(57)【要約】【課題】測量機の機能を拡張する。【解決手段】測量機１００の接眼部に接続される接眼ユニット２００であって、測量機１００の接眼部１０８に接続される接続部２２０と、接続部２２０を介して測量機１００が捉えた測量対象物の画像を撮影する画像撮影部と、校正用ターゲットの撮影画像を用いて前記測量機と当該接眼ユニットとが結合した状態における内部標定要素を算出する内部標定要素算出部と、画像撮影部が撮影した画像の中から測定用ターゲットを検出するターゲット検出部と、撮影画像中の前記測定用ターゲットの画像に基づき前記測定用ターゲットの測量機１００の光軸方向に対する方位を算出するターゲット方位算出部を備える。【選択図】図３
2018013343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測量機が捉えた測量対象物の画像を撮影した撮影画像の中から測定用ターゲットを検出するターゲット検出部と、
前記撮影画像における前記測定用ターゲットの画像の位置に基づき、前記測定用ターゲットの前記測量機の光軸方向に対する方位を算出するターゲット方位算出部と
を備えることを特徴とする測量補助装置。
【請求項２】
前記測量機の接眼部に接続される接続部と、
前記接続部を介して前記測定用ターゲットを撮影する画像撮影部と、
校正用ターゲットの撮影画像を用いて前記測量機と当該測量補助装置とが結合した状態における内部標定要素を算出する内部標定要素算出部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の測量補助装置。
【請求項３】
前記内部標定要素の算出において、前記測量機が備えるレチクルの表示が利用されることを特徴とする請求項２に記載の測量補助装置。
【請求項４】
前記内部標定要素の算出において、
前記レチクルを利用して、当該接眼ユニットと前記測量機の光軸の位置のズレおよび当該接眼ユニットと前記測量機の光軸周りの回転角の少なくとも一つの算出が行われることを特徴とする請求項３に記載の測量補助装置。
【請求項５】
前記ターゲット検出部が検出した前記測定用ターゲットの画像の鮮明度を検出する鮮明度検出部と、
前記鮮明度のレベルを出力する鮮明度レベル出力部と
を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の測量補助装置。
【請求項６】
前記撮影画像における前記測定用ターゲットの画像の位置と前記測定用ターゲットの前記測量機の光軸方向に対する方位との関係を示す相関関係を記憶した記憶部を備え、
前記相関関係が前記測定用ターゲットまでの距離に応じて複数用意されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の測量補助装置。
【請求項７】
前記撮影画像における前記測定用ターゲットの画像の位置と前記測定用ターゲットの前記測量機の光軸方向に対する方位との関係を示す相関関係を記憶した記憶部を備え、
前記ターゲット方位算出部は、前記撮影画像における前記測定用ターゲットの画像の位置および前記相関関係に基づき、前記測定用ターゲットの前記測量機の光軸方向に対する方位を求めることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の測量補助装置。
【請求項８】
前記ターゲット方位算出部は、前記撮影画像における前記測定用ターゲットの画像の位置および大きさに基づき、前記測定用ターゲットの前記測量機の光軸方向に対する方位を求めることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の測量補助装置。
【請求項９】
前記撮影画像における前記測定用ターゲットの画像の大きさに基づき、前記測定用ターゲットまでの距離を算出する距離算出部を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の測量補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測量機の機能を拡張する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の測量を行う装置として、ターゲットの自動追尾機能や測量をデジタル処理により自動化したトータルステーションが知られている（例えば、特許文献１を参照）。他方で、ターゲットの視準や測量データの取得が自動化されていない機種も使われている。また、特定の機能に特化した機種もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−８７３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
