JPH0283410A - Three-dimensional position measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、レーザ光テレビカメラを使用して測定対象の
位置及び変位を測定する三次元位置計測装置に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a three-dimensional position measuring device that measures the position and displacement of a measurement object using a laser beam television camera.
(従来の技術)
従来、測定対象である物体の位置を測定する装置として
、1台のテレビカメラを用いた位置検出器、2台のトラ
ンシットを用いた三次元設定装置等が知られている。(Prior Art) Conventionally, as a device for measuring the position of an object to be measured, a position detector using one television camera, a three-dimensional setting device using two transits, etc. are known.
1台のテレビカメラを用いた位置検出器の原理を第5図
により説明する。The principle of a position detector using one television camera will be explained with reference to FIG.
測定対象8が視界に入る向きにテレビカメラ31を固定
配置し、テレビカメラ31の照準軸ぶ上の点Oを基準点
に設定し、点Oを通り、照準軸ぶに垂直な平面上に、点
Oを原点とするXY直交座標系を想定する。同時に、テ
レビカメラ31の映像が写しだされる実際の空間中の点
Oに対応するテレビモニタ32上の点Oを原点とするx
y座標をテレビモニタ32の画面上に定義する。A television camera 31 is fixedly arranged in a direction in which the measurement object 8 comes into view, and a point O above the aiming axis of the television camera 31 is set as a reference point, passing through point O and on a plane perpendicular to the aiming axis. Assume an XY orthogonal coordinate system with point O as the origin. At the same time, x
Define the y coordinate on the screen of the television monitor 32.
一方、走査演算手段33は、一定の時間間隔でタイミン
グパルスを発生しており、テレビモニタ32の画面上に
撮像された測定対象8の位置をライトベン、カーソル等
により指定すると、走査演算手段33はテレビモニタ3
2の画面の走査線に沿って測定対象8と原点0間のパル
ス数をカウントシ、このパルス数に基きテレビモニタ3
2の画面上の測定対象8の座標位置(x、y)を算出す
る。On the other hand, the scanning calculation means 33 generates timing pulses at regular time intervals, and when the position of the measurement object 8 captured on the screen of the television monitor 32 is specified using a light ben, a cursor, etc., the scanning calculation means 33 generates timing pulses at regular time intervals. TV monitor 3
Count the number of pulses between the measurement target 8 and the origin 0 along the scanning line of the screen of 2, and based on this number of pulses,
The coordinate position (x, y) of the measurement object 8 on the screen of No. 2 is calculated.
そして、この算出値に、パラメータ設定手段35を用い
て点0とテレビカメラ31との距離及びテレビカメラ3
1の倍率から予め設定されているパラメータを乗じ、測
定対象8の仮想XY平面内における位置が演算され、こ
の演算結果はテレビモニタ32に表示される。Then, based on this calculated value, the distance between point 0 and the television camera 31 and the distance between the point 0 and the television camera 31 are determined using the parameter setting means 35.
The position of the measuring object 8 in the virtual XY plane is calculated by multiplying the magnification factor of 1 by a preset parameter, and the result of this calculation is displayed on the television monitor 32.
次に、2台のトランシットを用いた三次元設定装置の原
理を第6図により説明する。Next, the principle of a three-dimensional setting device using two transits will be explained with reference to FIG.
先ず、第1.第2のトランシット40a、40bを任意
距離りだけ離れた位置に固定設定し、空間に第1のトラ
ンシット40aを原点Oとし、かつX−Z平面に第2の
トランシット40bが存在するように三次元座標系を想
定する。First, 1st. The second transits 40a and 40b are fixedly set at positions separated by an arbitrary distance, and a three-dimensional image is created so that the first transit 40a is the origin O in space and the second transit 40b is on the X-Z plane. Assume a coordinate system.
次いで、各トランシット40a、40bにより測定対象
8の各水平角θa、θb及び各高度角φa、φbを人の
目視により計測する。そして、予め求めておいた第2の
トランシット40bに対する第1のトランシット40a
の高度角φ0と、両トランシット40a、40b間の距
離りと、上記θa、θb、φa、φbから三角法原理に
基づき、測定対象8の座標(X、Y、Z)をコンピュー
タ41により演算して特定し、出力装置42により演算
結果を出力する。Next, each horizontal angle θa, θb and each altitude angle φa, φb of the measurement object 8 are measured by human visual observation using each transit 40a, 40b. Then, the first transit 40a with respect to the second transit 40b determined in advance.
The coordinates (X, Y, Z) of the measurement target 8 are calculated by the computer 41 based on the trigonometry principle from the altitude angle φ0 of The output device 42 outputs the calculation result.
(発明が解決しようとする課題) しかし、上記各従来の装置には次のような問題がある。(Problem to be solved by the invention) However, each of the conventional devices described above has the following problems.
