける範囲を選択するための画面を示す図である。
【００５８】
図面作成システムがオペレータによる手動で基準面（天井）を認識する場合、形状データ表示部１０４は、形状データ１０１をディスプレイ装置１９に表示する。オペレータは、マウス１７などの入力装置を操作して、所望の範囲３００を指定する。形状データ選択部１０５は、オペレータが指定した範囲３００を受け付け、指定された範囲内に存在する形状データ３０１を選択する。より具体的には、形状データ選択部１０５は、形状選択モード及び形状選択解除モードを切り替えるモード切替部を有する。形状選択モードで、オペレータが範囲を指定すると、範囲内の形状データが選択状態となる。一方、形状選択解除モードで、オペレータが範囲を指定すると、範囲内の形状データが非選択状態となる。
【００５９】
又は、形状データ選択部１０５は、オペレータが指定した範囲が複数のオブジェクトを含む場合、手前の存在物を自動で抽出し、奥の存在物を非選択状態にしてもよい。存在物の抽出方法は、ハフ変換などの平面抽出アルゴリズムを用いて、選択範囲内に含まれる形状データを複数の面に分けて、存在物の面を抽出する。そして、抽出した複数の平面から表示画面上で最も手前に位置する平面を選ぶことによって、手前に存在する存在物のみを抽出できる。また、オペレータの操作によって、奥側の点群の選択を解除し、最も手前にある点を選択することによって、最も手前にある平面を選んでもよい。
【００６０】
図７は、基準面抽出部１０３による基準面の抽出を示す図である。
【００６１】
基準面抽出部１０３は、基準面高さ設定部１０２がオペレータによる高さの設定を受け付けた後、ハフ変換などの平面探索アルゴリズムによって、受け付けた高さ以上に存在する平面を抽出する。この際、ハフ変換などの平面抽出方法を用いて平面を抽出するだけでは、複数の平面候補が抽出されていることがある。そこで、形状データ選択部１０５が選択済み形状４００を受け付けている場合、選択済み形状４００を含む平面４０１のみを抽出する。
【００６２】
図８は、二次元投影部１０８による存在物の二次元画像への投影を示す図である。
【００６３】
まず、基準法線推定部１０６が、基準面抽出部１０３が抽出した基準面４０１の基準法線５００の方向を推定する。例えば、最小二乗法を用いて基準面上の形状に平面を当てはめることによって、法線方向を推定することができる。さらに、当てはめをロバストにするため、ＲＡＮＳＡＣ等のロバスト推定法を用いてもよい。
【００６４】
次に、人工物形状抽出部１０７は、図８（Ａ）に示すように、基準面４０１から、推定した基準法線５００の方向に所定の範囲５０１の内に存在する形状データ５０２を抽出する。ここで、所定の範囲５０１とは、天井を基準面４０１とした場合、壁以外は少数のオブジェクトしか存在しない領域である。例えば、天井から遠い領域には机や椅子などの壁以外の存在物があるため、天井から遠い領域で形状を抽出すると、形状抽出のロバスト性が低下する。一方、天井に極めて近い範囲を選択した場合、天井から吊り下げられているオブジェクトが検出されることがある。これらのオブジェクトを避けるため、天井から２０ｃｍ〜１００ｃｍの範囲を所定の範囲５０１として設定するとよい。なお、基準面４０１と垂直に設けられた物以外の存在物が少ない範囲であればよい。
【００６５】
オペレータが入力画面において数値を入力し、入力された数値に対応する範囲内の点を所定の色（例えば、赤色）に変えて表示し、画面上で範囲を確認し、「ＯＫ」ボタンを操作することによって、所定の範囲５０１を設定するインターフェースを提供してもよい。
【００６６】
さらに、本処理を２回以上繰り返し、複数の所定の範囲５０１を抽出してもよい。複数の範囲を抽出することによって、天井より下のある範囲に、壁や柱以外のオブジェクトが存在する場合でも、当該オブジェクトを避けて所定の範囲５０１を設定することができる。
【００６７】
二次元投影部１０８は、図８（Ｂ）に示すように、基準面４０１の基準法線５００の方向と法線が同じ二次元平面上に、人工物形状抽出部１０７が抽出した形状５０３を射影し、二次元画像５０４を生成する。なお、図８（Ａ）に示す点群は前述のように手前と右の壁を省略して記載しており、実際はその領域にも点群が存在する。そのため、二次元画像（図８（Ｂ））には、手前の壁と右の壁に対応する点群も表した。
【００６８】
図９は、人工物を投影した二次元画像上から二次元形状データ１１０の抽出を示す図である。
【００６９】
人工物形状抽出部１０７が抽出した形状５０３は、基準面に対して垂直に延伸する形状なので、二次元画像上では線となる。具体的には、壁は直線、円柱は丸、角柱は四角形となる。形状抽出部１０９は、二次元画像から線形状６００を探索し、探索された線形状を二次元形状データとして抽出する。具体的には、ハフ変換を用いて、二次元画像から自動的に線を抽出することができる。また、複数の線から構成される壁全体の輪郭要素を抽出するためには動的輪郭法を用いることができる。
【００７０】
