(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側の計測対象物内に、内側の計測対象物が前記外側の計測対象物と隙間をあけて存在する場所のスキャニングを、三次元レーザスキャナを用いて行う三次元レーザスキャナのスキャニング方法において、
三次元レーザスキャナの設置位置を原点として、前記計測対象物をスキャニングして複数の反射ポイントのそれぞれについて三次元座標を収集し、
前記複数の反射ポイントのうちの一つの反射ポイントとこれに隣接する他の反射ポイントとの点間距離が、前記外側の計測対象物の表面において隣接する前記反射ポイント同士の点間距離の数値範囲を外れた部分を、前記外側の計測対象物と前記内側の計測対象物との境界部分と判定し、
隣り合う前記境界部分の間を前記内側の計測対象物によって陰となった前記外側の計測対象物のデータ未収集部分として割り出し、
前記原点と前記データ未収集部分との間で、陰を及ぼす前記内側の計測対象物よりも前記データ未収集部分側を、前記三次元レーザスキャナの次の設置位置と設定することを特徴とする三次元レーザスキャナのスキャニング方法。
【請求項２】
前記三次元レーザスキャナの次の設置位置は、前記原点と前記データ未収集部分の中間部とを結んだ線上に設定されることを特徴とする請求項１記載の三次元レーザスキャナのスキャニング方法。
【請求項３】
前記データ未収集部分が複数ある場合は、最も面積の大きいデータ未収集部分と前記原点との間に、前記三次元レーザスキャナの次の設置位置が設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元レーザスキャナのスキャニング方法。
【請求項４】
前記原点を基準に、各部の座標が設定され、
前記三次元レーザスキャナによる次のスキャニングでは、前記計測対象物のデータ未収集部分のみをスキャニングすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の三次元レーザスキャナのスキャニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屋外あるいは屋内において、三次元レーザスキャナを用いて計測対象物のスキャニングを行う三次元レーザスキャナのスキャニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元レーザスキャナは、センサから、例えば水平方向に３６０度、垂直方法に３２０度の範囲でレーザ光を放射状に照射して、レーザ光が帰ってくるまでの時間差から算出される距離と、照射されるレーザ光の角度から全てのポイントの三次元座標を点群データとして収集（スキャニング）する装置である。この三次元レーザスキャナは、屋外や屋内で建設施工中の建築物の精度管理を行ったり（特許文献１参照）、屋外で山間部の地形計測を行ったり（特許文献２参照）するのに利用されている。
【０００３】
ところで、三次元レーザスキャナを用いて、スキャニングを行う際に、屋外の山や屋内の壁面などの外側計測対象物の内側に、他の計測対象物となる内側計測対象物があると、内側計測対象物の陰となって、外側計測対象物に計測できない部分が発生して、一回のスキャニングでは、計測対象物の全てを網羅することができない。通常、屋外では各種施設、仮設や重機などの多くの内側計測対象物があり、屋内では柱、梁や什器などの多くの内側計測対象物があるため、三次元レーザスキャナの設置位置を複数回変更して、スキャニングを複数回行い、その後、収集した点群データを合成する。従来、三次元レーザスキャナの設置位置は、計測対象物の形状に応じて作業者が適宜決定していたが、作業者の勘に頼るところが多かった。
【特許文献１】特開２００５−２１３９７２号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
三次元レーザスキャナによって収集される点群データは、データ量が非常に大きいので、スキャニング回数は少ない方が好ましい。特に、三次元レーザスキャナによるスキャニングは、スキャニング毎に、計測可能な範囲を全て計測するために、収集データ量が膨大なものになる。しかしながら、従来、三次元レーザスキャナの設置位置を決定する効率的な具体的方法は確立されておらず、三次元レーザスキャナの移動回数が多くなってしまい、スキャニング回数が多くなる。そのため、多数回のスキャニングによって収集された多くの点群データの合成を行うと、合成された三次元座標のデータ量が膨大になり、データ処理（特に、重複データを削除する処理）やデータ表示などに多くの時間がかかるといった問題があった。また、スキャニング回数が多いことで、データ収集に多くの時間を要してしまう。