WO2005017644A2 - ３次元測量装置及び電子的記憶媒体 - Google Patents

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    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional surveying device or the like for calculating a three-dimensional coordinate data by a surveying device and an imaging device.
  • the position of a corresponding point is determined by the surveying device and stereoscopic display is possible.
  • the present invention relates to a dimension surveying device.
  • an imaging means such as a digital camera and a reference structure having a known size are used.
  • a reference structure is placed near the object to be measured, and the camera shoots the reference structure from two or more directions.
  • This camera is equipped with an inclinometer for measuring the front, rear, left and right tilt of the image.
  • the reference structure has a known size. For example, a triangular structure is used. The position where the image is taken by the camera and the position where the reference structure is placed are the positions measured in advance.
  • the object to be measured and the reference structure are photographed simultaneously. From the reference structure, the photographing position, and the position on the photographed image, the relationship is determined by absolute orientation, and the three-dimensional coordinates of the measurement target object are calculated.
  • the present invention has been devised in view of the above problems, and provides a surveying device for measuring a position of a collimation target from a distance and an angle, and a measurement pair including the collimation target from a plurality of different directions.
  • An imaging device for acquiring an image of an elephant; performing matching of the image of the imaging device with the collimation target as a corresponding point; and a position of the collimation target measured by the surveying device; and
  • An operation processing means is provided for associating the collimated target with the performed image and calculating three-dimensional coordinate data of the measurement object based on the association.
  • the surveying instrument placed at the known point measures the positions of at least six collimation targets, and the arithmetic processing means corrects the inclination or rotation of the imaging device, and the position of the collimation targets
  • the position of the imaging device may be obtained from the image of the imaging device and the three-dimensional coordinate data of the measurement object acquired by the imaging device may be calculated.
  • the collimating target of the present invention may be made of a material having retroreflective properties, and may have a structure in which marks for facilitating collimation are formed on the surface thereof.
  • the mark according to the present invention includes a sign portion recognizable from an image of the imaging device and a symbol recognizable by an operator.
  • the mark of the present invention can be composed of a cross mark for facilitating collimation, visually identifiable characters, and an electrically readable code.
  • the visually identifiable characters are numbers, and the electrically readable code is a bar code.
  • the three-dimensional surveying method of the present invention includes: a first step of measuring a position of a collimation target from distance data and angle data by a surveying device; and acquiring images including the collimation target from different directions by a plurality of imaging devices.
  • the method includes a fourth step of associating the collimation target with the target and a five step of calculating a three-dimensional coordinate data of the measurement object based on the association obtained in the fourth step.
  • the three-dimensional surveying device of the present invention includes a surveying device for measuring the position of the collimation target from the distance and the angle and acquiring an image including the collimation target, and the collimation target from a plurality of different directions.
  • An imaging device for acquiring an image of the measurement object; matching between the image acquired by the surveying device and the image acquired by the imaging device; and matching of the image of the imaging device with the collimation target as a corresponding point.
  • the surveying instrument measures Calculating means for associating the collimated target position with the collimated target in the image obtained by matching the imaging device, and calculating three-dimensional coordinate data of the measurement object based on the association; It is composed of
  • the electronic storage medium of the present invention reads the distance data and the angle data of the collimation target measured by the surveying device, and includes a plurality of imaging devices including the collimation target captured from different directions. The image data is read, the image of the imaging device is mapped with the collimation target as a corresponding point, and the position of the collimation target measured by the surveying device and the collimation target in the image after the matching are performed. And a program showing a procedure for calculating the three-dimensional coordinate data of the object to be measured based on the association.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the target mark 2000 of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the surveying instrument 1000 of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the surveying instrument 100 of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of the surveying instrument 100 of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the present embodiment.
  • the first embodiment is a three-dimensional measuring apparatus using an evening gate mark 2000 as a pass point.
  • a total station capable of measuring the distance to the reflecting prism placed at the geodetic point is used.
  • the pass point of the stereo image is used and the reflective prism is used in place of the reflective prism, a 2000 mark that is drawn on a reflective sheet is used.
  • the camera rotates around three axes (X-axis, Y-axis, and Z-axis) around the camera, in front, back, left, and right.
  • the tilt of these cameras is expressed as ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ; roll, pitch, single angle).
  • the surveying instrument 100 is installed at a known point away from the measurement object 100 000 and at a position where the evening get mark 2000 is measured.
  • the known point in this case is a point having a coordinate position including the height, which is obtained from the GPS device, the survey reference point, and the like. Place a tripod on a known point, mount a surveying instrument 100 on the tripod, and measure the machine height. This machine height is the actual height at which the survey is performed.
  • the second known point is collimated by the surveying instrument 1000 and used as a reference point for measuring the horizontal angle. Then, collimate from evening gates 200 a to evening gates 200 f and then evening gates 200 a to evening gates 200 Measure horizontal angle, altitude angle and distance to 0 f.
