用于具有掃描功能的裝置的校準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于具有掃描功能的裝置（1）的、具體來說按極坐標(biāo)測量的裝置的校準(zhǔn)方法，該裝置包括：以激光軸作為目標(biāo)軸（3）的光電距離測量裝置（5）；機(jī)動光學(xué)偏轉(zhuǎn)單元（7），其使所述目標(biāo)軸（3）偏轉(zhuǎn)一偏轉(zhuǎn)角，以及角測量部件，其用于確定所述偏轉(zhuǎn)單元（7）的至少一個角位置。為此，執(zhí)行下列步驟；第一測量，在所述偏轉(zhuǎn)單元（7）的第一角位置處測量標(biāo)線的角坐標(biāo)作為第一位置，和第二測量，在所述偏轉(zhuǎn)單元（7）的第二角位置處測量所述標(biāo)線的角坐標(biāo)作為第二位置，其中，所述第一位置和所述第二位置彼此不同，具體來說，其中，所述第一位置相對于所述第二位置在兩個軸上旋轉(zhuǎn)，以使所述標(biāo)線在兩個位置處至少大約指向同一空間方向。所述標(biāo)線的第一測量和第二測量是基于由攝像機(jī)（4）拍攝的圖像來執(zhí)行的，其光軸通過所述偏轉(zhuǎn)單元偏轉(zhuǎn)，并且基于所述第一位置和所述第二位置處的所述角位置和所述角坐標(biāo)來確定校準(zhǔn)參數(shù)。
【專利說明】用于具有掃描功能的裝置的校準(zhǔn)方法
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的、用于具有掃描功能以空間地測量物體的裝置的現(xiàn)場校準(zhǔn)方法，并且涉及根據(jù)權(quán)利要求10的前序部分所述的具有掃描功能的裝置。
[0002]3D掃描是用于在幾分鐘或幾秒鐘內(nèi)生成物體的數(shù)百萬空間測量點(diǎn)的非常有效的技術(shù)。陸地3D掃描儀也正在不斷地被用于傳統(tǒng)測量任務(wù)和項目。然而，此刻，所述掃描儀仍少許不足或缺點(diǎn)，舉例來說，如對于大地測量來說不典型的現(xiàn)場工作流程，不足的測量精度，或者需要在辦公室進(jìn)行隨后數(shù)據(jù)處理以制備希望的測量結(jié)果。
[0003]激光掃描儀的創(chuàng)立制造方目前在努力匹配3D掃描儀的工作流程管理與傳統(tǒng)測量的需要。在此，第一步是縮減掃描儀裝置的尺寸，并且改進(jìn)它們的魯棒性，以允許它們在高低不平環(huán)境(舉例來說，如建筑工地)中現(xiàn)場使用。該測量裝置的便攜性和靈活且快速設(shè)置是測量應(yīng)用方面的基本要求。這種掃描儀裝置的示例是Leica Geosystems的TRMBLEGX3D、Faro Photonl20 或 ScanStation C10，舉例來說，如在 DE 20 2006 005643 Ul 或US2009/147319 中描述的。
[0004]對于傳統(tǒng)測量任務(wù)(舉例來說，如記錄建筑物或土木工程結(jié)構(gòu))來說，這種現(xiàn)有技術(shù)掃描儀的測量精度往往太低。具體來說，針對鋼結(jié)構(gòu)的情況，因為在這種情況下使用的結(jié)構(gòu)部件通常需要窄測量公差，所以高點(diǎn)精度是不可避免的。因此，已經(jīng)利用這種掃描儀裝置的每一代開發(fā)來嘗試實(shí)現(xiàn)更高測量精度，最少不能夠覆蓋新的市場和進(jìn)一步的測量任務(wù)。
[0005]近期掃描儀應(yīng)用的示例有:
[0006]-監(jiān)測現(xiàn)有建筑物有關(guān)形狀、下沉、傾斜等方面的變化；
[0007]-監(jiān)測建筑工地的施工進(jìn)度并且監(jiān)測已經(jīng)執(zhí)行的工作的尺寸精度；
[0008]-在建筑工地的各個組件(舉例來說，如柱子、管道、開口、窗戶、門、混凝土預(yù)制件等)的設(shè)置和對準(zhǔn)期間的支持；
[0009]-用于地圖表述或3D建模的現(xiàn)有建筑物的盤存(例如，在規(guī)劃重建或擴(kuò)展時);
[0010]-法庭/刑事技術(shù)應(yīng)用，例如，用于在發(fā)生場景或事故現(xiàn)場數(shù)字重建事件；
[0011]-傳統(tǒng)測量任務(wù)，如土地測量、空間規(guī)劃、建筑物標(biāo)記、檢查區(qū)劃法規(guī)等；
[0012]-歷史恢復(fù)。
[0013]就基本構(gòu)造而言，這種掃描儀被設(shè)置成，利用距離測量單元(通常為基于光電和激光的距離測量單元)來獲取到測量點(diǎn)的距離。同樣存在的方向偏轉(zhuǎn)單元在此被設(shè)置成，使得來自距離測量單元的測量射束按至少兩個空間方向偏轉(zhuǎn)，作為其結(jié)果，可以拍攝空間測量區(qū)。該偏轉(zhuǎn)單元可以采用動鏡(moving mirror)的形式來實(shí)現(xiàn),或者另選地還通過適于控制光學(xué)輻射的角偏轉(zhuǎn)的其它部件(舉例來說，如可旋轉(zhuǎn)棱鏡、可移動光導(dǎo)、可變形光學(xué)組件等)來實(shí)現(xiàn)。測量通常通過確定距離和角度(就是說，按球面坐標(biāo))來執(zhí)行，該球面坐標(biāo)出于表述和進(jìn)一步處理目的，還可以變換成笛卡爾坐標(biāo)。該距離測量單元例如可以根據(jù)渡越時間(TOFD)測量、相位測量、波形數(shù)字化儀(WFD)測量或干涉測量的原理來設(shè)計。對于快速且準(zhǔn)確的掃描儀來說，具體來說，測量時間必須短，而同時實(shí)現(xiàn)高測量精度，例如，對于單個點(diǎn)的、范圍在幾微秒或幾毫秒的測量時間來說，距離精度要在毫米范圍或以下。[0014]在掃描儀中使用的距離測量單元往往具有內(nèi)部參照部，使得可以進(jìn)行距離測量的校準(zhǔn)(具體來說，距離偏移的校準(zhǔn))，并因而可獲得高精度的距離測量?，F(xiàn)今距離測量單元中的斜坡誤差或縮放誤差通常比Ippm更小，由此很少需要再校準(zhǔn)。然而，距離偏移會隨時間而改變，對此的現(xiàn)場校準(zhǔn)現(xiàn)今是廣泛已知的。在老式裝置中，掃描儀的點(diǎn)精度(如最大3D距離偏差和由此測量點(diǎn)在空間上的誤差)通常受限于距離測量單元的測量精度。更準(zhǔn)確的距離測量對應(yīng)地需要更長的測量時間，作為其結(jié)果，距離測量精度的增加伴隨著測量或掃描速度的減小，如每單位時間的測量空間點(diǎn)。隨著光電距離測量領(lǐng)域的發(fā)展，現(xiàn)今能夠得到仍具有高距離測量精度的快速至超快激光距離測量單元。
[0015]整個系統(tǒng)有關(guān)點(diǎn)精度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)因此從距離測量精度轉(zhuǎn)換到了角測量精度的范圍。為了能夠滿足日益增加的精度需求，光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性也具有日益增加的重要性。
[0016]現(xiàn)今具有高精度的商業(yè)掃描儀在低于200m的測量距離上實(shí)現(xiàn)了范圍5mm至20mm的點(diǎn)精度。對于直至50m的距離來說,可實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)精度為2mm至6mm,而對于小于25m的測量距離來說，大約Imm至4mm的點(diǎn)精度可確定實(shí)現(xiàn)。針對方向精度或較測量精度，在50m的距離下的5mm段例如對應(yīng)于20"(角秒)或大約100 μ rad的角測量精度，這在現(xiàn)有技術(shù)中
已經(jīng)表示高角測量精度。
[0017]當(dāng)前在市場上可獲的最高精度的掃描儀可以被確定地分類成具有8"與12"之間的精度的產(chǎn)品類別，然而，具有好于20"、并且具體來說，好于12"的指定方向精度或角測量精度的這種掃描儀裝置面臨新的問題，這種問題在差精度掃描儀中不重要或者僅僅是次要的。具有上述高指定角測量精度的3D掃描儀需要小心操縱、使用以及保養(yǎng)，以便保持所述精度。具體來說，在現(xiàn)場使用的移動便攜式裝置中，必須預(yù)料來自環(huán)境的影響，舉例來說，如直接陽光照射、碰撞、沖擊等，其可以導(dǎo)致機(jī)械失調(diào)和附隨縮減測量精度。這種高精度掃描儀由此適用于實(shí)驗室，而非現(xiàn)場。
[0018]已知掃描儀還不允許終端用戶在不費(fèi)力的情況下現(xiàn)場檢查該儀器的精度，跟傳統(tǒng)測量裝置的習(xí)慣相同。任何精度保證至多可以由制造方來提供，但這需要工廠方面的時間密集且成本密集的短檢查間隔和再校準(zhǔn)。在對應(yīng)地為此配備的研究所，或在國家測試實(shí)驗室，由制造方確定的軸誤差值(例如，按角和距離(偏移)的形式)通常直接輸入并存儲在儀器軟件中。
[0019]為了還將具有極測量原理的掃描測量系統(tǒng)(如陸地激光掃描儀)日益引入到大地測量實(shí)踐中，已經(jīng)針對這些裝置開發(fā)了用于檢查校準(zhǔn)和檢驗測量精度的方法。
[0020]然而，誤差確定在此通?；陬愃朴谝暰鄿y量原理的構(gòu)造。然而，掃描儀具有完全不同的構(gòu)造，這就是為什么不應(yīng)用這種方法的原因。具體來說，激光軸的誤差影響可能與傳統(tǒng)目標(biāo)軸的誤差影響顯著不同。
[0021]一種已知校準(zhǔn)方法例如使用在空間中排列的一組平面，按不同儀器設(shè)置掃描這些平面幾次?；诮M合觀點(diǎn)的已知算法，該校準(zhǔn)方法通過利用一個或更多個調(diào)節(jié)計算，根據(jù)相同物體平面來確定該系統(tǒng)的精度或校準(zhǔn)參數(shù)。
[0022]為登記所掃描點(diǎn)云，作為來自不同掃描儀設(shè)置的單個掃描周期的測量數(shù)據(jù)的組合，可以執(zhí)行相同點(diǎn)上的變換(例如，Helmert變換)。相同點(diǎn)根據(jù)所掃描目標(biāo)標(biāo)記的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，然而，其中，商業(yè)目標(biāo)標(biāo)記或目標(biāo)通常不能通過具有為此所需精度的掃描儀來測量。在這種設(shè)置中的精度確定(其中還執(zhí)行隨后測量)還優(yōu)選于該方法的頻繁位置改變。整個校準(zhǔn)過程相對復(fù)雜，因為對于足夠準(zhǔn)確確定儀器誤差來說，例如，在至少三個步驟中需要十個以上的平面，其對于大地測量學(xué)中的常規(guī)現(xiàn)場使用來說不切實(shí)際。
[0023]另一已知方法使用已知高準(zhǔn)確參照點(diǎn)場(連接點(diǎn))，其采用大量反射目標(biāo)標(biāo)記的形式，例如在大廳中固定在墻上和天花板上。這些反射目標(biāo)標(biāo)記的坐標(biāo)利用高精度坐標(biāo)測量機(jī)器(如經(jīng)緯儀)初始地精確校準(zhǔn)，并且隨后，精確地獲知的這些預(yù)定坐標(biāo)通過數(shù)學(xué)校準(zhǔn)模型與掃描儀數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。這種過程對于一般現(xiàn)場使用來說太復(fù)雜，并由此不實(shí)用。另一缺點(diǎn)是，因在角與距離測量之間的同步方面的等待時間而造成角校準(zhǔn)的附加偽造。參照點(diǎn)或多個參照點(diǎn)的已確定空間坐標(biāo)因動態(tài)掃描過程而偽造，具體來說，在具有典型IOOHz的快速旋轉(zhuǎn)軸的掃描儀中。在按IOOHz旋轉(zhuǎn)的掃描儀中例如IOOns的同步延遲已經(jīng)產(chǎn)生13角秒的物體偏移，其相切于掃描移動。該誤差在上述方法中被反映為確定校準(zhǔn)參數(shù)方面的指數(shù)誤差。