さらに、全ての計測対象物を網羅するために、三次元レーザスキャナの設置位置を決定するのに多くの時間を要するといった問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明は前記の問題を解決すべく案出されたものであって、三次元レーザスキャナの移動回数を低減して効率的なデータ収集を行い、データの重複部分を低減できる三次元レーザスキャナのスキャニング方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、外側の計測対象物内に、内側の計測対象物が前記外側の計測対象物と隙間をあけて存在する場所のスキャニングを、三次元レーザスキャナを用いて行う三次元レーザスキャナのスキャニング方法において、三次元レーザスキャナの設置位置を原点として、前記計測対象物をスキャニングして複数の反射ポイントのそれぞれについて三次元座標を収集し、前記複数の反射ポイントのうちの一つの反射ポイントとこれに隣接する他の反射ポイントとの点間距離が、前記外側の計測対象物の表面において隣接する前記反射ポイント同士の点間距離の数値範囲を外れた部分を、前記外側の計測対象物と前記内側の計測対象物との境界部分と判定し、隣り合う前記境界部分の間を前記内側の計測対象物によって陰となった前記外側の計測対象物のデータ未収集部分として割り出し、前記原点と前記データ未収集部分との間で、陰を及ぼす前記内側の計測対象物よりも前記データ未収集部分側を、前記三次元レーザスキャナの次の設置位置と設定することを特徴とする三次元レーザスキャナのスキャニング方法である。
【０００７】
前記方法によれば、計測対象物のデータ未収集部分を容易に割り出せるので、割り出し時間の短縮が図れる。さらに、原点とデータ未収集部分との間で、陰を及ぼす内側の計測対象物あるいは凸部よりもデータ未収集部分側を、三次元レーザスキャナの次の設置位置と設定することで、次のスキャニングでは、データ未収集部分と内側計測対象物あるいは凸部の陰側のデータ未収集部分とをスキャニングすることができ、非常に効率的である。これによって、三次元レーザスキャナの移動回数を低減でき、それに応じてスキャニング回数も低減できるので、データの重複部分を低減できる。したがって、合成されるデータ量が小さくなり、データの重複部分の削除などのデータ処理やデータ表示などにかかる時間を大幅に短縮できる。さらに、スキャニング回数が低減することで、データ収集の時間を大幅に削減できる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記三次元レーザスキャナの次の設置位置が、前記原点と前記データ未収集部分の中間部とを結んだ線上に設定されることを特徴とする請求項１記載の三次元レーザスキャナのスキャニング方法である。
【０００９】
前記方法によれば、次のスキャニング時に計測対象物のデータの採り残しを、殆んどなくすことができる。また、データ未収集部分のデータを左右バランスよく収集することができ、データ処理を行いやすくできる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記データ未収集部分が複数ある場合は、最も面積の大きいデータ未収集部分と前記原点との間に、前記三次元レーザスキャナの次の設置位置が設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元レーザスキャナのスキャニング方法である。
【００１１】
前記方法によれば、適切な設置位置に効率的な順序で、三次元レーザスキャナを設置することができ、三次元レーザスキャナの移動回数およびスキャニング回数を低減でき、データ収集の時間を低減できるとともに、合成されるデータ量を小さくできる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、前記原点を基準に、各部の座標が設定され、前記三次元レーザスキャナによる次のスキャニングでは、前記計測対象物のデータ未収集部分のみをスキャニングすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の三次元レーザスキャナのスキャニング方法である。
【００１３】
前記方法によれば、データを重複して収集しないので、データの重複部分をなくすことができ、合成されるデータ量を必要最小限に止めることができるとともに、データ収集やデータ処理の時間を低減できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、三次元レーザスキャナの移動回数を低減して効率的なデータ収集を行い、データの重複部分を低減できるスキャニング方法を提供できるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る三次元レーザスキャナのスキャニング方法によってデータ収集する計測対象物および三次元レーザスキャナの第一の設置位置を示した平面図、図２は三次元レーザスキャナによる計測対象物のデータ収集部分を示した拡大図、図３は三次元レーザスキャナによって収集した点群データを示した側面図、図４および図５は三次元レーザスキャナで収集した点群データを立体化した斜視図、図６は本発明に係る三次元レーザスキャナのスキャニング方法を示したフローチャートである。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態では、屋内の部屋をスキャニングする場合を例に挙げて説明する。本実施の形態では、室内の壁１０、床２０および天井（図示せず）が、外側の計測対象物（以下、「外側計測対象物」という場合がある）１１となり、２本の柱３０，３０が、内側の計測対象物（以下、「内側計測対象物」という場合がある）３１，３１となっている。
