专利名称：测量方法及测量机的制作方法
技术领域：
本发明涉及进行3维测定的非棱镜形式的测量机。
背景技术：
以前，对规定的范围的建筑物等的对象物测量3维数据时，操作者确定测定处所逐个点进行的测量花费大量时间且同时测量数据的取得量有限。另外，测定操作自动化的自动测量机，以小间距测定规定的范围的同时进行光栅扫描，与操作者相比可尽快收集庞大的3维测量数据。通过该庞大的3维数据的集合可进行3维显示。
传统的自动测量机中，测定点成为庞大，保存该测定点的数据的存储装置的存储容量也成为庞大。另外，取入不必要数据作为测定数据时，往往发生数据的连续性缺失，必须进行再测定的状况。
而且，如图12，测定点在测定对象物3的棱线(边缘)4时，测量机1发出的测距光2在上述边缘4分割，一部分在边缘4之前的面5反射，一部分在边缘4的内侧的面6反射。因而，测量机1通过来自上述之前的面5的反射光和来自上述内侧的面6的反射光进行测定，产生无法正确测定边缘4部分的问题。
发明内容
本发明的目的是提供显著减少测定点数，可靠地进行边缘部的测定的测量方法及测量机。
为了达成上述目的，本发明的测量方法，具备取得测定范围的图像的步骤；通过该图像的图像处理抽出边缘的步骤；从图像选择夹持边缘的两侧的测定点的步骤；进行该测定点的测量的步骤。另外，本发明的测量方法具备通过测定从抽出的边缘排除不规则边缘数据的步骤。另外，本发明的测量方法具备从抽出的边缘排除具有一定程度以上紧密排列的边缘数据的步骤。另外，本发明的测量方法具备以抽出的边缘数据为基准合成多个图像数据的步骤。另外，本发明的测量方法具备抽出的边缘为交叉的2个边缘时，运算边缘的交点的步骤；选择交点附近的测定点的步骤；进行该测定点的测量的步骤。另外，本发明的测量方法具备在抽出的边缘的边缘附近，进行边缘交点附近的测量的步骤；运算由边缘包围的面的步骤；使得从运算结果可运算该面的任意点的测量数据的步骤。另外，本发明的测量方法具备使运算的面与边缘数据相关存储的步骤。
另外，本发明的测量机具备瞄准测定点的光学系统；使该光学系统在测定范围扫描的驱动部；具备光波距离计的测距部；拍摄测定范围的拍摄部；执行从拍摄图像抽出边缘的图像处理的图像处理部；控制上述测距部，使其在拍摄图像上选择边缘附近作为测定点，进行该测定点的测量的控制运算部。另外，本发明的测量机中，抽出的边缘是交叉的2个边缘，选择的测定点在边缘的交叉部附近。另外，本发明的测量机，以边缘包围的区域为平面，根据边缘附近的测定点的测量结果中，运算上述平面的3维座标值。另外，本发明的测量机中，上述测定点至少是夹持边缘的2个处所。另外，本发明的测量机具备存储执行以下步骤的程序的存储部拍摄测定范围，从取得的拍摄图像抽出边缘，在拍摄图像上选择边缘附近作为测定点，使上述光学系统在上述测定范围扫描并进行测量。另外，本发明的测量机中，运算由边缘包围的平面，上述存储部将运算的面与边缘数据相关存储。
根据本发明，由于具备取得测定范围的图像的步骤；通过该图像的图像处理抽出边缘的步骤；从图像选择夹持边缘的两侧的测定点的步骤；进行该测定点的测量的步骤，因而可避免测距光被边缘分割而无法正确测定的状态，提高测量结果的可靠性和精度。
另外，根据本发明，由于具备在抽出的边缘的边缘附近，进行边缘交点附近的测量的步骤；运算由边缘包围的面的步骤；使得从运算结果可运算该面的任意点的测量数据的步骤，因而，对包围的面可省略多数点的测量，提高测量的经济性。
图1是本发明的实施例的测量机的透视图。
图2是本发明的实施例的概略构成图。
图3是本发明的实施例的测定范围和分割图像的关系图。
图4是本发明的实施例的测定范围的图像中强调测定对象物的边缘的图像的说明图。
图5是本发明的实施例的测定范围和扫描、测定的关系说明图。
图6是测定作用的说明图。
图7是测定作用的说明图。
图8是测定作用的说明图。
图9是测定作用的说明图。
图10是测定作用的流程图。
图11是测定作用的说明图。
图12是传统例的说明图。
具体实施例方式
以下，参照图面说明实施本发明的最佳形态。
图1表示本发明的测量机(total station)的外观，图中，测量机1具备检出角度(铅直角、水平角)的电子经纬仪和光波距离计。
