JP5805554B2 - 計測点抽出プログラム、計測点抽出方法及び計測点抽出装置 - Google Patents

Description

本発明は、航空レーザ測量により得られた波形記録データから波形のピークを抽出する計測点抽出プログラム、計測点抽出方法及び計測点抽出装置に関する。

従来、航空機などの航行体に搭載したレーザ測距装置を使用して地表のレーザ光照射地点を水平方向の座標（ｘ，ｙ）、高さ方向の座標（ｚ）の３次元で測定する航空レーザ測量が行われている。航空レーザ測量では、地表に向けて発射されたパルス状のレーザ光が地表面を含む地物で反射して戻ってくるまでの往復時間を計測する。そして、航行体の３次元の位置と姿勢、レーザ光の往復時間、ミラーの回転角（レーザ光の照射角度）から地表又は地物までの距離を求め、地表又は地物の高さを計算する。一般にレーザ光は１秒間に数千〜数万回発射されるため、レーザ測距装置は反射レーザ光を高速に処理して必要なデータを記録することが求められる。

レーザ測距装置の一般的な記録方式を、図１１を参照して説明する。
図１１に示すように、航行体に搭載したレーザ測距装置（図示略）から地表に向けてレーザ光Ｌが発射される。レーザ光Ｌのレーザスポットは点ではなく、通常円形など大きさを有する面である。レーザ光Ｌは、樹木や建物などに当たって反射するだけでなく様々な物体で反射し、最後に地表面２００で反射する。レーザ光Ｌの一部が、例えば樹木２０１の枝葉の間や、樹木２０１の下に生えている草木２０２の隙間などを通過して地表面２００で反射することにより、樹木２０１や丈の低い草木２０２の下の地表面２００のデータが得られる。葉が密に茂るところでは、レーザ光が地表面２００にまで達しないこともある。

例えば樹木２０１、草木２０２及び地表面２００の三箇所で反射した場合、レーザ測距装置に戻ってくるレーザ光の波形２１０には、最初に反射したパルス２１１（ファーストパルス）、パルス２１２（アザーパルス）、最後に反射したパルス２１３（ラストパルス）が含まれる。従来のレーザ測距装置は、波形に含まれるこれらのパルスのピークを計測点（以後、通常計測点と称する）として抽出し、そのピーク値（反射強度）と対応する往復時間を対応づけて記録する。

また、従来のレーザ測距装置では、通常計測点を一つ認識してから光路長にして例えば３ｍ以内の波形を解析することができず、ピークを抽出することができなかった。３ｍはレーザ光の往復時間に換算して約２０ｎｓに相当する。
このようにレーザ測距装置に戻ってきた反射レーザ光の波形に対してパルスデータの取得範囲を規定することにより、通常計測点の抽出数が少なくなってデータ処理量が抑えられる。それゆえ、演算処理時の負荷が軽減され、さらに高速な演算処理及びデータ記録を実現できる。また、通常計測点の抽出数が少なくなるので、記録するデータ量も大幅に削減できる。例えば樹木の中でレーザ光が多数回反射するなどして反射レーザ光に多数のパルスが含まれるような場合に、不要なパルスデータの処理を省くことができる。なお、従来のレーザ測距装置では、記録できる通常計測点の数が例えば４点までと制限されているものもある。

図１１の例でいえば、レーザ測距装置は、波形２１０のパルス２１１に対応する通常計測点２１１Ａとパルス２１２に対応する通常計測点２１２Ａを記録する。しかし、波形２１０の最後のパルス２１３は、一つ前のパルス２１２に対応する通常計測点から３ｍ以内の位置にあるため、このパルス２１３についての情報を取得しない。この結果、地表面２００に関するデータが取得できないことになる。

図１２は、従来のレーザ測距装置により抽出される通常計測点の具体例を示した反射強度特性を示している。図において、横軸に時間（ｎｓ）、縦軸に反射強度をとっている。なお、図において、横軸の時間は正確にはレーザ光を発射してからその反射光を受光するまでの往復時間ではなく、最初に検出されたピーク３０１に対応する通常計測点３０１Ａ（後述）に相当する時間（反射レーザ光の受光時刻）から所定時間遡った時刻を原点として表示したものである。これは、データの記憶容量である２５６サンプルに波形データを効率的に記録するために、ピーク３０１に至るまでの波形形状を含むと推定される時間のみをデータとして記録しているためである。
破線で表された波形３００は、レーザ測距装置から地表に向けて発射して戻ってきた反射レーザ光の波形を示している。波形３００には４つのパルスが含まれ、それぞれのパルスにはピーク３０１，３０２，３０３，３０４がある。従来のレーザ測距装置では、ピーク３０１に対応する通常計測点３０１Ａと、ピーク３０３に対応する通常計測点３０３Ａと、ピーク３０４に対応する通常計測点３０４Ａを取得し、記録する（通常記録方式）。しかし、ピーク３０２に対応する通常計測点を取得しない。それは、ピーク３０２が一つ前のピーク３０１（通常計測点３０１Ａ）から約２０ｎｓ（光路長にして約３ｍ）の範囲内にあるためである。レーザ測距装置は、記録した３つの通常計測点３０１Ａ，３０３Ａ，３０４Ａを外部の情報処理装置へ供給する。

一方、近年では、反射レーザ光の波形そのものの情報を記録する、波形記録方式(WFD: Wave Form Digitizer)のレーザ測量装置が登場している。非特許文献１の筆者らは、波形記録方式の可能性について言及している。

