专利名称：用于确定几何空间中测量点的位置的过程和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及測量技术的领域，尤其是用于确定几何空间中测量点的位置的过程和装置。
发明内容
根据发明的过程和装置能够与现有可用的硬件和软件一起优选地在具有(例如)Icm的测量精度及0. 005度的角度精度的IOOm的短距离处使用。根据本发明的实施过程，空间坐标已知的两个參考点PI和PII是必要的。PII应该距PI —距离，PI是用于测量仪器的数码摄像机的设置位置。几何空间的测量点M对于点PI应该位于PI的100米内。较长距离(超过100米)可以想到是以较低精确度为代价的(> I厘米)。根据本发明过程通过 实证被划分为a)仅仅测量仪器的ー个位置是必要的(位置PI)。根据该点，在几何空间中确定虚构光束的位置，测量的点M和点PI位于该虚构光束上。在这种情况中，仅仅知道几何空间中測量点M的位置是位于光束上的一些点处，计算測量点M在几何空间的位置。b)以及当由测距仪提供測量仪器时，几何空间中的測量点的准确位置可以被确定。通过测距仪，可以确定点PI和測量点M之间的距离P1-M。使用在几何空间中计算的“测点光束(measuring-point beam)”的位置，以及距离P1-M,可以定位几何空间中测量点M的准确位置。使用根据发明的过程，可以由计算机控制自动地记录采集到的任何点。该过程是灵活的且是经济实用的。从随后结合附图中阐述的实施方式的描述可以获得本发明进一步的优点、特征和潜在的应用前景。
根据本发明的用于确定測量点的位置的过程顺序及用于确定測量点位置所要求的装置的示例在附图中被示出并在下文被更加详细的描述。图1通过笛卡尔坐标示出三维空间中两个參考点PI和PII的位置的原理单线图1isometric diagram)；图2示出包括具有图像采集平面和镜头的数码摄像机、计算机和显示屏的測量装置的示意图，其中数码摄相机设置在已知空间坐标的參考点PI处，具有其光轴的确定的对齐pr。摄像机中的图像示出位于空间中已知空间坐标的參考点Pii ；图3A示出设置位置PI在对齐Pr处的相机拍摄的屏幕上的图像BO的示意图，其中位于三维空间中的參考点PII被描述为PU’ ；图3B示出设置位置PI在对齐Pr处的相机拍摄的屏幕上的图像BI的示意图，其中示出由特定标准定义的标记点；图3C示出设置位置PI在对齐PI#处的相机拍摄的图像B2的示意图，在图3C中的图像B2中只有来自图3B中的图像BI的某些标记点被显示在屏幕上的偏移(offset)位置中。这些标记点被命名为FIXED标记点，因为在图像2中，在空间中它们的相互角度偏差(mutual angular deviation)与在图像I中相同。应该注意点Pl> P1，和P1”彼此对应。点P2、P2’和P2”等也同样如此。另外，在屏幕图像B2中(图3C)位于空间中的测量点M被描述为M，，其在空间中的位置必须被确定；图3D示出图3C的图像B2叠加在图3B的图像I上的示意图(没有测量点的描述M，)；图4A示出在笛卡尔x-y坐标系中或者在角坐标系中用于说明位置的屏幕平面的示意图；图4B示出用于帮助用户校准根据图4A的角坐标中的屏幕图像的示意图。
具体实施例方式本发明的示例涉及由笛卡尔x-y-z坐标系定义的几何空间。然而，理论上，本发明还涉及以不同的方法而非在笛卡尔坐标系中构建几何空间。应该注意的是坐标系统的转换是已知的。另外，为了简化描述，还应该注意下面的数学处理过程也是已知的a)，利用位于三维空间中虚构光束上的两点的x-y-z坐标进行该光束的位置的计算。b)通过三维空间中光束(具有已知空间坐标的第一点G (未示出)的位于该光束上)及通过光产生的空间中具有未知空间坐标的第二点H (未示出)的描述的已知的x-y屏幕坐标，在屏幕面上，进行穿过点G和H的三维空间中的光束的位置的计算。