[0024]還已知通常在大地測量學(xué)方面的電子經(jīng)緯儀中使用的逆向測量方法，其如下進(jìn)行:使用瞄準(zhǔn)裝置中心地且準(zhǔn)確至秒(就是說，以范圍在幾角秒或更小的精度)精確地測量兩個望遠(yuǎn)鏡面中的一個或更多個目標(biāo)標(biāo)記?？梢源_定軸相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)，或者可以基于與精確測量相關(guān)聯(lián)的測量角來驗證系統(tǒng)精度。該系統(tǒng)在此按初始狀態(tài)下(X，Y) gon和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下大約(X+200，400-Y)gon的方向使用，其中，旋轉(zhuǎn)包含誤差并且確定方向(如垂直軸、耳軸以及具體來說，瞄準(zhǔn)裝置的目標(biāo)軸)的所有部件。
[0025]根據(jù)該原理，能夠確定大量誤差，其在經(jīng)緯儀或者類似構(gòu)造儀器中，可以用下列校準(zhǔn)參數(shù)大致表示:
[0026]1、q:2軸傾斜傳感器或垂直軸傾斜的指數(shù)誤差
[0027]1:垂直角傳感器的指數(shù)誤差(角偏移)
[0028]c:準(zhǔn)直線的準(zhǔn)直誤差
[0029]k:耳軸傾斜。
[0030]下面，還將具有這種參數(shù)化或類似參數(shù)化的模型稱為經(jīng)緯儀模型。
[0031]通過示例的方式，指數(shù)和準(zhǔn)直誤差利用具有優(yōu)選水平準(zhǔn)直線的2位置測量來確定，因為利用該排布結(jié)構(gòu)，這兩類誤差可以很大程度上與其它參數(shù)的影響分離。
[0032]盡管激光掃描儀原理上還使得可以如上所述按傳感器頭的兩個對準(zhǔn)來掃描物體，但利用根據(jù)第一和第二對準(zhǔn)的點(diǎn)云的角誤差和掃描儀軸的距離(偏移)的影響不能確定并且按相同形式消除。舉例來說，這是因為精確點(diǎn)關(guān)聯(lián)不總是因光柵化表面型測量而提供，尤其是在5mm和更粗略光柵的點(diǎn)密度下。另一理由是因為該校準(zhǔn)模型已經(jīng)完全被經(jīng)緯儀或視距儀模型占據(jù)，并且后者未準(zhǔn)確地描述掃描儀的測量系統(tǒng)。結(jié)果，確定非真實(shí)甚或不允許的儀器參數(shù)，并且另外，它們對坐標(biāo)偏差的影響被不正確地建模，其本身不能導(dǎo)致希望改進(jìn)。
[0033]在現(xiàn)有技術(shù)中，例如在兩個對準(zhǔn)中的一個掃描過程中，已知記錄(對于掃描儀中的逆向測量來說)由木頭制成的至少六個白色標(biāo)記球，作為測試物體。該測量值在此是球表面的拍攝部分的坐標(biāo)，據(jù)此，計算球中心點(diǎn)的坐標(biāo)，并且隨后通過建模和調(diào)節(jié)計算來確定軸誤差。然而，利用掃描儀確定球中心點(diǎn)的坐標(biāo)很大程度上包含嚴(yán)重錯誤。例如，利用距離50m的已知三維測試物體至多可以實(shí)現(xiàn)大約3mm的系統(tǒng)誤差，其中，標(biāo)準(zhǔn)偏差具有大約相同的數(shù)量級。精度校準(zhǔn)由此不可能實(shí)現(xiàn)，具體來說，結(jié)合作為不能準(zhǔn)確地描述掃描儀的軸系統(tǒng)的基礎(chǔ)的裝置模型。上述精度完全不足以校準(zhǔn)掃描儀的軸系統(tǒng)的誤差。
[0034]對于高精度誤差確定來說，即使在以高精度水平已知的上述參照點(diǎn)場中，殘差或噪聲分量對于掃描儀數(shù)據(jù)與參照數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)計算來說也太大。在激光掃描儀中，逆向測量的上述傳統(tǒng)參數(shù)設(shè)置在這種形式下也不再可應(yīng)用，并且，對于準(zhǔn)確至秒的測量來說，也不存在瞄準(zhǔn)裝置。
[0035]盡管激光束在最初考慮上可以考慮表示準(zhǔn)直線，但其對于方向不變來說具有完全不同的特性。準(zhǔn)直線的這種新類型的相關(guān)性或參數(shù)化在測量方面，到現(xiàn)在為止尚未按這種形式加以考慮，或者到現(xiàn)在為止其根本未獲知，或者其針對校準(zhǔn)的影響至少未按這種形式獲知。
[0036]如已經(jīng)提到，整個3D掃描儀裝置的對應(yīng)魯棒性還必須確保所需角測量精度，并且獲取非常準(zhǔn)確且可再現(xiàn)的測量結(jié)果。為此，用于激光束引導(dǎo)的組件，具體來說，靜態(tài)或旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)單元必須具有高硬度，以便耐受環(huán)境影響。另一方面，除了前述快速距離測量來說，一般掃描儀裝置還必須以對應(yīng)高速移動來測量激光束，以在較短時段內(nèi)掃描物體。這種掃描移動例如可以利用快速擺動或旋轉(zhuǎn)鏡來實(shí)現(xiàn)，例如，按每秒鐘200轉(zhuǎn)以上的高旋轉(zhuǎn)速度或頻率。出于動態(tài)學(xué)理由，甚至必須按中速，低于作為示例提到的200Hz偏轉(zhuǎn)頻率，對于移動部件的尺寸來說，要保持盡可能小，然而，其與高硬度的需求不一致。
[0037]使用諸如經(jīng)緯儀或視距儀的傳統(tǒng)測量儀器習(xí)慣于能夠任何時間并且不費(fèi)力地，例如在具有已知參照標(biāo)記的空間中或者在現(xiàn)場，通過按兩個面測量合適目標(biāo)來檢查它們的測量系統(tǒng)的精度。這些已知掃描儀未提供這種可能性，并且用戶在實(shí)踐中沒有用于準(zhǔn)確地確定或驗證該裝置的測量精度的選擇權(quán)或者校準(zhǔn)該裝置的選擇權(quán)。
[0038]因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種具有包括用于現(xiàn)場使用的掃描功能的可靠且精確的裝置。
[0039]一個目的是提供一種具有掃描功能的精確裝置，其使得用戶能夠按簡單但精確的方式檢查或修正系統(tǒng)精度和/或校準(zhǔn)裝置。
[0040]另一目的是向用戶提供一種針對具有掃描功能的裝置的檢查和測量處理，以使現(xiàn)場用戶在合適的情況下，就地可以自行檢查測量精度和/或重新確定校準(zhǔn)參數(shù)。
[0041]在此，另一目的是提供一種用于確定具有掃描功能的裝置的精度和/或校準(zhǔn)，具體來說，利用專門與這種掃描儀匹配的裝置或誤差模型，并且該方法尤其還適于現(xiàn)場簡單執(zhí)行。
[0042]另一目的是，所述方法使得能夠用單個裝置設(shè)置來對具有掃描功能的裝置進(jìn)行精度確定和/或校準(zhǔn)。
[0043]在此，另一目的是提供一種用于對具有掃描功能的裝置進(jìn)行精度確定和/或校準(zhǔn)的方法，其適于現(xiàn)場未測量目標(biāo)物體，就是說，沒有利用全站儀或其它測量裝置獲取的空間坐標(biāo)的目標(biāo)物體。
[0044]另一目的是，該方法可以按至少部分自動化的方式來執(zhí)行，具體來說，利用用于自動化或半自動化執(zhí)行精度檢查和/或校準(zhǔn)過程的對應(yīng)用戶指南。
[0045]這些目的通過實(shí)現(xiàn)獨(dú)立權(quán)利要求書的特征化特征來實(shí)現(xiàn)。按另選或有利方式開發(fā)本發(fā)明的特征可以根據(jù)相關(guān)權(quán)利要求書來收集。
[0046]如已經(jīng)示出，傳統(tǒng)測量儀器(如經(jīng)緯儀)的用戶可以利用簡單測量方法檢查并且在需要時校準(zhǔn)該儀器的角測量精度。從測量員的觀點(diǎn)來看，掃描儀還應(yīng)提供用于通過用戶自身現(xiàn)場校準(zhǔn)的可能性，與根據(jù)經(jīng)緯儀或全站儀獲知的類似。對于測量員來說，這里最重要的是，針對當(dāng)前安置的測量不是實(shí)驗室條件下的經(jīng)緯儀裝置精度而是當(dāng)前系統(tǒng)精度。
[0047]下面將詳細(xì)說明的、根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)方法涉及具有掃描功能的裝置，具體來說，按極坐標(biāo)測量的裝置，例如，3D掃描儀，該裝置具有:光電距離測量裝置，其以激光軸作為目標(biāo)軸；機(jī)動光學(xué)偏轉(zhuǎn)單元，其使所述目標(biāo)軸相對于所述距離測量裝置偏轉(zhuǎn)可變偏轉(zhuǎn)角，具體來說，其中，所述目標(biāo)軸(3)通過可相對于所述距離測量裝置移動的反射鏡而偏轉(zhuǎn)；以及至少一個角測量裝置，其用于確定所述偏轉(zhuǎn)單元的角位置。
[0048]該校準(zhǔn)方法包含以下步驟:
[0049].第一測量步驟，在所述偏轉(zhuǎn)單元的第一角位置處測量目標(biāo)標(biāo)記的角坐標(biāo)作為第一位置(Lage),和
[0050].第二測量步驟，在所述偏轉(zhuǎn)單元的第二角位置處測量所述目標(biāo)標(biāo)記的角坐標(biāo)作為第二位置，
[0051]其中，所述第一位置和所述第二位置不同，具體來說，其中，所述第一位置相對于所述第二位置在兩個軸上旋轉(zhuǎn)，以使所述目標(biāo)軸在這兩個位置至少大約指向同一空間方向。
[0052]在這種情況下，所述兩個軸對應(yīng)于所述偏轉(zhuǎn)單元的軸，與該測量所基于的理論軸系統(tǒng)相比，其可能錯位。這兩個軸之一例如是旋轉(zhuǎn)了大約200哥恩(gon)的垂直軸，而另一軸是相對于第一位置中的垂直軸旋轉(zhuǎn)了大約400哥恩減去其角位置的耳軸(trunnionaxis)。
[0053]這里，所述第一測量步驟和所述第二測量步驟是利用具有視野的攝像機(jī)利用圖像來執(zhí)行的，所述攝像機(jī)的光軸通過所述偏轉(zhuǎn)單元相對于所述攝像機(jī)來偏轉(zhuǎn)，并且基于所述第一位置和所述第二位置中的所述角位置和所述角坐標(biāo)來確定校準(zhǔn)參數(shù)。
[0054]這里，所述測量步驟是利用具有所述視野的高(角)分辨率的所述目標(biāo)標(biāo)記的所述圖像坐標(biāo)的分辨率的圖像來執(zhí)行的，具體來說，具有小于3角秒，優(yōu)選地小于I角秒的圖像分辨率，其可以通過所述攝像機(jī)圖像的子像素插值來實(shí)現(xiàn)。
[0055]在此使用的基礎(chǔ)具體來說是數(shù)學(xué)裝置模型，該數(shù)學(xué)裝置模型表示具有掃描功能的裝置的機(jī)械設(shè)置和射束引導(dǎo)，特別是，具有目標(biāo)軸的、取決于目標(biāo)軸的高程的瞄準(zhǔn)和/或指數(shù)誤差的裝置模型(與經(jīng)緯儀模型相比)。
[0056]隨后，可以基于所述校準(zhǔn)來確定該系統(tǒng)精度的精度、殘差以及/或統(tǒng)計學(xué)特征。該校準(zhǔn)(校準(zhǔn)參數(shù)的形式)可以被用于修正隨后確定的測量值，具體來說，點(diǎn)云?？梢曰谒鲋辽僖粋€軸(然而，具體來說，兩個軸)的所述角位置和所述第一位置與所述第二位置的所述角坐標(biāo)來確定校準(zhǔn)參數(shù)。
[0057]最初，如本發(fā)明的部分方面，并且作為用于進(jìn)一步說明的基礎(chǔ)，標(biāo)識激光光學(xué)掃描儀的數(shù)學(xué)裝置模型和校準(zhǔn)相關(guān)參數(shù)。為此，對下面說明的掃描儀的一示例性實(shí)施方式的方面進(jìn)行討論。有關(guān)在此進(jìn)行的射束引導(dǎo)的一般考慮還可以被本領(lǐng)域技術(shù)人員類似地應(yīng)用至另選實(shí)施方式。
[0058]由于前述掃描儀旋轉(zhuǎn)頭的高旋轉(zhuǎn)速度，因而在掃描儀中，激光源通常設(shè)置在支承體中。所述目標(biāo)軸與所述耳軸的直接耦合(其可以在經(jīng)緯儀模型中找到)由此不再存在，因為激光源未直接與耳軸一起移動。結(jié)果，在2位置測量中，所述準(zhǔn)直線未旋轉(zhuǎn)，如同例如在經(jīng)緯儀的情況下的情況。結(jié)果，也不能在具有傳統(tǒng)2位置測量的掃描儀中獨(dú)特地對應(yīng)標(biāo)識特定誤差，如同在經(jīng)緯儀中執(zhí)行的。
