三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提供一種三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)，即使指示棒從測(cè)定點(diǎn)傾斜，僅通過(guò)將指示棒的前端設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)就能夠進(jìn)行計(jì)測(cè)。具備：測(cè)量機(jī)(2)，具有：測(cè)距部20，測(cè)量圖像攝像部(22)和棱鏡(3)的距離；測(cè)角部(11,12)，進(jìn)行測(cè)角；指示棒(4)，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)X，在從測(cè)定點(diǎn)X偏離了已知的固定長(zhǎng)度L的位置固定有棱鏡(3)；以及傾斜計(jì)片(5)，具有能夠解析從視線方向的傾斜角的標(biāo)志(43)，將傾斜計(jì)片(5)設(shè)置在指示棒(4)，由圖像攝像部(22)拍攝標(biāo)志面(41)，對(duì)標(biāo)志面(41)進(jìn)行圖像解析，計(jì)算傾斜計(jì)片(5)相對(duì)于從測(cè)量機(jī)(2)的視線方向的傾斜角θx,θy，根據(jù)棱鏡(3)的三維位置、傾斜計(jì)片(5)的傾斜角、以及固定長(zhǎng)度L，計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
【專利說(shuō)明】
三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)的三維位置的系統(tǒng)，尤其涉及使用指示棒來(lái)計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)的三維位置的系統(tǒng)，該指示棒在從測(cè)定點(diǎn)離開已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有棱鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]在測(cè)量、計(jì)測(cè)或BIM(Building Informat1n Modeling)的領(lǐng)域中，通常利用進(jìn)行測(cè)距及測(cè)角的測(cè)量機(jī)和回歸反射型的棱鏡來(lái)進(jìn)行測(cè)定點(diǎn)的三維位置。但是，棱鏡具有所需的大小，所以無(wú)法在測(cè)定點(diǎn)直接設(shè)置棱鏡的光學(xué)反射點(diǎn)。因此，通常采用將棱鏡固定在指示棒(或指示臺(tái))的方法。
[0003]詳細(xì)地說(shuō)，將指示棒的前端設(shè)置到測(cè)定點(diǎn)，在指示棒上從測(cè)定點(diǎn)離開已知的固定長(zhǎng)度的位置固定棱鏡，使用氣泡管等確保指示棒的鉛垂?fàn)顟B(tài)而進(jìn)行棱鏡的三維位置計(jì)測(cè)，對(duì)于該計(jì)測(cè)值，向鉛垂方向下方移動(dòng)上述的固定長(zhǎng)度而運(yùn)算測(cè)定點(diǎn)的三維位置。但是，在房間的角落等無(wú)法使指示棒傾斜的情況下，無(wú)法使用該方法。
[0004]與此相對(duì)，有在使指示棒從測(cè)定點(diǎn)傾斜的狀態(tài)也能夠進(jìn)行計(jì)測(cè)的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)。例如，在專利文獻(xiàn)I中，在指示棒上在離開了已知長(zhǎng)度的二點(diǎn)固定反射棱鏡，對(duì)于二點(diǎn)的棱鏡進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)二點(diǎn)的三維位置來(lái)運(yùn)算測(cè)定點(diǎn)的位置。此外，在專利文獻(xiàn)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(lái)運(yùn)算測(cè)定點(diǎn)的位置。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本專利第3735422號(hào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-223754號(hào)公報(bào)
[0007]但是，在專利文獻(xiàn)I的構(gòu)成中，無(wú)法同時(shí)對(duì)二點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定，所以在二點(diǎn)的測(cè)定中存在使棱鏡靜止的操作限制。此外，在棱鏡位于遠(yuǎn)距離時(shí)，有必須使二個(gè)棱鏡間的距離分開等的問(wèn)題。在專利文獻(xiàn)2的構(gòu)成中，需要搭載新的傳感器而成本變高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明用于解決上述問(wèn)題，其目的在于提供一種三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)，即便在使指示棒從測(cè)定點(diǎn)傾斜的狀態(tài)下，也沒(méi)有特別的操作限制而能夠進(jìn)行計(jì)測(cè)。
[0009]為了達(dá)成上述目的，在本發(fā)明的一個(gè)方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)中，具備:測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到作為目標(biāo)的棱鏡的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部，；以及圖像攝像部；指示棒，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)，在從所述測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有所述棱鏡；以及傾斜計(jì)片，具有能夠解析從視線方向的傾斜角的標(biāo)志，在所述指示棒設(shè)置所述傾斜計(jì)片，由所述圖像攝像部拍攝具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面，對(duì)所述標(biāo)志面進(jìn)行圖像解析，計(jì)算傾斜計(jì)片相對(duì)于從所述測(cè)量機(jī)的視線方向的傾斜角，根據(jù)由所述測(cè)距部及所述測(cè)角部得到的所述棱鏡的三維位置、所述傾斜計(jì)片的傾斜角、以及所述固定長(zhǎng)度，從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。
[0010]或者，在一個(gè)方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)中，具備:測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到作為目標(biāo)的棱鏡的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部，拍攝所述棱鏡的周圍風(fēng)景；以及棱鏡攝像部，拍攝所述棱鏡；指示棒，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)，在從所述測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有所述棱鏡；以及傾斜計(jì)片，具有能夠解析從視線方向的傾斜角的標(biāo)志，在所述指示棒設(shè)置所述傾斜計(jì)片，由所述圖像攝像部拍攝具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面，對(duì)所述標(biāo)志面進(jìn)行圖像解析，計(jì)算傾斜計(jì)片相對(duì)于從所述測(cè)量機(jī)的視線方向的傾斜角，由所述棱鏡攝像部拍攝所述棱鏡，對(duì)所述棱鏡進(jìn)行準(zhǔn)直，根據(jù)由所述測(cè)距部及所述測(cè)角部得到的所述棱鏡的三維位置、所述傾斜計(jì)片的傾斜角、以及所述固定長(zhǎng)度，從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。
[0011]或者，在一個(gè)方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)中，具備:測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到作為目標(biāo)的棱鏡的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部；指示棒，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)，在從所述測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有所述棱鏡；以及傾斜計(jì)片，具有能夠解析相對(duì)于視線方向的傾斜角的標(biāo)志，將所述傾斜計(jì)片的具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面設(shè)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(biāo)志面，對(duì)所述標(biāo)志面進(jìn)行圖像解析，計(jì)算傾斜計(jì)片相對(duì)于從所述測(cè)量機(jī)的視線方向的傾斜角，根據(jù)由所述測(cè)距部及所述測(cè)角部得到的所述棱鏡的三維位置，沿著從所述傾斜計(jì)片的傾斜角得到的所述標(biāo)志面的法線方向移動(dòng)所述固定長(zhǎng)度的量，從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。
[0012]或者，在一個(gè)方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)中，具備:測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到作為目標(biāo)的棱鏡的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部；指示棒，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)，在從所述測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有所述棱鏡；以及傾斜計(jì)片，具有能夠解析相對(duì)于視線方向的傾斜角的標(biāo)志，將所述傾斜計(jì)片的片中心設(shè)置在將所述測(cè)定點(diǎn)及所述棱鏡的棱鏡中心連結(jié)的線上，由所述圖像攝像部拍攝具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面，進(jìn)行圖像解析而求出所述片中心，計(jì)算包含所述片中心、所述棱鏡中心、以及從所述測(cè)量機(jī)的視線的第I面，計(jì)算以從所述測(cè)量機(jī)的視線方向觀察時(shí)的所述傾斜計(jì)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(jù)由所述測(cè)距部及所述測(cè)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(dòng)所述固定長(zhǎng)度的量，從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。
