JP2004085554A

JP2004085554A - 自動測量システム

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Publication number: JP2004085554A
Application number: JP2003183128A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Uesono; 上園　忍; Masami Shirai; 白井　雅実; Koji Tsuda; 津田　浩二; Atsumi Kaneko; 金子　敦美; Ryota Ogawa; 小川　良太
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: JP4276900B2

Abstract

【課題】測量現場の概観画像において指定される点・領域に対して自動測量を行う。
【解決手段】デジタルスチルカメラ２０で撮影された概観画像上で、測定したい画素（或は領域）を指定する。概観画像の測量機１０に対する外部標定要素から、指定された画素に対する共線条件を規定する共線ＬＮ_Ｃを求める。測量機１０の視線（視準方向）ＬＮ_Ｏを共線ＬＮ_Ｃに沿って移動し、共線ＬＮ_Ｃ上の視準点（Ｒ_１、Ｒ_２、・・・）に測量機１０を視準して測量を行う。視準点Ｒ_ｉに向けて測量したときに測定される物点Ｑ_ｉの位置を測定する。物点Ｑ_ｉの位置が共線ＬＮ_Ｃ上の点であれば、物点Ｑ_ｉを概観画像上で指定された画素に対する物点であるとする。領域が指定された場合は、領域内の各画素に対してこれらの動作を行う。
【選択図】　　　　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測量機を用いた測量システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常測量は、測量を行なおうとする測点においてプリズム等の反射ターゲットを保持する作業者と、測量機を操作する作業者の二人一組で行なわれる。このような測量作業では、ターゲットを保持する作業者は、測点毎に場所を移動しなければならず、測量機を操作する作業者はその都度、ターゲットに視準する作業を行なわなければならない。したがって、測量作業は極めて煩雑であり、人員、時間を要するために経費も高くつく。最近では、プリズム等の反射ターゲットを必要としないノンプリズム式の測量機もある。ノンプリズム式の測量機では、ターゲットを保持する作業者は必要がなく、測量機を操作する作業者のみで測量を行なうことができるので作業は効率化される。しかし、ノンプリズム式の測量機であっても、作業者は各測点毎に測量機の視準作業を行なわなければならない。特に土砂を埋める窪地の容積を見積もる場合等、測設点の数が多い場合には、作業は長時間に渡ることとなり作業者への負担は大きくなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、測量における作業効率を向上させることを目的としている。更に詳しくは、本発明は測量機で得られる測量情報とカメラで得られる画像情報とを簡便かつ効率的に関連付け、画像情報に基づき測量機の視準のコントロ−ル、さらには自動測量を行うことを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の自動測量システムは、測量を行うための測量手段と、測量手段に対する位置関係が知られた測量現場の概観画像の中で任意に指定される点に対する共線条件を規定する直線を共線として求める共線算出手段と、測量手段の視準方向を共線に沿って移動するように測量手段を制御する視準方向制御手段と、視準方向制御手段の駆動中に、測量手段を用いて視準方向の測量を行い、測量される物点の位置が共線上の点となる位置を探索する物点探索手段とを備え、物点探索手段により求められた位置が概観画像上において指定された点に対応する物点であることを特徴としている。
【０００５】
自動測量システムは好ましくは、測量手段と概観画像との間の位置関係を算出する位置関係算出手段を備え、この位置関係は３以上の任意に設定された基準点の測量情報と、基準点の概観画像上の位置との関係から算出される。これにより、測量手段と概観画像との位置関係が簡便に得られるので、自動測量を常に簡便に行うことができる。また、より簡便に位置関係を求めるには、自動測量システムは、概観画像上の位置を指定するための入力手段を備えることが好ましく、基準点の位置はこの入力手段により概観画像上の任意の位置を指定することにより決定される。
【０００６】
また、物点探索手段で探索の対象となる概観画像上の任意の点は、この入力手段により指定できることが好ましい。このとき入力手段により、概観画像上の任意の直線又は曲線を指定することが可能であり、物点探索手段は、これらの直線又は曲線に沿った複数の点に対して実行される。あるいは、入力手段により、概観画像上の任意の閉曲線が指定され、物点探索手段は、閉曲線内の複数の点に対して実行される。これにより、作業者は、曲線（直線）や領域を指定するだけで、これらの曲線、領域に係る大量の測量情報を自動的に得ることができ、測量作業は大幅に効率化される。
【０００７】
また、自動測量システムは、測点の測量情報が基準とする座標系と測点を含む測量現場の概観画像との間の位置関係を算出する位置関係算出手段と、位置関係から、測点の測量情報と測点に対応する概観画像上の位置に関する位置情報とを対応付ける対応付け手段と、概観画像上の測点の位置を指定するための入力手段と、入力手段により指定される概観画像上の測点の位置に基づいて測量手段の視準方向を制御する視準方向制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
概観画像は、例えば測量手段の視準原点（たとえばＴＳ、ＥＴＨの機械中心）と光学的に等価な位置に撮像光学系の投影中心を配置して撮影され、視準方向制御手段は、入力手段によって概観画像上で位置指定される視準点の２次元位置情報と、概観画像を撮影した撮像装置の外部標定要素とに基づいて、上記座標系での視準点の角度情報を求め、この角度情報に対応する方向に測量手段を視準する。この場合、概観画像上の視準点の画像座標から直接水平角と高度角を算出でき、処理はより簡便なものとなる。
