JP2021177157A - アイウェア表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＡＤ設計データが現場の状況と異なる場合にも、現場の状況に応じた漏れのない点群データの観測を支援する技術を提供する。【解決手段】 表示システム（１）は、３次元点群データを取得するスキャナ（２）；ディスプレイ（４１）と、位置および方向を取得可能なアイウェア装置（４）；および、観測現場のＣＡＤ設計データと、現場とのズレを検出するズレ検出装置（４９）；を備え、スキャナ（２）の位置および方向に関する情報と、アイウェア装置（４）の位置および方向に関する情報と、ズレ検出装置（４９）の位置および方向に関する情報とを受信して、スキャナ（２）の座標空間、アイウェア装置（４）の座標空間、ズレ検出装置（４９）の座標空間、およびＣＡＤ設計データの座標空間とを同期して、同期された座標空間におけるズレを算出し、ズレの算出結果に基づいて、ＣＡＤ設計データを修正し、修正したＣＡＤ設計データを、ディスプレイ（４１）に表示する。【選択図】図２

Description

本発明は、アイウェア表示システムに関し、より詳細には、地上設置型スキャナを用いた点群データ観測を支援するためのアイウェア表示システムに関する。

従来、地上設置型スキャナを用いた点群データの観測が知られている（例えば特許文献１参照）。点群データ観測では、所望の観測精度を達成するために、点群密度を確保する必要がある。このため、所望の点群密度を確保するために、データ取得領域がある程度重なりあうように、スキャナの設置点を設定して、複数の地点から点群データを観測する必要がある。

特開２０１８−２８４６４号公報

しかし、スキャナによる点群データ観測は、データの後処理を前提とする。このため、複数の地点から点群データを観測したときに、測定漏れや点群の重なり合いが不十分な箇所があると、再度現場に赴いて再測を行う必要があるという問題があった。

そこで、発明者らは、アイウェア表示装置と、観測現場のＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ・Ａｉｄｅｄ・Ｄｅｓｉｇｎ）設計データとを同じ座標空間系に変換して、実際の現場の風景（以下、現物という。）に重ねて、ＣＡＤ設計データのワイヤフレームを表示させて、点群データの取得状況や、観測データ予測をアイウェア装置に表示して、漏れのないデータの取得の支援に利用することを検討した。（なお、本明細書において、座標空間の異なる装置または設計データにおける位置および方向に関する情報の座標空間を一致させ、共通の基準点を原点とする空間で、それぞれの装置に関する相対位置・相対方向を管理することを同期という。）

しかし、実際の現場では、新たに設置された構造物、人、車、樹木や電線等の、ＣＡＤ設計データからは予測できない事態が生じる場合がある。このような場合には、ＣＡＤ設計データを、うまく利用できない虞があるという問題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、ＣＡＤ設計データが現場の状況と異なる場合にも、現場の状況に応じた漏れのない点群データの観測を支援する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の１つの態様に係る表示システムは、測距光を水平および鉛直に走査して照射点の距離および角度を測定し、点群データを取得する点群データ取得部を備えるスキャナ；ディスプレイと、装置の位置を検出する相対位置検出センサと、装置の向きの方向を検出する相対方向検出センサとを備えるアイウェア装置；観測現場のＣＡＤ設計データを備える記憶装置；および、前記ＣＡＤ設計データと、現場とのズレを検出するズレ検出装置；を備え、前記スキャナの位置および方向に関する情報と、前記アイウェア装置の位置および方向に関する情報と、前記ズレ検出装置の位置および方向に関する情報とを受信して、前記スキャナの座標空間、前記アイウェア装置の座標空間、前記ズレ検出装置の座標空間、および前記ＣＡＤ設計データの座標空間とを同期する同期計測部と、同期された座標空間における前記ズレを算出するズレ算出部、前記ズレの算出結果に基づいて、前記ＣＡＤ設計データを修正して修正ＣＡＤ設計データを生成する設計データ修正部とを備えるデータ処理装置を備え、前記スキャナ、前記アイウェア装置、前記記憶装置および前記ズレ検出装置は、前記データ処理装置にデータ入出力可能に接続されており、前記同期計測部は、前記修正ＣＡＤ設計データを前記アイウェア装置から見たワイヤフレームに変換し、前記アイウェア装置は、前記修正ＣＡＤ設計データの前記ワイヤフレームを前記ディスプレイに表示することを特徴とする。

上記態様において、前記ズレ検出装置が、カメラであり、前記カメラは、前記アイウェア装置に、位置関係が既知となるように固定され、前記ズレ算出部は、前記カメラにより２点以上から撮影したズレ周辺の撮像データを用いて写真測量を行って前記ズレを算出することも好ましい。

上記態様において、前記ズレ検出装置が前記スキャナであり、前記ズレ算出部は、前記スキャナが取得した前記ズレ周辺の３次元点群データに基づいて前記ズレを算出することも好ましい。

上記態様において、前記アイウェア装置は、前記ディスプレイの表示上において、次の器械点を仮指定可能に構成され、前記データ処理装置は、仮指定された前記次の器械点の座標を算出して、前記スキャナを前記次の器械点に設置した場合に取得される前記点群データである観測データ予測を算出し、前記アイウェア装置に出力する、観測データ予測算出部を備え、前記観測データ予測算出部は、前記スキャナの性能と前記修正ＣＡＤ設計データにおける立体構造物を考慮して観測データ予測を算出し、前記アイウェア装置は、前記ワイヤフレームおよび前記観測データ予測を現物に重ねて前記ディスプレイに表示することも好ましい。

