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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-16
(45)【発行日】2024-10-24
(54)【発明の名称】測量装置および測量プログラム
(51)【国際特許分類】
G01C 15/00 20060101AFI20241017BHJP
【ＦＩ】
G01C15/00 103E
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020160224
(22)【出願日】2020-09-24
(65)【公開番号】P2022053397
(43)【公開日】2022-04-05
【審査請求日】2023-09-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000220343
【氏名又は名称】株式会社トプコン
(74)【代理人】
【識別番号】100098796
【弁理士】
【氏名又は名称】新井 全
(74)【代理人】
【識別番号】100121647
【弁理士】
【氏名又は名称】野口 和孝
(74)【代理人】
【識別番号】100187377
【弁理士】
【氏名又は名称】芳野 理之
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 剛
(72)【発明者】
【氏名】熊谷 薫
【審査官】信田 昌男
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０６６５７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１６４１０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－００９６１６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｃ １５／００－１５／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測距光を測定対象物に向かって射出し、前記測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、前記測距光の射出光軸と平行な撮像光軸を有し、前記測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、
前記撮像ユニットと一体的に設けられた姿勢検出ユニットと、
演算処理ユニットと、
を備え、
前記姿勢検出ユニットは、水平を検出する傾斜センサと、前記傾斜センサが水平を検出する様に、前記傾斜センサを傾動させると共に前記傾斜センサが水平を検出する状態での前記測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する相対傾斜角検出部と、を有し、
前記演算処理ユニットは、前記撮像ユニットにより撮像された前記測定対象物を含む前記画像の主成分分析を行うことにより、軸上に投影されたデータの分散が最大となる軸である第一主成分を検出し、前記第一主成分に直交する軸のうち前記分散が最大となる軸である第二主成分を抽出し、前記第二主成分に対する前記第一主成分の比率が所定比率未満である場合、前記測定対象物の形状が四角か円に近いものであるとして前記測定対象物の大まかな形状を把握し、前記比率が前記所定比率以上である場合、前記測定対象物の前記形状が長方形に近いものであるとして前記測定対象物の大まかな形状を把握し、前記大まかな形状に基づいて前記測定ユニットにより射出される前記測距光のスキャンパターンを生成する制御を実行することを特徴とする測量装置。
【請求項2】
前記演算処理ユニットは、前記測定対象物の前記形状が円に近いものであるとして前記測定対象物の大まかな形状を把握した場合には、円形状の前記測距光の前記スキャンパターンを生成し、前記スキャンパターンを前記測定対象物の重心を中心に円スキャンを行うことを特徴とする請求項１に記載の測量装置。
【請求項3】
前記演算処理ユニットは、前記測定対象物の前記形状が四角に近いものであるとして前記測定対象物の大まかな形状を把握した場合には、円形状の前記測距光の前記スキャンパターンを生成し、前記スキャンパターンの直径を変更しつつ前記スキャンパターンを前記測定対象物の重心を中心に円スキャンを行うことを特徴とする請求項１に記載の測量装置。
【請求項4】
前記演算処理ユニットは、前記測定対象物の前記形状が四角に近いものであるとして前記測定対象物の大まかな形状を把握した場合には、円形状の前記測距光の前記スキャンパターンを生成し、前記スキャンパターンを前記測定対象物の縁に沿って移動させてスキャンを行うことを特徴とする請求項１に記載の測量装置。
【請求項5】
前記演算処理ユニットは、前記測定対象物の前記形状が長方形に近いものであるとして前記測定対象物の大まかな形状を把握した場合には、前記第一主成分および前記第二主成分に沿った楕円形状の前記測距光の前記スキャンパターンを生成し、前記スキャンパターンを前記測定対象物の重心を中心に回転させてスキャンを行うことを特徴とする請求項１に記載の測量装置。
【請求項6】
前記演算処理ユニットは、前記測定対象物の前記形状が長方形に近いものであるとして前記測定対象物の大まかな形状を把握した場合には、直線状の前記測距光の前記スキャンパターンを生成し、前記スキャンパターンを前記第一主成分に沿ってジグザグに移動させてスキャンを行うことを特徴とする請求項１に記載の測量装置。
【請求項7】
測距光を測定対象物に向かって射出し、前記測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、前記測距光の射出光軸と平行な撮像光軸を有し、前記測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、
前記撮像ユニットと一体的に設けられ、水平を検出する傾斜センサと、前記傾斜センサが水平を検出する様に、前記傾斜センサを傾動させると共に前記傾斜センサが水平を検出する状態での前記測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する相対傾斜角検出部と、を有する姿勢検出ユニットと、
演算処理ユニットと、
を備えた測量装置のコンピュータによって実行される測量プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記撮像ユニットにより撮像された前記測定対象物を含む前記画像の主成分分析を行うことにより、軸上に投影されたデータの分散が最大となる軸を有する第一主成分を検出し、前記第一主成分と直交し前記分散が最大となる軸を有する第二主成分を抽出し、前記第二主成分に対する前記第一主成分の比率が所定比率未満である場合、前記測定対象物の形状が四角か円に近いものであるとして前記測定対象物の大まかな形状を把握し、前記比率が前記所定比率以上である場合、前記測定対象物の前記形状が長方形に近いものであるとして前記測定対象物の大まかな形状を把握し、前記大まかな形状に基づいて前記測定ユニットにより射出される前記測距光のスキャンパターンを生成するステップを実行させることを特徴とする測量プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測定対象物の３次元情報を取得する測量装置および測量プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、レーザスキャナユニットを備えた測量システムが開示されている。レーザスキャナユニットは、測距光としてパルスレーザ光を回転照射し、パルスレーザ光毎に測距を行い、点群データを取得する。より具体的には、レーザスキャナユニットは、測距光としてパルスレーザ光を測定対象物に照射し、測定対象物で反射したパルスレーザ光毎の反射光を受光して、測定対象物までの距離を測定するとともに測距光の照射方向（水平角および鉛直角）を検出することにより、測定対象物の多数点の３次元情報を取得する。３次元情報は、３次元データおよび３次元点群データなどとも呼ばれる。
