具有校准电子十字光标的显示图像位置的功能的测量装置的制造方法
【专利说明】具有校准电子十字光标的显示图像位置的功能的测量装置
[0001]本发明涉及一种如在权利要求1的前序部分中所要求的具有集成在瞄准单元中的同轴照相机的特别是视频经玮仪或视频视距仪的测量装置、一种如在权利要求14的前序部分中所要求的用于这样的测量装置的方法、以及如在权利要求15的前序部分中所要求的计算机程序产品。
[0002]自古以来已知用于测量目标点的各种大地测量方法和大地测量装置。在这种情况下，除可能提供的参考点外，从测量装置到要测量的目标点的距离和角度被记录为空间标准数据，具体地，捕捉了测量装置的位置。
[0003]经玮仪、视距仪或全站仪(也被称为电子视距仪或计算机视距仪)代表了这样的测量装置或大地测量装置的一般已知示例。例如，在公布的申请EP I 686 350中对现有技术的这样的大地测量装置进行了描述。这样的装置具有电感(electro-sensory)角度测量功能，该功能允许确定到所选定的目标的方向和距离。在这种情况下，角度或距离变量在装置的内部参考系统中被确定，并且还必须可能地被链接到用于绝对位置测定的外部参考系统。
[0004]现代全站仪具有用于所捕捉的测量数据的数字处理和存储的微处理器。装置通常具有紧凑且集成的构造，其中，在一个装置中通常提供同轴距离测量元件并且还提供计算机单元、控制单元及存储单元。根据全站仪的扩展级，集成了用于瞄准光学器件的机动化、无反射镜的距离测量、自动目标搜索和跟踪、以及整个装置的遥控的多个装置。从现有技术已知的全站仪还具有用于建立到外部的外围组件(例如，到数据捕捉装置)的无线连接的无线数据接口(可被具体设计为手持式数据记录器、现场计算机、笔记本电脑、小型计算机或PDA)。借助于数据接口，能够为了外部进一步处理而输出由全站仪捕捉和存储的测量数据、能够将外部捕捉的测量数据输入到全站仪内以存储和/或进一步处理、能够输入或输出用于全站仪或其他的外部组件的遥控的遥控信号(具体地，在移动领域使用中)、以及能够将控制软件转移到全站仪内。
[0005]测量操作过程中可实现的测量精度根据将要测量的目标点的实施方式而变化。如果目标点例如由诸如360°棱镜的、为了测量而专门设计的目标反射镜代表，则可因此实现比在例如对将要测量的房屋墙壁的点的无反射镜测量的情况基本上更精确的测量结果。这是因为，所发射的光学测量光束具有平面光束横截面，而不是点状光束截面，并因此不仅接收到散射到将要测量的实际目标点上的测量辐射，而且接收到也被施加了测量辐射的目标点的当前视场附近中的点散射的测量辐射。例如，要测量的点表面的粗糙度影响以已知方式进行的无反射镜测量的精确度。
[0006]为了瞄准要测量的目标点，所讨论的类型的测量装置具有瞄准单元(诸如望远镜)。在简单的实施方式变型中，瞄准单元例如被设计为望远镜瞄准器。现代装置可另外具有集成在瞄准器中用于捕捉图像的相机，其中，所捕捉的图像可具体地在全站仪的显示屏上和/或用于遥控的外围装置(诸如数据记录器)的显示屏上显示为现场图像。瞄准单元的光学器件在这种情况下可包含手动对焦(例如，用于改变光学器件的焦点位置的调节螺钉)或者可具有自动对焦，其中，焦点位置例如通过伺服电机改变。用于大地测量装置的望远镜瞄准器的自动对焦单元是公知的，例如，根据DE 197 107 22、DE 199 267 06或DE199 495 80ο