(1,)1台のテレビカメラを用いた位置検出器の場合
:
■測定対象8は必ずしもXY平面上を移動するとは限ら
ないにもかかわらず、その座標はXY平面上の投影とし
て検出されるので、正確な検出は不可能である。(1,) In the case of a position detector using one television camera: ■Even though the measurement object 8 does not necessarily move on the XY plane, its coordinates are detected as a projection on the XY plane. Therefore, accurate detection is impossible.
■テレビカメラによる撮像は周差を伴なってし、まう。■Image taken by a television camera involves a circumference difference.
すなわち、第7図に示すように、テレビモニタ32画面
の周囲付近に現われる測定対象8の画像が歪む。従って
、その周差を補正するための特別の回路等が必要となる
ほか、テレビカメラ31と測定対象8間の距離り等によ
り補正値が逐次変動するため、正確な検出は極めて困難
である。That is, as shown in FIG. 7, the image of the measurement object 8 appearing near the periphery of the screen of the television monitor 32 is distorted. Therefore, a special circuit or the like is required to correct the circumferential difference, and the correction value varies depending on the distance between the television camera 31 and the measurement object 8, etc., making accurate detection extremely difficult.
■さらに三次元測定の場合は、上記■の周差に対する補
正が更に複雑となる。(2) Furthermore, in the case of three-dimensional measurement, the correction for the circumferential difference mentioned in (2) above becomes even more complicated.
(2)2台のトランシットを用いた三次元設定装置の場
合:
テレビモニタを使用しないため周差の問題は生じない反
面、2台のトランシット40a、40bに配置された作
業員が目視により各水平角θa。(2) In the case of a three-dimensional setting device using two transits: Since no TV monitor is used, there is no problem with the difference in circumference. Angle θa.
θb、各高度角φa、φbを調節し、各トランシット4
0a、40bの照準軸を測定対象8に一致させて細かい
目盛りを読みとる作業を行ない、検出データを別途コン
ピュータに入力しなければならないため、リアルタイム
の位置特定は困難である。θb, each altitude angle φa, φb, and each transit 4
It is difficult to identify the position in real time because it is necessary to align the aiming axes of 0a and 40b with the measurement target 8 and read the fine scale, and to input the detected data into the computer separately.
従って、移動又は変形する測定対象8の位置を正確に特
定することは困難である。Therefore, it is difficult to accurately specify the position of the moving or deforming measurement object 8.
そこで本発明者等は、先に、周差による測定誤差がなく
、測定対象の三次元座標による位置又は変位がリアルタ
イムで測定でき、かつ作業員1名あるいは無人の計測が
できる三次元位置計測装置を提案した(特願昭63−1
52366号)。Therefore, the present inventors have developed a three-dimensional position measuring device that does not have measurement errors due to circumferential differences, can measure the position or displacement of a measurement target in three-dimensional coordinates in real time, and can be measured by one worker or without an operator. (Special application 1986-1)
No. 52366).
この先願に係る三次元位置計測装置においては、複数の
テレビカメラを所定の距離を隔てて設置し、これら角テ
レビカメラの照準軸上に測定対象を捕え、このときの各
テレビカメラの各基準照準軸からの水平・垂直方向の回
転角の変位と、角テレビカメラの位置に関するデータと
から、測定対象の三次元位置を求めている。In the three-dimensional position measuring device according to this prior application, a plurality of television cameras are installed at a predetermined distance apart, the measurement target is captured on the aiming axis of these angle television cameras, and each reference aiming point of each television camera at this time is The three-dimensional position of the object to be measured is determined from the rotation angle displacement in the horizontal and vertical directions from the axis and data regarding the position of the angle television camera.
ところで、この先願に係る三次元位置計測装置で、各テ
レビカメラの照準に測定対象をとらえる操作は、テレビ
モニタの画面を参照しながら行なわれるため、晴天の昼
間等においては問題なく行われ、上記した種々の問題を
解決することができた。By the way, in the three-dimensional position measuring device according to this prior application, the operation of aiming each television camera at the measurement target is performed while referring to the screen of the television monitor, so it can be carried out without any problem during the daytime on clear skies, etc. We were able to solve various problems that occurred.
しかし、視界の悪い夜間や、雨中あるいは霧中等での上
記操作は困難となり、さらに、ロケーションが複雑な場
合には測定対象の識別も困難となる。However, the above operation becomes difficult at night with poor visibility, in the rain, or in fog, and furthermore, when the location is complex, it becomes difficult to identify the measurement target.
しかも、テレビカメラは少なくとも2台は必要であり、
スペースが極狭い建築現場等においては、使用不しにく
いという問題もあった。Moreover, at least two television cameras are required.
