JP2023119546A - Laser scan control device, laser scan device, laser scan control method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザースキャンの技術に関する。 The present invention relates to the technology of laser scanning.
例えば、工事現場における測量手段としてレーザースキャンが利用されている。この技術では、ターゲットとして反射プリズムを設置してのレーザースキャンが行われる。 For example, laser scanning is used as a surveying tool at construction sites. In this technique, laser scanning is performed with a reflecting prism set as a target.
この際、反射プリズムからの反射光が強く、レーザースキャン装置の受光素子が飽和する。そこで、反射プリズムの測位は、減光フィルタを介して行う。この技術については、例えば特許文献1に記載されている。
At this time, the reflected light from the reflecting prism is strong, and the light receiving element of the laser scanning device is saturated. Therefore, positioning of the reflecting prism is performed through a neutral density filter. This technique is described in
上述の減光フィルタを介した反射プリズムの測位では、適切な減光状態に調整する作業が必要となる。これは、減光の程度が大きいと、検出される測距光の強度が小さく測距精度が低下し、他方で減光の程度が小さいと、検出される測距光の強度が大きく、受光部の飽和に起因する測距精度の低下を招くからである。 Positioning of the reflecting prism via the above-described neutral density filter requires adjustment to an appropriate light reduction state. This is because if the degree of dimming is large, the intensity of the detected ranging light is low and the accuracy of ranging decreases. This is because the accuracy of distance measurement is lowered due to the saturation of the part.
反射プリズムに対して試験的に測位を行い、測距光が適切な検出レベルとなるように減光フィルタの調整や切り替えを細かく行う方法が考えられる。しかしこの方法は、作業の手順が増え、実用的でない。現状では、反射プリズムの測位精度の点で妥協し、大凡適切であると判断される減光フィルタを用いている。 A conceivable method is to measure the position on a trial basis with respect to the reflecting prism and finely adjust or switch the light-reducing filter so that the detection level of the ranging light is appropriate. However, this method increases the number of work steps and is not practical. At present, a compromise is made in terms of the positioning accuracy of the reflecting prism, and a neutral density filter that is generally judged to be appropriate is used.
このような背景において、本発明は、レーザースキャンにおける反射体ターゲットからの強い反射光に係る問題を解決する技術の提供を目的とする。 In view of this background, the present invention aims to provide a technique for solving the problem of strong reflected light from a reflector target in laser scanning.
本発明は、受光部を備えたレーザースキャン装置によるレーザースキャンを制御する装置であって、測量用の反射体からの反射により前記受光部が飽和する条件で行う第1のレーザースキャンと、前記飽和が生じない条件で行う第2のレーザースキャンを実行させる制御部と、前記第1のレーザースキャンに基づき、前記測量用の反射体までの距離を取得する距離取得部と、前記第2のレーザースキャンにおいて、前記測量用の反射体までの前記距離に基づき、前記受光部で受光する光の強度を調整する調整部とを備えるレーザースキャンの制御装置である。
The present invention is a device for controlling laser scanning by a laser scanning device having a light receiving portion, wherein a first laser scan is performed under conditions in which the light receiving portion is saturated by reflection from a surveying reflector; A control unit for executing a second laser scan performed under a condition that does not occur, a distance acquisition unit for acquiring the distance to the surveying reflector based on the first laser scan, and the
本発明において、前記検出光の強度の調整は、前記検出光の受光部の前に配置された光アッテネータにより行われる態様が挙げられる。本発明において、前記光アッテネータは、前記測量用の反射体までの距離が相対的に遠い場合は、相対的に減衰量が小さく調整され、前記測量用の反射体までの距離が相対的に近い場合は、相対的に減衰量が大きく調整される態様が挙げられる。 In the present invention, there is a mode in which the adjustment of the intensity of the detection light is performed by an optical attenuator arranged in front of the light receiving section for the detection light. In the present invention, the optical attenuator is adjusted to have a relatively small attenuation when the distance to the surveying reflector is relatively long, and the distance to the surveying reflector is relatively short. case, the attenuation amount is adjusted to be relatively large.
本発明において、前記測量用の反射体までの距離に係らず、前記検出光の強度が一定となるように前記光アッテネータの調整が行われる態様が挙げられる。本発明において、前記検出光の強度の調整は、前記レーザースキャン装置の発光部からスキャン対象に照射される測定光の強度を調整することで行なわれる態様が挙げられる。 In the present invention, there is a mode in which the optical attenuator is adjusted so that the intensity of the detection light is constant regardless of the distance to the surveying reflector. In the present invention, there is a mode in which the intensity of the detection light is adjusted by adjusting the intensity of the measurement light emitted from the light emitting unit of the laser scanning device to the scanning target.
本発明は、上述したレーザースキャンの制御装置を内蔵したレーザースキャン装置として把握することもできる。 The present invention can also be understood as a laser scanning device incorporating the above-described laser scanning control device.
本発明において、前記測量用の反射体は、反射プリズムであり、前記反射プリズムからの反射光を検出する反射プリズム検出部を備え、前記反射プリズム検出部は、前記第2のレーザースキャンにおいて、前記受光部の出力が特定の閾値以上の反射光を前記反射プリズムからの反射光として検出し、前記特定の閾値は、前記第2のレーザースキャンにおける前記受光部の出力の最大値の5%~50%の範囲の値である態様が挙げられる。 In the present invention, the reflector for surveying is a reflecting prism, and includes a reflecting prism detection section for detecting reflected light from the reflecting prism, and the reflecting prism detection section detects, in the second laser scanning, the Reflected light whose output of the light receiving unit is equal to or greater than a specific threshold is detected as reflected light from the reflecting prism, and the specific threshold is 5% to 50% of the maximum value of the output of the light receiving unit in the second laser scan. Examples are embodiments in which the values are in the range of %.
本発明において、前記測量用の反射体は、反射プリズムであり、前記反射プリズムからの反射光を検出する反射プリズム検出部を備え、前記反射プリズム検出部は、前記第1のレーザースキャンにおいて、前記レーザースキャン装置からの距離が特定の距離以上である位置における前記受光部の出力が特定の閾値以上の反射光を前記反射プリズムからの反射光として検出し、前記第1のスキャンの結果には、前記受光部の出力の距離への依存性が低い第1の輝点群と前記受光部の出力の距離への依存性の高い第2の輝点群とが含まれ、前記特定の距離は、前記第2の輝点群に係る前記受光部の出力の最大値が前記第1の輝点群に係る前記受光部の出力の最大値の70%以下となる最短の距離として定義され、前記特定の閾値は、前記特定の距離における前記第2の輝点群に係る前記受光部の出力の最大値を超える値である態様が挙げられる。 In the present invention, the reflector for surveying is a reflecting prism, and includes a reflecting prism detection section that detects reflected light from the reflecting prism, and the reflecting prism detection section detects the Reflected light at which the output of the light receiving unit is equal to or greater than a specific threshold at a position at a distance from the laser scanning device equal to or greater than a specific distance is detected as reflected light from the reflecting prism, and the result of the first scan is: A first bright spot group in which the output of the light receiving unit has low dependence on distance and a second bright spot group in which the output of the light receiving unit has high dependence on distance are included, and the specific distance is defined as the shortest distance at which the maximum value of the output of the light receiving unit for the second bright spot group is 70% or less of the maximum value of the output of the light receiving unit for the first bright spot group; is a value exceeding the maximum value of the output of the light-receiving unit relating to the second bright spot group at the specific distance.
本発明は、受光部を備えたレーザースキャン装置によるレーザースキャンを制御する方法であって、測量用の反射体からの反射により前記受光部が飽和する条件で行う第1のレーザースキャンと、前記飽和が生じない条件で行う第2のレーザースキャンを行い、前記第1のレーザースキャンに基づき、前記測量用の反射体までの距離を取得し、前記第2のレーザースキャンにおいて、前記測量用の反射体までの前記距離に基づき、前記受光部で受光する光の強度を調整するレーザースキャンの制御方法として把握することもできる。 The present invention is a method for controlling laser scanning by a laser scanning device having a light receiving section, comprising: a first laser scanning performed under conditions in which the light receiving section is saturated by reflection from a surveying reflector; Perform a second laser scan performed under conditions that do not occur, based on the first laser scan, to obtain the distance to the survey reflector, in the second laser scan, the survey reflector It can also be grasped as a laser scanning control method for adjusting the intensity of the light received by the light receiving unit based on the distance to.
