JP2005283221A - 測量データ処理システム、電子地図を格納する記憶媒体及び電子地図表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
利用者が現実に認識している景色と表示される画像、測量データとの差異を少なくし、利用者が表示される画像から直感的に測量データの把握を可能とする。
【解決手段】
測量機１による所定の範囲５５の標定点２４を含む複数の地点の３次元データと、デジタルカメラ２により撮像した前記標定点を含む所定の範囲の画像と、前記標定点を含む複数の地点を連結したティンデータを作成し、前記ティンデータ上の標定点と前記画像上の標定点とを対応付け、その対応付けに基づき前記ティンデータを構成する三角網に前記画像をテクスチャマッピングして関連付け、前記ティンデータに演算を付すことにより前記テクスチャマッピングした画像の表示方法を変更する処理プログラムを備える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、所要範囲を測量し、又所要範囲の画像を取得する測量システム、及び測量データと撮像した画像とを一体化する測量データ処理システム、及びデータ処理して得られる電子地図が記録された記憶媒体、及び該電子地図から任意な点についての測量データを演算し、記憶媒体に格納された電子地図から立体図形を復元して表示する電子地図表示装置に関するものである。

ＣＰＵ、メモリ等の高密度化、高速化が進み、或はパソコンに代表される電子機器の発展に伴い、測量装置の自動化が進み、又大量の測量データの処理が可能となっている。

又、カーナビゲータの様に、地図データを視覚的に観察できる装置も開発されている。

従来、測量データを視覚的に観察する方法としては、測量データを基に測量範囲の建物、地形の概略を作図して図形化して表示するか、或は平面的な地図を表示し、地図の主要部については別途撮像した画像をデータ化したものを有し、平面地図で主要部分が指示されると指示された部分の画像が表示される等であった。

上記した、測量データを視覚的に観察する方法としては、建物、地形の概略を作図して図形化したもの、平面的な地図で限られた部分のみ画像が表示されるものであるので、利用者が現実に認識している景色と表示される画像、測量データとはかけ離れており、認識している景色と表示される画像、測量データとを視覚的に結び付けることが難しいという問題を有していた。

特開平１１−３３７３３６号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、利用者が現実に認識している景色と表示される画像、測量データとの差異を少なくし、利用者が表示される画像から直感的に測量データの把握を可能としたものである。

本発明は、測量機による所定の範囲の標定点を含む複数の地点の３次元データと、デジタルカメラにより撮像した前記標定点を含む所定の範囲の画像と、前記標定点を含む複数の地点を連結したティンデータを作成し、前記ティンデータ上の標定点と前記画像上の標定点とを対応付け、その対応付けに基づき前記ティンデータを構成する三角網に前記画像をテクスチャマッピングして関連付け、前記ティンデータに演算を付すことにより前記テクスチャマッピングした画像の表示方法を変更する処理プログラムを備える測量データ処理システムに係り、又前記３次元データを得る測量機と、画像を得るデジタルカメラと、処理プログラムが一体に構成され、表示装置を備える測量データ処理システムに係り、又定められた測定範囲内に設定した標定点を測量し、及び測定範囲内を自動計測する測量機と、少なくとも前記測定範囲を前記標定点を含み撮像する撮像装置と、前記測定範囲を標定点、自動計測した測定点を基に三角網化したティンデータを作成し、該ティンデータに対して前記撮像装置で撮像した撮像画像を標定点を基準にテクスチャマッピングを行い重合させ、前記ティンデータに基づいてオルソ画像を作成するデータ処理装置とを具備した測量データ処理システムに係り、又前記ティンデータは、少なくとも各標定点の３次元データ、測定点の３次元データを含み、前記データ処理装置は標定点、測定点の３点で形成される３角形平面の座標演算式からオルソ画像上の任意の点の３次元データを演算する測量データ処理システムに係り、又前記ティンデータと撮像画像に基づき任意の位置からのオルソ画像を作成する測量データ処理システムに係り、又前記ティンデータと撮像画像に基づき任意の位置を投影中心とする立体画像を作成する測量データ処理システムに係り、又工事仕上データと施工データを比較し、施工作業に応じて色分けして表示する測量データ処理システムに係るものである。

