KR101210519B1 - 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치 - Google Patents

구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학식 측량기기의 육안을 이용하는 시준장치에 CCD 카메라가 부착되어 CCD 카메라로부터 촬영된 반사타깃 중심의 영상정보가 컴퓨터의 전용 프로그램을 통해 분석되고 그 분석결과에 따른 시준오차가 컴퓨터의 디스플레이부를 통해 실시간으로 표시되어 이를 통해 작업자가 정확한 시준 작업을 할 수 있도록 하는 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 시준보조 장치는, 시준장치를 포함하는 측량기기와, 상기 시준장치에 접안 어뎁터를 통해 장착되어 상기 시준장치와 연계 동작하는 CCD 카메라와, 상기 CCD 카메라에 의해 촬영되며, 중앙의 반사 프리즘과 상기 반사 프리즘을 에워싸는 강성 소재의 외곽 표시부와 상기 반사 프리즘을 중심으로 대각선 상의 네 지점에 위치하도록 상기 외곽 표시부에 배치되며 원형인 네 개의 영상인식용 마크 및 상기 네 개의 영상인식용 마크 사이마다 하나씩 배치되는 삼각형 형상의 세 개략시준용 마크 그리고 상기 영상인식용 마크의 중심에 장착되는 LED 전구를 포함하는 전용 반사타깃과, 상기 CCD 카메라에서 촬영된 상기 전용 반사타깃의 영상정보를 수신하며, 상기 CCD 카메라로부터 수신되는 상기 전용 반사타깃의 영상정보를 재생하기 위한 전용 프로그램이 설치되고, 시준 결과를 표시하기 위한 디스플레이부를 포함하는 컴퓨터를 포함하여 구성된다.

Description

구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치{Collimator assisting device for optical surveying}
본 발명은 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치에 관한 것으로서, 특히 광학식 측량기기의 육안을 이용하는 시준장치에 CCD 카메라가 부착되어 CCD 카메라로부터 촬영된 반사타깃 중심의 영상정보가 컴퓨터의 전용 프로그램을 통해 분석되고 그 분석결과에 따른 시준오차가 컴퓨터의 디스플레이부를 통해 실시간으로 표시되어 이를 통해 작업자가 정확한 시준 작업을 할 수 있도록 하는 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 절대위치 측량은 기준점측량, 시공측량, 현황측량 등 국가기준점의 위치에 기준하여 엄밀한 정확도의 좌표를 측정해야 하는 다양한 종류의 측량작업을 포괄하는 개념이다. 이러한 측량작업에는 각종 지형?지물의 위치와 형상에 대한 3차원 위치정보를 높은 정확도로 측정하기 위해 각종 정밀한 측량기기가 사용되며, 대표적인 측량기기로는 토탈스테이션, 전파거리측거의, 데오돌라이트, GPS 등이 있다. 그리고 이러한 측량기기 중 GPS를 제외한 대부분의 기기는 광학식 시준장치를 사용하여 측량 대상 지점에 설치된 신호 반사용 타깃의 중심을 정확하게 시준하여야만 정밀한 측정값을 얻을 수 있다.
도 1은 광학식 시준장치를 이용한 측량 방법을 예시적으로 보인 도면으로서, 이를 참조하여 측량기기 사용 중의 시준 방법에 대해 설명한다.
도시된 바와 같이, 측량 대상 지점에 광파 혹은 전파를 반사할 수 있는 전용 반사 타깃을 설치하고, 이어서 측량기기에 부착된 광학식 시준장치를 사용하여 타깃의 중심을 정확하게 조준한 후 측량을 실시함으로써 거리나 각을 측정하는 방식으로 작업이 이루어진다.
이와 같은 측량 작업 시, 작업자는 도면 1에 “A”로 표시된 것처럼 자신의 육안으로 측량기기의 시준선과 반사 타깃의 중심을 일치시키는 시준 작업을 정확하게 수행하여야 한다. 이는 시준이 부정확하게 이루어지면 측량 성과에 직접적인 영향을 미치게 되어 결과적으로 정확도가 떨어지는 절대좌표를 측정하게 되는 것에 기인한다.
그러나 상기와 같은 종래의 측량기기를 통한 시준 방법은 작업자의 육안에 크게 의존하는 방식이므로, 정확한 시준이 어려운 환경에서 측량 작업을 수행하거나 숙련도가 낮은 기술자에 의해 측량 작업이 이루어지는 경우 여러 문제를 발생한다.
