JP4892310B2 - 測量機 - Google Patents

Description

本発明は、測量現場の写真を撮影するためのカメラを備えた測量機に関する。

従来測量においては、測点（測量目標）を含む周囲の風景を撮影し、撮影された画像を測定データと共に保存することがある。測量現場の写真は、例えば通常のカメラを用いて撮影される場合もあるが、測量機内に内蔵された撮像装置を用いて測点毎に周辺画像を撮影するものも提案されている（特許文献１）。
特開平１１−３３７３３６号公報

しかし、周辺画像として撮影される領域の大きさは、測量目標までの距離に応じて変化する。特に測量目標までの距離が大きいと、撮影された画像の周辺部分の多くは必要のない画像情報となる。このため、このような画像を記録媒体に記録すると記憶容量を無駄に消費することとなるとともに、画像データを接続されたコンピュータなどに転送する際に無駄な時間を費やすこととなる。

本発明は、デジタルカメラを備えた測量機において、効率的に測量目標の周辺画像データを取得することを課題としている。

本発明に係る測量機は、デジタルカメラを備えた測量機であって、周辺画像として記録したい測量目標点周辺の撮影領域の実際の大きさを設定する領域長設定手段と、測量目標点までの距離を計測する測距手段と、測距手段により計測された距離と撮影領域の大きさの設定値に基づいてデジタルカメラで撮影された撮影画像における周辺画像に対応する画像領域を算出する抽出領域算出手段と、周辺画像に対応する領域を含むトリミング画像を撮影画像中から抽出するトリミング手段とを備えたことを特徴としている。

撮影領域の大きさの設定において、例えば横幅または高さの少なくとも一方が指定される。トリミング画像は、例えば算出された周辺画像に対応する画像領域を包含する最小の画像規格を用いてトリミングされる。このとき、トリミング画像において、周辺画像に対応する画像領域以外の領域が単色で表示されることが好ましい。また例えばトリミング画像は、算出された周辺画像に対応する画像領域に等しい。更に測量機は、トリミング画像を記録する記録手段を備える。

以上のように、本発明によれば、デジタルカメラを備えた測量機において、効率的に測量目標の周辺画像データを取得することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるデジタルカメラを備えた測量機の外観を示す斜視図である。一方、図２は、図１の測量機の構成を模式的に示すブロック図である。

測量機１０は例えばトータルステーションやセオドライト、レベル等、測距機能を備えた測量機であればよいが、以下の説明ではトータルステーションを例に説明を行う。

測量機１０は、望遠鏡ブロック３０と、測量機本体である支柱ブロック３１と、整準台３２とから主に構成される。望遠鏡ブロック３０は、支柱ブロック３１により両脇から水平軸Ｌｈ周りに回転自在に支持される。また、支柱ブロック３１は、整準台３２の上に載置され、鉛直軸Ｌｐの周りに回転自在に支持される。

望遠鏡ブロック３０には、視準望遠鏡１７が設けられ、水平軸Ｌhと鉛直軸Ｌpとは視準望遠鏡１７の光軸（視準線）Ｌ０上にある視準原点Ｏ_Sにおいて直交する。これにより、望遠鏡ブロック３０が、水平軸Ｌhの周りに俯仰され、鉛直軸Ｌpの周りに回転されると、視準望遠鏡１７による視準方向の高度角および水平角が、水平軸Ｌhの周りの角度（高度角）θa、鉛直軸Ｌpの周りの角度（水平角）θhとして測定される。

視準望遠鏡１７の対物レンズ系ＬＳ１の光軸Ｌ０は、例えばプリズムＰＳにおいて２分され、一方は接眼レンズ系ＬＳ２に導かれ他方は測距部１１に導かれる。測距部１１では視準された測点までの斜距離が、例えば光波測距等により検出され、測角部１２ではこのときの水平角θh、高度角θp等が検出される。

