JP2001033245A - 平面上の点の位置測定方法 - Google Patents

平面上の点の位置測定方法

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JP2001033245A
JP2001033245A JP11204626A JP20462699A JP2001033245A JP 2001033245 A JP2001033245 A JP 2001033245A JP 11204626 A JP11204626 A JP 11204626A JP 20462699 A JP20462699 A JP 20462699A JP 2001033245 A JP2001033245 A JP 2001033245A
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plane
point
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camera
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Nobuo Ban
信雄 伴
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な操作で、平面上の点の座標を容易に求
めることができる方法、及び該方法に用いる装置の提
供。 【解決手段】 焦点の位置が座標の基準点と一致するよ
うに配置されたカメラを用いて平面を撮影し、得られた
画像をデジタルデータに変換し、該デジタル化された画
像データを電算機に入力し、該画像データを該電算機の
スクリーンに表示し、これとは別に、該平面上に存在す
る3以上の点の座標を、方位測定機及び距離測定機を用
いて測定し、該3以上の点の座標から該平面を特定し、
特定された平面のデータを該電算機に蓄積し、次いで該
特定された平面のデータと該スクリーンに表示された画
像データとから、該スクリーンに表示された画像データ
上の点の位置に相当する該平面上の点の座標を求めるこ
とを特徴とする、平面上の点の位置測定方法;並びに方
位測定機、距離測定機、カメラ、及び電算機からなる該
方法を実施するための装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、平面を撮影したデ
ジタル画像から、該平面上の点の座標を求めることがで
きる、平面上の点の位置測定方法及びこれに用いる装置
に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】建築物
を構成する平面上の任意の点の位置や二点間の距離を測
定する手段として、一般に三角測量法が用いられてい
る。該方法は、各測量点を結ぶ三角形の網を編成し、各
測量点における内角を測定し、別に極めて正確に測定さ
れた三角網中の辺長と該内角とから、正弦定理を用い
て、順次未知の辺長を計算する方法である。しかしなが
ら、この方法は、一点一点、角度を測定しながら測量す
る必要があるため、膨大な時間と労力を必要とするとい
う問題がある。
【0003】一方、近年優れた精度を有する方位測定
機、距離測定機が開発され、任意の点の位置が簡単に測
定できるようになった。しかしながら、方位測定機及び
距離測定機を用いても、該平面が基準点に対してどのよ
うに配置されているかを知ることはできないため、平面
上の多数の点の座標を知ろうとすると、各点毎に測定し
なければならず、やはり膨大な時間と労力を必要とする
という問題は解決しなかった。
【0004】したがって、本発明は、簡単な操作で、平
面上の点の座標を容易に求めることができる方法、及び
該方法に用いる装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
した結果、カメラで測定対象となる平面を撮影し、その
デジタル画像データを電算機のスクリーンに表示し、こ
れとは別に、方位測定機及び距離測定機を用いて該平面
上の3以上の点の座標を測定し、該座標から該平面を特
定し、該平面のデータを電算機に入力し、次いで該特定
された平面のデータと該スクリーンに表示された画像デ
ータとから、該スクリーンに表示された画像データ上の
点の位置に相当する該平面上の点の座標を求めれば、上
記目的を達成することができることを見出し、本発明を
完成した。
【0006】すなわち、本発明は、焦点の位置が座標の
