JP5150310B2

JP5150310B2 - 地理データ収集装置

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Publication number: JP5150310B2
Application number: JP2008053110A
Authority: JP
Inventors: 仁志大谷; 充孝中村
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2028-03-04
Also published as: JP2009210388A; EP2098820A3; CN101561273B; US20090225161A1; EP2098820B1; CN101561273A; EP2098820A2; US8717432B2

Description

本発明は、ＧＰＳを利用した携帯型地理データ収集装置、特に測定場所の画像データを取得し、画像中に測定箇所をプロットし、又測定箇所を視覚で確認しつつ測定等が行え、又測定結果を画像データと共に収集可能な地理データ収集装置に関するものである。

近年ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）が普及し、ＧＰＳ装置により、簡単に又高精度で現在位置を取得でき、又現在位置を地図情報中に表示できる様になっている。

又、一般的な地図情報に加えて、付帯的な情報を必要とする場合、例えば、道路のマンホールの位置、或は電信柱の位置等の情報が必要な場合、或は森林調査等に於いて、樹木の位置、大きさ、繁みの状態等の情報を取得する様な場合、或は災害時の道路の地割れの位置、状態、土砂崩れの位置、範囲等の情報を取得する場合、簡単に測定対象物の位置測定ができ、又測定地点の、或は測定対象物の画像データを取得でき、更に容易に移動できる簡便な地理データ収集装置が望まれる。

従って、本出願人は、特許文献１に示される様な、携帯の地理データ収集装置を提案している。

該地理データ収集装置は、ＧＰＳ装置、撮像装置、レーザ距離測定装置、傾斜センサ、方位センサを具備し、ＧＰＳ装置で得られる地理データ収集装置の現在位置を基準として測定対象物の位置情報、画像データを取得できる様になっている。

特許文献１の地理データ収集装置では、測定対象物に関する位置情報、及び測定対象物を含む周辺の画像データを取得できるので、画像の位置データを基に複数の画像を合成し、広範囲、即ち予定した測定範囲の画像を得ることができる。

ところが、上記した地理データ収集装置では、１測定毎に撮影し、画像データを記録するので、１測定毎に記録時間が必要であり、又データ量が多くなり、データの後処理が煩雑となり、多くの時間が必要であった。

更に、予定した範囲の地理データを収集する場合、測定対象物、測定地点についてのデータ収集が多数に及ぶ場合は、迅速な作業を要求される場合が多く、又何処の点について測定したかは作業者の記憶に頼る場合が多くなる。この為、測定箇所が重複したり、測定箇所に抜けを生じる場合も考えられる。

特開２００７−２４８１５６号公報

特開２００４−３１７２３７号公報

特開２００２−３９７４８号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、測定予定範囲を示す基準画像中に、測定の都度、測定点がプロットされ、作業者が測定済箇所を確認しつつ測定が行える様にし、測定作業の確実性、作業性の向上を図るものである。

本発明は、測距光を照射し測定対象物迄の距離を測定する距離測定部と、測定方向を撮像する撮像部と、撮像した画像を表示する表示部と、該表示部の画面位置に対応して設けられたタッチパネルと、傾きを検出する傾斜センサと、測定方向の水平角を検出する方位センサと、制御演算部とを有し、前記撮像部は測定範囲を撮像して基準画像を取得し、又前記基準画像中で選択した測定点に向けられ測定点を中心とする測定画像を取得し、前記制御演算部は、前記基準画像と、前記測定画像との画像マッチングにより、前記基準画像中での測定点を演算し、該基準画像上、前記測定画像上の少なくとも一方に測定点を表示する地理データ収集装置に係るものである。