【0003】
レーザスキャナユニットは、１秒間に数十万点の点群測定を実行可能であり、非常に高速で高効率な測量を実現することができる。また、レーザスキャナユニットは、所定の角度（例えば３６０度）の方向にパルスレーザ光を回転照射してパルスレーザ光毎に測距を行い、点群データを取得する。そのため、レーザスキャナユニットにより取得された点群データは、グリッド構造を有する。
【0004】
ここで、例えば特許文献１に記載されたレーザスキャナユニットを備える測量装置は、前述したように、例えば３６０度の方向に測距光を回転照射して測距を行い、測定対象物の３次元データを取得する。そのため、測量装置により取得された３次元データは、３次元データを取得したい測定対象物だけではなく、その測定対象物の周囲に存在する物の多数点の３次元データを含んでいる。そのため、測量に要する時間および測量後の画像処理に要する時間の短縮化を図り、測量の効率を向上させるという点においては、改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１７－２２３５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、測量の効率を向上させることができる測量装置および測量プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題は、測距光を測定対象物に向かって射出し、前記測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、前記測距光の射出光軸と平行な撮像光軸を有し、前記測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、前記撮像ユニットと一体的に設けられた姿勢検出ユニットと、演算処理ユニットと、を備え、前記姿勢検出ユニットは、水平を検出する傾斜センサと、前記傾斜センサが水平を検出する様に、前記傾斜センサを傾動させると共に前記傾斜センサが水平を検出する状態での前記測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する相対傾斜角検出部と、を有し、前記演算処理ユニットは、前記撮像ユニットにより撮像された前記測定対象物を含む前記画像に基づいて前記測定対象物の大まかな形状を把握し、前記大まかな形状に基づいて前記測定ユニットにより射出される前記測距光のスキャンパターンを生成する制御を実行することを特徴とする本発明に係る測量装置により解決される。
【0008】
本発明に係る測量装置によれば、演算処理ユニットは、まず、撮像ユニットにより撮像された測定対象物を含む画像に基づいて測定対象物の大まかな形状を把握する。そして、演算処理ユニットは、把握した測定対象物の大まかな形状に基づいて測定ユニットにより射出される測距光のスキャンパターンを生成する制御を実行する。そのため、測定ユニットは、３次元データを取得したい測定対象物を含む特徴的なエリアだけをスキャンして測距を行う。言い換えれば、測定ユニットは、３次元データを取得したい測定対象物を含まない余分なエリアをスキャンせず、余分なエリアの測距を行わない。これにより、本発明に係る測量装置は、測量に要する時間および測量後の画像処理に要する時間の短縮化を図り、測量の効率を向上させることができる。
【0009】
また、測定ユニットは、３６０度の方向に測距光を回転照射して測距を行う場合と比較して、３次元データを取得したい測定対象物を含む特徴的なエリアを早い周期で複数回に亘ってスキャンして測距を行うことができる。そのため、撮像ユニットにより撮像された測定対象物を含む画像が例えば奥行きを有する深度画像である場合であっても、本発明に係る測量装置は、測量に要する時間の短縮化を図りつつ、測定対象物に対して比較的細かいグリッド構造を定義し、３次元データを取得したい測定対象物を含む特徴的なエリアにおいて均一な測量を行うことができる。これにより、本発明に係る測量装置は、測量の精度を向上させることができる。
【0010】
本発明に係る測量装置において、好ましくは、前記演算処理ユニットは、前記撮像ユニットにより撮像された前記測定対象物を含む前記画像の主成分分析を行うことにより前記大まかな形状を把握することを特徴とする。
【0011】
本発明に係る測量装置によれば、演算処理ユニットは、撮像ユニットにより撮像された測定対象物を含む画像の主成分分析を行うことにより測定対象物の大まかな形状を把握する。そのため、演算処理ユニットは、測定対象物に関する情報の損失を抑えつつ測定対象物に関する情報の縮約を図り、測定対象物の大まかな形状を効率的に把握することができる。
【0012】
本発明に係る測量装置において、好ましくは、前記演算処理ユニットは、前記測定ユニットが前記スキャンパターンに基づいて前記測距を行い取得した前記測定対象物の３次元情報に基づいて、前記スキャンパターンを更新する制御を実行することを特徴とする。
【0013】
本発明に係る測量装置によれば、演算処理ユニットは、測定ユニットが取得した測定対象物の３次元情報に基づいてスキャンパターンを更新する。そのため、測定ユニットは、演算処理ユニットにより更新されたスキャンパターンに基づいて測距光を射出し、３次元データを取得したい測定対象物を含む特徴的なエリアだけをより効率的にスキャンして測距を行うことができる。これにより、本発明に係る測量装置は、測量に要する時間および測量後の画像処理に要する時間の短縮化をさらに図り、測量の効率をさらに向上させることができる。
【0014】
前記課題は、測距光を測定対象物に向かって射出し、前記測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う測定ユニットと、前記測距光の射出光軸と平行な撮像光軸を有し、前記測定対象物を含む画像を撮像する撮像ユニットと、前記撮像ユニットと一体的に設けられ、水平を検出する傾斜センサと、前記傾斜センサが水平を検出する様に、前記傾斜センサを傾動させると共に前記傾斜センサが水平を検出する状態での前記測定ユニットの水平に対する傾斜角を検出する相対傾斜角検出部と、を有する姿勢検出ユニットと、演算処理ユニットと、を備えた測量装置のコンピュータによって実行される測量プログラムであって、前記コンピュータに、前記撮像ユニットにより撮像された前記測定対象物を含む前記画像に基づいて前記測定対象物の大まかな形状を把握し、前記大まかな形状に基づいて前記測定ユニットにより射出される前記測距光のスキャンパターンを生成するステップを実行させることを特徴とする本発明に係る測量プログラムにより解決される。
【0015】
本発明に係る測量プログラムによれば、測量装置のコンピュータに、測量装置の撮像ユニットにより撮像された測定対象物を含む画像に基づいて測定対象物の大まかな形状を把握し、把握した大まかな形状に基づいて測量装置の測定ユニットにより射出される測距光のスキャンパターンを生成するステップを実行させる。そのため、測定ユニットは、３次元データを取得したい測定対象物を含む特徴的なエリアだけをスキャンして測距を行う。言い換えれば、測定ユニットは、３次元データを取得したい測定対象物を含まない余分なエリアをスキャンせず、余分なエリアの測距を行わない。これにより、本発明に係る測量プログラムは、測量に要する時間および測量後の画像処理に要する時間の短縮化を図り、測量の効率を向上させることができる。
【0016】
また、測定ユニットは、３６０度の方向に測距光を回転照射して測距を行う場合と比較して、３次元データを取得したい測定対象物を含む特徴的なエリアを早い周期で複数回に亘ってスキャンして測距を行うことができる。そのため、撮像ユニットにより撮像された測定対象物を含む画像が例えば奥行きを有する深度画像である場合であっても、本発明に係る測量プログラムは、測量に要する時間の短縮化を図りつつ、測定対象物に対して比較的細かいグリッド構造を定義し、３次元データを取得したい測定対象物を含む特徴的なエリアにおいて均一な測量を実行させることができる。これにより、本発明に係る測量プログラムは、測量の精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、測量の効率を向上させることができる測量装置および測量プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施形態に係る測量装置の概略斜視図である。