图1示出三维空间D中的两參考点PI和PII的原理单线图，通过它们的笛卡尔坐标xl，yl，zl和x2，y2，z2确定它们的位置。出于简捷的原因，图1的图中未示出与本发明的阐述有关而涉及的空间中的其它点。图2示出包括具有图像采集平面BE和镜头0的数码摄像机K、计算机C和屏幕B的測量装置的示意图。所述摄像机K、计算机C和屏幕B互相连接。所述摄像机K以如下方法设置它的镜头0的光学中心Z与能够通过x-y-z空间坐标定义的參考点PI重合(coincidewith)。其与确定的对齐PI*对齐，以便位于空间中的具有已知空间坐标的參考点PII被描述为屏幕B上的图像BO中的点PU’。所述摄像机K包括具有图像采集平面的图像传感器芯片。所述摄像机K的图像采集平面BE和屏幕B由排布成类似于网格的可寻址像素(图像点的位置)组成。所述摄像机K的光轴穿过镜头0的中心Z并且在点PZ处与图像采集平面BE垂直相交。计算机C的屏幕B用于显示由数码摄像机K拍摄的呈现在图像采集平面的图像，并用于标记确定图像点。根据图2和图3A的屏幕图像BO涉及摄像机K的设置点，在该点处參考点PI (具有可指定的x-y-z空间坐标)与镜头0的中心Z重合。在该设置位置，所述摄像机旋转到确定的位置Pr以便位于三维空间的參考点PII (具有已知的x-y-z空间坐标)作为点PU’被显示在屏幕图像BO中。为了将摄相机定位于确定的对齐位置(这里为PD，所述摄像机实际上绕着在其镜头的中心处的点Z旋转。
图3A再次示出设置位置PI在对齐PI*处时由摄像机拍摄的图像BO的示意图，其中位于三维空间中的參考点PII被描述为PU’。点PZ被示出在图像的中心，在点PZ处光轴与图像采集平面BE以直角相交。点PU’位于距点PZ的ー距离d处。点PU’关于參考图像PZ的中心的位置以水平和垂直分量dx和dy定义。图3B示出设置位置PI在对齐PI*处时处由摄像机在屏幕拍摄的屏幕上的图像BI的示意图。其中确定的被称作标记点的诸如像小的照明点？1’，？2’'3’，？4’，？5’...被示出。由计算机控制标记点的确定。在由摄像机K拍摄的图像中，程序选择那些通过图像的亮度轮廓突然改变而被表征(characterise)的点作为标记点PI，、P2，、P3，、P4，、P5，。具有这种功能的程序在模式识别技术中是已知的。ー个例子是“Canny算法”。Canny算法(參照在“维基百科”中Canny算法的描述)是广泛用于数字图像处理领域中边缘检测的算法。提供了仅仅理想地示出初始图像的边缘的图像。根据具体情況，通常有非常多(100或者更多)的这种图像标记点显示在屏幕图像上。出于简捷的原因，仅仅5个这样的标记点(PI’、P2’、P3’、P4’、P5’)在图像3B示出的图 像中被描述。这些点(P1’、P2’、P3’、P4’、P5’)的每ー个点的屏幕坐标(如P1’，显示为dxl和dyl)由计算机根据图3A中的图BI的中心处的PZ计算。这些标记点PI’、P2’、P3’、P4’、P5’可以看做为空间中的虚构点P1、P2、P3、P4、P5在图像采集水平面处或者相应的计算机图像BI中的描述，尽管空间中的这些虚构点P1、P2、P3、P4、P5的空间坐标是未知的。针对随后摄像机K的位置PI/PI*计算机第一次计算光轴A的位置，其中PI代表设置位置，即已知x-y-z坐标的參考点PI与摄像机K的镜头0的中心Z重合。对于该设置位置PI，摄像机采用对齐位置PI'针对摄像机K的位置PI/PI*由计算机计算三维空间中的光轴A的方向。该计算是基于參考点PII和PI的指定的x-y-z坐标及图3A中PZ和PU’之间的已知距离分量dx和dy。这些数据足以用于计算在位置PI/PI*中的摄像机的光轴的位置。图3C示出设置位置PI在对齐PI#处时由摄像机拍摄的屏幕上的图像B2的示意图。在图像82中(图30仅仅示出虚构标记点？