用于确定目标物体的地点坐标的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于确定目标物体的地点坐标的方法和一种根据权利要求8前序部分的用于确定目标物体的地点坐标的设备。
【背景技术】
[0002]EP0481278A1公开一种用于确定目标物体的二维或三维地点坐标的方法和设备。该设备包括激光测距装置、相机装置、参考装置和控制装置。激光测距装置具有发射激光束的发射元件和接收元件，接收元件接收在目标物体上至少部分反射的激光束作为接收光束。参考装置具有第一轴线和第二轴线，它们彼此垂直设置并且构成内部坐标系；坐标系的第三轴线垂直于第一和第二轴线地延伸通过第一和第二轴线的交点。该设备还包括用于确定方位角和仰角的第一和第二角度测量装置。目标物体通过相机装置被精确瞄准并且在此时激光测距装置的瞄准轴线和相机装置的瞄准轴线对准目标物体。激光测距通过激光测距装置进行并且方位角和仰角的角度值由角度测量装置测定。由距离值和方位角计算二维地点坐标，对于三维地点坐标附加需要仰角。
[0003]已知的用于确定目标物体的地点坐标的设备具有下述缺点:需要至少一个角度测量装置，该角度测量装置提高用于确定地点坐标的设备的复杂度和成本。另外，用于激光测距和角度测量的激光束必须精确对准目标物体。
【发明内容】
[0004]本发明的任务在于，提供一种用于确定目标物体的二维或三维的地点坐标的方法，该方法适合用于在内部空间中应用。另外，应提供一种适合用于本发明方法的用于确定目标物体的地点坐标的设备，在此可在有限的设备费用下以高精度计算地点坐标。
[0005]根据本发明，该任务在开头所提的用于确定目标物体的地点坐标的方法中通过独立权利要求1的特征得以解决并且在开头所提的用于确定目标物体的地点坐标的设备中通过独立权利要求8的特征得以解决。有利的扩展方案在从属权利要求中给出。
[0006]根据本发明，用于在至少两个维度的测量区域中确定目标物体的地点坐标的方法包括以下步骤:
[0007]在目标物体上定位具有反射器元件的猫准装置；
[0008]由激光测距装置的发射元件向瞄准装置发射激光束；
[0009]至少一部分激光束在反射器元件上被部分反射；
[0010]由相机装置拍摄瞄准装置的图像，该图像具有至少部分反射的激光束作为反光；
[0011]在瞄准装置的图像中确定反光的重心；
[0012]在反射器元件上至少部分反射的激光束被激光测距装置的接收元件接收作为接收光束；
[0013]由接收光束计算出到目标物体的距离；
[0014]由相机装置的焦距、计算出的到目标物体的距离和反光重心的第一图像坐标计算出第一间距；并且
[0015]由距离和第一间距计算出目标物体的地点坐标。
[0016]借助激光测距和相机装置图像中的反光来确定目标物体地点坐标的优点在于，不需要昂贵的角度测量装置，但仍能以高精度确定地点坐标。瞄准装置的反射器元件产生反射激光束，该反射激光束在瞄准装置的图像中作为反光可见。本发明方法适合用于静止的目标物体和运动的目标物体。
[0017]在本方法的一种扩展方案中，由相机装置的焦距、到目标物体的距离和反光的重心的第二图像坐标计算出第二间距并且附加地由第二间距计算出目标物体的地点坐标。第二间距允许确定目标物体在测量空间中的三维地点坐标。另外，瞄准装置的几何形状决定，该方法是否可用于确定二维或三维地点坐标。为了确定二维地点坐标，使用圆柱体或圆柱体区段形式的瞄准装置，并且为了确定三维地点坐标使用球形或球段形的瞄准装置。
[0018]优选借助相机装置拍摄瞄准装置的一系列图像。对准瞄准装置的激光束可构造为扩宽的具有大于80°张角的激光束，构造为运动的激光束，或构造为具有10°以下张角的运动的激光束。激光束的扩宽可沿一个或两个垂直于激光束传播方向的方向进行。在扩宽的不运动的激光束中，激光束在瞄准装置的反射器元件上被至少部分反射并且在相机装置的图像中形成反光。当相机装置拍摄瞄准装置的一系列图像时，只要发射激光束，就可看到反光。在运动的激光束中，相机装置既拍摄具有反光的瞄准装置图像又拍摄不具有反光的图像。
