JP2830839B2

JP2830839B2 - 距離計測装置

Info

Publication number: JP2830839B2
Application number: JP8140723A
Authority: JP
Inventors: 川秀雄山
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2016-05-10
Also published as: JPH09304055A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、距離計測装置に関
し、特に距離測定対象物をテレビカメラで照準する画像
併用型の距離計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】測定対象である物体の距離・位置を計測
する従来の距離計測装置は、レーザ光発射装置と、この
レーザ光発射装置の近傍に設けられ、レーザ光発射装置
から発射され、測定対象で反射されたレーザ光を受ける
テレビ（ＴＶ）カメラと、このテレビカメラの映像を撮
像し、テレビカメラの照準軸を表示するモニタとを備え
ている。

【０００３】特開平２−８３４１０号公報に開示されて
いる「三次元位置計測装置」を説明するための図７のブ
ロック図を参照すると、この計測装置は、レーザ光発射
装置８５と、レーザ光発射装置８５の近傍部に設けら
れ、レーザ光発射装置８５から発射され測定対象９９で
反射されたレーザ光を受けるテレビカメラ８４と、この
テレビカメラ８４の映像を撮像し、テレビカメラ８４の
照準軸を表示するテレビモニタ５６と、テレビカメラ８
４に設けられ、テレビカメラ８４を水平方向及び垂直方
向に回動させることにより、照準軸ｌを任意方向に向け
ることが可能なテレビカメラ姿勢制御装置８３と、レー
ザ光の発射とテレビカメラ８４による受光とから距離に
相当する信号を検出すると共に予め設定されたテレビカ
メラ８４の基準方向に対する水平方向及び垂直方向の回
転角に相当する各信号を検出する距離・回転角検出手段
４４と、三次元空間に仮想座標系を設定すると共に前記
各信号から仮想座標系における三次元空間に存在する測
定対象の座標を演算するコンピュータ５７とを備える。

【０００４】テレビモニタ５６とテレビカメラ姿勢制御
装置８３との間には、位置偏差測定回路５２及び追従信
号発生回路５３が接続されている。また、測定対象の座
標を演算するコンピュータ５７が、演算装置５５内の位
置偏差測定回路５２からの信号により算定される偏位を
加算して出力する。測定対象９９までの距離は、レーザ
光の発射と反射光を受光するテレビカメラの受信タイミ
ングから求められる。

【０００５】上記構成において、テレビモニタ８４の中
心に測定対象９９がくるように、姿勢制御装置８３を駆
動し、この駆動量を計測するエンコーダ４１，４２から
ズレの水平方向回転角θ，垂直方向回転角φを検出し
て、コンピュータ５７に入力し、また距離検出装置４０
から測定対象９９までの距離もコンピュータ５７に入力
し、測定対象９９の位置を、Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸で表示し
ている。

【０００６】しかしながら、テレビカメラ８４の中心軸
とレーザ光発振装置８５のレーザ光とは離間しているた
め或る距離点でレーザ光を測定対象９９の照準点に正確
に照射されるように位置合わせを行うと、他のある距離
点ではテレビモニタ５６の中心からずれてしまい、その
結果、高精度の距離計測ができないという難点があるば
かりでなく、特に測定対象９９までの距離が大幅に変動
する場合には、本質的に測定誤差が大きなものとなり、
またレーザ光を絞り高精度に測定しようとすれば、上述
した離間の関係で、姿勢制御装置８３がレーザ光を永久
に追尾することになる恐れがある。また、レーザ光が赤
外線領域であれば、これをテレビモニタ５６で捕捉する
ことが難しく、レーザ光照射点を見誤る恐れがある。

【０００７】したがって、テレビカメラの撮像する画像
にレーザ反射点と同等の大きさで明るさも同じような点
が複数存在すると、どれが自己のレーザ反射点か特定す
ることが困難となるという問題がある。

【０００８】他の従来例が特開平３−１６３７００号公
報に「異常発生位置検出装置」として開示されている。
本装置は、レーザ距離計と赤外線カメラとを併用し、レ
ーザ距離計は赤外線カメラに固定し、赤外線カメラのほ
ぼ画像中心の対象物までの距離が計測できるように取り
付けている。