測量に係る作業が自動化されていない測量機（例えば、旧型のトータルステーション）は、測量に要する手間や作業性の点で最新の機器に比較して不利である。また、特定の測量に特化した機器は汎用性に欠ける問題がある。
【０００５】
このような背景において、本発明は、測量機の機能を拡張する技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、測量機が捉えた測量対象物の画像を撮影した撮影画像の中から測定用ターゲットを検出するターゲット検出部と、前記撮影画像における前記測定用ターゲットの画像の位置に基づき、前記測定用ターゲットの前記測量機の光軸方向に対する方位を算出するターゲット方位算出部とを備えることを特徴とする測量補助装置である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記測量機の接眼部に接続される接続部と、前記接続部を介して前記測定用ターゲットを撮影する画像撮影部と、校正用ターゲットの撮影画像を用いて前記測量機と当該測量補助装置とが結合した状態における内部標定要素を算出する内部標定要素算出部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記内部標定要素の算出において、前記測量機が備えるレチクルの表示が利用されることを特徴とする。請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記内部標定要素の算出において、前記レチクルを利用して、当該接眼ユニットと前記測量機の光軸の位置のズレおよび当該接眼ユニットと前記測量機の光軸周りの回転角の少なくとも一つの算出が行われることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記ターゲット検出部が検出した前記測定用ターゲットの画像の鮮明度を検出する鮮明度検出部と、前記鮮明度のレベルを出力する鮮明度レベル出力部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明において、前記撮影画像における前記測定用ターゲットの画像の位置と前記測定用ターゲットの前記測量機の光軸方向に対する方位との関係を示す相関関係を記憶した記憶部を備え、前記相関関係が前記測定用ターゲットまでの距離に応じて複数用意されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発明において、前記撮影画像における前記測定用ターゲットの画像の位置と前記測定用ターゲットの前記測量機の光軸方向に対する方位との関係を示す相関関係を記憶した記憶部を備え、前記ターゲット方位算出部は、前記撮影画像における前記測定用ターゲットの画像の位置および前記相関関係に基づき、前記測定用ターゲットの前記測量機の光軸方向に対する方位を求めることを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発明において、前記ターゲット方位算出部は、前記撮影画像における前記測定用ターゲットの画像の位置および大きさに基づき、前記測定用ターゲットの前記測量機の光軸方向に対する方位を求めることを特徴とする。請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の発明において、前記撮影画像における前記測定用ターゲットの画像の大きさに基づき、前記測定用ターゲットまでの距離を算出する距離算出部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、測量機の機能が拡張される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】発明が適用される測量機の一例を示す図である。
【図２】図１の状態から接眼部のキャップを外した状態を示す図である。
【図３】図１の測量機に発明を利用した接眼ユニットを装着した状態を示す図である。
【図４】接眼ユニットのブロック図である。
【図５】方位を算出する原理を示す原理図である。
【図６】測量機の一例を示す斜視図である。
【図７】測量機の一例を示す斜視図である。
【図８】測量機の一例を示す斜視図である。
【図９】光学系の焦点距離と対象物までの距離との関係を示すグラフである。
【図１０】画面上における対象物の大きさ（画素数）と焦点距離の関係を示すグラフである。
【図１１】測量機の測量角度の表示の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
１．第１の実施形態
（構成）
図１には、測量機１００が示されている。測量機１００は、セオドライトと呼ばれる測量装置である。セオドライトは、例えば道路の建設現場等で利用される測量装置であり、測量対象間の角度を正確に計測する。この例では、セオドライトである測量機１００にターゲットの方位を自動計測する機能を付加できる接眼ユニットについて説明する。
