(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去部と、
前記非面領域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、
前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出部と
を備え、
前記輪郭線算出部は、
前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく局所領域を取得する局所領域取得部と、
前記局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する局所面の取得を行う局所面取得部と
を備え、
前記局所面に基づいて前記輪郭線の算出が行われ、
Ｎを３以上の自然数として、前記局所領域がＮ×Ｎ個の点により構成される正方領域であることを特徴とする点群データ処理装置。
【請求項２】
測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去部と、
前記非面領域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、
前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出部と
を備え、
前記輪郭線算出部は、
前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく第１の局所領域および前記第２の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく第２の局所領域を取得する局所領域取得部と、
前記第１の局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する第１の局所面、および前記第２の局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する第２の局所面の取得を行う局所面取得部と
を備え、
前記第１の局所面および前記第２の局所面に基づいて前記輪郭線の算出が行われ、
Ｎを３以上の自然数として、前記局所領域がＮ×Ｎ個の点により構成される正方領域であることを特徴とする点群データ処理装置。
【請求項３】
前記第１の局所面と前記第２の局所面は、前記第１の面と前記第２の面を接続する接続面を構成することを特徴とする請求項２に記載の点群データ処理装置。
【請求項４】
前記第１の面と前記第１の局所面との間、および前記第２の面と前記第２の局所面との間において、１または複数の局所面が取得されていることを特徴とする請求項２または３に記載の点群データ処理装置。
【請求項５】
前記輪郭線は、前記第１の局所面と前記第２の局所面の交線として算出されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の点群データ処理装置。
【請求項６】
測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去部と、
前記非面領域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、
前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出部と
を備え、
前記輪郭線算出部は、
前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく局所領域を取得する局所領域取得部と、
前記局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する局所面の取得を行う局所面取得部と
を備え、
前記局所面に基づいて前記輪郭線の算出が行われ、
前記非面領域を判定する非面領域判定用閾値および前記同一面を判定する同一面判定用閾値が存在し、
前記非面判定用閾値を変更しての再度の前記非面領域の点の除去と、
前記同一面判定用閾値を変更しての再度の前記同一面の点への同一ラベルの付与と
が行われることを特徴とする点群データ処理装置。
【請求項７】
前記輪郭線を平滑化する平滑化処理部を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の点群データ処理装置。
【請求項８】
前記輪郭線算出部の算出結果に基づいて、前記測定対象物の輪郭の三次元画像を画像表示装置に表示する制御を行う三次元輪郭画像表示制御部を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の点群データ処理装置。
【請求項９】
前記面ラベリング部によって区分けされた複数の面を前記画像表示装置に表示する表示制御部と、
前記画像表示装置に表示された前記複数の面に含まれる隣接する２つの面を選択することを可能とする面選択部と、
前記隣接する２つの面が選択された場合に、この２つの面のそれぞれを前記第１の面および前記第２の面として認識する選択面認識部と
を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の点群データ処理装置。
【請求項１０】
前記複数の面を異なる表示形態で表示することを特徴とする請求項９に記載の点群データ処理装置。
【請求項１１】
前記選択された２つの面を強調表示することを特徴とする請求項９または１０に記載の点群データ処理装置。
【請求項１２】
測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去部と、
前記非面領域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、
前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出部と、
前記面ラベリング部によって区分けされた複数の面の中から、前記輪郭線の算出の対象としない面を選択する非算出対象面選択部と、
前記輪郭線の算出の対象としない面を選択するためのデータを格納したデータ格納部または前記輪郭線の算出の対象としない面を指定する入力を受け付ける入力受け付け部と
を備え、
前記輪郭線算出部は、
前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく局所領域を取得する局所領域取得部と、
前記局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する局所面の取得を行う局所面取得部と
を備え、
前記局所面に基づいて前記輪郭線の算出が行われることを特徴とする点群データ処理装置。
【請求項１３】
前記輪郭線の算出の対象としない面の背後に隠れた前記輪郭線を算出する隠れ輪郭線算出部を備えることを特徴とする請求項１２に記載の点群データ処理装置。
【請求項１４】
測定対象物に対して測距光を回転照射する回転照射部と、
前記測距光の飛行時間に基づいて自身の位置から測定対象物上の測定点までの距離を測距する測距部と、
前記測距光の照射方向を検出する照射方向検出部と、
前記距離および前記照射方向に基づいて、前記測定点の三次元座標を算出する三次元座標演算部と、
前記三次元座標算出部が算出した結果に基づいて前記測定対象物の点群データを取得する点群データ取得部と、
前記測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去部と、
前記非面領域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、
前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出部と
を備え、
前記輪郭線算出部は、
前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく局所領域を取得する局所領域取得部と、
前記局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する局所面の取得を行う局所面取得部と
を備え、
前記局所面に基づいて前記輪郭線の算出が行われ、
Ｎを３以上の自然数として、前記局所領域がＮ×Ｎ個の点により構成される正方領域であることを特徴とする点群データ処理装置。
【請求項１５】
異なる方向から重複した撮影領域で測定対象物を撮影する撮影部と、
前記撮影部によって得られた重複画像内の特徴点を対応づける特徴点対応付部と、
前記撮影部の位置および姿勢を測定する撮影位置姿勢測定部と、
前記撮影部の位置および姿勢と前記重複画像内における特徴点の位置とに基づいて特徴点の三次元座標を演算する三次元座標演算部と、
前記三次元座標演算部が算出した結果に基づいて前記測定対象物の点群データを取得する点群データ取得部と、
前記測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去部と、
前記非面領域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、
前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出部と
を備え、
前記輪郭線算出部は、
前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく局所領域を取得する局所領域取得部と、
前記局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する局所面の取得を行う局所面取得部と
を備え、
前記局所面に基づいて前記輪郭線の算出が行われ、
Ｎを３以上の自然数として、前記局所領域がＮ×Ｎ個の点により構成される正方領域であることを特徴とする点群データ処理装置。
【請求項１６】
コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、
コンピュータを、
測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去手段と、
前記非面領域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手段と、
前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出手段と
して動作させ、
前記輪郭線算出手段は、
前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく局所領域を取得する局所領域取得手段と、
前記局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する局所面の取得を行う局所面取得手段と
を備え、
前記局所面に基づいて前記輪郭線の算出が行われ、
Ｎを３以上の自然数として、前記局所領域がＮ×Ｎ個の点により構成される正方領域であることを特徴とする点群データ処理プログラム。
【請求項１７】
測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去部と、
前記非面領域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、
前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出部と
を備え、
前記輪郭線算出部は、
前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく局所領域を取得する局所領域取得部と、
前記局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と平行でない局所線の取得を行う局所線取得部と
を備え、
前記局所線に基づいて前記輪郭線の算出が行われ、
Ｎを３以上の自然数として、前記局所領域がＮ×Ｎ個の点により構成される正方領域であることを特徴とする点群データ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点群データ処理技術に係り、特に測定対象物の点群データからその特徴を抽出し、三次元形状を自動的かつ短時間に生成する点群データ処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物の点群データから三次元形状を生成する方法として、隣接点を結んでポリゴンを形成していく方法がある。しかしながら、点群データの数万〜数千万の点に対してポリゴンを形成するには、膨大な処理時間が掛かり、使い勝手が悪いものとなってしまう。このため、点群データから三次元の特徴（エッジや面）のみを抽出して、三次元ポリラインを自動的に生成する技術が開示されている（例えば、特許文献１〜３）。
【０００３】
特許文献１に記載の発明では、走査レーザー装置が三次元対象を走査して、ポイントクラウドを生成する。ポイントクラウドは、走査点に関する深さと法線の変化に基づいて、エッジポイントと非エッジポイントのグループに分割される。各グループを幾何学的原図にフィットさせ、フィットした幾何学的原図を拡張、交差させることで、三次元形状を生成する。
【０００４】
特許文献２に記載の発明では、点群データからセグメント（三角ポリゴン）を形成し、隣接するポリゴン同士の連続性、法線方向、または距離に基づき、エッジおよび面を抽出する。また、各セグメントの点群データの平面性または曲面性を、最小二乗法を用いて、平面方程式または曲面方程式に置き換え、グループ分けを行い、三次元形状を生成する。
