具有以圖形方式提供目標的功能的激光跟蹤器的制造方法
【專利摘要】一種激光跟蹤器具有：限定了立軸的基座；用于發(fā)出測量輻射的束偏轉單元，其中該束偏轉單元可借助馬達繞立軸和傾轉軸相對于基座樞轉，并且借助測量輻射的發(fā)射方向限定測量軸；用于確定至目標的距離的距離測量單元；和用于確定束偏轉單元的對準的角度測量功能。該激光跟蹤器還包括目標搜索單元，其具有照射機構和帶有位敏型檢測器的至少一個目標搜索照相機，其中一個目標搜索視野可通過照射機構來照射，并且可利用目標搜索照相機檢測搜索圖像以與位置相關地識別所述目標，并且在目標上所反射的光照輻射的至少一部分可作為搜索圖像位置被確定。另外，設置綜覽照相機，其中該綜覽照相機的綜覽視野與目標搜索視野重疊，并且可利用綜覽照相機檢測示出可見范圍的綜覽圖像(61b)，目標搜索照相機和綜覽照相機相對于彼此以已知的位置和對準關系布置。在通過處理單元執(zhí)行目標提供功能時，通過圖像處理根據搜索圖像位置在綜覽圖像(61b)上疊置代表所述目標的圖形標記(66a-66d)。
【專利說明】具有以圖形方式提供目標的功能的激光跟蹤器
[0001]本發(fā)明涉及根據權利要求1的前序部分所述的、用于連續(xù)跟蹤反射目標并確定目標位置的激光跟蹤器，涉及如權利要求12所要求保護的由激光跟蹤器和控制單元構成的系統(tǒng)，并且涉及如權利要求14所要求保護的目標提供方法。
[0002]被實施為用于連續(xù)跟蹤目標點以及確定該點的坐標位置的測量裝置能夠通常尤其是與工業(yè)測繪相關地被歸總于術語激光跟蹤器。目標點此時可以由回射單元(例如，立方棱柱體)代表，該回射單元利用測量裝置的光學測量束尤其是激光束被瞄準。激光被平行地反射回到該測量裝置，其中反射束利用該裝置的采集單元被采集。束的發(fā)射方向或接收方向在此情況下例如通過與該系統(tǒng)的偏轉反射鏡或瞄準單元相關聯的用于角度測量的傳感器來確定。另外，借助束的采集(例如通過渡越時間測量或相位差測量)來確定從測量裝置到目標點的距離。
[0003]另外，根據現有技術的激光跟蹤器可被實施成具有光學圖像采集單元，該光學圖像采集單元具有兩維光敏陣，例如，CCD或CID照相機或基于CMOS陣列的照相機，或者具有像素陣列傳感器并具有圖像處理單元。該激光跟蹤器和照相機可在此情況下上下疊置地安裝，尤其按照如下方式安裝，即，它們相對于彼此的位置是不可變的。照相機例如是可以與激光跟蹤器一起繞其大致豎直的軸線旋轉，但可與激光跟蹤器無關地上下樞轉，因而尤其與激光束的光學組件分離地布置。而且，照相機例如根據相應的應用能被實施為可只圍繞一個軸線樞轉。在另選實施方式中，照相機能以與激光光學組件一起成一體構造的方式安裝在共同殼體內。
[0004]利用具有標記(其彼此相對位置是已知的)的所謂測量輔助工具的借助圖像采集和圖像處理單元的圖像采集和分析，可推導出被布置在測量輔助工具上的物體(例如，探頭)的空間方位取向。另外，與目標點的特定空間位置一起，目標物的空間位置和取向可以絕對地和/或相對于激光跟蹤器被精確地確定。
[0005]這樣的測量輔助工具能通過所謂的掃描工具來實現，所述掃描工具的接觸點被定位在目標物體的點上。掃描工具具有標記(例如光斑)和反射器，反射器代表掃描工具上的目標點并可利用跟蹤器的激光束被瞄準，其中這些標記的位置和反射器相對于掃描工具接觸點的位置是精確已知的。該測量輔助工具也可按照本領域技術人員已知的方式是配設用于距離測量(例如，用于非接觸式表面測繪)的手持式掃描儀，其中，用于距離測量的掃描儀測量束的方向和位置相對于光斑和布置在掃描儀上的反射器是精確已知的。這樣的掃描儀例如在EP0553266中被描述。
[0006]為了測量距離，現有技術的激光跟蹤器具有至少一個距離測量儀，其中它例如能以干涉儀的形式實現。因為這樣的距離測量單元只能測量相對距離變化，因此除了干涉儀夕卜，所謂的絕對距離測量儀也被安裝在現代的激光跟蹤器上。例如，這樣的用于距離確定的測量裝置的組合通過Leica Geosystems公司的產品AT901所已知。就此所用于距離測量的干涉儀主要采用HeNe氣體激光器作為光源，因為由此可以實現大的相干距離和測量范圍。HeNe激光的相干距離在此情況下可以是幾百米，從而使用相對簡單的干涉儀結構，可以獲得工業(yè)測量技術所需要的范圍。絕對距離測量儀和具有HeNe激光器的用于測量距離的干涉儀的組合例如由W02007/079600A1所已知。
[0007]另外，在現代的跟蹤器系統(tǒng)中，越來越標準化地在傳感器上確定所接收的測量束距零位的偏差。通過該可測的偏差，反射器的中心和激光束在反射器上的入射點之間的位置差可以被確定，并且激光束的對準可以根據該偏差被修正或跟蹤，從而在傳感器上的該偏差被減小，尤其是為零，因而該激光束在反射器中心的方向上被對準。通過跟蹤該激光束對準，可以進行目標點的連續(xù)瞄準跟蹤(跟蹤)，并且目標點的距離和位置可以相對于測量裝置被連續(xù)確定。在此情況下，通過可通過馬達來移動且設置用于偏轉激光束的偏轉反射鏡的對準變化和/或通過具有束引導用激光光學組件的瞄準單元的樞轉可以實現所述跟足示O
[0008]所述目標跟蹤的前提必須是將激光束鎖定在反射器上。為此，具有位敏型傳感器并具有較大視野的采集單元可以被附加安裝在跟蹤器上。另外，在這種裝置中，集成有附加的照射機構，利用該照射機構尤其利用不同于距離測量機構的波長的規(guī)定波長來照射目標或反射器。就此而言，該傳感器能被實施成對該特定波長的范圍敏感，例如以便減輕或完全防止外界光影響。通過該照射機構，可以照射目標，并且可利用照相機來采集具有被照射的反射器的目標的圖像。通過在傳感器上成像特定的(波長特定的)反射，圖像中的反射位置可以被分辨，從而可以確定相對于照相機的采集方向的角度和指向該目標或反射器的方向。具有這樣的目標搜索單元的激光跟蹤器的實施方式例如由W02010/148525A1所已知。根據由此得到的方向信息，測量激光束的對準可被改變成使得激光束和激光束要鎖定至其上的反射器之間的距離減小。
[0009]這種鎖定操作的一個不足之處是，當采集目標上所反射的光照輻射時，來自處于位敏型傳感器的視野范圍內的多個不同目標的多于一個的反射被采集并且因為如此造成的模糊而不可能可靠鎖定在期望的目標上。此時，可以對于測量系統(tǒng)的使用者來說牽扯相當多的精力來將該激光對準在該期望目標上。例如，被檢測的反射的坐標在此情況下必須與可能的目標相比較，并且該目標須由使用者根據比較結果來識別?；谖挥跍y量環(huán)境中的所采集的反射和目標的數量，這樣的過程可被證明是非常費時的，因此可以顯著增加啟動測量操作的努力。尤其是，這樣的目標定位和鎖定要求使用者的合格的熟練程度和經驗并且在此情況下尤其根據使用者資格包含顯著誤差源，由此，例如，不是所期望的目標而是設計相似且靠近所期望的目標定位的另一目標可能被瞄準，并且使用者因為這種相似性而將不會注意到這種混淆。
[0010]因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進的激光跟蹤器，該激光跟蹤器允許目標的跟蹤和位置確定，在這里，期望目標的識別且尤其是瞄準可更簡單且快速地進行。
[0011]本發(fā)明的目的尤其是提供一種具有以下功能的激光跟蹤器，借助該功能可以從一組目標中選擇并瞄準期望的目標，或者可以以方便用戶的方式對于多個目標的連續(xù)測繪建立一種順序。
[0012]這些目的通過獨立權利要求的特征部分的實施來實現。以另選方式或有利方式改善本發(fā)明的特征可以由從屬權利要求推導出。