예를 들어, 측량 범위가 넓어서 측량기기와 반사타깃의 거리가 지나치게 멀어지는 경우 또는 반사타깃이 위치한 지점이 어두운 경우 정확한 시준이 어려울 수 있고, 이때 측량 작업을 작업자가 숙련도가 낮으면 시준의 오차 발생 가능성은 더 높아진다.
대한민국 특허 등록 제10-0836640호(2008.06.03.), “기준점 확인을 통한 측량지점의 위치변동 확인 시스템”. 대한민국 특허 등록 제10-0837260호(2008.06.04), “측량기준점의 위치변경 확인을 통한 지반침하 계측 시스템”.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 광학식 측량기기의 육안을 이용하는 시준장치에 CCD 카메라가 부착되어 CCD 카메라로부터 촬영된 반사타깃 중심의 영상정보가 컴퓨터의 전용 프로그램을 통해 분석되고 그 분석결과에 따른 시준오차가 컴퓨터의 디스플레이부를 통해 실시간으로 표시되어 이를 통해 작업자가 정확한 시준 작업을 할 수 있도록 하는 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치를 제공하는데 목적이 있다.
특히 본 발명은 측량 작업 시 정확한 시준을 위해 여러 번의 시준 작업을 반복하지 않고도 1~3㎜ 범위의 시준 오차를 가지는 측량 결과를 얻을 수 있도록 하는 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 구형 광학시 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치는, 시준장치를 포함하는 측량기기와, 상기 시준장치에 접안 어뎁터를 통해 장착되어 상기 시준장치와 연계 동작하는 CCD 카메라와, 상기 CCD 카메라에 의해 촬영되며, 중앙의 반사 프리즘과 상기 반사 프리즘을 에워싸는 강성 소재의 외곽 표시부와 상기 반사 프리즘을 중심으로 대각선 상의 네 지점에 위치하도록 상기 외곽 표시부에 배치되며 원형인 네 개의 영상인식용 마크 및 상기 네 개의 영상인식용 마크 사이마다 하나씩 배치되는 삼각형 형상의 세 개략시준용 마크 그리고 상기 영상인식용 마크의 중심에 장착되는 LED 전구를 포함하는 전용 반사타깃과, 상기 CCD 카메라에서 촬영된 상기 전용 반사타깃의 영상정보를 수신하며, 상기 CCD 카메라로부터 수신되는 상기 전용 반사타깃의 영상정보를 재생하기 위한 전용 프로그램이 설치되고, 시준 결과를 표시하기 위한 디스플레이부를 포함하는 컴퓨터를 포함하며, 상기 컴퓨터의 전용 프로그램은 상기 CCD 카메라로부터 수신된 상기 전용 반사타킷의 영상정보에서 상기 영상인식용 마크의 원을 인식하여 그 경계선을 추출하고, 추출된 경계선들로부터 원들의 중심점에 대한 영상좌표를 계산 후 계산된 중심점들을 연결하는 선들 중에서 서로 교차하는 선들을 추출하며 이어서 추출된 선들의 교차점에 대한 영상좌표를 계산하여 시준중심점을 획득하도록 설계되고, 상기 컴퓨터의 디스플레이부는 상기 CCD 카메라로부터 촬영된 상기 전용 반사타킷의 영상에 상기 전용 프로그램을 통해 획득된 해당 전용 반사타킷의 중심점 및 상기 측량기기의 시준장치에 의한 중심점을 각각 겹쳐 표시하는 측량결과 표시영역과, 상기 측량결과 표시영역에 디스플레이되는 측량결과에 대한 시준 정확도를 dHor, dVer, 수평각 조정방향, 연직각 조정방향, 시준정밀도의 항목에 따라 표시하는 시준정확도 및 작업안내 표시영역을 포함하는 구성이다.
본 발명에 따르면, 광학식 측량기기의 육안을 이용하는 시준장치에 CCD 카메라가 부착되어 CCD 카메라로부터 촬영된 반사타깃 중심의 영상정보가 컴퓨터의 전용 프로그램을 통해 분석되고 그 분석결과에 따른 시준오차가 컴퓨터의 디스플레이부를 통해 실시간으로 표시되어 이를 통해 작업자가 정확한 시준 작업을 할 수 있다.
특히 측량 작업 시 정확한 시준을 위해 여러 번의 시준 작업을 반복하지 않고도 1~3㎜ 범위의 시준 오차를 가지는 측량 결과를 얻을 수 있다.
