JP6192938B2 - 三次元合成処理システムおよび三次元合成処理方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、三次元構造物の非接触計測による三次元合成処理システムおよび三次元合成処理方法に関する。

一般に、リバースエンジニアリングは、図面の無い状態でも、既製品や既設の建造物からアズビルトデータを取得することにより、再製造や改造工事に必要な形状や寸法データを作成する技術である。このようなリバースエンジニアリングにおいては、三次元形状を表した点群データから三次元ＣＡＤモデルを得る三次元ＣＡＤシステムなどがある。

なお、三次元形状測定システムにおいて、被測定対象物の三次元表面形状を測定する表面形状測定装置と、被測定対象物の三次元内面形状を測定する内面形状測定装置と、被測定対象物の構造材内部の状態を測定する非破壊測定装置と、この表面形状測定装置、内面形状測定装置、非破壊測定装置によって計測された三次元点群データを入力合成する点群データ変換入力合成装置と、この点群データ変換入力合成装置によって合成処理した点群データから三次元形状を作成する三次元形状変換処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−６６１６９号公報

上述したような技術などでは、対象構造物やその周辺に複数のマーカーを設置して、その設置した複数のマーカーを基準にして計測データの合成を行っている。複数のマーカーを基準にするためには、マーカーを設置する作業が必要であり、そのマーカーを適切な位置に合わせる等の作業に時間がかかり、計測作業の時間が長くなるという課題があった。

また、全ての計測作業（複数の計測位置での計測作業）が終了した後に、取得した計測データの三次元合成処理を行い、対象構造物全体を表す形状データを得ていた。そのため、その合成結果を確認した作業者が、取りこぼしのある位置範囲での計測データを、再度取り直す作業を行わなければならず、作業効率が悪いという課題があった。

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、効率的な計測作業で対象構造物の三次元形状データを生成することができる三次元合成処理システムおよび三次元合成処理方法を提供することである。

上記課題を解決するために、実施形態の三次元合成処理システムは、計測対象の構造物の計測を行って当該構造物を三次元に観察可能に表示する三次元合成処理システムである。当該三次元合成処理システムは、複数の計測位置で前記構造物の表面の位置および形状を計測して複数の計測データを取得する三次元計測装置と、前記三次元計測装置の姿勢を計測する姿勢計測装置と、前記三次元計測装置が計測を実行する第１の計測位置と前記第１の計測位置と異なる前記三次元計測装置が計測を実行する第２の計測位置との間の距離、および、前記第２の計測位置から前記第１の計測位置への方向を計測する位置計測装置と、前記複数の計測データに基づいて前記構造物について三次元合成処理する三次元合成処理装置と、前記構造物について三次元合成処理した結果を表示する表示装置と、を備えている。前記三次元合成処理装置は、前記姿勢計測装置により計測された前記姿勢に基づいて姿勢計測情報を生成し、前記位置計測装置により計測された前記距離および前記方向に基づいて位置計測情報を生成する計測状態取得部と、前記複数の計測位置と、前記複数の計測データと、前記姿勢計測情報と、前記位置計測情報とを記憶するデータ記憶部と、いずれかの位置を基準とする座標系を同一座標系とし、前記姿勢計測情報および前記位置計測情報に基づいて前記複数の計測位置の各々を基準とする座標系を前記同一座標系に変換する座標変換を用いて、前記複数の計測データを前記同一座標系を基準とする座標に変換する座標変換部と、前記構造物について前記三次元合成処理した結果として、前記座標変換部により前記同一座標系に変換された前記複数の計測データの座標を前記同一座標系に配置して前記表示装置に出力するデータ合成出力部と、前記同一座標系に前記複数の計測データが座標変換されて配置された有限の評価空間を設定し、当該評価空間について所定の単位の複数のブロックに分割して、前記計測データを所定の面積をもった点群データとして表して、その点群データを二次元平面上に投影した時のその点群データの投影面積を前記二次元平面の面積で除した値としての密度で評価する密度評価部と、前記計測データの前記密度評価に基づいて、前記計測データの密度が所定の閾値よりも低い前記ブロックを抽出し、当該抽出した前記ブロックの範囲にある座標を、前記三次元計測装置を設置すべき位置である提示計測位置として提示する計測位置提示部と、を有することを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、実施形態の三次元合成処理方法は、複数の計測位置で計測対象の構造物の表面の位置および形状を計測して複数の計測データを取得する三次元計測装置と、前記三次元計測装置の姿勢を計測する姿勢計測装置と、異なる前記計測位置での距離および方向を計測する位置計測装置と、前記複数の計測データに基づいて前記構造物について三次元合成処理する三次元合成処理装置と、前記構造物について三次元合成処理した結果を表示する表示装置とを備え、前記構造物の計測を行って前記構造物を三次元に観察可能に表示する三次元合成処理システムに用いられる三次元合成処理方法である。当該三次元合成処理方法は、前記三次元合成処理装置が、前記姿勢計測装置により計測された前記姿勢に基づいて姿勢計測情報を生成し、前記位置計測装置により計測された前記距離および前記方向に基づいて位置計測情報を生成する計測状態取得ステップと、前記三次元合成処理装置が、前記複数の計測位置と、前記複数の計測データと、前記姿勢計測情報と、前記位置計測情報とを記憶するデータ記憶ステップと、前記三次元合成処理装置が、いずれかの位置を基準とする座標系を同一座標系とし、前記姿勢計測情報および前記位置計測情報に基づいて前記複数の計測位置の各々を基準とする座標系を前記同一座標系に変換する座標変換を用いて、前記複数の計測データを前記同一座標系を基準とする座標に変換する座標変換ステップと、前記三次元合成処理装置が、前記構造物について前記三次元合成処理した結果として、前記座標変換ステップにより座標変換された前記複数の計測データを前記同一座標系に配置して前記表示装置に出力するデータ合成出力ステップと、前記三次元合成処理装置が、前記同一座標系に前記複数の計測データが座標変換されて配置された有限の評価空間を設定し、当該評価空間について所定の単位の複数のブロックに分割して、前記計測データを所定の面積をもった点群データとして表して、その点群データを二次元平面上に投影した時のその点群データの投影面積を前記二次元平面の面積で除した値としての密度で評価する密度評価ステップと、前記三次元合成処理装置が、前記密度評価ステップの結果に基づいて、前記計測データの密度が所定の閾値よりも低い前記ブロックを抽出し、当該抽出した前記ブロックの範囲にある座標を、前記三次元計測装置を設置すべき位置である提示計測位置として提示する計測位置提示ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る三次元合成処理システムおよび三次元合成処理方法の実施形態によれば、効率的な計測作業で対象構造物の三次元形状データを生成することができる。

