(57)【要約】【課題】対象物上の規則的な（又は、不規則な）経路に沿った距離及びこれによって囲まれた面積を容易に算出する能力を有する計測手法を提供する。【解決手段】本発明の提供する計測装置は、画像取得システム、光学ナビゲーションエンジン、演算エンジン、及びディスプレイを有している。光学ナビゲーションエンジンは、画像取得システムに通信可能に接続されている。演算エンジンは、光学ナビゲーションエンジンに通信可能に接続されている。そして、ディスプレイは、演算エンジンに通信可能に接続されている。本発明の提供する計測を実行する方法は、対象物の所与の領域の一連の画像を生成するステップと、連続画像のそれぞれの組において、パターンの位置の一連の相対的な変化を判定するステップと、この位置の一連の相対的な変化の関数として、対象物上の所与の経路の距離を算出するステップと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像取得システムと、
前記画像取得システムに結合された光学ナビゲーションエンジンと、
前記光学ナビゲーションエンジンに結合された演算エンジンと、
前記演算エンジンに結合されたディスプレイと、
を有する計測装置。
【請求項２】
前記演算エンジンに結合されたユーザー制御モジュールを更に有する、請求項１記載の計測装置。
【請求項３】
前記演算エンジンに結合された通信ポートを更に有する、請求項１記載の計測装置。
【請求項４】
前記画像取得システムは、
光源と、
対象物の所与の領域上に前記光源からの光を合焦する第１レンズと、
光学センサと、
前記光学センサ上に前記対象物の前記所与の領域から反射された光を合焦する第２レンズと、
所与の経路をトレースするための位置決め要素であって、前記光源、前記第１レンズ、前記光学センサ、及び第２レンズは、いずれも該位置決め要素の移動に相対して移動する、位置決め要素と、
を有する、請求項１記載の計測装置。
【請求項５】
対象物の所与の領域の一連の画像を生成するステップと、
前記一連の画像の連続画像のそれぞれの組において、位置の相対的な変化を検出するステップと、
前記位置の一連の相対的な変化の関数として、前記対象物上の所与の経路の距離を算出するステップと、
を有する、計測を実行する方法。
【請求項６】
倍率を受信するステップと、
前記倍率の関数として、前記経路の前記距離を更に算出するステップと、
を更に有する、請求項５記載の計測を実行する方法。
【請求項７】
尺度単位要素を受信するステップと、
前記尺度単位の関数として、前記経路の前記距離を更に算出するステップと、
を更に有する、請求項６記載の計測を実行する方法。
【請求項８】
前記位置の一連の相対的な変化の関数として、前記所与の経路によって囲まれた面積を算出するステップを更に有する、請求項６記載の計測を実行する方法。
【請求項９】
対象物上の所与の経路をトレースする位置決め要素と、
前記所与の経路に沿って一連の画像を生成する画像取得システムと、
前記一連の画像の連続画像のそれぞれの組において、位置の相対的な変化を検出する光学ナビゲーションエンジンと、
前記位置の一連の相対的な変化、倍率、及び尺度単位要素の関数として、前記対象物上の所与の経路の距離を算出する演算エンジンと、
前記距離を提示するディスプレイと、
を有する計測装置。
【請求項１０】
前記演算エンジンが、前記位置の一連の相対的な変化の関数として、前記所与の経路によって囲まれた面積を算出する、請求項９記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地図、図面、写真、及びこれらに類似するものにおける距離及び面積の計測に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地図、図表、図面、写真、図式、青写真、計画、及びその他これらに類似する対象物に関する計測が、しばしば実行されている。このような計測値には、距離、面積、及びこれらに類似のものが含まれる。そして、距離には、直線、曲線、又は不規則な経路に沿ったものがあり、面積の場合にも、様々な形状のものが存在している。距離及び／又は面積を計測する装置としては、プラニメーター（planimeter）や地図測定ホイールなど、いくつかのものが存在する。しかしながら、この種の計測装置の有用性には、限界が存在している。
【０００３】