又本発明は、少なくとも、交点の３次元データを具備するティンデータ、該ティンデータに重合可能な画像データを具備する施工データが記録された記憶媒体に係るものである。

又本発明は、表示部、演算制御部、画像再現プログラムを有する記憶部を少なくとも具備し、少なくとも交点の３次元データを具備するティンデータ、該ティンデータに重合可能な画像データで構成される施工データを基に、前記演算制御部はティンデータと画像データとの重合画像を前記表示部に表示可能な表示装置に係り、更に又前記演算制御部は、前記画像再現プログラムにより施工データを基に前記重合画像に於ける任意の位置を投影中心とする立体画像を作成し、前記表示部に立体画像を表示する表示装置に係るものである。

本発明によれば、定められた測定範囲内に設定した標定点を測量し、及び測定範囲内を自動計測する測量機と、少なくとも前記測定範囲を前記標定点を含み撮像する撮像装置と、前記測定範囲を標定点、自動計測した測定点を基に三角網化したティンデータを作成し、該ティンデータに対して前記撮像装置で撮像した撮像画像を標定点を基準にテクスチャマッピングを行い重合させ、前記ティンデータに基づいてオルソ画像を作成するデータ処理装置とを具備したので、重合されたデータは測定範囲の画像データと、測定範囲の測量データを含み、画像中任意の点の測量データを求めることが可能となる。

又本発明によれば、前記ティンデータは、少なくとも各標定点の３次元データ、測定点の３次元データを含み、前記データ処理装置は標定点、測定点の３点で形成される３角形平面の座標演算式からオルソ画像上の任意の点の３次元データを演算するので、任意の点を視覚的に判別できると共に任意の点の測量データを取得することが可能となる。

又本発明によれば、前記ティンデータと撮像画像に基づき任意の位置を投影中心とする立体画像を作成するので、測量データを視覚的に判断できる。

又本発明によれば、少なくとも、交点の３次元データを具備するティンデータ、該ティンデータに重合可能な画像データを具備する施工データが記録されたので、施工データの使用が汎用化し、又取扱いが簡便である。

又本発明によれば、表示部、演算制御部、画像再現プログラムを有する記憶部を少なくとも具備し、少なくとも交点の３次元データを具備するティンデータ、該ティンデータに重合可能な画像データで構成される施工データを基に、前記演算制御部はティンデータと画像データとの重合画像を前記表示部に表示可能であり、又前記演算制御部は、前記画像再現プログラムにより施工データを基に前記重合画像に於ける任意の位置を投影中心とする立体画像を作成し、前記表示部に立体画像を表示するので、施工データの使用が汎用化し、又測量データを画像と共に認識でき、又利用者の視点で立体画像が表示されるので、視認性が向上する等の優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１により、本発明に係る測量データ処理システムの概略構成を説明する。

測量データ処理システムは、主に測距し、水平角、上下（鉛直）角を測角する測量機１、例えばトータルステーション（ＴＳ）、デジタルカメラ等の撮像装置２、パーソナルコンピュータ等のデータ処理装置３、データ表示装置４、磁気記憶媒体、半導体記憶媒体、光記憶媒体等の記憶媒体５を具備している。

前記測量機１は所要範囲についての測距、測角の測量を行い、測量データは前記記憶媒体５に記録され、該記憶媒体５の測量データは前記データ処理装置３に入力される。又、前記撮像装置２は測量範囲を撮像し、画像データ（デジタル）を前記記憶媒体５に記録する。該記憶媒体５に記録された画像データは前記データ処理装置３に入力される。該データ処理装置３は画像データと測量データとを合成し、測量データ付画像データにデータ処理し、前記記憶媒体５に記録する。前記表示装置４は前記記憶媒体５に記録されたデータを基に測量データ付画像データを表示する。

利用者は、画像を立体画像として、表示させ、或は画像中の任意の位置に関する測量データを取出すことができる。

以下、具体的に説明する。

図２は本発明で使用される、測量機１の一例を示している。

図２中、１１は制御演算部を示し、該制御演算部１１には測距部１２、鉛直角測角部１３、水平角測角部１４、記憶部１５、操作・入力部１６、表示部１７、入出力部１８が電気的に接続されている。

