(57)【要約】    【課題】  ３次元測定に於いて測定点を著しく減少させ、又エッジ部の測定を確実に行える様にする。    【解決手段】  測定点を視準する光学系３２と、該光学系を測定範囲で走査させる駆動部２９，３１と、光波距離計を有する測距部２４と、測定範囲を撮像する撮像部２７と、撮像画像からエッジを抽出する画像処理を行う画像処理部２８と、撮像画像上でエッジ近傍を測定点として選択し、該測定点の測量を行う様前記測距部を制御する制御演算部１７とを具備する。    【選択図】          図２
2005249715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定範囲の画像を取得し、該画像の画像処理によりエッジを抽出し、画像からエッジを挾む両側の測定点を選択し、該測定点についての測量を行うことを特徴とする測量方法。
【請求項２】
抽出するエッジが交差する２のエッジであり、エッジの交点を演算し、交点近傍の測定点を選択し、該測定点についての測量を行う請求項１の測量方法。
【請求項３】
抽出するエッジについてエッジ近傍、エッジ交点近傍の測量を行い、エッジによって囲まれる面を演算し、演算結果から該面の任意の点の測量データを演算可能とした請求項２の測量方法。
【請求項４】
測定点を視準する光学系と、該光学系を測定範囲で走査させる駆動部と、光波距離計を有する測距部と、測定範囲を撮像する撮像部と、撮像画像からエッジを抽出する画像処理を行う画像処理部と、撮像画像上でエッジ近傍を測定点として選択し、該測定点の測量を行う様前記測距部を制御する制御演算部とを具備することを特徴とする測量機。
【請求項５】
抽出するエッジが交差する２のエッジであり、選択された測定点は、エッジの交差部近傍である請求項４の測量機。
【請求項６】
エッジで囲まれる領域を平面とし、エッジ近傍の測定点の測量結果から、前記平面の３次元座標値を演算する請求項４の測量機。
【請求項７】
前記測定点は少なくともエッジを挾んで２箇所である請求項４の測量機。
【請求項８】
測定範囲を撮像し、取得した撮像画像からエッジを抽出し、撮像画像上でエッジ近傍を測定点として選択し、前記光学系を前記測定範囲で走査させ測量を行う手順を行わせる為のプログラムが格納された記憶部を具備する請求項４の測量機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元測定を行うノンプリズム形式の測量機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の範囲にあるビルディング等の対象物について３次元データを測量する場合、作業者が測定箇所を決めて１点１点ずつ測量を行う為、時間が掛かると同時に測量データの取得に限界があった。又、測定作業を自動化した自動測量機は、所定の範囲を細かいピッチで測定しながらラスタースキャンを行い、膨大な３次元測量データを作業者が行うより早く収集することができる。その膨大な３次元データの集合により３次元表示が可能になる。
【０００３】
従来の自動測量機では、測定点が膨大になり、この測定点のデータを保存する記憶装置の記憶容量も膨大である。又、測定データとして不必要なものを取込んだ場合には、データの連続性が失われ、再測定をしなければならない状況が多々発生していた。
【０００４】
更に、図１２に見られる様に、測定点が測定対象物３の稜線（エッジ）４であった場合、測量機１から発せられた測距光２が前記エッジ４で分割され、一部は手前の面５で反射され、一部は奥側の面６で反射される。この為、測量機１は前記手前の面５からの反射光と前記奥側の面６からの反射光により測定を行うことになり、エッジ４部分は正しく測定できない場合が生じるという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２１８０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は斯かる実情に鑑み、測定点を著しく減少させ、又エッジ部の測定を確実に行える測量方法、及び測量機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、測定範囲の画像を取得し、該画像の画像処理によりエッジを抽出し、画像からエッジを挾む両側の測定点を選択し、該測定点についての測量を行う測量方法に係り、又抽出するエッジが交差する２のエッジであり、エッジの交点を演算し、交点近傍の測定点を選択し、該測定点についての測量を行う測量方法に係り、又抽出するエッジについてエッジ近傍、エッジ交点近傍の測量を行い、エッジによって囲まれる面を演算し、演算結果から該面の任意の点の測量データを演算可能とした測量方法に係るものである。
