JP2020012750A - 測量装置、測量方法および測量用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】空へのレーザースキャンによる無駄な処理を低減する。【解決手段】カメラを備えたＴＳ部（トータルステーション部）２００と、レーザースキャンを行うレーザースキャナ部３００と、前記カメラが撮影した画像に基づく空の方向の算出、および前記空の方向へのレーザースキャンを制限してのレーザースキャン範囲の設定を行う演算部とを備える測量装置４００。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザースキャンの効率化を図る技術に関する。

三次元モデルを得る測量技術としてレーザースキャンが知られている（例えば、特許文献１を参照）。レーザースキャンでは、測距用のレーザー光をパルス状に走査しつつ対象物に照射し、その反射光を受けることで、対象物の点群データを得る。

特開２００８−０８２７８２号公報

上述の原理から明らかなように、レーザースキャン光の反射がなければ、点群データは得られない。この場合、レーザースキャナから照射したレーザースキャン光は、無駄になる。例えば、空に向って行われたレーザースキャンは、点群データの生成に寄与せず、時間とエネルギーが無駄に消費されるだけとなる。

上記の問題は、レーザースキャンに要する時間と電力の浪費という点で好ましくない。このような背景において、本発明は、空の方向へのレーザースキャンを抑える技術の提供を目的とする。

本発明は、画像の撮影を行うカメラと、レーザースキャンを行うレーザースキャナと、前記カメラが撮影した画像に基づく空の方向の算出、および前記空の方向へのレーザースキャンを制限してのレーザースキャン範囲の設定を行う演算部とを備える測量装置である。

本発明において、前記カメラが撮影した画像から抽出した特徴点の密度が閾値以下の画像の撮影方向を前記空の方向として算出する態様が挙げられる。本発明において、前記カメラが撮影した画像から抽出した特徴点の密度が最低な部分の撮影方向を前記空の方向として算出する態様が挙げられる。

本発明において、前記演算部は、前記カメラが撮影した空の画像を基準として、前記カメラが撮影した他の画像が空のみを写した画像であるか否かの判定を行う態様が挙げられる。本発明において、前記基準となる前記空の画像から抽出された特徴点の数と、前記他の画像から抽出された特徴点の数とを比較し、前記他の画像が空のみを写した画像であるか否かの判定が行われる態様が挙げられる。

本発明において、前記基準となる前記空の画像から抽出された特徴点の密度をρ_０とし、前記他の画像から抽出された特徴点の密度をρ_ｎとした場合に、ｋρ_０≧ρ_ｎ（ｋは閾値を決める係数）により、前記他の画像が空のみを写した画像であるか否かの判定が行われる態様が挙げられる。

本発明において、前記基準となる前記空の画像の画素情報と前記他の画像の画素情報とを比較し、前記他の画像が空のみを写した画像であるか否かの判定が行われる態様が挙げられる。また、この態様において、前記画素情報は、色情報、階調情報、輝度情報またはそれらの２以上の組み合わせであり、前記判定は、閾値を用いた前記画素情報の類似性を判定する態様が挙げられる。

本発明において、前記カメラが撮影した画像から抽出された特徴点の分布に偏りがある場合、当該画像を、空のみを写した画像と判定しない態様が挙げられる。

本発明は、画像の撮影を行うカメラと、レーザースキャンを行うレーザースキャナとを備えた測量装置を用いた測量方法であって、前記カメラが撮影した画像に基づく空の方向の算出、および前記空の方向へのレーザースキャンを制限してのレーザースキャン範囲の設定を行うステップを備える測量方法と把握することもできる。

本発明は、画像の撮影を行うカメラと、レーザースキャンを行うレーザースキャナとを用いた測量を行うためのプログラムであって、コンピュータに前記カメラが撮影した画像に基づく空の方向の算出、および前記空の方向へのレーザースキャンを制限してのレーザースキャン範囲の設定を行わせる測量用プログラムとして把握することもできる。

本発明によれば、空の方向へのレーザースキャンを抑える技術が得られる。

実施の様子の概念図である。 実施形態の測量装置の斜視図である。 実施形態の測量装置の正面図である。 実施形態の測量装置のブロック図である。 実施形態の演算部のブロック図である。 実施形態における処理の手順の一例を示すフローチャートである。

