具有校準(zhǔn)電子十字光標(biāo)的顯示圖像位置的功能的測量裝置的制造方法
【專利說明】具有校準(zhǔn)電子十字光標(biāo)的顯示圖像位置的功能的測量裝置
[0001]本發(fā)明涉及一種如在權(quán)利要求1的前序部分中所要求的具有集成在瞄準(zhǔn)單元中的同軸照相機的特別是視頻經(jīng)瑋儀或視頻視距儀的測量裝置、一種如在權(quán)利要求14的前序部分中所要求的用于這樣的測量裝置的方法、以及如在權(quán)利要求15的前序部分中所要求的計算機程序產(chǎn)品。
[0002]自古以來已知用于測量目標(biāo)點的各種大地測量方法和大地測量裝置。在這種情況下，除可能提供的參考點外，從測量裝置到要測量的目標(biāo)點的距離和角度被記錄為空間標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，具體地，捕捉了測量裝置的位置。
[0003]經(jīng)瑋儀、視距儀或全站儀(也被稱為電子視距儀或計算機視距儀)代表了這樣的測量裝置或大地測量裝置的一般已知示例。例如，在公布的申請EP I 686 350中對現(xiàn)有技術(shù)的這樣的大地測量裝置進行了描述。這樣的裝置具有電感(electro-sensory)角度測量功能，該功能允許確定到所選定的目標(biāo)的方向和距離。在這種情況下，角度或距離變量在裝置的內(nèi)部參考系統(tǒng)中被確定，并且還必須可能地被鏈接到用于絕對位置測定的外部參考系統(tǒng)。
[0004]現(xiàn)代全站儀具有用于所捕捉的測量數(shù)據(jù)的數(shù)字處理和存儲的微處理器。裝置通常具有緊湊且集成的構(gòu)造，其中，在一個裝置中通常提供同軸距離測量元件并且還提供計算機單元、控制單元及存儲單元。根據(jù)全站儀的擴展級，集成了用于瞄準(zhǔn)光學(xué)器件的機動化、無反射鏡的距離測量、自動目標(biāo)搜索和跟蹤、以及整個裝置的遙控的多個裝置。從現(xiàn)有技術(shù)已知的全站儀還具有用于建立到外部的外圍組件(例如，到數(shù)據(jù)捕捉裝置)的無線連接的無線數(shù)據(jù)接口(可被具體設(shè)計為手持式數(shù)據(jù)記錄器、現(xiàn)場計算機、筆記本電腦、小型計算機或PDA)。借助于數(shù)據(jù)接口，能夠為了外部進一步處理而輸出由全站儀捕捉和存儲的測量數(shù)據(jù)、能夠?qū)⑼獠坎蹲降臏y量數(shù)據(jù)輸入到全站儀內(nèi)以存儲和/或進一步處理、能夠輸入或輸出用于全站儀或其他的外部組件的遙控的遙控信號(具體地，在移動領(lǐng)域使用中)、以及能夠?qū)⒖刂栖浖D(zhuǎn)移到全站儀內(nèi)。
[0005]測量操作過程中可實現(xiàn)的測量精度根據(jù)將要測量的目標(biāo)點的實施方式而變化。如果目標(biāo)點例如由諸如360°棱鏡的、為了測量而專門設(shè)計的目標(biāo)反射鏡代表，則可因此實現(xiàn)比在例如對將要測量的房屋墻壁的點的無反射鏡測量的情況基本上更精確的測量結(jié)果。這是因為，所發(fā)射的光學(xué)測量光束具有平面光束橫截面，而不是點狀光束截面，并因此不僅接收到散射到將要測量的實際目標(biāo)點上的測量輻射，而且接收到也被施加了測量輻射的目標(biāo)點的當(dāng)前視場附近中的點散射的測量輻射。例如，要測量的點表面的粗糙度影響以已知方式進行的無反射鏡測量的精確度。