There is also the problem that it is difficult to use in construction sites where space is extremely limited.
本発明は、以上の諸点をに鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、昼夜を問わず、また晴天・雨天等
の天候、あるいはロケーションの粗・密等を問わず、し
かも極狭いスペース゛しかないような現場であっても、
高精度で測定対象の三次元位置をn1定し得る三次元位
置計測装置を提供するにある。The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to operate regardless of the day or night, the weather such as sunny or rainy weather, or the sparseness or density of the location. Even in places where there is only space,
An object of the present invention is to provide a three-dimensional position measuring device capable of determining the three-dimensional position of a measurement object with high accuracy.
(課題を解決するための手段)
本発明者等は上記目的を解決するために、本発明に係る
三次元位置計測装置では、レーザ光発射装置と、該レー
ザ光発射装置近傍部に設けられ、該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
ビカメラと、該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テレビモニタと、前記各テレビ
カメラに設けられ、該テレビカメラを水平方向及び垂直
方向に回動させることにより前記照準軸を任意方向に向
けることが可能なテレビカメラ姿勢制御装置と、前記レ
ーザ光の発射とテレビカメラによる受光とから距離に相
当する信号を検出する手段と、予め設定されたテレビカ
メラの基準方向に対する前記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回転角検出手段と、三
次元空間に仮想座標系を設定する手段と、前記各信号か
ら前記仮想座標系における前記三次元空間に存在する測
定対象の座標を演算する手段とを設けた。(Means for Solving the Problem) In order to solve the above object, the present inventors have provided a three-dimensional position measuring device according to the present invention, which includes a laser beam emitting device, a portion near the laser beam emitting device, A television camera that receives the laser beam emitted from the laser beam emitting device and reflected by the measurement target, a television monitor that captures the image of the television camera and displays the aiming axis of the television camera, and a television camera provided on each of the television cameras. , a television camera attitude control device capable of directing the aiming axis in any direction by rotating the television camera in the horizontal and vertical directions; and a distance corresponding to the distance from the emission of the laser beam and the reception by the television camera. rotation angle detection means for detecting signals corresponding to the horizontal and vertical rotation angles with respect to a preset reference direction of the television camera; and setting a virtual coordinate system in a three-dimensional space. and means for calculating coordinates of a measurement object existing in the three-dimensional space in the virtual coordinate system from each of the signals.
(作 用)
本発明においては、任意地点に原点Oが定義され、座標
軸方向が特定され、これらにより空間に球座標系、直交
座標系等各種の三次元座標系が想定される。この三次元
座標系にテレビカメラの座標が特定される。(Function) In the present invention, an origin O is defined at an arbitrary point, coordinate axis directions are specified, and various three-dimensional coordinate systems such as a spherical coordinate system and an orthogonal coordinate system are assumed in space. The coordinates of the television camera are specified in this three-dimensional coordinate system.
そして、このテレビカメラ近傍部の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が、テレビ
モニタの画面が参照されつつ、テレビカメラで受光され
ている。The laser beam emitted from the laser beam emitting device near the television camera and reflected by the object to be measured is received by the television camera while referring to the screen of the television monitor.
このときのレーザ光の発射と受光により距離に相当する
信号が検出される。A signal corresponding to the distance is detected by emitting and receiving the laser beam at this time.
次に、テレビカメラの照準軸の任意の基準方向が定義さ
れ、照準軸が、手動又は自動操作によるテレビカメラ姿
勢制御装置の駆動により、テレビモニタの画面が参照さ
れつつ、測定対象に一致される。Next, an arbitrary reference direction of the aiming axis of the TV camera is defined, and the aiming axis is aligned with the measurement target while referring to the screen of the TV monitor by driving the TV camera attitude control device manually or automatically. .
このときの照準軸の基準方向からの水平角度変化と垂直
角度変化が回転角度検出手段により測定される。この測
定値と上記のレーザ光による距離とから、測定対象の三
次元座標がコンピュータにより演算される。At this time, the horizontal angle change and vertical angle change of the aiming axis from the reference direction are measured by the rotation angle detection means. The computer calculates the three-dimensional coordinates of the object to be measured from this measured value and the distance determined by the laser beam.
(実 施 例)
第1図は、本発明に係る三次元位置計測装置(以下、本
発明装置)の一実施例における各部の配置態様を示して
いる。(Embodiment) FIG. 1 shows the layout of each part in an embodiment of a three-dimensional position measuring device (hereinafter referred to as the device of the present invention) according to the present invention.
