JP2012047656A - レーザスキャナを用いた形状計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、レーザスキャナを用いた形状測定法において、簡単な作業で測定対象近傍のデータのみを取得する方法を提供することにある。
【解決手段】本発明は、レーザスキャナを用いて測定対象の形状を測定する際に、撮像機器を用いて測定対象を撮像し、該撮像された画像を確認しながら、上記測定対象近傍のみが写るように、視野制限窓を上記撮像機器の前面に設置し、上記レーザスキャナのレーザビームを全周囲に走査することで、距離データを取得し、該取得された全周囲のデータから、上記視野制限窓により計測ができなかった非計測領域に基づき、上記計測対象近傍のみの測定データを抽出することを特徴とする。
【効果】本発明によれば、レーザスキャナを用いた形状測定法において、簡単な作業で測定対象近傍のデータのみを取得する方法を提供することが可能である。
【選択図】 図４

Description

本発明は、レーザスキャナを用いた形状計測方法に関するものである。

レーザスキャナは、短時間で大量の点群データを取得することができるが、計測時の設定に従い設定範囲内の距離情報を無差別に取得するため、例えば、室内で計測を行った場合、天井，壁，作業者，机，椅子などの測定対象以外のデータを同時に取得してしまう。

現状、これらの不要データは、計測作業者による手作業で削除している。そのため、測定自体は短時間で終了するにも係わらず、不要な点群データの除去に時間がかかり、測定現場でのデータ取得確認作業に膨大な時間を要する。

これらの課題に対し、特許文献１において、熊谷らは、レーザスキャナを用いて形状を測定する際に、レーザビームと光軸を同じにする照準器を用いてレーザビームの射出方向、すなわち測定エリアを観察し、レーザビームを走査しながら、測定対象が含まれる水平角、および、高低角を検出し、該検出された角度に基づいて測定範囲を決定する機構を備えたレーザスキャナについて述べている。

特開２００８−８２７８２号公報

しかしながら、特許文献１で述べられている技術では、照準器を用いて測定エリアを決定する際に、レーザスキャナの水平角、および、高低角を変更する必要がある。

そこで、本発明の目的は、レーザスキャナを用いた形状測定法において、簡単な作業で測定対象近傍のデータのみを取得する方法を提供することにある。

本発明は、レーザスキャナを用いて測定対象の形状を測定する際に、撮像機器を用いて測定対象を撮像し、該撮像された画像を確認しながら、上記測定対象近傍のみが写るように、視野制限窓を上記撮像機器の前面に設置し、上記レーザスキャナのレーザビームを全周囲に走査することで、距離データを取得し、該取得された全周囲のデータから、上記視野制限窓により計測ができなかった非計測領域に基づき、上記計測対象近傍のみの測定データを抽出することを特徴とする。

本発明によれば、レーザスキャナを用いた形状測定法において、簡単な作業で測定対象近傍のデータのみを取得する方法を提供することが可能である。

実施例１における、レーザスキャナの測定範囲を説明する図である。 実施例１における、測定範囲確認用の撮像機器と視野制限窓を有するレーザスキャナを示す図である。 実施例１における、測定範囲確認用の撮像機器のモニタに映し出された測定空間を示す図である。 実施例１における、視野制限窓を用いて、注目する測定対象近傍にレーザビームが照明される様子を説明する図である。 実施例１における、視野制限窓を通して測定範囲確認用の撮像機器のモニタに映し出された測定空間を示す図である。 実施例１における、視野制限窓の開口サイズを変更する様子を示す図である。 実施例１における、視野制限窓を用いて測定された点群データを上面からの視点で表示した様子を示す図である。 実施例１における、視野制限窓に加え、視野制限窓の両側面，上面、および、背面を設置して、注目する測定対象近傍のみにレーザビームが照明される様子を説明する図である。 実施例１における、視野制限窓に加え、視野制限窓の両側面，上面、および、背面を設置した場合に測定される点群データを上面からの視点で表示した様子を示す図である。 実施例１における、処理フローを示す図である。 実施例２における、レーザスキャナと測定対象の配置の様子を示す図である。 実施例２における、特定の高さ範囲のデータが除去された点群データを側面からの視点で表示した様子を示す図である。 実施例２における、参照面と、参照面に対応した点群データを抽出した様子と、抽出された点群データに平面を当てはめる様子を示す図である。 実施例２における、レーザスキャナのＸ−Ｙ基準面Ｐ１，Ｘ−Ｚ基準面Ｐ２、および、Ｙ−Ｚ基準面Ｐ３と、生成された参照面の関係を示す図である。 実施例２における、新たに座標変換されたレーザスキャナのＸ−Ｙ基準面Ｐ１，Ｘ−Ｚ基準面Ｐ２、および、Ｙ−Ｚ基準面Ｐ３と、それらに平行な平面によって、６面体を生成し、測定対象を囲う様子を示す図である。 測定対象近傍のデータのみを抽出した時の図である。 実施例２における、処理フローを示す図である。

