(57)【要約】【課題】３次元形状を精度よく計測する。【解決手段】３次元計測システムによる計測方法は、屋外で、計測端末を用いてＧＰＳ信号を受信して、内部時計の時刻をＧＰＳの時刻に同期させるステップ（Ｓ８１０）と、トータルステーションが接続されているコンピュータに計測端末を接続して、コンピュータの内部時計の時刻を計測端末の時刻に同期させるステップ（Ｓ８３０）と、３次元計測の対象となるエリアに複数の基準点マーカを設定するステップ（Ｓ８４０）と、トータルステーションに計測端末を取り付けて、計測端末の内部のモーションセンサのヨー角（０度）と、トータルステーション２２０のヨー角（０度）とを一致させるステップ（Ｓ８５０）と、計測端末のレーザスキャナのレーザ計測方向の基準軸をモーションセンサのヨーイング方向の基準軸に合わせるステップ（Ｓ８６０）とを含む。【選択図】図８
2009294128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元計測システムであって、角度および距離を測定するトータルステーションと、携帯可能な計測端末と、情報処理装置とを備えており、
前記計測端末は、
測位衛星から発信される測位信号を受信する受信器と、
時刻を計測する第１の時計と、
測距光を反射するための反射器と、
カメラと、
走査光を発して当該走査光の反射光に基づいて３次元情報を取得するスキャナと、
前記計測端末の姿勢を表わす姿勢情報を出力する姿勢検出器と、
前記位置情報と、前記３次元情報が取得された取得時刻と、前記取得時刻において出力された姿勢情報とを格納する記憶手段と、
前記計測端末の動作を制御する制御装置とを備え、
前記トータルステーションは、
前記第１の時計に同期している第２の時計と、
前記反射器からの反射光に基づいて、前記反射器の位置情報を取得する取得手段とを備え、
前記情報処理装置は、
データの入力を受け付ける入力手段と、
データを格納する記憶装置と、
プロセッサとを備え、
前記プロセッサは、
前記姿勢情報と、前記３次元情報と、前記取得時刻と、予め規定された前記カメラおよび前記スキャナの位置情報を表わす設計情報とに基づいて、前記スキャナの基準点の座標値と前記カメラの基準点の座標値とを導出する導出手段と、
前記導出手段によって導出された前記スキャナの基準点の座標値および前記カメラの基準点の座標値とに基づいて、前記スキャナによって出力された３次元情報を補正する補正手段と、
前記補正手段による補正後の３次元情報を出力する出力手段とを含む、３次元計測システム。
【請求項２】
前記計測端末は、前記反射器と前記計測端末の筐体との間隔を可変にするための伸縮部材をさらに備える、請求項１に記載の３次元計測システム。
【請求項３】
前記計測端末による計測の前において、前記計測端末のヨー角と、前記トータルステーションのヨー角とは、一致している、請求項１または請求項２に記載の３次元計測システム。
【請求項４】
前記カメラが画像を取得する時刻は、前記３次元情報の取得時刻に同期している、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の３次元計測システム。
【請求項５】
前記計測端末の前記入力手段は、前記第１の時計の時刻を前記測位信号に含まれる時刻に同期させるための操作入力を受け付けるように構成されている、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の３次元計測システム。
【請求項６】
前記計測端末は、片手で把持することができる、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の３次元計測システム。
【請求項７】
３次元計測のための携帯可能な計測端末であって、
測位衛星から発信される測位信号を受信する受信器と、
時刻を計測する第１の時計と、
測距光を反射するための反射器と、
カメラと、
走査光を発して当該走査光の反射光に基づいて３次元情報を取得するスキャナと、
前記計測端末の姿勢を表わす姿勢情報を出力する姿勢検出器と、
前記位置情報と、前記３次元情報が取得された取得時刻と、前記取得時刻において出力された姿勢情報とを格納する記憶手段と、
前記計測端末の動作を制御する制御装置とを備える、計測端末。
【請求項８】
前記計測端末は、前記反射器と前記計測端末の筐体との間隔を可変にするための伸縮部材をさらに備える、請求項７に記載の計測端末。
【請求項９】
前記計測端末による計測の前において、前記計測端末のヨー角と、前記トータルステーションのヨー角とは、一致している、請求項７または請求項８に記載の計測端末。
【請求項１０】
前記カメラが画像を取得する時刻は、前記３次元情報の取得時刻に同期している、請求項７〜請求項９のいずれかに記載の計測端末。
【請求項１１】
前記計測端末の前記入力手段は、前記第１の時計の時刻を前記測位信号に含まれる時刻に同期させるための操作入力を受け付けるように構成されている、請求項７〜請求項１０のいずれかに記載の計測端末。
【請求項１２】
前記計測端末は、片手で把持することができる、請求項７〜請求項１１のいずれかに記載の計測端末。
【請求項１３】
計測端末とトータルステーションと情報処理装置とを用いた３次元形状の計測方法であって、前記計測端末は、カメラとスキャナとを備えており、
計測端末が、測位衛星から発信される測位信号を受信するステップと、
前記計測端末が、時刻を計測するステップと、
前記計測端末が、毎秒ごとに出力されるパルスに従って前記カメラにより撮影するステップと、
前記計測端末が、前記スキャナから走査光を発することにより当該走査光の反射光に基づいて３次元情報を取得するステップと、
前記計測端末が、自己の姿勢を表わす姿勢情報を取得するステップと、
前記計測端末が、前記位置情報と、前記３次元情報が取得された取得時刻と、前記取得時刻において出力された姿勢情報とを保存するステップと、
前記計測端末が、前記保存するステップにおいて保存した位置情報と、前記取得時刻と、前記姿勢情報とを出力するステップと、
前記トータルステーションが、前記計測端末における計測タイミングに同期して時刻を計測するステップと、
前記トータルステーションが、前記計測端末を追尾することにより、前記計測端末の位置情報を取得するステップと、
前記情報処理装置が、前記姿勢情報と、前記３次元情報と、前記取得時刻と、予め規定された前記カメラおよび前記スキャナの位置情報を表わす設計情報とに基づいて、前記スキャナの基準点の座標値と前記カメラの基準点の座標値とを導出するステップと、
前記導出するステップにおいて導出された前記スキャナの基準点の座標値および前記カメラの基準点の座標値とに基づいて、前記スキャナによって出力された３次元情報を補正するステップとを含む、３次元形状の計測方法。
【請求項１４】
計測端末とトータルステーションによって得られたデータに基づいてコンピュータが実行する３次元形状の計測方法であって、前記計測端末は、カメラとスキャナとを備えており、前記計測方法は、
計測端末が、測位衛星から発信される測位信号を受信するステップと、
前記計測端末が、時刻を計測するステップと、
前記計測端末が、前記カメラにより撮影するステップと、
前記計測端末が、前記スキャナから走査光を発することにより当該走査光の反射光に基づいて３次元情報を取得するステップと、
前記計測端末が、自己の姿勢を表わす姿勢情報を取得するステップと、
前記計測端末が、前記位置情報と、前記３次元情報が取得された取得時刻と、前記取得時刻において出力された姿勢情報とを保存するステップと、
前記計測端末が、前記保存するステップにおいて保存した位置情報と、前記取得時刻と、前記姿勢情報とを出力するステップと、
前記トータルステーションが、前記計測端末における計測タイミングに同期して時刻を計測するステップと、
前記トータルステーションが、前記計測端末を追尾することにより、前記計測端末の位置情報を取得するステップと、
前記情報処理装置が、前記姿勢情報と、前記３次元情報と、前記取得時刻と、予め規定された前記カメラおよび前記スキャナの位置情報を表わす設計情報とに基づいて、前記スキャナの基準点の座標値と前記カメラの基準点の座標値とを導出するステップと、
