JP4004316B2

JP4004316B2 - 測量装置及び測量装置を用いて画像データを取得する方法

Info

Publication number: JP4004316B2
Application number: JP2002078862A
Authority: JP
Inventors: 文夫大友; 仁志大谷; 誠大森
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: EP1347267A1; CN1445509A; EP1347267B1; US6859269B2; CN100573046C; US20030179361A1; JP2003279351A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は測量装置、特に目標物の画像データと、目標物の距離データとを対応つけて記録することが可能な測量装置及び測量装置を用いて画像データを取得する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地図情報を得る為には、目標地点の測量データだけでなく、その目標地点の画像も必要となり、測量データを得ると共に、目標地点の画像を撮影記録することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、従来の方法に於いては、目標物を決め、該目標物での一般測量を行うと共に、該一般測量の作業とは別個に前記目標物の撮影を電子カメラ等の手段で行っていたものである。その為、目標物の測量及びその目標物を中心とした撮影を行う操作が面倒であると共に、その測量データと撮影画像との対応付けが困難であるという欠点を有するものである。
【０００４】
本発明は、この従来技術の欠点を解決することを目的とするものであり、一連の測量作業及び撮影作業を容易にし、且つ目標物の測量データとその画像を関連付けて記録することができ、後の、都市景観等の３Ｄモデル作成等の作業に効率的に活用できる情報を得ることのできる測量装置及び測量装置を用いて画像データを取得する方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、視準点迄の距離を測定する為の測距部と、視準点の鉛直角と水平角を測角する為の測角部と、視準方向の画像を取得する撮像手段とを有し、該撮像手段により取得された全体画像に基づき選択された所定の測定対象の方向に前記撮像手段を向ける為の駆動部と、該駆動部により向けられた方向で撮像した測定対象画像と、前記測距部と測角部とにより測定された測定対象迄の測量データとを関連付けて記録する制御演算部を具備した測量装置に係り、又前記全体画像は、異なる方向での複数画像を合成して形成される合成画像である測量装置に係り、又前記撮像手段は測距部の視準方向を撮像する第１の撮像手段と、該第１の撮像手段より狭い視野を有する第２の撮像手段であり、前記第１の撮像手段の画像で取得した複数画像に基づき合成画像を作成する測量装置に係り、又独立した他の撮像手段を有し、前記撮像手段が取得した画像で欠落した部分の画像を取得し、前記制御演算部は前記他の撮像手段の画像により前記撮像手段の画像欠落部分を補完して合成画像を作成する測量装置に係り、又ＧＰＳが更に設けられ、測定対象の位置データ、画像取得位置データ、画像データが関連付けられて取得される測量装置に係り、又前記撮像手段が望遠鏡部に収納され、該望遠鏡部が托架部に鉛直方向に回転可能に設けられ、該托架部が水平方向に回転可能に設けられ、前記望遠鏡部を鉛直方向に回転させる鉛直駆動部と、前記托架部を水平方向に回転させる水平駆動部とを有し、前記望遠鏡部の視準方向を順次変更して取込んだ複数画像を合成する測量装置に係るものである。
【０００６】
又、本発明は、所定の全体画像を取得し、その取得された全体画像に基づき選択された測定対象を中心とした画像を取得すると共に、該画像に対応する測定対象の位置測量を行い、各画像と位置データとを関連付けて取得する測量装置を用いて画像データを取得する方法に係り、又前記全体画像は、異なる方向での複数画像を合成して形成される合成画像である測量装置を用いて画像データを取得する方法に係り、又目標物の画像を複数の既知の点から取得し、それぞれ取得した画像について既知の点と目標物間の位置測量を行い、取得した画像と位置データとを関連付け、既知の点間の位置データを基に画像のデータ変換を行い、取得した複数の画像の合成を行うことを特徴とする測量装置を用いて画像データを取得する方法に係るものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【０００８】
