JP2017003284A - ３次元測量装置及び３次元測量方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定を実行する前に測定対象物の反射率情報を取得可能な３次元測量装置及び３次元測量方法を提供する。【解決手段】パルス状の測距光３６を発光する測距光源部３１と、測距光源部３１からの測距光３６を測定対象物を含む所要の範囲に走査する走査部２９と、測定対象物からの反射光に基づき測距を行う測距部２２と、測定対象物の画像を撮像する少なくとも１つの撮像部と、撮像部の撮像光軸上に設けられたフィルタ部と、測定モードを変更可能な制御演算部１５とを具備し、フィルタ部は少なくとも測距光３６を透過させる測距光透過フィルタを有し、制御演算部１５は測距光透過フィルタを介して撮像部で撮像された測距光画像に基づき測定対象物の反射率情報を演算する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の波長で撮像可能な撮像部を有する３次元測量装置及び３次元測量方法に関するものである。

従来より、短時間に測定対象物の多数の３次元データ（３次元点群データ）を取得する為の測量装置として、３次元レーザスキャナが知られている。

３次元レーザスキャナでは、パルス発光された測距光を測定方向に偏向させる走査部を回転させ、測定対象物を含む測定範囲を測距光で走査し、反射光を受光することで測定対象物の３次元データを取得している。

然し乍ら、通常測定対象物の測距光に対する反射率情報は不明であり、測距光で測定対象物を走査した際の結果を予測することができない。従来の３次元レーザスキャナでは、測定対象物に対して測距光を実際に走査し、測定し、測定結果をＰＣ等の表示装置に出力し、出力された結果を基に作業者が所望のデータが取得できているかどうかを判断する必要があった。更に、所望のデータが取得できていなければ、測定条件を変えて再度測定対象物を測距光で走査する必要があり、測定が完了する迄に時間がかかる場合があった。

特開２０１４−８５１３４号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、測定を実行する前に測定対象物の反射率情報を取得可能な３次元測量装置及び３次元測量方法を提供するものである。

本発明は、パルス状の測距光を発光する光源部と、該光源部からの前記測距光を測定対象物を含む所要の範囲に走査する走査部と、前記測定対象物からの反射光に基づき測距を行う測距部と、前記測定対象物の画像を撮像する少なくとも１つの撮像部と、該撮像部の撮像光軸上に設けられたフィルタ部と、測定モードを変更可能な制御演算部とを具備し、前記フィルタ部は少なくとも前記測距光を透過させる測距光透過フィルタを有し、前記制御演算部は前記測距光透過フィルタを介して前記撮像部で撮像された測距光画像に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、前記フィルタ部は可視光を透過させる可視光透過フィルタを更に有し、前記制御演算部は前記可視光透過フィルタを介して前記撮像部で撮像された可視光画像と前記測距光画像とを比較し、前記測定対象物の反射率情報を演算する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、前記測距光は不可視領域の赤外光であり、前記制御演算部は前記測距光透過フィルタを介して撮像された赤外光のみの前記測距光画像と、前記可視光画像との比較に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、前記測距光は可視領域の所定帯域の可視光であり、前記制御演算部は前記測距光透過フィルタを介して撮像された所定帯域の可視光のみの前記測距光画像と、前記可視光画像との比較に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、前記光源部は赤外光である前記測距光を撮影光として用いる様構成され、前記測距光透過フィルタは赤外光透過フィルタであり、前記測定対象物からの反射光を前記測距光透過フィルタを介して前記撮像部に受光させて前記測距光画像を撮像し、該測距光画像に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、前記制御演算部は、前記測定対象物の反射率情報に基づき測定モードを選択する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、ズーム機構を更に具備し、該ズーム機構により前記測距光のビーム径を変更可能とした３次元測量装置に係るものである。

更に又本発明は、測定対象物の３次元情報を測定する３次元測量方法であって、前記測定対象物の測定を行う前段階として、測距光を透過させる測距光透過フィルタを介して測距光画像を撮像し、該測距光画像に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算し、該反射率情報を基に前記測定対象物を測定可能な測定モードを選択する工程を有する３次元測量方法に係るものである。