【０００５】
特許文献３に記載の発明では、三次元点群データに対して二次元矩形領域を設定し、その矩形領域に対応する測定点の合成法線ベクトルを求める。合成法線ベクトルがＺ軸方向と一致するように、矩形領域内の全ての計測点を回転移動する。矩形領域内の各計測点についてＺ値の標準偏差σを求め、標準偏差σが所定値を超えた場合、矩形領域の中心点と対応する計測点をノイズとして取り扱う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０００−５０９１５０号公報
【特許文献２】特開２００４−２７２４５９号公報
【特許文献３】特開２００５−０２４３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レーザー機器やステレオ撮像装置等から得られた対象物の三次元情報の利用用途の一つは、対象物の特徴を抽出して三次元ＣＡＤのデータを得る点にある。ここで重要なのは、自動的かつ短い演算時間で所望のデータが得られることである。このような背景において、本発明は、測定対象物の点群データからその特徴を抽出し、対象物の輪郭に係るデータを自動的かつ短時間に生成する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去部と、前記非面領域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、前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出部とを備え、前記輪郭線算出部は、前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく局所領域を取得する局所領域取得部と、前記局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する局所面の取得を行う局所面取得部とを備え、前記局所面に基づいて前記輪郭線の算出が行われ、Ｎを３以上の自然数として、前記局所領域がＮ×Ｎ個の点により構成される正方領域であることを特徴とする点群データ処理装置である。
【０００９】
点群データでは、二次元画像と三次元座標とが結び付けられている。すなわち、点群データでは、測定対象物の二次元画像のデータと、この二次元画像に対応付けされた複数の測定点と、この複数の測定点の三次元空間中の位置（三次元座標）とが関連付けされている。点群データによれば、点の集合により測定対象物の外形を再現することができる。また、各点の三次元座標が判るので、各点の相対位置関係が把握でき、画面表示した対象物の画像を回転させたり、異なる視点から見た画像に切り替えたりする処理が可能となる。
【００１０】
請求項１において、ラベルとは面を特定する（あるいは他の面と区別する）識別子である。面は、演算の対象として選択するのに適切な面のことであり、平面、曲率の大きい曲面、曲率が大きくその位置による変化が小さい曲面が含まれる。本発明では、演算により数学的に把握（データ化）する際の演算量が許容される量であるか否かによって、面と非面とが区別される。非面には、角、エッジ部分、その他曲率の小さい部分や曲率の場所による変化が激しい部分が含まれる。これらの部分は、演算による数学的な把握（データ化）に際して、多量の演算が必要であり、演算装置への高負担や演算時間の増大を招く。本発明は、演算時間の短縮が課題の一つであるので、このような演算装置への高負担や演算時間の増大を招く面を非面として除去し、極力演算の対象としないようにする。
【００１１】
請求項１において、第１の面と第２の面は、間に非面領域を挟んだ位置関係にあるものが対象となる。一般に、非面領域を除去した場合に、この非面領域を間に挟む位置にある２つの面は隣接する第１の面と第２の面となる。本発明は、この第１の面と第２の面との間の輪郭線を算出する技術である。
【００１２】
輪郭線というのは、測定対象物の外観を視覚的に把握するために必要な、当該測定対象物の外形を形作っている線(outline)のことである。具体的には、折れ曲がった部分や急激に曲率が小さくなっている部分が輪郭線となる。輪郭線は、外側の輪郭の部分のみが対象となるとは限らず、凸状に飛び出している部分を特徴付ける縁の部分や、凹状に引っ込んでいる部分（例えば、溝構造の部分）を特徴づける縁の部分も対象となる。輪郭線により所謂線図が得られ、対象物の外観が把握し易い画像表示を行うことができる。実際の輪郭線は、面と面の境やエッジの部分に存在するが、本発明では、これらの部分は、非面領域として点群データから除去するので、下記に説明するようにして輪郭線を演算により予想する。
【００１３】
請求項１に記載の発明では、対象物の角や縁の部分に相当する領域を非面領域として除去し、データとしてまとめて扱いやすい面の集まりにより対象物の電子的な把握を行う。この原理によれば、対象物の外観は、複数の面の集合として把握される。このため、扱うデータ量が節約され、対象物の３次元データを得るのに必要な演算量が節約される。そして、点群データの処理時間が短縮化され、測定対象物の三次元画像の表示やそれに基づく各種の演算の処理時間が短縮化される。
【００１４】
ところで、三次元ＣＡＤデータとしては、対象物の形状を視覚的に把握する必要から、対象物の３次元的な輪郭線の情報（線図データ）が必要とされる。しかしながら、対象物の輪郭情報は、面と面との間に存在するので、上述した非面領域に含まれている。そこで、請求項１に記載の発明では、まず少ない演算量で済む面の集まりとして対象物を把握し、次に隣接する面と面との間に輪郭線があるものとして輪郭線を推定する。
【００１５】
対象物の輪郭線の部分は、エッジ等の曲率が鋭く変化している部分を含む場合があるので、得られた点群データから直接演算を行い、輪郭線のデータを得ることは、演算量の増大を招くので効率的ではない。請求項１に記載の発明では、輪郭線付近の点群データは非面領域として除去し、計算し易い面の点群データに基づきまず面を抽出する。しかる後に得られた面に連続し、先に除去された非面領域の点群データに基づく局所領域を取得し、この局所領域にフィッティングする局所面を取得する。この局所面は、第１の面よりは、非面領域の形状にフィッティングした局所的な面となる。この局所面は、第１の面と第２の面との間の非面領域の状態を完全ではないが反映した面であるので、第１の面および第２の面とは面の方向（法線方向）が異なっている。
【００１６】
上述したようにこの局所面は、第１の面と第２の面との間の非面領域の状態を反映した面であるので、この局所面に基づいて輪郭線を算出することで、近似精度の高い輪郭線を得ることができる。またこの手法によれば、局所面で非面領域を近似するので、演算量を抑えることができる。なお、局所面は、平面（局所平面）が演算量を抑える上で有用であるが、曲面を局所面として利用することも可能である。
【００１７】
請求項１に記載の発明において、局所領域は第１の面に隣接していてもよいし、第１の面から離れた位置にあってもよい。この場合、局所領域が第１の面から離れた位置にある場合、当該局所領域と第１の面との間は、１または複数の局所領域によって接続される。ここで、第１の面とそこに隣接する局所領域で点が共有され（例えば縁の部分が共有され）、次にこの局所領域とその隣の局所領域で点が共有され、という関係が確保されば、領域の連続性は確保される。
【００１８】
請求項１に記載の発明において、面と非面の区別は、面として扱うのに適しているか否かを判定する指標となるパラメータに基づいて行われる。このパラメータとしては、（１）局所曲率、（２）局所平面のフィッティング精度、（３）共平面性が挙げられる。
【００１９】
局所曲率は、注目点とその周囲の点との法線ベクトルのバラツキを示すパラメータである。例えば、注目点とその周囲の点とが同一平面上にある場合、各点の法線ベクトルのバラツキはないので、局所曲率は最小となる。
【００２０】
局所平面というのは、局所的な領域を平面で近似したものである。局所平面のフィッティング精度というのは、算出された局所平面とこの局所平面の基となった局所領域とが一致する精度である。局所領域は、例えば、一辺が３〜９画素程度の正方領域（矩形の領域）のことである。そしてこの局所領域を扱いやすい局所的な平面（局所平面）で近似したものを局所平面とし、各点における局所平面と当該局所領域との距離の平均値を求める。この値により局所平面の局所領域へのフィッティング精度が判定される。例えば、局所領域が平面であれば、局所領域と局所平面とは一致し、局所平面のフィッティング精度が最も高い（良い）状態となる。
【００２１】
共平面性は、隣接または近接する２つの面の方向の違いを示すパラメータである。例えば、隣接する平面が９０度で交差する場合、この隣接する平面の法線ベクトルは直交する。そして２つの平面のなす角度が小さくなる程、２つの平面の法線ベクトルのなす角度は小さくなる。この性質を利用して、隣接する２つの面が同一面にあるのか、そして同一面にないのであれば、その違いはどの程度なのか、が判定される。この程度が共平面性である。具体的には、対象となる２つの局所領域のそれぞれにフィッティングする２つの局所平面の法線ベクトルと、その中心点間を結ぶベクトルとの内積が０であれば、両局所平面が同一平面上に存在すると判定される。また、上記内積が大きくなる程、２つの局所平面が同一面上にない程度がより顕著であると判定される。
【００２２】
上述した（１）局所曲率、（２）局所平面のフィッティング精度、（３）共平面性を判定する各パラメータには、閾値が設定され、その閾値によって面と非面の区別の判定が行われる。一般に、面の向きが変わることで発生する鋭い三次元エッジや、曲率の大きい曲面によって発生する滑らかな三次元エッジのような非面領域は、（１）の局所曲率によって判定される。オクルージョン（手前の物体に遮られて奥の物体が見えなくなっている状態）によって発生する三次元エッジのような非面領域は、点の位置が急峻に変化するため、（２）の局所平面のフィッティング精度により主に判定される。面の向きが変わることで発生する鋭い三次元エッジのような非面領域は、（３）の共平面性により主に判定される。
【００２３】
面と非面とを区別する判定は、上記３種類の判定基準の１または複数を用いて可能である。例えば、上記３種類の判定をそれぞれ実行し、その中の１以上で非面との判定が下された場合に、対象領域を非面領域と判定する処理が挙げられる。
【００２４】
なお、上記の閾値の設定を調整することで、精度、演算時間（演算量）、扱うデータ量のバランスを調整することが可能である。また、測定対象物の違いや用途の違い（精密図面用のデータなのか概略の俯瞰図を得るためのデータなのか等）によって上記の閾値を変更することも可能である。
【００２５】
請求項１に記載の発明においては、Ｎを３以上の自然として、前記局所領域がＮ×Ｎ個の点により構成される正方領域であることを特徴とする。３×３、５×５、７×７といった点の集合によって局所領域を設定し、局所面をそこにフィッティングする局所平面とすることで、演算速度の高速化と演算結果の精度とをバランスさせることができる。局所領域を構成する点の数を少なくすると精度は向上するが演算の負担は増大し、処理時間の点で不利となる。逆に、局所領域を構成する点の数を多くすると精度は低下するが演算の負担は軽くなり、処理時間の点で有利となる。このような背景において、精度を担保する観点から、局所領域の点の数は、９×９程度を上限とすることが望ましい。
【００２６】
請求項２に記載の発明は、測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去部と、前記非面領域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、前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出部とを備え、前記輪郭線算出部は、前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく第１の局所領域および前記第２の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく第２の局所領域を取得する局所領域取得部と、前記第１の局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する第１の局所面、および前記第２の局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する第２の局所面の取得を行う局所面取得部とを備え、前記第１の局所面および前記第２の局所面に基づいて前記輪郭線の算出が行われ、Ｎを３以上の自然数として、前記局所領域がＮ×Ｎ個の点により構成される正方領域であることを特徴とする点群データ処理装置である。
【００２７】
請求項２に記載の発明によれば、第１の面の側および第２の面の側の両方で局所面の取得が行われる。つまり、第１の面から第２の面の方向に延びる局所面と第２の面から第１の面の方向に延びる局所面とが取得される。こうすることで、局所面による非面領域の近似精度がより高くなり、輪郭線の算出精度がより高くなる。
【００２８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記第１の局所面と前記第２の局所面は、前記第１の面と前記第２の面を接続する接続面を構成することを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、非面領域として除去された部分を接続面として仮想的に形成し、この接続面に基づいて第１の面と第２の面に係る輪郭線の算出が行われる。接続面は、実際の非面領域を近似する単純化された近似面である。接続面を採用することで、点群データに基づいて直接エッジ部分の形状を算出する場合の煩雑さを避けることができる。
