CN101153796A - 测量方法、测量系统和测量数据处理程序 - Google Patents

测量方法、测量系统和测量数据处理程序 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种测量方法、测量系统和测量数据处理程序。该测量方法具有如下工序：利用激光扫描仪，取得规定的测定范围内的主点群数据；检测未取得数据范围；利用副摄像装置取得未取得数据范围的补充图像数据；利用由所述副摄像装置得到的补充图像数据，制作立体图像；从该立体图像取得补充点群数据；和利用所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配，补充所述主点群数据的未取得范围。

Description

测量方法、测量系统和测量数据处理程序
技术领域
本发明涉及一种取得规定范围的三维数据的测量方法、测量系统和测量数据处理程序。
背景技术
近年来，由于进行立体物的三维测量，或要求用于电子地图的附加三维数据的图像等，所以测量所需的数据量飞快增加。
作为可在短时间内测定详细且大量的三维数据的测量装置，有激光扫描仪。
激光扫描仪是如下测量器，在规定的测定区域中扫描脉冲激光光线，感光所述脉冲激光光线的反射光，按每个脉冲对脉冲激光光线照射点的三维位置数据进行测距，取得所述测定区域的点群数据。
虽然所述激光扫描仪可在短时间内得到大量的点群数据，但存在障碍物、例如车辆、树木等时，则产生阴影(occlusion：遮断)，产生数据的欠缺部分。另外，由于利用脉冲激光光线的反射来测距，所以在照射点的反射率差的情况下，例如使用的激光光线为绿色的时，反射点为黑色或补色的红色的情况下，不能得到反射光，也构成数据欠缺部分。
另外，在从水平方向扫描测定区域的情况下，例如不能取得建筑物、构造物的上面侧的点群数据。
因此，为了得到构成阴影部分的点群数据，移动激光扫描仪，取得阴影部分的数据，或为了取得建筑物、构造物的上面侧的点群数据，使激光扫描仪移动至可从激光扫描仪利用激光光线照射上面的位置，取得上面的点群数据。
因此，每当有阴影部分时，都要使激光扫描仪移动，或使用脚手架设置、升降机等大型装置，将激光扫描仪设置在上方位置等，现场的测量作业需要大量的劳力和时间。
另外，就反射率差的测定部位而言，存在得不到点群数据的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，可在不能由激光扫描仪得到数据的未取得数据范围内，简便地得到数据，可取得没有数据欠缺部位的点群数据。
为了实现上述目的，本发明的测量方法具有如下工序：利用激光扫描仪，取得规定的测定范围内的主点群数据；检测未取得数据范围；利用副摄像装置取得未取得数据范围的补充图像数据；利用由所述副摄像装置得到的补充图像数据，制作立体图像；从该立体图像取得补充点群数据；和利用所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配，补充所述主点群数据的未取得范围，或者，本发明的测量方法中，所述激光扫描仪在取得点群数据的同时，取得与该点群数据关联的主图像数据，或者，本发明的测量方法中，所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配利用从所述主点群数据适当选择的基准点与所述补充点群数据中对应于所述基准点的点的关联来进行，或者，本发明的测量方法中，所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配由所述主图像数据与所述补充图像数据的图像匹配来进行，或者，本发明的测量方法中，所述未取得数据范围是邻接于测定范围的范围，或者，本发明的测量方法中，所述未取得数据范围是不能利用激光扫描仪得到点数据的数据欠缺部分，或者，本发明的测量方法中，所述未取得数据范围通过将主点群数据显示在显示部上来判断，或者，本发明的测量方法中，所述未取得数据范围通过检测主点群数据内邻接的内侧点数据欠缺的边界来判断。
另外，本发明的测量系统具备激光扫描仪，在规定的测定区域中扫描脉冲激光光线，感光所述脉冲激光光线的反射光，对每个脉冲测距脉冲激光光线照射点的三维位置数据，取得所述测定区域的主点群数据；副摄像装置，与该激光扫描仪分离，可从任意方向取得补充图像数据；和具有存储部、控制运算部、显示部的测量数据处理装置，将由所述激光扫描仪取得的主点群数据和由所述副摄像装置从至少两个方向摄像所述激光扫描仪的未取得数据范围所得到的补充图像数据登录在所述存储部中，所述控制运算部根据所述补充图像数据，制作立体图像，同时，取得所述未取得数据范围的补充点群数据，将该补充点群数据与所述主点群数据相关联，利用所述补充点群数据补充所述主点群数据的未取得数据范围，或者，本发明的测量系统中，所述激光扫描仪具备主摄像装置，利用与脉冲激光光线的照射光轴相同的摄像光轴，摄像所述测定区域，取得主图像数据，或者，本发明的测量系统中，所述补充点群数据与所述主点群数据的关联通过从该主点群数据选择的基准点与所述补充点群数据中与所述基准点对应的点的关联来进行，或者，本发明的测量系统中，由所述主摄像装置摄像的主图像数据与所述主点群数据相关联，与该主点群数据一起，登录在所述测量数据处理装置中，该测量数据处理装置经所述主图像数据与所述补充图像数据的图像匹配，关联所述主点群数据与所述补充点群数据，或者，本发明的测量系统中，所述运算控制部使所述主图像数据、所述主点群数据、所述补充图像数据、所述补充点群数据内的至少所述主点群数据单独显示于所述显示部中。
另外，本发明的测量数据处理程序实现如下步骤：根据由激光扫描仪得到的规定的测定范围内的主点群数据，检测未取得数据范围；根据由副摄像装置摄像的未取得数据范围的从至少两个方向的补充图像数据，运算未取得数据范围的补充点群数据；执行所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配；和利用所述补充点群数据，补充所述主点群数据的未取得范围，或者，本发明的测量数据处理程序中，所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配步骤通过从所述主点群数据适当选择基准点的步骤、选择所述补充点群数据中对应于所述基准点的点的步骤、和关联进行选择的所述基准点与对应点的关联的步骤来进行，或者，本发明的测量数据处理程序中，所述未取得数据范围的判断通过检测所述主点群数据内邻接的内侧点数据欠缺的边界来判断，或者，本发明的测量数据处理程序中，所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配步骤通过与所述主点群数据相关联的测定区域的图像数据和所述未取得数据范围的补充图像数据的图像匹配步骤来执行，或者，本发明的测量数据处理程序中，由所述激光扫描仪中具备的主摄像装置以与测定光轴相同轴取得测定区域的主图像数据、所述主点群数据、所述补充图像数据、所述补充点群数据内、至少所述主点群数据单独显示。
根据本发明，由于具有如下工序：利用激光扫描仪，取得规定的测定范围内的主点群数据；检测未取得数据范围；利用副摄像装置取得未取得数据范围的补充图像数据；利用由所述副摄像装置得到的补充图像数据，制作立体图像；从该立体图像取得补充点群数据；和利用所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配，补充所述主点群数据的未取得范围，所以可在不能由激光扫描仪得到数据的未取得数据范围内，简便地得到数据，可取得无数据的欠缺部位的点群数据。
