用于確定目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的用于確定目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)的方法和一種根據(jù)權(quán)利要求8前序部分的用于確定目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]EP0481278A1公開一種用于確定目標(biāo)物體的二維或三維地點(diǎn)坐標(biāo)的方法和設(shè)備。該設(shè)備包括激光測(cè)距裝置、相機(jī)裝置、參考裝置和控制裝置。激光測(cè)距裝置具有發(fā)射激光束的發(fā)射元件和接收元件，接收元件接收在目標(biāo)物體上至少部分反射的激光束作為接收光束。參考裝置具有第一軸線和第二軸線，它們彼此垂直設(shè)置并且構(gòu)成內(nèi)部坐標(biāo)系；坐標(biāo)系的第三軸線垂直于第一和第二軸線地延伸通過第一和第二軸線的交點(diǎn)。該設(shè)備還包括用于確定方位角和仰角的第一和第二角度測(cè)量裝置。目標(biāo)物體通過相機(jī)裝置被精確瞄準(zhǔn)并且在此時(shí)激光測(cè)距裝置的瞄準(zhǔn)軸線和相機(jī)裝置的瞄準(zhǔn)軸線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)物體。激光測(cè)距通過激光測(cè)距裝置進(jìn)行并且方位角和仰角的角度值由角度測(cè)量裝置測(cè)定。由距離值和方位角計(jì)算二維地點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)于三維地點(diǎn)坐標(biāo)附加需要仰角。
[0003]已知的用于確定目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)的設(shè)備具有下述缺點(diǎn):需要至少一個(gè)角度測(cè)量裝置，該角度測(cè)量裝置提高用于確定地點(diǎn)坐標(biāo)的設(shè)備的復(fù)雜度和成本。另外，用于激光測(cè)距和角度測(cè)量的激光束必須精確對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)物體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于確定目標(biāo)物體的二維或三維的地點(diǎn)坐標(biāo)的方法，該方法適合用于在內(nèi)部空間中應(yīng)用。另外，應(yīng)提供一種適合用于本發(fā)明方法的用于確定目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)的設(shè)備，在此可在有限的設(shè)備費(fèi)用下以高精度計(jì)算地點(diǎn)坐標(biāo)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)在開頭所提的用于確定目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)的方法中通過獨(dú)立權(quán)利要求1的特征得以解決并且在開頭所提的用于確定目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)的設(shè)備中通過獨(dú)立權(quán)利要求8的特征得以解決。有利的擴(kuò)展方案在從屬權(quán)利要求中給出。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，用于在至少兩個(gè)維度的測(cè)量區(qū)域中確定目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)的方法包括以下步驟:
[0007]在目標(biāo)物體上定位具有反射器元件的貓準(zhǔn)裝置；
[0008]由激光測(cè)距裝置的發(fā)射元件向瞄準(zhǔn)裝置發(fā)射激光束；
[0009]至少一部分激光束在反射器元件上被部分反射；
[0010]由相機(jī)裝置拍攝瞄準(zhǔn)裝置的圖像，該圖像具有至少部分反射的激光束作為反光；
[0011]在瞄準(zhǔn)裝置的圖像中確定反光的重心；
[0012]在反射器元件上至少部分反射的激光束被激光測(cè)距裝置的接收元件接收作為接收光束；
[0013]由接收光束計(jì)算出到目標(biāo)物體的距離；
[0014]由相機(jī)裝置的焦距、計(jì)算出的到目標(biāo)物體的距離和反光重心的第一圖像坐標(biāo)計(jì)算出第一間距；并且
[0015]由距離和第一間距計(jì)算出目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)。
