專利名稱：自動跟蹤方法和測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種自動跟蹤方法和具有跟蹤功能的測量裝置。
背景技術：
作為用于進行距離、水平角和垂直角測定的測量裝置，在過去已經(jīng)知道了具有跟 蹤功能的測量裝置。在這種類型的測量裝置中，測量裝置通過設置在該測量裝置上的準直 望遠鏡來校準物體反射器(目標)，例如角隅棱鏡(corner cube)，并且通過準直望遠鏡來 投射跟蹤光。然后，測量裝置通過準直望遠鏡來接收并檢測來自目標的反射光，并且當目標 運動時，檢測反射光(來自目標)的光電探測位置和準直中心之間的偏差?；谠撈?，測 量裝置調整準直方向并自動跟蹤目標。通常，在具有跟蹤功能的測量裝置中，在測量裝置側沒有分配操作者。目標由測量 操作者支撐，或者目標被安裝在諸如推土機的施工機械上。隨著操作的進行，目標運動并且 測量裝置跟蹤該運動目標。然而，可能存在諸如下述的情形一種情形是目標的運動速率超過測量裝置跟隨 的速度并且目標偏離準直望遠鏡的視野，或者一種情形是來自反射物體(例如窗玻璃)的 反射光被投射到測量裝置，或者一種情形是多個目標互相經(jīng)過并且來自兩個或更多目標的 反射光進入測量裝置，或者一種情形是諸如汽車的交通工具在目標前面經(jīng)過并且反射光被 截斷，或者其它情形。在這些情形中，測量裝置可能在視界外錯過目標或者可能因失誤而認 出目標并且不能跟蹤目標，以及自動跟蹤可能被中斷。這些狀況是由下列情形引起的在一般類型的準直望遠鏡的情況下，視場角 (field angle)(視角)小到大約1°并且用于自動跟蹤的反射光的檢測范圍太小。當跟蹤操作被中斷時，測量裝置開始搜索目標的操作。在搜索操作中，在投射跟蹤 光的同時通過在預定范圍內(nèi)沿上下方向和左右方向旋轉準直望遠鏡來執(zhí)行掃描，并且檢測 目標。然而，如上所述，準直望遠鏡的視場角(視角)小到大約1°。為了重新檢測目標， 需要具有更細的掃描間距并且增加掃描操作的次數(shù)。因此，當跟蹤被中斷時，在再次檢測到 目標并且能夠開始跟蹤的時刻之前需要大量時間。另外，在光路頻繁地被障礙物截斷的工 作條件下，可能出現(xiàn)測定操作的效率極大降低的問題。在目標從準直望遠鏡的視野極大偏離的情形下或者在其它情形下，目標不能被再 次檢測到并且測量操作本身可能停止。在JP-A-7-198383、JP-A-2000-346645、JP-A-2004-170354 中均公開了具有跟蹤
功能的測量裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有跟蹤功能的測量裝置，通過該測量裝置可以防止在 投射多個反射光的情形下或者在檢測到來自物體而不是來自物體反射器的反射光的情形
5下，因不正確地識別物體反射器而引起的錯誤測定，而且在物體反射器從視界消失的情形 下，可以快速檢測到物體反射器，以減少在恢復自動跟蹤之前的時間，并且改善測定操作的效率。為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明提供一種自動跟蹤方法，包括檢測來自被支撐在運動 物體(moving object)上的目標的光點的光點檢測步驟；獲取目標和運動物體的運動圖像 的步驟；基于光點的檢測進行跟蹤的步驟；基于運動圖像與所述跟蹤并行地執(zhí)行圖像跟蹤 的步驟；比較通過所述跟蹤獲得的目標位置與通過圖像跟蹤獲得的圖像位置的步驟；在目 標位置和圖像位置在預定范圍內(nèi)的情形下基于所述跟蹤的結果進行跟蹤的步驟。此外，本發(fā)明提供如上所述的自動跟蹤方法，其中所述跟蹤步驟是用于投射激光 束并且基于來自被支撐在運動物體上的目標的反射光來檢測光點的激光跟蹤步驟。另外，本發(fā)明提供如上所述的自動跟蹤方法，其中所述跟蹤步驟是用于檢測由被 支撐在運動物體上的目標的發(fā)光產(chǎn)生的光點的跟蹤發(fā)光目標的步驟。此外，本發(fā)明提供如上所述的自動跟蹤方法，進一步包括在目標位置和圖像位置 不在預定范圍內(nèi)的情形下或者在光點沒有被檢測到并且不能獲得目標位置的情形下，繼續(xù) 圖像跟蹤并通過基于圖像位置將激光束投射到預定范圍來執(zhí)行目標搜索的步驟。另外，本發(fā)明提供如上所述的自動跟蹤方法，其中從運動圖像中運動物體的圖像 提取模板圖像，由模板圖像準備直方圖，并且基于直方圖進行圖像跟蹤。此外，本發(fā)明提供如上所述的自動跟蹤方法，其中該直方圖是顏色直方圖或明度 (lightness)直方圖。另外，本發(fā)明提供如上所述的自動跟蹤方法，其中該直方圖是通過邊 緣處理獲得的邊緣梯度的直方圖。此外，本發(fā)明提供如上所述的自動跟蹤方法，其中在圖像跟蹤中使用粒子濾波。另 外，本發(fā)明提供如上所述的自動跟蹤方法，其中在粒子濾波中在模板圖像周圍產(chǎn)生多個粒 子，并且由所述粒子的加權平均值確定模板圖像的位置。此外，本發(fā)明提供如上所述的自動 跟蹤方法，其中基于目標的距離測定數(shù)據(jù)和角度測定數(shù)據(jù)來判斷運動物體的速率和運動方 向，并且控制粒子的產(chǎn)生位置以匹配運動物體的運動。另外，本發(fā)明提供如上所述的自動跟 蹤方法，其中基于很短時間之前的位置和現(xiàn)在位置的位置之間的差或者基于似然值來控制 粒子的產(chǎn)生。此外，本發(fā)明提供一種自動跟蹤方法，包括獲取被支撐在運動物體上的目標的運 動圖像和運動物體的運動圖像的步驟；基于運動圖像對目標進行跟蹤的目標跟蹤步驟；基 于運動圖像對運動物體進行跟蹤的運動物體跟蹤步驟；對從目標跟蹤步驟獲得的目標位置 與從運動物體跟蹤步驟獲得的運動物體位置進行比較的跟蹤比較步驟；以及在目標位置和 運動物體位置在預定范圍內(nèi)的情形下基于所述跟蹤步驟的結果執(zhí)行跟蹤的步驟。另外，本發(fā)明提供一種測量裝置，包括用于接收和檢測來自被運動物體支撐的目 標的反射光的第一圖像拾取單元；用于獲取目標和運動物體的運動圖像的運動圖像拾取單 元；用于將第一圖像拾取單元和運動圖像拾取單元的準直方向改變到水平方向和垂直方向 的驅動單元；用于基于來自第一圖像拾取單元的圖像檢測光點的光點檢測處理單元；用于 基于運動圖像拾取單元的所拾取的圖像執(zhí)行圖像處理以進行圖像跟蹤的圖像跟蹤處理單 元；用于基于光點檢測處理單元的處理結果和圖像跟蹤處理單元的處理結果來控制驅動單 元以便第一圖像拾取單元和運動圖像拾取單元指向目標的控制運算單元，其中控制運算單元控制驅動單元以便基于光點檢測處理單元的檢測結果來執(zhí)行跟蹤，并且以便基于圖像跟 蹤處理單元的處理結果與所述跟蹤并行地執(zhí)行圖像跟蹤。此外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中所述跟蹤是用于投射激光束以及用 于檢測來自被支撐在運動物體上的目標的反射光的激光跟蹤。另外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中所述跟蹤是用于基于被支撐在運動 物體上的目標的發(fā)光檢測光點的發(fā)光目標跟蹤。