【図2】本実施形態に係る測量装置の概略構成図である。
【図4】本実施形態の姿勢検出ユニットを表す平面図である。
【図5】本実施形態の姿勢検出ユニットの概略構成図である。
【図6】本実施形態の光軸偏向ユニットの作用を示す説明図である。
【図7】本実施形態の演算処理ユニットが測距光のスキャンパターンを生成する制御の概略を示すフローチャートである。
【図8】本実施形態の演算処理ユニットが測距光のスキャンパターンを生成する制御の具体例を示すフローチャートである。
【図9】本実施形態の演算処理ユニットによって生成されたスキャンパターンを例示する模式図である。
【図10】本実施形態の演算処理ユニットによって生成されたスキャンパターンを例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0020】
図１は、本発明の実施形態に係る測量装置の概略斜視図である。
本実施形態に係る測量装置１は、三脚２に基台ユニット３を介して設けられている。測距光軸４および撮像光軸５は、互いに平行である。また、測距光軸４と撮像光軸５との間は、既知の距離となっている。
本実施形態に係る測量装置１は、三脚２に基台ユニット３を介して設けられている。測距光軸４および撮像光軸５は、互いに平行である。また、測距光軸４と撮像光軸５との間は、既知の距離となっている。
【0021】
測量装置１は、測定対象物をプリズムとするプリズム測定モードによる測定、測定対象物が構造物である場合等でプリズムを使用しないノンプリズム測定モードによる測定が可能である。
【0022】
基台ユニット３は、水平方向に回転し、回転角度が検出可能な分度盤８と、鉛直方向に回転可能で、所望の角度で固定可能な鉛直回転部９と、を有する。測量装置１は、鉛直回転部９に取付けられている。
【0023】
測量装置１は、機械基準点を有する。測量装置１の機械基準点に対して、測距光軸４、撮像光軸５等が既知の関係となっている。機械基準点は、例えば、鉛直回転部９の回転中心に設定される。
【0024】
測距光軸４が水平の状態で、機械基準点は、設置基準点Ｒを通過する鉛直線６上に位置する様に設定される。設置基準点Ｒと測量装置１の機械基準点との距離は、メジャー等で測定され、既知となっている。
【0025】
測量装置１は、機械基準点を中心に鉛直方向に回転し、また機械基準点を中心に水平方向に回転する。また、鉛直回転角は姿勢検出ユニット２６（図２参照）により検出され、水平回転角は分度盤８によって検出される。
【0026】
図２は、本実施形態に係る測量装置の概略構成図である。
図３は、図２に表した矢印Ａの方向に眺めたときの平面図である。
測量装置１は、筐体７の背面に表示部１１と操作部１２とを有し、筐体７の内部に、測距光軸４を有する測定ユニット２０と、演算処理ユニット２４と、測距光の射出方向を検出する射出方向検出部２５と、測量装置１の水平２方向の傾斜を検出する姿勢検出ユニット２６と、撮像光軸５を有する撮像ユニット２７と、測距光軸４を偏向する光軸偏向ユニット３６等と、を主に有している。従って、測定ユニット２０、姿勢検出ユニット２６、撮像ユニット２７、および光軸偏向ユニット３６は、一体化されている。なお、表示部１１はタッチパネルとし、操作部１２と兼用させてもよい。
図３は、図２に表した矢印Ａの方向に眺めたときの平面図である。
測量装置１は、筐体７の背面に表示部１１と操作部１２とを有し、筐体７の内部に、測距光軸４を有する測定ユニット２０と、演算処理ユニット２４と、測距光の射出方向を検出する射出方向検出部２５と、測量装置１の水平２方向の傾斜を検出する姿勢検出ユニット２６と、撮像光軸５を有する撮像ユニット２７と、測距光軸４を偏向する光軸偏向ユニット３６等と、を主に有している。従って、測定ユニット２０、姿勢検出ユニット２６、撮像ユニット２７、および光軸偏向ユニット３６は、一体化されている。なお、表示部１１はタッチパネルとし、操作部１２と兼用させてもよい。
【0027】
測定ユニット２０は、測距光射出部２１と、受光部２２と、測距部２３と、により構成されている。
【0028】
測距光射出部２１は、測距光を射出する。測距光射出部２１は、射出光軸３１を有する。射出光軸３１上に発光素子３２、例えばレーザダイオード（ＬＤ）が設けられる。更に、射出光軸３１上に投光レンズ３３が設けられる。
【0029】
また、射出光軸３１上には、偏向光学部材としての第１反射鏡３４が設けられる。更に、第１反射鏡３４に対峙させ、且つ受光光軸３７上に偏向光学部材としての第２反射鏡３５が設けられる。
【0030】
第１反射鏡３４および第２反射鏡３５によって、射出光軸３１は、測距光軸４と合致される。測距光軸４上に、光軸偏向ユニット３６が配設される。
【0031】
受光部２２は、測定対象物からの反射測距光を受光する。受光部２２は、射出光軸３１と平行な受光光軸３７を有する。受光光軸３７は、測距光軸４と共通となっている。
【0032】
受光光軸３７上に受光素子３８、例えばフォトダイオード（ＰＤ）が設けられる。また、結像レンズ３９が配設されている。結像レンズ３９は、反射測距光を受光素子３８に結像する。受光素子３８は反射測距光を受光し、受光信号を発生する。受光信号は、測距部２３に入力される。
【0033】
更に、受光光軸３７上で、結像レンズ３９の対物側には、光軸偏向ユニット３６が配置されている。
【0034】
測距部２３は、発光素子３２を制御し、測距光としてレーザ光線を発光させる。光軸偏向ユニット３６（測距光偏向部３６ａ）により、測定点に向う様、測距光軸４が偏向される。
【0035】
測定対象物から反射された反射測距光は、光軸偏向ユニット３６（反射測距光偏向部３６ｂ）および結像レンズ３９を介して受光部２２に入射する。反射測距光偏向部３６ｂは、測距光偏向部３６ａで偏向された測距光軸４を基の状態に復帰させる様再偏向し、反射測距光を受光素子３８に受光させる。
【0036】
受光素子３８は、受光信号を測距部２３に送出する。測距部２３は、受光素子３８からの受光信号に基づき測定点（測距光が照射された点）の測距を行う。
【0037】
演算処理ユニット２４は、入出力制御部、演算器（ＣＰＵ）、記憶部等から構成される。記憶部には、測距作動を制御する測距プログラム、モータ４７ａ，４７ｂの駆動を制御する制御プログラム、画像マッチング等の画像処理を行う画像プログラム、入出力制御プログラム、射出方向検出部２５からの射出方向の演算結果に基づき測距光軸４の方向角（水平角、鉛直角）を演算する方向角演算プログラム等のプログラムが格納される。更に、記憶部には測距データ、画像データ等の測定結果が格納される。
【0038】
記憶部としては、例えば、測量装置１に内蔵された半導体メモリなどが挙げられる。あるいは、記憶部としては、測量装置１に接続可能なＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＲＡＭ（Random access memory）、ＲＯＭ（Read only memory）、ハードディスク、メモリカードなどの種々の記憶媒体が挙げられる。
【0039】
測距部２３は、記憶部に格納（記憶）されているプログラムを演算器が実行することにより実現されてもよい。なお、測距部２３は、ハードウェアによって実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実現されてもよい。
【0040】
演算処理ユニット２４を含むコンピュータによって実行されるプログラムは、本発明の「測量プログラム」に相当する。ここでいう「コンピュータ」とは、パソコンには限定されず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって本発明の機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。