[0016]借助激光測(cè)距和相機(jī)裝置圖像中的反光來確定目標(biāo)物體地點(diǎn)坐標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)在于，不需要昂貴的角度測(cè)量裝置，但仍能以高精度確定地點(diǎn)坐標(biāo)。瞄準(zhǔn)裝置的反射器元件產(chǎn)生反射激光束，該反射激光束在瞄準(zhǔn)裝置的圖像中作為反光可見。本發(fā)明方法適合用于靜止的目標(biāo)物體和運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)物體。
[0017]在本方法的一種擴(kuò)展方案中，由相機(jī)裝置的焦距、到目標(biāo)物體的距離和反光的重心的第二圖像坐標(biāo)計(jì)算出第二間距并且附加地由第二間距計(jì)算出目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)。第二間距允許確定目標(biāo)物體在測(cè)量空間中的三維地點(diǎn)坐標(biāo)。另外，瞄準(zhǔn)裝置的幾何形狀決定，該方法是否可用于確定二維或三維地點(diǎn)坐標(biāo)。為了確定二維地點(diǎn)坐標(biāo)，使用圓柱體或圓柱體區(qū)段形式的瞄準(zhǔn)裝置，并且為了確定三維地點(diǎn)坐標(biāo)使用球形或球段形的瞄準(zhǔn)裝置。
[0018]優(yōu)選借助相機(jī)裝置拍攝瞄準(zhǔn)裝置的一系列圖像。對(duì)準(zhǔn)瞄準(zhǔn)裝置的激光束可構(gòu)造為擴(kuò)寬的具有大于80°張角的激光束，構(gòu)造為運(yùn)動(dòng)的激光束，或構(gòu)造為具有10°以下張角的運(yùn)動(dòng)的激光束。激光束的擴(kuò)寬可沿一個(gè)或兩個(gè)垂直于激光束傳播方向的方向進(jìn)行。在擴(kuò)寬的不運(yùn)動(dòng)的激光束中，激光束在瞄準(zhǔn)裝置的反射器元件上被至少部分反射并且在相機(jī)裝置的圖像中形成反光。當(dāng)相機(jī)裝置拍攝瞄準(zhǔn)裝置的一系列圖像時(shí)，只要發(fā)射激光束，就可看到反光。在運(yùn)動(dòng)的激光束中，相機(jī)裝置既拍攝具有反光的瞄準(zhǔn)裝置圖像又拍攝不具有反光的圖像。
[0019]在本方法的第一種變型方案中，從借助相機(jī)裝置拍攝的一系列圖像中確定具有最強(qiáng)反光的圖像作為具有反光的瞄準(zhǔn)裝置圖像。第一種變型方案尤其適用于運(yùn)動(dòng)的激光束，其中，在由相機(jī)裝置拍攝的一系列圖像中既包括具有反光的圖像又包括不具有反光的圖像。可借助已知的圖像處理技術(shù)確定具有最強(qiáng)反光的圖像。
[0020]在本方法的第二種變型方案中，具有反光的瞄準(zhǔn)裝置圖像通過計(jì)算借助相機(jī)裝置拍攝的一系列圖像之中的多個(gè)圖像的求平均來確定。第二種變型方案尤其適合用于不運(yùn)動(dòng)的激光束，其中，只要發(fā)射激光束，則在圖像中可見反光?？山柚阎膱D像處理技術(shù)對(duì)多個(gè)具有反光的圖像求平均。
[0021]在本方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，借助相機(jī)裝置拍攝瞄準(zhǔn)裝置的圖像以及借助激光測(cè)距裝置測(cè)量到瞄準(zhǔn)裝置的距離同時(shí)通過控制裝置啟動(dòng)。通過同時(shí)開始測(cè)距和瞄準(zhǔn)裝置的圖像拍攝，使激光測(cè)距裝置與相機(jī)裝置同步。該同步對(duì)于運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)物體是有利的。因?yàn)橛糜跍y(cè)距的測(cè)量時(shí)間和用于相機(jī)裝置的曝光時(shí)間通?；ゲ幌嗤?，所以距離值和瞄準(zhǔn)裝置的圖像并非被同時(shí)采集。通過同步可將測(cè)得的距離值和所拍攝的瞄準(zhǔn)裝置圖像對(duì)應(yīng)起來。用于測(cè)距和拍攝圖像的時(shí)間點(diǎn)彼此越接近，地點(diǎn)坐標(biāo)的誤差就越小。對(duì)于快速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)物體而言，為了限制誤差，距離值和所拍攝的瞄準(zhǔn)裝置圖像的正確對(duì)應(yīng)關(guān)系十分重要。
