WO2004044528A1 - 測量装置と電子的記憶媒体 - Google Patents

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WO2004044528A1
WO2004044528A1 PCT/JP2003/014353 JP0314353W WO2004044528A1 WO 2004044528 A1 WO2004044528 A1 WO 2004044528A1 JP 0314353 W JP0314353 W JP 0314353W WO 2004044528 A1 WO2004044528 A1 WO 2004044528A1
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straight line
plane
measurement
surveying device
angle
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French (fr)
Inventor
Shunji Murai
Fumio Ohtomo
Hitoshi Ohtani
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Topcon
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/002—Active optical surveying means

Definitions

  • the present invention relates to a surveying instrument and an electronic storage medium, and more particularly to a non-prism measurement capable of measuring a measurement point at a corner.
  • a technology has been developed to perform three-dimensional measurement using a non-prism-type station (a surveying instrument) that does not use a reflecting member such as a corner cube.
  • the present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and is a surveying device for measuring a distance to a measurement target and a horizontal angle and an altitude angle using reflected light, and an imaging device is connected to the surveying device.
  • Arithmetic processing means determines the equation that includes the plane part of the survey target from at least three points of measurement, and identifies the plane part by associating the digital image data to which the plane part belongs. And the three-dimensional position can be determined.
  • an edge of at least two straight lines intersecting and forming a plane portion is extracted, and a straight line is determined by a least square method or a conditional least square method based on partial image data of the edge. Can be calculated to determine the three-dimensional position of the plane portion.
  • an edge of a three straight line portion forming a corner is extracted, and a least square method or a conditional least square method is extracted based on image data of the edge portion. It is also possible to determine the three-dimensional position of the plane part by calculating the straight line, and calculating the angle, which is the intersection of the straight lines. Furthermore, according to the present invention, when a plane portion includes a straight line portion, the position and length of the straight line can be calculated by designating the straight line portion.
  • the window when a plane portion has a window surrounded by a straight line, by specifying the window, the window can be specified, and the position and shape of the window can be calculated. Then, according to the present invention, when there is a point located on a plane portion which is a survey target, the center of gravity of the image data of the point is obtained, and the three-dimensional position is determined by associating with the measured three points. You can also.
  • an expression including a plane portion of the measurement target is determined from a measured value at one point, and the digital image data to which the plane portion belongs is associated with the measured value.
  • the plane part can be specified, and the three-dimensional position can be determined.
  • a straight line or a window including a plane portion can be designated by collimating a telescope provided in the surveying device.
  • the extraction of the page according to the present invention can also use a spatial filter such as Labracian.
  • the three-dimensional measuring method of the present invention is a surveying device for measuring a distance to a survey target, a horizontal angle and an altitude angle using reflected light, and the surveying instrument includes a digital device in a measuring direction.
  • An imaging device for obtaining an image is configured to be connectable.
  • the first step at least three measurement points on the plane portion are determined and measured, and in the second step, the distance between the three measurement points obtained by the measurement is determined. From the data of the angle and the angle, a formula that includes the plane portion is determined.
  • step 3 the digital image data to which the plane portion belongs is associated, and the image data that specifies the plane portion and the expression that includes the plane portion From this, the three-dimensional position of the plane part can be determined.
  • the electronic storage medium such as FD, CD, DVD, RAM, ROM, and memory card of the present invention uses reflected light to measure the distance to the measurement target and the horizontal angle and altitude angle. It is for performing three-dimensional measurement using the data obtained from the surveying device and the imaging device, and by executing the arithmetic processing means, from the measurement of at least three points, PT / JP2003 / 014353 I 3-Determine the equation that includes the plane part of the survey target and identify the plane part by associating the digital image data to which the plane part belongs, and determine the three-dimensional position can do.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of the present embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of the present embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the principle of the present embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a surveying instrument 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a surveying instrument 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the telescope unit 4.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the present embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the principle of the present embodiment.
  • FIG. 1 and FIG. 2 an example will be described in which three-dimensional coordinates (X, Y, ⁇ ) of a corner 20000a of a building 20000 as a measurement object are measured. .
  • This will be described with reference to a building 200 composed of a plane composed of straight lines, which is considered to be often used in the present invention.
  • a surveying instrument installed on a reference point 0 whose coordinates are already known is used to collimate the face of the building 20000.
  • the equation of the plane including the preliminary measurement point is calculated from the measurement data.
  • the plane containing the preliminary measurement points includes the plane.
  • digital image data of the building 2000 to be measured is obtained by the imaging device 100.
  • the center of the image and the collimation center are aligned with each other, so that the position on the image can be represented by an angle between the horizontal and the altitude with respect to the collimation center. Then, based on the horizontal angle data of the collimation center and the altitude angle data, the position on the image is calculated by the horizontal angle and the altitude angle.
  • An image sensor such as an image sensor for obtaining digital image data is composed of pixels arranged in a grid, and the position of each pixel arranged on the image is known.
  • a straight line formula is derived using the least squares method or the conditional least squares method based on the variation in the light reception of each pixel, and the position of the intersection on the image and the image
  • the horizontal and altitude angles with respect to the center can be determined.
  • the obtained horizontal and altitude angles correspond to the horizontal and altitude angles of the building on the surface with respect to the collimation center. Since the horizontal angle data of the collimation center and the altitude angle data are known, the horizontal angle data of the building angle and the altitude angle data can be obtained immediately. Then, when the distance of the collimating center point is measured, the three-dimensional position of the corner of the building can be obtained from the surface equation obtained earlier.
