(57)【要約】  ３次元（３Ｄ）測定デバイスにより周辺空間を光学的に走査および測定する方法であって、この方法では、複数の走査像が生成され、次いで周辺空間の統合座標系において位置合わせされる。最初に、少なくとも１つの走査像から少なくとも１つのクラスタが生成され、さらなる走査像が、試験目的のためにクラスタの座標系において位置合わせされ、規定の品質基準が満たされた場合には、次いで生成されたクラスタが継合され、この目的のために、クラスタが選択され、試験目的のために位置合わせされ、適切であれば位置合わせが承認され、ここで、継合されるクラスタは、クラスタの選択を支援するために、ユーザが介入する任意選択の可能性によって視覚化される。
2017514117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元（３Ｄ）測定デバイスにより周辺空間を光学的に走査および測定する方法であり、前記デバイスにより複数の走査像が生成され、次いで前記複数の走査像が前記周辺空間の統合座標系において位置合わせされる方法であって、
前記複数の走査像のうちの少なくとも１つの走査像から少なくとも１つのクラスタを生成するステップと、
前記複数の走査像からの追加の走査像を、試験目的のために前記生成された少なくとも１つのクラスタの座標系において位置合わせするステップと、
規定の品質基準が満たされた場合に、前記追加の走査像の前記位置合わせを承認するステップと、
少なくとも２つのクラスタを選択し、前記少なくとも２つのクラスタを試験目的のために位置合わせし、かつ、前記位置合わせを承認することにより、前記追加の走査像から生成されたクラスタを継合するステップであって、継合される前記クラスタが、ユーザが前記少なくとも２つのクラスタを選択するのをサポートするために視覚化されるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、継合される前記クラスタが、全てのクラスタの圧縮された描写において並んで視覚化されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記クラスタの継合の進捗状況が示されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記選択された少なくとも２つのクラスタが、互いに対してずらされることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記選択された少なくとも２つのクラスタが、前記少なくとも２つのクラスタのそれぞれに関連する点群が重複するように、互いに対してずらされることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、互いに対してずらされた前記選択された少なくとも２つのクラスタが、入力ユニットおよび出力ユニットから得られた情報により互いに空間的関係に置かれ、前記選択された少なくとも２つのクラスタから走査像が選択されて、選択された走査像の対を形成することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記選択された走査像の対が、試験目的のために位置合わせされ、規定の品質基準が満たされた場合に、位置合わせが承認されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、試験目的のための自動的な位置合わせが、前記走査像の重複する領域内の標的、または点に基づく方法を使用することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法を実行するための３Ｄ測定デバイスであって、制御および評価ユニットを含み、前記制御および評価ユニットが、前記走査像全ての複数の測定点に対して少なくとも前記３Ｄ測定デバイスの中心から前記対象物までの距離を判定し、かつ、前記生成された走査像を前記周辺空間の統合座標系において位置合わせすることを特徴とする３Ｄ測定デバイス。
【請求項１０】
請求項９に記載の３Ｄ測定デバイスであって、ベースと、前記ベースに関して回転可能な測定ヘッドと、発光光線を放つ発光体と、レーザスキャナの周囲環境内の対象物によって反射されるかまたは他の方法で散乱された受信光線を受信する光受信器とを含むレーザスキャナとして構成され、前記レーザスキャナの中心が、走査が行われている間は静止し、前記走査と走査の間には移動可能であることを特徴とする３Ｄ測定デバイス。
【請求項１１】