【００１８】
三次元レーザスキャナ１は、外側計測対象物１１や内側計測対象物３１にレーザ光２を照射して、そのレーザ光２が外側計測対象物１１や内側計測対象物３１で反射して帰ってくるまでの時間から距離を算出するとともに、この距離と照射されるレーザ光２の角度から、計測対象物１１，３１の反射ポイントの三次元座標（ｘ座標、ｙ座標、ｚ座標）を算出する。レーザ光２は、例えば水平方向に３６０度、垂直方法に３２０度の範囲で所定の角度ピッチで放射状に照射されており、三次元レーザスキャナ１は、各反射ポイントを点群データとして収集することで、計測対象物１１，３１を立体的に表示することができる。レーザ光２の照射範囲は、計測対象物１１，３１の形状に応じて適宜設定される。すなわち、例えば、室内の部屋の形状を計測する場合には、床や天井もスキャニングできるように、垂直方向は上部を中心とする３２０度の範囲でレーザ光が照射される。これによって、三次元レーザスキャナ１の足元以外は全てスキャニング可能となる。レーザ光２の照射ピッチは、求められる三次元データの解像度によって適宜決定される。照射ピッチは、レーザ光２の照射角度ピッチによって決まり、例えば、１０メートル先で２ｍｍ間隔というように設定される。照射角度ピッチが小さいと、多くのレーザ光２が照射され、各反射ポイントの点間距離が小さくなり、解像度が高くなる。
【００１９】
次に、図６に示したフローチャートに基づいて、本発明に係る三次元レーザスキャナのスキャニング方法を説明する。
【００２０】
かかるスキャニング方法においては、まず、データ収集を行う作業者が全ての計測対象物を網羅できる箇所（三次元レーザスキャナ１の設置位置）があるかどうかを判断する（Ｓｔｅｐ１）。ここで、計測対象物が、例えば、部屋の中央部から全てを見渡すことができる外側計測対象物のみの場合などで、外側計測対象物に陰を及ぼす内側計測対象物がないときには、部屋の中央部が、全ての計測対象物を網羅できる箇所となる。この場合は、部屋の中央部に三次元レーザスキャナ１を設置して、スキャニングを実施することで、全ての計測対象物をスキャニングすることができるので、そこで、スキャニングが終了する。
【００２１】
しかし通常は、図１に示すように、外側計測対象物１１の内側に、柱３０などの内側計測対象物３１が位置する場合が多く、その場合は、以下に説明する工程へと進む。
【００２２】
全ての計測対象物を網羅できる箇所がない場合は、図２に示す内側計測対象物３１の陰３２（外側計測対象物１１に延びる陰）になる部分が最も少ない設置位置を、作業者が選定する（Ｓｔｅｐ２）。この選定は、作業者が選定した複数の仮の設置位置で、それぞれラフスキャニングを行って、最も陰３２の少ない設置位置を選定する。ラフスキャニングは、解像度が低くデータ量が少ないので、通常のスキャニングと比較して作業時間が非常に短い。よって、短時間で、最適な設置位置を選定できる。本実施の形態では、図１に示すように、例えば、一対の柱３０，３０（内側計測対象物３１，３１）の中間位置の延長線上であって、なるべく、柱３０，３０から離れた位置を、三次元レーザスキャナ１の設置位置５１とする。ここで、柱が３本以上ある場合は、全ての柱の中間位置（重心位置）を三次元レーザスキャナ１の設置位置とするのが好ましい。
【００２３】
そして、設置位置５１に三次元レーザスキャナ１を設置して、その位置を原点Ｐ０として、スキャニングを実施する（Ｓｔｅｐ３）。ここで実施したスキャニングによって収集された点群データ３の一部を図３に示す。図３に示した点群データ３は、内側計測対象物３１，３１の周辺部分を示し、外側計測対象物１１のデータ未収集部分４を含む部分を表している。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、点群データ３は、三次元レーザスキャナ１から照射された複数のレーザ光２の反射ポイント５から構成されている。各反射ポイント５，５・・・は、例えば、三次元レーザスキャナ１から１０メートル離れた位置で、２ｍｍピッチになるように予め設定されている。この反射ポイント５，５・・・間の距離が、点群データ３の点間距離となる。点群データ３の点間距離は、三次元レーザスキャナ１からの距離が長いほど長くなり、三次元レーザスキャナ１からの距離が短いほど短くなる。外側計測対象物１１の反射ポイント５と内側計測対象物３１の反射ポイント５間を跨ぐ点間距離は、外側計測対象物１１の座標と、内側計測対象物３１の座標間の距離Ｌ２となるので、非常に大きくなる。そのため、外側計測対象物１１の部分で略同じ間隔Ｌ１で推移してきた点間距離が、外側計測対象物１１と内側計測対象物３１との境界部分７で、極端に長くなる。そして、内側計測対象物３１の部分の点間距離は、外側計測対象物１１の部分の間隔Ｌ１よりも短い間隔Ｌ３で推移することとなる。これは、内側計測対象物３１が、外側計測対象物１１よりも近くに位置するためである。
【００２５】
