具有掃描功能性和可選擇的掃描模式的全站儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有掃描功能性和可選擇的掃描模式的全站儀（1）。該全站儀具有電光距離測(cè)量單元（11）和掃描功能性以及分析單元，該分析單元用于分析記錄的測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)并且將其轉(zhuǎn)變成用于點(diǎn)云的掃描點(diǎn)（36），由此能產(chǎn)生具有掃描點(diǎn)（36）的點(diǎn)云。根據(jù)本發(fā)明，距離測(cè)量單元（11）被構(gòu)造成，使得距離測(cè)量能借助運(yùn)行時(shí)間測(cè)量和波形數(shù)字化（WFD）被執(zhí)行。另外，全站儀具有提供至少兩個(gè)掃描模式的程序存儲(chǔ)單元，其中所述至少兩個(gè)掃描模式至少在測(cè)量頻率方面不同，即在每單位時(shí)間的掃描點(diǎn)的數(shù)量方面不同。本發(fā)明還涉及一種用于產(chǎn)生具有掃描點(diǎn)的點(diǎn)云的方法，以及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
【專利說明】具有掃描功能性和可選擇的掃描模式的全站儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種全站儀，一種產(chǎn)生具有掃描點(diǎn)的點(diǎn)云的方法以及一種計(jì)算機(jī)程序 產(chǎn)品。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代全站儀典型地具有緊湊且一體構(gòu)造，其中通常除了對(duì)準(zhǔn)和/或瞄準(zhǔn)裝置以 夕卜，距離測(cè)量單元以及計(jì)算、控制和存儲(chǔ)單元設(shè)置在裝置中，其中距離測(cè)量單元與對(duì)準(zhǔn)和/ 或瞄準(zhǔn)裝置同軸布置。此外，通常對(duì)準(zhǔn)和/或瞄準(zhǔn)裝置的機(jī)械化是一體的。從現(xiàn)有技術(shù)已知 的全站儀能進(jìn)一步具有無線電數(shù)據(jù)接口，用于建立至外部外圍部件，例如至手持式數(shù)據(jù)采 集裝置的無線電連接，該手持式數(shù)據(jù)采集裝置能特別地設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)記錄器或野外計(jì)算機(jī)。
[0003] 望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)具或光學(xué)望遠(yuǎn)鏡典型地作為對(duì)準(zhǔn)和/或瞄準(zhǔn)裝置設(shè)置。望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)具 通常能繞堅(jiān)直樞軸線和水平傾斜軸線相對(duì)于全站儀的基部旋轉(zhuǎn)，使得通過繞兩個(gè)軸線中的 至少一個(gè)軸線樞轉(zhuǎn)而使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)到待被測(cè)量的點(diǎn)上。
[0004] 掃描功能性能附加地作為輔助功能結(jié)合在全站儀中。掃描功能性能例如用來記錄 物體或其表面(例如建筑物的那些表面）的形貌。為此，物體或其表面利用結(jié)合在全站儀中 的距離測(cè)量單元的激光束逐步被掃描。對(duì)于由激光束瞄準(zhǔn)的每個(gè)點(diǎn)，表面點(diǎn)的空間位置通 過借助距離測(cè)量單元測(cè)量距被瞄準(zhǔn)的表面的距離并且將該測(cè)量鏈接到激光發(fā)射的角信息 而被記錄。
[0005] 現(xiàn)代全站儀與較早代的那些裝置相比具有更快速的掃描功能性，其中瞄準(zhǔn)單元的 更快速且精確的對(duì)準(zhǔn)利用改進(jìn)的控制電動(dòng)機(jī)(其能更快速地致動(dòng)并且更快速地動(dòng)作，并且 性能更高）來實(shí)現(xiàn)。因此可以在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)在預(yù)定掃描區(qū)域中記錄多個(gè)點(diǎn)并且可以產(chǎn) 生對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云。
[0006] 文獻(xiàn)US2010/0070229A1公開了具有掃描功能性的全站儀和用于測(cè)量物體的掃描 區(qū)域的掃描方法。該掃描方法包括將掃描區(qū)域分成彼此相鄰的子區(qū)域，其中每個(gè)子區(qū)域均 具有待被測(cè)量的限定數(shù)量的點(diǎn)。在測(cè)量新的子區(qū)域中的點(diǎn)期間，使用為先前測(cè)量的相鄰子 區(qū)域中被測(cè)量的至少一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)的點(diǎn)信息的相應(yīng)的項(xiàng)。這樣，將使高測(cè)量精度和快 速大面積表面測(cè)量成為可能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種全站儀和掃描方法，其允許物體的快速、精確且大面 積表面測(cè)量，并且非常用戶友好并且同時(shí)易于操縱。
[0008] 全站儀具有基部，結(jié)構(gòu)以及瞄準(zhǔn)單元，所述結(jié)構(gòu)布置在所述基部上并且能相對(duì)于 所述基部繞樞軸線樞轉(zhuǎn)，所述瞄準(zhǔn)單元布置在所述結(jié)構(gòu)中并且能相對(duì)于所述結(jié)構(gòu)繞傾斜軸 線樞轉(zhuǎn)，所述傾斜軸線垂直于所述樞軸線。此外，所述全站儀包括用于測(cè)量距物體上的點(diǎn)的 距離的電光距離測(cè)量單元。所述距離測(cè)量單元具有發(fā)射單元，例如激光光源，用于發(fā)射脈沖 測(cè)量射線，該脈沖測(cè)量射線能借助所述瞄準(zhǔn)單元來發(fā)射；以及檢測(cè)器，用于接收在所述物體 上的所述點(diǎn)處被反射的所述測(cè)量射線。所述檢測(cè)器以測(cè)量信號(hào)的形式記錄反射的測(cè)量射 線。另外，所述全站儀具有角測(cè)量單元，例如，角度編碼器，用于確定所述樞軸線和所述傾斜 軸線中的角位置；以及控制和處理單元，用于所述全站儀的數(shù)據(jù)處理和控制。此外，所述全 站儀具有掃描功能性，該掃描功能性借助所述控制和處理單元來控制所述距離測(cè)量裝置和 所述瞄準(zhǔn)單元，使得距離測(cè)量能以掃描方式執(zhí)行，其中因此獲得的測(cè)量信號(hào)能在所述掃描 功能性內(nèi)借助分析單元通過以下步驟被分析：從所述測(cè)量信號(hào)確定至所述物體的距離并且 將兩個(gè)立體角（堅(jiān)直地和水平地對(duì)應(yīng)于瞄準(zhǔn)單元的角位置）分配給該距離，使得所述測(cè)量信 號(hào)被轉(zhuǎn)變成掃描點(diǎn)。最后，表示所述物體的點(diǎn)云能從這些掃描點(diǎn)產(chǎn)生。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，所述全站儀的所述距離測(cè)量單元被構(gòu)造成使得距離測(cè)量能借助運(yùn)行 時(shí)間測(cè)量和波形數(shù)字化來進(jìn)行。另外，所述全站儀具有程序存儲(chǔ)單元，該程序存儲(chǔ)單元提供 至少兩個(gè)掃描模式，其中，所述至少兩個(gè)掃描模式至少在它們的測(cè)量頻率方面不同，即，每 單位時(shí)間確定的掃描點(diǎn)的數(shù)量方面不同。測(cè)量精度，即累積的測(cè)量信號(hào)（由其對(duì)掃描點(diǎn)進(jìn)行 距離確定）的數(shù)量越高，測(cè)量頻率越低。至待被測(cè)量的物體的距離還能被選擇成越大，測(cè)量 頻率越低。假定典型地在全站儀的掃描功能性中使用的測(cè)量射線的脈沖頻率不變。
[0010] 波形數(shù)字化（WFD)基于典型地用于距離測(cè)量的信號(hào)檢測(cè)的兩個(gè)基本原理的結(jié)合。 第一基本原理基于根據(jù)閾值方法的測(cè)量信號(hào)檢測(cè)，并且第二基本原理基于具有用于識(shí)別和 按照時(shí)間順序位置確定信號(hào)的在下游連接的信號(hào)處理的信號(hào)掃描。運(yùn)行時(shí)間并且因此由發(fā) 射單元發(fā)射的測(cè)量脈沖和目標(biāo)脈沖(從目標(biāo)物體反射的并且由檢測(cè)器檢測(cè)到的測(cè)量脈沖） 之間的距離從例如兩個(gè)脈沖的頂點(diǎn)的時(shí)間間隔得出，其中脈沖如相位表中類似地被取樣。 借助于根據(jù)本發(fā)明的利用WFD的全站儀，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中已知的全站儀能實(shí)現(xiàn)對(duì)于相同 的掃描區(qū)域的更精確且快速的距離測(cè)量以及因此總掃描持續(xù)時(shí)間的縮短。
