JP2008014682A - 測量機 - Google Patents

Abstract

【課題】望遠鏡とデジタルカメラとの光軸のずれを考慮しながら測量機が備える画面上における正確な測量目標点の位置を演算し、正確な測量目標点を示すポイントマークを画像に合成して記録媒体に記録する測量機を提供する。
【解決手段】測量目標点３４は測量対象物３３に対し視準されている。撮像光学系３８の光軸３６と望遠光学系３９の光軸３７とは一致していないため、カメラ表示装置に表示される画像の中心点は、望遠光学系３９の光軸３７上に存在する測量目標点３４と一致しない。画像上における中心点と測量目標点３４との水平方向におけるずれ量をｄＨＬｐ、鉛直方向におけるずれ量をｄＶＬｐとして算出し、求められる水平方向及び鉛直方向におけるずれ量を、画像の中心点からそれぞれ移動した位置が画像上における測量目標点３４の位置となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、特にデジタルカメラを備える測量機に関する。

測量機、例えばトータルステーションは、望遠鏡内に設けられた光波測距儀を用いて測量対象物に対し測量目標点を視準して測量対象物に対する測量を行う。測量は、光波測距儀の測距原点から測量目標点までの距離を測定することを目的として、トータルステーションから測量対象物にレーザ光を照射し反射光を観測することによって行われる。

トータルステーションにはデジタルカメラを備えるものがある。デジタルカメラは望遠鏡よりも画角の広いレンズを備え、測量目標点を中心とした周辺画像を撮像してトータルステーションが備える画面に表示する。使用者は画面に表示された画像を参照してトータルステーションを測量対象物の概略方向へ向け、詳細な視準は望遠鏡を用いて行う。視準は望遠鏡の望遠光学系の光軸上に置かれた測量目標点を測量対象物に一致させることにより行われる。測量後、デジタルカメラは測量対象物とその周辺を撮像して得られた画像をトータルステーションが備える記録媒体に記録画像として記録する。

測量をノンプリズムモードで行うときには、反射プリズム等の機器を使用せず、トータルステーションが測量対象物に直接照射したレーザ光の反射光を受光する。ノンプリズムモードは、測量対象物に反射プリズム等を設置する必要がないため、反射プリズムを設置することが出来ない地物や構造物の角を測量するときに用いられる。これらの測量対象物を測定したときには、測量対象物の形状から、測量後に画面又は記録画像を目視確認しても測量目標点を特定することが困難なことがあるため、画面上に測量済みの測量目標点を表示する構成が知られている（特許文献１）。
特開２００４−３４０７３６号公報

ところで、上記特許文献１のように、望遠鏡光学系に入射する光束を分岐させて測量対象物を撮像する構成のトータルステーションは、光学系の構造が複雑かつコスト高となる上、望遠鏡の観察像、デジタルカメラの撮像画像ともに暗くなるという欠点がある。そこで、望遠鏡の望遠光学系とデジタルカメラの撮像光学系とを独立して設けることが考えられる。

しかし、望遠鏡の望遠光学系とデジタルカメラの撮像光学系とを独立して設けると、撮像光学系と望遠光学系との光軸が一致しないため、望遠鏡により観察される周辺画像とデジタルカメラが撮像する画像との中心は一致しない。そのため、望遠光学系の光軸に置かれる測量目標点は、画面に表示されるデジタルカメラにより撮像された画像の中心とならない（いわゆるパララックスが生じる）。そのため画像上において測量目標点を正確に特定することが出来ない。

本発明は、望遠光学系と撮像光学系とがそれぞれ独立して設けられ、かつ撮像画像上における正確な測量目標点の位置を把握できる測量機を提供することを目的とする。

本発明による測量機は、測量対象物に対して測量目標点を視準する望遠鏡と、デジタルカメラと、測量目標点までの距離を測定する測距手段とを備え、デジタルカメラの撮像光学系と望遠鏡の望遠光学系とが夫々独立して設けられ、デジタルカメラが撮像した画像上における測量目標点の位置を演算する演算手段を備えることを特徴とする。

演算手段は、撮像光学系の光軸と観察光学系の光軸との距離と測距手段により測定された測量対象物までの距離とから、デジタルカメラが撮像した画像上における測量目標点の位置を演算することが望ましい。

デジタルカメラが撮像した画像に、演算手段により求められた測量目標点を示すポイントマークを合成することが好ましい。

測量機は表示部を備え、デジタルカメラが撮像した画像に演算手段により求められた測量目標点を示すポイントマークを合成した画像を表示部に表示すればなお良い。

測量機は画像データを記録媒体へ書き込み可能に構成され、デジタルカメラが撮像した画像に演算手段により求められた測量目標点を示すポイントマークを合成した画像データは、記録媒体に記録されることが好ましい。