[0013]或者，在一個(gè)方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)中，具備:測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到作為目標(biāo)的棱鏡的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部；指示棒，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)，在從所述測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有所述棱鏡；以及傾斜計(jì)片，具有能夠解析相對(duì)于視線方向的傾斜角的標(biāo)志，將所述傾斜計(jì)片的具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面在與所述指示棒的軸方向垂直的面上以某一點(diǎn)為中心至少設(shè)置在二個(gè)直角，由所述圖像攝像部拍攝所述標(biāo)志面，對(duì)所述標(biāo)志面進(jìn)行圖像解析，計(jì)算傾斜計(jì)片相對(duì)于從所述測(cè)量機(jī)的視線方向的傾斜角，從由所述測(cè)距部及所述測(cè)角部得到的所述棱鏡的三維位置，沿著從所述傾斜計(jì)片的傾斜角得到的所述標(biāo)志面的法線方向移動(dòng)所述固定長(zhǎng)度的量，從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。
[0014]或者，在一個(gè)方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)中，具備:測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到目標(biāo)的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部；以及指示棒，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)，在從所述測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有傾斜計(jì)片，該傾斜計(jì)片具備能夠解析相對(duì)于視線方向的傾斜角的標(biāo)志，將所述傾斜計(jì)片的具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面設(shè)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(biāo)志面，對(duì)所述標(biāo)志面進(jìn)行圖像解析，計(jì)算傾斜計(jì)片相對(duì)于從所述測(cè)量機(jī)的視線方向的傾斜角，將所述傾斜計(jì)片作為所述目標(biāo)，從由所述測(cè)距部及所述測(cè)角部得到的所述傾斜計(jì)片的片中心的三維位置沿著從所述傾斜計(jì)片的傾斜角得到的所述標(biāo)志面的法線方向移動(dòng)所述固定長(zhǎng)度的量，從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。
[0015]或者，在一個(gè)方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)中，具備:測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到目標(biāo)的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部；以及指示棒，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)，在從所述測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有傾斜計(jì)片，該傾斜計(jì)片具備能夠解析相對(duì)于視線方向的傾斜角的標(biāo)志，在所述傾斜計(jì)片的具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面以外的部位設(shè)置能夠進(jìn)行圖案識(shí)別的第2標(biāo)志，將所述測(cè)定點(diǎn)、所述傾斜計(jì)片的片中心、以及所述第2標(biāo)志的標(biāo)志中心設(shè)置在同一線上，由所述圖像攝像部拍攝所述標(biāo)志面及所述第2標(biāo)志，進(jìn)行圖像解析而求出所述片中心及所述第2標(biāo)志的標(biāo)志中心，計(jì)算包含所述片中心及所述第2標(biāo)志的標(biāo)志中心、以及從所述測(cè)量機(jī)的視線的第I面，計(jì)算以從所述測(cè)量機(jī)的視線方向觀察時(shí)的所述傾斜計(jì)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(jì)片作為所述目標(biāo)，從由所述測(cè)距部及所述測(cè)角部得到的所述傾斜計(jì)片的片中心的三維位置，向沿著所述交線的方向移動(dòng)所述固定長(zhǎng)度的量，從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)中，具備:測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到作為目標(biāo)的棱鏡的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部；所述棱鏡，固定在從測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置；以及傾斜計(jì)片，具備能夠解析相對(duì)于視線方向的傾斜角的標(biāo)志，將所述傾斜計(jì)片的具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面設(shè)置在與將所述測(cè)定點(diǎn)和所述棱鏡的棱鏡中心連結(jié)的線垂直的面，由所述圖像攝像部拍攝所述標(biāo)志面，對(duì)所述標(biāo)志面進(jìn)行圖像解析，計(jì)算傾斜計(jì)片相對(duì)于從所述測(cè)量機(jī)的視線方向的傾斜角，從由所述測(cè)距部及所述測(cè)角部得到的所述棱鏡的三維位置，沿著從所述傾斜計(jì)片的傾斜角得到的所述標(biāo)志面的法線方向移動(dòng)所述固定長(zhǎng)度的量，從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)中，具備:測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到作為目標(biāo)的棱鏡的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部；所述棱鏡，固定在從測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置；以及傾斜計(jì)片，具備能夠解析相對(duì)于視線方向的傾斜角的標(biāo)志，將所述傾斜計(jì)片的片中心設(shè)置在將所述測(cè)定點(diǎn)及所述棱鏡的棱鏡中心連結(jié)的線上，由所述圖像攝像部拍攝具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面，對(duì)所述標(biāo)志面進(jìn)行圖像解析，計(jì)算法線與從所述測(cè)量機(jī)的視線方向垂直的第I面，計(jì)算以從所述測(cè)量機(jī)的視線方向觀察的所述傾斜計(jì)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(cè)距部及所述測(cè)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(dòng)所述固定長(zhǎng)度的量，從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。
[0018]發(fā)明的效果
[0019]根據(jù)本發(fā)明，即使指示棒傾斜，僅通過(guò)在測(cè)定點(diǎn)設(shè)置指示棒的前端，就能夠計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)的三維位置。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是第I實(shí)施方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)的整體構(gòu)成的立體圖。
[0021]圖2是表不測(cè)量機(jī)的內(nèi)部構(gòu)成的框圖。
[0022]圖3是表示第I實(shí)施方式的指示棒的構(gòu)成的右側(cè)立體圖。
[0023]圖4是該指示棒的計(jì)測(cè)狀態(tài)的俯視圖。
[0024]圖5是說(shuō)明傾斜計(jì)片的構(gòu)成的圖，(a)是傾斜計(jì)片的俯視圖，(b)是傾斜計(jì)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(jì)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)測(cè)流程圖，(a)是基本形的流程，(b)是進(jìn)行自動(dòng)跟蹤時(shí)的流程。
[0026]圖7是第I實(shí)施方式的計(jì)算三維位置的流程圖。
[0027]圖8是視覺(jué)圖像的例子。
[0028]圖9是視覺(jué)圖像的例子。
[0029]圖10是第I實(shí)施方式的計(jì)測(cè)方法的示意圖。
[0030]圖11是第I實(shí)施方式的變形例。
[0031]圖12是第I實(shí)施方式的變形例。
[0032]圖13是第I實(shí)施方式的變形例。
[0033]圖14是表示第2實(shí)施方式的指示棒的構(gòu)成的右側(cè)立體圖。
[0034]圖15是第2實(shí)施方式的計(jì)算三維位置的流程圖。
[0035]圖16是第2實(shí)施方式的計(jì)測(cè)方法的示意圖。
[0036]圖17是第2實(shí)施方式的變形例。
[0037]圖18是第2實(shí)施方式的變形例。
[0038]圖19是表示第3實(shí)施方式的指示棒的構(gòu)成的右側(cè)立體圖。
[0039]圖20是該指示棒的俯視圖。
[0040]圖21是說(shuō)明第3實(shí)施方式的一軸傾斜計(jì)片的構(gòu)成的圖，(a)是一軸傾斜計(jì)片的俯視圖，(b)是一軸傾斜計(jì)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(shí)施方式的計(jì)算三維位置的流程圖。
[0042]圖23是第3實(shí)施方式的計(jì)測(cè)方法的示意圖。
[0043]圖24是第3實(shí)施方式的變形例。
[0044]圖25是第3實(shí)施方式的變形例。
[0045]圖26是第3實(shí)施方式的變形例。
[0046]圖27是表示第4實(shí)施方式的指示棒的構(gòu)成的右側(cè)立體圖。
[0047]圖28是表示第4實(shí)施方式的測(cè)量機(jī)的內(nèi)部構(gòu)成的框圖。
[0048]圖29是第4實(shí)施方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)測(cè)流程圖，(a)是基本形的流程，(b)是進(jìn)行自動(dòng)跟蹤的情況的流程。
[0049]圖30是第4實(shí)施方式的計(jì)算三維位置的流程圖。
[0050]圖31是第4實(shí)施方式的計(jì)測(cè)方法的示意圖。
[0051]圖32是表示第5實(shí)施方式的指示棒的構(gòu)成的右側(cè)立體圖。
[0052]圖33是第5實(shí)施方式的計(jì)算三維位置的流程圖。
[0053]圖34是第5實(shí)施方式的計(jì)測(cè)方法的示意圖。
[0054]圖35是表示第6實(shí)施方式的構(gòu)成的右側(cè)立體圖。
[0055]圖36是表示第7實(shí)施方式的構(gòu)成的右側(cè)立體圖。
[0056]符號(hào)的說(shuō)明
[0057]I三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)
[0058]2測(cè)量機(jī)
[0059]3 棱鏡
[0060]4指示棒
[0061]5傾斜計(jì)片
[0062]51、52 —軸傾斜計(jì)片(傾斜計(jì)片)
[0063]11水平角檢測(cè)器(測(cè)角部)
[0064]12鉛垂角檢測(cè)器(測(cè)角部)
[0065]17運(yùn)算控制部
[0066]20 EDM (測(cè)距部)
[0067]21棱鏡攝像部
[0068]22圖像攝像部
[0069]41、54 標(biāo)志面
[0070]43、53 標(biāo)志
[0071]Kc片中心
[0072]Pc棱鏡中心
[0073]Km標(biāo)志中心
[0074]Θ X，Θ y 傾斜角