F.Bretar, A.Chauve, C.Mallet, B.Jutzi，MANAGING FULL WAVEFORM LIDAR DATA: A CHALLENGING TASK FOR THE FORTHCOMING YEARS，The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B1. Beijing 2008, Commission I. WG I/2, pp.415-420．

しかしながら、反射レーザ光の波形そのものの情報（波形情報）を含む波形記録データから計測点を効率的に生成するためのアルゴリズムやツールが存在せず、レーザ測距装置が記録できる計測点（通常計測点）の数が、例えば４点までと制限されていることもあった。そのため、反射レーザ光の波形記録データから計測点を効率的に生成するアルゴリズムやツールが求められている。

本発明は、上記の状況を考慮してなされたものであり、反射レーザ光の波形記録データから計測点を効率的に生成し、またこれを視覚的に表示可能とするものである。

本発明の一側面は、航行体に搭載されたレーザ測距装置から地表に向けて発射したレーザ光の反射レーザ光の波形を反映した情報を含む波形記録データから、波形の振幅値が上がり続けて下がるまでの区間を検出し、当該波形の振幅値のその区間における最小値から最大値を結ぶ線分の長さを算出し、その最小値から最大値を結ぶ線分の長さが設定されたしきい値以上であるとき、最大値とそのときの往復時間を計測点（以後、波形ピーク計測点と称する）として抽出する。

本発明の一側面によれば、反射レーザ光の波形を反映した情報を含む波形記録データによる波形に対するアルゴリズムの走査方向は一方向だけでよい。そのため、波形記録データから効率的に波形ピーク計測点を抽出することができる。

本発明によれば、反射レーザ光の波形記録データから波形ピーク計測点を効率的に生成し、視覚的に表示可能にして利便性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムの説明図であり、Ａは計測点抽出アルゴリズムにより抽出される波形ピーク計測点の一例を示し、Ｂは計測点抽出アルゴリズムにより抽出される波形ピーク計測点の他の例を示している。 本発明の一実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムの詳細を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムを実行する計測点抽出装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムを利用した計測点抽出装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る表示例を示す説明図であり、Ａは表示画面の一例を示し、Ｂは波形記録データの波形の一例を示している。 本発明の一実施形態に係るしきい値設定についての説明図である。 追加された波形ピーク計測点の表示例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムを利用した測量結果の一例を示す説明図であり、Ａは横断線付き航空写真、Ｂは横断線に沿う断面図、Ｃは断面図の一部拡大図である。 本発明の一実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムを利用した測量結果の他の例を示す説明図であり、Ａは横断線付き航空写真、Ｂは横断線に沿う断面図、Ｃは断面図の一部拡大図を示している。 本発明の一実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムの処理をプログラムにより実行する、コンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。 従来のレーザ測距装置の記録方式を示す説明図である。 従来のレーザ測距装置により抽出される計測点（通常計測点）の例を示した説明図である。

以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。説明は下記の順序で行う。なお、各図において共通の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
１．一実施形態（計測点抽出部：波形ピーク計測点を抽出するアルゴリズムの例）
２．その他（各種変形例）

＜１．一実施形態＞
既述したように、航空レーザ測量では、（１）航行体の３次元の位置と姿勢、（２）レーザ光の発射時刻と物体で反射して戻ってきた受光時刻、（３）ミラーの回転角（レーザ光の照射角度）から地表又は地物までの距離を求め、地表又は地物の位置と高さを計算する。（１）,（２）を求める技術は周知技術であるのでここでは簡単に説明する。

（１）における航行体の３次元の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と姿勢（ω,φ,κ）は、全地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）と、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を用いて計測する。ＧＰＳ受信機を利用し、航行体に搭載したアンテナと地上基準局を利用した同時観測によりキネマティック測位を行い、３次元座標を厳密に算出する。また、ＩＭＵのジャイロを利用して航行体の姿勢や加速度を計測する。
（２）におけるレーザ光の発射時刻及び受光時刻は、ＧＰＳを利用して算出する。波形記録方式のレーザ測距装置では、例えば航行コース毎に反射レーザ光に関する情報を蓄積して波形記録データを生成し、この波形記録データと通常計測点のデータを外部へ出力する。

［計測点抽出アルゴリズムの概要］
本発明の計測点抽出方法が適用された計測点抽出アルゴリズムは、波形記録方式のレーザ測距装置から供給される、反射レーザ光の波形を反映した情報（波形情報）を含む波形記録データから波形のピークを検出し、そのピークを新たに計測点（以後、波形ピーク計測点と称する）として抽出する。

図１は、本発明の一実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムの説明図である。図１Ａは計測点抽出アルゴリズムにより抽出される波形ピーク計測点の一例を示し、図１Ｂは計測点抽出アルゴリズムにより抽出される波形ピーク計測点の他の例を示している。図１Ａ及び図１Ｂに示すグラフにおいて、図１２と同様、横軸は時間（ｎｓ）、縦軸は反射強度（Digital Number；DN）を表している。

図１Ａに実線で示す反射レーザ光の波形１０は、図１２に破線で示した波形３００に相当するものである。図１２の波形３００は、レーザ測距装置が受光した反射レーザ光の波形例を示したものであるが、図１Ａの波形１０は、レーザ測距装置から取得した反射レーザ光の波形記録データに基づき構成された波形例である。
図１Ａの波形１０のピーク１１，１２，１３，１４は、図１２の波形３００のピーク３０１，３０２，３０３，３０４に相当する。通常記録方式によれば、図１２に示すような波形１０のピーク１１に対応する通常計測点３０１Ａと、ピーク１３に対応する通常計測点３０３Ａと、ピーク１４に対応する通常計測点３０４Ａが得られる。