【０００８】
又本発明は測定点を視準する光学系と、該光学系を測定範囲で走査させる駆動部と、光波距離計を有する測距部と、測定範囲を撮像する撮像部と、撮像画像からエッジを抽出する画像処理を行う画像処理部と、撮像画像上でエッジ近傍を測定点として選択し、該測定点の測量を行う様前記測距部を制御する制御演算部とを具備する測量機に係り、又抽出するエッジが交差する２のエッジであり、選択された測定点は、エッジの交差部近傍である測量機に係り、又エッジで囲まれる領域を平面とし、エッジ近傍の測定点の測量結果から、前記平面の３次元座標値を演算する測量機に係り、又前記測定点は少なくともエッジを挾んで２箇所である測量機に係り、更に又測定範囲を撮像し、取得した撮像画像からエッジを抽出し、撮像画像上でエッジ近傍を測定点として選択し、前記光学系を前記測定範囲で走査させ測量を行う手順を行わせる為のプログラムが格納された記憶部を具備する測量機に係るものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、測定範囲の画像を取得し、該画像の画像処理によりエッジを抽出し、画像からエッジを挾む両側の測定点を選択し、該測定点についての測量を行うので、測距光がエッジにより分割され正確な測定ができない状態が回避され、測量結果の信頼性、精度が向上する。
【００１０】
又、本発明によれば、抽出するエッジについてエッジ近傍、エッジ交点近傍の測量を行い、エッジによって囲まれる面を演算し、演算結果から該面の任意の点の測量データを演算可能としたので、囲まれる面について多数点の測量が省け、測量の経済性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る測量機（トータルステーション）の外観を示しており、図中、測量機１は角度（鉛直角、水平角）を検出する電子セオドライトと、光波距離計を具備している。
【００１３】
前記測量機１は、主に望遠鏡部８、該望遠鏡部８を上下方向に回転可能に支持する托架部９、該托架部９を水平方向に回転可能に支持する基盤部１１、該基盤部１１を支持する整準部１２から構成され、該整準部１２は三脚等に取付け可能となっている。
【００１４】
前記望遠鏡部８には対物レンズ１３を含む光学系、撮像部等が内蔵され、前記托架部９は表示部１４、操作・入力部１５を具備している。
【００１５】
図２により測量機１の概略構成を説明する。
【００１６】
図中、１は測量機、３は測定点に設けられるコーナキューブ等の測定対象物を示している。
【００１７】
前記測量機１は、表示部１４、操作・入力部１５、制御演算部１７、鉛直角測角部１８、水平角測角部１９、記憶部２１、測距部２４、発光部２５、受光部２６、撮像部２７、画像処理部２８、鉛直駆動部２９、水平駆動部３１及び光学系３２等を主に具備している。
【００１８】
前記鉛直角測角部１８は前記光学系３２により前記測定対象物３を視準した場合の水平に対する鉛直角を測定し、前記水平角測角部１９は所定の方向を基準方向とした場合の、基準方向に対する前記測定対象物３の水平角を測定する。前記記憶部２１には測定を行う為のシーケンスプログラム、或は画像処理を行う画像処理プログラム、少なくとも２点の測定データ（距離、鉛直角、水平角）を基に該点で特定される直線を演算し、少なくとも３点の測定データを基に３次元座標上の平面を示す数式を演算する等のプログラム等が格納され、更に測量した測量データ、画像処理した画像データが記憶される。尚、前記記憶部２１としてはＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、メモリカード等種々の記録媒体が採用可能である。
【００１９】
前記操作・入力部１５からは、測距を行う場合に測量作業者が測定開始指令、或は測定条件等を入力する。前記表示部１４には測量時の測量条件、測量結果或は測量時に撮像した画像、或は画像処理された結果が表示される。
【００２０】
前記発光部２５からは前記測定対象物３に向け測距光２が発せられ、前記受光部２６は前記測定対象物３で反射された反射測距光を受光し、前記測距部２４は前記受光部２６からの受光信号を基に前記測定対象物３迄の距離を求めて前記制御演算部１７に入力する。
【００２１】