前記導出するステップにおいて導出された前記スキャナの基準点の座標値および前記カメラの基準点の座標値とに基づいて、前記スキャナによって出力された３次元情報を補正するステップとを含む、３次元形状の計測方法。
【請求項１５】
対象物までの角度及び距離を測定するトータルステーションであって、
測位衛星から発信される測位信号を受信する受信器と、
時刻を計測する時計と、
前記測位信号に含まれる時刻情報に基づいて前記時計の時刻を補正する補正手段と、
測距光を発信する発光器と、
前記測距光の反射光に基づいて、前記対象物の位置情報を取得する取得手段と、
前記位置情報を出力する出力手段とを備える、トータルステーション。
【請求項１６】
前記出力手段は、前記位置情報の出力時に、前記測位信号に基づく時刻情報を出力する、請求項１５に記載のトータルステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元計測に関する。
【背景技術】
【０００２】
計測のための装置として、いわゆる地上型３Ｄレーザスキャナが知られている。たとえば、特開平８−２８５５７８号公報（特許文献１）は、「光波測距儀及び電子セオドライトを一体に組み込むとともに測距値や測角値等に対してデータ処理を行うことができる地上型３Ｄレーザスキャナ」を開示している。
【０００３】
また、３Ｄレーザスキャナとして、リーグル・レーザ計測システム社（Riegl Laser Measurement Systems GmbH）の３Ｄスキャナ「ＬＭＳ−Ｚ４２０ｉ」が知られている（非特許文献１）。
【特許文献１】特開平８−２８５５７８号公報
【非特許文献１】リーグルジャパン社ホームページ（http://www.riegl-japan.co.jp/japanese/all-products/lms-z/z4201/riegl3d-laser-mirror-scanner-lms-z420i.htm）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開平８−２８５５７８号公報に開示されたような地上型３Ｄレーザスキャナ又は上記の３Ｄレーザスキャナは、測量の際に設置された場所において、本体を回転させて測量を実行する。したがって、計測は、地上型３Ｄレーザスキャナを中心として放射状に行なわれることになる。そのため、地上型３Ｄレーザスキャナから測量対象までの距離によっては、計測地点間の間隔が変わるため、計測密度が異なり、計測されたデータの精度が一定にならないという問題がある。また、３Ｄレーザスキャナの前（レーザ光の経路上）に障害物があると死角ができるため、計測が行なわれない範囲が生じる可能性もある。その範囲を計測するためには、障害物の裏側に３Ｄレーザスキャナを再度設置して計測する必要があった。
【０００５】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、計測されたデータの精度の低下を防止できる３次元計測システムを提供することである。
【０００６】
他の目的は、立体形状の計測を容易に実現できる３次元計測システムを提供することである。
【０００７】
また、他の目的は、計測されたデータの精度の低下を防止できる計測方法を提供することである。
【０００８】
他の目的は、立体形状の計測を容易に実現できる計測方法を提供することである。他の目的は、立体形状の計測を支援できるトータルステーションを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のある局面に従う３次元計測システムは、角度および距離を測定するトータルステーションと、携帯可能な計測端末と、情報処理装置とを備えている。この計測端末は、測位衛星から発信される測位信号を受信する受信器と、時刻を計測する第１の時計と、測距光を反射するための反射器と、カメラと、走査光を発して当該走査光の反射光に基づいて３次元情報を取得するスキャナと、計測端末の姿勢を表わす姿勢情報を出力する姿勢検出器と、位置情報と、３次元情報が取得された取得時刻と、取得時刻において出力された姿勢情報とを格納する記憶手段と、計測端末の動作を制御する制御装置とを備える。トータルステーションは、第１の時計に同期している第２の時計と、反射器からの反射光に基づいて、反射器の位置情報を取得する取得手段とを備える。情報処理装置は、データの入力を受け付ける入力手段と、データを格納する記憶装置と、プロセッサとを備える。プロセッサは、姿勢情報と、３次元情報と、取得時刻と、予め規定されたカメラおよびスキャナの位置情報を表わす設計情報とに基づいて、スキャナの基準点の座標値とカメラの基準点の座標値とを導出する導出手段と、導出手段によって導出されたスキャナの基準点の座標値およびカメラの基準点の座標値とに基づいて、スキャナによって出力された３次元情報を補正する補正手段と、補正手段による補正後の３次元情報を出力する出力手段とを含む。
【００１０】
好ましくは、計測端末は、反射器と計測端末の筐体との間隔を可変にするための伸縮部材をさらに備える。
【００１１】
好ましくは、計測端末による計測の前において、計測端末のヨー角と、トータルステーションのヨー角とは、一致している。
【００１２】
好ましくは、カメラが画像を取得する時刻は、３次元情報の取得時刻に同期している。
好ましくは、計測端末の入力手段は、第１の時計の時刻を測位信号に含まれる時刻に同期させるための操作入力を受け付けるように構成されている。
【００１３】
好ましくは、計測端末は、片手で把持することができる。
この発明の他の局面に従うと、３次元計測のための携帯可能な計測端末が提供される。この計測端末は、測位衛星から発信される測位信号を受信する受信器と、時刻を計測する第１の時計と、測距光を反射するための反射器と、カメラと、走査光を発して当該走査光の反射光に基づいて３次元情報を取得するスキャナと、計測端末の姿勢を表わす姿勢情報を出力する姿勢検出器と、位置情報と、３次元情報が取得された取得時刻と、取得時刻において出力された姿勢情報とを格納する記憶手段と、計測端末の動作を制御する制御装置とを備える。
【００１４】
この発明の他の局面に従うと、計測端末とトータルステーションと情報処理装置とを用いた３次元形状の計測方法が提供される。計測端末は、カメラとスキャナとを備えている。この方法は、計測端末が、測位衛星から発信される測位信号を受信するステップと、計測端末が、時刻を計測するステップと、計測端末が、カメラにより撮影するステップと、計測端末が、スキャナから走査光を発することにより当該走査光の反射光に基づいて３次元情報を取得するステップと、計測端末が、自己の姿勢を表わす姿勢情報を取得するステップと、計測端末が、位置情報と、３次元情報が取得された取得時刻と、取得時刻において出力された姿勢情報とを保存するステップと、計測端末が、保存するステップにおいて保存した位置情報と、取得時刻と、姿勢情報とを出力するステップと、トータルステーションが、計測端末における計測タイミングに同期して時刻を計測するステップと、トータルステーションが、計測端末を追尾することにより、計測端末の位置情報を取得するステップと、情報処理装置が、姿勢情報と、３次元情報と、取得時刻と、予め規定されたカメラおよびスキャナの位置情報を表わす設計情報とに基づいて、スキャナの基準点の座標値とカメラの基準点の座標値とを導出するステップと、導出するステップにおいて導出されたスキャナの基準点の座標値およびカメラの基準点の座標値とに基づいて、スキャナによって出力された３次元情報を補正するステップとを含む。
【００１５】
この発明のさらに他の局面に従うと、計測端末とトータルステーションによって得られたデータに基づいてコンピュータが実行する３次元形状の計測方法が提供される。計測端末は、カメラとスキャナとを備えている。この方法は、計測端末が、測位衛星から発信される測位信号を受信するステップと、計測端末が、時刻を計測するステップと、計測端末が、毎秒ごとに出力されるパルスに従ってカメラにより撮影するステップと、計測端末が、スキャナから走査光を発することにより当該走査光の反射光に基づいて３次元情報を取得するステップと、計測端末が、自己の姿勢を表わす姿勢情報を取得するステップと、計測端末が、位置情報と、３次元情報が取得された取得時刻と、取得時刻において出力された姿勢情報とを保存するステップと、計測端末が、保存するステップにおいて保存した位置情報と、取得時刻と、姿勢情報とを出力するステップと、トータルステーションが、計測端末における計測タイミングに同期して時刻を計測するステップと、トータルステーションが、計測端末を追尾することにより、計測端末の位置情報を取得するステップと、情報処理装置が、姿勢情報と、３次元情報と、取得時刻と、予め規定されたカメラおよびスキャナの位置情報を表わす設計情報とに基づいて、スキャナの基準点の座標値とカメラの基準点の座標値とを導出するステップと、導出するステップにおいて導出されたスキャナの基準点の座標値およびカメラの基準点の座標値とに基づいて、スキャナによって出力された３次元情報を補正するステップとを含む。