【００２９】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記第１の面と前記第１の局所面との間、および前記第２の面と前記第２の局所面との間において、１または複数の局所面が取得されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項４に記載の発明によれば、第１の面から第２の面に向かって、複数の局所面が設定され、同様に第２の面から第１の面に向かって、複数の局所面が設定される。こうすることで、非面領域として除去された部分を狭めるように第１の面と第２の面の両側から接続面が延びる。ここで、第１の面側から延在した接続面の先端は、第１の局所面であり、第２の面側から延在した接続面の先端は、第２の局所面であり、互いに向き合う方向に延在し、対向する位置関係となった先頭部分の隣接する２つの局所面に基づいて輪郭線が算出される。この構成によれば、接続面をより細かく実際の非面領域の形状に追従させ、その上で隣接する局所面に基づいて輪郭線を算出するので、輪郭線の算出精度を更に高くできる。
【００３１】
請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記輪郭線は、前記第１の局所面と前記第２の局所面の交線として算出されることを特徴とする。請求項５に記載の発明によれば、第１の面から第２の面に向かって１または複数の局所面を延ばしていき（繋いでいき）、他方で第２の面から第１の面に向かって１または複数の局所面を延ばしていった（繋いでいった）場合において、最終的に隣接する両面から延びてきた局所面同士の交線を輪郭線とする。この手法によれば、非面領域の形状が複雑であっても、より細かく局所面を継ぎ接ぎしながら接続面を構成することになるので、輪郭線の算出精度を高くできる。
【００３２】
請求項６に記載の発明は、測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去部と、前記非面領域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、前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出部とを備え、前記輪郭線算出部は、前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく局所領域を取得する局所領域取得部と、前記局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する局所面の取得を行う局所面取得部とを備え、前記局所面に基づいて前記輪郭線の算出が行われ、前記非面領域を判定する非面領域判定用閾値および前記同一面を判定する同一面判定用閾値が存在し、前記非面判定用閾値を変更しての再度の前記非面領域の点の除去と、前記同一面判定用閾値を変更しての再度の前記同一面の点への同一ラベルの付与とが行われることを特徴とする点群データ処理装置である。
【００３３】
請求項６に記載の発明によれば、閾値を変更しての再処理を行うことで、一旦非面領域と判定された領域の中から面として判定される領域を取得する。これにより、非面領域をより狭くし、輪郭線の算出精度を高めることができる。
【００３４】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発明において、前記輪郭線を平滑化する平滑化処理部を備えることを特徴とする。請求項８に記載の発明によれば、点群データの取得や非面領域の除去の過程において生じた誤差に起因する輪郭線の滑らかでない状態を改善することができる。
【００３５】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発明において、前記輪郭線算出部の算出結果に基づいて、前記測定対象物の輪郭の三次元画像を画像表示装置に表示する制御を行う三次元輪郭画像表示制御部を備えることを特徴とする。請求項９に記載の発明によれば、点群データに基づく測定対象物の輪郭線の画像を画像表示装置（例えば、液晶ディスプレイ等）に画像表示することができる。
【００３６】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の発明において、前記面ラベリング部によって区分けされた複数の面を前記画像表示装置に表示する表示制御部と、前記画像表示装置に表示された前記複数の面に含まれる隣接する２つの面を選択することを可能とする面選択部と、前記隣接する２つの面が選択された場合に、この２つの面のそれぞれを前記第１の面および前記第２の面として認識する選択面認識部とを備えることを特徴とする。
【００３７】
請求項９に記載の発明によれば、ラベリングされた複数の面が画像表示装置の画面上に表示された状態において、その中からユーザの希望する隣接する面が選択されると、それが認識される。この機能によれば、ユーザの指定に基づいて、輪郭線が算出される。一般に点群データに基づく３次元画像情報の全てが必ずしもユーザに必要とされる訳ではない。請求項９に記載の発明によれば、ユーザが欲する部分の輪郭線を画像表示することができる。また指定された部分の輪郭線の算出を行うようにすることで、無駄な演算による処理時間の増大を抑えることができる。
【００３８】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記複数の面を異なる表示形態で表示することを特徴とする。請求項１０に記載の発明によれば、ラベリングされた異なる面を視覚的に把握し易い表示状態で表示する。これにより、ユーザによる輪郭線を得るための作業性が改善される。ここで、異なる表示形態というのは、濃淡の違い、色彩の違い、ドット表示の密度の違い、ハッチング処理の違い、これらの中の複数の組み合わせが挙げられる。
【００３９】
請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載の発明において、前記選択された２つの面を強調表示することを特徴とする。請求項１１に記載の発明によれば、ユーザにより選択された隣接する２つの面が視認し易いように強調表示される。これにより、面を選択し、輪郭線を表示させる作業の作業性が改善される。強調表示としては、点滅、他の面より濃い表示や明るい表示、他の面と異なる色彩の表示といった例が挙げられる。また、この強調表示される２つの面を区別し易いように、２つの面を異なる状態の強調表示とすることも有用である。
【００４０】
請求項１２に記載の発明は、測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去部と、前記非面領域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、前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出部と、前記面ラベリング部によって区分けされた複数の面の中から、前記輪郭線の算出の対象としない面を選択する非算出対象面選択部と、前記輪郭線の算出の対象としない面を選択するためのデータを格納したデータ格納部または前記輪郭線の算出の対象としない面を指定する入力を受け付ける入力受け付け部とを備え、前記輪郭線算出部は、前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく局所領域を取得する局所領域取得部と、前記局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する局所面の取得を行う局所面取得部とを備え、前記局所面に基づいて前記輪郭線の算出が行われることを特徴とする点群データ処理装置である。
【００４１】
例えば、室内の状態を測定対象とした場合、室内に持ち込んだ椅子等の家具の輪郭線が必要とされない場合がある。請求項１２に記載の発明によれば、このような不要な対象物を輪郭線の算出の対象としない選択が、データ格納部に格納されたデータに基づき、またはユーザの指定により行われる。このため、ユーザによる無駄な作業や演算装置の無駄な演算を減らすことができる。
【００４２】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記輪郭線の算出の対象としない面の背後に隠れた前記輪郭線を算出する隠れ輪郭線算出部を備えることを特徴とする。請求項１３に記載の発明によれば、例えば室内の壁や床に係る輪郭線が必要な場合に、家具の影に隠れた部分の当該部分の輪郭線が算出される。これにより、点群データの取得に不要な机等を実際に退けなくても陰に隠れている部分の輪郭線が再現される。
【００４３】
請求項１４に記載の発明は、測定対象物に対して測距光を回転照射する回転照射部と、前記測距光の飛行時間に基づいて自身の位置から測定対象物上の測定点までの距離を測距する測距部と、前記測距光の照射方向を検出する照射方向検出部と、前記距離および前記照射方向に基づいて、前記測定点の三次元座標を算出する三次元座標演算部と、前記三次元座標算出部が算出した結果に基づいて前記測定対象物の点群データを取得する点群データ取得部と、前記測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去部と、前記非面領域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、前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出部とを備え、前記輪郭線算出部は、前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく局所領域を取得する局所領域取得部と、前記局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する局所面の取得を行う局所面取得部とを備え、前記局所面に基づいて前記輪郭線の算出が行われ、Ｎを３以上の自然数として、前記局所領域がＮ×Ｎ個の点により構成される正方領域であることを特徴とする点群データ処理装置である。
【００４４】
請求項１５に記載の発明は、異なる方向から重複した撮影領域で測定対象物を撮影する撮影部と、前記撮影部によって得られた重複画像内の特徴点を対応づける特徴点対応付部と、前記撮影部の位置および姿勢を測定する撮影位置姿勢測定部と、前記撮影部の位置および姿勢と前記重複画像内における特徴点の位置とに基づいて特徴点の三次元座標を演算する三次元座標演算部と、前記三次元座標演算部が算出した結果に基づいて前記測定対象物の点群データを取得する点群データ取得部と、前記測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去部と、前記非面領域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、前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出部とを備え、前記輪郭線算出部は、前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく局所領域を取得する局所領域取得部と、前記局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する局所面の取得を行う局所面取得部とを備え、前記局所面に基づいて前記輪郭線の算出が行われ、Ｎを３以上の自然数として、前記局所領域がＮ×Ｎ個の点により構成される正方領域であることを特徴とする点群データ処理装置である。
【００４５】
請求項１６に記載の発明は、コンピュータに読み取らせて実行させるプログラムであって、コンピュータを、測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去手段と、前記非面領域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手段と、前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出手段として動作させ、前記輪郭線算出手段は、前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく局所領域を取得する局所領域取得手段と、前記局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と異なる面の方向を有する局所面の取得を行う局所面取得手段とを備え、前記局所面に基づいて前記輪郭線の算出が行われ、Ｎを３以上の自然数として、前記局所領域がＮ×Ｎ個の点により構成される正方領域であることを特徴とする点群データ処理プログラムである。
【００４６】
請求項１７に記載の発明は、測定対象物の点群データに基づいて非面領域の点を除去する非面領域除去部と、前記非面領域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、前記非面領域を間に挟み、異なるラベルが付与された第１の面および第２の面の間の部分において、前記第１の面と前記第２の面とを区別する輪郭線を算出する輪郭線算出部とを備え、前記輪郭線算出部は、前記第１の面と前記第２の面の間において、前記第１の面に連続し前記非面領域の点群データに基づく局所領域を取得する局所領域取得部と、前記局所領域にフィッティングし、前記第１の面および前記第２の面と平行でない局所線の取得を行う局所線取得部とを備え、前記局所線に基づいて前記輪郭線の算出が行われ、Ｎを３以上の自然数として、前記局所領域がＮ×Ｎ個の点により構成される正方領域であることを特徴とする点群データ処理装置である。
