专利名称：具有摄像装置的自动照准测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有CCD摄像机等摄像装置和图像处理装置的测量仪，特别是涉及适合于测量桥梁、造船、隧道等大型构件的各部位置的测量仪。
背景技术：
作为具有摄像装置的测量仪，有特开平11-325883号公报中公开的总站。在该公报中公开的总站的望远镜如图18中所述，在光轴上有物镜11、聚集透镜12、为转换成正立像的帕罗棱镜13、射束分裂器16、焦点镜14、目镜15，还具有接收由射束分裂器16向直角方向反射光的CCD摄像机17、及配置在物镜11背后的测距用光学系统18。由CCD摄像机17得到的图像，经图中未画出的图像压缩装置，与测量结果(水平角、垂直角、距离、日时、天气等)一起存储在存储媒体中。另外，如图19所示，该总站31具有为显示内CCD摄像机17拍摄的图像、测量结果、警报等的监视器32、及为输入日时、天气等数据的数字键33。在记录媒体中所记录的图像及测量结果输入给个人计算机，利用从多个方向拍摄的图像及测量结果进行数据分析，从而求出图像上的各点位置。
另外，作为具有摄像装置和图像处理装置的总站还有在特开2000-275044号公报中公开的装置。在该公报中公开的装置如图20所示，在远程操作型总站31的望远镜目镜部上安装CCD摄像机17，用电缆10a连接，CCD摄像机17、图像处理装置13a、及运算控制装置13b，并且用电缆10b连接图像处理装置13a、运算控制装置13b、及无线通信装置4，构成测量部10。另外，为了对总站31进行远程操作，还具有将个人计算机21、与无线通信装置22用电缆22a连接的操作部20。
关于测量对象物上设置的目标，当将个人计算机21存储的设计坐标通过无线通信装置22、4发送给总站31时，总站31对设计坐标进行自动照准，并且聚焦在该设计坐标上。而且，从CCD摄像机17输出的图像信号、及由运算控制装置13b运算的位置调整数据通过无线通信装置4、22，发送给个人计算机21，并在该显示器21a上进行显示。操作者通过看显示器21a就可以知道目标距设计上坐标位置的偏差。
但是，图18及图19所示的特开平11-325883号公报中所公开的测量仪，为了利用图像及测量数据计算大型建筑物的各测量点位置，需要从多个方向的图像和测量数据，在得到多个地方全部图像和测量数据之后，利用个人计算机等，根据记录媒体中所记录的图像和测量数据，求出大型建筑构件的各测量点位置，所以存在作业效率低的问题。而且，操作人员必须用手动照准测量点，操作人员的负担重，存在不能进行高效率测量的问题。
另外，图20所示的特开2000-275044号公报中的公开的测量仪，测量对象物一侧的操作人员，可以一边看显示器21a一边远程操作测量仪，但是为了用该测量仪测量大型构件的各测量点位置，仍然只能一边由显示器21a对各测点进行定位，一边由手动一个一个测量，操作人员的负担很大，无法进行高效率测量，并且在各测量仪31和个人计算机21之间，需要有图像处理装置13a、运算控制装置13b(个人计算机)及通信装置4、22，存在整体上成为一个大规模的测量系统的问题。
可是，很早就有具有自动照准装置，可以自动照准目标，减轻操作人员照准作业负担的测量仪。但是这样的自动照准装置由于在传感器捕捉从目标的反射光之后才能工作，所以操作人员必须在望远镜的视野内的标度线(十字线)中心附近捕捉目标，需要与手动照准差不多的作业负担。
为了解决以上课题，发明的自动照准测量仪具有对由望远镜捕捉的测量对象物进行摄像的摄像装置，其特征在于包括显示装置，用于显示由上述摄像装置摄像的的图像；图像处理装置，用于从以上图像识别测量点；测量点指定装置，用于指定上述图像上的测量点；及自动照准装置，对所指定的测量点进行自动照准。
在上述发明中，其特征在于上述显示装置是触摸屏显示器，通过在上述测量点指定装置上触摸上述图像的测量点，可以指定测量点。
本发明的自动照准测量仪，其特征在于与具有图像显示装置的外部测量控制机相连接。
在上述发明中，其特征在于上述自动照准装置为了对上述测量点的目标进行摄像而具有设置在上述望远镜内的摄像装置。
在上述发明中，其特征在于上述自动照准装置具有设置在上述望远镜内的十字形线传感器，射入由上述测量点所反射的照明光。