【００１６】
この発明の他の局面に従うと、対象物までの角度及び距離を測定するトータルステーションが提供される。このトータルステーションは、測位衛星から発信される測位信号を受信する受信器と、時刻を計測する時計と、測位信号に含まれる時刻情報に基づいて時計の時刻を補正する補正手段と、測距光を発信する発光器と、測距光の反射光に基づいて、対象物の位置情報を取得する取得手段と、位置情報を出力する出力手段とを備える。
【００１７】
好ましくは、出力手段は、位置情報の出力時に、測位信号に基づく時刻情報を出力する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、立体形状の計測を容易に実現できる。また、計測されたデータの精度の低下を防止することができる。また、障害物を避けて計測することができるため、計測範囲の死角を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００２０】
図１を参照して、ある局面に従う地上型３次元（以下、「３Ｄ（Dimension）」と表わす。）レーザスキャナ１００の構成について説明する。図１は、地上型３Ｄレーザスキャナ１００の設置および使用態様を表わす図である。地上型３Ｄレーザスキャナ１００は、水平な場所に設置されて３６０度回転可能なように構成されている。地上型３Ｄレーザスキャナ１００は、測角器および測距器（図示しない）を備えている。地上型３Ｄレーザスキャナ１００は、予め設定された回転速度で回転駆動し、設置場所の３６０度方位のそれぞれをレーザ計測する。
【００２１】
［３次元計測システムの構成］
図２を参照して、本発明の実施の形態に係る３次元計測システム２０について説明する。図２は、３次元計測システム２０の構成を表わす図である。３次元計測システム２０は、計測端末２００と、トータルステーション２２０とを備える。一実施例において、トータルステーション２２０の距離精度は、±１ｍｍ＋１．５ｐｐｍであり、角度精度は、±５”であり、計測レートは、約１０Ｈｚである。
【００２２】
計測端末２００は、一実施例において、形態可能なスキャナ装置（ＨＭＳ（Handy  Mobile  Scanner））として実現される。計測端末２００は、その筐体の外部にプリズム２０２を備える。計測端末２００は、コンピュータ２１０に接続可能である。この場合、コンピュータ２１０は、ＰＤＡ（Personal  Digital  Assistant）その他の形態が容易な情報処理装置として実現される。他の局面において、コンピュータ２１０は、計測端末２００に内蔵されていてもよい。他の局面において、計測端末２００とコンピュータ２１０とは、有線または無線によって通信することができる。
【００２３】
さらに他の局面において、コンピュータ２１０とコンピュータ２３０とは、互いに無線接続されて、いずれか一方のコンピュータに全てのデータを格納（ロギング）する構成であってもよい。このようにすると、座標値計算の時に、他方のコンピュータからデータを収集する必要がなくなるため、座標値計算を速やかに開始できる。
【００２４】
トータルステーション２２０は、コンピュータ２３０に接続可能である。他の局面において、コンピュータ２３０は、トータルステーション２２０の内部に含まれていてもよい。さらに他の局面において、コンピュータ２１０とコンピュータ２３０とは、同一のハードウェアによって実現されてもよい。
【００２５】
計測端末２００は、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）衛星２４０から発信された測位信号を受信するように構成されている。トータルステーション２２０は、計測端末２００のプリズム２０２を追尾して、プリズム２０２の位置情報を出力するように構成されている。
【００２６】
［使用態様］
図３を参照して、本実施の形態に係る３次元計測システム２０の使用態様について説明する。図３は、３次元計測の対象となる部屋３００におけるトータルステーション２２０の設置された状態を表わす図である。
【００２７】
部屋３００には、テーブル３１０が設置されている。テーブル３１０は、オフィスに設置される会議のための机、ダイニングルームに設置される食卓等である。テーブル３１０には、トータルステーション２２０が置かれている。他の局面において、トータルステーション２２０は、部屋３００の床上に設置されてもよい。
【００２８】
なお、トータルステーション２２０の設置の態様は、図３に示されるものに限られない。すなわち、トータルステーション２２０は、一般的な測量用の三脚を用いて設置されてもよい。この場合、設置場所は、屋内、屋外のいずれでもよい。
【００２９】
部屋３００の壁には、トータルステーション２２０による計測の基準となる基準点マーカ３２０，３２２がそれぞれ取り付けられている。詳しくは、基準点マーカ３２０，３２２は、トータルステーション２２０が認識できる場所に取り付けられる。基準点マーカ３２０，３２２は、３次元計測を実行する前に、３次元計測システム２０の使用者によって、部屋３００の壁面その他の計測対象物に取り付けられる。基準点マーカ３２０とトータルステーション２２０とを結ぶ直線と、基準点マーカ３２２とトータルステーション２２０とを結ぶ直線とによって形成される角度３３０は、直角または鋭角が好ましい。
【００３０】
基準点マーカ３２０，３２２は、たとえば表面がアルミで形成されたシールとして実現される。なお、基準点マーカ３２０，３２２の材料はアルミに限られず、トータルステーション２２０によって出力される光が反射される材料であればよい。また、基準点マーカ３２０，３２２を壁その他の計測対象物の表面に取り付ける部材は、シールに限られない。たとえば、磁石、マジックテープ（登録商標）のような面ファスナー等であってもよい。
【００３１】
トータルステーション２２０は、基準点マーカ３２０，３２２の各座標値と斜距離と、角度（水平角、鉛直角）を導出する。トータルステーション２２０は、さらに、後方交会法を用いて、自己の位置情報（ｘ座標値、ｙ座標値）を算出する。そして、トータルステーション２２０は、鉛直角と斜距離とに基づいて、自己のｚ座標値をさらに算出する。なお、後方公会法によると、位置情報の候補として２つのデータが算出される。その夾角により、いずれの点が位置情報に対応するかを判別することができる。この場合、夾角が９０度に近いほうが、精度が確保しやすい。一方、侠角が鋭角あるいは鈍角の場合には、精度が低下する。このような選択態様は、トータルステーション２２０と基準点マーカ３２０，３２２との位置関係に応じて定まることになる。
【００３２】
［ハードウェア構成］
図４を参照して、計測端末２００の構成について説明する。図４は、本実施の形態に係る計測端末２００のハードウェア構成を表わすブロック図である。計測端末２００は、プリズム２０２と、ＧＰＳアンテナ４０２と、受信器４０４と、プロセッサ４１０と、操作ボタン４１２と、クロック４１４と、カメラ４１６と、レーザスキャナ４１８と、モーションセンサ４２０と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）４２２と、フラッシュメモリ４２４と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）４２６と、データ出力インターフェイス４２８とを備える。計測端末２００は、たとえば、携帯が容易な筐体を用いて実現される。たとえば、１つの実施例では、計測端末２００は、ホームビデオカメラ程度の大きさを有する筐体で実現され得る。
【００３３】
