(57)【要約】【課題】望遠鏡とデジタルカメラの光軸との間に生じる方向誤差を考慮して、これから測量しようとする測量目標点の位置を示すショットマークを表示装置に表示する測量機を提供する。【解決手段】トータルステーションは、気温変化等の外的要因により撮像光学系３８の光軸３６と望遠光学系３９の光軸３７に平行である基本光軸３１との間に方向誤差を生じる。ユーザは、カメラ表示装置に表示された画像とショットマークとを参照して入力装置を操作する。デジタルカメラはユーザの操作に従ってカメラ表示装置に表示されている画像を移動させ、ショットマークと測量対象物３３との位置を一致させる。画像の移動量から算出された方向誤差は測量記憶装置に記憶される。ショットマークは、カメラ表示装置上の、方向誤差を用いて補正された位置に表示される。【選択図】図３
2008032701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測量対象物に対して測量目標点を視準するための望遠光学系を有する望遠鏡と、
前記望遠光学系とは独立して設けられる撮像光学系を有するデジタルカメラと、
前記望遠光学系の光軸と前記撮像光学系の光軸との方向誤差を検出する方向誤差検出手段と、
前記デジタルカメラにより得られた撮像画像上において前記測量目標点を示すショットマークが、前記方向誤差を解消した位置に表示されるように、前記撮像画像上における前記ショットマークの表示位置を演算するショットマーク位置演算手段と、
前記表示位置に前記ショットマークを表示する表示手段と
を備えることを特徴とする測量機。
【請求項２】
前記表示手段は表示装置を備え、前記表示装置の表示領域の中心に前記ショットマークを表示することを特徴とする請求項１に記載の測量機。
【請求項３】
前記表示手段は表示装置を備え、
前記測量機は、前記表示装置の表示領域上における前記測量目標点の位置と前記ショットマークの位置とが一致するように、前記測量目標点の位置と前記ショットマークの位置を相対的に移動させる操作部をさらに備え、
前記方向誤差は前記操作部による移動量である請求項１に記載の測量機。
【請求項４】
前記操作部は前記撮像画像又は前記ショットマークを移動させる請求項３に記載の測量機。
【請求項５】
前記方向誤差検出手段は、前記方向誤差を記録する請求項１に記載の測量機。
【請求項６】
前記方向誤差検出手段は、前記方向誤差が生じる度に前記方向誤差を積算した方向誤差データを記録する請求項１に記載の測量機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にデジタルカメラを備える測量機に関する。
【背景技術】
【０００２】
測量機、例えばトータルステーションは、望遠鏡内に設けられた光波測距儀を用いて測量対象物に対し測量目標点を視準して測量対象物に対する測量を行う。測量は、光波測距儀の測距原点から測量目標点までの距離を測定することを目的として、トータルステーションから測量対象物にレーザ光を照射し反射光を観測することによって行われる。
【０００３】
トータルステーションにはデジタルカメラを備えるものがある。デジタルカメラは望遠鏡よりも画角の広いレンズを備え、測量目標点を中心とした周辺画像を撮像してトータルステーションが備える画面に表示する。ユーザは画面に表示された画像を参照してトータルステーションを測量対象物の概略方向へ向け、詳細な視準は望遠鏡を用いて行う。視準は望遠鏡の望遠光学系の光軸上に置かれた測量目標点を測量対象物に一致させることにより行われる。測量後、デジタルカメラは測量対象物とその周辺を撮像して得られた画像をトータルステーションが備える記録媒体に記録画像として記録する。
【０００４】
測量をノンプリズムモードで行うときには、反射プリズム等の機器を使用せず、トータルステーションが測量対象物に直接照射したレーザ光の反射光を受光する。ノンプリズムモードは、測量対象物に反射プリズム等を設置する必要がないため、反射プリズムを設置することが出来ない地物や構造物の角を測量するときに用いられる。これらの測量対象物を測定したときには、測量対象物の形状から、測量後に画面又は記録画像を目視確認しても測量目標点を特定することが困難なことがあるため、画面上に測量済みの測量目標点を表示する構成が知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−３４０７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１のような撮像光学系３８と望遠光学系３９とが１つの光学系を共有する構成のトータルステーションでは、望遠光学系３９に入射した光束を、撮像素子へ導かれる光束と望遠光学系３９の接眼レンズへ導かれる光束とに分岐させる必要がある。望遠光学系３９に入射した光束を分岐することにより、撮像素子へ導かれる光束と接眼レンズへ導かれる光束の光量が両方とも減少するという問題が生じる。さらに、撮像光学系３８が望遠光学系３９と同じ画角しか得ることができないため、撮像範囲を広く確保して測量対象物の周辺を含んだ画像を撮像することができないという問題が生じる。これらの欠点を解消すべく、望遠鏡の望遠光学系とデジタルカメラの撮像光学系とを独立して設けることが考えられる。
