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3次元形状データ処理方法、3次元形状データ処理装置 新技術説明会

国内特許コード P120007450
整理番号 S2011-1061-N0
掲載日 2012年5月1日
出願番号 特願2011-216588
公開番号 特開2013-077165
登録番号 特許第5294177号
出願日 平成23年9月30日(2011.9.30)
公開日 平成25年4月25日(2013.4.25)
登録日 平成25年6月21日(2013.6.21)
発明者
  • 島田 英之
  • 井口 光宏
  • 新井 知
  • 吉川 慶
出願人
  • 学校法人加計学園
  • 株式会社ウエスコ
発明の名称 3次元形状データ処理方法、3次元形状データ処理装置 新技術説明会
発明の概要

【課題】3次元形状に対応するデータファイルのサイズを小さく、転送や取り扱いを容易とする。
【解決手段】レーザ光200の走査によって構成される面(走査面)と3次元形状をもつ対象物300との交線上に、各測定点は離散的に存在する。この3次元形状データ処理方法においては、データとして、3次元空間座標の点群データの代わりに、各走査面上における各測定点の平均位置Gの空間的位置、走査面における座標軸U、V軸の方向、各測定点Pn,i(1≦i≦k)についての、走査面での2次元座標(un,i、vn,i)を記録する。ただし、この2次元座標を記録する代わりに、後述する符号化された値を記録することもできる。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


カーナビゲーション等においては、2次元情報である地図が主に用いられている。しかしながら、建物や地形の高さも表示した3次元情報が運転者にとってより直感的であるため、より好ましい。一方で、地図上における建物や地形の高さまで情報化した3次元情報(3次元空間座標の点群データ)は、2次元情報と比べて、その取得に労力を要する。



特許文献1には、この点群データを取得するために、車両を用いたマッピングシステムを用いることが記載されている。このマッピングシステムにおいては、レーザスキャナ、GPS装置、カメラを設置した車両を走行させることにより、この3次元情報を取得する技術が記載されている。図10は、このマッピングシステムの構成を示す図である。



このマッピングシステムにおいては、車両100の位置はGPS装置110によって正確に把握される。一方、レーザスキャナ(第1レーザスキャナ120、第2レーザスキャナ130)は、周囲に向かって発せられたレーザ光の反射光を受光することによって、レーザスキャナから周囲までの距離を測定する。ここで、第1レーザスキャナ120、第2レーザスキャナ130はそれぞれ異なる仰角で対象物(周囲の道路や物体)に向かってレーザ光200を発する。これらのレーザ光をそれぞれ方位角方向に走査することによって、この方向における対象物までの距離情報を得ることができる。



各測定点を認識した際のレーザ光200の仰角、方位角がわかれば、測定点のレーザスキャナ10からの相対的位置(相対座標)が算出される。一方、レーザスキャナ10の空間的位置(絶対座標)はGPS装置110等によって認識されるため、測定点の絶対座標が算出される。車両100を移動させると共にレーザ光200の走査を繰り返すことによって、各地点毎にこの距離情報を得ることができ、これより地形の3次元情報を、複数の測定点の絶対座標の集合(点群データ)として得ることができる。



ナビゲーションシステム等においては、ある視点からみた地形を立体感のある2次元画像として表示させるが、この表示は、この点群に対応して行われる。第1レーザスキャナ120、第2レーザスキャナ130の2台を用いることによって、より多くの測定点を得ることができ、より正確な3次元情報を得ることができる。しかしながら、測定された点群をある視点から見た2次元画像として表示した場合には、例えば本来は遮蔽されて見えない点も表示されるため、良好な視認性が得られない、すなわち、点群表示による画像が、実際に目視される2次元画像とは大きく異なる場合がある。このため、レーザスキャナのデータ取得と同時にカメラ(第1カメラ140、第2カメラ150)によって得られた撮像データ(画像)もこの3次元情報作成のために補助的に用いられる。



得られた点群における各点を結ぶ線によってポリゴンを生成し、このポリゴンに基づいた表示を行わせれば、形状の表面を表現することができるため、より良好な視認性を得ることができる。この場合、ポリゴンを構成する線は、ある1回の走査によって得られた複数の空間点と、次の1回の走査によって得られた複数の空間点とを連結させて得ることが可能である。走査毎に得られる空間点の数は理想的にはレーザスキャナの設定によって決まり、この場合には走査毎の空間点の数は一定となるため、ポリゴンを構成する線は一義的に定まる。しかしながら、実際にはレーザ光の反射データが得られない場合も多く存在するため、走査毎に得られる空間点の数は一定とはならない。このため、ポリゴンを構成する線は一義的に定まらず、適正な組み合わせを推定する操作が必要となる。特許文献1に記載の技術においては、連続した2回の走査によって得られたデータを用いて、こうした場合においても適正なポリゴンを推定する方法を用いている。