本発明に係る三次元合成処理システムの第１の実施形態の構成を示すブロック図。 計測位置ごとのローカル座標系の関係を示す図。 計測位置ごとのローカル座標系とグローバル座標系の関係を示す図。 第１の実施形態の三次元合成処理システムに用いられる三次元合成処理フローを示すフロー図。 第１の実施形態の三次元合成処理システムに用いられる座標変換処理フローを示すフロー図。 第１の実施形態の三次元合成処理システムに用いられるデータ表示処理フローを示すフロー図。 構造物の点群データの一例を示す図。 構造物の点群データの他の一例を示す図。 構造物の三次元合成処理の一例を示す図。 本発明に係る三次元合成処理システムの第２の実施形態の構成を示すブロック図。 第２の実施形態の三次元合成処理システムに用いられる三次元合成処理フローを示すフロー図。 第２の実施形態の三次元合成処理システムに用いられる計測位置提示処理フローを示すフロー図。 評価空間におけるブロック分割の一例を示す図。 評価空間における選択ブロックの一例を示す図。 本発明に係る三次元合成処理システムの第３の実施形態の構成を示すブロック図。 第３の実施形態の三次元合成処理システムに用いられる三次元合成処理フローを示すフロー図。

以下、本発明に係る実施形態の三次元合成処理システムおよび三次元合成処理方法について、図面を参照して具体的に説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複する説明は省略する。ここで説明する下記の実施形態はいずれも、レーザ計測などによる非接触計測を用いた三次元合成処理システムの一例をとりあげて説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る三次元合成処理システムの第１の実施形態の構成を示すブロック図である。また、図２は計測位置ごとのローカル座標系の関係を示す図であり、図３は計測位置ごとのローカル座標系とグローバル座標系の関係を示す図である。

また、図４は第１の実施形態の三次元合成処理システムに用いられる三次元合成処理フローを示すフロー図である。さらに、図５は図１の三次元合成処理システムに用いられる座標変換処理フローを示すフロー図であり、図６は図１の三次元合成処理システムに用いられるデータ表示処理フローを示すフロー図である。また、図７および図８は、構造物の点群データの一例および他の一例を示す図である。図９は、構造物の三次元合成処理の一例を示す図である。

第１の実施形態の三次元合成処理システム１ａは、図１に示すように、三次元合成処理装置２ａ、三次元計測装置１１、姿勢計測装置１２、位置計測装置１３、表示装置１４、および入力装置１５を備えている。

三次元合成処理システム１ａでは、対象構造物５（図２に示す）に対して非接触計測装置（三次元計測装置１１）の計測位置を変えて計測データを取得していき、計測位置ごとに取得した計測データを同一座標系（グローバル座標系を含む）に変換する。これにより、同一座標系を基準にして変換された計測データを合成していくことで、対象構造物５の三次元形状データを生成することができる。

三次元計測装置１１は、対象構造物５の表面を非接触計測により、対象構造物５の表面の位置および形状を算出するための計測データを取得する装置である。三次元計測装置１１は、非接触計測により自身の基準位置をもとに対象構造物５の表面上の距離を測定して、それらの計測データ（例えば点群データ）を得る。これらは、ローカル座標系の（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）に対応する。なお、接触プローブ等を用いた接触式の計測も三次元計測装置１１に適用可能である。

ユーザ（例えば作業者など）が三次元計測装置１１の計測位置を変えて、対象構造物５をスキャンして行くことで、三次元合成処理装置２ａが対象構造物５の全体の形状データを合成する。そのために、三次元計測装置１１は、非接触計測に基づいて、計測位置ごとに三次元計測情報を生成する。三次元計測情報は、いずれの計測位置で計測されたものかを示す計測位置識別子と、座標系と、計測データとを少なくとも含む。

計測位置識別子は、計測位置が特定可能なように一意に定められた識別符号などが付与される。例えば、図２に示すように、計測位置ＰＯＳ＃１とされる計測位置識別子は、一意に定められた＃１であり、また、計測位置ＰＯＳ＃２とされる計測位置識別子は＃２である。

座標系は、いずれかのローカル座標系か、または、グローバル座標系かを示す。座標系は、例えば図２に示すローカル座標系＃１や、ローカル座標系＃２などである。または、図３に示すグローバル座標系である。ここで、ローカル座標系は相対位置による座標系であり、グローバル座標系は絶対位置による座標系であるとする。

計測データはそれぞれの三次元計測装置１１の計測位置・姿勢に基づいて、ローカル座標系に従って記録される。それぞれの計測データをつなぎ合わせる（合成する）ためには、図３に示すように、例えば同一座標系としてグローバル座標系に合わせて、それぞれのローカル座標系の相対関係を求める。

すなわち、各計測位置での照合を確認するためのマーカーを設置せずに、各計測位置で取得した計測データをそれぞれのローカル座標系から同一座標系（例えばグローバル座標系）に変換するだけでよい。

計測データは、はじめはローカル座標系での座標データである。例えば、計測データが複数の点群データを含む場合には、複数の座標データである。

三次元計測装置１１は、例えば三次元レーザスキャナやステレオビジョンなどを有する。三次元計測装置１１が三次元レーザスキャナを有する場合に、三次元レーザスキャナによりその周囲にある対象構造物５にレーザを照射し、三次元計測装置１１がその反射波に基づいて計測データを取得する。一つの計測位置に設置された三次元計測装置１１は、基準軸を中心に回転しながら対象構造物５の周囲をスキャンニングして、例えば点群データを取得する。

取得される計測データは、例えば点群データ、線データ、面データなである。計測データは、三次元計測装置１１を設置して計測した計測位置および姿勢に基づくものであり、ローカル座標系またはグローバル座標系を基準とした座標として取得または変換される。

以下、三次元計測装置１１により取得される計測データが点群データの場合を例として説明する。

姿勢計測装置１２は、対象の姿勢を計測する装置である。例えば、姿勢計測装置１２を姿勢計測する対象に設置して計測を行うことで、対象の姿勢を取得する。姿勢計測装置１２は、例えば図１に示す三次元計測装置１１の姿勢を計測する。三次元計測装置１１の姿勢は、三次元計測装置１１により基準とされるローカル座標系について、例えば座標のＸ軸が所定の方角（例えば北の方角）からどれだけ変位（北の方角から何度）しているかを示す方向、三次元計測装置１１からレーザなどを発信する際の仰角（例えばＸＹ平面を基準とする水平方向からの傾き角度）である。

姿勢計測装置１２は、例えば三次元磁気センサを備える電子コンパスである。姿勢計測装置１２は、三次元磁気センサを用いて地磁気を計測することにより、例えば姿勢として三次元座標のＸ軸周りの回転角、Ｙ軸周りの回転角、Ｚ軸周りの回転角により定められる情報を取得することができる。

また、姿勢計測装置１２は、電子コンパスの代わりに、ジャイロセンサを備えてもよい。具体的には、ジャイロセンサを三次元計測装置１１に設置して、姿勢計測装置１２はジャイロセンサから出力される角加速度データを計測する。姿勢計測装置１２が計測された角加速度データを用いて、三次元計測装置１１がどちらの方向にどれだけ回転したかを積分計算することにより姿勢を算出してもよい。