同図において、テレビカメラ1は、天部にレーザ光発射
装置2が配設されており、またその側部には姿勢制御装
置3が配設されている。そして、その姿勢制御装置3の
下部にはレーザ光の発射と受光による距離検出手段と、
回転角検出手段(以下、距離・回転角検出手段4)とが
それぞれ装着されている。In the figure, a television camera 1 has a laser beam emitting device 2 disposed on its top, and an attitude control device 3 disposed on its side. At the bottom of the attitude control device 3, there is a distance detection means by emitting and receiving laser light,
Rotation angle detection means (hereinafter referred to as distance/rotation angle detection means 4) are respectively installed.
そして、テレビカメラ1にはズーム装置1aが、レーザ
光発射装置2にはレーザ光絞り装置2aがそれぞれ装着
されている。A zoom device 1a is attached to the television camera 1, and a laser beam aperture device 2a is attached to the laser beam emitting device 2.
このテレビカメラ1は、画像処理・処理画像演算装置5
を介してテレビカメラ1でとらえられた画像を撮像する
テレビモニタ6に接続されている。This television camera 1 includes an image processing/processing image calculation device 5
It is connected to a television monitor 6 through which images captured by the television camera 1 are captured.
さらに、この画像処理・処理画像演算装置5はコンピュ
ータ7に接続されており、そのコンピュータ7は出力モ
ニタ8を装備している。Further, this image processing/processing image calculation device 5 is connected to a computer 7, and the computer 7 is equipped with an output monitor 8.
また、上記の姿勢制御装置3及び距離・回転角検出手段
4もそれぞれコンピュータ7に接続されている。Further, the above-mentioned attitude control device 3 and distance/rotation angle detection means 4 are also connected to the computer 7, respectively.
上記の配置態様における本発明装置の機能を第2図のブ
ロック図により説明する。The functions of the apparatus of the present invention in the above arrangement will be explained with reference to the block diagram of FIG.
同図に示すように、テレビカメラ1が接続された姿勢制
御装置3は、水平方向駆動手段31と垂直方向駆動手段
32とから構成されており、再駆動手段31.32を適
宜作動することによりテレビカメラ1を任意の方向へ旋
回できるようになっている。As shown in the figure, the attitude control device 3 to which the television camera 1 is connected is composed of a horizontal drive means 31 and a vertical drive means 32. The television camera 1 can be rotated in any direction.
また、上記水平、垂直方向駆動手段31.32は、上記
第1図の距離・回転角検出手段4のポテンショメータや
エンコーダ等の回転角を検出できる装置(ここではエン
コーダ41.42)にそれぞれ接続されている。そして
、これら両エンコーダ41.42が、水平、垂直方向駆
動手段31゜32から出力される水平、垂直方向回転角
信号を、それぞれコード化する役割をなしている。Further, the horizontal and vertical drive means 31 and 32 are respectively connected to devices capable of detecting rotation angles such as potentiometers and encoders of the distance/rotation angle detection means 4 shown in FIG. 1 (in this case, encoders 41 and 42). ing. Both encoders 41 and 42 serve to encode horizontal and vertical rotation angle signals output from the horizontal and vertical drive means 31 and 32, respectively.
一方、レーザ光発射装置2とテレビカメラ1とは、上記
第1図の距離・回転角検出手段4内の光波距離計、その
他適宜のレーザ光の発射と受光により距離を検出する距
離検出装置40に接続されており、この距離検出装置4
0が距離検出信号をコード化する役割をなす。On the other hand, the laser beam emitting device 2 and the television camera 1 are a distance detecting device 40 that detects distance by emitting and receiving a laser beam such as a light wave distance meter in the distance/rotation angle detecting means 4 shown in FIG. 1 above. This distance detection device 4
0 serves to encode the distance detection signal.
なお、図示は省略するが、レーザ光発射装置2には、可
視光赤外光等の光源選択手段が内蔵されており、状況に
応じて適宜の光を発っせるようになっている。Although not shown, the laser beam emitting device 2 has built-in light source selection means for visible light, infrared light, etc., and is configured to emit appropriate light depending on the situation.
また、上述した画像処理・処理画像演算装置5は、テレ
ビカメラ1からの画像データを受け、その処理を行い処
理信号をテレビモニタ6にそれぞれ出力する画像処理手
段51と、そのテレビモニタ6からのデータに基づきD
J定対象9とテレビカメラ1の照準軸ぶとの偏差を測定
する位置偏差測定回路52と、その位置偏差測定回路5
2の測定信号に基づき水平・垂直方向駆動手段31.3
2に照準軸ぶが測定対象9に一致するよう制御信号を出
力する追従信号発生回路53とから構成されている。The above-mentioned image processing/processing image calculation device 5 also includes an image processing means 51 that receives image data from the television camera 1, processes the image data, and outputs processed signals to the television monitor 6; Based on the data
A positional deviation measuring circuit 52 for measuring the deviation between the J-fixed target 9 and the aiming shaft of the television camera 1, and its positional deviation measuring circuit 5
Horizontal and vertical drive means 31.3 based on the measurement signal of 2.
