具有精细瞄准和目标跟踪功能的勘测装置的制造方法
【专利摘要】具有精细瞄准和目标跟踪功能的勘测装置。一种勘测装置(1)，该勘测装置(1)具有：控制和评估单元(11)；照射源(23)，该照射源(23)用于发射照明光线；以及精细瞄准和目标跟踪功能，在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中，通过所述控制和评估单元(11)的自动控制而实现照明光线的发射的变化，使得产生照明光线闪光的已知序列。
【专利说明】
具有精细瞄准和目标跟踪功能的勘测装置
技术领域
[0001]本发明涉及根据权利要求1或8的前序部分的具有精细瞄准和目标跟踪功能的勘测装置，以及根据权利要求12的用于该勘测装置的方法。
【背景技术】
[0002]已知有多种勘测装置用于勘测一个或更多个目标点。通常，这些勘测装置的已知的现代示例是激光跟踪器，即，被设计成连续跟踪目标点并确定该点在坐标中的位置的测量设备，或者诸如视距仪和全站仪这样的针对大量勘测而专门定制的勘测装置。后一种勘测装置还被称为电子视距仪或计算机视距仪，并且具有用于通过高度自动化或自动化的方式来执行勘测任务的多个不同子系统。例如，在EP 1686350中描述了来自相关技术的大地勘测装置。在这种情况下，绝对位置为已知的勘测装置的距离和方向或者水平垂直角度相对于要被勘测的目标点被记录作为空间标准数据。
[0003]在很多应用中，通过将特殊配置的目标对象放置在其处或者将这些目标对象安装在可移动车辆上来对这些点进行勘测。这些点例如由用于限定测量区段或测量点的具有反光镜(360°棱镜)的垂直杆组成。然而，例如，如在申请号为EP 10168771.3的欧洲专利申请中所描述的，在没有反射器的情况下进行操作的勘测系统也是可能的。
[0004]例如，在道路或隧道施工中在勘测期间要求的精确度即使在勘测装置和超过100米的目标点之间的很大的距离处也是在毫米范围内，因此对勘测装置并且可能对被用来对要被勘测的目标点进行标记的逆反射目标对象具有高要求。
[0005]为了看见或瞄准要被勘测的目标点，类属型的勘测装置具有望远照准具(例如光学望远镜)，作为瞄准装置。望远照准具通常相对于测量装置的基座围绕垂直站立轴线并且围绕水平倾斜轴线可以转动，其结果是能够通过枢轴线转动和倾斜使望远镜与要被勘测的点对齐。现代的全站仪还具有用于使目标光学器件自动化并且用于自动目标瞄准/精细瞄准和目标跟踪的装置，下面缩写为ATR(自动目标识别)。例如，在Kirschner，H.和Stempfhuber,W.的论文中发现了这种ATR系统的描述:现代跟踪全站仪的动势-2008关于莱卡TPS1200+.机器控制与指导的第一次国际会议的技术状况报告(2015年3月4日从www.mcg.ethz.ch/papers/Kirschner_Stempfhuber_05.pdf上检索到)。
[0006]根据现有技术的ATR系统具有用于发射照明光束并且用于捕捉通过目标(例如，环境中的点或反射棱镜)反射的照明光束的部分中的至少一部分的装置。在这种情况下，通常通过连续发射短的照明光束脉冲或照明光束闪光来执行照明，其中，照明光束例如是发散式激光束，并且因此连续发射激光脉冲作为照明光束闪光。在这种情况下，经发射的激光被成像到图像传感器(例如，CMOS 2D芯片)上，作为反射斑(光斑)。依赖于光学瞄准轴线的定向从该方向到目标对象的偏差，ATR传感器上的反射射线的撞击位置在这种情况下也从中央传感器区域位置偏差，也就是说，在ATR面传感器上的棱镜处逆反射的ATR照明光束的光斑不处于ATR面传感器的中心，并且因此不在例如使用校准如与光学目标轴线对应的位置那样限定的期望位置上撞击。在精细瞄准功能期间，因此使用图像传感器上的露出像素或反射斑的位置来推测出相对于光学瞄准轴线的目标的位置。在偏差的情况下，精细瞄准功能通常被用来以机动化的方式对瞄准装置的方位进行轻微调整，使得在棱镜处逆反射的ATR测量光束在传感器区域的中心中以高度精确的方式撞击在ATR面传感器上，也就是说，瞄准装置的水平角度和垂直角度反复地进行改变和调整，直至反射斑的中心与ATR面传感器上的期望位置重合。为了确保自动精细瞄准的实现，有必要在该功能开始之前使瞄准装置通过ATR照明光束也撞击在棱镜上并且在ATR面传感器上从该棱镜反射的方式与目标反射镜至少大致对齐。为实现该目的，能够提前执行基于视觉判断的目标发射镜的手动瞄准，例如或者能够执行自动粗猫准功能。
[0007]除了ATR精细瞄准功能以外，还能够以相似的方式并使用相同的ATR组件来设置自动目标跟踪功能，如具体地在激光跟踪器中但是也可以是现代全站仪中的情况。在目标跟踪期间，连续或者在很短的时间间隔确定移动目标的位置。测量/勘测装置跟随大地目标的移动。在已经执行了 ATR精细瞄准之后，瞄准装置因此继续“现场”且因此快速地被跟踪到达目标，使得ATR反射斑的中心仍然尽可能精确地始终保持在ATR面传感器上的期望位置。然后通常参考“正在锁定”目标或者目标“已被锁定”的事实。
[0008]在这种情况下如果目标如此突然且快速地移动以至于其从ATR检测器的视野中消失(也就是说，在该目标上反射的ATR测量照射不再撞击在ATR面传感器上)的话，则可能出现问题。使得难以或无法识别该目标或者使目标精细并跟踪该目标并且限制最大操作范围的其它原因是环境影响。具体地，这种破坏性环境影响是影响诸如雨、雾或热闪光这样的光学路径的气候影响。外来的反射也是破坏性的，也就是说，例如除了通过目标反射的测量照射之外，被撞击在图像传感器上的光。这种外来的反射是由诸如直接太阳照射或间接太阳照射(也就是说，由路标或玻璃表面或者施工车辆的前灯反射的太阳照射)的外来光线源或光束源而造成的。中断是有问题的，具体地在目标跟踪期间，这是由于这些中断经常导致锁定到丢失的目标反射，这使得其需要再次执行耗时的锁定。
[0009]为了避免由气候影响造成的中断，根据现有技术的全站仪提供借助于用户的手动配置通过与天气有关的方式来设置ATR系统的或者精细瞄准和跟踪功能的参数的选项。然而，在这种情况下，仅仅将全站仪大致调整为当前气候条件，结果是通常不存在参数的最佳选择，并且这还与用户的附加努力相关联。
[0010]为了消除外来的反射并且在目标反射和外来反射之间进行区分，也就是说，为了在反射斑与传感器上的源于外部光源或者不在目标处进行反射的照明光束组件的其它光斑之间进行区分，自动目标识别的现有技术公开了使用具有勘测装置和目标的恒定对齐和位置的图像传感器来记录两个图像，其中，当记录两个图像中的一个图像时不发射照明光束。结果，能够仅在其中一个图像中检测到反射斑，结果是反射斑能够与噪声或外来反射区分开来，并且能够借助于利用在两个图像之间形成区别的图像处理来识别目标。然而，该方法仅能够针对静态情况，也就是说，没有目标或外来反射源相对于勘测装置的相对移动。例如，在2015年3月4 日从WWW.topcontotalcare.com/files/2013/7525/6386/DS_WP_P-180-2_TE.pdf检索到的Topcon的白皮书“直瞄站”中公开了这种方法。
[0011]WO 1997/10517 Al公开了一种利用发射光的偏振的调制的目标识别方法。这里的缺点是偏振的额外支出，尤其是额外必须至少部分地被设置在目标反射镜上的偏振装置的形式，结果是无法使用常规的反光镜。WO 2011/098131使用具有两个不同设置的照射源和至少两个图像传感器的装置，其中，反射是在利用来自第一照射源的反射光的照明期间使用来自图像传感器的信号以及利用来自第二照射源的反射光的照明期间的信号来进行区分的。这里的缺点也在于这次是附加光源和图像传感器的形式的装置上的额外支出。另外，在提及的两个文件中没有对破坏性的气候影响进行处理。
