JP5133620B2 - 測量機 - Google Patents

Description

本発明は、特にデジタルカメラを備える測量機に関する。

測量機、例えばトータルステーションは、望遠鏡内に設けられた光波測距儀を用いて測量対象物に対し測量目標点を視準して測量対象物に対する測量を行う。測量は、光波測距儀の測距原点から測量目標点までの距離を測定することを目的として、トータルステーションから測量対象物にレーザ光を照射し反射光を観測することによって行われる。

トータルステーションにはデジタルカメラを備えるものがある。デジタルカメラは望遠鏡よりも画角の広いレンズを備え、測量目標点を中心とした周辺画像を撮像してトータルステーションが備える画面に表示する。ユーザは画面に表示された画像を参照してトータルステーションを測量対象物の概略方向へ向け、詳細な視準は望遠鏡を用いて行う。視準は望遠鏡の望遠光学系の光軸上に置かれた測量目標点を測量対象物に一致させることにより行われる。測量後、デジタルカメラは測量対象物とその周辺を撮像して得られた画像をトータルステーションが備える記録媒体に記録画像として記録する。そして、測量目標点を確認することを目的として、画面に表示された画像に測量済みの測量目標点を合成する構成が知られている（特許文献１）。
特開２００４−３４０７３６号公報

しかし、測量対象物が遠いときには測量対象物とその周辺の地物は画面上における大きさが小さくなる。このとき、画面上に測量済みの測量目標点を示すポイントマークを表示すると、測量対象物及びその周辺の地物はポイントマークに覆われてしまい、視認できなくなるという問題がある。また、測量作業の発注者の要望や規定等により、記録画像にポイントマーク等の人工的な絵を合成することが望まれない場合もある。

本発明は、測量後に正確な測量目標点の位置を把握すること、及び測量目標点を示すポイントマーク４２により覆われた画像の一部を確認することが可能なトータルステーションを得ることを目的とする。

本発明による測量機は、測量対象物に対して測量目標点を視準する望遠鏡と、測量目標点及びその周辺を撮像し撮像画像を作成するデジタルカメラと、撮像画像に、測量を行った測量目標点の位置を示すポイントマークを合成するええ合成手段と、合成手段が撮像画像にポイントマークを合成するか否か選択する選択手段と、選択手段により合成することが選択されたとき、撮像画像にポイントマークを合成した合成画像を作成する合成画像作成手段とを備えることを特徴とする。

測量機は、合成画像及び撮像画像を記録する記録手段をさらに備えればなおよい。

また、測量機は、測量目標点の撮像画像上における位置を示す位置情報及び撮像画像を記録する記録手段をさらに備えることが好ましい。

位置情報は撮像画像の中心点と測量目標点との相対位置により表されるものが好適である。

記録手段は、撮像画像と位置情報とはそれぞれ別のファイルとして記録媒体に記録することが好ましい。

記録手段は、位置情報を撮像画像と関連付ける情報と共に記録媒体に記録するものであればなお良い。

測量機は、デジタルカメラが撮像した画像を記録する周辺画像レイヤとポイントマークを記録するマークレイヤとから成る画像データを作成する画像データ作成手段をさらに備えることが望ましい。

測量機は画像データを記録媒体に記録する記録手段をさらに備えることが好ましい。

デジタルカメラは、望遠鏡の望遠光学系とは独立して設けられる撮像光学系を備え、測量機は、望遠光学系の光軸と撮像光学系の光軸との方向誤差を検出する方向誤差検出手段と、デジタルカメラにより得られた撮像画像上において測量目標点を示すポイントマークが、方向誤差を解消した位置に表示されるように、撮像画像上におけるポイントマークの表示位置を演算するポイントマーク位置演算手段とをさらに備え、合成手段は、撮像画像の表示位置にポイントマークを合成するものが好ましい。

そして、測量機は、表示装置と、表示装置の表示領域上における測量目標点の位置とポイントマークの位置とが一致するように、測量目標点の位置とポイントマークの位置を相対的に移動させる操作部とをさらに備え、方向誤差検出手段は、操作部による移動量を方向誤差として検出するように構成されればなお良い。