  • mutual evaluation means that the relative points of the digital cameras 300 that have taken the left and right images can be obtained by designating the corresponding points (pass points) of the left and right images. it can. Thereby, a three-dimensional coordinate system centered on the optical axis of the left camera can be defined. Thereby, a three-dimensional coordinate system centered on the optical axis of one digital camera 300 can be defined.
  • the coordinates of the pass point obtained by surveying with the surveying instrument 1000 are given to the model coordinate system obtained by the mutual evaluation, and the absolute evaluation for conversion to the ground coordinate system is performed.
  • Absolute rating is the work of transforming the model coordinate system obtained by the mutual rating into the coordinate system on the ground, and by giving the points on the image three-dimensional coordinate values measured on the ground Can be.
  • the photograph taken by the digital camera 300 is a center projection photograph having different magnifications between the center and the periphery, it is converted into an orthographic image projected in parallel after the absolute evaluation.
  • Orthophoto is a photo taken with a camera, which is a central projection photo, while a orthographic projection of the central projection photo is called an orthophoto. Since the central projection photograph is taken through a lens, the scale of the entire photograph is not uniform like a map. On the other hand, since orthophotos are obliquely projected, they have the same scale and can be handled in the same way as maps.
  • the image of the digital camera 300 is composed of data in small pixel units, and coordinates are given to each of them by mutual rating and absolute rating.
  • a two-dimensional display such as a display
  • shading is added according to the three-dimensional coordinates.
  • coordinates in pixel units are newly calculated and displayed as operations such as rotation.
  • the first embodiment relates to a three-dimensional surveying device capable of calculating a three-dimensional coordinate data by the surveying instrument 1000 and the digital camera 3000 and capable of displaying stereo. is there.
  • a is the inclination (rotation angle of the three axes) of the digital camera 300 ( ⁇ , ⁇ , roll, pitch, (Angle)
  • ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) is the three-dimensional data measured by the surveying instrument 100
  • (Xc, Yc, Zc) is the surveying instrument 100
  • FIG. 3 is an enlarged view of the target mark 2000.
  • the base is composed of a retroreflective sheet.
  • a crosshair 2100 representing a collimation point and a circle centered on the crosshair also facilitating collimation are drawn.
  • a bar code 2200 is drawn above the circle so that it can be easily read when converted to an image.
  • a figure 230 is drawn to help the measurer identify the evening get mark 20000.
  • An adhesive is stuck on the back of the evening gate 2000 so that it can be stuck to any object. Further, it may be combined with other attaching means other than the adhesive, and for example, it may be configured to be attached to a magnet on a sheet.
  • the evening gate 20000 corresponds to the collimation target, and a circle centered on the crosshair 2100 corresponds to a mark that facilitates collimation.
  • the bar code 2200 corresponds to a sign portion that can be recognized from the image data of the imaging device, and the numeral 2300 corresponds to a symbol that can be identified by the worker. is there. Further, the bar code 222 is equivalent to an electrically readable code.
  • the surveying instrument 100 is a total station, which incorporates an electronic secondary light that detects angles (vertical and horizontal angles) and a lightwave distance meter.
  • the surveying instrument 1000 and the digital camera 300 are configured separately.
  • the surveying instrument 1100 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 unit 4200 This is for storing programs and the like.
  • the display section 4300 and the operation / input section 500000 allow the user to operate the surveying instrument 10000.
  • the distance measuring unit 1100 is for measuring the distance to the distance measuring target from the phase difference, time difference, and the like of the reflected light.
  • the distance measuring unit includes a light emitting unit 110 and a light receiving unit 110, and the distance measuring light emitted from the light emitting unit 110 is emitted toward the object to be measured. . It is configured so that the reflected light from the object to be measured is incident on the light receiving unit 1120, and 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 140 is for calculating the horizontal angle and the elevation angle, and is composed of a vertical angle measuring section 14410 and a horizontal angle measuring section 14420.
  • the vertical angle measuring unit 1410 can detect the amount of high / low rotation as horizontal or zenith using, for example, a high / low angle encoder.
  • the horizontal angle measuring unit 14420 can be detected by the horizontal angle encoder as a horizontal rotation amount from a reference direction, for example.
  • These encoders are composed of, for example, a rotatable member attached to a rotating portion, and a stay having a fixed portion.
  • the angle measuring unit 1400 which is composed of the vertical angle measuring unit 1410 and the horizontal angle measuring unit 1420, calculates the horizontal angle and the elevation angle based on the detected horizontal rotation amount and height rotation amount. It is configured to calculate
  • 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.
  • a program that stores the procedure performed by the calculation unit 1300 of the surveying instrument 1000 can be stored in an electronic storage medium such as an FD, a CD, a DVD, a RAM, a ROM, and a memory card. .
  • the surveying instrument 1000 can rotate the telescope unit 4 and the telescope unit 4 up and down. And a base 2 for supporting the support 3 so that it can rotate horizontally.
  • the base 2 can be attached to a tripod or the like via the leveling table 1.
  • an operation panel which is a part of the operation / input unit 500 is formed, and a display which is a part of the display unit 450 is attached. Further, an objective lens is exposed in the telescope unit 4.