上述测量机1主要由望远镜部8、支持该望远镜部8可上下方向旋转的托架部9、支持该托架部9可水平方向旋转的基盘部11、支持该基盘部11的校平部12构成，该校平部12可安装到三脚架等。
上述望远镜部8内置有包含物镜13的光学系统、拍摄部等，上述托架部9具备显示部14、操作输入部15。
图2说明测量机1的概略构成。
图中，1是测量机，3是成为测定点的建筑物的壁面或角隅等的测定对象物。
上述测量机1主要具备显示部14；操作输入部15；控制运算部17；铅直角测角部18；水平角测角部19；存储部21；测距部24；发光部25；受光部26；拍摄部27；图像处理部28；铅直驱动部29；水平驱动部31及光学系统32等。
上述铅直角测角部18测定与由上述光学系统32瞄准上述测定对象物3时的水平相对的铅直角，上述水平角测角部19测定以规定的方向作为基准方向时相对于基准方向的上述测定对象物3的水平角。上述存储部21存储执行测定的系列程序，或进行图像处理的图像处理程序，基于至少2点的测定数据(距离、铅直角、水平角)来运算该点特定的直线，基于至少3点的测定数据来运算表示3维座标上的平面的数学式等的程序等，还存储被测量的测量数据、图像处理后的图像数据。另外，上述存储部21可采用FD、CD、DVD、RAM、ROM、硬盘、存储卡等各种记录媒体。
进行测距时测量操作者从上述操作输入部15输入测定开始指令或测定条件等。上述显示部14显示测量时的测量条件、测量结果或测量时拍摄的图像，或图像处理的结果。
上述发光部25向上述测定对象物3发出测距光2，上述受光部26接收由上述测定对象物3反射的反射测距光，上述测距部24根据上述受光部26的受光信号，求出到上述测定对象物3的距离，将距离信号输入上述控制运算部17。
上述发光部25由上述铅直驱动部29、水平驱动部31驱动，上述发光部25与上述测定对象物3相向。
上述控制运算部17令上述图像处理部28输入的各图像信号(图像数据)与拍摄该图像数据时来自上述铅直角测角部18的铅直角信号、来自上述水平角测角部19的水平角信号及来自上述测距部24的距离信号(各图像的瞄准点上的测量数据)相关，结果存储到上述存储部21，还对于各图像数据，根据测量数据进行各图像数据间的相关。
另外，进行图像数据和测量数据的相关，图像数据和测量数据的相关是，逐个测定点地作成记录区域，在该记录区域内进一步作成图像数据存储区域和测量数据存储区域，逐个测定点地进行图像数据和测量数据的相关并记录到上述存储部21。或用已知的方法进行相关，即，在上述存储部21作成图像数据存储区域和测量数据存储区域，将图像数据及测量数据分离存储到图像数据存储区域和测量数据存储区域的同时，使图像数据和测量数据链接，作成使图像数据间相关的管理数据等。
另外，各图像数据间的相关结束后，可合成基于多个图像的合成图像。另外，由于已知各图像的视场角与上述拍摄部27的视角对应，且已知图像的中心即瞄准点在存储的测量数据中，因此，合成图像的任意点的测量数据可通过瞄准点的测量数据和图像中的视场角运算。
上述测量机进行3维测量时，必须取入测定范围的图像。测定范围超过望远镜的视场角范围时，如图3所示，将图像分割后取入。分割取入的范围例如通过瞄准四边形的对角线上的2点来确定。具备取入广角的图像的摄象机时，也可在上述显示部14上指示范围。
由于测量机具备测角部件和驱动部件，可以规定的角度改变瞄准方向，分割后自动地取入图像。虽然测量机可高精度进行角度分割，由于将分割图像35结合及合成一个图像，因而最好进行一定程度的交迭36后取入。
对拍摄获得的图像数据进行图像处理，抽出边缘。该边缘的抽出是，例如使用拉普拉斯算子、SOBEL、CANNY等的空间过滤器来强调边缘。拉普拉斯算子边缘强调是用微分图像来强调边缘。
图4是强调边缘的图例。建筑物37的角部被强调，与壁和窗部的平面部分区别。但是，其他不必要的数据也被强调边缘。例如，不必要的数据是植物38和铺路石39、建筑物的外观形状等。作为建筑物的位置和高度的数据，这些是不必要的。植物38和铺路石39等虽然不与测量数据进行相关，但作为图像原样保留。建筑物的外观形状作为被边缘包围的面的数据进行相关。植物38是不规则边缘的数据，比较容易区分。从而，不规则边缘数据从测定数据排除。另外，铺路石39和块图案是规则的，难以与其他数据区别，但是一定程度以上紧密排列的数据也必须从测定数据排除。