[0011] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，在掃描功能性的范圍內(nèi)，瞄準(zhǔn)單元能繞傾斜軸線和/ 或樞軸線樞轉(zhuǎn)，使得發(fā)射的測(cè)量射線能繞兩個(gè)軸線中的一個(gè)軸線以至少可樞轉(zhuǎn)的方式連續(xù) 對(duì)準(zhǔn)。對(duì)于逐步操作的常規(guī)的掃描方法而言，通過測(cè)量射線的連續(xù)樞轉(zhuǎn)或?qū)?zhǔn)，測(cè)量速度可 以被增大，并且因此總掃描持續(xù)時(shí)間可以被減少。在目標(biāo)脈沖中可能形成的干擾（由于在 入射期間的連續(xù)掃描運(yùn)動(dòng)，物體的表面上的入射和反射脈沖的模糊）能在距物體已知距離 的情況下通過瞄準(zhǔn)單元的角速度被補(bǔ)償，借助于此，測(cè)量射線在物體上方被引導(dǎo)，適于該距 離。如果，除距物體的距離之外，另外的參數(shù)，諸如總掃描持續(xù)時(shí)間或分辨率以由使用者預(yù) 限定，例如，就這些參數(shù)對(duì)角速度進(jìn)行優(yōu)化，因此由控制和處理單元設(shè)定距離。
[0012] WFD還提供對(duì)用于分析這些"模糊的"信號(hào)的改進(jìn)能力的貢獻(xiàn)。
[0013] 在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，至少兩個(gè)掃描模式借助程序存儲(chǔ)單元提供；從 至少包含以下掃描模式的一組掃描模式中選擇：
[0014] -掃描模式0,其具有每秒100, 000個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率，其中從在0. 00001秒的 時(shí)間段內(nèi)累積的相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)每秒100, 〇〇〇次確定距離，并且這距離被轉(zhuǎn)變成一個(gè)掃描 點(diǎn)(距離和立體角）
[0015] -掃描模式1，其具有每秒1000個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率，其中從1/1000秒內(nèi)累積的 相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)每秒1000次確定距離，并且該距離被轉(zhuǎn)變成一個(gè)掃描點(diǎn)(距離和立體角）；
[0016] -掃描模式2,其具有每秒250個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率，其中從1/250秒內(nèi)累積的相 應(yīng)的測(cè)量信號(hào)每秒250次確定距離，并且該距離被轉(zhuǎn)變成一個(gè)掃描點(diǎn)(距離和立體角）；
[0017] -掃描模式3,其具有每秒62個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率，其中從1/62秒內(nèi)累積的相應(yīng) 的測(cè)量信號(hào)每秒62次確定距離，并且該距離被轉(zhuǎn)變成一個(gè)掃描點(diǎn)(距離和立體角）；
[0018] -掃描模式4,其使測(cè)量頻率自動(dòng)適應(yīng)于距物體的當(dāng)前測(cè)量的距離。
[0019] 典型地，用于掃描點(diǎn)的水平和堅(jiān)直立體角被存儲(chǔ)為立體角，掃描點(diǎn)表不在這樣的 時(shí)間段期間測(cè)量光束覆蓋的路線的中間，即，在該時(shí)間段期間內(nèi)用于距離測(cè)量值的記錄的 測(cè)量信號(hào)被累積。對(duì)于上述掃描模式1至3,發(fā)射的測(cè)量射線的固定脈沖頻率優(yōu)選地是每 秒1，000, 000至2, 000, 000個(gè)脈沖。然而，還能想到發(fā)射的測(cè)量射線的其它固定地預(yù)限定 的脈沖頻率，其中上述固定脈沖頻率的選擇也能被存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)單元中。上面指出的掃 描模式0和1表示在該脈沖頻率下的掃描模式，其允許關(guān)于總掃描持續(xù)時(shí)間的非?？焖俚?掃描，但是當(dāng)然由于此而不太精確，并且也僅適于分別達(dá)到150或200m (掃描模式0)或者 300或350m (掃描模式1)的至物體的相對(duì)短的距離。掃描模式2表不關(guān)于掃描速度和物 體距離的優(yōu)化方案并且在達(dá)到400/450m的物體距離下提供合理的，S卩，足夠精確的結(jié)果； 并且掃描模式3表示關(guān)于物體距離和精度的優(yōu)化方案并且能合理地用于達(dá)到大約500m或 600m。當(dāng)然，對(duì)于物體距離而言，物體的表面的反射率也扮演一定角色。在具有良好反射的 光滑表面的情況下，距離能被選擇為稍大于差反射和/或粗糙表面的情況。
[0020] 除了上述掃描模式以外，當(dāng)然，仍更多的掃描模式能被存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)單元中，其 提供另外的測(cè)量頻率，例如，大于每秒100, 〇〇〇個(gè)掃描點(diǎn)、每秒50, 000個(gè)掃描點(diǎn)，每秒500 個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率，每秒125個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率，或者用于測(cè)量單個(gè)點(diǎn)或非常遠(yuǎn)的物 體，例如，lkm遠(yuǎn)，每秒一個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率，其對(duì)應(yīng)于"停和走"（單點(diǎn)測(cè)量）方法中的測(cè) 量。還能規(guī)定，使用者自己編程偏離于這些測(cè)量頻率的測(cè)量頻率并且將其作為掃描模式存 儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)單元中。其他掃描模式也能被存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)單元中，這些其他掃描模式預(yù) 先與限定的固定預(yù)限定測(cè)量頻率結(jié)合，而預(yù)限定例如各種固定預(yù)定的或動(dòng)態(tài)分辨速率，或 者各種固定預(yù)定的分辨速率。
[0021] 作為另一掃描模式，具有不變分辨率，即，在每個(gè)測(cè)量掃描路線或測(cè)量面積上具有 不變的測(cè)量點(diǎn)密度的測(cè)量也能被存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)單元中。在該掃描模式中，瞄準(zhǔn)單元的角 速度的連續(xù)適應(yīng)的適應(yīng)根據(jù)至待被測(cè)量的物體的距離而被執(zhí)行，使得在掃描程序期間待掃 描的區(qū)域的測(cè)量點(diǎn)密度保持不變，并且在改變至物體的距離的情況下也保持不變，例如，在 復(fù)雜的建筑物結(jié)構(gòu)的情況下。至待被測(cè)量的物體的距離在掃描期間被連續(xù)地(利用每個(gè)測(cè) 量脈沖）確定，或者以短時(shí)間間隔(取決于脈沖頻率，以每三分之一、五分之一、十分之一等 測(cè)量脈沖）重復(fù)地確定。
[0022] 標(biāo)準(zhǔn)掃描區(qū)域也能被存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)單元中。這在測(cè)量裝置中是有利的，利用該 測(cè)量裝置，相同的掃描區(qū)域?qū)㈩l繁地被測(cè)量(例如，頻繁全頂（frequent ful Ι-dome )記錄或 180°掃描)。如果掃描區(qū)域未由使用者指定，則控制和處理單元能始終使用該標(biāo)準(zhǔn)掃描區(qū) 域。各種頻繁使用的掃描區(qū)域也能被存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)單元中并且被提供給使用者，例如，當(dāng) 他不指定自己的掃描區(qū)域，使得他選擇其中一個(gè)掃描區(qū)域時(shí)。還可以想到，使用者通過來自 建議的掃描區(qū)域限定作為標(biāo)準(zhǔn)掃描區(qū)域的掃描區(qū)域，他限定自己的掃描區(qū)域并且將掃描區(qū) 域作為可選擇的掃描區(qū)域存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)單元中，或者他還編程自己的標(biāo)準(zhǔn)掃描區(qū)域并且 將其存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)單元中。
