(57)【要約】【課題】計算量の増大を抑制しながら位置分解能の向上を図ったレーザ形状計測装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、レーザ形状計測装置は、レーザ光源１から照射したレーザ光が散乱用平面で散乱する第１の散乱点と、計測対象物面で散乱する第２の散乱点を経てから散乱用平面で再度散乱して生じる第３の散乱点とを焦点とし、かつ光路長を長辺とする長球を算出するとともに、計測空間を仮想的に長方形で区切ってボクセルを生成し、長球の表面が通過するボクセルに重み付けする再構成演算部１４と、再構成演算部１４で各ボクセルに付与された重みとあらかじめ設定された上限閾値とを比較し、上限閾値以上の重みが付与されたボクセルを特定する計測対象物抽出部１５と、計測対象物抽出部１５で特定されたボクセルを細分化する高解像度化部１６と、を備える。【選択図】図１
2017067497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光をパルス状に照射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から照射したレーザ光が散乱する位置を時間分解で計測するレーザ検出器と、
前記レーザ光源及びレーザ検出器の座標及び光軸の角度の相対位置を測定する位置測定部と、
前記レーザ光を照射してから前記レーザ光を前記レーザ検出器で検出するまでの光子飛行時間を計測する時間差計測部と、
前記レーザ光が散乱する位置情報及び前記光子飛行時間を示す情報を用いて、検出された光子が飛行した光路長を算出する光路長計算部と、
前記レーザ光源から照射したレーザ光が散乱用平面で散乱する第１の散乱点と、計測対象物面で散乱する第２の散乱点を経てから前記散乱用平面で再度散乱して生じる第３の散乱点とを焦点とし、かつ前記光路長を長辺とする長球を算出するとともに、計測空間を仮想的に長方形で区切ってボクセルを生成し、前記長球の表面が通過するボクセルに重み付けする再構成演算部と、
前記再構成演算部で各ボクセルに付与された重みとあらかじめ設定された上限閾値とを比較し、前記上限閾値以上の重みが付与されたボクセルを特定する計測対象物抽出部と、
前記計測対象物抽出部で特定されたボクセルを細分化する高解像度化部と、
を備えることを特徴とするレーザ形状計測装置。
【請求項２】
前記計測対象物抽出部で隣接する複数のボクセルが抽出されたとき、前記再構成演算部で付与された重みの細分化前後の変化量を算出するエッジ部分特定部と、
前記エッジ部分特定部で算出した重みの差分の変化量が大きなものほど前記高解像度化部で細分化するボクセルをより細かくなるように粒度を決定する細分化粒度決定部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ形状計測装置。
【請求項３】
前記高解像度化部による細分化前に同じボクセルに属していたものを同じグループとし、細分化後の重みの再付与演算で、重みが付与されなかったボクセルを特定し、前記同じグループ内での割合を算出する重みゼロ計数部と、
前記同じグループ内での重みの平均値を算出する重み平均値算出部と、
前記重みが付与されないボクセルの割合と前記重みの平均値にそれぞれ設定された閾値とを比較し、前記重みが付与されないボクセルの割合があらかじめ設定された上限閾値を上回り、かつ前記重みの平均値があらかじめ設定された下限閾値を下回るまでボクセルの細分化処理を繰り返す高解像度化効果評価部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ形状計測装置。
【請求項４】
前記計測対象物抽出部での閾値判定結果に基づいて再構成演算結果を二値化し、あらかじめ設定された閾値を超えたボクセルが連続する場合に同じ塊としてラベルを付けるラベリング部と、
前記ラベリング部により同じラベルを付けられたボクセル数を計数し、このボクセル数が一定数以上の塊を前記高解像度化部での処理対象として抽出する解像度処理対象選別部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザ形状計測装置。
【請求項５】
計測空間に存在する物体形状に対する形状計測結果をテンプレートパターンとして記憶するモデル記憶部と、
前記テンプレートパターンを相似なモデルになるように拡縮する相似モデル生成部と、
前記再構成演算部から出力された再構成結果と、前記拡縮されたテンプレートパターンとの類似度を算出し、計測対象物の形状を特定する類似度算出部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザ形状計測装置。
【請求項６】
前記再構成演算部から出力された再構成結果を一時的に保持する一時記憶部と、
前記一時記憶部に保持された再構成結果と、この結果より後の時刻に取得された計測結果から再構成された結果とを比較し、あらかじめ設定された閾値以上のボクセル数で不一致が生じている塊を移動体として抽出する差分算出部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザ形状計測装置。