本発明は、受光部を備えたレーザースキャン装置を制御するためのプログラムであって、コンピュータを測量用の反射体からの反射により前記受光部が飽和する条件で行う第1のレーザースキャンと、前記飽和が生じない条件で行う第2のレーザースキャンを実行させる制御部と、前記第1のレーザースキャンに基づき、前記測量用の反射体までの距離を取得する距離取得部と、前記第2のレーザースキャンにおいて、前記測量用の反射体までの前記距離に基づき、前記受光部で受光する光の強度を調整する調整部として動作させるプログラムとして把握することもできる。 The present invention is a program for controlling a laser scanning device having a light receiving portion, wherein a first laser scan is performed by a computer under conditions in which the light receiving portion is saturated by reflection from a surveying reflector; A control unit for executing a second laser scan performed under conditions where saturation does not occur, a distance acquisition unit for acquiring the distance to the surveying reflector based on the first laser scan, and the second laser In scanning, it can also be understood as a program that operates as an adjusting unit that adjusts the intensity of light received by the light receiving unit based on the distance to the surveying reflector.
本発明によれば、レーザースキャンにおける反射体ターゲットからの強い反射光に係る問題が解決できる。 The present invention solves the problem of strong reflected light from reflector targets in laser scanning.
1.第1の実施形態
(概要)
図1には、点群データの取得を行いたい現場にレーザースキャン装置200とターゲットとなる反射プリズム300と400が設置された状態が示されている。
1. First embodiment (outline)
FIG. 1 shows a state in which a
また、図1には、レーザースキャンにより得たデータの処理およびレーザースキャン装置200の制御を行う処理装置500が示されている。処理装置500はコンピュータであり、ここではPC(パーソナル・コンピュータ)を利用する例が示されている。
FIG. 1 also shows a
反射プリズム300と400は、絶対座標系における位置が既知の点に設置されている。絶対座標系は、地図やGNSSで用いられる座標系である。なお、座標系としてローカル座標系を用いることもできる。
Reflecting
図1には、反射プリズム以外のスキャン対象は図示省略されているが、実際は反射プリズム以外にレーザースキャンの対象(例えば、地形や建物)が存在している。 In FIG. 1, the objects to be scanned other than the reflecting prism are not shown, but in reality there are objects to be laser scanned (for example, landforms and buildings) other than the reflecting prism.
反射プリズム300と400は、入射光を180°向きを変えて反射する。反射プリズム300と400は、測量用に市販されているものを利用している。反射プリズム以外に再帰反射体等の他の反射体を用いることもできる。
Reflecting
レーザースキャン装置200は、レーザースキャンに適した位置に設置されているが、絶対座標系におけるその位置と姿勢は未知である。この例では、レーザースキャン装置200は、1回目の広範囲なレーザースキャン(例えば,全周スキャン)と2回目の反射プリズムに絞ったレーザースキャンを行う。
ここで、1回目のレーザースキャンにより広範囲の点群データを得るが、その段階における各点の絶対座標系上での位置は未知である。これは、絶対座標系におけるレーザースキャン装置200の位置と姿勢が未知であるからである。
Here, a wide range of point cloud data is obtained by the first laser scanning, but the position of each point on the absolute coordinate system at that stage is unknown. This is because the position and orientation of the
そこで、2回目のレーザースキャンにより、絶対座標系での既知点に設置された反射プリズム300と400の測位を行い、後方交会法により、レーザースキャン装置200の絶対座標系における位置と姿勢を算出する。
Therefore, by the second laser scanning, the positioning of the reflecting
レーザースキャン装置200の絶対座標系における位置と姿勢が判ることで、1回目のレーザースキャンによって得た点群データに絶対座標系における座標が与えられ、絶対座標系上での点群データが得られる。なお、反射プリズムの数は、3以上であってもよい。
By knowing the position and orientation of the
上記1回目のレーザースキャンでは、反射プリズム300と400からの反射光が強すぎ、レーザースキャン装置200の受光部202が飽和し、反射プリズム300と400の測距精度が低下する。すなわち、1回目のレーザースキャンでは、反射プリズム300と400の測位精度が低下する。
In the first laser scan, the reflected light from the reflecting
そこで、反射プリズム300と400の正確な測位を行うための2回目のレーザースキャンを行う。この際、高い測位精度が得られるように、測距光の受光素子への入力レベルを、可変光アッテネータを用いて弱める。この可変光アッテネータの制御は、1回目のレーザースキャンで得られた反射プリズムの距離情報に基づき行う。
Therefore, a second laser scan is performed for accurate positioning of the reflecting
なお、受光部202における強入力による飽和は、主に受光素子で生じる。この飽和の程度が小さければ、受光素子の出力の歪み、また出力の頭打ちが生じるが、測距の精度は確保される。飽和の程度が大きくなると、受光素子の出力の波形の歪みが顕著になり、波形の位相差を利用した距離の計測に誤差が生じ、測距の精度が低下する。
Saturation due to a strong input in the
2回目のスキャンは、後者の測距の精度に悪影響が出ない状態(測距の精度が確保された状態)で行われる。よって、2回目のスキャンでは、測距の精度に悪影響が出ないレベルの受光部202での飽和は許容される。
The second scan is performed in a state in which the latter accuracy of distance measurement is not adversely affected (a state in which the accuracy of distance measurement is ensured). Therefore, in the second scan, saturation in the
(ハードウェアの構成)
図2には、レーザースキャン装置(レーザースキャナ)200の外観が示されている。レーザースキャン装置200は、三脚211、三脚211の上部に固定されたベース部212、ベース部212上で水平回転が可能な回転体である水平回転部213、水平回転部213に対して鉛直回転が可能な回転体である鉛直回転部214を備えている。レーザースキャン装置200は、無線接続された図示しない外部のコントローラ(操作端末)によって操作される。
(Hardware configuration)
FIG. 2 shows the appearance of a laser scanning device (laser scanner) 200. As shown in FIG. The
鉛直回転部214は、レーザースキャン光の放射と受光を行う光学部215を備えている。光学部215からレーザースキャン光がパルス発光される。このパルス発光は、鉛直回転部214が回転しながら、その回転軸(水平方向に延長する軸)に直交する方向(鉛直面)に沿って行われる。この場合、光学部215から鉛直角の方向(仰角および俯角の角度方向)に沿ってレーザースキャン光がパルス発光される。
The
水平回転部213を水平回転させ、且つ、鉛直回転部214を鉛直回転させながら、光学部215からレーザースキャン光をパルス発光させ、対象物からのその反射光を光学部215で受光することで、周囲に対するレーザースキャンが行われる。
While horizontally rotating the horizontal rotating unit 213 and vertically rotating the vertical
上記の鉛直角の方向に沿ったスキャン(縦スキャン)と同時に水平回転部213が水平回転することで、この鉛直角方向に沿ったスキャンライン(縦スキャンライン)が水平角方向(水平方向)に沿ってずれるようにして移動する。なお、鉛直回転時に水平回転も同時に行った場合、鉛直角方向に沿ったスキャン(縦スキャンライン)は完全に鉛直方向に沿っておらず、僅かであるが少し斜めの線となる。なお、水平回転部213が回転しなければ、鉛直角方向に沿ったスキャン(縦スキャンライン)は鉛直方向に沿ったものとなる。 By horizontally rotating the horizontal rotation unit 213 at the same time as scanning along the direction of the vertical angle (vertical scanning), the scanning line (vertical scanning line) along the direction of the vertical angle (vertical scanning line) moves in the direction of the horizontal angle (horizontal direction). Move along the edge. Note that when horizontal rotation is also performed at the same time as vertical rotation, scanning along the vertical direction (vertical scanning line) is not completely along the vertical direction, but is slightly slanted. Note that if the horizontal rotation unit 213 does not rotate, the scan along the vertical direction (vertical scan line) will be along the vertical direction.