プラニメーターは、平坦な領域の面積を計測するために利用されるものである。プラニメーターは、アンカーアーム（anchor arm）とトレーシングアーム（tracing arm）を有しており、これらは、ホイールとスケールアセンブリを有するエルボー部において結合されている。ホイールは、トレーシングアームのポインタが領域の周囲を辿る際に、卓上の表面に沿って回転及びスライドする。そして、トレーシングアームが周囲を辿る際に、このホイールにより、スケールが回転する。この結果、領域の面積に比例した数値がスケールによって示される。この数値に、当該表示物の縮尺に応じた変換係数を適用し、実際の面積を判定することになる。しかし、残念ながら、プラニメーターは、そのフォームファクタ（form factor）が大きく、持ち運びが容易ではない。又、プラニメーターの計測対象は、経路によって囲まれた領域の面積のみであり、経路の距離は計測できない。
【０００４】
一方、地図測定ホイールは、経路に沿った距離を計測するために利用されている。地図測定ホイールは、通常、ローラーホイール、アクチュエータ／センサ、演算ユニット、及びディスプレイを有している。ローラーホイールは、アクチュエータ／センサに接続されており、このアクチュエータ／センサが、ローラーホイールの回転を検知する。そして、アクチュエータ／センサは、このローラーホイールの回転を示す信号を演算ユニットに供給する。演算ユニットは、ローラーホイールの回転を示す信号と適用可能な倍率から距離を算出する。そして、この算出された距離がディスプレイ上に出力されることになる。このような地図測定ホイールのフォームファクタは比較的小さい。しかしながら、地図測定ホイールが算出できるのは、通常、特定の規則的な形状の領域のみである。
【０００５】
又、地図測定ホイールは、ローラーホイールと対象物間に十分な摩擦又は重力が存在しなければならないという問題点を有している。摩擦又は重力が不十分な場合には、ローラーホイールがスリップし、計測誤差が発生する。又、地図測定ホイールの場合、ローラーホイールが経路に沿って単一方向を継続的に指し示さなければならないという問題点も存在している。従って、ユーザーは、不規則な経路又は形状をトレースする際に、装置を継続的に旋回させなければならない。このような旋回操作は、通常、ストレスと疲労をユーザーにもたらすことになる。又、この旋回により、ローラーホイールアセンブリ内に拘束（binding）が発生し、この結果、計測誤差が発生することになる。更には、地図測定ホイールの場合、分解能も限定されている。具体的には、分解能は、ローラーホイールのサイズと検知する回転の増分量の関数となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、対象物上の規則的な（又は、不規則な）経路に沿った距離及びこれによって囲まれた面積を容易に算出する能力を有する計測手法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による実施例によれば、距離及び／又は面積を計測するための装置が提供される。本発明による一実施例において、この計測装置は、画像取得システム、光学ナビゲーションエンジン、演算ユニット（演算エンジン）、及びディスプレイを有している。光学ナビゲーションエンジンは、画像取得システムに接続されている。演算ユニット（演算エンジン）は、光学ナビゲーションエンジンに接続されている。そして、ディスプレイは、演算ユニット（演算エンジン）に接続されている。
【０００８】
本発明による一実施例において、計測を実行する方法は、対象物の所与の領域の一連の画像を生成するステップを有している。連続画像のそれぞれの組において、パターンの位置の一連の相対的な変化を判定する。そして、この位置の一連の相対的な変化の関数として、対象物上の所与の経路の距離を算出する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明による実施例は、以下の添付図面に、一例として示されており（これらは限定を意図するものではない）、これらの図においては、類似の参照符号によって類似の要素が示されている。
【００１０】
以下においては、その例が添付図面に示されている本発明による実施例を詳細に参照している。この本発明による様々な実施例に関する説明においては、それらは、本発明をそれら実施例に限定することを意図するものではないことを理解されたい。本発明は、添付の請求項によって定義される本発明の範囲に属する代替物、変更物、等価物を含むことを意図するものである。又、以下の詳細な説明においては、本発明による様々な実施例について十分に理解できるように、多数の特定の詳細事項についても記述している。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細事項なしに実施可能であることを理解されたい。又、その他の例においては、本発明による実施例の態様を不必要にわかりにくいものにしないように、周知の方法、手順、コンポーネント、及び回路については、その詳細な説明を省略している。