又本発明は、前記制御演算部は、測定の進行と共に測定点を順次前記基準画像上に追加表示する地理データ収集装置に係り、又前記測定画像は測定点を含み、前記撮像部で撮像される画像の一部であり、前記基準画像中のマッチングする為の探索範囲の中心は、前記測定画像取得時に前記傾斜センサと前記方位センサで得られた鉛直角と水平角に基づき設定される地理データ収集装置に係り、又前記制御演算部は、前記探索範囲を、前記測定画像に対し前記傾斜センサと前記方位センサの測定誤差分を含む広さに設定する地理データ収集装置に係り、又前記制御演算部は、前記基準画像撮像時に前記傾斜センサ、前記方位センサにより測定した鉛直角、水平角、方位角を基準とし、マッチングの結果から演算した測定点より鉛直角と水平角を補正する地理データ収集装置に係り、前記制御演算部は、複数の測定に対応して複数の測定点を前記基準画像上に表示し、前記タッチパネルを介して指定された前記基準画像上の２点の測定点間の水平距離を演算する地理データ収集装置に係り、又前記制御演算部は、複数の測定に対応して複数の測定点を前記基準画像上に表示し、前記タッチパネルを介して指定された前記基準画像上の少なくとも３点の測定点で囲まれる水平面積を演算する地理データ収集装置に係るものである。

又本発明は、ＧＰＳ装置を更に有し、前記制御演算部は、前記ＧＰＳ装置で得られる地理データと、前記基準画像撮像時に前記傾斜センサ、前記方位センサにより測定した鉛直角、水平角及び方位角をマッチングの初期値とし、前記基準画像と前記測定画像のマッチングより測定点を求め、得られた測定点により鉛直角と水平角とを修正し、修正した鉛直角と水平角と測距結果に基づき測定点の３次元座標を演算する地理データ収集装置に係るものである。

又本発明は、前記方位センサは磁気方位センサであり、使用前に水平方向、鉛直方向にして全周のデータを求め、このデータに基づいて内挿補正し、検出結果の補正をする地理データ収集装置に係り、更に又前記制御演算部は、前記基準画像と前記測定画像との画像マッチングにより、前記基準画像上に第２測定点を求め、前記基準画像から前記測定画像に対する逆画像マッチングにより、前記測定画像上に第３測定点を求め、前記測定画像上での前記第３測定点の座標と、測定時に得られた第１測定点の座標とが一致していない場合は、ミスマッチングと判定し、タッチ画面上からマニュアルで前記基準画像上に測定点を指定可能とし、指定された測定点に基づき、前記基準画像と前記測定画像の再マッチングを行う地理データ収集装置に係るものである。

本発明によれば、測距光を照射し測定対象物迄の距離を測定する距離測定部と、測定方向を撮像する撮像部と、撮像した画像を表示する表示部と、該表示部の画面位置に対応して設けられたタッチパネルと、傾きを検出する傾斜センサと、測定方向の水平角を検出する方位センサと、制御演算部とを有し、前記撮像部は測定範囲を撮像して基準画像を取得し、又前記基準画像中で選択した測定点に向けられ測定点を中心とする測定画像を取得し、前記制御演算部は、前記基準画像と、前記測定画像との画像マッチングにより、前記基準画像中での測定点を演算し、該基準画像上、前記測定画像上の少なくとも一方に測定点を表示するので、測定箇所が把握でき作業の確実性、作業効率が向上する。

又本発明によれば、前記制御演算部は、測定の進行と共に測定点を順次前記基準画像上に追加表示するので、測定箇所、測定作業状況の把握ができ、重複する測定、測定漏れが防止され、作業の確実性、作業効率が向上する。

又本発明によれば、前記測定画像は測定点を含み、前記撮像部で撮像される画像の一部であり、前記基準画像中のマッチングする為の探索範囲の中心は、前記測定画像取得時に前記傾斜センサと前記方位センサで得られた鉛直角と水平角に基づき設定されるので、画像処理の対象となるデータ量が少なくなり、又前記基準画像全域について画像マッチングする必要がないので、計算処理時間が短くなり、前記制御演算部の負担も少なくなる。

又本発明によれば、前記制御演算部は、前記探索範囲を、前記測定画像に対し前記傾斜センサと前記方位センサの測定誤差分を含む広さに設定するので最小の探索範囲で誤差なく画像マッチングが可能であり、演算処理の負担が少ない。

又本発明によれば、前記制御演算部は、前記基準画像撮像時に前記傾斜センサ、前記方位センサにより測定した鉛直角、水平角、方位角を基準とし、マッチングの結果から演算した測定点より鉛直角と水平角を補正するので、前記方位センサが大きな誤差を有していた場合でも、測定点間の相対的な測定精度は向上する。

