JP2016206130A - Three-dimensional position measurement system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定点の三次元位置を計測するためのシステムに関する。 The present invention relates to a system for measuring a three-dimensional position of a measurement point.
測量、計測、またはBIM(Building Information Modeling)の分野では、高反射物でないターゲットを測定点に設けて、ノンプリズム測距部を備えた測量機でターゲットを捕捉して、測定点の三次元位置を計測する手法がある。または、再帰反射型のプリズムを指示棒に既知の固定長で固定して、気泡管等を使用して指示棒の鉛直状態を確保してプリズムの三次元位置計測を行い、この計測値に対し上記の固定長分だけ鉛直下方に移動して測定点の三次元位置を計測する手法がある。後者の手法は、部屋の角など、指示棒を傾斜させなければならない場合には使用できないという作業制約があり、特許文献1では、指示棒に視線方向からの傾斜角を解析するためのパターンを有する傾斜ケースを備えることで、この問題を解消しようとしている。 In the field of surveying, measurement, or BIM (Building Information Modeling), a target that is not a highly reflective object is provided at the measurement point, the target is captured by a surveying instrument equipped with a non-prism distance measuring unit, and the three-dimensional position of the measurement point There is a method to measure. Alternatively, fix the retroreflective prism to the indicator rod with a known fixed length, and use a bubble tube or the like to secure the vertical state of the indicator rod and measure the prism's three-dimensional position. There is a method of measuring the three-dimensional position of the measurement point by moving vertically downward by the fixed length. The latter method has a work restriction that it cannot be used when the indicator bar must be tilted, such as a corner of a room. In Patent Document 1, a pattern for analyzing the tilt angle from the line-of-sight direction is provided on the indicator bar. By providing an inclined case with this, we are trying to solve this problem.
しかし、上記のいずれの手法も、測定点を指示するための視点は測量機にある。測量機の望遠鏡視野は限られていることから、測量機の視点位置からでは測定点を狙いにくい場合があった。また、測量機から測定点に対してレーザポインタを照射することで、作業者を測定点の近くに誘導することも可能であるが、測量機から測定点が遠くなるほど、レーザが広がり、光量も減るため、正確に指示するのは困難であった。 However, in any of the above methods, the surveying instrument has a viewpoint for indicating the measurement point. Since the field of view of the telescope of the surveying instrument is limited, it may be difficult to aim at the measurement point from the viewpoint position of the surveying instrument. It is also possible to guide the operator closer to the measurement point by irradiating the laser pointer to the measurement point from the surveying instrument, but the farther the measurement point is from the surveying instrument, the more the laser spreads and the amount of light increases. Because of the decrease, it was difficult to give accurate instructions.
本発明は、前記問題を解決しようとするものであり、三次元位置計測の作業効率を向上させる三次元位置計測システムを提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a three-dimensional position measurement system that improves the work efficiency of three-dimensional position measurement.
上記課題を解決するために、本発明の三次元位置計測システムは、測量機と、測定点付近にある測定点側装置と、を備え、前記測量機は、プリズムまでの測距を行う測量機側測距部および測角を行う測角部と、プリズム撮像部と、プリズムを含む周囲風景を撮影する画像撮像部と、を有し、前記測定点側装置は、前記プリズムと、前記測定点を指し示すポインタと、前記測定点までの距離を測定する装置側測距部と、視線方向からの傾斜角を解析するためのパターンを有する傾斜ケースと、を有し、前記傾斜ケースの前記パターンを、前記装置側測距部の光軸に対して垂直な面に、前記装置側測距部の光軸方向前後に前記プリズムから第1の固定距離ずれる位置に設け、前記画像撮像部にて前記パターンを撮像し、前記測量機からの視線方向に対する傾斜ケースの傾斜角を算出し、前記プリズム撮像部で得た画像でプリズムを視準して前記測量機側測距部および前記測角部で得た前記プリズムの三次元位置、前記傾斜ケースの傾斜角、および前記装置側測距部で得た距離から、前記測定点の三次元位置を計測する。 In order to solve the above problems, a three-dimensional position measurement system of the present invention includes a surveying instrument and a measurement point side device near the measurement point, and the surveying instrument measures a distance to a prism. A side distance measuring unit and an angle measuring unit that performs angle measurement, a prism imaging unit, and an image imaging unit that captures a surrounding landscape including the prism, and the measurement point side device includes the prism and the measurement point A device-side distance measuring unit that measures the distance to the measurement point, and a tilt case having a pattern for analyzing the tilt angle from the line-of-sight direction, and the pattern of the tilt case is , Provided on a surface perpendicular to the optical axis of the device-side distance measuring unit at a position deviated from the prism by a first fixed distance before and after the optical axis direction of the device-side distance measuring unit. Take a pattern and view direction from the surveying instrument The tilt angle of the tilt case is calculated, the prism is collimated with the image obtained by the prism imaging unit, the three-dimensional position of the prism obtained by the surveying instrument side distance measuring unit and the angle measuring unit, and the tilt case The three-dimensional position of the measurement point is measured from the inclination angle and the distance obtained by the device-side distance measuring unit.