  • a second embodiment in which the evening get mark 2000 is not used as a pass point will be described with reference to FIGS.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that a surveying instrument 100 is equipped with an imaging device 100.
  • the surveying instrument 100 is provided with an imaging device 100 that can capture the collimation direction as an image.
  • an imaging device 100 that can capture the collimation direction as an image.
  • a surveying instrument having a non-prism function that captures direct reflection from a natural object and does not require a reflecting prism is used.
  • the surveying instrument 1000 collimates an arbitrary part of the measurement object, measures the distance, and similarly measures the horizontal angle and the elevation angle. Then, the imaging device 100 acquires an image of the survey point. Since the collimation point is the center of the optical axis, it coincides with the center of the image. Since the survey points are pass points, at least 6 survey values and images are acquired.
  • images are obtained from at least two directions using the digital camera 30000 as in the first embodiment.
  • the image of the digital camera 300 and the image acquired by the surveying instrument 1000 are matched. Matching is performed by correcting the magnification, brightness, and rotation, and the collimation position is used as the pass point of the power image.
  • the imaging device 100 is for converting imaging device data into digital data, and is, for example, a solid-state imaging device such as a CCD.
  • This imaging device 100 is C It comprises an image sensor 110 constituted by a CD or the like, and an image circuit 120 for forming an image signal from an output signal of the image sensor 110.
  • the surveying instrument 1000 is composed of an imaging device 100, a distance measuring unit 110, an angle measuring unit 140, a storage unit 420, a display unit 4300, and a driving unit. 4 ′ 400, a control operation unit 40000, and an operation ′ input unit 500 000.
  • the storage unit 42 is for storing data, programs, and the like.
  • the input unit 500000 allows the user to operate the surveying instrument 10000.c Except for the imaging device 1100, the first embodiment The description is omitted here. Next, the operation of the present embodiment will be described based on FIG.
  • target marks 2 0 0 0a, 2 0 0 0b, 2 0 0 0c, 2 0 0 0 d, 2 are set at at least 6 positions as pass points of the measurement object 1 0 0 0 0 Place 0 00 e and 2 00 f and measure them.
  • a deviation correction image for associating the pass point of the stereo image is created.
  • the creation of the bias correction image in S82 is performed by oblique transformation.
  • the oblique transformation is a transformation in which the photographic coordinates of a point on the light receiving element of the digital camera 300 are projected on another plane.
  • feature points are extracted from one image, the other image is searched on the same horizontal line, and corresponding points are searched.
  • the absolute coordinates of the pass coordinates obtained by surveying with the surveying instrument 1000 are given to the model coordinate system obtained by the mutual evaluation, and the absolute coordinates are converted to the ground coordinate system.
  • Absolute rating is the process of transforming the model coordinate system obtained by the mutual rating into the coordinate system on the ground, and by giving the points on the image three-dimensional coordinate values measured on the ground. Can be.
  • Orthophoto is a photograph taken with a camera, which is a center-projection photograph, while an orthographic projection of the center-projection photograph is called orthophoto. Since the central projection photograph is taken through a lens, the scale of the entire photograph is not uniform like a map. Orthophoto, on the other hand, is orthographically projected and therefore has a uniform scale and can be handled in the same way as a map.
  • the image of the digital camera 300 is composed of small pixel data, and coordinates are given to each one by mutual rating and absolute rating.
  • coordinates are given to each one by mutual rating and absolute rating.
  • shading is added according to three-dimensional coordinates.
  • the coordinate transformation the coordinates in the unit of a pixel are newly calculated and displayed as an operation such as rotation.
  • the present embodiment relates to a three-dimensional surveying device capable of calculating a three-dimensional coordinate data by the surveying instrument 1000 and the digital camera 3000 and capable of performing stereo display.
  • the present invention configured as described above provides a surveying device for measuring the position of a collimation target from a distance and an angle, and an image of a measurement target including the collimation target from a plurality of different directions.
  • An image pickup device for acquiring the position of the collimation target measured by the surveying device, and the image obtained by performing the matching.
  • a processing means for calculating the three-dimensional coordinate data of the object to be measured based on the correlation, so that the three-dimensional coordinate data can be obtained easily and accurately.
  • the present invention relates to a three-dimensional surveying device or the like for calculating three-dimensional coordinate data by a surveying device and an imaging device, and in particular, determines a position of a corresponding point by a surveying device and enables stereo display. be able to.