【００４７】
請求項１７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、局所的な２次元空間である局所平面を取得する構成の代わりに、局所領域にフィッティングした局所的な１次元空間である局所線を取得する構成としたものである。局所線は、着目している局所領域にフィッティングし、第１の面から第２の面に向かう方向に沿って延在する長さの限られた線である。この構成は、請求項１に記載の発明において、局所面の幅を狭くし、着目している局所領域にフィッティングする局所的な線を求め、この局所的な線を局所面の代わりに用いて輪郭線を得る手法と考えることができる。なお局所線は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。
【００４８】
請求項１７に記載の発明によれば、局所線同士の交点が輪郭線の通過点となる。この場合、複数求めた交点を結ぶことで輪郭線の算出が行われる。ここで、結ばれる複数の交点は隣接していなくてもよい。例えば、直線または直線近似される輪郭線であれば、離れた２点を請求項１７に記載の発明で求め、それを結ぶことで、輪郭線の算出が行える。この場合、演算量を大きく節約することができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、測定対象物の点群データからその特徴を抽出し、対象物の輪郭に係るデータを自動的かつ短時間に生成する技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施形態の点群データ処理装置のブロック図である。
【図２】実施形態の処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】測定対象物の一例を示す概念図である。
【図４】ラベルが付与された面の縁の様子を示す概念図である。
【図５】輪郭線を算出する原理を示す概念図である。
【図６】輪郭線を算出する原理を示す概念図である。
【図７】輪郭線算出部の一例を示すブロック図である。
【図８】ラベルが付与された面の縁と輪郭線の関係を示す概念図である。
【図９】輪郭線を得るモデルを示す概念図である。
【図１０】輪郭線を算出する原理を示す概念図である。
【図１１】輪郭線を算出する原理を示す概念図である。
【図１２】三次元レーザースキャナー機能を有した点群データ処理装置の概念図である。
【図１３】三次元レーザースキャナー機能を有した点群データ処理装置の概念図である。
【図１４】実施形態の制御系のブロック図である。
【図１５】実施形態の演算部のブロック図である。
【図１６】グリッドの形成手順の一例を示す概念図である。
【図１７】グリッドの一例を示す概念図である。
【図１８】ステレオカメラを用いた三次元情報の取得機能を有した点群データ処理装置の概念図である。
【図１９】実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
１．第１の実施形態
以下、点群データ処理装置の一例について、図面を参照して説明する。本実施形態の点群処理装置は、測定対象物の二次元画像と、この二次元画像に対応させた複数の点の三次元座標データとを関連付けた点群データの中から、演算の負担の大きい非面領域に係る点群データを除去する非面領域除去部を備えている。また、非面領域のデータが除去された後の点群データに対して、面を指定するラベルを付与する面ラベリング部と、ラベルが付与された面から連続した局所領域に基づく局所平面を利用して、対象物の輪郭線を算出する輪郭線算出部を備えている。
【００５２】
（点群データ処理装置の構成）
図１は、点群データ処理装置のブロック図である。点群データ処理装置１００は、測定対象物の点群データに基づいて、測定対象物の特徴を抽出し、当該特徴に基づく三次元形状を生成する。点群データは、レーザー光を捜査して照射することで、測定対象物の３次元座標のデータを点群データとして得る三次元位置測定装置（三次元レーザースキャナ）や複数の撮像装置を用いて立体画像情報を取得し、それに基づいて測定対象物の３次元座標のデータを点群データとして得る立体画像情報取得装置から得られる。これらの装置については後述する構成を利用することができる。
【００５３】
図１に示す点群処理装置１００は、ノート型のパーソナルコンピュータ内においてソフトウェア的に構成されている。よって、本発明を利用した点群処理を行う専用のソフトウェアがインストールされたパーソナルコンピュータが図１の点群処理装置として機能する。このプログラムは、パーソナルコンピュータ中にインストールされている状態に限定されず、サーバや適当な記録媒体に記録しておき、そこから提供される形態であってもよい。
【００５４】
利用されるパーソナルコンピュータは、キーボートやタッチパネルディスプレイ等の入力部、液晶ディスプレイ等の表示部、入力部と表示部を統合したユーザインターフェースであるＧＵＩ（グラフィカル・ユーザ・インターフェース）機能部、ＣＰＵおよびその他専用の演算デバイス、半導体メモリ、ハードディスク記憶部、光ディスク等の記憶媒体との間で情報のやり取りを行えるディスク記憶装置駆動部、ＵＳＢメモリ等の携帯型記憶媒体との間で情報のやり取りを行えるインターフェース部、無線通信や有線通信を行う通信インターフェース部を必要に応じて備えている。なお、パーソナルコンピュータは、ノート型に限定されず、携帯型や卓上型等の他の形態であってもよい。また、汎用のパーソナルコンピュータを利用する以外に、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのＰＬＤ（Programmable Logic Device）等を用いて構成した専用のハードウェアによって点群処理装置１００を構成することも可能である。
【００５５】
（Ａ）輪郭線の算出に係る構成
まず、点群処理装置１００における輪郭線を算出する処理を行う構成を説明する。点群処理装置１００は、非面領域除去部１０１、面ラベリング部１０２、不要面除去部１０３、除去対象物データ格納部１０４、輪郭線算出部１０５を備えている。以下、これら各機能部について説明する。
【００５６】
（Ａ１：非面領域除去部）
図２は、点群データ処理装置１００において行われる処理の一例を示すフローチャートである。図２のステップＳ２０２〜Ｓ２０４の処理が非面領域除去部１０１において行われる。非面領域除去部１０１は、後述する局所領域の法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出部１０１ａ、局所領域にフィッティングする局所平面を算出する局所平面算出部１０１ｃ、局所領域の局所曲率を算出する局所曲率算出部１０１ｂを備える。以下、処理の流れに従って、これらの機能部について説明する。
【００５７】
法線ベクトル算出部１０１ａは、測定対象物の外観を複数の点により把握したデータにおいて、各点の三次元座標を示すデータの集まりである点群データに基づいて各点の法線ベクトルの算出を行う（ステップＳ２０２）。この法線ベクトルを算出する処理では、注目点を中心とした一辺が３〜７画素程度の正方領域（格子状の領域）を局所領域とし、この局所領域における点群データに着目する。法線ベクトル算出部１０１ａは、この局所領域内の各点の法線ベクトルを算出する。この処理は、全ての点群データを対象として行われる。すなわち、点群データが無数の局所領域に区分けされ、各局所領域において各点の法線ベクトルの算出が行われる。
【００５８】
局所曲率算出部１０１ｂは、上述した局所領域内の法線ベクトルのバラツキ（局所曲率）を算出する（ステップＳ２０３）。ここでは、着目している局所領域において、各法線ベクトルの３軸成分の強度値（NVx, NVy, NVz）の平均（mNVx,mNVy,mNVz）を求め、さらに標準偏差（StdNVx,StdNVy,StdNVz）を求める。次に、標準偏差の二乗和の平方根を局所曲率（Local Curveture:crv）として算出する（下記数１参照）。
【００５９】
［数１］局所曲率＝（StdNVx2+ StdNVy2+ StdNVz2）1/2
【００６０】
局所平面算出部１０１ｃは、局所領域における局所平面を求める（ステップＳ２０４）。この処理では、着目している局所領域の各点の三次元座標から局所平面の方程式を求める（局所平面フィッティング）。局所平面は、着目している局所領域にフィッティングさせた平面である。ここでは、最小二乗法を用いて、当該局所領域にフィッティングする局所平面の面の方程式を算出する。具体的には、複数の異なる平面方程式を求めて比較し、当該局所領域にフィッティングする局所平面の面の方程式を算出する。仮に、着目している局所領域が平面であれば、局所平面と局所領域とは一致する。
【００６１】
以上の処理を、局所領域を順次ずらしながら、全ての点群データが対象となるように繰り返し行い、各局所領域における法線ベクトル、局所平面、局所曲率を得る。
【００６２】
次に、上で求めた各局所領域における法線ベクトル、局所平面、局所曲率に基づいて、非面領域の点を除去する処理を行う（ステップＳ２０５）。すなわち、面（平面および曲面）を抽出するために、予め面でないと判断できる部分（非面領域）を除去する。なお、非面領域とは、平面でも曲面でもない領域であるが、下記の（１）〜（３）の閾値によっては曲率の高い曲面を含む場合がある。
【００６３】
非面領域除去の処理は、以下に示す３つの方法のうち、少なくとも一つを用いて行うことができる。ここでは、下記の（１）〜（３）の方法による判定を上述した局所領域の全てに対して行い、１以上の方法において非面領域と判定された局所領域を、非面領域を構成する局所領域として抽出する。そして、抽出された非面領域を構成する点に係る点群データを除去する。
【００６４】
（１）局所曲率の高い部分
ステップＳ２０３で求めた局所曲率を予め設定しておいた閾値と比較し、閾値を超える局所曲率の局所領域を非面領域と判定する。局所曲率は、注目点とその周辺点における法線ベクトルのバラツキを表しているので、面（平面および曲率の小さい曲面）ではその値が小さく、面以外（非面）ではその値は大きくなる。したがって、予め決めた閾値よりも局所曲率が大きければ、当該局所領域を非面領域と判定する。
【００６５】
（２）局所平面のフィッティング精度
局所領域の各点と対応する局所平面との距離を計算し、これらの距離の平均が予め設定した閾値よりも大きい場合、当該局所領域を非面領域と判定する。すなわち、局所領域が平面から乖離した状態であると、その程度が激しい程、当該局所領域の各点と対応する局所平面との距離は大きくなる。このことを利用して当該局所領域の非面の程度が判定される。
【００６６】
（３）共平面性のチェック
ここでは、隣接する局所領域において、対応する局所平面同士の向きを比較する。この局所平面の向きの違いが閾値を超えている場合、比較の対象となった局所領域が非面領域に属していると判定する。具体的には、対象となる２つの局所領域のそれぞれにフィッティングする２つの局所平面の法線ベクトルと、その中心点間を結ぶベクトルとの内積が０であれば、両局所平面が同一平面上に存在すると判定される。また、上記内積が大きくなる程、２つの局所平面が同一面上にない程度がより顕著であると判定される。
【００６７】
上記の（１）〜（３）の方法による判定において、１以上の方法において非面領域と判定された局所領域を、非面領域を構成する局所領域として抽出する。そして、この抽出された局所領域を構成する点に係る点群データを算出対象としている点群データから除去する。以上のようにして、図２のステップＳ２０５における非面領域の除去が行われる。こうして、点群データ処理装置１００に入力された点群データの中から非面領域の点群データが非面領域除去部１０１において除去される。なお、除去された点群データは、後の処理で利用する可能性があるので、適当な記憶領域に格納するなり、除去されなかった点群データと識別できる状態とするなどして、後で利用できる状態にしておく。
【００６８】
（Ａ２：面ラベリング部）
次に面ラベリング部１０２の機能について、図２を参照して説明する。面ラベリング部１０２は、非面領域除去部１０１で処理された点群データを対象として、図２のステップＳ２０６以下の処理を実行する。
【００６９】
面ラベリング部１０２は、非面領域除去部１０１において非面領域の点群データが除去された点群データに対して、法線ベクトルの連続性に基づいて面ラベリングを行う（ステップＳ２０５）。具体的には、特定の注目点と隣接点の法線ベクトルの角度差が予め決めた閾値以下なら、それらの点に同一ラベルを貼る。この作業を繰り返すことで、連続する平面、連続する緩やかな曲面に同一ラベルが貼られ、それらを一つの面として識別可能となる。また、ステップＳ２０５の面ラベリングの後、法線ベクトルの角度差や法線ベクトルの３軸成分の標準偏差を用いて、ラベル（面）が平面であるか、または曲率の小さい曲面であるかを判定し、その旨を識別する識別データを各ラベルに関連付ける。
【００７０】
