CN101561273B - 地理数据收集设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地理数据收集设备，包括用于投射距离测量光并且用于测量到要测量的对象的距离的距离测量部件5，用于在测量方向上获取图像的图像拾取部件3，用于显示所拾取图像的显示部件6，被安装来用于匹配所述显示部件的屏幕位置的触摸面板，用于检测倾斜的倾斜传感器11，用于在测量方向上检测水平角的方位角传感器12，和控制运算部件8，其中所述图像拾取部件获取测量范围的图像，获取基准图像，并且针对在基准图像中所选择的测量点，并且获取以所述测量点为中心的测量图像，并且其中所述控制运算部件通过对所述基准图像和测量图像进行图像匹配来计算所述基准图像中的测量点，并且在所述基准图像或测量图像中的至少一个上显示测量点。

Description

地理数据收集设备

技术领域

本发明涉及一种使用GPS的便携式地理数据收集设备。本发明尤其涉及一种这样的地理数据收集设备，其可以用来获取要测量的地方的图像数据，在所述图像中绘制要测量的点，在视觉上确认要测量的点时进行测量等，并且连同图像数据一起收集测量的结果。

背景技术

近年来，全球定位系统(GPS)已经被广泛地传播，并且可以依照容易的方式及高精度来借助GPS设备获取当前位置，并且可以用地图信息来显示当前位置。

想要一种简便的地理数据收集设备，当除一般地图信息之外必须收集次要信息时，例如当需要诸如在道路检修孔的位置或电话线杆的位置之类的信息时，或者当必须获取诸如树的位置和大小、在森林调查中矮树丛或灌木丛的情况等信息，或者当必须获取诸如地下裂缝的位置和情况或者在灾难中山崩的位置和范围等的信息时，其可以用来容易地测量要测量的对象的位置，获取测量点或要测量的对象的图像数据并且容易地移动。

为了应付这种要求，在专利公开JP-A-2007-248156中建议了一种便携式地理数据收集设备。

地理数据收集设备包括GPS设备、图像拾取部件、激光器距离测量部件、倾斜传感器和方位角传感器。使用由GPS设备所获取的地理数据收集设备的当前位置作为基准，所述地理数据收集设备可以获取要测量的对象的位置信息和图像数据。

借助在JP-A-2007-248156中所公开的地理数据收集设备，可以获取与要测量的对象相关的位置信息以及包括所述要测量的对象的周围环境的图像数据。然后，可以依照图像的位置数据来合成多个图像，并且可以获得大范围的图像，即所预计的测量范围。

然而，在如上所述的地理数据收集设备中，对每个测量操作获取图像并且对每个测量操作必须记录图像数据。结果，要求相当多的时间来用于记录每个测量操作。这导致数据量增加并且使数据的后处理更加复杂，并且更进一步地，要求更多的时间。

此外，当将对于所预计的范围收集地理数据时，并且如果必须对要测量的对象和要测量的点收集多个数据，常常需要尽可能快地执行操作。常常还必须依赖于测量操作者关于已经测量了哪个点的记忆能力。在这方面，测量点常常可能被重复，或者一些测量点可能被遗漏。

发明内容

本发明的目的在于在对用于示出预计测量范围的基准图像的每个测量操作中绘制测量点，并且操作者可以在确认已经测量的点时执行测量操作并且改进了测量操作的的可靠性和效率。

为了达到上述目的，依照本发明的地理数据收集设备包括用于投射距离测量光并且用于测量到要测量的对象的距离的距离测量部件，用于在测量方向上获取图像的图像拾取部件，用于显示所拾取的图像的显示部件，被安装来用于匹配所述显示部件的屏幕位置的触摸面板，用于检测倾斜的倾斜传感器，用于在测量方向上检测水平角的方位角传感器和控制运算部件，其中所述图像拾取部件获取测量范围的图像，获取基准图像，并且指向所述基准图像中所选择的测量点，并且获取所述测量点为中心的测量图像，并且其中所述控制运算部件通过对基准图像和测量图像进行图像匹配来计算在所述基准图像中的测量点，并且在所述基准图像或测量图像中的至少一个上显示测量点。