前記測距部１２は発光部１９、受光部２１を有し、前記発光部１９からは投光光学系２２を介して測距光２５が測定対象物（ターゲット）２４に向け照射され、該測定対象物２４から反射された測距反射光２６は受光光学系２３を介して前記受光部２１に受光され、該受光部２１から発せられる受光信号を基に前記測定対象物２４迄の距離が測定される。又、少なくとも前記発光部１９、前記受光部２１、前記投光光学系２２、前記受光光学系２３は、水平方向及び鉛直方向に回転可能に支持され、水平角、鉛直角は前記鉛直角測角部１３、前記水平角測角部１４によって測定され、測定結果は前記制御演算部１１に入力される様になっている。

前記記憶部１５は測距、測角をする為に必要な、シーケンスプログラム、演算プログラムを格納するプログラム格納部、測距、測角データを記憶するデータ格納部を有している。前記操作・入力部１６からは測距を開始するのに必要な条件、測距開始の指令等を入力し、又前記表示部１７には測定条件、測定の進行状態、測定結果等が表示される。

前記入出力部１８は、外部機器との接続、外部機器との信号の送受信を制御するものであり、例えば前記記憶媒体５へのデータの書込み、該記憶媒体５に記録されたデータの読込みを行う。

前記撮像装置２は、デジタルカメラ等であり、撮像画面をデジタル信号化してメモリカード等の前記記憶媒体５に記録、或は外部に対して信号出力が可能である。

図３で示す様に、前記データ処理装置３は、入出力部２７、入出力制御部２８、演算制御部（ＣＰＵ）２９、ハードディスク等の記憶部３１、液晶ディスプレイ等の表示部３２、キーボード等の入力部３３等を具備する。

前記入出力部２７は、前記記憶媒体５に記録されたデータの読込み、該記憶媒体５へのデータの書込みを行い、前記入出力制御部２８を介して前記演算制御部２９との間でデータの授受が行われる。

又、前記記憶部３１には、ティンデータと撮像画像とを重合し、ティンデータが重合された撮像画像（一点透視画像）（図５参照）を正射投影画像（オルソ画像）に変換する、或はオルソ画像から一点透視画像に変換する等の画像処理を行う画像処理プログラム３４、測量データに画像データをテクスチャマッピングする等のデータ処理を行うデータ処理プログラム３５、前記画像データと測量データとの合成データから画像上の任意の点の測量データをメッシュデータの内挿により求める測量データ演算プログラム３６、任意の方向から見た画像を演算する画像再現プログラム３７等のプログラムが格納され、又、前記入出力制御部２８からのデータ、前記演算制御部２９で演算された演算データ等のデータを格納するデータ格納部３８を有している。

前記入力部３３からの入力で上記した各種プログラムが起動され、演算の実行が行われ、例えば前記表示部３２には、測量データに画像データをテクスチャマッピングされた画像が表示される。又、画像中で任意の点を指示すると、前記測量データ演算プログラム３６が起動され、指示点の位置データ、標高、傾斜等のデータが演算され表示される。

図４で示す様に、前記表示装置４は、入出力部４１、入出力制御部４２、演算制御部（ＣＰＵ）４３、ハードディスク等の記憶部４４、液晶表示部等の表示部４５、キーボード等の操作部４６等を具備する。

前記入出力部４１は、前記記憶媒体５に記録されたデータの読込みを行い、前記入出力制御部４２を介して前記演算制御部４３にデータを送信する。前記記憶部４４には、前記記憶媒体５から読込んだデータを一時的に格納するデータ格納部４７、ティンデータが重合された撮像画像５１（一点透視画像）（図５（Ａ）参照）を正射投影画像５２（オルソ画像）（図５（Ｂ）参照）に変換する、或はオルソ画像から一点透視画像に変換する等の画像処理を行う画像処理プログラム４８、画像データと測量データとの合成データから画像上の任意の点の測量データを演算する測量データ演算プログラム４９、任意の方向から見た画像を演算する画像再現プログラム５０等が格納されている。