1、？2、？3的描述？1”、？2”、？3”。然而这些描述？1”、？2”、？3”关于图像标记点？1、？2和P3的图像BI中(图3 3)的描述？1’，？2’，卩3’在屏幕表面上发生偏移。图3D示出图像BI被屏幕图像B2 (图3C)的叠加的示意图，该示意图用于阐述FIXED标记点。在该图像中，明显的，标记点P1、P2和P3的描述PI’、P2’、P3’(根据摄相机K的对齐位置PI*的图像BI)关于它们的描述PI”、P2”、P3”(根据摄相机K的对齐位置PI**的图像B2)在屏幕的水平面上发生了移位(shift)。虚构的标记点P4和P5的描述(在图3B的图像BI中仍然显示为P4’和P5’)不再出现在图B2中，即计算机程序已经省略它们，因为在图像B2 (图3C)中仅仅某些标记点(P1、P2、P3)的描述(P1”、P2”、P3”)出现，这些标记点满足所谓的FIXED标记点的标准。虚构标记点Pl、P2和P3是这种FIXED标记点，因为它们的描述PI’、P2’、P3’(根据图3B中的图像BI)与图像B2 (根据图3C)中它们的描述PI”、P2”、P3”相比具有同样的相互角度偏差，而与它们在屏幕表面上的“偏移”无关。“角度偏差”被解释如下
当角点P1’、P2’、P3’和P1”、P2”、P3”在屏幕表面上被移位时，图像BI中(根据图3B)和图像B2 (根据图3C冲图示的由它们标记的三角形将在关于距点PZ的它们的距离的它们的位置中显示变形。由于这个原因，FIXED标记点不能由这样的三角形的区域定义(三角形只用于指示角的关系)。FIXED标记点P1、P2和P3的标准表示它们的描述PI’，P2’，P3’与它们的描述P1”、P2”、P3”具有同样的角度偏差。图像BI中的描述Pl ’和图像B2中的描述P1”被分配给虚构的FIXED标记点Pl以及描述P2’和P2”以同样的方式被分配给FIXED标记点P2等。在图像BI中的描述P1’、P2’、P3’(虚构的FIXED标记点PU P2、P3的描述)和在图像B2中的描述P1”、P2”、P3”(虚构的FIXED标记点P1、P2、P3的描述)通过计算机逐一分配以防止发生混乱。
对于这种分配，已知的计算机程序是可利用的(例如实现根据基于光流的基本方程的Lucas-Kanada方法的功能的程序；參照在自由百科全书“维基百科”的“Lucas-Kanada方法，，)。根据图4A、图4B及下文给出的说明，在笛卡尔或者角坐标系中都可以调整图像采集水平面BE。笛卡尔坐标系是基于与点式表示的原点(这里为PZ)相关的X和y分量。在图像采集水平面BE的角度偏差中，根据角度给出点的位置，该角度在光轴(穿过Z和PZ)和光束(穿过Z和该点)之间形成。针对该角度,两个角度分量值形成,该两个角度分量值对应于笛卡尔坐标X和y。也就是说，在图像采集水平面BE或屏幕水平面上彼此存在距离的两点之间的距离可以通过它们的不同角值(角偏差)定义。例如，这表示对于两个虚构的FIXED标记点Pl和P2，它们的描述P1’和P2’(在图3B的图像BI中)之间的角偏差与描述P1”和P2”(在图3C的图像B2中)之间的角偏差相同。对于这些虚构的FIXED标记点P1、P2和P3的每ー个，穿过三维空间的虚构光束的方向根据如下计算(如被称作初始方向值):在图像BI中它们的描述P1’，P2’，P3’(在图3B中)，其关于点PZ的屏幕分量(例如P1’的dlx，dly，…)，以及先前计算的针对数码摄像机的对齐位置PI*的光轴A的方向。这样的FIXED标记点和參考点PI位于该光束上。对于根据本发明的过程，至少两个FIXED标记点必须是已知。另外，基于FIXED标记点Pl的初始方向和FIXED标记点Pl的描述P1’和P1”之间的角度偏移值进行针对数码摄像机K在对齐位置pi#的三维空间中光轴方向的计算机化的计算。