請求項９に記載の３Ｄ測定デバイスであって、継合される前記クラスタを視覚化するための表示ユニットをさらに含むことを特徴とする３Ｄ測定デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザスキャナを使用して周辺空間を光学的に走査および測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、２０１４年４月２日に出願された独国特許出願第ＤＥ１０２０１４１０４７１２．５号の利益を主張するものであり、その内容は参照として本明細書に組み込まれる。
【０００３】
独国特許出願公開第ＤＥ１０２００９０１５９２２Ａ１号は、レーザスキャナを使用して周辺空間を光学的に走査および測定するための方法を説明しており、この方法では、複数の走査像を用いて周辺空間が位置合わせされる。この目的のために、レーザスキャナは、１回の走査後に新たな場所に運ばれて、さらなる走査像を生成する。それらの測定点を含む生成された走査像は、統合座標系において位置合わせされ、測定点の総体が、３次元（３Ｄ）点群を形成する。
【０００４】
周辺空間の複数の走査像を位置合わせする既知の方法を使用することにより、２つの走査像の対での検査に基づき得る位置合わせ処理は、理論的上は一義的になるはずであり、また、完全に自動的に行われ得る。しかし、実際には、性能上の理由から、典型的には全ての走査像が対で検査されるとは限らず、通常、例えば走査像の位置合わせの履歴に起因する範囲内でのみ検査される。これが、位置合わせ処理での妨害が生じ得る理由である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、上記のタイプの方法を改善することに基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、最初に、少なくとも１つの走査像から少なくとも１つのクラスタが生成され、規定の品質基準が満たされるまで、その１つのクラスタにさらなる走査像が追加される。そうでない場合、新たなクラスタが生成される。自動クラスタ化（ａｕｔｏ  ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ）が行われた場合、複数のクラスタが継合（join:結合）
される。この目的のために、クラスタおよび／または走査像は、対で選択されて試験目的のために位置合わせされなければならない。
【０００７】
クラスタを継合するためのクラスタおよび／または走査像の選択は、様々な方法で行われ得る。走査像が総体として十分な情報を得るのであれば、クラスタの自動的な継合を可能にする戦略が使用可能であり、特に戦略がクラスタ化の際に既に進められる場合には、良好な性能でのクラスタの自動的な継合が可能である。追加的に（すなわち、さらに支援しかつ促進させるために）、またはその代わりに（具体的には、走査像から集められた情報が全体に不十分であるか不明瞭である場合に）、ユーザによる介入が行われてもよい。後からの位置合わせの場合、それらの介入は、例えば、対（ペア）の選択における支援であってもよく、現場での位置合わせの場合には、追加の走査であってもよい。いかなる場合でも、クラスタへの継合が提案された後で、ユーザによる承認が要求され得る。
【０００８】
以下、図面に示された例示的な実施形態に基づいて、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】自動的なクラスタ化の方法の概略的な流れ図である。
【図２】クラスタの概略図である。
【図３】分割表示としての２つの走査像の概略図である。
【図４】クラスタの継合の方法の概略的な流れ図である。
【図５】動作中のレーザスキャナの概略的な部分破断図である。
【図６】図５のレーザスキャナの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図５および６を参照すると、本発明の実施形態は、対象物Ｏに向けて光線を誘導する３Ｄ座標測定デバイスに関し、対象物Ｏは、逆反射体などの協調的な標的か、または、対象物Ｏの広範に拡散する表面などの非協調的な標的であり得る。デバイス内の距離計が、対象物Ｏまでの距離を測定し、角度エンコーダが、デバイス内の２つの軸の回転の角度を測定する。測定された距離および２つの角度は、デバイス内のプロセッサが対象物Ｏの３Ｄ座標を判定することを可能にする。本発明の実施形態は、３Ｄ座標測定デバイスとしてレーザスキャナ１０を開示するが、レーザトラッカまたはトータルステーションを利用する種々の他の実施形態が、当業者には明かであるべきである。３Ｄ測定デバイスはまた、対象物Ｏ上に光パターン（例えば、赤外光パターン）を生成するプロジェクタと、対象物Ｏ上の光パターンを捕捉する１つ以上のカメラとを含む、可搬式自由型デバイス（ｐｏｒｔａｂｌｅ  ｆｒｅｅｓｔｙｌｅ  ｄｅｖｉｃｅ）であってもよい。
