JP6674846B2 - 形状計測システム、作業機械及び形状計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、対象の位置を計測する形状計測システム、この形状計測システムを有する作業機械及び対象の位置を計測する形状計測方法に関する。

撮像装置を有する作業機械がある。特許文献１には、記憶部に記憶された施工計画データと、ステレオカメラの位置情報に基づき施工計画画像データを作成し、施工計画画像データとステレオカメラで撮像された現況画像データとを重合わせ、重合わせた合成画像を三次元表示装置に三次元表示させる技術が記載されている。

特開２０１３−０３６２４３号公報

ステレオカメラの撮像範囲を変更したり、ステレオカメラによって撮像されたデータの解像度を変更したりするといったような、ステレオ方式による画像処理が実行される際に用いられる計測条件を変更したいという要請がある。特許文献１には、前述した計測条件を変更することについては記載も示唆もなく、改善の余地がある。

本発明は、ステレオ方式による画像処理が実行される際に用いられる計測条件を変更することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、作業機械に取り付けられ、前記作業機械の周囲の対象を検出する対象検出部と、前記対象検出部によって検出された検出結果を用いて、前記対象の三次元形状を表す形状情報を求める演算部と、を備え、前記演算部は、前記形状情報を求める範囲を変更できる、形状計測システムが提供される。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記形状情報には、位置の精度に関する属性情報が付加される形状計測システムが提供される。

本発明の第３の態様によれば、第１の態様において、前記演算部は、前記形状情報を求める範囲を変更するための信号を、管理装置、携帯端末装置又は前記作業機械の入力装置から受け取る形状計測システムが提供される。

本発明の第４の態様によれば、第２の態様において、前記形状情報には、前記対象の形状情報が求められる範囲である第１の計測範囲の場合には、前記第１の計測範囲内の計測結果に、前記位置の精度が高いことを示す情報が付加される形状計測システムが提供される。

本発明の第５の態様によれば、第４の態様において、前記形状情報には、前記対象の形状情報が求められ、かつ前記第１の計測範囲よりも広い範囲である第２の計測範囲から前記第１の計測範囲を除いた領域には、前記領域内の計測結果に、前記位置の精度が低いことを示す情報が付加される形状計測システムが提供される。

本発明の第６の態様によれば、第２の態様において、計測された位置に付加される前記位置の精度に関する属性情報は、計測された位置における前記対象検出部からの距離に応じて変更される形状計測システムが提供される。

本発明の第７の態様によれば、第２の態様において、前記位置の精度に関する属性情報を前記形状情報とともに表示する表示装置を有する形状計測システムが提供される。

本発明の第８の態様によれば、第２の態様において、前記形状情報は、複数のメッシュで分けられており、各メッシュは、前記対象の位置情報及び位置の精度に関する属性情報を有する形状計測システムが提供される。

本発明の第９の態様によれば、第２の態様において、前記形状情報は、複数のメッシュで分けられており、前記演算部は、前記対象の位置情報を有する少なくとも２つの前記メッシュを用いて、前記対象の位置情報を有さないメッシュの前記位置情報を求める形状計測システムが提供される。

本発明の第１０の態様によれば、第２の態様において、前記形状情報は、複数のメッシュで分けられており、前記対象検出部の位置からの距離が大きくなるにしたがって、メッシュの大きさが大きく設定される形状計測システムが提供される。

本発明の第１１の態様によれば、第１の態様から第１０の態様のいずれか１つに係る形状計測システムを有する作業機械が提供される。

本発明の第１２の態様によれば、作業機械によって前記作業機械の周囲の対象を検出する工程と、前記検出された結果を用いて、前記対象の三次元形状を表す形状情報を求めて出力する工程と、を含み、前記形状情報を求める範囲を変更できる形状計測方法が提供される。

本発明の態様によれば、ステレオ方式による画像処理が実行される際に用いられる計測条件を変更することができる。

実施形態に係る油圧ショベルを示す斜視図である。 実施形態に係る油圧ショベルの運転席付近の斜視図である。 実施形態に係る形状計測システム、作業機械の制御システム及び施工管理システムを示す図である。 形状計測システムの検出処理装置、作業機械の制御システムが有する各種の機器類、及び管理装置のハードウェア構成例を示す図である。 実施形態に係る作業機械の形状計測システムが求める形状情報について説明するための図である。 対象の形状情報を計測する範囲Ａを示す図である。 形状情報に含まれるメッシュを示す図である。 表示装置が、計測された位置の精度に関する属性情報を判別できるような形態で表示する例を示す図である。 位置情報を有するメッシュ及び位置情報を有さないメッシュを示す図である。 形状情報に含まれるノイズ及び作業機を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜油圧ショベルの全体構成＞
図１は、実施形態に係る油圧ショベル１を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る油圧ショベル１の運転席付近の斜視図である。作業機械である油圧ショベル１は、車体１Ｂ及び作業機２を有する。車体１Ｂは、旋回体３、運転室４及び走行体５を有する。旋回体３は、旋回中心軸Ｚｒを中心として走行体５に旋回可能に取り付けられている。旋回体３は、油圧ポンプ及びエンジン等の装置を収容している。

旋回体３は、作業機２が取り付けられて旋回する。旋回体３の上部には手すり９が取り付けられている。手すり９には、アンテナ２１，２２が取り付けられる。アンテナ２１，２２は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう）用のアンテナである。アンテナ２１，２２は、車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）のＹｍ軸と平行な方向に沿って、一定距離だけ離れて配置されている。アンテナ２１，２２は、ＧＮＳＳ電波を受信し、受信したＧＮＳＳ電波に応じた信号を出力する。アンテナ２１，２２は、ＧＰＳ（Global Positioning System）用のアンテナであってもよい。

運転室４は旋回体３の前部に載置されている。運転室４の屋根には、通信用のアンテナ２５Ａが取り付けられている。走行体５は、履帯５ａ，５ｂを有している。履帯５ａ，５ｂが回転することにより油圧ショベル１が走行する。

作業機２は、車体１Ｂの前部に取り付けられている。作業機２は、ブーム６、アーム７、作業具としてのバケット８、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２を有する。実施形態において、車体１Ｂの前方は、図２に示される運転席４Ｓの背もたれ４ＳＳから操作装置３５に向かう方向側である。車体１Ｂの後方は、操作装置３５から運転席４Ｓの背もたれ４ＳＳに向かう方向側である。車体１Ｂの前部は、車体１Ｂの前方側の部分であり、車体１ＢのカウンタウエイトＷＴとは反対側の部分である。操作装置３５は、作業機２及び旋回体３を操作するための装置であり、右側レバー３５Ｒ及び左側レバー３５Ｌを有する。

ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車体１Ｂの前部に回動可能に取り付けられている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に回動可能に取り付けられている。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が回動可能に取り付けられている。

図１に示されるブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２は、それぞれ作動油の圧力、すなわち油圧によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０は、油圧によって伸縮することによって、ブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、油圧によって伸縮することによって、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、油圧によって伸縮することによって、バケット８を駆動する。

バケット８は、複数の刃８Ｂを有する。複数の刃８Ｂは、バケット８の幅方向に沿って一列に並んでいる。刃８Ｂの先端は、刃先８ＢＴである。バケット８は、作業具の一例である。作業具は、バケット８に限定されない。