另外，根据本发明，由于所述激光扫描仪在取得点群数据的同时，取得与该点群数据关联的主图像数据，所以通过使主图像数据与点群数据一起显示，可视觉上判断数据的未取得范围。
另外，根据本发明，由于所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配利用从所述主点群数据适当选择的基准点与所述补充点群数据中对应于所述基准点的点的关联来进行，所以不必主点群数据具有三维数据，对补充点群数据实施测量。
另外，根据本发明，所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配由所述主图像数据与所述补充图像数据的图像匹配来执行，所以可简便匹配。
另外，根据本发明，所述未取得数据范围通过将主点群数据显示在显示部中来判断，所以可视觉地判断数据的未取得范围。
另外，根据本发明，所述未取得数据范围通过检测主点群数据内邻接的内侧点数据欠缺的边界来判断，所以可基于数据操作来自动检测。
另外，根据本发明，具备激光扫描仪，在规定的测定区域中扫描脉冲激光光线，感光所述脉冲激光光线的反射光，对每个脉冲测距脉冲激光光线照射点的三维位置数据，取得所述测定区域的主点群数据；副摄像装置，与该激光扫描仪分离，可从任意方向取得补充图像数据；和具备存储部、控制运算部、显示部的测量数据处理装置，将由所述激光扫描仪取得的主点群数据、与由所述副摄像装置从至少两个方向摄像所述激光扫描仪的未取得数据范围所得到的补充图像数据登录在所述存储部中，所述控制运算部根据所述补充图像数据，制作立体图像，同时，取得所述未取得数据范围的补充点群数据，将该补充点群数据与所述主点群数据相关联，利用所述补充点群数据补充所述主点群数据的未取得数据范围，所以可在不能由激光扫描仪得到数据的未取得数据范围内，简便地得到数据，可取得无数据的欠缺部位的点群数据。
另外，根据本发明，所述激光扫描仪具备主摄像装置，利用与脉冲激光光线的照射光轴相同的摄像光轴，摄像所述测定区域，取得主图像数据，所以简单执行主图像数据与主点群数据的关联。
另外，根据本发明，所述补充点群数据与所述主点群数据的关联通过从该主点群数据选择的基准点与所述补充点群数据中与所述基准点对应的点的关联来进行，所以可不对补充点群数据实施测定，简单地执行处理。
另外，根据本发明，由所述主摄像装置摄像的主图像数据与所述主点群数据相关联，与该主点群数据一起，登录在所述测量数据处理装置中，该测量数据处理装置经所述主图像数据与所述补充图像数据的图像匹配，关联所述主点群数据与所述补充点群数据，所以不必执行点数据彼此的匹配，可简单地实施处理。
另外，根据本发明，所述运算控制部使所述主图像数据、所述主点群数据、所述补充图像数据、所述点群数据内至少所述主点群数据单独显示于所述显示部中，所以可以使主点群数据与主图像数据重合的状态显示，可视觉上判断数据的未取得范围。
另外，根据本发明，实现如下步骤：根据由激光扫描仪得到的规定的测定范围内的主点群数据，检测未取得数据范围；根据由副摄像装置摄像的未取得数据范围的从至少两个方向的补充图像数据，运算未取得数据范围的补充点群数据；执行所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配；和利用所述补充点群数据，补充所述主点群数据的未取得范围，所以可在不能由激光扫描仪得到数据的未取得数据范围内，简便地得到数据，可取得无数据的欠缺部位的点群数据。
另外，根据本发明，所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配步骤通过从所述主点群数据适当选择基准点的步骤、选择所述补充点群数据中对应于所述基准点的点的步骤、和关联选择的所述基准点与对应点的步骤来进行，所以即便补充点群数据不具有三维数据，也可不对补充点群数据实施测定，简单地执行处理。
另外，根据本发明，所述未取得数据范围的判断通过检测所述主点群数据内邻接的内侧点数据欠缺的边界来判断，所以可基于数据操作来自动检测。
另外，根据本发明，所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配步骤通过与所述主点群数据相关联的测定区域的图像数据和所述未取得数据范围的补充图像数据的图像匹配步骤来执行，所以不必执行点数据彼此的匹配，可简单地实施处理。
另外，根据本发明，由所述激光扫描仪中具备的主摄像装置以与测定光轴相同轴取得测定区域的主图像数据、所述主点群数据、所述补充图像数据、所述补充点群数据内的至少所述主点群数据单独显示，所以就不能由激光扫描仪得到数据的未取得数据范围而言，可视觉上判断。
附图说明
图1是表示本发明实施例的示意构成的说明图。
图2是本发明第1例的激光扫描仪的截面图。
图3是旋转本发明第1例的激光扫描仪的一部分的激光扫描仪的截面图。
图4是本发明第1例的激光扫描仪的构成框图。
图5是表示第1例的激光扫描仪的数据取得第1方式的说明图。
图6是表示第1例的激光扫描仪的数据取得第1方式的说明图。
图7是表示第1例的激光扫描仪的数据取得第2方式的说明图。
图8是表示第1例的激光扫描仪的数据取得第2方式的说明图。
图9是表示第1例的激光扫描仪的数据取得第2方式的说明图。
图10是表示第1例的激光扫描仪的附带图像的三维数据制作流程的流程图。
图11(A)、图11(B)、图11(C)、图11(D)是表示第1例的激光扫描仪的点群数据的TIN化的状态说明图。
图12是表示多个测定区域的图像数据、点群数据的连接的流程图。
图13是表示第1例的激光扫描仪的数据取得第3方式的说明图。
图14是表示数据取得的第3方式中的图像数据、点群数据的连接的流程图。
图15是表示数据取得第3方式中的点群数据的连接的说明图。
图16是本发明第2例的激光扫描仪的截面图。
图17是旋转本发明第2例的激光扫描仪的一部分的激光扫描仪的截面图。
图18是本发明的测量数据处理装置的示意框图。
图19是表示本发明实施例的测量数据处理基本流程的流程图。
图20是表示本发明实施例中由激光扫描仪取得主点群数据中产生的欠缺部分的说明图。
图21是表示本发明实施例的立体图像标定的流程的流程图。
图22是最小2乘匹配的说明图。
图23是表示本发明实施例中使用点群数据的立体匹配流程的流程图。
图24是表示本发明实施例的粗密探索法的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的最佳实施方式。
首先，用图1来说明本发明中使用的激光扫描仪。
本发明的测量系统如图1所示，由激光扫描仪1、数码相机等为代表的摄像装置81、测量数据处理装置91示意构成。
首先，用图2-图17来说明本发明中使用的激光扫描仪。
图2、图3表示激光扫描仪的第1例。
激光扫描仪1主要由校平部2、设置在该校平部2中的旋转机构部3、支撑在该旋转机构部3上并包含测距部4、摄像部5、控制部6等的测定装置主体部7、设置在该测定装置主体部7的上部的旋转照射部8构成。另外，为了方便，图2示出仅从所述旋转照射部8一侧看图1的状态。
说明所述校平部2。
以底盘11中竖设销子12，该销子12的上端形成为曲面，自由倾动地嵌合在下部外壳13的底面中形成的凹部中。另外，在所述底面的另两个部位，调整螺钉14拧入贯通，在该调整螺钉14各自的下端部固定脚部件15，该脚部件15的下端形成尖端或曲面，抵接于所述底盘11。在所述调整螺钉14的上端，嵌入校平从动齿轮16。所述下部外壳13利用所述销子12与两个所述调整螺钉14，三点支撑于所述底盘11上，所述下部外壳13能以所述销子12的顶端为中心，沿任意方向倾动。另外，在所述底盘11与所述下部外壳13之间，设置弹簧19，以使所述底盘11与所述下部外壳13不分离。
