專利名稱：測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)置有捕捉所測量區(qū)域圖像的相機的測量裝置。
技術(shù)背景按照慣例，環(huán)繞測量點的區(qū)域的圖像經(jīng)常被拍攝并和它的測量數(shù) 10 據(jù)一起被存儲。通常通過普通相機得到測量區(qū)域的圖像。此外，在日本未審査專利(KOKAI) No.11-37336中披露，通過安裝在測量裝置中 的成像設(shè)備對每一個測量點都得到包括測量點的圖像。發(fā)明內(nèi)容15 然而，在測量之后的某時刻參考包括測量點的場景的圖像，雖然可以從測量數(shù)據(jù)中得到測量點的位置，但在所捕捉圖像中環(huán)繞測量點 的特征的相關(guān)位置并不容易確定。在某些情況下，甚至在場景中存在 的特征比起測量點是遠是近都無法輕易的確定。因此，在這種情況下， 當(dāng)用戶需要知道在所捕捉圖像中的圍繞測量點的特征與測量點的位置20關(guān)系，就需要重新觀測測量范圍。為此，本發(fā)明的目的是提供一種測量裝置，該測量裝置可以捕捉 環(huán)繞測量點區(qū)域的立體圖像，并能計算立體圖像的外部方位參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，測量裝置提供包括瞄準望遠鏡，成像設(shè)備，和外部 方位參數(shù)計算器。瞄準望遠鏡可以繞水平軸和豎直軸旋轉(zhuǎn)。成像設(shè)備25與瞄準望遠鏡集成在一起旋轉(zhuǎn)，且成像設(shè)備具有區(qū)別于瞄準軸的光軸。 外部方位參數(shù)計算器計算立體圖像的外部方位參數(shù)，該立體圖像是通 過根據(jù)相對瞄準軸的光軸位置正象(erecting)觀測和反向(inverse)觀測 的成像設(shè)備，以及在正象觀測和反向觀測中的瞄準方向而得到的。30


參考下面的附圖，可以更好的理解本發(fā)明的目標和優(yōu)點
圖1是設(shè)置有數(shù)碼相機的測量裝置的結(jié)構(gòu)圖，本發(fā)明的實施例應(yīng) 用在該測量裝置上；圖2是顯示實施例的測量裝置的外觀的透視圖； 圖3示意性的說明測量裝置的數(shù)碼相機應(yīng)用的立體圖像捕捉方法 5 的原理；圖4是測量裝置在反向觀測位置的外觀圖；以及圖5是測量步驟的流程圖，包括捕捉立體圖像的操作，包括測量點。10具體實施方式
圖1是設(shè)置有數(shù)碼相機的測量裝置的結(jié)構(gòu)圖，本發(fā)明的實施例應(yīng) 用在該測量裝置上。圖2是顯示實施例的測量裝置的外觀的透視圖。 參考圖1和2，下面將描述本實施例的測量裝置的結(jié)構(gòu)?？梢圆扇≡谒胶痛怪陛S都能夠以大于180度旋轉(zhuǎn)的任何類型的 15測量裝置，例如全站儀，經(jīng)緯儀等等。然而，在下面描述中，將選擇 全站儀作為測量裝置10的樣板。測量裝置10具有瞄準望遠鏡17用來進行瞄準測量點的操作。瞄 準望遠鏡17安裝在轉(zhuǎn)動部分30上，該瞄準望遠鏡具有測量豎直角(高 度)9 p的水平軸Lh和測量水平角e h的豎直軸Lp，從而瞄準望遠鏡 20 17可以相對于水平軸Lh和豎直軸Lp旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動部分30可以繞水平 軸Lh旋轉(zhuǎn)，它的兩端通過測量裝置10的主體31支持。進一步說，主 體31放置在底座32上，并可以繞垂直軸Lp旋轉(zhuǎn)。注意，測量裝置同樣可以具有如下結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動部分30通過主體31 支持并可以繞豎直軸Lp轉(zhuǎn)動，并且主體31可以繞水平軸Lh轉(zhuǎn)動且被 25 支承在底座32上。水平軸Lh和豎直軸Lp在點Os(下面稱為瞄準原點Os)垂直相交， 并且瞄準望遠鏡17的光軸L0 (或瞄準軸)經(jīng)過瞄準原點Os。物鏡系 統(tǒng)LS1的光軸LO是通過例如棱鏡PS分開的，從而被分開的一個光軸 抵達目鏡系統(tǒng)LS2，另一個抵達距離測量部分11。通過使用相位調(diào)制 30測量方法，脈沖激光方法或類似方法，當(dāng)角度測量部分12探測到豎直 角e p和水平角e h時，距離測量部分11探測到測量點(它是被瞄準
