JP6120521B2 - ３次元測量装置及び３次元測量システム - Google Patents

Description

本発明は、多数の３次元データを取得可能な３次元測量装置及び３次元測量システムに関するものである。

従来より、短時間に測定対象物の多数の３次元データ（３Ｄデータ）（３次元点群データ）を取得する為の測量装置として、３次元レーザスキャナが知られている。

３次元レーザスキャナで３次元点群データを取得する場合、３次元レーザスキャナの設置位置を既知とする必要がある。３次元レーザスキャナの設置位置を測定する手順として、既知の点にターゲットを設置し、３次元レーザスキャナによりターゲットを測定し、ターゲットの設置位置と、ターゲットの測定結果に基づき３次元レーザスキャナの設置位置を既知としている。

従来、ターゲットを測定する方法としては、再帰反射性を有するターゲット（例えば反射シート）を用い、ターゲットからの反射光を検出（光点検出）し、測距、測角を行いターゲットの３次元データを取得している。

更に、従来の技術では、ターゲットを検出する為、測距光をターゲットが存在する範囲内で走査しなければならず、又再帰反射性を有する対象物と、その他の測定対象物を判別する為に受光光量調整と測距光を走査する処理を繰返し行う必要があり、ターゲットを検出する迄に時間が掛り、設置位置の測定が非効率であった。

特許文献１には、ターゲットに向けて点滅光（パルス光）を照射し、ターゲットから反射された光を光点として検出する光点検出工程と、前記ターゲット及びターゲット支持部の動画像を撮像する工程と、前記光点検出に基づき前記ターゲットを検出する工程と、該ターゲット検出工程と並行して前記動画像に基づき画像追尾する工程と、前記ターゲット検出により得られるターゲット位置と、前記画像追尾により得られる画像位置とを比較する工程とにより、前記ターゲット位置と前記画像位置が所定範囲内にある場合に、ターゲット検出の結果をターゲット位置として認識し、ターゲットの誤認識を防止する構成が開示されている。

又、特許文献２には、複数の設置位置から３次元測量装置により計測した点群データを結合する為の結合点、後始点等任意の点を測定する為に、円形の再帰反射性の領域を有するターゲットシートへ測距光を走査することにより再帰反射領域を検出し、その中心を求め、測距光の光軸を再帰反射領域の中心に合致させ、任意の点の距離と角度を測定することで、ターゲット位置を認識する構成が開示されている。

特開２０１０−２３７１６９号公報 米国特許第６８０４３８０号明細書

本発明は斯かる実情に鑑み、誤認識なくターゲットを確実に認識可能な３次元測量装置及び３次元測量システムを提供するものである。

本発明は、測距光を発生する光源部と、該光源部からの測距光を測距光軸上へ照射する投光光学部と、測定対象物からの反射光を受光する受光光学部と、該受光光学部で集光された前記反射光を電気信号へと変換する受光素子と、前記測定対象物に対して測距光を走査する走査部と、該走査部により走査される測距光の照射方向を検出する角度検出部と、複数の波長を含む照明光を照射する照明光源部と、前記複数の波長の２次元画像を取得する撮像部と、制御演算部とを具備し、該制御演算部は前記走査部を駆動制御し、前記受光素子からの受光信号により前記測定対象物迄の距離を演算し、演算された距離と前記角度検出部からの検出信号に基づき前記測定対象物の３次元データを演算する距離データ処理部と、前記照明光源部にて照明した画像と、照明していない画像を前記撮像部にて取得し、両画像に基づき差分画像を求め、該差分画像及び該差分画像から検出される複数波長の反射光の検出強度に基づき再帰反射性を有するターゲットを検出し、該ターゲットの位置を演算する画像データ処理部とを有する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、前記撮像部にて取得された画像の差分画像により得られる画像の光強度分布により、ターゲット候補を検出し、該ターゲット候補間の前記複数の波長に於ける光強度関係に基づいて前記ターゲットを検出する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、前記撮像部は青色、緑色、赤色に感度を有する受光素子を有し、前記照明光源部は白色光又は複数の単色光を含む光を照射し、前記画像データ処理部は取得した差分画像内の各色の比率から前記反射光の色相を判断し、色相に基づき前記ターゲットを検出する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、前記照明光源部は、複数の単色光を照射し、前記画像データ処理部は複数の単色光を照射して得られた複数の差分画像間の光量比率、強度に基づき前記反射光の色相を判断し、色相に基づき前記ターゲットを検出する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、前記撮像部は青色、緑色、赤色に感度を有する受光素子を有し、前記照明光源部は白色光又は複数の単色光を含む光と、少なくとも１つの単色光を照射し、前記画像データ処理部は取得した白色光を照射した差分画像内の各色の比率から前記反射光の色相を判断し前記ターゲットを検出すると共に、前記単色光を照射した差分画像を基に時系列により変化する白色の背景光を判別する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、前記ターゲットが特定波長の単色光を選択的に反射する光学特性を有し、前記照明光源部は前記ターゲットと同色の単色光と、該ターゲットと補色の関係にある単色光を照射し、前記画像データ処理部は取得した２つの差分画像から受光強度の差分に基づき前記ターゲットを検出する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、前記照明光源部は、前記撮像部の光学中心軸に対して同軸に配置された発光源を有する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、前記照明光源部は、前記撮像部の光学中心軸に対して点対称に配置された複数の発光源を有する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、所定の前記ターゲットに対し、前記走査部により撮影方向を画素ピッチより小さい角度で複数の差分画像を前記撮像部により取得し、前記角度検出部からの角度を基に差分画像を重ね合せることにより、前記反射光の検出精度を高める３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、前記撮像部へ入射する光の波長を選択可能な波長選択部を有する３次元測量装置に係るものである。

又本発明は、任意の位置に設置された３次元測量装置と、既知の位置に設置されたターゲットとを有する３次元測量システムであって、前記３次元測量装置は測距光を発生する光源部と、該光源部からの測距光を測距光軸上へ照射する投光光学部と、測定対象物からの反射光を受光する受光光学部と、該受光光学部で集光された前記反射光を電気信号へと変換する受光素子、前記測定対象物に対して測距光を走査する走査部と、該走査部により走査される測距光の照射方向を検出する角度検出部と、複数の波長を含む照明光を照射する照明光源部と、前記複数の波長の２次元画像を取得する撮像部と、前記照明光源部にて照明した画像と照明していない画像を前記撮像部にて取得し、両画像に基づき差分画像を求め、該差分画像及び該差分画像から検出される複数波長の反射光の検出強度の関係により前記測定対象物から再帰反射性を有するターゲットを検出する画像データ処理部と、前記受光素子からの受光信号により前記ターゲット迄の距離を演算し、演算された距離と前記角度検出部からの検出信号に基づき前記測定対象物の３次元データを演算する距離データ処理部とを具備し、得られた前記ターゲット迄の距離と前記角度検出部により検出された測距光の照射方向に基づき前記ターゲットに対する前記３次元測量装置の位置を演算する３次元測量システムに係るものである。

又本発明は、前記ターゲットは特定波長の単色光を選択的に反射する光学特性を有し、前記照明光は少なくとも前記特定波長の単色光と、該単色光と補色の関係にある単色光を含み、前記画像データ処理部は反射された複数の波長の照明光の光強度の関係から前記反射光の色相を判断し、色相を基に該ターゲットを検出する３次元測量システムに係るものである。