또한, 측량 작업시 숙련도가 낮은 작업자도 정확한 시준을 할 수 있고, 이를 통해 측량 결과의 정확도와 신뢰성이 향상된다.
도 1은 종래 광학식 시준장치를 이용한 측량 방법을 예시적으로 보인 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치를 보인 사시도
도 3은 도 2에 따른 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치 중 전용 반사타킷을 보인 도면
도 4는 도2에 따른 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치를 통해 시준중심점이 자동 측정되는 과정을 예시한 도면
도 5는 도2에 따른 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치 중 컴퓨터의 디스플레이부를 통해 표시되는 측정결과의 화면을 예시적으로 보인 도면
도 6은 도2에 따른 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치를 통한 시준작업의 과정을 보인 흐름도
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치를 보인 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치(이하 “시준 보조장치”라 함)는 측량기기(100), CCD 카메라(200), 전용 반사타깃(400), 컴퓨터(500)를 포함하여 구성된다.
측량기기(100)는 시준장치(110)를 장착하고 있으며, 이러한 측량기기(100)에 CCD 카메라(200)가 장착된다.
즉 CCD 카메라(200)는 측량기기(100)의 시준장치(110)에 접안 어뎁터(300)를 통해 장착되어 시준장치(110)와 연계 동작한다.
전용 반사타깃(400)은 CCD 카메라(200)에 의해 촬영되는 것으로서, 이러한 전용 반사타깃(400)에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 도 2에 따른 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치 중 전용 반사타킷(400)을 보인 것으로서, 도시된 바와 같이, 전용 반사타깃(400)은 반사프리즘(410), 외곽표시부(420), 영상인식용 마크(430), 개략시준용 마크(440), LED 전구(450)를 포함하여 구성된다.
반사프리즘(410)은 전용 반사타깃(400)의 중앙에 배치된다.
외곽표시부(420)는 반사 프리즘(410)을 에워싸는 형태로 반사프리즘(410)과 일체로 형성된다.
영상인식용 마크(430)는 반사 프리즘(410)을 중심으로 대각선 상의 네 지점에 위치하도록 외곽 표시부(420)에 배치되며, 이러한 네 개의 영상인식용 마크(430)는 각각 동일 크기의 원형 형태로 이루어진다.
개략시준용 마크(440)는 네 개의 영상인식용 마크(430) 사이마다 하나씩 배치되는 세 개의 구성이며, 이러한 개략시준용 마크(440)는 삼각형 형상으로 이루어진다. 이와 같은 개략시준용 마크(440)는 본 발명의 일 실시예에 따른 시준보조 장치를 사용하지 않고 육안 시준을 통한 시준작업 시에 해당 용도로 전용 반사타킷(400)을 사용할 수 있도록 한다.
LED 전구(450)는 네 개의 영상인식용 마크(430)의 중심에 각각 장착되는 것으로서, 이와 같은 LED 전구(450)는 측량 대상 지점의 광량이 극히 적어서 선명한 영상 촬영 및 인식이 불가한 지점에 전용 반사타깃(400)이 설치되는 경우 사용된다. 즉 LED 램프(450)는 컴퓨터(500)의 전용 프로그램이 LED 램프(450)에 의한 불빛의 중심점을 추정하여 시준중심점을 계산할 수 있도록 하는 기능을 한다.
다시 도 2로 돌아와서, 컴퓨터(500)는 CCD 카메라(200)에서 촬영된 전용 반사타깃(400)의 영상정보를 수신하며, 이러한 컴퓨터(500)에는 CCD 카메라(200)로부터 수신되는 전용 반사타깃(400)의 영상정보를 재생하기 위한 전용 프로그램이 설치되고, 또한 컴퓨터(500)는 시준 결과를 표시하기 위한 디스플레이부(510)를 포함하여 구성된다.
컴퓨터(500)의 전용 프로그램에 대해 설명하면, 상기 전용 프로그램은 CCD 카메라(200)로부터 수신된 전용 반사타킷(400)의 영상정보에서 영상인식용 마크(430)의 원을 인식하여 그 경계선을 추출한다. 그리고 상기 전용 프로그램은 이렇게 추출된 경계선들로부터 원들의 중심점에 대한 영상좌표를 계산 후 계산된 중심점들을 연결하는 선들 중에서 서로 교차하는 선들을 추출하며 이어서 추출된 선들의 교차점에 대한 영상좌표를 계산하여 시준중심점을 획득하도록 설계되어 있다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 컴퓨터의 전용 프로그램을 통해 시준중심점이 자동 측정되는 과정을 예시적으로 보인 도면이다.