在上述发明中，其特征在于上述望远镜包括高倍率的照准摄像机光学系统、及宽视野的广角摄像机光学系统；上述自动照准装置包括第1自动照准装置，该装置为了对上述测量点的目标进行摄像而具有设置在上述照准摄像机光学系统上的摄像装置；第2自动照准装置，该装置具有设置在上述照准摄像机光学系统上的十字形线传感器，射入由上述测量点的反射的照明光；以及预照准装置，该装置具有为了对上述测量点的目标进行摄像，而设置在上述广角摄像机光学系统上的摄像装置。
在上述发明中，其特征在于具有照明装置，用于射出与照准轴同轴的可见光照明光。
在上述发明中，其特征在于具有测量到测量对象物距离的测距部及测量角度的测角部，上述测距部只在上述照明光熄灭时进行距离测量。
在上述发明中，其特征在于上述摄像装置、上述照明装置、测距部光学系统，以同轴光学系统构成。
在上述发明中，其特征在于上述照明装置具有以一定间隔闪烁的光源。
图1是本发明一实施例的测量仪全体的方框图。
图2是说明上述测量仪的光学系统及自动照准装置的图。
图3是上述测量仪的背面图。
图4是说明十字形线传感器的图。
图5是表示对测量对象轴各部位置的方法的图。
图6是表示由上述测量仪的广角摄像机光学系统得到的图像。
图7是表示在上述测量仪中，利用由上述广角摄像机光学系统传到的图像进行预照准后，由上述广角摄像机光学系统得到的图像。图8是表示在上述测量仪中，利用由上述广角摄像机光学系统得到的图像进行自动照准后，由上述广角摄像机光学系统得到的图像。
图9是说明用上述测量仪进行测量点的位置测量步骤的流程图。
图10是表示在上述测量仪自动照准开始之前，由广角摄像机光学系统得到的最广角的图像。
图11是表示在图10中测量点的目标的中心距标度线的中心的水平偏差和垂直偏差的图。
图12是表示在上述广角摄像机光学系统的最广角状态，使目标向照准轴方向移动途中的图。
图13是表示在上述广角摄像机光学系统的最广角状态，使目标的中心与照准轴一致的状态图。
图14是表示上述测量仪在预照准途中，使上述广角摄像机光学系统进行小幅度变焦放大状态图。
图15是表示在使上述广角摄像机光学系统小幅度变焦放大的状态，使目标的中心和照准轴一致的状态图。
图16是表示转换到照准摄像机光学系统之后，由上述照准摄像机光学系统捕捉的图像。
图17是表示由上述照准摄像机光学系统捕捉的图像，使目标的中心和照准轴一致的状态图。
图18是表示具有现有摄像装置的测量仪光学系统。
图19是上述现有测量仪的背面图。
图20是表示具有现有摄像装置的另一测量仪。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明的最佳实施例进行详细说明。
图1是本发明的一实施例的测量仪的全体方框图，图2是说明该测量仪光学系统和自动照准装置的图，图3是该测量仪的背面图，图4是说明在该测量仪的自动照准装置上采用的十字形线传感器的图。
本实施例的测量仪110的望远镜46如图1、图2及图3中所示，除了用高倍率对测量对象物进行摄像的摄影装置的照准摄像机光学系统47之外，还有用低倍率广视野对测量对象物进行摄像的摄像装置的广角摄像机光学系统89。而且，如图3中所示，该测量仪110在校平台40上安装可水平转动的水平旋转轴43，在该水平旋转轴43上立设的一对柱部之间安装有可垂直转动的望远镜46。
另外，本实施例的测量仪110与总站一样，如图1所示，包括测量到测量点距离的测距部(稳光波距离计)48、测量望远镜46水平角的水平测角部(水平编码器)50、测量望远镜46垂直角的垂直测角部(垂直编码器)52、控制望远镜46水平角的水平控制部(水平伺服马达)54、控制望远镜46垂直角的垂直控制部(垂直伺服马达)56、及控制各部并计算测量结果的CPU(运算控制部)58。当然望远镜46也可以容易用手动使其旋转。
本实施例的测量仪110还包括图像处理装置60，从由各摄像机光学系统47、89得到的图像中除去噪声，变成鲜明的图像，并且识别测量对象物的轮廓及测量点等；叠印装置62，在从各摄像机光学系统47、89得到的图像上重叠各种信息等；触摸屏显示器64，用于显示由各摄像机光学系统47、89得到的图像，并且可以通过用触笔68或手指等测量点指定装置进行触摸来指定测量点；及输入各种数据及命令等；以及输入输出装置66，与测量仪110分开设置的测量控制机(个人计算机)65等外部设备之间进行数据输入输出。