本发明还提供了如上所述的地理数据收集设备，其中当测量操作进行时所述控制运算部件另外在基准图像上顺序地显示测量点。此外，本发明提供了如上所述的地理数据收集设备，其中所测量的图像包括测量点并且是图像拾取部件所获取的图像的一部分，并且其中依照在获取测量图像时由倾斜传感器和方位角传感器所获得的垂直角和水平角来设置搜索范围的中心以用于基准图像中的匹配。本发明还提供了如上所述的地理数据收集设备，其中控制运算部件把搜索范围设置为这样的范围，以包括倾斜传感器和方位角传感器相对于测量图像的测量误差范围。本发明进一步提供了如上所述的地理数据收集设备，其中控制运算部件把在获取基准图像时由倾斜传感器和方位角传感器所测量的水平角和方位角设置为基准，并且依照根据匹配结果所计算的测量点来补偿垂直角和水平角。本发明还提供了如上所述的地理数据收集设备，其中控制运算部件显示多个测量点以便匹配关于基准图像的多个测量并且计算经由触摸面板所指定的在基准图像上的两个测量点之间的水平距离。本发明进一步提供了如上所述的地理数据收集设备，其中控制运算部件显示多个测量点以便匹配关于基准图像的多个测量并且计算经由触摸面板所指定的在基准图像上的至少三个测量点所封闭的水平面积。

本发明还提供了如上所述的地理数据收集设备，进一步包括GPS设备，其中控制运算部件根据由GPS设备所获得的地理数据并且根据作为匹配初始值并且由倾斜传感器和方位角传感器在获取基准图像时测量的垂直角、水平角和方位角，通过匹配基准图像和测量图像来确定测量点，所述控制运算部件根据所获得的测量点来校正垂直角和水平角，并且运算部件根据所校正的垂直角和所校正的水平角和距离测量结果来计算测量点的三维坐标。

本发明进一步提供了如上所述的地理数据收集设备，其中方位角传感器是磁方位角传感器并且在使用地理数据收集设备之前在水平方向和垂直方向上确定整个周边的数据，通过根据整个周边的数据进行插值来补偿，并且补偿检测结果。本发明还提供了如上所述的地理数据收集设备，其中控制运算部件通过对基准图像和测量图像进行图像匹配来确定基准图像上的第二测量点，所述控制运算部件通过从所述基准图像到测量图像进行反向图像匹配来确定在所述测量图像上的第三测量点，并且在所述测量图像上的第三测量点的坐标与在测量时所获得的第一测量点的坐标不一致的情况下，判断为失配，并且控制运算部件允许从触摸面板手动地指定基准图像上的测量点，并且所述控制运算部件根据所指定的测量点来重新匹配所述基准图像和测量图像。

本发明提供了一种地理数据收集设备，包括用于投射距离测量光并且用于测量到要测量的对象的距离的距离测量部件，用于在测量方向上获取图像的图像拾取部件，用于显示所拾取图像的显示部件，被安装来用于匹配所述显示部件的屏幕位置的触摸面板，用于检测倾斜的倾斜传感器，用于在测量方向上检测水平角的方位角传感器，和控制运算部件，其中所述图像拾取部件获取测量范围的图像，获取基准图像，并且指向在基准图像中所选择的测量点，并且获取其测量点为中心的测量图像，并且其中所述控制运算部件通过对所述基准图像和测量图像进行图像匹配来计算所述基准图像中的测量点，并且在所述基准图像或测量图像中的至少一个上显示测量点。结果，可以识别每个测量点，并且这增加了操作的可靠性并且改进了工作效率。

本发明还提供了如上所述的地理数据收集设备，其中当测量操作进行时所述控制运算部件另外在基准图像上顺序地显示测量点。结果，可以识别每个测量点和测量操作的工作状况，以便防止重复的测量操作以及遗漏的测量操作，并且增加了操作可靠性并且改进了工作效率。

