确定大地测量装置的位置和定向偏移的方法及测量装置的制造方法_2

文档序号:9928610阅读:来源:国知局
具有大约47°的视角。在仅 一个至少大体水平平面(关于外部参照系统)中的一维完整(360°)激光扫描的情况下或者 在具有1.5°的视角的记录的情况下,例如当使用具有12°的视角的数字相片时,生成了环境 的相对较小的部分,如能够由例如大地测量装置的望远镜相机或同轴相机产生的。环境的 运种小区域在根据环境、图像类型W及图像的细节的程度精确地确定位置偏移和定向偏移 方面可能足够。
[0020]如W上进一步描述的,测量装置在同一测量环境内偏移。因此,如在第一部署中的 环境的至少部分的相同部分可由用于在第二部署中记录环境的图像的单元配准。记录环境 的第二图像是按照环境的第二图像对也在环境的第一图像中被成像的环境的运些部分中 的至少一个进行成像的运样的方式引起的,使得测量环境的第二连续区域和第一连续区域 具有多个公共测量环境点。换句话说,在环境的两个图像中配准了(建筑物、地板区域等的) 测量环境中的对象的表面的至少部分相等的点状部分,其中,相等不必意指点状部分的绝 对一致而是相反经配准的部分在例如数码相机或激光扫描模块的分辨率能力的范围内的 对应。
[0021 ]测量环境的大部分是通过在例如90°的垂直孔径角的情况下将全景图像或范围全 景图像或360° 3D扫描/全景扫描记录为环境的第二图像和/或第一图像来配准的,运是通常 按照运种方式特别容易地产生具有多个公共测量环境点的环境的第一图像和第二图像的 原因。需要环境的连续区域的目标化指定,至多仅使得用于记录环境的(或大地测量装置 的)图像的单元的近似水平对准和/或大地测量装置到高于地面的特定近似高度的设定是 需要。
[0022] 第二连续区域和/或第一连续区域的另一目标化指定W及用于记录环境的图像的 单元的对应对准可选地在记录环境的图像(具体地W便在用于记录环境的图像的单元的相 对较小的视场情况下记录环境的图像)之前或者在借助于从环境的图像中选择的特定区域 进行记录之后被实现。根据本发明自动地实现了运种目标化指定。运里,具体地,第二连续 区域适配于第一连续区域或者根据关于第一连续区域的知识按照目标化方式指定。运里, 可选地,当前的第二部署的近似的位置和定向信息例如由大地测量装置上的诸如倾角传感 器、GNSS传感器的传感器、通过大地测量装置的移动无线电接收器或者借助于使用环境的 位置和定向参照图像的基于图像的比较方法来确定,如例如在由同一申请人于2013年7月4 日提交的申请EP 13175115.8中所描述的。第一连续区域是基于近似的位置和定向并基于 存储在大地测量装置中的信息(优选地链接至近似的位置的环境的第一图像)标识的。基于 通过近似的位置和定向信息近似地知道的第一连续区域的定位,或者基于相对于当前的第 二部署的第一区域中的环境中的突出点,按照运样的方式,对于位置偏移和定向偏移借助 于W目标化方式记录的环境的第一图像和环境的第二图像的后续精确确定来说,自动地存 在第二连续区域的目标化指定和记录。
[0023] 为了实现测量环境点之间的充分对应或者为了实现多个公共测量环境点,记录在 环境的图像中的测量环境点W预定最小密度可选地覆盖相应记录的连续区域。所记录的测 量环境点覆盖环境的区域的最小密度是在使用数码相机时例如按图像传感器的像素数预 先确定的,所述图像传感器的像素数在通常5.76mm X 4.29mm的图像传感器面积的情况下 例如在0.巧W象素与16兆像素之间,具体地在巧W象素与8兆像素之间。当使用激光扫描模块 时,最小密度对应于光栅密度,并且例如,位于在到定位IOm距离的情况下在500mm与0.5mm 之间(具体地在到定位IOm距离的情况下在IOOmm与2mm之间,特别地在到定位IOm距离的情 况下在50mm与5mm之间)的点间距上。
[0024] 在作为环境的图像的相片的情况下,所述相片是白/黑记录、具有例如24位的颜色 深度的彩色相片或在受限光谱范围之上的记录。另选地,环境的图像包括彼此有关具体地 按照几何方式布置的3D点云或距离测量结果,其中纹理的记录和对准可选地发生。另选地, 具有略微偏移的记录对准的二维相机图像被用来例如借助于距离测量结果的半全局匹配 和/或二维布置W及因此经配准的视场的=维图像的类型来生成3D图像。可选地,为各个图 像点记录了亮度和距离,使得精确地运些亮度值和距离可用于例如包括图像点的定位的图 像信息的各个项。作为另一选项,存在距离测量结果相对于其它距离测量结果的布置,所W 能够省去关于各个图像点在记录定位方面的定位的知识。作为此结果,例如能够省去经配 准的视觉区域的完整评价,使得能够例如使用子加窗或子成帖来实现更高的处理速度。
[0025] 在根据本发明的方法的另一步骤中,环境的第二图像的图像元素与环境的第一图 像的对应的图像元素相匹配。换句话说,在相互对应的图像元素之间存在关联。具体地,图 像元素在它们是同一测量环境点的图像时彼此对应。图像元素是环境的相应图像的"原始 数据",即3D点云中或3D图像的单独的像素或点(可选地子像素元素或中间点),其中,出于 匹配的目的,使用了例如颜色值或其相对亮度值及其在图像中的定位,并且能够基于图像 中的所有像素或点或者仅基于特定像素或点(例如,每第16个或第128个像素或点)引起匹 配。
