专利名称：测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及设置有捕捉所测量区域图像的相机的测量装置。
技术背景按照惯例，环绕测量点的区域的图像经常被拍摄并和它的测量数 10 据一起被存储。通常通过普通相机得到测量区域的图像。此外，在日本未审査专利(KOKAI) No.11-37336中披露，通过安装在测量装置中 的成像设备对每一个测量点都得到包括测量点的图像。发明内容15 然而，在测量之后的某时刻参考包括测量点的场景的图像，虽然可以从测量数据中得到测量点的位置，但在所捕捉图像中环绕测量点 的特征的相关位置并不容易确定。在某些情况下，甚至在场景中存在 的特征比起测量点是远是近都无法轻易的确定。因此，在这种情况下， 当用户需要知道在所捕捉图像中的围绕测量点的特征与测量点的位置20关系，就需要重新观测测量范围。为此，本发明的目的是提供一种测量装置，该测量装置可以捕捉 环绕测量点区域的立体图像，并能计算立体图像的外部方位参数。根据本发明，测量装置提供包括瞄准望远镜，成像设备，和外部 方位参数计算器。瞄准望远镜可以绕水平轴和竖直轴旋转。成像设备25与瞄准望远镜集成在一起旋转，且成像设备具有区别于瞄准轴的光轴。 外部方位参数计算器计算立体图像的外部方位参数，该立体图像是通 过根据相对瞄准轴的光轴位置正象(erecting)观测和反向(inverse)观测 的成像设备，以及在正象观测和反向观测中的瞄准方向而得到的。30
参考下面的附图，可以更好的理解本发明的目标和优点
图1是设置有数码相机的测量装置的结构图，本发明的实施例应 用在该测量装置上；图2是显示实施例的测量装置的外观的透视图； 图3示意性的说明测量装置的数码相机应用的立体图像捕捉方法 5 的原理；图4是测量装置在反向观测位置的外观图；以及图5是测量步骤的流程图，包括捕捉立体图像的操作，包括测量点。10具体实施方式
图1是设置有数码相机的测量装置的结构图，本发明的实施例应 用在该测量装置上。图2是显示实施例的测量装置的外观的透视图。 参考图1和2，下面将描述本实施例的测量装置的结构。可以采取在水平和垂直轴都能够以大于180度旋转的任何类型的 15测量装置，例如全站仪，经纬仪等等。然而，在下面描述中，将选择 全站仪作为测量装置10的样板。测量装置10具有瞄准望远镜17用来进行瞄准测量点的操作。瞄 准望远镜17安装在转动部分30上，该瞄准望远镜具有测量竖直角(高 度)9 p的水平轴Lh和测量水平角e h的竖直轴Lp，从而瞄准望远镜 20 17可以相对于水平轴Lh和竖直轴Lp旋转。转动部分30可以绕水平 轴Lh旋转，它的两端通过测量装置10的主体31支持。进一步说，主 体31放置在底座32上，并可以绕垂直轴Lp旋转。注意，测量装置同样可以具有如下结构，转动部分30通过主体31 支持并可以绕竖直轴Lp转动，并且主体31可以绕水平轴Lh转动且被 25 支承在底座32上。水平轴Lh和竖直轴Lp在点Os(下面称为瞄准原点Os)垂直相交， 并且瞄准望远镜17的光轴L0 (或瞄准轴)经过瞄准原点Os。物镜系 统LS1的光轴LO是通过例如棱镜PS分开的，从而被分开的一个光轴 抵达目镜系统LS2，另一个抵达距离测量部分11。通过使用相位调制 30测量方法，脉冲激光方法或类似方法，当角度测量部分12探测到竖直 角e p和水平角e h时，距离测量部分11探测到测量点(它是被瞄准