本発明では、以上の点に着目して、点群データ３の隣接する点間距離に基づいて、内側計測対象物３１によって陰となった外側計測対象物１１のデータ未収集部分４を割り出す。すなわち、点群データ３の隣接する点間距離が、設定値の範囲から外れた部分を、データ未収集部分４として判断する（Ｓｔｅｐ４）。設定値は、外側計測対象物１１の表面における反射ポイント５，５間の距離（レーザ光２の照射角度ピッチと三次元レーザスキャナ１と外側計測対象物１１との距離（照射距離）から決まる距離）である。三次元レーザスキャナ１は、外側計測対象物１１内の一点に設置されるため、三次元レーザスキャナ１と外側計測対象物１１との距離は、データ収集する位置によって順次変化する。そのため、点間距離の設定値は、場所ごとに変更しつつ適宜設定される。設定値は、所定の幅を持って設定される。これは、外側計測対象物１１の表面の凹凸を考慮したためである。
【００２６】
外側計測対象物１１と内側計測対象物３１との境界部分７では、点間距離は極端に長くなるので、所定の幅を有する設定値の範囲から外れる。また、内側計測対象物３１の部分でも、内側計測対象物３１が近くに位置するため、点間距離は小さくなり、所定の幅を有する設定値の範囲から外れる。以上より、設定値の範囲から外れた部分は、内側計測対象物３１の表面のデータを収集することとなるので、外側計測対象物１１のデータ未収集部分４ということができる。
【００２７】
また、図３（ｂ）に示すように、外側計測対象物１１の表面のみの点群データ３で見れば、データ未収集部分４は空白部分となるので、データ未収集部分４の両端で隣り合う反射ポイント５’，５’間の点間距離は、極端に大きく、データ未収集部分４の幅と同じ長さとなる。この点間距離が極端に大きい部分を検知することでも、データ未収集部分４を検出できる。データ未収集部分４の検出は、例えば、点間距離の上限閾値を設定しておき、点間距離が設定値（上限閾値）を超えた（設定値から外れた）ことを検知することで行う。そして、極端に大きい点間距離の両端の反射ポイント５’，５’間が、データ未収集部分４となる。前記設定値は、レーザ光２（図１参照）の照射ピッチや計測対象物までの距離に応じて適宜設定される。
【００２８】
図３のハッチング部分に示すように、点群データ３を表示するに際して、コンピュータにてデータ処理を行う際に、点間距離が設定値から外れた部分を色分けしたり網掛けしたりすると、データ未収集部分４を一目で確認できるので好適である。
【００２９】
一方、反射ポイント５は上下に配列されているので、上下に隣り合う反射ポイント５，５同士を直線で結ぶことで、メッシュ５ａ（図３（ｂ）参照）が形成される。このメッシュ５ａの面積を算出することでも、データ未収集部分４の検出を行うことができる。具体的には、メッシュ５ａの面積の上限閾値を設定しておき、メッシュ５ａの面積が設定値（上限閾値）を超えた（設定値から外れた）ことを検知することで、データ未収集部分４の検出を行う。これは、反射ポイント５の点間距離が大きくなるとメッシュ５ａの面積が大きくなるためである。面積が設定値を超えたメッシュ５ａの部分がデータ未収集部分４となる。このデータ未収集部分４を色分けあるいは網掛けなどしておくと、その部分を一目で確認できるので好適である。
【００３０】
さらに、他の検出方法としては、点群データを所定の大きさの矩形ごとに分割し、その矩形内の反射ポイントの密度に応じて、データ未収集部分を検出することができる。具体的には、矩形内の反射ポイントが少ない部分を検知することで、その部分をデータ未収集部分として判断する。これは、隣り合う反射ポイントの点間距離は予め設定されているので、密度（矩形内の反射ポイント数）は決まっており、密度が低い部分は、反射ポイントの空白部分（データ未収集部分４）があると判断できるためである。この検出方法は、特に、予めスキャニング範囲を限定してスキャニングを実施する場合に有効である。
【００３１】
ところで、データ処理された点群データ３を基に、コンピュータにて画像処理を行えば、図４（ａ）に示すような立体画像として表示することができる。この立体画像では、データ収集された面だけが図示され、データ未収集部分４の面は図示されていない。
【００３２】
次に、表示された点群データ３を見て、データ未収集部分４があるかどうかを判断する（Ｓｔｅｐ５）。ここで、データ未収集部分４がない場合は、スキャニングが終了する。データ未収集部分４がある場合は、次の工程へと進む。
【００３３】
次の工程では、データ未収集部分４が複数ある場合に、そのうちで最も面積が大きい最大データ未収集部分４ａを割り出して認定する（Ｓｔｅｐ６）。データ未収集部分の面積は、点群データ３より手計算で算出するか、あるいはデータ処理時にコンピュータで算出する。本実施の形態では、図４（ａ）に示すように、データ未収集部分４は二箇所あり、その面積は略同等であるので、どちらのデータ未収集部分４を選択してもよい。本実施の形態では、図中左側のデータ未収集部分４を最大データ未収集部分４ａとしている。なお、データ未収集部分４が一箇所しかない場合は、本工程は行わなくてよい。
【００３４】