又本発明は、前記ターゲットは特定波長の単色光を選択的に反射する光学特性を有し、前記照明光源部は前記ターゲットと補色の関係にある単色光と、該ターゲットと同色の単色光を個別に照射し、前記画像データ処理部は取得した２つの差分画像から光強度の差分に基づき前記ターゲットを検出する３次元測量システムに係るものである。

更に又本発明は、前記ターゲットは反射シートを有し、該反射シートは特定波長の単色光を反射する第１パターン部と、該単色光とは補色の関係にある単色光を反射する第２パターン部とを有する３次元測量システムに係るものである。

本発明によれば、測距光を発生する光源部と、該光源部からの測距光を測距光軸上へ照射する投光光学部と、測定対象物からの反射光を受光する受光光学部と、該受光光学部で集光された前記反射光を電気信号へと変換する受光素子と、前記測定対象物に対して測距光を走査する走査部と、該走査部により走査される測距光の照射方向を検出する角度検出部と、複数の波長を含む照明光を照射する照明光源部と、前記複数の波長の２次元画像を取得する撮像部と、制御演算部とを具備し、該制御演算部は前記走査部を駆動制御し、前記受光素子からの受光信号により前記測定対象物迄の距離を演算し、演算された距離と前記角度検出部からの検出信号に基づき前記測定対象物の３次元データを演算する距離データ処理部と、前記照明光源部にて照明した画像と、照明していない画像を前記撮像部にて取得し、両画像に基づき差分画像を求め、該差分画像及び該差分画像から検出される複数波長の反射光の検出強度に基づき再帰反射性を有するターゲットを検出し、該ターゲットの位置を演算する画像データ処理部とを有するので、前記ターゲットの検出の為に測距光を走査させる必要がなく、処理時間を短縮し作業の効率化が図れると共に、画像追尾を行う為の撮像部を必要とせず、装置の簡略化が図れ、コストの低減を図ることができる。

又本発明によれば、前記撮像部にて取得された画像の差分画像により得られる画像の光強度分布により、ターゲット候補を検出し、該ターゲット候補間の前記複数の波長に於ける光強度関係に基づいて前記ターゲットを検出するので、該ターゲットの検出の為に測距光を走査させる必要がなく、処理時間を短縮し作業の効率化を図ることができる。

又本発明によれば、前記撮像部は青色、緑色、赤色に感度を有する受光素子を有し、前記照明光源部は白色光又は複数の単色光を含む光を照射し、前記画像データ処理部は取得した差分画像内の各色の比率から前記反射光の色相を判断し、色相に基づき前記ターゲットを検出するので、前記反射光が複数検出された場合であっても前記ターゲットの誤検出を防止することができる。

又本発明によれば、前記照明光源部は、複数の単色光を照射し、前記画像データ処理部は複数の単色光を照射して得られた複数の差分画像間の光量比率、強度に基づき前記反射光の色相を判断し、色相に基づき前記ターゲットを検出するので、前記反射光が複数検出された場合であっても前記ターゲットの誤検出を防止することができる。

又本発明によれば、前記撮像部は青色、緑色、赤色に感度を有する受光素子を有し、前記照明光源部は白色光又は複数の単色光を含む光と、少なくとも１つの単色光を照射し、前記画像データ処理部は取得した白色光を照射した差分画像内の各色の比率から前記反射光の色相を判断し前記ターゲットを検出すると共に、前記単色光を照射した差分画像を基に時系列により変化する白色の背景光を判別するので、前記反射光が複数検出された場合であっても前記ターゲットの誤検出を防止することができると共に、風により揺れる木の枝葉越しに見える空等、画像の取得時間の差により生じる差分の背景光も判別することができる。

又本発明によれば、前記ターゲットが特定波長の単色光を選択的に反射する光学特性を有し、前記照明光源部は前記ターゲットと同色の単色光と、該ターゲットと補色の関係にある単色光を照射し、前記画像データ処理部は取得した２つの差分画像から受光強度の差分に基づき前記ターゲットを検出するので、反射光が一方の画像には存在し、他方の画像には存在しない場合に、前記反射光を前記ターゲットとして判別することができ、色相を判別することなく確実に前記反射光を検出することができる。

又本発明によれば、前記照明光源部は、前記撮像部の光学中心軸に対して同軸に配置された発光源を有するので、測距光軸を容易に前記ターゲットの中心に合致させることができる。

又本発明によれば、前記照明光源部は、前記撮像部の光学中心軸に対して点対称に配置された複数の発光源を有するので、測距光軸を容易に前記ターゲットの中心に合致させることができる。

又本発明によれば、所定の前記ターゲットに対し、前記走査部により撮影方向を画素ピッチより小さい角度で複数の差分画像を前記撮像部により取得し、前記角度検出部からの角度を基に差分画像を重ね合せることにより、前記反射光の検出精度を高めるので、前記ターゲットが遠方にあり、前記差分画像内で光点の検出が困難な場合に於ける該光点の検出精度を向上させることができる。

又本発明によれば、前記撮像部へ入射する光の波長を選択可能な波長選択部を有するので、該波長選択部により不可視光のみを透過させる様にすれば、背景光を低減させることができ、前記ターゲットを検出することができる。

又本発明によれば、任意の位置に設置された３次元測量装置と、既知の位置に設置されたターゲットとを有する３次元測量システムであって、前記３次元測量装置は測距光を発生する光源部と、該光源部からの測距光を測距光軸上へ照射する投光光学部と、測定対象物からの反射光を受光する受光光学部と、該受光光学部で集光された前記反射光を電気信号へと変換する受光素子、前記測定対象物に対して測距光を走査する走査部と、該走査部により走査される測距光の照射方向を検出する角度検出部と、複数の波長を含む照明光を照射する照明光源部と、前記複数の波長の２次元画像を取得する撮像部と、前記照明光源部にて照明した画像と照明していない画像を前記撮像部にて取得し、両画像に基づき差分画像を求め、該差分画像及び該差分画像から検出される複数波長の反射光の検出強度の関係により前記測定対象物から再帰反射性を有するターゲットを検出する画像データ処理部と、前記受光素子からの受光信号により前記ターゲット迄の距離を演算し、演算された距離と前記角度検出部からの検出信号に基づき前記測定対象物の３次元データを演算する距離データ処理部とを具備し、得られた前記ターゲット迄の距離と前記角度検出部により検出された測距光の照射方向に基づき前記ターゲットに対する前記３次元測量装置の位置を演算するので、簡素なデータ処理で容易に前記ターゲットを検出でき、短時間で該ターゲットに対する前記３次元測量装置の位置を演算することができる。

又本発明によれば、前記ターゲットは特定波長の単色光を選択的に反射する光学特性を有し、前記照明光は少なくとも前記特定波長の単色光と、該単色光と補色の関係にある単色光を含み、前記画像データ処理部は反射された複数の波長の照明光の光強度の関係から前記反射光の色相を判断し、色相を基に該ターゲットを検出するので、前記ターゲットの誤検出を防止することができる。

