(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦方向に目盛パターンが配列された標尺を視準する望遠鏡と、該望遠鏡により視準された標尺の画像を画像信号に変換する受光センサとを備え、該画像信号と予め記憶された画像データとを付き合わせて目盛パターンを識別し標尺上の視準位置を自動的に演算する電子レベルにおいて、
上記受光センサ上に結像した標尺の画像が、標尺の上下方向に対応する方向に往復移動する場合に、当該標尺が垂直になったときの画像信号を特定するため、
上記標尺の画像の長手方向と平行な任意の走査線上の画像信号に任意の識別点を設定し、上記標尺が前後方向へ揺動したとき、移動する上記設定した識別点の位置を逐次求め、当該識別点の位置が上記標尺の上方に対応する方向に移動したときのみ当該画像信号を記憶し更新することにより、標尺の上方に対応する側に最も移動した際の上記標尺の画像を特定し、当該標尺の画像を変換して得られる画像信号を、上記画像信号として用いて上記演算を行うことを特徴とする電子レベル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、視準した標尺の目盛数値や目盛パターンを自動的に識別し視準位置を求める電子レベルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記従来の電子レベルとして、例えば特開平５−２７２９７０号公報や特開平７−４９５９号公報により、縦方向に配列された目盛パターンが表示された標尺を視準する望遠鏡と、該望遠鏡により視準された標尺の画像を画像信号に変換する受光センサとを備え、該画像信号と予め記憶された画像データとを付き合わせて目盛パターンを識別し標尺上の視準位置を自動的に演算するようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のものでは、一般に標尺は作業者が両手で保持する。標尺が前後方向に傾くと、標尺が傾いていない場合に視準する位置より、標尺の上方にずれた位置を視準することになり、実際の視準位置の高さよりも高い測量結果が得られる。従って、標尺を保持する作業者は標尺が傾かないように保持する必要がある。ところが、電子レベルから見て標尺が左右に傾いている場合には電子レベル側の作業者が標尺の傾きを容易に発見することができるが、前後方向の傾きは発見しづらい。
【０００４】
一方、手動式のレベルを用いて目視により標尺上の目盛を作業者が読んで視準位置の高さを求める場合には、標尺を前後方向に揺動させ、読み取れる目盛の内の最小値を読み取っていた。しかしながら、標尺の画像信号から視準位置を自動的に演算する電子レベルでは、望遠鏡により視準された標尺の画像を受光センサで変換して得られる画像信号と予め記憶された画像データとを付き合わせて目盛パターンを識別し標尺上の視準位置を自動的に求めるための演算には数秒の時間を要するため、標尺の揺動に合わせて連続して演算していたのでは標尺の揺動速度に演算が追いつけず、正確な測量値を求めることが出来ない。
【０００５】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、標尺の視準位置を演算により自動的に求める電子レベルであって、標尺の前後方向の傾きによる誤差が生じない測量値を得られるものを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、縦方向に目盛パターンが配列された標尺を視準する望遠鏡と、該望遠鏡により視準された標尺の画像を画像信号に変換する受光センサとを備え、該画像信号と予め記憶された画像データとを付き合わせて目盛パターンを識別し標尺上の視準位置を自動的に演算する電子レベルにおいて、上記受光センサ上に結像した標尺の画像が、標尺の上下方向に対応する方向に往復移動する場合に、標尺が垂直になったときの画像信号を特定するため、標尺の画像の長手方向と平行な任意の走査線上の画像信号に任意の識別点を設定し、上記標尺が前後方向へ揺動したとき、移動する設定した識別点の位置を逐次求め、識別点の位置が標尺の上方に対応する方向に移動したときのみ画像信号を記憶し更新することにより、標尺の上方に対応する側に最も移動した際の標尺の画像を特定し、標尺の画像を変換して得られる画像信号を、上記画像信号として用いて上記演算を行うことを特徴とする。
【０００７】
