(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準点（ａ１、ａ２、ａ３）を含む画像を撮像するための撮像装置（１００）を有し、且つ、既知点（Ａ）に置かれ、距離と角度とから前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置を測定するための測量装置（１０００）と、異なる複数の方向から前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）を含む測定対象物（１００００）の画像を取得するためのカメラ（３０００）とを備え、前記測量装置（１０００）により計測された少なくとも３点の基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置と前記撮像装置（１００）による画像と、前記カメラ（３０００）により取得された画像の前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置（ｘ、ｙ）とから、前記カメラ（３０００）の傾き（ω、φ、κ；ロール、ピッチ、ヨー角）と位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を算出すると共に、更に、前記測量装置（１０００）による視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）を対応点として前記カメラ（３０００）の画像のマッチングを行い、前記測量装置（１０００）が視準した視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）の位置と、前記マッチングを行った画像にあるパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）の位置とを関連付け、その関連付けに基づき、地上座標系の座標に変換することにより、前記測定対象物（１００００）の３次元座標データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を演算するための演算処理手段とを備えた３次元測量システム。
【請求項２】
前記測量装置（１０００）が、少なくとも３つの３点の基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置を測定し、演算処理手段が、前記撮像装置（１００）による画像と前記カメラ（３０００）により取得された画像とをマッチングを行うと共に、前記撮像装置（１００）により撮像された画像に対応した前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置（ｘ、ｙ）に基づいて、前記カメラ（３０００）の傾き（ω、φ、κ；ロール、ピッチ、ヨー角）と位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を求め、前記カメラ（３０００）の取得した測定対象物の３次元座標データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を演算する請求項１記載の３次元測量システム。
【請求項３】
視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）を手動又は自動で発生させる、請求項１記載の３次元測量システム。
【請求項４】
測量装置（１０００）を既知点（Ａ）に置き、撮像装置（１００）により基準点（ａ１、ａ２、ａ３）を含む画像を撮像すると共に、測量装置（１０００）による距離データと角度データとから前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置を測定する第１工程と、複数のカメラ（３０００）により前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）を含む測定対象物（１００００）の画像を異なる複数の方向から取得する第２工程と、前記測量装置（１０００）により計測された少なくとも３点の基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置と前記撮像装置（１００）による画像と前記カメラ（３０００）により取得された画像の前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置（ｘ、ｙ）とから、前記カメラ（３０００）の傾き（ω、φ、κ；ロール、ピッチ、ヨー角）と位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を算出する第３工程と、前記測量装置（１０００）による視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）を対応点として前記カメラ（３０００）の画像のマッチングを行う第４工程と、前記測量装置（１０００）が視準した視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）の位置と、前記マッチングを行った画像にあるパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）の位置とを関連付ける第５工程と、前記第５工程で得られたその関連付け、その関連付けに基づき、地上座標系の座標に変換することにより、前記測定対象物（１００００）の３次元座標データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を演算する第６工程とからなる３次元測量方法。