又本発明によれば、前記制御演算部は、複数の測定に対応して複数の測定点を前記基準画像上に表示し、前記タッチパネルを介して指定された前記基準画像上の２点の測定点間の水平距離を演算するので、２点間の距離は簡単な操作で正確に演算できる。

又本発明によれば、前記制御演算部は、複数の測定に対応して複数の測定点を前記基準画像上に表示し、前記タッチパネルを介して指定された前記基準画像上の少なくとも３点の測定点で囲まれる水平面積を演算するので、面積の測定が簡単な操作で正確に演算できる。

又本発明によれば、ＧＰＳ装置を更に有し、前記制御演算部は、前記ＧＰＳ装置で得られる地理データと、前記基準画像撮像時に前記傾斜センサ、前記方位センサにより測定した鉛直角、水平角及び方位角をマッチングの初期値とし、前記基準画像と前記測定画像のマッチングより測定点を求め、得られた測定点により鉛直角と水平角とを修正し、修正した鉛直角と水平角と測距結果に基づき測定点の３次元座標を演算するので、複雑な作業を行うことなく、簡単に測定点の３次元座標が得られる。

又本発明によれば、前記方位センサは磁気方位センサであり、使用前に水平方向、鉛直方向にして全周のデータを求め、このデータに基づいて内挿補正し、検出結果の補正をするので方位センサとして磁気式コンパスを使用した場合でも、全周に亘って検出精度を向上させることができる。

更に又本発明によれば、前記制御演算部は、前記基準画像と前記測定画像との画像マッチングにより、前記基準画像上に第２測定点を求め、前記基準画像から前記測定画像に対する逆画像マッチングにより、前記測定画像上に第３測定点を求め、前記測定画像上での前記第３測定点の座標と、測定時に得られた第１測定点の座標とが一致していない場合は、ミスマッチングと判定し、タッチ画面上からマニュアルで前記基準画像上に測定点を指定可能とし、指定された測定点に基づき、前記基準画像と前記測定画像の再マッチングを行うので基準画像に表示される測定点の精度を向上させ得、求めた測定点の３次元座標の精度を高められるという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１に於いて、本発明が実施される地理データ収集装置について説明する。

図１中、１は地理データ収集装置、２は携帯可能な筐体であり、該筐体２には撮像部３、ＧＰＳ装置４、距離測定部５、表示部６、操作部７が設けられ、又前記筐体２内部には制御演算部８、記憶部９、入出力制御部１０、傾斜センサ１１、方位センサ１２、無線受信部１３が設けられており、前記撮像部３は、例えばデジタルカメラであり、対物レンズ１４、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等多数の画素（ピクセル）の集合体から成る撮像素子１５を具備し、該撮像素子１５は個々のピクセルの番地（撮像素子内での位置）を特定可能であり、該撮像素子１５に結像された対象物の画像は該撮像素子１５からデジタル画像信号として前記制御演算部８に出力され、該制御演算部８を介して前記記憶部９に記憶される様になっている。尚、図中、１６は前記地理データ収集装置１の電源としての可充電式電池、或は乾電池を示している。

前記距離測定部５は、ノンプリズム式の光波距離計を具備しており、測距光を測定対象物に照射し、測定対象物からの反射光を受光することで測定対象物迄の距離を測定可能となっている。又、測距光は、赤外光、可視光のいずれでもよく、可視光を用いれば測定点が視覚的に把握できる。

前記表示部６は、撮像した画像を表示すると共にタッチパネルとなっており、作業者は前記表示部６より所要の処理が行える様になっている。前記操作部７は、所要の操作ボタン（図示せず）、例えば電源の入切りを行う電源入切り釦、撮像を行う為のシャッタ釦、画面の切替えを行う表示切替え釦、測定を行う場合の測定釦等を有し、所要の処理を行える様になっている。

前記表示部６の表示画面は、画像表示プログラムによって１画面表示、或は２画面以上に分割表示可能となっている。

図２は、前記表示部６の画面が３分割された一例を示しており、画面は、主画面３１、第１副画面３２、第２副画面３３等によって構成され、例えば、前記主画面３１には測定方向の広範囲の画像が表示され、前記第１副画面３２には測定点近傍の拡大画面が表示され、前記第２副画面３３には測定距離、測定方向等の文字情報が表示される。尚、各画面の分割態様の変更が可能であり、又表示内容は、画面の切換えにより変更が可能であり、例えば前記主画面３１に測定点近傍の拡大画面を表示し、前記第１副画面３２に測定方向の広範囲の画像を表示する。