その後、原点Ｐ０と最大データ未収集部分４ａとの距離を算出するとともに、原点Ｐ０と最大データ未収集部分４ａに陰を及ぼす内側計測対象物３１との距離を算出する（Ｓｔｅｐ７）。具体的には、図４（ｂ）に示すように、内側計測対象物３１の左右両側の反射ポイントをＰ１，Ｐ３とし、最大データ未収集部分４ａの左右両側の反射ポイントをＰ２，Ｐ４として、原点Ｐ０と各反射ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４との距離をそれぞれ算出する。ここで、原点Ｐ０の座標を（ｘ、ｙ、ｚ）とし、各反射ポイントの座標をＰ１（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、Ｐ２（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、Ｐ３（ｘ３、ｙ３、ｚ３）、Ｐ４（ｘ４、ｙ４、ｚ４）とすると、各反射ポイントにおける原点Ｐ０に対する相対的な座標（ｄｘ、ｄｙ、ｄｚ）は、それぞれ以下の（１）式のように表される。
【００３５】
【数１】
0005204955.tif 000002
【００３６】
そして、原点Ｐ０から各反射ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４までの距離は、以下の（２）式のように表される。
【００３７】
【数２】
0005204955.tif 000003
【００３８】
次に、原点Ｐ０から最大データ未収集部分４ａへの方向を三次元レーザスキャナ１の次（第二）の設置位置への移動方向Ｄ１とし、最大データ未収集部分４ａと内側計測対象物３１との間を次の設置位置として決定する（Ｓｔｅｐ８）。ここで、移動方向Ｄ１は、最大データ未収集部分４ａ上の反射ポイントＰ２，Ｐ４間の中点と、原点Ｐ０とを結んだラインとなる。そして、次の設置位置への移動距離Ｌ５は、三次元レーザスキャナ１が、外側計測対象物１１および内側計測対象物３１に干渉しないように決定される。すなわち、移動距離は、原点Ｐ０と反射ポイントＰ１との距離（距離Ｐ０Ｐ１）より大きく原点Ｐ０と反射ポイントＰ２との距離（距離Ｐ０Ｐ２）より小さく、且つ原点Ｐ０と反射ポイントＰ３との距離（距離Ｐ０Ｐ３）より大きく原点Ｐ０と反射ポイントＰ４との距離（距離Ｐ０Ｐ４）より小さい値となる。なお、内側計測対象物３１が柱３０である場合は、データ未収集部分４側が突出していることが考えられるが、柱３０は、対象形であるのが通常なので、柱３０の形状を、取得されたデータを基に推定するようにしてもよい。
【００３９】
そして、図５（ａ）に示すように、三次元レーザスキャナ１を次（第二）の設置位置へ設置して、スキャニングを実施する。ところで、三次元レーザスキャナ１の最初（第一）の設置位置を原点Ｐ０として設定しているので、データ未収集部分４は、座標としてその位置が把握できる。そして、このスキャニングでは、原点Ｐ０を基準として把握されたデータ未収集部分４のみのスキャニングを実施する（Ｓｔｅｐ９）。この場合、データ未収集部分４には、外側計測対象物１１のデータ未収集部分４，４ａのほかに、内側計測対象物３１の裏面（データ未収集部分４側の面）のデータ未収集部分４ｂも含む。
【００４０】
その後、図５（ｂ）に示すように、収集したデータ未収集部分４のデータを、最初のスキャニングによって取得したデータと合成する（Ｓｔｅｐ１０）。そして、合成したデータの立体画像を見て、その他のデータ未収集部分があるかどうかを確認する（Ｓｔｅｐ１１）。ここで、データ未収集部分がない場合は、そこでスキャニングが終了する。他のデータ未収集部分がある場合は、Ｓｔｅｐ２へと戻って、その後の工程を繰り返す。
【００４１】
本実施の形態では、図５（ｂ）の右側に位置する内側計測対象物３１（柱３０）の一面がデータ未収集部分４ｃとなっている。この程度のデータ未収集部分４ｃであれば、前記工程を繰り返すことなく、データ未収集部分４ｃが見える側に三次元レーザスキャナ１を移動させて、データ未収集部分４ｃのみのスキャニングを実施するようにすればよい。なお、本実施の形態のようなケースでは、内側計測対象物３１は、柱３０であって、その形状が対象形であるので、既に取得したデータから、データ未収集部分４ｃの形状を推定するようにしてもよい。
【００４２】
このような三次元レーザスキャナ１のスキャニング方法によれば、点群データ３の点間距離からデータ未収集部分４を割り出すようにしたので、その割り出しを容易に且つ確実に行うことができ、その時間の短縮が図れる。さらに、原点Ｐ０とデータ未収集部分４との間で、内側計測対象物３１よりもデータ未収集部分４側を、三次元レーザスキャナ１の次の設置位置と設定することで、次のスキャニングでは、外側計測対象物１１のデータ未収集部分４と内側計測対象物３１の陰側のデータ未収集部分４ｂとをスキャニングすることができ、非常に効率的である。また、作業者の勘に頼ることなく、効率的なスキャニングを行うことができる。これによって、三次元レーザスキャナ１の移動回数を低減でき、それに応じてスキャニング回数も低減できるので、データ収集の時間を大幅に短縮できる。さらに、スキャニング回数が低減することで、合成されるデータ量が小さくなるので、データ処理やデータ表示などにかかる時間を大幅に短縮でき、コンピュータへの負担も低減できる。
【００４３】
