JP2002039750A - 自動測量システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】汎用のスタッフを使用してレベル、距離などの
自動読み込みが可能な自動測量システムを提供する。 【構成】視準望遠鏡１１と、視準望遠鏡１１によって視
準されたスタッフの目盛面の像を撮像して電気的な画像
データに変換するエリアセンサ２１と、複数種類のスタ
ッフの目盛面の所定のパターン、数字、またはスケール
に関する識別データを格納したＥＥＰＲＯＭ３３と、エ
リアセンサ２１が撮像したスタッフの画像データと、Ｅ
ＥＰＲＯＭ３３から読み出した、該スタッフに対応する
パターン、数字、またはスケールに関する識別データに
基づいて、該撮像したスタッフのパターン、数字、また
はスケールを解析し、識別してレベル、距離を演算し、
ディスプレイ３７に表示させるメインＣＰＵ３５を備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、主に水準の測量に使用さ
れる標尺、スタッフ、ロッドなどの目盛面に表示された
尺度を電気的な処理によって読み込むことができる自動
測量システムに関する。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】近年、水準測量において
標尺の目盛の読みを電気的に行うディジタルレベルある
いは電子レベルと称するレベルが数種から知られてい
る。この種のディジタルレベルは、特殊コードをコーテ
ィングした専用スタッフを測定系に組み込み、専用スタ
ッフにコーティングされた特殊コードを視準望遠鏡およ
び電子撮像素子を介して撮像し、撮像した画像データ
を、マイコンなどの解析手段で解析してレベル、または
距離を計測し、表示することを可能にしている。

【０００３】しかしながらこの種のディジタルレベル
は、従来の汎用（市販）スタッフを使用した場合は汎用
スタッフに表示された目盛り、数字などを解析または識
別することができないので、専用スタッフ以外ではレベ
ル、距離の自動読み取りが出来ないという問題があっ
た。一方、専用スタッフを使用した場合は、ディジタル
レベルの視準望遠鏡の接眼レンズを経由して目視測量す
ることが出来ない、という問題があった。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、かかる従来のディジタルレベ
ルの問題に鑑みてなされたもので、汎用のスタッフを使
用してレベル、距離などの自動読み込みが可能な自動測
量システムを提供することを目的とする。

【０００５】

【発明の概要】この目的を達成する本発明は、望遠光学
系と、該望遠光学系によって視準された標尺の目盛面の
像を撮像して電気的な画像データに変換する撮像手段
と、標尺の目盛面の所定のパターン、数字、またはスケ
ールに関する識別データを格納した記憶手段と、前記撮
像手段が撮像した標尺の画像データと前記記憶手段から
読み出したパターン、数字、またはスケールに関する識
別データに基づいて、該撮像した標尺のパターン、数
字、またはスケールを解析し、識別して測量値を得る解
析手段と、を備えたことに特徴を有する。そして本発明
の自動測量システムは、複数の種類の標尺の前記パター
ン、数字、またはスケールに関する識別データが格納さ
れた記憶手段と、使用する標尺に対応する前記識別デー
タを選択する選択手段を備え、前記解析手段は、該選択
手段によって選択された標尺の種別に応じた識別データ
を前記記憶手段から読み出して使用する構成にする。こ
の構成によれば、使用する標尺の標尺のパターン、数
字、またはスケールに関する識別データを記憶手段に記
憶させれば、種々の汎用の標尺を使用することができ
る。そして、解析手段が解析し識別した測量値を表示手
段に表示させる。この表示によって、作業者は測量値を
確実に知り、野帳に転記することができる。解析手段
は、前記標尺の画像データから標尺の幅方向の画像デー
タ占有量、または所定のパターン、数字、またはスケー
ルの像の幅または高さ方向の画像データ占有量、例えば
撮像手段上における幅または高さ方向の占有ピクセル数
を判別して、占有ピクセル数に応じて解析するパター
ン、数字、またはスケールを選択することが望ましい。
この構成によれば、撮像手段上に形成された像に応じて
最適なパターン、数字、またはスケールを使用して有効
な測量値を得ることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明を説明
する。図１は、本発明の測量システムを適用したディジ
タルレベルの実施の形態における光学系の構成を示す図
である。

【０００７】このディジタルレベル１０は視準望遠鏡１
１として、視準物側から、対物レンズ群（対物光学系）
Ｌ１、焦点調節レンズ群（焦点調節レンズ群）Ｌ２、補
償・正立光学素子（補償・正立光学系）Ｌ３、第１の光
束分割光学素子（分割光学系）Ｌ４、焦点板１３および
接眼レンズ（接眼光学系）Ｌ５を備えている。この視準
望遠鏡１１によってスタッフを視準すると、そのスタッ
フの目盛面の像が、正立実像として焦点板１３上に形成
される。作業者は、接眼レンズ群Ｌ５を介して、焦点板
１３上に形成されたスタッフの像を観察する。焦点板１
３には、通常、十字線（垂直ライン、水平ライン）、お
よびスタジアライン（アッパスタジアラインおよびロア
スタジアライン）が形成されている。作業者は、接眼レ
ンズ群Ｌ５を介して、垂直、水平ライン、アッパ、ロア
スタジアが重なったスタッフの目盛面の像を目視し、ス
タッフのパターン、数字、スケールなどを読み取って測
量値を得る（図４参照）。なお、補償・正立光学素子Ｌ
３としては、例えば吊りコンペンセータ正立プリズムな
どが使用される。

【０００８】このディジタルレベル１０は、焦点検出用
のＡＦラインセンサ１５と、スタッフの目盛面を撮像す
る撮像手段としてエリアセンサ２１を備えている。第１
の光束分割光学素子Ｌ４に入射した光束は、分割面Ｌ４
Ｄを透過して接眼レンズＬ５に向かって進む光束と、分
割面Ｌ４Ｄで反射されてセンサ１５、２１方向に進む光
束とに分割される。センサ１５、２１方向に分割された
光束は、第２の分割素子Ｌ６に入射する。そして第２の
分割素子Ｌ６によって、その分割面Ｌ６Ｄを透過する光
束と、分割面Ｌ６Ｄで反射される光束とに二分割され
る。図示実施の形態では、分割面Ｌ６Ｄを透過して第２
の光束分割素子Ｌ６から射出した光束を受光する位置に
自動焦点調節用のＡＦラインセンサ１５を配置し、分割
面Ｌ６Ｄで反射して第２の分割素子Ｌ６から射出した光
束を受光する位置にエリアセンサ２１を配置してある。
なお、これらのセンサ１５、２１の受光面は、焦点板１
３と等価な位置関係に設定されている。つまり、焦点板
１３に形成された像ｉと、センサ１５、２１の受光面に
形成された像ｉ₁₅、ｉ₂₁とは等価である。

【０００９】ＡＦラインセンサ１５はいわゆる位相差方
式の焦点検出センサである。このディジタルレベル１０
は、詳細は図示しないがこのＡＦラインセンサ１５を含
む自動焦点調節装置を備えている。自動焦点調節装置
は、ＡＦラインセンサ１５を介して焦点検出板１３に対
する視準物体の像、通常はスタッフの像の焦点状態であ
るデフォーカス量を求める演算手段と、演算手段が検出
したデフォーカス量がほぼ０、すなわち視準物体の像が
焦点検出板１３と一致する合焦状態となるように、焦点
調節レンズ群Ｌ２を光軸に沿って移動させるレンズ駆動
手段を備えている。またこのディジタルレベル１０は、
焦点調節レンズ群Ｌ２を手動で移動させて焦点調節する
手動焦点調節機構を備えている。

