测量装置和记录介质的制作方法

1.本发明涉及获取测定对象物的三维信息的测量装置和测量程序。


背景技术：

2.专利文献1公开了具备激光扫描单元的测量系统。激光扫描单元旋转照射脉冲激光作为测距光，按每个脉冲激光进行测距，获取点群数据。更具体地说，激光扫描单元对测定对象物照射脉冲激光作为测距光，接收由测定对象物反射的每个脉冲激光的反射光，测定直至测定对象物为止的距离并检测测距光的照射方向(水平角和铅直角)，从而获取测定对象物的多个点的三维信息。三维信息也被称为三维数据和三维点群数据等。
3.激光扫描单元能在1秒钟内执行几十万点的点群测定，能实现非常高速且高效的测量。另外，激光扫描单元在规定的角度(例如360度)的方向上旋转照射脉冲激光，按每个脉冲激光进行测距，来获取点群数据。因此，通过激光扫描单元获取到的点群数据具有网格结构。
4.在此，例如专利文献1中记载的具备激光扫描单元的测量装置如前所述例如在360度的方向上旋转照射测距光进行测距，来获取测定对象物的三维数据。因此，通过测量装置获取到的三维数据不仅包含想要获取三维数据的测定对象物的多个点的三维数据，而且还包含存在于该测定对象物周围的物体的多个点的三维数据。因此，在缩短测量所需的时间和测量后的图像处理所需的时间、提高测量效率方面有改善的余地。
5.专利文献1：日本专利特开2017-223540号公报


技术实现要素：

6.本发明是为了解决上述技术问题而完成的，目的在于提供能提高测量效率的测量装置和测量程序。
7.上述技术问题通过本发明所涉及的测量装置解决，所述测量装置的特征在于，具备：测定单元，向测定对象物发射测距光，并接收来自所述测定对象物的反射测距光进行测距；摄像单元，具有与所述测距光的发射光轴平行的摄像光轴，所述摄像单元拍摄包含所述测定对象物的图像；姿势检测单元，与所述摄像单元一体地设置；以及运算处理单元，所述姿势检测单元具有：倾斜传感器，检测水平；以及相对倾斜角检测部，以使所述倾斜传感器检测出水平的方式使所述倾斜传感器偏斜，并且检测在所述倾斜传感器检测出水平的状态下所述测定单元相对于水平的倾斜角，所述运算处理单元基于由所述摄像单元拍摄到的包含所述测定对象物的所述图像，掌握所述测定对象物的大体的形状，并基于所述大体的形状，执行生成通过所述测定单元发射的所述测距光的扫描模式的控制。
8.根据本发明所涉及的测量装置，运算处理单元首先基于由摄像单元拍摄到的包含测定对象物的图像来掌握测定对象物的大体的形状。然后，运算处理单元基于所掌握的测定对象物的大体的形状，执行生成通过测定单元发射的测距光的扫描模式的控制。因此，测定单元仅对包含想获取三维数据的测定对象物的特征性区域进行扫描来进行测距。换言
之，测定单元不对不包含想获取三维数据的测定对象物的多余的区域进行扫描，不进行多余的区域的测距。由此，本发明所涉及的测量装置能实现测量所需时间和测量后的图像处理所需时间的缩短，提高测量的效率。
9.另外，与在360度的方向上旋转照射测距光进行测距的情况相比，测定单元能以快的周期对包含想获取三维数据的测定对象物的特征性区域多次扫描来进行测距。因此，即便在由摄像单元拍摄到的包含测定对象物的图像例如是具有进深的深度图像的情况下，本发明所涉及的测量装置也能一面实现测量所需时间的缩短，一面对测定对象物定义比较细的网格结构，能在包含想获取三维数据的测定对象物的特征性区域中进行均匀的测量。由此，本发明所涉及的测量装置能提高测量的精度。
10.在本发明所涉及的测量装置中，其特征在于，优选地，所述运算处理单元通过进行由所述摄像单元拍摄到的包含所述测定对象物的所述图像的主成分分析，来掌握所述大体的形状。
11.根据本发明所涉及的测量装置，运算处理单元通过进行由摄像单元拍摄到的包含测定对象物的图像的主成分分析，来掌握测定对象物的大体的形状。因此，运算处理单元能够一面抑制与测定对象物相关的信息的损失，一面实现与测定对象物相关的信息的缩减，能高效地掌握测定对象物的大体的形状。
12.在本发明所涉及的测量装置中，其特征在于，优选地，所述运算处理单元执行基于所述测定单元基于所述扫描模式进行所述测距而获取到的所述测定对象物的三维信息来更新所述扫描模式的控制。
13.根据本发明所涉及的测量装置，运算处理单元基于测定单元所获取到的测定对象物的三维信息更新扫描模式。因此，测定单元能基于经运算处理单元更新后的扫描模式发射测距光，能更高效地仅对包含想获取三维数据的测定对象物的特征性区域进行扫描来进行测距。由此，本发明所涉及的测量装置能进一步实现测量所需时间和测量后的图像处理所需时间的缩短，进一步提高测量的效率。
14.上述技术问题通过本发明所涉及的测量程序解决，所述测量程序其特征在于，由测量装置的计算机执行，所述测量装置具备：测定单元，向测定对象物发射测距光，并接收来自所述测定对象物的反射测距光进行测距；摄像单元，具有与所述测距光的发射光轴平行的摄像光轴，所述摄像单元拍摄包含所述测定对象物的图像；姿势检测单元，与所述摄像单元一体地设置，并具有倾斜传感器和相对倾斜角检测部，所述倾斜传感器检测水平，所述相对倾斜角检测部以使所述倾斜传感器检测出水平的方式使所述倾斜传感器偏斜，并且检测在所述倾斜传感器检测出水平的状态下所述测定单元相对于水平的倾斜角；以及运算处理单元，所述测量程序使所述计算机执行以下步骤：基于由所述摄像单元拍摄到的包含所述测定对象物的所述图像，掌握所述测定对象物的大体的形状，并基于所述大体的形状，生成通过所述测定单元发射的所述测距光的扫描模式。
