具有校準(zhǔn)電子十字光標(biāo)的顯示圖像位置的功能的測(cè)量裝置的制造方法
【專利說(shuō)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(cè)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(jī)的特別是視頻經(jīng)瑋儀或視頻視距儀的測(cè)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(cè)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(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
[0002]自古以來(lái)已知用于測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)的各種大地測(cè)量方法和大地測(cè)量裝置。在這種情況下，除可能提供的參考點(diǎn)外，從測(cè)量裝置到要測(cè)量的目標(biāo)點(diǎn)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(cè)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(jì)算機(jī)視距儀)代表了這樣的測(cè)量裝置或大地測(cè)量裝置的一般已知示例。例如，在公布的申請(qǐng)EP I 686 350中對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的這樣的大地測(cè)量裝置進(jìn)行了描述。這樣的裝置具有電感(electro-sensory)角度測(cè)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(duì)位置測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)字處理和存儲(chǔ)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(gè)裝置中通常提供同軸距離測(cè)量元件并且還提供計(jì)算機(jī)單元、控制單元及存儲(chǔ)單元。根據(jù)全站儀的擴(kuò)展級(jí)，集成了用于瞄準(zhǔn)光學(xué)器件的機(jī)動(dòng)化、無(wú)反射鏡的距離測(cè)量、自動(dòng)目標(biāo)搜索和跟蹤、以及整個(gè)裝置的遙控的多個(gè)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(wú)線連接的無(wú)線數(shù)據(jù)接口(可被具體設(shè)計(jì)為手持式數(shù)據(jù)記錄器、現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、小型計(jì)算機(jī)或PDA)。借助于數(shù)據(jù)接口，能夠?yàn)榱送獠窟M(jìn)一步處理而輸出由全站儀捕捉和存儲(chǔ)的測(cè)量數(shù)據(jù)、能夠?qū)⑼獠坎蹲降臏y(cè)量數(shù)據(jù)輸入到全站儀內(nèi)以存儲(chǔ)和/或進(jìn)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(hào)(具體地，在移動(dòng)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(cè)量操作過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)的測(cè)量精度根據(jù)將要測(cè)量的目標(biāo)點(diǎn)的實(shí)施方式而變化。如果目標(biāo)點(diǎn)例如由諸如360°棱鏡的、為了測(cè)量而專門設(shè)計(jì)的目標(biāo)反射鏡代表，則可因此實(shí)現(xiàn)比在例如對(duì)將要測(cè)量的房屋墻壁的點(diǎn)的無(wú)反射鏡測(cè)量的情況基本上更精確的測(cè)量結(jié)果。這是因?yàn)?，所發(fā)射的光學(xué)測(cè)量光束具有平面光束橫截面，而不是點(diǎn)狀光束截面，并因此不僅接收到散射到將要測(cè)量的實(shí)際目標(biāo)點(diǎn)上的測(cè)量輻射，而且接收到也被施加了測(cè)量輻射的目標(biāo)點(diǎn)的當(dāng)前視場(chǎng)附近中的點(diǎn)散射的測(cè)量輻射。例如，要測(cè)量的點(diǎn)表面的粗糙度影響以已知方式進(jìn)行的無(wú)反射鏡測(cè)量的精確度。
[0006]為了瞄準(zhǔn)要測(cè)量的目標(biāo)點(diǎn)，所討論的類型的測(cè)量裝置具有瞄準(zhǔn)單元(諸如望遠(yuǎn)鏡)。在簡(jiǎn)單的實(shí)施方式變型中，瞄準(zhǔn)單元例如被設(shè)計(jì)為望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)器。現(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(jī)，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(chǎng)圖像。瞄準(zhǔn)單元的光學(xué)器件在這種情況下可包含手動(dòng)對(duì)焦(例如，用于改變光學(xué)器件的焦點(diǎn)位置的調(diào)節(jié)螺釘)或者可具有自動(dòng)對(duì)焦，其中，焦點(diǎn)位置例如通過(guò)伺服電機(jī)改變。用于大地測(cè)量裝置的望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)器的自動(dòng)對(duì)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。可通過(guò)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(jī)(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(jī)，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(jī)通過(guò)物鏡來(lái)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(cè)量，可提供附加的單獨(dú)的發(fā)送和接收通道分支。此外，常見(jiàn)的測(cè)量裝置目前包含自動(dòng)目標(biāo)跟蹤功能(ATR 自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別”)，為此，另外的單獨(dú)的ATR光源(例如，多模光纖輸出端，其發(fā)射具有進(jìn)一步限定波長(zhǎng)的光)和專用的ATR相機(jī)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(cuò)誤或漸暈(S卩，在可觀測(cè)的視場(chǎng)的邊緣區(qū)域中的亮度下降)，極高的要求被強(qiáng)加于各個(gè)光學(xué)組件。因此，為了對(duì)個(gè)別波長(zhǎng)進(jìn)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(jiàn)光帶使得能以盡可能最好的顏色保真度進(jìn)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(qǐng)EP I 081 459或EP I 662 278中公開(kāi)了大地測(cè)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(cè)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(cè)量桿移動(dòng)到要測(cè)量的目標(biāo)點(diǎn)，其中，目標(biāo)反射器的位置以及目標(biāo)點(diǎn)的位置可以隨后如下地確定。具體地，通過(guò)由持測(cè)量桿的用戶借助于具有到全站儀的無(wú)線連接的數(shù)據(jù)記錄器的遙控來(lái)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(cè)量桿，或者可除測(cè)量桿之外額外地由用戶手持。