[0059]掃描儀(具體來說，具有上述激光排布結(jié)構(gòu))的示例性實(shí)施方式的校準(zhǔn)參數(shù)的一個可能參數(shù)集例如如下:
[0060]1、q:2軸傾斜傳感器或垂直軸傾斜的指數(shù)誤差；
[0061]1:垂直角傳感器的指數(shù)誤差(角偏移)；
[0062]rc、r1:所述激光源相對于所述旋轉(zhuǎn)軸或耳軸的角誤差；
[0063]pc1:所述旋轉(zhuǎn)鏡相對于所述旋轉(zhuǎn)軸或耳軸的角誤差；
[0064]k:所述旋轉(zhuǎn)軸或耳軸相對于垂直軸的傾斜。
[0065]如果所述裝置設(shè)置的距離和/或傾斜角還被包括為進(jìn)一步的參數(shù)，則出現(xiàn)針對整個測量系統(tǒng)的系統(tǒng)校準(zhǔn)的問題。在所述系統(tǒng)校準(zhǔn)中，在一個方法中檢查軸、設(shè)置以及距離測量精度，并且在合適時校準(zhǔn)，假設(shè)后者不對應(yīng)于規(guī)范或要求。
[0066]為簡單起見，下面主要對軸的角誤差進(jìn)行詳細(xì)討論。在該示例性實(shí)施方式中，未明確考慮軸距離(偏移)，但并不是排除一般情況，在一般情況下，還根據(jù)本發(fā)明來確定所述軸距離和進(jìn)一步的校準(zhǔn)參數(shù)。通過示例的方式，所述軸偏移可以基于按許多距離的角誤差確定來確定。本領(lǐng)域技術(shù)人員針對測量裝置中的誤差確定，還可以按類似或相似方式確定根據(jù)本發(fā)明的總系統(tǒng)的進(jìn)一步的系統(tǒng)校準(zhǔn)參數(shù)，并且組合它們與大地測量學(xué)中已知的進(jìn)一步方法和常規(guī)措施。
[0067]接著，隨后在物體記錄中生成的點(diǎn)Z?可以實(shí)現(xiàn)具有確定性的指定或所需聞測量精度。所述裝置設(shè)置可以在校準(zhǔn)和測量期間保持無變化。
[0068]可以使檢查和/或校準(zhǔn)過程的操作直接在所述掃描儀上就地經(jīng)由本地用戶接口獲得。該用戶接口另選地還可以通過遠(yuǎn)程用戶接口實(shí)現(xiàn)，其利用線纜或無線電信號，或者通過PC、膝上型電腦、平板PC、智能電話等連接。本發(fā)明的部分方面具體來說，還提供了校準(zhǔn)程序，其利用用戶接口來指示用戶，利用所掃描且可標(biāo)識的物體或目標(biāo)標(biāo)記(優(yōu)選地在傳感器頭的兩個對準(zhǔn)中)的掃描儀數(shù)據(jù)來確定該掃描儀的系統(tǒng)性軸誤差和偏移誤差。
[0069]在掃描儀中，缺乏準(zhǔn)確至秒的用于測量的瞄準(zhǔn)裝置使得難于執(zhí)行根據(jù)經(jīng)緯儀已知的校準(zhǔn)方法。因而，由于方差-協(xié)方差誤差傳播，測量員充分熟悉因不準(zhǔn)確觀察和測量而造成校準(zhǔn)參數(shù)的精度損失。然而，如上說明的，在具有現(xiàn)代距離測量單元的掃描儀中，具體來說，其是變?yōu)橛嘘P(guān)可以實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)精度的關(guān)鍵分量的角測量。掃描儀中有關(guān)目標(biāo)標(biāo)記的角測量精度通常不比lOarcsec更準(zhǔn)確，作為其結(jié)果，利用這種觀察生成的校準(zhǔn)不能實(shí)現(xiàn)大地測量學(xué)中所需的精度。不僅缺乏適合和為此推薦的目標(biāo)標(biāo)記(菱形圖案、球形、錐體、…)，而且缺乏能夠針對所需精度在掃描儀中執(zhí)行誤差確定和誤差指配的對應(yīng)應(yīng)用程序和用戶接口。
[0070]然而，針對目標(biāo)標(biāo)記或目標(biāo)物體的極坐標(biāo)測量的高角精度可以通過利用攝像機(jī)的測量來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代掃描儀通常配備有集成攝像機(jī)，利用其，可以記錄還與所測量空間點(diǎn)的點(diǎn)云相關(guān)聯(lián)的圖像信息。具體來說，獲知全景圖像，還稱為球幕(fulldome)記錄。這里,該攝像機(jī)通常具有表面型圖像傳感器和具有聚焦和/或縮放功能的至少一個物鏡。
[0071]本發(fā)明利用集成在掃描儀中的這種攝像機(jī)，該攝像機(jī)安裝在相對于軸系統(tǒng)固定并且準(zhǔn)確地限定的位置中。通過示例的方式，將所述攝像機(jī)安裝在所述支承體中的耳軸的延續(xù)部分中。所述距離測量單元的激光器可以放置在同一側(cè)，或者另選地，放置在所述耳軸的相對側(cè)。所述攝像機(jī)優(yōu)選地被設(shè)置成，使得所述掃描儀或激光目標(biāo)軸位于其視野(視界)中，如可由所述攝像機(jī)拍攝的角狀區(qū)。按這種方式設(shè)置的攝像機(jī)還被稱為瞄準(zhǔn)攝像機(jī)。在沒有誤差的軸系統(tǒng)中，理想掃描儀目標(biāo)軸將位于相對于所述耳軸的法向面中，并且所述三個軸將一起與所述垂直軸相交于一點(diǎn)，該相交點(diǎn)通常還對應(yīng)于所測量角坐標(biāo)的原點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的原理另選地還可以利用具有針對所述掃描儀目標(biāo)軸的視差的攝像機(jī)，但為簡單起見，并且沒有限制地，下面的說明將指瞄準(zhǔn)攝像機(jī)。
[0072]在集成攝像機(jī)的實(shí)施方式中，具體來說，兩個方面值得注意。首先，對于對應(yīng)準(zhǔn)確校準(zhǔn)來說，所述攝像機(jī)的可獲角分辨率和由此還有角測量精度必須處于角秒范圍。無疑，所述攝像機(jī)必須能夠分辨比要通過校準(zhǔn)獲得的角精度更小的角。另外，所述攝像機(jī)的視界必須不太小。典型視界至少為大約15°或以上。
[0073]在實(shí)際檢查開始之前，3D掃描儀應(yīng)當(dāng)盡可能變水平，作為其結(jié)果，還可以執(zhí)行檢查傾斜傳感器，例如，通過后者同樣環(huán)繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，并且按至少兩個已知角位置來確定傾斜。在任何情況下，必須確保掃描儀在校準(zhǔn)和測量期間具有穩(wěn)定位置，不能下沉，并且在可能的情況下，保護(hù)不受陽光直射。
[0074]除了作為測量儀器的掃描儀的已經(jīng)描述的穩(wěn)定設(shè)置以外，還需要目標(biāo)物體就像平穩(wěn)的一樣。例如，將A4目標(biāo)板設(shè)置在具體相對于掃描儀固定的位置，例如，15m至30m的距離，并且盡可能垂直于目標(biāo)軸或激光軸。固定目標(biāo)板作為目標(biāo)標(biāo)記在此應(yīng)當(dāng)確保對準(zhǔn)或中心點(diǎn)確定的精度為0.2mm或更好。在校準(zhǔn)過程期間，設(shè)置的儀器和目標(biāo)板必須不改變。
[0075]該目標(biāo)板在此被設(shè)置成，使得可以通過攝像機(jī)來確定光學(xué)特征的位置，例如，目標(biāo)板的中心點(diǎn)確定，并且精度典型地為I角秒至5角秒。目標(biāo)板的定義例如可以呈現(xiàn)為TOF文件。其物理實(shí)現(xiàn)接著可以利用商業(yè)打印機(jī)來生成。另選的是，還可以使用具有二維或三維形狀和極大亮度對比度的其它目標(biāo)物體。在任何情況下，具有所述攝像機(jī)的所述掃描儀需要針對作為目標(biāo)物體的目標(biāo)板的無阻視野。
[0076]下面，對示例性檢查和校準(zhǔn)過程進(jìn)行例示，該過程確保足夠精確的角確定，以驗證系統(tǒng)精度。該過程還可以由用戶現(xiàn)場執(zhí)行。所述掃描儀具有能夠按每一種情況在兩個測量面中執(zhí)行測量操作的能力，如根據(jù)前述2位置方法已知的。
[0077]根據(jù)本發(fā)明的利用具有攝像機(jī)的掃描儀的檢查過程在這種情況下，可以包括作為示例詳細(xì)說明的下列步驟。這些步驟的具體組合、順序以及實(shí)踐配置可以取決于要確定的參數(shù)、位置情況以及所需精度。該檢查和校準(zhǔn)過程優(yōu)選地利用單一掃描儀設(shè)置來獲得。
[0078]在第一步驟中，應(yīng)當(dāng)選擇掃描儀的設(shè)置。堅實(shí)地面上的固定設(shè)置在這種情況下是重要的。該掃描儀在這種情況下可以按相距所設(shè)置目標(biāo)標(biāo)記或目標(biāo)物體的推薦距離來設(shè)置，假設(shè)后者已經(jīng)預(yù)先知道。另選的是，還可以自由選擇掃描儀位置，并且目標(biāo)板此后可以對應(yīng)地定位，如步驟2所述。通過在還要執(zhí)行隨后測量的該位置中設(shè)置，還可以避免因掃描儀在校準(zhǔn)與測量之間安置的變化而造成的任何未對準(zhǔn)。
[0079]在第二步驟中，用戶限定要檢查的校準(zhǔn)參數(shù)，例如，全部參數(shù)或?qū)?shù)的選擇性挑選。另外，用戶可以限定要針對總系統(tǒng)或者分離地針對每一個參數(shù)實(shí)現(xiàn)的預(yù)定精度。
[0080]根據(jù)本發(fā)明的掃描儀計算并顯示針對“掃描場”的、有關(guān)擴(kuò)展水平線之上或之下的仰角扇區(qū)的仰角的提議，其中，目標(biāo)物體、目標(biāo)板或目標(biāo)符號要有利地應(yīng)用。而且，該儀器，或者具體來說，集成在其中的或者集成在具有對應(yīng)軟件的操作裝置中的數(shù)字計算器計算相距目標(biāo)物體的推薦最佳距離或距離范圍。目標(biāo)板與掃描儀之間的典型檢查距離例如為IOm至50m。通過示例的方式，可以有利的是，以100哥恩將至少一個目標(biāo)板盡可能接近地定位至水平線，并且盡可能相對于目標(biāo)軸垂直，也和在經(jīng)緯儀檢查方法中所做的一樣，以確定目標(biāo)軸誤差。
[0081]例如，如果預(yù)先指定了至少一些校準(zhǔn)目標(biāo)，如果可能目標(biāo)板位置由于環(huán)境而受限，或者如果有經(jīng)驗測量員已經(jīng)可以估計有利目標(biāo)位置，則還可以至少粗略地向裝置提供已知目標(biāo)位置，或者使掃描儀按自動化搜索運(yùn)行來自動標(biāo)識目標(biāo)板。即使利用目標(biāo)板，也必需確保校準(zhǔn)過程期間的固定、牢固設(shè)置。
[0082]為檢查要檢查的η個預(yù)先選定參數(shù)，一般來說(在不考慮條件方程的情況下)，應(yīng)當(dāng)記錄恰當(dāng)配置的目標(biāo)標(biāo)記的至少η個測量坐標(biāo)。在這種情況下，恰當(dāng)配置或有利設(shè)置特別意指，目標(biāo)板至少恰當(dāng)?shù)匕惭b在由該裝置提議的位置處或等同位置處，并且該目標(biāo)板可以按兩個面來觀察。
[0083]還可以通過用戶接口請求用戶在對應(yīng)仰角扇區(qū)中放置例如I至10個目標(biāo)標(biāo)記，或者對應(yīng)地確定這些區(qū)域中的合適的天然目標(biāo)標(biāo)記。用戶還可以接收推薦以可能地重新調(diào)節(jié)目標(biāo)板位置，其被推薦以最優(yōu)化校準(zhǔn)參數(shù)的可確定性。
[0084]如果掃描儀具有可見標(biāo)記激光，則該掃描儀可以使用其，以例如標(biāo)記提議目標(biāo)板位置或?qū)?yīng)位置區(qū)，并且例如利用距離測量單元來監(jiān)測，并且以光學(xué)方式、聲學(xué)方式或者利用遠(yuǎn)程用戶接口向用戶發(fā)信號有關(guān)已經(jīng)到達(dá)推薦距離范圍。
