本公開大體上涉及陸地勘測(cè)的領(lǐng)域。特別地，本公開涉及諸如適于檢測(cè)和/或識(shí)別目標(biāo)的測(cè)地儀器的測(cè)量?jī)x器。本公開還涉及在測(cè)量?jī)x器中實(shí)現(xiàn)的方法。

背景

勘測(cè)領(lǐng)域涉及使用角度和距離的測(cè)量來確定對(duì)象的未知位置、表面或體積。出于這個(gè)目的，勘測(cè)儀器可包括電子測(cè)距設(shè)備(EDM)，其可與角度傳感器集成在所謂的全站儀中。測(cè)距全站儀結(jié)合了電子、光學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，并且還可裝備有具有可寫信息的計(jì)算機(jī)或控制單元，以用于控制待執(zhí)行的測(cè)量和用于儲(chǔ)存在測(cè)量期間所獲得的數(shù)據(jù)。全站儀還可包括跟蹤功能，即全站儀可包括目標(biāo)跟蹤器(或跟蹤器單元)。出于跟蹤的目的，全站儀還可包括伺服驅(qū)動(dòng)。

光學(xué)象限儀跟蹤器或簡(jiǎn)單地說象限儀跟蹤器可用于測(cè)量離其理想的視線路徑的光輻射(例如，諸如激光束的聚焦的光輻射)的角度偏差，并提供指示離理想的視線路徑的角度偏差的偏差信號(hào)，以便實(shí)現(xiàn)視線路徑的校準(zhǔn)調(diào)節(jié)。象限儀跟蹤器通常包括光電檢測(cè)器，該光電檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)包含在光輻射中的調(diào)制的信號(hào)的檢測(cè)。

測(cè)量?jī)x器(例如，用于搜索、鎖定到目標(biāo)上和/或識(shí)別目標(biāo))附近的目標(biāo)的跟蹤可使用這樣的象限儀跟蹤器來執(zhí)行。

用于獲得這些功能并且特別是用于識(shí)別目標(biāo)的存在的其他技術(shù)可基于使用例如CMOS傳感器等的數(shù)字成像。然而，仍有提供改進(jìn)這些功能的新的方法和儀器的需要。

概述

本公開試圖提供用于檢測(cè)目標(biāo)的存在和/或識(shí)別目標(biāo)的改進(jìn)的方法和改進(jìn)的測(cè)量?jī)x器。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，提供了具有如獨(dú)立權(quán)利要求中所限定的特征的測(cè)量?jī)x器和方法。從屬權(quán)利要求中對(duì)本公開的進(jìn)一步有利的實(shí)施例進(jìn)行了限定。

根據(jù)第一方面，提供了在用于檢測(cè)至少一個(gè)目標(biāo)的存在的測(cè)量?jī)x器中所實(shí)施的方法。在該方法中，使測(cè)量?jī)x器的圖像傳感器的視場(chǎng)相對(duì)于至少一個(gè)目標(biāo)移動(dòng)，并且至少一個(gè)數(shù)字圖像使用曝光時(shí)間在視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)下利用圖像傳感器來捕獲，該曝光時(shí)間比用于調(diào)制由至少一個(gè)目標(biāo)發(fā)出或反射的光輻射的調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段更長(zhǎng)。捕獲的圖像的至少部分被處理，以用于在至少一個(gè)部分中檢測(cè)調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段。

根據(jù)第二方面，提供了測(cè)量?jī)x器。測(cè)量?jī)x器包括圖像傳感器、致動(dòng)器、控制單元和處理器。致動(dòng)器被布置為移動(dòng)圖像傳感器的視場(chǎng)?？刂茊卧慌渲脼樵谕ㄟ^致動(dòng)器的視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)期間使圖像傳感器捕獲至少一個(gè)數(shù)字圖像。用于捕獲數(shù)字圖像的曝光時(shí)間比用于調(diào)制由至少一個(gè)目標(biāo)發(fā)出或反射的光輻射的調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段更長(zhǎng)。處理器被配置為處理捕獲的圖像的至少部分，以用于在至少一個(gè)部分中檢測(cè)調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段。

第一方面的方法和第二方面的測(cè)量?jī)x器有利的在于，用于調(diào)制光輻射的調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段可在捕獲的圖像中被檢測(cè)，從而指示目標(biāo)在測(cè)量?jī)x器附近的存在。借助其在運(yùn)動(dòng)下的視場(chǎng)，圖像傳感器使用曝光時(shí)間來捕獲數(shù)字圖像，該曝光時(shí)間比調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段更長(zhǎng)。通常，根據(jù)本文中所公開的實(shí)施例的方法和測(cè)量?jī)x器受益于從時(shí)域到空間域的變換。

如以下所進(jìn)一步解釋的，假定視場(chǎng)隨著由致動(dòng)器移動(dòng)而覆蓋目標(biāo)所位于的位置，可識(shí)別節(jié)段的復(fù)制(或圖案)將存在于捕獲的數(shù)字圖像中，并可區(qū)別于數(shù)字圖像的剩余部分。

一方面，圖像傳感器的視場(chǎng)在數(shù)字圖像的捕獲期間的運(yùn)動(dòng)引起沿著移動(dòng)方向的圖像中的運(yùn)動(dòng)模糊。特別地，目標(biāo)的周圍環(huán)境在捕獲的數(shù)字圖像中變得模糊。換句話說，運(yùn)動(dòng)模糊造成目標(biāo)的周圍環(huán)境在捕獲的數(shù)字圖像中表現(xiàn)出模糊或不清的結(jié)構(gòu)。將認(rèn)識(shí)到，目標(biāo)的周圍環(huán)境可以是不同于目標(biāo)的任何對(duì)象，目標(biāo)諸如無源目標(biāo)，從某種意義上來說，這些無源目標(biāo)即使通過反射也不向測(cè)量?jī)x器傳遞任何光輻射，或者它們?cè)谝陨纤付ǖ臈l件下至少不發(fā)光(即，對(duì)于這樣的目標(biāo)，曝光時(shí)間不比用于光輻射的振幅調(diào)制的調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段長(zhǎng))。運(yùn)動(dòng)模糊使周圍環(huán)境在捕獲的數(shù)字圖像中變得在空間上扭曲。

另一方面，由至少一個(gè)目標(biāo)發(fā)出或反射并在圖像傳感器的視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)下根據(jù)調(diào)節(jié)圖案調(diào)制的光輻射導(dǎo)致不同的圖案，或者當(dāng)曝光時(shí)間比用于調(diào)制光輻射的調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段長(zhǎng)時(shí)，在捕獲的數(shù)字圖像中重復(fù)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)(在振幅的周期性調(diào)制的情況下)。

通常，在曝光時(shí)間下的視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)使捕獲的圖像的背景變得模糊(即，不清晰)，或至少比代表例如閃爍的光源或根據(jù)圖像中的另一可識(shí)別的圖案(或調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段)所調(diào)制的光輻射的圖案更模糊。因此，代表閃爍的光源(或閃爍的目標(biāo))或者在振幅或波長(zhǎng)上進(jìn)行調(diào)制的光輻射(其可不必是“閃爍的”圖案)的圖像的圖案可與背景區(qū)分開，從而指示目標(biāo)在由圖像傳感器成像的場(chǎng)景中的存在。

此外，可處理數(shù)字圖像以確定光輻射的特性，諸如在重復(fù)調(diào)節(jié)圖案的情況下的用于調(diào)制的頻率，或者代表用于調(diào)制的調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段的另一參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的識(shí)別或辨認(rèn)。

將認(rèn)識(shí)到，如果代表這些目標(biāo)的相應(yīng)圖案在捕獲的圖像中是不同且充分相異(未重疊)的，則多于一個(gè)的目標(biāo)可在捕獲的圖像中被檢測(cè)到。

本方法和測(cè)地儀器的優(yōu)點(diǎn)是獲得對(duì)快速閃爍的圖案敏感的時(shí)間離散的攝像機(jī)跟蹤器，并允許目標(biāo)ID的辨認(rèn)。