在所述下部外壳13的内部，设置两个校平电机17，在该校平电机17的输出轴上，嵌入校平驱动齿轮18，该校平驱动齿轮18啮合于所述校平从动齿轮16。所述校平电机17由所述控制部6独立驱动，利用所述校平电机17的驱动，经所述校平驱动齿轮18、所述校平从动齿轮16，旋转所述调整螺钉14，调整该调整螺钉14向下的突出量。另外，在所述下部外壳13的内部，设置倾斜传感器56(参照图4)，根据该倾斜传感器56的检测信号，驱动两个所述校平电机17，从而执行所述校平部2的校平。
说明所述旋转机构部3。
所述下部外壳13兼作所述旋转机构部3的外壳，在下部外壳13的内部，设置水平转动电机20，在该水平转动电机20的输出轴上，嵌入水平转动驱动齿轮21。
所述下部外壳13的上端部形成圆筒状，在该上端部，经轴承22设置旋转基盘23，在该旋转基盘23的中心，设置向下突出的旋转轴24，在该旋转轴24中上设置水平转动齿轮25，在该水平转动齿轮25上啮合所述水平转动驱动齿轮21。
另外，所述旋转轴24中设置水平角检测器26、例如编码器，利用该水平角检测器26，检测所述旋转轴24相对所述下部外壳13的相对旋转角，将检测结果(水平角)输入到所述控制部6，根据该检测结果，利用所述控制部6来控制所述水平转动电机20的驱动。
说明所述测定装置主体部7。
在所述旋转基盘23上固定主体部外壳27，在该主体部外壳27的内部，设置镜筒28。该镜筒28具有与所述主体部外壳27的旋转中心同心的中心线，所述镜筒28以所需的手段装配在该主体部外壳27中。例如，在所述镜筒28的上端形成凸缘29，将该凸缘29固定在所述主体部外壳27的天井部中。
所述镜筒28具有与该镜筒28的轴心一致的主光轴32，在该主光轴32上设置作为光学分离部件的分束器74。该分束器74透过可视光，反射红外光，利用所述分束器74，从所述主光轴32分离到反射光轴38与摄像光轴44。
在该反射光轴38上设置所述测距部4。
在所述反射光轴38上设置发光元件31，在所述反射光轴38上配置孔径反射镜33。所述孔径反射镜33分支所述反射光轴38，在该分支光轴38上设置测距感光部39。
从所述发光元件31发出脉冲束。该发光元件31是例如半导体激光器等，该发光元件31发出作为测距光37的红外光的脉冲激光光线，所述发光元件31由所述控制部6以所需的状态控制，以发出脉冲激光光线。该脉冲激光光线通过所述孔径反射镜33，由所述分束器74向高低转动反射镜35反射，经该高低转动反射镜35，向测定目标物照射脉冲激光光线。该高低转动反射镜35是偏转光学部件，配置在所述主光轴32上，在该主光轴32上配置聚光透镜34。所述高低转动反射镜35将铅直方向的所述主光轴32偏转为水平方向的投射光光轴36。
来自测定目标物的反射测距光经所述高低转动反射镜35、所述孔径反射镜33入射到所述测距感光部39。另外，作为内部参照光(未图示)，所述测距光37分割后的一部分入射到所述测距感光部39，根据反射测距光与内部参照光，测定距测定目标物的距离。
所述发光元件31、所述孔径反射镜33、所述聚光透镜34、所述高低转动反射镜35、所述反射光轴38等构成所述测距部4。
所述主光轴32贯通所述分束器74，在贯通的通过光轴32a上设置图像感光部43，该图像感光部43位于所述镜筒28的底部。
所述图像感光部43是将多个像素集合于平面上的，例如是CCD，各像素以所述通过光轴32a为中心位置被确定。另外，像素的位置确定例如假设以光轴为原点的X-Y坐标，像素的位置由X坐标、Y坐标来确定。另外，入射到所述图像感光部43的光线角度由该图像感光部43的像素位置确定，表示为视场角。
所述高低转动反射镜35、所述聚光透镜34、所述图像感光部43等构成所述摄像部5。
来自测定目标物的摄像光沿与所述投射光光轴36一致的摄像光轴44入射到所述高低转动反射镜35，在被该高低转动反射镜35反射之后，摄像光透过所述聚光透镜34、所述分束器74，由所述图像感光部43感光，取得图像。
说明所述旋转照射部8。
在所述主体部外壳27的上侧，设置上部外壳41，该上部外壳41的侧壁的一部分构成投射光窗42。所述旋转照射部8容纳于所述上部外壳41的内部。
在所述凸缘29的上端设置反射镜支架47，在该反射镜支架47中经转动轴48自由旋转地设置所述高低转动反射镜35，在该高低转动反射镜35的一个轴端嵌入高低转动齿轮51，在所述高低转动反射镜35的另一轴端设置高低角检测器52。该高低角检测器52检测所述高低转动反射镜35的转动角(转动位置)，将检测结果送出到所述控制部6。
在所述反射镜支架47上装配高低转动电机53，在该高低转动电机53的输出轴上嵌入高低转动驱动齿轮54，该高低转动驱动齿轮54啮合于所述高低转动齿轮51。所述高低转动电机53根据所述高低角检测器52的检测结果，由所述控制部6控制驱动。另外，该控制部6可独立驱动、或同步驱动控制所述水平转动电机20和所述高低转动电机53。
根据图4说明所述激光扫描仪1的控制系统构成。
向所述控制部6输入来自所述水平角检测器26、所述高低角检测器52、所述倾斜传感器56的检测信号，同时，从操作部57向所述控制部6输入测定者开始所述激光扫描仪1的测定所需的条件、测定开始的指令等。另外，所述操作部57也可设置在所述主体部外壳27的壳体中，或另外独立设置。
所述控制部6驱动所述水平转动电机20、所述高低转动电机53、所述校平电机17，同时，所述控制部6驱动显示作业状况、测定结果等的显示部58。另外，所述控制部6中设置、或可拆装地设置存储卡、HDD等外部存储装置59。
说明所述控制部6的概要。
该控制部6具备以CPU为代表的运算部61、和存储程序并存储测定数据、图像数据等数据的存储部62。程序是为了得到执行测距、高低角检测、水平角检测所需的测量数据而控制所述发光元件31的发光、或控制所述校平电机17、所述水平转动电机20、所述高低转动电机53等的序列程序、运算得到的数据、求出距离、三维数据等的运算程序、处理距离数据的距离数据程序、执行图像处理的图像处理程序、使数据显示于所述显示部58中的图像显示程序等程序；或统一管理这些程序的程序等。另外，所述控制部6具备驱动控制所述水平转动电机20的水平驱动部63、驱动控制所述高低转动电机53的高低驱动部64、驱动控制所述校平电机17的校平驱动部65、和处理由所述测距部4得到的距离数据的距离数据处理部66、处理由所述摄像部5得到的图像数据的图像数据处理部67等。
所述运算部61根据所述序列程序、所述运算程序、所述距离数据程序、所述图像处理程序、所述图像显示程序，执行必要的处理。
另外，也可让所述运算部61来执行所述距离数据处理部66、所述图像数据处理部67的功能，此时，所述距离数据处理部66与所述图像数据处理部67可省略。另外，通过分别具备所述距离数据处理部66、所述图像数据处理部67，可并行执行距离数据处理与图像数据处理，并可高速处理。
另外，也可另外设置所述距离数据处理部66与所述图像数据处理部67。例如，也可另外具备PC(Personal Computer)68(参照图5)，让该PC68执行所述距离数据处理部66与所述图像数据处理部67的功能。此时，将距离数据、图像数据存储在所述外部存储装置59中，在存储数据之后，从所述控制部6取出该外部存储装置59，连接于所述PC68上，由该PC68执行距离数据处理、图像数据处理。另外，若利用无线LAN等必要的通信部件将由所述激光扫描仪1取得的数据发送到所述PC68，则可省略所述外部存储装置59。
下面，根据图5-图10来说明所述激光扫描仪1执行的测定动作、数据制作处理。