【０００６】
しかし、この構成では撮像光学系と望遠光学系との光軸が一致しないため、望遠鏡により観察される周辺画像とデジタルカメラが撮像する画像との中心が一致しない。そのため、望遠光学系の光軸に置かれる測量目標点は、画面に表示されるデジタルカメラにより撮像された画像の中心とならない（いわゆるパララックスが生じている）。そのため画像上において測量目標点を正確に特定することが出来ない。
【０００７】
さらに、デジタルカメラ及び望遠鏡を構成する部材は気温の変化や太陽による放射熱により伸縮することがある。測量は日中屋外で行われることが通例であるため、一日の測量作業を開始する前に撮像光学系と望遠光学系との光軸を平行に調整しても、日中の気温変化等により光軸に方向誤差、すなわち撮像光学系の光軸と望遠光学系の光軸とが交わって成す角度を生じる。光軸に方向誤差が生じると、ユーザは画面に表示された画像を参照してトータルステーションを正確に測量対象物の方向へ向けることが出来ない。
【０００８】
本発明は、望遠光学系と撮像光学系との光軸がそれぞれ独立して設けられる測量機において、望遠光学系と撮像光学系とのパララックスおよび方向誤差を考慮しながら測量目標点の概略位置を示すショットマークを画像に合成し、測量機が備える表示装置に表示して、ユーザに容易に測量目標点の概略方向を認識させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による測量機は、測量対象物に対して測量目標点を視準するための望遠光学系を有する望遠鏡と、望遠光学系とは独立して設けられる撮像光学系を有するデジタルカメラと、望遠光学系の光軸と撮像光学系の光軸との方向誤差を検出する方向誤差検出手段と、デジタルカメラにより得られた撮像画像上において測量目標点を示すショットマークが、方向誤差を解消した位置に表示されるように、撮像画像上におけるショットマークの表示位置を演算するショットマーク位置演算手段と、表示位置にショットマークを表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
表示手段は表示装置を備え、表示装置の表示領域の中心にショットマークを表示するものであればなお良い。
【００１１】
表示手段は表示装置を備え、測量機は、表示装置の表示領域上における測量目標点の位置とショットマークの位置とが一致するように、測量目標点の位置とショットマークの位置を相対的に移動させる操作部をさらに備え、方向誤差は操作部による移動量であることが好適である。
【００１２】
操作部は撮像画像又はショットマークを移動させることが好ましい。
【００１３】
方向誤差検出手段は、方向誤差を記録、又は方向誤差が生じる度に方向誤差を積算した方向誤差データを記録することが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、望遠光学系と撮像光学系とのパララックスおよび方向誤差を考慮しながら測量目標点の概略位置を示すショットマークを画像に合成し、測量機が備える表示装置に表示して、ユーザに容易に測量目標点の概略方向を認識させる測量機を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１から３を用いて、本発明の実施形態によるトータルステーションの構成を説明する。
【００１７】
トータルステーション１００は、測距儀１１０とデジタルカメラ１２０とから構成される。測距儀１１０には望遠光学系３９を有する望遠鏡１１１が設けられる。ユーザは望遠光学系３９を用いて測量対象物３３に対して測量目標点３４を視準する。測量対象物３３は測量が行われる地物やコーナキューブ等をいい、測量目標点３４は視準を行うために望遠鏡の光軸上に設けられる一点をいう。デジタルカメラ１２０は撮像光学装置１２１により画像を撮像する。
【００１８】