水平回転部213と鉛直回転部214の回転は、モータにより行われる。水平回転部213の水平回転角と、鉛直回転部214の鉛直回転角は、エンコーダにより精密に計測さる。
Rotation of the horizontal rotation section 213 and the
各レーザースキャン光は、1条のパルス測距光であり、一つのレーザースキャン光により、当該レーザースキャン光が当たった反射点であるスキャン点の測距が行われる。この測距値とレーザースキャン光の照射方向から、レーザースキャン装置200に対するスキャン点(レーザースキャン光の反射点)の位置が算出される。
Each laser scanning light is a single pulse distance measuring light, and one laser scanning light measures the distance of a scanning point, which is a reflection point hit by the laser scanning light. The position of the scanning point (reflection point of the laser scanning light) with respect to the
レーザースキャン装置200から出力されるレーザースキャン点群の形態としては、各点(各スキャン点)に係る距離と方向のデータを出力する形態が挙げられる。レーザースキャン装置200の内部において、特定の座標系における各点の位置を計算し、各点の3次元座標位置を点群データとして出力する形態も可能である。また、レーザースキャン点群のデータには、各スキャン点の輝度(反射光の強度)の情報も含まれている。
As a form of the laser scanning point group output from the
図3は、レーザースキャン装置200と処理装置500のブロック図である。レーザースキャン装置200は、発光部201、受光部202、測距部203、方向取得部204、発光制御部205、駆動制御部206、可変光アッテネータ207、通信装置208、記憶部209を備える。
FIG. 3 is a block diagram of
図4は、レーザースキャン装置200の光学系のブロック図である。発光部201は、レーザースキャン光の発光を行う発光素子、発光に関係する光学系と周辺回路を有する。発光部201で発光されたレーザースキャン光は、光合成/分離部250を介して図2の光学部215から外部に出射される。光合成/分離部250は、ハーフミラーやダイクロイック一ミラーを用いて出射光と入射光の光路の分離及び合成を行う光学系である。
FIG. 4 is a block diagram of the optical system of the
受光部202は、レーザースキャン光の受光を行う受光素子、受光に関係する光学系と周辺回路を有する。光学部215から取り込まれたレーザースキャン光の反射光は、光合成/分離部250から可変光アッテネータ207に導かれ、更に受光部202に導かれる。可変光アッテネータ207については後述する。
The light-receiving
測距部203は、受光部202の出力に基づき、レーザースキャン装置200からレーザースキャン光の反射点(スキャン点)までの距離を算出する。この例では、レーザースキャン装置200の内部に基準光路が設けられている。発光素子から出力されたレーザースキャン光は2分岐され、一方がレーザースキャン光として光学部215から対象に照射され、他方が参照光として上記基準光路に導かれる。
The
対象から反射され、光学部215から取り込まれたレーザースキャン光と上記基準光路を伝搬した参照光とが合成され、受光部202に入力される。レーザースキャン光と参照光は、伝搬距離が異なり、最初に参照光が受光素子で検出され、次いでレーザースキャン光が受光素子で検出される。
The laser scanning light reflected from the object and taken in from the
ここで、受光素子の出力波形を見ると、参照光の検出波形が最初に出力され、ついで時間差をおいてレーザースキャン光の検出波形が出力される。この2つの波形の位相差(時間差)からレーザースキャン光の反射点までの距離が算出される。なお、レーザースキャン光の飛翔時間から距離を算出する形態も可能である。 Here, looking at the output waveform of the light receiving element, the detection waveform of the reference light is first output, and then the detection waveform of the laser scanning light is output after a time lag. The distance to the reflection point of the laser scanning light is calculated from the phase difference (time difference) between these two waveforms. It should be noted that it is also possible to calculate the distance from the flight time of the laser scanning light.
方向取得部204は、レーザースキャン光の光軸の方向を取得する。光軸の方向は、水平方向の光軸の角度(水平角)と鉛直方向の光軸の角度(仰角または俯角)を計測することで得る。方向取得部204は、水平角検出部204aと鉛直角検出部204bを有する。
A
水平角検出部204aは、水平回転部213の水平回転角を検出する。水平回転は、鉛直方向を回転軸とする回転である。角度の検出は、エンコーダにより行われる。鉛直角検出部204bは、鉛直回転部214の鉛直回転角(仰角または俯角)を検出する。鉛直回転は、水平方向を回転軸とする回転である。角度の検出は、エンコーダにより行われる。
The horizontal
水平回転部213の水平回転角と鉛直回転部214の鉛直回転角を計測することで、レーザースキャン装置200から見たレーザースキャン光の光軸の方向、すなわちスキャン点の方向が判る。
By measuring the horizontal rotation angle of the horizontal rotation unit 213 and the vertical rotation angle of the
発光制御部205は、発光部201におけるレーザースキャン光の発光タイミングの制御を行う。駆動制御部206は、水平回転部213を水平回転させるための駆動制御を行う水平回転駆動制御部206aと、鉛直回転部214を鉛直回転させるための駆動制御を行う鉛直回転駆動制御部206bを備える。
The light
可変光アッテネータ207は、受光部202に入射する光を減衰させる(図4参照)。この減衰量(減衰率)は可変できる。減衰量の可変は、測距部203が算出した対象までの距離に基づいて行われる。
The variable
可変光アッテネータ207としては、周方向において透過率が漸次変化する状態に設定された半透過性の円板を回転させることで透過率を調整する形式、液晶の透過率を制御する形式等がある。可変光アッテネータのモジュールは市販されており、その中から適宜選択して利用できる。
As the variable
反射プリズムからの反射は強いので受光素子が飽和し、測距値には誤差が生じる。例えば、本発明者らの実験によれば、誤差数mmの精度の測距が可能なレーザースキャナにおいて、反射プリズムからの反射光の場合、cmレベルの誤差が生じることが判っている。この誤差の増大の程度は、受光素子の非線形動作の絡みもあり、一定しないが、通常の測定誤差の数倍~10倍程度となる。 Since the reflection from the reflecting prism is strong, the light receiving element is saturated, resulting in an error in the distance measurement value. For example, according to experiments by the present inventors, it has been found that in a laser scanner capable of distance measurement with an accuracy of several millimeters, an error on the order of centimeters occurs in the case of reflected light from a reflecting prism. The degree of increase in this error is not constant due to the non-linear operation of the light-receiving element, but it is about several times to ten times the normal measurement error.