【００１０】図示実施の形態では第２の光束分割素子Ｌ
６の分割面Ｌ６Ｄによって光束を前方（測定物方向）に
反射しているが（図２の（Ａ）参照）、反射方向はこれ
に限定されない。例えば、図２の（Ｂ）に示すように横
方向に反射する構成としてもよく、あるいは後方に反射
する構成としてもよい。また、ＡＦラインセンサ１５と
エリアセンサ２１の配置を入れ替えてもよい。

【００１１】このディジタルレベル１０のディジタル測
量系の主要回路構成について、図３を参照して説明す
る。エリアセンサ２１の受光面は、焦点板１３と等価な
位置に配置されている。つまり、視準望遠鏡１１によっ
てスタッフを視準しているときは、そのスタッフの目盛
面の像がエリアセンサ２１の受光面に形成される。エリ
アセンサ２１は、受光面に形成された像を各受光素子に
よって電気的な画素信号に変換して画素単位で出力す
る。エリアセンサ２１としては、いわゆるＣＣＤ撮像素
子、ＭＯＳ型撮像素子などを使用できるが、本実施の形
態ではエリアセンサ２１として、一般的な、白黒正方画
素の全画素読み出し型のＣＣＤエリアセンサ（イメージ
センサ）を使用している。

【００１２】エリアセンサ２１の撮像動作、例えば不要
電荷の掃き出し、電荷の蓄積（撮像）、蓄積電荷の出力
（画素信号出力）など一連の動作は、タイミングジェネ
レータ２３から出力されるクロックパルスによって制御
される。

【００１３】エリアセンサ２１から出力された画素信号
は、ヘッドアンプ・Ａ／Ｄコンバータ２５によって増幅
されてディジタル画素信号に変換される。そしてヘッド
アンプ・Ａ／Ｄコンバータ２５から出力されたディジタ
ル画素信号は、第１メモリー（フレームメモリー）２７
にディジタル画素データとして逐次書き込まれ、１画面
分のディジタル画像データとして保存される。

【００１４】第１メモリー２７に書き込まれた１画面分
のディジタル画像データは、画像信号処理回路３１によ
って読み出され、所定の処理が施され、解析手段として
のメインＣＰＵ３５によって所定の画像解析がなされ
る。メインＣＰＵ３５は、画像解析処理によってエリア
センサ２１が撮像したスタッフの目盛面の画像情報を解
析し、識別してレベル、距離を求める。そしてメインＣ
ＰＵ３５は、求めたレベルまたは距離に関するデータを
表示パネル３７に表示して作業者に知らせる。なお、第
２メモリー２９は、画像解析のためのワークエリアとし
ても使用されるメモリーである。

【００１５】ＥＥＰＲＯＭ３３には、調整基準値、温度
補償係数など通常の測量に必要な補正情報と、スタッフ
の目盛面のパターン、数字、またはスケールを解析、識
別するために必要なデータが、複数のスタッフについて
スタッフNO.データとして書き込まれている。

【００１６】以上のディジタル測量（レベル、距離の自
動読み込み処理）は、ディジタル測量開始キーがオン操
作されたときにメインＣＰＵ３５が、作業者が予めキー
ボード３９を介して選択したスタッフコード情報に対応
するデータをＥＥＰＲＯＭ３３から読出して実行する。
なお、このレベル、距離の自動読み込み処理を実行する
前に、正確な測定を可能にするため、自動焦点調節装置
によって合焦させておくか、作業者が手動で焦点調節し
ておく。

【００１７】また、本発明の実施の形態は２系統の独立
した電源４１、４３を備えている。第１の電源４１は自
動焦点調節装置用の電源であり、第２の電源４３はこの
ディジタル測量回路用の電源である。このように電源を
２系統用意することで、第１の電源が使用不能になって
も、手動による焦点調節の後第２の電源によって自動読
み込み処理が可能であり、万一第２の電源が使用不能に
なっても、第１の電源によって自動焦点調節装置を作動
させて目視による測量が可能である。なお、電源を単一
にすれば、測量機の小型軽量化を図ることができる。

【００１８】次に、ディジタルレベル１０によって自動
認識可能な、測量に広く使用されている汎用のスタッフ
の構成について説明する。汎用スタッフにもいろいろな
種類（等級、材質）、いろいろな表示（文字列、パター
ン、スケール）のものがあるが、一例として最も汎用的
な簡易水準用の第１のスタッフ１０１の構成について説
明する。第１のスタッフ１０１は最高５mまで測量可能
なアルミ製の３段引出し式の箱尺であって、最上段の最
も幅狭段の幅が４０mmである。

【００１９】図４には、視準望遠鏡１１の視野５１にお
いて観測される第１のスタッフ１０１の目盛面（表示
面）の様子を示してある。この第１のスタッフ１０１の
目盛表示は、遠距離用パターン１０２、遠距離用の大き
な文字列１０３、近距離用の小さな文字列１０４及び１
０mmピッチのスケール１０５からなる。なお、通常、ス
タッフ１０１の目盛面の地色は白色、遠距離用パターン
１０２、文字列１０３、１０４、スケール１０５は黒色
または赤色である。

【００２０】大きな文字列１０３の各数字の文字高は５
０mmであり、小さな文字列１０４の各数字の文字高は５
mmである。文字列１０３、１０４の各数字の上辺とスケ
ール１０５の目盛り（黒帯）の上辺とは、スタッフ１０
１が鉛直に設置されたときに同一水平上に位置するよう
に設定されていて、この上辺より上方がその数字の桁の
値になる。

【００２１】遠距離用パターン１０２は、大きな文字列
１０３の各文字の上部に付された黒丸であって、黒丸１
個は１０００mm（１m）台であることを示している。例
えば図４の黒丸３個は３０００mm（３m）台であること
を表示し、図７の黒丸２個は２０００mm台であることを
表示している。大きな文字列１０３は１桁の数字で構成
され、単位は１００mm（１０cm）である。例えば図４の
大きな文字列１０３の数字「２」は２×１００＝２００
mm台であることを示している。なお、図４の場合、大き
な文字列１０３の文字「２」の上部に遠距離用パターン
１０２として黒丸３個が付されているので、この大きな
文字列１０３の数字２は３０００＋２００＝３２００mm
台を示していることが分かる。

【００２２】小さな文字列１０４は３桁の数字で示さ
れ、単位は１０mm（１cm）である。例えば、図４におい
て小さな文字列１０４の３桁の数字「３２３」は３２３
×１０＝３２３０mm（３２３cmまたは３m２３cm）であ
ることを示している。１０mmピッチスケール１０５は５
mm単位で形成された明暗の帯の繰り返しである。なお、
目視による測量の場合、通常、近距離においては白また
は黒帯の幅５mmの１／５、すなわち１mmまで読み取る
が、本発明の実施の形態の場合は所定の端数演算によっ
て、１mmより小さい値を読み取ることができる。

【００２３】目視による測量の場合、作業者は、このよ
うな視準望遠鏡１１の視野において、レベル（水準高
さ）は水平ライン５３が位置する第１のスタッフ１０１
の目盛面の遠距離用パターン１０２、文字列１０３、１
０４の数字および水平ライン５３が重なるスケール１０
５から読み取り、所定の数式に代入して演算する。距離
は、上下のスタジアライン５４、５５間のスケール１０
５の個数を読みとり、次に端数演算を実行する。そして
求めた値を所定の数式に代入して演算して求める。な
お、図において符号５２は十字線の垂直ラインであり、
垂直ライン５２と水平ライン５３の交点を視準望遠鏡１
１の視準軸（光軸）が通る。