本発明の実施形態を図１から図１７を用いて説明する。

図１から図１０を用いて実施例１を説明する。

図１は、本実施例で用いるレーザスキャナの測定範囲について示す。レーザスキャナは、レーザビームを垂直、および、水平面内に高速に走査することで、ほぼ全周囲に渡り、レーザスキャナのレーザビーム走査中心を原点とする測定対象までの距離情報を得ることができる。

このとき、図２に示すように、２枚のミラー３およびミラー４を介してレーザスキャナ１の基準光軸と撮光軸を一致させた撮像機器２を用い測定空間を撮像する。更に、撮像機器２の前面に視野制限用の窓を設けておく。図３に示すように、撮像機器２はモニタ１０を備えており、容易に測定空間の様子を観察することができる。ここで、モニタ１０に映し出されているもののうち、モニタ１０の中央に表示された物体が測定対象６である。しかしながら、このままでは、物体６１、および、物体６２のデータまでも測定してしまう。図４に示すように、測定空間に存在する物体が、測定対象６，物体６１、および、物体６２のみであれば、取得される全周囲のデータから容易に測定対象６のみを見つけることができるが、実際の測定空間には、例えば、室内で測定を行った場合には、壁，柱，天井，窓，机，椅子，作業者など多くの不要な物体が存在する。そのため、これらの不要な物体を示す点群データから所望の測定対象６のみのデータを抽出するには、多くの時間を費やす。

そこで、本実施例では、図４に示すように、おおむね測定対象６のみをレーザビームが照射するように、視野制限窓５ａを設置する。視野制限窓５ａで測定視野を制限すると、図５に示すように、撮像機器２に備え付けられたモニタ１０にも視野制限窓５ａが映し出される。図６に示すように、視野制限窓５ａの幅を可変としておき、上記モニタ画面を確認しながら、視野制限窓５５ａの幅を変え、測定対象６のみが写るようにすれば、容易に測定範囲を制限することが可能となる。また、このときの画像を保存しておけば、計測範囲の様子を後で確認することが可能となる。

視野制限窓５ａを介して得られた点群データは、図７に示すように特定領域７のデータが抜けたデータとなる。したがって、この非計測領域７に基づき、簡単な作業で測定対象６に対応した点群データを抽出することが可能となる。

より測定対象６に対応した点群データの抽出を容易にするために、図８に示すように、撮像機器２の右側面，左側面，上面，背面を覆った視野制限ボックス５ｂを用いれば、図９に示すように測定対象６近傍以外の領域が非測定領域となるため、より容易に測定対象６に対応した点群データを抽出することが可能となる。

図１０に本実施例における計測フローを示す。

レーザスキャナをほぼ水平面に設置する（ステップＳ１）。レーザスキャナの水平面内での方向が、おおむね測定対象の方向を向くように、レーザスキャナを回転調整する（ステップＳ２）。レーザスキャナの測定基準光軸と撮像光軸を一致させた観察用カメラを設置する（ステップＳ３）。観察用カメラの前面に視野制限窓を設置する（ステップＳ４）観察用カメラの画像を見ながら、測定対象とその近傍のみが写るように視野制限窓の横幅・上下幅を調整する（ステップＳ５）。測定開始した後、測定を終了する（ステップＳ６，Ｓ７）。測定結果を上面からのビューで表示し（ステップＳ８）、不要データを削除する（ステップＳ９）。