本発明によれば、パルス状の測距光を発光する光源部と、該光源部からの前記測距光を測定対象物を含む所要の範囲に走査する走査部と、前記測定対象物からの反射光に基づき測距を行う測距部と、前記測定対象物の画像を撮像する少なくとも１つの撮像部と、該撮像部の撮像光軸上に設けられたフィルタ部と、測定モードを変更可能な制御演算部とを具備し、前記フィルタ部は少なくとも前記測距光を透過させる測距光透過フィルタを有し、前記制御演算部は前記測距光透過フィルタを介して前記撮像部で撮像された測距光画像に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算するので、所望の３次元データが得られるかどうかを測定前に判断することができ、測定現場での作業効率を向上させることができる。

又本発明によれば、前記フィルタ部は可視光を透過させる可視光透過フィルタを更に有し、前記制御演算部は前記可視光透過フィルタを介して前記撮像部で撮像された可視光画像と前記測距光画像とを比較し、前記測定対象物の反射率情報を演算するので、所望の３次元データが得られるかどうかを測定前に判断することができ、測定現場での作業効率を向上させることができる。

又本発明によれば、前記測距光は不可視領域の赤外光であり、前記制御演算部は前記測距光透過フィルタを介して撮像された赤外光のみの前記測距光画像と、前記可視光画像との比較に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算するので、前記測定対象物の反射率情報を事前に取得することができ、作業効率を向上させることができる。

又本発明によれば、前記測距光は可視領域の所定帯域の可視光であり、前記制御演算部は前記測距光透過フィルタを介して撮像された所定帯域の可視光のみの前記測距光画像と、前記可視光画像との比較に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算するので、前記測定対象物からの反射光量を増大させることができ、鮮明な前記測距光画像が得られ、反射率情報の演算精度を向上させることができる。

又本発明によれば、前記光源部は赤外光である前記測距光を撮影光として用いる様構成され、前記測距光透過フィルタは赤外光透過フィルタであり、前記測定対象物からの反射光を前記測距光透過フィルタを介して前記撮像部に受光させて前記測距光画像を撮像し、該測距光画像に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算するので、前記測定対象物からの反射光量を増大させ、反射率情報の演算精度を向上させることができると共に、暗部でも前記測距光画像を取得することができる。

又本発明によれば、前記制御演算部は、前記測定対象物の反射率情報に基づき測定モードを選択するので、前記測定対象物の所望の３次元データが得られないことによる再測定を行う必要がなく、作業時間の短縮を図ることができる。

又本発明によれば、ズーム機構を更に具備し、該ズーム機構により前記測距光のビーム径を変更可能としたので、測定対象物の反射率情報に基づき反射光の光量を調整することができる。

更に又本発明によれば、測定対象物の３次元情報を測定する３次元測量方法であって、前記測定対象物の測定を行う前段階として、測距光を透過させる測距光透過フィルタを介して測距光画像を撮像し、該測距光画像に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算し、該反射率情報を基に前記測定対象物を測定可能な測定モードを選択する工程を有するので、所望の３次元データが得られるかどうかを測定前に判断することができ、測定現場での作業効率を向上させることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る３次元測量装置の一例である３次元レーザスキャナの概略立断面図である。 該３次元レーザスキャナの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る反射率演算処理を説明するフローチャートである。 太陽光の分光放射分布を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測距光透過フィルタの透過波長の一例を示すグラフである。 本発明の実施例に係る測距光画像の一例を示す説明図である。 本発明の実施例に係る測定モードの一例を示しており、（Ａ）は測定モードが近距離データ取得モードである場合を示す説明図であり、（Ｂ）は測定モードが全距離対応型モードである場合を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施例に係る３次元測量装置である３次元レーザスキャナの一例について説明する。

図１に示される様に、３次元レーザスキャナ１は、三脚（図示せず）に取付けられる整準部２と、該整準部２に設けられた基盤部３と、該基盤部３に水平回転部４を介して水平方向に回転可能に設けられた托架部５と、該托架部５に鉛直回転軸６を中心に鉛直方向（高低方向）に回転可能に設けられた走査ミラー７とを有している。

前記整準部２は、例えば３つの調整螺子８を有し、前記托架部５に設けられた傾斜センサ（図示せず）が水平を検出する様前記調整螺子８を調整することで、前記整準部２の整準がなされる。