此外，本发明提供了如上所述的地理数据收集设备，其中所测量的图像包括测量点并且是图像拾取部件所获取的图像的一部分，并且其中依照在获取测量图像时由倾斜传感器和方位角传感器所获得的垂直角和水平角来设置搜索范围的中心以用于基准图像中的匹配。结果，可以减少作为图像处理目的所获取的数据量。因为不必对基准图像的整个区域执行图像匹配，所以可以缩短计算所要求的时间，并且可以减少控制运算部件上的负担。

本发明还提供了如上所述的地理数据收集设备，其中控制运算部件把搜索范围设置为这样的范围，以包括倾斜传感器和方位角传感器相对于测量图像的测量误差程度。结果，可以在最小搜索范围内并且在没有误差的情况下执行图像匹配并且减少计算处理的负担。

本发明进一步提供了如上所述的地理数据收集设备，其中控制运算部件把在获取基准图像时由倾斜传感器和方位角传感器所测量的水平角和方位角设置为基准，并且依照根据匹配结果所计算的测量点来补偿垂直角和水平角。结果，即使当在方位角传感器中可能出现相当大的误差，也可以改进在测量点之间的相对测量精度。

本发明还提供了如上所述的地理数据收集设备，其中控制运算部件显示多个测量点以便匹配关于基准图像的多个测量并且计算经由触摸面板所指定的在基准图像上的两个测量点之间的水平距离。据此，可以借助简单过程来准确地计算在两个点之间的距离。

本发明进一步提供了如上所述的地理数据收集设备，其中控制运算部件显示多个测量点以便匹配关于基准图像的多个测量并且计算经由触摸面板所指定的在基准图像上的至少三个测量点所封闭的水平面积。结果，可以借助简单操作精确地计算每个区域的测量。

本发明还提供了如上所述的地理数据收集设备，进一步包括GPS设备，其中控制运算部件根据由GPS设备所获得的地理数据并且根据作为匹配初始值并且由倾斜传感器和方位角传感器在获取基准图像时测量的垂直角、水平角和方位角，通过匹配基准图像和测量图像来确定测量点，所述控制控制运算部件根据所获得的测量点来校正垂直角和水平角，并且所述控制运算部件根据所校正的垂直角和所校正的水平角和距离测量结果来计算测量点的三维坐标。结果，可以在不要求复杂工作过程的情况下依照容易且简单的方式来获得测量点的三维坐标。

本发明进一步提供了如上所述的地理数据收集设备，其中方位角传感器是磁方位角传感器并且在使用地理数据收集设备之前在水平方向和垂直方向上确定整个周边的数据，通过根据整个周边的数据的插值来进行补偿，并且补偿检测结果。从而，即使当使用磁罗盘作为方位角传感器时，也可以在整个周边上改进检测精度。

本发明还提供了如上所述的地理数据收集设备，其中控制运算部件通过对基准图像和测量图像进行图像匹配来确定基准图像上的第二测量点，所述控制运算部件通过从所述基准图像到测量图像进行反向图像匹配来确定在所述测量图像上的第三测量点，并且在所述测量图像上的第三测量点的坐标与在测量时所获得的第一测量点的坐标不一致的情况下，判断为失配，并且控制运算部件允许从触摸面板手动地指定基准图像上的测量点，并且所述控制运算部件根据所指定的测量点来重新匹配所述基准图像和测量图像。这可以改进在基准图像上所显示的测量点的精度并且增加在所获得测量点的三维坐标的精度。

附图说明

图1是用于示出用于实施本发明的地理数据收集设备的例子的示意性框图；

图2是用于示出在地理数据收集设备中所提供的显示部件上显示的例子的解释图；

图3是示出本发明实施例的操作的流程图；

图4是在本发明实施例中执行的图像匹配的解释图；和

图5是关于作为图像匹配例子的最小二乘法的解释图。

具体实施方式

下面将通过参照附图给出对用于执行本发明的最佳方式的描述。

首先参照图1，将给出关于用于实施本发明的地理数据收集设备的描述。

在图1中，附图标记1表示地理数据收集设备，并且附图标记2表示便携式外壳。在外壳2中，提供了图像拾取部件3、GPS设备4、距离测量部件5、显示部件6和操作部件7。在外壳2内，提供了控制运算部件8、存储部件9、输入/输出控制部件10、倾斜传感器11、方位角传感器12和无线电接收部件13。图像拾取部件3例如是数字照相机。图像拾取部件3包括物镜14和图像拾取元件15，其是诸如CCD、CMOS传感器等多个像素的集合。图像拾取元件15可以识别每个单个像素的地址(在图像拾取元件中的位置)。在图像拾取元件15上所形成的对象的图像从图像拾取元件15作为数字图像信号输出到控制运算部件8，并且所述图像经由控制运算部件8被存储在存储部件9中。在附图中，附图标记16表示被用为地理数据收集设备1的电源的可充电电池或干电池。