【0041】
次に、光軸偏向ユニット３６について説明する。
光軸偏向ユニット３６には、一対の光学プリズム４１ａ，４１ｂが配設される。光学プリズム４１ａ，４１ｂは、それぞれ円板状であり、受光光軸３７に直交して配置され、重なり合い、平行に配置されている。光学プリズム４１ａ，４１ｂとしては、それぞれフレネルプリズムが用いられることが、装置を小型化する為に好ましい。
光軸偏向ユニット３６には、一対の光学プリズム４１ａ，４１ｂが配設される。光学プリズム４１ａ，４１ｂは、それぞれ円板状であり、受光光軸３７に直交して配置され、重なり合い、平行に配置されている。光学プリズム４１ａ，４１ｂとしては、それぞれフレネルプリズムが用いられることが、装置を小型化する為に好ましい。
【0042】
光軸偏向ユニット３６の中央部は、測距光が透過する測距光偏向部３６ａとなっている。光軸偏向ユニット３６の中央部を除く部分は、反射測距光偏向部３６ｂとなっている。
【0043】
光学プリズム４１ａ，４１ｂとして用いられるフレネルプリズムは、それぞれ平行に配置されたプリズム要素４２ａ，４２ｂと、多数のプリズム要素４３ａ，４３ｂと、によって構成され、板形状を有する。光学プリズム４１ａ，４１ｂ及び各プリズム要素４２ａ，４２ｂ及びプリズム要素４３ａ，４３ｂは、同一の光学特性を有する。
【0044】
プリズム要素４２ａ，４２ｂは、測距光偏向部３６ａを構成する。プリズム要素４３ａ，４３ｂは、反射測距光偏向部３６ｂを構成する。
【0045】
フレネルプリズムは、光学ガラスから製作してもよいが、光学プラスチック材料でモールド成形したものでもよい。光学プラスチック材料でモールド成形することで、安価なフレネルプリズムを製作できる。
【0046】
光学プリズム４１ａ，４１ｂは、それぞれ受光光軸３７を中心に個別に回転可能に配設されている。光学プリズム４１ａ，４１ｂは、回転方向、回転量、回転速度を独立して制御されることで、射出される測距光の測距光軸４を任意の偏向方向に偏向し、受光される反射測距光の受光光軸３７を測距光軸４と平行に偏向する。
【0047】
光学プリズム４１ａ，４１ｂの外形形状は、それぞれ受光光軸３７を中心とする円板状である。反射測距光の広がりを考慮し、光学プリズム４１ａ，４１ｂが充分な光量を取得できる様、光学プリズム４１ａ，４１ｂの直径が設定されている。
【0048】
光学プリズム４１ａの外周にはリングギア４４ａが嵌設されている。また、光学プリズム４１ｂの外周にはリングギア４４ｂが嵌設されている。
【0049】
リングギア４４ａには、駆動ギア４６ａが噛合している。駆動ギア４６ａは、モータ４７ａの出力軸に固着されている。リングギア４４ｂには、駆動ギア４６ｂが噛合している。駆動ギア４６ｂは、モータ４７ｂの出力軸に固着されている。モータ４７ａ，４７ｂは、演算処理ユニット２４に電気的に接続されている。
【0050】
モータ４７ａ，４７ｂとしては、回転角を検出することができるもの、或は駆動入力値に対応した回転をするもの、例えばパルスモータが用いられる。或は、モータの回転量（回転角）を検出する回転検出器、例えばエンコーダ（図示せず）等を用いて、モータの回転量を検出してもよい。射出方向検出部２５によりモータ４７ａ，４７ｂの回転量がそれぞれ検出される。射出方向検出部２５の検出結果に基づき、演算処理ユニット２４によりモータ４７ａ，４７ｂが個別に制御される。
【0051】
駆動ギア４６ａ，４６ｂおよびモータ４７ａ，４７ｂは、測距光射出部２１と干渉しない位置、例えばリングギア４４ａ，４４ｂの下側に設けられている。
【0052】
投光レンズ３３および測距光偏向部３６ａ等は、投光光学系を構成する。反射測距光偏向部３６ｂおよび結像レンズ３９等は、受光光学系を構成する。
【0053】
射出方向検出部２５は、モータ４７ａ，４７ｂに入力する駆動パルスをカウントすることでモータ４７ａ，４７ｂの回転角を検出し、或はエンコーダからの信号に基づきモータ４７ａ，４７ｂの回転角を検出する。
【0054】
更に、射出方向検出部２５は、モータ４７ａ，４７ｂの回転角に基づき、光学プリズム４１ａ，４１ｂの回転位置を演算し、測距光偏向部３６ａ（即ち、プリズム要素４２ａ，４２ｂ）の屈折率と回転位置に基づき測距光の偏角（偏向方向）、射出方向を演算する。演算結果は、演算処理ユニット２４に入力される。
【0055】
測量装置１において、姿勢検出ユニット２６は、測距部２３の射出光軸３１に対する姿勢（傾斜角、傾斜方向）を検出する。検出結果は、演算処理ユニット２４に入力される。
【0056】
演算処理ユニット２４は、射出方向検出部２５から入力された演算結果、および姿勢検出ユニット２６から入力された検出結果などに基づいて、モータ４７ａ，４７ｂを個別に制御し、測定ユニット２０により射出される測距光の走査軌跡の形状（すなわちスキャンパターン）を生成する制御を実行する。演算処理ユニット２４がスキャンパターンを生成する制御の詳細については、後述する。
【0057】
【0058】
矩形枠形状の外フレーム５１の内部に、矩形枠形状の内フレーム５３が設けられる。内フレーム５３の内部に、傾斜検出ユニット５６が設けられる。
【0059】
内フレーム５３の上面、下面から縦軸５４，５４が突設されている。縦軸５４，５４は、外フレーム５１に設けられた軸受５２，５２と回転自在に嵌合する。縦軸５４，５４は、縦軸心１４を有する。内フレーム５３は、縦軸５４，５４を中心に左右方向に３６０゜回転自在となっている。縦軸５４，５４の縦軸心１４が、測距光軸４と合致するか、或は平行、或は測距光軸４に直交する水平基準線（図示せず）と平行となっている。
【0060】
傾斜検出ユニット５６は、横軸５５に支持されている。横軸５５の両端部は、内フレーム５３に設けられた軸受５７，５７に回転自在に嵌合する。横軸５５は、縦軸心１４と直交する横軸心１５を有する。傾斜検出ユニット５６は、横軸５５を中心に上下方向に３６０゜回転自在となっている。横軸５５の横軸心１５が、測距光軸４と合致するか、或は平行、或は測距光軸４に直交する水平基準線と平行となっている。
【0061】
つまり、傾斜検出ユニット５６は、外フレーム５１に対して２軸方向に３６０°回転自在のジンバル機構を介して支持された構成になっている。
【0062】
縦軸５４，５４の一方、例えば下側の縦軸５４には、第１ギア５８が取付けられている。第１ギア５８には、第１駆動ギア５９が噛合している。また、外フレーム５１の下面には、第１モータ６１が設けられている。第１駆動ギア５９は、第１モータ６１の出力軸に取付けられている。
【0063】
縦軸５４，５４の他方には、第１エンコーダ６２が取付けられている。第１エンコーダ６２は、内フレーム５３の外フレーム５１に対する左右方向の回転角を検出する様に構成されている。即ち、図１を参照すれば、第１エンコーダ６２は煽り角ωを検出する。
【0064】
横軸５５の一端部には、第２ギア６３が取付けられている。第２ギア６３には、第２駆動ギア６４が噛合している。また、内フレーム５３の側面（図示では左側面）には、第２モータ６５が取付けられている。第２駆動ギア６４は、第２モータ６５の出力軸に取付けられている。
【0065】
横軸５５の他端部には、第２エンコーダ６６が取付けられている。第２エンコーダ６６は、内フレーム５３に対する傾斜検出ユニット５６の上下方向の回転角を検出する様に構成されている。
【0066】
第１エンコーダ６２および第２エンコーダ６６は、演算部６８に電気的に接続されている。第１エンコーダ６２および第２エンコーダ６６の検出結果は、演算部６８に入力される。
【0067】
傾斜検出ユニット５６は、第１傾斜センサ７１および第２傾斜センサ７２を有している。第１傾斜センサ７１および第２傾斜センサ７２は、演算部６８に電気的に接続されている。第１傾斜センサ７１および前記第２傾斜センサ７２の検出結果は、演算部６８に入力される。
【0068】
姿勢検出ユニット２６について、図５を参照して更に説明する。