[0075]L固定長(zhǎng)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(cè)距部
[0081]47第2標(biāo)志
[0082]Pc'第2標(biāo)志的標(biāo)志中心
【具體實(shí)施方式】
[0083]接下來(lái)，參照【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式。
[0084](第I實(shí)施方式)
[0085](系統(tǒng)整體)
[0086]圖1是表示第I實(shí)施方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)的整體構(gòu)成的立體圖。三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)I具備測(cè)量機(jī)2和指示棒4，該指示棒4具有棱鏡3和傾斜計(jì)片5。指示棒4將前端設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)X而使用。測(cè)量機(jī)2使用三腳架6固定在已知的點(diǎn)。另外，箭頭e表示測(cè)量機(jī)2的視線方向。
[0087](測(cè)量機(jī))
[0088]測(cè)量機(jī)2是能夠進(jìn)行自動(dòng)跟蹤的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)全站儀。圖2是表示測(cè)量機(jī)2的內(nèi)部構(gòu)成的框圖。
[0089]測(cè)量機(jī)2具備:水平角檢測(cè)器11、鉛垂角檢測(cè)器12、傾斜傳感器13、操作部14、水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部15、鉛垂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部16、運(yùn)算控制部17、存儲(chǔ)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(cè)距儀)20是瞄準(zhǔn)棱鏡3射出紅外激光等的測(cè)距光，并測(cè)量與棱鏡3的距離的測(cè)距部。掃描部24射出與測(cè)距光不同波長(zhǎng)的紅外激光等的掃描光，對(duì)棱鏡3進(jìn)行搜索掃描。水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部15及鉛垂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部16是使容納EDM20的框體向水平及鉛垂方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)。水平角檢測(cè)器11及鉛垂角檢測(cè)器12是旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角度，從而求出準(zhǔn)直光軸的水平角及鉛垂角的測(cè)角部。傾斜傳感器13用于檢測(cè)EDM20的框體的傾斜并校平為水平。
[0091]存儲(chǔ)部18中保存著用來(lái)進(jìn)行測(cè)距測(cè)角的程序、用來(lái)基于從操作部14輸入的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部15及鉛垂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部16的程序，用來(lái)控制通信的程序、用來(lái)進(jìn)行棱鏡3的自動(dòng)準(zhǔn)直和自動(dòng)跟蹤的程序、后述的圖像處理程序、用來(lái)計(jì)算后述的測(cè)定點(diǎn)X的三維位置的運(yùn)算程序等的各種程序。由操作部14進(jìn)行上述程序所需要的各種操作。運(yùn)算控制部17執(zhí)行上述各程序，進(jìn)行各種運(yùn)算及各種控制。通信部19從外部無(wú)線機(jī)等接收指示信號(hào)。在從外部接收到指示的情況下，運(yùn)算控制部17使EDM20向測(cè)定點(diǎn)的方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行自動(dòng)跟蹤的開始/停止等。顯示部23顯示各種顯示及計(jì)測(cè)值等。
[0092]棱鏡攝像部21及圖像攝像部22是輸出圖像信號(hào)的圖像傳感器，例如由CCD或CMOS傳感器等像素的集合體構(gòu)成。圖像攝像部22拍攝棱鏡3的周圍風(fēng)景(也包括棱鏡3在內(nèi)的風(fēng)景)。棱鏡攝像部21設(shè)置有僅使掃描光的波長(zhǎng)通過(guò)的過(guò)濾器，通過(guò)接受由棱鏡3反射的來(lái)自掃描部24的掃描光，適當(dāng)?shù)貎H拍攝棱鏡3。第2圖像攝像部25是任意的構(gòu)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(cè)量機(jī)2的構(gòu)成的一例，可以基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)而改變。
[0094](指示棒)
[0095]圖3是表示第I實(shí)施方式的指示棒4的構(gòu)成的右側(cè)立體圖，圖4是圖3的指示棒4的計(jì)測(cè)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(jì)片5、板32。
[0096]支持體31的前端形成為棒狀，在計(jì)測(cè)時(shí)，前端設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)X。支持體31的素材沒(méi)有特別限定，例如優(yōu)選為金屬等那樣，具備適當(dāng)?shù)膭傂院洼p量性。在支持體31的另一個(gè)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(gòu)成要素，只要能夠?qū)⒗忡R3及傾斜計(jì)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(duì)傾斜計(jì)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(qiáng)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(yán)格地說(shuō)是棱鏡3的浮起點(diǎn)。浮起點(diǎn)指的是，即使棱鏡3相對(duì)于測(cè)量機(jī)2傾斜，看起來(lái)也不動(dòng)的假想的點(diǎn)。從棱鏡中心Pc到支持體31的前端(測(cè)定點(diǎn)X)的長(zhǎng)度是已知的距離，并且是固定的(以下將該距離設(shè)為固定長(zhǎng)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(duì)于入射光射出平行的反射光、并且目標(biāo)中心能夠進(jìn)行圖像解析的棱鏡，也可以使用回歸性的反射片等。
[0098]進(jìn)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(jì)片5。棱鏡3及傾斜計(jì)片5可以通過(guò)粘接/螺合/凹凸卡合/焊接等適當(dāng)?shù)墓潭ㄊ侄蝸?lái)固定。
[0099](傾斜計(jì)片)
[0100]圖5是說(shuō)明第I實(shí)施方式的傾斜計(jì)片5的構(gòu)成的圖，(a)是傾斜計(jì)片5的俯視圖，(b)是傾斜計(jì)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(shuō)明，用空心表示輪廓42。
[0101]如(a)所示，傾斜計(jì)片5具備標(biāo)志面41及其輪廓42，該標(biāo)志面41具有用于解析的標(biāo)志43。如(b)所示，傾斜計(jì)片5由平凸透鏡片44、圖像形成層45、圖像形成介質(zhì)46構(gòu)成。如(c)所示，平凸透鏡片44將多個(gè)平凸透鏡44a進(jìn)行蜂窩排列或矩形排列而成。平凸透鏡片44的焦點(diǎn)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(zhì)46上通過(guò)油墨印刷等形成的圖像標(biāo)志43a以與平凸透鏡44a大致一對(duì)一地對(duì)應(yīng)的方式重復(fù)形成的。圖像形成層45及圖像形成介質(zhì)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(cè)通過(guò)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(guò)圖像解析求出傾斜計(jì)片5的片中心Kc(標(biāo)志面41的中心)的形狀，可以是任何形狀。此外，圖像標(biāo)志43a只要是能夠通過(guò)圖像解析求出標(biāo)志中心Km的形狀，也可以是可以是任何形狀。
[0103]從標(biāo)志面41側(cè)觀察傾斜計(jì)片5時(shí)，與視線的移動(dòng)方向相應(yīng)地，圖像標(biāo)志43a的虛像(即(a)所示的標(biāo)志43)看起來(lái)好像朝著與視線的移動(dòng)方向相同的方向移動(dòng)、或者朝著與視線的移動(dòng)方向相反的方向移動(dòng)。標(biāo)志43移動(dòng)的方向由透鏡間距和圖像標(biāo)志的間距的大小決定，但是在本發(fā)明中，只要標(biāo)志43與視線的移動(dòng)方向相應(yīng)地規(guī)則移動(dòng)即可，所以沒(méi)有限制。
[0104]傾斜計(jì)片5中，標(biāo)志43相對(duì)于輪廓42的位置根據(jù)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(guò)對(duì)于從片中心Kc到標(biāo)志中心Km的標(biāo)志半徑r的函數(shù)來(lái)建立關(guān)系。因此，通過(guò)拍攝標(biāo)志面41并進(jìn)行圖像解析，能夠解析傾斜計(jì)片5相對(duì)于視線方向的傾斜角。該函數(shù)的一例記載在日本專利公開公報(bào)2014-102246號(hào)中。
[0105]如以上那樣，在本方式中，傾斜計(jì)片5以標(biāo)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(guò)下面的方法來(lái)計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0106](計(jì)測(cè)方法)
[0107]首先說(shuō)明計(jì)測(cè)的概要。圖6是三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)I的計(jì)測(cè)流程圖，(a)是基本形的流程，(b)是進(jìn)行自動(dòng)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(guò)掃描部24對(duì)棱鏡3進(jìn)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(lái)判斷棱鏡3是否已自動(dòng)準(zhǔn)直。未準(zhǔn)直的情況下，回到步驟S11。已準(zhǔn)直的情況下，轉(zhuǎn)移到步驟S13，對(duì)棱鏡3進(jìn)行測(cè)距測(cè)角，計(jì)測(cè)棱鏡3的三維位置。接著，轉(zhuǎn)移到步驟S14，通過(guò)圖像攝像部22拍攝傾斜計(jì)片
5。另外，步驟S13和S14也可以同時(shí)進(jìn)行。接著，轉(zhuǎn)移到步驟S15，基于棱鏡3的三維位置、傾斜計(jì)片5的傾斜角及棱鏡3的固定長(zhǎng)度L，計(jì)算測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。接著，轉(zhuǎn)移到步驟S16，在顯示部23顯示測(cè)定點(diǎn)X并結(jié)束。
[0109]進(jìn)行自動(dòng)跟蹤的情況下，如(b)所示，首先在步驟S21中對(duì)棱鏡3進(jìn)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(dòng)準(zhǔn)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(dòng)跟蹤的停止的情況下，進(jìn)入步驟S28，停止跟蹤。沒(méi)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(jì)算方法)