15.根据本发明所涉及的测量程序，使测量装置的计算机执行以下步骤：基于由测量装置的摄像单元拍摄到的包含测定对象物的图像，掌握测定对象物的大体的形状，并基于所掌握的大体的形状，生成通过测定装置的测定单元发射的测距光的扫描模式。因此，测定单元仅对包含想获取三维数据的测定对象物的特征性区域进行扫描来进行测距。换言之，测定单元不对不包含想获取三维数据的测定对象物的多余的区域进行扫描，不进行多余的
区域的测距。由此，本发明所涉及的测量程序能实现测量所需时间和测量后的图像处理所需时间的缩短，提高测量的效率。
16.另外，与在360度的方向上旋转照射测距光进行测距的情况相比，测定单元能以快的周期对包含想获取三维数据的测定对象物的特征性区域多次扫描来进行测距。因此，即便在由摄像单元拍摄到的包含测定对象物的图像例如是具有进深的深度图像的情况下，本发明所涉及的测量程序也能一面实现测量所需时间的缩短，一面对测定对象物定义比较细的网格结构，使得在包含想获取三维数据的测定对象物的特征性区域中执行均匀的测量。由此，本发明所涉及的测量程序能提高测量的精度。
17.发明效果
18.根据本发明，能提供可提高测量的效率的测量装置和测量程序。
附图说明
19.图1是本发明的实施方式所涉及的测量装置的简要立体图。
20.图2是本实施方式所涉及的测量装置的简要构成图。
21.图3是在图2所示的箭头a的方向上观察时的俯视图。
22.图4是表示本实施方式的姿势检测单元的俯视图。
23.图5是本实施方式的姿势检测单元的简要构成图。
24.图6是示出本实施方式的光轴偏转单元的作用的说明图。
25.图7是示出本实施方式的运算处理单元生成测距光的扫描模式的控制的概要的流程图。
26.图8是示出本实施方式的运算处理单元生成测距光的扫描模式的控制的具体例的流程图。
27.图9是举例示出由本实施方式的运算处理单元生成的扫描模式的示意图。
28.图10是举例示出由本实施方式的运算处理单元生成的扫描模式的示意图。
29.附图标记说明
30.1：测量装置，2：三脚架，3：基座单元，4：测距光轴，5：摄像光轴，6：铅直线，7：箱体，8：分度盘，9：铅直旋转部，11：显示部，12：操作部，14：纵轴心，15：横轴心，20：测定单元，21：测距光发射部，22：受光部，23：测距部，24：运算处理单元，25：发射方向检测部，26：姿势检测单元，27：摄像单元，31：发射光轴，32：发光元件，33：投光透镜，34：第一反射镜，35：第二反射镜，36：光轴偏转单元，36a：测距光偏转部，36b：反射测距光偏转部，37：受光光轴，38：受光元件，39：成像透镜，41a、41b：光学棱镜，42a、42b、43a、43b：棱镜要素，44a、44b：环形齿轮，46a、46b：驱动齿轮，47a、47b：电机，48：成像透镜，49：摄像元件，51：外框，52：轴承，53：内框，54：纵轴，55：横轴，56：倾斜检测单元，57：轴承，58：第一齿轮，59：第一驱动齿轮，61：第一电机，62：第一编码器，63：第二齿轮，64：第二驱动齿轮，65：第二电机，66：第二编码器，68：运算部，71：第一倾斜传感器，72：第二倾斜传感器，73：存储部，74：输入输出控制部，81a、81b、81c、81d、81e：测定对象物，91a、91b、91c、91d、91e：扫描轨迹，101：第一主成分、102：第二主成分、r：设置基准点、θ：角度差，ω：角。
具体实施方式
31.以下，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。
32.需要说明的是，以下说明的实施方式是本发明优选的具体例，因此附加有技术上优选的各种限定，但本发明的范围只要在以下的说明中没有特别限定本发明的含义的记载，就不限于这些方式。另外，在各附图中，对同样的构成要素标注同一附图标记，并适当省略详细的说明。
33.图1是本发明的实施方式所涉及的测量装置的简要立体图。
34.本实施方式所涉及的测量装置1经由基座单元3设置于三脚架2。测距光轴4和摄像光轴5是相互平行的。另外，测距光轴4与摄像光轴5之间为已知距离。
35.测量装置1能进行将测定对象物作为棱镜的棱镜测定模式下的测定、在测定对象物为结构物时等不使用棱镜的无棱镜测定模式下的测定。
36.基座单元3具有：分度盘8，其在水平方向上旋转，能检测旋转角度；以及铅直旋转部9，其能在铅直方向上旋转，并能以希望的角度固定。测量装置1安装于铅直旋转部9。
37.测量装置1具有机械基准点。相对于测量装置1的机械基准点，测距光轴4、摄像光轴5等为已知的关系。机械基准点例如设定于铅直旋转部9的旋转中心。
38.在测距光轴4为水平的状态下，机械基准点设定成位于经过设置基准点r的铅直线6上。设置基准点r与测量装置1的机械基准点的距离通过计量(measure)等进行测定，为已知的。
39.测量装置1以机械基准点为中心在铅直方向上旋转，另外以机械基准点为中心在水平方向上旋转。另外，铅直旋转角由姿势检测单元26(参照图2)检测，水平旋转角由分度盘8检测。
40.图2是本实施方式所涉及的测量装置的简要构成图。
41.图3是在图2所示的箭头a的方向上观察时的俯视图。