[0085]其例如可以是所提議目標(biāo)位置的選擇標(biāo)準(zhǔn)，其在這種情況下，一些目標(biāo)點(diǎn)在可能的情況下按各個視角放置，例如，在仰角扇區(qū)的上和下邊緣處具有垂直角，并且還接近于用于測量的水平線(100哥恩)。具體由一軟件程序來擔(dān)負(fù)用戶指南，該軟件程序利用激光掃描儀的功能模型的靈敏度分析。
[0086]利用恰當(dāng)配置的目標(biāo)板或天然目標(biāo)的最佳校準(zhǔn)場，可以確保確定校準(zhǔn)參數(shù)方面的所需精度。然而，該方法還可以在存在因環(huán)境而造成所提議目標(biāo)標(biāo)記位置的必需偏差時執(zhí)行，但與最佳排布結(jié)構(gòu)相比，在合適的情況下，具有縮減精度或可靠性的校準(zhǔn)過程，用戶接口的用戶指南也可以恰當(dāng)?shù)刂赋觥?br> [0087]隨后,執(zhí)行針對目標(biāo)點(diǎn)的方向的手動、半自動或全自動校準(zhǔn)，其中，掃描儀裝置識別和/或標(biāo)識目標(biāo)，并且可以隨后按目標(biāo)化方式自動地測量它們以供準(zhǔn)確測量。在這種情況下，掃描儀還可以檢查目標(biāo)物體是否處于所需距離范圍和推薦仰角扇區(qū)中。同時，還可以粗略地檢查目標(biāo)板相對于目標(biāo)軸的取向。在全自動操作中，攝像機(jī)支持搜索目標(biāo)點(diǎn)。該攝像機(jī)還確定目標(biāo)標(biāo)記的特定亮度對比度并且檢查其是否滿足精確的角確定。
[0088]隨后，可以執(zhí)行攝像機(jī)相對于當(dāng)前軸系統(tǒng)的可選校準(zhǔn)，其中，該步驟不是每次執(zhí)行該方法時都被執(zhí)行，但例如僅在工作校準(zhǔn)的情況下，或者按相對較大的檢查間隔。在大量一般掃描儀中，可以假定成像光學(xué)裝置和攝像機(jī)相對于垂直和耳軸的排布結(jié)構(gòu)的高穩(wěn)定性。如果耳軸相對于垂直軸的傾斜仍未確定，則還可以執(zhí)行用于攝像機(jī)校準(zhǔn)的該可選步驟。
[0089]攝像機(jī)零點(diǎn)的可選確定例如利用頂點(diǎn)(zenith)目標(biāo)化操作來執(zhí)行。這種頂點(diǎn)目標(biāo)化操作可以執(zhí)行如下:
[0090]-在頂點(diǎn)按行應(yīng)用一個或更多個目標(biāo)板(例如，安裝至天花板)。[0091]-利用攝像機(jī)，按面I和2，以V=O哥恩確定目標(biāo)板。
[0092]-沿V方向移動目標(biāo)軸，直到目標(biāo)板位于攝像機(jī)的視界邊緣處為止。
[0093]-按該仰角方向利用角編碼器確定V角，并且利用攝像機(jī)按面I和面2拍攝目標(biāo)板。
[0094]-沿進(jìn)一步的V方向移動目標(biāo)軸并且再次利用角編碼器沿該第三仰角方向確定V角，接著利用攝像機(jī)按面I和面2拍攝目標(biāo)板。
[0095]包括攝像機(jī)零點(diǎn)的所有相關(guān)校準(zhǔn)參數(shù)可以根據(jù)在該過程中確定的測量數(shù)據(jù)和攝像機(jī)圖像來確定。在這種情況下，攝像機(jī)零點(diǎn)可以按具有方向參數(shù)(rc,ri)= (O,O)的任何方向來來限定作為其結(jié)果，簡化了激光目標(biāo)軸的檢查和/或新校準(zhǔn)。如果攝像機(jī)零點(diǎn)按該方式已知，則可以使用進(jìn)一步的測量，以在攝像機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)中利用參數(shù)(rc，ri)來直接確定激光束方向。諸如焦距等的進(jìn)一步的內(nèi)部攝像機(jī)參數(shù)的可選檢查和校準(zhǔn)在目標(biāo)板上利用矩陣型掃描操作來執(zhí)行，該目標(biāo)板近似地垂直于目標(biāo)軸放置，優(yōu)選地按大約V=IOO哥恩。
[0096]在第一子步驟中，該裝置根據(jù)所需預(yù)先指定精度和目標(biāo)板的圖像的對比度，來確定隨后矩陣掃描的所需測量點(diǎn)密度。掃描儀的攝像機(jī)的目標(biāo)軸和視野隨后在目標(biāo)板上按光柵型方式移動，在此期間，攝像機(jī)記錄目標(biāo)板在每一種情況下的圖像，其中，偏轉(zhuǎn)單元的角傳感器捕捉指配給圖像的軸的角位置，例如，以作為垂直軸的水平角的Hz和作為耳軸的垂直角的V來捕捉。該結(jié)果是目標(biāo)板的具有關(guān)聯(lián)軸位置的一組圖像，這些圖像是按矩陣掃描的2D光柵被記錄的，并且根據(jù)矩陣光柵而移位。利用圖像處理軟件，按攝像機(jī)坐標(biāo)(就是說，按像平面)，計算目標(biāo)板的視覺特征的位置，例如其中心點(diǎn)。以此為基礎(chǔ)，可以確定校準(zhǔn)參數(shù)，如攝像機(jī)相對于軸系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)和/或攝像機(jī)像素相對于角傳感器的縮放比例。與由此在像素坐標(biāo)和軸系統(tǒng)之間確定的變換矩陣的正交性相對的偏差給出耳軸的任何角誤差的第一指示。
[0097]在進(jìn)一步測量中，可以確定相對于攝像機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)的激光束方向。該過程很大程度上取決于掃描儀內(nèi)部設(shè)置的特定實(shí)施方式。在最簡單情況下，激光點(diǎn)被投影到同一目標(biāo)板上，其位置被攝像機(jī)拍攝并且在攝像機(jī)中的圖像中測量。由此，確定攝像機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)中的激光目標(biāo)方向。
[0098]在下一個步驟中，掃描儀儀器開始實(shí)際數(shù)據(jù)估計，以確定儀器精度。使用該攝像機(jī)，以利用該攝像機(jī)在對應(yīng)的兩個圖像中按兩個面攝影記錄先前設(shè)置目標(biāo)。隨后，在按每一種情況在兩個面中記錄的圖像之間執(zhí)行相似變換，具體來說，采用圖像旋轉(zhuǎn)和圖像平移的形式。在已知目標(biāo)物體圖案中，這可以例如利用已知為模板匹配的方式來執(zhí)行。利用匹配至掃描儀的幾何軸模型，現(xiàn)在，可以根據(jù)在相應(yīng)目標(biāo)板的各個視角下記錄的圖像的相似變換的數(shù)據(jù)，來計算掃描儀的軸誤差。如上已經(jīng)說明的，攝像機(jī)圖像與角傳感器一起允許該過程以角秒范圍下的角分辨率來執(zhí)行。
[0099]另選的是，利用攝像機(jī)確定的目標(biāo)方向和旋轉(zhuǎn)還可以利用回歸分析來估計。按面I和面2觀察目標(biāo)板與空間掃描儀坐標(biāo)系統(tǒng)的模型相關(guān)聯(lián)。利用調(diào)節(jié)計算，例如，根據(jù)Gauss-Markov或者更具體地說,根據(jù)Gauss-Helmert模型,針對要確定的軸參數(shù)的估計值由其確定。同時，改進(jìn)或殘差在這種情況下呈現(xiàn)為該結(jié)果。該殘差提供有關(guān)目標(biāo)板處的點(diǎn)測量精度的信息，并由此提供有關(guān)掃描儀儀器的當(dāng)前實(shí)現(xiàn)角測量精度的信息。
[0100]可以將根據(jù)已知為校準(zhǔn)模型的輔因子矩陣的內(nèi)容導(dǎo)出的估計參數(shù)的協(xié)方差矩陣用作要檢查的儀器的統(tǒng)計測量精度的量度。新參數(shù)與舊參數(shù)之間的差異提供了有關(guān)系統(tǒng)性測量偏差和一般掃描儀系統(tǒng)穩(wěn)定性的信息。
[0101]例如，該掃描儀儀器在操作單元的顯示器上顯示所選擇校準(zhǔn)參數(shù)的舊與新的確定值。為檢查似真性，另外，還可以在該裝置中顯示或證實(shí)針對該舊參數(shù)和新參數(shù)的置信區(qū)間。
[0102]如果殘差或該新估計參數(shù)處于所需或指定精度間隔內(nèi)，則用戶可以存儲該新校準(zhǔn)參數(shù)并且終止檢查過程。接著，該新校準(zhǔn)參數(shù)在確定測量值時被加以考慮。然而，如果在上述步驟之后的角測量精度不足，則用戶可以繼續(xù)進(jìn)行如下處理。
[0103]如果不管任何原因，都未獲得所需和指定精度，則將通知用戶。
[0104]一個原因可能是掃描儀設(shè)置相對于目標(biāo)物體的不利排布結(jié)構(gòu)。在這種情況下，該儀器可以向用戶提議有關(guān)怎樣更有利地放置用于校準(zhǔn)的目標(biāo)板，并且隨后重復(fù)該檢查和校準(zhǔn)過程。
[0105]不足精度的另一原因可能是與不利光條件相關(guān)聯(lián)，其可以通過改變掃描儀和/或目標(biāo)板的位置來緩解。另選的是，人工照明目標(biāo)板也可以有幫助。為了獨(dú)立于不利光條件，根據(jù)本發(fā)明的裝置例如還可以配備有目標(biāo)照明裝置。這種目標(biāo)照明裝置例如從具有自動化攝像機(jī)支持目標(biāo)測量的全站儀已知。這樣配備的掃描儀可以獨(dú)立于外部照明情況而執(zhí)行所
需測量。
[0106]一旦將掃描儀校準(zhǔn)，所述估計單元就可以修正軸誤差的影響，并由此生成所掃描物體的精確且高精度的點(diǎn)云。該掃描儀裝置的系統(tǒng)精度或測量精度由此可以顯著增加。
[0107]一般來說，推薦在每一個精度測量之前檢查并且在合適的情況下再次確定精度相關(guān)校準(zhǔn)參數(shù)，具體來說，一旦掃描儀已經(jīng)重新被設(shè)置。
[0108]具體來說，推薦在下列情況下要執(zhí)行儀器誤差的確定:
[0109]-在需要高精度和可靠性的精度測量之前；
[0110]-在相對較長運(yùn)輸之后，在此期間，該裝置可能已經(jīng)暴露至撞擊、沖擊或振動應(yīng)力；
[0111]-在溫度變化之后，具體來說，大于20°C;
[0112]-在該裝置的相對較長的存儲時段之后。
[0113]下面，參照附圖中示意性地例示的具體示例性實(shí)施方式，完全通過示例的方式，對根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的裝置進(jìn)行更詳細(xì)描述，并且簡略提到本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)。具體來說:
[0114]圖1示出了在根據(jù)本發(fā)明的具有掃描功能的裝置的使用期間示例性大地測量工作流程的例示圖；
[0115]圖2a和2b示出了利用根據(jù)本發(fā)明的具有掃描功能的精確裝置的2位置測量的原理的例示圖；
[0116]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的具有掃描功能的裝置的、具有側(cè)向容納在支承體中的瞄準(zhǔn)攝像機(jī)的第一示例性實(shí)施方式的例示圖；
[0117]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的具有掃描功能的裝置的、具有平行于激光疊加的瞄準(zhǔn)攝像機(jī)的第二示例性實(shí)施方式的例示圖；
[0118]圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的、用于檢查或校準(zhǔn)方法的目標(biāo)板的示例性實(shí)施方式的例示圖；
[0119]圖5b示出了利用攝像機(jī)的光學(xué)特征的示例性測量的例示圖；
[0120]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的具有掃描功能的裝置的、具有二維傾斜傳感器的第三示例性實(shí)施方式的例示圖；
[0121]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的具有掃描功能的精確裝置的、具有示例性目標(biāo)軸誤差的第四示例性實(shí)施方式的例示圖；
[0122]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的具有掃描功能的精確裝置的、具有示例性瞄準(zhǔn)軸和耳軸傾斜誤差的第五示例性實(shí)施方式的例示圖；
