专利名称：测量设备与采用此测量设备取得图像数据的方法
技术领域：
本发明涉及测量设备，特别涉及到能将目标物的图像数据以及目标物的距离数据相关联地予以记录的测量设备和应用此测量设备取得图像数据的方法。
背景技术：
近年来，为了获取地图信息，不仅需要目标地点的测量数据而且还需要该目标地点的图像，在获取测量数据的同时还对目标地点的图像进行摄像记录。
但在传统的方法中，是在确定目标物对该目标物进行一般测量作业的同时，除进行这种一般测量作业之外，还用电子摄像机等装置对上述目标物进行摄像。为此，对目标物的测量以及以此目标物为中心进行的摄像操作是很麻烦的，此外也难以将此测量数据与摄像数据相关联，这些都是其缺点。
发明内容
本发明的目的在于消除上述已有技术的缺点而提供这样的测量设备与应用此测量设备以获取图像数据的方法，由之易进行一系列测量作业与摄像作业，且可使目标物的测量数据与其图像相关联地进行记录，由此可得到可有效用于制作城市景观等三维模型作业中的信息。
为了达到上述目的，本发明的测量设备具有测定至准直点距离的测距部；用于测定准直点的垂直角度与水平角度的测角部；获取准直方向图像的摄像装置；基于此摄像装置取得的整体图像使上述摄像装置朝向所选择的预定测定对象方向的驱动部；使沿由该驱动部指向的方向拍摄的测定对象图像与由上述测距部与测角部没定的至测定对象的测量数据相关联而予以记录的控制运算部。此外，在本发明的测量设备中，上述整体图像是将不同方向的多个图像合成形成的合成图像。还有，本发明的测量设备中，上述摄像装置具有沿测距部的准直方向摄像的第一摄像装置和视场比上述第一摄像装置的窄的第二摄像装置，且根据此第一摄像装置取得的多个图像形成合成图像。又，本发明的测量设备具有独立的其他摄像装置，用以获取上述摄像装置取得的图像中欠缺部分的图像，而上述控制运算部则根据上述其他摄像装置取得的图像补充上述摄像装置的图像欠缺部分，形成合成图像。又，本发明的测量设备还设有用于取得测定对象位置数据的GPS，同时使测定对象的位置数据、图像取得位置数据以及图像数据能相关联地取得。又，在本发明的测量设备之中，使上述摄像装置容纳于望远镜部内，而该望远镜部设置成能在托架部上在垂直方向上转动，此托架部则设置成可在水平方向上转动，且此设备具有使上述望远镜能在垂直方向上转动的垂直驱动部以及使上述托架部在水平方向上转动的垂直驱动部以及使上述托架部在水平方向上转动的水平驱动部，通过顺次变更上述望远镜部的准直方向而将摄入的多个图像予以合成。
采用本发明的测量设备以获取图像数据的方法包括取得预定的整体图像的步骤；基于此取得的整体图像获取以所选择的测定对象为中心的图像的步骤；进行与该图像相对应的测定对象的位置测量的步骤；相关联地取得各图像与位置数据的步骤；此外，采用本发明的测量设备以获取图像数据的方法中，上述整体图像是将不同方向的多个图像进行合成而形成的合成图像，而采用本发明的测量设备取得图像数据的方法则包括由多个已知点取得目标物的图像的步骤；相对于各个取得的图像进行已知点与目标物之间位置测量的步骤；使取得的图像与位置数据相关联，根据已知点之间的位置数据进行图像数据变换的步骤；以及进行取得的多个图像的合成的步骤。
图1是本发明的实施例的测量设备的外观图。
图2是本发明第一实施例的光学系统的结构图。
图3是本发明第一实施例的基本结构图。
图4是本发明的取得图像数据的工作说明图。
图5是本发明的取得图像数据的工作说明图。
图6是示明本发明的取得图像数据的另一例子的说明图。
图7是示明本发明的第二实施例的基本结构图。
具体实施形式下面参考
本发明的实施例。
首先根据图1说明本发明第一实施例的测量设备。图1示明此测量设备的主体部1。