根據(jù)實(shí)施例，調(diào)節(jié)圖案提供了光輻射的振幅調(diào)制和/或光輻射的波長(zhǎng)調(diào)制。

例如，由目標(biāo)發(fā)出(或反射)的光輻射的振幅調(diào)制的周期性調(diào)節(jié)可能導(dǎo)致(如由捕獲的圖像的像素上的強(qiáng)度或亮度級(jí)所揭示的)捕獲的圖像中的至少部分周期性的圖案。如果檢測(cè)到周期性調(diào)節(jié)(或調(diào)節(jié)圖案)的至少可識(shí)別節(jié)段那就足夠了。數(shù)字圖像或至少其部分可被處理，以用于檢測(cè)這樣的可識(shí)別節(jié)段。所檢測(cè)的圖案可在平行于圖像傳感器的視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)的方向的方向上在數(shù)字圖像中延伸。在光輻射的振幅的周期性調(diào)制的情況下，例如具有閃爍的目標(biāo)或具有朝向目標(biāo)發(fā)出光輻射的閃爍的光源，這樣的圖案在數(shù)字圖像中可包括一系列點(diǎn)，這些點(diǎn)相較于圖像的其他部分(或像素)具有增加的亮度(即一系列亮的像素)。這些點(diǎn)可在數(shù)字圖像中重復(fù)出現(xiàn)，例如至少是部分周期性的(例如，準(zhǔn)周期性的)。在捕獲的圖像中沿著線的點(diǎn)的重復(fù)出現(xiàn)由通過目標(biāo)發(fā)出或反射的光輻射的周期性的振幅調(diào)制和圖像傳感器在捕獲圖像時(shí)的視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)的組合引起。

根據(jù)另一示例，由目標(biāo)發(fā)出(或反射)的光輻射的波長(zhǎng)的周期性調(diào)節(jié)導(dǎo)致在其中顏色沿著與圖像傳感器的視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方向相應(yīng)的軸或線變化的捕獲的圖像。捕獲的圖像中的軸或線的位置取決于目標(biāo)的位置。顏色上的變化指示目標(biāo)在測(cè)量?jī)x器附近的存在。捕獲的圖像中的色移的數(shù)量和它們的位置取決于在用于波長(zhǎng)調(diào)制的調(diào)節(jié)圖案中使用的頻率和圖像傳感器的視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)的速度。盡管如此，如果檢測(cè)到周期性調(diào)節(jié)(或調(diào)節(jié)圖案)的至少可識(shí)別節(jié)段那就足夠了。數(shù)字圖像或至少其部分可被處理，以用于檢測(cè)這樣的可識(shí)別節(jié)段。

數(shù)字圖像可在陰影平面中進(jìn)行處理，以識(shí)別色移沿著與視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方向相應(yīng)的軸的位置?？蛇x地，數(shù)字圖像可通過分析特定的顏色信道來處理。如果光輻射被調(diào)制以可選地提供綠色和紅色的光，則從捕獲的數(shù)字圖像的紅色信道所獲得的數(shù)據(jù)有效地導(dǎo)致閃爍的二極管。濾除用于波長(zhǎng)調(diào)制的顏色中的一種提供了關(guān)于振幅調(diào)制的數(shù)據(jù)，在該數(shù)據(jù)中檢測(cè)到沿著捕獲的圖像中的線重復(fù)出現(xiàn)的點(diǎn)(對(duì)于剩余的顏色)。因此，雖然光輻射的振幅可保持恒定，但對(duì)特定的顏色信道進(jìn)行分析可提供與成像閃爍的二極管相同的結(jié)果。此外，作為其他處理的可替代方案，圖像可從RGB(紅色，綠色，藍(lán)色)轉(zhuǎn)換成HSV(色調(diào)，飽和度、明度)，其中色移將大多出現(xiàn)在色調(diào)信道中。

在下文中，基于振幅調(diào)制的任何示例或配置可同樣應(yīng)用于基于波長(zhǎng)調(diào)制的示例或配置，反之亦然。

根據(jù)實(shí)施例，可識(shí)別節(jié)段可包括用于調(diào)制的調(diào)節(jié)圖案的至少兩個(gè)可區(qū)分事件，即兩個(gè)在時(shí)間上不同的事件?？蛇x地，可識(shí)別節(jié)段可對(duì)應(yīng)于用于光輻射的調(diào)制的多于一個(gè)的周期。

參考振幅調(diào)制，兩個(gè)可區(qū)分事件可例如是兩個(gè)最大值(或峰值)、一個(gè)最大值和一個(gè)最小值、或光輻射的振幅調(diào)制中的任何其他類型的變型。參考波長(zhǎng)調(diào)制，兩個(gè)可區(qū)分事件可以是波長(zhǎng)(顏色)上的兩個(gè)偏移。

因此，對(duì)應(yīng)于至少兩個(gè)區(qū)分事件的點(diǎn)或特定圖案可在捕獲的數(shù)字圖像中被檢測(cè)，并且代表檢測(cè)的圖案的時(shí)間周期或兩個(gè)事件之間的時(shí)間周期可通過分析檢測(cè)的圖案(即，通過測(cè)量捕獲的圖像中的兩個(gè)這樣的點(diǎn)之間的距離)來確定。隨后，使捕獲的圖像中所檢測(cè)的圖案或至少兩個(gè)點(diǎn)與有效地用于調(diào)制光輻射的振幅或波長(zhǎng)的圖案關(guān)聯(lián)是可能的。

如上所述，光輻射可例如用包括一系列提供閃爍的光輻射的峰值(或波長(zhǎng)偏移)的調(diào)節(jié)圖案來周期性地調(diào)制。在本實(shí)施例中，如果光輻射的調(diào)制頻率和圖像傳感器的視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度基本上是恒定的或?qū)嶋H上是恒定的，則數(shù)字圖像中的連續(xù)點(diǎn)之間的距離將基本上是相同的。如果調(diào)制頻率是變化的而運(yùn)動(dòng)速度保持恒定，則數(shù)字圖像中的點(diǎn)之間的距離將變化。類似地，如果調(diào)制頻率保持恒定而運(yùn)動(dòng)速度是變化的，則數(shù)字圖像中的點(diǎn)之間的距離將變化。

根據(jù)這些實(shí)施例的方法和測(cè)量?jī)x器有利的在于，它們提供了用于檢測(cè)和/或識(shí)別兩個(gè)目標(biāo)的更靈敏的方法和測(cè)量?jī)x器，該兩個(gè)目標(biāo)采用了僅稍微不同于彼此(例如，相差百分之幾)的調(diào)制頻率。通常，根據(jù)這些實(shí)施例的方法和測(cè)量?jī)x器可用于檢測(cè)在測(cè)量?jī)x器附近的目標(biāo)并將測(cè)量?jī)x器鎖定在目標(biāo)上，即出于跟蹤的目的。

將認(rèn)識(shí)到，可使用有源和無源目標(biāo)兩者。有源目標(biāo)是其自身發(fā)出光輻射并因此可包括光源的目標(biāo)。有源目標(biāo)可發(fā)出用根據(jù)特定調(diào)節(jié)圖案的振幅調(diào)制的光。因此，測(cè)地儀器也可裝備有用于從目標(biāo)接收這樣的信息的通信模塊(接收器/收發(fā)器)。可選地，有源目標(biāo)可能能夠發(fā)出在振幅或波長(zhǎng)上根據(jù)不同圖案進(jìn)行調(diào)制的光輻射。有源目標(biāo)可裝備有用于與測(cè)量?jī)x器通信其調(diào)節(jié)圖案或至少標(biāo)識(shí)符的通信模塊，使得測(cè)量?jī)x器被通知由目標(biāo)使用的實(shí)際調(diào)節(jié)圖案?？蛇x地，測(cè)量?jī)x器可裝備有用于用戶輸入的輸入模塊，指示將要檢測(cè)哪個(gè)目標(biāo)，以及從而將要檢測(cè)該目標(biāo)的什么調(diào)節(jié)圖案或其至少部分(即可識(shí)別節(jié)段)。

無源目標(biāo)是自身不發(fā)出光輻射而是包括反射體或至少用于反射光的反射表面的目標(biāo)。對(duì)于用于無源目標(biāo)的應(yīng)用，測(cè)量?jī)x器還可包括被布置為發(fā)出光輻射的光源。根據(jù)實(shí)施例，光輻射在圖像傳感器的視場(chǎng)的方向上從測(cè)量?jī)x器發(fā)出。由測(cè)量?jī)x器的光源發(fā)出的光輻射將對(duì)著無源目標(biāo)被反射并行進(jìn)回到測(cè)量?jī)x器。

通常，測(cè)量?jī)x器還可包括第一光學(xué)元件，諸如確定圖像傳感器的視場(chǎng)的透鏡或光學(xué)物鏡。圖像傳感器、第一光學(xué)元件和/或任何附加的光學(xué)元件或物鏡可共同限定攝像機(jī)。