視準した測量対象物３３に対し、ユーザが入力装置１１５を操作してレーザ光を照射すると、レーザ光は測量対象物３３で反射して望遠鏡１１１に入射する。望遠鏡１１１に入射したレーザ光は光波測距儀１１２へ導かれ、光波測距儀１１２はレーザ光の位相等を測定する。測定された位相は一時的に測量記憶装置１１６へ記憶された後に測量制御装置１１３に転送される。測量制御装置１１３は、照射したレーザ光の位相と入射したレーザ光の位相との差を用いて、トータルステーション１００から測量目標点３４までの距離を算出する。
【００１９】
測量表示装置１１４はトータルステーション１００を操作するために必要な情報や測量結果等を表示する。トータルステーション１００の操作は入力装置１１５、例えばキーボードによって行われる。測量結果は測量データとしてデジタルカメラ１２０が備える記録媒体１２５に記録される。
【００２０】
デジタルカメラ１２０において、撮像光学装置１２１は撮像光学系３８を成すレンズやレンズから得られた光を電気信号に変換するＣＣＤ撮像素子等（図示しない）から構成される。撮像光学系３８の光軸３６は、撮像光学装置１２１に設けられるＣＣＤ撮像素子の有効画素領域の中心を通っており、撮像された画像の中心位置は撮像光学系３８の光軸３６の位置と一致する。
【００２１】
本実施形態では、望遠光学系３９から独立して撮像光学系３８が設けられるため、望遠光学系３９は撮像のために光束を分岐させる必要がなく、双方の光学系において光量が不足することはない。また、撮像光学系３８は望遠光学系３９よりも広い画角を確保することができる。
【００２２】
撮像された画像はカメラ記憶装置１２４に一時的に記憶されてデジタルカメラ１２０が備えるカメラ制御装置１２２によって画像処理される。画像処理された画像は画像データとしてデジタルカメラ１２０が備えるカメラ表示装置１２３に表示され、記録媒体１２５に記録画像として記録される。記録媒体１２５はデジタルカメラ１２０に着脱自在に設けられる。デジタルカメラ１２０による撮影、すなわち撮像から記録までの一連の動作は測距儀１１０に設けられた入力装置１１５をユーザが操作することによって行われる。
【００２３】
次に図３及び図４を用い、カメラ表示装置１２３が有する表示領域の方向誤差を解消した位置に、ショットマークを表示するショットマーク位置補正処理について説明する。
【００２４】
ショットマーク位置補正処理は測量が実行される前に行われる。まずステップＳ２１において、ユーザは測量対象物３３を視認する。次にステップＳ２２において、ユーザは水平又は鉛直方向に望遠鏡１１１を回転させ、目視で測量対象物３３の方向に向ける。ステップＳ２３では、測量記憶装置１１６から方向誤差データが読み出される。方向誤差データは、撮像光学系の光軸と望遠光学系との光軸とが交わって成す角度を水平方向及び鉛直方向の各成分により表したベクトル量であり、後述する方向誤差データ演算処理によりこの回の測量が実行される前に演算され、測量記憶装置１１６に記憶されている。
【００２５】
ステップＳ２４では、方向誤差データから記録画像上におけるショットマークの位置を後述するショットマーク位置算出処理に従って演算する。ショットマークは記録画像上において測距可能、言い換えると、これから測量しようとする測量目標点３４の概略位置を示す記号であり、例えば十字形が用いられる。
【００２６】
ステップＳ２５では演算されたショットマークの概略位置に従い、画像にショットマークを合成してカメラ表示装置１２３に表示する。合成は既知の画像合成方法により行われる。
【００２７】
ステップＳ２６とＳ２７では、ユーザはカメラ表示装置１２３に表示された画像を見て望遠鏡１１１を水平又は鉛直方向に回転させ測量対象物３３の方向に向ける。
【００２８】
画像には方向誤差を修正したショットマークが表示されているため、ユーザは望遠鏡１１１を測量対象物３３の概略方向に向けることが出来、ステップＳ２８において望遠鏡１１１の概略方向が決定される。
【００２９】
次に、ユーザはステップＳ２９で望遠鏡１１１を用いて測量目標点３４を測量対象物３３に視準する。これにより測量の準備が整えられ、ステップＳ３０で測量が実行される。
【００３０】
撮像光学系３８は望遠光学系３９と独立して設けられるため、各光学系における光軸どうしの間には間隔（いわゆるパララックス）が開いている。水平方向における光軸誤差はｄＨＬ、鉛直方向における光軸誤差はｄＶＬで表される。この光軸誤差は設計段階で定められる既知の値である。望遠鏡で測量目標物を正確に視準しているときでも、この光軸誤差により、カメラ表示装置１２３上に表示されるショットマークと測量目標物との間にはずれが生じる。このずれの大きさを光軸ずれ量という。光軸ずれ量は、方向誤差データ演算処理の前に算出される。
【００３１】