도 4(a)에 도시된 것처럼, CCD 카메라(200)로부터 전송된 전용 반사타깃(400)의 영상으로부터 타깃 외곽 부분에 위치한 원 형상의 영상인식용 마크(430)를 인식한다. 이때 CCD 카메라(200)를 통해 엄밀한 연직영상이 촬영되기 어려우므로 주로 타원을 인식하게 된다. 그리고 이와 같이 영상인식용 마크(430)의 원 형상을 인식 후, 인식된 원의 경계선을 추출한 다음 추출된 경계선들로부터 원(or 타원) 형상들의 중심점에 대한 영상좌표를 계산한다.
이어서 도 4(b)에 도시된 것처럼, 도 4(a)를 통해 계산된 중심점들을 연결하는 선들 중에서 서로 교차하는 선들을 추출한 후, 추출된 선들의 교차점에 대한 영상좌표를 계산한다.
다시 도 2로 돌아가서, 컴퓨터(400)는 시준 결과를 표시하기 위한 디스플레이부(510)를 포함하며, 이러한 디스플레이부(510)를 통해 표시되는 시준 결과의 예를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 컴퓨터의 디스플레이부를 통해 표시되는 측정결과의 화면을 예시적으로 보인 것으로서, 도시된 바와 같이, 디스플레이부(510)는 측량결과 표시영역(511) 그리고 시준정확도 및 작업안내 표시영역(512)을 포함하여 구성된다.
측량결과 표시영역(511)은 CCD 카메라(200)로부터 촬영된 전용 반사타깃(400)의 영상에 컴퓨터(500)의 상기 전용 프로그램을 통해 획득된 해당 전용 반사타깃(400)의 중심점 및 측량기기(100)의 시준장치(110)에 의한 중심점을 각각 겹쳐 표시하는 영역이다. 다시 말해 측량결과 표시영역(511)은 CCD 카메라(200)를 통해 촬영된 영상과 측량기기(100)에 표시된 시준선 및 상기 전용 프로그램을 통해 자동으로 계산된 시준중심점을 표시하여 줌으로서 작업자가 시준결과를 개략적으로 확인할 수 있게 한다.
시준정확도 및 작업안내 표시영역(512)은 측량결과 표시영역(511)에 디스플레이되는 측량 결과에 대한 시준 정확도를 dHor, dVer, 수평각 조정방향, 연직각 조정방향, 시준정밀도의 항목으로 표시하는 영역이다. 다시 말해 시준정확도 및 작업안내 표시영역(512)은 측량기기(100)의 시준선과 상기 전용 프로그램을 통해 자동으로 계산된 시준중심점 간의 차이를 픽셀 단위로 표시하여 줌으로써 작업자가 실시간으로 시준 오차를 확인할 수 있게 한다. 이에 더하여 시준 오차를 줄일 수 있도록 측량기기(100)의 수평각 및 연직각 조정 방향을 표시하므로써, 작업자가 이를 바탕으로 측량기기(100)를 용이하게 조작할 수 있게 한다.
다음은 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 시준보조 장치를 통해 시준작업이 이루어지는 과정을 간략하게 설명한다. 이하의 설명에서 시준보조 장치에 대한 구성은 상술한 도 2 내지 도 5의 구성에 따르는 동시에 동일한 도면부호를 사용한다.
먼저, 단계(S110)에서 작업자는 측량기기(100) 및 그 시준보조 장치를 통해 시준 작업을 한다. 다시 말해 전용 반사타깃(400)을 측정 장소에 설치 후 이를 CCD 카메라(200)를 통해 촬영한다.
이어서, 단계(S120)에서 컴퓨터(500)의 전용 프로그램이 CCD 카메라(200)로부터 입력되는 영상정보를 분석하여 시준점을 인식한다.
이어서, 단계(S130)에서 컴퓨터(500)의 전용 프로그램은 시준오차를 계산한다.
이어서, 단계(S140)에서 작업자는 컴퓨터(500)의 디스플레이부(510), 다시 말해 측량결과 표시영역(511) 그리고 시준정확도 및 작업안내 표시영역(512)을 통해 표시되는 측정 결과를 통해 해당 측정 시의 시준 결과가 적합한지 판단한다.