此外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中在通過激光跟蹤獲得的光點位置和 通過圖像跟蹤獲得的圖像位置在預定范圍內(nèi)的情形下，控制運算單元基于通過激光跟蹤獲 得的結果識別目標。另外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中在通過激光跟蹤獲得的光 點位置和通過圖像跟蹤獲得的圖像位置不在預定范圍內(nèi)的情形下，或者在不能獲得光點位 置的情形下，控制運算單元控制驅動單元以便基于通過圖像跟蹤獲得的圖像位置在預定范 圍內(nèi)利用激光束執(zhí)行搜索，并且以便檢測目標。此外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其 中控制運算單元具有用于粒子濾波處理的程序，并且圖像跟蹤處理單元通過粒子濾波執(zhí)行 圖像跟蹤處理。另外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中控制運算單元從運動圖像拾取 單元的圖像提取運動物體圖像，由運動物體圖像產(chǎn)生直方圖，并且基于該直方圖識別運動 物體。此外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中控制運算單元通過粒子濾波在運動物體 圖像周圍產(chǎn)生多個粒子，并且基于所述粒子的加權平均似然值確定圖像位置。另外，本發(fā)明 提供如上所述的測量裝置，其中控制運算單元基于距離測定數(shù)據(jù)和角度測定數(shù)據(jù)判斷運動 物體的速率和運動方向，并且根據(jù)運動物體的運動控制粒子的產(chǎn)生。此外，本發(fā)明提供如上 所述的測量裝置，其中控制運算單元基于很短時間之前的位置和現(xiàn)在位置之間的差或者基 于似然值來控制粒子的產(chǎn)生。另外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中所述直方圖是顏 色直方圖、明度直方圖或邊緣梯度直方圖中的至少一個。此外，本發(fā)明提供一種測量裝置，包括用于獲取被支撐在運動物體上的目標的運 動圖像的第一圖像拾取單元；用于獲取目標和運動物體的運動圖像的運動圖像拾取單元； 用于將第一圖像拾取單元和運動圖像拾取單元的準直方向改變到水平方向和垂直方向的 驅動單元；用于基于來自第一圖像拾取單元的圖像執(zhí)行目標跟蹤的目標跟蹤圖像處理單 元；用于基于運動圖像對運動物體執(zhí)行跟蹤的運動物體圖像跟蹤處理單元；用于基于目標 跟蹤圖像處理單元的處理結果和運動物體圖像處理單元的處理結果來控制驅動單元以便 第一圖像拾取單元和運動圖像拾取單元指向目標的控制運算單元，其中控制運算單元控制 驅動單元以便基于目標跟蹤圖像處理單元的檢測結果執(zhí)行目標跟蹤，并且以便基于運動物 體圖像跟蹤處理單元的處理結果與所述目標跟蹤并行地執(zhí)行對運動物體的跟蹤。本發(fā)明提供一種自動跟蹤方法，包括檢測來自被支撐在運動物體上的目標的光 點的光點檢測步驟；獲取目標和運動物體的運動圖像的步驟；基于光點的檢測進行跟蹤的 步驟；基于運動圖像與所述跟蹤并行地執(zhí)行圖像跟蹤的步驟；對通過所述跟蹤獲得的目標 位置與通過圖像跟蹤獲得的圖像位置進行比較的步驟；以及在目標位置和圖像位置在預定 范圍內(nèi)的情形下基于所述跟蹤的結果進行跟蹤的步驟。因此，能夠改善目標跟蹤操作的精 確性，并且能夠防止因不正確地識別目標而導致的錯誤測定。此外，本發(fā)明提供如上所述的自動跟蹤方法，還包括在目標位置和圖像位置不在 預定范圍內(nèi)的情形下，或者在沒有檢測到光點并且不能獲得目標位置的情形下，繼續(xù)圖像跟蹤以及通過基于圖像位置將激光束投射到預定范圍來執(zhí)行目標搜索的步驟。因此，可以 迅速檢測到目標并且快速恢復跟蹤操作，因為在檢測到多個光點的情形下或者即使在截斷 激光束的光路并且不能檢測到光點的情形下，搜索通過圖像跟蹤獲得的圖像位置的附近就 足夠了。另外，本發(fā)明提供如上所述的自動跟蹤方法，其中在運動圖像中從運動物體的圖 像提取模板圖像，由模板圖像準備直方圖，并且基于該直方圖執(zhí)行圖像跟蹤。因此，即使在 運動物體的姿勢改變的情形下，或者即使在運動物體的一部分被遮斷的情形下，也可以執(zhí) 行圖像跟蹤。此外，本發(fā)明提供如上所述的自動跟蹤方法，其中基于目標的距離測定數(shù)據(jù)和角 度測定數(shù)據(jù)來判斷運動物體的速率和運動方向，并且控制用以匹配運動物體的運動的粒子 的產(chǎn)生位置。因此，即使在運動物體被暫時隱藏在障礙物后面的情形下，也能繼續(xù)進行圖像 足艮S宗。另外，本發(fā)明提供如上所述的自動跟蹤方法，包括獲取被支撐在運動物體上的目 標的運動圖像和運動物體的運動圖像的步驟；基于運動圖像對目標進行跟蹤的目標跟蹤步 驟；基于運動圖像對運動物體進行跟蹤的運動物體跟蹤步驟；對從目標跟蹤步驟獲得的目 標位置與從運動物體跟蹤步驟獲得的運動物體位置進行比較的跟蹤比較步驟；以及在目標 位置和運動物體位置在預定范圍內(nèi)的情形下，基于所述跟蹤的結果執(zhí)行跟蹤的步驟。因此， 可以改善目標跟蹤的精確性，并且防止因不正確地識別目標而導致的錯誤測定。此外，本發(fā)明提供一種測量裝置，包括用于接收和檢測來自被運動物體支撐的目 標的反射光的第一圖像拾取單元；用于獲取目標和運動物體的運動圖像的運動圖像拾取單 元；用于將第一圖像拾取單元和運動圖像拾取單元的準直方向改變到水平方向和垂直方向 的驅動單元；用于基于來自第一圖像拾取單元的圖像檢測光點的光點檢測處理單元；用于 基于運動圖像拾取單元的拾取圖像執(zhí)行圖像處理以進行圖像跟蹤的圖像跟蹤處理單元；用 于基于光點檢測處理單元的處理結果和圖像跟蹤處理單元的處理結果來控制驅動單元以 便第一圖像拾取單元和運動圖像拾取單元指向目標的控制運算單元，其中控制運算單元控 制驅動單元以便基于光點檢測處理單元的檢測結果來進行跟蹤，并且以便基于圖像跟蹤處 理單元的處理結果與所述跟蹤并行地執(zhí)行圖像跟蹤。因此，可以改善目標跟蹤的精確性，并 且防止因不正確地識別目標而導致的錯誤測定。另外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中在通過激光跟蹤獲得的光點位置和 通過圖像跟蹤獲得的圖像位置不在預定范圍內(nèi)的情形下，或者在不能獲得光點位置的情形 下，控制運算單元控制驅動單元以便基于通過圖像跟蹤獲得的圖像位置在預定范圍內(nèi)利用 激光束執(zhí)行搜索，并且以便檢測目標。因此，可以迅速檢測到目標并且快速恢復跟蹤操作， 因為在檢測到多個光點的情形下或者即使在截斷激光束的光路并且不能檢測到光點的情 形下，搜索通過圖像跟蹤獲得的圖像位置的附近就足夠了。此外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中控制運算單元從運動圖像拾取單元 的圖像提取運動物體圖像，由運動物體圖像產(chǎn)生直方圖，并且基于該直方圖識別運動物體。 因此，即使在運動物體的姿勢改變的情形下，或者即使在運動物體的一部分被障礙物遮斷 的情形下，也可以執(zhí)行圖像跟蹤。另外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，其中控制運算單元基于距離測定數(shù)據(jù)和