图像处理装置60和叠印装置62安装在测量仪110的内部，触摸屏显示器64安装在水平旋转部42的下部背面。触摸屏显示器64不仅显示由各摄像机光学系统47、89所拍摄的图像，而且对表示广角摄像机光学系统或照准摄像机光学系统的照准轴(光轴)○1、○方向的标度线(十字线)92、输入各种命令的图符、输入数据的数字键、测距部48及测角部50、52得到的测量结果等也可以通过叠印装置62进行重叠显示。
当然，代替触摸屏显示器64，也可以另外配备普通液晶显示器等显示装置、及输入各种命令及数据的键盘，而测量点指定装置也可采用光标移动键、鼠标器、跟踪球、控制杆等。另外，本实施例的测量仪110有测距部48和测角部50、52，具有与总站相同的功能，但是由于目标的大小是已知的，所以只要有测角部50、52，就可根据由广角摄像机光学系统89拍摄的目标像的大小求出距离，所以不一定需要与总站相同的功能。
广角摄像机光学系统89由广角透镜87和广角CCD摄像机器件88构成，广角摄像机光学系统89的光轴○1与照准摄像机光学系统47的照准轴○平行构成。另外，广角CCD摄像机89具有包括聚焦透镜19′的变焦装置，具有调整目标远近的变焦型自动焦距机构。当然，为了小型化及控制价格等，可以省去变焦装置，或者也可以省去广角摄像机光学系统89，还可以采用其他适当的摄像装置代替广角CCD摄像机器件88。
照准摄像机光学系统47在照准轴○上设置物镜11、反射棱镜70、二色镜72、射束分裂器120、照准CCD摄像机器件45。另外，照准摄像机光学系统47具有由射出测距光的红外线LED等发光器件74、对该测距光进行聚光的聚光镜76、及使所聚光的测距光向反射棱镜70反射的二色镜78构成的测距部光学系统，该测距部光学系统的光轴○2是与照准轴○共轭的光学系统、并构成与照准轴○同轴的光学系统。照准摄像机光学系统47还具有由可见光照明的LED等光源80、对该照明光进行聚光的聚光镜82、及使所聚光的照明光向反射棱镜70反射的反射镜84构成的照明装置，该照明装置的光轴○3是与照准轴○共轭的光学系统、并构成与照准轴○同轴的光学系统。
另外，照准摄像机光学系统47还包括由目标所反射的测距光由二色镜72反射、射入的光电二极管等光敏器件86；使由目标反射的照明光分成两部分的射束分裂器120；由射束分裂器120分成两部分之一照明光经过聚焦透镜19，使所照明的目标像成像，并使该成像变换成数字图像的照准CCD摄像机器件45；以及识别另一部分照明光输入位置的十字形线传感器122。当然也可以采用其他适当的摄像装置代替照准CCD摄像机器件45，用4分割传感器等适当的传感器代替十字形线传感器122。
照明光也可以是红外线激光，但是由于激光很难对广角CCD摄像机器件88的全体视野进行照明，所以在本实施例中，为了使照明光易于扩展到全体视野，而具有射出由LED等光源80的可见光照明光的照明装置。因此，在室内暗处测量时，操作人员很容易看出由目标反射的照明光，很方便。另外，在本实施例中，通过从CPU58发出的ON/OFF切换命令可以使光源80闪烁。当然也可以通过适当的调制电路使光源80闪烁。当使光源80闪烁时，由于在暗处直接看的目标，以及在触摸屏显示器64上的目标像都闪烁，所以更容易识别目标，更容易进行测量点的指定。
从发光器件74射出的测距光(LED或红外线激光)经过聚光镜76、二色镜78、反射棱镜70、物镜11，向测量对象物的目标送光。然后，由目标反射的测距光按来的光路返回，穿过物镜11，由二色镜72向直角方向反射，并入射到光敏器件86。到目标的距离与现有的同样，由从发光器件74通过图中未画的光纤直接向光敏器件86射入的参照光、与由目标反射，入射光敏器件86的测距光间的相位差算出。
另一方面，从光源80射出的照明光，经过聚光透镜82、反射镜84、反射棱镜70、物镜11，向设置在测量对象物的测量点上的目标送光。然后，由目标反射的照明光按来的光路返回，透过物镜11和二色镜72，由射束分裂器120使照明光分成两部分，其中一部分经过聚焦透镜19，使所照明的目标像成像，入射到将该成像变换成数字图像的照准CCD摄像机器件45，另一部分聚光在十字形线传感器122上。