上記態様において、前記観測データ予測は、２次元または３次元で、あるいは２次元と３次元で切換可能に表示されることも好ましい。

上記態様に係る表示システムによれば、ＣＡＤ設計データが現場の状況と異なる場合にも、ＣＡＤ設計データと現場の状況とのズレを検出して、ＣＡＤ設計データを現場の状況に応じて修正することができる。修正したＣＡＤ設計データを用いれば、現場の状況に合致した観測データ予測を算出し、表示することができるので、作業者は、最適な次の器械点を設定することができ、現場の状況に応じた漏れのない点群データの観測を支援することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る表示システムの作業イメージ図である。 同形態に係る表示システムの構成ブロック図である。 同表示システムにおけるスキャナの構成ブロック図である。 同表示システムにおけるアイウェア装置の外観斜視図である。 同アイウェア装置の構成ブロック図である。 同形態における処理ＰＣの構成ブロック図である。 同形態に係る表示システムの使用方法のフローチャートである。 同使用方法の作業イメージを示す図である。 同方法において表示システムにより得られる画像の俯瞰したイメージを示す図である。 同方法における次の器械点の仮指定の一つの例を説明する図である。 上記表示システムにおける観測データ予測の算出方法を説明する図である。 同形態の１つの変形例に係る表示システムの構成ブロック図である。 同形態の別の変形例に係る表示システムの構成ブロック図である。 同形態のさらに別の変形例に係る表示システムの構成ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る表示システムの構成ブロック図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、各実施の形態および変形例に共通する同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

（実施の形態）
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態に係るアイウェア表示システム（以下、単に「表示システム」という。）１の測定現場での作業イメージ図である。表示システム１は、スキャナ２、アイウェア装置４、および処理ＰＣ６を備える。

スキャナ２は、任意の点に、三脚上に取り付けられた整準台を介して設置される。スキャナ２は、整準台の上に設けられた基盤部２αと、基盤部２α上を軸Ｈ−Ｈ周りに水平回転する托架部２βと、托架部２βの中央で鉛直回転する投光部２γとを有する。アイウェア装置４は、作業者の頭部に装着される。処理ＰＣ６は、観測現場に設置される。

図２は、同表示システム１の構成ブロック図である。表示システム１において、スキャナ２、アイウェア装置４は、処理ＰＣ６に無線または有線で接続されている。アイウェア装置４の数は、特に限定されず、１つであってもよく複数であってもよい。アイウェア装置４が複数の場合、各アイウェア装置４は固有のＩＤ等で識別可能に構成される。

（スキャナ）
図３は、本形態に係るスキャナ２の構成ブロック図である。スキャナ２は、測距部２１、鉛直回転駆動部２２、鉛直角検出器２３、水平回転駆動部２４、水平角検出器２５、演算処理部２６、表示部２７、操作部２８、記憶部２９、外部記憶装置３０、および通信部３１を備える。

測距部２１は、送光部、受光部、送光光学系、該送光光学系と光学素子を共有する受光光学系および回動ミラー２１αを備える。送光部は、半導体レーザ等の発光素子を備え、測距光としてパルス光を出射する。出射された測距光は、送光光学系を介して回動ミラー２１αに入射し、回動ミラー２１αによって偏向されて測定対象物に照射される。回動ミラー２１αは、鉛直回転駆動部２２により駆動されて回転軸Ｖ−Ｖ周りに回転する。

測定対象物により再帰反射された測距光は、回動ミラー２１αおよび受光光学系を経て、受光部に入射する。受光部は、フォトダイオードなどの受光素子を備える。また、受光部には、測距光の一部が内部参照光として入射するようになっており、反射測距光および内部参照光に基づいて、演算処理部２６により、照射点までの距離を求めるようになっている。

鉛直回転駆動部２２と水平回転駆動部２４は、モータであり、演算処理部２６に制御される。鉛直回転駆動部２２は回動ミラー２１αを鉛直方向にＶ−Ｖ軸周りに回転させる。水平回転駆動部２４は、托架部２βを水平方向にＨ−Ｈ軸周りに回転させる。

鉛直角検出器２３と水平角検出器２５は、エンコーダである。鉛直角検出器２３は、回動ミラー２１αの鉛直方向の回転角を測定する。水平角検出器２５は、托架部２βの水平方向の回転角を測定する。

演算処理部２６は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を集積回路に実装したマイクロコントローラである。演算処理部２６は、送光部の発光タイミングと、受光部の受光タイミングの時間差（パルス光の往復時間）に基づき、測距光の１パルス光ごとに照射点までの距離を算出する。また、その時の測距光の照射角度を算出して、照射点の角度を算出する。

また、演算処理部２６は、ソフトウェア的に構成された点群データ取得部２６１を備える。点群データ取得部２６１は、測距部２１、鉛直回転駆動部２２、および水平回転駆動部２４を制御して測距光を全周（３６０°）に走査（フルドームスキャン）して、各照射点の座標を取得して、全周の点群データを取得する。

表示部２７は、例えば、液晶ディスプレイである。操作部２８は、電源キー、数字キー、小数点キー、＋/−キー、実行キー、スクロールキー等を有し、作業者が、スキャナ２の操作、スキャナ２に対する情報を入力可能に構成されている。

記憶部２９は、例えばハードディスクドライブであり、演算処理部２６の機能を実行するためのプログラムを格納する。

外部記憶装置３０は、例えばメモリカード等であり、スキャナ２が取得する種々のデータを記憶する。

通信部３１は、外部ネットワークとの通信を可能にするものであり、インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）を用いてインターネットと接続し、アイウェア装置４および処理ＰＣ６との情報の送受信を行う。