【００１１】
本発明による実施例によれば、地図、図表、図面、写真、図式、青写真、計画、及び／又はその他これらに類似する対象物上の距離、面積、及び／又はその他の寸法的な特徴を計測するためのシステム及び方法が提供される。このシステム及び方法においては、光源、光センサ、及びデジタル信号プロセッサを利用し、所与の経路に沿って計測装置の位置をトレースする。そして、この結果生成された位置情報を利用し、様々な計測値を算出する。
【００１２】
図１を参照すれば、本発明による一実施例における計測装置１００のブロックダイアグラムが示されている。図１に示されているように、計測装置１００は、画像取得システム１１０、光学ナビゲーションエンジン１２０、演算ユニット（演算エンジン）１３０、及びディスプレイ１４０を有している。画像取得システム１１０は、光学ナビゲーションエンジン１２０に接続されている。光学ナビゲーションエンジン１２０は、演算エンジン１３０に接続されている。演算ユニット（演算エンジン）１３０は、ディスプレイ１４０に接続されている。
【００１３】
本発明による一実施例において、画像取得システム１１０は、所与の対象物の表面領域を照射し、この照射領域の特徴から反射された光を取得する。そして、画像取得システム１１０は、この反射光から一連の画像を生成する。本発明の一実施例においては、１００画像／秒以上の速度で画像を取得する。本発明の模範的な実施例においては、この取得速度は、約１５００画像／秒である。本発明の一実施例においては、それぞれの画像は、１００ピクセル以上を有している。本発明の模範的な実施例においては、１つの画像当たり、約４５０ピクセルが取得される。そして、これらの画像は、画像取得システム１１０から光学ナビゲーションエンジン１２０に出力される。
【００１４】
本発明による一実施例において、光学ナビゲーションエンジン１２０は、連続画像におおける共通的な特徴（例：パターン）の変位を識別し、これにより、その動きを辿る。画像取得の速度が十分大きいために、連続画像内には同一の特徴の多くが含まれている。従って、最新の画像及び１つ又は複数の以前の画像における共通的な特徴の変位が、光学ナビゲーションエンジン１２０によって識別される。光学ナビゲーションエンジン１２０は、この共通的な特徴に基づいて計測装置の相対的な動きを判定する。次いで、光学ナビゲーションエンジン１２０は、この情報を対応する一連の方向及び大きさのデータに変換する。それぞれの方向及び大きさのデータ値は、計測装置の相対的な（例えば、一連の画像における特定の画像と次の画像間における）動きを表している。この一連の方向及び大きさデータは、光学ナビゲーションエンジン１２０から演算ユニット（演算エンジン）１３０に出力される。
【００１５】
本発明による一実施例において、演算エンジン１３０は、この一連の方向及び大きさデータと所与の倍率から特定対象物の距離及び／又は面積を算出する。又、所与の尺度単位（例：キロメートル又はマイル）により、距離及び／又は面積を算出することも可能である。そして、これらの距離及び／又は面積の計測値は、演算エンジン１３０から出力され、ディスプレイ１４０上においてユーザーに提示されることになる。
【００１６】
本発明による一実施例において、計測装置１００は、演算エンジン１３０に接続されたユーザー制御モジュール１５０を更に有することができる。このユーザー制御モジュール１５０より、倍率、計測の単位、及び／又は機能（例：距離、面積）の入力／選択が可能になる。又、ユーザー制御モジュール１５０により、装置のパワーオン及び／又はパワーオフ、装置のクリア、及び／又は所与の経路の起点及び／又は終点の入力／選択も可能になる。この結果、演算エンジン１３０は、ユーザー制御モジュール１５０から受信した所与の尺度単位により、所与の倍率を利用して所与の機能を算出する。
【００１７】
本発明による一実施例においては、計測装置１００は、演算エンジン１３０に接続された通信ポート１６０を更に有することができる。この通信ポート１６０により、演算装置及び／又は入出力装置（例：コンピュータ、モニタ、プリンタ）との間において、計測値の転送及び／又は倍率及び／又は機能の選択が可能になる。本発明による一実施例においては、この通信ポート１６０は、有線通信を提供している。本発明による別の実施例においては、この通信ポート１６０は、無線通信を提供している。
【００１８】
