三維位置計測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提供一種三維位置計測系統(tǒng)，即使指示棒從測定點傾斜，僅通過將指示棒的前端設置在測定點就能夠進行計測。具備：測量機(2)，具有：測距部20，測量圖像攝像部(22)和棱鏡(3)的距離；測角部(11,12)，進行測角；指示棒(4)，設置在測定點X，在從測定點X偏離了已知的固定長度L的位置固定有棱鏡(3)；以及傾斜計片(5)，具有能夠解析從視線方向的傾斜角的標志(43)，將傾斜計片(5)設置在指示棒(4)，由圖像攝像部(22)拍攝標志面(41)，對標志面(41)進行圖像解析，計算傾斜計片(5)相對于從測量機(2)的視線方向的傾斜角θx,θy，根據棱鏡(3)的三維位置、傾斜計片(5)的傾斜角、以及固定長度L，計測測定點X的三維位置。
【專利說明】
三維位置計測系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及用于計測測定點的三維位置的系統(tǒng)，尤其涉及使用指示棒來計測測定點的三維位置的系統(tǒng)，該指示棒在從測定點離開已知的固定長度的位置固定有棱鏡。
【背景技術】
[0002]在測量、計測或BIM(Building Informat1n Modeling)的領域中，通常利用進行測距及測角的測量機和回歸反射型的棱鏡來進行測定點的三維位置。但是，棱鏡具有所需的大小，所以無法在測定點直接設置棱鏡的光學反射點。因此，通常采用將棱鏡固定在指示棒(或指示臺)的方法。
[0003]詳細地說，將指示棒的前端設置到測定點，在指示棒上從測定點離開已知的固定長度的位置固定棱鏡，使用氣泡管等確保指示棒的鉛垂狀態(tài)而進行棱鏡的三維位置計測，對于該計測值，向鉛垂方向下方移動上述的固定長度而運算測定點的三維位置。但是，在房間的角落等無法使指示棒傾斜的情況下，無法使用該方法。
[0004]與此相對，有在使指示棒從測定點傾斜的狀態(tài)也能夠進行計測的三維位置計測系統(tǒng)。例如，在專利文獻I中，在指示棒上在離開了已知長度的二點固定反射棱鏡，對于二點的棱鏡進行測定，根據二點的三維位置來運算測定點的位置。此外，在專利文獻2中，在指示棒上具備入射角傳感器和傾斜傳感器，利用這些傳感器的值來運算測定點的位置。
[0005]專利文獻1:日本專利第3735422號
[0006]專利文獻2:日本特開2010-223754號公報
[0007]但是，在專利文獻I的構成中，無法同時對二點進行測定，所以在二點的測定中存在使棱鏡靜止的操作限制。此外，在棱鏡位于遠距離時，有必須使二個棱鏡間的距離分開等的問題。在專利文獻2的構成中，需要搭載新的傳感器而成本變高。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明用于解決上述問題，其目的在于提供一種三維位置計測系統(tǒng)，即便在使指示棒從測定點傾斜的狀態(tài)下，也沒有特別的操作限制而能夠進行計測。
[0009]為了達成上述目的，在本發(fā)明的一個方式的三維位置計測系統(tǒng)中，具備:測量機，具有:測量到作為目標的棱鏡的距離的測距部及進行測角的測角部，；以及圖像攝像部；指示棒，設置在測定點，在從所述測定點偏離已知的固定長度的位置固定有所述棱鏡；以及傾斜計片，具有能夠解析從視線方向的傾斜角的標志，在所述指示棒設置所述傾斜計片，由所述圖像攝像部拍攝具有所述標志的標志面，對所述標志面進行圖像解析，計算傾斜計片相對于從所述測量機的視線方向的傾斜角，根據由所述測距部及所述測角部得到的所述棱鏡的三維位置、所述傾斜計片的傾斜角、以及所述固定長度，從而計測所述測定點的三維位置。
[0010]或者，在一個方式的三維位置計測系統(tǒng)中，具備:測量機，具有:測量到作為目標的棱鏡的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部，拍攝所述棱鏡的周圍風景；以及棱鏡攝像部，拍攝所述棱鏡；指示棒，設置在測定點，在從所述測定點偏離已知的固定長度的位置固定有所述棱鏡；以及傾斜計片，具有能夠解析從視線方向的傾斜角的標志，在所述指示棒設置所述傾斜計片，由所述圖像攝像部拍攝具有所述標志的標志面，對所述標志面進行圖像解析，計算傾斜計片相對于從所述測量機的視線方向的傾斜角，由所述棱鏡攝像部拍攝所述棱鏡，對所述棱鏡進行準直，根據由所述測距部及所述測角部得到的所述棱鏡的三維位置、所述傾斜計片的傾斜角、以及所述固定長度，從而計測所述測定點的三維位置。
[0011]或者，在一個方式的三維位置計測系統(tǒng)中，具備:測量機，具有:測量到作為目標的棱鏡的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部；指示棒，設置在測定點，在從所述測定點偏離已知的固定長度的位置固定有所述棱鏡；以及傾斜計片，具有能夠解析相對于視線方向的傾斜角的標志，將所述傾斜計片的具有所述標志的標志面設置在與所述指示棒的軸方向垂直的面，由所述圖像攝像部拍攝所述標志面，對所述標志面進行圖像解析，計算傾斜計片相對于從所述測量機的視線方向的傾斜角，根據由所述測距部及所述測角部得到的所述棱鏡的三維位置，沿著從所述傾斜計片的傾斜角得到的所述標志面的法線方向移動所述固定長度的量，從而計測所述測定點的三維位置。
[0012]或者，在一個方式的三維位置計測系統(tǒng)中，具備:測量機，具有:測量到作為目標的棱鏡的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部；指示棒，設置在測定點，在從所述測定點偏離已知的固定長度的位置固定有所述棱鏡；以及傾斜計片，具有能夠解析相對于視線方向的傾斜角的標志，將所述傾斜計片的片中心設置在將所述測定點及所述棱鏡的棱鏡中心連結的線上，由所述圖像攝像部拍攝具有所述標志的標志面，進行圖像解析而求出所述片中心，計算包含所述片中心、所述棱鏡中心、以及從所述測量機的視線的第I面，計算以從所述測量機的視線方向觀察時的所述傾斜計片的法線作為法線的第2面，求出所述第I面和所述第2面的交線，根據由所述測距部及所述測角部得到的所述棱鏡的三維位置，向沿著所述交線的方向移動所述固定長度的量，從而計測所述測定點的三維位置。
[0013]或者，在一個方式的三維位置計測系統(tǒng)中，具備:測量機，具有:測量到作為目標的棱鏡的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部；指示棒，設置在測定點，在從所述測定點偏離已知的固定長度的位置固定有所述棱鏡；以及傾斜計片，具有能夠解析相對于視線方向的傾斜角的標志，將所述傾斜計片的具有所述標志的標志面在與所述指示棒的軸方向垂直的面上以某一點為中心至少設置在二個直角，由所述圖像攝像部拍攝所述標志面，對所述標志面進行圖像解析，計算傾斜計片相對于從所述測量機的視線方向的傾斜角，從由所述測距部及所述測角部得到的所述棱鏡的三維位置，沿著從所述傾斜計片的傾斜角得到的所述標志面的法線方向移動所述固定長度的量，從而計測所述測定點的三維位置。
[0014]或者，在一個方式的三維位置計測系統(tǒng)中，具備:測量機，具有:測量到目標的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部；以及指示棒，設置在測定點，在從所述測定點偏離已知的固定長度的位置固定有傾斜計片，該傾斜計片具備能夠解析相對于視線方向的傾斜角的標志，將所述傾斜計片的具有所述標志的標志面設置在與所述指示棒的軸方向垂直的面，由所述圖像攝像部拍攝所述標志面，對所述標志面進行圖像解析，計算傾斜計片相對于從所述測量機的視線方向的傾斜角，將所述傾斜計片作為所述目標，從由所述測距部及所述測角部得到的所述傾斜計片的片中心的三維位置沿著從所述傾斜計片的傾斜角得到的所述標志面的法線方向移動所述固定長度的量，從而計測所述測定點的三維位置。
