JP5196725B2

JP5196725B2 - 測量機の自動視準装置

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Publication number: JP5196725B2
Application number: JP2006032513A
Authority: JP
Inventors: 信幸西田; 敏安富
Original assignee: 株式会社ソキア・トプコン
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2026-02-09
Also published as: DE102007003586B4; US20070182952A1; CN101017086A; DE102007003586A1; US7446863B2; JP2007212291A

Description

本発明は、ＣＣＤエリアセンサ等の撮像装置を備え、この撮像装置から取得した画像に基づいてターゲットを自動視準できるようにした測量機の自動視準装置に関する。

最近では、撮像装置から取得した画像に基づいてターゲットを自動視準できるようにした測量機も使われ始めてきた。このような測量機としては、下記特許文献１に開示されたようなものが知られている。これを図１１及び図１２に示す。

この測量機は、図１１に示したように、視準軸（光軸）Ｏ上に対物レンズ１、ダイクロイックミラー２、集光レンズ３、固体撮像素子４からなる望遠鏡を備えており、対物レンズ１、ダイクロイックミラー２及び集光レンズ３を透過した光は固体撮像素子４上に結像するようになっている。

また、この測量機は、発光部６を有していて、発光部６から出射された変調光は、集光レンズ７、三角ミラー５、ダイクロイックミラー２及び対物レンズ１を経て、視準軸Ｏに沿って送光されるようになっている。視準軸Ｏに沿って送光された変調光は、測定点に設置されたターゲットプリズム（以下、単にターゲットと記載する。）で反射して、視準軸Ｏに沿って戻ってきて、対物レンズ１、ダイクロイックミラー２及び集光レンズ３を透過して、固体撮像素子４上に入射する。一部の変調光は、ダイクロイックミラー２及び三角ミラー５で反射し、集光レンズ９を経て受光部８に入射する。

この測量機では、発光部６から出射した変調光と、受光部８に入射した変調光の位相差を図示しない位相計で求め、この位相差から図示しない演算制御部でターゲットまでの距離を算出する。このとき、望遠鏡の水平角及び垂直角も、図示しない水平測角部（水平エンコーダ）及び垂直測角部（垂直エンコーダ）で測定される。

ところで、距離と角度を測定する際には、ターゲットが正確に視準軸Ｏ上に位置するように視準されていなければならない。この視準は、次のように自動的になされる。

まず、ターゲット１１に望遠鏡を向けて、図１２の（Ａ）に示したようなターゲット１１を含む画像に関して、発光部６を発光させたときの点灯画像と、発光部６を消灯したときの消灯画像とを固体撮像素子４で取得する。そして、図示しない演算制御部で、両画像の差を求める。両画像の差からは、図１２の（Ｂ）に示したように、ターゲット１１のみの画像が得られる。すると、視準軸Ｏ方向を示す画面の中心からターゲット１１の水平偏差Ｈ及び垂直偏差Ｖが求まる。そこで、水平偏差Ｈ及び垂直偏差Ｖが零になるまで、図示しない水平駆動部（水平サーボモータ）と垂直駆動部（垂直サーボモータ）によって望遠鏡を回転させると、ターゲット１１を自動視準することができる。

以上の視準は、望遠鏡が静止している場合であるが、望遠鏡が回転している場合でも自動視準を行うことができる。望遠鏡の回転角度は、図示しない水平測角部及び垂直測角部からの出力パルス数を数えることによって求まる。例えば、測量機が水平回転していて、発光部６を発光させて点灯画像を得たときと、発光部６を消灯させて消灯画像を得たときの望遠鏡の角度差が求まれば、図１２の（Ｃ）に示したように、点灯画像と消灯画像とのずれ量Ｘ（角度差）を簡単に算出することができる。この画像のずれ量Ｘが求まれば、点灯画像と消灯画像のいずれかを前記ずれ量Ｘだけシフトして、両画像の差を求めれば、前述したように水平偏差Ｈ及び垂直偏差Ｖが簡単に求まり、ターゲット１１を自動視準することができる。