画像表示部１１１は、抽出された二次元形状データを含む二次元画像をディスプレイ装置１９に表示する。オペレータは、マウス１７などの入力装置を操作して二次元形状データを修正できる。例えば、ノイズなどによってオブジェクトが誤検出された場合や、検出できなかったオブジェクトがある場合は、形状編集部１１２は、オペレータの操作による二次元形状データの修正を受け付ける。具体的には、壁を追加する場合、始点及び終点の２点をクリックすることによって、線６０１を追加することができる。壁を削除する場合、線上の任意の点をクリックすることによって、線６０２を削除することができる。また、形状及び複数の点を指定することによって、円柱及び角柱を追加することができる。
【００７１】
さらに、抽出できる形状及び編集できる形状は、二次元画像上で線として表されるものであれば、前述したオブジェクト以外のものでもよい。
【００７２】
図１０は、対応基準面高さ設定部１１４が受け付ける、基準面４０１から対応基準面７００までの距離７０１を設定するための画面を示す。
【００７３】
前述したように、屋内の床面には複数の遮蔽物が配置されているので、床面を直接計測できないことが多い。そこで、天井を基準面４０１とし、床面を対応基準面７００として、対応基準面７００は基準面４０１と同じ形状であると決定する。基準面４０１から基準法線５００の方向に所定の距離７０１だけ離れた位置に、基準面４０１と同じ形状の面を生成し、生成した面を対応基準面７００とする。対応基準面７００は、形状計測部１００によって計測された面が分布する範囲に配置するとよい。
【００７４】
基準面４０１からの距離は、オペレータが値（天井高）を入力する。また、マウス１７などの入力装置の操作（例えば、基準面４０１をドラッグドロップ）によって、対応基準面の高さを調整しつつ対応基準面に対応する領域を画面上で指定できるインターフェースを提供してもよい。また、床面の遮蔽物が少なく、床面を平面として認識できる状態であれば、ハフ変換等の平面抽出方法を用いて鉛直下方向に存在する平面を抽出し、抽出された平面の高さに基準面の形状を当てはめてもよい。
【００７５】
図１１は、形状復元部１１５による、基準面４０１、対応基準面７００及び二次元形状データ８００から全体の形状の復元を示す図である。
【００７６】
二次元形状データ８００は、二次元投影部１０８が形状データを投影する際に用いた基準法線５００の方向によって、三次元空間において二次元形状データ８０１となる（Ｃ、Ｄ）。この二次元形状データ８０１を、基準面４０１と対応基準面７００との間で基準法線５００の方向に移動し、二次元形状を延伸することによって、大きさを持つ三次元の形状８０３に変換する（Ｅ）。これによって作成された三次元の形状８０３と、基準面４０１（Ａ、Ｂ）と、対応基準面７００（Ａ、Ｂ）とを合わせることによって、部屋の形状８０６を復元できる（Ｆ）。
【００７７】
以上に説明したように、高所にある面は人工物による遮蔽が少ないことから容易に計測できる。また、壁及び柱の人工物は鉛直方向に延びるという特性を利用する。このため、本実施例によれば、遮蔽が多い環境で、形状に関する事前情報が無い場合でも、形状を容易に計測でき、計測された形状データからロバストな図面を作成することができる。
【００７８】
また、形状抽出部１０９が抽出した二次元形状を、基準面４０１の位置から基準法線５００の方向に設定された長さ７０１まで延伸した形状が表された図面を作成するので、計測対象の輪郭が明確になり、図面の精度を向上することができる。
【００７９】
また、画像表示部１１１がディスプレイ装置１９に表示した画像に二次元形状を加える、及び形状抽出部１０９が抽出した二次元形状を修正する、の少なくとも一つの処理を実行する形状編集部１１２を有するので、点群を確実に抽出することができる。
【００８０】
また、人工物形状抽出部１０７は、基準面４０１から基準法線５００の方向について二つ以上の設定された範囲５０１内の形状データを抽出するので、遮蔽物が複雑に配置された環境においても、正確に二次元形状を抽出でき、図面の精度を向上することができる。
【００８１】
また、形状抽出部１０９は、二次元投影部１０８が作成した二次元画像から線形状を抽出するので、少ない演算量で、高精度な図面を作成することができる。
【００８２】
また、対応基準面抽出部１１３が、設定された距離７０１だけ基準面４０１から離れた位置にある形状データを対応基準面（床面）７００として抽出し、形状復元部１１５が、形状抽出部１０９が抽出した二次元形状を基準面４０１の位置から基準法線５００の方向に対応基準面７００の位置まで延伸した形状と、基準面４０１と対応基準面７００とで囲まれる領域とが表された図面を作成するので、床面を正確に定めることができる。
【００８３】
対応基準面高さ設定部１１４が、オペレータが設定する距離を受け付け、対応基準面抽出部１１３が、基準面４０１から対応基準面高さ設定部１１４が設定した距離だけ離れた位置から設定された範囲内に存在する面を抽出するので、床面を正確に定めることができる。
【００８４】