上記態様において、ある態様の三次元位置計測システムは、前記プリズムのプリズム中心を前記装置側測距部の光軸上に設け、前記プリズムの三次元位置から、前記傾斜ケースの傾斜角から得た前記傾斜ケースの法線方向に、前記装置側測距部の基準点から前記プリズム中心までの第2の固定距離と前記装置側測距部で得た測定距離移動して、前記測定点の三次元位置を計測する。 In the above aspect, the three-dimensional position measurement system of one aspect is obtained from the inclination angle of the inclined case from the three-dimensional position of the prism by providing the prism center of the prism on the optical axis of the device-side distance measuring unit. In the normal direction of the inclined case, the second fixed distance from the reference point of the device-side distance measuring unit to the prism center and the measurement distance obtained by the device-side distance measuring unit are moved, and the third order of the measurement points Measure the original position.
上記態様において、ある態様の三次元位置計測システムは、前記装置側測距部の光軸に対して垂直な面で前記プリズムのプリズム中心と同一線上となる位置に前記画像撮像部で解析可能な解析マークを設け、前記プリズム中心と前記解析マークのマーク中心を通る直線から前記装置側測距部の前記基準点をずらして設け、前記プリズム中心を原点とする前記装置側測距部の基準点のずれ量を予め求めて、前記プリズムの三次元位置から、前記基準点のずれ量分移動して、前記傾斜ケースの傾斜角から得た前記傾斜ケースの法線方向に、前記装置側測距部で得た測定距離移動して、前記測定点の三次元位置を計測する。 In the above aspect, the three-dimensional position measurement system of one aspect can be analyzed by the image capturing unit at a position that is perpendicular to the optical axis of the device-side distance measuring unit and is collinear with the prism center of the prism. An analysis mark is provided, the reference point of the device-side distance measuring unit is shifted from a straight line passing through the center of the prism and the mark center of the analysis mark, and the reference point of the device-side distance measuring unit with the prism center as the origin In this case, the device-side distance measurement is performed in the normal direction of the tilt case obtained from the tilt angle of the tilt case by moving the reference point from the three-dimensional position of the prism by the shift amount of the reference point. The measurement distance obtained by the unit is moved, and the three-dimensional position of the measurement point is measured.
上記態様において、前記プリズムに代えて前記傾斜ケースに前記画像撮像部で解析可能なターゲットを設け、前記プリズム撮像部を任意の構成として、前記プリズム撮像部による視準で得たプリズムの三次元位置に代えて前記画像撮像部による前記ターゲットの視準で得た前記ターゲットの三次元位置を使用して前記測定点の三次元位置を計測するのも好ましい。 In the above aspect, the three-dimensional position of the prism obtained by collimation by the prism imaging unit, in which the target that can be analyzed by the image imaging unit is provided in the inclined case instead of the prism, and the prism imaging unit is an arbitrary configuration Instead of this, it is also preferable to measure the three-dimensional position of the measurement point using the three-dimensional position of the target obtained by collimating the target by the image capturing unit.
上記態様において、前記ポインタに代えて、前記装置側測距部が可視光を出射することで前記ポインタを兼ねるのも好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the device-side distance measuring unit also serves as the pointer by emitting visible light instead of the pointer.
上記態様において、プリズムと、測定点を指し示すポインタと、前記測定点までの距離を測定する装置側測距部と、前記装置側測距部の光軸に対して垂直な面に,視線方向からの傾斜角を解析するためのパターンを有し,前記パターンを前記装置側測距部の光軸方向前後に前記プリズムから第1の固定距離ずれる位置に配置する傾斜ケースと、を有する測定点側装置が使用されるのも好ましい。 In the above aspect, the prism, the pointer pointing to the measurement point, the device-side distance measuring unit for measuring the distance to the measurement point, and the surface perpendicular to the optical axis of the device-side distance measuring unit from the line-of-sight direction And a tilting case in which the pattern is disposed at a position deviated from the prism by a first fixed distance before and after the optical axis direction of the apparatus-side distance measuring unit. It is also preferred that an apparatus is used.
本発明によれば、測定点側装置が有するポインタで測定点を指し示せば、自動で測定点が計測されるため、三次元位置計測の作業効率が向上する。 According to the present invention, when the measurement point is pointed to by the pointer of the measurement point side device, the measurement point is automatically measured, so that the work efficiency of the three-dimensional position measurement is improved.