2, and a follow-up signal generation circuit 53 which outputs a control signal so that the aiming axis coincides with the measurement target 9.
更に、距離検出装置40.エンコーダ41.42からの
信号に基づき測定対象8の座標を演算する座標演算用マ
イクロコンピュータ71、及び三次元座標系の種類、そ
の三次元座標の原点Oの位置に関するデータをマイクロ
コンピュータ71に出力する座標設定手段72にて、第
1図のコンピュータ7が構成されている。Further, a distance detection device 40. A coordinate calculation microcomputer 71 calculates the coordinates of the measurement object 8 based on signals from encoders 41 and 42, and outputs data regarding the type of three-dimensional coordinate system and the position of the origin O of the three-dimensional coordinates to the microcomputer 71. The coordinate setting means 72 constitutes the computer 7 in FIG.
なお、第2図においては、第1図の各部に対応する上記
各要素に加え、座標演算用マイクロコンピュータ71に
接続されたプリンタ11、及び座標演算用マイクロコン
ピュータ71と座標設定手段72に接続された入力装置
としてのキーボード12が示されている。In FIG. 2, in addition to the above-mentioned elements corresponding to the respective parts in FIG. A keyboard 12 is shown as an input device.
以下に、上記実施例の作用を説明する。The operation of the above embodiment will be explained below.
先ず、空間に任意の三次元座標系を想定する。First, assume an arbitrary three-dimensional coordinate system in space.
本実施例においては、三次元座標系としてXYZ直交座
標系を採用し、その座標系の原点Oの位置をテレビカメ
ラ1上にとり、Z軸を鉛直方向に定めると共に、テレビ
カメラ1の照準軸ぶの基準方向りをX軸方向に定める(
第3図参照)。In this embodiment, an XYZ orthogonal coordinate system is adopted as the three-dimensional coordinate system, the origin O of the coordinate system is set on the television camera 1, the Z axis is set in the vertical direction, and the aiming axis of the television camera 1 is set. Set the reference direction to the X-axis direction (
(See Figure 3).
更に、このXYZ座標系をキーボード12及び座標設定
手段72により出力モニタ6の画面上に定義し、テレビ
カメラ1を原点Oの位置に表示する。Further, this XYZ coordinate system is defined on the screen of the output monitor 6 using the keyboard 12 and the coordinate setting means 72, and the television camera 1 is displayed at the origin O position.
次いで、テレビカメラ1の視界を広角とし、概ね測定対
象9の方向に向ける。このとき、必要に応じてテレビカ
メラ1をズームアツプしてテレビモニタ6の画面上に測
定対象9が鮮明に撮像されるようにしておく。Next, the field of view of the television camera 1 is set to a wide angle, and the television camera 1 is directed generally toward the measurement target 9 . At this time, the television camera 1 is zoomed in as necessary so that the measurement object 9 is clearly imaged on the screen of the television monitor 6.
一方、作業時の天候や時期、あるいはロケーションの状
況等に応じ、レーザ光発射装置2の光源を可視光又は赤
外光等の適宜のものに選択しておく。On the other hand, the light source of the laser beam emitting device 2 is selected to be an appropriate light source such as visible light or infrared light, depending on the weather and time of the work or the situation of the location.
なお、必要に応じてレーザ光を絞り、測定対象9の照準
点(予め反射テープ等を貼付しておく)に正確に照射さ
れるようにしておく。Note that, if necessary, the laser beam is narrowed down so that the aiming point of the measurement object 9 (to which a reflective tape or the like is attached in advance) is accurately irradiated.
次に、第4図のフローチャートに沿って作用を更に詳細
に説明する。Next, the operation will be explained in more detail along the flowchart of FIG.
先ず、第4図において、レーザ光発射装置2から可視光
、あるいは赤外線等の指向性の高い光線を測定対象9に
照射し、テレビモニタ6で測定対象9をとらえる(ステ
ップ5100)。次いで、位置偏差測定回路52が、テ
レビモニタ6の画面上の測定対象9と、テレビモニタ6
の中心(照準線ぶに相当)とが一致するか否かを判断し
くステップ5101)、照準軸ぶが測定対象9と一致し
ないときは、位置偏差測定回路52照準軸ぶと測定対象
″9との位置偏差を測定し、この位置偏差に応じた追従
信号を水平方向駆動手段31並びに垂直方向駆動手段3
2に出力する(ステップ5102)。First, in FIG. 4, a highly directional light beam such as visible light or infrared light is irradiated onto the measurement object 9 from the laser beam emitting device 2, and the measurement object 9 is captured on the television monitor 6 (step 5100). Next, the position deviation measurement circuit 52 measures the measurement target 9 on the screen of the television monitor 6 and the measurement target 9 on the screen of the television monitor 6.