[0006]為了瞄準(zhǔn)要測量的目標(biāo)點，所討論的類型的測量裝置具有瞄準(zhǔn)單元(諸如望遠(yuǎn)鏡)。在簡單的實施方式變型中，瞄準(zhǔn)單元例如被設(shè)計為望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)器?，F(xiàn)代裝置可另外具有集成在瞄準(zhǔn)器中用于捕捉圖像的相機，其中，所捕捉的圖像可具體地在全站儀的顯示屏上和/或用于遙控的外圍裝置(諸如數(shù)據(jù)記錄器)的顯示屏上顯示為現(xiàn)場圖像。瞄準(zhǔn)單元的光學(xué)器件在這種情況下可包含手動對焦(例如，用于改變光學(xué)器件的焦點位置的調(diào)節(jié)螺釘)或者可具有自動對焦，其中，焦點位置例如通過伺服電機改變。用于大地測量裝置的望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)器的自動對焦單元是公知的，例如，根據(jù)DE 197 107 22、DE 199 267 06或DE199 495 80ο
[0007]瞄準(zhǔn)單元的光學(xué)系統(tǒng)或光學(xué)觀察通道具體地包含物鏡組、聚焦透鏡組以及目鏡，所述物鏡組、聚焦透鏡組以及目鏡從物側(cè)按該順序布置。根據(jù)物距設(shè)置聚焦透鏡組的位置，使得在被布置在焦平面中的具有瞄準(zhǔn)標(biāo)記(具體地，十字光標(biāo)或網(wǎng)格十字光標(biāo))的光學(xué)元件、或者具有十字光標(biāo)標(biāo)記和哈希(hash)標(biāo)記的底片(plate)上得到清晰的目標(biāo)圖像?？赏ㄟ^目鏡觀察具有在平面中創(chuàng)建的圖像的光學(xué)元件。
[0008]除直視通道外設(shè)置的同軸相機(例如，具有CXD或CMOS表面?zhèn)鞲衅?可被布置在設(shè)置在望遠(yuǎn)鏡光學(xué)器件中的其他圖像平面中，經(jīng)由同軸相機，可提供經(jīng)由光束分離器的局部光束的解耦，使得可使用相機通過物鏡來記錄圖像(或一系列圖像或視頻流)。
[0009]此外，為了同軸電子距離測量，可提供附加的單獨的發(fā)送和接收通道分支。此外，常見的測量裝置目前包含自動目標(biāo)跟蹤功能(ATR 自動目標(biāo)識別”)，為此，另外的單獨的ATR光源(例如，多模光纖輸出端，其發(fā)射具有進一步限定波長的光)和專用的ATR相機傳感器被附加地集成在望遠(yuǎn)鏡中。
[0010]為了防止扭曲、顏色錯誤或漸暈(S卩，在可觀測的視場的邊緣區(qū)域中的亮度下降)，極高的要求被強加于各個光學(xué)組件。因此，為了對個別波長進行解耦和耦合，通常需要被特殊且復(fù)雜地涂敷的光學(xué)器件，其中，盡管所述涂層，可見光帶使得能以盡可能最好的顏色保真度進行顯示。此外，望遠(yuǎn)鏡的高復(fù)雜性需要用于光學(xué)組件所需的高精度安裝和校準(zhǔn)的高水平支出。
[0011]例如，在公布的申請EP I 081 459或EP I 662 278中公開了大地測量裝置的所討論的類型的望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)器的構(gòu)造。
[0012]在使用目標(biāo)反射器的典型單人測量任務(wù)的情況下，例如，依地形設(shè)置全站儀。用戶將支承目標(biāo)反射器的手持測量桿移動到要測量的目標(biāo)點，其中，目標(biāo)反射器的位置以及目標(biāo)點的位置可以隨后如下地確定。具體地，通過由持測量桿的用戶借助于具有到全站儀的無線連接的數(shù)據(jù)記錄器的遙控來執(zhí)行全站儀的控制。在此情況下，數(shù)據(jù)記錄器可被附接到裝備有目標(biāo)反射器的測量桿，或者可除測量桿之外額外地由用戶手持。