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Abstract

本発明は、測量装置と撮像装置とにより3次元座標データを演算するための3次元測量装置等であり、測量装置が、距離と角度とから視凖目標の位置を測定し、撮像装置が、異なる複数の方向から視準目標を含む測定対象物の画像を取得する様になっており、演算処理手段が、視凖目標を対応点として撮像装置の画像のマッチングを行い、測量装置が測定した視準目標の位置と、マッチングを行った画像にある視準目標とを関連付け、その関連付けに基づき測定対象物の3次元座標データを演算することができる。

Description

明細書
3次元測量装置及び電子的記憶媒体 技術分野
本発明は、 測量装置と撮像装置とにより 3次元座標デ一夕を演算するための 3 次元測量装置等に係わり、 特に、 測量装置により対応点の位置を決定し、 ステレ ォ表示が可能な 3次元測量装置に関するものである。
背景技術
従来、 厕像デ一夕から 3次元座標を得る場合には、 例えばデジタルカメラ等の 撮像手段と、 大きさが既知の基準構造物が使用される。 測定目標となる物体の近 傍に基準構造物が載置され、 この基準構造物を、 カメラで 2方向或いは複数の方 向から撮影する。 このカメラには、 画像の前後左右の傾きを測定するための傾斜 計が設けられている。 基準構造物は大きさが既知であり、 例えば三角形の構造物 が使用される。 カメラで撮影する位置及び基準構造物が載置される位置は、 予め 測量した位置とされる。
この撮影位置から、 測定目標となる物体と基準構造物とが同時に撮影される構 図で撮影する。 基準構造物と撮影位置と撮影画像上の位置とから、 絶対標定によ りその関係を求め、 測定目標となる物体の 3次元座標が算出している。
しかしながら、 上記従来の絶対標定を行うには、 予め大きさが既知の基準構造 物等を設置しなければならない。 また、 基準構造物を設置する位置、 撮影する力 メラの位置も測量しなければならない。 基準構造物を置くと共に、 カメラを設置 し、 更に測量も実施することは非常に面倒であり、 ましてや建物等の場合には、 サイズも巨大であり非常に困難を伴うという問題点があった。 更に、 傾きを検出 するための傾斜計を力メラに設けなければ撮影姿勢を計測することができず、 こ の様な特殊なカメラは極めて高価となるという問題点があつた。
発明の開示
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、 距離と角度とから視準目標の位置 を測定するための測量装置と、 異なる複数の方向から前記視準目標を含む測定対 象物の画像を取得するための撮像装置とを備え、 前記視準目標を対応点として前 記撮像装置の画像のマッチングを行い、 前記測量装置が測定した視準目標の位置 と、 前記マッチングを行った画像にある視準目標とを関連付け、 その関連付けに 基づき前記測定対象物の 3次元座標データを演算するための演算処理手段とを備 えている。
また本発明は、 既知点に置かれた測量装置が、 少なくとも 6つの視準目標の位 置を測定し、 演算処理手段が、 該撮像装置の傾き又は回転を補正し、 該視準目標 の位置と前記撮像装置の画像とから該撮像装置の位置を求め、 前記撮像装置の取 得した測定対象物の 3次元座標デ一夕を演算する構成にすることもできる。 更に本発明の視準目標は、 再帰反射性を有する素材からなり、 その表面には視 準を容易にするマークが形成されている構成にすることもできる。
そして本発明のマークは、 撮像装置の画像デ一夕から認識可能な標識部と、 作 業者が識別可能な記号とから構成されている請求項 3記載の 3次元測量装置。 また本発明のマークは、 視準を容易にする十字マークと、 視覚的に識別可能な 文字と、 電気的読み取り可能なコードとから構成することもできる。
そして、 視覚的に識別可能な文字は数字であり、 電気的読み取り可能なコ一ド はバ一コードである構成にすることもできる。
更に本発明の 3次元測量方法は、 測量装置による距離データと角度データとか ら視準目標の位置を測定する第 1工程と、 複数の撮像装置により前記視準目標を 含む画像を異なる方向から取得する第 2工程と、 前記視準目標を対応点として前 記撮像装置の画像のマッチングを行う第 3工程と、 前記第 1工程で測定した視準 目標の位置と前記マッチングを行った画像にある視準目標とを関連付ける第 4ェ 程と、 前記第 4工程で得られた関連付けに基づき前記測定対象物の 3次元座標デ 一夕を演算する 5工程とから構成されている。 '
また本発明の 3次元測量装置は、 距離と角度から視準目標の位置を測定すると 共に視準目標を含む画像を取得するための測量装置と、 異なる複数の方向から前 記視準目標を含む測定対象物の画像を取得するための撮像装置と、 前記測量装置 の取得した画像と前記撮像装置の取得した画像のマヅチングを行い、 前記視準目 標を対応点として前記撮像装置の画像のマッチングを行い、 前記測量装置が測定 した視準目標の位置と、 前記撮像装置のマッチングを行つた画像にある視準目標 とを関連付け、 その関連付けに基づき前記測定対象物の 3次元座標デ一夕を演算 するための演算処理手段とから構成されている。 ， そして本発明の電子的記憶媒体は、 測量装置が測定した視準目標の距離デ一夕 と角度デ一夕とを読み取り、 複数の撮像装置が、 異なる方向から撮像した前記視 準目標を含む画像デ一夕を読み取り、 前記視準目標を対応点として前記撮像装置 の画像のマッ ングを行い、 測量装置が測定した視準目標の位置と前記マッチン グを行つた画像にある視準目標とを関連付け、 この関連付けに基づき前記測定対 象物の 3,次元座標デ一夕を演算する手順を示すプログラムが記憶されて構成され ている。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明 第 1実施例を説明する図である。 図 2は、 本発明の第 1実施 例を説明する図である。 図 3は、 第 1実施例のターゲットマーク 2 0 0 0を説明 する図である。 図 4は、 第 1実施例の測量機 1 0 0 0を説明する図である。 図 5 は、 第 1実施例の測量機 1 0 0 0の構成を説明する図である。 図 6は、 本発明の 第 2実施例を説明する図である。 図 7は、 第 2実施例を説明する図である。 図 8 は、 第 2実施例の測量機 1 0 0 0の構成を説明する図である。 図 9は、 本実施例 の作用を説明する図である
発明を実施するための最良の形態
【実施例】 '
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
「第 1の実施例」 .
