JP2000221037A - 自動測量機と３次元測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 本発明は、反射プリズム等を用いないで対象
物までの距離を測定するノンプリズム型の自動測量装置
と３次元測定方法等に関するものであり、特に、距離、
角度データ等から任意の３次元の座標位置、距離、面積
等を演算することのできる自動測量装置と３次元測定方
法等を提供することを目的とする。 ［構成］ 本発明は、ノンプリズム測定が可能な光波距
離計が、測角部と測距部とを有し、認識用演算処理手段
が、画像処理により測定対象物を認識し、測角部と測距
部とは、測定対象物の測定点を含む平面α上の少なくと
も３点の特定点までの距離、角度を測定し、測角部が、
測定点への角度を測角し、演算部が、特定点までの距
離、角度から平面αを特定する式を決定すると共に、測
定点への角度から測定点を結ぶ直線の式を決定し、更
に、平面αと直線の交点に相当する測定点を演算するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、距離測定のための
特定の反射手段（反射プリズム等）を用いないで対象物
までの距離を測定するノンプリズム型の自動測量装置と
３次元測定方法等に関するものであり、特に、距離、角
度データ等から任意の３次元の座標位置、距離、面積等
を演算することのできる自動測量装置と３次元測定方法
等に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動測量装置は、必要なポイント
に置かれた反射プリズムを利用して視準測定を行い、計
測を実施していた。例えば、建築物を測定する場合に
は、予め定められた測定位置、建築物の角部、窓枠の角
部等に反射プリズムを設置する。そして、自動測量装置
を概略建築物の方向に向けて測定を開始する。

【０００３】自動測量装置は、所定の範囲を走査する様
に視準望遠鏡を回動させ、所定の位置に配置された反射
プリズムを順次検出する。この視準望遠鏡はモータによ
る駆動手段によって鉛直回転及び水平回転が可能になっ
ており、任意の位置で自動的に視準することができる。
そして、視準望遠鏡を回転させる鉛直回転軸及び水平回
転軸には、角度検出器が取り付けられており、回転させ
た視準望遠鏡の方向が検出可能に構成されている。

【０００４】視準望遠鏡からは、所定の位置に配置され
た反射プリズムに対して走査光が照射されている。この
走査光が反射プリズムで反射されると、再び視準望遠鏡
に入射される様に構成されており、この反射光が受光素
子で受光信号に変換される。そして、鉛直回転軸及び水
平回転軸に取り付けられた角度検出器の角度信号から、
視準望遠鏡の方向が特定される。更に光波測距装置によ
り、反射プリズムまでの距離が計測され、反射プリズム
までの位置が特定される。

【０００５】そして、求める測定値は、既地点である自
動測量装置の位置に基づいて、平面座標系の地図上に変
換される様になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の自動測量装置は、測定対象の所定の位置に、予め反射
プリズムを設置しなければならず、複数回、多数の測定
点を測定する場合には利点もあるが、１回の測定で終了
する測量作業の場合には、無駄が多く、作業効率が悪い
という問題点があった。

【０００７】更に、建物やトンネル等の断面等の様に建
築物の外形を測定する場合には、外部の露出点に反射プ
リズムを設置しなければならず、危険を伴うという問題
点があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
案出されたもので、測角部と測距部とを有し、ノンプリ
ズム測定が可能な光波距離計と、画像処理により測定対
象物を認識するための認識用演算処理手段とを備えた自
動測量機であって、測角部と測距部とは、測定対象物の
測定点を含む平面α上の少なくとも３点の特定点までの
距離、角度を測定し、前記測角部が、測定点への角度を
測角し、演算部が、特定点までの距離、角度から平面α
を特定する式を決定すると共に、前記測定点への角度か
ら該測定点を結ぶ直線の式を決定し、更に、前記平面α
と前記直線の交点に相当する測定点を演算する様に構成
されていることを特徴としている。

【０００９】また本発明の認識用演算処理手段は、フィ
ルタリング操作によりエッジを強調し、一定の配列で並
んだ測定点を抽出して測定対象物を認識する構成にする
こともできる。

【００１０】そして本発明の認識用演算処理手段が、フ
ィルタリング操作によりエッジを強調し、テンプレート
マッチングにより測定対象物を認識する構成にすること
もできる。

【００１１】更に本発明の測定対象物が立体物であり、
平面αは、前記立体物の一面であり、測定点が平面α上
の角部である構成にすることもできる。

【００１２】また本発明は測定点が２点であり、演算部
が、２点の３次元座標を演算すると共に、この２点間の
距離を演算する構成にすることもできる。

【００１３】そして本発明は、測定点が少なくとも３点
であり、演算部が、少なくとも３点の３次元座標を演算
し、これらの点が囲む面積を演算する構成にすることも
できる。

【００１４】また本発明は、測定対象物の方向を地図情
報から入力する構成にすることもできる。

【００１５】更に本発明の３次元測定方法は、認識用演
算処理手段が、画像処理により測定対象物を認識する第
１工程と、この測定対象物の測定点を含む平面α上の少
なくとも３点を特定し、原点から特定点である少なくと
も３点との距離、角度を測定する第２工程と、この第２
工程で得られた距離データと角度データを利用して、平
面αを特定する式を決定する第３工程と、前記原点から
前記測定点を視準して測角し、前記原点から該測定点を
結ぶ直線の式を決定する第４工程と、前記第３工程で得
られた平面αを特定する式と、前記第４工程で得られた
前記原点から該測定点を結ぶ直線の式との交点である測
定点を演算する第５工程とから構成されている。

【００１６】そして本発明の第１工程の認識用演算処理
手段が、フィルタリング操作によりエッジを強調し、一
定の配列で並んだ測定点を抽出して測定対象物を認識す
る構成にすることもできる。

【００１７】また本発明の第１工程の認識用演算処理手
段が、フィルタリング操作によりエッジを強調し、テン
プレートマッチングにより測定対象物を認識する構成に
することもできる。

