测量仪器和使用测量仪器提供测量数据的方法技术

一种测量仪器（１１）包括具有成像光学系统和光学探测器元件阵列的望远镜单元、用于探测所述望远镜单元的取向的取向传感器、用于使所述望远镜单元绕着水平轴和垂直轴进行转动的转动驱动器、可控制的距离测量单元和处理单元。所述处理单元包含存储有指令和用来使每个光学探测器元件的位置与一个视方向相关联的校准数据的存储器以及处理器，用来：获取目标区数据；获取表示投影面（１３５）的投影面数据（１３３）；获取表示目标区的二维图像的一组像素数据；使用所述校准数据将所述一组像素数据变换为一组表示所述图像到所述投影面的投影的投影图像数据；以及存储所述投影图像数据作为测量数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到使用测量仪器提供测量数据的方法、执行该方法的手段以及相应的 测量仪器。
技术介绍
测量通常包括确定，例如，地形中的反射镜(三面反射镜(triplereflector))或 目标等点的角度或位置。这些角度或位置可以通过测量仪器(诸如经纬仪或测距仪)来测量。空间中的位置可以用合适的坐标系中的坐标来定义。例如，一个点的位置可以由 其笛卡儿坐标来定义，而笛卡儿坐标则是相对于具有彼此正交的三个轴的笛卡儿坐标系来 定义的。然而，为了测量位置，采用球坐标更加合适。如图1所示，点P的位置可以由球坐 标来定义，即，由该点到正交坐标系的原点的距离d、该坐标系的水平轴之一与连接该坐标 系原点和点P在水平面上的投影的直线之间的夹角α、以及和水平面正交的该坐标系的轴 与连接该坐标系原点与该点的直线之间的垂直夹角θ来定义。在本领域中众所周知，笛卡 儿坐标可以变换成球坐标，反之亦然。测量仪器，诸如经纬仪或测距仪，也称作速测仪(tachymeter)或全站仪(total station)，采用球坐标。如图1所示，已知的经纬仪或测距仪包含一个望远镜1，该望远镜 可以绕着垂直轴2转动，该垂直轴固定在经纬仪或测距仪的底座3上，还可以绕着倾斜轴 4(也称水平轴)转动，该倾斜轴随着望远镜1绕着垂直轴2的转动而转动。绕着垂直轴2 的转动角度和绕着倾斜轴的倾斜角度可以从相应的水平度盘(horizontal circle) 5和垂 直度盘(vertical circle)6 读出。在图1所示的理想测距仪中，倾斜轴4与垂直轴2正交，这两个轴相交于一点。此 外，望远镜1的视线7 (也称作视轴)与倾斜轴4正交，并穿过倾斜轴4和垂直轴2的交点。为了测量一个点的位置，理想的情况是，测距仪的放置使得垂直轴2完全垂直，即 指向重力的方向。然后，通过与垂直轴2正交的平面来定义球坐标系，原点为倾斜轴4和垂 直轴2的交点。通过水平度盘5，可以定义所述坐标系的一个轴，该轴相对于底座3固定。 为了测量上述夹角α和θ，通过绕着垂直轴2转动望远镜1并绕着倾斜轴4倾斜望远镜1 使望远镜1的视轴7指向要测量的点。然后，可以从水平度盘读出夹角α，从垂直度盘6读 出夹角θ。为了测量目标点到仪器的距离，测距仪有一个距离测量单元，该单元可以测量所 看到的目标点到仪器的距离。知道了该点到仪器的距离后，就可以很容易地得到笛卡儿坐6摄像测距仪与传统测距仪的不同之处在于，摄像测距仪包含一个照相机，该照相 机可以例如取代整个望远镜或者只取代望远镜的目镜，或者该照相机可以与望远镜一起提 供。如图2所示，照相机8包含光学系统9和图像传感器10。光学系统9在图像传感器10 上形成场点的图像。这样，要测量的点就被成像在图像传感器10上的某个位置处。图像传 感器10包含光探测器元件10'的阵列，该阵列能够对传感器上形成的图像进行响应，并产 生各个探测信号。如果使用已知的测距仪甚至使用摄像测距仪来测量目标区域，那么，必须将望远 镜单元单独地指向目标区域中所有感兴趣的点以便获得目标区域的测量数据。因此，目标 区域的测量，具体说是目标区域中给定目标的测量，是十分费时的。已经发现，可以进一步改进提供测量数据的常规方法以及常规的测量仪器，以便 更快更舒适地获得测量数据。
技术实现思路
