JP2020094846A - 測量装置及び写真測量方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で高密度の３次元測定が可能な測量装置及び写真測量方法を提供する。【解決手段】第１設置点と第１設置点に対して所定位置の第２設置点に順次設置される一脚３と、一脚３の下端から既知の距離と一脚３の軸心に対して既知の角度で設けられ、測量装置本体４は、測定対象２迄の距離を測定する測距部と、測定対象２を含み、基準光軸と所定の関係で観察画像を取得する測定方向撮像部と、測量装置本体４の傾斜を検出する姿勢検出器と、測距部に所定の測定点を測距させると共に、測定対象２の画像を取得させる演算制御部とを有し、演算制御部は、第１設置点で取得された第１画像と、第２設置点で取得された第２画像から共通する対応点を抽出し、第１画像中の対応点又は対応点近傍の測距値と、第２画像中の対応点又は対応点近傍の測距値に基づき写真測量のマッチングを実行し、第１設置点と第２設置点に対する測定対象の位置関係を測量する。【選択図】図１

Description

本発明は、簡単に設置可能な測量装置及び写真測量方法に関するものである。

測定対象物を測定（大きさや３次元座標）する際には、カメラ等の画像取得装置を用いた写真測量や、３次元レーザスキャナを用いた３次元測量が行われる。写真測量は、測定対象物を短時間で測定することができる。又、写真測量は、画像中で測定対象物が認識できる範囲で、比較的遠方迄測定可能である。

然し乍ら、写真測量の場合、奥行きの分解能は画素とＢＨ比（２箇所の撮影位置間の距離と測定対象物迄の距離の比）で決定され、測定精度に限界があった。又、写真測量は、カメラの歪みを補正する為の内部標定、２箇所で撮影した画像の対応付けの為の相互標定、標定点（基準点）を用いた絶対標定を行う必要がある。従って、写真測量には熟練作業が必要となる。

一方、レーザスキャナは、測定対象物の形状を容易に測定可能である。然し乍ら、測定対象物を精密に測定する場合、スキャン密度を高くする必要がある為、測定に時間を要する。又、鉛直基準を有さないレーザスキャナの場合、標定点（基準点）を設け、別手段で基準点を測量し、レーザスキャナの傾きを補正する必要がある。更に、レーザスキャナの場合、測定距離に限界があり、遠方の測定対象物の測定が困難である。

特開２０１６−１５１４２３号公報 特開２０１６−１５１４２２号公報 特開２０１６−１６１４１１号公報

本発明は、短時間で高密度の３次元測定が可能な測量装置及び写真測量方法を提供するものである。

本発明は、移動可能で、少なくとも第１設置点と該第１設置点に対して所定位置の第２設置点に順次設置される一脚と、該一脚の下端から既知の距離と該一脚の軸心に対して既知の角度で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体を具備し、該測量装置本体は、測距光を照射し、反射測距光を受光して測定対象迄の距離を測定する測距部と、前記測定対象を含み、前記基準光軸と所定の関係で観察画像を取得する測定方向撮像部と、前記測量装置本体の水平又は鉛直に対する傾斜を検出する姿勢検出器と、前記測距部に所定の測定点を測距させると共に、前記測定方向撮像部により前記測定対象の画像を取得させる演算制御部とを有し、該演算制御部は、前記第１設置点で取得された第１画像と、前記第２設置点で取得された第２画像から共通する対応点を抽出し、前記第１画像中の対応点又は対応点近傍の前記測距部による測距値と、前記第２画像中の対応点又は対応点近傍の前記測距部による測距値に基づき写真測量のマッチングを実行し、前記第１設置点と前記第２設置点に対する前記測定対象の位置関係を測量する様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記測量装置本体は、前記基準光軸に対して前記測距光を偏向する光軸偏向部を更に具備し、前記演算制御部は、前記光軸偏向部により前記測距光を所定のスキャンパターンでスキャンさせ、前記測距部に前記スキャンパターンに沿った点群データを取得させ、前記スキャンパターンから外れた部分について前記写真測量により測距データを補完し、前記測定対象の３次元データを取得する様構成した測量装置に係るものである。

又本発明は、前記第１画像と前記第２画像に対して前記測定対象が広交会角の場合、前記スキャンパターン外の前記測距部による光波距離測定が不能な部分について、前記写真測量により測距データを補完する様構成した測量装置に係るものである。

又本発明は、前記演算制御部は、前記第１画像を取得した後に前記測定対象に対して右又は左に前記一脚を傾斜させて補助第１画像を取得し、前記第２画像を取得した後に前記測定対象に対して右又は左に前記一脚を傾斜させて補助第２画像を取得し、前記第１画像と前記補助第１画像による狭交会角の写真測量を行い、該写真測量に基づき前記第１設置点に対する前記測定対象の概略３次元位置を演算し、前記第２画像と前記補助第２画像による狭交会角の写真測量を行い、該写真測量に基づき前記第２設置点に対する前記測定対象の概略３次元位置を演算する測量装置に係るものである。

又本発明は、前記演算制御部は、前記第１画像と前記第２画像から共通する対応点を抽出し、前記第１画像中の対応点の概略３次元位置と前記第２画像中の対応点の概略３次元位置とを比較し、概略合致する対応点を抽出し、抽出された対応点に基づき前記第１画像と前記第２画像とをマッチングする測量装置に係るものである。

又本発明は、前記第１画像と前記第２画像とは広交会角で取得された画像である測量装置に係るものである。

又本発明は、前記一脚に補助脚を設け、該補助脚により前記一脚の前後方向の傾斜及び回転を規制する様構成した測量装置に係るものである。

又本発明は、前記演算制御部は、前記第１設置点から前記測定対象の任意の位置の測定点を測定し、前記第２設置点から前記測定点を測定し、後方交会により前記第１設置点の３次元座標を基準とした前記第２設置点の３次元座標を演算する測量装置に係るものである。

又本発明は、前記第１設置点に基準目標物を設置し、前記第２設置点から前記基準目標物を測定し、該測定結果に基づき、前記第１設置点の３次元座標を基準とした前記第２設置点の３次元座標を演算する測量装置に係るものである。

又本発明は、前記測量装置本体がＧＰＳ装置を更に具備し、該ＧＰＳ装置により前記第１設置点と前記第２設置点の３次元座標を取得する測量装置に係るものである。

又本発明は、設置点に設置される一脚と、該一脚の下端から既知の距離と該一脚の軸心に対して既知の位置で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体と、該測量装置本体に設けられ、測定対象を含み、前記基準光軸と所定の関係で観察画像を取得する測定方向撮像部と、前記測量装置本体の水平又は鉛直に対する傾斜を検出する姿勢検出器と、前記測定対象の画像を取得させる演算制御部とを有し、前記一脚は、少なくとも第１設置点と第２設置点に順次設置され、前記第１設置点に於いて、前記測定対象を含む第１画像と、第１画像取得状態から前記一脚を前記測定対象に対して右又は左に傾け前記第１画像に対する狭交会角の補助第１画像を取得し、前記第１画像、前記補助第１画像、前記既知の距離と、前記姿勢検出器が検出した傾斜とに基づき狭交会角の第１写真測量を行い、前記第２設置点に於いて、前記測定対象を含む第２画像と、第２画像取得状態から前記一脚を前記測定対象に対して右又は左に傾け前記第２画像に対する狭交会角の補助第２画像を取得し、前記第２画像、前記補助第２画像、前記既知の距離と、前記姿勢検出器が検出した傾斜とに基づき狭交会角の第２写真測量を行い、前記第１画像と前記第２画像とに共通する対応点を前記第１写真測量、前記第２写真測量により得られた概略３次元位置に基づき抽出し、抽出した対応点に基づき前記第１画像と前記第２画像とをマッチングさせ、広交会角の第３写真測量を実行する写真測量方法に係るものである。

更に又本発明は、前記第１画像、前記補助第１画像、前記第２画像、前記補助第２画像は、それぞれ前記姿勢検出器により求めた結果に基づき補正された鉛直画像である写真測量方法に係るものである。

本発明によれば、移動可能で、少なくとも第１設置点と該第１設置点に対して所定位置の第２設置点に順次設置される一脚と、該一脚の下端から既知の距離と該一脚の軸心に対して既知の角度で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体を具備し、該測量装置本体は、測距光を照射し、反射測距光を受光して測定対象迄の距離を測定する測距部と、前記測定対象を含み、前記基準光軸と所定の関係で観察画像を取得する測定方向撮像部と、前記測量装置本体の水平又は鉛直に対する傾斜を検出する姿勢検出器と、前記測距部に所定の測定点を測距させると共に、前記測定方向撮像部により前記測定対象の画像を取得させる演算制御部とを有し、該演算制御部は、前記第１設置点で取得された第１画像と、前記第２設置点で取得された第２画像から共通する対応点を抽出し、前記第１画像中の対応点又は対応点近傍の前記測距部による測距値と、前記第２画像中の対応点又は対応点近傍の前記測距部による測距値に基づき写真測量のマッチングを実行し、前記第１設置点と前記第２設置点に対する前記測定対象の位置関係を測量する様構成されたので、交会角が大きい場合でも、ミスマッチを生じることがなく、高精度な写真測量を実行することができる。