姿勢計測装置１２は、姿勢計測の結果を、逐次、三次元合成処理装置２ａの計測状態取得部２１へ出力する。

位置計測装置１３は、位置計測を行うための装置である。位置計測の方法として、例えば２点間の対象の位置を計測する方法（相対的な位置計測）や、三次元計測装置１１の各々の計測位置での絶対位置を計測する方法（絶対的な位置計測）などが用いられる。

位置計測装置１３は、例えばレーザ距離計や超音波距離計、ステレオビジョンなどに、さらに、方向(方位)を計測する装置を取り付けた構成である。また、位置計測装置１３が、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）センサを有する構成であってもよい。

位置計測装置１３による方向の計測は、例えば取り付けた位置計測装置１３が有する方向計測機能（方向計測計）にて計測する。計測した距離と計測方向の情報から、三次元計測装置１１の相対的な計測位置を算出する。

この方法に限らず、加速度センサやジャイロセンサなどを三次元計測装置１１に取り付けて計測し続け、三次元計測装置１１の現在の計測位置までの角加速度などを積分する周知の方法で、三次元計測装置１１の計測位置を算出してもよい。ただし、この方法では、相対的な計測位置の関係がわかるだけであるため、最初に三次元形状計測を行ったときのローカル座標系を基準とする同一座標系として、点群データを同一座標系に変換していく。また、ローカル座標系をグローバル座標系に変換してもよい。

位置計測装置１３は、位置計測の結果を、逐次、三次元合成処理装置２ａの計測状態取得部２１へ出力する。

表示装置１４は、三次元合成処理装置２ａに記憶された点群データや、その他のデータなどを表示する。表示装置１４は、例えばモニタなどである。

入力装置１５は、三次元合成処理装置２ａの設定入力、入力操作などを行うための装置である。入力装置１５は、例えばキーボード、マウスなどを備え、また、タッチパネル等の入力操作機器を備えてもよい。

三次元合成処理装置２ａは、図１に示すように、計測状態取得部２１、座標変換部２２、座標変換行列補正部２３、データ記憶部２４、およびデータ合成出力部２５を有する。

計測状態取得部２１は、姿勢計測装置１２および位置計測装置１３から三次元計測装置１１が設置された姿勢（姿勢計測の結果）および位置（位置計測の結果）を取得する。計測状態取得部２１は、取得した姿勢計測および位置計測の結果に基づいて、姿勢計測情報および位置計測情報を生成する。なお、三次元計測装置１１が設置された位置で点群データが三次元計測装置１１により計測された場合には、その位置が一つの計測位置となる。

データ記憶部２４には、計測位置ごとに、複数の点群データと、姿勢計測情報と、位置計測情報とが関連付けられて記憶される。

計測状態取得部２１は、計測位置ごとに、点群データをそれぞれの三次元計測装置１１の姿勢および位置に関する情報（姿勢計測情報および位置計測情報）に関連付けてデータ記憶部２４に格納する。すなわち、ローカル座標系に従って、座標データが格納されることになる。

例えば、図２に示す計測位置ＰＯＳ＃１におけるローカル座標系＃１を基準として、三次元計測装置１１により点群データＤａｔａ＃１（図７に示す）が取得された場合に、計測状態取得部２１は、これらのデータを含む三次元計測情報と、姿勢計測情報とを関連付けて、データ記憶部２４に格納する。

また、図２に示す計測位置ＰＯＳ＃２におけるローカル座標系＃２を基準として、三次元計測装置１１により点群データＤａｔａ＃２（図８に示す）が取得された場合に、計測状態取得部２１は、これらのデータを含む三次元計測情報と、姿勢計測情報とを関連付けて、データ記憶部２４に格納する。なお、任意の計測位置ＰＯＳ＃ｎで計測した、ローカル座標系＃ｎを基準とする点群データをＤａｔａ＃ｎ（ｎは複数に対応する）のように記す。

また、位置計測装置１３により計測位置ＰＯＳ＃１および計測位置ＰＯＳ＃２に基づいた位置計測が行われると、計測状態取得部２１は、前述した三次元計測情報と、姿勢計測情報との関連付けに加えて、位置計測情報を関連付けて、データ記憶部２４に格納する。

以上により、データ記憶部２４には、計測位置ＰＯＳ＃１におけるローカル座標系＃１での点群データＤａｔａ＃１、計測位置ＰＯＳ＃２におけるローカル座標系＃２での点群データＤａｔａ＃２などを含む三次元計測情報と、これらの各々に関連付けられた姿勢計測情報および位置計測情報が記憶される。

座標変換部２２は、計測位置ごとの姿勢計測情報および位置計測情報に基づいて、同一座標系に変換するための座標変換行列Ｆを算出し、異なるローカル座標系の点群データを同一座標系の点群データに変換する。すなわち、データ記憶部２４に記憶された複数の点群データについて、座標変換部２２により同一座標系に座標変換される。

座標変換行列補正部２３は、座標変換部２２により算出された座標変換行列Ｆの補正を行う。座標変換行列補正部２３による補正方法は、詳しくは後述する。

データ合成出力部２５は、座標変換部２２による点群データの同一座標系への変換に基づいて、同一座標系を基準とする点群データを配置する。

その変換後の複数の点群データが、データ合成出力部２５により同一座標系に基づいて三次元配置される。データ合成出力部２５は、配置した点群データを表示装置１４に出力する。この結果、対象構造物５が三次元合成処理された画像が表示装置１４に表示される。なお、データ合成出力部２５は、三次元合成処理した結果をデータ記憶部２４に格納してもよい。

ここで、座標変換部２２による座標変換の一つの方法としては、例えば図２に示す計測位置ＰＯＳ＃１に基づくローカル座標系＃１（原点Ｏ_１）を同一座標系として、計測位置ＰＯＳ＃２に基づくローカル座標系＃２（原点Ｏ_２）を座標変換する方法である。図２に示すように、同一座標系としてローカル座標系＃１に合わせて、それぞれのローカル座標系の相対関係から座標変換する。姿勢（基準方向からのＸ軸のずれ量など）に関する情報を含む姿勢計測情報、計測位置ＰＯＳ＃１と計測位置ＰＯＳ＃２との距離Ｌ_１２および方向などを含む位置計測情報を用いて、座標変換する。なお、計測位置ＰＯＳ＃１と計測位置ＰＯＳ＃２との距離Ｌ_１２は、ローカル座標系＃１の原点Ｏ_１とローカル座標系＃２の原点Ｏ_２との間の相対距離に対応する。

また、座標変換部２２による座標変換の他の一つの方法としては、例えば図３に示す計測位置ＰＯＳ＃１に基づくローカル座標系＃１および計測位置ＰＯＳ＃２に基づくローカル座標系＃２を、グローバル座標系を基準にする同一座標系として、座標変換する方法である。図３に示すように、グローバル座標系の原点Ｏｇとローカル座標系＃１の原点Ｏ_１との距離Ｌ_ｇ１、グローバル座標系の原点Ｏｇとローカル座標系＃２の原点Ｏ_２との距離Ｌ_ｇ２、それぞれの姿勢のずれなどが座標変換のために用いられる。

