JPS61128111A - 測定チヤートを備えた対象物の角度変位の測定方法 - Google Patents

測定チヤートを備えた対象物の角度変位の測定方法

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JPS61128111A
JPS61128111A JP24911085A JP24911085A JPS61128111A JP S61128111 A JPS61128111 A JP S61128111A JP 24911085 A JP24911085 A JP 24911085A JP 24911085 A JP24911085 A JP 24911085A JP S61128111 A JPS61128111 A JP S61128111A
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JP24911085A
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ベルンハルト・エフ・ゲヒテル
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Leica Geosystems AG
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Wild Heerbrugg AG
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/785—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system
    • G01S3/786—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system the desired condition being maintained automatically
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特許請求の範囲第１項の上位概念にによって対
象物の角度変位（直角からの偏位）を測定するための方
法及びその装置に関する。
例えばゼオドライド、水準器等のような測量機器におい
て実施されるような角度の測定のだめに、従来純粋に光
学的な方法が使用された。
そのような機器による距離測定のための電子的手段の使
用によって、一方では電子的手段を介して得られ、かつ
他方では純光学的手段にょっスイス国特許明細書６３８
０５７から透過スクリーン上に測定チャートの方向の決
定のだめの装置が公知である。その際測定チャートは実
質上ラジアル方向に向き、回転対称の交互に明暗の目盛
を備えた反射スクリーンとして構成されている。受光装
置は測定チャートに向けられた対物レンズ、透過スクリ
ーン及び透過スクリーンの後方に配設された光線検出器
及び評価回路を含む。透過スクリーンは反射スクリーン
と同様な光学的構造を有する。透過スクリーンはその中
心のまわりに回転可能で、モータによって駆動される。
透過スクリーンの中心と光線検出器の中心とは対物レン
ズの光軸上に向けられている。対象物の光軸に対する測
定チャートの角度の決定のために、光線検出器によって
付与される信号の変調が作用される。この変調は角度変
位を計算し、かつ相応した値を入力される評価回路によ
って評価される。これらの値はメモリされ、表示され或
は任意の他の方法で出力される。
この装置では機械的装置及び電子装置、社や振動を防止
した透過スクリーンの駆動と計算のために許容される範
囲内での回転速度の調整に大きな費用がか＼る。スクリ
ーンは煩雑な方法でのみ交換可能であり、そのため実際
上の使用では装置視野にある複数の測定チャートを装置
への手動的操作なしに処理することは不可能である。従
って複数の相異なるマークの識別のための装置の使用も
不可能である。
本発明の課題は冒頭に述べたような方法と装置を更に角
度変位の測定が高い精度でできる限り、読取誤差なしに
行われることができ、その際方法又は装置の電子的距離
測定装置の統合が望ましい。更に手を差入れることの困
難な対象物でも高精度の測定を実施することができ、か
つ複数の相異なるマークの識別を実施することが可能で
ある。
本発明によればこの課題は特許請求の範囲第１項及び第
５項において特定された特徴によって解決される。
本発明の本質的な利点は本発明は機械的に動かされる部
分、例えば回転部分なしに間に合い、そしてダイオード
マトリックスと共に特別に簡単かつコストの安い光線検
出器を使用することにある。この種の装置には計算機が
存在するので、追加の計算機の必要性は既存の装置と比
較して大した割高とならない。測定チャートとして尺度