根據(jù)實(shí)施例，視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)可包括旋轉(zhuǎn)，即圖像傳感器的視場(chǎng)可旋轉(zhuǎn)。特別地，視場(chǎng)可通過相對(duì)于第一光學(xué)元件平移圖像傳感器來旋轉(zhuǎn)，反之亦然。可選地，視場(chǎng)可通過一起旋轉(zhuǎn)第一光學(xué)元件和圖像傳感器來旋轉(zhuǎn)。換句話說，視場(chǎng)可通過相對(duì)于測(cè)量?jī)x器的基座(或固定的支撐物)圍繞軸旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)來旋轉(zhuǎn)。根據(jù)又一可選方案，視場(chǎng)可通過在由第一光學(xué)元件和圖像傳感器界定的光學(xué)路徑中引入或移動(dòng)第二光學(xué)元件來旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)另一實(shí)施例，視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)可包括平移，即圖像傳感器的視場(chǎng)可被平移。在該實(shí)施例中，可假設(shè)視場(chǎng)的方向保持恒定，而攝像機(jī)的視點(diǎn)移動(dòng)。視場(chǎng)可通過平移圖像傳感器和第一光學(xué)元件兩者來平移。將認(rèn)識(shí)到，平移可相對(duì)于測(cè)量?jī)x器的基座(或固定的支撐物)來界定，這也將界定對(duì)于數(shù)字圖像中所檢測(cè)的任何圖案的比例(取決于到目標(biāo)的距離)。

將認(rèn)識(shí)到，視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)可包括旋轉(zhuǎn)和平移兩者。特別地，尤其是如果攝像機(jī)被布置為與測(cè)量?jī)x器的視線不同軸，則攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)可能引起一定程度的平移。

視場(chǎng)還可根據(jù)其他可選方案來移動(dòng)。例如，視場(chǎng)在曝光時(shí)間期間可通過放大或縮小來移動(dòng)，即通過借助于例如光學(xué)物鏡來擴(kuò)大或縮小視場(chǎng)。在這種情況下，只要目標(biāo)在視場(chǎng)的大小改變時(shí)仍存在于圖像中，就可在視場(chǎng)的外圍(其中對(duì)于圖像的背景獲得運(yùn)動(dòng)模糊)處檢測(cè)到目標(biāo)。作為另一示例，可設(shè)想，視場(chǎng)可通過圍繞從圖像傳感器的中心延伸到第一光學(xué)元件(或與圖像傳感器相關(guān)聯(lián)以形成攝像機(jī)的光學(xué)元件)的中心的軸旋轉(zhuǎn)圖像傳感器來移動(dòng)。該后一示例也適用于檢測(cè)視場(chǎng)的外圍處的目標(biāo)，這是由于這對(duì)應(yīng)于視場(chǎng)的區(qū)域，對(duì)于該區(qū)域周圍環(huán)境的模糊圖像將在源自目標(biāo)(通過直接發(fā)出或經(jīng)由反射)的光輻射的更清晰的圖像將被獲得的同時(shí)被獲得。

測(cè)量?jī)x器的驅(qū)動(dòng)裝置(或致動(dòng)器)可適于提供圖像傳感器的視場(chǎng)的平移和/或旋轉(zhuǎn)。

在視場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的情況下，方法還可包括基于圖像被捕獲時(shí)所采用的圖像傳感器的視場(chǎng)的角定向的廓線和捕獲的圖像中的圖案的可識(shí)別節(jié)段的位置(或源自捕獲的圖像的任何圖像表示)來確定至少一個(gè)目標(biāo)相對(duì)于測(cè)量?jī)x器的方向的步驟。在該實(shí)施例中，(相對(duì)于測(cè)量?jī)x器的)視場(chǎng)的角定向可通過耦合到致動(dòng)器或提供視場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)的任何移動(dòng)部件的傳感器來記錄，使得作為時(shí)間的函數(shù)的角定向的廓線被獲得。根據(jù)廓線且特別是旋轉(zhuǎn)速度，旋轉(zhuǎn)角度(或角定向)可與數(shù)字圖像的像素相關(guān)聯(lián)，使得在捕獲的圖像中的用于調(diào)制光輻射的調(diào)節(jié)圖案的點(diǎn)或任何其他可識(shí)別部分的位置對(duì)應(yīng)于角定向。

根據(jù)實(shí)施例，至少一個(gè)目標(biāo)相對(duì)于測(cè)量?jī)x器的方向和/或位置可基于圖像被捕獲時(shí)所采用的圖像傳感器的視場(chǎng)的平移位置的廓線和捕獲的圖像(或源自捕獲的圖像的任何圖像表示)中的圖案的可識(shí)別節(jié)段的位置來確定。與上述實(shí)施例類似，視場(chǎng)的平移位置可通過耦合到致動(dòng)器或提供視場(chǎng)的平移的任何移動(dòng)部件的傳感器被記錄作為時(shí)間的函數(shù)。根據(jù)廓線且特別是平移速度，方向和/或位置可與數(shù)字圖像的像素相關(guān)聯(lián)，使得在捕獲的圖像中的用于調(diào)制光輻射的調(diào)節(jié)圖案的點(diǎn)或任何其他可識(shí)別部分的位置對(duì)應(yīng)于目標(biāo)的方向和/或目標(biāo)的位置。

根據(jù)實(shí)施例，調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段可與捕獲的圖像中所檢測(cè)的圖案的至少部分進(jìn)行比較。在該實(shí)施例中，用于調(diào)制光輻射的調(diào)節(jié)圖案對(duì)于測(cè)量?jī)x器是已知的，并且因此對(duì)于其處理器也是已知的。測(cè)量?jī)x器可通過目標(biāo)本身來通知，或者信息可由操作者輸入到測(cè)量?jī)x器中。

根據(jù)實(shí)施例，處理可包括基于在捕獲的圖像的至少一個(gè)部分中所檢測(cè)的圖案的至少部分和圖像傳感器的視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度或位移廓線，來識(shí)別用于調(diào)制的圖案的可識(shí)別節(jié)段。

根據(jù)實(shí)施例，處理可包括以下技術(shù)中的至少一種：圖像頻率分析、小波分析和模板/圖案匹配(檢測(cè)的圖案與查找表格或類似寄存器中的已知圖案的列表之間的比較)。處理還可包括將捕獲的圖像的至少部分從空間域表示變換成空間頻域表示(諸如經(jīng)由傅里葉變換)。

根據(jù)實(shí)施例，調(diào)節(jié)圖案可提供關(guān)于目標(biāo)的信息。本實(shí)施例適用于有源目標(biāo)，并且信息可例如包括目標(biāo)的位置、目標(biāo)的類型和/或目標(biāo)在地面以上的高度(例如，如果目標(biāo)安裝在測(cè)地桿上)。

根據(jù)另一實(shí)施例，至少一個(gè)目標(biāo)的身份可基于捕獲的圖像中所檢測(cè)的圖案的至少部分來確定。測(cè)量?jī)x器可包括提供特定圖案和目標(biāo)身份之間的相關(guān)性的存儲(chǔ)器、查找表格或輸入裝置。辨別圖案或確定圖案的至少部分允許通過測(cè)量?jī)x器對(duì)目標(biāo)的識(shí)別。

根據(jù)第三方面，提供了計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行組件，該計(jì)算機(jī)可執(zhí)行組件用于當(dāng)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行組件在處理單元上執(zhí)行時(shí)，使跟蹤器單元或測(cè)量?jī)x器執(zhí)行根據(jù)本公開的第一方面和其派生的實(shí)施例中任意一個(gè)的方法。

在本申請(qǐng)的背景下，詞語(yǔ)測(cè)量?jī)x器、全站儀、勘測(cè)單元、勘測(cè)儀器、測(cè)地儀器或測(cè)地掃描儀可互換使用。

本文中所公開的任何方法的步驟不必以所公開的確切順序執(zhí)行，除非明確聲明。

本公開涉及權(quán)利要求中所記載的特征的所有可能的組合。此外，參照根據(jù)本公開的第一方面的方法所描述的任何實(shí)施例可與參照根據(jù)本公開的第二方面的測(cè)量?jī)x器和根據(jù)本公開的第三方面的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品所描述的實(shí)施例中的任何一個(gè)組合，反之亦然。

本公開的各種實(shí)施例的進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)將借助于示例性實(shí)施例在以下進(jìn)行描述。