[0007]瞄准单元的光学系统或光学观察通道具体地包含物镜组、聚焦透镜组以及目镜，所述物镜组、聚焦透镜组以及目镜从物侧按该顺序布置。根据物距设置聚焦透镜组的位置，使得在被布置在焦平面中的具有瞄准标记(具体地，十字光标或网格十字光标)的光学元件、或者具有十字光标标记和哈希(hash)标记的底片(plate)上得到清晰的目标图像。可通过目镜观察具有在平面中创建的图像的光学元件。
[0008]除直视通道外设置的同轴相机(例如，具有CXD或CMOS表面传感器)可被布置在设置在望远镜光学器件中的其他图像平面中，经由同轴相机，可提供经由光束分离器的局部光束的解耦，使得可使用相机通过物镜来记录图像(或一系列图像或视频流)。
[0009]此外，为了同轴电子距离测量，可提供附加的单独的发送和接收通道分支。此外，常见的测量装置目前包含自动目标跟踪功能(ATR 自动目标识别”)，为此，另外的单独的ATR光源(例如，多模光纤输出端，其发射具有进一步限定波长的光)和专用的ATR相机传感器被附加地集成在望远镜中。
[0010]为了防止扭曲、颜色错误或渐晕(S卩，在可观测的视场的边缘区域中的亮度下降)，极高的要求被强加于各个光学组件。因此，为了对个别波长进行解耦和耦合，通常需要被特殊且复杂地涂敷的光学器件，其中，尽管所述涂层，可见光带使得能以尽可能最好的颜色保真度进行显示。此外，望远镜的高复杂性需要用于光学组件所需的高精度安装和校准的高水平支出。
[0011]例如，在公布的申请EP I 081 459或EP I 662 278中公开了大地测量装置的所讨论的类型的望远镜瞄准器的构造。
[0012]在使用目标反射器的典型单人测量任务的情况下，例如，依地形设置全站仪。用户将支承目标反射器的手持测量杆移动到要测量的目标点，其中，目标反射器的位置以及目标点的位置可以随后如下地确定。具体地，通过由持测量杆的用户借助于具有到全站仪的无线连接的数据记录器的遥控来执行全站仪的控制。在此情况下，数据记录器可被附接到装备有目标反射器的测量杆，或者可除测量杆之外额外地由用户手持。
[0013]在此情况下，对目标的瞄准通常可使用望远镜/望远镜瞄准器中提供的物理十字光标、或者借助于由同轴地布置在作为全站仪的瞄准单元的望远镜瞄准器中的照相机提供的现场图像，所述现场图像在基站(或数据记录器)的显示屏中显示给用户，并且图像上叠加了电子十字光标。因此，用户可基于现场图像将全站仪适当地对准所期望的目标，为此，虚拟(即，电子)十字光标可被叠加地显示在所显示的同轴照相机的现场图像中。在这种情况下，要尽可能多地选择显示电子十字光标的图像位置，使得由此指示的空间方向尽可能准确地对应于由集成在望远镜中的具有瞄准标记(S卩，十字光标，例如)的物理光学元件所指示的方向。这与由十字光标所指示的方向(瞄准方向)本身是否也具有相对于实际测量方向(即，最终沿该方向发射测量福射并因此表示测量方向)的误差无关。在这种情况下，瞄准方向与测量方向之间的这种方向误差与电子十字光标在图像中的定位问题分开进行处理并将被单独考虑。
[0014]由于由具有瞄准标记的物理光学元件指示的瞄准方向的物理重校准(重对准)(以便与测量方向相对应)可以是复杂的，并且在将经由通过望远镜观看的进行瞄准与经由对具有虚拟十字光标的显示图像的观察进行瞄准相比较的情况下不存在差异，因此在理想的视频全站仪中，虚拟十字光标尽可能精确地指示与物理瞄准标记相同的(瞄准)方向。为了在显示屏图像中的对应点处尽可能如实地显示虚拟十字光标，在测量装置的组装后在工厂实施校准(利用相应的校准参数的确定)。考虑到本测量装置的几何结构，这样的工厂校准(如测量装置结构领域的技术人员本身已知的)建立了测量装置的测量坐标系与照相机坐标系之间的关系。例如，在专利文献公布US 7, 982, 866,US 7，623，224和EP I 695030中描述了这样的已知工厂校准的示例，然而，其中，需要基于已知目标标记的照相机图像记录的过程(其相对于所需的环境和测量条件是复杂的)。出于这个原因，关于立轴和斜轴的误差(方向误差)或者照相机配件的位移的校准参数也可以以已知的方式使用这样的工厂校准来确定。