【００１６】
まず、測量機１００について説明する。測量機１００は、三脚により構成される図示しない脚部の上に配置されている。すなわち、図示しない脚部の上に台座部１０２が固定されている。台座部１０２には、測量機１００の水平を調整するダイヤル１０３が配置されている。台座部１０２には、基部１０４が固定され、基部１０４上には測量機本体１０５が固定されている。基部１０４には、水平方向の方位（水平角）を調整する方位調整ダイヤル１０６が配置され、また測量機本体１０５には、光学系の焦点の調整を行う焦点調整ダイヤル１０７が配置されている。測量機本体１０５の光学系には、視準および測量を行うためのレチクルが配置されている。これは、通常の測量装置の場合と同じである。
【００１７】
測量機本体１０５には、接眼部１０８が設けられている。接眼部１０８の反対側、図の左側に対物レンズが配置された対物レンズ部１１１が配置されている。通常は、接眼部１０８の中央に設けられた孔（孔の中には、接眼レンズが配置されている）を作業者がのぞき、セオドライト機能を利用した測量が行われる。
【００１８】
符号１０９は、接眼部１０８に取り付けられた捩じ込み式のキャップである。キャップ１０９は、取り外しが可能である。図２にキャップ１０９を取り外し、雄ネジ部または雌ネジ部１１０が露出した状態が示されている。キャップ１０９は、雄ネジ部１１０を利用して接眼部１０８に固定されている。図３には、図２の雄ネジ部または雌ネジ部１１０を利用して接眼ユニット２００を測量機本体１０５に固定した状態が示されている。接眼ユニット２００は、雄ネジ部または雌ネジ部１１０に噛み合って嵌合する雌ネジ部または雄ネジ部を内側に備えた接続部２２０を備えている。接続部２２０の雌ネジまたは雄ネジ構造を雄ネジ部または雌ネジ部１１０に噛み合わせることで、接眼ユニット２００が測量機１００に取り付けられる。
【００１９】
図４に接眼ユニットのブロック図を示す。接眼ユニット２００は、画像撮影部２０１、内部標定要素算出部２０２、ターゲット検出部２０３、ターゲット方位算出部２０４、通信部２０５、鮮明度判定部２０６、鮮明度レベル出力部２０７、記憶部２０８、制御部２０９、距離算出部２１０を備える。接眼ユニット２００は、ＣＰＵ、メモリ、各種のインターフェースを備え、コンピュータとしての機能を有する。接眼ユニット２００は、図示省略したバッテリーによって動作する。
【００２０】
接眼ユニット２００を構成するいくつかの機能部は、ソフトウェア的に構成されていてもよいし、専用の回路によって構成されていてもよい。また、ソフトウェア的に構成された機能部と、専用の回路によって構成された機能部が混在していてもよい。例えば、図示する機能部いくつかは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのＰＬＤ（Programmable Logic Device）などの電子回路により構成される。
【００２１】
各機能部を専用のハードウェアで構成するのか、ＣＰＵにおけるプログラムの実行によりソフトウェア的に構成するのかは、要求される演算速度、コスト、消費電力等を勘案して決定される。例えば、特定の機能部をＦＰＧＡで構成すれば、処理速度の上では優位であるが高コストとなる。他方で、ＣＰＵでプログラムを実行することで特定の機能部を実現する構成は、ハードウェア資源を節約できるので、コスト的に優位となる。しかしながら、ＣＰＵで機能部を実現する場合、処理速度は、専用のハードウェアに比較して見劣りする。また、ＣＰＵで機能部を実現する場合、複雑な演算に対応できない場合もあり得る。なお、機能部を専用のハードウェアで構成することとソフトウェア的に構成することは、上述した違いはあるが、特定の機能を実現するという観点からは、等価である。
【００２２】
画像撮影部２０１は、画像の撮影し、画像データを得る。画像撮影部２０１は、光学系、光学系を介して画像を取り込む固体撮像素子、および固体撮像素子の周辺回路により構成されている。画像撮影部２０１としては、例えばＣＣＤイメージセンサユニットやＣＭＯＳイメージセンサユニットが利用される。
【００２３】
内部標定要素算出部２０２は、校正用ターゲットの撮影画像を用いて測量機１００と当接眼ユニット２００とが結合した状態における内部標定要素を算出する。まず、測量機１００には、レンズ系の光学的な歪みや光軸の僅かなズレといった固有の内部標定要素（第１の内部標定要素）が存在する。他方で、接眼ユニット２００にも固有の内部標定要素（第２の内部標定要素）が存在する。そして、測量機１００と接眼ユニット２００とを結合した状態では、上記の第１の内部標定要素と第２の内部標定要素の影響、更に測量機１００に対する接眼ユニット２００の光軸のズレ、光軸の傾き、光軸の回転等に起因する総合的な内部標定要素が発生する。この総合的な内部標定要素の算出が内部標定要素算出部２０２で行われる。