旋回体３は、位置検出装置２３と、姿勢検出装置の一例であるＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）２４とを有する。位置検出装置２３は、アンテナ２１，２２から取得した信号を用いて、グローバル座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるアンテナ２１，２２の現在位置及び旋回体３の方位を検出して、出力する。旋回体３の方位は、グローバル座標系における旋回体３の向きを表す。旋回体３の向きは、例えば、グローバル座標系のＺｇ軸周りにおける旋回体３の前後方向の向きで表すことができる。方位角は、旋回体３の前後方向における基準軸の、グローバル座標系のＺｇ軸周りにおける回転角である。方位角によって旋回体３の方位が表される。

＜撮像装置＞
図２に示されるように、油圧ショベル１は、運転室４内に複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを有する。複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、対象の形状を検出する検出装置の一例である。以下において、複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを区別しない場合は適宜、撮像装置３０と称する。複数の撮像装置３０のうち撮像装置３０ａ及び撮像装置３０ｃは、作業機２側に配置される。撮像装置３０の種類は限定されないが、実施形態では、例えば、ＣＣＤ（Couple Charged Device）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを備えた撮像装置が用いられる。

図２に示されるように、撮像装置３０ａと撮像装置３０ｂとは所定の間隔をおいて同じ方向又は異なる方向を向いて運転室４内に配置される。撮像装置３０ｃと撮像装置３０ｄとは所定の間隔をおいて同じ方向又は異なる方向を向いて運転室４内に配置される。複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、これらのうち２個が組み合わされてステレオカメラを構成する。実施形態では、撮像装置３０ａ，３０ｂの組合せのステレオカメラ、及び撮像装置３０ｃ，３０ｄの組合せのステレオカメラが構成される。

実施形態において、撮像装置３０ａ及び撮像装置３０ｂは上方を向いており、撮像装置３０ｃ及び撮像装置３０ｄは下方を向いている。少なくとも撮像装置３０ａ及び撮像装置３０ｃは、油圧ショベル１、実施形態では旋回体３の正面を向いている。撮像装置３０ｂ及び撮像装置３０ｄは、作業機２の方に若干向けられて、すなわち、撮像装置３０ａ及び撮像装置３０ｃ側の方に若干向けられて配置されることもある。

実施形態において、油圧ショベル１は、４個の撮像装置３０を有するが、油圧ショベル１が有する撮像装置３０の数は少なくとも２個であればよく、４個に限定されない。油圧ショベル１は、少なくとも一対の撮像装置３０でステレオカメラを構成して、対象をステレオ撮影するからである。

複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、運転室４内の前方かつ上方に配置される。上方とは、油圧ショベル１が有する履帯５ａ，５ｂの接地面と直交し、かつ接地面から離れる方向側である。履帯５ａ，５ｂの接地面は、履帯５ａ，５ｂのうち少なくとも一方が接地する部分の、同一直線上には存在しない少なくとも３点で規定される平面である。下方は、上方とは反対方向側、すなわち履帯５ａ，５ｂの接地面と直交し、かつ接地面に向かう方向側である。

複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、油圧ショベル１の車体１Ｂの前方に存在する対象をステレオ撮影する。対象は、例えば、油圧ショベル１が施工する対象、すなわち施工対象、油圧ショベル１以外の作業機械の施工対象及び施工現場で作業する作業者の施工対象のうち少なくとも１つである。複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、油圧ショベル１の所定の位置、実施形態では運転室４内の前方かつ上方から対象を検出する。実施形態においては、少なくとも一対の撮像装置３０によるステレオ撮影の結果を用いて、対象が三次元計測される。複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが配置される場所は、運転室４内の前方かつ上方に限定されるものではない。

複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄのうち、例えば、撮像装置３０ｃをこれらの基準とする。４個の複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、それぞれ座標系を有する。これらの座標系を適宜、撮像装置座標系と称する。図２では、基準となる撮像装置３０ｃの座標系（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）のみを示している。撮像装置座標系の原点は、例えば、各撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの中心である。

実施形態において、各撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの撮像範囲は、油圧ショベル１の作業機２が施工できる範囲よりも大きい。このようにすることで、各撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、作業機２が掘削できる範囲の対象を確実にステレオ撮影することができる。

前述した車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）は、車体１Ｂ、実施形態では旋回体３に固定された原点を基準とする座標系である。実施形態において、車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）の原点は、例えば、旋回体３のスイングサークルの中心である。スイングサークルの中心は、旋回体３の旋回中心軸Ｚｒ上に存在する。車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）のＺｍ軸は旋回体３の旋回中心軸Ｚｒとなる軸であり、Ｘｍ軸は旋回体３の前後方向に延び、かつＺｍ軸と直交する軸である。Ｘｍ軸は、旋回体３の前後方向における基準軸である。Ｙｍ軸は、Ｚｍ軸及びＸｍ軸と直交する、旋回体３の幅方向に延びる軸である。前述したグローバル座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）は、ＧＮＳＳによって計測される座標系であり、地球に固定された原点を基準とした座標系である。

車体座標系は、実施形態の例には限定されない。車体座標系は、例えば、ブームピン１３の中心を車体座標系の原点としてもよい。ブームピン１３の中心とは、ブームピン１３が延びる方向と直交する平面でブームピン１３を切ったときの断面の中心、かつブームピン１３が延びる方向における中心である。

＜形状計測システム、作業機械の制御システム及び施工管理システム＞
図３は、実施形態に係る形状計測システム１Ｓ、作業機械の制御システム５０及び施工管理システム１００を示す図である。図３に示される形状計測システム１Ｓ、作業機械の制御システム５０及び施工管理システム１００の装置構成は一例であり、実施形態の装置構成例には限定されない。例えば、制御システム５０に含まれる各種の装置はそれぞれ独立していなくてもよい。すなわち、複数の装置の機能が１つの装置によって実現されてもよい。

形状計測システム１Ｓは、複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄと、検出処理装置５１とを含む。作業機械の制御システム５０（以下、適宜、制御システム５０と称する）は、形状計測システム１Ｓと、油圧ショベル１を制御するための各種の制御装置とを含む。形状計測システム１Ｓ及び各種の制御装置は、図１に示される油圧ショベル１の車体１Ｂ、実施形態では旋回体３に備えられている。

制御システム５０が有する各種の制御装置は、図３に示される入力装置５２、センサ制御装置５３、機関制御装置５４、ポンプ制御装置５５及び作業機制御装置５６を含む。この他に、制御システム５０は、油圧ショベル１の状態及び油圧ショベル１による施工の状況を管理する施工管理装置５７を有する。また、制御システム５０は、油圧ショベル１の情報を表示したり施工のガイダンス画像を画面５８Ｄに表示したりする表示装置５８と、油圧ショベル１の外部に存在する管理施設６０の管理装置６１、他の作業機械７０、携帯端末装置６４及び管理施設６０の管理装置６１以外の装置のうち少なくとも１つと通信する通信装置２５とを有する。さらに、制御システム５０は、油圧ショベル１の制御に必要な情報を取得するための位置検出装置２３及び姿勢検出装置の一例であるＩＭＵ２４を有する。

実施形態において、検出処理装置５１、入力装置５２、センサ制御装置５３、機関制御装置５４、ポンプ制御装置５５、作業機制御装置５６、施工管理装置５７、表示装置５８、位置検出装置２３及び通信装置２５は、信号線５９に接続されて、相互に通信する。実施形態において、信号線５９を用いた通信の規格はＣＡＮ（Controller Area Network）であるが、これに限定されない。以下において、油圧ショベル１というときには、油圧ショベル１が有する検出処理装置５１及び入力装置５２等の各種の電子装置を指すこともある。