姿勢検出ユニット２６は、第１エンコーダ６２、第２エンコーダ６６、第１傾斜センサ７１、第２傾斜センサ７２、演算部６８、第１モータ６１、および第２モータ６５の他に、更に記憶部７３、および入出力制御部７４を具備している。
姿勢検出ユニット２６は、第１エンコーダ６２、第２エンコーダ６６、第１傾斜センサ７１、第２傾斜センサ７２、演算部６８、第１モータ６１、および第２モータ６５の他に、更に記憶部７３、および入出力制御部７４を具備している。
【0069】
記憶部７３には、姿勢検出の為の演算プログラム等のプログラム、及び演算データ等のデータ類を格納している。
【0070】
入出力制御部７４は、演算部６８から出力される制御指令に基づき第１モータ６１および第２モータ６５を駆動し、演算部６８で演算した傾斜検出結果を検出信号として出力する。
【0071】
第１傾斜センサ７１は、水平を高精度に検出するものであり、例えば水平液面に検出光を入射させ反射光の反射角度の変化で水平を検出する傾斜検出器、或は封入した気泡の位置変化で傾斜を検出する気泡管である。また、第２傾斜センサ７２は、傾斜変化を高応答性で検出するものであり、例えば加速度センサである。
【0072】
なお、第１傾斜センサ７１および第２傾斜センサ７２のいずれも、第１エンコーダ６２が検出する回転方向（傾斜方向）、および第２エンコーダ６６が検出する回転方向（傾斜方向）の２軸方向の傾斜を個別に検出可能となっている。
【0073】
演算部６８は、第１傾斜センサ７１および第２傾斜センサ７２からの検出結果に基づき、傾斜角および傾斜方向を演算し、更に傾斜角および傾斜方向に相当する第１エンコーダ６２の回転角、および第２エンコーダ６６の回転角により測量装置１の鉛直に対する傾斜角を演算する。
【0074】
演算された第１エンコーダ６２の回転角、および第２エンコーダ６６の回転角を合成することで傾斜角および傾斜方向が演算される。傾斜角および傾斜方向は、水平に対する筐体７、即ち測定ユニット２０の傾斜角および傾斜方向（相対傾斜角）に対応する。
【0075】
そうして、第１モータ６１、第２モータ６５、第１エンコーダ６２、第２エンコーダ６６、および演算部６８は、相対傾斜角検出部を構成する。
【0076】
なお、姿勢検出ユニット２６は、外フレーム５１が水平に設置された場合に、第１傾斜センサ７１が水平を検出する様に設定され、更に第１エンコーダ６２の出力、および第２エンコーダ６６の出力が共に基準位置（回転角０゜）を示す様に設定される。
【0077】
以下、姿勢検出ユニット２６の作用について説明する。
先ず、高精度に傾斜を検出する場合について説明する。
先ず、高精度に傾斜を検出する場合について説明する。
【0078】
姿勢検出ユニット２６が傾斜すると、第１傾斜センサ７１が傾斜に応じた信号を出力する。
【0079】
演算部６８は、第１傾斜センサ７１からの信号に基づき、傾斜角および傾斜方向を演算し、更に演算結果に基づき傾斜角および傾斜方向を０にする為の、第１モータ６１および第２モータ６５の回転量を演算し、入出力制御部７４を介して第１モータ６１および第２モータ６５を回転量駆動する駆動指令を発する。
【0080】
第１モータ６１および第２モータ６５の駆動により、演算された傾斜角および傾斜方向の逆に傾斜する様、第１モータ６１および第２モータ６５が駆動される。モータの回転量（回転角）は、第１エンコーダ６２および第２エンコーダ６６によって検出される。回転角が演算結果となったところで、第１モータ６１、前記第２モータ６５の駆動が停止される。
【0081】
この状態では、外フレーム５１および内フレーム５３が傾斜した状態で、傾斜検出ユニット５６が水平に制御される。
【0082】
従って、傾斜検出ユニット５６を水平とする為に、第１モータ６１および第２モータ６５により、内フレーム５３および傾斜検出ユニット５６を傾斜させた傾斜角は、第１エンコーダ６２および第２エンコーダ６６で検出した回転角に基づき求められる。
【0083】
演算部６８は、第１傾斜センサ７１が水平を検出した時の、第１エンコーダ６２および第２エンコーダ６６の検出結果に基づき姿勢検出ユニット２６の水平に対する傾斜角および傾斜方向を演算する。この演算結果が、姿勢検出ユニット２６の傾斜後の姿勢を示す。
【0084】
従って、演算部６８が演算する傾斜角および傾斜方向は、測量装置１の水平に対する傾斜角および傾斜方向となる。
【0085】
演算部６８は、演算された傾斜角および傾斜方向を姿勢検出ユニット２６の検出信号として入出力制御部７４を介して外部に出力する。
【0086】
姿勢検出ユニット２６では、図４に示される構造の通り、傾斜検出ユニット５６および内フレーム５３の回転を制約するものがなく、傾斜検出ユニット５６および内フレーム５３は、共に３６０゜以上の回転が可能である。即ち、姿勢検出ユニット２６がどの様な姿勢となろうとも（例えば、姿勢検出ユニット２６の天地が逆になった場合でも）、全方向での姿勢検出が可能である。
【0087】
高応答性を要求する場合には、第２傾斜センサ７２の検出結果に基づき姿勢検出および姿勢制御が行われる。ここで、第２傾斜センサ７２の検出精度は、第１傾斜センサ７１の検出精度に比べて悪いのが一般的である。
【0088】
本実施形態に係る測量装置１では、高精度の第１傾斜センサ７１と高応答性の第２傾斜センサ７２とを具備することで、第２傾斜センサ７２の検出結果に基づき姿勢制御を行い、第１傾斜センサ７１により高精度の姿勢検出を可能とする。
【0089】
つまり、第２傾斜センサ７２が検出した傾斜角に基づき、傾斜角が０°になる様に第１モータ６１および第２モータ６５を駆動する。更に、第１傾斜センサ７１が水平を検出するまで、第１モータ６１および第２モータ６５の駆動を継続することにより、高精度に姿勢を検出することが可能となる。第１傾斜センサ７１が水平を検出した時の第１エンコーダ６２および第２エンコーダ６６の値（即ち実際の傾斜角）と、第２傾斜センサ７２が検出した傾斜角と、の間で偏差を生じれば、偏差に基づき第２傾斜センサ７２の傾斜角を較正することができる。
【0090】
従って、予め、第２傾斜センサ７２の検出傾斜角と、第１傾斜センサ７１による水平検出と、第１エンコーダ６２および第２エンコーダ６６の検出結果と、に基づき、求めた傾斜角との関係を取得しておけば、第２傾斜センサ７２に検出された傾斜角の較正（キャリブレーション）をすることができ、第２傾斜センサ７２による高応答性での姿勢検出の精度を向上させることができる。
【0091】
上述した様に、姿勢検出ユニット２６により、測量装置１の設置状態での傾斜角および傾斜方向を高精度で検出でき、検出結果に基づき測定結果を補正できるので、測量装置１を水平に整準する必要がない。即ち、どの様な設置状態でも高精度の測定が可能であり、測量装置１が整準装置を具備する必要がない。
【0092】
次に、撮像ユニット２７は、撮像光軸５を有している。撮像光軸５は、光軸偏向ユニット３６が測距光軸４を偏向していない状態で、測距光軸４と平行となる様に設定されている。撮像光軸５上に、結像レンズ４８および撮像素子４９が設けられている。
【0093】
撮像ユニット２７の画角は、光軸偏向ユニット３６により光軸を偏向可能な範囲と同等、または若干大きく設定されている。撮像ユニット２７の画角は、例えば５゜となっている。
【0094】
また、撮像素子４９は、画素の集合体であり、例えばＣＣＤ或はＣＭＯＳセンサである。撮像素子４９の各画素は、画像素子上での位置を特定可能とされている。例えば、撮像素子４９の各画素は、各カメラの光軸を原点とした座標系で位置を特定される。
【0095】
先ず、測量装置１による測定作動について、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）を参照して説明する。
図６（Ａ）～（Ｃ）は、本実施形態の光軸偏向ユニットの作用を示す説明図である。
なお、図６（Ａ）では説明を簡略化する為、光学プリズム４１ａ，４１ｂについて、プリズム要素４２ａ，４２ｂおよびプリズム要素４３ａ，４３ｂを分離して示している。また、図６（Ａ）で示されるプリズム要素４２ａ，４２ｂおよびプリズム要素４３ａ，４３ｂは、最大の偏角が得られる状態となっている。また、最小の偏角は、光学プリズム４１ａ，４１ｂのいずれか一方が１８０゜回転した位置である。偏角は、０゜となる。射出されるレーザ光線の光軸（測距光軸４）は、射出光軸３１と平行となる。