图5表示对测定范围进行扫描测定的情况。以规定的间距进行测定，扫描规定的范围。扫描中，由于边缘处理中已知无边缘部分，因而可省略扫描而扫描最短距离。另外，直线的直线边缘存在时往往有段差。通过测定边缘的两侧的距离和位置，由边缘部分的直接测定可排除误差。
由于根据从图像中心和视场角可计算构成图像的像素的位置，直线边缘部分及边缘角部可特定边缘部分的位置。由于角部7可能被倒角，因而作为直线边缘的交点算出。直线边缘包围的范围是构成建筑物的外观的面。
如图7所示，图像处理拍摄获得的图像数据Ia，抽出边缘4。
上述控制运算部17可从图像中的上述边缘4的位置求出上述测定对象物3的边缘4附近的位置，驱动控制上述光学系统32，使瞄准位置在该边缘4附近(仅仅以测距光的光束直径偏移的位置)。以上述边缘4附近为最佳测定处所a(Xa，Ya)，移动瞄准位置进行测量。因而，如图12所示，测距光2不被边缘4分割，可执行正确的测量。最佳测定处所的选择、测量可对边缘4的附近适当处所，例如夹持边缘4的2个处所进行测量。通过夹持该边缘4的2个处所的测量，该边缘4的位置可由测定结果明确地特定。
另外，该边缘4和最佳测定处所a(Xa，Ya)的位置关系可从图像上运算。另外，若测量离开边缘4的至少2个处所，则可对上述边缘4进行3维测定。
对包含与上述测定对象物3的上述边缘4正交的边缘4′的需要部分进行拍摄，拍摄图像数据Ib(参照图7)。通过图像处理抽出上述边缘4′，同样以该边缘4′的附近作为最佳测定处所b(Xb，Yb)，移动瞄准位置进行测量。
而且，从上述图像数据Ia的边缘4可运算表示该边缘4的线性方程式La，另外，从图像数据Ib的边缘4′可运算表示该边缘4′的线性方程式Lb。另外，由于受光元件内的象素受光的偏差等，图像数据上的边缘可能成为带偏差的直线，该场合，采用最小2乘法等的手法算出直线。根据上述测量结果，可运算上述3维座标中的线性方程式La、线性方程式Lb。
运算上述线性方程式La和线性方程式Lb的交点，运算获得的点成为上述测定对象物3的角部7的位置(参照图6、图9)。以从上述测定对象物3的角部7仅偏移光束直径的位置作为最佳测定处所c(Xc，Yc)，将上述光学系统32与该最佳测定处所c(Xc，Yc)相向。
另外，如图8所示，若可拍摄包含上述测定对象物3的角部7的图像数据Ic，则通过该图像数据Ic的图像处理边缘抽出立即求出上述角部7的图像上的位置，并求出该角部7附近的最佳测定处所c(Xc，Yc)。
因而，边缘4附近的最佳测定处所a(Xa，Ya)、边缘4′附近的最佳测定处所b(Xb，Yb)、角部7附近的最佳测定处所c(Xc，Yc)的测定可以可靠地实施。
通过对上述测定对象物3抽出全部边缘，并对该边缘附近的适当位置进行测量、运算，取得各边缘的测量数据，求出上述测定对象物3的3维轮廓。以上一系列的测定动作，由上述控制运算部17按照上述存储部21存储的测量系列程序来执行。
一般建筑物由平面构成，因而，通过至少2个边缘(表示边缘的直线)可运算包含2个边缘的平面，通过上述测定对象物3的边缘的抽出、边缘的测量，可执行该测定对象物3的3维测定。
以下，参照图10、图11说明3维测定。
确定测定范围，取入测定范围的图像。
判断测定范围是否大于上述拍摄部27的视场角。大于时，分割测定范围并取得图像，且进行图像的连接合成。
对图像进行边缘处理，抽出边缘。判断抽出的边缘是否不必要数据，若为不必要数据则删除不必要的边缘数据。作为不必要的数据，例如有不规则的边缘数据，或与建筑物等对象物的规模比较，一定程度以上紧密排列的边缘数据等。
进行测定范围的扫描及测定，并算出图像上的直线边缘的位置，进行夹持直线边缘的两侧的测定(测距，测角)。
通过边缘的测定特定由边缘包围的区域，并特定由区域构成的面。
通过交叉的直线边缘部的交点求出角部的位置，算出角部的图像上的位置，并进行角部的测定。
通过直线边缘部、角部的测定，获得测定对象物3的3维数据(3维座标)。
