CN114199122A - 靶的方向取得装置、控制系统、使测量装置指向靶的方向的方法及程序 - Google Patents

Abstract

本发明涉及靶的方向取得装置、控制系统、使测量装置指向靶的方向的方法及程序。得到在不需要非常新的硬件的情况下就能够在测量装置的一侧得到靶的方向的技术。一种使作为测量装置的激光扫描仪指向作为靶的反射棱镜的方向的方法，具有：得到利用智能手机从反射棱镜的一侧拍摄了激光扫描仪的拍摄图像的步骤；基于所述拍摄图像，取得从所述激光扫描仪观察到的反射棱镜的方向的步骤；基于从激光扫描仪观察到的反射棱镜的方向，使激光扫描仪旋转，使反射棱镜正对的步骤。

Description

靶的方向取得装置、控制系统、使测量装置指向靶的方向的方 法及程序

技术领域

本发明涉及测量装置的控制。

背景技术

有时要在测量的现场确定特定的地点的坐标。在该情况下，在该位置配置靶(例如，反射棱镜)，利用测量装置进行靶的测位。此处，存在测量装置自动运转并且作业员一边手持靶进行移动一边进行靶的测位的方法。

在该方法中，存在要使测量装置转向（指向）靶的方向的情况。作为与该问题对应的技术，在日本国特许第4648025号公报、日本国特许第4177765号公报、日本国特许第4177784号公报中所记载的技术是公知的。

发明内容

在日本国特许第4648025号公报、日本国特许第4177765号公报、日本国特许第4177784号公报中所记载的技术利用专用的硬件，因此，存在成本增加的问题。在这样的背景下，本发明的目的在于提供不需要非常新的硬件就能够在测量装置的一侧得到靶的方向的技术。

本发明是取得从测量装置观察到的靶的方向的靶的方向取得装置，是基于从所述靶的一侧拍摄了所述测量装置的拍摄图像进行从所述测量装置观察到的所述靶的方向的取得的靶的方向取得装置。

在本发明中，举出所述测量装置具有用于识别该测量装置的朝向的识别显示的方式。在本发明中，举出从所述测量装置观察到的所述靶的方向是基于所述拍摄图像中的所述测量装置的朝向及所述拍摄图像的光轴的方向而得到的方式。

本发明也能够作为控制系统来把握，所述控制系统包括：所述靶的方向取得装置；以及控制装置，进行如下的控制：基于从所述测量装置观察到的所述靶的所述方向，使所述测量装置旋转，使所述测量装置指向所述靶的方向。

本发明也能够作为使测量装置指向靶的方向的方法来把握，所述方法具有：得到从所述靶的一侧拍摄了所述测量装置的拍摄图像的步骤；基于所述拍摄图像，取得从所述测量装置观察到的所述靶的方向的步骤；基于从所述测量装置观察到的所述靶的方向，使所述测量装置旋转，使所述测量装置指向所述靶的方向的步骤。

本发明也能够作为使测量装置指向靶的方向的方法来把握，所述方法具有：得到利用带有摄像机的终端从所述靶的一侧拍摄了所述测量装置的拍摄图像的步骤；使用所述带有摄像机的终端的通信功能将所述拍摄图像向处理服务器发送的步骤；在所述处理服务器中，基于所述拍摄图像，取得从所述测量装置观察到的所述靶的方向的步骤；以及基于所述方向，使所述测量装置旋转，使所述测量装置指向所述靶的方向的步骤。

本发明也能够作为程序来把握，所述程序是用于使计算机执行使测量装置指向靶的方向的控制的程序，所述程序使计算机执行如下步骤：得到从所述靶的一侧拍摄了所述测量装置的拍摄图像的步骤；基于所述拍摄图像，取得从所述测量装置观察到的所述靶的方向的步骤；以及基于从所述测量装置观察到的所述靶的方向，使所述测量装置旋转，使所述测量装置指向所述靶的方向的步骤。