42.测量装置1在箱体7的背面具有显示部11和操作部12，并在箱体7的内部主要包括：具有测距光轴4的测定单元20、运算处理单元24、检测测距光的发射方向的发射方向检测部25、检测测量装置1的水平两方向的倾斜的姿势检测单元26、具有摄像光轴5的摄像单元27、以及使测距光轴4偏转的光轴偏转单元36等。因而，测定单元20、姿势检测单元26、摄像单元27以及光轴偏转单元36被一体化。需要说明的是，显示部11也可以设为触摸面板，兼用为操作部12。
43.测定单元20由测距光发射部21、受光部22以及测距部23构成。
44.测距光发射部21发射测距光。测距光发射部21具有发射光轴31。在发射光轴31上设置发光元件32、例如激光二极管(ld)。进而，在发射光轴31上设置投光透镜33。
45.另外，在发射光轴31上设置作为偏转光学部件的第一反射镜34。进而，与第一反射镜34对峙地在受光光轴37上设置作为偏转光学部件的第二反射镜35。
46.通过第一反射镜34和第二反射镜35，发射光轴31与测距光轴4一致。光轴偏转单元36配设在测距光轴4上。
47.受光部22接收来自测定对象物的反射测距光。受光部22具有与发射光轴31平行的受光光轴37。受光光轴37与测距光轴4通用。
48.在受光光轴37上设置受光元件38、例如光电二极管(pd)。另外，配设有成像透镜
39。成像透镜39使反射测距光在受光元件38成像。受光元件38接收反射测距光，产生受光信号。受光信号被输入到测距部23。
49.进而，在受光光轴37上，在成像透镜39的对物侧配置有光轴偏转单元36。
50.测距部23控制发光元件32，使激光光线作为测距光发光。测距光轴4通过光轴偏转单元36(测距光偏转部36a)以朝向测定点的方式偏转。
51.从测定对象物反射的反射测距光经由光轴偏转单元36(反射测距光偏转部36b)和成像透镜39入射到受光部22。反射测距光偏转部36b使经测距光偏转部36a偏转后的测距光轴4再次偏转以恢复为原本的状态，使受光元件38接收反射测距光。
52.受光元件38将受光信号送出到测距部23。测距部23基于来自受光元件38的受光信号进行测定点(照射有测距光的点)的测距。
53.运算处理单元24由输入输出控制部、运算器(cpu)、存储部等构成。在存储部中保存控制测距动作的测距程序、控制电机47a、47b的驱动的控制程序、进行图像匹配等图像处理的图像程序、输入输出控制程序、基于来自发射方向检测部25的发射方向的运算结果对测距光轴4的方向角(水平角、铅直角)进行运算的方向角运算程序等程序。进而，在存储部中保存测距数据、图像数据等测定结果。
54.作为存储部，例如可列举内置于测量装置1的半导体存储器等。或者，作为存储部，可列举能连接到测量装置1的cd(compact disc：光盘)、dvd(digital versatile disc：数字通用光盘)、ram(random access memory：随机存取存储器)、rom(read only memory：只读存储器)、硬盘、存储卡等各种存储介质。
55.测距部23也可以通过运算器执行保存(存储)在存储部中的程序而实现。需要说明的是，测距部23可以通过硬件来实现，也可以通过硬件与软件的组合来实现。
56.由包括运算处理单元24的计算机执行的程序相当于本发明的“测量程序”。在此所说的“计算机”不限于个人计算机，还包括信息处理设备所包含的运算处理装置、微机等，将其统称为能通过程序实现本发明的功能的设备、装置。
57.接着，对光轴偏转单元36进行说明。
58.在光轴偏转单元36配设一对光学棱镜41a、41b。光学棱镜41a、41b分别是圆板状，配置成与受光光轴37正交，并且相互重叠、平行地配置。为了将装置小型化，优选分别使用菲涅耳棱镜作为光学棱镜41a、41b。
59.光轴偏转单元36的中央部成为测距光透过的测距光偏转部36a。光轴偏转单元36的除中央部以外的部分成为反射测距光偏转部36b。
60.被用作光学棱镜41a、41b的菲涅耳棱镜由分别平行地配置的棱镜要素42a、42b以及多个棱镜要素43a、43b构成，并具有板形状。光学棱镜41a、41b以及各棱镜要素42a、42b和棱镜要素43a、43b具有同一光学特性。
61.棱镜要素42a、42b构成测距光偏转部36a。棱镜要素43a、43b构成反射测距光偏转部36b。
62.菲涅耳棱镜可以由光学玻璃制作，但也可以用光学塑料材料模制成形。通过用光学塑料材料模制成形，能制作便宜的菲涅耳棱镜。
63.光学棱镜41a、41b配设成能分别以受光光轴37为中心单独地旋转。光学棱镜41a、41b通过被独立地控制旋转方向、旋转量、旋转速度，从而使发射的测距光的测距光轴4向任
意的偏转方向偏转，并使接收的反射测距光的受光光轴37与测距光轴4平行地偏转。
64.光学棱镜41a、41b的外形形状分别是以受光光轴37为中心的圆板状。考虑反射测距光的发散来设定光学棱镜41a、41b的直径，以使光学棱镜41a、41b能获取充分的光量。
65.在光学棱镜41a的外周嵌设有环形齿轮44a。另外，在光学棱镜41b的外周嵌设有环形齿轮44b。
66.驱动齿轮46a与环形齿轮44a啮合。驱动齿轮46a固着于电机47a的输出轴。驱动齿轮46b与环形齿轮44b啮合。驱动齿轮46b固着于电机47b的输出轴。电机47a、47b电连接到运算处理单元24。
67.作为电机47a、47b，使用能检测旋转角的电机或者进行与驱动输入值对应的旋转的电机、例如脉冲电机。或者，也可以使用检测电机的旋转量(旋转角)的旋转检测器、例如编码器(未图示)等来检测电机的旋转量。由发射方向检测部25分别检测电机47a、47b的旋转量。基于发射方向检测部25的检测结果，电机47a、47b被运算处理单元24单独地控制。
