JP2003130644A - 撮像装置を備えた自動視準測量機 - Google Patents
撮像装置を備えた自動視準測量機Info
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- JP2003130644A JP2003130644A JP2002037274A JP2002037274A JP2003130644A JP 2003130644 A JP2003130644 A JP 2003130644A JP 2002037274 A JP2002037274 A JP 2002037274A JP 2002037274 A JP2002037274 A JP 2002037274A JP 2003130644 A JP2003130644 A JP 2003130644A
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Abstract
ともに、1人の作業員と測量機単体のみでも、大型構造
物等の測定対象物に対し、多数の測定点位置を大きな負
担なく能率的に測定できるようにした測量機を提供す
る。 【解決手段】 自動視準測量機において、高倍率の視準
カメラ光学系(47)と、広い視野の広角CCDカメラ
光学系(89)と、両CCDカメラ光学系で撮像された
画像を表示するタッチパネルディスプレイ(64)と、
前記画像から測定点を弁別する画像処理装置(60)
と、前記画像上の測定点を指定するタッチペンと、指定
された測定点を自動的に視準する自動視準装置(69)
とを備える。また、光源(80)からの視準光を兼ねる
照明光は、視準カメラ光学系の視準軸(O)に沿って出
射されるようになっている。さらに、外部のパーソナル
コンピュータ等の計測制御機から、この測量機を遠隔操
作もできるようにもしている。
Description
撮像装置と画像処理装置とを備えた測量機に関し、特
に、橋梁、造船、トンネル等の大型構造物の各部位置を
測定するのに適した測量機に関する。
平11−325883号公報に開示されたようなトータ
ルステーションがあった。この公報に開示されたトータ
ルステーションの望遠鏡は、図18に示したように、光
軸上に対物レンズ11、合焦レンズ12、正立像にする
ためのホロプリズム13、ビームスプリッタ16、焦点
鏡14、接眼レンズ15を備え、さらに、ビームスプリ
ッタ16で直角方向へ反射された光を受光するCCDカ
メラ17と、対物レンズ11の背後に配置された距離計
用光学系18を備えている。CCDカメラ17で得た画
像は、図示しない画像圧縮装置を経て記憶媒体に測量結
果(水平角、垂直角、距離、日時、天候等)とともに記
憶されるようになっている。また、図19に示したよう
に、このトータルステーション31は、CCDカメラ1
7で撮影した画像、測量結果、警報等を表示するための
モニタ32と、日時、天候等のデータ等を入力するため
のテンキー33を備えている。記録媒体に記録された画
像や測量結果は、パーソナルコンピュータに入力され、
複数方向から撮影した画像及び測量結果を用いてデータ
解析を行い、これにより画像上の各点の位置が求められ
る。
ータルステーションとしては、特開2000−2750
44号公報に開示されたようなものもあった。この公報
に開示されたものは、図20に示したように、遠隔操作
型トータルステーション31の望遠鏡の接眼部にCCD
カメラ17を取り付け、CCDカメラ17と画像処理装
置13aと演算制御装置13bとをケーブル10aで接
続するとともに、画像処理装置13aと演算制御装置1
3bと無線通信装置4とをケーブル10bで接続した計
測部10を構成している。さらに、トータルステーショ
ン31を遠隔操作するため、ハンディコンピュータ21
と無線通信装置22とをケーブル22aで接続した操作
部20も備えられる。
し、ハンディコンピュータ21が記憶している設計座標
を無線通信装置22、4を介してトータルステーション
31へ送ると、トータルステーション31は設計座標に
対して自動視準するとともに、この設計座標に焦点を合
わせる。そして、CCDカメラ17から出力された画像
信号と、演算制御装置13bで演算された位置調整デー
タは、無線通信装置4、22を介して、ハンディコンピ
ュータ21へ送られ、そのディスプレイ21a上に表示
される。作業者は、ディスプレイ21aを見ることによ
り、ターゲットの設計上の座標位置からのずれを知るこ
とができる。
図19に示した特開平11−325883号公報に開示
された測量機では、画像及び測量データを用いて大型構
造物の各測定点の位置を算定しているため、複数方向か
らの画像と測量データが必要であり、複数箇所全部での
画像と測量データが得られた後に、パーソナルコンピュ
ータ等を用い、記録媒体に記録されている画像と測量デ
ータに基づいて、大型構造物の各測定点の位置を求めて
いたので、作業能率がよくないという問題があった。し
かも、作業員は手動で測定点を視準しなければならず、
作業員の負担が多く、能率的に測定できないという問題
があった。
5044号公報に開示された測量機では、測定対象物側