又本発明によれば、前記ターゲットは特定波長の単色光を選択的に反射する光学特性を有し、前記照明光源部は前記ターゲットと補色の関係にある単色光と、該ターゲットと同色の単色光を個別に照射し、前記画像データ処理部は取得した２つの差分画像から光強度の差分に基づき前記ターゲットを検出するので、反射光が一方の画像には存在し、他方の画像には存在しない場合に、前記反射光を前記ターゲットとして判別することができ、色相を判別することなく確実に前記ターゲットを検出することができる。

更に又本発明によれば、前記ターゲットは反射シートを有し、該反射シートは特定波長の単色光を反射する第１パターン部と、該単色光とは補色の関係にある単色光を反射する第２パターン部とを有するので、前記ターゲットの検出精度をより向上させることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る３次元測量装置の一例である３次元レーザスキャナと既知の位置に配置されたターゲットを示す斜視図である。 該３次元レーザスキャナの概略立断面図である。 該３次元レーザスキャナの構成を示すブロック図である。 撮像部により撮像された画像であり、（Ａ）はターゲットが背景と共に撮像された原画像を示し、（Ｂ）は照明画像から消灯画像を差引いた差分画像を示している。 本発明の実施例に係る撮像部と照明光源部との位置関係を示す要部拡大図であり、（Ａ）は正面図を示し、（Ｂ）は平面図を示している。 本発明の他の実施例に係る撮像部と照明光源部との位置関係を示す要部拡大図であり、（Ａ）は正面図を示し、（Ｂ）は平面図を示している。 （Ａ）は差分画像に於ける一部素子と光点との関係を示す拡大図であり、（Ｂ）は前記一部素子に於ける光点の光強度分布を示すグラフである。 （Ａ）は差分画像に於ける一部素子と光点との関係を示す拡大図であり、（Ｂ）は前記一部素子に於ける光点の光強度分布を示すグラフである。 （Ａ）は差分画像に於ける一部素子と光点との関係を示す拡大図であり、（Ｂ）は前記一部素子に於ける光点の光強度分布を示すグラフである。 原画像及び差分画像に基づき補間された光点の光強度分布を示すグラフである。 本発明の実施例に係るターゲットの検出が適用可能な他の３次元レーザスキャナの概略立断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明の実施例に係る３次元測量システムの概略を説明する。

図１中、１は３次元測量装置であり、例えば３次元レーザスキャナである。

設定した測定範囲３内に、ターゲット４がポール、三脚等、所要の支持部材（図示ではポール５を示している）を介して立設され、該ポール５が立設される位置、前記ターゲット４の高さは既知であり、前記ターゲット４の３次元位置が既知となっている。前記ターゲット４は再帰反射性を有し、例えばコーナキューブ或は反射シートが等が用いられる。

前記３次元レーザスキャナ１は三脚２を介して設置されている。又前記３次元レーザスキャナ１は、水平方向に回転可能であり、鉛直回転軸を介して鉛直面内を回転する走査ミラー７を有し、該走査ミラー７を介して測距光８を照射する様に構成され、前記３次元レーザスキャナ１の水平回転と前記走査ミラー７の鉛直回転の協働により前記測距光８を前記測定範囲３全域に走査可能となっている。又、前記測距光８を走査させることで、前記測定範囲３の３次元点群データを取得可能となっている。又、前記走査ミラー７を前記ターゲット４に向け静止させ、一点に前記測距光８を射出することで前記ターゲット４の３次元位置の測定が可能となっている。

次に、図２に於いて、本実施例に用いられる３次元レーザスキャナ１の一例について説明する。

図２に示される様に、該３次元レーザスキャナ１は、前記三脚２に取付けられる整準部９、該整準部９に設けられた基盤部１１、該基盤部１１に水平回転部１２を介し水平方向に回転可能に設けられた托架部１３、該托架部１３に鉛直回転軸１４を中心に鉛直方向（高低方向）に回転可能に設けられた前記走査ミラー７を有している。

前記整準部９は、例えば３つの調整螺子１５を有し、前記托架部１３に設けられた傾斜センサ（図示せず）が水平を検出する様前記調整螺子１５を調整することにより、前記整準部９の整準がなされる。

前記水平回転部１２は、前記基盤部１１に軸受１０を介して回転自在に、且つ鉛直に支持された水平回転軸１６を有し、該水平回転軸１６に前記托架部１３が支持され、該托架部１３が前記水平回転軸１６と一体に回転する様になっている。

前記水平回転部１２には水平駆動モータ１７を含む水平駆動部１８、前記水平回転軸１６の回転角を検出する水平角検出器（例えばエンコーダ）１９が収納され、前記水平駆動モータ１７によって前記水平回転軸１６を中心にして前記托架部１３が回転され、前記水平回転軸１６の前記基盤部１１に対する回転角、即ち前記托架部１３の回転角は前記水平角検出器１９によって検出される様になっている。

又、前記水平角検出器１９の検出結果（水平角）は、制御演算部３１（後述）に入力され、該検出結果に基づき該制御演算部３１により前記水平駆動モータ１７の駆動が制御される様になっている。

前記托架部１３は、中央部に凹部２１が形成され、該凹部２１を挾み左右に空間が形成されている。一方の空間（図示では左側の空間）には、鉛直駆動部２２、鉛直角検出器２３が収納され、他方の空間（図示では右側の空間）には、測距発光部２５、共通光路部２６、測距部２７、照明発光部２８、撮像部２９等が収納され、前記托架部１３の内部の所要位置には前記制御演算部３１等が収納されている。又、前記托架部１３の所要部分には表示部３２、操作部３３が設けられている。

前記鉛直回転軸１４は前記托架部１３に、軸受け３４を介して回転自在に支持されている。前記鉛直回転軸１４の一端部は前記凹部２１に突出しており、前記鉛直回転軸１４の突出端に前記走査ミラー７が前記鉛直回転軸１４の軸心に対して４５°傾いた状態で設けられている。該走査ミラー７は、前記鉛直回転軸１４によって前記凹部２１内に支持され、前記鉛直回転軸１４を中心に鉛直方向に回転自在となっている。

前記鉛直駆動部２２は鉛直駆動モータ３５を有し、該鉛直駆動モータ３５により前記鉛直回転軸１４が回転される様になっており、前記鉛直駆動モータ３５により前記鉛直回転軸１４を介して前記走査ミラー７が回転される。尚、前記鉛直回転軸１４、前記走査ミラー７、前記鉛直駆動モータ３５等により走査部３６が構成される。

前記鉛直回転軸１４には前記鉛直角検出器２３、例えばエンコーダが設けられ、該鉛直角検出器２３により、前記托架部１３に対する前記鉛直回転軸１４の回転角が検出され、検出結果（鉛直角）は前記制御演算部３１に入力され、該検出結果に基づき該制御演算部３１により前記鉛直駆動モータ３５の駆動が制御される様になっている。

前記測距発光部２５は測距光源部３７と、ハーフミラー、ビームスプリッタ等の光路分割部材３８と、対物レンズ等から構成される投光光学部３９と、ミラー４１とを有している。前記測距光源部３７は、例えば半導体レーザ等であり、前記測距光８として測距光軸４２上に不可視光である赤外光のパルスレーザ光線を発し、所要の光強度、所要のパルス間隔等、所要の状態でパルス光が発光される様前記制御演算部３１に制御される様になっている。

