JP2696224B2

JP2696224B2 - 立体写真計測装置

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Publication number: JP2696224B2
Application number: JP63161895A
Authority: JP
Inventors: 俊治村井; 章茂白沢
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1998-01-14
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: US4947048A; EP0348899A1; JPH0210213A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、一組の立体写真（ステレオ写真）を利用し
て、三次元の位置や高さ等を算出する立体写真計測装置
に係わり、特に、実体鏡と２個のカーソルとを一体化さ
せ、同時に２次元方向に移動可能に構成することによ
り、簡便に座標データ等をデータ処理装置に送出するこ
とのできる立体写真計測装置に関するものである。

「従来の技術」従来、１組の立体写真から３次元座標を求めるには、
精密図化機という測定装置が必要であった。この精密図
化機は、ポジフィルムを駆動台にセットし、投影機の回
転を厳密に調整した立体像を観測することにより、３次
元座標を求めるものであった。しかしながら、この精密
図化機は極めて高価であり、熟練した操作技術が必要な
うえポジフィルムが要求されるので、通常の印画写真を
使用できないという問題点があった。この精密図化機の
問題点に鑑み、デジタイザと、ダブルカーソルと、実体
鏡と、小型計算機とからなり、ステレオ写真を実体視し
ながら該写真の平面座標を読み取り、この読み取られた
平面座標を演算処理することにより、３次元座標を算出
する簡易写真計測システムが開発された。（実開昭63−
39618号公報）この簡易写真計測システムは、反射実体鏡とダブルカ
ーソルとが別体に形成されており、反射実体鏡は可動式
アームに支持され、ダブルカーソルは支持棒に対して摺
動自在に取り付けられている。従って、反射実体鏡とダ
ブルカーソルとは、デジタイザ上を自在に動きうる様な
構成となっているが、双方が連動して移動することなく
独自に位置が可変される構成となっている。

更に、立体撮影された２枚のフィルムを用いて被写体
の立体映像をスクリーン上に映し出すと共に、各フィル
ムに対応して設けられた２つの浮標を移動させてその投
影像を前記立体画像中で三次元方向に移動させ、この浮
標の移動距離に基づいて前記被写体中の任意の２点間の
実寸法を計測する立体解析装置も存在していた。（特公
昭58−56811号）「発明が解決しようとする課題」しかしながら、従来の上記簡易写真計測システムは、
反射実体鏡とダブルカーソルとが連動して移動しない構
成である。従って計測作業を行うには、まず、測定点に
対応する位置に反射実体鏡を位置決めし、この位置で反
射実体鏡を覗きながら一組の立体写真の相対配置位置を
移動させ、立体視が可能になる様に調整する。更に、一
方のカーソルの指標を測定点に合わせ、他方のカーソル
の指標を前記カーソルの指標に一致させなければならな
かった。通常、実体写真測量を行う場合には、多数の測
定点のデータ処理が要求され、この写真計測システムで
は、データの読み取り毎に、上記計測作業を繰り返さな
ければならなかった。この作業の繰り返しは作業能率を
著しく低下させるだけでなく、測定誤差を生じさせる原
因にもなっていた。更に立体写真から標高差や等高線を
作成する場合には、座標を読み取る必要なないが、２個
のカーソルの間隔を読み取る必要がある。しかしなが
ら、上記従来型の立体写真計測システムは、２個のカー
ソルの間隔を調整する機構を備えているが、この間隔を
電気的に計測する装置は備えられていなかった。このた
め、２個のカーソルの間隔を作業者が視測により計測す
る必要があり、作業能率が悪いうえ、測定誤差等が生じ
るという問題点があった。

更に、測定対象を常に視野の中心付近で測定しようと
する場合、実体鏡を移動させた後に、ダブルカーソルも
移動させなかればならず、操作が煩わしいという問題点
があった。