(Step 5101). If the aiming axis does not match the center of the target (corresponding to the aiming line) 9, the position deviation measurement circuit 52 , and sends a follow-up signal corresponding to this positional deviation to the horizontal drive means 31 and the vertical drive means 3.
2 (step 5102).
この追従信号に基づき水平方向駆動手段31、垂直方向
駆動手段32が作動してテレビカメラ1の姿勢を制御し
、これにより照準軸ぶを測定対象9に合致させる(ステ
ップ5103)。Based on this follow-up signal, the horizontal drive means 31 and the vertical drive means 32 operate to control the attitude of the television camera 1, thereby aligning the aiming axis with the measurement object 9 (step 5103).
次いで、エンコーダ14を介して基準方向に対するテレ
ビカメラ1のズレ(水平、垂直方向回転角θ、φ)を検
出する。そして、検出した各回転角θ、φに対応するコ
ード化信号を座標演算用マイクロコンピュータ71に入
力する(ステップ5104)。Next, the encoder 14 detects the deviation (horizontal and vertical rotation angles θ, φ) of the television camera 1 with respect to the reference direction. Then, coded signals corresponding to the detected rotation angles θ and φ are input to the coordinate calculation microcomputer 71 (step 5104).
一方、レーザ光発射装置2からのレーザ光の発射と、測
定対象8表面での反射光のテレビカメラ1による受光と
により、テレビカメラ1と測定対象9の間の距離りを検
出する。On the other hand, the distance between the television camera 1 and the object to be measured 9 is detected by emitting a laser beam from the laser beam emitting device 2 and receiving the reflected light from the surface of the object to be measured 8 by the television camera 1.
この距#!Dに対応するコード化信号を座標演算用マイ
クロコンピュータ71に出力する(ステップ5105)
。This distance #! The coded signal corresponding to D is output to the coordinate calculation microcomputer 71 (step 5105).
.
座標演算用マイクロコンピュータ71は、上記の各回転
角θ、φ及びテレビカメラ1と測定対象9の間の距離り
に基づき、測定対象9の位置(X。The coordinate calculation microcomputer 71 determines the position (X) of the object to be measured 9 based on the above-mentioned rotation angles θ and φ and the distance between the television camera 1 and the object to be measured 9.
y、z)を求める演算を行う。そして、必要に応じて測
定対象9の移動前の位置データを図示しない記憶素子か
ら読み出し、変位量jx、ay、、aZの演算を行う(
ステップ5106)。y, z). Then, if necessary, the position data of the measurement object 9 before movement is read out from a storage element (not shown), and the displacement amounts jx, ay, , aZ are calculated (
Step 5106).
その後、演算結果をプリンタ11によりプリントアウト
するか、出力モニタ8の画面上に表示する(ステップ5
107)。Thereafter, the calculation results are printed out using the printer 11 or displayed on the screen of the output monitor 8 (step 5).
107).
また、照準軸ぶが測定対象9と一致するときはステップ
5102〜5104までは飛ばし、上記のステップ51
05に移る。Also, when the aiming axis coincides with the measurement target 9, steps 5102 to 5104 are skipped, and step 51 described above is skipped.
Move to 05.
以上述べた測定対象9の三次元測定は、繰り返し行われ
、その測定結果はリアルタイムで出力モニタ8の画面上
に表示される。The three-dimensional measurement of the measurement object 9 described above is performed repeatedly, and the measurement results are displayed on the screen of the output monitor 8 in real time.
そして、上記ステップ5107のx、y、zの演算は、
例えば第3図から明らかなように、X m D cos
φcosθ ・・・・・・・・・・・・(1)
Y −D cosφs1nθ ・・・・・・・
・・・・・(2)Z = D slnφ
−(3)となる。Then, the calculation of x, y, and z in step 5107 is as follows:
For example, as is clear from Figure 3, X m D cos
φcosθ・・・・・・・・・・・・(1)
Y −D cosφs1nθ ・・・・・・・
...(2) Z = D slnφ
−(3).
なお、テレビカメラ姿勢制御装置3は通常、機械的手段
で作動するので、歯車のギア比、遊び等の関係から照準
軸ぶを測定対象9に完全に一致させることか困難である
場合が生じる。Note that since the television camera attitude control device 3 is normally operated by mechanical means, it may be difficult to completely align the aiming shaft with the measurement target 9 due to the gear ratio of the gears, play, etc.
この場合には、第2図の点線の矢線で示すように、位置
偏差測定回路52からの信号を測定対象の座標を演算す
る手段71に送るようにし、この座標演算手段71では
、上記信号により算定される偏位を加算して測定対象の
座標を出力するようにする。In this case, as shown by the dotted arrow in FIG. The coordinates of the measurement target are output by adding the calculated deviations.