【００２４】視準望遠鏡１１の視野５１は、視準望遠鏡
１１の視野絞りによって規制され、通常、図４に示すよ
うな円形になる。エリアセンサ２１の有効受光領域は視
野５１と同等の円内としてもよいが、エリアセンサ２１
の有効受光領域は通常長方形なので、エリアセンサ２１
の有効受光領域内に完全に視野５１が含まれるように、
あるいは有効受光領域に視野５１が内接または外接する
ように構成してもよい。

【００２５】ここで、レベルは、水平ライン５３と重な
る第１のスタッフ１０１の目盛（遠距離用パターン１０
２、文字列１０３、１０４の数字および水平ライン５
３）を解析して識別し、さらに端数演算すれば求めるこ
とができる。つまり、パターン１０２の値をａ、大きな
文字列１０３の値をｂ、スケール１サイクルの個数（サ
イクル数）をｃ、スケール１０５に基づいて端数演算方
法によって演算した端数をｄとすると、レベル（mm）は
下記式（１）によって演算できる。 レベル＝ａ×１０００＋ｂ×１００＋ｃ×１０＋ｄ×１ ・・・（１）

【００２６】また、距離は、アッパスタジアライン５
４、ロアスタジアライン５５間に含まれる第１のスタッ
フ１０１のスケール１０５の明暗像の個数を計測するこ
とにより求めることができる。つまり、アッパスタジア
ライン５４に最も近いパターン１０２の値をａｕ、大き
な文字列１０３の値をｂｕ、大きな文字列１０３の基準
位置からアッパスタジアライン５４までのスケール１０
５の明暗像１サイクルを１個とした個数をｃｕ、端数演
算方法によって演算した１サイクル未満の端数をｄｕと
する。同様に、ロアスタジアライン５５に最も近いパタ
ーン１０２の値をａｌ、大きな文字列の値をｂｌ、大き
な文字列１０３の基準位置からアッパスタジアライン５
４までのスケール１０５の明暗像１サイクルを１個とし
た個数をｃｌ、端数演算方法によって演算した１サイク
ル未満の端数をｄｌと端数演算方法によって演算する
と、距離（mm）は下記式（２）によって演算できる。 距離＝Ｓｃ×｛（ａｕ−ａｌ）×１０００＋（ｂｕ−ｂｌ）×１００＋ （ｃｕ−ｃｌ）×１０＋（ｄｕ−ｄｌ）×１｝ ・・・（２） だし、Ｓｃはこのディジタルレベル１０（視準望遠鏡１
１）のスタジア乗数である。

【００２７】本発明の実施の形態におけるスタジア測量
において端数ｄｕ、ｄｌを求める端数演算方法は次の通
りである。まず、アッパ、ロアスタジアライン５４、５
５間に含まれるスケールの１サイクルの数が整数となる
ようにアッパおよびロアスタジア間隔を画素単位で広
げ、または狭めて整数となったスタジア間隔を拡張スタ
ジア間隔とし、拡張した画素数をｄｕ−ｄｌとして求め
る処理である。このように拡張スタジアを求めた場合の
拡張スタジア乗数Ｓｃ′は、対物焦点距離／拡張スタジ
ア間隔 となる。

【００２８】ここで、図示ディジタルレベル１０の場
合、対物レンズ群Ｌ１から入射した光束を焦点板１３を
通過する前に分割し、エリアセンサ２１に導いている。
したがってエリアセンサ２１には、水平ライン５３およ
びスタジアライン５４、５５の像が形成されない。そこ
で、水平ライン５３およびスタジアライン５４、５５の
像が形成されるであろうエリアセンサ２１の座標（垂直
方向画素位置）を予め測定し、測定した座標（ｉ、ｊ
０）、（ｉ、ｊａ）、（ｉ、ｊｂ）をＥＥＰＲＯＭ３３
に書き込んである。そしてディジタル測量の際に、ＥＥ
ＰＲＯＭ３３から座標（ｉ、ｊ０）、（ｉ、ｊａ）、
（ｉ、ｊｂ）を読み出して使用する。

【００２９】エリアセンサ２１の受光面における各ライ
ン５３、５４、５５の座標の測定および設定（基準の転
写調整処理）の一例について、図５を参照して説明す
る。まず、視準望遠鏡１１のＬ２を無限遠合焦位置に調
整し、視度調整を行った後、平行光を射出する照明光源
２３を、接眼レンズの前側主点位置に配置する。次に、
視準望遠鏡１１の対物レンズ群Ｌ１直前に、コーナーキ
ューブ２３を配置して鏡筒の固定する。この状態で、照
明光源２５を点灯させると、接眼レンズＬ５から入射
し、焦点板１３を透過した照明光が、さらに第１の光束
分割光学素子Ｌ４、補償・正立光学素子Ｌ３、焦点調節
レンズ群Ｌ２および対物レンズ群Ｌ１を透過し、コーナ
ーキューブ２５に入射し、反射して対物レンズ群Ｌ１、
焦点調節レンズ群Ｌ２、補償・正立光学素子Ｌ３を逆行
し、第１、第２の光束分割プリズムＬ４、Ｌ５で反射さ
れてエリアセンサ２１に入射し、焦点板１３の転写暗転
像１３ｉをエリアセンサ２１に形成する。この転写暗転
像１３ｉをエリアセンサ２１で撮像し、暗像の光電変換
値の最小値アドレス（ライン像の中央値）を、画素ピッ
チよりも小さい値まで内挿演算を実行して高精度に算出
して、各ライン５３、５４、５５のアドレスを決定す
る。そして、各ライン５３、５４、５５の座標データ
（アドレス）をＥＥＰＲＯＭ３３に書き込んで基準の転
写調整処理を終了する。 このようにして測定され、Ｅ
ＥＰＲＯＭ３３に書き込まれた座標データは、レベル、
距離を自動測量する際に読み出され、使用される。

【００３０】以上の構成からなる本発明の実施の形態
は、図３に示したように視準される第１のスタッフ１０
１の目盛面の像をエリアセンサ２１によって撮像し、ヘ
ッドアンプ・Ａ／Ｄコンバータ２５によってディジタル
画像データに変換し、画像信号処理回路３１、メインＣ
ＰＵ３５によって画像解析して、精度の高いレベルおよ
び距離を演算し、ディスプレイ３７に表示し、また自動
測量データとして記憶または外部機器に出力することに
特徴を有する。

【００３１】ここで、測量に使用するスタッフが１ｍか
ら約５ｍの水準高を表示する第１のスタッフ１０１であ
れば、１０００mm（１m）台の表示をパターン１０２で
識別し、１００mm台の表示をスケール１０５の１周期１
０mmの５倍の５０ｍｍの高さの大きな文字列１０３で識
別し、１０mm台は小さな文字列１０４、スケール１０５
により識別し、１mm台およびそれ以下はスケール１０５
を端数演算方法によって処理して求める。

【００３２】オートレベルの機能上、対物レンズ群のズ
ーム化は水平精度の低下を招くので困難であるから、固
定倍率の視準望遠鏡によって得られた画像データからス
タッフ目盛面の画像を解析しなけらばならない。したが
って、スタッフの設置距離によって撮像画面におけるス
タッフ像の占有画素数、あるいは像幅が相違する。その
様子を図６（Ａ）〜（Ｆ）に示した。同図６において、
（Ａ）は距離１００m、（Ｂ）は距離５０ｍ、（Ｃ）は
距離２０ｍ、（Ｄ）は距離１０ｍ、（Ｅ）は距離５ｍ、
（Ｆ）は距離２ｍの場合のスタッフの像幅と撮像画面、
つまりエリアセンサ２１の受光面上における視野絞りの
径（視野径）との関係を示している。図６において、撮
影画面における視野径は６．３mm、幅方向、つまり水平
方向のスケール２１ｃの１目盛りは０．３mmである。ま
た、各距離に配置した第１のスタッフ１０１の最上段、
幅（４０mm）がエリアセンサ２１の受光面上に形成され
る像面幅（mm）と像面におけるスケール１０５の周期幅
（mm）およびスケール１０５の占有画素（個）との関係
を表１に示した。