[0023] 為了使用者能限定自己的掃描模式，在另一實(shí)施方式中，操作單元和程序存儲(chǔ)單 元因此被設(shè)計(jì)。在掃描中由使用者因他的特殊目的而頻繁需要的參數(shù)的組合能由他以這種 方式以單獨(dú)的掃描模式的形式被編程并且被存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)單元中。
[0024] 因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的全站儀執(zhí)行連續(xù)掃描運(yùn)動(dòng)，因此如果要獲得高效率，則物體的 表面上的入射和反射脈沖的較強(qiáng)"模糊"隨著距待被測(cè)量的物體的距離增大或者隨著掃描 速度增大而發(fā)生。在視覺術(shù)語中，代替"點(diǎn)形的測(cè)量光點(diǎn)"，一定數(shù)量的激光脈沖入射在該 "點(diǎn)形的測(cè)量光點(diǎn)"上，其中一定數(shù)量的激光脈沖的測(cè)量信號(hào)針對(duì)掃描點(diǎn)被累積，并且從"點(diǎn) 形的測(cè)量光點(diǎn)"，一定數(shù)量的激光脈沖被反射，一橢圓形的、更是"卵形測(cè)量光點(diǎn)"出現(xiàn)在物 體上，該卵形測(cè)量光點(diǎn)的延伸（=模糊(厘米)）隨著物體更遠(yuǎn)離全站儀或者激光束的連續(xù)掃 描運(yùn)動(dòng)越快速（=瞄準(zhǔn)單元的角速度）而變得越大。對(duì)于相應(yīng)的掃描點(diǎn)，這導(dǎo)致測(cè)量精度的 降低。根據(jù)本發(fā)明，控制和處理單元因此構(gòu)造成，使得瞄準(zhǔn)單元的角速度適于在特定距離下 合理地被使用的距離或掃描模式。因此，例如，在每秒1000個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率(適于達(dá)到 300m/350m的距離的掃描模式1)下，角速度比在每秒250個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率(適于達(dá)到 400m/450m的距離的掃描模式2)下更快速。此外，處理單元構(gòu)造成使得僅可從由程序存儲(chǔ) 單元提供的掃描模式利用對(duì)使用者來說合理的掃描模式，即，具有"模糊"的掃描模式，該掃 描模式仍導(dǎo)致在至物體的預(yù)期距離處針對(duì)掃描點(diǎn)的合理的距離和立體角數(shù)據(jù)。
[0025] 例如，對(duì)于200m的恒定測(cè)量距離而言，以下值已經(jīng)被證實(shí)是對(duì)于模糊的合理的極 限值(并且因此足夠的精度或分辨率）：
[0026] 對(duì)于1000Hz的測(cè)量頻率，S卩，每秒1000個(gè)掃描點(diǎn)，大約25cm的模糊：
[0027] 對(duì)于250Hz的測(cè)量頻率，大約17cm的模糊；以及
[0028] 對(duì)于62Hz的測(cè)量頻率，大約12cm至13cm的模糊。
[0029] 如上已經(jīng)說明的，模糊被理解為這樣的路線，S卩，測(cè)量光束在其中用于距離測(cè)量值 的測(cè)量信號(hào)被累積的時(shí)間段中分別以預(yù)定測(cè)量頻率覆蓋的路線。
[0030] 對(duì)于較小的距離，對(duì)于各個(gè)測(cè)量頻率(掃描模式）而言，用于模糊的較小的極限值 相應(yīng)地產(chǎn)生，例如，針對(duì)loom的距離下1000Hz產(chǎn)生大約13cm的模糊。
[0031] 如果設(shè)置在程序存儲(chǔ)單元中的掃描模式的至少兩個(gè)掃描模式對(duì)于使用者可用，則 使用者選擇一個(gè)掃描模式。例如，根據(jù)至待被掃描的物體的距離和/或根據(jù)對(duì)掃描程序的 特定要求，例如對(duì)于測(cè)量速度或測(cè)量精度，能執(zhí)行通過使用者選擇的特定掃描模式。
[0032] 為了使用者在每一種情況下均知道全站儀操作的掃描模式，該信息能自動(dòng)地或依 據(jù)使用者的請(qǐng)求被顯示在全站儀的操作單元的顯示屏上。
[0033] 在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，全站儀具有用于輸入至少一個(gè)參數(shù)的操作單 元，其中參數(shù)能是如下的：至物體的估計(jì)或測(cè)量距離，測(cè)量射線的脈沖頻率，掃描區(qū)，瞄準(zhǔn)單 元的角速度，分辨率或總掃描持續(xù)時(shí)間。術(shù)語"總掃描持續(xù)時(shí)間"和"掃描持續(xù)時(shí)間"這里 被同義使用并且包括從測(cè)量開始，即，從測(cè)量信號(hào)的記錄的開始直到測(cè)量結(jié)束的時(shí)間。
[0034] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，耦合至操作單元和程序存儲(chǔ)單元的控制和處理單元 被構(gòu)造成，使得由程序存儲(chǔ)單元提供的至少兩個(gè)掃描模式中的至少一個(gè)掃描模式取決于輸 入至少一個(gè)參數(shù)而自動(dòng)可用。這意味著，借助于控制和處理單元，由程序存儲(chǔ)單元提供的掃 描模式中，合理的掃描模式與這些參數(shù)一起被確定，即，在這些參數(shù)下能夠獲得合理的掃描 結(jié)果(也就是說，具有足夠的測(cè)量精度和/或分辨率的掃描結(jié)果）的掃描模式。在這個(gè)意義 上，合理的結(jié)果例如由足夠大量的可被分析的測(cè)量信號(hào)并且由低范圍噪聲來區(qū)別。該范圍 噪聲合理地小于待被分辨的最小物體(例如，在亞毫米范圍內(nèi)的范圍噪聲)。因此，僅使這些 掃描模式對(duì)使用者可用，以供進(jìn)一步選擇。取決于輸入?yún)?shù)，能使多個(gè)可選擇的掃描模式對(duì) 使用者可用，或者，然而，還可以僅使一個(gè)掃描模式對(duì)使用者可用。還可以設(shè)想，由于輸入?yún)?數(shù)，由程序存儲(chǔ)單元提供的掃描模式中沒有一個(gè)輸送滿意的掃描結(jié)果。對(duì)于這種情況，控制 單元可以構(gòu)造成使得使用者借助例如操作單元接收相應(yīng)的信息，以然后進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)參 數(shù)的適應(yīng)。
[0035] 在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，除了通過使用者輸入至少一個(gè)參數(shù)并且選擇掃 描模式之外，也能借助操作單元來選擇自動(dòng)選擇功能性。使用者對(duì)掃描模式的選擇也可以 從由程序存儲(chǔ)單元提供的至少兩個(gè)掃描模式中選擇而被執(zhí)行，即，沒有發(fā)生預(yù)選可選擇的 掃描模式。然而，從以下掃描模式中選擇掃描模式能被執(zhí)行，即，從由程序存儲(chǔ)單元提供的 掃描模式借助控制和處理單元選擇的并且對(duì)使用者可用的掃描模式。后者是這樣的情況， 例如，在如上所述借助操作單元通過使用者輸入一個(gè)或多個(gè)參數(shù)或借助距離測(cè)量單元通過 裝置確定參數(shù)(例如，距離）的情況下。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明，使用者能附加地借助操作單元選擇自動(dòng)選擇功能性，使得裝置自動(dòng) 進(jìn)行掃描模式的選擇。自動(dòng)掃描功能性能提前選擇或在使來自由程序存儲(chǔ)單元提供的掃 描模式的特定的合理的掃描模式對(duì)使用者可用之后被選擇，其中，從由程序存儲(chǔ)單元提供 的掃描模式中選擇對(duì)使用者可用的合理的掃描模式基于關(guān)于至物體的距離、全測(cè)量持續(xù)時(shí) 間、測(cè)量精度和分辨率的優(yōu)化來執(zhí)行。對(duì)于每個(gè)掃描模式，瞄準(zhǔn)單元的角速度根據(jù)距離借助 算法分別由控制和處理單元自動(dòng)優(yōu)化。僅使這些掃描模式可用，所述掃描模式在關(guān)于模糊 的這些優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)下仍提供足夠精確的結(jié)果(測(cè)量精度和分辨率)。
