JP2008014653A - 測量機 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラを備えた測量機において、測点周辺のステレオ画像を撮影し、その外部評定要素を簡易に得る。
【解決手段】視準望遠鏡の視準線Ｌ０と平行な光軸Ｌ１を有するデジタルスチルカメラを測量機１０の回転部３０に一体的に設ける。回転部３０を測量機本体３１により水平軸Ｌhの周りに回転自在に保持する。台座部３２により、測量機本体３１を鉛直軸Ｌpの周りに回転自在に保持する。測量目標に正観測で視準して測量を行うとともに、デジタルスチルカメラで測点の周りの風景を第１画像として撮影する。その後測量機１０の回転部３０を水平軸Ｌh、鉛直軸Ｌpの周りにそれぞれ１８０°回転して、同一測点に対して反観測を行うとともに、測点の周りの風景を第２画像として撮影する。光軸Ｌ１の視準線Ｌ０に対するオフセット値および測点への視準方向から、第１および第２画像からなるステレオ画像の外部評定要素を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、測量現場の写真を撮影するためのカメラを備えた測量機に関する。

従来測量においては、測点（測量目標）を含む周囲の風景を撮影し、撮影された画像を測定データと共に保存することがある。測量現場の写真は、例えば通常のカメラを用いて撮影される場合もあるが、測量機内に内蔵された撮像装置を用いて測点毎に周辺画像を撮影するものもある（特許文献１）。
特開平１１−３３７３３６号公報

しかし、撮影された画像を後日参照する場合、測量が行われた測点の位置は測量データから把握できるが、測点の周囲に写り込んでいる地物が測点に対して後方に位置するのか前方に位置するのか撮影画像だけでは把握できない場合がある。したがって、測点の周囲に写り込んでいる地物の測点に対する位置関係を把握する必要がある場合、測量現場に再度出掛けて行って確認する必要がある。

本発明は、カメラを備えた測量機において、測点周辺のステレオ画像を撮影し、その外部評定要素を簡易に得ることを課題としている。

本発明に係る測量機は、水平軸および鉛直軸周りに回転自在な視準望遠鏡と、視準望遠鏡とともに一体的に回転され、視準望遠鏡の視準線と異なる光軸を備える撮像装置と、正観測時および反観測時に撮像装置で撮像されたステレオ画像の外部評定要素を視準線に対する光軸の配置および正観測時および反観測時の視準方向から算出する外部評定要素算出手段とを備えたことを特徴としている。

光軸は視準線に対して平行であることが好ましい。また、光軸の視準線に対する偏角を記憶する手段を備えることが好ましく、外部評定要素算出手段は偏角に基づいて外部評定要素を算出することが好ましい。

ステレオ画像の画像データと外部評定要素とが関連づけて記録媒体に記録されることが好ましい。このとき、更にステレオ画像の画像データと測点の測量データとが関連づけて記録媒体に記録される。

以上のように、本発明によれば、カメラを備えた測量機において、測点周辺のステレオ画像を撮影し、その外部評定要素を簡易に得ることができる。

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カメラを備えた測量機の構成を示すブロック図である。また、図２は、本実施形態の測量機の外観を示す斜視図である。以下図１および図２を参照して本実施形態の測量機の構造について説明する。

測量機１０は例えばトータルステーションやセオドライト等、水平軸および鉛直軸に対して１８０°以上回転可能な測量機であればよいが、以下の説明ではトータルステーションを例に説明を行う。

測量機１０は、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θa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転自在である。すなわち、視準望遠鏡１７は、回転部に３０に設けられ、回転部３０は水平軸Ｌhを回転軸として、測量機本体３１によって両側から回転自在に保持される。また、測量機本体３１は、台座部３２の上に装置され、鉛直軸Ｌpの周りに回転自在に保持される。

なお、測量機本体３１によって回転部３０を鉛直軸Ｌpの周りに回転自在に保持し、測量機本体３１を台座部３２に対して水平軸Ｌhの周りに回転自在に保持するような構成とすることも可能である。

水平軸Ｌhと鉛直軸Ｌpとは点Ｏ_Ｓにおいて直交し、視準望遠鏡１７の光軸（視準線）Ｌ０は視準原点Ｏ_Ｓを通る。対物レンズ系ＬＳ１の光軸Ｌ０は、例えばプリズムＰＳにおいて２分され、一方は接眼レンズ系ＬＳ２に導かれ他方は測距部１１に導かれる。測距部１１では視準された測点までの斜距離等が、例えば光波測距等により検出され、測角部１２ではこのときの水平角θh、高度角θp等が検出される。