このように、下記特許文献１に開示されたものは、望遠鏡が回転していても静止していても自動視準可能であるから、自動視準をいつでも容易に行うことができる。

特許第３６２１１２３号公報

ところで、前記特許文献１に開示されたものは、発光部６を発光させたときの点灯画像と発光部６を消灯させたときの消灯画像のずれ量Ｘを、水平エンコーダ及び垂直エンコーダのような角度検出器から求めている。測量機の中には、レベル（水準儀）等のように、エンコーダのような角度検出器を備えない測量機もある。前記特許文献１に開示された測量機では、角度検出機を備えていないと、望遠鏡が回転しているときは、自動視準を行うことができないという問題があった。

本発明は、前記問題を解決するため、撮像装置から取得した画像に基づいて自動視準可能な測量機において、望遠鏡が回転しているときでも、角度検出機を用いることなく自動視準ができるようにすることを課題とする。

以上の課題を達成するために、請求項１に係る発明では、望遠鏡で捉えたターゲット及び該ターゲット周囲を撮像する撮像装置と、前記望遠鏡を回転させる駆動部と、前記ターゲットに向けて光を送光する発光部と、該発光部を点灯させたときに前記撮像装置で撮像して得られた点灯画像と、該発光部を消灯したときに前記撮像装置で撮像して得られた消灯画像との差から、前記ターゲットの位置を求めて、前記駆動部を制御して前記ターゲットを自動視準する演算制御部とを備えた測量機の自動視準装置において、前記演算制御部は、前記点灯画像と前記消灯画像を取得し、前記点灯画像と前記消灯画像の一方をずらしながら、両画像で重なるピクセルのそれぞれの明度に関する相関関係を求めていき、このときに画像をずらす範囲を、前記演算制御部から前記駆動部へ送る制御信号に従う該駆動部の回転速度設定値と、前記点灯画像を得たときと前記消灯画像を得たときとの時間差との積から予測できる両画像のずれ量の範囲に限定して行い、該範囲において前記明度の相関係数が最も大きくなったときを、両画像が最も一致する位置として求め、その位置での両画像の差から前記ターゲットの位置を求めることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、望遠鏡で捉えたターゲット及び該ターゲット周囲を撮像する撮像装置と、前記望遠鏡を回転させる駆動部と、前記ターゲットに向けて光を送光する発光部と、該発光部を点灯させたときに前記撮像装置で撮像して得られた点灯画像と、該発光部を消灯したときに前記撮像装置で撮像して得られた消灯画像との差から、前記ターゲットの位置を求めて、前記駆動部を制御して前記ターゲットを自動視準する演算制御部とを備えた測量機の自動視準装置において、前記演算制御部は、前記点灯画像と前記消灯画像を取得し、両画像の重なる部分において、それぞれに、縦方向に沿う直線上の列毎に全ピクセルの明度の総和と、横方向に沿う直線上の行毎に全ピクセルの明度の総和を求め、前記点灯画像と前記消灯画像の一方を、横方向についてずらしながら、両画像の重なる列毎の明度の総和についての相関係数を求め、該方向の明度の総和についての相関係数が最大になったのち、縦方向についてもずらし、両画像の重なる行毎の明度の総和についての相関係数を求め、該方向の明度の総和についての相関係数が最大になったときを、両画像が最も一致する位置として求め、その位置での両画像の差から前記ターゲットの位置を求めるとともに、前記画像をずらす範囲は、前記演算制御部から前記駆動部へ送る制御信号に従う該駆動部の回転速度設定値と、前記点灯画像を得たときと前記消灯画像を得たときとの時間差との積から予測できる両画像のずれ量の範囲に限定して行うことを特徴とする。