此主体部1主要包括安装在图中未示明的三脚架上的调平部2、设于调平部2上的底盘部3、在底盘部3中设置成能以垂直轴线为中心旋转的托架部4、在托架部4中设置成能以水平轴线为中心旋转的望远镜部5。
上述托架部4具备显示部6与操作部7。上述望远镜部5具有对准测定对象物的第二望远镜11与将此第二望远镜11对准的图像进行摄像的第二摄像部12(后文描述)。此外，上述托架部4还包括具有相对于上述第二望远镜11平行的光轴且具有拍摄比上述对准方向的上述第二摄像部12更广范围图像的第一摄像部9(后文描述)。而该第一摄像部9则包括具有比上述第二望远镜11更广视场的第一望远镜8。
下面据图2说明光学系统。
图2中，沿光轴O上顺次设有物镜13、调焦镜14、直立棱镜15、聚焦反射镜16、目镜透镜17，在上述物镜13与调焦镜14之间则设有光学装置，最好是设置二向色棱镜18。在此二向色棱镜18中设有反射由可见光组成的测距光而透过可见光的第一镜面19，以及将可见光的一部分通向目镜透镜17和将此可见光的其余部分反射向上述第二摄像部12的第二镜面22。
上述物镜13、调焦镜14、目镜透镜17构成上述第二望远镜11。
上述第一镜面19例如透过400-650nm的可见光，反射650-850nm的红外光。
面对第一镜面19设有三角反射镜23，由发光部24发射出的测距光25通过上述三角反射镜23射向上述第一镜面19，再由第一镜面19反射，经上述物镜13，上述射出测距光25射向测定对象物21(后文描述)。从此测定对象物21通过前述物镜13入射的反射测距光25’由前述第一镜面19、前述三角反射镜23反射，而为光接收部26接收。
包含上述三角反射镜23、发光部24、光接收部26的测距部27，根据上述发射的测距光25的光波与反射的测距光25’的光波的相位差，测定至上述测定对象物21的距离。此外，上述测距部27的测距光学系、测距回路与已有的测量装置相同，故略去其图示与说明。
上述第二摄像部12、第二镜面22都设于上述望远镜部5中。现说明此第二摄像部12。
由上述第二镜面22分束的可见光经中继镜28、反射镜29、中继镜31，通过只透过可见光的带通滤光片32，在第二摄像元件36中成像。
上述第一摄像部9具有与上述第二望远镜11平行的光轴，在该光轴上设置物镜34，由物镜34聚光的光束通过只透过可见光的带通滤光片35，在第一摄像元件33中成像。可将图像传感器用作此第一摄像元件33和第二摄像元件36。
下面据图3说明上述主体部1的基本结构。
上述托架部4中设有检测上述望远镜部5的垂直角度，对准直方向的垂直角度进行角度测量的直角测量部37，还设有检测上述托架部4相对于上述底盘部3的转动角，检测准直方向水平角的水平角测量部38。上述托架部4还内设有由控制运算部41、图像处理部42、存储部43等构成的控制设备。
存储部43中存储有测量所需的计算程序或为取得后文描述的图像信息而必须的图像处理程序。上述控制运算部41在输入上述测距部27、直角测角部37与水平角测角部38的测定结果后，在进行距离测量、高低角与水平角测量的同时，将测量结果显示于上述显示部6上。
还设有使上述托架部4作水平转动的水平驱动部54和使上述望远镜部5在垂直方向上转动的垂直驱动部55，此水平驱动部54与垂直驱动部55由上述控制运算部41控制。
本测量设备的测量作业与已有测量设备的相同，故略去其说明，下面参考图4说明获取作为地图信息的图像数据情形的作业。
通过三脚架44将上述主体部1设于已知点，将已知点的位置数据经上述操作部7输入。输入的已知点的位置数据通过上述控制部41存储于上述存储部43中。随后，为了取得广视场的整体图像，将上述主体部1面对成为目标的大楼等建筑物，然后由上述操作部7给出用于获取整体图像的指令。根据此项指令，上述控制运算部7基于上述直角测量部37、水平测角部38的信号，将上述望远镜5的中心方向顺次变为a1-a12的方向，在各中心位置利用广视场的上述第一望远镜8进行准直，由上述第一摄像元件33取得各图像A1-A12。