前記測距光源部３７より出力された前記測距光８は、一部が前記光路分割部材３８を透過し、前記投光光学部３９を介して前記ミラー４１に入射され、該ミラー４１に反射されて前記共通光路部２６へと導かれる。又、残りの前記測距光８は内部参照光として前記光路分割部材３８により反射され、後述する内部参照光路４３を介して前記測距部２７へと導かれる。

前記共通光路部２６は、第１ビームスプリッタ４４と第２ビームスプリッタ４５とを有しており、前記ミラー４１に反射された前記測距光８は、前記第１ビームスプリッタ４４、前記第２ビームスプリッタ４５により順次反射され、該第２ビームスプリッタ４５にて反射された後、前記走査ミラー７へと導かれる。尚、前記第１ビームスプリッタ４４、前記第２ビームスプリッタ４５を透過した前記測距光８は、図示しない反射防止部材により吸収される。

該走査ミラー７は偏向光学部材であり、該走査ミラー７は水平方向から入射する前記測距光８を直角に偏向し、又該走査ミラー７に入射した反射測距光を前記第２ビームスプリッタ４５に向って水平方向に偏向する様になっている。

前記共通光路部２６から前記走査ミラー７に導かれた前記測距光８は、前記走査ミラー７により反射され、図示しない測定対象物へと照射される。又、該走査ミラー７が前記鉛直回転軸１４を中心に回転されることで、前記測距光８は鉛直面内を回転照射される。又、前記水平回転部１２が前記托架部１３を水平方向に回転させることで、前記測距光８は前記水平回転軸１６を中心に水平方向に回転照射される。従って、前記走査ミラー７の鉛直方向の回転と前記托架部１３の水平方向の回転の協働により、前記測定範囲３の全域を前記測距光８により走査できる。

前記測定範囲３内に存在する測定対象物にて反射された反射測距光は、前記走査ミラー７に入射し、該走査ミラー７によって反射され、前記共通光路部２６に入射する。前記反射測距光は、前記第２ビームスプリッタ４５にて反射され、更に前記第１ビームスプリッタ４４を透過し、前記測距部２７へと導かれる。

該測距部２７は、集光レンズ等から構成される受光光学部４６と、光路延長部４７と、光路結合部４８と、受光素子４９とを有し、前記第１ビームスプリッタ４４を透過した反射測距光を前記受光素子４９へ導くと共に前記内部参照光路４３により導かれた内部参照光を前記光路結合部４８を介して前記受光素子４９に導く様になっている。

前記第１ビームスプリッタ４４を透過した反射測距光は、前記受光光学部４６に入射し、該受光光学部４６にて集光され、前記光路延長部４７へと入射する。該光路延長部４７を透過した反射測距光は、前記光路結合部４８を介して前記受光素子４９に受光される。又、前記内部参照光路４３を経た内部参照光が、前記光路結合部４８を介して前記受光素子４９で受光される。

前記反射測距光と、前記内部参照光は反射測距光電気信号と内部参照光電気信号へと変換され、前記制御演算部３１へと送られる様になっており、反射測距光電気信号と内部参照光電気信号の時間間隔の差に基づき測定対象物迄の距離が測定される様になっている。

測定した測定対象物迄の距離と、前記鉛直角検出器２３により検出された鉛直角と、前記水平角検出器１９により検出された水平角に基づき測定対象物の座標値を算出し、パルス毎に測定対象物の座標値を記録することで、前記測定範囲３全域に関する、或は測定対象物に関する点群データを得ることができる。前記水平角検出器１９及び前記鉛直角検出器２３により前記測距光軸４２の方向を検出する角度検出部が構成される。

前記照明発光部２８は、照明光源部５１と該照明光源部５１の光軸上に配置された第３ビームスプリッタ５２とを有し、前記照明光源部５１から発せられた照明光５３は前記第３ビームスプリッタ５２によって偏向され、撮像光軸上に所定の広がりで照射される様になっている。

前記照明光源部５１は白色光を発し、或は複数の波長の単色光を発する様になっており、複数の波長の単色光を発する場合は、波長の異なる単色光を発するレーザダイオード又はＬＥＤが複数設けられ、各レーザダイオード又はＬＥＤが個別に又は同時に点灯する様に構成される。更に、前記照明光源部５１は白色光、或は少なくとも１つの単色光を個別に点灯する様に構成されてもよい。

前記撮像部２９の撮像光軸上には前記第３ビームスプリッタ５２及び撮像素子５４が設けられ、前記第３ビームスプリッタ５２を透過した撮像光軸は前記照明光源部５１の光軸と合致する様になっている。前記撮像素子５４はデジタル画像信号を出力するものであり、例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等、画素（ピクセル）の集合体で構成されたものであり、各画素は、前記撮像素子５４内での位置が特定できる様になっている。

前記照明発光部２８からは所定の広がりを有する前記照明光５３が発せられ、該照明光５３は前記第２ビームスプリッタ４５を透過する過程で前記測距光軸４２と同一光軸となる様になっており、又前記走査ミラー７に反射されることで、前記照明光５３は前記測距光軸４２上に照射され、又前記撮像部２９の撮像領域に照射される。

又、撮像領域で反射された照明光５３（以下反射照明光と称す）は、前記走査ミラー７に入射し、該走査ミラー７で反射された反射照明光は、前記第２ビームスプリッタ４５、前記第３ビームスプリッタ５２を透過し、前記撮像素子５４に受光される。該撮像素子５４から出力される画像信号により２次元の画像が取得される様になっている。

尚、前記照明光５３は撮像領域全体に照射する様にしてもよいし、撮像領域の一部にのみ照射する様にしてもよい。

次に、図３を参照して前記３次元レーザスキャナ１の制御系について説明する。

前記制御演算部３１には前記操作部３３、前記鉛直角検出器２３、前記水平角検出器１９が電気的に接続され、前記鉛直角検出器２３、前記水平角検出器１９からの角度検出信号が入力されると共に、作業者の操作により前記操作部３３からの信号が入力される。

作業者は、該操作部３３から前記３次元レーザスキャナ１の測定を開始するのに必要な条件設定、例えば測定範囲の設定、点群データ密度の設定、或は撮影時の撮像条件の設定等を行い、又測定開始の指令等の入力ができ、前記表示部３２により確認できる様になっている。尚、前記操作部３３又は前記表示部３２は前記托架部１３に設けられてもよく、或は別途独立して設けられ、無線、赤外線等の信号伝達媒体により遠隔操作可能としてもよい。

前記制御演算部３１は、前記測距光源部３７、前記水平駆動モータ１７、前記鉛直駆動モータ３５、前記照明光源部５１を駆動すると共に、作業状況、測定結果等を表示する前記表示部３２を駆動する。又、前記制御演算部３１には、メモリカード、ＨＤＤ等の外部記憶装置５６が設けられる。該外部記憶装置５６は前記制御演算部３１に固定的に設けられてもよく、或は着脱可能に設けられてもよい。

次に、前記制御演算部３１の概略を説明する。

該制御演算部３１は、ＣＰＵに代表される演算部５７と、記憶部５８と、前記測距光源部３７の発光を制御する為の測距発光駆動部５９と、前記照明光源部５１の発光を制御する為の照明発光駆動部６０と、前記水平駆動モータ１７を駆動制御する為の前記水平駆動部１８と、前記鉛直駆動モータ３５を駆動制御する為の前記鉛直駆動部２２、及び前記測距部２７により得られた距離データを処理する為の距離データ処理部６１と、前記撮像部２９により得られた画像データを処理する画像データ処理部６２等を具備している。