前記水平回転部４は、前記基盤部３に軸受９を介して回転自在に、且つ鉛直に支持された水平回転軸１１を有している。該水平回転軸１１に前記托架部５が支持され、該托架部５が前記水平回転軸１１と一体に回転する様になっている。

前記水平回転部４には、水平駆動モータ１２を含む水平駆動部１３、前記水平回転軸１１の回転角を検出する水平角検出器（例えばエンコーダ）１４が収納されている。前記水平駆動モータ１２によって前記水平回転軸１１を中心に前記托架部５が回転され、前記水平回転軸１１の前記基盤部３に対する回転角、即ち前記托架部５の回転角は前記水平角検出器１４によって検出される様になっている。

又、該水平角検出器１４の検出結果（水平角）は、制御演算部１５（後述）に入力され、検出結果に基づき該制御演算部１５により前記水平駆動モータ１２の駆動が制御される様になっている。

前記托架部５の中央部に凹部１６が形成され、該凹部１６を挾み左右に室５ａ，５ｂが形成されている。一方の室５ａ（図示では左側の室）には、鉛直駆動部１７、鉛直角検出器１８が収納される。又、他方の室５ｂ（図示では右側の室）には、測距発光部１９、共通光路部２１、測距部２２、第１撮像部２３、第２撮像部２４等が収納されている。更に、前記托架部５の内部の所要位置には前記制御演算部１５等が収納され、前記托架部５の所要部位には表示部２５、操作部２６が設けられている。

前記鉛直回転軸６は、水平に延びる軸心を有し、前記托架部５に軸受２７を介して回転自在に支持されている。前記鉛直回転軸６の一端部は前記凹部１６に突出しており、前記鉛直回転軸６の突出端に前記走査ミラー７が前記鉛直回転軸６の軸心に対して４５°傾いた状態で設けられている。前記走査ミラー７は、前記鉛直回転軸６によって前記凹部１６内に支持され、前記鉛直回転軸６を中心に鉛直方向に回転自在となっている。

前記鉛直駆動部１７は鉛直駆動モータ２８を有し、該鉛直駆動モータ２８により前記鉛直回転軸６が回転される様になっている。前記鉛直駆動モータ２８により、前記鉛直回転軸６を介して前記走査ミラー７が回転される。尚、前記鉛直回転軸６、前記走査ミラー７、前記鉛直駆動モータ２８等により走査部２９が構成される。

前記鉛直回転軸６には前記鉛直角検出器１８、例えばインクリメンタルエンコーダが設けられ、該鉛直角検出器１８により、前記托架部５に対する前記鉛直回転軸６の回転角が検出される。前記鉛直角検出器１８の検出結果（鉛直角）は、前記制御演算部１５に入力され、検出結果に基づき該制御演算部１５により前記鉛直駆動モータ２８の駆動が制御される様になっている。

前記測距発光部１９は、測距光源部３１と、ハーフミラーやビームスプリッタ等の光路分割部材３２と、対物レンズ等から構成される投光光学部３３と、ズーム機構３４と、ミラー３５とを有している。前記測距光源部３１は、例えば半導体レーザ等であり、測距光３６として測距光軸３７上に不可視光である赤外光のパルスレーザ光線を発する。又、前記測距光源部３１は、所要の光強度、所要のパルス間隔（周波数）等、所要の状態でパルス光が発光される様前記制御演算部１５に制御される様になっている。又、前記ズーム機構３４は集光レンズ等から構成され、前記測距光３６のビーム径（広がり角）を変更可能となっている。

前記共通光路部２１は、第１ビームスプリッタ３８と第２ビームスプリッタ３９とを有している。又、前記測距部２２は、集光レンズ等から構成される受光光学部４１と、光路延長部４２と、光路結合部４３と、受光素子４４とを有している。

前記測距光源部３１より照射された前記測距光３６は、一部が前記光路分割部材３２を透過し、前記投光光学部３３、前記ズーム機構３４を介して前記ミラー３５に入射される。前記測距光３６は、前記ミラー３５に反射されて前記共通光路部２１へと導かれる。又、残りの前記測距光３６は、内部参照光として前記光路分割部材３２により反射され、内部参照光路４５へと導かれる。