本発明は、望遠鏡の望遠光学系とデジタルカメラの撮像光学系との光軸のずれを考慮しながら測量機が備える画面上における正確な測量目標点の位置を演算し、正確な測量目標点を示すポイントマークを画像に合成して記録媒体に記録する測量機を提供する。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１、図２、及び図４を用いて、本発明の実施形態によるトータルステーションの構成を説明する。

トータルステーション１００は、測距儀１１０とデジタルカメラ１２０とから構成される。測距儀１１０には望遠光学系３９を有する望遠鏡１１１が設けられる。使用者は望遠光学系３９を用いて測量対象物３３に対して測量目標点３４を視準する。測量対象物３３は測量が行われる地物やコーナキューブ等をいい、測量目標点３４は視準を行うために望遠鏡の光軸上に設けられる一点をいう。デジタルカメラ１２０は撮像光学装置１２１により画像を撮像する。

視準した測量対象物３３に対し、使用者が入力装置１１５を操作してレーザ光を照射すると、レーザ光は測量対象物３３で反射して望遠鏡１１１に入射する。望遠鏡１１１に入射したレーザ光は光波測距儀１１２へ導かれて位相等の測定が行われる。測定された位相は一時的に測量記憶装置１１６へ記憶された後に測量制御装置１１３に転送され、測量制御装置１１３はトータルステーション１００から測量目標点３４までの距離を演算して算出する。測量制御装置１１３は、測量表示装置１１４にトータルステーション１００を操作するために必要な情報や測量結果等を表示する。トータルステーション１００の操作は入力装置１１５、例えばキーボードによって行われる。測量結果は測量データとしてデジタルカメラ１２０が備える記録媒体１２５に記録される。

デジタルカメラ１２０において、撮像光学装置１２１は撮像光学系３８を成すレンズやレンズから得られた光を電気信号に変換するＣＣＤ撮像素子等（図示しない）から構成される。撮像光学系３８の光軸３６は、撮像光学装置１２１に設けられるＣＣＤ撮像素子の有効画素領域の中心を通っており、撮像された画像の中心位置は撮像光学系３８の光軸３６の位置と一致する。

撮像光学系３８は望遠光学系３９とは独立した光学系を成す。独立して撮像光学系３８が設けられるため、望遠光学系３９は撮像のために光束を分岐させる必要がなく、光量が不足することはない。そのため、望遠光学系３９は測量対象物３３に対して良好な視認性を確保することが出来、撮像光学系３８は望遠光学系３９よりも広い画角を確保することが出来る。

撮像された画像はカメラ記憶装置１２４に一時的に記憶されてデジタルカメラ１２０が備えるカメラ制御装置１２２によって画像処理される。画像処理された画像は画像データとしてデジタルカメラ１２０が備えるカメラ表示装置１２３に表示され、記録媒体１２５に記録画像として記録される。記録媒体１２５はデジタルカメラ１２０に着脱自在に設けられる。デジタルカメラ１２０による撮影、すなわち撮像から記録までの一連の動作は測距儀１１０に設けられた入力装置１１５を使用者が操作することによって行われる。

次に図３及び図４を用いて記録画像にポイントマークを合成する処理について説明する。

ステップＳ２１１では、使用者は望遠光学系３９を使用して測量対象物３３に対して測量目標点３４を視準する。視準は、望遠光学系３９の光軸上に置かれた測量目標点３４を測量対象物３３に合わせることにより行う。次にステップＳ２１２において入力装置１１５、すなわち測定キーを操作し、ステップＳ２１３ではトータルステーション１００と測量対象物３３との間の距離Ｌの測定、つまり測距を行う。ステップＳ２１４では測量制御装置１１３からデジタルカメラ１２０が備えるカメラ制御装置１２２に撮影指示がなされる。

撮影指示を受けたカメラ制御装置１２２はステップＳ２１５において撮像を行う。撮像された画像データはステップＳ２１６でカメラ表示装置１２３に表示され、ステップＳ２１７で記録画像として記録媒体１２５に記録される。本実施形態における記録媒体１２５は、例えばＳＤカードなどの着脱自在な記録媒体が用いられる。

望遠光学系３９と撮像光学系３８とが独立して設けられるため、望遠光学系３９の光軸と撮像光学系３８の光軸との間にオフセット量（ｄＨＬ、ｄＶＬ）、すなわちパララックスが生じている。ステップＳ２１８においては、測量記憶装置１１６からオフセット量が読み出される。望遠鏡１１１とデジタルカメラ１２０はトータルステーション１００に固定されているため、オフセット量は既知の値であり、あらかじめ測量記憶装置１１６に記憶される。

ステップＳ２１９では、トータルステーション１００と測量目標点３４との距離Ｌ及びオフセット量から、記録画像上におけるポイントマークの位置を後述する方法により演算する。ポイントマークは記録画像上における正確な測量目標点３４の位置を示す画像であり、例えば十字形が用いられる。

ステップＳ２２０では演算されたポイントマークの位置に従い、記録画像にポイントマークを合成する。ポイントマークの画像生成および記録画像へのポイントマーク合成は、カメラ制御装置１２２内に設けられた図示しない画像処理回路が既知の画像合成方法を用いることにより行われる。