また、上記従来の立体解析装置（特公昭58−56811
号）は、浮標が単独で移動し、立体観察する光学系と独
立しているため、測定位置によっては、観察のしにくい
画像の周辺にカーソルを移動させて立体視しながら測定
することもあり、精度の高い測定が期待できないという
問題点があった。

「課題を解決するための手段」本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、一組の立
体写真を載置するための載置台と、この載置台に対し
て、２次元方向に移動可能に構成された光学装置本体と
からなっており、前記載置台には、該立体写真の座標を
読み取るための平面座標読み取り手段が設けられ、前記
光学装置本体には、前記立体写真を立体するための実体
顕微鏡と、この実体顕微鏡から視認可能な範囲に配置さ
れた第１及び第２のカーソルと、この第１と第２のカー
ソルの間隔を調整するための間隔調整手段とが設けられ
ており、該第１のカーソルと前記平面座標読み取り手段
とで読み込まれたデータと、前記第２のカーソルと前記
平面座標読み取り手段とで読み込まれたデータとを、デ
ータ処理装置に出力するためのスイッチ手段とを備えた
ことを特徴としている。

また本発明のスイッチ手段は、前記第１のカーソル又
は第２のカーソルによるデータを選択切り替えるための
第１のスイッチ手段と、外部信号に基づき、第１、第２
のカーソルによるデータを交互に切り替えるための第２
のスイッチ手段と、外部信号に基づき、第１、第２のカ
ーソルによるデータの双方を出力するための第３のスイ
ッチ手段とからなっており、第１、第２及び第３のスイ
ッチ手段の何れかを選択可能に構成することもできる。

更に本発明は、一組の立体写真を載置するための載置
台と、この載置台に対して、２次元方向に移動可能に構
成された光学装置本体とからなっており、前記光学装置
本体には、前記立体写真を立体するための実体顕微鏡
と、この実体顕微鏡から視認可能な範囲に配置された第
１及び第２のカーソルと、この第１と第２のカーソルの
間隔を調整するための間隔調整手段と、該第１と第２の
カーソルの間隔を測定し、電気信号に変換するためのカ
ーソル間隔検出手段とが備えられており、このカーソル
間隔検出手段の出力信号をデータ処理装置に出力可能に
構成している。

「発明の実施の形態」以上の様に構成された本発明は、一組の立体写真を載
置するための載置台と、この載置台に対して、２次元方
向に移動可能に構成された光学装置本体とからなり、載
置台に設けられた平面座標読み取り手段が、立体写真の
座標を読み取り、前記光学装置本体に設けられた実体顕
微鏡が、立体写真を立体し、第１及び第２のカーソルを
実体顕微鏡から視認可能な範囲に配置し、間隔調整手段
が、第１と第２のカーソルの間隔を調整し、第１のカー
ソルと平面座標読み取り手段とで読み込まれたデータ
と、第２のカーソルと平面座標読み取り手段とで読み込
まれたデータとを、スイッチ手段が、データ処理装置に
出力する様になっている。

また本発明のスイッチ手段は、第１のスイッチ手段
が、第１のカーソル又は第２のカーソルによるデータを
選択切り替え、第２のスイッチ手段が、外部信号に基づ
き、第１、第２のカーソルによるデータを交互に切り替
え、第３のスイッチ手段が、外部信号に基づき、第１、
第２のカーソルによるデータの双方を出力し、第１、第
２及び第３のスイッチ手段が何れかを選択可能となって
いる。

更に本発明は、カーソル間隔検出手段が、第１と第２
のカーソルの間隔を測定して電気信号に変換し、カーソ
ル間隔検出手段の出力信号をデータ処理装置に出力する
ことができる。