  • the first imaging device 110 captures a wide-angle image
  • the second imaging device 120 captures a narrow-angle image.
  • Wide-angle and narrow-angle images are associated with each other.
  • a wide-angle image is suitable for capturing the whole image or a near view
  • a narrow-angle image is suitable for, for example, enlarging a part thereof or capturing a distant view.
  • the magnification of the telescope is configured to be of a zoom type
  • the first imaging device 110 and the second imaging device 120 can be used in common as a single imaging device.
  • the image of the telescope near the preliminary measurement point A is as shown in Fig. 2, and the preliminary measurement point near the window can be determined by aligning it with the crosshair.
  • the position on the digital image is associated with the measured data of the preliminary measurement points from the survey.
  • the plane to which the preliminary measurement point belongs is divided by a straight line to form one plane.
  • the edge of a straight line constituting the surface of the image is extracted by image processing.
  • a spatial filter such as Laplacian is used to emphasize the edge. This Laplacian emphasizes edges using differential images. You.
  • two straight lines, a first straight line L1 and a second straight line L2 formed on the upper wall of the building 2000, are determined based on the image data, and the intersection of the two straight lines and the preliminary line on the image are determined. From the relationship with the position of the measurement point, the coordinates (X, Y, ⁇ ) of the corner 20000a are obtained.
  • the position of the preliminary measurement point is specified by the horizontal angle (directional angle) and the altitude angle from the known point as viewed from the reference point.
  • the equation of the straight line is obtained by applying the least squares method to the image data having variations.
  • This straight line can be determined, for example, by the least square method.
  • the least-squares method is a conditional least-squares method or a weighted least-squares method, so that a straight line can be obtained more accurately and coordinates can be obtained.
  • Conditional least squares means, for example, that the exterior of a building is made up of a vertical straight line, so that the corners of the building are on a straight line, the connecting line is found as a straight line, and it stands vertically. Is required. Conditioning makes it possible to minimize the effect of the distortion of the image optical system, and also to facilitate the calculation process. Furthermore, by adding a weighted least squares method that takes into account the detection of light reception on a pixel-by-pixel basis, the accuracy can be further improved.
  • intersection of these two straight lines can be virtually determined as the corner 2000a of the building 2000, which is the edge.
  • the three-dimensional coordinates (X, ⁇ , ⁇ ) can be calculated.
  • the coordinates of the reference position of the surveying instrument 1000 based on the direction angle, it is possible to measure the three-dimensional coordinates of the preliminary measurement point 20 00b (Xbs Y b, Zb ), the corners of the building 2000 are coplanar
  • the 3D coordinates (X, Y, ⁇ ) of the part 2000a can be calculated.
  • the plane portion is determined based on the detection of the straight line edge.
  • the intersection or the mere center of gravity of the point in the plane is detected from the image data, and the intersection or the point of the intersection is detected. It is also possible to determine the dimensional position.
  • the surveying instrument 100 is a total station, which has an electronic saddle that detects angles (vertical and horizontal angles) and a built-in lightwave distance meter. is there.
  • the surveying instrument 100 is composed of a telescope section 4, a support section 3 for supporting the telescope section 4 so that it can rotate vertically, and a base section 2 for supporting the support section 3 so that it can rotate horizontally.
  • the base 2 can be attached to a tripod or the like via a leveling table 5.
  • An operation panel 7 which is a part of the operation / input unit 500 is formed in the surveying instrument 1000, and a display 6 which is a part of a display unit 4300 is attached. Further, an objective lens 8 is exposed in the telescope unit 4.
  • the imaging device 100 is for converting the image data from the imaging device into digital data, and is, for example, an electronic camera such as a digital camera.
  • the imaging device 100 includes a first imaging device 110 for capturing a wide-angle image and a second imaging device 120 for capturing a narrow-angle image.
  • the telescope unit 4 includes an objective lens 8, a dichroic mirror 20, a condenser lens 41, a third half mirror 33, a first image sensor 210, and a second image sensor 2 20 and a focusing lens 12.
  • the dichroic mirror 20 is formed of the first prism 21, the second prism 22, and the third prism 23, and the first half mirror 24 and the second half mirror 25 are formed. Is formed.
  • the light incident from the objective lens 8 enters the dichroic mirror 20, and part of the measurement light and visible light is reflected by the first half mirror 24, and passes through the condenser lens 41. It is configured to form an image on the first image sensor 210 and the second image sensor 220.
  • the light receiving signals received by the first image sensor 210 and the second image sensor 220 are displayed on the display unit 4300 by the control calculation unit 40000.
  • the first image sensor 210 corresponds to the first imaging device 110
  • the second image sensor 220 corresponds to the second imaging device 120.
  • the light transmitted through the first half mirror 124 is guided to the eyepiece through the focusing lens 12.
  • the surveying instrument 10000 has a distance measuring section 1100, an angle measuring section 1400, a storage section 4200, a display section 4300, a driving section 4400, and a control. It is composed of an arithmetic unit 400 and an operation / input unit 500.
  • the storage section 420 is for storing data, programs, and the like.
  • the display section 4300 and the operation / input section 500000 allow the user to operate the surveying instrument 10000.
  • the non-prism type lightwave distance meter is used for the distance measuring unit 1100.
  • the distance measuring section includes a light emitting section 110 and a light receiving section 110, and the distance measuring light emitted from the light emitting section 1101 is emitted toward the object to be measured. .
  • the configuration is such that the reflected light from the object to be measured is incident on the light receiving unit 112, so that the distance to the object to be measured can be measured.