１．第１の実施形態
（概要）
図１には、レーザースキャナ機能を有する測量装置４００を用いて市街地のレーザースキャンを行い、点群データを得る様子が示されている。本実施形態では、図１に示すような状況でのレーザースキャンにおいて、予め測量装置４００から周囲を撮影し、その画像から空の方向を算出し、スキャン光の反射が得られない空の方向へのレーザースキャンを抑える。

（測量装置）
図２は、測量装置４００の斜視図であり、図３は、測量装置４００の正面図である。測量装置４００は、ＴＳ機能部２００とレーザースキャナ部３００を複合化した構造を有している。すなわち、測量装置４００は、ＴＳ（トータルステーション）としての機能とレーザースキャナとしての機能を兼ね備えている。

ＴＳ機能部２００は、測距用レーザー光による測位を行うＴＳ（トータルステーション）としての機能を発揮する。ＴＳについては、例えば特開２００９−２２９１９２号公報、特開２０１２―２０２８２１号公報に記載されている。以下、簡単にＴＳ機能部２００における測位の原理を説明する。測距用レーザー光はパルス光であり、測距対象物に照射されると共に、一部がＴＳ機能部２００内に配置された基準光路に導かれる。対象物から反射した測距光と上記基準光路を伝搬した基準光が受光素子で受光される。測距光と基準光には光路差があるので、受光タイミングに差が生じ、受光素子から位相差のあるパルス出力が得られる。この位相差から対象物までの距離（測距値）が算出される。また、この際の光軸の方向と上記測距値から、ＴＳ機能部２００の光学原点に対する測距点の三次元座標が算出される。

レーザースキャナ部３００は、レーザースキャンにより点群データを得る処理（レーザースキャン）を行う。レーザースキャナに係る技術については、例えば特開２０１０−１５１６８２号公報、特開２００８−２６８００４号公報、米国特許第８７６７１９０号公報等に記載されている。また、レーザースキャナとして、米国公開公報ＵＳ２０１５／０２９３２２４号公報に記載されているようなスキャンを電子式に行う形態も採用可能である。レーザースキャンによる点群データにおける各点の座標の算出方法は、基本的にＴＳ機能部２００における測距点の三次元座標の算出方法と同じである。

レーザースキャナ部３００は、ＴＳ機能部２００の測距光の光軸を含む鉛直面（図２のＹ−Ｚ面）に沿ったレーザースキャン（高低角方向へのレーザースキャン）を行う。水平回転部１１を水平回転させながら、上記の鉛直面に沿ったレーザースキャンを行うことで、上方も含めた周囲３６０°のレーザースキャン（２πステラジアンの範囲のレーザースキャン）が可能となる。勿論、特定の範囲に絞ってのレーザースキャンも可能である。また、俯角方向へのレーザースキャンも可能である。

レーザースキャナ部３００により得られる点群データは、測量装置４００を原点する座標系で得られる。ここで、測量装置４００の絶対座標系における外部標定要素（位置と姿勢）が判れば、絶対座標系における点群データが得られる。絶対座標系とは、例えばＧＮＳＳで用いられる座標系である。絶対座標系では、経度、緯度、平均海面からの高度で位置が特定される。なお、利用する座標系は、ローカル座標系であってもよい。

測量装置４００は、水平回転部１１を有している。水平回転部１１は、台座１２上に水平回転が可能な状態で保持されている。台座１２は図示しない三脚の上部に固定される。水平回転部１１は、上方に向かって延在する２つの延在部を有する略コの字形状を有し、この２つの延在部の間に鉛直回転部１３が高低角（仰角および俯角）の制御が可能な状態で保持されている。

水平回転部１１は、台座１２に対して電動で水平回転する。鉛直回転部１３は、電動により鉛直面内で回転する。水平回転部１１には、水平回転角制御ダイヤル１４ａと高低角制御ダイヤル１４ｂが配置されている。水平回転角制御ダイヤル１４ａを操作することで、水平回転部１１の水平回転角の調整が行なわれ、高低角制御ダイヤル１４ｂを操作することで、鉛直回転部１３の鉛直面内での高低角（仰角および俯角）の調整が行なわれる。