図４は、形状計測システム１Ｓの検出処理装置５１、作業機械の制御システム５０が有する各種の機器類、及び管理装置６１のハードウェア構成例を示す図である。実施形態において、油圧ショベル１が有する検出処理装置５１、センサ制御装置５３、機関制御装置５４、ポンプ制御装置５５、作業機制御装置５６、施工管理装置５７、表示装置５８、位置検出装置２３及び通信装置２５及び管理装置６１は、図４に示されるように、処理部ＰＲ、記憶部ＭＲ及び入出力部ＩＯを有する。処理部ＰＲは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサとメモリとによって実現される。

記憶部ＭＲは、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク及び光磁気ディスクのうち少なくとも１つが用いられる。

入出力部ＩＯは、油圧ショベル１又は管理装置６１が、他の機器及び内部の装置とデータ及び信号等を送受信するためのインターフェース回路である。内部の装置には、油圧ショベル１内の信号線５９も含まれる。

油圧ショベル１と管理装置６１とは、それぞれの機能を処理部ＰＲに実現させるためのコンピュータプログラムを記憶部ＭＲに記憶している。油圧ショベル１の処理部ＰＲと管理装置６１の処理部ＰＲとは、記憶部ＭＲから前述したコンピュータプログラムを読み出して実行することにより、それぞれの装置の機能を実現する。油圧ショベル１が有する各種の電子装置、機器及び管理装置６１は、専用のハードウェアで実現されてもよいし、複数の処理回路が連携してそれぞれの機能を実現するものであってもよい。次に、油圧ショベル１が有する各種の電子装置及び機器について説明する。

検出処理装置５１は、一対の撮像装置３０によって撮像された対象の一対の画像に、ステレオ方式における画像処理を施すことにより、対象の位置、具体的には三次元座標系における対象の座標を求める。このように、検出処理装置５１は、同一の対象を少なくとも一対の撮像装置３０で撮像することによって得られた一対の画像を用いて、対象を三次元計測する。すなわち、少なくとも一対の撮像装置３０及び検出処理装置５１は、ステレオ方式により対象を三次元計測するものである。ステレオ方式における画像処理とは、同一の対象を２つの異なる撮像装置３０から観測して得られる２つの画像から、その対象までの距離を得る手法である。対象までの距離は、例えば、対象までの距離情報を濃淡により可視化した距離画像として表現される。距離画像は、対象の三次元形状を表す形状情報に相当する。

検出処理装置５１は、少なくとも一対の撮像装置３０によって検出、すなわち撮像された対象の情報を取得し、取得した対象の情報から対象の三次元形状を示す形状情報を求める。実施形態では、少なくとも一対の撮像装置３０が対象を撮像することにより対象の情報を生成して出力する。対象の情報は、少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された対象の画像である。検出処理装置５１は、対象の画像にステレオ方式による画像処理を施すことにより、形状情報を求め、出力する。実施形態において、少なくとも一対の撮像装置３０を有する油圧ショベル１の施工対象又は施工後の対象が少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像されるが、他の作業機械７０の施工対象又は施工後の対象が、少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像されてもよい。

実施形態において、施工対象及び施工後の対象は、撮像装置３０を有する油圧ショベル１、他の作業機械７０、油圧ショベル以外の作業機械及び作業者のうち少なくとも１つの施工対象及び施工後の対象であればよい。

検出処理装置５１は、演算部５１Ａ及び変更部５１Ｂを有する。演算部５１Ａは、対象検出部である少なくとも一対の撮像装置３０によって検出された対象の情報を用いて、対象の三次元形状を表す形状情報を求めて出力する。詳細には、演算部５１Ａは、少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された一対の画像に、ステレオ方式における画像処理を施して形状情報を求めて出力する。

変更部５１Ｂは、演算部５１Ａが形状情報を求める際に用いる計測条件を変更する。演算部５１Ａ及び変更部５１Ｂの機能は、図４に示される処理部ＰＲが実現する。前述した計測条件は、演算部５１Ａが形状情報を求める際の条件を決定するための計測条件であり、詳細については後述する。

実施形態において、少なくとも一対の撮像装置３０は、油圧ショベル１に取り付けられて、油圧ショベル１００の周囲の対象を検出して対象の情報を出力する対象検出部に相当する。検出処理装置５１は、少なくとも一対の撮像装置３０によって検出された対象の情報を用いて、対象の三次元形状を表す形状情報を出力する形状検出部に相当する。

検出処理装置５１には、ハブ３１及び撮像スイッチ３２が接続される。ハブ３１は、複数の撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが接続されている。ハブ３１を用いずに、撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄと検出処理装置５１とが接続されてもよい。撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが対象を検出した結果、すなわち対象を撮像した結果は、ハブ３１を介して検出処理装置５１に入力される。検出処理装置５１は、ハブ３１を介して、撮像装置３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが撮像した結果、実施形態では対象の画像を取得する。実施形態において、撮像スイッチ３２が操作されると、少なくとも一対の撮像装置３０は対象を撮像する。撮像スイッチ３２は、図２に示される運転室４内の操作装置３５の近傍に設置される。撮像スイッチ３２の設置場所はこれに限定されない。

入力装置５２は、形状計測システム１Ｓ及び制御システム５０へ命令を入力したり、情報を入力したり、設定を変更したりするための装置である。入力装置５２は、例えば、キー、ポインティングデバイス及びタッチパネルであるが、これらに限定されない。後述する表示装置５８の画面５８Ｄにタッチパネルを設けることにより、表示装置５８に入力機能を持たせてもよい。この場合、制御システム５０は入力装置５２を有さなくてもよい。

センサ制御装置５３は、油圧ショベル１の状態の情報及び油圧ショベル１の周囲の状態の情報を検出するためのセンサ類が接続される。センサ制御装置５３は、センサ類から取得した情報を、他の電子装置及び機器が取り扱うことのできるフォーマットに変換して出力する。油圧ショベル１の状態の情報は、例えば、油圧ショベル１の姿勢の情報及び作業機２の姿勢の情報等である。図３に示される例では、油圧ショベル１の状態の情報を検出するセンサとして、ＩＭＵ２４、第１角度検出部１８Ａ、第２角度検出部１８Ｂ及び第３角度検出部１８Ｃがセンサ制御装置５３に接続されているが、センサ類はこれらに限定されない。

ＩＭＵ２４は、自身に作用する加速度及び角速度、すなわち油圧ショベル１に作用する加速度及び角速度を検出して出力する。油圧ショベル１に作用する加速度及び角速度から、油圧ショベル１の姿勢が分かる。油圧ショベル１の姿勢を検出できれば、ＩＭＵ２４以外の装置であってもよい。実施形態において、第１角度検出部１８Ａ、第２角度検出部１８Ｂ及び第３角度検出部１８Ｃは、例えばストロークセンサである。これらは、それぞれが、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２のストローク長さを検出することにより、車体１Ｂに対するブーム６の回動角と、ブーム６に対するアーム７の回動角と、アーム７に対するバケット８の回動角とを間接的に検出する。第１角度検出部１８Ａ、第２角度検出部１８Ｂ及び第３角度検出部１８Ｃによって検出された車体１Ｂに対するブーム６の回動角、ブーム６に対するアーム７の回動角及びアーム７に対するバケット８の回動角と、作業機２の寸法とから、車体座標系における作業機２の部分の位置が分かる。例えば、作業機２の部分の位置としては、例えば、バケット８の刃先８ＢＴの位置である。第１角度検出部１８Ａ、第２角度検出部１８Ｂ及び第３角度検出部１８Ｃは、ストロークセンサに代えてポテンショメータ又は傾斜計であってもよい。