距离测量部件5具有非棱型(non-prism)的电光(光波)测距仪。距离测量光被投射到要测量的对象，并且通过接收来自要测量的对象的反射光，可以测量到要测量的对象的距离。距离测量光可以是红外光或可见光。当使用可见光时，可以在视觉上识别测量点。

显示部件6将显示这样拾取的图像并且显示部件6被设计为触摸面板。操作者可以从显示部件6根据需要执行处理。操作部件7根据需要具有操作按钮(未示出)。所述按钮例如是用于打开和关闭电源的电源开启-关闭按钮，用于获取图像的快门按钮，用于切换显示屏幕的显示切换按钮，用于执行测量的测量按钮及其它类型的按钮。可以通过操作这些按钮来执行所想要的动作。

显示部件6的显示屏幕可以被设计为依照图像显示程序划分的一个屏幕或两个屏幕或更多个屏幕。

图2示出了其中显示部件6的屏幕被划分为三个部分的例子。所述屏幕包括主屏幕31、第一子屏幕32和第二子屏幕33等。例如，在测量方向上的大范围图像在主屏幕31上显示，在测量点附近的放大部分屏幕在第一子屏幕32上显示，并且诸如关于测试距离、测量方向等信息之类的字符信息在第二子屏幕33上显示。可以根据需要改变每个屏幕划分的方式。可以通过切换屏幕来改变显示的内容。例如，在测量点附近的放大部分屏幕在主屏幕31上显示，并且在测量方向上大范围图像在第一子屏幕32上显示。

主屏幕31包括方位角显示部分34和倾斜显示部分35。在方位角显示部分34中，显示在测量方向上的方位角。在方位角显示部分34中的指针36指向右上的情况下，这种情况表明测量方向指向正北。在倾斜显示部分35上，显示地理数据收集设备1的倾斜状态。在倾斜显示部分35中的小圈37位于中心的情况中，这种情况表明地理数据收集设备1处于水平位置。

因此，由图像拾取部件3所获取的图像在显示部件6上显示，并且由距离测量部件5所测量的距离测量数据、由倾斜传感器11所检测的倾斜和由方位角传感器12所检测的方位角被作为角度测量数据显示。

在显示部件6上所显示的图像中心表明距离测量部件5的瞄准方向。由距离测量部件5所测量的测量点与图像中心一致。在图像中显示用于表明图像中心的光标38，例如交叉符号。在由距离测量部件5所测量的测量点与图像中心不一致的情况下，预先确定偏移，并且在由偏移所补偿的位置显示光标。

存储部件9具有存储介质(未示出)，并且可以经由控制运算部件8写入或读取数据。在存储介质中，提供了用于操作地理数据收集设备1的各类程序。这些程序例如包括：用于执行测量的顺序程序，用于处理所获取图像的图象处理程序，用于根据以下描述的补偿信息来借助GPS补偿测量数据的测量补偿程序，用于在显示部件6上显示数据和图像的图像显示程序，用于根据多个位置数据计算距离或面积的计算程序，用于与以下描述的补偿信息接收器18执行通信的通信程序及其它程序。

存储介质可以包括诸如半导体存储器、HD等内部存储介质和便携式存储介质，所述内部存储介质被容纳并固定在地理数据收集设备1中，所述便携式存储介质可拆卸地附接在存储部件9上。作为便携式存储介质，使用小型存储介质，其一般由存储卡等来表示，并且可以容纳在地理数据收集设备1中。作为辅助存储部件，可以使用诸如外部HD部件之类的外部存储部件，其可以被连接到地理数据收集设备1。