[0013]在此情況下，對目標(biāo)的瞄準(zhǔn)通?？墒褂猛h(yuǎn)鏡/望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)器中提供的物理十字光標(biāo)、或者借助于由同軸地布置在作為全站儀的瞄準(zhǔn)單元的望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)器中的照相機提供的現(xiàn)場圖像，所述現(xiàn)場圖像在基站(或數(shù)據(jù)記錄器)的顯示屏中顯示給用戶，并且圖像上疊加了電子十字光標(biāo)。因此，用戶可基于現(xiàn)場圖像將全站儀適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)所期望的目標(biāo)，為此，虛擬(即，電子)十字光標(biāo)可被疊加地顯示在所顯示的同軸照相機的現(xiàn)場圖像中。在這種情況下，要盡可能多地選擇顯示電子十字光標(biāo)的圖像位置，使得由此指示的空間方向盡可能準(zhǔn)確地對應(yīng)于由集成在望遠(yuǎn)鏡中的具有瞄準(zhǔn)標(biāo)記(S卩，十字光標(biāo)，例如)的物理光學(xué)元件所指示的方向。這與由十字光標(biāo)所指示的方向(瞄準(zhǔn)方向)本身是否也具有相對于實際測量方向(即，最終沿該方向發(fā)射測量福射并因此表示測量方向)的誤差無關(guān)。在這種情況下，瞄準(zhǔn)方向與測量方向之間的這種方向誤差與電子十字光標(biāo)在圖像中的定位問題分開進行處理并將被單獨考慮。
[0014]由于由具有瞄準(zhǔn)標(biāo)記的物理光學(xué)元件指示的瞄準(zhǔn)方向的物理重校準(zhǔn)(重對準(zhǔn))(以便與測量方向相對應(yīng))可以是復(fù)雜的，并且在將經(jīng)由通過望遠(yuǎn)鏡觀看的進行瞄準(zhǔn)與經(jīng)由對具有虛擬十字光標(biāo)的顯示圖像的觀察進行瞄準(zhǔn)相比較的情況下不存在差異，因此在理想的視頻全站儀中，虛擬十字光標(biāo)盡可能精確地指示與物理瞄準(zhǔn)標(biāo)記相同的(瞄準(zhǔn))方向。為了在顯示屏圖像中的對應(yīng)點處盡可能如實地顯示虛擬十字光標(biāo)，在測量裝置的組裝后在工廠實施校準(zhǔn)(利用相應(yīng)的校準(zhǔn)參數(shù)的確定)?？紤]到本測量裝置的幾何結(jié)構(gòu)，這樣的工廠校準(zhǔn)(如測量裝置結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的技術(shù)人員本身已知的)建立了測量裝置的測量坐標(biāo)系與照相機坐標(biāo)系之間的關(guān)系。例如，在專利文獻公布US 7, 982, 866,US 7，623，224和EP I 695030中描述了這樣的已知工廠校準(zhǔn)的示例，然而，其中，需要基于已知目標(biāo)標(biāo)記的照相機圖像記錄的過程(其相對于所需的環(huán)境和測量條件是復(fù)雜的)。出于這個原因，關(guān)于立軸和斜軸的誤差(方向誤差)或者照相機配件的位移的校準(zhǔn)參數(shù)也可以以已知的方式使用這樣的工廠校準(zhǔn)來確定。
[0015]然而，這樣的誤差無法隨著時間的推移保持穩(wěn)定。因此，例如，他們受到物理撞擊(例如，在運輸過程中)、溫度影響、或其它隨著時間的推移而變化的材料性質(zhì)的影響。
[0016]事實上，可在現(xiàn)場由測量員自己實施的相對于立軸誤差和斜軸誤差的現(xiàn)場校準(zhǔn)常常在執(zhí)行測量任務(wù)(例如，被稱為雙位置測量或轉(zhuǎn)換測量，其中，經(jīng)由物理十字光標(biāo)在望遠(yuǎn)鏡的第一位置(朝向I) 一次并且在望遠(yuǎn)鏡的改變的第二位置(朝向II) 一次地連續(xù)瞄準(zhǔn)同一個目標(biāo)，并且在各個情況下測量角度)之前以已知的方式完成。然而，另外，在隨后將顯示屏(即，電子十字光標(biāo))用于瞄準(zhǔn)目標(biāo)的過程中，相對于基于物理十字光標(biāo)的瞄準(zhǔn)，在目標(biāo)坐標(biāo)確定中可能會導(dǎo)致偏差。
