JP6973726B1 - 計測システム及び計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計測が容易で、計測精度が高く、その場で計測結果を確認することが可能な計測システム及び計測方法を提供する。【解決手段】第一の変換制御部１０３は、位置通信装置１３で取得した地理座標系位置情報を用いて、三次元点群データを地理座標系三次元点群データに変換し、第二の変換制御部１０４でメッシュデータに変換する。表示制御部１０５は、撮影画像内にメッシュデータを重ねて、メッシュデータの任意の点を指定可能に表示させる。指定制御部１０６は、所定の指定点が指定されると、指定点に対応するメッシュデータ上の点のカメラ座標系二次元位置情報に基づいて、指定点の地理座標系三次元位置情報を取得するとともに、メッシュデータ上の指定点に指定点画像を表示させる。作成制御部１０７は、複数の指定点が指定されると、複数の指定点の地理座標系三次元位置情報に基づいて断面図を作成して表示する。【選択図】図１

Description

本発明は、計測システム及び計測方法に関する。

従来より、レーザースキャナー計測とデジタル写真測量を組み合わせる試みが行われいる。レーザースキャナー計測とは、レーザー光を計測対象に照射し、レーザー光が計測対象から反射して戻ってくるまでの時間に基づいてレーザー照射装置から計測対象までの距離を算出し、且つ、レーザー光照射時の角度を考慮することでレーザー照射装置を基準とした計測対象の３次元位置を計測する方法である。レーザースキャナー計測は、計測結果として三次元位置とレーザー反射強度を数値化した情報を点群データ（三次元点群データ）として取得する。

一方、デジタル写真測量では、先ず、順番に撮影する写真の一部が重複するように所定の間隔を空けて二つの視点から計測対象を撮影してデジタル写真データを取得し、二つのデジタル写真データにおける重複部分（ステレオ写真データ）の中心投影画像の差異を算出する。次に、デジタル写真データにおける長さデータを実寸法に変換するために、計測対象に近接する基準長さを撮影することで、デジタル写真データにおける基準長さデータを基準長さに変換して、計測対象の高さ情報や距離情報を算出する。そして、ステレオ写真データに算出後の計測対象の高さ情報や距離情報を付加して、三次元画像としてデータを残す。

ここで、レーザースキャナー計測では、精度の良い三次元点群データを容易に得ることが出来るものの、色彩を得ることが出来ないために、表示される画像を見る者が計測対象を認識し難いという課題がある。一方、デジタル写真測量では、三次元画像で認識が容易であるが、三次元画像を作成するまでに多くの労力を必要とするという課題がある。

そこで、例えば、特開２００５−７７３８５号公報（特許文献１）には、取得工程と、供与工程と、算出工程と、対応工程と、を備える画像対応付け方法が開示されている。取得工程は、レーザースキャナーによって計測対象の三次元点群データを得ると共に、計測対象を撮影して二次元カラー画像を取得し、供与工程は、二次元カラー画像上において任意に３点以上を選択し、当該選択した各点に、三次元点群データに基づく三次元位置情報を与える。算出工程は、選択点の三次元位置情報に基づいて、計測対象の撮影時におけるカメラとレーザースキャナーとの相対的な位置関係を算出し、対応工程は、相対的位置関係と、選択した点における三次元位置情報とに基づいて、点群データの各点のデータにカラー画像の画像データを対応させる。これにより、三次元点群データと、二次元カラー画像とを、異なる視点・距離から計測・撮影した場合であっても、各々の画像を対応付けることが出来るとしている。又、レーザースキャナーと、カメラと、表示手段と、選択手段と、入力手段と、位置演算手段と、を有する計測システムが開示されている。レーザースキャナーは、計測対象の三次元点群データを取得し、カメラは、計測対象を撮影する。表示手段は、カメラにより撮影した二次元カラー画像と、三次元点群データとに基づく計測対象を表示可能であり、選択手段は、表示手段に表示された二次元カラー画像上の任意の点を選択可能である。入力手段は、選択手段により選択した任意の点に、三次元点群データに基づく三次元位置情報を入力可能であり、位置演算手段は、入力手段により入力された任意の点の三次元位置情報に基づいて、二次元カラー画像として表示された計測対象の各点の三次元位置を求める。これにより、詳細な色情報を付加した三次元点群データを得ることが出来るとしている。

特開２００５−７７３８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、三次元点群データを二次元カラー画像データに直接対応付けるため、データ量が膨大となり、処理用の端末装置に負担が掛かったり処理に時間が掛かったりするという課題がある。

近年、レーザースキャナーやカメラ付き携帯端末装置の普及により、三次元点群データと二次元カラー画像データとを並行して取得することで、リアルタイムに計測対象を確認しながら計測対象の所定点を三次元測量することが出来るようになってきている。

しかしながら、このような三次元測量の方式では、上述のように、三次元点群データを二次元カラー画像データに直接対応付けるため、データ量が膨大となり、三次元点群データと二次元カラー画像データとの取得工程と、三次元点群データに対する二次元カラー画像データの対応付け工程とを分離して処理せざるを得ないという課題がある。例えば、取得工程は、計測対象が存在する現場にレーザースキャナーやカメラ付き携帯端末装置を持っていくことで行い、対応付け工程は、取得した三次元点群データや二次元カラー画像データを事務所に持って帰って、事務所の処理用の端末装置に実行させている。そのため、現場で三次元点群データや二次元カラー画像データを取得したとしても、その場で計測対象の所定点を選択したり所定点の三次元位置情報を確認したりすることが出来ないという課題がある。上述の特許文献１に記載の技術では、このような課題を解決することが出来ない。

