(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を捕らえるイメージセンサを備えたビデオカメラと、このビデオカメラを所定角度回動可能な取り付け装置と、上記ビデオカメラを上記取り付け装置上で一定の角速度で所定角度回動させる駆動装置とを備え、
上記ビデオカメラを水平方向に一定の角速度で回動させて撮影した測定対象物の位置を、所定位置での所定の撮影方向である基準位置から上記測定対象物の所定の基準点までの、上記イメージセンサにより撮影された画像の枚数として検知し、その枚数から、撮影した画像の上記基準位置からの角度を計算する回動角度検出装置を設け、
上記回動角度検出装置により、所定の測定対象の複数の上記基準点について、間隔が既知の一対の位置の一方から他方を見る上記基準位置からの角度を、上記一対の位置について各々求め、
上記一対の位置での上記各基準点の上記角度から、上記各基準点の水平位置の座標を各々求め、
上記各基準点の水平位置の上記座標を基にして、上記測定対象物の垂直方向の高さを、上記撮影した上記測定対象物の画像上の上記基準点間の距離と上記測定対象物の上記画像上の高さとの比を基にして、比例計算により求めることを特徴とする高さ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、所定の対象物までの距離を基にして高さを測定する高さ測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の土地や家屋、地形の位置を測定する方法としては、いわゆる三角測量によるものや、自動的な測距装置として測量用の照準器等があった。また、レーザ等を用いて所定の位置の標高等を測量する場合もあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の前者場合、測量には個々の測定個所について測量用の棒等を持って測量しなければならず、時間と多くの費用を要するものであり、簡単に地形や家屋の高さ測定データを取ることができるものではなかった。またレーザを用いて測量するには、費用がかかる上、装置も大がかりなものとなっていた。
【０００４】
この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な装置で正確な高さデータを得ることができる高さ測定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、画像を捕らえるイメージセンサを備えたビデオカメラと、このビデオカメラを所定角度回動可能な取り付け装置と、上記ビデオカメラを上記取り付け装置上で一定の角速度で所定角度回動させる駆動装置とを備え、上記ビデオカメラを水平方向に一定の角速度で回動させて撮影した測定対象物の位置を、所定位置での所定の撮影方向である基準位置から上記測定対象物の所定の基準点までの、上記イメージセンサにより撮影された画像の枚数として検知し、その枚数から、撮影した画像の上記基準位置からの角度を計算する回動角度検出装置を設け、上記回動角度検出装置により、所定の測定対象の複数の上記基準点について、間隔が既知の一対の位置の一方から他方を見る上記基準位置からの角度を、上記一対の位置について各々求め、上記一対の位置での上記各基準点の上記角度から、上記各基準点の水平位置の座標を各々求め、上記各基準点の水平位置の上記座標を基にして、上記測定対象物の垂直方向の高さを、上記撮影した上記測定対象物の画像上の上記基準点間の距離と上記測定対象物の上記画像上の高さとの比を基にして、比例計算により求める高さ測定方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。図１はこの発明の一実施形態の高さ測定方法に用いる測距装置１０を示す。この測距装置１０は、図示しない三脚等に取り付ける整準台１２と、この整準台１２に固定されたビデオカメラであるカメラ１４とからなる。整準台１２はカメラ１４等の取り付け装置であり、三脚等への取り付け部１６と、この取り付け部１６の上面側に設けられカメラ１４を保持する保持部２０とからなる。取り付け部１６と保持部２０は互いに調整ネジ部２２を介して互いに一体に設けられている。保持部２０には、水平をみる気泡管１８が取り付けられている。整準台１２内には、保持部２０に取り付けられたカメラ１４を所定の速度で水平に３６０度回動させるステップモータ等の駆動装置２３が設けられている。カメラ１４内には、撮影した画像を記録する記録装置と、画像が記録されるビデオテープや光ディスク、半導体メモリ等が設けられている。
【０００７】