鉛直回転部１３の上部には、大凡の照準を付ける照準器１５ａが配置されている。また、鉛直回転部１３には、照準器１５ａよりも視野が狭い光学式の照準器１５ｂと、より精密な視準が可能な望遠鏡１６が配置されている。鉛直回転部１３の内部には、照準器１５ｂと望遠鏡１６が捉えた像を接眼部１７に導く光学系が収納されている。照準器１５ｂと望遠鏡１６が捉えた像は、接眼部１７を覗くことで視認できる。望遠鏡１６が捉えた像を撮像するカメラを鉛直回転部１３の内部に配置してもよい。

望遠鏡１６は、測距用のレーザー光と測距対象（全周反射プリズム１０３）を追尾および捕捉するための追尾光の光学系を兼ねている。測距光と追尾光の光軸は、望遠鏡１６の光軸と一致するように光学系の設計が行なわれている。この部分の構造は、市販されているＴＳと同じである。

水平回転部１１には、ディスプレイ１８と１９が取り付けられている。ディスプレイ１８は、操作部２１０と一体化されている。操作部２１０には、テンキーや十字操作ボタン等が配され、測量装置４００に係る各種の操作やデータの入力が行なわれる。ディスプレイ１８と１９には、測量装置４００の操作に必要な各種の情報や測量データ等が表示される。前後に２つディスプレイがあるのは、水平回転部１１を回転させなくても前後のいずれの側からでもディスプレイを視認でき、各種の操作ができるようにするためである。

水平回転部１１の上部には、レーザースキャナ部３００が固定されている。レーザースキャナ部３００は、第１の塔部３０１と第２の塔部３０２を有している。第１の塔部３０１と第２の塔部３０２は、結合部３０３で結合され、結合部３０３の上方の空間（第１の塔部３０１と第２の塔部３０２の間の空間）は、スキャンレーザー光を透過する部材で構成された透明なカバー３０４で覆われている。透明なカバー３０４の内側には、第１の塔部３０１から水平方向に突出した柱状の回転部３０５が配置されている。回転部３０５の先端は、斜めに切り落とされた形状を有し、その先端部には、斜めミラー３０６が固定されている。

回転部３０５は、第１の塔部３０１に納められたモータにより駆動され、その延在方向（水平方向）を回転軸として回転する。第１の塔部３０１には、上記のモータに加え、このモータを駆動する駆動回路、その制御回路、回転部３０５の回転角を検出するセンサ、該センサの周辺回路が納められている。

第２の塔部３０２の内部には、レーザースキャン光を発光するための発光部、対象物から反射してきたレーザースキャン光を受光する受光部、発光部と受光部に関係する光学系、レーザースキャン点（レーザースキャン光の反射点）までの距離を算出する距離算出部、レーザースキャン点の三次元位置の算出を行うスキャン点位置算出部が納められている。レーザースキャン点の三次元位置の算出は、スキャン点の方向と距離、具体的には回転部３０５の回転角度、水平回転部１１の水平回転角およびレーザースキャン点までの距離に基づいて行われる。

レーザースキャン光は、１条であり、第２の塔部３０２の内部から斜めミラー３０６に向けて照射され、そこで反射されて透明なカバー３０４を介して外部に照射される。レーザースキャン光は、数kＨｚ〜数百kＨｚの繰り返し周波数で発光部からパルス発光され、それが回転する回転部３０５先端の斜めミラー３０６に水平方向から照射され、そこで直角に反射される。回転部３０５が水平軸回りに回転することで、レーザースキャン光は、望遠鏡１６の光軸を含む鉛直面に沿って（高低角方向に）スキャンされつつ放射状に点々とパルス照射される。

上記のレーザースキャンは、ＴＳ機能部２００の光軸（望遠鏡１６の光軸）を含む鉛直面内で行われる。例えば、ＴＳ機能部２００の光軸がＹ軸に一致する場合、レーザースキャナ部３００から行われるレーザースキャン光はＸ＝０の位置におけるＹ−Ｚ面に含まれ、当該Ｙ−Ｚ面に沿って行われる。そして、上記のレーザースキャンを、水平回転部１１を水平回転させながら行うことで、必要とする範囲での三次元的なレーザースキャンが行われる。

対象物から反射したスキャン光は、照射光と逆の経路を辿り、第２の塔部３０２内部の受光部で受光される。スキャン光の発光タイミングと受光タイミング、さらにその際の回転部３０５の角度位置（高低角：仰角または俯角）と水平回転部１１の水平回転角により、レーザースキャン点（スキャン光の反射点）の測位が行なわれる。測位の原理は、ＴＳ機能部２００における処理と同じである。

