专利名称：立体图像作成方法及三维数据作成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及至少从两个方向拍摄对象物，从多个拍摄图像作成立体图像的立体图像的作成方法，以及使立体图像与测定数据关联并基于立体图像作成三维数据的装置。
背景技术：
立体图像是立体地捕捉对象物的图像，是改变拍摄方向拍摄同一对象物而获得的图像。通过使图像上的各点相关联，能够求出构成图像的点的三维数据。
为了从立体图像获得三维数据，需要使两个图像的对应(立体匹配stereo matching)，或可立体匹配的条件(外部标定要素)。作为外部标定要素，分别需要两个拍摄处(摄像机位置)的三维数据、拍摄方向、倾斜度、放大率等。
要进行两个图像的立体匹配，需要对于左右摄像机间的基准线矢量的左右摄像机的相对旋转，即相互标定要素，该相互标定要素基于所述外部标定要素来算出。
一直以来，作成立体图像时，从已知的两个地点用摄像机拍摄对象物，求出算出相互标定要素所必要的外部标定要素，因此在对象物设置基准点，按其它途径用全站仪(total station)等测量基准点，基于基准点的三维位置信息求出摄像机的位置和倾斜度。
因此，需要求出立体图像的照相测量，以及在照相测量后，在图像内设定基准点(过渡点pass point)，并从拍摄图像的已知的两个地点对该基准点分别进行基于全站仪等测量机的测定，并且需要6个以上的过渡点等，其测定操作变得复杂。
发明内容
本发明的目的在于简化相互标定操作，使立体图像的作成及容易关联又基于立体图像的三维测定操作简单。
为了达成上述目的，本发明的立体图像作成方法，采用具备取得照准方向的图像的摄像部件和可进行对照准点的测距、测角的测距测角部件的测量装置，将该测量装置设置在已知点进行至少对3个照准点的测距、测角，且将所述测量装置设置在未知点进行对所述3个照准点的测角，由所述3个照准点的测量数据计算所述未知点的坐标，分别从已知点、未知点取得关于所述3个照准点中至少1个照准点的图像，基于所述已知点的坐标数据、测距数据、测角数据、所述未知点的算出的坐标数据及测角数据，由从所述已知点和未知点获得的图像作成立体图像；并且，本发明的立体图像作成方法中，至少3个照准点可从已知点和未知点照准，从已知点和未知点取得的图像基于图像上的偏移，使从已知点和未知点照准的照准点一致；并且，本发明的立体图像作成方法中，从已知点和未知点取得全部照准点的图像，使对各照准点对应的图像的照准点一致。
另外，本发明的三维数据作成装置，其中设有取得照准方向的图像的摄像部件、可进行照准点的测距的测距部件、可进行照准点的测角的测角部件、存储测距数据、测角数据及拍摄图像的存储部和控制运算部，所述摄像部件从已知点、未知点对至少3个照准点中至少1个照准点拍摄图像，所述控制运算部基于已知点的坐标数据、来自已知点的至少3个照准点的测距数据、测角数据、来自未知点的所述3个照准点的测角数据，计算未知点的坐标数据，基于已知点的坐标数据、测距数据、测角数据、未知点的算出的坐标数据、测角数据，由所述图像作成立体图像；还有，本发明的三维数据作成装置，基于已知点的坐标数据、来自已知点的至少3个照准点的测距数据、测角数据、未知点的坐标数据、来自未知点的测角数据，使两个所述立体图像关联，由关联的图像计算三维数据。
依据本发明，采用具备取得照准方向的图像的摄像部件和可进行照准点的测距、测角的测距测角部件的测量装置，将该测量装置设置在已知点进行至少对3个照准点的测距、测角，且将所述测量装置设置在未知点进行对所述3个照准点的测角，由所述3个照准点的测量数据计算所述未知点的坐标，分别从已知点、未知点取得关于所述3个照准点中至少1个照准点的图像，基于所述已知点的坐标数据、测距数据、测角数据、所述未知点的算出的坐标数据及测角数据，从由所述已知点和未知点获得的图像作成立体图像，因此能够省略照相测量和过渡点的测量，并可显著简化立体图像的作成。
另外，依据本发明，设有取得照准方向的图像的摄像部件、可进行照准点的测距的测距部件、可进行照准点的测角的测角部件、存储测距数据、测角数据及拍摄图像的存储部和控制运算部，所述摄像部件从已知点、未知点对至少3个照准点中至少1个照准点拍摄图像，所述控制运算部基于已知点的坐标数据、来自已知点的至少3个照准点的测距数据、测角数据、来自未知点的所述3个照准点的测角数据，计算未知点的坐标数据，基于已知点的坐标数据、测距数据、测角数据、未知点的算出的坐标数据、测角数据，由所述图像作成立体图像，因此无需照相测量所必要的装置和全站仪等测量装置，可用单一装置进行测定操作，并可显著简化测定操作本身。