68.驱动齿轮46a、46b和电机47a、47b设置于不与测距光发射部21相干涉的位置、例如环形齿轮44a、44b的下侧。
69.投光透镜33和测距光偏转部36a等构成投光光学系统。反射测距光偏转部36b和成像透镜39等构成受光光学系统。
70.发射方向检测部25通过对输入电机47a、47b的驱动脉冲进行计数来检测电机47a、47b的旋转角，或者基于来自编码器的信号来检测电机47a、47b的旋转角。
71.进而，发射方向检测部25基于电机47a、47b的旋转角来运算光学棱镜41a、41b的旋转位置，并基于测距光偏转部36a(即、棱镜要素42a、42b)的折射率和旋转位置来运算测距光的偏角(偏转方向)、发射方向。运算结果被输入到运算处理单元24。
72.在测量装置1中，姿势检测单元26检测测距部23相对于发射光轴31的姿势(倾斜角、倾斜方向)。检测结果被输入到运算处理单元24。
73.运算处理单元24基于从发射方向检测部25输入的运算结果以及从姿势检测单元26输入的检测结果等，单独地控制电机47a、47b，执行生成通过测定单元20发射的测距光的扫描轨迹的形状(即扫描模式)的控制。关于运算处理单元24生成扫描模式的控制的详情将在后描述。
74.图4是表示本实施方式的姿势检测单元的俯视图。
75.图5是本实施方式的姿势检测单元的简要构成图。
76.在以下的说明中，上下与图4中的上下对应，左右与图4中的左右对应。
77.在矩形框形状的外框51的内部设置矩形框形状的内框53。在内框53的内部设置倾斜检测单元56。
78.从内框53的上表面、下表面突出地设置有纵轴54、54。纵轴54、54与设置于外框51的轴承52、52旋转自如地嵌合。纵轴54、54具有纵轴心14。内框53以纵轴54、54为中心向左右方向360
゜
旋转自如。纵轴54、54的纵轴心14与测距光轴4一致或者平行，或者与和测距光轴4正交的水平基准线(未图示)平行。
79.倾斜检测单元56由横轴55支承。横轴55的两端部与设置于内框53的轴承57、57旋转自如地嵌合。横轴55具有与纵轴心14正交的横轴心15。倾斜检测单元56以横轴55为中心向上下方向360
゜
旋转自如。横轴55的横轴心15与测距光轴4一致或者平行，或者与和测距光
轴4正交的水平基准线平行。
80.也就是说，倾斜检测单元56构成为，通过相对于外框51在双轴方向上360
°
旋转自如的万向节(gimbal)机构支承。
81.在纵轴54、54中的一方、例如下侧的纵轴54上安装有第一齿轮58。第一驱动齿轮59与第一齿轮58啮合。另外，在外框51的下表面设置有第一电机61。第一驱动齿轮59安装于第一电机61的输出轴。
82.在纵轴54、54中的另一方安装有第一编码器62。第一编码器62构成为检测内框53相对于外框51的左右方向的旋转角。即、参照图1，第一编码器62检测轴偏角ω。
83.在横轴55的一端部安装有第二齿轮63。第二驱动齿轮64与第二齿轮63啮合。另外，在内框53的侧面(图示的左侧面)安装有第二电机65。第二驱动齿轮64安装于第二电机65的输出轴。
84.在横轴55的另一端部安装有第二编码器66。第二编码器66构成为检测倾斜检测单元56相对于内框53的上下方向的旋转角。
85.第一编码器62和第二编码器66电连接到运算部68。第一编码器62和第二编码器66的检测结果被输入到运算部68。
86.倾斜检测单元56具有第一倾斜传感器71和第二倾斜传感器72。第一倾斜传感器71和第二倾斜传感器72电连接到运算部68。第一倾斜传感器71和所述第二倾斜传感器72的检测结果被输入到运算部68。
87.参照图5进一步说明姿势检测单元26。
88.姿势检测单元26除了第一编码器62、第二编码器66、第一倾斜传感器71、第二倾斜传感器72、运算部68、第一电机61以及第二电机65之外，还具备存储部73和输入输出控制部74。
89.在存储部73中保存有用于姿势检测的运算程序等程序和运算数据等数据类。
90.输入输出控制部74基于从运算部68输出的控制指令来驱动第一电机61和第二电机65，将在运算部68运算得到的倾斜检测结果作为检测信号输出。
91.第一倾斜传感器71是高精度地检测水平的传感器，例如是使检测光入射到水平液面并根据反射光的反射角度的变化来检测水平的倾斜检测器、或者根据封入的气泡的位置变化来检测倾斜的气泡管。另外，第二倾斜传感器72是以高响应性检测倾斜变化的传感器，例如是加速度传感器。
92.需要说明的是，第一倾斜传感器71和第二倾斜传感器72均能单独地检测第一编码器62所检测的旋转方向(倾斜方向)以及第二编码器66所检测的旋转方向(倾斜方向)的双轴方向的倾斜。
93.运算部68基于来自第一倾斜传感器71和第二倾斜传感器72的检测结果，对倾斜角和倾斜方向进行运算，并进一步根据相当于倾斜角和倾斜方向的第一编码器62的旋转角以及第二编码器66的旋转角对测量装置1相对于铅直的倾斜角进行运算。
94.通过将运算得到的第一编码器62的旋转角和第二编码器66的旋转角合成，对倾斜角和倾斜方向进行运算。倾斜角和倾斜方向与箱体7即测定单元20相对于水平的倾斜角和倾斜方向(相对倾斜角)对应。
95.这样，第一电机61、第二电机65、第一编码器62、第二编码器66以及运算部68构成
相对倾斜角检测部。