なお、通常記録方式の通常計測点３０１Ａ，３０３Ａ，３０４Ａの反射強度値は、丸め込まれた値である。この例では、通常計測点のピーク値を丸め込んでデータ処理速度を速くしているが、丸め処理をせずにピーク値の正確な値を取得してもよい。逆に、計測点抽出アルゴリズムにより生成する波形ピーク計測点のピーク値を、通常計測点のピーク値と同様に丸めて処理してもよい。

本実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムは、以下の（１），（２）の処理を実施する。
（１）波形記録データ（波形１０）の反射強度（縦軸）が時間（横軸）の推移に伴って上がり続けて下がるまでの区間（計測点抽出対象候補区間）におけるベクトル長が設定された値以上であるパルスのピークを波形ピーク計測点として検出し、その最大値（ピーク値）を時間とともに取得する。ここで、ベクトル長とは、波形記録データに基づく反射強度値が上がり続けて下がるまでの計測点抽出対象候補区間における最小値と最大値を結んだ線分（例えば図１Ａの線分２１，２２，２３，２４）の長さ、すなわち、最大値から最小値までの延長（以下、「ピーク前延長」と称す）に相当する。式で表すと、√｛（最大値−最小値）^２＋（最大値の時間−最小値の時間）^２｝で表わされる。
（２）ただし、計測点抽出対象候補区間における最大値が、設定した最小反射強度値（例えば図１Ａの最小反射強度ライン２０）以下の場合は、計測点抽出対象候補区間の最大値とそのときの往復時間を波形ピーク計測点として抽出しない。

なお、上記実施形態の例では（時間−反射強度）平面における最小値と最大値を斜めに結んだベクトルの長さを用いているが、これに限られるものではなく、例えば、時間軸、あるいは反射強度軸に射影した値の最小値と最大値を用いてもよい。

このような構成とすることにより、反射強度値が上がり続けているかどうかを検出するのに、その累積を確認するすなわち順番に反射強度値を確認すればよい。つまり、波形に対するアルゴリズムの走査方向は一方向だけでよい。そのため、波形記録データから効率的に波形ピーク計測点を抽出することができる。
また、計測点抽出対象候補区間におけるベクトル長を所定値以上とすることにより、ノイズのような不要なピークを検出してしまう可能性を小さくすることができ、データ量の削減及び処理速度向上につながる。
また、最小反射強度値に関しては、その値が小さいほどより多くのピークを検出できるが、小さすぎるとノイズのような不要なピークを検出してしまう可能性がある。したがって、最小反射強度値は適切な値に設定することが望ましい。それにより、データ処理速度が上がり、またデータ量の削減につながる。

図１Ｂに示した波形３０は、ピーク３１，３２，３３を有し、通常計測点としてピーク３１に対応する通常計測点３１Ａが抽出されている。
この波形３０の場合、通常計測点３１Ａから約２０ｎｓが経過するまでの間（標高差にして３ｍ）は新たな通常計測点が生成されないため、波形記録データの波形情報から波形ピーク計測点を抽出する。通常計測点３１Ａのピーク３１は、レーザ光が発射されてからおよそ２９ｎｓの位置にある。通常計測点３１Ａから約２０ｎｓ以内（レーザ光発射後の約２９ｎｓから約４９ｎｓの区間）において、線分４２を含む計測点抽出対象候補区間があるので、線分４２の先端であるピーク３２の反射強度値と該ピーク３２が発生した時間を取得し、波形ピーク計測点の候補とする。同様に、線分４３を含む計測点抽出対象候補区間があるので、線分４３の先端であるピーク３３の反射強度値と該ピーク３２が発生した時間を取得し、波形ピーク計測点の候補とする。
そして、上記（１），（２）の処理を行い、条件を満たしたものだけを波形ピーク計測点として抽出する。

例えば、図１Ｂの例においては、通常計測点３１Ａに対応する、線分４１を含む計測点抽出対象候補区間があるので、線分４１の先端であるピーク３１を検出する。しかし、ピーク３１に対応する通常計測点３１Ａが得られているので、この場合はピーク３１を波形ピーク計測点の抽出に使用しない。
このように、通常計測点と重複する時間の波形ピーク計測点を抽出しないことにより、新たに取得する波形ピーク計測点が抑えられ、通常計測点と合わせた計測点全体のデータ量の削減に繋がる。

図２は、本発明の一実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムの詳細を示すフローチャートである。
まず、波形記録データから一のレーザ照射地点に対する反射レーザ光の波形記録データを取得する（ステップＳ１）。

この波形記録データから、時間ｔ（初期値０）のときの反射レーザ光の反射強度値を取得し（ステップＳ２）、また時間ｔをｔ＋１（ｎｓ）にインクリメントしたときの反射強度値を取得する（ステップＳ３）。
そして、時間ｔのときの反射レーザ光の反射強度値と、時間ｔ＋１のときの反射強度値を比較し、結果をメモリに保存する（ステップＳ４）。

ここで、時間ｔが波形記録データに含まれる時間情報の上限値であるかどうかを判定する（ステップＳ５）。時間ｔのインクリメントのステップ幅は、適宜設定し得るものとする。