附圖簡(jiǎn)述

以下將參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行描述，其中：

圖1圖示了根據(jù)實(shí)施例的測(cè)量?jī)x器的使用的一般技術(shù)領(lǐng)域；

圖2是根據(jù)實(shí)施例的測(cè)量?jī)x器的示意圖；

圖3示出了根據(jù)實(shí)施例的方法的概要；

圖4示出了根據(jù)一些實(shí)施例的用于對(duì)光輻射進(jìn)行調(diào)制的調(diào)節(jié)模型的示例；

圖5是根據(jù)實(shí)施例的測(cè)量?jī)x器的示意圖；

圖6是具有包括光源的測(cè)量?jī)x器的示例性實(shí)施例的示意圖；

圖7圖示了根據(jù)實(shí)施例的測(cè)量?jī)x器中的圖像傳感器的視場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)；

圖8圖示了根據(jù)實(shí)施例的基于由測(cè)量?jī)x器捕獲的圖像對(duì)目標(biāo)的角定向的確定；

圖9示出了調(diào)節(jié)圖案、對(duì)于這樣的調(diào)節(jié)圖案所捕獲的數(shù)字圖像的部分，以及從捕獲的圖像所獲得的相應(yīng)的數(shù)據(jù)(亮度級(jí))的示例；

圖10圖示了圖9中所示出的捕獲的圖像的部分的傅里葉變換的結(jié)果；以及

圖11圖示了用于對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行振幅調(diào)制的示意性調(diào)節(jié)圖案和它們相應(yīng)的傅里葉變換的示意表示。

如附圖中所示，出于說明的目的，元素和區(qū)域的大小可被夸大，從而被提供以對(duì)實(shí)施例的一般結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。自始至終，相似的參考數(shù)字指的是相似的元素。

詳細(xì)描述

現(xiàn)在將在下文中參照其中示出示例性實(shí)施例的附圖更充分地對(duì)本公開進(jìn)行描述。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式來體現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為限于本文中所陳述的實(shí)施例，而是這些實(shí)施例通過示例來提供。

參照?qǐng)D1，圖示了根據(jù)實(shí)施例的測(cè)量?jī)x器的使用的一般技術(shù)領(lǐng)域。

圖1示出了具有用于觀察目標(biāo)180的視場(chǎng)75的測(cè)量?jī)x器50，諸如測(cè)地儀器。在該示例中，目標(biāo)180被安裝在由操作者保持的測(cè)地桿上。測(cè)地儀器50通常可裝備有用于測(cè)量從儀器50到目標(biāo)180的距離的電子測(cè)距單元。此外，測(cè)地儀器50可裝備有用于在操作者從一個(gè)位置移到另一位置時(shí)鎖定在目標(biāo)180上并跟隨目標(biāo)180的跟蹤功能或跟蹤單元。出于這些目的，測(cè)量?jī)x器50也可裝備有角度傳感器和伺服驅(qū)動(dòng)。測(cè)量?jī)x器50可用于使用有源目標(biāo)或無源目標(biāo)進(jìn)行陸地勘測(cè)。

參照?qǐng)D2，更詳細(xì)地描述了根據(jù)實(shí)施例的測(cè)量?jī)x器100。測(cè)量?jī)x器100可用在諸如圖1中所圖示的陸地勘測(cè)應(yīng)用中。

圖2示出了測(cè)量?jī)x器(或測(cè)地儀器)100的示意圖，該測(cè)量?jī)x器包括具有視場(chǎng)150的圖像傳感器115。

圖像傳感器(或成像模塊)115是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的設(shè)備或組件。圖像傳感器115可以是攝像機(jī)110的部分。雖然沒有在圖2中詳細(xì)示出，但攝像機(jī)也可包括第一光學(xué)元件(如圖7中所圖示的)和可選附加的光學(xué)元件或光學(xué)物鏡。這些光學(xué)元件可被認(rèn)為是集成在表示為110的攝像機(jī)中。

圖像傳感器115可以是電荷耦合設(shè)備(CCD)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器或被配置為提供數(shù)字圖像的任何其他類型的數(shù)字像素傳感器。圖像傳感器115可以以其分辨率為特征，即圖片中的像素?cái)?shù)(更確切地說是每個(gè)區(qū)域多個(gè)像素)。

參照?qǐng)D3，將對(duì)參照?qǐng)D2所描述的測(cè)量?jī)x器100的操作原理更詳細(xì)地進(jìn)行解釋。

圖3示出了在用于檢測(cè)目標(biāo)180的存在的測(cè)量?jī)x器100中所實(shí)施的方法的概要。

方法3000包括使測(cè)地儀器100的圖像傳感器115的視場(chǎng)150運(yùn)動(dòng)的步驟3100。

可選地，對(duì)于具有無源目標(biāo)的應(yīng)用，方法可包括使光輻射在圖像傳感器115的視場(chǎng)150的方向上從測(cè)地儀器100發(fā)出的步驟3200。將參照?qǐng)D6更詳細(xì)地對(duì)該選項(xiàng)進(jìn)行說明。

方法可包括使用曝光時(shí)間在視場(chǎng)150的運(yùn)動(dòng)下用圖像傳感器115捕獲至少一個(gè)數(shù)字圖像的步驟3300，該曝光時(shí)間比用于調(diào)制由目標(biāo)180發(fā)出(在有源目標(biāo)的情況下)或反射(在無源目標(biāo)的情況下)的光輻射的調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段(identifiable section)長(zhǎng)。隨后，方法可包括處理捕獲的圖像的至少部分的步驟3400，以用于在這樣的部分中檢測(cè)調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段。因此，調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段的檢測(cè)指示了在測(cè)地儀器100附近的目標(biāo)180的存在。

參照?qǐng)D4，描述了用于調(diào)制光輻射的調(diào)節(jié)圖案的示例。

圖4示出了用于光輻射的振幅調(diào)制的第一調(diào)節(jié)圖案4100。利用這種調(diào)節(jié)圖案4100，光脈沖以周期t₁、介于0和1(或者0和光源或發(fā)光目標(biāo)的總功率的100％)之間變化的振幅發(fā)出。在圖示了用于光輻射的振幅調(diào)制的調(diào)節(jié)圖案4100的曲線圖中，水平軸表示時(shí)間，以及豎直軸表示所傳輸?shù)墓饷}沖的振幅或強(qiáng)度(I)。這樣的調(diào)節(jié)圖案4100導(dǎo)致發(fā)出(或反射)光脈沖的目標(biāo)，即閃爍的目標(biāo)。在該第一調(diào)節(jié)圖案4100中，可識(shí)別節(jié)段可對(duì)應(yīng)于在時(shí)間上延伸超過多于一個(gè)周期t₁的調(diào)節(jié)圖案，對(duì)于光輻射的振幅調(diào)制，優(yōu)選至少兩個(gè)周期(2×t₁)。隨后，可使圖像傳感器115使用比t₁更長(zhǎng)的曝光時(shí)間來捕獲圖像。

圖4示出了用于振幅調(diào)制的調(diào)節(jié)圖案4200的另一示例。在該第二示例中，調(diào)節(jié)圖案4200的可識(shí)別節(jié)段可對(duì)應(yīng)于延伸超過時(shí)間周期t₂的調(diào)節(jié)圖案的部分，其包括用于振幅調(diào)制的兩個(gè)最大值。隨后，可使圖像傳感器115使用比t₂更長(zhǎng)的曝光時(shí)間來捕獲圖像。其他節(jié)段(即，調(diào)節(jié)圖案的部分)只要它們?cè)诓东@的圖像中是可識(shí)別的(即，只要調(diào)節(jié)圖案的至少兩個(gè)可區(qū)分的事件可在圖像上捕獲(這取決于用于捕獲圖像的曝光時(shí)間))就可被使用。

圖4示出了用于光輻射的波長(zhǎng)調(diào)制的調(diào)節(jié)圖案4300的第三示例。在該曲線圖中，水平軸表示時(shí)間，而豎直軸表示傳輸?shù)墓獾牟ㄩL(zhǎng)。在該調(diào)節(jié)圖案4300中，光的波長(zhǎng)在特定頻率(1/T)下以重復(fù)的方式從第一波長(zhǎng)λ₁變?yōu)榈诙ㄩL(zhǎng)λ₂。所傳輸?shù)墓?其在這種情況下可以是連續(xù)的)例如可在藍(lán)色和紅色之間切換。在該第三示例中，調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段可對(duì)應(yīng)于包括光輻射的三個(gè)色移的時(shí)間周期t₃。具有更少或更多色移的其他可識(shí)別節(jié)段可用于這樣的調(diào)節(jié)圖案。隨后，使圖像傳感器115使用比t₃更長(zhǎng)的曝光時(shí)間來捕獲圖像。