先ず、図１により第１の実施の形態に係る測量装置について説明する。図１は該測量装置の本体部１を示している。
【０００９】
該本体部１は主に、図示しない三脚に取付けられる整準部２、該整準部２に設けられた基盤部３、該基盤部３に鉛直軸心を中心に回転可能に設けられた托架部４、該托架部４に水平軸心を中心に回転可能に設けられた望遠鏡部５から構成されている。
【００１０】
前記托架部４は表示部６、操作部７を具備し、前記望遠鏡部５は、測定対象物を視準する第２望遠鏡１１と該第２望遠鏡１１が視準する画像を撮像する第２撮像部１２（後述）を有し、更に前記第２望遠鏡１１に対して平行な光軸を有し、視準方向の前記第２撮像部１２より広範囲な画像を撮像する第１撮像部９（後述）を有し、該第１撮像部９は前記第２望遠鏡１１より広範囲な視野を有する第１望遠鏡８を含んでいる。
【００１１】
図２により光学系について説明する。
【００１２】
図２に於いて、光軸Ｏ上に対物レンズ１３、合焦レンズ１４、正立プリズム１５、焦点鏡１６、接眼レンズ１７を順次配設し、前記対物レンズ１３と合焦レンズ１４との間に光学手段、好ましくはダイクロイックプリズム１８を配設する。該ダイクロイックプリズム１８には不可視光から成る測距光を反射し可視光を透過する第１ミラー面１９、可視光の一部を前記接眼レンズ１７に向けて透過し、可視光の残りを前記第２撮像部１２に向けて反射する第２ミラー面２２を有している。
【００１３】
前記対物レンズ１３、前記合焦レンズ１４、前記接眼レンズ１７等は前記第２望遠鏡１１を構成している。
【００１４】
前記第１ミラー面１９は、例えば４００〜６５０nmの可視光を透過し、６５０〜８５０nmの赤外光を反射する。
【００１５】
該第１ミラー面１９に対向して三角ミラー２３が設けられ、発光部２４から射出測距光２５が前記三角ミラー２３を介して前記第１ミラー面１９に向け射出され、更に該第１ミラー面１９で反射され前記対物レンズ１３を経て測定対象物２１（後述）に前記射出測距光２５が射出される。前記測定対象物２１から前記対物レンズ１３を通って入射した反射測距光２５′は前記第１ミラー面１９、前記三角ミラー２３で反射され受光部２６で受光される。
【００１６】
前記三角ミラー２３、前記発光部２４、前記受光部２６を含む測距部２７は、前記射出測距光２５の光波と反射測距光２５′の光波との位相差に基づき前記測定対象物２１迄の距離を測定する。尚、前記測距部２７の測距光学系、測距回路は従来の測量装置と同様であるので図示、説明を省略する。
【００１７】
前記第２撮像部１２、前記第２ミラー面２２は共に前記望遠鏡部５に設けられる。前記第２撮像部１２について説明する。
【００１８】
前記第２ミラー面２２で分割された可視光は、リレーレンズ２８、反射ミラー２９、リレーレンズ３１を介し、可視光のみを通すバンドパスフィルタ３２を通り第２撮像素子３６に結像される。
【００１９】
又、前記第１撮像部９は、前記第２望遠鏡１１と平行な光軸を有し、該光軸上に対物レンズ３４が配置され、該対物レンズ３４で集光された光束は、可視光のみを通すバンドパスフィルタ３５を通り第１撮像素子３３に結像される。該第１撮像素子３３、前記第２撮像素子３６としては画像センサが用いられる。
【００２０】
図３により、前記本体部１の基本構成について説明する。
【００２１】
前記托架部４には前記望遠鏡部５の鉛直角を検出し、視準方向の鉛直角を測角する鉛直角測角部３７が設けられ、又前記托架部４の前記基盤部３に対する回転角を検出し、視準方向の水平角を検出する水平角測角部３８が設けられる。前記托架部４には更に制御演算部４１、画像処理部４２、記憶部４３等から構成される制御装置が内蔵されている。
【００２２】
該記憶部４３には測量に必要な計算プログラム、或は後述する画像情報の取得に必要な画像処理プログラムが納められている。前記制御演算部４１には前記測距部２７、前記鉛直角測角部３７、前記水平角測角部３８からの測定結果が入力され、距離測量、高低角、水平角の測量が行われると共に測量結果は前記表示部６に表示される様になっている。
【００２３】
更に、前記托架部４を水平回転させる水平駆動部５４、前記望遠鏡部５を鉛直方向に回転させる鉛直駆動部５５が設けられ、前記水平駆動部５４、前記鉛直駆動部５５は前記制御演算部４１によって制御される。
【００２４】
本測量装置による測量作業等については従来の測量装置と同様であるので、説明を省略し、以下は地図情報として画像データを取得する場合の作動について図４を参照して説明する。
【００２５】