ステップＳ５の判定処理において上限値でないと判定された場合は、ステップＳ３の処理へ戻って時間ｔをｔ＋１（ｎｓ）にインクリメントし、再び時間ｔ及び時間ｔ＋１のときの反射強度値を比較する処理を行う。このように、時間ｔが上限値になるまでループ処理し、波形記録データに基づく波形について全時間にわたり走査する。

一方、ステップＳ５の判定処理において上限値であると判定された場合は、反射強度の値が上がり続けた区間（計測点抽出対象候補区間）があるかどうかを判定する（ステップＳ６）。
上がり続けた区間がない場合には、この計測点抽出アルゴリズムの処理を終了する。

ステップＳ６において反射強度の値が上がり続けた区間があると判定された場合には、その区間を表す時間（開始時間及び終了時間）と、その区間における反射強度の最小値と最大値をメモリから読み出し（ステップＳ７）、その区間のベクトル長を計算する（ステップＳ８）。

そして、ベクトル長が設定された値以上であるかどうかを判定し（ステップＳ９）、設定された値以上である場合はステップＳ１０へ進み、設定された値未満である場合はＳ１２へ進む。

ステップＳ９において設定された値以上であると判定された場合は、反射強度の最大値が最小反射強度値以上かどうかを判定し（ステップＳ１０）、最小反射強度値以上である場合はステップＳ１１へ進み、最小反射強度値以上でない場合はＳ１２へ進む。

ステップＳ１０において設定された値以上であると判定された場合は、最大値とそのときの時刻ｔを新たな計測点すなわち波形ピーク計測点として取得し、メモリに保存する（ステップＳ１２）。

他に反射強度の値が上がり続けた区間（計測点抽出対象候補区間）があるかどうかを判定し（ステップＳ１２）、計測点抽出対象候補区間がある場合はステップＳ７へ戻って一連の処理を繰り返す。また、計測点抽出対象候補区間がない場合はこの計測点抽出アルゴリズムの処理を終了する。

図２のフローチャートにおいて、計測点抽出対象候補区間に含まれるピークすなわち波形ピーク計測点の候補が、通常計測点と重複するかどうかを判定する処理を設け、通常計測点と重複する場合には波形ピーク計測点を取得しないようにしてもよい。

なお、図２の例では、指定した波形記録データの波形について全時間にわたって走査（ステップＳ２〜Ｓ５）した後で、検出された計測点抽出対象候補区間に対して波形ピーク計測点としての条件を満たしているか確認（ステップＳ９，Ｓ１０）していた。しかし、計測点抽出対象候補区間を検出したらその都度、ステップＳ９，Ｓ１０の判定処理を実行するようにしてもよい。

また、図１，図２の説明では反射強度を用いて反射レーザ光の波形を表したが、反射レーザ光のパルスに関する情報が得られるものであれば、反射強度以外の情報を用いてもよい。

［計測点抽出装置の構成例］
図３は、本発明の一実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムを実行する計測点抽出装置の構成例を示すブロック図である。
本実施形態に係る計測点抽出装置５０は、主にデータ取得部５１と、計測点抽出部５２と、メモリ部５３と、表示制御部５４と、制御部５５と、ユーザＩ／Ｆ部５６と、表示装置５７を備えて構成される。

データ取得部５１は、制御部５５の制御の下、レーザ測距装置が反射レーザ光から取得した波形記録データと、通常計測点データを取得する。また、通常計測点データ等の取得したデータをメモリ部５３に保存する。データ取得部５１は、有線通信又は無線通信を行う通信部、あるいは波形記録データと通常計測点データが記録された記録媒体が装着されて、それらのデータを取得するスロットなどを適用できる。

計測点抽出部５２は、制御部５５の制御の下、データ取得部５１が取得した波形記録データと通常計測点データを用いて、図２に示した計測点抽出アルゴリズムを実行する。また、計測点抽出アルゴリズムを実行した結果を、メモリ部５３に保存したり、メモリ部５３に保存された波形記録データや通常計測点データを必要に応じて読み出したりする。そして、表示装置５７での表示に必要なデータを表示制御部５４に出力する。計測点抽出部５２には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの演算処理装置、あるいはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの信号処理装置を適用できる。

メモリ部５３は、記憶部の一例であり、制御部５５の制御の下、データ取得部５１及び計測点抽出部５２等から入力されるデータ（波形記録データや通常計測点データ、しきい値、プログラムデータなど）を保存したり、計測点抽出部５２や表示制御部５４から呼び出されたデータを出力したりする。メモリ部５３として、例えば不揮発性の半導体メモリなどを適用できる。

表示制御部５４は、出力部の一例であり、制御部５５の制御の下、計測点抽出部５２から供給されたデータやメモリ部５３から読み出したデータから、表示装置５７に表示する画像データを生成し、表示装置５７に出力する。

制御部５５は、計測点抽出装置５０全体を制御するとともに所定の演算処理を行う。制御部５５は、ユーザＩ／Ｆ部５６から入力されるユーザ操作に対応した入力操作信号に基づいて所定の演算処理を行い、データ取得部５１、計測点抽出部５２及びメモリ部５３を制御する。制御部５５には、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの演算処理装置を適用できる。

ユーザＩ／Ｆ部５６は、操作部の一例であり、ユーザ操作に応じて操作入力信号を生成し、その操作入力信号を制御部５５へ出力する。ユーザＩ／Ｆ部５６として、例えばマウスやタッチパネル等のポインティングデバイスやキーボードなどが適用される。