的)的倾斜距离。距离测量部分11和角度测量部分12连接到系统控制电路13，其 中，系统控制电路13发出信号控制它们。例如，距离测量部分11按 照从系统控制电路13中发出的信号探测到距离，并将探测数据或者测 5量数据输出到系统控制电路13中。另一方面，角度测量部分12在固定时间间隔连续探测角度，并在 需要时将探测数据或测量数据输出到系统控制电路13中。在系统控制 电路13中处理探测信号，例如倾斜距离，水平角和竖直角。此外，在测量装置10的转动部分30内部集成了数码相机20。数 io 码相机20具有成像部分18，该成像部分包括拍摄透镜系统 (photographing lens system) LS3，成像设备，例如CCD。拍摄透镜系 统LS3的光轴与瞄准望远镜17的瞄准光轴L0相平行，从而成像部分 18能够通过拍摄透镜系统LS3在瞄准方向上捕捉图像。通过成像设备 18得到的图像数据传输到系统控制电路13中并在监视器14中显示。 15此外，图像数据同样可以存储在可分离存储介质15中，例如IC卡等 等。系统控制电路13同样连接操作面板提供的切换和指示设备(例如 LCD)。此夕卜，系统控制电路13上连接接口电路16，经由接口电路16， 测量数据和图像数据可以输出到外部设备中，例如数据采集器(未画20出)或计算机(未画出)。参考图3，解释了在本实施例中，关于测量点捕捉一对立体图像的 图像捕捉方法。图3示意性的说明了测量装置10的数码相机20应用 的立体图像捕捉方法的原理。在本实施例中，通过测量装置10在正象观测位置瞄准测量点PM，25 并包括测量点PM的场景被数码相机20作为第一图像捕捉。反过来， 瞄准望远镜和数码相机20绕水平轴Lh和竖直轴Lp旋转180度，借此 在反向位置瞄准测量点PM，包括测量点PM的场景被数码相机20作 为第二图像捕捉。图4是测量装置10在反向观测位置的外观图(注意 图2说明在正象观测位置的外观图)。30 测量装置10提供的数码相机20的光轴Ll平行于瞄准轴L0但不共轴，从而在光轴L1与瞄准轴L0之间有一个位移。在图3中，在竖
直和水平方向的位移分别表示为Dv和Dh。这样，光轴Ll在正象观测 的位置和反向观测的位置彼此不同。从而，作为立体图像的一对，第 一图像和第二图像从不同的视点拍摄。此外，按照瞄准望远镜17的数码相机20的位置已知，从而数码 5相机20在正象观测的位置和反向观测的位置可以通过测量装置10计 算得到。因此，可以容易的得到立体图像的外部方位参数(相机的位 置和光轴的方向)。参考图5中的流程图，使用本实施例的测量装置10，解释了包括 捕捉包括测量点的立体图像的操作的测量步骤。作为一个示例，为了 io实现测量中的立体图像捕捉选择立体图像捕捉模式。在步骤SIOI中，执行初始检验。例如，探测到数码相机20的光 轴Ll与瞄准望远镜17的瞄准轴L0之间的偏离角度，并储存数据。在 步骤S103中，瞄准望远镜17通过操作员瞄准测量点PM，即测量物体。 在步骤S105中，确定瞄准望远镜17是否用于正象观测位置。如 15 果瞄准望远镜17确定处于正象位置，则在步骤S107中执行距离测量 和角度测量。在步骤S121中，例如测量点PM的测量数据(倾斜距离， 竖直角e p和水平角e h)存储在存储介质15中。反之，如果在步骤S105中确定瞄准望远镜17不在正象观测位置 (即在反向观测位置)，只在步骤S109中执行角度测量，并在步骤S121 20中，测量数据比如竖直角ep和水平角9h存储在存储介质15中。在步骤S123中，通过数码相机20的成像设备18捕捉到瞄准方向 的景象，例如测量点PM周围的图像，在步骤S125中，捕捉到的图像 显示在监视器14上。此外在步骤S127中，监视器14上显示的图像数 据存储在存储介质15上。 25 在步骤S129中，确定使用瞄准望远镜17的正象观测和反向观测是否已经完成。如果确定不是两个观测都已经完成(即只完成了正象 观测)，回到步骤S103，从而瞄准望远镜17绕水平轴Lh和竖直轴Lp 分别旋转180度，然后重复同样的过程以执行反向观测。从而，分别 符合正象观测和反向观测的第一图像和第二图像被捕捉并存储在存储 30 介质15中。如果在步骤S129中确定正象观测和反向观测都己经完成，过程向