前記ミラー３５に反射された前記測距光３６は、前記第１ビームスプリッタ３８、前記第２ビームスプリッタ３９により順次反射され、該第２ビームスプリッタ３９に反射された後、前記走査ミラー７へと導かれる。尚、前記第１ビームスプリッタ３８、前記第２ビームスプリッタ３９を透過した前記測距光３６は、図示しない反射防止部材により吸収される。

尚、前記走査ミラー７は偏向光学部材であり、該走査ミラー７は水平方向から入射した前記測距光３６を直角に反射し、又前記走査ミラー７に入射した反射測距光を前記第２ビームスプリッタ３９に向って水平方向に反射する様になっている。

前記共通光路部２１から前記走査ミラー７に導かれた前記測距光３６は、前記走査ミラー７により反射され、図示しない測定対象物へと照射される。又、該走査ミラー７が前記鉛直回転軸６を中心に回転されることで、前記測距光３６は鉛直面内で回転照射される。
又、前記水平回転部４が前記托架部５を水平方向に回転させることで、前記測距光３６は前記水平回転軸１１を中心に水平方向に回転照射される。従って、前記走査ミラー７の鉛直方向の回転と、前記托架部５の水平方向の回転との協働により、測定範囲全域を前記測距光３６により走査できる。

測定範囲内に存在する測定対象物にて反射された反射測距光は、前記走査ミラー７に入射し、該走査ミラー７によって反射され、前記共通光路部２１に入射する。前記反射測距光は、前記第２ビームスプリッタ３９にて反射され、更に前記第１ビームスプリッタ３８を透過し、前記測距部２２へと導かれる。

該測距部２２は、前記第１ビームスプリッタ３８を透過した反射測距光を前記受光素子４４へ導くと共に、前記内部参照光路４５により導かれた内部参照光を前記光路結合部４３を介して前記受光素子４４に導く様になっている。

前記第１ビームスプリッタ３８を透過した反射測距光は、前記受光光学部４１に入射し、該受光光学部４１にて集光され、前記光路延長部４２へと入射する。該光路延長部４２を透過した反射測距光は、前記光路結合部４３を介して前記受光素子４４に受光される。
又、前記内部参照光路４５を経た内部参照光が、前記光路結合部４３を介して前記受光素子４４に受光される。

該受光素子４４に於いて、前記反射測距光と前記内部参照光は、反射測距光電気信号と内部参照光電気信号へと変換され、前記制御演算部１５へと送られる。反射測距光電気信号と内部参照光電気信号との間の時間差に基づき、測定対象物迄の距離が測定される様になっている。

前記制御演算部１５は、測定した測定対象物迄の距離と、前記鉛直角検出器１８により検出された鉛直角と、前記水平角検出器１４により検出された水平角とに基づき、測定対象物の３次元座標値を算出する。又、パルス毎の測定対象物の座標値を記録することで、測定範囲全域に関する、或は測定対象物に関する３次元点群データを得ることができる。
前記水平角検出器１４及び前記鉛直角検出器１８により、前記測距光軸３７の方向を検出する角度検出部が構成される。

前記第１撮像部２３は、例えば１０°の画角を有する狭角カメラであり、該第１撮像部２３は撮像光軸上に設けられた撮像素子４６を有し、該撮像素子４６はデジタル画像信号を出力する様になっている。該撮像素子４６は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等、画素（ピクセル）の集合体で構成されたものであり、各画素は前記撮像素子４６内での位置が特定できる様になっている。

又、前記第１撮像部２３の撮像光軸上には、第１フィルタ部４７が設けられている。該第１フィルタ部４７は、可視光のみを透過する可視光透過フィルタ（図示せず）と、前記測距光３６のみを透過するＩＲフィルタ（赤外光透過フィルタ）等の測距光透過フィルタ（図示せず）とを有し、前記可視光透過フィルタと前記測距光透過フィルタとを切替え可能な構造となっている。前記可視光透過フィルタと前記測距光透過フィルタとを切替えることで、前記第１撮像部２３に入射する光の波長を選択可能となっている。