可是，在本实施例中，将测量点定位在照准摄像机光学系统47的照准轴○上的自动照准装置69包括由照准CCD摄像机器件45、CPU58、图像处理装置60、水平控制部54、垂直控制部构成的第1自动照准装置；由十字形线传感器122、CPU58、水平控制部54、垂直控制部56构成的第2自动照准装置；及由广角CCD摄像机器件88、CPU58、图像处理装置60、水平控制部54、垂直控制部56、图中未画出的变焦装置构成的预照准装置。
首先，参照图2及图6对有照准CCD摄像机器件45的第1自动照准装置进行更详细地说明。照准CCD摄像机器件45的受光部中心。与照准摄像机光学系统47的照准轴○一致。由于沿着照准轴○的光线射入照准CCD摄像机器件45的受光部中心，所以如图6所示，在触摸屏显示器64上，照准轴○和目标像90间的水平方向偏差h和垂直方向偏差v，对应于照准轴○和目标方向的夹角。因此，通过使两偏差h、v都为0，可以自动照准目标。
为此，从照准CCD摄像机器件45输出的图像信号，经过图中未画出的信号处理部(放大器、波形整形器、A/D变换器等)，输入到CPU58。CPU58在图像处理装置60上对从照准CCD摄像机器件45得到的图像识别测量对象物的轮廓及目标像90进行识别，使这些显示在触摸屏显示器64上。另外，标度线92也显示在触摸屏显示器64的中心，标度线92的交点与照准轴○一致。当用触笔68接触在触摸屏显示器64上想指定的目标像90上时，CPU58求出由触笔68接触的点和照准轴○之间的水平方向偏差h和垂直方向偏差v，将对应于这两个偏差h、v的控制信号分别传输给水平控制部54、垂直控制部56。这样，两控制部54、56通过对应于两偏差h、v的控制信号使望远镜46旋转，使由触笔68接触的点，即指定的目标像90移动到照准轴○上。当目标像90移动到照准轴○附近时，CPU58识别所指定的目标像90，然后，求出目标像90和照准轴○之间的水平方向偏差h和垂直方向偏差v，将对应于这两个偏差h、v的控制信号分别传输给水平部控制54、垂直控制部56，进行自动照准。
下面参照图2及图4对有十字形线传感器122的第2自动照准装置进行说明。如图4所示，十字形线传感器122是将2条线传感器123、124组合成十字形，使其中心125与沿着照准摄像机光学系统的照准轴○的光线入射的位置一致。两个线传感器123、124的输出信号，经过图中未画出的信号处理部(放大器、波形整形器、A/D变换器等)，输入到CPU58。CPU58通过求出两个线传感器123、124的各受光部分126、127的各中点128、129，求出对十字形线传感器122的中心125的光源80反射光的照射点130中心131的水平方向偏差h1和垂直方向偏差v1。由于两偏差h1、v1对应于照准轴○和目标方向的夹角，所以CPU将对应于两偏差h1、v1的控制信号分别传输给水平控制部54、垂直控制部56，旋转望远镜使两偏差h1、v1都为0，对目标进行自动照准。在该第2自动照准装置上除了十字形线传感器122以外，也可以采用4分割光传感器等现有的适当传感器。
下面参照图2对有广角CCD摄像机器件88的预照准装置进行说明。使广角CCD摄像机器件88的受光部中心与广角摄像机光学系统89的照准轴○1一致，由于沿着该照准轴○1的光线射入广角CCD摄像机器件88受光部的中心，所以由广角CCD摄像机器件88得到的图像也可以与上述的照准CCD摄像机器件45得到的图像同样处理，自动进行照准。不过，由于广角摄像机光学系统89的照准轴○1只是与照准摄像机光学系统89的照准轴○平行错开距离d，而且是低倍率，所以预照准装置用于最初使望远镜46预先大体照准目标附近，最后利用包括照准CCD摄像机器件45的第1自动照准装置、或包括十字形线传感器122的第2自动照准装置进行高精度自动照准。
上述的第2自动照准装置主要在户外测量时使用，上述的第1自动照准装置主要在室内暗处测量时使用。其理由是第1自动照准装置当白天在户外测量时，接受自然光的强干扰，容易产生测量误差，而第2自动照准装置抗外部干扰强的缘故。