次に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。 Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
(システム全体)
図1に示すように、三次元位置計測システム1は、測量機2と、測定点側装置4とを備える。符号Xは測定点を示している。測量機2は、三脚を用いて既知の点に据え付けられる。矢印eは測量機2の視線方向を示している。測定点側装置4は、測定点Xの付近にいる作業者により携帯されている。
(First embodiment)
(Whole system)
As shown in FIG. 1, the three-dimensional position measurement system 1 includes a surveying instrument 2 and a measurement point side device 4. A symbol X indicates a measurement point. The surveying instrument 2 is installed at a known point using a tripod. An arrow e indicates the line-of-sight direction of the surveying instrument 2. The measurement point side device 4 is carried by an operator near the measurement point X.
(測量機)
測量機2は、自動追尾可能なモータドライブトータルステーションであり、図2に示すように、水平角検出器11と、鉛直角検出器12と、傾斜センサ13と、操作部14と、水平回転駆動部15と、鉛直回転駆動部16と、演算制御部17と、記憶部18と、通信部19と、測量機側測距部20と、プリズム撮像部21と、画像撮像部22と、表示部23と、走査部24と、第2の画像撮像部25を備える。
(Surveying instrument)
The surveying instrument 2 is a motor drive total station capable of automatic tracking, and as shown in FIG. 2, a
測量機側測距部20は、プリズム3を視準して赤外レーザ等の測距光を出射し、プリズム3までの測距を行う測距部である。走査部24は、測距光とは異なる波長の赤外レーザ等の走査光を出射してプリズム3を探索走査する。水平回転駆動部15および鉛直回転駆動部16は、測量機側測距部20を収容した筐体を水平および鉛直方向に回転駆動させるモータである。水平角検出器11および鉛直角検出器12は、ロータリーエンコーダであり、測量機側測距部20を収容した筐体の水平方向および鉛直方向の回転角度をそれぞれ求め、視準光軸の水平角および鉛直角を求める測角部である。傾斜センサ13は、測量機側測距部20の筐体の傾斜を検出し水平に整準するために使用される。
The surveying instrument-side distance measuring unit 20 is a distance measuring unit that collimates the prism 3 and emits distance measuring light such as an infrared laser to measure the distance to the prism 3. The
記憶部18には、測距測角を行う為のプログラム、操作部14から入力される信号に基づき水平回転駆動部15および鉛直回転駆動部16を駆動する為のプログラム、通信を制御する為のプログラム、プリズム3の自動視準,自動追尾を行う為のプログラム、後述する画像処理プログラム、後述する測定点Xの三次元位置を算出するための演算プログラム等の各種プログラムが格納されている。操作部14からは、上記プログラムに要する各種操作が行える。演算制御部17は、上記プログラムらを実行し、各種演算および各種制御を行う。通信部19は、測定点側装置4および外部無線機等からの信号を受信する。演算制御部17は、外部無線機から指示された場合、測定点の方向に測量機側測距部20を回転駆動させ、自動追尾の開始/停止等も行う。表示部23は、各種表示や計測値等を表示する。
The
プリズム撮像部21および画像撮像部22は、画像信号を出力するイメージセンサであり、例えばCCDやCMOSセンサ等、画素(ピクセル)の集合体で構成されている。画像撮像部22は、プリズム3の周囲風景(プリズム3も含めた風景)を撮影する。プリズム撮像部21は、走査光の波長のみを通すフィルタが設けられており、プリズム3によって反射された走査部24からの走査光を受光することで、プリズム3のみを好適に撮影するように構成されている。第2の画像撮像部25は、任意の構成要素であり、画像撮像部22よりも広角に撮影する場合に使用される。なお、上記は測量機2の構成の一例であり、当業者の知識に基づく改変がなされてよい。
The
(測定点側装置)
測定点側装置4は、図3に示すように、装置筐体の外部に、プリズム3と、傾斜ケース5を有する。測定点側装置4は、図4に示すように、装置筐体の内部に、演算制御部117と、記憶部118と、通信部119と、装置側測距部120と、レーザポインタ121を備える。なお、図3では説明のために傾斜ケース5に収容されているプリズム3を実線で示している。
(Measurement point side device)
As shown in FIG. 3, the measurement point side device 4 includes a prism 3 and an inclined case 5 outside the device housing. As shown in FIG. 4, the measurement point side device 4 includes a