又、前記主画面３１は方位表示部３４、傾斜表示部３５を具備し、前記方位表示部３４には測定方向の方位が表示され、該方位表示部３４中の指針３６が真上を示す時が測定方向が真北であることを示す。又、前記傾斜表示部３５には前記地理データ収集装置１の傾斜状態が示され、前記傾斜表示部３５中の小円３７が中心に位置する状態が前記地理データ収集装置１の水平状態を示している。

従って、前記表示部６には、前記撮像部３で撮像された画像が表示されると共に、前記距離測定部５で測定した測距データ、及び前記傾斜センサ１１で検出した傾き、前記方位センサ１２で検出した方位が測角データとして表示される。

又、前記表示部６に表示される画像の中心が、前記距離測定部５の視準方向となっており、該距離測定部５で測定した測定点は、前記画像の中心と一致し、画像中には中心を示すカーソル３８、例えば、十字が表示される。前記距離測定部５で測定した測定点と画像の中心とが一致していない場合には、事前にそのオフセットを求めておき、カーソルを補正して表示する。

前記記憶部９は記憶媒体（図示せず）を有し、前記制御演算部８を介してデータの書込み、読取りが可能となっており、又前記記憶媒体には前記地理データ収集装置１を作動させる為の各種プログラム、例えば測定を実行するシーケンスプログラム、撮像画像を処理する画像処理プログラム、ＧＰＳによる測定データを後述する補正情報を基に補正する測定補正プログラム、前記表示部６にデータ、画像を表示させる為の画像表示プログラム、複数の位置データから距離、或は面積を演算する演算プログラム、後述する補正情報受信機１８との通信を行う通信プログラム等が格納されている。

又、前記記憶媒体は、前記地理データ収集装置１に固定的に内蔵されている半導体メモリ、ＨＤ等の内部記憶媒体と、前記記憶部９に対して着脱可能な可搬記憶媒体とで構成されてもよい。該可搬記憶媒体としては前記地理データ収集装置１内に収納可能な、メモリカードに代表される小型記憶媒体等が用いられる。又、補助記憶装置として、前記地理データ収集装置１に接続可能な外部ＨＤ装置の外部記憶装置等が用いられてもよい。

前記入出力制御部１０は、外部処理装置、例えばパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣ）に接続可能であり、前記記憶部９が記憶したデータを前記ＰＣに出力可能であり、又該ＰＣからデータを入力可能であり、又前述した各種プログラムの書込み、書換えが可能である。又、前記入出力制御部１０を介して前記記憶部９に少なくとも測定対象物の地点を含む地図データ等の地理データを入力しておく。

前記制御演算部８は、前記記憶部９に格納されたプログラムを展開し、前記表示部６に画像の表示を行い、又前記撮像素子１５で得られた画像データについての画像処理を行い、前記距離測定部５の測距の制御、該距離測定部５で得られた測距データ、前記傾斜センサ１１、前記方位センサ１２で得られた測角データ等に基づき、水平距離の演算、面積の演算、３次元座標の演算、前記無線受信部１３との通信制御等を実行する。

前記傾斜センサ１１は、前記地理データ収集装置１による距離測定中、データ収集作業中に該地理データ収集装置１の水平に対する傾斜を検出し、前記制御演算部８に入力するものであり、該制御演算部８は傾斜状態を前記表示部６に表示する。

前記方位センサ１２は、簡便な磁気式方位センサ（コンパス）が用いられ、前記対物レンズ１４の光軸の方向、即ち前記撮像部３の撮像方向、即ち測定方向を検出するものであり、検出結果は前記制御演算部８に入力され、該制御演算部８は、方位を前記表示部６に表示する。コンパスは極方向（Ｎ）に対しては精度が良いが、それ以外の方向は環境によって精度が劣化するので、前記制御演算部８は事前に装置を水平及び鉛直とした場合の全周のデータを取得し、円の方程式に当てはめて、極方向以外のデータを内挿補正するキャリブレーション機能を有する。