前記第２撮像部２４は、例えば６０°の画角を有する広角カメラであり、例えば前記托架部５の前面に設けられている。前記第２撮像部２４についても前記第１撮像部２３と同様に撮像光軸上に第２フィルタ部４８が設けられている。該第２フィルタ部４８は、可視光のみを透過する可視光透過フィルタ（図示せず）と、前記測距光３６のみを透過する測距光透過フィルタ（図示せず）とを有し、前記可視光透過フィルタと前記測距光透過フィルタとを切替えることで、前記第２撮像部２４に入射する光の波長を選択可能となっている。

次に、図２を参照して、前記３次元レーザスキャナ１の制御系について説明する。

前記制御演算部１５には、前記操作部２６、前記鉛直角検出器１８、前記水平角検出器１４、前記ズーム機構３４、前記第１フィルタ部４７、前記第２フィルタ部４８が電気的に接続されている。前記制御演算部１５には、前記鉛直角検出器１８、前記水平角検出器１４からの角度検出信号が入力されると共に、作業者の操作により前記操作部２６からの信号が入力される。

作業者は、該操作部２６から前記３次元レーザスキャナ１の測定を開始するのに必要な条件設定、例えば測定範囲の設定、点群データ密度（ピッチ）の設定、後述する測定モードの設定、或は撮影時の撮像条件の設定等を行う様になっている。尚、前記操作部２６や前記表示部２５は、前記托架部５に設けられてもよく、或は有線で前記３次元レーザスキャナ１に接続されてもよい。更に別途独立して設けられ、電波、赤外線等の信号伝達媒体により遠隔操作可能としてもよい。

前記制御演算部１５は、前記測距光源部３１、前記水平駆動モータ１２、前記鉛直駆動モータ２８、前記ズーム機構３４、前記第１フィルタ部４７、前記第２フィルタ部４８を駆動すると共に、作業状況、測定結果等を表示する前記表示部２５を駆動する。又、前記制御演算部１５には、メモリーカード、ＨＤＤ等の外部記憶装置４９が設けられる。該外部記憶装置４９は、前記制御演算部１５に固定的に設けられてもよく、或は着脱可能に設けられてもよい。

次に、前記制御演算部１５の概略について説明する。

該制御演算部１５は、ＣＰＵに代表される演算部５１と、記憶部５２と、前記測距光源部３１の発光を制御する為の測距発光駆動部５３と、前記水平駆動モータ１２を駆動制御する為の前記水平駆動部１３と、前記鉛直駆動モータ２８を駆動制御する為の前記鉛直駆動部１７と、前記ズーム機構３４を駆動制御する為のズーム駆動部５４と、前記第１フィルタ部４７を駆動制御する為の第１フィルタ駆動部５５と、前記第２フィルタ部４８を駆動制御する為の第２フィルタ駆動部５６とを有している。

又、前記制御演算部１５は、前記測距部２２により得られた距離データを処理する為の距離データ処理部５７と、前記第１撮像部２３及び前記第２撮像部２４により得られた画像データを処理する為の画像データ処理部５８等を有している。

前記記憶部５２は、測距、鉛直角の測定、水平角の測定を実行させる為のシーケンスプログラム、測距の演算等の演算を行う演算プログラム、測定データの処理を実行する測定データ処理プログラム、前記第１撮像部２３、前記第２撮像部２４の撮像状態を制御する為の撮像プログラム、画像処理を実行する画像処理プログラム、測定対象物の反射率情報を演算する反射率演算プログラム、検出した反射率情報を基に最適な測定モードを通知する測定モード通知プログラム、或はこれらのプログラムを統合管理するプログラム等を格納する。

又、前記記憶部５２は、測定データ、画像データ等のデータを格納すると共に、複数の測定モードを格納する。該測定モードは、前記測距光源部３１から照射される前記測距光３６の光強度、発光周波数、前記ズーム機構３４により変更される前記測距光３６のビーム径等を測定モード設定要因とし、それぞれ異なる値で組合わせたものである。

尚、前記距離データ処理部５７、前記画像データ処理部５８の機能を前記演算部５１に実行させてもよく、この場合前記距離データ処理部５７と前記画像データ処理部５８とは省略できる。