「実施例」本発明の一実施例を図面に基いて説明すると、第１図
は本実施例の要部を示す斜視図である。１は立体写真計
測装置本体であり、光学装置本体２と載置台本体３とか
らなっている。光学装置本体２は、実体鏡21と、第１の
カーソル22と、第２のカーソル23とから構成されてい
る。載置台本体３には、デジタイザ31が形成されてい
る。実体鏡21はステレオスコープ211とステレオアイピ
ース212とプリズム213とを備えており、ステレオ写真を
実体視することができる。第１のカーソル22と第２のカ
ーソル23とは、それぞれ指標を有しており、少なくとも
一方が可動指標となる様に構成されている。載置台本体
３は、一組の立体写真Ａ、Ｂを載置するものであり、こ
の載置台本体３には、立体写真Ａ、Ｂの座標を読み取る
ための平面座標読み取り手段であるデジタイザ31が形成
されている。光学装置本体２は、横走行桁４に摺動係止
されており、横走行桁４上を左右横方向に摺動させるこ
とができる。更に横走行桁４は、縦走行桁５に摺動係止
されており、縦走行桁５上を上下縦方向に摺動させるこ
とができる。従って、横走行桁４に取り付けられた光学
装置本体２は、載置台本体３上を２次元方向に移動可能
となっている。そして、第１のカーソル22と第２のカー
ソル23との間隔を調整するための間隔調整手段24が形成
されており、この間隔を測定するためのカーソル間隔検
出手段25が内蔵されている。また、第２図（ａ）に示す
様に本実施例には、カーソルセレクタ６が取り付けられ
ている。このカーソルセレクタ６は、第１のカーソル22
又は第２のカーソル23と、デジタイザ31によって検出さ
れた平面座標データをデータ処理装置に出力するための
出力手段である。従って、第１及び２のカーソル22、23
とデジタイザ31とが、カーソルセレクタ６の入力側に接
続され、パーソナルコンピュータ等から構成されたデー
タ処理装置７が、カーソルセレクタ６の出力側に接続さ
れている。そして、このカーソルセレクタ６には、２個
のフットスイッチ61、62が取り付けられており、カーソ
ルセレクタ６に対して外部信号を入力することができる
様に構成されている。このカーソルセレクタ６は第２図
（ｂ）に示す様に、３種類のスイッチ手段が内蔵されて
おり、切り替え手段63によって何れかのスイッチ手段6
4、65、66を選択できる様になっている。この切り替え
手段63を第１のスイッチ手段64に設定すると、フットス
イッチ61、62により、第１のカーソル22或は第２のカー
ソル23によるデジタイザ31からの出力信号を切り替えて
データ処理装置７に送出する構成にすることができる。
即ち、デジタイザ31は、立体写真Ａ及びＢの何れの写真
の座標を読み込むことができるが、データ処理ではＡ、
Ｂ何れかの座標であるか認識する必要がある。そこで、
観測者が、Ａの写真の座標を読み込む時には、フットス
イッチ61を踏み、Ｂの写真の座標を読み込む時には、フ
ットスイッチ62を踏めば、所望の写真の座標のみデータ
処理装置７に対して座標データを送出することができ