装置側測距部120は、レーザ光をパルス発振し、このレーザ光を受光するまでの時間差と光速により、測定点までの距離を測定するノンプリズム測距部であり、基準点(測定距離が0となる点)122から測定点Xまでの距離LMが得られる。通信部119は、測量機2へ、上記のノンプリズム測距で得た距離値の信号を送信する。レーザポインタ121は、例えば可視赤色レーザ光を直線的に発生する。レーザポインタ121の光軸は、装置側測距部120の光軸123と一致するように構成されている。記憶部118には、ノンプリズム測距を行う為のプログラム、通信を行う為のプログラムが格納されている。演算制御部117は、上記プログラムらを実行する。
The apparatus-side
プリズム3は、小型化および反射光量の観点から一素子プリズムが好適であるが、入射光に対して平行な反射光を出射可能で、プリズム撮像部21によりターゲット中心が画像解析可能なものであれば採用でき、再帰性の反射シート等も使用できる。
The prism 3 is preferably a one-element prism from the viewpoint of miniaturization and the amount of reflected light. However, the prism 3 can emit reflected light parallel to incident light, and the
プリズム3は、装置側測距部120の光軸123方向と逆の外側面に固定されている。プリズム3のプリズム中心Pc(光学的な中心点)は光軸123上となるように配置されている。装置側測距部120の基準点122とプリズム中心Pc間の固定距離(以下、第2の固定距離LF2とする)は予め計測され、測量機2の記憶部18に登録される。
The prism 3 is fixed to the outer surface opposite to the direction of the
傾斜ケース5は、解析のための解析パターン41と、解析パターン41を支持するケース42とを備える。解析パターン41は、装置側測距部120の光軸123に対して垂直な面に設けられ、光軸123上にプリズム中心Pcから既知の距離(以下、第1の固定距離LF1とする)だけ前にずれる位置に固定されている。前後方向の記述に関しては、光軸123において測定点X側を後方としている。解析パターン41は、本形態では所要のパターン幅を有する正円として形成されている。ただし、解析パターン41は、画像解析により解析パターン41の中心(パターン中心Kc)が求まる形状であればどのような形状であってもよい。ケース42は、前方に開口部43を有し、前面に解析パターン41が形成された円柱状の中空体であり、プリズム3を中に収容する。ケース42は、プリズム3と同じ側面に固定されている。ただし、ケース42は、解析パターン41をプリズム3の前後に固定できるものであれば、任意の構成でよい。
The inclined case 5 includes an
傾斜ケース5では、測量機2の視線方向eが装置側測距部120の光軸123と一致している場合は、解析パターン41のパターン中心Kcにプリズム3が位置して見える。一方、視線方向eが光軸123と一致していない場合は、プリズム3はパターン中心Kcに一致せず、視線の移動方向と反対方向に移動して見える。このため、傾斜ケース5は、視線方向eとの傾斜角に応じて、パターン中心Kcに対してプリズム3(プリズム中心Pc)の位置が変化する。よって、解析パターン41を撮影して画像解析することにより、視線方向に対する傾斜ケース5の位置方向がわかる。これにより、次の手法から測定点Xの三次元位置を計測することができる。
In the inclined case 5, the prism 3 appears to be located at the pattern center Kc of the
(計測手法)
まず、図5を参照して、計測の概要から説明する。以下の処理は、特段の記載が無いものは測量機2の演算制御部17にて行われる。基本は(a)に示すように、まずステップS10で、測定点側装置4のレーザポインタ121で測定点Xを指す。次に、ステップS11で、走査部24でプリズム3を探索走査する。次に、ステップS12で、プリズム撮像部21を用いてプリズム3のみが撮影された画像から、プリズム3が自動視準できたか判断する。視準できていない場合は、ステップS11に戻る。視準できた場合は、ステップS13に移行し、プリズム3を測距測角し、プリズム3の三次元位置を計測する。次に、ステップS14に移行し、画像撮像部22で傾斜ケース5を撮影する。ステップS13とS14は同時に行われてもよい。次に、ステップS15に移行し、プリズム3の三次元位置、傾斜ケース5の傾斜角、および装置側測距部120の計測した距離に基づき、測定点Xの三次元位置を計算する。次に、ステップS16に移行し、表示部23に測定点Xを表示して終了する。自動追尾を行う場合は、(b)に示すように、まずステップS20で測定点側装置4のレーザポインタ121で測定点Xを指し、ステップS21でプリズム3を探索走査し、ステップS22でプリズム撮像部21を用いてプリズム3のみが撮影された画像から、プリズム3がロック(自動視準)できたか判断し、以降ステップS23〜S26はステップS13〜S16と同じである。ステップS27で、自動追尾の停止が指示された場合は、ステップS28に進み追尾を停止する。停止の指示がない場合は、ステップS22に戻り、追尾を続ける。
(Measurement method)
First, the outline of measurement will be described with reference to FIG. The following processing is performed by the
(三次元位置の計算手法)