96.需要说明的是，姿势检测单元26设定成在外框51被水平设置的情况下第一倾斜传感器71检测出水平，并进一步设定成第一编码器62的输出和第二编码器66的输出均示出基准位置(旋转角0
゜
)。
97.以下，对姿势检测单元26的作用进行说明。
98.首先，对高精度地检测倾斜的情况进行说明。
99.当姿势检测单元26倾斜时，第一倾斜传感器71输出与倾斜相应的信号。
100.运算部68基于来自第一倾斜传感器71的信号，对倾斜角和倾斜方向进行运算，并进一步基于运算结果，对用于使倾斜角和倾斜方向为0的第一电机61和第二电机65的旋转量进行运算，经由输入输出控制部74发出对第一电机61和第二电机65进行旋转量驱动的驱动指令。
101.第一电机61和第二电机65被驱动，使得通过第一电机61和第二电机65的驱动，与运算得到的倾斜角和倾斜方向相反地倾斜。电机的旋转量(旋转角)由第一编码器62和第二编码器66检测。在旋转角达到运算结果时，第一电机61、所述第二电机65的驱动停止。
102.在该状态下，在外框51和内框53倾斜的状态下，倾斜检测单元56被控制为水平。
103.因而，基于由第一编码器62和第二编码器66检测出的旋转角求出为了使倾斜检测单元56水平而通过第一电机61和第二电机65使内框53和倾斜检测单元56倾斜的倾斜角。
104.运算部68基于第一倾斜传感器71检测出水平时第一编码器62和第二编码器66的检测结果，对姿势检测单元26相对于水平的倾斜角和倾斜方向进行运算。该运算结果示出姿势检测单元26的倾斜后的姿势。
105.因而，运算部68所运算的倾斜角和倾斜方向为测量装置1相对于水平的倾斜角和倾斜方向。
106.运算部68将运算得到的倾斜角和倾斜方向作为姿势检测单元26的检测信号经由输入输出控制部74输出到外部。
107.在姿势检测单元26中，如图4所示的结构那样，没有制约倾斜检测单元56和内框53的旋转的因素，倾斜检测单元56和内框53均能360
゜
以上旋转。即、无论姿势检测单元26欲成为哪种姿势(例如，即便在姿势检测单元26的上下颠倒的情况下)，都能进行全方向的姿势检测。
108.在要求高响应性的情况下，基于第二倾斜传感器72的检测结果进行姿势检测和姿势控制。在此，第二倾斜传感器72的检测精度一般比第一倾斜传感器71的检测精度差。
109.在本实施方式所涉及的测量装置1中，通过具备高精度的第一倾斜传感器71和高响应性的第二倾斜传感器72，能够基于第二倾斜传感器72的检测结果进行姿势控制，并能通过第一倾斜传感器71进行高精度的姿势检测。
110.也就是说，基于第二倾斜传感器72检测出的倾斜角，以使倾斜角成为0
°
的方式驱动第一电机61和第二电机65。进而，通过继续进行第一电机61和第二电机65的驱动直至第一倾斜传感器71检测出水平为止，能够高精度地检测姿势。若在第一倾斜传感器71检测出水平时的第一编码器62和第二编码器66的值(即实际的倾斜角)与第二倾斜传感器72检测出的倾斜角之间产生偏差，则能基于偏差校准第二倾斜传感器72的倾斜角。
111.因而，若预先基于第二倾斜传感器72的检测倾斜角、由第一倾斜传感器71进行的
水平检测以及第一编码器62和第二编码器66的检测结果获取与求出的倾斜角的关系，则能进行由第二倾斜传感器72检测出的倾斜角的校准(calibration)，能提高由第二倾斜传感器72进行的高响应性的姿势检测的精度。
112.如上所述，通过姿势检测单元26，能高精度地检测测量装置1的设置状态下的倾斜角和倾斜方向，并能基于检测结果校正测定结果，因此，无需将测量装置1校平为水平。即、无论在哪种设置状态下都能进行高精度的测定，测量装置1无需具备校平装置。
113.接着，摄像单元27具有摄像光轴5。摄像光轴5设定成在光轴偏转单元36未使测距光轴4偏转的状态下与测距光轴4平行。在摄像光轴5上设置有成像透镜48和摄像元件49。
114.摄像单元27的视角设定成与能通过光轴偏转单元36使光轴偏转的范围等同或者比其大一些。摄像单元27的视角例如为5
゜
。
115.另外，摄像元件49是像素的集合体，例如是ccd或cmos传感器。对于摄像元件49的各像素，能够指定在图像元件上的位置。例如，摄像元件49的各像素在以各相机的光轴为原点的坐标系中被指定位置。
116.首先，参照图6的(a)、图6的(b)、图6的(c)来说明测量装置1的测定动作。
117.图6的(a)～(c)是示出本实施方式的光轴偏转单元的作用的说明图。
118.需要说明的是，在图6的(a)中，为了简化说明，针对光学棱镜41a、41b，将棱镜要素42a、42b和棱镜要素43a、43b分离示出。另外，图6的(a)所示的棱镜要素42a、42b和棱镜要素43a、43b为可得到最大的偏角的状态。另外，最小的偏角是光学棱镜41a、41b中的任一方旋转了180
゜
的位置。偏角成为0
゜
。发射的激光光线的光轴(测距光轴4)与发射光轴31平行。
119.从发光元件32发出测距光。测距光经投光透镜33成为平行光束，并透过测距光偏转部36a(棱镜要素42a、42b)向测定对象物或测定对象区域发射。在此，测距光通过透过测距光偏转部36a而被棱镜要素42a、42b向所需的方向偏转发射。
120.经测定对象物或测定对象区域反射后的反射测距光透过反射测距光偏转部36b(棱镜要素43a、43b)而入射，被成像透镜39聚光到受光元件38。
121.通过反射测距光透过反射测距光偏转部36b，反射测距光的光轴被棱镜要素43a、43b偏转，使得与受光光轴37一致(图6的(a))。