图1是本发明实施例的测量装置的外观图。
图2是与前面相同的测量装置的概略结构图。
图3是表示本发明实施例的测量操作的说明图。
图4是表示本发明实施例的测量操作的说明图。
图5是在补正本发明实施例的两个图像的照准点的偏移时的说明图。
图6是表示本发明实施例的作用的流程图。
图7是表示本发明实施例的另一测量操作的说明图。
具体实施例方式
以下，参照
实施本发明的最佳方式。
首先，按照图1概略说明本发明的测量装置21。图1表示该测量装置的本体部1。
该本体部1主要由安装于三脚架(未图示)上的校平部2、设于该校平部2上的基座部3、在该基座部3上可以垂直轴心为中心旋转地设置的托架部4、在该托架部4上可以水平轴心为中心旋转地设置的望远镜部5构成。
所述托架部4具备显示部6、操作/输入部7，所述望远镜部5设有照准测定对象物8(参照图2)的照准望远镜9和具有与该照准望远镜9平行的光轴并拍摄照准方向的图像的摄像部11。该摄像部11例如为内置的数字摄像机等，作为该数字摄像机的摄像元件采用CCD等的图像传感器。
参照图2，就所述本体部1的基本结构进行说明。
所述托架部4上设有检出所述望远镜部5的垂直角并对照准方向的垂直角进行测角的垂直角测角部12，并且在所述托架部4上设有检出相对于所述托架部4的所述基座部3的旋转角并检出照准方向的水平角的水平角测角部13。另外，所述望远镜部5中设有包含测距光学系统的测距部14。该测距部14求出从发光部15发射的测距光在测定对象物8反射后由受光部16接受时的位相差或时间差，进行到测定对象物8为止的测距。所述托架部4内还设有由控制运算部17、图像处理部18、存储部19等构成的控制装置。
该存储部19中存放了测量所需的计算程序例如基于后方交会法的坐标计算程序，或者存放了后述的图像处理或取得图像信息所需的图像处理程序。所述控制运算部17上被输入来自所述图像处理部18的图像信号和来自所述测距部14、所述垂直角测角部12、所述水平角测角部13的测定结果，进行照准方向的图像的取得、距离测量、垂直角、水平角的测量的同时图像信号、测量结果记录到所述存储部19并在所述显示部6上显示。
参照图3～图6，就采用上述测量装置的立体图像作成方法及三维数据作成方法进行说明。
在已知点即已知地面坐标系统的三维数据的点(A地点)上设置测量装置21(步骤01)，照准作成立体图像的测定对象物，进行可照准的照准点P1的测距、测角。水平角进行基准方向D0例如以方位角为基准的测角，垂直角进行例如以水平角为基准的测角。实施测距、测角的同时用所述摄像部11拍摄包含照准点P1的照准方向的所要范围的图像。
接着，用所述测量装置21，对任意选择的已知点P2、已知点P3实施测距、测角(步骤02)。还有，已知点P2、已知点P3可为测定对象内的位置，也可为测定对象以外的位置。图3中示出已知点P2、P3在测定对象外的场合。
将所述测量装置21移动到未知点(求点)B(步骤03)，照准所述照准点P1及成为已知点的所述点P2、所述点P3，实施对于3点P1、P2、P3的测角，用所述摄像部11取得任意点例如所述点P1的图像。将在A地点拍摄的与P1有关的像P1A和在B地点拍摄的与P1有关的像P1B作为一对图像(以下称为左右图像)记录到所述存储部19(步骤04)。
还有，如图5所示，比较从A地点照准P1时的图像P1A和从B地点照准P1时的图像P1B，两图像的光轴(图像中心从A地点到图像中心a(Xa，Ya)和从B地点到图像中心b(X0，Y0))未必一致。图像中心b(X0，Y0)和图像中心a(Xa，Ya)的偏移可从画面上算出，通过运算能够使图像中心a(Xa，Ya)和图像中心b(X0，Y0)一致。
所述控制运算部17读取成为已知点的所述照准点P1、所述点P2、所述点P3的数据，以及对于所述照准点P1、所述点P2、所述点P3的从B地点的测角数据，由这些数据进行B地点的坐标计算(后方交会法)，获得B地点的三维坐标数据。B地点的坐标数据与所述图像P1B相关联并记录到所述存储部19(步骤05)。
从所述存储部19读取左右图像的外部标定要素即测量装置(摄像部)的位置、倾斜度，为了求得左右摄像部的相对关系而基于该外部标定要素计算相互标定要素(步骤06、步骤07)。