請求項３に係る発明では、望遠鏡で捉えたターゲット及び該ターゲット周囲を撮像する撮像装置と、前記望遠鏡を回転させる駆動部と、前記ターゲットに向けて光を送光する発光部と、該発光部を点灯させたときに前記撮像装置で撮像して得られた点灯画像と、該発光部を消灯したときに前記撮像装置で撮像して得られた消灯画像との差から、前記ターゲットの位置を求めて、前記駆動部を制御して前記ターゲットを自動視準する演算制御部とを備えた測量機の自動視準装置において、前記演算制御部は、前記点灯画像と前記消灯画像を取得し、前記点灯画像と前記消灯画像の一方をずらしながら、両画像で重なるピクセルのそれぞれの明度に関する相関演算を行い、該明度をそれぞれ横軸と縦軸にとって得られた相関図において、重なるピクセルのそれぞれの明度を示す点が所定範囲内に位置する割合が最大になる位置を、両画像が最も一致する位置として求め、その位置での両画像の差から前記ターゲットの位置を求めることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の自動視準装置において、前記測量機は、角度検出機を備えない自動水準機であることを特徴とする。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明では、発光部を点灯させたときの点灯画像と発光部を消灯させたときの消灯画像との相関演算を行い、両画像が最も一致する位置を求め、その位置での両画像の差からターゲットの位置を求めるから、望遠鏡が回転しているときでも、角度検出機を用いることなく自動視準ができる。このため、電子レベル等、角度検出器を有しない測量機でも、望遠鏡を回転させながら自動視準ができるので便利である。

さらに、前記両画像が最も一致する位置は、前記点灯画像と前記消灯画像との相関演算を行い、両画像の重なるピクセルの明度に関する相関関係を求めていき、該相関関係が最も大きくなったときであると判断するから、簡単確実に両画像が最も一致する位置を求めることができ、いっそう簡単確実に上記効果を奏する。さらに、前記相関演算は前記点灯画像又は前記消灯画像の一方をずらしながら行い、このときにずらす範囲を、前記演算制御部から前記駆動部へ送る制御信号から予測される範囲に限定したから、両画像間の相関関係を求めるために必要な時間を減らして、いっそう迅速に両画像が最も一致する位置を求めて自動視準を行うことができる。

請求項２に係る発明では、前記両画像が最も一致する位置は、前記点灯画像と前記消灯画像との横方向への相関演算を行い、両画像の重なる部分において、縦方向に沿う直線上で重なるピクセルの明度の総和に関する相関関係を求めていき、該相関関係が最も大きくなったときであると判断するから、請求項１に係る発明よりも、少ない計算量で両画像が最も一致する横方向位置を求めることができ、いっそう迅速に自動視準を行うことができる。

また、前記両画像が最も一致する位置は、前記点灯画像と前記消灯画像との縦方向への相関演算を行い、両画像の重なる部分において、横方向に沿う直線上で重なるピクセルの明度の総和に関する相関関係を求めていき、該相関関係が最も大きくなったときであると判断するから、請求項１に係る発明よりも、少ない計算量で両画像が最も一致する縦方向位置を求めることができ、いっそう迅速に自動視準を行うことができる。

さらに、前記相関演算は前記点灯画像又は前記消灯画像の一方をずらしながら行い、このときにずらす範囲を、前記演算制御部から前記駆動部へ送る制御信号から予測される範囲に限定したから、両画像間の相関関係を求めるために必要な時間を減らして、いっそう迅速に両画像が最も一致する位置を求めて自動視準を行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。まず、図１〜図７に基づいて、本発明の第１実施例に係る測量機の自動視準装置を説明する。図１は、この自動視準装置のブロック図である。図２は、この自動視準装置の光学系を説明する図である。図３は、この自動視準装置に用いられるエリアセンサの平面図である。図４は、この自動視準装置をトータルステーション（電子式測距測角儀）に組み込んだ光学系である。図５は、この自動視準装置の原理を説明する図である。図６は、相関関係を説明する図である。図７は、点灯画像と消灯画像との相関演算を行うときに、両画像をずらす範囲を決定する方法を説明する図である。