なお、位置計測装置１３としてＧＰＳセンサを用いる場合には、ＧＰＳセンサが三次元計測装置１１に設けられる。このＧＰＳセンサがＧＰＳ衛星からのＧＰＳ電波を受信することにより、三次元計測装置１１の位置を計測することができる。この方法では、三次元計測装置１１の絶対的な位置（グローバル座標系での位置）の取得が可能である。

次に、図４に示す三次元合成処理システム１ａに用いられる三次元合成処理フローについて、図１を参照しながら説明する。

はじめに、三次元計測装置１１が対象構造物５を計測可能な計測位置に設置された後に、姿勢計測装置１２により姿勢計測が行われ、位置計測装置１３により位置計測が行われる（ステップＳ１）。

次に、三次元計測装置１１により計測が開始されると、対象構造物５がスキャンされて、計測状態取得部２１は三次元計測装置１１から点群データを取得する（ステップＳ２）。

次に、計測状態取得部２１は、姿勢計測装置１２から三次元計測装置１１の姿勢を取得する（ステップＳ３）。なお、三次元計測装置１１の姿勢を計測することが可能であれば、ステップＳ２とステップＳ３の順序は相互に入れ替えてもよい。

次に、計測状態取得部２１は、位置計測装置１３から三次元計測装置１１の計測位置を取得する（ステップＳ４）。例えば、位置計測装置１３として、レーザ距離計やステレオビジョンを用いる場合には、直前の三次元計測装置の計測位置（例えば計測位置ＰＯＳ＃１）から、現在の三次元計測装置の計測位置（例えば計測位置ＰＯＳ＃２）までの距離Ｌ_１２やその方向が取得される。

次に、座標変換部２２は、計測した点群データを同一座標系（例えばグローバル座標系）に変換するための座標変換行列Ｆを算出し、点群データの座標変換を行う（ステップＳ５）。

ここで、ステップＳ５における点群データの座標変換方法について詳細に説明する。まず、任意の計測位置でのローカル座標系での座標を（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、グローバル座標系での座標を（ｘ_g，ｙ_ｇ，ｚ_ｇ）とすると、（数１）におけるＦが求める座標変換行列である。

ここで、座標変換行列Ｆは、（数２）とする。

で表される４×４行列（ｆ_１１〜ｆ_３４等は、行列の要素である）とする。

ここで、Ｒを回転行列、ｔを並進ベクトルとすると、座標変換行列Ｆは、（数３）のように表される。

以下、図５を参照しながら、ステップＳ５の座標変換処理について詳細なフローを説明する。また、以降の説明において、図７および図８に示す構造物の点群データの一例および他の一例と、図９に示す構造物の三次元合成処理の一例を用いる。

はじめに、座標変換部２２は、計測位置ごとに、姿勢計測情報を用いて、ローカル座標系をグローバル座標系と同じ姿勢に変換する回転行列Ｒを算出する（ステップＳ５０１）。

次に、座標変換部２２は、計測位置ごとに、位置計測情報を用いて、並進ベクトルｔを算出する（ステップＳ５０２）。

これにより、座標変換部２２は、計測位置ごとに、算出した回転行列Ｒおよび並進ベクトルｔに基づいて座標変換行列Ｆを算出し、この座標変換行列Ｆを用いて、計測した点群データの座標変換を行う（ステップＳ５０３）。

例えば、座標変換部２２は、座標変換行列Ｆを用いて、ローカル座標系を基準とする点群データを、グローバル座標系を基準とする点群データに座標変換する。これにより、図７および図８に示すローカル座標系＃１および＃２を基準とする点群データＤａｔａ＃１および＃２を、図９に示すグローバル座標系を基準とする点群データＧＤａｔａに座標変換することができる。

すなわち、複数の計測位置で計測した点群データＤａｔａ＃１〜＃ｎ（ｎは複数に対応する）を、同一座標系（本例はグローバル座標系）を基準とする座標に変換することができるため、図９に示すように、これらの同一座標系を基準とする点群データＧＤａｔａを用いて、容易に三次元合成処理することができる。

以上で、ステップＳ５の座標変換処理が終了する。

次に、データ合成出力部２５は、同一座標系を基準とする座標へ変換された点群データＧＤａｔａを表示装置１４に表示する（ステップＳ６）。

ここで、図６を参照しながら、ステップＳ６の点群データ表示処理について詳細なフローを説明する。

はじめに、入力装置１５から表示する点群データＧＤａｔａが選択される（ステップＳ６０１）。例えば、ユーザは、入力装置１５を介して、１箇所目の計測位置で取得した点群データＧＤａｔａ、２箇所目の計測位置で取得した点群データＧＤａｔａなどの取得した全ての点群データＧＤａｔａから、表示する点群データＧＤａｔａを選択する。

次に、入力装置１５から選択した点群データＧＤａｔａの表示方法が選択される（ステップＳ６０２）。

次に、表示装置１４は、選択された表示方法に応じて、点群データＧＤａｔａを表示する（ステップＳ６０３）。

例えば、ユーザが、入力装置１５を介して、取得した点群データＧＤａｔａを二次元平面上に投影して表示する二次元表示方法、または、取得した点群データＧＤａｔａを三次元的に俯瞰（観察）して表示する三次元表示方法が選択可能である。

二次元表示方法が選択された場合には、データ合成出力部２５は、任意の高さ（Ｚ座標）位置に存在する点群データＧＤａｔａを抽出し、例えば点群データＧＤａｔａを二次元平面（ＸＹ平面、ＸＺ平面など）上に投影した画像を表示装置１４に表示する。ユーザの入力に応じて、表示する高さ位置を任意に変更可能としてもよい。

また、三次元表示方法が選択された場合には、データ合成出力部２５は、グローバル座標系に任意の視点を設定し、その視点から点群データＧＤａｔａを観察した画像を表示装置１４に表示する。このとき、最初の視点の位置を新しく計測した点群データＧＤａｔａのローカル座標系の原点の位置にしておくことで、新しく計測した点群データＧＤａｔａの確認を瞬時に行うことができる。また、ユーザの入力に応じて、視点の位置や視線方向を任意に変更可能としてもよい。

以上で、ステップＳ６の点群データ表示処理が終了する。

次に、座標変換行列補正部２３は、算出された座標変換行列Ｆを補正する（ステップＳ７）。

例えば、姿勢計測装置１２や位置計測装置１３で計測したデータには、位置ずれによる誤差が含まれている場合がある。位置ずれによる誤差が含まれる場合には、座標変換部２２にて、正しい座標変換行列Ｆを算出できない場合がある。そのため、計測した点群データＤａｔａ＃ｎを座標変換した結果と、これまでに計測した点群データＧＤａｔａの位置ずれが大きい場合には、それぞれのデータの間の位置合わせを行い、グローバル座標系への座標変換行列Ｆを補正する必要がある。

ユーザは、点群データＧＤａｔａの表示画面を確認し、位置ずれが確認された場合には、ステップＳ７にて位置合わせを行い、座標変換行列Ｆを補正する。位置ずれの確認方法は、例えば、新しく取得した点群データＧＤａｔａとこれまでに計測した点群データＧＤａｔａの表示色を変えて、表示装置１４に表示する。

