JP2017201281A - 測量機器による自動視準方法及び自動視準装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、測量機器の測定機能と撮影機能を組み合わせて、測定対象物を撮影した画像を形状認識し、形状認識した物体の位置を特定するための測量機器による自動視準方法及び自動視準装置を提供する。【解決手段】測量機器２に内蔵された撮影装置３で構造物又はその方面を撮影し、計算機４によって、撮影画像を画像認識処理して、所定の形状、色彩のマーク１２を認識する。マーク１２の位置方角を測量機器２に送信し、測量機器２はマーク１２までの距離を測定する。測定データを計算機４で構造物の位置変位の計算に利用し、設計値等と比較して、位置変位を計算する。計算結果を、ディスプレイ９に作業者に分かりやすく表示する。【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物の形状、配置位置を特定する測量機器による自動視準方法及び自動視準装置に関する。詳しくは、撮像装置により測定対象物を撮像した撮像画像の中から画像処理を行い特定の色彩、形状を認識し、その測定対象物の配置位置を特定する測量機器による自動視準方法及び自動視準装置に関する。

近年は、画像認識技術による３次元画像の認識精度が高度化しており、写真の中の人間の顔認識から、建築物等の構造物の認識まで高い精度で認識できるようになっている。また、物体までの距離を測定するためのトータルステーションをはじめとする測量機器は、レーザ光を用いて距離を測定する距離測定手段の他に、ディジタルカメラを搭載している機種が存在する。このディジタルカメラは、測定方向を撮影し、その画像を用いて、測量機器で測定方向設定や視準等に用いられる望遠鏡の代わりに利用される。

よって、測量機器は、距離や方角を測定した測定データだけでなく、ディジタルカメラで撮影された静止画、動画の画像データをストリーミングすることができる。撮影装置で撮影された画像を処理し、撮影された物体の形状を認識し識別する技術が広く利用されている。例えば、撮影画像の背景からターゲット領域を識別し、ターゲット領域内にある視準用及び傾斜測定用のマーク図形を検出する技術が従来から知られている（特許文献１を参照）。このとき、ターゲットが傾いても、その色や形状の検知や識別が可能である。

特開平１１―６３９５２号公報

しかしながら、従来の測量機器は、測定機能と撮影機能を組み合わせて、測定対象物を撮影した画像を形状認識し、その中の物体の位置ずれを計算して提供していない。
本発明の目的は、測量機器の測定機能と撮影機能を組み合わせて、測定対象物を撮影した画像を形状認識し、形状認識した物体の位置を特定するための測量機器による自動視準方法及び自動視準装置を提供する。

本発明の他の目的は、測量機器の測定機能と撮影機能を組み合わせて、測定対象物を撮影した画像を形状認識し、形状認識した物体が設計上の設置位置から位置ずれを特定するための測量機器による自動視準方法及び自動視準装置を提供する。

本発明の発明１の測量機器による自動視準方法は、
水平軸及び鉛直軸を中心として揺動可能な撮像装置を搭載した測量機器により、前記撮像装置により撮像された撮像画像の中から画像処理を行い特定の色彩、形状を認識可能な画像・演算処理手段と、
構造物の外形形状、及び空間配置位置を予め記憶するための構造物設定部と
を有する測量機器による自動視準方法であって、
前記構造物を構成する一平面に、予め設定された二次元の外形形状を有する標的を貼付し、
前記測量機器により、前記一平面中の前記標的の三次元位置を認識し、
予め前記三次元構造物設定部に設定された前記一平面の空間位置と、前記認識された前記標的の三次元位置とを対比し、
前記一平面の三次元位置を特定する
ことを特徴とする。

本発明の発明２の測量機器による自動視準方法は、発明１において、
前記対比は、
前記画像・演算処理手段により前記標的の面積中心を演算し、前記一平面の空間位置と前記標的の空間位置とを特定し、
前記標的と前記一平面の位置とをディスプレイに重ねて表示する
ことを特徴とする。

本発明の発明３の測量機器による自動視準方法は、発明２において、
前記標的の中心位置と前記一平面の中心位置とをディスプレイに重ねて表示する
ことを特徴とする。

本発明の発明４の測量機器による自動視準方法は、発明１乃至３において、
前記構造物は、三次元構造物である
ことを特徴とする。

本発明の発明５の測量機器による自動視準装置は、
水平軸及び鉛直軸を中心として揺動可能な撮像装置を搭載した測量機器により、前記撮像装置により撮像された撮像画像中の中から画像処理を行い特定の色彩、形状を認識可能な画像・演算処理手段と、
構造物の外形形状、及び空間配置位置を予め記憶するための構造物設定部と
を有する測量機器による自動視準装置であって、
前記演算・画像処理手段は、
前記撮像画像から、前記標的を検出するために、形状を設定する形状設定部と、
前記形状設定部に基づいて前記標的を識別する標的画像識別部と
を有する
ことを特徴とする。

