测量装置的制作方法

专利名称：测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有图像捕捉装置的测量装置。
背景技术：
测量装置，例如全站仪，通过使用望远镜中的准直仪校准所测量 10 物体上的瞄准点来测量所测量物体。测量的目的是量测测量原点与待 测物体(所测量物体)之间的距离。全站仪向所测量物体发射激光束， 并观测从所测量物体反射回来的激光束。
一些全站仪具有数码相机。进入望远镜的光被棱镜分开， 一些被
分开的光被导入数码相机。数码相机比观察仪器(scope)具有更宽的 15视角，并且在其拍摄的图像中望远镜头的光轴的瞄准点是居中的，并 且在全站仪的显示器上显示拍摄的图像。用户可以通过观看显示器上 的图像来近似地指引全站仪指向物体，通过使用观察仪器来准确地指 引全站仪对准物体。为了校准，瞄准点与物体校直。在测量以后，数 码相机将记录下的图像存储在全站仪提供的存储介质中。 20 当用户用无反射镜(reflector—less)模式测量物体时，全站仪
在不使用反射棱镜的条件下接收从全站仪向所测量物体发出的反射激 光束。当使用无反射镜模式时，不需要为所测量物体提供反射棱镜。 无反射镜模式应用于无法提供反射棱镜的平面特征的测量或结构边角 的测量。在用户测量此类物体后，在显示器上或者记录图像中识别瞄 25 准点可能会有一定的困难。日本未审査专利公开(K0KAI) 2004-340736 披露了显示在显示器上显示的记录图像中的被测点的全站仪。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种测量装置，借此设备用户能够不困 30 难地识别出瞄准点的大致位置。
按照本发明，提供一种测量装置，包括望远镜、数码相机、显示
设备、测量设备、和叠加(s叩erimpose)设备。望远镜校准所测量物 体上的瞄准点。数码相机具有独立于望远镜的望远光学系统的成像光 学系统。测量设备测量望远镜与所测量点之间的距离。叠加设备显示 大致指出显示设备上的图像中的被测点位置的拍摄标记。


参考附图，根据以下描述能够更好的理解本发明的目的和优点， 其中-
图1是显示作为本发明实施例的全站仪的结构图； 10 图2是全站仪的前视图3是叠加过程的流程图4是显示成像光学系统、望远光学系统、所测量物体和瞄准点 之间物理关系的模式图5表示相机显示器上显示的图像； 15 图6显示叠加了点标记的己存储的图像；
图7A显示在点标记对应瞄准点之前显示在相机的显示器上的图
像；
图7B显示在点标记对应瞄准点时显示在相机的显示器上的图像； 图8显示相机显示器上叠加了被校正的拍摄标记的图像；以及 20 图9显示拍摄标记位于相机显示器中心的图像。
具体实施例方式
下面参考附图中展示的实施例来描述本发明。
参考图l、图2和图4描述全站仪的结构。 25 全站仪包括距离计110和数码相机120。距离计包括具有望远光学
系统的望远镜111。用户使用望远光学系统39校准位于所测量物体33 上的瞄准点34。所测量物体33可以是平面特征或者是直角立方体。瞄 准点34是望远镜光轴上为校准提供的点。数码相机120使用成像设备 121来捕捉图像。
30 用户使用输入设备115指引激光束射向被校准的所测量物体。激
光束被所测量物体33反射，进入望远镜111。进入望远镜111的激光
束被引导进光波距离计，并测量激光束的相位。测得的相位临时存储
于测量存储器116中，然后传输到测量控制器113中。测量控制器113 计算全站仪100和所测量物品33之间的距离。测量控制器113在显示 器114上显示测量数据、全站仪100的控制信息，以及其它相关的信 5 息。使用输入设备115比如键盘，操作全站仪100。测量结果数据作为 测量数据存储在存储介质125中，且在数码相机120中提供的存储介 质125是可分离的。
数码相机120提供的成像设备包括作为成像光学系统一部分的镜 头和CCD图像传感器(未示出)，该传感器将经镜头输入的光转换成电 io信号。成像光学系统38的光轴36穿过成像设备的CCD图像传感器的 有效象素区域的中心。拍摄的图像的中心对应光轴36上的点。
成像光学系统38独立于望远光学系统39。这样，进入望远镜的光 不需要被分开，而光的量足够用来测量。从而，所测量物体33对望远 光学系统39来说是完全可见的，并且成像光学系统38具有比望远光 15 学系统39更宽的视角。
拍摄的图像暂时存储在相机存储器124中，并且通过数码相机120 提供的相机控制器122处理。处理过的图像数据作为图像显示在数码 相机120提供的相机显示器123中，并作为记录图像存储在存储介质 125中。数码相机120提供的记录介质125是可分离的。数码相机120 20中执行的任何拍摄过程，例如成像过程，或者存储过程，都是通过用 户操作距离计110提供的输入设备115来执行。