【００１８】更に本発明の原点が、測量機の設置点であ
る構成にすることもできる。

【００１９】そして本発明の測定対象物が立体物であ
り、平面αは、前記立体物の一面であり、測定点が平面
α上の角部である構成にすることもできる。

【００２０】また本発明の測定点が２点であり、更に、
２点の３次元座標を演算し、この２点間の距離を演算す
る第５工程を加えた構成にすることもできる。

【００２１】更に本発明の測定点が少なくとも３点であ
り、更に、少なくとも３点の３次元座標を演算し、これ
らの点が囲む面積を演算する第５工程を加えた構成にす
ることもできる。

【００２２】そして本発明の３次元測定方法は、認識用
演算処理手段が、画像処理により測定対象物を認識する
第１工程と、この測定対象物の測定点を含む平面α上の
少なくとも３点を特定し、原点から特定点である少なく
とも３点との距離、角度を測定する第２工程と、測定対
象物の測定点を含む平面β上の少なくとも３点を特定
し、原点から特定点である少なくとも３点との距離、角
度を測定する第３工程と、前記第２工程で得られた距離
データと角度データを利用して、平面αを特定する式を
決定する第４工程と、前記第３工程で得られた距離デー
タと角度データを利用して、平面βを特定する式を決定
する第５工程と、前記原点から前記測定点を視準して測
角し、前記原点から該測定点を結ぶ直線の式を決定する
第６工程と、前記第４工程で得られた平面αを特定する
式と、前記第６工程で得られた前記原点から該測定点を
結ぶ直線の式との交点である測定点を演算する第７工程
と、前記第５工程で得られた平面βを特定する式と、前
記第６工程で得られた前記原点から該測定点を結ぶ直線
の式との交点である測定点を演算する第８工程とからな
り、平面α上の測定点と平面β上の測定点との少なくと
も２点が共通して構成されている。

【００２３】また本発明の原点が、測量機の設置点であ
る構成にすることもできる。

【００２４】そして本発明は特定点が４点以上であり、
最小２乗法により平面を特定する構成にすることもでき
る。

【００２５】更に本発明は、測定対象物の方向を地図情
報から入力する構成にすることもできる。

【００２６】また本発明のプログラムを固定させたメモ
リカード、フロッピディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＯ等の
電子的記憶媒体は、画像処理により測定対象物を認識
し、測定対象物の測定点を含む平面α上の少なくとも３
点の特定点までの角度を測定させ、測距部を、測定対象
物の測定点を含む平面α上の少なくとも３点の特定点ま
での距離を測定させ、前記測角部を、測定点への角度を
測定させ、演算部を、特定点までの距離、角度から平面
αを特定する式を決定すると共に、前記測定点への角度
から該測定点を結ぶ直線の式を決定し、更に、前記平面
αと前記直線の交点に相当する測定点を演算させるため
の手順等が記載されて構成されている。

【００２７】そして本発明のプログラムを固定させたメ
モリカード、フロッピディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＯ等
の電子的記憶媒体は、画像処理により測定対象物を認識
し、測角部を、測定対象物の測定点を含む平面α上の少
なくとも３点の特定点までの角度及び測定対象物の測定
点を含む平面β上の少なくとも３点の特定点までの角度
とを測定させ、測距部を、測定対象物の測定点を含む平
面α上の少なくとも３点の特定点までの距離及び測定対
象物の測定点を含む平面β上の少なくとも３点の特定点
までの距離とを測定させ、前記測角部を、測定点への角
度を測定させ、演算部を、特定点までの距離、角度から
平面αを特定する式と平面βを特定する式を決定すると
共に、前記測定点への角度から該測定点を結ぶ直線の式
を決定し、更に、前記平面α又は平面βと、前記直線の
交点に相当する測定点を演算させるための手順が記載さ
れて構成されている。

【００２８】また本発明は、平面α上の測定点と平面β
上の測定点との少なくとも２点が共通している構成する
こともできる。

【００２９】更に本発明は、測定対象物が立体物であ
り、平面αは、前記立体物の一面であり、測定点が平面
α上の角部である構成にすることもできる。

【００３０】そして本発明は、測定点が２点であり、演
算部が、２点の３次元座標を演算すると共に、この２点
間の距離を演算する構成にすることもできる。

【００３１】また本発明は、測定点が少なくとも３点で
あり、演算部が、少なくとも３点の３次元座標を演算
し、これらの点が囲む面積を演算する構成にすることも
できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以上の様に構成された本発明は、
ノンプリズム測定が可能な光波距離計が、測角部と測距
部とを有し、認識用演算処理手段が、画像処理により測
定対象物を認識し、測角部と測距部とは、測定対象物の
測定点を含む平面α上の少なくとも３点の特定点までの
距離、角度を測定し、測角部が、測定点への角度を測角
し、演算部が、特定点までの距離、角度から平面αを特
定する式を決定すると共に、測定点への角度から測定点
を結ぶ直線の式を決定し、更に、平面αと直線の交点に
相当する測定点を演算することができる。

【００３３】また本発明の認識用演算処理手段は、フィ
ルタリング操作によりエッジを強調し、一定の配列で並
んだ測定点を抽出して測定対象物を認識することもでき
る。

【００３４】そして本発明の認識用演算処理手段が、フ
ィルタリング操作によりエッジを強調し、テンプレート
マッチングにより測定対象物を認識することもできる。

【００３５】また本発明の測量機の測定対象物は立体物
であり、平面αは、立体物の一面であり、測定点が平面
α上の角部にすることもできる。

【００３６】更に本発明の測量機の測定点は２点であ
り、演算部が、２点の３次元座標を演算すると共に、こ
の２点間の距離を演算することもできる。

【００３７】また本発明の測量機の測定点は少なくとも
３点であり、演算部が、少なくとも３点の３次元座標を
演算し、これらの点が囲む面積を演算することもでき
る。

【００３８】そして本発明は、測定対象物の方向を地図
情報から入力することもできる。

【００３９】更に本発明の３次元測定方法は、認識用演
算処理手段が、画像処理により測定対象物を認識し、測
定対象物の測定点を含む平面α上の少なくとも３点を特
定し、原点から特定点である少なくとも３点との距離、
角度を測定し、距離データと角度データを利用して、平
面αを特定する式を決定し、原点から測定点を視準して
測角し、原点から測定点を結ぶ直線の式を決定し、平面
αを特定する式と、原点から測定点を結ぶ直線の式との
交点である測定点を演算することができる。

