專利名稱：立體圖像作成方法及三維數據作成裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及至少從兩個方向拍攝對象物，從多個拍攝圖像作成立體圖像的立體圖像的作成方法，以及使立體圖像與測定數據關聯并基于立體圖像作成三維數據的裝置。
背景技術：
立體圖像是立體地捕捉對象物的圖像，是改變拍攝方向拍攝同一對象物而獲得的圖像。通過使圖像上的各點相關聯，能夠求出構成圖像的點的三維數據。
為了從立體圖像獲得三維數據，需要使兩個圖像的對應(立體匹配stereo matching)，或可立體匹配的條件(外部標定要素)。作為外部標定要素，分別需要兩個拍攝處(攝像機位置)的三維數據、拍攝方向、傾斜度、放大率等。
要進行兩個圖像的立體匹配，需要對于左右攝像機間的基準線矢量的左右攝像機的相對旋轉，即相互標定要素，該相互標定要素基于所述外部標定要素來算出。
一直以來，作成立體圖像時，從已知的兩個地點用攝像機拍攝對象物，求出算出相互標定要素所必要的外部標定要素，因此在對象物設置基準點，按其它途徑用全站儀(total station)等測量基準點，基于基準點的三維位置信息求出攝像機的位置和傾斜度。
因此，需要求出立體圖像的照相測量，以及在照相測量后，在圖像內設定基準點(過渡點pass point)，并從拍攝圖像的已知的兩個地點對該基準點分別進行基于全站儀等測量機的測定，并且需要6個以上的過渡點等，其測定操作變得復雜。
發明內容
本發明的目的在于簡化相互標定操作，使立體圖像的作成及容易關聯又基于立體圖像的三維測定操作簡單。
為了達成上述目的，本發明的立體圖像作成方法，采用具備取得照準方向的圖像的攝像部件和可進行對照準點的測距、測角的測距測角部件的測量裝置，將該測量裝置設置在已知點進行至少對3個照準點的測距、測角，且將所述測量裝置設置在未知點進行對所述3個照準點的測角，由所述3個照準點的測量數據計算所述未知點的坐標，分別從已知點、未知點取得關于所述3個照準點中至少1個照準點的圖像，基于所述已知點的坐標數據、測距數據、測角數據、所述未知點的算出的坐標數據及測角數據，由從所述已知點和未知點獲得的圖像作成立體圖像；并且，本發明的立體圖像作成方法中，至少3個照準點可從已知點和未知點照準，從已知點和未知點取得的圖像基于圖像上的偏移，使從已知點和未知點照準的照準點一致；并且，本發明的立體圖像作成方法中，從已知點和未知點取得全部照準點的圖像，使對各照準點對應的圖像的照準點一致。
另外，本發明的三維數據作成裝置，其中設有取得照準方向的圖像的攝像部件、可進行照準點的測距的測距部件、可進行照準點的測角的測角部件、存儲測距數據、測角數據及拍攝圖像的存儲部和控制運算部，所述攝像部件從已知點、未知點對至少3個照準點中至少1個照準點拍攝圖像，所述控制運算部基于已知點的坐標數據、來自已知點的至少3個照準點的測距數據、測角數據、來自未知點的所述3個照準點的測角數據，計算未知點的坐標數據，基于已知點的坐標數據、測距數據、測角數據、未知點的算出的坐標數據、測角數據，由所述圖像作成立體圖像；還有，本發明的三維數據作成裝置，基于已知點的坐標數據、來自已知點的至少3個照準點的測距數據、測角數據、未知點的坐標數據、來自未知點的測角數據，使兩個所述立體圖像關聯，由關聯的圖像計算三維數據。
依據本發明，采用具備取得照準方向的圖像的攝像部件和可進行照準點的測距、測角的測距測角部件的測量裝置，將該測量裝置設置在已知點進行至少對3個照準點的測距、測角，且將所述測量裝置設置在未知點進行對所述3個照準點的測角，由所述3個照準點的測量數據計算所述未知點的坐標，分別從已知點、未知點取得關于所述3個照準點中至少1個照準點的圖像，基于所述已知點的坐標數據、測距數據、測角數據、所述未知點的算出的坐標數據及測角數據，從由所述已知點和未知點獲得的圖像作成立體圖像，因此能夠省略照相測量和過渡點的測量，并可顯著簡化立體圖像的作成。
另外，依據本發明，設有取得照準方向的圖像的攝像部件、可進行照準點的測距的測距部件、可進行照準點的測角的測角部件、存儲測距數據、測角數據及拍攝圖像的存儲部和控制運算部，所述攝像部件從已知點、未知點對至少3個照準點中至少1個照準點拍攝圖像，所述控制運算部基于已知點的坐標數據、來自已知點的至少3個照準點的測距數據、測角數據、來自未知點的所述3個照準點的測角數據，計算未知點的坐標數據，基于已知點的坐標數據、測距數據、測角數據、未知點的算出的坐標數據、測角數據，由所述圖像作成立體圖像，因此無需照相測量所必要的裝置和全站儀等測量裝置，可用單一裝置進行測定操作，并可顯著簡化測定操作本身。