前記記憶部５８は、測距、鉛直角の測定、水平角の測定を実行させる為のシーケンスプログラム、測距の演算等の演算を行う演算プログラム、測定データの処理を実行する測定データ処理プログラム、前記撮像部２９の撮像状態を制御する為の撮像プログラム、画像処理を実行する画像処理プログラム、処理画像からターゲットを検出するターゲット検出プログラム、データを前記表示部３２に表示させる為の画像表示プログラム等のプログラム、或はこれらのプログラムを統合管理するプログラム等を格納し、更に測定データ、画像データ等のデータを格納する。

尚、前記距離データ処理部６１、前記画像データ処理部６２の機能を前記演算部５７に実行させてもよく、この場合前記距離データ処理部６１と前記画像データ処理部６２は省略できる。又、前記距離データ処理部６１と前記画像データ処理部６２とを個別に具備することで、距離データ測定と、画像データ測定とを並行して実行することもできる。この場合、高速処理が可能となる。

又、前記距離データ処理部６１と前記画像データ処理部６２とを別途設けてもよい。例えば、別途ＰＣを装備し、該ＰＣに前記距離データ処理部６１と前記画像データ処理部６２の機能を実行させる様にしてもよい。この場合、前記３次元レーザスキャナ１及びＰＣに通信手段を設け、前記距離データ、画像データをＰＣに送信し、該ＰＣで距離データ処理、画像データ処理を実行する様にしてもよい。尚、通信手段としては、光通信、無線通信、ＬＡＮ等所要の通信手段を採用することが可能である。

上記した様に、前記３次元レーザスキャナ１により測定対象物の測定を行い、測定対象物の座標を取得する為には、前記３次元レーザスキャナ１の設置位置が既知である必要がある。従って、該３次元レーザスキャナ１の設置位置が未知である場合には、測定を行う前段階として、該３次元レーザスキャナ１の位置を求める必要がある。

以下、該３次元レーザスキャナ１の位置を求める為の、該３次元レーザスキャナ１による前記ターゲット４の検出及び位置測定について説明する。尚、以下では、前記照明光源部５１が、波長の異なる複数のレーザ光線及び／又は白色光を前記照明光５３として発する場合について説明する。

先ず、前記３次元レーザスキャナ１を任意の位置に設置し、前記托架部１３に設けられた傾斜センサ（図示せず）が水平を検出する様に、前記調整螺子１５を回転させ、前記３次元レーザスキャナ１が水平姿勢となる様に整準する。又、前記３次元レーザスキャナ１が整準された状態では、前記走査ミラー７の基準位置に於いて前記測距光軸４２が水平となる位置となっている。

この時、前記３次元レーザスキャナ１の位置は未知であり、コーナキューブ等の前記ターゲット４は前記ポール５を介して既知の位置に設置されている。前記撮像素子５４としてはカラーＣＣＤ、或はイメージセンサ等が用いられる。

整準が終了すると、前記３次元レーザスキャナ１を作業者が前記ターゲット４の方向に向け、該ターゲット４の検出処理を開始する。該ターゲット４の検出処理では、前記走査ミラー７は基準位置に静止した状態となっている。

前記照明発光駆動部６０を介して前記照明光源部５１が駆動される。該照明光源部５１が駆動されることで、白色の前記照明光５３が前記走査ミラー７を介して撮像領域に向って照射され、前記撮像部２９により白色の前記照明光５３が照射された状態の画像（第１照明画像）が取得され、前記記憶部５８に格納される。

次に、前記照明発光駆動部６０を介して前記照明光源部５１が停止され、前記撮像部２９により前記照明光５３を照射しない状態の画像（消灯画像）が取得され、前記記憶部５８に格納される。

尚、第１照明画像、消灯画像は、共に図４（Ａ）に示される様な、前記ターゲット４と共に背景が撮像された通常の原画像６４となっている。該原画像６４では、前記ターゲット４からの再帰反射光は光点６５として現れる。

第１照明画像と消灯画像とを取得すると、次に前記画像データ処理部６２により、第１照明画像から消灯画像が差引かれる。消灯画像が差引かれることで、前記原画像６４から背景画像が取除かれ、図４（Ｂ）に示される様な、再帰反射光の前記光点６５のみが残る第１差分画像６６が演算され、該第１差分画像６６中の前記光点６５が前記ターゲット４として検出される。

尚、前記ターゲット４の検出処理に於いては、前記原画像６４中に前記ターゲット４以外にも再帰反射性を有する物体が存在している場合があり、前記第１差分画像６６中には複数の光点が存在する場合がある。

この場合には、複数の光点の中から前記ターゲット４からの再帰反射光に基づく前記光点６５を検出する為、以下の処理が行われる。

前記撮像素子５４が青色、緑色、赤色に感度を有する受光素子から構成されることで、各色の比率から前記第１差分画像６６にて検出した各光点の色相を判断することができ、前記ターゲット４に対応する光点６５を検出することができる。尚、前記ターゲット４に所定の波長を選択的に反射する特性を持たせることで、即ち所定の色とすることで、色相の判断結果を基に候補の中から前記ターゲット４に対応する光点６５を検出することもできる。

尚、上記では白色の前記照明光５３により第１照明画像を取得し、該第１照明画像と消灯画像とに基づき前記ターゲット４の候補を検出し、色相を基に該候補の中から前記ターゲット４を検出しているが、他の実施例として、前記照明光５３を複数種類の単色光、例えば２種類の単色光とし、各色毎に該照明光５３により２種類の照明画像を取得し、該２種類の照明画像と消灯画像とに基づき前記ターゲットの検出を行ってもよい。

尚、２種類の単色光を同時に照射し、受光素子からの信号の内緑色成分と赤色成分を分離して抽出し、２種類の照明画像を取得してもよい。

以下、他の実施例を説明する。

所定の波長の単色光、例えば単緑色の照明光５３により、単緑色の該照明光５３が照射された状態の画像（第２照明画像）が取得される。次に、単緑色とは異なる色の単色、例えば単赤色の前記照明光５３により、単赤色の該照明光５３が照射された状態の画像（第３照明画像）を取得し、更に消灯画像を取得する。

複数の照明画像と消灯画像とを取得すると、第２照明画像と消灯画像とを比較減算処理し、第２差分画像を演算すると共に、第３照明画像と消灯画像とを比較減算処理し、第３差分画像を演算する。

ここで、例えば前記ターゲット４が単緑色光を選択的に反射する光学特性とし、或は前記ターゲット４を緑色の反射シートで構成し、単緑色光を選択的に反射するものとすると、前記ターゲット４により前記照明光５３の緑色成分のみが反射され、緑色以外の光は減衰して反射される。

従って、前記照明光５３を単緑色光とし、第２照明画像、消灯画像から第２差分画像を演算した場合、前記ターゲット４からの再帰反射光は減衰されることなく光点６５として第２差分画像に現れる。

第３照明画像を取得する為の単色光を、単緑色光と補色の関係にある単赤色光とすると、単赤色光を照射した場合では、前記ターゲット４からの反射光は殆どなく、前記第３差分画像には前記光点６５が現れない。更に、赤色成分を有する物、部位からの反射光が減衰されて得られる。