【請求項５】
測量装置（１０００）を既知点（Ａ）に置き、撮像装置（１００）が基準点（ａ１、ａ２、ａ３）を含む画像を撮像すると共に、測量装置（１０００）による距離データと角度データとから前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置を測定し、複数のカメラ（３０００）が、異なる複数の方向から撮像した前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）を含む測定対象物（１００００）の画像を読み取り、計測された少なくとも３点の基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置と前記測量装置（１０００）による画像データと前記撮像装置（１００）による画像データとから、前記カメラ（３０００）の傾き（ω、φ、κ；ロール、ピッチ、ヨー角）と位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を算出し、前記測量装置（１０００）による視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）を対応点として前記カメラ（３０００）の画像のマッチングを行い、前記測量装置（１０００）が視準した視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）の位置と、前記マッチングを行った画像にあるパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）の位置とを関連付け、その関連付けに基づき、地上座標系の座標に変換することにより、前記測定対象物（１００００）の３次元座標データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を、演算する、以上の手順を示すプログラムが記憶されているＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、メモリカード等の電子的記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測量装置と撮像装置とにより３次元座標データを演算するための３次元測量装置等に係わり、特に、測量現場にて測量装置により対応点の位置を決定し、ステレオ表示が可能なデータを生成する３次元測量装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像データから３次元座標を得る場合には、例えばデジタルカメラ等の撮像手段と、大きさが既知の基準構造物が使用される。測定目標となる物体の近傍に基準構造物が載置され、この基準構造物を、カメラで２方向或いは複数の方向から撮影する。このカメラには、画像の前後左右の傾きを測定するための傾斜計が設けられている。基準構造物は大きさが既知であり、例えば三角形の構造物が使用される。カメラで撮影する位置及び基準構造物が載置される位置は、測定物体と予め相対的に位置関係がわかっている測量した位置とされる。
【０００３】
この撮影位置から、測定目標となる物体と基準構造物とが同時に撮影される構図で撮影する。基準構造物と撮影位置と撮影画像上の位置とから、絶対標定によりその関係を求め、測定目標となる物体の３次元座標が算出している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の絶対標定を行うには、予め大きさが既知の基準構造物等を設置しなければならない。また、基準構造物を設置する位置、撮影するカメラの位置も測量しなければならない。基準構造物を置くと共に、カメラを設置し、更に測量も実施することは非常に面倒であり、ましてや建物等の場合には、サイズも巨大であり非常に困難を伴うという問題点があった。更に、傾きを検出するための傾斜計をカメラに設けなければ撮影姿勢を計測することができず、この様な特殊なカメラは極めて高価となるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、基準点（ａ１、ａ２、ａ３）を含む画像を撮像するための撮像装置（１００）を有し、且つ、既知点（Ａ）に置かれ、距離と角度とから前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置を測定するための測量装置（１０００）と、異なる複数の方向から前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）を含む測定対象物（１００００）の画像を取得するためのカメラ（３０００）とを備え、前記測量装置（１０００）により計測された少なくとも３点の基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置と前記撮像装置（１００）による画像と、前記カメラ（３０００）により取得された画像の前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