前記無線受信部１３は後述する補正情報送受信機１７から送信されるＧＰＳ測定補正情報を受信し、補正情報２１を前記制御演算部８に送出する。

一般にＧＰＳ装置による単独測位では、電離層や大気圏に於ける伝搬遅延等の理由による誤差要因を含んでおり、測定精度は１０ｍ〜５０ｍ程度である。その為測定精度を向上したＤ−ＧＰＳ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＧＰＳ）、ＲＴＫ−ＧＰＳ（Ｒｅａｌ−ＴｉｍｅＫｉｎｅｔｉｃＧＰＳ）がある。前記Ｄ−ＧＰＳでは、位置の分かっている基準局が発信するＦＭ放送の電波や中波ビーコンを利用した補正情報２１により、測定精度は数１０ｃｍ〜数ｍに向上する。又、前記ＲＴＫ−ＧＰＳでは、基準となる固定点と移動点で同時に受信し取得した信号を、無線装置等を用いて移動点に転送し、移動点側に於いて位置を決定することで、測定精度は１ｃｍ〜２ｃｍ程度に向上する。又、ＶＲＳ−ＧＰＳ（ＶｉｒｔｕａｌＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳｙｓｔｅｍＧＰＳ）は、仮想基準点方式と呼ばれ、複数の電子基準点の観測データから、測量現場近傍に恰も基準点があるかの様な状態を作り出し、ＶＲＳ−ＧＰＳ受信機一台で高精度な測量を行うことができる。本発明の装置は、ハンディタイプの小型一体型地理データ収集装置１であって、精度を重視しない場合には、例えば使い勝手のよい前記Ｄ−ＧＰＳ装置が搭載されるのが好ましい。

前記補正情報送受信機１７は前記補正情報受信機１８、補正情報送信機１９を有し、補正情報２１は携帯電話で受信可能であり、前記補正情報受信機１８としては簡便に携帯電話を使用することができる。又、該補正情報受信機１８で受信した前記補正情報２１は携帯電話の送信機能を利用して前記無線受信部１３に送信してもよく、或は図示の様に前記補正情報送信機１９を設け、該補正情報送信機１９により前記補正情報２１を前記無線受信部１３に送信してもよい。尚、携帯電話もブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）（登録商標）機能を備えたものもあり前記補正情報２１の送信は、近距離での大容量送信に適しているブルートゥース無線方式を使用してもよい。

以下、図３を参照して本発明に係る地理データ収集装置の作用について説明する。

前記地理データ収集装置１は作業者により保持された状態で使用され、作業者が一方の手で支持し、他方の手で前記操作部７を操作する。

先ず、測定範囲を定め、作業者が作業点（測定の基準点となる）に位置し、測定範囲に前記地理データ収集装置１を向ける。作業点の位置（座標位置）は、前記ＧＰＳ装置４によって取得され、前記記憶部９に記録される。

前記表示部６には、前記撮像素子１５で撮像した画像が、動画状態で表示され、作業者は画像により測定範囲が適切であるかどうかを判断する。測定範囲が適切であると判断すると、測定が開始される。

ＳＴＥＰ：０１前記傾斜表示部３５に表示される前記地理データ収集装置１の傾斜が水平、又は略水平の状態で、前記操作部７からの操作で測定範囲の撮像を行う。撮像画像は、前記表示部６の前記主画面３１に基準画像３９（図４参照）として表示される。尚、測定点の測定時には前記地理データ収集装置１は水平に保持することが好ましいが、前記傾斜センサ１１により、撮像時の前記地理データ収集装置１の傾斜角を測定し、前記記憶部９に記録しておくことで、記録された傾斜により、測距結果を正確に水平距離に補正することができる。

ＳＴＥＰ：０２前記基準画像３９全体の水平方向、鉛直方向の画角（以下、水平全体角、鉛直全体角）が計算される。

尚、水平全体角度Ｈは、ＨS ＝±ａｒｃＴＡＮ［（画像全体の水平画素数×１画素サイズ（又は画素ピッチ））／２／焦点距離］であり、又鉛直全体角度Ｖは、ＶS ＝±ａｒｃＴＡＮ［（画像全体の鉛直画素数×１画素サイズ（又は画素ピッチ））／２／焦点距離］である。例えば、本実施の前記撮像素子１５の画角は、ＨS ＝±２６°、ＶS ＝±２０°である。