【００１１】
レーザスキャナは、典型的には、建築物、産業設備、およびトンネルの内部領域などの、閉じた空間または開けた空間を走査するために使用される。レーザスキャナは、例えばビルディングインフォメーションモデリング（ＢＩＭ：ｂｕｉｌｄｉｎｇ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｍｏｄｅｌｉｎｇ）、工業分析、事故再現用途、考古学的研究、および科学捜査を含む、多くの目的に使用される。レーザスキャナが、レーザスキャナ周辺の体積内の対象物を表すデータ点の取得を通じてその体積内の対象物を光学的に走査および測定するために使用され得る。そのようなデータ点は、対象物上に光のビームを送り、反射されたまたは散乱した光を回収し、距離、２つの角度（すなわち、方位角および天頂角）を判定しまた場合によりグレースケール値を判定することによって、得られる。この生の走査データは、走査された領域または対象物を表す３Ｄ画像を生成するために、収集され、記憶されて、プロセッサに送られる。画像を生成するために、各データ点に対して少なくとも３つの値が収集される。これらの３つの値は、距離および２つの角度を含み得るか、または、ｘ、ｙ、ｚ座標などの変換された値であり得る。
【００１２】
図５および６では、レーザスキャナ１０が、レーザスキャナ１０を取り囲む周囲環境を光学的に走査および測定するために示されている。レーザスキャナ１０は、測定ヘッド１２およびベース１４を備える。測定ヘッド１２は、第１の回転駆動装置によって駆動されて第１の軸１２ａの周りでベース１４に対して回転することができるように、ベース１４に取り付けられる。第１の軸１２ａの周りでの回転は、ベース１４の中心の周りでの回転であってもよい。測定ヘッド１２は、第２の回転駆動装置によって駆動されて第２の軸１６ａの周りで回転することができる鏡１６を備える。レーザ１０の通常の直立位置を参照すると、第１の軸１２ａは、垂直軸または方位軸と呼ぶことができ、第２の軸１６ａは、水平軸または天頂軸と呼ぶことができる。レーザスキャナ１０は、第１の軸１２ａと第２の軸１６ａとの交差点であるジンバル点または中心Ｃ１０を含むことができる。
【００１３】
測定ヘッド１２は、例えば発光光線１８を放つ、発光体１７などの電磁放射線放射源をさらに備える。一実施形態では、発光光線１８は、レーザビームなどのコヒーレント光である。レーザビームは、おおよそ３００から１６００ナノメートルの範囲、例えば、７９０ナノメートル、９０５ナノメートル、１５５０ナノメートル、または４００ナノメートル未満の波長を有し得る。より大きいまたはより小さい波長を有する他の電磁放射線ビームも使用され得ることが、理解されるべきである。発光光線１８は、例えば正弦波形または矩形波形により、振幅変調または輝度変調されてもよい。あるいは、発光光線１８は、他の方法で、例えばチャープ信号により変調されてもよく、または、コヒーレント受信器の方法が使用されてもよい。本実施形態では、発光光線１８は、連続波レーザビームである。しかし、発光光線１８は、パルスレーザであってもよい。発光光線１８は、発光体１７により鏡１６上に放たれて、鏡１６においてレーザスキャナ１０の周囲環境へ偏向される。
【００１４】
以下受信光線２０と称する反射された光線が、対象物Ｏにより周囲環境から反射される。反射されたまたは散乱した光は、回転鏡１６によって遮られて、受信光学素子（ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃｓ）を有する光受信器２１上に向けられる。発光光線１８および受信光線２０の方向は、軸１２ａの周りでの測定ヘッド１２の角度位置、および軸１６ａの周りでの鏡１６の角度位置に起因する。これらの角度位置は、対応する回転デバイスに依存する。第１の軸１２ａの周りでの回転の角度は、第１の角度エンコーダによって測定される。第２の軸１６ａの周りでの回転の角度は、第２の角度エンコーダによって測定される。
【００１５】