【００４０】また本発明は、認識用演算処理手段が、フ
ィルタリング操作によりエッジを強調し、一定の配列で
並んだ測定点を抽出して測定対象物を認識することもで
きる。

【００４１】そして本発明は、認識用演算処理手段が、
フィルタリング操作によりエッジを強調し、テンプレー
トマッチングにより測定対象物を認識することもでき
る。

【００４２】また本発明の原点が、測量機の設置点とす
ることもできる。

【００４３】そして本発明の測定対象物は立体物であ
り、平面αは、立体物の一面であり、測定点が平面α上
の角部とすることもできる。

【００４４】また本発明は測定点が２点であり、更に、
２点の３次元座標を演算し、この２点間の距離を演算す
ることもできる。

【００４５】更に本発明は、測定点が少なくとも３点で
あり、更に、少なくとも３点の３次元座標を演算し、こ
れらの点が囲む面積を演算することもできる。

【００４６】そして本発明は、認識用演算処理手段が、
画像処理により測定対象物を認識し、測定対象物の測定
点を含む平面α上の少なくとも３点を特定し、原点から
特定点である少なくとも３点との距離、角度を測定し、
測定対象物の測定点を含む平面β上の少なくとも３点を
特定し、原点から特定点である少なくとも３点との距
離、角度を測定し、距離データと角度データを利用し
て、平面αを特定する式を決定し、距離データと角度デ
ータを利用して、平面βを特定する式を決定し、原点か
ら測定点を視準して測角し、原点から測定点を結ぶ直線
の式を決定し、平面αを特定する式と、原点から測定点
を結ぶ直線の式との交点である測定点を演算し、平面β
を特定する式と、原点から測定点を結ぶ直線の式との交
点である測定点を演算し、平面α上の測定点と平面β上
の測定点との少なくとも２点が共通している。

【００４７】更に本発明の原点が、測量機の設置点とす
ることもできる。

【００４８】また本発明の特定点は４点以上であり、最
小２乗法により平面を特定することもできる。

【００４９】また本発明は、測定対象物の方向を地図情
報から入力することもできる。

【００５０】そして本発明の電子的記憶媒体は、画像処
理により測定対象物を認識し、測角部を、測定対象物の
測定点を含む平面α上の少なくとも３点の特定点までの
角度を測定させ、測距部を、測定対象物の測定点を含む
平面α上の少なくとも３点の特定点までの距離を測定さ
せ、測角部を、測定点への角度を測定させ、演算部を、
特定点までの距離、角度から平面αを特定する式を決定
すると共に、測定点への角度から測定点を結ぶ直線の式
を決定し、更に、平面αと直線の交点に相当する測定点
を演算させるための手順等が記載されている。

【００５１】更に本発明の電子的記憶媒体は、画像処理
により測定対象物を認識し、測角部を、測定対象物の測
定点を含む平面α上の少なくとも３点の特定点までの角
度及び測定対象物の測定点を含む平面β上の少なくとも
３点の特定点までの角度とを測定させ、測距部を、測定
対象物の測定点を含む平面α上の少なくとも３点の特定
点までの距離及び測定対象物の測定点を含む平面β上の
少なくとも３点の特定点までの距離とを測定させ、測角
部を、測定点への角度を測定させ、演算部を、特定点ま
での距離、角度から平面αを特定する式と平面βを特定
する式を決定すると共に、測定点への角度から測定点を
結ぶ直線の式を決定し、更に、平面α又は平面βと、直
線の交点に相当する測定点を演算させるための手順等が
記載されている。

【００５２】そして本発明の電子的記憶媒体は、平面α
上の測定点と平面β上の測定点との少なくとも２点を共
通とすることもできる。

【００５３】また本発明の電子的記憶媒体は、測定対象
物が立体物であり、平面αは、立体物の一面であり、測
定点が平面α上の角部とすることもできる。

【００５４】更に本発明の電子的記憶媒体は、測定点が
２点であり、演算部を、２点の３次元座標を演算すると
共に、この２点間の距離を演算させる手順等が記載され
ている。

【００５５】そして本発明の電子的記憶媒体は、測定点
が少なくとも３点であり、演算部が、少なくとも３点の
３次元座標を演算し、これらの点が囲む面積を演算させ
る手順等が記載されている。

【００５６】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【００５７】図１は、本実施例の自動測量機１０００を
示す図である。

【００５８】自動測量機１０００は、望遠鏡１００と、
望遠鏡１００を垂直面内に回動可能に支持するための支
持部材２００と、望遠鏡１００を水平面内に回動可能に
するための基盤部３００と、望遠鏡１００を回動させる
ための第１の駆動手段４００と、基盤部３００に形成さ
れ、支持部材２００を回動させるための第２の駆動手段
５００と、データコレクタ２０００等の外部記憶表示装
置と接続するための入出力端子６００とから構成されて
いる。

【００５９】第１の駆動手段４００は、第１の減速手段
４１０と高低用モータ４２０とから構成されている。第
２の駆動手段５００は、第２の減速手段５１０と水平用
モータ５２０とから構成されている。

【００６０】図２は、本実施例の自動測量機１０００と
データコレクタ２０００の電気的構成を示す図である。

【００６１】自動測量機１０００は、距離測定のための
特定の反射手段（反射プリズム等）を必要としない距離
測定が可能なノンプリズム型光波距離計７００と、目標
物の像を電気信号に変換するための固体撮像素子８１０
と、この固体撮像素子８１０を駆動させるための撮像素
子駆動手段８２０と、固体撮像素子８１０の出力信号を
増幅するためのプリアンプ８３０と、認識用演算処理手
段８４０と、マイクロコンピュータ９００と、高低用モ
ータ４２０、水平用モータ５２０等のモータを駆動する
ための駆動回路９１０と、高低用エンコーダ９２０と、
水平用エンコーダ９３０とから構成されている。

【００６２】またノンプリズム型光波距離計７００は、
基本的にプリズム型と類似の構造であるため、反射プリ
ズムを使用した測定ができ、反射プリズムを使用する場
合には、より長距離の測定を行うことができる。