前記発光部２５は、前記鉛直駆動部２９、水平駆動部３１によって駆動され、前記測定対象物３に向けられる。
【００２２】
前記制御演算部１７は、前記画像処理部２８から入力される各画像信号（画像データ）と、該画像データを撮像した時の前記鉛直角測角部１８からの鉛直角信号、前記水平角測角部１９からの水平角信号、及び前記測距部２４からの距離信号（各画像についての視準点での測量データ）とを関連付けて前記記憶部２１に記憶させ、更に各画像データについて測量データを基に各画像データ間の関連付けを行う。
【００２３】
各画像データ間の関連付けは、前記記憶部２１に測定点毎に記録エリアを作成し、該記録エリア内に更に画像データ格納エリアと測量データ格納エリアを作成して、測定点毎に画像データと測量データとを関連付けて記録する。或は、前記記憶部２１に画像データ格納エリアと測量データ格納エリアを作成し、画像データ及び測量データを画像データ格納エリアと測量データ格納エリアに分離して格納すると共に画像データと測量データをリンクさせる管理データを作成する等、既知の方法で関連付けがなされる。
【００２４】
又、各画像データ間の関連付けが完了すると、複数の画像に基づく合成画像を合成することができる。又、各画像の画角は前記撮像部２７の視野角に対応し既知であり、又画像の中心である視準点は格納した測量データで既知となっていることから、合成画像の任意の点の測量データは視準点の測量データと画像中の画角で演算することが可能である。
【００２５】
上記した測量機で３次元測量を行う場合は、測定範囲の画像を取込む必要がある。測定範囲が望遠鏡の画角範囲を越える場合は、図３に示される様に、分割して取込むことになる。分割して取込む範囲は、例えば四角形の対角線上の２点を視準することにより決定する。広角の画像を取込めるカメラを有する場合には、前記表示部１４上で範囲を指定することも可能である。
【００２６】
測量機は測角手段と駆動手段を有することから、所定の角度で視準方向を変え、分割して画像を自動的に取込む。測量機は高精度で角度分割できるが、分割画像３５を結合及び合成し１画像とすることから、ある程度のオーバーラップ３６をして取込むことが好ましい。
【００２７】
撮像して得られた画像データを画像処理してエッジを抽出する。該エッジの抽出は、例えばラブラシアン、ＳＯＢＥＬ、ＣＡＮＮＹ等の空間フィルタを使用してエッジを強調する。ラブラシアンは、微分画像を用いてエッジを強調するものである。
【００２８】
図４はエッジを強調した図の例である。建物３７の角部が強調され、壁や窓部の平面部分と区別される。然し乍ら、その他の不要なデータもエッジが強調される。例えば、植込み３８や敷石３９、建物の外観模様等である。これらは建物の位置や高さのデータとしては不要である。植込み３８や敷石３９等は測量データとの関連付けは行われないが画像として残される。建物の外観模様はエッジで囲まれた面のデータとして関連付けられる。植込み３８は不規則エッジのデータであり比較的分かり易い。敷石３９やブロックパターンは規則的でありその他のデータと区別でき難いが、一定以上細かい配列のデータは測定から排除する必要がある。
【００２９】
図５は測定範囲を走査測定している様子を示している。所定のピッチで測定を行いつつ所定の範囲を走査する。走査に於いて、エッジのない部分はエッジ処理で既知であるので走査を省略し、最短距離を走査する。又、直線的な直線エッジが存在する場合には段差があることが多い。エッジの両側の距離と位置を測定することにより、エッジ部分の直接測定より誤差を排除できる。
【００３０】
直線エッジ部分及びエッジ角部は、画像中心と画角から画像を構成する画素（ピクセル）の位置が計算できることに基づきエッジ部分の位置が特定される。角部７は丸まっている可能性があるので、直線エッジの交点として算出される。そして、直線エッジで囲まれる範囲が建物の外観を構成する面である。
【００３１】
図７に示される様に、撮像して得られた画像データＩａを画像処理してエッジ４を抽出する。
【００３２】
前記制御演算部１７は画像中の前記エッジ４の位置から、前記測定対象物３のエッジ４近傍の位置を求めることができ、視準位置が該エッジ４近傍（測距光のビーム径だけずれた位置）となる様に前記光学系３２を駆動制御する。前記エッジ４近傍を最適測定個所ａ（Ｘａ，Ｙａ）として視準位置を移動して測量する。而して、図１２で示される様に測距光２がエッジ４で分割されることなく、正確な測量を実施することができる。最適測定個所の選択、測量は、エッジ４の近傍適宜箇所、例えばエッジ４を挾んで２箇所を測量する。該エッジ４を挾んで２箇所測量することで、該エッジ４の位置が測定結果で明確に特定できる。