【請求項７】
レーザ光源からレーザ光をパルス状に照射する工程と、
前記レーザ光源から照射したレーザ光が散乱する位置をレーザ検出器により時間分解で計測する工程と、
前記レーザ光源及びレーザ検出器の座標及び光軸の角度の相対位置を位置測定部により測定する工程と、
前記レーザ光を照射してから前記レーザ光を前記レーザ検出器で検出するまでの光子飛行時間を時間差計測部により計測する工程と、
前記レーザ光が散乱する位置情報及び前記光子飛行時間を示す情報を用いて、検出された光子が飛行した光路長を光路長計算部により算出する工程と、
前記レーザ光源から照射したレーザ光が散乱用平面で散乱する第１の散乱点と、計測対象物面で散乱する第２の散乱点を経てから前記散乱用平面で再度散乱して生じる第３の散乱点とを焦点とし、かつ前記光路長を長辺とする長球を算出するとともに、計測空間を仮想的に長方形で区切ってボクセルを生成し、前記長球の表面が通過するボクセルに重み付けする再構成演算工程と、
前記再構成演算工程で各ボクセルに付与された重みとあらかじめ設定された上限閾値とを比較し、前記上限閾値以上の重みが付与されたボクセルを計測対象物抽出部により特定する計測対象物抽出工程と、
前記特定されたボクセルを高解像度化部により細分化する細分化工程と、
前記細分化工程の後に、前記再構成演算工程、前記計測対象物抽出工程及び前記細分化工程を繰り返す工程と、
を有することを特徴とするレーザ形状計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラント内及び野外等でレーザ光を用いて計測対象物の形状を計測するレーザ形状計測装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラント内及び野外の測量分野では、計測対象物の形状データを簡易かつ高速に収集するため、レーザ光を利用した形状計測技術がある。このように光学的な手法を用いた形状計測技術では、測定可能な範囲が直接視線の範囲内に限定される。したがって、光学的な手法を用いた形状計測技術では、遮蔽物が多い場合、計測時に遮蔽物で死角となっていた部分をカバーするため、複数回計測する必要がある。
【０００３】
また、曲がった配管又はカバーに覆われた装置の内部等のように狭隘部に設置された計測対象物を計測する技術がある。この内部構造計測技術では、死角をカバーすることができる位置にレーザスキャナを用いた計測装置を設置することができないため、計測を行うことはできない。
【０００４】
さらに、遮蔽物を透過して形状を計測する技術としては、例えばＸ線等の放射線を用いた撮影技術又は超音波計測技術等がある。しかし、放射線を用いた撮影技術は、放射線管理区域の設定が必要であるとともに、撮影時間が長くかかる等の問題がある。また、超音波計測技術は、空気中における超音波エネルギーの減衰が大きいことから、使用することのできる計測場所が限られている。
【０００５】
一方、複数回散乱した短パルスレーザの光を時間分解で捉えることで、遮蔽物の裏側及び狭隘部の内側の形状を計測することが可能な技術もある。
【０００６】
図８は複数回散乱した短パルスレーザを用いた散乱点推測処理の公知例を示す説明図である。
【０００７】
図８に示すように、計測対象物５は、遮蔽物８によりレーザ光源１からのレーザ光が直接照射されないように配置されている。壁面３は、レーザ光源１からのレーザ光が直接照射されるように配置されている。
【０００８】
公知例の手法は、まずレーザ光源１から出射されたレーザ光を壁面３に照射する。このレーザ光が照射された壁面３における第１の散乱点４では、レーザ光が散乱を起こす。その散乱光の一部が計測対象物５に到達し、その計測対象物５の表面で散乱を起こす（第２の散乱点５ａ）。さらに、その散乱光の一部が壁面３における第３の散乱点６でさらに散乱し、その散乱光をレーザ検出器２で検出する。この時、第１の散乱点４、第３の散乱点６の位置は、上記のように壁面３における座標であることから、直接観測することができる。
【０００９】
第２の散乱点５ａの位置は、不明であるものの、第１の散乱点４、第３の散乱点６の発光時間差から第１の散乱点４⇒第２の散乱点５ａ⇒第３の散乱点６の経路長が分かる。このことから、第２の散乱点５ａは、第１の散乱点４、第３の散乱点６を焦点とする楕円の長径の回転楕円面（再構成曲面）７上に存在することがわかる。複数回の計測を行い、導出した回転楕円面を重ね合わせることで、その交点から計測対象物５の位置を断定することができる。
【００１０】
この手法を適用すれば、例えば視界の悪い道路の角から歩行者が不意に飛び出すことを検知可能であるとともに、事故を起こした原子力発電所において作業員及びセンサを近づけることができない高線量区域の破損状況を調査すること等に利用可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４４１１３７１号公報