置（ｘ、ｙ）とから、前記カメラ（３０００）の傾き（ω、φ、κ；ロール、ピッチ、ヨー角）と位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を算出すると共に、更に、前記測量装置（１０００）による視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）を対応点として前記カメラ（３０００）の画像のマッチングを行い、前記測量装置（１０００）が視準した視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）の位置と、前記マッチングを行った画像にあるパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）の位置とを関連付け、その関連付けに基づき、地上座標系の座標に変換することにより、前記測定対象物（１００００）の３次元座標データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を演算するための演算処理手段とを備えている。
【０００６】
また本発明は、前記測量装置（１０００）が、少なくとも３つの３点の基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置を測定し、演算処理手段が、前記撮像装置（１００）による画像と前記カメラ（３０００）により取得された画像とをマッチングを行うと共に、前記撮像装置（１００）により撮像された画像に対応した前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置（ｘ、ｙ）に基づいて、前記カメラ（３０００）の傾き（ω、φ、κ；ロール、ピッチ、ヨー角）と位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を求め、前記カメラ（３０００）の取得した測定対象物の３次元座標データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を演算する構成にすることもできる。
【０００７】
更に本発明は、視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）を手動又は自動で発生させる構成にすることもできる。
【０００８】
そして本発明の３次元測量方法は、測量装置（１０００）を既知点（Ａ）に置き、撮像装置（１００）により基準点（ａ１、ａ２、ａ３）を含む画像を撮像すると共に、測量装置（１０００）による距離データと角度データとから前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置を測定する第１工程と、複数のカメラ（３０００）により前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）を含む測定対象物（１００００）の画像を異なる複数の方向から取得する第２工程と、前記測量装置（１０００）により計測された少なくとも３点の基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置と前記撮像装置（１００）による画像と前記カメラ（３０００）により取得された画像の前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置（ｘ、ｙ）とから、前記カメラ（３０００）の傾き（ω、φ、κ；ロール、ピッチ、ヨー角）と位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を算出する第３工程と、前記測量装置（１０００）による視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）を対応点として前記カメラ（３０００）の画像のマッチングを行う第４工程と、前記測量装置（１０００）が視準した視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）の位置と、前記マッチングを行った画像にあるパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）の位置とを関連付ける第５工程と、前記第５工程で得られたその関連付け、その関連付けに基づき、地上座標系の座標に変換することにより、前記測定対象物（１００００）の３次元座標データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を演算する第６工程とから構成されている。
【０００９】