本発明の発明６の測量機器による自動視準装置は、発明５において、
前記撮像画像から、前記標的を検出するために、色彩を設定する検出色彩設定部と、
前記検出色彩設定部に基づいて前記標的を識別する前記標的画像識別部と
を有する
ことを特徴とする。

本発明の発明７の測量機器による自動視準装置は、発明４又は５において、
前記画像処理手段は、
前記撮像画像から標的画像を検出する標的画像検出手段と、
前記標的画像の中心点を演算する標的画像中心点演算手段と
を有することを特徴とする。

本発明の発明８の測量機器による自動視準装置は、発明５乃至７において、
前記構造物は、三次元構造物である
ことを特徴とする。

本発明によれば、測量機器で搭載された撮影装置で、測定対象物体を認識し、測定対象物体が設計位置からの位置変位を把握することができた。
本発明によれば、測定対象物に付けたマークを、測量機器で搭載された撮影装置で撮影した画像から認識して、その位置を特定することが可能になった。これにより、測定対象物の位置を把握することが可能になった。

図１は、本発明の第１の実施の形態の自動視準装置１の運営状況を示す概念図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態の自動視準装置１の運営例を示すフローチャートである。 図３は、本発明の第１の実施の形態の自動視準装置１の動作手順の例を示すフローチャートである。 図４は、本発明の第１の実施の形態の自動視準装置１によって、画像認識の例を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第１の実施の形態の自動視準装置１によって、画像認識（色）の例を示す図面である。 図６は、本発明の第１の実施の形態の自動視準装置１によって、画像認識（色）の例を示す図面である。 図７は、本発明の第１の実施の形態の自動視準装置１によって、画像認識（形状）の例を示す図面である。 図８は、本発明の第１の自動視準装置１によって、画像認識し、測定対象物の位置変位を示す例を図示した図である。

以下、本発明の測量機器による自動視準装置の第１の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の測量機器による自動視準装置１（以下、自動視準装置１という。）の運営状況を示す概念図である。自動視準装置１は、構造物が設計位置からずれているか否か測定するための装置である。自動視準装置１は、構造物までの距離を測定するための測量機器２と、それに内蔵された撮影装置３、及び撮影データを分析するための計算機４等からなる。

具体的には、撮影装置３によって、構造物又はその方面を撮影して撮影データを得る。計算機４で、この撮影データを分析して、撮影データに映っている構造物を画像認識し、その方角を測量機器２にフィードバックし、測量機器２はその構造物までの距離等を測定する。この測定結果を用いて、撮影装置３は、最終的に構造物が設計位置にあるか否かを計算し、設計位置からのずれを出力する。

構造物は、基本的に、本実施の形態において、所定の大きさを有して、空間に設置されているあらゆる３次元の物体をいう。建築等の建造物、その一部分、その鋼製部材等も構造物として取り扱う。また、構造物として、２次元に印刷された標識、画像も利用する。
構造物は、基本的に、その設計通りに、空間の所定の位置に設置される。しかし、構造物は、設計通りの設置位置からずれることがある。

その原因は、地下変動、環境変化等の変化に起因するものから、構造物の老化、負荷による変化によるものもある。また、構造物を設置するとき人間又は機械の設置作業の作業ミス、誤差、誤動作等で設置位置からずれることがある。さらに、構造物の製造時又は建設時にも製造ミス等によって、構造物の寸法が設計通りにならず、結果的に、設置するとき、設計位置にならないでずれることになる。これらの原因によって、構造物が設計通りの設置位置からずれることを、以下では、構造物の位置変位又は単に変位という。

以下、構造物を断面が四角形の棒を例に説明する。図１の例において、構造物は、参照参照番号１０で示している四角棒の一端になっている。この四角棒１０の断面が四角形、この例では長方形であり、その一端の端面１０ａは長方形になっている。複数の四角棒１０が並んで配置されており、通常の建造物等の構造物においては、端面１０ａは、一直線上に配置される。例えば、端面１０ａの下側の一辺が線１１の上に並んで配置されている。

しかし、四角棒１０の設置作業等によって、設置すべき位置である設計位置から外れて設置されること、又は、設置後に何らかの原因で設置位置が変位することがあり、言い換えると、四角棒１０の位置が変位している。この例は、図１の中で、位置変位しているものは、四角棒１０ｂで図示している。四角棒１０ｂは、設計位置から変位している。四角棒１０ｂの設計位置は、破線の四角棒１０ｃで図示している。よって、四角棒１０ｂの端面１０ｄは、他の四角棒１０の端面１０ａからは変位し、線１１から変位している。

本発明の第１の実施の形態の自動視準装置１は、このような構造物を撮影し、それを自動的に画像認識し、測定を行って、測定値と設計値を比較してその変位を計算して出力するものである。画像認識は、測定対象の構造物をそのまま又はその一部を撮影データから画像認識する第１方法と、構造物に所定のマークを予め貼り付けて、そのマークを撮影データから認識する第２方法を採用する。

