JPH10132562A

JPH10132562A - 距離測定装置

Info

Publication number: JPH10132562A
Application number: JP8290034A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tsuji; 将弘辻
Original assignee: NEC Mobile Communications Ltd
Current assignee: NEC Mobile Communications Ltd
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】測定対象物を表示画面上で随時に且つ任意に
選ぶことができるとともに、測定対象物の任意の点を表
示画面上で選んでその点を目標点とした正確な距離測定
ができるようにする。【解決手段】画像・情報表示装置２２の画面上で測定
対象物１５の画像の任意の一点をデータ入力装置２８の
ポインティング手段で指定する。一対の光学系１６・１
７で撮像された同一の測定対象物についての２つの画像
に対し、指定された一点に対応する点を基準とした同じ
面積の画素データを電気的に比較し、それらの差分が最
小のときの２つの同一面積画像間のシフト量をマイクロ
コンピュータ２１で求める。このシフト量に基づき三角
測量の原理で測定対象物までの距離をマイクロコンピュ
ータ２１で演算し、その距離データを、撮像された測定
対象物の画像及びその周辺の画像と共に画像・情報表示
装置２２に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象物を撮像
し、画像処理手法を用いて距離を測定する距離測定装置
に関し、特に、測定対象物を周辺の状況も含めて測定し
た距離と共にビジュアルに画面表示できると共に、更に
測定対象物の方位や高さも同時に画面表示でき、屋外で
使用する測量機としては勿論のこと、携帯電話基地局や
塔などのサーベイ装置としても好適な距離測定装置に係
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、イメージセンサを用いた一対の光
学系で測定対象物を撮像し、画像処理手法を用いて距離
を測定する距離測定装置として、例えば特開平３−１９
５９１６号公報及び特開平３−２６９２１１号公報に開
示されているものがある。図８にそれを示す。この距離
測定装置は、イメージセンサ１・２を用いた一対の光学
系３・４を備え、これらイメージセンサ１・２で撮像し
た移動する同じ対象物（自動車）Ｃの画像をそれぞれ記
憶装置５・６に記憶する。また、この画像は表示装置７
にも送られ表示されるとともに、記憶装置５から別の記
憶装置５ａにも転送され、画像処理装置８により画像処
理される。更に、ウィンドウ設定装置９によりウィンド
ウの位置及び大きさを指定すると、これをマイクロコン
ピュータ１０が読み取り、表示装置７上に表示するとと
もに、記憶装置５・６及び５ａの対応するアドレスを指
定する。

【０００３】記憶装置６と記憶装置５ａとの関係を見る
と、記憶装置６に現時点の画像が記憶されるのに対し、
記憶装置５ａにはそれより短時間前の画像が記憶され
る。そこで、この従来の距離測定装置では、ある時刻の
ウィンドウ内の画像とそれから短時間後の画像とを比較
し、先の時刻のウィンドウ内画像と最も近似した画像を
後の時刻の画像から探し出して仮のウィンドウを設定し
た後、ウィンドウの中心線に対して対称位置にある左右
の画素毎に重みをつけて比較することにより、ウィンド
ウ内の画像の対称性を判定しながら左右に若干量ウィン
ドウをシフトし、最も対称性の高い画像をウィンドウの
中心に位置させることにより、移動する対象物Ｃを確実
に捕らえて距離測定を行う追尾方式の構成としている。
この場合、距離測定は、左右の画像が最も良く一致した
時のシフト量ａから三角測量の原理により、対象物４ま
での距離Ｒを次式から求めている。