上述望远镜部5的中心方向的变更角度由上述第一望远镜8的视场角决定，用以连续地取得各图像A1-A12。
所取得的图像A1-A12经上述第一摄像元件33输入上述图像处理部42，上述控制运算部41将输入的各图像A1-A12合成，形成整体合成图像A而将该整体合成图像A显示于上述显示部6上。
所显示的整体合成图像A一般是包含目标物即包含上述建筑物45的整体图像，测定者观察上述整体合成图像A，于上述显示部6内移动光标，选择进行测量的测定对象O1(准直点)。
选择好测定对象O1后，上述图像处理部42运算上述测定对象O1的水平角度与垂直角度，上述控制运算部41自动地控制上述水平驱动部54与垂直驱动部55，以使望远镜部5大致朝向该方向，然后测定者通过视场窄的上述第二望远镜11，正确地确定上述测定对象O1的准直方向，通过上述直角测量部37与水平角测量部38测定该准直方向，再由上述测距部27测定距离。
测定结束后，以上述测定对象O1为中心，通过上述第二摄像元件36取得目标物附近的精密图像49，同时由上述第一摄像元件33取得上述测定对象O1周边的广范围的广角图像50。这些图像49、50与由上述直角测量部37、水平角测量部38测定的测角数据以及由上述测距部27测定的测距数据组成的测量数据相关联地进行记录。
同样，基于上述整体合成图像A，当选择其他的测定对象O2(未图示)时，与测定对象O1时相同，计算此测定对象O2的水平角度与垂直角度，上述控制运算部41在该方向自动地控制上述望远镜部5，由上述直角测量部37、水平角测量部38测定准直方向，进而由上述测距部27测定距离，同时据此取得与上述测定对象O2有关的精密图像与广角图像。上述测定对象O2的图像与测量数据与前述情形相同，进行相关联的记录。
将已知点X的数据、相对于已知点X的目标物的测量数据、距已知点X的目标物的图像分别相关联地存储于上述存储部93中。
再由图5说明在上述主体部1与建筑物45之间有障碍物例如有树51时获取图像数据的情形。
在树51之后，选择能看见树51上遮蔽部分的位置M点，由上述主体部1测量此M点与上述已知点X之间的距离以及由此已知点X至M点的方向。用第三摄像装置例如数码相机52从点M取得为上述树51遮蔽部分的补充图像数据。此补充图像数据记录于能由上述主体部1读取的存储媒体例如记录于存储卡之中。
此补充图像数据由上述操作部7通过上述控制运算部记录于上述存储部43中。上述控制运算部41通过仿射变换(坐标变换)、Helmert变换(单轴变换)等数据变换，变换到从已知点X的方向所观察的图像，再将补充图像数据合成为上述整体合成图像A，补充由于上述树51的阴影遮蔽而欠缺的部分，获得消除了树51的建筑物45整体的合成图像数据。
图6示明从多个方向取得上述建筑物45等目标物的图像数据的情形。例如图6中表示了从2个方向取得图像的情况。设定已知点X、已知点Y，在该已知点X、已知点Y处分别设置测量设备。既可以用多个测量设备同时进行作业，也可以将一台测量设备移动顺次取得图像数据。
各个图像数据的获取情形与以上所述的相同，略去其说明。
通过从多个方向读取上述建筑物45的图像数据，可获得更完备的三维图像数据。
图7示明第二实施例。
在第二实施例中设有GPS 53。根据卫星的信号能测定上述主体部1的绝对位置。此外还设有使上述托架部4作水平移动的上述水平驱动部54以及使上述望远镜部5在垂直方向上转动的上述垂直驱动部55，从而能较容易地取得图像数据。