[0015]或者，在一個方式的三維位置計測系統(tǒng)中，具備:測量機，具有:測量到目標的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部；以及指示棒，設置在測定點，在從所述測定點偏離已知的固定長度的位置固定有傾斜計片，該傾斜計片具備能夠解析相對于視線方向的傾斜角的標志，在所述傾斜計片的具有所述標志的標志面以外的部位設置能夠進行圖案識別的第2標志，將所述測定點、所述傾斜計片的片中心、以及所述第2標志的標志中心設置在同一線上，由所述圖像攝像部拍攝所述標志面及所述第2標志，進行圖像解析而求出所述片中心及所述第2標志的標志中心，計算包含所述片中心及所述第2標志的標志中心、以及從所述測量機的視線的第I面，計算以從所述測量機的視線方向觀察時的所述傾斜計片的法線作為法線的第2面，求出所述第I面和所述第2面的交線，將所述傾斜計片作為所述目標，從由所述測距部及所述測角部得到的所述傾斜計片的片中心的三維位置，向沿著所述交線的方向移動所述固定長度的量，從而計測所述測定點的三維位置。
[0016]在本發(fā)明的一個方式的三維位置計測系統(tǒng)中，具備:測量機，具有:測量到作為目標的棱鏡的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部；所述棱鏡，固定在從測定點偏離已知的固定長度的位置；以及傾斜計片，具備能夠解析相對于視線方向的傾斜角的標志，將所述傾斜計片的具有所述標志的標志面設置在與將所述測定點和所述棱鏡的棱鏡中心連結的線垂直的面，由所述圖像攝像部拍攝所述標志面，對所述標志面進行圖像解析，計算傾斜計片相對于從所述測量機的視線方向的傾斜角，從由所述測距部及所述測角部得到的所述棱鏡的三維位置，沿著從所述傾斜計片的傾斜角得到的所述標志面的法線方向移動所述固定長度的量，從而計測所述測定點的三維位置。
[0017]在本發(fā)明的一個方式的三維位置計測系統(tǒng)中，具備:測量機，具有:測量到作為目標的棱鏡的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部；所述棱鏡，固定在從測定點偏離已知的固定長度的位置；以及傾斜計片，具備能夠解析相對于視線方向的傾斜角的標志，將所述傾斜計片的片中心設置在將所述測定點及所述棱鏡的棱鏡中心連結的線上，由所述圖像攝像部拍攝具有所述標志的標志面，對所述標志面進行圖像解析，計算法線與從所述測量機的視線方向垂直的第I面，計算以從所述測量機的視線方向觀察的所述傾斜計片的法線作為法線的第2面，求出所述第I面和所述第2面的交線，從由所述測距部及所述測角部得到的所述棱鏡的三維位置，向沿著所述交線的方向移動所述固定長度的量，從而計測所述測定點的三維位置。
[0018]發(fā)明的效果
[0019]根據本發(fā)明，即使指示棒傾斜，僅通過在測定點設置指示棒的前端，就能夠計測測定點的三維位置。
【附圖說明】
[0020]圖1是第I實施方式的三維位置計測系統(tǒng)的整體構成的立體圖。
[0021]圖2是表不測量機的內部構成的框圖。
[0022]圖3是表示第I實施方式的指示棒的構成的右側立體圖。
[0023]圖4是該指示棒的計測狀態(tài)的俯視圖。
[0024]圖5是說明傾斜計片的構成的圖，(a)是傾斜計片的俯視圖，(b)是傾斜計片的部分截面圖，(C)是平凸透鏡片的部分俯視圖，(d)是圖像形成層的部分俯視圖。
[0025]圖6是三維位置計測系統(tǒng)的計測流程圖，(a)是基本形的流程，(b)是進行自動跟蹤時的流程。
[0026]圖7是第I實施方式的計算三維位置的流程圖。
[0027]圖8是視覺圖像的例子。
[0028]圖9是視覺圖像的例子。
[0029]圖10是第I實施方式的計測方法的示意圖。
[0030]圖11是第I實施方式的變形例。
[0031]圖12是第I實施方式的變形例。
[0032]圖13是第I實施方式的變形例。
[0033]圖14是表示第2實施方式的指示棒的構成的右側立體圖。
[0034]圖15是第2實施方式的計算三維位置的流程圖。
[0035]圖16是第2實施方式的計測方法的示意圖。
[0036]圖17是第2實施方式的變形例。
[0037]圖18是第2實施方式的變形例。
[0038]圖19是表示第3實施方式的指示棒的構成的右側立體圖。
[0039]圖20是該指示棒的俯視圖。
[0040]圖21是說明第3實施方式的一軸傾斜計片的構成的圖，(a)是一軸傾斜計片的俯視圖，(b)是一軸傾斜計片的部分截面圖，(C)的圖像形成層的部分俯視圖。
[0041]圖22是第3實施方式的計算三維位置的流程圖。
[0042]圖23是第3實施方式的計測方法的示意圖。
[0043]圖24是第3實施方式的變形例。
[0044]圖25是第3實施方式的變形例。
[0045]圖26是第3實施方式的變形例。
[0046]圖27是表示第4實施方式的指示棒的構成的右側立體圖。
[0047]圖28是表示第4實施方式的測量機的內部構成的框圖。
[0048]圖29是第4實施方式的三維位置計測系統(tǒng)的計測流程圖，(a)是基本形的流程，(b)是進行自動跟蹤的情況的流程。
[0049]圖30是第4實施方式的計算三維位置的流程圖。
[0050]圖31是第4實施方式的計測方法的示意圖。
[0051]圖32是表示第5實施方式的指示棒的構成的右側立體圖。
[0052]圖33是第5實施方式的計算三維位置的流程圖。
[0053]圖34是第5實施方式的計測方法的示意圖。
[0054]圖35是表示第6實施方式的構成的右側立體圖。
[0055]圖36是表示第7實施方式的構成的右側立體圖。
[0056]符號的說明
[0057]I三維位置計測系統(tǒng)
[0058]2測量機
[0059]3 棱鏡
[0060]4指示棒
[0061]5傾斜計片
[0062]51、52 —軸傾斜計片(傾斜計片)
[0063]11水平角檢測器(測角部)
[0064]12鉛垂角檢測器(測角部)
[0065]17運算控制部
[0066]20 EDM (測距部)
[0067]21棱鏡攝像部
[0068]22圖像攝像部
[0069]41、54 標志面
[0070]43、53 標志
[0071]Kc片中心
[0072]Pc棱鏡中心
[0073]Km標志中心
[0074]Θ X，Θ y 傾斜角
[0075]L固定長度
[0076]平面A(第I面)
[0077]平面B (第2面)
[0078]Pl第I位置
[0079]P2第2位置
[0080]20'免棱鏡測距部
[0081]47第2標志
[0082]Pc'第2標志的標志中心
【具體實施方式】
[0083]接下來，參照【附圖說明】本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式。
[0084](第I實施方式)
[0085](系統(tǒng)整體)
[0086]圖1是表示第I實施方式的三維位置計測系統(tǒng)的整體構成的立體圖。三維位置計測系統(tǒng)I具備測量機2和指示棒4，該指示棒4具有棱鏡3和傾斜計片5。指示棒4將前端設置在測定點X而使用。測量機2使用三腳架6固定在已知的點。另外，箭頭e表示測量機2的視線方向。
[0087](測量機)
[0088]測量機2是能夠進行自動跟蹤的馬達驅動全站儀。圖2是表示測量機2的內部構成的框圖。