【０００４】Ｒ＝（ｆ・Ｌ）／ａここで、fは光学系３・４のレンズ焦点距離、Ｌは基線
間距離である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の距離測定装置では次のような問題点がある。移動体を測定対象物とした追尾方式であるため、測
定対象物を表示画面上で随時に且つ任意に選べない。移動体を測定対象物とした追尾方式であるため、測
定対象物の任意の点を表示画面上で選んでその点を目標
点とした正確な距離測定ができない。光学系のレンズ中心線の延長上の距離を測定してお
り、測定対象物と距離測定装置間の距離測定は、必ずし
も直線距離を測定しているとは言えない。測定対象物と距離測定装置との間を相対的にしか測
定していないため、測定地点の絶対座標（地球上の位置
や緯度・経度）が解らず、例えばある街のどこに測定地
点が位置しているのか知ることができない。測定対象物への方位や測定対象物の高さを測定でき
ない。移動している測定対象物との間の距離を追尾式に測
定し、測定データ及び画像が常に変化することから、測
定データ及び測定対象物を含む周辺の状況を画像として
記録することはしておらず、事後に測定結果及び周囲状
況を見直すことができない。

【０００６】本発明の目的は、上記のような問題点に鑑
み、第１には、測定対象物を表示画面上で随時に且つ任
意に選ぶことができるとともに、測定対象物の任意の点
を表示画面上で選んでその点を目標点とした正確な距離
測定ができるようにすることにある。第２には、測定地
点の絶対座標、つまり地球上の位置や緯度・経度を正確
に測定及び表示できるようにすること、第３には、測定
対象物への方位を測定及び表示できるようにすること、
第４には、測定対象物の高さを測定及び表示できるよう
にすること、第５には、測定データ及び測定対象物を含
む周辺の状況を画像として記録して、随時再生できるよ
うにすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の第１の
目的を達成するため、イメージセンサを用いた一対の光
学系と、該一対の光学系で撮像した同一の測定対象物の
画像を表示することができる画像表示装置とを備えた距
離測定装置において、画像表示装置の画面上で測定対象
物の画像の任意の一点を指定するポインティング手段
と、一対の光学系で撮像された同一の測定対象物につい
ての２つの画像に対し、ポインティング手段で指定され
た一点に対応する点を基準とした同じ面積の画素データ
を電気的に比較し、それらの差分が最小のときの２つの
同一面積画像間のシフト量を求めるシフト量演算手段
と、このシフト量に基づき三角測量の原理で測定対象物
までの距離を演算する距離演算手段と、算出された距離
データを、撮像された測定対象物の画像及びその周辺の
画像と共に画像表示装置に表示させる表示制御手段とを
備えたことを特徴とする。

【０００８】シフト量演算手段は、一対の光学系の画像
の同じ面積の画素子につき、一方を基準に他方を一画素
子ずつ順次シフトしながら、各画素子毎のデータの差の
絶対値の総和を演算し、それが最小となるときのシフト
画素数をもってシフト量とする。

【０００９】シフト量を画素数にしてｎ画素、画素子ピ
ッチをｐ、一対の光学系の基線間距離をＬ、各光学系の
レンズ焦点距離をｆ、測定対象物までの距離をｄとした
とき、距離演算手段は、距離ｄをｄ＝（ｆ・Ｌ）／（ｎ
・ｐ）により求める。

【００１０】一対の光学系の画像に対してそれぞれ電気
的なズーム処理を施すズーム手段を備えると、ポインテ
ィング手段による目標点の設定が容易になる。

【００１１】第２の目的を達成するため、ＧＰＳ（全地
球測位システム）受信機と、該ＧＰＳ受信機の受信デー
タに基づき測定地点の位置情報を求めて画像表示装置に
表示させる位置情報演算手段とを更に備える。

【００１２】第３の目的を達成するため、地磁気センサ
と、該地磁気センサの検出データに基づき測定地点から
測定対象物までの方位を求めて画像表示装置に表示させ
る方位演算手段とを備える。方位演算手段は、一対の光
学系による映像の特定の点を指定し、その点と光軸中心
までの水平方向の距離を画素数から求め、この距離と光
学系のレンズ焦点距離とから三角関数を用いて方位を演
算する。