在已知点设置所述激光扫描仪1，大概设定包含测量目标物71的测定区域72。在图示的情况下，所述测定目标物71为包含建筑物的自然地形。
使所述激光扫描仪1正对所述测定区域72，由所述操作部57执行校平。
经所述校平驱动部65驱动所述校平电机17，由所述倾斜传感器56检测所述激光扫描仪1的倾斜，将该倾斜传感器56的检测结果反馈到所述控制部6。由所述校平电机17旋转所述调整螺钉14，以使所述倾斜传感器56检测水平。
若校平完成，则在所述显示部58中显示校平完成，或由警告声等来告知。
若校平结束，则摄像所述测定区域72。另外，在该测定区域72的广度超过视场角(1次摄像范围)的情况下，分割区域，摄像分割后的区域。
首先，用图5、图6来说明所述测定区域72容纳于1次摄像范围内的情况。
摄像所述测定区域72，取得该测定区域72的数字图像数据，将数字图像数据和取得该图像数据时的校准方向、即所述摄像光轴44的方向(水平角、高低角)存储在所述存储部62中。
另外，数字图像数据是所述图像感光部43的各个像素的信号的集合，各个像素的信号具有确定在所述图像感光部43内的位置的信号。在该图像感光部43内的位置相对所述摄像光轴44来确定方向。因此，根据取得所述测定区域72的图像时的所述摄像光轴44的方向，求出各像素的水平角、高低角。另外，可利用存储在所述存储部62中的图像数据，按每个像素算出水平角数据、高低角数据(地址数据)。
使所述测定区域72的图像显示于所述显示部58中，在图像上设定详细测定区域72’。另外，在利用所述序列程序事先设定所述详细测定区域72’的情况下，不必另外设定详细测定区域72’。
由所述操作部57指令执行测距，或由所述序列程序指令执行测距。
设定所述高低转动反射镜35的姿势，使所述高低转动反射镜35的反射面与所述发光元件31对峙，同时，驱动所述水平转动电机20、所述高低转动电机53，使所述测定装置主体部7沿水平方向旋转，使所述高低转动反射镜35沿高低方向旋转。
从所述发光元件31脉冲发光测距光，测距光通过所述孔径反射镜33的孔，由所述高低转动反射镜35进行偏转，投射到所述投射光光轴36上。另外，由所述测定目标物71反射的反射测距光被所述高低转动反射镜35偏转到所述主光轴32上，反射测距光被所述孔径反射镜33反射，由所述测距感光部39感光。
同步驱动所述水平转动电机20与所述高低转动电机53，利用脉冲发光的所述测距光37，扫描所述测定区域72的范围。在所述测距部4，根据反射测距光，按个脉冲执行距离测定。
取得按每个脉冲测距的距离数据。另外，还同时取得脉冲发光时的所述水平角检测器26的检测水平角、所述高低角检测器52的检测高低角，将各距离数据与高低角数据、水平角数据相关联后，存储在所述存储部62中。另外，涉及各像素的水平角与涉及距离数据的水平角相等对应，涉及各像素的高低角与涉及距离数据的高低角的关系为(像素高低角-90°)＝(距离数据高低角)。
这里，尽管还取决于所述测定区域72的广度，但取得的距离数据的数量涉及数百万-数千万。通过使取得的距离数据与高低角数据、水平角数据关联，得到测定点的三维数据。
另外，所述测距部4与所述摄像部5一体设置在所述测定装置主体部7中，通过所述旋转机构部3一体水平旋转，所以距离数据与图像数据之间不产生旋转引起的错位。另外，所述图像数据的每个像素的水平角数据、高低角数据与同所述距离数据相关联的高低角数据、水平角数据一对一的对应，所以所述距离数据与所述图像数据可根据高低角数据、水平角数据直接关联。
通过利用所述测距光37扫描完所述详细测定区域72’的整个区域，完成包含图像数据、距离数据、高低角数据、水平角数据的三维数据群(点群数据)的取得。
接着，在所述测定区域72的广度超过所述摄像部5的视场角、即1次摄像范围的情况下，如图7-图9所示，分割所述测定区域72，摄像分割区域。图7中，示出将所述测定区域72分割成8个分割区域的实例。
在分割测定区域后摄像的情况下，对第1分割区域73a、第2分割区域73b、...、第8分割区域73h分别设定摄像方向。摄像方向的设定是按每个所述分割区域73a-73h执行校准方向的设定、即水平角的设定、高低角的设定。这里，所谓水平角、高低角是指摄像光轴、即所述投射光光轴36的水平角、高低角。
另外，邻接的分割区域设定成在分割区域的所需范围叠加。
由所述操作部57指令执行测距，或由所述序列程序指令执行测距。
设定所述高低转动反射镜35的姿势，使所述高低转动反射镜35的反射面与所述图像感光部43对峙，同时，驱动所述水平转动电机20、所述高低转动电机53，使所述测定装置主体部7沿水平方向旋转，使所述高低转动反射镜35沿高低方向旋转。
将由所述水平角检测器26检测到的水平角、由所述高低角检测器52检测到的高低角反馈到所述控制部6，控制所述水平转动电机20与所述高低转动电机35，使所述投射光光轴36与所述各分割区域73a-73h各自的水平角、高低角一致。
在所述各分割区域73a-73h中设定的水平角、高低角与所述水平角检测器26、所述高低角检测器52检测到的水平角、高低角一致的状态下，摄像所述各分割区域73a-73h。
将对应于该各分割区域73a-73h的分割图像作为数字分割图像数据，分别与水平角、高低角相关联，存储在所述存储部62中。另外，对应于所述分割区域73a-73h的分割图像通过使叠加部分重合，进行合成，将合成图像作为所述测定区域72的图像，存储在所述存储部62中。
由于对应于所述分割区域73a-73h的数字分割图像数据分别与所述摄像光轴44的方向(水平角、高低角)相关联，所以所述分割图像的各像素根据所述摄像光轴44的方向，求出各像素的水平角、高低角。因此，可对所述测定区域72整个区域的每个像素算出水平角数据、高低角数据(地址数据)。
使所述测定区域72的图像显示于所述显示部58中，在图像上设定所述详细测定区域72’。另外，在利用所述序列程序事先设定对所述测定区域72的所述详细测定区域72’的情况下，不必另外设定详细测定区域72’。
由所述操作部57指令执行测距，或由所述序列程序指令执行测距，或通过由所述序列程序执行测距，取得所述测定区域72’的点群数据。
所述详细测定区域72’的测距与不分割的情况的测距一样，所以省略说明。
另外，说明附带图像的三维数据的制作处理。
所述测定区域72比1次摄像范围小的情况、和将该测定区域72分割成分割区域、摄像各分割区域并合成分割图像的情况大致一样处理。
STEP：01当所述操作部57指令分割区域的附带图像的三维数据制作时，所述存储部62启动测定序列程序、运算程序、图像处理程序等附带图像的三维数据制作所需的程序。
STEP：02通过所述操作部57大概设定所述测定区域72。
STEP：03所述摄像部5摄像所述测定区域72的图像。在所述摄像部5的视场角比所述测定区域72大的情况下，将1次摄像得到的图像作为所述测定区域72的图像，存储在所述存储部62中。另外，在所述摄像部5的视场角比所述测定区域72小的情况下，按所需分割该测定区域72，对每个所述分割区域73执行摄像，取得该分割区域73的图像，将得到的分割图像数据分别与摄像方向(所述投射光光轴36、即摄像光轴44的水平角、高低角)相关联，存储在所述存储部62中。另外，合成分割图像数据，作为所述测定区域72的图像，存储在所述存储部62中。
STEP：04将所述测定区域72的图像显示于所述显示部58中，在所述测定区域72的图像上详细设定测定区域(详细测定区域72’)。