通常，如以上實(shí)施例中所描述的，可識(shí)別節(jié)段可包括用于振幅和/或波長(zhǎng)調(diào)制的調(diào)節(jié)圖案的至少兩個(gè)可區(qū)分事件，和/或可對(duì)應(yīng)于用于光輻射的振幅和/或波長(zhǎng)調(diào)制的多于一個(gè)的周期。

將認(rèn)識(shí)到的是，圖4僅示出了可能的調(diào)節(jié)圖案的幾個(gè)示例以及和可使用其他調(diào)節(jié)圖案。

當(dāng)捕獲圖像的同時(shí)視場(chǎng)移動(dòng)時(shí)，圖像的背景變得模糊，而具有其調(diào)節(jié)圖案的各自的可區(qū)分事件的可識(shí)別節(jié)段導(dǎo)致捕獲的圖像中的相應(yīng)的特定圖案。特別地，如果從目標(biāo)180發(fā)出的光根據(jù)圖4中表示為4100的調(diào)節(jié)圖案在振幅上進(jìn)行調(diào)制(閃爍的目標(biāo))，則對(duì)應(yīng)于閃爍的目標(biāo)的一系列亮點(diǎn)將沿著對(duì)應(yīng)于圖像傳感器115的視場(chǎng)150的運(yùn)動(dòng)的方向出現(xiàn)在捕獲的圖像中。根據(jù)圖4中表示為4200的調(diào)節(jié)圖案的振幅上的調(diào)制也將導(dǎo)致捕獲的圖像中的變化的光強(qiáng)度(或亮度)的特定圖案。然而，閃爍的目標(biāo)(或脈沖光源)可能有利的是，其在捕獲的圖像中提供了更清楚的點(diǎn)(亮像素)。根據(jù)圖4中表示為4300的調(diào)節(jié)圖案的波長(zhǎng)上的調(diào)制將導(dǎo)致在其中具有變化的顏色的線沿著對(duì)應(yīng)于圖像傳感器115的視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)的方向來獲得的圖像。

繼續(xù)參照?qǐng)D4中所示出的示例性調(diào)節(jié)圖案4100，只要這兩個(gè)亮點(diǎn)位于其間具有一個(gè)暗像素的不同像素中，即，只要圖像傳感器的像素大小在曝光時(shí)間期間小于對(duì)應(yīng)于視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)的距離，并且小于對(duì)應(yīng)于可識(shí)別節(jié)段的兩個(gè)可區(qū)分事件之間的時(shí)間段的距離，那么兩個(gè)亮點(diǎn)之間的距離可在捕獲的圖像中確定。根據(jù)用于視場(chǎng)150的運(yùn)動(dòng)的速度，如果測(cè)地儀器100已知該特定目標(biāo)180所使用的頻率，則確定目標(biāo)180的閃爍頻率并從而識(shí)別目標(biāo)180是可能的。

參照?qǐng)D5，提供了根據(jù)一些實(shí)施例的測(cè)量?jī)x器的更詳細(xì)的圖示。

圖5示出了除了以下更詳細(xì)說明的特征之外相當(dāng)于參照?qǐng)D2描述的測(cè)量?jī)x器的測(cè)量?jī)x器100。

測(cè)量?jī)x器100可裝備有至少一個(gè)致動(dòng)器(或驅(qū)動(dòng)裝置)120、控制單元(或控制裝置)130和處理器(或處理裝置)140。

測(cè)量?jī)x器100被配置為檢測(cè)和/或識(shí)別位于其附近的目標(biāo)180。雖然它是指測(cè)量?jī)x器，但將認(rèn)識(shí)到，圖像傳感器115、致動(dòng)器120、控制單元130和處理器140可在提供跟蹤功能的跟蹤器單元中來體現(xiàn)。這樣的跟蹤器單元可位于諸如測(cè)地掃描儀或全站儀的測(cè)量?jī)x器中。

出于說明的目的，圖5中所示出的圖像傳感器115或攝像機(jī)110被安裝在測(cè)量?jī)x器100的主體170的旋轉(zhuǎn)軸112上，該旋轉(zhuǎn)軸可沿著豎直方向來布置。因此，攝像機(jī)110以及從而具有其視場(chǎng)150的圖像傳感器115可例如通過圍繞豎直軸112的旋轉(zhuǎn)來移動(dòng)。出于這個(gè)目的，可布置一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器120，以使攝像機(jī)110圍繞該軸旋轉(zhuǎn)，使得圖像傳感器115的視場(chǎng)150移動(dòng)。出于這個(gè)目的，測(cè)量?jī)x器可裝備有電機(jī)。攝像機(jī)110的運(yùn)動(dòng)以及從而圖像傳感器110的視場(chǎng)150的運(yùn)動(dòng)通過圍繞圖5中的豎直旋轉(zhuǎn)軸112的箭頭表示。

控制單元130被配置為使用曝光時(shí)間通過致動(dòng)器120使圖像傳感器115捕獲在視場(chǎng)150的運(yùn)動(dòng)期間所供給的至少一個(gè)數(shù)字圖像或視頻，該曝光時(shí)間比用于調(diào)制由目標(biāo)180發(fā)出或反射的光輻射的調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段長(zhǎng)。處理器140被配置為處理捕獲的圖像的至少部分，以用于在這樣的部分中檢測(cè)調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段。

根據(jù)實(shí)施例，控制器130可以是遠(yuǎn)程單元，其通過無線通信與測(cè)量?jī)x器及其元件進(jìn)行通信。將認(rèn)識(shí)到的是，雖然用單一控制器130對(duì)測(cè)量?jī)x器100進(jìn)行了描述，該單一控制器出于跟蹤的目的包括用于控制圖像傳感器的功能，但該測(cè)量?jī)x器可包括用于控制其他功能(諸如例如，距離測(cè)量)的單獨(dú)的控制單元。

雖然圖2和圖5中沒有詳細(xì)示出，但測(cè)量?jī)x器100可裝備有用于測(cè)量距離和用于執(zhí)行勘測(cè)操作的測(cè)距單元。

圖像傳感器115、致動(dòng)器120、控制單元130和處理器140可形成跟蹤器單元，該跟蹤器單元適于將測(cè)地儀器100附近的目標(biāo)180與其他目標(biāo)和/或目標(biāo)的周圍環(huán)境進(jìn)行區(qū)分。

將認(rèn)識(shí)到，如果周圍環(huán)境包括例如提供比目標(biāo)本身更高強(qiáng)度級(jí)的光的高反射對(duì)象，諸如非常亮的墻壁，則目標(biāo)的周圍環(huán)境在一些情況下可掩蓋目標(biāo)。如果對(duì)于攝像機(jī)有足夠的環(huán)境光以飽和，則閃爍的圖案可能是不可見的。出于這個(gè)原因，一些類型的彩色濾光器可用于抵消除了所使用的波長(zhǎng)(即，由目標(biāo)發(fā)出或反射的)之外的所有光。此外，還可有利于縮短曝光時(shí)間，以便防止過飽和。

圖像傳感器110所使用的曝光時(shí)間可通過布置在圖像傳感器115前面的快門來進(jìn)行電子或機(jī)械調(diào)整。

在現(xiàn)代攝像機(jī)傳感器上有兩種類型的電子快門，卷簾快門和全局快門。卷簾快門操作為傳統(tǒng)的簾幕式快門，其中曝光在攝像機(jī)傳感器的像素的第一線處開始，并隨后朝向傳感器的相對(duì)端跨越傳感器“滾動(dòng)”。曝光的結(jié)束首先發(fā)生在其中曝光首先開始的相同的線處，并隨后再次跨越傳感器滾動(dòng)。這意味著，曝光長(zhǎng)度對(duì)于像素的所有線是相同的，但線的曝光在時(shí)間上偏移。

全局快門意味著所有像素的曝光同時(shí)開始和結(jié)束。這類似于在透鏡孔徑處的傳統(tǒng)光圈快門。

全局快門傳感器可能最適于本方法，但如果考慮偏移的曝光的影響，則也可使用卷簾快門傳感器。

如上所述，卷簾快門是圖像采集的方法，其中圖像通過在幀上豎直或水平地掃描來記錄。由于不是圖像的所有部分在完全相同的時(shí)間處被記錄，因此在視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)下成像將在捕獲的圖像中產(chǎn)生失真。測(cè)量?jī)x器可被配置為補(bǔ)償這樣的失真，這是因?yàn)閷?duì)于視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)的位移廓線和/或速度對(duì)于測(cè)量?jī)x器來說是已知的，并且失真的類型和程度可被預(yù)測(cè)。