以下、図３及び５から７を用い、光軸ずれ量を検出し記録する光軸誤差検出処理について説明する。図３は、撮像光学系３８の光軸３６、望遠光学系３９の光軸３７、測量目標点３４及び測量対象物３３を模式的に示した図であり、測量対象物３３に対し測量目標点３４が視準されている。
【００３２】
まず、トータルステーション１００と測量目標点３４との間の距離Ｌを測定し、撮像光学装置１２１（図１参照）により測量対象物周辺の画像を撮像する。撮像された画像はカメラ表示装置１２３（図１参照）に表示される。撮像光学系３８の光軸３６と望遠光学系３９の光軸３７は方向誤差及び光軸誤差により一致しないため、カメラ表示装置１２３に表示される画像の中心点３５は、望遠光学系３９の光軸３７上に存在する測量目標点３４と一致しない（図３、５参照）。
【００３３】
そこでまず光軸誤差を修正する。カメラ表示装置１２３上において、撮像された画像の中心３５から測量目標点３４の方向へ光軸誤差の分だけ離れた点を、光軸ずれ補正点４１とすると、画像の中心点３５と光軸ずれ補正点４１との間の画像上における光軸ずれ量は、水平方向に対してｄＨＬｐピクセル、鉛直方向に対してｄＶＬｐピクセルで表わされる。光軸ずれ補正点４１は、光軸ずれ量は補正されるが方向誤差は補正されていない位置を示す。各光軸ずれ量は以下の式で表される。光軸ずれ量の単位は画素数である。
【００３４】
ｄＨＬｐ＝（ＡｒｃＴａｎ（ｄＨＬ／Ｌ））／ＲＸｎθ
ｄＶＬｐ＝（ＡｒｃＴａｎ（ｄＶＬ／Ｌ））／ＲＹｎθ
【００３５】
ＲＸｎθ及びＲＹｎθはそれぞれ水平方向及び鉛直方向のＣＣＤ一画素あたりの分解力を示す。分解力とは一画素あたりの画角を示す値であり、デジタルカメラ１２０が有するレンズの焦点距離から決定されるＣＣＤの画角を水平方向又は鉛直方向の画素数で除した値となる。
【００３６】
以上により得られた光軸ずれ量に従って、光軸ずれ量ｄＨＬｐ及びｄＶＬｐを画像の中心点３５からそれぞれ移動した光軸ずれ補正点４１に、ポイントマーク４２を表示する（図５参照）。ポイントマーク４２は記録画像上において測量済みの測量目標点３４の位置を示す記号であり、例えば十字形が用いられる。光軸ずれ量ｄＨＬｐ及びｄＶＬｐに水平及び鉛直方向における分解力をそれぞれ乗じた値が、方向誤差データの初期値Ｅ０として測量記憶装置１１６に記憶される。
【００３７】
次に方向誤差データを演算する方向誤差データ演算処理について説明する。
【００３８】
図３に示すトータルステーション１００は、気温変化等による外的要因によって、撮像光学系３８の光軸３６が望遠光学系３９と平行である基本光軸３１と方向誤差を生じている。方向誤差は説明のため誇張して示される。図においてｄＨθは水平方向における方向誤差であり、ｄＶθは鉛直方向における方向誤差である。
【００３９】
光軸ずれ量を補正する処理が行われた後、図５のようにカメラ表示装置１２３にはポイントマーク４２が光軸ずれ補正点４１上に表示されている。ユーザは、カメラ表示装置１２３に表示された画像とポイントマーク４２とを見て入力装置１１５を操作する。図７に示すように、ユーザの操作に従ってカメラ表示装置１２３に表示されている画像が移動して、ポイントマーク４２と測量対象物３３との位置が一致する。このとき、水平方向における画像の移動ベクトルはｄＨＡｐピクセル、鉛直方向における画像の移動ベクトルはｄＶＡｐピクセルである。
【００４０】
すなわち図６に示すように、画像の中心位置から光軸の光軸ずれ量ｄＨＬｐ及びｄＶＬｐに加えて水平方向にｄＨＡｐ及び鉛直方向にｄＶＡｐだけ移動した位置が、正確な測量目標点３４の位置となる。
【００４１】
ｄＨＡｐ及びｄＶＡｐから、基本光軸３１と撮像光学系３８が成す方向誤差が決定される。水平方向における方向誤差はｄＨθ、鉛直方向における方向誤差はｄＶθとして以下の式により求められる。
【００４２】
ｄＨθ＝ｄＨＡｐ・ＲＸｎθ
ｄＶθ＝ｄＶＡｐ・ＲＹｎθ
【００４３】
計測された方向誤差は、測量記憶装置１１６に記憶された方向誤差データＥ０に加算され、新たな方向誤差データＥ１として測量記憶装置１１６に更新、あるいは記憶される。前述のショットマーク位置補正処理では、前回の方向誤差データ演算処理で演算され記憶された方向誤差データを用い方向誤差を解消する。つまり今回の方向誤差データ演算処理では、前回の方向誤差データを用いて補正された位置にショットマーク４３が表示され、このショットマーク４３の位置を基準に方向誤差が検出される。そのため、前回の方向誤差データに今回演算された方向誤差を加えることにより、今回の方向誤差データを得ることができる。次回方向誤差が発生したとき測量対象物３３に対する方向誤差が計測されると、この方向誤差データＥ１が読み出され、次回計測された方向誤差が加算される。そして、方向誤差が加算された方向誤差データは、最新の方向誤差データＥ２として測量記憶装置１１６に記憶され、撮影画像と関連付ける情報と共に記録媒体１２５へ記録される。方向誤差データＥｎは方向誤差が計測される度に積算される。