【０００９】
測点の測量情報が既知の場合には、例えば測点の３次元位置情報に基づいて概観画像上に測点を表示し、これらの測点の中の入力手段により指定された測点を視準点として測量手段の視準を制御する。これにより、測設作業のために予め測量情報が与えられている測設点に視準する場合や、既に測量された測点に再び視準する場合等にも、簡単に目的とする測点に測量手段を視準させることができる。
【００１０】
また、自動測量システムは、視準点を概観画像上に表示することが好ましく、測量手段が視準点に視準後、概観画像上の視準点の表示を変更することが好ましい。また同様に視準後の概観画像上の測点の表示を変更することが好ましい。これにより作業者は、測量手段が目的とする測点に視準されたことを視覚的に容易に認識することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である測量機とカメラを用いた測量システムの概略を示すブロック図である。
【００１２】
測量機１０は、例えばトータルステーション等であり、測点に視準するための視準望遠鏡１７を備える。視準望遠鏡１７は、高度角θｐを測定するために視準望遠鏡を俯仰させる水平軸Ｌｈと、水平角θｈを測定するために視準望遠鏡を水平方向に回転させる鉛直軸Ｌｐとを有し、これらの軸の周りに回動可能である。水平軸Ｌｈと鉛直軸Ｌｐとは点Ｏ_Ｓ（以下視準原点Ｏ_Ｓと呼ぶ）において直交し、視準望遠鏡１７の光軸（視準線）は視準原点Ｏ_Ｓを通る。光軸ＬＮ_Ｏは、ハーフミラー１８において２分され、一方は接眼レンズに導かれ他方は測距部１１に導かれる。
【００１３】
測距部１１では視準された測点までの斜距離等を例えば光波測距等により検出し、測角・角度制御部１２はこのときの水平角θｈ、高度角θｐ等を検出する。また、視準望遠鏡１７は、水平軸Ｌｈ、鉛直軸Ｌｐ周りに図示しないステッピングモータ等により回動することができ、これらの回動動作は、測角・角度制御部１２により制御される。
【００１４】
測距部１１及び測角・角度制御部１２はそれぞれシステムコンロール回路１３に接続されており、システムコントロール回路１３からの指令に基づき制御される。例えば測距部１１はシステムコントロール回路１３の指令に基づいて測距を行い、測定値をシステムコントロール回路１３に送出する。一方、測角・角度制御部１２は常時角度を測定しておりシステムコントロール回路１３からの要求に応じて測定値をシステムコントロール回路１３へ送出するとともに、ステッピングモータを駆動して水平軸Ｌｈ、鉛直軸Ｌｐ周りの回動動作を制御する。検出された斜距離、水平角、高度角等の測定値はシステムコントロール回路１３において処理される。システムコントロール回路１３には、この他にも、スイッチ群１４、表示器１５（例えばＬＣＤ）、インターフェース回路１６等が接続されている。
【００１５】
インターフェース回路１６には、インターフェースケーブルを介して例えばノート型パーソナルコンピュータ等のコンピュータ４０が接続される。すなわち、測量機１０はインターフェースケーブルを介してコンピュータ４０等に測量データ等を送信可能である。また、測量機１０は、コンピュータ４０からの制御信号に基づいて制御することも可能であり、例えば視準望遠鏡１７の視準方向（水平角θｈ、高度角θｐ）をコンピュータ４０から制御することができる。なお、インターフェース回路１６は、データコレクタ（図示せず）等の周辺機器にも接続可能である。
【００１６】
コンピュータ４０は、ＣＰＵ４１を中心にハードディスク、ＤＶＤ、ＭＯ、ＩＣカード等の記録媒体４２、マウス４３やキーボード４４等の入力装置や、ＬＣＤ、ＣＲＴ等の画像表示装置（モニタ）４５、及びインターフェース回路４６から概ねなる。インターフェース４６は上述したように、インターフェースケーブルを介して測量機１０のインターフェース回路１６に接続される。また、インターフェース回路４６は、例えばデジタルスチルカメラ２０に接続可能である。すなわち、デジタルスチルカメラ２０で撮影された画像は、デジタル画像データとしてコンピュータ４０に伝送され、例えばインターフェース回路４６を介して記録媒体４２に記録される。
【００１７】
次に図１、図２、図３を参照して本実施形態の測量システムにおける単写真標定処理について説明する。図２は、本実施形態の測量システムにおける単写真標定処理のフローチャートであり、図３はデジタルスチルカメラで測量現場の概観画像を撮影したときの測量機とカメラの配置を概念的に示す図である。
【００１８】
まずステップＳ１０１において、オペレータはデジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）２０により測量現場の概観を撮影し、撮影されたデジタル画像をコンピュータ４０にインターフェースケーブル等を介して伝送し、記録媒体４２に記録する。なお、撮影されたデジタル画像（概観画像）には、測量されるべき測点が複数含まれる。
【００１９】
ステップＳ１０２では、撮影された概観画像が例えばコンピュータ４０のモニタ４５に表示される。このとき、表示された概観画像において複数の点（画素）がオペレータによりマウス４３等のポインティングデバイスを用いて選択される。これにより選択された画素に対応する実空間内の物点が基準点Ｐ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）（基準点は概観画像と測量情報との位置関係計算に使用した測点の事）として指定される。また、このとき指定された各基準点Ｐ_ｉに対応する撮像面上の像点Ｐ_ｉ’の位置が、それぞれ２次元の画像座標（ｘｐ_ｉ’，ｙｐ_ｉ’）として求められる。なお画像座標系は、画像左上を原点としたｙ’軸下向きが正の２次元座標系である。また、基準点の数ｎは３次元的に配置された例えば１１以上の数である。
【００２０】
ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２において指定された各基準点Ｐ_ｉの斜距離及び（高度、水平）角度が測量機１０を用いてオペレータにより測定され、測定値はインターフェース回路１６を介してコンピュ−タ４０のインターフェース回路４６へ伝送される。ＣＰＵ４１では、各基準点Ｐ_ｉの３次元座標（Ｘｐ_ｉ，Ｙｐ_ｉ，Ｚｐ_ｉ）が所定の測量座標系において算出される。このとき各基準点Ｐ_ｉの測量座標（Ｘｐ_ｉ，Ｙｐ_ｉ，Ｚｐ_ｉ）は、それぞれ像点Ｐ_ｉ’の画像座標（ｘｐ_ｉ’，ｙｐ_ｉ’）に対応付けられる。なお、本実施形態において、測量座標系は、例えば測量機１０の視準原点Ｏ_Ｓを原点として取られるが、国土地理院等で規定している絶対座標や、測量現場で任意に定められる座標系を用いてもよい。また、測量機１０が測量座標計算を行い、その値をコンピュ−タ４０へ伝送するように構成してもよい。
【００２１】
ステップＳ１０４では後述するように、各基準点Ｐ_ｉに対する測量座標と画像座標との対応から概観画像を撮影したときのデジタルスチルカメラ２０の位置および傾き等を表わす外部標定要素と、レンズディスト−ションや主点の画像中心からの偏心による共線条件のズレを補正するための内部定位要素が、例えば空間後方交会法により算出される。すなわち、デジタルスチルカメラ２０に固定された３次元カメラ座標系の原点Ｏ_Ｃの測量座標系における位置（Ｘ_Ｏ，Ｙ_Ｏ，Ｚ_Ｏ）と、撮影時のカメラ座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸回りの回転角（ω，φ，κ）が外部標定要素として求められるとともに、カメラの内部定位要素（ｆ：レンズ投影中心から像面までの距離（画像距離）；Ｄ_２、Ｄ_４、Ｄ_６：ディスト−ション２次、４次、６次成分；Ｐ_１、Ｐ_２：ディスト−ションの非対称成分；Ｘ_Ｃ、Ｙ_Ｃ：主点の画像中心からの偏心量）が求められる。これにより、画像座標と測量座標との射影関係が確立される。なお、内部定位要素を上記（ｆ，Ｄ_２，Ｄ_４，Ｄ_６，Ｐ_１，Ｐ_２，Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）に設定した場合、外部標定要素及び内部定位要素を算出するのに必要な基準点の数は７点以上である。このうち、外部標定要素（Ｘ_Ｏ，Ｙ_Ｏ，Ｚ_Ｏ，ω，φ，κ）を算出するのに必要な基準点の数は３点以上である。なお、本実施形態では、外部標定及び内部標定を行なうための基準点として１１点（以上）指定している。
【００２２】
なお、カメラ座標系は、レンズ中心（投影中心）を原点Ｏ_Ｃとした左手座標系であり、そのｚ軸、ｙ軸はスクリーン座標系のｓ’軸、ｔ’軸と平行であり、ｘ軸は撮像面と垂直で、像面とは反対の方向に向けて定義される。すなわち、撮像面上の点は（−ｆ，ｙ，ｚ）で表される。ここでスクリーン座標系は、主点を原点とした撮像面上の２次元座標系であり、ｓ’軸は撮像素子２１の水平ライン方向に、ｔ’軸は垂直ライン方向に対応する（図４参照）。
【００２３】
以上、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０４の処理により本実施形態の単写真標定処理は終了する。なお、ステップＳ１０１での測量現場の撮影をせずに、以前撮影された概観画像を代わりに使用してもよい。また、本実施形態では、単写真標定処理を図２のフロ−チャートを参照して説明したが、ステップＳ１０３の基準点の測量を先に行い、その後でステップＳ１０１、Ｓ１０２を行ってもよい。また、基準点の測量情報として以前測量されたデ−タや所与の地理データ（国土地理院の三角点、市販の地図の地理デ−タを含む）を使用してもよい。
【００２４】
次に図４、図５を参照して本実施形態におけるデジタルスチルカメラ２０の空間後方交会法による外部標定要素及び内部定位要素の算出方法（ステップＳ１０４）の原理について説明する。
【００２５】
図４は、３つの基準点Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３とこれらの撮像面Ｓにおける像点Ｐ_１’、Ｐ_２’、Ｐ_３’との関係を模式的に示している。図５は図２のステップＳ１０４におけるデジタルスチルカメラ２０の位置および傾きを表す外部標定要素（Ｘ_Ｏ，Ｙ_Ｏ，Ｚ_Ｏ，ω，φ，κ）及びカメラの内部定位要素（ｆ，Ｄ_２，Ｄ_４，Ｄ_６，Ｎ_１，Ｎ_２，Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出する空間後方交会法のプログラムのフローチャートであり、その算出には最小二乗法を用いた逐次近似法が用いられる。なお、本実施形態では、上述したように基準点の数は７点以上であればいくつあってもよいが、ここでは、基準点が１１点指定された場合を例に説明を行なう。また、図４にはその内の３点Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３のみが示される。
【００２６】
まず、ステップＳ２０１においてカメラの位置および傾きを表す外部標定要素（Ｘ_Ｏ，Ｙ_Ｏ，Ｚ_Ｏ，ω，φ，κ）及び内部定位要素（ｆ，Ｄ_２，Ｄ_４，Ｄ_６，Ｎ_１，Ｎ_２，Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）に近似値として適当な初期値（Ｘ_ＧＯ，Ｙ_ＧＯ，Ｚ_ＧＯ，ω_Ｇ，φ_Ｇ，κ_Ｇ）及び（ｆ_Ｇ，Ｄ_２Ｇ，Ｄ_４Ｇ，Ｄ_６Ｇ，Ｎ_１Ｇ，Ｎ_２Ｇ，Ｘ_ＣＧ，Ｙ_ＣＧ）を与える。次にステップＳ２０２では、与えられた外部標定要素（Ｘ_ＧＯ，Ｙ_ＧＯ，Ｚ_ＧＯ，ω_Ｇ，φ_Ｇ，κ_Ｇ）及び内部定位要素（ｆ_Ｇ，Ｄ_２Ｇ，Ｄ_４Ｇ，Ｄ_６Ｇ，Ｎ_１Ｇ，Ｎ_２Ｇ，Ｘ_ＣＧ，Ｙ_ＣＧ）を用いて１１個の基準点Ｐ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，１１）の測量座標（Ｘｐ_ｉ，Ｙｐ_ｉ，Ｚｐ_ｉ）から各基準点Ｐ_ｉに対応する像点Ｐ_ｉ’の近似的な画像座標（ｘｐ_Ｇｉ’，ｙｐ_Ｇｉ’）を算出する。
【００２７】
すなわち、基準点Ｐ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，１１）のカメラ座標系における座標（ｘｐ_ｉ，ｙｐ_ｉ，ｚｐ_ｉ）は、測量座標系における座標（Ｘｐ_ｉ，Ｙｐ_ｉ，Ｚｐ_ｉ）から次の（１）式により求まるので、近似的な外部標定要素（Ｘ_ＧＯ，Ｙ_ＧＯ，Ｚ_ＧＯ，ω_Ｇ，φ_Ｇ，κ_Ｇ）、及び基準点Ｐ_ｉの測量座標（Ｘｐ_ｉ，Ｙｐ_ｉ，Ｚｐ_ｉ）を（１）式に代入することにより、基準点Ｐ_ｉの近似的なカメラ座標（ｘｐ_Ｇｉ，ｙｐ_Ｇｉ，ｚｐ_Ｇｉ）を求めることができる。