図１に示したように、本実施例の自動視準装置４０は、視準光を発光する発光部２４と、ターゲットで反射してきた視準光を受光する撮像装置であるＣＣＤ等のエリアセンサ２０と、エリアセンサ２０から取得した画像を処理する画像処理装置２１と、望遠鏡を回転させる水平駆動部２８及び垂直駆動部３０とを備え、これらがマイコン（演算制御部）３２に接続されている。マイコン３２は、画像処理装置２１で処理したターゲットの画像に基づいて、そのターゲットとエリアセンサ２０の座標原点とを正確に一致させるように水平駆動部２８及び垂直駆動部３０を制御する。マイコン３２には表示部２２も接続されていて、測定値やエリアセンサ２０から取得した画像等は表示部２２に表示される。

図２に示したように、測量機の望遠鏡（視準光学系）は、視準軸（光軸）Ｏ上に配置された対物レンズ４１、合焦レンズ４３、正立プリズム４４、焦点板４７、接眼レンズ４８からなる。自動視準装置４０の光学系は、視準光を出射する発光部２４、視準光を平行光線にするコリメータレンズ２６、視準光を直角方向へ反射する反射鏡４５及び反射プリズム４６、対物レンズ４１、ダイクロイックプリズム４２、エリアセンサ２０からなる。

対物レンズ４１で集光された自然光は、ダイクロイックプリズム４２を透過するので、ターゲット像が焦点板４７上に結像する。作業者は、ターゲット像を接眼レンズ４８を覗いて見ることができ、手動でも視準作業を行うことができる。一方、発光部２４から出射された視準光は、コリメータレンズ２６を経て、反射鏡４５と反射プリズム４６で直角に光路が曲げられ、視準軸Ｏに沿って送光される。送光された視準光は、測定点に設置されたターゲットで反射して、視準軸Ｏに沿って戻り、対物レンズ４１で集光され、ダイクロイックプリズム４２で直角方向に反射され、エリアセンサ２０に入射する。

エリアセンサ２０は、図３に示したように、ピクセル（画素）５０を碁盤の目のように並べて構成されており、横方向に沿う直線Ｉ上の行ｉ及び縦方向に沿う直線Ｊ上の列ｊを順次指定することにより、全てのピクセル５０毎に受光した光量すなわち明度をマイコン３２へ出力できるようになっている。エリアセンサ２０から得られたターゲットと背景を含む画像は、マイコン３２を介して表示部２２に表示することができる。

図４は、この自動視準装置４０をトータルステーションに組み込んだ光学系の一例である。トータルステーションの場合は、前述の自動視準装置４０の光学系及び望遠鏡の光学系の他に、光波距離計の光学系が備えられる。光波距離計の光学系は、測距用発光部６０、ビームスプリッタ６２、ダイクロイックプリズム６４、対物レンズ４１、受光素子６６、測距光を測距用発光部６０から受光素子６６へ直接導く参照光路６８から構成される。これらの光学系の視準軸Ｏは全て同軸構成にされているが、光波距離計を自動視準装置及び視準光学系と別々にして、それらの視準軸を上下平行に設けてもよい。なお、光波距離計については、従来のものと同じであるから、説明を省略する。

この自動視準装置４０において、望遠鏡が静止している場合に、マイコン３２がターゲットの位置を検出して自動視準する原理は、前記特許文献１に開示されたものと同じである。望遠鏡が回転している場合に、この自動視準装置４０において、マイコン３２がターゲットの位置を検出して自動視準する原理については、次に図５に基づいて説明する。