第1の実施形態における、図5のステップS15またはS25における、三次元位置計算手法について、図6、図7を参照して説明する。まず、ステップS111で、画像撮像部22で撮影したビジュアル画像から、解析パターン41のパターン中心Kcを画像解析する(図7参照)。次に、ステップS112で、測量機側測距部20で得たプリズム3の測距値および水平角検出器11および鉛直角検出器12で得たプリズム3の測角値を記憶部18から読み出す。次に、ステップS113で、画像撮像部22の画像でプリズム中心Pcの位置とパターン中心Kcの水平方向ずれ量および鉛直方向ずれ量を求める。なお、プリズム3は、プリズム撮像部21では撮影されるが画像撮像部22の性能次第では映らない場合がある。ただし、プリズム中心Pcの三次元位置は明確に分かるので、予めプリズム3が視準されたときプリズム中心Pcは画像撮像部22の画像上でどの点に位置するかを記憶部18に登録しておけばよい。そして、水平方向ずれ量および鉛直方向ずれ量から、傾斜ケース5(パターン中心Kc)の位置方向ベクトル(方向ベクトルB)を求める(図7参照)。なお、方向ベクトルとは、大きさを持たない向き情報のみを有するベクトルである。次に、ステップS114で、プリズム中心Pcを中心に第1の固定距離LF1を半径とする球Sを演算し、球Sと方向ベクトルBの交点を求める。この交点の位置情報がパターン中心Kcの三次元位置である。そして、パターン中心Kc(三次元位置)とプリズム中心Pc(三次元位置)を通る直線(方向ベクトルA)を求める(図7参照)。方向ベクトルAが、傾斜ケース5の傾斜方向である。次に、ステップS115で、測定点側装置4の装置側測距部120でノンプリズム測距を行い、装置側測距部120の基準点122から測定点Xまでの測定距離LMを得る。なお、このステップS115は、図5のステップS11〜S15またはS21〜S25のどのタイミングで行われてもよい。次に、ステップS116で、測定点側装置4から測定距離LMを通信により取得する。次に、ステップS117で、プリズム中心Pcの位置(三次元位置)から、方向ベクトルAの方向に、測定距離LMに、装置側測距部120の基準点122からプリズム中心Pcまでの第2の固定距離LF2加えた分移動させて、測定点Xの三次元位置を求める。
(Three-dimensional position calculation method)
The three-dimensional position calculation method in step S15 or S25 of FIG. 5 in the first embodiment will be described with reference to FIGS. First, in step S111, the pattern center Kc of the
(第2の実施形態)
本形態は、第1の実施形態の変形であり、プリズム3を必須構成としない場合の形態である。第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いて説明を省略する。
(Second Embodiment)
This embodiment is a modification of the first embodiment, and is a case where the prism 3 is not an essential component. About the structure similar to 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted using the same code | symbol.
本形態の測定点側装置4は、図8に示すように、プリズム3の位置に、プリズム3に代えて、画像撮像部22で画像解析可能なターゲットTが形成されている。なお、図8では説明のために傾斜ケース5に収容されているターゲットTを実線で示している。ターゲットTは、例えば白黒パターン等コントラストの大きい素材で形成するのが好ましい。ターゲットTのターゲット中心Tcは、光軸123上にとなるように配置されている。装置側測距部120の基準点122とターゲット中心Tcの固定距離(第2の固定距離LF2)は予め計測され、測量機2の記憶部18に登録される。傾斜ケース5の解析パターン41は、光軸123に垂直な面に、光軸123上にターゲットTから既知の距離(第1の固定距離LF1)だけずれる位置に固定されている。筐体内部の構成は図4と同様である。
As shown in FIG. 8, in the measurement point side device 4 of this embodiment, a target T that can be analyzed by the
本形態の測量機2は、プリズムをターゲットとしないため、図2の測量機側測距部20に代えてまたは追加して、ノンプリズム測距を行う第2の測量機側測距部20´を備える。また、図2のプリズム撮像部21およびプリズム3を探索するための走査部24の有無は任意となる。その他の構成は図2と同様である。これにより、次の手法から測定点Xの三次元位置を計測することができる。
Since the surveying instrument 2 of the present embodiment does not target the prism, the second surveying instrument side ranging unit 20 ′ that performs non-prism ranging instead of or in addition to the surveying instrument side ranging unit 20 of FIG. Is provided. Further, the presence or absence of the
(計測手法)
図9を参照して、第2の実施形態に係る計測の概要を説明する。以下の処理は、特段の記載が無いものは測量機2の演算制御部17にて行われる。基本は(a)に示すように、まずステップS30で、測定点側装置4のレーザポインタ121で測定点Xを指す。ステップS31で、画像撮像部22で傾斜ケース5を撮影する。次に、ステップS32で、画像撮像部22を用いて撮影された画像から、パターン中心Kcを画像解析し、ターゲットTを自動視準できたか判断する。視準できていない場合は、ステップS31に戻る。視準できた場合は、ステップS33に移行し、ターゲット中心Tcを測距測角し、ターゲット中心Tcの三次元位置を計測する。次に、ステップS34に移行し、測定点Xの三次元位置を計算する。次に、ステップS35に移行し、表示部23に測定点Xを表示して終了する。自動追尾を行う場合は、(b)に示すように、まずステップS20で測定点側装置4のレーザポインタ121で測定点Xを指し、ステップS41で、画像撮像部22で傾斜ケース5を撮影する。次に、ステップS42で、ターゲット中心Tcをロック(自動視準)できたか判断し、できた場合は、ステップS43に移行しターゲット中心Tcを測距測角する。その他のステップS44〜47は、図5のステップS25〜S28と同じである。