【０００９】かかる構成では、カメラの視野中心とレー
ザ距離計の反射点とが一致するように予め軸調整を行う
必要があるが、上述した離間の関係で距離によってレー
ザの反射点が視野中心からずれてしまうため、反射点の
位置が正しく認識できないという欠点がある。

【００１０】つまり、軸調整を行う場合、予め定めた距
離に反射板を置き、その反射板上でカメラの視野中心と
反射点が一致するようにカメラと距離計の取付位置を固
定するため、測定対象物が調整時の距離よりも遠くにあ
るか、または近くにあるかにより、反射点の位置が変わ
り、カメラの照準点とレーザ反射点とが一致せず、反射
点位置を正しく認識できないという問題がある。

【００１１】即ち、レーザ距離計とテレビカメラを一つ
の雲台上の併設して、カメラが撮像する対象物までの距
離をレーザ距離計にて測定する装置において、カメラの
視野中心とレーザ距離計の光軸が一致するようなるべく
遠方に目標を置いて軸を合わせ込む調整を必要とする
が、この方法では近距離において視野中心と照射点が一
致せず、また近距離で合わせ込むと遠方でずれが生ずる
ため、レーザの照射点を正しく認識できない。

【００１２】特開平４−３１５００５号公報に開示され
ている更に他の距離計測装置は、レーザ光照射点をスク
リーンの背面に設けたカメラで撮像する構成となってい
るため、スクリーンの手前のレーザ光源体側から変位を
計測できない欠点がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、レーザ反射点の位置を、複雑な処理をすることな
く、簡易に正しく観測者に知らせ、測定対象までの距離
が大幅に変化しても、高精度で距離が測定できる距離測
定装置を提供することにある。本発明の他の目的は、レ
ーザ反射点をテレビ画像で見誤ることがなく、レーザ光
発射位置とテレビカメラの中心画像位置とが離間してい
る点を考慮に入れて高い測定精度を確保することができ
る距離測定装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明による距離計測装置は、実測目標のレーザ
光照射点を画像表示してモニタする距離計測装置におい
て、初期設定により別途算出した変位角に基づいて前記
照射点に相当する位置にマークを付して画像表示するよ
うに構成される。

【００１５】ここで、前記別途変位角を算出する手段
は、モニタカメラの視野中心軸とレーザ光軸とが一致す
るところまでの距離と、モニタカメラとレーザ光照射装
置との離隔距離と、実測目標までの実測距離とを所定の
計算式に代入して変位角を得る手段であり、前記変位角
を算出する手段に加えて、実測目標のレーザ光照射点と
モニタカメラの視野中心軸との距離を算出して画像表示
する手段を備える。

【００１５】また、本発明の他の態様による距離計測装
置は、テレビカメラと、予め定めた距離で前記テレビカ
メラの視野中心軸とレーザ照射軸とが一致するように取
り付けたレーザ距離計と、前記予め定めた距離の値を記
憶する手段と、前記レーザ距離計の計測値を記憶する手
段と、前記テレビカメラと前記レーザ距離計のレーザ光
照射装置との離隔距離を記憶する手段と、前記予め定め
た距離と前記計測距離と前記離隔距離とを用いてレーザ
照射点の位置を所定の計算式で計算する回路と、前記テ
レビカメラのビデオ信号に前記照射点を示す信号を重畳
する回路と、前記ビデオ信号を入力し、前記照射点を表
示するモニタとを備えて構成される。

【００１５】ここで、前記レーザ距離計と前記テレビカ
メラとを、共通の２軸旋回台に取り付け、前記レーザ距
離計からの距離データを、前記予め定めた距離を記憶す
る手段と測定対象物の測定距離記憶手段とのうちどちら
かに切り換えて出力する手段を備える。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を示す図１
を参照すると、本距離測定装置は、対象物までの距離を
計測するレーザ距離計２と、対象物のレーザ照射点を含
む周囲を監視するためのＴＶ（テレビジョン）カメラ１
と、テレビカメラ１をレーザ距離計２と共に２軸方向に
旋回させる２軸旋回台３と、旋回台３を駆動する２軸旋
回台駆動装置７と、レーザ距離計２から得られた測距デ
ータ等からレーザ照射点の変位角を算出する演算回路装
置４’と、この変位角を例えば、×印又は○印等で画像
表示できるようにテレビカメラ１で得られたビデオ信号
に重畳するビデオ信号合成回路装置５’と、対象物をレ
ーザ照射点と共に画像表示するモニタ６とを備える。