まず、発光部２４を発光させたときの発光画像ａ（図５の（Ａ）参照）と発光部２４を消灯させたときの消灯画像ｂ（図５の（Ｂ）参照）を撮像装置２０から取得する。測量機が回転しているため、両画像ａ、ｂにはずれが生じている。ここで、両画像ａ、ｂの一方を図５の（Ｃ）に示したように少しづつずらしながら、両画像ａ、ｂの重なるピクセル５０それぞれの明度Ａｎ、Ｂｎ（ｎはピクセルに付した番号）について、相関演算により相関関係を求める。明度Ａｎ、Ｂｎをそれぞれ横軸と縦軸にとってプロットすると、図６に示したような相関図が得られる。相関図では、相関関係が大きくなるほど、明度Ａｎ、Ｂｎを示す点が右上がりの一直線５２付近に集中するようになる。図５の（Ｄ）に示したように両画像ａ、ｂが一致したとき、相関関係は最大となる。

相関関係を自動的に求めるには相関係数を用いる。両画像ａ、ｂにおいて、両画像ａ、ｂの重なるピクセル５０の平均明度をそれぞれＡｍ、Ｂｍとし、両画像ａ、ｂにおいて両画像ａ、ｂの重なるピクセル５０の標準偏差をそれぞれＡｓ、Ｂｓとし、両画像ａ、ｂの重なったピクセル５０の総数をＮとすると、相関係数ｒは、次式から求まる。ｒ＝Σ｛（Ａｎ−Ａｍ）（Ｂｎ−Ｂｍ）｝/Ｎ÷（Ａｓ・Ｂｓ）
ところで、図５の（Ｃ）では、両画像ａ、ｂの一方を縦横の一方向（横方向）のみにずらしているが、実際には、両画像ａ、ｂの一方を縦横の一方向にずらしながら、両画像ａ、ｂ間の相関係数が最大になる位置を探し出した後に、両画像ａ、ｂの一方を縦横の他方向にもずらしながら、両画像ａ、ｂ間の相関係数が最大になる位置を探し出す。

そこで、両画像ａ、ｂ間の相関係数が最大になったとき、この位置で両画像ａ、ｂの差を求めると、図５の（Ｅ）に示したように、ターゲット１１のみを取り出すことができる。この後は、前記特許文献１に開示されたものと同様にして、視準軸Ｏ方向を示す表示部２２の中心からの水平偏差Ｈ及び垂直偏差Ｖが求まり、ターゲット１１を自動視準することができる。

ところで、両画像ａ、ｂ間の相関係数が最大になる位置を求めるために、両画像ａ、ｂ全体が重なる位置から、両画像ａ、ｂが全く重なる部分がなくなるまでにわたって、相関係数を求める必要はない。水平駆動部２８及び垂直駆動部３０の各サーボモータの回転速度（エリアセンサ２０のピクセル数で示されるとする。）は、マイコン３２からの制御信号に従っているので、両画像ａ、ｂ間のずれ量は、発光部２４を発光させたときの画像ａを得たときと発光部２４を消灯させたときの画像ｂを得たときの時間差Ｔと、サーボモータの回転速度設定値とから予測できるからである。したがって、両画像ａ、ｂの互いのずれ量が予測される範囲に限って、一方をずらしていきながら、両画像ａ、ｂ間の相関係数を求めればよい。

もし、サーボモータの回転速度設定値が０（停止）から＋側に最大回転速度＋Ｖｆまで上げたときは、両画像ａ、ｂ間の相関係数が最大になるときの両者のずれ量Ｘは、０〜＋Ｖｆ・Ｔの間にある。したがって、図７の（Ａ）に示したように、縦方向と横方向ともに、両画像ａ、ｂの一方をずらしながら、互いのずれ量Ｘが０〜＋Ｖｆ・Ｔとなる範囲に限って相関係数を求めればよい。

もし、サーボモータの回転速度設定値が−側の中速−Ｖｍから０（停止）にいたるときは、両画像ａ、ｂ間の相関係数が最大になるときの両者のずれ量Ｘは、−Ｖｍ・Ｔ〜０の間にある。したがって、図７の（Ｂ）に示したように、縦方向と横方向ともに、両画像ａ、ｂの一方をずらしながら、互いのずれ量Ｘが−Ｖｍ・Ｔ〜０の範囲に限って相関係数を求めればよい。