在测量大型构件各测量点位置时，采用下面的方法。如图5中所示，大型构件的测量对象物100，为了避开自然光的干扰，设置在测量室102内的暗处，在多数测量点上安装各个目标(在反射棱镜片上设置十字线)104。在测量室102的地板106等上，设置为表示基准点的目标108、及为测量各目标104、102位置的测量仪110。
开始说明只使用1台测量仪110的测量方法。首先在规定位置设置测量仪110，接通测量仪110的主开关，如图6中所示，将用广角摄像机光学系统89所得到的测量对象物100的像和标度线92显示在触摸屏显示器64上。这时，当使光源80点亮并闪烁时，由于目标104、108只对光射来的方向反射光，在触摸屏显示器64上目标像90显示特别亮并进行闪烁，所以操作人员容易看出目标像90，以后的测量作业就容易了。另外，图像处理装置60也容易识别目标像90，图像处理也变得容易了。
然后，用触笔接触触摸屏显示器64上所显示的目标像(测量点或基准点)90，指定测量的目标104、108。这时，预照准装置工作，如图7中所示，旋转望远镜46，直到触摸屏显示器64上表示照准轴○的标度线92的中心与指定的目标像90一致为止，将指定的目标像90移动到画面的中央。
这样，当大体照准指定的目标104、108时，为了进一步准确地照准，通过程序从广角摄像机光学系统89自动切换到照准摄像机光学系统47，如图8的示，在触摸屏显示器64上显示目标像90和标度线92。在此，当通过第1或第2自动照准装置对目标104或108准确进行自动照准时，在自动进行距离测量的同时，也测量水平角及垂直角。这时，这些测量值变换成所指定的坐标系上的坐标，也记录在图中未画出的适当记录媒体上。
下面参照图9的流程图、及图10-图17中所示的触摸屏显示器64上所显示的图像，对上述的测量方法的步骤进一步进行详细说明。不过，在以下的附图中，为了说明简单，在触摸屏显示器64上，只显示目标104的像90及表示照准方向的标度线92。
首先，在规定位置设置测量仪110，接通测量仪110的图中未画出的主开关，进入步骤S0，如图10中所示，以广角摄像机光学系统89为最广角使测量对象物100(图中省略)、目标像90、及图像上的标度线92显示在触摸屏显示器64上。这时，通过图中未画出的自动聚焦控制装置，调整聚集透镜19′的位置，聚焦在目标104、108上。另外，标度线92的中心，即使使望远镜46上下左右旋转，也总是表示广角摄像机光学系统89或照准摄像机光学系统47的照准轴○。因此，以下在标度线的中心上也加符号○。
然后，进入步骤S1，通过用触笔68接触位于触摸屏显示器64上所显示的测量点上的目标像90，指定要测量的目标104、108。如果要测量的目标104、108未显示在触摸屏显示器64上时，用手动使测量仪110的望远镜46朝向有测量点的方向移动，使测量点显示在触摸屏64上，指定要测量的目标104、108。当用触笔68接触触摸屏显示器64上的适当点上时，如下所述，可以使该点向触摸屏显示器64的中心移动，也可以便此前未显示的测量点显示在触摸屏显示器64上。
当指定测量的目标104、108时，进入步骤S2，预照准装置工作，如图11中所示，通过CPU58检测由触笔68接触的点和标度线的中心○间的水平偏差h和垂直偏差v(用点数表示)。然后进入步骤S3，将两偏差h、v传输给水平控制部54和垂直控制部56，使两控制部54、56工作，旋转望远镜46使两偏差x、y部为0，如图12中所示，使用触笔68接触的点移动到触摸屏显示器64画面中央的标度线92的中心○。这样，由于所指定的目标像90大体移动到标度线92的中心○上，所以可通过CPU58进行可靠地识别。
可是，由于用触笔68准确接触在目标像90的中心○′上是困难的，所以如图12中所示，有时目标像90的中心○′与标度线92的中心○不一致。这时进入步骤S4，预照准装置为了更准确地使目标像90的中心○′和标度线的中心○一致，点亮光源80，射出照明光，接收目标104的成像，检测出目标像90的位置，即目标像90的中心○′和标度线92的中心○间的水平偏差h和垂直偏差v。当求出两偏差h、v时，熄灭光源80。然后进行入步骤S5，将两偏差h、v传输给水平控制部54和垂直控制部56，使两控制部54、56工作，旋转望远镜46使两偏差h、v都为0，如图13中所示，使指定的目标像90的中心向标度线92的中心○上移动，进行暂定的预照准。