点群データの位置合わせは、例えば、周知の技術であるＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ）法と呼ばれる位置合わせ手法を用いることができる。ＩＣＰ法は、位置合わせを行うそれぞれの点群データについて、最近傍頂点間距離の二乗和を反復計算により最小化（収束）させることで、位置合わせを行うものである。それぞれの点群データの位置ずれが大きい場合には、反復計算の計算処理が大きく、収束するまでに非常に長い計算時間が必要であり、位置ずれが大きいと局所解に陥りやすいという課題がある。一方、それぞれの点群データの位置ずれが小さい場合には、短い計算時間で最適解に収束する。

ステップＳ７の処理終了後、図４に示すステップＳ１〜Ｓ７を繰り返し実行する。なお、点群データを取得するための計測作業の終了後は、図示しない計測終了の処理となり、本三次元合成処理フローを終了する。

第１の実施形態では、座標変換による点群データ間の位置ずれが小さくなっているため、短い計算時間で最適解に収束し、座標変換行列を補正することができる。つまり、点群データを計測した計測位置が離れていても、局所解に陥らず、短い計算時間で位置合わせを行うことができる。また、いくつかの拘束条件を加えることでＩＣＰ法での収束までの計算時間をさらに短縮することができる。

例えば、床面をＸＹ平面とすると、三次元計測装置１１が床面に水平に設置される場合、回転行列ＲはＺ軸周りの回転量θを求める問題、すなわち（数４）に示す座標変換行列Ｆｂを求めることと等しくなり、計算時間を短縮できる。なお、（数４）に示す行列の要素ｆ_１４、ｆ_２４、ｆ_３４は、（数２）に示す行列の対応する要素である。

また、並進ベクトルｔが正しい解である場合には回転行列Ｒのみを求める問題に、回転行列Ｒが正しい解である場合には並進ベクトルｔのみを求める問題にそれぞれ簡略化できるため、反復計算の計算時間をさらに短縮することができる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、計測した三次元合成処理による形状データを現場にて確認するために、マーカーを設置せずに計測作業を実施することができる。

また、第１の実施形態によれば、計測作業を実施している現場にて、新たな計測位置で計測した点群データを同一座標系に瞬時に変換し、また、既に異なる計測位置で計測した点群データを同じく同一座標系に変換したデータを用いて、直ちに三次元合成処理することができる。これにより、対象構造物に対して計測作業を行った直後に合成した形状データを短時間で確認することができる。作業者が点群データの取得状況をその場で直ちに確認することができるため、計測データの取りこぼしを低減させることができる。

１つの計測位置における計測作業ごとに、順次三次元合成処理を行うことができるため、その対象構造物全体の形状データを確認しながら、計測作業を進めることができる。これにより、効率的に計測作業を進めることができるため、所望の対象構造物全体の形状データをより短い作業時間で取得することができる。

［第２の実施形態］
図１０は、本発明に係る三次元合成処理システムの第２の実施形態の構成を示すブロック図である。また、図１１は、第２の実施形態の三次元合成処理システムに用いられる三次元合成処理フローを示すフロー図である。さらに、図１２は、第２の実施形態の三次元合成処理システムに用いられる計測位置提示処理フローを示すフロー図である。図１３は評価空間におけるブロック分割の一例を示す図であり、図１４は評価空間における選択ブロックの一例を示す図である。

図１０に示す三次元合成処理システム１ｂは、図１に示す三次元合成処理システム１ａの構成に加えて可視画像撮影装置１６を備え、また、三次元合成処理装置２ｂが計測位置提示部２６および密度評価部２７をさらに有する構成である。

計測位置提示部２６は、手動または自動による方法により、三次元計測装置１１を設置する計測位置をユーザに提示することができる。手動による方法は、入力装置１５を介して、ユーザが所望の計測位置を設定する等である。また、自動による方法は、以降で説明する密度評価部２７による密度評価を用いる場合である。

密度評価部２７は、同一座標系に配置された計測データ（例えば点群データＧＤａｔａ）に基づいて、所定の空間（以降で説明する評価空間１００）をブロック１０１ごとに区分して、点群データＧＤａｔａの密度評価を行う。密度評価とは、例えば対象構造物５について計測された点群データＧＤａｔａが、対象構造物５の形状を三次元的に観察するために十分なデータ量かを判断するための指標である。

以下、図１１に示す第２の実施形態の三次元合成処理システムに用いられる三次元合成処理フローについて説明する。

三次元合成処理装置１ｂの計測位置提示部２６は、三次元計測装置１１を設置する計測位置を提示する（ステップＳ２０）。具体的には、ユーザが、入力装置１５を介して、三次元計測装置１１を設置する設定位置（計測位置）を設定する。三次元計測装置１１の設定位置は、例えば表示装置１４で点群データＧＤａｔａなどを表示している画面上で、設置したい位置に対応するポイントに入力装置１５のマウスカーソルを合わせてクリックすることで設定される。

また、いくつかの計測位置で点群データＧＤａｔａを取得した後には、以下に説明するように、三次元計測装置１１により計測して得られた点群データＧＤａｔａの密度評価を行い、その密度評価に基づいた三次元計測装置１１の提示計測位置に計測位置１１２を設定することができる。

以下、図１２に示す第２の実施形態の三次元合成処理システムに用いられる計測位置提示処理フローを、図１３および図１４を参照しながら説明する。

はじめに、入力装置１５から対象構造物５の評価空間１００が設定される（ステップＳ９０１）。

例えば、ユーザが、入力装置１５を介して、対象構造物５のおおよそのサイズがわかる場合にはそのサイズを指定し、不明な場合には測りたい空間のサイズをある基準点からのサイズとして指定するなどである。これにより、図１３に示すように、密度評価部２７は、指定されたサイズに応じて、二次元マップ上の領域もしくは三次元空間として評価空間１００を設定する。

ここで、評価空間１００とは、同一座標系に点群データＧＤａｔａが座標変換されて配置されて、点群データＧＤａｔａを含むように設定される有限の空間である。密度評価部２７は、この評価空間１００について所定の単位の複数のブロック１０１に分割して、点群データＧＤａｔａの密度評価を行う。

次に、入力装置１５から密度下限値が指定されると、密度評価部２７は、その指定値を密度下限値として設定する（ステップＳ９０２）。なお、予め密度下限値等をデータ記憶部２４に記憶させもよい。

次に、密度評価部２７は、設定した評価空間１００を複数のブロック１０１に分割する（ステップＳ９０３）。

図１３に示す評価空間１００は、例えば複数の点群データＧＤａｔａと、現在の計測位置１１１を含んでいる。図１３は、この評価空間１００を複数のブロック１０１に分割し、そのＸＹ平面（ＸＺ平面等でもよい）に投影した図である。また、図１４に、評価空間１００に加えて、図に示す点線内を対象ブロック１２０として示す。