表示装置５７は、表示部の一例であり、表示制御部５４から入力される画像データを表示面に表示する。表示装置５７には、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどを適用できる。なお、表示装置５７の表示面にタッチパネルを積層し、そのタッチパネルをユーザＩ／Ｆ部５６として利用してもよい。

［計測点抽出装置の動作例］
次に、本発明の一実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムを利用した計測点抽出装置の動作例を、図４及び図５を参照して説明する。
図４は、計測点抽出アルゴリズムを利用した計測点抽出装置５０の動作例を示すフローチャートである。図５は、表示装置５７の表示画面の例を示す説明図であり、Ａは表示画面の一例を示し、Ｂは波形記録データの波形の一例を示している。

図５Ａに示したウィンドウ６０は、本実施形態における表示画面のベースとなるものである。図４のフローチャートを説明する前に、図５Ａのウィンドウ６０の各部を簡単に説明する。
ウィンドウ６０は、表示画面を表示する表示領域と、指定した表示処理や演算処理を指示するためのボタンが配置されたボタン領域を備える。ボタン領域には、アイコンで表示された複数のボタン６２−１〜６２−１４が設けられている。

・ボタン６２−１は、波形記録データから波形ピーク計測点を抽出するバッチ処理を指示するためのボタンであり、詳細は後述する。
・ボタン６２−２は、波形記録データを可視化データ（画像データ）に変換し、表示装置５７の表示画面に表示する処理を指示するためのボタンである。ボタン６２−２を押下すると、表示画面に波形記録データの地表面における計測位置を把握できる画像が表示されるが、詳細説明は割愛する。

・ボタン６２−３は、波形記録データを指定するためのボタンである。波形記録データの指定は例えばファイル単位で行うことができる。
・ボタン６２−４は、設定されたしきい値を元に、波形記録データの波形情報から波形ピーク計測点を抽出する処理を指示するためのボタンである。
・ボタン６２−５は、ボタン６２−４を操作して抽出された波形ピーク計測点を計測点に追加するとともに、表示画面に表示できる可視化データ（画像データ）にするためのボタンである。
・ボタン６２−６は、１波形の通常計測点データ（例えば１波形４点）と、波形記録データの波形情報から検出した波形ピーク計測点データの合成処理を指示するためのボタンである。
・ボタン６２−７は、ボタン６２−６を操作して合成処理した各計測点データを、波形記録データに追加する処理を指示するボタンである。

・ボタン６２−８は、図２Ｂに示すように波形ピーク計測点を抽出した元の波形を表示させたいときなどに、表示画面に表示されている波形ピーク計測点をポインティングデバイスにより指定するときに使用するボタンである。なお、波形ピーク計測点のＩＤ（識別情報）を直接入力して指定するボタンもある。
・ボタン６２−９は、ボタン６２−８を操作して表示した波形ピーク計測点の前後の計測点の波形を閲覧したいときに、表示を前後の波形ピーク計測点の波形に移動させるためのボタンである。
・ボタン６２−１０は、ユーザがマニュアルで波形のピークに計測点を追加するためのボタンである。
・ボタン６２−１１は、計測点抽出アルゴリズムを適用する波形のパルスを間引くときに使用するボタンである。
・ボタン６２−１２は、計測点抽出アルゴリズムを波形のすべてのパルスに適用するときに使用するボタンである。
・ボタン６２−１３は、波形から抽出した波形ピーク計測点を削除するためのボタンである。
・ボタン６２−１４は、しきい値を設定するウィンドウを呼び出すためのボタンである。

図４において、計測点抽出装置５０の計測点抽出アルゴリズムを利用するプログラムが起動すると、計測点抽出装置５０はプログラムを実行するための環境設定を行う（ステップＳ２１）。

環境設定後、制御部５５がユーザによりボタン６２−３が押下されて波形記録データが指定されたことを検出すると、計測点抽出部５２は表示制御部５４を制御して、指定された波形記録データに対する通常計測点を可視化し、画像データを生成する。表示制御部５４はその指定された波形記録データに対する通常計測点の画像データを表示装置５７に出力し、指定された波形記録データに対する通常計測点が表示装置５７（ウィンドウ６０の表示画面６１）に表示される（ステップＳ２２）。この際、例えば高さ属性を用いて画面上に濃淡表示や段彩表示することにより、視認性を高めることができる。

ユーザがボタン６２−８を押下し、ポインティングデバイスを操作して表示画面６１上の視覚化された通常計測点の１点の位置をポインタＰで指定すると、計測点抽出部５２は表示制御部５４を制御して、該当する通常計測点を含む波形を表示装置５７に表示する。

例えば図５Ｂに示した波形７０の例では、ピーク７１に対応するＩＤ１２２０１１０の通常計測点７１Ａとピーク７３に対応するＩＤ１２２０１１１の通常計測点７３Ａが表示されている。なお、ここでボタン６２−９を押下すると、波形をポインタＰで指定した位置の前後（隣）の位置の通常計測点（図示略）を含む波形に切り替えて表示させることができる。

ユーザがボタン６２−１４を押下すると、計測点抽出部５２は表示制御部５４を制御して、図６に示すようなしきい値を設定するためのウィンドウ８０を表示装置５７に表示する。ユーザは、波形記録データの波形情報から新たに波形ピーク計測点を生成するためのしきい値を入力する（ステップＳ２３）。入力されたしきい値は、例えばメモリ部５３に保存される。計測点抽出部５２は、ウィンドウ８０の最小反射強度入力欄８１及びピーク前延長入力欄８２のそれぞれに入力されたしきい値に基づいて、以降の波形ピーク計測点の抽出処理を実行する。
例えば最小反射強度を小さい値に設定すると、ノイズを含む大量の波形ピーク計測点が処理対象となるので、ある程度大きな値にすることが望ましい。一例として、最小反射強度を適切な値に設定して固定しておき、生成される波形ピーク計測点の数をピーク前延長の値により調整するとよい。