第２の塔部３０２には広角カメラ４０３（図４参照）が配置されている。図３には、広角カメラ４０３の対物レンズ４０３ａが示されている。広角カメラ４０３により、レーザースキャンが行なわれる方向の光学画像が撮影される。広角カメラ４０３は、水平方向から若干上向き（５〜１０°上向き）の状態で第２の塔部３０２に取り付けられている。広角カメラ４０３が撮影する範囲は、例えば仰角５〜１０°を光軸中心とした高低角±９０°（上下１８０°）、水平角±９０°（左右１８０°）の範囲である。なお、広角カメラ４０３の撮影範囲はこれに限定されない。

（処理部）
図４は、測量装置４００のブロック図である。測量装置４００は、動作制御部４０１を備えている。動作制御部４０１は、レーザースキャナ部３００の光軸方向の制御や点群データを得る処理に係る制御、ＴＳ機能部２００の光軸方向の制御や測位に係る制御を行う。動作制御部４０１は、コンピュータとしての機能を有し、マイコンや各種の電子回路により構成されている。処理の一部または全部をＦＰＧＡ等で構成される専用の演算回路で行う形態も可能である。また、外付けしたコンピュータにより動作制御部４０１を構成する形態も可能である。これらハードウェアの構成については、処理制御部４０２と演算部４１０についても同じである。

処理制御部４０２は、後述する図６の処理を統括する。広角カメラ４０３は、広角のデジタルカメラであり、測量装置４００の指向方向からやや上方向（５〜１０°上の方向）を中心とした広角画像を撮影する。レーザースキャナ部３００およびＴＳ機能部２００は、図２，３に関連して説明した構成と機能を有する。

水平角駆動部４０６は、水平回転部１１の水平回転の駆動行うためのモータ、ギア系、モータ制御回路を備える。高低角駆動部４０７は、鉛直回転部１３の高低角（仰角および俯角）の制御を行うためのモータ、ギア系、モータ制御回路を備える。水平角検出部４０８は、水平回転部１１の水平角の検出を行うための、ロータリーエンコーダおよびその周辺回路を備える。高低角検出部４０９は、鉛直回転部１３の高低角の検出を行うための、ロータリーエンコーダおよびその周辺回路を備える。

この例では、水平角駆動部４０６、高低角駆動部４０７、水平角検出部４０８および鉛直回転部１３に係る機構や回路は、水平回転部１１の内部に収納されている。また、動作制御部４０１、処理制御部４０２、ＴＳ機能部２００の測位に係る演算を行うハードウェアおよび演算部４１０も水平回転部１１の内部に収納されている。

演算部４１０は、レーザースキャン光の反射光が得られない方向（空の方向）へのレーザースキャンを行わない設定に係る演算を行う。言い換えると、演算部４１０は、レーザースキャン光の反射光が得られると予想される方向の範囲の設定に係る演算を行う。演算部４１０は、画像データ取得部４１１、特徴点抽出部４１２、画像解析部４１３、空領域抽出部４１４、レーザースキャン範囲設定部４１５を備えている。

画像データ取得部４１１は、広角カメラ４０３が撮影した画像のデータを取得する。特徴点抽出部４１２は、広角カメラ４０３が撮影した画像から特徴点の抽出を行う。特徴点の抽出は、ソーベル、ラプラシアン、プリューウィット、ロバーツなどの微分フィルタを用いたソフトウェア処理により用いられる。

画像解析部４１３は、上記画像から抽出した特徴点を利用して、当該画像の解析を行う。この画像の解析では、特徴点の密度が求められる。空領域抽出部４１４は、画像データ取得部４１１が取得した画像から、画像解析部４１３における画像解析の結果に基づき、空となる領域を抽出する。この処理の詳細については後述する。

レーザースキャン範囲設定部４１５は、空領域抽出部４１４が抽出した空領域の方向に基づいて、レーザースキャナ部３００によるレーザースキャンの範囲の設定を行う。レーザースキャン範囲の設定は、空領域を避けた方向へのレーザースキャンが行なわれるように行われる。言い換えると、レーザースキャン範囲の設定は、スキャン光の反射光が得られる方向を対象に行われる。