制御および評価ユニット２２が、測定ヘッド１２内で発光体１７および光受信器２１とのデータ接続を有し、ここで、制御および評価ユニット２２の部品は、例えばベース１４に接続されたコンピュータとして、測定ヘッド１２の外側に配置されてもよい。制御および評価ユニット２２は、複数の測定点Ｘに対してレーザスキャナ１０と対象物Ｏ上の測定点Ｘとの間の対応する数の距離ｄを判定するように構成される。特定の測定点Ｘまでの距離は、少なくとも部分的には、電磁放射線がデバイス１０から測定点Ｘまで伝搬する空気中の光の速さに基づいて判定される。一実施形態では、測定点Ｘに送られてそこから受信される変調された光線１８、２０の位相のずれが、測定距離ｄを得るために判定および評価される。
【００１６】
空気中の光の速さは、気温、気圧、相対湿度、および二酸化炭素濃度などの空気の特性に依存する。そのような空気の特性は、空気の屈折率に影響を及ぼす。空気中の光の速さは、真空中の光の速さを屈折率で割ったものに等しい。本明細書で論じられるタイプのレーザスキャナは、空気中の光の飛行時間（光がデバイスから対象物まで行ってデバイスに戻ってくる往復時間）に基づく。光の飛行時間（または、任意のタイプの電磁放射線の飛行時間）に基づく距離測定方法は、空気中の光の速さに依存し、したがって、三角測量に基づく距離測定方法とは容易に区別される。三角測量に基づく方法は、光源からの光を特定の方向に沿って投光し、次いでカメラ画素上の光を特定の方向に沿って遮断することを伴う。カメラと投光器との間の距離を知ることにより、また、投光された角度と受信された角度とを整合することにより、三角測量の方法は、既知の長さおよび三角形の２つの既知の角度に基づいて、対象物までの距離を判定することを可能にする。したがって、三角測量の方法は、空気中の光の速さに直接依存しない。
【００１７】
測定ヘッド１２は、レーザスキャナ１０に組み込まれた表示デバイス２４を含むことができる。表示デバイス２４は、図６に示されるように、グラフィカルタッチスクリーンであり得るユーザインタフェースを含む。例えば、表示デバイス２４は、操作者がレーザスキャナ１０に測定命令を与えること、具体的にはパラメータを設定することまたはレーザスキャナ１０の操作を開始することを可能にするユーザインタフェースを有することができ、表示デバイス２４はまた、測定結果を表示することができる。
【００１８】
一実施形態では、レーザスキャナ１０の周囲環境の走査は、鏡１６を第２の軸１６ａの周りで比較的速く回転させる一方で、測定ヘッド１２を第１の軸１２ａの周りで比較的ゆっくりと回転させ、それにより組立体を螺旋パターンで動かすことによって行われる。例示的な一実施形態では、回転鏡１６は、毎分５８２０回転の最大速度で回転する。そのような測定では、走査像は、測定点Ｘの総体であると定義される。そのような走査像に対して、中心Ｃ１０は、局所的な固定された参照系の原点を画定する。ベース１４は、この局所的な固定された参照系内に位置する。
【００１９】
中心Ｃ１０から対象物Ｏ上の測定点Ｘまでの距離ｄを測定することに加えて、レーザスキャナ１０はまた、受信された光強度に関連するグレースケール値を収集することができる。グレースケール値は、例えば、光受信器２１において帯域フィルタを通されかつ増幅された信号を測定点Ｘに起因する測定周期にわたって統合することにより、判定され得る。場合により、カラーカメラ２５によりカラー画像が生成されてもよい。それらのカラー画像の使用を通じて、色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を追加的な値として測定点Ｘに割り当てることができる。
【００２０】
周辺空間または広い空間を様々な方向から走査するために、複数の走査像が、様々な場所（様々な中心の集合に対応する）から捕らえられ、次いで、周辺空間の統合座標系ＸＹＺにおいて位置合わせされる。レーザスキャナ１０は、この目的のためにその場所を変更する必要があり、したがって、統合座標系ＸＹＺ内でのレーザスキャナ１０の中心Ｃ１０は、そのたびに先の集合からの新たな中心に移動する。
【００２１】
走査像を位置合わせするために、点に基づく方法（pointe-based method）、または標的を使用する方法を使用することができる。例示的な一実施形態では、位置合わせは、標的を使用して行われる。標的は、走査像の重複する領域内に局限されかつ識別される。「天然の」標的、すなわち対象物Ｏの特定の構造、および、「人工の」標的、すなわち走査過程のために対象物Ｏまたは周囲環境に特別に加えられた標的、例えば格子縞パターンの両方が、標的として適切である。標的が埋め込まれ、また隣り合う標的によって画定される幾何形状は、例えば前述の独国特許出願公開第ＤＥ１０２００９０１５９２２Ａ１号で説明されるように、各標的に対して判定される。次いで、埋め込みの幾何形状は、最初に対応する標的の対を自動的に見つけ出し、次いで２つの走査像の最良の割り当てを見つけ出すために、互いに比較され得る。全ての走査像が統合座標系ＸＹＺにおいて位置合わせされると、全ての走査像の全ての測定点Ｘの総体が、３次元点群３ＤＰを形成する。