【００３３】

【表１】

【００３４】このように、第１のスタッフ１０１までの
距離によって第１のスタッフ１０１の目盛面の各表示要
素の像がエリアセンサ２１の受光面を占める比率が変化
するので、距離によって認識できる表示要素が変動し、
大きな文字列１０３、または小さな文字列１０５の認識
ができたりできなかったりする。例えば、第１のスタッ
フ１０１の設置場所が近距離の場合は撮像した第１のス
タッフ１０１の像が大きすぎて、あるいは撮像領域が狭
すぎて、撮像画面内にパターン１０２または大きな文字
列１０３が含まれず、これらを識別できない場合もあ
る。逆に第１のスタッフ１０１の設置場所が遠距離の場
合は第１のスタッフ１０１の像が小さ過ぎて、表示要素
の像が占める画素数が少な過ぎて小さな文字列１０４の
識別が困難になる場合もある。さらに、大きな文字列は
近距離では占有画素数が多すぎて識別処理に要する時間
が長くなり、小さな文字列は遠距離では占有画素数が少
なすぎて識別精度が低くなる場合がある。そこで本発明
の実施の形態では、撮像したスケールの像幅方向の占有
画素数に応じて識別する表示要素の切替えを行う。

【００３５】本発明の実施の形態では、スタッフ像の幅
方向の占有画素数に応じて識別するパターン１０２、文
字列１０３、１０４、スケール１０５を変更する。つま
り、第１のスタッフ１０１の像の幅方向の占有画素数を
所定数を境界値として占有画素多数領域と占有画素少数
領域とに分け、占有画素少数領域ではパターン１０２、
大きな文字列１０３およびスケール１０５を解析、識別
するアルゴリズムを、占有画素多数領域では小さな文字
列１０４およびスケール１０５を解析、識別するアルゴ
リズムを予め設定しておく。そして、測量に際して、検
出したスタッフ像の幅方向の占有画素数に対応するアル
ゴリズムに切り替えて、パターン１０２、大きな文字列
１０３およびスケール１０５、または小さな文字列１０
４およびスケール１０５の値を識別し、水準レベル（高
さ）または距離を求める。

【００３６】小さな文字列１０４および大きな文字列１
０３の像の大きさはそれぞれ、スタッフ１０１の像幅に
比例する。そこで、各文字列１０３、１０４の０〜９の
数字を所定の縦画素数×横画素数に分解し、二値化ブロ
ックデータに変換したリファレンス文字をテーブル化し
てＥＥＰＲＯＭ３３に書き込んでおく。そして、エリア
センサ２１を介して得たスタッフの像幅に対応する大き
さのリファレンス文字の二値化ブロックデータを読み出
して、エリアセンサ２１で撮像した画素データから切り
出した対応する大きさのブロックデータと、例えばパタ
ーンマッチング法によって文字解析を行い、パターン１
０２、大きな文字列１０３、または小さな文字列１０４
の数字を認識する。さらに、スケール１０５を端数認識
方法で認識する。

【００３７】占有画素多数領域のアルゴリズムでは、ス
タッフ像の幅に基づいて小さな文字列１０４を含むであ
ろう幅で縦方向の画素データを読み込み、小さな文字列
１０４の３桁の数字が１０mm単位で変化する法則に合致
しているのを確認し、確認できたら小さな文字列１０４
に対応する読み出しブロックデータを指定して文字解析
を行う。

【００３８】占有画素多数領域のアルゴリズム同様に、
パターン１０２および大きな文字列１０３が法則に合致
しているのを確認した後、パターン１０２、大きな文字
列１０３を解析し、認識する。

【００３９】このように、占有画素多数領域のアルゴリ
ズムに切り替えた場合、第１のスタッフ１０１の目盛面
に水準高さ方向に１０mm単位で表示している３桁表示の
小さな文字列１０４による数値を認識することで、１０
００mm、１００mmおよび１０mm台まで認識し、さらに１
mm台とそれ以下の値をスケール１０５の認識および演算
により求めることで、高精度な測定可能にしている。占
有画素少数領域のアルゴリズムに切り替えた場合は、パ
ターン１０２、大きな文字列１０３およびスケール１０
５を認識することで１０００mm台、１００mm台および１
０mm台まで認識し、端数演算方法によって１０mm以下の
値まで求めることで、高精度な測定を可能にしている。

【００４０】本発明の実施の形態では、第１のスタッフ
１０１の像がエリアセンサ２１を占める占有画素数認識
する文字列１０３、１０４を切り替える。ここで、視準
望遠鏡の対物レンズ群Ｌ１の焦点距離とスタッフ１０１
の設置距離に依存する。つまり占有画素数は距離に略反
比例する。そこで、スタッフ１０１の幅方向の占有画素
数を検出し、占有画素数が多数占有領域なのか少数占有
領域なのかを判別して、パターン１０２、大きな文字１
０３およびスケール、または小さな文字１０４およびス
ケール１０５のいずれかを選択する。本実施の形態で
は、占有画素数６０個未満、距離に換算して約１０m以
上を多数占有領域とし、占有画素数６０個以上、距離に
換算して約１０ｍ未満を少数占有領域として設定してあ
る。

【００４１】また、スタッフの像の幅方向の画素数を計
測して、画素数と距離との関係のテーブルからおよその
距離を求めることができる。ただし、スタッフの幅は同
一のスタッフでも多段引出し式の場合は段によって異な
る。そこで、スタッフコードNO.に対応するスタッフデ
ータとして、スタッフの幅、複数段有する場合は各段毎
のスタッフの幅に関する値をＥＥＰＲＯＭ３３に書き込
み、何段目を視準しているかを、例えば使用者が入力す
る構成とすることで、より精度の高い自動測量が可能に
なる。

【００４２】なお、スタッフまでの距離は、合焦状態に
おける焦点調節レンズ群Ｌ２の光軸方向位置から測定す
ることもできるので、焦点調節レンズ群Ｌ２の位置検出
手段を設けて、この位置検出手段を介して検出した焦点
調節レンズ群Ｌ２の位置によって第１のスタッフ１０１
が少数占有領域にあるのか多数占有領域にあるのかを決
定してもよい。

【００４３】次に、占有画素少数領域におけるレベル測
量における大きな文字列１０３の選択方法について、図
７を参照して説明する。図は、２０００mm台の大きな文
字列１０３の数字「６」、「５」、「４」が撮像された
場合を示している。また図７において、横軸は水平ライ
ン５３、縦軸は垂直ライン５２である。

【００４４】大きな文字列１０３の数字の上辺の垂直方
向座標ｊmax（ｊmax1〜ｊmax3）と、水平ライン５３と
の間隔を求める。例えば、水平ラインの座標は（ｉ，ｊ
0）なので、式、ｊmax−ｊ0によって求めることができ
る。なお、ｊmaxがｊ0以下のときは、式、ｊ0−ｊmaxに
よって求める。そして、数字の垂直方向座標ｊmax１〜
ｊmax３と、水平ライン５３（ｊ０）との差（絶対値｜
ｊmax−ｊ0｜）が最も小さいものを選択する。スケール
１０５を計測する際のデータ量を少なくするためであ
る。なお、図において数字の水平方向の左端および右端
の座標はそれぞれｉmin、ｉmaxである。

【００４５】大きな文字列１０３の数字を選択したら、
選択した数字の上辺の座標と水平ライン５３との間に含
まれるスケール１０５を、端数演算方法によって測定す
る。この端数演算方法の原理を、図８に示したレベル測
量の場合を参照して説明する。図８は、理解を容易にす
るため、大きな文字列１０３の数字「５」を選択した場
合を示している。