【００２４】
上記内部標定要素算出部２０２での処理では、専用の校正用ターゲットおよび測量機１００が備えたレチクルの表示が利用される。この例において、測量機１００のレチクルは十字線と水平レベルを示す複数の水平線を備えている。この十字線の中心を利用して測量機１００の光軸と接眼ユニット２００の光軸のズレに係る内部標定要素の算出が行われる。また、十字線の水平線と垂直線の延在方向から測量機１００に対する接眼ユニット２００の回転角に関する内部標定要素の算出が行われる。
【００２５】
このレチクルを用いた内部標定要素の算出を特定のタイミングやユーザの指示によって行ってもよい。例えば、接眼ユニット２００の電源がＯＮのタイミングで上記の総合的な内部標定要素の算出を行うモードが起動する設定が可能である。外付けの接眼ユニット２００の測量機１００への固定は、捩じ込み式であり、構造的に回転方向のずれが生じ易い。測量機１００は野外で使用される機器であるので、振動や何かに接触するといったことで、上記の回転方向のずれが生じる可能性がある。上記のレチクルを用いた総合的な内部標定用要素の算出処理を特定のタイミングで行うことで、長期に亘る測量精度を確保できる。
【００２６】
ターゲット検出部２０３は、画像撮影部２０１が撮影した画像の中から測量用のターゲットの画像を検出する。ターゲット画像の検出は、一般的な画像認識技術を利用して行われる。例えば、リファレンスとなるターゲットの画像データを予め記憶部２０８に記憶しておき、このリファレンスとなる画像データと一致する画像を撮影視野の中から検出することで上記のターゲット画像の検出が行われる。
【００２７】
ターゲット方位算出部２０４は、ターゲット検出部２０３が検出したターゲットの方位（測量機１００からの方位）を算出する。図５は、方位を算出する原理図である。まず、測量点となるターゲットＴの画面中の位置（画面座標値）Ｐ（Ｘ，Ｙ）を特定する。画面中の位置Ｐを特定したら、当該画面の視点となる原点Ｏと点Ｐを通る直線を設定し、この直線と光軸とのなす角度を算出する。ここで、光軸Ｚは、測量機１００の光学系の光軸である。
【００２８】
上記の角度の算出においては、内部標定要素算出部２０２で算出された内部標定要素が利用される。内部標定要素算出部２０２で算出された内部標定要素を利用することで、求める角度の精度を高くできる。
【００２９】
検出したターゲットの方位は水平角φと仰角（または俯角）θによって特定される。この処理では、事前に撮影画面における座標（画面座標（Ｘ，Ｙ））と、その座標位置に見えている点のφおよびθとの関係を取得しておく。例えば、視準点の画面座標の座標データが（Ｘ１，Ｙ２）である場合に、その視準点への方向線の光軸に対する角度φとθがどのような値であるのかに関する相関関係を予め取得しておき、この相関関係に係るデータを予め記憶部２０８に記憶しておく。相関関係に係るデータとしては、テーブルデータや関係式が挙げられる。
【００３０】
実際の計測にあたっては、まずターゲットをターゲット検出部２０３の機能により検出する。この検出したターゲットの画面上の点が視準点となる。次に、視準点（ターゲット位置）の画面座標（Ｘ，Ｙ）を取得し、上記の相関関係からφおよびθの初期値を求める。更に内部標定要素算出部２０２で算出した内部標定要素のデータを用いてφおよびθの初期値を修正（補正）し、φおよびθの値を求める。ここで、予め測量機１００の光軸の方向が判っていれば、視準点（ターゲット）の方向を知ることができる。なお、（Ｘ，Ｙ）と（φ，θ）の関係は、測量機１００とターゲットの間の距離に依存する。この点に関しては後述する。
【００３１】
例えば、接眼ユニット２００を操作するためのアプリケーションソフトウェアの画面（この画面は、例えばタブレットやスマートフォンに表示される）には、測量機１００の位置や方位等の諸元を入力する空欄が表示され、そこに測量機１００の位置や方位等の値を入力することで、上記の演算に基づいて、視準点の方位が得られる。
【００３２】
通信部２０５は、無線ＬＡＮ等の通信規格を利用した通信装置であり、外部の機器（例えば、スマートフォンやタブレット）と通信を行う。勿論、携帯電話網等の回線に接続する機能を通信部２０５に持たすことも可能である。この例では、画像撮影部２０１が撮影した画像のデータおよび視準したターゲットの方位に関するデータが通信部２０５から外部に出力される。この画像データをスマートフォンやタブレットで受信し、そこに表示させることで、測量機１００を介して見える画像を視認できる。また、接眼ユニット２００の動作に必要な各種データが通信部２０５を介して接眼ユニット２００に取り込まれる。
【００３３】