下进行到S131并且确定第一图像和第二图像的外部方位参数。即通过系统控制电路13来计算外部方位数据，计算需要的数据包括从拍摄光学系统的光轴L1与瞄准光轴L0 (在初始检测中得到)之间的夹角，拍摄光学系统的光轴Ll与瞄准光轴L0之间的位移量Dv和Dh (前面 5已经得到并存储在存储设备中，例如ROM中，未画出)，以及从正象观测位置和反向观测位置得到的竖直角6p和水平角9h。此外，外部方位参数记录在存储介质15中。例如，联系第一和第二图像的图像数据来存储外部方位参数(立体图像数据)。此外，联系测量点的测量数据来存储第一和第二图像的 io数据。可以通过分别给数据文件以相关文件名或者在文件开头部分添加信息来建立这种关系。在步骤S133中，执行立体对应过程，以及按照解析的照相测量法的原理，通过使用从步骤S131得到的外部测量参数来计算在第一图像或第二图像中任意指派的点P的三维坐标，该步骤结束。 15 注意，步骤S133的过程优选在计算机系统中执行，经过接口电路16将测量数据，第一和第二图像的图像数据以及外部方位参数传输到计算机中。此外，当误差小或者所需精度低时，不需要基于偏离角度的补偿。如上文描述，按照本实施例，容易得到一对环绕测量点的立体图 20 像，并且通过测量装置能够计算出它们的外部方位参数，这样立体图 像上对于测量点的任意点的位置可以容易的得到。虽然这里参考附图描述了本发明的实施例，但显然熟悉本领域的 人员可以在不背离本发明范围的情况下做出修改与变化。2权利要求
1.一种测量装置，其包括可以绕水平轴和竖直轴旋转的瞄准望远镜；与上述瞄准望远镜集成在一起旋转的成像设备，该成像设备具有不同于瞄准轴的光轴；以及计算立体图像的外部方位参数的外部方位参数计算器，立体图像通过按照相对上述瞄准轴的上述光轴位置正象观测和反向观测的上述成像设备，以及在正象观测和反向观测中的瞄准方向得到立体图像。
2. 如权利要求1所述的测量装置，其中上述光轴与上述瞄准轴充分平 行。
3. 如权利要求1所述的测量装置，进一步包括存储上述光轴与上述瞄 15 准轴之间的偏离角的存储介质，而且上述外部方位参数计算器基于偏离角来计算外部方位参数。
4. 如权利要求1所述的测量装置，其中立体图像的图像数据和外部方 位参数以及将它们联系起来的信息一起存储在存储介质中。
5. 如权利要求4所述的测量装置，其中立体图像的图像数据和测量数 据以及将它们联系起来的信息一起存储在存储介质中。
全文摘要
一种测量装置，具有包括瞄准望远镜，成像设备，外部方向参数计算器。瞄准望远镜可以绕水平轴和竖直轴旋转。成像设备与瞄准望远镜集成在一起旋转，该成像设备具有不同于瞄准轴的光轴。外部方位参数计算器计算立体图像的外部方位参数，立体图像通过按照相对瞄准轴的光轴位置正象观测和反向观测的成像设备，以及在正象观测和反向观测中的瞄准方向得到立体图像。
文档编号G01C3/04GK101101210SQ200710126930
公开日2008年1月9日 申请日期2007年7月3日 优先权日2006年7月3日
发明者松尾俊儿, 樱井正敏, 谷内孝德, 高山抱梦 申请人:宾得工业仪器株式会社