第 1の実施例は、 パスポイントに夕一ゲヅトマーク 2 0 0 0を用いる 3次元測 定装置である。
測量機 1 0 0 0としては、 測地地点に置いた反射プリズムまでの距離を測定す ることのできるトータルステーションを使用する。 また、 ステレオ画像のパスポ イントすると共に、 反射プリズムの代わりに使用することから、 反射シートにマ ークを描いた夕一ゲットマ一ク 2 0 0 0を使用する。
第 1実施例を図 1に基づいて説明する。 測定対象物 1 0 0 0 0のパスボイントとする少なくとも 6位置に夕一ゲヅトマ ーク 2 0 0 0 a、 2 0 0 0 b, 2 0 0 0 c , 2 0 0 0 d、 2 0 0 0 e、 2 0 0 0 fを載置するか、 接着剤等で貼付する。
任意の左右の位置からステレォ撮影する場合、 カメラを中心として前後左右、 光軸の 3軸 （X軸、 Y軸、 Z軸） に回転している。 これらのカメラの傾きは、 ( ω、 φ、 κ；ロール、 ピヅチ、 ョ一角） と表現される。
これらを変数として解く場合には、 数学的に既知である 6つのパスポイントを 必要とする。
次に、 測定対象物 1 0 0 0 0から離れた既知点であって、 夕一ゲットマ一ク 2 0 0 0を測定する位置に測量機 1 0 0 0を据え付ける。 こ ©場合の既知点は、 G P s装置や測量基準点等から求めた、 高さを含めた座標位置を持つ点である。 既知点上に三脚を置き、 三脚上に測量機 1 0 0 0を据え付け、 機械高さを測定 する。 この機械高さは、 測量を行う実質的高さである。
測量機 1 0 0 0で第 2の既知点を視準し、 水平角を測るため基準点とする。 そ して、 夕一ゲヅトマ一ク 2 0 0 0 a〜夕一ゲヅトマ一ク 2 0 0 0 f までを視準し、 夕一ゲヅトマ一ク 2 0 0 0 a〜夕一ゲットマ一ク 2 0 0 0 f までの水平角、 高度 角、 距離を測量する。
測量機 1 0 0 0を設置した既知点と、 第 2の既知点の距離、 既知点とターゲッ トマ一ク 2 0 0 0 a〜夕一ゲットマ一ク 2 0 0 0 fまでの距離、 基準点からの水 平角と高度角により、 夕一ゲヅトマ一ク 2 0 0 0 a〜夕一ゲヅトマ一ク 2 0 0 0 f の座標位置が確定する。
次に図 2に示す様に、 少なくとも左右の 2方向から、 デジタルカメラ 3 0 0 0 で測定対象物 1 0 0 0 0と共に夕ーゲヅトマーク 2 0 0 0 a〜夕ーゲットマ一ク 2 0 0 0 fを撮影する。
夕一ゲットマ一ク 2 0 0 0 a〜夕一ゲットマ一ク 2 0 0 0 fをパスボイントと して、 左右の画像を撮影したデジタルカメラ 3 0 0 0の相対関係を求める相互評 疋を仃う。
ここで相互評定とは、 左右の画像の対応点 （パスポイント） を指示することに より、 左右の画像を撮影したデジタルカメラ 3 0 0 0の相対関係を求めることが できる。 これにより、 左カメラの光軸を中心とした 3次元の座標系が定義できる これにより、 一方のデジタルカメラ 3 0 0 0の光軸を中心とした 3次元の座標 系が定義できる。
相互評定で得られたモデル座標系に、 測量機 1 0 0 0で測量して得たパスボイ ントの座標位置を与え、 地上の座標系に変換する絶対評定を行う。
ここで絶対評定とば、 相互評定で得られたモデル座標系を地上の座標系に変換 する作業であり、 画像上のポイントに、 地上で計測された 3次元座標値を与える ことにより変換することができる。
またデジタルカメラ 3 0 0 0で撮影した写真は、 中心と周辺との倍率が異なる 中心投影写真であるので、 絶対評定後、 平行に投影するオルソ画像に変換する。 ここでオルソ画像を説明する。 カメラで撮影した写真が中心投影写真であるの に対し、 中心投影写真を正斜投影したものをオルソフォトと呼んでいる。 中心投 影写真はレンズを通して撮影されているため、 地図のように写真全体の縮尺が均 一ではない。 これに対してオルソフォトは正斜投影ィ匕されているため縮尺が均一 であり、 地図と同様の取扱いができる。
デジタルカメラ 3 0 0 0の画像は小さなピクセル単位のデータから構成され、 相互評定、 絶対評定により、 その一個一個に座標が与えられる。 ディスプレイ等 の 2次元表示では 3次元座標に応じて陰影が付けられる。 座標変換ではピクセル 単位の座標が新たに計算され回転等の動作として表示される。
以上の様に本第 1実施例は、 測量機 1 0 0 0とデジタルカメラ 3 0 0 0とによ り 3次元座標デ一夕を演算し、 ステレオ表示が可能な 3次元測量装置に関するも のである。
なお、 測量機 1 0 0 0の計測デ一夕とデジタルカメラ 3 0 0 0の画像との関係 の 1例を説明する。
「数 1」
( X - Xc ) + a n ( Y Yc ) + ( Z - Zc )
X = - f
a - ( - Xc ) + a ( Y - Yc ) + a ( Z - Zc ) a- ( x 一 Xc ) + a ( Υ 一 Yc ) + a ( Z - Zc ) y 一 /