[0013]本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)地跟蹤反射物體并且用于確定所述物體的位置的激光跟蹤器，該激光跟蹤器具有:限定了立軸的基座；以及束偏轉單元，該束偏轉單元用于發(fā)出測量輻射并且用于接收在所述物體上反射的所述測量輻射的至少一部分，其中所述束偏轉單元能借助馬達繞所述立軸和傾轉軸相對于所述基座樞轉，并且由所述測量輻射的發(fā)射方向限定出測量軸。另外，在該激光跟蹤器上設置:距離測量單元，該距離測量單元用于借助所述測量輻射精確地確定至所述物體的距離；角度測量功能，該角度測量功能用于確定所述束偏轉單元相對于所述基座的對準；以及目標搜索單元。所述目標搜索單元具有用于產生電磁光照輻射的照射機構和具有位敏型檢測器的至少一個目標搜索照相機，其中所述目標搜索照相機限定目標搜索視野，所述目標搜索視野能借助所述照射機構被照射，利用所述目標搜索照相機，能針對目標的基于位置的識別來采集搜索圖像，并且在所述搜索圖像中所采集且代表各自反射目標的光照輻射反射的位置能作為所述搜索圖像中的搜索圖像位置來識別和確定。另外，所述跟蹤器具有綜覽照相機，其中所述綜覽照相機的綜覽視野與所述目標搜索視野重疊，并且利用所述綜覽照相機，能采集至少部分地重現可見光譜范圍的綜覽圖像，尤其是用于為使用者尤其顯示彩色圖像。所述目標搜索照相機和所述綜覽照相機相對于彼此以已知的位置和對準關系布置，并且附加地設置處理單元。
[0014]根據本發(fā)明，所述激光跟蹤器具有目標提供功能，從而當由所述處理單元執(zhí)行所述目標提供功能時，圖形標記借助圖像處理根據所述搜索圖像位置被加入所述綜覽圖像中，從而所述圖形標記在所述綜覽圖像中代表所述目標。
[0015]利用根據本發(fā)明的這樣的激光跟蹤器，利用目標搜索照相機發(fā)現的這些目標因此可以被加入綜覽圖像中，從而這些目標的位置由疊加在綜覽圖像上的標記或者由嵌入在綜覽圖像中的標記來代表。這些標記在此情況下能以符號形式被加入，例如表示瞄準點的十字或圓圈，或者標記例如表示點位置的坐標或距離的數字。因此，就目標提供功能意義而言執(zhí)行的目標顯示(通過圖形標記)是通過將搜索圖像位置以位置保真的方式傳輸到綜覽圖像中來進行的。可利用激光跟蹤器采集的搜索圖像一般僅重現光照反射在目標搜索照相機的位敏型檢測器上成像所在的點或位置，而沒有特殊信息。通過將搜索圖像位置傳輸到綜覽圖像中，可產生代表可見光譜范圍的圖像，在這里，還在圖像中所采集的環(huán)境中記錄下這些目標的位置。因此，例如，可以為激光跟蹤器的使用者提供更便于用戶綜覽這些目標位于其中的測量環(huán)境。通常，綜覽圖像可以在此情況下按照光譜來采集和顯示，從而人們在沒有技術輔助工具情況下能獲得的可視范圍可以至少部分地由綜覽圖像重現。
[0016]原則上，在本發(fā)明的范圍內，將標記加入綜覽圖像中一方面被理解為以綜覽圖像與標記圖形重疊的形式加入標記，例如通過使用相互疊置的多個像平面(像層)，在這里，這些平面可以部分地透明。另外，這些標記可以通過原始綜覽圖像的變化被引入到綜覽圖像中，例如通過逐個像素改變圖像信息，從而這些標記可被認為“被深印”到綜覽圖像中，因而產生改變的綜覽圖像。另外，與綜覽圖像一起圖形表示該搜索圖像位置一般被理解為加入所述標記。
[0017]根據本發(fā)明，目標提供功能因此可提供搜索圖像位置被位置保真地傳輸到綜覽圖像中，其中，已識別的目標可以通過圖形標記按照位置保真方式被顯示在綜覽圖像中。
[0018]就所述標記的加入和顯示而言，依照本發(fā)明，根據在搜索圖像中獲得的光照輻射反射，目標的形狀且尤其是空間范圍可被確定，并且所述標記可以根據該形狀且尤其是空間范圍被顯示在綜覽圖像中。
[0019]所述標記可連同綜覽圖像一起被顯示在顯示屏上，從而一方面，各標記在綜覽圖像中的位置表示由該標記所代表的目標在從該圖像所獲得的環(huán)境中的位置，另一方面，標記的設計提供了關于目標實施方式的信息項。例如一種標記形式可指示特殊目標類型，例如棱柱，并且所顯示的標記的尺寸可指示反射能力或目標的空間范圍。
[0020]另外，本發(fā)明的一方面涉及目標搜索照相機和綜覽照相機及其各自彼此相對布置形式的實施方式。在此方面，目標搜索照相機和綜覽照相機可以具有規(guī)定的焦距，尤其是其中兩個照相機的焦距是相同的且尤其是恒定的。利用這樣的焦距對應性，可如此進行所述標記與綜覽圖像的組合，即，使得搜索圖像位置對應于其在搜索圖像中的位置在綜覽圖像中的相應位置處被加入或疊置。尤其是，在此情況下可以通過僅一個目標搜索照相機的搜索圖像位置進行目標提供。
[0021]尤其是，根據本發(fā)明目標搜索照相機可布置成使得其光軸相對于綜覽照相機的光軸偏移地布置，尤其是平行偏移地布置。通常，目標搜索照相機的光軸可以相對于綜覽照相機的光軸以規(guī)定的角度來布置。根據照相機的彼此相互布置，所述標記的加入可以在考慮各自的定位和對準情況下執(zhí)行。因此，例如可以關于所述標記在綜覽圖像中的定位來獲得精度提聞。
[0022]另外，目標搜索照相機可根據本發(fā)明被布置成其光軸相對于測量軸偏移，尤其在此目標搜索照相機的光軸相對于測量軸的相對偏移是已知的。
[0023]另外，該光照輻射可以具有規(guī)定的光照波長范圍，尤其是紅外輻射，并且該目標搜索照相機能被實施成采集在規(guī)定的光照波長范圍附近的范圍且尤其是窄帶范圍內的電磁輻射。利用這樣的特定照射機構和目標搜索照相機的組合，例如可以減輕或防止可破壞所采集的測量值的外部光影響，因此該系統(tǒng)能就環(huán)境影響而言被更耐用地構成。于是，例如紅外輻射可以由該照射機構發(fā)出并且在紅外范圍內的光(紅外范圍內的吸收峰值具有在中心吸收波長附近的窄帶檢測范圍)主要可以利用目標搜索照相機來采集，在這里，來自可見光譜的光未被檢測。
[0024]另外，根據本發(fā)明的激光跟蹤器或目標搜索單元可以具有一個另外的或多個另外的目標搜索照相機，所述一個另外的或多個另外的目標搜索照相機相應地具有位敏型檢測器和目標搜索視野，尤其是其中，所述一個另外的或多個另外的目標搜索照相機被實施成采集在該光照波長范圍附近的范圍內的電磁輻射。關于所采集的目標的附加信息項可以利用一個另外的或多個另外的目標搜索照相機來產生。于是，例如，該目標的粗略距離或者粗略位置可以被確定并且可以在將所述標記與綜覽圖像組合時被考慮以用于在圖像中定位所述標記。
[0025]在本發(fā)明的一個特定實施方式中，目標搜索照相機可分別相對于彼此且相對于綜覽照相機以已知的固定位置和對準關系布置，從而該目標搜索照相機的目標搜索視野重疊，尤其在共同視野范圍內與綜覽視野重疊，并且所述目標搜索照相機的光軸分別相對于測量軸偏移地布置。
[0026]尤其是根據本發(fā)明，在兩個或更多個目標搜索照相機布置在激光跟蹤器上的情況下，利用目標搜索照相機，可能別采集具有搜索圖像位置的搜索圖像，并且代表共同目標的相應搜索圖像位置能被分組，從而至目標的粗略距離能根據分組的所述搜索圖像位置尤其是所述目標的粗略空間位置來確定。
[0027]因此，如果利用多個目標搜索照相機的位敏型檢測器檢測目標且分別針對該目標確定一搜索圖像位置，則根據這些搜索圖像位置且另選地根據照相機的對準和位置關系，可分別確定指向目標的采集方向。至目標的位置和/或(粗略的)距離可隨后由這些方向得到，在這里，可為此使用幾何原理(例如正弦定理)或已知的立體攝影測量方法。結果，考慮到針對這些目標確定的各目標距離或目標位置，可以進行這些標記到綜覽圖像中的加入(并且還根據綜覽照相機的光軸相對于測量軸或目標搜索照相機的光軸的已知的軸向偏移)。
[0028]另外，根據本發(fā)明，可將粗略距離與綜覽圖像的相應圖像信息相結合，從而能產生至少局部立體的環(huán)境圖像。因此，如果針對多個目標從至少兩個所采集的搜索圖像中確定各粗略距離并且該距離信息項與在綜覽圖像中所采集的相應目標相關聯，則所采集的綜覽圖像可以通過可附加得到的這些信息項被改變，從而該圖像可以被至少部分地立體顯示。綜覽圖像中的就位置而言對應于在搜索圖像中采集的搜索圖像位置的像素區(qū)或圖像區(qū)可以根據所得出的距離信息項被立體地顯示。因此，可產生近似三維環(huán)境圖像。因此，例如立體圖像輪廓可以根據關于單獨目標的且尤其是在兩個相鄰目標之間的距離信息項被模型化。