また本発明の電子的記憶媒体は、測量装置（１０００）を既知点（Ａ）に置き、撮像装置（１００）が基準点（ａ１、ａ２、ａ３）を含む画像を撮像すると共に、測量装置（１０００）による距離データと角度データとから前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置を測定し、複数のカメラ（３０００）が、異なる複数の方向から撮像した前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）を含む測定対象物（１００００）の画像を読み取り、計測された少なくとも３点の基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置と前記測量装置（１０００）による画像データと前記撮像装置（１００）による画像データとから、前記カメラ（３０００）の傾き（ω、φ、κ；ロール、ピッチ、ヨー角）と位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を算出し、前記測量装置（１０００）による視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）を対応点として前記カメラ（３０００）の画像のマッチングを行い、前記測量装置（１０００）が視準した視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）の位置と、前記マッチングを行った画像にあるパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）の位置とを関連付け、その関連付けに基づき、地上座標系の座標に変換することにより、前記測定対象物（１００００）の３次元座標データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を、演算する、以上の手順を示すプログラムが記憶されているＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、メモリカード等である。
【効果】
【００１２】
以上の様に構成された本発明は、基準点（ａ１、ａ２、ａ３）を含む画像を撮像するための撮像装置（１００）を有し、且つ、既知点（Ａ）に置かれ、距離と角度とから前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置を測定するための測量装置（１０００）と、異なる複数の方向から前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）を含む測定対象物（１００００）の画像を取得するためのカメラ（３０００）とを備え、前記測量装置（１０００）により計測された少なくとも３点の基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置と前記撮像装置（１００）による画像と、前記カメラ（３０００）により取得された画像の前記基準点（ａ１、ａ２、ａ３）の位置（ｘ、ｙ）とから、前記カメラ（３０００）の傾き（ω、φ、κ；ロール、ピッチ、ヨー角）と位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）を算出すると共に、更に、前記測量装置（１０００）による視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）を対応点として前記カメラ（３０００）の画像のマッチングを行い、前記測量装置（１０００）が視準した視準点としてのパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）の位置と、前記マッチングを行った画像にあるパスポイント（ｂ１、ｂ２、ｂ３）の位置とを関連付け、その関連付けに基づき、地上座標系の座標に変換することにより、前記測定対象物（１００００）の３次元座標データ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を演算するための演算処理手段とを備えているので、３次元座標データを簡便正確に得ることができる効果がある。
【発明を実施するための最良な形態】
【００１３】
本発明は、ステレオ撮影するためのデジタルカメラと、ステレオ画像の対応点（パスポイント）の座標を決定するための距離測定機能を有する測量機（トータルステーション）とから構成され、ディスプレイ等の画面に３次元表示をするためのデータを演算する３次元測定装置である。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１及び図２に基づいて、パスポイントにターゲットマークを用いない第１の実施例を説明する。本第１実施例は、測量機１０００に撮像装置１００を装備している。
【００１６】
測量機１０００として視準方向を画像として取り込みが可能な撮像装置１００を備えている。測量機１０００の距離測定機能としては、自然物からの直接の反射を捕らえ反射プリズムを必要としないノンプリズム機能を備える測量機を使用する。
【００１７】
図１及び図２に示す様に測量機１０００は、測定対象物の任意の部分を視準し、距離を測定すると共に、同様に水平角・高低角を測定する。そして撮像装置１００が、測量地点の画像を取得する。視準点は光軸の中心であることから、画像の中心と一致している。測量地点はパスポイントとなるため少なくとも３点の位置の測量値と画像を取得する。
【００１８】
測量後、デジタルカメラ３０００を使用して、少なくとも２方向からの画像を取得する。
【００１９】
次に、デジタルカメラ３０００の画像データを測量機１０００に取り込み、デジタルカメラ３０００のステレオ画像と、測量機１０００で取得した３点の画像のマッチングを行う。３点の位置座標に基づいてステレオ画像の倍率、輝度、回転を補正する単写真標定を行う。これに基づいて、パスポイントを決定する。   
【００２０】