STEP：05接着，执行所述详细测定区域72’内的测量。测量的实施通过在所述详细测定区域72’的范围内，脉冲测距光扫描所述测定目标物71，对每个脉冲(每个测定点)执行测距，取得每个测定点的距离数据。另外，每个脉冲的高低角、水平角由所述水平角检测器26、所述高低角检测器52检测，从所述水平角检测器26、所述高低角检测器52取入检测结果，与每个距离数据相关联后，存储在所述存储部62中。
STEP：06利用全部所述测定点的距离数据与同各距离数据相关联的高低角、水平角，运算测定点的三维位置数据群，制作所述详细测定区域72’的三维位置数据群(点群数据)。
STEP：07已知关于所述详细测定区域72’的图像的所述摄像光轴44的方向(水平角、高低角)，所述图像数据的各像素的水平角、高低角通过与所述摄像光轴44相关地运算求出。因此，所述图像数据的各像素与所述点群数据各自的关联，根据像素的高低角来进行关联。另外，所述摄像部5的摄像光轴44与所述测距部4的测距光轴(即投射光光轴36)相同，或该测距部4与所述摄像部5一体水平旋转，所以所述图像数据与所述点群数据的位置关系不产生错位。因此，就所述图像数据与所述三维数据的关联而言，不必进行光轴一致、图像的旋转等图像处理。另外，不必另外设定测定目标物的基准点等，或不必从图像中抽取对应的基准点。并且，由于不必从图像中抽取基准点，所以也没有抽取时产生的误差。
STEP：08如上所述，点群数据的数据量从数百万点到数千万点。点群数据被TIN化(不规则三角网化：turned to undefined triangulationnet)，利用TIN方式，可压缩数据、省略数据，减轻所述运算部61的负担。
另外，不规则三角网由以3个三维数据为顶点的三角形构成，因粗略选择或细致选择构成顶点所选择的三维数据不同，不规则三角的大小不同。图11(A)表示粗略选择三维数据的情况，图11(D)表示细致选择三维数据的情况，图11(B)-图11(C)表示中间情况。
通过TIN化，在执行运算处理的情况下，省略不规则三角内包含的三维数据(数据被压缩)。另外，不规则三角面内的位置数据的算出如日本专利2004-163292号公报所示。
通过准备几个TIN化时的方式，可选择保持取得的点群数据不变、增大数据的压缩率、实施高速处理的方式、和缩小数据的压缩率、实施细密处理的方式等对应于状况的处理方式。
STEP：09执行TIN化的点群数据与图像数据的纹理映射(texturemapping)。这里，TIN化时的不规则三角顶点的数据的高低角、水平角已取得，还有，图像数据中的各像素的高低角、水平角已知，所以所述不规则三角顶点可根据高低角、水平角来直接确定图像数据中的像素，容易实施点群数据与图像数据的纹理映射。
STEP：10利用点群数据与图像数据的纹理映射，制作附带图像的三维数据。
另外，将STEP：07关联制作的所述图像数据、点群数据及各像素与所述点群数据每个的关联作为数据文件，存储在所述存储部62或所述外部存储装置59中，用于以后数据的连接等后处理中(STEP：21)。
下面，说明由所述激光扫描仪1测定多个测定区域72、对各测定区域72制作附带图像的三维数据时、连接多个测定区域72的附带图像的三维数据的情况。另外，在连接多个测定区域72的附带图像的三维数据的情况下，所述测定区域72的图像部分叠加，取得所述测定区域72的图像。
用图12来说明连接对多个测定区域72制作的附带图像的三维数据的情况。另外，以下的情况示出不变更所述激光扫描仪1的设置位置、对多个测定区域72制作附带图像的三维数据的情况。
STEP：11对各测定区域72a、测定区域72b、...、测定区域72n执行图10所示的STEP：01-STEP：07的步骤，分别取得图像数据、三维数据，再关联三维数据与图像数据。
另外，各测定区域72a、测定区域72b、...、测定区域72n的图像数据的摄像范围设定成邻接的图像的图像数据彼此以所需量叠加。
STEP：12对每个测定区域72a、测定区域72b、...、测定区域72n制作包含图像数据、三维数据群、三维数据与图像数据的关联信息等的数据文件，存储在所述存储部62中。
STEP：13所述邻接的各测定区域72a、测定区域72b、...、测定区域72n连接。
STEP：14通过连接图像数据，执行所述邻接的各测定区域72a、测定区域72b、...、测定区域72n的连接。图像数据的连接使叠加部分重合，利用重合部分的匹配来连接图像数据。另外，重合部分的匹配在不变更所述激光扫描仪1的设置位置的情况下，可直接匹配。
STEP：15由于图像的每个像素关联三维数据，所以通过连接图像，还可执行点群数据的连接。并且，通过对全部各测定区域72a、测定区域72b、...、测定区域72n执行图像的连接，多个测定区域72a、测定区域72b、...、测定区域72n的点群数据的连接完成。
STEP：16通过对全部各测定区域72a、测定区域72b、...、测定区域72n执行图像数据的连接、点群数据的连接，执行包含测定区域72a、测定区域72b、...、测定区域72n的多个测定区域整个区域中的图像数据的取得、点群数据的取得，进而对测定区域72a、测定区域72b、...、测定区域72n的整个区域执行图像数据与点群数据的关联。
STEP：17执行对所述测定区域72a、测定区域72b、...、测定区域72n整个区域的点群数据的TIN化。
点群数据的TIN化与上述STEP：08一样实施，执行数据的压缩、数据的省略，减轻所述运算部61的负担。
STEP：18与上述STEP：09一样，执行TIN化的点群数据与图像数据的纹理映射。
STEP：19与上述STEP：10一样，利用点群数据与图像数据的纹理映射，制作所述测定区域72a、测定区域72b、...、测定区域72n整个区域的附带图像的三维数据。
另外，将STEP：16关联制作的所述图像数据、点群数据及各像素与所述点群数据每个的关联作为数据文件，存储在所述存储部62或所述外部存储装置59中，用于以后数据的连接等后处理中(STEP：21)。
下面，用图13、图14来说明变更所述激光扫描仪1的设置位置后取得的多个附带三维数据的图像的连接。
将所述激光扫描仪1设置在A点，从A点开始，对第1测定区域72-1执行图像数据、点群数据取得。另外，所述激光扫描仪1移动，设置在B点，从B点开始，对第2测定区域72-2执行图像数据、点群数据取得。
这里，所述第1测定区域72-1、所述第2测定区域72-2如图6所示，在比所述激光扫描仪1的所述摄像部5的视场角小的情况下，所述测定区域的图像数据通过1次摄像取得，另外，所述第1测定区域72-1、所述第2测定区域72-2如图7-图9所示，在所述测定区域比所述摄像部5的视场角大的情况下，分割所述测定区域72，取得图像数据。
需要部分叠加取得所述第1测定区域72-1的图像数据与所述第2测定区域72-2的图像数据。
STEP：21经图10所示的STEP：01-STEP07的过程，制作所述第1测定区域72-1、所述第2测定区域72-2的测定区域的数据文件。
STEP：22根据所述第1测定区域72-1的数据文件与所述第2测定区域72-2的数据文件，执行所述第1测定区域72-1的数据与所述第2测定区域72-2的数据的合成。
STEP：23如上所述，部分叠加地取得所述第1测定区域72-1的图像数据与所述第2测定区域72-2的图像数据，所以根据叠加部分来执行基于图像数据的匹配。
图像数据的匹配抽取叠加部分中的两个图像中的共同点，以一个图像为基准，坐标变换另一图像，使共同点重合。另外，为了执行高精度的图像匹配，使用对坐标变换后投影变形有效的匹配方法、即最小2乘匹配：LSM(Least Squares Matching)，实施匹配。