[0111]接下來(lái)，說(shuō)明第I實(shí)施方式中的圖6的步驟S15或S25中的計(jì)算測(cè)定點(diǎn)X的三維位置的方法。圖7是計(jì)算三維位置的流程圖。圖8?圖10是用于補(bǔ)充圖7的流程的說(shuō)明的圖，圖8及圖9是視覺(jué)圖像的例子，圖10是計(jì)算方法的示意圖。另外，在圖9中，為了便于說(shuō)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(jué)圖像，對(duì)傾斜計(jì)片5的片中心Kc進(jìn)行圖像解析(參照?qǐng)D8)。
[0113]接著，在步驟S112中，從存儲(chǔ)器18讀出由EDM20得到的棱鏡3的測(cè)距值和由水平角檢測(cè)器11及鉛垂角檢測(cè)器12得到的棱鏡3的測(cè)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?qǐng)D8)，從偏移量Xe及Yc求出傾斜計(jì)片5的位置方向(方向矢量B)(參照?qǐng)D10)。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(jué)圖像，對(duì)標(biāo)志43的標(biāo)志中心Km進(jìn)行圖像解析(參照?qǐng)D9)。
[0116]接著，在步驟S115中，求出圖像上的標(biāo)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(biāo)志中心Km的標(biāo)志半徑r(參照?qǐng)D9)。
[0117]接著，在步驟S116中，對(duì)標(biāo)志面41中的長(zhǎng)邊半徑R進(jìn)行圖像解析(參照?qǐng)D9)。
[0118]接著，在步驟S117中，通過(guò)函數(shù)f (r/R) = Θ，求出從測(cè)量機(jī)2的視線方向觀察時(shí)的傾斜計(jì)片5的水平方向傾斜角Θ X及鉛垂方向傾斜角Θ y(參照?qǐng)D10)。
[0119]接著，在步驟S118中，通過(guò)方向矢量B、傾斜角θχ及傾斜角0y，求出從測(cè)量機(jī)2的視線方向觀察時(shí)的傾斜計(jì)片5的法線方向(方向矢量A)(參照?qǐng)D10)。
[0120]接著，在步驟S119中，從根據(jù)棱鏡3的測(cè)距測(cè)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(dòng)固定長(zhǎng)度L，求出測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0121](效果)
[0122]以上，在第I實(shí)施方式中，能夠從棱鏡3的三維位置(棱鏡中心Pc的測(cè)距測(cè)角值)、由傾斜計(jì)片得到的傾斜角(標(biāo)志面41的傾斜角Θ X，Θ y)、以及棱鏡3的固定長(zhǎng)度L，求出測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0123]在第I實(shí)施方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)I中，將傾斜計(jì)片5的標(biāo)志面41設(shè)置在與指示棒4的軸方向PP垂直的面，所以通過(guò)傾斜計(jì)片5的解析得到的標(biāo)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(guò)從到棱鏡中心Pc為止的棱鏡矢量P(參照?qǐng)D10)沿著方向矢量A的方向移動(dòng)固定長(zhǎng)度L，能夠計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)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(lái)進(jìn)行準(zhǔn)直，也能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。這種情況下，可以不使用掃描部24的特定波長(zhǎng)，而從使用連續(xù)光譜的照明光拍攝的圖像來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)直。
[0125]但是，通過(guò)與圖像攝像部22分體地設(shè)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(lái)進(jìn)行準(zhǔn)直，能夠更準(zhǔn)確地進(jìn)行棱鏡3的自動(dòng)準(zhǔn)直，能夠更準(zhǔn)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(guò)第I實(shí)施方式，操作者僅通過(guò)將指示棒4的前端放到測(cè)定點(diǎn)X，即使指示棒4傾斜，也不必進(jìn)行使棱鏡3成為水平等的調(diào)整，就能夠計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)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(dòng)跟蹤功能組合，在棱鏡跟蹤時(shí)能夠?qū)崟r(shí)地計(jì)算棱鏡3的測(cè)距測(cè)角值和傾斜角，更新測(cè)定點(diǎn)X的位置，所以操作者僅通過(guò)將指示棒4依次放到想要測(cè)定的點(diǎn)，就能夠進(jìn)行連續(xù)的計(jì)測(cè)，操作效率大大提高。
[0127]此外，不需要為了測(cè)定指示棒4的傾斜而設(shè)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(zhǔn)，從傾斜計(jì)片5的解析值計(jì)算測(cè)定點(diǎn)X，所以與利用傳感器值相比精度更高。此外，傾斜計(jì)片5較薄且小型，所以操作性不會(huì)下降。
[0128](變形例)
[0129]以下是第I實(shí)施方式的變形例。
[0130]圖11是第I實(shí)施方式的變形例，是關(guān)于傾斜計(jì)片5的配置的變形例。只要滿足將標(biāo)志面41設(shè)置在與指示棒4的軸方向PP垂直的面這一條件，傾斜計(jì)片5的位置可以是任意的位置。例如，如符號(hào)A所示，可以配置在指示棒4的周方向，或者如符號(hào)B所示從指示棒4離開地配置。
[0131]圖12是在棱鏡3設(shè)置罩7的變形例。傾斜計(jì)片5具有如下的特征:從視線的傾斜角較大的情況下，反復(fù)看到標(biāo)志43的莫爾圖案，該莫爾圖案可能會(huì)導(dǎo)致誤測(cè)定。因此，優(yōu)選為在棱鏡3設(shè)置罩7。由此，在從視線方向的傾斜角變成能夠看到標(biāo)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(wú)法對(duì)棱鏡3進(jìn)行準(zhǔn)直，所以圖6的步驟S12或S22以后不再工作而計(jì)測(cè)中止。罩7例如由具有遮光性的樹脂等形成，設(shè)為覆蓋棱鏡3的至少半周的形狀。罩7的長(zhǎng)度適當(dāng)?shù)貨Q定為不能看到標(biāo)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(biāo)志面41上留下影子，優(yōu)選為使傾斜計(jì)片5移動(dòng)到罩7的前端位置而配置。此外，如果將罩7設(shè)為覆蓋棱鏡3的全周的形狀，則在360°的任何方向的計(jì)測(cè)中都能夠發(fā)揮上述效果。
[0132]圖13是在傾斜計(jì)片5的背面設(shè)置照明裝置8的變形例。照明裝置8可以是任意構(gòu)造，但是至少構(gòu)成為能夠照射傾斜計(jì)片5的有效范圍(標(biāo)志面41)整體，例如如圖示那樣，在具有與標(biāo)志面41的面積相當(dāng)?shù)那胺介_口部的框體內(nèi)容納LED芯片及電子基板，能夠根據(jù)需要由外部開關(guān)來(lái)接通/關(guān)閉。通過(guò)在傾斜計(jì)片5的背面設(shè)置照明裝置8，即使是暗處的計(jì)測(cè)，也能夠拍攝標(biāo)志面41，所以在夜間等的計(jì)測(cè)時(shí)較為有效。
[0133](第2實(shí)施方式)
[0134](系統(tǒng)整體)
[0135]在第2實(shí)施方式中，指示棒4的構(gòu)成與第I實(shí)施方式不同，伴隨于此，三維位置的計(jì)算方法也與第I實(shí)施方式不同。
[0136]在第2實(shí)施方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)I中，也如圖1所示，具備測(cè)量機(jī)2和指示棒4，該指示棒4具有棱鏡3及傾斜計(jì)片5。同樣，指示棒4將前端設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)X而使用。
[0137](測(cè)量機(jī))
[0138]測(cè)量機(jī)2的內(nèi)部構(gòu)成與第I實(shí)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(shí)施方式的指示棒4的構(gòu)成的右側(cè)立體圖。指示棒4具備:棒狀的支持體31、棱鏡3、傾斜計(jì)片5、板32。
[0141]支持體31與第I實(shí)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(shí)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(diǎn))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(cè)定點(diǎn)X)的長(zhǎng)度設(shè)為已知的固定長(zhǎng)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(biāo)中心能夠進(jìn)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(jì)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(jì)片5。在本方式中，棱鏡3及傾斜計(jì)片5也可以通過(guò)粘接/螺合/凹凸卡合/焊接等適當(dāng)?shù)墓潭ㄊ侄喂潭ā?br>[0144](傾斜計(jì)片)
[0145]傾斜計(jì)片5的構(gòu)成與第I實(shí)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(jì)片5以傾斜計(jì)片5的片中心Kc位于將測(cè)定點(diǎn)X及棱鏡中心Pc連結(jié)的線上的方式固定。由此，能夠通過(guò)下面的方法來(lái)計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0147](計(jì)測(cè)方法)
[0148]首先說(shuō)明計(jì)測(cè)的概要。計(jì)測(cè)的概要與圖6所示的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)測(cè)流程圖同樣，因此沿用第I實(shí)施方式中的記載，在此省略記載。
[0149](三維位置的計(jì)算方法)
[0150]接下來(lái)，說(shuō)明第2實(shí)施方式中的圖6的步驟S15或S25中的計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)X的三維位置的方法。圖15是第2實(shí)施方式的計(jì)測(cè)三維位置的流程圖。圖16是用于補(bǔ)充圖15的流程的說(shuō)明的圖，是第2實(shí)施方式的計(jì)算方法的示意圖。
[0151]首先，圖15所示的步驟S211?S212與第I實(shí)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?qǐng)D8)，從棱鏡中心Pc、片中心Kc及測(cè)量機(jī)2的視點(diǎn)E求出包含這三點(diǎn)的平面A(第I面)(參照?qǐng)D16)。