機関制御装置５４は、油圧ショベル１の動力発生装置である内燃機関２７を制御する。内燃機関２７は、例えばディーゼルエンジンであるが、これに限定されない。また、油圧ショベル１の動力発生装置は、内燃機関２７と発電電動機とを組み合わせたハイブリッド方式の装置であってもよい。内燃機関２７は、油圧ポンプ２８を駆動する。

ポンプ制御装置５５は、油圧ポンプ２８から吐出される作動油の流量を制御する。実施形態において、ポンプ制御装置５５は、油圧ポンプ２８から吐出される作動油の流量を調整するための制御指令の信号を生成する。ポンプ制御装置５５は、生成した制御信号を用いて油圧ポンプ２８の斜板角を変更することにより、油圧ポンプ２８から吐出される作動油の流量を変更する。油圧ポンプ２８から吐出された作動油は、コントロールバルブ２９に供給される。コントロールバルブ２９は、油圧ポンプ２８から供給された作動油を、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及び油圧モータ５Ｍ等の油圧機器に供給して、これらを駆動する。

作業機制御装置５６は、例えば、バケット８の刃先８ＢＴを目標とする施工面に沿って移動させる制御を実行する。作業機制御装置５６は、作業機制御部に相当する。この制御を、以下においては適宜、作業機制御と称する。作業機制御装置５６は、作業機制御を実行するにあたって、例えば、施工時に目標とする情報である目標施工情報に含まれる目標施工面にバケット８の刃先８ＢＴが沿うようにコントロールバルブ２９を制御して作業機２を制御する。

施工管理装置５７は、例えば、検出処理装置５１が求めた形状情報のうち、油圧ショベル１が施工対象を施工した施工結果の形状情報、及び油圧ショベル１がこれから施工しようとする対象の現況地形を示す形状情報の少なくとも一方を収集し、記憶部５７Ｍに記憶させる。施工管理装置５７は、記憶部５７Ｍに記憶させた形状情報を、通信装置２５を介して管理装置６１又は携帯端末装置６４に送信する。施工管理装置５７は、記憶部５７Ｍに記憶させた施工結果の形状情報を、通信装置２５を介して管理装置６１又は携帯端末装置６４に送信する。施工管理装置５７は、検出処理装置５１が求めた形状情報及び目標施工情報の少なくとも一方を収集し、記憶部５７Ｍに記憶せずに管理装置６１又は携帯端末装置６４に送信してもよい。記憶部５７Ｍは、図４に示される記憶部ＭＲに相当する。以下において、油圧ショベル１が施工対象を施工した施工結果の形状情報を適宜、施工結果と称することがある。

施工管理装置５７は、油圧ショベル１の外部に設けられた、例えば管理装置６１に設けられてもよい。この場合、施工管理装置５７は、油圧ショベル１から通信装置２５を介して施工結果の形状情報、及び油圧ショベル１がこれから施工しようとする対象の現況地形を示す形状情報の少なくとも一方を取得する。

施工結果は、例えば、少なくとも一対の撮像装置３０が施工後の対象を撮像し、検出処理装置５１が撮像結果にステレオ方式による画像処理を施すことによって求められた形状情報である。以下、施工しようとする対象の現況地形を示す形状情報を、適宜、現況地形情報と称する。また、形状情報は、施工結果を示す形状情報である場合と、現況地形を示す形状情報である場合とがある。現況地形情報とは、例えば、油圧ショベル１、他の作業機械７０又は作業者等が施工しようとする対象が少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像され、検出処理装置５１によって求められた形状情報である。

施工管理装置５７は、例えば、一日の作業が終了した後に施工結果を収集して管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一方に送信したり、一日の作業のうち複数回施工結果を収集して管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一方に送信したりする。施工管理装置５７は、例えば朝の作業前に、施工前の形状情報を管理装置６１又は携帯端末装置６４に送信してもよい。

実施形態では、施工管理装置５７は、例えば一日の作業のうち、正午と作業終了時との２回の施工結果を収集し、管理装置６１又は携帯端末装置６４に送信する。施工結果は、施工現場全体のうち、施工が行われた範囲が撮像されることによって得られた施工結果であってもよいし、施工現場全体が撮像されることによって得られた施工結果であってもよい。管理装置６１又は携帯端末装置６４に送信される施工結果を施工が行われた範囲のものとすることにより、撮像時間、画像処理時間及び施工結果の送信時間の増加を抑制できるので好ましい。

表示装置５８は、液晶表示パネルのようなディスプレイの画面５８Ｄに、油圧ショベル１の情報を表示したり施工のガイダンス画像を画面５８Ｄに表示したりする他、実施形態においては、前述した作業機制御が実行される場合に作業機２の位置を求める。表示装置５８が求める刃先８ＢＴの位置は、実施形態はバケット８の刃先８ＢＴの位置である。表示装置５８は、位置検出装置２３が検出したアンテナ２１，２２の現在位置と、第１角度検出部１８Ａ、第２角度検出部１８Ｂ及び第３角度検出部１８Ｃによって検出された回動角と、記憶部ＭＲに記憶された作業機２の寸法と、ＩＭＵ２４の出力データとを取得し、これらを用いてバケット８の刃先８ＢＴの位置を求める。実施形態では、表示装置５８がバケット８の刃先８ＢＴの位置を求めているが、バケット８の刃先８ＢＴの位置は表示装置５８以外の装置が求めてもよい。

通信装置２５は、実施形態における通信部である。通信装置２５は、管理施設６０の管理装置６１、他の作業機械７０及び携帯端末装置６４の少なくとも１つと通信回線ＮＴＷを介して通信して、互いに情報をやり取りする。通信装置２５がやり取りする情報のうち、制御システム５０から管理装置６１、他の作業機械７０及び携帯端末装置６４の少なくとも１つに送信する情報は、施工に関する情報がある。施工に関する情報は、前述した形状情報及び形状情報から得られた情報の少なくとも一方を含む。形状情報から得られた情報は、例えば、前述した目標施工情報及び形状情報でも形状情報を加工して得られた情報を含むが、これらに限定されるものではない。施工に関する情報は、検出処理装置５１の記憶部、入力装置５２の記憶部及び施工管理装置５７の記憶部５７Ｍに記憶されてから通信装置２５によって送信されてもよいし、記憶されずに送信されてもよい。

実施形態において、通信装置２５は無線通信によって通信する。このため、通信装置２５は、無線通信用のアンテナ２５Ａを有する。携帯端末装置６４は、例えば、油圧ショベル１の作業を管理する管理者が所持しているものであるが、これに限定されない。他の作業機械７０は、制御システム５０を有する油圧ショベル１及び管理装置６１の少なくとも一方と通信する機能を有している。他の作業機械７０は、制御システム５０を有する油圧ショベル１であってもよいし、制御システム５０を有さない油圧ショベルであってもよいし、油圧ショベル以外の作業機械であってもよい。通信装置２５は、管理施設６０の管理装置６１、他の作業機械７０及び携帯端末装置６４の少なくとも１つと有線通信を介して通信して、互いに情報をやり取りするようにしてもよい。