ステップＳ２２１では、ポイントマークを合成した記録画像を記憶媒体１２５に記録する。これにより本処理は終了する。

次に、図４及び５を用いて記録画像上におけるポイントマークの位置を演算する方法について説明する。図４は、撮像光学装置１２１の撮像光学系３８の光軸３６、望遠鏡１１１の望遠光学系３９の光軸３７、測量目標点３４、及び測量対象物３３との関係を模式的に示した図である。

トータルステーション１００（図１参照）においては、測量対象物３３に対し測量目標点３４が視準されている。測量目標点３４は、望遠鏡１１１が有する望遠光学系３９の光軸３７上に置かれる。ｄＨＬは撮像光学系３８の光軸３６と望遠光学系３９の光軸３７との水平方向におけるオフセット量であり、ｄＶＬは鉛直方向におけるオフセット量である。このオフセット量のため画像上におけるポイントマークと測量目標物との間にはずれが生じる。このずれの大きさをずれ量という。以下、ずれ量の算出方法について説明する。

水平方向のずれ量をｄＨＬｐと、鉛直方向のずれ量をｄＶＬｐと表す。各ずれ量は以下の式で表される。ずれ量の単位は画素数である。

ｄＨＬｐ＝（ＡｒｃＴａｎ（ｄＨＬ／Ｌ））／ＲＸｎθ
ｄＶＬｐ＝（ＡｒｃＴａｎ（ｄＶＬ／Ｌ））／ＲＹｎθ

ＲＸｎθ及びＲＹｎθはそれぞれ水平方向及び鉛直方向のＣＣＤ撮像素子一画素あたりの分解力を示す。分解力とは一画素あたりの画角を示す値であり、デジタルカメラ１２０が有するレンズの焦点距離から決定されるＣＣＤ撮像素子の画角を水平方向又は鉛直方向の画素数で除した値となる。

そして、この式から求められる水平方向及び鉛直方向におけるずれ量を、画像の中心点４１からそれぞれ移動した位置が画像上における測量目標点３４の位置となる。

すなわち、図５に示すように、画像の中心点４１からｄＨＬｐ及びｄＶＬｐを移動した位置にポイントマーク４２が表示される。これにより、測量後において使用者は正確な測量目標点３４の位置を認識することが可能となる。

以上説明したように、本発明の測量機は望遠鏡とデジタルカメラとが独立した撮像光学系を備えるため、望遠鏡において明るい視野を確保し低コスト化を図ると共に、デジタルカメラにより撮像した画像上において正確な測量目標点の位置を把握することができる。

なお、記録媒体１２５は、内蔵のフラッシュメモリでも良い。

また、ポイントマーク４２は、画像データが記録媒体１２５に記録される前に合成しても良い。カメラ表示装置には常に方向誤差を含まない位置にポイントマークが表示される。

本発明の一実施形態であるトータルステーションの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態であるトータルステーションの正面図である。 記録画像にポイントマークを合成する処理を示したフローチャートである。 撮像光学系、望遠光学系、測量対象物及び測量目標点との関係を示した模式図である。 ずれ量を考慮した位置にポイントマークを合成した記録画像を示した図である。

符号の説明

３３ 測量対象物
３４ 測量目標点
３８ 撮像光学系
３９ 望遠光学系
４２ ポイントマーク
１００ トータルステーション
１１０ 測距儀
１１１ 望遠鏡
１２０ デジタルカメラ
１２１ 撮像光学装置

Claims (5)

1. 測量対象物に対して測量目標点を視準する望遠鏡と、デジタルカメラと、前記測量目標点までの距離を測定する測距手段とを備え、前記デジタルカメラの撮像光学系と前記望遠鏡の望遠光学系とが夫々独立して設けられる測量機において、
   前記デジタルカメラが撮像した画像上における前記測量目標点の位置を演算する演算手段を備えることを特徴とする測量機。
2. 前記演算手段は、前記撮像光学系の光軸と前記観察光学系の光軸との距離と、前記測距手段により測定された前記測量対象物までの距離とから、前記デジタルカメラが撮像した画像上における前記測量目標点の位置を演算することを特徴とする請求項１に記載の測量機。
3. 前記デジタルカメラが撮像した画像に、前記演算手段により求められた前記測量目標点を示すポイントマークを合成することを特徴とする請求項１に記載の測量機。
4. 前記測量機は表示部を備え、前記デジタルカメラが撮像した画像に前記演算手段により求められた前記測量目標点を示すポイントマークを合成した画像を前記表示部に表示することを特徴とする請求項１に記載の測量機。
5. 前記測量機は画像データを記録媒体へ書き込み可能に構成され、
   前記デジタルカメラが撮像した画像に前記演算手段により求められた前記測量目標点を示すポイントマークを合成した画像データは、前記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。

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