[0089]測量機2具備:水平角檢測器11、鉛垂角檢測器12、傾斜傳感器13、操作部14、水平旋轉驅動部15、鉛垂旋轉驅動部16、運算控制部17、存儲部18、通信部19、EDM20、棱鏡攝像部21、圖像攝像部22、顯示部23、掃描部24、第2圖像攝像部25。
[0090]EDM (光波測距儀)20是瞄準棱鏡3射出紅外激光等的測距光，并測量與棱鏡3的距離的測距部。掃描部24射出與測距光不同波長的紅外激光等的掃描光，對棱鏡3進行搜索掃描。水平旋轉驅動部15及鉛垂旋轉驅動部16是使容納EDM20的框體向水平及鉛垂方向旋轉驅動的馬達。水平角檢測器11及鉛垂角檢測器12是旋轉編碼器，是分別求出容納EDM20的框體的水平方向及鉛垂方向的旋轉角度，從而求出準直光軸的水平角及鉛垂角的測角部。傾斜傳感器13用于檢測EDM20的框體的傾斜并校平為水平。
[0091]存儲部18中保存著用來進行測距測角的程序、用來基于從操作部14輸入的信號來驅動水平旋轉驅動部15及鉛垂旋轉驅動部16的程序，用來控制通信的程序、用來進行棱鏡3的自動準直和自動跟蹤的程序、后述的圖像處理程序、用來計算后述的測定點X的三維位置的運算程序等的各種程序。由操作部14進行上述程序所需要的各種操作。運算控制部17執(zhí)行上述各程序，進行各種運算及各種控制。通信部19從外部無線機等接收指示信號。在從外部接收到指示的情況下，運算控制部17使EDM20向測定點的方向旋轉驅動，進行自動跟蹤的開始/停止等。顯示部23顯示各種顯示及計測值等。
[0092]棱鏡攝像部21及圖像攝像部22是輸出圖像信號的圖像傳感器，例如由CCD或CMOS傳感器等像素的集合體構成。圖像攝像部22拍攝棱鏡3的周圍風景(也包括棱鏡3在內的風景)。棱鏡攝像部21設置有僅使掃描光的波長通過的過濾器，通過接受由棱鏡3反射的來自掃描部24的掃描光，適當地僅拍攝棱鏡3。第2圖像攝像部25是任意的構成要素，與圖像攝像部22相比能夠以廣角拍攝。用途后述。
[0093]另外，上述是測量機2的構成的一例，可以基于本領域技術人員的知識而改變。
[0094](指示棒)
[0095]圖3是表示第I實施方式的指示棒4的構成的右側立體圖，圖4是圖3的指示棒4的計測狀態(tài)的俯視圖。指示棒4具備棒狀的支持體31、棱鏡3、傾斜計片5、板32。
[0096]支持體31的前端形成為棒狀，在計測時，前端設置在測定點X。支持體31的素材沒有特別限定，例如優(yōu)選為金屬等那樣，具備適當的剛性和輕量性。在支持體31的另一個端部，板32垂直地固定在支持體31上。另外，板32只是是一例，并且是任意的構成要素，只要能夠將棱鏡3及傾斜計片5以后述的形態(tài)固定到支持體31，也可以是其他的形態(tài)。板32優(yōu)選為對傾斜計片5的圖像拍攝影響小，優(yōu)選為以反射率低的素材、剛性強的素材等形成。
[0097]在板32的前面，以棱鏡3的中心(以下稱為棱鏡中心Pc)配置在指示棒4(支持體31)的軸方向PP上的方式固定著棱鏡3。另外，棱鏡中心Pc嚴格地說是棱鏡3的浮起點。浮起點指的是，即使棱鏡3相對于測量機2傾斜，看起來也不動的假想的點。從棱鏡中心Pc到支持體31的前端(測定點X)的長度是已知的距離，并且是固定的(以下將該距離設為固定長度L)。在本方式中，棱鏡3除了角柱棱鏡之外，也可以采用能夠相對于入射光射出平行的反射光、并且目標中心能夠進行圖像解析的棱鏡，也可以使用回歸性的反射片等。
[0098]進而，在板32的前面，在從棱鏡3離開任意距離的位置固定著傾斜計片5。棱鏡3及傾斜計片5可以通過粘接/螺合/凹凸卡合/焊接等適當的固定手段來固定。
[0099](傾斜計片)
[0100]圖5是說明第I實施方式的傾斜計片5的構成的圖，(a)是傾斜計片5的俯視圖，(b)是傾斜計片5的部分截面圖(沿著a的線b-b的截面圖)、(c)是平凸透鏡片44的部分俯視圖，⑷是圖像形成層45的部分俯視圖。另外，在(a)中，為了便于說明，用空心表示輪廓42。
[0101]如(a)所示，傾斜計片5具備標志面41及其輪廓42，該標志面41具有用于解析的標志43。如(b)所示，傾斜計片5由平凸透鏡片44、圖像形成層45、圖像形成介質46構成。如(c)所示，平凸透鏡片44將多個平凸透鏡44a進行蜂窩排列或矩形排列而成。平凸透鏡片44的焦點位于圖像形成層45。如(d)所示，圖像形成層45是在圖像形成介質46上通過油墨印刷等形成的圖像標志43a以與平凸透鏡44a大致一對一地對應的方式重復形成的。圖像形成層45及圖像形成介質46具有透光性，并且以具有透光性的狀態(tài)在平凸透鏡片44的具有平面的一側通過粘接等層疊。
[0102]另外，在本方式中輪廓42為正圓，但只要是能夠通過圖像解析求出傾斜計片5的片中心Kc(標志面41的中心)的形狀，可以是任何形狀。此外，圖像標志43a只要是能夠通過圖像解析求出標志中心Km的形狀，也可以是可以是任何形狀。
[0103]從標志面41側觀察傾斜計片5時，與視線的移動方向相應地，圖像標志43a的虛像(即(a)所示的標志43)看起來好像朝著與視線的移動方向相同的方向移動、或者朝著與視線的移動方向相反的方向移動。標志43移動的方向由透鏡間距和圖像標志的間距的大小決定，但是在本發(fā)明中，只要標志43與視線的移動方向相應地規(guī)則移動即可，所以沒有限制。
[0104]傾斜計片5中，標志43相對于輪廓42的位置根據與視線方向的傾斜角而變化，所以與視線方向的傾斜角的變化能夠通過對于從片中心Kc到標志中心Km的標志半徑r的函數來建立關系。因此，通過拍攝標志面41并進行圖像解析，能夠解析傾斜計片5相對于視線方向的傾斜角。該函數的一例記載在日本專利公開公報2014-102246號中。
[0105]如以上那樣，在本方式中，傾斜計片5以標志面41位于與指示棒4的軸方向PP垂直的面的方式固定。由此，能夠通過下面的方法來計測測定點X的三維位置。
[0106](計測方法)
[0107]首先說明計測的概要。圖6是三維位置計測系統(tǒng)I的計測流程圖，(a)是基本形的流程，(b)是進行自動跟蹤的情況的流程。
[0108]基本上，如(a)所示，首先在步驟Sll中通過掃描部24對棱鏡3進行搜索掃描。接著，在步驟S12中，從使用棱鏡攝像部21僅拍攝了棱鏡3的圖像來判斷棱鏡3是否已自動準直。未準直的情況下，回到步驟S11。已準直的情況下，轉移到步驟S13，對棱鏡3進行測距測角，計測棱鏡3的三維位置。接著，轉移到步驟S14，通過圖像攝像部22拍攝傾斜計片
5。另外，步驟S13和S14也可以同時進行。接著，轉移到步驟S15，基于棱鏡3的三維位置、傾斜計片5的傾斜角及棱鏡3的固定長度L，計算測定點X的三維位置。接著，轉移到步驟S16，在顯示部23顯示測定點X并結束。
[0109]進行自動跟蹤的情況下，如(b)所示，首先在步驟S21中對棱鏡3進行搜索掃描，在步驟S22中，從使用棱鏡攝像部21僅拍攝了棱鏡3的圖像判斷棱鏡3是否已鎖定(自動準直)，以后的步驟S23?S26與步驟S13?S16相同。在步驟S27中，指示了自動跟蹤的停止的情況下，進入步驟S28，停止跟蹤。沒有停止的指示的情況下，回到步驟S22，繼續(xù)跟足示O
[0110](三維位置的計算方法)
[0111]接下來，說明第I實施方式中的圖6的步驟S15或S25中的計算測定點X的三維位置的方法。圖7是計算三維位置的流程圖。圖8?圖10是用于補充圖7的流程的說明的圖，圖8及圖9是視覺圖像的例子，圖10是計算方法的示意圖。另外，在圖9中，為了便于說明而將輪廓42用空心示出。
[0112]首先，在步驟S111中，從由圖像攝像部22拍攝的視覺圖像，對傾斜計片5的片中心Kc進行圖像解析(參照圖8)。
[0113]接著，在步驟S112中，從存儲器18讀出由EDM20得到的棱鏡3的測距值和由水平角檢測器11及鉛垂角檢測器12得到的棱鏡3的測角值。