そこで、本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、計測が容易で、計測精度が高く、その場で計測結果を確認することが可能な計測システム及び計測方法を提供することを目的とする。

本発明に係る計測システムは、三次元レーザースキャナーとカメラとが同等の方向を向いて付属された携帯端末装置を備えた計測システムであって、第一の取得制御部と、第二の取得制御部と、第一の変換制御部と、第二の変換制御部と、表示制御部と、指定制御部と、作成制御部と、を備える。第一の取得制御部は、前記三次元レーザースキャナーによって計測対象領域の三次元点群データを取得する。第二の取得制御部は、前記カメラによって前記計測対象領域を示した二次元画像の撮影画像を取得する。第一の変換制御部は、前記携帯端末装置に付属の位置通信装置で取得した地理座標系位置情報を用いて、前記三次元点群データを、地理座標系で表現された地理座標系三次元点群データに変換する。第二の変換制御部は、前記地理座標系三次元点群データで表される形状の表面をメッシュ化して、多角形から構成された、前記計測対象領域の表面を表すメッシュデータに変換する。表示制御部は、前記メッシュデータの地理座標系を前記撮影画像のカメラ座標系に対応付けることで、当該撮影画像内にメッシュデータを重ねて、当該メッシュデータの任意の点を指定可能に表示させる。指定制御部は、所定の指定点が指定されると、当該指定された指定点に対応するメッシュデータ上の点のカメラ座標系二次元位置情報に基づいて、前記指定点の地理座標系三次元位置情報を取得するとともに、前記メッシュデータ上の指定点に、当該指定点を示す指定点画像を表示させる。作成制御部は、複数の指定点が指定されると、当該複数の指定点の地理座標系三次元位置情報に基づいて、水平方向から見た場合に、前記複数の指定点をプロットした断面図を作成して表示する。

本発明に係る計測方法は、三次元レーザースキャナーとカメラとが同等の方向を向いて付属された携帯端末装置を備えた計測システムの計測方法であって、第一の取得制御工程と、第二の取得制御工程と、第一の変換制御工程と、第二の変換制御工程と、表示制御工程と、指定制御工程と、作成制御工程と、を備える。計測方法の各工程は、単木モデリングシステムの各部に対応する。

本発明によれば、計測が容易で、計測精度が高く、その場で計測結果を確認することが可能となる。

本発明の実施形態に係る計測システムの一例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る計測方法の実行手順を示すためのフローチャートである。 計測者が三次元レーザースキャナーとカメラとを計測対象領域に向けて処理している場合の一例を示す図（図３Ａ）と、計測者が位置通信装置で地理座標系位置情報を取得する場合の一例を示す図（図３Ｂ）と、である。 ２種類の位置通信装置の構成の一例を示す図（図４Ａ）と、携帯端末装置が地理座標系三次元点群データをメッシュデータに変換する場合の一例を示す図（図４Ｂ）と、である。 携帯端末装置と、撮影画像と、メッシュデータとの関係を示す場合の一例を示す図である。 計測者が三次元レーザースキャナーとカメラとを計測対象領域の他の部分に向けて処理している場合の一例を示す図（図６Ａ）と、第一のメッシュデータと第二のメッシュデータとが重複する場合の一例を示す図（図６Ｂ）と、である。 計測者が撮影画像内のメッシュデータの指定点を指定した場合の一例を示す図である。 撮影画像内のメッシュデータの指定点に指定点画像が表示された場合の一例を示す図である。 複数の指定点の指定により、撮影画像内のメッシュデータの複数の指定点に複数の指定点画像が表示された場合の一例を示す図である。 携帯端末装置に断面図が表示された場合の一例を示す図である。 実施例における撮影画面内にメッシュデータが表示された場合の一例を示す図である。 実施例における撮影画面内のメッシュデータの指定点に指定点画像が表示された場合の一例を示す図である。 実施例における撮影画面内のメッシュデータの複数の指定点に複数の指定点画像が表示された場合の一例を示す図である。 実施例における複数の指定点画像が設置された地理座標系三次元点群データが三次元的に表示された場合の一例を示す図である。 実施例における断面図が表示された場合の一例を示す図である。

以下に、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

本発明に係る計測システム１は、図１に示すように、携帯端末装置１０と、三次元レーザースキャナー１１と、カメラ１２と、位置通信装置１３とから基本的に構成される。ここで、図１では、三次元レーザースキャナー１１と、カメラ１２と、位置通信装置１３とは、携帯端末装置１０に付属の形態であるが、各部がそれぞれ携帯端末装置１０に接続された形態であっても構わない。

携帯端末装置１０は、画面を表示する表示部と、ユーザの操作により所定の指示の入力を受け付ける受付部（入力部）と、データを記憶させる記憶部と、各部を制御する制御部と、データを出力する出力部と、通信部と、を備えている。携帯端末装置１０は、例えば、タブレット型端末装置、携帯用のノートパソコン、タッチパネル付きの携帯端末装置（スマートフォン）等を挙げることが出来る。