測距部１１では視準された測点までの斜距離等が例えば光波測距等により検出され、測角部１２ではこのときの水平角θh、高度角θa等を検出される。測距部１１及び測角部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。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。

また、測量機１０の回転部３０にはデジタルスチルカメラ２０が一体的に備えられる。デジタルスチルカメラ２０は、撮像光学系ＬＳ３およびＣＣＤ等の撮像素子を含む撮像部１８から構成される。撮像光学系ＬＳ３の光軸Ｌ１は、例えば視準望遠鏡１７の視準線Ｌ０に平行に配置され、撮像部１８では撮像光学系ＬＳ３を介して視準方向の画像を撮像することができる。撮像部１８において取得された画像データは、システムコントロール回路１３に転送され、画像モニタ１４に表示されるとともに、ＩＣカードなど着脱可能な記録媒体１５に記録することができる。

なお、システムコントロール回路１３には、この他にも、操作パネル１９に設けられたスイッチ類やＬＣＤなどの表示器が接続されている。また、システムコントロール回路１３には、インターフェース回路１６も接続されており、インターフェース回路１６を介して、データコレクタ（図示せず）やコンピュータ（図示せず）等の周辺機器に測量データや画像データを出力可能である。

次ぎに、図３を参照して本実施形態における測点周辺のステレオ画像の撮影方法について説明する。なお図３は、測量機１０に設けられたデジタルスチルカメラ２０を用いたステレオ画像撮影の原理を説明する模式図である。

本実施形態では、まず測量機１０により測点ＰＭの正観測が行なわれるとともに、デジタルスチルカメラ２０において測点ＰＭを含む周辺の風景が第１画像として撮影される。その後、視準望遠鏡１７とデジタルスチルカメラ２０は、水平軸Ｌhおよび鉛直軸Ｌpの周りにそれぞれ１８０°回転され、測点ＰＭの反観測が行われ、測点ＰＭを含む周辺の風景が第２画像として撮影される。図４に反観測時の測量機１０の外観を示す（なお、図２は正観測時の外観に対応する）。

本実施形態の測量機１０に設けられたデジタルスチルカメラ２０の光軸Ｌ１は、視準線Ｌ０と一致しておらず、オフセット値Ｄv、Ｄhをもって視準線Ｌ０からずれていることから、正観測のときと反観測のときとでは光軸Ｌ１の位置が異なることとなる。これにより、第１画像および第２画像は視点の異なる一対のステレオ画像となる。

また、視準望遠鏡１７に対するデジタルスチルカメラ２０の位置は既知であるため、正観測、反観測を行ったときにおけるデジタルスチルカメラ２０の位置関係も測量機１０において算出可能なので、ステレオ撮影における外部評定要素（カメラの位置および光軸の方向）を直ちに得ることができる。

次に図５のフローチャートを参照して、本実施形態の測量機１０を用いて測点周辺のステレオ画像を撮影する際の測量手順について説明する。なお、ステレオ画像の撮影は、例えばステレオ画像撮影モードを設定して測量を行うことにより行われる。

ステップＳ１０１では、測量機１０の始業点検調整が行われる。このとき例えば、視準望遠鏡１７の視準軸Ｌ０に対するデジタルスチルカメラ２０の光軸Ｌ１の偏角などが求められ、記録される。ステップＳ１０３では、ユーザにより測量目標である測点ＰＭへの視準が行われる。

ステップＳ１０５では、視準望遠鏡１７が正観測で用いられているか否かが判定され、正観測の場合はステップＳ１０７において測距、測角が行われ、ステップＳ１２１において計測された測点ＰＭの測量データ（斜距離、水平角θh、高度角θa）が例えば記録媒体１５などに記録される。

一方ステップＳ１０５において視準望遠鏡１７が正観測で用いられていない（反観測である）と判定された場合には、ステップＳ１０９において測角のみが行われ、ステップＳ１２１において、計測された水平角θh、高度角θaが例えば記録媒体１５などに記録される。

ステップＳ１２３では、デジタルスチルカメラ２０の撮像部１８において、視準方向の画像が（測点ＰＭ周辺の画像）が撮像され、ステップＳ１２５において、撮影された画像が、画像モニタ１４に表示される。画像モニタ１４に表示された画像の画像データは、ステップＳ１２７において例えば記録媒体１５に記録される。