該フローに従って測定を実施すれば、規定された作業で誰もが容易に測定対象６に対応したデータのみを得ることが可能となる。

実施例２を、図１１から図１７を用いて説明する。

実施例２は、実施例１で説明したような測定領域観察用の撮像機器、および、視野制限窓の設置が困難なレーザスキャナを用いた場合においても、規定の手順で測定対象に対応したデータのみを得ることが可能となる。図１７に、本実施例における計測フローを示す。

すなわち、図１１に示すように、レーザスキャナ１を用いて測定対象６を測定する際に、レーザスキャナ１を地面におおむね平行になるように設置し（ステップＳ１０）、地面からレーザスキャナの基準光軸までのおおよその高さｈ１を把握し（ステップＳ１１）、また、地面から測定対象６の最も高い高さまでのおおよその高さｈ２を把握しておく（ステップＳ１２）。次に、地面５０、および、該地面に直交し、且つ、互いに直交する二つの参照面である平面５１および平面５２を含むように上記レーザスキャナで全周囲の形状を測定する（ステップＳ１３〜Ｓ１５）。

このようにして得られた点群データの高さは、レーザスキャナの基準光軸が高さ零となっている。そこで、まず、レーザスキャナの基準面（１）（Ｘ−Ｙ平面とする）をｈ１だけ下げる（ステップＳ２０）。これにより、レーザスキャナの基準面（１）の高さは、ほぼＺ＝０となる。したがって、図１２に示すように、測定対象６に対応するデータは、おおむねＺ＝０からＺ＝ｈ２までの高さに含まれることになる。そこで、０≦Ｚ≦ｈ２以外のデータを全て除去する（ステップＳ２１）。

次に、図１３に示すように、地面５０，平面５１および平面５２に対応する点群データの一部を選択し（ステップＳ２２，Ｓ２４，Ｓ２６）、各々、点群５０ａ，５１ａ，５２ａとし、これらに平面を当てはめる（ステップＳ２３，Ｓ２５，Ｓ２７）。当てはめられた平面を、各々、平面５０ｂ，平面５１ｂ、および、平面５２ｂとする。このとき、大まかに把握した地面からレーザスキャナの基準光軸までのおおよその高さｈ１の距離が、実際の距離よりも短いと、０≦Ｚ≦ｈ２以外のデータを除去した際に、地面に対応したデータが消えてしまうので、ｈ２の値は、やや大きめにしておくのが良い。

次に、図１４に示す、レーザスキャナのＸ−Ｙ基準面Ｐ１，Ｘ−Ｚ基準面Ｐ２、および、Ｙ−Ｚ基準面Ｐ３が、上記参照面５０ｂ，平面５１ｂ、および、平面５２ｂに各々おおむね一致するように座標変換する（ステップＳ２８）。尚、レーザスキャナのＸ−Ｙ基準面Ｐ１と地面に対応する参照面５０ｂは元々おおむね平行であるから、レーザスキャナのＸ−Ｚ基準面Ｐ２、および、Ｙ−Ｚ基準面Ｐ３が、上記平面５１ｂ、および、平面５２ｂに各々おおむね一致するように座標変換してもよい。このようにすれば、ｈ２の値が小さく地面に対応したデータが消えてしまった場合でも、座標変換を行うことが可能となる。

以上の処理により、レーザスキャナのＸ−Ｙ基準面Ｐ１，Ｘ−Ｚ基準面Ｐ２、および、Ｙ−Ｚ基準面Ｐ３は、測定対象６の主軸に対し直角，平行になる。そこで、次に、図１５に示すように、上記測定対象６の主軸に対し直角，平行になったレーザスキャナのＸ−Ｙ基準面Ｐ１，Ｘ−Ｚ基準面Ｐ２、および、Ｙ−Ｚ基準面Ｐ３と、各々の面に平行な面で６面体を作成しＰＣモニタ上に点群データと一緒に表示する（ステップＳ２９）。作業者は、ＰＣモニタ上で点群データを確認しながら、該６面体の幅，高さ，奥行を変更することで、図１６に示すように、測定対象６近傍のデータのみを容易に抽出することが可能となる（ステップＳ３０）。

