JP2003279352A

JP2003279352A - 自動視準測量機

Info

Publication number: JP2003279352A
Application number: JP2002083216A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Fukuju; 智明福壽; Akio Suzuki; 晶夫鈴木; Kunitoshi Ogawa; 邦利小川
Original assignee: Sokkia Co Ltd
Current assignee: Sokkia Co Ltd
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2003-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】反射ターゲットをセットした複数の測定点を
自動的に測量すること。【解決手段】光源８０からの照明光が測定点Ｐ１〜Ｐ
３０の各ターゲットＴに向けて照射さると、ＣＣＤカメ
ラ４５により得られた画像情報が二値化処理されて各測
定点の画面上の位置が認識され、各測定点の画面上の位
置と画面中心部との距離偏差が求められ、各距離偏差を
零に抑制するための移動量と、各測定点の画面上の位置
を画面中心部に一致させるための移動方向が求められ、
各演算結果にしたがって回転駆動指令がそれぞれ各測定
点に対応して生成され、各回転駆動指令に基づいた水平
制御部５４と垂直制御部５６の制御により水平軸と鉛直
軸が回転駆動され、各測定点の画面上の位置が順次画面
中心部に向かって移動し、一致したときに、各測定点Ｐ
１〜Ｐ３０を自動視準して測定点Ｐ１〜Ｐ３０に関する
測量が実行される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置および画
像処理装置を搭載し、指定した測定点に望遠鏡の光軸が
自動的に一致するように鉛直軸と水平軸を駆動する自動
視準測量機に係り、特に、パソコン（ペンコンピュー
タ）やＰＤＡやデータコレクタ等の外部コントロールソ
フトウエアによっても遠隔操作できる自動視準測量機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動視準測量機として、ビデオカ
メラ等の撮像装置を搭載したモータ駆動型トータルステ
ーションが知られている。この種のトータルステーショ
ンは、望遠鏡で測定点を視準したときに、モニタ画面に
測定点に関する画像が表示されるため、モニタ画面の画
像を見ながら測量を行うことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来技術では、
モニタ画面の画像を見ながら測量を行うことできるが、
複数の測定点に設置されている反射シートや反射プリズ
ム（以下反射ターゲットという）のどれを視準するかの
指示をその都度しなければならない。また、自動計測を
行うにも、測定対象物に関する設計データ等を用意しな
ければならず、しかも、データコレクタやパソコン等が
必要であった。このため、多くの測定点を測量するに
は、作業者の負担が大きくなり、疲労が蓄積されると、
測量の精度にも悪影響を与えることがある。

【０００４】また、夜間や計測現場が暗い場合には、作
業効率が低下したり、測量そのものが不能になったりす
ることがある。

【０００５】本発明は、従来技術の課題に鑑みてなされ
てものであり、その目的は、昼夜を問わず複数の測定点
を自動的に測量することができる自動視準測量機を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に係わる自動視準測量機においては、反射
ターゲットをセットした複数の測定点を含む測定対象物
の方向に向けて光を照射するターゲット照明手段と、望
遠鏡で捉えた前記測定対象物を撮像して画像情報を生成
する画像情報生成手段と、前記画像情報生成手段の生成
による画像情報に従って前記測定対象物に関する画像を
画面上に表示する表示手段と、前記画像情報生成手段の
生成による画像情報を二値化処理して前記各測定点の前
記画面上における位置を認識する画像処理手段と、前記
画像処理手段の処理結果を基に前記各測定点の画面上に
おける位置を前記画面中心部に一致させるための距離偏
差と移動方向を前記各測定点に対応づけて演算する演算
手段と、前記演算手段の各演算結果に従って水平軸と鉛
直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回
転駆動指令を生成する回転駆動指令生成手段と、前記回
転駆動指令に応答して前記水平軸と鉛直軸のうち少なく
とも一方の軸を回転駆動する回転駆動手段と、前記画面
中心部に一致した各反射ターゲットを自動視準する自動
視準装置と、視準した前記各反射ターゲットに対して測
距・測角して測量情報を生成する測量情報生成手段と、
を備えるように構成した。