[0029]根據本發(fā)明，在此方面，在目標提供功能的范圍內，根據與已利用目標搜索照相機確定的搜索圖像位置，圖形標記因此可被加入所述綜覽圖像中或至少部分立體的環(huán)境圖像中，尤其是其中，這些標記根據所述粗略距離且尤其是根據粗略位置被加入。
[0030]在發(fā)明的范圍內，該激光跟蹤器可具有一個另外的或多個另外的綜覽照相機來采集至少部分地重現可見光譜范圍的一個另外的或多個另外的綜覽圖像，其中，能由該綜覽圖像和所述一個另外的或多個另外的綜覽圖像生成一立體綜覽圖像，并且該目標提供功能被配置為使得當執(zhí)行該目標提供功能時，所述圖形標記被加入該立體的綜覽圖像中。
[0031]通過利用至少兩個綜覽照相機可實現的、共同目標環(huán)境的多個圖像從不同位置的(同時)采集，可以由這些采集圖像產生立體綜覽圖像，在立體綜覽圖像中，目標環(huán)境是以立體的方式示出的(三維的)。這種立體圖像尤其可以利用攝影測量算法并通過圖像處理來產生。為此目的，綜覽照相機可以按照相對于彼此的各自已知的位置和對準關系來布置。由目標搜索單元檢測的搜索圖像位置可以作為標記被加入立體綜覽圖像中，從而這些目標也可以在這樣的立體圖像中由這些標記來表示。尤其是，可以基于多個這些綜覽圖像(立體攝影測量法)附加地得到至目標環(huán)境中的物體的粗略的距離信息項。
[0032]一方面，綜覽圖像應被理解為對應于目標搜索視野利用綜覽照相機采集的環(huán)境圖像?；蛘吡磉x地，綜覽圖像能由通過圖像處理來改變的采集圖像來實現，其中，最初利用綜覽照相機采集的圖像信息項被改變。例如就此而言，附加的圖像信息項可被添加至所采集的綜覽圖像。在此情況下，例如圖像元素可例如基于數字模型(CAD模型)被加入該圖像中。
[0033]在這樣的圖像改變的范圍內，例如數字構建的物體的輪廓可以根據所檢測的搜索圖像位置被“嵌入”采集圖像中，從而產生這樣的圖像，該圖像既具有通過綜覽照相機獲得的物體，也具有例如CAD物體或CAD模型的物體部分。在這樣的CAD物體與采集圖像重疊的情況下，可附加地利用圖像的可引出邊緣。因此，例如，所采集的兩維圖像能與三維CAD設計組合，從而例如，可執(zhí)行通過目標搜索單元獲得的(粗略)目標位置與設定點CAD數據的圖形比較。
[0034]關于本發(fā)明激光跟蹤器的可能的結構實施方式，該激光跟蹤器可以具有支座，該支座能借助馬達繞立軸相對于基座樞轉并且限定了傾轉軸或水平軸或斜靠軸，該激光跟蹤器還具有瞄準單元，該瞄準單元被實施成束偏轉單元并且能通過馬達繞該傾轉軸相對于支座樞轉，其中該瞄準單元具有望遠鏡單元，該望遠鏡單元用于發(fā)出測量輻射并且用于接收在該目標上反射的測量輻射的至少一部分。在這樣的實施方式中，該測量軸的對準可以通過瞄準單元的對準來進行，并且該目標搜索照相機和綜覽照相機(OVC)可布置在瞄準單元上。
[0035]本發(fā)明的另一方面涉及一種由根據本發(fā)明的激光跟蹤器和用于控制激光跟蹤器的控制單元構成的系統(tǒng)，其中，該控制單元具有用于圖形顯示綜覽圖像和標記的顯示單元。
[0036]另外，根據本發(fā)明的系統(tǒng)可以具有選擇功能，其中，在選擇功能的范圍內，能借助顯示單元尤其由使用者從被加入綜覽圖像中的標記中選擇期望的標記。
[0037]尤其是，根據本發(fā)明，由所述標記代表的目標的測量順序可以通過該選擇功能來限定，尤其是其中，這些目標能按照所述測量順序通過將測量輻射對準在目標上而被連續(xù)地瞄準和測繪。
[0038]通過由激光跟蹤器和控制單元構成的這種系統(tǒng)，尤其是可以提供方便使用者操作的激光跟蹤器，并且可以進行測量過程的監(jiān)視，或者可以在用戶側跟蹤測量數據的采集。尤其是，該控制單元能以具有控制和分析軟件的計算機單元形式來實施，其中，該綜覽圖像可以單獨或連同所述標記被顯示在連至計算機的監(jiān)視器上。在此情況下，可以提供算法，借此來提供選擇功能，其中使用者可以通過例如點擊指示標記來選擇期望目標。該所選的目標可以隨后通過測量軸的對準利用測量輻射被自動瞄準，使得該測量軸與該目標相交，以確定所選目標的位置。在選擇操作的范圍內，使用者還可以建立順序，由所述標記代表的這些目標將按照該順序被瞄準和測繪。該測量順序的建立也可以通過標記的連續(xù)點擊來進行。
[0039]本發(fā)明的另一方面涉及一種利用激光跟蹤器將圖形標記加入綜覽圖像中的目標提供方法。激光跟蹤器具有:限定了立軸的基座；束偏轉單元，該束偏轉單元用于發(fā)出測量輻射并且用于接收在物體上所反射的測量輻射的至少一部分，其中該束偏轉單元能借助馬達繞所述立軸和傾轉軸相對于基座樞轉；距離測量單元，該距離測量單元用于借助測量輻射精確地確定距離；以及角度測量功能，該角度測量功能用于確定束偏轉單元相對于基座的對準。
[0040]在目標提供方法的范圍內，進行利用電磁光照輻射來照射目標搜索視野和采集搜索圖像以便基于位置來識別這些目標，其中代表反射目標的位置的光照輻射反射作為搜索圖像中的搜索圖像位置被識別，并且目標搜索視野被限定。另外，進行至少部分地重現可見光譜范圍的綜覽圖像的采集，其中限定綜覽視野，尤其是用于為使用者尤其顯示彩色圖像。綜覽視野在此情況下與目標搜索視野重疊，并且進行分別已知的位置并按照已知的對準關系的搜索圖像的記錄和綜覽圖像的記錄。
[0041]根據本發(fā)明，所述圖形標記借助圖像處理根據搜索圖像位置被加入綜覽圖像中，從而這些標記在綜覽圖像中代表這些目標。
[0042]另外，在根據本發(fā)明的目標提供方法的范圍內，可以進行搜索圖像的至少一個另外的采集，所述搜索圖像具有至少一個另外的已知位置且按照已知的對準關系的另外的搜索圖像位置，代表共同目標的各搜索圖像位置可以被分組，并且可以根據所分組的所述搜索圖像位置且尤其是所述目標的粗略空間位置確定至所述目標的粗略距離，并且在所述目標提供方法的范圍內，所述標記可以根據搜索圖像位置被加入綜覽圖像中和/或可以根據粗略距離且尤其是根據粗略位置被加入。
[0043]另外，本發(fā)明涉及計算機程序產品，該計算機程序產品被存儲在可機讀載體上，用于控制根據本發(fā)明的目標提供方法的目標搜索視野的照射、搜索圖像的采集和綜覽圖像的采集。另外，該計算機程序產品被實施為尤其當該計算機程序產品在根據本發(fā)明的激光跟蹤器的處理單元上執(zhí)行時，用于執(zhí)行根據搜索圖像位置通過根據本發(fā)明的目標提供方法的圖像處理將圖形標記加入綜覽圖像中。
[0044]以下將僅依據如圖示意性所示的具體示例性實施方式來舉例更加詳細地描述根據本發(fā)明的方法和根據本發(fā)明的裝置，其中，也將討論本發(fā)明的其它優(yōu)點，具體地:
[0045]圖1示出了根據本發(fā)明的激光跟蹤器和測量輔助工具的兩個實施方式；
[0046]圖2示出了根據本發(fā)明的激光跟蹤器的另一實施方式，該激光跟蹤器具有兩個目標搜索照相機和一綜覽照相機；
[0047]圖3a至圖3c分別示出了目標搜索照相機和綜覽照相機在本發(fā)明的激光跟蹤器上的布置；
[0048]圖4a至圖4d分別示出了根據本發(fā)明的激光跟蹤器的瞄準單元的實施方式，該激光跟蹤器具有目標搜索照相機和綜覽照相機；
[0049]圖5示出了根據本發(fā)明的激光跟蹤器的光學結構的根據本發(fā)明的實施方式；
[0050]圖6a至圖6c示出了綜覽圖像，這些綜覽圖像具有通過目標搜索照相機采集的搜索圖像位置和被傳輸至綜覽圖像中的搜索圖像位置的顯示。
[0051]圖1示出了根據本發(fā)明的激光跟蹤器10、11的兩個實施方式和測量輔助工具80 (例如觸覺式測量裝置)。第一激光跟蹤器10具有基座40和支座30，其中支座30如此布置，即，它可以繞由基座40限定的樞軸41相對于基座40樞轉或旋轉。另外，瞄準單元20安裝在支座30上，使得瞄準單元20可以繞傾轉軸(轉變軸)相對于支座30樞轉。通過瞄準單元20的因此圍繞兩個軸提供的對準能力，由該單元20所發(fā)出的激光束21可以被對準，因而可以瞄準目標。樞軸41和傾轉軸大致相互正交地布置，即，在此情況下，可以在該系統(tǒng)內預定并存儲與準確的軸正交性的略微偏差，以便例如補償因此所造成的測量誤差。