STEP：24通过使所述第1测定区域72-1的图像数据与所述第2测定区域72-2的图像数据匹配，连接所述第1测定区域72-1的图像数据与所述第2测定区域72-2的图像数据。利用图像彼此的连接，还连接与所述第1测定区域72-1的图像数据对应的点群数据、与所述第2测定区域72-2的图像数据对应的点群数据，同时，还将所述第1测定区域72-1、所述第2测定区域72-2连接的图像数据与所述第1测定区域72-1、所述第2测定区域72-2连接的点群数据关联。
图15示出连接点群数据(A)与点群数据(B)、合成为点群数据(C)的状态。
将关联的连接图像数据、连接点群数据作为所述第1测定区域72-1与所述第2测定区域72-2的合成数据文件，存储在所述存储部62或所述外部存储装置59中。存储的合成数据文件用于以后的数据连接等后处理中(STEP：31)。
STEP：25将点群数据TIN化，执行数据的压缩、数据的省略，减轻所述运算部61的负担。
STEP：26执行TIN化的点群数据与图像数据的纹理映射。这里，TIN化时的不规则三角顶点的数据的高低角、水平角已取得，还有图像数据中的各像素的高低角、水平角已知，所以所述不规则三角顶点可根据高低角、水平角来直接确定图像数据中的像素，容易实施点群数据与图像数据的纹理映射。
STEP：27利用点群数据与图像数据的纹理映射，制作附带图像的三维数据。
另外，使用多个图12的STEP：21得到的测定区域整个区域的数据文件，或使用多个图14的STEP：31得到的合成数据文件，执行数据的连接，可制作更广范围的附带图像的三维数据。
图16、图17示出本发明激光扫描仪1的第2例。另外，图16与图17有图2与图3一样的关系。图16、图17中，如与图2和图3中示出的相同的部分附加相同符号，省略其说明。
在第2例中，摄像光学系统、测距光学系统、校平部2、旋转机构部3、旋转照射部8等的机构与第1例一样。
作为测距光，使用红外光，发光元件31发出红外光的脉冲激光光线。
在镜筒28的内部，在所述主光轴32上设置作为光学分离部件的分束器74。该分束器74透过可视光，反射红外光，利用所述分束器74，从所述主光轴32分离出反射光轴38。
从所述发光元件31射出的测距光37由所述分束器74反射到所述主光轴32上，再由所述高低转动反射镜35照射到投射光光轴36上。
反射到该投射光光轴36上的反射测距光被所述高低转动反射镜35、所述分束器74、孔径反射镜33反射，反射测距光由测距感光部39感光，执行距离测定。
另外，来自测定目标物的摄像光被所述高低转动反射镜35反射，摄像光透过所述分束器74之后，被图像感光部43感光，取得图像。
在第2例的激光扫描仪1中，摄像光轴与测距光轴也相同，测距部4与摄像部5一体旋转，所以点群数据与图像数据的关联容易。另外，就所述高低转动反射镜35而言，由于投射光光轴36、摄像光轴44一致，所以点群数据与图像数据的关联也容易。
另外，作为上述激光光线，使用了红外光，但在必需识别照射点的情况下，也可使用红色或绿色的激光光线。
所述摄像装置81(参照图1)最好作为数字数据得到摄像的图像，例如使用数码相机。另外，也可将摄到胶卷等上的图像变换为数字数据。
所述摄像装置81可存储图像数据，该摄像装置81可携带的存储媒体可拆装，作为存储媒体，例如存储卡，可经该存储卡将图像数据输入到所述测量数据处理装置91。
用图18来说明该测量数据处理装置91的概要。
该测量数据处理装置91由运算控制部(CPU)92、主存储部93、输入输出控制部94、显示部95、辅助存储部96、操作部97示意构成。
在所述主存储部93中形成程序存储区、数据存储区，在所述程序存储区中，存储图像处理程序、执行所需运算的运算程序、管理进行数据处理的序列程序等构成的测量数据处理程序、图像显示程序等程序，在所述数据存储区中，存储由激光扫描仪1取得的点群数据、与该点群数据相关联的主图像数据、由所述摄像装置81取得的补充图像数据等。
所述辅助存储部96是存储卡读取器、DVD驱动器、FD驱动器、或可拆装的可携带HDD等，将由所述激光扫描仪1取得的点群数据、主图像数据写入存储卡、DVD、FD等记录媒体中，将记录媒体装在所述辅助存储部96中，通过读入，将数据写入所述主存储部93中，或将数据写入所述可携带HDD中，将该可携带HDD连接于所述主存储部93上，经所述运算控制部92，将所述可携带HDD的数据写入所述主存储部93中。
另外，所述摄像装置81在作为电子数据可取得数码相机等的摄像图像的情况下，将摄像取得的补充图像作为数字数据，记录在存储卡中，通过将该存储卡安装在所述辅助存储部96中，可将补充图像数据存储在所述主存储部93中。
在所述摄像装置81是将图像记录在感光胶卷上的模拟方式照相机等的情况下，由图像扫描仪等将图像变换为电子数据，将变换后的电子数据写入存储卡、DVD等中，将存储卡、DVD等装在所述辅助存储部96中，从而同样可将补充图像数据存储在所述主存储部93中。
另外，通过利用无线LAN等连接所述激光扫描仪1与所述测量数据处理装置91，可将无线通信作为记录媒体，无物理记录媒体的交换，可在所述激光扫描仪1与所述测量数据处理装置91之间交换数据。
所述操作部97例如以键盘、鼠标等为代表，测定者从所述操作部97向所述运算控制部92提供测量的条件的输入、测定开始等必要的指示。
用图19来说明本发明的测量数据处理的基本流程。
STEP：31利用激光扫描仪1照射脉冲激光光线，扫描测定区域，取得测定区域的主点群数据。再由所述摄像部5取得测定区域的主图像数据。所述主点群数据被TIN化，使所述主图像数据纹理映射到该主点群数据。
经所述外部存储装置59，将取得的主点群数据、主图像数据、使主图像纹理映射到主点群数据的数据，记录在存储媒体、例如存储卡中。将该存储卡从所述外部存储装置59中取出，装在所述辅助存储部96中。从所述存储卡中读取主点群数据等数据，存储在所述主存储部93中。
STEP：32使主点群数据显示于所述显示部95中，判断主点群数据的未取得数据范围。例如，未取得数据范围是因车辆、树木等阻碍物而变为阴影的数据欠缺部分98(参照图20)，通过使主点群数据显示，可目视直接判断数据欠缺部分。另外，也可与主图像数据一起显示主点群数据。
通过执行如下数据处理，即检测主点群数据的点数据内、邻接的点数据欠缺的边界点数据，连线边界点数据，制作复合线，从而可自动判断所述未取得数据范围。下面，说明所述未取得数据范围是欠缺部分98的情况。
STEP：33利用所述摄像装置81立体摄影未取得数据范围。立体摄影从左右、上下至少两个方向摄影所述欠缺部分98，取得图像。在改变方向摄像的情况下，使图像部分叠加。作为使用的摄像装置81，最好是将摄像图像记录为电子数据的数码相机等。将取得的图像数据作为补充图像数据，存储在存储卡等记录媒体中。
另外，在所述欠缺部分98大的情况下，可整体覆盖地取得多个补充图像数据。
STEP：34将存储卡装在所述辅助存储部96中，将补充图像数据存储在所述主存储部93中。所述补充图像数据例如按左图像、右图像的顺序存储，作为立体对登录。另外，在所述补充图像数据登录的同时，还登录摄像方向、摄像位置、相对摄像光轴的倾角等摄像条件(标定数据：calibration data)。
STEP：35选择构成立体对的补充图像数据，执行制作立体图像的标定处理。根据从主点群数据选择的点来进行立体对的补充图像数据的标定。因此，省略取得图像中的标定用基准点设定、测定。另外，标定处理如后详细描述。
STEP：36根据STEP：35的标定结果，根据任意摄影的图像，制作立体图像(偏差校正图像：a deviation-corrected image)。
该立体图像是补正了左右图像相对倾斜的无纵向视差的图像，可立体图视。在所述立体图像上显示所述主点群数据，确认所述立体图像是否无遗漏地覆盖所述欠缺部分98。同时，检查扫描数据的整合性(是否有测定数据的异常)等。