鮮明度判定部２０６は、撮影画像中に写ったターゲット画像の鮮明度を検出する。以下、鮮明度判定部２０６で行われる処理について説明する。この処理では、ターゲット検出部２０３でのターゲット画像の検出ができるか否か、が判定され、ターゲットが検出できた場合に（焦点調整ができた）と判定し、ターゲットが検出できない場合に所定の鮮明度が得られない（焦点調整ができていない：ピントがぼけた状態である）と判定する。
【００３４】
鮮明度レベル出力部２０７は、レベル表示用のＬＥＤを有している。このＬＥＤは、接眼ユニット２００の外部から視認し易い適当な部分に取り付けられている。この例では、鮮明度判定部２０６が「ターゲットが検出できた」と判定した場合に、レベル表示用のＬＥＤを光らせる。ＬＥＤ表示に加えて（あるいはＬＥＤ表示に代えて）ターゲット検出信号を通信部２０５から外部に出力する形態も可能である。
【００３５】
記憶部２０８は、接眼ユニット２００で用いる各種のデータや接眼ユニット２００の動作に必要なプログラムを記憶する。制御部２０９は、接眼ユニット２００の動作の制御を行う。この例では、スマートフォンやタブレットに接眼ユニット２００の操作を行うアプリケーションソフトをインストールし、スマートフォンやタブレットを用いて接眼ユニット２００の操作を行う。
【００３６】
制御部２０９は、接眼ユニット２００の動作、例えば処理の手順のタイミング等を制御する。スマートフォンやタブレットの操作内容は、通信部２０５を介して制御部２０９に送られ、操作内容に応じた制御が制御部２０９で行われる。
【００３７】
距離算出部２１０は、撮影したターゲットの画像中での大きさから、測量機１００から当該ターゲットまでの距離を算出する。ターゲットに焦点を合わせ、当該ターゲットの画像が鮮明に得られている状態では、当該ターゲットが遠くにあれば、その画面上の大きさは相対的に小さく、当該ターゲットが近くにあれば、その画面上の大きさは相対的に大きくなる。この原理を利用して、当該ターゲットまでの距離を算出できる。
【００３８】
（校正処理）
測量機１００の接眼部に接眼ユニット２００を取り付けた状態で校正用ターゲットを撮影する。この際、測量機１００と校正用ターゲットの相対位置関係を正確に合わせるように留意する。校正用ターゲットを用いることで、内部標定要素の取得に係る第１の校正処理、および測量機１００の画面座標と図５の（φ，θ）との関係を取得する第２の校正処理が行なわれる。
【００３９】
ここで、第１の校正処理は、通常の測量装置の場合と同じである。以下、第２の校正処理について説明する。まず第２の校正処理を行うための方位校正用ターゲットを用意する。この方位校正用ターゲットには、ターゲットの中心点、およびこの中心点からの正確な方位と距離が予め決められた複数の方位校正用測定点が表示されている。
【００４０】
第２の校正処理は以下のようにして行われる。まず、測量機１００に対して、予め定めた距離Ｌ０の位置に上記の方位校正用ターゲットを配置する。この際、当該ターゲットを測量機１００の光軸に垂直になるように調整し、またターゲットの中心と測量機１００の観察視野の中心とを正確に一致させる。
【００４１】
この状態で、方位校正用ターゲットが鮮明に見えるように焦点の調整を行う。ここで、方位校正用ターゲットの校正用測定点の測量機１００からの実際の方位（φ，θ）は、上記の方位測定用校正用ターゲットの表示およびその設置位置から予め定まる。他方で、該当する校正用測定点の図５における画面座標（Ｘ，Ｙ）が接眼ユニット２００の撮影画面上で求まる。よって、複数の校正用測定点について、（φ，θ）と（Ｘ、Ｙ）の対応関係を求めることができる。またこの対応関係を求めることで、接眼ユニット２００の撮影画面上における１画素当たりの角度が得られる。
【００４２】
上述した（φ，θ）と（Ｘ、Ｙ）の対応関係は、特定の距離Ｌ０（測量機１００から方位校正用ターゲットまでの距離）に依存しており、距離Ｌが変わると、上記（φ，θ）と（Ｘ、Ｙ）の対応関係も変わる。当然１画素当たりの角度の値も変わる。この変化は、測量機１００から対象物（画像認識したターゲット）までの距離Ｌの関数となる。
【００４３】
この例では、Ｌ０＝５ｍ，１０ｍ，１５ｍと３段階の設定を用意する。この場合、Ｌ０＝５ｍにおける（φ，θ）と（Ｘ、Ｙ）の対応関係のデータ、Ｌ０＝１０ｍにおける（φ，θ）と（Ｘ、Ｙ）の対応関係のデータ、Ｌ０＝１５ｍにおける（φ，θ）と（Ｘ、Ｙ）の対応関係のデータを予め用意し、それらを記憶部２０８に記憶しておく。勿論、段階の設定は、２段階以下でもよいし、４段階以上であってもよい。
【００４４】
（測量時の動作）
以下の動作において、接眼ユニット２００の操作は、専用のアプリケーションソフトをインストールしたスマートフォンやタブレットを用いて行われる。まず、接眼ユニット２００を取り付け、上述した校正処理を行った測量機１００の設置を行う。この作業は、通常の測量作業の場合と同じである。次に、接眼ユニット２００を動作させ、更に測量用のターゲット（測定用ターゲット）を設置する。