もし、サーボモータの回転速度設定値が＋側の最大回転速度＋Ｖｆから−側の中速−Ｖｍにいたるときは、両画像ａ、ｂ間の相関係数が最大になるときの両者のずれ量Ｘは、−Ｖｍ・Ｔ〜＋Ｖｆ・Ｔの間にある。したがって、図７の（Ｃ）に示したように、縦方向と横方向ともに、両画像ａ、ｂの一方をずらしながら、互いのずれ量Ｘが−Ｖｍ・Ｔ〜＋Ｖｆ・Ｔの範囲に限って相関係数を求めればよい。

もし、サーボモータの回転速度設定値が、ある時間内で複雑に変化し、その時間内の最大回転速度が＋Ｖｆで最小回転速度がＶｓのときは、両画像ａ、ｂ間の相関係数が最大になるときの両者ずれ量Ｘは、＋Ｖｓ・Ｔ〜＋Ｖｆ・Ｔの間にある。したがって、図７の（Ｄ）に示したように、縦方向と横方向ともに、両画像ａ、ｂの一方をずらしながら、互いのずれ量Ｘが＋Ｖｓ・Ｔ〜＋Ｖｆ・Ｔの範囲に限って相関係数を求めればよい。

以上のように、本実施例の自動視準装置４０によれば、両画像ａ、ｂを得たときの望遠鏡の回転角を求める必要ないので、エンコーダ等の角度検出器を備えていない測量機等、どのような測量機でも、この自動視準装置４０を備えることによって、望遠鏡が回転している状態でも自動視準を行うことが可能となる。しかも、両画像ａ、ｂ間のずれ量Ｘが予測される範囲に限って相関係数を求めるから、相関係数が最大になる位置を短時間で求めることができ、迅速な自動視準も可能である。

次に、図８に基づいて、本発明の第２実施例について説明する。図８は、本実施例の自動視準装置の原理を説明する図である。この自動視準装置も、前記第１実施例に係る測量機と同じ構成を有していて、発光部２４を発光させたときの発光画像ａ（図８の（Ａ）参照）と発光部２４を消灯させたときの消灯画像ｂ（図８の（Ｂ）参照）を撮像装置２０から取得するまでは、前記第１実施例と同じである。しかし、本実施例では、以下に説明するように、両画像ａ、ｂが最も一致する位置を求める相関演算の方法が前記第１実施例とは異なる。

図８の（Ａ）（Ｂ）に示したように両画像ａ、ｂが得られたら、両画像ａ、ｂの重なる部分において、それぞれに、縦方向に沿う直線Ｊ上の列ｊ毎に全ピクセルの明度の総和Ａｘ、Ｂｘと、横方向に沿う直線Ｉ上の行ｉ毎に全ピクセルの明度の総和Ａｙ、Ｂｙを求める。

次に、図８の（Ｃ）に示したように、両画像ａ、ｂの一方を横方向について少しづつにずらしながら、両画像ａ、ｂの重なる列ｊ毎の明度の総和Ａｘ、Ｂｘについての相関係数を求める。明度の総和Ａｘ、Ｂｘについての相関係数が最大になったとき、横方向については両画像ａ、ｂが最も一致したときと判断できる。

次に、図８の（Ｄ）に示したように、両画像ａ、ｂの一方を縦方向について少しづつにずらしながら、両画像ａ、ｂの重なる行ｉ毎の明度の総和Ａｙ、Ｂｙについての相関係数を求める。明度の総和Ａｙ、Ｂｙについての相関係数が最大になったとき、縦方向については両画像ａ、ｂが最も一致したときと判断できる。この後は、前記第１実施例と同様にして、ターゲット１１を自動視準することができる。