また、三次元レーザスキャナ１の次の設置位置５２は、データ未収集部分４の中間部と原点Ｐ０とを結んだ線上に設定されるので、次のスキャニング時に外側計測対象物１１と内側計測対象物３１のデータの採り残しを、殆んどなくすことができる。また、データ未収集部分４のデータを左右バランスよく収集することができ、コンピュータによるデータ処理を行いやすくできる。
【００４４】
さらに、本実施の形態のように、データ未収集部分４が複数ある場合は、最も面積の大きい最大データ未収集部分４ａと原点Ｐ０との間に、三次元レーザスキャナ１の次の設置位置５２が決定されるので、適切な設置位置に効率的な順序で、三次元レーザスキャナ１を設置することができる。したがって、三次元レーザスキャナの移動回数およびスキャニング回数を低減でき、データ収集の時間を低減できるとともに、合成されるデータ量を小さくできる。
【００４５】
また、原点Ｐ０を基準に、データ未収集部分４の位置を把握することができるので、三次元レーザスキャナ１による次のスキャニングでは、データ未収集部分４，４ｂのみをスキャニングすることができ、データを重複して収集しない。これによれば、データ収集の時間を大幅に短縮できるとともに、合成されるデータ量を必要最小限に止めることができる。したがって、従来多くの時間を要していたデータの重複部分の削除を行う必要がなくなるので、データ処理やデータ表示などにかかる時間を大幅に短縮できる。
【００４６】
ところで、本実施の形態に係る三次元レーザスキャナ１には、前記のスキャニング方法を実施するために、三次元レーザスキャナ１で収集したデータの処理や次の設置場所の設定を行うための処理装置８が接続されている。図７に示すように、処理装置８は、座標算出手段８１と、データ未収集部分検出手段９０と、設置位置決定手段８６と、スキャニング位置決定手段８７とを備えている。
【００４７】
座標算出手段８１は、三次元レーザスキャナ１の最初の設置位置５１（図１参照）を原点Ｐ０として、各反射ポイント５（図３参照）の座標を算出する手段である。座標算出手段８１には、三次元レーザスキャナ１から出力された座標値が入力され、座標算出手段８１は、前記の（１）式に基づいて、最初の設置位置５１を原点Ｐ０とした各座標を算出し、この各座標をデータ未収集部分検出手段９０に出力するようになっている。
【００４８】
データ未収集部分検出手段９０は、入力手段８２、点間距離設定手段８３、データ未収集部分割出手段８４および最大データ未収集部分選択手段８５を有している。入力手段８２は、レーザ光２の照射角度ピッチを入力する手段であって、例えばキーボードなどから成り、求められる解像度に応じて、照射角度の数値を入力することができる。
【００４９】
点間距離設定手段８３は、座標算出手段８１から入力された座標データと、入力手段８２により入力された照射角度ピッチに基づいて、点間距離の設定値を算出する手段である。点間距離設定手段８３は、入力された照射角度ピッチと三次元レーザスキャナ１と外側計測対象物１１（図１参照）のデータ収集位置との距離から、データ収集位置における点間距離の基準値を算出し、その基準値に一定の幅を持たせた設定値を設定し、この設定値をデータ未収集部分割出手段８４に出力する。
【００５０】
データ未収集部分割出手段８４は、スキャニングによって得られた点間距離に基づいてデータ未収集部分４（図３乃至図５参照）を割り出す手段である。データ未収集部分割出手段８４は、座標算出手段８１から入力された座標データを基に、隣り合う反射ポイント５，５間の点間距離を検出する。そして、この点間距離と、点間距離設定手段８３から入力された設定値とを比較する。そして、前記Ｓｔｅｐ４で説明したように、点間距離が設定値から外れた部分を、データ未収集部分４として判断する。データ未収集部分割出手段８４は、データ未収集部分４の座標データを最大データ未収集部分選択手段８５へ出力する。なお、データ未収集部分４がない場合は、データ未収集部分割出手段８４は、スキャニング終了の信号を三次元レーザスキャナ１へ出力する。
【００５１】
最大データ未収集部分選択手段８５は、データ未収集部分割出手段８４から入力されたデータ未収集部分４の座標データを基に、複数のデータ未収集部分４の中から、最も面積の大きい最大データ未収集部分４ａ（図２および図４参照）を選択する手段である。最大データ未収集部分選択手段８５は、各データ未収集部分４のコーナー部分の座標よりデータ未収集部分の面積を算出して比較し、面積が最大のデータ未収集部分を選択する。最大データ未収集部分選択手段８５は、最大データ未収集部分４ａの座標データを設置位置決定手段８６へ出力する。
【００５２】
設置位置決定手段８６は、三次元レーザスキャナ１の次の設置位置５２（図５（ａ）参照）を決定する手段である。設置位置決定手段８６は、三次元レーザスキャナ１の移動方向Ｄ１（図４（ｂ）参照）を決定する移動方向決定手段８６ａと、三次元レーザスキャナ１の移動距離を決定する移動距離決定手段８６ｂとを備えている。
【００５３】
移動方向決定手段８６ａは、最大データ未収集部分選択手段８５から入力された最大データ未収集部分４ａの座標データを基に、最大データ未収集部分４ａの中間部を算出する。そして、この中間部と原点Ｐ０とを結んだ直線に沿った方向で、原点Ｐ０から最大データ未収集部分４ａの中間部へ向かう方向を移動方向Ｄ１とする。