  • the distance from the surveying instrument 1000 to the object to be measured is calculated from the time difference from when the light emitting unit 110 emits a pulse to when the light is received by the light receiving unit 120. This calculation is performed by the control calculation unit 400.
  • the angle measuring section 1400 is composed of a vertical angle measuring section 14010 and a horizontal angle measuring section 14420.
  • a horizontal angle encoder composed of a rotatable member attached to a rotating portion and a stay portion having a fixed portion, and a vertical angle encoder are used.
  • the angle measuring section 140 corresponds to an angle detector.
  • the drive unit 4400 is composed of a horizontal drive unit 4410 and a height drive unit 4420, and rotates the surveying instrument 1000 in the horizontal direction and the height direction according to the mode. be able to.
  • the control calculation unit 40000 includes a CPU and the like and executes various calculations and the like. Next, as shown in FIGS. 3 and 6, an example will be described in which the three-dimensional coordinates (X, Y, ⁇ ) of the corner 20000a of the building 20000 as the measurement target are measured.
  • step 1 (hereinafter abbreviated as S1), three points are appropriately set as preliminary measurement points A, B, and C at the wall near corner 2000a in Fig. 3. decide.
  • step 2 the distance to the preliminary measurement points A, B, and C, the horizontal angle and the elevation angle are measured by the distance measurement unit 110 of the surveying instrument 1000, and the measurement object is measured by the imaging device 100.
  • An image of the building 2000 is taken.
  • the imaging device 100 is selected as necessary because the first imaging device 110 can capture a wide-angle image and the second imaging device 120 can capture a narrow-angle image.
  • the calculation unit 1300 of the surveying instrument 1000 performs preliminary measurement points A, B, and B, which have been measured by the surveying instrument 1000, from images obtained from the imaging device 1000. Specify a straight line near C. That is, a straight line forming the corner of the building 2000 is extracted.
  • the arithmetic unit 1300 of the surveying instrument 10000 can enhance the edge using a spatial filter such as Laplacian.
  • the arithmetic unit 1300 of the surveying instrument 1000 determines two straight lines, a first straight line L1 and a second straight line L2, which form the corner of the building 2000.
  • the straight line can be determined by, for example, the least square method or the conditional least square method.
  • the arithmetic unit 1300 of the surveying instrument 100000 calculates the coordinates (X, Y, ⁇ ) of the corner 20000a from the intersection of the preliminary measurement point and the two straight lines. be able to.
  • the three-dimensional coordinates of the preliminary measurement points A, B, and C can be measured by the surveying instrument 100, so that the building 2000 on the same plane specified by A, B, and C can be measured.
  • the three-dimensional coordinates (X, Y, ⁇ ) of the corner 20000a can be calculated by the calculation unit 1300 of the surveying instrument 1000.
  • the telescope image is as shown in Fig. 4.
  • the preliminary measurement points ⁇ ⁇ (1, ⁇ 1) near the first straight line L1 and the second straight line L2 A nearby measurement point B (2, / 32) can also be determined.
  • T IN triangle network
  • Figure 7 shows a building without corners.
  • two orthogonal planes of the building 2000 are obtained, and a straight line portion is extended to assume a corner, and a three-dimensional position is calculated to obtain a position coordinate.
  • the window portion in FIG. 3 is a portion surrounded by a straight line, and when a window is specified, the position and shape of the window portion with respect to the plane can be specified by applying the formula of the straight line.
  • the position and length of the straight line can be calculated by designating the straight line.
  • -11-It is also possible to specify the window and calculate the position of the window.
  • a configuration may be employed in which a straight line or a window included in the plane portion is specified.
  • the program that stores the calculation procedure of the calculation unit 1300 of the surveying instrument 1000 should be stored in an electronic storage medium such as FD, CD, DVD, RAM, R ⁇ M, or memory card. Can be.
  • the present invention configured as described above is a surveying device for measuring the distance to the measurement target and the horizontal angle and the altitude angle using reflected light, and the surveying device includes a horizontal angle and an altitude angle.
  • An imaging device for obtaining an associated digital image is configured to be connectable, and from at least three points of measurement, an expression including a plane part of the survey target is determined, and a digital image data to which the plane part belongs is determined. It is configured with an arithmetic processing means for identifying the plane part by associating it overnight and determining the three-dimensional position, so even if non-prism measurement is used, measurement at the corner The effect is that points can be measured.
  • the present invention relates to a surveying device and the like, and more particularly to non-prism measurement capable of measuring a measurement point at a corner.
  • An imaging device can be connected to the surveying device, and the arithmetic processing means determines an expression including the plane portion of the survey target from at least three points of measurement, and converts digital image data to which the plane portion belongs. By associating, the plane part can be specified and the three-dimensional position can be determined.