(Measurement method)
With reference to FIG. 9, an outline of measurement according to the second embodiment will be described. The following processing is performed by the
(三次元位置の計算手法)
第2の実施形態における、図9のステップS34またはS44における、三次元位置計算手法は、第1の実施形態の「三次元位置の計測手法」の読み替えにより実施できる。プリズム3をターゲットTと読み替え、プリズム中心PcをターゲットTのターゲット中心Tcと読み替えれば、第1の実施形態(図6のフロー)と同様に計測することができる。
(Three-dimensional position calculation method)
The three-dimensional position calculation method in step S34 or S44 of FIG. 9 in the second embodiment can be implemented by replacing the “three-dimensional position measurement method” in the first embodiment. If the prism 3 is read as the target T and the prism center Pc is read as the target center Tc of the target T, measurement can be performed in the same manner as in the first embodiment (flow in FIG. 6).
(第3の実施形態)
本形態は、第1の実施形態の変形であり、プリズム3のプリズム中心Pcが装置側測距部120の光軸123上になくてもよい場合の形態である。第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いて説明を省略する。
(Third embodiment)
This embodiment is a modification of the first embodiment and is a case where the prism center Pc of the prism 3 does not have to be on the
本形態の測定点側装置4では、図10に示すように、傾斜ケース5をプリズム3からずらし、傾斜ケース5に画像解析可能な解析マークQを収容する。解析パターン41は、光軸123に対して垂直な面で光軸123と平行する方向に前方に解析マークQから第1の固定距離LF1ずれる位置に形成する。解析マークQのマーク中心Qcは、光軸123に対して垂直な面にプリズム中心Pcと同一線上となるように配置する。その上で、装置側測距部120の基準点122は、Qc-Pcを結ぶ方向を軸y´と設定した場合に、プリズム中心Pcから、−y´方向へ固定長Dy´ずらして配置されている(図10)。
In the measurement point side device 4 of this embodiment, as shown in FIG. 10, the tilt case 5 is shifted from the prism 3, and the analysis mark Q capable of image analysis is accommodated in the tilt case 5. The
(三次元位置の計算手法)
第3の実施形態における三次元位置計算手法について、図11を参照して説明する。まず、画像撮像部22で撮影したビジュアル画像から、解析マークQのマーク中心Qcを画像解析する。次に、プリズム3の三次元位置(プリズム中心Pcの測距値および測角値)を記憶部18から読み出す。次に、画像撮像部22の画像でプリズム中心Pcの位置とマーク中心Qcの水平方向ずれ量および鉛直方向ずれ量を求め、プリズム中心Pc、マーク中心Qcおよび測量機2の視点Eから、この三点を含む第1の平面Aを求める(図11参照)。次に、画像撮像部22で撮影した画像から、解析パターン41のパターン中心Kcを画像解析する。次に、画像撮像部22の画像上でのマーク中心Qcとパターン中心Kcの水平方向ずれ量および鉛直方向ずれ量を求め、パターン中心Kcからマーク中心Kmまでのマーク半径を求める。次に、解析パターン41の長辺半径を画像解析する。次に、測量機2の視線方向から見た傾斜ケース5の水平方向傾斜角θxおよび鉛直方向傾斜角θyを求める。傾斜ケース5は、視線方向との傾斜角に応じて、解析パターン41に対しての解析マークQの位置が変化するため、視線方向との傾斜角の変化が、長辺半径とマーク半径で関係付けできる。この関数の一例は、日本特許公開公報2014−102246号にある。次に、傾斜角θxおよびθyより、測量機2の視線方向から見た傾斜ケース5の法線方向(方向ベクトルA)を求め、マーク中心Qcにおいて方向ベクトルAを法線とする第2の平面Bを求める(図11参照)次に、平面Aと平面Bの交線からQc-Pc方向ベクトルIを求める。次に、装置側測距部120で測定距離LMを得る。次に、プリズム中心Pcの位置(三次元位置)から、Qc-Pc方向ベクトルIの方向へ、−Dy´移動し、さらに方向ベクトルAの方向に、測定距離LM移動させて、測定点Xの三次元位置を求める。
(Three-dimensional position calculation method)
A three-dimensional position calculation method according to the third embodiment will be described with reference to FIG. First, the image analysis is performed on the mark center Qc of the analysis mark Q from the visual image captured by the