【００４５】
測定用ターゲットの設置は、測量機１００から測定用ターゲットまでの距離Ｌが５ｍ，１０ｍ，１５ｍのいずれかとなるように努める。距離Ｌが上記の値からずれると、測定用ターゲットの方位（φ，θ）の算出値に誤差が生じる。測定用ターゲットを設置したら、Ｌの値を接眼ユニット２００に入力し、Ｌ＝５ｍの動作モード、Ｌ＝１０ｍの動作モード、Ｌ＝１５ｍの動作モードのいずれかのモードに動作モードを設定する。そして、測定用ターゲットを測量機１００の視野内に入るように接眼ユニット２００が付いた測量機１００の向きを調整する。この際、作業者が手にしたスマートフォンやタブレットに、接眼ユニット２００（画像撮影部２０１）が撮影した画像を表示し、作業者はそれを見ながら測量機１００の向きの調整を行う。この作業では、レチクルの中心に測定用ターゲットを正確に捉える必要はなく、撮影視野の中に測定用ターゲットが入るようにすればよい。また、焦点の調整も不正確でよい。勿論、なるべく視野の中心に近い位置に測定用ターゲットが位置するようにすることが望ましい。
【００４６】
測定用ターゲットを視野内に捉えたら、ターゲット検出動作を行わせた状態で測量機１００が備える焦点調整機構（焦点調整ダイヤル１０７）を手動で調整する。この際、撮影した画像を見ながら焦点の調整を行ってもよいが、鮮明度判定部２０６での判定処理を動作させ、鮮明度レベル出力部２０７のレベル表示を見ながらの調整が簡単である。この場合、焦点調整用のダイヤルを回してゆき、鮮明度レベル表示用のＬＥＤが点灯した段階で焦点調整を終了させる。次に、ターゲット位置検出処理を行い、測定用ターゲットの方位を算出する。測定用ターゲットの方位は、作業者が手にするスマートフォンやタブレットに送信される。
【００４７】
（優位性）
測量機１００は、測定用ターゲットの方位を自動認識する機能を備えていないが、接眼ユニット２００を取り付けることで、測定用ターゲットの方位を自動検出する機能が得られる。接眼ユニット２００を利用することで、ターゲットの自動検出機能を備えていない旧型の測量機を用いたターゲットの自動認識が可能になる。
【００４８】
２．第２の実施形態
第１の実施形態では、測量機１００とターゲットの距離が３段階の固定式であったが、任意の距離で使用できる態様も可能である。この場合、撮影画面上におけるターゲットの大きさとターゲットまでの距離の相関関係を予め取得しておく。また、ターゲットまでの距離による（φ，θ）の補正係数あるいは補正式を予め求めておく。
【００４９】
測量時には、まず撮影画面からのターゲットの方位（φ，θ）の算出を行う。そして、撮影画面上でのターゲットの大きさからターゲットまでの距離Ｌを算出し、この距離Ｌに基づいて先に取得した（φ，θ）の値を補正する。こうすることで、測量機１００からターゲットまでの距離が特定の値でなくてもターゲットの方位を画像解析から求めることができる。なお、距離Ｌのデータをユーザが入力する態様も可能である。この場合、入力された距離Ｌの値に基づき（φ，θ）の値を補正する。
【００５０】
３．第３の実施形態
前述したように、ターゲットの画面座標値（Ｘ，Ｙ）と（φ，θ）の関係は、測量機１００からターゲットまでの距離Ｌによって異なる。言い換えると（φ，θ）は、（Ｘ，Ｙ）とＬの関数である。そこで、（φ，θ）、（Ｘ，Ｙ）、Ｌの関係を予め求めておき、その関係に基づいて、（Ｘ，Ｙ）およびＬの値を用いて（φ，θ）を求めることも可能である。この処理は、例えばターゲット方位算出部２０４で行われる。この場合、各パラメータの関係を示すテーブルデータや、予め関係式（（φ，θ）＝ｆ（（Ｘ，Ｙ）、Ｌ））を求めておき、それを記憶部２０８に記憶しておき、それを利用する。なお、内部標定要素のデータを用いてφおよびθの値を修正する点に関しては、第１の実施形態の場合と同じである。
【００５１】
（他の例）
図６には、セオドライトの他の例が示されている。図６に示すセオドライト２０は、基台部２２、背面部２５を備えた本体部２４、対物レンズ部２６、ディスプレイ２８を備えた操作部３０を備えている。図６では隠れていて見えていない背面部２５の上部に接眼部１０８と同様な接眼部が配置されている。この接眼部に接眼ユニット２００が装着される。この場合も接眼ユニット２００を用いたターゲットの方位の自動検出が可能となり、セオドライト２０の機能が拡張される。
【００５２】
図７には、オートレベルの例が示されている。オートレベルは、ターゲットの高さを計測する水準測量を行う測量機である。オートレベルとしては、接眼部から覗いた観察視野内に高さのレベルを目測する目盛りが表示され、それを読み取ることで水準測量を行うタイム（低価格タイプや旧式タイプ）と、ターゲットとしてバーコード表示を備えたものを用い、このバーコードの表示を光学的に読み取ることで、水準測量を行うタイプ（高価格タイプや最新タイプ）がある。
【００５３】