【特許文献２】特許第５４６５１２８号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Andreas Veltenet.al., “Recovering Three-dimensional Shape Around a  Corner using Ultrafast Time-of-Flight Imaging
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した公知例の手法は、レーザ検出器２で計測可能な範囲が狭い場合、導出した楕円が浅い角度でしか交わらないため、交点の位置を高精度に特定することができないという課題がある。そのため、再構成画像の解像度を向上させることで、位置分解能の改善が見込まれる。しかし、この場合には、三次元画像の解像度を２倍にする毎に計算要素（ボクセル）数が８倍となり計算量が増大する。
【００１４】
本実施形態が解決しようとする課題は、計算量の増大を抑制するとともに、位置分解能の向上を図ったレーザ形状計測装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本実施形態に係るレーザ形状計測装置は、レーザ光をパルス状に照射するレーザ光源と、前記レーザ光源から照射したレーザ光が散乱する位置を時間分解で計測するレーザ検出器と、前記レーザ光源及びレーザ検出器の座標及び光軸の角度の相対位置を測定する位置測定部と、前記レーザ光を照射してから前記レーザ光を前記レーザ検出器で検出するまでの光子飛行時間を計測する時間差計測部と、前記レーザ光が散乱する位置情報及び前記光子飛行時間を示す情報を用いて、検出された光子が飛行した光路長を算出する光路長計算部と、前記レーザ光源から照射したレーザ光が散乱用平面で散乱する第１の散乱点と、計測対象物面で散乱する第２の散乱点を経てから前記散乱用平面で再度散乱して生じる第３の散乱点とを焦点とし、かつ前記光路長を長辺とする長球を算出するとともに、計測空間を仮想的に長方形で区切ってボクセルを生成し、前記長球の表面が通過するボクセルに重み付けする再構成演算部と、前記再構成演算部で各ボクセルに付与された重みとあらかじめ設定された上限閾値とを比較し、前記上限閾値以上の重みが付与されたボクセルを特定する計測対象物抽出部と、前記計測対象物抽出部で特定されたボクセルを細分化する高解像度化部と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本実施形態のレーザ形状計測方法は、レーザ光源からレーザ光をパルス状に照射する工程と、前記レーザ光源から照射したレーザ光が散乱する位置をレーザ検出器により時間分解で計測する工程と、前記レーザ光源及びレーザ検出器の座標及び光軸の角度の相対位置を位置測定部により測定する工程と、前記レーザ光を照射してから前記レーザ光を前記レーザ検出器で検出するまでの光子飛行時間を時間差計測部により計測する工程と、前記レーザ光が散乱する位置情報及び前記光子飛行時間を示す情報を用いて、検出された光子が飛行した光路長を光路長計算部により算出する工程と、前記レーザ光源から照射したレーザ光が散乱用平面で散乱する第１の散乱点と、計測対象物面で散乱する第２の散乱点を経てから前記散乱用平面で再度散乱して生じる第３の散乱点とを焦点とし、かつ前記光路長を長辺とする長球を算出するとともに、計測空間を仮想的に長方形で区切ってボクセルを生成し、前記長球の表面が通過するボクセルに重み付けする再構成演算工程と、前記再構成演算工程で各ボクセルに付与された重みとあらかじめ設定された上限閾値とを比較し、前記上限閾値以上の重みが付与されたボクセルを計測対象物抽出部により特定する計測対象物抽出工程と、前記特定されたボクセルを高解像度化部により細分化する細分化工程と、前記細分化工程の後に、前記再構成演算工程、前記計測対象物抽出工程及び前記細分化工程を繰り返す工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本実施形態によれば、計算量の増大を抑制するとともに、位置分解能を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態のレーザ形状計測装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態の作用を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態のレーザ形状計測装置を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３実施形態のレーザ形状計測装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４実施形態のレーザ形状計測装置を示すブロック図である。
【図６】本発明の第５実施形態のレーザ形状計測装置を示すブロック図である。
【図７】本発明の第６実施形態のレーザ形状計測装置を示すブロック図である。
【図８】複数回散乱した短パルスレーザを用いた散乱点推測処理の公知例を示す説明図である。