[0037] 如果使用者授權(quán)全站儀對(duì)掃描模式進(jìn)行選擇，則全站儀的控制和處理單元因此直 接從由程序存儲(chǔ)單元提供的掃描模式中選擇或者從作為合理的掃描模式已經(jīng)對(duì)使用者可 用的掃描模式中選擇，即，最滿足關(guān)于給定條件下的全測(cè)量持續(xù)時(shí)間、測(cè)量精度、分辨率和 距離的競(jìng)爭要求的掃描模式。在待被測(cè)量的物體非常遠(yuǎn)的情況下，例如，上述示例中控制和 處理單元將優(yōu)選地選擇掃描模式3,其中比掃描模式1中多16倍的測(cè)量點(diǎn)被累積以獲得一 個(gè)掃描點(diǎn)。相反，在測(cè)量附近物體的情況下，掃描模式1將優(yōu)選地被選擇，這是因?yàn)樵撃Ｊ?要求短距離下較短的總掃描持續(xù)時(shí)間，但是仍輸送足夠精確的結(jié)果。因此，關(guān)于測(cè)量距離、 總掃描持續(xù)時(shí)間以及測(cè)量精度進(jìn)行優(yōu)化。
[0038] 如果在掃描程序開始之前或開始時(shí)選擇自動(dòng)選擇功能，則完全自動(dòng)地執(zhí)行掃描模 式的選擇。所關(guān)心的物體在一種預(yù)掃描中以非常粗糙的分辨率被掃描，并且通過該掃描，裝 置因此自動(dòng)確定對(duì)于確定合適的掃描模式所必須的參數(shù)，例如，至待被測(cè)量的物體的距離， 反射度（即，從物體反射的入射脈沖的強(qiáng)度)等。如果不能確定這些數(shù)據(jù)的各個(gè)項(xiàng)，則存在這 樣的可能性，即，它們由使用者通過裝置(例如借助操作單元）來查詢。
[0039] 如上已經(jīng)描述的，考慮到由使用者借助操作單元已輸入的和/或已由裝置自動(dòng)確 定的參數(shù)，在對(duì)測(cè)量距離、測(cè)量精度、測(cè)量速度和分辨率進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，執(zhí)行優(yōu)化的合 適的掃描模式的自動(dòng)選擇。
[0040] 在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，記錄的測(cè)量信號(hào)被在線分析，即，在掃描期間被 分析，并且被轉(zhuǎn)變成用于點(diǎn)云的掃描點(diǎn)。在這種情況下總掃描持續(xù)時(shí)間除記錄測(cè)量信號(hào)之 外還包括分析測(cè)量信號(hào)并且將其轉(zhuǎn)變成點(diǎn)云的掃描點(diǎn)。為此目的，在掃描期間記錄的測(cè)量 信號(hào)作為原始數(shù)據(jù)到達(dá)緩沖存儲(chǔ)器中，該緩沖存儲(chǔ)器特別地是暫時(shí)的。借助分析單元，測(cè)量 信號(hào)被分析，即，根據(jù)所選擇的掃描模式被轉(zhuǎn)變成用于點(diǎn)云的掃描點(diǎn)并且被存儲(chǔ)在主存儲(chǔ) 器中。如果例如利用掃描模式2執(zhí)行掃描程序，則因此從在0. 004秒中分別累積的測(cè)量信 號(hào)每秒250次確定距離，相關(guān)聯(lián)的立體角被確定，并且整體被存儲(chǔ)為掃描點(diǎn)。以這種方式， 對(duì)于測(cè)量距離而言，可以獲得針對(duì)每個(gè)掃描點(diǎn)的非常精確的距離測(cè)量值。從因此確定的掃 描點(diǎn)產(chǎn)生的點(diǎn)云僅仍要求相對(duì)于存儲(chǔ)空間的存儲(chǔ)容量的一小部分，原始數(shù)據(jù)將在主存儲(chǔ)器 中占據(jù)所述部分。記錄的測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)的在線分析使方法加速，并且附加地允許在野外，即， 直接在測(cè)量位置處并且在掃描之后立即表示具有掃描點(diǎn)的點(diǎn)云。在測(cè)量之后，使用者因此 不必等待結(jié)果和作為點(diǎn)云的表示。而且不必將在掃描期間記錄的測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠坑?jì) 算機(jī)單元以便分析數(shù)據(jù)并且轉(zhuǎn)換用于點(diǎn)云的掃描點(diǎn)，如在后處理期間常見的情況。然而，不 是不可能的是，分析記錄的測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)并且將其轉(zhuǎn)變成用于點(diǎn)云的掃描點(diǎn)可以在后處理步 驟中進(jìn)行。
[0041] 如果全站儀配備有照相機(jī)，該照相機(jī)能形成待被測(cè)量的物體的圖像記錄，則還能 在在線分析期間基于照相機(jī)圖像執(zhí)行將RGB值分配給每個(gè)掃描點(diǎn)，并且RGB值(色值）能與 立體角數(shù)據(jù)和用于掃描點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)一起被存儲(chǔ)在主存儲(chǔ)器中。
[0042] 本發(fā)明附加地涉及一種具有被存儲(chǔ)在機(jī)器可讀載體中的程序代碼的計(jì)算機(jī)程序 產(chǎn)品。特別是當(dāng)程序在被實(shí)施為根據(jù)本發(fā)明的全站儀的控制和處理單元的電子數(shù)據(jù)處理單 元上被執(zhí)行時(shí)，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品構(gòu)造成用于根據(jù)上述掃描方法來控制和進(jìn)行掃描以產(chǎn)生 具有掃描點(diǎn)的點(diǎn)云。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043] 將基于附圖中示意地示出的特定示例性實(shí)施方式只作為示例在下面更加詳細(xì)地 描述根據(jù)本發(fā)明的全站儀和根據(jù)本發(fā)明的掃描方法。此外還將討論本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。附圖中 相同的元件用相同的附圖標(biāo)記來表示。在具體附圖中：
[0044] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的全站儀和物體的表面的掃描；
[0045] 圖2a示出了具有借助測(cè)量信號(hào)系列采樣的掃描區(qū)的物體，其中測(cè)量信號(hào)系列為 了分析目的而被存儲(chǔ)在緩沖存儲(chǔ)器中；
[0046] 圖2b至圖2d示出了不同掃描模式中測(cè)量信號(hào)系列的相應(yīng)的一個(gè)細(xì)節(jié)分析和轉(zhuǎn)變 成用于點(diǎn)云的掃描點(diǎn)系列的相應(yīng)的細(xì)節(jié)的圖，其中分辨率，即，瞄準(zhǔn)單元或測(cè)量射線的脈沖 頻率和掃描運(yùn)動(dòng)是不變的；
[0047] 圖3a示出了來自圖2a的具有掃描區(qū)的物體；
[0048] 圖3b至圖3d以類似于圖2b至圖2d的表示示出在不變距離下被記錄在物體上的 不同測(cè)量信號(hào)系列的細(xì)節(jié)的圖示，但是具有不同的分辨率，即，具有在相等的脈沖頻率和相 同的分析下在限定長度的測(cè)量距離內(nèi)瞄準(zhǔn)單元或測(cè)量射線的不同速度的掃描運(yùn)動(dòng)，并且測(cè) 量信號(hào)被轉(zhuǎn)變成用于點(diǎn)云的掃描點(diǎn)；
[0049] 圖4示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的掃描模式的、根據(jù)本發(fā)明的第一可 能設(shè)置的圖示；
[0050] 圖5示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的掃描模式的、根據(jù)本發(fā)明的另一可 能設(shè)置的圖示；
[0051] 圖6示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的掃描模式的、根據(jù)本發(fā)明的另一可 能設(shè)置的圖示；
[0052] 圖7示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的掃描模式的、根據(jù)本發(fā)明的另一可 能設(shè)置的圖示；
[0053] 圖8示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的掃描模式的、根據(jù)本發(fā)明的另一可 能設(shè)置的圖示；
[0054] 圖9示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的掃描模式的、根據(jù)本發(fā)明的另一可 能設(shè)置的圖示。

【具體實(shí)施方式】