[0052]按照所示的布置形式，激光束21被取向在測量輔助工具80上的反射器81上并回射到激光跟蹤器10。通過該測量激光束21，尤其借助渡越時間測量、相位測量原理或者Fizeau原理，可以確定至反射器81的距離。激光跟蹤器10具有用于確定跟蹤器10和反射器81之間的該距離的精密距離測量單元以及角度測量計，這使得可以確定瞄準單元20的位置(借助該瞄準單元，激光束21能以規(guī)定方式被對準和引導)并且因此確定激光21的傳播方向。
[0053]另外，激光跟蹤器10且尤其是瞄準單元20具有圖像采集單元，以用于確定在傳感器上或在CMOS采集圖像中的傳感器曝光位置，或者激光跟蹤器10且尤其是瞄準單元20尤其以CCD照相機或者像素傳感器陣列照相機的形式實現。這樣的傳感器允許在該檢測器上所獲得的曝光的位敏檢測。另外，測量輔助工具80具有觸覺式傳感器，可使該觸覺式傳感器的接觸點83接觸待測繪的目標物體。當該接觸存在于掃描工具80和目標物體之間時，可以精確地確定接觸點83的空間位置和目標物體上的點的坐標。該確定是利用接觸點83至反射器81和布置在測量輔助工具80上的例如呈發(fā)光二極管形式的方位標記82的規(guī)定相對定位來進行的。另選地，方位標記82也能如此實現，即，使得它們在例如用具有規(guī)定波長的輻射照射的情況下反射入射輻射(方位標記82呈回射器的形式)，尤其是顯示特殊發(fā)光特性，或者使得它們具有規(guī)定圖案或顏色編碼。因此，掃描工具80的方位取向可以由方位標記82在利用圖像采集單元的傳感器所獲得的圖像中的位置或分布來確定。
[0054]第二激光跟蹤器11具有與圖像采集單元15分離的束引導單元16以發(fā)射第二激光束17，該第二激光束也對準反射器81。激光束17和圖像采集單元15分別可通過馬達繞兩個軸樞轉并且因此能如此對準，即，使得通過圖像采集單元15，可以采集利用激光束17和測量輔助工具80的方位標記82被瞄準的目標81。因此，在此也可以根據方位標記82的空間位置來確定至反射器81的精確距離和工具80的方位取向。
[0055]為了使激光束17、21分別對準反射器81，而在激光跟蹤器10、11上設置用于以規(guī)定波長且尤其是在紅外波長范圍內的輻射來照射反射器81的各照射機構，另外，在每個跟蹤器10、11上布置具有位敏型檢測器(所謂的ATR照相機(自動目標識別))的至少一個目標搜索照相機。在反射器81上反射并輻射回到激光跟蹤器10、11的光照輻射可分別通過照相機來檢測，并且反射器81在各檢測器上的位置可用位敏型檢測器來成像。因此，使用第一激光跟蹤器10而且還使用第二激光跟蹤器11，能確定反射器的成像位置，并且根據所檢測的這些搜索圖像位置相關地，目標(反射器81)可位于圖像中并且瞄準單元20或束引導單元16可被對準，從而利用測量束17、21瞄準該目標，或者用激光束17、21接近目標81。另選地，激光跟蹤器10、11可均具有至少兩個照相機，這兩個照相機為此分別具有位敏型檢測器，其中，對于每個跟蹤器10、11，可以由用于反射器81的相應的所采集的兩個搜索圖像位置例如根據眾所周知的攝影測量法原理來分別確定反射器81的粗略位置。為了穩(wěn)固地地檢測反射，濾光器尤其可安裝在目標搜索照相機中(例如與波長相關的濾光器)，該濾光器例如只傳輸由照射機構所發(fā)出的光，和/或可以存儲閾值以便比較采集信號與激光跟蹤器中的信號設定點值。
[0056]另外，根據本發(fā)明的激光跟蹤器10、11分別具有綜覽照相機，該綜覽照相機的視野與具有位敏型檢測器的目標搜索照相機的視野相比較大，因此允許采集較大的范圍。利用這些綜覽照相機，可以采集可見光譜內的物體和目標的圖像，其中這些圖像可以通過激光跟蹤器上的顯示單元被輸出和/或被輸出在顯示屏上，所述顯示屏布置在用于控制各激光跟蹤器10、11的各控制單元上。尤其可利用綜覽照相機來采集彩色圖像。
[0057]另外，跟蹤器10、11的ATR照相機(或只分別各有一個照相機)根據本發(fā)明按照相對于跟蹤器10、11的綜覽照相機的已知定位和對準來布置。通過該已知布置形式，在可利用激光跟蹤器10、11的處理單元執(zhí)行的目標提供功能的范圍內，成像于利用位敏型檢測器所采集的搜索圖像中的一個或多個搜索圖像位置可以與綜覽照相機的綜覽圖像疊置。為此目的，尤其是代表各目標的多個標記可以被加入綜覽圖像中。利用這樣的加入，關于在ATR圖像中的位置所采集的搜索圖像位置可以與綜覽圖像相結合，從而以位置保真方式在綜覽圖像中提供搜索圖像位置。為此目的，綜覽圖像中的標記是根據搜索圖像位置而提供的(并且尤其是根據綜覽照相機相對于目標搜索照相機的相對定位)。通過由此提供的位置參照，現在可顯示綜覽圖像，其中，在綜覽圖像中針對例如利用目標搜索照相機所采集的每個目標反射以位置保真方式指示標記。利用位敏型檢測器所采集的反射測量輻射另外可允許目標判斷，例如關于目標的形狀或反射程度的判斷?？紤]到該附加信息，可以根據能由此在圖像中被確定的特征來顯示這些目標，其中，例如綜覽圖像中所所顯示的標記的尺寸代表目標的反射性。
[0058]在將標記加入綜覽圖像中的范圍內，例如在每個激光跟蹤器10、11使用兩個目標搜索照相機來搜索圖像位置確定或者粗略距離確定時，可以解決由于照相機的相互偏移而引起的視差問題，即，照相機的(有時僅最小地)不同采集角度可以被確定并在標記的加入中加以考慮。例如，如果激光跟蹤器上的僅一個目標搜索照相機被用于確定搜索圖像位置，則因此可以執(zhí)行搜索圖像位置的簡單粗略投影和利用標記對其進行的顯示。
[0059]所述照射機構、目標搜索照相機和/或綜覽照相機就此而言可以例如布置在圖像采集單元15、束引導單元16、瞄準單元20、支座30和/或基座40上的各自規(guī)定的位置上。
[0060]通過已知目標搜索照相機相對于各測量激光束17、21的發(fā)射方向的定位(在一個激光跟蹤器上設置有兩個目標搜索照相機情況下)，激光束17、21可以被對于準反射器81的所確定的粗略位置并鎖定在該位置上(鎖定)。于是，盡管激光發(fā)出方向相對于目標搜索照相機的采集方向的與結構相關的偏移，也可以執(zhí)行各束17、21的快速對準，并且可以確定由照相機和激光束17、21的光軸提供的視差。激光束17、21尤其可以被直接對準目標81，即無需重復的中間步驟。
[0061]尤其是，作為通過利用兩個目標搜索照相機在兩個搜索圖像中確定的搜索圖像位置來確定反射器81的粗略位置的替代或補充，至反射器81的粗略距離可以由所采集并在檢測器上成像的搜索圖像位置來確定(在其中一個所述激光跟蹤器10、11上)。該確定可以借助總體有效的幾何原理來實施，例如借助用于三角形的高線定理和/或借助正弦定理和/或余弦定理。
[0062]另外，根據本發(fā)明如此利用綜覽照相機的圖像提供標記(用于搜索圖像位置)也可以被用在沒有圖像采集單元15的激光跟蹤器中，用于確定測量輔助工具80(3D激光跟蹤器)的方位取向(六自由度照相機)。
[0063]圖2示出了根據本發(fā)明的激光跟蹤器12的另一實施方式，該激光跟蹤器具有基座40，該基座布置在三腳架45上并限定了樞轉軸41。另外，限定了傾轉軸31 (傾斜軸)且可繞樞轉軸41相對于基座40樞轉的帶有手柄32的支座30布置在基座上。另外設有瞄準單元20，其中該瞄準單元20如此安裝，即，它可繞傾轉軸31相對于支座30樞轉。