更高的准确度可以通过如下步骤获得计算机计算几个FIXED标记点的角偏移值的平均值，其中每个FIXED标记点(Pl，P2，P3)的偏移值定义为屏幕图像BI中的描述点P1’、P2’、P3’关于其屏幕图像B2中的描述点P1”、P2”、P3”的偏移，以及该平均值被用作计算数码摄像机K在对齐位置PI#的三维空间中的光轴的方位的基础。通过计算平均值，任何干扰影响(例如由噪音引起的)能够被减小到最小。另外，位于空间中的測量点M在屏幕图像B2中显示为M’。其位置按如下步骤计算进行描述M’关于PZ的水平mh和垂直mv坐标偏差的计算机化计算，井根据预先计算的数码相机K在对齐位置P广的光轴的位置及坐标偏移mh和mv进行三维空间中虚构光束的位置的计算机化计算，測量点M和參考点PI位于该光束上。使用根据发明的过程，不仅可以确定三维空间中的虚构光束的位置，測量点M和数码摄像机K的光轴的中心Z位于该光束上，还可以通过计算机确定该測量点的绝对空间坐标。为了完成这些，虚构光束的位置和从镜头的中心Z (或者数码摄像机K的设置位置PI)到參考点PII的距离还必须是已知的。该距离可以使用诸如激光测距仪的测距仪很容易地測量。当已知该距离时，计算机可以根据已知的虚构光束的位置和该距离值计算该测量点的空间坐标。测距仪优选地布置成随着摄像机一起旋转。然后它的轴与摄像机K的光轴的方位相关。计算机对二者轴的方位中的偏差进行视觉补偿。当数码摄像机K被定位吋，參考点PI从镜头0的中心Z发生的任何偏差通过已知的测量过程被定义为偏差值。然后计算机使用这些偏差值计算调整，使得数码摄像机K被正确地定位成參考点PI与镜头0的中心Z重合。称为“视觉补偿”的类似的调整计算是已知的。数码摄像机K具有数码变焦功能。在计算机控制的屏幕B上的图像点的采集期间，图像的确定选择区域在显示器上被缩放和被扩大。根据本发明，使用屏幕网格还可以在扩大的空间点图像中选择和标记目标点。这使得目标的标记更加精确。数码摄像机K在对齐位置(pr、pr*)的设置通过屏幕控制系统进行。数码摄像机K的当前对齐被显示在屏幕上，然后利用已知的控制数据进行调整以便达到目标对齐位置(PI*、PI**)。已经注意可以指定參考点PI的x-y-z坐标。这可以由很多方式实现例如，预先已知的參考点的x-y-z坐标可以是已知的。使用“传统的”测量技术可以确定它们。根据本发明，优选的利用卫星导航系统的接收器以指定參考点PI的x-y-z坐标。在接收器偏差的情况中，接收器未与摄像机的旋转点PI对齐，进行计算机计算的调整，使得接收器与摄像机的旋转点PI对齐。根据本发明，具有三维图像采集传感器的图像摄相机可以耦合至包括摄像机K、计算机C和屏幕B的装置。这个耦合的目的是计算机a)涉及由3D摄像机的“不准确的”测量距离(由3D摄像机的“不准确”的测距仪测量的)到“准确的”測量距离(根据本发明的装置的“准确的”测距仪测量的)拍摄的图像或/和b)涉及由三维图像采集传感器采集的图像对于确定的目标的测量点M的绝对空间坐标的相关图像数据。图4A示出在笛卡尔x-y坐标系及角坐标系中用于说明位置的屏幕表面示意图；图4B示出帮助校准根据图4A角坐标系中屏幕图像的示意图。在笛卡尔坐标系和角坐标系中校准屏幕水平面(图4A)。该笛卡尔坐标系是基于关于点式表示(如F’ )的原点(这里是PZ)的X和y分量xF’和yF’。在角度校准(度)中根据光轴(图2中穿过Z和PA)和光束(穿过Z和F’)之间形成角度给出点F’的位置。对于这个角度，形成两个角度分量值，该两个角度分量值对应于笛卡尔坐标xF’和yF’。例如，对于位于屏幕水平面处的相互之间存在距离的两个点，它们之间的距离可以通过它们的不同的角度值(角偏差)定义。图4B示出帮助校准根据图4A的角坐标中屏幕图像的示意图。形象的说，在笛卡尔x-y坐标系中的最初校正的屏幕区域能够通过如下使用量角器而针对角坐标被校正。