【数１】

ここで行列｛Ｔ_ｊｋ｝は回転行列であり、各成分Ｔ_ｊｋは例えば次式で表される。
Ｔ_１１＝ｃｏｓφ・ｃｏｓκ
Ｔ_１２＝ｃｏｓω・ｓｉｎκ＋ｓｉｎω・ｓｉｎφ・ｃｏｓκ
Ｔ_１３＝ｓｉｎω・ｓｉｎκ−ｃｏｓω・ｓｉｎφ・ｃｏｓκ
Ｔ_２１＝−ｃｏｓφ・ｓｉｎκ
Ｔ_２２＝ｃｏｓω・ｃｏｓκ−ｓｉｎω・ｓｉｎφ・ｓｉｎκ
Ｔ_２３＝ｓｉｎω・ｃｏｓκ＋ｃｏｓω・ｓｉｎφ・ｓｉｎκ
Ｔ_３１＝ｓｉｎφ
Ｔ_３２＝−ｓｉｎω・ｃｏｓφ
Ｔ_３３＝ｃｏｓω・ｃｏｓφ
【００２８】
また基準点Ｐ_ｉに対応する像点Ｐ_ｉ’の内部定位要素による補正前のスクリーン座標（ｓｐ_ｉ’，ｔｐ_ｉ’）は、撮影された基準点、投影中心、およびその像点が同一直線上にあるという共線条件から外部標定要素（Ｘ_Ｏ，Ｙ_Ｏ，Ｚ_Ｏ，ω，φ，κ）、及び基準点Ｐ_ｉのカメラ座標（ｘｐ_ｉ，ｙｐ_ｉ，ｚｐ_ｉ）を用いて次の（２）式により求められる。
【数２】

【００２９】
補正前のスクリーン座標（ｓｐ_ｉ’，ｔｐ_ｉ’）は、ディスト−ション等の影響を受けているが、これらは、（３）式に、各々の像点のＰ_ｉ’のスクリーン座標（ｓｐ_ｉ’，ｔｐ_ｉ’）及び近似的な内部定位要素（ｆ_Ｇ，Ｄ_２Ｇ，Ｄ_４Ｇ，Ｄ_６Ｇ，Ｎ_１Ｇ，Ｎ_２Ｇ，Ｘ_ＣＧ，Ｙ_ＣＧ）を代入することにより補正される。すなわち、（３）式により補正後の近似的なスクリーン座標（ｓｃｐ_Ｇｉ’，ｔｃｐ_Ｇｉ’）が算出される。
【数３】

【００３０】
像点Ｐ_ｉ’の近似的な画像座標（ｘｐ_Ｇｉ’，ｙｐ_Ｇｉ’）は補正された近似的なスクリーン座標（ｓｃｐ_Ｇｉ’，ｔｃｐ_Ｇｉ’）を次の（４）式に代入することにより求められる。
【数４】

ここで、Ｐｘ、ＰｙはそれぞれＣＣＤの水平、垂直方向の画素ピッチであり、Ｗ、Ｈはそれぞれ画像の水平、垂直方向のピクセル数である。
【００３１】
ステップＳ２０３では、近似的に与えられた外部標定要素（Ｘ_ＧＯ，Ｙ_ＧＯ，Ｚ_ＧＯ，ω_Ｇ，φ_Ｇ，κ_Ｇ）及び内部定位要素（ｆ_Ｇ，Ｄ_２Ｇ，Ｄ_４Ｇ，Ｄ_６Ｇ，Ｎ_１Ｇ，Ｎ_２Ｇ，Ｘ_ＣＧ，Ｙ_ＣＧ）の値が適切か否かを判定するためのメリット関数Φが計算される。メリット関数Φは例えば（５）式で定義される。
【数５】

【００３２】
すなわち、本実施形態においてメリット関数Φは概観画像上で指定された基準点Ｐ_ｉの像点Ｐ_ｉ’の画像座標（ｘｐ_ｉ’，ｙｐ_ｉ’）と、測量により求められた基準点Ｐ_ｉの測量座標（Ｘｐ_ｉ，Ｙｐ_ｉ，Ｚｐ_ｉ）および近似的に与えられた外部標定要素（Ｘ_ＧＯ，Ｙ_ＧＯ，Ｚ_ＧＯ，ω_Ｇ，φ_Ｇ，κ_Ｇ）及び内部定位要素（ｆ_Ｇ，Ｄ_２Ｇ，Ｄ_４Ｇ，Ｄ_６Ｇ，Ｎ_１Ｇ，Ｎ_２Ｇ，Ｘ_ＣＧ，Ｙ_ＣＧ）から求められた像点Ｐ_ｉ’の近似的な画像座標（ｘｐ_Ｇｉ’，ｙｐ_Ｇｉ’）との間の距離の２乗に対応している。
【００３３】
次にステップＳ２０４において、メリット関数Φが所定値よりも小さいか否かが判定される。すなわち、近似的に与えられた外部標定要素（Ｘ_ＧＯ，Ｙ_ＧＯ，Ｚ_ＧＯ，ω_Ｇ，φ_Ｇ，κ_Ｇ）及び内部定位要素（ｆ_Ｇ，Ｄ_２Ｇ，Ｄ_４Ｇ，Ｄ_６Ｇ，Ｎ_１Ｇ，Ｎ_２Ｇ，Ｘ_ＣＧ，Ｙ_ＣＧ）による像点Ｐ_ｉ’の近似的な画像座標（ｘｐ_Ｇｉ’，ｙｐ_Ｇｉ’）が、概観画像上で指定された基準点Ｐ_ｉの像点Ｐ_ｉ’の画像座標（ｘｐ_ｉ’，ｙｐ_ｉ’）に十分近いか否かが判定される。Φ＜所定値の場合にはこの処理は終了し、現在与えられている外部標定要素（Ｘ_ＧＯ，Ｙ_ＧＯ，Ｚ_ＧＯ，ω_Ｇ，φ_Ｇ，κ_Ｇ）及び内部定位要素（ｆ_Ｇ，Ｄ_２Ｇ，Ｄ_４Ｇ，Ｄ_６Ｇ，Ｎ_１Ｇ，Ｎ_２Ｇ，Ｘ_ＣＧ，Ｙ_ＣＧ）の値を、概観画像撮影時のカメラの位置、傾きを表す外部標定要素及び内部定位要素であるとする。
【００３４】
一方、ステップＳ２０４においてΦ≧所定値であると判定された場合には、ステップＳ２０５において近似的に与えられた外部標定要素（Ｘ_ＧＯ，Ｙ_ＧＯ，Ｚ_ＧＯ，ω_Ｇ，φ_Ｇ，κ_Ｇ）及び内部定位要素（ｆ_Ｇ，Ｄ_２Ｇ，Ｄ_４Ｇ，Ｄ_６Ｇ，Ｎ_１Ｇ，Ｎ_２Ｇ，Ｘ_ＣＧ，Ｙ_ＣＧ）に対する補正量（δＸ，δＹ，δＺ，δω，δφ，δκ，δｆ，δＤ_２，δＤ_４，δＤ_６，δＮ_１，δＮ_２，δＸ_Ｃ，δＹ_Ｃ）が例えば最小二乗法により求められる。すなわち、共線条件である（２）式の（ｓｐ_ｉ’，ｔｐ_ｉ’）に（３）式の（ｓｃｐ_ｉ’，ｔｃｐ_ｉ’）を代入し、近似値である外部標定要素（Ｘ_ＧＯ，Ｙ_ＧＯ，Ｚ_ＧＯ，ω_Ｇ，φ_Ｇ，κ_Ｇ）及び内部定位要素（ｆ_Ｇ，Ｄ_２Ｇ，Ｄ_４Ｇ，Ｄ_６Ｇ，Ｎ_１Ｇ，Ｎ_２Ｇ，Ｘ_ＣＧ，Ｙ_ＣＧ）の周りにテイラー展開し高次の項を省いて線形化する。この線形化された式において補正量（δＸ，δＹ，δＺ，δω，δφ，δκ，δｆ，δＤ_２，δＤ_４，δＤ_６，δＮ_１，δＮ_２，δＸ_Ｃ，δＹ_Ｃ）を未知量とする正規方程式を作成し、適正な補正量（δＸ，δＹ，δＺ，δω，δφ，δκ，δｆ，δＤ_２，δＤ_４，δＤ_６，δＮ_１，δＮ_２，δＸ_Ｃ，δＹ_Ｃ）を求める。
【００３５】
ステップＳ２０６では、ステップＳ２０５において算出された補正量（δＸ，δＹ，δＺ，δω，δφ，δκ，δｆ，δＤ_２，δＤ_４，δＤ_６，δＮ_１，δＮ_２，δＸ_Ｃ，δＹ_Ｃ）に基づいて近似値である外部標定要素（Ｘ_ＧＯ，Ｙ_ＧＯ，Ｚ_ＧＯ，ω_Ｇ，φ_Ｇ，κ_Ｇ）及び内部定位要素（ｆ_Ｇ，Ｄ_２Ｇ，Ｄ_４Ｇ，Ｄ_６Ｇ，Ｎ_１Ｇ，Ｎ_２Ｇ，Ｘ_ＣＧ，Ｙ_ＣＧ）の値が更新される。すなわち、（Ｘ_ＧＯ，Ｙ_ＧＯ，Ｚ_ＧＯ，ω_Ｇ，φ_Ｇ，κ_Ｇ，ｆ_Ｇ，Ｄ_２Ｇ，Ｄ_４Ｇ，Ｄ_６Ｇ，Ｎ_１Ｇ，Ｎ_２Ｇ，Ｘ_ＣＧ，Ｙ_ＣＧ）の各値は、それぞれ（Ｘ_ＧＯ＋δＸ，Ｙ_ＧＯ＋δＹ，Ｚ_ＧＯ＋δＺ，ω_Ｇ＋δω，φ_Ｇ＋δφ，κ_Ｇ＋δκ，ｆ_Ｇ＋δｆ，Ｄ_２Ｇ＋δＤ_２，Ｄ_４Ｇ＋δＤ_４，Ｄ_６Ｇ＋δＤ_６，Ｎ_１Ｇ＋δＮ_１，Ｎ_２Ｇ＋δＮ_２，Ｘ_ＣＧ＋δＸ_Ｃ，Ｙ_ＣＧ＋δＹ_Ｃ）に置き換えられカメラの位置及び内部定位が更新される。その後処理はステップＳ２０２へ戻り、ステップＳ２０４においてΦ＜所定値と判定されるまでステップＳ２０２〜ステップＳ２０６が繰り返し実行される。