【发明内容】
[0012]因此，本发明的目的在于提供一种具有改进的自动精细瞄准和目标跟踪功能的勘测装置。
[0013]本发明的另一目的在于提供一种利用改进的检测或者考虑到外来反射和/或气候影响的具有自动精细瞄准和目标跟踪功能的勘测装置。
[0014]本发明的另一目的在于提供一种具有自动精细瞄准和目标跟踪功能的勘测装置，其使得能够相对于当前环境条件通过最佳方式来设置功能的参数。
[0015]又一目的在于提供一种用于具有精细瞄准和目标跟踪功能的这种勘测装置的方法。
[0016]通过实现独立权利要求的描述特征来实现这个目的。能够从从属专利权利要求及其描述(包括附图的描述)中收集通过另选的或有利的方式来发展本发明的特征。除非另有说明，本文中描述或公开的本发明的全部实施方式能够彼此结合。
[0017]本发明涉及一种具有用于确定目标点相对于内部坐标系的位置的位置确定功能的勘测装置。所述勘测装置优选被设计成全站仪、经玮仪或视距仪形式的大地勘测装置，或者被设计成激光跟踪器形式的坐标测量机。所述勘测装置具有:控制和评估单元，该控制和评估单元具有评估、数据处理和控制功能;基座；以及瞄准装置，例如限定目标轴线的望远照准具或望远镜。所述勘测装置还具有用于改变所述目标轴线的方位的装置，该装置可选地包括用于相对于所述基座使所述瞄准装置枢轴线转动的机动化装置。所述勘测装置还具有光束源，该光束源用于在所述目标轴线的方向上发射照明光束，具体地规定强度的激光光束，其中，能够使用所述控制和评估单元按照能够连续产生照明光束闪光的方式来控制发射持续时间。在这种情况下，照明光束闪光能够被理解为表示有限持续时间或长度的照明光束。为了检测反射的照明光束，所述勘测装置具有光敏面传感器，具体地CMOS 2D传感器，用于检测反射的照明光束。能够使用所述控制和评估单元按照能够连续产生捕捉反射的照明光束闪光的图像的方式来控制通过所述传感器的图像的记录。如本领域技术人员所知的，“图像”在这里能够被理解为表示有时间限制的捕捉过程，在该捕捉过程中，在特定捕捉时间段或曝光时间期间撞击在所述传感器上的射线被记录，能够从所述捕捉过程中产生来自所述传感器的可评估输出信号。撞击在所述传感器上的射线束作为光斑出现在所述图像中。由所述目标点反射的相应的照明光束闪光这里作为反射斑出现，与被用来表示由外来射线或者由不被所述目标点反射的照明射线而引起的光斑的外来反射形成对照。
[0018]所述勘测装置还具有精细瞄准和目标跟踪功能。在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中，从所述图像中所述反射斑的检测到的位置来确定所述目标轴线的相应的当前实际方位与瞄准所述目标点的所述目标轴线的假想方位之间的偏差。使用所确定的偏差借助于所述机动化装置来针对所述目标点的精细瞄准和/或跟踪来对所述目标轴线进行定位。因此借助于所述精细瞄准和目标跟踪功能，所述目标轴线与所述目标点精确对齐，并且所述目标轴线被连续跟踪到移动目标点。在目标跟踪期间，连续或者在很短的时间间隔确定移动目标的位置。测量/勘测装置跟随所述目标的移动。
[0019]根据本发明，按照如下的方式来设计所述控制和评估单元:在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中，所述照明光束的发射在所述控制和评估单元的自动控制下根据规定算法而变化。在这种情况下按照如下的方式来执行这种变化:在所述照明光束闪光的连续产生期间产生不同照明光束闪光的已知序列。在这种情况下，所述照明光束的强度和/或发射持续时间优选地变化，结果是所述序列具备不同强度和/或不同长度的照明光束闪光。在本发明的范围内，“已知”是指优选在所述控制和评估单元本身中存储有与照明光束闪光的所述序列有关的信息，例如所述规定算法本身或者从所述规定算法导出的并且使得能够识别所述序列的数据。例如，该信息包括所述序列具有连续交替的第一强度的照明光束闪光和与所述第一强度不同的第二强度的照明光束闪光的事实。另选地，该信息包括相同持续时间的十个照明光束闪光跟着是显著缩短的持续时间的两个照明光束闪光的事实(或者该信息包括发射在两种强度之间不断变化或者十个长发射跟着的是两个短发射的事实)。第二序列示例示出了与诸如莫尔斯电码的符号编码的相似之处，并且第一序列示例类似于诸如救援信号的“简单”识别信号或者所述光信号从灯塔的连续发射(在这种情况下，发出光的次数对应于所述第一强度的所述照明光束闪光，不发出光的次数对应于所述第二强度的所述照明光束闪光)。由于所述目标点反射所述照明光束并因此反射照明光束闪光的已知序列，因此能够借助于本发明通过使用被所述目标反射的所述照明光束闪光按照相对简单的方式(或者被所述目标反射的反射照明光束闪光的序列)来识别所述目标。
[0020]在所述勘测装置的一种进步中，所述控制和评估单元因此被设计成识别被所述目标点反射的照明射线。在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中，使用在图像中的连续捕捉的、与不同照明光束闪光的已知序列对应的反射斑的序列来实施所述识别。在这种情况下，为了进行识别，使用所述控制和评估单元中存储的规定比较标准来优选地将所捕捉的光斑的序列与照明光束闪光的已知序列进行比较。为此，例如使用所述光斑的所检测到的亮度来执行所述比较。在所述图像中光斑的亮度依赖于撞击所述传感器的所述射线的强度。强度越大的照明光束闪光(或者更长持续时间的照明光束闪光)产生越亮的光斑，而强度越小的照明光束闪光(或者更短持续时间的照明光束闪光)产生越暗或者亮度越小的光斑(在恒定的捕捉条件或者图像记录参数下)。通过所述传感器捕捉的被所述目标点发射的照明光束闪光的序列因此产生与照明光束闪光的序列相对应的光斑的序列；例如，从强烈到非强烈的连续变化的序列对应于亮到暗的序列。由于照明光束闪光的所述序列对于所述控制和评估单元来说是已知的，所述控制和评估单元通过将两个序列进行比较来“识别”所考虑的光斑是由被所述目标点反射的照明光束而引起的，也就是说，所述光斑是反射斑。能够通过比较来识别外来反射本身，这是由于，例如，诸如太阳光或来自前灯的光这样的外来射线造成不与照明光束闪光的已知序列对应的恒定亮度的光斑的序列，或者至少不连续交替的亮度。因此本发明使得能够容易地将反射斑和外来反射或者照明射线和外来射线进行区分。
[0021]所述控制和评估单元可选地针对所述变化按照如下的方式设计:所述照明光束闪光至少按照如下的方式不同:所述序列具有一种类型的规定标准强度范围之内的第一强度的照明光束闪光以及另一种类型的显著低于所述规定标准强度范围但优选仍显著不同于零的第二强度的照明光束闪光。在这种情况下，“显著低于”或“显著不同”是指第二强度是更低的使得存在足够的能力来将所述照明光束闪光与由此引起的反射斑区分开来，结果是例如，能够利用足够的可靠性来识别或检测从亮到暗(或者从亮到比较不亮)的序列。在这种情况下，所述标准强度范围是指这样的范围:在所述精细瞄准和目标跟踪功能期间通常针对所述照明光束的所述强度进行选择，用于在没有变化的情况下进行发射。在这种情况下，全部的第一强度和/或全部的第二强度可以具有相同值。在这种情况下，所述发射持续时间针对全部的照明光束闪光是相同的，或者依赖于所述类型或者在一种类型之内变化。