( X X ) + a 32 ( Y - Yc ) + a 33 ( Z Zc ) ここで、 では、 デジタルカメラ 3 0 0 0の焦点距離であり、 aは、 デジ夕ルカ メラ 3 0 0 0の傾き （3軸の回転角） である （ω、 φ、 ；ロール、 ピッチ、 ョ —角） であり、 （Χ、 Υ、 Ζ ) は、 測量機 1 0 0 0が計測した 3次元デ一夕であ り、 （X c、 Y c、 Z c ) は、 測量機 1 0 0 0に対するデジタルカメラ 3 0 0 0 の位置座標である。
図 3はターゲットマ一ク 2 0 0 0の拡大図である。 ベースは再帰反射シートで 構成されている。 シート上には視準点を表す十字線 2 1 0 0と、 同じく視準を容 易にする十字線を中心とした円が描かれている。 円の上方には画像に変換した時 に読み取りが容易となる様にバ一コード 2 2 0 0が描かれている。 円の下方には、 測定者が夕一ゲットマ一ク 2 0 0 0を識別するための数字 2 3 0 0が描かれてい る。
この夕ーゲヅトマ一ク 2 0 0 0の裏には接着剤が貼付され、 任意の対象物に貼 り付け可能となっている。 また接着剤以外の他の取り付け手段と組み合わせても よく、 例えばシート上の磁石に貼り付ける構成にすることもできる。
なお夕一ゲヅトマ一ク 2 0 0 0は、 視準目標に対応するものであり、 十字線 2 1 0 0を中心とした円は、 視準を容易にするマークに該当するものである。
またバーコ一ド 2 2 0 0は、 撮像装置の画像デ一夕から認識可能な標識部に相 当するものであり、 数字 2 3 0 0は、 作業者が識別可能な記号に該当するもので ある。 更にバーコード 2 2 0 0は、 電気的読み取り可能なコードに相当するもの である。
図 4と図 5に示す様に測量機 1 0 0 0は、 トー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。
- なお本実施例では、 測量機 1 0 0 0とデジタルカメラ 3 0 0 0は、 別体に構成 されている。
次に図 5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 Ό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はデ一夕、 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、 光波距離計が使用されている。 測距部 1 1 0 0は、 反射光 の位相差、 時間差等から測距目標までの距離を測定するためのものである。 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。
角度測定部 1 4 0 0は、 水平角、 高低角を算出するためのものであり、 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。
鉛直角測角部 1 4 1 0は、 例えば高低角エンコーダを使用して、 水平又は天頂 として高低回転量を検出することができる。 水平角測角部 1 4 2 0は、 例えば、 水平角ェンコーダが、 基準方向からの水平回転量として検出することができる。 これらのエンコーダは例えば、 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構成されている。
鉛直角測角部 1 4 1 0と水平角測角部 1 4 2 0とからなる角度測定部 1 4 0 0 が、 検出された水平回転量及び高低回転量に基づいて、 水平角及び高低角を算出 する様に構成されている。
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。 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 O 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。
測量機 1 0 0 0は図 4に示す様に、 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 1を介して三脚等に取付可能となつ 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が形成さ れ、 表示部 4 3 0 0の一部となるディスプレイが取り付けられている。 更に、 望 遠鏡部 4には、 対物レンズが露出している。
「第 2の実施例」
図 6及び図 7に基づいて、 パスポイントに夕一ゲットマーク 2 0 0 0を用いな い第 2の実施例を説明する。 本第 2実施例は、 第 1実施例と異なり、 測量機 1 0 0 0に撮像装置 1 0 0を装備している。
測量機 1 0 0 0として視準方向を画像として取り込みが可能な撮像装置 1 0 0 を備えている。 測量機 1 0 0 0の距離測定機能としては、 自然物からの直接の反 射を捕らえ反射プリズムを必要としないノンプリズム機能を備える測量機を使用 する。