【図９】計測空間をメッシュ状に区切り、回転楕円面が通過した部分に重みを付与する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本実施形態に係るレーザ形状計測装置及び方法について、図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
（構  成）
図１は本発明の第１実施形態のレーザ形状計測装置を示すブロック図である。なお、図８に示す公知例と同一又は対応する部分には、同一の符号を付して説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態のレーザ形状計測装置は、レーザ光源１、レーザ検出器２、位置測定部１１、時間差計測部１２、光路長計算部１３、再構成演算部１４、計測対象物抽出部１５、及び高解像度化部１６を備える。
【００２２】
なお、図８に示すように、本実施形態の計測対象物５は、遮蔽物８によりレーザ光源１からのレーザ光が直接照射されないように配置されているものとする。
【００２３】
図１及び図８に示すように、レーザ光源１は、レーザ光の照射方向を制御しつつパルス状にレーザ光を照射する。具体的には、レーザ光源１は、例えばレーザ発振器等が用いられ、雲台及びミラー等の光学機器を用いて、発振したレーザ光の照射方向を制御するとともに、光軸方向の角度を測定する手段を備えている。
【００２４】
レーザ検出器２は、レーザ光が散乱した位置を時間分解で計測する。レーザ検出器２は、検出効率を考慮すると、カメラのように２次元で散乱座標を計測可能であることが望ましい。しかし、レーザ検出器２は、雲台を用いたパン・チルト機構を設けることで、ラインセンサ等のように上記カメラと比較して次元を減らした検出器でも適用可能である。
【００２５】
位置測定部１１は、レーザ光源１とレーザ検出器２との相対位置を測定する。すなわち、位置測定部１１は、レーザ光源１及びレーザ検出器２の座標及び光軸の角度の相対関係を測定することができればよく、定規及び分度器のような計測手段でもよい。
【００２６】
時間差計測部１２は、レーザ光源１からレーザ光を出射した時刻を起点として、レーザ検出器２により散乱光の散乱位置を検出するまでに経た光子飛行時間を計測する。
【００２７】
光路長計算部１３は、時間差計測部１２により検出した散乱位置（散乱光の座標）及び光子飛行時間を用いて、検出された光子が飛行した光路長を算出する。すなわち、光路長計算部１３は、散乱光の座標及び光子飛行時間を用いて、照射したレーザ光が散乱した後に他の面で散乱し、再度、レーザ検出器２の視野内で散乱するまでの飛行距離を算出する。具体的には、光路長計算部１３は、図８に示した第１の散乱点４から第２の散乱点５ａを経由して第３の散乱点６に至るまでの距離を算出する。
【００２８】
再構成演算部１４は、レーザ検出器２により計測した第１の散乱点４及び第３の散乱点６の３次元座標と、この間の光子の飛行距離を用いて第２の散乱点５ａの座標を推測する。この第２の散乱点５ａは、第１の散乱点４及び第３の散乱点６を焦点、光子の飛行距離の半値を長径とする回転楕円面上に存在するとし、複数の光子データ、すなわち複数の第１の散乱点４及び第３の散乱点６について各々回転楕円面を算出することで座標を絞り込む。この場合、計測対象物５が存在する計測空間をボクセルと呼ばれる立方体でメッシュ状に区切り、回転楕円面が通過するものに重みを付与していくことで、第２の散乱点５ａの候補を特定していく。
【００２９】
具体的には、再構成演算部１４は、図８及び図９に示すようにレーザ光源１から照射したレーザ光が散乱用平面としての壁面３で散乱する第１の散乱点４と、この第１の散乱点４での散乱の後に、この第１の散乱点４が存在する壁面３と異なる第２の面で散乱する第２の散乱点５ａを経てから壁面３上で再度散乱して生じる第３の散乱点６とを焦点とし、かつ上記光路長を長辺とする長球を算出するとともに、計測空間を仮想的に長方形で区切ることでボクセルを生成し、上記長球の表面が通過するボクセルに重み付けする。
【００３０】
計測対象物抽出部１５は、計測対象物５の表面が存在すると推測されるボクセルを特定して抽出する。具体的には、計測対象物抽出部１５は、各ボクセルの重みをあらかじめ設定された上限閾値と比較し、この上限閾値以上の重みが付与されたボクセルを特定する。つまり、計測対象物５の存在位置は、推測されるボクセルの密集度に基づいて特定される。
【００３１】
高解像度化部１６は、ボクセルのサイズを部分的に細分化することで、再構成する画像の解像度を向上させる。高解像度化は、計測対象物５の表面が存在するとして抽出したボクセルを対象とする。高解像度化部１６により高解像度化処理を適用した後は、再度、再構成演算部１４にてボクセルへの重み付け処理を実行する。
【００３２】
（作  用）
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３３】
図２は本発明の第１実施形態の作用を示すフローチャートである。
【００３４】