複数のパスポイントの決定後、データは例えば事務所に設置したパーソナルコンピュータに移され、左右の画像を撮影したデジタルカメラ３０００の相対関係を求める相互評定を行い、測定対象物１００００を構成する点の相対的位置関係を求める。相互標定に基づくデータで絶対標定を行い、地上座標系に変換する。また相互標定で求めた位置関係により、オルソ画像として画面に表示することもできる。
【００２１】
なお撮像装置１００は、画像装置データをデジタルデータに変換するためのものであり、例えば、ＣＣＤ等の固体撮像素子である。この撮像装置１００は、ＣＣＤ等から構成された撮像素子１１０と、撮像素子１１０の出力信号から画像信号を形成するための画像回路１２０とから構成されている。  
【００２２】
「第１の実施例」
第１実施例を図１〜図４に基づいて説明する。
【００２３】
図１及び図２に基づいて、パスポイントにターゲットマークを用いない第１の実施例を説明する。本第１実施例は、測量機１０００に撮像装置１００を装備している。
【００２４】
測量機１０００として視準方向を画像として取り込みが可能な撮像装置１００を備えている。測量機１０００の距離測定機能としては、自然物からの直接の反射を捕らえ反射プリズムを必要としないノンプリズム機能を備える測量機を使用する。
【００２５】
測量機１０００は、測定対象物の任意の部分を視準し、距離を測定すると共に、同様に水平角・高低角を測定する。そして撮像装置１００が、測量地点の画像を取得する。視準点は光軸の中心であることから、画像の中心と一致している。測量地点はパスポイントとなるため少なくとも３位置の測量値と画像を取得する。  
【００２６】
図８に基づいて本実施例を詳細に説明する。まずステップ１（以下、Ｓ１と略する）では、図１に示す様に、既知点であるＡ地点に画像撮像装置付きの測量機１０００を設置する。この画像撮像装置は、本実施例では測量機１０００に内蔵された撮像装置１００が採用されている。
【００２７】
次にＳ２では、測量機１０００により基準点を測量する。この基準点は、本実施例では図１に示す様に、ａ１、ａ２、ａ３の３箇所となっている。そして測量機１０００で、基準点ａ１、ａ２、ａ３の３ヶ所を測量すると共に、撮像装置１００により基準点を含む画像を撮像する。
【００２８】
更にＳ３では、図１及び図２とに示す様に、デジタルカメラ３０００をＢ地点及びＣ地点に移動させ、基準点を含む画像を撮像する。即ち、Ｂ地点及びＣ地点にデジタルカメラ３０００を設置して、測定対象物１００００と共に基準点ａ１、ａ２、ａ３を含む画像をステレオ撮影する。図２に示す様に、少なくとも左右の２方向から、デジタルカメラ３０００でステレオ画像を撮像する。なお本実施例では、デジタルカメラ３０００を移動させてステレオ画像を撮像しているが、別途ステレオカメラを用意してもよい。
【００２９】
なおデジタルカメラ３０００は、レンズ特性による画像の歪が予め判っているものが望ましい。
【００３０】
そしてＳ４で、デジタルカメラ３０００で撮像された画像データを測量機１０００に取り込む。
【００３１】
次にＳ５では、単写真標定を行う。
【００３２】
単写真標定とは、１枚の写真の中に写された基準点に成り立つ共線条件を用いて写真を撮影したデジタルカメラ３０００の位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）及びデジタルカメラ３０００の傾き（ω、φ、κ；ロール、ピッチ、ヨー角）を求め、写真座標（ｘ、ｙ）と地上座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の関係を求めるものである。  
【００３３】
デジタルカメラ３０００の位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）とデジタルカメラ３０００の傾き（ω、φ、κ；ロール、ピッチ、ヨー角）とを外部標定要素と呼んでいる。これにより基準点から、デジタルカメラ３０００の傾きと倍率等を算出することができる。
【００３４】
次にＳ６では測量機１０００により、測定対象物１００００へパスポイントを発生させるための視準を行う。即ち、既知点であるＡ地点に画像撮像装置付きの測量機１０００を設置して所望の地点の視準を行う。図３及び図４に示す様に、本実施例では、測定対象物１００００の角部等をパスポイントとなる様に、視準点ｂ１、ｂ２、ｂ３を視準する。
【００３５】
そしてＳ７では、視準点をパスポイントとして、個々のデジタルカメラ３０００の画像上に発生させる。即ちＳ７では、相互標定を行うためのパスポイントを形成する。３点の位置座標に基づいて、ステレオ画像上に形成するためのものである。ステレオ画像計測を行うためには、平面であれば６点以上、建物等では必要に応じて多数の点を必要とする。
【００３６】
次にＳ８１では、Ｓ７で得られた視準点（パスポイント）を使用して相互評定を行う。Ｓ８１ではパスポイントから、デジタルカメラ３０００のステレオ画像の傾きと倍率等の関係を算出することができる。
【００３７】
そしてＳ８２では、ステレオ画像のパスポイントを対応付けるための偏位修正画像の作成を行う。Ｓ８２の偏位修正画像の作成は、斜影変換により行われる。斜影変換とは、デジタルカメラ３０００の受光素子上のある点の写真座標が、他の平面に投影される様な変換をいう。ここでは、一方の画像から特徴点を抽出し、もう一方の画像の同一水平線上を探索し、対応点を検索する。
【００３８】