前記操作部４６からの入力で上記プログラムが起動され、例えば前記表示部４５には、データ処理された画像が表示され、画像中で任意の点を指示すると、測量データ演算プログラム４９が起動され、指示点の位置データ、標高、傾斜等のデータが演算され表示される。或は、画像に対して視線方向を指示すると視線方向から見た立体画像が前記表示部４５に表示される。

上記測量データ処理システムに於ける電子地図の作製について図８を参照して説明する。

先ず、測量機（ＴＳ）１により測量を行う測定範囲５５を設定し（ＳＴＥＰ：０１）、該測定範囲５５内で基準点（標定点）を決定し（ＳＴＥＰ：０２）、基準点にターゲット２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅを設置し（ＳＴＥＰ：０３）、前記測量機１により前記ターゲット２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅについて計測する（ＳＴＥＰ：０４）（図６参照）。

更に、前記測定範囲５５内を所定間隔で測定点（図７参照、図中交点が全て測定点を示す）を自動計測する（ＳＴＥＰ：０５）。

測定点のデータ、測距、水平角、鉛直角のデータは前記入出力部１８を介して前記記憶媒体５に記録され、該記憶媒体５を介して測定データは前記データ処理装置３に入力することができる。

前記記憶媒体５を前記測量機１から取出し、前記データ処理装置３の前記入出力部２７に装填することで、前記記憶媒体５の測量データが読込まれ、前記データ格納部３８に施工データとして格納される。

前記データ処理プログラム３５が起動され、測量データは、前記測定点を頂点として連結され３角形平面の集合体である様にティン（ＴＩＮ：不定形三角網）化されたティンデータ５７に変換される（図７（Ａ）参照）（ＳＴＥＰ：０６）。ここで、測量機１により測定した測定点を座標上に図示した場合、測定点が示す位置は正射投影画像中に表示される位置と等価となる。

又、上記した各測定点は、平面位置と高さの３次元データを有しており、３点の測定点を頂点とする３角形平面を表す座標演算式が、３点の測定点の３次元データに基づき演算でき、該３角形平面内の任意の位置の３次元データが前記座標演算式から演算することができる。該座標演算式については、例えば、本出願人が先に出願した特願２００２−３３０１３０に説明されている。

而して、ティン化された全ての３角形平面についての座標演算式を求めることで、測定範囲内の任意の点の３次元データを内挿により求めることが可能となる。

前記ティンデータ５７及び３角形平面（以下メッシュと称す）を表す座標演算式が、測量データと共に施工データとして前記データ格納部３８に格納される。

又、前記標定点が設置されている状態で、前記測定範囲５５を含む様に前記撮像装置２により撮像し、撮像画像５１を得る（ＳＴＥＰ：０７）。従って、該撮像画像５１には前記標定点が写されている。尚、該撮像画像５１は航空写真、或は一般的な人の視線方向からの写真であることが好ましい。又、複数方向からの撮像画像５１を取得すると、不足したオクルージョンによる画像データを補うことができる。

前記撮像画像５１はデジタル画像データとして出力され、画像データは前記記憶媒体５に記録される。該記憶媒体５が前記撮像装置２から取出され、前記データ処理装置３に装填される。前記記憶媒体５を介して画像データが、前記データ処理装置３に入力される。

前記記憶媒体５が前記データ処理装置３の前記入出力部２７に装填されることで、前記記憶媒体５の画像データが読込まれ、前記データ格納部３８に格納される。

前記画像処理プログラム３５が起動され、前記測量機１で測定された基準点（標定点）と撮像画像上の標定点を対応させ、それに基づき各ティン（三角網）に対応する画像をテクスチャマッピングして画像が重合された測量データを作成する。テクスチャマッピングした測量データに基づいてオルソ画像に展開される（ＳＴＥＰ：０９，ＳＴＥＰ：１０）。この時画像はティンの拡張、縮小に応じて拡張、縮小することになる。又、変換された前記撮像画像５１は、前記ティンデータ５７の図内の点と１対１に対応することになる（図７参照）。