（アイウェア装置）
図４は、本実施の形態に係るアイウェア装置４の外観斜視図であり、図５は、アイウェア装置４の構成ブロック図である。アイウェア装置４は、作業者の頭部に装着されるウェアラブルデバイスである。アイウェア装置４は、ディスプレイ４１と、制御部４２と、ズレ検出装置としてのカメラ４９と備える。

ディスプレイ４１は、作業者が装着した時に、作業者の両目を覆うゴーグルレンズ型の透過型ディスプレイである。一例として、ディスプレイ４１は、ハーフミラーによる光学シースルーのディスプレイであり、現場風景（以下、「現物」ともいう。）の実像に重ねて、制御部４２の受信した虚像が合成された映像を観察できるように構成されている。

制御部４２は、演算処理部４３、通信部４４、相対位置検出センサ（以下、単に「相対位置センサ」という。）４５、相対方向検出センサ（以下、単に「相対方向センサ」という。）４６、記憶部４７、操作スイッチ４８を備える。

演算処理部４３は、少なくともＣＰＵおよびメモリ(ＲＡＭ，ＲＯＭ)を集積回路に実装したマイクロコンピュータである。演算処理部４３は、相対位置センサ４５および相対方向センサ４６の検出したアイウェア装置４の位置および方向の情報を処理ＰＣ６に出力する。

また、処理ＰＣ６から３次元のＣＡＤ設計データ６６１を受信して、ワイヤフレームを現物に重ねてディスプレイ４１に表示する。ＣＡＤ設計データ６６１は、ＣＡＤを用いて作成した、観測現場の３次元の設計図面である。また、処理ＰＣ６から、同期された観測データおよび観測データ予測を受信して、現物に重ねてディスプレイ４１に表示する。

演算処理部４３はまた、ソフトウェア的に構成された器械点設定部４３１を備える。器械点設定部４３１は、現場の風景を表示するディスプレイ４１上で、作業者の指示に従って次の器械点を仮指定する。また、器械点設定部４３１は、仮指定した次の器械点の座標を、重ね合わされたＣＡＤ設計データ６６１の座標空間における空間上の点として算出し、処理ＰＣ６に出力する。また、器械点設定部４３１は、仮指定状態において、作業者からの指示に従って次の器械点を設定する。次の器械点の設定については後述する。

通信部４４は、外部ネットワークとの通信を可能にするものであり、インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）を用いてインターネットに接続し、処理ＰＣ６と情報の送受信を行う。

相対位置センサ４５は、観測現場に設置されたＧＰＳ用アンテナ、ＷｉＦｉ（登録商標）アクセスポイント、超音波発振器などから無線測位を行い、観測現場内でのアイウェア装置４の位置を検出する。

相対方向センサ４６は、三軸加速度センサまたはジャイロセンサと、傾斜センサとの組み合わせからなる。相対方向センサ４６は、上下方向をＺ軸方向、左右方向をＹ軸方向、前後方向をＸ軸方向として、アイウェア装置４の傾きを検出する。

記憶部４７は、例えばメモリカードである。記憶部４７は、演算処理部４３が機能を実行するためのプログラムを格納している。

操作スイッチ４８は、例えば、図４に示すような、アイウェア装置４の電源をＯＮＯＦＦするための電源ボタン４８α、実行する処理に応じて異なる機能を発揮するための機能ボタン４８β_１、４８β_２，４８β_３、およびカメラ４９を動作させて、撮像するためのカメラ操作ボタン４８γを備える。アイウェア装置の機能ボタン４８β_１、４８β_２，４８β_３はディスプレイの表示に応じて割り当てられた機能を実行するボタンである。

カメラ４９は、図示しない光学系と、イメージセンサと、信号処理部とを備えるいわゆるデジタルカメラである。イメージセンサは、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサである。イメージセンサは、カメラ中心を原点とした直交座標系を有し、各画素のローカル座標が特定されるようになっている。信号処理部は、撮影された画像を、動画形式または静止画形式のいずれかで信号処理する。撮像データは、通信部４４を介して、処理ＰＣに送信可能になっている。

カメラ４９のカメラ中心は、アイウェア装置４本体の中心と位置関係が既知となるように固定されている。したがって、カメラ４９の位置および方向は、相対位置センサ４５および相対方向センサ４６の検出結果に基づいて取得することができる。カメラ４９の相対位置および、相対方向は、後述する同期計測部６０１によりアイウェア装置４本体と同じ座標空間で管理されるようになっている。

（処理ＰＣ）
図６は、本形態に係る処理ＰＣ６の構成ブロック図である。処理ＰＣ６は、汎用パーソナルコンピュータ、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ・Ｌｏｇｉｃ・Ｄｅｖｉｃｅ）等による専用ハードウェア、タブレット端末、またはスマートフォン等である。処理ＰＣ６は、少なくとも演算処理部６０、ＰＣ通信部６３、ＰＣ表示部６４、ＰＣ操作部６５、およびＰＣ記憶部６６を備える。本実施の形態において、演算処理部６０が、データ処理装置であり、ＰＣ記憶部６６が記憶装置である。

ＰＣ通信部６３は、外部ネットワークとの通信を可能にするものであり、インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）を用いてインターネットと接続し、スキャナ２およびアイウェア装置４と情報の送受信を行う。