【００４６】『端数演算方法』端数演算方法では、ま
ず、数字「５」の上辺５ＵＬのｙ座標（ｊmax）と、水
平ライン５３（ｊ0）の間に含まれるスケール１０５の
明暗像の個数をカウントする。ここで、明暗像の個数が
整数でなかった場合、つまり整数Ｎよりも大きくＮ＋１
未満であった場合は、水平ライン５３を画素単位で、明
暗像が整数個Ｎ＋１になる１ピクセル手前までずらす。
例えば、画素データを１画素ラインずつずらしながらチ
ェックして、整数個となる明暗像の切り換わりデータが
出現する座標を求める。ずらす方向は上方、下方いずれ
でもよいが、一般的には個数が増加する方向にずらす方
が精度が高くなるので、個数が増加する方向にずらす。
このようにして明暗像の数が整数個になったときの垂直
方向の座標をｊminとすると、換算スケールはｇとして
式（３）により求めることができる。 ｇ＝（Ｎ）×10／｛（ｊmax−ｊ0min）×ｐ）｝ ・・・（３） ここで、ａ＝２、ｂ＝５、ｃ＝Ｎ＋１なので、図８の水
平レベルＬ０は、下記式（４）によって求めることがで
きる。 Ｌ0＝２×１０００＋５×１００＋（Ｎ）×１０−ｇ×ｋ ・・・（４） ただし、ｋ＝ｊmax−ｊ0minつまりアドレス差である。

【００４７】以上の通り端数演算方法によって、レベル
Ｌ0をスケール１０５の最小単位１０mmよりもさらに小
さい値まで自動読み込みできる。

【００４８】スタジア測量においても、占有画素小数領
域の場合には、レベル測量の場合と同様にして、アッ
パ、ロアスタジアライン５４、５５の読み、つまり１０
００mm台の読みａu、ａl、１００mm台の読みｂu、ｂl、
１０mm台の読みｃｕ、ｃｌおよび１０mm台よりも小さい
読みｄu、ｄlを求め、その読みと拡張スタジア乗数Ｓ
ｃ′から距離を求めることができる。ここで、変数ｄ
u、ｄlはそれぞれ、ｇ×（ｊumax−ｊa）、ｇ×（ｊlma
x−ｊb）である。ただし、ｊumaxはアッパスタジアライ
ン５４に最も近い大きな文字列１０３の数字の上辺から
の明暗像の数が整数個になったときの拡張アッパスタジ
アライン５４ｅの座標、ｊlmaxはロアスタジアライン５
５に最も近い大きな文字列１０３の数字の上辺からの明
暗像の数が整数個になったときの拡張ロアスタジアライ
ン５５ｅの座標である。

【００４９】占有画素多数領域の場合のスタジア測量
（距離測量）における端数演算方法について、さらに図
９に示したタイミングチャートを参照して説明する。こ
の実施の形態は、スタジアライン５４、５５間に含まれ
るスケール１０５の個数を計測してスタジア間隔を求め
ることに特徴を有する。図９は、距離測定の際のエリア
センサ２１の垂直方向の走査タイミングチャートを示し
ていて、第１のスタッフ１０１の目盛面の下から上に向
かって走査している。（Ａ）はスケール１０５に関する
最小目盛の取り込み信号、（Ｂ）は垂直方向一列分の画
素配列、（Ｃ）は各画素のサンプリング信号であって、
輝度を示している。（Ｄ）はサンプリング信号を画素単
位で二値化して矩形処理した方形波、（Ｅ）はエリアセ
ンサ２１の画素列、（Ｆ）は基準スタジアラインの座標
および拡張スタジアラインの座標を示している。

【００５０】基準スタジアとは、視準望遠鏡の対物光学
系の焦点距離をその望遠鏡のスタジア乗数Ｓｃで除した
値（焦点距離／スタジア乗数）で定義したスタジア間隔
である。拡張スタジアとは、基準スタジア間に含まれる
スケール像（明暗像）の数が整数になるように基準スタ
ジアの間隔を拡張した（狭め、または広げた）後のスタ
ジア間隔であり、このときの拡張スタジア乗数Ｓｃ′
は、すでに述べたように、焦点距離／拡張スタジア間隔 である。

【００５１】図９において、矩形波のハイレベル部分が
スケール１０５の黒帯部分の像高であり、矩形波のロー
レベル部分がスケール１０５の白部分の像高である。そ
こで、先ず、スタジアライン５４、５５間に矩形波が整
数個含まれるかどうかを計測する。図９では、矩形波の
ハイレベルが２個、ローレベルが３個しか含まれていな
い。そこで、アッパスタジアライン５４およびロアスタ
ジアライン５５のアドレスを移動させてハイレベルおよ
びローレベルが同数個含まれるアドレスを検出する。図
９ではアッパスタジアライン５４をｍ個、ロアスタジア
ライン５５をｎ個移動させると、移動後の拡張スタジア
ライン５４ｅ、５５ｅ間に矩形波のハイレベルおよびロ
ーレベルが同数（３個）含まれる。

【００５２】基準スタジアラインとスケールとが異なる
態様で重なる場合のタイミングチャートを図１０（Ａ）
〜（Ｄ）に示した。まず、図１０（Ａ）の場合について
説明する。アッパスタジアライン５４のレベルがローレ
ベルのときはアッパスタジアライン５４のアドレスＪa
を減ずる方向にアッパスタジアライン５４を移動させ、
ハイレベルになるアドレスＪaeを拡張アッパスタジアラ
イン５４ｅのアドレスとする。一方、ロアスタジアライ
ン５５のレベルがハイレベルのときはロアスタジアライ
ン５５のアドレスＪbを減ずる方向に移動させて、レベ
ルがローレベルになり、次にハイレベルになる直前のア
ドレスＪbeを拡張ロアスタジアライン５５ｅのアドレス
とする。このとき、スタジアライン５４、５５間のハイ
レベルの個数は拡張スタジアライン５４ｅ、５５ｅでも
変わりなく、拡張スタジア間隔の端数演算式は、下記の
通りになる。

【００５３】 拡張スタジア間隔＝ハイレベルの個数×１０(mm)＋（Ｊa−Ｊae）＋（Ｊb−Ｊ be）×ｇ （mm）・・・（５−１） となる。メモリー内のデータレベルにおけるハイレベル
の個数はピクセル１個がハイレベルでもハイレベルカウ
ントの寄与するので、基準スタジア間隔と拡張スタジア
間隔共にハイレベルの個数が同数になるように、かつ同
数の整数サイクルになるように拡張する。この方法によ
れば、他の場合もスタジア間隔内のハイレベルの個数は
拡張スタジア間隔内でも変化がなく、スタジア間隔を維
持できる。なお、拡張スタジア間隔のアドレス差（Ｊae
−Ｊbe）で、ハイレベルの個数×１０(mm)を割った値を
ｇ(mm)とすると、 ｇ＝（ハイレベルの個数×１０(mm)）／（Ｊae−Ｊbe） が１ピクセルの換算スケールになる。以下の拡張スタジ
ア間隔の式においても同様である。