【００２２】
通常、各走査像の中心の相対位置に関する追加的な情報を有さずとも、標的を使用することによる全ての走査像の位置合わせが可能である。性能を向上させるために、走査像の時刻記録を使用して、隣り合う走査像をより速く見つけて位置合わせすることができる。位置合わせの結果は、表示ユニット２４上に示すことができる。ユーザによる確認は、任意的なものである。
【００２３】
しかし、例えば走査像の重複する領域内に十分な標的がないこと、曖昧な埋め込み幾何形状、または難解なトポロジーといった問題が、位置合わせ中に生じる可能性もある。すぐには認識されないがユーザによってのみ認識される問題が存在する可能性もある。したがって、明確に整合する走査像を含む自動クラスタが生成され得る。そのような明確な整合を画定するために、満たされなければならない規定の品質基準が定められ得る。そのような品質基準は、例えば、埋め込み幾何形状が割り当てられた後の、標的の残りの逆二乗に対する閾値であってもよく、この場合、品質基準は、整合性が増すとともに向上するであろう。
【００２４】
図１では、「自動クラスタ化」中の手順の概略図が、どのようにしてそれが自動的に行われるか、例えば適切なフィルタリングデバイスの使用を通じて行われるかを示す。開始ステップ１０１の後、処理ステップ１０２において第１のクラスタＧ１が画定され、第１の走査像｛Ｘ（１）｝−最初は唯一の走査像として−が、それに割り当てられる（矢印によって示される）。この第１の走査像｛Ｘ（１）｝はまた、第１のクラスタＧ１の座標系を画定する。後に続くループに関して、このループは周期毎にクラスタＧｍを処理するものであり、したがって、第１の周期中は、ｍ＝１である。さらなる走査像｛Ｘ（ｉ）｝は、ｉ＝２から始まる。
【００２５】
次いでループが始まるが、このループは、目下処理されているクラスタＧｍの座標系においてさらなる走査像｛Ｘ（ｉ）｝が試験目的のために位置合わせされる処理ステップ１０３を含む。クラスタＧｍは、比較的多数の標的を含むことができる。２つの可能性が存在する。１つは、性能上の理由から、例えばクラスタＧｍの最後に首尾よく位置合わせされた走査像（または別の走査像）、およびさらなる走査像｛Ｘ（ｉ）｝から、対が形成される。もう１つは、位置合わせの成功率を高めるために、クラスタＧｍ（完全なクラスタＧｍ、またはいくつかの走査像から成る周辺部分）、およびさらなる走査像｛Ｘ（ｉ）｝から、対が形成される。「周辺部分」という表現は、それらのそれぞれの隣接する走査像と重複する多数の走査像でクラスタＧｍが構成されることを言い換えるべきであり、また、さらなる走査像｛Ｘ（ｉ）｝が、クラスタＧｍの中心において位置合わせされた走査像とは重複せずに、クラスタＧｍの周辺において位置合わせされた（いくつかの）走査像と重複し、ここで、走査像の重複する部分における共通の標的が走査像を位置合わせするために使用されることが、かなり確実である。具体的には、いくつかの走査像で形成されたクラスタＧｍの周辺部分における共通の標的の数は、クラスタＧｍの単一の走査像の標的の数よりも多く、したがって、さらなる走査像｛Ｘ（ｉ）｝の位置合わせが成功する可能性が高まる。対は、試験目的のために位置合わせされる。
【００２６】
決定過程１０４が、位置合わせが成功したかどうか、すなわち、位置合わせの品質基準が満たされたかどうかを検査する。成功した場合（Ｙ）、位置合わせは処理ステップ１０５において（手順によって）承認され、そうでない場合（Ｎ）、試験目的のための位置合わせは却下される。
【００２７】
続く決定ステップ１０６が、このループにおいてまだ試験目的のために位置合わせされていないさらなる走査像｛Ｘ（ｉ）｝（「自由な走査像」）が入手可能であるかどうかを確認する。そのような確認は、通常、増分するループ計数器（例えば、走査像の番号「ｉ」）および適切なフラグによって行われる。そのような自由な走査像｛Ｘ（ｉ）｝がなおも入手可能である場合（Ｙ）、ループは処理ステップ１０３に戻り、試験目的のための位置合わせを行う。決定ステップ１０６は、ループの初めに行われてもよい。自由な走査像｛Ｘ（ｉ）｝がもはや入手可能でない場合、自動クラスタ化は、最終ステップ１０７で終了する。
【００２８】