[0055] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的全站儀1，其具有基部2、結(jié)構(gòu)4以及瞄準(zhǔn)單元3,該結(jié)構(gòu) 4布置在基部2上并且能相對(duì)于基部2繞樞軸線7樞轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)，該瞄準(zhǔn)單元3布置在結(jié)構(gòu)4 中并且能相對(duì)于結(jié)構(gòu)4繞傾斜軸線9樞轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)，該傾斜軸線9垂直于樞軸線7。因此瞄準(zhǔn) 單元3能繞彼此垂直的兩個(gè)軸線(樞軸線7和傾斜軸線9)樞轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。此外，全站儀1包 括距離測(cè)量單元(未示出），其具有用于發(fā)射脈沖測(cè)量射線5的激光源以及用于檢測(cè)反射的 測(cè)量射線的檢測(cè)器，該檢測(cè)器用于確定全站儀和所關(guān)心的物體之間的距離。測(cè)量射線5借 助瞄準(zhǔn)單元3被對(duì)準(zhǔn)并發(fā)射到周圍。借助角度編碼器(未示出），如借助傳統(tǒng)上當(dāng)前設(shè)置在 全站儀中用于確定樞軸線7和傾斜軸線9中的角位置的角度編碼器，用于距離測(cè)量單元的 每個(gè)發(fā)射的或反射的測(cè)量脈沖的角坐標(biāo)可確定。另外，物體20在圖1中示出，其具有待被 掃描的表面22,在該表面上，全站儀1的脈沖測(cè)量射線5已經(jīng)掃描成條狀的掃描區(qū)24的一 部分，其中測(cè)量光束5在表面22上的掃描運(yùn)動(dòng)由虛線5a表示。
[0056] 為了掃描該掃描區(qū)24,全站儀1具有掃描功能性，在借助瞄準(zhǔn)單元3執(zhí)行掃描功能 性期間，脈沖測(cè)量射線5被發(fā)射，由此在物體20的待被掃描的表面22的固定掃描區(qū)24中 測(cè)量形貌。在這里所示的示例中，掃描區(qū)24大體上對(duì)應(yīng)于待被掃描的表面22。通過該瞄準(zhǔn) 單元3的瞄準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)，脈沖測(cè)量射線5被發(fā)射，使得其以最連續(xù)可能的運(yùn)動(dòng)掃描待被掃描的表 面22,這允許增大關(guān)于迄今典型的逐步掃描運(yùn)動(dòng)的測(cè)量速度。脈沖測(cè)量射線的運(yùn)動(dòng)5a在這 里所示的示例中振蕩，其中為了簡化例示，測(cè)量射線5的振蕩運(yùn)動(dòng)5a僅針對(duì)待被掃描的表 面22的一個(gè)細(xì)節(jié)被示出。在該示例中，測(cè)量射線5的振蕩運(yùn)動(dòng)5a借助瞄準(zhǔn)單元3通過發(fā) 射的脈沖測(cè)量射線5的連續(xù)堅(jiān)直對(duì)準(zhǔn)和逐步水平對(duì)準(zhǔn)而形成。為此目的，瞄準(zhǔn)單元3在到 達(dá)堅(jiān)直轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，沿相同方向以預(yù)定角量在一個(gè)步驟中在限定的角范圍內(nèi)繞傾斜軸線9被 連續(xù)上下樞轉(zhuǎn)并且分別繞樞軸線7被樞轉(zhuǎn)。瞄準(zhǔn)單元3繞樞軸線7和繞傾斜軸線9的樞轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)借助全站儀1的控制和處理單元12被控制。
[0057] 除該示例中被示出的脈沖測(cè)量射線5的振蕩運(yùn)動(dòng)5a以外，測(cè)量射線5還能在借助 控制和處理單元12通過瞄準(zhǔn)單元3的適當(dāng)激活在執(zhí)行掃描功能性期間執(zhí)行任何其他運(yùn)動(dòng)， 以便記錄選擇的掃描區(qū)24。特別地，繞傾斜軸線9并且繞樞軸線7的樞轉(zhuǎn)能連續(xù)發(fā)生，并且 繞傾斜軸線9的樞轉(zhuǎn)也能代替繞樞軸線7的樞轉(zhuǎn)不連續(xù)地發(fā)生，根據(jù)需要。如果掃描區(qū)24 是例如水平線，則瞄準(zhǔn)單元3的連續(xù)、水平對(duì)準(zhǔn)通過沿一個(gè)方向繞樞軸線7連續(xù)樞轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)單 元3來執(zhí)行，該對(duì)準(zhǔn)借助控制和處理單元12來控制。
[0058] 對(duì)于特定要求，例如，對(duì)于單點(diǎn)測(cè)量或彼此遠(yuǎn)離間隔開的多個(gè)點(diǎn)的測(cè)量或具有低 分辨率的測(cè)量，瞄準(zhǔn)單元3還能繞兩個(gè)軸線7、9不連續(xù)地，特別是逐步地被樞轉(zhuǎn)。
[0059] 距離測(cè)量能借助脈沖測(cè)量射線、運(yùn)行時(shí)間測(cè)量和波形數(shù)字化(WFD)來執(zhí)行，由此每 秒1，000, 000次測(cè)量和更多次的高測(cè)量頻率是可能的。還將可以想到利用相位測(cè)量或具有 呈這里所述的形式的波形數(shù)字化的相位測(cè)量。
[0060] 由于掃描，形成多個(gè)測(cè)量信號(hào)32,這些測(cè)量信號(hào)為了分析而被存儲(chǔ)在緩沖存儲(chǔ)器 中。圖2a中，物體20的待被掃描的表面22上的掃描區(qū)24的示例被示出。測(cè)量信號(hào)32這 里如所示被記錄在例如堅(jiān)直測(cè)量信號(hào)系列30中，其中單個(gè)測(cè)量信號(hào)32借助WFD被分析。 全站儀1具有分析單元，該分析單元從在特定時(shí)間段內(nèi)累積的大量測(cè)量信號(hào)(根據(jù)所選擇 的掃描模式)確定距離并且將其與相關(guān)聯(lián)的立體角數(shù)據(jù)一起作為掃描點(diǎn)36存儲(chǔ)在主存儲(chǔ)器 中。該主存儲(chǔ)器能是全站儀1的部件(未示出)或能是外部主存儲(chǔ)器。例如，取決于參數(shù)(諸 如距待被掃描的物體的距離和/或使用者的要求，例如，分辨率、測(cè)量距離、測(cè)量速度、或測(cè) 量精度)，在本示例中處于系列中的不同數(shù)量的測(cè)量信號(hào)32能被平均以獲得用于點(diǎn)云的單 個(gè)掃描點(diǎn)36,如針對(duì)不變分辨率基于圖2b至圖2c被圖示表示和說明的(參見下文)。
[0061] 圖3a示出了具有表面22的物體20,該表面22將在掃描區(qū)24中被測(cè)量，見圖2a。 然而，具有不同分辨率的掃描模式在圖3b至3d中被圖示表示和說明。
[0062] 根據(jù)本發(fā)明，全站儀1具有程序存儲(chǔ)單元，該程序存儲(chǔ)單元提供至少兩個(gè)不同的 掃描模式。這至少兩個(gè)掃描模式至少在它們的測(cè)量頻率上不同，即在測(cè)量信號(hào)32的數(shù)量方 面，或者換言之，在每單位時(shí)間產(chǎn)生的掃描點(diǎn)36數(shù)量方面不同，其中該測(cè)量頻率在每掃描 點(diǎn)36或在一時(shí)間段（0. 001秒；0. 002秒，0. 004秒，0. 008秒，0. 016秒)內(nèi)被平均，在所述時(shí) 間段內(nèi)測(cè)量信號(hào)32被累積以從其確定至物體的距離。
[0063] 在圖2a至圖2d的示例中，以每秒1，000, 000激光脈沖的恒定脈沖頻率并且以恒 定的掃描速度對(duì)物體20的表面22上的掃描區(qū)24進(jìn)行掃描，該掃描在本示例中至少在堅(jiān)直 方向上是連續(xù)的，該物體具有恒定距離的表面η。這樣，形成具有測(cè)量信號(hào)32的測(cè)量信號(hào)系 列30。測(cè)量信號(hào)系列30的測(cè)量信號(hào)32現(xiàn)在始終在相同的時(shí)間段內(nèi)累積，該時(shí)間段取決于 掃描模式，并且至物體的距離從測(cè)量信號(hào)被確定，并且相關(guān)聯(lián)的立體角被分配以獲得掃描 點(diǎn)36。代替測(cè)量信號(hào)系列30,當(dāng)然，限定幾何形狀和尺寸的測(cè)量信號(hào)場(chǎng)以及因此測(cè)量信號(hào) 的限定數(shù)量和分布也用來確定掃描點(diǎn)。
[0064] 圖2b至圖2d分別示出了具有在不同選擇的掃描模式的情況下的點(diǎn)云的掃描點(diǎn)系 列34的相應(yīng)的細(xì)節(jié)的測(cè)量信號(hào)系列30的細(xì)節(jié)。
[0065] 圖2b不出了第一掃描模式(掃描模式1)的結(jié)果：掃描區(qū)24在每秒1000個(gè)掃描點(diǎn) 的測(cè)量頻率下被記錄。這意味著，在理想情況下在每秒1，〇〇〇, 〇〇〇個(gè)脈沖的發(fā)射的測(cè)量射 線的脈沖頻率下，如果所有發(fā)射的脈沖都產(chǎn)生可用的測(cè)量信號(hào)，則對(duì)于每個(gè)掃描點(diǎn)36,1000 個(gè)測(cè)量信號(hào)32被累積以確定距離測(cè)量值。
[0066] 圖2c不出了另一掃描模式(掃描模式2)的結(jié)果，其中掃描區(qū)24以每秒250個(gè)掃 描點(diǎn)的測(cè)量頻率被記錄。這意味著，對(duì)于距離確定而言每個(gè)掃描點(diǎn)累積的測(cè)量信號(hào)的數(shù)量 在相同的脈沖頻率下這里比來自圖2b的示例中的測(cè)量信號(hào)的數(shù)量高四倍，該測(cè)量信號(hào)的 數(shù)量相應(yīng)地由表示測(cè)量信號(hào)32并且被轉(zhuǎn)變成掃描點(diǎn)36的點(diǎn)的數(shù)量表示。