[0123]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的具有掃描功能的裝置的、具有用于激光束檢測的附加瞄準(zhǔn)器的一實(shí)施方式的例示圖；
[0124]圖10a、10b、10c、10d示出了在根據(jù)本發(fā)明的具有掃描功能的裝置中按兩個面利用瞄準(zhǔn)攝像機(jī)的示例性觀察的例示圖；
[0125]圖11示出了示例性檢查和校準(zhǔn)處理的過程的流程圖；
[0126]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)目標(biāo)的另一示例性實(shí)施方式。
[0127]參照圖1，下面通過示例的方式對可能大地測量工作流程進(jìn)行說明。在傳統(tǒng)測量任務(wù)中，將諸如經(jīng)緯儀或全站儀的測量儀器放置在已知地面點(diǎn)9001、9002、9003上。
[0128]常見的是，便攜式儀器具體來說在被設(shè)置時，經(jīng)受高沖擊型加速，例如，在將裝置閉鎖到適配器中時。即使該裝置定位在定心腳中，角傳感器、保持器或目標(biāo)軸導(dǎo)桿中的方向相關(guān)部件(如激光鏡)可以最低程度地改變它們的位置。結(jié)果，所存儲校準(zhǔn)值或校準(zhǔn)模型可能不再完全有效，并且隨后，測量精度，具體來說，方位角和仰角的角測量的測量精度也不再處于指定范圍內(nèi)。在這種情況下，該掃描儀需要(至少部分地)重新校準(zhǔn)，或者可能需要完全新的校準(zhǔn)，以便能夠?qū)崿F(xiàn)所需或指定測量精度。
[0129]該裝置的大地測量安置尤其包括儀器的垂直定位、輸入儀器高度、朝北取向，以及建立具有至少一個后視點(diǎn)12的設(shè)置。該后視點(diǎn)12例如可以是在指配地面點(diǎn)上具有已知高度的目標(biāo)標(biāo)記。供大地測量學(xué)使用的掃描儀I (與經(jīng)緯儀相比)同樣配備有適于在參照點(diǎn)上設(shè)置的定中心適配器、掃描儀的耳軸(反射鏡的旋轉(zhuǎn)軸)的高度參照、傾斜傳感器以及用于操作這些和其它功能的對應(yīng)用戶軟件，以盡可能匹配測量過程與利用經(jīng)緯儀或全站儀的傳統(tǒng)測量的已知工作過程。
[0130]一旦安置完成，測量儀器I就針對空間或附屬坐標(biāo)系統(tǒng)14進(jìn)行參照。利用后視目標(biāo)12，掃描儀I也建立在坐標(biāo)系統(tǒng)14中。如果掃描儀I位于點(diǎn)9001上，則其例如還可以測量另一些點(diǎn)9002、9003，以便按那些進(jìn)一步的點(diǎn)在隨后設(shè)置中彼此關(guān)聯(lián)這樣獲取的多個掃描的數(shù)據(jù)項?？蛇x的是，還可以測量該測量裝置的可拍攝視野中的現(xiàn)有參照目標(biāo)10，利用它，該測量可以針對空間或附屬網(wǎng)絡(luò)或坐標(biāo)系統(tǒng)來參照。要測量的物體的所示示例是建筑物11和13、道路15，或具有樹叢的地帶16。
[0131]然而，根據(jù)本發(fā)明的具有掃描功能的裝置和所述方法還可以類似地用于建筑物、礦井等內(nèi)部。
[0132]在測量單個設(shè)置點(diǎn)和物體掃描數(shù)據(jù)本身兩者時，該系統(tǒng)的測量精度在此是一關(guān)鍵因素。如果被檢查或最近確定，則通?？梢詢H保證高測量精度，并且在合適時，還可以就地修正或校準(zhǔn)。由此，在按坐標(biāo)系統(tǒng)建立或其它測量之前，如果可以在安置之后直接執(zhí)行，則執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的精度檢查和/或校準(zhǔn)。
[0133]圖2a和2b作為示例示出了根據(jù)本發(fā)明的、掃描儀I針對目標(biāo)板2的用于校準(zhǔn)過程的設(shè)置，其優(yōu)選地按兩個面執(zhí)行。圖2a和圖2b示出了按每一種情況在第一和第二位置中掃描儀測量目標(biāo)2。掃描儀I在此具有兩個旋轉(zhuǎn)軸，軸22具有關(guān)聯(lián)方位角傳感器，其被稱為垂直軸，而軸23具有關(guān)聯(lián)仰角或垂直角傳感器，其被稱為耳軸。線21象征軸22和23的法線。對于理想且無差錯設(shè)置和校準(zhǔn)來說，軸22的垂直角對應(yīng)于O哥恩，而軸法線21的垂直軸對應(yīng)于100哥恩。對于沒有差錯和精確水平化的情況來說，軸23位于水平面中。箭頭3表示目標(biāo)軸3，并且同時表示儀器I的距離測量單元的測量方向，其在示例性目標(biāo)2上瞄準(zhǔn)。角34是視角或仰角，而將余角31稱為垂直角。
[0134]與圖2a相比，圖2b示出了處于2位置測量的另一位置的儀器，其中，垂直軸22(用箭頭32表示)被旋轉(zhuǎn)了大約200哥恩，而旋轉(zhuǎn)軸23 (用箭頭33表示)被旋轉(zhuǎn)了(400哥恩-VI)，其中，VI表示第一位置中的垂直軸。在無差錯或充分校準(zhǔn)情況下，結(jié)果，測量同一目標(biāo)點(diǎn)，或者可基于出現(xiàn)的方向性偏差來確定任何誤差。
[0135]在這種情況下，可確定類型的誤差還取決于目標(biāo)2針對掃描儀I的坐標(biāo)系統(tǒng)的定位。根據(jù)由用戶指定的精度要求，如上說明的，儀器I可以提供有關(guān)要放置的目標(biāo)板2的數(shù)量的指示，并且還提出它們應(yīng)當(dāng)按什么距離36和仰角34來安裝。
[0136]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的、具有瞄準(zhǔn)攝像機(jī)4的掃描儀I的實(shí)施例，其在這個實(shí)施方式中，被側(cè)向容納在支承體中。在這種情況下，射束路徑中唯一的一個尾鏡(last mirror)環(huán)繞快軸(通常來說,但不必要地,環(huán)繞耳軸)移動。掃描儀的另一些部件容納在靜態(tài)部分中，或者容納在按秒鐘以相對更慢速度移動或旋轉(zhuǎn)慢軸22的部分中。主要地，但不必要地，這是垂直軸。在這種裝置中，攝像機(jī)4本身未環(huán)繞通常非常快速旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部軸(耳軸)旋轉(zhuǎn)。整個距離測量單元或至少距離測量單元的激光源5通常還設(shè)置在快速內(nèi)部軸的外部。
[0137]作為按極坐標(biāo)測量的裝置，掃描儀尤其是因鏡偏轉(zhuǎn)而不再被構(gòu)造成，可以利用傳統(tǒng)2位置測量和平均化來確定系統(tǒng)性誤差(舉例來說，如目標(biāo)和耳軸誤差)，如例如在視距儀中的情況。由于裝置的不同構(gòu)造，具體來說，測量輻射的射束引導(dǎo)，因而這必須在校準(zhǔn)時加
以考慮。
[0138]針對該校準(zhǔn)模型，這導(dǎo)致準(zhǔn)直誤差和指數(shù)誤差不再作為不變量/常數(shù)出現(xiàn)，如傳統(tǒng)經(jīng)緯儀中的情況。這里，望遠(yuǎn)鏡在從面I改變至面2時，與視線和激光距離測量單元(就是說，整個望遠(yuǎn)鏡)一起環(huán)繞目標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)了 200哥恩，其中，瞄準(zhǔn)和指數(shù)誤差隨著恒定角相對于法線21偏移而出現(xiàn)。另一方面，在掃描儀中，2位置測量的傳統(tǒng)校準(zhǔn)模型失效。掃描儀的數(shù)學(xué)模型不同于視距測量原理的數(shù)學(xué)模型。激光器5，或該激光器要關(guān)聯(lián)的光電距離測量單元5在所示實(shí)施例中也位于耳軸外部,就是說,直接位于支承體上。如示意性地示出，攝像機(jī)4可以利用表面型圖像傳感器(例如，CXD或CMOS芯片)和用透鏡表示的光學(xué)單元來實(shí)現(xiàn)。
[0139]通過示例的方式，商業(yè)CXD或CMOS傳感器具有尺寸1/1.8英寸、1/1.5英寸或I英寸和6百萬或I千2百萬像素的像素數(shù)，并且像素尺寸典型為大約2.5 μ m。在這種集成攝像機(jī)的實(shí)際例子中，例如，可以使用2/3英寸CMOS傳感器和8百萬像素的分辨率。CMOS傳感器的有源表面的縱橫比典型為4:3，作為其結(jié)果，像素數(shù)為3264個像素X 2448個像素。這種傳感器與具有對應(yīng)焦距的物鏡相組合將既滿足前述視野需求，也使能實(shí)現(xiàn)Iarcsec的所需角測量精度。典型地講，可以實(shí)現(xiàn)1/50個像素的像素插值。
[0140]該光學(xué)單元可以根據(jù)要求設(shè)置為固定焦距或可變焦距光學(xué)單元，其中，后者可以例如利用距離測量單元的測量距離信息來聚焦。對于連續(xù)可變或階梯焦距和/或縮放功能的情況來說，根據(jù)本發(fā)明，具體來說，應(yīng)當(dāng)確保，當(dāng)前縮放因子和目標(biāo)線過程誤差因此在校準(zhǔn)和測量期間被加以考慮。
[0141]激光器和攝像機(jī)的射束路徑例如在圖3的實(shí)施方式中利用反射鏡疊加到快速內(nèi)部軸上。根據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)緯儀導(dǎo)出的這種構(gòu)象應(yīng)當(dāng)在數(shù)學(xué)校準(zhǔn)模型中并且具體來說，在利用掃描儀的2位置測量的構(gòu)造中加以考慮。而且，示出了固定安裝臺9上的設(shè)置和目標(biāo)板2的示例，該目標(biāo)板具有目標(biāo)標(biāo)記和目標(biāo)軸，該目標(biāo)板瞄準(zhǔn)在后者上，其在掃描儀I中根據(jù)用于距離測量的激光束的方向確定。
[0142]圖4示出了用于掃描儀中的射束偏轉(zhuǎn)的另一通常實(shí)施方式，該掃描儀由可環(huán)繞快速軸23 (耳軸)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)頭7和傾斜的反射表面29構(gòu)成。與由距離測量模塊利用激光器5輻射的測量射束并行地疊加到射束路徑中的是利用(優(yōu)選為二色)分束器6的瞄準(zhǔn)攝像機(jī)4 (象征性地例示)的視野的光軸。該攝像機(jī)的光軸另選地還可以利用中空軸從相對軸側(cè)疊力口，作為結(jié)果，攝像機(jī)針對激光器的視野是直徑方向的。對于根據(jù)本發(fā)明的精度確定和校準(zhǔn)來說，即，如果其因此被考慮，則不相關(guān)。射束偏轉(zhuǎn)的構(gòu)造而且和射束引導(dǎo)的另一另選實(shí)施方式的構(gòu)造都可與本發(fā)明兼容。
[0143]圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的適于作為目標(biāo)板2的目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)的圖形構(gòu)造的實(shí)施例，其被用于說明這種目標(biāo)標(biāo)記的幾個特征。然而，除了這種特定目標(biāo)2以外，還可以確定地使用天然目標(biāo)(其滿足所述特征至對應(yīng)程度)。然而，為實(shí)現(xiàn)最高程度的精度，意向上推薦使用特別設(shè)計有這些特征的目標(biāo)板2。
[0144]示例性目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)具有幾何地指示的對稱點(diǎn)或標(biāo)記點(diǎn)41。具有標(biāo)記的目標(biāo)物體可以被設(shè)置為平坦目標(biāo)板2，或者設(shè)置為空間構(gòu)造的目標(biāo)物體2。然而，使用三維目標(biāo)物體根據(jù)本發(fā)明不是絕對必要的。