重合画像５８内の任意な点を指定すると、任意な点が属するメッシュが特定され、該メッシュの座標演算式より任意の位置から見た３次元データを演算することができる。即ち、該重合画像５８は３次元データを含む画像となっている。

又、前記データ格納部３８に於いて、前記ティンデータ５７と、撮像画像５１とは、測定範囲毎に、或は測定範囲内のメッシュ毎に撮像画像５１とティンデータ５７とをリンクさせてもよい。リンクの方法は、ティンデータ５７と撮像画像５１とを別の記憶領域に格納し、管理データによりリンクさせてもよく、メッシュ毎に格納領域を区別し、区別した格納領域にティンデータ５７の１つのメッシュに関するデータ、撮像画像５１の１つのメッシュに対応する画像データを格納してもよい（ＳＴＥＰ：１１）。

又、重合画像５８そのものを、前記表示部３２に表示することができ、表示画面上で任意の位置を示すことで、該任意の位置についての３次元データ、即ち測量データを表示することが可能である。更に、上記した様に、施工データには画像データと、３次元データが含まれており、前記画像再現プログラム３７を起動し、施工データ内の所定位置を設定すると、該所定位置から見たオルソ画像が演算できる。更に、オルソ画像を前記所定位置を中心とする中心投影図（撮像画像）に逆変換することで、立体画像が演算でき、該立体画像を前記表示部３２に表示することができる。

又、ＳＴＥＰ：１２で関連付けされたデータ（施工データ）を前記記憶媒体５に書込むことで、施工データを前記表示装置４で利用することができる。即ち、前記記憶媒体５は電子施工データとして利用できる。

該記憶媒体５を前記データ処理装置３から取出し、前記表示装置４の前記入出力部４１に装填する。該入出力部４１は、前記記憶媒体５から施工データを読込み、画像処理プログラム４８、測量データ演算プログラム４９、画像再現プログラム５０が起動されることで、前記表示部４５に重合画像５８を表示させることができ、又重合画像５８中の任意の位置での測量データを演算させ、表示させることができる。

又、上記した様に任意の点からの立体画像を演算し、立体画像を前記表示部４５に表示することができる。

又、表示装置４をカーナビゲータの様に、ＧＰＳ位置測定システムを利用して、表示装置４の現在位置が入力できる様にすれば、現在位置を視点（投影中心）とする立体画像を前記表示部４５に表示できる。而して、現在位置を視点とする立体画像をリアルタイムで表示することが可能である。

尚、画像処理プログラム４８、測量データ演算プログラム４９、画像再現プログラム５０を、前記測量機１の前記記憶部１５に格納させれば、施工データ（電子地図）が記録された前記記憶媒体５を前記入出力部１８に装填することで、前記測量機１の表示部１７に前記重合画像５８、立体画像を表示させることが可能である。又、前記測量機１の記憶部１５に、前記記憶部３１と同様なプログラムを格納することで、測量機１自体で施工データを作成することも可能である。

次に、ティン化により求めたティンデータ（３次元データ、即ち測量データ）或は、測量データに画像データが合成された施工データを基に土木工事等を施工する場合について図９により説明する。

土木工事の進行に伴い、工事を実施して得られる工事実施データを逐次記録、蓄積し、仕上データとして取得する。

土木工事の仕上データを施工データと比較し、比較した結果を表示装置４に表示させる。図９は、比較した結果の不良施工部分、未施工部分が表示された施工工事画像５９を示している。仕上データと施工データとを比較演算することで、不良施工部分、未施工部分の修正作業が堀削作業であるか土盛作業であるかが判別でき、作業者に堀削作業であるか土盛作業であるかの作業の別或は作業範囲を画像として認知させることができる。

施工データの表示の方法としては、施工範囲を示すと共に施工範囲が堀削作業であるか土盛作業であるかを合せて表示する。例えば視覚的に認知できる様、堀削範囲６１と土盛範囲６２とを色分けして表示する等である。