可変光アッテネータ207を受光部の前に配置することで、受光部に入る光の強度を弱め、上記の問題の発生を抑制する。
By arranging the variable
通信装置208は、処理装置500、図示しない外部のコントローラ、その他の装置との間で通信を行う。通信は、有線、無線LAN、携帯電話回線等を用いて行われる。記憶部209は、半導体メモリやハードディスク装置により構成され、レーザースキャン装置200の動作に必要な動作プログラム、データ、動作の過程や動作の結果得られるデータを記憶する。
The
処理装置500は、レーザースキャン装置200の動作制御およびレーザースキャン装置200が得た点群データ(レーザースキャン点群のデータ)の処理を行う。処理装置500の一部または全部をレーザースキャン装置200に内蔵させる形態も可能である。処理装置500の一部または全部の機能をデータ処理サーバで実現する形態も可能である。
The
処理装置500は、PC(パーソナル・コンピュータ)により構成されている。処理装置500の一部または全部を専用のハードウェアで構成することも可能である。
The
処理装置500は、レーザースキャン装置制御部501、反射プリズム検出部502、反射プリズムまでの距離取得部503、可変光アッテネータの制御部504、点群データ作成部505、通信装置506、記憶部507を備える。
The
レーザースキャン装置制御部501は、レーザースキャン装置200の動作を制御するための制御信号を生成する。この制御信号は、通信装置506からレーザースキャン装置200に送信される。この制御信号には、レーザースキャンを制御する制御信号と可変アッテネータ207の制御を行う制御信号が含まれる。
A laser scanning
反射プリズム検出部502は、受光部202で検出された測定光(対象から反射されたスキャン光)の強度に基づき、当該測定光が反射プリズムから反射されたものであるのか否か、を判定し、更に反射プリズムからの反射であった場合に、それを反射プリズムからの反射光として識別し検出する。
Reflecting prism detection unit 502 determines whether or not the measuring light is reflected from the reflecting prism based on the intensity of the measuring light (scanning light reflected from the object) detected by
反射プリズムまでの距離取得部503は、反射プリズム検出部502が検出した反射プリズムまでの測距(測距値)を取得する。この距離の算出は、測距部203で行われる。
A distance acquisition unit 503 to the reflecting prism acquires the distance measurement (distance measurement value) to the reflecting prism detected by the reflecting prism detection unit 502 . Calculation of this distance is performed by the
可変光アッテネータの制御部504は、可変光アッテネータ207の減衰量(光を減衰させる程度)を調整する制御信号を生成する。可変光アッテネータ制御部504は、反射プリズムの測距情報に基づいて受光部202への入射光を特定のレベルに調整する。以下、この原理を説明する。
A variable optical
図5に原理を示す。図5(A)の横軸は反射点までの距離(相対値)であり、縦軸は受光効率である。受光効率は、出射光と入射光の比((入射光強度/出射光強度)×100(%))である。受光効率は距離が遠くなる程小さく、距離が近い程大きくなる。なお、図5(A)において、極近距離において受光効率が低下しているのは、光学系の非線形性の影響である。 The principle is shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 5A is the distance (relative value) to the reflection point, and the vertical axis is the light receiving efficiency. The light receiving efficiency is the ratio of emitted light to incident light ((incident light intensity/outgoing light intensity)×100(%)). The light receiving efficiency decreases as the distance increases, and increases as the distance decreases. In addition, in FIG. 5A, the fact that the light-receiving efficiency decreases at extremely short distances is due to the nonlinearity of the optical system.
そこで、図5(B)に示すように、距離が遠い程、光アッテネータ208の減衰量を小さくし、距離が近い程、可変光アッテネータ207の減衰量を大きくする。図5(B)の横軸は反射点までの距離(相対値)であり、縦軸は可変光アッテネータ207の透過率である。透過率は、可変光アッテネータ207における(出射光強度/入射光強度)×100(%で)ある。透過率が低い程、可変光アッテネータ207における減衰量が大きくなる。
Therefore, as shown in FIG. 5B, the longer the distance, the smaller the attenuation of the
図5(B)のように距離に応じて、透過率を調整することで、図5(C)に示すように、反射プリズムの距離によらず受光部202の受光素子で検出する反射プリズムからの反射光の強度を一定のレベルにできる。 By adjusting the transmittance according to the distance as shown in FIG. 5B, as shown in FIG. can set the intensity of the reflected light to a certain level.
すなわち、距離が近い場合は可変光アッテネータ207でのアッテネーションを強くし(つまり透過率を下げ)、距離が遠い場合はその逆の制御を行う。これにより、理想的には、受光部202に入射する測定光の強度を一定にできる(図5(C)参照)。
That is, when the distance is short, the attenuation of the variable
ここでは、受光部202で受光するのに適切な光強度の値(適切な受光強度)を予め取得し、距離に応じた上記適切な受光強度とするために必要な可変光アッテネータ207の透過率、およびこの透過率を実現するのに必要な制御量を調べておく。
Here, the appropriate light intensity value (appropriate received light intensity) for light reception by the
具体的には、反射プリズムまでの距離をX、可変光アッテネータ207での透過率をAとし、受光部202での受光強度を適切な一定な値(あるいは適切な範囲)とする条件におけるXとAの関係は、A=f(X)となる。傾向として、Xが増加(反射プリズムまでの距離が増加)するとAが大きくなり(より透過:減衰量が小)、Xが減少する(反射プリズムまでの距離が短くなる)とAが小さくなる(より減衰させる)傾向となる。
Specifically, the distance to the reflecting prism is X, the transmittance of the variable
この関係を予め取得しておき、この関係に基づき、可変光アッテネータ制御部209は、反射プリズムの測距値に応じた可変光アッテネータ207の減衰量の調整(透過率の調整)を行う。この調整は、可変光アッテネータ制御部209から制御信号(例えば、制御電圧)を可変光アッテネータ207に送ることで行われる。
This relationship is acquired in advance, and based on this relationship, the variable optical
点群データ作成部505は、2回目のレーザースキャンで得た反射プリズム300と400の測位データに基づくレーザースキャン装置200の絶対座標系における位置と姿勢の算出、およびそれに基づく1回目のレーザースキャンで得た点群データを絶対座標系に関連付ける処理を行う。
The point cloud
通信装置506は、レーザースキャン装置200やその他の装置との間で通信を行う。通信は、有線、無線LAN、携帯電話回線等を用いて行われる。記憶部507は、半導体メモリやハードディスク装置により構成され、処理装置500の動作に必要な動作プログラム、データ、動作の過程や動作の結果得られるデータを記憶する。
(処理の一例)
図6に処理の手順の一例を示す。図6の処理を実行するプログラムは、処理装置500の記憶部507に記憶され、処理装置500を構成するコンピュータのCPUにより読み出されて実行される。当該プログラムを適当な記憶媒体に記憶させ、そこから読み出して利用する形態も可能である。
(Example of processing)
FIG. 6 shows an example of the processing procedure. A program for executing the process of FIG. 6 is stored in the
図6の処理に先立ち、まずレーザースキャンを行う現場にレーザースキャン装置200と反射プリズム300,400を設置する。ここで、レーザースキャン装置200の位置と姿勢は未知であり、反射プリズム300と400は、絶対座標系における位置が既知の点に設置される。この絶対座標系における位置が既知の点は、事前の測量作業により測位され、位置が決められている。なお、座標系としてローカル座標系を用いることもできる。
Prior to the process of FIG. 6, first, the
この段階で通常スキャン(1回目のレーザースキャン)を行う(ステップS101)。通常スキャンは、点群の取得を予定している範囲で行われる。この予定している範囲としては、全周や、ある限定された範囲が挙げられる。通常スキャンは、測量対象の点群を得るためのもので、通常のレーザースキャン点群を得る条件で行われる。 At this stage, normal scanning (first laser scanning) is performed (step S101). A normal scan is performed in the area where the acquisition of the point cloud is planned. This planned range includes the entire perimeter and some limited range. The normal scan is for obtaining the point cloud of the survey target, and is performed under the conditions for obtaining the normal laser scan point cloud.
通常スキャンにより、レーザースキャン装置200の光学原点(測位の原点となる点)から各点までの距離と方向のデータ(点群データ)が得られる。この段階では、レーザースキャン装置200の絶対座標系における位置と姿勢が未知であるので、上記の点群データと絶対座標系の関係は未知である。
By normal scanning, distance and direction data (point cloud data) from the optical origin of the laser scanning device 200 (the origin of positioning) to each point is obtained. At this stage, the position and orientation of the
次に、ステップS101において得られた点群の中から受光素子で光量がオーバーフロー(入射光が強すぎて受光素子が飽和)した点を反射プリズムの反射点として抽出する(ステップS102)。 Next, from the point group obtained in step S101, points at which the light amount overflows (the incident light is too strong and the light receiving element is saturated) are extracted as reflection points of the reflecting prism (step S102).
通常スキャンは、反射プリズム以外からの反射光を検出する必要があるので、その目的を達成する出射光の強度、入射光の検出感度に設定されている。他方において、通常スキャンの条件では、反射プリズムの反射光が強すぎ、上記のオーバーフローが生じる。 Since normal scanning requires detection of reflected light from sources other than the reflecting prism, the intensity of emitted light and the detection sensitivity of incident light are set to achieve the purpose. On the other hand, under normal scanning conditions, the reflected light from the reflecting prism is too strong, causing the overflow described above.
レーザースキャンでは、検出光の検出強度(受光素子の出力レベル)も点(反射点)の情報として取得している。ステップS102では、予め定めたレベルを超える検出強度の点を抽出する。 In laser scanning, the detection intensity of the detection light (the output level of the light receiving element) is also obtained as point (reflection point) information. In step S102, points with detection intensities exceeding a predetermined level are extracted.