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Abstract

本発明は、反射光を利用し、測定目標までの距離と水平角及び高度角を測定するための測量装置等であり、測量装置には撮像装置が接続可能となっており、演算処理手段が、少なくとも3点の測定から、測量目標の平面部分が含まれる式を決定すると共に、その平面部分の属するデジタル画像データを関連付けることで、その平面部分を特定し、3次元位置を決定することができる。

Description

明細書 測量装置と電子的記憶媒体 技術分野
本 明は、 測量装置と電子的記憶媒体に係わり、 特に、 角部にある測定点を測 定可能なノンプリズム測定に関するものである。
背景技術
コーナーキューブ等の反射部材を使用しないノンプリズム型のト一夕ルステ一 シヨン （測量機） を使用して、 3次元測定を行う技術が開発されている。
しかしながら、 例えば、 建物の外観を測量する場合において、 建物のエッジ部 (角部） 等の測量は極めて困難であるという問題点があった。 これは、 ノンプリ ズム型のトータルステーション （測量機） からの射出されるレーザ一光等の測定 光により測定を行うため、 ェッジ部の測量は困難なためである。
発明の開示
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、 反射光を利用し、 測定目標までの 距離と水平角及び高度角を測定するための測量装置であり、 測量装置には撮像装 置が接続可能となっており、 演算処理手段が、 少なくとも 3点の測定から、 測量 目標の平面部分が含まれる式を決定すると共に、 その平面部分の属するデジタル 画像データを関連付けることで、 その平面部分を特定し、 3次元位置を決定する ことができる。
また本発明は、 平面部分を構成して交わる少なくとも 2直線部分のエッジを抽 出し、 このエッジの部分画像データに基づき、 最小二乗法又は条件付き最小二乗 法により直線を決定し、 この直線の交点を演算して前記平面部分の 3次元位置を 決定することもできる。
そして本発明は、 少なくとも 2平面部分が連続的に交わる場合に、 角を構成す る 3直線部分のエッジを抽出し、 このエッジの部分の画像データに基づき、 最小 二乗法又は条件付き最小二乗法により直線を決定し、 直線の交点である角を演算 して平面部分の 3次元位置を決定することもできる。 更に本発明は、 平面部分に直線部分を含む場合に、 その直線を指定することに より、 その直線の位置及び長さを演算することもできる。
また本発明は、 平面部分に直線で囲まれた窓を有する場合に、 その窓を指定す ることによりその窓を特定し、 その窓の位置及び形状を演算することもできる。 そして本発明は、 測量目標である平面部分上に位置するボイン卜がある場合に、 そのボイン卜の画像データの重心位置を求め、 測定された 3点と関連付けること で、 3次元位置を決定することもできる。
更に本発明は、 測量目標に正対する場合に、 1点の測定値から、 測定目標の平 面部分が含まれる式を決定すると共に、 その平面部分の属するデジタル画像デ一 夕を関連付けることで、 その平面部分を特定し、 3次元位置を決定することもで きる。
そして本発明は、 測量装置に備えられる望遠鏡の視準により、 平面部分が含ま れる直線又は窓を指定することもできる。
更に本発明は、 測量装置に備えられる表示部の画像をボイントすることにより、 平面部分に含まれる直線又は窓を指定することもできる。
また本発明のェヅジの抽出は、 ラブラシアン等の空間フィル夕を使用すること もできる。
そして本発明の 3次元測定方法は、 反射光を利用し、 測量目標までの距離と水 平角度及び高度角を測定するための測量装置であって、 この測量機には、 測定方 向のデジタル画像を得るための撮像装置が接続可能に構成され、 第 1工程では、 平面部分の少なくとも 3測定点を決定して測定し、 第 2工程では、 測定して得ら れた 3測定点の距離と角度のデ一夕から平面部分が含まれる式を決定し、 第 3ェ 程では、 平面部分の属するデジタル画像データを関連付け、 平面部分を特定する 画像デ一夕と平面部分が含まれる式とから平面部分の 3次元位置を決定すること ができる。
更に本発明の F D、 C D、 D VD、 R AM, R OM, メモリカード等の電子的 記憶媒体は、 反射光を利用し、 測定目標までの距離と水平角及び高度角を測定す るための測量装置と撮像装置とから得られるデ一夕を使用して、 3次元測定を行 うためのものであり、 演算処理手段を実行させて、 少なくとも 3点の測定から、 P T/JP2003/014353 一 3 - 測量目標の平面部分が含まれる式を決定すると共に、 その平面部分の属するデジ タル画像デ一夕を関連付けることで、 その平面部分を特定し、 3次元位置を決定 することができる。
図面の簡単な説明
図 1は、 本実施例の原理を説明する図である。 図 2は、 本実施例の原理を説明 する図である。 図 3は、 本実施例の原理を説明する図である。 図 4は、 本実施例 の原理を説明する図である。 図 5は、 本実施例の原理を説明する図である。 図 6 は、 本実施例の原理を説明する図である。 図 7は、 本実施例の原理を説明する図 である。 図 8は、 本発明の実施例の測量機 1 0 0 0を説明する図である。 図 9は、 本発明の実施例の測量機 1 0 0 0を説明する図である。 図 1 0は、 望遠鏡部 4を 説明する図である。 図 1 1は、 本実施例の動作を説明する図である。 図 1 2は、 本実施例の原理を説明する図である。
発明を実施するための最良な状態