[0064]另外，瞄準單元20具有可變照相機，該照相機具有可變照相機物鏡22和與布置在瞄準單元20中的距離測量和跟蹤單元相關聯的光學組件23，其中測量激光束借助光學組件23從距離測量和跟蹤單元發(fā)出以精確地確定至目標的距離并且以便跟蹤目標。另外，兩個目標搜索照相機24分別具有照相機光學組件且分別具有位敏型檢測器以及還有例如呈LED形式且尤其在工作中發(fā)出紅外光的照射機構25，這兩個目標搜索照相機設置在瞄準單元20上。利用這些照射機構25，目標例如反射器因此可以被照射或輻照，并且至少一部分輻射可以被反射器沿激光跟蹤器12的方向或目標搜索照相機24的方向反射回。所反射的光于是利用照相機24來采集，利用照相機光學組件在各位敏型檢測器上來成像，并且在搜索圖像中的成像位置作為相應的第一和第二搜索圖像位置被識別。對于每個這些搜索圖像位置，在考慮檢測器對準時，現在可以由此分別確定至目標的距離和進而相對于各檢測器上的零點位置的偏移和/或方向角度且尤其是針對兩個檢測器軸(例如由檢測器的尺寸所預定的X軸和Y軸)的兩個方向角度。通過如此采集的這些目標位置，可以執(zhí)行目標的自動定位。在此情況下尤其可通過立體攝影測量法來執(zhí)行目標的該定位。
[0065]根據通過兩個檢測器所確定的方向角度，目標的粗略位置和/或至目標的粗略距離于是可以根據目標搜索照相機24的已知相對定位被粗略地確定，例如通過數學幾何三角構造來確定。
[0066]這些目標搜索照相機24 (具有照相機光學組件和檢測器)在此情況下如此布置，即，使得照相機24的視野至少部分地重疊(相交)并且該目標(或多目標)因此可在兩個目標搜索照相機24的視野內被采集，尤其可以利用兩個照相機24來同時采集。在此情況下，第一照相機可例如具有大視野，而第二照相機可具有相對較小的視野。因此，一方面，可以采集較大范圍(通過第一照相機)并且同時可以在搜索圖像位置確定中實現高精度(通過第二照相機)。另選地，兩個目標搜索照相機24可具有大視野，從而可以產生最大的視野可能重疊范圍(具有較低的測量精度)，或者兩個照相機24能被構造成具有窄視野，從而在粗略位置確定中獲得提高的精度(具有較小的重疊范圍，因而具有較小的測量范圍)。
[0067]另外，激光跟蹤器12具有綜覽照相機26，該綜覽照相機按照相對于所述兩個目標搜索照相機24的已知位置關系來放置。綜覽照相機26的視野(綜覽視野)在此實施例中如此實現，即，使得目標搜索照相機24的兩個視野在共同范圍內與綜覽視野重疊，從而可利用兩個目標搜索照相機24采集的目標也能利用綜覽照相機26尤其同時地被采集。利用一個目標搜索照相機24檢測的搜索圖像位置可以與利用第二照相機24所檢測的那些目標搜索位置進行比較和/或分組，從而利用兩個照相機24針對共同目標所采集的那些搜索圖像位置被分別相互關聯起來并且隨后作為用于共同目標的搜索圖像位置被進一步處理。尤其是可從中得到用于共同目標的共同搜索圖像位置。
[0068]通過目標搜索照相機24和綜覽照相機26在瞄準單元20上的已知定位，大體根據搜索圖像位置，可以進行將指示搜索圖像位置且因而代表這些目標的多個圖形標記加入綜覽圖像中。尤其是，可以進行通過目標搜索照相機25確定的搜索圖像位置傳輸到由綜覽照相機26所限定的坐標系中。另外，為此目的，可以考慮照相機彼此間的位置和對準關系。尤其是，將搜索圖像位置加入綜覽圖像中可以根據所確定的至目標的粗略距離來進行。這種搜索圖像位置的傳輸或加入在此情況下例如可以通過坐標變換來實現，其中，由位敏型檢測器在目標搜索坐標系中建立的搜索圖像位置的坐標根據該目標搜索坐標系相對于綜覽照相機26的綜覽坐標系的相對對準和定位被變換為綜覽坐標系的坐標。
[0069]根據這樣的搜索圖像位置與綜覽圖像的圖形疊置，可以輸出所采集的物體和還有在圖像中所顯示且相對于在圖像中的正確點的位置被記錄下來的目標(例如由根據目標類型的標記來代表)的圖像。于是可提供“點取”功能，在此功能范圍內，通過(從一組目標)選擇在圖像中所指示的期望目標，跟蹤器12的測量束被對準該目標，并且其中該束可被鎖定到該目標上并且該目標可以被跟蹤。尤其是，該目標可以例如通過觸擊標記而在觸敏顯示器上來選擇，在該觸敏顯示器上所述圖像被輸出。
[0070]在激光束例如通過“點取”功能對準反射器(回射器)并且被由此反射回之后，至反射器的精確距離可以分別通過激光跟蹤器12或瞄準單元20中的精密距離測量單元來確定。另外，該激光束隨后被鎖定到反射器上且該反射器可以利用該激光束被跟蹤。為此目的，在與測量輻射的光路相關聯的另一位置傳感器上確定反射測量光在傳感器上的位置和入射輻射相對于零點位置的偏差。通過可在該傳感器上在兩個方向上確定的該偏差，可以檢測到反射器的位置變化，并且可以根據該變化來跟蹤該激光束，并且因而反射器可被連續(xù)瞄準。
[0071]在所示的實施方式中，目標搜索照相機24和綜覽照相機26如此布置在瞄準單元20上，S卩，使得它們的采集方向不在由樞軸41和光學組件23的中心點限定的平面內或者由傾轉軸31和光學組件的中心點限定的平面內，但是，在另選的實施方式中，至少其中一個照相機可以布置在相應平面中的一個平面內。
[0072]根據本發(fā)明的這種照相機24、26的布置和目標提供手段提供了就裝置設計而言的簡化、改善的系統(tǒng)緊湊性、更高的目標搜尋精度、綜覽圖像的更好的圖像質量和降低的裝置能耗。另外，用于最佳顏色重現的特殊IR濾光器(紅外濾光器)可被用于綜覽照相機26。另外，使用選擇性IR帶通濾波器用于目標搜索照相機24提供了 ATR系統(tǒng)的提高的耐用性和可靠性。
[0073]在根據本發(fā)明的激光跟蹤器的一特定實施方式中，所反射的照射光(光照輻射反射)可以利用至少三個目標搜索照相機來檢測，因此，三個位敏型檢測器上的三個搜索圖像位置和相應的方向角度可以被確定。于是，根據檢測器上的成像的三個搜索圖像位置得到至目標的粗略距離的確定。
[0074]圖3a和圖3b均示出了目標搜索照相機24和綜覽照相機26在根據本發(fā)明的激光跟蹤器上的布置的實施方式。在圖3a中，示出了分別具有光軸24a的兩個目標搜索照相機24、具有其光軸26a的綜覽照相機26和望遠鏡單元的具有測量軸23a的物鏡23。光軸24a、26a此時相互平行地對準并且按照規(guī)定偏移相對于測量軸23a布置。另外，目標搜索照相機24通過測量軸23a安放在共同連線上，其中所述兩個目標搜索照相機24的焦距是相同的。
[0075]利用兩個目標搜索照相機24，反射目標例如回射器可以通過主動照射來識別。在此情況下，利用獨立的照相機24單獨采集的反射目標可以被分組，從而特定目標的、通過兩個照相機24被單獨地確定的搜索圖像位置被相互關聯和結合起來。隨后，例如通過相對于所述兩個目標搜索照相機24的三角定位，可以確定至每個采集反射的粗略距離。根據可由此得到的位置和距離信息項，每個已識別的反射目標或其關于目標搜索照相機24已由此被確定的位置可以被傳輸到綜覽照相機26的綜覽圖像中。為此，可以考慮目標搜索照相機24相對于綜覽照相機26的偏移。另外，該目標且尤其是目標的大致形狀和/或空間范圍現在可以在傳輸位置上(在綜覽圖像中)被投影到利用綜覽照相機所采集的目視圖像中，在這里，該目標通過該綜覽圖像中的標記來指明。尤其是，因此顯示的該標記可以在綜覽圖像中被定期指示，從而該目標看上去在圖像中閃光。
[0076]圖3b示出了兩個目標搜索照相機27、28 (ATR照相機)和一綜覽照相機26及它們的光軸26a、27a、28a的另選布置。照相機26、27、28此時具有相同的焦距。另外，目標搜索照相機27與綜覽照相機26 —起布置在一平面上，使得照相機26、27具有共同的X軸27b，在這里，該X軸27b分別與目標搜索照相機27的光軸27a和綜覽照相機26的光軸26a相交。另外，目標搜索照相機28與綜覽照相機26—起布置在一平面上，使得照相機26、28具有共同的Y軸28b，在這里，Y軸28b分別與目標搜索照相機28的光軸28a和綜覽照相機26的光軸26a相交。X軸27b和Y軸28b此時相互正交。