次に、ステップS102で抽出した点の距離(レーザスキャン装置200からの距離)を取得する(ステップS103)。ここで取得する距離は、測距部203が算出した距離である。受光素子が飽和しているので、ここで計測される距離は通常より大きな誤差を含み、測量に利用するには不満がある精度であるが、後述する可変光アッテネータ207の減衰量の設定に利用するには問題はない。ステップS102の処理は、反射プリズムまでの距離取得部503で行われる。
Next, the distance of the point extracted in step S102 (distance from the laser scanning device 200) is obtained (step S103). The distance acquired here is the distance calculated by the
次に、ステップS103で得た反射プリズムまでの距離に基づき、可変光アッテネータ207の減衰量(透過率)を設定する(ステップS104)。この処理は可変光アッテネータ207の制御部504において行われる。
Next, based on the distance to the reflecting prism obtained in step S103, the attenuation (transmittance) of the variable
次に、調光スキャン(2回目のレーザースキャン)を行う(ステップS105)。調光スキャンは、ステップS104で設定した条件に基づくレーザースキャンである。調光スキャンでは、反射プリズム300と400からの反射光により、受光部202が飽和しないように調整してレーザースキャンが行われる。すなわち、受光部202に入る検出光を可変光アッテネータ207で減衰させてのレーザースキャンが行われる。
Next, light control scanning (second laser scanning) is performed (step S105). Light control scanning is laser scanning based on the conditions set in step S104. In light control scanning, laser scanning is performed by adjusting the
調光スキャンによって、反射プリズム300と400の正確な測位が可能となる。調光スキャンは、反射プリズム300と400に絞った範囲で行われる。これは、無駄なスキャンを抑制するためである。勿論、全周に対して調光スキャンを行っても良い。
Dimming scans allow accurate positioning of reflecting
調光スキャンを行うことで、反射プリズム300と400の正確な測位が行われ、レーザースキャン装置200と反射プリズム300と400の位置関係が特定できる状態となる。
By performing light control scanning, the reflecting
調光スキャンを行ったら、後方交会法を用いてレーザースキャン装置200の絶対座標系における位置と姿勢を求める(ステップS106)。
After performing the dimming scan, the position and orientation of the
以下、簡単にステップS106で行われる処理の原理について説明する。まず、ステップS105の調光スキャンの結果から、レーザースキャン装置200、反射プリズム300および反射プリズム400の位置関係が判る。よって、レーザースキャン装置200、反射プリズム300および反射プリズム400の位置を頂点とした三角形の形が決まる。
The principle of the processing performed in step S106 will be briefly described below. First, the positional relationship among the
他方において、反射プリズム300と400の絶対座標系における位置は既知である。つまり、上記三角形の頂点2つの絶対座標系における位置が決まる。よって、上記三角形の残りの頂点となるレーザースキャン装置200の絶対座標系における位置が求まる。
On the other hand, the positions in the absolute coordinate system of reflecting
また、上記三角形の各辺の絶対座標系における向きが判るので、レーザースキャン装置200の絶対座標系における姿勢が求まる。こうして、絶対座標系におけるレーザースキャン装置200の位置と姿勢が求まる。この処理は、点群データ作成部505で行われる。別途、外部標定要素算出部を用意し、そこでステップS106の処理を行ってもよい。
Also, since the orientation of each side of the triangle in the absolute coordinate system is known, the attitude of the
ステップS106の後、通常スキャンで得た点群データを絶対座標系と関連付けたデータを得る。こうして、レーザースキャン装置200による絶対座標系上で扱うことができる点群データが得られる(ステップS107)。
After step S106, data is obtained by associating the point cloud data obtained by normal scanning with the absolute coordinate system. In this way, point group data that can be handled on the absolute coordinate system by the
例えば、各点に関連付けて、レーザースキャン装置200を原点とした各点の距離と方向、当該原点の絶対座標系における座標、絶対座標系におけるレーザースキャン装置の姿勢のデータを作成する。これが絶対座標系上で扱うことができる点群データとなる。
For example, in association with each point, the data of the distance and direction of each point with the
また、通常スキャンで得られた点群データを絶対座標系上で記述した点群データに変換してもよい。すなわち、絶対座標系におけるレーザースキャン装置200の位置と姿勢が判ることで、通常スキャンで得た点群データを絶対座標系における座標に座標変換できる。具体的にいうと、座標変換に必要な平行移動と回転の情報に係り、絶対座標系におけるレーザースキャン装置200の位置により、平行移動の情報が得られ、絶対座標系におけるレーザースキャン装置200の姿勢により、回転の情報が得られる。そして、これらの情報に基づき、通常スキャンで得た点群データを平行移動し、更に回転させることで、絶対座標系上で記述された点群データが得られる。この処理をステップS107において行ってもよい。
Also, point cloud data obtained by normal scanning may be converted into point cloud data described on an absolute coordinate system. That is, by knowing the position and orientation of the
(優位性)
受光部202への過大な入力が抑制され、レーザースキャンにおける反射体ターゲットからの強い反射光に係る問題を解決できる。また、高精度の測距が行なえる受光条件となるように、反射プリズムまでの距離に応じて光アッテネータの減衰量を設定するので、反射プリズムの測距を高い精度で行える。そのため、最終的に得られる点群データの精度を高くできる。
(Superiority)
Excessive input to the
2.第2の実施形態
図7には、可変光アッテネータ207を発光部201の前に配置した例が示されている。この場合、発光部201から発光される測定光がアッテネータにより減衰され、反射プリズムの測位に適切な反射強度が得られるように調整される。
2. Second Embodiment FIG. 7 shows an example in which a variable
3.第3の実施形態
図8には、発光強度が可変できる出力可変発光部260を用いる場合が示されている。この場合、反射プリズムの測位に適切な反射強度が得られるように出力可変発光部260での発光強度が制御部261により調整される。
3. Third Embodiment FIG. 8 shows a case where a variable output
4.第4の実施形態
受光素子の感度が調整できるデバイスを利用する形態も可能である。例えば、受光素子とて用いられるアバランシュフォトダイオードは、加える逆電圧により増倍率を制御できる。これを利用し、強い反射光を検出する場合(距離が近い場合)は増倍率を下げ、弱い反射光を検出する場合(距離が遠い場合)は増倍率を上げる。なお、増倍率の調整だけではダイナミックレンジが確保できない場合、他の実施形態で述べた可変光アッテネータの併用、あるいは発光強度の調整の併用で対処する。
4. Fourth Embodiment A form using a device capable of adjusting the sensitivity of the light receiving element is also possible. For example, an avalanche photodiode used as a light receiving element can control the multiplication factor by applying a reverse voltage. By using this, the multiplication factor is lowered when strong reflected light is detected (when the distance is short), and the multiplication factor is increased when weak reflected light is detected (when the distance is long). If the dynamic range cannot be ensured only by adjusting the multiplication factor, the variable optical attenuator described in the other embodiments is used in combination, or the emission intensity is adjusted in combination.
5.第5の実施形態
測量の現場において、反射プリズム以外に可視光を高反射率で反射する反射体(以下、反射体)が存在している場合がある。反射体としては、安全確保ための反射テープ、各種の標識、車両や重機のテールランプ等が挙げられる。レーザースキャナの測定光の波長は、500nm~1500nm程度であるので、レーザースキャナの反射光は、上記の反射体からも高い効率で反射される。
5. Fifth Embodiment In a surveying site, there may be a reflector (hereinafter referred to as a reflector) that reflects visible light with a high reflectance in addition to the reflecting prism. Examples of reflectors include reflective tapes for ensuring safety, various signs, tail lamps of vehicles and heavy machinery, and the like. Since the wavelength of the measurement light from the laser scanner is about 500 nm to 1500 nm, the reflected light from the laser scanner is also reflected with high efficiency from the reflector.