図 6及び図 7に示す様に測量機 1 0 0 0は、 測定対象物の任意の部分を視準し、 距離を測定すると共に、 同様に水平角 ·高低角を測定する。 そして撮像装置 1 0 0が、 測量地点の画像を取得する。 視準点は光軸の中心であることから、 画像の 中心と一致している。 測量地点はパスポイントとなるため少なくとも 6位置の測 量値と画像を取得する。
測量後、 第 1実施例と同様にデジタルカメラ 3 0 0 0を使用して、 少なくとも 2方向からの画像を取得する。
次に、 デジタルカメラ 3 0 0 0の画像と、 測量機 1 0 0 0で取得した画像のマ ツチングを行う。 倍率、 輝度、 回転を補正してマッチングを行い、 視準位置を力 メラ画像のパスボイントとする。
パスボイントの決定後、 左右の画像を撮影したデジタルカメラ 3 0 0 0の相対 関係を求める相互評定を行う。 第 1の実施例と同様に、 測量機 1 0 0 0の測量で 得たパスボイントの座標位置を加え絶対評定を行い、 オルソ画像に変換する。 なお撮像装置 1 0 0は、 画像装置データをデジタルデ一夕に変換するためのも のであり、 例えば、 C C D等の固体撮像素子である。 この撮像装置 1 0 0は、 C C D等から構成された撮像素子 1 1 0と、 撮像素子 1 1 0の出力信号から画像信 号を形成するための画像回路 1 2 0とから構成されている。
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、 撮像装置 1 0 0と、 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ひ 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 c なお撮像装置 1 0 0以外は、 第 1の実施例と同様であるから説明を省略する。 次に図 9に基づいて、 本実施例の作用を説明する。
まず S 9 1で、 測定対象物 1 0 0 0 0のパスポイントとする少なくとも 6位置 にターゲットマーク 2 0 0 0 a、 2 0 0 0 b , 2 0 0 0 c , 2 0 0 0 d、 2 0 0 0 e、 2 0 0 0 fを載置し、 これらの測量を行う。
次に S 9 2では、 少なくとも左右の 2方向から、 デジタルカメラ 3 0 0 0で測 定対象物 1 0 0 0 0と共に夕ーゲットマ一ク 2 0 0 0 a〜夕一ゲットマーク 2 0 0 0 fを撮影する。
そして S 8 1では、 S 9 1で得られた視準点 （パスポイント） を使用して相互 評定を行う。 S 8 1ではパスポイントから、 デジタルカメラ 3 0 0 0のステレオ 画像の傾きと倍率等の関係を算出することができる。
次に S 8 2では、 ステレオ画像のパスボイントを対応付けるための偏位修正画 像の作成を行う。 S 8 2の偏 '修正画像の作成は、 斜影変換により行われる。 斜 影変換とは、 デジタルカメラ 3 0 0 0の受光素子上のある点の写真座標が、 他の 平面に投影される様な変換をいう。 ここでは、 一方の画像から特徴点を抽出し、 もう一方の画像の同一水平線上を探索し、 対応点を検索する。
従って、 デジタルカメラ 3 0 0 0を水平方向に平行移動して投影した画像に変 換する必要がある。 即ち使用する画像を、 デジタルカメラ 3 0 0 0を水平移動し て撮影したかの様な画像に変換する必要がある。 この様な変換により、 デジタル カメラ 3 0 0 0を自然に移動した画像でも対応点の探索を行うことができる。 更 に S 8 3では、 手動又は自動により、 パスポイントを発生させる。 そして S 8 4では、 ステレオマッチングを行う。 このステレオマッチングとは、 撮影された 2枚の画像の対応点を自動で探索する手法である。
次に S 8 5では、 S 8 4で探索された対応点を利用して、 左右の画像を撮影し たデジタルカメラ 3 0 0 0の相対関係を求めることができる。 これにより、 左力 メラの光軸を中心とした 3次元の座標系が定義できる。
これにより、 一方のデジタルカメラ 3 0 0 0の光軸を中心とした 3次元の座標 系が定義できる。
次に S 8 6では、 相互評定で得られたモデル座標系に、 測量機 1 0 0 0で測量 して得たパスボイントの座標位置を与え、 地上の座標系に変換する絶対評定を行 ラ。
ここで絶対評定とは、 相互評定で得られたモデル座標系を地上の座標系に変換 する作業であり、 画像上のポイントに、 地上で計測された 3次元座標値を与える ことにより変換することができる。
次に S 8 7では、 地上座標系の 3次元デ一夕に変換する。 例えば、 このデ一夕 に基づいて地上に展開するオルソ画像を表示できる。