角度位置被标记在量角器的外缘(例如在20°或者40°的位置)且被标记的点(于此)投影到纵坐标。同样应用于在角度度数中横坐标的校准。计算机能够完成笛卡尔坐标到角坐标的转换。用于执行根据本发明的用于确定几何空间中的測量点M的位置的过程的装置包括数码摄像机K、具有屏幕B的计算机C，该计算机连接至数码摄像机K，用于显示由摄像机K采集的图像并用于标记图像点。数码摄像机K由虚构的光轴A、镜头0及图像采集平面BE表征。光轴A穿过镜头0的中心Z并在点PZ处与图像采集平面BE垂直相交。数码摄像机K能够绕着镜头0的虚构的中心点Z旋转到不同的选择的对齐位置PI'PI'数码摄像机K能够以设置在具有已知的空间坐标的虚构的參考点PI处以便该參考点PI与镜头0的中心Z重合(或者在偏差 情况中，能够调整至镜头0的中心Z)。在数码摄像机K的第一个对齐位置PI*中，由其采集的图像BO (图3A)包括位于几何空间中具有可指定的空间坐标的參考点PII的描述PU’。同样的在数码摄像机K的对齐位置Pr中，根据图像BI (图3B)的虚构的标记点P1、P2、P3、P4、P5、...Pn (具有未知空间坐标)的描述？1’、？2’、？3’、？4’、卩5’、…Pn能够被采集。标记点(或者它们的描述)的数量是没有限制的。根据具体情况，可以是(如)100或者1000。标记点由计算机自动生成。它们的数量取决于采集的图像的特性。在数码摄像机的对齐位置P'由其采集的图像B2 (图3C)仅仅示出空间中的屏幕上偏移位置的虚构的点P1、P2、P3,... Pn的描述P1，，、P2，，、P3，，、P4，，、P5，，、. Pn”，它们关于点Z的相互角度的布置与对于对齐位置P*的图像BI中的点PI’，P2’，P3’，...相对于点Z的相互角度的布置相同。另外，在根据图像B2 (图3C)的对齐位置PI#中，几何空间中的測量点M的描述M，也能够被采集，其在穿过M和PI的虚构的光束上的空间位置由标记点P1、P2、P3的描述P1，、P2，、P3，和P1”、P2”、P3”的屏幕坐标及參考点PI和PII的空间坐标定义。提供旋转装置用于数码摄像机K到其对齐位置(pr、pr*)中的一者的调整。可以通过屏幕图像控制数码摄像机K到对齐位置(pr、pir)的调整。根据发明的測量装置可以由用于卫星导航系统的接收器扩展，如用于位置的精确确定的全球定位系统(GPS)，其可以被连接到计算机C。该接收器可以被调整到摄像机的旋转点PI。根据本发明的測量装置也可以由连接到计算机C的测距仪扩展。优选的其可以按照随着数码摄像机旋转的方式被安装。当定位摄像机时的由镜头的中心Z从參考点PI的偏差、在该过程中光轴A的直线方向从测距仪的目标的方向的偏差、及接收器的轴从摄相机的旋转点Z的偏差都能够通过诸如视差补偿的已知方法补偿。包括三维空间图像采集传感器的測量装置可以被耦合到数码摄像机。该具有三维空间图像采集传感器的数码摄像机可以与待测量的目标对齐。用于确定几何空间中测量点M的位置的装置可以与该目标上的一点对齐。通过该耦合，由三维空间图像采集传感器采集的图像的相对坐标可以相关于根据本发明确定的测量点的位置。这种类型具有三维图像采集传感器的数码摄像机在市场上可以买到，例如由MESAImaging AG, Ziirich, Switzerland 制造的“Swiss Ranger SR400，，。附图标记列表A 光轴B 屏幕BE 图像采集平面C 计算机K 摄像机0 镜头Z 中心
权利要求