本発明の第１の実施の形態の自動視準装置１は、この第１方法又は第２方法を単独で利用することができるが、この両方法を組み合わせて利用することもできる。第２方法の場合、図１の例では、マークとして、三角形のマーク１２を採用している。マーク１２は、基本的に数字、幾何学的図形、画像、それらの組み合わせ等の任意のマークを利用することができる。マークは、任意の色を有することができるが、人間の目で見やすい赤色、黄色、オレンジ色等の色が好ましい。

例えば、図１に図示している複数の四角棒１０の断面１０ａと四角棒１０ｂの断面１０ｄの略中央にマーク１２が貼り付けられている。破線で図示した四角棒１０ｃは、四角棒１０ｂの本来の設置位置（設計上の位置）に設置したものである。四角棒１０ｃと四角棒１０ｂの位置変位は、マーク１２を利用して、本発明で求める位置変位である。

そのため、構造物の撮影映像から、マーク１２を認識しその位置も認識して、その後、それが貼り付けられている構造物を画像認識し、最終的に、構造物及び／又はマーク１２までの距離を測定して、位置変位を計算する。又は、構造物の映像から、マーク１２を認識し、マーク１２の周囲の構造物とその位置を画像認識して推定し、最終的に、構造物までの距離を測定して、位置変位を計算する。以下、測量機器２の構造及びその動作の概要を説明してから、画像認識及び位置変位の計算の詳細について説明する。

自動視準装置１は、構造物を撮影し、マーク１２を認識し、構造物のマーク１２までの距離を測量機器２で計測し、撮影データの分析結果及び、計測されたデータを計算機４の表示器としてのディスプレイ９に表示する。ディスプレイ９には、構造物の設計値、計測データ、この設計値と計測データの変位値等を見やすく表示する。例えば、図１に図示したように、設計値である四角棒１０ｃと実際の設置結果である四角棒１０ｄ、その変位値を表示する。これにより、現場の管理者に見やすくなり、工事の進め具合を把握しやすくなる。

現場の管理者は、ディスプレイ９上に表示されている構造物を見ながら、設計値に合うように、又は、予め設定した基準値に合うように工事を進める。測量機器２は、図１に図示したように測定対象の構造物の付近に、特に、測定対象の構造物やその測定対象部位の全体がはっきり見える箇所に、設置される。測量機器２は、三脚５に搭載されて設置される。計算機４は、測量機器２の近傍に設置され又は作業者が持参し、作業者が操作する。測量機器２と計算機４は、互いに双方向通信を行うための通信機能を有する。

本発明の第１の実施の形態において、測量機器２は計算機４と無線双方向通信を行っているが、測量機器２と計算機４が通信ケーブル等で接続される有線通信機能を、測量機器２が備えても良い。測量機器２は、無線通信をするためのアンテナ８を備えている。計算機４は、無線通信をするための内蔵アンテナ（図示せず。）を内蔵している。測量機器２は、アンテナ８と計算機４の内蔵アンテナを介して、計算機４と通信する。

測量機器２と計算機４との通信は、例えば、無線ＬＡＮ（Local Area Network）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の汎用の無線通信方式を用いる。本例では、無線ＬＡＮを例に説明する。また、計算機４は、内蔵アンテナを介して、管理センター（図示せず。）と通信することもできる。管理センターは、計算機４、測量機器２等を含み自動視準装置１の全体の運営を管理するところである。測量機器２は、レーザ光を発生させて計測対象物へ照射し、このレーザ光が計測対象物で反射してきた反射レーザ光を検出して、計測を行う。

レーザ光は、対象物に測量機器２からほぼ直線状に照射されて反射されるもので、図１の中で測量機器２から伸びている破線で図示しており、この破線の先端は、到達点を示すために矢印が付いている。測量機器２としては、トータルステーションに代表されるように汎用の装置を利用する。トータルステーションとしては、Leica Geosystems AG（本社：Heerbrugg, Canton St. Gallen, Switzerland）のLeica Nova TMシリーズ（例えば、TM50乃至TM60機種）が利用することが例示できる。

この装置は、視準同軸の望遠鏡カメラを内蔵している。説明する測量機器２の構造に関しては、汎用の構造であり、構造部の詳細な違いがあっても、同じ機能を実現できるものであれば、公知の任意の測定装置、計測装置、測距装置、測量装置等の装置が利用できる。以下、測量機器２の構造概要、計測の方法等について簡単に説明し、その詳細な構造及び計測の方法については汎用の機器のため省略する。測量機器２は、レーザ光（位相）検出距離計算器（図示せず。）を備えている。

レーザ光検出距離計算器は、投射レーザ光を発振するためのレーザ投射器６と、レーザ投射器６の投射方向に対応する２次元角度に光軸を制御するための２軸回転サーボ機構７と、レーザ投射角度をプログラムに従って制御するレーザ投射角度電子制御系（図示せず。）と、反射して戻ったレーザ光を検出し位相を計測する光波位相解析距離計算器（図示せず。）とを備えている。