[0153]接著，步驟S214?S217與第I實(shí)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(guò)由步驟S217求出的傾斜角θχ及傾斜角0y，求出從測(cè)量機(jī)2的視線方向觀察時(shí)的傾斜計(jì)片5的法線方向(方向矢量C)(參照?qǐng)D16)，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?qǐng)D17)。
[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(dòng)固定長(zhǎng)度L，求出測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0157](效果)
[0158]以上，在第2實(shí)施方式中，從棱鏡3的三維位置(棱鏡中心Pc的測(cè)距測(cè)角值)、由傾斜計(jì)片5得到的傾斜角(標(biāo)志面41的傾斜角Θ X，Θ y)、棱鏡3的固定長(zhǎng)度L，能夠求出測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0159]在第2實(shí)施方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)I中，將傾斜計(jì)片5的片中心Kc設(shè)置為位于將測(cè)定點(diǎn)X及棱鏡中心Pc連結(jié)的線上，換言之，將傾斜計(jì)片5與指示棒4的軸方向PP平行地設(shè)置，并且設(shè)置為使片中心Kc、棱鏡中心Pc及測(cè)定點(diǎn)X成為一直線上，所以平面A(法線與從測(cè)量機(jī)2的視線方向垂直的第I面)和平面B (將從測(cè)量機(jī)2的視線方向觀察時(shí)的傾斜計(jì)片5的標(biāo)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(guò)從到棱鏡中心Pc為止的棱鏡矢量P(參照?qǐng)D17)沿著交線I向與傾斜計(jì)片5所在的方向相反的方向移動(dòng)固定長(zhǎng)度L，能夠計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)X。
[0160]通過(guò)第2實(shí)施方式，操作者僅通過(guò)將指示棒4的前端放到測(cè)定點(diǎn)，即使指示棒4傾斜，也不必進(jìn)行將棱鏡3校平等的調(diào)整，就能夠計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)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(dòng)跟蹤功能組合，在棱鏡跟蹤時(shí)實(shí)時(shí)地計(jì)算棱鏡3的測(cè)距測(cè)角值和傾斜角，更新測(cè)定點(diǎn)X的位置，所以操作者僅通過(guò)將指示棒4放在想要測(cè)定的點(diǎn)，就能夠進(jìn)行連續(xù)的計(jì)測(cè)，大大提高了操作效率。
[0161]此外，不需要為了測(cè)定傾斜而設(shè)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(zhǔn)，從傾斜計(jì)片5的解析值來(lái)計(jì)算測(cè)定點(diǎn)X，所以與利用傳感器值相比精度更高。此外，傾斜計(jì)片5較薄且小型，所以操作性不會(huì)下降。
[0162](變形例)
[0163]以下是第2實(shí)施方式的變形例。
[0164]只要滿足傾斜計(jì)片5的片中心Kc位于將測(cè)定點(diǎn)X及棱鏡中心Pc連結(jié)的線上這一條件，傾斜計(jì)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(jì)片5的配置上下替換。這種情況下，只是將移動(dòng)固定長(zhǎng)度L的方向設(shè)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(dòng)的方法，所以棱鏡3和傾斜計(jì)片5可以離開任意的距離。
[0165]圖17是在第2實(shí)施方式中在棱鏡3設(shè)置罩7的變形例。罩7的構(gòu)成及效果與第I實(shí)施方式的記載同樣。
[0166]圖18是在傾斜計(jì)片5的背面設(shè)置照明裝置8的變形例。照明裝置8的構(gòu)成及效果與第I實(shí)施方式的記載同樣。
[0167](第3實(shí)施方式)
[0168](系統(tǒng)整體)
[0169]在第3實(shí)施方式中，指示棒4及傾斜計(jì)片5的構(gòu)成與第I及第2實(shí)施方式不同，伴隨于此，三維位置的計(jì)算方法與第I及第2實(shí)施方式不同。
[0170]在第3實(shí)施方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)I中，也如圖1所示，具備測(cè)量機(jī)2和指示棒4，該指示棒4具有棱鏡3及傾斜計(jì)片5。指示棒4將前端設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)X而使用。
[0171](測(cè)量機(jī))
[0172]測(cè)量機(jī)2的內(nèi)部構(gòu)成與第I實(shí)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(shí)施方式的指示棒4的構(gòu)成的右側(cè)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(jì)片5、板32。
[0175]支持體31與第I實(shí)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(shí)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(diǎn))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(cè)定點(diǎn)X)的長(zhǎng)度設(shè)為已知的固定長(zhǎng)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(biāo)中心能夠進(jìn)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(jì)片5。在本方式中，使用與第I實(shí)施方式的傾斜計(jì)片不同構(gòu)成的傾斜計(jì)片。因此，以后將一方作為第I 一軸傾斜計(jì)片51、將另一方作為第2 —軸傾斜計(jì)片52來(lái)區(qū)分。
[0178]第I 一軸傾斜計(jì)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(jì)片52固定在從第I位置Pl旋轉(zhuǎn)90度(在本方式中是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的位置，但也可以是逆時(shí)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(jì)片51、52也通過(guò)粘接/螺合/凹凸卡合/焊接等適當(dāng)?shù)墓潭ㄊ侄喂潭ā?br>[0179](一軸傾斜計(jì)片)
[0180]圖21是說(shuō)明第3實(shí)施方式的一軸傾斜計(jì)片51的構(gòu)成的圖，(a)是一軸傾斜計(jì)片51的俯視圖，(b)是一軸傾斜計(jì)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(jì)片52的構(gòu)成與第I 一軸傾斜計(jì)片51同樣，所以省略記載。
[0181]如(a)所示，一軸傾斜計(jì)片51具備標(biāo)志面54，該標(biāo)志面54具備用于解析的標(biāo)志53。如(b)所示，一軸傾斜計(jì)片51由圓柱透鏡片55、圖像形成層56、圖像形成介質(zhì)57構(gòu)成。如(b)所示，圓柱透鏡片55將多個(gè)圓柱透鏡55a并列配置。圓柱透鏡片55的焦點(diǎn)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(zhì)57上通過(guò)油墨印刷等形成的圖像標(biāo)志53a以與圓柱透鏡55a大致一對(duì)一對(duì)應(yīng)的方式重復(fù)地形成。圖像形成層56及圖像形成介質(zhì)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(cè)通過(guò)粘接等層疊。另外，圖像標(biāo)志53a只要是圖示的矩形等、能夠通過(guò)解析從撮影圖像求出標(biāo)志中心Kml的形狀，可以是任何形狀。
[0182]從標(biāo)志面54側(cè)觀察一軸傾斜計(jì)片51時(shí)，與視線的移動(dòng)方向相應(yīng)地，圖像標(biāo)志53a的虛像(即(a)所示的標(biāo)志53)看起來(lái)好像沿著片的長(zhǎng)邊方向(一軸方向)向著與視線的移動(dòng)方向相同的方向移動(dòng)、或者向著與視線的移動(dòng)方向相反的方向移動(dòng)。標(biāo)志53移動(dòng)的方向由透鏡間距和圖像標(biāo)志的間距的大小決定，但是在本發(fā)明中，標(biāo)志53與視線的移動(dòng)方向相應(yīng)地規(guī)則移動(dòng)即可，可以是任何方向。
[0183]一軸傾斜計(jì)片51中，標(biāo)志面54中的標(biāo)志53的位置根據(jù)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(guò)標(biāo)志53對(duì)于移動(dòng)長(zhǎng)r的函數(shù)建立對(duì)應(yīng)。因此，通過(guò)拍攝標(biāo)志面54并進(jìn)行圖像解析，能夠解析一軸傾斜計(jì)片51相對(duì)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(jì)片51、52中，各標(biāo)志面54以位于與指示棒4的軸方向PP垂直的面的點(diǎn)(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(guò)如下的方法計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0185](計(jì)測(cè)方法)
[0186]首先說(shuō)明計(jì)測(cè)的概要。計(jì)測(cè)的概要與圖6所示的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)測(cè)流程圖同樣，因此沿用第I實(shí)施方式的記載，在此省略記載。
[0187](三維位置的計(jì)算方法)
[0188]接著，說(shuō)明第3實(shí)施方式中的圖6的步驟S15或S25中的計(jì)算測(cè)定點(diǎn)X的三維位置的方法。圖22是計(jì)算第3實(shí)施方式的三維位置的流程圖。圖23是用于補(bǔ)充圖22的流程的說(shuō)明的圖，是第3實(shí)施方式的計(jì)算方法的示意圖。
[0189]首先，步驟S311與第I實(shí)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(jué)圖像，對(duì)第I 一軸傾斜計(jì)片51的片中心線Kcl及第2 —軸傾斜計(jì)片52的片中心線Kc2進(jìn)行圖像解析，從其交點(diǎn)求出作為片整體的片中心Kc (參照?qǐng)D23)。
[0191]接著，在步驟313中，從由圖像攝像部22拍攝的視覺(jué)圖像，對(duì)第I 一軸傾斜計(jì)片51的標(biāo)志53的標(biāo)志中心線Kml及第2 —軸傾斜計(jì)片52的標(biāo)志53的標(biāo)志中心線Km2進(jìn)行圖像解析，從標(biāo)志中心線Kml和標(biāo)志中心線Km2的交點(diǎn)，求出作為片整體的標(biāo)志中心Km。
[0192]接著，在步驟S314中，求出作為整體的標(biāo)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(biāo)志移動(dòng)長(zhǎng)r (參照?qǐng)D23)。
[0193]接著，在步驟S315中，對(duì)一軸傾斜計(jì)片51、52的長(zhǎng)邊R進(jìn)行圖像解析(參照?qǐng)D23)。
[0194]接著，在步驟S316中，通過(guò)函數(shù)f (r/R) = Θ，求出從測(cè)量機(jī)2的視線方向觀察時(shí)的第I 一軸傾斜計(jì)片51的傾斜角θ X及第2 —軸傾斜計(jì)片52的傾斜角Θ y。