1.一种使用一装置在具有笛卡尔x-y-z坐标系的三维空间D中确定测量点M的位置的计算机化过程，所述装置包括具有屏幕(B)的计算机(C)，该计算机(C)连接有数码摄像机(K)，其中该数码摄像机(K)具有镜头(O)、具有图像采集平面(BE)的图像传感器芯片、及光轴(A)，所述图像采集平面(BE)由排布成网格状的可寻址像素(图像点位置)组成，所述光轴(A)穿过所述镜头(O)的中心(Z)并在点PZ处与所述图像采集平面(BE)垂直相交，其中所述计算机(C)的所述屏幕(B)用于描述所述数码摄像机(K)的所述图像并用于在所描述的图像中标记点，且其中所述数码摄像机(K)占据一设置位置，在该设置位置处所述数码摄像机(K)的光学中心(Z)与能够通过x-y-z坐标定义的参考点PI重合，且其中所述数码摄像机(K)能够绕着该参考点PI旋转至不同的对齐位置ΡΓ、PI'在所述对齐位置ΡΓ、PI**的每一位置处所述数码摄像机(K)的光学坐标在三维空间中呈现不同的位置，其特征在于，具有以下处理步骤 在对齐位置ΡΓ处，所述数码摄像机(K)与三维空间中能够通过x-y-z坐标定义的参考点ΡΠ对齐，如此使得所述屏幕图像BO中的PII的图像PU’距点PZ —距离d，其中通过PZ与PU’之间的水平和垂直距离分量dx和dy来确定在xy屏幕平面处PU’关于PZ的位置； 针对所述数码摄像机(K)的所述对齐位置ΡΓ的所述光轴(A)在三维空间中的位置的计算机化计算通过所述参考点PII和PI的x-y-z坐标及PZ与PU’之间的所述距离分量dx和dy完成； 位于三维空间中的被称作虚构标记点(PU P2、P3、P4、P5、. . .、Pn)的计算机化的标记和记录，其中在由所述数码摄像机(K)在对齐位置ΡΓ采集的图像BI中的所述虚构标记点(P1、P2、P3、P4、P5、. . ·、Pn)的描述(ΡΓ、P2’、P3’、P4’、P5’、· · ·、Pn’)通过所述图像的亮度轮廓的突然改变而被表征和标记； 位于三维空间中的至少两个所述虚构标记点(P1、P2、P3、...)的计算机化的标记和记录，在由所述数码摄像机(K)在对齐位置ΡΓ*采集的图像B2中的至少两个所述虚构标记点(PU P2、P3、...)的描述(ΡΓ’、P2”、P3”、...)具有与在由数码摄像机(K)在对齐位置PI*采集的图像則中的这些点？1、？2、？3、...的描述？1’、？2’、？3’、..·相同的相互角度相关偏差，由此所述屏幕上的点的角度相关位置与所述数码摄像机(K)的所述光轴A与穿过所述镜头(O)的所述中心(Z)及该点的虚构光束之间的角度有关，并且其中该角度由与对应于该点的笛卡尔坐标值的所述角度分量定义； 对于每一个标记点(P1、P2、P3)，所述每一个标记点(P1、P2、P3)的描述(ΡΓ、P2’、P3’ )出现在所述数码摄像机(K)在ΡΓ位置对齐时的屏幕图像BI中，且所述每一个标记点(P1、P2、P3)的描述(ΡΓ’、P2”、P3”)出现在所述数码摄像机(K)在ΡΓΜ立置对齐时的屏幕图像Β2中，虚构光束穿过三维空间的路线通过屏幕图像BI中该虚构光束(所述测量点)关于所述点PZ的屏幕分量(dlx、dly)及通过先前计算的针对所述数码摄像机(K)的所述对齐位置ΡΓ的所述光轴(A)的“路线方向”来计算作为初始方向值，这样的标记点和所述参考点PI位于所述光轴(A)上； 基于所述标记点Pl的所述初始方向值和所述标记点Pl的描述Pr和P1”之间的角度相关移位值进行针对所述数码摄像机(K)在所述对齐位置ΡΓ*的三维空间中所述光轴(A)的方向的计算机化计算；进行三维空间中所述测量点M的图像2中的描述M’关于PZ的水平(mh)和垂直(mv)坐标偏差的计算机化确定，并根据预先计算的所述数码摄像机(K)在所述对齐位置ΡΓ*的所述光轴(A)的位置及所述坐标偏移(mh和mv)进行三维空间中虚构光束的位置的计算，所述测量点M和所述参考点PI位于所述虚构光束上。
2.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，进行几个测量点的角度相关偏移值的平均值的计算机化计算，其中每个标记点(P1、P2、P3)的偏移值都被定义为所述每个标记点(P1、P2、P3)在所述屏幕图像BI中的描述(P1’、P2’、P3’)中的点关于所述每个标记点(P1、Ρ2、Ρ3)在所述屏幕图像Β2中的描述(ΡΓ’、Ρ2”、Ρ3”)中的点的偏移，以及其中所述平均值用作所述数码摄像机(K)在所述对齐位置ΡΓ*的三维空间中的所述光轴的方向的计算的基础。