続いて、面積の小さいラベル（面）をノイズとして除去する（ステップＳ２０７）。なお、このノイズ除去は、ステップＳ２０５の面ラベリングの処理と同時に行ってもよい。この場合、面ラベリングを行いながら、同一ラベルの点数（ラベルを構成する点の数）を数え、所定以下の点の数であるラベルを取り消す処理を行う。次に、この時点でラベルが無い点に対して、最近傍面（最も近い面）と同一のラベルを付与していく。これにより、既にラベリングされた面の拡張を行う（ステップＳ２０８）。
【００７１】
以下、ステップＳ２０７の処理の詳細を説明する。まず、ラベルの付いた面の方程式を求め、当該面とラベルが無い点との距離を求める。ラベルが無い点の周辺に複数のラベル（面）がある場合には、その距離が最も短いラベルを選択する。そして、依然としてラベルが無い点が残存している場合には、非面領域除去（ステップＳ２０５）、ノイズ除去（ステップＳ２０７）、およびラベル拡張（ステップＳ２０８）における各閾値を変更し、再度関連する処理（再ラベリング）を行う（ステップＳ２０９）。例えば、非面領域除去（ステップＳ２０５）において、局所曲率の閾値を上げることで、非面として抽出する点の数が少なくなるようにする。または、ラベル拡張（ステップＳ２０８）において、ラベルの無い点と最近傍面との距離の閾値を上げることで、ラベルの無い点に対してより多くのラベルを付与するようにする。
【００７２】
次に、ラベルが異なる面であっても同一面である場合にラベルを統合する（ステップＳ２１０）。この場合、連続しない面であっても、位置または向きが等しい面同士に同じラベルを付ける。具体的には、各面の法線ベクトルの位置および向きを比較することで、連続しない同一面を抽出し、いずれかの面のラベルに統一する。以上が面ラベリング部１０２の機能である。
【００７３】
この面ラベリング部１０２の機能によれば、扱うデータ量を圧縮できるので、点群データの処理を高速化できる。また必要なメモリ量を節約できる。また、測定中に紛れ込んだ通行人や通過した車両の点群データをノイズとして除去することができる。
【００７４】
以下、面ラベリング部１０２によって処理された点群データに基づく表示画像の一例を説明する。図３には、測定対象物の一例として立方体１２０が示されている。ここでは、立方体１２０を斜め上方の視点からレーザースキャナーによってスキャニングし、立方体１２０の点群データを得た場合を考える。この場合、この点群データに対して、図２のステップＳ２０１〜Ｓ２１０の処理を施すと、図２で見えている３つの面にラベルが貼られ、遠目で見た場合は、一見すると図３に示すのと同様な画像データを得ることができる。
【００７５】
しかしながら、平面１２３と平面１２４の境の付近を拡大すると、図４に示すように面１２３の面１２４側の外縁１２３ａと、平面１２４の平面１２３側の外縁１２４ａとは一致せず、略平行に延在した状態で位置している。つまり、立方体１２０の輪郭線１２２は正確に再現されない。
【００７６】
これは、輪郭線１２２の部分のデータは、立方体１２０を構成する平面１２３と１２４の境の部分のエッジ部分であり、非面領域１２５として点群データから除去されているからである。この場合、異なるラベルの貼られた（付与された）平面１２３の外側の縁である外縁１２３ａと平面１２４の外側の縁である外縁１２４ａの点群データは処理対象とされるので、その部分の表示は行われる。しかしながら、外縁１２３ａと１２４ｂの間（非面領域１２５）は、点群データがないので、当該部分に関する画像情報は表示されない。
【００７７】
この理由により、面ラベリング部１０２の出力に基づく画像表示をした場合に、平面１２３と平面１２４との境となる輪郭線１２２が正確に表示されない。本実施形態では、点群データ処理装置１００から、例えば上記の例示における輪郭線１２２が出力されるようにするために、後述する輪郭線算出部１０５が配置されている。
【００７８】
（Ａ３：不要面除去部）
不要面除去部１０３は、建物の前に停めてある車や室内の家具（椅子等）のように輪郭線のデータの取得が不要な対象物に係る面を点群データの中から除去する。この処理は、除去対象物データ格納部に格納されたデータに基づいて行われる。
【００７９】
すなわち、除去対象物格納部１０４には、上述した車や家具といった輪郭線データの取得に当たって不要な対象物に係るリストが記憶されている。このリストは予め用意されたものが採用される。不要面除去部１０３は、公知の画像認識処理に基づいて、面ラベリング部から出力された画像データから不要と判断される対象物を抽出する。そしてこの抽出した対象物に係る面（ラベルが付与された面）を除去する。
【００８０】
不要面除去部１０３の働きにより、輪郭線の算出を必要としない測定対象物の面のデータ（ラベルが付与された面のデータ）が除去され、輪郭線の算出において、無駄な演算が行われないようにできる。なお、不要面除去部１０３での処理をバイパスする設定も可能であり、この場合は、ここで述べた不要面除去部１０３の機能は発揮されない。
【００８１】
また、不要な対象物をユーザが指定することもできる。この場合、不要な対象物または該当する面を公知のＧＵＩ機能を用いてユーザが指定し、指定された対象物または面に係る点群データが不要面除去部１０３において除去される。
【００８２】
（Ａ４：輪郭線算出部）
輪郭線算出部１０５は、隣接する面の点群データに基づき、輪郭線を算出（推定）する（図２のステップＳ２１１）。以下、具体的な算出方法について説明する。
【００８３】
（算出方法その１）
図５には、輪郭線を算出する方法の原理の一つが示されている。図５には、平面１３１と平面１３２の境の付近が概念的に示されている。この場合、非面領域除去の処理により、曲率の小さい非面領域１３３が除去され、隣接する平面１３１と１３２が面としてラベルが貼られる。この際、平面１３１の平面１３２側の外縁１３１ａと平面１３２の平面１３１側の外縁１３２ａの間の点群データは、非面領域として除去されているので、非面領域１３３にあるはずの輪郭線のデータを点群データから直接得ることはできない。
【００８４】
そこでこの例では、以下の処理を輪郭線算出部１０５において行う。この場合、平面１３２と平面１３１とを延長し、その交線１３４を算出する。そして、交線１３４を推定された輪郭線とする。この場合、平面１３１の延長した交線までの部分と、平面１３２の延長した交線までの部分により多面体が形成され、この多面体が平面１３１と１３２を接続する近似的な接続面となる。なお、平面１３１と平面１３２が曲面である場合は、その外縁１３１ａおよび１３２ａの部分の法線ベクトルを有する平面を考え、それを延長することで、交線１３４を算出する。
【００８５】
この方法は、他の方法に比較して演算が簡単であるので、高速処理に適している。他方で、実際の非面領域と算出される輪郭線との距離が大きくなり易く、誤差が大きくなる可能性が高い。しかしながら、エッジが急峻である場合や非面領域の幅が狭い場合には、誤差は小さくなるので、処理時間が短くて済む優位性が生きてくる。
【００８６】
「算出方法その１」を実行する場合における図１の輪郭線算出部１０５の構成を図７（Ａ）に示す。この場合、輪郭線算出部１０５は、接続面算出部１４１を備え、接続面算出部１４１は、隣接する第１の面と第２の面を延長する演算を行う隣接面延長部１４２と、延長された第１の面と第２の面との交線を算出する交線算出部１４３を備える。
【００８７】
（算出方法その２）
図６には、輪郭線を算出する方法の原理が示されている。図６（Ａ）には、図５と同じ面を垂直に切った断面を見る視点からの概念図が示され、図６（Ｂ）には、２つの面とその間の輪郭線を俯瞰して見た状態の概念図（モデル図）が示されている。図６には、図５の場合と同様な平面１３１と平面１３２の境の付近が概念的に示されている。この場合も非面領域除去の処理により、曲率の小さい非面領域１３３が除去され、隣接する平面１３１と１３２が面としてラベルが貼られている。この点は、図５の場合と同じである。
【００８８】
以下、処理の一例を説明する。まず、平面１３１の平面１３２の側の外縁１３１ａの点を含み、更に平面１３２の側にある局所領域を取得する。この局所領域は、縁の部分で平面１３１の外縁１３１ａを共有し、非面領域１３３の一部を構成する３×３点、５×５点のような局所的な正方領域である。この局所領域は、縁の部分を平面１３１の外縁１３１ａと共有するので、平面１３１から連続した領域となる。そして、この局所領域にフィティングする局所平面１３５を取得する。局所平面１３５は、主に非面領域１３３の形状の影響を受けるので、その法線ベクトルの方向（面の方向）は、平面１３１、１３２の法線ベクトルの方向（面の方向）と異なっている。なお、局所平面の算出方法は、局所平面算出部１０１ｃにおけるものと同じである。
【００８９】
次に、平面１３２の平面１３１の側の外縁１３２ａの点を含み、更に平面１３１の側にある局所領域を取得する。そして、この局所領域にフィティングする局所平面１３７を取得する。ここで、局所平面１３５と１３７の間に更に局所平面を設定するスペースがある場合（あるいは精度追求上その必要がある場合）、同様な処理を繰り返し、平面１３１の側から平面１３２の側へ、また平面１３２の側から平面１３１の側へ、局所平面を非面領域１３３上の局所領域にフィッティングさせてゆく。言い換えると、局所平面を継ぎ接ぎして非面領域１３３を近似してゆく。
【００９０】
この例では、局所平面１３５と１３７の間の距離が閾値以下であるので（つまり、更に局所平面を設定する間隔でないと判定されるので）、近接し隣接する位置関係にある局所平面１３５と１３７の交線を求め、輪郭線１３８を算出する。この場合、局所平面１３５、局所平面１３７、およびそれらを延長した交線までの部分により多面体が形成され、この多面体が平面１３１と１３２を接続する近似的な接続面となる。この方法によれば、非面領域にフィッティングする局所平面を繋いで平面１３１と１３２を接続する接続面を形成するので、図５の場合よりも輪郭線の算出精度を高くできる。
【００９１】
こうして、図６（Ｂ）に示されるように、局所平面１３５、１３７の寸法程度の長さを有する輪郭線１３８（輪郭線の線素）を得る。そして上記の処理を非面領域の延在方向に沿って行うことで、平面１３１と１３２とを区分けする輪郭線１３９が算出される。すなわち、図６（Ａ）に示す輪郭線１３８の算出の後、同様の手法により局所平面１３５’、１３７’を取得することで、その間の輪郭線部分を算出する。この処理を繰り返すことで、短い輪郭線１３８を延ばしてゆき、輪郭線１３９を得る。
【００９２】
以下、例えば、局所平面１３５の平面１３２の側に更に局所平面を設定する場合を説明する。この場合、局所平面１３５の基となった局所領域の平面１３２側の縁の点を含み、更に平面１３２の側にある局所領域を取得し、そこにフィッティングする局所平面を取得する。この処理は、平面１３２の側でも同様に行われる。この処理を両平面の側でそれぞれ繰り返し行い、両面からの接続面を繋いでゆき、その隙間が閾値以下となった段階で、対向した位置関係で近接する２つの局所面の交線を求め、それを輪郭線とする。
【００９３】
この場合、第１の面から第２の面に向かって次々と取得していった複数の局所領域は、隣接する第１の面や局所領域で一部の点を共有しているので、それぞれ第１の面から連続した局所領域となる。つまり、第１の面から離れた位置にある局所領域も上記の手順に従って取得されたものであれば、第１の面から連続した局所領域として把握される。なお、隣接する局所平面同士は、連続する局所領域にそれぞれフィッティングする局所平面であっても、非面領域の形状に応じて、それらは互いに異なる方向を向いている。したがって、局所平面同士が完全に繋がらない場合もあり、正確には、隙間が生じた多面体となる場合もあるが、ここではその隙間は無視し、多面体構造の接続面として把握する。
【００９４】
算出方法その２を実行する場合における図１の輪郭線算出部１０５の構成を図７（Ｂ）に示す。この場合、輪郭線算出部１０５は、接続面算出部１４４を備える。接続面算出部１４４は、局所領域取得部１４５、局所平面取得部１４６、局所平面延長部１４７、交線算出部１４８を備えている。局所領域取得部１４５は、局所平面１３５、１３７を取得するために必要な局所領域を取得する。局所平面取得部１４６は、局所領域取得部１４５が取得した局所領域にフィッティングする局所平面を取得する。局所平面延長部１４７は、平面１３１から平面１３２の方向に延ばしていった局所平面（図６の場合は局所平面１３５）と、平面１３２から平面１３１の方向に延ばしていった局所平面（図６の場合は局所平面１３７）を延長する演算を行う。交線算出部１４８は、上記延長した２つの局所平面の交線を算出する。
【００９５】
以上述べた方法によれば、非面領域を介して隣接する第１の面と第２の面との間の隙間（非面領域の部分）を局所平面で繋いでゆき、この隙間を徐々に狭くし、この隙間がある程度狭くなったところで、隙間を隔てて隣接する局所平面の交線を算出し、輪郭線とする演算を行う。なお、局所平面１３５と１３７の間に更に局所平面を設定するか否かを判定する基準として、局所平面１３５と１３７の法線ベクトルの方向の差を利用してもよい。この場合、局所平面１３５と１３７の法線ベクトルの方向の差が閾値以下であれば、交線を利用した輪郭線の算出でも充分に精度が確保できると考え、新たな局所平面の取得は行わず、図示する場合のように、局所平面１３５と１３７の交線に基づく輪郭線の算出を行う。
【００９６】
（算出方法その３）
この方法では、最初の段階で非面領域と判定された領域に対して、閾値を変更しての再度の非面領域の除去およびラベリングを行い、より限定された非面領域の除去とし、その後に再度「算出方法その１」または「算出方法その２」のいずれかを用いての輪郭線の算出を行う。
【００９７】