又、前記距離データ処理部５７と前記画像データ処理部５８とを別途設けてもよい。例えば、別途ＰＣを装備し、該ＰＣに前記距離データ処理部５７と前記画像データ処理部５８の機能を実行させる様にしてもよい。この場合、前記３次元レーザスキャナ１と前記ＰＣとに通信手段を設け、距離データ、画像データをＰＣに送信し、該ＰＣで距離データ処理、画像データ処理を実行する様にしてもよい。尚、通信手段としては、光通信、無線通信、ＬＡＮ等所要の通信手段を採用することが可能である。

前記３次元レーザスキャナ１により測定対象物を測定する場合、特に前記測距光３６を照射して点群データを取得する場合、充分な光量の反射測距光が必要である。反射測距光の光量が充分ではなく、所望の点群データが取得できない場合には、測定モード、即ち前記測距光３６の光強度やビーム径等を変えて再度測定を行う必要がある。この為、測定対象物の反射率情報（点群取得率情報）は事前に分っていることが望ましい。

本実施例では、測定対象物の測定を行う前段階として、測定対象物の反射率情報を取得する為の反射率演算処理を実施している。

図３のフローチャートを用い、屋外の太陽光下で、前記第１撮像部２３、前記第１フィルタ部４７を用いて反射率演算処理を行う場合について説明する。尚、図４は、太陽光の分光放射分布４０を示している。図４に示される様に、太陽光の大半は可視光となっており、太陽光に於ける前記測距光３６の波長の割合は低くなっており、可視領域と不可視光量域とでは太陽光の放射エネルギーが異なる。

前記第１フィルタ部４７は、可視光透過フィルタと測距光透過フィルタとを有している。本実施例に於ける測距光透過フィルタは、前記測距光３６である波長を中心として、数十ｎｍの光を透過するフィルタとなっている。例えば、前記測距光３６が１０２４ｎｍである場合、前記測距光透過フィルタには、図５に示される様に、１００５ｎｍ〜１０４５ｎｍ程度の範囲の波長領域５０を透過するフィルタが用いられる。

ＳＴＥＰ：０１ 反射率演算処理工程では、先ず前記第１フィルタ駆動部５５が前記第１フィルタ部４７を駆動させ、前記第１撮像部２３の撮像光軸上に測距光透過フィルタを配置させる。この状態では、太陽光のうち不可視光の前記測距光３６近傍の波長のみが前記第１フィルタ部４７を透過する様になっている。

ＳＴＥＰ：０２ 次に、前記第１撮像部２３により設定された測定対象物の撮像を行うことで、測距光透過フィルタを介して、測定対象物の前記測距光３６の反射率に応じた測距光画像５９（図６参照）を撮像することができる。

図６は、測距光透過フィルタを介して撮像した前記測距光画像５９の一例を示している。図６に示される様に、該測距光画像５９に表示される窓部６１と壁面６２のうち、窓６１ａに比べ窓枠６１ｂが前記測距光３６に対して反射率の低い素材からなっていた場合、前記測距光画像５９中の前記窓枠６１ｂが暗く表示される。

測距光透過フィルタを介して前記測距光画像５９を取得することにより、前記窓枠６１ｂの反射率、即ち点群取得率が前記壁面６２と比べて悪くなると予測することができる。

ＳＴＥＰ：０３ 前記測距光画像５９を取得すると、次に前記第１フィルタ駆動部５５が前記第１フィルタ部４７を駆動させ、前記第１撮像部２３の撮像光軸上に可視光透過フィルタを配置させる。この状態では、太陽光のうち可視光のみが前記第１フィルタ部４７を透過する様になっている。

ＳＴＥＰ：０４ 次に、前記第１撮像部２３により測定対象物の撮像を行うことで、可視光透過フィルタを介して、測定対象物の通常の可視光画像を撮像することができる。

ＳＴＥＰ：０５ 前記測距光画像５９と可視光画像が撮像されると、次に前記画像データ処理部５８により前記測距光画像５９と可視光画像との比較を基に測定対象物の反射率の演算が行われる。

可視領域の平均エネルギー量（可視領域の放射エネルギーの総和／可視領域の波長の数）をＶとし、可視光透過フィルタを透過することによるエネルギーの減衰率をα、測定対象物の色調によるエネルギーの変動率をγとした場合、可視光透過フィルタを介して撮像した場合の前記撮像素子４６に入射される可視光の平均エネルギー量Ｖｓは、以下の式で表すことができる。