の作業者が、ディスプレイ21aを見ながら測量機を遠
隔操作ができるものの、この測量機で大型構造物の各測
定点位置を測定するためには、やはり各測定点をディス
プレイ21aで位置合わせしながら1つづつ手動で測定
していくほかなく、作業員の負担が大きく、能率的に測
定できないうえ、各測量機31とハンディコンピュータ
21間に、画像処理装置13aと演算制御装置13b
(パーソナルコンピュータ)と通信装置4、22が必要
となり、全体として大がかりな測量システムになるとい
う問題があった。
ターゲットを視準できるようにして、作業者の視準作業
の負担を軽減した測量機は従来からあった。しかし、こ
のような自動視準装置は、ターゲットからの反射光をセ
ンサが捉えてからでなければ働かないので、作業員は、
少なくとも望遠鏡の視野内のレクチル線(十字線)の中
心付近にターゲットを捕捉する必要があり、手動視準と
あまり変わらない作業負担を必要としていた。
業員が測定点を視準する負担を軽減するとともに、1人
の作業員と測量機単体のみでも、大型構造物等の測定対
象物に対し、多数の測定点位置を大きな負担なく能率的
に測定できるようにした自動視準測量機を提供すること
を課題とする。
に、請求項1に係る発明では、望遠鏡で捉えた測定対象
物を撮像する撮像装置を備えた自動視準測量機におい
て、前記撮像装置で撮像された画像を表示する表示装置
と、前記画像から測定点を弁別する画像処理装置と、前
記画像上の測定点を指定する測定点指定手段と、指定さ
れた測定点を自動的に視準する自動視準装置とを備えた
ことを特徴とする。
発明において、前記表示装置は、タッチパネルディスプ
レイであって、前記画像の測定点に前記測定点指定手段
で触れることにより測定点を指定できることを特徴とす
る。
に係る発明の自動視準測量機は、画像表示装置を備えた
外部の計測制御機と接続されたことを特徴とする。
は3に係る発明において、前記自動視準装置は、前記測
定点で反射された照明光が入射する前記望遠鏡内に設置
された撮像装置を有することを特徴とする。
3又は4に係る発明において、前記自動視準装置は、前
記測定点で反射された照明光が入射する前記望遠鏡内に
設置された十字形ラインセンサを有することを特徴とす
る。
は3に係る発明において、前記望遠鏡は、高倍率の視準
カメラ光学系と、広い視野の広角カメラ光学系とを有
し、前記自動視準装置は、前記測定点のターゲットを撮
像するために前記視準カメラ光学系に設置された撮像装
置を有する第1の自動視準装置と、前記測定点で反射さ
れた照明光が入射する前記視準カメラ光学系に設置され
た十字形ラインセンサを有する第2の自動視準装置と、
前記測定点のターゲットを撮像するために前記広角カメ
ラ光学系に設置された撮像装置を有する予備視準装置と
を備えたことを特徴とする。
いずれかの1項に係る発明において、視準軸と同軸に可
視光の照明光を出射する照明装置を備えたことを特徴と
する。
発明において、測定対象物までの距離を測定する測距部
及び角度を測定する測角部とを備え、前記測距部は前記
照明光が消灯されているときにのみ距離測定することを
特徴とする。
に係る発明において、前記撮像装置、前記照明装置、測
距部光学系は、同軸光学系として構成されたことを特徴
とする。
又は9に係る発明において、前記照明装置は所定間隔で
点滅する光源を備えることを特徴とする。
態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
体のブロック図であり、図2は、この測量機の光学系と
自動視準装置を説明する図であり、図3は、この測量機
の背面図であり、図4は、この測量機の自動視準装置に
用いられる十字形ラインセンサを説明する図である。
図1、図2及び図3に示したように、測定対象物を高倍
率で撮像する撮像装置として視準カメラ光学系47の他
に、測定対象物を低倍率の広い視野で撮像する撮像装置
として広角カメラ光学系89を備えている。そして、こ
の測量機110は、図3に示したように、整準台40上
に水平回転可能に水平回転軸43を取り付け、この水平
回転軸43に立設された一対の柱部44間に垂直回転可
能に望遠鏡46を取り付けている。
ルステーションと同じく、図1に示したように、測定点
までの距離を測定する測距部(光波距離計)48と、望
遠鏡46の水平角を測定する水平測角部(水平エンコー
ダ)50と、望遠鏡46の垂直角を測定する垂直測角部
(垂直エンコーダ)52と、望遠鏡46の水平角を制御
する水平制御部(水平サーボモータ)54と、望遠鏡4
6の垂直角を制御する垂直制御部(垂直サーボモータ)
56と、これら各部を制御するとともに測定結果を算定
するためのCPU(演算制御部)58とを備えている。
もちろん、望遠鏡46は、手動で容易に回転させること
もできる。
メラ光学系47、89で得た画像からノイズを除去して
鮮明な画像にするとともに、測定対象物の輪郭や測定点
等を弁別する画像処理装置60と、各カメラ光学系4
7、89から得た画像に種々の情報等を重ね合わせるス
ーパーインポーズ装置62と、各カメラ光学系47、8
9で得た画像を表示するとともに、タッチペン68又は