又本発明によれば、設置点に設置される一脚と、該一脚の下端から既知の距離と該一脚の軸心に対して既知の位置で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体と、該測量装置本体に設けられ、測定対象を含み、前記基準光軸と所定の関係で観察画像を取得する測定方向撮像部と、前記測量装置本体の水平又は鉛直に対する傾斜を検出する姿勢検出器と、前記測定対象の画像を取得させる演算制御部とを有し、前記一脚は、少なくとも第１設置点と第２設置点に順次設置され、前記第１設置点に於いて、前記測定対象を含む第１画像と、第１画像取得状態から前記一脚を前記測定対象に対して右又は左に傾け前記第１画像に対する狭交会角の補助第１画像を取得し、前記第１画像、前記補助第１画像、前記既知の距離と、前記姿勢検出器が検出した傾斜とに基づき狭交会角の第１写真測量を行い、前記第２設置点に於いて、前記測定対象を含む第２画像と、第２画像取得状態から前記一脚を前記測定対象に対して右又は左に傾け前記第２画像に対する狭交会角の補助第２画像を取得し、前記第２画像、前記補助第２画像、前記既知の距離と、前記姿勢検出器が検出した傾斜とに基づき狭交会角の第２写真測量を行い、前記第１画像と前記第２画像とに共通する対応点を前記第１写真測量、前記第２写真測量により得られた概略３次元位置に基づき抽出し、抽出した対応点に基づき前記第１画像と前記第２画像とをマッチングさせ、広交会角の第３写真測量を実行するので、交会角が大きい場合でもミスマッチを生じることなく写真測量ができ、測定精度の向上が図れると共に、測距光を用いた測定機構を省略でき、装置コストの低減を図ることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の第１の実施例を示す概略図である。 本発明の第１の実施例に係る測量装置本体を示す概略ブロック図である。 操作パネルの概略ブロック図である。 本発明の第１の実施例に係る測量装置を用いた測定を説明する説明図である。 本発明の第１の実施例に係る測量装置を用いた測定を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施例に係る測量装置を用いた測定を説明する説明図である。 本発明の第２の実施例に係る測量装置本体を示す概略ブロック図である。 本発明の第２の実施例に係る測量装置を用いた測定を説明するフローチャートである。 本発明の第３の実施例に係る測量装置を用いた測定を説明する説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の第１の実施例の概略を示す図であり、図１中、１はモノポッド支持方式の測量装置、２は測定対象を示す。

前記測量装置１は、主に、一脚（モノポッド）３、該一脚３の上端に設けられた測量装置本体４、前記一脚３の適宜位置に、例えば測定作業者が立ち姿勢で操作し易い位置に、操作パネル７が設けられる。

該操作パネル７は、前記一脚３に対して固定的に設けられてもよく、或は着脱可能であってもよい。前記操作パネル７が前記一脚３に取付けられた状態で操作可能である。又、前記操作パネル７を前記一脚３から分離し、該操作パネル７単体で操作可能としてもよい。該操作パネル７と前記測量装置本体４とは、有線、無線等各種通信手段を介してデータ通信が可能となっている。

又、前記一脚３の前記操作パネル７より下方の位置に１本の補助脚６が折畳み可能に取付けられている。

前記一脚３の下端は尖端となっており、該下端は基準点Ｒ（測定の基準となる点）に設置される。又、前記一脚３の下端から前記測量装置本体４の機械中心（測量装置本体４に於ける測定の基準となる点）迄の距離は既知となっている。

前記測量装置本体４の光学系は、およそ水平方向に延出する基準光軸Ｏを有し、該基準光軸Ｏは前記一脚３の軸心Ｐと直交する線に対して所定角度下方に傾斜する様に設定される。従って、前記一脚３が鉛直に設定されると前記基準光軸Ｏは水平に対して前記所定角度下方に傾斜する。

前記補助脚６は、上端で前記一脚３に折畳み可能に連結され、前記補助脚６は折畳み状態では、前記一脚３と密着し、密着した状態を保持する様なロック機構が設けられる。或は簡易的に前記一脚３と前記補助脚６とを束ねるバンド（図示せず）が設けられてもよい。前記補助脚６が折畳まれた状態で、作業者が一脚３を把持し、測定を実行できる。

前記補助脚６は、該補助脚６の上端を中心に所定の角度回転し、前記一脚３から離反させることが可能となっており、離反させた位置で固定可能となっている。前記補助脚６を使用することで、前記測量装置本体４は該補助脚６と前記一脚３との２点支持となり、前記測量装置本体４の支持は安定し、前記測量装置本体４による測定の安定性が向上する。尚、前記補助脚６は、１本の場合を説明したが２本であってもよい。この場合、前記一脚３は自立可能となる。

前記測量装置本体４は、光波距離計としての測距部２４（後述）、測定方向撮像部２１（後述）を有し、又前記測量装置本体４には外部撮像部である下方撮像部５が設けられている。前記測距部２４の光学系の基準光軸が前記基準光軸Ｏである。前記測定方向撮像部２１の光軸（以下、第１撮像光軸６１）は前記基準光軸Ｏに対して所定角（例えば６°）上方に傾斜しており、又前記測定方向撮像部２１と前記測距部２４との距離及び位置関係は既知となっている。前記測距部２４と前記測定方向撮像部２１は前記測量装置本体４の筐体内部に収納されている。

前記下方撮像部５は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を有し、デジタル画像を取得可能な撮像装置が用いられる。又、撮像素子中の画素の位置が前記下方撮像部５の光軸（以下、第２撮像光軸８）を基準として検出可能となっている。又、前記下方撮像部５として、例えば、市販のデジタルカメラが用いられてもよい。

前記下方撮像部５は前記測量装置本体４の筐体に固定され、前記下方撮像部５（即ち、該下方撮像部５の像形成位置）は前記測量装置本体４の機械中心に対して既知の位置（距離）に設けられる。前記第２撮像光軸８は、下方に向けられ、前記基準光軸Ｏに対して所定の既知の角度（θ４）に設定され、前記第２撮像光軸８と前記基準光軸Ｏとは既知の関係（距離）となっている。尚、前記下方撮像部５は前記筐体に収納され、前記測量装置本体４と一体化されてもよい。

前記測定方向撮像部２１の画角はθ１であり、前記下方撮像部５の画角はθ２であり、θ１とθ２とは等しくてもよく又異なっていてもよい。又、前記測定方向撮像部２１の画角と前記下方撮像部５の画角はオーバラップしていなくともよいが、所定量オーバラップすることが好ましい。又、前記下方撮像部５の画角、前記第２撮像光軸８の方向は、前記一脚３の下端が画像中に含まれる様設定される。尚、θ３は前記測量装置本体４のスキャン範囲を示している。

図２を参照して、前記測量装置本体４の概略構成を説明する。

該測量装置本体４は、測距光射出部１１、受光部１２、測距演算部１３、演算制御部１４、第１記憶部１５、撮像制御部１６、画像処理部１７、第１通信部１８、光軸偏向部１９、姿勢検出器２０、前記測定方向撮像部２１、射出方向検出部２２、モータドライバ２３を具備し、これらは筐体２５に収納され、一体化されている。尚、前記測距光射出部１１、前記受光部１２、前記測距演算部１３、前記光軸偏向部１９等は、測距部２４を構成する。

前記測距光射出部１１は、射出光軸２６を有し、該射出光軸２６上に発光素子２７、例えばレーザダイオード（ＬＤ）が設けられている。又、前記射出光軸２６上に投光レンズ２８が設けられている。更に、前記射出光軸２６上に設けられた偏向光学部材としての第１反射鏡２９と、受光光軸３１（後述）上に設けられた偏向光学部材としての第２反射鏡３２とによって、前記射出光軸２６は、前記受光光軸３１と合致する様に偏向される。前記第１反射鏡２９と前記第２反射鏡３２とで射出光軸偏向部が構成される。

前記測距演算部１３は前記発光素子２７を発光させ、該発光素子２７はレーザ光線を発する。前記測距光射出部１１は、前記発光素子２７から発せられたレーザ光線を測距光３３として射出する。尚、レーザ光線としては、連続光或はパルス光、或は特許文献３に示される断続変調測距光のいずれが用いられてもよい。尚、前記測距演算部１３としては、本装置に特化したＣＰＵ、或は汎用ＣＰＵが用いられる。以下、パルス光及び断続変調光を総称してパルス光と称する。

前記受光部１２について説明する。該受光部１２には、測定対象２からの反射測距光３４が入射する。前記受光部１２は、前記受光光軸３１を有し、該受光光軸３１には、前記第１反射鏡２９、前記第２反射鏡３２によって偏向された前記射出光軸２６が合致する。尚、該射出光軸２６と前記受光光軸３１とが合致した状態を測距光軸３５とする。