[0077]通過這樣的布置，利用其中一個目標搜索照相機27、28采集的且具有反射目標的檢測的搜索圖像位置的搜索圖像可以與綜覽照相機26的綜覽圖像直接聯系起來，其中，利用目標搜索照相機27檢測的目標的搜索圖像位置可以根據目標搜索照相機27的X軸27b被投影到綜覽圖像中，而利用目標搜索照相機28檢測的目標的搜索圖像位置可以根據目標搜索照相機28的Y軸28b被投影到綜覽圖像中。尤其是，利用目標搜索照相機27以及還利用目標搜索照相機28所采集的搜索圖像位置和/或從兩個目標搜索照相機27、28的檢測目標的相互考慮中所得到的搜索圖像位置可以按照這種方式呈標記形式被加入綜覽圖像中并且以投影保持方式顯示在其中。這樣的投影或搜索圖像位置與綜覽圖像的疊加可以無需先確定至目標的粗略距離地來進行。
[0078]圖3c示出了用于目標搜索照相機24(ATR照相機)和綜覽照相機26及它們的光軸24a、26a的布置的另一實施方式。照相機24、26此時又具有相同焦距。利用此布置形式，在綜覽照相機26的綜覽圖像中的通過目標搜索照相機24的位敏型檢測器識別到的搜索圖像位置可以用標記來指示(用投影)。綜覽圖像中的標記在此情況下根據搜索圖像中的搜索圖像位置被顯示。此時考慮在目標搜索照相機24和綜覽照相機26之間的已知的位置和對準關系。
[0079]圖4a至圖4d均示出了根據本發(fā)明的激光跟蹤器的瞄準單元20的實施方式，該瞄準單元具有目標搜索照相機24、27、28和相應的綜覽照相機26。
[0080]圖4a示出了瞄準單元20的一個實施方式，其可相對于支座30樞轉并且具有包括望遠鏡物鏡23的望遠鏡單元。目標搜索照相機27、28和綜覽照相機26根據圖3b中所示的布置在這里定位在瞄準單元20上，其中X軸27b和Y軸28b分別與綜覽照相機26的光軸和其中一個目標搜索照相機27、28的相應光軸相交。此時，可以在顯示屏上，例如在激光跟蹤器的控制單元上(在利用目標搜索照相機27、28采集的搜索圖像位置已被傳輸到綜覽圖像中之后)，進行具有識別目標的綜覽圖像的顯示，并且可以選擇期望目標。于是可選的該目標隨后可以利用在望遠鏡單元內產生的測量光通過瞄準單元20相對于支座30的自動樞轉和支座30相對于供布置該支座的基座的樞轉被瞄準。為此，可以通過具有各自位敏型檢測器的所述兩個目標搜索照相機27、28來進行目標的精確定位。這樣的目標搜尋例如在歐洲專利申請?zhí)?192216.7中被描述。
[0081]圖4b也示出了偏移地布置在光學組件23下方的兩個目標搜索照相機24和用于照射目標的四個照射機構25。照射機構25在此分別對稱地布置在各自照相機24的周圍。通過照射機構25，反射器可被照射，并且由反射器產生的光照束反射可利用所述兩個目標搜索照相機24來采集，從而該反射器在目標搜索照相機24的位敏型檢測器上被成像，并且該圖像的位置作為可利用檢測器所采集的搜索圖像中的搜索圖像位置被確定。另外，可以利用綜覽照相機26采集綜覽圖像，在這里，該反射器處于綜覽照相機26的視野范圍內并因此在綜覽圖像中被采集。目標搜索照相機24和綜覽照相機26因此如此布置在瞄準單元上，即，使得它們的視野重疊。
[0082]至反射器的粗略距離可以因此通過針對該反射器所檢測的搜索圖像位置來確定(分別利用一個目標搜索照相機采集一個搜索圖像位置)，尤其是在此可以根據眾所周知的攝影測量法來確定粗略距離。除此之外或另選地，可以在可從搜索圖像位置得到的指向目標的方向(即角度確定)的考慮中來計算反射器的粗略位置。
[0083]根據照相機24、26在瞄準單元20上的定位以及根據所確定的粗略距離或粗略位置，可由位敏型檢測器確定的反射器的坐標可以被加入綜覽圖像中或與之疊加，其中該坐標可以尤其以圖形標記形式被提供在綜覽圖像中。因此，利用目標搜索照相機24檢測的反射器的位置被疊置在綜覽圖像中并且可以在該圖像中連同代表該反射器的標記一起被以圖形的方式輸出。標記在該圖像中的位置在此情況下對應于該反射器實際處于所采集的測量環(huán)境中的位置。
[0084]圖4c示出了瞄準單元20的根據本發(fā)明的另一實施方式，該瞄準單元具有兩個目標搜索照相機24，用于照射目標的兩個照射機構25分別與所述目標搜索照相機相關聯。此時，照相機照射機構組合體以非對稱的方式布置在望遠鏡鏡頭組件23的周圍。這些組合體中的第一組合體在望遠鏡光學組件23的側向上布置，第二組合體布置在望遠鏡光學組件23的下方。另外，綜覽照相機26又布置在相對于目標搜索照相機24具有已知的規(guī)定的位置和對準關系的瞄準單元20上。照相機24、26的光軸此時均相互略微傾斜地對準，但它們各自的視野在一共同視野范圍內重疊。在另選的實施方式中，這些光軸可以分別相互平行地對準。
[0085]圖4d示出了瞄準單元20的根據本發(fā)明的另一實施方式，該瞄準單元具有目標搜索照相機24和綜覽照相機26，用于照射目標的兩個照射機構25與目標搜索照相機相關聯。照相機照射機構組合體在此情況下靠近望遠鏡鏡頭組件23布置。
[0086]圖5示出了根據本發(fā)明的激光跟蹤器的光學結構的實施方式。激光跟蹤器的光學單元50在此情況下具有激光束源51 (例如HeNe激光源或激光二極管)以及用于將利用光源51產生的激光輻射耦合入測量光路中的準直器53。該輻射在所示的結構中通過光纖52從激光束源51被引導向準直器53，但另選地也可以被直接耦合入或通過光學偏轉機構被耦合入測量光路中。光學單元50還具有干涉儀單元54，可借助該干涉儀單元來檢測和測量至目標的距離變化。利用束源51產生的輻射作為測量輻射被用于干涉儀54，在干涉儀54中被分為基準路徑和測量路徑，并且在測量束在目標上反射之后與參考光一起在檢測器上被檢測。另外，設置具有另一束源和另一檢測器的絕對距離測量單元55。該單元55被用于確定至目標的距離，其中由此產生的輻射與干涉儀輻射一起通過分束器56被引導至共同的測量光路上。光學元件的布置和測量輻射在光學單元50中的引導限定了測量方向或者光學測量軸57。為了精確地確定至目標的距離，絕對距離測量儀55的和干涉儀54的測量值都被考慮且尤其結合。在激光跟蹤器的特定實施方式中，絕對距離測量儀55和干涉儀54可限定不同的測量光路和/或可以在結構上分開布置，尤其按照不同的測量組布置。
[0087]另外，位敏型檢測器58 (跟蹤表面?zhèn)鞲衅饔绕涫荘SD)布置在光學單元50內，從而可在其上檢測在目標上所反射的測量激光輻射。通過該PSD58，采集束的入射點與伺服控制零點的偏差可以被確定，并且可以根據該偏差進行在目標上的激光跟蹤。為此目的且為了獲得高精度，該PSD58的視野被選擇成較小，即對應于測量激光束的束直徑。利用PSD58的采集與測量軸57同軸地進行，從而PSD58的采集方向對應于測量方向?；赑SD的跟蹤和精密瞄準的實施只能在測量激光已對準回射目標(至少粗略地，即，使得該目標位于測量激光錐體內)之后才能進行。
[0088]另外，光學單元50具有兩個目標搜索照相機33、34 (ATR照相機)，它們具有各自光軸33a、34a或采集方向和照射機構25。另外，每個照相機33、34均限定一目標搜索視野33b、34b，其中目標搜索照相機33、34如此布置，即，使得視野33b、34b重疊，因而建立ATR重疊區(qū)35。
[0089]通過照射機構25，可以發(fā)出電磁輻射來照射目標。如果該輻射在目標上被反射并且至少部分地沿兩個目標搜索照相機33、34的方向被反射，則反射的光照輻射(光照輻射反射)可各自在一個搜索圖像中作為搜索圖像位置利用兩個目標搜索照相機33、34來采集。通過以存在ATR重疊區(qū)35的方式布置目標搜索照相機33、34，可以在此區(qū)域35內利用兩個目標搜索照相機33、34采集目標，并且可以確定至目標的粗略距離和/或目標的粗略位置。
[0090]另外，具有綜覽視野36a的綜覽照相機36設置在光學單元50上。在此情況下，如此布置綜覽照相機36，即，使得綜覽視野36a分別與目標搜索視野33b、34b重疊，并且限定共同的重疊區(qū)37。通過所示的照相機33、34、36及其視野33b、34b、36a的布置形式，可在利用綜覽照相機36采集的綜覽圖像中根據本發(fā)明來參照可利用目標搜索照相機33、34采集的搜索圖像位置。