【原理】
ここで、 図 1と図 2とに示す様に、 測定対象物である建物 2 0 0 0の角部 2 0 0 0 aの 3次元座標 （X、 Y、 Ζ ) を測定する例で説明する。 本発明の使用形態 として多いと思われる、 直線で構成される平面からなる建物 2 0 0 0等で説明す る
まず、 図 1に示す様に、 座標が既知である基準点 0点上に設置された測量機か ら建物 2 0 0 0を構成するひ面を視準する。 ひ面上のほぼ≡角形を形成する任意 の 3点 （予備測定点） を運び、 各点までの距離 '水平角及び高度角を測定する。 測定データにより予備測定点が含まれる平面の式を算出する。 予備測定点が含 まれる平面には、 ひ面が含まれている。
なお、 ノンプリズムの測量機により建物等の平面の測定については、 本願出願 人による特開平 2 0 0 0 - 9 7 7 0 3号に記載されている。
また、 測定と共に撮像装置 1 0 0により、 測定対象である建物 2 0 0 0のデジ タル画像データを得る。
そして、 画像と視準が同軸の構成では、 画像中心と視準中心とがー致している ので、 画像上の位置は、 視準中心に対する水平と高度の角度で表すことができる。 そして、 視準中心の水平角データ及び高度角デ一夕に基づき、 画像上の位置は、 水平角と高度角で算出される。
デジタル画像データを得るための画像センサ等の撮像素子は、 格子状に配列さ れた画素 （ピクセル） から構成され、 画像上に配列される各画素の位置は既知と なっている。
直線で構成される建物等の角を求める場合、 各画素の受光のバラヅキに基づき、 最小自乗法又は条件付き最小自乗法を用いて直線の式を導き出し、 画像上での交 点の位置、 画像中心に対する水平と高度の角度を求めることができる。 求められ た水平と高度の角度は、 視準中心に対するひ面にある建物の角の水平角と高度角 に一致する。 視準中心の水平角デ一夕と高度角データが既知であるので、 建物の 角の水平角デ一夕と高度角データは直ちに求まる。 そして、 視準中心点の距離が 測定されると、 先に求めたひ面の式により、 建物の角の三次元位置を求めること ができる。
なお画像と視準とが、 同軸でない場合には、 適宜の補正を施すこともできる。 第 1の撮像素子 1 1 0は広角の画像を撮像し、 第 2の撮像素子 1 2 0は挟角の 画像を撮像する。 広角の画像と狭角の画像とは、 それそれ関連付けられている。 広角の画像は全体像又は近景を撮影するのに適しており、 狭角の画像は例えばそ の一部を拡大したり又は遠景を撮影するのに適している。
なお、 望遠鏡の倍率をズーム式に構成すれば、 第 1の撮像素子 1 1 0と第 2の 撮像素子 1 2 0とを共用として、 1つの撮像素子から構成することもできる。 . 更に予備測定点 A付近の望遠鏡の像は図 2に示す様になつており、 十字線に合 わせることにより、 窓付近の予備測定点を決定することもできる。
デジタル画像上の位置と測量による予備測定点の測定データとは関連付けられ ている。 予備測定点か属するひ面は直線により区切られ一面を構成している。 建 物の位置、 測地上の座標位置を特定する場合、 特にビルディングは箱状のものが 多く、 角を特定すれば、 その座標は容易に得られる。
まず、 画像デ一夕のひ面を構成する直線のエッジを画像処理で抽出する。 この エッジの抽出には、 例えば、 ラプラシアン等の空間フィルタを使用して、 エッジ を強調する。 このラプラシアンは、 微分画像を用いてエッジを強調するものであ る。
そして、 画像データに基づいて建物 2 0 0 0の上壁部で形成される第 1直線 L 1と、 第 2直線 L 2の 2つの直線を定め、 この 2つの直線の交点と画像上の予備 測定点の位置との関係から、 角部 2 0 0 0 aの座標 （X、 Y、 Ζ ) を求める。 予備測定点の位置は、 基準点から見た、 既知点からの水平角 （方向角） 、 高度 角により特定される。
2つの直線は、 ばらつきのある画像データに最小 2乗法を適用して直線の式を 求める。
この直線の決定には、 例えば、 最小 2乗法から求めることができる。
直線の式を; = a x + b
とすれば、 第 1直線 L 1と第 2直線 L 2との 2つの直線で説明したが、 3本以上 の直線を設定し、 その交点を求めてもよい。
この場合には、 交点の精度を高めることができるという効果がある。
以下に最小 2乗法により、 2つの直線の a、 bを定めることができる。 なお最 小 2乗法は、 条件付き最小 2乗法、 重み付き最小 2乗法とすることにより、 更に 精度良く直線を求め、 座標を求めることができる。条件付き最小 2乗 は、 例え ば、 ビルの外観は垂直の直線で構成されていると条件付けることにより、 建物の 角は直線上にあり、 結ぶ線は直線として求められ、 垂直に立っていると求められ る。 条件付けることで、 画像光学系の歪の影響を最小にする事が可能となると共 に、 計算過程を容易にすることもできる。 更に、 画素単位の受光検出を考慮した 重み付き最小 2乗法を加えることにより、 より精度を高めて求めることもできる。
'数 1」 最小 -乗法の解法； ν = β% +ろの場合
または AX二: B
Figure imgf000006_0002
Vi (Xi + b)—y>i とすると
または V二 AX— B
Figure imgf000006_0001
∑^2ニ ^^ =最小
-^^=0 ··· AfAX二
Figure imgf000007_0002
n∑xiy - ( ) (∑ -,·) A (¾ ) (¾)一 (¾) ( ml β二— 2- ( f， り一 2- (¾" 第 1直線 L 1を