前記基準光軸Ｏ上に前記光軸偏向部１９が配設される。該光軸偏向部１９の中心を透過する真直な光軸は、前記基準光軸Ｏとなっている。該基準光軸Ｏは、前記光軸偏向部１９によって偏向されなかった時の前記射出光軸２６又は前記受光光軸３１又は前記測距光軸３５と合致する。

前記反射測距光３４が前記光軸偏向部１９を透過し、入射した前記受光光軸３１上に結像レンズ３８が配設される。又、前記受光光軸３１上に受光素子３９、例えばアバランシフォトダイオード（ＡＰＤ）が設けられている。前記結像レンズ３８は、前記反射測距光３４を前記受光素子３９に結像する。該受光素子３９は、前記反射測距光３４を受光し、受光信号を発生する。受光信号は、前記測距演算部１３に入力され、該測距演算部１３は受光信号に基づき測距光の往復時間を演算し、往復時間と光速に基づき前記測定対象２迄の測距を行う。又、受光信号は前記反射測距光３４を受光した際の受光強度の情報も含んでおり、前記測距演算部１３は前記測定対象２からの反射強度も演算する。

前記第１通信部１８は、前記測定方向撮像部２１で取得した画像データ、前記画像処理部１７で処理された画像データ、前記測距部２４が取得した測距データ、前記射出方向検出部２２が取得した測角データを前記操作パネル７に送信し、更に該操作パネル７からの操作コマンドを受信する。

前記第１記憶部１５には、撮像の制御プログラム、画像処理プログラム、測距プログラム、表示プログラム、通信プログラム、操作コマンド作成プログラム、前記姿勢検出器２０からの姿勢検出結果に基づき前記一脚３の傾斜角、傾斜方向を演算し、更に傾斜角の鉛直成分（前記一脚３の測定対象２に対する前後方向の傾斜角）、傾斜角の水平成分（前記一脚３の測定対象２に対する左右方向の傾斜角）を演算する傾斜角演算プログラム、演算した傾斜に基づき撮影した画像の向きを補正する補正プログラム、測距を実行する為の測定プログラム、前記光軸偏向部１９の偏向作動を制御する為の偏向制御プログラム、少なくとも２箇所で撮影された画像の対応付けを行うマッチングプログラム、少なくとも２箇所の撮影位置間の距離（位置関係）を求める演算プログラム、対応付けされた少なくとも２つの画像に基づき写真測量を行う測量プログラム、各種演算を実行する演算プログラム等の各種プログラムが格納される。又、前記第１記憶部１５には、測距データ、測角データ、画像データ等の各種データが格納される。

前記演算制御部１４は、前記測量装置本体４の作動状態に応じて、前記各種プログラムを展開、実行して前記測量装置本体４による前記測距光射出部１１の制御、前記受光部１２の制御、前記測距演算部１３の制御、前記測定方向撮像部２１の制御等を行い、測距を実行する。尚、前記演算制御部１４としては、本装置に特化したＣＰＵ、或は汎用ＣＰＵが用いられる。又、前記測距演算部１３は、前記演算制御部１４の機能の一部が割当てられてもよい。

又、前記第１記憶部１５としては、磁気記憶装置としてのＨＤＤ、光記憶装置としてのＣＤ、ＤＶＤ、半導体記憶装置としてのメモリカード、ＵＳＢ等種々の記憶手段が用いられる。該第１記憶部１５は、前記筐体２５に対して着脱可能であってもよい。或は、前記第１記憶部１５は、所望の通信手段を介して外部記憶装置或は外部データ処理装置にデータを送出可能としてもよい。

前記光軸偏向部１９の詳細について説明する。

該光軸偏向部１９は、一対の光学プリズム４１，４２から構成される。該光学プリズム４１，４２は、それぞれ同径の円板形であり、前記測距光軸３５上に該測距光軸３５と直交して同心に配置され、所定間隔で平行に配置されている。前記光学プリズム４１は、光学ガラスにて成形され、平行に配置された３つの三角プリズムを有している。同様に、前記光学プリズム４２も、光学ガラスにて成形され、平行に配置された３つの三角プリズムを有している。尚、前記光学プリズム４１を構成する三角プリズムと、前記光学プリズム４２を構成する前記三角プリズムは、全て同一偏角の光学特性を有している。

各三角プリズムの幅、形状は全て同じでもよく、或は異なっていてもよい。尚、中心に位置する前記三角プリズムの幅は、前記測距光３３のビーム径よりも大きくなっており、該測距光３３は中心に位置する三角プリズムのみを透過する様になっている。中心以外に位置する三角プリズムについては、多数の小さい三角プリズム（フレネルプリズム）で構成してもよい。

更に、中心の前記三角プリズムについては、光学ガラス製とし、中心以外の前記三角プリズムについては、光学プラスチック製としてもよい。これは、前記光軸偏向部１９から測定対象２迄の距離は大きく、中心の前記三角プリズムの光学特性については精度が要求され、一方中心以外の前記三角プリズムから前記受光素子３９迄の距離は小さく、高精度の光学特性は必要ないという理由による。

前記光軸偏向部１９の中央部（中心の前記三角プリズム）は、前記測距光３３が透過し、射出される第１光軸偏向部である測距光偏向部となっている。前記光軸偏向部１９の中央部を除く部分（中心の前記三角プリズムの両端部及び中心以外の前記三角プリズム）は、前記反射測距光３４が透過し、入射する第２光軸偏向部である反射測距光偏向部となっている。

前記光学プリズム４１，４２は、それぞれ前記基準光軸Ｏを中心に独立して個別に回転可能に配設されている。前記光学プリズム４１，４２は、回転方向、回転量、回転速度が独立して制御されることで、射出される前記測距光３３の前記射出光軸２６を任意の方向に偏向し、又受光される前記反射測距光３４の前記受光光軸３１を前記射出光軸２６と平行に偏向する。

又、前記測距光３３を連続して照射しつつ、前記光学プリズム４１，４２を連続的に駆動し、連続的に偏向することで、前記測距光３３を所定のパターンでスキャンさせることができる。

前記光学プリズム４１，４２の外形形状は、それぞれ前記測距光軸３５（基準光軸Ｏ）を中心とする円形であり、前記反射測距光３４の広がりを考慮し、充分な光量を取得できる様、前記光学プリズム４１，４２の直径が設定されている。

前記光学プリズム４１の外周にはリングギア４５が嵌設され、前記光学プリズム４２の外周にはリングギア４６が嵌設されている。

前記リングギア４５には駆動ギア４７が噛合し、該駆動ギア４７はモータ４８の出力軸に固着されている。同様に、前記リングギア４６には駆動ギア４９が噛合し、該駆動ギア４９はモータ５０の出力軸に固着されている。前記モータ４８，５０は、前記モータドライバ２３に電気的に接続されている。

前記モータ４８，５０は、回転角を検出できるモータ、或は駆動入力値に対応した回転をするモータ、例えばパルスモータが用いられる。或は、モータの回転量（回転角）を検出する回転角検出器、例えばエンコーダを用いて前記モータ４８，５０の回転量を検出してもよい。該モータ４８，５０の回転量がそれぞれ検出され、前記モータドライバ２３により前記モータ４８，５０が個別に制御される。

又、前記モータ４８，５０の回転量、即ち前記駆動ギア４７，４９の回転量を介して前記光学プリズム４１，４２の回転角が検出される。尚、エンコーダを直接リングギア４５，４６にそれぞれ取付け、エンコーダにより前記リングギア４５，４６の回転角を直接検出する様にしてもよい。

ここで、前記光軸偏向部１９の偏向角は、前記光学プリズム４１，４２の回転角に対して小さく（例えば、偏向角±１０°させる為の回転角が±４０°）、高精度に偏向させることができる。

前記駆動ギア４７，４９、前記モータ４８，５０は、前記測距光射出部１１と干渉しない位置、例えば前記リングギア４５，４６の下側に設けられている。

前記投光レンズ２８、前記第１反射鏡２９、前記第２反射鏡３２、前記測距光偏向部等は、投光光学系を構成する。又、前記反射測距光偏向部、前記結像レンズ３８等は、受光光学系を構成する。

前記測距演算部１３は、前記発光素子２７を制御し、前記測距光３３としてレーザ光線をパルス発光又はバースト発光（断続発光）させる。該測距光３３が前記測距光偏向部により、測定対象２に向う様前記射出光軸２６（即ち、前記測距光軸３５）が偏向される。前記測距光軸３５が、測定対象２を視準した状態で測距が行われる。

前記測定対象２から反射された前記反射測距光３４は前記反射測距光偏向部、前記結像レンズ３８を介して入射し、前記受光素子３９に受光される。該受光素子３９は、受光信号を前記測距演算部１３に送出し、該測距演算部１３は前記受光素子３９からの受光信号に基づき、パルス光毎に測定点（測距光が照射された点）の測距を行い、測距データは前記第１記憶部１５に格納される。