【００５４】図１０（Ｂ）は、アッパスタジアライン５
４のアドレスＪaを増加する方向に移動し、ロアスタジ
アライン５５のアドレスＪbも減ずる方向に移動する実
施例を示している。この場合の拡張スタジア間隔の端数
演算式は、下記の通りになる。 拡張スタジア間隔＝ハイレベルの個数×１０(mm)＋（Ｊae−Ｊa）＋（Ｊb−Ｊ be）×ｇ （mm）・・・（５−２） 図１０（Ｃ）は、アッパスタジアライン５４のアドレス
Ｊaを減ずる方向に移動し、ロアスタジアライン５５の
アドレスＪbも減ずる方向に移動する実施例を示してい
る。この場合の拡張スタジア間隔の端数演算式は、下記
の通りになる。 拡張スタジア間隔＝ハイレベルの個数×１０(mm)＋（Ｊa−Ｊae）＋（Ｊb−Ｊ be）×ｇ （mm）・・・（５−２） 図１０（Ｄ）は、アッパスタジアライン５４のアドレス
Ｊaを増加する方向に移動し、ロアスタジアライン５５
のアドレスＪbも減ずる方向に移動する実施例を示して
いる。この場合の拡張スタジア間隔の端数演算式は、下
記の通りになる。 拡張スタジア間隔＝ハイレベルの個数×１０(mm)＋（Ｊae−Ｊa）＋（Ｊb−Ｊ be）×ｇ （mm）・・・（５−２）

【００５５】このようにして求めた拡張スタジア間隔か
ら、スタジア距離を下記式によって求めることができ
る。 スタジア距離＝焦点距離／拡張スタジア間隔

【００５６】また、端数演算によって求めたスケール読
み値をｒとし、アッパ、ロアスタジアライン５４、５５
の読み値をＬa、Ｌb、パターン１０２、大きな文字列１
０３、小さな文字列１０４、スケール１０５およびスケ
ール１０５のサイクル数および端数をそれぞれ、Ａu、
Ｂu、Ｃu、Ｄu、Ａl、Ｂl、Ｃl、Ｄlとすると、 Ｌa＝1000×Ａu＋100×Ｂu＋10×Ｃu＋１×Ｄu Ｌb＝1000×Ａl＋100×Ｂl＋10×Ｃl＋１×Ｄl ｒ＝1000×（Ａu−Ａl）＋100×（Ｂu−Ｂl）＋10×
（Ｃu−Ｃl）＋１×（Ｄu−Ｄl）

【００５７】ここで、同じ文字を基準にしてＬa、Ｌbを
計算する場合、 （Ａu−Ａl）＝（Ｂu−Ｂl）＝０ となるので、単純に読み値rは ｒ＝10×（Ｃu−Ｃl）＋１×（Ｄu−Ｄl） となる。したがって、同じ文字を基準にしてＬa、Ｌbを
計算する場合は文字認識は必要ない。

【００５８】さらに図１０に示した本実施の形態におい
ては、拡張スタジア間隔をスケールのサイクル個数によ
って測定し、端数演算処理によってスケールのサイクル
個数の端数まで求めているので、遠近にかかわらず、距
離測定においては文字パターンの識別は不要である。

【００５９】オートレベル１０に搭載した自動測量シス
テムのディジタル測量動作について、図１１に示したフ
ローチャートを参照して説明する。このフローチャート
の動作は、キーボード３９を介して第１のスタッフ１０
１に関するスタッフNO.が選択された状態で、自動測量
開始キーがオン操作されたときに実行される。

【００６０】メインＣＰＵ３５は、まず、ＥＥＰＲＯＭ
３３からスタッフコードNO.を読み込む（Ｓ１１）。こ
のスタッフコードNO.は、使用者によって予め選択され
たものである。次に、タイミングジェネレータ２３を介
してエリアセンサ２１に撮像動作させ、エリアセンサ２
１が撮像し、出力した画像信号をヘッドアンプ・Ａ／Ｄ
コンバータ２５でディジタル信号に変換し、１フレーム
分の画像データを第１メモリー２７に書き込む（Ｓ１
３、Ｓ１５）。

【００６１】第１メモリー２７から画像データを読み出
して、スタッフ幅に相当する二値化データを確認する
（Ｓ１７）。スタッフ像の幅は、コントラスト演算を実
行すると、横方向（水平方向）のコントラストが変化す
る画素の座標値（maxとmin）の差（max−min）により算
出できる。したがって、スタッフ像の幅が分かれば、ス
タッフ幅と各パターン、文字、スケールの幅の比に基づ
いて、パターンブロック、文字ブロック、スケールブロ
ックの二値化ブロックデータ（ディジタル画素データ）
を切り出することができる。

【００６２】このようにして求めた、スタッフ像の幅方
向の占有画素数に応じて処理を分岐し（Ｓ１９）、占有
画素数に応じて、大きな文字列ブロックおよびパターン
ブロックデータ、または小さな文字列ブロックおよびパ
ターンブロックデータに基づいた解析、認識処理を実行
する。

【００６３】「多数占有領域の場合」スタッフ像の占有
画素数が多数領域（近距離範囲）に含まれる場合は、小
さい文字列１０４の数字およびスケール１０５を認識す
る。垂直方向についてコントラスト演算をし、エリアセ
ンサ２１の垂直方向画素座標（ｊ）における最大座標値
（ｊmax）と最小座標値（ｊmin）および平均座標値を演
算し、ブロック化して切り出したディジタル画素データ
から大きな文字列１０３、スケール１０５の文字種を識
別する（Ｓ２１）。なお、ここで画素アドレス（ｉ、
ｊ）は、エリアセンサ２１の受光面中心を原点（ｉ0、
ｊ0）とし、水平方向をｘ軸、垂直方向をｙ軸とするｘ
−ｙ直交座標系の座標としてある。最大座標値（ｊma
x）、最小座標値（ｊmin）は、各スケール、文字、パタ
ーンそれぞれの切り出しブロックデータ中のｙ軸方向の
高輝度部分と低輝度部分の境界の座標であり、平均座標
値は高輝度部分の中間の座標（max＋min）／２である。

【００６４】そして、認識した文字種から、水平ライン
５３と重なるスケールの標尺の値、つまりメートル台の
値ａ、１０センチメートル台の値ｂおよびセンチメート
ル台の値ｃを決定する（Ｓ２３）。

【００６５】次に、水平ライン５３上の画素データ、つ
まり基準アドレス（ｉ、ｊ0）の画素データを確認し、
式、｜ｊmax−ｊ｜から、ミリ台以下の値ｄを演算し、
さらにこれらの値ａ、ｂ、ｃ、ｄから水平レベルＬ0を
式（１）によって演算する（Ｓ２５）

【００６６】次に、アッパスタジアライン５４のアドレ
ス（ｉ、ｊa）、ロアスタジアライン５５のアドレス
（ｉ、ｊb）の画素データを確認し、端数演算方法によ
ってスケール１０５の明暗像の端数も含めた個数を求め
る。そして、式（４）によりレベルおよび（５−１）な
いし（５−４）により距離を演算する（Ｓ２９）。以上
の処理によって計測されたレベルＬ０および距離をディ
スプレイ３７に表示して処理を終了する（Ｓ３１）。

【００６７】「少数占有領域の場合」スタッフ像の占有
画素数が少数領域（遠距離範囲）に含まれる場合は、パ
ターン１０２、大きな文字列１０３およびスケール１０
５を認識する。垂直方向についてコントラスト演算を
し、エリアセンサ２１の垂直方向画素座標（ｊ）におけ
る最大座標値（ｊmax）と最小座標値（ｊmin）および平
均座標値を演算し、ブロック化して切り出したディジタ
ル画素データからパターン１０２、大きな文字列１０３
およびスケール１０５を認識する（Ｓ３４）。そしてつ
まり、まずパターン認識処理によってパターン１０２が
何個あるかを認識し、認識した数によってメートル台の
値ａを決定する（Ｓ３５）。次に、大きな文字列１０３
の文字の認識処理によって１０センチ台の大きな数字を
認識し、１０センチ台の値ｂを決定する（Ｓ３７）。