[0195]接著，通過(guò)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(cè)量機(jī)2的視線方向觀察時(shí)的、一軸傾斜計(jì)片51、52整體的標(biāo)志面的法線方向(方向矢量A)(參照?qǐng)D10) 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(dòng)固定長(zhǎng)度L，求出測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0197](效果)
[0198]以上，在第3實(shí)施方式中，根據(jù)棱鏡3的三維位置(棱鏡中心Pc的測(cè)距測(cè)角值)、由一軸傾斜計(jì)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(zhǎng)度L，能夠求出測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0199]在第3實(shí)施方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)I中，將一軸傾斜計(jì)片51、52的各標(biāo)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(shè)置，所以通過(guò)一軸傾斜計(jì)片51、52的解析得到的片整體的標(biāo)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(guò)從到棱鏡中心Pc為止的棱鏡矢量P (參照?qǐng)D10)沿著方向矢量A的方向移動(dòng)固定長(zhǎng)度L，能夠計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)X。
[0200]此外，不需要在第I實(shí)施例中進(jìn)行的檢測(cè)輪廓42的圖像處理，能夠進(jìn)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(jì)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(guò)第3實(shí)施方式，操作者僅通過(guò)將指示棒4的前端放到測(cè)定點(diǎn)X，即使指示棒4傾斜，也不必進(jìn)行將棱鏡3校平等的調(diào)整，就能夠計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)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(dòng)跟蹤功能組合，在棱鏡跟蹤時(shí)實(shí)時(shí)地計(jì)算測(cè)距測(cè)角和傾斜，更新測(cè)定點(diǎn)X的位置，所以操作者僅通過(guò)將指示棒4依次放到想要測(cè)定的點(diǎn)，就能夠進(jìn)行連續(xù)的計(jì)測(cè)，大大提高了操作效率。
[0202]此外，不需要為了測(cè)定傾斜而設(shè)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(zhǔn)來(lái)從一軸傾斜計(jì)片51、52的解析值計(jì)算測(cè)定點(diǎn)X，所以與利用傳感器值相比精度更高。此外，一軸傾斜計(jì)片51、52較薄且小型，所以操作性不會(huì)下降。
[0203](變形例)
[0204]以下是第3實(shí)施方式的變形例。
[0205]圖24是第3實(shí)施方式的變形例，是關(guān)于一軸傾斜計(jì)片的配置的變形例。一軸傾斜計(jì)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(diǎn)為中心而直角地設(shè)置在四個(gè)方向。這種情況下，將與第I 一軸傾斜計(jì)片51平行的傾斜計(jì)片作為第3 —軸傾斜計(jì)片530、將與第2 —軸傾斜計(jì)片52平行的傾斜計(jì)片作為第4 一軸傾斜計(jì)片540時(shí)，在之前的步驟S313中，除了標(biāo)志中心線Kml及標(biāo)志中心線Km2之外，還求出第3 —軸傾斜計(jì)片530的標(biāo)志中心線Km3及第4 一軸傾斜計(jì)片540的標(biāo)志中心線Km4，由此，作為整體的標(biāo)志中心Km作為將標(biāo)志中心線Kml及標(biāo)志中心線Km3連結(jié)的線和將標(biāo)志中心線Km2及標(biāo)志中心線Km4連結(jié)的線的交點(diǎn)求出。因此，不必計(jì)算將標(biāo)志中心線延長(zhǎng)的方向，所以特別是在指示棒4旋轉(zhuǎn)的情況下(從圖23的狀態(tài)的基準(zhǔn)位置起轉(zhuǎn)動(dòng)的情況)，能夠減少步驟S313的運(yùn)算處理量。
[0206]圖25是關(guān)于棱鏡3的配置的變形例。只要滿足將一軸傾斜計(jì)片51、52的各標(biāo)志面54在與指示棒4的軸方向PP垂直的面上以某一點(diǎn)Q為中心位于至少二個(gè)直角的方式設(shè)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(jìn)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(jì)片51、52的背面設(shè)置照明裝置8的變形例。照明裝置8的構(gòu)成及效果與第I實(shí)施方式的記載同樣。
[0208](第4實(shí)施方式)
[0209](系統(tǒng)整體)
[0210]第4實(shí)施方式是第I實(shí)施方式的變形，與第I實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，棱鏡3不是必須的構(gòu)造。
[0211](指示棒)
[0212]圖27是表示第4實(shí)施方式的指示棒4的構(gòu)成的右側(cè)立體圖。指示棒4具備棒狀的支持體31和傾斜計(jì)片5。支持體31與第I實(shí)施方式同樣，前端設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)X。在支持體31的另一個(gè)端部，以標(biāo)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(jì)片5。從片中心Kc到支持體31的前端(測(cè)定點(diǎn)X)的長(zhǎng)度是已知的固定長(zhǎng)度L，并且是固定的。S卩，在第4實(shí)施方式中，以傾斜計(jì)片5的標(biāo)志面41為目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)直，對(duì)片中心Kc進(jìn)行免棱鏡測(cè)距，從而計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0213](測(cè)量機(jī))
[0214]圖28是表示第4實(shí)施方式的測(cè)量機(jī)2'的內(nèi)部構(gòu)成的框圖。本方式無(wú)論是使用第I實(shí)施方式中使用的測(cè)量機(jī)2，還是使用如下構(gòu)成的測(cè)量機(jī)2'，只要圖像攝像部22為高精度，都能夠?qū)嵤?。在圖28的測(cè)量機(jī)2'中，為了對(duì)棱鏡3進(jìn)行準(zhǔn)直(跟蹤)而設(shè)置的EDM20、棱鏡攝像部21及掃描部24不是必須的構(gòu)成，只要有免棱鏡測(cè)距部20'即可。免棱鏡測(cè)距部20'是射出細(xì)光束的激光等測(cè)距光，計(jì)測(cè)與棱鏡以外的目標(biāo)的距離的測(cè)距部。在本方式中，目標(biāo)是傾斜計(jì)片5的標(biāo)志面41，傾斜計(jì)片5向片中心Kc的準(zhǔn)直(跟蹤)通過(guò)圖像攝像部22的拍攝中的圖案匹配等公知的圖像處理來(lái)進(jìn)行。
[0215](計(jì)測(cè)方法)
[0216]說(shuō)明第4實(shí)施方式的計(jì)測(cè)的概要。圖29是第4實(shí)施方式的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)測(cè)流程圖，(a)是基本形的流程，(b)是進(jìn)行自動(dòng)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(duì)傾斜計(jì)片5進(jìn)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(duì)片中心Kc進(jìn)行圖像解析，判定是否已經(jīng)將目標(biāo)自動(dòng)準(zhǔn)直。未準(zhǔn)直的情況下，回到步驟S31。已準(zhǔn)直的情況下，轉(zhuǎn)移到步驟S33，對(duì)片中心Kc進(jìn)行測(cè)距測(cè)角，計(jì)測(cè)片中心Kc的三維位置。接著，轉(zhuǎn)移到步驟S34，計(jì)算測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。接著，轉(zhuǎn)移到步驟S35，在顯示部23上顯示測(cè)定點(diǎn)X并結(jié)束。進(jìn)行自動(dòng)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(duì)傾斜計(jì)片5進(jìn)行拍攝。接著，在步驟S42中判斷是否已將作為目標(biāo)的片中心Kc鎖定(自動(dòng)準(zhǔn)直)，已鎖定的情況下，轉(zhuǎn)移到步驟S43，對(duì)片中心Kc進(jìn)行測(cè)距測(cè)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(jì)算方法)
[0218]接著，說(shuō)明第4實(shí)施方式中的圖29的步驟S34或S44中的計(jì)算測(cè)定點(diǎn)X的三維位置的方法。圖30是第4實(shí)施方式的計(jì)算三維位置的流程圖，圖31是第4實(shí)施方式的計(jì)測(cè)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(jué)圖像，對(duì)傾斜計(jì)片5的片中心Kc進(jìn)行圖像解析，求出傾斜計(jì)片5的位置方向(方向矢量B)(參照?qǐng)D31)。接著，在步驟S412中，通過(guò)免棱鏡測(cè)距部20'測(cè)定片中心Kc的測(cè)距值，測(cè)定由水平角檢測(cè)器11及鉛垂角檢測(cè)器12得到的片中心Kc的測(cè)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(shí)施方式中的步驟S114?S118(圖7)同樣。最后，在步驟S418中，從通過(guò)傾斜計(jì)片5的測(cè)距測(cè)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(dòng)固定長(zhǎng)度L，求出測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0219](效果)
[0220]以上，在第4實(shí)施方式中，通過(guò)將第I實(shí)施方式中的對(duì)棱鏡3進(jìn)行準(zhǔn)直(跟蹤)而進(jìn)行棱鏡測(cè)距的工序替換為對(duì)傾斜計(jì)片5進(jìn)行準(zhǔn)直(跟蹤)而進(jìn)行免棱鏡測(cè)距的工序，即使沒(méi)有棱鏡3，也能夠與第I實(shí)施方式同樣地計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0221](變形例)
[0222]在第4實(shí)施方式中，如圖11那樣，只要滿足將標(biāo)志面41設(shè)置在與指示棒4的軸方向PP垂直的面這一條件，傾斜計(jì)片5的位置可以偏移到任意的位置。這種情況下，將能夠進(jìn)行圖像識(shí)別的解析圖案(容易進(jìn)行準(zhǔn)直的精度高的圖案)從測(cè)定點(diǎn)X配置到固定長(zhǎng)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(jì)片5不同的顏色、附加QR碼(注冊(cè)商標(biāo))那樣的二維碼等。此外，在第4實(shí)施方式中，也可以在傾斜計(jì)片5的背面配置照明裝置。
[0223](第5實(shí)施方式)
[0224](系統(tǒng)整體)