施工管理システム１００は、管理施設６０の管理装置６１と、形状計測システム１Ｓと、制御システム５０と、制御システム５０を有する油圧ショベル１とを含む。施工管理システム１００は、さらに携帯端末装置６４を含んでいてもよい。施工管理システム１００に含まれる、制御システム５０を有する油圧ショベル１は単数でもよいし、複数でもよい。管理施設６０は、管理装置６１と、通信装置６２とを有する。管理装置６１は、通信装置６２及び通信回線ＮＴＷを介して、少なくとも油圧ショベル１と通信する。管理装置６１は、携帯端末装置６４と通信したり、他の作業機械７０と通信したりしてもよい。油圧ショベル１と他の作業機械７０とは、直接、無線通信できるように無線通信機器を搭載してもよい。そして、油圧ショベル１及び他の作業機械７０の少なくとも一方は、管理施設６０の管理装置６１等で実行される処理を実行できるような機器又は電子装置を搭載してもよい。

管理装置６１は、油圧ショベル１から施工結果及び現況地形情報の少なくとも一方を受け取り、施工の進捗状況を管理する。

＜対象の施工＞
実施形態において、制御システム５０は、図２に示される複数の撮像装置３０のうち少なくとも２つを用いて施工する対象を撮像することによって、施工対象の形状を示す情報である形状情報を得る。制御システム５０は、例えば、通信装置２５を介して形状情報を管理装置６１に送信する。管理装置６１は、油圧ショベル１から送信された形状情報を受け取り、施工管理に用いる。

＜対象の撮像及び形状情報の生成＞
図５は、実施形態に係る作業機械の形状計測システム１Ｓが求める形状情報について説明するための図である。実施形態において、油圧ショベル１がこれから施工しようとする部分である施工対象ＯＢＰは、油圧ショベル１の前方にある。形状情報は、施工対象ＯＢＰから求められる。形状計測システム１Ｓは、施工対象ＯＢＰから形状情報を生成する場合、少なくとも一対の撮像装置３０に施工対象ＯＢＰを撮像させる。実施形態では、油圧ショベル１のオペレータが、図３に示される撮像スイッチ３２を操作して撮像指令を検出処理装置５１に入力すると、検出処理装置５１は少なくとも一対の撮像装置３０に施工対象ＯＢＰを撮像させる。

形状計測システム１Ｓの検出処理装置５１は、少なくとも一対の撮像装置３０が撮像した施工対象ＯＢＰの画像にステレオ方式による画像処理を施して、施工対象ＯＢＰの位置情報、実施形態では三次元位置情報を求める。検出処理装置５１が求めた施工対象ＯＢＰの位置情報は、撮像装置３０の座標系における情報なので、グローバル座標系における位置情報に変換される。グローバル座標系における対象、例えば施工対象ＯＢＰの位置情報が形状情報である。実施形態において、形状情報は、グローバル座標系における施工対象ＯＢＰの表面の位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）を少なくとも１つ含む情報である。位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）は、グローバル座標系における座標であり、三次元位置情報である。検出処理装置５１は、少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された画像から得られた施工対象ＯＢＰの位置を、グローバル座標系における位置に変換する。施工対象ＯＢＰの表面の位置は、施工後及び施工途中における施工対象ＯＢＰの表面の位置を含む。

検出処理装置５１は、少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された施工対象ＯＢＰの領域全体にわたって、施工対象ＯＢＰの表面の位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）を求め、出力する。実施形態において、検出処理装置５１は、求めた位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）のデータファイルを生成する。データファイルは、ｎ個（ｎは１以上の整数）の位置Ｐｒ（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）の集合である。データファイルも、実施形態における形状情報に該当する。

実施形態において、検出処理装置５１はデータファイルを生成したら、自身の記憶部に記憶させる。施工管理装置５７は、検出処理装置５１が生成したデータファイルを、通信装置２５から図３に示される管理装置６１、携帯端末装置６４及び他の作業機械７０の少なくとも一つに送信してもよい。

実施形態において、図３に示される撮像スイッチ３２が操作されると、少なくとも一対の撮像装置３０が対象を撮像する。検出処理装置５１の演算部５１Ａは撮像装置３０によって撮像された画像にステレオ方式による画像処理を施して形状情報を生成する。検出処理装置５１の演算部５１Ａは、データファイルを出力する。データファイルは、施工管理装置５７及び通信装置２５を介して、又は通信装置２５を介して管理装置６１及び携帯端末装置６４の少なくとも一方に送信する。

検出処理装置５１は、油圧ショベル１の周辺を監視するため、所定の時間毎、例えば１０分毎に少なくとも一対の撮像装置３０に対象を撮像させる。少なくとも一対の撮像装置３０によって撮像された三次元画像は、検出処理装置５１の記憶部に記憶されて、ある程度の情報が蓄積されたら通信装置２５を介して管理装置６１に送信される。前述した三次元画像は、データファイルが管理装置６１に送信されるタイミングで送信されてもよいし、撮像されたら速やかに管理装置６１へ送信されてもよい。

実施形態において、検出処理装置５１が、例えば複数の撮像装置３０が起動していることを認識していること、信号線５９が断線していないこと、ＩＭＵ２４の出力が安定していること、及びＧＮＳＳによる測位がＦＩＸ（正常）であることを条件（許可条件）に、検出処理装置５１は、撮像装置３０を用いた三次元計測を許可するようにしてもよい。許可条件が１つでも成立していない場合、撮像スイッチ３２が操作されても、検出処理装置５１は撮像装置３０を用いた三次元計測を許可しない。ＩＭＵ２４の出力が安定しているとは、油圧ショベル１が静止している状態であることを意味する。撮像装置３０による三次元計測に、前述した条件を設けることで、対象の計測精度の低下が抑制される。制御システム５０は、許可条件のいずれか一つを用いてもよいし、許可条件を用いなくてもよい。

油圧ショベル１から送信されたデータファイルは、管理装置６１の記憶部に記憶される。データファイルが携帯端末装置６４に送信される場合、データファイルは携帯端末装置６４の記憶部に記憶されてもよい。管理装置６１は、複数の異なる場所のデータファイルを統合することにより、施工現場の地形を得ることができる。管理装置６１は、複数の異なる場所のデータファイルから得られた施工現場の地形を用いて施工管理を行うことができる。管理装置６１は、複数のデータファイルを統合する場合、ｘ座標及びｙ座標が同一の位置のデータが複数存在する場合には、予め定められたルールに基づいていずれかのデータを優先してもよい。予め定められたルールは、時間が最新の位置データを優先するものが例示される。

このように、形状情報であるデータファイルにより、施工現場の施工に関する様々な情報が得られる。データファイルを用いて現況情報を生成したり、盛土量又は除去された土の量を求めたりする処理は、管理装置６１、携帯端末装置６４及び油圧ショベル１の施工管理装置５７のいずれが実行してもよい。また、管理装置６１、携帯端末装置６４又は油圧ショベル１の施工管理装置５７のいずれかが前述した処理を実行し、通信回線ＮＴＷを介して他の機器に結果を送信してもよい。前述した処理の結果は、通信だけでなく、ストレージデバイスに記憶されて、他の機器に受け渡されてもよい。