演算部４１０を外付けの装置としてもよい。また、演算部４１０をパーソナルコンピュータやサーバで実現させる形態も可能である。この場合、演算部４１０を構成するハードウェアを測量装置４００から離れた位置に設置する。なお、測量装置４００と演算部４１０との離間距離は特に限定されない。

例えば、演算部４１０を実現するパーソナルコンピュータを測量装置４００の近くに置き、無線ＬＡＮ等の通信回線を介して、演算部４１０と測量装置４００との間で通信を行い、図６の処理を行う。また、測量装置４００から離れた場所にサーバを配置し、インターネット回線等を介して、当該サーバと測量装置４００を結び、当該サーバを演算部４１０として機能させる形態も可能である。

（処理の一例）
以下、測量装置４００で行なわれる処理の一例を説明する。図６は、処理の手順を示すフローチャートである。図６の処理を実行するためのプログラムは、適当な記憶領域に記憶され、図４の処理制御部４０２によって実行される。また、各処理は、図４および図５に示した各機能部によって行われる。当該プログラムを外部の記憶媒体に記憶させる形態も可能である。

処理に先立ち、レーザースキャンを行う現場における測量装置４００の設置を行う。この際、測量装置４００の外部標定要素を求めておく。例えば、ＧＮＳＳを用いた相対測位により位置を求めたターゲットを用いて測量装置４００の外部標定要素を求める。

処理が開始されると、まず広角カメラ４０３により、周囲の撮影が行われる（ステップＳ１０１）。ここでは、半球の天球面（２πステラジアンの範囲）を対象とした全周画像（パノラマ画像）を撮影する。この例では、水平回転部カメラ１１を回転させながら、広角カメラ４０３から連続撮影を行う。この際、隣接する撮影画像の撮影範囲が重なるように、水平回転部４０３の回転速度と撮影間隔を決定する。この撮影により、周囲のパノラマ画像が得られる。

この撮影は、空の領域（空領域）とそうでない領域とを分けるための画像を得るために行なわれる。なお、広角カメラ４０３の光軸設定および撮影範囲によっては、天頂付近の撮影が行えない場合もある。この場合は、天頂付近を除いた全周画像（パノラマ画像）を得る。また、動画の撮影を行い、この動画を構成するフレーム画像を利用してパノラマ画像を得る形態も可能である。

次に、広角カメラ４０３が撮像した複数の画像の中から、基準空画像の抽出を行う。基準空画像というのは、後に画像中の特定の部分が空の画像であるか否か、を判定するために利用される「空を写した画像として取り扱われる基準の画像」である。

この例では、広角カメラ４０３が撮影した画像の最大仰角付近の画像を基準空画像として抽出する。例えば、パノラマ画像の最大仰角が８０°であるとする。この場合、パノラマ画像における仰角が７５°〜８０°の範囲の画像を基準空画像として抽出する、なおこの際、水平角を制限して、基準空画像を取得してもよい。上記の基準空画像の取得は自動で行われるが、空が写った画像部分を作業員が基準空画像として指定する形態も可能である。

基準空画像を抽出したら、当該基準空画像からの特徴点の抽出→当該特徴点の密度ρ_０の算出を行う（ステップＳ１０２）。特徴点の抽出は、特徴点抽出部４１２で行なわれる。密度ρ_０の算出は、画像解析部４１３で行われる。ρ_０は、基準空画像の単位面積当たりの特徴点の数として計算される。

基準空画像から特徴点が抽出できない場合、特徴点が抽出できるように特徴点の抽出に用いる微分フィルタの設定パラメータを調整し、再度の特徴点の抽出を行う。

次に、広角カメラ４０３が撮影した周囲のパノラマ画像における基準空画像以外の部分においても同様の処理を行い、パノラマ画像における特徴点の密度ρ_ｎを求める（ステップＳ１０３）。この処理は、画像解析部４１３で行われる。ここでは、パノラマ画像を複数の区画に区切り、各区画における特徴点の密度ρ_ｎを求める。一つの区画の範囲は、例えば、水平角１５°、高低角方向で１５°の範囲とする。以下、この区画の範囲における画像を区画画像と称する。

次に、ρ_０とρ_ｎを比較し、ｋρ_０≧ρ_ｎ（ｋ＝２）を満たすρ_ｎの区画画像を、空のみが写った画像領域（空画像領域）として抽出する（Ｓ１０４）。すなわち、閾値で定量的に判定した特徴点の少ない画像を空のみの画像として抽出する。この処理が空領域抽出部４１４で行なわれる。なお、ここでは、ｋ＝２の場合を例示したが、ｋの値を可変にしたり、複数設定した値の中から選択したりする形態も可能である。