指等の測定点指定手段で触れることにより測定点を指定
したり、各種データやコマンド等を入力することができ
るタッチパネルディスプレイ64と、測量機110とは
別体の計測制御機(パーソナルコンピュータ)65等の
外部機器とのデータ入出力のための入出力装置66とを
備える。
置62は、測量機110の内部に取り付けられ、タッチ
パネルディスプレイ64は、水平回転部42の下部背面
に取り付けられる。タッチパネルディスプレイ64は、
各カメラ光学系47、89により撮像された画像を表示
するだけでなく、広角カメラ光学系又は視準カメラ光学
系の視準軸(光軸)O1、Oの方向を示すレクチル線
(十字線)92、各種のコマンドを入力するためのアイ
コン、データを入力するためのテンキー、測距部48や
測角部50、52で得た測定結果等もスーパーインポー
ズ装置62により重ねて表示できるようになっている。
ル64の代わりに、普通の液晶ディスプレイ等の表示装
置と、種々のコマンドやデータ入力のためのキーボード
とを別体にして備え、測定点指定手段としては、カーソ
ル移動キー、マウス、トラックボール、ジョイスティッ
ク等を用いてもよい。また、本実施例の測量機110
は、測距部48と測角部50、52を有し、トータルス
テーションと同じ機能を有しているが、ターゲットの大
きさは既知であるから、測角部50,52を有していれ
ば、広角カメラ光学系89で撮像されたターゲット像の
大きさに基づいて距離が求まるので、必ずしもトータル
ステーションと同じ機能を必要とするものではない。
と広角CCDカメラ素子88からなり、広角カメラ光学
系89の光軸O1は、視準カメラ光学系47の視準軸O
に平行に構成されている。また、広角CCDカメラ89
は、合焦レンズ19’を含むズーム装置を備え、ターゲ
ットの遠近を調整するズーム型自動焦点機構を備えてい
る。もちろん、小型化や価格抑制等のためには、ズーム
装置を省くことができ、又は、広角カメラ光学系89そ
のものも省くこともでき、さらに、広角CCDカメラ素
子88の代わりに、その他の適当な撮像装置を用いても
よい。
対物レンズ11、反射プリズム70、ダイクロイックミ
ラー72、ビームスプリッタ120、視準CCDカメラ
素子45を設置している。また、視準カメラ光学系47
は、測距光を出射する赤外線LED等の発光素子74
と、この測距光を集光する集光レンズ76と、集光され
た測距光を反射プリズム70に向けて反射するダイクロ
イックミラー78とで構成される測距部光学系を有し、
この測距部光学系の光軸O2は、視準軸Oと共役の光学
系で視準軸Oと同軸光学系とされる。さらに、視準カメ
ラ光学系47は、可視光で照明するLED等の光源80
と、この照明光を集光する集光レンズ82と、集光され
た照明光を反射プリズム70に向けて反射するミラー8
4とで構成される照明装置を有し、この照明装置の光軸
O3は、視準軸Oと共役の光学系で視準軸Oと同軸光学
系とされる。
ットで反射された測距光がダイクロイックミラー72で
反射して入射するフォトダイオード等の受光素子86
と、ターゲットで反射された照明光を2つに分けるビー
ムスプリッタ120と、ビームスプリッタ120で2つ
に分けられた一方の照明光が合焦レンズ19を経て、照
明されたターゲット像を結像し、この結像をデジタル画
像に変換する視準CCDカメラ素子45と、他方の照明
光の入射位置を認識する十字形ラインセンサ122とを
備えている。もちろん、視準CCDカメラ素子45の代
わりに、その他の適当な撮像装置を用いてもよく、十字
形ラインセンサ122の代わりに4分割センサ等の適宜
センサを用いてもよい。
が、レーザ光では広角CCDカメラ素子88の視野全体
を照明しにくいので、本実施例では、視野全体に照明光
が広がり易いように、LED等の光源80による可視光
の照明光を出射する照明装置を備えた。このため、屋内
の暗所で測定した場合には、ターゲットで反射された照
明光を作業員が視認し易く便利である。また、本実施例
では、光源80をCPU58からのON/OFF切り換
え指令により点滅可能にしている。もちろん、適当な変
調回路により光源80を点滅可能にしてもよい。光源8
0を点滅させると、暗所で直接見るターゲットも、タッ
チパネルディスプレイ64上のターゲット像も点滅する
ので、いっそうターゲットを視認し易く測定点の指定が
容易になる。
光(LED又は赤外線レーザ光)は、集光レンズ76、
ダイクロイックミラー78、反射プリズム70、対物レ
ンズ11を経て、測定対象物のターゲットに向けて送光
される。そして、ターゲットで反射された測距光は、今
来た光路を逆進し、対物レンズ11を透過して、ダイク
ロイックミラー72で直角方向へ反射され、受光素子8
6へ入射する。ターゲットまでの距離は、従来と同様
に、発光素子74から図示しない光ファイバーにより直
接受光素子86へ入射する参照光と、ターゲットで反射
してから受光素子86へ入射する測距光の位相差から算
出される。
集光レンズ82、ミラー84、反射プリズム70、対物
レンズ11を経て、測定対象物の測定点に設置されたタ
ーゲットに向けて送光される。そして、ターゲットで反