本実施例によれば、行ｉ毎及び列ｊ毎のピクセル５０の明度の総和に関する相関係数を求めたから、全ピクセル５０の明度に関する相関係数を求める第１実施例よりも少ない計算量で両画像ａ、ｂが最も一致する位置を求めることができ、いっそう迅速に自動視準を行うことができる。

次に、本発明の第３実施例に係る測量機の自動視準装置について説明する。図９は、この自動視準装置を自動レベル（自動水準儀）に組み込んだ光学系を説明する図である。図１０は、この自動視準装置を電子レベルに組み込んだ光学系を説明する図である。

この自動視準装置４０Ａを自動レベルに組み込んだ場合は、図９に示したように、視準軸Ｏの水平を補償する自動水平補償機構４９が追加されるが、望遠鏡を上下方向に回転させる必要がないので、垂直駆動部３０が省略される。これ以外は、図２に示した自動視準装置４０と同じである。これで、望遠鏡を回転させている場合にも、水平と垂直の両エンコーダを必要することなく、視準軸Ｏの水平を補償しながら、スタッフ（標尺）の自動視準が可能となる。

この自動視準装置４０Ａを電子レベルに組み込む場合は、図１０に示したように、図９に示したものに比べて、さらに、マイコン３２に接続されたラインセンサ７０と、視準軸Ｏに沿う光をラインセンサ７０に向けて反射するダイクロイックプリズム７０とが追加される。これ以外は、図９に示したものと同じである。これで、視準軸Ｏの水平を補償しながら、スタッフ（標尺）の自動視準が可能となるうえ、さらに、測点に置かれたスタッフをラインセンサ７０上に結像させ、マイコン３２によってスタッフの目盛を読むことができる。

以上のように、本実施例の自動視準装置４０Ａは、エンコーダ等の角度検出器を備えておらず、自動水平補償機構４９を備えていて、望遠鏡を上下方向に回転させる必要がない自動レベル又は電子レベルに専用に用いるものである。この自動視準装置４０Ａも、前記実施例と同様に、望遠鏡が回転している状態でも自動視準を行うことができる。

ところで、本発明は、前記実施例に限られるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、前記各実施例では、両画像ａ、ｂが最も一致する位置を求める相関演算として、両画像ａ、ｂ間の相関係数から求めたが、その他の適宜な方法で求めてもよい。

たとえば、両画像ａ、ｂが最も一致する位置は、図６に示した相関図において、重なるピクセル５０それぞれの明度Ａｎ、Ｂｎを示す点が所定範囲Ｃ内に位置する割合が最大になる位置から求めてもよい。また、明度ＡｎとＢｎとの差の二乗和が最小値になる位置から求める残差相関法を用いてもよい。さらに、明度ＡｎとＢｎとの周波数解析で位相部分での類似度が最大となる位置から求める位相限定相関法（フーリエ位相相関法）を用いてもよい。

本発明の第１実施例である測量機の自動視準装置のブロック図である。前記自動視準装置の光学系を説明する図である。前記自動視準装置に用いられるエリアセンサの平面図である。前記自動視準装置をトータルステーションに組み込んだ光学系である。前記自動視準装置の原理を説明する図である。相関関係を説明する図である。点灯画像と消灯画像との相関演算を行うときに、両画像をずらす範囲を決定する方法を説明する図である。本発明の第２実施例である測量機の自動視準装置の原理を説明する図である。本発明の第３実施例である自動視準装置を自動レベルに組み込んだ光学系である。本発明の第３実施例である自動視準装置を電子レベルに組み込んだ光学系である。従来の撮像装置を備えた測量機の光学系を説明する図である。従来の撮像装置を備えた測量機の自動視準装置の原理を説明する図である。

符号の説明

１１ターゲット
２０エリアセンサ（撮像装置）
２４発光部
２８水平駆動部（駆動部）
３０垂直駆動部（駆動部）
３２マイコン（演算制御部）
４０、４０Ａ自動視準装置
５０ピクセル
ａ点灯画像
ｂ消灯画像