この例では、接眼ユニット２００して、上記の水準測量用のバーコードを読み取る画像処理ソフトウェアを備えたものを用意し、この接眼ユニット２００を上記の低価格タイプや旧式タイプのオートレベルに装着することで、当該オートレベルにバーコードによる比高を算出することが可能な機能が与えられる。
【００５４】
図８には、測距測角の３次元計測を行なうトータルステーションの例が示されている。トータルステーションには、ターゲットの方位を自動検出する機能を有した高級機もあるが、当該機能を備えていない機種もある。このような機種であっても接眼部に接眼ユニット２００を取り付けることで、ターゲットの方位を自動検出し、測距データと方位自動検出により、ターゲットの3次元座標を算出する機能が与えられる。
【００５５】
（校正処理の例）
以下、接眼ユニット２００を測量機に取り付けた後に行う校正ルーチンの他の例を説明する。
【００５６】
接眼ユニットの取り付け⇒センサ感度調整⇒焦点調整⇒回転調整⇒オフセット量測定（光学中心とセンサ中心の位置合わせ又ははずれ量測定）⇒レンズ収差測定⇒校正パラメータ登録。
【００５７】
（測量時の操作）
接眼ユニット２００を取り付けた測量機を用いた測量を行う際の操作について説明する。まず、使用するターゲットに関する解析データその他を読み出し、次いで当該ターゲットの自動認識に用いる特徴抽出モジュール（ターゲットの画像認識用のソフトウェア）を選択する。通常、ターゲットは複数の種類があり、ターゲットの種類に対応した特徴抽出モジュールが選択される。
【００５８】
また、ターゲットとしてバーコード表示を含むものを用いる場合、測量操作の前に、認識対象登録⇒校正⇒出力確認の処理を行い、バーコード情報の正確な読み取りが行なえる状態か否かの確認を行う。
【００５９】
４．第４の実施形態
以下、測量機１００に接眼ユニット２００を取り付けた状態における事前の校正処理、および実際の測量時の処理の具体例を説明する。
【００６０】
一般に、一般に測量機の光学系（望遠鏡）の焦点距離（ｆ）は、ピントがあった点までの距離によって変化する。図９には、測量機の光学系（望遠鏡）における焦点距離（ｆ）（縦軸）と、ピントがあった対象点までの距離（横軸）との関係の一例が示されている。なお、一般に光学系の焦点距離は、レンズの寸法によって決まる固定値で示されるが、これは無限遠にピントを合わせた場合の光学理論上の値であり、１００ｍ以下というような近距離では、図９に示すようにピントを合わせた距離によって焦点距離ｆの値は変化する。なお、図９のグラフは、３次曲線で近似できることが判っている。図９のグラフは、光学系の設計パラメータに依存する。
【００６１】
（校正処理）
まず事前の校正処理において、ＣＣＤの画素数で数えたターゲットの大きさ（例えば、水平方向の大きさ）と、使用する測量機の焦点距離の関係を、ターゲットまでの距離を変えた数点（この場合は、２ｍ，５ｍ，１５ｍの３点）で取得する。測量機の焦点距離は、内部標定要素であり、校正用ターゲットを用いた既知の方法で算出できる。この処理により、例えば下記表１のデータを得る。
【００６２】
【表１】
2018013343.tif 000003
【００６３】
表１のデータを得たら、図９に対応するグラフを作成する。この例では、３点における焦点距離と測定距離（校正用ターゲットまでの距離）の値を３次曲線でフィッティングし、図９に対応するグラフを得る。このグラフが、当該測量機における焦点距離と測位距離との関係になる。
【００６４】
また、画面上のターゲットの寸法（画素数）と当該測量機の光学系の焦点距離ｆとの関係を表１から抜き出し、図１０のグラフを得る。図１０のグラフを用いることで、撮影したターゲットの画像から、その際における当該測量機の焦点距離ｆを求めることができる。図９と図１０のデータは、記憶部２０８に記憶させる。以上の処理が事前の校正処理で行われる。なお、その他に測量機１００に接眼ユニット２００を取り付けた状態における内部標定要素の取得を行う。この処理は、通常のキャリブレーションの処理と同じである。
【００６５】
（測量時の処理）
ここでは、接眼ユニット２００が写した測定用ターゲットまでの方位（測量機１００の光軸方向に対する方位）および当該ターゲットまでの大凡の距離を画像処理によって取得する処理の例を説明する。まず、方位の算出について説明する。この場合、作業者は測量機１００を測定用ターゲットの方向に向け、その視野内に測定用ターゲットを捉える。次に、接眼ユニット２００を用いて撮影を行い、上記視野の画像データを取得する。
【００６６】
そして、上記の画像データを解析し、下記のパラメータを得る。ΔＰ：画面上における測定用ターゲットのサイズ、ｆ１：焦点距離、ｘ：中心基準の測定用ターゲットの位置、Δｓ：ＣＣＤの画素サイズ。これらのパラメータを用いて、下記数１の算出が行われる。ここで、θ１は、測量機１００の光軸（取得したが画面の中心軸）からの方位である。θ１から図５のφとθが求まる。