レーザ投射器６から投射される投射レーザ光が計測対象点（図示せず。）で反射して戻った反射レーザ光は、光波位相解析距離計算器で受信される。光波位相解析距離計算器は、反射レーザ光と投射レーザ光に夫々対応する位相の差に基づいて、測量機器２に設定されている機械的原点（基準点）と計測対象点の間の距離（Ｒ）を計算し、計測データとして出力する。計測データは、３次元極座標データ（Ｒ，θｘ，θｙ）を有し、２次元角度座標（θｘ，θｙ）に対応して距離Ｒが計測されているので、その３次元極座標データの内の距離データＲは、Ｒ（θｘ，θｙ）として表される。

３次元極座標データ（Ｒ，θｘ，θｙ）は、レーザ投射角度電子制御系から出力される２次元角度データ（θｘ，θｙ）と、光波位相解析距離計算器から出力される距離データＲとを合成する３次元極座標データ作成器により作成される。

測量機器２は、計測された計測データを計算機４へ送信する。計算機４は、図示しないが、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）、主記憶装置（ＲＡＭ）、ＲＯＭ、通信バス、入力装置、出力装置としての表示器であるディスプレイ９、各種通信インターフェースを備えた電子計算機である。本発明の第１の実施の形態においては、計算機４の本体は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、通信バス、各種通信インターフェースからなる。また、計算機４の本体は、内蔵及び／又は外付けのハードディスク、不揮発性メモリ等の補助記憶装置を有する。

この補助記憶装置は、図示していないが所定のインターフェースで通信バスに接続され、アプリケーションソフトウェアが格納されている。本発明の第１の実施の形態の自動視準装置１は、計算機４上に動作する自動視準管理プログラム１３を有する。自動視準管理プログラム１３は、計算機４を制御し動作させることで、設計データを読み込む機能、撮影データを分析し、画像認識する機能、測定結果を設計データと比較し位置変位を計算する機能、計算結果をディスプレイ９上に表示する機能を計算機４に実現させるアプリケーションプログラムである。

自動視準管理プログラム１３は、通常、計算機４の補助記憶装置に格納されていて、計算機４で自動的に起動して、又は、管理者によって手動で稼働して動作する。しかし、自動視準管理プログラム１３は、計算機４とネットワークを介して接続された他の電子計算機、ネットワーク上の記憶装置に格納され、動作しても良い。この場合は、計算機４は、自動視準管理プログラム１３をその格納場所から読み込んで稼働させるものである。

本実施の形態においては、自動視準管理プログラム１３は、限定はしないが、計算機４の補助記憶装置に格納されて動作する形態を採用し、他の形態はこれに準用するものとする。また、自動視準管理プログラム１３は、測量機器２で計測された計測データ、この計測データから計算された３次元又は２次元の図を表示する機能も有する。また、計算機４の補助記憶装置には、計算機４が測量機器２及び／又は管理センターと通信するとき、その通信を制御するための通信ソフトウェアが格納されている。

これらのソフトウェアは、計算機４を制御している基本ソフトウェアから呼び出されて動作する。また、計算機４の本体は、計算機４の電源を供給するための内蔵電源ユニット（図示せず。）を備える。計算機４の入力装置は、図示していないが、マウス、キーボード、タッチパネル等の装置である。出力装置は、ディスプレイ９からなる。計算機４の内蔵アンテナは、通信インターフェースに接続され、計算機４の内蔵されているものが好ましい。

計算機４は、上述のように本体と、それに接続して利用する入力装置、ディスプレイ９、内蔵アンテナ等からなっているが、計算機４は、本体がこれらを内蔵した一体型でも良い。計算機４は、マイクロソフト社のWindows（登録商標）、オープンソースのＬＩＮＵＸ（登録商標）、アップル社のMac OS（登録商標）等の汎用の電子計算機ようのオペレーティングシステム、グーグル社のアンドロイド（登録商標）、アップル社のiOS（登録商標）、モジラ・ファウンデーションのFirefox OS（登録商標）、マイクロソフト社のWindows Mobile（登録商標）等のスマートフォン、タブレット電子計算機用のオペレーティングシステム等の任意の基本ソフトウェアで制御されて動作する。

計算機４は、本発明の第１の実施の形態で記述した処理を行うことができるものであれば、任意の電子計算機を使用できる。計算機４の詳細な動作については、本発明の趣旨ではないので省略する。測量機器２から送信された計測データに基づいて、現場の状況が計算機４のディスプレイ９に表示される。

［測量機器２の自己位置決定］
現場では、測量機器２を設置すると共に座標が分かっている２つの基準点がその座標が測量機器２に入力される。計算機４は、これに限定されないが、後方交会法により、測量機器２が設置された自己位置を計算する。後方交会法は、周知のものであり、その概要を説明すると、計算機４に前記既知点の座標を入力し、測量機器２により測量機器２から２つの既知点に設置したプリズムまでの距離を夫々計測する。