基準点と一致するように配置されたカメラを用いて平面
を撮影し、得られた画像をデジタルデータに変換し、該
デジタル化された画像データを電算機に入力し、該画像
データを該電算機のスクリーンに表示し、これとは別
に、該平面上に存在する3以上の点の座標を、方位測定
機及び距離測定機を用いて測定し、該3以上の点の座標
から該平面を特定し、特定された平面のデータを該電算
機に蓄積し、次いで該特定された平面のデータと該スク
リーンに表示された画像データとから、該スクリーンに
表示された画像データ上の点の位置に相当する該平面上
の点の座標を求めることを特徴とする、平面上の点の位
置測定方法を提供するものである。本発明はまた、平面
を撮影するためのカメラと、該平面上の点の座標を測定
するための方位測定機及び距離測定機と、電算機とから
なる平面上の点の位置測定用装置であって、前記カメラ
は、その焦点が、座標の基準点と一致するように配置さ
れ、前記方位測定機及び前記距離測定機により測定され
た点の方位及び距離は該座標に変換され、前記電算機
は、該方位測定機及び該距離測定機を用いて測定された
3以上の点の座標から特定された前記平面のデータを蓄
積し、さらに該カメラを用いて撮影された平面のデジタ
ル画像データが入力されると、該画像データをスクリー
ンに表示し、次いで該特定された平面のデータと該スク
リーンに表示された画像データとから、該スクリーンに
表示された画像データ上の点の位置に相当する該平面上
の点の座標を算出するものである、平面上の点の位置測
定用装置を提供するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態を示す
全体の構成図である。本発明を、以下図1に基づいて説
明する。なお、以下(1)、(2)……は、図1に示す
番号である。
【0008】本発明においては、まずカメラ(6)で平
面(測定対象物)の全体を撮影する(7)。カメラの種
類は、撮影された画像をデジタルデータに変換できるも
のであれば特に制限はないが、デジタルカメラが好まし
い。カメラは、座標変換を不要とするため、その焦点が
座標の基準点と一致するように配置することが必要であ
る。通常のカメラを用いて撮影された画像は、デジタル
データに変換する(8)ことが必要であるが、デジタル
カメラを用いた場合は、該変換は不要である。次いでか
かるデジタル化された画像データを上記電算機に入力
し、該画像データを電算機のスクリーンに表示する
(9)。
【0009】上記とは別に、基準点に対して該平面を特
定する(平面の方程式を決定する)。該平面を特定する
(5)には、該平面上の3以上の点、好ましくは3点を
選択して、それらの座標を決定すればよい(3)。ただ
し、該3以上の点は、同一直線上に存在しないことが必
要である。
【0010】本発明においては、方位測定機(1)及び
距離測定機(2)を用いて、該平面上の3以上の点の座
標を測定する。方位測定機としては例えば電子セオドラ
イト(ライカ社製)等、距離測定機としては例えばレー
ザー距離計(ライカ社製)等を用いることができる。方
位測定機及び距離測定機は、任意の位置に設置すること
ができるが、測定した点の方位及び距離を、該カメラの
焦点を基準点とする座標に変換することが必要である。
かかる変換は、該距離測定機及び該方位測定機が有する
座標軸変換機能を用いて行ってもよく、また別に電算機
に入力して行ってもよい。また距離測定機の範囲内に平
面が入るように基準点を設定することが必要である。カ
メラの焦点を基準点(0,0,0)とし、3次元座標軸
の方向を適宜設定した後、方位測定機及び距離測定機を
用いて該3以上の点の座標を測定することができる。
【0011】該3以上の点の座標から、以下の操作を行
うことにより、該平面を特定することができる。該3以
上の点のうちの任意の3点の座標を(x1,y1
1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)とし、
平面の方程式を、
【0012】
【数1】Ax+By+Cz+D=0
【0013】とすると、A、B、C及びDは、A=y1
2+z13+y23−z23−y13−y21、B=
−(x12+z13+x23−z23−x13−x
21)、C=x12+y13+x23−y23−x13
−x21、D=−(x123+y1 23+z123
−z123−x123−y123)で表される。し
