用于获得距离和图像信息的光学仪器和方法技术

公开了一种用于获得物体的距离和图像信息的光学仪器和方法，以提高数据采集的速度和精确度。所述仪器包括摄像机、定位单元、距离测量单元、透镜布置和控制单元。摄像机采集物体的图像，而控制单元限定待扫描的区域以及物体的物体特征，其中相应于物体上的位置的测量像素可被限定在区域中，在物体特征处有增加密度的测量像素。其后，测量到物体的所关注的选定位置处的距离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于获得物体的距离和图像信息的光学仪器和方法。
技术介绍
光学仪器，特别是诸如视频测速仪或视频全站仪的光学仪器包括复杂 配置的光学元件，例如望远镜的透镜、摄^^和距离测量装置，用于获得 关于物体的形状和位置的信息。该信息可包括水平和垂直角以及到物体的 距离和物体的图像。该信息可接着用于创建物体的三维表示。然而，在使用这样的光学仪器采集图像之后，三维数据的采集是耗费 时间的。例如，为了测量三维4册格，仪器必须连续地扫描和测量相应于栅 格中的点的每个位置，这是耗费时间的。具有成像、方向和距离测量能力的其它光学测量仪器常常包括用于获 得图像、方向和距离信息的扫描装置，其中使用用于激光束偏转的快速旋 转多面镜。特别地，将距离测量装置的激光束扫描在物体上，同时测量到 物体上位置的距离，且记录例如由水平和垂直角指示的、相对于仪器的原 点或镜位置到物体上的位置的方向。这样的仪器能够以视频速率提供包括物体上每个被扫描位置的距离信 息的物体的图像。因此，可获得相应于所测量的位置的多个数据点，其中8每个数据点可包括三维信息。当然，对分辨率的要求越高，就需要获得越 多的数据点，导致必须处理的大量信息，这常常只有在离线时才是可能的。 虽然上面讨论的仪器可获得对很多应用有足够的分辨率的物体的三维 表示，但一些应用仍然需要更高的分辨率。而且，不可能获得完全相同的 位置的第二距离测量，因为不可能在例如旋转多面镜上两次获得完全相同 的激光束偏转。进一步地，因为通常必须回到办公中离线地完成大量数据 的处理，操作员不能现场返回所关注的特征。因此，虽然对整个扫描区域 来说获得了相当高的分辨率，但如果必须将扫描区域中的相应于所关注的 一些特征的数据分离出来，则这变成一个缺点。
技术实现思路
因此希望提供一种具有提高的数据采集的光学仪器和方法，其用于提高图像采集以^J巨离测量的精确度和速度。根据一个实施例，用于获得物体的距离和图像信息的光学仪器包括 透镜布置，其用于观测物体；摄#4^，其与透镜布置的光轴对齐，用于采 集物体的至少一部分的图像；距离测量单元，其用于沿着平行于透镜布置 的光轴的距离测量单元的测量轴测量到物体的距离；定位单元，其用于相 对于至少一个参考轴调节透镜布置的光轴；以及控制单元，其具有第一控 制元件和第二控制元件，第 一控制元件适合于限定图像中待扫描的区域、 获得区域中物体的物体特征以及在区域中限定相应于物体上多个位置的多 个测量〗象素，在物体特征处有增加密度的测量像素，而第二控制元件适合 于指示定位单元将透镜布置的光轴顺序地调节到物体上的多个位置上，以 及指示距离测量单元测量到物体多个位置处的距离。因此，物体上多个位 置的水平和垂直方向以;SJ巨离可被精确和快速地测量，因为定位单元用于 对每次测量重新调节透镜布置的光轴，以及因为距离信息仅W目应于物体 特征的图像中所关注的有限数量的测量像素获得。数据采集因此被限制到 所关注的区域和物体特征，从而可以节约处理时间并限制所采集的数据量。根据有利的例子，第 一控制元件适合于通过操作员选择区域中物体特征来获得物体特征，或通过使用用于探测区域中物体的物体特征的探测算 法处理图像中的区域来获得物体特征。因此，代替获得不关注的位置的距 离信息，由操作员选择所关注的物体特征，或可以可选地使用探测算法处 理图^象中的区域，以便减少位置调节和距离测量所需的时间。根据另 一有利的例子，第 一控制元件适合于通过操作员选择图像中的 区域来限定待扫描的区域或通过j吏用用于探测物体的至少一部分的探测算 法处理图像来限定待扫描的区域。因此，可避免测量图像中每个位置的距 离，操作员可首先研究图像中所关注的区域，或可使用自动探测算法，例 如自动图像处理算法来将待扫描的区域减小到所探测的物体。才艮据另 一有利的例子，第 一控制元件适合于在待扫描的区域中限定具 有高测量像素密度的区、具有低测量像素密度的区以及没有测量像素的区 中的至少一个。