[0091]在一個特定實施方式中(在此未示出)，根據本發(fā)明，可如此布置目標搜索照相機33、34，8卩，使得它們的光軸33&、34&分別平行錯開布置或者相對于測量軸57以規(guī)定角度布置。
[0092]在另一特定實施方式(未示出)中，可如此實現光軸33a、34a相對于測量軸的(成角度)布置，即，光軸33a、34a分別相對于彼此傾斜地取向，或者光軸33a、34a分別“朝向測量軸57聚攏”或“遠離測量軸57發(fā)散”地取向，因此，不平行于測量軸57延伸。這種布置形式例如被設置為用于產生視野33b、34b的較大重疊區(qū)或用于產生盡可能最大的綜覽視野。
[0093]在又一個特定實施方式(也未示出)中，目標搜索照相機33、34和測量軸57可以如此布置，即，使得目標搜索照相機33、34的光軸33a、34a中的至少一個是與測量軸57同軸地布置的，即未偏移。
[0094]圖6a至圖6c示出了綜覽圖像61a、61b，這些綜覽圖像具有利用至少一個目標搜索照相機采集的搜索圖像位置63a至63d和被加入綜覽圖像61b中的搜索圖像位置63a至63d的顯示。用于產生綜覽圖像61a的綜覽照相機和所述至少一個目標搜索照相機在此情況下布置在根據本發(fā)明的激光跟蹤器上。
[0095]在根據圖6a的綜覽圖像61a中，采集目標65如機動車，在該目標上施加如以反射膜形式實現的反射標記64a、64b、64c。另外，包括具有反射器81的測量輔助工具80。綜覽圖像61a可以圖形的方式被顯示在激光跟蹤器或用于跟蹤器的控制單元上的圖形顯示單元上。只依據由此采集的綜覽圖像，例如在大距離情況下，可能無法精確地識別反射標記64a.64b.64c或反射器81的位置，因而跟蹤器的測量激光束不能被精確對準到其上。另外，因為選擇至少四個可能的反射目標64a、64b、64c、81，因此無法可靠地執(zhí)行激光在一個期望目標上的自動對準。
[0096]圖6b示出了搜索圖像62，其利用激光跟蹤器的至少一個目標搜索照相機來產生并具有搜索圖像位置63a至63d，所述搜索位置圖像已通過目標搜索照相機的位敏型檢測器來采集和確定。為此，目標搜索照相機的視野利用規(guī)定的光照輻射被照射，并且由目標搜索照相機采集反射輻射并在檢測器上成像，并且采集具有搜索圖像位置63a至63d的搜索圖像62。采集搜索圖像62是為了基于位置來識別目標，并且所述搜索圖像與綜覽照相機相比一般不采集包含可見光譜范圍的光譜圖像和/或彩色圖像。
[0097]圖6c示出了綜覽圖像61b，其具有采集目標65和測量輔助工具80，其中指示搜索圖像62的搜索圖像位置63a至63d的標記66a至66d在圖像61b中通過圖像處理并且根據搜索圖像62中的搜索圖像位置63a至63d被顯示。根據本發(fā)明的目標提供功能在此情況下就目標顯示意義上來說提供了搜索圖像位置63a至63d以圖形標記66a至66d的形式被位置保真地傳輸到綜覽圖像61b中。通過這種描繪，現在例如尤其是可以由使用者選擇標記66a至66d中的一個，于是，可以選擇并測量各個目標或各個搜索圖像位置63a至63d。另外，例如，可建立測量順序，這些目標要按照該測量順序來瞄準和測繪。于是，例如，首先可以測量由標記66b代表的目標，隨后可以開始測量標記66a、66c、66d代表的目標，從而使測量輻射入射在各自目標上并且能被測繪。
[0098]顯然，所示的這些附圖只示意性地示出了可行的示例性實施方式。各種不同做法也可以根據本發(fā)明相互組合以及與現有技術的目標識別方法和通用類型的測量裝置尤其是激光跟蹤器相互組合。
【權利要求】
1.一種用于連續(xù)地跟蹤反射物體并且用于確定所述物體的位置的激光跟蹤器(10，11，12)，該激光跟蹤器具有: -限定了立軸(41)的基座(40)； -束偏轉單元，該束偏轉單元用于發(fā)出測量輻射(17，21)并且用于接收在所述物體上反射的所述測量輻射(17，21)的至少一部分，其中 -所述束偏轉單元能借助馬達繞所述立軸(41)和傾轉軸(31)相對于所述基座(40)樞轉，并且 -由所述測量輻射(17，21)的發(fā)射方向限定出測量軸(57)； -距離測量單元，該距離測量單元用于借助所述測量輻射(17，21)精確地確定至所述物體的距離； -角度測量功能，該角度測量功能用于確定所述束偏轉單元相對于所述基座(40)的對準， -目標搜索單元，該目標搜索單元具有 -用于產生電磁光照福射的照射機構(25),和 -具有位敏型檢測器的至少一個目標搜索照相機(24，27，28，33，34)，其中 -所述目標搜索照相 機(24，27，28，33，34)限定目標搜索視野(33b, 34b)， -所述目標搜索視野(33b，34b)能借助所述照射機構(25)被照射， -利用所述目標搜索照相機(24，27，28，33，34)，能采集搜索圖像(62)以基于位置來識別目標(64a-64c，81)，并且 -在所述搜索圖像(62)中所采集且代表各自反射目標^4a-64c，81)的光照輻射反射的位置能作為所述搜索圖像(62)中的搜索圖像位置(63a-63d)來識別和確定； -綜覽照相機(26，36)，其中 -所述綜覽照相機(26，36)的綜覽視野(36a)與所述目標搜索視野(33b，34b)重疊， -利用所述綜覽照相機(26)，能采集至少部分地重現可見光譜范圍的綜覽圖像(61a, 61b)，尤其是用于為使用者尤其顯示彩色圖像，并且 -所述目標搜索照相機(24，27，28，33，34)和所述綜覽照相機(26，36)相對于彼此以已知的位置和對準關系被布置；以及-處理單元， 其特征在于，所述激光跟蹤器(10，11，12)具有目標提供功能，從而當由所述處理單元執(zhí)行所述目標提供功能時，圖形標記(66a-66d)借助圖像處理根據所述搜索圖像位置(63a-63d)被加入所述綜覽圖像(61a，61b)中，從而所述圖形標記(66a_66d)在所述綜覽圖像(61a, 61b)中代表所述目標(64a_64c, 81)。
2.根據權利要求1所述的激光跟蹤器(10，11，12)，其特征在于，所述目標搜索照相機(24，27，28，33，34)布置成使其光軸(24a, 27a, 28a, 33a, 34a)相對于所述測量軸(57)偏移。
3.根據權利要求1或2所述的激光跟蹤器(10，11，12)，其特征在于，所述光照輻射具有規(guī)定的光照波長范圍且尤其是紅外輻射，并且所述目標搜索照相機(24，27，28，33，34)被實施成采集在所述規(guī)定的光照波長范圍附近的范圍且尤其是窄帶范圍內的電磁輻射。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的激光跟蹤器(10，11，12)，其特征在于，根據在所述搜索圖像(62)中所采集的所述光照輻射反射，所述目標^4a-64c，81)的形狀且尤其是空間范圍能被確定，并且所述圖形標記(66a-66d)能根據所述形狀且尤其是所述空間范圍而顯示在所述綜覽圖像(61a，61b)中。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的激光跟蹤器(10，11，12)，其特征在于，所述目標搜索照相機(24，27，28，33，34)和所述綜覽照相機(26，36)具有規(guī)定的、尤其是相同的且尤其是恒定的焦距， 和/或所述目標搜索照相機(24，27，28，33，34)被布置成使得其光軸(24a, 27a, 28a, 33a, 34a)相對于所述綜覽照相機(26，36)的光軸(26a)偏移，尤其是平行地偏移。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的激光跟蹤器(10，11，12)，其特征在于，所述目標搜索單元具有一個另外的或多個另外的目標搜索照相機(24，27，28，33，34)，所述一個另外的或多個另外的目標搜索照相機具有相應的位敏型檢測器和相應的目標搜索視野(33b, 34b)，尤其是其中所述一個另外的或多個另外的目標搜索照相機(24，27，28，33，34)被實施成采集在光照波長范圍附近的范圍內的電磁輻射。