圖1是本發明實施例的測量裝置的外觀圖。
圖2是與前面相同的測量裝置的概略結構圖。
圖3是表示本發明實施例的測量操作的說明圖。
圖4是表示本發明實施例的測量操作的說明圖。
圖5是在補正本發明實施例的兩個圖像的照準點的偏移時的說明圖。
圖6是表示本發明實施例的作用的流程圖。
圖7是表示本發明實施例的另一測量操作的說明圖。
具體實施例方式
以下，參照
實施本發明的最佳方式。
首先，按照圖1概略說明本發明的測量裝置21。圖1表示該測量裝置的本體部1。
該本體部1主要由安裝于三腳架(未圖示)上的校平部2、設于該校平部2上的基座部3、在該基座部3上可以垂直軸心為中心旋轉地設置的托架部4、在該托架部4上可以水平軸心為中心旋轉地設置的望遠鏡部5構成。
所述托架部4具備顯示部6、操作/輸入部7，所述望遠鏡部5設有照準測定對象物8(參照圖2)的照準望遠鏡9和具有與該照準望遠鏡9平行的光軸并拍攝照準方向的圖像的攝像部11。該攝像部11例如為內置的數字攝像機等，作為該數字攝像機的攝像元件采用CCD等的圖像傳感器。
參照圖2，就所述本體部1的基本結構進行說明。
所述托架部4上設有檢出所述望遠鏡部5的垂直角并對照準方向的垂直角進行測角的垂直角測角部12，并且在所述托架部4上設有檢出相對于所述托架部4的所述基座部3的旋轉角并檢出照準方向的水平角的水平角測角部13。另外，所述望遠鏡部5中設有包含測距光學系統的測距部14。該測距部14求出從發光部15發射的測距光在測定對象物8反射后由受光部16接受時的位相差或時間差，進行到測定對象物8為止的測距。所述托架部4內還設有由控制運算部17、圖像處理部18、存儲部19等構成的控制裝置。
該存儲部19中存放了測量所需的計算程序例如基于后方交會法的坐標計算程序，或者存放了后述的圖像處理或取得圖像信息所需的圖像處理程序。所述控制運算部17上被輸入來自所述圖像處理部18的圖像信號和來自所述測距部14、所述垂直角測角部12、所述水平角測角部13的測定結果，進行照準方向的圖像的取得、距離測量、垂直角、水平角的測量的同時圖像信號、測量結果記錄到所述存儲部19并在所述顯示部6上顯示。
參照圖3～圖6，就采用上述測量裝置的立體圖像作成方法及三維數據作成方法進行說明。
在已知點即已知地面坐標系統的三維數據的點(A地點)上設置測量裝置21(步驟01)，照準作成立體圖像的測定對象物，進行可照準的照準點P1的測距、測角。水平角進行基準方向D0例如以方位角為基準的測角，垂直角進行例如以水平角為基準的測角。實施測距、測角的同時用所述攝像部11拍攝包含照準點P1的照準方向的所要范圍的圖像。
接著，用所述測量裝置21，對任意選擇的已知點P2、已知點P3實施測距、測角(步驟02)。還有，已知點P2、已知點P3可為測定對象內的位置，也可為測定對象以外的位置。圖3中示出已知點P2、P3在測定對象外的場合。
將所述測量裝置21移動到未知點(求點)B(步驟03)，照準所述照準點P1及成為已知點的所述點P2、所述點P3，實施對于3點P1、P2、P3的測角，用所述攝像部11取得任意點例如所述點P1的圖像。將在A地點拍攝的與P1有關的像P1A和在B地點拍攝的與P1有關的像P1B作為一對圖像(以下稱為左右圖像)記錄到所述存儲部19(步驟04)。
還有，如圖5所示，比較從A地點照準P1時的圖像P1A和從B地點照準P1時的圖像P1B，兩圖像的光軸(圖像中心從A地點到圖像中心a(Xa，Ya)和從B地點到圖像中心b(X0，Y0))未必一致。圖像中心b(X0，Y0)和圖像中心a(Xa，Ya)的偏移可從畫面上算出，通過運算能夠使圖像中心a(Xa，Ya)和圖像中心b(X0，Y0)一致。
所述控制運算部17讀取成為已知點的所述照準點P1、所述點P2、所述點P3的數據，以及對于所述照準點P1、所述點P2、所述點P3的從B地點的測角數據，由這些數據進行B地點的坐標計算(后方交會法)，獲得B地點的三維坐標數據。B地點的坐標數據與所述圖像P1B相關聯并記錄到所述存儲部19(步驟05)。
從所述存儲部19讀取左右圖像的外部標定要素即測量裝置(攝像部)的位置、傾斜度，為了求得左右攝像部的相對關系而基于該外部標定要素計算相互標定要素(步驟06、步驟07)。