決定ステップ１０４後に試験目的のための位置合わせが却下された場合、新たなクラスタＧｍ（ｍ＝ｍ＋１）が処理ステップ１０８において画定され、試験目的のために位置合わせされた最後の走査像｛Ｘ（ｉ）｝が、この新たなクラスタＧｍに割り当てられる。この最後に名付けられた走査像｛Ｘ（ｉ）｝が、新たなクラスタＧｍの座標系を画定する。次いで手順は、試験目的のための位置合わせの処理ステップ１０３に継続する。
【００２９】
変形された一実施形態では、試験目的のための位置合わせが不成功の場合には、新たなクラスタ化はすぐには開始されず、代わりに、指定された数の次の自由な走査像｛Ｘ（ｉ）｝が現在のクラスタＧｍに割り当てられるか試される。性能を考慮すると、時間に関して（したがって、通常は空間に関しても）隣接する走査像を試験目的のために位置合わせすることのみが試みられるように、例えば走査像の時刻記録（タイムスタンプ）または連続する走査像の数についての限界を定めること、すなわち、空間および／または時間に関する限界を定めることにより、まだ試されていないこれらの走査像の数を限定することが適切である。これにより、時間の消費または位置合わせの複雑さが軽減される。
【００３０】
説明された一連の手順に対する代替形態では、走査像｛Ｘ（ｉ）｝は、試験目的のために、より平行的な方法（結晶成長に対応する）で、対で試験され得る。整合する各対から、クラスタＧｍが核形成部位（nucleation site）として形成される。クラスタＧｍから、またはクラスタＧｍからの単一の走査像および自由な走査像｛Ｘ（ｉ）｝から新たな対が生じ、それらの新たな対も同様に、最終的にさらに成功した位置合わせがなくなるまで、試験目的のための位置合わせが行われたか確認される。
【００３１】
建築物の場合、クラスタＧｍは、同じ部屋、同じ階、同じ建築物、またはその内側および外側からの、隣り合った走査像｛Ｘ（ｉ）｝を含むことが多い。
【００３２】
複数のクラスタＧｍを例えば適切な位置合わせデバイス上で継合することに対して、問題が残っている。したがって、クラスタＧｍが比較的多数の標的を含むことを（処理ステップ１０３におけるように）考慮しなければならない。性能上の理由から、対を形成する際に、単一の走査像｛Ｘ（ｉ）｝はクラスタＧｍから選択され得る。しかし、試験目的のための位置合わせの成功率を高めるために、また特には単一の走査像｛Ｘ（ｉ）｝の対がステップ１０３で使用された場合には、全クラスタＧｍまたはその周辺部分を使用する方が良い。第１のクラスタＧｍから単一の走査像｛Ｘ（ｉ）｝が選択され、第２のクラスタＧｌが全体としてまたは周辺部分において使用される。または、２つのクラスタＧｍ、Ｇｌおよび／またはその周辺部分によって対が形成される。次いで、第１のクラスタＧｋから選択されたそのような走査像｛Ｘ（ｉ）｝が、例えば第２のクラスタＧｌの座標系において（試験目的のために）位置合わせされる。クラスタＧｍの継合は、例えば、進捗状況を示すために、または、ユーザの任意的な承認を得るために、または、ユーザによる任意的なサポートを依頼するために、視覚化することができる。
【００３３】
考えられる第１の視覚化（「対応表示」）は、例えば表示ユニット２４上での、並んだ全てのクラスタＧｍの圧縮表現である。「並んだ」という表現は、クラスタＧｍの貫入または重複を伴わない、表示器上でのクラスタＧｍの空間的な隣接配置を意味する。視覚化は、ユーザがクラスタＧｍを認識するのに役立つクラスタＧｍの構造および特徴を使用することを試みる。建築物の場合、建築物の間取図に対応する、クラスタＧｍの上面図を選択することが適切である。これは、図２において、３つのクラスタＧｋ、Ｇｌ、およびＧｍにより例示的な形で示されており、この図では、実線は、認識された壁を表すものであり、破線は、３次元点群３ＤＰのおおよその広がりを表すものである。視覚化が更新されることにより、クラスタの継合の進捗状況が示される。つまり、２つのクラスタＧｍが継合されると、それらは表示器上でその継合された状態で視覚化される。継合されたクラスタＧｍのあらゆる対が、部分的な成功物である。特別な場合、例えば、クラスタＧｍが建築物の２つの階に広がる場合には、前述のＧｍの副クラスタを形成すること、例えば各階に１つの副クラスタを形成することが有用であり得ることが、留意されるべきである。次いで、それらの副クラスタのそれぞれは、同じ階の他のクラスタＧｍと並んで表示され得る。階のうちの１つを選択することで、ユーザは、選択された階の全てのクラスタＧｍの上面図を有することができる。
【００３４】