なお、上記は、装置側測距部120の基準点122をQc-Pc方向ベクトルI(軸y´)方向にDy´ずらした場合で説明したが、図11に示す軸x´方向にDx´ずらした場合も、軸z´方向にDz´ずらした場合も、同様に求められる。すなわち、装置側測距部120の基準点122が、プリズム中心Pcを原点にして、測定点側装置4の座標系x´,y´,z´にて、既知のずれ量D´(Dx´, Dy´, Dz´)の位置に配置されていれば、装置側測距部120を任意の位置に配置しても測定点Xを求められる。このため、測定点側装置4の設計自由度が増す。
In the above description, the
(効果)
以上、第1、第2、および第3の実施形態によれば、測定点側装置4が有するレーザポインタ121で測定点を指し示せば、自動で測定点Xの三次元位置が計測されるので、三次元位置計測の作業効率が向上する。例えば、測量機2の望遠鏡視野では測定点Xが狙いにくい場合であっても、障害物等により測量機2から測定点Xが見えない場合であっても、測定点側装置4側の視点から測定点Xを狙えるため、容易に計測することができる。また、従来技術のように測定点Xに指示棒を接触させる必要がないため、指示棒が測定点に置けない,置きにくい場合であっても、容易に計測することができる。
(effect)
As described above, according to the first, second, and third embodiments, if the measurement point is indicated by the
また、測量機2の視点からではなく、測定点側装置4側の視点から測定点Xを狙うことができるので、測定精度も向上する。 Further, since the measurement point X can be aimed not from the viewpoint of the surveying instrument 2 but from the viewpoint on the measurement point side device 4 side, the measurement accuracy is also improved.
また、傾斜ケース5は、解析パターン41とこれを指示するケース42から簡易に形成できるため、非常に安価である。また、第1の固定距離LF1の距離を長くすれば、その分プリズム3の移動量が大きく見えるため、容易に感度設計が行える。
In addition, the inclined case 5 can be easily formed from the
また、図5または図9の(b)に示す自動追尾機能で連続計測することで、測定点の計測の軌跡を測定することもできる。また、その軌跡(測定点X)はデータとしてリアルタイムで記録されているため、演算制御部17にて、軌跡の描かれた速度等の情報も取得することができる。
Moreover, the measurement trajectory of the measurement point can also be measured by continuously measuring with the automatic tracking function shown in FIG. Further, since the locus (measurement point X) is recorded as data in real time, the
(変形例)
次に、第1〜第3の実施形態の好適な変形例について示す。
(Modification)
Next, preferred modifications of the first to third embodiments will be described.
第1〜第3の実施形態において、測定点側装置4は、レーザポインタ121に代えて、装置側測距部120に可視光をパルス発振するものを使用するのも好ましい。これにより、装置側測距部120に可視光がレーザポインタを兼ねるため、光軸123も一致し、可視光で測定点Xを狙ったまま計測することが可能となる。
In the first to third embodiments, instead of the
第1〜第3の実施形態において、傾斜ケース5の解析パターン41は、光軸123の方向にプリズム3から第1の固定距離LF1だけ後ろにずれる位置に固定されていても、計測の手法は同様である。
In the first to third embodiments, even if the
第1〜第3の実施形態において、傾斜ケース5の背面に照明装置8を設けるのも好ましい。これにより、暗い場所であっても解析パターン41、ターゲットT、マークQが撮影できるようになるため、夜間等の計測時に有効である。
In the first to third embodiments, it is also preferable to provide the lighting device 8 on the back surface of the inclined case 5. As a result, the
以上、本発明の好ましい三次元位置計測システム1について、実施の形態および変形例を述べたが、これら以外にも、各形態および各変形を当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。 As described above, the preferred embodiment and the modified examples of the preferred three-dimensional position measurement system 1 according to the present invention have been described. Such forms are also included in the scope of the present invention.