標尺が垂直状態で固定されている場合には、受光センサ上に結像した標尺の画像は動かない。その場合には受光センサが変換した画像信号を基に演算を行う。一方、作業者に保持され標尺が固定されていない場合には作業者は標尺を前後方向に揺動させる。すると、受光センサ上に結像した標尺の画像が往復移動する。結像した画像を画像信号に変換するだけで演算を行わなければ、変換に要する時間はきわめて短時間であり、標尺の画像の往復移動に合わせて連続した画像信号を得ることができる。例えば、画像信号の内のいずれかの点を抽出して識別点として設定し、識別点の周期的な往復移動から標尺の画像が、標尺の上方に対応する側に最も移動した際の画像を変換して得られる画像信号を特定する。そして、該特定した画像信号を基に上記演算を行う。このように構成することにより、画像信号を基にした演算は１回だけでよいので、標尺の揺動速度に追従した正確な測量値を得ることが出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、１は望遠鏡であり、前方の測定点に垂直に配置された標尺２を視準するものである。該望遠鏡１は標尺２の画像を電気信号である画像信号に変換し、演算処理部３に出力する。本発明にかかる電子レベルは望遠鏡１と演算処理部３とにより構成されている。望遠鏡１内には前方から対物レンズ１１・合焦レンズ１２・コンペンセータ１３・焦点板１４・接眼レンズ１５の順に配置され、望遠鏡１が前後に多少傾いてもコンペンセータ１３で正確な水平視準線（光軸）が得られるよう補償され標尺２を視準できるようになっている。尚、図示しないが焦点板１４には十字線が設けられている。また、該望遠鏡１内にはコンペンセータ１３と焦点板１４との間にビームスプリッタ１６が配置されており、望遠鏡１の光軸に対して側方に配置された受光センサであるＣＣＤカメラ等の二次元センサ１７に標尺２の画像を分岐するように構成されている。該二次元センサ１７は視準されている標尺２の画像を電気信号である画像信号に変換し、演算処理部３へと出力する。二次元センサ１７からの画像信号はＡ／Ｄ変換器３１でデジタル化された後画像メモリ３２に格納される。該演算処理部３には演算処理を行うＣＰＵ３０に対してバスラインを介して上記画像メモリ３２の他にＲＯＭ３３及びＲＡＭ３４が接続されている。また、演算処置部３内での演算結果や標尺２の画像はドライバ回路３５を介して液晶画面３６に表示されるように構成されている。尚、二次元センサとしてＣＣＤカメラの他に例えばＭＯＳ型ＦＥＴを用いてもよい。
【０００９】
ところで、標尺２の表面には、図２に示すように、縦方向に所定のピッチで等間隔に配置された目盛パターンＭ１、Ｍ２が隣接して表示されている。尚、本実施の形態では目盛パターンＭ１のピッチを目盛パターンＭ２のピッチの半分に設定している。また、両目盛パターンＭ１、Ｍ２の右側には３桁の目盛数値Ｂを表示した。該目盛数値Ｂは縦方向の大きさが４ｍｍであり、１０ｍｍ毎に表示されており、例えば「３００」の表示は標尺２の下端から３００ｃｍの位置であることを示している。左側には目盛数値Ｂより大きな目盛数値Ａを表示した。該目盛数値Ａは縦方向の大きさが４ｃｍであり、１０ｃｍオーダーを示す黒色の目盛数値ＡＦと１ｍオーダーを示す白抜きの目盛数値ＡＲとが表示されている。即ち、白抜きの目盛数値ＡＲである「３」は３ｍの位置を示し、その上に印されている黒色の目盛数値ＡＦである「１」は３ｍ１０ｃｍの位置を示している。
【００１０】
図３を参照して、標尺２を前後方向に揺動させると、二次元センサ１７上に結像した標尺の画像Ｓは、標尺２の上下方向に対応する方向である画像Ｓの長手方向Ｙに沿って往復移動する。標尺２の前後方向への揺動は、原理的には前後方向の何れかの方向に１回行えばよいが、誤差を排除するため数回揺動することが望ましい。尚、標尺２を数回揺動させると画像Ｓは長手方向Ｙに沿って周期的に連続して往復移動する。標尺２の画像Ｓはデジタル化された画像信号に変換され、一旦画像メモリ３２に格納される。一方、格納された画像信号は平面状の二次元データであるが、画像信号からＹと平行な任意の走査線ＣＴ上の信号Ｚ（一次元データ）を抽出し、該信号Ｚ上に任意の識別点Ｐを設定する。標尺２が前後方向に揺動されると、画像ＳがＹに沿って往復移動するため、信号Ｚは（ａ）〜（ｃ）に示すように順次変化し、識別点Ｐも図示のごとく移動する。該識別点Ｐの位置を逐次求め、Ｐの座標が図において左側、即ち標尺２の上方に対応する方向に移動したときのみ画像メモリ３２の画像信号を更新する。すると最終的に、識別点Ｐが本実施の形態では最も左側に位置した状態での、画像信号が画像メモリ３２に記憶される。そして、該記憶された画像信号は、標尺２が垂直になった状態、即ち（ｂ）に示す状態での画像信号に相当する。