＜計測条件の変更＞
形状計測システム１Ｓの検出処理装置５１が有する変更部５１Ｂは、前述したように、形状情報を求める際に用いられる計測条件を変更する。この場合、変更部５１Ｂは、信号線５９を介して計測条件を変更する指令（以下において適宜、変更指令と称する）を受け付けると、計測条件を変更する。変更指令は、例えば管理装置６１又は携帯端末装置６４から送信され、通信装置２５及び信号線５９を介して変更部５１Ｂに与えられる。この他にも、変更指令は、油圧ショベル１の入力装置５２から変更部５１Ｂに与えられてもよい。変更指令が管理装置６１から送信される場合、入力装置６８を介して変更指令が管理装置６１に与えられる。

計測条件は、例えば検出処理装置５１の演算部５１Ａにより計測される対象の形状情報を求める範囲とすることができる。詳細には、検出処理装置５１の演算部５１Ａは、変更部５１Ｂからの変更指令を受け取ると、一対の撮像装置３０によって撮影された対象の情報、すなわち一対の撮影画像の重複領域の中から実際に形状情報を計測する対象の範囲を変更することができる。実施形態において、対象とは現況地形である。対象の情報とは少なくとも一対の撮像装置３０によって検出、すなわち撮像された画像である。対象の形状情報とは対象の情報である対象の画像にステレオ方式による画像処理を施すことによって生成される現況地形の三次元形状の情報である。

図６は、対象の形状情報を計測する範囲Ａを示す図である。図６に示される範囲Ａは、演算部５１Ａが形状情報を求める範囲であり、一対の撮像装置３０の撮像範囲の重複領域の一部又は全領域である。一対の撮像装置３０によって対象を撮像した場合、対象の情報とは、それぞれの撮像装置から出力された２つの画像を示す。

一対の撮像装置３０が対象の形状情報を計測する範囲Ａが大きくなると、一対の撮像装置３０による一回の撮像で、広い範囲の形状情報を得ることができる。実施形態において、図３に示される検出処理装置５１の変更部５１Ｂは、一対の撮像装置３０によって計測される対象の計測範囲Ａを計測条件として、携帯端末装置６４、管理装置６１又は油圧ショベル１の入力装置５２からの変更指令に基づいて、対象の計測範囲Ａを変更する。

実施形態において、変更部５１Ｂは、変更指令に応じて、計測条件である対象の計測範囲Ａを、第１の範囲Ａ１と、第１の範囲Ａ１よりも広い範囲である第２の範囲Ａ２とに変更する。第１の範囲Ａ１は、撮像装置３０の位置ＰＴからの距離がＤ１までの範囲であり、第２の範囲Ａ１は、撮像装置３０の位置ＰＴからの距離が、距離Ｄ１よりも大きい距離Ｄ２までの範囲である。

このように、検出処理装置５１の変更部５１Ｂは、一対の撮像装置３０によって撮像された対象の計測範囲Ａを、変更指令に基づいて変更する。このため、検出処理装置５１は、対象の計測範囲Ａを相対的に大きい範囲とすることにより、少なくとも一対の撮像装置３０の撮像回数を相対的に少なくできる。このため、検出処理装置５１は、効率よく形状情報を計測できる。検出処理装置５１が対象の計測範囲Ａを相対的に大きくして形状情報を計測することは、広い施工現場において特に有効である。

一方で、検出処理装置５１が対象の計測範囲Ａを相対的に大きくして形状情報を計測すると、特に一対の撮像装置３０から遠くの領域（図６における計測範囲Ａ２から計測範囲Ａ１を除いた領域）における形状情報の計測精度が、一対の撮像装置３０から近くの領域（図６における計測範囲Ａ１）よりも相対的に低下することになる。そこで、形状情報の高い計測精度が要求される場合、検出処理装置５１は、対象の計測範囲Ａを相対的に小さい範囲とすることにより、形状情報の精度を向上させることができる。

実施形態において、演算部５１Ａは、変更部５１Ｂからの変更指令を受け取ると、一対の撮像装置３０によって撮影された対象の情報から対象の形状情報を計測する範囲を変更するものとしたが、これに限定されない。例えば、演算部５１Ａは、変更部５１Ｂを介さずに、管理装置６１、携帯端末装置６４又は油圧ショベル１の入力装置５２から変更指令を受け取ることができるようにしてもよい。

例えば変更指令を出力できる装置を管理装置６１からのみに限定すると、油圧ショベル１のオペレータが自由に計測範囲を切り替えることができなくなるため、形状情報の計測精度が不用意に低下してしまうことを防止できる。すなわち、例えば現場監督者のみが計測範囲を切り替えることができるようにすれば、想定した計測精度で対象の形状情報を計測できるようになる。また、携帯端末装置６４又は油圧ショベル１の入力装置５２から変更指令を出力できるようにしたとしても、変更指令を出力するために、例えば現場監督者のみが知り得るパスワード等を必要とすることで、上記と同様に想定した計測精度で対象の形状情報を計測できるようになる。

実施形態において、形状情報は、グローバル座標系の各ｘ座標及びｙ座標に配置される予め定められた大きさの複数のメッシュで分けられている。各メッシュ位置における対象のｚ座標位置は、メッシュにおける対象の位置情報と定義される。メッシュの大きさは変更されてもよく、メッシュの大きさを計測条件の一つとしてもよい。

図７は、形状情報に含まれる複数のメッシュＭＳを示す図である。図７に示されるように、検出処理装置５１から出力される形状情報は、各メッシュＭＳが配置される位置における対象の位置情報（ｚ座標位置）を含む。ステレオ方式による画像処理によって対象の位置が得られない部分のメッシュは、対象の位置情報を有さない。

メッシュＭＳの形状は、矩形である。メッシュＭＳは、１つの辺の長さがＸ１、長さＸ１の辺と直交する辺の長さがＸ２である。長さＸ１と長さＸ２とは等しくてもよいし、異なっていてもよい。メッシュＭＳが有する位置情報（ｘ座標、ｙ座標、ｚ座標）は、メッシュＭＳの位置の代表値であり、例えば、メッシュＭＳの４つの角の平均値又はメッシュＭＳの中心における位置としてもよい。なお、メッシュの形状は矩形に限定されず、例えば、三角形又は五角形等の多角形でもよい。

検出処理装置５１の変更部５１Ｂは、メッシュＭＳの大きさを変更する変更指令に基づいて、形状情報のメッシュＭＳの大きさを変更することができる。例えば、変更部５１ＢがメッシュＭＳの辺の長さＸ１，Ｘ２を大きく変更することにより、メッシュＭＳの大きさを変更する場合、形状情報に含まれる位置情報が少なくなる（位置情報の密度が小さくなる）。その結果、形状情報の情報量は低減されるが、形状情報の計測精度は低下する。メッシュＭＳの大きさが相対的に小さくされる場合、形状情報に含まれる位置情報が多くなるので、形状情報から対象の細かい位置情報を得ることができる一方、形状情報の情報量が増加する。

実施形態において、一対の撮像装置３０の位置ＰＴからの距離が大きくなるにしたがって、メッシュＭＳの大きさは大きくされてもよい。例えば、第２の範囲Ａ２から第１の範囲Ａ１を除いた領域におけるメッシュＭＳの大きさが、第１の範囲Ａ１の領域におけるメッシュＭＳよりも大きくされてもよい。一対の撮像装置３０からの距離が遠くなるほど、地形のうねり等の影響により、メッシュＭＳにおける位置情報が計測されなくなるが、一対の撮像装置３０から離れたメッシュＭＳを大きくすることにより、そのメッシュＭＳの領域内における位置情報が計測されやすくなる。