射された照明光は、今来た光路を逆進し、対物レンズ1
1とダイクロイックミラー72とを透過して、ビームス
プリッタ120より照明光は2つに分けられ、その一方
は合焦レンズ19を経て、照明されたターゲット像を結
像し、この結像をデジタル画像に変換する視準CCDカ
メラ素子45へ入射し、他方は十字形ラインセンサ12
2に集光される。
メラ光学系47の視準軸O上に位置させるための自動視
準装置69として、視準CCDカメラ素子45、CPU
58,画像処理装置60、水平制御部54、垂直制御部
56からなる第1の自動視準装置と、十字形ラインセン
サ122、CPU58、水平制御部54、垂直制御部5
6からなる第2の自動視準装置と、広角CCDカメラ素
子88、CPU58、画像処理装置60、水平制御部5
4、垂直制御部56、図示しないズーム装置とからなる
予備視準装置とを備えている。
第1の自動視準装置について、図2及び図6に基づいて
さらに詳細に説明する。視準CCDカメラ素子45の受
光部の中心は、視準カメラ光学系47の視準軸Oと一致
するようにされていて、視準軸Oに沿う光線が視準CC
Dカメラ素子45の受光部の中心に入射するので、図6
に示したように、タッチパネルディスプレイ64上にお
いて、視準軸Oとターゲット像90との水平方向偏差h
と垂直方向偏差vは、視準軸Oとターゲット方向のなす
角に対応する。そこで、両偏差h、vをともに0とする
ことによりターゲットを自動視準することができる。
の画像信号は、図示しない信号処理部(増幅器、波形整
形器、A/D変換器等)を経て、CPU58に入力され
る。CPU58は、画像処理装置60に、視準CCDカ
メラ素子45で得た画像から測定対象物の輪郭やターゲ
ット像90を弁別し、これらをタッチパネルディスプレ
イ64上に表示させる。また、レチクル線92も、タッ
チパネルディスプレイ64の中心に表示され、レクチル
線92の交点は、視準軸Oと一致するようになってい
る。ここで、タッチパネルディスプレイ64上の指定し
たいターゲット像90にタッチペン68で触れると、C
PU58は、タッチペン68で触れた点と視準軸Oとの
間の水平方向偏差hと垂直方向偏差vとを求め、これら
両偏差h、vに応じた制御信号を夫々、水平制御部5
4、垂直制御部56に送る。すると、両制御部54、5
6は、両偏差h、vに応じた制御信号により望遠鏡46
を回転させ、タッチペン68で触れた点、すなわち指定
したターゲット像90を視準軸O上に移動させる。こう
して、ターゲット像90が視準軸O付近に移動すると、
CPU58は、指定されたターゲット像90を認識し、
その後は、ターゲット像90と視準軸Oとの間の水平方
向偏差hと垂直方向偏差vとを求め、これら両偏差h、
vに応じた制御信号を夫々、水平制御部54、垂直制御
部56に送って自動視準を行う。
第2の自動視準装置について、図2及び図4に基づいて
説明する。十字形ラインセンサ122は、図4に示した
ように、2本のラインセンサ123、124を十字形に
組み合わせたもので、その中心125を視準カメラ光学
系の視準軸Oに沿う光線が入射する位置と一致させてお
く。両ラインセンサ123、124からの出力信号は、
図示しない信号処理部(増幅器、波形整形器、A/D変
換器等)を経て、CPU58に入力される。CPU58
は、両ラインセンサ123,124の各受光部分12
6、127夫々の中点128、129を求めることによ
り、十字形ラインセンサ122の中心125に対する光
源80の反射光の照射スポット130の中心131の水
平方向偏差h1と垂直方向偏差v1を求める。両偏差h
1、v1は、視準軸Oとターゲット方向のなす角に対応
するので、CPUは、両偏差h1、v1に応じた制御信
号を夫々、水平制御部54、垂直制御部56に送り、両
偏差h1、v1をともに0とするように望遠鏡を回転さ
せることにより、ターゲットを自動視準する。この第2
の自動視準装置には、十字形ラインセンサ122以外に
も、4分割光センサ等、従来用いられていた適宜センサ
を用いることができる。
備視準装置について、図2に基づいて説明する。広角C
CDカメラ素子88の受光部の中心は、広角カメラ光学
系89の視準軸O1と一致するようにされていて、その
視準軸O1に沿う光線が広角CCDカメラ素子88の受
光部の中心に入射するので、広角CCDカメラ素子88
で得た画像も、前述の視準CCDカメラ素子45で得た
画像と同様に処理して自動的に視準を行うことができ
る。ただし、広角カメラ光学系89の視準軸O1は、視
準カメラ光学系89の視準軸Oと平行に距離dだけずれ
ているうえ低倍率であるので、予備視準装置は最初に望
遠鏡46を略ターゲット付近に向ける予備視準のために
用いられ、最終的には視準CCDカメラ素子45を含む
第1の自動視準装置、又は十字形ラインセンサ122を
含む第2の自動視準装置を用いて高精度に自動視準す
る。
定するときに用いられ、前述の第1の自動視準装置は主
に屋内の暗所で測定するときに用いられる。この理由
は、第1の自動視準装置は、日中に屋外で測定すると、
自然光の強い外乱を受けて測定ミスが出やすが、第2の
自動視準装置は外乱に強いからである。