[0225]第5實(shí)施方式是第2實(shí)施方式的變形，與第2實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，棱鏡3不是必須的構(gòu)成。
[0226](指示棒)
[0227]圖32是表示第5實(shí)施方式的指示棒4的構(gòu)成的右側(cè)立體圖。指示棒4具備棒狀的支持體31和傾斜計(jì)片5。在本方式的傾斜計(jì)片5中，在輪廓42設(shè)置有能夠進(jìn)行圖案識(shí)別的第2標(biāo)志47。支持體31與第I實(shí)施方式同樣，前端設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)X。在支持體31的另一個(gè)端部，以在與支持體31平行且指示棒4的軸方向PP上設(shè)置傾斜計(jì)片5的片中心Kc和第2標(biāo)志47的標(biāo)志中心Pc'、即測(cè)定點(diǎn)X、片中心Kc、及第2標(biāo)志中心Pc'設(shè)置在同一線上的方式固定著傾斜計(jì)片5。從片中心Kc到測(cè)定點(diǎn)X的長(zhǎng)度設(shè)為已知的固定長(zhǎng)度L。
[0228](測(cè)量機(jī))
[0229]在本方式中，也取代第2實(shí)施方式的測(cè)量機(jī)2，采用圖28所示的測(cè)量機(jī)2'。
[0230](計(jì)測(cè)方法)
[0231]本方式的計(jì)測(cè)的概要與圖29所示的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)測(cè)流程圖同樣。
[0232](三維位置的計(jì)算方法)
[0233]接下來(lái)，說(shuō)明第5實(shí)施方式中的圖29的步驟S34或S44中的計(jì)算測(cè)定點(diǎn)X的三維位置的方法。圖33是第5實(shí)施方式的計(jì)算三維位置的流程圖，圖34是第5實(shí)施方式的計(jì)測(cè)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(jué)圖像，對(duì)傾斜計(jì)片5的片中心Kc及第2標(biāo)志47的標(biāo)志中心Pc'進(jìn)行圖像解析。
[0235]接著，在步驟S512中，通過(guò)免棱鏡測(cè)距部2(V測(cè)定片中心Kc的測(cè)距值，測(cè)定由水平角檢測(cè)器11及鉛垂角檢測(cè)器12得到的片中心Kc的測(cè)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(biāo)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(biāo)志中心Pc'、片中心Kc及測(cè)量機(jī)2的視點(diǎn)E，求出包含這三點(diǎn)的平面A (第I面)(參照?qǐng)D34)。
[0237]接著，步驟S514?S517與第2實(shí)施方式所示的步驟S214?S217同樣。
[0238]接著，在步驟S518中，根據(jù)在步驟S517中求出的傾斜角θχ及傾斜角0y，求出從測(cè)量機(jī)2的視線方向觀察時(shí)的傾斜計(jì)片5的法線方向(方向矢量C)(參照?qǐng)D34)，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?qǐng)D34)。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(dòng)固定長(zhǎng)度L，就能夠求出測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0239](效果)
[0240]以上，在第5實(shí)施方式中，將第2實(shí)施方式中的對(duì)棱鏡3進(jìn)行準(zhǔn)直(跟蹤)而進(jìn)行棱鏡測(cè)距的工序替換為對(duì)傾斜計(jì)片5進(jìn)行準(zhǔn)直(跟蹤)而進(jìn)行免棱鏡測(cè)距的工序，并且設(shè)置用于求出平面A (交線I)的第2標(biāo)志47，由此，即使沒(méi)有棱鏡3，也能夠與第2實(shí)施方式同樣，高效地計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0241](變形例)
[0242]在第5實(shí)施方式中，只要測(cè)定點(diǎn)X、片中心Kc及第2標(biāo)志中心Pc'位于同一線上，并且已知片中心Kc和測(cè)定點(diǎn)X的固定長(zhǎng)度L，則傾斜計(jì)片5的配置是任意的位置。只要預(yù)先知道圖案、并且其中心能夠解析，則第2標(biāo)志47是任意的。如圖示那樣，例如優(yōu)選為白點(diǎn)等、與輪廓42的顏色對(duì)比度大的圖案。此外，在第5實(shí)施方式中，也可以在傾斜計(jì)片5的背面配置照明裝置。
[0243](第6實(shí)施方式)
[0244](系統(tǒng)整體)
[0245]第6實(shí)施方式是第I實(shí)施方式的變形，與第I實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，棒(支持體31)不是必須的構(gòu)成。圖35是表示第6實(shí)施方式的構(gòu)成的右側(cè)立體圖。測(cè)量機(jī)2可以與第I實(shí)施方式同樣，棱鏡3優(yōu)選為由棱鏡攝像部21進(jìn)行拍攝。第6實(shí)施方式?jīng)]有支持體31，具備棱鏡3、傾斜計(jì)片5、板32。
[0246](效果)
[0247]S卩，即使沒(méi)有支持體31，只要將棱鏡3 (棱鏡中心Pc)配置在從測(cè)定點(diǎn)X偏移固定長(zhǎng)度L的位置，并且將傾斜計(jì)片5的標(biāo)志面41設(shè)置在與將測(cè)定點(diǎn)X和棱鏡中心Pc連結(jié)的線垂直的面上，則能夠通過(guò)與第I實(shí)施方式同樣的方法(圖7的流程)計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。該方式例如如圖35所示，相對(duì)于在某個(gè)框體60內(nèi)內(nèi)置有某種傳感器61的裝置，在無(wú)法通過(guò)框體60將棱鏡3設(shè)置在傳感器61的附近的情況下是有效的。固定長(zhǎng)度L利用該裝置的機(jī)械圖等求出即可。
[0248](第7實(shí)施方式)
[0249](系統(tǒng)整體)
[0250]與上述同樣，第7實(shí)施方式與第2實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，棒(支持體31)不是必須的構(gòu)成。圖36是表示第7實(shí)施方式的構(gòu)成的右側(cè)立體圖。測(cè)量機(jī)2可以與第2實(shí)施方式同樣，棱鏡3優(yōu)選為由棱鏡攝像部21進(jìn)行拍攝。第7實(shí)施方式?jīng)]有支持體31，具備棱鏡
3、傾斜計(jì)片5、板32。
[0251](效果)
[0252]S卩，即使沒(méi)有支持體31，只要片中心Kc、棱鏡中心Pc及測(cè)定點(diǎn)X配置在一直線上，并且將棱鏡中心Pc配置在從測(cè)定點(diǎn)X偏移固定長(zhǎng)度L的位置，則能夠通過(guò)與第2實(shí)施方式同樣的方法(圖15的流程)來(lái)計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0253]另外，在第6及第7實(shí)施方式中，與第4及第5實(shí)施方式同樣，即使取代棱鏡3而變更為對(duì)傾斜計(jì)片5進(jìn)行免棱鏡測(cè)距的構(gòu)成，也能夠計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)X的三維位置。
[0254]其他，作為上述全實(shí)施方式的其他變形，在近距離計(jì)測(cè)時(shí)，在圖像攝像部22的視野內(nèi)可能未映照棱鏡3及/或傾斜計(jì)片5，所以可以在測(cè)量機(jī)2設(shè)置更廣角的第2圖像攝像部25。
[0255]此外，通過(guò)在指示棒4的支持體31的前端設(shè)置標(biāo)記筆，能夠在操作時(shí)將測(cè)定的軌跡留在現(xiàn)場(chǎng)。另外，描繪的軌跡(測(cè)定點(diǎn)X)作為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地記錄，所以還能夠由運(yùn)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(zhǎng)度也可以構(gòu)成為以準(zhǔn)確地知道固定長(zhǎng)度L且已定位的方式自由地伸縮。
[0257]以上，對(duì)于本發(fā)明的三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)I說(shuō)明了實(shí)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(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)來(lái)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(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)，用于計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)的三維位置，其特征在于，具備: 測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到作為目標(biāo)的棱鏡的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部； 指示棒，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)，在從所述測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有所述棱鏡；以及 傾斜計(jì)片，具有能夠解析從視線方向的傾斜角的標(biāo)志， 在所述指示棒設(shè)置所述傾斜計(jì)片， 由所述圖像攝像部拍攝具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面，對(duì)所述標(biāo)志面進(jìn)行圖像解析，計(jì)算傾斜計(jì)片相對(duì)于從所述測(cè)量機(jī)的視線方向的傾斜角， 根據(jù)由所述測(cè)距部及所述測(cè)角部得到的所述棱鏡的三維位置、所述傾斜計(jì)片的傾斜角、以及所述固定長(zhǎng)度， 從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。2.—種三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)，用于計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)的三維位置，其特征在于，具備: 測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到作為目標(biāo)的棱鏡的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；圖像攝像部，拍攝所述棱鏡的周圍風(fēng)景；以及棱鏡攝像部，拍攝所述棱鏡； 指示棒，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)，在從所述測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有所述棱鏡；以及 傾斜計(jì)片，具有能夠解析從視線方向的傾斜角的標(biāo)志， 在所述指示棒設(shè)置所述傾斜計(jì)片， 由所述圖像攝像部拍攝具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面，對(duì)所述標(biāo)志面進(jìn)行圖像解析，計(jì)算傾斜計(jì)片相對(duì)于從所述測(cè)量機(jī)的視線方向的傾斜角， 由所述棱鏡攝像部拍攝所述棱鏡，對(duì)所述棱鏡進(jìn)行準(zhǔn)直，根據(jù)由所述測(cè)距部及所述測(cè)角部得到的所述棱鏡的三維位置、所述傾斜計(jì)片的傾斜角、以及所述固定長(zhǎng)度， 從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。