下面参考图3和图4描述显示拍摄标记的叠加过程，该拍摄标记 在相机显示装置123上显示校正后位置。
在步骤S21和S22中，用户经目视指导通过水平和竖直转动来引 25导望远镜111指向所测量物体33，校准以此开始。在步骤S23中，从 测量存储器116中取回方向误差数据。方向误差数据是一个矢量，通 过下面描述的过程在前次测量中得到，并存储在测量存储器中。
在步骤S24中，己存储图像的拍摄标记的位置通过下面描述的过 程经计算得到。拍摄标记是用来大致指出瞄准点34位置的符号。 30 在步骤S25中，在相机显示器123中显示按通过已知过程得到的
计算位置添加在图像上的拍摄标记43。拍摄标记由十字表示。
在步骤S26和S27中，用户在观测显示在相机显示器123上的图 像时，通过竖直和水平转动使望远镜111朝向所测量物体33。因此， 图像上拍摄标记的位置不包括方向误差。
按照不包括方向误差的拍摄标记的位置，用户可以大致将望远镜 5111指向所测量物体33，并且在步骤S28中大致确定望远镜111的方 向。方向误差(dHAp， dVAp)是指出望远光学系统39的光轴37和成 像光学系统38的光轴36之间误差的矢量。
在步骤S29中，用户使用望远镜111校准所测量物体33上的瞄准 点34。到此测量的准备完成，并且在步骤S30中测量所测量物体33。 io 接下来，参考图4至图7描述轴误差探测过程。图4是显示数码
相机120的成像光学系统38的光轴36、准直仪中的望远光学系统39 的光轴37、所测量物体33、和瞄准点34的模式图。
在执行叠加过程之前执行轴误差探测过程。在图4中，在所测量 物体33上校准瞄准点34。 15 偏移量dHL和dVL，即视差的量，存在于望远光学系统39的光轴
37和成像光学系统38的光轴36之间，这是由于它们相互独立。因此， 在望远光学系统39的光轴37上的瞄准点34不与数码相机120拍摄的 并显示在相机显示器120上的图像中的瞄准点相对应。用户不能准确 确定相机显示器120上或捕捉到的图像上的测量点34。 dHL的值是水 20 平偏移量，dVL的值是竖直偏移量。图像上拍摄标记和瞄准点34的差 由该偏移量引起，并且相机显示器123中的差的量是差值。从计算差 值开始误差探测过程。参考图4和图5，差值计算过程如下。
在测量全站仪100和所测量物体33之间的距离L之后，成像设备 121拍摄所测量物体33和它的周围，所拍摄图像显示在相机显示器123 25上。由于成像光学系统38的光轴36与望远光学系统39的光轴37不 对应，显示在相机显示器123上的中心点35与位于望远光学系统39 的光轴37上的瞄准点34不对应。
计算差值校正点41的位置，在该差值校正点校正光轴36和光轴 37之间的偏移，即相机显示器123上拍摄标记中心和瞄准点34之间的 30差。这样，差值校正点41的位置和中心点35之间的差值为成像光轴 36和望远光轴37之间的偏移。图像中心点35和差值校正点41之间的
偏移量在水平面内描述为dHLp，在竖直面内描述为dVLp。差值校正点 41指出校正偏移量的位置，且不校正方向误差。偏移量的单位是象素 个数，计算每一个偏移量的方法如下描述。
dHLp=(ArcTan(dHL/L))/RXn 9 5 dVLp= (ArcTan(dVL/L))/RYn 6
L是距离计110测量的全站仪100和所测量物体33之间距离。在 叠加过程步骤S21和S22中，在用户将望远镜111指向所测量物体33 时测量距离L。
RXn 0和RYn 9是CCD的水平和竖直方向的每象素的分辨率。用由 io镜头焦距决定的CCD象素的视角除以水平或者竖直象素数量得到分辨 率。
点标记42显示在差值校正点41上，该差值校正点从图像中心35 移动偏移量dHLp和dVLp。表示为十字的点标记42是指明测量瞄准点 34的位置的方法。偏移量dHLp和dVLp作为方向误差数据储存在测量 15存储器116中，其初始值E0。
计算方向误差数据的过程如下描述。
通常用户在白天室外测量，所以数码相机和组成望远镜的部分会 由于温度的变化和阳光的热辐射而膨胀或收縮。望远光学系统的光轴 和成像光学系统的光轴的交叉产生的角度会产生方向误差。该方向误 20差影响用户参考显示器上的图像、准确地引导全站仪指向所测量物体。
图4所示的全站仪100具有成像光轴36和标准轴31之间的方向 误差。标准轴显示为与望远光轴37平行，图中方向误差被夸大。值dHAp 是水平方向误差，值dVAp是竖直方向误差。每一个方向误差都用象素 个数描述。
25 参考图5,相机显示器123上显示的点标记42与差值校正点41
对应。用户参考相机显示器123上的图像和点标记42操作输入设备 115。参考图7可以看出，由于用户操作，可以使点标记42对应相机 显示器123中的测量物体33。图像在水平方向的移动矢量是dHAp，在 竖直方向的移动矢量是dVAp。移动矢量对应于方向误差。