この測距装置１０は、図２、図３に示すように、カメラ１４で捉えた画像をコンピュータ２４内に取り込んで所定の処理を行う。カメラ１４内には、２次元イメージセンサ２６が整準台１２上での回動面に対して垂直方向に設けられている。そして、カメラ１４に設けられたレンズ群である撮像光学系２８により撮像された画像は、イメージセンサ２６により画像データとして検知される。イメージセンサ２６の出力は、コンピュータ２４のＡ／Ｄ変換器２７によりデジタルデータに変換され、回動角度検出装置である処理装置２５へ出力される。処理装置２５は、このイメージセンサ２６からのデータを時系列的に順にメモリ２９に記憶させる。さらに、処理装置２５では、イメージセンサ２６により得られた撮像データにより２次元画像を形成し、モニタ３１等に表示させる。なお、Ａ／Ｄ変換器２７はカメラ１４内に設けられていても良い。
【０００８】
この測距装置１０の使用方法は、先ず、測距地点において整準台１２上にカメラ１４を取り付け、気泡管１８を見ながら調整ネジ部２２を回して、カメラ１４を水平に位置させる。そして、カメラ１４をＯＮして、駆動装置２３によりカメラ１４を整準台１２上で所定角度、例えば３６０度を一定の角速度で回動させる。これにより３６０度の範囲の画像が記録装置により記録媒体に記録される。これを、図４，図５に示すように、あらかじめ位置及び距離がわかっている複数の地点Ａ，Ｂ等で行う。なお、駆動装置２３による回動角度は、基準点から所定の回動角度を正確に検知可能であれば、３６０度回転させなくても良い。角度の検知方法としては駆動装置２３にロータリエンコーダを取り付けてカメラの駆動角度を検知することができる。
【０００９】
この後、カメラ１４によるビデオテープ等の記録媒体のデータをコンピュータ２４に入力する。コンピュータ２４内では、カメラ１４の初期位置から１２０度回動するまでの各フレーム順にフレーム番号を付す。例えば、基準とする位置を、Ａ地点であれば、そのＡ地点からＢ地点を見る方向を第一の基準位置Ａとし、Ｂ地点でも逆にＡ地点を見る方向を第二の基準位置Ｂとする。
【００１０】
このようにして第一、第二の基準位置Ａ，Ｂから３６０度の範囲の画像を一定の時間で撮影する。そしてこれを再生すると、図４のＦ１〜Ｆ４に示すように、建物３０が各フレームＦ１〜Ｆ４毎にわずかずつ位置が移動して見える。この画像から測距用の情報を得るには、基準位置から画面上で固定された十字の交点位置に建物の基準点、例えば角部Ｃ１が位置した状態のフレームＦ２の番号をその建物の位置情報としてコンピュータ２４内に記憶させる。これを第一、第二の基準位置Ａ，Ｂについて各々行う。また、測定対象物の建物が複数ある場合は、各対象物の基準点について同様に各々フレーム番号を記憶する。
【００１１】
これにより、図６に示すように、建物３０について、その基準点である角部Ｃ１の位置が、第一、第二の基準位置Ａ，Ｂからの角度α１，β１として得られる。この角度は、カメラ１４の回動の角速度と、第一、第二の基準位置Ａ，Ｂから、建物３０の基準点Ｃ１が測距用の十字点と重なるまでのフレーム数、すなわち第一、第二の基準位置Ａ，Ｂのフレーム番号、及び上記測距用の十字点が基準点Ｃ１と重なるフレーム番号によって計算される。例えばカメラ１４の回転の角速度がωrad／sec、第一の基準位置Ａから基準点Ｃ１までのフレーム数Ｆとすると、ビデオカメラの１フレームは１／３０秒であるから、角度α１＝３０・Ｆ・ωで求められる。
【００１２】
従って、精度を上げるにはカメラ１４の回動の角速度が遅いほうがよいが、測定時間等を考慮すると、例えば１フレームを１／１２０度となるようにカメラ１４の回動の角速度を設定すると、３６０度回動するのに要する時間ｍは、ｍ＝１／３０・１２０・３６０／６０＝２４分である。これにより、この測距方法による誤差ｄは、１フレーム分であるから、例えば１００ｍ先での誤差ｄは
ｄ＝（１／１２０／３６０）・２π・１００・１００≒１．４５ｃｍ    （１）
となり、きわめて精度のよい測量が可能となる。
ただし、コンピュータ２４のモニタ上での基準点の取り方によりフレーム番号がずれることもあるので、その用途に合わせて適宜カメラの回動速度を設定すればよい。
【００１３】
以上により、第一、第二の基準位置Ａ，Ｂから、測距対象の建物３０の基準点Ｃまでのフレーム数が求められると、その基準点Ｃ１の角度α１，β１が算出され、この角度α１，β１が求まると、ＡＢ間の距離が既知であるので、三角関数を用いた既存のコンピュータプログラムにより基準点Ｃ１の水平面上の座標が求められる。同様にしてその建物の他の角の位置や、他の建物の点Ｃ２の水平面上の座標についても求めることができる。
【００１４】