る。なお、このスイッチ手段64、65、66は、フットスイ
ッチ61、62に限ることなく何れかのスイッチ手段であれ
ば足りる。次に、切り替え手段63を第２のスイッチ手段
65に設定すると、フットスイッチ61、62の何れかを踏む
ことにより、第１のカーソル22或は第２のカーソル23に
よるデジタイザ31からの出力信号を、交互に出力する様
な構成にすることができる。即ち、例えばフットスイッ
チ61、62の踏み込みが偶数回目は第１のカーソル22によ
るデータを出力し、奇数回目には第２のカーソル23によ
るデータを出力することができる。勿論偶数回と奇数回
の対応を逆にすることもできる。更に、第３のスイッチ
手段66に設定すると、フットスイッチ61、62の何れかを
踏み込むことにより、第１のカーソル22と第２のカーソ
ル23によるデジタイザ21の出力信号の双方を連続又は同
時に出力する構成にすることができる。なお、間隔調整
手段手段24に形成されたカーソル間隔検出手段25の出力
信号もカーソルセレクタ６に送る構成にすることができ
る。そして、このカーソルセレクタ６は、デジタイザ31
からの座標信号をRS−232C等のシリアルインターフェー
ス等によりデータ処理装置７に伝送させることが望まし
い。なお、この伝送方式はRS−232Cに限らず、RS−42
2、20mAカレントループ、更にパラレル伝送のGPIBイン
ターフェース等を採用することもできる。また第３図に
示す様に、第１のカーソル22と第２のカーソル23との間
隔を調整する間隔調整手段24は、ネジ部241と調整ノブ2
42とからなっており、調整ノブ242を回転させることに
より、ネジ部241が回転し、第２のカーソル23が横方向
に移動する様に構成されている。この間隔調整手段24に
は、カーソル間隔検出手段25が連結されている。本実施
例のカーソル間隔検出手段25は、エンコーダ251とパル
スカウンタ252とから構成されている。即ち、第１のカ
ーソル22と第２のカーソル23との距離の変化をロータリ
エンコーダ等のエンコーダ251がパルス信号に変換し、
このパルスをパルスカウンタ252がカウントして、カー
ソルの間隔を検出する様になっている。また、第４図に
示す様に第１のカーソル22と第２のカーソル23とを、そ
れぞれ載置台本体３に対して独自に移動可能に構成する
ことができる。通常、第１、第２のカーソル22、23とデ
ジタイザ31とによる平面座標の検出は、第１、第２のカ
ーソル22、23に形成されたコイル221、231により磁界を
発生させ、この磁界をデジタイザ31が感知する様に構成
されている。従って、このコイル221、231に伸縮自在の
コード222、232を接続することにより、独自に移動可能
な第１、第２のカーソル22、23が実現できる。なお、こ
の様に、第１、第２のカーソルをそれぞれ独自に移動さ
せて計測する場合には、前記のカーソルセレクタ６の切
り替え手段63を第１のスイッチ手段64に設定し、フット
スイッチ61、62を踏み込むことにより、第１又は第２の
カーソル22、23によるデータを読み込むことが望まし
い。