【００１６】本実施形態で特徴的な点は、後述する演算
回路装置４’が、初期調整を行った後、対象物までの距
離を計測すれば、レーザ照射点の位置を正確に画像表示
できるように演算する機能を備えることである。

【００１７】図１に示した距離測定装置を機能別に示す
図２のブロック図を参照すると、テレビカメラ１と、こ
のテレビカメラ１の天部又は側部に固定されたレーザ距
離計２と、テレビカメラ１をレーザ距離計２と共に水平
方向又は垂直方向に旋回させる２軸旋回台３と、旋回台
３を駆動してカメラ１を所定方向に向くように制御信号
を与える２軸旋回台駆動装置７と、レーザ測距データに
基づいてテレビカメラ１の中心位置からのずれを変位角
として計算して出力する演算回路４と、演算回路４から
の変位角を基にレーザ照射点を示す位置をビデオ信号の
中に、重畳するビデオ信号合成回路５と、合成回路５の
ビデオ信号を画像表示するモニタ６とを備える。

【００１８】ここで、テレビカメラ１の視野中心軸とレ
ーザ距離計２のレーザ光軸とは平行ではなく、所定の角
度に予め調整される。即ち、予め設定された距離の対象
物に対してレーザ光がカメラ１の視野中心に位置するよ
うに、モニタ６で視認しながらレーザ光軸を調整する。
この時の初期調整に使用された、予め設定された距離の
値は、基準距離メモリ回路１３に記憶され、またテレビ
カメラ１とレーザ距離計２との離隔距離は離隔距離メモ
リ回路１６に記憶される。

【００１９】演算回路４は、レーザ距離計２に計測指令
を発する制御回路１２と、前記予め定めた距離を記憶す
る基準距離メモリ回路１３と、測定対象の距離計測値を
記憶する距離メモリ回路１４と、前記カメラ１と距離計
２との取付離隔距離を予め記憶する離間距離メモリ回路
１６と、前記回路１３内の予め定めた距離と前記回路１
４内の測定距離と前記回路１６内の離隔距離とから、レ
ーザ照射点位置の視野中心からの変位量を計算して、レ
ーザ照射点を示す信号を画像信号に重畳するビデオ信号
合成回路５に出力する変位角計算回路１５と、レーザ距
離計２からの測距データをメモリ回路１３，１４のうち
どちらかに選択出力する切換器１１とを備える。

【００２０】レーザ距離計２の初期調整要領を示す図３
の斜視図を参照すると、テレビカメラ１の中心軸２９と
共通の水平位置に光軸２７を有するレーザ距離計２と、
既知の距離に設けられた基準目標２５とが用意される。

【００２１】先ず、テレビカメラ１のカメラの視野中心
軸２９が、基準目標２５上のＸＹ軸の交点Ｏと一致させ
る。この作業は、モニタ６の画像面の中心点に交点Ｏが
来るように旋回台３を調整して行うと簡単である。

【００２２】次に、レーザ距離計２の光軸２７を交点Ｏ
と一致するようにレーザ距離計２の取り付け位置を調整
し、点線で示す調整後の光軸２８を得る。この作業は、
図示しない微調整機構により手動で行う。このようにし
て、実測目標２６が基準目標２５より手前（左側）にあ
る場合には、中心軸２６も左側にレーザ光の照射点が存
在し、実測目標２６が基準目標２５よりも遠く（右側）
にある場合には、右側にレーザ光の照射点が存在する。
ここで、実測目標の最長距離におけるレーザ光の照射点
が、テレビカメラ１の視野外にならないように、基準目
標２５の設定距離及びテレビカメラ１とレーザ距離計２
との離隔距離が適宜設定される。また、テレビカメラ１
のレンズは、必要に応じてズームレンズや交換レンズ等
が用意されるが、レーザ光の照射点が捕捉されることが
必須要件となる。