【０００７】（作用）望遠鏡で捉えた測定点を含む測
定対象物が撮像されると、測定対象物に関する画像情報
が生成されるとともに、測定対象物に関する画像が画面
上に表示される。各測定点にセットした反射ターゲット
は照明手段により照明されることで、画面上において各
反射ターゲットが背景より一層明るく見える。特に、夜
間では、暗い背景の中に各反射ターゲットが輝いて見え
る。また、この画像情報は、画像処理手段によって二値
化処理されて各測定点の画面上における位置が認識され
る。そして、この認識結果（処理結果）を基に、各測定
点の画面上における位置を画面中心部に一致させるため
の距離偏差と移動方向が画角から各測定点に対応づけて
演算され、各演算結果に従って水平軸と鉛直軸のうち少
なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動指令が
それぞれ生成され、この各回転駆動指令により、水平軸
と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸が回転駆動される
と、画面上の各測定点（反射ターゲット）の位置が画面
中心部に向かって順次移動する。そして、各測定点（反
射ターゲット）の位置が画面中心部に移動すると、望遠
鏡の光軸が各反射ターゲットの中心を向くように自動視
準が順次行われ、各測定点に対して測距・測角が行わ
れ、各測定点に関する測量情報が生成される。

【０００８】このため、複数の測定点（反射ターゲッ
ト）を含む測定対象物の方向に望遠鏡を向ける操作を行
うだけで、複数の測定点に関する測量を自動的に行うこ
とができる。

【０００９】特に、測定対象物の各測定点に向けて光が
照射されるため、各測定点に設置された反射ターゲット
からの光を画像処理することで、夜間や計測現場が暗い
場合であっても測量が可能になる。

【００１０】請求項２においては、請求項１に記載の自
動視準測量機において、前記照明手段が間歇点滅光を照
射するように構成した。

【００１１】（作用）街灯などの外乱光は照明手段の点
滅に拘わらず一定の明るさ（出力）を示すのに対し、反
射ターゲットは照明手段点灯時にのみ一定の明るさ（出
力）を示すので、照明手段点灯時の画像と消灯時の画像
を比較することで、外乱光に影響されることなく反射タ
ーゲットの位置を正確に認識できる。

【００１２】また、特に夜間での測量では、照明光の点
滅により明るく輝く反射ターゲットがユーザーの脳裏に
残像として焼き付くため、望遠鏡を測定対象物の方向に
向ける作業が容易となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明の一実施例である自動視準
測量機（トータルステーション）全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る。

【００１５】また、本実施例の測量機１１０は、トータ
ルステーションとして、図１に示したように、測定点に
セットした反射ターゲット（中央に十字線を設けた反射
プリズムシートまたはコーナキューブ）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４６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ＣＰ
Ｕ（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。

【００１６】さらに、本実施例の自動視準測量機１１０
は、各カメラ光学系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４７、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４
７、８９で得た画像を表示するとともに、タッチペン６
８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１１
０とは別体の計測制御機（パーソナルコンピュータ）６
５等の外部機器とのデータ入出力のための入出力装置６
６とを備える。

【００１７】画像処理装置６０とスーパーインポーズ装
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。

【００１８】もちろん、タッチパネルディスプレイパネ
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、反射ターゲット
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。

【００１９】広角カメラ光学系８９は、広角レンズ８７
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。

【００２０】視準カメラ光学系４７は、視準軸Ｏ上に、
対物レンズ１１、反射プリズム７０、ダイクロイックミ
ラー７２、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、可視光でタ
ーゲットを照明するＬＥＤで構成した光源８０と、光源
８０の前方に配置された絞り８１と、絞り８１の前方に
配置されて、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８４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。

【００２１】さらに、視準カメラ光学系４７は、ターゲ
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、結像をデジタル
画像に変換する視準ＣＣＤカメラ素子４５とを備えてい
る。

【００２２】照明光としては赤外線レーザ光でもよい
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で構成した光源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、屋内の暗所で測定する場合には、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／ＯＦ
Ｆ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８０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、一層ターゲットを視認しやすく測定点
の指定が容易になる。