【００６７】
【数１】
2018013343.tif 000004
【００６８】
ここで、ΔＰは、測定用ターゲットを撮影した画像データの解析から得られ、ｆ１は、図１０の関係から得られる。具体的にいうと、ΔＰは、測定用ターゲットを撮影した画像データの画素数を数えることで得られる。ｆ１は、当該ターゲットの大きさを、画素数を数えることで計測し、その値を図１０の関係に当てはめることで得られる。なお、内部標定要素による測定値の修正は、従来行われていた技術と同じある。
【００６９】
こうして、接眼ユニット２００が撮影した測定用ターゲットの画像に基づく、当該ターゲットの方位の算出が行われる。この処理は、ターゲット方位算出部２０３において行われる。また、図１０の関係から焦点距離ｆを求め、更に図９の関係を利用することで、測量機１００から測定用ターゲットまでの距離を計算できる。この処理は、距離算出部２１０で行われる。なお、距離の算出は、図９から判るように、遠距離になると誤差が大きく、概略の参考程度の値となる。
【００７０】
以上述べたように、測量機１００に自動方位測定機能が付いていなくても、接眼ユニット２００を用いることで、画像処理によりターゲットの方位を自動測定できる。また、簡易式であるがターゲットまでの距離の測定も行える。
【００７１】
５．第５の実施形態
セオドライト等の角度を計測する測量機において、液晶ディスプレイ等の表示装置を備え、そこに図１１に例示するような光軸の方位を表示する機能を有したものがある。通常は、光学系の視野の中心（レチクルの中心）に測定用ターゲットを捉え、その際の図１１の表示の読みを読み取ることで測量が行われる。
【００７２】
ところで、接眼ユニット２００を用いた方位の測定では、測定用ターゲットを測量機の光軸上に合わせる必要はない。すなわち、本発明を利用した場合、測定用ターゲットを視野内に捉えれば、それが視野の中心（あるいは視野内の視準位置）でなくても、画像解析により、測定用ターゲットの当該測量機の光軸に対する角度が算出される。
【００７３】
他方において、最終的な測量値としての方位を求めるのは、接眼ユニット２００を取り付けた測量機の方位（光軸の方位）の情報が必要である。例えば、接眼ユニット２００を取り付けた測量機の基準方位からの方位（光軸の方位）が、水平角２０°、仰角２°であり、接眼ユニット２００が算出した測定用ターゲットの当該測量機の光軸から方位が、水平角３度、仰角−１°である場合、当該測定用ターゲットの基準方位からの方位は、水平角が２０°＋３°＝２３°、仰角が２°−１°＝１°となる。
【００７４】
本実施形態では、接眼ユニット２００を取り付けた測量機の基準方位からの方位を図１１に例示される測量機の表示から読み取り、そのデータを接眼ユニット２００に取り込む。そして、上述した例のような演算を接眼ユニット２００内で行い、方位の絶対値（基準方位に対する方位）を算出する。
【００７５】
接眼ユニット２００に、図１１に例示するような測量機の表示内容の情報を取り込む方法としては、スマートフォンやタブレットのカメラを利用する方法が挙げられる。この場合、図１１に例示する表示をスマートフォンやタブレットのカメラを用いて撮影し、その撮影画像から、公知のＯＣＲ(Optical character recognition)ソフトウェア（光学文字認識ソフトウェア）を用いて、方位の情報を取得する。この情報は、適当な通信回線を介して接眼ユニット２００に送られ、接眼ユニット２００は、上述した測定用ターゲットの絶対方位の算出を行う。
【００７６】
また、接眼ユニット２００に接続部２２０とは別に、測量機における図１１の表示を撮影する第２のカメラを配置する。この第２のカメラは、図１１のような表示内容が読み取れれば良いので、廉価なカメラで構わない。この場合、接眼ユニット２００内で、ＯＣＲソフトによる測量機の方位の数値の読み取りが行われる。ターゲット方位算出部２０４は、この読み取った測量機の方位のデータと、図５の原理に基づき算出した測定用ターゲットの当該測量機の光軸からの方位のデータとに基づき、基準方位に対する測定用ターゲットの方位を算出する。
【図１】
2018013343.tif 000005
【図２】
2018013343.tif 000006
【図３】
2018013343.tif 000007
【図４】
2018013343.tif 000008
【図５】
2018013343.tif 000009
【図６】
2018013343.tif 000010
【図７】
2018013343.tif 000011
【図８】
2018013343.tif 000012
【図９】
2018013343.tif 000013
【図１０】
2018013343.tif 000014
【図１１】
2018013343.tif 000015