このように先ず、レーザ光により測定対象をテレビモニ
タにとらえた後に三次元測定操作に移動するため、雨中
、霧中あるいは夜間でも容易に測定操作が行える。また
、このレーザ光を利用して距離の検出をも行うため、測
定対象の三次元座標系での位置測定が容易である。In this way, first, the object to be measured is captured on the television monitor using laser light, and then the three-dimensional measurement operation is performed, so the measurement operation can be easily performed even in rain, fog, or at night. Furthermore, since distance is also detected using this laser light, it is easy to measure the position of the object to be measured in a three-dimensional coordinate system.
しかも、照準軸ぶが測定対象9に十分に近づいた段階で
走査演算による位置偏差測定がズームアツプにより行な
えるので、もはや周差の影響も少く、かつ、モニタ画面
を最大限利用したズームアツプをすることができるので
、より正確な測定ができる。Moreover, position deviation measurement using scanning calculation can be performed by zooming up when the sighting axis is sufficiently close to the measurement target 9, so there is no longer any effect of circumferential difference, and zooming up can be done by making maximum use of the monitor screen. This allows for more accurate measurements.
以上の実施例においては、テレビカメラが設置された箇
所を座標系の原点としたが、原点位置は全く任意にとる
ことができる。In the above embodiments, the location where the television camera was installed was set as the origin of the coordinate system, but the origin position can be set completely arbitrarily.
また、三次元座標系としてXYZ直交座標系で説明した
が、これを円筒座標系あるいは球面座標系としてもよい
し、また二次元座標系についても応用できる。Moreover, although the XYZ orthogonal coordinate system has been described as a three-dimensional coordinate system, this may be a cylindrical coordinate system or a spherical coordinate system, or it can also be applied to a two-dimensional coordinate system.
更に、上記実施例においては、テレビモニタ6の測定対
象と照準軸ぶとを一致させるための水平・垂直方向駆動
手段31.32の制御を位置偏差測定回路52及び追従
信号発生回路53を用いる自動操作により行っているが
、オペレータがテレビモニタを目視、参照してリモート
コントローラ等を用いた手動操作により行うこともでき
る。Furthermore, in the above embodiment, the horizontal and vertical drive means 31 and 32 for aligning the measurement target on the television monitor 6 with the aiming shaft are automatically controlled using the position deviation measurement circuit 52 and the follow-up signal generation circuit 53. Although this is done by manual operation, it can also be done manually by the operator using a remote controller or the like while visually viewing or referring to the television monitor.
(発明の効果)
本発明装置によれば、次のような効果を奏することがで
きる。(Effects of the Invention) According to the device of the present invention, the following effects can be achieved.
■レーザ光を利用して測定対象をテレビモニタにとらえ
るため、天候やロケーションの状況に左右されることな
く、また昼夜の区別なく、三次元位置測定が行える。■Since the object to be measured is captured on a television monitor using laser light, three-dimensional position measurement can be performed without being affected by weather or location conditions, and regardless of whether it is day or night.
■測定対象の距離の測定をレーザ光を利用して行うため
、三次元位置測定はこのレーザ光発射装置と1このテレ
ビカメラを用いて行うことができ、スペースが極めて少
ない現場においても、容易に測定することができる。■Since the distance to the object to be measured is measured using a laser beam, three-dimensional position measurement can be performed using this laser beam emitting device and this television camera, making it easy to measure even in sites where space is extremely limited. can be measured.
■テ!・ビカメラ姿勢制御装置の駆動により、テレビカ
メラの照準軸を測定対象に一致させることとしたので、
テレビカメラによる?31定に不可避のテレビモニタ上
の周差による誤差を解消することができる。■Te!・We decided to align the aiming axis of the TV camera with the measurement target by driving the TV camera attitude control device.
By TV cameras? Therefore, it is possible to eliminate the error caused by the circumference difference on the television monitor, which is always inevitable.
このため、測定対象の正確な位置を計測することができ
る。Therefore, the accurate position of the measurement target can be measured.
■レーザ光とテレビカメラを用いているので、測定対象
の三次元的な移動又は変形を即座に把握することができ
、リアルタイムでの計測を実現できる。■Using laser light and a television camera, it is possible to immediately grasp the three-dimensional movement or deformation of the object to be measured, making real-time measurement possible.