[0067] 圖2d不出了另一掃描模式(掃描模式3)的結(jié)果，其中掃描區(qū)24在每秒62個(gè)掃描 點(diǎn)的測(cè)量頻率下被記錄，使得這里在理想情況下，與掃描模式1相比16倍數(shù)量的測(cè)量信號(hào) 被累積以確定距離。每單個(gè)掃描點(diǎn)36的精度在本示例中低于示例2c和2d中的掃描點(diǎn)36 的精度，這是因?yàn)?，?duì)于圖2b的示例中的掃描點(diǎn)36而言，最小數(shù)量的測(cè)量信號(hào)在最短時(shí)間 段內(nèi)并且還在測(cè)量射線的相等的、不變脈沖頻率下為距離確定而被累積。主存儲(chǔ)器中所要 求的存儲(chǔ)容量還有利地因此從示例2b減小到示例2d。
[0068] 針對(duì)每個(gè)掃描模式，瞄準(zhǔn)單元的角速度取決于距離借助算法由控制和處理單元分 別自動(dòng)優(yōu)化。
[0069] 圖3b至圖3d以與圖2b至圖2d相似的表示示出了在不變距離下但是具有不同的 分辨率，即，具有瞄準(zhǔn)單元3或測(cè)量射線5的不同速度的掃描運(yùn)動(dòng)，在物體20上記錄的不同 測(cè)量信號(hào)系列30的細(xì)節(jié)的圖示。對(duì)于限定長度的測(cè)量段，該意味著，在發(fā)射的測(cè)量射線的 相應(yīng)的相等的脈沖頻率的情況下，掃描運(yùn)動(dòng)越快，由檢測(cè)器記錄在該測(cè)量段上的測(cè)量信號(hào) 32的數(shù)量越低。在測(cè)量信號(hào)32相同分析并且轉(zhuǎn)變成用于點(diǎn)云的掃描點(diǎn)36的情況下，尤其 在分別處于每秒250個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率下這里所示的示例3b至3d中，或者換言之，在相 應(yīng)的0. 004秒的時(shí)間段內(nèi)的測(cè)量信號(hào)的累積，對(duì)于較快的掃描運(yùn)動(dòng)因此產(chǎn)生每測(cè)量段較小 數(shù)量的測(cè)量點(diǎn)36,如在圖3b至圖3d中清楚看到的。瞄準(zhǔn)單元3或測(cè)量射線5的掃描運(yùn)動(dòng) 的速度在圖3b中最低并且在圖3d中最
[0070] 從由程序存儲(chǔ)單元提供的掃描模式進(jìn)行選擇能直接由使用者進(jìn)行或自動(dòng)執(zhí)行。
[0071] 圖4至圖9示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的掃描模式的、根據(jù)本發(fā)明的 不同的可能選擇程序的圖示。
[0072] 圖4示出了程序存儲(chǔ)單元10,該程序存儲(chǔ)單元提供三個(gè)掃描模式，掃描模式1 (sml)、掃描模式2 (sm2)和掃描模式3 (sm3)。標(biāo)準(zhǔn)掃描區(qū)可選地也能被存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ) 單元中，該標(biāo)準(zhǔn)掃描區(qū)能以適于裝置的應(yīng)用主場(chǎng)的方式被限定，并且該標(biāo)準(zhǔn)掃描區(qū)在另一 掃描區(qū)不由使用者預(yù)定時(shí)相應(yīng)地由控制和處理單元訪問。關(guān)于使掃描模式sml、sm2和sm3 可用的信息在步驟a中被傳輸?shù)讲僮鲉卧?4,借此，使用者50能從sml、sm2和sm3選擇掃 描模式。為了幫助使用者選擇匹配的掃描模式，關(guān)于掃描模式的測(cè)量頻率、利用該掃描模 式可獲得的測(cè)量精度以及關(guān)于至物體的距離(在該距離下掃描模式能合理地被使用）的信 息的項(xiàng)在使掃描模式可用時(shí)分別借助操作單元顯示。在步驟b中，使用者50借助操作單元 14 (例如，通過語音輸入、按鈕按壓）或者借助于觸摸屏選擇所提供的掃描模式中的一個(gè)掃 描模式(在這里所示的示例中為sm3)。
[0073] 借助于操作單元14,除了選擇提供的掃描模式外，至少一個(gè)參數(shù)的輸入(參數(shù)）和 /或自動(dòng)選擇功能性的選擇（自動(dòng))也能由使用者50執(zhí)行。參數(shù)能是如下：距物體的估計(jì)或 測(cè)量距離；測(cè)量射線的脈沖頻率(例如，每秒測(cè)量射線的激光脈沖的數(shù)量）；掃描區(qū)(例如通 過輸入掃描區(qū)的角點(diǎn)的角坐標(biāo)，或者由其產(chǎn)生的起始坐標(biāo)和長度以及寬度規(guī)格）；測(cè)量速度 (例如，掃描運(yùn)動(dòng)的角速度的輸入或者與至物體的距離的輸入或測(cè)量結(jié)合、cm/s或m/s的輸 入)，其中測(cè)量速度方位角(樞軸線）和堅(jiān)直(傾斜軸線）能彼此獨(dú)立地設(shè)定；分辨率(例如，每 個(gè)被掃描的表面區(qū)的掃描點(diǎn)密度)，或者，例如，與期望的掃描區(qū)或標(biāo)準(zhǔn)掃描區(qū)結(jié)合的絕對(duì) 掃描持續(xù)時(shí)間（=總掃描持續(xù)時(shí)間)。期望的測(cè)量頻率的輸入也是可能的，其中測(cè)量精度或在 該測(cè)量頻率下仍能合理測(cè)量的至物體的最大距離然后由控制和處理單元確定，并且借助操 作單元使信息的這些項(xiàng)對(duì)使用者可用。關(guān)于掃描模式的選擇的信息，并且，如果參數(shù)輸入已 被執(zhí)行(未示出），則輸入?yún)?shù)被傳輸?shù)娇刂坪吞幚韱卧?未示出），由此在步驟c中，全站儀 的掃描功能性(掃描）或瞄準(zhǔn)單元3的對(duì)準(zhǔn)以及分析(計(jì)算）根據(jù)所選擇的掃描模式sm3被 執(zhí)行。對(duì)于所選擇的掃描模式，瞄準(zhǔn)單元的角速度通過控制和處理單元借助算法根據(jù)距離 分別被自動(dòng)優(yōu)化。為了執(zhí)行掃描模式，控制和處理單元訪問被存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)單元10中的 掃描模式sm3。這能被執(zhí)行，這是因?yàn)樽鳛閽呙枘Ｊ絪m3被存儲(chǔ)的整個(gè)控制和分析程序被 加載到控制和處理單元的內(nèi)存儲(chǔ)器中，或者這是因?yàn)橹辽倏焖龠\(yùn)行的程序部分被加載到內(nèi) 存儲(chǔ)器中。構(gòu)造是可能的，但是有時(shí)不太適于快速掃描，其中控制和處理單元從程序存儲(chǔ)單 元連續(xù)獲得所有需要的信息的項(xiàng)，而沒有將程序"掃描模式sm3"或其部分加載到內(nèi)存儲(chǔ)器 中。
[0074] 圖5示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的掃描模式的、根據(jù)本發(fā)明的另一可 能選擇程序的圖示。在步驟a中，使用者50借助操作單元14來選擇自動(dòng)選擇功能性。這 意味著，與用于執(zhí)行全站儀1的掃描功能性的標(biāo)準(zhǔn)掃描區(qū)結(jié)合的優(yōu)化的合適的掃描模式的 選擇借助控制和處理單元12被自動(dòng)執(zhí)行。為此目的，關(guān)于自動(dòng)選擇功能性的選擇的信息在 步驟b中被傳輸?shù)娇刂坪吞幚韱卧?2。該控制和處理單元12在單次測(cè)量或粗糙掃描中借 助距離測(cè)量單元11控制例如為選擇合適的掃描模式所需的參數(shù)的確定，例如至物體的距 離的測(cè)量，其中距離測(cè)量單元11借助控制和處理單元12被激活，并且借助距離測(cè)量單元11 確定的至物體的距離被傳輸?shù)娇刂坪吞幚韱卧?2 (由虛線箭頭表示)。借助距離測(cè)量單元 11的距離測(cè)量能在掃描之前或在掃描期間被執(zhí)行。取決于所確定的參數(shù)，在步驟c中，優(yōu) 化的合適的掃描模式(在這里所示的示例中為sml)借助控制和處理單元12從由程序存儲(chǔ) 單元10提供的掃描模式sml、sm2和sm3中被選擇。在本文中，術(shù)語"優(yōu)化的合適的掃描模 式"應(yīng)理解為這樣的掃描模式，對(duì)于測(cè)量距離、測(cè)量速度、測(cè)量精度和分辨率而言，利用該掃 描模式，在考慮確定的參數(shù)或多個(gè)參數(shù)時(shí)，能夠獲得最可能的，即，優(yōu)化的掃描結(jié)果。關(guān)于掃 描模式的選擇的信息然后被傳輸?shù)娇刂坪吞幚韱卧?未示出）并且可選地借助操作單元14 被顯示給使用者。在步驟d中，根據(jù)被識(shí)別為最優(yōu)的掃描模式，全站儀1的掃描功能性(掃 描）或者瞄準(zhǔn)單元3的對(duì)準(zhǔn)以及分析(計(jì)算）然后根據(jù)所選擇的掃描模式sml被執(zhí)行。