【００２３】さて、発光素子７４から出射された測距光
（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
イックプリズム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。

【００２４】一方、光源８０から出射された照明光は、
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とダイクロイックプリズム７２とを透過して、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４
５へ入射する。

【００２５】ところで、本実施例では、測定点を視準カ
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、広角ＣＣＤカメラ
素子８８、ＣＰＵ５８、画像処理装置６０、水平制御部
５４、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。

【００２６】まず、視準ＣＣＤカメラ素子４５を有する
自動視準装置について、図２及び図５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ＣＣＤカメ
ラ素子４５の受光部の中心に入射するので、図５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。

【００２７】このため、視準ＣＣＤカメラ素子４５から
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を弁別させる。レチクル線９２はタッチパネ
ルディスプレイ６４の中心に表示され、その交点は視準
軸Ｏと一致している。また、ＣＰＵ５８は、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、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５４、垂直制御部５６に送る。すると、両制
御部５４、５６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９
０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５
４、垂直制御部５６に送って自動視準を行う。

【００２８】次に広角ＣＣＤカメラ素子８８を有する予
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
自動視準装置を用いて高精度に自動視準する。

【００２９】大型構造物の各測定点の位置を計測するに
は、次のような方法をとる。図４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。

【００３０】最初に、１台の測量機１１０のみを使用す
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５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に表示させる。

【００３１】次に、タッチパネルディスプレイ６４に表
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６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９
０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。このと
き、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、測定点又は基準点を示すターゲット
像９０は、特に明るく表示されて、画像処理装置６０の
処理を容易にするとともに、作業者にも自動視準の進捗
状況を分かり易くしている。

【００３２】こうして、指定したターゲット１０４又は
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。

【００３３】前述の測定方法の手順を図８のフローチャ
ートと、図９〜図１６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。

【００３４】まず、測量機１１０を所定位置に設置し、
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９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、１０
８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を上下左右に回転させても、広角カメラ
光学系８９又は視準カメラ光学系４７の視準軸Ｏ１，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。

【００３５】次に、ステップＳ１に進み、タッチパネル
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。

【００３６】測定するターゲット１０４、１０８を指定
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１０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１１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。

【００３７】ところで、タッチペン６８でターゲット像
９０の中心Ｏ’に正確に触れることは困難なため、図１
１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１２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。

【００３８】この予備視準を終了すると、さらに正確に
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１３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
１４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。

【００３９】それから、ステップＳ９に進み、広角ＣＣ
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。

【００４０】ターゲット１０４までの距離が求まると、
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１５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。

【００４１】次に、ステップＳ１３に進み、ステップＳ
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、自動視準装置により最終
的な自動視準を行い、図１６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。

【００４２】それから、ステップＳ１８に進み、ターゲ
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。

【００４３】前述した測定においては、光源８０は、ス
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（点滅）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。

【００４４】こうして、１つの測定点又は基準点の測定
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。

【００４５】一方、図示しない自動計測スイッチをＯＮ
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。

【００４６】こうして、１個所で前述の測定を終了する
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。

【００４７】以上は、１台の測量機のみで計測する方法
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の入
出力装置６６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）６５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１１０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。

【００４８】このような測量機１１０を遠隔操作する場
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。

【００４９】次に、複数の測定点を自動的に測量すると
きの実施例を図１７、１８に従って説明する。

【００５０】これらの図において、電車の線路を構成す
るレールが測定対象物１００であり、レールに例えば３
０個の測定点Ｐ１〜Ｐ３０測定点が設定されているとす
る。線路に設定した測定点を自動的に測量する場合は、
昼間は電車が走行して危険であるため、測量は電車の運
行が終了した深夜に限られる。

【００５１】測量を開始するに際し、まず、各測定点Ｐ
１〜Ｐ３０にそれぞれ反射ターゲット（中央に十字線を
設けた反射プリズムシートまたはコーナキューブ）Ｔを
設置する。