たがって、該3点の座標の数値をA、B、C及びDの各
式に代入することにより、該平面の方程式を求めること
ができる。
【0014】上記操作は、電算機(4)に入力して行う
ことが好ましく、次いで上記で得られた平面のデータを
該電算機に蓄積しておく。
【0015】次に、上記で入力された該平面のデータと
スクリーンに表示された画像データとから、該スクリー
ンに表示された画像データ上の特定の位置(10)が、
該平面のどの位置に相当するかを求める(11)手段に
ついて説明する。撮影された平面は、カメラの感光面に
結像する。y軸と感光面とが直交するように座標軸を設
定すると、感光面上の一点(xc,f(一定),zc)と
基準点とを結ぶ直線の方程式は、
【0016】
【数2】x/xc=y/f=z/zc
【0017】で表される。したがって、該直線と該平面
との交点の座標(xp,yp,zp)は、数1式及び数2
式から、
【0018】
【数3】yp=−D/{(Axc/f)+B+(Czc
f)}、xp=xcp/f、zp=zcp/f
【0019】で表される。ところで、カメラの該感光面
上の一点のx座標xc (m)及びz座標zc(m)と、
該感光面上の一点に相当する電算機のスクリーンに表示
された画像の一点のx座標xs(pixel)及びz座
標zs(pixel)とは以下の関係がある。
【0020】
【数4】xc=xsc/Ws、zc=zsc/Hs
【0021】(式中、Wcはカメラのx軸方向の感光面
サイズ(m)を示し、Wsは電算機のx軸方向のスクリ
ーンの解像度(pixel)を示し、Hcはカメラのz
軸方向の感光面サイズ(m)を示し、Hsは電算機のz
軸方向のスクリーンの解像度(pixel)を示す。) したがって、数3式及び数4式から、xp、yp及びzp
は、xs及びzsを用いて以下の式で表される。
【0022】
【数5】yp=−D/{(AXsc/fWs)+B+(C
sc/fHs)}、xp=Xscp/fWs、zp=Zs
cp/fHs
【0023】したがって、上記操作を行えば、電算機の
スクリーンに表示された画像上の点を特定することによ
り、それに相当する該平面上の点の座標を求めることが
できる。
【0024】本発明の平面上の点の位置測定用装置は、
上記測定方法を実施するためのものである。該測定用装
置は、方位測定機、距離測定機、カメラ及び電算機から
なる。カメラは、焦点が、該基準点に位置するように配
置される。方位測定機と距離測定機は、任意の位置に設
置することができるが、これらを用いて測定された点の
方位及び距離は、該カメラの焦点を基準点とする座標に
変換されることが必要である。かかる変換は、該距離測
定機及び該方位測定機が有する座標軸変換機能を用いて
行ってもよく、また別に電算機に入力して行ってもよ
い。また距離測定機の範囲内に平面が入るように基準点
を設定することが必要である。方位測定機、距離測定機
及びカメラは、電算機に接続されている。ただし、カメ
ラが通常のものである場合は、デジタル変換器を介して
電算機に接続される。電算機には、次のソフトプログラ
ムが内蔵されている。まず、方位測定機と距離測定機と
を用いて測定した平面上の3以上の点のデータから、該
平面の方程式を算出し、該データを蓄積する。また、カ
メラで撮影され、デジタル化された画像データが入力さ
れると、該画像データをスクリーンに表示する。さら
に、上記で特定された平面のデータと、該スクリーンに
表示された画像データとから、該スクリーンに表示され
た画像データ上の点の位置に相当する該平面の点の位置
の座標を算出する。該電算機にプリンターを接続すれ
ば、その点の座標や2点間の距離を印刷することができ
る。また、画像データと平面データを入力すれば、測定
現場にいなくても(すなわち、例えば事務所内等の屋内
にいても)建築物等の平面の測定が可能である。
【0025】測定精度は、距離測定機の精度、方位測定
機の計測誤差、カメラがデジタルカメラの撮像素子画素
数、記録画素数及び視野角度(通常のカメラの場合は、
デジタル変換した後の撮像素子画素数、記録画素数及び
視野角度)、並びに測定対象物(平面)までの距離によ
り変化し、1画素あたりの測定対象物の長さが計測誤差
範囲となる。距離測定機にレーザー距離計、例えばライ
カ社製DISTOを用いると、計測距離誤差は±5mm
以内となる。また、方位測定機に電子セオドライト、例
えばライカ社製T460Dを用いると、計測角度誤差は
±6秒以内となる。また、デジタルカメラにコダック製