又、三次元レーザースキャナー１１は、対象物にパルス状のレーザーを発光するレーザー照射部と、対象物に照射したレーザーに対する散乱光を検出する散乱光検出部と、検出された散乱光に基づいて、三次元レーザースキャナー１０から対象物までの距離や対象物の表面における散乱光が散乱した位置の点群の三次元データを算出する点群算出部と、を備える。三次元レーザースキャナー１０は、例えば、Ｌｉｄａｒ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）センサーを挙げることが出来る。三次元レーザースキャナー１１で取得される三次元点群データは、複数の三次元位置情報の集合体である。

又、カメラ１２は、可視光カメラを基本とし、デジタル写真を撮影することが出来れば、どのような種類のカメラでも良い。位置通信装置１３は、携帯端末装置１０の位置情報を取得することが出来れば、どのような種類の位置通信装置１３でも良いが、例えば、ＧＰＳ受信装置（１周波ＧＮＳＳ受信機）や２周波マルチＧＮＳＳ受信機を挙げることが出来る。

ここで、三次元レーザースキャナー１１とカメラ１２とは同等の方向を向いて携帯端末装置１０に付属されている。そのため、三次元レーザースキャナー１１とカメラ１２とを所定の計測対象領域に向けると、三次元レーザースキャナー１１とカメラ１２とが同一の計測対象領域に対する三次元点群データと二次元画像の撮影画像とを得ることが出来る。

さて、携帯端末装置１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等を内蔵しており、ＣＰＵは、例えば、ＲＡＭを作業領域として利用し、ＲＯＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等に記憶されているプログラムを実行する。又、後述する各部についても、ＣＰＵがプログラムを実行することで当該各部を実現する。

次に、図１−図２を参照しながら、本発明の実施形態に係る構成及び実行手順について説明する。先ず、計測者が、携帯端末装置１０を携帯して、計測を希望する所定の計測対象領域（例えば、傾斜のある土地）に訪れ、携帯端末装置１０を起動させる。そして、計測者は、携帯端末装置１０の三次元レーザースキャナー１１とカメラ１２とを計測対象領域へ向けて、携帯端末装置１０に計測キーを入力する。

すると、携帯端末装置１０の第一の取得制御部１０１は、三次元レーザースキャナー１１によって計測対象領域の三次元点群データを取得する（図２：Ｓ１０１）。

ここで、第一の取得制御部１０１の取得方法に特に限定は無い。例えば、計測者は、図３Ａに示すように、三次元レーザースキャナー１１のレーザー照射部を計測対象領域（傾斜状の地面）に向けると、第一の取得制御部１０１は、計測キーの入力を受けて、三次元レーザースキャナー１１のレーザーの照射を開始する。

照射されたレーザーは、三次元レーザースキャナー１１に対向する計測対象領域（傾斜状の地面）の一部で反射して散乱光として散乱する。そして、三次元レーザースキャナー１１の散乱光検出部は、散乱光を検出し、三次元レーザースキャナー１１の点群算出部は、散乱光が散乱した位置の点群の三次元点群データを取得する。

ここで、三次元点群データは、散乱光が三次元レーザースキャナー１１に戻ってきた位置の点を含み、散乱光が三次元レーザースキャナー１１に戻ってこなかった位置の点は含まれない。又、三次元点群データに含まれる点の位置情報Ｐ１（ｘｐ１、ｙｐ１、ｚｐ１）は、携帯端末装置１０を基準（原点）とした三次元座標系で構成される。

さて、第一の取得制御部１０１が三次元点群データを取得すると、次に、端末端末装置１０の第二の取得制御部１０２は、カメラ１２によって計測対象領域（傾斜状の地面）を示した二次元画像の撮影画像Ｉを取得する（図２：Ｓ１０２）。

ここで、第二の取得制御部１０２の取得方法に特に限定は無い。例えば、計測者は、図３Ａに示すように、カメラ１２を計測対象領域（傾斜状の地面）に向けているため、第二の取得制御部１０２は、計測対象領域を撮影して、計測対象領域（傾斜状の地面）を示した二次元画像の撮影画像Ｉを取得する。

ここで、三次元レーザースキャナー１１とカメラ１２とは同等の方向を向いているため、三次元レーザースキャナー１１により取得された三次元点群データは、カメラ１２により取得された撮影画像Ｉに含まれる計測対象領域の一部に対応することになる。

さて、第二の取得制御部１０２が撮影画像を取得すると、次に、端末端末装置１０の第一の変換制御部１０３は、携帯端末装置１０に付属の位置通信装置１３で取得した地理座標系位置情報を用いて、三次元点群データを、地理座標系で表現された地理座標系三次元点群データに変換する（図２：Ｓ１０３）。

ここで、第一の変換制御部１０３の変換方法に特に限定は無い。例えば、第一の変換制御部１０４は、携帯端末装置１０に付属（内蔵）の位置通信装置１３を介して、携帯端末装置１０の地理座標系位置情報Ｐ０（ｘｐ０、ｙｐ０、ｚｐ０）を取得する。次に、第一の変換制御部１０４は、携帯端末装置１０を基準とする三次元点群データに含まれる各点の位置情報Ｐ１（ｘｐ１、ｙｐ１、ｚｐ１）から携帯端末装置１０の地理座標系位置情報Ｐ０（ｘｐ０、ｙｐ０、ｚｐ０）を減算して、減算値Ｐ２（ｘｐ２、ｙｐ２、ｚｐ２）を算出する。つまり、第一の変換制御部１０４は、三次元点群データの各点の位置情報Ｐ１（ｘｐ１、ｙｐ１、ｚｐ１）の基準点を携帯端末装置１０の基準点から地理座標系の基準点に変更することで、地理座標系三次元点群データの各点の位置情報Ｐ２（ｘｐ２、ｙｐ２、ｚｐ２）に変換する。これにより、携帯端末装置１０を基準とする三次元点群データを、地理座標系を基準とする地理座標系三次元点群データ（計測用のデータ）として取り扱うことが可能となる。