y = aix + b 1 、式 1)
第 2直線 L 2を
Figure imgf000007_0001
とすれば、
この 2つの直線の交点が、 エッジ部分である建物 2000の角部 2000 aと 仮想的に、 決定することができる。
更に、 基準点に置かれた測量機 1000による予備測定点 200 Obまでの距 離と、 水平角 （方向角） 、 高低角のデータを使用すれば、 測定点の 3次元座標 ( X、 Υ、 Ζ) を演算することができる。
即ち、 測量機 1000の基準位置の座標、 方向角に基づいて、 予備測定点 20 00bの 3次元座標 (Xbs Yb、 Zb) を測定することができるので、 同一平面上 にある建物 2000の角部 2000 aの 3次元座標 （X、 Y、 Ζ) を演算するこ とができる。
なお、 画像処理のみでは精度は得られない。 例えば、 建物等の画像のエッジ部 分は直線であるが、 部分的に受光する画素もあり、 画像を形成するデ一夕は直線 状にばらついている。 そのため画像データに基づいて、 建物の角位置を求める場 合、 配列される画素以上の精度は得られない。
以上は、 測定目標である建物 2000等を斜めに視準している場合である。 こ れが略正対している状態であり、 平面部分に対して略垂直に視準している場合に は、 正確には 3点の測量が必要であるが、 1点の測量であっても事実上問題ない。 1点の測量の場合には、 3点の測量に代えて 1点でも可能である。 2003/014353
- 7 - 更に説明では、 直線のエッジ検出に基づいて平面部分を決定したが、 平面の部 分にある交点或いは単なるボイントの重心位置を画像デ一夕から検出して、 その 交点或いはボイントの 3次元位置を決定することも可能である。
【実施例 3
以下、 本発明の実施例を図面により説明する。
図 8と図 9とに示す様に測量機 1 0 0 0は、 ト一タルステーションであり、 角 度 （鉛直角及び水平角） を検出する電子セォドライ トと、 光波距離計を内蔵する ものである。
測量機 1 0 0 0は、 望遠鏡部 4と、 望遠鏡部 4を上下回転できるように支持す る托架部 3と、 托架部 3を水平回転できるように支える基盤部 2とから構成され ている。 基盤部 2は、 整準台 5を介して三脚等に取付可能となっている。
測量機 1 0 0 0には、 操作 ·入力部 5 0 0 0に一部である操作パネル 7が形成 され、 表示部 4 3 0 0の一部となるディスプレイ 6が取り付けられている。 更に、 望遠鏡部 4には、 対物レンズ 8が露出している。
撮像装置 1 0 0は、 画像装置デ一夕をデジタルデータに変換するためのもので あり、 例えば、 デジタルカメラ等の電子カメラである。 この撮像装置 1 0 0は、 広角の画像を撮像するための第 1撮像装置 1 1 0と、 挟角の画像を撮像するため の第 2撮像装置 1 2 0とから構成されている。
ここで図 1 0に基づいて、 望遠鏡部 4の光学的構成を説明する。
望遠鏡部 4は、 対物レンズ 8と、 ダイクロイヅクミラ一 2 0と、 コンデンサレ ンズ 4 1と、 第 3のハーフミラー 3 3と、 第 1画像センサ 2 1 0と、 第 2画像セ ンサ 2 2 0と、 合焦レンズ 1 2とから構成されている。
ダイクロイヅクミラ一 2 0は、 第 1のプリズム 2 1と第 2のプリズム 2 2と第 3のプリズム 2 3とから形成され、 第 1のハーフミラ一 2 4と第 2のハーフミラ —2 5が形成されている。
対物レンズ 8から入射した光は、 ダイクロイツクミラー 2 0に入り、 測定光と 可視光の一部の光は、 第 1のハ一フミラ一2 4で反射され、 コンデンサレンズ 4 1を介して、 第 1画像センサ 2 1 0と第 2画像センサ 2 2 0とに結像する様に構 成されている。 03 014353
- 8 - 第 2のハーフミラー 2 5では、 測定光のみが反射され距離が測定される。 コンデンサレンズ 4 1を通過した光は、 第 3のハーフミラ一 3 3で一部の光が 反射され、 第 2の画像センサ 2 2 0に結像する様になつている。 また、 第 3のハ —フミラ一 3 3を透過した光は、 第 1画像センサ 2 1 0に結像する様になつてい る
第 1画像センサ 2 1 0と第 2画像センサ 2 2 0で受光された受光信号は、 制御 演算部 4 0 0 0により、 表示部 4 3 0 0に表示可能に構成されている。 なお、 第 1画像センサ 2 1 0は第 1撮像装置 1 1 0に対応し、 第 2画像センサ 2 2 0は第 2撮像装置 1 2 0に対応するものである。
第 1のハーフミラ一 2 4を透過した光は、 合焦レンズ 1 2を介して、 接眼部に 導く様に構成されている。
次に図 8に基づいて、 本実施例の測量機 1 0 0 0の電気的構成を説明する。 測量機 1 0 0 0は、 測距部 1 1 0 0と、 角度測定部 1 4 0 0と、 記憶部 4 2 0 0、 表示部 4 3 0 0と、 駆動部 4 4 0 0と、 制御演算部 4 0 0 0と、 操作 ·入力 部 5 0 0 0とから構成されている。 ここで、 記憶部 4 2 0 0はデータ、 プログラ ム等を記憶するためのものである。 表示部 4 3 0 0と操作 ·入力部 5 0 0 0とに より、 使用者が、 測量機 1 0 0 0を操作等することができる。
測距部 1 1 0 0はノンプリズムタイプの光波距離計が使用されている。 測距部 は、 1 1 0 0発光部 1 1 1 0と受光部 1 1 2 0とを備えており、 発光部 1 1 1 0 から発光した測距光が、 測定対象物の方向へ射出する。 測定対象物からの反射光 が受光部 1 1 2 0に入射する様に構成されており、 測定対象物までの距離を測定 することができる。