【００３３】
又、該エッジ４と最適測定個所ａ（Ｘａ，Ｙａ）との位置関係は、画像上から演算することができる。又、エッジ４に沿って少なくとも２箇所を測量すると、前記エッジ４についての３次元測定が行える。
【００３４】
前記測定対象物３の前記エッジ４に直交するエッジ４′を含む所要部分を撮像して画像データＩｂを撮像する（図７参照）。画像処理により前記エッジ４′を抽出し、同様に該エッジ４′の近傍を最適測定個所ｂ（Ｘｂ，Ｙｂ）として視準位置を移動して測量する。
【００３５】
更に、前記画像データＩａのエッジ４から、該エッジ４を表す直線式Ｌａが演算でき、又、画像データＩｂのエッジ４′から該エッジ４′を表す直線式Ｌｂが演算できる。尚、画像データ上のエッジは受光素子内の画素の受光のバラツキ等でバラツキのある直線となる可能性があり、この場合最小２乗法等の手法を用いて直線を算出する。前記測量結果から、前記３次元座標上での直線式Ｌａ、直線式Ｌｂを演算することができる。
【００３６】
前記直線式Ｌａと直線式Ｌｂとの交点を演算し、演算して得られた点は前記測定対象物３の角部７の位置となる（図６、図９参照）。前記測定対象物３の角部７からビーム径だけずれた位置を最適測定個所ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ）として前記光学系３２を該最適測定個所ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ）に向ける。
【００３７】
尚、図８に示される様に、前記測定対象物３の角部７を含む画像データＩｃが撮像できれば、該画像データＩｃの画像処理によるエッジ抽出で直ちに前記角部７の画像上の位置が求められ、該角部７近傍の最適測定個所ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ）が求められる。
【００３８】
而して、エッジ４近傍の最適測定個所ａ（Ｘａ，Ｙａ）、エッジ４′近傍の最適測定個所ｂ（Ｘｂ，Ｙｂ）、角部７近傍の最適測定個所ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ）についての測定が確実に実施できる。
【００３９】
前記測定対象物３について全てのエッジを抽出し、該エッジ近傍の適宜位置について測量し、演算して、各エッジの測量データを取得することで、前記測定対象物３の３次元の輪郭が求められる。以上一連の測定作動は、前記制御演算部１７が前記記憶部２１に格納された測量シーケンスプログラムに従って実行する。
【００４０】
一般にビルディングは平面で構成されるので、少なくとも２つのエッジ（エッジを表す直線）で、２つのエッジを含む平面が演算でき、前記測定対象物３のエッジの抽出、エッジの測量により該測定対象物３の３次元測定が実施できる。
【００４１】
以下、３次元測定について図１０、図１１を参照して説明する。
【００４２】
測定範囲を決定し、測定範囲の画像を取込む。
【００４３】
測定範囲が前記撮像部２７の画角より大きいかどうかが判断される。大きい場合は、測定範囲を分割して画像が取得され、更に画像の連結合成が行われる。
【００４４】
画像についてエッジ処理が行われ、エッジが抽出される。抽出したエッジについて不要データがあるかどうかが判断され、不要データがある場合は不要なエッジデータが削除される。
【００４５】
測定範囲の走査及び測定が行われ、更に画像上での直線エッジの位置が算出され、直線エッジを挾んで両側の測定（測距、測角）が行われる。
【００４６】
エッジの測定によりエッジにより囲まれる領域が特定され、領域によって構成される面が特定される。
【００４７】
交差する直線エッジ部により角部の位置が求められ、角部の画像上の位置が算出され、更に角部の測定が行われる。
【００４８】
直線エッジ部、角部の測定が行われることで、測定対象物３の３次元データ（３次元座標）が得られる。
【００４９】
例えば、図４中で示される測定範囲内の建物３７を測定対象物３として、該測定対象物３について測量を行う場合を図１１を参照して説明する。
【００５０】
測定範囲を定めて前記測定対象物３を含む部分の画像を取込む。画像よりエッジ４ａ，４ｂ，…，４ｆを抽出し、走査測定を行う。
【００５１】