ここで、位置通信装置１３に特に限定は無いが、例えば、図４Ａに示すように、位置通信装置１３が、携帯端末装置１０に付属のＧＰＳ受信装置（１周波ＧＮＳＳ受信機）である場合、第一の変換制御部１０４が取得する携帯端末装置１０の地理座標系位置情報Ｐ０（ｘｐ０、ｙｐ０、ｚｐ０）の精度（測定限界）は、一般的に、１０ｍ程度になる。一方、携帯端末装置１０にＲＴＫ受信機４０を取り付けて、位置通信装置が、ＲＴＫ受信機４０の２周波マルチＧＮＳＳ受信機である場合は、第一の変換制御部１０４が取得する携帯端末装置１０の地理座標系位置情報Ｐ０（ｘｐ０、ｙｐ０、ｚｐ０）の精度は、数ｃｍ程度になり、携帯端末装置１０の地理座標系位置情報Ｐ０（ｘｐ０、ｙｐ０、ｚｐ０）の精度が極めて向上する。この場合、変換される地理座標系三次元点群データの精度も向上するため、計測結果の精度を向上させることが出来る。

さて、第一の変換制御部１０３が変換を完了すると、次に、携帯端末装置１０の第二の変換制御部１０４は、地理座標系三次元点群データで表される形状の表面をメッシュ化して、多角形から構成された、前記計測対象領域の表面を表すメッシュデータに変換する（図２：Ｓ１０４）。

ここで、第二の変換制御部１０４の変換方法に特に限定は無い。例えば、第二の変換制御部１０４は、地理座標系三次元点群データを、図４Ｂに示すように、全ての面が三つの頂点の三角形から構成されるメッシュデータＭに変換する。ここで、メッシュ化のアルゴリズムに特に限定は無いが、例えば、三角形分割法等を挙げることが出来る。

例えば、地理座標系三次元点群データは、三次元座標ＩＤと、画像ＩＤと、地理座標系三次元位置情報との各項目から構成される。一方、メッシュデータＭは、地理座標系三次元点群データをメッシュ（網目）として表現するデータであり、メッシュＩＤと、メッシュ頂点と、法線ベクトルとの各項目から構成される。メッシュ頂点には、地理座標系三次元位置情報の頂点が所定数（１以上の数）格納される。法線ベクトルは、メッシュ面に対して垂直なベクトルであり、メッシュ面上の全ての直線と垂直であるベクトルと意味し、メッシュ面の法線ベクトルを三次元で表現したものが格納される。ここで、メッシュデータＭでは、メッシュを構成する多角形の頂点と多角形の外向きの法線ベクトルであるため、個々の地理座標系三次元点群データと比較すると、データ量が圧縮される。

このように、地理座標系三次元点群データをメッシュ化することで、データ量の多い点群データを、データ量を圧縮したメッシュデータＭに変換し、簡単に取り扱うことが可能となる。又、メッシュデータＭは、計測対象領域の表面を表しており、上述した撮影画像上にＡＲ（拡張現実）オブジェクトとして表示し易くなるため、計測者の指定点の指定に最適に表示することが出来る。尚、上述では、メッシュ形状として三角形を採用したが、このメッシュ形状の種類に特に限定は無く、三角形の他に、例えば、四角形、五角形等を挙げることが出来る。

ここで、第二の変換制御部１０４は、地理座標系三次元点群データをメッシュ化する前に、点のバラつきを除去するためのノイズ処理を行うことで、計測対象領域（地面）と無関係な点を地理座標系三次元点群データから除去し、計測対象領域の形状を精度高くメッシュデータにしても良い。ノイズ処理として、例えば、地理座標系三次元点群データに対して箱ひげ図を算出し、バラつきが大きい点を除去する処理を挙げることが出来る。

さて、第二の変換制御部１０４が変換を完了すると、次に、携帯端末装置１０の表示制御部１０５は、メッシュデータＭの地理座標系を撮影画像Ｉのカメラ座標系に対応付けることで、当該撮影画像Ｉ内にメッシュデータＭを重ねて、当該メッシュデータＭの任意の点を指定可能に表示させる（図２：Ｓ１０５）。

ここで、表示制御部１０５の表示方法に特に限定は無い。例えば、図５に示すように、現実世界におけるメッシュデータＭ内の所定の頂点の地理座標系三次元位置情報Ｐ２（ｘｐ２、ｙｐ２、ｚｐ２）と、撮影画像Ｉ内に示されたメッシュデータＭ内の所定の頂点のカメラ座標系二次元位置情報Ｑ２（ｖｑ２、ｕｑ２）とは、三次元レーザースキャナー１１とカメラ１２の撮影位置や姿勢情報、カメラ１２の焦点距離、キャリブレーションマトリックスなどの変換情報に基づいて対応付けることが出来る。