計測点抽出部５２は、現在選択されている波形記録データの１点に対し、設定したしきい値と図２に示した計測点抽出アルゴリズムを適用し（ステップＳ２４）、新たな波形ピーク計測点が生成されるかどうか評価をする（ステップＳ２５）。この計測点抽出アルゴリズムは、例えばユーザがウィンドウ６０のボタン６２−４を押す、又はユーザがウィンドウ８０においてしきい値を入力してＯＫボタンを押すことにより開始される。

ステップＳ２４の処理の結果、新たな波形ピーク計測点が生成された場合（ステップＳ２５でＹＥＳ）、計測点抽出部５２は表示制御部５４を制御して、その波形ピーク計測点を表示装置５７に表示する（ステップＳ２６）。例えば、図５Ｂに示した波形７０の例では、新たにピーク７２に対応する波形ピーク計測点７２Ｐが生成されている。

ところで、しきい値によっては、現在表示されている波形ピーク計測点の近傍に、波形ピーク計測点が抽出される場合がある。その場合には、その波形ピーク計測点を追加するか否かをユーザに選択させる例えばポップアップウィンドウ（図示略）をウィンドウ６０上に表示し、ユーザに選択させるようにしてもよい。ユーザが波形ピーク計測点を追加することを選択した場合は、計測点抽出部５２は、当該波形ピーク計測点を新たな波形ピーク計測点としてメモリ部５３に一時保持する。
また、ユーザが波形ピーク計測点を追加することを選択しなかった場合は、計測点抽出部５２は、しきい値を設定するためのウィンドウ８０を表示装置５７に再度表示させてもよい。この場合、再度設定されたしきい値に基づいて波形ピーク計測点が生成されるかどうか評価し、採用する場合には当該しきい値をメモリ部５３に保存する。

上述のようにしてユーザが適切なしきい値を調整した後に、元の画面（平面図）に戻る場合には、図示しない平面図に戻るボタンを押す。それにより、指定された波形記録データに対する通常計測点が表示画面に表示される。

ステップＳ２４の処理において新たな波形ピーク計測点が生成されなかった場合（ステップＳ２５でＮＯ）、ステップＳ２２に戻り、指定された波形記録データに対する通常計測点が表示画面に表示される。

適切なしきい値が設定された後、ユーザがボタン６２−１を押下すると、計測点抽出部５２は、処理をしたい波形記録データの全データに対し、設定されたしきい値と図２に示した計測点抽出アルゴリズムを適用して新たな波形ピーク計測点を生成するバッチ処理を開始する（ステップＳ２７）。計測点抽出部５２は、指定した波形記録データから条件を満たす波形ピーク計測点をすべて抽出する。

そして、計測点抽出部５２は表示制御部５４を制御して、抽出したすべての波形ピーク計測点を表示装置５７に表示する（ステップＳ２８）。つまり、元の通常計測点とは別に追加の波形ピーク計測点に関する画像データが生成される。
図７に、抽出されたすべての波形ピーク計測点を平面上に表示した例を示す。図７Ａの表示画面６１Ａは、表示画面６１と同じ計測範囲において、追加されたすべての波形ピーク計測点を表示している。

なお、追加された波形ピーク計測点の識別番号はすべて「７」を標準としているが、例えば「５〜７」等といった任意の値に変更することが可能である。この結果、一つの反射レーダ光の波形から得られる通常計測点が４つの場合、「１」〜「４」までの識別番号が付与されており、これと区別することができる。また、識別番号ごとに異なる表示色を設定して通常計測点と波形ピーク計測点を一つの表示画面に一緒にかつ識別可能に表示してもよく、また一方のみを選択的に表示してもよい。

計測点抽出部５２は、ステップＳ２２で生成された通常計測点と、ステップＳ２７，Ｓ２８で生成された波形ピーク計測点を合成する処理を行う（ステップＳ２９）。

そして、計測点抽出部５２は、通常計測点と波形ピーク計測点を合成した計測点データを生成し、メモリ部５３に保存する。例えば、該当する波形記録データが格納されているフォルダに保存する（ステップＳ３０）。以上により一連の処理が終了する。

なお、合成後の計測点データにおいて、通常計測点と追加した波形ピーク計測点の全体に対して識別番号を付与し直してもよい。

以上説明した実施形態によれば以下のような効果がある。
（１）波形記録方式で取得された反射レーザ光の波形記録データから効率的に波形ピーク計測点を抽出するができる。それにより、以下のような効果が期待できる。
・地盤計測点の抽出率の向上
・森林の内部構造の把握

（２） 波形記録方式は、データ量が多いため波形記録データのファイルサイズが大きい。上述した本実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムが適用されたツールを用いることにより、反射レーザ光の波形のうち希望するピークのみを波形ピーク計測点として抽出し、データ量を軽くすることができる。