プリズム２０２は、計測端末２００の筐体（図示しない）にロッド（図示しない）によって取り付けられている。当該ロッドは、ある局面において固定長を有する軸部材によって実現されるが、当該ロッドの長さは可変であってもよい。
【００３４】
ＧＰＳアンテナ４０２は、ＧＰＳ衛星２４０によって送られた測位信号を受信するように構成されている。ＧＰＳアンテナ４０２によって受信された信号は、受信器４０４に送られる。受信器４０４は、受信された測位信号から、時刻情報を取得するように構成されている。受信器４０４は、その取得した時刻情報をデジタルデータとしてプロセッサ４１０に送出する。
【００３５】
また、受信器４０４は、クロック４１４を含む。クロック４１４は、プロセッサ４１０から送られる命令に基づいて時刻を補正することができる。クロック４１４は、ＧＰＳ信号から取得される時刻情報に同期される。たとえば、計測端末２００の使用者が、同期のための入力を走査ボタン４１２に与えると、クロック４１４は、その時刻を、プロセッサ４１０がＧＰＳ信号から取得した時刻情報に同期させる。
【００３６】
操作ボタン４１２は、計測端末２００に対する命令の入力を受け付けて、当該命令に応じた信号をプロセッサ４１０に送出する。操作ボタン４１２は、たとえば、キーパッド、タッチパネルその他の入力インターフェイスとして実現される。あるいは、操作ボタン４１２は、外部からの信号の入力を受け付ける構成であってもよい。
【００３７】
カメラ４１６は、たとえばＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）その他の撮像素子によって構成されている。カメラ４１６は、レーザ計測によって得られた情報に付加する画像を取得するために使用される。一実施例において、カメラ４１６の有効画素数は、約１４４万（＝１，３９２×１，０４０）であり、撮影レートは、１秒当たり最大１２フレームである。
【００３８】
レーザスキャナ４１８は、予め設定された走査角の範囲内にレーザ光を送出し、そのレーザ光の反射光を受信することにより、３次元形状を与える情報を取得するように構成されている。たとえば、一実施例において、レーザスキャナ４１８は、約２４０度の走査角を有しており、計測レンジは６０ｍｍ〜４，０００ｍｍであり、距離精度は、距離の１％である（たとえば、計測範囲が１ｍの場合、誤差は１ｃｍである）。この一実施例に従うレーザスキャナ４１８は、１秒当たり１０回の走査を行ない、各走査の間に約１，０００点のレーザ計測を実行することができる。したがって、一実施例に従うレーザスキャナ４１８によると、１秒間に約１０，０００点のレーザ計測を実行することができる。
【００３９】
モーションセンサ４２０は、計測端末２００の姿勢を検出して、当該姿勢を数値化したデータを当該姿勢を表わす情報として出力するように構成されている。より詳しくは、モーションセンサ４２０は、計測端末２００のヨー角とロール角とピッチ角と速度と加速度と角速度と角加速度、および、地磁気データ等を出力する。一実施例において、モーションセンサ４２０の方位の精度は±１度であり、姿勢精度は±０．５度であり、計測レートは、１００Ｈｚである。
【００４０】
プロセッサ４１０は、モーションセンサ４２０によって出力される当該ヨー角、ロール角およびピッチ角と、速度、加速度、角速度、角加速度，地磁気データ等と、クロック４１４から取得した時刻情報と、を関連付けて、ＲＡＭ４２２に逐次格納する。速度、加速度、角速度、角加速度，地磁気データ等は、トータルステーション２２０によって得られた座標値の補間に使用される。また、プロセッサ４１０は、ＲＡＭ４２２に格納したこれらのデータをフラッシュメモリ４２４に不揮発的に格納する。他の局面において、計測端末２００が着脱可能なデータ記録媒体を駆動するドライブ装置を有している場合には、プロセッサ４１０は、時刻情報に関連付けられたヨー角、ロール角およびピッチ角を、当該ドライブ装置に装着された記録媒体に出力する。
【００４１】
カメラ４１６によって撮影された画像は、クロック４１４によって出力された時刻に関連付けられて、プロセッサ４１０によってフラッシュメモリ４２４に逐次格納される。
【００４２】
ＲＡＭ４２６は、計測端末２００に予め規定された動作を実行するために予め作成されたプログラムおよびデータを格納している。なお、これらのプログラムおよびデータは、ある局面において書き込まれ、あるいは更新される構成であってもよい。
【００４３】
データ出力インターフェイス４２８は、プロセッサ４１０の処理によって、計測端末２００に格納されているデータまたはプログラムを計測端末２００の外部に出力するように構成されている。たとえば、プロセッサ４１０は、フラッシュメモリ４２４に格納されている当該ヨー角、ロール角およびピッチ角ならびに時刻情報を計測端末２００の外部（たとえばコンピュータ２１０）に出力することができる。
【００４４】
［トータルステーションのハードウェア構成］
図５を参照して、本発明の実施の形態に係るトータルステーション２２０の構成について説明する。図５は、トータルステーション２２０のハードウェア構成を表わすブロック図である。トータルステーション２２０は、コントローラ５１０と、測角器５２０と、測距器５２２と、クロック５２４と、回転駆動部５２６と、上下駆動部５２８と、ＲＡＭ５３０と、フラッシュメモリ５３２と、ＲＯＭ５３４と、通信インターフェイス５３６とを備える。
【００４５】
コントローラ５１０は、トータルステーション２２０の動作を制御し、また、データ処理を実行する。コントローラ５１０は、マイクロプロセッサその他の演算処理装置によって実現される。
【００４６】
測角器５２０は、トータルステーション２２０によって発信される光の反射光に基づいて対象物までの鉛直角および水平角を測定するように構成されている。測距器５２２は、トータルステーション２２０によって発信される信号の反射光に基づいて、トータルステーション２２０と当該対象物との距離を測定するように構成されている。
【００４７】
クロック５２４は、トータルステーション２２０における時刻を出力する。好ましくは、クロック５２４の時刻と、計測端末２００のクロック５１４の時刻とは同期している。この時刻の同期は、たとえば、コントローラ５１０によって実行される。時刻の同期のタイミングは、たとえば、トータルステーション２２０の操作スイッチ（図示しない）への操作に応答して行なわれる。
【００４８】
これらの時刻が同期していることにより、計測端末２００によって取得されるデータ（３次元情報、姿勢情報、画像情報）と、トータルステーション２２０によって取得されるデータ（計測端末２００の位置情報）とを、当該同期している時刻によって関連付けることができる。その結果、当該時刻を基準にすることにより、計測端末２００の姿勢情報、および、レーザスキャナ４１８による３次元計測情報と、トータルステーション２２０によって取得される対象物までの鉛直角および水平角と距離とを用いて、３次元の計測情報を導出することができる。この情報の導出の態様は後述する。
【００４９】
回転駆動部５２６は、鉛直方向を回転軸として、トータルステーション２２０を３６０度回転駆動するように構成されている。より詳しくは、回転駆動部５２６は、コントローラ５１０から送られる命令に基づいて、トータルステーション２２０の計測部（たとえば測角器５２０、測距器５２２など）が追尾しているプリズム２０２を捕捉し続けるように回転駆動する。
【００５０】
上下駆動部５２８は、コントローラ５１０からの命令に基づいて、トータルステーション２２０の上記計測部を鉛直方向に駆動するように構成されている。より詳しくは、トータルステーション２２０が計測端末２００のプリズム２０２をロックすることにより計測端末２００を追尾しているとき、計測端末２００の鉛直方向の高さが変わる場合がある。この場合、コントローラ５１０は上下駆動部５２８に命令を送出することにより、測角器５２０の傾き角度、測距器５２２の傾き角度等が当該高さに応じて変わるように、計測部を駆動する。
【００５１】