1 三次元位置計測システム
2 測量機
3 プリズム
4 測定点側装置
5 傾斜ケース
11 水平角検出器(測角部)
12 鉛直角検出器(測角部)
17 演算制御部
20, 20´ 測量機側測距部
21 プリズム撮像部
22 画像撮像部
41 パターン
120 装置側測距部
121 レーザポインタ
122 基準点
123 光軸
Kc パターン中心
Pc プリズム中心
T ターゲット
Tc ターゲット中心
Q 解析マーク
Qc マーク中心
LM 測定距離
LF1 第1の固定距離
LF2 第2の固定距離
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Three-dimensional position measurement system 2 Surveying instrument 3 Prism 4 Measuring point side apparatus 5
12 Vertical angle detector (angle measuring section)
17 Arithmetic control unit 20, 20 'Surveying instrument
Claims (6)
前記測量機は、プリズムまでの測距を行う測量機側測距部および測角を行う測角部と、プリズム撮像部と、プリズムを含む周囲風景を撮影する画像撮像部と、を有し、
前記測定点側装置は、前記プリズムと、前記測定点を指し示すポインタと、前記測定点までの距離を測定する装置側測距部と、視線方向からの傾斜角を解析するためのパターンを有する傾斜ケースと、を有し、
前記傾斜ケースの前記パターンを、前記装置側測距部の光軸に対して垂直な面に、前記装置側測距部の光軸方向前後に前記プリズムから第1の固定距離ずれる位置に設け、
前記画像撮像部にて前記パターンを撮像し、前記測量機からの視線方向に対する傾斜ケースの傾斜角を算出し、
前記プリズム撮像部で得た画像でプリズムを視準して前記測量機側測距部および前記測角部で得た前記プリズムの三次元位置、前記傾斜ケースの傾斜角、および前記装置側測距部で得た距離から、前記測定点の三次元位置を計測することを特徴とする三次元位置計測システム。
A surveying instrument and a measuring point side device in the vicinity of the measuring point,
The surveying instrument has a surveying instrument-side ranging unit that measures a distance to the prism, a measuring unit that performs angle measurement, a prism imaging unit, and an image imaging unit that captures the surrounding landscape including the prism,
The measurement point side device includes the prism, a pointer that points to the measurement point, a device side distance measuring unit that measures a distance to the measurement point, and an inclination having a pattern for analyzing an inclination angle from the line-of-sight direction. A case, and
The pattern of the inclined case is provided on a surface perpendicular to the optical axis of the device-side distance measuring unit at a position deviated from the prism by a first fixed distance before and after the optical axis direction of the device-side distance measuring unit,
The image capturing unit captures the pattern, calculates the tilt angle of the tilt case with respect to the line-of-sight direction from the surveying instrument,
Three-dimensional position of the prism obtained by the surveying instrument side ranging unit and the angle measuring unit by collimating the prism with the image obtained by the prism imaging unit, the inclination angle of the inclined case, and the apparatus side ranging A three-dimensional position measurement system for measuring a three-dimensional position of the measurement point from a distance obtained by the unit.
The prism center of the prism is provided on the optical axis of the device-side distance measuring unit, and the device-side distance measurement is performed from the three-dimensional position of the prism in the normal direction of the inclined case obtained from the inclination angle of the inclined case. The three-dimensional position of the measurement point is measured by moving the second fixed distance from the reference point of the unit to the prism center and the measurement distance obtained by the device-side distance measurement unit. The described three-dimensional position measurement system.
前記プリズム中心と前記解析マークのマーク中心を通る直線から前記装置側測距部の前記基準点をずらして設け、前記プリズム中心を原点とする前記装置側測距部の基準点のずれ量を予め求めて、
前記プリズムの三次元位置から、前記基準点のずれ量分移動して、前記傾斜ケースの傾斜角から得た前記傾斜ケースの法線方向に、前記装置側測距部で得た測定距離移動して、前記測定点の三次元位置を計測することを特徴とする請求項1に記載の三次元位置計測システム。
An analysis mark that can be analyzed by the image capturing unit is provided at a position that is perpendicular to the optical axis of the device-side distance measuring unit and is collinear with the prism center of the prism;
The reference point of the device-side distance measuring unit is shifted from a straight line passing through the center of the prism and the mark center of the analysis mark, and a deviation amount of the reference point of the device-side distance measuring unit with the prism center as an origin is set in advance. In search of
The measurement distance obtained by the device-side distance measuring unit is moved from the three-dimensional position of the prism by the amount of deviation of the reference point and in the normal direction of the tilt case obtained from the tilt angle of the tilt case. The three-dimensional position measurement system according to claim 1, wherein the three-dimensional position of the measurement point is measured.
In place of the prism, a target that can be analyzed by the image pickup unit is provided in the inclined case, and the prism image pickup unit is arbitrarily configured, and the prism image obtained by collimation by the prism image pickup unit is replaced with the three-dimensional position of the prism. The three-dimensional position according to any one of claims 1 to 3, wherein a three-dimensional position of the measurement point is measured using a three-dimensional position of the target obtained by collimating the target by an image capturing unit. Position measurement system.
5. The three-dimensional position measurement system according to claim 1, wherein instead of the pointer, the apparatus-side distance measuring unit also serves as the pointer by emitting visible light.
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