前記射出方向検出部２２は、前記モータ４８，５０に入力する駆動パルスをカウントすることで、前記モータ４８，５０の回転角を検出する。或は、エンコーダからの信号に基づき、前記モータ４８，５０の回転角を検出する。又、前記射出方向検出部２２は、前記モータ４８，５０の回転角に基づき、前記光学プリズム４１，４２の回転位置を演算する。

更に、前記射出方向検出部２２は、前記光学プリズム４１，４２の屈折率と、該光学プリズム４１，４２を一体とした時の回転位置、両光学プリズム４１，４２間の相対回転角とに基づき、各パルス光毎の前記測距光３３の前記基準光軸Ｏに対する偏角、射出方向をリアルタイムで演算する。演算結果（測角結果）は、測距結果に関連付けられて前記演算制御部１４に入力される。尚、前記測距光３３がバースト発光される場合は、断続測距光毎に測距が実行される。

前記演算制御部１４は、前記モータ４８，５０の回転方向、回転速度、前記モータ４８，５０間の回転比を制御することで、前記光学プリズム４１，４２の相対回転、全体回転を制御し、前記光軸偏向部１９による偏向作用を制御する。又、前記演算制御部１４は、前記測距光３３の偏角、射出方向から、前記基準光軸Ｏに対する測定点の水平角、鉛直角を演算する。更に、前記演算制御部１４は、測定点についての水平角、鉛直角を前記測距データに関連付けることで、前記測定点の３次元データを求めることができる。而して、前記測量装置本体４は、トータルステーションとして機能する。

次に、前記姿勢検出器２０について説明する。該姿勢検出器２０は、前記測量装置本体４の水平、又は鉛直に対する傾斜角を検出し、検出結果は前記演算制御部１４に入力される。尚、前記姿勢検出器２０としては、特許文献１に開示された姿勢検出装置を使用することができる。

該姿勢検出器２０について簡単に説明する。該姿勢検出器２０は、フレーム５４を有している。該フレーム５４は、前記筐体２５に固定され、或は構造部材に固定され、前記測量装置本体４と一体となっている。

前記フレーム５４にはジンバルを介してセンサブロック５５が取付けられている。該センサブロック５５は、直交する２軸を中心に２方向にそれぞれ３６０°又は３６０°以上回転自在となっている。

該センサブロック５５には、第１傾斜センサ５６、第２傾斜センサ５７が取付けられている。前記第１傾斜センサ５６は水平を高精度に検出するものであり、例えば水平液面に検出光を入射させ反射光の反射角度の変化で水平を検出する傾斜検出器、或は封入した気泡の位置変化で傾斜を検出する気泡管である。又、前記第２傾斜センサ５７は傾斜変化を高応答性で検出するものであり、例えば加速度センサである。

前記センサブロック５５の、前記フレーム５４に対する２軸についての各相対回転角は、エンコーダ５８，５９によってそれぞれ検出される様になっている。

又、前記センサブロック５５を回転させ、水平に維持するモータ（図示せず）が前記２軸に関してそれぞれ設けられている。該モータは、前記第１傾斜センサ５６、前記第２傾斜センサ５７からの検出結果に基づき、前記センサブロック５５を水平に維持する様に前記演算制御部１４によって制御される。

前記センサブロック５５が前記フレーム５４に対して傾斜していた場合（前記測量装置本体４が傾斜していた場合）、前記センサブロック５５（水平）に対する前記フレーム５４の各軸方向の相対回転角が前記エンコーダ５８，５９によってそれぞれ検出される。該エンコーダ５８，５９の検出結果に基づき、前記測量装置本体４の２軸についての傾斜角、２軸の傾斜の合成によって傾斜方向が検出される。

前記センサブロック５５は、２軸について３６０°又は３６０°以上回転自在であるので、前記姿勢検出器２０がどの様な姿勢となろうとも、例えば該姿勢検出器２０の天地が逆になった場合でも、全方向での姿勢検出（水平に対する傾斜角、傾斜方向）が可能である。

姿勢検出に於いて、高応答性を要求する場合は、前記第２傾斜センサ５７の検出結果に基づき姿勢検出と姿勢制御が行われるが、該第２傾斜センサ５７は前記第１傾斜センサ５６に比べ検出精度が悪いのが一般的である。

前記姿勢検出器２０では、高精度の前記第１傾斜センサ５６と高応答性の前記第２傾斜センサ５７を具備することで、該第２傾斜センサ５７の検出結果に基づき姿勢制御を行い、更に前記第１傾斜センサ５６により高精度の姿勢検出を可能とする。

該第１傾斜センサ５６の検出結果で、前記第２傾斜センサ５７の検出結果を較正することができる。即ち、前記第１傾斜センサ５６が水平を検出した時の前記エンコーダ５８，５９の値、即ち実際の傾斜角と前記第２傾斜センサ５７が検出した傾斜角との間で偏差を生じれば、該偏差に基づき前記第２傾斜センサ５７の傾斜角を較正することができる。

従って、予め、該第２傾斜センサ５７の検出傾斜角と、前記第１傾斜センサ５６による水平検出と前記エンコーダ５８，５９の検出結果に基づき求めた傾斜角との関係を取得しておけば、前記第２傾斜センサ５７に検出された傾斜角の較正（キャリブレーション）をすることができ、該第２傾斜センサ５７による高応答性での姿勢検出の精度を向上させることができる。環境変化（温度等）の少ない状態では、傾斜検出は前記第２傾斜センサ５７の検出結果と補正値で求めてもよい。

前記演算制御部１４は、傾斜の変動が大きい時、傾斜の変化が速い時は、前記第２傾斜センサ５７からの信号に基づき、前記モータを制御する。又、前記演算制御部１４は、傾斜の変動が小さい時、傾斜の変化が緩やかな時、即ち前記第１傾斜センサ５６が追従可能な状態では、該第１傾斜センサ５６からの信号に基づき、前記モータを制御する。尚、常時、前記第２傾斜センサ５７に検出された傾斜角を較正することで、該第２傾斜センサ５７からの検出結果に基づき前記姿勢検出器２０による姿勢検出を行ってもよい。

尚、前記第１記憶部１５には、前記第１傾斜センサ５６の検出結果と前記第２傾斜センサ５７の検出結果との比較結果を示す対比データが格納されている。前記第１傾斜センサ５６からの信号に基づき、前記第２傾斜センサ５７による検出結果を較正する。この較正により、該第２傾斜センサ５７による検出結果を前記第１傾斜センサ５６の検出精度迄高めることができる。よって、前記姿勢検出器２０による姿勢検出に於いて、高精度を維持しつつ高応答性を実現することができる。

前記演算制御部１４は、前記姿勢検出器２０からの検出結果から前記一脚３の前後方向の倒れ角（測定対象２に対して近接離反する方向の倒れ角）及び前記一脚３の左右方向の倒れ角を演算する。前後方向の倒れ角は、前記基準光軸Ｏの水平に対する傾斜角として現れ、左右方向の倒れ角は、前記測定方向撮像部２１で取得する画像の傾き（回転）として現れる。

前記演算制御部１４は、前記倒れ角と前記光軸偏向部１９による偏角により、前記測距光軸３５の水平に対する傾斜角を演算する。又、前記画像の傾きに基づき、表示部６８（後述）に表示される画像の傾きを修正し、鉛直画像として表示する。

前記測定方向撮像部２１は、前記測量装置本体４の前記基準光軸Ｏと平行な前記第１撮像光軸６１と、該第１撮像光軸６１に配置された撮像レンズ６２とを有している。前記測定方向撮像部２１は、前記光学プリズム４１，４２による最大偏角θ／２（例えば±３０°）と略等しい、例えば５０°〜６０°の画角を有するカメラである。前記第１撮像光軸６１と前記射出光軸２６及び前記基準光軸Ｏとの関係は既知であり、又各光軸間の距離も既知の値となっている。

又、前記測定方向撮像部２１は、静止画像又は連続画像或は動画像がリアルタイムで取得可能である。前記測定方向撮像部２１で取得された画像は、前記操作パネル７に送信される。本実施例では、前記画像は前記操作パネル７の前記表示部６８に静止画像の観察画像として表示され、作業者は前記表示部６８に表示された前記観察画像を観察して測定作業を実行できる。前記観察画像の中心は、前記第１撮像光軸６１と合致し、前記基準光軸Ｏは前記第１撮像光軸６１と既知の関係に基づき前記観察画像の中心に対して所定の画角ずれた位置となる。

前記撮像制御部１６は、前記測定方向撮像部２１の撮像を制御する。前記撮像制御部１６は、前記測定方向撮像部２１が前記動画像、又は連続画像を撮像する場合に、該動画像、又は連続画像を構成するフレーム画像を取得するタイミングと前記測量装置本体４でスキャンし測距するタイミングとの同期を取っている。又、前記撮像制御部１６は、前記測定方向撮像部２１が静止画像を取得する場合に、該静止画像を取得するタイミングと、前記測量装置本体４でスキャンするタイミングとを同期させる。前記演算制御部１４は画像と測定データ（測距データ、測角データ）との関連付けも実行する。又、前記撮像制御部１６は、前記第１通信部１８、第２通信部６７（図３参照）を介して前記測定方向撮像部２１と前記下方撮像部５との撮像タイミングの同期制御を行っている。尚、前記撮像制御部１６として、前記演算制御部１４の機能の一部が割当てられてもよい。