【００２３】レーザ距離計２から基準目標２５までの距
離は、レーザ距離計２にて計測し、これを基準距離メモ
リ回路１３に記憶する。この基準距離の測定精度を向上
させるためには、別途距離を測定し、適宜調整しておく
ことが好ましい。

【００２４】次に、切換器１１により切り換えて実測ス
テップに移行する。実測ステップでは、２軸旋回台３に
より測定対象となる実測目標２６にテレビカメラ１を向
け、距離計測制御回路１２から計測指令を受け取ると、
切換器１１は測定値を距離メモリ回路１４に入力する。

【００２５】上述した初期設定及び実測ステップの幾何
学的構成を示す図５を参照すると、基準距離ＲＯ，離間
距離ｄが各々メモリ回路１３，１６に記憶される初期設
定が終了すると、実測ステップにおいて、目標２６の測
定距離Ｒを計測し、これをメモリ回路１４に記憶する。

【００２６】この実測ステップは、軸調整時の基準距離
ＲＯより遠方の対象物の距離を測定する場合の例であり
レーザ照射点３１はテレビカメラ１から見て変位角αの
方向に位置する。テレビカメラ１とレーザ距離計２との
離間距離ｄと、基準距離ＲＯと、測定距離Ｒとが既に既
知であることから、変位角αは次式で示される。 α＝ｔａｎ^-1｛(Ｒ−ＲＯ)ｄ／Ｒ(√ＲＯ²−√ｄ²)｝・・・・（１）

【００２７】従って、変位角計算回路１５では、離隔距
離ｄを記憶しているメモリ回路１６と基準メモリ回路１
３からそれぞれ距離ｄとＲＯのデータを読み出して、ま
たメモリ回路１４から測定距離Ｒを読み出して、上記
（１）式の計算を行い、変位角αを導出する。

【００２８】変位角αが求められると、ビデオ信号合成
回路５に出力し、テレビカメラ１のビデオ信号に変位角
αに対応する位置にマーク信号を重畳する。重畳信号が
モニタ６に出力されて、レーザ反射点の位置が表示され
る。

【００２９】モニタ６の画像表示の一例を示す図６の平
面図を参照すると、中央部分の＋印は、カメラの視野中
心軸２９即ち照射点３０の位置２を示し、右側の○印は
実測目標２６の照射点３１の位置を示している。この○
印と＋印との離間距離は、変位角αに相当している。

【００３０】上記（１）式において、ＲＯ²＞＞ｄ²の場
合には、次の近似式が得られる。 α＝ｔａｎ^-1｛(１／ＲＯ−１／Ｒ)ｄ・・・・（２）

【００３１】上記（２）式によれば、上記（１）式より
も演算が簡単となる利点がある。

【００３２】上記（１），（２）式では、いずれも変位
角αを導出しているが、この他に画像中央と照射点３１
との距離Ｘを求め、必要に応じて画像片隅に、この距離
ｘの値を表示することも可能である。この場合のＸの値
は、次式である。Ｘ＝（Ｒ−ＲＯ）ｄ／ＲＯ・・・・（３）

【００３３】以上の説明は、実測目標２６が基準目標２
５よりも遠方にある場合であるが、実測目標２６が基準
目標２５よりも近方にある場合には、上記（１），
（２），（３）式はマイナスとなるだけであり、これに
伴い図６の照射点３１は画面中央の左側に位置する。

【００３４】上記導出式は、テレビカメラ１の視野中心
軸２９とレーザ距離計２の光軸２７とが水平位置にある
場合であるが、図４に示すように、テレビカメラ１の天
部にレーザ距離計２が固定され、中心軸２９とレーザ光
軸２８とが垂直位置にある場合も考えられる。この場合
の導出式は上記（１），（２），（３）式と共通する
が、図６の画面表示は中央部の上下方向に照射点が位置
する。