そして、この２つの距離と測量機器２と一方の既知点とを結ぶ直線と測量機器２と他方の既知点とを結ぶ直線とが成す夾角とから、計算機４により測量機器２を設置した自己位置である基準点（機械的原点）を計算して求めるものである。測量機器２には、計測対象の範囲が予め設定されており、又は、作業者が主導で設定して、測量機器２は、撮影を行う。

［全体の流れ］
図２は、自動視準装置１の運営全体の手順例を示すフローチャートである。まず、作業者らは、測定対象の構造物に予めマークを設置する（ステップ１，２）。又は、マークが最初から、例えば、構造物が建造されるときに設置されても良い。図１に示すマーク１２を各四角棒１０の断面１０ａ，１０ｄに貼り付ける。測量機器２に電源供給などが行われ、測量機器２が稼働する（ステップ３）。

測量機器２が稼働すると、測量機器２は、撮影装置３で、マーク付きの構造物を撮影する。又は、測量機器２は、マーク付きの構造物の方面を撮影装置３で撮影する（ステップ４）。図１の例では、マーク１２が付けられた四角棒１０を撮影装置３で撮影する。そして、測量機器２は、この撮影された撮影データを計算機４へ送信する。計算機４は、撮影データを分析・解析し、マーク及びマークが設置された構造物を認識する（ステップ５）。この認識の結果、撮影された方角から、マーク及びマークが設置された構造物を特定し、その方角のデータを測量機器２へ送信する。

図１の例では、撮影データを画像認識し、マーク１２を認識して特定し、マーク１２が貼られている断面１０ａ，１０ｄを認識し、断面１０ａ，１０ｄの中央位置を推定して、この中央位置の座標、言い換えると、方位データを測量機器２へ送信する。マーク１２が断面１０ａ，１０ｄの中央に貼られている場合は、断面１０ａ，１０ｄの中央位置はマーク１２の中央位置に重なる。マーク１２が断面１０ａ，１０ｄの中央に均一に貼られている、又はその貼られた位置が誤差を無視できる範囲（誤差範囲）内である場合は、マーク１２の中央位置を求めて、測量機器２へ送信する。

測量機器２はこの方角データを取得して、その方角を測定する（ステップ６）。その測定で得られた測定データは、マーク付きの構造物までの距離であり、この測定データを計算機４へ送信する。図１の例では、測定データは、各断面１０ａ，１０ｄの中央位置までの距離を測定したデータになる。計算機４は、この測定データを受信して、測定データと構造物の設計データを比較して、測定対象構造物の位置変位を計算して、これらのデータをディスプレイ９上に表示する（ステップ７）。

図１の例では、四角棒１０の測定データと設計データが比較され、設計データである破線の四角棒１０ｃと、測定データである実線の四角棒１０ｂのように、作業者にわかりやすく表示する。これを作業者が見れば把握でき、変位している構造物の位置を修正又は調節することができる（ステップ８）。図１の例では、位置が変位している四角棒１０ｂとその設計位置である四角棒１０ｃをそれぞれの位置に表示し、これを作業者が見れば現場状況を把握できる。よって、作業者は、四角棒１０ｂの位置を調節することができる。これらの作業が終わると、計算機４は次の処理へ移行する（ステップ９）。

図３は、測量機器２及び計算機４の動作例を示すフローチャートである。測量機器２に電源供給等が行われ、測量機器２が稼働する（ステップ２０，２１）。測量機器２が稼働すると、測量機器２は、初期化処理を行う。例えば、上述の後方交会方法によって、測量機器２の自己位置調整、測量機器２への現場の座標入力や構造物の座標等の入力が行わえる（ステップ２２）。これらの座標が計算機４から送信されて行われても良い。

測量機器２は、内蔵の撮影装置３で、指定された方角若しくは方向、又は、指定された座標を向けて撮影する（ステップ２３）。測量機器２は撮影した撮影データを計算機４へ送信する（ステップ２４）。計算機４は、撮影データを受信して、その解析を行い、撮影データの中の標的を認識し検出する（ステップ２５）。標的は、予めその形状や色が指定されたマークや構造物であり、事前に計算機４に入力されて設定されている。

計算機４は、標的の位置を計算し、その位置から変位を計算する（ステップ２６）。この変位は、設定された基準を満たすかを判定する（ステップ２７）。変位が基準を満たさない場合、撮影方向に修正する指示を測量機器２へ送信し、再度撮影を行う指示をする（ステップ２８）。これにより、上述のステップ２３〜２７の処理が変位の基準を満たすまで繰り返し行われる。ここでいう基準は、標的の中心が所定の範囲以内の場合をいう。例えば、撮影データの画像の中心点から所定の範囲以内で位置する場合等である。