測量機は、表示装置と、表示装置の表示領域上における測量目標点の位置とポイントマークの位置とが一致するように、測量目標点の位置とポイントマークの位置を相対的に移動させる操作部をさらに備え、方向誤差検出手段は、操作部による移動量を用いて決定される望遠光学系の光軸と撮像光学系の光軸とが成す角度を方向誤差として検出するように構成されればなお良い。

本発明は、正確な測量目標点を示すポイントマークを画像に合成するか否か選択でき、撮影後において測量目標点を容易に特定することが出来る測量機を提供する。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１、図２、及び図４を用いて、本発明の実施形態によるトータルステーションの構成を説明する。

トータルステーション１００は、測距儀１１０とデジタルカメラ１２０とから構成される。測距儀１１０には望遠光学系３９を有する望遠鏡１１１が設けられる。ユーザは望遠光学系３９を用いて測量対象物３３に対して測量目標点３４を視準する。測量対象物３３は測量が行われる地物やコーナキューブ等をいい、測量目標点３４は視準を行うために望遠鏡の光軸上に設けられる一点をいう。デジタルカメラ１２０は撮像光学装置１２１により画像を撮像する。

視準した測量対象物３３に対し、使用者が入力装置１１５を操作してレーザ光を照射すると、レーザ光は測量対象物３３で反射して望遠鏡１１１に入射する。望遠鏡１１１に入射したレーザ光は光波測距儀１１２へ導かれ、光波測距儀１１２はレーザ光の位相等を測定する。測定された位相は一時的に測量記憶装置１１６へ記憶された後に測量制御装置１１３に転送される。測量制御装置１１３は、照射したレーザ光の位相と入射したレーザ光の位相との差を用いて、トータルステーション１００から測量目標点３４までの距離を算出する。

測量制御装置１１３は、測量表示装置１１４にトータルステーション１００を操作するために必要な情報や測量結果等を表示する。トータルステーション１００の操作は入力装置１１５、例えばキーボードによって行われる。測量結果は測量データとしてデジタルカメラ１２０が備える記録媒体１２５に記録される。

デジタルカメラ１２０において、撮像光学装置１２１は撮像光学系３８を成すレンズやレンズから得られた光を電気信号に変換するＣＣＤ撮像素子等（図示しない）から構成される。撮像光学系３８の光軸３６は、撮像光学装置１２１に設けられるＣＣＤ撮像素子の有効画素領域の中心を通っており、撮像された画像の中心位置は撮像光学系３８の光軸３６の位置と一致する。

本実施形態では、望遠光学系３９から独立して撮像光学系３８が設けられるため、望遠光学系３９は撮像のために光束を分岐させる必要がなく、双方の光学系において光量が不足することはない。また、撮像光学系３８は望遠光学系３９よりも広い画角を確保することができる。

撮像された画像はカメラ記憶装置１２４に一時的に記憶されてデジタルカメラ１２０が備えるカメラ制御装置１２２によって画像処理される。画像処理された画像は画像データとしてデジタルカメラ１２０が備えるカメラ表示装置１２３に表示され、記録媒体１２５に記録画像として記録される。記録媒体１２５はデジタルカメラ１２０に着脱自在に設けられる。デジタルカメラ１２０による撮影、すなわち撮像から記録までの一連の動作は測距儀１１０に設けられた入力装置１１５をユーザが操作することによって行われる。

次に図３及び図４を用いて記録画像にポイントマークを合成するポイントマーク合成処理について説明する。

トータルステーション１００の電源が投入されると、ステップＳ２１１において、ユーザは望遠光学系３９を使用して測量対象物３３に対して測量目標点３４を視準する。視準は、望遠光学系３９の光軸上に置かれた測量目標点３４を測量対象物３３に合わせることにより行う。ステップＳ２１２においてユーザが入力装置１１５に含まれる測定キーを操作すると、ステップＳ２１３において測量制御装置１１３がトータルステーション１００と測量対象物３３との間の距離Ｌの測定つまり測距を行う。ステップＳ２１４では測量制御装置１１３からデジタルカメラ１２０が備えるカメラ制御装置１２２に撮影指示がなされる。