また、形状データを画面上に表示する形状データ表示部１０４と、形状データ表示部１０４がディスプレイ装置１９に表示した形状データのうち領域内に含まれる形状の選択を受け付ける対応基準面高さ設定部１１４と、を有し、対応基準面抽出部１１３は、選択された形状データを含むように対応基準面７００を抽出するので、床面を正確に定めることができる。
【００８５】
また、基準面抽出部１０３は、形状データ選択部１０５で選択された形状データを含むように基準面（天井）４０１を抽出するので、天井を正確に選択することができる。
【００８６】
また、形状データ選択部１０５は、選択した範囲内に複数の存在物がある場合、最も手前に位置する存在物を選択するので、オペレータによる選択作業を容易にすることができる。
【００８７】
＜第２実施例＞
第２実施例では、人工物形状抽出部１０７によって抽出した点の数に応じたヒストグラムを二次元投影部１０８が作成し、形状抽出部１０９が二次元形状データ１１０を抽出する方法を説明する。なお、第２実施例では、前述した第１実施例との相違点のみを説明し、同一の構成及び機能についての説明は省略する。
【００８８】
図１２は、第２実施例のヒストグラムの作成を示す図である。
【００８９】
二次元投影部１０８は、図１２（Ａ）に示すように、基準面４０１の基準法線５００の方向で指定された範囲９０２内の形状データ９０３を二次元画像９０４に射影する。範囲９０２は、天井から床面までの全範囲である必要はなく、図面にしたい情報が十分に含まれている範囲であればよい。第２実施例では、二次元画像９０４内の各画素に対応する領域内に存在する点の数に応じたヒストグラム値を計算し、ヒストグラム値に応じて画素の色を決定し、二次元画像９０４を作成する。
【００９０】
図１２（Ｂ）に示すように、壁が計測されている領域は、天井から床までの広範囲で同じ位置に点が計測できるので、ヒストグラム値は高くなる（９０５）。一方、屋内に配置した存在物の裏に位置する壁は、広範に計測されている壁より計測点数が低くなるので、ヒストグラム値は少し低くなる（９０６）。さらに、存在物は、その高さに応じて計測点数が決まり、計測点数に応じたヒストグラム値となる。例えば、ボードと足が両方計測される位置はヒストグラム値が高くなり（９０７）、ボードのみが計測される位置はヒストグラム値が低くなる（９０８）。
【００９１】
さらに、二次元投影部１０８が作成した二次元画像９０４を用いて、形状抽出部１０９が二次元形状を抽出する。この際、各画素のヒストグラムを重みとしたハフ変換や動的輪郭法などによって二次元形状を抽出する。
【００９２】
第２実施例では、二次元投影部１０８が、人工物形状抽出部１０７が抽出した点の数に応じてヒストグラムを作成し、形状抽出部１０９が、ヒストグラムを用いて二次元形状を抽出するので、壁に遮蔽物が配置されている環境でも、前述した第１実施例よりロバストに形状を抽出することができ、ロバストな図面を作成することができる。
【００９３】
＜第３実施例＞
第３実施例では、前述した実施例の図面作成システムを用いて、壁に接続されている配管１０００を抽出する例を述べる。なお、第３実施例では、前述した実施例との相違点のみを説明し、同一の構成及び機能についての説明は省略する。
【００９４】
図１３は、壁に接続されている配管の抽出を示す図である。
【００９５】
基準面抽出部１０３は、高所に位置する壁１００１を基準面として抽出する。基準法線推定部１０６が推定する法線方向１００２は壁から垂直に延伸する配管１０００と同じ方向になる。抽出された基準面１００１及び法線方向１００２を用いることによって、二次元投影部１０８によって投影された配管は、二次元画像１００３において円形状１００４となる。形状抽出部１０９は、円形状１００４をハフ変換で抽出するか、又は直接オペレータが形状編集部１１２で指定することによって、配管の二次元形状データ１１０を抽出できる。
【００９６】
抽出した配管の二次元形状データをオペレータが指定した長さだけ延ばすことによって、形状復元部１１５は当該配管を図面情報にすることができる。
【００９７】
第３実施例では、特に高所などの遮蔽物が少ない領域で配管を検出することができる。
【００９８】
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
【００９９】
また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
【０１００】
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。
【０１０１】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。
【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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【国際調査報告】
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