当该预照准结束时，为了更准确地照准，进入步骤S6，使广角摄像机光学系统89小幅度变焦放大，小幅度变焦放大是因为当一次就变焦到最大倍率时，由于照准误差等原因会使目标104跑到视野之外，恐怕不能进行自动照准的缘故，当将广角摄像机光学系统89进行变焦放大时，如图14中所示，通常目标像90的中心○′和标度线92的中心○只偏差一点点。然后进入步骤S7，与步骤S4一样，点亮光源80，再次检测目标线90的位置，然后熄灭光源80。然后进步骤S8，与步骤S5一样，使两控制部54、56工作，如图15中所示，进行使目标像90的中心○′向标度线92的中心○上移动的暂定预照准。
然后进入步骤S9，检查广角CCD摄像机器件88是否变为最大倍率。当广角CCD摄像机器件88未达到最大倍率时，返回步骤S6，而当达到最大倍率时，进入步骤S10，点亮光源80，测量到目标104的距离，然后熄灭光源80。在该距离测量中，利用目标104的大小是已知的情况，从触摸屏显示器64上的目标像90的大小计算出距离。
当求出到目标104的距离时，进入步骤S11，从该距离、及两摄像机光学系统47、48的照准轴间的距离d，计算望远镜46朝向的调整角，调整望远镜46的朝向，使目标104定位在照准摄像机光学系统47的照准轴○上。然后，为了进一步进行准确照准，进入步骤S12，如图16中所示，当目标像90进入标度线92的中央区域时，通过程序自动从广角摄像机光学系统89切换到高倍率的照准摄像机光学系统47，调整聚集透镜19的位置，将焦点对在目标104上。在这时的照准摄像机光学系统47的聚集控制中采用由步骤S10的距离测量中求出的距离。
然后，进入步骤S13，与步骤S4同样，点亮光源80，检测目标像90的位置。然后进入步骤S14，与步骤S5一样，再次使两控制部54、56工作，通过第1自动照准装置进行暂定的自动照准。然后进入步骤S15，熄灭光源80，通过测距部(光波距离计)48求出到目标104的准确距离，利用该距离使聚集准确对在目标104上。然后进入步骤S16，与步骤S4同样，点亮光源80，检测目标像90的位置。然后进入步骤S17，与步骤S5同样，使两控制部54、56工作，通过第1自动照准装置进入最后的自动照准，如图17中所示，使目标像90的中心○′准确定位在标度线的中心○上。
然后进入步骤S18，检查目标像90的中心○′是否准确地在标度线72的中心○上，即目标像90的中心○′和○的水平偏差h和垂直偏差v是否在规定范围内(例如，在控制部54、56的伺服马达的控制精度以下)。当两偏差h、v都在规定范围内时，进入步骤S19，熄灭光源80，通过测距部(光波距离计)48求出到目标104的距离，同时通过水平测角部50和垂直测角部52求出望远镜46的水平角和垂直角。这些角度可由光学式编码器求出。如果指定坐标系，则变换为由这些距离和角度所指定的坐标系上的坐标。当两偏差h、v都在规定范围之外时，返回步骤S16。
在上述的测量中，当在步骤S4、S7、S13、S16检测出测量点的位置时，由于光源80只在步骤S10计算距离时点亮，而由测量部48测量距离的步骤S15、S19则必须熄灭，所以光源80的照明光对距离测量不会产生误差。这样光源80只在需要时短时间点亮，所以可得到节能的测量仪。
这样，当结束一个测量点或基准点的测量时，由于再次切换到广角摄像机光学系统89，显示图6所示的图像，所以由触笔68指定下一个想测量的目标像90。以下同样，依次测量目标104、108的位置。
另一方面，当接通图中未画出的自动测量开关时，CPU58对安装在测量对象物100上的目标104、及表示基准点108，从一端到另一端自动依次进行指定，对上述的测量全部自动进行。这时，通过从测量控制机65等外部设备预先输入测量点及基准点的坐标，可以高效进行自动测量。
这样，在一个位置结束上述测量后，将测量仪110移动到下个位置，如上所述，对目标104、108从一端到另一端进行测量，在预定的全部位置进行这样的测量。这样对所有预定位置上的测量结束后，将该测量结果显示在触摸屏显示器64上，同时记录在图中未画出的适当的记录媒体中，结束测量。