【００１３】第４の目的を達成するため、ジャイロを備
え、その測定データを画像表示装置に表示させる。この
場合、一対の光学系による画像の特定の点をポインティ
ング手段で指定し、その点と光軸中心までの垂直方向の
距離を画素数から求め、この距離と光学系のレンズ焦点
距離とジャイロからの検出データとから三角関数を用い
て測定対象物の特定の点の高さを演算する。

【００１４】第５の目的を達成するため、画像表示装置
に表示される画像及びデータを記録して画像表示装置に
再生できる記録装置を備える。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１６】図１に本発明の距離測定装置のシステム構
成例を示す。この距離測定装置は、それぞれ光学レンズ
１１・１２を介してＣＣＤによる二次元イメージセンサ
１３・１４で同じ測定対象物１５及びその周辺状況を撮
像するための左右一対の光学系１６・１７と、イメージ
センサ１３・１４の画像をそれぞれ記憶する画像メモリ
１８・１９と、これら画像メモリ１８・１９の画像デー
タを比較するための画像比較用メモリ２０と、各種処理
を行うマイクロコンピュータ２１と、ＣＲＴ等の画像・
情報表示装置２２と、測定対象物１５及びその周辺の画
像に各種データを合成して画像・情報表示装置２２に視
覚的に表示させる表示制御手段である画像処理装置２３
と、ＧＰＳアンテナ２４を通じて測位衛星からの電波を
受信するＧＰＳ受信機２５と、水平・垂直基準を求める
ジャイロ２６と、方位測定するための地磁気センサ２７
と、画像・情報表示装置２２の画面上において測定対象
物をマウスやキー等のポインティング手段で選択した
り、その目標点をポインティング手段で指定したり、目
標点を中心として比較すべき領域をポインティング手段
で指定したり、各種測定条件等をマイクロコンピュータ
２１へ入力するための制御用データ入力装置２８と、マ
イクロコンピュータ２１で処理された画像情報及び測定
された各種データを記録できるとともに、随時読み出し
て画像・情報表示装置２２に再生表示できる情報記録装
置２９とで構成される。

【００１７】マイクロコンピュータ２１は、ソフトウェ
アと共に、次のような手段としての機能を併せ持ってい
る。一対の光学系１６・１７で撮像されて画像メモリ１
８・１９にそれぞれ記憶された同一の測定対象物につい
ての２つの画像に対し、ポインティング手段で指定され
た一点に対応する点を基準とした同じ面積の画素データ
を画像比較用メモリ２０を用いて電気的に比較し、それ
らの差分が最小のときの２つの同一面積画像間のシフト
量を求めるシフト量演算手段。算出されたシフト量に基
づき三角測量の原理で測定対象物１５までの距離を演算
する距離演算手段。一対の光学系１６・１７の画像に対
してそれぞれ電気的なズーム処理を施すズーム手段。Ｇ
ＰＳ受信機２５の受信データに基づき測定地点の位置情
報を求める位置情報演算手段。地磁気センサ２７の検出
データに基づき測定地点から測定対象物１５までの方位
を求める方位演算手段。ジャイロ２６からの検出データ
を利用して測定対象物１５の特定の点の高さを演算する
高さ演算手段。

【００１８】次に、動作について、正面方向に対する距
離測定、斜め方向に対する距離測定、高さ測定、方位測
定、位置測定、画像・情報表示及び記録の各動作に分け
て説明する。

【００１９】＜正面方向に対する距離測定＞図１に示す
ように、測定対象物１５及びその周囲の風景は、一対の
光学系１６・１７のそれぞれにおいて光学レンズ１１・
１２を通りイメージセンサ１３・１４に映し出され、光
学的情報からイメージセンサ１３・１４の画素数分の電
気的情報に変換され、画像メモリ１８・１９に記憶され
る。これを画像処理装置２２を介してそのまま画像・情
報表示装置２２に視覚的に表示すると、図２のような画
面３０となる。この画面３０において３１と３２は縦横
の中心線である。一対の光学系１６・１７による画像
は、切り替えて表示することもできるし、ウィンドウで
分割して同時に表示することもできる。