本実施形態では、１発のパルスレーザに対して、時間分解で計測することで異なるシャッター速度のデータが複数取得される。以下の説明では、取得されたデータのうちの一つに対して実行される処理について説明する。
【００３５】
まず、ステップＳ１にてレーザ光源１からパルスレーザを照射し、ステップＳ２にてその散乱光を計測する。上記の通り、ステップＳ２では、１発のパルスレーザに対して、レーザ検出器２は時間分解で散乱光を計測することにより各光子の飛程を計測する。時間分解で光子を計測する手段としては、連続写真のようにシャッターを一定周期で高速に開閉する手段や、ストリークカメラのように電極間の電位を変調させる手段があるが、本実施形態ではこれらの手段に限定されるものではない。
【００３６】
ステップＳ３では、レーザ検出器２の位置姿勢、画角、及び散乱点の計測データに基づき、検出された光子が散乱した位置の座標を時間差計測部１２により算出する。
【００３７】
ステップＳ４では、光路長計算部１３を用いてパルスレーザを照射した座標から、検出された光子の散乱点までの距離を算出する。シャッタータイミングは、レーザ光源１からパルスレーザを出射した時点を起点として、光子を検出するまでの飛行時間を計測しているため、これに対応する飛程を算出することができる。レーザ光源１とレーザ検出器２の座標及び、レーザ光の照射点と散乱点の座標は明らかであるので、これらの飛程、すなわちレーザ光源１―照射点と、散乱点―レーザ検出器２の距離は算出可能である。したがって、これらの距離を、シャッタータイミングから算出した飛程から差し引くことで、照射点から散乱点までの飛程を算出することができる。
【００３８】
ステップＳ５では、図８で示した第２の散乱点５ａが存在可能な面を立式する。この面は、照射点と散乱点を焦点とし、光子の飛程を長径とした回転楕円面として式１で表わされる。上記照射点と散乱点を焦点とした焦点間の距離は、式２で表わされる。なお、回転楕円体は、長軸が回転軸となった長球である。
【００３９】
【数１】
2017067497.tif 000003
【００４０】
【数２】
2017067497.tif 000004
【００４１】
ステップＳ６では、再構成演算部１４を用いて上記の回転楕円面のうち計測空間を通過する部分を特定する。ここでの処理は、具体的には図９に示すように計測空間をメッシュ状に区切り、回転楕円面が通過した部分に重みを付与していく。このメッシュは空間を区切る立方体（ボクセル）形状を成している。なお、ボクセルは、各辺の長さが等しい立方体である必要はなく、直方体を含む平行六面体でもよい。
【００４２】
ステップＳ７では、上記ボクセルの細分化処理の要否を判定する。本実施形態での細分化は、一段階のみであるため、この判定処理では細分化の適用如何に応じたフラグによって判定する。ここで、上記ボクセルの細分化処理が必要である場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）には、ステップＳ８に進む。また、上記ボクセルの細分化処理が不要の場合（ステップＳ７：ＮＯ）には、全体の処理を終了する。
【００４３】
ステップＳ８では、計測対象物抽出部１５を用いて細分化処理を適用するボクセルを特定する。細分化処理の対象とするボクセルは、第２の散乱点５ａの存在可能性が比較的高いもの、すなわち他のボクセルより多く重みが付与されたものとする。この判定は、例えばあらかじめ設定された閾値との比較や、付与された重みに基づく順位付けにより実行することができる。
【００４４】
ステップＳ９では、計測対象物抽出部１５により特定されたボクセルを、高解像度化部１６を用いて細分化する。すなわち、ボクセルの一辺を等分することで、一つのボクセルをそれと相似な縮小型に分割する。この等分する割合は、計測時に与えられた固定値である。
【００４５】
（効  果）
このように本実施形態によれば、計測対象物５が存在する可能性の高いボクセルを特定し、その特定されたボクセルのみに対象を絞って細分化する。そのため、計算量の増大を抑制するとともに、再構成画像の解像度を高め、位置分解能を向上させることが可能となる。
【００４６】
（第２実施形態）
（構  成）
図３は本発明の第２実施形態のレーザ形状計測装置を示すブロック図である。なお、前記第１実施形態と同一の構成には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４７】
図３に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態の計測対象物抽出部１５と、高解像度化部１６との間にエッジ部分特定部２１及び細分化粒度決定部２２が直列に接続されている。
【００４８】
エッジ部分特定部２１は、計測対象物抽出部１５で特定されたボクセルにおいて、再構成演算部１４で付与された重みについての空間二次微分を計算する。すなわち、エッジ部分特定部２１は、計測対象物抽出部１５において隣接する複数のボクセルが抽出されたとき、そのエッジ部分を特定する。具体的には、エッジ部分特定部２１は、計測対象物抽出部１５で隣接する複数のボクセルが抽出されたとき、再構成演算部１４で付与された隣り合うボクセル同士の重みの差の変化量、すなわち空間二次微分を算出する。