【００３６】
次に図１、図６、図７を参照して、本実施形態の測量システムにおける自動測量処理動作の概要について説明する。
【００３７】
図６は、モニタ４５に表示された測量現場の概観画像である。作業者は、例えばマウス４３でマウスカーソルを操作して概観画像上の測量したい領域（測量領域）Ａを確定する。コンピュータ４０は、図７のように、測量領域Ａ内の任意の画素（物点Ｑ_６に対応する像点Ｑ_６’）に対する共線条件を表わす直線（以下共線と呼ぶ）ＬＮ_Ｃを求める。測量機１０は、コンピュータ４０からの信号に基づいて、共線ＬＮ_Ｃ上を走査しながら（視準線ＬＮ_Ｏを共線ＬＮ_Ｃと交差させながら移動）所定の間隔で測定を行い（例えば点Ｒ_１〜点Ｒ_５）、各点Ｒ_ｊ（ｊ＝１，２，・・・，６）に測量機１０を向けたときに得られる測量座標値を参照して物点Ｑ_６を探索する。これは例えば測量領域Ａ内の全ての画素に対して行なわれる。また、測量領域Ａを任意間隔（例えば等分割）の格子状に自動分割し、格子点毎に上記探索を行なってもよい。また曲線Ｂを指定し、その曲線（又は直線）上を任意間隔（例えば等間隔）に自動分割してもよい。測量領域Ａ、曲線Ｂとも測定者が指定することにより行う。また任意間隔を測量機の角度値で等間隔としてもよい。又、上記測量領域Ａ・曲線Ｂは、概観画像を画像処理し、任意の指定色範囲・輝度範囲等を検出して作成してもよいし、エッジ検出等により作成してもよい。
【００３８】
例えば共線ＬＮ_Ｃ上の点Ｒ_２に測量機１０が向けられた場合、測量機１０により測定されるのは、測量領域外の物点Ｑ_２の位置である。したがって、単写真標定処理により求められた外部標定要素（Ｘ_Ｏ，Ｙ_Ｏ，Ｚ_Ｏ，ω，φ，κ）、内部定位要素（ｆ，Ｄ_２，Ｄ_４，Ｄ_６，Ｎ_１，Ｎ_２，Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）及び測定された物点Ｑ_２の測量座標（Ｘ_ｑ２，Ｙ_ｑ２，Ｚ_ｑ２）とを（１）式〜（４）式に代入することにより物点Ｑ_２に対応する概観画像上の画像座標（ｘ_ｑ２’，ｙ_ｑ２’）が求められる。物点Ｑ_２は指定された像点Ｑ_６’に対応する物点Ｑ_６とは異なるので、測定された物点Ｑ_２に対応する画像座標（ｘ_ｑ２’，ｙ_ｑ２’）は、像点Ｑ_６’の画像座標（ｘ_ｑ６’，ｙ_ｑ６’）と異なる。
【００３９】
一方、共線ＬＮ_Ｃ上の点Ｒ_６は、共線ＬＮ_Ｃが測量領域内の物体と交わる点であり物点Ｑ_６と一致する。すなわち、点Ｒ_６に測量機が向けられたときに測定される測量座標値から算出される画像座標は指定された像点Ｑ_６’の画像座標（ｘ_ｑ６’，ｙ_ｑ６’）に等しい。したがって、任意に指定された画素（本実施形態では測量領域内Ａ）に対する共線に沿って測量を行い、このときの測量座標から求められる画像座標と指定された画素の画像座標とが略一致する物点を探索することにより、概観画像の任意の画素に対応する物点の測量を自動的に行なうことができる。
【００４０】
以下図８〜図１１を参照して、本実施形態の自動測量処理動作の詳細について説明する。
【００４１】
図８は自動測量処理動作全体のプログラムのフローチャートであり、ＣＰＵ４１において実行される。図８の自動測量処理動作は、概観画像に対する単写真標定処理が終了した後に行われ、概観画像を撮影したときのデジタルスチルカメラ２０の外部標定要素及び内部定位要素は予め求められている。ステップＳ３０１では、モニタ４５の概観画像上において、作業者がマウス４３を用いて確定した測量領域Ａが取得されるとともに、測量領域Ａ内の全ての画素に対して画素番号（１〜Ｎ；Ｎ：測量領域Ａ内の総画素数）が割り付けられる。
【００４２】
ステップＳ３０２では、画素番号ｉに１がセットされ、ステップＳ３０３〜ステップＳ３０６の処理がｉ＝Ｎとなるまで繰り返される。すなわち、ステップＳ３０３では、画素番号ｉに対応する画像座標（ｘ_ｉ’，ｙ_ｉ’）の共線に沿って測量機１０による測量が自動的に行われ、測定された測量座標に対応する画像座標を画素番号ｉの画像座標（ｘ_ｉ’，ｙ_ｉ’）と比較することにより、画素番号ｉの画素に対応する物点の位置が探索・測量される（物点探索処理）。なお、物点探索処理の詳細については後述する。
【００４３】
ステップＳ３０４では、ステップＳ３０３の物点探索処理により求められた画素（ｘ_ｉ’，ｙ_ｉ’）に対する測量データが記録媒体４２等に記録される。ステップＳ３０５では、画素番号ｉが画素総数Ｎよりも大きいか否かが判定される。すなわち、測量領域Ａ内の全ての画素に対して物点探索処理が終了したか否かが判定される。ｉ＝Ｎでないと判定されるとステップＳ３０６においてｉが１インクリメントされ、処理は再びステップＳ３０３へ移る。一方、ｉ＝Ｎであると判定されると、この自動測量処理動作は終了する。
【００４４】
図９は、ステップＳ３０３の物点探索処理の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ４０１では、画像座標（ｘ_ｉ’，ｙ_ｉ’）に対応する共線ＬＮ_Ｃ上の単位共線ベクトル（ｒ_ｉｘ，ｒ_ｉｙ，ｒ_ｉｚ）が算出される（単位共線ベクトル算出処理）。物点探索処理では、所定の間隔毎に配置される共線ＬＮ_Ｃ上の仮想的な視準点Ｒ_ｊに測量機１０を視準して測量が行われる。ステップＳ４０２では、この共線ＬＮ_Ｃ上の仮想的な視準点Ｒ_ｊに対するカメラ座標原点Ｏ_Ｃ（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）からの距離Ｌが初期距離Ｌ_ａに設定される。
【００４５】
ステップＳ４０３では、ステップＳ４０１で算出された単位共線ベクトル（ｒ_ｉｘ，ｒ_ｉｙ，ｒ_ｉｚ）と距離Ｌとから仮想視準点Ｒ_ｊの測量座標（Ｘ_Ｒｊ，Ｙ_Ｒｊ，Ｚ_Ｒｊ）が、
Ｘ_Ｒｊ＝Ｘ_０＋ｒ_ｉｘ・Ｌ
Ｙ_Ｒｊ＝Ｙ_０＋ｒ_ｉｙ・Ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
Ｚ_Ｒｊ＝Ｚ_０＋ｒ_ｉｚ・Ｌ
により算出されるとともに、仮想視準点Ｒ_ｊに視準望遠鏡１７を視準するための水平角θｈ及び高度角θｐが次の（７）式、（８）式により求められる。