次に、図２を参照すれば、本発明による一実施例における画像取得システム２００のブロックダイアグラムが示されている。図２に示されているように、画像取得システム２００は、光源２１０、第１レンズ２２０、位置決め要素２３０、第２レンズ２４０、及び光学センサ２５０を有している。光源（例：発光ダイオード）２１０は、光を放射する。第１レンズ２２０は、この光源からの光を対象物（例：地図）２６０の所与の領域上に合焦する。そして、この光が対象物から反射され、第２レンズ２４０により、光学センサ（例：カメラチップ）２５０上に合焦される。尚、光学ナビゲーションエンジンに出力するべく使用可能なデータは、反射光における小さな変化により、十分生成可能である。
【００１９】
本発明による一実施例においては、光は、位置決め要素（例：レチクル、ポインタ）２３０の位置において、対象物の領域から反射されるように合焦される。本発明による別の実施例においては、光は、位置決め要素２３０に隣接する位置において、対象物２６０の領域から反射されるように合焦される。又、位置決め要素２３０の対象物上における移動に伴い、光源２１０、第１レンズ２２０、第２レンズ２４０、及び光学センサ２５０は、いずれも位置決め要素２３０に関連して移動する。
【００２０】
本発明による一実施例において、光学センサ２５０は、微細な組織上の特徴から反射した光を１００画像／秒以上の速度で検出する。本発明による一実施例においては、それぞれの画像には、１００ピクセル以上が含まれている。本発明による模範的な実施例においては、光学センサ２５０によって形成される画像は、幅が３０ピクセルであり、長さが３０ピクセルである。それぞれのピクセルは、寸法が約６０ｘ６０マイクロメートル（μｍ）である。本発明による一実施例においては、補間アルゴリズムを利用し、１ピクセルの１／１６の分解能を実現している（例：３．７５μｍ）。
【００２１】
次に、図３を参照すれば、本発明による一実施例における計測を実行する方法３００のフローチャートが示されている。図３に示されているように、この方法３００は、ステップ３１０において、対象物の所与の領域の一連の画像を生成するステップから始まっている。この一連の画像は、１００画像／秒以上の速度で生成される。本発明による模範的な実施例においては、光学センサは、１秒当たり１，５００枚の画像を生成している。
【００２２】
ステップ３２０において、連続画像のそれぞれの組ごとに、位置の相対的な変化のＸ及びＹ座標における一連の相対的な変化を判定する。このパターンのＸ及びＹ座標における変化は、連続画像のそれぞれの組ごとに計測装置の移動の方向及び大きさにおける相対的な変化を示している。本発明の一実施例においては、この方向及び大きさの相対的な変化を１００カウント／インチ以上並びに１インチ／秒以上の速度で判定可能である。本発明による模範的な実施例においては、この移動の方向及び大きさの相対的な変化を４００カウント／インチ並びに最大１２インチ／秒の速度で判定することができる。
【００２３】
ステップ３３０において、このＸ及びＹ座標における一連の相対的な変化を加算し、計測装置がトレースした経路の距離を算出する。本発明による一実施例においては、この距離は、経路全体のトレースが完了したという通知を受領した時点で算出される。本発明による別の実施例においては、この距離は、経路をトレース中に算出される。
【００２４】
ステップ３４０において、このＸ及びＹ座標における連続した相対的な変化を利用し、経路によって囲まれた面積を算出可能である。本発明による一実施例においては、この経路は、計測装置の最新の位置のＸ及びＹ座標から計測装置の開始時点のＸ及びＹ座標に戻る直線によって囲まれている。本発明による一実施例においては、この面積は、経路全体のトレースが完了したという通知を受領した時点で算出される。本発明の別の実施例においては、この面積は、経路をトレース中に算出される。
【００２５】
次に、図４を参照すれば、本発明による一実施例における模範的な計測装置４００の図が示されている。図４に示されているように、この計測装置４００は、位置決め要素（例：レチクル、ポインタ）４２０、ディスプレイ（例：液晶ディスプレイ）４３０、及びアパーチャ（aperture、開口部）（図示されてはいない）４４０を具備する本体４１０を有している。更に、この計測装置は、１つ又は複数の入力（例：ボタン）４５０及び／又は通信ポート（図示されてはいない）１６０を有することも可能である。
【００２６】
本発明による一実施例において、計測装置４００の本体４１０は、ユーザーによって保持され、位置決め要素４２０が所望の経路をトレースするように対象物上を移動する。この結果、アパーチャ４４０は、この同じ経路に沿って（又は、それに関連して）対象物上を移動することになる。又、画像取得システム（図示されてはいない）１１０を移動の方向に対して特定の位置に向けておく必要はない。従って、本体４１０と、位置決め要素４２０の位置は、所望の経路をトレースする際にユーザーが計測装置４００を回転させる必要性を軽減するべく適合されている。