なお、２回、３回と閾値を変更しての再演算を行い、更に除去される非面領域を狭くし、精度を高めることも可能であるが、閾値を変更しての繰り返しの演算の回数が多くなると、演算時間が長くなるので、閾値の変更回数に適当な閾値を設定し、ある程度再処理の回数を行った段階で他の算出方法による輪郭線の算出に切り替えることが望ましい。
【００９８】
（算出方法その４）
算出方法その２と同様な考え方として、局所平面ではなく、局所直線を用いる方法もある。この場合、図１の局所平面算出部１０１ｃは、局所直線算出部として機能する。以下、図６を用いて説明する。この場合、まず図６の概念図において、符号１３５と１３７を局所直線として把握する。ここで、局所直線は、局所平面の幅を１点分の幅（数学的には、幅はない）に狭めた形態として把握できる。考え方は、局所平面の場合と同じで、平面１３１に連続した局所領域を取得し、この局所領域にフィッティングし、平面１３２の方向に延びる局所直線を算出する。そしてこの局所直線により平面１３１と１３２を接続する接続線（この場合、面ではなく線となる）を構成する。
【００９９】
局所直線の算出は、局所平面の場合と同じで、最小二乗法を用いて、当該局所領域にフィッティングする線の方程式を算出することで行う。具体的には、複数の異なる直線の方程式を求めて比較し、当該局所領域にフィッティングする直線の方程式を算出する。仮に、着目している局所領域が平面であれば、局所直線と局所領域とは平行となる。なお、局所直線のフィッティング対象となる局所領域は、非面領域１３３の一部を構成する局所的な領域であるので、局所直線（この場合は、符号１３５）は、平面１３１および１３２と平行とならない。
【０１００】
また、面１３２の側でも同様の処理を行い、この場合符号１３７で示される局所直線を算出する。そして、２つの局所直線の交点（この場合、符号１３８）が、求める輪郭線の通過点となる。実際の輪郭線の算出は、複数の上記交点を求め、それを結ぶことで得られる。なお、上記局所直線の交点を隣接する部分で求め、それを繋ぐことで輪郭線を算出することも可能であるが、複数点を飛び越した間隔をおいた部分で局所直線同士の交点を複数求め、それらを結ぶことで輪郭線を算出することも可能である。
【０１０１】
なお、局所直線を更に細かく複数設定し、接続線を更に細かく刻んでゆき、輪郭線を算出することも可能である。これは、「算出方法その２」において説明した局所平面を用いた輪郭線の算出の場合と同じである。
【０１０２】
（算出方法その他）
局所平面の交線を求めることで輪郭線を予想する方法の別バージョンとして、接続面の中央部分で輪郭線を設定する手法が挙げられる。この場合、接続面の中央を算出する方法として、（１）距離的な中央の部分を輪郭線が通るとして輪郭線を算出する方法、（２）局所面の法線の変化（面の方向の変化）に基づき、その変化範囲の中央の法線（またはそこに近い法線）を有する面の中心点を輪郭線の通過点とする方法、（３）局所面の法線の変化（面の方向の変化）に基づき、その変化率の最も大きな部分を輪郭線の通過点とする方法等が挙げられる。局所面として局所曲面を採用することもできる。この場合、データとして扱いやすい曲面を選定し、それを上述した局所平面の代わりに利用する。また、局所面を複数種類用意し、その中から局所領域へのフィッティング性の高いものを選択する方法も可能である。
【０１０３】
（輪郭線の一例）
以下、算出した輪郭線の一例を説明する。図８は、図４に対応する概念図である。図８には、図４に示す状態において、本実施形態で説明した輪郭線算出処理（輪郭線算出方法その２）を施し、輪郭線１５０を算出した場合が示されている。この場合、非面領域として除去された領域において、ラベルが付与された平面１２３の外縁１２３ａ、および平面１２４の外縁１２４ｂに基づいて「輪郭線算出方法その２」により両平面を接続する接続面を算出し（図６参照）、この接続面を構成する２つの局所平面の公線を求めることで輪郭線１５０が算出される。輪郭線１５０が算出されることで、不明瞭であった図３の測定対象物（この場合は、立体１２０）の輪郭の画像が明確となる。こうして、三次元ＣＡＤデータに取り込むことで、ＣＡＤデータとして活用するのに適した画像データを点群データから得ることができる。
【０１０４】
（Ｂ）輪郭線に係るその他の処理を行う構成
以下、点群データ処理装置１００における非面領域除去部１０１、面ラベリング部１０２、不要面除去部１０３、輪郭線算出部１０５以外の構成について説明する。
【０１０５】
（Ｂ１：隠れ輪郭線算出部）
点群データ処理装置１００は、隠れ輪郭線算出部１０６を備えている。上述した不要面除去部１０３により、輪郭線の算出対象としない面のデータが除去されるが、この除去された面の背後に輪郭線が隠れている場合がある。隠れ輪郭線算出部１０６は、輪郭線算出部１０５によって算出された輪郭線のデータに基づいて、この隠れていた輪郭線を算出する。
【０１０６】
以下、具体的な例を上げて説明する。図９には、室内を測定対象とした場合が概念的に示されている。図９（Ａ）には、目視で見た室内の様子が示されている。この室内を測定対象として点群データを取得し、次いで図１の点群データ処理装置１００による処理を行う場合を考える。この場合、面ラベリング部１０２の働きにより、床面１６１、壁面１６２、壁面１６３、壁面１６４、室内に置かれた家具であるタンス１６０の外面を構成する面にラベルが付与される。
【０１０７】
ここで、除去対象物データ格納部１０４に除去対象物としてタンスを指定するデータが格納されているとする。この場合、面ラベリング部１０２の出力に対して、不要面除去部１０３の機能による処理が行われ、タンス１６０に係る面のデータは除去される。この状態が図９（Ｂ）に示されている。図９（Ｂ）には、床面１６１と壁面１６２とを区分けする輪郭線１６５、壁面１６２と１６３とを区分けする輪郭線１６６、床面１６１と壁面１６３とを区分けする輪郭線１６７および１６８、床面１６１と壁面１６４とを区分けする輪郭線１７０が表示された状態が示されている。
【０１０８】
ここで、タンス１６０の背後に隠れた部分は、点群データがないので、データ上は空白となる。したがって、図９（Ｂ）に示されるようにタンス１６０の陰になっていた部分は、床面１６１と壁面１６３とを区分けする輪郭線が一部途切れ、床面１６１と壁面１６３とを区分けする輪郭線が、輪郭線１６７と１６８に分断された状態が表示される。
【０１０９】
隠れ輪郭線算出部１０６は、この分断されている部分の輪郭線を補完する演算を行う。具体的には、輪郭線１６７を表す方程式を算出し、この方程式に基づいて輪郭線１６７を輪郭線１６８の方向に延長する部分を算出する。図９（Ｃ）には、この算出した部分が輪郭線１７１として示されている。なお、実際の表示画面上では、輪郭線１７１は、他の輪郭線と同じ状態で示され、他の輪郭線部分（例えば符号１６７の部分）と区別できないように表示される（符号１７１の部分を識別できるように表示することも可能である）。こうして、床面１６１と壁面１６３とを区分けする輪郭線１７２を欠損部分がない状態で表示することができる。
【０１１０】
（Ｂ２：平滑化処理部）
図１の点群データ処理装置１００は、平滑化処理部１０７を備えている。平滑化処理部１０７は、算出された輪郭線を表示した際に、その表示が滑らかな線となるように補正する処理を行う。面ラベリング部１０２においてラベルが付与された面を画像表示した場合、面の縁は、非面領域の縁でもあるので、点群データを取得する際および取得点群データを選択する際の誤差があり、拡大すると輪郭線が細かい折れ線となる場合がある。
【０１１１】
ＣＡＤデータに取り込んだ場合、拡大していった場合に本来直線でなければならいところが折れ線で表示されるのは、好ましくない。また、折れ線のデータは、直線のデータに比較してデータ量が多くなるので、メモリ領域の節約や演算速度の点でも好ましくない。
【０１１２】
平滑化処理部１０７は、折れ線の程度を折れ曲がった部分の間隔から判定し、この間隔が予め決められた閾値以下である場合に当該部分を直線に置き換える。例えば、図９の室内の状態を測定対象とした場合、輪郭線が数ｃｍ単位で繰り返し折れ曲がることは稀である。よって、このような場合は、例えば閾値を５ｃｍに設定し、且つ、折れ曲がりの繰り返しが３回以上である場合にそれを直線化するものとする判定を行う。そしてこの判定により該当する部分がある場合、その部分において、輪郭線の折れ曲がった部分を直線として捉えた場合の直線の方程式を算出し、この方程式に基づいて輪郭線を平滑化（この場合は直線化）する。
【０１１３】
以下、直線化された輪郭線の算出方法の他の一例を説明する。まず、非面領域を介して隣接する２つの平面について考える。図１０には、非面領域を間に挟んだ位置関係にある平面３０１と３０２が示されている。図１０には、参考として図６、図８に関連して説明した処理によって算出された平滑化処理前の輪郭線３０３が示されている。ここで輪郭線３０３は、点群データのサンプリング誤差や演算誤差のため折れ線（図では誇張して示されている）となっている。そして、符号３０４が、上述した平滑化処理により直線化された輪郭線である。
【０１１４】
以下に説明する方法では、輪郭線の全ての部分において図６に原理を示す局所面を用いた算出方法を採用せず、まず平面３０１と３０２の両端（図の上方の縁を結んだ線上と図の下方の縁を結んだ線上）における２点３０５、３０６を算出し、次いで点３０５と３０６を直線で結ぶことで輪郭線を算出する。
【０１１５】
まず「算出方法その４」を利用して点３０５、３０６を求める。以下、点３０５を求める方法を説明する。この場合、符号３０１ａの部分と符号３０２ａの部分を起点として、図６に関連して説明した１または複数の局所直線を設定してゆき、最後に交点を算出することで、図６の符号１３８の部分に当たる輪郭線の通過点を算出する。これは、平面３０１の図の下端側の縁３０１ｂを、局所直線を設定してゆく手法により平面３０２の方向に延ばし、他方で平面３０２の図の下端側の縁３０２ｂを、局所直線を設定してゆく手法により平面３０１の方向に延ばし、最終的に近接した部分の交点を符号３０５の点として求めたものである。また同様の方法により、点３０６の位置を算出する。
【０１１６】
そして、点３０５と３０６を結ぶ直線を求めることで、輪郭線３０４が算出される。この方法は、２点とそれらを結ぶ直線を算出すればよく、また直線化された輪郭線が直接得られるので、演算量が節約できる。ここで、輪郭線の通過点が求まればよいので、演算がより簡単となる「算出方法その４」の局所直線を設定する手法を利用したが、「算出方法その２」の局所平面を設定する手法を利用し、点３０５と３０６と算出することも可能である。
【０１１７】
次に、３つ以上の平面が異なる角度（異なる面の方向）で隣接する場合における輪郭線の算出方法の一例を説明する。この方法は、例えば床や天井の角の部分や立方体の角の部分に係る輪郭線の算出に利用できる。
【０１１８】
図１１（Ａ）には、非面領域を介して隣接する方向が異なる２つの面が示され、図１１（Ｂ）には、図１１（Ａ）の構造を基本とした異なる３面の組み合わせが概念的に示されている。この場合、上述した図１０に関連して説明した方法により、隣接した平面３１１と３１２との間の２つの交点、隣接した平面３１１と３１３との間の２つの交点、隣接した平面３１２と３１３との間の２つの交点を求める。そして、平面３１１、３１２、３１３が付き合わされる角の付近３１４における３つの交点を仮交点とし、それらの三次元座標を取得する。そして、この３つの仮交点の三次元座標の平均値を求め、その座標位置を３つの平面３１１、３１２、３１３の交点３１５とする。こうして、複数面同士の交点が算出される。
【０１１９】
例えば、部屋の天井部分の四隅を結ぶ輪郭線を算出する場合、上記の手法を利用し、壁面２面と天井面との３面の交点を４箇所算出し、この４箇所の交点を結ぶことで天井と壁面を区分けする直線化された輪郭線を得ることができる。
【０１２０】
輪郭線の平滑化の処理は、平滑化の対象となる輪郭線が曲線である場合にも適用できる。この場合、曲線である輪郭線から、上記の場合と同様な原理により、折れ線を滑らかにする部分を選択する。そして、その部分を滑らかな曲線に置き換えるための曲線の方程式を算出し、この曲線の方程式に基づいて輪郭線を平滑化する。
【０１２１】
（Ｂ３：画像表示関係）
図１の点群データ処理装置１００は、画像表示制御部１０８と画像表示装置１０９を備えている。画像表示装置１０９は、点群データ処理装置として機能させているノート型パーソナルコンピュータの液晶ディスプレイである。画像表示制御部１０８は、点群データ処理装置１００での処理によって得られた画像情報を画像表示装置１０８に表示させる制御を行う。
【０１２２】
画像表示装置１０８に表示される画像としては、面ラベリング部１０２による処理により得られた面により測定対象物を表示した画像、不要面除去部１０３により不要な対象物の表示が除去された画像、輪郭線算出部１０５により算出された輪郭線の画像、隠れ輪郭線算出部１０６により算出された輪郭線の画像、平滑化処理部１０７により平滑化された輪郭線の画像、これら画像の複数を同時に表示した画像、点群データ処理装置１００の操作に係る説明画面の画像、閾値の設定等に関する画面の画像、ユーザが操作するＧＵＩの操作画面の画像が挙げられる。
【０１２３】
画像表示制御部１０８は、面ラベリング部でラベルが付与された面を隣接する面と区別して視認し易いように色を付けて表示する制御を行う。すなわち、第１の面が赤で、隣接する第２の面が青というように見た目でラベルの違う面が明確に認識し易いように、表示される面に色を付与する制御を行う。この処理は、見た目でラベルの違う面を視認し易くすればよいので、濃淡の違い、ドット表示の密度の違い、ハッチング処理の違い、ここで挙げた方法の２以上の組み合わせであってもよい。更に画像表示制御部１０８は、２つの面の間の輪郭線を算出する目的でユーザにより当該２つの面が指定された場合に、この２つの面を強調表示する。強調表示の方法としては、他と区別し易い色彩とする、点滅させるといった方法が挙げられる。