8角度測定數(shù)據(jù)來判斷運動物體的速率和運動方向，并且根據(jù)運動物體的運動來控制粒子的 產(chǎn)生。因此，即使在運動物體的姿勢改變的情形下，或者即使在運動物體的一部分被障礙物 遮斷的情形下，也可以執(zhí)行圖像跟蹤。此外，本發(fā)明提供如上所述的測量裝置，包括用于獲取被支撐在運動物體上的目 標的運動圖像的第一圖像拾取單元；用于獲取目標和運動物體的運動圖像的運動圖像拾取 單元；用于將第一圖像拾取單元和運動圖像拾取單元的準直方向改變到水平方向和垂直方 向的驅動單元；用于基于來自第一圖像拾取單元的圖像執(zhí)行目標跟蹤的目標跟蹤圖像處理 單元；用于基于運動圖像對運動物體執(zhí)行跟蹤的運動物體圖像跟蹤處理單元；以及用于基 于目標跟蹤圖像處理單元的處理結果和運動物體圖像處理單元的處理結果來控制驅動單 元以便第一圖像拾取單元和運動圖像拾取單元指向目標的控制運算單元，其中控制運算單 元控制驅動單元以便基于目標跟蹤圖像處理單元的檢測結果執(zhí)行目標跟蹤，并且以便基于 運動物體圖像跟蹤處理單元的處理結果與所述目標跟蹤并行地執(zhí)行對運動物體的跟蹤。因 此，可以改善目標跟蹤的精確性，并且防止因不正確地識別目標而導致的錯誤測定。另外， 即使在目標從視界消失的情形下，也可以繼續(xù)跟蹤操作，從而快速搜索目標，并容易地恢復 正常目標跟蹤操作。


圖1是示出應用了本發(fā)明的測量裝置的實例的透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的測量裝置的示意框圖；圖3是用于解釋本發(fā)明的實施例中的跟蹤操作的示意圖；圖4是示出本發(fā)明的實施例中的操作的流程圖；圖5是本發(fā)明的實施例中的激光跟蹤操作的流程圖；圖6是本發(fā)明的實施例中的圖像跟蹤操作的流程圖；圖7是本發(fā)明的實施例中的圖像跟蹤操作的流程圖；圖8是示出粒子濾波中的似然狀態(tài)的圖示；以及圖9是示出將在本發(fā)明的實施例中使用的目標實例的圖。
具體實施例方式參考附圖，下面將給出關于本發(fā)明的實施例的描述。圖1和2均表示測量裝置1，在該測量裝置中實施了本發(fā)明。如這里所描述的測量 裝置1例如是全站儀(total station)。測量裝置1將脈沖激光束投射到測定點，接收從測 定點反射的脈沖束，對于每一脈沖測定距離，對距離測定結果求平均以及以高精確度執(zhí)行 距離測定。如圖1所示，測量裝置1主要包括安裝在三腳架(圖中未示)上的調平單元 (leveling unit) 2、設置在調平單元2上的底座單元3、繞垂直軸可旋轉地設置在底座單元 3上的框架單元4、和繞水平軸可旋轉地設置在框架單元4上的光學單元5?？蚣軉卧?包含顯示單元6和操作輸入單元7。光學單元5包含用于校準待測物 體的望遠鏡單元8、用于通過望遠鏡單元8的光學系統(tǒng)采集圖像以進行跟蹤的第一圖像拾 取單元(跟蹤圖像拾取單元)11、用于通過望遠鏡單元8的光學系統(tǒng)沿準直方向采集圖像的
9第三圖像拾取單元(可伸縮的圖像拾取單元)13。望遠鏡單元8具有高放大倍數(shù)，并且望遠 鏡單元8的視場角是例如1°。光學單元5具有廣角攝像機單元9，其具有低于望遠鏡單元8的放大倍數(shù)的放大倍 數(shù)，并且具有寬于望遠鏡單元8的視野的視野。廣角攝像機單元9能夠沿望遠鏡單元8的 準直方向或者近似準直方向采集廣角圖像，并且廣角攝像機單元9具有用于采集廣角圖像 的第二圖像拾取單元(廣角圖像拾取單元)12。廣角攝像機單元9的視場角例如在15°到 30°的范圍內(nèi)。望遠鏡單元8的光軸不同于廣角攝像機單元9的光軸，而這些光軸彼此平 行地延伸，并且這兩個光軸之間的距離是已知的。廣角攝像機單元9和望遠鏡單元8之間 沿準直方向的偏離可以通過計算來調整。第三圖像拾取單元13通過望遠鏡單元8采集待測物體(目標)的圖像，并且能夠 在望遠鏡單元8的光軸(準直光軸)周圍拾取所需要的范圍(視場角1° )內(nèi)的圖像。第 一圖像拾取單元11被設置在光路上，所述光路通過劃分望遠鏡單元8的光軸給出，并且能 夠拾取與望遠鏡單元8的視場角等效的范圍(即例如視場角為1°的范圍)內(nèi)的圖像。第二圖像拾取單元12被合并在廣角攝像機單元9中，并且能夠拾取比第三圖像拾 取單元13的范圍寬的范圍(例如視場角為30°的范圍)內(nèi)的圖像。第二圖像拾取單元12 和第三圖像拾取單元13中的每一個在包括目標、物體或持有目標的人操作者的范圍內(nèi)獲 取運動圖像。對于第一圖像拾取單元11、第二圖像拾取單元12和第三圖像拾取單元13，使用例 如數(shù)字攝像機，其中輸出拾取圖像作為數(shù)字圖像信號。第一圖像拾取單元11、第二圖像拾 取單元12和第三圖像拾取單元13所設有的光電探測元件是像素的集合(aggregate)，例 如CCD、CMOS等。利用光電探測元件，可以指定每個所探測的像素的位置，并且可以由每個 所探測的像素的位置獲得視場角。將由第二圖像拾取單元12或第三圖像拾取單元13獲取 的圖像優(yōu)選是彩色圖像?，F(xiàn)在，參考圖2，描述測量裝置1的基本設置。光學單元5合并了距離測定單元14，該距離測定單元通常與望遠鏡單元8共享光 學系統(tǒng)。距離測定單元14投射距離測定光，并接收和檢測來自待測物體的反射光，以及對 待測物體執(zhí)行電光(electro-optical)距離測定。當待測物體是棱鏡時，距離測定單元14能夠轉換到棱鏡測定模式，并且當待測物 體不是棱鏡時，距離測定單元14能夠轉換到非棱鏡測定模式?？蚣軉卧?設有用于沿水平方向旋轉框架單元4的水平驅動單元15，框架單元4 還設有水平角測定單元16，該水平角測定單元16用于檢測框架單元4相對于底座單元3的 水平旋轉角，并且還用于檢測沿準直方向的水平角。此外，框架單元4還設有用于圍繞水平 軸旋轉光學單元5的垂直驅動單元17，和用于檢測光學單元5的垂直角并沿準直方向測定 垂直角的垂直角測定單元18?？刂破骷?1被合并在框架單元4中?？刂破骷?1控制水平驅動單元15和垂直 驅動單元17的驅動，沿水平方向和垂直方向旋轉框架單元4和光學單元5以沿預定方向轉 動(turn)光學單元5。此外，控制器件21在預定范圍內(nèi)掃描，控制望遠鏡單元8和廣角攝 像機單元9的轉換，以及控制第一圖像拾取單元11、第二圖像拾取單元12和第三圖像拾取 單元13的轉換，并且以所需要的放大倍數(shù)采集圖像。另外，控制器件21控制距離測定單元