ＰＣ表示部６４は、例えば液晶ディスプレイである。ＰＣ操作部６５は、例えば、キーボード、マウス等であり、種々の入力・選択・決定等を可能にする。

ＰＣ記憶部６６は、例えば、ＨＤＤドライブである。ＰＣ記憶部６６は、少なくとも、観測現場の３ＤのＣＡＤ設計データ６６１を備える。

演算処理部６０は、少なくともＣＰＵおよびメモリ（ＲＡＭ，ＲＯＭ等）を集積回路に実装した制御ユニットである。演算処理部６０には、同期計測部６０１、観測データ予測算出部６０２、ズレ算出部６０３、および設計データ修正部６０４がソフトウェア的に構成されている。

同期計測部６０１は、スキャナ２の位置および方向に関する情報と、アイウェア装置４の位置・方向に関する情報を受信し、スキャナ２の座標空間と、ＣＡＤ設計データ６６１または修正ＣＡＤ設計データ６６２の座標空間を、アイウェア装置４の座標空間と一致するように変換してアイウェア装置４に出力する。

また、同期計測部６０１は、後述するように観測データ予測算出部６０２で算出した観測データ予測ＤＰをアイウェア装置４の座標空間と一致するように変換して、アイウェア装置４に出力する。

また、同期計測部６０１は、アイウェア装置４と同じ座標空間で、カメラ４９の相対位置・相対方向を管理する。

観測データ予測算出部６０２は、アイウェア装置４で仮指定された次の器械点にスキャナ２を設置した場合の、観測データ予測ＤＰを算出する。ここで観測データ予測ＤＰは、スキャナ２を仮指定された次の器械点に設置した場合に、スキャナ２が取得すると予測される点群データである。

観測データ予測算出部６０２は、設計データ修正部６０４で修正した修正設計データを用いて、スキャナ２の中心座標が仮指定された次の器械点の座標である場合の観測データ予測ＤＰを、スキャナ２の性能（すなわち、スキャナ２の測距光の照射距離、測距光のパルス間隔、およびスキャナ２の回転速度設定）、および修正設計データにおける立体構造物の３次元的な関係を考慮して算出する。

ズレ算出部６０３は、２以上の地点から、アイウェア装置４のカメラ４９で撮影された現物の撮像データに基づいて、共通の特徴点を抽出し、写真測量によりズレ部分の現物の３次元座標を取得して、現物とＣＡＤ設計データ６６１のズレを算出する。

設計データ修正部６０４は、ズレ算出部６０３で算出した現物とＣＡＤ設計データ６６１のズレを用いてＣＡＤ設計データ６６１を修正し、修正ＣＡＤ設計データ６６２を作成する。

（表示システム１の使用方法）
次に、表示システム１の使用方法の１つの例を説明する。図７は、表示システム１の使用方法のフローチャートである。図８は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０９の作業イメージ図であり、図９は、表示システム１を用いた表示のイメージを俯瞰図で表したものである。本例では、観測現場には、ＣＡＤ設計データ６６１とは異なる部分Ｄ（ズレ）がある。

まずステップＳ１０１で、作業者は、観測現場に基準点と基準方向を設定する。基準点は、現場内の任意の点を選択する。基準方向は、基準点とは別の特徴点を任意に選択し、基準点から特徴点の方向とする。

次にステップＳ１０２で、作業者は、スキャナ２の同期を行う。具体的には、作業者は、現場内の任意の点にスキャナ２を設置し、ステップＳ１０１で選択した基準点および特徴点を含む後方交会法等の観測により、スキャナ２の絶対座標を把握する。スキャナ２は、自機の座標情報を処理ＰＣ６に送信する。

処理ＰＣ６の同期計測部６０１は、基準点の絶対座標を（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，０，０）に変換し、かつ、基準方向を水平角０°と認識して、以後、スキャナ２からの情報に関して、基準点を原点とする空間で、スキャナ２の相対位置および相対方向を管理する。

次にステップＳ１０３で、作業者は、アイウェア装置４の同期を行う。具体的には、作業者は、基準点にアイウェア装置４を設置し、ディスプレイ４１の中心を基準方向に一致させ、相対位置センサ４５の（ｘ，ｙ，ｚ）を（０，０，０）、かつ、相対方向センサの（ｒｏｌｌ，ｐｉｔｃｈ，ｙａｗ）を（０，０，０）とする。処理ＰＣ６の同期計測部６０１は、以後、アイウェア装置４から取得するデータについて、基準点を原点とする空間で、アイウェア装置４の相対位置・相対方向を管理する。この結果、カメラ４９についても、基準点を原点とする空間で、カメラ４９の相対位置・相対方向が管理される。

アイウェア装置４の同期は、上記方法に限定されず、例えば、アイウェア装置４に、アイウェア装置４の中心および方向軸を示すためのレーザ装置を設け、レーザをガイドにして、基準点および基準方向を一致させることにより行ってもよい。

或いは、アイウェア装置４に視線センサ等を設け、ＣＡＤ設計データ６６１と現物とで、特徴点を３点以上マーキングし、アイウェア装置４と特徴点とを結ぶ測線の角度からアイウェア装置４の座標を特定し、基準点の座標と対応づけてもよい。

ステップＳ１０３の動作を実行することで、ステップＳ１０４では、アイウェア装置４は、図８に破線で示すように、現物に重ねてＣＡＤ設計データ６６１のワイヤフレームの虚像を表示する。アイウェア装置４の現物に対する相対位置および相対方向は、処理ＰＣ６の同期計測部６０１で、管理されている。従って、処理ＰＣ６からアイウェア装置４に現物に同期されたＣＡＤ設計データ６６１の情報が送られる。すると、ディスプレイ４１には、現物に重ねられて、破線で示すようにＣＡＤ設計データ６６１のワイヤフレームの虚像が表示される。