3.根据权利要求1或2所述的过程，其特征在于，由于给定了从所述数码摄像机(K)的设置位置PI到三维空间中的所述测量点M的距离值，计算机根据虚构光束穿过所述测量点M和所述参考点PI的方向及根据所述距离值来确定所述测量点M的空间坐标。
4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的过程，其特征在于，在所述数码摄像机(K)被定位时，参考点PI从所述镜头(O)的所述中心(Z)的任何偏差通过已知的测量过程被记录为偏差值并用于计算所需的调整，使得所述数码摄像机(K)被正确地定位成所述参考点PI与所述镜头(O)的所述中心(Z)重合。
5.根据权利要求4所述的过程，其特征在于，所述调整是由计算机通过视差补偿计算的。
6.根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的过程，其特征在于，所述数码摄像机(K)具有数码变焦功能，并且在计算机控制的描述点采集期间，所选择的图像区域能够被放大地显示在所述屏幕(B)上，并且在空间中的点的被放大的图像中，能够通过屏幕取景网格在该图像中标记一定的目标区域。
7.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，将所述数码摄像机(K)设置到所述对齐位置(ρι'ριΓ)是通过屏幕图像控制的。
8.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，卫星导航系统的接收器被用于定义所述参考点PI的xyz坐标。
9.根据权利要求8所述的过程，其特征在于，在接收器没有对齐所述数码摄像机(K)的旋转点PI而在接收器中产生偏移的情况下，进行计算机计算的调整，使得所述接收器对齐所述数码摄像机(K)的所述旋转点PI。
10.根据权利要求3所述的过程，其特征在于，激光测距仪被用于测量所述距离值。
11.根据权利要求10所述的过程，其特征在于，所述激光测距仪能够随所述数码摄像机(K)旋转，参考所述光轴和所述激光测距仪的目标光束进行计算机化的视差补偿。
12.根据权利要求3-11中任一项权利要求所述的过程，其特征在于，具有三维空间图像采集传感器的图像摄像机耦合至包括所述数码摄像机(K)、所述计算机(C)和所述屏幕(B)的装置，其中通过所述三维图像采集传感器采集的图像的相关坐标与三维空间中所述测量点M的空间坐标相关。
13.用于执行根据权利要求1-12中任一项权利要求所述的过程以用于确定几何空间中测量点的位置的装置，其特征在于，提供数码摄像机(K)和连接到该数码摄像机(K)的具有屏幕(B)的计算机(C)，以用于显示由所述数码摄像机(K)所采集的图像并标记图像点； 所述数码摄像机(K)具有虚构光学坐标轴(A)、镜头(O)和图像记录平面(BE)，其中所述光学坐标轴(A)穿过所述镜头(O)的中心(Z)与所述图像记录平面(BE)以直角相交； 所述数码摄像机(K)能够设置在具有指定空间坐标的参考点PI处，使得该参考点PI与所述镜头(O)的所述中心(Z)重合； 所述数码摄像机(K)能够绕所述镜头(O)的所述虚构中心(Z)点旋转至预先确定的对齐位置ΡΓ、PI' 在所述数码摄像机(K)的第一对齐位置ΡΓ处，由所述数码摄像机(K)采集的图像(BO)包括位于几何空间中的具有指定空间坐标的参考点PII，且在与所述数码摄像机(K)的相同对齐位置ΡΓ处，由所述数码摄像机(K)采集的图像(BI)包括具有未知空间坐标的空间中的虚构点(Ρ1、Ρ2、Ρ3、Ρ4、Ρ5、· · ·、Pn)的描述(ΡΓ、P2’、P3’、P4’、P5’、· · ·、Pn，)； 在由所述数码摄像机(K)在第二个对齐位置ΡΓ*所采集的图像B2中，仅仅空间中的虚构点(P1、P2、P3、…)的描述(P1”、P2”、P3”、...