根据本发明，能够得到在不需要非常新的硬件的情况下就能够在测量装置的一侧得到靶的方向的技术。

附图说明

图1是实施方式的概要图。

图2是示出角度的关系的模型图。

图3是示出拍摄了激光扫描仪的图像的一例的附图代用照片。

图4是示出拍摄了激光扫描仪的图像的一例的附图代用照片。

图5是激光扫描仪的框图。

图6是处理服务器的框图。

图7是示出处理的顺序的一例的流程图。

具体实施方式

1.概要

在图1中示出实施方式的概要。在该技术中，使作为测量装置的激光扫描仪100指向作为靶的反射棱镜400的方向。首先，得到由智能手机200从反射棱镜400的一侧拍摄了激光扫描仪100的拍摄图像。而且，基于该拍摄图像，取得从激光扫描仪100观察到的反射棱镜400的方向，基于该方向，使激光扫描仪100旋转，使激光扫描仪100指向反射棱镜400。

在图1中示出作为测量装置的激光扫描仪100。在该例中示出使用激光扫描仪100得到激光扫描点群的情况。作为测量装置，能够利用全站仪或带有激光扫描仪的全站仪。

在图1中示出作业员300能手持而移动的测量用的靶即反射棱镜400。反射棱镜400是测量用的反射棱镜，将入射的光线向180°反转后的方向反射。

在该例中，智能手机200安装于支持反射棱镜400的支承棒410，反射棱镜400和智能手机200的相对位置关系被固定。使反射棱镜400和智能手机200的离开距离尽量小。特别是，与从反射棱镜400观察到的激光扫描仪100的方向正交的左右方向（水平方向）上的离开距离为50cm以下，优选为30cm以下。智能手机200为市售的普通的智能手机，具有利用摄像机、无线LAN装置、网络线路的数据通信功能。

在该例中，智能手机200作为激光扫描仪100的操作终端（控制器）被利用。作为操作终端，也能够是利用平板PC或专用的终端的方式。

作业员300在要进行利用激光扫描仪100进行的测位的位置设置反射棱镜400。此时，作业员300利用智能手机200的摄像机功能进行激光扫描仪100的拍摄。拍摄了该激光扫描仪100的图像的图像数据被发送给处理服务器500。使用网络线路进行从智能手机200向处理服务器500的图像数据的传输。

另外，也能够是作业员300在手持智能手机200的状态下进行激光扫描仪100的拍摄的方式。在该情况下，在使与将反射棱镜400和激光扫描仪100连结的线正交的水平方向上的智能手机200和反射棱镜400的离开距离为50cm以下、优选为30cm以下的状态下进行拍摄。此外，在拍摄时，在将智能手机200的显示器所显示的激光扫描仪100的图像显示尽量放大的状态下瞄准激光扫描仪100。

处理服务器500利用人工智能（AI）推定功能，基于智能手机200拍摄到的激光扫描仪100的图像，推定以激光扫描仪100的正面的方向为基准的智能手机200（反射棱镜400）的方向。

图2是从垂直上方的视点观察到的模型图。另外，严格地说，智能手机200和反射棱镜400的位置存在偏移，但此处看作是相同的。

在图2中，以矢量V1示出从水平方向上的智能手机200（反射棱镜400）观察到的激光扫描仪100的方向。矢量V1与智能手机200的光轴的方向一致。此外，以矢量V2示出激光扫描仪100的正面的方向。

由AI推定在智能手机200拍摄的图像中激光扫描仪100看起来如何，由此，得到相对于拍摄图像的纵深方向（矢量V1的方向）的V2的方向。具体地说，推定从反射棱镜400观察到的激光扫描仪100的方向（矢量V1）和激光扫描仪100的正面的方向（矢量V2）形成的角度θ。

如果能够推定矢量V1和矢量V2的关系，则能够推定从以激光扫描仪100的正面（矢量2）为基准的激光扫描仪100观察到的反射棱镜400的方向。

在图3中示出利用智能手机200得到的激光扫描仪100的拍摄图像的形象图。在图3中，为了容易把握，示出了从略斜上方观察激光扫描仪100的状态（严格地说，在从水平方向观察的情况下，看不到激光扫描仪100的上表面）。