ステップ１０４の処理において、色彩に基づき、空のみが写った画像であるか否かを判定することも可能である。例えば、空を特徴づける色彩（青や白が基調の色彩）の情報に基づき、パノラマ画像を構成する各区画画像（各部分画像）が空を写した画像であるか否かを判定する。また、上記の特徴点の数に基づく判定に加えて、上記の色彩の情報を加味した判定を行ってもよい。

なお、特徴点に乏しい地面や構造物等が写った画像を、空の画像として誤抽出する問題を回避するために、仰角１５°以下の方向の画像は、空でない領域を写した画像とみなし、ステップＳ１０４の処理の対象としない。

また、ｋρ_０≧ρ_ｎ（ｋ＝２）であっても、特徴点の偏在が著しい画像は、画像中に空でない点群データの取得対象物が写っている可能性があるので、空でない領域が写った画像として取り扱う。特徴点の偏在は、特徴点の分布のバラツキの程度を統計学的に求め、それを指標に評価する。具体的には、当該指標に閾値を設定し、その閾値によって、特徴点のバラツキが閾値を超えれば、それを特徴点の偏在が著しい画像と判定する。

ステップＳ１０４の後、空が写った画像の範囲を算出する（ステップＳ１０５）。この処理では、空の方向を指向する水平角の範囲と高低角の範囲が算出される。この処理では、空領域と判定された全ての区画画像の範囲を空が写った画像の範囲とする。

測量装置４００から見た各区画画像の方向は判るので、空が写っていると判定された区画画像の方向を避けたレーザースキャン範囲の設定が可能となる。以下、この点について説明する。まず、広角カメラ４０３の測量装置４００に対する外部標定要素は、測量装置４００の設計パラメータであるので既知である。また、広角カメラ４０３が撮影した画像の中の特定の位置の広角カメラ４０３の投影原点からの方向は、広角カメラ４０３の設計パラメータから判る。また、カメラ４０３の水平回転角は、水平回転部１１の水平回転角から判る。

よって、広角カメラ４０３が撮影した画像の中の特定の位置や範囲のレーザースキャナ部３００の光学原点から見た方向や角度範囲は、広角カメラ４０３の測量装置４００に対する外部標定要素、広角カメラ４０３の設計パラメータおよび撮影時における広角カメラ４０３の水平角から計算できる。したがって、広角カメラ４０３から撮影した画像から抽出された空の領域の方向、すなわちレーザースキャナ部３００から見た空の領域の方向を計算により求めることができる。

こうしてレーザースキャンを行わない範囲（空の範囲）とレーザースキャンを行う範囲（空でない範囲）の設定が行われる。この処理がレーザースキャン範囲設定部４１５で行なわれる。

次に、ステップＳ１０５で算出した空の範囲を避けたレーザースキャンを行い（ステップＳ１０６）、レーザースキャン点群を得る（ステップＳ１０７）このレーザースキャンは、レーザースキャナ部３００を用いて行われる。

図６の処理によれば、撮影画像に基づき空の方向を算出し、その方向へのレーザースキャンが行なわれないようにすることで、空に向かって無駄にレーザースキャンを行う問題が緩和される。

２．第２の実施形態
画像から抽出した特徴点を利用して基準空画像を得ることもできる。この場合の処理の一例を説明する。まずパノラマ画像を得、そこから仰角６０°以上の範囲を解析対象領域として切り取る。この処理は、画像データ取得部４１１で行われる。

次に、解析対象領域から特徴点を抽出する。この処理は、特徴点抽出部４１２で行われる。次に、解析対象領域を複数の区画に区切り、各区画において特徴点の密度を計算する。この処理は、画像解析部４１３で行われる。

次に、閾値を用いて特徴点の密度を判定し、空と見なせる区画を基準空画像として選択する。この処理は、空領域抽出部４１４で行われる。空を写した画像は特徴点が少ない。よって、予め調べておいた閾値を用いて、特定の値以下（閾値以下）の特徴点の密度を有する画像を、空を写した画像と判定する。