前記画像データ処理部６２により第２差分画像と第３差分画像とが比較され、検出した前記ターゲット４の候補の光量比率、強度を求めることで色相を判断することができ、判断した色相を基に該ターゲット４を検出することができる。

尚、単緑色光を照射した場合では、単緑色光は前記ターゲット４により殆ど減衰することなく反射され、単赤色光を照射した場合では前記ターゲット４からの反射光はない。

従って、第２差分画像と第３差分画像とを比較することで、第２差分画像には前記光点６５が存在し、第３差分画像には前記光点６５が存在しない場合は、前記第２差分画像の前記光点６５は前記ターゲット４として判別することができ、色相を求めることなく確実に前記光点６５を検出することができる。

尚、上記した他の実施例に於いては、前記撮像素子５４は明度のみ感度を有するモノクロの受光センサでよい。

更に他の実施例として、上記構成を組合わせ、白色光を前記照明光５３とした白色光照明画像と、少なくとも１つの単色光、例えば単赤色光を前記照明光５３とし、単色光照明画像と、消灯画像とにより前記ターゲット４の検出をしてもよい。

白色光照明画像と消灯画像により白色光照明差分画像を演算し、白色光照明差分画像から前記ターゲット４の候補を検出し、色相を基に該ターゲット４を検出する。更に、単色光照明画像と消灯画像に基づき単色光照明差分画像を演算する。単赤色光を照射した場合、揺れる枝葉越しの太陽光、或は川面に反射される太陽光は白色の背景光として検出される。従って、単色光照明差分画像と白色光照明差分画像とを組合わせることで、取得時間の差により白色光照明差分画像に白色の背景光が残る場合に於いても、反射光と背景光とを判別することができるので、再帰反射性があり、無色、又は特定の色相を有する前記ターゲット４の検出確度を向上させることができる。

更に、前記反射シートでパターンを形成する場合に、特定波長の単色光を反射する第１パターン部と、該単色光に対して補色の単色光を反射する第２パターン部を形成すれば、前記照明光５３の切替えにより異なったパターンを得られるので、前記ターゲット４の検出がより容易となる。

又、ターゲット４が波長を選択的に反射する特性を有し、照明光５３として白色光を用い、前記撮像部２９の受光光路中に透過特性の異なる複数の波長選択フィルタ（例えば、緑色透過フィルタ、赤色透過フィルタ）を個々に挿脱可能とし、入射する反射光を波長選択フィルタを通して波長毎に個別受光しても同様の効果が得られる。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、本実施例に於ける前記照明発光部２８及び前記撮像部２９の一例を示す要部拡大図である。

前記撮像部２９の撮像光軸に前記照明光源部５１の光軸を合わせる前記第３ビームスプリッタ５２が配置されている。該第３ビームスプリッタ５２の反射光軸上に前記撮像部２９が配設され、前記第３ビームスプリッタ５２の透過光軸上に１つの前記照明光源部５１が配設された構成であり、上記実施例中で説明したものと同等の構成となっている。尚、図中、６８は発光源を示している。

前記撮像部２９は、撮像レンズ６９と前記撮像素子５４から構成され、前記照明光源部５１は、照明レンズ７０と発光源６８とから構成される。

次に、前記ターゲット４の中心と前記測距光軸４２とを合致させる作動について説明する。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）による前記照明光源部５１では前記第１差分画像６６で得られる光点６５は１つとして検出される。従って、前記ターゲット４の中心に前記測距光軸４２を合致させる場合は、前記撮像素子５４上で前記光点６５のピーク強度の位置を求め、ピーク強度の位置が前記撮像素子５４上の基準位置、例えば中心となる様に前記鉛直駆動部２２、前記水平駆動部１８により前記鉛直駆動モータ３５、前記水平駆動モータ１７を駆動制御することで、前記測距光軸４２を前記ターゲット４の中心へと合致させることができる。

又、図６（Ａ）、図６（Ｂ）は前記照明光源部５１の他の実施例を示している。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示される他の実施例では、撮像部２９の光軸中心に対し点対称に２つの照明光源部５１ａ，５１ｂが配置される。該照明光源部５１ａ，５１ｂの光軸は前記撮像部２９の光軸（即ち前記測距光軸４２）と平行とする。

照明光源部５１を２つ設けることで、前記ターゲット４に前記照明光５３を照射した場合に、近距離では差分画像に２つの光点６５，６５が検出される。該２つの光点６５，６５のピーク強度の中間が前記ターゲット４の中心を示す。従って、２つの光点６５，６５のピーク強度の中間が前記撮像素子５４上の基準位置となる様に、前記鉛直駆動部２２、前記水平駆動部１８を介して前記鉛直駆動モータ３５、前記水平駆動モータ１７を駆動制御することで、前記測距光軸４２を前記ターゲット４の中心へと合致させることができる。

又、前記ターゲット４が遠方にある場合は、差分画像には１つの光点６５が検出される。この場合、前記照明光源部５１が１つの場合と同様、該光点６５のピーク強度の位置が前記撮像素子５４上の基準位置となる様、前記鉛直駆動部２２、前記水平駆動部１８により前記鉛直駆動モータ３５、前記水平駆動モータ１７を駆動制御することにより、測距光軸４２を前記ターゲット４の中心へ合致させることができる。

尚、遠方に配置された該ターゲット４を撮像した場合、前記撮像素子５４の画素６７に対して光点の大きさが３画素程度に小さくなり、前記光点６５のピーク位置を求めるのに充分なデータが得られない場合がある。

図７〜図９、図１０に於いて、該光点６５のピーク位置を求める光強度分布のデータを補間し、該光点６５のピーク位置検出の精度を向上させる方法について説明する。

図７〜図９は、前記撮像素子５４の一部素子５４′（画素５列（ａ〜ｅ）×画素５行（１〜５））に着目した図である。又、図７（Ａ）〜図９（Ａ）中、破線で示した円は前記光点６５を示している。前記一部素子５４′で得られる差分画像を差分画像６６ａ〜６６ｃとする。

ここで、前記差分画像６６ａ〜６６ｃ中、３行目の画素に着目した場合、画素が受光する光点６５の水平方向の光強度分布は、図７（Ｂ）に示される様な棒グラフとして表される。前記光点６５は３画素程度の大きさである為、３つのデータしか得ることはできないが、前記鉛直角検出器２３、前記水平角検出器１９からの角度信号を基に、前記鉛直駆動部２２、前記水平駆動部１８により前記鉛直駆動モータ３５、前記水平駆動モータ１７を駆動させ、前記撮像素子５４の１画素に相当する角度よりも小さい角度（例えば、画素６７ｂ３と６７ｃ３間の画角の１／３）だけ水平方向に撮像方向を変え、撮像することで、画素６７ｂ３と６７ｃ３間で複数枚の差分画像、例えば図８（Ａ）、図９（Ａ）に示される様な２枚の差分画像６６ｂ，６６ｃを取得する。これは、現状の画素ピッチの１／３で画素が配設された場合と同等な結果が得られる。

画素ピッチの１／３で水平方向に回転させることで差分画像６６ｂ，６６ｃが得られ、該差分画像６６ｂ，６６ｃについても、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）に示される様に、それぞれ３つのデータからなる前記光点６５の水平方向の光強度分布を得ることができる。前記差分画像６６ａから得られる光強度分布と、前記差分画像６６ｂ，６６ｃから得られる光強度分布を撮像角度に関連付けて並べることで、図１０に示される様な、９つのデータからなる前記光点６５の水平方向の光強度分布を得ることができ、該光点６５の水平方向に於けるピーク位置を精度よく検出することができる。