測距部１１及び測角部１２はそれぞれシステムコンロール回路１３に接続されており、システムコントロール回路１３からの指令に基づき制御される。例えば測距部１１はシステムコントロール回路１３の指令に基づいて測距を行い、測定値をシステムコントロール回路１３に送出する。

一方、測角部１２は常時角度を測定しておりシステムコントロール回路１３からの要求に応じて測定値をシステムコントロール回路１３へ送出する。検出された斜距離、水平角、高度角等の測定値はシステムコントロール回路１３において処理される。

また、望遠鏡ブロック３０にはデジタルカメラユニット２０が内蔵される。デジタルカメラユニット２０は、撮像光学系ＬＳ３およびＣＣＤ等の撮像素子を含む撮像部１８から構成される。撮像光学系ＬＳ３の光軸Ｌ１は、例えば視準望遠鏡１７の視準線Ｌ０に平行に配置され、撮像部１８では撮像光学系ＬＳ３を介して視準方向の画像を撮像することができる。撮像部１８において取得された画像データは、システムコントロール回路１３に転送され、画像モニタ１４に表示されるとともに、ＩＣカードなど着脱可能な記録媒体１５に記録される。

なお、システムコントロール回路１３には、この他にも、操作パネル１９に設けられたスイッチ類やＬＣＤなどの表示器が接続されている。また、システムコントロール回路１３には、インターフェース回路１６も接続されており、インターフェース回路１６を介して、データコレクタ（図示せず）やコンピュータ（図示せず）等の周辺機器に測量データや画像データを出力可能である。

次に図３、図４を参照して、本実施形態のトリミング処理の原理について説明する。図３は、測量機１０により測量目標点Ｐｍを計測し、その周辺画像をデジタルカメラユニット２０で撮影するときの測量機１０の位置と撮影領域の関係を模式的に示す図である。また、図４は撮影領域Ａ１に対応する画素数と、撮影領域Ａ１からの抽出が予定される領域Ａ２に対応する画素数との関係を示す図である。

図３には、測量機１０により距離Ｌ離れた位置にあるターゲット（測量目標点）Ｐｍが測量機１０により測量される様子が描かれている。点Ｐｔは例えば視準望遠鏡１７の視準原点Ｏsである。また、点Ｐｃはデジタルカメラユニット２０の視点に対応し、このときデジタルカメラユニット２０の撮像部１８では撮影光学系ＬＳ３を通して領域Ａ１が撮影される。しかし、画像Ａ１は、測量目標点の周辺画像としては広過ぎる範囲を写し込んでいるため画像Ａ１の周縁部の殆どの領域は不要な領域である。

一般に測量目標点Ｐｔの周辺画像としてどの程度の範囲の領域を記録するべきかは予め知られている。したがって、本実施形態では、測量目標点Ｐｍの周囲において撮影されるべき実際の（物理空間上の）横幅ＷＸと高さＷＹがユーザによって予め設定され、計測された測量目標点Ｐｍまでの距離Ｌと、予め設定された横幅ＷＸ、高さＷＹとに基づいて撮影領域Ａ１の中で抽出されるべき領域Ａ２が算出される。

撮像素子の１画素当たりの横方向の分解力（角度）をθｒｘとすると、測量目標点Ｐｔのある距離Ｌ離れた平面において、１画素に撮像される横幅ＷＸｒはＷＸｒ＝Ｌ・ｔａｎ（θｒｘ）で表される。したがって、撮影領域Ａ１の撮影画像において領域Ａ２を撮影するのに必要な横方向の画素数ＮＸ２は、ＮＸ２＝ＷＸ／ＷＸｒによって求められる。

また同様に、領域Ａ２を撮影するのに必要な高さ方向の画素数ＮＹ２は、ＮＹ２＝ＷＹ／ＷＹｒとして求められる。ただし、ＷＹｒは距離Ｌ離れた面において１画素に撮像される高さであり、撮像素子の１画素当たりの高さ方向の分解力（角度）をθｒｙとするとき、ＷＹｒ＝Ｌ・ｔａｎ（θｒｙ）として求められる。なお、ここで分解力とは、１つの画素が占める水平画角θｒｘおよび垂直画角θｒｙに対応する。