将补充图像数据的遗漏、或点群数据的整合性有异常的存在问题的部分设为再测量部分。对于补充图像数据的遗漏，对遗漏部分再次取得图像，制作立体图像。对于点群数据的整合性有异常的部分，在图像上使用鼠标等手动指定再测定范围，或如上所述自动制作复合线，设为再测定范围，由所述激光扫描仪1再次测定，取得再测定点群数据。将再测定点群数据合成到所述主点群数据。
STEP：37根据STEP：36制作的立体图像，通过数据处理，将补充图像取得范围的补充点群数据进行自动测定。
设定点间间隔，使补充点群数据的点间间隔与所述激光扫描仪1测定的主点群数据的点间间隔相同。将利用自动测定得到的补充点群数据存储在所述主存储部93中。
STEP：38从主点群数据中选择规定数量的基准点，或从所述补充点群数据中选择对应于所述基准点的对应点，根据基准点与对应点，执行所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配。
将STEP：37取得的所述补充点群数据合成到所述主点群数据。另外，立体图像的标定使用主点群数据标定，计算由立体图像测定的补充点群数据，作为与主点群数据一样的坐标系。因此，可不复杂的处理，执行基于主点群数据的所述欠缺部分98的补充点群数据的补充。
下面，单独说明上述测量数据处理的基本流程中的主要数据处理。
首先，参照图21来说明立体图像的标定。
STEP：41判断或检测激光扫描仪1取得的主点群数据的欠缺部分98，用数码相机摄影该欠缺部分98，取得该欠缺部分98的补充图像数据。将补充图像数据存储在所述主存储部93中，根据补充图像数据，显示所述欠缺部分98的图像。
STEP：42按规定顺序(例如右图像、左图像)指定登录的图像内、构成立体对的图像。立体对的指定也可在图像上用鼠标等指定，或让程序检测欠缺部分98，检索对应于该欠缺部分98的补充图像数据。
STEP：43在有多个欠缺部分的情况下，或欠缺的部分大的情况下，作为标定处理用，登录应为欠缺部分的立体对图像、或应为欠缺部分的多个立体对图像。
STEP：44使STEP：43中登录的补充图像数据及主点群数据显示于所述显示部95中。另外，主点群数据的显示也可以将图像纹理映射于该主点群数据的状态显示。
STEP：45使显示的主点群数据、补充图像进行对比，在基于补充图像的充足为不完全的情况下，由所述摄像装置81再摄像不足部分，执行图像数据的追加。在补充图像完全充足所述欠缺部分98的情况下，选择标定点，测量坐标。
所谓标定点是，在立体图像的情况下，左右图像上的对应点(相同点)在图像上的坐标(x，y)，标定点也被称为加密点(pass point)。
在相互标定中，必需测量6点以上的加密点。另外，这些加密点内，若提供3点以上的地上坐标(X，Y，Z)作为基准点，则可执行立体图像的绝对标定。
STEP：46在左图像或右图像上，用鼠标指定想测定标定点的部分，执行左右图像的匹配。作为匹配处理，使用相关处理、SSDA(差分)、最小2乘相关(LSM)等。
匹配不正常的部分(无纹理等)可通过手动正确测定左右图像的对应点。
例如，在从左图像向右图像匹配的情况下，将由左图像指定的示意位置作为中心，设定指定的左图像上称为窗口的正方区域的模板，在右图像上移动与该模板大小相同的窗口，搜索左图像与右图像的图像浓度值最类似的位置，确定对应点。这里，所谓类似度在标准化的相关处理的情况下，最大为1，在SSDA(差分)的情况下，最小值(0)为最类似的值。
这里，作为一例，设定模板的大小在左图像中为15×15像素(在图22中，为左图像的模板101)，搜索幅度为其大小的2倍以上，右图像中的窗口大小为31×31像素(在图22中，为右图像的窗口102)。另外，在从左图像搜索到右图像之后，使用该结果，从右图像向回匹配到左图像，由此评价求出的对应点的一致，提高可靠性。
这里，作为对测定目标物的凹凸形状或投影变形有效的匹配方法，使用最小2乘匹配：LSM(Least Squares Matching)，高精度地执行图像间的匹配。最小2乘匹配如图22所示，是如下方法，即：边使右图像上的所述窗口102的形状仿射变形(affinetransformation)，边匹配(图案比较)，以子像素单位测量对应点。
将执行图案比较时的所述模板101设为f1(i，j)，将变形后的所述窗口102设为f2(x，y)，利用下式的仿射变换近似该窗口102的变形。
x＝a1i+a2j+a3
y＝a4i+a5j+a6
另外，各个比较的像素的浓度差由下式提供。
∑d(i，j)2→min
d(i，j)＝f1(i，j)-f2(x，y)
＝f1(i，j)-f2(a1i+a2j+a3，a4i+a5j+a6)
下面，确定满足条件∑d(i，j)2→min的a1-a6。
这里，a1、a2、a4、a5表示所述窗口102的变形，a3、a6为应求出的检测位置的坐标，能以子像素等级的精度来求出。在相互标定中，必需测量6点以上的该左右的对应点(加密点)。
STEP：47在利用匹配求出补充图像数据与左右图像的对应之后，根据主点群数据求出与该左右图像中的位置相同的位置，执行补充图像数据与主点群数据的匹配。
作为主点群数据与补充图像数据的匹配方法之一，利用主图像数据与补充图像数据的图像匹配来执行。
即，将纹理映射到主点群数据的主图像数据显示于所述显示部95中，或覆盖所述欠缺部分98地重叠显示补充图像数据(STEP：46中得到的立体图像的右图像或左图像)，执行补充图像数据与主图像数据的匹配。之后，经补充图像数据与主图像数据的匹配，执行主点群数据与补充图像数据的匹配。
另外，在不能匹配主点群数据与补充图像数据的情况下，可手动测定对应点。
若求出左右图像(补充图像数据)中的位置与主点群数据的相同位置的对应，则根据主点群数据取得该位置的坐标(X，Y，Z)，将取得坐标的点设定为测定点、例如测定点：01，测定完成。与主点群数据的补充图像数据对应不必对应全部加密点，为了执行绝对标定，只要有3点以上的坐标(X，Y，Z)作为基准点即可。
STEP：48执行标定点检查。以6点以上的标定点、或3点以上从点群数据选择的基准点的点数进行检查。若为OK，则前进到STEP：49，若为NG，则返回STEP：45。
STEP：49计算相互标定计算，求出由所述摄像装置81摄影时的左右图像间的相对位置与倾角，和计算绝对标定，求出相对立体图像的基准点的位置与倾角。
计算结果，在相互标定的情况下，利用左右图像的模块坐标的纵向视差的标准偏差来检查，在绝对标定的情况下，用基准点X、Y、Z与计算得到的坐标X’、Y’、Z’的残差的标准偏差等检查，在均满足基准值的情况下，标定结束。在不满足基准值的情况下，返回STEP：45，执行标定点的校正(再测定)、追加等。
下面，参照图23来说明使用点群数据的立体匹配。
STEP：51根据STEP：35和STEP：41～STEP：50的处理得到的标定结果，校正补充图像数据的左右图像的相对倾角，根据补充图像数据，制作立体图像(偏差校正图像)。该偏差校正图像是校正左右图像的纵向视差的图像，左右图像相同部位的纵向方向(Y坐标)完全一致。因此，可执行之后的左右图像的立体匹配的1维搜索。
STEP：52在立体图像上显示主点群数据。
利用激光扫描仪1照射脉冲激光光线，激光扫描测定区域时，若在测定区域内有停止的车，则车部分构成阴影，在主点群数据中产生欠缺部分98(参照图20)。
STEP：53检查主点群数据的欠缺部分98，在立体图像内设定补充测量范围。补充测量范围由多边形(利用连续连接的线)指定。
补充测量范围的设定使用鼠标等，手动指定，或自动识别有孔部分，自动连线指定孔周围的点群数据。