こうした方法を用いて3次元形状の表示を適正に行うことができるものの、その表示を精密に行うためには、1回の走査毎に測定される空間点の数を多くすることが必須となる。この場合、走査が行われる毎、あるいは車両100等が進行する度に蓄積されるデータ容量は膨大となり、その記憶、転送等は容易ではなくなる。特許文献2に記載の技術においては、上記と同様の構成を飛行体に搭載し、地上にデータを転送している。ここで、レーザスキャナによって得られたデータとして、空間座標の他に、レーザ光の射出角度等、測定条件に関わるデータもこれに対応して保存している。これらのデータファイルを個々に作成し、各データファイルを圧縮処理して、データ容量を小さく変換してから地上に伝送している。



こうした技術を用いて、地形に関する3次元情報を小さなデータ容量で精密に表示することができる。

産業上の利用分野


本発明は、3次元形状のデータを取り扱うデータ処理方法、データ処理装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
レーザスキャナによって計測された対象物の3次元形状に対応する複数の3次元空間座標点の点群を、前記対象物と交差する複数の走査面と対応付けて表示する3次元形状データ処理方法であって、
前記複数の3次元空間座標点を、前記対象物と前記走査面との間の交線上に存在する複数の点に対応付け、前記各点を前記各走査面上の2次元座標に対応させて記録した2次元座標点の点群としたデータファイルを、各走査面毎に作成することを特徴とする3次元形状データ処理方法。

【請求項2】
前記データファイルに対して符号化による圧縮処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の3次元形状データ処理方法。

【請求項3】
前記走査面上の領域4分木によって前記点を符号化して前記データファイルに記録することを特徴とする請求項1又は2に記載の3次元形状データ処理方法。

【請求項4】
前記3次元空間座標点を前記走査面に投影した点を前記点とし、前記3次元空間座標点の前記走査面からの距離を前記データファイルに記録することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の3次元形状データ処理方法。

【請求項5】
前記走査面を、複数の前記3次元空間座標点のデータの中の一群のデータに対する主成分分析を行うことによって設定することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の3次元形状データ処理方法。

【請求項6】
ネットワークを介して、各走査面毎の前記データファイルを配信することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の3次元形状データ処理方法。

【請求項7】
対象物の3次元形状に対応する複数の3次元空間座標点の点群に対応するデータを圧縮する3次元形状データ処理装置であって、
前記データを記憶する記憶手段と、
前記対象物と交差する複数の走査面を設定し、前記走査面と前記対象物との間の交線上に存在する複数の点の点群によって前記複数の3次元空間座標点の中の一群を対応付け、複数の前記点を前記走査面上の2次元座標に対応させて記録したデータファイルを、各走査面に対応させて作成させるCPUと、
を具備することを特徴とする3次元形状データ処理装置。

【請求項8】
前記複数の3次元空間座標点の点群は、レーザスキャナによって計測されたことを特徴とする請求項7に記載の3次元形状データ処理装置。

【請求項9】
前記CPUは、
作成された前記データファイルに対して符号化による圧縮処理を行うことを特徴とする請求項7又は8に記載の3次元形状データ処理装置。

【請求項10】
前記CPUは、
前記走査面上の領域4分木によって前記交点の座標を符号化して前記データファイルに記録することを特徴とする請求項7から請求項9までのいずれか1項に記載の3次元形状データ処理装置。

【請求項11】
前記CPUは、
前記3次元空間座標点を前記走査面に投影した点を前記点とし、前記3次元空間座標点の前記走査面からの距離を前記データファイルに記録することを特徴とする請求項7から請求項10までのいずれか1項に記載の3次元形状データ処理装置。

【請求項12】
前記CPUは、
前記走査面を、複数の前記3次元空間座標点のデータの中の一群のデータに対する主成分分析を行うことによって設定することを特徴とする請求項7から請求項11までのいずれか1項に記載の3次元形状データ処理装置。

【請求項13】
前記CPUは、
利用者からの要求に応じ、ネットワークを介して、各走査面毎の前記データファイルを配信させることを特徴とする請求項7から請求項12までのいずれか1項に記載の3次元形状データ処理装置。
産業区分
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011216588thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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