従って、デジタルカメラ３０００を水平方向に平行移動して投影した画像に変換する必要がある。即ち使用する画像を、デジタルカメラ３０００を水平移動して撮影したかの様な画像に変換する必要がある。この様な変換により、デジタルカメラ３０００を自然に移動した画像でも対応点の探索を行うことができる。更にＳ８３では、手動又は自動により、パスポイントを発生させる。
【００３９】
そしてＳ８４では、ステレオマッチングを行う。このステレオマッチングとは、撮影された２枚の画像の対応点を自動で探索する手法である。
【００４０】
次にＳ８５では、Ｓ８４で探索された対応点を利用して、左右の画像を撮影したデジタルカメラ３０００の相対関係を求めることができる。これにより、左カメラの光軸を中心とした３次元の座標系が定義できる。
【００４１】
これにより、一方のデジタルカメラ３０００の光軸を中心とした３次元の座標系が定義できる。
【００４２】
次にＳ８６では、相互評定で得られたモデル座標系に、測量機１０００で測量して得たパスポイントの座標位置を与え、地上の座標系に変換する絶対評定を行う。
【００４３】
ここで絶対評定とは、相互評定で得られたモデル座標系を地上の座標系に変換する作業であり、画像上のポイントに、地上で計測された３次元座標値を与えることにより変換することができる。
【００４４】
次にＳ８７では、地上座標系の３次元データに変換する。例えば、このデータに基づいて地上に展開するオルソ画像を表示できる。
【００４５】
ここでオルソ画像を説明する。カメラで撮影した写真が中心投影写真であるのに対し、中心投影写真を正斜投影したものをオルソフォトと呼んでいる。中心投影写真はレンズを通して撮影されているため、地図のように写真全体の縮尺が均一ではない。これに対してオルソフォトは正斜投影化されているため縮尺が均一であり、地図と同様の取扱いができる。
【００４６】
デジタルカメラ３０００の画像は小さなピクセル単位のデータから構成され、相互評定、絶対評定により、その一個一個に座標が与えられる。ディスプレイ等の２次元表示では３次元座標に応じて陰影が付けられる。座標変換ではピクセル単位の座標が新たに計算され回転等の動作として表示される。
【００４７】
以上の様に本第１実施例は、測量機１０００とデジタルカメラ３０００とにより３次元座標データを演算し、ステレオ表示が可能な３次元測量装置に関するものである。
【００４８】
図４と図５に示す様に測量機１０００は、トータルステーションであり、角度（鉛直角及び水平角）を検出する電子セオドライトと、光波距離計を内蔵するものである。
【００４９】
なお本実施例では、測量機１０００とデジタルカメラ３０００は、別体に構成されている。
【００５０】
次に図６に基づいて、本実施例の測量機１０００の電気的構成を説明する。   
【００５１】
測量機１０００は、測距部１１００と、角度測定部１４００と、記憶部４２００、表示部４３００と、制御演算部４０００と、操作・入力部５０００とから構成されている。ここで、記憶部４２００はデータ、プログラム等を記憶するためのものである。表示部４３００と操作・入力部５０００とにより、使用者が、測量機１０００を操作等することができる。
【００５２】
測距部１１００は、光波距離計が使用されている。測距部１１００は、反射光の位相差、時間差等から測距目標までの距離を測定するためのものである。測距部１１００は、発光部１１１０と受光部１１２０とを備えており、発光部１１１０から発光した測距光が、測定対象物の方向へ射出する。測定対象物からの反射光が受光部１１２０に入射する様に構成されており、測定対象物までの距離を測定することができる。
【００５３】
即ち、測量機１０００から測定対象物までの距離は、発光部１１１０がパルス発光してから、受光部１１２０で受光されるまでの時間差により算出される。なお、この演算は制御演算部４０００で実行される。
【００５４】
角度測定部１４００は、水平角、高低角を算出するためのものであり、鉛直角測角部１４１０と水平角測角部１４２０とから構成されている。
【００５５】
鉛直角測角部１４１０は、例えば高低角エンコーダを使用して、水平又は天頂として高低回転量を検出することができる。水平角測角部１４２０は、例えば、水平角エンコーダが、基準方向からの水平回転量として検出することができる。これらのエンコーダは例えば、回動部に取り付けられたロータと、固定部の形成されたステータとから構成されている。
【００５６】
鉛直角測角部１４１０と水平角測角部１４２０とからなる角度測定部１４００が、検出された水平回転量及び高低回転量に基づいて、水平角及び高低角を算出する様に構成されている。
【００５７】
測量機１０００には、撮像素子１１０と画像回路１２０とからなる撮像装置１００が装備されている。この撮像装置１００は、測量機１０００に内蔵させる構成であってもよく、別体を接続させる構成であってもよい。
【００５８】
なお図７に示す様に撮像装置１００は、広角用撮像素子１１１と望遠用撮像素子１１２とに切り替え可能に構成することもできる。広角用撮像素子１１１は、広い範囲を撮影可能なセンサーであり、望遠用撮像素子１１２は、ファインダー画像を撮影可能なセンサーである。
【００５９】
制御演算部４０００は、ＣＰＵ等を含み、各種演算等を実行するものである。  
【００６０】
なお、測量機１０００の演算部１３００が演算する手順を記憶したプログラムを、ＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、メモリカード等の電子的記憶媒体に格納することができる。