因此，区域中不同的区可使用不同的优先级限定，以便减 少位置调节和测量距离的时间以及数据量。根据另 一有利的例子，第 一控制元件适合于通过操作员选择区域中的 区来限定区或通过使用用于探测区域中的区的探测算法处理区域来限定 区。因此，操作员可首先研究待扫描的区域以例如使用不同的优先级准确 地限定区，或可选地，探测算法可在这方面自动提供快速分类。根据另一有利的例子，第二控制元件适合于按最小化透镜布置的光轴 的调节的顺序扫描区域中的测量像素。因此，当例如扫描环形物体时，可 避免传统的水平线扫描，更确切地，物体可例如在绕其圆周被扫描，以便 环形周围的测量像素随后以对每个步长透镜布置的光轴的调节最小的方式 被扫描，减少了测量时间。根据另 一有利的例子，第 一控制元件适合于通过将轮廓的二维表示《1入区域中并通过在区域中选择轮廓的二维表示的轮廓线(outline)处的多 个像素作为测量像素，来在区域中限定多个测量l象素。因此，测量像素在 待扫描的区域中的分布可根据待测量的物体的实际轮廓来调节，例如当测 量隧道中的位置时的圆柱形轮廓。根据另一有利的例子，图像至少包括第一和第二子图像，且这至少两个子图像包括多个测量像素。因此，图像可由几个子图像组成，每个子图 像中或仅一个子图像中有测量像素。根据另 一有利的例子，第 一控制元件适合于限定在第 一子图像和第二 子图像的测量像素之间的待测量的其它位置。因此，待测量的位置不限于 相应于子图像的测量像素的位置，而是距离信息也可从没有在任何子图像 上示出的位置获得。才艮据另 一有利的例子，第 一控制元件适合于通过沿着连接至少两个测 量像素的线限定其它位置，或通过使用外插算法来对由探测算法所探测的 第一子图像和第二子图像中的至少一个子图像中的物体的边缘或其它物体 特征进行外插，来处理第一子图像和第二子图像中的至少一个，由此限定 待测量的其它位置。因此，可能通过分析子图像中的至少一个以例如获得 没有在所述至少两个子图像中的任何一个中显示的物体特征的一部分的近 似，来测量到没有在子图像中的任何一个上显示的位置的距离。才艮据另一有利的例子，定位单元适合于相对于参考轴系统测量对物体 上多个位置的水平和垂直角。因此，可以在球面坐标中获得物体上的位置。根据另一有利的例子，光学仪器进一步包括用于显示所采集的图像的 显示单元。因此，操作员可在现场即时观看所采集的图像。才艮据另 一有利的例子，显示单元适合于重叠地显示所采集的图4象和所 测量的位置。因此，可在二维显示器上观看三维图像信息。根据另一有利的例子，显示单元是触摸显示单元，其用于下列操作中的至少一个由操作员限定图像中待扫描的区域以及由操作员获得物体特 征。因此，操作员可简单地例如通过触摸显示器来限定待扫描的区域，并 限定物体特征，分别实现所关注的区域和物体特征的快速和准确的选择。根据另一有利的例子，光学仪器进一步包括转换单元，其用于将多个 测量像素转换成待测量的位置的坐标。因此，可能为每个测量像素提供相 应位置的坐标，所述坐标可由定位单元使用来调节光轴。根据另一有利的例子，使用转换算法来执行转换。因此，通过给转换 算法提供测量像素可快速获得位置的坐标。根据另一有利的例子，使用将每个测量像素与待测量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学仪器，其用于获得物体的距离和图像信息，所述光学仪器包括：　透镜布置（１１０），其用于观测所述物体；　摄像机（１２０），其与所述透镜布置的光轴对齐，用于采集所述物体的至少一部分的图像；　距离测量单元（１３０），其用于 沿着平行于所述透镜布置的光轴的所述距离测量单元的测量轴测量到所述物体的距离；　定位单元（１４０），其用于相对于至少一个参考轴调节所述透镜布置的光轴；以及　控制单元（１５０），其具有：　第一控制元件（１５２），其适合于限定所 述图像中待扫描的区域、获得所述区域中所述物体的物体特征、以及在所述区域中限定相应于所述物体上多个位置的多个测量像素，其中在所述物体特征处有增加密度的测量像素，以及　第二控制元件（１５４），其适合于指示所述定位单元将所述透镜布置的光轴顺 序地调节到所述物体上的所述多个位置上，以及指示所述距离测量单元测量到所述物体所述多个位置处的距离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：T克卢达斯，M弗格尔，C格雷塞尔，S斯万霍尔姆，
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]