地理座標系は、地理座標における所定の点を原点として、横軸をｘ軸とし、縦軸をｙとし、奥行軸（視野軸）をｚ軸とする。ｚ軸は、三次元レーザースキャナー１１から計測対象領域に向かった方向の軸を意味する。又、カメラ座標系は、撮影画像Ｉにおける所定の点を原点として、横軸をｖ軸とし、縦軸をｕ軸とする。撮影画像Ｉは、カメラ１２の中心から計測対象領域に向かってｚ軸方向に焦点距離ｆだけ離れた位置に、ｚ軸に対して垂直に位置する。

表示制御部１０５は、変換情報を用いて、現実世界のメッシュデータＭの各頂点の地理座標系三次元位置情報Ｐ２（ｘｐ２、ｙｐ２、ｚｐ２）の地理座標系を、撮影画像Ｉのカメラ座標系に対応付けることで、メッシュデータＭの頂点の地理座標系三次元位置情報Ｐ２（ｘｐ２、ｙｐ２、ｚｐ２）をカメラ座標系二次元位置情報Ｑ２（ｖｑ２、ｕｑ２）に変換する。そして、表示制御部１０５は、変換後のメッシュデータＭの各頂点のカメラ座標系二次元位置情報Ｑ２（ｖｑ２、ｕｑ２）を撮影画像Ｉ内に表示させることで、撮影画像Ｉ内にメッシュデータＭを重ね合わせる。

例えば、表示制御部１０５は、撮影画像ＩとメッシュデータＭを表示受付部（例えば、タッチパネル）上に表示するとともに、タッチパネルに表示されたメッシュデータＭの任意の点を指定可能に表示させる。これにより、撮影画像Ｉ内にメッシュデータＭを、計測対象領域の表面を表すＡＲオブジェクトとして表示させるとともに、測定者に撮影画像Ｉ内のメッシュデータＭの任意の点を指定させるように誘導することが出来る。

さて、表示制御部１０５が表示を完了すると、測定者は撮影画像Ｉ内のメッシュデータＭを指定することが出来るが、ここで、測定者が、更に、計測対象領域の三次元点群データを取得する場合は、下記のようになる。即ち、図６Ａに示すように、測定者が携帯端末装置１０の位置を動かして、三次元レーザースキャナー１１とカメラ１２とを計測対象領域の他の部分へ向ける。すると、上述と同様に、第一の取得制御部１０１が、三次元レーザースキャナー１１によって他の部分の三次元点群データを取得し（図２：Ｓ１０１）、第二の取得制御部１０２は、カメラ１２によって他の部分を示した二次元画像の撮影画像Ｉを取得する（図２：Ｓ１０２）。次に、第一の変換制御部１０３は、三次元点群データを地理座標系三次元点群データに変換し（図２：Ｓ１０３）、第二の変換制御部１０４は、地理座標系三次元点群データをメッシュデータＭに変換する（図２：Ｓ１０４）。そして、表示制御部１０５は、メッシュデータの地理座標系を撮影画像のカメラ座標系に対応付けることで、当該撮影画像Ｉ上にメッシュデータＭを重ねて、当該メッシュデータＭの任意の点を指定可能に表示させる（図２：Ｓ１０５）。

ここで、測定者が、三次元点群データの取得を繰り返して、メッシュデータＭを随時表示させる場合は、表示制御部１０５は、二つのメッシュデータＭを表示させる際に、二つのメッシュデータＭに重複部分が存在する場合、一方のメッシュデータＭの重複部分を削除し、当該削除した一方のメッシュデータＭと他方のメッシュデータＭとを表示させる。

例えば、表示制御部１０５は、先に表示させた第一のメッシュデータＭ１と後に表示させた第二のメッシュデータＭ２とを比較し、両者の重複部分を検索する。

比較の結果、第一のメッシュデータＭ１と第二のメッシュデータＭ２とに重複部分が無ければ、表示制御部１０５は、撮影画像Ｉ内に第一のメッシュデータＭ１と第二のメッシュデータＭ２とをそれぞれ表示する。これにより、撮影画像Ｉ内のメッシュデータＭの領域を拡張することが出来る。

一方、比較の結果、図６Ｂに示すように、第一のメッシュデータＭ１の一部Ｄ１と第二のメッシュデータＭ２の一部Ｄ２とが重複する場合は、表示制御部１０５は、第一のメッシュデータＭ１の重複部分Ｄ１又は第二のメッシュデータＭ２の重複部分Ｄ２のいずれかを削除し、削除した重複部分に対応する地理座標系三次元点群データを削除することで、不要な三次元点群データを削除し、データ量を圧縮することが出来る。図６Ｂでは、表示制御部は、後に表示させた第二のメッシュデータＭ２の重複部分Ｄ２を削除している。そして、表示制御部１０５は、撮影画像Ｉ内に、重複部分を削除していないメッシュデータＭ（第一のメッシュデータＭ１）と、重複部分を削除したメッシュデータＭ（第二のメッシュデータＭ２）とをそれぞれ表示する。これにより、撮影画像Ｉ内のメッシュデータＭの領域を無駄なく拡張することが出来る。

さて、測定者が、撮影画像Ｉにおいて計測対象領域に対してメッシュデータを得ることが出来た場合、撮影画像ＩのメッシュデータＭのうち、計測対象位置の所定の指定点（マーカーとも称する。第一の指定点とする）を指定すると、携帯端末装置１０の指定制御部１０６は、指定された第一の指定点に対応するメッシュデータＭ上の点のカメラ座標系二次元位置情報に基づいて、第一の指定点の地理座標系三次元位置情報を取得するとともに、メッシュデータＭ上の第一の指定点に、当該指定点を示す指定点画像を表示させる（図２：Ｓ１０６）。