在前述第一实施例中是把已知点的数据从上述操作部7输入的，但在此第二实施例中，由于能取得通过上述GPS 53测定的位置数据，故不必进行数据的输入，而能在将上述主体部1设置到任意位置上之后，立即开始获取图像数据的作业。
根据本发明，由于具备有用于测定至准直点距离的测距部、用于测定准直点的垂直角度与水平角度的测角部、获取准直方向图像的摄像装置、基于此摄像装置取得的整体图像使上述摄像装置朝向所选择的预定测定对象方向的驱动部、将沿由该驱动部指向的方向拍摄的测定对象图像与由上述测距部与测角部测定的至测定对象的测量数据相关联而记录的控制运算部，因而能相对于测定对象同时进行一般的测量和取得与此目标物有关的图像数据，能可靠地使测量数据与测定对象的图像相对应，从而能改进对取得的数据进行处理的效率。
权利要求
1.测量设备，它具有测定至准直点距离的测距部；用于测定准直点的垂直角度与水平角度的测角部；获取准直方向图像的摄像装置；基于此摄像装置取得的整体图像使上述摄像装置朝向所选择的预定测定对象方向的驱动部；使沿由该驱动部指向的方向拍摄的测定对象图像与由上述测距部与测角部测定的至测定对象的测量数据相关联而予以记录的控制运算部。
2.如权利要求1所述的测量设备，其中上述整体图像是将不同方向的多个图像合成形成的合成图像。
3.如权利要求2所述的测量设备，其中上述摄像装置具有沿测距部的准直方向摄像的第一摄像装置和视场比此第一摄像装置窄的第二摄像装置，且根据此第一摄像装置取得的多个图像形成合成图像。
4.如权利要求2所述的测量设备，其中还具有独立的其他摄像装置，用以获取上述摄像装置取得的图像中欠缺部分的图像，而上述控制运算部则根据上述其他摄像装置取得的图像补充上述摄像装置的图像欠缺部分，形成合成图像。
5.如权利要求1所述的测量设备，其中还设有用以取得测定对象位置数据的GPS，同时使测定对象的位置数据、图像取得位置数据以及图像数据能相互关联。
6.如权利要求2所述的测量设备，其中上述摄像装置容纳于望远镜部内，而该望远镜部则设置成能在托架部上在垂直方向上转动，此托架部则设置成可在水平方向上转动，且所述测量设备具有使上述望远镜部在垂直方向上转动的垂直驱动部以及使上述托架部在水平方向上转动的水平驱动部，通过顺次变更上述望远镜部的准直方向而将摄入的多个图像进行合成。
7.应用所述测量设备获取图像数据的方法，它包括取得预定的整体图像的步骤；基于此取得的整体图像获取以所选择的测定对象为中心的图像的步骤；进行与该图像相对应的测定对象的位置测量的步骤；相关联地取得各图像与位置数据的步骤。
8.如权利要求7所述的应用所述测量设备获取图像数据的方法，其中上述整体图像是将不同方向的多个图像进行合成而形成的合成图像。
9.应用所述测量设备获取图像数据的方法，它包括由多个已知点取得目标物的图像的步骤；相对于各个取得的图像进行已知点与目标物之间位置测量的步骤；使取得的图像与位置数据相关联，根据已知点之间的位置数据进行图像数据变换的步骤；以及对取得的多个图像进行合成的步骤。
全文摘要
一种测量设备，它具有测定至准直点距离的测距部；用于测定准直点的垂直角度与水平角度的测角部；获取准直方向图像的摄像装置；基于此摄像装置取得的整体图像使上述摄像装置朝向所选择的预定测定对象方向的驱动部；使沿由该驱动部指向的方向拍摄的测定对象图像与由上述测距部与测角部测定的至测定对象的测量数据相关联而予以记录的控制运算部。
文档编号G01C1/00GK1445509SQ0310731
公开日2003年10月1日 申请日期2003年3月20日 优先权日2002年3月20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