メッシュＭＳは、位置情報に加え、位置の精度に関する属性情報を有してもよい。位置の精度に関する属性情報として、例えば、計測した位置における計測精度の情報である精度情報であってもよいし、計測した位置における一対の撮像装置３０からの距離データであってもよいし、複数の計測範囲や計測手法を切り替えることができる場合は、いずれの計測範囲や計測手法を用いて計測した位置情報であるかを示すデータであってもよい。対象の形状情報が計測される（求められる）範囲Ａを、一対の撮像装置３０からより遠くの領域まで計測するようにすると、ステレオカメラによる地形計測の性質上、特に遠くの領域における位置の計測精度が低下する。そこで、例えば、検出処理装置５１の演算部５１Ａは、計測された位置の計測結果（ｘ，ｙ，ｚ座標）に、位置の精度に関する属性情報を加えることができる。すなわち、形状情報は、位置情報に加え、各計測された位置における位置の精度に関する属性情報を有する。

詳細には、計測範囲を図６に示される第１の範囲Ａ１として計測した場合、演算部５１Ａは、第１の範囲Ａ１の計測結果に、一律して計測した位置精度が高いことを示す情報を付加してもよい。また、対象の形状情報が計測される（求められる）範囲を第２の範囲Ａ２として計測した場合、演算部５１Ａは、第２の範囲Ａ２の計測結果に、一律して計測した位置精度が低いことを示す情報を付加してもよい。

さらに、演算部５１Ａは、計測範囲をどちらするかにかかわらず、第１の範囲Ａ１における計測結果、すなわちメッシュの位置情報にその位置精度が高いことを示す情報を付加し、第２の範囲Ａ２から第１の範囲Ａ１を除いた領域における計測結果、すなわちメッシュの位置情報にその位置精度が低いことを示す情報を付加してもよい。演算部５１Ａは、第１の範囲Ａ１及び第２の範囲Ａ２という領域にかかわらず、一対の撮像装置３０から近い位置にあるメッシュにはその位置精度が高いことを示す情報を付加し、一対の撮像装置３０から遠い位置にあるメッシュにはその位置精度が低いことを示す情報を付加し、その精度に関する属性情報は距離に応じて段階的に設定されるようにしてもよい。つまり、演算部５１Ａは、形状情報の定められた範囲であるメッシュ毎に位置の精度に関する属性情報を付加するとともに、メッシュに付加され位置の精度に関する属性情報を、対象検出部である一対の撮像装置３０からの距離に応じて変更してもよい。

位置精度が高いという情報及び位置精度が低いという情報は、例えば、予め定められた基準の位置精度と比較して高低が定められる。また、位置精度の高低は、例えば、第１の範囲Ａ１は位置精度が高く、第１の範囲Ａ１からの距離が大きくなるにしたがって、段階的に又は連続的に位置精度が低くなるようにしてもよい。

このようにすることで、形状情報であるデータファイルを取得した管理装置６１は、複数のデータファイルを統合する際に、精度に関する属性情報に基づき、相対的に高い精度の位置情報を採用することも可能である。その結果、統合によって得られた施工現場の地形の位置精度を高めることができる。

図８は、表示装置が、計測された位置の精度に関する属性情報を判別できるような形態で表示する例を示す図である。表示装置、実施形態においては管理装置６１の表示装置６７、携帯端末装置６４及び油圧ショベル１内の表示装置５８の少なくとも１つは、一対の撮像装置３０によって計測された、施工の対象となる現況地形データを表示する際に、計測された位置の精度に関する属性情報が判別できるような形態で表示してもよい。例えば、表示装置は、位置の精度に関する属性情報を形状情報とともに表示する。このとき、表示装置は、位置の精度に関する属性情報に応じて形状情報の表示形態を変更して表示する。すなわち、位置の精度に関する属性情報は、形状情報の表示形態によって表される。図８に示される例では、位置の精度が高い領域ＡＨと低い領域ＡＬとで、表示形態が変更されている。このようにすることで、位置の計測精度が低い領域を容易に判別できるため、必要に応じて制度の高い計測方法により再計測を効率的に行うことができる。

あるメッシュの領域内において、検出処理装置５１の演算部５１Ａにより対象の位置情報（ｚ座標位置）を計測できた場合は、そのメッシュにおける位置情報が記憶されるが、そのメッシュの領域内において位置情報を計測できなかった場合は、そのメッシュにおける位置情報は記憶されない。そのような場合であっても、当該メッシュの近傍にある位置情報が記憶されている複数のメッシュを用いて、位置情報が計測されなかったメッシュの位置情報を推測することができる。計測条件の一つとして、位置情報が計測されなかったメッシュの位置情報を推測するか否かを選択できるようにしてもよい。

図９は、位置情報を有するメッシュＭＳｘｐ，ＭＳｘｍ，ＭＳｙｐ，ＭＳｙｍ及び位置情報を有さないメッシュＭＳｔを示す図である。検出処理装置５１の演算部５１Ａは、対象の位置情報を有する少なくとも２つのメッシュを用いて、対象の位置情報を有さないメッシュＭＳｔの位置情報を求めることができる。変更部５１Ｂは、変更指令によって、対象の位置情報を有さないメッシュＭＳｔの位置情報を求めるか否かを選択する。

演算部５１Ａは、メッシュＭＳｔの位置情報を求めるにあたって、形状情報からメッシュＭＳｔを探索する。演算部５１Ａは、位置情報を有さないメッシュＭＳｔを発見した場合、例えばメッシュＭＳｔを基準に、第１の方向であるＸ方向及びＹ方向の＋方向と−方向との両方に沿って、位置情報を有するメッシュを探索する。探索の結果、位置情報を有するメッシュが存在した場合、演算部５１Ａは、それぞれの方向における最近傍に存在する少なくとも２つのメッシュＭＳｘｐ，ＭＳｘｍ、ＭＳｙｐ，ＭＳｙｍの位置情報を用いて、補間によってメッシュＭＳｔの位置情報を求める。探索する方向はＸ方向及びＹ方向に限られず、斜め方向に探索してもよい。補間の方法は既知の方法でよく、例えばバイリニア補間でもよい。

検出処理装置５１は、対象の位置情報を有する少なくとも２つのメッシュを用いて、対象の位置情報を有さないメッシュＭＳｔの位置情報を求めるので、ステレオ方式による画像処理によって形状情報が求められなかった部分の位置情報も得ることができる。また、対象の位置情報を有さないメッシュの位置情報を求めるか否かを選択できるので、例えば、位置情報が不要な場合は、対象の位置情報を有さないメッシュの位置情報を求めないようにすることも可能である。このようにすれば、形状情報の情報量を低減することもできる。

図１０は、形状情報に含まれるノイズ及び作業機を示す図である。実施形態において、演算部５１Ａは、形状情報から電線、木及び家屋等のノイズを除去するようにしてもよい。この場合、演算部５１Ａがノイズを除去するか否かを計測条件としてもよい。ノイズを除去するとは、次の場合が想定される。例えば、検出処理装置５１が対象における所定の位置（あるｘ座標及びｙ座標に位置するメッシュ）において電線を検出した場合、検出処理装置５１は、対象における同一の位置（同一のメッシュ）に存在する現況地形も同時に検出してしまう可能性がある。その場合、一つの位置（一つのメッシュ）に２つの高さ（ｚ座標）に位置情報が存在することになる。そのような場合に、その位置（メッシュ）における位置情報を計測しないようにすることで、不確実なデータ、すなわちノイズを除去することができる。