【００５４】
移動距離決定手段８６ｂは、前記のＳｔｅｐ８のように、最大データ未収集部分選択手段８５から入力された最大データ未収集部分４ａの座標データを基に、原点Ｐ０と各反射ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４との距離を前記の（２）式に基づいて算出する。そして、移動距離を、三次元レーザスキャナ１が、外側計測対象物１１および内側計測対象物３１に干渉しないように決定する。すなわち、移動距離は、原点Ｐ０と反射ポイントＰ１との距離（距離Ｐ０Ｐ１）より大きく原点Ｐ０と反射ポイントＰ２との距離（距離Ｐ０Ｐ２）より小さく、且つ原点Ｐ０と反射ポイントＰ３との距離（距離Ｐ０Ｐ３）より大きく原点Ｐ０と反射ポイントＰ４との距離（距離Ｐ０Ｐ４）より小さい値となる。なお、内側計測対象物３１が柱３０である場合は、柱３０の形状を、収集されたデータを基に推定して、この柱３０に三次元レーザスキャナ１が干渉しないように設定距離を決定するのが好ましい。
【００５５】
スキャニング位置決定手段８７は、次のスキャニングによるスキャニング位置を決定する手段である。スキャニング位置決定手段８７は、データ未収集部分割出手段８４から入力されたデータ未収集部分４の座標データを基に、データ未収集部分４の位置を特定し、その部分のみのスキャニングを行うように、スキャニング位置を決定する。そして、三次元レーザスキャナ１にデータ未収集部分４の座標データを送って、データ未収集部分４のみのスキャニングを実施させる。
【００５６】
処理装置８には、各種データを保存する記憶手段９が接続されている。そして、スキャニングされたデータを合成する際に、保存されたデータを呼び出すようになっている。
【００５７】
なお、処理装置８に、点群データを整理して立体画像化する点群データ画像化手段（図示せず）を設け、ディスプレイなどの画像表示装置（図示せず）に、図４および図５に示すような立体画像を表示するようにしてもよい。
【００５８】
前記構成の処理装置８および記憶手段９によれば、三次元レーザスキャナ１の第二の設置位置を自動的に設定できるとともに、データ未収集部分のみのスキャニングを行うことができる。
【００５９】
図８は本発明に係る三次元レーザスキャナのスキャニング方法によってデータ収集する計測対象物の他の形態および三次元レーザスキャナの第一の設置位置を示した平面図である。
【００６０】
かかる形態の計測対象物は、図８に示すように、計測対象物１１０自体にその表面（壁面１１３）に陰を及ぼす凸部１１１が存在している。凸部１１１は、例えば柱型１１２であって、壁面１１３から所定の厚さで突出している。なお、凸部１１１は、柱型１１２に限られるものではなく、壁面１１３や天井面（図示せず）から突出している梁型やダクト（ともに図示せず）が構成する場合もある。
【００６１】
このような計測対象物１１０であっても、図６に示したフローチャートに基づいて、本発明に係る三次元レーザスキャナのスキャニング方法を適用することができる。この場合、図６中、「外側計測対象物」とあるのを「計測対象物（１１０）」と置き換え、「内側計測対象物」とあるのを「凸部（１１１）」と置き換えて、前記の説明に沿ってスキャニングを行えばよい。なお、図８中の図１および図２に対応する部分には、同じ符号を付してその説明を省略する。図８において示すデータ未収集部分４，４ａは、計測対象物１１０の壁面１１３におけるデータ未収集部分を示している。
【００６２】
これによれば、前記の実施の形態と同様に、計測対象物１１０のデータ未収集部分４を容易に割り出せるので、割り出し時間の短縮が図れる。さらに、原点Ｐ０とデータ未収集部分４（４ａ）との間で、陰を及ぼす凸部１１１よりもデータ未収集部分４側を、三次元レーザスキャナ１の次の設置位置と設定することで、次のスキャニングでは、データ未収集部分と凸部１１１の陰３２側のデータ未収集部分とをスキャニングすることができ、非常に効率的である。これによって、三次元レーザスキャナ１の移動回数を低減でき、それに応じてスキャニング回数も低減できるので、データの重複部分を低減できる。したがって、合成されるデータ量が小さくなり、データの重複部分の削除などのデータ処理やデータ表示などにかかる時間を大幅に短縮できる。さらに、スキャニング回数が低減することで、データ収集の時間を大幅に削減できる。また、２回目以降のスキャニングでは、データ未収集部分４，４ｂのみをスキャニングするので、データを重複して収集しない。これによれば、データ収集の時間を大幅に短縮できるとともに、合成されるデータ量を必要最小限に止めることができ、データ処理などの時間のさらなる短縮が図れる。
【００６３】
ところで、前記の実施の形態では、三次元レーザスキャナ１の設置位置の方向や移動距離の範囲を立体画像から判断して、三次元レーザスキャナ１の移動距離の決定や移動作業は、作業者が行っている。図９に示すスキャナ装置は、移動距離の決定や移動作業も自動で行うことができる自動式三次元レーザスキャナ７０である。
【００６４】