前記測定方向撮像部２１の撮像素子６３は、画素の集合体であるＣＣＤ、或はＣＭＯＳセンサであり、各画素は画像素子上での位置が特定できる様になっている。例えば、各画素は、前記第１撮像光軸６１を原点とした画素座標を有し、該画素座標によって画像素子上での位置が特定される。又、前記第１撮像光軸６１と前記基準光軸Ｏとの関係（距離）が既知であるので、前記測距部２４による測定位置と前記撮像素子６３上での位置（画素）との相互関連付けが可能である。前記撮像素子６３から出力される画像信号は、前記撮像制御部１６を介して前記画像処理部１７に入力される。

前記光軸偏向部１９の偏向作用、スキャン作用について説明する。

前記光学プリズム４１の三角プリズムと、前記光学プリズム４２の三角プリズムが同方向に位置した状態では、最大の偏角（例えば、３０°）が得られる。前記光学プリズム４１，４２のいずれか一方が他方に対して１８０°回転した位置にある状態では、該光学プリズム４１，４２の相互の光学作用が相殺され、偏角は０°となる。この状態では、最少の偏角が得られる。従って、前記光学プリズム４１，４２を経て射出、受光されるレーザ光線の光軸（前記測距光軸３５）は、前記基準光軸Ｏと合致する。

前記発光素子２７から前記測距光３３が発せられ、該測距光３３は前記投光レンズ２８で平行光束とされ、前記測距光偏向部を透過して測定対象２に向けて射出される。ここで、前記測距光偏向部を透過することで、前記測距光３３は中心の前記三角プリズムによって所要の方向に偏向されて射出される。

ここで、前記測距光３３は全て中心の前記三角プリズムを透過し、中心の該三角プリズムの光学作用を受けるが、単一の光学部材からの光学作用であるので、光束の乱れがなく偏向精度は高い。更に、中心の前記三角プリズムとして光学ガラスが用いられることで、更に偏向精度が高められる。

前記測定対象２で反射された前記反射測距光３４は、前記反射測距光偏向部を透過して入射され、前記結像レンズ３８により前記受光素子３９に集光される。

前記反射測距光３４が前記反射測距光偏向部を透過することで、前記反射測距光３４の光軸は、前記受光光軸３１と合致する様に中心以外の前記三角プリズムによって偏向される。

前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２との回転位置の組合わせにより、射出する前記測距光３３の偏向方向、偏角を任意に変更することができる。

又、前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２との位置関係を固定した状態で（前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２とで得られる偏角を固定した状態で）、前記モータ４８，５０により、前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２とを一体に回転すると、前記測距光偏向部を透過した前記測距光３３が描く軌跡は前記基準光軸Ｏ（図２参照）を中心とした円となる。

従って、前記発光素子２７よりレーザ光線を発光させつつ、前記光軸偏向部１９を回転させれば、前記測距光３３を円の軌跡でスキャンさせることができる。尚、前記反射測距光偏向部は、前記測距光偏向部と一体に回転していることは言う迄もない。

前記光学プリズム４１により偏向された光軸の偏向方向を偏向Ａとし、前記光学プリズム４２により偏向された光軸の偏向方向を偏向Ｂとすると、前記光学プリズム４１，４２による光軸の偏向は、該光学プリズム４１，４２間の角度差θとして、合成偏向Ｃとなる。

従って、前記光学プリズム４１と前記光学プリズム４２とを逆向きに等速度で回転させることで、前記測距光３３を合成偏向Ｃ方向に直線の軌跡で往復スキャンさせることができる。

又、前記光学プリズム４１の回転速度に対して遅い回転速度で前記光学プリズム４２を回転させれば、角度差θは漸次増大しつつ前記測距光３３が回転される。従って、該測距光３３のスキャン軌跡はスパイラル状となる。更に、前記光学プリズム４１、前記光学プリズム４２の回転方向、回転速度を個々に制御することで、トロコイド（花びら）状等、前記測距光３３のスキャン軌跡を前記基準光軸Ｏを中心とした種々の２次元のスキャンパターンとすることができる。

前記下方撮像部５について説明する。

該下方撮像部５は、前記測量装置本体４と電気的に接続されており、前記下方撮像部５で取得された画像データは前記測量装置本体４に入力される。

前記下方撮像部５の撮像は、前記撮像制御部１６によって前記測定方向撮像部２１の撮像、前記測距部２４の測距と同期制御される。前記下方撮像部５は、前記測量装置本体４の機械中心に対して既知の位置に設けられており、前記下方撮像部５と前記一脚３下端との距離も既知となっている。

更に、前記下方撮像部５の前記第２撮像光軸８は、前記基準光軸Ｏとの成す角、基準光軸Ｏと前記第２撮像光軸８との交点の位置が既知の関係にあり、前記下方撮像部５で取得した画像データは、前記演算制御部１４によって前記測定方向撮像部２１で取得した画像及び前記測距部２４で測定した測距データと関連付けられて前記第１記憶部１５に格納される。

前記操作パネル７について図３を参照して略述する。

該操作パネル７は、上記した様に、前記一脚３に対して固定的に設けられてもよく、或は着脱可能であってもよい。又、着脱可能な場合は、前記操作パネル７を前記一脚３から取外し、前記操作パネル７単体の状態で、作業者が保持し、操作可能としてもよい。

前記操作パネル７は、主に演算部６５、第２記憶部６６、前記第２通信部６７、前記表示部６８、操作部６９を具備している。尚、前記表示部６８をタッチパネルとし、前記表示部６８に前記操作部６９を兼用させてもよい。又、前記表示部６８をタッチパネルとした場合は、前記操作部６９は省略してもよい。尚、前記演算部６５としては、本装置に特化したＣＰＵ、或は汎用ＣＰＵが用いられる。又、前記第２記憶部６６としては、磁気記憶装置としてのＨＤＤ、光記憶装置としてのＣＤ、ＤＶＤ、半導体記憶装置としてのメモリカード、ＵＳＢ等種々の記憶手段が用いられる。

前記第２記憶部６６には、前記測量装置本体４との間で通信を行う為の通信プログラム、前記下方撮像部５で取得した画像、前記測定方向撮像部２１で取得した画像の合成等の処理を行う画像処理プログラム、前記下方撮像部５で取得した画像、前記測定方向撮像部２１で取得した画像、前記測距部２４で測定した測定情報を前記表示部６８に表示させる為の表示プログラム、前記操作部６９で操作された情報から前記測量装置本体４へのコマンドを作成する為のコマンド作成プログラム等の各種プログラムが格納されている。

前記第２通信部６７は、前記画像処理部１７との間で、測定データ、画像データ、コマンド等のデータを前記演算制御部１４、前記第１通信部１８を経由して、通信する。

前記表示部６８は、前記測量装置本体４の測定状態、距離、偏角等の測定結果等を表示し、又前記下方撮像部５、前記測定方向撮像部２１が取得した画像、或は前記画像処理部１７で画像処理された画像を表示する。又、前記表示部６８は、前記測定方向撮像部２１が取得した画像とスキャン軌跡とを重ね合わせて表示可能である。更に、前記表示部６８は、特徴点等に基づき対応付けられた複数の画像をマッチングさせた合成画像を表示可能となっている。

尚、前記操作パネル７として、例えばスマートフォン、タブレットが用いられてもよい。又、前記操作パネル７がデータコレクタとして使用されてもよい。

次に、図１〜図３に於いて、前記測量装置１の測定作用について説明する。尚、以下の測定作用は、前記第１記憶部１５に格納されたプログラムを前記演算制御部１４が実行することでなされる。

測定を開始する準備として、前記一脚３の下端を基準点Ｒに位置決めし、前記一脚３を作業者が保持する。尚、前記操作パネル７は前記一脚３に取付けられた状態とする。又、前記下方撮像部５、前記測定方向撮像部２１は作動状態で前記測量装置１の設置は行われる。

前記基準光軸Ｏを測定対象２に向ける場合、前記一脚３を該一脚３の下端を中心に回転し、或は該一脚３を前後、左右に傾斜し、或はみそすり回転する。前記基準光軸Ｏが画像の中心に対して６°下に位置する前記観察画像が前記表示部６８に表示され、前記観察画像から前記基準光軸Ｏの方向、位置を確認することができる。この時の前記一脚３の倒れ角及び倒れ角の変化は、前記姿勢検出器２０によって検出される。

前記基準光軸Ｏの方向が確定した状態では、前記基準光軸Ｏを中心とする測定可能な偏向範囲を前記観察画像上で確認できる。作業者は、前記観察画像中の測定可能範囲の任意の点を測定点（測定対象２）として指定が可能である。前記測定対象２の指定で前記演算制御部１４は前記光軸偏向部１９を用いて前記測距光軸３５を前記測定対象２に向ける。