ＲＡＭ５３０は、コントローラ５１０によって生成されたデータを揮発的に格納する。たとえば、ＲＡＭ５３０は、測角器５２０、測距器５２２から送られる各計測データあるいはクロック５２４から送られる時刻をこれらのデータを互いに関連付けてＲＡＭ５３０に格納する。フラッシュメモリ５３２は、トータルステーション２２０に与えられたデータおよびプログラム、またはトータルステーション２２０によって生成されたデータを不揮発的に格納するように構成されている。フラッシュメモリ５３２は、たとえば、計測端末２００を用いた３次元計測によって取得された各データ（鉛直角、水平角、距離、時刻情報、姿勢情報など）を保持する。他の局面において、フラッシュメモリ５３２は、着脱可能な記録媒体であってもよい。
【００５２】
ＲＯＭ５３４は、トータルステーション２２０の動作を規定するために予め作成されたデータおよびプログラムを格納している。他の局面において、当該データまたはプログラムは、更新可能なものであってもよい。
【００５３】
通信インターフェイス５３６は、コントローラ５１０と、トータルステーション２２０の外部の他の情報処理装置との間でデータを通信するように構成されている。たとえば、通信インターフェイス５３６を、コントローラ５１０から送られるデータを、トータルステーション２２０に接続されるコンピュータ２３０に送出する。逆に、他の局面において、通信インターフェイス５３６は、コンピュータ２３０から送られたデータの入力を受け付けて、そのデータをコントローラ５１０に送出する。
【００５４】
なお、本実施の形態に係るトータルステーション２２０は、ＧＰＳ信号に含まれる時刻情報を用いてクロック５２４の時刻を補正することができるが、そのようなクロック５２４を有さないトータルステーションでも、本発明の実施の形態に係る計測端末２００を用いた３次元計測は実現できる。すなわち、ＧＰＳ信号に含まれる時刻に同期する機能を有さないトータルステーションの場合、計測端末２００を、トータルステーションが接続されるコンピュータ２３０に接続して、計測端末２００が有する時刻情報をコンピュータ２３０に与える構成であってもよい。その上で、当該トータルステーションをコンピュータ２３０に接続することにより、トータルステーションの時刻を、コンピュータ２３０の時刻（ＧＰＳ時刻に同期している）に同期させることができる。
【００５５】
他の局面において、トータルステーション２２０は、ＧＰＳ信号を受信することもできる。この場合、コントローラ５１０は、ＧＰＳ信号に含まれる時刻情報を取得して、クロック５２４の時刻を、当該時刻情報に補正する。さらに他の局面において、コントローラ５１０は、通信インターフェイス５３６を経由して外部から入力された時刻情報を用いて、クロック５２４の時刻を補正することもできる。この場合、時刻情報の供給源は、例えば、計測端末２００または計測端末２００の時刻に同期されたコンピュータ２２０，２３０などである。
【００５６】
さらに他の局面において、コントローラ５１０は、ＧＰＳ時刻に同期した時刻情報をタイムスタンプとして、トータルステーション２２０の外部に出力することができる。この場合、コントローラ５１０は、当該タイムスタンプを単独でも、あるいは他のデータとともに出力することもできる。他のデータは、たとえば、計測端末２００の位置情報（角度、距離等）であり得る。
【００５７】
［コンピュータのハードウェア構成］
図６を参照して、本実施の形態に係る３次元計測システム２０によって取得されたデータを処理するコンピュータ２３０について説明する。図６は、コンピュータ２３０のハードウェア構成を表わすブロック図である。コンピュータ２３０は、主たる構成要素として、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）６１０と、マウス６２０と、キーボード６３０と、ＲＡＭ６４０と、ハードディスク６５０と、光ディスク駆動装置６６０と、モニタ６８０と、通信Ｉ／Ｆ（Interface）６９０とを備える。ＣＰＵ６１０は、クロック６１２を含む。光ディスク駆動装置６６０には、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact  Disc-Read  Only  Memory）６６２その他のデータ記録媒体が装着可能である。クロック６１２の時刻データは、計測によって得られた情報と、撮影によって得られた情報との同期に用いられる。
【００５８】
ＣＰＵ６１０は、コンピュータ２３０の使用者による指示の入力を受け付けてプログラムを実行するように構成されている。マウス６２０およびキーボード６３０は、当該使用者による指示の入力を受け付けてその指示をＣＰＵ６１０に送出するように構成されている。ＲＡＭ６４０は、ＣＰＵ６１０によって生成されたデータ、マウス６２０またはキーボード６３０によってコンピュータ２３０の外部から与えられたデータを揮発的に格納するように構成されている。ハードディスク６５０は、コンピュータ２３０によって生成されたデータ、あるいはコンピュータ２３０の外部から与えられたデータまたはプログラムを格納するように構成されている。光ディスク駆動装置６６０は、装着される光ディスク（たとえばＣＤ−ＲＯＭ６６２）からデータを読み出すように構成されている。他の局面において、データ記録媒体が、データの書き込みが可能な媒体である場合には、光ディスク駆動装置６６０は、当該データ記録媒体に対してＣＰＵ６１０によって特定されたデータまたはプログラムを格納することができる。
【００５９】
モニタ６８０は、計測端末２００によって取得された姿勢情報、トータルステーション２２０によって取得された位置情報などを表示する。他の局面において、モニタ６８０は、計測端末２００によって撮影された画像と、当該画像を用いて生成された３次元画像との少なくともいずれかを表示することができる。
【００６０】
通信Ｉ／Ｆ６９０は、コンピュータ２３０に接続される他の情報通信装置（たとえばトータルステーション２２０）との間のデータ通信を実現する。たとえば、通信Ｉ／Ｆ６９０は、トータルステーション２２０によって送られたデータの入力を受け付ける。当該データは、ある局面において、計測端末２００の位置情報を含む。
【００６１】
コンピュータ２３０における処理は、ハードウェアおよびＣＰＵ６１０により実行されるソフトウェアによって実現される。このようなソフトウェアは、ハードディスク６５０に予め格納されている場合がある。また、当該ソフトウェアは、ＣＤ−ＲＯＭ６６２その他のデータ記録媒体に格納されて、プログラムプロダクトとして流通している場合もある。あるいは、当該ソフトウェアは、いわゆるインターネットに接続している情報提供事業者によってダウンロード可能なプログラムプロダクトとして提供される場合もある。このようなソフトウェアは、光ディスク駆動装置６６０その他のデータ読取装置によってそのデータ記録媒体から読み取られて、あるいは通信Ｉ／Ｆ６９０を介してダウンロードされた後、ハードディスク６５０に一旦格納される。そのソフトウェアは、ＣＰＵ６１０によってハードディスク６５０から読み出され、ＲＡＭ６４０に実行可能なプログラムの形式で格納される。ＣＰＵ６１０は、そのプログラムを実行する。
【００６２】
図６に示されるコンピュータ２３０を構成する各要素は、一般的なものである。したがって、本発明の実施の形態に係る３次元計測システム２０に係る本質的な部分は、ＲＡＭ６４０、ハードディスク６５０、ＣＤ−ＲＯＭ６６２その他のデータ記録媒体に格納されたソフトウェア、あるいはネットワークを介してダウンロード可能なソフトウェアであるともいえる。なお、コンピュータ２３０のハードウェアの動作は周知であるので詳細な説明は繰り返さない。
【００６３】
なお、データ記録媒体としてはＣＤ−ＲＯＭ、ＦＤ（Flexible  Disk）、ハードディスク６５０に限られず、磁気テープ、カセットテープ、光ディスク（ＭＯ（Magnetic  Optical  Disc）／ＭＤ（Mini  Disc）／ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc））、ＩＣ（Integrated  Circuit）カード（メモリカードを含む）、光カード、マスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（（Electronically  Programmable  Read  Only  Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically  Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、フラッシュＲＯＭなどの半導体メモリ等の固定的にプログラムを担持する媒体であってもよい。
