用于测量物体上的方位的设备、方法和系统技术方案

一种用于监测布置在物体上的多个方位处的勘测反射器的系统，所述系统具有相机和处理数据的处理单元，所述相机包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量物体上的方位的设备、方法和系统


[0001]本专利技术涉及一种用于监测物体上的方位的系统和方法。本专利技术还可涉及一种用于监测和/或检测物体的移动的系统和方法。

技术介绍

[0002]用于测量远处物体的方位的系统和方法很长时间以来是已知的，例如在结构的勘测和/或监测的领域中是这样。
[0003]WO 2019/143249 A1和WO 2019/143250 A1公开了用于监测物体(例如，结构)的随着时间推移的方位的设备和方法。所公开的系统包括使用位于待测量的方位处的主动光源的信标。这些公开文献提出了用于减少诸如环境光之类的干扰光源的影响以及用于不同信标的有效识别的解决方案。
[0004]然而，主动光源需要动力源。对于长期监测而言，这可能需要使用电池，更换电池或(例如使用太阳能面板)在当地收集能量。
[0005]US 2018/0224527 A1描述了一种用于检测可以在空间中移动的目标物体的位置的坐标测量装置，该装置具有自动化目标物体识别功能。然而，该装置显示出较大的复杂性，并且当测量多个目标物体时，测量程序将变得相当耗费时间。
[0006]US 8,553,212 B2描述了一种用于识别具有测地线测量装置的目标单元的测地线测量系统和方法。该公开文献聚焦于目标单元的识别。然而，如果期望测量并因此识别多个目标单元，则该程序显得相对耗费时间。