输入/输出控制部件10可以被连接到例如个人计算机(PC)之类的外部处理部件，并且可以向PC输出在存储部件9中所存储的数据。输入/输出控制部件10还可以从PC向存储部件9输入数据，并且输入/输出控制部件10还可以把如上所述的各种类型程序写入或重写到存储部件9中。地理数据被预先经由输入/输出控制部件10输入到存储部件9，所述地理数据诸如至少包括要测量的对象的地理点的地图数据。

控制运算部件8开发在存储部件9中所存储的程序，在显示部件6上显示图像，对在图像拾取元件15所获得的图像数据执行图像处理，并且控制距离测量部件5的距离测量。根据由倾斜传感器11和方位角传感器12所获得的距离测量数据、角度测量数据，控制运算部件8计算水平距离，计算面积和三维坐标并且控制与无线电接收部件13的通信。

在借助地理数据收集设备1的距离测量和数据收集期间，倾斜传感器11检测地理数据收集设备1相对于水平位置的倾斜并且把结果输入到控制运算部件8。控制运算部件8在显示部件6上显示倾斜情况。

作为方位角传感器12，使用简单类型的磁方位角传感器(罗盘)，并且所述方位角传感器12检测物镜14的光轴方向，即图像拾取部件3的图像拾取方向——即测量方向。检测结果被输入到控制运算部件8，所述控制运算部件8在显示部件6上显示方位角。罗盘对于极性方向(polar direction)(N)具有高精度，而相对于其它方向来说，由于环境条件的缘故罗盘的精度降低。当设备被预先置于水平位置和垂向位置中时，控制运算部件8获取整个周边数据。然后，控制运算部件8通过向圆(circle)方程式应用所获取的结果并且通过使用所获取的数据通过插值补偿除极性方向的数据之外的数据来实现校准功能。

无线电接收部件13接收从补偿信息发送器/接收器17所发送的GPS测量补偿信息(以下将描述)并且向控制运算部件8发送补偿信息21。

通常，在由GPS设备进行单个位置测量的情况下，包括误差因素，其由诸如在电离层或大气中传播延迟的原因所导致，并且测量精度范围大约为10米到50米。因此，存在改进了测量精度的D-GPS(差分GPS)和RTK-GPS(实时运动GPS)。D-GPS接收由从标准站所发出的FM广播的电波或中波信标获得的补偿信息21并且使用所述补偿信息21，其中所述标准站的精确位置是已知的。结果，可以把测量精度改进为从几十厘米到几米。在如上所述的RTK-GPS中，在用于充当基准的固定点和移动点同时接收和获取信号。通过使用诸如无线电设备之类的装置把所接收的信号转移到移动点。通过确定关于移动点侧的位置，可以把测量精度改进为大约1厘米到2厘米的范围。VRS-GPS(虚拟基准系统GPS)被称为虚拟基准点系统。根据在多个电子基准点观测数据，建立好像在实际的勘查地点附近存在基准基准点那样的情形，并且可以通过使用单个VRS-GPS接收器来实现高精度的勘查操作。依照本发明的设备是简便型的小集成地理数据收集设备1。当精度不是重要因素时，例如安装D-GPS设备是优选的，所述D-GPS设备更易于使用。

补偿信息发送器/接收器17包括补偿信息接收器18和补偿信息发送器19。补偿信息21可以由手持式电话接收，并且所述手持式电话可以依照简单方式被用为补偿信息接收器18。由补偿信息接收器18所接收的补偿信息21可以通过使用手持式电话的发送功能被发送到无线电接收部件13。或者可以如图所示提供补偿信息发送器19，并且由补偿信息发送器19把补偿信息21发送到无线电接收部件13。一些手持式电话具有蓝牙(注册商标)功能，并且对于传输补偿信息21来说，在短距离内可以采用蓝牙无线电系统来传输大容量数据。