［計測点抽出装置を用いた測量結果の例］
図８は、本発明の一実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムを利用した測量結果の一例を示す説明図であり、Ａは横断線付き航空写真、Ｂは横断線に沿う断面図、Ｃは断面図の一部拡大図である。
航空写真９０の横断線９０Ｌ（図８Ａ）に沿う断面図（図８Ｂ）を見ると、灰色の点で表された通常計測点だけでは森林内部の情報が少ない。一方、黒色の点で表された波形ピーク計測点により森林内部の情報及び地盤の情報を抽出できている。図８Ｂの破線で囲んだ部分を拡大した断面図（図８Ｃ）では、その傾向が顕著である。例えば航空写真９０中央の畑９１とその周囲の森林における地盤の状態や両者の接続の様子をはっきり把握できる。また、森林の内部構造を把握できるので植生の分析に大きく寄与する。例えば、この森林では全体に枝葉が比較的少ないが、その分下草が生えていることがわかる。

図９は、本発明の一実施形態に係る計測点抽出アルゴリズムを利用した測量結果の他の例を示す説明図であり、Ａは横断線付き航空写真、Ｂは横断線に沿う断面図、Ｃは断面図の一部拡大図を示している。
航空写真９５の横断線９５Ｌ（図９Ａ）に沿う断面図（図９Ｂ）を見ると、灰色の点で表された通常計測点だけでは森林内部の情報が少ない。一方、黒色の点で表された波形ピーク計測点により森林内部の情報及び地盤の情報を抽出できている。図９Ｂの破線で囲んだ部分を拡大した断面図（図９Ｃ）では、その傾向が顕著である。例えば航空写真９５の森林内部における地盤の状態をはっきり把握できる。また、森林の内部構造を把握できるので植生の分析に大きく寄与する。例えば、この森林では図８の例と比較して枝葉が多いことがわかる。

＜２．その他＞
［変形例１］
ここで、変形例１として、ユーザが自分で波形情報に計測点を追加・削除する場合を説明する。
ステップＳ２２の処理において、表示装置５７に指定した計測点の波形が表示されている状態でユーザがボタン６２−１０を押下し、計測点が存在しないピークを選択することにより、当該ピークを新たな計測点として追加することができる。図５Ｂの例で説明すると、ユーザＩ／Ｆ部５６で波形７０の計測点のないピーク７２を選択すると、計測点抽出部５２は、計測点７２Ｐを新たな計測点として生成する。

［変形例２］
また、図４のステップＳ２６以降の処理では、波形記録データの全データに対して新たな波形ピーク計測点を生成するバッチ処理を実行しているが、波形記録データに対して段階的に操作して波形ピーク計測点を追加することも可能である。
この場合、図４のステップＳ２３のしきい値設定後、ユーザがボタン６２−４，６２−５，６２−６を順次操作することで、計測点抽出部５２は、波形記録データからピーク抽出処理、計測点生成処理、通常計測点に新たに生成した波形ピーク計測点を都度確認しながら合成する処理を段階的に実行する。

［変形例３］
また、上述した実施形態において、しきい値を設定するためのウィンドウ８０を表示させてしきい値を設定する際に、波形記録データの波形情報から間引きのピークを抽出するしきい値を設定してもよい。例えば、想定されるラストパルスより大きいピークを抽出しないようにしきい値を設定したり、想定されるファーストパルスのみが抽出されるようにしきい値を所定値以上に設定したりする。このように、間引きのしきい値を設定することにより、ラストパルスあるいはファーストパルスのみを抽出することが可能になり、波形記録データを用いた多様な解析を行うことができる。

上述した一実施形態例における一連の処理は、ハードウェアにより実行することができるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで各種の機能を実行することが可能な汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。また、これらの処理を実行する機能はハードウェアとソフトウェアの組み合わせによっても実現できることは言うまでもない。

図１０は、上述した一連の処理をソフトウェアにより実行するコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。

コンピュータ１００において、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１０１、ＲＯＭ(Read Only Memory)１０２、ＲＡＭ(Random Access Memory)１０３は、バス１０４により相互に接続されている。

バス１０４には、さらに、入出力インタフェース１０５が接続されている。入出力インタフェース１０５には、入力部１０６、出力部１０７、記憶部１０８、通信部１０９、およびドライブ１１０が接続されている。

入力部１０６は、キーボード、マウス、マイクロフォンなどよりなる。出力部１０７は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記憶部１０８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部１０９は、ネットワークインタフェースなどよりなる。ドライブ１１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブルメディア１１１を駆動する。

以上のように構成されるコンピュータ１００では、ＣＰＵ１０１が、例えば、記憶部１０８に記憶されているプログラムを入出力インタフェース１０５及びバス１０４を介してＲＡＭ１０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。

コンピュータ１００（ＣＰＵ１０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブルメディア１１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。

コンピュータ１００では、プログラムは、リムーバブルメディア１１１をドライブ１１０に装着することにより、入出力インタフェース１０５を介して、記憶部１０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部１０９で受信し、記憶部１０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ＲＯＭ１０２や記憶部１０８に、あらかじめインストールしておくことができる。

なお、コンピュータ１００が実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよいし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）を含むものでもよい。

また、プログラムは、一つのコンピュータにより処理されるものであってもよいし、複数のコンピュータによって分散処理されるものであってもよい。さらに、プログラムは、遠方のコンピュータに転送されて実行されるものであってもよい。

以上、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の変形例、応用例を取り得ることは勿論である。例えば、上記実施形態の例では航空レーザ測量により得られた波形記録データを処理対象としているが、反射レーザ光の波形記録データが得られればこれに限られるものではなく、例えば地上からレーザ計測を行った場合にも適用することができる。