【数６】

【数７】

なお、図１０に示されるように（７）式、（８）式において、測量座標系の原点は視準原点Ｏ_Ｓにあり、θｐ＝θｈ＝０の場合、Ｘ軸は水平軸Ｌｈに、Ｙ軸は視準線（光軸）ＬＮ_Ｏに、Ｚ軸は垂直軸Ｌｐに一致する。また、このとき測量機１０は、コンピュータ４０からの信号指令に基づいて視準望遠鏡１７の視準線（光軸）ＬＮ_Ｏを（θｈ，θｐ）の方向に向ける。
【００４６】
ステップＳ４０４では、ステップＳ４０３において視準された方向に対して測量が行われる。この測量で実際に測量された仮想視準点Ｒ_ｉに対応する物点Ｑ_ｉの測量データに基づいて物点Ｑ_ｉの測量座標（Ｘ_Ｑｉ，Ｙ_Ｑｉ，Ｚ_Ｑｉ）が算出される。ステップＳ４０５では、物点Ｑ_ｉの測量座標（Ｘ_Ｑｉ，Ｙ_Ｑｉ，Ｚ_Ｑｉ）に対応する画像座標（ｘ_Ｑｉ’，ｙ_Ｑｉ’）が外部標定要素（Ｘ_Ｏ，Ｙ_Ｏ，Ｚ_Ｏ，ω，φ，κ）、及び内部定位要素（ｆ，Ｄ_２，Ｄ_４，Ｄ_６，Ｎ_１，Ｎ_２，Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を用いて算出される。
【００４７】
ステップＳ４０６では、物点Ｑ_ｉに対応する画像座標（ｘ_Ｑｉ’，ｙ_Ｑｉ’）が共線ＬＮ_Ｃの画像座標（ｘ_ｉ’，ｙ_ｉ’）と一致するか否かが判定される。例えば画像座標（ｘ_Ｑｉ’，ｙ_Ｑｉ’）と画像座標（ｘ_ｉ’，ｙ_ｉ’）の間の距離が所定値内であるとき、物点Ｑ_ｉに対応する画像座標（ｘ_Ｑｉ’，ｙ_Ｑｉ’）は共線ＬＮ_Ｃの画像座標（ｘ_ｉ’，ｙ_ｉ’）と一致すると判定される。このとき、ステップＳ４０７において、算出された物点Ｑ_ｉの測量座標（Ｘ_Ｑｉ，Ｙ_Ｑｉ，Ｚ_Ｑｉ）が画素番号ｉの画素（ｘ_ｉ’，ｙ_ｉ’）に対応する測量座標として設定され、この物点探索処理は終了する。一方、一致しないと判定された場合は、ステップＳ４０８にいおいて、距離ＬがＬ＋ΔＬに更新され、ステップＳ４０３以下の処理が繰り返される。なお、ΔＬは距離Ｌの増分量であり、測定精度や、測定時間とのかねあいから決定される。
【００４８】
次に図１１を参照して、ステップＳ４０１において実行される単位共線ベクトル算出処理について説明する。図１１は、単位共線ベクトル算出処理のフローチャートである。
【００４９】
本実施形態では、単位共線ベクトルは、最小二乗法を用いて算出される。すなわち、本実施形態の単位共線ベクトル算出処理では、任意の単位ベクトル（ｒ_Ｇｉｘ，ｒ_Ｇｉｙ，ｒ_Ｇｉｚ）を画素（ｘ_ｉ’，ｙ_ｉ’）に対する近似的な単位共線ベクトルとし、ステップＳ５０１においてカメラ座標原点Ｏ_Ｃ（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）を始点とする単位ベクトル（ｒ_Ｇｉｘ，ｒ_Ｇｉｙ，ｒ_Ｇｉｚ）の終点が示す測量座標（Ｘ_０＋ｒ_Ｇｉｘ，Ｙ_０＋ｒ_Ｇｉｙ，Ｚ_０＋ｒ_Ｇｉｚ）に対応する画像座標（ｘ_Ｇｉ’，ｙ_Ｇｉ’）が外部標定要素（Ｘ_Ｏ，Ｙ_Ｏ，Ｚ_Ｏ，ω，φ，κ）及び内部定位要素（ｆ，Ｄ_２，Ｄ_４，Ｄ_６，Ｎ_１，Ｎ_２，Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を用いて（１）式〜（４）式から算出される。
【００５０】
ステップＳ５０２では、ステップＳ５０１で算出された画像座標（ｘ_Ｇｉ’，ｙ_Ｇｉ’）に対してメリット関数Ψ＝（ｘ_ｉ’−ｘ_Ｇｉ’）^２＋（ｙ_ｉ’−ｙ_Ｇｉ’）^２が求められる。ステップＳ５０３において、メリット関数Ψの値が所定値よりも小さいか否かが判定される。メリット関数Ψの値が所定値よりも小さいと判定された場合には、ステップＳ５０４において単位ベクトル（ｒ_Ｇｉｘ，ｒ_Ｇｉｙ，ｒ_Ｇｉｚ）を画素番号ｉの画素に対する単位共線ベクトル（ｒ_ｉｘ，ｒ_ｉｙ，ｒ_ｉｚ）であるとし、この単位共線ベクトル算出処理は終了する。
【００５１】
一方、ステップＳ５０３において、メリット関数Ψが所定値よりも小さくないと判定された場合には、ステップＳ５０５において近似的に与えられた単位ベクトル（ｒ_Ｇｉｘ，ｒ_Ｇｉｙ，ｒ_Ｇｉｚ）に対する補正量（δｒ_ｉｘ，δｒ_ｉｙ，δｒ_ｉｚ）が例えば最小二乗法により求められる。そして近似的な単位ベクトルは単位ベクトル（ｒ_Ｇｉｘ＋δｒ_ｉｘ，ｒ_Ｇｉｙ＋δｒ_ｉｙ，ｒ_Ｇｉｚ＋δｒ_ｉｚ）に更新される。その後処理はステップＳ５０１へ戻り、ステップＳ５０３においてΨ＜所定値と判定されるまでステップＳ５０１〜ステップＳ５０５が繰り返し実行される。
【００５２】
なお、上記自動測量処理動作により得られた測量領域の測量データから、測量領域の容積等が計算される。また、指定された測量領域の外周のみを自動測量して、測量領域の面積や外周長等を求めることも可能である。
【００５３】
以上のように、本実施形態によれば、測量機を用いて概観画像上で指定した測点を視準する事ができ、さらに自動的に測量することができる。また、図示していないが測量機１０内部にＣＣＤを備える測量機では、概観画像からの指示で測量機１０で測点を概略視準し、概観画像より高倍率の測量機１０内のＣＣＤ画像上で指示した点にヘヤ−中心がくるように制御し、詳細な視準をする事も可能である。また、本実施形態では、作業者が概観画像上において測量領域を確定すれば、その領域内の測量を測量機が自動的に行うことができるので、測量作業の効率は大幅に向上される。
【００５４】
なお、概観画像の撮影に望遠等の焦点距離が長いレンズを使用する場合には、内部定位要素の一つであるディスト−ションは小さく、実質的に無視できる場合がある。すなわち、内部定位要素のうち（Ｄ_２，Ｄ_４，Ｄ_６，Ｎ_１，Ｎ_２）は無視することができ、未知の内部定位要素は（ｆ，Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）のみとなる。内部定位要素（ｆ，Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を求めるには、３次元的に配置された５点以上の基準点Ｐ_ｉがあれば足りる。また、主点の画像中心からの偏心が無視でき、ディスト−ションの非対称性成分、ディスト−ション４次、６次成分が無視できる場合には、求める内部定位要素は（ｆ，Ｄ_２）となり、内部標定のための基準点の数は４点で足りる。以上のように求めるべき内部標定要素の数が少ない場合には、内部標定のための基準点の数を少なくすることができるので、測定の手間・時間を節約できる。