[0145]前述標(biāo)記41旨在主要針對攝像機(jī)最優(yōu)化，而且對于激光器來說，就是說，除了攝像機(jī)圖像上的良好可見性以外，還希望將激光束反射回距離測量單元。通過示例的方式，白色區(qū)41或具有反射膜的區(qū)域41位于目標(biāo)板2的中央，以便在整個射束截面上均衡地成像測量激光，并且針對距離測量單元和攝像機(jī)對應(yīng)地將其反射回。
[0146]目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)的強(qiáng)亮度對比度使得控制和估計軟件更容易自動地發(fā)現(xiàn)目標(biāo)板、標(biāo)識取向，以及確定標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)，或者更一般地說，確定目標(biāo)板的本地坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)的坐標(biāo)，并且同時確保按方位角和仰角的高角分辨率。通過示例的方式，所示圖案在具有許多邊緣和尺寸和取向的攝像機(jī)的波長范圍下具有高對比度，以使這在整個推薦距離范圍上可被攝像機(jī)拍攝而不會圖形失真。具有黑色44和白色43幾何插圖的示例性圖案在此只是許多變型例之一。在具有固定焦距光學(xué)單元的集成攝像機(jī)的特定情況下，這些圖案必須不能太小，以使任何焦距外圖形也仍可估計。
[0147]為了能夠單個地標(biāo)識目標(biāo)，可以提供另一區(qū)域42，其包含標(biāo)識碼，和/或準(zhǔn)許確定該板在空間中的取向，其可以利用攝像機(jī)圖像對應(yīng)地估計?？蛇x的回射區(qū)例如可以用于自動尋找目標(biāo)板。[0148]對于低精度校準(zhǔn)來說，一個目標(biāo)標(biāo)記就足夠了，其例如被制造方提供為PDF文件，并且其可以由用戶自身利用打印機(jī)物理地再現(xiàn)。對于更高類別的精度來說，推薦穩(wěn)定的尺寸上準(zhǔn)確的目標(biāo)板2，例如，平坦硬化的、自粘膜或者塑料或金屬板。
[0149]圖5b示出了利用先前校準(zhǔn)的攝像機(jī)和圖像處理的測量的原理。攝像機(jī)的視野(其變得可通過表面型圖像傳感器以圖像點(diǎn)或像素的分辨率來拍攝)用矩形200和201來表示。在這種情況下，視野200示出了第一位置中的記錄圖像，而視野201示出了第二位置中的記錄圖像。表示為符號L的圖像示出了所觀察的目標(biāo)板的本地坐標(biāo)軸210。目標(biāo)板的本地坐標(biāo)(例如，以哥恩為單位)與攝像機(jī)的像素坐標(biāo)之間的參照(對于該設(shè)置來說精確地有效)可以利用目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)來確定。該圖案對應(yīng)于針對方向的絕對編碼和環(huán)繞目標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角，該編碼圖案的中心點(diǎn)例如可以被用于方向測量，而該圖案的對準(zhǔn)例可以被用于拍攝環(huán)繞目標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角。攝像機(jī)零點(diǎn)(rc=0且ri=0)可以被確定為目標(biāo)方向的零點(diǎn)，并且(如上已經(jīng)進(jìn)一步描述的)可根據(jù)垂直軸的方向例如利用方位角瞄準(zhǔn)來確定。由此，方向212、213被精確地限定并且可針對目標(biāo)板及其旋轉(zhuǎn)或傾斜214來測量。在另一可選步驟中，激光器被點(diǎn)亮，并且激光器目標(biāo)軸對于攝像機(jī)來說在作為光點(diǎn)(激光點(diǎn))211的場41上變得可見。圖像處理裝置基于按圖像坐標(biāo)測量的距離測量激光的光點(diǎn)來計算目標(biāo)線的角位置。結(jié)果，獲知了激光器與攝像機(jī)之間的取向。另外，可以可選地利用距離測量來檢查有效焦距(校準(zhǔn)焦距)。點(diǎn)211象征通過攝像機(jī)對距離測量激光在目標(biāo)點(diǎn)上的入射點(diǎn)進(jìn)行成像，其如上所述可在攝像機(jī)中測量，由此，確定激光的兩個方向參數(shù)rc、ri，并由此限定有效掃描儀目標(biāo)軸。
[0150]因為同一目標(biāo)板按兩個掃描儀面上測量，所以全向坐標(biāo)方位角(Hz)和仰角(視角(V)在無差錯軸系統(tǒng)中對應(yīng)。與此相反，如果軸包含誤差，則利用攝像機(jī)拍攝的方向和目標(biāo)旋轉(zhuǎn)對于無差錯系統(tǒng)的希望變換來說不同。通過示例的方式，這些誤差可以通過疊加來自第一位置和第二位置的兩個圖像來確定，如圖5b下半部分中所示。選擇疊加，以使兩個圖像200和201的本地坐標(biāo)軸210重合。在此通過測量箭頭例示的尺寸例示了采用平移和旋轉(zhuǎn)形式的必需圖像變換，其中，確定地，還可以使用諸如的比例縮放或圖像失真或失真修正的其它變換。平移與V指數(shù)誤差和耳軸傾斜相關(guān)聯(lián)，而偏差物體旋轉(zhuǎn)指示偏轉(zhuǎn)鏡耳軸的角誤差。作為該基于圖像的估計方法的另選例，其除了物體方向以外還拍攝希望旋轉(zhuǎn)相對于目標(biāo)軸的偏差，在有關(guān)圖10的說明中描述了更簡單的、完全基于方向的方法。
[0151]圖6通過示例的方式例示了掃描儀1，對此，出于說明的目的，示意性地例示了其軸系統(tǒng)和幾個示例性誤差及其影響。這種形式的例示還在圖7和圖8中類似地延續(xù)。
[0152]圖6用于說明利用雙軸傳感器的傾斜測量。其示出了盡管垂直設(shè)置裝置1，也測量包含誤差的鉛錘方向24，真實(shí)鉛錘方向與垂直軸22重合?？v向與橫向誤差利用針對法線21的平行線20在針對軸22的法平面中限定。為了進(jìn)行精確且非常準(zhǔn)確的測量，必須利用常規(guī)逆向方法來確定縱向角50與橫向角51相對于真實(shí)鉛錘方向22的偏差。用于該目的的過程可比得上在常規(guī)經(jīng)緯儀中使用的過程，其中，在該校準(zhǔn)過程中，利用垂直軸的任一起始角的測量傾斜并且利用移動了 200哥恩(180° )的垂直軸來平均化/相減角偏移50和51。垂直軸的其它移動角下的測量值當(dāng)然也可以加以考慮，以便增加可實(shí)現(xiàn)精度和/或確定統(tǒng)計特征變量。而且，圖6示出了真實(shí)水平面25。
[0153]參照圖7，對根據(jù)本發(fā)明的掃描儀I中的目標(biāo)軸偏差的影響進(jìn)行說明。在利用望遠(yuǎn)鏡作為瞄準(zhǔn)裝置的傳統(tǒng)測量儀器中，以精確的取向按兩個面測量遠(yuǎn)程目標(biāo)點(diǎn)，作為其結(jié)果，可以將所謂的V指數(shù)確定為常數(shù)。在3D掃描儀I中，由于缺乏望遠(yuǎn)鏡目標(biāo)化單元和可按極其復(fù)雜的方式以角秒精度對準(zhǔn)的激光束，因而在這種形式下幾乎不可能。有關(guān)激光束的角取向的誤差影響的更精確分析還示出了，存在于望遠(yuǎn)鏡儀器中的、作為用于描述所述誤差的參數(shù)的垂直角指數(shù)(V指數(shù))不再按這種簡單形式存在。這是因為裝置中的光學(xué)路徑或目標(biāo)軸的不同地構(gòu)造的設(shè)置和外形。代替已知的垂直角指數(shù)，在掃描儀I中，出現(xiàn)偽造所測量垂直角的不同影響參數(shù)，其在根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)方法中對應(yīng)地加以考慮。
[0154]相對于垂直軸22和目標(biāo)或激光軸3的垂直角31在掃描儀I中同樣可以與角測量方向3'偏離開角52，但后者因掃描儀I中的射束引導(dǎo)的幾何機(jī)構(gòu)而不再必需是仰角區(qū)上的常數(shù)。在掃描儀中，具體來說，在也不移動距離測量單元的激光源的那些掃描儀中，這可以取決于一個或兩個軸位置。這必須因此數(shù)學(xué)地建模，并且在確定包含誤差的角測量3'的方向和校準(zhǔn)參數(shù)時加以考慮。
[0155]圖8示出了準(zhǔn)直誤差54和掃描儀I的耳軸傾斜53。耳軸傾斜53和準(zhǔn)直誤差54(Hz瞄準(zhǔn))是來自利用瞄準(zhǔn)裝置的傳統(tǒng)測量裝置的已知參數(shù)，這些參數(shù)描述了目標(biāo)軸相對于關(guān)于耳軸23理想100哥恩角的水平偏差。
[0156]該例示圖再次示出了垂直軸22和耳軸23，而激光目標(biāo)軸3 (該激光目標(biāo)軸處于相對于耳軸23對稱的包含垂直軸22的平面中)沿水平方向偏離理論上的預(yù)定目標(biāo)軸3'達(dá)準(zhǔn)直誤差54。而且，還利用角53例示了包含誤差的耳軸26相對于耳軸23的耳軸傾斜53，該耳軸23理論上相對于垂直軸22正交。
[0157]在實(shí)踐系統(tǒng)中，在此分離地各自說明的誤差通常不是因自身而是按任何組合出現(xiàn)。
[0158]對于掃描器I來說，需要匹配至誤差影響的新校準(zhǔn)模型來定量地描述垂直軸、耳軸、相對于作為快速旋轉(zhuǎn)軸的耳軸55、56的激光軸、旋轉(zhuǎn)鏡相對于旋轉(zhuǎn)軸的偏轉(zhuǎn)角，以及另一些可能相關(guān)軸，其涉及角傳感器與目標(biāo)軸之間的關(guān)系。而且，離開儀器的激光束的光軸在此被視為目標(biāo)軸。任何軸偏移，就是說，軸之間的距離主要在附近范圍中起作用；在較大距離下，它們的影響在良好近似下可以忽略。在此假定由制造方在校準(zhǔn)模型中測量并考慮軸偏移，并由此，在這點(diǎn)上，現(xiàn)場校準(zhǔn)不是必需的。
[0159]對于圖9中作為示例例示的實(shí)施方式的情況，其中，例如由于激光波長或幾何排布結(jié)構(gòu)，因而激光束不可利用集成攝像機(jī)來觀察，另選地，可以使用可以外部插接或者例如集成在支承體中的輔助裝置17，來測量激光束相對于支承體和當(dāng)前有效V指數(shù)的兩個方向角rc、ri。另外，可以將可定位靈敏檢測器(PSD)或另一攝像機(jī)以秒精度插入或者安裝在支承體上，以便由此在耳軸角傳感器處與V角一起來確定激光束方向。輔助裝置17在這種情況下可以按各個V角插入裝置I上的幾個位置處。這種具有PSD傳感器的瞄準(zhǔn)器在不可利用攝像機(jī)拍攝的激光點(diǎn)的情況下，可以被用于高精度地確定相對于攝像機(jī)的理論目標(biāo)軸和/或光軸的預(yù)定方向的射束偏差。作為PSD傳感器的另選例，其基于橫向光電效應(yīng)，還可以使用其它光學(xué)位置來確定光點(diǎn)(舉例來說，如光電二極管、正交光電二極管、CCD/CM0S攝像機(jī)等)的位置。利用從可以插接的輔助裝置17限定和獲知的方向，可以唯一地確定校準(zhǔn)模型的所有參數(shù)(包括攝像機(jī)零點(diǎn))，特別是如果該輔助裝置可以按不同V角來安裝的話。
[0160]根據(jù)先前例示圖，采用在圖10a、10b、10c、10d中公用的輔助半球例示圖的形式，更詳細(xì)地并且參照根據(jù)本發(fā)明的用于校準(zhǔn)掃描儀I的原理的具體配置可能性，對利用瞄準(zhǔn)攝像機(jī)4觀察的軸誤差進(jìn)行說明。圖10a、10b、10c以及IOd定量地例示了目標(biāo)板的坐標(biāo)怎樣關(guān)聯(lián)至攝像機(jī)的坐標(biāo)。
[0161]根據(jù)本發(fā)明的現(xiàn)場校準(zhǔn)方法可以在不同示例性實(shí)施方式和變型例中實(shí)現(xiàn)。對于具有已知坐標(biāo)的目標(biāo)板2的情況來說，可以按單一掃描儀設(shè)置并且按一個或兩個面來測量。作為第一步驟，可以利用攝像機(jī)來確定并檢查激光取向rc、ri (例如先前已經(jīng)說明的)。隨后，在不利用激光的情況下，可以利用軸模型和調(diào)節(jié)計算來確定諸如攝像機(jī)零點(diǎn)、V指數(shù)、耳軸傾斜以及鏡傾斜的參數(shù)。本方法的該可能實(shí)施方式執(zhí)行起來相對簡單，而在制備方面相當(dāng)復(fù)雜，因為目標(biāo)板2必須例如利用經(jīng)緯儀預(yù)先準(zhǔn)確地對應(yīng)校準(zhǔn)。