[0075] 圖6示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的掃描模式的、根據(jù)本發(fā)明的另一可 能選擇程序的圖示。步驟a中，使用者50借助操作單元14選擇自動(dòng)選擇功能性，并且附加 地借助操作單元14輸入下列參數(shù)中的至少一個(gè)參數(shù)：至物體的估計(jì)或測(cè)量距離，測(cè)量射線 的脈沖頻率，掃描區(qū)，測(cè)量速度，分辨率或掃描持續(xù)時(shí)間。關(guān)于自動(dòng)選擇功能性的選擇和至 少一個(gè)輸入?yún)?shù)的信息在步驟b中被傳輸?shù)娇刂坪吞幚韱卧?2。取決于所述至少一個(gè)參 數(shù)，控制和處理單元12控制對(duì)于選擇合適的掃描模式而言所需的另外的參數(shù)的確定，如有 必要。例如，如果特定分辨率由使用者50輸入，則對(duì)于選擇合適的掃描模式而言必須附加 地借助距離測(cè)量單元11執(zhí)行距物體的距離的測(cè)量，如針對(duì)圖4已經(jīng)描述的。基于可利用的 參數(shù)（由使用者輸入并且可選地由裝置自動(dòng)確定)，在步驟c中，優(yōu)化的合適的掃描模式(在 這里所示的示例中為掃描模式1)借助控制和處理單元12從由程序存儲(chǔ)單元10提供的掃 描模式sml、sm2和sm3中選擇。全站儀1的掃描功能性(掃描）或瞄準(zhǔn)單元3的對(duì)準(zhǔn)以及 分析(計(jì)算）因此在步驟d中對(duì)應(yīng)于所選擇的掃描模式sml被執(zhí)行。
[0076] 圖7示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的掃描模式的、根據(jù)本發(fā)明的另一可 能選擇程序的圖示。為了更好地識(shí)別能力，操作單元14在本圖示中針對(duì)各個(gè)步驟a、b和 d以及e、f分別單獨(dú)地示出并且用14a、14b、14c標(biāo)示，當(dāng)然，其中這始終是相同的操作單元 14。在步驟a中，使用者50借助操作單元14a輸入在圖5的描述中已列出的參數(shù)中的至少 一個(gè)參數(shù)。所述至少一個(gè)參數(shù)在步驟b中被傳輸?shù)娇刂坪吞幚韱卧?2。取決于所述至少一 個(gè)參數(shù)，可合理使用的掃描模式(在這里所示的示例中為掃描模式1和2)在步驟c中借助 控制和處理單元12從由程序存儲(chǔ)單元10提供的掃描模式sml、sm2和sm3中選擇并且在步 驟d中借助操作單元14b使該掃描模式對(duì)使用者50可用。在本文中，術(shù)語"合理的掃描模 式"應(yīng)被理解為這樣的掃描模式，利用該掃描模式，考慮到至少一個(gè)參數(shù)，能獲得滿意的掃 描結(jié)果，即，具有足夠的測(cè)量精度和/或分辨率的掃描結(jié)果。在步驟e中，使用者50借助操 作單元14c選擇其中一個(gè)可用的掃描模式(在這里所示的示例中為掃描模式1)。關(guān)于掃描 模式的選擇的信息然后被傳輸?shù)娇刂坪吞幚韱卧?未示出），由此在步驟f中，全站儀1的掃 描功能性(掃描）或瞄準(zhǔn)單元3的對(duì)準(zhǔn)以及分析(計(jì)算）根據(jù)所選擇的掃描模式sml被執(zhí)行。
[0077] 圖8類似于圖7中的圖示示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的掃描模式的、 根據(jù)本發(fā)明的另一可能設(shè)置的圖示。在步驟a中，使用者50借助操作單元14a輸入在圖5 的描述中已列出的參數(shù)中的至少一個(gè)參數(shù)。所述至少一個(gè)參數(shù)在步驟b中被傳輸?shù)娇刂坪?處理單元12。在步驟c中，取決于所述至少一個(gè)參數(shù)，合理的掃描模式(在這里所示的示例 中為掃描模式1和2)借助控制和處理單元12從由程序存儲(chǔ)單元提供的掃描模式sml、sm2 和sm3中被選擇，并且自動(dòng)在步驟d中借助操作單元14b使該合理的掃描模式與自動(dòng)選擇 功能性一起對(duì)使用者50可用。在步驟e中，使用者50借助操作單元14c選擇自動(dòng)選擇功 能性。關(guān)于自動(dòng)選擇功能性的選擇的信息在步驟f中被傳輸?shù)娇刂坪吞幚韱卧?2?？紤] 到在步驟a中由使用者輸入的至少一個(gè)參數(shù)，如有必要，控制和處理單元12控制對(duì)于合適 的掃描模式的選擇而言必需的另外的參數(shù)的確定?；诳衫玫膮?shù)（由使用者輸入并且 可選地由裝置自動(dòng)確定)，優(yōu)化的合適的掃描模式(在這里所示的示例中為掃描模式2 )在步 驟g中借助控制和處理單元12從通過程序存儲(chǔ)單元10b可利用的掃描模式sml和sm2中 被選擇。在步驟h中，全站儀1的掃描功能性(掃描）或瞄準(zhǔn)單元3的對(duì)準(zhǔn)以及分析(計(jì)算） 根據(jù)所選擇的掃描模式sm2被執(zhí)行。
[0078] 圖9類似于圖7中的圖示示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的掃描方法的掃描模式的、 根據(jù)本發(fā)明的另一可能設(shè)置的圖示。在掃描之前，至待被測(cè)量的物體的距離測(cè)量借助距離 測(cè)量單元11來執(zhí)行，如針對(duì)圖4所說明的。取決于測(cè)量的距離，在步驟a中，合理的掃描模 式(在這里所示的示例中為掃描模式1和2)借助控制和處理單元12從由程序存儲(chǔ)單元提 供的掃描模式sml、sm2和sm3中被選擇，并且在步驟b中借助操作單元14a使該合理的掃 描模式對(duì)使用者50可用。在步驟c中，使用者50借助操作單元14b選擇其中一個(gè)可用掃 描模式(在這里所示的示例中為掃描模式2)。關(guān)于掃描模式的選擇的信息然后被傳輸?shù)娇?制和處理單元(未示出），由此在步驟d中，全站儀1的掃描功能性(掃描)或瞄準(zhǔn)單元3的對(duì) 準(zhǔn)以及分析(計(jì)算）根據(jù)所選擇的掃描模式sm2被執(zhí)行。
[0079] 在上述實(shí)施方式中，已經(jīng)作為示例單獨(dú)地或者彼此結(jié)合地示出和/或描述了各個(gè) 細(xì)節(jié)。然而，這不意味著，這些細(xì)節(jié)能僅以所示和/或所述的形式彼此結(jié)合。本領(lǐng)域技術(shù)人 員知道其中在上所示和/或所述的本發(fā)明的實(shí)施方式的細(xì)節(jié)可以合理地彼此結(jié)合的方式， 盡管因?yàn)榭臻g這里不能描述所有的結(jié)合。
【權(quán)利要求】
1. 一種全站儀（1)，該全站儀具有： -基部（2); -結(jié)構(gòu)（4)，該結(jié)構(gòu)布置在所述基部（2)上并且能夠相對(duì)于所述基部（2)繞樞軸線（7) 樞轉(zhuǎn)； -瞄準(zhǔn)單元（3)，該瞄準(zhǔn)單元布置在所述結(jié)構(gòu)（4)中并且能夠相對(duì)于所述結(jié)構(gòu)（4)繞垂 直于所述樞軸線（7)的傾斜軸線（9)樞轉(zhuǎn)； -角測(cè)量單元； -控制和處理單元（12); -電光距離測(cè)量單元（11)，該電光距離測(cè)量單元用于測(cè)量距物體上的點(diǎn)的距離，其中 所述距離測(cè)量單元（11)具有：用于發(fā)射脈沖測(cè)量射線（5)的發(fā)射單元，所述測(cè)量射線能夠 借助所述瞄準(zhǔn)單元（3)被發(fā)射；以及用于接收在所述物體上的所述點(diǎn)處被反射的所述測(cè)量 射線的檢測(cè)器，該檢測(cè)器以測(cè)量信號(hào)（32)的形式來記錄接收到的測(cè)量射線； -掃描功能性，該掃描功能性能夠借助所述控制和處理單元（12)來控制，使得借助 所述距離測(cè)量單元，以掃描的方式執(zhí)行至物體上的點(diǎn)的距離測(cè)量，并且所記錄的測(cè)量信號(hào) (32)借助分析單元被分析并且能夠轉(zhuǎn)變成掃描點(diǎn)（36)，其中對(duì)于每個(gè)掃描點(diǎn)來說，能夠在 兩個(gè)立體角被分配的情況下從所述測(cè)量信號(hào)（32)來確定距所述物體的距離，使得表示所述 物體的點(diǎn)云能夠從所述掃描點(diǎn)（36)產(chǎn)生， 其特征在于， -所述距離測(cè)量單元（11)被構(gòu)造成，使得所述距離測(cè)量能夠借助運(yùn)行時(shí)間測(cè)量和波形 數(shù)字化(WFD)來執(zhí)行，并且 -所述全站儀（1)具有程序存儲(chǔ)單元（10)，該程序存儲(chǔ)單元提供至少兩個(gè)掃描模式，其 中所述至少兩個(gè)掃描模式至少在測(cè)量頻率方面不同，即，在每單位時(shí)間獲得掃描點(diǎn)的數(shù)量 方面不同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全站儀（1)，其特征在于， 在所述掃描功能性的范圍內(nèi)，所述瞄準(zhǔn)單元（3 )能夠繞所述傾斜軸線（9 )和/或所述樞 軸線（7)樞轉(zhuǎn)，使得所發(fā)射的脈沖測(cè)量射線（5)能夠至少以能繞兩個(gè)軸線中的一個(gè)軸線樞 轉(zhuǎn)的方式連續(xù)地被對(duì)準(zhǔn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的全站儀（1)，其特征在于， 至少兩個(gè)掃描模式能夠由所述程序存儲(chǔ)單元（10)提供，并且從至少包含以下掃描模式 的一組掃描模式中選擇： -掃描模式〇,其具有每秒100, 〇〇〇個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率， -掃描模式1，其具有每秒1000個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率， -掃描模式2,其具有每秒250個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率， -掃描模式3,其具有每秒62個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率， -掃描模式4,其使所述測(cè)量頻率自動(dòng)適應(yīng)于當(dāng)前測(cè)量的距所述物體的距離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的全站儀（1 )，其特征在于，所述全站儀（1)具 有操作單元（14),該操作單元通過使用者（50)來 -用于輸入至少一個(gè)參數(shù)，其中所述參數(shù)能夠是如下參數(shù)：至所述物體的估計(jì)距離或 測(cè)量距離，所述測(cè)量射線的脈沖頻率、掃描區(qū)、所述瞄準(zhǔn)單元的角速度、分辨率，或總掃描持 續(xù)時(shí)間；和/或 -用于選擇掃描模式或自動(dòng)選擇功能性。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的全站儀（1)，其特征在于，從能夠借助所述程 序存儲(chǔ)單元（10)提供的所述至少兩個(gè)掃描模式中選擇掃描模式能夠由使用者（50)手動(dòng)地 執(zhí)行或借助所述控制和處理單元（12)自動(dòng)地執(zhí)行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的全站儀（1 )，其特征在于，耦合至所述操作單元（14)和所 述程序存儲(chǔ)單元（10)的所述控制和處理單元（12)被構(gòu)造成使得，根據(jù)借助所述操作單元 (14)輸入的所述至少一個(gè)參數(shù)，從由所述程序存儲(chǔ)單元（10)提供的所述至少兩個(gè)掃描模式 中使至少一個(gè)掃描模式可用。
7. -種用于借助以其掃描功能性進(jìn)行操作的根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的全 站儀產(chǎn)生具有掃描點(diǎn)的點(diǎn)云的方法，其特征在于， -借助程序存儲(chǔ)單元（10)提供至少兩個(gè)掃描模式，其中所述兩個(gè)掃描模式至少在測(cè)量 頻率方面不同，即，在每單位時(shí)間確定的掃描點(diǎn)的數(shù)量方面不同， -從所提供的掃描模式中選擇一個(gè)掃描模式并且在掃描期間執(zhí)行該掃描模式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，借助所述程序存儲(chǔ)單元（10)提供至少 兩個(gè)掃描模式，并且所述至少兩個(gè)掃描模式從至少包含以下掃描模式的一組掃描模式中選 擇： -掃描模式1，其具有每秒1000個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率， -掃描模式2,其具有每秒250個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率， -掃描模式3,其具有每秒62個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量頻率， -掃描模式4,其使所述測(cè)量頻率自動(dòng)適應(yīng)于當(dāng)前測(cè)量的距所述物體的距離。
9. 根據(jù)權(quán)利7或8所述的方法，其特征在于，從所述至少兩個(gè)掃描模式中選擇掃描模式 由使用者（50)執(zhí)行。
10. 根據(jù)權(quán)利7或8所述的方法，其特征在于， -在掃描之前，以單點(diǎn)測(cè)量的形式或以預(yù)掃描的形式來執(zhí)行至物體上的至少一個(gè)點(diǎn)的 距離測(cè)量，或者輸入至少一個(gè)參數(shù)，其中所述參數(shù)能夠是如下參數(shù)：至所述物體的估計(jì)距離 或測(cè)量距離，所述測(cè)量射線的脈沖頻率，掃描區(qū)，所述瞄準(zhǔn)單元的角速度，分辨率或總掃描 持續(xù)時(shí)間， -根據(jù)至少一個(gè)參數(shù)或所述測(cè)量距離，借助控制和處理單元（12)從由所述程序存儲(chǔ)單 元（10)提供的掃描模式中選擇至少一個(gè)掃描模式，并且使所述至少一個(gè)掃描模式對(duì)于使用 者（50)可用，并且 -從至少一個(gè)可用掃描模式中選擇掃描模式由使用者（50)執(zhí)行。
11. 根據(jù)權(quán)利7或8所述的方法，其特征在于， -在掃描之前，執(zhí)行至物體上的至少一個(gè)點(diǎn)的距離測(cè)量，或者輸入至少一個(gè)參數(shù)，其中 所述參數(shù)能夠是如下參數(shù)：至所述物體的估計(jì)距離或測(cè)量距離、所述測(cè)量射線的脈沖頻率、 掃描區(qū)、角速度、分辨率或總掃描持續(xù)時(shí)間， -根據(jù)所述測(cè)量距離或至少一個(gè)輸入?yún)?shù)，借助控制和處理單元（12)從由所述程序存 儲(chǔ)單元（10)提供的掃描模式中選擇至少一個(gè)掃描模式，并且使所述至少一個(gè)掃描模式對(duì)于 使用者（50)可用，并且 -使用者（50)給出用于自動(dòng)選擇掃描模式的指令，并且 -借助所述控制和處理單元從至少一個(gè)可用掃描模式中來選擇優(yōu)化的合適的掃描模 式，其中在對(duì)距所述物體的距離、總測(cè)量持續(xù)時(shí)間、測(cè)量精度和分辨率進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上， 執(zhí)行所述優(yōu)化的合適的掃描模式的選擇。
12. 根據(jù)權(quán)利7或8所述的方法，其特征在于， -根據(jù)在掃描期間測(cè)量的當(dāng)前距離，借助控制和處理單元（12)從由所述程序存儲(chǔ)單元 (10)提供的掃描模式中相應(yīng)地選擇一個(gè)優(yōu)化的合適的掃描模式，并且將該優(yōu)化的合適的掃 描模式用于掃描， -其中在對(duì)距所述物體的距離、總測(cè)量持續(xù)時(shí)間、測(cè)量精度和分辨率的掃描進(jìn)行優(yōu)化的 基礎(chǔ)上，執(zhí)行所述優(yōu)化的合適的掃描模式的選擇。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7至12中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)所記錄的測(cè)量信號(hào)數(shù) 據(jù)在線進(jìn)行分析，即在掃描期間進(jìn)行分析，并且將所記錄的測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成用于點(diǎn)云 的掃描點(diǎn)（36)。
14. 一種具有存儲(chǔ)在機(jī)器可讀載體中的程序代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，特別是當(dāng)程序在 被實(shí)施為根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的全站儀的控制和處理單元（12)的電子數(shù) 據(jù)處理單元上執(zhí)行時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品用于控制和執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求7至13中的任一 項(xiàng)所述的用于產(chǎn)生具有掃描點(diǎn)（36)的點(diǎn)云的方法。
【文檔編號(hào)】G01C15/00GK104101333SQ201410132363
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月5日
【發(fā)明者】H-M·佐格, P·倫格維勒, R·那圖, 雷托·施圖茨 申請(qǐng)人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司