现在参照图3，将给出关于依照本发明的地理数据收集设备操作的描述。

当使用地理数据收集设备1时，所述地理数据收集设备1由操作者持有。操作者用一只手持有设备，并且用另一只手来对操作部件7进行操作。

首先，确定测量范围。操作者位于操作点(作为测量操作的基准点)。然后，地理数据收集设备1被指向测量范围。操作的位置(坐标位置)由GPS设备4获取，并且结果被记录在存储部件9中。

在显示部件6上，由图像拾取元件15所获取的图像作为移动的图片显示，并且操作者根据图像来判断测量范围是否足够。如果判断所述测量范围是足够的，那么开始测量操作。

(步骤01)在倾斜显示部件35上所显示的地理数据收集设备1的倾斜处于水平位置或近似水平位置的情况下，借助操作部件7的操作来获取测量范围的图像。这样拾取的图像在显示部件6的主屏幕31上作为基准图像39(参见图4)显示。在测量点的测量期间，优选水平位置持有地理数据收集设备1。即使当地理数据收集设备1并不处于水平位置时，在距离测量操作中的图像获取期间地理数据收集设备1的倾斜角由倾斜传感器11测量并且结果被记录在存储部件9中。结果，可以根据所记录的倾斜角来用距离测量结果准确地补偿水平距离。

(步骤02)可以计算在基准图像39的水平方向和垂直方向上整体看来的张角(视角)(以下分别简称为“水平整体角”和“垂直整体角”)。

水平整体角H可以借助下式获得：HS＝±arc TAN[(在整个图像中水平像素的数目×一个像素的大小(或像素间距))/2/焦距]。垂直整体角V由下式给出：VS＝±arc TAN[(在整个图像中垂直像素的数目×一个像素的大小(或像素间距))/2/焦距]。例如，在本实施例中，图像拾取元件15的张角由下式给出：HS＝±26°；VS＝±20°。

这里，倾斜传感器11所检测的内容对应于垂直角，并且方位角传感器12所检测的内容对应于水平角。当地理数据收集设备1被维持在水平位置时，假定图像中心具有：水平角＝0和垂直角＝0。

(步骤03)为了确定测量点，对测量点进行测量观察。地理数据收集设备1被指向测量点。图像拾取部件3放大并在第一子屏幕32上显示距离测量部件5的瞄准方向的图像例如作为取景图像。取景图像的显示范围依照可以容易地识别测量点的方式而被限于测量点附近的范围。

测量点被瞄准，并且借助来自操作部件7的操作来执行临时测量。分别由倾斜传感器11和方位角传感器12对测量点测量水平角和垂直角，并且根据测量结果，在整个图像上显示测量点。

(步骤04)或者判断它是否处于HS和VS的范围之内。倾斜传感器11和方位角传感器12在精度方面不是很高。特别地是，因为方位角传感器12被设计为磁性类型，所以方位角传感器12易于受周围情况的影响，并且无法对精度寄予很高期望。为此，由于倾斜传感器11和方位角传感器12的测量误差，所以临时测量点可能偏离于HS和VS。还可能由于操作者的错误操作而使临时测量点偏离于HS和VS的范围。

在临时测量点处于HS和VS的范围的情况下，该方法前进到步骤06。

(步骤05)在临时测量点偏离于HS和VS的范围的情况下，判断基准图像39是否是适当的。这是因为当应当向临时测量点的测量给予优先级时，可能需要改变基准图像39。当改变基准图像39时，所述方法返回到步骤01，并且重复从基准图像39的获取开始的操作。当在基准图像39中不存在变化时，所述方法返回到步骤03，并且重复临时测量过程。

(步骤06)在步骤04中临时测量点处于HS和VH的范围内的情况下，执行主测量。由距离测量部件5对测量点测量距离，并且由图像拾取部件3获取其测量点处于中心的图像作为测量点的图像(测量图像41)。以与基准图像39相同的放大倍数来执行测量点的图像拾取。由倾斜传感器11和方位角传感器12执行角度测量。在测量点的图像和距离测量和角度测量的结果被记录在存储部件9中。在这种情况下，所获取的测量图像41的大小可以是用于进行图像匹配所必须的大小(稍后将描述)。例如，测量图像41大小为15×15像素(张角为0.5°×0.5°)，测量点(瞄准点)处于中心。