的)的傾斜距離。距離測量部分11和角度測量部分12連接到系統(tǒng)控制電路13，其 中，系統(tǒng)控制電路13發(fā)出信號控制它們。例如，距離測量部分11按 照從系統(tǒng)控制電路13中發(fā)出的信號探測到距離，并將探測數(shù)據(jù)或者測 5量數(shù)據(jù)輸出到系統(tǒng)控制電路13中。另一方面，角度測量部分12在固定時間間隔連續(xù)探測角度，并在 需要時將探測數(shù)據(jù)或測量數(shù)據(jù)輸出到系統(tǒng)控制電路13中。在系統(tǒng)控制 電路13中處理探測信號，例如傾斜距離，水平角和豎直角。此外，在測量裝置10的轉(zhuǎn)動部分30內(nèi)部集成了數(shù)碼相機20。數(shù) io 碼相機20具有成像部分18，該成像部分包括拍攝透鏡系統(tǒng) (photographing lens system) LS3，成像設(shè)備，例如CCD。拍攝透鏡系 統(tǒng)LS3的光軸與瞄準望遠鏡17的瞄準光軸L0相平行，從而成像部分 18能夠通過拍攝透鏡系統(tǒng)LS3在瞄準方向上捕捉圖像。通過成像設(shè)備 18得到的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)控制電路13中并在監(jiān)視器14中顯示。 15此外，圖像數(shù)據(jù)同樣可以存儲在可分離存儲介質(zhì)15中，例如IC卡等 等。系統(tǒng)控制電路13同樣連接操作面板提供的切換和指示設(shè)備(例如 LCD)。此夕卜，系統(tǒng)控制電路13上連接接口電路16，經(jīng)由接口電路16， 測量數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)可以輸出到外部設(shè)備中，例如數(shù)據(jù)采集器(未畫20出)或計算機(未畫出)。參考圖3，解釋了在本實施例中，關(guān)于測量點捕捉一對立體圖像的 圖像捕捉方法。圖3示意性的說明了測量裝置10的數(shù)碼相機20應(yīng)用 的立體圖像捕捉方法的原理。在本實施例中，通過測量裝置10在正象觀測位置瞄準測量點PM，25 并包括測量點PM的場景被數(shù)碼相機20作為第一圖像捕捉。反過來， 瞄準望遠鏡和數(shù)碼相機20繞水平軸Lh和豎直軸Lp旋轉(zhuǎn)180度，借此 在反向位置瞄準測量點PM，包括測量點PM的場景被數(shù)碼相機20作 為第二圖像捕捉。圖4是測量裝置10在反向觀測位置的外觀圖(注意 圖2說明在正象觀測位置的外觀圖)。30 測量裝置10提供的數(shù)碼相機20的光軸Ll平行于瞄準軸L0但不共軸，從而在光軸L1與瞄準軸L0之間有一個位移。在圖3中，在豎
直和水平方向的位移分別表示為Dv和Dh。這樣，光軸Ll在正象觀測 的位置和反向觀測的位置彼此不同。從而，作為立體圖像的一對，第 一圖像和第二圖像從不同的視點拍攝。此外，按照瞄準望遠鏡17的數(shù)碼相機20的位置已知，從而數(shù)碼 5相機20在正象觀測的位置和反向觀測的位置可以通過測量裝置10計 算得到。因此，可以容易的得到立體圖像的外部方位參數(shù)(相機的位 置和光軸的方向)。參考圖5中的流程圖，使用本實施例的測量裝置10，解釋了包括 捕捉包括測量點的立體圖像的操作的測量步驟。作為一個示例，為了 io實現(xiàn)測量中的立體圖像捕捉選擇立體圖像捕捉模式。在步驟SIOI中，執(zhí)行初始檢驗。例如，探測到數(shù)碼相機20的光 軸Ll與瞄準望遠鏡17的瞄準軸L0之間的偏離角度，并儲存數(shù)據(jù)。在 步驟S103中，瞄準望遠鏡17通過操作員瞄準測量點PM，即測量物體。 在步驟S105中，確定瞄準望遠鏡17是否用于正象觀測位置。如 15 果瞄準望遠鏡17確定處于正象位置，則在步驟S107中執(zhí)行距離測量 和角度測量。在步驟S121中，例如測量點PM的測量數(shù)據(jù)(傾斜距離， 豎直角e p和水平角e h)存儲在存儲介質(zhì)15中。反之，如果在步驟S105中確定瞄準望遠鏡17不在正象觀測位置 (即在反向觀測位置)，只在步驟S109中執(zhí)行角度測量，并在步驟S121 20中，測量數(shù)據(jù)比如豎直角ep和水平角9h存儲在存儲介質(zhì)15中。在步驟S123中，通過數(shù)碼相機20的成像設(shè)備18捕捉到瞄準方向 的景象，例如測量點PM周圍的圖像，在步驟S125中，捕捉到的圖像 顯示在監(jiān)視器14上。此外在步驟S127中，監(jiān)視器14上顯示的圖像數(shù) 據(jù)存儲在存儲介質(zhì)15上。 25 在步驟S129中，確定使用瞄準望遠鏡17的正象觀測和反向觀測是否已經(jīng)完成。如果確定不是兩個觀測都已經(jīng)完成(即只完成了正象 觀測)，回到步驟S103，從而瞄準望遠鏡17繞水平軸Lh和豎直軸Lp 分別旋轉(zhuǎn)180度，然后重復(fù)同樣的過程以執(zhí)行反向觀測。從而，分別 符合正象觀測和反向觀測的第一圖像和第二圖像被捕捉并存儲在存儲 30 介質(zhì)15中。如果在步驟S129中確定正象觀測和反向觀測都己經(jīng)完成，過程向