ここで、指定制御部１０６の表示方法に特に限定は無い。例えば、図７に示すように、測定者が、携帯端末装置１０のタッチパネルを介して、撮影画像ＩのメッシュデータＭの第一の指定点を指定すると、指定制御部１０６は、第一の指定点に対応するメッシュデータＭ上の点のカメラ座標系二次元位置情報Ｑ３（ｖｑ３、ｕｑ３）を取得する。

ここで、撮影画像ＩのメッシュデータＭの頂点のカメラ座標系二次元位置情報は、上述のように、変換情報を用いて、現実世界のメッシュデータＭの頂点の地理座標系三次元位置情報と対応付けられている。そのため、撮影画像ＩのメッシュデータＭ上の所定の点のカメラ座標系二次元位置情報は、変換情報を用いて、現実世界のメッシュデータＭ上の所定の点の地理座標系三次元位置情報に変換することが可能である。

そこで、今度は、指定制御部１０６は、第一の指定点に対応するメッシュデータＭ上の点のカメラ座標系二次元位置情報Ｑ３（ｖｑ３、ｕｑ３）を、変換情報を用いて、現実世界のメッシュデータＭ上の点の地理座標系三次元位置情報Ｐ３（ｘｐ３、ｙｐ３、ｚｐ３）に変換し、変換した地理座標系三次元位置情報Ｐ３（ｘｐ３、ｙｐ３、ｚｐ３）を第一の指定点の地理座標系三次元位置情報として取得する。つまり、測定者は、撮影画像ＩのメッシュデータＭ上の点を指定することで、現実世界では、三次元点群データで表される形状の表面の点を指定することになる。これにより、測定者は、撮影画像ＩのメッシュデータＭを見ながら、第一の指定点を指定することで、第一の指定点の地理座標系三次元位置情報を取得することが可能となる。

次に、指定制御部１０６は、図８に示すように、撮影画像ＩのメッシュデータＭの第一の指定点に、当該指定点を示す指定点画像Ｓ（例えば、棒の上方先端に球を有するポール）を表示させる。これにより、指定点画像Ｓを確認することで、第一の指定点の位置を直ぐに見つけることが可能となる。尚、指定点画像Ｓの形態に特に限定は無く、例えば、ポールの他に矢印や旗印等を挙げることが出来る。

又、例えば、測定者が、指定点を誤って指定した場合は、例えば、キャンセルキー（図示せず）を携帯端末装置１０に入力することで、指定制御部１０６は、指定した指定点の地理座標系三次元位置情報と指定点画像Ｓとを削除する。これにより、測定者は、指定のやり直しを簡単にすることが出来る。

さて、測定者が、メッシュデータＭに対して指定点の指定を繰り返すことで、図９に示すように、撮影画像Ｉのメッシュデータの複数の指定点のそれぞれの地理座標系三次元位置情報を取得するとともに、複数の指定点画像Ｓを表示させることが可能となる。ここでは、携帯端末装置１０のタッチパネル上における三つの指定点のカメラ座標系二次元位置情報Ｑ３（ｖｑ３、ｕｑ３）、Ｑ４（ｖｑ４、ｕｑ４）、Ｑ５（ｖｑ５、ｕｑ５）に対して、現実世界の三つの指定点の地理座標系三次元位置情報Ｐ３（ｘｐ３、ｙｐ３、ｚｐ３）、Ｐ４（ｘｐ４、ｙｐ４、ｚｐ４）、Ｐ５（ｘｐ５、ｙｐ５、ｚｐ５）が取得されている。このように、測定者は、撮影画像Ｉを見ながら、その場で希望する測定対象の指定点を指定してその指定点の地理座標系三次元位置情報を取得することが可能となる。

さて、測定者が、複数の指定点の指定を完了し、断面図作成キー（図示せず）を携帯端末装置１０に入力すると、携帯端末装置１０の作成制御部２０７は、当該複数の指定点の地理座標系三次元位置情報に基づいて、水平方向から見た場合に、複数の指定点をプロットした断面図を生成して表示する（図２：Ｓ１０７）。

ここで、作成制御部２０７の表示方法に特に限定は無い。例えば、作成制御部２０７は、図１０に示すように、鉛直方向をｙ軸とし、水平方向をｘ軸とｚ軸とで構成される水平面の所定の方向として断面図を作成し、その断面図に、既に取得された三つの指定点の地理座標系三次元位置情報Ｐ３（ｘｐ３、ｙｐ３、ｚｐ３）、Ｐ４（ｘｐ４、ｙｐ４、ｚｐ４）、Ｐ５（ｘｐ５、ｙｐ５、ｚｐ５）をプロットする。ここで、断面図は、撮影画像Ｉと全く異なる画像である。

又、作成制御部２０７は、三つのプロット点（指定点）について、それぞれ隣接する二つのプロット点を直線Ｌで接続して表示する。ここで、三つの指定点の間にメッシュデータＭが存在すれば、作成制御部２０７は、三つのプロット点と直線ＬとにメッシュデータＭを地盤として追加して断面図を描画する。更に、作成制御部２０７は、複数の指定点の地理座標系三次元位置情報に基づいて、隣接する二つの指定点の距離（水平面での差分）、高さ（垂直面での差分）、勾配率、角度等のパラメータを算出し、断面図での各指定点の近傍に表示させても良い。