【０１２４】
（Ｂ４：操作関係）
点群データ処理装置１００は、操作入力装置１１０および操作入力受け付け部１１１を備えている。操作入力装置１１０は、利用しているノート型パーソナルコンピュータのキーボード装置やマウス装置、ＧＵＩ機能部により構成されている。操作入力部１１０が操作されることで、点群データ処理装置１００の操作が行われる。操作入力受け付け部１１１は、ユーザが操作入力部１１０を操作した内容を受け付け、点群データ処理装置１００内部で処理できるデータに解釈する機能を有する。
【０１２５】
（Ｂ５：マニュアル操作関係）
点群データ処理装置１００は、輪郭線を算出する方法をユーザが選択できる機能、輪郭線を算出する部分をユーザが選択できる機能を備えている。これらの機能を実現するために、点群データ処理装置１００は、輪郭線算出方法選択部１１２と算出対象面選択部１１３を備えている。
【０１２６】
輪郭線算出方法選択部１１２は、上述した輪郭線を算出する複数の方法の中からユーザが希望する方法を選択できるようにする機能部である。例えば、画像表示装置の端等に算出方法の種類を示すシンボル表示を表示しておき、ユーザがパーソナルコンピュータのＧＵＩ機能を利用して、希望する方法を選択すると、その選択内容を輪郭線算出方法選択部１１２が認識し、この選択された算出方法により、輪郭線算出部１０５における輪郭線の算出処理が行われる。この機能によれば、精度優先か処理速度優先か、といった選択をユーザが行える。
【０１２７】
算出対象面選択部１１３は、輪郭線を算出する位置をユーザが選択する際に利用される。例えば、図９に示す例において、ユーザにより図１の操作入力装置１１０が操作され、壁面１６２と壁面１６３が指定されると、それが操作入力受け付け部１１１で認識され、その旨が算出対象面１１３により認識される。ユーザにより指定された内容を認識した算出対象面選択部１１３は、選択された壁面１６２と１６３を特定するデータを輪郭線算出部１０５に送る。これを受けて輪郭線算出部１０５は、壁面１６２と１６３を区切る輪郭線１６６を算出する。またこの際、画像表示制御部１０８の機能により、ユーザによって選択された２つの面が強調表示され、選択した面をユーザが認識し易い表示制御が行われる。
【０１２８】
２．第２の実施形態
以下、三次元レーザースキャナーを備えた点群データ処理装置について説明する。この例において、点群データ処理装置は、測定対象物に対して測距光（レーザー光）を走査しつつ照射し、レーザー光の飛行時間に基づいて自身の位置から測定対象物上の多数の測定点までの距離を測距する。また、点群データ処理装置は、レーザー光の照射方向（水平角および高低角）を検出し、距離および照射方向に基づいて測定点の三次元座標を演算する。また、点群データ処理装置は、測定対象物を撮像した二次元画像（各測定点におけるＲＧＢ強度）を取得し、二次元画像と三次元座標とを結び付けた点群データを形成する。さらに、点群データ処理装置は、形成した点群データから輪郭線により構成された対象物の三次元輪郭線を示す線図を形成する。
【０１２９】
（構成）
図１２および図１３は、点群データ処理装置１の構成を示す断面図である。点群データ処理装置１は、整準部２２、回転機構部２３、本体部２７、および回転照射部２８を備えている。本体部２７は、測距部２４、撮像部２５、制御部２６等から構成されている。なお、図１３は、説明の便宜のため、図１２に示す断面方向に対して、回転照射部２８のみ側方から見た状態を示している。
【０１３０】
整準部２２は、台盤２９を有し、回転機構部２３は下部ケーシング３０を有する。下部ケーシング３０は、ピン３１と２個の調整ネジ３２とにより３点で台盤２９に支持されている。下部ケーシング３０は、ピン３１の先端を支点にして傾動する。なお、台盤２９と下部ケーシング３０との間には、台盤２９と下部ケーシング３０とが互いに離反しないようにするため、引っ張りスプリング３３が設けられている。
【０１３１】
下部ケーシング３０の内部には、２個の整準モータ３４が設けられている。２個の整準モータ３４は、制御部２６によって互いに独立して駆動される。整準モータ３４の駆動により整準駆動ギア３５、整準従動ギア３６を介して調整ネジ３２が回転し、調整ネジ３２の下方への突出量が調整される。また、下部ケーシング３０の内部には傾斜センサ３７（図１４参照）が設けられている。２個の整準モータ３４は、傾斜センサ３７の検出信号により駆動され、これにより整準が実行される。
【０１３２】
回転機構部２３は、下部ケーシング３０の内部に水平角用駆動モータ３８を有する。水平角用駆動モータ３８の出力軸には水平回動駆動ギア３９が嵌着されている。水平回動駆動ギア３９は、水平回動ギア４０に噛合されている。水平回動ギア４０は、回転軸部４１に設けられている。回転軸部４１は、回転基盤４２の中央部に設けられている。回転基盤４２は、下部ケーシング３０の上部に、軸受け部材４３を介して設けられている。
【０１３３】
また、回転軸部４１には水平角検出器４４として、例えばエンコーダが設けられている。水平角検出器４４は、下部ケーシング３０に対する回転軸部４１の相対的回転角（水平角）を検出する。水平角は制御部２６に入力され、制御部２６は、その検出結果に基づき水平角用駆動モータ３８を制御する。
【０１３４】
本体部２７は、本体部ケーシング４５を有する。本体部ケーシング４５は、回転基盤４２に固着されている。本体部ケーシング４５の内部には鏡筒４６が設けられている。鏡筒４６は、本体部ケーシング４５の回転中心と同心の回転中心を有する。鏡筒４６の回転中心は、光軸４７に合致されている。鏡筒４６の内部には、光束分離手段としてのビームスプリッタ４８が設けられている。ビームスプリッタ４８は、可視光を透過し、かつ、赤外光を反射する機能を有する。光軸４７は、ビームスプリッタ４８によって光軸４９と光軸５０とに分離される。
【０１３５】
測距部２４は、鏡筒４６の外周部に設けられている。測距部２４は、発光部としてのパルスレーザ光源５１を有する。パルスレーザ光源５１とビームスプリッタ４８との間には、穴あきミラー５２、レーザー光のビームウエスト径を変更するビームウエスト変更光学系５３が配設されている。測距光源部は、パルスレーザ光源５１、ビームウエスト変更光学系５３、穴あきミラー５２で構成されている。穴あきミラー５２は、パルスレーザ光を穴部５２ａからビームスプリッタ４８に導き、測定対象物から反射して戻って来た反射レーザー光を測距受光部５４に向けて反射する役割を有する。
【０１３６】
パルスレーザ光源５１は、制御部２６の制御により所定のタイミングで赤外パルスレーザ光を発する。赤外パルスレーザ光は、ビームスプリッタ４８によって高低角用回動ミラー５５に向けて反射される。高低角用回動ミラー５５は、赤外パルスレーザ光を測定対象物に向けて反射する。高低角用回動ミラー５５は、高低角方向に回転することで、鉛直方向に延びる光軸４７を高低角方向の投光光軸５６に変換する。ビームスプリッタ４８と高低角用回動ミラー５５との間でかつ鏡筒４６の内部には集光レンズ５７が配設されている。
【０１３７】
測定対象物からの反射レーザー光は、高低角回動用ミラー５５、集光レンズ５７、ビームスプリッタ４８、穴あきミラー５２を経て測距受光部５４に導かれる。また、測距受光部５４には、内部参照光路を通って参照光も導かれる。反射レーザー光が測距受光部５４で受光されるまでの時間と、レーザー光が内部参照光路を通って測距受光部５４で受光されるまでの時間との差に基づき、点群データ処理装置１から測定対象物（測定対象点）までの距離が測定される。
【０１３８】
撮像部２５は、画像受光部５８を有する。画像受光部５８は、鏡筒４６の底部に設けられている。画像受光部５８は、多数の画素が平面状に集合して配列されたもの、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）で構成されている。画像受光部５８の各画素の位置は光軸５０によって特定される。例えば、光軸５０を原点として、Ｘ−Ｙ座標を想定し、このＸ−Ｙ座標の点として画素が定義される。
【０１３９】
回転照射部２８は、投光ケーシング５９の内部に収納されている。投光ケーシング５９の周壁の一部は、投光窓となっている。図１３に示すように、鏡筒４６のフランジ部６０には、一対のミラーホルダー板６１が対向して設けられている。ミラーホルダー板６１には、回動軸６２が掛け渡されている。高低角用回動ミラー５５は、回動軸６２に固定されている。回動軸６２の一端部には高低角ギア６３が嵌着されている。回動軸６２の他端側には高低角検出器６４が設けられている。高低角検出器６４は、高低角用回動ミラー５５の回動角を検出し、その検出結果を制御部２６に出力する。
【０１４０】
ミラーホルダー板６１の一方には、高低角用駆動モータ６５が取り付けられている。高低角用駆動モータ６５の出力軸には駆動ギア６６が嵌着されている。駆動ギア６６は、回転軸６２に取り付けられた高低角ギア６３に噛合されている。高低角用駆動モータ６５は、高低角検出器６４の検出結果に基づき、制御部２６の制御により適宜駆動される。
【０１４１】
投光ケーシング５９の上部には、照星照門６７が設けられている。照星照門６７は、測定対象物を概略視準するのに用いられる。照星照門６７を用いた視準方向は、投光光軸５６の延びる方向、および回動軸６２の延びる方向に対して直交する方向とされている。
【０１４２】
図１４は、制御部のブロック図である。制御部２６には、水平角検出器４４、高低角検出器６４、傾斜センサ３７からの検出信号が入力される。また、制御部２６は、操作部６から操作指示信号が入力される。制御部２６は、水平角用駆動モータ３８、高低角用駆動モータ６５、整準モータ３４を駆動制御する共に、作業状況、測定結果等を表示する表示部７を制御する。制御部２６には、メモリカード、ＨＤＤ等の外部記憶装置６８が着脱可能とされている。
【０１４３】
制御部２６は、演算部４、記憶部５、水平駆動部６９、高低駆動部７０、整準駆動部７１、距離データ処理部７２、画像データ処理部７３等から構成されている。記憶部５は、測距や高低角と水平角の検出を行うために必要なシーケンスプログラム、演算プログラム、測定データの処理を実行する測定データ処理プログラム、画像処理を行う画像処理プログラム、点群データから面を抽出し、更に輪郭線を算出するプログラム、この算出した輪郭線を表示部７に表示させるための画像表示プログラム等の各種のプログラムを格納すると共に、これらの各種のプログラムを統合管理するための統合管理プログラム等を格納する。また、記憶部５は、測定データ、画像データ等の各種のデータを格納する。水平駆動部６９は、水平角用駆動モータ３８を駆動制御し、高低駆動部７０は、高低角用駆動モータ６５を駆動制御し、整準駆動部７１は、整準モータ３４を駆動制御する。距離データ処理部７２は、測距部２４によって得られた距離データを処理し、画像データ処理部７３は、撮像部２５により得られた画像データを処理する。
【０１４４】
図１５は、演算部４のブロック図である。演算部４は、三次元座標演算部７４、リンク形成部７５、グリッド形成部９、点群データ処理部１００’を備えている。三次元座標演算部７４には、距離データ処理部７２から測定対象点の距離データが入力され、水平角検出器４４および高低角検出器６４から測定対象点の方向データ（水平角および高低角）が入力される。三次元座標演算部７４は、入力された距離データと方向データとに基づき、点群データ処理装置１の位置を原点（０，０，０）とした各測定点の三次元座標（直交座標）を算出する。
【０１４５】
リンク形成部７５には、画像データ処理部７３から画像データおよび三次元座標演算部７４が算出した各測定点の三次元座標の座標データが入力される。リンク形成部７５は、画像データ（各測定点のＲＧＢ強度）と三次元座標を結び付けた点群データ２を形成する。つまり、リンク形成部７５は、測定対象物のある点に着目した場合、その着目点の二次元画像中における位置と、その着目点の三次元座標とを関連付けしたものを作成する。この関連付けされたデータは、全ての測定点について算出され、それらが点群データ２となる。
【０１４６】
点群データ処理装置１は、異なる方向から測定した測定対象物の点群データ２を取得可能である。このため、一つの測定方向を１ブロックとすると、点群データ２は、複数ブロックの二次元画像と三次元座標で構成することができる。
【０１４７】
また、リンク形成部７５は、以上の点群データ２をグリッド形成部９に出力する。グリッド形成部９は、点群データ２の隣接点の点間距離が一定でない場合に、等間隔のグリッド（メッシュ）を形成し、グリッドの交点に最も近い点を登録する。または、グリッド形成部９は、線形補間法やバイキュービック法を用いて、グリッドの交点位置に全点を補正する。なお、点群データ２の点間距離が一定である場合には、グリッド形成部９の処理を省略することができる。
【０１４８】
以下、グリッドの形成手順について説明する。図１６は、点間距離が一定でない点群データを示す図であり、図１７は、形成したグリッドを示す図である。図１６に示すように、各列の平均水平間隔Ｈ１〜Ｎを求め、さらに列間の平均水平間隔の差分ΔＨｉ，ｊを算出し、その平均をグリッドの水平間隔ΔＨとする（数２）。垂直方向の間隔は、各列での垂直方向の隣接点との距離ΔＶＮ，Ｈを算出し、画像サイズＷ，Ｈの画像全体におけるΔＶＮ，Ｈの平均を垂直間隔ΔＶとする（数３）。そして、図１７に示すように、算出した水平間隔ΔＨおよび垂直間隔ΔＶのグリッドを形成する。