[0022]特別優(yōu)選由激光測(cè)距裝置測(cè)得的距離值通過控制裝置相配于借助相機(jī)裝置拍攝的瞄準(zhǔn)裝置圖像。為了減小地點(diǎn)坐標(biāo)的誤差，測(cè)得的距離值和所拍攝的瞄準(zhǔn)裝置圖像之間的正確對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)于快速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)物體而言尤為重要。在測(cè)距啟動(dòng)之后激光測(cè)距裝置的控制元件可為每個(gè)測(cè)得的距離值配置一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，并且在圖像拍攝啟動(dòng)之后相機(jī)裝置的控制元件也可為每個(gè)所拍攝的瞄準(zhǔn)裝置圖像配置一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。通過同時(shí)啟動(dòng)，控制裝置的分析元件將測(cè)得的距離值和所拍攝的瞄準(zhǔn)裝置圖像彼此對(duì)應(yīng)起來。作為對(duì)應(yīng)準(zhǔn)則，例如適合為距離值配置在時(shí)間上跟著的瞄準(zhǔn)裝置圖像，或?yàn)閳D像配置在時(shí)間上跟著的距離值。
[0023]尤其是為了實(shí)施本發(fā)明方法，根據(jù)本發(fā)明的用于在至少兩個(gè)維度的測(cè)量區(qū)域中確定目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)的設(shè)備包括:
[0024]瞄準(zhǔn)裝置，該瞄準(zhǔn)裝置具有反射器元件，該反射器元件確定目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)；
[0025]激光測(cè)距裝置，該激光測(cè)距裝置具有發(fā)射激光束的發(fā)射元件、接收元件以及控制元件，該接收元件接收被反射器元件至少部分反射的激光束作為接收光束；
[0026]相機(jī)裝置，該相機(jī)裝置具有接收裝置和控制元件；
[0027]參考裝置，該參考裝置具有第一軸線和第二軸線，所述第一和第二軸線彼此垂直設(shè)置并且在交點(diǎn)處相交；以及
[0028]控制裝置，該控制裝置具有用于控制激光測(cè)距裝置和相機(jī)裝置的控制元件和用于計(jì)算目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)的分析元件。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備允許在沒有角度測(cè)量裝置的情況下確定目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)。由于不需要角度測(cè)量裝置，可實(shí)現(xiàn)低成本的設(shè)備，該設(shè)備能以高精度測(cè)量目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)。通過控制裝置的控制元件可同時(shí)啟動(dòng)借助激光測(cè)距裝置的測(cè)距和借助相機(jī)裝置的瞄準(zhǔn)裝置圖像拍攝。
[0030]在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，反射器元件構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體或構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體的區(qū)段。瞄準(zhǔn)裝置的反射器元件的幾何形狀決定，設(shè)備是否可用于確定二維或三維地點(diǎn)坐標(biāo)。作為反射器元件，圓柱體或圓柱體區(qū)段形式適合用于二維測(cè)量，并且球或球段適合用于三維測(cè)量。旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體的優(yōu)點(diǎn)在于，從所有方向由表面到中心點(diǎn)的距離都是一致的。目標(biāo)物體的地點(diǎn)坐標(biāo)位于圓柱體的圓柱體軸線或球的球心上。圓柱體或球的半徑存儲(chǔ)于控制裝置中或由操作者輸入控制裝置。為了計(jì)算地點(diǎn)坐標(biāo)，將瞄準(zhǔn)裝置的半徑加上所測(cè)得的激光測(cè)距裝置的距離和反光的圖像坐標(biāo)。
[0031]在第一種變型方案中，激光測(cè)距裝置具有光束成形光具，該光束成形光具將激光束擴(kuò)寬成具有大于80°的張角。在此，激光束的擴(kuò)寬可沿一個(gè)垂直于激光束傳播方向的方向或兩個(gè)垂直于激光束傳播方向的方向進(jìn)行。沿一個(gè)方向的擴(kuò)寬形成線光束，該線光束適合用于確定二維地點(diǎn)坐標(biāo)，并且沿兩個(gè)方向的擴(kuò)寬形成截球狀擴(kuò)寬的激光束，用于確定三維地點(diǎn)坐標(biāo)。激光束通過光束成形光具的擴(kuò)寬使得靜止激光測(cè)距裝置的使用成為可能。具有激光測(cè)距裝置的測(cè)量?jī)x器設(shè)置在測(cè)量區(qū)域之外或測(cè)量區(qū)域的邊緣上并且這樣定向，使得擴(kuò)寬的激光束能夠檢測(cè)整個(gè)測(cè)量區(qū)域。張角大于80°的激光束擴(kuò)寬尤其適合用于確定二維地點(diǎn)坐標(biāo)。當(dāng)激光束截球狀地沿