ここで、前記傾斜センサ１１によって検出されるものは鉛直角に相当し、前記方位センサ１２によって検出されるものは水平角に相当する。又、前記地理データ収集装置１を水平に維持した状態で、画像中心が水平角＝０、鉛直角＝０とする。

ＳＴＥＰ：０３測定点を決定する為、測定点の観測を行う。前記地理データ収集装置１を測定点に向ける。前記撮像部３は視準方向の前記距離測定部５の視準方向の画像を、例えば、前記第１副画面３２にファインダ画像として拡大表示する。尚、ファインダ画像の表示範囲は測定点が容易に認識できる程度に測定点の近傍に限定する。

測定点を視準して前記操作部７から操作して仮測定を行う。測定点について、前記傾斜センサ１１、前記方位センサ１２により水平角、鉛直角が測定され、測定結果に基づき全体画像上に測定点が表示される。

ＳＴＥＰ：０４或は、ＨS 、ＶS の範囲内かどうかが判断される。前記傾斜センサ１１、前記方位センサ１２は、あまり精度がよくなく、特に前記方位センサ１２は磁気式であるので、周囲の状態に影響されやすく、精度は期待できない。この為、仮測定点が、前記傾斜センサ１１、前記方位センサ１２の測定誤差の為に、前記ＨS 、ＶS から外れてしまうことがある。又、作業者の誤操作でＨS 、ＶS の範囲から外れてしまうこともある。

仮測定点が、ＨS 、ＶS の範囲内である場合は、ＳＴＥＰ：０６に進む。

ＳＴＥＰ：０５仮測定点が、前記ＨS 、ＶS から外れていた場合は、前記基準画像３９が適切であったかどうかが判断される。これは、仮測定点について測定を優先する場合は、前記基準画像３９を変更する必要があるからである。該基準画像３９を変更する場合は、前記ＳＴＥＰ：０１に戻って前記基準画像３９の取得から作業が繰返される。又、前記基準画像３９の変更がない場合は、前記ＳＴＥＰ：０３に戻り仮測定がやり直される。

ＳＴＥＰ：０６前記ＳＴＥＰ：０４で仮測定点がＨS 、ＶS の範囲内であった場合は、本測定が実行され、測定点について前記距離測定部５により測距され、前記撮像部３により測定点を中心とした画像が、測定点の画像（測定画像４１）として取得される。尚、測定点の撮像は、前記基準画像３９と同倍率で行われる。又、前記傾斜センサ１１、前記方位センサ１２により角度測定が実行される。前記測定点画像、測距、測角の結果は前記記憶部９に記録される。ここで、取得する前記測定画像４１の大きさは、後述する画像マッチングに必要な大きさでよい。例えば、測定点（視準点）を中心として１５×１５画素（０．５°×０．５°画角）とする。

ＳＴＥＰ：０７測定が実行された測定点が、測定結果に基づき前記基準画像３９にプロットされるが、上記した様に、測角に基づき画像上の位置を特定した場合、測定誤差が大きく正確なプロットはできない。従って、本発明では、画像マッチングの手法に基づき、前記基準画像３９に測定点をプロットする。

図４を参照して、測定点のプロットについて説明する。

前記測定画像４１と同じ大きさのウィンドウをテンプレートとして前記基準画像３９中に設定し、該テンプレートを所定範囲移動させ、テンプレート中の画像の濃度値と前記測定画像４１の濃度値が最も類似している位置を探索する。

探索範囲４２は、測定点について測定した水平角、鉛直角で得られた前記基準画像３９中の位置を中心として、前記傾斜センサ１１、前記方位センサ１２の測定誤差を考慮して前記探索範囲４２の大きさが設定される。本実施の形態では、テンプレートサイズの約３倍のサイズかもしくはコンパス、前記傾斜センサ１１の精度を考慮して４５×４５画素程度が設定される。