[0017]本發(fā)明的目的是減少或解決此問題，即，在相對于要疊加電子十字光標(biāo)的圖像位置進行的工廠校準(zhǔn)過程中存儲的校準(zhǔn)參數(shù)相對于對應(yīng)于物理瞄準(zhǔn)標(biāo)記變得不正確或不準(zhǔn)確，并因此隨著時間的推移和/或在特定條件下(例如，震動后)可能出現(xiàn)誤差。
[0018]該目的通過獨立權(quán)利要求的表征特征的實現(xiàn)來達(dá)成。以另選或有利的方式改善本發(fā)明的特征可從從屬專利權(quán)利要求推斷出。
[0019]在這種情況下，涉及本發(fā)明的測量裝置，特別是視頻經(jīng)瑋儀或視頻視距儀，包含至少一個基座、可相對于所述至少一個基座樞轉(zhuǎn)的支承件、可相對于所述支承件樞轉(zhuǎn)的瞄準(zhǔn)單元、用于測量所述支承件和所述瞄準(zhǔn)單元的樞軸位置的測角儀、分析和控制單元、以及顯示屏。
[0020]在這種情況下，所述瞄準(zhǔn)單元配置有限定光束路徑的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)器件，并且包含物鏡、限定瞄準(zhǔn)方向的物理瞄準(zhǔn)標(biāo)記(具體地，十字光標(biāo))、目鏡、以及用于通過所述物鏡記錄圖像的照相機。
[0021]在這種情況下，所述分析和控制單元包含所存儲的關(guān)于在所記錄的圖像中作為瞄準(zhǔn)圖像位置指示瞄準(zhǔn)方向的圖像位置的校準(zhǔn)參數(shù)，并且顯示屏在這種情況下相應(yīng)地被控制或被設(shè)計用于對使用照相機記錄的圖像和作為瞄準(zhǔn)輔助的用于所述瞄準(zhǔn)圖像位置的標(biāo)記一起顯示，所述標(biāo)記特別是電子十字光標(biāo)，其在圖像上疊加地顯示或者重疊在圖像中，使得十字光標(biāo)中心點落在所述瞄準(zhǔn)圖像位置上。
[0022]現(xiàn)在為了在瞄準(zhǔn)單元中的物理瞄準(zhǔn)標(biāo)記和照相機配件之間的幾何結(jié)構(gòu)受到影響之后校驗和/或重建由物理瞄準(zhǔn)標(biāo)記所指示的瞄準(zhǔn)方向和由用于所述瞄準(zhǔn)圖像位置的標(biāo)記所指示的方向之間的一致性(其受到影響后可能不再充分地存在)，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，提供功能，特別是以在用戶裝置界面可檢索的應(yīng)用的形式提供一種功能，在該功能的基礎(chǔ)上，以較不復(fù)雜并且相對基本上自動化的方式或者以引導(dǎo)用戶的方式啟用。
[0023]為此，在所述功能的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明限定了將在所述功能的范圍內(nèi)執(zhí)行的瞄準(zhǔn)動作的特殊過程或特殊序列(和在這些瞄準(zhǔn)位置中的每一個中執(zhí)行的校準(zhǔn)測量)。
[0024]因此，在這種情況下，對同一目標(biāo)的瞄準(zhǔn)動作必須至少一次使用物理瞄準(zhǔn)標(biāo)記和至少一次使用用于所述瞄準(zhǔn)圖像位置的標(biāo)記作為瞄準(zhǔn)輔助連續(xù)地執(zhí)行。在這種情況下，在所述裝置側(cè)，在所述分析和控制單元中存儲針對該限定的序列的序列信息項。
[0025]在啟動所述功能后，隨后由所述分析和控制單元自動控制或執(zhí)行下列動作。
[0026]-響應(yīng)于可在利用所述物理瞄準(zhǔn)標(biāo)記對所述目標(biāo)進行的瞄準(zhǔn)(例如，由用戶啟動)時