[0022]在又一进步中，所述控制和评估单元通过如下的方式来设计:所述变化依赖于所反射的照明光束的所检测到的亮度。换句话说，所述规定算法是这样的算法:当使所述发射变化时将由所述传感器检测的所述亮度考虑在内。例如，所述照明光束的所述强度和/或所述发射持续时间因此适用于所检测到的亮度。在这种情况下，优选地连续检测相应的当前反射照明光束闪光的亮度，并且所述发射依赖于相应的当前检测的亮度而连续变化，也就是说，所述发射或其变化永久适用于所述反射斑的所记录的亮度。在这种情况下，“当前”不但包括上次捕捉的照明光束闪光或者上次处理的图像中的反射斑，而且还可以包括上次记录的照明光束闪光或者照明光束闪光的数目。例如，所述发射可选地依赖于所述亮度按照如下方式而不断变化:所述强度和/或发射持续时间在每第十、第五十或第一百个反射斑或亮度检测之后而不是在每单个之后进行调整和优化。这样的过程使得能够利用-依赖于应用或要求精度和/或鲁棒性-发射变化的足够优化来节省计算能力。在一些实施方式中，光敏传感器额外地按照如下方式设计:记录参数是可变的，然后依赖于所检测到的亮度被连续调整。在记录参数方面，所述曝光时间和/或所述传感器的增益例如针对所检测到的亮度连续进行调整，使得能够优化例如信噪比。
[0023]所述发射可选地基于所述亮度按照包含第一强度和至少一个第二强度的照明光束闪光的序列、通过依赖于所检测到的亮度来控制所述第二强度的方式而变化，并且所述第一强度从所述第二强度导出。也就是说，一种类型的照明光束闪光依赖于所述亮度直接进行调整，而另一种类型的照明光束闪光依赖于所述亮度间接进行调整。在这种情况下，所述第一强度因此依赖于所述第二强度，所述第二强度直接依赖于所述亮度，优选地通过将所述第二强度乘以常数因子来确定所述第一强度，其中，所述因子可选地是至少2、至少3或至少5。另选地，两种强度、或者在多于两种强度的情况下的全部强度依赖于相应的相关联反射斑的所检测到的亮度而独立地进行控制，结果是用于不同类型的照明光束闪光的发射能够依赖于所述亮度而不同地变化。
[0024]在所述勘测装置的又一进步中，在据此设计的控制和评估单元的控制下，除了使所述照明光束的发射变化以外，记录参数(具体地所述光敏面传感器的所述曝光时间和/或所述增益)的可变性在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中被用来使记录参数(具体地所述光敏面传感器的所述曝光时间和/或增益)变化。这被执行例如以便使得被所述目标点反射的照明射线的识别更加鲁棒。另外，在特定环境下，在所述标准强度范围之外的相对低强度的照明光束闪光的使用可以与缺点相关联。在这种情况下，从其产生的反射斑的相对差的可识别性例如能够通过捕捉这种具有更大曝光时间(即更长时间)的低强度的反射照明光束来至少部分地进行补偿，从而实现相应反射斑的具有更低不确定性或更好信噪比的更好的可检测性或数据。
[0025]所述控制和评估单元可选地按照如下的方式来设计:借助于所述变化来产生照明光束闪光的重复模式的规则序列。换句话说，所述算法是这样的算法:将变化序列连续重复，从而产生规则序列。作为特别简单的示例，所述模式是这样的，第一强度的照明光束闪光，后跟着的是第二不同强度的照明光束闪光，结果是两种不同强度的照明光束闪光作为进行重复的模式的结果而连续交替，在这种情况下，所述发射持续时间同样跟随不同长度的发射时间的重复模式或者针对全部的照明光束闪光是相同的。然而，本发明不限于这种简单模式或这种简单统一的序列，而包括更加复杂的序列或者具有更多变化的序列，例如关于相对于外来反射的更鲁棒的可区分性。
[0026]作为又一选择，所述控制和评估单元通过如下的方式来设计:所述变化是依赖于距所述目标点的距离的。例如，所述照明光束的一个或多个强度是依赖于所述距离进行控制的，在这种情况下，所述发射优选地依赖于距使用所述勘测装置的距离测量功能而确定的所述目标点的相应当前距离、通过与所述变化对所检测到的亮度的上述依赖关系相似的方式来连续变化。
[0027]本发明还涉及一种具有用于确定目标点相对于内部坐标系的位置的位置确定功能的勘测装置的另选实施方式。所述勘测装置优选被设计成全站仪、经玮仪或视距仪形式的大地勘测装置，或者被设计成激光跟踪器形式的坐标测量机。所述勘测装置具有:控制和评估单元，该控制和评估单元具有评估、数据处理和控制功能;基座；以及瞄准装置，例如限定目标轴线的望远镜望远照准具。所述勘测装置还具有用于改变所述目标轴线的方位的装置，该装置可选地包括用于相对于所述基座使所述瞄准装置枢轴线转动的机动化装置。所述勘测装置还具有光束源，该光束源用于在所述目标轴线的方向上发射照明光束，例如是规定强度的激光光束，其中，能够使用所述控制和评估单元按照能够连续产生照明光束闪光的方式来控制发射持续时间。所述勘测装置还具有光敏面传感器，例如CMOS 2D传感器，其具有可变曝光时间以及可选地可变增益，用于检测所述照明光束的反射成分，其中，能够使用所述控制和评估单元通过能够连续产生捕捉所反射的照明光束闪光的图像的方式来控制通过所述传感器的图像记录，并且撞击在所述传感器上的射线光束在所述图像中作为光斑出现，其中，被所述目标点反射的相应的照明光束闪光在所述图像中作为反射斑出现。
[0028]所述勘测装置的另选实施方式还具有精细瞄准和目标跟踪功能，其中，在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中，从所述图像中所述反射斑的检测到的位置来确定所述目标轴线的相应的当前实际方位与瞄准所述目标点的所述目标轴线的假想方位之间的偏差。使用所确定的偏差借助于所述机动化装置来针对所述目标点的精细瞄准和/或跟踪来对所述目标轴线进行定位。
[0029]根据本发明，该另选实施方式的所述控制和评估单元通过如下的方式来设计:在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中，通过连续产生所述照明光束闪光来产生照明光束闪光的已知序列，并且在所述控制和评估单元的自动控制下，所述光敏面传感器的所述曝光时间根据规定算法而变化，该规定算法与所述照明光束的所述发射相匹配。在这种情况下，所述变化与所述发射相匹配并且通过如下方式来执行:在所述照明光束闪光的连续产生期间捕捉与照明光束闪光的已知序列对应的反射斑的序列。也就是说，所述曝光时间和所述发射能够单单与所述曝光时间对于照明光束闪光来说足够长以能够被(具体地完全)步骤的效果相匹配。
[0030]反射斑的序列被用来基于所述曝光时间的所述变化、使用所述反射斑的所检测到的亮度来识别被所述目标点反射的照明射线。为了进行识别，相对于所述光斑的所检测到的亮度、使用所述控制和评估单元中存储的规定比较标准来优选地将所捕捉的光斑的序列与照明光束闪光的已知序列进行比较。例如，所述曝光时间和所述发射通过所述发射持续时间始终比所述曝光时间短的方式来彼此相匹配。然后，所述曝光时间的变化不改变所述反射斑的所检测到的亮度。然而，由于捕捉外来射线的传感器区域的较长曝光，外来反射的所检测到的亮度在具有较长曝光时间的图像中比在利用较短曝光时间记录的图像中大。因此，外来反射的序列不对应于照明光束闪光的序列，而反射斑的序列不对应，结果是因此能够识别被所述目标点反射的照明射线。
[0031]另选实施方式的所述控制和评估单元可选地通过如下的方式来设计:所述传感器的其它记录参数例如增益附加地进行变化，和/或所述曝光时间和/或增益依赖于所反射的照明光束的所检测到的亮度、通过与所述发射变化对所检测到的亮度的上述依赖关系相似的方式而连续进行调整。