能够被偏移地显示在屏幕上，所述描述(Ρ1”、Ρ2”、Ρ3”、...)的相互角度布置与对应于所述对齐位置ΡΓ的图像BI中的描述(ΡΓ、Ρ2，、Ρ3，、···)的相互角度布置相同； 所述图像Β2包括空间中测量点M的描述Μ’ ；以及 穿过所述测量点M和所述参考点PI的虚构光束的空间位置由所述数码摄像机(K)的对齐位置ΡΓ、PI**的屏幕数据和所述参考点PI和PII的所述空间坐标定义。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，提供旋转装置以用于将所述数码摄像机(K)设置到对齐位置(ΡΓ、ΡΙ，。
15.根据权利要求13或14所述的装置，其特征在于，能够根据屏幕图像将用于设置所述数码摄像机(K)的所述旋转装置移至对齐位置(ΡΓ、ΡΓ*)。
16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，用于确定几何空间中的测量点M的位置的所述装置包括连接至所述计算机C的位置接收器，该位置接收器基于诸如全球定位系统(GPS)的卫星导航系统。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述位置接收器能够与所述数码摄像机(K)的所述旋转位置PI对齐。
18.根据权利要求13-17中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，提供连接至所述计算机(C)的测距仪以用于记录从测量点M到所述数码摄像机(K)的距离。
19.根据权利要求13-18中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，具有计算机连接的数码摄像机(K)包括三维空间图像采集感应器，该三维空间图像采集感应器能够与待测对象对准，且用于确定几何空间中的测量点M的位置的所述装置与该对象上的一点对齐，以及由所述三维空间图像采集感应器采集的图像的相关坐标能够与所述测量点M的空间坐标相联系。
20.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，在定位所述数码摄像机(K)时发生的所述参考点PI从所述镜头(O)的所述中心(Z)的偏移能够通过已知方法进行补偿，以使所述数码摄像机(K)被正确地定位成所述参考点PI与所述镜头(O)的所述中心(Z)重合。
全文摘要
三维空间中待测测量点M的位置的计算机化确定需要两个已知空间坐标的参考点PI和PII、具有图像采集传感器的数码摄像机及具有屏幕的计算机。数码摄像机被安置在参考点PI。在该位置中其可被旋转至两个不同的对齐位置PI*和PII*。在对齐位置的第一位置PI*处，屏幕示出(在其它信息中间)与其有一定距离的第二个参考点PII的描述PII’及通过图像的亮度轮廓的突然改变而标记的多个标记点(P1’、P2’、P3’、P4’、P5’、...)。在第二对齐位置PI**处，仅仅根据确定标准所选的某些标记点(P1”、P2”、P3”、...)与待测的测量点M一起示出。测量点M和参考点PI位于的几何空间中虚构光束的位置根据这些屏幕图像计算。测量点M的绝对空间坐标根据光束方向和距离值(PI至M的距离)计算。
文档编号G01B11/03GK103017666SQ20121035992
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月25日 优先权日2011年9月25日
发明者Z·库尔托维奇, R·帕甘 申请人:Z·库尔托维奇, R·帕甘