は、次のような方法をとる。図5に示したように、大型
構造物である測定対象物100は、自然光の外乱を避け
るため、計測室102内の暗所に設置され、多数の測定
点に夫々ターゲット(反射プリズムシートに十字線を設
けたもの)104を取り付ける。計測室102の床10
6等には、基準点を示すためのターゲット108と、各
ターゲット104、108の位置を測定するための測量
機110が設置される。
る測定方法を説明する。まず、測量機110を所定位置
に設置し、測量機110のメインスイッチをONとし
て、図6に示したように、広角カメラ光学系89により
得られた測定対象物100の像とレクチル線92をタッ
チパネルディスプレイ64上に表示させる。この際、光
源80を点灯させるとともに点滅させると、ターゲット
104、108は光が来た方向のみに光を反射するの
で、タッチパネルディスプレイ64上でターゲット像9
0が特に明るく表示されるとともに点滅するので、作業
者はターゲット像90が視認し易くなり、これ以後の測
定作業容易にしている。また、画像処理装置60もター
ゲット像90を認識し易く、画像処理も容易になる。
表示されたターゲット像(測定点又は基準点)90にタ
ッチペンで触れて、測定するターゲット104、108
を指定する。すると、予備視準装置が働いて、図7に示
したように、タッチパネルディスプレイ64上で視準軸
Oを示すレクチル線92の中心と指定したターゲット像
90が一致するまで、望遠鏡46を回転させ、指定した
ターゲット像90を画面中央に移動させていく。
108が略視準されると、さらに正確に視準するため
に、広角カメラ光学系89から視準カメラ光学系47に
プログラムで自動的に切り換え、図8に示したように、
タッチパネルディスプレイ64にターゲット像90とレ
クチル線92を表示する。ここで、ターゲット104又
は108が第1又は第2の自動視準装置により正確に自
動視準されると、自動的に距離測定を行うとともに、水
平角及び垂直角も測定する。このさい、これらの測定値
は、指定された座標系上の座標に変換され、図示しない
適当な記録媒体にも記録される。
ートと、図10−図17に示したタッチパネルディスプ
レイ64に表示された画像に基づいて、さらに詳細に説
明する。ただし、以下の図面では、説明を簡単にするた
め、タッチパネルディスプレイ64上には、ターゲット
104の像90と視準方向を示すレクチル線92のみを
示す。
測量機110の図示しないメインスイッチをONとし
て、ステップS0に進み、図10に示したように、広角
カメラ光学系89を最も広角として測定対象物100
(図示省略)とターゲット像90と画像上のレクチル線
92をタッチパネルディスプレイ64に表示させる。こ
のとき、図示しないオートフォーカス制御装置により、
合焦レンズ19’の位置を調整してターゲット104、
108に焦点が合わせられる。また、レクチル線92の
中心は、望遠鏡46を上下左右の回転させても、広角カ
メラ光学系89又は視準カメラ光学系47の視準軸Oを
常に示している。このため、以下、レクチル線の中心に
も符号Oを付す。
ディスプレイ64に表示された測定点に位置するターゲ
ット像90にタッチペン68で触れることにより、測定
しようとするターゲット104、108を指定する。も
し、測定しようとするターゲット104、108がタッ
チパネルディスプレイ64上に表示されていないとき
は、測定点がある方向に測量機110の望遠鏡46手動
で向けて、測定点をタッチパネル64上に表示するよう
にして、測定するターゲット104,108を指定す
る。尚、タッチパネルディスプレイ64上の適当な点に
タッチペン68で触れると、後述するように、この点を
タッチパネルディスプレイ64の中心へ移動することが
でき、それまで表示されていなかった測定点をタッチパ
ネルディスプレイ64上に表示させることもできる。
すると、ステップS2に進み、予備視準装置が働き、C
PU58により、図11に示したように、タッチペン6
8で触れた点とレクチル線の中心Oとの水平偏差hと垂
直偏差v(ピクセル数で表す。)を検出する。次に、ス
テップS3に進み、両偏差h,vを水平制御部54と垂
直制御部56に送り、両制御部54、56を作動させ、
両偏差x、yがともに0となるように望遠鏡46を回転
させ、図12に示したように、タッチペン68で触れた
点をタッチパネルディスプレイ64の画面中央のレクチ
ル線92の中心Oに移動させる。これで、指定されたタ
ーゲット像90は、略レクチル線92の中心O上に移動
するので、CPU58によって確実に認識される。
90の中心O’に正確に触れることは困難なため、図1
2に示したように、ターゲット像90の中心O’がレク
チル線92の中心Oに一致しないことがある。そこで、
ステップS4に進み、予備視準装置は、さらに正確にタ
ーゲット像90の中心O’とレクチル線の中心Oとを一
致させるために、光源80を点灯して照明光を出射し、
ターゲット104の結像を受光し、ターゲット像90の
位置、すなわち、ターゲット像90の中心O’とレクチ
ル線92の中心Oとの水平偏差hと垂直偏差vを検出す