[0032]在另选实施方式的进步中，除了使所述曝光时间变化以外，所述照明光束的所述发射也变化。这里两种变化通过如下的方式彼此相匹配:利用比较大强度的照明光束闪光长的曝光时间来从较低强度的照明光束闪光中捕捉反射的照明射线，在这种情况下，所述曝光时间如此之长以使得较低的强度被补偿。所述曝光时间和所述发射优选地按照彼此适应的方式而变化，使得按照该序列的所述反射斑的所检测到的亮度在标准亮度范围之内，而与所述照明光束的强度无关。换句话说，每个图像被曝光得如此长时间以使得相应反射斑的所检测到的亮度在规定限制之内。在这种情况下，所述限制可选地如此之紧以使得全部反射斑的所检测到的亮度都是相同的。通过与上述示例相似的方式，能够凭借反射斑的序列对应于所述发射的所述变化和所述曝光时间的所述变化、但外来反射的序列不对应于所述发射的所述变化和所述曝光时间的所述变化的事实来识别照明射线；例如，外来反射的这种序列然后表明亮度变化。
[0033]每个实施方式的所述勘测装置可选地具有:角度测量功能，该角度测量功能用于以高精度方式捕捉所述目标轴线相对于两个旋转轴线的当前方位；以及距离测量功能，该距离测量功能用于确定距所述目标点的相应当前距离，即所述勘测装置和所述目标之间的距离，在这种情况下，能够连续执行所述方位的捕捉和所述距离的确定双方。作为另一选择，每个实施方式的所述控制和评估单元通过如下的方式来设计:执行所述变化使得来自照明光束闪光的序列的每个反射斑的亮度足以精确地检测其在所述图像的位置。例如，在所述变化期间通过无论如何实现足以精确地检测所述反射斑的位置或其尺寸的所述反射斑的最小亮度的方式来控制所述强度和/或发射持续时间。通过相似的方式，这另选地或附加地针对基于传感器的变化来执行。
[0034]作为另一选择，每个实施方式的所述控制和评估单元通过如下的方式来设计:在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中，使用跟踪算法将所述照明光束闪光的所述反射斑按照所述序列连接起来，结果是能够跟踪所述图像中的所述反射斑由于所述目标点的相对于所述勘测装置的相对移动而引起的迀移。在这种情况下，迀移是反射斑的与反射斑从前一图像或后一图像相比的不同的位置。多个图像中的反射斑例如使用“寻找最佳匹配”算法被连接起来，从而使与序列相关联的所述反射斑在逻辑上串连。
[0035]本发明还涉及一种用于根据本发明的勘测装置的方法。在所述方法的过程中，借助于所述精细瞄准和目标跟踪功能，通过发射所述照明光束来连续产生照明光束闪光，在作为反射斑的所述图像中连续捕捉到反射的照明光束闪光，从所述图像中的所述反射斑的所检测到的位置中确定所述目标轴线的相应的当前实际方位与所述目标轴线的假想方位之间的偏差，并且使用所确定的偏差对所述目标轴线进行定位。根据本发明，在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中，所述照明光束的所述发射变化和/或灵敏性变化。在这种情况下，所述照明光束的所述强度和/或发射持续时间和/或所述光敏面传感器的所述曝光时间和/或所述增益优选变化。
[0036]作为选择，所述发射通过如下的方式而变化:所述发射包括位于规定标准强度范围内的第一强度和显著低于所述规定标准强度范围的第二强度。这些强度优选足够大以允许这种情况下的检测。
[0037]可选地，所述发射还依赖于所述反射斑的所检测到的亮度而变化，结果是改变所检测到的亮度的所述照明光束的光学路径上的变化得到补偿。所述勘测装置和所述目标点之间的所述光学路径的这种变化例如是由雨或者不同光密度的空气层之间的边界造成的。这可能导致所述反射斑的所述亮度随着时间或者从通过所述控制和评估单元确定的多个连续图像的无意的变化，于是例如通过发射更强或更弱的照明光束和/或依赖于该照明光束增加或减少所述传感器的增益因子对所述变化进行调整。
[0038]在根据本发明的方法的进步中，在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中，产生照明光束闪光的已知的序列。还通过将所捕捉的光斑的序列与照明光束闪光的该已知的序列进行比较来识别被所述目标点反射的照明射线。优选使用所述光斑的所检测到的亮度，例如借助于具有按照与不同强度和/或持续时间的照明光束闪光的已知顺序相对应的顺序的不同亮度的光斑的序列来执行该补偿，并且光斑的该序列因此被识别为来自照明射线。发射变化对所检测到的亮度的上述的连续依赖然后提供优势，尤其是被所述目标点反射的照明射线的基于亮度的识别更加鲁棒，这是由于不源自所述发射或传感器参数的变化并因此使得难以检测反射斑的序列与照明光束闪光的序列之间的对应关系的无意亮度波动得到补偿。
[0039]本发明通常提供的优势在于，发射和/或传感器的记录参数(例如曝光时间)的变化容易地使其能够对所捕捉的射线是否是被所述目标点反射的照明光束进行验证。外来反射本身被识别，并且因此避免了这样的状况:所述目标轴线不正确地不与所述目标点对齐而是与外来射线源对齐，或者不确定锁定到外来反射的步骤被快速检测到并且通过锁定到所述反射斑上而得到校正。作为所述反射斑的检测是基于连续图像中的光斑或照明光束闪光的已知序列的事实的结果，在这种情况下，所述光斑的位置能够逐个图像地变化，本发明特别在动态环境下的目标跟踪任务或测量任务方面有优势。在这种情况下，由于连续产生照明光束闪光或可检测的反射斑，根据本发明的变化使得能够在没有中断的情况下进行目标精细瞄准或目标跟踪。因此本发明还适用于动态测量任务，具体地所述勘测装置的所述目标的相对位置连续且快速地变化的任务。作为本发明的结果，精细瞄准或目标跟踪因此在整体上比根据现有技术的方法和装置中更加鲁棒，在这种情况下，照明射线的识别是简单且可靠的。
[0040]依赖于亮度的变化也提供的优势在于随着改变环境条件使所述变化自动优化。例如，由气候影响造成的破坏根据本发明得到补偿。通过用户手动调整为如根据现有技术的勘测装置的那样常规的效果因此是不需要的。另外，根据本发明的比较比仅粗略的手动配置更准确。
[0041]本发明还包括计算机程序产品或计算机数据信号，其借助于电磁波来实现、具有用于控制或执行根据本发明的方法的程序代码。
【附图说明】
[0042]下面使用在附图中示意性地例示的实施方式和应用过程来更加详细地描述根据本发明的勘测装置和根据本发明的方法，其中详细地:
[0043]图1示意性地示出了根据本发明的勘测装置和由该勘测装置照亮的目标点，
[0044]图2示出了照明光束的强度的时间轮廓图的示例，
[0045]图3a_图3d示出了反射斑和外来反射的序列的示例，
[0046]图4a_图4c示出了依赖于亮度的变化的示例，以及
[0047]图5示出了用于优化所述变化的控制环的示例。
【具体实施方式】
[0048]图1示出了勘测装置I，其例如是自动全站仪或激光跟踪器的形式、具有控制和评估单元；以及瞄准装置2，其具有透镜单元，例如望远照准具或望远镜，该瞄准装置2与目标点10对齐并且限定光学目标轴线7。目标对象10是反射镜的形式，具体地例如反射棱镜的形式。勘测装置I配备有光束源(例如激光源)，用于将照明光束(例如激光光束)发射到反射镜10上，照明光束在瞄准装置2的方向上从该反射镜反射回。瞄准装置2配备有空间分辨检测器，诸如光敏面传感器，例如CMOS 2D传感器或照相机。