122.通过棱镜要素42a与棱镜要素42b的旋转位置的组合，能够任意地变更所发射的测距光的偏转方向和偏角。
123.另外，在将棱镜要素42a与棱镜要素42b的位置关系固定的状态下(将通过棱镜要素42a和棱镜要素42b得到的偏角固定的状态下)，通过电机47a、47b使棱镜要素42a和棱镜要素42b一体地旋转，从而透过测距光偏转部36a的测距光所描绘的轨迹成为以测距光轴4为中心的圆。
124.因而，若一面从发光元件32发出激光光线，一面使光轴偏转单元36旋转，能够使测距光以圆的轨迹进行扫描。
125.需要说明的是，反射测距光偏转部36b自然与测距光偏转部36a一体地旋转。
126.接着，图6的(b)示出使棱镜要素42a与所述棱镜要素42b相对旋转的情况。在将经棱镜要素42a偏转后的光轴的偏转方向设为偏转a，将经棱镜要素42b偏转后的光轴的偏转方向设为偏转b时，由棱镜要素42a、42b引起的光轴的偏转作为棱镜要素42a、42b之间的角度差θ成为合成偏转c。
127.因而，每当改变角度差θ时，若使光轴偏转单元36旋转1圈，则能使测距光以直线状进行扫描。
128.进而，如图6的(c)所示，若使棱镜要素42b以相对于棱镜要素42a的旋转速度较慢的旋转速度旋转，则一面使角度差θ逐渐增大一面使测距光旋转。因此，测距光的扫描轨迹成为螺旋状。
129.进而又，通过单独地控制棱镜要素42a和棱镜要素42b的旋转方向和旋转速度，可得到使测距光的扫描轨迹为以发射光轴31为中心的照射方向(半径方向的扫描)、或者为水平方向和垂直方向等各种扫描状态。
130.作为测定的方式，通过将光轴偏转单元36(棱镜要素42a、42b)按各个所需偏角固定来进行测距，能够进行关于特定的测定点的测距。进而，通过一面变更光轴偏转单元36的偏角一面执行测距、即通过一面扫描测距光一面执行测距，能够获取关于扫描轨迹上的测定点的测距数据。
131.另外，各测距光的发射方向角能根据电机47a、47b的旋转角来检测。通过将发射方向角与测距数据建立关联，能获取测定对象物的三维的测距数据。三维的测距数据也被称为三维信息、三维数据以及三维点群数据等。
132.进而，能通过姿势检测单元26来检测发射光轴31相对于水平的倾斜。能基于姿势检测单元26检测出的倾斜来校正测距数据，使其为高精度的测距数据。
133.接着，在本实施方式所涉及的测量装置1中，能获取三维的测距数据并且还能获取图像数据。
134.当选择了测定对象物时，使测量装置1朝向测定对象物，以便由摄像单元27捕捉测定对象物。通过摄像单元27获取到的图像显示于显示部11。
135.通过摄像单元27获取到的图像与测量装置1的测定范围一致或者大致一致，因此，测量人员能通过视觉容易地确定测定范围。
136.另外，测距光轴4与摄像光轴5相互平行，且是已知的关系。因此，运算处理单元24能够在通过摄像单元27获取到的图像上使图像中心与测距光轴4一致。进而，运算处理单元24通过检测测距光的发射方向角，能基于发射方向角在图像上确定测定点。因而，可容易地将测定点的三维数据与图像建立关联，能够使通过摄像单元27获取到的图像为带三维数据的图像。
137.接着，参照附图说明本实施方式的运算处理单元24生成测距光的扫描轨迹的形状(扫描模式)的控制。
138.图7是示出本实施方式的运算处理单元生成测距光的扫描模式的控制的概要的流程图。
139.运算处理单元24首先基于包含由摄像单元27拍摄到的测定对象物的图像来掌握测定对象物的大体的形状。然后，运算处理单元24基于所掌握的测定对象物的大体的形状，执行生成通过测定单元20发射的测距光的扫描模式的控制。
140.参照图7说明运算处理单元24所执行的控制，首先，在步骤s11中，测量人员设置仪器即测量装置1。接下来，在步骤s12中，测量人员根据由摄像单元27拍摄到的图像来识别测定对象物。或者，由摄像单元27拍摄到的图像也可以是具有进深的深度图像。在这种情况下，在步骤s13中，测量人员根据由摄像单元27拍摄到的深度图像来识别测定对象物。
141.接下来，在步骤s14中，测量人员从由摄像单元27拍摄到的图像中提取指定的对象(即、想获取三维数据的测定对象物)。例如，在显示部11是触摸面板而兼用为操作部12的情况下，测量人员从显示于显示部11的图像中选择并指定测定对象物或测定对象区域。
142.接下来，当提取了想获取三维数据的测定对象物时，在步骤s16中，运算处理单元24执行公知的语意分割(semantic segmentation)。作为测定对象物，例如可列举人、车、电线杆、i形梁(i型钢)、配管等。在继步骤s16之后的步骤s18中，运算处理单元24以由摄像单元27拍摄到的图像的像素为单位来识别测定对象物的形状。
143.或者，也可以是，在继步骤s14之后的步骤s17中，运算处理单元24进行测定对象物的边缘检测，将扫描区域分离。
144.又或者，也可以是，在继步骤s12和步骤s13之后的步骤s15中，测量人员根据由摄像单元27拍摄到的图像(包含深度图像。)将移动物体识别为测定对象物。也就是说，想获取三维数据的测定对象物不仅可以是电线杆、配管等静止物体，也可以是移动物体。在继步骤s15之后的步骤s19中，运算处理单元24在由摄像单元27拍摄到的图像中进行移动物体的跟踪。