【００６４】
ここで言うプログラムとは、ＣＰＵ６１０により直接実行可能なプログラムだけでなく、ソースプログラム形式のプログラム、圧縮処理されたプログラム、暗号化されたプログラムなどを含み得る。
【００６５】
［トータルステーションの設置］
図７を参照して、本実施の形態に係るトータルステーション２２０の設置態様について説明する。図７は、トータルステーション２２０を設置するための処理ステップを表わすフローチャートである。
【００６６】
ステップＳ７１０にて、３次元計測システム２０の使用者は、計測端末２００による計測範囲が見渡せ、かつ、少なくとも２枚の基準点マーカ３２０，３２２が見える場所（たとえば会議机３１０の上）にトータルステーション２２０を設置する（図３参照）。
【００６７】
ステップＳ７２０にて、当該使用者は、トータルステーション２２０をおおよそ水平にした状態で、各基準点マーカ３２０，３２２に向けて、各々のマーカを捕捉させることにより、トータルステーション２２０自身の位置を確定する。ここで、当該位置の確定は、周知の後方交会法によって実現される。
【００６８】
ステップＳ７３０にて、トータルステーション２２０のコントローラ５１０は、トータルステーション２２０について確定した位置を表わす情報（ｘ座標値、ｙ座標値、ｚ座標値）をトータルステーション２２０の内部メモリ（たとえばＲＡＭ５３０またはフラッシュメモリ５３２）に格納する。
【００６９】
［計測端末による計測］
図８および図９を参照して、本実施の形態に係る３次元計測システム２０を構成する計測端末２００を用いたレーザ計測について説明する。図８は、計測端末２００を用いたレーザ計測を実行する前に行なう処理ステップを表わすフローチャートである。図９は、計測端末２００を用いたレーザ計測の詳細を表わす処理ステップである。
【００７０】
図８を参照して、ステップＳ８１０にて、３次元計測システム２０の使用者は、屋外で、計測端末２００を用いてＧＰＳ信号を受信して、計測端末２００の時刻を、信号に含まれる時刻に同期させる。
【００７１】
ステップＳ８２０にて、計測端末２００の使用者は、当該計測端末２００に接続されているコンピュータ２２０の内部時計の時刻を計測端末２００の時刻（クロック４１４の時刻）に同期させる。なお、コンピュータ２２０が計測端末２００に含まれる場合には、この処理は不要である。
【００７２】
ステップＳ８３０にて、使用者は、トータルステーション２２０が接続されているコンピュータ２３０に計測端末２００を接続して、コンピュータ２３０の内部時計の時刻を計測端末２００の時刻に同期させる。
【００７３】
ステップＳ８４０にて、３次元計測システム２０の使用者は、３次元計測の対象となるエリアに複数の基準点マーカを設定する（図３）。ステップＳ８５０にて、使用者は、トータルステーション２２０に計測端末２００を取り付けて、計測端末２００の内部のモーションセンサ４２０のヨー角（０度）と、トータルステーション２２０のヨー角（０度）とを一致させる。
【００７４】
ステップＳ８７０にて、使用者は、トータルステーション２２０を基準点マーカ３２０，３２２に向けて、各基準点マーカ３２０，３２２の位置情報を算出する。算出された位置情報は、トータルステーション２２０自身の位置情報を導出するために使用される。
【００７５】
図９を参照して、ステップＳ９１０にて、３次元計測システム２０の使用者は、トータルステーション２２０を計測端末２００のプリズム２０２にロックさせる。ステップＳ９２０にて、使用者は、３次元計測の対象となる空間に対してスプレーを塗布するように計測端末２００を移動させながらレーザ計測を実行する。トータルステーション２２０は、プリズム２０２をロックしているため、計測端末２００が当該使用者によって移動されても、プリズム２０２の移動方向を捕捉し続ける。
【００７６】
ステップＳ９３０にて、計測端末２００のプロセッサ４１０は、レーザスキャナ４１８から出力される位置情報（ｘ座標値、ｙ座標値、ｚ座標値）と、速度、加速度、角速度、角加速度，地磁気データ等と、モーションセンサ４２０からの姿勢情報（ヨー角、ロール角、ピッチ角）と、カメラ４１６からの画像（たとえばＪＰＥＧ（Joint  Photographic  Experts  Group）画像）と、計測端末２００のクロック４１４の時刻とを関連付けて、フラッシュメモリ４２４に逐次保存する。保存の間隔は、３次元計測システム２０の動作の開始時に、当該使用者によって設定可能である。より詳しくは、カメラ４１６は、プロセッサ４１０から出力される命令に従って撮影する。この命令の出力タイミングは、ＧＰＳ受信器４０４から出力される信号に含まれるＰＰＳ（Pulse  Per  Second）信号によって規定されている。
【００７７】
［データ構造］
図１０を参照して、本実施の形態に係る計測端末２００のデータ構造について説明する。図１０は、フラッシュメモリ４２４におけるデータの格納の一態様を概念的に表わす図である。フラッシュメモリ４２４は、番号１０１０と、取得時刻１０１２と、ｘ座標値情報１０１４と、ｙ座標値情報１０１６と、ｚ座標値情報１０１８と、ヨー角１０２０と、ロール角１０２２と、ピッチ角１０２４と、速度１０２５と、角速度１０２６と、角速度１０２７と、角加速度１０２８と、地磁気データ１０２９とを格納している。番号１０１０は、計測端末２００によるレーザ計測によって取得された一組のデータである、ある時点におけるデータレコードを特定する。番号１０１０は、プロセッサ４１０によって、データの取得時に自動的に採番される。たとえば、番号１０１０は、撮像の命令が発行された場合に、あるいはレーザ光の受光タイミングに応じて、生成される。
【００７８】
取得時刻１０１２は、計測端末２００によって位置情報、姿勢情報などが取得された時刻を表わす。取得時刻１０１２は、クロック４１４から送られる時刻情報に基づいている。なお、前述のとおり、当該時刻情報は、ＧＰＳ衛星２４０によって発信されるＧＰＳ信号に含まれる時刻に同期している。
【００７９】
ｘ座標値情報１０１４とｙ座標値情報１０１６とｚ座標値情報１０１８とは、レーザ計測によって取得された計測対象の位置情報を表わす。
【００８０】
ヨー角１０２０とロール角１０２２とピッチ角１０２４とは、計測端末２００の姿勢を表わす。速度１０２５は、計測端末２００の移動速度を表わす。加速度１０２６は、計測端末２００の加速度を表わす。角速度１０２７は、計測端末２００の角速度を表わす。角加速度１０２８は、計測端末２００の角加速度を表わす。地磁気データ１０２９は、計測端末２００によって検知されたものである。
【００８１】
フラッシュメモリ４２４は、さらに、番号１０３０と取得時刻１０３２と撮影された画像１０３４とを格納している。番号１０３０は、番号１０１０と同様に、データセットが取得された場合における当該データセットを識別する。
【００８２】
取得時刻１０３２は、カメラ４１６によって取得された画像のその取得時刻を表わす。撮影された画像１０３４は、カメラ４１６によって生成された当該画像を表わす。
【００８３】
ここで、取得時刻１０１２と取得時刻１０３２とはそれぞれ対応している。したがって、３次元情報（ｘ座標値情報１０１４、ｙ座標値情報１０１６、ｚ座標値情報１０１８）および姿勢情報（ヨー角１０２０、ロール角１０２２、ピッチ角１０２４）と、撮影された画像１０３４とは、その同期している取得時刻によって関連付けられることになる。
【００８４】
図１１を参照して、本実施の形態に係るトータルステーション２２０のデータ構造について説明する。図１１は、トータルステーション２２０が備えるフラッシュメモリ５３２におけるデータの格納の一態様を概念的に表わす図である。フラッシュメモリ５３２は、番号１１１０と、取得時刻１１２０と、プリズムの位置情報１１３０とを格納している。
【００８５】