前記測距光軸３５が前記測定対象２に向けられ、前記測距光３３が照射され、前記測定対象２の測定（測距、測角）が実行される。前記測距光３３の方向、測距結果等は、前記表示部６８に表示される。又、前記測定対象２の測定と同期して、前記測定方向撮像部２１により第１画像が取得される。

測定対象２を変更又は他の箇所の測定対象２への移動を行う場合、前記観察画像から再度測定点を指定することも可能である。一方で、前記観察画像を表示したまま、前記一脚３の傾動、回転により測定点を移動させることも可能である。

前記測距光軸３５の視準状態、即ち、前記測距光軸３５を前記測定対象２に合わせた状態を維持する場合、測定作業者が前記一脚３を保持してもよいし、或は前記補助脚６を引出し、前記一脚３を前記補助脚６で支持してもよい。

該補助脚６で前記一脚３を支持することで、前記一脚３の前後方向の倒れ、前記一脚３の下端を中心とする回転が規制され、前記測量装置１の支持状態が安定する。

尚、前記測量装置１の水平に対する傾斜は、前記姿勢検出器２０によってリアルタイムで検出されるので、前記測量装置１の水平に対する傾斜角、傾斜方向がリアルタイムで検出され、検出結果に基づき測定結果をリアルタイムで補正することができる。従って、前記測量装置１を水平に調整する為の整準作業は必要なく、又前記一脚３を作業者が保持することで生じる微小な揺れ等による傾斜角の変動についても、リアルタイムで補正することができる。

上記説明では、前記測距光軸３５を測定点に固定した状態で、トータルステーションと同様な作用で測定したが、前記測量装置１をレーザスキャナとしても測定することができる。

又、前記測定方向撮像部２１で取得された観察画像と前記下方撮像部５で取得された下方画像を合成することで、前記基準点Ｒから前記測定対象２迄を含む広範囲の合成画像が取得でき、測定範囲、測定位置の確認が容易となり、作業性が向上する。又、前記観察画像、或は前記合成画像と２次元スキャンで得られた軌跡に沿ったデータとを関連付けることで、画素毎に３次元データを有する画像が取得できる。又、２次元スキャンから外れた部分の３次元データを写真測量によって補完することができる。

尚、前記水平角の演算、前記測距光軸３５の傾斜角の演算、水平距離の演算等の演算については、前記演算制御部１４が実行してもよく、或は前記演算部６５が実行してもよい。

又、前記測量装置本体４を移動させる際には、前記一脚３の下端を既知の３次元座標を有する基準点Ｒ（第１設置点８２）に位置させた状態で前記一脚３を傾斜或はみそすり回転させてもよいし、前記一脚３を基準点Ｒから他の設置点（第２設置点８３）に移動させてもよい。

図４及び図５のフローチャートを参照して、前記測量装置本体４による点群データの取得と、前記測定方向撮像部２１による写真測量を併用する場合について説明する。

尚、図４中、測定点２ａ，２ｂ，２ｃは、前記第１設置点８２と前記第２設置点８３からそれぞれスキャンによる測距、測角が可能な範囲内で、任意に選ばれた共通点となっている。又、図４は、前記第１設置点８２と前記第２設置点８３に於いて、前記測定方向撮像部２１の光軸をおよそ前記測定点２ａに向けた例を示している。尚、前記第１設置点８２と前記第２設置点８３で共通する前記測定点２ａ，２ｂ，２ｃは、スキャン軌跡に基づき内挿して得られる点でもよい。

又、前記測定方向撮像部２１による画像は、スキャンデータと整合することで、歪補正（内部標定）ができる。本実施例では、内部標定を事前に行っている。

ＳＴＥＰ：０１ 先ず、前記一脚３の下端を前記第１設置点８２に一致させ、該第１設置点８２に前記測量装置１を設置する。

ＳＴＥＰ：０２ 該測量装置１の設置後、スキャンによる測距、測角を実行し、前記測定対象２の前記測定点２ａ，２ｂ，２ｃを含めて測定する。又、前記第１設置点８２でのスキャンと同期して、前記測定方向撮像部２１により前記測定点２ａ，２ｂ，２ｃを含む第１画像（図示せず）を取得する。この時、前記演算制御部１４は、前記姿勢検出器２０の検出結果に基づき前記第１画像を補正し、鉛直画像としている。

ＳＴＥＰ：０３ 前記第１設置点８２での測定が終了すると、次に前記測量装置１を移動させ、前記一脚３の下端を前記第２設置点８３に一致させ、該第２設置点８３に前記測量装置１を設置する。

ＳＴＥＰ：０４ 該測量装置１の設置後、スキャンによる測距、測角を実行し、前記第２設置点８３から前記測定対象２の前記測定点２ａ，２ｂ，２ｃを含めて測定する。又、前記第２設置点８３でのスキャンと同期して、前記測定方向撮像部２１により前記測定点２ａ，２ｂ，２ｃを含む第２画像（図示せず）を取得する。この時、前記演算制御部１４は、前記姿勢検出器２０の検出結果に基づき前記第２画像を補正し、鉛直画像としている。

ＳＴＥＰ：０５ 前記第１設置点８２は既知の３次元座標を有する点である。従って、該第１設置点８２からは、該第１設置点８２を基準とした前記測定点２ａ，２ｂ，２ｃの３次元座標を取得することができる。一方、前記第２設置点８３からは、該第２設置点８３を基準とした前記測定点２ａ，２ｂ，２ｃの３次元座標を取得することができる。

前記第１設置点８２と前記第２設置点８３から測定した前記測定点２ａ，２ｂ，２ｃは同一の点である。従って、前記演算制御部１４は、前記第１設置点８２を基準とした前記測定点２ａ，２ｂ，２ｃの３次元座標に基づき、前記第１設置点８２を基準とした前記第２設置点８３の３次元座標を演算することができる（後方交会）。即ち、前記第１設置点８２と前記第２設置点８３と前記測定点２ａ，２ｂ，２ｃとを同一座標系上の点とすることができる。又、演算した座標に基づき、前記演算制御部１４は、前記第１設置点８２と前記第２設置点８３間の距離を演算することができる。

ＳＴＥＰ：０６ ここで、前記第１設置点８２と前記第２設置点８３間の距離を基線長Ｂとし、前記第１設置点８２と前記第２設置点８３を結んだ直線に対する前記測定対象２の任意の測定点迄の最短距離を距離Ｈとし、前記第１設置点８２での撮像位置に対する任意の測定点を結ぶ線と前記第２設置点８３での撮像位置に対する任意の測定点を結ぶ線との成す角度を交会角αとする。交会角αは、およそ基線長Ｂに対する任意の測定点の距離Ｈの比で決まる。

写真測量の分解能は、カメラの画素とＢＨ比（Ｈ／Ｂ）により決定される。従って、写真測量を行う場合、交会角αが大きい程、即ちＢＨ比が小さくなる程分解能が高まり、測定精度が向上する。本実施例では、測定精度が充分に得られる交会角を広交会角（Ｈ／Ｂ＜２）とし、測定精度が充分に得られない交会角を狭交会角（Ｈ／Ｂ≧２）としている。

一方で、交会角αを広交会角とした場合、測定精度は向上するものの、第１画像と第２画像を対応付けする際に、異なる特徴点（或は線）が対応点と判断される可能性、即ちミスマッチング（マッチングのエラー）が生じる可能性が高まる。

本実施例では、前記第１設置点８２と前記第２設置点８３とで、それぞれ前記任意の測定点近傍の点群データ、即ち前記第１画像と前記第２画像のオーバラップ部とその近傍の点群データが取得されている。

従って、第１画像中で対応点と判断された特徴点或はその近傍の測定結果と、第２画像中で対応点と判断された特徴点或はその近傍の測定結果とを比較し、比較結果が予め設定された閾値を超える場合には、誤った対応点であったと判断することができる。

対応点と判断された各特徴点について、上記処理を実行することで、各対応点を抽出し、正しい対応点のみを得ることができる。

ＳＴＥＰ：０７ 対応点が抽出されると、前記演算制御部１４は、抽出された対応点に基づき前記第１画像と前記第２画像とのマッチングを行う。このマッチングに使用されている前記第１画像と前記第２画像は、それぞれ鉛直画像となっているので、鉛直方向と水平方向のマッチングだけでよく、マッチングは迅速且つ高精度に実行できる。

ＳＴＥＰ：０８ 前記演算制御部１４は、前記第１設置点８２又は前記第２設置点８３からのスキャンによる測距、測角と前記姿勢検出器２０の検出結果に基づき、３次元座標の絶対標定を実行する。

ＳＴＥＰ：０９ 次に、前記演算制御部１４は、前記第１設置点８２と前記第２設置点８３と前記測定対象２の位置関係（ＢＨ比）を演算する。最後に、点群データが得られていない箇所について、ＢＨ比及び交会角に基づき写真測量し、３次元座標を付与する。又、前記演算制御部１４は、前記表示部６８に前記測定対象２についてＢＨ比に応じた表示を行う。例えば、狭交会角（Ｈ／Ｂ≧２）の前記測定対象２を薄く（半透明で）表示する。或は、前記測定対象２をＢＨ比に応じた透明度で表示する。