1014并確定到預定測定點的距離?？刂破骷?1包括控制運算單元22、存儲單元23、光點檢測處理單元24、第一圖像 記錄單元25、圖像拾取選擇單元26、第二圖像記錄單元27、初始值設定單元28、圖像跟蹤處 理單元29、顯示單元6、操作輸入單元7，等等。多種類型的程序被存儲在存儲單元23中。這些程序包括測定所需的計算程序、 用于執(zhí)行第一圖像處理(稍后將描述)的圖像處理程序、用于從經(jīng)處理的圖像中選擇測定 點(光點，用以檢測從反射鏡反射的光)以及用于對所選測定點(目標)執(zhí)行距離測定的 棱鏡距離測定程序、用于不使用棱鏡來測定距離的非棱鏡距離測定程序、用于根據(jù)非棱鏡 測定模式執(zhí)行距離測定的程序，等等。另外，這些程序還包括，例如用于跟蹤測定點的序列 程序、用于當目標消失時搜索目標的搜索程序、用于根據(jù)圖像識別包括光點的物體以及用 于跟蹤物體的圖像的圖像跟蹤程序、粒子濾波處理程序、和其它程序。來自距離測定單元14、水平角測定單元16和垂直角測定單元18的測定結果被輸 入到控制運算單元22。執(zhí)行距離測定、水平角測定和垂直角測定，并且測定結果通過控制運 算單元22被存儲在存儲單元23中以及被顯示在顯示單元6上。控制運算單元22由距離測定數(shù)據(jù)和角度測定數(shù)據(jù)(H和V)來判斷運動物體的速 率和方向以便基于運動圖像(稍后將描述)來控制運動物體的圖像跟蹤(運動物體跟蹤)。測定操作者利用望遠鏡單元8校準待測物體(棱鏡)并根據(jù)從第二圖像拾取單元 12或第三圖像拾取單元13采集的圖像來選擇和設定包括待測物體(棱鏡)的物體。由此 選擇和設定的物體將是圖像跟蹤的對象。另外，選擇所選物體的特征部分并將該特征部分 設置為模板。圖像拾取選擇單元26轉換第二圖像拾取單元12和第三圖像拾取單元13，以根據(jù) 到待測物體的距離來采集數(shù)據(jù)，從而能夠采集具有足夠放大倍數(shù)以匹配所測距離的圖像。通過圖像拾取選擇單元26選擇第二圖像拾取單元12或第三圖像拾取單元13。然 后，由此選擇的由圖像拾取單元獲取的圖像被存儲在第二圖像記錄單元27中并被顯示在 顯示單元6上(視情況而定)?；诒淮鎯υ诘诙D像記錄單元27中的圖像，根據(jù)該圖像數(shù)據(jù)通過圖像跟蹤處 理單元29識別物體，并且基于該圖像數(shù)據(jù)獲得物體的位置。在測定期間第一圖像拾取單元11沿準直方向采集圖像，并且該圖像被存儲在第 一圖像記錄單元25中。由被存儲在第一圖像記錄單元25中的圖像，通過圖像處理在光點 檢測處理單元24處檢測來自待測物體的光點。然后，由光點的重心位置(像素在光電探測 元件上的位置)，確定目標位置，即沿望遠鏡單元8的準直方向的水平角和垂直角?；谟?此獲得的光點，執(zhí)行跟蹤操作，即目標跟蹤。在由此設置的物體上，圖像跟蹤處理單元29通過使用狀態(tài)估計法(粒子濾波)基 于運動圖像來執(zhí)行自動跟蹤處理，并獲得直方圖34，用于指示模板上物體的特征。作為直方 圖34，存在顏色直方圖、明度直方圖(主觀亮度)、通過圖像的邊緣處理獲得的邊緣的每個 部位(site)的梯度的直方圖，等等。(在圖中，示出了顏色直方圖)。圖像跟蹤處理單元29在粒子濾波中在模板圖像周圍產(chǎn)生多個粒子。然后，圖像跟 蹤處理單元29基于直方圖34從該圖像數(shù)據(jù)提取物體并判斷它是否是所述物體。根據(jù)所 述粒子的加權平均值，在判定它是所述物體的情形下，圖像跟蹤處理單元29獲得物體的位置。另外，基于通過計算所估計的運動物體的速率和方向，圖像跟蹤處理單元29控制粒子 濾波中粒子的產(chǎn)生位置以匹配運動物體的運動，并且還執(zhí)行其它處理。首先，參考圖3，將描述根據(jù)實施例的跟蹤的基本概念。根據(jù)本實施例，通過并行執(zhí)行激光跟蹤和圖像跟蹤對待測物體執(zhí)行跟蹤操作。激 光跟蹤將通過投射來自測量裝置1的跟蹤光以及通過當由物體反射器(棱鏡)反射跟蹤光 時檢測反射光來執(zhí)行跟蹤。圖像跟蹤將相對于待測物體和支撐待測物體的物體來設置模板 圖像并基于該模板圖像執(zhí)行跟蹤。在圖3中，跟蹤的物體是推土機30，其是運動物體，并且待測物體(目標)31是棱 鏡，例如角隅棱鏡(corner cube) 0目標31通過支撐元件(例如桿)被支撐在推土機30上。在本實施例中，并行執(zhí)行激光跟蹤和圖像跟蹤。激光跟蹤將沿與來自望遠鏡單元 8的距離測定光的光軸相同的光軸投射跟蹤光(激光束)，并通過檢測從目標31反射的激 光束執(zhí)行跟蹤。圖像跟蹤將基于由第二圖像拾取單元12和第三圖像拾取單元13獲取的運 動圖像執(zhí)行跟蹤。這里，用于激光跟蹤的望遠鏡單元8的視場角小到1°，并且由第一圖像拾取單元 11拾取的圖像的范圍被限制到以望遠鏡單元8的光軸為中心的預定范圍。用于通過望遠鏡 單元8獲取圖像的第三圖像拾取單元13的視場角是Γ。廣角攝像機單元9的視角寬于望 遠鏡單元8的視角，并且第二圖像拾取單元12的視場角例如是30°。在圖3中，參考數(shù)字32表示用于激光跟蹤的第一圖像拾取單元的圖像，數(shù)字33表 示用于圖像跟蹤的第二圖像拾取單元的圖像和用于圖像跟蹤的第三圖像拾取單元的圖像， 即用于圖像跟蹤的圖像33。參考數(shù)字36表示模板圖像，其是通過提取推土機30的圖像的 一部分(即通過使用推土機30作為物體的物體圖像的一部分)而獲得的，并且模板圖像36 的大小被設定成例如最小尺寸為20X20個像素。模板圖像36的位置和目標31的位置在 圖像上是已知的，并且由模板圖像36的中心的位置可以計算目標31的中心和物體圖像的 中心。實時地(at real time)并行執(zhí)行激光跟蹤和圖像跟蹤，并且基于通過激光跟蹤獲 得的結果執(zhí)行最后的跟蹤。實時地將激光跟蹤的跟蹤結果與圖像跟蹤的跟蹤結果相互比 較，檢查激光跟蹤的結果是否正確。在激光跟蹤操作期間光點27從激光跟蹤的搜索范圍偏離的情形下，例如，在光點 37從第一圖像拾取單元11能獲取圖像的范圍偏離的情形下，即在光點37從第一圖像拾取 單元的圖像32偏離并且目標消失的情形下，或者在來自目標31的反射光被障礙物截斷的 情形下，或者在檢測到多個光點并且不可能執(zhí)行激光跟蹤的情形下，基于通過第二圖像拾 取單元12或第三圖像拾取單元13采集的運動圖像，跟蹤操作轉變到圖像跟蹤。根據(jù)所測 定的距離確定將選擇第二圖像拾取單元12的圖像或第三圖像拾取單元13的圖像中的哪一 個。執(zhí)行圖像跟蹤，并且在圖像中檢測用于匹配模板圖像36的部位，以及獲得匹配部 位的中心位置?；谄ヅ洳课坏闹行奈恢?，可以計算目標31在圖像上的位置。然后，利用 計算的目標31的位置作為中心在預定范圍內(nèi)執(zhí)行利用跟蹤光的掃描，并且檢測光點37。執(zhí) 行通過圖像跟蹤的跟蹤操作直到檢測到光點37為止。當檢測到光點37時，再次開始激光足艮S宗。接下來，將描述本實施例中的圖像跟蹤的特征。在本實施例的圖像跟蹤中，采用借助運動圖像(視頻)的狀態(tài)估計法(粒子濾 波)。跟蹤物體反射器(目標31)或包括目標的運動物體(即諸如重型機械、人操作者等的 物體)。即使在目標31因例如掩蔽(隱藏)、交叉(intersecting)、振動等情況從視界消失 時，與目標合成一體的運動物體也可通過圖像跟蹤被檢測到。