デジタルカメラDC260Zoomを用いると、153
6×1024の記録画素数(約160万画素)で、測定
許容精度を±15mmとすれば、測定対象物の水平最大
長は23mとなる。また、35mmフィルム換算の焦点
距離を38mmとすると、水平画角は50度となり、測
定対象物の垂直方向最大長は24mとなる。これに電子
セオドライトの計測角度誤差を加えると、測定距離誤差
は±17mmとなる。
【0026】本発明の平面上の点の位置測定方法を用い
れば、平面上の任意の点の座標、平面上の2点間の距
離、同一平面上に存在する2直線の交点の位置と交差角
度、平面の垂直度、別に3次元位置を測定した平面外の
点と平面との距離等を測定することができる。また、2
つの平面を特定すれば、該2つの平面の交差角度を測定
することができる。さらに、建築物の設計時の寸法を入
力すれば、実際の建築物の寸法との誤差を求めることが
できる。
【0027】
【発明の効果】本発明の測定方法を用いれば、簡単な操
作で基準点に対する平面の配置を特定することができ、
したがって該平面上の点の座標を容易に測定することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す全体の構成図である。
【符号の説明】
(1)方位測定機 (2)距離測定機 (3)平面上の3以上の点の位置測定 (4)電算機 (5)平面の特定 (6)カメラ (7)平面撮影 (8)画像のデジタル化 (9)画像データのスクリーンへの表示 (10)スクリーンの画像データ上の位置特定 (11)平面上の位置特定

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焦点の位置が座標の基準点と一致するよ
    うに配置されたカメラを用いて平面を撮影し、得られた
    画像をデジタルデータに変換し、該デジタル化された画
    像データを電算機に入力し、該画像データを該電算機の
    スクリーンに表示し、これとは別に、該平面上に存在す
    る3以上の点の座標を、方位測定機及び距離測定機を用
    いて測定し、該3以上の点の座標から該平面を特定し、
    特定された平面のデータを該電算機に蓄積し、次いで該
    特定された平面のデータと該スクリーンに表示された画
    像データとから、該スクリーンに表示された画像データ
    上の点の位置に相当する該平面上の点の座標を求めるこ
    とを特徴とする、平面上の点の位置測定方法。
  2. 【請求項2】 平面を撮影するためのカメラと、該平面
    上の点の座標を測定するための方位測定機及び距離測定
    機と、電算機とからなる平面上の点の位置測定用装置で
    あって、 前記カメラは、その焦点が、座標の基準点と一致するよ
    うに配置され、 前記方位測定機及び前記距離測定機により測定された点
    の方位及び距離は該座標に変換され、 前記電算機は、該方位測定機及び該距離測定機を用いて
    測定された3以上の点の座標から特定された前記平面の
    データを蓄積し、さらに該カメラを用いて撮影された平
    面のデジタル画像データが入力されると、該画像データ
    をスクリーンに表示し、次いで該特定された平面のデー
    タと該スクリーンに表示された画像データとから、該ス
    クリーンに表示された画像データ上の点の位置に相当す
    る該平面上の点の座標を算出するものである、 平面上の点の位置測定用装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004044528A1 (ja) * 2002-11-13 2004-05-27 Kabushiki Kaisha Topcon 測量装置と電子的記憶媒体
WO2022113482A1 (ja) * 2020-11-30 2022-06-02 株式会社Clue 情報処理装置、方法およびプログラム

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US7319511B2 (en) 2002-11-13 2008-01-15 Kabushiki Kaisha Topcon Surveying instrument and electronic storage medium
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