次に画素数の別の算出方法として、画角を用いて抽出領域の縦横幅に対応する画素数を算出する方法について図５を参照して説明する。

距離Ｌの平面において、予め設定された横幅ＷＸおよび高さＷＹに対応するトリミング画像ＩＭ２を撮影するのに必要な水平画角、垂直画角をθ２ｘ、θ２ｙとすると、これらの値は、θ２ｘ＝ｔａｎ^-1（ＷＸ／Ｌ）、θ２ｙ＝ｔａｎ^-1（ＷＹ／Ｌ）として求められる。したがって、デジタルカメラユニット２０の水平画角、垂直画角をθ１ｘ、θ１ｙとし、横方向、縦方向の画素数をＮＸ１、ＮＹ１とすると、領域Ａ２に対応する横および縦の画素数ＮＸ２、ＮＹ２は、ＮＸ２＝（ＮＸ１／θ１ｘ）・θ２ｘ、ＮＹ２＝（ＮＹ１／θ１ｙ）・θ２ｙとして求められる。なお図５には水平画角のみが描かれ、垂直画角については省略されている。

以上により、抽出領域Ａ２に対応する横および縦の画素数ＮＸ２、ＮＹ２が求まるので、撮影画像（撮影領域Ａ１）から例えば撮影画像の中心、あるいは測量目標点Ｐｍを中心として画素数ＮＸ２、ＮＹ２の画像を抽出すれば、予め設定された実際の横幅ＷＸ、高さＷＹに略対応する領域の画像を抽出することができる。

なお、測量目標点Ｐｍを中心として抽出領域を設定する場合には、測量目標点Ｐｍの撮影画像中の位置は予め不揮発性の記録媒体などに記録されており、このデータに基づいて領域が決定される。

デジタル画像の縦横画素数には様々な規格があるが、ユーザによって設定された実際の横幅ＷＸ、高さＷＹは、これらの規格の縦横比とは一般に一致しない。図６〜図９では、ＮＸ２＝４９５、ＮＹ２＝３７５のときを例に、３つのトリミング方法が示される。

図６、７の例は、抽出領域Ａ２を包含する最小の画像規格が採用されるもので、図８の例は、設定値に基づき算出された画素数の画像がそのままトリミング画像として抽出される。ここでは、ＮＸ２＝４９５、ＮＹ２＝３７５として、３つの方法について説明する。

ＮＸ２＝４９５、ＮＹ２＝３７５のとき、これを包含する最小の画像規格はＶＧＡ（６４０×４８０）である。したがって、図６の例では、抽出領域Ａ２を中心にこれを包含する最小の画像規格であるＶＧＡを用いて撮影画像から画像データが抽出され、トリミング画像Ｔ１とされる。なお、最小の画像規格の選択は、算出された画素数ＮＸ、ＮＹと各規格の縦横画素数を例えば画素数の少ない規格から順次比較することにより行われる。

一方、図７では、図６のトリミング画像Ｔ１において、抽出領域Ａ２以外の領域を単色で表示してトリミング画像Ｔ２としている。なお単色で表示される領域は例えばブラックアウトされる。また、図８は、画像規格とは全く関係なく、算出された抽出領域の画像データのみを撮影画像から抽出しトリミング画像Ｔ３としたものである。

次に図９のフローチャートを参照して、本実施形態の測量機において実行されるトリミング画像の抽出・記録処理動作について説明する。

ステップＳ１０１において、ユーザは例えば操作パネル１９を操作して測量目標点の周囲において撮影されるべき領域の実際の横幅および高さを測量機１０に入力する。このとき入力された値は、システムコントロール回路１３に設けられた図示しないメモリに記録される。

ステップＳ１０２では測量機１０が操作され、ターゲット（測量目標）に視準望遠鏡１７が視準される。その後ステップＳ１０３において、ターゲットに対する測距および測角が行われる。