ステップＳ１２９では、視準望遠境１７による正観測、反観測が終了したか否かが判定される。終了していないと判定された場合（例えば正観測のみ終了している場合）には、処理はステップＳ１０３に戻り、視準望遠鏡１７を水平軸Ｌh、鉛直軸Ｌpの周りにそれぞれ１８０°回転させて同様の処理が繰り返される（反観測が行われる）。これにより、ステップＳ１２３〜Ｓ１２７において、正観測、反観測時にそれぞれ対応する第１画像および第２画像が撮像され、記録媒体１５に記録される。

ステップＳ１２９において、正観測および反観測がそれぞれ終了していると判定された場合には、処理はステップＳ１３１に移り、正観測時、反観測時に撮影された第１画像および第２画像についての外部評定要素が確定される。すなわち、始業時点検で得られた視準線Ｌ０に対する撮像光学系の光軸Ｌ１の偏角や、予め計測されＲＯＭ等のメモリ（図示せず）に記録された視準線Ｌ０に対する撮像光学系の光軸Ｌ１のオフセット値Ｄv、Ｄhおよび正観測、反観測時の水平角θh、高度角θaなどから外部評定要素がシステムコントロール回路１３において算出され記録媒体１５等に記録される。

なおこのとき、外部評要素は、例えば第１及び第２画像の画像データ（ステレオ画像データ）と関連づけて記録され、また、第１及び第２画像の画像データは、測点に関する測量データと関連付けて記録される。なお、この関連づけは、例えばファイル名やファイルのヘッダ領域への書き込みなどにより行われる。

ステップＳ１３３では、ステレオマッチングを行い、第１画像および第２画像において任意に指定された対象点Ｐ（図３参照）の３次元座標が、ステップＳ１３１において確定された外部評定要素から３次元解析計算により計算され、この一連の手続きは終了する。

なお、ステップＳ１３３の処理は、例えばインターフェース回路１６を介して測量データ、第１および第２画像データ、外部評定要素をコンピュータに転送してコンピュータにおいて処理するのが好ましい。また、誤差が小さいときや、要求される精度が低い場合には偏角に基づく補正を省くこともできる。

以上のように、本実施形態によれば、測量機において、測点周辺のステレオ画像を撮影し、その外部評定要素を簡易に得ることができるため、撮影された画像を後日参照する場合、測点の周囲に写り込んでいる地物の測点に対する位置を簡易に把握することができる。

本発明の一実施形態である測量機のブロック図である。 測量機の正観測時における外観を示す斜視図である。 正観測、反観測を用いたステレオ画像の撮影の原理を説明する模式図である。 測量機の反観測時における外観を示す斜視図である。 本実施形態の測量機において、測量とともにステレオ画像の撮影を行う場合の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 測量機
１１ 測距部
１２ 測角部
１３ システムコントロール回路
１５ 記録媒体
１７ 視準望遠鏡
１８ 撮像部
２０ 三角プリズム
１８ 第３反射面一体プリズム
２０ デジタルスチルカメラ
３０ 回転部
３１ 測量機本体
３２ 台座部
Ｌ０ 視準線
Ｌ１ 撮像光学系の光軸
Ｌh 水平軸
Ｌp 鉛直軸

Claims (5)

1. 水平軸および鉛直軸周りに回転自在な視準望遠鏡と、
   前記視準望遠鏡とともに一体的に回転され、前記視準望遠鏡の視準線と異なる光軸を備える撮像装置と、
   正観測時および反観測時に前記撮像装置で撮像されたステレオ画像の外部評定要素を前記視準線に対する前記光軸の配置および前記正観測時および前記反観測時の視準方向から算出する外部評定要素算出手段と
   を備えることを特徴とする測量機。
2. 前記光軸が前記視準線に対して平行であることを特徴とする請求項１に記載の測量機。
3. 前記光軸の前記視準線に対する偏角を記憶する手段を備え、前記外部評定要素算出手段は前記偏角に基づいて前記外部評定要素を算出することを特徴とする請求項２に記載の測量機。
4. 前記ステレオ画像の画像データと前記外部評定要素とが関連づけて記録媒体に記録されることを特徴とする請求項１に記載の測量機。
5. 前記ステレオ画像の画像データと測点の測量データとが関連づけて記録媒体に記録されることを特徴とする請求項４に記載の測量機。

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