マッチングの方法には、一般的に正規化相関、ＳＳＤＡ（差の二乗和）等の方法を用いるが、ここでは対象物の凹凸形状や投影歪みに有効なマッチング手法として、最小二乗マッチング：ＬＳＭ（Ｌｅａｓｔ−ＳｑｕａｒｅｓＭａｔｃｈｉｎｇ）を用いる方法について説明する。

最小二乗マッチング：ＬＳＭは図５（Ａ）の画像中のテンプレート４３に対応する図５（Ｂ）画像中のウィンドウ４３ｂを、図５（Ｂ）の様に該ウィンドウ４３ｂの形状をアフィン変形させながらマッチングを行い、対応点をサブピクセル単位で計測する手法である。

マッチングを行う際の測定画像４１：テンプレートをｆ1 （ｉ，ｊ）、全体画像：変形されたマッチングウィンドウをｆ2 （ｘ，ｙ）とし、マッチングウィンドウの変形を次式のアフィン変換によって近似する。

ｘ＝ａ1 ｉ＋ａ2 ｊ＋ａ3 ，ｙ＝ａ4 ｉ＋ａ5 ｊ＋ａ6

又、個々の比較する画素に於ける濃度差は、以下の形式で与えられる。
ｄ（ｉ，ｊ）＝ｆ1 （ｉ，ｊ）−ｆ2 （ｘ，ｙ）
＝ｆ1 （ｉ，ｊ）−ｆ2 （ａ1 ｉ＋ａ2 ｊ＋ａ3 ，ａ4 ｉ＋ａ5 ｊ＋ａ6 ）

次に、濃度差の２乗和を最少とする条件、即ち、Σｄ（ｉ，ｊ）²→ｍｉｎを満たす様なａ1 〜ａ6 を決定する。
ここで、ａ1 ，ａ2 ，ａ4 ，ａ5 はテンプレートの変形を表し、ａ3 ，ａ6 が求めるべき検出位置の座標となり、サブピクセル精度の位置検出ができる。

又、マッチングに於いては、前記測定画像４１から前記基準画像３９へのマッチングを行い、ｆ1 （ｉ，ｊ）に対するｆ2 （ｘ，ｙ）を求めた。ここでは更に逆のマッチングを行いｆ2 （ｘ，ｙ）に対するｆ1 （ｉ，ｊ）を求め、元の画像座標になるかをチェックして、信頼性を高めてもよい。もし、一致しない（ミスマッチング）場合には、コンパス、傾斜計から得られた概略値をそのまま使う。或は、ミスマッチングの場合、作業者が前記操作部７（タッチパネル）から測定点の位置を基準画像上で指定し、再度画像マッチングを行う様にしてもよい。この時の測定点の指定位置は、作業者の記憶によるか、或は測定画像と参照してもよい。

ＳＴＥＰ：０８画像マッチングが完了すると、測定点が前記基準画像３９上に表示（プロット）される。

ＳＴＥＰ：０９該基準画像３９上に測定点Ｍがプロットされると、プロットされた位置の画素の位置から、水平画角、鉛直画角が求められ、測定点の水平角、鉛直角が演算により測定される。演算結果より、前記傾斜センサ１１、前記方位センサ１２で測定された鉛直角、水平角を補正することができる。

ＳＴＥＰ：１０更に、測定を続けるがどうかが判断され、測定を続行する場合は、前記ＳＴＥＰ：０３に戻り、測定が繰返される。

測定が繰返された結果、前記基準画像３９上に２点以上の測定点が、測定された度にプロットされる。従って、作業者は、前記基準画像３９上に表示される測定点により、測定状態をリアルタイムで把握することができ、適正な測定点の選択、又重複する測定、測定漏れなく測定作業を実行できる。

又、前記基準画像３９に表示された各測定点は、３次元データを有しており、前記表示部６を介して前記基準画像３９上の２つの測定点を指定することで２点間の水平距離が演算され、３以上の測定点を指定することで、測定点の座標データから測定点で囲まれた水平の面積が演算される。

従って、例えば、災害時の道路の地割れについて測定を行った場合、地割れの位置（座標）、長さ、大きさが簡単に、又迅速に測定できると共に、地割れの状態は画像により取得できるので、数値データと画像データにより充分な情報を得ることができる。