145.在继步骤s18和步骤s19之后的步骤s20中，运算处理单元24执行对与被检测出的像素对应的位置进行扫描的控制。即、运算处理单元24通过在步骤s18中以由摄像单元27拍摄到的图像的像素为单位识别测定对象物的形状、或者在步骤s19中在由摄像单元27拍摄到的图像中进行移动物体的跟踪，从而掌握测定对象物的大体的形状。然后，运算处理单元24基于所掌握的测定对象物的大体的形状，生成由测定单元20发射的测距光的扫描模式。运算处理单元24通过基于生成的扫描模式单独地控制电机47a、47b，能够执行对与检测出的像素对应的位置进行扫描的控制。
146.接下来，在步骤s21中，运算处理单元24与进行了扫描的测定对象物的进深对应地变更测定密度(即、点群数据的密度)。例如，运算处理单元24与测定对象物的进深对应地变更测定密度，使得存在于距离测量装置1相对较远的位置的测定对象区域中的三维数据相对地是均匀的而不会变得稀稀拉拉。
147.接下来，在步骤s22中，运算处理单元24基于测定单元20根据运算处理单元24所生成的扫描模式进行测距并获取到的测定对象物的三维数据，更新扫描模式。
148.接下来，在步骤s23中，运算处理单元24在由摄像单元27拍摄到的图像上追随测定对象物的移动进行跟踪。
149.接着，参照图8～图10进一步说明本实施方式的运算处理单元24生成测距光的扫描轨迹的形状(扫描模式)的控制。
150.图8是示出本实施方式的运算处理单元生成测距光的扫描模式的控制的具体例的流程图。
151.图9和图10是举例示出通过本实施方式的运算处理单元生成的扫描模式的示意图。
152.首先，在图8所示的步骤s31中，测量人员在由摄像单元27拍摄到的图像内拾取识别出的测定对象区域的像素。例如，在显示部11是触摸面板而兼用为操作部12的情况下，测量人员从显示于显示部11的图像中选择并指定测定对象物或测定对象区域。图8所示的步骤s31例如相当于前面针对图7描述的步骤s14。
153.接下来，在步骤s32中，运算处理单元24对拾取的测定对象区域进行公知的主成分分析。本实施方式的主成分分析是能够一面抑制与测定对象物和测定对象区域相关的信息的损失、一面实现与测定对象物和测定对象区域相关的信息的缩减的公知的方法或手法。
154.接下来，在步骤s33中，运算处理单元24进行主成分分析的结果，检测出第一主成分101(参照图9的(a)～图10的(c))。第一主成分101的轴是投影到轴上的数据的分散最大的轴。接下来，在步骤s34中，运算处理单元24提取与第一主成分101正交的成分(即、第二主成分102)(参照图9的(a)～图10的(c))。第二主成分102是与第一主成分101正交的轴中投影到轴上的数据的分散最大的轴。
155.接下来，在步骤s35中，运算处理单元24对第一主成分101与正交成分(即、第二主成分102)之比进行比较。即、在测定对象物或测定对象区域中，对第一主成分101的轴的长度与第二主成分102的轴的长度之比进行比较。
156.在第一主成分101相对于第二主成分102的比率不到规定比率的情况下，即、在第一主成分101与第二主成分102的比率较近的情况下，在步骤s36中，运算处理单元24认为测定对象物的形状是接近于四边形或圆的形状而掌握测定对象物的大体的形状。然后，运算处理单元24针对测定对象物以主成分为中心调查12个方向的长度，判断测定对象物的形状是接近于四边形的形状或者是接近于圆的形状。然后，运算处理单元24基于所掌握的测定对象物的大体的形状，生成由测定单元20发射的测距光的扫描模式，并基于所生成的扫描模式单独地控制电机47a、47b，从而以测定对象物的重心为中心进行圆形扫描。
157.例如，如图9的(a)所示，运算处理单元24在认为测定对象物81a的形状是接近圆的形状而掌握了测定对象物的大体的形状的情况下，生成圆形形状的测距光的扫描轨迹91a(扫描模式)。然后，如图9的(a)所示的箭头a1那样，运算处理单元24通过单独地控制电机47a、47b，从而将圆形形状的测距光的扫描轨迹91a以测定对象物81a的重心为中心进行圆形扫描。
158.又例如，如图9的(b)所示，运算处理单元24在认为测定对象物81b的形状是接近于四边形的形状而掌握了测定对象物的大体的形状的情况下，生成圆形形状的测距光的扫描轨迹91b(扫描模式)。然后，如图9的(b)所示的箭头a2那样，运算处理单元24通过单独地控制电机47a、47b，从而将圆形形状的测距光的扫描轨迹91b以测定对象物81b的重心为中心进行圆形扫描。此时，运算处理单元24根据在步骤s36中调查出的“12个方向的长度”变更测距光的扫描轨迹91b的直径。或者，如图9的(c)所示的箭头a3那样，运算处理单元24通过单独地控制电机47a、47b，从而使圆形形状的测距光的扫描轨迹91b沿着测定对象物81b的边缘移动来进行扫描。
159.又例如，如图10的(a)所示，运算处理单元24在认为测定对象物81c的形状是稍微接近于四边形的形状而掌握了测定对象物的大体的形状的情况下，生成圆形形状的测距光的扫描轨迹91c(扫描模式)。然后，如图10的(a)所示的箭头a4那样，运算处理单元24通过单独地控制电机47a、47b，从而将圆形形状的测距光的扫描轨迹91c以测定对象物81c的重心为中心进行圆形扫描。此时，运算处理单元24根据在步骤s36中调查出的“12个方向的长度”变更测距光的扫描轨迹91b的直径。或者，也可以是，与前面针对图9的(c)所描述的情况同样地，运算处理单元24通过单独地控制电机47a、47b，从而使圆形形状的测距光的扫描轨迹91c沿着测定对象物81c的边缘移动来进行扫描。