【００６３】次に図３及び図４に基づいて、自動測量機
１０００の構成を詳細に説明する。

【００６４】望遠鏡１００は、測定点に設置された目標
物の像を形成するためのもので、望遠鏡光学系１１０を
備えている。望遠鏡光学系１１０は、対物レンズ１１１
とコリメートレンズ１１２とから構成されている。望遠
鏡１００は、軸部材１２０により支持部材２００に回動
可能に軸止されており、垂直面内（上下方向）に回動さ
せることができる。この軸部材１２０は第１の駆動手段
４００に連結されている。即ち、軸部材１２０に形成さ
れた歯部と、第１の減速手段４１０の歯車とが噛合する
様に構成されており、高低用モータ４２０の回転力を、
第１の減速手段４１０を介して軸部材１２０に伝達する
様になっており、望遠鏡１００を上下方向,に回動させ
ることができる。

【００６５】また軸部材１２０には、高低用エンコーダ
９２０が連結されており、望遠鏡１００の上下方向の回
転角を検出することができる様に構成されている。

【００６６】そして支持部材２００の下端部には、回転
中心軸２１０が形成されており、基盤部３００に挿入係
止されている。従って支持部材２００は、基盤部３００
に対して水平面内に回動可能となっている。なお支持部
材２００には、望遠鏡１００が取り付けられているの
で、望遠鏡１００も、基盤部３００に対して水平面内に
回動可能とされている。

【００６７】コリメートレンズ１１２の合焦点には、固
体撮像素子８１０が配置されている。この固体撮像素子
８１０は撮像素子に該当するもので、目標物の像を電気
信号に変換するためのものである。本実施例では、ＣＣ
Ｄによる撮像素子が採用されているが、光電変換できる
素子であれば、何れの受光素子を採用することができ
る。なお、対物レンズ１１１とコリメートレンズ１１２
とは合焦光学系に該当するものである。

【００６８】なお本実施例では、図４に示す様に合焦機
構１３０が装備されている。この合焦機構１３０は、対
物レンズ１１１を固定するための対物レンズ枠１３１
と、コリメートレンズ１１２を固定するためのコリメー
トレンズ枠１３２と、コリメートレンズ枠１３２を回動
させるための合焦用モータ１３３とからなっている。

【００６９】合焦用モータ１３３を回動させることによ
り、対物レンズ１１１を前後に移動させることができ
る。即ち、固体撮像素子８１０に結像させる合焦動作を
電気的に行うことができる。なお合焦機構１３０は、オ
ートフォーカスにすることも可能である。

【００７０】基盤部３００は支持部材２００を回動自在
に固定するためのもので、支持部材２００の回転中心軸
２１０が挿入係止されており、望遠鏡１００を水平面内
に回動させることができる。

【００７１】基盤部３００には第２の駆動手段５００が
形成されており、水平用モータ５２０が固定されてい
る。第２の減速手段５１０を介して、支持部材２００の
回転中心軸２１０に伝達する様になっており、支持部材
２００を水平面内に回動させることができる。

【００７２】また回転中心軸２１０には、水平用エンコ
ーダ９３０が連結されており、望遠鏡１００及び支持部
材２００の水平方向の回転角を検出することができる様
になっている。

【００７３】更に基盤部３００の外壁部には、データコ
レクタ２０００と連結するための入出力端子６００が形
成されている。この入出力端子６００は、接続手段に該
当するものである。

【００７４】そして基盤部３００の下端には、水準装置
３１０が設けられており、三脚に自動測量機１０００を
固定すると共に、自動測量機１０００を水平に保つ様に
調整することができる。

【００７５】なお自動測量機１０００にはノンプリズム
型光波距離計７００が内臓されている。この光波距離計
７００は、測定点に設置された目標物に対して、光を送
出し、目標物からの反射光を受光し、この光の発光時間
と反射光の受光時間の時間差により、目標物までの距離
を測定するものである。なお距離測定の演算には、マイ
クロコンピュータ９００を使用してもよく、光波距離計
７００独自に演算処理手段を備えてもよい。

【００７６】ノンプリズム型光波距離計７００には、パ
ルス半導体レーザーが使用され、レーザー駆動回路によ
りパルス駆動される様になっている。光源からの光パル
スは、コリメータレンズを介して発光側ファイバーに導
かれ、プリズムに入射される。そして、プリズムで反射
された光パルスは、対物レンズを通過して、測定対象物
に向けて射出される。

【００７７】測定対象物で反射された光パルスは、対物
レンズを通過した後、プリズムで反射され、受光側ファ
イバーに入射する。そして導かれた光パルスは、受光レ
ンズを介して受光素子に入射される。

【００７８】そして対物レンズは、有効径が数十ｍｍで
あって焦点距離が１００ｍｍ程度のものが使用される。
これは、発光光源であるパルス半導体レーザーの発光部
の広がり角に由来するものであり、発光する光の拡り角
を小さくし、効率よく対物レンズから射出させるため
に、ある程度の立体角をカバーする必要があるからであ
る。

【００７９】そして対物レンズから測定対象物に向けて
射出されたパルス光は、発光側ファイバーの直径が有限
の大きさを持つことから、遠方に行く程広がることにな
る。例えば、対物レンズ９５００の焦点距離を１００ｍ
ｍとするとし、発光側ファイバーの直径は、１００μｍ
とすれば、１００ｍの距離だけ離れると、１００ｍｍに
広がることとなる。

【００８０】以上の様に、ノンプリズム型光波距離計７
００は、測定対象物に当たる測定光束の大きさが数１０
ｍｍ以上の大きさとなってしまうので、測定対象物の表
面の点を測定するものではなく、実際には、面を測定し
ていることとなる。そのため、建物の角部等の測定は不
安定になり、面の測定が基本となる。