以上のステップＳ１０１〜Ｓ１０３は、本表示システム１の初期設定として行われる。図９（Ａ）は、初期設定が完了した状態での、ディスプレイ４１上の表示のイメージである。なお、図９において、作図の便宜上、スキャナ２の器械中心は地面にある。すなわち、器械高が０であるとして表す。しかし、実際には、スキャナ２の器械中心は器械高の分だけ上方向へ変位しているものとする。

次に、ステップＳ１０５で、作業者が、現物とワイヤフレームのズレＤを確認する。

次に、ステップＳ１０６で、作業者は、アイウェア装置４を装着した状態で、カメラ４９で、確認されたズレＤの周辺を撮影する。アイウェア装置４は、撮像データを処理ＰＣ６に送信する。作業者は、２以上の地点から反射ターゲットＴ周辺の撮影を行う。

次にステップＳ１０７で、処理ＰＣ６のズレ算出部６０３は、２以上の撮像データに基づいて、共通の特徴点を抽出し、写真測量によりズレＤ周辺の３次元座標を算出する。

次に、ステップＳ１０８で、設計データ修正部６０４は、ズレＤの３次元座標に基づいて、ＣＡＤ設計データ６６１を修正し、修正ＣＡＤ設計データ６６２に基づくワイヤフレームをアイウェア装置４に送信する。

次に、ステップＳ１０９で、アイウェア装置４は、ディスプレイ４１に修正したワイヤフレームを現物に重ねて表示する。

次に、ステップＳ１１０で、アイウェア装置４は、作業者の指定に従って、次の器械点Ｐ_１（図９（Ｂ））を仮指定する。具体的には、以下のように行う。

ディスプレイ４１上には、図１０（Ａ）に示すように、操作スイッチ４８（電源ボタン４８α、および機能ボタン４８β_１，４８β_２，４８β_３）の配置に対応して、それぞれの機能が表示されている。作業者は、機能ボタン４８β_１を押し下げて器械点設定モードを選択する。

すると、器械点設定部４３１は、図１０（Ｂ）に示すように、ディスプレイ４１の中央に、ディスプレイ４１の中央を示す十字のポインタ９０を表示する。ディスプレイ４１上には、機能ボタン４８β_１，４８β_２，４８β_３の機能を表示する。このように表示することで、作業者は特段の意識をすることなくボタンの機能を容易に把握して、アイウェア装置４を操作することができる。

作業者は、ディスプレイ４１の表示を確認しながら、ポインタ９０を次の器械点を設定しようとする位置に合わせて、機能ボタン４８β_１を押し下げることで、次の器械点Ｐ_１を空間上の点として仮指定する。このとき、図１０（Ｃ）に示すように、機能ボタン４８β_２を押して表示を拡大し、次の器械点Ｐ_１を仮指定するようにしてもよい。機能ボタン４８β_２を１回押すことで、所定の倍率で表示を拡大するようになっている。このようにすれば、仮指定のする際の正確性が向上する。

次に、器械点設定部４３１は、仮指定された器械点Ｐ_１の座標を算出し、処理ＰＣ６に送信する。これにより、器械点Ｐ_１は仮指定された状態となり、ディスプレイ４１上の、「仮指定」の表示は、確定するかどうかを選択する表示に切り替わる。

次に、ステップＳ１１１で、処理ＰＣ６の観測データ予測算出部６０２が、仮指定された次の器械点Ｐ_１の座標情報と、修正ＣＡＤ設計データ６６２とを同期する。そして、スキャナ２を次の器械点に設置した場合にスキャナ２が取得すると予測される点群データ、すなわち観測データ予測ＤＰを、スキャナ２の性能（すなわち、スキャナ２の測距光の照射距離、測距光のパルス間隔、およびスキャナ２の回転速度設定）および修正ＣＡＤ設計データ６６２における立体構造物の３次元的な関係を考慮して算出する。

具体的には、スキャナ２は、測距光を器械中心から鉛直に３６０°、水平に１８０°回転スキャン（フルドームスキャン）して点群データを取得する。従って、点群データ取得可能な領域は、器械中心の座標を中心として水平および鉛直方向に全方向に延在している。

また、点群データの点群密度は、測距光のパルス間隔が狭いほど高く、スキャナ２の回転速度が早いほど低くなり、スキャナ２からの距離が遠いほど低くなる。この様に、点群密度は、測距光のパルス間隔、測距光の照射距離、およびスキャナ２の回転速度に依存する。また、スキャナ２は、地上に設置されているので、相対的に地上に近接している。従って、所定の点群密度を満たす点群データ取得可能領域Ａは、例えばスキャナ２の中心座標を中心とする、図１１（Ａ）に示すような略半球状のドーム形状となる。なお、便宜上、図面は、器械高を無視して器械中心が地面上の点Ｐ_１と同じ位置にあるとして作図しているが、実際の器械中心は、点Ｐ_１から上方向に器械高だけずれている。

図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の地面平面に沿う断面図であり、図１１（Ｃ）は、図１１（Ｂ）のＸＩＣ−ＸＩＣ線に沿う断面図である。フルドームスキャンの場合、点群データ取得可能領域Ａの中で、測距光はスキャナ２の器械中心からから全方向に放射状に出射される。点群データ取得可能領域内に立体構造物Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３があると、測距光は立体構造物Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３で反射（遮蔽）され、スキャナ２の反対側は、点群データ取得不可能領域Ｂとなる。