【００１１】
尚、識別点Ｐを設定する方向は特に限定されるものではなく、例えば信号Ｚの極大点を求め識別点Ｐとすればよい。尚、例えば極大点を識別する場合には極大点が複数求められるが、識別点Ｐが移動しても二次元センサ１７から外れないように、二次元センサ１７の中央部に位置する極大点を識別点とすることが望ましい。
【００１２】
ＣＰＵ３０はＲＯＭ３３内の演算処理プログラムに従って、画像メモリ３２に格納されている画像信号を目盛パターンＭ１、Ｍ２の配列方向である縦方向に沿ってフーリエ変換する。ところで周期関数をフーリエ変換すると高い周波数のスペクトラムが得られ、非周期関数からは低い周波数のスペクトラムしか得られない。従って、図４に示すように周期性の強い目盛パターンＭ１の部分についてフーリエ変換すると高い周波数ｆ１のスペクトラムが得られる。目盛パターンＭ２の部分についてフーリエ変換するとピッチが２倍であるためｆ１の１／２の周波数ｆ２のスペクトラムが得られる。目盛数値Ａ、Ｂの部分は周期性が低いので低い周波数群ｆ０のスペクトラムしか得られない。このフーリエ変換を標尺２の画像信号について左側から順次右方向へと連続して行うと、各フーリエ変換により得られるスペクトラムの周波数の最大値は図５に示すようになる。該図５から明らかなように、標尺２の横方向全幅にわたってフーリエ変換を繰り返すことにより目盛パターンＭ１、Ｍ２の位置を求めることができる。このようにして目盛パターンＭ１、Ｍ２の位置が求められると、その位置を基準に目盛数値Ａ、Ｂの何れかの画像信号とＲＡＭ３３内に格納されている数値パターンデータとを付き合わせ、目盛数値を文字認識する。ところで、標尺２までの距離が長いと目盛パターンＭ１、Ｍ２に対応する画像信号のピッチが細かくなるため上記周波数ｆ１、ｆ２は共に高くなり、逆に標尺２までの距離が短い場合には周波数ｆ１、ｆ２は低くなる。そこで、周波数ｆ１、ｆ２から標尺２までの距離を求め、その距離が予め設定した所定距離より長い場合には大きい方の目盛数値Ａを識別し、所定距離より短い場合には小さい方の目盛数値Ｂを識別することにより文字認識の精度を高くするようにしている。
【００１３】
尚、図６に示すように、最終的に求めたい視準位置は水平な視準線Ｋの位置である。そこで、目盛パターンＭ１を用いる場合には標尺２上における該目盛パターンＭ１のピッチＰ１（例えば５ｍｍ）を内挿し、目盛パターンＭ２を用いる場合には標尺２上における該目盛パターンＭ２のピッチＰ２（例えば１０ｍｍ）を内挿し、寸法Ｌを求める。寸法Ｌが２．５ｍｍであるとすると目盛数値Ｂの自動読み取りにより識別される３０２ｃｍに２．５ｍｍを足して視準線Ｋによる視準位置として３０２．２５ｃｍを得る。
【００１４】
ところで、上記実施の形態では、標尺に目盛数値Ａ、Ｂを付し、文字認識することにより視準位置の高さを求めるタイプについて説明したが、目盛数値ではなくバーコードを標尺に付したタイプや、所定の周期で変調されたパターンを標尺の上下方向に配列したタイプ等の、標尺の画像データを電気信号に変換して視準位置の高さを求めるタイプであれば全てのタイプの電子レベルについて本発明を適用することができる。尚、所定の周期で変調されたパターンを標尺の上下方向に配列した場合には、受光センサとしてラインセンサを用い、該ラインセンサを標尺の長手方向に対応する方向に沿って配置すればよい。
【００１５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、作業者が手で保持した標尺を電子レベルで視準する際に、標尺の前後方向の傾きの影響を受けない測定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の構成を示すブロック図
【図２】標尺の表示の一例を示す図
【図３】標尺の前後方向の揺動による画像の状態を示す図
【図４】フーリエ変換により得られるスペクトラムの最大周波数の例を示す図
【図５】標尺の横方向全幅でのスペクトラムの最大周波数の変化を示す図
【図６】視準線の位置を求める内挿方法を説明する図
【符号の説明】
１  望遠鏡
２  標尺
３  演算処理部
１７  二次元センサ
Ａ  目盛数値
Ｂ  目盛数値
Ｍ１  目盛パターン
Ｍ２  目盛パターン
【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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