Claims

望遠鏡で捉えたターゲット及び該ターゲット周囲を撮像する撮像装置と、前記望遠鏡を回転させる駆動部と、前記ターゲットに向けて光を送光する発光部と、該発光部を点灯させたときに前記撮像装置で撮像して得られた点灯画像と、該発光部を消灯したときに前記撮像装置で撮像して得られた消灯画像との差から、前記ターゲットの位置を求めて、前記駆動部を制御して前記ターゲットを自動視準する演算制御部とを備えた測量機の自動視準装置において、
前記演算制御部は、前記点灯画像と前記消灯画像を取得し、前記点灯画像と前記消灯画像の一方をずらしながら、両画像で重なるピクセルのそれぞれの明度に関する相関関係を求めていき、このときに画像をずらす範囲を、前記演算制御部から前記駆動部へ送る制御信号に従う該駆動部の回転速度設定値と、前記点灯画像を得たときと前記消灯画像を得たときとの時間差との積から予測できる両画像のずれ量の範囲に限定して行い、該範囲において前記明度の相関係数が最も大きくなったときを、両画像が最も一致する位置として求め、その位置での両画像の差から前記ターゲットの位置を求めることを特徴とする測量機の自動視準装置。
望遠鏡で捉えたターゲット及び該ターゲット周囲を撮像する撮像装置と、前記望遠鏡を回転させる駆動部と、前記ターゲットに向けて光を送光する発光部と、該発光部を点灯させたときに前記撮像装置で撮像して得られた点灯画像と、該発光部を消灯したときに前記撮像装置で撮像して得られた消灯画像との差から、前記ターゲットの位置を求めて、前記駆動部を制御して前記ターゲットを自動視準する演算制御部とを備えた測量機の自動視準装置において、
前記演算制御部は、前記点灯画像と前記消灯画像を取得し、両画像の重なる部分において、それぞれに、縦方向に沿う直線上の列毎に全ピクセルの明度の総和と、横方向に沿う直線上の行毎に全ピクセルの明度の総和を求め、前記点灯画像と前記消灯画像の一方を、横方向についてずらしながら、両画像の重なる列毎の明度の総和についての相関係数を求め、該方向の明度の総和についての相関係数が最大になったのち、縦方向についてもずらし、両画像の重なる行毎の明度の総和についての相関係数を求め、該方向の明度の総和についての相関係数が最大になったときを、両画像が最も一致する位置として求め、その位置での両画像の差から前記ターゲットの位置を求めるとともに、前記画像をずらす範囲は、前記演算制御部から前記駆動部へ送る制御信号に従う該駆動部の回転速度設定値と、前記点灯画像を得たときと前記消灯画像を得たときとの時間差との積から予測できる両画像のずれ量の範囲に限定して行うことを特徴とする測量機の自動視準装置。
望遠鏡で捉えたターゲット及び該ターゲット周囲を撮像する撮像装置と、前記望遠鏡を回転させる駆動部と、前記ターゲットに向けて光を送光する発光部と、該発光部を点灯させたときに前記撮像装置で撮像して得られた点灯画像と、該発光部を消灯したときに前記撮像装置で撮像して得られた消灯画像との差から、前記ターゲットの位置を求めて、前記駆動部を制御して前記ターゲットを自動視準する演算制御部とを備えた測量機の自動視準装置において、
前記演算制御部は、前記点灯画像と前記消灯画像を取得し、前記点灯画像と前記消灯画像の一方をずらしながら、両画像で重なるピクセルのそれぞれの明度に関する相関演算を行い、該明度をそれぞれ横軸と縦軸にとって得られた相関図において、重なるピクセルのそれぞれの明度を示す点が所定範囲内に位置する割合が最大になる位置を、両画像が最も一致する位置として求め、その位置での両画像の差から前記ターゲットの位置を求めることを特徴とする測量機の自動視準装置。
前記測量機は、角度検出機を備えない自動水準機であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自動視準装置。