【００４９】
細分化粒度決定部２２は、エッジ部分特定部２１により算出した空間二次微分に基づいて細分化処理における等分割合を決定する。すなわち、細分化粒度決定部２２は、エッジ部分特定部２１で算出した重みの空間二次微分を用いて、隣り合うボクセルの重みの差分の変化量を計算し、その変化量が大きなものほど高解像度化部１６で細分化するボクセルをより細かくなるように粒度を決定する。
【００５０】
（作  用）
次に、本発明の第２実施形態の作用を説明する。
【００５１】
計測対象物抽出部１５において隣接する複数のボクセルが、いわゆる塊形状で抽出された場合、そのエッジ部分では他の部分に比べて隣り合うボクセルとの重みの差の変化量が大きくなる。そのため、一般的にデジタル画像のエッジ処理で用いられるラプラシアンフィルタを適用することで、エッジ部分を特定することが可能である。本実施形態では、３次元に適用するため、空間二次微分は式３に示すものとなる。
∇２Ｗ（ｉ，ｊ，ｋ）≡６Ｗ（ｉ，ｊ，ｋ）−［Ｗ（ｉ＋１，ｊ，ｋ）＋Ｗ（ｉ−１，ｊ，ｋ）＋Ｗ（ｉ，ｊ＋１，ｋ）＋Ｗ（ｉ，ｊ−１，ｋ）＋Ｗ（ｉ，ｊ，ｋ＋１）＋Ｗ（ｉ，ｊ，ｋ−１）］…（式３）
但し、Ｗ（ｉ，ｊ，ｋ）は、計測空間の端部ではない何れかのボクセルの重みである。また、上記にて算出される空間二次微分が大きいボクセルほど、急峻なエッジであるといえる。このエッジ部分には、計測対象物５の表面が存在する可能性が高い。したがって、本実施形態では、空間二次微分の値が高くなるにつれて細分化処理時の分割数を増加させる。
【００５２】
（効  果）
このように本実施形態によれば、計測対象物５の表面が存在する可能性がより高い部分のみを対象として高解像度化することが可能となる。また、単に重みの大きさだけで対象を特定する場合に比べ、より厳密にボクセル細分化処理の対象を抽出することができる。そのため、計算量の増大を抑制するとともに、高解像度化され位置分解能を向上させることが可能となる。
【００５３】
（第３実施形態）
（構  成）
図４は本発明の第３実施形態のレーザ形状計測装置を示すブロック図である。なお、前記第１実施形態及び前記第２実施形態と同一の構成には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。
【００５４】
図４に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態の再構成演算部１４と、高解像度化部１６との間が分岐されて重みゼロ計数部３１及び重み平均値算出部３２が並列に接続され、これらに高解像度化効果評価部３３が接続されている。
【００５５】
重みゼロ計数部３１及び重み平均値算出部３２は、何れも高解像度化部１６において細分化処理後に重み付けされたボクセルに対して作用する構成要素である。
【００５６】
重みゼロ計数部３１は、高解像度化部１６による細分化後の重みの再付与演算において、重みが付与されなかったボクセルを特定し、その割合を算出する。具体的には、重みゼロ計数部３１は、高解像度化部１６でボクセルを細分化した後に、再構成演算部１４で各ボクセルへの重み付けした結果において、細分化前のボクセルに基づきボクセルをグループ化し、各グループに属するボクセルのうち長円の表面が通過せずに重みが付与されなかったものの割合を算出する。
【００５７】
重み平均値算出部３２は、細分化前に同じボクセルに属していたものを同じグループとし、そのグループ内での重みの平均値を算出する。
【００５８】
高解像度化効果評価部３３は、重みゼロのボクセル数、及び重みの平均値に基づき、そのボクセルの細分化の効果を評価する。具体的には、高解像度化効果評価部３３は、重みが付与されないボクセルの割合と、重みの平均値にそれぞれ設定された閾値とを比較し、重みが付与されないボクセルの割合があらかじめ設定された上限閾値を上回り、かつ重みの平均値があらかじめ設定された下限閾値を下回るまでボクセルの細分化処理を繰り返す。
【００５９】
したがって、高解像度化効果評価部３３は、上記グループ内で重みゼロのボクセル数の割合が高く、また重みの平均値が低いものほど、細分化により重みが集中する部位を特定することができていると判断することができ、かつ細分化の効果が大きいと見做すことができる。
【００６０】
（作  用）
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００６１】
本実施形態では、細分化前に同じボクセルに属していたものを同じグループとして扱う。重みゼロ計数部３１は、細分化後の重み付け処理完了後に、重みが付与されていない、すなわち重みゼロのボクセルを特定し、同じグループ内での個数を計数する。この計数値は、高解像度化効果の評価で使用するが、その際、単に個数を使用するだけではなく、同じグループ内の重みゼロのボクセルの占める割合に換算してもよい。
【００６２】