如果移動(dòng)的方向沿著線(其中每個(gè)線具有稍微不同的曝光定時(shí))，則曝光偏移將沿著移動(dòng)的方向稍微移動(dòng)目標(biāo)。特別地，當(dāng)確定目標(biāo)的位置時(shí)，可執(zhí)行補(bǔ)償。基于其上出現(xiàn)目標(biāo)的線的校正可應(yīng)用到計(jì)算的位置。

如果移動(dòng)的方向跨越線(其中每個(gè)線具有稍微不同的曝光定時(shí))，則這將反過來改變攝像機(jī)傳感器上的信號(hào)的空間頻率。特別地，補(bǔ)償可在尋找目標(biāo)的分析中執(zhí)行。

除了曝光時(shí)間之外，必須由用戶或控制系統(tǒng)選擇的其他操作參數(shù)是對(duì)于視場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的速度(或位移廓線)、調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段的大小和捕獲圖像的頻率。一般規(guī)則可以是，選擇參數(shù)使得調(diào)節(jié)圖案的兩個(gè)可區(qū)分事件可位于捕獲的圖像的兩個(gè)不同的像素中。此外，假如幾個(gè)圖案重疊且不可區(qū)分，則更改這些操作參數(shù)(諸如例如曝光時(shí)間)中的一些是可能的，以用于捕獲新的圖像并從而限制在新的圖像中可檢測(cè)的圖案的數(shù)量。還可設(shè)想調(diào)整捕獲圖像的頻率，使得在曝光時(shí)間期間捕獲多于一個(gè)的圖像。

例如，優(yōu)選地，視場(chǎng)的移動(dòng)對(duì)于目標(biāo)的閃爍可足夠快，以在圖像傳感器(檢測(cè)器)上變換成空間信號(hào)，其中空間頻率足夠低以被傳感器檢測(cè)到。優(yōu)選地，所變換的信號(hào)的最高空間頻率可比檢測(cè)器的奈奎斯特(Nyqvist)頻率低。

作為另一示例，如果目標(biāo)的位置將被確定，則曝光可能不會(huì)太長(zhǎng)。如果曝光時(shí)間對(duì)于目標(biāo)足夠長(zhǎng)以跨越整個(gè)視場(chǎng)移動(dòng)，則當(dāng)曝光開始和結(jié)束兩種情況時(shí)，目標(biāo)將在視場(chǎng)以外，從而使目標(biāo)位置的確定復(fù)雜化，除非所傳輸?shù)拈W爍的圖案非常復(fù)雜。

此外，在視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)期間(即在掃描期間)可調(diào)整兩個(gè)連續(xù)的圖像之間的時(shí)間。如果曝光時(shí)間短，將需要高閃爍的頻率，以在曝光時(shí)間內(nèi)獲得代碼的可識(shí)別部分。根據(jù)以上考慮，這對(duì)應(yīng)于高的掃描速度，以便將高閃爍的頻率轉(zhuǎn)換成足夠低的空間頻率。如果連續(xù)的圖像之間的時(shí)間長(zhǎng)且速度高，則存在目標(biāo)將穿越視場(chǎng)但沒有曝光(即沒有捕獲圖像)的風(fēng)險(xiǎn)。

以上實(shí)施例中所描述的示例同樣可適用于有源目標(biāo)(即，發(fā)出光的目標(biāo))和無源目標(biāo)(即，是反射體或包括反射表面的目標(biāo))。

圖6圖示了根據(jù)適于無源目標(biāo)的使用的實(shí)施例的測(cè)量?jī)x器。對(duì)于具有無源目標(biāo)的應(yīng)用，測(cè)地儀器100可裝備有適于在圖像傳感器115的視場(chǎng)150的方向上發(fā)出光的光源(或輻射源)160。

在實(shí)施例中，光源160可適于發(fā)出指向與圖像傳感器110相同的位置或角度方向162的光束?？刂茊卧?30可被配置為同步光源160和致動(dòng)器120的操作。

輻射源160可發(fā)出特定波長(zhǎng)或在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的激光束。例如，輻射源160可發(fā)出紅色光或紅外光，即850nm及以上的波長(zhǎng)的光。然而，根據(jù)本實(shí)施例實(shí)施的諸如測(cè)地掃描儀的測(cè)量?jī)x器的激光源不限于特定波長(zhǎng)。通常，由光源160發(fā)出的光對(duì)著無源目標(biāo)180來反射，并隨后可通過攝像機(jī)110或圖像傳感器來成像。光源160可例如用諸如參照?qǐng)D4所描述的調(diào)節(jié)圖案以與有源目標(biāo)以類似的方式來調(diào)節(jié)。

光源可與圖像傳感器115同軸布置。在圖6中，光源被布置為與攝像機(jī)不同軸，但光束162借助于鏡子165與攝像機(jī)110同軸對(duì)齊。將理解的是，光輻射源160和/或攝像機(jī)110在諸如圖6中所描繪的測(cè)量?jī)x器100中的位置布置是示例性的，并且變型是可能的。

如以下參照?qǐng)D5和圖7將更詳細(xì)說明的，視場(chǎng)150可被旋轉(zhuǎn)和/或平移。

首先參照?qǐng)D5，視場(chǎng)150的旋轉(zhuǎn)可通過測(cè)量?jī)x器100的主體(或固定的基座)170圍繞豎直的旋轉(zhuǎn)軸112的旋轉(zhuǎn)來獲得。在這種情況下，布置在主體170處的圖像傳感器115物理地旋轉(zhuǎn)，以對(duì)測(cè)地儀器100的周圍環(huán)境進(jìn)行掃描。將認(rèn)識(shí)到，儀器100的主體170可包括自身安裝在三腳架上的非旋轉(zhuǎn)基座或可安裝在其上。隨后，主體170可被布置為相對(duì)于這個(gè)固定的基座旋轉(zhuǎn)。

致動(dòng)器或可控驅(qū)動(dòng)120可被配置為響應(yīng)于角度控制信號(hào)相對(duì)于基座圍繞豎直軸112來旋轉(zhuǎn)主體170。角度傳感器(諸如角編碼器或者磁性或電容性分角器)可產(chǎn)生表示主體170以及因而的圖像傳感器115相對(duì)于這樣的基座的角度位置的測(cè)量信號(hào)。用于可控驅(qū)動(dòng)或致動(dòng)器的輸入信號(hào)可由控制器130提供。

雖然出于說明的目的在圖5中示出了用于旋轉(zhuǎn)圖像傳感器115的視場(chǎng)的一個(gè)致動(dòng)器或可控驅(qū)動(dòng)120，但將認(rèn)識(shí)到，可提供額外的致動(dòng)器，以用于相對(duì)于基座(或目標(biāo))不同地移動(dòng)圖像傳感器的視場(chǎng)(例如，平移移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)和平移兩者的組合)。

以下對(duì)用于視場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)的其他可選方案進(jìn)行了描述。例如，圖7示出了測(cè)量?jī)x器，其中該測(cè)量?jī)x器100的攝像機(jī)710包括布置在圖像傳感器715的光學(xué)路徑中的光學(xué)元件718。圖7圖示了通過圖像傳感器715相對(duì)于光學(xué)元件718的平移的視場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)。特別地，圖7圖示了圖像傳感器715從提供視場(chǎng)750的第一位置(圖7中的上面配置)到第二位置(圖7中的下面配置)的平移產(chǎn)生另一視場(chǎng)750’。

通常，致動(dòng)器120可被布置為通過相對(duì)于光學(xué)元件平移圖像傳感器115或相對(duì)于圖像傳感器平移這樣的光學(xué)元件來移動(dòng)視場(chǎng)，以使視場(chǎng)150旋轉(zhuǎn)。在后一種情況下，仍參照?qǐng)D7，圖像傳感器715本身將不會(huì)移動(dòng)，但在圖像傳感器715前面的光學(xué)元件718的平移將使圖像傳感器715的視場(chǎng)750旋轉(zhuǎn)。根據(jù)另一可選方案，視場(chǎng)可通過在由第一光學(xué)元件和圖像傳感器界定的光學(xué)路徑中引入或移動(dòng)第二光學(xué)元件(未示出)來旋轉(zhuǎn)。

作為一示例，視場(chǎng)可通過沿著水平方向平移攝像機(jī)110(即，圖像傳感器115和任意光學(xué)元件兩者)來平移。

控制單元130可適于使致動(dòng)器120在恒定旋轉(zhuǎn)和/或平移速度下或根據(jù)另一位移廓線來旋轉(zhuǎn)和/或平移圖像傳感器115的視場(chǎng)150。