次に、本実施例である立体写真計測装置の使用方法を
説明する。まず、載置台本体３上に１組の立体写真を載
置する。最初に左側の立体写真Ａをデジタイザ31とほぼ
平行になる様に位置決めする。そして実体鏡31を見なが
ら、右側の立体写真Ｂが立体視できる様に載置する。

そして立体写真Ａ、Ｂの載置が完了した後、まず、内
部標定を行う。この内部標定は、写真の主点と、立体写
真計測装置の主点とを合わせるとともに、カメラの焦点
距離と立体写真計測装置の焦点距離とを一致させるもの
である。即ち、デジタイザ31に固定された原点と座標軸
を有する２次元座標（機械座標）を、指標に与えられた
座標値を基準とした２次元座標（指標座標）に変換させ
るものである。具体的には、指標やレゾー、四辺等の機
械座標をデジタイザ31で計測し、この計測値をデータ処
理装置７が内部標定のための演算を行うものである。

内部標定が完了した後に、立体写真Ａ、Ｂを単眼視或
は立体視しながら、基準点の座標をデジタイザ31で計測
する。そして、この基準点の地上座標を、キーボードを
介してデータ処理装置７に入力し、３次元座標を計算す
るための標定計算を行う。

そして、カーソルセレクタ６の切り替え手段63を第３
のスイッチ手段66に設定し、第１のカーソル22と第２の
カーソル23を利用して、測定したい地点のステレオ対応
点を求め、フットスイッチ61を踏み込む。この結果、第
１のカーソル22が計測した写真Ａの座標がデータ処理装
置７に送信され、続いて第２のカーソル23が計測した写
真Ｂの座標がデータ処理装置７に送信される。なお、こ
の場合には、フットスイッチ62を踏んでも動作が同じで
ある。即ち測定を行うには、ステレオアイピース212を
覗きながら、第１のカーソル22の指標を測定点に合わ
せ、調整ノブ242を回転させて第２のカーソル23の指標
が第１のカーソル22の指標と一致させる様に調整する必
要がある。この状態の座標を読めば、データ処理装置７
は、写真Ａの２次元座標と写真Ｂの２次元座標と基準点
のデータとから、測定点の３次元座標を演算することが
できる。測定者は、次の測定点に光学装置本体２を移動
させ、同様の測定を繰り返す。なお、実体鏡21と第１、
第２のカーソル22、23とは、一体に移動するので、次の
測定点で再び立体視のための調整を行う必要はない。従
って、次の測定点のステレオ対応点を求め、フットスイ
ッチ61、62の何れかを踏めば次々に測定を行うことがで
きる。なお、カーソルセレクタ６の切り替え手段63は、
第１のスイッチ手段65、第２のスイッチ手段66を利用し
てもよい。

上記の実施例は、任意の測定点の３次元座標を計算す
るものであったが、標高差のみ必要な場合がある。例え
ば、ビルの高さや、山と谷の標高差が必要な場合であ
る。この標高差ｈは、下記の式で与えられる。

但し、Ｈは撮影高度、ｂは写真基線長、Ｐは写真上の
視差の差である。

従って測定点では、写真上の視差を求めればよく、２
次元座標を求める必要はない。従って、測定点の視差の
差をデータ処理装置７に送出する必要がある。そこで、
本実施例では第３図に示すカーソル間隔検出手段25によ
り、測定点の視差の差を自動的に読み込める構成にして
いる。即ち、第１のカーソル22の指標を測定点に合致さ
せ、調整ノブ242を回転させて第２のカーソル23指標を
一致させれば、調整ノズ242の回転と共に、エンコーダ2
51が回転し、カーソル間隔を検出することができる。こ
のエンコーダ251の出力パルスは、パルスカウンタ252で
カウントされ、データ処理装置７に送出される様になっ
ている。光学装置本体２を移動させ、次の測定点で同様
の動作を行えば、次々に標高差（比高差）を演算するこ
とができる。なお、第１のカーソル22と第２のカーソル
23との間隔差を一定に保ち、光学装置本体２を立体写真
Ａ、Ｂ上で移動させれば、第１、第２のカーソル22、23
の指標のステレオ対応点は、全て等しい標高となり、複
数点を特定して行けば、等高線を描くことができる。

以上の様に構成した本実施例は、データ処理装置７が
演算した３次元データ等をフロッピディスクやハードデ
ィスク等の外部記憶装置に記憶することもでき、更に、
XYプロッタやディスプレイ等に描画させることもでき
る。また、光学装置本体２は、実体鏡21と第１、第２の
カーソル22、23とが、一体的に移動することのできる構
成が必要であるが、実体鏡21と第１、第２のカーソル2
2、23とは、着脱自在に構成することが好ましく、更
に、従来品を流用できる方式が経済的である。そして、
光学装置本体２は、横走行桁４から容易に取り外せる構
成が望ましい。更に、光学装置本体２のステレオアイピ
ース212に、シャッタを設ければ、観測者は一方の眼を
閉じることなく単眼の観測を行うことができる。

また、３次元データの解析には、セレフキャリブレー
ション付き単写真標定を行うことが望ましい。ここで、
セルフキャリブレーションとは、写真座標に含まれる系
統的な誤差を表すパラメータを未知変量として取扱い、
外部標定要素と共に解くことにより精度を向上させる方
法である。また、外部標定要素には、例えばカメラの位
置やカメラの傾き等が該当する。そして、単写真標定と
は、１組の写真を利用して、外部標定要素やセルフキャ
リブレーション等を求めるものである。

以上の様に構成された立体写真計測装置は、航空写真
測量として利用されるだけでなく、文化財の測定や、巨
大構造物の測定、更に、人体等の３次元測定や機械部品
等の測定を行うことができる。なお、立体写真を時間差
をおいて測定することにより、物体の移動速度を検出す
ることができる。従って、実験要水槽等に適当な微少物
体を拡散させ、その移動速度を検出すれば、流速分布ベ
クトルを簡便に描くことができる。