考えられる第２の視覚化（「分割表示」）は、図３に示されるように、クラスタＧｋ、Ｇｌ（これらは目下処理されている）の対、またはクラスタＧｋ、Ｇｌから選択された走査像｛Ｘ（ｉ）｝、｛Ｘ（ｊ）｝の、分割（画面）表示における表現である。この２つの走査像｛Ｘ（ｉ）｝、｛Ｘ（ｊ）｝のそれらの標的Ｔ（ｉ）１、Ｔ（ｉ）２、Ｔ（ｉ）３、Ｔ（ｉ）４、およびＴ（ｊ）１、Ｔ（ｊ）２、Ｔ（ｊ）３、Ｔ（ｊ）４を含む表現は、推測される相対的回転は実際には問題にならないはずであるので、概略的なものである。両方の視覚化はまた、それらの間での変更が可能であるように、組み合わせることができる。
【００３５】
光学的視覚化によるクラスタＧｍの継合が、図４に流れ図として示されている。開始ステップ１１１の後、上記の視覚化が、任意選択の出力ステップ１１２で行われる。呼び出される（また、後で説明される）副プログラム１１３において、２つのクラスタ、および２つのクラスタからのそれぞれ１つの走査像が選択され、それらは一緒に、試験目的のために位置合わせされる対を形成する。より正確には、試験目的のために第２のクラスタＧｌの座標系において位置合わせされることになっている走査像｛Ｘ（ｉ）｝が、第１のクラスタＧｋから選択され、そのために、同様に走査像｛Ｘ（ｊ）｝がこの第２のクラスタＧｌから代表的に選択され、２つの走査像｛Ｘ（ｉ）｝、｛Ｘ（ｊ）｝が対を形成する。
【００３６】
処理ステップ１１４において、対を−処理ステップ１０３におけるように−試験目的のために位置合わせし、それによりクラスタを継合することが試みられる。決定ステップ１１５において、そのような継合が成功したかどうかが検査される。成功した場合（Ｙ）、処理ステップ１１６（処理ステップ１０５に対応する）において位置合わせが承認され、また場合により、出力ステップ１１２に対応する新たな出力ステップ１１７が行われる。成功していない場合（Ｎ）、２つのクラスタは分かれたままである。さらなる決定ステップ１１８（ループの別の時点に配置することもできる）において、まだ継合されていない、すなわち依然として「自由」である、利用可能なクラスタＧｍが存在するかどうかが確認される。利用可能なクラスタＧｍが存在する場合（Ｙ）、ループは、副プログラム１１３を呼び出し、また処理ステップ１１９を追加して、継続する。そうでない場合（Ｎ）、全てのクラスタＧｍが継合され、その結果、最終ステップ１２０で終了することが可能になる。任意選択の追加される処理ステップ１１８は、ループの初めに実行されてもよいが、このステップ１１８は、全ての自由なクラスタがすでに継合に関して試されて不成功であった場合に、パラメータを変更する。具体的には、試験目的のための走査像の位置合わせに対する品質基準を下げることができる。
【００３７】
対の選択および形成を含む副プログラム１１３は、変形された異なる形で実施されてもよい。
【００３８】
第１の可能性は、対を形成するためのクラスタＧｋ、Ｇｌおよび／または走査像｛Ｘ（ｉ）｝、｛Ｘ（ｊ）｝を戦略的に選択することである。時刻記録に関して連続している２つのクラスタＧｋ、Ｇｌが選択された場合、次いで、後のもの−時刻記録に関して−である第２のクラスタＧｌの第１の走査像｛Ｘ（ｊ）｝と対を形成するために、第１のクラスタＧｋからの複数の走査像｛Ｘ（ｉ）｝が、連続して（例えば、副プログラム１１３が呼び出されるたびに）選択され得る。適切であれば、最後の走査像｛Ｘ（ｉ）｝だけが、第１のクラスタＧｋから選択される。この場合もやはり、第１のクラスタＧｋおよび第２のクラスタＧｌが全体として選択されるか、または、２つのクラスタＧｋ、Ｇｌの周辺領域が選択されてもよい。あるいは、対は、一方は第１のクラスタＧｋ全体（または第１のクラスタＧｋの周辺部分）により、他方は第２のクラスタＧｌの第１の走査像｛Ｘ（ｊ）｝により、形成される。次いで、第１のクラスタＧｋが行き詰まりを迎え、また、決定ステップ１０６において空間および／または時間に関して定められた限界のためにまだチェックされていないより早い時点において第２のクラスタＧｌが枝分かれする、という仮定の下に、進行する。この戦略の中で、限界は取り消される。さらなる戦略が可能である。建築物の場合、さらなる戦略は、クラスタＧｋ、Ｇｌを階によって区別することであってもよい。階は、例えば３Ｄ測定デバイスの内蔵センサである高度計によって検出されてもよい。
【００３９】
対のうちのいくつかがすでに一度試されて不成功であった時には（留意されることが適切である）、修正されたパラメータを用いる処理ステップ１１８が有用になり得る。そのような副プログラム１１３（戦略的な選択を含む）の実施は、クラスタＧｋ、Ｇｌおよび走査像｛Ｘ（ｉ）｝、｛Ｘ（ｊ）｝を選択するための完全に自動的な方法を提供する。パラメータを修正することは、品質基準の低下を含み得る。副プログラム１１３はループ内にあるので、低下は繰り返される。しかし、低下した品質基準により、ユーザによる最終的な承認は、適切なものになる。