【００５２】この後、望遠鏡４６で測定対象物１００を
視準できる位置に測量機１１０をセットし、望遠鏡４６
を測定対象物１００に向けて測量を開始する。

【００５３】具体的には、まず、光源８０を間歇的に点
滅するようにセットし、光源８０からの点滅照明光を測
定対象物１００に含まれる測定点Ｐ１〜Ｐ３０の各ター
ゲットＴに向けて照射する。照明光が各ターゲットＴに
照射されると、各ターゲットＴで反射した反射光が広角
カメラ光学系８９に入射し、広角ＣＣＤカメラ素子８８
により測定対象物１００に関する画像情報が生成され
る。この画像情報はＣＰＵ５８、画像処理装置６０によ
って処理されるとともに、画像情報に従った画像が、表
示手段としてのタッチパネルディスプレイ６４または計
測制御機６５の画面上に表示される。

【００５４】画像処理装置６０に画像情報が入力される
と、画像処理装置６０は画像情報を輝度の高低に従って
二値化処理して、各測定点Ｐ１〜Ｐ３０の画面上におけ
る位置（座標）を認識し、この認識結果（処理結果）
を、図１８に示すように、二値化画像データとしてＣＰ
Ｕ５８に転送する。なお、二値化処理するに際し、照明
光がターゲットに当たっている状態の画像と、照明光が
ターゲットに当たっていない状態の画像とを比較するこ
とで、ターゲット反射光以外の街灯や自動車などの外乱
光を簡単に除去できる。

【００５５】ＣＰＵ５８は、演算手段および回転駆動指
令生成手段として、まず、画像処理装置６０からの二値
化データを基に、各測定点Ｐ１〜Ｐ３０の画面上におけ
る位置（座標）を画面中心部（望遠鏡４６の視準軸に相
当する位置）に一致させるための距離偏差（水平偏差と
垂直偏差を含む）と移動方向を各測定点Ｐ１〜Ｐ３０に
対応づけて演算する。この場合、図１７に示すように、
水平方向の画角をＡ_Ｈ、高度方向（垂直方向）の画角を
ＡＶとし、図１８に示すように、水平方向のピクセル数
をＰＨ、高度方向（垂直方向）のピクセル数をＰＶとす
ると、１ピクセル当りの水平方向の角度ＣＨ＝ＡＨ／Ｐ
Ｈ，垂直方向の角度ＣＶ＝ＡＶ／ＰＶとなる。

【００５６】さらに、ＣＰＵ５８においては、各測定点
Ｐ１〜Ｐ３０における距離偏差（水平偏差と垂直偏差）
を零に抑制するための移動量がそれぞれ求められるとと
もに、各測定点Ｐ１〜Ｐ３０の画面上における位置を画
面中心部に一致させるための移動方向もそれぞれ求めら
れる。そして各演算結果にしたがって水平軸と鉛直軸の
うち少なくとも一方の軸を回転駆動するための回転駆動
指令が各測定点Ｐ１〜Ｐ３０に対応づけられて生成され
る。

【００５７】各回転駆動指令がＣＰＵ５８によって生成
されると、回転駆動指令に応答して水平軸と鉛直軸のう
ち少なくとも一方の軸を回転駆動する回転駆動手段とし
ての水平制御部５４と垂直制御部５６による制御が実行
される。この場合、まず、測定点Ｐ１の回転駆動指令が
選択され、この回転駆動指令を基に水平制御部５４と垂
直制御部５６の制御により水平軸と鉛直軸が回転駆動さ
れ、水平軸と鉛直軸の回転駆動に伴って、測定点Ｐ１に
設置されたターゲットＴの画像の位置が画面中心部に向
かって移動する。そして、水平軸と鉛直軸の回転に伴っ
て距離偏差が零になると、測定点Ｐ１に設置されたター
ゲットＴの画像の位置が画面中心部に一致し、水平軸と
鉛直軸の回転が停止する。

【００５８】水平軸と鉛直軸の回転が停止すると、測定
点Ｐ１に設置されたターゲットＴを自動視準するための
処理（図９におけるステップＳ３〜Ｓ１８で示す、予備
視準装置および第１の自動視準装置による一連の自動視
準処理）が実行され、自動視準が終了するとステップＳ
１９に示す測定点Ｐ１に関する測量が実行される。すな
わち、測定点Ｐ１に関する測距・測角が行われるととも
に、測定点Ｐ１を基準として撮像が行われ、測量結果や
撮像結果がメモリに記録される。