１０…波形、 １１，１２，１３，１４…ピーク、 ２０…最小反射強度ライン、 ２１，２２，２３，２４…線分、３０…波形、 ３１，３２，３３…ピーク、 ３１Ａ…通常計測点、 ４０…最小反射強度ライン、 ４１，４２，４３…線分、 ５０…計測点抽出装置、 ５１…データ取得部、 ５２…計測点抽出部、 ５３…メモリ部、 ５４…表示制御部、 ５５…制御部、 ５６…ユーザＩ／Ｆ部、 ５７…表示装置、 ６０…ウィンドウ、 ６１，６１Ａ…表示画面、 ６２−１〜６２−１４…ボタン、 ７０…波形、 ７１，７２，７３…ピーク、 ７１Ａ，７３Ａ…波形ピーク計測点、 ７２Ｐ…波形ピーク計測点、 ８０…しきい値設定ウィンドウ、 ８１…最小反射強度入力欄、８２…ピーク前延長入力欄、 １００…コンピュータ、３０１Ａ，３０３Ａ，３０４Ａ…通常計測点

Claims (12)

1. レーザ測距装置から地表に向けて発射したレーザ光の反射レーザ光の波形を反映した情報を含む波形記録データから、前記波形の振幅値が上がり続けて下がるまでの区間を検出する手順と、
   前記波形の振幅値の前記区間における最小値から最大値を結ぶ線分の長さを算出する手順と、
   前記最小値から前記最大値を結ぶ線分の長さが予め設定されたしきい値以上であるとき、前記最大値とそのときの往復時間を波形ピーク計測点として抽出する手順を、
   コンピュータに実行させるための計測点抽出プログラム。
2. さらに、前記レーザ測距装置により前記波形記録データにおける前記波形のピークと対応する計測点として、抽出数を少なくする規定の下で抽出された通常計測点のうちの指定された通常計測点を含む波形を表示装置に表示させる手順と、
   前記指定された通常計測点を含む前記波形から前記波形ピーク計測点が抽出された場合、抽出された前記波形ピーク計測点を前記波形の該当ピークと対応させて表示させる手順、を含む
   請求項１に記載の計測点抽出プログラム。
3. 前記抽出された前記波形ピーク計測点を前記波形の該当ピークと対応させて表示させる手順において、
   前記抽出された前記波形ピーク計測点が、前記波形のピークのうち対応する通常計測点が表示されていないピークに対するものである場合に、当該波形ピーク計測点を前記波形の該当ピークと対応させて表示させる
   請求項２に記載の計測点抽出プログラム。
4. さらに、入力操作信号に基づいて前記しきい値を設定するためのしきい値設定画面を表示装置に表示させる手順と、
   前記しきい値設定画面のしきい値入力欄に入力された値を前記しきい値として設定し、記憶部に保存する手順と、
   前記設定したしきい値に基づいて前記波形ピーク計測点を抽出する処理を行う手順、を含む
   請求項１〜３のいずれかに記載の計測点抽出プログラム。
5. 前記しきい値入力欄として、最小反射強度の値を設定する欄と、前記波形の振幅値の前記区間における最小値から最大値を結ぶ線分の長さの値を設定する欄と、を有する
   請求項４に記載の計測点抽出プログラム。
6. さらに、前記波形記録データから抽出された前記波形ピーク計測点を新たな計測点として追加するか否かをユーザに選択させるための選択画面を表示装置に表示させる手順と、
   抽出された前記波形ピーク計測点を新たな計測点として追加することが前記ユーザにより選択された場合、当該波形ピーク計測点を記憶部に保持する手順と、を含む
   請求項１又は２に記載の計測点抽出プログラム。
7. さらに、前記波形記録データから抽出された前記波形ピーク計測点を含む平面図を表示装置に表示させる手順、を含む
   請求項１に記載の計測点抽出プログラム。
8. さらに、表示画面上に、前記レーザ測距装置により前記波形記録データにおける前記波形のピークと対応する計測点として、抽出数を少なくする規定の下で抽出された通常計測点と、前記波形記録データから抽出された前記波形ピーク計測点とを一緒にあるいは選択的に表示させる手順、を含む
   請求項１に記載の計測点抽出プログラム。
9. レーザ測距装置から発射したレーザ光の反射レーザ光の波形を反映した情報を含む波形記録データから、前記波形の振幅値が上がり続けて下がるまでの区間を検出し、
   前記波形の振幅値の前記区間における最小値から最大値を結ぶ線分の長さを算出し、
   前記最小値から前記最大値を結ぶ線分の長さが設定されたしきい値以上であるとき、前記最大値とそのときの往復時間を波形ピーク計測点として抽出する
   計測点抽出方法。
10. 前記区間における最大値が予め設定された値以下である場合は、前記最大値を前記波形ピーク計測点として抽出しない
    請求項９に記載の計測点抽出方法。
11. 前記波形の振幅値は、前記反射レーザ光の反射強度値である
    請求項９又は１０に記載の計測点抽出方法。
12. レーザ測距装置から地表に向けて発射したレーザ光の反射レーザ光の波形を反映した情報を含む波形記録データから、前記波形の振幅値が上がり続けて下がるまでの区間を検出し、前記波形の振幅値の前記区間における最小値から最大値を結ぶ線分の長さを算出し、前記最小値から前記最大値を結ぶ線分の長さが予め設定したしきい値以上であるとき、前記最大値とそのときの往復時間を波形ピーク計測点として抽出する計測点抽出部と、
    前記計測点抽出部で抽出された波形ピーク計測点を出力する出力部と、
    を備える計測点抽出装置。