図６（Ａ）～（Ｃ）は、本実施形態の光軸偏向ユニットの作用を示す説明図である。
なお、図６（Ａ）では説明を簡略化する為、光学プリズム４１ａ，４１ｂについて、プリズム要素４２ａ，４２ｂおよびプリズム要素４３ａ，４３ｂを分離して示している。また、図６（Ａ）で示されるプリズム要素４２ａ，４２ｂおよびプリズム要素４３ａ，４３ｂは、最大の偏角が得られる状態となっている。また、最小の偏角は、光学プリズム４１ａ，４１ｂのいずれか一方が１８０゜回転した位置である。偏角は、０゜となる。射出されるレーザ光線の光軸（測距光軸４）は、射出光軸３１と平行となる。
【0096】
発光素子３２から測距光が発せられる。測距光は、投光レンズ３３で平行光束とされ、測距光偏向部３６ａ（プリズム要素４２ａ，４２ｂ）を透過して測定対象物あるいは測定対象エリアに向けて射出される。ここで、測距光は、測距光偏向部３６ａを透過することで、プリズム要素４２ａ，４２ｂによって所要の方向に偏向されて射出される。
【0097】
測定対象物あるいは測定対象エリアで反射された反射測距光は、反射測距光偏向部３６ｂ（プリズム要素４３ａ，４３ｂ）を透過して入射され、結像レンズ３９により受光素子３８に集光される。
【0098】
反射測距光が反射測距光偏向部３６ｂを透過することで、反射測距光の光軸は、受光光軸３７と合致する様にプリズム要素４３ａ，４３ｂによって偏向される（図６（Ａ））。
【0099】
プリズム要素４２ａとプリズム要素４２ｂとの回転位置の組合わせにより、射出する測距光の偏向方向および偏角を任意に変更することができる。
【0100】
また、プリズム要素４２ａとプリズム要素４２ｂとの位置関係を固定した状態で（プリズム要素４２ａとプリズム要素４２ｂとで得られる偏角を固定した状態で）、モータ４７ａ，４７ｂにより、プリズム要素４２ａとプリズム要素４２ｂとを一体に回転することで、測距光偏向部３６ａを透過した測距光が描く軌跡は、測距光軸４を中心とした円となる。
【0101】
従って、発光素子３２よりレーザ光線を発光させつつ、光軸偏向ユニット３６を回転させれば、測距光を円の軌跡で走査させることができる。
【0102】
なお、反射測距光偏向部３６ｂは、測距光偏向部３６ａと一体に回転していることは言う迄もない。
【0103】
次に、図６（Ｂ）は、プリズム要素４２ａと前記プリズム要素４２ｂとを相対回転させた場合を示している。プリズム要素４２ａにより偏向された光軸の偏向方向を偏向Ａとし、プリズム要素４２ｂにより偏向された光軸の偏向方向を偏向Ｂとすると、プリズム要素４２ａ，４２ｂによる光軸の偏向は、プリズム要素４２ａ，４２ｂ間の角度差θとして、合成偏向Ｃとなる。
【0104】
従って、角度差θを変化させる度に、光軸偏向ユニット３６を１回転させれば、直線状に測距光を走査させることができる。
【0105】
更に、図６（Ｃ）に示される様に、プリズム要素４２ａの回転速度に対して遅い回転速度でプリズム要素４２ｂを回転させれば、角度差θは漸次増大しつつ測距光が回転される。そのため、測距光の走査軌跡は、スパイラル状となる。
【0106】
更にまた、プリズム要素４２ａおよびプリズム要素４２ｂの回転方向および回転速度を個々に制御することで、測距光の走査軌跡を射出光軸３１を中心とした照射方向（半径方向の走査）とし、或は水平方向および垂直方向とする等、種々の走査状態が得られる。
【0107】
測定の態様としては、光軸偏向ユニット３６（プリズム要素４２ａ，４２ｂ）を所要偏角毎に固定して測距を行うことで、特定の測定点についての測距を行うことができる。更に、光軸偏向ユニット３６の偏角を変更しつつ、測距を実行することで、即ち測距光を走査しつつ測距を実行することで走査軌跡上の測定点についての測距データを取得することができる。
【0108】
また、各測距光の射出方向角は、モータ４７ａ，４７ｂの回転角により検出できる。射出方向角と測距データとを関連付けることで、測定対象物の３次元の測距データを取得することができる。３次元の測距データは、３次元情報、３次元データおよび３次元点群データなどとも呼ばれる。
【0109】
更に、射出光軸３１の水平に対する傾きは、姿勢検出ユニット２６によって検出することができる。姿勢検出ユニット２６が検出した傾きに基づき測距データを補正し、高精度の測距データとすることができる。
【0110】
次に、本実施形態に係る測量装置１では、３次元の測距データを取得すると共に画像データを取得することもできる。
【0111】
測定対象物が選択されると、測定対象物が撮像ユニット２７によって捕捉される様、測量装置１を測定対象物へ向ける。撮像ユニット２７で取得された画像は、表示部１１に表示される。
【0112】
撮像ユニット２７で取得された画像は、測量装置１の測定範囲と一致、又は略一致しているので、測定者は視覚によって容易に測定範囲を特定できる。
【0113】
また、測距光軸４と撮像光軸５とは、互いに平行であり、且つ、既知の関係である。そのため、演算処理ユニット２４は、撮像ユニット２７による画像上で画像中心と測距光軸４とを一致させることができる。更に、演算処理ユニット２４は、測距光の射出方向角を検出することで、射出方向角に基づき画像上に測定点を特定できる。従って、測定点の３次元データと画像の関連付けを容易に行え、撮像ユニット２７で取得した画像を３次元データ付の画像とすることができる。
【0114】
次に、本実施形態の演算処理ユニット２４が測距光の走査軌跡の形状（スキャンパターン）を生成する制御を、図面を参照して説明する。
図７は、本実施形態の演算処理ユニットが測距光のスキャンパターンを生成する制御の概略を示すフローチャートである。
図７は、本実施形態の演算処理ユニットが測距光のスキャンパターンを生成する制御の概略を示すフローチャートである。
【0115】
演算処理ユニット２４は、まず、撮像ユニット２７により撮像された測定対象物を含む画像に基づいて測定対象物の大まかな形状を把握する。そして、演算処理ユニット２４は、把握した測定対象物の大まかな形状に基づいて、測定ユニット２０により射出される測距光のスキャンパターンを生成する制御を実行する。
【0116】
図７を参照して演算処理ユニット２４が実行する制御を説明すると、まず、ステップＳ１１において、測定者は、器械すなわち測量装置１を設置する。続いて、ステップＳ１２において、測定者は、撮像ユニット２７により撮像された画像により測定対象物を認識する。あるいは、撮像ユニット２７により撮像された画像は、奥行きを有する深度画像であってもよい。この場合には、ステップＳ１３において、測定者は、撮像ユニット２７により撮像された深度画像により測定対象物を認識する。
【0117】
続いて、ステップＳ１４において、測定者は、指定したオブジェクト（すなわち３次元データを取得したい測定対象物）を、撮像ユニット２７により撮像された画像から抽出する。例えば、表示部１１がタッチパネルであり操作部１２と兼用されている場合において、測定者は、表示部１１に表示された画像の中から測定対象物あるいは測定対象エリアを選択し指定する。
【0118】
続いて、３次元データを取得したい測定対象物が抽出されると、ステップＳ１６において、演算処理ユニット２４は、公知のセマンティック・セグメンテーション（Semantic Segmentation）を実行する。測定対象物としては、例えば、人、車、電柱、Ｉ－Ｂｅａｍ（Ｉ型鋼）、配管などが挙げられる。ステップＳ１６に続くステップＳ１８において、演算処理ユニット２４は、撮像ユニット２７により撮像された画像のピクセル単位で測定対象物の形状を識別する。
【0119】
あるいは、ステップＳ１４に続くステップＳ１７において、演算処理ユニット２４は、測定対象物のエッジ検出を行い、スキャンエリアを分離してもよい。
【0120】