[0026] 另选地或另外,图像元素是借助于图像处理从环境的图像中提取的图像特征("特 征")。在特征提取期间,通常最初存在例如借助于霍夫化OU曲)变换或基于边缘的和/或基 于区域的分段(例如FSrsltKT算子、化rris-Laplace检测器和/或最大稳定极值区域(MSER) 检测器)针对图像中的突出区域或点("兴趣点")的捜索。然后,所找到的区域或点通常由描 述符补充。运种提取的图像特征例如是几何元素(例如,显性线、弧段或路径)或统计描述 符,诸如方向梯度直方图、SIFT、SURF、ORB、BRISK等。如果环境的图像是S维的,则运些特征 或点同样地分布在=维空间中,并且使用的是如例如基于霍夫变换、几何形式、描述符、自 旋图像和NARF(正常对准径向特征)的适当方法。另选地,能够将运些特征或点投影到平面 (例如,水平平面)上。在该方法方面,使用的是环境的图像中的图像特征的位置和/或大小、 关于彼此的相对定位、由运些点、线、面积或体等形成的二维或=维图案。通过示例,与环境 的第一图像或第二图像的描述符相当的描述符在可选地考虑到设定阔值的情况下与环境 的相应的其它图像的描述符相匹配。
[0027] 匹配是通过由用户例如借助于彼此紧着显示或彼此叠加在大地测量装置的显示 器上的环境的第一图像和第二图像来分配对应的图像像素手动地和/或通过匹配算法自动 地引起的。匹配算法大多数是已知的,其中W下各项按照纯示例性方式列举:差方和(SSD) 的算法、归一化交叉相关(NCC)的算法、最小二乘化SQ)的算法、迭代最近点(ICP)的算法、几 何图元ICP的算法、迭代平均点、密集匹配(例如半全局匹配(SGM))、K-d树算法、RANSACK 体地与尺度不变特征变换(SIFT)或加速鲁棒特征(SURF)相结合。具体地,能够通过各种方 法的组合(例如借助于使用"原始数据"和提取的特征二者的算法(诸如例如点到平面ICP算 法))引起匹配。作为另一选项,借助于最初存在后面是精细匹配(小面积/小尺寸图像段的 匹配或单独的像素/点的匹配)的近似匹配(例如,环境的两个图像的对应对准("图像对 准")的匹配或大面积/大尺寸图像段的匹配)基于不同的方法在各阶段中引起匹配。
[0028] 对应的图像元素对应于存在于第一连续区域和第二连续区域二者中并且在来自 第一部署和第二部署二者的环境的相应图像中被配准的测量环境点。因此,到运些测量环 境点的方向既关于第一位置和第一定向且关于第二位置和第二定向(即关于大地测量装置 在第一部署中和在第二部署中的内部参照系统)可确定。根据本发明,关于位置和定向二者 确定方向是基于环境的相应图像中的相应对应的图像元素的定位借助于几何原理来实现 的,运可组合来形成相对于第一部署的第一束方向和相对于第二部署的第二束方向。在作 为环境的图像的激光扫描或点云的情况下,借助于存在来自关于所有成像的测量环境点到 属于对应的图像元素的运些测量环境点的方向的选择,确定了到"对应的"测量环境点(即, 到与对应的图像元素相对应的那些测量环境点)的方向,所述方向已经可根据激光扫描或 点云的生成过程得到。在作为环境的图像的相片的情况下,相机的光学参数被考虑用于确 定方向,具体地,投影中屯、相对于图像平面的定位或其在大地测量装置的内部参照系统中 的定位。因此,相应方向由从所对应的一个或更多个像素在数码相机的检测器上的定位W 及投影中屯、的定位知道的环境的图像中的相应的图像元素的定位来设定。
[0029] 如果基于无接触距离测量确定了定标因子,则从第二部署到分别在内部参照系统 中在第一部署和第二部署中确定了方向的运些"对应的"测量环境点中的至少一个的距离 是例如通过激光光学装置或借助于其它电磁波精确地测量的。因此,存在运个测量环境点 离第二部署中的内部参照系统的零点的距离的精确确定。所述距离通过大地测量装置的瞄 准单元的测距功能来测量,其中运在存在激光扫描模块的情况下是不必要的,因为距离已 经由激光光学装置通过激光扫描确定了。然而,可选地存在出于提高准确性或可靠性的目 的而使用瞄准单元的距离测量。作为另一选项,距离的精确测量被自动地引起,其中大地测 量装置或瞄准单元与和所对应的图像元素对应的测量环境点自动地对准。运里,考虑相对 于第二部署的所确立的方向。
[0030] 两个部署之间的位置偏移和定向偏移基于相对于第一部署并相对于第二部署到 与所对应的图像元素相对应的测量环境点的方向并且基于定标因子借助于几何原理或算 法被精确地确定,如上所述,该定标因子例如源自从一个部署(优选地当前的第二部署)对 运些测量环境点中的至少一个的激光光学距离测量。适合于此的大量的方法或算法是已知 的。通过示例,包括定标因子、基于链接点(具体地对应点)和地面控制点的束调整的7点算 法或8点算法适合于环境的摄影图像。通过示例,通过奇异值分解或ICP算法来求
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