[0049]勘测装置I具有精细瞄准和目标跟踪功能。在该功能的过程中，照明光束在这种情况下在目标装置2的光学目标轴线7的方向上进行发射，所述照明光束在反射镜10处进行逆反射，并且所反射的光束被检测器捕捉。依赖于光学目标轴线的定向从反射镜的偏差，经反射的射线在检测器上的撞击位置或者空间分辨传感器这里也从中央传感器区域位置偏离(也就是说，在面传感器上在反射镜处反射的激光光束的反射斑不在面传感器的中心，因此不在例如如与光学目标轴线相对应的位置那样使用校准而确定的期望位置上撞击)。
[0050]在已经由ATR检测器捕捉到目标对象10之后，瞄准装置2然后与目标对象10更加准确地进行对齐，在这种情况下，这里经常执行与理想的精准对齐的反复近似。除了瞄准功能以外，还将以相似的方式提供自动目标跟踪功能。在已经执行目标对象精细瞄准之后(也就是说，在通过反射斑的中心与期望位置-对应于目标轴线7-在检测器或面传感器上重合的方式使用电机将瞄准装置2与目标对象10对齐之后)，然后将利用照明光束的连续发射和借助于传感器的其反射成分的连续捕捉来继续跟踪瞄准装置2，“现场”且因此快速地到达目标对象10的移动，使得反射斑的中心仍然保持得尽可能准确地且始终处于面传感器上的期望位置。然后参照目标被“锁定”(或者被啮合、耦合、锁定到目标)的事实。
[0051 ]照明光束被连续发射，使得产生各个照明光束闪光3、4，例如激光脉冲。也就是说，通过具有相应发射持续时间的时钟的方式来执行发射。如用符号表示的图1中箭头之间的距离，存在暂停，然而其在连续发射之间并因此在两个连续的照明光束闪光之间是不必要的。在目标对象10的方向上发射的照明光束闪光3被目标对象10反射，并且如反射的照明光束闪光4那样连续被传感器捕捉。
[0052]根据本发明，控制和评估单元通过如下的方式来设计:照明光束的发射在精细瞄准和目标跟踪功能的过程中变化。发射持续时间例如变化，结果是产生不同长度的照明光束闪光3、4，或者照明光束的强度变化，如示例中不同厚度的箭头符号表示的那样，结果是产生不同强度的照明光束闪光。在示例中，这些是不断且定期交替的第一强度5的照明光束闪光3、4和第二强度6的照明光束闪光3、4。因此通过使发射变化来产生照明光束闪光3、4的已知序列，其根据规定算法来执行。照明光束闪光3、4的该已知序列被目标点10反射(利用目标轴线7的大致方位)。因此能够使用经反射的照明光束闪光来针对观察者识别目标对象10，该观察者意识到所发射照明光束闪光3的序列。
[0053]在示例中，控制和评估单元“知道”该序列具有交替的第一强度5和第二强度6的照明光束闪光3、4。如果控制和评估单元然后使用光敏检测器来捕捉具有该序列的光，则控制和评估单元“知道”该光正是被反光镜10反射的照明光束。因此能够将在传感器上捕捉到的照明射线和外来射线与其它射线源区分开来。因此能够通过捕捉经反射的照明光束来识别目标对象10。在这种情况下，相对于可识别性，第一和第二强度5、6本身已知是不必要的。强度5、6的不同必须仅在于，第一强度5的照明光束闪光能够与第二强度6的照明光束闪光相区分，并且因此产生照明光束闪光3、4的限定序列。除了经反射的照明射线以外，能够到达传感器的外来射线例如是直接地或者在例如被诸如汽车或具有闪亮曲面的其它物体这样的反射性对象反射之后撞击传感器的太阳光，或者其它激光光束。这种其它激光光束可以来自例如附近的其它全站仪。因此，本发明使得其能够在相同的测量环境下，例如即使使用针对两种全站仪的相同反光镜10来与多个勘测装置10同时工作。根据本发明的构思当然还能够利用活动的目标对象10来实现，该目标对象10不反射照明射线但是其本身在观察者(例如全站仪或激光跟踪器)的方向上发送限定序列的照明光束闪光，其中，借助于与该序列相关的信息提前被观察者存储或者例如通过无线电在单独的发送信道上被发送到观察者的事实，该序列对观察者来说是已知的。
[0054]图2示意性地示出了从图1中的大地勘测装置开始的照明光束的强度的时间轮廓图。第一强度5的照明光束和第二强度6的照明光束各自在发射持续时间T期间交替发射，在不发射的情况下通过时间段12中断，因此产生照明光束闪光的已知序列。第一强度5或者光束源的能量等级通常至少被初始设定为或者大约为相对于保护条款可允许的最大有效功率。在示例中，已知序列是统一的，并且具有由第一强度5的精确地一个照明光束闪光和第二强度6的精确地一个照明光束闪光组成的照明光束闪光的不断反复的模式，两种照明光束闪光的发射持续时间T是相同的。除了这个非常简单的示例以外，很多其它的另选也是容易想到的，例如具有包含超过两种强度的反复模式的统一序列，在这种情况下，例如产生第一类型的照明光束闪光，该第一类型的强度在第一强度5左右的标准强度范围△ I之内，以及另一类型的照明光束闪光，该另一类型具有显著低于标准强度范围A I的强度，例如具有第二强度6或者在第二强度6左右的范围之内。另外或者另选地，该序列具有不同发射持续时间的照明光束闪光或者第一强度5的多个照明光束闪光定期被第二强度6的照明光束闪光“中断”的模式，或者变化是伪随机的，结果是产生不同强度和/或持续时间的照明光束闪光的伪随机序列。对于本发明来说仅具有决定性的是根据规定算法来执行该变化，结果是该序列是已知的。
[0055]图3a示出了使用ATR检测器记录的ATR图像9a。在这种情况下，所捕捉的光束作为光斑或者位于彼此旁边的一组曝光的像素出现在图像中，其中，传感器通过能够检测或确定光斑的亮度的方式来设计。亮度依次依赖于所捕捉光束的强度、传感器的增益以及照射相应像素的时间。在这种情况下，反射斑8a被理解为表示通过经反射的照明射线产生的光斑。在图像9a中示意性地例示了这种具有规定的、所检测到的亮度的反射斑8a。反射斑8a具有从期望位置S的偏移△ X和△ y，也就是说，在图像9a中反射斑8a的位置从与瞄准目标点的目标轴线的方位相对应的理想位置偏离。图像9a还捕捉其它光束，例如太阳光束或者来自前灯的光束，作为光斑13a，下文称为外来反射13a。
[0056]根据反射斑8a的位置从期望位置S的所确定的偏离△x和△ y，确定瞄准装置的方位的校正角度，并且使用受控的伺服电机来执行相应的校正，直至反射斑8a和期望位置S彼此匹配，也就是说，瞄准装置的水平角度和垂直角度发生变化并进行调整直至反射斑8a的中心在面传感器上与期望位置S重合。这连续执行用于目标跟踪，为此，连续发射照明光束闪光并且连续记录图像9a。在这种情况下，记录此以及与此相关的图像、传感器的曝光持续时间、以及照明光束的发射优选彼此相匹配，使得针对每个图像9a来捕捉一个照明光束闪光，并且因此通过一个照明光束闪光来产生每个反射斑8a。
[0057]图3b示出了利用相同的曝光持续时间和增益在来自图3的图像9a之后记录的第二图像％。通过第二照明光束闪光产生的第二反射斑Sb出现在图像9b中。由于目标轴线或瞄准装置在精细瞄准和目标跟踪功能的过程中的变化的方位，和/或由于目标对象的移动，第二反射斑Sb的位置与之前反射斑的位置不同，在图像9a中捕捉并且在图像9b中使用虚线来指示的反射斑8a用于更简单的位置比较。由于相同的理由，第二外来反射13b的位置从前一外来反射(来自图像9a的第一外来反射13a)的位置偏离。为了能够随着时间的推移观察相应关联光斑的行为(具体地亮度的属性)，而不考虑其从图像9a到图像9b的“迀移”，使用现有技术中已知的跟踪方法，例如借助于寻找最佳匹配算法来使相应的光斑8a、8b和13a、13b连接起来。