【００５５】
また、本実施形態では、測量機１０に対してデジタルスチルカメラ２０が任意に配置される場合を例に説明を行なったが、例えば、測量機１０にカメラを取付けるための器具を設けるなどして、デジタルスチルカメラ２０を測量機１０の視準望遠鏡１７と光学的に等価な位置に配置してもよく、この場合、外部標定要素の未知数の数を減らすことができるので、基準点の数を減らすことができる。また、デジタルスチルカメラ２０が測量機１０の視準望遠鏡１７と光学的に等価な位置に配置されて概観画像が撮影された場合（撮像装置の撮像光学系の投影中心が視準望遠鏡の視準原点と光学的に等価な位置に配置されている場合）には、画像座標から直接水平角と高度角を算出でき、処理はより簡便なものとなる。
【００５６】
以下、デジタルスチルカメラ２０が視準望遠鏡１７と光学的に等価な位置に配置された場合の変形例について図１２を参照して説明する。この場合、外部標定要素（Ｘ_Ｏ，Ｙ_Ｏ，Ｚ_Ｏ，ω，φ，κ）のうち、Ｘ_Ｏ＝Ｙ_Ｏ＝Ｚ_Ｏ＝０となる。カメラ座標系の軸ｙ、ｚが測量機１０の水平軸Ｌｈ、鉛直軸Ｌｐにそれぞれ対応するように配置されている場合には、測量座標系とカメラ座標系とは同一座標系と見なせるので、概観画像内にある任意の測点Ｐ_ｎ（図６参照）に測量機１０が視準されるとき、この測点Ｐ_ｎに対応する像点Ｐ_ｎ’の位置（ｘｐ_ｎ’，ｙｐ_ｎ’）は、概観画像撮影時の初期視準方向である水平角θｈ_０と高度角θｐ_０と、測量機１０において視準される測点Ｐ_ｎの水平角θｈ_ｎ、高度角θｐ_ｎと、撮像レンズの画面距離ｆとから（ディスト−ション補正が必要な場合は内部定位要素も用いる）、
ｘｐ_ｎ’＝ｆ・ｔａｎ（θｈ_ｎ−θｈ_０）／Ｐｘ＋Ｗ／２、
ｙｐ_ｎ’＝ｆ・ｔａｎ（θｐ_ｎ−θｐ_０）／Ｐｙ＋Ｈ／２　　　・・・（９）
として直接求めることができる。したがって、概観画像上にて視準位置（ｘｐ_ｎ’，ｙｐ_ｎ’）を指定すると、測点Ｐ_ｎの水平角θｈ_ｎ、高度角θｐ_ｎが以下のように（９）式から逆算でき、その方向に測量機１０を向ければ視準が可能となる。
θｈ_ｎ＝ｔａｎ^−１（Ｐｘ（ｘｐ_ｎ’−Ｗ／２）／ｆ）＋θｈ_０
θｐ_ｎ＝ｔａｎ^−１（Ｐｙ（ｙｐ_ｎ’−Ｈ／２）／ｆ）＋θｐ_０　・・・（１０）
【００５７】
図１２は、この場合の作業手順のフロ−チャートである。
まず、ステップＳ６０１において、図２の単写真評定処理により概観画像と測量座標を対応付ける。ステップＳ６０２では、マウス４３等を用いて概観画像上で視準点として例えば測点Ｐ_ｎを指示し（図６参照）、指定された位置に視準マークを表示して視準位置を表示させる。ステップＳ６０３では、指定された視準点（測点Ｐ_ｎ）の概観画像上の位置Ｐ_ｎ’（ｘｐ_ｎ’，ｙｐ_ｎ’）を（１０）式に代入することにより視準角度（θｈ_ｎ，θｐ_ｎ）を計算し、その方向に測量機を向け視準する。ステップＳ６０４では、視準された視準点の表示（色、形状、大きさの変更）を変えて概観画像上に表示し、この測量作業は終了する。
【００５８】
この変形例によれば、作業者は視準が終了したことを概観画像上において視覚的に確認することができるのでより視準の操作性をあげることができる。
【００５９】
次に別の変形例として、視準しようとする測点が測設点のように設計値として３次元位置情報をもっている場合、又は一度測量した測点（３次元情報がすでに存在）を再度視準する時などの視準点が３次元位置情報をもっている場合の測量作業について説明する。視準しようとする測点Ｐ_ｎの３次元情報が既知の場合には、測点Ｐ_ｎの座標（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ，Ｚ_ｎ）を数式（７）、（８）のＲ_ｉ（Ｘ_Ｒｉ、Ｙ_Ｒｉ、Ｚ_Ｒｉ）に代入し、測点Ｐ_ｎの水平角θｈ_ｎ、高度角θｐ_ｎを計算し自動視準させることも可能である。図１３はこのときの作業手順のフローチャートである。
【００６０】
ステップＳ７０１では、図２の単写真標定処理により概観画像と測量座標を対応付ける。ステップＳ７０２では、概観画像上に３次元座標が既知の測点（例えば測設点）を表示させる。作業者はステップＳ７０３において、概観画像上においてマウス４３等のポインティングデバイスを用いて、視準する測点を概観画像上で指示することにより視準方向を決定する。ステップＳ７０４では、指定された測点Ｐ_ｎの３次元座標値を数式（７）、（８）に代入することにより、視準角度（θｈ_ｎ，θｐ_ｎ）を計算し、測量機をその方向へ視準する。ステップＳ７０５では、概観画像上において視準した測点の表示（色、形状、大きさの変更）変え、この測量作業の処理は終了する。
【００６１】
この変形例においても、上記変形と略同様に視準が終了したことを概観画像上において視覚的に確認することができるので操作性をあげることができる。なお、ステップＳ７０３の測点指示時に選択された測点の表示マ−クを変更してもよい。上記測点として測設点を用いる場合において、測設点の設計座標系が測量現場での測量座標系と合致しない場合には、測設点の設計座標系での値を測量座標系の値に変換して行う。また逆も可能である。
【００６２】
本実施形態では、ある画素に対する共線ＬＮ_Ｃ上の視準点Ｒ_ｉ方向に測量機を向けて、このとき測定される測量座標（Ｘ_Ｑｉ，Ｙ_Ｑｉ，Ｚ_Ｑｉ）を概観画像の画像座標（ｘ_Ｑｉ’，ｙ_Ｑｉ’）に変換し、これがもとの画素の画像座標（ｘ_ｉ’，ｙ_ｉ’）と一致するか否かを判定していたが、測量座標（Ｘ_Ｑｉ，Ｙ_Ｑｉ，Ｚ_Ｑｉ）と視準点Ｒ_ｉの測量座標（Ｘ_Ｒｉ，Ｙ_Ｒｉ，Ｚ_Ｒｉ）が一致するかにより判定してもよい。
【００６３】
なお、本実施形態では、概観画像上においてポインティングデバイスを用いて任意に基準点を指定したが、撮影範囲内に例えば寸法が既知の基準尺や、任意に配置できる基準マーク等を配置し、これらを基準点として外部標定要素を求めてもよい。この場合、概観画像上において基準尺や基準マークの位置がポインティングデバイス等を用いて選択される。また基準尺や基準マークが用いられる場合には、例えば画像処理を用いて基準点の概観画像上の位置を自動的に検出してもよい。