三脚４４を介して前記本体部１を既知点に設置し、既知点の位置データを前記操作部７より入力する。入力された既知点の位置データは前記制御演算部４１を介して前記記憶部４３に記憶される。次に、広い視野の全体画像を取得する為に、例えば目標となるビル等の建築物４５に向けた後、前記操作部７で、全体画像取得の為の指示を行う。この指示に基づき、前記制御演算部７は、前記鉛直角測角部３７、水平角測角部３８の信号に基づき、前記望遠鏡部５の中心方向を順次ａ１〜ａ１２方向に変え、各中心位置で、視野の広い前記第１望遠鏡８で視準し、前記第１撮像素子３３により各画像Ａ１〜Ａ１２を取得する。
【００２６】
尚、前記望遠鏡部５の中心方向の変更角度は、各画像Ａ１〜Ａ１２が連続する様に、前記第１望遠鏡８の視野角によって決定される。
【００２７】
取得された画像Ａ１〜Ａ１２は、前記第１撮像素子３３を介して前記画像処理部４２に取込まれ、前記制御演算部４１は、取込まれた各画像Ａ１〜Ａ１２を合成し、全体合成画像Ａを作成し、該全体合成画像Ａを前記表示部６に表示する。
【００２８】
表示された全体合成画像Ａは一般的に目標物である前記建築物４５を含む全体画像であり、測定者は、前記全体合成画像Ａを観察し、前記表示部６内でカーソルを動かし、測量を行う測定対象Ｏ1 （視準点）を選択する。
【００２９】
該測定対象Ｏ1 が選択されると、前記画像処理部４２は、前記測定対象Ｏ1 の水平角度及び鉛直角度を演算し、前記制御演算部４１は、概略その方向に望遠鏡部５を向ける様、前記水平駆動部５４、鉛直駆動部５５を自動的に制御し、その後測定者は視野の狭い前記第２望遠鏡１１により、正確に前記測定対象Ｏ1 に視準方向を定め、前記鉛直角測角部３７、前記水平角測角部３８により視準方向が測定され、更に前記測距部２７により距離の測定が行われる。
【００３０】
測定完了後、前記測定対象Ｏ1 を中心として、前記第２撮像素子３６により目標物近傍の精密画像４９を取得すると共に、前記第１撮像素子３３により、前記測定対象Ｏ1 の周辺の広い範囲の広角画像５０を取得する。これらの画像４９，５０は、前記鉛直角測角部３７、前記水平角測角部３８により測定された測角データと前記測距部２７により測定された測距データとから成る測量データとが関連付けて記録される。
【００３１】
同様に、前記全体合成画像Ａに基づき、その他の測定対象Ｏ2 （図示せず）が選択されると、測定対象Ｏ1 の時と同様に、前記測定対象Ｏ2 の水平角度及び鉛直角度を演算し、前記制御演算部４１は、前記望遠鏡部５をその方向に自動的に制御し、前記鉛直角測角部３７、前記水平角測角部３８により視準方向が測定され、更に前記測距部２７により距離の測定が行われると共に、前記測定対象Ｏ2 に関する精密画像、広角画像が取得される。前記測定対象Ｏ2 の画像と測量データとは前述したのと同様に関連付けて記録される。
【００３２】
而して、既知点Ｘのデータと、既知点Ｘに対する目標物の測量データと、既知点Ｘからの目標物の画像とが、それぞれ対応付けられて前記記憶部４３に記録される。
【００３３】
次に、図５は前記本体部１と建築物４５間に障害物、例えば樹木５１があった場合の画像データ取得について説明する。
【００３４】
該樹木５１に隠れた部分が見える位置Ｍ点を選択し、該Ｍ点と前記既知点Ｘ間の距離、該既知点ＸからＭ点の方向を前記本体部１により測量する。Ｍ点から前記樹木５１により隠れる部分の補完画像データを第３の撮像手段、例えばデジタルカメラ５２で取得する。補完画像データは前記本体部１が読取り可能な記憶媒体、例えばメモリカードに記録される。
【００３５】
補完画像データを前記操作部７より前記制御演算部４１を介して前記記憶部４３に記録する。前記制御演算部４１では補完画像データをアフィン変換（座標変換）、ヘルマート変換（単軸変換）等のデータ変換により既知点Ｘ方向からの画像に変換し、更に前記全体合成画像Ａに合成し、前記樹木５１の陰で欠落した部分を補完し、該樹木５１を消去した建築物４５の全体の合成画像データを取得する。
【００３６】
図６は前記建築物４５等の目標物を、複数方向からの画像データを取得する様にしたものである。例えば、図６は２方向からの画像データを取得する場合を示している。既知点Ｘ、既知点Ｙを設定し、該既知点Ｘ、既知点Ｙにそれぞれ測量装置を設置する。複数の測量装置を用いて同時に作業を行ってもよく、１台の測量装置を移動し順次画像データを取得する様にしてもよい。
【００３７】
尚、個々の画像データの取得については、上記したと同様であるので説明を省略する。
【００３８】
複数方向から前記建築物４５の画像データを取得することで、より完全な３次元画像データが取得できる。
【００３９】
図７は第２の実施の形態を示している。
【００４０】