番号１１１０は、複数のデータが取得された場合における各データを識別する。番号１１１０は、コントローラ５１０によって自動的に順次採番される。取得時刻１１２０は、プリズムの位置情報１１３０が取得された時刻を表わす。取得時刻１１２０の時刻情報は、クロック５２４から出力される時刻情報に基づいている。クロック５２４の時刻は、計測端末２００のクロック４１４の時刻に同期している。したがって、取得時刻１１２０は、図１０に示される取得時刻１０１２，１０３２と同期していることになる。
【００８６】
プリズムの位置情報１１３０は、より詳しくは、計測端末２００が備えるプリズム２０２の位置情報を含む。
【００８７】
図１０および図１１に示される例では取得時刻の間隔は１秒であるが、当該間隔はこれに限られず、１秒より短くてもよく、あるいは長くてもよい。
【００８８】
なお、図１１に示されるデータの格納場所はトータルステーション２２０に限られない。たとえば、トータルステーション２２０に接続されるコンピュータ２３０が、これらのデータを格納してもよい。あるいは、これらのデータは、コンピュータ２３０と通信可能に接続されたコンピュータ２２０に格納されてよい。
【００８９】
［コンピュータ２３０のデータ構造］
図１２を参照して、本実施の形態に係る３次元計測システム２０によって取得されたデータを処理するコンピュータのデータ構造について説明する。図１２は、ハードディスク６５０におけるデータの格納の一態様を概念的に表わす図である。ハードディスク６５０は、計測端末２００の設計情報１２１０と、計測端末２００によって出力された計測データと、トータルステーション２２０によって出力された計測データとを格納している。計測端末によって出力された計測データは、番号１２２０と、取得時刻１２２２と、ｘ座標値情報１２２４と、ｙ座標値情報１２２６と、ｚ座標値情報１２２８と、ヨー角１２３０と、ロール角１２３２と、ピッチ角１２３４と、速度１２３５と、加速度１２３６と、角速度１２３７と、地磁気データ１２３９と、番号１２４０と、取得時刻１２４２と、撮影された画像１２４４とを含み得る。
【００９０】
トータルステーション２２０によって出力された計測データは、番号１２５０と、取得時刻１２５２と、プリズムの位置情報１２５４とを含み得る。計測端末２００によって出力された計測データは、図１０に示されるように、計測端末２００のフラッシュメモリ４２０に格納されているデータと同じである。また、トータルステーション２２０によって出力された計測データは、図１１に示されるように、トータルステーション２２０のフラッシュメモリ５３２に格納されているデータに対応する。
【００９１】
計測端末２００の設計情報１２１０は、たとえば、レーザスキャナ４１８の中心位置の座標値と、カメラ４１６の中心位置の座標値とを含む。なお、これらの中心位置の座標値は、たとえば計測端末２００の筐体の端部を基準として表わされる。これらの座標値は、計測端末２００を設計する際に設計情報として当該設計システムから取得可能である。
【００９２】
［位置情報の算出］
図１３を参照して、本実施の形態に係る３次元計測システム２０を用いた位置情報の導出について説明する。図１３は、コンピュータ２３０によって実行される処理の一部を表わすフローチャートである。以下の処理は、計測端末２００によるレーザ計測とトータルステーション２２０による計測端末２００の追尾とが終了した後に実行される。
【００９３】
ステップＳ１３１０にて、コンピュータ２３０のＣＰＵ６１０は、通信Ｉ／Ｆ６９０を介して、計測端末２００のプリズム２０２の位置情報（ｘ，ｙ，ｚ）と、計測端末２００の時刻情報とを取得する（図１２の取得時刻１２２２、ｘ座標値情報１２２４、ｙ座標値情報１２２６、ｚ座標値情報１２２８）。
【００９４】
ステップＳ１３２０にて、ＣＰＵ６１０は、計測端末２００によって出力されたデータから、計測端末２００の姿勢情報を取得する（図２におけるヨー角１２３０、ロール角１２３２、ピッチ角１２３４）。
【００９５】
ステップＳ１３３０にて、ＣＰＵ６１０は、計測端末２００の姿勢情報と、プリズム２０２の位置情報と、計測端末２００の設計情報（図１２における設計情報１２１０）とに基づいて、計測端末２００のレーザスキャナ４１８の中心位置の座標値と、カメラ４１６の中心位置の座標値とを導出する。一実施例において、ＣＰＵ６１０は、計測端末２００のヨー角、ピッチ角およびロール角と、プリスム２０２の位置情報（水平角、垂直角）と、トータルステーション２２０の位置情報を用いて、レーザスキャナ４１８の中心位置の座標値と、カメラ４１６の中心位置の座標値とを算出する。
【００９６】
ステップＳ１３４０にて、プロセッサ６１０は、ステップＳ１３３０において算出したレーザスキャナ４１８の中心位置の座標値に基づいて、レーザスキャナ４１８の出力（位置情報）を補正する。具体的には、レーザスキャナ４１８の計測によって得られた位置情報およびカメラ４１６による撮影によって得られた画像は、計測端末２００の姿勢が反映された位置情報および画像となっている。そこで、ＣＰＵ６１０は、得られた位置情報および画像から、その姿勢の影響を取り除くための補正処理を実行する。
【００９７】
たとえば、一実施例において、ＣＰＵ６１０は、画像と位置情報との関連付けを実現するために、たとえば、当該位置情報および画像をトータルステーション２２０の位置情報に関連付けることが可能となるように、当該位置情報および画像を補正する。より具体的には、レーザスキャナ４１８によるレーザ計測の結果として得られた位置情報は、計測端末２００の姿勢情報に応じた値となっているため、ＣＰＵ６１０は、レーザ計測の結果として得られた位置情報から当該姿勢情報の寄与分を除くための演算を行なう。たとえば、ＣＰＵ６１０は、当該位置情報の具体的なデータ（ｘ座標値、ｙ座標値、ｚ座標値）を当該姿勢情報で除することにより、補正後の位置情報を算出する。
【００９８】
同様にして、ＣＰＵ６１０は、計測端末２００の姿勢情報と、計測端末２００の位置情報とに基づいて、カメラ４１６によって得られた画像の座標値を、計測端末２００の補正後の位置情報に合致するように補正する。たとえば、カメラ４１６の中心から離れた場所における色情報を逆算する。このような補正は、トータルステーション２２０からカメラ４１６の中心位置までの距離、水平角、垂直角、トータルステーション２２０とプリスム２０２との距離等を用いて行なわれる。
【００９９】
このような補正の結果、レーザ計測によって得られた位置情報と、撮影によって得られた画像は、ＧＰＳ信号に含まれる時刻情報によって同期され、かつ、トータルステーション２２０を基準とした計測端末２００の位置情報によって関連付けられることになる。これにより、ＣＰＵ６１０は、位置情報に画像を付加することにより、３次元計測の結果を表わす画像を導出することができる。
【０１００】
［本発明の実施の形態に係る３次元計測システム２０による効果］
以上のようにして、本発明の実施の形態に係る３次元計測システム２０によると、その使用者は、計測端末２００を把持した状態で、計測対象の近傍を歩きながら、計測を実行することができる。したがって、特定の１点を中心に計測した場合に比べて、均等な間隔で計測を実行することができるため、計測密度の変動を防止できる。また、当該計測によって得られたデータの精度も一定に維持され得る。
【０１０１】
＜変形例＞
図１４を参照して、本発明の実施の形態に係る計測端末の変形例について説明する。図１４は、本変形例に係る計測端末１４００の概略の構成を表わす図である。計測端末１４００は、プリズム２０２に加えて、筐体１１２０とプリズム２０２との間に結合される伸縮可能なロッド１４１０をさらに備える。ロッド１４１０は、たとえば、ラジオ放送を受信するためのアンテナに用いられるロッドとして実現される。
【０１０２】
このような伸縮可能な構成により、計測端末１４００は、プリズム２０２をトータルステーション２２０から視認可能な範囲に残しつつ、トータルステーション２２０の設置場所よりも低い場所の３次元計測を実行することができる。たとえば、テーブル３１０にトータルステーション２２０を残しつつ、テーブル３１０の下側の側面を同様にレーザ計測することができる。
【０１０３】
図１５および図１６を参照して、本発明の実施の形態に係る３次元計測システムの効果について説明する。図１５は、従来の３次元レーザスキャナ１５００を用いた計測の一態様を表わす図である。図１６は、本発明の実施の形態に係る３次元計測システムを用いた計測の一態様を表わす図である。
【０１０４】