【００８１】ここで自動測量機１０００の動作を詳細に
説明する。

【００８２】固体撮像素子８１０で撮像された画像は、
画像信号に変換され、プリアンプ８３０で増幅された
後、認識用演算処理手段８４０に入力される。

【００８３】この認識用演算処理手段８４０が、内蔵さ
れている画像処理ソフトの実行により、目標対象物の抽
出がなされ、この抽出結果に基づいて測量が行われる。

【００８４】「目標対象物が望遠鏡１００の視野内に収
まらない場合」

【００８５】一般的に望遠鏡１００の倍率は高く、目標
対象物が、ビル等の比較的大きな建物等の場合には、望
遠鏡１００の視野内に収まらない場合が多い。

【００８６】まず図５に示す様に、水平方向及び鉛直方
向に走査させて、固体撮像素子８１０より画像信号を生
成させる。

【００８７】そして、プリアンプ８３０で増幅された固
体撮像素子８１０の出力信号を認識用演算処理手段８４
０に入力し、サンプリングした後、Ａ／Ｄ変換してデジ
タル映像信号に変換する。そして認識用演算処理手段８
４０では、画像信号を２値画像に変換させる。本実施例
の２値化には、固定しきい値による２値化が行われてい
るが、局所的な２値化を行うこともできる。

【００８８】次に認識用演算処理手段８４０では、フィ
ルタリング処理を行い、エッジの強調を行う。エッジの
強調には、本実施例では、差分フィルタが使用されてい
る。この差分フィルタは、特定画像の近傍の階調値の微
分又は差分を用いた演算方法により、画像中のエッジを
強調するものである。

【００８９】この差分フィルタには、線形フィルタと非
線形フィルタがあるが、本実施例では、線形１次元空間
微分フィルタが採用されている。近傍画像（マスク）も
適宜定められるが、本実施例では、３＊３マスクで線形
１次元空間微分フィルタを構成している。

【００９０】次に図６に示す様に、エッジを強調した濃
淡パターンから目標対象物の角部を抽出し、角部の画像
位置と視準角度とから、視準方向を特定する。

【００９１】この動作を繰り返し、一定の配列で並んだ
測定点を抽出し、目標対象物である建物を特定する。次
に、建物平面の３点の距離を測定して、平面を特定する
ことができる。この３次元測定については、後に詳述す
る。

【００９２】なお、目標対象物が建物である場合には、
建物の角部が、望遠鏡１００の視野内に入る様に、望遠
鏡１００を回転駆動させる。

【００９３】そしてエッジを強調するフィルタリング操
作を行い、抽出した建物の角部と、視準中心との偏差を
求めることにより、建物の角部の位置を特定することが
できる。

【００９４】「目標対象物が望遠鏡１００の視野内に収
まる場合」

【００９５】目標対象物が図７に示す様に、望遠鏡１０
０の視野内に収まる場合には、テンプレートマッチング
を使用することができる。テンプレートマッチングは、
入力パターンと、予め記憶している標準パターンとを重
ね、最も一致した標準パターンを入力パターンの識別結
果にするものである。

【００９６】即ち、目標対象物の形状に略一致する複数
のテンプレートを複数記憶し、目標対象物の画像が、テ
ンプレートのパターンと一致した時、目標対象物の概略
画像と位置とが特定される。

【００９７】処理方法は前述した方法と同様であり、ま
ず、固体撮像素子８１０の出力信号を認識用演算処理手
段８４０に入力し、エッジを強調するフィルタリング操
作を行い、この濃淡パターンにテンプレートマッチング
を施し、目標対象物の概略画像と位置とを特定する。

【００９８】この動作を繰り返し、目標対象物である建
物が有する平面の大きさ、面積、傾斜等を算出するため
の測量値を得ることができる。

【００９９】なお、テンプレートマッチングを行う際に
は、複数の大きさのテンプレートパターンを記憶させる
か、或いは、目標対象物が視準内に収まる様にズーム機
構を設けることが望ましい。

【０１００】そして、目標対象物を望遠鏡１００を向か
わせる方法には、手動により目標対象物に向かわせる方
法と、データコレクタ２０００等の外部記憶表示装置に
地図情報を表示させ、この地図情報の基づいて表示され
ている地図上に、目標対象物の測定位置を指示させるこ
ともできる自動による方法がある。なお、自動による方
法の場合には、地図情報の方向と、実際の方向とを対応
させる必要がある。

【０１０１】次に、自動測量機１０００に接続するデー
タコレクタ２０００を説明する。データコレクタ２００
０は、自動測量機１０００で計測された距離、角度等の
測量データ、及び固体撮像素子８１０で撮像された映像
を記憶するためのメモリ２１００と、自動測量機１００
０の固体撮像素子８１０で撮像された映像及び測量デー
タを表示するための表示器２２００と、キーボード２３
００と、データコレクタ用ＣＰＵ２４００とから構成さ
れている。

【０１０２】データコレクタ２０００のデータコレクタ
用ＣＰＵ２４００と、自動測量機１０００のマイクロコ
ンピュータ９００とは、適宜のインターフェースを介し
て接続される。この際、データコレクタ２０００のケー
ブル２５００を自動測量機１０００の入出力端子６００
に連結することにより、接続を行う様になっている。

【０１０３】表示器２２００は液晶ディスプレイ等から
構成されており、プリアンプ８３０を介して自動測量機
１０００の固体撮像素子８１０と接続されている。この
接続も、上述のケーブル２５００を使用して、自動測量
機１０００の入出力端子６００に連結することにより行
っている。メモリ２１００は、測量結果を記憶すると共
に、地図情報を記憶している。更に、自動測量機１００
０に所定の測量動作を実行させるソフトウェアとなるプ
ログラムを記憶している。また表示器２２００には、表
示用調整回路２２２１が接続されており、測量結果及び
地図情報を表示することができる。また表示器２２００
から自動測量機１０００の操作を表示することもでき
る。

【０１０４】キーボード２３００は、指示データ等を入
力するための入力手段に該当するものであり、入力手段
はキーボード２３００に限らず、手書き入力装置や、他
の情報処理機器等から入力する様な構成にすることもで
きる。

【０１０５】また、マイクロコンピュータ９００は、後
述する行列式を演算して連立方程式を解いたり、自動測
量機１０００全体の制御を司るものである。

【０１０６】なお、メモリ２１００はメモリカード等に
することもでき、電子的記憶媒体に該当するものであ
る。この電子的記憶媒体は、メモリカードに限らず、フ
ロッピディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＯ等、何れの外部記
憶媒体を使用することができる。