3.—種三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)，用于計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)的三維位置，其特征在于，具備: 測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到作為目標(biāo)的棱鏡的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部； 指示棒，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)，在從所述測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有所述棱鏡；以及 傾斜計(jì)片，具有能夠解析相對(duì)于視線方向的傾斜角的標(biāo)志， 將所述傾斜計(jì)片的具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面設(shè)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(biāo)志面，對(duì)所述標(biāo)志面進(jìn)行圖像解析，計(jì)算傾斜計(jì)片相對(duì)于從所述測(cè)量機(jī)的視線方向的傾斜角， 根據(jù)由所述測(cè)距部及所述測(cè)角部得到的所述棱鏡的三維位置，沿著從所述傾斜計(jì)片的傾斜角得到的所述標(biāo)志面的法線方向移動(dòng)所述固定長(zhǎng)度的量， 從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。4.一種三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)，用于計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)的三維位置，其特征在于，具備: 測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到作為目標(biāo)的棱鏡的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部； 指示棒，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)，在從所述測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有所述棱鏡；以及 傾斜計(jì)片，具有能夠解析相對(duì)于視線方向的傾斜角的標(biāo)志， 將所述傾斜計(jì)片的片中心設(shè)置在將所述測(cè)定點(diǎn)及所述棱鏡的棱鏡中心連結(jié)的線上，由所述圖像攝像部拍攝具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面，進(jìn)行圖像解析而求出所述片中心，計(jì)算包含所述片中心、所述棱鏡中心、以及從所述測(cè)量機(jī)的視線的第I面， 計(jì)算以從所述測(cè)量機(jī)的視線方向觀察時(shí)的所述傾斜計(jì)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(jù)由所述測(cè)距部及所述測(cè)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(dòng)所述固定長(zhǎng)度的量， 從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。5.一種三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)，用于計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)的三維位置，其特征在于，具備: 測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到作為目標(biāo)的棱鏡的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部； 指示棒，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)，在從所述測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有所述棱鏡；以及 傾斜計(jì)片，具有能夠解析相對(duì)于視線方向的傾斜角的標(biāo)志， 將所述傾斜計(jì)片的具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面在與所述指示棒的軸方向垂直的面上以某一點(diǎn)為中心至少設(shè)置在二個(gè)直角， 由所述圖像攝像部拍攝所述標(biāo)志面，對(duì)所述標(biāo)志面進(jìn)行圖像解析，計(jì)算傾斜計(jì)片相對(duì)于從所述測(cè)量機(jī)的視線方向的傾斜角， 從由所述測(cè)距部及所述測(cè)角部得到的所述棱鏡的三維位置，沿著從所述傾斜計(jì)片的傾斜角得到的所述標(biāo)志面的法線方向移動(dòng)所述固定長(zhǎng)度的量， 從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。6.一種三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)，用于計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)的三維位置，其特征在于，具備: 測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到目標(biāo)的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部；以及 指示棒，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)，在從所述測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有傾斜計(jì)片，該傾斜計(jì)片具備能夠解析相對(duì)于視線方向的傾斜角的標(biāo)志， 將所述傾斜計(jì)片的具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面設(shè)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(biāo)志面，對(duì)所述標(biāo)志面進(jìn)行圖像解析，計(jì)算傾斜計(jì)片相對(duì)于從所述測(cè)量機(jī)的視線方向的傾斜角， 將所述傾斜計(jì)片作為所述目標(biāo)，從由所述測(cè)距部及所述測(cè)角部得到的所述傾斜計(jì)片的片中心的三維位置，沿著從所述傾斜計(jì)片的傾斜角得到的所述標(biāo)志面的法線方向移動(dòng)所述固定長(zhǎng)度的量， 從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。7.—種三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)，用于計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)的三維位置，其特征在于，具備: 測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到目標(biāo)的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部；以及 指示棒，設(shè)置在測(cè)定點(diǎn)，在從所述測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置固定有傾斜計(jì)片，該傾斜計(jì)片具備能夠解析相對(duì)于視線方向的傾斜角的標(biāo)志， 在所述傾斜計(jì)片的具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面以外的部位設(shè)置能夠進(jìn)行圖案識(shí)別的第2標(biāo)志，將所述測(cè)定點(diǎn)、所述傾斜計(jì)片的片中心、以及所述第2標(biāo)志的標(biāo)志中心設(shè)置在同一線上， 由所述圖像攝像部拍攝所述標(biāo)志面及所述第2標(biāo)志，進(jìn)行圖像解析而求出所述片中心及所述第2標(biāo)志的標(biāo)志中心，計(jì)算包含所述片中心及所述第2標(biāo)志的標(biāo)志中心、以及從所述測(cè)量機(jī)的視線的第I面， 計(jì)算以從所述測(cè)量機(jī)的視線方向觀察時(shí)的所述傾斜計(jì)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(jì)片作為所述目標(biāo)，從由所述測(cè)距部及所述測(cè)角部得到的所述傾斜計(jì)片的片中心的三維位置，向沿著所述交線的方向移動(dòng)所述固定長(zhǎng)度的量， 從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。8.—種三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)，用于計(jì)測(cè)測(cè)定點(diǎn)的三維位置，其特征在于，具備: 測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到作為目標(biāo)的棱鏡的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部； 所述棱鏡，固定在從測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置；以及 傾斜計(jì)片，具備能夠解析相對(duì)于視線方向的傾斜角的標(biāo)志， 將所述傾斜計(jì)片的具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面設(shè)置在與將所述測(cè)定點(diǎn)和所述棱鏡的棱鏡中心連結(jié)的線垂直的面， 由所述圖像攝像部拍攝所述標(biāo)志面，對(duì)所述標(biāo)志面進(jìn)行圖像解析，計(jì)算傾斜計(jì)片相對(duì)于從所述測(cè)量機(jī)的視線方向的傾斜角， 從由所述測(cè)距部及所述測(cè)角部得到的所述棱鏡的三維位置，沿著從所述傾斜計(jì)片的傾斜角得到的所述標(biāo)志面的法線方向移動(dòng)所述固定長(zhǎng)度，計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。9.一種三維位置計(jì)測(cè)系統(tǒng)，具備: 測(cè)量機(jī)，具有:測(cè)量到作為目標(biāo)的棱鏡的距離的測(cè)距部及進(jìn)行測(cè)角的測(cè)角部；以及圖像攝像部； 所述棱鏡，固定在從測(cè)定點(diǎn)偏離已知的固定長(zhǎng)度的位置；以及 傾斜計(jì)片，具備能夠解析相對(duì)于視線方向的傾斜角的標(biāo)志， 將所述傾斜計(jì)片的片中心設(shè)置在將所述測(cè)定點(diǎn)及所述棱鏡的棱鏡中心連結(jié)的線上，由所述圖像攝像部拍攝具有所述標(biāo)志的標(biāo)志面，對(duì)所述標(biāo)志面進(jìn)行圖像解析，計(jì)算法線與從所述測(cè)量機(jī)的視線方向垂直的第I面，計(jì)算以從所述測(cè)量機(jī)的視線方向觀察的所述傾斜計(jì)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(cè)距部及所述測(cè)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(dòng)所述固定長(zhǎng)度的量， 從而計(jì)測(cè)所述測(cè)定點(diǎn)的三維位置。
【文檔編號(hào)】G01C15/00GK105823470SQ201510731054
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月2日
【發(fā)明人】西田信幸, 熊谷薰
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社拓普康