再次轉(zhuǎn)向圖3，對(duì)于視場(chǎng)150的旋轉(zhuǎn)位移的情況，方法還可包括確定目標(biāo)相對(duì)于測(cè)量?jī)x器100的方向的步驟3500。圖8中還圖示了目標(biāo)180相對(duì)于測(cè)量?jī)x器100的方向或角定向880的確定。

到目標(biāo)180的方向可基于圖像被捕獲時(shí)所采用的圖像傳感器或攝像機(jī)110的視場(chǎng)850的角定向的廓線(即視場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的速度(假如其是恒定的)或旋轉(zhuǎn)位移和時(shí)間之間的關(guān)系(假如旋轉(zhuǎn)速度沒有保持恒定))以及捕獲的圖像中的圖案的位置來確定。圖8圖示了圖像平面855，其中目標(biāo)180位于攝像機(jī)110捕獲圖像的瞬間處。

借助圖像傳感器的視場(chǎng)的角定向的廓線，捕獲的圖像的像素可與角方向相關(guān)聯(lián)。因此，目標(biāo)相對(duì)于測(cè)地儀器的方向可源于捕獲的圖像中所檢測(cè)的圖案(代表目標(biāo))的點(diǎn)或區(qū)分事件的位置。

將認(rèn)識(shí)到，可校準(zhǔn)攝像機(jī)110(或圖像傳感器)，使得對(duì)于特定圖像來說，圖像中的像素所對(duì)應(yīng)的方向或角定向是已知的。特別地，可校準(zhǔn)攝像機(jī)110(即，圖像傳感器及其光學(xué)系統(tǒng))，使得圖像中的每個(gè)像素與角度有關(guān)。

此外，根據(jù)攝像機(jī)視場(chǎng)的移動(dòng)類型，可能需要不同的攝像機(jī)投影。

如果攝像機(jī)視場(chǎng)在攝像機(jī)傳感器的平面中平移，則f/tan(θ)投影可以是優(yōu)選的，其中f是布置在攝像機(jī)傳感器前面的透鏡的焦距，以及θ是入射光線相對(duì)于攝像機(jī)傳感器的平面的法線的角度。這種類型的投影意味著在垂直于攝像機(jī)視線的平的墻壁上的測(cè)試圖案可在沒有失真的情況下被成像到攝像機(jī)傳感器上。在這種情況下，每個(gè)像素對(duì)應(yīng)于墻壁上的一定距離。

如果攝像機(jī)視場(chǎng)圍繞攝像機(jī)的入射光瞳旋轉(zhuǎn)，則f/θ投影可能是合適的(其中f是布置在攝像機(jī)傳感器前面的透鏡的焦距，以及θ是入射光線相對(duì)于攝像機(jī)傳感器的平面的法線的角度)。這種類型的投影意味著每個(gè)像素對(duì)應(yīng)于一定角度。換句話說，這意味著球形表面將被投影到攝像機(jī)傳感器上。

此外，由于透鏡的不完美可能還有一定程度的失真。透鏡投影的失真和/或任何不正確的選擇可能會(huì)影響攝像機(jī)傳感器上的空間信號(hào)的頻率和目標(biāo)位置兩者。如果失真太嚴(yán)重，則可能使目標(biāo)沿著彎曲的路徑移動(dòng)，尤其是在圖像的邊緣處移動(dòng)。

這些影響可通過選擇具有更準(zhǔn)確投影和更低失真的透鏡或通過調(diào)整處理算法來補(bǔ)償。

對(duì)于平移位移的情況，方法還可包括基于圖像被捕獲時(shí)圖像傳感器的視場(chǎng)的平移位置和捕獲的圖像中的圖案的位置，確定目標(biāo)相對(duì)于測(cè)地儀器的方向和/或位置。

再次轉(zhuǎn)向圖3，由于用于調(diào)制光輻射的調(diào)節(jié)圖案對(duì)于測(cè)量?jī)x器100且特別是對(duì)于其處理器是已知的，因此方法還可包括將調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段與捕獲的圖像中所檢測(cè)的圖案的至少部分進(jìn)行比較的步驟3600。調(diào)節(jié)圖案的可識(shí)別節(jié)段可基于捕獲的圖像的至少一個(gè)部分中所檢測(cè)的圖案的至少部分，和圖像傳感器的視場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度(在速度恒定的情況下)或位移廓線來識(shí)別或檢索。

可選地或另外地，調(diào)節(jié)圖案可提供關(guān)于目標(biāo)的信息，諸如目標(biāo)的位置、目標(biāo)的類型和/或目標(biāo)的任何其他幾何或位置相關(guān)的參數(shù)。出于這個(gè)目的，測(cè)量?jī)x器100的處理器140可被配置為使捕獲的圖像中所檢測(cè)的圖案的任何特性與這樣的信息關(guān)聯(lián)。處理器可耦合到存儲(chǔ)器或其他類型的查找表格或寄存器，其中調(diào)節(jié)圖案的特定節(jié)段與特定信息相關(guān)。在實(shí)施例中，圖3中所說明的方法可包括基于捕獲的圖像中所檢測(cè)的圖案的至少部分來確定目標(biāo)的身份的步驟3700。

捕獲的圖像的處理可包括基于例如圖像頻率分析、小波分析和/或模板/圖案匹配的不同技術(shù)。方法還可包括捕獲的圖像的至少部分從空間域表示變換到空間頻域表示中。以下將參照?qǐng)D9-11更詳細(xì)地對(duì)這種類型的處理進(jìn)行描述。

圖9的曲線圖A示出了用于對(duì)從固定目標(biāo)180發(fā)出的光輻射(即在一定頻率下閃爍的發(fā)光二極管(LED))進(jìn)行振幅調(diào)制的調(diào)節(jié)圖案。這樣的目標(biāo)可位于離測(cè)量?jī)x器100的一定距離處。曲線圖A的水平軸表示時(shí)間，而其豎直軸表示發(fā)出的光輻射的強(qiáng)度。

隨后，裝備有CMOS圖像傳感器的測(cè)量?jī)x器100可在目標(biāo)180所位于的場(chǎng)景上水平地掃描，同時(shí)捕獲包括目標(biāo)的圖像。圖9的照片B中示出了捕獲的圖像的部分，其中能夠看到攝像機(jī)的移動(dòng)如何使圖像中的目標(biāo)180的周圍環(huán)境(即圖像的背景)變得模糊，而相對(duì)于目標(biāo)180的周圍環(huán)境，目標(biāo)180表現(xiàn)為平行于圖像傳感器115的運(yùn)動(dòng)方向連續(xù)布置的一系列亮點(diǎn)。一系列亮點(diǎn)由圖9中的箭頭指示。

曲線圖C圖示了沿著捕獲的圖像的水平線且特別是沿著經(jīng)過一系列亮點(diǎn)的線的光強(qiáng)度(或亮度)的變化。因此，曲線圖C示出了根據(jù)用于調(diào)制發(fā)光目標(biāo)的光輻射的曲線圖A的調(diào)節(jié)圖案的某種類型的重建。曲線圖C的水平軸表示像素?cái)?shù)，而豎直軸表示捕獲的圖像中的亮度級(jí)。

用于調(diào)制光輻射的振幅的頻率可從曲線圖C中獲得的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，從而允許通過測(cè)量?jī)x器的目標(biāo)的識(shí)別。

隨后，可通過計(jì)算機(jī)處理圖9的照片B中所示出的捕獲的圖像，更確切地說是圖9的曲線圖C中所示出的數(shù)據(jù)，以便產(chǎn)生圖像從空間域到空間頻域的變換。

圖10示出了圖9中所示出的曲線圖C的傅里葉變換(以任意單位)，即沿著圖像傳感器和目標(biāo)的周圍環(huán)境之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向，在捕獲的圖像中沿著像素線的亮度級(jí)的傅里葉變換。

傅里葉變換或類似種類的任何其他變換適于揭示存在于捕獲的圖像或捕獲的圖像的部分(或像素線)中的重復(fù)圖案的頻率。原理是基于像素中的強(qiáng)度(即，捕獲的圖像中的圖案)與多個(gè)頻率相依函數(shù)(frequency dependent function)的乘積。在頻率上對(duì)應(yīng)于存在于捕獲的圖像中的圖案的函數(shù)在傅里葉變換曲線圖中提供了峰值，從而揭示了代表捕獲的圖像中所檢測(cè)的圖案的頻率。如果處理器或計(jì)算機(jī)知道要搜索什么目標(biāo)，即什么頻率(由于特定目標(biāo)可具有帶有其自身頻率的特定圖案)，則僅搜索傅里葉變換中的特定頻率來確定捕獲的圖像中的目標(biāo)的存在是可能的。