이어서, 단계(S140)에서 시준 결과가 적합한 것으로 판단되면 시준 작업이 완료된다.
상술한 도 2 내지 도 6을 참조한 실시예의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치는, 측량기기(100)의 육안을 이용하는 시준장치(110)에 CCD 카메라(200)가 부착되어 CCD 카메라(200)로부터 촬영된 전용 반사타깃(400) 중심의 영상정보가 컴퓨터(500)의 전용 프로그램을 통해 분석되고 그 분석결과에 따른 시준오차가 컴퓨터(500)의 디스플레이부(510)를 통해 실시간으로 표시되어 이를 통해 작업자가 정확한 시준 작업을 할 수 있게 한다.
특히 측량 작업 시 정확한 시준을 위해 여러 번의 시준 작업을 반복하지 않고도 1~3㎜ 범위의 시준 오차를 가지는 측량 결과를 얻을 수 있게 한다.
또한, 측량 작업시 숙련도가 낮은 작업자도 정확한 시준을 할 수 있고, 이를 통해 측량 결과의 정확도와 신뢰성을 향상시킨다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100 : 측량기기 110 : 시준장치
200 : CCD 카메라 300 : 접안어댑터
400 : 전용 반사타깃 410 : 반사프리즘
420 : 외곽표시부 430 : 영상인식용 마크
440 : 개략시준용 마크 450 : LED 전구
500 : 컴퓨터 510 : 디스플레이부
511 : 측량결과 표시영역 512 : 시준정확도 및 작업안내 표시영역

Claims (1)

  1. 시준장치(110)를 포함하는 측량기기(100);
    상기 시준장치(110)의 관측 부분에 설치된 접안 어댑터(300)를 통해 장착되어 상기 시준장치(110)와 연계 동작하는 CCD 카메라(200);
    상기 CCD 카메라(200)에 의해 촬영되며 중앙 위치에 반사 프리즘(410)을 설치하고 상기 반사 프리즘(410)의 주변을 강성 소재로 에워싸는 형상으로 설치되는 외곽 표시부(420)와 상기 외곽 표시부(420)에 배치되며 상기 반사 프리즘(410)을 중심으로 대각선상의 네 지점에 각각 위치하고 원 형상을 하는 네 개의 영상인식용 마크(430) 및 상기 네 개의 영상인식용 마크(430)의 오른쪽 사이, 왼쪽 사이, 위쪽 사이에 각각 하나씩 배치되는 삼각형 형상을 하는 세개의 개략시준용 마크(440) 그리고 상기 영상인식용 마크(430)의 중심 위치에 설치되는 LED 전구(450)를 포함하는 전용 반사타깃(400);
    상기 CCD 카메라(200)에서 촬영된 상기 전용 반사타깃(400)의 영상정보를 수신하며, 상기 CCD 카메라(200)로부터 수신되는 상기 전용 반사타깃(400)의 영상정보를 재생하기 위한 전용 프로그램이 설치되고, 시준 결과를 표시하기 위한 디스플레이부(510)를 포함하는 컴퓨터(500)를 포함하며,
    상기 컴퓨터(500)의 전용 프로그램은 상기 CCD 카메라(200)로부터 수신된 상기 전용 반사타킷(400)의 영상정보에서 상기 영상인식용 마크(430)의 원을 인식하여 그 경계선을 추출하고, 상기 추출된 경계선들로부터 상기 인식된 원들의 중심점에 대한 영상좌표를 계산 후 계산된 중심점들을 연결하는 선들 중에서 서로 교차하는 선들을 추출하며 상기 추출된 선들의 교차점에 대한 영상좌표를 계산하여 시준중심점으로 출력하고,
    상기 컴퓨터(500)의 디스플레이부(510)는 상기 CCD 카메라(200)로부터 촬영된 상기 전용 반사타킷(400)의 영상에 상기 전용 프로그램을 통해 획득된 상기 전용 반사타킷(400)의 중심점 및 상기 측량기기(100)의 시준장치(110)에 의한 중심점을 각각 겹쳐 표시하는 측량결과 표시영역(511)과, 상기 측량결과 표시영역(511)에 디스플레이되는 측량결과에 대한 시준 정확도를 dHor, dVer, 수평각 조정방향, 연직각 조정방향, 시준정밀도의 항목에 따라 표시하는 시준정확도 및 작업안내 표시영역(512)을 포함하는 구형 광학식 측량장비의 시준 정확도 향상을 위한 시준보조 장치.
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