(步骤07)根据测量结果在基准图像39上绘制已经执行过测量的测量点。如上所述，当根据测量角度识别图像上的位置时，测量误差太大，并且无法期望精确的绘制。因此在本发明中依照图像匹配方法来在基准图像39上绘制测量点。

接下来参照图4，将给出对绘制测量点的描述。

具有与测量图像41相同大小的窗口在基准图像39中被设置为模板。此模板在预定范围内移动，并且搜索模板中图像的密度值与测量图像41的密度值最为接近的位置。

通过考虑倾斜传感器11和方位角传感器12的测量误差来设置搜索范围42的大小，并且借助在测量点所测量的水平角和垂直角所获得的基准图像39中的位置被认为是中心。在本实施例中，通过考虑罗盘和倾斜传感器11的精度来设置大约为模板大小三倍的大小或者大约为45×45像素的大小。

作为匹配方法，通常使用诸如标准化相关、SSDA(二乘方差和)等方法。这里，将描述基于LSM(最小二乘匹配)的方法作为有效地用于具有不规则表面或投射失真的对象的匹配方法。

最小二乘方匹配：LSM是当借助仿射变换来改变窗口43b的配置时执行在模板43和窗口43b之间的匹配并且对子像素单元中的匹配点执行测量的手段，所述窗口43b对应于图5(A)的图像中的模板43，如在图5(B)的图像中的窗口43b上所示。当执行匹配时，所述模板是测量图像41中的f1(i，j)。变形的匹配窗口是整个图像中的f2(x，y)，借助下面所给出的方程式的仿射变换来估计匹配窗口的变换：

x＝a1i+a2j+a3，y＝a4i+a5J+a6

由下列方程式给出了在将比较的每个像素的密度差：

d  (i，j)＝f1(i，j)-f2(x，y)

＝f1(i，j)-f2(a1 i+a2 j+a3，a4 i+a5 j+a6)

接下来，确定其中二乘方密度差之和被设置为最小的情况。即，确定满足条件“∑d(i，j)2→min”的a1到a6的值。

这里，符号a1、a2、a4和a5表示模板的变换。符号a3和a6是将确定的检测位置的坐标。这样，可以检测子像素精度的位置。

在图像匹配中，从测量图像41到基准图像39执行匹配，并且获得对应于f1(i，j)的f2(x，y)。然后，进一步执行反向匹配，并且获得对应于f2(x，y)的f1(i，j)。可以通过检查是否可以获得初始图像坐标来增加可靠性。如果结果不匹配(失配)，那么使用从罗盘和倾斜计所获得的近似值。或者在失配的情况下，可以设计这种方式，操作者在基准图像上从操作部件7(触摸面板)指定测量点的位置并且再次执行图像匹配。在这种情况下，所指定的测量点的位置可以取决于操作者的记忆能力或者可以涉及测量图像。

(步骤08)当完成图像匹配时，在基准图像39上显示(绘制)测量点。

(步骤09)当在基准图像39上绘制测量点M时，在所绘制的位置根据像素位置来确定水平张角和垂直张角，并且借助计算来测量所述测量点的水平角和垂直角。根据计算结果，可以补偿由倾斜传感器11和方位角传感器12所测量的垂直角和水平角。

(步骤10)此外，判断是否应当继续测量。在应当继续测量的情况下，所述方法返回到步骤03，并且重复用于测量的过程。

作为重复测量的结果，在基准图像39上在每次测量时绘制两个或多个测量点。据此，操作者可以借助在基准图像39上所显示的测量点实时掌握测量条件。结果，可以选择足够的测量点。此外，可以避免重复测量，并且可以在没有遗漏的情况下执行测量操作。

在基准图像39上所显示的每个测量点具有三维数据。通过经由显示部件6在基准图像39上指定两个测量点，可以计算在两个点之间的水平距离。通过指定三个或更多测量点，可以根据测量点的坐标数据来计算由测量点所封闭的水平面积。

因此，例如当对由灾难所引起的道路下面的裂缝执行测量时，可以依照简单且迅速的方式测量地下裂缝的位置(坐标)、长度和范围。同时因为可以借助图像来获取地下裂缝的情况，所以可以借助数值数据和图像数据来获得足够的信息。