如上所述的狀態(tài)估計法是用于通過使用運動圖像的時間序列數(shù)據(jù)等來執(zhí)行跟蹤 處理的方法。狀態(tài)估計法包括用于描述狀態(tài)隨時間的變化的系統(tǒng)(運動)模型和用于描述 對粒子的觀測過程的觀測模型。在執(zhí)行反饋控制的同時跟蹤運動物體。在將被跟蹤的物 體周圍產(chǎn)生多個粒子，并且可以獲得該物體的圖像的位置作為所述粒子的加權平均似然值 (特征量)?；谠搱D像的位置，通過棱鏡搜索最終識別運動物體。結果，可以將搜索目標31的范圍限制到較窄的范圍，并且可以快速檢測到目標 31。在測量操作中恢復自動跟蹤操作所需的時間可以減少，并且工作效率可以得到改善。由于物體是根據(jù)“直方圖”被檢測和識別的，該直方圖基于運動物體的顏色或圖像 的密度梯度(邊緣)等，因此即使在運動物體的狀態(tài)，諸如規(guī)模變化、局部隱蔽(隱藏)、運 動物體的方向改變等的情形下，也可以以穩(wěn)定的方式識別運動物體。作為將用于物體的檢 測和判斷的直方圖，使用下述直方圖中的一個或兩個或更多個直方圖顏色直方圖、明度直 方圖或邊緣梯度直方圖。通過使用多個直方圖，可以提高檢測和判斷的精確度。圖4示出了本實施例中的跟蹤操作的流程。激光跟蹤和圖像跟蹤被并行執(zhí)行。(步驟0，步驟01和步驟02)為了開始跟蹤，測定操作借助望遠鏡單元8來校準目 標31并設置水平角(H)和垂直角(V)作為初始值。測定操作者確認用于支撐目標31的推 土機30 (物體)，并設定模板圖像36。(步驟03和步驟04)并行執(zhí)行激光跟蹤和圖像跟蹤。在圖像跟蹤中，采用使用粒 子濾波(下文中被稱為“PF”)的運動圖像跟蹤方法。(步驟05)當成功執(zhí)行激光跟蹤和圖像跟蹤中的至少一個時，繼續(xù)跟蹤操作。如果 兩種跟蹤操作都沒有成功，那么再次執(zhí)行手動(onmaruml)初始設定。(步驟06和步驟07)當判斷激光跟蹤是否被成功執(zhí)行時，并且在判定激光跟蹤已 經(jīng)被成功執(zhí)行的情形下，將目標31的位置(水平角HO和垂直角V0)以及圖像中心的位置 (水平角Hl和垂直角VI)進行相互比較，并且檢查這兩個位置是否在特定預定視場角內(nèi)，例 如是否在1.5°內(nèi)。(步驟09和步驟10)在激光跟蹤沒有被成功執(zhí)行的情形下，例如在被反射的跟蹤 光被障礙物截斷的情形下，采用圖像跟蹤的結果(稍后將描述)。在激光跟蹤被成功執(zhí)行，并且目標31的位置(水平角HO和垂直角V0)和圖像中 心的位置(水平角Hl和垂直角VI)在預定視場角內(nèi)的情形下，其是激光跟蹤和圖像跟蹤彼 此很好匹配的情形，并且確認已經(jīng)成功執(zhí)行跟蹤所針對的物體是目標31。(步驟08和步驟11)目標31的位置被確認為(H0，V0)，并且驅動水平驅動單元15 和垂直驅動單元17，以及望遠鏡單元8被校準到目標31。(步驟09)在目標31的位置和圖像中心的位置不在預定視場角內(nèi)的情形下，可能 其它棱鏡或其它反射器已經(jīng)被探測到，并且檢查圖像跟蹤中的PF的似然。如果似然大于預
13定值，則其處于粒子集中在模板圖像36上的狀態(tài)下，并且判定圖像跟蹤已經(jīng)被成功執(zhí)行所 針對的物體是所述物體。在這種情形下，圖像中心的位置(水平角H 1和垂直角VI)被確 認為目標31的位置(步驟10)。(步驟11)水平驅動單元15和垂直驅動單元17被驅動，并且對目標31執(zhí)行校準， 以便望遠鏡單元8的水平角和垂直角將分別是Hl和VI。盡管模板圖像36的中心位置和目標31的位置彼此不同，但是模板圖像36和目標 31之間的關系是已知的。因此，當獲得模板圖像36的中心位置時，也迅速確定了目標31 的位置。當利用由此確定的位置作為中心利用激光束搜索目標31時，能容易地檢測到目標 31，并且激光跟蹤可重新開始和繼續(xù)。(步驟09)當似然低于預定值時，其處于粒子分散在圖像33上以進行圖像跟蹤的 狀態(tài)下。這不足以判定圖像跟蹤的物體是所述物體(推土機30)。由此，搜索操作停止，并 且其必須等待直到似然變得大于預定值為止。當似然達到預定值時，前進到步驟10和步驟 11。此外，在存在兩個或更多個目標31的情形下，作為所述物體的目標31可以被識 別，并且即使在被反射的跟蹤光被截斷的情形下，跟蹤操作也能繼續(xù)。接下來，參考圖5，將描述步驟03中的激光跟蹤。(步驟30，步驟31和步驟32)激光束(跟蹤光)通過望遠鏡單元8被投射。被目 標反射的反射激光束通過望遠鏡單元8被接收和檢測。由第一圖像拾取單元11獲取圖像， 并且采集圖像數(shù)據(jù)。(步驟33和步驟34)利用預定閾值對所采集的圖像執(zhí)行二進制處理。檢測激光束 的光點，并且檢測第一圖像拾取單元11中的光電探測元件中光點37的重心位置。(步驟35和步驟36)當已經(jīng)成功檢測到該重心位置時，可以由匹配光點37的重心 位置的光電探測元件的像素的位置來確定第一圖像拾取單元11處沿水平和垂直方向的視 場角，并且計算水平角H和垂直角V。圖6示出如從圖4提取的物體跟蹤的流程。在圖6中，對于匹配圖4中示出的步 驟的步驟，在此將不再詳細描述。當在步驟04中執(zhí)行圖像跟蹤并且獲得圖像中心時，檢查PF的設定是否適當。如 果PF不適當，則執(zhí)行重新設定PF(步驟21)。將稍后描述圖像跟蹤。當已經(jīng)完成PF的檢查時，執(zhí)行步驟10到步驟12的過程，并且基于圖像跟蹤的結 果執(zhí)行跟蹤?，F(xiàn)在，參考圖7，將描述圖像跟蹤。這里，將描述使用狀態(tài)估計法(粒子濾波(PF))的運動圖像跟蹤的流程。粒子濾波是一種算法，其中從當前時刻到下一時刻可能出現(xiàn)的狀態(tài)由多個粒子表 示，待檢測物體的局部圖像被看作模板，并且在基于設置在物體周圍的所有粒子之間的特 征量(似然值)和作為下一時刻的狀態(tài)的模板來估計位置的同時，重復執(zhí)行跟蹤。(步驟40)開始基于粒子濾波的跟蹤程序。(步驟41)檢查通過棱鏡跟蹤設置的初始標記(參見圖4)或物體跟蹤(參見圖 6)。當該標記為真(TRUE)⑴時，執(zhí)行粒子濾波的初始化(步驟42)。當該標記為假(FALSE) (0)時，不執(zhí)行初始化，而是前進到圖像數(shù)據(jù)采集過程(步驟43)。