該第２の実施の形態ではＧＰＳ５３を設け、衛星からの信号を基に前記本体部１の絶対位置を測定できる様にし、更に前記托架部４を水平回転させる前記水平駆動部５４、前記望遠鏡部５を鉛直方向に回転させる前記鉛直駆動部５５を設けたものであり、画像データがより容易に取得できる様にしたものである。
【００４１】
上記第１の実施の形態では、既知点のデータを前記操作部７より入力する様にしたが、第２の実施の形態では前記ＧＰＳ５３の測定による位置データが取得できるので、入力の必要がなく、又任意の位置に前記本体部１を設置して直ちに画像データの取得作業が開始できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、視準点迄の距離を測定する為の測距部と、視準点の鉛直角と水平角を測角する為の測角部と、視準方向の画像を取得する撮像手段とを有し、該撮像手段により取得された全体画像に基づき選択された所定の測定対象の方向に前記撮像手段を向ける為の駆動部と、該駆動部により向けられた方向で撮像した測定対象画像と、前記測距部と測角部とにより測定された測定対象迄の測量データとを関連付けて記録する制御演算部を具備したので、測定対象について一般測量とその目標物に関する画像データの取得が同時に行え、測量データと測定対象の画像との対応付けが確実に行え、取得したデータの取扱い性が向上するという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る測量装置の外観図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の光学系の構成図である。
【図３】同前第１の実施の形態の基本構成図である。
【図４】本発明に於ける画像データ取得の作動説明図である。
【図５】本発明に於ける画像データ取得の作動説明図である。
【図６】本発明に於ける画像データ取得の他の例を示す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示す基本構成図である。
【符号の説明】
１本体部
３基盤部
４托架部
５望遠鏡部
６表示部
８第１望遠鏡
９第１撮像部
１１第２望遠鏡
１２第２撮像部
２７測距部
３３第１撮像素子
３６第２撮像素子
３７鉛直角測角部
３８水平角測角部
４１制御演算部
４３記憶部
４５建築物
４９精密画像
５０広角画像

Claims

視準点迄の距離を測定する為の測距部と、視準点の鉛直角と水平角を測角する為の測角部と、視準方向の画像を取得する撮像手段と、該撮像手段を測定対象の方向に向ける駆動部と、前記撮像手段により取得された画像を表示する表示部と、前記撮像手段により取得された全体画像が前記表示部に表示され、表示された画像中で任意に選択された測定対象の方向を演算し、演算により求められた方向に前記撮像手段を向ける様前記駆動部を制御し、該駆動部により向けられた方向で撮像した測定対象画像と、前記測距部と前記測角部とにより測定された測定対象迄の測量データとを関連付けて記録する制御演算部とを具備し、前記全体画像は、異なる方向での複数画像を合成して形成される合成画像であることを特徴とする測量装置。
前記撮像手段は測距部の視準方向を撮像する第１の撮像手段と、該第１の撮像手段より狭い視野を有する第２の撮像手段であり、前記第１の撮像手段の画像で取得した複数画像に基づき前記合成画像を作成する請求項１の測量装置。
前記撮像手段とは独立し、該撮像手段とは異なる方向から撮像し、補完画像データを取得する他の撮像手段を有し、前記制御演算部は、前記全体画像の欠落部分を補完画像データで補完して合成画像を作成する請求項１の測量装置。
前記制御演算部は、前記補完画像データが前記撮像手段と同一方向から撮像される画像となる様に変化させ、合成画像を作成する請求項３の測量装置。
ＧＰＳが更に設けられ、測定対象の位置データ、画像取得位置データ、画像データが関連付けられて取得される請求項１の測量装置。
前記撮像手段が望遠鏡部に収納され、該望遠鏡部が托架部に鉛直方向に回転可能に設けられ、該托架部が水平方向に回転可能に設けられ、前記望遠鏡部を鉛直方向に回転させる鉛直駆動部と、前記托架部を水平方向に回転させる水平駆動部とを有し、前記望遠鏡部の視準方向を順次変更して取込んだ複数画像を合成する請求項１の測量装置。
異なる方向での複数画像を合成して全体画像を形成し、該全体画像に基づき、全体画像中で任意に選択された測定対象の方向を演算し、演算で得られた方向を中心とした画像を取得すると共に、該画像に対応する測定対象の位置測量を行い、各画像と位置データとを関連付けて取得することを特徴とする測量装置を用いて画像データを取得する方法。