このような背景において、図6のステップS102およびステップS105では、反射プリズム以外の反射体からの反射光を、反射プリズムからの反射光として誤検出しないようにする必要がある。 Against this background, in steps S102 and S105 of FIG. 6, it is necessary to prevent the reflected light from a reflector other than the reflecting prism from being erroneously detected as the reflected light from the reflecting prism.
本実施形態では、反射プリズム以外に標識や反射板等の反射体がある場合に、2段階に渡り、上記の誤検出を抑制した反射プリズムの検出を行う。ここで、第1段階の検出は通常スキャンの結果に対して行い。第2段階の検出は調光スキャンの結果に対して行う。 In this embodiment, when there is a reflector such as a sign or a reflector plate in addition to the reflecting prism, detection of the reflecting prism is performed in two stages while suppressing the above-described erroneous detection. Here, the first-stage detection is performed on the results of normal scanning. A second stage of detection is performed on the result of the dimming scan.
後述のように、第1段階の検出では、近距離において反射プリズムと反射体を識別できず、反射体を誤検出する可能性があるが、第2段階の検出において、非反射プリズムである反射体と区別して反射プリズムを確実に検出できる。ここで、非反射プリズムとは、反射プリズムでない反射体(反射テープ等の高反射率の光反射性の物体)のことをいう。上記の第1段階の検出および第2段階の検出に係る処理は、反射プリズム検出部502において行われる。 As will be described later, in the first-stage detection, the reflecting prism and the reflector cannot be distinguished at a short distance, and there is a possibility that the reflector is erroneously detected. A reflecting prism can be reliably detected by distinguishing it from a body. Here, the non-reflecting prism means a reflector that is not a reflecting prism (a highly reflective light-reflecting object such as a reflective tape). The processes related to the first-stage detection and second-stage detection are performed in the reflecting prism detection section 502 .
以下、詳細に説明する。まず第1段階の検出について説明する。図9は、通常スキャンにおける各種の反射体からの反射光の検出強度(縦軸)と、レーザースキャナから反射対象までの距離(m)の関係の実測値である。ここで、縦軸の検出強度は、受光部202の出力の相対値である。
A detailed description will be given below. First, detection at the first stage will be described. FIG. 9 shows measured values of the relationship between the detected intensity (vertical axis) of reflected light from various reflectors and the distance (m) from the laser scanner to the reflection target in normal scanning. Here, the detected intensity on the vertical axis is the relative value of the output of the
図9において、安全ベストは、シート状の反射材料を備えたベストである。標識、テールランプ、ガードレール用反射体は、視認性を高めるために光反射性の材質で構成された反射体を備えている。反射プリズム1と反射プリズム2は、測量用に市販されている型番の異なる反射プリズムである。
In Figure 9, the safety vest is a vest with a sheet of reflective material. Signs, tail lights, and guardrail reflectors have reflectors constructed of light-reflective materials to enhance visibility. Reflecting
図9から、レーザースキャナからの距離がある程度遠い場合(図9の場合は60m以上)、反射プリズムからの反射光を受光した受光部202の出力と、反射体からの反射光を受光した受光部202の出力とに差が生じることが判る。
From FIG. 9, when the distance from the laser scanner is somewhat long (60 m or more in the case of FIG. 9), the output of the
この現象を利用して、ステップS102において、非反射プリズムから反射光を排除する(選択しないようにする)。この例では、図9の縦軸における出力値が8000の位置を閾値に設定し、それ以上の出力値である場合に、反射プリズムからの反射光として選択する。 Using this phenomenon, in step S102, the reflected light is excluded (not selected) from the non-reflecting prism. In this example, the position of the output value of 8000 on the vertical axis of FIG. 9 is set as the threshold, and when the output value is greater than that, it is selected as reflected light from the reflecting prism.
上記の閾値は、レーザースキャナからの特定の距離における反射プリズムでない反射体からの反射光を受光した受光部202の出力の最大値を超える値に設定する。ここで、レーザースキャナからの特定の距離は以下のようにして決められる。
The above threshold value is set to a value exceeding the maximum value of the output of the
図9に示すように、通常スキャンの結果には、受光部202の出力が距離によってあまり変わらない第1の輝点群と、受光部202の出力が距離の増加に従って大きく低下する第2の輝点群とが含まれる。すなわち、通常スキャンによって得たスキャン点群には、受光部202の出力の距離への依存性が低い第1の輝点群と、受光部202の出力の距離への依存性の高い第2の輝点群とが含まれる。
As shown in FIG. 9, the result of normal scanning includes a first bright spot group in which the output of the
なお、距離が更に遠くなると、第1の輝点群の受光部202の出力は徐々に低下する。これは、スキャン光の空気中での散乱やスキャン光のビームの広がりにより、距離が遠くなる程、検出する反射光の強度が徐々に低下するからである。そうであっても、反射プリズムからの反射光の強度の距離への依存性の低い第1群の輝点と、非反射プリズムからの反射光の強度の距離への依存性の高い第2群の輝点に明確に分かれる。
As the distance increases further, the output of the
ここで、上記特定の距離は、第2の輝点群に係る受光部202の出力の最大値が第1の輝点群に係る受光部202の出力の最大値の70%以下となる最短の距離として定義される。
Here, the specific distance is the shortest distance at which the maximum value of the output of the
以下、上記特定の距離を求める具体的な手順の一例を説明する。まず、通常スキャンの結果を解析し、距離が増大しても受光部202の出力がそれ程低下しない輝点の群(第1の輝点群)と、距離が増大すると受光部202の出力が低下する輝点の群(第2の輝点群)を見つける。そしてこの2群に分離が生じる凡その距離Lthを求める。
An example of a specific procedure for obtaining the specific distance will be described below. First, the results of the normal scan were analyzed, and a group of bright spots (first group of bright spots) in which the output of the
図9の場合、Lth=40m~60m程度と見積もられるが、ここではその最小値をとり、Lth=40mとする。なお、第1の輝点群が反射プリズムの輝点の群であり、第2の輝点群が反射プリズムでない反射体からの輝点の群となる。 In the case of FIG. 9, it is estimated that Lth=40 m to 60 m, but here the minimum value is taken and Lth=40 m. The first bright spot group is the bright spot group of the reflecting prism, and the second bright spot group is the bright spot group from the reflector other than the reflecting prism.
次に、40m以上の範囲において、相対的に高輝度の第1の輝点群の最大値Pmax1と相対的に低輝度の第2の輝点群の最大値Pmax2を取得する。そして、40m以上の範囲においてPmax2/Pmax1を求め、Pmax2/Pmax1<0.7となる距離の最小値を求める。図9の場合、この距離は約60mとなる。 Next, in a range of 40 m or longer, the maximum value Pmax1 of the first group of relatively high-brightness spots and the maximum value Pmax2 of the second group of relatively low-brightness spots are obtained. Then, Pmax2/Pmax1 is obtained in a range of 40 m or more, and the minimum value of the distance satisfying Pmax2/Pmax1<0.7 is obtained. In the case of FIG. 9, this distance is approximately 60 m.
図9の場合、レーザースキャナ装置からの離間距離60mにおける反射プリズムでない反射体からの反射光の受光部202の出力の最大値は、約6500~6750程度と見積もられる。そこで余裕を見て、当該閾値を8000に設定する。
In the case of FIG. 9, the maximum value of the output of the
図9の場合、60m以上の距離であれば、設定した上記の閾値によって確実に反射プリズムからの反射光を検出でき、同時に反射プリズムでない反射体からの反射光を非検出とできる。これにより、調光スキャンの候補となる反射点を無駄に多く検出する頻度が抑えられ、処理が高効率化される。 In the case of FIG. 9, if the distance is 60 m or more, the reflected light from the reflecting prism can be reliably detected by the set threshold, and at the same time, the reflected light from the reflector other than the reflecting prism can be undetected. As a result, the frequency of detecting a large number of reflection points that are candidates for dimming scanning can be suppressed, and the efficiency of processing can be improved.