尚、前記測量機１、前記撮像装置２、前記データ処理装置３、前記表示装置４間のデータの授受を前記記憶媒体５を介して行ったが、ケーブルで接続しケーブルを介してデータの授受を行ってもよく、或は無線ＬＡＮ等の通信手段でデータの授受を行ってもよい。更に、大量のデータを処理する場合は、記憶媒体５の代りにＨＤＤの様に大量容量の記憶装置を有するデータコレクタを用いてもよい。

本発明の実施の形態を示す概略構成図である。 該実施の形態の測量機の概略構成図である。 該実施の形態のデータ処理装置の概略構成図である。 該実施の形態の表示装置の概略構成図である。 撮像画像とオルソ画像との関係を示す説明図である。 該実施の形態に於ける測定範囲と測量機、撮像装置との関係を示す説明図である。 ティンデータ、撮像画像、オルソ画像の画像処理を示す説明図である。 測量データ処理システムに於けるデータ処理のフローチャートである。 土木施工データに仕上データを重合させた一例を示す図である。

符号の説明

１ 測量機
２ 撮像装置
３ データ処理装置
４ 表示装置
５ 記憶媒体
１１ 制御演算部
１２ 測距部
１３ 鉛直角測角部
１４ 水平角測角部
１５ 記憶部
１８ 入出力部
２７ 入出力部
２９ 演算制御部
３１ 記憶部
３２ 表示部
４１ 入出力部
４３ 演算制御部
４４ 記憶部
４５ 表示部

Claims (10)

1. 測量機による所定の範囲の標定点を含む複数の地点の３次元データと、デジタルカメラにより撮像した前記標定点を含む所定の範囲の画像と、前記標定点を含む複数の地点を連結したティンデータを作成し、前記ティンデータ上の標定点と前記画像上の標定点とを対応付け、その対応付けに基づき前記ティンデータを構成する三角網に前記画像をテクスチャマッピングして関連付け、前記ティンデータに演算を付すことにより前記テクスチャマッピングした画像の表示方法を変更する処理プログラムを備えることを特徴とする測量データ処理システム。
2. 前記３次元データを得る測量機と、画像を得るデジタルカメラと、処理プログラムが一体に構成され、表示装置を備える請求項１の測量データ処理システム。
3. 定められた測定範囲内に設定した標定点を測量し、及び測定範囲内を自動計測する測量機と、少なくとも前記測定範囲を前記標定点を含み撮像する撮像装置と、前記測定範囲を標定点、自動計測した測定点を基に三角網化したティンデータを作成し、該ティンデータに対して前記撮像装置で撮像した撮像画像を標定点を基準にテクスチャマッピングを行い重合させ、前記ティンデータに基づいてオルソ画像を作成するデータ処理装置とを具備したことを特徴とする測量データ処理システム。
4. 前記ティンデータは、少なくとも各標定点の３次元データ、測定点の３次元データを含み、前記データ処理装置は標定点、測定点の３点で形成される３角形平面の座標演算式からオルソ画像上の任意の点の３次元データを演算する請求項３の測量データ処理システム。
5. 前記ティンデータと撮像画像に基づき任意の位置からのオルソ画像を作成する請求項４の測量データ処理システム。
6. 前記ティンデータと撮像画像に基づき任意の位置を投影中心とする立体画像を作成する請求項４の測量データ処理システム。
7. 少なくとも、交点の３次元データを具備するティンデータ、該ティンデータに重合可能な画像データを具備する施工データが記録されたことを特徴とする記憶媒体。
8. 表示部、演算制御部、画像再現プログラムを有する記憶部を少なくとも具備し、少なくとも交点の３次元データを具備するティンデータ、該ティンデータに重合可能な画像データで構成される施工データを基に、前記演算制御部はティンデータと画像データとの重合画像を前記表示部に表示可能なことを特徴とする表示装置。
9. 前記演算制御部は、前記画像再現プログラムにより施工データを基に前記重合画像に於ける任意の位置を投影中心とする立体画像を作成し、前記表示部に立体画像を表示する請求項８の表示装置。
10. 工事仕上データと施工データを比較し、施工作業に応じて色分けして表示する請求項３の測量データ処理システム。

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