【００２０】本装置では、測定対象物１５の距離測定に
当たりそれ以外の背景画像を取り除いて正確に且つ処理
に要する時間を最小限に止めるために、図３に示すよう
に、画面３０上において測定対象物１５の目標点３３を
ポインティング手段で任意に指定し、この目標点３３を
中心として一定の面積範囲３４だけ又はポインティング
手段で任意に指定した領域だけを処理対象の画像として
マイクロコンピュータ２１により画像メモリ１８・１９
から抽出し、画像比較用メモリ２０に記憶する。この操
作は、左右一対の光学系１６・１７の画像のそれぞれに
ついて行うことにより、画像比較用メモリ２０内で左右
の画像が、比較するのに最適な同じ条件（倍率も含む）
で揃うことになる。目標点３３の指定や左右画像の比較
処理に当たり電気的なズーム機能（ズーム手段）を利用
することができる。

【００２１】マイクロコンピュータ２１は、画像比較用
メモリ２０に記憶された同一面積の左右の画像データの
うち、例えば左側の画像データを基準として右側の画像
データを一画素子ずつ順次シフトしながら、シフト毎
に、指定された範囲同士の各画素子毎の画素データの差
の絶対値の総和を演算し、その総和が最小になるときの
シフト画素数をもってシフト量とする（シフト量演算手
段）。

【００２２】次に、マイクロコンピュータ２１は、求め
たシフト量を用いて次のように測定対象物１５までの距
離を演算する（距離演算手段）。左右の画像データの差
分の絶対値総和が最小となったときのシフト量を画素数
にしてｎ画素、画素子ピッチをｐ、図４に示すように一
対の光学系１６・１７の光学レンズ１１・１２の基線間
距離をＬ、各光学レンズの焦点距離をｆ、測定対象物１
５までの距離をｄとすると、距離ｄは次式により求めら
れる。

【００２３】ｄ＝（ｆ・Ｌ）／（ｎ・ｐ）

【００２４】＜斜め方向に対する距離測定＞上記の正面
方向に対する距離測定は、図５に拡大して示すように、
測定対象物１５に対する正面方向の距離ｄであり、測定
点から測定対象物１５までの直線距離Ｒとは異なる。

【００２５】本装置では、測定対象物１５の任意の一点
を目標点３３として指定するので、例えば左側の光学系
１６を基準とすると、図６に示すように目標点３３が、
左側のイメージセンサ１３上において、光軸中心に対応
した素子３５より水平方向に離れた素子３６に対応する
とした場合、素子３５と素子３６との間の素子数をｎ、
画素子ピッチをｐとすれば、光軸中心からの素子間距離
ｍは次式により求められる。

【００２６】ｍ＝ｎ・ｐ

【００２７】また、光学レンズ１１の焦点距離ｆと上記
で計算された素子間距離ｍとから、三角関数を用いるこ
とで角度θ1及びθ2が求められる。次に、図５に示すよ
うに、正面方向の距離ｄと角度θ1及びθ2により、測定
点から測定対象物１５までの斜め方向の直線距離Ｒを、
三角関数を用いて求めることができる（距離演算手
段）。

【００２８】なお、光軸中心の素子３５と本装置の傾き
（水平方向／垂直方向）とを関係付けるため、ジャイロ
２６から傾きデータを取り込んで、マイクロコンピュー
タ２１の演算処理により補正をかける。