撮影指示を受けたカメラ制御装置１２２はステップＳ２１５において撮像を行う。撮像された画像データはステップＳ２１６でカメラ表示装置１２３に表示され、ステップＳ２１７で記録画像として記録媒体１２５に記録される。本実施形態における記録媒体１２５は、例えばＳＤカードなどの着脱自在な記録媒体が用いられる。

ステップＳ２１８では、測量記憶装置１１６から方向誤差データが読み出される。方向誤差データは、撮像光学系の光軸と望遠光学系との光軸とが交わって成す角度を水平方向及び鉛直方向の各成分により表したベクトル量であり、後述する方向誤差データ演算処理によりこの回の測量が実行される前に演算され、測量記憶装置１１６に記憶されている。

撮像光学系３８は望遠光学系３９と独立して設けられるため、各光学系における光軸どうしの間には間隔（いわゆるパララックス）が開いている。水平方向における光軸誤差はｄＨＬ、鉛直方向における光軸誤差はｄＶＬで表される。この光軸誤差は設計段階で定められる既知の値である。望遠鏡で測量目標物を正確に視準しているときでも、この光軸誤差により、カメラ表示装置１２３上に表示されるポイントマークと測量目標物との間にはずれが生じる。このずれの大きさを光軸ずれ量という。光軸ずれ量は、トータルステーション１００から測量目標点３４までの距離と光軸誤差とを用いて、方向誤差データ演算処理の前に算出される。

ステップＳ２１９では、光軸ずれ量と方向誤差データとから記録画像上におけるポイントマークの位置をポイントマーク位置算出処理に従って演算する。ポイントマークは記録画像上における測量目標点３４の位置を示す記号であり、例えば十字形が用いられる。

ステップＳ２２０では演算されたポイントマークの位置に従い、画像にポイントマークを合成する。ポイントマークの画像生成および記録画像へのポイントマーク合成は、カメラ制御装置１２２内に設けられた図示しない画像処理回路が既知の画像合成処理を用いることにより行われる。

次に、画像上におけるポイントマークの正確な位置を演算して測量記憶装置１１６に記憶する処理をステップＳ２２１からＳ２２３で行う。

ステップＳ２２１において、ユーザはカメラ表示装置１２３に表示された画像及びポイントマークを見て、ポイントマークの位置が測量対象物３３と正確に一致しているかを確認する。このとき、望遠鏡１１１を用いて測量目標点３４が測量対象物３３に視準されている。そのため、カメラ表示装置１２３に表示された画像上でポイントマークの位置が測量対象物３３と正確に一致していない場合、方向誤差（ｄＨθ、ｄＶθ）が生じていると判断される。

正確に一致していないとき、ステップＳ２２２において、ユーザは入力装置１１５が有するキーボード又はジョイスティック等を操作する。ステップＳ２２３では、この操作によりカメラ表示装置１２３に表示されている画像が動かされ、画像上におけるポイントマークの位置と測量対象物３３の位置とが一致させられる。一致させた後、あるいはこの操作を行わずともポイントマークの位置が正確に一致しているときには、ステップＳ２２４で画像とポイントマークとを合成した記録画像を記録媒体１２５に記録する。

次にステップＳ２２５では、ステップＳ２２２及びＳ２２３でユーザが画像を移動させた量に従い、方向誤差データ演算処理により演算する。そしてステップＳ２２６で方向誤差データを測量記憶装置１１６に記憶する。

ステップＳ２２８では、ユーザは入力装置１１５を用いて画像にポイントマークを合成するか否かを選択し入力する。合成することを選択した場合には、ステップＳ２２９において、ポイントマークを画像に合成した合成画像が記録媒体に記録される。そして、合成することを選択した場合及び選択しない場合いずれにおいても、ステップＳ２３０において、ポイントマークを合成しない画像と、画像上における測量目標点３４の位置、すなわちポイントマークの位置を示す位置情報とが記録媒体１２５に記録される。この位置情報は、画像の中心点を原点とする水平方向と鉛直方向の２つの軸によって形成される直交座標系で表される。