る。両偏差h、vが求まると、光源80を消灯する。そ
れから、ステップS5に進み、両偏差h、vを水平制御
部54と垂直制御部56に送り、両制御部54、56を
作動させ、両偏差h、vがともに0となるように望遠鏡
46を回転させ、図13に示したように、指定したター
ゲット像90の中心をレクチル線92の中心O上へ移動
させ、暫定的な予備視準を行う。
視準するため、ステップS6に進み、広角カメラ光学系
89を小幅ズームアップする。小幅にズームアップする
のは、一度に最大倍率までズームさせると、視準誤差等
によりターゲット104が視野から外れ、自動視準がで
きなくなる恐れがあるからである。広角カメラ光学系8
9をズームアップすると、図14に示したように、ター
ゲット像90の中心O’とレクチル線92の中心Oがわ
ずかにずれていることが普通である。そこで、ステップ
S7に進み、ステップS4と同様に、光源80を点灯し
て、再びターゲット像90の位置を検出し、この後に光
源80を消灯する。そして、ステップS8に進んで、ス
テップS5と同様に両制御部54、56を作動させ、図
15に示したように、ターゲット像90の中心O’をレ
クチル線92の中心O上へ移動させる暫定的な予備視準
を行う。
Dカメラ素子88が最大倍率になったか否かを調べる。
広角CCDカメラ素子88が、最大倍率に達していない
ときは、ステップS6に戻るが、最大倍率になっている
ときは、ステップS10に進み、光源80を点灯して、
ターゲット104までの距離測定を行い、この後に光源
80を消灯する。この距離測定には、ターゲット104
の大きさが既知であることを利用し、タッチパネルディ
スプレイ64上のターゲット像90の大きさから距離を
算定する。
ステップS11に進み、この距離と、両カメラ光学系4
7、89の視準軸間の距離dとから、視準カメラ光学系
47の視準軸O上にターゲット104が位置するよう
に、望遠鏡46の向きの調整角を計算し、望遠鏡46の
向きを調整する。そして、さらに正確に視準するため、
ステップS12に進み、図16に示したように、ターゲ
ット像90がレクチル線92の中央のエリアに入った
時、広角カメラ光学系89から高倍率の視準カメラ光学
系47にプログラムで自動的に切り換え、合焦レンズ1
9の位置を調整してターゲット104に焦点を合わせ
る。このときの視準カメラ光学系47のフォーカス制御
には、ステップS10の距離計測で求めた距離を用い
る。
4と同様に、光源80を点灯して、ターゲット像90の
位置を検出する。そして、ステップS14に進み、ステ
ップS5と同様に再び、両制御部54、56を作動さ
せ、第1の自動視準装置により暫定的な自動視準を行
う。次に、ステップS15に進み、光源80を消灯し
て、測距部(光波距離計)48によりターゲット104
までの正確な距離を求め、この距離を用いて、ターゲッ
ト104に正確にフォーカスを合わせる。それから、ス
テップS16に進み、ステップS4と同様に、光源80
を点灯して、ターゲット像90の位置を検出する。そし
て、ステップS17に進み、ステップS5と同様に、両
制御部54、56を作動させ、第1の自動視準装置によ
り最終的な自動視準を行い、図17に示したように、タ
ーゲット像90の中心O’をレクチル線の中心O上に正
確に位置させる。
ット像90の中心O’が正確にレクチル線92の中心O
上にあるか否か、すなわちターゲット像90の中心O’
とOとの水平偏差hと垂直偏差vが所定範囲内(たとえ
ば、両制御部54、56のサーボモータの制御精度以
下)か否か調べる。両偏差h、vがともに所定範囲内の
ときは、ステップS19に進んで、光源80を消灯し
て、測距部(光波距離計)48によりターゲット104
までの距離を求め、同時に水平測角部50と垂直測角部
52により望遠鏡46の水平角と垂直角を求める。これ
らの角度は、光学式エンコーダによって求められる。座
標系が指定してあれば、これらの距離と角度から指定さ
れた座標系での座標へ変換する。両偏差h、vがともに
所定範囲外のときは、ステップS16に戻る。
テップS4、S7、S13、S16で測定点の位置を検
出するときと、ステップS10で距離算出するときにの
み点灯するだけで、測距部48で距離を測定するステッ
プS15、S19では必ず消灯しているので、光源80
による照明光が距離測定に誤差を与えることがない。こ
のように、光源80が必要時に短時間のみ点灯されるの
で、省電力の測量機が得られる。
を完了すると、再び、広角カメラ光学系89に切り換え
られ、図6に示したような画像が表示されるので、次に
測定したいターゲット像90をタッチペン68で指定す
る。以下同様に、順次ターゲット104、108の位置
を計測していく。
とすると、CPU58は、測定対象物100に取り付け
られたターゲット104と、基準点を示すターゲット1
08を端から端まで自動的に順番に指定していき、前述
の測定を全部自動的に行うようになっている。この場合
は、予め測定点及び基準点の座標を計測制御機65等の
外部機器から入力しておくことにより、効率的に自動測
定できるようにしている。
と、測量機110を次の個所へ移動させ、前述のよう