同様に、重み平均値算出部３２は、同じグループ内で、ボクセルに付与された重みの平均値を算出する。同じボクセルから分割したため、再度付与された重みが細分化前の値を超えることはない。また、細分化することで高解像度化に成功した場合、付与される重みは特定のボクセルに集中する。
【００６３】
したがって、グループ内の重みの平均値は、細分化前に比べ低い値となる。これらの特性に基づき、ボクセル細分化による高解像度化の効果を評価する。また、細分化により十分な効果が得られなかったと判断された場合、そのボクセルについて、さらなる細分化を実行する。
【００６４】
（効  果）
このように本実施形態によれば、十分な高解像度化を実現するために必要な細分化粒度を決定することができる。また、粗い細分化でも高解像度化効果が得られるボクセルについて、必要以上に粒度を細かく設定する事象を回避することができる。以上により、ボクセルサイズの最適化が可能なので、計算量の増大を抑制するとともに、高解像度化され位置分解能を向上させることが可能となる。
【００６５】
（第４実施形態）
（構  成）
図５は本発明の第４実施形態のレーザ形状計測装置を示すブロック図である。なお、前記第１乃至前記第３実施形態と同一の構成には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。
【００６６】
図５に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態の計測対象物抽出部１５と、高解像度化部１６との間にラベリング部４１及び解像度処理対象選別部４２が直列に接続されている。
【００６７】
ラベリング部４１は、計測対象物抽出部１５で特定されたボクセルと、それ以外の特定されないボクセルとで二値化するとともに、隣り合うボクセルがあらかじめ設定された閾値を連続して超える場合に同じ塊として判定する。すなわち、ラベリング部４１は、計測対象物抽出部１５での閾値判定結果に基づいて再構成演算結果を二値化し、あらかじめ設定された閾値を超えたボクセルが連続する場合に同じ塊としてラベルを付ける。
【００６８】
解像度処理対象選別部４２は、ラベリング部４１により同じ塊として判定された各々のボクセルについて、その塊に属するボクセル数を計数し、一定数以下であるものは高解像度化処理の対象から除外する。すなわち、ラベリング部４１において同じラベルを付けられたボクセル数を計数し、そのボクセル数が一定数以上の塊を高解像度化部１６での処理対象として抽出する。
【００６９】
（作  用）
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００７０】
ラベリング部４１では、重みと閾値を比較して二値化処理を適用する。その後に、画像処理等で使用されるラベリング処理を応用して、同じ塊としてみなされるボクセルを特定する。解像度処理対象選別部４２による選別処理では、同じラベルに属するボクセル数を計数し、ボクセル数が多いラベルが付与された塊から優先的に高解像度化処理を適用する。
【００７１】
（効  果）
このように本実施形態によれば、計測空間に存在する物体のうち、比較的大きなものから高解像度化することができる。そのため、計測空間の概形を把握するような場合に、計算量を削減することができる。
【００７２】
（第５実施形態）
（構  成）
図６は本発明の第５実施形態のレーザ形状計測装置を示すブロック図である。なお、前記第１乃至前記第４実施形態と同一の構成には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。
【００７３】
図６に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態の再構成演算部１４に、モデル記憶部５１、相似モデル生成部５２、及び類似度算出部５３が直列に接続されている。
【００７４】
モデル記憶部５１は、計測空間に存在する物体の形状をボクセル状の３次元データとして保存する。すなわち、モデル記憶部５１は、計測空間に存在する物体形状に対する形状計測結果をテンプレートパターンとして記憶する。具体的には、モデル記憶部５１は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶手段により構成される。上記３次元データは、円柱、直方体等のシンプルな幾何学形状、ポンプ及びモーター等の産業機器を模した複雑形状で構築される。
【００７５】
相似モデル生成部５２は、上記三次元データを拡縮し、相似なモデルを生成する。すなわち、相似モデル生成部５２は、上記テンプレートパターンを相似なモデルになるよう拡縮する。この拡縮の手段としては、ボクセルサイズの変更と、使用するボクセル数の変更の二種類があるが、いずれの手段も使用可能である。
【００７６】