かかる自動式三次元レーザスキャナ７０は、三次元レーザスキャナ本体７１と、制御部７２と、走行部７３とを備えている。制御部７２は、三次元レーザスキャナ本体７１が収集した点群データの画像処理などを行うデータ処理部７４と、立体画像を表示する画像表示部７５と、レーザ光の照射ピッチなどを入力するための操作部７６とを有している。データ処理部７４は、三次元レーザスキャナ本体７１に電気的に接続されており、画像処理された画像を基に、自動式三次元レーザスキャナ７０の設置位置（移動方向および移動距離）を決定するとともに、走行部７３に次の設置位置への移動信号を送信する。また、データ処理部７４は、三次元レーザスキャナ本体７１の高さを調整する信号も送信する。
【００６５】
走行部７３は、台車部７７と、三次元レーザスキャナ本体７１を昇降させる昇降装置７８と、駆動コントロール部７９とを備えている。台車部７７には、駆動コントロール部７９によって駆動される車輪８０が設けられている。駆動コントロール部７９は、データ処理部７４と電気的に接続されており、データ処理部７４からの移動信号を基に車輪８０を回転駆動させ、自動式三次元レーザスキャナ７０を所定の位置（次の設置位置）に移動させる。昇降装置７８は、例えばラックピニオンなどの公知の技術を用いて、三次元レーザスキャナ本体７１を昇降させるものであって、駆動コントロール部７９によって、駆動されるものである。
【００６６】
この自動式三次元レーザスキャナ７０の最初の設置位置を決定するには、作業者が内側計測対象物３１の陰になる部分が最も少ない位置を選定する。なお、自動式三次元レーザスキャナ７０を適当な位置に設置して、複数個所でラフスキャニングを実施し、それによって得られたデータに基づいて、自動的に内側計測対象物３１の陰になる部分が最も少ない設置位置を決定するようにしてもよい。
【００６７】
この自動式三次元レーザスキャナ７０によれば、最初の設置位置を選定すれば、その後は、制御部７２が次の設置位置を決定し、駆動コントロール部７９によって、自動式三次元レーザスキャナ７０が自動的に移動して、次のスキャニングを行う。したがって、作業者は、最初に自動式三次元レーザスキャナ７０を設置するだけでよく、その後は、自動式三次元レーザスキャナ７０が全ての工程を行う。かかる自動式三次元レーザスキャナ７０は、三次元レーザスキャナ本体７１を昇降させる昇降装置７８を備えているので、柱などの内側計測対象物のみならず、梁型や床面の段差部などにも効率的に対応することができる。
【００６８】
また、屋外で山間部や谷部の地形計測を行う場合などは、自動式三次元レーザスキャナ７０にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（全地球測位システム））を装着して、各位置の座標を把握するようにしてもよい。
【００６９】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る三次元レーザスキャナのスキャニング方法によってデータ収集する計測対象物および三次元レーザスキャナの第一の設置位置を示した平面図である。
【図２】三次元レーザスキャナによる計測対象物のデータ収集部分を示した拡大図である。
【図３】三次元レーザスキャナによって収集した点群データを示した側面図であって、（ａ）は外側計測対象物と内側計測対象物のデータを一体的に示した側面図、（ｂ）は外側計測対象物のデータのみを示した側面図である。
【図４】三次元レーザスキャナで収集した点群データを立体化した斜視図であって、（ａ）は最初のスキャニングによって収集されたデータの立体画像、（ｂ）は座標を算出する各反射ポイントを示した立体画像である。
【図５】三次元レーザスキャナで収集した点群データを立体化した斜視図であって、（ａ）は三次元レーザスキャナの次の設置位置を示した立体画像、（ｂ）は最初と次のスキャニングによって収集されたデータを合成した立体画像である。
【図６】本発明に係る三次元レーザスキャナのスキャニング方法を示したフローチャートである。
【図７】三次元レーザスキャナに接続される処理装置を示したブロック図である。
【図８】本発明に係る三次元レーザスキャナのスキャニング方法によってデータ収集する計測対象物の他の形態および三次元レーザスキャナの第一の設置位置を示した平面図である。
【図９】自動式の三次元レーザスキャナを示した構成図である。
【符号の説明】
【００７１】
１      三次元レーザスキャナ
３      点群データ
４      データ未収集部分
４ａ    最大データ未収集部分
１１    （外側の）計測対象物
３１    （内側の）計測対象物
３２    陰
１１０  計測対象物
１１１  凸部
５１    設置位置
Ｐ０    原点
【図１】
0005204955.tif 000004
【図２】
0005204955.tif 000005
【図３】
0005204955.tif 000006
【図４】
0005204955.tif 000007
【図５】
0005204955.tif 000008
【図６】
0005204955.tif 000009
【図７】
0005204955.tif 000010
【図８】
0005204955.tif 000011
【図９】
0005204955.tif 000012