上述の様に、第１の実施例では、前記測定対象２のスキャンと撮影とを並行して実行し、スキャンで得られた点群データに基づき、マッチングで用いる対応点が正しいかどうかを判断している。

従って、誤った対応点により前記第１画像と前記第２画像とをマッチングさせた際に生じるミスマッチングを抑制することができるので、広交会角での写真測量が可能となり、写真測量での測定精度を向上させることができる。

又、高精度の写真測量が可能となることで、点群データが得られなかった箇所のデータを写真測量で得られた測定結果で補完することができる。

従って、スキャンを実行する際のスキャン間隔を大きくできると共に、スキャン回数を低減させることができるので、前記測定対象２に対する測定時間を短縮することができる。

又、対応点と判断された特徴点について、１画素を４ピクセル×４ピクセルに拡大して実行し、サブピクセルマッチングを行ってもよい。

又、１つの設置点で複数の画像を撮影し、該複数の画像を平均化し、平均化した画像に基づき写真測量を行ってもよい。複数の画像が平均化されることで、各画像毎の誤差が低減し、マッチング精度を向上させることができる。

尚、第１の実施例では、後方交会により前記第１設置点８２に対する前記第２設置点８３の位置を測定しているが、前記第１設置点８２に基準ポール、基準パターン等の前記第１設置点８２を示す基準目標物を設置し、前記第２設置点８３から基準ポールを測定することで、前記第１設置点８２に対する前記第２設置点８３の位置を測定してもよい。

又、前記測量装置１にＧＰＳ装置を設け、該ＧＰＳ装置により前記第１設置点８２や前記第２設置点８３の位置を測定してもよい。

又、第１の実施例では、２箇所の設置点から前記測定点２ａ，２ｂ，２ｃを含む前記測定対象２の画像を取得しているが、３箇所以上の設置点から画像を取得してもよい。３箇所以上の設置点から写真測量が可能となるので、写真測量の範囲が広がり、或は前記測定対象２の死角部分の写真測量が可能となる。

次に、図６、図７及び図８のフローチャートを参照して、本発明の第２の実施例について説明する。尚、図６、図７中、図１、図２、図４中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。第２の実施例の測量装置本体４は、図７に示される様に、第１の実施例から光軸偏向部１９、射出方向検出部２２、モータドライバ２３が省略された構成となっている。

ＳＴＥＰ：１１ 先ず、図６に示される様に、一脚３を既知の３次元座標を有する第１設置点８２（基準点）に設置し、補助脚６を設置面に接触させた状態で、任意の傾斜で測定点２ａ迄の距離を測定し、又測定点２ａを含む測定対象２の第１画像を撮影する。

ＳＴＥＰ：１２ 又、前記一脚３と前記補助脚６を設置面に接触させた状態で、前記測量装置１を傾斜させ、再度前記測定点２ａを含む前記測定対象２の補助第１画像を撮影する。尚、取得される前記第１画像、前記補助第１画像は、いずれも姿勢検出器２０（図２参照）の検出結果に基づき鉛直画像に補正されている。又、以下の工程で取得される画像は、鉛直画像に補正されていることは言う迄もない。

ＳＴＥＰ：１３ 前記測量装置１を傾斜させる際には、前記補助脚６によって前後方向の傾斜及び回転が規制されているので、前記測量装置１は前記測定対象２に対して左右方向（視準方向に対して直角な方向）にのみ傾斜する。即ち、測量装置本体４の機械中心は、前記第１画像の撮影位置（第１撮影位置８４）から前記補助第１画像の撮影位置（補助第１撮影位置８４′）へと平行移動したと見なすことができる。

前記第１設置点８２に対する前記測量装置本体４の前記第１撮影位置８４に於ける機械中心の位置は、前記姿勢検出器２０の検出結果（即ち前記一脚３の鉛直線に対する傾き）と該一脚３の下端から前記機械中心迄の距離に基づき演算することができる。同様に、前記補助第１撮影位置８４′に於ける前記測量装置本体４の機械中心の位置も演算することができる。従って、演算制御部１４は、前記第１撮影位置８４と前記補助第１撮影位置８４′との距離を演算することができる。

更に、前記第１画像と前記補助第１画像間では、前記第１撮影位置８４から前記補助第１撮影位置８４′への移動に伴う画像上の差が生じる。両画像中での前記測定点２ａの位置をそれぞれ求め、該測定点２ａの画像上での位置の差を求めることで、交会角β１を求めることができる。従って、前記演算制御部１４は、前記第１画像と前記補助第１画像に基づき、前記測定対象２の写真測量を行うことができる。

尚、前記第１画像と前記補助第１画像とで求められる交会角β１は、狭交会角（Ｈ／Ｂ≧２）となっているので、マッチングの際のミスマッチングは生じないが、分解能が低い。従って、写真測量により前記測定対象２の概略の３次元形状を求めることができる。

ＳＴＥＰ：１４ 次に、前記一脚を第２設置点８３に設置し、前記補助脚６を設置面に接触させた状態で、任意の傾斜で測定点２ａ迄の距離を測定し、又測定点２ａを含む前記測定対象２の第２画像を撮影する。

ＳＴＥＰ：１５ 又、前記一脚３と前記補助脚６を設置面に接触させた状態で、前記測量装置１を傾斜させ、再度前記測定点２ａを含む前記測定対象２の補助第２画像を撮影する。

ＳＴＥＰ：１６ ＳＴＥＰ：１３と同様にして、前記演算制御部１４は、前記第２画像撮影時の機械中心（第２撮影位置８５）と前記補助第２画像撮影時の機械中心（補助第２撮影位置８５′）との距離を演算する。又、前記演算制御部１４は、前記第２画像内の前記測定点２ａの位置と、前記補助第２画像内の前記測定点２ａの差に基づき交会角β２を演算する。交会角β２も、狭交会角（Ｈ／Ｂ≧２）となっている。更に、前記演算制御部１４は、前記第２画像と前記補助第２画像とに基づき、前記測定対象２の写真測量を行い、概略の３次元形状を求めることができる。

ＳＴＥＰ：１７ 次に、広交会角α（Ｈ／Ｂ＜２）を有する前記第１画像と前記第２画像とによる写真測量の前段階として、前記第１画像と第２画像とからそれぞれ特徴点が抽出される。更に前記第１画像及び第２画像中で、前記測定対象２の共通部位を示す特徴点を対応点として抽出する。

本実施例では、前記第１設置点８２で前記第１画像と前記補助第１画像による写真測量が行われ、前記第２設置点８３で前記第２画像と前記補助第２画像による写真測量が行われている。即ち、前記第１画像の測定点２ａと特徴点の概略３次元座標位置と、前記第２画像の測定点２ａと特徴点の概略３次元位置が算出される。

従って、第１画像中で対応点と判断された特徴点の概略３次元位置と、第２画像中で対応点と判断された特徴点の概略３次元位置とを測定点２ａを基準に比較し、概略合致する点を対応点として抽出する。

ＳＴＥＰ：１８ 対応点が抽出されると、前記演算制御部１４は、抽出された対応点に基づき前記第１画像と前記第２画像とをマッチングを行う。

ＳＴＥＰ：１９ 前記演算制御部１４は、前記第１設置点８２又は前記第２設置点８３の３次元座標に基づき、前記測定対象２の広交会角αでの３次元形状の算出を実行する。

ＳＴＥＰ：２０ 次に、前記演算制御部１４は、前記第１設置点８２と前記第２設置点８３と前記測定対象２の位置関係（ＢＨ比）を演算する。最後に、前記演算制御部１４は、ＢＨ比及び交会角αに基づき、画像の位置（画素）に３次元座標を付与された前記測定対象２の画像を取得することができる。

第２の実施例では、各設置点に於いて、前記測定点２ａを含む画像と補助画像とをそれぞれ撮影し、画像と補助画像との写真測量により前記測定対象２の概略の３次元形状を求め、対応点の概略３次元座標に基づきマッチングで用いる対応点が正しいかどうかを判断している。

従って、ミスマッチングを抑制することができるので、広交会角での写真測量が可能となり、写真測量での測定精度を向上させることができる。

又、第２の実施例では、３次元測定が必要なのは前記測定点２ａのみであり、その後は写真測量のみで広交会角での写真測量を可能とすることができる。従って、前記光軸偏向部１９等を用いた点群データの取得を省略することができる。

尚、３次元測定点として、前記測定点２ａの他に、測定点２ｂ，２ｃを別途追加してもよい。この場合、複数の測定点が画像上で確認できるので、測距点が多くなり、３次元測定精度が向上する。

又、前記測量装置１にＧＰＳ装置を設けた場合には、前記第１設置点８２に対する前記第２設置点８３の位置を後方交会により求める必要がなくなる。従って、前記測量装置１から測距機構、測角機構等を省略できるので、装置コストの低減を図ることができる。