依照本发明，可以从持有地理数据收集设备1的位置在远处以及在周围场所执行测量。结果，可以在不移动操作者位置的情况下大范围地执行测量，并且可以确保很高的工作效率。

Claims (9)

1.一种地理数据收集设备，包括用于投射距离测量光并且用于测量到要测量的对象的距离的距离测量部件，用于在测量方向上获取图像的图像拾取部件，用于显示所拾取图像的显示部件，被安装来匹配所述显示部件的屏幕位置的触摸面板，用于检测倾斜的倾斜传感器，用于在测量方向上检测水平角的方位角传感器，和控制运算部件，其中所述图像拾取部件获取测量范围的图像，获取基准图像，指向在所述基准图像中所选择的测量点并且获取以该测量点作为中心的测量图像，

并且其中所述控制运算部件通过对所述基准图像和所述测量图像进行图像匹配来计算在所述基准图像中的测量点，在所述基准图像或测量图像中的至少一个上显示测量点，

当测量操作进行时所述控制运算部件另外顺序地在所述基准图像上显示所述测量点，

其中所述测量图像包括测量点并且是由所述图像拾取部件所获取的图像的一部分，并且其中依照在获取所述测量图像时由所述倾斜传感器和所述方位角传感器所获得的垂直角和水平角来设置搜索范围的中心以用于在基准图像中进行匹配。

2.如权利要求1所述的地理数据收集设备，其中所述控制运算部件把所述搜索范围设置为这种范围，以包括所述倾斜传感器和所述方位角传感器相对于所述测量图像的测量误差范围。

3.如权利要求1所述的地理数据收集设备，其中所述控制运算部件把在获取基准图像时由所述倾斜传感器和所述方位角传感器所测量的水平角和方位角设置为基准，并且依照根据匹配结果所计算的测量点来补偿垂直角和水平角。

4.如权利要求2所述的地理数据收集设备，其中所述控制运算部件显示多个测量点以便匹配关于所述基准图像的多个测量并且计算经由所述触摸面板所指定的在所述基准图像上的两个测量点之间的水平距离。

5.如权利要求2所述的地理数据收集设备，其中所述控制运算部件显示多个测量点以便匹配关于所述基准图像的多个测量并且计算经由所述触摸面板所指定的在所述基准图像上的至少三个测量点所封闭的水平面积。

6.如权利要求1所述的地理数据收集设备，进一步包括GPS设备，其中所述控制运算部件根据由所述GPS设备所获得的地理数据并且根据作为匹配初始值并且由所述倾斜传感器和所述方位角传感器在获取所述基准图像时所测量的垂直角、水平角和方位角通过匹配所述基准图像和所述测量图像来确定测量点，所述控制运算部件根据所获得的测量点来校正所述垂直角和水平角，并且所述控制运算部件根据所校正的垂直角和所校正的水平角以及距离测量结果来计算所述测量点的三维坐标。

7.如权利要求1所述的地理数据收集设备，其中所述方位角传感器是磁方位角传感器并且在使用所述地理数据收集设备之前在水平方向和垂直方向上确定整个周边数据，根据所述整个周边数据通过插值来执行补偿，并且补偿检测结果。

8.如权利要求1所述的地理数据收集设备，其中所述控制运算部件通过对所述基准图像和测量图像进行图像匹配来相对于执行测量的第一测量点确定在所述基准图像上的第二测量点，所述控制运算部件通过从所述基准图像到所述测量图像进行反向图像匹配来确定在所述测量图像上的第三测量点，并且在所述测量图像上的所述第三测量点的坐标与在测量时所获得的第一测量点的坐标不一致的情况下，判断为失配，并且所述控制运算部件允许从触摸面板手动地指定所述基准图像上的测量点，并且所述控制运算部件根据所指定的测量点来重新匹配所述基准图像和所述测量图像。

9.如权利要求6所述的地理数据收集设备，进一步包括无线电接收部件，其中补偿信息(21)由所述无线电接收部件接收并且依照所述补偿信息来补偿由所述GPS设备所测量的测量结果。

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