【０１４９】
［数２］  （ΣΔＨi,j）／（Ｎ−１）＝ΔＨ
【０１５０】
［数３］  （ΣΔＶi,j）／（Ｗ×Ｈ）＝ΔＶ
【０１５１】
次に、形成したグリッドの交点に最も近い点を登録する。この際、交点から各点までの距離には所定の閾値を設けて、登録を制限する。例えば、閾値は、水平間隔ΔＨおよび垂直間隔ΔＶの１／２とする。なお、線形補間法やバイキュービック法のように、交点との距離に応じた重みを付けて全点を補正してもよい。ただし、補間を行った場合には、本来計測していない点となる。
【０１５２】
以上のようにして得られた点群データは、点群データ処理部１００’に出力される。点群データ処理部１００’は、図１４の操作部６がユーザにより操作されることで、第１の実施形態で説明した動作を行い、その結果得られた画像が液晶ディスプレイである表示部７に表示される。この点は、第１の実施形態に関係して説明した場合と同じである。
【０１５３】
点群データ処理部１００’は、図１の点群データ処理装置１００において、画像表示装置１０９と操作入力部１１０を省いた構成を有する。この場合、ＦＰＧＡを利用した専用の集積回路によりハードウェア的に点群データ処理部１００’が構成されている。点群データ処理部１００’は、点群データ処理装置１００と同様にして点群データに対する処理を行う。
【０１５４】
（その他）
制御部２６の構成において、グリッド形成部９から点群データが出力される形態とすると、第１の実施形態の点群データ処理装置と組み合わせて使用可能な三次元レーザースキャナーとなる。また、グリッド形成部９から点群データが出力される形態とした三次元スキャナーと、この三次元スキャナーの出力を受け付け、実施形態１において説明した動作を行う図１の点群データ処理装置１とを組み合わせたシステムとすることで、本発明を利用した点群データ処理システムが得られる。
【０１５５】
３．第３の実施形態
以下、ステレオカメラを備えた画像計測装置を備えた点群データ処理装置について説明する。第１および第２の実施形態と同様の構成については、同じ符号を用いて、その説明を省略する。
【０１５６】
（点群データ処理装置の構成）
図１８には、点群データ処理装置２００が示されている。点群データ処理装置２００は、ステレオカメラを備えた画像計測機能と、本発明を利用した点群データ処理機能を統合した構成を有している。点群データ処理装置２００は、異なる方向から重複した撮影領域で測定対象物を撮影し、重複画像内の特徴点を対応づけ、予め求めた撮影部の位置および姿勢と重複画像内における特徴点の位置とに基づいて、特徴点の三次元座標を演算する。また、点群データ処理装置２００は、重複画像における特徴点の視差、計測空間、および基準形態に基づいて、二次元画像と三次元座標が結び付けられている点群データを形成する。さらに、点群データ処理装置２００は、得られた点群データに基づいて、面ラベリング処理および輪郭線データの算出を行う。
【０１５７】
図１８は、点群データ処理装置２００の構成を示すブロック図である。点群データ処理装置２００は、ステレオ画像を得るための撮影部７６、７７、特徴投影部７８、画像データ処理部７３、演算部４、記憶部５、操作部６、表示部７、データ出力部８を備えている。撮影部７６、７７には、デジタルカメラ、ビデオカメラ、工業計測用のCCDカメラ（Charge Coupled Device Camera）、CMOSカメラ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Camera）等を用いる。撮影部７６、７７は、異なる撮影位置から重複した撮影領域で測定対象物を撮影するステレオカメラとして機能する。なお、撮像部の数は２台に限定されず、３台以上であってもよい。
【０１５８】
特徴投影部７８には、プロジェクター、レーザー装置等を用いる。特徴投影部７８は、測定対象物に対してランダムドットパターン、点状のスポット光、線状のスリット光などのパターンを投影する。これにより、測定対象物の特徴が乏しい部分に特徴を持たせ、画像処理を容易とする。特徴投影部７８は、主に模様のない中〜小型の人工物の精密な計測の場合に使用する。通常屋外にある比較的大きい測定対象物の計測や、精密計測が不要な場合、あるいは、測定対象物に特徴がある場合、模様を塗布できる場合には、特徴投影部７８を省略できる。
【０１５９】
画像データ処理部７３は、撮像部７６、７７が撮影した重複画像を演算部４で処理できる画像データに変換する。記憶部５は、撮影位置および姿勢を測定するプログラム、重複画像内から特徴点を抽出して対応づけるプログラム、撮影位置および姿勢と重複画像内の特徴点の位置とに基づいて三次元座標を演算するプログラム、誤対応点を判定して点群データを形成するプログラム、点群データから面を抽出し、更に輪郭線を算出するプログラム、この算出した輪郭線を表示部７に表示させるための画像表示プログラム等の各種のプログラムを格納すると共に、点群データや画像データ等の各種データを格納する。
【０１６０】
操作部６は、ユーザにより操作され、演算部４に操作指示信号を出力する。表示部７は、演算部４の処理データを表示し、データ出力部８は、演算部４の処理データを外部に出力する。演算部４には、画像データ処理部７３から画像データが入力される。演算部４は、固定された２台以上のカメラを使用する場合、校正用被写体７９の撮影画像に基づいて撮像部７６、７７の位置および姿勢を測定し、測定対象物の重複画像内から特徴点を抽出して対応付ける。演算部４は、撮像部７６、７７の位置および姿勢を計算し、そして重複画像内の特徴点の位置に基づいて、測定対象物の三次元座標を演算し、点群データ２を形成する。さらに、演算部４は、点群データ２から面を抽出し、測定対象物の輪郭線を算出する。
【０１６１】
図１９は、演算部４のブロック図である。演算部４は、点群データ処理部１００’、撮影位置姿勢測定部８１、特徴点対応付部８２、背景除去部８３、特徴点抽出部８４、対応点探索部８５、三次元座標演算部８６、誤対応点判定部８７、視差判定部８８、空間判定部８９、形態判定部９０を備えている。
【０１６２】
点群データ処理部１００’は、図１の点群データ処理装置１００において、画像表示装置１０９と操作入力部１１０を省いた構成を有する。ここでは、ＦＰＧＡを利用した専用の集積回路によりハードウェア的に点群データ処理部１００’が構成されている。点群データ処理部１００’は、点群データ処理装置１００と同様にして点群データに対する処理を行う。
【０１６３】
撮影位置姿勢測定部８１には、撮像部７６、７７が撮影した重複画像の画像データが画像データ処理部７３から入力される。図１８に示すように、校正用被写体７９には、ターゲット８０（レトロターゲット、またはコードターゲット、またはカラーコードターゲット）が所定間隔で貼られており、撮影位置姿勢測定部８１は、校正用被写体７９の撮影画像からターゲット８０の画像座標を検出し、公知の相互標定法、または単写真標定法もしくはＤＬＴ（Direct Linear Transformation）法、あるいはバンドル調整法を用いて、撮影部７６，７７の位置および姿勢を測定する。なお、相互標定法、単写真標定法もしくはＤＬＴ法、バンドル調整法は、単独でも用いても組み合わせて用いてもよい。
【０１６４】
特徴点対応付部８２は、測定対象物の重複画像を画像データ処理部７３から入力し、重複画像から測定対象物の特徴点を抽出して対応付ける。特徴点対応付部８２は、背景除去部８３、特徴点抽出部８４、対応点探索部８５で構成されている。背景除去部２６は、測定対象物が写された撮影画像から測定対象物が写されていない背景画像を差分することや、測定したい箇所をオペレータが操作部６により指定すること、あるいは測定箇所を自動抽出（あらかじめ登録されたモデルの利用や特徴が豊富な箇所を自動的に検出）することで、測定対象物のみが写された背景除去画像を生成する。なお、背景を除去する必要がない場合には、背景除去部２６の処理を省略することができる。
【０１６５】
特徴点抽出部８４は、背景除去画像から特徴点を抽出する。特徴点の抽出には、ソーベル、ラプラシアン、プリューウィット、ロバーツなどの微分フィルタを用いる。対応点探索部８５は、一方の画像で抽出された特徴点に対応する対応点を他方の画像内で探索する。対応点の探索には、残差逐次検定法（Sequential Similarity Detection Algorithm Method:SSDA）、正規化相関法、方向符号照合法（Orientation Code Matching:OCM）などのテンプレートマッチングを用いる。
【０１６６】
三次元座標演算部８６は、撮影位置姿勢測定部８１で測定された撮像部７６、７７の位置および姿勢と、特徴点対応付部８２で対応付けた特徴点の画像座標に基づいて、各特徴点の三次元座標を演算する。誤対応点判定部８７は、視差、計測空間、および基準形態の少なくとも一つに基づいて、誤対応点を判定する。誤対応点判定部８７は、視差判定部８８、空間判定部８９、形態判定部９０で構成されている。
【０１６７】
視差判定部８８は、重複画像で対応する特徴点の視差のヒストグラムを作成し、視差の平均値から所定範囲内にない視差を持つ特徴点を誤対応点として判定する。例えば、平均値±１．５σ（標準偏差）を閾値とする。空間判定部８９は、校正用被写体７０の重心位置から所定距離の空間を計測空間として定義し、三次元座標演算部８６で演算された特徴点の三次元座標がその計測空間からはみ出していた場合に、その特徴点を誤対応点として判定する。形態判定部９０は、三次元座標演算部８６で演算された特徴点の三次元座標から、測定対象物の基準形態（粗面）を形成または入力し、基準形態と特徴点の三次元座標との距離に基づいて誤対応点を判定する。例えば、特徴点に基づいて、所定長さ以上の辺を有するＴＩＮ（Triangulated Irregular Network）を形成し、辺の長いＴＩＮを削除することで、粗面を形成する。次に、粗面と特徴点との距離に基づいて誤対応点を判定する。
【０１６８】
誤対応点判定部８７は、判定された誤対応点を除いた点群データ２を形成する。点群データ２は、二次元画像と三次元座標とを結び付けたダイレクトリンク構造を有している。点群データ２の隣接点の点間距離が一定でない場合には、第２の実施形態で説明したように、演算部４は、誤対応点判定部８７と点群データ処理装置１００’との間に、グリッド形成部９を備える必要がある。この場合、グリッド形成部９は、等間隔のグリッド（メッシュ）を形成し、グリッドの交点に最も近い点を登録する。その後、第１の実施形態で説明したように、点群データ２から面が抽出され、更に測定対象物の輪郭線の算出が行われる。
【０１６９】
第３の実施形態によれば、画像計測装置によって二次元画像と三次元座標から成る点群データを取得することができる。また、誤対応点判定部８７から点群データが出力される形態とした画像計測装置と、この画像形成装置の出力を受け付け、実施形態１において説明した動作を行う図１の点群データ処理装置１とを組み合わせたシステムとすることで、本発明を利用した点群データ処理システムが得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本発明は、三次元情報の測定を行う技術に利用することができる。
【符号の説明】
【０１７１】
１、１００、２００…点群データ処理装置、１２０…立方体、１２１…拡大部分、１２２…輪郭線、１２３…平面、１２３ａ…平面１２１の外縁、１２４…平面、１２４ｂ…平面１２４の外縁、１２５…非面領域、１３１…平面、１３１ａ…平面１３１の外縁、１３２…平面、１３２ａ…平面１３２の外縁、１３３…非面領域、１３４…交線、１３５…局所平面、１３６…局所平面、１３７…局所平面、１３８…輪郭線、１５０…輪郭線、１６０…家具（タンス）、１６１…床面、１６２…壁面、１６３…壁面、１６４…壁面、１６５…輪郭線、１６６…輪郭線、１６７…輪郭線、１６８…輪郭線、１６９…輪郭線、１７０…輪郭線、１７１……輪郭線（隠れていた輪郭線）、１７２…輪郭線（隠れていた部分を繋げた輪郭線）、１…点群データ処理装置、２…点群データ、２２…整準部、２３…回転機構部、２４…測距部、２５…撮像部、２６…制御部、２７…本体部、２８…回転照射部、２９…台盤、３０…下部ケーシング、３１…ピン、３２…調整ネジ、３３…引っ張りスプリング、３４…整準モータ、３５…整準駆動ギア、３６…整準従動ギア、３７…傾斜センサ、３８…水平回動モータ、３９…水平回動駆動ギア、４０…水平回動ギア、４１…回転軸部、４２…回転基盤、４３…軸受部材、４４…水平角検出器、４５…本体部ケーシング、４６…鏡筒、４７…光軸、４８…ビームスプリッタ、４９、５０…光軸、５１…パルスレーザ光源、５２…穴あきミラー、５３…ビームウエスト変更光学系、５４…測距受光部、５５…高低角用回動ミラー、５６…投光光軸、５７…集光レンズ、５８…画像受光部、５９…投光ケーシング、６０…フランジ部、６１…ミラーホルダー板、６２…回動軸、６３…高低角ギア、６４…高低角検出器、６５…高低角用駆動モータ、６６…駆動ギア、６７…照星照門、６８…外部記憶装置、６９…水平駆動部、７６、７７…撮影部、７８…特徴投影部、７９…校正用被写体、８０…ターゲット。
【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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【図１９】
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