【０１０７】キーボード２３００は、使用者が命令を入
力したり、必要なデータを入力するためのものである。
表示部２２００は、入力された命令やデータをモニタし
たり、演算結果を表示するためのものである。

【０１０８】次に、本発明の３次元測定原理を詳細に説
明する。

【０１０９】「原理」

【０１１０】まず、図８に基づいて本発明の原理を説明
する。まず０点に、ノンプリズム型自動測量機１０００
を設置し、測定対象物であるビル６０００を測定する場
合を考える。このビル６０００は直方体と考えることが
でき、各面は平面であるとすることができる。

【０１１１】このノンプリズム型自動測量機１０００
は、測距と測角が行える一体型の「トータルステーショ
ン」と呼ばれるタイプのものである。なお、ノンプリズ
ム型自動測量機１０００の測距部の光軸と、視準系とが
同軸であるとする。

【０１１２】まず、ビル６０００のα面上のＡ点、Ｂ
点、Ｃ点を測定する。Ａ点、Ｂ点、Ｃ点の各点で得られ
るデータは、０点（ノンプリズム型自動測量機１０００
の設置点）を原点とした３次元空間上での原点からの距
離、角度のデータとなる。これによりＡ、Ｂ、Ｃ各点の
３次元空間上での座標位置を求めることができる。３次
元空間上の３点を含む平面は、一意的に決定されるの
で、測定したＡ、Ｂ、Ｃ各点を含むα面は一意的に決定
されることになる。

【０１１３】０点を原点とした３次元空間上でのＡ、
Ｂ、Ｃ各点の座標位置は、次の式で求めることができ
る。

【０１１４】Ａ点の座標を（ｘ_Ａ、ｙ_Ａ、ｚ_Ａ）とすれ
ば、

【０１１５】 ｘ_Ａ＝Ｌ_エル ｙ_Ａ＝Ｌ_ｍ ・・・・・・第１式 ｚ_Ａ＝Ｌ_ｎ

【０１１６】ここで、エルは Ａ点を視準した時のｘ方
向の方向余弦 ｍは Ａ点を視準した時のｙ方向の方向余弦 ｎは Ａ点を視準した時のｚ方向の方向余弦

【０１１７】となる。

【０１１８】また、Ａ、Ｂ、Ｃ各点の座標を

【０１１９】Ａ：（ｘ_１、ｙ_１、ｚ_１） Ｂ：（ｘ_２、ｙ_２、ｚ_２） Ｃ：（ｘ_３、ｙ_３、ｚ_３）

【０１２０】とすると、平面であるα面を表す式は以下
の様になる。

【０１２１】

【数１】

【０１２２】・・・・・第２式

【０１２３】次に、位置を測定したい平面の角ａを視準
する。この時の角度データから、０点（ノンプリズム型
自動測量機１０００の設置点）と視準点ａを通る直線の
式は、以下の様に表すことができる。

【０１２４】 ｘ／エル＝ｙ／ｍ＝ｚ／ｎ ・・・・・第３式

【０１２５】ここで、 エルは ｘ方向の方向余弦 ｍは ｙ方向の方向余弦 ｎは ｚ方向の方向余弦

【０１２６】である。

【０１２７】そして０点（ノンプリズム型自動測量機１
０００の設置点）を原点とした視準点ａの３次元空間上
の座標は、第２式と第３式とを連立方程式として解くこ
とにより求めることができる。即ち、

【０１２８】ａ点のｘ_Ａ座標は、

【０１２９】

【数２】

【０１３０】・・・・・第４式

【０１３１】ａ点のｙ_Ａ座標は、

【０１３２】

【数３】

【０１３３】・・・・・第５式

【０１３４】ａ点のｚ_Ａ座標は、

【０１３５】

【数４】

【０１３６】・・・・・第６式

【０１３７】で表すことができる。

【０１３８】また、０点（ノンプリズム型自動測量機１
０００の設置点）から視準点ａまでの距離Ｌ_Ａ は、以
下の式で表される。

【０１３９】 Ｌ_Ａ ＝（ｘ_Ａ ^２＋ｙ_Ａ ^２＋ｚ_Ａ ^２）^０．５ ・・・・・第７式

【０１４０】そして、α面上の他の角部であるｂ、ｃ、
ｄも同様に３次元座標上の位置を求めることができる。

【０１４１】以上の様にして、α面上の他の角部である
ａ、ｂ、ｃ、ｄの３次元座標上の位置を求めることがで
きる

【０１４２】更に、α面の辺の長さ、面積等を、ａ、
ｂ、ｃ、ｄ点の各点の３次元座標を基に計算により求め
ることができる。

【０１４３】平面であるα面を表す式が得られているの
で、視準時の角度データから間接的に３次元座標の位置
を求めることができるのは、平面の角に限定されること
なく、平面上の任意の点を求めることができる。例え
ば、ビル６０００の窓６１００は、ｅ点、ｆ点、ｇ点、
ｈ点の４点を測定すれば、その３次元座標を求めること
ができる。

【０１４４】なお、α面を表す式は、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点
の３点の距離、角度データを用いて演算したが、３点に
限定されるものではなく、４点以上の測定データを使用
し、最小２乗法等を利用することもでき、高精度の測定
を行うこともできる。

【０１４５】次に図９に示す様に、ノンプリズム型自動
測量機１０００の設置点を０点からＫ点に移動する。そ
してα面と、別の平面であるβ面を測定し、α面と共通
の測定点（点ｃ、点ｄ）を観測すれば、β面を表す式
を、α面を表す式と同一の３次元座標で表す様に変換す
ることができ、β面上のデータとα面上のデータとを、
同一の３次元座標で表すことができる。

【０１４６】更に、ビル６０００の全ての角部を測定す
れば、ビル６０００の体積を求めることができる。

【０１４７】次に、本実施例の動作の一例を図１０に基
づいて説明する。

【０１４８】まずステップ１（以下、Ｓ１と略する。）
では、図８のビル６０００のα面上のＡ点、Ｂ点、Ｃ点
を測定し、光波距離計１０００からの距離、角度のデー
タを得る。