[0114]接著，在步驟S113中，求出圖像上的棱鏡中心Pc的位置和片中心Kc的水平方向偏移量Xe及鉛垂方向偏移量Yc (參照圖8)，從偏移量Xe及Yc求出傾斜計片5的位置方向(方向矢量B)(參照圖10)。另外，方向矢量指的是僅具有朝向信息的矢量，該朝向信息不具有大小。
[0115]接著，在步驟S114中，從由圖像攝像部22拍攝的視覺圖像，對標志43的標志中心Km進行圖像解析(參照圖9)。
[0116]接著，在步驟S115中，求出圖像上的標志中心Km和片中心Kc的水平方向偏移量Xd及鉛垂方向偏移量Yd，求出從片中心Kc到標志中心Km的標志半徑r(參照圖9)。
[0117]接著，在步驟S116中，對標志面41中的長邊半徑R進行圖像解析(參照圖9)。
[0118]接著，在步驟S117中，通過函數f (r/R) = Θ，求出從測量機2的視線方向觀察時的傾斜計片5的水平方向傾斜角Θ X及鉛垂方向傾斜角Θ y(參照圖10)。
[0119]接著，在步驟S118中，通過方向矢量B、傾斜角θχ及傾斜角0y，求出從測量機2的視線方向觀察時的傾斜計片5的法線方向(方向矢量A)(參照圖10)。
[0120]接著，在步驟S119中，從根據棱鏡3的測距測角值得到的棱鏡中心Pc的三維位置，沿著方向矢量A的方向移動固定長度L，求出測定點X的三維位置。
[0121](效果)
[0122]以上，在第I實施方式中，能夠從棱鏡3的三維位置(棱鏡中心Pc的測距測角值)、由傾斜計片得到的傾斜角(標志面41的傾斜角Θ X，Θ y)、以及棱鏡3的固定長度L，求出測定點X的三維位置。
[0123]在第I實施方式的三維位置計測系統(tǒng)I中，將傾斜計片5的標志面41設置在與指示棒4的軸方向PP垂直的面，所以通過傾斜計片5的解析得到的標志面41的法線方向(方向矢量A)與指示棒4的軸方向PP —致。因此，通過從到棱鏡中心Pc為止的棱鏡矢量P(參照圖10)沿著方向矢量A的方向移動固定長度L，能夠計測測定點X。
[0124]另外，圖6的步驟Sll?S13或S21?23，使用由圖像攝像部22得到的圖像來進行準直，也能夠實施本發(fā)明。這種情況下，可以不使用掃描部24的特定波長，而從使用連續(xù)光譜的照明光拍攝的圖像來進行準直。
[0125]但是，通過與圖像攝像部22分體地設置棱鏡攝像部21，Sll?S13或S21?23使用由掃描部24和棱鏡攝像部21得到的僅拍攝了棱鏡3的圖像來進行準直，能夠更準確地進行棱鏡3的自動準直，能夠更準確地解析棱鏡3的位置，所以能夠更高精度地求出上述步驟S119中的棱鏡中心Pc的三維位置。
[0126]通過第I實施方式，操作者僅通過將指示棒4的前端放到測定點X，即使指示棒4傾斜，也不必進行使棱鏡3成為水平等的調整，就能夠計測測定點X的三維位置，所以提高了操作效率。此外，如圖6的(b)所示，如果與自動跟蹤功能組合，在棱鏡跟蹤時能夠實時地計算棱鏡3的測距測角值和傾斜角，更新測定點X的位置，所以操作者僅通過將指示棒4依次放到想要測定的點，就能夠進行連續(xù)的計測，操作效率大大提高。
[0127]此外，不需要為了測定指示棒4的傾斜而設置新的傳感器，所以成本較低。此外，以高精度地求出的棱鏡位置為基準，從傾斜計片5的解析值計算測定點X，所以與利用傳感器值相比精度更高。此外，傾斜計片5較薄且小型，所以操作性不會下降。
[0128](變形例)
[0129]以下是第I實施方式的變形例。
[0130]圖11是第I實施方式的變形例，是關于傾斜計片5的配置的變形例。只要滿足將標志面41設置在與指示棒4的軸方向PP垂直的面這一條件，傾斜計片5的位置可以是任意的位置。例如，如符號A所示，可以配置在指示棒4的周方向，或者如符號B所示從指示棒4離開地配置。
[0131]圖12是在棱鏡3設置罩7的變形例。傾斜計片5具有如下的特征:從視線的傾斜角較大的情況下，反復看到標志43的莫爾圖案，該莫爾圖案可能會導致誤測定。因此，優(yōu)選為在棱鏡3設置罩7。由此，在從視線方向的傾斜角變成能夠看到標志43的I次以上的圖案的角度以上的情況下，由于罩7而無法對棱鏡3進行準直，所以圖6的步驟S12或S22以后不再工作而計測中止。罩7例如由具有遮光性的樹脂等形成，設為覆蓋棱鏡3的至少半周的形狀。罩7的長度適當地決定為不能看到標志43的I次以上的圖案的位置。此外，采用該變形的情況下，為了避免罩7在標志面41上留下影子，優(yōu)選為使傾斜計片5移動到罩7的前端位置而配置。此外，如果將罩7設為覆蓋棱鏡3的全周的形狀，則在360°的任何方向的計測中都能夠發(fā)揮上述效果。
[0132]圖13是在傾斜計片5的背面設置照明裝置8的變形例。照明裝置8可以是任意構造，但是至少構成為能夠照射傾斜計片5的有效范圍(標志面41)整體，例如如圖示那樣，在具有與標志面41的面積相當的前方開口部的框體內容納LED芯片及電子基板，能夠根據需要由外部開關來接通/關閉。通過在傾斜計片5的背面設置照明裝置8，即使是暗處的計測，也能夠拍攝標志面41，所以在夜間等的計測時較為有效。
[0133](第2實施方式)
[0134](系統(tǒng)整體)
[0135]在第2實施方式中，指示棒4的構成與第I實施方式不同，伴隨于此，三維位置的計算方法也與第I實施方式不同。
[0136]在第2實施方式的三維位置計測系統(tǒng)I中，也如圖1所示，具備測量機2和指示棒4，該指示棒4具有棱鏡3及傾斜計片5。同樣，指示棒4將前端設置在測定點X而使用。
[0137](測量機)
[0138]測量機2的內部構成與第I實施方式相同，所以在此省略記載。
[0139](指示棒)
[0140]圖14是表示第2實施方式的指示棒4的構成的右側立體圖。指示棒4具備:棒狀的支持體31、棱鏡3、傾斜計片5、板32。
[0141]支持體31與第I實施方式同樣，所以在此省略記載。在支持體31的另一端部，板32與支持體31平行地固定。板32的形態(tài)與第I實施方式同樣，所以在此省略記載。
[0142]在板32的前面，以棱鏡中心Pc (浮起點)配置在指示棒4 (支持體31)的軸方向PP上的方式固定著棱鏡3。從棱鏡中心Pc到支持體31的前端(測定點X)的長度設為已知的固定長度L。在本方式中，棱鏡3除了角柱棱鏡之外，也可以采用能夠射出與入射光平行的反射光且目標中心能夠進行圖像解析的棱鏡，也可以使用回歸性的反射片等。
[0143]在板32的前面，以傾斜計片5的片中心Kc配置在指示棒4的軸方向PP上的方式固定著傾斜計片5。在本方式中，棱鏡3及傾斜計片5也可以通過粘接/螺合/凹凸卡合/焊接等適當的固定手段固定。
[0144](傾斜計片)
[0145]傾斜計片5的構成與第I實施方式同樣，所以在此省略記載。
[0146]如以上那樣，在本方式中，傾斜計片5以傾斜計片5的片中心Kc位于將測定點X及棱鏡中心Pc連結的線上的方式固定。由此，能夠通過下面的方法來計測測定點X的三維位置。
[0147](計測方法)
[0148]首先說明計測的概要。計測的概要與圖6所示的三維位置計測系統(tǒng)的計測流程圖同樣，因此沿用第I實施方式中的記載，在此省略記載。
[0149](三維位置的計算方法)
[0150]接下來，說明第2實施方式中的圖6的步驟S15或S25中的計測測定點X的三維位置的方法。圖15是第2實施方式的計測三維位置的流程圖。圖16是用于補充圖15的流程的說明的圖，是第2實施方式的計算方法的示意圖。
[0151]首先，圖15所示的步驟S211?S212與第I實施方式所示的步驟Slll?S112同樣，所以在此省略記載。
[0152]接著，在步驟S213中，求出圖像上的棱鏡中心Pc的位置和片中心Kc的水平方向偏移量Xe及鉛垂方向偏移量Yc (參照圖8)，從棱鏡中心Pc、片中心Kc及測量機2的視點E求出包含這三點的平面A(第I面)(參照圖16)。