【００２７】
又、本体４１０は、画像取得システム１１０、光学ナビゲーションエンジン（図示されてはいない）１２０、及び演算エンジン（図示されてはいない）１３０用のハウジングをも提供している。画像取得システムは、アパーチャ４４０を通じて対象物上に光を送出する。次いで、画像取得システム１１０は、一連の画像を形成するべく、アパーチャ４４０を通じて反射光を収集する。そして、光学ナビゲーションエンジン１２０が、この一連の画像を利用し、位置情報における変化を生成する。演算ユニット（演算エンジン）１３０は、この位置情報における変化を利用し、所望の計測値を算出する。そして、ユーザーが選択した所望の計測値が、ディスプレイ４３０上に提示されることになる。
【００２８】
本発明による一実施例においては、入力（例：ボタン）４５０を利用し、計測装置４１０のターンオン／ターンオフ、所望の経路の開始点の通知、所望の経路の終了点の通知、以前の計測値のクリア、演算のタイプ（例：距離、面積）の選択、尺度単位の選択及び／又は倍率の選択、並びにこれらに類似することを実行可能である。
【００２９】
本発明の一実施例においては、ディスプレイ４３０により、演算結果がユーザーに対して提示される。本発明による一実施例においては、この演算結果は、経路全体のトレースが完了したという通知を受領した際に表示される。本発明の別の実施例においては、この演算結果は、経路をトレース中に、表示及び更新される。又、このディスプレイは、実行中の演算のタイプ、尺度単位、及び／又は利用されている倍率の表示にも利用可能である。
【００３０】
本発明による実施例は、規則的な（又は、不規則な）経路に沿った距離及び／又はこれによって囲まれた面積を容易に算出する能力を計測装置が有しているという点において有利である。又、本発明による実施例は、装置が、軽量であって、人間工学に基づいたフォームファクタに格納可能である点においても有利である。又、本発明による実施例は、不十分な摩擦又は重力、或いはサンプリングレートにより、精度と分解能が影響を受けないという点においても有利である。更には、画像の取得において、所与の経路をトレースする際のユーザーによる旋回操作が不要である。従って、この計測装置には、所与の経路をトレースする際の装置の旋回又は非旋回によって生成される計測誤差の問題が存在しない。
【００３１】
又、光源により、対象物の所与の領域が照射されている。従って、この照明により、対象物上の詳細を観察し、所望どおりに位置決め要素を移動させるためのユーザーの能力が向上する。又、この画像取得装置は、計測精度に影響を及ぼす汚染に対する抵抗力を有している。
【００３２】
本発明による特定の実施例に関する上述の説明は、例示と説明を目的として提示されたものである。これらは、本発明のすべてを網羅するものではなく、且つ開示したそれらの形態そのままに本発明を限定することを意図するものでもなく、上述の開示内容から、多くの変更及び変形が可能であることは明白である。本発明によるこれらの実施例は、本発明の原理とその実際的な適用について十分に説明し、これにより、当業者が本発明並びに想定する特定の使用法に適した様々な変更を最も有利に利用できるようにするべく、選択されたものである。本発明の範囲は、添付の請求項及びそれらの等価物によって定義されているとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による一実施例における計測装置のブロックダイアグラムを示している。
【図２】本発明による一実施例における画像取得システムのブロックダイアグラムを示している。
【図３】本発明による一実施例における計測を実行する方法のフローチャートを示している。
【図４】本発明による一実施例における模範的な計測装置の図を示している。
【符号の説明】
【００３４】
１１０  画像取得システム
１２０  光学ナビゲーションエンジン
１３０  演算エンジン
１４０、４３０  ディスプレイ
１５０  ユーザー制御モジュール
１６０  通信ポート
２１０  光源
２２０  第１レンズ
２３０、４２０  位置決め要素
２４０  第２レンズ
２５０  光学センサ
２６０  対象物
【図１】
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【図２】
2005062179.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005062179.tif 000006