【０１４９】次にＳ２では上述の第２式を演算して、Ａ
点、Ｂ点、Ｃ点の３点を含むα面を特定する式を算出す
る。次にＳ３では、α面の４隅に相当する点ａ、点ｂ、
点ｃ、点ｄの４点を視準（測角）する。そしてＳ４で
は、第４式、第５式、第６式を解くことにより、α面の
４隅に相当する点ａ、点ｂ、点ｃ、点ｄの３次元座標を
演算する。更にＳ５では、点ａ、点ｂ、点ｃ、点ｄの各
点間の距離を演算し、Ｓ６で、α面の面積（α面の４隅
で形成される面積）を計算することができる。

【０１５０】従って、図１１に示す様に、画像処理と３
次元測定を連結させることにより、自動測量が可能とな
る。

【０１５１】即ち、Ｓ１で固体撮像素子８１０の出力信
号を認識用演算処理手段８４０に入力し、サンプリング
した後、Ａ／Ｄ変換してデジタル映像信号に変換する。
次にＳ２では、認識用演算処理手段８４０が、画像信号
を２値画像に変換させる。

【０１５２】そしてＳ３では、認識用演算処理手段８４
０が、画像のフィルタリング処理を行い、エッジの強調
を行う。

【０１５３】次にＳ４では、認識用演算処理手段８４０
が、エッジを強調した濃淡パターンから目標対象物の角
部を抽出し、角部の画像位置と視準角度とから、視準方
向を特定する。

【０１５４】更にＳ５で、この動作を繰り返し、一定の
配列で並んだ測定点を抽出し、目標対象物である建物を
特定する。

【０１５５】次にＳ６で、図１０に示す３次元測定を行
い、平面を特定することができる。

【０１５６】

【効果】以上の様に構成された本発明は、測角部と測距
部とを有し、ノンプリズム測定が可能な光波距離計と、
画像処理により測定対象物を認識するための認識用演算
処理手段とを備えた自動測量機であって、測角部と測距
部とは、測定対象物の測定点を含む平面α上の少なくと
も３点の特定点までの距離、角度を測定し、前記測角部
が、測定点への角度を測角し、演算部が、特定点までの
距離、角度から平面αを特定する式を決定すると共に、
前記測定点への角度から該測定点を結ぶ直線の式を決定
し、更に、前記平面αと前記直線の交点に相当する測定
点を演算する様に構成されているので、角部等の様に測
定困難な所でも、座標等を自動的に測定することができ
るという卓越した効果がある。

【０１５７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である自動測量機１０００とデ
ータコレクタ２０００を示す図である。

【図２】本発明の実施例の電気的構成を説明する図であ
る。

【図３】本発明の実施例の自動測量機１０００を説明す
る図である。

【図４】本発明の実施例の自動測量機１０００を説明す
る断面図である。

【図５】本実施例の画像処理における走査方向を説明す
る図である。

【図６】本実施例の画像処理における強調された角部を
説明する図である。

【図７】本実施例の画像処理における視野範囲を説明す
る図である。

【図８】本発明の原理を説明する図である。

【図９】本発明の原理を説明する図である。

【図１０】本実施例の作用の一例を示す図である。

【図１１】本実施例の作用を示す図である。 １００ 望遠鏡 １１０ 望遠鏡光学系 １１１ 対物レンズ １１２ コリメートレンズ １２０ 軸部材 １３０ 合焦機構 ２００ 支持部材 ２１０ 回転中心軸 ３００ 基盤部 ４００ 第１の駆動手段 ４１０ 第１の減速手段 ４２０ 高低用モータ ５００ 第２の駆動手段 ５１０ 第２の減速手段 ５２０ 水平用モータ ６００ 入出力端子 ７００ ノンプリズム型光波距離計 ８１０ 固体撮像素子 ８２０ 撮像素子駆動手段 ８３０ プリアンプ ８４０ 認識用演算処理手段 ９００ マイクロコンピュータ ９１０ 駆動回路 ９２０ 高低用エンコーダ ９３０ 水平用エンコーダ １０００ 自動測量機 ２０００ データコレクタ