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(步驟42)通過使用粒子濾波處理，設置執(zhí)行圖像跟蹤的初始值。通過使用隨機 數(shù)根據(jù)高斯分布計算幾乎所有在粒子濾波中使用的參數(shù)。這里假定數(shù)值的范圍是-1.0到 1. 0，并且在下面的描述中將該隨機數(shù)表示為“NN”。初始模板位置(cxjnit，cy_init)是第一模板的位置，通過測量裝置1校準初始 模板位置，或者在校準之后，在通過廣角攝像機單元9的第二圖像拾取單元12或通過望遠 鏡單元8的第三圖像拾取單元13獲取的圖像上指定初始模板位置。初始模板大小(temple_width，temple_height)是例如最小為大約20X20個像 素。利用指定的圖像位置作為中心，采集所設置的大小的圖像數(shù)據(jù)。另外，預先計算隨后觀 測過程中的顏色直方圖和圖像密度梯度(邊緣)直方圖。接下來，計算初始模板的縱橫比(aspectratio) (temple_ratio = temple_ height/temple_width)。當更新模板尺寸(temple_width，tempie_height)時計算縱橫比。粒子數(shù)被設定為例如2000。給每個粒子提供序號(下標(index))，并且更新和管 理每個粒子的似然(稍后將描述)。在初始化過程中，假定初始設定的2000個粒子處于相同位置(cx_init，cy_ init)，以便給均處于相同狀態(tài)的每個初始粒子提供差異，并且這些粒子分散在{(高斯分 布)X(搜索區(qū))}的范圍內(nèi)。在初始化過程中，不知道在初始狀態(tài)中粒子前進的方向。因此，給這些粒子提供根 據(jù)正態(tài)分布的初始速率分布。也就是說，計算當前時刻的位置和一個步驟之前(one step before)的位置，并且由這兩個位置產(chǎn)生速率向量。首先，可以由公式1獲得當前時刻的位置。[公式1] 這里，CX_dev和cy_deV是用于控制粒子位置(散布)的參數(shù)。例如，大范圍運動 的物體被給定為cX_dev = cy_dev = 10. 0。此外，不太大范圍運動的物體被給定為cx_ dev = cy_dev = 1. 0。在初始化過程中，cx_dev和cy_dev被設置為10. 0?？梢酝ㄟ^下面的公式獲得被看作是一個步驟之前的位置的位置(cX_preV，cy_prev) [公式2] 對于每個粒子涉及的區(qū)域(《，比率)的大小給出變量(variation)(分散) [公式3]
這里，W_dev用于粒子的狀態(tài)變換中，并且《_(1撲是指示在粒子區(qū)域的橫向方向上 的可運動等級的分散值。例如，其被設置為w_dev = 0. 5。此外，r_dev用在粒子的狀態(tài)變 換中，并且r_dev是指示在粒子區(qū)域的縱向方向上的可運動等級的分散值。例如，其被設置 為r_dev = 0. 02。(步驟43)在步驟02中的手動指定時(參見圖4)，根據(jù)到物體的距離值，廣角攝 像機單元9的第二圖像拾取單元12和望遠鏡單元8的第三圖像拾取單元13被轉換，并且 選擇圖像以便物體將處于適當?shù)拇笮砥ヅ湓摼嚯x值，并且采集物體的運動圖像(視頻) 數(shù)據(jù)。(步驟44)在到物體的距離值改變了例如大約25%到30%的情形下，或者在似然 值(稍后將描述)低于特定閾值(例如50%或更低)的情形下，以及在其它情形下，判定需 要模板的更新，并且前進到步驟45 (模板更新)。(步驟45)在攝像機的亮度(光度)被調整到適當值之后，從攝像機的靜拍畫面 (特定幀)的物體圖像采集模板圖像數(shù)據(jù)。模板圖像的大小被設定為最小20X20個像素。 提取和設置指定物體的顏色的邊界和輪廓。視情況，基于測定數(shù)據(jù)更新模板。特別地，根據(jù) 到運動物體的距離來改變物體圖像的大小，并且也改變模板的大小以匹配物體圖像大小的 改變。(步驟46)在初始化過程中被分散的粒子上，根據(jù)預測分布(系統(tǒng)模型)運動每 個粒子的位置。然而，在第一預測過程中，使用在初始化中產(chǎn)生的值(cx，cy, cx_prev, cy_ prev)ο作為系統(tǒng)模型的實例，使用“等速率模型”來完成對運動物體的平滑運動的控制。 特別地，基于距離測定數(shù)據(jù)和角度測定數(shù)據(jù)(H，V)來計算速率和運動方向。這里假定此時 的速率是等速率。當使用上面給出的“等速率模型”時，其可定義如下等速率模型X t.!-X t-2 X t-X t.^^^X t=2X ^1-X t.2+N (σ)Ν(σ)的值是系統(tǒng)分散值并且表示搜索區(qū)，其由公式4給出。[公式4] 當產(chǎn)生高斯分布時使用如公式5中給出的隨機數(shù) [公式5]
結果，對于很短時間以前分散的每個粒子，可以根據(jù)基于高斯分布的等速率分布來執(zhí)行狀態(tài)變換。由于考慮到在正常情況下，至運動物體的距離越短，出現(xiàn)在圖像上的運動距離越 長，并且至運動物體的距離越長，出現(xiàn)在圖像上的運動距離越短，因此基于通過測量裝置1 測定的距離值來改變用于控制粒子的位置(散布)的參數(shù)(即CX_deV，Cy_deV)。特別地， 在進行控制以匹配物體的速率時，獲得很短時間以前的位置和現(xiàn)在位置之間的差，并且在 值(CX_deV，Cy_deV)中該差被替代。另外，在運動物體被掩蔽(隱藏)的情形下，或者在其 它情形下，對測量裝置1的攝像機的控制從似然值暫時停止，并且值(CX_deV，Cy_deV)被改 變和控制。在與當PF令人滿意(PF標記為假)時的似然之和相比，當前時刻的似然之和是 10%或更高的情形下，輸入如上給出的差。如果該值較低，則其被設定為0%到3%:cx_dev =cy_dev = 30. 0 至Ij 5% :cx_dev = cy_dev = 20. 0 ；5%至Ij 10% :cx_dev = cy_dev = 10. 0。此外，對于每個粒子所涉及的區(qū)域(w，比率)隨機給出值(公式6)。[公式6] 系統(tǒng)模型將描述狀態(tài)隨時間的變化。在除如這里描述的等速率模型之外的其它情 形下，在運動物體的運動已知的情形下，可以控制其行為。例如，在物體從右運動到左的情 形下，可以限定在右邊方向上可預測粒子的產(chǎn)生并且可以優(yōu)先產(chǎn)生粒子。(步驟47)觀測過程是執(zhí)行粒子的似然計算和似然標準化的步驟。這里，執(zhí)行模板 和每個粒子的圖像處理，估計特征量(相似性)，并且將其值看作似然。通過使用顏色(RGB) 直方圖的方法來估計相似性。根據(jù)特征量，可以使用SSDA(序貫相似性檢測算法)、標準化 互相關法、最小二乘匹配法、方向性編碼法，等等。然而，在跟蹤運動物體的情形下，在許多 情形下期望使用通過采用直方圖對特征量進行的計算以便確保方向變化、大小變化和局部 隱蔽等的魯棒性。1)粒子的似然計算對于每個粒子，計算物體的似然(相似性)。對于似然計算，通過使用RGB直方圖 對全部粒子的每一個進行估計。預先標準化物體和每個粒子的直方圖。標準化后的直方圖 (P，q)定義如下ρ [p, q] =ZV (P q)相似性dif- V (1 “ i0
(P :巴氏(Bhattacharyya)系數(shù)))UM = exp(-dif/obs_var)(其中obsjar觀測系統(tǒng)分散值)通過使用Sobel (索貝爾)算子等關于模板和每個粒子提取圖像的密度梯度(邊 緣)，并且確定邊緣的梯度(即圖像上邊緣的傾斜)。在離散化(例如分成16部分)之后， 邊緣傾斜變成直方圖。通過以類似于顏色直方圖的方式計算該直方圖，不僅可以將物體的