観測データ予測算出部６０２は、測距光の照射距離とスキャナ２の器械中心の座標から求められる点群データ取得可能領域Ａと、修正ＣＡＤ設計データ６６２における立体構造物との３次元的な関係と、測距光の照射距離、測距光のパルス間隔、およびスキャナ２の回転速度設定から求められる点群密度を考慮して、所定の密度以上で点群データを取得可能と予測される領域を観測データ予測ＤＰとして算出する。

このとき、観測データ予測ＤＰの算出に用いるスキャナ２の測距光のパルス間隔、スキャナ２の回転速度設定の値、およびスキャナ２の中心座標を求めるためのスキャナ２の器械高等の値は、観測データ予測算出部６０２がスキャナ２の通信部３１を介して取得可能になっていてもよい。或いは、ＰＣ操作部６５から、作業者により入力可能になっていてもよい。

次に、ステップＳ１１２で、アイウェア装置４が、処理ＰＣ６より観測データ予測ＤＰを受信して、図９（Ｃ−１）に示す様にディスプレイ４１に、現物とワイヤフレームに重ねて表示する。

観測データ予測ＤＰの表示の態様としては、例えば図９（Ｃ−１）のように、３次元的に表示しても良い。または、図９（Ｃ−２）のように、観測現場の地面平面上に、２次元的に表示してもよい。あるいは、図９（Ｃ−１）の３次元表示と、図９（Ｃ−２）の２次元表示とが、切り替え可能となっていても良い。

また、例えば図９（Ｃ−３）のように、点群密度が所望の範囲となる第１の領域Ｅ１と、第１の領域Ｅ１の外周側に配置され、点群密度が、第１の領域Ｅ１よりも低くなるが、その領域にさらに次の器械点を設定して、点群データを取得することで、所望の重なり合いを達成できる第２の領域Ｅ２とを、異なる色で表示する等、識別可能に表示しても良い。

また、異なる色で表示する場合には、第１の領域Ｅ１と、第２の領域Ｅ２とを、同系色の濃淡（例えば、第１の領域Ｅ１を濃色、第２の領域Ｅ２を淡色）となるようにしても良い。また、図９（Ｃ−４）のように、第１の領域Ｅ１と、第２の領域Ｅ２を、観測現場の地面に、２次元的に表示してもよい。

次に、ステップＳ１１３で、作業者は、ディスプレイ４１上に表示された観測データ予測ＤＰを目視で確認して、仮指定した点を次の器械点に設定するかどうかを判断し、測定領域に満足する場合（Ｙｅｓ）、作業者が機能ボタン４８β_１（「確定」ボタン）を押すことで、ステップＳ１０９に移行して、器械点設定部４３１が次の器械点を確定し、確定した次の器械点情報として処理ＰＣ６に出力して処理を終了する。

ステップＳ１１３で作業者が仮指定した点に満足できない場合（Ｎｏ）、作業者が機能ボタン４８β_３を押すことで仮指定状態をリセットする。そして、ステップＳ１１０に戻り、別の点を、次の器械点Ｐ_１として仮指定する。次の器械点Ｐ_１の確定は、アイウェア装置４のゴーグル部分の外面に、タッチセンサを備え、作業者がゴーグルの外面に触れることで、確定するように構成してもよい。

なお、ステップＳ１１４で確定後、次の器械点Ｐ_１は、例えば図１０（Ｄ）に示すように、星印など確定された点であることを認識可能に表示される。作業者は、ディスプレイ４１の確定された器械点の表示と、実際の風景画像の表示を確認しながら、実際の地面上に次の器械点をマーキング等する。この作業は、アイウェア装置４を装着した作業者の指示により、別の作業者が行ってもよい。

その後、確定した器械点Ｐ_１にスキャナ２を設置して、後方交会法等の方法により、スキャナ２の座標および方向角を測定する。また、スキャナ２で点群データの観測を行う。

そして、作業者は、ステップＳ１１０〜Ｓ１１３と同様にして、次の器械点Ｐ_２を設定する。このとき、第２の領域Ｅ２内に次の器械点Ｐ_２を設定すると、点群データの重なり合いが好適になる。そして、ステップＳ１０１〜Ｓ１１４を繰り返して、順次、次の器械点Ｐ_３，Ｐ_４・・・を設定しながら各点において点群観測を行い、観測現場全体の観測を行う。なお、１度初期設定を行った同じ観測現場内においては、ステップＳ１０１の基準点、基準方向の設定と、ステップＳ１０３のアイウェア装置・カメラの同期は、省略することができる。

本実施の形態では、ワイヤフレームで現物とＣＡＤ設計データ６６１との異なる部分を確認可能にした上で、カメラ４９で写真測量を行ってズレＤ部分の座標を算出し、ＣＡＤ設計データ６６１を現物に合致するように修正し、修正ＣＡＤ設計データ６６２のワイヤフレームを、アイウェア装置４のディスプレイ４１に表示するように構成した。

この様にすることで、ＣＡＤ設計データ６６１と現場に異なる部分があっても、修正ＣＡＤ設計データ６６２に基づいて、ワイヤフレームを用いた現場の確認を行うことが可能になる。

本形態では、相対位置センサ４５および相対方向センサ４６を備えるアイウェア装置４にカメラ４９を備え、アイウェア装置４とカメラとの位置関係を既知として構成したので、カメラ４９の相対位置・相対方向は、個別の同期作業を必要とせず、アイウェア装置４と同期して管理できる。