【００５９】測定点Ｐ１に関する測距・測角等の処理が
終了すると、測定点Ｐ２に関する回転駆動指令が選択さ
れ、この回転駆動指令を基に水平制御部５４と垂直制御
部５６の制御により水平軸と鉛直軸が回転駆動され、水
平軸と鉛直軸の回転駆動に伴って、測定点Ｐ２に設置さ
れたターゲットＴの画像の位置が画面中心部に向かって
移動する。そして、水平軸と鉛直軸の回転に伴って距離
偏差が零になると、測定点Ｐ２に設置されたターゲット
Ｔの画像の位置が画面中心部に一致し、水平軸と鉛直軸
の回転が停止する。そして、水平軸と鉛直軸の回転が停
止すると、測定点Ｐ２に設置されたターゲットＴを自動
視準するための処理（図９におけるステップＳ３〜Ｓ１
８で示す、予備視準装置および第１の自動視準装置によ
る一連の自動視準処理）が実行され、自動視準が終了す
るとステップＳ１９に示す測定点Ｐ２に関する測量が実
行される。

【００６０】以下、同様に、測定点Ｐ２に関する測距・
測角等の処理が終了すると、測定点Ｐ３から測定点Ｐ３
０に関する回転駆動指令が順次選択され、選択された回
転駆動指令を基に水平制御部５４と垂直制御部５６の制
御により水平軸と鉛直軸が回転駆動され、水平軸と鉛直
軸の回転駆動に伴って、画像１０４ｃから画像１０４ｎ
の位置が画面中心部３３に向かって順次移動する。そし
て、水平軸と鉛直軸の回転に伴って距離偏差が零になる
と、測定点Ｐ３から測定点Ｐ３０に設置されたターゲッ
トＴの画像の位置が順次画面中心部に一致し、水平軸と
鉛直軸の回転が停止する。そして、水平軸と鉛直軸の回
転が停止すると、測定点Ｐ３から測定点Ｐ３０に設置さ
れたターゲットＴを視準をするための処理（図９におけ
るステップＳ３〜Ｓ１８で示す、予備視準装置および第
１の自動視準装置による一連の自動視準処理）が順次実
行され、自動視準が終了するとステップＳ１９に示す測
定点Ｐ３から測定点Ｐ３０に関する測量が実行される。

【００６１】このように、本実施例によれば、複数の測
定点Ｐ１〜Ｐ３０を含む測定対象物１００の方向に望遠
鏡４６を向ける操作を行うだけで、各測定点Ｐ１〜Ｐ３
０に設置されたターゲットＴの画像の位置を、望遠鏡４
６の視準点となる画面中心部まで順次移動させることが
できるとともに、各測定点Ｐ１〜Ｐ３０に関する測量を
順次自動的に行うことができる。

【００６２】また、本実施例では、光源８０から照明光
を複数の測定点Ｐ１〜Ｐ３０を含む測定対象物１００に
向けて照射するようにしたため、各測定点Ｐ１〜Ｐ３０
に設置された反射ターゲットＴからの光を画像処理する
ことで、夜間や計測現場が暗い場合であっても測量が可
能になる。特に、ターゲットＴを照明するための光を点
滅させるようにしたため、街灯や自動車のライトと間違
えることなく正確な測量が可能となる。

【００６３】また、夜間での測量では、照明光の点滅に
より明るく輝く反射ターゲットがユーザーの脳裏に残像
として焼き付くので、望遠鏡を測定対象物の方向に向け
る作業が容易となる。なお、前記した実施例（図１７，
１８）では、夜間における多点自動測量について説明し
たが、昼間の多点自動測量においても同様に適用できる
ことはいうまでもない。

【００６４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に係る発明によれば、昼夜を問わず複数の測定点を含
む測定対象物の方向に望遠鏡を向ける操作を行うだけ
で、複数の測定点に関する測量を自動的に行うことがで
き、作業性および操作性の向上に寄与することができ
る。