またあるいは、ステップＳ１２およびステップＳ１３に続くステップＳ１５において、測定者は、撮像ユニット２７により撮像された画像（深度画像を含む。）により測定対象物として移動物体を認識してもよい。つまり、３次元データを取得したい測定対象物は、電柱や配管などの静止物体だけではなく移動物体であってもよい。ステップＳ１５に続くステップＳ１９において、演算処理ユニット２４は、撮像ユニット２７により撮像された画像の中において移動物体のトラッキングを行う。
【0121】
ステップＳ１８およびステップＳ１９に続くステップＳ２０において、演算処理ユニット２４は、検出されたピクセルに対応した位置をスキャンする制御を実行する。すなわち、演算処理ユニット２４は、ステップＳ１８において撮像ユニット２７により撮像された画像のピクセル単位で測定対象物の形状を識別したり、ステップＳ１９において撮像ユニット２７により撮像された画像の中において移動物体のトラッキングを行ったりすることで、測定対象物の大まかな形状を把握する。そして、演算処理ユニット２４は、把握した測定対象物の大まかな形状に基づいて、測定ユニット２０により射出される測距光のスキャンパターンを生成する。演算処理ユニット２４は、生成したスキャンパターンに基づいて、モータ４７ａ，４７ｂを個別に制御することにより、検出されたピクセルに対応した位置をスキャンする制御を実行することができる。
【0122】
続いて、ステップＳ２１において、演算処理ユニット２４は、スキャンを行った測定対象物の奥行きに対応して測定密度（すなわち点群データの密度）を変更する。例えば、演算処理ユニット２４は、測量装置１から相対的に遠い位置に存在する測定対象エリアにおける３次元データが相対的に粗とならず均一となるように、測定対象物の奥行きに対応して測定密度を変更する。
【0123】
続いて、ステップＳ２２において、演算処理ユニット２４は、演算処理ユニット２４が生成したスキャンパターンにより測定ユニット２０が測距を行い取得した測定対象物の３次元データに基づいて、スキャンパターンを更新する。
【0124】
続いて、ステップＳ２３において、演算処理ユニット２４は、撮像ユニット２７により撮像された画像上で測定対象物の移動を追尾してトラッキングを行う。
【0125】
次に、本実施形態の演算処理ユニット２４が測距光の走査軌跡の形状（スキャンパターン）を生成する制御を、図８～図１０を参照してさらに説明する。
図８は、本実施形態の演算処理ユニットが測距光のスキャンパターンを生成する制御の具体例を示すフローチャートである。
図９および図１０は、本実施形態の演算処理ユニットによって生成されたスキャンパターンを例示する模式図である。
図８は、本実施形態の演算処理ユニットが測距光のスキャンパターンを生成する制御の具体例を示すフローチャートである。
図９および図１０は、本実施形態の演算処理ユニットによって生成されたスキャンパターンを例示する模式図である。
【0126】
まず、図８に表したステップＳ３１において、測定者は、撮像ユニット２７により撮像された画像内で認識した測定対象エリアのピクセルをピックアップする。例えば、表示部１１がタッチパネルであり操作部１２と兼用されている場合において、測定者は、表示部１１に表示された画像の中から測定対象物あるいは測定対象エリアを選択し指定する。図８に表したステップＳ３１は、例えば、図７に関して前述したステップＳ１４に相当する。
【0127】
続いて、ステップＳ３２において、演算処理ユニット２４は、ピックアップした測定対象エリアに対して公知の主成分分析を行う。本実施形態の主成分分析は、測定対象物および測定対象エリアに関する情報の損失を抑えつつ測定対象物および測定対象エリアに関する情報の縮約を図ることができる公知の方法あるいは手法である。
【0128】
続いて、ステップＳ３３において、演算処理ユニット２４は、主成分分析を行った結果、第一主成分１０１（図９（Ａ）～図１０（Ｃ）参照）を検出する。第一主成分１０１の軸は、軸上に投影されたデータの分散が最大となる軸である。続いて、ステップＳ３４において、演算処理ユニット２４は、第一主成分１０１と直交する成分（すなわち第二主成分１０２）（図９（Ａ）～図１０（Ｃ）参照）を抽出する。第二主成分１０２は、第一主成分１０１に直交する軸のうち、軸上に投影されたデータの分散が最大となる軸である。
【0129】
続いて、ステップＳ３５において、演算処理ユニット２４は、第一主成分１０１と直交成分（すなわち第二主成分１０２）との比を比較する。すなわち、測定対象物あるいは測定対象エリアにおいて、第一主成分１０１の軸の長さと第二主成分１０２の軸の長さとの比を比較する。
【0130】
第二主成分１０２に対する第一主成分１０１の比率が所定比率未満である場合、すなわち第一主成分１０１と第二主成分１０２との比率が比較的近い場合には、ステップＳ３６において、演算処理ユニット２４は、測定対象物の形状が四角か円に近いものであるとして測定対象物の大まかな形状を把握する。そして、演算処理ユニット２４は、測定対象物について主成分を中心に１２方向の長さを調べ、測定対象物の形状が四角に近いものであるか、あるいは円に近いものであるかを判断する。そして、演算処理ユニット２４は、把握した測定対象物の大まかな形状に基づいて、測定ユニット２０により射出される測距光のスキャンパターンを生成し、生成したスキャンパターンに基づいてモータ４７ａ，４７ｂを個別に制御することにより、測定対象物の重心を中心に円スキャンを行う。
【0131】
例えば、図９（Ａ）に表したように、演算処理ユニット２４は、測定対象物８１Ａの形状が円に近いものであるとして測定対象物の大まかな形状を把握した場合には、円形状の測距光の走査軌跡９１Ａ（スキャンパターン）を生成する。そして、図９（Ａ）に表した矢印Ａ１のように、演算処理ユニット２４は、モータ４７ａ，４７ｂを個別に制御することにより、円形状の測距光の走査軌跡９１Ａを測定対象物８１Ａの重心を中心に円スキャンを行う。
【0132】
また例えば、図９（Ｂ）に表したように、演算処理ユニット２４は、測定対象物８１Ｂの形状が四角に近いものであるとして測定対象物の大まかな形状を把握した場合には、円形状の測距光の走査軌跡９１Ｂ（スキャンパターン）を生成する。そして、図９（Ｂ）に表した矢印Ａ２のように、演算処理ユニット２４は、モータ４７ａ，４７ｂを個別に制御することにより、円形状の測距光の走査軌跡９１Ｂを測定対象物８１Ｂの重心を中心に円スキャンを行う。このとき、演算処理ユニット２４は、ステップＳ３６で調べた「１２方向の長さ」に応じて測距光の走査軌跡９１Ｂの直径を変更する。あるいは、図９（Ｃ）に表した矢印Ａ３のように、演算処理ユニット２４は、モータ４７ａ，４７ｂを個別に制御することにより、円形状の測距光の走査軌跡９１Ｂを測定対象物８１Ｂの縁に沿って移動させてスキャンを行う。
【0133】
また例えば、図１０（Ａ）に表したように、演算処理ユニット２４は、測定対象物８１Ｃの形状が四角にやや近いものであるとして測定対象物の大まかな形状を把握した場合には、円形状の測距光の走査軌跡９１Ｃ（スキャンパターン）を生成する。そして、図１０（Ａ）に表した矢印Ａ４ように、演算処理ユニット２４は、モータ４７ａ，４７ｂを個別に制御することにより、円形状の測距光の走査軌跡９１Ｃを測定対象物８１Ｃの重心を中心に円スキャンを行う。このとき、演算処理ユニット２４は、ステップＳ３６で調べた「１２方向の長さ」に応じて測距光の走査軌跡９１Ｂの直径を変更する。あるいは、図９（Ｃ）に関して前述した場合と同様に、演算処理ユニット２４は、モータ４７ａ，４７ｂを個別に制御することにより、円形状の測距光の走査軌跡９１Ｃを測定対象物８１Ｃの縁に沿って移動させてスキャンを行ってもよい。
【0134】
一方で、第二主成分１０２に対する第一主成分１０１の比率が所定比率以上である場合、すなわち第一主成分１０１と第二主成分１０２との比率が比較的遠い場合には、ステップＳ３７において、演算処理ユニット２４は、測定対象物の形状が長方形に近いものであるとして測定対象物の大まかな形状を把握する。そして、演算処理ユニット２４は、把握した測定対象物の大まかな形状に基づいて、測定ユニット２０により射出される測距光のスキャンパターンを生成し、生成したスキャンパターンに基づいてモータ４７ａ，４７ｂを個別に制御することにより、測定対象物のスキャンを行う。