不変とした場合、悪い又は最早手のとどかない目標対象
物の光軸に対して傾いた測定チャートも測定されること
ができる。更に装置に多くの参照マークがメモリされる
ことができ、それによって参照マークの変換のために装
置に手動操作を必要としないで装置の視野にある複数の
測定チャートを処理することができる。それによって多
重測定で特別に簡単でかつ許容される目標識別の可能性
が得られる。
次に本発明を図示の実施例に基いて詳しく説明する。
第１図による装置は測定チャート１を含み、測定チャー
トは測定対象と結合しかつ３で表わす受光装置の光軸２
に位置する、受光装置３は光軸２上に向けられた対象物
４、位置を感知する光線検出器５及びコンピュータ６を
含み、コンピュータには一つのメモリ１５が接続される
ことができる。
第２図に示す実施例によれば測定チャートは反射スクリ
ーンとして形成されておりかつ明暗の範囲７，８の分割
によって光学的に構成されている。しかし測定チャート
は方法又は装置の本質的特徴を変える必要なしに透過ス
クリーンとしても形成されることができる。明暗範囲７
，８によって取囲まれている測定チャート１の予め定め
られた個所は中心９として特定されている。
測定チャート１は受光装置３の光軸２と焦準点１４で交
わる。例えばラジアル格子又はモザイク格子としても形
成されることができる格子の好適な選択を経て後の個所
に入力される。処理されるべき測定チャートの像は比較
のために参照マークとしてメモリ１５に記憶される。メ
モリは参照マーク自体の光学像又は参照マークの好適に
調製された特徴づけられた値を通じて行われる。測定チ
ャートに相応した複数の参照マークの像又は特徴値も記
憶されることができる。
光線検出器５は例えばいわゆるセクター型である。光線
検出器は感光面をつくる複数の感光検出範囲に分けられ
ている。検出範囲１１は検出子面１０において、例えば
円上に規則的に又はマ）　ＩＪソックス状配設されてい
る。
優先的実施において、そのような光線検出器５ではその
感光検出範囲１１が半導体ベース上のダイオードマトリ
ックスとして形成されている。そのような構成はダイオ
ードアレーとしても公知である。電極端子を介してこれ
らの感光ダイオードの各々は外方へ向って案内されてい
る。好適な例において光線検出器５の感光面の特定個所
が中心１２と定義され、この中心は検出範囲１１によっ
て取囲まれている。
対象物４の測定では測定チャート１と光線検出器５の寸
法は対象物４から検出平面１０上に投影される測定チャ
ート１の像は光検出器５の感光面をカバーする。光軸２
の傍に測定チャートの中心９があると、検出平面１０に
おける測定チャート１の像は、測定チャート認識の際の
明確さを達成しかつそれによって位置特定の充分な精度
を確保するために、光線検出器５の感光面を最小％、例
えば２０％までカバーすることが必要である。
検出平面１１は導線１３を介してコンピュータ６と接続
されており、コンピュータはそのように供給された信号
から光線検出器５の感光面の中心１２から検出平面１０
における測定チャート１の投影された中心９の偏位が計
算される。
これから測定チャート１の中心９の光点１４からの変位
が導き出されることができ、光点では光軸２が測定チャ
ート１と交わる。その際コンピュータは光線検出器５の
検出平面１０における測定チャート１又は３の投影され
た像の光学的像を測定チャートの光学的構成に相応して
コンピュータ６又はそのメモリ１５に記憶されたパター
ンと比較する。測定チャートの像の光学的構造は光線検
出器５の多数の検出範囲１１の信号によってコンピュー
タに供給される。コンピュータ６、の出力１６には指示
装置又はメモリのため又は再処理のために使用される。
コンピュータ６のだめの比較アルゴリズムとして特に相
関比較が設けられることができる。
測定チャート又はこれと結合した対象物の角度偏位の検
出のためにコンピュータ６によって実施される比較は種
々の方法で行われることができる。例えばメモリ１５に
記憶された、メモリされたパターンの自動相関機能がパ
ターンと測定チャートとの間の相関機能と比較される。
比較結果から変位が算出される。そのような相関計算は
原理的には公知であり、ここでこれ以上説明する必要は
ない。計算はコンピュータ６の相応したプログラミング
によって実施されることができる。
例えば他の実施形態によればコンピュータは参照パター
ンのメモリされた像と測定チャートの像との間の相互相
関関係を形成することができる。そのようにして得られ
た値の最大値、従って相互相関機能の検出された最大値
に求められた角度変位が所属する。この計算もコンピュ
ータ６の相応したプログラミングによって行われる。
第２図に例示された測定チャート１のためにパターンが
中心対称ラジアル格子として形成されている。相互に明
暗となる範囲７，８は中心９のまわりにラジアルセクタ