「効果」以上の様に構成された本発明は、一組の立体写真を載
置するための載置台と、この載置台に対して、２次元方
向に移動可能に構成された光学装置本体とからなってお
り、前記載置台には、該立体写真の座標を読み取るため
の平面座標読み取り手段が設けられ、前記光学装置本体
には、前記立体写真を立体するための実体顕微鏡と、こ
の実体顕微鏡から視認可能な範囲に配置された第１及び
第２のカーソルと、この第１と第２のカーソルの間隔を
調整するための間隔調整手段とが設けられており、該第
１のカーソルと前記平面座標読み取り手段とで読み込ま
れたデータと、前記第２のカーソルと前記平面座標読み
取り手段とで読み込まれたデータとを、データ処理装置
に出力するためのスイッチ手段とを備えているので、実
体顕微鏡とカーソルとを一体に移動することができ、実
体視により測定される範囲、即ちカーソル付近の位置を
視野の中心付近に維持したまま、立体写真の様々な箇所
を測定することが可能となり、測定精度を向上させるこ
とができるという卓越した効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すもので、第１図は本実施例の
概要を示す斜視図であり、第２図（ａ）は本実施例の構
成を説明する図、第２図（ｂ）はカーソルセレクタの構
成を説明する図、第３図はカーソル間隔検出手段の構成
を説明する図であり、第４図は移動可能なカーソルを説
明する図である。１……立体写真計測装置本体２……光学装置本体３……載置台本体 21……実体鏡、22……第１のカーソル 23……第２のカーソル 24……カーソル間隔調整手段 25……カーソル間隔検出手段 251……エンコーダ 252……パルスカウンタ 31……デジタイザ４……横走行桁５……縦走行桁６……カーソルセレクタ７……データ処理装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一組の立体写真を載置するための載置台
と、この載置台に対して、２次元方向に移動可能に構成
された光学装置本体とからなっており、前記載置台に
は、該立体写真の座標を読み取るための平面座標読み取
り手段が設けられ、前記光学装置本体には、前記立体写
真を立体するための実体顕微鏡と、この実体顕微鏡から
視認可能な範囲に配置された第１及び第２のカーソル
と、この第１と第２のカーソルの間隔を調整するための
間隔調整手段とが設けられており、該第１のカーソルと
前記平面座標読み取り手段とで読み込まれたデータと、
前記第２のカーソルと前記平面座標読み取り手段とで読
み込まれたデータとを、データ処理装置に出力するため
のスイッチ手段とを備えたことを特徴とする立体写真計
測装置。
【請求項２】前記スイッチ手段は、前記第１のカーソル
又は第２のカーソルによるデータを選択切り替えるため
の第１のスイッチ手段と、外部信号に基づき、第１、第
２のカーソルによるデータを交互に切り替えるための第
２のスイッチ手段と、外部信号に基づき、第１、第２の
カーソルによるデータの双方を出力するための第３のス
イッチ手段とからなっており、第１、第２及び第３のス
イッチ手段の何れかを選択可能に構成されている請求項
１記載の立体写真計測装置。
【請求項３】一組の立体写真を載置するための載置台
と、この載置台に対して、２次元方向に移動可能に構成
された光学装置本体とからなっており、前記光学装置本
体には、前記立体写真を立体するための実体顕微鏡と、
この実体顕微鏡から視認可能な範囲に配置された第１及
び第２のカーソルと、この第１と第２のカーソルの間隔
を調整するための間隔調整手段と、該第１と第２のカー
ソルの間隔を測定し、電気信号に変換するためのカーソ
ル間隔検出手段とが備えられており、このカーソル間隔
検出手段の出力信号をデータ処理装置に出力可能に構成
したことを特徴とする立体写真計測装置。