以上只用1台测量仪说明了测量标法，但是通常在测量室102的地面106上设置多台测量仪110，在这些测量仪110与观测室112内所设置的具有显示器(图像显示装置)的测量控制机(个人计算机)65之间，用电源电缆116、图像电缆117、及通信电缆118进行连接，通过测量控制机65对各测量仪110进行远程操作，同时由各测量仪110得到的图像及测量结果立即传输给测量控制机65，可以高效地测量。当然也可以将测量控制机65设置在更远的事务所内，通过适当的通信装置(电话、移动电话、无线机等)，与各测量仪110和测量控制机65相连接。
当远程操作这样的测量仪110时，如果从测量控制机65对一个测量仪110发送测量开始命令，则该测量仪110的主开关接通，由于该测量仪110将由广角CCD摄像机器件88所得到的测量对象物100的图像传输给测量控制机65，所以在测量控制机65的显示器上显示测量对象物100的像。由于测量控制机65的显示器上显示测量对象物100的像。由于测量控制机65与测量仪110同样，装有测量控制程序，所以以后与上述的由测量仪110进行的方法一样，对目标104、108从一端到另一端进行测量。当由该测量仪110进行的全部测量结束时，该测量仪110的主开关断开，向下一个测量仪110发出测量开始命令，以下同样，进行由所有测量仪110的测量。当用所有的测量仪110的测量结束时，测量控制机65将该测量结果显示在显示器上，同时将测量结果记录在适当的记录媒体中，根据需要对测量结果进行打�。崾饬�。
在户外测量时，当从由CCD摄像机器件45得到的图像进行自动照准时，由于自然光的强烈干扰等容易引起误照准，所以CPU58在照准CCD摄像机器件45或广角CCD摄像机器88得到的背景亮度在规定值以上时，通过照准CCD摄像机器件45判断背景亮度，通过程序自动切换到采用十字形线传感器122的第2自动照准。这时在测量控制机65的显示器或者测量仪110的触摸屏显示器64上，只从由广角CCD摄像机器件88得到的广视野的图像中指定目标像90，就可以进行自动照准。
从以上的说明中可知，在本实施例中，对于大型构件等测量对象物100，即使由测量控制机65一侧或测量仪110一侧的1个操作人员，也可以高效率测量多个测量点位置。这时，操作人员在测量控制机65的显示器或测量仪110的触摸屏显示器64上，可以从广角CCD摄像机器件88得到的广视野画面，指定目标像90，此后由于通过自动照准装置69进行自动照准，接着自动测量测量点的位置，所以具有操作人员的负�：苌伲膊环⑸宋恼兆嘉蟛畹挠诺恪６遥ü共饬恳�110移动，即使1个操作人员、1台测量仪110，也可以进行该测量。另外，即使通过设置在远离测量仪110的地方的测量控制机65进行测量仪110的远程控制，操作人员也可以一边用测量控制机65的显示器确认测量状态，一边可靠地进行操作。
另外，由于从光源80以可见光、容易扩散的照明光与照准轴○同轴射出，充分的照明光从测量点反射回来，所以在触摸屏显示器64上可以大范围鲜明地显示测量对象物100，而且具有足够的照准精度，对距离测量产生的误差很少。特别是由于照明光只在需要时射出，在用测距部(光波距离计)48测距时不射出，所以对距离测量不会产生误差，并可以节能。
发明的效果从以上的说明中可以看出，本发明由于通过图像处理装置可以从由摄像装置拍摄的图像中辨别测量点，所以当用显示装置上的图像指定一个测量点时，通过自动照准装置对测量点进行自动照准，因此操作人员的负担少，也不发生人为的照准误差。而且，即使对大型构件等测量对象物，也可以对多数测量点位置非常没有负担地高效率测量。另外，通过使测量仪移动，即使只有一个操作人员一台测量仪，也可以容易进行这样的测量。
本发明由于只用测量点指定装置接触触摸屏显示器上所显示的图像测量点，就可以指定测量点，所以消除了对测量点进行照准的烦恼及人为的照准误差，可减少操作人员的负担，且可提高测量精度。而且，不需要现有的键盘等，可以使触摸屏显示器作成大画面，从而使测量点的指定更为容易。
本发明由于从在远离测量仪的地方所设置的具有图像显示装置的测量控制机，远程控制测量仪，所以操作人员可以一边用图像显示装置确认可靠的测量一边进行操作，而且可以对接近时有危险的地方进行测量，并且还可以用图像监视这样危险的地方。
本发明由于还根据望远镜内设置的摄像装置拍摄的图像，进行自动照准，所以与现有的用十字形线传感器等的自动照准装置相比死角少，可以进行可靠的自动照准。