考虑了上述问题后产生了本专利技术。本专利技术的实施例提供一种测量仪器，该测量仪器能够更快速更轻松地提供测量数 据。此外，本专利技术的实施例提供一种测量仪器，该测量仪器能够更容易更精确地提供全景图像。此外，本专利技术的实施例提供一种方法，该方法使用能更快更轻松地提供测量数据 的测量仪器来提供测量数据。此外，本专利技术的实施例提供一种方法，该方法能够更容易更精 确地提供全景图像。根据本专利技术的实施例，一种测量仪器包括用来产生距离数据的距离测量单元，所 述距离数据表示所述距离测量单元和要测量目标之间沿着所述距离测量单元的测量方向 的距离，所述距离测量单元可以绕着水平轴和垂直轴转动；用来产生取向数据的取向传感 器，所述取向数据表示所述距离测量单元绕着所述水平轴和垂直轴的取向；用来产生图像 数据的望远镜单元，所述图像数据是关于所述目标的二维图像的数据，所述望远镜单元相 对于所述距离测量单元有确定的空间关系；以及处理单元。所述处理单元设置为用来控制 所述望远镜单元产生图像数据；控制所述距离测量单元为所述目标上的至少三个不同位置 产生距离数据，所述距离数据连同相应的取向数据由所述处理单元接收；获取表示表面的 表面数据，所述表面由与所述目标上的至少三个不同位置相关的距离数据和取向数据来确 定；以及将所述图像数据变换为投影图像数据，所述投影图像数据表示所述图像到由所述 表面数据所确定的表面的投影。因此，在这些实施例中，通过测量所述目标上的至少三个点的距离和位置，所述测 量仪器确定所述图像数据被投影到的表面。所述点的位置基于所述距离测量单元的取向来计算。就本专利申请而言，要强调的是，术语“投影”不限制于图形投影或物理投影，而应 该被理解为“变换”。此外，所述距离测量单元的测量方向可以对应着例如一条光轴或者对 应着所述望远镜单元的光学探测器的中心像素。根据示范性实施例，所述仪器还包括界面，用于由用户在所述目标的二维图像中选择所述目标上的不同位置。或者，所述仪器可以预定义所述目标上的不同位置来描述一 个例如三面体。根据一个示范性实施例，所述处理单元还配置为用来将至少包括所述投影图像数 据连同与所述表面的距离有关的信息存储起来和/或发送到接收装置作为测量数据。所述 处理单元甚至可以存储并传输诸如所述表面的形状和/或取向等其它信息。根据一个示范性实施例，所述表面为平面、球面和柱面之一。很明显，测量三个位 置对于例如在三维空间中精确定义一个平面的位置和取向来说是足够的。如果测量多于三 个位置来定义一个平面，那么，通过已知的校正方法，可以提高确定所述平面的精度。测量 四个位置对于例如在三维空间中精确定义一个球面的位置和取向来说是足够的。通过例如 测量更多数目的位置可以描述一个形状任意的表面。对于形状任意的表面而言，所述位置 的数目取决于例如预期的精确度和所述表面的复杂性。根据本专利技术的实施例，一种测量仪器包括用来产生距离数据的距离测量单元，所 述距离数据表示所述距离测量单元和要测量目标之间沿着所述距离测量单元的测量方向 的距离；用来产生图像数据的望远镜单元，所述图像数据是关于所述目标的二维图像的数 据，所述望远镜单元相对于所述距离测量单元有确定的空间关系；以及处理单元。所述处理 单元配置为用来控制所述望远镜单元来产生图像数据；控制所述距离测量单元来产生距离 数据；获取表示平面的表面数据，其中，所述平面的位置基于所述距离数据来选择，所述平 面的取向通过在所述目标的二维图像中确定并分析所述目标上的至少一个椭圆形和菱形 微元经过图像处理来选择；以及将所述图像数据变换为投影图像数据，所述投影图像数据 表示所述图像到由所述表面数据所确定的平面的投影。因此，在这些实施例中，所述测量仪器通过图像处理来确定所述图像数据被投影 到的表面。用来测量所述距离测量单元和所述目标之间的距离的所述目标上的位置在例如 调整所述平面在三维空间中的取向时可以被用作转折点(break-over poin本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量仪器，包括：用来产生距离数据的距离测量单元，所述距离数据表示所述距离测量单元和要测量目标之间沿着所述距离测量单元的测量方向的距离；用来产生图像数据的望远镜单元，所述图像数据是关于所述目标的二维图像的数据，所述望远镜单元相对于所述距离测量单元有确定的空间关系；用于接收所述目标的三维数据的界面；以及处理单元，配置为用来：控制所述望远镜单元产生图像数据；控制所述距离测量单元产生距离数据；获取表示表面的表面数据，其中，所述表面的位置基于所述距离数据来选择，所述表面的形状由所述三维数据来确定；以及将所述图像数据变换为投影图像数据，所述投影图像数据表示所述图像到由所述表面数据所确定的表面的投影。

【技术特征摘要】