又、同様にｃ列目の画素に着目し、前記撮像素子５４の１画素ピッチに相当する角度よりも小さい角度だけ垂直方向に撮像方向を変え、撮像することで、複数の差分画像を取得する。その後、先に取得した画像から得られる光強度分布と、差分画像から得られる光強度分布を撮像角度に関連付けて並べることで、前記光点６５のピーク位置を求める為のデータが補間でき、該光点６５の垂直方向に於けるピーク位置を精度よく検出することができる。

データを補間し、求めた水平方向及び垂直方向の前記光点６５のピーク位置を基に、前記鉛直駆動部２２、前記水平駆動部１８により前記鉛直駆動モータ３５、前記水平駆動モータ１７を駆動制御することで、前記測距光軸４２を前記ターゲット４の中心へと合致させることができる。

尚、水平方向、垂直方向に撮像方向を変えるのではなく、斜め方向に撮像方向を変え、差分画像を取得する様にしてもよい。撮像方向を変える方向を斜め方向とすることで、水平方向、垂直方向に於ける前記光点６５の光強度分布を同時に得ることができ、一度に水平方向と垂直方向のデータを補間することができる。

又、データを補間し、前記光点６５のピーク位置を求めるのではなく、概略位置を前記撮像素子５４より求め、概略位置を中心に走査範囲を設定する。前記測距光８により走査範囲について走査を実施し、反射強度の分布結果に基づき前記ターゲット４の中心位置を求め、該ターゲット４の中心へ前記測距光軸４２を合致させてもよい。

前記ターゲット４の中心に前記測距光軸４２を合致させた状態の鉛直角及び水平角を前記記憶部５８に格納した後、前記３次元レーザスキャナ１により前記ターゲット４迄の測距が行われる。

前記測距発光駆動部５９により前記測距光源部３７が駆動され、測距光軸４２が前記ターゲット４の中心に合わされた状態で、該測距光源部３７からパルスレーザ光線が測距光８として発光される。

該測距光８は、前記光路分割部材３８により一部が前記内部参照光路４３に向って分割され、残りが前記投光光学部３９により平行光束とされ、更に前記ミラー４１、前記第１ビームスプリッタ４４、前記第２ビームスプリッタ４５に反射された後、前記走査ミラー７により直角に偏向され、前記ターゲット４の中心に向って照射される。

該ターゲット４により反射された反射測距光は、前記走査ミラー７に入射し、該走査ミラー７により直角に偏向され、前記第２ビームスプリッタ４５に反射され、前記第１ビームスプリッタ４４に透過された後、前記受光光学部４６により集光される。該受光光学部４６により集光された反射測距光は、前記光路延長部４７を透過し、前記光路結合部４８を介して前記受光素子４９へと入射する。又、前記光路分割部材３８により分割された測距光８（内部参照光）も、前記内部参照光路４３を介し、前記光路結合部４８を経て前記受光素子４９へと入射する。

前記測距光８及び反射測距光は、前記受光素子４９にて測距光電気信号と反射測距光電気信号へと変換され、前記制御演算部３１へと送られる。該制御演算部３１では、前記距離データ処理部６１により、測距光電気信号と反射測距光電気信号の時間間隔が測定され、測定された時間間隔を基に前記ターゲット４迄の距離が算出される。算出された前記ターゲット４迄の距離は前記記憶部５８に格納される。

前記ターゲット４に対する前記３次元レーザスキャナ１の鉛直角及び水平角、前記ターゲット４迄の距離が求められることで、該ターゲット４に対する前記３次元レーザスキャナ１の位置を求めることができ、該３次元レーザスキャナ１の位置を既知とすることができる。

上述の様に、本実施例では、前記３次元レーザスキャナ１を前記ターゲット４の方向に向けて撮像を行い、簡素な画像処理にて該ターゲット４を検出し、該ターゲット４の測定点と測距光軸４２とを合致させる様にしているので、該ターゲット４の検出の為に測距光を走査させる必要がなく、或は広範囲に走査させる必要がなく処理時間を短縮し作業の効率化を図ることができる。

又、パノラマ画像や動画像の撮像と、前記ターゲット４の検出とを１つの前記撮像部２９にて行うことができるので、装置の簡略化が図れ、製作コストを低減させることができる。

又、本実施例では、前記ターゲット４の検出の際に、該ターゲット４の色相を判断可能であるので、道路標識や自動車等の反射板に反射された光点と、前記ターゲット４に反射された光点とを判別可能となり、該ターゲット４の誤検出を防止することができる。

尚、本実施例では、前記照明光源部５１から単色の前記照明光５３を照射した状態で撮像した照明画像と、前記照明光源部５１から前記照明光５３を照射しない状態で撮像した消灯画像とを基にした差分画像により前記ターゲット４を検出しているが、該ターゲット４を検出できれば他の構成であってもよい。

例えば、前記照明光源部５１を近赤外域の前記照明光５３を照射する光源とし、前記撮像部２９に前記撮像素子５４へ入射する光の波長を自在に選択し透過させる波長選択部を設ける。

該波長選択部は、例えば可視光領域の光を透過させる部位と、近赤外域の光を透過させる部位とを切替え可能なフィルタであり、パノラマ画像や動画像を取得する際には、可視光領域を透過する部位を用い、再帰反射性を有するコーナキューブ等の前記ターゲット４を検出する際には、近赤外域の光のみを透過する部位を用いることで、撮像された画像の背景光を低減させることができる。

尚、本実施例に於ける前記ターゲット４の検出は、前記３次元レーザスキャナ１だけではなく、図１１に示される様な３次元レーザスキャナ７１に対しても適用可能である。

該３次元レーザスキャナ７１は主に、整準部９、回転機構部７２、測距部２７と撮像部２９と制御演算部３１等が内部に収納された測定装置本体部７３、該測定装置本体部７３の上部に回転自在に設けられた回動台７４、該回動台７４の上部に設けられた回転照射部７５から構成されている。

該回転照射部７５は、前記回動台７４に取付けられたミラーホルダ（図示せず）と、該ミラーホルダに回動自在に設けられた走査ミラー７を有している。該走査ミラー７は高低回動モータ（図示せず）により水平な軸を中心に鉛直方向に回動されると共に、前記回転機構部７２の水平回動モータ７６により前記回動台７４と一体に水平回転される様になっている。

前記測距部２７より射出された測距光８は、前記走査ミラー７に導かれ、該走査ミラー７により測定対象物に向って反射される。又、測定対象物に反射された反射測距光は、前記走査ミラー７に反射され、一部が前記撮像部２９に導かれて画像が取得されると共に、残りが前記測距部２７へと導かれ、測定対象物の測距が行われる。

前記走査ミラー７の鉛直方向の回動と、前記回動台７４の水平回転の協働により、所定の高低範囲に於いて前記測距光８を全周に亘って走査可能となっている。又、該測距光８を走査させることで、測定対象物の３次元点群データを取得可能となっている。更に、前記走査ミラー７をターゲット４（図１参照）に向けて静止させ、一点に前記測距光８を射出することで、前記ターゲット４の３次元位置の測定が可能となっている。