次に、密度評価部２７は、分割した複数のブロック１０１の中から、例えば現在の計測位置１１１を含むブロック１０１とその周辺に位置する周辺ブロック１０１とを対象ブロック１２０として選択する（ステップＳ９０４）。

次に、密度評価部２７は、対象ブロック１２０内の点群データＧＤａｔａの密度を算出する（ステップＳ９０５）。点群データＧＤａｔａの密度は、例えば、点群データＧＤａｔａを二次元平面上に投影したときの面積を、投影した平面の面積で除した値や、点群データＧＤａｔａを含むブロックの体積を選択した対象ブロック１２０の体積で除した値などである。

次に、密度評価部２７は、点群データＧＤａｔａの密度が設定した密度下限値より小さいか否かを判定する（ステップＳ９０６）。

点群データＧＤａｔａの密度が設定した密度下限値より小さい場合に（ステップＳ９０６のＹＥＳ）、密度評価部２７は、ステップＳ９０７へ処理を進める。一方、点群データの密度が設定した密度下限値以上である場合には、ステップＳ９０８へ処理を進める。

密度評価部２７は、点群データＧＤａｔａの密度が設定した密度下限値より小さい選択ブロック１３０を未取得空間として抽出する（ステップＳ９０７）。すなわち、未取得空間は、点群データＧＤａｔａの密度が密度下限値より小さいブロック１０１である。なお、図１４では、未取得空間を示す選択ブロック１３０を斜線で示す。

密度評価部２７は、評価空間１００の全てのブロック１０１が対象ブロック１２０として選択されたか否かを判定する（ステップＳ９０８）。全てのブロック１０１が対象ブロック１２０として選択された場合に（ステップＳ９０８のＹＥＳ）、密度評価部２７は、ステップＳ９０９へ処理を進める。

全てのブロック１０１が対象ブロック１２０として選択されていない場合に（ステップＳ９０８のＮＯ）、密度評価部２７は、ステップＳ９０４へ処理を戻す。

次に、密度評価部２７は、抽出した未取得空間のうち、点群データＧＤａｔａの密度が最も小さいブロック１０１内の位置を計測位置１１２として選択（または抽出）し、計測位置提示部２６はこの選択された計測位置１１２をユーザに提示する（ステップＳ９０９）。

これにより、密度評価部２７は、点群データＧＤａｔａの密度評価に基づいて、点群データＧＤａｔａの密度が小さいブロック１０１を抽出し、当該抽出したブロック１０１の範囲にある座標を、三次元計測装置１１を設置すべき計測位置１１２として抽出する。

また、計測位置提示部２６が、これらの処理で抽出した未取得空間の位置を表示装置１４の画面上に表示して、ユーザの入力に応じて、未取得空間の中から計測位置１１２を選択することで計測位置１１２を設定してもよい。

例えば、計測位置提示部２６は、表示装置１４に表示している点群データＧＤａｔａの画面上において、設定した計測位置１１２に目印を表示する。表示装置１４への点群データＧＤａｔａの表示方法が、三次元表示の場合、ユーザは任意の視点、視線方向に変更することができ、この目印の位置を詳細に確認することができる。

また、点群データＧＤａｔａの表示画面に目印を表示する方法に限らず、三次元計測装置１１を設置する位置をカメラなどの可視画像撮影装置１６を用いて撮影してもよい。そして、撮影した画像上において、設定した計測位置１１２に相当する画面上の位置に目印を表示して、三次元計測装置１１の計測位置を提示してもよい。例えば、可視画像撮影装置１６で撮影して得られる画像データは、静止画像データ、もしくは動画像データである。

データ合成出力部２５は、三次元計測装置１１の計測位置１１２を表示したときの表示画像と、表示している点群データＧＤａｔａの画像と、可視画像撮影装置１６により同じ視線方向から三次元計測装置１１を設置する位置を撮影された画像との対応付けを行う。データ合成出力部２５は、この対応付けた画像を表示装置１４に出力する。

これにより、ユーザは、撮影画像上のどの画素が計測位置１１２に相当するかを検出し、その位置に目印を表示することができる。このとき、表示装置１４に表示されている点群データＧＤａｔａの画像を、撮影した画像に重ね合わせて表示することも可能であり、重ね合わせた画像を見ることで同じ方向から撮影できているかを判別することも可能である。

また、撮影装置で撮影した画像上に三次元計測装置１１の計測位置１１２を表示しているときに、その表示されている計測位置１１２へユーザまたは目印などが移動したことを検知して、ユーザに通知することで計測位置１１２を提示してもよい。ユーザまたは目印が計測位置１１２に移動したことを検知する手段としては、例えば、周知の画像処理技術を用いてユーザまたは目印の位置を検出し、計測位置１１２と同じ位置にいるかを判別してもよい。

周知の画像処理技術によるユーザの位置の検出手段としては、例えばユーザの参照画像を用意しておき、参照画像と撮影画像のブロックマッチングを行ってユーザの位置を検出する。または、ユーザを表す特徴量(例えばＨＯＧ特徴量)をあらかじめ学習しておき、学習した特徴量と合致する領域を探索することでユーザの位置を検出することができる。

この他、ユーザは撮影画像上で見えが変化するため、ユーザを直接検出する方法では検出できない場合も考えられる。そこで、画像上での見えが変化せず、人物領域を検出するよりも容易に検出可能な目印となる物体、例えば、チェッカーボードや棒、をユーザが持って移動することで、画像処理技術によりその位置を容易に検出でき、ユーザの位置検出精度を上げることもできる。

ユーザへの通知方法としては、例えば、アラーム音を一定間隔で鳴らすようにしておき、ユーザが計測位置１１２に近づくと、その間隔を短くし、逆に計測位置１１２から遠ざかると間隔を長くすることにより通知する。

ユーザが計測位置１１２に移動したとき、すなわち、検出した人物の位置と計測位置１１２の画像上でのずれが閾値以内となったときには、別のアラーム音や音声を流すことで計測位置１１２に移動したことを通知する。

以上が、ステップＳ２０に示す計測位置提示処理の説明である。

このステップＳ２０の後、計測位置１１２として提示された位置（提示計測位置）に三次元計測装置１１が移動された後に、点群データＤａｔａ＃ｎを取得するためのスキャン（計測）が開始され（ステップＳ２１）、前述したステップＳ２〜Ｓ７と同様に、ステップＳ２２〜Ｓ２７の処理が行われる。以降は、計測作業を終了するまで、ステップＳ２０〜Ｓ２７が繰り返し実行される。

なお、ステップＳ２４において、三次元計測装置１１の計測位置の取得を行うが、このとき、第１の実施形態と同様に、位置計測装置１３を用いて三次元計測装置１１の計測位置の取得する方法に限らず、計測位置提示部２６で設定した三次元計測装置１１の提示計測位置を、現在の計測位置として取得してもよい。この場合、三次元計測装置１１の計測位置を計測する作業が必要なくなるため、作業効率が向上する。

第２の実施形態によれば、三次元計測装置を設置すべき計測位置をユーザに提示することができ、計測作業の効率を向上させることができる。また、取得した計測データの密度評価により効率的に不足する計測データの計測位置を検索することができ、計測データの取りこぼしを低減することができる。