技术实现思路

[0007]本文所解决的问题是如何能够监测物体的随着时间推移的方位。更具体地，所解决的问题涉及监测诸如建筑物之类的物体，这些物体相对于地球应该具有固定的位置，但是会随着时间推移而会移动。物体上的方位可能显示出随着时间推移而缓慢变化的位置，并且物体甚至可能作为整体经历变形。原因可能涉及建筑物所在的软的地面、建筑物下方的地下建筑工程(例如，建造地下停车场或地铁)和地震(例如，从建筑物下方的地球方位提取天然气所引起的)。
[0008]更具体地，本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，并且允许监测随着时间推移的方位，同时降低特别是远程的被监测方位的功率消耗，同时仍然提供高效且可靠的监测。特别地，本专利技术的目的在于减少在被监测方位处对动力源的依赖。
[0009]本专利技术的另一目的在于能够更加时间有效地监测物体上的方位。
[0010]本专利技术的另一目的在于降低用于监测物体上的方位的系统和/或方法的复杂性。
[0011]相应地，本专利技术提供了一种如独立权利要求1中所限定的系统。
[0012]本专利技术还提供了如其他独立权利要求中所要求保护的方法。
[0013]在从属权利要求中要求保护有利的实施例。
[0014]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于监测布置在物体上的多个方位处的勘测
反射器的系统，所述系统包括：
[0015]相机，所述相机包括：
[0016]‑
一个或多个第一光源，所述第一光源用于发射第一发散束，其中所述一个或多个第一光源被布置成使得由所述一个或多个第一光源照亮与所述相机的视场的至少10％相对应的空间场；
[0017]‑
图像传感器，所述图像传感器用于接收包括由所述多个勘测反射器对所述第一发散束的反射的反射光束，并且用于提供数据；
[0018]‑
本体，所述本体设有光学进入系统，所述本体具有面向所述相机的内部空间的第一侧和背向所述内部空间的第二侧，其中所述图像传感器位于所述内部空间中，并且所述一个或多个第一光源位于所述本体的所述第二侧，其中所述一个或多个第一光源布置在距所述光学进入系统的第一距离处；
[0019]和
[0020]处理单元，所述处理单元被配置用于处理所述数据；
[0021]其中，所述处理单元被配置为由所述数据来确定每个勘测反射器的方位，并且基于每个勘测反射器的所确定的方位与该勘测反射器的先前确定的方位的比较来检测所述多个勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的移动。
[0022]使用发射发散束的一个或多个光源使得相机能够同时地捕获位于彼此相距一距离处的多个勘测反射器的图像，而无需移动相机和/或扫描一个或多个光束。一个或多个第一光源被布置成使得由该一个或多个第一光源中的每个第一光源所发射的第一发散光束所形成的积聚光束覆盖该相机的视场的至少10％的空间场。由此，位于相机的视场的10％内的所有勘测反射器都可以被照亮，并因此被同时地监测。
[0023]由此，可以避免需要移动相机以扫描由相机发射的光束来监测多个勘测反射器的必要性。这与通常使用准直的激光束的常规系统形成对比。使用准直的激光束具有提供高强度光的优点，然而，如果在相机上提供与无源反射器一起使用，则需要扫描相机以监测多个勘测反射器。
[0024]一个或多个第一光源各自发射发散束，该发散束是其截面在二维中具有不可忽略的尺寸的束。在优选实施例中，第一发散束表示锥形的，优选地为正圆锥形的，具有大于0
°
的第一立体角。或者，第一发散束可以表示椭圆锥。由于发散束的光强度或亮度通量随着距光源的距离而减小，因此应该优选地使用高功率的光源，通常为高功率的LED，以便维持所期望的操作距离，即勘测反射器可以被检测的距离。
[0025]在一些实施例中，可以设置一个第一光源，该一个第一光源发射具有足够大以覆盖相机的视场的至少10％或甚至更多的立体角的光束。
[0026]根据一实施例，空间场对应于相机的视场的至少50％。在优选实施例中，由一个或多个第一光源所照亮的空间场基本上等于或大于相机的视场。在一些实施例中，可以设置一个第一光源，其中用第一束照亮该相机的整个视场。在其他实施例中，设置两个或更多个第一光源，其中该两个或更多个第一光源的相应的发散光束的组合基本上覆盖该相机的视场。
[0027]由此，与依赖扫描系统的现有技术相比，可以更快地执行勘测。此外，因为可以在不依赖移动零部件和/或多个相机的情况下执行多个勘测反射器的勘测和/或监测，因此降
低了系统的复杂性。
[0028]如本文以上所描述的，在优选实施例中，相机可以设有用作物镜的非折射元件，例如针孔(pinhole)。如WO 2019/143250 A1中所描述的，这具有多个优点，包括与使用形成物镜的折射光学元件(即，一个或多个透镜)的相机相比降低的光学变形。特别地，对于使用非折射光学元件的相机，已经观察到优于使用透镜作为物镜的常规相机的多个优点，其中：
[0029]·
光学元件的纯几何特性；
[0030]·
最小或甚至没有色差；
[0031]·
几乎无限大的景深；
[0032]·
最小的热敏感性，这是由于设有光学进入系统的本体的非常低的热阻和低的热容量；
[0033]·
视角仅取决于图像传感器的尺寸以及针孔或狭缝与图像传感器之间的距离；
[0034]·
可以减小图像传感器和光学进入系统的尺寸；
[0035]·
它的重量非常轻，这是因为避免了与透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于监测布置在物体(3)上的多个方位处的勘测反射器(1；21；31；41；51；5101；5102；5103；61；71)的系统，所述系统包括：相机(7；27；37；47；57；67A，67B；77)，所述相机包括：
‑
一个或多个第一光源(22；321；42；521；72；102)，每个第一光源用于发射具有大于零的立体角(Ω1)的第一发散束(5；25；351；45；551；75)，其中所述一个或多个第一光源被布置成使得由所述一个或多个第一光源照亮与所述相机的视场的至少10％相对应的空间场；
‑
图像传感器(24；34；44；54；74；120)，所述图像传感器用于接收包括由所述多个勘测反射器对所述第一发散束的反射的反射光束(26；361；46)，并且用于提供图像传感器数据；和
‑