本发明由于还根据从望远镜内设置的十字形线传感器的输出，进行自动照准，所以即使是在有自然光强烈干扰的户外的测量，也很难产生测量错误。
本发明由于用广角摄像机光学系统可以看到测量对象物的很大部分，所以测量点的指定更容易，并且由于利用由高倍率的照准摄像机光学系统得到的图像进行自动照准后进行测量，所以可以高精度的照准及测量。
本发明由于使兼作照准光的可见光照明光与照准轴同轴射出，所以可从目标返回足够的反射光，可以以大范围、鲜明的轮廓在显示装置上显示测量对象物，测量点的指定更为容易，并可以进行更高精度的照准和测量。
本发明由于兼作照准光的照明光只在需要时射出，而在由测距部测距时不射出，所以可以防止因照明光而产生测距误差，而且可以实现节能。
本发明由于摄像装置、照明装置、测距部光学系统以同轴光学系统构成，所以可以使照明光可靠地与照准轴同轴射出。不仅使测量点的指定更为容易，还可以进行更高精度的照准及测量。
本发明由于照明光具有闪烁的光源，所以当使光源闪烁时，在暗处直接看见的目标、及显示装置上的目标像都闪烁看得见，使目标更容易看出，测量点的指定更容易。
权利要求
1.一种自动照准测量仪，具有对由望远镜捕捉的测量对象物进行摄像的摄像装置，其特征在于包括显示装置，用于显示由上述摄像装置摄像的图像；图像处理装置，用于从上述图像识别测量点；测量点指定装置，用于指定上述图像上的测量点；及自动照准装置，对所指定的测量点进行自动照准。
2.如权利要求1所述的自动照准测量仪，其特征在于上述显示装置是触摸屏显示器，通过上述测量点指定装置触摸上述图像的测量点，可以指定测量点。
3.如权利要求1或2所述的自动照准测量仪，其特征在于与具有图像显示装置的外部测量控制机相连接。
4.如权利要求1、2、或3所述的自动照准测量仪，其特征在于上述自动照准装置为了对上述测量点的目标进行摄像而具有设置在上述望远镜内的摄像装置。
5.如权利要求1、2、3、或4所述的自动照准测量仪，其特征于上述自动照准装置具有设置在上述望远镜内的十字形线传感器，射入由上述测量点所反射的照明光。
6.如权利要求1、2、或3所述的自动照准测量仪，其特征在于上述望远镜包括高倍率的照准摄像机光学系统、及宽视野的广角摄像机光学系统；上述自动照准装置包括第1自动照准装置，该装置为了对上述测量点的目标进行摄像而具有设置在上述照准摄像机光学系统上的摄像装置；第2自动照准装置，该装置具有设置在上述照准摄像机光学系统上的十字形线传感器，射入由上述测量点反射的照明光；以及预照准装置，该装置具有为了对上述测量点的目标进行摄像，而设置在上述广角摄像机光学系统上的摄像装置。
7.如权利要求1-6的任一项所述的自动照准测量仪，其特征在于具有照明装置，用于射出与照准轴同轴的可见光照明光。
8.如权利要求7所述的自动照准测量仪，其特征在于具有测量到测量对象物距离的测距部及测量角度的测角部，上述测距部只在上述照明光熄灭时进行距离测量。
9.如权利要求7或8所述的自动照准测量仪，其特征在于上述摄像装置、上述照明装置、测距部光学系统以同轴光学系统构成。
10.如权利要求7、8、或9所述的自动照准测量仪，其特征在于上述照明装置具有以一定间隔闪烁的光源。
全文摘要
本发明提供一种测量仪，在减轻操作人员照准测量点的负担同时，即使只是一个操作人员一台测量仪也可以对大型构件等测量对像物，在没有大的负担情况下高效率地测量多数测量点位置。在自动照准测量仪中包括高倍率的照准摄像机光学系统(47)、广视野的广角CCD摄像机光学系统(89)、显示由两CCD摄像机光学系统所拍摄的图像的触摸屏显示器(64)、从图像辨别测量点的图像处理装置(60)、指定图像上的测量点的触笔、及对所指定的测量点自动进行照准的自动照准装置(69)。从光源(80)发出的兼作照准光的照明光，可以沿着照准摄像机光学系统的照准轴(○)射出。还可以从外部的个人计算机等测量控制机对该测量仪进行远程操作。
文档编号G01C15/00GK1405529SQ02128679
公开日2003年3月26日 申请日期2002年8月12日 优先权日2001年8月10日
发明者下山雄二, 小川邦利, 栗山弦 申请人:株式会社扫佳
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