類似度算出部５３は、再構成演算部１４から出力された再構成結果と、上記拡縮されたテンプレートパターンとの類似度を算出し、計測対象物５の形状を特定する。具体的には、類似度算出部５３は、計測データから再構成した形状データと、上記予め作成された三次元データの各ボクセルの重みとを比較し、その差分を類似度として算出する。形状再構成で設定されたボクセルサイズと等しくなるように、相似モデル生成部５２の拡縮処理でボクセルサイズを変更する。また、比較対象とする計測データ範囲は、前記三次元データと等しくなるよう抽出される。各形状データの重みは、比較対象とする範囲内において規格化される。
【００７７】
（作  用）
次に、本発明の第５実施形態の作用を説明する。
【００７８】
本実施形態は、計測した散乱光に基づき形状再構成処理が実施された後に実行される。モデル記憶部５１には、予め検出したい物体の形状を、上記３次元データとして保存してある。再構成処理が完了したら、その３次元データを使用して、計測結果中に存在するかを探索する。その際、３次元データの寸法を変更しながら探索する。
【００７９】
類似度の算出手法としては、各ボクセルに付与された重みをパラメータとして内積演算や距離演算を行う手法等があるが、予め作成したデータと計測データの類似度合を評価することが主眼であるため、手法は問わない。
【００８０】
（効  果）
このように本実施形態によれば、形状が明らかな物体を探索する際に使用することができる。予め作成したデータと照合しながら探索するため、ボクセルの細分化による高解像度化を実施しなくても計測の目的を達成することができる。
【００８１】
（第６実施形態）
（構  成）
図７は本発明の第６実施形態のレーザ形状計測装置を示すブロック図である。なお、前記第１乃至前記第５実施形態と同一の構成には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。
【００８２】
図７に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態の再構成演算部１４に、一時記憶部６１、差分算出部６２がそれぞれ接続され、これら一時記憶部６１、差分算出部６２が互いに接続されている。
【００８３】
一時記憶部６１は、再構成演算部１４から出力された再構成結果を一時的に保持する。すなわち、一時記憶部６１は、計測した形状データを一時的に記憶する。ここで、上記一時的とは、一定周期ごとに記憶データが上書きされていくことを意味している。また、一時記憶データの更新周期は、必ずしもパルス発射やシャッター速度等の計測に関する処理周期と関連付ける必要はない。
【００８４】
差分算出部６２は、一時記憶部６１に記憶した形状データと、計測した最新の形状データについて、各ボクセルに付与された重みを比較し、差分が生じる部分を抽出する手段である。具体的には、差分算出部６２は、一時記憶部６１に保持された再構成結果と、この結果より後の時刻に取得された計測結果から再構成された結果とを比較し、あらかじめ設定された閾値以上のボクセル数で不一致が生じている塊を移動体として抽出する。
【００８５】
（作  用）
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００８６】
本実施形態では、一時記憶された形状データと、最新の形状データについてボクセルに付与された重みを比較して、差分が生じる部分を抽出する。比較する二つのデータが生成される間に、レーザ検出器２及びレーザ光源１が移動することも考慮し、二つのデータが最も重なるように比較するボクセルの対応関係を調整する。最適な対応関係を定めた後にも、差分が大きく表れるボクセルを抽出する。
【００８７】
（効  果）
このように本実施形態によれば、計測空間中で移動している物体のみを選択的に検出することができる。そのため、必ずしも物体の形状を正確に検出できていない場合でも、移動している物体が存在することを知ることができる。
【００８８】
したがって、本実施形態を適用することにより、例えば交差点での飛出しを検知するように、直接視認することができない場所でも物陰から飛び出してくるものがないかを事前に検知することが可能となる。
【００８９】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００９０】
なお、上記各実施形態を組み合わせて構成することが可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１…レーザ光源、２…レーザ検出器、３…壁面（散乱用平面）、４…第１の散乱点、５…計測対象部、５ａ…第２の散乱点、６…第３の散乱点、７…回転楕円面、８…遮蔽物、１１…位置測定部、１２…時間差計測部、１３…光路長計算部、１４…再構成演算部、１５…計測対象物抽出部、１６…高解像度化部、２１…エッジ部分特定部、２２…細分化粒度決定部、３１…重みゼロ計数部、３２…重み平均値算出部、３３…高解像度化効果評価部、４１…ラベリング部、４２…解像度処理対象選別部、５１…モデル記憶部、５２…相似モデル生成部、５３…類似度算出部、６１…一時記憶部、６２…差分算出部
【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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