本体(28；38；48；58；78)，所述本体设有光学进入系统(23；33；43；53；73)，所述本体具有面向所述相机的内部空间的第一侧和背向所述内部空间的第二侧，其中所述图像传感器位于所述内部空间中，并且所述一个或多个第一光源位于所述本体的所述第二侧，其中所述一个或多个第一光源布置在距所述光学进入系统的第一距离(D1；d)处；和处理单元(9；29；79)，所述处理单元被配置用于处理所述数据；其中，所述处理单元被配置为由所述数据来确定每个勘测反射器的方位，并且基于每个勘测反射器的所确定的方位与该勘测反射器的先前确定的方位的比较来检测所述多个勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的移动。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光学进入系统包括形成所述相机的物镜的非折射光学元件(101)。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述空间场对应于所述相机的所述视场的至少50％，其中优选地，所述空间场基本上等于或大于所述相机的所述视场。4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述处理单元还被配置为通过所述第一发散束的调制将第一代码应用于所述第一发散束，并且在对所记录的数据的图像处理期间应用滤波技术。5.根据权利要求4所述的系统，还包括发射第二发散束(352)的一个或多个第二光源(322)，其中所述一个或多个第二光源布置在距所述光学进入系统的第二距离(D2)处，所述第二距离大于所述第一距离，其中所述第二距离使得所述第二发散光束的来自所述勘测反射器的反射(362)不通过所述光学进入系统进入所述相机，并且其中所述处理单元还被配置为将第二代码应用于所述第二发散束，其中所述第二代码不同于所述第一代码。6.根据权利要求4或5中任一项所述的系统，还包括被配置为发射第三发散束(552)的一个或多个第三光源(522)，其中所述一个或多个第三光源布置在距所述光学进入系统的第三距离(d)处，所述第三距离基本上类似于所述第一距离(d)，并且其中所述处理单元还被配置为将第三代码应用于所述第三发散束，其中所述第三代码不同于所述第一代码，并且如果使用的话，不同于所述第二代码。7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述处理单元还被配置为将命令代码应用于所述第一发散束，所述命令代码包括待发送到所述勘测反射器的指令、信息和/或请求。8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括勘测反射器识别单元(761)，所述勘
测反射器识别单元设置在所述勘测反射器处或被包括在所述勘测反射器中，所述勘测反射器识别单元包括：
‑
光接收器(71)，所述光接收器用于接收所述第一发散束；
‑
微控制器(719)，所述微控制器联接到所述光接收器；和
‑
识别单元光发射器(712)，所述识别单元光发射器被配置为响应于所述微控制器接收到用于所述识别单元光发射器的命令而发射独特的识别信号。9.一种用于监测设置在物体上的多个方位处的多个勘测反射器(1；21；31；41；51；5101；5102；5103；61；71)的方法，所述方法包括：通过以下在第一相机位置处监测所述方位：
‑
通过一个或多个第一光源(22；321；42；521；72；102)中的每一个第一光源朝向所述多个勘测反射器发射第一发散束(5；25；351；45；551；75)，所述第一发散束具有大于零的立体角，其中通过所述一个或多个第一发散束基本上同时地照射所述多个勘测反射器，其中所述一个或多个第一光源被维持在基本上固定的位置；
‑
通过图像传感器(24；34；44；54；74；120)记录表示反射光束的数据，所述反射光束包括由所述多个勘测反射器对所述第一发散束的反射；以及通过对所述数据的图像处理来由所述数据确定每个勘测反射器的方位，并且基于每个勘测反射器的所确定的方位与该勘测反射器的先前确定的方位的比较来检测所述多个勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的移动。10.根据权利要求9所述的方法，还包括通过所述第一发散束的调制将第一代码应用于所述第一发散束，并且在对所述数据进行图像处理时应用滤波技术，从而将源自所述第一束的反射的光与其他光源和/或其他反射区分开。11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
‑
提供设有允许光通过的光学进入系统(23；33；43；53；73)的本体(28；38；48；58；78)，所述本体具有第一侧和第二侧，并且将所述本体布置成使得所述第一侧面向所述相机的内部空间，并且所述第二侧背向所述内部空间，使得所述图像传感器布置在所述本体的所述内部空间中，并且所述一个或多个第一光源布置在所述本体的所述第二侧；
‑
将所述一个或多个第一光源布置在距所述光学进入系统的第一距离(D1，d)处；
‑
将一个或多个第二光源(322)布置在大于所述第一距离的第二距离(D2)处，其中所述第二距离使得所述第二发散光束的来自所述勘测反射器的反射不通过所述光学进入系统进入所述相机，以及通过所述一个或多个第二光源中的每个第二光源发射第二发散束；以及
‑
通过所述第二发散束的调制将第二代码应用于所述第二发散束，其中所述第二代码不同于所述第一代码。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述光学进入系统包括形成相机物镜的非折射光学元件(101)。13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，还包括：
‑
由具有所述第一代码的反射光生成(1002a)第一图像；
‑
由具有所述第二代码的反射光生成(1002b)第二图像；和
‑
由所述第一图像减去(1003)所述第二图像，以及由所得到的图像确定(1004)所述勘
测反射器中的一个或多个勘测反射器的位置和/或移动。14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，还包括：
‑
提供一个或多个第三光源(522)，每个第三光源发射第三发散束(552)，其中所述一个或多个第三光源布置在距所述光学进入系统的第三距离(d)处，所述第三距离基本上类似于所述一个或多个第一光源被布置的第一距离(d)，以及通过所述第三发散束的调制将第三代码应用于所述第三发散束，其中所述第三代码不同于所述第一代码，并且如果存在的话，不同于所述第二代码；以及
‑
由所述图像传感器上的第一点p1与所述图像传感器上的第二点p2之间的距离来确定所述相机与勘测反射器之间的距离，所述第一点源自于从所述第一光源发射的光的来自所述勘测反射器的反射，所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿诺德，
申请(专利权)人：弗诺威IP私人有限公司，
类型：发明
国别省市：