【００６８】水平ライン上の画素データ、つまり基準ア
ドレス（ｉ、ｊ0）の画素データを確認し、端数演算方
法によってセンチ単位の値ｃ、およびミリ単位以下の値
ｄを決定する（Ｓ３９）。

【００６９】同様にアッパスタジアライン５４のアドレ
ス（ｉ、ｊa）を確認し、式、｜ｊmax−ｊa｜からセン
チ単位の値ｃu、ミリ単位以下の値ｄuを決定し、アッパ
スタジア値Ｌａ（ａu、ｂu、ｃu、ｄu）を演算する（Ｓ
４１）。

【００７０】同様にロアスタジアライン５５のアドレス
（ｉ、ｊb）を確認し、式、｜ｊmax−ｊb｜からセンチ
台の値ｃl、ミリ台の値ｄl以下を決定し、ロアスタジア
値Ｌb（ａl、ｂl、ｃl、ｄl）を算出する（Ｓ４３）。
式（１）によってレベルを演算し、アッパースタジア値
Ｌaおよびロアスタジア値Ｌbから式（２）により距離を
演算する（Ｓ４５）。以上の処理によってレベルおよび
距離の自動測量値が確定するので、確定したレベルおよ
び距離をディスプレイ３７に表示して処理を終了する
（Ｓ４７）。

【００７１】以上の通りディジタルレベル１０によれ
ば、目標視準物体である第１のスタッフ１０１の目盛面
の情報を読み込み、解析してレベルおよび距離を演算
し、ディスプレイ３７に表示するので、作業者は、測量
地点に設定した第１のスタッフ１０１を視準望遠鏡１１
で視準するだけで、正確なレベルおよび距離を測定する
ことができる。なお、距離は、

【００７２】本実施の形態ではレベルおよび距離を表示
するが、さらにこれらの値を、着脱可能な不揮発性メモ
リーに記憶し、また外部情報機器、例えばパソコンに出
力するように構成することもできる。

【００７３】次に、本発明のディジタルレベル１０によ
って他のスケールを使用する場合の実施の形態について
説明する。図９には、スケールが１００mm単位で千鳥格
子状に配置されたいわゆる欧州スタッフの一例を示して
ある。この第２のスタッフ２０１の目盛面には、中央ラ
イン２１１を挟んで、右側には縦に並んだＥ文字と千鳥
状のスケールとからなるＥ型パターン２０２と、２桁の
奇数数字２０６が配置され、左側には縦に並んだ反転Ｅ
文字と＝符号とからなる反転Ｅ型パターン２０３および
２桁の偶数数字２０７が表示されている。

【００７４】１ｍから約５ｍの水準高さを表示する第２
のスタッフ２０１であれば、１０００mm台の値ａ、１０
０mm台の値ｂを数字２０６、２０７で読み取り、その間
の１０mm台の値ｃを１周期２０mmのパターン２０２、２
０３で読み取り、１０mm以下の値ｄは、まず画素単位で
読み取り、さらに画素単位以下を端数演算によって求め
る。そしてレベルは、水平ライン５３について求めた測
定値ａ、ｂ、ｃ、ｄを前記式（１）に代入して求める。
距離はアッパスタジアライン５４、ロアスタジアライン
５５それぞれについて求めた測定値ａｕ、ｂｕ、ｃｕ、
ｄｕ、および測定値ａｌ、ｂｌ、ｃｌ、ｄｌを前記
（２）に代入して求める。なお、第２のスタッフ２０１
の目盛面のデータは、予めスタッフの種別に応じたデー
タとしてＥＥＰＲＯＭ３３に書き込まれている。

【００７５】この実施の形態においても、第２のスタッ
フ２０１の目盛面の像をエリアセンサ２１を介して読み
取り、２５によってディジタル信号に変換し、画像信号
処理回路３１、メインＣＰＵ３５によって画像解析して
精度の高いレベルおよび距離を演算し、ディスプレイ３
７に表示する。ただし、この第２のスタッフ２０１の場
合は、表示２０２〜２０７の大きさに大差がないので距
離にかかわらず識別性は同等であるから、遠距離でも近
距離でも同一のアルゴリズムによって識別できる。この
ディジタルレベル１０の動作原理について、図１４に示
したフローチャートを参照して説明する。

【００７６】まず、選択されたスタッフNO.に対応する
コードを読み込み（Ｓ５１）、エリアセンサ２１を駆動
してスタッフ２１１を撮像し、スタッフ２１１の目盛面
の画像データを取り込む（Ｓ５３）。そしてスタッフ２
１１の表示パターン、文字の画像をＡＤ変換して第１メ
モリー２７に書き込む（Ｓ５５）。第１メモリー２７に
書き込まれた第２のスタッフ２０１のパターン像にはＥ
型パターン２０２と反転Ｅ型パターン２０３があり、こ
れらのパターン２０２、２０３が縦方向に交互に連続し
てスケールを形成している。さらに、Ｅ型パターン２０
２と反転Ｅ型パターン２０３の像には２桁の数字２０
６、２０７の像が付属している。これらのパターン２０
２、２０３の像、数字２０６、２０７の像が画像データ
として第１メモリー２７に書き込まれている。

【００７７】第１メモリー２７から画像データを読み出
して、パターン、文字、スケールの２値信号レベルを確
認し、占有画素多数領域にあるか少数領域にあるかを確
認する（Ｓ５７）。そして、スタッフコードNO.に対応
したパターンブロック、文字ブロック、スケールブロッ
クの２値信号を切り出して、エリアセンサ２１の受光面
のアドレス（ｉ、ｊ）における各ブロックの最大座標値
ｊmaxと最小座標値ｊmin、平均座標値を演算する（Ｓ５
９）。

【００７８】占有画素数に応じて、Ｅ型パターン２０２
の画像データと反転Ｅ型パターン２０３の画像データを
ブロック単位で切出し、エリアセンサ２１の受光面の座
標軸（ｉ、ｊ）において、Ｅ型パターン２０２の最小輝
度座標ｉminをミラー反転対称軸として反転させて反転
Ｅ型パターン２０３′の画像データを第２メモリー２９
上で再配列する（Ｓ６１）。右側の数字２０６の像デー
タは、前記Ｅ型パターン２０２の最小輝度座標ｉminを
軸対称に平行移動させて数字２０６′とすると、スケー
ル方向にスケールの数字２０６′、２０７の列が形成さ
れる。すると、第２メモリー２９上には、図１３に示し
たような、反転Ｅ型パターン２０３および数字２０７の
スケールパターンと、縦方向に整列した反転Ｅ型パター
ン２０２′が作成される。つまり、連続二値化スケール
が第２メモリー２９上に、あたかも実在するがごとく配
列される。従って、パターン、スケールの解析および識
別、レベルおよび距離の演算は、第２メモリー２９上の
データを使用して行うことができる。

【００７９】この第２メモリー２９上のパターンによっ
て数字２０７のスケール文字ブロックを認識し、最小座
標値ｊminに関し、第２メモリー２９上で数字２０７の
スケール文字ブロックを横方向に平行シフトさせて文字
２０６′とし、文字２０７と縦方向に整列させる（Ｓ６
３）。

【００８０】次に、第２メモリー２９上のデータに基づ
いて、基準アドレス（ｉ、ｊ0）の画素データを確認
し、式｜ｊmax−ｊ｜からｃ、ｄよりも小さい値を決定
し、レベルＬ０を演算する（Ｓ６５）。

【００８１】同様に第２メモリー２９上のデータについ
て、アッパスタジアラインアドレス（ｉ、ｊa）の画素
データを確認し、式｜ｊmax−ｊa｜からｃ、ｄ以下の値
を決定し、アッパスタジアライン値Ｌａを演算する（Ｓ
６５）。さらに同様にして、第２メモリー２９上のデー
タについて、ロアスタジアラインアドレス（ｉ、ｊb）
の画素データを確認し、式｜ｊmax−ｊb｜からｃ、ｄ以
下の値を決定し、ロアスタジアライン値Ｌｂを演算する
（Ｓ６９）。