從相互標定要素將左右圖像再排列后作成左右各立體圖像(步驟08)。
再抽出對應點，進行立體圖像的匹配(使左右立體圖像對應)(步驟09)。
匹配后的立體圖像包含圖像上的三維數據，例如能夠通過指定畫面上的像素，得到與像素對應的三維數據(步驟10)。
還有，由圖像上的已知坐標數據例如所述照準點P1所具有的圖像上的三維數據和經測量而獲得的地面上的三維數據(地面坐標數據)之關系，將圖像上各點的三維數據變換為地面坐標系統的數據(步驟11)。
接著，參照圖7，就以大型建筑等為對象物連續移動測量裝置的位置而進行的立體圖像的作成、基于立體圖像的三維數據作成進行說明。例如點P1、點P2、點P3、點P4是改變方向連續拍攝測定對象物的圖像的測定點，至少能夠用3點求出測量裝置的位置。
從A地點(已知點)、B地點(未知點)取得分別與點P1、點P2、點P3有關的圖像。
如上所述，對于點P1、點P2、點P3，從A地點進行測距、測角，并從B地點進行測角，由獲得的測量數據得到B地點的三維坐標數據。因而，B地點成為已知點。
接著，從B地點進行對點P1、點P3、點P4的測距、測角，并從C地點進行對點P1、點P3、點P4的測角，從而得到用以進行C地點的坐標計算(后方交會法)的數據，獲得C地點的三維坐標數據。另外，從C地點也取得圖像。
這樣，獲得從B地點、C地點拍攝的圖像有關的外部標定要素，并從兩個圖像的外部標定要素算出相互標定要素，可進行立體圖像的作成、立體圖像的關聯以及三維數據的作成。
如上所述，如果通過帶有攝像部的測量裝置將最初的測量點A點設定為已知點，至少用3點可將其后未知的點依次改變為已知點，可作成廣范圍的立體圖像及三維數據。
權利要求
1.一種立體圖像作成方法，采用具備取得照準方向的圖像的攝像部件和可進行對照準點的測距、測角的測距測角部件的測量裝置，將該測量裝置設置在已知點進行至少對3個照準點的測距、測角，且將所述測量裝置設置在未知點進行對所述3個照準點的測角，由所述3個照準點的測量數據計算所述未知點的坐標，分別從已知點、未知點取得關于所述3個照準點中至少1個照準點的圖像，基于所述已知點的坐標數據、測距數據、測角數據、所述未知點的算出的坐標數據及測角數據，由從所述已知點和未知點獲得的圖像作成立體圖像。
2.如權利要求1所述的立體圖像作成方法，其特征在于至少3個照準點可從已知點和未知點照準，從已知點和未知點取得的圖像基于圖像上的偏移，使從已知點和未知點照準的照準點一致。
3.如權利要求2所述的立體圖像作成方法，其特征在于從已知點和未知點取得全部照準點的圖像，使對各照準點對應的圖像的照準點一致。
4.一種三維數據作成裝置，其中設有取得照準方向的圖像的攝像部件、可進行照準點的測距的測距部件、可進行照準點的測角的測角部件、存儲測距數據、測角數據及拍攝圖像的存儲部和控制運算部，所述攝像部件從已知點、未知點對至少3個照準點中至少1個照準點拍攝圖像，所述控制運算部基于已知點的坐標數據、來自已知點的至少3個照準點的測距數據、測角數據、來自未知點的所述3個照準點的測角數據，計算未知點的坐標數據，基于已知點的坐標數據、測距數據、測角數據、未知點的算出的坐標數據、測角數據，由所述圖像作成立體圖像。
5.如權利要求4所述的三維數據作成裝置，基于已知點的坐標數據、來自已知點的至少3個照準點的測距數據、測角數據、未知點的坐標數據、來自未知點的測角數據，使兩個所述立體圖像關聯，由關聯的圖像計算三維數據。
全文摘要
本發明的立體圖像作成方法，采用具備取得照準方向的圖像的攝像部件和可進行對照準點的測距、測角的測距測角部件的測量裝置，將該測量裝置設置在已知點進行至少對3個照準點的測距、測角，且將所述測量裝置設置在未知點進行對所述3個照準點的測角，由所述3個照準點的測量數據計算所述未知點的坐標，分別從已知點、未知點取得關于所述3個照準點中至少1個照準點的圖像，基于所述已知點的坐標數據、測距數據、測角數據、所述未知點的算出的坐標數據及測角數據，由從所述已知點和未知點獲得的圖像作成立體圖像。
文檔編號G01B11/03GK1789913SQ200510137058
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月14日 優先權日2004年12月14日
發明者大谷仁志, 伊藤忠之 申請人:株式會社拓普康
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