[0153]接著，步驟S214?S217與第I實施方式所示的步驟S114?S117同樣，所以在此省略記載。
[0154]接著，在步驟S218中，通過由步驟S217求出的傾斜角θχ及傾斜角0y，求出從測量機2的視線方向觀察時的傾斜計片5的法線方向(方向矢量C)(參照圖16)，求出在棱鏡中心Pc以方向矢量C作為法線的平面B (第2面)(參照圖17)。
[0155]接著，在步驟S219中，求出平面A和平面B的交線I。
[0156]接著，在步驟S220中，從棱鏡中心Pc的三維位置沿著交線I移動固定長度L，求出測定點X的三維位置。
[0157](效果)
[0158]以上，在第2實施方式中，從棱鏡3的三維位置(棱鏡中心Pc的測距測角值)、由傾斜計片5得到的傾斜角(標志面41的傾斜角Θ X，Θ y)、棱鏡3的固定長度L，能夠求出測定點X的三維位置。
[0159]在第2實施方式的三維位置計測系統(tǒng)I中，將傾斜計片5的片中心Kc設置為位于將測定點X及棱鏡中心Pc連結的線上，換言之，將傾斜計片5與指示棒4的軸方向PP平行地設置，并且設置為使片中心Kc、棱鏡中心Pc及測定點X成為一直線上，所以平面A(法線與從測量機2的視線方向垂直的第I面)和平面B (將從測量機2的視線方向觀察時的傾斜計片5的標志面41的法線(方向矢量C)作為法線的平面)的交線I與指示棒4的軸方向PP—致。因此，通過從到棱鏡中心Pc為止的棱鏡矢量P(參照圖17)沿著交線I向與傾斜計片5所在的方向相反的方向移動固定長度L，能夠計測測定點X。
[0160]通過第2實施方式，操作者僅通過將指示棒4的前端放到測定點，即使指示棒4傾斜，也不必進行將棱鏡3校平等的調整，就能夠計測測定點X的三維位置，所以提高了操作效率。此外，如圖6(b)所示，如果與自動跟蹤功能組合，在棱鏡跟蹤時實時地計算棱鏡3的測距測角值和傾斜角，更新測定點X的位置，所以操作者僅通過將指示棒4放在想要測定的點，就能夠進行連續(xù)的計測，大大提高了操作效率。
[0161]此外，不需要為了測定傾斜而設置新的傳感器，因此成本較低。此外，以高精度地求出的棱鏡位置為基準，從傾斜計片5的解析值來計算測定點X，所以與利用傳感器值相比精度更高。此外，傾斜計片5較薄且小型，所以操作性不會下降。
[0162](變形例)
[0163]以下是第2實施方式的變形例。
[0164]只要滿足傾斜計片5的片中心Kc位于將測定點X及棱鏡中心Pc連結的線上這一條件，傾斜計片5的配置可以是任意的位置。例如，也可以將圖14所示的棱鏡3和傾斜計片5的配置上下替換。這種情況下，只是將移動固定長度L的方向設為與上述相反的方向。此外，由于是從棱鏡3的三維位置在交線I上移動的方法，所以棱鏡3和傾斜計片5可以離開任意的距離。
[0165]圖17是在第2實施方式中在棱鏡3設置罩7的變形例。罩7的構成及效果與第I實施方式的記載同樣。
[0166]圖18是在傾斜計片5的背面設置照明裝置8的變形例。照明裝置8的構成及效果與第I實施方式的記載同樣。
[0167](第3實施方式)
[0168](系統(tǒng)整體)
[0169]在第3實施方式中，指示棒4及傾斜計片5的構成與第I及第2實施方式不同，伴隨于此，三維位置的計算方法與第I及第2實施方式不同。
[0170]在第3實施方式的三維位置計測系統(tǒng)I中，也如圖1所示，具備測量機2和指示棒4，該指示棒4具有棱鏡3及傾斜計片5。指示棒4將前端設置在測定點X而使用。
[0171](測量機)
[0172]測量機2的內部構成與第I實施方式同樣，所以在此省略記載。
[0173](指示棒)
[0174]圖19是表示第3實施方式的指示棒4的構成的右側立體圖，圖20是指示棒4的俯視圖。指示棒4具備:棒狀的支持體31、棱鏡3、傾斜計片5、板32。
[0175]支持體31與第I實施方式同樣，所以在此省略記載。在支持體31的另一端部，板32與支持體31垂直地固定。板32的方式與第I實施方式同樣，所以在此省略記載。
[0176]在板32的前面，以棱鏡中心Pc (浮起點)配置在指示棒4 (支持體31)的軸方向PP上的方式固定著棱鏡3。從棱鏡中心Pc到支持體31的前端(測定點X)的長度設為已知的固定長度L。在本方式中，棱鏡3除了角柱棱鏡之外，也可以采用能夠射出與入射光平行的反射光且目標中心能夠進行圖像解析的棱鏡，也可以使用回歸性的反射片等。
[0177]在板32的前面，以棱鏡3為中心，在第I位置Pl及第2位置P2配置2張傾斜計片5。在本方式中，使用與第I實施方式的傾斜計片不同構成的傾斜計片。因此，以后將一方作為第I 一軸傾斜計片51、將另一方作為第2 —軸傾斜計片52來區(qū)分。
[0178]第I 一軸傾斜計片51固定在從棱鏡3離開任意距離的、片中心線Kcl與棱鏡中心Pc 一致的第I位置Pl。第2 —軸傾斜計片52固定在從第I位置Pl旋轉90度(在本方式中是順時針旋轉的位置，但也可以是逆時針的位置)、且片中心線Kc2與棱鏡中心Pc—致的第2位置P2。在本方式中，棱鏡3及一軸傾斜計片51、52也通過粘接/螺合/凹凸卡合/焊接等適當的固定手段固定。
[0179](一軸傾斜計片)
[0180]圖21是說明第3實施方式的一軸傾斜計片51的構成的圖，(a)是一軸傾斜計片51的俯視圖，(b)是一軸傾斜計片51的部分截面圖(沿著a所示的線b-b的截面圖)，(C)是圖像形成層45的部分俯視圖。另外，第2 —軸傾斜計片52的構成與第I 一軸傾斜計片51同樣，所以省略記載。
[0181]如(a)所示，一軸傾斜計片51具備標志面54，該標志面54具備用于解析的標志53。如(b)所示，一軸傾斜計片51由圓柱透鏡片55、圖像形成層56、圖像形成介質57構成。如(b)所示，圓柱透鏡片55將多個圓柱透鏡55a并列配置。圓柱透鏡片55的焦點位于圖像形成層56。如(c)所示，圖像形成層56中，在圖像形成介質57上通過油墨印刷等形成的圖像標志53a以與圓柱透鏡55a大致一對一對應的方式重復地形成。圖像形成層56及圖像形成介質57具有透光性，并且以具有透光性的狀態(tài)在圓柱透鏡片55的具有平面的一側通過粘接等層疊。另外，圖像標志53a只要是圖示的矩形等、能夠通過解析從撮影圖像求出標志中心Kml的形狀，可以是任何形狀。
[0182]從標志面54側觀察一軸傾斜計片51時，與視線的移動方向相應地，圖像標志53a的虛像(即(a)所示的標志53)看起來好像沿著片的長邊方向(一軸方向)向著與視線的移動方向相同的方向移動、或者向著與視線的移動方向相反的方向移動。標志53移動的方向由透鏡間距和圖像標志的間距的大小決定，但是在本發(fā)明中，標志53與視線的移動方向相應地規(guī)則移動即可，可以是任何方向。
[0183]一軸傾斜計片51中，標志面54中的標志53的位置根據與視線的傾斜角而一軸地變化，所以與視線的傾斜角的變化通過標志53對于移動長r的函數建立對應。因此，通過拍攝標志面54并進行圖像解析，能夠解析一軸傾斜計片51相對于視線方向的傾斜角。
[0184]如以上那樣，在本方式中，一軸傾斜計片51、52中，各標志面54以位于與指示棒4的軸方向PP垂直的面的點(在本方式中是棱鏡中心Pc)為中心而以位于直角的方式固定。由此，能夠通過如下的方法計測測定點X的三維位置。
[0185](計測方法)
[0186]首先說明計測的概要。計測的概要與圖6所示的三維位置計測系統(tǒng)的計測流程圖同樣，因此沿用第I實施方式的記載，在此省略記載。
[0187](三維位置的計算方法)
[0188]接著，說明第3實施方式中的圖6的步驟S15或S25中的計算測定點X的三維位置的方法。圖22是計算第3實施方式的三維位置的流程圖。圖23是用于補充圖22的流程的說明的圖，是第3實施方式的計算方法的示意圖。