17顏色信息識別為特征量而且可以將形狀(邊緣)識別為特征量。通過同時使用顏色信息和 形狀信息，可以進一步改善似然的性能特性。2)似然標準化執(zhí)行標準化以便似然之和將是1?；蛘?，代替標準化，可以計算所有粒子的似然之 和。(步驟48)根據(jù)概率對粒子執(zhí)行重新采樣(加權)，并且產(chǎn)生基于預測過程(系統(tǒng) 模型)的粒子。也就是說，在概率與每個粒子的似然成比例的情況下，新粒子被重復采樣。 結果，可以在較高似然的情況下增加粒子數(shù)，以及在較低似然的情況下消除粒子。一般的重新采樣方法如下似然標準化似然的累積計算使用反函數(shù)的重復采樣通過似然的累積計算，可以描繪出如圖8所示的階梯狀圖表。通過使用反函數(shù)重 復重新采樣，產(chǎn)生0到1. 0的隨機數(shù)。通過將這些值看作縱坐標軸上的值，推理出橫坐標軸 上的相應值。在下一步中，產(chǎn)生將這些在橫坐標軸上獲得的值作為粒子數(shù)的粒子。該過程 被重復2000次。在圖8中，縱坐標軸表示似然。因為似然被標準化，因此最大值將是1.0。在一般粒子濾波處理中，在重新采樣之后粒子的坐標被設定為CX_preV，Cy_preV。 然后，前進到步驟46的預測過程，并且重復該處理。(步驟49)檢查如上獲得的似然值和粒子數(shù)。在似然和粒子數(shù)小于特定閾值的情 形下，PF標記被設定為真(1)。例如，在與當PF令人滿意(即PF標記為假)時的似然之和 相比，當前時刻的似然之和是1/10 (即10% )或更低的情形下，判定運動物體已經(jīng)從視界消 失或者不能確認運動物體。然后，該標記被開啟(turn on)，并且測量裝置的攝像機變成處 于停止狀態(tài)而沒有旋轉。判斷在附近是否包括粒子數(shù)的一半或更多，即是否包括2000/2 = 1000個粒子 (模板大小X2)。如果粒子數(shù)是一半或更少，則標記以類似于上述的方式被開啟。在似然極低的情形下，假定不存在(發(fā)出(emanated))運動物體。圖像跟蹤終止 (步驟51)，并且轉向等待狀態(tài)。在粒子數(shù)很少的情形下，假定粒子被分成多個似然，其也轉 向等待狀態(tài)。在該情形下，測量裝置1的攝像機被固定在其位置而沒有旋轉(即沒有運動攝像 機)直到運動物體出現(xiàn)為止?；蛘?，在運動物體彼此交叉(存在多個運動物體)的情形下， 通過重復該處理攝像機等待直到?jīng)Q定應該選擇哪一個物體為止。(步驟50)由在上面獲得的2000個粒子的集合，計算所述粒子的加權平均值以通 過使用粒子濾波找出運動物體的最適當位置，并且輸出圖像的坐標。特別地，粒子的加權平 均值并不單單是粒子的平均值，而是所有粒子的平均值可以通過強調具有較高似然的粒子 而對每個粒子執(zhí)行計算(坐標X標準化后的似然)來確定。由這樣計算的圖像坐標，計算水平角(H)和垂直角(V)以便安裝在測量裝置1上 的第二圖像拾取單元12的攝像機或第三圖像拾取單元13的攝像機指向運動物體，并且該 過程終止(步驟51)。在棱鏡跟蹤的情形下，基于所述角(H和V)執(zhí)行棱鏡搜索。如果存在棱鏡，則判定
18跟蹤已經(jīng)在其位置(H，V)最終被成功執(zhí)行。在物體跟蹤的情形下，攝像機指向所述位置(H，V)，并且物體跟蹤繼續(xù)。在本實施例中，使用反射器(棱鏡)作為目標，然而該目標不限于反射器，并且它 可以被如此設置使得可視特性的目標被提供并且跟蹤該目標。在這種情形下，通過使用顏 色分量R(紅)、G (綠)和B (藍)等，該目標被設計成圓形形狀或采用同心圓形式，或者可 以使用被涂有包含反射材料的涂料的目標。圖9示出具有三個層的目標38的實例。噴涂了不同顏色，S卩中心(用黑色)，內(nèi) 部(用紅色)，外部(用黑色)。利用狀態(tài)估計法(粒子濾波)對運動物體執(zhí)行跟蹤，并且 其可以被如此設置使得利用其它粒子濾波或圖像處理等來跟蹤該目標38。也就是說，這意 味著，代替在本實施例中執(zhí)行激光跟蹤，通過圖像處理來跟蹤目標(目標跟蹤)。在這種情 況下，不一定需要投射用于目標跟蹤的激光束，而是如果使用反射材料，則可以通過圖像處 理更有效地跟蹤目標。此外，如圖9中所示的目標38的每個區(qū)域中的顏色可以視情況而改變，并且目標 可以被設計成兩層或三層或更多層。另外，發(fā)射光的光點可以用作目標。在這種情況下，它可以被設計成將發(fā)射具有預 定波長的光的光發(fā)射器(光源)設置在運動物體上，并且在本實施例中可以以類似于激光 跟蹤情形的方式通過利用圖像拾取單元(第一、第二或第三圖像拾取單元之一或全部)檢 測光源的光來跟蹤目標。(附注)下面的實施例被包括在本發(fā)明中(附注1)一種圖像跟蹤方法和用于跟蹤的裝置，其特征在于，當物體反射器(棱 鏡)(從視界)消失時，利用狀態(tài)估計法(粒子濾波)基于運動圖像(視頻)來跟蹤物體反 射器或包括該物體反射器的運動物體(諸如重型機械的物體、人等)，并且即使當在諸如物 體反射器的隱藏、交叉、振動等的狀況下物體反射器消失時，通過檢測與物體反射器合成一 體的運動物體也能快速檢測到物體反射器，并且通過減少在能恢復測量操作的自動跟蹤之 前所需的時間能夠以較高的工作效率來執(zhí)行操作。(附注2)—種運動圖像跟蹤方法和用于跟蹤的裝置，其特征在于，在圖像上指定 任意運動物體之后，利用狀態(tài)估計法(粒子濾波)基于運動圖像來自動跟蹤運動物體，并且 即使在沒有具體物體反射器時也可以對運動物體的三維軌跡(locus)執(zhí)行測定。(附注3)—種運動圖像跟蹤方法和用于跟蹤的裝置，其特征在于，狀態(tài)估計法是 一種通過使用運動圖像的時間序列數(shù)據(jù)等執(zhí)行跟蹤處理的方法，并且該處理包括表示狀態(tài) 隨時間的改變的系統(tǒng)(運動)模型和表示粒子的觀測過程的觀測模型，并且在執(zhí)行反饋控 制的同時跟蹤運動物體。(附注4)一種運動圖像跟蹤方法和用于跟蹤的裝置，其特征在于，在待跟蹤物體 的周圍產(chǎn)生多個粒子，由粒子的加權平均似然值(特征量)獲得物體的圖像位置，并且通過 從圖像位置執(zhí)行棱鏡搜索最終識別運動物體。(附注5)—種運動圖像跟蹤方法和用于跟蹤的裝置，其特征在于，系統(tǒng)模型使用 “等速率模型”來完成對運動物體的平滑運動控制，并且從由測量裝置對運動物體采集的距 離測定數(shù)據(jù)(D)和角度測定數(shù)據(jù)(H，V)來判斷運動物體的速率和方向，并且控制粒子產(chǎn)生的位置以匹配運動物體的運動。(附注6)—種運動圖像跟蹤方法和用于跟蹤的裝置，其特征在于，觀測模型是一 種用于對根據(jù)系統(tǒng)模型產(chǎn)生的每個粒子進行圖像處理的模型，根據(jù)基于運動物體的顏色和 圖像的密度梯度(邊緣)等的“直方圖”計算特征量，即使在運動物體的規(guī)模改變、局部隱 蔽、方向變化等狀況下也以穩(wěn)定的方式識別運動物體，并且實現(xiàn)魯棒性。(附注7)—種運動圖像跟蹤方法和用于跟蹤的裝置，其特征在于，被跟蹤的跟蹤 棱鏡或合并的運動物體的一部分用作圖像處理的模板，并且基于從測量裝置采集的距離測 定數(shù)據(jù)來更新模板的大小和其它特征。