図８を用いて画像および位置情報を記録する記録処理について説明する。

位置情報７４は、画像ファイル７２の中には記録されない。画像ファイル７２とは別に設けられる、測量データ７３が記録される測量データファイル７１の中に、画像情報と関連づける情報、例えば画像ファイル７２のファイル名と共に記録される。測量データファイル７１はテキスト型式のファイルである。一撮像動作（一測量動作）毎に1行が割り当てられ、測量データ７３及び付随する情報がカンマで区切られて生成され、記録媒体１２５に記録される。

測量後において、ユーザは記録媒体１２５に記録されている記録画像と位置情報とをトータルステーション１００あるいはパソコンを用いて参照することにより、記録画像上にポイントマークを合成していなくても、ポイントマークの位置を再現することが出来る。

また、ポイントマーク合成処理のステップＳ２２８において、ユーザがポイントマークを合成することを選択したとき、ポイントマークを合成しない画像が合成画像と共に記録媒体１２５に記録される。これにより、ポイントマークが不要になった場合であっても、ポイントマークが合成されない画像を容易に得ることができる。

次に、図４から７を用い、光軸ずれ量を検出し記録する光軸誤差検出処理について説明する。図４は、撮像光学系３８の光軸３６、望遠光学系３９の光軸３７、測量目標点３４及び測量対象物３３を模式的に示した図である。測量対象物３３に対し測量目標点３４が視準されている。

まず、トータルステーション１００と測量目標点３４との間の距離Ｌを測定し、撮像光学装置１２１（図１参照）により測量対象物周辺の画像が撮像される。撮像された画像はカメラ表示装置１２３（図１参照）に表示される。撮像光学系３８の光軸３６と望遠光学系３９の光軸３７は方向誤差及び光軸誤差により一致しないため、カメラ表示装置１２３に表示される画像の中心点３５は、望遠光学系３９の光軸３７上に存在する測量目標点３４と一致しない（図４、５参照）。

そこでまず光軸誤差を修正する。カメラ表示装置１２３上において、撮像された画像の中心３５から測量目標点３４の方向へ光軸誤差の分だけ離れた点を、光軸ずれ補正点４１とすると、画像の中心点３５と光軸ずれ補正点４１との間の画像上における光軸ずれ量は、水平方向に対してｄＨＬｐピクセル、鉛直方向に対してｄＶＬｐピクセルで表わされる。光軸ずれ補正点４１は、光軸ずれ量は補正されるが方向誤差は補正されていない位置を示す。各光軸ずれ量は以下の式で表される。光軸ずれ量の単位は画素数である。

ｄＨＬｐ＝（ＡｒｃＴａｎ（ｄＨＬ／Ｌ））／ＲＸｎθ
ｄＶＬｐ＝（ＡｒｃＴａｎ（ｄＶＬ／Ｌ））／ＲＹｎθ

ＲＸｎθ及びＲＹｎθはそれぞれ水平方向及び鉛直方向のＣＣＤ一画素あたりの分解力を示す。分解力とは一画素あたりの画角を示す値であり、デジタルカメラ１２０が有するレンズの焦点距離から決定されるＣＣＤの画角を水平方向又は鉛直方向の画素数で除した値となる。

以上により得られた光軸ずれ量に従って、光軸ずれ量ｄＨＬｐ及びｄＶＬｐを画像の中心点３５からそれぞれ移動した光軸ずれ補正点４１に、ポイントマーク４２を表示する（図５参照）。光軸ずれ量ｄＨＬｐ及びｄＶＬｐに水平及び鉛直方向における分解力ＲＸｎθ及びＲＹｎθをそれぞれ乗じた値が、方向誤差データの初期値Ｅ０として測量記憶装置１１６に記憶される。

次に方向誤差データを演算する方向誤差データ演算について説明する。

図４に示すトータルステーション１００は、気温変化等による外的要因によって、撮像光学系３８の光軸３６が望遠光学系３９と平行である基本光軸３１と方向誤差を生じている。方向誤差は説明のため誇張して示される。図においてｄＨθは水平方向における方向誤差であり、ｄＶθは鉛直方向における方向誤差である。