[0189]首先，步驟S311與第I實施方式所示的步驟Slll同樣，所以在此省略記載。
[0190]接著，在步驟S312中，從由圖像攝像部22拍攝的視覺圖像，對第I 一軸傾斜計片51的片中心線Kcl及第2 —軸傾斜計片52的片中心線Kc2進行圖像解析，從其交點求出作為片整體的片中心Kc (參照圖23)。
[0191]接著，在步驟313中，從由圖像攝像部22拍攝的視覺圖像，對第I 一軸傾斜計片51的標志53的標志中心線Kml及第2 —軸傾斜計片52的標志53的標志中心線Km2進行圖像解析，從標志中心線Kml和標志中心線Km2的交點，求出作為片整體的標志中心Km。
[0192]接著，在步驟S314中，求出作為整體的標志中心Km和作為整體的片中心Kc的水平方向偏移量Xd及鉛垂方向偏移量Yd，求出標志移動長r (參照圖23)。
[0193]接著，在步驟S315中，對一軸傾斜計片51、52的長邊R進行圖像解析(參照圖23)。
[0194]接著，在步驟S316中，通過函數f (r/R) = Θ，求出從測量機2的視線方向觀察時的第I 一軸傾斜計片51的傾斜角θ X及第2 —軸傾斜計片52的傾斜角Θ y。
[0195]接著，通過到棱鏡中心Pc為止的棱鏡矢量P、傾斜角Θ X及傾斜角Θ y，求出從測量機2的視線方向觀察時的、一軸傾斜計片51、52整體的標志面的法線方向(方向矢量A)(參照圖10) ο
[0196]接著，在步驟S318中，從棱鏡中心Pc的三維位置沿著方向矢量A的方向移動固定長度L，求出測定點X的三維位置。
[0197](效果)
[0198]以上，在第3實施方式中，根據棱鏡3的三維位置(棱鏡中心Pc的測距測角值)、由一軸傾斜計片51、52得到的片整體的傾斜角(傾斜角Θ X，Θ y)、棱鏡3的固定長度L，能夠求出測定點X的三維位置。
[0199]在第3實施方式的三維位置計測系統(tǒng)I中，將一軸傾斜計片51、52的各標志面54在與指示棒4的軸方向PP垂直的面上以棱鏡中心Pc為中心直角地設置，所以通過一軸傾斜計片51、52的解析得到的片整體的標志面上的法線方向(方向矢量A)與指示棒4的軸方向PP —致。因此，通過從到棱鏡中心Pc為止的棱鏡矢量P (參照圖10)沿著方向矢量A的方向移動固定長度L，能夠計測測定點X。
[0200]此外，不需要在第I實施例中進行的檢測輪廓42的圖像處理，能夠進一步減少誤差。此外，在本方式中，以棱鏡中心Pc =整體的片中心Kc的方式配置一軸傾斜計片51、52，所以不需要求出方向矢量B的操作(圖7的步驟S113)。
[0201]通過第3實施方式，操作者僅通過將指示棒4的前端放到測定點X，即使指示棒4傾斜，也不必進行將棱鏡3校平等的調整，就能夠計測測定點X的三維位置，所以提高了操作效率。此外，如圖6的(b)所示，如果與自動跟蹤功能組合，在棱鏡跟蹤時實時地計算測距測角和傾斜，更新測定點X的位置，所以操作者僅通過將指示棒4依次放到想要測定的點，就能夠進行連續(xù)的計測，大大提高了操作效率。
[0202]此外，不需要為了測定傾斜而設置新的傳感器，所以成本較低。此外，以高精度地求出的棱鏡位置為基準來從一軸傾斜計片51、52的解析值計算測定點X，所以與利用傳感器值相比精度更高。此外，一軸傾斜計片51、52較薄且小型，所以操作性不會下降。
[0203](變形例)
[0204]以下是第3實施方式的變形例。
[0205]圖24是第3實施方式的變形例，是關于一軸傾斜計片的配置的變形例。一軸傾斜計片的位置可以在與指示棒4的軸方向PP垂直的面上以某一點為中心而直角地設置在四個方向。這種情況下，將與第I 一軸傾斜計片51平行的傾斜計片作為第3 —軸傾斜計片530、將與第2 —軸傾斜計片52平行的傾斜計片作為第4 一軸傾斜計片540時，在之前的步驟S313中，除了標志中心線Kml及標志中心線Km2之外，還求出第3 —軸傾斜計片530的標志中心線Km3及第4 一軸傾斜計片540的標志中心線Km4，由此，作為整體的標志中心Km作為將標志中心線Kml及標志中心線Km3連結的線和將標志中心線Km2及標志中心線Km4連結的線的交點求出。因此，不必計算將標志中心線延長的方向，所以特別是在指示棒4旋轉的情況下(從圖23的狀態(tài)的基準位置起轉動的情況)，能夠減少步驟S313的運算處理量。
[0206]圖25是關于棱鏡3的配置的變形例。只要滿足將一軸傾斜計片51、52的各標志面54在與指示棒4的軸方向PP垂直的面上以某一點Q為中心位于至少二個直角的方式設置這一條件，棱鏡3的配置可以是任意的位置。這種情況下，不滿足棱鏡中心Pc =整體的片中心Kc，所以在S312和S313之間進行求出方向矢量B的操作(圖7的步驟S113)即可。
[0207]圖26是在一軸傾斜計片51、52的背面設置照明裝置8的變形例。照明裝置8的構成及效果與第I實施方式的記載同樣。
[0208](第4實施方式)
[0209](系統(tǒng)整體)
[0210]第4實施方式是第I實施方式的變形，與第I實施方式的不同點在于，棱鏡3不是必須的構造。
[0211](指示棒)
[0212]圖27是表示第4實施方式的指示棒4的構成的右側立體圖。指示棒4具備棒狀的支持體31和傾斜計片5。支持體31與第I實施方式同樣，前端設置在測定點X。在支持體31的另一個端部，以標志面41配置在與指示棒4的軸方向PP垂直的面、并且片中心Kc配置在指示棒4的軸方向PP上的方式固定著傾斜計片5。從片中心Kc到支持體31的前端(測定點X)的長度是已知的固定長度L，并且是固定的。S卩，在第4實施方式中，以傾斜計片5的標志面41為目標進行準直，對片中心Kc進行免棱鏡測距，從而計測測定點X的三維位置。
[0213](測量機)
[0214]圖28是表示第4實施方式的測量機2'的內部構成的框圖。本方式無論是使用第I實施方式中使用的測量機2，還是使用如下構成的測量機2'，只要圖像攝像部22為高精度，都能夠實施。在圖28的測量機2'中，為了對棱鏡3進行準直(跟蹤)而設置的EDM20、棱鏡攝像部21及掃描部24不是必須的構成，只要有免棱鏡測距部20'即可。免棱鏡測距部20'是射出細光束的激光等測距光，計測與棱鏡以外的目標的距離的測距部。在本方式中，目標是傾斜計片5的標志面41，傾斜計片5向片中心Kc的準直(跟蹤)通過圖像攝像部22的拍攝中的圖案匹配等公知的圖像處理來進行。
[0215](計測方法)
[0216]說明第4實施方式的計測的概要。圖29是第4實施方式的三維位置計測系統(tǒng)的計測流程圖，(a)是基本形的流程，(b)是進行自動跟蹤的情況的流程?；旧?，如(a)所示，首先在步驟S31中，由圖像攝像部22對傾斜計片5進行拍攝。接著，在步驟S32中，從使用圖像攝像部22拍攝的圖像，對片中心Kc進行圖像解析，判定是否已經將目標自動準直。未準直的情況下，回到步驟S31。已準直的情況下，轉移到步驟S33，對片中心Kc進行測距測角，計測片中心Kc的三維位置。接著，轉移到步驟S34，計算測定點X的三維位置。接著，轉移到步驟S35，在顯示部23上顯示測定點X并結束。進行自動跟蹤的情況下，如(b)所示，首先在步驟S41中，由圖像攝像部22對傾斜計片5進行拍攝。接著，在步驟S42中判斷是否已將作為目標的片中心Kc鎖定(自動準直)，已鎖定的情況下，轉移到步驟S43，對片中心Kc進行測距測角。其他的步驟S44?47與圖6的步驟S25?S28相同。
[0217](三維位置的計算方法)