変位が基準を満たす場合、計算機４は、標的までの測定を行う指示を測量機器２へ送信し、測量機器２が測定を行う（ステップ２９）。そして、測量機器２は、測定結果を計算機４へ送信し、計算機４は、測定結果を用いて、標的の変位を計算し、出力する（ステップ３０、３１）。計算機４は、標的、その変位を、ディスプレイ９に表示し、次の処理へ移行する（ステップ３１、３２）。

図４は、画像認識の例を示すフローチャートであり、図５は、この画像認識を概念的に図示した図である。計算機４は、画像認識するとき、撮影された撮影データを測量機器２から受信する（ステップ４０，４１）。計算機４は、標的データを読み込む（ステップ４２）。標的は、予めその形状や色が指定されてマークや構造物からなるもので、画像の中で画像認識の対象になるものである。標的データは、この標的の形状、大きさ、又はその設計図等についてのデータである。

標的データは、予め計算機４に設定されているか、特定の場所で、標的データの画像、特徴等のように、画像認識に必要なパラメータが入力されている。これを、計算機４は、読み込み、画像認識に利用する。そして、計算機４は、撮影データを解析し、その中の標的データを識別する（ステップ４３）。このときの識別方法は、下述する。

計算機４は、撮影データの中の標的データ以外に識別できた物体の図等を削除する（ステップ４４）。続いて、計算機４は、撮影データの中の標的データを識別すると、撮影データの背景色を削除し、続いて、ノイズを削除する（ステップ４５，４６）。最後は、ほぼ標的データが残って、この標的データの位置を計算し、必要であれば位置補正する（ステップ４７）。この位置計算は、撮影データを撮影するときの方角、画像のサイズから、標的データの方角位置を計算するものである。

２次元の撮影では、撮影データの中の物体を形状認識しても、その各物体までの距離がわからない。そのため、撮影された撮影データから標的データの撮影方角を分かれば、計測機器２でその撮影方角を距離測定することで、標的までの距離が把握できる。ここでは、図１で図示したように、マーク１２が貼られている断面１０ａが複数ある場合は、撮影データからマーク１２を認識し、マーク１２が貼られている物体の形状の断面１０ａを認識する。その後、認識結果として、各断面１０ａの方角を出力する。
又は、撮影データからマーク１２を認識し、認識結果として、マーク１２の方角を出力しても良い。

（画像認識のアルゴリズムの説明）
ディジタルカメラで撮影した画像又は映像を解析して画像認識する技術が日進月歩の進化を遂げている。本発明の第１の実施の形態において、撮影装置３は、静止画も動画も撮影できるディジタルカメラである。人間の目には、連続して変化する静止画が動画として認識される。動画でも、標準化された動画フォーマットでは、静止画の連続したコマである。そのため、ディジタルカメラで撮影するとき、撮影風景の差分だけを撮影して、出力したりする。ディジタルカメラの高性能化で、取得する撮影映像、撮影画像等の撮影データが膨大化する傾向である。撮影データは、２次元の配列に点としての画素を並べて、各画素に色情報、階調情報（明るさの濃淡の段階数）が付与されている。

カラー画像の場合は１点を３種類の色で表現する。本実施の形態では、撮影画像は、そのフォーマットは、JPEG，GIF，PNG，TIFF等のように圧縮方法も含め任意のフォーマットを採用する。撮影映像のフォーマットは、AVI（.avi）、ASF（.asf，.asx，.wmv，.wvx，.wma，.wax）、MP4（.mp4，.m4v，.m4a）、Flash Video（.flv）を初め、その圧縮方法も含め任意のフォーマットを採用する。本発明は、撮影画像、撮影動画のための発明ではない、かつ、汎用の撮影方法とそれによるフォーマットのデータを利用するため、撮影データの詳細な構造、フォーマットについてこれ以上の説明は省略する。

画像認識の方法は、その目的によって様々なアルゴリズム、認識方法が用いられている。本実施の形態においては、所定の形状と色の図形からなるマークと、所定の形状の構造物を検出することを想定している。本発明の第１の実施の形態において、撮影データから所定の形状と色の物体を認識する場合は、限定しないが次の方法を利用することができる。平滑化、平均化フィルタ、ガウシアンフィルタ等のフィルタリングを利用して、ヒストグラムから外れ値を削除して、ノイズ除去を行う。ボリュームデータ、ボクセル等の３次元フィルタを画像認識利用することができる。

また、撮影データを、膨張演算と収縮演算を繰り返し利用して、輪郭を抽出したり、小さなノイズ、線、点を削除したりして、大きな変化点を強調して抽出したりして、画像認識に必要な処理画像を得る。更に、所定の形状や色を、処理画像中から比較して、所定の一致率以上になったら認識結果として出力しても良い。このように、画像認識の様々なアルゴリズムを利用することができる。本発明は、画像認識のアルゴリズム自体の発明ではないので、詳細な説明を省略する。