他方において、図9の場合、40m以下の近距離では、標識、反射シート、テールランプ、ガードレール用反射体からの反射光と反射プリズムからの反射光とを区別できない。したがって、通常スキャンで得た点群データの中から反射プリズムでない反射体からの反射光を、反射プリズムからの反射光として誤検出する場合があり得る。 On the other hand, in the case of FIG. 9, at a short distance of 40 m or less, the reflected light from the sign, reflective sheet, tail lamp, and guardrail reflector cannot be distinguished from the reflected light from the reflecting prism. Therefore, reflected light from a reflector other than a reflecting prism may be erroneously detected as reflected light from a reflecting prism in point cloud data obtained by normal scanning.
そこで、本実施形態では、以下の第2段階の反射プリズムの検出を行う。ここでは、ステップS105の調光スキャンにおいても閾値を用いたフィルタリングを行う。 Therefore, in this embodiment, the following second step of detecting the reflecting prism is performed. Here, filtering using a threshold value is also performed in the dimming scan in step S105.
図10は、図9と同様なデータを調光スキャンの条件で得た結果である。この場合の調光スキャンでは、図9の通常スキャンに比較して、受光素子に入るスキャン光の強度が大きく低下している。なお、低下の割合は、距離に応じてアッテネータの減衰量を変えているので一様ではない。 FIG. 10 shows the result of obtaining the same data as in FIG. 9 under the condition of light control scanning. In the dimming scan in this case, the intensity of the scan light entering the light receiving element is greatly reduced compared to the normal scan in FIG. Note that the rate of decrease is not uniform because the attenuation of the attenuator is changed according to the distance.
図10から判るように、調光スキャンにおいては、反射プリズムからの反射光と反射プリズムでない反射体からの反射光とにおいて、受光部202の出力に大きな(桁違いな)差が生じる。この理由は以下のように考えられる。
As can be seen from FIG. 10, in the dimming scan, a large (order of magnitude) difference occurs in the output of the
図10の場合、反射体の反射光の検出レベルは、縦軸の相対値で見て50以下である。他方において、反射プリズムの反射光の検出レベルは、1000以上である。よって、受光部202の出力レベルで見ると、反射体の反射光は、反射プリズムの反射光に比較して、1/20以下となる。
In the case of FIG. 10, the detection level of reflected light from the reflector is 50 or less when viewed as a relative value on the vertical axis. On the other hand, the detection level of the reflected light of the reflecting prism is 1000 or more. Therefore, in terms of the output level of the
これについては、以下のように考えられる。まず、通常スキャンにおける反射プリズムからの反射光の検出では、受光素子の飽和が生じており、受光素子の入力(入射光)と出力(図9、図10の縦軸に対応)の直線性は大きく失われている。 This can be considered as follows. First, in the detection of the reflected light from the reflecting prism in normal scanning, saturation of the light receiving element occurs, and the linearity of the input (incident light) and the output (corresponding to the vertical axis in FIGS. 9 and 10) of the light receiving element is greatly lost.
そのため、測距の精度が低下すると共に、受光素子の出力は検出光の強度を正確に反映していない。具体的にいうと、入力が増えても出力は増えず、出力は本来の出力されるべき値よりも小さくなっている。 Therefore, the accuracy of distance measurement is lowered, and the output of the light receiving element does not accurately reflect the intensity of the detected light. Specifically, even if the input increases, the output does not increase, and the output is smaller than the original value that should be output.
よって、図9における反射プリズムからの反射光の検出値は、実際の値よりも低い値となる。言い換えると、縦軸の相対値10000のあたりで受光素子の出力は飽和しており、入力が大きくなっても、それより大きな値は出力されない。 Therefore, the detected value of the reflected light from the reflecting prism in FIG. 9 is lower than the actual value. In other words, the output of the light-receiving element is saturated around the relative value of 10000 on the vertical axis, and even if the input increases, no larger value is output.
また、図9の距離40m以下の範囲において、反射プリズムと反射体の受光検出値が近い値になっているが、距離が近くなるとより強い反射光が受光されることを考慮すると、近距離における受光素子の飽和の程度は、(反射プリズムの反射光)>>(反射体の反射光)となる。 In the range of 40 m or less in FIG. 9, the light reception detection values of the reflecting prism and the reflector are close values. The degree of saturation of the light receiving element is (reflected light from reflecting prism) >> (reflected light from reflector).
従って、図10の調光スキャンとなっても反射プリズムの反射光の検出レベル(受光素子の出力レベル)は、線形に低下しない。言い換えると、受光素子の飽和の程度が大きい状況で入力が低下しても出力は入力に比例してそれ程低下しない。つまり、反射プリズムからの反射光に関しては、通常スキャン⇒調光スキャンとなっても受光素子の出力は、それ程低下しない。これは、通常スキャン⇒調光スキャンにおいて、大きく飽和している反射プリズムの反射光の検出レベルは、最大値に張り付いている状態であり、入力が低下しても出力の低下がそれ程見られない現象と理解できる。 Therefore, the detection level of the reflected light from the reflecting prism (the output level of the light receiving element) does not linearly decrease even after the light adjustment scan of FIG. In other words, even if the input decreases in a state where the degree of saturation of the light receiving element is large, the output does not decrease so much in proportion to the input. In other words, regarding the reflected light from the reflecting prism, the output of the light-receiving element does not decrease so much even if the normal scan changes to the dimming scan. This is because the detection level of the reflected light of the reflecting prism, which is highly saturated, is stuck at the maximum value in the normal scan ⇒ dimming scan, and even if the input decreases, the output does not decrease that much. It is understandable that there is no phenomenon.
これに対して、反射体の反射光を受光している受光素子は、飽和の程度が小さい(あるいは飽和していない)ので、入力(入射光の強度)が下がれば、それに応じて出力のレベルも下がる。そのため、非反射プリズムからの反射光に関しては、通常スキャン⇒調光スキャンとなった場合に受光素子の出力は、入力に応じて低下する。 On the other hand, the light-receiving element that receives the reflected light from the reflector has a small degree of saturation (or is not saturated), so if the input (incident light intensity) decreases, the output level also goes down. Therefore, with respect to the reflected light from the non-reflecting prism, the output of the light receiving element decreases according to the input when the normal scan changes to the dimming scan.
以上の状況において、通常スキャン(図9)から調光スキャン(図10)に移行すると、反射プリズムの検出レベルの低下に比較して、反射体からの反射光の検出レベルの低下はより顕著になる。こうして、調光スキャンでは、反射体の反射光の検出レベルは、反射プリズムの検出レベルに比較して1/20以下となる。 Under the above circumstances, when normal scanning (FIG. 9) shifts to dimming scanning (FIG. 10), the drop in the detection level of the reflected light from the reflector is more pronounced than the drop in the detection level of the reflecting prism. Become. Thus, in the dimming scan, the detection level of reflected light from the reflector is 1/20 or less of the detection level from the reflecting prism.