[0013]在此情況下，對(duì)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(jī)提供的現(xiàn)場(chǎng)圖像，所述現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)圖像將全站儀適當(dāng)?shù)貙?duì)準(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(jī)的現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(duì)于實(shí)際測(cè)量方向(即，最終沿該方向發(fā)射測(cè)量福射并因此表示測(cè)量方向)的誤差無(wú)關(guān)。在這種情況下，瞄準(zhǔn)方向與測(cè)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(wèn)題分開(kāi)進(jìn)行處理并將被單獨(dú)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(duì)準(zhǔn))(以便與測(cè)量方向相對(duì)應(yīng))可以是復(fù)雜的，并且在將經(jīng)由通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀看的進(jìn)行瞄準(zhǔn)與經(jīng)由對(duì)具有虛擬十字光標(biāo)的顯示圖像的觀察進(jìn)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(duì)應(yīng)點(diǎn)處盡可能如實(shí)地顯示虛擬十字光標(biāo)，在測(cè)量裝置的組裝后在工廠實(shí)施校準(zhǔn)(利用相應(yīng)的校準(zhǔn)參數(shù)的確定)?？紤]到本測(cè)量裝置的幾何結(jié)構(gòu)，這樣的工廠校準(zhǔn)(如測(cè)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(cè)量裝置的測(cè)量坐標(biāo)系與照相機(jī)坐標(biāo)系之間的關(guān)系。例如，在專利文獻(xiàn)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(jī)圖像記錄的過(guò)程(其相對(duì)于所需的環(huán)境和測(cè)量條件是復(fù)雜的)。出于這個(gè)原因，關(guān)于立軸和斜軸的誤差(方向誤差)或者照相機(jī)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(lái)確定。
[0015]然而，這樣的誤差無(wú)法隨著時(shí)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(yùn)輸過(guò)程中)、溫度影響、或其它隨著時(shí)間的推移而變化的材料性質(zhì)的影響。
[0016]事實(shí)上，可在現(xiàn)場(chǎng)由測(cè)量員自己實(shí)施的相對(duì)于立軸誤差和斜軸誤差的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)常常在執(zhí)行測(cè)量任務(wù)(例如，被稱為雙位置測(cè)量或轉(zhuǎn)換測(cè)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(gè)目標(biāo)，并且在各個(gè)情況下測(cè)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(guò)程中，相對(duì)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(huì)導(dǎo)致偏差。
[0017]本發(fā)明的目的是減少或解決此問(wèn)題，即，在相對(duì)于要疊加電子十字光標(biāo)的圖像位置進(jìn)行的工廠校準(zhǔn)過(guò)程中存儲(chǔ)的校準(zhǔn)參數(shù)相對(duì)于對(duì)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(shí)間的推移和/或在特定條件下(例如，震動(dòng)后)可能出現(xiàn)誤差。
[0018]該目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的表征特征的實(shí)現(xiàn)來(lái)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(cè)量裝置，特別是視頻經(jīng)瑋儀或視頻視距儀，包含至少一個(gè)基座、可相對(duì)于所述至少一個(gè)基座樞轉(zhuǎn)的支承件、可相對(duì)于所述支承件樞轉(zhuǎn)的瞄準(zhǔn)單元、用于測(cè)量所述支承件和所述瞄準(zhǔn)單元的樞軸位置的測(cè)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(guò)所述物鏡記錄圖像的照相機(jī)。
[0021]在這種情況下，所述分析和控制單元包含所存儲(chǔ)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(jì)用于對(duì)使用照相機(jī)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(diǎn)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(jī)配件之間的幾何結(jié)構(gòu)受到影響之后校驗(yàn)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(duì)基本上自動(dòng)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(dòng)作的特殊過(guò)程或特殊序列(和在這些瞄準(zhǔn)位置中的每一個(gè)中執(zhí)行的校準(zhǔn)測(cè)量)。
[0024]因此，在這種情況下，對(duì)同一目標(biāo)的瞄準(zhǔn)動(dòng)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(chǔ)針對(duì)該限定的序列的序列信息項(xiàng)。
[0025]在啟動(dòng)所述功能后，隨后由所述分析和控制單元自動(dòng)控制或執(zhí)行下列動(dòng)作。
[0026]-響應(yīng)于可在利用所述物理瞄準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)所述目標(biāo)進(jìn)行的瞄準(zhǔn)(例如，由用戶啟動(dòng))時(shí)