として配設されており、ラジアルセクタは特定の中心角
だけ角度がずらされている。そのような簡単な配列の利
点はコンピュータ６での相関計算におけるその尺度変化
にある。このことは全ての測定過程の開光線検出器５上
の測定チャートの結像が一定尺度で行われうろことを意
味する。
変形によればコンピュータ６による前記のマクロ的比較
の代りにそのような中心対称的測定チャートのために測
定チャートの中心が相異なる強度範囲の間の稜の検出に
よって決定されることができる。例えば中心に関してラ
ジアル方向又は規則的に方向づけされた稜に后って、相
応して配設され又は相応して選択された像要素（ｐｉｘ
ｅｌ）　　の測定から稜が検出される。相応した補間法
又は計算に必要なアルゴリズムはそれ自体公知であり、
かつここではそれ以上詳しく説明する必要はない。　　
− 第３図に示された第二実施例によれば測定チャートはモ
ザイク格子として形成されている。
例えば明暗のモザイク要素７又は８を測定チャート１の
中心９のまわりに分配することは推計学的又は少なくと
も模擬推計学的に行われる。
それによって相互相関的比較の経過における特別に良好
な安全と正確性が生ずる。図示のものとは異なり、モザ
イク要素は相異なる大きさからも成ることができる。コ
ンピュータにオケルがり定チャート像の評価は第２図に
よる測定チャートと関連して前に記載されたと同様な方
法で行われる。そのような測定チャートは特に距離情報
が利用される場合に有利である。そのわけは選択された
パターンは尺度が不変ではないからでちる。
第４図に示す例によれば測定チャート１は推計学的又は
模擬推計学的ラジアル目盛を有するラジアル格子として
形成されている。明暗の範囲７，８け中心９のまわりに
ラジアルセクタとして配設されており、その中心角は推
計学的に分割され、不規則的な値を有する。第４図によ
るラジアル格子は第２図によるラジアル格子と同様に尺
度不変であり、その結果測定の評価の際に測定チャート
と受光装置との間の距離に相応した修正は必要ない。
第４図による測定チャートの形成は第２図及び第３図に
示す実施例に対して著しい利点を有する。測定チャート
１の平面が光軸に対して垂直の代りに斜めであれば、コ
ンピュータにおける公知の簡単な類似変換によって測定
チャートが計算的に整理される。測定チャートの像の中
心を通る軸におけるそのような尺度変換によって簡単で
あるが、非常に有効な方法で、測定チャートが斜めに傾
きかつ手を入れることの困難又は不可能な対象物に取付
けられている場合でも正確な角度測定が可能である。
記載の装置の既に述べた有利な構成によればコンピュー
タ６又はこれに付設されたメモリ１５に複数の参照パタ
ーンＡ、Ｂ、Ｃ・・・が記憶されており、参照マークは
交互に使用される複数の測定チャートパターンに相応す
る。参照マークかう他の参照マークへ、コンピュータ６
における簡単にプログラム化された変換によって、受光
装置３の視野にある複数の測定チャートが処理され、そ
の際装置は種々の目標を完全に区別し、即ち識別する状
態にある。この測定チャート上に向けられた方向決定は
同様に受光装置の視野にある他の測定チャートによって
メモリ１５から読出された測定チャートとの比較の間阻
害されない。コンピュータ罠予め行われた参照マークと
測定チャートとの間の配列によって得られた測定が明ら
かである。
ヤードはパターン分配の好適な選択によって基本パター
ン重ねられる細コードの付設を可能にする。この細コー
ドは受光装置によって追加的に評価されることができる
。細コードは例えば測定チャートの内方の相対的な幾何
学的位置に関する追加情報を有する。細コードは線コー
ドとしてそれぞれ第３図による暗い範囲８に付設される
ことができ、その結果これらの範囲は同様に格子状にさ
れている。それによって一方では短い距離に対する測定
チャートの認識のための明確化及゛び他方では大きい距
離に対して、細コードによって惹起される、相異なるグ
レー程度による認識が容易にされる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による装置の図式図、 第２図は中心対称のパターンを備えた測定チャートの第
一の構成、 第３図はモザイク状の扇形格子を備えな測定チャートの
第二の構成、そして 第４図は模擬推計学的ラジアル格子を備えた測定チャー
トの第三の構成を示す。 図示符号 ３　受光装置 ５　光線検出器 ９　中心 １０　　検出平面 １１　　検出範囲

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）対象物に関連しかつ光学的に構成された格子円板
    として形成された測定チャートによって、測定チャート
    の像のデジタル的な光電的評価及びそのようにして得ら