に、ターゲット104、108を端から端まで測定して
いき、このような測定を予定した個所全部で行う。こう
して、すべての予定個所での測定を終了した後に、この
測定結果をタッチパネルディスプレイ64に表示すると
ともに、図示しない適当な記録媒体に記録して測定を終
了する。
を説明したが、通常は、計測室102の床106には複
数の測量機110を設置し、これらの測量機110と観
測室112内に設置されたディスプレイ(画像表示装
置)を備えた計測制御機(パーソナルコンピュータ)6
5との間を電源ケーブル116と映像ケーブル117と
通信ケーブル118で接続して、各測量機110を計測
制御機65により遠隔操作するとともに、各測量機11
0で得た映像や測定結果は直ちに計測制御機65に送っ
て、能率的に測定できるようにしている。もちろん、計
測制御機65をもっと離れた事務所等に設置し、適当な
通信装置(電話、携帯電話、無線機等)を介して、各測
量機110と計測制御機65とを接続してもよい。
合、1つの測量機110に計測制御機65から計測開始
指令を送ると、この測量機110のメインスイッチがO
Nとなり、この測量機110は、広角CCDカメラ素子
88により得られた測定対象物100の映像を計測制御
機65に送ってくるので、計測制御機65のディスプレ
イに測定対象物100の像が表示される。計測制御機6
5は、測量機110と同じ計測制御プログラムを内蔵し
ているから、後は前述した測量機110で行った方法と
同様にして、ターゲット104、108を端から端まで
測定していく。この測量機110での全ての測定を終了
すると、この測量機110のメインスイッチをOFFと
し、次の測量機110に計測開始指令を送り、以下、同
様にして、全ての測量機110での測定を行う。全ての
測量機110での測定を終了すると、計測制御機65
は、この測定結果をディスプレイに表示するとともに、
適当な記録媒体に測定結果を記録し、必要により測定結
果を印字して計測を終了する。
素子45で得た画像から自動視準すると、自然光の強い
外乱等により誤視準を起こし易いので、CPU58は、
視準CCDカメラ素子45又は広角CCDカメラ素子8
8で得た背景の明るさが所定値以上のときは、視準CC
Dカメラ素子45により背景明るさを判断して、プログ
ラムにより自動的に十字型ラインセンサ122を用いる
第2の自動視準に切り替えるようになっている。この場
合でも、計測制御機65のディスプレイ又は測量機11
0のタッチパネルディスプレイ64上で、広角CCDカ
メラ素子88で得た広い視野の画像からターゲット像9
0を指定するだけで、自動視準がなされるようになって
いる。
では、大型構造物等の測定対象物100に対し、多数の
測定点位置を計測制御機65側又は測量機110側の1
人の作業員でもって能率的に測定できる。このさい、作
業員は、計測制御機65のディスプレイ又は測量機11
0のタッチパネルディスプレイ64上で、広角CCDカ
メラ素子88で得た広い視野の画面からターゲット像9
0を指定することができ、後は、自動視準装置69によ
り自動視準がなされ、続いて測定点の位置が自動測定さ
れるので、作業員の負担が少なく、人為的な視準誤差も
発生しないという利点がある。しかも、測量機110を
移動させることにより、1人の作業員と測量機110単
体のみでも、この測定を行うことができる。さらに、測
量機110から離れた場所に設置された計測制御機65
による測量機110の遠隔制御でも、作業員は、測定状
態を計測制御機65のディスプレイで確認しながら確実
に作業を進めることができる。
照明光を視準軸Oと同軸に出射するので、充分な照明光
が測定点から反射して戻ってくるので、測定対象物10
0を広範囲に鮮明にタッチパネルディスプレイ64上に
表示でき、しかも、充分な視準精度を有し、距離測定に
誤差を与えることが少ない。とくに、照明光は、必要な
時のみに出射し、測距部(光波距離計)48による測距
時には出射しないので、距離測定に誤差を与えることが
なく、しかも省電力を図れる。
1に係る発明では、撮像装置で撮像された画像から画像
処理装置により測定点を弁別できるから、表示装置上の
画像で1つの測定点を指定すると、自動視準装置により
測定点を自動的に視準するので、作業員の負担が少な
く、人為的な視準誤差も発生しない。そして、大型構造
物等の測定対象物に対しも、多数の測定点位置を格別の
負担なく能率的に測定できる。さらに、測量機を移動さ
せることにより、1人の作業員と測量機単体のみでも、
このような測定を容易に行うことができる。
パネルディスプレイ上に表示された画像の測定点を測定
点指定手段で触れるだけで測定点を指定できるから、測
定点を視準する煩わしさや人為的な視準ミスがなくな
り、作業員の負担が減るうえ、測定精度が向上する。し
かも、従来のキーボード等が不要になり、タッチパネル
ディスプレイを大画面にできるので、いっそう測定点の
指定が容易となる。
から離れた場所に設置された画像表示装置を備えた計測
制御機から測量機を遠隔制御するから、作業員は確実な
測定を画像表示装置で確認しながら作業ができ、しか
も、近づくと危険な場所での測定も可能になるうえ、そ