[0058]根据图1和图2中所例示的形式来产生反射斑8a和8b所依据的赵明光束闪光的序列，也就是说，通过第一强度的照明光束闪光来产生第一反射斑8a，通过第二强度的照明光束闪光来产生第二反射斑Sb。由于恒定图像记录参数和相同发射持续时间或者照明光束闪光的持续时间，因此第一反射斑8a的亮度大于第二反射斑8b的亮度，这些亮度在图3a和图3b中通过其不同的灰度值来指示。相反，由恒定强度的照射造成的外来反射13a和13b的所检测到的亮度是恒定的。
[0059]图3c和图3d因此还示出了连续记录的图像9c和图9d并且具有第三和第四反射斑Sc和Sd以及第三和第四外来反射13c和13d。为了便于比较，实用虚线来各自指示前面的光斑。由于照明光束的发射的连续变化，由第一强度的照明光束闪光产生的第三反射斑Sc具有与第一反射斑8a相同的亮度，由第二强度的照明光束闪光产生的第四反射斑Sd具有与第二反射斑Sb相同的亮度。相反，外来反射13a-13d的亮度仍然示出为与假定为恒定的光照射强度没有差异。
[0000]因此，从图像9a_9d中产生光斑(反射斑)8a_8d和光斑(夕卜来反射)13a_13d的光斑的两个序列。亮度变化的反射斑8a_8d的序列在这种情况下对应于照明光束闪光的已知序列，但是恒定亮度的外来反射13a-13d的序列不与之对应。结果，相应的序列能够被用来区分哪些光斑8a_8d和13a_13d是通过照明射线产生的，即哪些是反射斑8a_8d，以及哪些是源自外来射线，即哪些是外来反射13a-13d。照明射线因此能够与外来射线区分，或者换句话说，能够识别被目标对象反射的照明射线。
[0061]为了简单起见，该示例示出了反射斑8a_8d的非常简单的序列并且假定外来射线的恒定强度。即使当外来射线的强度随着时间的推移也不是恒定的，但是仍保证可识别性，也就是说，由于即使当这些光斑的序列不对应于照明光束闪光的已知序列时，外来反射13a-13d的亮度也不同。为了排除外来照射源的发射变化对照明光束闪光的序列的任何随机对应，能够使用照明光束闪光的复杂序列来作为示例中所选的序列。
[0062]在这种情况下，照明光束的第二强度被选择为低于第一强度，使得一方面，反射斑8a、8c的亮度以及另一方面反射斑8b、8d的亮度充分不同，并且在另一方面被选择为足够大以使得能够检测到包括相对较弱的反射斑8b、8d在内的各反射斑8a_8d，结果是能够将相应图像9a_9d中的位置指定给各反射斑8a_8d。这提供了检测反射斑和照明光束闪光之间的对应关系的能力以及检测变化的无间断确定以及因此检测目标点跟踪的能力。
[0063]依赖于测量条件，较弱的反射斑，即例如反射斑8b、8d，由于其相对较低的亮度在精细瞄准或目标跟踪方面可能是不利的。下面使用图4描述了避免这种缺陷的一个选择，尽管例如根据图2使照明光束的发射变化。
[0064]通过与图3d相似的方式，图4a示出了来自连续记录的并且具有反射斑Sd和外来反射13d的多个图像的第四图像。为了比较目的，再次使用虚线指示了来自前三个图像的前三个反射斑8a_8c和外来反射13a_13c。与根据图3a_3d的示例相比，反射斑8a_8d这次示出了恒定亮度，而外来反射13a_13d的亮度是变化的。这是通过控制和评估单元通过发射的变化的方式使用规定的算法使得勘测装置中的光敏传感器的曝光时间变化而实现的，也就是说，例如强度得到补偿。
[0065]图4b对此进行了示意性的例示。该附图的顶部按照与图2相似的方式示出了照明光束闪光的时间强度轮廓，底部例示了与首先提到的时间轮廓同步的曝光时间E的时间轮廓。用于从图2中捕捉第一、更大强度5的照明光束闪光的传感器的曝光时间E比用于捕捉第二、更小强度6的照明光束闪光的传感器的曝光时间。换句话说，曝光时间E在被用来捕捉强度更小的照明光束闪光的第一、相对较大的值15和被用来捕捉强度更大的照明光束闪光的第二、相对较小的值16之间不断变化。曝光时间E的变化因此与照明光束的发射或者照明光束闪光的序列相匹配。
[0066]按照与图4a不同的方式，图4c再次例示了这些匹配变化的结果。能够在图4c的顶部看到反射斑8的所检测亮度B的时间轮廓，并且能够在底部看到彼此互相同步并且与图4b中的时间轴线同步的外来反射13的所检测到的亮度的时间轮廓。由于曝光时间的变化，外来反射13的所检测到的亮度针对强度6的照明光束闪光、按照如下的方式进行扩展:相应反射斑(来自图4a的8b、8d)的所检测到的亮度与较强照明光束闪光的反射斑(图4a中的8a、8c)的所检测到的亮度完全相同。这产生了恒定亮度的反射斑8的序列。
[0067]相反，外来反射13的亮度因此变化-假定恒定强度的外来照射-逐个图像逐个图像地并且随着时间t的推移:具有较长曝光时间(图4b中的15)的外来反射13显得亮(对应于图4a的外来反射13b、13d )，但是利用相对较短的曝光时间(图4b中的16)捕捉的这些外来反射13具有低亮度(对应于图4a中的外来反射13a、13c)。光斑13的序列的亮度因此与光斑8的序列的亮度不同，从而使得能够借助于本发明来识别经反射的照明射线。
[0068]作为对调整曝光时间E的另选或者除了调整曝光时间E以外，面传感器的增益变化，因此同样使得其能够按照与上述过程相似的方式来调整反射斑8、8a_8d的所检测到的亮度。作为另选方案，如上述作为隐式先决条件，例如当各个照明光束闪光的持续时间(图2中的时间段T)不大于曝光时间E时，执行该过程。
[0069]如果曝光时间E通过在这些捕捉窗口中的每个中完全捕捉每个照明光束闪光的方式来设置，则当仅传感器的曝光时间E变化而不使光束的发射变化时，也能够识别照明光束。在该另选的实施方式中，完全相同的照明光束闪光因此利用不同的曝光时间E产生并捕捉，在这种情况下，发射和曝光时间E彼此相匹配，以达到每个曝光时间E足够长以完全检测被目标点发射的每个照明光束闪光。例如通过交替地使用第一曝光时间和第二曝光时间使得曝光时间变化，第二曝光时间比第一曝光时间长，例如是第一曝光时间的两倍。如图4a和图4c中所例示的，由于发射不变化，产生恒定亮度B的反射斑8a-8d和8，而与曝光时间E无关。然而，外来反射13a-13d和13的亮度B由于与上述原因相同的原因(假定在整个曝光时间期间的外来照射，例如阳光或来自前灯的光的结果)再次变化，这是由于较长的曝光时间E与外来光束的更大的亮度B相关联。例如，因此再次产生图4中所例示的外来反射13a-13d和13的亮度序列。在该另选中，因此借助于反射斑8、8a-8d具有恒定亮度B的事实来识别反射斑8、8a_8d。
[0070]如果考虑信号噪声，则例如也能够使用信噪比来识别照明光束。由于恒定强度的照明光束，针对反射斑8、8a_8d的该比率由于噪声分量随着曝光时间E增加而依赖于曝光时间E，但是不依赖于针对外来反射13、13a-13d的曝光时间，这是由于在这些反射中，噪声分量除了如上所述的噪声分量以外也增加，结果是信噪比保持恒定或者至少其变化与反射斑的序列的信噪比不同。
[0071]在使用图5描述的一个进步中，反射斑的所检测到的亮度被用来使照明光束的发射的变化优化。图5示出了具有光束源23(例如激光二极管)的勘测装置的部分20，以及光敏面传感器14(例如，CMOS 2D传感器)，具有用于检测通过所捕捉的射线产生的光斑的亮度的装置24，在这种情况下能够控制记录参数，诸如传感器的曝光时间和增益。激光器23以照明光束闪光3的形式来发出照明光束。这些照明光束闪光被传感器14捕捉作为被目标10逆反射的照明光束闪光4。破坏性的环境影响，例如通过雨云21符号表示的气候影响，在这种情况下改变照明光束的光学路径，并且导致例如通过使箭头3、4的厚度降低来符号表示的照明光束闪光的衰减。亮度检测装置24记录经反射的照明光束闪光4个相应的反射斑的亮度，并且将所述数据(箭头22)发送给控制和评估单元11。