[0015]然而，这样的误差无法随着时间的推移保持稳定。因此，例如，他们受到物理撞击(例如，在运输过程中)、温度影响、或其它随着时间的推移而变化的材料性质的影响。
[0016]事实上，可在现场由测量员自己实施的相对于立轴误差和斜轴误差的现场校准常常在执行测量任务(例如，被称为双位置测量或转换测量，其中，经由物理十字光标在望远镜的第一位置(朝向I) 一次并且在望远镜的改变的第二位置(朝向II) 一次地连续瞄准同一个目标，并且在各个情况下测量角度)之前以已知的方式完成。然而，另外，在随后将显示屏(即，电子十字光标)用于瞄准目标的过程中，相对于基于物理十字光标的瞄准，在目标坐标确定中可能会导致偏差。
[0017]本发明的目的是减少或解决此问题，即，在相对于要叠加电子十字光标的图像位置进行的工厂校准过程中存储的校准参数相对于对应于物理瞄准标记变得不正确或不准确，并因此随着时间的推移和/或在特定条件下(例如，震动后)可能出现误差。
[0018]该目的通过独立权利要求的表征特征的实现来达成。以另选或有利的方式改善本发明的特征可从从属专利权利要求推断出。
[0019]在这种情况下，涉及本发明的测量装置，特别是视频经玮仪或视频视距仪，包含至少一个基座、可相对于所述至少一个基座枢转的支承件、可相对于所述支承件枢转的瞄准单元、用于测量所述支承件和所述瞄准单元的枢轴位置的测角仪、分析和控制单元、以及显示屏。
[0020]在这种情况下，所述瞄准单元配置有限定光束路径的望远镜光学器件，并且包含物镜、限定瞄准方向的物理瞄准标记(具体地，十字光标)、目镜、以及用于通过所述物镜记录图像的照相机。
[0021]在这种情况下，所述分析和控制单元包含所存储的关于在所记录的图像中作为瞄准图像位置指示瞄准方向的图像位置的校准参数，并且显示屏在这种情况下相应地被控制或被设计用于对使用照相机记录的图像和作为瞄准辅助的用于所述瞄准图像位置的标记一起显示，所述标记特别是电子十字光标，其在图像上叠加地显示或者重叠在图像中，使得十字光标中心点落在所述瞄准图像位置上。
[0022]现在为了在瞄准单元中的物理瞄准标记和照相机配件之间的几何结构受到影响之后校验和/或重建由物理瞄准标记所指示的瞄准方向和由用于所述瞄准图像位置的标记所指示的方向之间的一致性(其受到影响后可能不再充分地存在)，在本发明的范围内，提供功能，特别是以在用户装置界面可检索的应用的形式提供一种功能，在该功能的基础上，以较不复杂并且相对基本上自动化的方式或者以引导用户的方式启用。
[0023]为此，在所述功能的范围内，根据本发明限定了将在所述功能的范围内执行的瞄准动作的特殊过程或特殊序列(和在这些瞄准位置中的每一个中执行的校准测量)。
[0024]因此，在这种情况下，对同一目标的瞄准动作必须至少一次使用物理瞄准标记和至少一次使用用于所述瞄准图像位置的标记作为瞄准辅助连续地执行。在这种情况下，在所述装置侧，在所述分析和控制单元中存储针对该限定的序列的序列信息项。
[0025]在启动所述功能后，随后由所述分析和控制单元自动控制或执行下列动作。
[0026]-响应于可在利用所述物理瞄准标记对所述目标进行的瞄准(例如，由用户启动)时