如图3所示，在激光扫描仪100的侧面显示有作为表示正面的朝向的标记的箭头105，在正面显示有作为表示是正面的意思的标记的△符号106。

在图3的情况下，纸面的纵深方向为智能手机200的摄像机的光轴的方向（矢量V1的方向）。在图3的情况下，从激光扫描仪100观察，能够在稍微偏右的方向(大约1点的方向)上观察到智能手机200。能够利用AI推定模型定量地推定其状态。具体地说，基于图3的拍摄图像，推定矢量V1（参考图2）和矢量V2的定量的关系。由此，得到如下的信息：从激光扫描仪100观察，以正面为基准，在哪个方向能看到反射棱镜400。

例如，在图3的情况下，推定出如下的信息：从激光扫描仪100观察，在偏右30°的方向能看到智能手机200（反射棱镜400）。

在图4中示出利用智能手机200拍摄了激光扫描仪100的拍摄图像的形象图的其他的例子。在该情况下，从激光扫描仪100观察，在右后方向（大约5点的方位）能看到智能手机200。利用AI推定模型定量地推定其状态。

具体地说，根据图4的图像，利用AI推定模型计算图2中的角度θ。在该情况下，例如，推定右转150°这样的从激光扫描仪100观察到的智能手机200（反射棱镜400）的方向角。

此外，如图4所示，在激光扫描仪100的背面显示有表示是背面的◇符号107。通过检测该显示，从而识别出是从背面拍摄了激光扫描仪100的图像。

如果知晓图2中的θ，以θ＝0的方式使激光扫描仪100旋转，由此，能够使激光扫描仪100的正面朝向智能手机200（反射棱镜400）。

在该情况下，激光扫描仪100具有使用了无线LAN的远程操作功能。在该例中，由处理服务器500生成用于使激光扫描仪100进行成为θ＝0的水平旋转的控制信号，其被发送到智能手机200。而且，该控制信号被从智能手机200发送到激光扫描仪100，激光扫描仪100进行水平旋转，使得θ＝0。由此，激光扫描仪100指向反射棱镜400的方向。

2.硬件的结构

如图1所示，激光扫描仪100具有三脚架101、支承于三脚架101的基台102、以能够水平旋转的状态保持于基台102上的主体部103、配置于主体部103并且能够进行垂直旋转的光学系统104。

一边使光学系统104垂直旋转一边从光学系统104放射測距用的激光，由此，进行垂直面的激光扫描。此外，同时使主体部103水平旋转，由此，进行针对天球面的激光扫描。

图5是激光扫描仪100的框图。激光扫描仪100具备激光扫描仪部111、水平旋转控制部112、通信装置113。

激光扫描仪部111进行上述的激光扫描的控制及处理。水平旋转控制部112控制主体部103相对于基台102的水平旋转。

通信装置113进行与外部设备的通信。在此，进行利用了无线LAN的规格的通信。在该例中，使用通信装置113进行在与智能手机200之间的通信。激光扫描仪100能够利用通信装置113进行远程操作。例如，能够将专用的终端、PC、平板电脑、智能手机作为操作终端（控制器）来进行利用了通信装置113的激光扫描仪（测量装置）100的远程操作。

在该例中，能够利用上述远程操作进行激光扫描的开始及停止、各种激光扫描模式的选择、利用图7的处理执行的向靶的指向指示。

图6是处理服务器500的框图。处理服务器500具备图像数据取得部501、靶方向推定部502、控制信号生成部503。处理服务器500是计算机，具有CPU、存储器、硬盘装置、各种输入输出接口。

在构成处理服务器500的计算机中安装有用于实现图6所示的功能部的应用软件程序，图6所示的处理服务器500在软件化上被实现。也能够由专用的电子电路构成处理服务器500的一部分或全部。例如，也能够使用FPGA构成处理服务器500的一部分或全部。

图像数据取得部501取得智能手机200的摄像机拍摄的图像的图像数据。靶方向推定部502基于图像数据取得部501取得的激光扫描仪100的拍摄图像，使用由深度学习所得到的AI推定模型，推定从激光扫描仪100观察而以激光扫描仪100的正面为基准在哪个方向能看到反射棱镜400。具体地说，使图2中的矢量1进行了180°反转的方向为从激光扫描仪100观察到的反射棱镜400的方向。