【００６５】また、反射ターゲットが照明手段の照明光
を測量機に向けて反射するので、ユーザーは測定対象物
の方向を認識し易く、昼夜を問わず測定対象物の方向に
望遠鏡を向ける作業が簡単になる。

【００６６】請求項２に係る発明によれば、照明時の画
像と非照明時の画像を比較することで、画像上の反射タ
ーゲットを正確に識別できるので、街灯や自動車のライ
トといった外乱光に影響されることなく測量ができる。

【００６７】また、特に夜間での測量では、照明光の点
滅により明るく輝く反射ターゲットがユーザーの脳裏に
残像として焼き付くため、望遠鏡を測定対象物の方向に
向ける作業が非常に容易になる。

【００６８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である測量機全体のブロック
図である。

【図２】前記測量機の光学系及び自動視準装置を説明す
る図である。

【図３】前記測量機の背面図である。

【図４】測定対象物の各部位置を測定する方法を示す図
である。

【図５】前記測量機の広角カメラ光学系で得た画像を示
す図である。

【図６】前記測量機において、前記広角カメラ光学系で
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。

【図７】前記測量機において、前記視準カメラ光学系で
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。

【図８】前記測量機で測定点の位置測定の手順を説明す
るフローチャートである。

【図９】前記測量機の自動視準の開始前に、広角カメラ
光学系で得た最も広角な画像を示す図である。

【図１０】図９において、測定点のターゲットの中心の
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。

【図１１】前記広角カメラ光学系の最も広角な状態で、
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。

【図１２】前記広角カメラ光学系の最も広角な状態で、
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。

【図１３】前記測量機の予備視準の途中において、前記
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。

【図１４】前記広角カメラ光学系を小幅ズームアップし
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。

【図１５】視準カメラ光学系に切り換えた直後に前記視
準カメラ光学系で捕らえた画像を示す図である。

【図１６】前記視準カメラ光学系で捕らえた画像で、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。

【図１７】測定対象物を撮像して得られたビデオ画像を
示す図である。

【図１８】測定対象物を撮像して得られたビデオ画像を
二値化処理したときの画像データを示す図である。

【符号の説明】

４６視準望遠鏡４７視準カメラ光学系（撮像装置）５４水平制御部５６垂直制御部５８ＣＰＵ６０画像処理装置６４タッチパネルディスプレイ（表示装置）６５計測制御機６５ａディスプレイ６８タッチペン（測定点指定手段）６９自動視準装置（第１の自動視準装置およ
び予備視準装置）８９広角カメラ光学系（撮像装置）９０ターゲット像（測定点）１００測定対象物１０４ターゲット（測定点）Ｐ１〜Ｐ３０測定点Ｔ反射ターゲット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小川邦利神奈川県厚木市長谷260−63 株式会社ソキア厚木工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射ターゲットをセットした複数の測定
点を含む測定対象物の方向に向けて光を照射するターゲ
ット照明手段と、望遠鏡で捉えた前記測定対象物を撮像
して画像情報を生成する画像情報生成手段と、前記画像
情報生成手段の生成による画像情報に従って前記測定対
象物に関する画像を画面上に表示する表示手段と、前記
画像情報生成手段の生成による画像情報を二値化処理し
て前記各測定点の前記画面上における位置を認識する画
像処理手段と、前記画像処理手段の処理結果を基に前記
各測定点の画面上における位置を前記画面中心部に一致
させるための距離偏差と移動方向を前記各測定点に対応
づけて演算する演算手段と、前記演算手段の各演算結果
に従って水平軸と鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回
転駆動するための回転駆動指令を生成する回転駆動指令
生成手段と、前記回転駆動指令に応答して前記水平軸と
鉛直軸のうち少なくとも一方の軸を回転駆動する回転駆
動手段と、前記画面中心部に一致した各反射ターゲット
を自動視準する自動視準装置と、視準した前記各反射タ
ーゲットに対して測距・測角して測量情報を生成する測
量情報生成手段と、を備えたとを特徴とする自動視準測
量機。
【請求項２】前記照明手段は、間歇点滅光を照射する
ことを特徴とする請求項１に記載の自動視準測量機。