[0019]在本方法的第一种变型方案中，从借助相机装置拍摄的一系列图像中确定具有最强反光的图像作为具有反光的瞄准装置图像。第一种变型方案尤其适用于运动的激光束，其中，在由相机装置拍摄的一系列图像中既包括具有反光的图像又包括不具有反光的图像。可借助已知的图像处理技术确定具有最强反光的图像。
[0020]在本方法的第二种变型方案中，具有反光的瞄准装置图像通过计算借助相机装置拍摄的一系列图像之中的多个图像的求平均来确定。第二种变型方案尤其适合用于不运动的激光束，其中，只要发射激光束，则在图像中可见反光。可借助已知的图像处理技术对多个具有反光的图像求平均。
[0021]在本方法的一种优选实施方式中，借助相机装置拍摄瞄准装置的图像以及借助激光测距装置测量到瞄准装置的距离同时通过控制装置启动。通过同时开始测距和瞄准装置的图像拍摄，使激光测距装置与相机装置同步。该同步对于运动的目标物体是有利的。因为用于测距的测量时间和用于相机装置的曝光时间通常互不相同，所以距离值和瞄准装置的图像并非被同时采集。通过同步可将测得的距离值和所拍摄的瞄准装置图像对应起来。用于测距和拍摄图像的时间点彼此越接近，地点坐标的误差就越小。对于快速运动的目标物体而言，为了限制误差，距离值和所拍摄的瞄准装置图像的正确对应关系十分重要。
[0022]特别优选由激光测距装置测得的距离值通过控制装置相配于借助相机装置拍摄的瞄准装置图像。为了减小地点坐标的误差，测得的距离值和所拍摄的瞄准装置图像之间的正确对应关系对于快速运动的目标物体而言尤为重要。在测距启动之后激光测距装置的控制元件可为每个测得的距离值配置一个时间点，并且在图像拍摄启动之后相机装置的控制元件也可为每个所拍摄的瞄准装置图像配置一个时间点。通过同时启动，控制装置的分析元件将测得的距离值和所拍摄的瞄准装置图像彼此对应起来。作为对应准则，例如适合为距离值配置在时间上跟着的瞄准装置图像，或为图像配置在时间上跟着的距离值。
[0023]尤其是为了实施本发明方法，根据本发明的用于在至少两个维度的测量区域中确定目标物体的地点坐标的设备包括:
[0024]瞄准装置，该瞄准装置具有反射器元件，该反射器元件确定目标物体的地点坐标；
[0025]激光测距装置，该激光测距装置具有发射激光束的发射元件、接收元件以及控制元件，该接收元件接收被反射器元件至少部分反射的激光束作为接收光束；
[0026]相机装置，该相机装置具有接收装置和控制元件；
[0027]参考装置，该参考装置具有第一轴线和第二轴线，所述第一和第二轴线彼此垂直设置并且在交点处相交；以及
[0028]控制装置，该控制装置具有用于控制激光测距装置和相机装置的控制元件和用于计算目标物体的地点坐标的分析元件。
[0029]根据本发明的设备允许在没有角度测量装置的情况下确定目标物体的地点坐标。由于不需要角度测量装置，可实现低成本的设备，该设备能以高精度测量目标物体的地点坐标。通过控制装置的控制元件可同时启动借助激光测距装置的测距和借助相机装置的瞄准装置图像拍摄。
[0030]在一种优选实施方式中，反射器元件构造为旋转对称体或构造为旋转对称体的区段。瞄准装置的反射器元件的几何形状决定，设备是否可用于确定二维或三维地点坐标。作为反射器元件，圆柱体或圆柱体区段形式适合用于二维测量，并且球或球段适合用于三维测量。旋转对称体的优点在于，从所有方向由表面到中心点的距离都是一致的。目标物体的地点坐标位于圆柱体的圆柱体轴线或球的球心上。圆柱体或球的半径存储于控制装置中或由操作者输入控制装置。为了计算地点坐标，将瞄准装置的半径加上所测得的激光测距装置的距离和反光的图像坐标。
[0031]在第一种变型方案中，激光测距装置具有光束成形光具，该光束成形光具将激光束扩宽成具有大于80°的张角。在此，激光束的扩宽可沿一个垂直于激光束传播方向的方向或两个垂直于激光束传播方向的方向进行。沿一个方向的扩宽形成线光束，该线光束适合用于确定二维地点坐标，并且沿两个方向的扩宽形成截球状扩宽的激光束，用于确定三维地点坐标。激光束通过光束成形光具的扩宽使得静止激光测距装置的使用成为可能。具有激光测距装置的测量仪器设置在测量区域之外或测量区域的边缘上并且这样定向，使得扩宽的激光束能够检测整个测量区域。张角大于80°的激光束扩宽尤其适合用于确定二维地点坐标。当激光束截球状地沿