ステップＳ１０４では、デジタルカメラユニット２０を用いて、ターゲットの周囲の画像が撮影され、システムコントロール回路１３に設けられたメモリに一時的に記憶される。また、ステップＳ１０５では、計測されたターゲットまでの距離とステップＳ１０１で設定された横幅、高さの値に基づいて抽出領域の縦横の画素数が算出される。

ステップＳ１０６では、算出され画素数に基づき図６〜８を参照して説明した何れか方法で、撮影画像からのトリミングが行われトリミング画像が抽出される。ステップＳ１０６において抽出されたトリミング画像は、ステップＳ１０７において記録媒体１５に記録され、このトリミング画像の抽出・記録処理動作は終了する。

以上のように、本実施形態によれば、デジタルカメラを備えた測量機において、測量目標点周辺の周辺画像として必要な実際の（物理空間上の）横幅と高さを予め設定しておけば、測量目標点までの距離に関わりなく、測量目標点週への適切な周辺画像を自動的に取得することができる。これにより、記録媒体の記憶容量を無駄に使用することがなく、データを転送する際の転送時間も短縮することができる。また、本実施形態の構成を用いることにより、デジタルカメラユニットに光学ズームを設けたり、撮影画像に電子ズーム処理を施して、空白を補間処理によって連続するデータとして見せかけて無駄にデータ容量を増大させたり、手作業で撮影画像から必要な領域をトリミングしたりする必要がない。

なお、周辺画像として記録したい横幅、高さ、あるいは対角線の長さの何れか１つ（撮影領域の大きさ）を設定し、所定の縦横比でトリミングを行うようにしてもよい。また、このとき縦横比を選択あるいは任意に設定できるようにしてもよい。

本発明の一実施形態であるカメラ付測量機の斜視図である。 図１のカメラ付測量機の構成を示すブロック図である。 測量機により測量目標点を計測し、その周辺画像をデジタルカメラユニットで撮影するときの測量機の位置と撮影領域の関係を模式的に示す図である。 撮影領域に対応する画素数と、抽出が予定される領域に対応する画素数の関係を示す図である。 画角を用いて抽出領域の画素数を算出する場合における測量機の位置と撮影領域の関係を模式的に示す図である。 画像規格に合わせたトリミング画像の一例である。 画像規格に合わせ、抽出領域外の領域を単色で表示したトリミング画像の一例である。 抽出領域をそのままトリミング画像とした場合を例示した図である。 トリミング画像の抽出・記録処理動作のフローチャートである。

符号の説明

１０ デジタルカメラ付測量機
１１ 測距部
１３ システムコントロール回路
１５ 記録媒体
１７ 視準望遠鏡
１８ デジタルカメラ用撮像レンズ
１９ 操作パネル
２０ デジタルカメラユニット
３０ 望遠鏡ブロック
３１ 支柱ブロック
３２ 整準台

Claims (6)

1. デジタルカメラを備えた測量機であって、
   周辺画像として記録したい測量目標点周辺の撮影領域の実際の大きさを設定する領域長設定手段と、
   前記測量目標点までの距離を計測する測距手段と、
   前記測距手段により計測された距離と前記撮影領域の大きさの設定値に基づいて前記デジタルカメラで撮影された撮影画像における前記周辺画像に対応する画像領域を算出する抽出領域算出手段と、
   前記画像領域を含むトリミング画像を前記撮影画像中から抽出するトリミング手段と
   を備えることを特徴とする測量機。
2. 前記撮影領域の大きさの設定に、横幅または高さの少なくとも一方が指定されることを特徴とする請求項１に記載の測量機。
3. 前記トリミング画像が、前記画像領域を包含する最小の画像規格を用いてトリミングされることを特徴とする請求項１に記載の測量機。
4. 前記トリミング画像において、前記画像領域以外の領域が単色で表示されることを特徴とする請求項３に記載の測量機。
5. 前記トリミング画像が、前記画像領域に等しいことを特徴とする請求項１に記載の測量機。
6. 前記測量機が前記トリミング画像を記録する記録手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の測量機。

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