【0135】
例えば、図１０（Ｂ）に表したように、演算処理ユニット２４は、測定対象物８１Ｄの形状が長方形に近いものであるとして測定対象物の大まかな形状を把握した場合には、主成分に沿った楕円形状の測距光の走査軌跡９１Ｄ（スキャンパターン）を生成する。そして、図１０（Ｂ）に表した矢印Ａ５のように、演算処理ユニット２４は、モータ４７ａ，４７ｂを個別に制御することにより、楕円形状の測距光の走査軌跡９１Ｄを測定対象物８１Ｄの重心を中心に回転させてスキャンを行う。
【0136】
あるいは、図１０（Ｃ）に表したように、演算処理ユニット２４は、測定対象物８１Ｄの形状が長方形に近いものであるとして測定対象物の大まかな形状を把握した場合には、直線状の測距光の走査軌跡９１Ｅ（スキャンパターン）を生成する。そして、図１０（Ｃ）に表した矢印Ａ６のように、演算処理ユニット２４は、モータ４７ａ，４７ｂを個別に制御することにより、直線状の測距光の走査軌跡９１Ｅを主成分（図１０（Ｃ）では第一主成分１０１）に沿ってジグザグに移動させてスキャンを行う。
【0137】
あるいは、演算処理ユニット２４は、測定対象物の形状が長方形に近いものであるとして測定対象物の大まかな形状を把握した場合において、円形状の測距光の走査軌跡（図示せず）を生成してもよい。そして、演算処理ユニット２４は、モータ４７ａ，４７ｂを個別に制御することにより、円形状の測距光の走査軌跡を主成分に沿って移動させてスキャンを行ってもよい。あるいは、演算処理ユニット２４は、測定対象物の形状が長方形に近いものであるとして測定対象物の大まかな形状を把握した場合において、螺旋状の測距光の走査軌跡（図示せず）を生成してもよい。そして、演算処理ユニット２４は、モータ４７ａ，４７ｂを個別に制御することにより、螺旋形状の測距光の走査軌跡を主成分に沿って移動させてスキャンを行ってもよい。
【0138】
続いて、ステップＳ３６およびステップＳ３７に続くステップＳ３８において、演算処理ユニット２４は、認識された測定対象物の色および種類の少なくともいずれかに応じてＥＤＭ絞りを変更する。なお、演算処理ユニット２４は、ステップＳ３８を必ずしも実行しなくともよい。
【0139】
続いて、ステップＳ３９において、演算処理ユニット２４は、モータ４７ａ，４７ｂを個別に制御することにより、撮像ユニット２７により撮像された画像に対応する測定対象エリアをスキャンする。そして、演算処理ユニット２４は、測定対象エリアの３次元情報（３次元データ）を取得する。
【0140】
続いて、ステップＳ４０において、演算処理ユニット２４は、取得した測定対象エリアの３次元情報（３次元データ）に基づいてスキャンパターンを修正（更新）する。すなわち、演算処理ユニット２４は、演算処理ユニット２４が生成したスキャンパターンにより測定ユニット２０が測距を行い取得した測定対象物の３次元情報（３次元データ）に基づいて、スキャンパターンを修正（更新）する。例えば、演算処理ユニット２４は、スキャン密度を修正する。
【0141】
続いて、ステップＳ４１において、演算処理ユニット２４は、スキャンデータにより測定対象エリアのうちで最も大きな面を抽出し、抽出した面に正対した状態で測定対象物の形状を判断し、スキャンパターンの作成（生成）を行う。
【0142】
続いて、ステップＳ４２において、演算処理ユニット２４は、判断した測定対象物の形状を画像上に投影し、スキャンのパラメータを計算する。
【0143】
以上説明したように、本実施形態に係る測量装置１によれば、演算処理ユニット２４は、まず、撮像ユニット２７により撮像された測定対象物を含む画像に基づいて測定対象物の大まかな形状を把握する。そして、演算処理ユニット２４は、把握した測定対象物の大まかな形状に基づいて測定ユニット２０により射出される測距光のスキャンパターンを生成する制御を実行する。そのため、測定ユニット２０は、３次元データを取得したい測定対象物を含む特徴的なエリアだけをスキャンして測距を行う。言い換えれば、測定ユニット２０は、３次元データを取得したい測定対象物を含まない余分なエリアをスキャンせず、余分なエリアの測距を行わない。これにより、本実施形態に係る測量装置１は、測量に要する時間および測量後の画像処理に要する時間の短縮化を図り、測量の効率を向上させることができる。
【0144】
また、測定ユニット２０は、３６０度の方向に測距光を回転照射して測距を行う場合と比較して、３次元データを取得したい測定対象物を含む特徴的なエリアを早い周期で複数回に亘ってスキャンして測距を行うことができる。そのため、撮像ユニット２７により撮像された測定対象物を含む画像が例えば奥行きを有する深度画像である場合であっても、本実施形態に係る測量装置１は、測量に要する時間の短縮化を図りつつ、測定対象物に対して比較的細かいグリッド構造を定義し、３次元データを取得したい測定対象物を含む特徴的なエリアにおいて均一な測量を行うことができる。これにより、本実施形態に係る測量装置１は、測量の精度を向上させることができる。
【0145】
また、演算処理ユニット２４は、撮像ユニット２７により撮像された測定対象物を含む画像の主成分分析を行うことにより測定対象物の大まかな形状を把握する。そのため、演算処理ユニット２４は、測定対象物に関する情報の損失を抑えつつ測定対象物に関する情報の縮約を図り、測定対象物の大まかな形状を効率的に把握することができる。
【0146】
さらに、演算処理ユニット２４は、測定ユニット２０が取得した測定対象物の３次元情報に基づいてスキャンパターンを更新する。そのため、測定ユニット２０は、演算処理ユニット２４により更新されたスキャンパターンに基づいて測距光を射出し、３次元データを取得したい測定対象物を含む特徴的なエリアだけをより効率的にスキャンして測距を行うことができる。これにより、本実施形態に係る測量装置１は、測量に要する時間および測量後の画像処理に要する時間の短縮化をさらに図り、測量の効率をさらに向上させることができる。
【0147】
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。
【符号の説明】
【0148】
１：測量装置、 ２：三脚、 ３：基台ユニット、 ４：測距光軸、 ５：撮像光軸、 ６：鉛直線、 ７：筐体、 ８：分度盤、 ９：鉛直回転部、 １１：表示部、 １２：操作部、 １４：縦軸心、 １５：横軸心、 ２０：測定ユニット、 ２１：測距光射出部、 ２２：受光部、 ２３：測距部、 ２４：演算処理ユニット、 ２５：射出方向検出部、 ２６：姿勢検出ユニット、 ２７：撮像ユニット、 ３１：射出光軸、 ３２：発光素子、 ３３：投光レンズ、 ３４：第１反射鏡、 ３５：第２反射鏡、 ３６：光軸偏向ユニット、 ３６ａ：測距光偏向部、 ３６ｂ：反射測距光偏向部、 ３７：受光光軸、 ３８：受光素子、 ３９：結像レンズ、 ４１ａ、４１ｂ：光学プリズム、 ４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ：プリズム要素、 ４４ａ、４４ｂ：リングギア、 ４６ａ、４６ｂ：駆動ギア、 ４７ａ、４７ｂ：モータ、 ４８：結像レンズ、 ４９：撮像素子、 ５１：外フレーム、 ５２：軸受、 ５３：内フレーム、 ５４：縦軸、 ５５：横軸、 ５６：傾斜検出ユニット、 ５７：軸受、 ５８：第１ギア、 ５９：第１駆動ギア、 ６１：第１モータ、 ６２：第１エンコーダ、 ６３：第２ギア、 ６４：第２駆動ギア、 ６５：第２モータ、 ６６：第２エンコーダ、 ６８：演算部、 ７１：第１傾斜センサ、 ７２：第２傾斜センサ、 ７３：記憶部、 ７４：入出力制御部、 ８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃ、８１Ｄ、８１Ｅ：測定対象物、 ９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ、９１Ｄ、９１Ｅ：走査軌跡、 １０１：第一主成分、 １０２：第二主成分、 Ｒ：設置基準点、 θ：角度差、 ω：角
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】