このように、複数の指定点の地理座標系三次元位置情報を使って、その場で断面図を作成することが出来るため、測定者は、断面図を介して、複数の指定点の高低や位置関係を容易に把握し、その場で計測結果を確認することが可能となる。

従来であれば、三次元点群データの取得は、現場に携帯した三次元レーザースキャナーを用いて行い、三次元点群データに基づく断面図の作成は、三次元レーザースキャナーを持って帰った事務所の端末装置で行っており、端末コストや事務コストが掛かっていた。本発明では、メッシュ化によるデータ圧縮と、その場での指定点の指定と、その場での断面図の作成とを一つの携帯端末装置１０で行わせているため、従来のような端末コストや事務コストを削減することが可能となる。又、本発明では、その場で断面図を作成可能としていることから、三次元点群データの取得のやり直し等、その場で判断が可能であり、作業の効率化、作業時間の短縮につなげることが出来る。

尚、作成制御部２０７が作成する断面図の種類に特に限定は無く、例えば、測量分野で使用される切土・盛土計画平面図等、地理座標系三次元位置情報を活用した図面に適用することが可能である。

さて、本発明に係る実施例について説明する。図１、図２に示す計測システム及び計測方法を携帯端末装置１０に具現化し、所定の計測対象領域について計測を行った。測定者は、所定の計測対象領域に対して三次元レーザースキャナー１１で三次元点群データを取得し、同一の計測対象領域に対してカメラ１２で撮影画像を取得した。携帯端末装置１０では、三次元点群データを地理座標系三次元点群データに変換し、それをメッシュデータに変換した。又、携帯端末装置１０では、撮影画像Ｉをタッチパネル上に表示するとともに、メッシュデータの地理座標系を撮影画像のカメラ座標系に対応付けることで、撮影画像内にメッシュデータを表示させた。

図１１には、携帯端末装置１０のタッチパネル上の撮影画像Ｉ内に、うっすらとメッシュデータＭが重ねて表示されている。メッシュデータＭは、計測対象領域の表面を表すデータであるため、計測対象領域の表面の形状と対応して表示される。撮影画像Ｉの右上の四角部分Ｗ（小型ウインドウ）には、三次元レーザースキャナー１１で取得した三次元点群データが表示される。四角部分Ｗのうち、三次元点群データが得られていない部分Ｂは所定の色（黒色）で表示されている。ここでは、撮影画像Ｉと、三次元点群データとを並べて表示し、三次元点群データが得られていない部分Ｂを所定の色で表示することで、測定者に、三次元点群データが得られていない部分を三次元レーザースキャナー１１でスキャンするように促すことが出来る。

四角部分で三次元点群データが得られている部分は、撮影画像Ｉ内でメッシュデータＭが存在する部分であるため、測定者が任意の点を指定することが出来る。そこで、測定者が、メッシュデータＭのうち、所定の指定点を指定すると、携帯端末装置１０では、指定点の地理座標系三次元位置情報を取得するとともに、図１２に示すように、指定点画像Ｓ（ポール）を表示させる。これにより、指定点の地理座標系三次元位置情報の取得、つまり、計測がその場で可能となる。

続いて、測定者が、三次元レーザースキャナー１１で三次元点群データを取得し、同一の計測対象領域に対してカメラ１２で撮影画像を取得することで、計測対象領域の広範囲でメッシュデータＭを得ることが出来る。そこで、測定者が、撮影画像Ｉを見ながら、メッシュデータＭ上における複数の指定点を指定することで、携帯端末装置１０では、複数の指定点の地理座標系三次元位置情報をそれぞれ取得するとともに、図１３に示すように、複数の指定点画像Ｓ（ポール）を表示させる。これにより、測定者は、その場で、計測対象領域のどの位置を指定したか一見して理解することが出来る。

ここで、携帯端末装置１０は、基準となる指定点画像Ｓの色を第一の色（例えば、紺色）とし、他の指定点画像Ｓの色を第一の色と異なる第二の色（例えば、オレンジ色）にして表示することで、測定者に基準の指定点画像Ｓと他の指定点画像Ｓとを区別させると好ましい。

さて、測定者は、タッチパネル上の撮影画像Ｉを見ながら、例えば、展開キーを携帯端末装置１０に入力すると、携帯端末装置１０は、図１４に示すように、複数の指定点画像Ｓが設置された地理座標系三次元点群データを三次元的に表示させる。測定者は、この地理座標系三次元点群データを見ながら、例えば、断面を希望したい箇所を指定して断面図作成キーを入力すると、携帯端末装置１０は、複数の指定点の地理座標系三次元位置情報に基づいて、図１５に示すように、水平方向から見た場合に、複数の指定点をプロットした断面図を生成して表示する。ここで、断面図では、複数の指定点の地理座標系三次元位置情報の他に、各指定点を接続する直線や地盤を示すメッシュデータＭが併せて表示される。又、携帯端末装置１０では、複数の指定点の地理座標系三次元位置情報に基づいて、隣接する二つの指定点の距離（水平面での差分）、高さ（垂直面での差分）、勾配率、角度等のパラメータを算出し、断面図での各指定点の近傍に表示させる。これにより、測定者は、その場で指定点の地理座標系三次元位置情報を確認出来るとともに、その場で断面図から複数の指定点の計測結果を検証することが出来る。従来のように、三次元点群データの取得と、三次元点群データの解析とが分かれることは無く、測定者に対して利便性を向上させることが出来る。このように、本発明では、計測が容易で、計測精度が高く、その場で計測結果を確認することが可能となる。