また、ウェアラブルデバイスであるアイウェア装置４にカメラ４９を備え、カメラ４９でズレＤ周辺の写真測量を行うように構成したので、２点以上から撮影を行う場合も、カメラの設置等の煩雑な作業が必要なく、作業が簡便である。

さらに、アイウェア装置４を用いて、次の器械点Ｐ_１を仮指定し、仮指定した器械点Ｐ_１からの観測データ予測ＤＰを、修正ＣＡＤ設計データ６６２に基づいて算出し、アイウェア装置４のディスプレイ４１に表示するように構成した。作業者は、ＣＡＤ設計データ６６１と観測現場での状況が異なる場合であっても、実際の観測現場の状況に合わせて、視覚的に観測データ予測ＤＰを確認しながら、器械点の設定を行うことができる。これにより、点群データをもれなく取得できる的確な器械点を設定することができ、漏れのない点群データの観測を支援することができる。

なお、観測データ予測ＤＰを３次元の半球ドーム状に表示することで、作業者にとって、観測可能範囲が認識しやすくなる。また、観測データ予測ＤＰを観測現場の地面平面上に、２次元的に表示することで、次の器械点は地面平面上で指定されるので、器械点を指定するのに好適な領域が認識容易となる。

また、観測データ予測ＤＰの表示を、点群密度が所望の範囲となる第１の領域Ｅ１と、第１の領域Ｅ１の外周側に配置され、点群密度が、第１の領域Ｅ１よりも低くなるが、その領域にさらに次の器械点を設定して、点群データを取得することで、所望の重なり合いを達成できる第２の領域Ｅ２とを、識別可能に表示するようにすると、作業者は、次の器械点を設定するのに好ましい領域が、明確に認識することができる。この結果、作業者は、点群データの重なり合いを保持しながらも、無駄な重なり合いを最小限度にするような次の器械点を設定しやすくなるので、観測現場全体を効率よく測定できる。

また、第１の領域Ｅ１と、第２の領域Ｅ２とを、例えば、同系色の濃淡で示すようにすれば、作業者が、実際の点群密度の違いを直感的に認識することができるので好ましい。
なお、本方法において、ズレＤ周辺に、十分な数の特徴点が得られない場合には、ズレ１０周辺に反射ターゲット等を設置して、写真測量を行ってもよい。

＜変形例１＞
図１２は、表示システム１の１つの変形例に係る表示システム１ａの構成ブロック図である。

表示システム１ａは、スキャナ２ａ、およびアイウェア装置４を備え、処理ＰＣ６を備えない。スキャナ２ａは、演算処理部２６ａに同期計測部６０１、観測データ予測算出部６０２、ズレ算出部６０３、および設計データ修正部６０４を備え、記憶部２９ａにＣＡＤ設計データ６６１を備える。本変形例において、スキャナ２ａの演算処理部２６ａがデータ処理装置であり、記憶部２９ａが記憶装置である。

本変形例では、スキャナ２ａが高性能な演算処理部２６ａと、小型大容量の記憶部２９ａを備えた場合に実現可能であり、表示システム１ａの構成をさらにシンプルにすることができる。

＜変形例２＞
図１３は、別の変形例に係る表示システム１ｂの構成ブロック図である。表示システム１ｂは、スキャナ２、アイウェア装置４、処理ＰＣ６ｂ、カメラ９、およびサーバ８を備える。サーバ８は、通信部８１、演算処理部８２、および記憶部８３を備える。

本変形例では、ＣＡＤ設計データ６６１が、処理ＰＣ６ｂのＰＣ記憶部６６ではなく、サーバ８の記憶部８３に保存されている。処理ＰＣ６ｂは、図７のフローチャートのステップＳ１０４において、必要な箇所のＣＡＤ設計データ６６１を、ＰＣ通信部６３を介してサーバ８から取得する。本変形例において、ＰＣ６ｂの演算処理部６０がデータ処理装置であり、サーバ８の記憶部８３が記憶装置である。

これにより、処理ＰＣ６ｂのＰＣ記憶部６６の負担を軽減することができる。

＜変形例３＞
図１４は、さらに別の変形例に係る表示システム１ｃの構成ブロック図である。表示システム１ｃは、スキャナ２、アイウェア装置４、カメラ９およびサーバ８ｃを備え、処理ＰＣ６を備えない。表示システム１ｃでは、ＰＣ記憶部６６ではなく、サーバ８ｃの記憶部８３がＣＡＤ設計データ６６１を保存している。

また、処理ＰＣ６に代えて、サーバ８ｃの演算処理部８２ｃが、同期計測部６０１、観測データ予測算出部６０２、ズレ算出部６０３および設計データ修正部６０４を備える。変形例３において、サーバ８ｃの演算処理部８２ｃがデータ処理装置であり、サーバ８ｃの記憶部８３が記憶装置である。

これにより、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３，Ｓ１０７〜Ｓ１１０，Ｓ１１２の演算処理を高速化することができる。

＜他の変形例＞
他の変形例として、次の器械点の設定については以下のような変形を加えることができる。

例えば、アイウェア装置４に、作業者の目頭位置と虹彩位置の位置関係に基づいて作業者の視線を検出する視線センサを備える構成とする。そして、器械点設定部４３１が、例えば、瞬き等の所定の動作により、ディスプレイ４１において指定された作業者の視線の位置を次の器械点として仮指定し、次の器械点の座標を算出するように構成してもよい。