■テレビモニタとテレビカメラ姿勢制御装置との間に位
置偏差n1定回路および追従信号発生回路を接続すれば
、テレビモニタ上の測定対象と照準軸との偏差に基づい
てテレビカメラ姿勢制御装置が駆動されるので、複数の
作業員を必要とせず、1名の作業員あるいは無人での位
置計n1を行うことができる。■If a position deviation n1 constant circuit and a follow-up signal generation circuit are connected between the TV monitor and the TV camera attitude control device, the TV camera attitude control device will be driven based on the deviation between the measurement target on the TV monitor and the aiming axis. Therefore, the position measurement n1 can be performed by one worker or unmanned without requiring a plurality of workers.
第1図は本発明装置の一実施例における各部の配置態様
を示す図、第2図は第1図の実施例を詳細に説明するた
めの機能ブロック、第3図は第1図の実施例におけるn
j定対象の座標演算の原理を示す図、第4図は第1図の
実施例の作用を説明するためのフローチャート、第5図
はテレビカメラ1台を用いた従来技術の原理を説明する
図、第6図は2台のトランシットを用いた従来技術の原
理を説明する図、第7図はテレビモニタによる周差を説
明するための図である。
5・・・・・・画像処理・処理画像演算装置7・・・・
・・コンピュータ
8・・・・・・出力モニタFIG. 1 is a diagram showing the arrangement of each part in an embodiment of the device of the present invention, FIG. 2 is a functional block diagram for explaining the embodiment in FIG. 1 in detail, and FIG. 3 is an embodiment of the embodiment in FIG. 1. n in
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of the conventional technique using one television camera. , FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of the prior art using two transits, and FIG. 7 is a diagram for explaining the circumferential difference caused by a television monitor. 5... Image processing/processing image calculation device 7...
...Computer 8...Output monitor
Claims (3)
に設けられ、該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カメラと、該テレ
ビカメラの映像を撮像し、テレビカメラの照準軸を表示
するテレビモニタと、前記各テレビカメラに設けられ、
該テレビカメラを水平方向及び垂直方向に回動させるこ
とにより前記照準軸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と、前記レーザ光の発射とテレ
ビカメラによる受光とから距離に相当する信号を検出す
る手段と、予め設定されたテレビカメラの基準方向に対
する前記水平方向及び垂直方向の回転角に相当する各信
号を検出する回転角検出手段と、三次元空間に仮想座標
系を設定する手段と、前記各信号から前記仮想座標系に
おける前記三次元空間に存在する測定対象の座標を演算
する手段とからなることを特徴とする三次元位置計測装
置。(1) A laser beam emitting device, a television camera provided near the laser beam emitting device to receive the laser beam emitted from the laser beam emitting device and reflected by the measurement target, and capturing an image of the television camera. , a television monitor that displays the aiming axis of the television camera; and a television monitor provided on each of the television cameras;
Corresponding to the distance from a television camera attitude control device capable of directing the aiming axis in any direction by rotating the television camera in the horizontal and vertical directions, and the emission of the laser beam and the reception by the television camera. means for detecting a signal; rotation angle detection means for detecting each signal corresponding to the horizontal and vertical rotation angles with respect to a preset reference direction of the television camera; and setting a virtual coordinate system in a three-dimensional space. A three-dimensional position measuring device comprising: means for calculating coordinates of a measurement object existing in the three-dimensional space in the virtual coordinate system from each of the signals.
に位置偏差測定回路および追従信号発生回路を接続して
なることを特徴とする請求項1記載の三次元位置計測装
置。(2) The three-dimensional position measuring device according to claim 1, further comprising a position deviation measuring circuit and a follow-up signal generating circuit connected between the television monitor and the television camera attitude control device.
回路からの信号により算定される偏位を加算して出力す
るものであることを特徴とする請求項2記載の三次元位
置計測装置。(3) The three-dimensional position measuring device according to claim 2, wherein the means for calculating the coordinates of the measurement object adds and outputs deviations calculated by signals from a position deviation measuring circuit. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23487188A JPH0283410A (en) | 1988-09-21 | 1988-09-21 | Three-dimensional position measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23487188A JPH0283410A (en) | 1988-09-21 | 1988-09-21 | Three-dimensional position measuring apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0283410A true JPH0283410A (en) | 1990-03-23 |
Family
ID=16977642
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23487188A Pending JPH0283410A (en) | 1988-09-21 | 1988-09-21 | Three-dimensional position measuring apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0283410A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0518720A (en) * | 1991-07-12 | 1993-01-26 | Fujita Corp | Three-dimensional shape and distance recognizing method |
JP2022037206A (en) * | 2020-02-18 | 2022-03-08 | 株式会社ユピテル | Gold support device and program |
-
1988
- 1988-09-21 JP JP23487188A patent/JPH0283410A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0518720A (en) * | 1991-07-12 | 1993-01-26 | Fujita Corp | Three-dimensional shape and distance recognizing method |
JP2022037206A (en) * | 2020-02-18 | 2022-03-08 | 株式会社ユピテル | Gold support device and program |
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