例如，以图4中所示的测定范围内的建筑物37作为测定对象物3，参照图11说明对该测定对象物3进行测量的情况。
确定测定范围，取入包含上述测定对象物3的部分的图像。从图像抽出边缘4a，4b，…，4f，进行扫描测定。
另外，分别测量该边缘4a，4b，…，4f的两侧。求出上述边缘4a，4b，…，4f的测量结果及表示边缘4a，4b，…，4f的直线，并求出边缘4a，4b，…，4f的交点(角部的位置)，运算由边缘4a，4b，…，4f包围的面的区域。
因而，可执行由包含角部的边缘4a，4b，…，4f包围的面的区域的3维测定。
同样，可执行由边缘35a，边缘35b，边缘35c，边缘35d包围的面的3维测定。因而，通过依次对被边缘包围的面执行3维测定，可对上述测定对象物3执行3维测定，即3维座标的运算。
因而，测量至少边缘附近、角部附近实施，测定点显著减少，存储部21的存储容量、进行测量所必要的运算的控制运算部17的负担显著减轻。
接着，由于图像数据与测量数据相关地存储到上述存储部21，且图像数据相互通过测量数据相关，因而可根据多个图像数据形成合成图像，根据3维座标的运算作成立体图像，可以视觉地把握3维测定的结果，并可通过运算求出图像上的任意位置的测量数据。另外，图像数据的合成可根据求出的边缘数据进行。
如上所述，通过边缘的交点及边缘的中间地点的测距测角，特定建筑物和建筑及施工现场的位置和高度，通过相关特定的图像上的位置，成为带图像的3维测定数据。可以在显示器等的2维画面进行3维图像的显示，同时可立即求出在图像上指定的位置。
权利要求
1.一种测量方法，具备取得测定范围的图像的步骤；通过该图像的图像处理抽出边缘的步骤；从图像选择夹持边缘的两侧的测定点的步骤；进行该测定点的测量的步骤。
2.权利要求1的测量方法，其特征在于具备通过测定从抽出的边缘排除不规则边缘数据的步骤。
3.权利要求1的测量方法，其特征在于具备从抽出的边缘排除具有一定程度以上紧密排列的边缘数据的步骤。
4.权利要求1的测量方法，其特征在于具备以抽出的边缘数据为基准合成多个图像数据的步骤。
5.权利要求1的测量方法，其特征在于具备抽出的边缘为交叉的2个边缘时，运算边缘的交点的步骤；选择交点附近的测定点的步骤；进行该测定点的测量的步骤。
6.权利要求5的测量方法，其特征在于具备在抽出的边缘的边缘附近，进行边缘交点附近的测量的步骤；运算由边缘包围的面的步骤；使得从运算结果可运算该面的任意点的测量数据的步骤。
7.权利要求6的测量方法，其特征在于具备使运算的面与边缘数据相关存储的步骤。
8.一种测量机，具备瞄准测定点的光学系统；使该光学系统在测定范围扫描的驱动部；具备光波距离计的测距部；拍摄测定范围的拍摄部；执行从拍摄图像抽出边缘的图像处理的图像处理部；控制上述测距部，使其在拍摄图像上选择边缘附近作为测定点，进行该测定点的测量的控制运算部。
9.权利要求8的测量机，其特征在于，抽出的边缘是交叉的2个边缘，选择的测定点在边缘的交叉部附近。
10.权利要求8的测量机，其特征在于，以边缘包围的区域为平面，根据边缘附近的测定点的测量结果，运算上述平面的3维座标值。
11.权利要求8的测量机，其特征在于，上述测定点至少是夹持边缘的2个处所。
12.权利要求8的测量机，其特征在于具备存储执行以下步骤的程序的存储部拍摄测定范围，从取得的拍摄图像抽出边缘，在拍摄图像上选择边缘附近作为测定点，使上述光学系统在上述测定范围扫描并进行测量。
13.权利要求10的测量机，其特征在于，运算由边缘包围的平面，上述存储部将运算的面与边缘数据相关存储。
全文摘要
本发明的测量机，具备瞄准测定点的光学系统；使该光学系统在测定范围扫描的驱动部；具备光波距离计的测距部；拍摄测定范围的拍摄部；执行从拍摄图像抽出边缘的图像处理的图像处理部；控制上述测距部，使其在拍摄图像上选择边缘附近作为测定点，进行该测定点的测量的控制运算部。
文档编号G01C15/00GK1667358SQ20051005509
公开日2005年9月14日 申请日期2005年3月8日 优先权日2004年3月8日
发明者大友文夫, 大谷仁志, 大森诚 申请人:株式会社拓普康