このようにすると、作業者は、視点を変える、目を閉じるという動作を行うだけで次の器械点の設定を行うことができ、操作が容易である。

あるいは、表示システム１を、処理ＰＣ６を介してアイウェア装置と通信可能な手指用磁気式モーションキャプチャ装置（例えば、特開２００７−２３６６０２号公報参照）を備える構成とする。そして、同期計測部６０１により、モーションキャプチャ装置の位置および方向の情報を同期可能とする。そして、作業者が、ディスプレイ４１上の表示を確認しながら、モーションキャプチャ装置を装着した指先で、次の器械点とする点を指し示すことにより、その点を次の器械点として仮指定し、仮指定した次の器械店の座標を算出するように構成してもよい。

このようにすると、作業者が、指定する点を指で指し示すという簡単な動作で次の器械点の仮指定を行うことができるので、操作が容易である。

（第２の実施の形態）
図１５は、本発明の第２の実施の形態に係る、表示システム１００の構成ブロック図である。表示システム１００のアイウェア装置１０４はカメラ４９を備えなくてもよく、スキャナ２が、ズレ検出装置として動作する。

具体的には、ステップＳ１０６、Ｓ１０７で、カメラ４９でズレ周辺を撮影し、写真測量を行う代わりに、スキャナ２でズレＤ周辺の３次元点群データを測定し、ズレ算出部６０３が、取得した現場の３次元点群データと、ＣＡＤ設計データ６６１に基づいて、ズレを算出する。

上記のように構成すれば、ズレ検出装置として、カメラ４９に代えて、スキャナ２を用いても、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、スキャナ２は、そもそも、初期設定として、アイウェア装置４と同期しているため、ズレ検出のために別途の同期作業を必要としない。

以上、本発明の好ましい実施の形態について述べたが、上記の実施の形態は本発明の一例であり、これらを当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ ：表示システム
２，２ａ ：スキャナ
２６ａ ：演算処理部（データ処理装置）
２６１ ：点群データ取得部
２９ａ ：記憶部（記憶装置）
３１ ：（スキャナ）通信部
４ ：アイウェア装置
４１ ：ディスプレイ
４３１ ：器械点設定部
４４ ：（アイウェア装置）通信部
４５ ：相対位置検出センサ（相対位置センサ）
４６ ：相対方向検出センサ（相対方向センサ）
４９ ：カメラ（ズレ検出装置）
６，６ｂ，６ｃ ：処理ＰＣ
６０ ：演算処理部（データ処理装置）
６０１ ：同期計測部
６０２ ：観測データ予測算出部
６０３ ：ズレ算出部
６０４ ：設計データ修正部
６６１ ：ＣＡＤ設計データ
６６２ ：修正ＣＡＤ設計データ
６３ ：ＰＣ通信部
６６ ：ＰＣ記憶部
８１ ：（サーバ）通信部
８２ ：演算処理部（データ処理装置）

Claims (5)

1. 測距光を水平および鉛直に走査して照射点の距離および角度を測定し、点群データを取得する点群データ取得部を備えるスキャナ；
   ディスプレイと、装置の位置を検出する相対位置検出センサと、装置の向きの方向を検出する相対方向検出センサとを備えるアイウェア装置；
   観測現場のＣＡＤ設計データを備える記憶装置；および、
   前記ＣＡＤ設計データと、現場とのズレを検出するズレ検出装置；を備え、
   前記スキャナの位置および方向に関する情報と、前記アイウェア装置の位置および方向に関する情報と、前記ズレ検出装置の位置および方向に関する情報とを受信して、前記スキャナの座標空間、前記アイウェア装置の座標空間、前記ズレ検出装置の座標空間、および前記ＣＡＤ設計データの座標空間とを同期する同期計測部と、同期された座標空間における前記ズレを算出するズレ算出部、前記ズレの算出結果に基づいて、前記ＣＡＤ設計データを修正して修正ＣＡＤ設計データを生成する設計データ修正部とを備えるデータ処理装置を備え、
   前記スキャナ、前記アイウェア装置、前記記憶装置および前記ズレ検出装置は、前記データ処理装置にデータ入出力可能に接続されており、
   前記同期計測部は、前記修正ＣＡＤ設計データを前記アイウェア装置から見たワイヤフレームに変換し、前記アイウェア装置は、前記修正ＣＡＤ設計データの前記ワイヤフレームを前記ディスプレイに表示することを特徴とするアイウェア表示システム。
2. 前記ズレ検出装置が、カメラであり、
   前記カメラは、前記アイウェア装置に、位置関係が既知となるように固定され、
   前記ズレ算出部は、前記カメラにより２点以上から撮影したズレ周辺の撮像データを用いて写真測量を行って前記ズレを算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のアイウェア表示システム。
3. 前記ズレ検出装置が前記スキャナであり、
   前記ズレ算出部は、前記スキャナが取得した前記ズレ周辺の３次元点群データに基づいて前記ズレを算出することを特徴とする請求項１に記載のアイウェア表示システム。
4. 前記アイウェア装置は、前記ディスプレイの表示上において、次の器械点を仮指定可能に構成され、
   前記データ処理装置は、仮指定された前記次の器械点の座標を算出して、前記スキャナを前記次の器械点に設置した場合に取得される前記点群データである観測データ予測を算出し、前記アイウェア装置に出力する、観測データ予測算出部を備え、
   前記観測データ予測算出部は、前記スキャナの性能と前記修正ＣＡＤ設計データにおける立体構造物を考慮して観測データ予測を算出し、
   前記アイウェア装置は、前記ワイヤフレームおよび前記観測データ予測を現物に重ねて前記ディスプレイに表示することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のアイウェア表示システム。
5. 前記観測データ予測は、２次元または３次元で、あるいは２次元と３次元で切換可能に表示されることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の表示システム。

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