權利要求
一種自動跟蹤方法，包括檢測來自被支撐在運動物體上的目標的光點的光點檢測步驟；獲取所述目標和所述運動物體的運動圖像的步驟；基于光點的檢測進行跟蹤的步驟；基于所述運動圖像與所述跟蹤并行地執(zhí)行圖像跟蹤的步驟；比較通過所述跟蹤獲得的目標位置與通過所述圖像跟蹤獲得的圖像位置的步驟；在所述目標位置和所述圖像位置在預定范圍內(nèi)的情形下基于所述跟蹤的結果進行跟蹤的步驟。
2.根據(jù)權利要求1所述的自動跟蹤方法，其中，所述跟蹤步驟是用于投射激光束并且 基于來自被支撐在所述運動物體上的所述目標的反射光來檢測所述光點的激光跟蹤步驟。
3.根據(jù)權利要求1所述的自動跟蹤方法，其中，所述跟蹤步驟是用于檢測由被支撐在 所述運動物體上的所述目標的發(fā)光產(chǎn)生的所述光點的跟蹤發(fā)光目標的步驟。
4.根據(jù)權利要求1所述的自動跟蹤方法，還包括以下步驟在所述目標位置和所述圖 像位置不在預定范圍內(nèi)的情形下，或者在所述光點沒有被檢測到并且不能獲得所述目標位 置的情形下，繼續(xù)所述圖像跟蹤，并通過基于所述圖像位置將所述激光束投射到預定范圍 來執(zhí)行目標搜索。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的自動跟蹤方法，其中，從所述運動圖像中所述運動物體的 圖像提取模板圖像，由所述模板圖像準備直方圖，并且基于所述直方圖執(zhí)行所述圖像跟蹤。
6.根據(jù)權利要求5所述的自動跟蹤方法，其中，所述直方圖是顏色直方圖或明度直方圖。
7.根據(jù)權利要求5所述的自動跟蹤方法，其中，所述直方圖是通過邊緣處理獲得的邊 緣梯度的直方圖。
8.根據(jù)權利要求1或4所述的自動跟蹤方法，其中，在所述圖像跟蹤中使用粒子濾波。
9.根據(jù)權利要求8所述的自動跟蹤方法，其中，在所述粒子濾波中在所述模板圖像周 圍產(chǎn)生多個粒子，并且由所述粒子的加權平均值確定所述模板圖像的位置。
10.根據(jù)權利要求9所述的自動跟蹤方法，其中，基于所述目標的距離測定數(shù)據(jù)和角度 測定數(shù)據(jù)來判斷所述運動物體的速率和運動方向，并且控制所述粒子的產(chǎn)生位置以匹配所 述運動物體的運動。
11.根據(jù)權利要求9所述的自動跟蹤方法，其中，基于很短時間之前的位置和現(xiàn)在位置 的位置之間的差或者基于似然值來控制所述粒子的產(chǎn)生。
12.一種自動跟蹤方法，包括獲取被支撐在運動物體上的目標的運動圖像和所述運 動物體的運動圖像的步驟；基于所述運動圖像對所述目標進行跟蹤的目標跟蹤步驟；基于 所述運動圖像對所述運動物體進行跟蹤的運動物體跟蹤步驟；對從所述目標跟蹤步驟獲得 的目標位置與從所述運動物體跟蹤步驟獲得的運動物體位置進行比較的跟蹤比較步驟；以 及在所述目標位置和所述運動物體位置在預定范圍內(nèi)的情形下基于所述跟蹤步驟的結果 執(zhí)行跟蹤的步驟。
13.—種測量裝置，包括用于接收和檢測來自被運動物體支撐的目標的反射光的第 一圖像拾取單元；用于獲取所述目標和所述運動物體的運動圖像的運動圖像拾取單元；用 于將所述第一圖像拾取單元和所述運動圖像拾取單元的準直方向改變到水平方向和垂直 方向的驅動單元；用于基于來自所述第一圖像拾取單元的圖像來檢測光點的光點檢測處理 單元；用于基于所述運動圖像拾取單元的所拾取的圖像來執(zhí)行圖像處理以進行圖像跟蹤的 圖像跟蹤處理單元；用于基于所述光點檢測處理單元的處理結果和所述圖像跟蹤處理單元的處理結果來控制所述驅動單元以便所述第一圖像拾取單元和所述運動圖像拾取單元指 向所述目標的控制運算單元，其中所述控制運算單元控制所述驅動單元以便基于所述光點 檢測處理單元的檢測結果來執(zhí)行跟蹤，并且以便基于所述圖像跟蹤處理單元的處理結果與 所述跟蹤并行地執(zhí)行所述圖像跟蹤。
14.根據(jù)權利要求13所述的測量裝置，其中，所述跟蹤是用于投射激光束以及用于檢 測來自被支撐在所述運動物體上的所述目標的反射光的激光跟蹤。
15.根據(jù)權利要求13所述的測量裝置，其中，所述跟蹤是用于基于被支撐在所述運動 物體上的所述目標的發(fā)光來檢測所述光點的發(fā)光目標跟蹤。
16.根據(jù)權利要求14所述的測量裝置，其中，在通過所述激光跟蹤獲得的光點位置和 通過所述圖像跟蹤獲得的圖像位置在預定范圍內(nèi)的情形下，所述控制運算單元基于通過所 述激光跟蹤獲得的結果識別所述目標。
17.根據(jù)權利要求14所述的測量裝置，其中，在通過所述激光跟蹤獲得的光點位置和 通過所述圖像跟蹤獲得的圖像位置不在預定范圍內(nèi)的情形下，或者在不能獲得所述光點位 置的情形下，所述控制運算單元控制所述驅動單元以便基于通過所述圖像跟蹤獲得的所述 圖像位置在預定范圍內(nèi)利用激光束執(zhí)行搜索，并且以便檢測所述目標。
18.根據(jù)權利要求13所述的測量裝置，其中，所述控制運算單元具有用于粒子濾波處 理的程序，并且所述圖像跟蹤處理單元通過粒子濾波執(zhí)行圖像跟蹤處理。
19.根據(jù)權利要求13所述的測量裝置，其中，所述控制運算單元從所述運動圖像拾取 單元的圖像提取運動物體圖像，由所述運動物體圖像產(chǎn)生直方圖，并且基于所述直方圖識 別運動物體。
20.根據(jù)權利要求18所述的測量裝置，其中，所述控制運算單元通過所述粒子濾波在 所述運動物體圖像周圍產(chǎn)生多個粒子，并且基于所述粒子的加權平均似然值來確定圖像位置。
21.根據(jù)權利要求18所述的測量裝置，其中，所述控制運算單元基于距離測定數(shù)據(jù)和 角度測定數(shù)據(jù)判斷所述運動物體的速率和運動方向，并且根據(jù)所述運動物體的運動控制粒 子的產(chǎn)生。
22.根據(jù)權利要求20或21所述的測量裝置，其中，所述控制運算單元基于很短時間之 前的位置和現(xiàn)在位置之間的差或者基于似然值來控制粒子的產(chǎn)生。
23.根據(jù)權利要求19所述的測量裝置，其中，所述直方圖是顏色直方圖、明度直方圖或 邊緣梯度直方圖中的至少一個。
24 結果與所述目標跟蹤并行地執(zhí)行對所述運動物體的跟蹤。
全文摘要
本發(fā)明涉及自動跟蹤方法和測量裝置。本發(fā)明提供一種自動跟蹤方法，包括檢測來自被支撐在運動物體(30)上的目標(31)的光點(37)的光點檢測步驟；獲取目標和運動物體的運動圖像的步驟；基于光點的檢測進行跟蹤的步驟；基于運動圖像與所述跟蹤并行地執(zhí)行圖像跟蹤的步驟；比較通過所述跟蹤獲得的目標位置與通過圖像跟蹤獲得的圖像位置的步驟；在目標位置和圖像位置在預定范圍內(nèi)的情形下基于所述跟蹤的結果進行跟蹤的步驟。
文檔編號G01B11/26GK101900528SQ20101015923
公開日2010年12月1日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權日2009年3月31日
發(fā)明者古明地隆浩, 大谷仁志, 川本一彥, 生駒哲一 申請人:株式會社拓普康