ここでオルソ画像を説明する。 カメラで撮影した写真が中心投影写真であるの に対し、 中心投影写真を正斜投影したものをオルソフオトと呼んでいる。 中心投 影写真はレンズを通して撮影されているため、 地図のように写真全体の縮尺が均 一ではない。 これに対してオルソフォトは正斜投影化されているため縮尺が均一 であり、 地図と同様の取扱いができる。
デジタルカメラ 3 0 0 0の画像は小さなピクセル単位のデータから構成され、 相互評定、 絶.対評定により、 その一個一個に座標が与えられる。 ディスプレイ等 の 2次元表示では 3次元座標に応じて陰影が付けられる。 座標変換ではビクセル 単位の座標が新たに計算され回転等の動作として表示される。
以上の様に本実施例は、 測量機 1 0 0 0とデジタルカメラ 3 0 0 0とにより 3 次元座標デ一夕を演算し、 ステレオ表示が可能な 3次元測量装置に関するもので める。
以上の様に構成された本発明は、 距離と角度とから視準目標の位置を測定する ための測量装置と、 異なる複数の方向から前記視準目標を含む測定対象物の画像 を取得するための撮像装置とを備え、 前記視準目標を対応点として前記撮像^置 の画像のマッチングを行い、 前記測量装置が測定した視準目標の位置と、 前記マ ッチングを行った画像にある視準目檫とを関連付け、 その関連付けに基づき前記 測定対象物の 3次元座標データを演算するための演算処理手段とを備えているの で、 3次元座標デ一夕を簡便正確に得ることができる効果がある。
産業上の利用可能性
本発明は、 測量装置と撮像装置とにより 3次元座標デ一夕を演算するための 3 次元測量装置等に係わり、 特に、 測量装置により対応点の位置を決定し、 ステレ ォ表示を可能とすることができる。

Claims

言青求の範固
1。 距離と角度とから視準目標の位置を測定するための測量装置と、 異なる複 数の方向から前記視準目標を含む測定対象物の画像を取得するための撮像装置と を備え、 前記視準目標を対応点として前記撮像装置の画像のマッチングを行い、 前記測量装置が測定した視準目標の位置と、 前記マッチングを行つた画像にある 視準目標とを関連付け、 その関連付けに基づき前記測定対象物の 3次元座標デー 夕を演算するための演算処理手段とを備えた 3次元測量装置。
2。 既知点に置かれた測量装置が、 少なくとも 6つの視準目標の位置を測定し、 演算処理手段が、 該撮像装置の傾き又は回転を補正し、 該視準目標の位置と前記 撮像装置の画像とから該撮像装置の位置を求め、 前記撮像装置の取得した測定対 象物の 3次元座標データを演算ナる請求項 1記載の 3次元測量装置。
3。 視準目標は再帰反射性を有する素材からなり、 その表面には視準を容易に するマークが形成されている請求項 1記載の 3次元測量装置。
4。 マークは、 撮像装置の画像デ一夕から認識可能な標識部と、 作業者が識別 可能な記号とから構成されている請求項 3記載の 3次元測量装置。
5。 マークは、 視準を容易にする十字マークと、 視覚的に識別可能な文字と、 電気的読み取り可能なコードとから構成されている請求項 3記載の 3次元測量装 置。 '
6。 視覚的に識別可能な文字は数字であり、 電気的読み取り可能なコードはバ 一コードである請求項 5記載の 3次元測量装置。
7。 測量装置による距離データと角度デ一夕とから視準目標の位置を測定する 第 1工程と、 複数の撮像装置により前記視準目標を含む画像を異なる方向から取 得する第 2工程と、 前記視準目標を対応点として前記撮像装置の画像のマッチン グを行う第 3工程と、 前記第 1工程で測定した視準目標の位置と前記マッチング を行った画像にある視準目標とを関連付ける第 4工程と、 前記第 4工程で得られ た関連付けに基づき前記測定対象物の 3次元座標データを演算する 5工程とから なる 3次元測量方法。
8。 距離と角度から視準目標の位置を測定すると共に視準目標を含む画像を取 得するための測量装置と、 異なる複数の方向から前記視準目標を含む測定対象物 の画像を取得するための撮像装置と、 前記測量装置の取得した画像と前記撮像装 置の取得した画像のマッチングを行い、 前記視準目標を対応点として前記撮像装 置の画像のマッチングを行い、 前記測量装置が測定した視準目標の位置と、 前記 撮像装置のマッチングを行つた画像にある視準目標とを関連付け、 その関連付け に基づき前記測定対象物の 3次元座標デ一夕を演算するための演算処理手段とか らなる 3次元測量装置。
9。 測量装置が測定した視準目標の距離データと角度データとを読み取り、 複 数の撮像装置が、 異なる方向から撮像した前記視準目標を含む画像データを読み 取り、 前記視準目標を対応点として前記撮像装置の画像のマッチングを行い、 測 量装置が測定した視準目標の位置と前記マッチングを行つた画像にある視準目標 とを関連付け、 この関連付けに基づき前記測定対象物の 3次元座標データを演算 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, RAM, R O M、 メモリカード等の電子的記憶媒体。
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