[0162]根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施方式還可以利用非參照目標(biāo)板2來執(zhí)行校準(zhǔn)。這些目標(biāo)板的坐標(biāo)在這種情況下未知。根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)的第一變型例已經(jīng)參照圖5b進(jìn)行了說明，其中，除了方向以外，按角秒級的圖像旋轉(zhuǎn)也利用攝像機(jī)準(zhǔn)確地測量。
[0163]在檢查過程的另一簡化變型例中，現(xiàn)在測量針對目標(biāo)板2的方向?？梢允境?，利用這種處理(在不需要根據(jù)本發(fā)明的攝像機(jī)測量的情況下)，不是所有軸參數(shù)都可在單一掃描儀設(shè)置下確定(即使利用2位置測量)，因為在調(diào)節(jié)計算中所需的模型矩陣意外變?yōu)槠娈惖摹?br> [0164]與此相反，當(dāng)利用根據(jù)本發(fā)明的方法時，該問題例如因確定激光的軸參數(shù)和旋轉(zhuǎn)軸可以分離地處理而未出現(xiàn)。激光方向的軸參數(shù)rc、ri可以利用對目標(biāo)板2上的激光點(diǎn)的攝像機(jī)觀察或者利用如圖9所述的輔助裝置17來確定。利用朝著數(shù)量為η的目標(biāo)板瞄準(zhǔn)的攝像機(jī)按2位置處理來確定諸如pc1、k以及i的機(jī)械軸參數(shù)。掃描儀針對目標(biāo)板的單一設(shè)置在此是足夠的。
[0165]圖1Oa按球例示圖示出了，具有垂直軸22和耳軸23以及中心旋轉(zhuǎn)鏡29的理想軸系統(tǒng)，該中心旋轉(zhuǎn)鏡偏轉(zhuǎn)攝像機(jī)的視野和激光或目標(biāo)軸3。符號“L”101表示攝像機(jī)的本地坐標(biāo)系統(tǒng)，并且在攝像機(jī)的傳感器平面中按對應(yīng)于圖像的每一種情況例示?！癓”的兩個方向還可以被視為表示激光源的射束方向相對于快速旋轉(zhuǎn)或耳軸的可能角偏差rc、ri。借助于這些角偏轉(zhuǎn)，攝像機(jī)的本地坐標(biāo)系統(tǒng)還可以描述可能的激光束偏差。圖1Oa參照符號L具體例示了，目標(biāo)在按V=IOO哥恩的水平瞄準(zhǔn)104與按V=O哥恩的方位瞄準(zhǔn)103之間的本地攝像機(jī)坐標(biāo)的100哥恩移動。
[0166]圖1Ob例示了在V=IOO哥恩的垂直角下的2位置測量為什么不適于確定激光束方向rc、ri的參數(shù)。攝像機(jī)坐標(biāo)101因而還有來自兩個測量的激光束方向根據(jù)坐標(biāo)軸115重合。這根據(jù)經(jīng)緯儀中的準(zhǔn)直誤差的傳統(tǒng)測量未獲知，并由此是測量員不希望的。然而，在目標(biāo)軸3所示的V=50哥恩或350哥恩下，攝像機(jī)坐標(biāo)在第一和第二位置中的彼此相對地旋轉(zhuǎn)達(dá)100哥恩，如參照符號“L” 113 (面I)和114 (面2)可見，并且作為結(jié)果，例如可根據(jù)圖6b中的方法來確定rc和ri。
[0167]圖1Oc按輔助半球示出了具有耳軸誤差的軸系統(tǒng)，就是說，相對于第一位置中的垂直軸22或第二位置中的22B傾斜了的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)軸22A。在V=IOO哥恩下，攝像機(jī)上的目標(biāo)坐標(biāo)在第一和第二位置中必須相對地旋轉(zhuǎn)，如用符號“L”117和118所示。隨著增加仰角直至V=O哥恩(沿著利用虛線例示的弧線)，添加平移，如用具有V=50哥恩的目標(biāo)127和128上的本地攝像機(jī)坐標(biāo)和V=O哥恩的目標(biāo)137和138上的本地攝像機(jī)坐標(biāo)所示。
[0168]旋轉(zhuǎn)鏡的角誤差再次有稍微不同的影響，其在圖1Od的插圖中進(jìn)行了例示。由旋轉(zhuǎn)鏡生成的采用錐形誤差形式的誤差影響實(shí)現(xiàn)了兩個面中的目標(biāo)位置的、無關(guān)仰角的純平移。這用第一位置中的目標(biāo)116、126以及136上的本地攝像機(jī)坐標(biāo)并用第二位置中的對應(yīng)坐標(biāo)119、129以及139來例示(再次沿按虛線繪制的仰角弧線按每一種情況)。
[0169]在具體示例性實(shí)施方式中，該攝像機(jī)通過瞄準(zhǔn)大約20m距離(其可以近似水平地瞄準(zhǔn))的目標(biāo)板的掃描儀，例如相對于現(xiàn)有軸系統(tǒng)，具體來說，相對于垂直軸進(jìn)行重新校準(zhǔn)。該掃描儀在目標(biāo)板采用光柵或矩陣形式按較小步長(step)移動。這里，目標(biāo)板的圖像利用要校準(zhǔn)的攝像機(jī)來記錄。同時，讀取垂直軸和耳軸的角傳感器(Hz，V)。隨后，控制單元利用圖形處理，按攝像機(jī)的本地坐標(biāo)系統(tǒng)的像素單位，來確定或測量目標(biāo)中心點(diǎn)(作為目標(biāo)標(biāo)記的視覺特征的示例)。角傳感器(gon)與攝像機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)(像素)之間的變換，利用調(diào)節(jié)計算根據(jù)由角傳感器值和關(guān)聯(lián)攝像機(jī)位置值構(gòu)成的該組數(shù)據(jù)來確定。該攝像機(jī)由此被校準(zhǔn)至角秒級精度或更好。換句話說，攝像機(jī)的校準(zhǔn)通過關(guān)聯(lián)角傳感器值與來自圖像信息的關(guān)聯(lián)測量結(jié)果來執(zhí)行。結(jié)果，甚至可以考慮逆向測量的、因裝置模型而存在的幾何約束。
[0170]在圖像估計期間，按已知方式對圖像傳感器上的目標(biāo)標(biāo)記的兩個相鄰對比表面之間的邊緣的圖像的位置進(jìn)行插值，并由此以子像素精度確定。由此，過渡像素內(nèi)的邊緣位置可以參照目標(biāo)板的兩個對比表面之間的過渡像素的亮度來推斷，該可實(shí)現(xiàn)位置典型為大約1/50像素。
[0171]通過示例的方式，理想目標(biāo)方向(其由相對于根據(jù)垂直軸和耳軸的軸交叉的法線形成)可以被限定為攝像機(jī)系統(tǒng)中的零點(diǎn)。然而，因為兩個系統(tǒng)(攝像機(jī)模塊和激光源)都安裝在同一旋轉(zhuǎn)主體上(所示情況下的垂直軸上)，所以這兩者之間存在剛性連接。由于它們彼此相對的空間穩(wěn)定性，因而，攝像機(jī)零點(diǎn)可以被限定為無差錯激光目標(biāo)化方向。攝像機(jī)零點(diǎn)的這類定義已經(jīng)在圖1Oa中加以描述，其中，符號“L”的兩個方向被視為表示激光源的射束方向相對于快速旋轉(zhuǎn)或耳軸的可能角偏差rc、ri。攝像機(jī)的本地坐標(biāo)系統(tǒng)的優(yōu)選零點(diǎn)對應(yīng)于符號“L”的角。
[0172]因為裝置結(jié)構(gòu)的技術(shù)穩(wěn)定性考慮，由此在許多情況下，攝像機(jī)(零點(diǎn))的光軸相對于兩個旋轉(zhuǎn)軸的校準(zhǔn)對于每一個裝置設(shè)置來說不是絕對必需的，因為它們的排布結(jié)構(gòu)通常非常穩(wěn)定。針對可獲得點(diǎn)精度具有高靈敏度的最不穩(wěn)定參數(shù)通常是激光rc、ri的、耳軸k的，以及旋轉(zhuǎn)鏡Pci的角偏差，和V指數(shù)i。
[0173]對于根據(jù)本發(fā)明的方法來說，該儀器使得可獲一軟件程序，利用其，基于所述方法，由用戶現(xiàn)場執(zhí)行校準(zhǔn)參數(shù)的新確定。在此，用戶可以選擇應(yīng)當(dāng)檢查裝置的哪些參數(shù)，并且應(yīng)當(dāng)利用校準(zhǔn)測量過程單個地再次確定。
[0174]下面，對用于誤差確定的一個不例性實(shí)施方式進(jìn)行描述，其基于一個設(shè)置中的2位置測量。用于檢查和確定掃描儀的軸誤差的數(shù)據(jù)僅僅包括利用攝像機(jī)支承體測量的方向。為此，掃描儀將其攝像機(jī)瞄準(zhǔn)預(yù)先安裝在周圍的目標(biāo)板，典型地大約它們中的1、2、…、
8、10。它們在兩個面中，按每一種情況通過攝像機(jī)記錄，其中，同時再次讀取垂直和耳軸的角傳感器(Hz，V)。在此，應(yīng)當(dāng)小心的是，對于恰當(dāng)配置的觀察來說，目標(biāo)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)按不同視角可見。必需目標(biāo)板的具體數(shù)量及其推薦設(shè)置位置大致取決于要確定的校準(zhǔn)參數(shù)。 [0175]結(jié)果，所有目標(biāo)標(biāo)記的幾何中心點(diǎn)的角坐標(biāo)在每一種情況下都可用于兩個掃描儀面目標(biāo)板相對于目標(biāo)線旋轉(zhuǎn)的確定(上面進(jìn)一步描述的)在本方法的該示例性例示的最簡單實(shí)施方式中被省略。如果同時拍攝該距離，則獲知完整笛卡兒坐標(biāo)(Xl，Y1, Z1)和(χII，yII, zII)，或者可根據(jù)所測量極坐標(biāo)來求得。[0176]在第一估計步驟中，根據(jù)本發(fā)明的具有掃描功能I的裝置可以被用于確定激光目標(biāo)軸在攝像機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)中的任何角偏差。這對于攝像機(jī)和激光按同一方向取向并且可以通過攝像機(jī)拍攝激光點(diǎn)的掃描儀來說特別簡單。在這種情況下，點(diǎn)亮的激光器瞄準(zhǔn)目標(biāo)板，并且攝像機(jī)按圖像坐標(biāo)測量目標(biāo)板上的激光光斑或激光點(diǎn)的中心點(diǎn)。如果激光的波長范圍不可利用攝像機(jī)拍攝，則可以將目標(biāo)板至少設(shè)置在專門設(shè)置的區(qū)域處，以例如通過在激光等下發(fā)熒光的表面，使得激光點(diǎn)可見于攝像機(jī)。
[0177]在激光器和攝像機(jī)并入支承體的相應(yīng)相對兩側(cè)中并且攝像機(jī)的光軸和距離測量單元的光軸按相應(yīng)不同方向通過旋轉(zhuǎn)鏡偏轉(zhuǎn)的掃描儀的實(shí)施方式中，該校準(zhǔn)稍微更復(fù)雜。例如，可以利用第二準(zhǔn)確的光學(xué)偏轉(zhuǎn)裝置，以便呈遞可利用攝像機(jī)拍攝的激光，或者在這些儀器中的兩側(cè)上使用的旋轉(zhuǎn)軸可以設(shè)置有用于激光的特定剩余透射率，以使一部分激光輻射直接投射在攝像機(jī)上，并由此激光點(diǎn)直接可見。
[0178]在第二步驟中確定仍要確定的剩余軸參數(shù)pc1、k以及i。為了估計2位置殘留的測量數(shù)據(jù)并且為了再次確定校準(zhǔn)參數(shù)，多種特定方法已知且可使用，包括來自本領(lǐng)域的對應(yīng)文獻(xiàn)。針對面I和面2的對應(yīng)數(shù)據(jù)集利用不同形成相關(guān)聯(lián)。因面I和面2中的幾何條件而造成的約束在此被隱含地加以考慮。
[0179]對應(yīng)物體空間坐標(biāo)或目標(biāo)板坐標(biāo)的差異限定了有關(guān)以下的觀察L:
[0180]3D: ( Δ X, Δ y, Δ z) =L3D
[0181]2D: ( Δ Hz, Δ V)=L2D
[0182]其中，Hz=方位角，V=垂直角，
[0183]差異為:
【權(quán)利要求】