図５〜図７は、撮影装置３で撮影された撮影データを計算機４によって解析し、撮影データの中の標的の映像を認識する例を示す図である。図５は、例えば、標的として、特定の色が設定されている場合、この色のマークを識別する例を図示している。計算機４は、測量機器２から図５（ａ）に図示したような画像データ２０からなる撮影データを受信する。画像データ２０は、撮影装置３で撮影されたものである。画像データ２０は、図中に四角形になっており、汎用のディジタルカメラで撮影した形式のものである。

画像データ２０はこのように四角形になる必要がなく、撮影装置３が出力する任意の形式、フォーマットのものが利用できる。図５（ａ）に示す画像データ２０は、一般的な撮影データを概念的に図示しているもので、図の中で、物体を四角形で第１物体２２と第２物体２３として図示し、それぞれが別々の色で図示されている。色は、ここで、別々のハッチングで図示している。ここで、四角形２２で標的を示しており、四角形２３はそれ以外の物体を示す。

標的の色は、赤、青、黄色等のようにできるだけ基本色であることが好ましい。中間色であると画像データの中のノイズから識別され難く、画像処理を複雑にする。第１物体２２は、第１色を示す第１ハッチングで図示されている。第２物体２３は、第２色を示す第２ハッチングで図示されている。画像データ２０は、背景２１を有する。背景２１は、基本的にこれらの第１色、第２色等の色と異なる色又は物体の画像である。図中、参照番号２４で示す各種記号は、ノイズを示すものである。

計算機４は、この画像データ２０を解析して、まず、標的の第１色以外の色の物体２３を削除する。そして、背景２１を削除すると、図５（ｂ）に図示したような画像データ２０ａになり、ノイズ２４と標的の第１色の第１物体２２のみが残る。背景２１が削除されて、ここでは黒色の背景２１ａになっているが、画像データ２０ａの中では、色情報がなく、透明になる。そして、この中で、標的の第１色のみを残し、他を削除すると、図５（ｃ）に図示したような画像データ２０ｂが残る。

この中で、第１色の第１物体２２の位置を特定し、その方角を測量機器２へ送信する。図５（ａ）と図５（ｃ）に図示したように、画像データ２０、２０ｂの中でその中央点を通り座標系が定義されており、通常は、横軸２５ｘと縦軸２５ｙになる。ここでは、標的の第１物体２２は、特にその中央点は、この座標系で定義される。画像の中で、横軸２５ｘと縦軸２５ｙで定義されるが、これを測量機器２で測定する方角を示す極座標データ（θｘ，θｙ）へ変換され、出力される。

計算機４は、この変換された極座標データからこの極座標データが示す方角へ測定方向を求めて旋回させ調整し、測定を行う。言い換えると、測量機器２は、標的の色の第１物体２２を測定することになる。測量機器２は測定を行い、測定データを計算機４へ送信する。計算機４は測定データを用いて、標的の第１物体２２の位置を把握し、その設計データと比較することで、その位置変位が計算できる。

図６は、第１物体２２が画像データ２０の中で、その中央点ではない位置に位置する例を図示している。画像認識は、基本的に、図５の説明で記述したものと同様であるがここで異なる部分のみを説明する。図６（ａ）に図示した画像データ２０を認識し第１物体２２以外の物体である第２物体２３、背景２１、ノイズ２４を削除すると、図６（ｂ）に図示した画像データ２０ａ’になり、第１物体２２が下部に図示されている。

このとき、計算機４は、画像の座標補正を行い、図６（ｃ）に図示したように第１物体２２’が画像２０ｂ’の中央点に位置するようにし、その座標を求める。そして、この座標を、極座標に変換して、旋回角度を求めて出力する。図７は、標的として特定の形状が設定されている場合、この形状のマークを識別する例を図示している。計算機４は、測量機器２から図７（ａ）に図示したような画像データ３０からなる撮影データを受信する。画像データ３０は、上述の画像データ２０と同様に、撮影装置３で撮影されたものである。

図７（ａ）に図示して画像データ３０は、物体を第１形状の第１物体３２と第２形状の第２物体３３として図示している。ここで、各形状の物体は、別々のハッチングで図示している別々の色を有し、図中でも、四角形と三角形で別々の形状で図示している。四角形で第１物体３２を示し、三角形３３はそれ以外の物体を示す。画像認識は、画像データ３０から背景３１、第２物体３３、ノイズ３４等を削除し、画像データ３０ａが残る。画像データ３０ａの背景は、色情報がなく、透明になるが、図中に黒色に図示されている。

そして、第１物体３２の位置を特定し、その方角を測量機器２へ送信する。方角は、極座標データから角度データに変換されて、計算機４から測量機器２へ送信される。測量機器２は、指定された角度に旋回し測定方向を調整し、測定を行う。言い換えると、測量機器２は、標的の第１物体３２を測定することになる。測量機器２は測定を行い、測定データを計算機４へ送信する。計算機４測定データを用いて、標的の第１物体３２の位置を把握し、その設計データと比較することで、その位置変位が計算できる。