30 观懂点34的实际位置与图像中心点位置不同(参考图6)，差值为
水平平面内的误差dHLp和dHAp以及竖直平面内的误差dVLp和dVAp。此方向误差加在方向误差数据E0上，并且作为最新方向误差数据 El存储在测量存储器116中。当对具有同样距离L的所测量物体33 计算方向误差时，取出方向误差数据El，并加到此时计算得到的方向 误差上。被加上了方向误差的新方向误差数据作为最新方向误差数据 5 E2，与方向误差数据E2相关的信息和拍摄到的图像一起被存储在测量 存储器125中。每一次计算得到的方向误差都被加在方向误差数据En 上。
标准轴31和成像光轴36产生方向误差角。方向误差角从dHAp和 dVAp计算得到；水平面上的方向误差角为dHAp,竖直面上是dVAp。dHAp io和dVAp是通过下面描述的方程计算得到的 dH 0 =dHAp RXn 6 dV9 =dVAp RYn6
用方向误差角计算得到拍摄标记43的位置，该方向误差角通过在 步骤S23和S24中用方向误差除以分辨率而得到。在图8所示的相机 15显示器中，在水平面上距离图像中心dHAp和竖直面上距离图像中心 dVAp的位置上显示拍摄标记43。这样，用户可以大致认出待测量的测 量点的位置。
显示在相机显示器123上的图像被自动地在水平面上移动距离 dHLp + dHAp，在竖直面上移动距离dVLp + dVAp，从而拍摄标记43的位 20 置对应于相机显示器123的中心点。在图像移动之前，相机显示器123 作为显示被捕捉图像的窗口；被捕捉图像的周边区域不显示，显示部 分充满相机显示器123。在移动之后，拍摄标记43对应于相机显示器 123的中心点，从而用户能更容易地通过观看相机显示器123将瞄准点 校正到所测量物体33上(参考图9)。注意，虽然在本实施例中，被捕 25 捉图像在计算了 dHLp， dHAp， dVLp和dVAp时被移动，但也可以通过 用户操作输入设备115来主动移动被捕捉图像。
按照此实施例，全站仪包括的望远镜具有使其更明亮的f数。用 户可以大致认出要测量的所测量物体33的位置。
注意，虽然在本实施例中移动的是被捕捉的图像，但也可以移动 30相机显示器123上的拍摄标记43，从而使拍摄标记43与所测量物体 33对应。
而且，存储介质125不限于可分离的存储卡，同样可以是数码相 机中的任何存储介质。
虽然这里参考附图描述了本发明的实施例，显然熟悉本领域的人 员可以在不背离本发明范围的情况下做出修改与变化。
权利要求
1.一种测量装置，包括校准所测量物体上的瞄准点的望远镜；具有成像光学系统的数码相机，该成像光学系统独立于所述望远镜的望远光学系统；显示由所述数码相机捕捉到的图像的显示设备；测量设备，测量所述望远镜与将要测量的所测量点之间的距离；以及在所述显示设备上显示拍摄标记的叠加设备，该拍摄标记大致指出图像上所测量点的位置。
2. 如权利要求1所述的测量装置，其中拍摄标记显示在所述显示设 备的显示区域的中心。
3. 如权利要求1所述的测量装置，包括轴误差探测设备，其探测望远光学系统的光轴与成像光学系统的 光轴之间的方向误差，并且存储对应该方向误差的误差数据；图像中拍摄标记的位置通过方向误差校正。
4. 如权利要求1所述的测量装置，包括轴误差探测设备，其探测望远光学系统的光轴与成像光学系统的 光轴之间的方向误差，并且存储对应该方向误差的误差数据；为了在所述显示设备中心显示拍摄标记，图像位置通过方向误差 25 校正。
5. 如权利要求3所述的测量装置，进一步包括在图像中相对移动拍摄标记和所测量物体的输入设备，从而使拍摄标记对应于图像中的瞄 准点。
6. 如权利要求5所述的测量装置，进一步包括存储误差数据的存储 设备，并且所述轴误差探测设备探测图像或拍摄标记的移动距离，以 其作为误差数据。
7. 如权利要求4所述的测量装置，进一步包括在图像中相对移动拍 5摄标记和所测量物体的输入设备，从而使拍摄标记对应于图像中的瞄准点。
8. 如权利要求7所述的测量装置，进一步包括存储误差数据的存储 设备，并且所述轴误差探测设备探测图像或拍摄标记的移动距离，以其作为误差数据。
全文摘要
一种测量装置，具有望远镜、数码相机、显示设备、测量设备、和叠加设备。望远镜校准所测量物体上的瞄准点。数码相机具有独立于望远镜的望远光学系统的成像光学系统。显示设备显示数码相机捕捉到的图像。测量设备测量望远镜与将要测量的所测量点之间的距离。叠加设备在所述显示设备上显示大致指出图像中所测量点位置的拍摄标记。
文档编号G01C3/02GK101101209SQ200710126929
公开日2008年1月9日 申请日期2007年7月3日 优先权日2006年7月3日
发明者松尾俊儿, 樱井正敏, 谷内孝德, 高山抱梦 申请人:宾得工业仪器株式会社