Ｖｓ＝Ｖ×α×γ

又、前記測距光３６用の不可視領域の平均エネルギー量（前記測距光３６に於ける波長の放射エネルギー）をＩとし、測距光透過フィルタの透過によるエネルギーの減衰率をβとすると、前記測距光３６用の測距光透過フィルタを介して撮像した場合の前記撮像素子４６に入射される平均エネルギー量（前記測距光３６に於ける波長の放射エネルギー）Ｉｓは以下の式で表すことができる。

Ｉｓ＝Ｉ×β

又、ＩｓとＶｓとの関係は以下の式で表すことができる。

Ｉｓ＝Ｐ×Ｖｓ （Ｐは補正係数）

上記した式により、可視光透過フィルタを透過したエネルギー量を基に、測距光透過フィルタを透過したエネルギー量を推定し、補正係数を測距光透過フィルタで撮影した結果に乗算することで、正確な測定対象物の反射率情報（点群取得率情報）が求められ、反射率演算処理が終了する。

反射率演算処理が終了すると、得られた測定対象物の反射率情報を基に、作業者が手動で測定モードを選択する。或は、前記制御演算部１５が反射率情報を基に測定対象物を走査するのに最適なモードを選択し、前記表示部２５を介して作業者に通知する。

例えば、前記３次元レーザスキャナ１の測定モードが全距離対応型モード（図７（Ｂ）参照）に設定された状態で、反射率演算処理を行う。反射率演算処理により図６に示される様な前記測距光画像５９が取得された場合には、低反射率の前記窓枠６１に対する点群取得率を増大させる為、前記測距光３６のビーム径を小さくした近距離データ取得モード（図７（Ａ）参照）が作業者に通知される。

作業者が通知に従って測定モードを選択し、前記３次元レーザスキャナ１に測定対象物の走査を実行させることで、反射率の低い前記窓枠６１からも充分な光量の反射測距光を受光することができ、測定対象物の点群データの点群取得率を向上させることができる。

上述の様に、本実施例では、測定対象物の測定を行う前に反射率演算処理を行うことで、測定対象物の反射率情報（点群取得率情報）を事前に取得することができる。従って、所望の点群データを得られるかどうかを測定前に判断することができ、測定現場での作業効率を向上させることができる。

又、事前に取得した反射率情報を基に最適な測定モードが選択され、１回の測定で所望の点群データを取得することができる。従って、測定対象物の反射率が低い場合でも、所望の点群データを取得でき、測定モードを変更して再測定を行う必要がなく、作業時間の短縮を図ることができる。

次に、図１を参照して本発明の第２の実施例について説明する。上記第１の実施例では測距光３６として、不可視光である赤外光を用いているが、第２の実施例では、可視光のうちの特定波長を前記測距光３６として用いている。

この場合、第１フィルタ部４７は可視光透過フィルタと、前記測距光３６のみを透過するか、或は該測距光３６と該測距光３６近傍の波長の光を透過するバンドパスフィルタ等の測距光透過フィルタを有する。

第２の実施例の場合も、第１の実施例と同様、制御演算部１５が可視光透過フィルタを介して第１撮像部２３により撮像された可視光画像と、前記測距光透過フィルタを介して前記第１撮像部２３により撮像された測距光画像５９とを比較することで、測定範囲内にある測定対象物の反射率情報を取得することができ、最適な測定モードを作業者に通知することができる。

前記測距光３６として、放射エネルギー量の多い可視領域の波長を用いることで、充分な光量の反射測距光を得ることができるので、鮮明な前記測距光画像５９が取得でき、反射率情報を高精度に演算することができる。

次に、図１を参照して本発明の第３の実施例について説明する。第１の実施例及び第２の実施例では、屋外の太陽光下に於いて、太陽光の反射を基に第１撮像部２３により測定対象物の撮像を行っているが、第３の実施例では、測距光源部３１より照射される測距光３６を撮影光として用いている。

第３の実施例では、ズーム機構３４を用いて前記測距光３６のビーム径を広げ（図７（Ｂ）参照）、測定対象物に照射させ、反射測距光を前記測距光３６のみを透過させる測距光透過フィルタを介して撮像素子４６に入射させる。