【００２９】＜高さ測定＞測定対象物１５の目標点３３
の高さＨは、上記斜め方向に対する距離測定における水
平方向の測定を垂直方向の測定に換えることにより、同
様にして求めることができる（高さ演算手段）。すなわ
ち、目標点３３が、イメージセンサ１３上において、光
軸中心に対応した素子３５より垂直方向に離れた素子３
６に対応するとした場合、素子３５と素子３６との間の
素子数をｎ、画素子ピッチをｐとすれば、光軸中心から
の素子間垂直距離ｍは次式により求められる。

【００３０】ｍ＝ｎ・ｐ

【００３１】また、光学レンズ１１の焦点距離ｆと上記
で計算された素子間垂直距離ｍとから、三角関数を用い
ることで垂直方向角度θ1及び垂直方向角度θ2が求めら
れる。次に、正面方向の距離ｄと垂直方向角度θ1及び
θ2により、測定点から測定対象物１５の目標点３３ま
での高さＨを、三角関数を用いて求めることができる。
この場合も、ジャイロ２６から傾きデータを取り込ん
で、マイクロコンピュータ２１の演算処理により補正を
かけることができる。

【００３２】＜方位測定＞地磁気センサ２７により地磁
気を検出してマイクロコンピュータ２１にて演算処理す
ると、本装置の光軸正面方向の方位を求めることができ
る。この値を基準として、上記斜め方向の距離測定で得
られた角度θ1に更にマイクロコンピュータ２１で演算
処理を施すことにより、測定点から測定対象物１５の目
標点３３へ向かう方位を求めることができる（方位演算
手段）。

【００３３】＜位置測定＞ＧＰＳ受信機２５の受信デー
タをマイクロコンピュータ２１で演算処理することによ
り、測定地点の絶対座標（地球上の位置情報）が得られ
るとともに、本装置が設置された海抜高も得られる（位
置情報演算手段）。

【００３４】＜画像・情報表示及び記録＞上述のように
求められた各種の測定データは、画像処理装置２３で処
理された測定対象物１５の画像及びその周辺画像（風
景）と共に、図７の表示例のように画像・情報表示装置
２２の画面に同時に表示される。表示させたい測定デー
タ及び光学系１６・１７で撮像された画像は、制御用デ
ータ入力装置２８を操作することによりマイクロコンピ
ュータ２１及び画像処理装置２３で処理して任意に選ぶ
ことができる。また、測定結果及び表示画像は、データ
ベース形式で独立した個別情報として情報記録装置２９
に記録できるとともに、随時読み出して合成したり分離
して画像・情報表示装置２２上に再生表示できる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明によれば次の
ような効果がある。請求項１ないし３に係る発明によれ
ば、測定対象物を周辺の状況と共に画像表示装置上にビ
ジュアルに表示しながら、画面上で随時に且つ任意に選
ぶことができるとともに、測定対象物の任意の点を表示
画面上で選んでその点を目標点とした正確な距離測定が
できる。

【００３６】請求項４に係る発明によれば、画面上にお
いて画像の大きさを変えて、目標点の指定や画像の比較
処理のための操作を容易に行える。請求項５に係る発明
によれば、測定地点の絶対座標、つまり地球上の位置や
緯度・経度を正確に測定及び表示できる。請求項６及び
７に係る発明によれば、測定対象物への方位を測定及び
表示できる。請求項８に係る発明によれば、測定装置の
傾きによる誤差を補正して測定データの精度を向上させ
ることができる。請求項９に係る発明によれば、測定対
象物の高さを測定及び表示できる。請求項１０に係る発
明によれば、測定データ及び測定対象物を含む周辺の状
況を画像として記録して、随時再生できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の距離測定装置のシステム構成例を示す
ブロック図である。