[0072]控制和评估单元11例如通过将所检测到的亮度与期望亮度进行比较来评估亮度数据。如果控制和评估单元11确定与期望值的偏差，也就是说，当前所捕捉的亮度下降或超过最佳或期望亮度，则控制和评估单元11重新调整照明光束的发射和/或传感器14的图像记录(箭头18和19)。也就是说，发射和/或图像记录依赖于当前所检测到的亮度而连续变化。如果所记录的亮度下降到期望值，则例如激光器23的功率增加，结果是全部照明光束闪光的强度增加，和/或传感器14的曝光时间增加，结果是像素被照射得更长。作为该控制环的结果，ATR系统的参数，诸如照明光束强度或持续时间、传感器的曝光时间或敏感性，因此被自动调整适应相应的当前环境条件，结果是例如由雨或雾造成的破坏被自动补偿和/或避免了光敏传感器被设置得太敏感的情形，这是由于作为例如不必要的大增益的结果，捕捉到从一开始就被压制的太微弱的更多的外来反射。
[0073]如上所述，控制环控制例如照明光束的强度。在这种情况下，优选地直接依赖于亮度来控制仅一个类型的照明光束闪光的强度。。例如，第二强度(参见图2)被调整适应所检测到的亮度。在这种情况下，具体地，执行第二强度的该连续优化，目的是足以能够在任何时间检测全部的反射斑，不论破坏性环境影响如何。话句话说，该控制是指反射斑的亮度不下降低于(或超过)最小值并且亮度与期望值的偏差“直接”且自动抵消。然后例如借助于乘以被固定设置为2、3或5来从第二强度导出第一、更大的强度，例如，结果是第二强度是第一强度的两倍、三倍或五倍大，在这种情况下，例如为了安全性原因或者由于光束源的有限最大功率，能够针对第一强度可选地规定最大值。第一强度对第二强度的这种简单的依赖关系即使在照明光束强度的连续优化期间也容易地实现该强度和因此反射斑的亮度之间的足够大的差异。另选地，间接地但同样也是直接地依赖于关联反射斑的所检测到的亮度，第一(可能地其它)强度不连续进行控制。
[0074]另选地或另外地，面传感器的发射和/或参数也按照依赖于距目标点的距离的相似方式来进行变化。该距离对反射斑的亮度或可检测性具有影响，结果是由勘测装置和目标点之间的距离的变化造成的不利影响能够通过连续调整变化量而得到补偿。因此能够借助于例如照明光束强度的依赖于距离的变化量来实现即使当距离变化时恒定的亮度水平。例如当存在免于诸如下雪或严重的太阳照射的破坏性影响的有利环境条件时，完全依赖于距离的变化量是有用的。
【主权项】
1.一种勘测装置(I)，其具体地被设计成全站仪、经玮仪或视距仪或激光跟踪器，其具有用于确定目标点(10)相对于内部坐标系的位置的位置确定功能，其中，为此目的，所述勘测装置(I)具有: ?控制和评估单元(11)，其具有评估、数据处理和控制功能， ?基座， ?瞄准装置(2)，具体地望远照准具，其限定目标轴线(7)， ?用于改变所述目标轴线(7)的方位的装置， ?光束源(23)，其用于在所述目标轴线(7)的方向上发射照明光束，具体地具有限定强度(I)的激光光束，其中，能够使用所述控制和评估单元(11)按照能够连续产生照明光束闪光(3、4)的方式来控制发射持续时间(T)， ?光敏面传感器(14)，具体地CMOS 2D传感器，其用于检测经反射的照明光束，其中，□能够使用所述控制和评估单元(11)按照能够连续产生捕捉经反射的照明光束闪光(4)的图像(9a_9e)的方式来控制由所述传感器(14)进行的图像记录，并且 □在所述传感器(14)上撞击的照射束作为光斑(8、8&-8(1、13、13&-13(1)出现在所述图像中，其中，由所述目标点(10)反射的相应的照明光束闪光作为反射斑(8、8a-8d)出现在所述图像中， ?精细瞄准和目标跟踪功能，其中，在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中， □根据所述图像(9a_9e)中所述反射斑(8、8a_8d)的所检测到的位置来确定所述目标轴线(7)的相应的当前实际方位与照准所述目标点的所述目标轴线(7)的假想方位之间的偏差，并且 □借助于机动化装置，使用所确定的偏差来针对所述目标点(10)的精细瞄准和/或跟踪来对所述目标轴线(7)进行定位， 其特征在于， 所述控制和评估单元(11)通过如下的方式来设计:在所述精细描述和目标跟踪功能的过程中，所述照明光束的所述发射，具体地所述强度(I)和/或所述发射持续时间(T)在所述控制和评估单元(11)的自动控制下根据限定算法而改变，结果是在所述照明光束闪光(3、4)的连续产生期间，产生不同的照明光束闪光(3、4)的已知序列。2.根据权利要求1所述的勘测装置(I)， 其特征在于， 所述控制和评估单元(11)被设计成使用与不同照明光束闪光(3、4)的所述已知序列对应的反射斑(8、8a-8d)的序列，在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中标识由所述目标点(10)反射的照明照射，具体地其中，针对该标识，使用在所述控制和评估单元(11)中存储的限定比较标准来将所捕捉的光斑(8、8a-8d、13、13a-l 3d)的序列与照明光束闪光(3、4)的所述已知序列进行比较，其中，所述比较具体地关于所述光斑(8、8a-8d、13、13a-13d)的所检测到的亮度来实现。3.根据权利要求1或2所述的勘测装置(I)， 其特征在于， 所述控制和评估单元(11)针对所述变化按照如下方式设计:所述照明光束闪光(3、4)至少按照如下的方式不同:所述序列具有在限定标准强度范围(Al)内的第一强度(5)的一种类型的照明光束闪光(3、4)以及显著低于该限定标准强度范围(△ I)的第二强度(6)的另一种类型的照明光束闪光(3、4)。4.根据上述权利要求中任一项所述的勘测装置(I)， 其特征在于， 所述控制和评估单元(11)通过如下的方式来设计:所述变化依赖于经反射的照明光束的所检测到的亮度(B)，具体地其中， ?连续检测相应的当前经反射的照明光束闪光(4)的所述亮度(B)，并且基于相应的当前所检测到的亮度(B)来使所述发射连续变化，和/或 ?所述传感器(14)的记录参数，具体地所述曝光时间(E)和/或增益能够变化，并且基于所检测到的亮度(B)对记录参数，具体地关于最佳信噪比，进行连续调整。5.根据权利要求3和4所述的勘测装置(I)， 其特征在于， ?依赖于所检测到的亮度(B)控制所述第二强度(6)，并且 ?所述第一强度(5)从所述第二强度(6)导出，具体地借助于乘以恒定的因子，其中，该因子具体地至少是2、具体地至少是3、具体地至少是5。6.根据上述权利要求中任一项所述的勘测装置(I)， 其特征在于， 所述光敏面传感器(14)的记录参数，具体地所述曝光时间(E)和/或增益能够变化，并且所述控制和评估单元(11)通过如下的方式来设计:在所述精细描述和目标跟踪功能的过程中，除了使所述照明光束的所述发射变化以外，所述光敏面传感器(14)的记录参数，具体地所述曝光时间(E)和/或增益也变化。7.根据上述权利要求中任一项所述的勘测装置(I)， 其特征在于， 所述控制和评估单元(11)按照如下的方式来设计:借助于所述变化来产生照明光束闪光(3、4)的重复模式的统一序列，具体地其中， ?具有两种不同强度(5、6)的照明光束闪光(3、4)连续交替，和/或 ?