【００８２】以上の処理によってレベルＬ０が確定し、
距離が式｜Ｌa−Ｌb｜によって確定する（Ｓ７１）。以
上の処理によって得たレベルＬ０および距離をディスプ
レイ３７に表示して、処理を終了する（Ｓ７３）。な
お、本発明の実施の形態では第１メモリー２７と第２メ
モリー２９の二つのメモリーを示したが、同一メモリー
内の違うセクションを使用してもよい。

【００８３】以上の通り本発明の実施の形態によれば、
スタッフの目盛情報を予めＥＥＰＲＯＭ３３に記憶し、
使用するスタッフの目盛情報を読み出して、撮像した画
像データを解析し、識別することでレベル、距離を自動
測量し、ディスプレイ３７に表示できるので、特別なス
タッフを制作することなく、汎用のスタッフを使用する
ことが可能になる。また、汎用のスタッフを使用できる
ので、作業者が目視によって測量することも可能にな
る。

【００８４】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り本発明は、
標尺の目盛面の所定のパターン、数字、またはスケール
に関する識別データを記憶手段から読出し、該識別デー
タと撮像手段が撮像した標尺の画像データとに基づいて
撮像した標尺のパターン、数字、またはスケールを解析
し、識別して測量値を得るので、特別な標尺を製作しな
くても、目盛面の所定のパターン、数字、またはスケー
ルを識別するデータを記憶手段に格納しておくだけで、
汎用のスタッフを使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の自動測量システムを適用したディジ
タルレベルの光学系の構造の一実施の形態を示す光路図
である。

【図２】 同実施の形態における光路分布光学素子の異
なる実施例を示す図である。

【図３】 同ディジタルレベルのディジタル測量系の回
路構成の一実施例を示すブロック図である。

【図４】 同ディジタルレベルの視準望遠鏡の視野と一
実施例の汎用スタッフの目盛との関係を示す面図であ
る。

【図５】 同ディジタルレベルのエリアセンサ上の焦点
板のラインの座標設定方法を説明する図である。

【図６】 同ディジタルレベルの視準望遠鏡の視野と汎
用スタッフの像の大きさとの関係を距離を変えて示す図
である。

【図７】 同ディジタルレベルにおいて、水平ラインの
目盛りを読み込む原理を説明する図である。

【図８】 同ディジタルレベルにおいて、アッパスタジ
アラインおよびロアスタジアラインの目盛りを読み込む
様子を説明するタイミングチャートである。

【図９】 同ディジタルレベルにおいて、スケールの端
数を演算する原理をタイミングチャートで示す図であ
る。

【図１０】 同ディジタルレベルにおいて、アッパ、ロ
アスタジアラインとスケールとの関係の異なる態様を
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）のタイミングチャート
で説明する図である。

【図１１】 図４に示した汎用スタッフを使用した場合
の本発明のディジタルレベルの自動読み込み処理に関す
るフローチャートを示す図である。

【図１２】 同ディジタルレベルによって自動読み込み
可能な他の実施例としての欧州スタッフの目盛面と視準
望遠鏡の視野との関係を示す図である。

【図１３】 図１２に示した欧州スタッフを使用した場
合の、メモリー内において画像再構築した様子を示す図
である。

【図１４】 図１２に示した欧州スタッフを使用した場
合の本発明のディジタル測量処理に関するフローチャー
トを示す図である。

【符号の説明】

１０ ディジタルレベル １１ 視準望遠鏡 １３ 焦点板 １５ ＡＦラインセンサ ２１ エリアセンサ（撮像手段） ２３ タイミングジェネレータ ２５ ヘッドアンプ・Ａ／Ｄコンバータ ２７ 第１メモリー ２９ 第２メモリー ３１ 画像信号処理回路 ３３ ＥＥＰＲＯＭ（記憶手段） ３５ メインＣＰＵ（解析手段） ５１ 視野 ５２ 垂直ライン ５３ 水平ライン ５４ アッパスタジアライン ５４ｅ 拡張アッパスタジアライン ５５ ロアスタジアライン ５５ｅ 拡張ロアスタジアライン １０１ 第１のスタッフ １０２ 遠距離用パターン １０３ 遠距離用大きな文字列 １０４ 近距離用小さな文字列 １０５ スケール ２０１ 第２のスタッフ Ｌ１ 対物レンズ群（対物光学系） Ｌ２ 焦点調節レンズ群（焦点調節レンズ群） Ｌ３ 補償・正立光学素子（補償・正立光学系） Ｌ４ 第１の光束分割光学素子（分割光学系） Ｌ５ 接眼レンズ（接眼光学系）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 望遠光学系と、 該望遠光学系によって視準された標尺の目盛面の像を撮
   像して電気的な画像データに変換する撮像手段と、 標尺の目盛面の所定のパターン、数字、またはスケール
   に関する識別データを格納した記憶手段と、 前記撮像手段が撮像した標尺の画像データと前記記憶手
   段から読み出したパターン、数字、またはスケールに関
   する識別データに基づいて、該撮像した標尺のパター
   ン、数字、またはスケールを解析し、識別して測量値を
   得る解析手段と、を備えたことを特徴とする自動測量シ
   ステム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の自動測量システムにおい
   て、複数の種類の標尺の前記パターン、数字、またはス
   ケールに関する識別データが格納された記憶手段と、使
   用する標尺に対応する前記識別データを選択する選択手
   段を備え、前記解析手段は、該選択手段によって選択さ
   れた標尺の種別に応じた識別データを前記記憶手段から
   読み出して使用する自動測量システム。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の自動測量システ
   ムはさらに、前記解析手段が解析し、識別して得た測量
   値を表示する表示手段を備えている自動測量システム。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか一項記載の自
   動測量システムにおいて、前記解析手段は、前記標尺の
   画像データから標尺の像が占める幅方向の画像データ占
   有量、または所定のパターン、数字、またはスケールの
   像の幅または高さ方向の画像データ占有量を求め、該求
   めた占有量に応じて解析するパターン、数字、またはス
   ケールを選択する自動測量システム。
5. 【請求項５】 請求項３または４記載の自動測量システ
   ムにおいて、前記解析手段は、前記望遠鏡視野内の所定
   の基準線と合致する、前記標尺の目盛面に形成されてい
   る所定のパターン、数字、またはスケールの値を識別す
   ることを特徴とする自動測量システム。
6. 【請求項６】 請求項５記載の自動測量システムにおい
   て、前記望遠光学系はオートレベルの視準望遠鏡であっ
   て、該視準望遠鏡は、標尺側から対物光学系、焦点調節
   光学系、補償・正立光学系、焦点板および接眼光学系
   と、前記前記補償・正立光学系と焦点板との間に配置さ
   れた、接眼光学系への光束と前記撮像手段への光束とに
   分割する分割光学素子を備えている自動測量システム。
7. 【請求項７】 請求項６記載の自動測量システムにおい
   て、前記記憶手段には、焦点板の水平ラインおよびスタ
   ジアラインが形成されるであろう撮像素子の受光面上の
   座標が予め記憶されていて、該記憶された座標と前記撮
   像手段が撮像した画像の前記撮像素子の受光面上の座標
   とに基づいて各ラインに合致する目盛面の座標または目
   盛面上における各ラインの間隔を解析処理する自動測量
   システム。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれか一項記載の
   自動測量システムはさらに、前記解析手段が求めた測定
   値を記憶する記憶手段を備えている自動測量システム。