【図２】光学系で撮像されて画像・情報表示装置の画面
に表示された画像表示例である。

【図３】画面上において測定対象物の目標点の指定操作
を示す図である。

【図４】一対の光学系による距離測定原理の解説図であ
る。

【図５】測定対象物に対する直線距離の測定原理の解説
図である。

【図６】測定対象物の目標点に対する光学系のイメージ
センサの素子関係を示す説明図である。

【図７】画像・情報表示装置の画面に表示される測定デ
ータと画像の表示例である。

【図８】従来例のブロック図である。

【符号の説明】

１１・１２光学レンズ１３・１４イメージセンサ１５測定対象物１６・１７光学系１８・１９画像メモリ２０画像比較用メモリ２１マイクロコンピュータ２２画像・情報表示装置２３画像処理装置２４ＧＰＳアンテナ２５ＧＰＳ受信機２６ジャイロ２７地磁気センサ２８制御用データ入力装置２９情報記録装置３３目標点３４一定の面積範囲

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イメージセンサを用いた一対の光学系
と、該一対の光学系で撮像した同一の測定対象物の画像
を表示することができる画像表示装置とを備えた距離測
定装置において、前記画像表示装置の画面上で測定対象
物の画像の任意の一点を指定するポインティング手段
と、前記一対の光学系で撮像された同一の測定対象物に
ついての２つの画像に対し、前記ポインティング手段で
指定された一点に対応する点を基準とした同じ面積の画
素データを電気的に比較し、それらの差分が最小のとき
の２つの同一面積画像間のシフト量を求めるシフト量演
算手段と、このシフト量に基づき三角測量の原理で測定
対象物までの距離を演算する距離演算手段と、算出され
た距離データを、撮像された測定対象物の画像及びその
周辺の画像と共に前記画像表示装置に表示させる表示制
御手段とを備えたことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】シフト量演算手段は、一対の光学系の画
像の同じ面積の画素子につき、一方を基準に他方を一画
素子ずつ順次シフトしながら、各画素子毎のデータの差
の絶対値の総和を演算し、それが最小となるときのシフ
ト画素数をもってシフト量とすることを特徴とする請求
項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】シフト量を画素数にしてｎ画素、画素子
ピッチをｐ、一対の光学系の基線間距離をＬ、各光学系
のレンズ焦点距離をｆ、測定対象物までの距離をｄとし
たとき、距離演算手段は、距離ｄをｄ＝（ｆ・Ｌ）／
（ｎ・ｐ）により求めることを特徴とする請求項１又は
２に記載の距離測定装置。
【請求項４】一対の光学系の画像に対してそれぞれ電
気的なズーム処理を施すズーム手段を備えたことを特徴
とする請求項１、２又は３に記載の距離測定装置。
【請求項５】ＧＰＳ受信機と、該ＧＰＳ受信機の受信
データに基づき測定地点の位置情報を求めて画像表示装
置に表示させる位置情報演算手段とを備えたことを特徴
とする請求項１、２、３、又は４に記載の距離測定装
置。
【請求項６】地磁気センサと、該地磁気センサの検出
データに基づき測定地点から測定対象物までの方位を求
めて画像表示装置に表示させる方位演算手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、又は５に記載
の距離測定装置。
【請求項７】方位演算手段は、一対の光学系による映
像の特定の点を指定し、その点と光軸中心までの水平方
向の距離を画素数から求め、この距離と光学系のレンズ
焦点距離とから三角関数を用いて方位を演算することを
特徴とする請求項６に記載の距離測定装置。
【請求項８】ジャイロを備え、その測定データを画像
表示装置に表示させることを特徴とする請求項１、２、
３、４、５、６、又は７に記載の距離測定装置。
【請求項９】一対の光学系による画像の特定の点をポ
インティング手段で指定し、その点と光軸中心までの垂
直方向の距離を画素数から求め、この距離と光学系のレ
ンズ焦点距離とジャイロからの検出データとから三角関
数を用いて測定対象物の特定の点の高さを演算する高さ
演算手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載の距
離測定装置。
【請求項１０】画像表示装置に表示される画像及びデ
ータを記録して画像表示装置に再生できる記録装置を備
えたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、
７、８又は９に記載の距離測定装置。