【００６４】
本実施形態では、測量機に接続されたコンピュータを用いたが、本実施形態のコンピュータの機能を測量機あるいはデジタルスチルカメラに一体的に持たせてもよい。また、本実施形態ではデジタルスチルカメラを使用したが、デジタル画像が得られるものならば、ビデオカメラ等でもかまわない。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、測量における作業効率を向上させることができる。また更に、本発明によれば、測量機で得られる測量情報とカメラで得られる画像情報とを簡便かつ効率的に関連付け、画像情報に基づく自動測量を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である測量システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】本実施形態の測量システムにおける単写真標定処理のフローチャートである。
【図３】本実施形態の測量システムにおける測量機およびカメラの配置を概念的に示す図である。
【図４】３つの基準点Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３と撮像面Ｓにおける像点Ｐ_１’、Ｐ_２’、Ｐ_３’との関係を模式的に示す図である。
【図５】デジタルスチルカメラの位置および傾きを表す外部標定要素（Ｘ_Ｏ，Ｙ_Ｏ，Ｚ_Ｏ，ω，φ，κ）及びカメラの内部定位要素（ｆ，Ｄ_２，Ｄ_４，Ｄ_６，Ｎ_１，Ｎ_２，Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出する空間後方交会法のプログラムのフローチャートである。
【図６】測量領域を確定したときの概観画像の一例である。
【図７】本実施形態における自動測量の原理を概略的に説明する図である。
【図８】本実施形態の自動測量処理動作のプログラムのフローチャートである。
【図９】図８のステップＳ３０３において実行される物点探索処理のフローチャートである。
【図１０】測量機の視準望遠鏡と測量座標系との関係を表わす図である。
【図１１】図９のステップＳ４０１において実行される単位共線ベクトル算出処理のフローチャートである。
【図１２】デジタルスチルカメラが視準望遠鏡と光学的に等価な位置に配置された場合の変形例における作業手順のフローチャートである。
【図１３】測点Ｐ_ｎの座標（Ｘ_ｎ，Ｙ_ｎ，Ｚ_ｎ）に基づいて測点Ｐ_ｎの水平角θｈ_ｎ、高度角θｐ_ｎを計算し自動視準させるときの作業手順のフローチャートである。
【符号の説明】
１０　測量機
２０　デジタルスチルカメラ
４０　コンピュータ

Claims

測量を行うための測量手段と、
前記測量手段に対する位置関係が知られた測量現場の概観画像の中で任意に指定される点に対する共線条件を規定する直線を共線として求める共線算出手段と、
前記測量手段の視準方向を前記共線に沿って移動するように前記測量手段を制御する視準方向制御手段と、
前記視準方向制御手段の駆動中に、前記測量手段を用いて前記視準方向の測量を行い、測量される物点の位置が前記共線上の点となる位置を探索する物点探索手段とを備え、
前記物点探索手段により求められた位置が前記概観画像上において指定された点に対応する物点である
ことを特徴とする自動測量システム。
前記自動測量システムが、前記測量手段と前記概観画像との間の位置関係を算出する位置関係算出手段を備え、前記位置関係が３以上の任意に設定された基準点の測量情報と、前記基準点の前記概観画像上の位置との関係から算出されることを特徴とする請求項１に記載の自動測量システム。
前記自動測量システムが、前記概観画像上の位置を指定するための入力手段を備え、前記基準点の位置が前記入力手段により前記概観画像上の任意の位置を指定することにより決定されることを特徴とする請求項２に記載の自動測量システム。
前記自動測量システムが、前記概観画像上の位置を指定するための入力手段を備え、前記物点探索手段で探索の対象となる前記概観画像上の任意の点が前記入力手段により指定されることを特徴とする請求項１に記載の自動測量システム。
前記入力手段により、前記概観画像上の任意の直線又は曲線を指定することが可能であり、前記物点探索手段が、前記直線又は曲線に沿った複数の点に対して実行されることを特徴とする請求項４に記載の自動測量システム。
前記入力手段により、前記概観画像上の任意の閉曲線を指定することが可能であり、前記物点探索手段が、前記閉曲線内の複数の点に対して実行されることを特徴とする請求項４に記載の自動測量システム。
測点の測量情報が基準とする座標系と測点を含む測量現場の概観画像との間の位置関係を算出する位置関係算出手段と、
前記位置関係から、前記測点の測量情報と前記測点に対応する前記概観画像上の位置に関する位置情報とを対応付ける対応付け手段と、
前記概観画像上の測点の位置を指定するための入力手段と、
前記入力手段により指定される前記概観画像上の測点の位置に基づいて測量手段の視準方向を制御する視準方向制御手段と
を備えることを特徴とする自動測量システム。
前記概観画像が前記測量手段の視準原点と光学的に等価な位置に撮像光学系の投影中心を配置して撮影され、前記視準方向制御手段が、前記入力手段によって前記概観画像上で位置指定される視準点の２次元位置情報と、前記概観画像を撮影した撮像装置の外部標定要素に基づいて、前記座標系での視準点の角度情報を求め、この角度情報に対応する方向に前記測量手段を視準することを特徴とする請求項７に記載の自動測量システム。
前記測点の測量情報が測設点を含む所与の地理デ−タの場合に、前記測点の３次元位置情報に基づいて前記概観画像上に測点を表示し、前記測点の中の前記入力手段により指定された測点を前記視準点として、前記測量手段の視準を制御することを特徴とする請求項８に記載の自動測量システム。
視準後の前記概観画像上の測点の表示を変更することを特徴とする請求項９に記載の自動測量システム。
前記視準点を前記概観画像上に表示することを特徴とする請求項７に記載の自動測量システム。
前記測量手段が前記視準点に視準後、前記概観画像上の前記視準点の表示を変更することを特徴とする請求項１１に記載の自動測量システム。