図７（ａ）に図示して画像データ３０の画像認識において、形状認識を、特定の色と組み合わせても良い。また、標的の物体が、画像データの中で、中央点から離れていても、図６で説明したものと同じように、座標補正を行うことができる。その説明は、ここでは省略する。図８には、画像認識の結果の例を図示している。図８は、計算機４で撮影データを画像認識した結果である。ここで、マーク４１〜４５は、認識対象のもので、マークを例にしている。

このとき、撮影データからマークを画像認識した結果、マーク４１〜４５が認識され、これらを位置補正し、その位置を求めた場合、図８に図示したようになる。上述のように、撮影データから各マーク４１〜４５を画像認識し、その位置を求め、この位置の示方角データを測量機器２へ送信して、各マーク４１〜４５までの距離を測定している。その距離の測定データを用いて、各マーク４１〜４５の位置関係を計算する。よって、各マーク４１〜４５の中央点を求め、これらを通る線４６を図に示すように引くと、マーク４４がこの線から外れる。

これを、ディスプレイ９に表示する。この表示のとき、色やテキスト情報で、強調表示する。線４６の代わりに所定の間隔を持つ２本の線４７のように、マーク４４が所定の範囲に入っているかで判定しても良い。この例では、マーク４４が２本の線４７の間に入っていない。これにより、作業者は、ディスプレイ９に表示されるマーク４１〜４５の位置関係を見ながら、マーク４１〜４５が貼られている構造物の設置位置調整を行う。

［その他]
上述の通り、マークは、２次元のものを例に説明したが、３次元のものも利用できる。マークが３次元になると、これを各方角から見えるように変換して画像を作り、撮影データと比較して認識する。図９（ａ）に図示した画像は、３次元のマークとして利用することができる。

１…自動視準装置
２…測量機器
３…撮影装置
４…計算機
９…ディスプレイ
１０，１０ｂ…四角棒
１０ａ，１０ｄ…端面
１２…マーク
１３…自動視準管理プログラム

Claims (8)

1. 水平軸及び鉛直軸を中心として揺動可能な撮像装置を搭載した測量機器により、前記撮像装置により撮像された撮像画像の中から画像処理を行い特定の色彩、形状を認識可能な画像・演算処理手段と、
   構造物の外形形状、及び空間配置位置を予め記憶するための構造物設定部と
   を有する測量機器による自動視準方法であって、
   前記構造物を構成する一平面に、予め設定された二次元の外形形状を有する標的を貼付し、
   前記測量機器により、前記一平面中の前記標的の三次元位置を認識し、
   予め前記三次元構造物設定部に設定された前記一平面の空間位置と、前記認識された前記標的の三次元位置とを対比し、
   前記一平面の三次元位置を特定する
   ことを特徴とする測量機器による自動視準方法。
2. 請求項１に記載の測量機器による自動視準方法において、
   前記対比は、
   前記画像・演算処理手段により前記標的の面積中心を演算し、前記一平面の空間位置と前記標的の空間位置とを特定し、
   前記標的と前記一平面の位置とをディスプレイに重ねて表示する
   ことを特徴とする測量機器による自動視準方法。
3. 請求項２に記載の測量機器による自動視準方法において、
   前記標的の中心位置と前記一平面の中心位置とをディスプレイに重ねて表示する
   ことを特徴とする測量機器による自動視準方法。
4. 請求項１乃至３の中から選択される１項に記載の測量機器による自動視準方法において、
   前記構造物は、三次元構造物である
   ことを特徴とする測量機器による自動視準方法。
5. 水平軸及び鉛直軸を中心として揺動可能な撮像装置を搭載した測量機器により、前記撮像装置により撮像された撮像画像中の中から画像処理を行い特定の色彩、形状を認識可能な画像・演算処理手段と、
   構造物の外形形状、及び空間配置位置を予め記憶するための構造物設定部と
   を有する測量機器による自動視準装置であって、
   前記演算・画像処理手段は、
   前記撮像画像から、前記標的を検出するために、形状を設定する形状設定部と、
   前記形状設定部に基づいて前記標的を識別する標的画像識別部と
   を有する
   ことを特徴とする測量機器による自動視準装置。
6. 請求項５に記載の測量機器による自動視準装置において、
   前記撮像画像から、前記標的を検出するために、色彩を設定する検出色彩設定部と、
   前記検出色彩設定部に基づいて前記標的を識別する前記標的画像識別部と
   を有する
   ことを特徴とする測量機器による自動視準装置。
7. 請求項４又は５に記載の測量機器による自動視準装置において、
   前記画像処理手段は、
   前記撮像画像から標的画像を検出する標的画像検出手段と、
   前記標的画像の中心点を演算する標的画像中心点演算手段と
   を有することを特徴とする測量機器による自動視準装置。
8. 請求項５乃至７の中から選択される１項に記載の測量機器による自動視準装置において、
   前記構造物は、三次元構造物である
   ことを特徴とする測量機器による自動視準装置。