即ち、 測量機 1 0 0 0から測定対象物までの距離は、 発光部 1 1 1 0がパルス 発光してから、 受光部 1 1 2 0で受光されるまでの時間差により算出される。 な お、 この演算は制御演算部 4 0 0 0で実行される。
測角部 1 4 0 0は、 鉛直角測角部 1 4 1 0と水平角測角部 1 4 2 0とから構成 されている。 本実施例では、 回動部に取り付けられたロー夕と、 固定部の形成さ れたステ一夕とからなる水平角エンコーダと、 鉛直角エンコーダとが使用されて いる。 なお測角部 1 4 0 0は、 角度検出器に該当するものである。 駆動部 4 4 0 0は、 水平駆動部 4 4 1 0と高低駆動部 4 4 2 0とから構成され ており、 測量機 1 0 0 0をモ一夕により、 水平方向及び高低方向に回転させるこ とができる。
制御演算部 4 0 0 0は、 C P U等を含み、 各種演算等を実行するものである。 次に図 3と図 6に示す様に、 測定対象物である建物 2 0 0 0の角部 2 0 0 0 a の 3次元座標 （X、 Y、 Ζ ) を測定する例で説明する。
図 1 1に示す様に、 まずステップ 1 (以下、 S 1と省略する） では、 図 3の角 部 2 0 0 0 aの付近の壁面を予備測定点 A、 B、 Cとして 3点を適宜決定する。 次に、 測量機 1 0 0 0の距離測定部 1 1 0 0により、 予備測定点 A、 B、 Cまで の距離と水平角と高低角を測定すると共に、 撮像装置 1 0 0で測定対象物である 建物 2 0 0 0を撮像する。 撮像装置 1 0 0は、 第 1撮像装置 1 1 0が広角の画像 を撮像し、 第 2撮像装置 1 2 0が挟角の画像を撮像することができるので、 必要 に応じて選択する。
次に S 2では、 測量機 1 0 0 0の演算部 1 3 0 0が、 撮像装置 1 0 0から得ら れた画像から、 測量機 1 0 0 0で計測した予備測定点 A、 B、 Cの付近の直線を 指定する。 即ち、 建物 2 0 0 0の角を構成する直線を抽出する。
測量機 1 0 0 0の演算部 1 3 0 0が、 ラプラシアン等の空間フィル夕を使用し てエッジを強調することができる。
更に S 3では、 測量機 1 0 0 0の演算部 1 3 0 0が、 建物 2 0 0 0の角を構成 する第 1直線 L 1と、 第 2直線 L 2の 2つの直線を定める。 この直線の決定には、 例えば、 最小 2乗法又は条件付き最小自乗法から求めることができる。
次に S 4では、 測量機 1 0 0 0の演算部 1 3 0 0が、 予備測定点と 2つの直線 の交点から、 角部 2 0 0 0 aの座標 （X、 Y、 Ζ ) を求めることができる。
即ち、 測量機 1 0 0 0により、 予備測定点 A、 B、 Cの 3次元座標を測定する ことができるので、 A、 B、 Cにより特定された同一平面上にある建物 2 0 0 0 の角部 2 0 0 0 aの 3次元座標 （X、 Y、 Ζ ) を、 測量機 1 0 0 0の演算部 1 3 0 0が演算することができる。
更に望遠鏡の像は図 4に示す様になつており、 直線部分近くに十字線を合わせ ることにより、 第 1直線 L 1付近の予備測定点 Α ( 1、 ^ 1 ) , 第 2直線 L 2 付近の測定点 B ( 2、 /32) を決定することもできる。 また図 5に示す様に、 角付近の測定点 C (ひ 3、 ^ 3) に十字線を合わせることにより決定することも できる。
高さ （奥行き） Zの演算方法を、 図 12に基づいて説明する。
三角形 i P 2 P 3から形成される平面の方程式は、 以下の様になる。
a， X + b' Y+c， =Z (式 3)
ここで、 Pi (xi、 u z i)、 P2 (X 2、 y2、 z∑)、 Pa (xa、 y3、 z 3) が既知とすると、
「数 2」
Figure imgf000011_0001
(式 4)
この式 4の連立方程式を解き、 a' 、 b' 、 c5 を求めることができる。
a，、 b，、 c' を決定されると、 三角形内 （P P2、 P3) の全点の標 高は、
z j = a ' x j + b ' y j + c 5
より計算することができる。 これを T IN (三角網） という。
図 7は角部がない場合の建物である。 この場合は、 建物 2000の直交する 2 平面を求め、 その直線部分を延長して角部を想定して、 3次元位置を算出して位 置座標を求める。 更に、 図 3の窓部は直線により囲まれた部分であり、 窓を指定 した場合には直線の式を応用して、 面に対する窓部分の位置及び形状が特定で きる。
また平面部分に直線部分を含む場合に、 その直線を指定することにより、 その 直線の位置及び長さを演算する構成にすることもできる。
更に、 平面部分に直線で囲まれた窓を有する場合に、 その窓を指定することに 3
- 11 - よりその窓を特定し、 その窓の位置を演算する構成にすることもできる。
そして、 測量装置に備えられる望遠鏡の視準により、 平面部分が含まれる直線 又は窓を指定する構成にすることもできる。
また、 測量装置に備えられる表示部の画像をポイントすることにより、 平面部 分に含まれる直線又は窓を指定する構成にすることもできる。
なお、 測量機 1 0 0 0の演算部 1 3 0 0が演算する手順を記憶したプログラム を、 F D、 C D、 D VD、 RAM, R〇M、 メモリカード等の電子的記憶媒体に 格納することができる。