光軸ずれ量を補正する処理が行われた後、図５のようにカメラ表示装置１２３にはポイントマーク４２が光軸ずれ補正点４１上に表示されている。ユーザは、カメラ表示装置１２３に表示された画像とポイントマーク４２とを見て入力装置１１５を操作する。図７に示すように、ユーザの操作に従ってカメラ表示装置１２３に表示されている画像が移動して、ポイントマーク４２と測量対象物３３との位置が一致する。このとき、水平方向における画像の移動ベクトルはｄＨＡｐピクセル、鉛直方向における画像の移動ベクトルはｄＶＡｐピクセルである。

すなわち図６に示すように、画像の中心位置から光軸の光軸ずれ量ｄＨＬｐ及びｄＶＬｐに加えて水平方向にｄＨＡｐ及び鉛直方向にｄＶＡｐだけ移動した位置が、正確な測量目標点３４の位置となる。

ｄＨＡｐ及びｄＶＡｐから、基本光軸３１と撮像光学系３８が成す方向誤差が決定される。水平方向における方向誤差はｄＨθ、鉛直方向における方向誤差はｄＶθとして以下の式により求められる。

ｄＨθ＝ｄＨＡｐ・ＲＸｎθ
ｄＶθ＝ｄＶＡｐ・ＲＹｎθ

計測された方向誤差は、測量記憶装置１１６に記憶された方向誤差データＥ０に加算され、新たな方向誤差データＥ１として測量記憶装置１１６に更新、あるいは記憶される。前述のポイントマーク位置補正処理では、前回の方向誤差データ演算処理で演算され記憶された方向誤差データを用い方向誤差を解消する。つまり今回の方向誤差データ演算処理では、前回の方向誤差データを用いて補正された位置にポイントマーク４２が表示され、このポイントマーク４２の位置を基準に方向誤差が検出される。そのため、前回の方向誤差データに今回演算された方向誤差を加えることにより、今回の方向誤差データを得ることができる。次回方向誤差が発生したとき測量対象物３３に対する方向誤差が計測されると、この方向誤差データＥ１が読み出され、次回計測された方向誤差が加算される。そして、方向誤差が加算された方向誤差データは、最新の方向誤差データＥ２として測量記憶装置１１６に記憶され、撮影画像と関連付ける情報と共に記録媒体１２５へ記録される。方向誤差データＥｎは方向誤差が計測される度に積算される。

次に方向誤差データから記録画像上におけるポイントマーク４２の位置を算出するポイントマーク位置算出処理について説明する。

水平及び鉛直方向の方向誤差データＥｎを水平及び鉛直方向の分解力でそれぞれ除すことにより、光軸ずれ補正点４１からポイントマーク４２までのベクトル量ｄＨＡｐ、ｄＶＡｐが算出される。カメラ表示装置１２３には、光軸ずれ補正点４１から水平方向にｄＨＡｐ、鉛直方向にｄＶＡｐを移動した位置にポイントマーク４２が表示される（図６参照）。方向誤差データは撮像光学系３８の光軸３６と望遠光学系３９の光軸３７とが交わって成す角度であるから、測量機１００から測量対象物３３までの距離によって変化しない。そのため、一度方向誤差が計測されると、その方向誤差が変化するまで、測量される複数の測量対象物に対して同じ方向誤差データ用いることにより、方向誤差を解消した位置にポイントマーク４２を表示することができる。

これにより、測量後に正確な測量目標点の位置を把握すること、及び測量目標点を示すポイントマーク４２により覆われた画像の一部を確認することが可能になる。

なお、図９に示すように、ステップＳ２２９において、画像ファイル８１はデジタルカメラ１２０が撮像した周辺画像を周辺画像レイヤ８２、またポイントマーク４２をマークレイヤ８３とするそれぞれ別個のレイヤを合成することにより構成されるものでも良い。マークレイヤは、位置情報７４に従い、カメラ制御装置１２２がポイントマーク４２を含む１つのマークレイヤ８３を画像として合成することにより作成される。これにより、ポイントマーク４２と周辺画像とを別個に表示することが可能な画像ファイル８１を１つのファイルとして管理することが可能となる。

なお、位置情報は測量データが記録されるファイルと同じファイルに記録されなくても良く、測量データとは別のファイルに記録されても良い。

記録媒体１２５は取り外し可能なメモリカードに限定されず、デジタルカメラに接続されたパソコン等の外部装置が記録情報の読み出しや書き込みができるように構成されるものであればよい。