【００４０】
第２の可能性は、副プログラム１１３でのユーザによる支援を前提とすること、すなわち、クラスタＧｍを継合するための半自動的な方法である。
【００４１】
並んだクラスタによる第１の視覚化の場合（図２）では、ユーザは、適切な入力ユニット、例えばマウスにより、クラスタを互いに対してずらすことができる。ユーザは、点群が重複するように、例えばクラスタＧｌをクラスタＧｋへとずらす。入力ユニットおよび出力ユニットから得られた情報により、関係のあるクラスタＧｋおよびクラスタＧｌを互いに空間的関係に置くことができ、また、そこから適切な走査像を選択することができる。対応する標的は互いに直接近接するので、ステップ１１４における試験目的のための位置合わせは、すぐに成功する。
【００４２】
分割表示における第２の視覚化の場合では、図３は、左側および右側に２つの走査像を示す。左側に示された走査像｛Ｘ（ｉ）｝の標的Ｔ（ｉ）１、Ｔ（ｉ）２、Ｔ（ｉ）３、Ｔ（ｉ）４は、右側に示された走査像｛Ｘ（ｊ）｝の標的Ｔ（ｊ）１、Ｔ（ｊ）２、Ｔ（ｊ）３、Ｔ（ｊ）４に対応することになっている。ユーザは、適切な入力ユニット、例えばマウスまたはタッチスクリーンにより、この対応を提供することができる。最初に、処理ステップ１１４において、そのような対応する標的の２つの対、例えばＴ（ｉ）１およびＴ（ｊ）１ならびにＴ（ｉ）２およびＴ（ｊ）２を使用して試験目的のための位置合わせを実行することが試みられる。副プログラム１１３がさらに呼び出されるたびに、対応する標的のさらなる対が呼び出される。
【００４３】
第３の可能性は、現場での位置合わせの場合に存在する。この目的のために、周辺空間がまだ位置合わせされている（すなわち、光学的に走査および測定されている）間、すなわち、レーザスキャナ１０を有するユーザがまだ現場にいる間に、走査像｛Ｘ（ｉ）｝が、すでに位置合わせされる、すなわち、クラスタに継合される。位置合わせは、カラーカメラ２５が使用されるときに２つの走査像の間で行われ得る。場合により、レーザスキャナ１０は、それまでに行われた走査像の位置合わせが成功していた場合に限り、次の（正規の）走査像｛Ｘ（ｉ）｝を可能にする。
【００４４】
前のクラスタ化が終了したと見なされて新たなクラスタ化が開始される場合、すなわち、試験目的のための位置合わせが不成功だった場合、副プログラム１１３は、通常は最後に走査された領域において少なくとも１つの追加の（臨時の）走査像｛Ｘ（ｊ）｝を生成することをユーザに要求することができ、この最後に走査された領域は、ちょうど終了したクラスタ化と開始したクラスタ化（すなわち、継合が不成功だったクラスタ化）とが由来する領域であり、また、現代的な方法でユーザに対して視覚化することができる。追加の走査像｛Ｘ（ｊ）｝に関する指示を行うのが遅くなるほど、継合が不成功に終わったクラスタを含む正しい領域をユーザが見つけ出すことが難しくなる。
【００４５】
対は、追加の走査像｛Ｘ（ｊ）｝、および、ちょうど終了したクラスタの選択された利用可能な走査像｛Ｘ（ｉ）｝から形成される。選択は、この場合もやはり、副プログラム１１３を実施する第１の可能性におけるように、戦略的に（また自動的に）行うことができる。終了したクラスタが追加の走査像により首尾よく補完されると、終了したクラスタとちょうど開始されたクラスタとを継合することが試みられる。適切であれば、追加の走査像に関するさらなる指示が行われる。
【００４６】
限られた数の実施形態だけに関連して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はそのような開示された実施形態に限定されないことが、容易に理解されるべきである。むしろ、本発明は、これまで説明されていないが本発明の精神および範囲に見合う任意の数の変形、変更、置換、または同等の構成を組み込むように、修正され得る。さらに、本発明の種々の実施形態を説明してきたが、本発明の態様は説明された実施形態のうちの一部のみを含む場合もあることが、理解されるべきである。したがって、本発明は、上記の説明によって制限されるものと受け止められるべきではなく、添付の特許請求の範囲に記載の範囲によってのみ制限されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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