実施形態において、計測条件は、演算部５１Ａがノイズを除去するか否かを選択するもの及び演算部５１Ａによって除去されるノイズの大きさの少なくとも一方とすることができる。演算部５１Ａがノイズを除去するか否かを選択するものが計測条件である場合、変更部５１Ｂは、変更指令に基づき、演算部５１Ａに形状情報中のノイズを除去させるか、除去させないかを判定する。演算部５１Ａは、変更部５１Ｂの判定結果に基づいて、形状情報中のノイズを除去したり、そのままにしたりする。このような処理により、ノイズの除去が不要な場合は演算部５１Ａの処理の負荷が低減される。

演算部５１Ａによって除去されるノイズの大きさが計測条件である場合、変更部５１Ｂは、変更指令に基づき、演算部５１Ａが除去するノイズの大きさを変更する。演算部５１Ａは、変更部５１Ｂによって変更された後の大きさのノイズよりも大きいものを除去する。このような処理により、演算部５１Ａは、除去する必要がない程度の大きさのノイズは除去しないので、演算部５１Ａの処理の負荷が低減される。

形状計測システム１Ｓは、少なくとも一対の撮像装置３０と、少なくとも一対の撮像装置３０によって検出された対象の情報を用いて、対象の三次元形状を表す形状情報を求めて出力する演算部５１Ａと、演算部５１Ａが形状情報を求める際に用いる計測条件を変更する変更部５１Ｂとを有する。計測条件は、演算部５１Ａが、少なくとも一対の撮像装置３０によって得られた対象の情報にステレオ方式による画像処理を施して形状情報を求める際に用いられる。このため、形状計測システム１Ｓは、変更部５１Ｂにより、ステレオ方式による画像処理が実行される際に用いられる計測条件を変更することができる。

実施形態に係る形状計測方法は、作業機械によって施工された対象を検出して、前記対象の情報を出力する工程と、出力された前記対象の情報を用いて、前記対象の三次元形状を表す形状情報を求めて出力する工程と、を含み、前記形状情報を求める際に用いる計測条件を変更できる。このため、形状計測方法は、ステレオ方式による画像処理が実行される際に用いられる計測条件を変更することができる。

作業機械は、施工対象を施工、例えば掘削及び運搬等を行うことができれば油圧ショベルに限定されず、例えば、ホイールローダー及びブルドーザーのような作業機械であってもよい。

実施形態では、形状情報は予め定められた大きさの複数のメッシュで分けられているが、それに限られず、例えば、メッシュを用いずステレオカメラにより計測できたポイント（ｘｙ座標を基準）に基づいて現況の形状が計測され、管理されるようにしてもよい。

実施形態では、対象検出部として、少なくとも一対の撮像装置３０を用いて説明したが、対象検出部はこれに限られない。例えば一対の撮像装置３０の代わりにレーザスキャナのような３Ｄスキャナが対象検出部として用いられてもよい。３Ｄスキャナは、対象の情報を検出し、３Ｄスキャナによって検出された対象の情報に基づいて、演算部５１Ａは対象の形状情報を演算することができる。

実施形態では、検出処理装置５１において、複数のカメラ画像に基づいてステレオ処理して三次元計測処理をしたが、検出処理装置５１はカメラ画像を外部に送信して、ステレオ方式による画像処理を管理施設６０の管理装置６１で行ってもよいし、携帯端末装置６４で行ってもよい。

以上、実施形態を説明したが、前述した内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。

１ 油圧ショベル
１Ｂ 車体
１Ｓ 形状計測システム
２ 作業機
３ 旋回体
４ 運転室
５ 走行体
２３ 位置検出装置
２５ 通信装置
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 撮像装置（対象検出部）
５０ 作業機械の制御システム
５１ 検出処理装置
５１Ａ 演算部
５１Ｂ 変更部
５２ 入力装置
５７ 施工管理装置
５７Ｍ 記憶部
６０ 管理施設
６１ 管理装置
６４ 携帯端末装置
１００ 施工管理システム

Claims (14)

1. 作業機械に取り付けられ、前記作業機械の周囲の対象を検出する対象検出部と、
   前記対象検出部によって検出された検出結果を用いて、前記対象の三次元形状を表す形状情報を求める演算部と、を備え、
   前記演算部は、ステレオ方式による画像処理を施す範囲である前記形状情報を求める範囲を変更する変更指令に基づいて、前記形状情報を求める範囲を変更する、形状計測システム。
2. 前記形状情報には、
   位置の精度に関する属性情報が付加される、請求項１に記載の形状計測システム。
3. 前記演算部は、前記変更指令を、管理装置、携帯端末装置又は前記作業機械の入力装置から受け取る、請求項１に記載の形状計測システム。
4. 前記形状情報には、
   前記対象の形状情報が求められる範囲が、少なくとも第１の計測範囲と、前記第１の計測範囲よりも広い、かつ前記対象検出部から遠い範囲である第２の計測範囲とがある場合において、前記対象の形状情報が求められる範囲が前記第１の計測範囲の場合には、前記第１の計測範囲内の計測結果に、前記位置の精度が高いことを示す情報が付加される、請求項２に記載の形状計測システム。
5. 前記形状情報には、
   前記対象の形状情報が求められ、かつ前記第２の計測範囲から前記第１の計測範囲を除いた領域には、前記領域内の計測結果に、前記位置の精度が低いことを示す情報が付加される、請求項４に記載の形状計測システム。
6. 計測された位置に付加される前記位置の精度に関する属性情報は、計測された位置における前記対象検出部からの距離に応じて変更される、請求項２に記載の形状計測システム。
7. 前記位置の精度に関する属性情報を前記形状情報とともに表示する表示装置を有する、請求項２に記載の形状計測システム。
8. 前記形状情報は、複数のメッシュで分けられており、
   各メッシュは、前記対象の位置情報及び位置の精度に関する属性情報を有する、請求項２に記載の形状計測システム。
9. 前記形状情報は、複数のメッシュで分けられており、
   前記演算部は、前記対象の位置情報を有する少なくとも２つの前記メッシュを用いて、前記対象の位置情報を有さないメッシュの前記位置情報を求める、請求項２に記載の形状計測システム。
10. 前記形状情報は、複数のメッシュで分けられており、
    前記対象検出部の位置からの距離が大きくなるにしたがって、メッシュの大きさが大きく設定される、
    請求項２に記載の形状計測システム。
11. 前記変更指令は、前記形状情報を求める範囲を、第１の計測範囲から、前記第１の計測範囲よりも広い範囲である第２の計測範囲に変更する指令である、請求項１に記載の形状計測システム。
12. 前記変更指令は、前記形状情報を求める範囲を、第２の計測範囲から、前記第２の計測範囲よりも狭い範囲である第１の計測範囲に変更する指令である、請求項１に記載の形状計測システム。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の形状計測システムを有する、作業機械。
14. 作業機械によって前記作業機械の周囲の対象を検出する工程と、
    前記検出された結果を用いて、前記対象の三次元形状を表す形状情報を求めて出力する工程と、を含み、
    前記形状情報を求める範囲を変更する変更指令に基づいて、ステレオ方式による画像処理を施す範囲である前記形状情報を求める範囲を変更する、形状計測方法。

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