下進行到S131并且確定第一圖像和第二圖像的外部方位參數(shù)。即通過系統(tǒng)控制電路13來計算外部方位數(shù)據(jù)，計算需要的數(shù)據(jù)包括從拍攝光學(xué)系統(tǒng)的光軸L1與瞄準光軸L0 (在初始檢測中得到)之間的夾角，拍攝光學(xué)系統(tǒng)的光軸Ll與瞄準光軸L0之間的位移量Dv和Dh (前面 5已經(jīng)得到并存儲在存儲設(shè)備中，例如ROM中，未畫出)，以及從正象觀測位置和反向觀測位置得到的豎直角6p和水平角9h。此外，外部方位參數(shù)記錄在存儲介質(zhì)15中。例如，聯(lián)系第一和第二圖像的圖像數(shù)據(jù)來存儲外部方位參數(shù)(立體圖像數(shù)據(jù))。此外，聯(lián)系測量點的測量數(shù)據(jù)來存儲第一和第二圖像的 io數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^分別給數(shù)據(jù)文件以相關(guān)文件名或者在文件開頭部分添加信息來建立這種關(guān)系。在步驟S133中，執(zhí)行立體對應(yīng)過程，以及按照解析的照相測量法的原理，通過使用從步驟S131得到的外部測量參數(shù)來計算在第一圖像或第二圖像中任意指派的點P的三維坐標，該步驟結(jié)束。 15 注意，步驟S133的過程優(yōu)選在計算機系統(tǒng)中執(zhí)行，經(jīng)過接口電路16將測量數(shù)據(jù)，第一和第二圖像的圖像數(shù)據(jù)以及外部方位參數(shù)傳輸?shù)接嬎銠C中。此外，當(dāng)誤差小或者所需精度低時，不需要基于偏離角度的補償。如上文描述，按照本實施例，容易得到一對環(huán)繞測量點的立體圖 20 像，并且通過測量裝置能夠計算出它們的外部方位參數(shù)，這樣立體圖 像上對于測量點的任意點的位置可以容易的得到。雖然這里參考附圖描述了本發(fā)明的實施例，但顯然熟悉本領(lǐng)域的 人員可以在不背離本發(fā)明范圍的情況下做出修改與變化。2權(quán)利要求
1.一種測量裝置，其包括可以繞水平軸和豎直軸旋轉(zhuǎn)的瞄準望遠鏡；與上述瞄準望遠鏡集成在一起旋轉(zhuǎn)的成像設(shè)備，該成像設(shè)備具有不同于瞄準軸的光軸；以及計算立體圖像的外部方位參數(shù)的外部方位參數(shù)計算器，立體圖像通過按照相對上述瞄準軸的上述光軸位置正象觀測和反向觀測的上述成像設(shè)備，以及在正象觀測和反向觀測中的瞄準方向得到立體圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的測量裝置，其中上述光軸與上述瞄準軸充分平 行。
3. 如權(quán)利要求1所述的測量裝置，進一步包括存儲上述光軸與上述瞄 15 準軸之間的偏離角的存儲介質(zhì)，而且上述外部方位參數(shù)計算器基于偏離角來計算外部方位參數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1所述的測量裝置，其中立體圖像的圖像數(shù)據(jù)和外部方 位參數(shù)以及將它們聯(lián)系起來的信息一起存儲在存儲介質(zhì)中。
5. 如權(quán)利要求4所述的測量裝置，其中立體圖像的圖像數(shù)據(jù)和測量數(shù) 據(jù)以及將它們聯(lián)系起來的信息一起存儲在存儲介質(zhì)中。
全文摘要
一種測量裝置，具有包括瞄準望遠鏡，成像設(shè)備，外部方向參數(shù)計算器。瞄準望遠鏡可以繞水平軸和豎直軸旋轉(zhuǎn)。成像設(shè)備與瞄準望遠鏡集成在一起旋轉(zhuǎn)，該成像設(shè)備具有不同于瞄準軸的光軸。外部方位參數(shù)計算器計算立體圖像的外部方位參數(shù)，立體圖像通過按照相對瞄準軸的光軸位置正象觀測和反向觀測的成像設(shè)備，以及在正象觀測和反向觀測中的瞄準方向得到立體圖像。
文檔編號G01C3/04GK101101210SQ200710126930
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月3日
發(fā)明者松尾俊兒, 櫻井正敏, 谷內(nèi)孝德, 高山抱夢 申請人:賓得工業(yè)儀器株式會社