[0218]接著，說明第4實施方式中的圖29的步驟S34或S44中的計算測定點X的三維位置的方法。圖30是第4實施方式的計算三維位置的流程圖，圖31是第4實施方式的計測方法的示意圖。首先，在步驟S411中，從由圖像攝像部22拍攝的視覺圖像，對傾斜計片5的片中心Kc進行圖像解析，求出傾斜計片5的位置方向(方向矢量B)(參照圖31)。接著，在步驟S412中，通過免棱鏡測距部20'測定片中心Kc的測距值，測定由水平角檢測器11及鉛垂角檢測器12得到的片中心Kc的測角值，求出到片中心Kc為止的矢量P'。接著，步驟S413?S417與第I實施方式中的步驟S114?S118(圖7)同樣。最后，在步驟S418中，從通過傾斜計片5的測距測角值得到的片中心Kc的三維位置沿著方向矢量A的方向移動固定長度L，求出測定點X的三維位置。
[0219](效果)
[0220]以上，在第4實施方式中，通過將第I實施方式中的對棱鏡3進行準直(跟蹤)而進行棱鏡測距的工序替換為對傾斜計片5進行準直(跟蹤)而進行免棱鏡測距的工序，即使沒有棱鏡3，也能夠與第I實施方式同樣地計測測定點X的三維位置。
[0221](變形例)
[0222]在第4實施方式中，如圖11那樣，只要滿足將標志面41設置在與指示棒4的軸方向PP垂直的面這一條件，傾斜計片5的位置可以偏移到任意的位置。這種情況下，將能夠進行圖像識別的解析圖案(容易進行準直的精度高的圖案)從測定點X配置到固定長度L的位置即可。作為上述解析圖案的例子，可以想到采用同心圓狀的形狀、采用與傾斜計片5不同的顏色、附加QR碼(注冊商標)那樣的二維碼等。此外，在第4實施方式中，也可以在傾斜計片5的背面配置照明裝置。
[0223](第5實施方式)
[0224](系統(tǒng)整體)
[0225]第5實施方式是第2實施方式的變形，與第2實施方式的不同點在于，棱鏡3不是必須的構成。
[0226](指示棒)
[0227]圖32是表示第5實施方式的指示棒4的構成的右側立體圖。指示棒4具備棒狀的支持體31和傾斜計片5。在本方式的傾斜計片5中，在輪廓42設置有能夠進行圖案識別的第2標志47。支持體31與第I實施方式同樣，前端設置在測定點X。在支持體31的另一個端部，以在與支持體31平行且指示棒4的軸方向PP上設置傾斜計片5的片中心Kc和第2標志47的標志中心Pc'、即測定點X、片中心Kc、及第2標志中心Pc'設置在同一線上的方式固定著傾斜計片5。從片中心Kc到測定點X的長度設為已知的固定長度L。
[0228](測量機)
[0229]在本方式中，也取代第2實施方式的測量機2，采用圖28所示的測量機2'。
[0230](計測方法)
[0231]本方式的計測的概要與圖29所示的三維位置計測系統(tǒng)的計測流程圖同樣。
[0232](三維位置的計算方法)
[0233]接下來，說明第5實施方式中的圖29的步驟S34或S44中的計算測定點X的三維位置的方法。圖33是第5實施方式的計算三維位置的流程圖，圖34是第5實施方式的計測方法的示意圖。
[0234]首先，在步驟S511中，從由圖像攝像部22拍攝的視覺圖像，對傾斜計片5的片中心Kc及第2標志47的標志中心Pc'進行圖像解析。
[0235]接著，在步驟S512中，通過免棱鏡測距部2(V測定片中心Kc的測距值，測定由水平角檢測器11及鉛垂角檢測器12得到的片中心Kc的測角值，求出到片中心Kc為止的矢量P'。
[0236]接著，在步驟S513中，求出圖像上的第2標志中心的位置和片中心Kc的水平方向偏移量及鉛垂方向偏移量，從第2標志中心Pc'、片中心Kc及測量機2的視點E，求出包含這三點的平面A (第I面)(參照圖34)。
[0237]接著，步驟S514?S517與第2實施方式所示的步驟S214?S217同樣。
[0238]接著，在步驟S518中，根據在步驟S517中求出的傾斜角θχ及傾斜角0y，求出從測量機2的視線方向觀察時的傾斜計片5的法線方向(方向矢量C)(參照圖34)，求出在片中心Kc將方向矢量C作為法線的平面B (第2面)(參照圖34)。接著，在步驟S519中，求出平面A和平面B的交線I。接著，在步驟S520中，如果從片中心Kc的三維位置沿著交線I移動固定長度L，就能夠求出測定點X的三維位置。
[0239](效果)
[0240]以上，在第5實施方式中，將第2實施方式中的對棱鏡3進行準直(跟蹤)而進行棱鏡測距的工序替換為對傾斜計片5進行準直(跟蹤)而進行免棱鏡測距的工序，并且設置用于求出平面A (交線I)的第2標志47，由此，即使沒有棱鏡3，也能夠與第2實施方式同樣，高效地計測測定點X的三維位置。
[0241](變形例)
[0242]在第5實施方式中，只要測定點X、片中心Kc及第2標志中心Pc'位于同一線上，并且已知片中心Kc和測定點X的固定長度L，則傾斜計片5的配置是任意的位置。只要預先知道圖案、并且其中心能夠解析，則第2標志47是任意的。如圖示那樣，例如優(yōu)選為白點等、與輪廓42的顏色對比度大的圖案。此外，在第5實施方式中，也可以在傾斜計片5的背面配置照明裝置。
[0243](第6實施方式)
[0244](系統(tǒng)整體)
[0245]第6實施方式是第I實施方式的變形，與第I實施方式的不同點在于，棒(支持體31)不是必須的構成。圖35是表示第6實施方式的構成的右側立體圖。測量機2可以與第I實施方式同樣，棱鏡3優(yōu)選為由棱鏡攝像部21進行拍攝。第6實施方式沒有支持體31，具備棱鏡3、傾斜計片5、板32。
[0246](效果)
[0247]S卩，即使沒有支持體31，只要將棱鏡3 (棱鏡中心Pc)配置在從測定點X偏移固定長度L的位置，并且將傾斜計片5的標志面41設置在與將測定點X和棱鏡中心Pc連結的線垂直的面上，則能夠通過與第I實施方式同樣的方法(圖7的流程)計測測定點X的三維位置。該方式例如如圖35所示，相對于在某個框體60內內置有某種傳感器61的裝置，在無法通過框體60將棱鏡3設置在傳感器61的附近的情況下是有效的。固定長度L利用該裝置的機械圖等求出即可。
[0248](第7實施方式)
[0249](系統(tǒng)整體)
[0250]與上述同樣，第7實施方式與第2實施方式的不同點在于，棒(支持體31)不是必須的構成。圖36是表示第7實施方式的構成的右側立體圖。測量機2可以與第2實施方式同樣，棱鏡3優(yōu)選為由棱鏡攝像部21進行拍攝。第7實施方式沒有支持體31，具備棱鏡
3、傾斜計片5、板32。
[0251](效果)
[0252]S卩，即使沒有支持體31，只要片中心Kc、棱鏡中心Pc及測定點X配置在一直線上，并且將棱鏡中心Pc配置在從測定點X偏移固定長度L的位置，則能夠通過與第2實施方式同樣的方法(圖15的流程)來計測測定點X的三維位置。
[0253]另外，在第6及第7實施方式中，與第4及第5實施方式同樣，即使取代棱鏡3而變更為對傾斜計片5進行免棱鏡測距的構成，也能夠計測測定點X的三維位置。
[0254]其他，作為上述全實施方式的其他變形，在近距離計測時，在圖像攝像部22的視野內可能未映照棱鏡3及/或傾斜計片5，所以可以在測量機2設置更廣角的第2圖像攝像部25。
[0255]此外，通過在指示棒4的支持體31的前端設置標記筆，能夠在操作時將測定的軌跡留在現場。另外，描繪的軌跡(測定點X)作為數據實時地記錄，所以還能夠由運算控制部17取得所描繪的速度等信息。
[0256]此外，指示棒4的長度也可以構成為以準確地知道固定長度L且已定位的方式自由地伸縮。
[0257]以上，對于本發(fā)明的三維位置計測系統(tǒng)I說明了實施方式及變形例，但這些只是本發(fā)明的一例，能夠基于本領域技術人員的知識來將各方式及各變形組合，這樣的方式也包含在本發(fā)明的范圍內。
【主權項】