３．第３の実施形態
パノラマ画像から抽出した特徴点の密度に基づき、空領域と空領域でない他の領域の切り分けを行ってもよい。この場合、まずパノラマ画像のデータを取得する。この際、仰角２０°以上の画像を選択的に取得するといった制限を行ってもよい。次に、パノラマ画像を複数の区画に区切り、各区画における特徴点の抽出、更に特徴点の密度の算出を行う。区画の範囲は、例えば水平角および高低角の範囲を５°〜２０°とする。

そして各区画における特徴点の密度を予め定めた閾値により判定する、この判定では、特徴点の密度が閾値以下の区画を空の領域の画像と判定し、特徴点の密度が閾値を超える区画を空の領域でない画像と判定する。

なお、特徴点の密度の判定により、空の画像と判定された場合であっても、特徴点の分布に偏りがある場合は、レーザースキャン点群の対象物が当該画像に写っている可能性があるので、空の領域でない画像と判定する。

４．第４の実施形態
基準空画像の取得の方法として、パノラマ画像の中の特徴点の密度が最低の部分を選択する態様も可能である。この場合、まずパノラマ画像のデータを取得する。この際、仰角２０°以上の画像を選択的に取得するといった制限を行ってもよい。次に、パノラマ画像を複数の区画に区切り、各区画における特徴点の抽出、更に特徴点の密度の算出を行う。区画の範囲は、例えば水平角および高低角の範囲を５°〜２０°とする。

そして各区画における特徴点の密度を比較し、密度が最低値の区画を基準空画像として選択する。ただし、凹凸や模様のない建物の壁等の特徴点のない部分を基準空画像と判定する不都合を回避するために、画像処理により建物等の空でない部分を検出する処理を併用し、密度が最低でも空でない部分が選択されないようにする。

５．第５の実施形態
基準空画像に基づく空が写った画像を抽出（判定）する方法として、画素情報を用いることもできる。この場合、基準空画像の画素情報と判定対象の画像の画素情報を比較し、予め定めた閾値を用いてその差を定量的に調べ、判定対象の画像が空の画像か否かを判定する。画素情報としては、色情報、階調情報、輝度情報またはそれらの２以上の組み合わせを利用することができる。

以下、画素情報として階調情報を利用する場合の一例を説明する。ここでは、画像としてカラー画像を利用し、画素のＲＧＢ情報を利用する場合を説明する。また、ＲＧＢ各色の階調は、２５６階調（８ビット）であるとする。

まず、判定の対象とする画像中から判定対象範囲を抽出する。判定対象範囲の大きさは、処理の負担を考慮して決定するが、例えば、１枚の画像（パノラマ画像を構成する単写真画像）の０．１％〜１％程度の面積範囲とする。判定対象範囲を抽出したら、当該範囲におけるＲＧＢの階調分布を調べる。例えば、ＲＧＢのそれぞれについて、横軸に階調の段階、縦軸に画素の数を取った分布データを作成する。この処理が画像解析部４１３で行われる。

次に、判定対象範囲におけるＲＧＢの階調分布と基準空画像におけるＲＧＢの階調分布とを比較する。そして、両者の階調分布の差を統計学的に評価する。階調分布の差を評価する方法としては、ＲＧＢ各色に関する標準偏差の差、ＲＧＢ各色の平均値の差、ＲＧＢ各色の中央値の差等が挙げられる。

階調分布の差の判定は、予め定めた閾値を利用して行う。ここで、評価パラメータの差が閾値以下であれば、判定対象範囲を空が写った領域と判定する。また、評価パラメータの差が閾値を超える場合、判定対象範囲を空が写った領域でないと判定する。この階調分布に関する比較および判定の処理は、空領域抽出部４１４で行われる。

６．第６の実施形態
空が写った画像部分を選る方法として領域拡張法を用いてもよい。この場合、まず基準空画像を得る。基準空画像は、本明細書中で開示する方法やユーザが指定する方法で得る。基準空画像を得たら、画素情報の類似性に基づき、基準空画像の外縁から空が写っていると見なせる領域を拡張し、広げてゆく。画素情報の類似性の判定は、第５の実施形態で説明した手法を利用する。

７．第７の実施形態
基準空画像をユーザが指定する形態も可能である。この場合、広角カメラ４０３が撮像した複数の画像の中から、基準空画像として利用する画像またはその中の画像領域をユーザが指定する。例えば、広角カメラ４０３が撮像した画像をディスプレイに表示し、空が撮影されている画像または画像中の空が写っている判断される部分をユーザがＧＵＩを用いて指定する。あるいは、複数の画像で構成されるパノラマ画像の中から、空が写った部分がユーザから指定される。