控制信号生成部503生成用于以使图2中的角度θ成为θ＝0的方式使激光扫描仪100旋转而使激光扫描仪100的正面指向反射棱镜400的方向的控制信号。

3.AI推定模型

以下，对在靶方向推定部502中利用的AI推定模型进行说明。

该AI推定模型将智能手机200拍摄的激光扫描仪100的拍摄图像作为输入，将图2中的角度θ作为输出。AI推定模型是通过在具有AI推定功能的学习网络中，基于输入图像，利用深度学习（deep leaning）获得推定图2中的θ的功能而得到的。

学习网络是加深神经网络的分层的算法，进行深度学习。学习网络没有特别限定。

(AI推定模型的制作)

准备从水平方向的各种角度拍摄了激光扫描仪的样品图像。在该样品图像中，角度θ的值是已知的，是教学数据。

例如，准备1000个样品图像。对于这1000个样品图像的全部，准备θ。而且，将该1000个样品图像分为300个样品（A组：学习用数据组）和700个样品（B组：测试数据组）。

首先，使用A组的样品，学习输入图像和θ的关系，得到AI推定模型。此时，使用反向传播算法进行学习。

在反向传播算法中求出所得到的θ（推定值）和对应的正解的θ（正解值）的差，进行神经网络的权重的调整即学习网络的调整，以使该差为最小。然后，使用B组的数据进行模型的评价。

将A组和B组的组合随机地变更来多次进行上述的处理。借助以上的处理，进行深度学习，得到从激光扫描仪100的拍摄图像推定图2中的θ的AI推定模型。利用该AI推定模型，进行靶方向推定部502中的θ（参考图2）的推定。

4.处理的顺序的一例

以下，示出由处理服务器500进行的处理的顺序的一例。在图7中示出用于执行处理的流程图的一例。用于执行图7的处理的程序存储于构成处理服务器500的计算机的存储装置（半导体存储器或硬盘装置），由该计算机的CPU执行。也能够是将该程序存储于适当的存储介质的方式。

此处，智能手机200和反射棱镜400的位置视为相同。此外，用于实现作为激光扫描仪100的控制器的功能的应用软件被安装于智能手机200，能够进行使用了智能手机200的激光扫描仪100的远程操作。

首先，假定如下的情况：作业员300处于要以保持反射棱镜400的状态进行测位的地点，要在该状态下使激光扫描仪100朝向自己的方向（反射棱镜400的方向）。

在该状态下，作业员300使智能手机200的摄像机朝向激光扫描仪100的方向，进行激光扫描仪100的拍摄。此时，尽量放大画面上的图像，此外，在智能手机200的画面的中心捕捉激光扫描仪100的像。

拍摄结束后，作业者300操作智能手机200，进行指示使激光扫描仪200指向上述拍摄时的视点（智能手机200的位置）的方向的处理的开始的操作。

当进行上述的操作时，首先，拍摄激光扫描仪100而得到的图像数据被从智能手机200发送到处理服务器500，由处理服务器500取得该图像数据（步骤S101）。该处理由图6中的图像数据取得部501进行。

接着，基于在步骤S101中取得的图像，进行从激光扫描仪100观察到的智能手机200（反射棱镜400）的水平方向上的方向的推定（步骤S102）。该处理由图6中的靶方向推定部502进行。根据该处理，推定出图2中的θ。

接着，进行使主体部103水平旋转以使得θ＝0即激光扫描仪100的正面朝向智能手机200（反射棱镜400）的方向的控制信号的生成（步骤S103)。由图6中的控制信号生成部503进行该处理。

该控制信号被发送到智能手机200。智能手机200利用无线LAN线路连接于激光扫描仪100。智能手机200能够进行利用了该无线LAN线路的激光扫描仪100的远程操作。利用该远程操作功能，上述的水平旋转的控制信号经由无线LAN线路从智能手机200 被发送至激光扫描仪100。接收了该控制信号的激光扫描仪100进行成为图2中的θ⇒0的水平旋转，进行使正面朝向智能手机200（反射棱镜400）的方向的动作。

在该状态下，在特定的范围（例如，水平角度为±5°）的范围进行激光扫描，进行反射棱镜400的测位。

5.优越性

如果激光扫描仪100能够进行远程操作，那么用户仅准备带有拍摄功能的智能手机200，就能够实现能够使激光扫描仪100指向作为靶的反射棱镜400的系统。处理服务器500是必要的，但是能够通过准备软件来应对，能够利用现有的硬件。.