1.一種三維位置計測系統(tǒng)，用于計測測定點的三維位置，其特征在于，具備: 測量機，具有:測量到作為目標的棱鏡的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部； 指示棒，設置在測定點，在從所述測定點偏離已知的固定長度的位置固定有所述棱鏡；以及 傾斜計片，具有能夠解析從視線方向的傾斜角的標志， 在所述指示棒設置所述傾斜計片， 由所述圖像攝像部拍攝具有所述標志的標志面，對所述標志面進行圖像解析，計算傾斜計片相對于從所述測量機的視線方向的傾斜角， 根據由所述測距部及所述測角部得到的所述棱鏡的三維位置、所述傾斜計片的傾斜角、以及所述固定長度， 從而計測所述測定點的三維位置。2.—種三維位置計測系統(tǒng)，用于計測測定點的三維位置，其特征在于，具備: 測量機，具有:測量到作為目標的棱鏡的距離的測距部及進行測角的測角部；圖像攝像部，拍攝所述棱鏡的周圍風景；以及棱鏡攝像部，拍攝所述棱鏡； 指示棒，設置在測定點，在從所述測定點偏離已知的固定長度的位置固定有所述棱鏡；以及 傾斜計片，具有能夠解析從視線方向的傾斜角的標志， 在所述指示棒設置所述傾斜計片， 由所述圖像攝像部拍攝具有所述標志的標志面，對所述標志面進行圖像解析，計算傾斜計片相對于從所述測量機的視線方向的傾斜角， 由所述棱鏡攝像部拍攝所述棱鏡，對所述棱鏡進行準直，根據由所述測距部及所述測角部得到的所述棱鏡的三維位置、所述傾斜計片的傾斜角、以及所述固定長度， 從而計測所述測定點的三維位置。3.—種三維位置計測系統(tǒng)，用于計測測定點的三維位置，其特征在于，具備: 測量機，具有:測量到作為目標的棱鏡的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部； 指示棒，設置在測定點，在從所述測定點偏離已知的固定長度的位置固定有所述棱鏡；以及 傾斜計片，具有能夠解析相對于視線方向的傾斜角的標志， 將所述傾斜計片的具有所述標志的標志面設置在與所述指示棒的軸方向垂直的面， 由所述圖像攝像部拍攝所述標志面，對所述標志面進行圖像解析，計算傾斜計片相對于從所述測量機的視線方向的傾斜角， 根據由所述測距部及所述測角部得到的所述棱鏡的三維位置，沿著從所述傾斜計片的傾斜角得到的所述標志面的法線方向移動所述固定長度的量， 從而計測所述測定點的三維位置。4.一種三維位置計測系統(tǒng)，用于計測測定點的三維位置，其特征在于，具備: 測量機，具有:測量到作為目標的棱鏡的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部； 指示棒，設置在測定點，在從所述測定點偏離已知的固定長度的位置固定有所述棱鏡；以及 傾斜計片，具有能夠解析相對于視線方向的傾斜角的標志， 將所述傾斜計片的片中心設置在將所述測定點及所述棱鏡的棱鏡中心連結的線上，由所述圖像攝像部拍攝具有所述標志的標志面，進行圖像解析而求出所述片中心，計算包含所述片中心、所述棱鏡中心、以及從所述測量機的視線的第I面， 計算以從所述測量機的視線方向觀察時的所述傾斜計片的法線作為法線的第2面，求出所述第I面和所述第2面的交線， 根據由所述測距部及所述測角部得到的所述棱鏡的三維位置，向沿著所述交線的方向移動所述固定長度的量， 從而計測所述測定點的三維位置。5.一種三維位置計測系統(tǒng)，用于計測測定點的三維位置，其特征在于，具備: 測量機，具有:測量到作為目標的棱鏡的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部； 指示棒，設置在測定點，在從所述測定點偏離已知的固定長度的位置固定有所述棱鏡；以及 傾斜計片，具有能夠解析相對于視線方向的傾斜角的標志， 將所述傾斜計片的具有所述標志的標志面在與所述指示棒的軸方向垂直的面上以某一點為中心至少設置在二個直角， 由所述圖像攝像部拍攝所述標志面，對所述標志面進行圖像解析，計算傾斜計片相對于從所述測量機的視線方向的傾斜角， 從由所述測距部及所述測角部得到的所述棱鏡的三維位置，沿著從所述傾斜計片的傾斜角得到的所述標志面的法線方向移動所述固定長度的量， 從而計測所述測定點的三維位置。6.一種三維位置計測系統(tǒng)，用于計測測定點的三維位置，其特征在于，具備: 測量機，具有:測量到目標的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部；以及 指示棒，設置在測定點，在從所述測定點偏離已知的固定長度的位置固定有傾斜計片，該傾斜計片具備能夠解析相對于視線方向的傾斜角的標志， 將所述傾斜計片的具有所述標志的標志面設置在與所述指示棒的軸方向垂直的面， 由所述圖像攝像部拍攝所述標志面，對所述標志面進行圖像解析，計算傾斜計片相對于從所述測量機的視線方向的傾斜角， 將所述傾斜計片作為所述目標，從由所述測距部及所述測角部得到的所述傾斜計片的片中心的三維位置，沿著從所述傾斜計片的傾斜角得到的所述標志面的法線方向移動所述固定長度的量， 從而計測所述測定點的三維位置。7.—種三維位置計測系統(tǒng)，用于計測測定點的三維位置，其特征在于，具備: 測量機，具有:測量到目標的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部；以及 指示棒，設置在測定點，在從所述測定點偏離已知的固定長度的位置固定有傾斜計片，該傾斜計片具備能夠解析相對于視線方向的傾斜角的標志， 在所述傾斜計片的具有所述標志的標志面以外的部位設置能夠進行圖案識別的第2標志，將所述測定點、所述傾斜計片的片中心、以及所述第2標志的標志中心設置在同一線上， 由所述圖像攝像部拍攝所述標志面及所述第2標志，進行圖像解析而求出所述片中心及所述第2標志的標志中心，計算包含所述片中心及所述第2標志的標志中心、以及從所述測量機的視線的第I面， 計算以從所述測量機的視線方向觀察時的所述傾斜計片的法線作為法線的第2面，求出所述第I面和所述第2面的交線， 將所述傾斜計片作為所述目標，從由所述測距部及所述測角部得到的所述傾斜計片的片中心的三維位置，向沿著所述交線的方向移動所述固定長度的量， 從而計測所述測定點的三維位置。8.—種三維位置計測系統(tǒng)，用于計測測定點的三維位置，其特征在于，具備: 測量機，具有:測量到作為目標的棱鏡的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部； 所述棱鏡，固定在從測定點偏離已知的固定長度的位置；以及 傾斜計片，具備能夠解析相對于視線方向的傾斜角的標志， 將所述傾斜計片的具有所述標志的標志面設置在與將所述測定點和所述棱鏡的棱鏡中心連結的線垂直的面， 由所述圖像攝像部拍攝所述標志面，對所述標志面進行圖像解析，計算傾斜計片相對于從所述測量機的視線方向的傾斜角， 從由所述測距部及所述測角部得到的所述棱鏡的三維位置，沿著從所述傾斜計片的傾斜角得到的所述標志面的法線方向移動所述固定長度，計測所述測定點的三維位置。9.一種三維位置計測系統(tǒng)，具備: 測量機，具有:測量到作為目標的棱鏡的距離的測距部及進行測角的測角部；以及圖像攝像部； 所述棱鏡，固定在從測定點偏離已知的固定長度的位置；以及 傾斜計片，具備能夠解析相對于視線方向的傾斜角的標志， 將所述傾斜計片的片中心設置在將所述測定點及所述棱鏡的棱鏡中心連結的線上，由所述圖像攝像部拍攝具有所述標志的標志面，對所述標志面進行圖像解析，計算法線與從所述測量機的視線方向垂直的第I面，計算以從所述測量機的視線方向觀察的所述傾斜計片的法線作為法線的第2面，求出所述第I面和所述第2面的交線， 從由所述測距部及所述測角部得到的所述棱鏡的三維位置，向沿著所述交線的方向移動所述固定長度的量， 從而計測所述測定點的三維位置。
【文檔編號】G01C15/00GK105823470SQ201510731054
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年11月2日
【發(fā)明人】西田信幸, 熊谷薰
【申請人】株式會社拓普康