尚、本発明の実施形態では、携帯端末装置１０が各部を備えるよう構成したが、当該各部を実現するプログラムを記憶媒体に記憶させ、当該記憶媒体を提供するよう構成しても構わない。当該構成では、プログラムを装置に読み出させ、当該装置が各部を実現する。その場合、記録媒体から読み出されたプログラム自体が本発明の作用効果を奏する。さらに、各部が実行する工程をハードディスクに記憶させる方法として提供することも可能である。

以上のように、本発明に係る計測システム及び計測方法は、計測分野、測量分野、土木分野、建築分野等、地理座標系三次元位置情報を取得して活用するあらゆる分野に有用であり、計測が容易で、計測精度が高く、その場で計測結果を確認することが可能な計測システム及び計測方法として有効である。

１ 計測システム
１０ 携帯端末装置
１１ 三次元レーザースキャナー
１２ カメラ
１３ 位置通信装置
１０１ 第一の取得制御部
１０２ 第二の取得制御部
１０３ 第一の変換制御部
１０４ 第二の変換制御部
１０５ 表示制御部
１０６ 指定制御部
１０７ 作成制御部

Claims (4)

1. 三次元レーザースキャナーとカメラとが同等の方向を向いて付属された携帯端末装置を備えた計測システムであって、
   前記三次元レーザースキャナーによって計測対象領域の三次元点群データを取得する第一の取得制御部と、
   前記カメラによって前記計測対象領域を示した二次元画像の撮影画像を取得する第二の取得制御部と、
   前記携帯端末装置に付属の位置通信装置で取得した地理座標系位置情報を用いて、前記三次元点群データを、地理座標系で表現された地理座標系三次元点群データに変換する第一の変換制御部と、
   前記地理座標系三次元点群データで表される形状の表面をメッシュ化して、多角形から構成された、前記計測対象領域の表面を表すメッシュデータに変換する第二の変換制御部と、
   前記メッシュデータの地理座標系を前記撮影画像のカメラ座標系に対応付けることで、当該撮影画像内にメッシュデータを重ねて、当該メッシュデータの任意の点を指定可能に表示させる表示制御部と、
   所定の指定点が指定されると、当該指定された指定点に対応するメッシュデータ上の点のカメラ座標系二次元位置情報に基づいて、前記指定点の地理座標系三次元位置情報を取得するとともに、前記メッシュデータ上の指定点に、当該指定点を示す指定点画像を表示させる指定制御部と、
   複数の指定点が指定されると、当該複数の指定点の地理座標系三次元位置情報に基づいて、水平方向から見た場合に、前記複数の指定点をプロットした断面図を作成して表示する作成制御部と、
   を備える計測システム。
2. 前記表示制御部は、二つのメッシュデータを表示させる際に、前記二つのメッシュデータに重複部分が存在する場合、一方のメッシュデータの重複部分を削除し、当該削除した一方のメッシュデータと他方のメッシュデータとを表示させる、
   請求項１に記載の計測システム。
3. 前記表示制御部は、所定の変換情報を用いて、前記メッシュデータの各頂点の地理座標系三次元位置情報を、前記撮影画像のカメラ座標系二次元位置情報に変換し、
   前記指定制御部は、前記変換情報を用いて、前記指定点に対応するメッシュデータ上の点のカメラ座標系二次元位置情報を、前記指定点の地理座標系三次元位置情報に変換する、
   請求項１又は２に記載の計測システム。
4. 三次元レーザースキャナーとカメラとが同等の方向を向いて付属された携帯端末装置を備えた計測システムの計測方法であって、
   前記三次元レーザースキャナーによって計測対象領域の三次元点群データを取得する第一の取得制御工程と、
   前記カメラによって前記計測対象領域を示した二次元画像の撮影画像を取得する第二の取得制御工程と、
   前記携帯端末装置に付属の位置通信装置で取得した地理座標系位置情報を用いて、前記三次元点群データを、地理座標系で表現された地理座標系三次元点群データに変換する第一の変換制御工程と、
   前記地理座標系三次元点群データで表される形状の表面をメッシュ化して、多角形から構成され、前記計測対象領域の表面を表すメッシュデータに変換する第二の変換制御工程と、
   前記メッシュデータの地理座標系を前記撮影画像のカメラ座標系に対応付けることで、当該撮影画像内にメッシュデータを重ねて、当該メッシュデータの任意の点を指定可能に表示させる表示制御工程と、
   所定の指定点が指定されると、当該指定された指定点に対応するメッシュデータ上の点のカメラ座標系二次元位置情報に基づいて、前記指定点の地理座標系三次元位置情報を取得するとともに、前記メッシュデータ上の指定点に、当該指定点を示す指定点画像を表示させる指定制御工程と、
   複数の指定点が指定されると、当該複数の指定点の地理座標系三次元位置情報に基づいて、水平方向から見た場合に、前記複数の指定点をプロットした断面図を作成して表示する作成制御工程と、
   を備える計測方法。

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