又、該エッジ４ａ，４ｂ，…，４ｆの両側をそれぞれ測量する。前記エッジ４ａ，４ｂ，…，４ｆの測量結果、及びエッジ４ａ，４ｂ，…，４ｆを表す直線が求められ、更にエッジ４ａ，４ｂ，…，４ｆの交点（角部の位置）が求められ、エッジ４ａ，４ｂ，…，４ｆによって囲まれる面の領域が演算される。
【００５２】
而して、角部を含むエッジ４ａ，４ｂ，…，４ｆによって囲まれる面の領域の３次元測定が実施できる。
【００５３】
同様にして、エッジ３５ａ，エッジ３５ｂ，エッジ３５ｃ，エッジ３５ｄによって囲まれる面の３次元測定を実施する。而して、順次エッジに囲まれる面について３次元測定を実施することで、前記測定対象物３についての３次元測定、即ち３次元座標の演算を実施することができる。
【００５４】
而して、測量は少なくともエッジ近傍、角部近傍について実施すればよいので、測定点は大幅に減少し、記憶部２１の記憶容量、測量に必要な演算を行う制御演算部１７の負担が大幅に軽減される。
【００５５】
次に、画像データは測量データに関連付けて前記記憶部２１に格納され、又画像データは測量データを介して関連付けられるので、複数の画像データを基に合成画像が形成でき、３次元座標の演算を基に立体画像が作成でき、３次元測定の結果を視覚的に把握することが可能となり、又画像上の任意の位置についての測量データを演算により求めることが可能となる。
【００５６】
如上の如く、エッジの交点及びその中間地点の測距測角により、建物や建築物及び工事現場の位置や高さが特定され、特定した画像上の位置を関連付けることにより、画像付３次元測定データとなる。ディスプレイ等の２次元画面で３次元画像の表示が可能となると共に、画像上で指定した位置が直ちに求められる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態に係る測量機を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に於ける測定範囲と分割画像の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に於ける測定範囲の画像で測定対象物のエッジを強調した画像の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に於ける測定範囲と走査、測定の関係を示す説明図である。
【図６】測定作用を示す説明図である。
【図７】測定作用を示す説明図である。
【図８】測定作用を示す説明図である。
【図９】測定作用を示す説明図である。
【図１０】測定作用を示すフローチャートである。
【図１１】測定作用を示す説明図である。
【図１２】従来例の説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１              測量機
２              測距光
３              測定対象物
４              エッジ
１５            操作・入力部
１７            制御演算部
１８            鉛直角測角部
１９            水平角測角部
２１            記憶部
２４            測距部
２７            撮像部
２８            画像処理部
２９            鉛直駆動部
３１            水平駆動部
３５            分割画像
３７            建物
【図１】
2005249715.tif 000003
【図２】
2005249715.tif 000004
【図３】
2005249715.tif 000005
【図４】
2005249715.tif 000006
【図５】
2005249715.tif 000007
【図６】
2005249715.tif 000008
【図７】
2005249715.tif 000009
【図８】
2005249715.tif 000010
【図９】
2005249715.tif 000011
【図１０】
2005249715.tif 000012
【図１１】
2005249715.tif 000013
【図１２】
2005249715.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月24日(2005.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
図中、１は測量機、３は測定点となるビルディングの壁面或はコーナキューブ等の測定対象物を示している。