在圖10中，水平軸表示頻率，而豎直軸表示以任意單位給出的傅里葉變換結(jié)果的振幅。在圖10中，曲線對(duì)應(yīng)于具有重復(fù)亮點(diǎn)的像素線，因此在特定頻率或頻率范圍處包括峰值。該特定頻率對(duì)應(yīng)于用于對(duì)從目標(biāo)發(fā)出的光輻射進(jìn)行振幅調(diào)制的頻率。

雖然以上的示例僅示出了一個(gè)目標(biāo)，但可設(shè)想幾個(gè)目標(biāo)存在于由圖像傳感器捕獲的場(chǎng)景中。隨后，如果這些目標(biāo)中的每個(gè)具有用于振幅調(diào)制(或波長(zhǎng)調(diào)制)的特定頻率，則它們中的每個(gè)可被檢測(cè)。假設(shè)對(duì)于所有這些目標(biāo)優(yōu)化了操作參數(shù)(曝光時(shí)間和運(yùn)動(dòng)速度)，則在傅里葉變換中將在不同頻率下獲得幾個(gè)不同的峰值。如果計(jì)算機(jī)或測(cè)量?jī)x器的處理器知道要搜索什么目標(biāo)，則隨后僅檢查對(duì)應(yīng)于與這樣的目標(biāo)相應(yīng)的頻率的信道將是可能的。

將認(rèn)識(shí)到，如果兩個(gè)目標(biāo)彼此靠近且沿著移動(dòng)的線對(duì)齊，則它們的空間信號(hào)的部分在運(yùn)動(dòng)模糊的圖像中可能重疊。如果兩個(gè)目標(biāo)傳輸(或反射)相同的信號(hào)，則將它們分開可能是困難的。然而，如果兩個(gè)目標(biāo)傳輸不同的信號(hào)，則可將兩個(gè)目標(biāo)分開，除非信號(hào)的總和使攝像機(jī)傳感器過飽和。

參照?qǐng)D11，示出了用于對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行振幅調(diào)制的幾個(gè)示例性調(diào)節(jié)圖案連同它們對(duì)應(yīng)的傅里葉變換的示意性表示(或在空間頻域中的表示)。

圖11示出了用于對(duì)在目標(biāo)處發(fā)出光的或由目標(biāo)反射的光的振幅進(jìn)行調(diào)制的四種調(diào)節(jié)圖案(或調(diào)節(jié)曲線)。表示為1110、1120、1130的調(diào)節(jié)圖案代表第一目標(biāo)、第二目標(biāo)和第三目標(biāo)(未示出)，其中虛線的直線和橫線或點(diǎn)線的點(diǎn)表示其間光被打開的時(shí)間周期，以及這些直線和橫線或點(diǎn)之間的間隔表示其間光被關(guān)閉的時(shí)間周期。

借助該示意性表示，表示為1110的調(diào)節(jié)圖案提供了在比表示為1120的調(diào)節(jié)圖案更低的頻率下的振幅調(diào)制，該表示為1120的調(diào)節(jié)圖案自身提供了在比表示為1130的調(diào)節(jié)圖案更低的頻率下的振幅調(diào)制。出于示例性目的，調(diào)節(jié)圖案1110和1120可對(duì)應(yīng)于兩個(gè)不同的有源目標(biāo)，即位于這些目標(biāo)處的光源被配置為根據(jù)這兩種調(diào)節(jié)圖案發(fā)出光，并且調(diào)節(jié)圖案1130可對(duì)應(yīng)于無源目標(biāo)，即位于測(cè)量?jī)x器處的光源可根據(jù)這樣的調(diào)節(jié)圖案來調(diào)制。調(diào)節(jié)圖案1140圖示了具有恒定照明的光源，即在振幅上沒有任何調(diào)制。

圖11的曲線圖1150-1180圖示了關(guān)于這些目標(biāo)的每個(gè)的傅里葉變換，其中表示為1150的曲線圖對(duì)應(yīng)于表示為1110的調(diào)節(jié)圖案，表示為1160的曲線圖對(duì)應(yīng)于表示為1120的調(diào)節(jié)圖案，表示為1170的曲線圖對(duì)應(yīng)于表示為1130的調(diào)節(jié)圖案，以及表示為1180的曲線圖對(duì)應(yīng)于表示為1140的調(diào)節(jié)圖案。

表示為1150的曲線圖示出了位于比表示為1160的曲線圖的峰值更低的頻率下的峰值。類似地，在表示為1160的曲線圖中示出的峰值位于比表示為1170的曲線圖的峰值更低的頻率下。表示為1180的曲線圖未示出任何峰值，這是由于用于該目標(biāo)的光沒有在振幅上進(jìn)行調(diào)制。這樣的曲線圖1180還將對(duì)應(yīng)于捕獲的圖像中未曝光的線，即僅覆蓋捕獲的圖像的背景的線(未經(jīng)過代表目標(biāo)的一系列亮點(diǎn))的傅里葉變換。

如上所述，僅處理捕獲的圖像的部分可能就足夠了。出于這個(gè)目的，方法可包括識(shí)別捕獲的圖像中的圖案并隨后對(duì)其中圖案已經(jīng)被識(shí)別的捕獲的圖像的部分進(jìn)行處理的步驟。假如識(shí)別處幾個(gè)圖案以及因而的幾個(gè)目標(biāo)，則對(duì)捕獲的圖像的不同部分進(jìn)行處理是可能的。由于整個(gè)捕獲的圖像從空間域表示到空間頻域表示的變換在計(jì)算上可能是昂貴的，例如耗費(fèi)時(shí)間和/或需要昂貴的硬件，因此這是有利的。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員意識(shí)到，本發(fā)明決不限于以上所描述的優(yōu)選的實(shí)施例。相反，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，許多修改和變型是可能的。

雖然以上在特定的組合中對(duì)特征和元件進(jìn)行了描述，但每個(gè)特征或元件可在沒有其他特征和元件的情況下單獨(dú)使用，或者在具有或不具有其他特征和元件的各種組合中使用。在以上論述中，舉例來說，處理器或處理單元可包括通用處理器、專用處理器、傳統(tǒng)處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、多個(gè)微處理器、與DSP核結(jié)合的一個(gè)或多個(gè)微處理器、以及任何其他類型的集成電路(IC)。

此外，雖然測(cè)量?jī)x器或跟蹤器單元的應(yīng)用已經(jīng)參照勘測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了描述，但本公開可應(yīng)用于其中目標(biāo)或?qū)ο蟊仨氃谶@樣的測(cè)量?jī)x器附近被檢測(cè)的任何系統(tǒng)或儀器。包括圖像傳感器、致動(dòng)器、控制單元和處理器(諸如根據(jù)以上所描述的實(shí)施例中的任意一個(gè)所定義的)的跟蹤器單元可被集成在這樣的測(cè)量?jī)x器中。

此外，跟蹤器單元可包括一個(gè)或多個(gè)微處理器或具有計(jì)算能力的一些其他設(shè)備，例如專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、復(fù)雜可編程邏輯設(shè)備(GPLD)等，以便執(zhí)行用于操作跟蹤器單元的操作。當(dāng)執(zhí)行本公開的方法的不同實(shí)施例的步驟時(shí)，微處理器可執(zhí)行適合的軟件，該軟件被下載到跟蹤器單元并儲(chǔ)存在合適的儲(chǔ)存區(qū)域中，諸如例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、閃存或硬盤驅(qū)動(dòng)?？商娲鼗蚩蛇x地，這樣的微處理器或處理單元可相對(duì)于跟蹤器單元位于外部(并電連接到跟蹤器單元)。

本發(fā)明也可適合作為升級(jí)，并且可被集成在已經(jīng)包括圖像傳感器、用于引起圖像傳感器的視場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器、控制單元和處理器的測(cè)量系統(tǒng)中，其中控制單元和處理器適于執(zhí)行根據(jù)本文中所描述的實(shí)施例中任意一個(gè)的方法的步驟。

另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐所要求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)通過研究附圖、本公開及所附權(quán)利要求書能夠理解并實(shí)現(xiàn)所公開實(shí)施例的變型。在權(quán)利要求書中，詞語(yǔ)“包括”不排除其他元素，并且不定冠詞“一(a)”或“一(an)”不排除復(fù)數(shù)。事實(shí)上，在相互不同的從屬權(quán)利要求中所引用的某些特征并不指示這些特征的組合不能有利地被使用。