    れた情報値を測定チャートに相応した参照マークと比較
    することによって対象物の角度変位を測定する方法にお
    いて、 特定された中心（９）を備えた測定チャートは測定チャ
    ート像として受光装置（３）の内方で直接、検出範囲（
    １１）に、細分化された位置を感知する光電検出器（５
    ）の像平面として役立つ検出平面（１０）上に結像され
    、そのように得られた値は参照マーク又はメモリされた
    値と比較され、このメモリされた値は参照マークとして
    特定されており、そして比較結果から受光装置（３）の
    光軸からの測定チャートの中心の変位量が計算されるこ
    とを特徴とする対象物の角度変位の測定方法。
  2. （２）相互相関比較が実施され、相互相関の最大値が決
    定され、そしてそこから求められた測定チャートの中心
    の受光装置（３）の光軸からの角度変位が決定される、
    特許請求の範囲第１項記載の測定方法。
  3. （３）受光装置の視野に複数の測定チャート像がある場
    合、参照像又はその特定値とメモリされたメモリ部との
    相関比較が実施される、特許請求の範囲第１項記載の測
    定方法。
  4. （４）測定チャート中心に数学的に方向づけられ、特徴
    づけられた測定チャート像内容が検出器（５）を介して
    像点に従って走査され、そして走査結果は前以って特定
    されたアルゴリズムによって画像処理され、画像処理は
    予めメモリされた参照マークとの比較操作による、特許
    請求の範囲第１項記載の測定方法。
  5. （５）対象物に関連しかつ光学的に構成された格子円板
    として形成された測定チャートによって、測定チャート
    の像のデジタル的な光電的評価及びそのようにして得ら
    れた情報値を測定チャートに相応した参照マークと比較
    することによって対象物の角度変位を測定する方法を実
    施するための装置において、受光装置（３）には検出範
    囲（１１）を備えた扁平な光線検出器（５）が光軸と固
    着して配設されており、その際その中心は光軸（２）上
    に位置し、検出範囲（１１）は接続導線（１３）を介し
    て比較計算器（６）の入力と接続されており、そして比
    較計算器にはメモリ（１５）が接続されており、メモリ
    には測定されるべき測定チャート（１）に対応した参照
    マーク又はそのような参照マークの特定値がメモリされ
    ていることを特徴とする角度変位測定装置。
  6. （６）円セクタを備えたラジアル格子としての測定チャ
    ート（１）が交互に明暗範囲（７、８）から形成されて
    おり、これらの範囲は共通の中心（９）に集まる、特許
    請求の範囲第５項記載の測定装置。
  7. （７）隣接した範囲（７、８）の中心角は推計学的に選
    択された相異なる値を有する、特許請求の範囲第６項記
    載の測定装置。
  8. （８）隣接した範囲（７、８）の中心角は模擬推計学的
    に選択された相異なる値を有する特許請求の範囲第６項
    記載の測定装置。
  9. （９）測定チャート（１）は明暗範囲（７、８）を備え
    たモザイク格子として形成されており、これらの範囲は
    特定の中心（９）のまわりに配設されている、特許請求
    の範囲第５項記載の測定装置。
  10. （１０）モザイク格子が中心（９）のまわりの明暗範囲
    （７、８）の推計学的分配に従って形成されている、特
    許請求の範囲第９項記載の測定装置。
  11. （１１）モザイク格子が中心（９）のまわりの明暗の範
    囲（７、８）の模擬推計学的分配に従って形成されてい
    る、特許請求の範囲第９項記載の測定装置。
  12. （１２）測定チャート（１）上の少なくとも範囲（８）
    の部分が追加情報を含む細コードに相応して形成されて
    いる、特許請求の範囲第９項記載の測定装置。
  13. （１３）追加情報として測定チャートの内方の比較的幾
    何学的個所に関係した細コードが測定チャート（１）の
    選択された範囲（８）上に取付けられている、特許請求
    の範囲第９項記載の測定装置。
  14. （１４）測定チャート（１）の暗い範囲（８）上の細コ
    ードが暗い範囲が明るい細コード格子によって中断され
    又は反転されるように取付けられている、特許請求の範
    囲第１３項記載の測定装置。
JP24911085A 1984-11-08 1985-11-08 測定チヤートを備えた対象物の角度変位の測定方法 Pending JPS61128111A (ja)

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