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測角部と測距部とを有し、ノンプリズム
   測定が可能な光波距離計と、画像処理により測定対象物
   を認識するための認識用演算処理手段とを備えた自動測
   量機であって、測角部と測距部とは、測定対象物の測定
   点を含む平面α上の少なくとも３点の特定点までの距
   離、角度を測定し、前記測角部が、測定点への角度を測
   角し、演算部が、特定点までの距離、角度から平面αを
   特定する式を決定すると共に、前記測定点への角度から
   該測定点を結ぶ直線の式を決定し、更に、前記平面αと
   前記直線の交点に相当する測定点を演算する様に構成さ
   れていることを特徴とする自動測量機。
2. 【請求項２】 認識用演算処理手段が、フィルタリング
   操作によりエッジを強調し、一定の配列で並んだ測定点
   を抽出して測定対象物を認識する請求項１記載の自動測
   量機。
3. 【請求項３】 認識用演算処理手段が、フィルタリング
   操作によりエッジを強調し、テンプレートマッチングに
   より測定対象物を認識する請求項１記載の自動測量機。
4. 【請求項４】 測定対象物が立体物であり、平面αは、
   前記立体物の一面であり、測定点が平面α上の角部であ
   る請求項１〜３の何れか１つに記載の自動測量機。
5. 【請求項５】 測定点が２点であり、演算部が、２点の
   ３次元座標を演算すると共に、この２点間の距離を演算
   する請求項１〜４の何れか１つに記載の自動測量機。
6. 【請求項６】 測定点が少なくとも３点であり、演算部
   が、少なくとも３点の３次元座標を演算し、これらの点
   が囲む面積を演算する請求項１〜５の何れか１つに記載
   の自動測量機。
7. 【請求項７】 測定対象物の方向を地図情報から入力す
   る請求項１〜６の何れか１つに記載の自動測量機。
8. 【請求項８】 認識用演算処理手段が、画像処理により
   測定対象物を認識する第１工程と、この測定対象物の測
   定点を含む平面α上の少なくとも３点を特定し、原点か
   ら特定点である少なくとも３点との距離、角度を測定す
   る第２工程と、この第２工程で得られた距離データと角
   度データを利用して、平面αを特定する式を決定する第
   ３工程と、前記原点から前記測定点を視準して測角し、
   前記原点から該測定点を結ぶ直線の式を決定する第４工
   程と、前記第３工程で得られた平面αを特定する式と、
   前記第４工程で得られた前記原点から該測定点を結ぶ直
   線の式との交点である測定点を演算する第５工程とから
   なる３次元測定方法。
9. 【請求項９】 第１工程は認識用演算処理手段が、フィ
   ルタリング操作によりエッジを強調し、一定の配列で並
   んだ測定点を抽出して測定対象物を認識する請求項８記
   載の３次元測定方法。
10. 【請求項１０】 第１工程は認識用演算処理手段が、フ
    ィルタリング操作によりエッジを強調し、テンプレート
    マッチングにより測定対象物を認識する請求項９記載の
    ３次元測定方法。
11. 【請求項１１】 上記原点が、測量機の設置点である請
    求項８〜１０の何れか１つに記載の３次元測定方法。
12. 【請求項１２】 測定対象物が立体物であり、平面α
    は、前記立体物の一面であり、測定点が平面α上の角部
    である請求項８〜１１の何れか１つに記載の３次元測定
    方法。
13. 【請求項１３】 測定点が２点であり、更に、２点の３
    次元座標を演算し、この２点間の距離を演算する第５工
    程を加えた請求項８〜１２の何れか１つに記載の３次元
    測定方法。
14. 【請求項１４】 測定点が少なくとも３点であり、更
    に、少なくとも３点の３次元座標を演算し、これらの点
    が囲む面積を演算する第５工程を加えた請求項８〜１３
    の何れか１つに記載の３次元測定方法。
15. 【請求項１５】 認識用演算処理手段が、画像処理によ
    り測定対象物を認識する第１工程と、この測定対象物の
    測定点を含む平面α上の少なくとも３点を特定し、原点
    から特定点である少なくとも３点との距離、角度を測定
    する第２工程と、測定対象物の測定点を含む平面β上の
    少なくとも３点を特定し、原点から特定点である少なく
    とも３点との距離、角度を測定する第３工程と、前記第
    ２工程で得られた距離データと角度データを利用して、
    平面αを特定する式を決定する第４工程と、前記第３工
    程で得られた距離データと角度データを利用して、平面
    βを特定する式を決定する第５工程と、前記原点から前
    記測定点を視準して測角し、前記原点から該測定点を結
    ぶ直線の式を決定する第６工程と、前記第４工程で得ら
    れた平面αを特定する式と、前記第６工程で得られた前
    記原点から該測定点を結ぶ直線の式との交点である測定
    点を演算する第７工程と、前記第５工程で得られた平面
    βを特定する式と、前記第６工程で得られた前記原点か
    ら該測定点を結ぶ直線の式との交点である測定点を演算
    する第８工程とからなり、平面α上の測定点と平面β上
    の測定点との少なくとも２点が共通している３次元測定
    方法。
16. 【請求項１６】 上記原点が、測量機の設置点である請
    求項１５記載の３次元測定方法。
17. 【請求項１７】 前記特定点が４点以上であり、最小２
    乗法により平面を特定する請求項８〜１６の何れか１つ
    に記載の３次元測定方法。
18. 【請求項１８】 測定対象物の方向を地図情報から入力
    する請求項８〜１７の何れか１つに記載の３次元測定方
    法。
19. 【請求項１９】 画像処理により測定対象物を認識し、
    測定対象物の測定点を含む平面α上の少なくとも３点の
    特定点までの角度を測定させ、測距部を、測定対象物の
    測定点を含む平面α上の少なくとも３点の特定点までの
    距離を測定させ、前記測角部を、測定点への角度を測定
    させ、演算部を、特定点までの距離、角度から平面αを
    特定する式を決定すると共に、前記測定点への角度から
    該測定点を結ぶ直線の式を決定し、更に、前記平面αと
    前記直線の交点に相当する測定点を演算させるための手
    順等が記載されたプログラムを固定させたメモリカー
    ド、フロッピディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＯ等の電子的
    記憶媒体。
20. 【請求項２０】 画像処理により測定対象物を認識し、
    測角部を、測定対象物の測定点を含む平面α上の少なく
    とも３点の特定点までの角度及び測定対象物の測定点を
    含む平面β上の少なくとも３点の特定点までの角度とを
    測定させ、測距部を、測定対象物の測定点を含む平面α
    上の少なくとも３点の特定点までの距離及び測定対象物
    の測定点を含む平面β上の少なくとも３点の特定点まで
    の距離とを測定させ、前記測角部を、測定点への角度を
    測定させ、演算部を、特定点までの距離、角度から平面
    αを特定する式と平面βを特定する式を決定すると共
    に、前記測定点への角度から該測定点を結ぶ直線の式を
    決定し、更に、前記平面α又は平面βと、前記直線の交
    点に相当する測定点を演算させるための手順が記載され
    たプログラムを固定させたメモリカード、フロッピディ
    スク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＯ等の電子的記憶媒体。
21. 【請求項２１】 平面α上の測定点と平面β上の測定点
    との少なくとも２点が共通している請求項１９記載のプ
    ログラムを固定させたメモリカード、フロッピディス
    ク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＯ等の電子的記憶媒体。
22. 【請求項２２】 測定対象物が立体物であり、平面α
    は、前記立体物の一面であり、測定点が平面α上の角部
    である請求項１９〜２１の何れか１つに記載のプログラ
    ムを固定させたメモリカード、フロッピディスク、Ｃ
    Ｄ、ＤＶＤ、ＭＯ等の電子的記憶媒体。
23. 【請求項２３】 測定点が２点であり、演算部が、２点
    の３次元座標を演算すると共に、この２点間の距離を演
    算する請求項１９〜２２の何れか１つに記載のプログラ
    ムを固定させたメモリカード、フロッピディスク、Ｃ
    Ｄ、ＤＶＤ、ＭＯ等の電子的記憶媒体。
24. 【請求項２４】 測定点が少なくとも３点であり、演算
    部が、少なくとも３点の３次元座標を演算し、これらの
    点が囲む面積を演算する請求項１９〜２３の何れか１つ
    に記載のプログラムを固定させたメモリカード、フロッ
    ピディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＯ等の電子的記憶媒体。