［第３の実施形態］
図１５は、本発明に係る三次元合成処理システムの第３の実施形態の構成を示すブロック図である。また、図１６は、第３の実施形態の三次元合成処理システムに用いられる三次元合成処理フローを示すフロー図である。

図１５に示す三次元合成処理システム１ｃは、図１に示す三次元合成処理システム１ａの構成に加えて姿勢自動制御装置１７を備え、また、三次元合成処理装置２ｃが計測位置提示部２６および初期姿勢設定部２８をさらに有する構成である。

初期姿勢設定部２８では、三次元計測装置１１の初期姿勢を設定する。初期姿勢とは、三次元計測装置１１が計測位置に設置された場合における、スキャン直前の三次元計測装置１１の姿勢である。例えば、スキャン直前に、三次元計測装置１１の回転の基準軸（Ｚ方向：重力方向とする）と直行するＸ軸がどの方向にあるかなどである。なお、この場合に、スキャン直前の三次元計測装置１１の姿勢は、所定の基準に対して同じであるとする。

以下、図１５を参照しながら、図１６に示す三次元合成処理方法を示すフローについて説明する。なお、図１６に示すフローのステップＳ３１〜Ｓ３３、Ｓ３５〜Ｓ３９は、各々、図１１に示すステップＳ２０、Ｓ２１、Ｓ２３、Ｓ２２およびＳ２４〜Ｓ２７と同じ処理である。ここでは、図１６に示す同じ処理のステップについては説明を省くものとする。

ステップＳ３０では、ユーザの入力を受け付け、三次元計測装置１１で計測を行う際の初期姿勢を設定する。例えば、三次元計測装置１１の初期姿勢を北向きの方位に設定する。

ステップＳ３４では、姿勢自動制御装置１７が、三次元計測装置１１の姿勢をステップＳ３０で設定した初期姿勢と同じになるように調整する。

ステップＳ３９の座標変換補正処理後、ステップＳ３１に戻って、繰り返し計測が実行されるか、または、図示しないステップ等であるが、ユーザの指定により計測が終了する。

計測状態取得部２１は、三次元計測装置１１に設置された姿勢計測装置１２から計測された姿勢を取得しながら、初期姿勢設定部２８により設定された初期姿勢と計測された姿勢との基準軸（例えばＸ軸）の角度のずれ量を算出する。

例えば、計測状態取得部２１は、この基準軸の角度のずれ量を表示装置１４に出力（通知）する。ユーザは、このずれ量が所定の閾値以内に収まるように三次元計測装置１１の姿勢を調整することができる。

また、計測状態取得部２１は、姿勢計測装置１２により計測した姿勢が設定した初期姿勢と一致する方向である場合、すなわち角度のずれ量が小さくなる方向（初期姿勢に近づいている方向）であることを通知する。また、初期姿勢と一致した、すなわち現在の姿勢と初期姿勢の角度のずれ量が閾値以内に収まったときには一致したことを通知する。

これらの通知方法としては、表示装置１４に出力するだけでなく、例えばアラーム音を一定間隔で鳴らすようにしておき、三次元計測装置１１の姿勢が設定した初期姿勢に近づいたとき、すなわち計測した姿勢と初期姿勢の角度のずれ量が小さくなったときには、例えばアラーム音を鳴らす間隔を短くする。逆に、三次元計測装置１１の姿勢が設定した初期姿勢から遠くなったとき、すなわち計測した姿勢と初期姿勢の角度のずれ量が大きくなったときには、アラーム音を鳴らす間隔を長くする等である。

三次元計測装置１１の姿勢が初期姿勢と一致したとき、すなわち計測した姿勢と初期姿勢の角度のずれ量が閾値以内に収まったときには、別のアラーム音や音声を流すことで通知する等の聴覚で認識可能な手段を用いてもよい。

また、三次元計測装置１１の姿勢をユーザが調整する方法に限らず、姿勢自動制御装置１７が姿勢を初期姿勢や設定した姿勢に調整することができるようにしてもよい。この場合、姿勢自動制御装置１７は、三次元計測装置１１の座標系の３軸の回転や移動などをモータ制御する手段などを有する。

例えば、姿勢自動制御装置１７に三次元計測装置１１を搭載可能とする。姿勢自動制御装置１７は、初期姿勢と姿勢計測装置１２により計測された姿勢との角度のずれ量を算出する。姿勢自動制御装置１７は、その角度のずれ量に応じて、所定の座標軸を回転させる回転量を制御することにより、三次元計測装置１１の姿勢を初期姿勢に合わせる。

本実施形態では、三次元計測装置１１の計測位置での初期姿勢を、グローバル座標系を基準とする姿勢と一致させることで、ステップＳ３７で算出する座標変換行列Ｆは、（数５）に示すように簡単化できる。

すなわち、三次元計測装置１１の計測位置ごとの初期姿勢をグローバル座標系を基準とする姿勢に合わせて計測する場合に、座標変換部２２が取得した点群データをグローバル座標系に座標変換するためには、並進ベクトルｔ＝（ｆ_１４，ｆ_２４，ｆ_３４）を算出するだけでよい。これにより、さらに高速に点群データ（計測データ）を三次元合成処理することができる。

以上説明したように、第３の実施形態によれば、三次元計測装置の姿勢を任意の初期姿勢に調整することができるため、例えば計測位置ごとにグローバル座標系を基準とする初期姿勢に合わせることができる。これにより、計測位置ごとの座標変換を簡単化でき、さらに高速に計測データを三次元合成処理することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。また、前述した実施形態の適用例として、レーザ計測などによる非接触計測を用いた三次元合成処理システムを一例として示したが、超音波計測などのその他の接触／非接触計測を用いる場合にも、同様に適用できることはいうまでもない。

１ａ、１ｂ、１ｃ…三次元合成処理システム、２ａ、２ｂ、２ｃ…三次元合成処理装置、１１…三次元計測装置、１２…姿勢計測装置、１３…位置計測装置、１４…表示装置、１５…入力装置、１６…可視画像撮影装置、１７…姿勢自動制御装置、２１…計測状態取得部、２２…座標変換部、２３…座標変換行列補正部、２４…データ記憶部、２５…データ合成出力部、２６…計測位置提示部、２７…密度評価部、２８…初期姿勢設定部、１００…評価空間、１０１…ブロック、１１１…現在の計測位置、１１２…計測位置、１２０…対象ブロック、１３０…選択ブロック

Claims (12)