US 2005-9-12 60/716,338一种测量仪器，包括用来产生距离数据的距离测量单元，所述距离数据表示所述距离测量单元和要测量目标之间沿着所述距离测量单元的测量方向的距离；用来产生图像数据的望远镜单元，所述图像数据是关于所述目标的二维图像的数据，所述望远镜单元相对于所述距离测量单元有确定的空间关系；用于接收所述目标的三维数据的界面；以及处理单元，配置为用来控制所述望远镜单元产生图像数据；控制所述距离测量单元产生距离数据；获取表示表面的表面数据，其中，所述表面的位置基于所述距离数据来选择，所述表面的形状由所述三维数据来确定；以及将所述图像数据变换为投影图像数据，所述投影图像数据表示所述图像到由所述表面数据所确定的表面的投影。2.根据权利要求1所述的测量仪器，其中，所述处理单元还配置为用来通过确定并分 析包含在所述三维数据和所述图像数据这两者中的至少一个同样的特征微元经过图像处 理来选择所述表面的取向。3.根据权利要求1所述的测量仪器，其中，所述距离测量单元被安装为能够绕着水平轴和垂直轴转动；所述仪器还包括用来产生取向数据的取向传感器，所述取向数据表示所述距离测量单 元绕着所述水平轴和垂直轴的取向；所述处理单元还配置为用来控制所述距离测量单元为所述目标上的至少三个不同位 置产生距离数据，所述距离数据连同相应的取向数据由所述处理单元接收；以及所述处理单元还配置为用来利用与所述目标上的所述至少三个不同位置相关的所述 距离数据和取向数据来确定所述表面的取向。4.根据权利要求1所述的测量仪器，其中，所述处理单元还配置为用来执行如下至少 一种操作将至少所述投影图像数据连同与所述表面的距离有关的信息作为测量数据存储 起来和发送到接收装置。5.根据权利要求1所述的测量仪器，其中，所述处理单元还配置为用来在由所述投影 图像数据所表示的所述图像的投影中识别用户选择的点并确定所述目标上所述被选择的 点的位置。6.根据权利要求1所述的测量仪器，其中，所述望远镜单元被安装为能够绕着水平轴和垂直轴转动；所述望远镜包括用来产生取向数据的取向传感器，所述取向数据表示所述望远镜单元 绕着所述水平轴和垂直轴的取向；以及 所述处理单元还配置为用来确定获取图像数据的各方向，所述方向确定目标区的多个二维局部图像，使得所述多 个局部图像覆盖所述目标区；控制所述望远镜单元在每个方向上获取局部图像数据，所述局部图像数据连同相应的 取向数据由所述处理单元接收；获取表示全景表面的全景表面数据，其中，所述全景表面的形状从锥面、柱面和球面所 构成的组中选择；将每个方向上的所述局部图像数据变换为一组局部图像投影数据，每个局部图像投影 数据表示各个所述局部图像数据到所述全景表面的投影；以及基于所述一组局部图像投影数据以及与各个所述局部图像投影数据相对应的取向数 据来产生全景图像数据，所述全景图像数据表示投影到所述全景表面上的所述目标区的全 景图像。7.根据权利要求6所述的测量仪器，其中，所述处理单元还配置为用来执行如下至少 一种操作将所获得的全景图像数据作为测量数据存储起来和发送到接收装置。8.根据权利要求6所述的测量仪器，其中，所述处理单元还用来确定使所述二维局部 图像产生重叠的方向，并通过分别使用所述重叠区中的所述局部图像数据的像素数据或所 述局部图像投影的局部图像投影数据来调整所述重叠区中的至少一个所述局部图像数据 中的像素数据和至少一个所述二维局部图像的局部图像投影数据。9.根据权利要求3所述测量仪器，其中，所述仪器还包括转动驱动器，用来使所述距离测量单元和所述望远镜单元中的至少一 个绕着所述水平轴和垂直轴转动；以及所述处理单元用来控制所述转动驱动器从而分别使所述距离测量单元和所述望远镜 单元转动到确定方向上。10.根据权利要求9所述的处理单元，其中，所述仪器包括显示单元的界面以及触摸屏的定点设备和界面中的至少一个，用来分别 在所述显示单元和所述触摸屏上显示所述二维图像和所述图像的投影中的至少一个，并用 来分别在所述二维图像和所述图像的投影中选择所述目标上的位置；以及所述处理单元还用来分别读取所述定点设备的位置和通过触摸所述触摸屏而确定的 位置，计算所述距离测量单元和所述望远镜单元中的至少一个的取向，使得所述距离测量 单元和所述望远镜单元的测量方向分别指向与所读取的位置相对应的所述目标上的位置， 并所述处理单元还用来控制所述转动驱动器分别将所述距离测量单元和所述望远镜单元 移动到所计算出来的取向上。11.根据权利要求1所述的测量仪器，其中，所述处理单元包括存储有指令的存储器以 及处理器。12.根据权利要求1所述的测量仪器，其中所述望远镜单元具有成像光学系统和光学探测器元件阵列，每个探测器元件在所述阵 列中占有一个位置，并且对由所述成像光学系统投影到所述阵列上的图像产生响应以产生 表示所述图像上的点的像素的数据；以及所述处理单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：T克卢达斯，A许内曼，M弗格尔，
申请(专利权)人：特里伯耶拿有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]