本発明の一実施形態であるトータルステーションの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態であるトータルステーションの正面図である。 記録媒体に画像データとポイントマークの位置を記録する処理を示したフローチャートである。 撮像光学系、望遠光学系、測量対象物及び測量目標点との関係を示した模式図である。 カメラ表示装置に表示された画像を模式的に示した図である。 ポイントマークを合成した記録画像を示した図である。 ポイントマークを測定目標点の位置に一致させるときにおける、カメラ表示装置に表示された画像を模式的に示した図である。 測量データファイル及び画像ファイルが記録された記録媒体のデータ構造を示した図である。 測量データファイル及びレイヤを有する画像ファイルが記録された記録媒体のデータ構造を示した図である。

符号の説明

３３ 測量対象物
３４ 測量目標点
３８ 撮像光学系
３９ 望遠光学系
４２ ポイントマーク
１００ トータルステーション
１１０ 測距儀
１１１ 望遠鏡
１２０ デジタルカメラ
１２１ 撮像光学装置

Claims (10)

1. 測量対象物に対して測量目標点を視準する望遠鏡と、
   前記望遠鏡の望遠光学系とは独立して設けられる撮像光学系を備え、前記測量目標点及びその周辺を撮像し撮像画像を作成するデジタルカメラと、
   前記撮像画像に、測量を行った前記測量目標点の位置を示すポイントマークを合成する合成手段と、
   前記合成手段が前記撮像画像に前記ポイントマークを合成するか否か選択する選択手段と、
   前記選択手段により合成することが選択されたとき、前記撮像画像に前記ポイントマークを合成した合成画像を作成する合成画像作成手段と、
   前記望遠光学系の光軸と前記撮像光学系の光軸との方向誤差を検出する方向誤差検出手段と、
   前記デジタルカメラにより得られた撮像画像上において前記測量目標点を示すポイントマークが、前記方向誤差を解消した位置に表示されるように、前記撮像画像上における前記ポイントマークの表示位置を演算するポイントマーク位置演算手段とを備え、
   前記合成手段は、前記撮像画像の前記表示位置に前記ポイントマークを合成することを特徴とする測量機。
2. 前記合成画像及び前記撮像画像を記録する記録手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の測量機。
3. 前記測量目標点の前記撮像画像上における位置を示す位置情報及び前記撮像画像を記録する記録手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の測量機。
4. 前記位置情報は前記撮像画像の中心点と前記測量目標点との相対位置により表されることを特徴とする請求項３に記載の測量機。
5. 前記記録手段は、記録媒体と着脱自在であって、前記撮像画像と前記位置情報とはそれぞれ別のファイルとして前記記録媒体に記録することを特徴とする請求項３に記載の測量機。
6. 前記記録手段は、記録媒体と着脱自在であって、前記位置情報を前記撮像画像と関連付ける情報と共に前記記録媒体に記録することを特徴とする請求項３に記載の測量機。
7. 前記測量機は前記デジタルカメラが撮像した画像を記録する周辺画像レイヤとポイントマークを記録するマークレイヤとから成る画像データを作成する画像データ作成手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の測量機。
8. 前記測量機は前記画像データを記録媒体に記録する記録手段をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の測量機。
9. 前記測量機は、
   表示装置と、
   前記表示装置の表示領域上における前記測量目標点の位置と前記ポイントマークの位置とが一致するように、前記測量目標点の位置と前記ポイントマークの位置を相対的に移動させる操作部とをさらに備え、
   前記方向誤差検出手段は、前記操作部による移動量を方向誤差として検出する請求項１に記載の測量機。
10. 前記測量機は、
    表示装置と、
    前記表示装置の表示領域上における前記測量目標点の位置と前記ポイントマークの位置とが一致するように、前記測量目標点の位置と前記ポイントマークの位置を相対的に移動させる操作部をさらに備え、
    前記方向誤差検出手段は、前記操作部による移動量を用いて決定される前記望遠光学系の光軸と前記撮像光学系の光軸とが成す角度を方向誤差として検出する請求項９に記載の測量機。

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