図１５を参照して、３次元レーザスキャナ１５００は、計測時にある場所に設置される。したがって、３次元レーザスキャナ１５００の設置場所およびスキャン方向によっては、たとえば、障害物１５１０，１５２０，１５３０によって計測対象範囲において死角が生じ得る。障害物１５１０，１５２０，１５３０は、たとえば、プラントその他の構造物、電柱、ビルその他の建築物等である。この場合、３次元レーザスキャナ１５００を、その死角に再度設置して計測する必要がある。また、３次元レーザスキャナ１５００の本体から放射状にレーザ光を発して計測するため、その本体から離れれば離れるほど、レーザ光による走査点の密度が低下するため、計測精度が低下していた。
【０１０５】
これに対して、本実施の形態に係る３次元計測システムは、携帯可能な計測端末２００を用いて実現される。したがって、図１６に示されるように、障害物１５１０，１５２０，１５３０が存在する場所においても、移動経路１６００のようなルートで計測することが可能となる。その結果、障害物１５１０,１５２０,１５３０によってレーザ計測が妨げられないように、そして計測対象物の近傍からレーザ光を発することができる。したがって、レーザ光の走査点の密度の低下も防止できる。その結果、障害物１５１０，１５２０，１５３０が存在する領域においても計測対象を漏れなく計測することができる。
【０１０６】
以上詳述したとおり、本発明に係る３次元計測システムによると、計測の対象物の近傍からレーザ計測を実行できるため、計測の精度を高めることができる。また、計測端末２００の時刻と、トータルステーション２２０の時刻とが同期しているため、計測端末２００によって取得されるデータと、トータルステーション２２０によって取得されるデータとが同期する。したがって、計測情報と撮影画像との関連付けた容易になるため、精度よく３次元形状を再現することができる。
【０１０７】
また、計測端末２００によって得られた画像および位置情報と、トータルステーション２２０によって得られた計測端末２００の位置情報（より詳しくは、プリズム２０２の位置情報）とは、いずれも、ＧＰＳ衛星２４０によって送信されたＧＰＳ信号に含まれる時刻情報に関連付けられている。したがって、３次元計測画像を得るための処理は、必ずしもリアルタイムで実行する必要がなく、データの取得後に実行してもよい。また、これらのデータをインターネットその他の通信回線を経由して、情報処理装置に送信することにより、当該情報処理装置が一括して３次元計測画像を導出するようにしてもよい。このようにすると、３次元計測画像を得るためのデータの取得と、３次元計測画像の生成とを、分離して実行することもできる。その結果、たとえば、大規模な構造物の計測をまず最初に実行し、その後、膨大なデータを高速に処理するような方式で、３次元計測の画像を速やかに得ることもできる。
【０１０８】
なお、本実施の形態に係る３次元計測システムを用いた計測を行なう場合、日本国内の公共座標である平面直角座標や、世界座標系であるＵＴＭの座標値を用いる場合には、これらの座標値が北と整合しているので、トータルステーションの方向を合わせる必要はない。
【０１０９】
また、複数の３次元計測システムが組み合わされて使用することもできる。あるいは、１台のトータルステーション２２０と、複数の計測端末２００（すなわち、複数のスキャナ及びカメラ）を用いてもよい。一例として、軽量で剛性がある軸部材に、複数の計測端末２００を取り付けてもよい。隣接する計測端末間の距離は、一定であってもよい。このような構成によると、１人の測量者が複数の計測端末２００を一体にしたものを背負って同時に複数方向の計測を実行することができる。したがって、構造物、山岳地帯その他の表面形状が複雑な被写体の計測を簡便に、そして速やかに計測することができる。
【０１１０】
あるいは、さらに別の実施態様として、自動車その他の車両の各側面に、１つまたは複数の計測端末が取り付けられる構成であってもよい。そうすると、車両の走行中に３次元測量データを取得できるため、より効率よく３次元計測が可能となる。
【０１１１】
また、洞窟の内部のような場所において、２台あるいはそれよりも多いカメラおよびスキャナが使用されてもよい。この場合、各スキャナの走査角が２４０度であることから、２台以上のスキャナを組み合わせることにより、全方位（３６０度）の計測を同時に実行することができる。
【０１１２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、家屋、プラント、劇場、競技場、ピラミッドその他の建築物の形状の計測、オフィス（什器を含む）、ロビーその他の室内の形状の計測等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】ある局面に従う地上型３Ｄレーザスキャナ１００の設置および使用態様を表わす図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る３次元計測システム２０の構成の概略を表わす図である。
【図３】３次元計測の対象となる部屋３００におけるトータルステーション２２０の設置された状態を表わす図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る計測端末２００のハードウェア構成を表わすブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るトータルステーション２２０のハードウェア構成を表わすブロック図である。
【図６】コンピュータ２３０のハードウェア構成の概略を表わすブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るトータルステーション２２０を設置するための処理ステップを表わすフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態に係る３次元計測システム２０を用いたレーザ計測を実行する前に行なう処理ステップを表わすフローチャートである。
【図９】計測端末２００を用いたレーザ計測の詳細を表わす処理ステップである。
【図１０】計測端末２００が備えるフラッシュメモリ４２４におけるデータの格納の一態様を概念的に表わす図である。
【図１１】トータルステーション２２０が備えるフラッシュメモリ５３２におけるデータの格納の一態様を概念的に表わす図である。
【図１２】コンピュータ２３０が備えるハードディスク６５０におけるデータの格納の一態様を概念的に表わす図である。
【図１３】コンピュータ２３０によって実行される処理の一部を表わすフローチャートである。
【図１４】本実施の形態の変形例に係る計測端末１４００の概略の構成を表わす図である。
【図１５】従来の３次元レーザスキャナ１５００を用いた計測の一態様を表わす図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る３次元計測システムを用いた計測の一態様を表わす図である。
【符号の説明】
【０１１５】
２０  ３次元計測システム、１００，２２０  地上型３Ｄレーザスキャナ、２００，１４００  計測端末、２０２  プリズム、２１０，２３０  コンピュータ、２４０  ＧＰＳ衛星、３００  部屋、３１０  テーブル、３２０，３２２  基準点マーカ、３３０  角度、４０２  ＧＰＳアンテナ、４０４  受信器、４１０  プロセッサ、４１２  操作ボタン、４１４，５２４  クロック、４１６  カメラ、４１８  レーザスキャナ、４２０  モーションセンサ、４２２，５３０，６４０  ＲＡＭ、４２４，５３２  フラッシュメモリ、４２６，５３４  ＲＯＭ、４２８  データ出力インターフェイス、５１０  コントローラ、５２０  測角器、５２２  測距器、５２６  回転駆動部、５２８  上下駆動部、５３６，６９０  通信インターフェイス、６１０  ＣＰＵ、６２０  マウス、６３０  キーボード、６５０  ハードディスク、６６０  光ディスク駆動装置、６６２  ＣＤ-ＲＯＭ、６８０  モニタ、１４１０  ロッド、１４２０  筐体。
【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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