160.另一方面，在第一主成分101相对于第二主成分102的比率是规定比率以上的情况下，即、在第一主成分101与第二主成分102的比率比较远的情况下，在步骤s37中，运算处理单元24认为测定对象物的形状是接近长方形的形状而掌握测定对象物的大体的形状。然后，运算处理单元24基于所掌握的测定对象物的大体的形状生成由测定单元20发射的测距光的扫描模式，并基于所生成的扫描模式单独地控制电机47a、47b，从而来进行测定对象物的扫描。
161.例如，如图10的(b)所示，运算处理单元24在认为测定对象物81d的形状是接近长方形的形状而掌握了测定对象物的大体的形状的情况下，生成沿着主成分的椭圆形形状的测距光的扫描轨迹91d(扫描模式)。然后，如图10的(b)所示的箭头a5那样，运算处理单元24通过单独地控制电机47a、47b，从而使椭圆形形状的测距光的扫描轨迹91d以测定对象物81d的重心为中心旋转来进行扫描。
162.或者，如图10的(c)所示，运算处理单元24在认为测定对象物81d的形状是接近长方形的形状而掌握了测定对象物的大体的形状的情况下，生成直线状的测距光的扫描轨迹91e(扫描模式)。然后，如图10的(c)所示的箭头a6那样，运算处理单元24通过单独地控制电机47a、47b，从而使直线状的测距光的扫描轨迹91e沿着主成分(在图10的(c)中为第一主成分101)以之字形移动来进行扫描。
163.或者，也可以是，运算处理单元24在认为测定对象物的形状是接近长方形的形状而掌握了测定对象物的大体的形状的情况下，生成圆形形状的测距光的扫描轨迹(未图示)。然后，运算处理单元24也可以通过单独地控制电机47a、47b，从而使圆形形状的测距光的扫描轨迹沿着主成分移动来进行扫描。或者，运算处理单元24也可以在认为测定对象物的形状是接近长方形的形状而掌握了测定对象物的大体的形状的情况下，生成螺旋状的测距光的扫描轨迹(未图示)。然后，运算处理单元24也可以通过单独地控制电机47a、47b，从而使螺旋形状的测距光的扫描轨迹沿着主成分移动来进行扫描。
164.接下来，在继步骤s36和步骤s37之后的步骤s38中，运算处理单元24根据识别出的测定对象物的颜色和种类中的至少任一者变更edm光圈。需要说明的是，运算处理单元24也可以不一定执行步骤s38。
165.接下来，在步骤s39中，运算处理单元24通过单独地控制电机47a、47b，从而对与由摄像单元27拍摄到的图像对应的测定对象区域进行扫描。然后，运算处理单元24获取测定对象区域的三维信息(三维数据)。
166.接下来，在步骤s40中，运算处理单元24基于获取到的测定对象区域的三维信息(三维数据)修正(更新)扫描模式。即、运算处理单元24基于测定单元20通过运算处理单元24所生成的扫描模式进行测距而获取到的测定对象物的三维信息(三维数据)修正(更新)扫描模式。例如，运算处理单元24修正扫描密度。
167.接下来，在步骤s41中，运算处理单元24根据扫描数据在测定对象区域中提取最大的面，在与提取出的面正对的状态下判断测定对象物的形状，进行扫描模式的创建(生成)。
168.接下来，在步骤s42中，运算处理单元24将判断出的测定对象物的形状投影到图像上，计算扫描的参数。
169.如以上所说明的，根据本实施方式所涉及的测量装置1，运算处理单元24首先基于由摄像单元27拍摄到的包含测定对象物的图像来掌握测定对象物的大体的形状。然后，运
算处理单元24基于所掌握的测定对象物的大体的形状，执行生成通过测定单元20发射的测距光的扫描模式的控制。因此，测定单元20仅对包含想获取三维数据的测定对象物的特征性区域进行扫描来进行测距。换言之，测定单元20不对不包含想获取三维数据的测定对象物的多余的区域进行扫描，不进行多余的区域的测距。由此，本实施方式所涉及的测量装置1能实现测量所需时间和测量后的图像处理所需时间的缩短，提高测量的效率。
170.另外，与在360度的方向上旋转照射测距光进行测距的情况相比，测定单元20能以快的周期对包含想获取三维数据的测定对象物的特征性区域多次扫描来进行测距。因此，即便在由摄像单元27拍摄到的包含测定对象物的图像例如是具有进深的深度图像的情况下，本实施方式所涉及的测量装置1也能一面实现测量所需时间的缩短，一面对测定对象物定义比较细的网格结构，能在包含想获取三维数据的测定对象物的特征性区域中进行均匀的测量。由此，本实施方式所涉及的测量装置1能提高测量的精度。
171.另外，运算处理单元24通过进行由摄像单元27拍摄到的包含测定对象物的图像的主成分分析，来掌握测定对象物的大体的形状。因此，运算处理单元24能够一面抑制与测定对象物相关的信息的损失，一面实现与测定对象物相关的信息的缩减，能高效地掌握测定对象物的大体的形状。
172.进而，运算处理单元24基于测定单元20所获取到的测定对象物的三维信息更新扫描模式。因此，测定单元20能基于经运算处理单元24更新后的扫描模式发射测距光，能更高效地仅对包含想获取三维数据的测定对象物的特征性区域进行扫描来进行测距。由此，本实施方式所涉及的测量装置1能进一步实现测量所需时间和测量后的图像处理所需时间的缩短，进一步提高测量的效率。
173.以上，说明了本发明的实施方式。但是，本发明不限于上述实施方式，可在不脱离权利要求书的范围内进行各种变更。上述实施方式的构成能省略其一部分，或者能以与上述不同的方式任意地组合。