指定される部分は、ある程度の広がりを持った範囲であってもよいし、点であってもよい。また、点は、１点に限定されず、複数であってもよい。この場合、ユーザによって指定された画像部分を基準空画像として抽出する。基準空画像を得た後、本明細書中で説明した手法により、基準空画像以外の部分の画像に対して、空を写した画像か否かの判定が行われる。

この場合、セミオートで広角カメラ４０３が撮像した画像から空を写したと見なせる画像の領域が抽出される。すなわち、最初の基準空画像の指定がユーザのマニュアル操作で行われ、その後、この指定された空と見なせる画像（基準空画像）を基準として、ソフトウェア処理により、指定された以外の画像領域に対して、空を写した画像であるか否かの判定処理が行なわれる。

４００…測量装置、５００…処理部、１１…水平回転部、１２…台座、１３…鉛直回転部、１４ａ…水平回転角制御ダイヤル、１４ｂ…高低角制御ダイヤル、１５ａ…照準器、１５ｂ…照準器、１６…望遠鏡、１７…接眼部、１８，１９…ディスプレイ、１００…反射プリズム、２００…ＴＳ機能部、３００…レーザースキャナ部、３０１…第１の塔部、３０２…第２の塔部、３０３…結合部、３０４…透明なカバー、３０５…回転部、３０６…斜めミラー、４０３ａ…広角カメラの対物レンズ。

Claims (11)

1. 画像の撮影を行うカメラと、
   レーザースキャンを行うレーザースキャナと、
   前記カメラが撮影した画像に基づく空の方向の算出、および前記空の方向へのレーザースキャンを制限してのレーザースキャン範囲の設定を行う演算部と
   を備える測量装置。
2. 前記カメラが撮影した画像から抽出した特徴点の密度が閾値以下の画像の撮影方向を前記空の方向として算出する請求項１に記載の測量装置。
3. 前記カメラが撮影した画像から抽出した特徴点の密度が最低な部分の撮影方向を前記空の方向として算出する請求項１に記載の測量装置。
4. 前記演算部は、前記カメラが撮影した空の画像を基準として、前記カメラが撮影した他の画像が空のみを写した画像であるか否かの判定を行う請求項１〜３のいずれか一項に記載の測量装置。
5. 前記基準となる前記空の画像から抽出された特徴点の数と、前記他の画像から抽出された特徴点の数とを比較し、前記他の画像が空のみを写した画像であるか否かの判定が行われる請求項４に記載の測量装置。
6. 前記基準となる前記空の画像から抽出された特徴点の密度をρ_０とし、前記他の画像から抽出された特徴点の密度をρ_ｎとした場合に、ｋρ_０≧ρ_ｎ（ｋは閾値を決める係数）により、前記他の画像が空のみを写した画像であるか否かの判定が行われる請求項５に記載の測量装置。
7. 前記基準となる前記空の画像の画素情報と前記他の画像の画素情報とを比較し、前記他の画像が空のみを写した画像であるか否かの判定が行われる請求項４に記載の測量装置。
8. 前記画素情報は、色情報、階調情報、輝度情報またはそれらの２以上の組み合わせであり、
   前記判定は、閾値を用いた前記画素情報の類似性を判定する請求項７に記載の測量装置。
9. 前記カメラが撮影した画像から抽出された特徴点の分布に偏りがある場合、当該画像を、空のみを写した画像と判定しない請求項１〜６のいずれか一項に記載の測量装置。
10. 画像の撮影を行うカメラと、
    レーザースキャンを行うレーザースキャナと
    を備えた測量装置を用いた測量方法であって、
    前記カメラが撮影した画像に基づく空の方向の算出、および前記空の方向へのレーザースキャンを制限してのレーザースキャン範囲の設定を行うステップ
    を備える測量方法。
11. 画像の撮影を行うカメラと、
    レーザースキャンを行うレーザースキャナと
    を用いた測量を行うためのプログラムであって、
    コンピュータに
    前記カメラが撮影した画像に基づく空の方向の算出、および前記空の方向へのレーザースキャンを制限してのレーザースキャン範囲の設定を行わせる測量用プログラム。

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