又、本発明では、前記地理データ収集装置１を保持した位置から、離れた場所、又周囲を測定できるので、広範囲の測定が、作業者の移動を伴うことなく実行でき、作業効率がよい。

本発明が実施される地理データ収集装置の一例を示す概略構成図である。該地理データ収集装置が具備する表示部の表示の一例を示す説明図である。本発明の実施の形態の作用を示すフローチャートである。本発明の実施の形態で実行される画像マッチングの説明図である。該画像マッチングの一例である最小２乗法についての説明図である。

符号の説明

１地理データ収集装置
３撮像部
４ＧＰＳ装置
５距離測定部
６表示部
７操作部
８制御演算部
９記憶部
１１傾斜センサ
１２方位センサ
３９基準画像
４１測定画像
４２探索範囲

Claims

測距光を照射し測定対象物迄の距離を測定する距離測定部と、測定方向を撮像する撮像部と、撮像した画像を表示する表示部と、該表示部の画面位置に対応して設けられたタッチパネルと、傾きを検出する傾斜センサと、測定方向の水平角を検出する方位センサと、制御演算部とを有し、
前記撮像部は測定範囲を撮像して基準画像を取得し、又前記基準画像中で選択した測定点に向けられ測定点を中心とし、前記基準画像の一部である測定画像を取得し、
前記制御演算部は、前記基準画像中のマッチングする為の探索範囲の中心を、前記測定画像取得時に前記傾斜センサと前記方位センサで得られた鉛直角と水平角に基づき設定し、前記基準画像と、前記測定画像との画像マッチングにより、前記基準画像中での測定点を演算し、該基準画像上、前記測定画像上の少なくとも一方に測定点を表示することを特徴とする地理データ収集装置。
前記制御演算部は、測定の進行と共に測定点を順次前記基準画像上に追加表示する請求項１の地理データ収集装置。
前記制御演算部は、前記探索範囲を、前記測定画像に対し前記傾斜センサと前記方位センサの測定誤差分を含む広さに設定する請求項１の地理データ収集装置。
前記制御演算部は、前記基準画像撮像時に前記傾斜センサ、前記方位センサにより測定した鉛直角、水平角、方位角を基準とし、マッチングの結果から演算した測定点より鉛直角と水平角を補正する請求項１又は請求項２又は請求項３の地理データ収集装置。
前記制御演算部は、複数の測定に対応して複数の測定点を前記基準画像上に表示し、前記タッチパネルを介して指定された前記基準画像上の２点の測定点間の水平距離を演算する請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４の地理データ収集装置。
前記制御演算部は、複数の測定に対応して複数の測定点を前記基準画像上に表示し、前記タッチパネルを介して指定された前記基準画像上の少なくとも３点の測定点で囲まれる水平面積を演算する請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５の地理データ収集装置。
ＧＰＳ装置を更に有し、前記制御演算部は、前記ＧＰＳ装置で得られる地理データと、前記基準画像撮像時に前記傾斜センサ、前記方位センサにより測定した鉛直角、水平角及び方位角をマッチングの初期値とし、前記基準画像と前記測定画像のマッチングより測定点を求め、得られた測定点により鉛直角と水平角とを修正し、修正した鉛直角と水平角と測距結果に基づき測定点の３次元座標を演算する請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５又は請求項６の地理データ収集装置。
前記方位センサは磁気方位センサであり、使用前に水平方向、鉛直方向にして全周のデータを求め、このデータに基づいて内挿補正し、検出結果の補正をする請求項１の地理データ収集装置。
前記制御演算部は、前記基準画像と前記測定画像との画像マッチングにより、前記基準画像上に第２測定点を求め、前記基準画像から前記測定画像に対する逆画像マッチングにより、前記測定画像上に第３測定点を求め、前記測定画像上での前記第３測定点の座標と、測定時に得られた第１測定点の座標とが一致していない場合は、ミスマッチングと判定し、タッチ画面上からマニュアルで前記基準画像上に測定点を指定可能とし、指定された測定点に基づき、前記基準画像と前記測定画像の再マッチングを行う請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５又は請求項６又は請求項７の地理データ収集装置。