6.其他

根据传统的图像解析计算拍摄图像中的激光扫描仪100的方向也可以。在该情况下，从拍摄图像中判定激光扫描仪100的正面的方向，根据主体部103的边缘或面的延伸方向计算图2中的角度θ。也能够将该方法与利用AI进行的推定并用。

也能够是利用PC实现处理服务器500的功能并且作业者300携带该PC的方式。此外，也能够使用带有摄像机的平板型PC来代替智能手机200。在该情况下，如果平板型PC的运算能力有裕度，那么也能够是利用该平板型PC执行处理服务器500的功能的方式。

也能够是激光扫描仪100具备处理服务器500的功能的结构。在该情况下，激光扫描仪100具备具有处理服务器500的功能的计算机。此外，也能够是准备具有处理服务器500的功能的PC并且以该PC执行处理服务器500的功能的方式。

也能够是根据激光扫描仪100的形状区分前后的方式。在该情况下，激光扫描仪100需要是带有前后的区别的形状。

也存在前后没有区别的激光扫描仪的情况。在该情况下，没有正面和背面的区别，所以，进行激光扫描仪的旋转，使得该激光扫描仪的正面或背面正对着智能手机200（反射棱镜400）。

在以专用的无线控制器进行激光扫描仪100的操作的方式中，也能够进行以下这样的处理：利用智能手机200进行的激光扫描仪100的拍摄⇒处理服务器500中的图2中的角度θ的推定⇒向智能手机200的角度θ的显示⇒观察到该显示的作业员300进行的控制器的操作⇒激光扫描仪100的水平旋转以使得θ＝0。

Claims (7)

1.一种靶的方向取得装置，取得从测量装置观察到的靶的方向，其中，

基于从所述靶的一侧拍摄了所述测量装置的拍摄图像，进行从所述测量装置观察到的所述靶的方向的取得。

2.根据权利要求1所述的靶的方向取得装置，其中，

所述测量装置具有用于识别该测量装置的朝向的识别显示。

3.根据权利要求1或2所述的靶的方向取得装置，其中，

从所述测量装置观察到的所述靶的方向是基于所述拍摄图像中的所述测量装置的朝向以及所述拍摄图像的光轴的方向得到的。

4.一种控制系统，包括：

权利要求1或2所述的靶的方向取得装置；以及

控制装置，进行如下的控制：基于从所述测量装置观察到的所述靶的所述方向，使所述测量装置旋转，使所述测量装置指向所述靶的方向。

5.一种使测量装置指向靶的方向的方法，具有：

得到从所述靶的一侧拍摄了所述测量装置的拍摄图像的步骤；

基于所述拍摄图像，取得从所述测量装置观察到的所述靶的方向的步骤；以及

基于从所述测量装置观察到的所述靶的方向，使所述测量装置旋转，使所述测量装置指向所述靶的方向的步骤。

6.一种使测量装置指向靶的方向的方法，具有：

得到利用带有摄像机的终端从所述靶的一侧拍摄了所述测量装置的拍摄图像的步骤；

使用所述带有摄像机的终端的通信功能将所述拍摄图像向处理服务器发送的步骤；

在所述处理服务器中，基于所述拍摄图像，取得从所述测量装置观察到的所述靶的方向的步骤；以及

基于所述方向，使所述测量装置旋转，使所述测量装置指向所述靶的方向的步骤。

7.一种程序，所述程序用于使计算机执行使测量装置指向靶的方向的控制，

所述程序使计算机执行如下步骤：

得到从所述靶的一侧拍摄了所述测量装置的拍摄图像的步骤；

基于所述拍摄图像，取得从所述测量装置观察到的所述靶的方向的步骤；以及

基于从所述测量装置观察到的所述靶的方向，使所述测量装置旋转，使所述测量装置指向所述靶的方向的步骤。

Images