また上記のメカニズムにより、図9の60m以上において2つの輝点群に分かれる理由も説明できる。図9において、60m以上においても反射プリズムの輝点に係る受光部202の出力が低下しないのは、60m以上でもいまだ受光素子が出力の低下が現れない飽和状態にあり、図9の距離の範囲では、それが継続していると考えることができる。よって、更に距離が遠くなると、受光素子の飽和の影響が低下し、受光部202の出力の低下が現れると考えられる。
In addition, the above mechanism can also explain the reason why there are two bright spot groups at 60 m or more in FIG. 9 . In FIG. 9, the reason why the output of the
ここでは、以下の方法によって、調光スキャンにおいて得たスキャンデータにおける反射プリズムからの反射光と非反射プリズムからの反射光との識別(区別)を行う。まず、調光スキャンによって得た各点に係る受光部202の出力の最大値を取得する。図10の場合は、縦軸の約1750の目盛りの値が最大値となる。なお、最大値が予め判明している場合や予想できる場合は、その値を用いてもよい。また、最大値の代わりに受光部202の出力の上位N点(N=50~1000)の平均値を採用する方法もある。
Here, the following method is used to identify (distinguish) the reflected light from the reflecting prism and the reflected light from the non-reflecting prism in the scan data obtained in the dimming scan. First, the maximum value of the output of the
次に、上記最大値の20%の値、この場合は、1750×0.2=350を判定のための閾値として設定する。そして、受光部202からの出力が上記の閾値である350未満である反射点を非反射プリズムからの反射、受光部202からの出力が上記の閾値である350以上の反射点を反射プリズムからの反射として識別する。
Next, a value of 20% of the maximum value, in this case 1750×0.2=350, is set as a threshold for determination. Reflection points where the output from the
図10に示すように、調光スキャンでは、反射プリズムからの反射光と非反射プリズムからの反射光とは、受光部202の出力レベルで比較して、20倍以上の差がある。よって、上記のように閾値を設定することで、確実に反射プリズムからの反射光を検出できる。
As shown in FIG. 10, in the dimming scan, the reflected light from the reflecting prism and the reflected light from the non-reflecting prism have a difference of 20 times or more in comparison with the output level of the
上記の例では、受光部202の出力の最大値の20%を閾値としたが、5%~50%の範囲で閾値の設定が可能である。この閾値が受光素子の出力の最大値の5%未満であると、非反射プリズムを反射プリズムとして誤検出する可能性が高まり、50%を超えると、反射プリズムからの反射光を見逃す可能性が高まる。
In the above example, the threshold is 20% of the maximum value of the output of the
また、距離の範囲に応じて、閾値を設定する形態も可能である。例えば、距離によって最大値の変動が大きい場合にこの方法が有効である。一例をあげると、50m未満では第1の閾値、50m~100mでは第2の閾値、100を超える範囲は第3の閾値とする例が挙げられる。各距離範囲における閾値の設定は上述した方法を用いる。 Also, it is possible to set a threshold according to the distance range. For example, this method is effective when the maximum value fluctuates greatly depending on the distance. For example, a first threshold is set for less than 50 m, a second threshold is set for 50 m to 100 m, and a third threshold is set for a range exceeding 100. The method described above is used to set the threshold in each distance range.
本実施形態によれば、まず通常スキャンの結果に基づく調光スキャン候補の検出において、無駄な検出を抑えることができる。次に、調光スキャン時に反射プリズムでない対象(反射テープ等)を反射プリズムとして誤検出する可能性を排除できる。 According to this embodiment, useless detection can be suppressed in detection of dimming scan candidates based on the result of normal scanning. Next, it is possible to eliminate the possibility of erroneously detecting an object (such as a reflective tape) that is not a reflective prism as a reflective prism during light control scanning.
6.その他
本明細書で説明した実施形態の複数を組み合わせることも可能である。
6. Others It is also possible to combine multiple of the embodiments described herein.
200…レーザースキャン装置、211…三脚、212…ベース部、213…水平回転部、214…鉛直回転部、215…光学部。
200... Laser scanning device, 211... Tripod, 212... Base part, 213... Horizontal rotating part, 214... Vertical rotating part, 215... Optical part.
Claims (10)
測量用の反射体からの反射により前記受光部が飽和する条件で行う第1のレーザースキャンと、前記飽和が生じない条件で行う第2のレーザースキャンを実行させる制御部と、
前記第1のレーザースキャンに基づき、前記測量用の反射体までの距離を取得する距離取得部と、
前記第2のレーザースキャンにおいて、前記測量用の反射体までの前記距離に基づき、前記受光部で受光する光の強度を調整する調整部と
を備えるレーザースキャンの制御装置。 A device for controlling laser scanning by a laser scanning device having a light receiving unit,
A control unit that executes a first laser scan performed under a condition that the light receiving unit is saturated by reflection from a surveying reflector, and a second laser scan performed under a condition that the saturation does not occur;
a distance acquisition unit that acquires the distance to the surveying reflector based on the first laser scan;
A controller for laser scanning, comprising: an adjusting unit that adjusts the intensity of light received by the light receiving unit based on the distance to the surveying reflector in the second laser scanning.
前記反射プリズムからの反射光を検出する反射プリズム検出部を備え、
前記反射プリズム検出部は、
前記第2のレーザースキャンにおいて、前記受光部の出力が特定の閾値以上の反射光を前記反射プリズムからの反射光として検出し、
前記特定の閾値は、前記第2のレーザースキャンにおける前記受光部の出力の最大値の5%~50%の範囲の値である請求項1に記載のレーザースキャン装置の制御装置。 The surveying reflector is a reflecting prism,
A reflecting prism detection unit that detects reflected light from the reflecting prism,
The reflecting prism detection unit is
In the second laser scanning, the output of the light-receiving unit is detected as the reflected light from the reflecting prism, the reflected light having a specific threshold value or more;
2. The controller for a laser scanning device according to claim 1, wherein said specific threshold value is a value within a range of 5% to 50% of the maximum value of the output of said light receiving section in said second laser scanning.
前記反射プリズムからの反射光を検出する反射プリズム検出部を備え、
前記反射プリズム検出部は、
前記第1のレーザースキャンにおいて、前記レーザースキャン装置からの距離が特定の距離以上である位置における前記受光部の出力が特定の閾値以上の反射光を前記反射プリズムからの反射光として検出し、
前記第1のスキャンの結果には、前記受光部の出力の距離への依存性が低い第1の輝点群と前記受光部の出力の距離への依存性の高い第2の輝点群とが含まれ、
前記特定の距離は、前記第2の輝点群に係る前記受光部の出力の最大値が前記第1の輝点群に係る前記受光部の出力の最大値の70%以下となる最短の距離として定義され、
前記特定の閾値は、前記特定の距離における前記第2の輝点群に係る前記受光部の出力の最大値を超える値である請求項1に記載のレーザースキャン装置の制御装置。 The surveying reflector is a reflecting prism,
A reflecting prism detection unit that detects reflected light from the reflecting prism,
The reflecting prism detection unit is
In the first laser scanning, the output of the light receiving unit at a position where the distance from the laser scanning device is equal to or greater than a specific distance is detected as reflected light from the reflecting prism, the output of which is equal to or greater than a specific threshold;
The results of the first scan include a first group of bright spots in which the output of the light receiving section is less dependent on the distance, and a second group of bright spots in which the output of the light receiving section is more dependent on the distance. includes
The specific distance is the shortest distance at which the maximum value of the output of the light receiving unit for the second bright spot group is 70% or less of the maximum value of the output of the light receiving unit for the first bright spot group. is defined as
2. The control device for a laser scanning device according to claim 1, wherein said specific threshold value is a value exceeding the maximum value of the output of said light receiving unit relating to said second bright spot group at said specific distance.
測量用の反射体からの反射により前記受光部が飽和する条件で行う第1のレーザースキャンと、前記飽和が生じない条件で行う第2のレーザースキャンを行い、
前記第1のレーザースキャンに基づき、前記測量用の反射体までの距離を取得し、
前記第2のレーザースキャンにおいて、前記測量用の反射体までの前記距離に基づき、前記受光部で受光する光の強度を調整するレーザースキャンの制御方法。 A method for controlling laser scanning by a laser scanning device having a light receiving unit,
A first laser scan performed under conditions where the light receiving unit is saturated due to reflection from a surveying reflector, and a second laser scan performed under conditions where the saturation does not occur,
Based on the first laser scan, obtain the distance to the survey reflector,
A control method of laser scanning, wherein, in the second laser scanning, intensity of light received by the light receiving unit is adjusted based on the distance to the surveying reflector.
コンピュータを
測量用の反射体からの反射により前記受光部が飽和する条件で行う第1のレーザースキャンと、前記飽和が生じない条件で行う第2のレーザースキャンを実行させる制御部と、
前記第1のレーザースキャンに基づき、前記測量用の反射体までの距離を取得する距離取得部と、
前記第2のレーザースキャンにおいて、前記測量用の反射体までの前記距離に基づき、前記受光部で受光する光の強度を調整する調整部と
として動作させるプログラム。
A program for controlling a laser scanning device having a light receiving unit,
A control unit that causes a computer to perform a first laser scan under conditions in which the light receiving unit is saturated by reflection from a surveying reflector, and a second laser scan under conditions in which the saturation does not occur;
a distance acquisition unit that acquires the distance to the surveying reflector based on the first laser scan;
and an adjusting unit that adjusts the intensity of light received by the light receiving unit based on the distance to the surveying reflector in the second laser scan.
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