のような危険な場所を画像で監視することもできる。
内に設置された撮像装置で撮像された画像に基づいて自
動視準しているから、従来の十字形ラインセンサ等を用
いた自動視準装置に比べて死角が少なく、確実な自動視
準を行うことができる。
内に設置された十字形ラインセンサからの出力に基づい
て自動視準しているから、自然光の強い外乱のある屋外
での測定でも測定ミスを起こし難い。
メラ光学系で測定対象物の広い部分を見ることができる
から、測定点の指定がいっそう容易になるうえ、最終的
には高倍率の視準カメラ光学系で得た画像を用いて自動
視準してから測定するので、高精度の視準及び計測がで
きる。
を兼ねる可視光の照明光を視準軸と同軸に出射するの
で、ターゲットから充分な反射光が戻り、測定対象物上
を広範囲に鮮明な輪郭で表示装置上に表示でき、測定点
の指定がいっそう容易になるうえ、いっそう高精度の視
準と計測ができる。
を兼ねる照明光は、必要時のみに出射され、測距部によ
る測距時には出射しないようにしているので、照明光に
よる測距誤差の発生を防止でき、しかも省電力を図るこ
とができる。
置、照明装置、測距部光学系は、同軸光学系として構成
されたから、確実に照明光を視準軸と同軸に出射するこ
とができ。測定点の指定がいっそう容易になるうえ、い
っそう高精度の視準及び計測をすることができる。
装置は点滅する光源を備えているので、光源を点滅させ
ると、暗所で直接見るターゲットも表示装置上のターゲ
ット像も点滅して見え、いっそうターゲットを視認し易
く測定点の指定が容易になる。
図である。
る図である。
である。
す図である。
得た画像を用いて予備視準した後に、前記広角カメラ光
学系で得た画像を示す図である。
得た画像を用いて、自動視準した後に、前記視準カメラ
光学系で得た画像を示す図である。
るフローチャートである。
ラ光学系で得た最も広角な画像を示す図である。
のレクチル線の中心からの水平偏差及び垂直偏差を示す
図である。
ターゲットを視準軸方向へ移動させていく途中を示す図
である。
ターゲットの中心と視準軸を一致させた状態を示す図で
ある。
広角カメラ光学系を小幅ズームアップした状態を示す図
である。
た状態で、ターゲットの中心と視準軸を一致させた状態
を示す図である。
準カメラ光学系で捕らえた画像を示す図である。
ーゲットの中心と視準軸を一致させた状態を示す図であ
る。
す図である。
である。
Claims (10)
- 【請求項1】 望遠鏡で捉えた測定対象物を撮像する撮
像装置を備えた自動視準測量機において、 前記撮像装置で撮像された画像を表示する表示装置と、 前記画像から測定点を弁別する画像処理装置と、前記画
像上の測定点を指定する測定点指定手段と、指定された
測定点を自動的に視準する自動視準装置とを備えたこと
を特徴とする自動視準測量機。 - 【請求項2】 前記表示装置は、タッチパネルディスプ
レイであって、前記画像の測定点に前記測定点指定手段
で触れることにより測定点を指定できることを特徴とす
る請求項1に記載の自動視準測量機。 - 【請求項3】 画像表示装置を備えた外部の計測制御機
と接続されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の
自動視準測量機。 - 【請求項4】 前記自動視準装置は、前記測定点のター
ゲットを撮像するために前記望遠鏡内に設置された撮像
装置を有することを特徴とする請求項1、2又は3に記
載の自動視準測量機。 - 【請求項5】 前記自動視準装置は、前記測定点で反射
された照明光が入射する前記望遠鏡内に設置された十字
形ラインセンサを有することを特徴とする請求項1、
2、3又は4に記載の自動視準測量機。 - 【請求項6】 前記望遠鏡は、高倍率の視準カメラ光学
系と、広い視野の広角カメラ光学系とを有し、前記自動
視準装置は、前記測定点のターゲットを撮像するために
前記視準カメラ光学系に設置された撮像装置を有する第
1の自動視準装置と、前記測定点で反射された照明光が
入射する前記視準カメラ光学系に設置された十字形ライ
ンセンサを有する第2の自動視準装置と、前記測定点の
ターゲットを撮像するために前記広角カメラ光学系に設
置された撮像装置を有する予備視準装置とを備えたこと
を特徴とする請求項1、2又は3に記載の自動視準測量
機。 - 【請求項7】 視準軸と同軸に可視光の照明光を出射す
る照明装置を備えたことを特徴とする請求項1−6のい
ずれか1項に記載の自動視準測量機。 - 【請求項8】 測定対象物までの距離を測定する測距部
及び角度を測定する測角部とを備え、前記測距部は前記
照明光が消灯されているときにのみ距離測定することを
特徴とする請求項7に記載の自動視準測量機。 - 【請求項9】 前記撮像装置、前記照明装置、測距部光
学系は、同軸光学系として構成されたことを特徴とする
請求項7又は8に記載の自動視準測量機。 - 【請求項10】 前記照明装置は所定間隔で点滅する光
源を備えたことを特徴とする請求項7、8又は9に記載
の自動視準測量機。
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