尚、第２の実施例では、前記一脚３に前記補助脚６を設け、前記一脚３の前後方向の傾斜及び回転を規制した状態で画像と補助画像とを撮影していたが、前記補助脚６はなくてもよい。

この場合、前記姿勢検出器２０の検出結果に基づき前記一脚３の前後左右の傾斜角を求めると共に、下方撮像部５（図１参照）で取得された画像等により前記一脚３の回転角を求め、求めた傾斜角及び回転角に基づき画像を射影変換すればよい。

又、第２の実施例では、前記測定対象２の点群データを取得する為の前記光軸偏向部１９等を省略しているが、該光軸偏向部１９等を含めた第１の実施例の測量装置本体４を用いてもよいのは言う迄もない。

次に、図９に於いて、本発明の第３の実施例について説明する。尚、図９中、図６中と同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。

第３の実施例は、第１の実施例と第２の実施例とを組合わせ、距離に応じてスキャンと写真測量とを組合わせる構成となっている。

尚、図９中、８６で示される範囲は、測距光３３（図２参照）により点群データを取得可能な範囲であり、且つ第１設置点８２と第２設置点８３との交会角が広交会角（Ｈ／Ｂ＜２）となる範囲（精密測定エリア８６）となっている。又、図９中８７で示される範囲は、前記測距光３３により点群データを取得できない範囲であり、且つ前記第１設置点８２と前記第２設置点８３との交会角が狭交会角（Ｈ／Ｂ≧２）となる範囲（概略測定エリア８７）となっている。

又、図９中、第１測定対象８８〜第４測定対象９１は前記精密測定エリア８６内に位置し、第５測定対象９３と第６測定対象９４は前記概略測定エリア８７内に位置している。

例えば、前記精密測定エリア８６内に位置する第１測定対象８８の測定点８８ａを測定する場合、前記第１設置点８２と前記第２設置点８３とで得られる交会角は広交会角αとなるので、精密な写真測量が可能である。従って、画素毎に高精度な３次元座標を有する前記第１測定対象８８の画像を取得することができる。

尚、この時のマッチング時のミスマッチングの排除、即ち対応点の抽出は、前記第１測定対象８８をスキャンした際の点群データに基づき行ってもよい。或は、対応点の抽出は、各設置点で撮影した画像と補助画像との写真測量により得られた概略３次元座標に基づき行ってもよい。

又、前記概略測定エリア８７内に位置する前記第６測定対象９４の測定点９４ａを測定する場合、前記測距光３３が届かず、前記第１設置点８２と前記第２設置点８３とで得られる交会角は狭交会角βとなるので、概略の写真測量のみが可能である。概略の写真測量により、スキャン不可能な距離に測定対象が存在するのか、或は概略どの程度の距離なのかという目的に使うことができる。

第３の実施例では、前記精密測定エリア８６内に位置する測定対象に対し、スキャンと写真測量とを併用して短時間で高精度、高密度な測定が行える。又、スキャン測定（光波距離測定）ができない遠距離の前記概略測定エリア８７の測定対象に対しても参考確認用の概略測定を行うことができ、光波距離測定が不能な遠距離部分について、写真測量により測距データを補完することができる。従って、前記測量装置１の汎用性、作業性を向上させることができる。

１ 測量装置
２ 測定対象
３ 一脚
４ 測量装置本体
６ 補助脚
７ 操作パネル
１４ 演算制御部
１９ 光軸偏向部
２０ 姿勢検出器
２１ 測定方向撮像部
３３ 測距光
３４ 反射測距光
８２ 第１設置点
８３ 第２設置点
８４ 第１撮影位置
８５ 第２撮影位置
８６ 精密測定エリア
８７ 概略測定エリア

Claims (12)

1. 移動可能で、少なくとも第１設置点と該第１設置点に対して所定位置の第２設置点に順次設置される一脚と、該一脚の下端から既知の距離と該一脚の軸心に対して既知の角度で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体を具備し、該測量装置本体は、測距光を照射し、反射測距光を受光して測定対象迄の距離を測定する測距部と、前記測定対象を含み、前記基準光軸と所定の関係で観察画像を取得する測定方向撮像部と、前記測量装置本体の水平又は鉛直に対する傾斜を検出する姿勢検出器と、前記測距部に所定の測定点を測距させると共に、前記測定方向撮像部により前記測定対象の画像を取得させる演算制御部とを有し、該演算制御部は、前記第１設置点で取得された第１画像と、前記第２設置点で取得された第２画像から共通する対応点を抽出し、前記第１画像中の対応点又は対応点近傍の前記測距部による測距値と、前記第２画像中の対応点又は対応点近傍の前記測距部による測距値に基づき写真測量のマッチングを実行し、前記第１設置点と前記第２設置点に対する前記測定対象の位置関係を測量する様構成された測量装置。
2. 前記測量装置本体は、前記基準光軸に対して前記測距光を偏向する光軸偏向部を更に具備し、前記演算制御部は、前記光軸偏向部により前記測距光を所定のスキャンパターンでスキャンさせ、前記測距部に前記スキャンパターンに沿った点群データを取得させ、前記スキャンパターンから外れた部分について前記写真測量により測距データを補完し、前記測定対象の３次元データを取得する様構成した請求項１に記載の測量装置。
3. 前記第１画像と前記第２画像に対して前記測定対象が広交会角の場合、前記スキャンパターン外の前記測距部による光波距離測定が不能な部分について、前記写真測量により測距データを補完する様構成した請求項２に記載の測量装置。
4. 前記演算制御部は、前記第１画像を取得した後に前記測定対象に対して右又は左に前記一脚を傾斜させて補助第１画像を取得し、前記第２画像を取得した後に前記測定対象に対して右又は左に前記一脚を傾斜させて補助第２画像を取得し、前記第１画像と前記補助第１画像による狭交会角の写真測量を行い、該写真測量に基づき前記第１設置点に対する前記測定対象の概略３次元位置を演算し、前記第２画像と前記補助第２画像による狭交会角の写真測量を行い、該写真測量に基づき前記第２設置点に対する前記測定対象の概略３次元位置を演算する請求項１に記載の測量装置。
5. 前記演算制御部は、前記第１画像と前記第２画像から共通する対応点を抽出し、前記第１画像中の対応点の概略３次元位置と前記第２画像中の対応点の概略３次元位置とを比較し、概略合致する対応点を抽出し、抽出された対応点に基づき前記第１画像と前記第２画像とをマッチングする請求項４に記載の測量装置。
6. 前記第１画像と前記第２画像とは広交会角で取得された画像である請求項５に記載の測量装置。
7. 前記一脚に補助脚を設け、該補助脚により前記一脚の前後方向の傾斜及び回転を規制する様構成した請求項４〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の測量装置。
8. 前記演算制御部は、前記第１設置点から前記測定対象の任意の位置の測定点を測定し、前記第２設置点から前記測定点を測定し、後方交会により前記第１設置点の３次元座標を基準とした前記第２設置点の３次元座標を演算する請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の測量装置。
9. 前記第１設置点に基準目標物を設置し、前記第２設置点から前記基準目標物を測定し、該測定結果に基づき、前記第１設置点の３次元座標を基準とした前記第２設置点の３次元座標を演算する請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の測量装置。
10. 前記測量装置本体がＧＰＳ装置を更に具備し、該ＧＰＳ装置により前記第１設置点と前記第２設置点の３次元座標を取得する請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載の測量装置。
11. 設置点に設置される一脚と、該一脚の下端から既知の距離と該一脚の軸心に対して既知の位置で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体と、該測量装置本体に設けられ、測定対象を含み、前記基準光軸と所定の関係で観察画像を取得する測定方向撮像部と、前記測量装置本体の水平又は鉛直に対する傾斜を検出する姿勢検出器と、前記測定対象の画像を取得させる演算制御部とを有し、前記一脚は、少なくとも第１設置点と第２設置点に順次設置され、前記第１設置点に於いて、前記測定対象を含む第１画像と、第１画像取得状態から前記一脚を前記測定対象に対して右又は左に傾け前記第１画像に対する狭交会角の補助第１画像を取得し、前記第１画像、前記補助第１画像、前記既知の距離と、前記姿勢検出器が検出した傾斜とに基づき狭交会角の第１写真測量を行い、前記第２設置点に於いて、前記測定対象を含む第２画像と、第２画像取得状態から前記一脚を前記測定対象に対して右又は左に傾け前記第２画像に対する狭交会角の補助第２画像を取得し、前記第２画像、前記補助第２画像、前記既知の距離と、前記姿勢検出器が検出した傾斜とに基づき狭交会角の第２写真測量を行い、前記第１画像と前記第２画像とに共通する対応点を前記第１写真測量、前記第２写真測量により得られた概略３次元位置に基づき抽出し、抽出した対応点に基づき前記第１画像と前記第２画像とをマッチングさせ、広交会角の第３写真測量を実行する写真測量方法。
12. 前記第１画像、前記補助第１画像、前記第２画像、前記補助第２画像は、それぞれ前記姿勢検出器により求めた結果に基づき補正された鉛直画像である請求項１１の写真測量方法。