7.根據權利要求6所述的激光跟蹤器(10，11，12)，其特征在于，所述目標搜索照相機(24，27，28，33，34)分別相對于彼此且相對于所述綜覽照相機(26，36)利用已知的固定位置和對準關系布置，從而 -所述目標搜索照相機(24，27，28，33，34)的所述目標搜索視野(33b，34b)重疊，尤其是在共同視野范圍(37)內與所述綜覽視野(36a)重疊，并且 -所述目標搜索照相機的所述光軸(24a，27a，28a，33a，34a)分別相對于所述測量軸(57)偏移地布置。
8.根據權利要求6或7所述的激光跟蹤器(10，11，12)，其特征在于，利用每個目標搜索照相機(24，27，28，33，34)，能分別采集具有搜索圖像位置(63a_63d)的搜索圖像(62)，并且代表共同目標的相應搜索圖像位置(63a-63d)能被分組，從而至所述目標(64a-64c,81)的粗略距離能根據分組的所述搜索圖像位置(63a_63d)尤其是所述目標(64a-64c, 81)的空間粗略位置來確定，尤其是其中， -所述粗略距離能與相應的所述綜覽圖像的圖像信息相結合，從而能生成至少局部立體的環(huán)境圖像，和/或 -在所述目標提供功能的范圍內，根據所述搜索圖像位置^3a-63d)，所述圖形標記(66a-66d)被加入所述綜覽圖像(61a，61b)中和/或所述至少局部立體的環(huán)境圖像中，尤其是其中，根據所述粗略距離且尤其是根據所述粗略位置來加入所述圖形標記(66a-66d)。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的激光跟蹤器(10，11，12)，其特征在于，該激光跟蹤器具有一個另外的或多個另外的綜覽照相機來采集至少部分地重現可見光譜范圍的一個另外的或多個另外的綜覽圖像，其中能由所述綜覽圖像和所述一個另外的或多個另外的綜覽圖像生成立體綜覽圖像，并且所述目標提供功能被配置為使得當執(zhí)行所述目標提供功能時，所述圖形標記被加入所述立體綜覽圖像中。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的激光跟蹤器(10，11，12)，其特征在于，該激光跟蹤器(10，11，12)具有: -支座(30)，該支座能借助馬達繞所述立軸(41)相對于所述基座(40)樞轉并限定了所述傾轉軸(31);和-瞄準單元(20)，該瞄準單元被實施成束偏轉單元并且能借助馬達繞所述傾轉軸(31)相對于所述支座(30)樞轉，該瞄準單元具有望遠鏡單元，該望遠鏡單元用于發(fā)出所述測量輻射(17，21)并且用于接收在所述目標(64a-64c，81)上反射的所述測量輻射(17，21)的至少一部分。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的激光跟蹤器(10，11，12)，其特征在于，所述目標提供功能提供了所述搜索圖像位置(63a-63d)至所述綜覽圖像(61a，61b)中的位置保真?zhèn)鬏敚⑶宜瞿繕薧4a-64c，81)能借助所述圖形標記(66a_66d)以位置保真方式顯示在所述綜覽圖像(61a，61b)中。
12.一種由根據權利要求1至11中任一項所述的激光跟蹤器(10，11，12)和用于控制所述激光跟蹤器(10，11，12)的控制單元構成的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元具有用于圖形顯示所述綜覽圖像(61a，61b)和所述標記(66a-66d)的的顯示單元。
13.根據權利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)具有選擇功能，其中， -在所述選擇功能的范圍內，能借助所述顯示單元尤其是由使用者從被加入所述綜覽圖像(61a, 61b)中的所述圖形標記(66a_66d)中選擇期望的圖形標記,和/或 -由所述圖形標記(66a-66d)所代表的所述目標^4a-64c，81)的測量順序能借助所述選擇功能來限定，尤其是其中所述目標^4a-64c，81)能按照所述測量順序通過將所述測量輻射(17，21)對準 在所述目標^4a-64c，81)上而被連續(xù)地瞄準和測繪。
14.一種目標提供方法，該目標提供方法用于利用激光跟蹤器(10，11，12)將圖形標記(66a-66d)加入綜覽圖像^la，61b)中，所述激光跟蹤器具有: -限定了立軸(41)的基座(40)， -束偏轉單元，該束偏轉單元用于發(fā)出測量輻射(17，21)并且用于接收在物體(64a-64c,81)上所反射的所述測量輻射(17，21)的至少一部分，其中所述束偏轉單元能借助馬達繞所述立軸和傾轉軸(31)相對于所述基座(40)樞轉； -距離測量單元，該距離測量單元用于借助所述測量輻射(17，21)精確地確定距離；以及 -角度測量功能，該角度測量功能用于確定所述束偏轉單元相對于所述基座(40)的對準， 其中，在所述目標提供方法的范圍內，執(zhí)行以下步驟: -利用電磁光照輻射來照射目標搜索視野(33b，34b)； -在所述目標搜索視野(33b，34b)內采集搜索圖像(62)以基于位置來識別目標(64a-64c，81)，其中代表反射目標(64a_c，81)的位置的光照輻射反射作為所述搜索圖像(62)中的搜索圖像位置(63a-63d)被識別；以及 -采集至少部分地重現可見光譜范圍的所述綜覽圖像^la，61b)，其中限定綜覽視野(36a)，尤其是用于為使用者尤其顯示彩色圖像， 其中， -所述綜覽視野(36a)與所述目標搜索視野(33b，34b)重疊，并且-進行分別已知位置且按照已知的對準關系的所述搜索圖像(62)的記錄和所述綜覽圖像(61a, 61b)的記錄， 其特征在于，所述圖形標記(66a-66d)通過圖像處理根據所述搜索圖像位置(63a-63d)被加入所述綜覽圖像(61a，61b)中，從而所述圖形標記(66a_66d)在所述綜覽圖像(61a, 61b)中代表所述目標(64a_64c, 81)。
15.根據權利要求14所述的目標提供方法，其特征在于， -進行搜索圖像(60)的至少一次另外的采集，所述搜索圖像具有至少一個另外的已知位置且按照已知的對準關系的另外的搜索圖像位置(63a-63d)， -代表共同目標的各搜索圖像位置(63a-63d)被分組，并且根據所分組的所述搜索圖像位置且尤其是所述目標^4a-64c，81)的粗略位置確定至所述目標^4a_64c，81)的粗略距離，并且 -在所述目標提供方法的范圍內，所述圖形標記(66a-66d) -根據所述搜索圖像位置(63a-63d)被加入所述綜覽圖像^la，61b)中，和/或 -根據所述粗略距離且尤其是根據所述粗略位置被加入。
16.一種計算機程序產品，該計算機程序產品被存儲在可機讀載體上，用于控制 -目標搜索視野(33b，34b)的照射， -搜索圖像(62)的采集，和 -綜覽圖像(61a， 61b)的采集，并且尤其當所述計算機程序產品在如權利要求1至11中的任一項所述的激光跟蹤器(10，11，12)的處理單元上被執(zhí)行時，用于執(zhí)行 -根據搜索圖像位置(63a-63d)通過如權利要求14或15中所述的目標提供方法的圖像處理將圖形標記(66a-66d)加入所述綜覽圖像^la，61b)中。
【文檔編號】G01S17/66GK104054003SQ201380005668
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年1月16日 優(yōu)先權日:2012年1月17日
【發(fā)明者】T·克維亞特科夫斯基, B·伯克姆 申請人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司
專業(yè)數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