1.一種用于具有掃描功能的、具體來說以極坐標(biāo)進(jìn)行測量的裝置(I)的現(xiàn)場校準(zhǔn)方法，所述裝置具有 ?光電距離測量裝置(5 )，其以激光軸作為目標(biāo)軸(3 )， ?機(jī)動光學(xué)偏轉(zhuǎn)單元(7 )，其使所述目標(biāo)軸(3 )相對于所述距離測量裝置(5 )偏轉(zhuǎn)一可變偏轉(zhuǎn)角(32、33)，具體來說，其中，所述目標(biāo)軸(3)通過可相對于所述距離測量裝置移動的反射鏡而偏轉(zhuǎn)，以及 ?角測量裝置，其用于確定所述偏轉(zhuǎn)單元(7)的角位置(31、34)， 所述方法包括以下步驟: ?第一測量，在所述偏轉(zhuǎn)單元(7)的第一角位置(31、34)處測量目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)的角坐標(biāo)作為第一位置，和 ?第二測量，在所述偏轉(zhuǎn)單元(7)的第二角位置(31、34)處測量所述目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)的角坐標(biāo)作為第二位置， 其中，所述第一位置和所述第二位置不同，具體來說，其中，所述第一位置相對于所述第二位置在兩個軸上旋轉(zhuǎn)，以使所述目標(biāo)軸在兩個位置處至少大約指向同一空間方向， 其特征在于， 所述第一測量和所述第二測量是利用圖像(200、201)來執(zhí)行的，所述圖像是以攝像機(jī)(4)執(zhí)行的，其光軸通過所述偏轉(zhuǎn)單元(7)相對于所述攝像機(jī)(4)而偏轉(zhuǎn)，并且基于所述第一位置和所 述第二位置中的所述角位置(31、34)和所述角坐標(biāo)，具體來說利用調(diào)節(jié)計算，來確定校準(zhǔn)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述目標(biāo)標(biāo)記(451、43、44)的所述第一測量和所述第二測量是按所述攝像機(jī)(4)的圖像坐標(biāo)利用數(shù)字圖像處理來執(zhí)行的， 具體來說，其中，所述測量是基于所述第一位置和所述第二位置兩者中的圖像坐標(biāo)，通過確定指向所述目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)的方向和/或所述目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)的旋轉(zhuǎn)來執(zhí)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述測量是以小于5角秒、優(yōu)選地小于I角秒的分辨率，以所述目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)的圖像坐標(biāo)的分辨率，具體來說，以所述圖像(200、201)的子像素分辨率來執(zhí)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于， 所述測量是通過比較和匹配來自所述第一位置和所述第二位置的所述圖像(200、201)中的所述目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)的至少一個視覺特征(210)，優(yōu)選地以所述圖像中的所述視覺特征的子像素分辨率來執(zhí)行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于， 所述校準(zhǔn)參數(shù)是基于數(shù)學(xué)裝置模型來確定的，該數(shù)學(xué)裝置模型表示所述裝置(I)的機(jī)械設(shè)置和射束引導(dǎo)，具體來說，以未偏轉(zhuǎn)激光軸相對于所述偏轉(zhuǎn)單元的旋轉(zhuǎn)軸的方向角偏差作為所述校準(zhǔn)參數(shù)之一的裝置模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于: ?利用集成在所述裝置中，具體來說，集成在所述距離測量裝置(5)中的參照部來對所述距離測量裝置(5)進(jìn)行距離校準(zhǔn)，?在所述第一位置中和所述第二位置中利用經(jīng)距離校準(zhǔn)的所述距離測量裝置(5)來測量與所述目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)的距離(36)，和 ?在確定所述校準(zhǔn)參數(shù)期間合并這些距離(36)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于: 在所述攝像機(jī)(5)的圖像坐標(biāo)中，具體來說，通過利用所述攝像機(jī)(4)確定所述激光軸(3 )在所述目標(biāo)標(biāo)記(2 )上的入射點(diǎn)(211)來校準(zhǔn)所述目標(biāo)軸(3 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于: 基于多個目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)來確定所述具有掃描功能的裝置(I)在其現(xiàn)場設(shè)置中的所述校準(zhǔn)參數(shù)并且在所述第一位置和所述第二位置中測量在每一種情況下的所述校準(zhǔn)參數(shù)，其中，所述校準(zhǔn)方法在所述目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)的位置未知的情況下，不需要重新安置就能夠以所述裝置的單個現(xiàn)場設(shè)置來執(zhí)行，并且其中，所述目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)在每一種情況下都能夠在不同視線角(102、103、104、112、113、114、115、117、127、137、118、128、138、116、126、136、119、129、139)下看到，具體來說，其中，所述目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)被應(yīng)用至2至10個目標(biāo)板(2)，這些目標(biāo)板被設(shè)置在相對于所述具有掃描功能的裝置(I)的不同位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項所述的方法，其特征在于: 根據(jù)所確定的校準(zhǔn)參數(shù)并且基于所述裝置模型，由所述裝置(I)確定和顯示所述目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)的推薦設(shè)置區(qū)。
10.一種用于以點(diǎn)云的形式對物體進(jìn)行空間測量的具有掃描功能的裝置(1)，具體來說，按極坐標(biāo)來測量的3D掃 描儀(I )，該裝置具有 ?光電距離測量裝置(5)，其用于確定沿目標(biāo)軸(3)的方向的距離(36)， ?機(jī)動偏轉(zhuǎn)單元(7)，其用于使所述目標(biāo)軸(3)相對于所述距離測量裝置(5)發(fā)生可變角偏轉(zhuǎn)，具體來說，該機(jī)動偏轉(zhuǎn)單元具有通過電動機(jī)相對于所述目標(biāo)軸(3)可移動的至少一個反射鏡(29)， ?測量裝置，其用于確定所述偏轉(zhuǎn)單元(7)的角偏轉(zhuǎn)(31、34)， ?控制單元，其用于至少部分地自動執(zhí)行測量任務(wù)，具體來說，該控制單元具有本地或空間分離的用戶接口， 其特征在于， 所述偏轉(zhuǎn)單元(7)使攝像機(jī)(4)的光軸相對于所述攝像機(jī)(4)偏轉(zhuǎn)，并且所述攝像機(jī)(4)和所述控制單元被設(shè)置成，使得能夠在現(xiàn)場基于所述攝像機(jī)(4)以多個不同角偏轉(zhuǎn)所拍攝的至少一個目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)的圖像(200、201)，在所述偏轉(zhuǎn)單元(7)的第一位置和第二位置的每種情況下來校準(zhǔn)所述具有掃描功能的裝置(I)的所述角偏轉(zhuǎn)(31、34)，所述第二位置相對于所述第一位置在兩個軸上旋轉(zhuǎn)，以使所述目標(biāo)軸(3)在兩個位置處至少大約指向同一空間方向，具體來說，其中，能夠利用所述攝像機(jī)(4)和所述控制單元來實(shí)現(xiàn)所拍攝的圖像的好于5角秒，優(yōu)選地好于I角秒的角測量精度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置， 其特征在于還包括: 附加準(zhǔn)直器(17)，其被設(shè)置成使得具體來講不能由所述攝像機(jī)(4)拍攝到的所述距離測量裝置(5)的所述目標(biāo)軸(3)能夠按其角位置來測量，優(yōu)選的是，具有用于按多個角位置(31,34)來測量所述目標(biāo)軸(3)的PSD或光學(xué)位置傳感器的準(zhǔn)直器(17)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11中任一項所述的裝置，其特征在于， 所述控制單元被設(shè)置成，使得能夠通過數(shù)字圖象處理，基于所述攝像機(jī)(4)在多個角位置(31、34)所拍攝的所述目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)的所述圖像(200、201)來測量所述目標(biāo)標(biāo)記(41、43、44)的視覺特征(210)，具體來說，其中，能夠利用幾何圖像變換基于測量來校準(zhǔn)所述測量單元，所述幾何圖像變換使來自第一和第二角位置(31，34)的所述圖像(200、201)中的所述視覺特征(210)重合。
13.一種利用根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法來校準(zhǔn)具有掃描功能的裝置(I)的校準(zhǔn)目標(biāo)，其中，所述校準(zhǔn)目標(biāo)具有至少兩個平坦校準(zhǔn)目標(biāo)板(2)，所述校準(zhǔn)目標(biāo)具有 ?具有至少兩個鄰接對比表面(43、44)的視覺特征，該視覺特征由交替的亮表面區(qū)(43)和暗表面區(qū)(44)來表征， ?激光反射區(qū)(41)，該激光反射區(qū)具體來說具有回射表面，以及 ?代碼區(qū)(42)，該代碼區(qū)具有用于標(biāo)識所述目標(biāo)板的圖形編碼，該圖形編碼能夠利用攝像機(jī)(4)光學(xué)地讀出， 其中，所述至少兩個校準(zhǔn)目標(biāo)板(2)被設(shè)置并且排列成，使得它們因重力自身定向，從而垂直地一個在另一個之上且彼此間隔已知距離，具體來說，其中，所述校準(zhǔn)目標(biāo)板為此而附接至鉛錘。
14.一種用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法的、具有根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項所述的具有掃描功能的裝置(I)和至少一個根據(jù)權(quán)利要求13所述的校準(zhǔn)目標(biāo)板(2)的系統(tǒng)。
15.一種存儲在機(jī)器可讀載體上的具有程序代碼的計算機(jī)程序產(chǎn)品，或通過電磁波具體實(shí)施的計算機(jī)數(shù)據(jù)信號，其用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，具體來說，其中，所述程序代碼準(zhǔn)許通過檢查和根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的校準(zhǔn)方法來引導(dǎo)用戶，優(yōu)選的是，當(dāng)該程序在具有掃描功能的裝置(I)的控制單元中執(zhí)行時。
【文檔編號】G01S7/497GK103547939SQ201280022784
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月13日
【發(fā)明者】J·辛德林, B·戈登, 貝恩德·瓦爾澤 申請人:赫克斯岡技術(shù)中心