从相互标定要素将左右图像再排列后作成左右各立体图像(步骤08)。
再抽出对应点，进行立体图像的匹配(使左右立体图像对应)(步骤09)。
匹配后的立体图像包含图像上的三维数据，例如能够通过指定画面上的像素，得到与像素对应的三维数据(步骤10)。
还有，由图像上的已知坐标数据例如所述照准点P1所具有的图像上的三维数据和经测量而获得的地面上的三维数据(地面坐标数据)之关系，将图像上各点的三维数据变换为地面坐标系统的数据(步骤11)。
接着，参照图7，就以大型建筑等为对象物连续移动测量装置的位置而进行的立体图像的作成、基于立体图像的三维数据作成进行说明。例如点P1、点P2、点P3、点P4是改变方向连续拍摄测定对象物的图像的测定点，至少能够用3点求出测量装置的位置。
从A地点(已知点)、B地点(未知点)取得分别与点P1、点P2、点P3有关的图像。
如上所述，对于点P1、点P2、点P3，从A地点进行测距、测角，并从B地点进行测角，由获得的测量数据得到B地点的三维坐标数据。因而，B地点成为已知点。
接着，从B地点进行对点P1、点P3、点P4的测距、测角，并从C地点进行对点P1、点P3、点P4的测角，从而得到用以进行C地点的坐标计算(后方交会法)的数据，获得C地点的三维坐标数据。另外，从C地点也取得图像。
这样，获得从B地点、C地点拍摄的图像有关的外部标定要素，并从两个图像的外部标定要素算出相互标定要素，可进行立体图像的作成、立体图像的关联以及三维数据的作成。
如上所述，如果通过带有摄像部的测量装置将最初的测量点A点设定为已知点，至少用3点可将其后未知的点依次改变为已知点，可作成广范围的立体图像及三维数据。
权利要求
1.一种立体图像作成方法，采用具备取得照准方向的图像的摄像部件和可进行对照准点的测距、测角的测距测角部件的测量装置，将该测量装置设置在已知点进行至少对3个照准点的测距、测角，且将所述测量装置设置在未知点进行对所述3个照准点的测角，由所述3个照准点的测量数据计算所述未知点的坐标，分别从已知点、未知点取得关于所述3个照准点中至少1个照准点的图像，基于所述已知点的坐标数据、测距数据、测角数据、所述未知点的算出的坐标数据及测角数据，由从所述已知点和未知点获得的图像作成立体图像。
2.如权利要求1所述的立体图像作成方法，其特征在于至少3个照准点可从已知点和未知点照准，从已知点和未知点取得的图像基于图像上的偏移，使从已知点和未知点照准的照准点一致。
3.如权利要求2所述的立体图像作成方法，其特征在于从已知点和未知点取得全部照准点的图像，使对各照准点对应的图像的照准点一致。
4.一种三维数据作成装置，其中设有取得照准方向的图像的摄像部件、可进行照准点的测距的测距部件、可进行照准点的测角的测角部件、存储测距数据、测角数据及拍摄图像的存储部和控制运算部，所述摄像部件从已知点、未知点对至少3个照准点中至少1个照准点拍摄图像，所述控制运算部基于已知点的坐标数据、来自已知点的至少3个照准点的测距数据、测角数据、来自未知点的所述3个照准点的测角数据，计算未知点的坐标数据，基于已知点的坐标数据、测距数据、测角数据、未知点的算出的坐标数据、测角数据，由所述图像作成立体图像。
5.如权利要求4所述的三维数据作成装置，基于已知点的坐标数据、来自已知点的至少3个照准点的测距数据、测角数据、未知点的坐标数据、来自未知点的测角数据，使两个所述立体图像关联，由关联的图像计算三维数据。
全文摘要
本发明的立体图像作成方法，采用具备取得照准方向的图像的摄像部件和可进行对照准点的测距、测角的测距测角部件的测量装置，将该测量装置设置在已知点进行至少对3个照准点的测距、测角，且将所述测量装置设置在未知点进行对所述3个照准点的测角，由所述3个照准点的测量数据计算所述未知点的坐标，分别从已知点、未知点取得关于所述3个照准点中至少1个照准点的图像，基于所述已知点的坐标数据、测距数据、测角数据、所述未知点的算出的坐标数据及测角数据，由从所述已知点和未知点获得的图像作成立体图像。
文档编号G01B11/03GK1789913SQ200510137058
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月14日 优先权日2004年12月14日
发明者大谷仁志, 伊藤忠之 申请人:株式会社拓普康