該フローに従って測定を実施すれば、測定領域観察用の撮像機器、および、視野制限窓の設置が困難なレーザスキャナを用いた場合においても、規定された作業で誰もが容易に測定対象６に対応したデータのみを得ることが可能となる。

特に大型の計測対象の形状を測定するためのレーザスキャナを用いた形状計測方法および装置に関する。

１ レーザスキャナ
２ 撮像機器
３，４ ミラー
５ａ 視野制限窓
５ｂ 視野制限ボックス
６ 測定対象
７ 非測定領域
１０ モニタ
５０ 地面
５１，５２ 平面
５０ａ，５１ａ，５２ａ 点群
５０ｂ，５１ｂ，５２ｂ 平面
６１，６２ 物体
Ｐ１ Ｘ−Ｙ基準面
Ｐ２ Ｘ−Ｚ基準面
Ｐ３ Ｙ−Ｚ基準面

Claims (7)

1. レーザスキャナを用いて測定対象の形状を測定する際に、
   撮像機器を用いて測定対象を撮像し、該撮像された画像を確認しながら、上記測定対象近傍のみが写るように、視野制限窓を上記撮像機器の前面に設置し、
   上記レーザスキャナのレーザビームを全周囲に走査することで、距離データを取得し、
   該取得された全周囲のデータから、上記視野制限窓により計測ができなかった非計測領域に基づき、上記測定対象近傍のみの測定データを抽出することを特徴とするレーザスキャナを用いた形状計測方法。
2. 請求項１記載のレーザスキャナを用いた形状計測方法であって、
   前記撮像機器の右側面，左側面，上面，背面を視野制限ボックスで囲い、
   上記レーザスキャナのレーザビームを全周囲に走査することで、上記測定対象近傍のみの測定データを取得することを特徴とするレーザスキャナを用いた形状計測方法。
3. 前記視野制限窓は、その開口幅が調整可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザスキャナを用いた形状計測方法。
4. 測定対象を撮像する際に、撮像機器の光軸が、レーザスキャナの測定光軸と概ね同じ光軸で撮像することを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザスキャナを用いた形状計測方法。
5. 測定対象を撮像した画像を記憶し、測定対象を確認できるようにしたことを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザスキャナを用いた形状計測方法。
6. レーザスキャナを用いて測定対象の形状を測定する際に、
   レーザスキャナを概ね水平になるように設置し、
   上記測定対象及び地面、ならびに、地面に直交し、且つ、互いに直交する二つの平面を含むように上記レーザスキャナで全周囲の形状を測定し、
   得られた形状点群データから、上記地面、ならびに、地面に直交し、且つ、互いに直交する二つの平面の各々に対応した点群データを抽出し、該得られた三つの点群データに各々平面を当てはめ、
   上記レーザスキャナが持つ互いに直交する三つの基準面が、上記当てはめられた三つの平面におおむね一致するように点群データの座標を変換することで、基準面が上記測定対象におおむね直角，平行となるようにし、
   該座標変換された三つの基準面とそれらに平行な面からなる直方体を作成し、
   該直方体の幅，高さ，奥行を調整することで、上記測定対象近傍の点群データのみを抽出することを特徴とするレーザスキャナを用いた形状計測方法。
7. レーザスキャナを概ね水平になるように設置する際に、
   該レーザスキャナと地面とのおおよその距離ｈ１を測定し、
   さらに、地面から上記測定対象の最も高い部分までのおおよその距離ｈ２を測定し、
   レーザスキャナの水平基準面をｈ１下げることで水平基準面をおおむね地面と同じ高さにし、
   点群データのうち高さが０からｈ２の範囲以外にある点群データを抽出することで、上下方向の不要なデータを削除することを特徴とする請求項６に記載のレーザスキャナを用いた形状計測方法。

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