１ ３次元レーザスキャナ
４ ターゲット
７ 走査ミラー
１３ 托架部
１８ 水平駆動部
１９ 水平角検出器
２２ 鉛直駆動部
２３ 鉛直角検出器
２５ 測距発光部
２７ 測距部
２８ 照明発光部
２９ 撮像部
３１ 制御演算部
３６ 走査部
３７ 測距光源部
３９ 投光光学部
４２ 測距光軸
４６ 受光光学部
４９ 受光素子
５１ 照明光源部
５３ 照明光
５４ 撮像素子
５８ 記憶部
６１ 距離データ処理部
６２ 画像データ処理部
６４ 原画像
６５ 光点
６６ 差分画像
７１ ３次元レーザスキャナ

Claims (9)

1. 測距光を発生する光源部と、該光源部からの測距光を測距光軸上へ照射する投光光学部と、測定対象物からの反射光を受光する受光光学部と、該受光光学部で集光された前記反射光を電気信号へと変換する受光素子と、前記測定対象物に対して測距光を走査する走査部と、該走査部により走査される測距光の照射方向を検出する角度検出部と、白色光又は複数の単色光を含む光と、少なくとも１つの単色光を照射する照明光源部と、青色、緑色、赤色に感度を有する撮像素子を有し、複数の波長の２次元画像を取得する撮像部と、制御演算部とを具備し、該制御演算部は前記走査部を駆動制御し、前記受光素子からの受光信号により前記測定対象物迄の距離を演算し、演算された距離と前記角度検出部からの検出信号に基づき前記測定対象物の３次元データを演算する距離データ処理部と、前記照明光源部にて照明した画像と、照明していない画像を前記撮像部にて取得し、両画像に基づき差分画像を求め、取得した白色光を照射した差分画像内の各色の比率から前記反射光の色相を判断し再帰反射性を有するターゲットを検出し、該ターゲットの位置を演算すると共に、前記単色光を照射した差分画像を基に時系列により変化する白色の背景光を判別する画像データ処理部とを有することを特徴とする３次元測量装置。
2. 測距光を発生する光源部と、該光源部からの測距光を測距光軸上へ照射する投光光学部と、測定対象物からの反射光を受光する受光光学部と、該受光光学部で集光された前記反射光を電気信号へと変換する受光素子と、前記測定対象物に対して測距光を走査する走査部と、該走査部により走査される測距光の照射方向を検出する角度検出部と、再帰反射性を有し、特定波長の単色光を選択的に反射する光学特性を有するターゲットと同色の単色光と、該ターゲットと補色の関係にある単色光を照射する照明光源部と、前記ターゲットを含む２次元画像を取得する撮像部と、制御演算部とを具備し、該制御演算部は前記走査部を駆動制御し、前記受光素子からの受光信号により前記測定対象物迄の距離を演算し、演算された距離と前記角度検出部からの検出信号に基づき前記測定対象物の３次元データを演算する距離データ処理部と、前記照明光源部にて照明した画像と、照明していない画像を前記撮像部にて取得し、両画像に基づき差分画像を求め、取得した２つの差分画像から受光強度の差分に基づき前記ターゲットを検出し、該ターゲットの位置を演算する画像データ処理部とを有することを特徴とする３次元測量装置。
3. 前記照明光源部は、前記撮像部の光学中心軸に対して同軸に配置された発光源を有する請求項１又は請求項２の３次元測量装置。
4. 前記照明光源部は、前記撮像部の光学中心軸に対して点対称に配置された複数の発光源を有する請求項１又は請求項２の３次元測量装置。
5. 所定の前記ターゲットに対し、前記走査部により撮影方向を隣接する画素間に相当する画角より小さい角度で動かし、複数の差分画像を前記撮像部により取得し、前記角度検出部からの角度を基に差分画像を重ね合せることにより、前記反射光の検出精度を高める請求項１〜請求項４のうちいずれかの３次元測量装置。
6. 前記撮像部へ入射する光の波長を選択可能な波長選択部を有する請求項１又は請求項２の３次元測量装置。
7. 任意の位置に設置された３次元測量装置と、既知の位置に設置されたターゲットとを有する３次元測量システムであって、前記３次元測量装置は測距光を発生する光源部と、該光源部からの測距光を測距光軸上へ照射する投光光学部と、測定対象物からの反射光を受光する受光光学部と、該受光光学部で集光された前記反射光を電気信号へと変換する受光素子と、前記測定対象物に対して測距光を走査する走査部と、該走査部により走査される測距光の照射方向を検出する角度検出部と、複数の波長を含む照明光を照射する照明光源部と、前記複数の波長の２次元画像を取得する撮像部と、前記照明光源部にて照明した画像と照明していない画像を前記撮像部にて取得し、両画像に基づき差分画像を求め、該差分画像及び該差分画像から検出される複数波長の反射光の検出強度の関係により前記測定対象物から再帰反射性を有し、特定波長の単色光を反射する第１パターン部と、該単色光とは補色の関係にある単色光を反射する第２パターン部とを有する反射シートを有する前記ターゲットを検出する画像データ処理部と、前記受光素子からの受光信号により前記ターゲット迄の距離を演算し、演算された距離と前記角度検出部からの検出信号に基づき前記測定対象物の３次元データを演算する距離データ処理部とを具備し、得られた前記ターゲット迄の距離と前記角度検出部により検出された測距光の照射方向に基づき前記ターゲットに対する前記３次元測量装置の位置を演算することを特徴とする３次元測量システム。
8. 任意の位置に設置された３次元測量装置と、既知の位置に設置され、特定波長の単色光を選択的に反射する光学特性を有するターゲットとを有する３次元測量システムであって、前記３次元測量装置は測距光を発生する光源部と、該光源部からの測距光を測距光軸上へ照射する投光光学部と、測定対象物からの反射光を受光する受光光学部と、該受光光学部で集光された前記反射光を電気信号へと変換する受光素子と、前記測定対象物に対して測距光を走査する走査部と、該走査部により走査される測距光の照射方向を検出する角度検出部と、前記ターゲットと補色の関係にある単色光と、該ターゲットと同色の単色光を個別に照射する照明光源部と、前記ターゲットを含む２次元画像を取得する撮像部と、前記照明光源部にて照明した画像と照明していない画像を前記撮像部にて取得し、両画像に基づき差分画像を求め、取得した２つの差分画像から光強度の差分に基づき前記測定対象物から再帰反射性を有するターゲットを検出する画像データ処理部と、前記受光素子からの受光信号により前記ターゲット迄の距離を演算し、演算された距離と前記角度検出部からの検出信号に基づき前記測定対象物の３次元データを演算する距離データ処理部とを具備し、得られた前記ターゲット迄の距離と前記角度検出部により検出された測距光の照射方向に基づき前記ターゲットに対する前記３次元測量装置の位置を演算することを特徴とする３次元測量システム。
9. 前記ターゲットは特定波長の単色光を選択的に反射する光学特性を有し、前記照明光は少なくとも前記特定波長の単色光と、該単色光と補色の関係にある単色光を含み、前記画像データ処理部は反射された複数の波長の照明光の光強度の関係から前記反射光の色相を判断し、色相を基に該ターゲットを検出する請求項７の３次元測量システム。

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