【００６１】
測量機１０００は図４に示す様に、望遠鏡部４と、望遠鏡部４を上下回転できるように支持する托架部３と、托架部３を水平回転できるように支える基盤部２とから構成されている。基盤部２は、整準台１を介して三脚等に取付可能となっている。
【００６２】
測量機１０００には、操作・入力部５０００に一部である操作パネルが形成され、表示部４３００の一部となるディスプレイが取り付けられている。更に、望遠鏡部４には、対物レンズが露出している。
【００６３】
なお画像上に既知点がある場合には、基準点が６つ必要であるが、図７に示す様な処理も可能である。即ちＳ９１で基準点の測量を行い、Ｓ９２で基準点を含む画像を取得した後、Ｓ８１に進む様にすることもできる。
【００６４】
「第２の実施例」
【００６５】
第２の実施例は、パスポイントとなる少なくとも３点の基準点にターゲットマークを用いる３次元測定装置である。
【００６６】
測量機１０００としては、基準点に置いた反射プリズムまでの距離を測定することのできるトータルステーションを使用する。また、反射プリズムの代わりに、反射シートにマークを描いたターゲットマークを使用することもできる。
【００６７】
なお、測量機１０００の計測データとデジタルカメラ３０００の画像との関係の１例を説明する。
【００６８】
「数１」
0004529157.tif 000002
【００６９】
ここで、ｆは、デジタルカメラ３０００の焦点距離であり、ａは、デジタルカメラ３０００の傾き（３軸の回転角）である（ω、φ、κ；ロール、ピッチ、ヨー角）であり、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、測量機１０００が計測した３次元データであり、（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃ）は、測量機１０００に対するデジタルカメラ３０００の位置座標である。
【００７０】
ターゲットマークのベースは再帰反射シートで構成されている。シート上には視準点を表す十字線と、同じく視準を容易にする十字線を中心とした円が描かれている。円の上方には画像に変換した時に読み取りが容易となる様にバーコードが描かれている。円の下方には、測定者がターゲットマークを識別するための数字が描かれている。
【００７１】
このターゲットマークの裏には接着剤が貼付され、任意の対象物に貼り付け可能となっている。また接着剤以外の他の取り付け手段と組み合わせてもよく、例えばシート上の磁石に貼り付ける構成にすることもできる。
【００７２】
なおターゲットマークは、視準目標に対応するものであり、十字線を中心とした円は、視準を容易にするマークに該当するものである。
【００７３】
その他の第２実施例の構成、作用等は、基準点の測定にプリズムを使用した以外は、第１実施例と同様であるから説明を省略する。
【００７４】
なお、画像座標を写真座標に変換することもできる。この写真座標を射影変換式により地上座標を演算する。この地上座標を射影変換の逆変換式により、探索画像の写真座標を求める。この探索画像の写真座標を画像座標に変換し、適宜のマッチング法を利用して対応点の探索を行うこともできる。    
【００７５】
また、ランダムな３次元座標のポイントデータをＤＥＭ（ＤＩＧＩＴＡＬ  ＥＬＥＶＡＴＩＯＮ  ＭＯＤＥＬ）に変換することもできる。これは、ランダムな３次元座標のポイントデータを不整三角網（ＴＩＮ）のデータに変換し、このＴＩＮデータを正方格子のメッシュのＤＥＭ（ＤＩＧＩＴＡＬ  ＥＬＥＶＡＴＩＯＮ  ＭＯＤＥＬ）に変換するものである。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、測量装置と撮像装置とにより３次元座標データを演算するための３次元測量装置等であり、特に、測量装置により対応点の位置を決定し、ステレオ表示が可能な３次元測量装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１実施例を説明する図である。
【図２】本発明の第１実施例を説明する図である。
【図３】本発明の第１実施例を説明する図である。
【図４】本発明の第１実施例を説明する図である。
【図５】第１実施例の測量機１０００を説明する図である。
【図６】第１実施例の測量機１０００の構成を説明する図である。
【図７】第１実施例の測量機１０００の構成を説明する図である。
【図８】第１実施例の作用を説明する図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０００  測量機
１１００  測距部
１４００  角度測定部
４０００  制御演算部
１００  撮像装置
３０００  デジタルカメラ
１００００  測定対象物
【図１】
0004529157.tif 000003
【図２】
0004529157.tif 000004
【図３】
0004529157.tif 000005
【図４】
0004529157.tif 000006
【図５】
0004529157.tif 000007
【図６】
0004529157.tif 000008
【図７】
0004529157.tif 000009
【図８】
0004529157.tif 000010