そして精度を高める場合には、 測量機 1 0 0 0と撮像装置 1 0 0との正確なキ ャリブレーシヨンを行う必要がある。
以上の様に構成された本発明は、 反射光を利用し、 測定目標までの距離と水平 角及び高度角を測定するための測量装置であって、 この測量装置には水平角及び 高度角に関連付けられたデジタル画像を得るための撮像装置が接続可能に構成さ れており、 少なくとも 3点の測定から、 測量目標の平面部分が含まれる式を決定 すると共に、 その平面部分の属するデジタル画像デ一夕を関連付けることで、 そ の平面部分を特定し、 3次元位置を決定するための演算処理手段を備えて構成さ れているので、 ノンプリズム測定を使用しても、 角部にある測定点が測定可能と なるという効果がある。
産業上の利用可能性
本発明は、 測量装置等に係わり、 特に、 角部にある測定点を測定可能なノンプ リズム測定に関するものである。 この測量装置には撮像装置が接続可能となって おり、 演算処理手段が、 少なくとも 3点の測定から、 測量目標の平面部分が含ま れる式を決定すると共に、 その平面部分の属するデジタル画像データを関連付け ることで、 その平面部分を特定し、 3次元位置を決定することができる。

Claims

言青求の範囲
1。 反射光を利用し、 測定目標までの距離と水平角及び高度角を測定するため の測量装置であって、 この測量装置には、 水平角及び高度角に関連付けられたデ ジ夕ル画像を得るための撮像装置が接続可能に構成されており、 少なくとも 3点 の測定から、 測量目標の平面部分が含まれる式を決定すると共に、 その平面部分 の属するデジタル画像データを関連付けることで、 その平面部分を特定し、 3次 元位置を決定するための演算処理手段を備えた測量装置。
2。 平面部分を構成して交わる少なくとも 2直線部分のエッジを抽出し、 この エッジの部分画像デ一夕に基づき、 最小二乗法又は条件付き最小二乗法により直 線を決定し、 この直線の交点を演算して前記平面部分の 3次元位置を決定する請 求項 1記載の測量装置。
3。 少なくとも 2平面部分が連続的に交わる場合に、 角を構成する 3直線部分 のエッジを抽出し、 このエッジの部分の画像デ一夕に基づき、 最小二乗法又は条 件付き最小二乗法により直線を決定し、 直線の交点である角を演算して前記平面 部分の 3次元位置を決定する請求項 1記載の測量装置。
4。 平面部分に直線部分を含む場合に、 その直線を指定することにより、 その 直線の位置及び長さを演算する請求項 1記載の測量装置。
5。 平面部分に直線で囲まれた窓を有する場合に、 その窓を指定することによ りその窓を特定し、 その窓の位置及び形状を演算する請求項 1記載の測量装置。
6。 測量目標である平面部分上に位置するポイントがある場合に、 そのポイン トの画像デ一夕の重心位置を求め、 測定された 3点と関連付けることで、 3次元 位置を決定する請求項 1記載の測量装置。
7。 測量目標に正対する場合に、 1点の測定値から、 測定目標の平面部分が含 まれる式を決定すると共に、 その平面部分の属するデジタル画像データを関連付 けることで、 その平面部分を特定し、 3次元位置を決定する請求項 1記載の測量 装置。
8。 測量装置に備えられる望遠鏡の視準により、 平面部分が含まれる直線又は 窓を指定する請求項 4又は請求項 5記載の測量装置。 9。 測量装置に備えられる表示部の画像をポイントすることにより、 平面部分 に含まれる直線又は窓を指定する請求項 4又は請求項.5記載の測量装置。
1 0。 エッジの抽出は、 ラプラシアン等の空間フィル夕を使用する
請求項 1記載の測量装置。
1 1。 反射光を利用し、 測量目標までの距離と水平角度及び高度角を測定するた めの測量装置であって、 この測量機には、 測定方向のデジタル画像を得るための 撮像装置が接続可能に構成され、 平面部分の少なくとも 3測定点を決定し測定す る第 1工程、 測定して得られた前記 3測定点の距離と角度のデ一夕から前記平面 部分が含まれる式を決定する第 2工程と、 前記平面部分の属するデジタル画像デ —夕を関連付ける第 3工程と、 前記平面部分を特定する画像デ一夕と平面部分が 含まれる式とから前記平面部分の 3次元位置を決定する 3次元測定方法。
1 2。 反射光を利用し、 測定目標までの距離と水平角及び高度角を測定するため の測量装置と撮像装置とから得られるデータを使用して、 3次元測定を行うため のものであり、 演算処理手段を実行させて、 少なくとも 3点の測定から、 測量目 標の平面部分が含まれる式を決定すると共に、 その平面部分の属するデジタル画 像デ一夕を関連付けることで、 その平面部分を特定し、 3次元位置を決定する手 順を示すプログラムが記憶されている F D、 C D、 D VD, R AMs R OM, メ モリ力一ド等の電子的記憶媒体。
1 3。 平面部分を構成して交わる少なくとも 2直線部分のエッジを抽出し、 この エッジの部分画像デ一夕に基づき、 最小二乗法又は条件付き最小二乗法により直 線を決定し、 この直線の交点を演算して前記平面部分の 3次元位置を決定する請 求項 1 0記載の電子的記憶媒体。
1 4。 少なくとも 2平面部分が連続的に交わる場合に、 角を構成する 3直線部分 のエッジを抽出し、 このエッジの部分の画像デ一夕に基づき、 最小二乗法又は条 件付き最小二乗法により直線を決定し、 直線の交点である角を演算して前記平面 部分の 3次元位置を決定する請求項 1 0記載の電子的記憶媒体。
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