STEP：54输入从立体图像测定补充点群数据时的测定间隔。在未特别指定测定间隔的情况下，显示由激光扫描仪得到的主点群数据的平均测定间隔。在以与主点群数据相同的密度利用图像测量取得补充点群数据的情况下，以所述测定间隔原样执行测定。
STEP：55在以与主点群数据相同的密度利用图像测量取得补充点群数据的情况下，利用在指定的范围内输入的所述测定间隔，在立体图像的一个图像、例如左图像上设定测定点。
STEP：56在匹配STEP：55设定的测定点之前，制作以每次1/2逐渐缩小图像的尺寸所制作的塔式图像(pyramid image)。制作塔式图像，直到最小的图像尺寸变为256×256尺寸左右，塔式图像的段数取决于处理的最初图像的尺寸。
图24中示出将图像缩小到1/16的实例。
匹配利用粗密搜索法，从最粗的阶段的1/16开始，以1/8、1/4、1/2、收敛到等倍图像。粗密搜索法减少重复图案或投影变形等的影响，提高匹配的可靠性，同时，可高速处理。
STEP：57连线STEP：53在立体图像内设定测定范围的多边形的内部点群数据，制作TIN。多边形的顶点是三维数据，通过形成TIN，可从TIN的三角形内插最初阶段的匹配的初始值、视差。另外，通过提供该视差的初始值，可提高匹配的可靠性。
STEP：58以最小2乘匹配(LSM)执行左右图像的对应。
由STEP：57制作的TIN，内插测定点，用作匹配的初始值(粗图像)。此时，匹配可由粗密搜索法来执行。
STEP：59根据由立体匹配求出的左右图像的对应点，计算STEP：53指定的补充测量范围的全部测定点的三维坐标。
STEP：60将三维坐标计算的补充点群数据自动合成到由所述激光扫描仪1取得的原始主点群数据。
立体图像在事先用激光扫描仪的主点群数据标定立体图像的情况下，由与图像测量得到的补充点群数据相同的坐标系变换，所以不必位置对准。另外，能以与激光扫描仪的点群数据相同的间隔来测量。

Claims (18)

1.一种测量方法，其特征在于，具有：
利用激光扫描仪，取得规定的测定范围内的主点群数据的工序；
检测未取得数据范围的工序；
利用副摄像装置取得未取得数据范围的补充图像数据的工序；
利用由所述副摄像装置得到的补充图像数据，制作立体图像的工序；
从该立体图像取得补充点群数据的工序；和
利用所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配，补充所述主点群数据的未取得范围的工序。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：
所述激光扫描仪在取得点群数据的同时，取得与该点群数据关联的主图像数据。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：
所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配利用从所述主点群数据适当选择的基准点与所述补充点群数据中对应于所述基准点的点的关联来进行。
4.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于：
所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配由所述主图像数据与所述补充图像数据的图像匹配来进行。
5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：
所述未取得数据范围是邻接于测定范围的范围。
6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：
所述未取得数据范围是不能利用激光扫描仪得到点数据的数据欠缺部分。
7.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：
所述未取得数据范围通过将主点群数据显示在显示部上来判断。
8.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：
所述未取得数据范围通过检测主点群数据内邻接的内侧点数据欠缺的边界来判断。
9.一种测量系统，其特征在于，具备：
激光扫描仪，在规定的测定区域中扫描脉冲激光光线，感光所述脉冲激光光线的反射光，对每个脉冲测距脉冲激光光线照射点的三维位置数据，取得所述测定区域的主点群数据；
副摄像装置，与该激光扫描仪分离，可从任意方向取得补充图像数据；和
测量数据处理装置，具有存储部、控制运算部、显示部，
将由所述激光扫描仪取得的主点群数据和由所述副摄像装置从至少两个方向摄像所述激光扫描仪的未取得数据范围所得到的补充图像数据登录在所述存储部中，
所述控制运算部根据所述补充图像数据，制作立体图像，同时，取得所述未取得数据范围的补充点群数据，并将该补充点群数据与所述主点群数据相关联，利用所述补充点群数据补充所述主点群数据的未取得数据范围。
10.根据权利要求9所述的测量系统，其特征在于：
所述激光扫描仪具备：
主摄像装置，利用与脉冲激光光线的照射光轴相同的摄像光轴，摄像所述测定区域，取得主图像数据。
11.根据权利要求9所述的测量系统，其特征在于：
所述补充点群数据与所述主点群数据的关联通过从该主点群数据选择的基准点与所述补充点群数据中与所述基准点对应的点的关联来进行。
12.根据权利要求10所述的测量系统，其特征在于：
由所述主摄像装置摄像的主图像数据与所述主点群数据相关联，与该主点群数据一起，登录在所述测量数据处理装置中，
该测量数据处理装置经所述主图像数据与所述补充图像数据的图像匹配，关联所述主点群数据与所述补充点群数据。
13.根据权利要求9所述的测量系统，其特征在于：
所述运算控制部使所述主图像数据、所述主点群数据、所述补充图像数据、所述补充点群数据内的至少所述主点群数据单独显示于所述显示部中。
14.一种测量数据处理程序，其特征在于，实现如下步骤：
根据由激光扫描仪得到的规定的测定范围内的主点群数据，检测未取得数据范围的步骤；
根据由副摄像装置摄像的未取得数据范围的从至少两个方向的补充图像数据，运算未取得数据范围的补充点群数据的步骤；
执行所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配的步骤；和
利用所述补充点群数据，补充所述主点群数据的未取得范围的步骤。
15.根据权利要求14所述的测量数据处理程序，其特征在：
所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配步骤执行如下步骤：
从所述主点群数据适当选择基准点的步骤；
选择所述补充点群数据中对应于所述基准点的点的步骤；和
进行选择的所述基准点与对应点的关联的步骤。
16.根据权利要求14所述的测量数据处理程序，其特征在于：
所述未取得数据范围的判断通过检测所述主点群数据内邻接的内侧点数据欠缺的边界来判断。
17.根据权利要求14所述的测量数据处理程序，其特征在于：
所述主点群数据与所述补充点群数据的匹配步骤通过与所述主点群数据相关联的测定区域的图像数据和所述未取得数据范围的补充图像数据的图像匹配步骤来执行。
18.根据权利要求14所述的测量数据处理程序，其特征在于：
由所述激光扫描仪中具备的主摄像装置以与测定光轴相同轴取得测定区域的主图像数据、所述主点群数据、所述补充图像数据、所述补充点群数据内、至少使所述主点群数据单独显示。
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