全部照明光束闪光(3、4)的所述发射持续时间(T)是相同的， 和/或所述控制和评估单元(11)是通过如下的方式来设计的:所述变化依赖于距所述目标点(10)的距离，具体地其中，所述发射依赖于使用所述勘测装置(I)的距离勘测功能确定的距所述目标点(10)的相应的当前距离而连续变化。8.一种勘测装置(I)，其具体地被设计成全站仪、经玮仪或视距仪或激光跟踪器，其具有用于确定目标点(10)相对于内部坐标系的位置的位置确定功能，其中，为此目的，所述勘测装置(I)具有: ?控制和评估单元(11)，其具有评估、数据处理和控制功能， ?基座， ?瞄准装置(2)，具体地望远照准具，其限定目标轴线(7)， ?用于改变所述目标轴线(7)的方位的装置， ?光束源(23)，其用于在所述目标轴线(7)的方向上发射照明光束，具体地具有限定强度的激光光束，其中，能够使用所述控制和评估单元(11)按照能够连续产生照明光束闪光(3、4)的方式来控制发射持续时间(T)， ?光敏面传感器(14)，具体地CMOS 2D传感器，其具体地具有可变曝光时间(E)和可变增益，用于检测所述照明光束的反射分量，其中， □能够使用所述控制和评估单元(11)按照能够连续产生捕捉经反射的照明光束闪光(4)的图像(9a_9e)的方式来控制由所述传感器(14)进行的图像记录，并且 □在所述传感器(14)上撞击的照射束作为光斑(8、8&-8(1、13、13&-13(1)出现在所述图像中，其中，由所述目标点反射的相应的照明光束闪光作为反射斑(8、8a-8d)出现在所述图像(9a_9e)中， ?精细瞄准和目标跟踪功能，其中，在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中， □根据所述图像(9a_9e)中所述反射斑(8、8a_8d)的所检测到的位置来确定所述目标轴线(7)的相应的当前实际方位与照准所述目标点(10)的所述目标轴线(7)的假想方位之间的偏差，并且 □借助于机动化装置，使用所确定的偏差来针对所述目标点(10)的精细瞄准和/或跟踪来对所述目标轴线(7)进行定位， 其特征在于， 所述控制和评估单元(11)通过如下的方式来设计:在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中， ?通过连续产生照明光束闪光(3、4)来产生所述照明光束闪光(3、4)的已知序列，并且?在所述控制和评估单元(11)的自动控制下，所述光敏面传感器(14)的所述曝光时间(E)根据限定算法而变化，与所述照明光束的所述发射相匹配， 结果是，在所述照明光束闪光(3、4)的连续产生期间，捕捉与所述照明光束闪光(3、4)的所述已知序列对应的反射斑(8、8a-8d)的序列，反射斑的该序列被用来基于所述曝光时间(E)的所述变化、使用所述反射斑(8、8a-8d)的所检测到的亮度(B)来标识由所述目标点(10)反射的照明照射， 具体地其中， ?针对该标识，关于所述光斑(8、8a-8d、13、13a-13d)的所检测到的亮度(B)，使用在所述控制和评估单元(11)中存储的限定比较标准来将所捕捉的光斑(8、8a-8d、13、13a_l 3d)的序列与照明光束闪光(3、4)的已知序列进行比较，和/或 ?所述传感器(14)的其它记录参数，具体地所述增益附加地变化，和/或?所述曝光时间(E)和/或增益依赖于经反射的照明光束的所检测到的亮度(B)而被连续调整。9.根据权利要求8所述的勘测装置(I)， 其特征在于， 所述控制和评估单元(11)通过如下方式设计:除了使所述曝光时间(E)变化以外，所述照明光束的所述发射也变化，其中，这两种变化通过如下的方式彼此相匹配:利用较长的曝光时间(E)来捕捉来自较低强度(I)的照明光束闪光(4)的经反射的照明照射，使得所述较低强度(I)得到补偿，具体地使得所述序列中的所述反射斑(8、8a-8d)的所检测到的亮度(B)在标准亮度范围之内，而与所述照明光束的所述强度(I)无关，其中，具体地，全部反射斑(8、8a-8d)的所检测到的亮度是相同的。10.根据上述权利要求中任一项所述的勘测装置(I)， 其特征在于， 所述控制和评估单元(11)通过如下的方式来设计:所述变化被实现成使得来自照明光束闪光(3、4)的序列的每个反射斑(8、8a-8d)的所述亮度(B)足以精确地检测其在所述图像(9a_9e)中的位置， 和/或所述勘测装置具有: ?角度测量功能，其用于以高精度的方式，捕捉所述目标轴线(7)相对于两个转动轴线的当前方位，具体地连续地捕捉，和 ?距离测量功能，其用于确定距所述目标点(10)的相应的当前距离，具体地连续确定。11.根据上述权利要求中任一项所述的勘测装置(I)， 其特征在于， 所述控制和评估单元(11)通过如下的方式来设计:在所述精细瞄准和目标跟踪功能期间，使用跟踪算法将所述序列中的所述照明光束闪光(3、4)的所述反射斑(8、8a-8d)连接起来，该跟踪算法具体地为寻找最佳匹配算法，结果是能够跟踪所述图像(9a_9e)中的所述反射斑(8、8a-8d)由于所述目标点(10)的相对于所述勘测装置(I)的相对移动而引起的迀移。12.—种用于根据权利要求1或8所述的勘测装置(I)的方法，其中，在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中， ?通过发射所述照明光束来连续产生照明光束闪光(3、4)， ?在所述图像(9a_9e)中连续捕捉经反射的照明光束闪光(4)作为反射斑(8、8a_8d)，?根据所述图像(9a_9e)中所述反射斑(8、8a_8d)的所检测到的位置来确定所述目标轴线(7)的相应的当前实际方位与照准所述目标点(10)的所述目标轴线(7)的假想方位之间的偏差， ?使用所确定的偏差来对所述目标轴线(7)进行定位， 其特征在于， 在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中，所述照明光束的所述发射，具体地所述强度(I)和/或发射持续时间(T)变化，和/或所述光敏面传感器(14)的灵敏性，具体地所述曝光时间(E)和/或增益变化。13.根据权利要求12所述的方法， 其特征在于， 所述发射: ?依赖于所述反射斑(8、8a-8d)的所检测到的亮度(B)而变化，结果是使所检测到的亮度(B)变化的、所述照明光束的所述光学路径的变化得到补偿，和/或 ?通过如下的方式变化:所述发射包括位于限定标准强度范围(Al)内的第一强度(5)和显著低于所述限定标准强度范围(A I)的第二强度。14.根据权利要求12或13所述的方法， 其特征在于， 在所述精细瞄准和目标跟踪功能的过程中，产生照明光束闪光(3、4)的已知序列，结果是通过将所捕捉的光斑(8、8a-8d、13、13a-13d)的序列与照明光束闪光(3、4)的所述已知序列进行比较来标识被所述目标点(10)反射的照明照射，具体地其中，所述比较使用所述光斑(8、8a-8d、13、13a-l 3d)的所检测到的亮度(B)来实现。15.—种计算机程序产品，该计算机程序产品存储在机器可读载体上或借助于电磁波来实现的计算机数据信号上，该计算机程序产品具有适于执行根据权利要求12至14中的任何一项所述的方法的程序代码。
【文档编号】G01C15/00GK105937904SQ201610123962
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月4日
【发明人】U·霍尔农
【申请人】莱卡地球系统公开股份有限公司