【００３５】以上のように、本実施の形態によれば、基
準とする距離ＲＯにある対象物に対して、撮像カメラの
視野中心とレーザ照射点とが一致するように、カメラと
レーザ距離計を取り付け固定するが、取り付けにおいて
は撮像カメラの視野中心（通常は光学系の光軸中心）と
距離計の送光軸とは間隔があるため、この離間距離ｄと
前記基準距離ＲＯは、予めＲＯＭ等に記憶した後、実際
の測定における対象物までの測定距離Ｒと、前記離隔距
離ｄ及び基準距離ＲＯとの３つの値に成り立つ関係式か
ら、カメラの視野中心からのレーザ反射点の位置を角度
で求め、求められた変位角に対応する画像上の位置にレ
ーザ反射点を示すマークをビデオ信号合成回路で重畳す
ることにより、測定者はモニタに表示されたマークから
レーザの照射点を確認でき、このため視認だけによる照
射点の確認方法と比較して、予めモニタ画面に位置マー
クが施されているため、確認作業で見誤ることなく、迅
速に行える利点がある。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の距離計測
装置によれば、レーザ光を直接テレビカメラでとらえる
ことがないため、画像上に疑似反射点が現れて、実際の
反射点を特定できないという問題を回避でき、また複雑
な画像処理をすることなく、簡単な回路構成でレーザ反
射点の位置を計算でき、しかもモニタ上でその位置を表
示するので距離測定の信頼性が向上するという効果が得
られ、上述した目的が悉く達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の距離計測装置による一実施の形態の配
置を示す正面図である。

【図２】本発明の距離計測装置による一実施形態を機能
別に示したブロック図である。

【図３】初期設定要領の一例を示す斜視図である。

【図４】初期設定要領の他例を示す斜視図である。

【図５】初期設定と実測ステップとの幾何学的構成を示
す上面図である。

【図６】本発明の実施形態におけるモニタの画像表示状
態を示す平面図である。

【図７】従来の三次元位置計測装置を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１テレビカメラ２レーザ距離計３２軸旋回台４演算回路４’ 演算回路装置５ビデオ信号合成回路５’ ビデオ信号合成回路装置６モニタ７２軸旋回台駆動装置１１切換器１２距離計制御回路１３基準距離メモリ回路１４距離メモリ回路１５変位角計算回路１６離隔距離メモリ回路２５基準目標２６実測目標２７距離計の光軸２８調整後の光軸２９カメラの視野中心軸３０，３１照射点４４距離・回転角検出手段５５画像処理・処理画像演算装置５７コンピュータ８３姿勢制御装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】実測目標のレーザ光照射点を画像表示して
モニタする距離計測装置において、初期設定により別途
算出した変位角に基づいて前記照射点に相当する位置に
マークを付して画像表示することを特徴とする距離計測
装置。
【請求項２】前記別途変位角を算出する手段が、モニタ
カメラの視野中心軸とレーザ光軸とが一致するところま
での距離と、モニタカメラとレーザ光照射装置との離隔
距離と、実測目標までの実測距離とを所定の計算式に代
入して変位角を得る手段である請求項１に記載の距離計
測装置。
【請求項３】前記変位角を算出する手段に加えて、実測
目標のレーザ光照射点とモニタカメラの視野中心軸との
距離を算出して画像表示する手段を備えた請求項１に記
載の距離計測装置。
【請求項４】テレビカメラと、予め定めた距離で前記テ
レビカメラの視野中心軸とレーザ照射軸とが一致するよ
うに取り付けたレーザ距離計と、前記予め定めた距離の
値を記憶する手段と、前記レーザ距離計の計測値を記憶
する手段と、前記テレビカメラと前記レーザ距離計のレ
ーザ光照射装置との離隔距離を記憶する手段と、前記予
め定めた距離と前記計測距離と前記離隔距離とを用いて
レーザ照射点の位置を所定の計算式で計算する回路と、
前記テレビカメラのビデオ信号に前記照射点を示す信号
を重畳する回路と、前記ビデオ信号を入力し、前記照射
点を表示するモニタとを備えたことを特徴とする距離計
測装置。
【請求項５】前記レーザ距離計と前記テレビカメラと
を、共通の２軸旋回台に取り付けた請求項４に記載の距
離計測装置。
【請求項６】前記レーザ距離計からの距離データを、前
記予め定めた距離を記憶する手段と測定対象物の測定距
離記憶手段とのうちどちらかに切り換えて出力する手段
を備えた請求項４に記載の距離計測装置。