1. 計測対象の構造物の計測を行って当該構造物を三次元に観察可能に表示する三次元合成処理システムであって、
   複数の計測位置で前記構造物の表面の位置および形状を計測して複数の計測データを取得する三次元計測装置と、
   前記三次元計測装置の姿勢を計測する姿勢計測装置と、
   前記三次元計測装置が計測を実行する第１の計測位置と前記第１の計測位置と異なる前記三次元計測装置が計測を実行する第２の計測位置との間の距離、および、前記第２の計測位置から前記第１の計測位置への方向を計測する位置計測装置と、
   前記複数の計測データに基づいて前記構造物について三次元合成処理する三次元合成処理装置と、
   前記構造物について三次元合成処理した結果を表示する表示装置と、を備え、
   前記三次元合成処理装置は、
   前記姿勢計測装置により計測された前記姿勢に基づいて姿勢計測情報を生成し、前記位置計測装置により計測された前記距離および前記方向に基づいて位置計測情報を生成する計測状態取得部と、
   前記複数の計測位置と、前記複数の計測データと、前記姿勢計測情報と、前記位置計測情報とを記憶するデータ記憶部と、
   いずれかの位置を基準とする座標系を同一座標系とし、前記姿勢計測情報および前記位置計測情報に基づいて前記複数の計測位置の各々を基準とする座標系を前記同一座標系に変換する座標変換を用いて、前記複数の計測データを前記同一座標系を基準とする座標に変換する座標変換部と、
   前記構造物について前記三次元合成処理した結果として、前記座標変換部により前記同一座標系に変換された前記複数の計測データの座標を前記同一座標系に配置して前記表示装置に出力するデータ合成出力部と、
   前記同一座標系に前記複数の計測データが座標変換されて配置された有限の評価空間を設定し、当該評価空間について所定の単位の複数のブロックに分割して、前記計測データを所定の面積をもった点群データとして表して、その点群データを二次元平面上に投影した時のその点群データの投影面積を前記二次元平面の面積で除した値としての密度で評価する密度評価部と、
   前記計測データの前記密度評価に基づいて、前記計測データの密度が所定の閾値よりも低い前記ブロックを抽出し、当該抽出した前記ブロックの範囲にある座標を、前記三次元計測装置を設置すべき位置である提示計測位置として提示する計測位置提示部と、を有する
   ことを特徴とする三次元合成処理システム。
2. 前記計測状態取得部は、前記複数の計測位置と、前記複数の計測データと、前記姿勢計測情報と、前記位置計測情報とを関連付けて前記データ記憶部に格納する
   ことを特徴とする請求項１に記載の三次元合成処理システム。
3. 前記姿勢計測装置は、三次元磁気センサを有し、前記三次元磁気センサにより計測される前記方向に基づいて前記三次元計測装置の前記姿勢を計測する
   ことを特徴とする請求項２に記載の三次元合成処理システム。
4. 前記姿勢計測装置は、ジャイロセンサを有し、前記ジャイロセンサにより計測される角加速度に基づいて前記三次元計測装置の前記姿勢を計測する
   ことを特徴とする請求項２に記載の三次元合成処理システム。
5. 前記位置計測装置は、ＧＰＳセンサを有し、前記三次元計測装置と一体となるように据え付けられ、前記ＧＰＳセンサを用いて前記第１の計測位置と前記第２の計測位置との間の前記距離および前記方向を計測する
   ことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の三次元合成処理システム。
6. 前記位置計測装置は、レーザ距離計を有し、前記レーザ距離計を用いて前記第１の計測位置と前記第２の計測位置との間の前記距離および前記方向を計測する
   ことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の三次元合成処理システム。
7. 前記計測位置提示部は、前記表示装置に表示されている画面上において前記三次元計測装置を設置する位置に目印を表示し、当該表示された目印の位置を前記三次元計測装置の前記第２の計測位置として提示するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の三次元合成処理システム。
8. 前記三次元計測装置が設置される位置を撮影する可視画像撮影装置をさらに備え、
   前記計測位置提示部は、前記可視画像撮影装置により撮影された画像を用いて、前記画像上において前記三次元計測装置を設置する前記第２の計測位置に前記目印を表示して、前記画像上に前記第２の計測位置を提示する
   ことを特徴とする請求項７に記載の三次元合成処理システム。
9. 前記三次元合成処理装置は、
   前記三次元計測装置の初期姿勢を設定する初期姿勢設定部をさらに有し、
   前記計測状態取得部は、前記姿勢計測装置により計測された前記三次元計測装置の前記姿勢が前記初期姿勢設定部により設定された前記初期姿勢と一致した場合に、前記表示装置に一致した旨を表示させる
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の三次元合成処理システム。
10. 前記姿勢計測装置により計測された前記三次元計測装置の前記姿勢と前記初期姿勢設定部により設定された前記初期姿勢とが一致するように前記三次元計測装置の前記姿勢を調整する姿勢自動制御装置をさらに備える
    ことを特徴とする請求項９に記載の三次元合成処理システム。
11. 前記計測状態取得部は、前記計測位置提示部により提示された前記三次元計測装置の設置位置を現在の設置位置として取得可能に構成されている
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の三次元合成処理システム。
12. 複数の計測位置で計測対象の構造物の表面の位置および形状を計測して複数の計測データを取得する三次元計測装置と、前記三次元計測装置の姿勢を計測する姿勢計測装置と、異なる前記計測位置での距離および方向を計測する位置計測装置と、前記複数の計測データに基づいて前記構造物について三次元合成処理する三次元合成処理装置と、前記構造物について三次元合成処理した結果を表示する表示装置とを備え、前記構造物の計測を行って前記構造物を三次元に観察可能に表示する三次元合成処理システムに用いられる三次元合成処理方法であって、
    前記三次元合成処理装置が、前記姿勢計測装置により計測された前記姿勢に基づいて姿勢計測情報を生成し、前記位置計測装置により計測された前記距離および前記方向に基づいて位置計測情報を生成する計測状態取得ステップと、
    前記三次元合成処理装置が、前記複数の計測位置と、前記複数の計測データと、前記姿勢計測情報と、前記位置計測情報とを記憶するデータ記憶ステップと、
    前記三次元合成処理装置が、いずれかの位置を基準とする座標系を同一座標系とし、前記姿勢計測情報および前記位置計測情報に基づいて前記複数の計測位置の各々を基準とする座標系を前記同一座標系に変換する座標変換を用いて、前記複数の計測データを前記同一座標系を基準とする座標に変換する座標変換ステップと、
    前記三次元合成処理装置が、前記構造物について前記三次元合成処理した結果として、前記座標変換ステップにより座標変換された前記複数の計測データを前記同一座標系に配置して前記表示装置に出力するデータ合成出力ステップと、
    前記三次元合成処理装置が、前記同一座標系に前記複数の計測データが座標変換されて配置された有限の評価空間を設定し、当該評価空間について所定の単位の複数のブロックに分割して、前記計測データを所定の面積をもった点群データとして表して、その点群データを二次元平面上に投影した時のその点群データの投影面積を前記二次元平面の面積で除した値としての密度で評価する密度評価ステップと、
    前記三次元合成処理装置が、前記密度評価ステップの結果に基づいて、前記計測データの密度が所定の閾値よりも低い前記ブロックを抽出し、当該抽出した前記ブロックの範囲にある座標を、前記三次元計測装置を設置すべき位置である提示計測位置として提示する計測位置提示ステップと、を含む
    ことを特徴とする三次元合成処理方法。

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