次に、建物の高さや土地の標高を求める。演算方法は、図７に示すように、上述のようにして撮影したデータを基にして、２次元画像上の水平方向の長さを求める。例えば建物３２の高さＨを求める場合、先ず、上記の水平面上の基準点Ｃ１，Ｃ２の座標を求めた方法と同様に、建物３２の外壁のカド部分を各々基準として、その間の距離Ｓを求める。距離Ｓは、建物３２の上端部の２地点のカドの基準点Ｄ２と基準点Ｅとの水平距離である。そして、図７に示すように、平面図においてカメラ１４の位置Ｏから点Ｄ２を通過する直線に、図７において建物３２の上端のカドの基準点Ｅから線Ｍに向かって下ろした垂線の長さＳ’を演算する。さらに、図７のカメラ１４から見た建物３２の各基準点Ｄ２−Ｅ間の水平方向角度γを上記の方法で求める。また、図８に示すように、建物３２の上端の基準点Ｄ２から地表に下ろした垂線の足をＰとすると、カメラ１４の点Ｏからこの垂線に垂直に延ばした線分の長さであるところの、点ＯＰ間の水平方向距離Ｗは、既知であるとする。
【００１５】
そして、撮影画像での建物３２の縦横の比率ｍを求める。比率ｍは、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、コンピュータ２４では、モニタ３１に映されているように、
ｍ＝Ｙ／Ｘ    （２）
となる。図９（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）の状態で撮像された画像である。ここでＸ，Ｙは、コンピュータ２４内のデジタル画像データのピクセル数である。Ｘ，Ｙのカウントは、モニタ３１上で直交する基準線である水平方向線Ｌと中心線Ｍの交点で行う。このピクセル数は、イメージセンサ２６の画素数としても良く、解像度に合わせてコンピュータ２４内で処理される画像データのピクセル数であればよい。そして、図７（ａ）と図８より
ｔａｎγ・ｍ＝ｔａｎδ    （３）
となり、ｔａｎδを求めることができる。これにより、カメラ１４の位置から建物３２の上端までの高さＨ１は、
Ｈ１＝Ｗ・ｔａｎδ    （４）
となる。よって、建物３２の高さＨは図８に示すように、
Ｈ＝Ｈ１＋Ｈ２    （５）
ここでＨ２はカメラ１４の高さである。
【００１６】
また、Ｓ’の値からＨ１を求めても良い。この場合、
Ｈ１＝Ｓ’・ｍ    （６）
となる。これらの計算は、簡単な既存のコンピュータプログラムにより求められる。同様にしてその建物の高さや土地の標高等を求めることができる。また、高さＨは、ＷとＳ’により各々求めて、これを平均しても良い。これにより正確に算出することができる。
【００１７】
この実施形態の高さ測定方法によれば、市販のカメラ、整準台及びコンピュータを用いて簡単に正確な測定が可能であり、測量工数を大幅に削減するものである。
【００１８】
なお、この発明のセンサは、２次元イメージセンサ以外に、ラインセンサを用いたものでも良い。ラインセンサを用いた場合、コンピュータで、ラインセンサにより得られた撮像データをラインセンサのセンサライン方向と直角方向に順にデータを並べて、平面画像を形成し、モニタ等に表示させ、距離演算用のデータとする。
【００１９】
【発明の効果】
この発明の高さ測定方法は、カメラを用いて所定範囲の画像を撮像することにより簡単に高さ測定が可能となり、測量を大幅に簡素化するものである。また計算方法も極めて簡単であり、既存のコンピュータにより容易に自動化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施形態の測定装置の概略図である。
【図２】  この発明の一実施形態の測定装置とコンピュータを接続した状態を示す概略図である。
【図３】  この発明の一実施形態の測定装置のブロック線図である。
【図４】  この発明の一実施形態のカメラによる撮影画像の各フレーム（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４）を示す概略図である。
【図５】  この発明の一実施形態の測定装置の使用状態を示す概略図である。
【図６】  この発明の一実施形態の測定装置による測定方法を示す概略図である。
【図７】  この発明の一実施形態の測定装置による測定方法を示す概略図である。
【図８】  この発明の一実施形態の測定装置による測定方法を示す概略図である。
【図９】  この発明の一実施形態の測定装置による測定画面を示す概略図である。
【符号の説明】
１０  測距装置
１２  整準台
１４  カメラ
１６  取り付け部
１８  気泡管
２０  保持部
２３  駆動装置
２４  コンピュータ
２５  処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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