前記測距光３６を光源として用いることで、反射測距光がそのまま測距光透過フィルタを透過することとなるので、より鮮明な測距光画像５９を取得することができ、反射率情報の演算精度を向上させることができる。

又、赤外光である前記測距光３６を光源としているので、暗部でも３次元レーザスキャナ１の使用が可能となり、該３次元レーザスキャナ１の利便性を更に向上させることができる。

尚、第１の実施例〜第３の実施例では、狭角カメラである前記第１撮像部２３により反射率演算処理を行っているが、広角カメラである前記第２撮像部２４でも同様に反射率演算処理を行うことができる。

又、第１の実施例〜第３の実施例では、前記第１撮像部２３の撮像光軸上に前記第１フィルタ部４７を設け、前記第２撮像部２４の撮像光軸上に前記第２フィルタ部４８を設けているが、前記第１撮像部２３、前記第２撮像部２４をそれぞれ撮像光軸上に可視光透過フィルタを設けた撮像部と、撮像光軸上に測距光透過フィルタを設けた撮像部の２つの撮像部から構成される様にしてもよい。

１ ３次元レーザスキャナ
５ 托架部
７ 走査ミラー
１３ 水平駆動部
１４ 水平角検出器
１５ 制御演算部
１７ 鉛直駆動部
１８ 鉛直角検出器
２２ 測距部
２３ 第１撮像部
２４ 第２撮像部
２９ 走査部
３１ 測距光源部
３３ 投光光学部
３４ ズーム機構
３６ 測距光
４１ 受光光学部
４７ 第１フィルタ部
４８ 第２フィルタ部
５２ 記憶部
５９ 測距光画像

Claims (8)

1. パルス状の測距光を発光する光源部と、該光源部からの前記測距光を測定対象物を含む所要の範囲に走査する走査部と、前記測定対象物からの反射光に基づき測距を行う測距部と、前記測定対象物の画像を撮像する少なくとも１つの撮像部と、該撮像部の撮像光軸上に設けられたフィルタ部と、測定モードを変更可能な制御演算部とを具備し、前記フィルタ部は少なくとも前記測距光を透過させる測距光透過フィルタを有し、前記制御演算部は前記測距光透過フィルタを介して前記撮像部で撮像された測距光画像に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算することを特徴とする３次元測量装置。
2. 前記フィルタ部は可視光を透過させる可視光透過フィルタを更に有し、前記制御演算部は前記可視光透過フィルタを介して前記撮像部で撮像された可視光画像と前記測距光画像とを比較し、前記測定対象物の反射率情報を演算する請求項１に記載の３次元測量装置。
3. 前記測距光は不可視領域の赤外光であり、前記制御演算部は前記測距光透過フィルタを介して撮像された赤外光のみの前記測距光画像と、前記可視光画像との比較に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算する請求項２に記載の３次元測量装置。
4. 前記測距光は可視領域の所定帯域の可視光であり、前記制御演算部は前記測距光透過フィルタを介して撮像された所定帯域の可視光のみの前記測距光画像と、前記可視光画像との比較に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算する請求項２に記載の３次元測量装置。
5. 前記光源部は赤外光である前記測距光を撮影光として用いる様構成され、前記測距光透過フィルタは赤外光透過フィルタであり、前記測定対象物からの反射光を前記測距光透過フィルタを介して前記撮像部に受光させて前記測距光画像を撮像し、該測距光画像に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算する請求項１に記載の３次元測量装置。
6. 前記制御演算部は、前記測定対象物の反射率情報に基づき測定モードを選択する請求項１〜請求項５のうちいずれか１つに記載の３次元測量装置。
7. ズーム機構を更に具備し、該ズーム機構により前記測距光のビーム径を変更可能とした請求項１〜請求項６のうちいずれか１つに記載の３次元測量装置。
8. 測定対象物の３次元情報を測定する３次元測量方法であって、前記測定対象物の測定を行う前段階として、測距光を透過させる測距光透過フィルタを介して測距光画像を撮像し、該測距光画像に基づき前記測定対象物の反射率情報を演算し、該反射率情報を基に前記測定対象物を測定可能な測定モードを選択する工程を有することを特徴とする３次元測量方法。

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