【００４４】
次に方向誤差データから記録画像上におけるショットマーク４３の位置を算出するショットマーク位置算出処理について説明する。
【００４５】
水平及び鉛直方向の方向誤差データＥｎを水平及び鉛直方向の分解力でそれぞれ除すことにより、光軸ずれ補正点４１からショットマーク４３までのベクトル量ｄＨＡｐ、ｄＶＡｐが算出される。カメラ表示装置１２３には、光軸ずれ補正点４１から水平方向にｄＨＡｐ、鉛直方向にｄＶＡｐを移動した位置にショットマーク４３が表示される（図８参照）。方向誤差データは撮像光学系３８の光軸３６と望遠光学系３９の光軸３７とが交わって成す角度であるから、測量機１００から測量対象物３３までの距離によって変化しない。そのため、一度方向誤差が計測されると、その方向誤差が変化するまで、測量される複数の測量対象物に対して同じ方向誤差データ用いることにより、方向誤差を解消した位置にショットマーク４３を表示することができる。
【００４６】
次に図９を参照して、算出されたショットマーク位置に従って、ショットマークをカメラ表示装置１２３の表示領域の中心に表示する処理について説明する。
【００４７】
撮像された画像はカメラ表示装置１２３の表示領域よりも大きい。そのため、表示領域には、撮像された画像の一部のみが表示される。ユーザがカメラ表示装置１２３を参考にして望遠鏡を測量対象物３３へ向けるとき、ショットマーク４３がカメラ表示装置１２３の表示領域の中心にあると、ユーザは望遠鏡を測量対象物３３へ向けやすくなる。そこで、カメラ表示装置１２３に表示される画像は、水平方向にｄＨＬｐ＋ｄＨＡｐ分、及び鉛直方向にｄＶＬｐ＋ｄＶＡｐ分、自動的に動かされる。これにより、ショットマーク４３の位置はカメラ表示装置１２３の表示領域の中心と一致し、ユーザは容易に望遠鏡を測量対象物３３の方向へ向けることが可能となる。
【００４８】
なお、本実施形態では、ｄＨＬｐ、ｄＨＡｐ、ｄＶＬｐ、ｄＶＡｐが計算されたときに画像が動かされるが、ユーザが入力装置１１５を操作して任意に画像を動かすように構成しても良い。
【００４９】
以上説明したように、本発明の測量機は望遠鏡において明るい視野を確保し低コスト化を図ると共に、ユーザは測量対象物の概略位置を容易に把握することができる。
【００５０】
なお、本実施形態では画像が動かされるが、ショットマーク４３が、カメラ表示装置１２３上で測量対象物３３と一致するように動かされても良い。
【００５１】
記録媒体１２５は取り外し可能なメモリカードに限定されず、デジタルカメラに内蔵されるいかなる記憶装置であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態であるトータルステーションの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態であるトータルステーションの正面図である。
【図３】撮像光学系、望遠光学系、測量対象物及び測量目標点との関係を示した模式図である。
【図４】画像にショットマークを合成する処理を示したフローチャートである。
【図５】カメラ表示装置に表示された画像を示した図である。
【図６】ポイントマークを合成した記録画像を示した図である。
【図７】ポイントマークを測定目標点の位置に一致させるときにおける、カメラ表示装置に表示された画像を示した図である。
【図８】補正した位置にショットマークを表示したカメラ表示装置の表示領域を示した図である。
【図９】中心にショットマークを表示したカメラ表示装置の表示領域を示した図である。
【符号の説明】
【００５３】
３３  測量対象物
３４  測量目標点
３８  撮像光学系
３９  望遠光学系
４２  ポイントマーク
４３  ショットマーク
１００  トータルステーション
１１０  測距儀
１１１  望遠鏡
１２０  デジタルカメラ
１２１  撮像光学装置
【図１】
2008032701.tif 000003
【図２】
2008032701.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008032701.tif 000006
【図５】
2008032701.tif 000007
【図６】
2008032701.tif 000008
【図７】
2008032701.tif 000009
【図８】
2008032701.tif 000010
【図９】
2008032701.tif 000011