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通過(guò)圖像輔助的角度確定功能來(lái)間接測(cè)距的方法和手持測(cè)距設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種按照測(cè)量序列確定空間中的幾何數(shù)據(jù)的方法，該測(cè)量序列具有如下步驟：通過(guò)在第一發(fā)射方向(8)上發(fā)射激光光束(7)來(lái)測(cè)量距第一目標(biāo)點(diǎn)(10)的第一距離；以及通過(guò)在第二發(fā)射方向(9)上發(fā)射激光光束(7)來(lái)測(cè)量距第二目標(biāo)點(diǎn)(11)的第二距離，其中幾何數(shù)據(jù)包括兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)(10，11)之間的距離(15)和/或第一發(fā)射方向(8)和第二發(fā)射方向(9)之間的固定角(α)。本發(fā)明的特征在于：探測(cè)一系列圖像(51-55)，其中圖像(51-55)具有至少一個(gè)公共圖像區(qū)域(56-59)，以及與第一距離(13)的測(cè)量時(shí)間相關(guān)地探測(cè)具有第一目標(biāo)點(diǎn)(10)的映射(10’)的至少一個(gè)第一目標(biāo)圖像(51)，并且與第一距離(14)的測(cè)量時(shí)間相關(guān)地探測(cè)具有第二目標(biāo)點(diǎn)(11)的映射(11’)的第二目標(biāo)圖像(52)；使探測(cè)到的圖像(51-55)彼此相關(guān)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】通過(guò)圖像輔助的角度確定功能來(lái)間接測(cè)距的方法和手持測(cè) 距設(shè)備
[0001] 本發(fā)明涉及一種用手持測(cè)距設(shè)備通過(guò)兩個(gè)直接測(cè)量的距離和角度來(lái)間接確定距 離的方法，其中所述角度通過(guò)測(cè)距設(shè)備的照相機(jī)捕獲的全景圖像來(lái)確定。，本發(fā)明還涉及一 種手持測(cè)距設(shè)備，其包括測(cè)距單元和照相機(jī)，用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0002] 為了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，在測(cè)量?jī)蓚€(gè)空間點(diǎn)之間距離的同時(shí)，用圖像獲取單 元來(lái)捕獲所述空間點(diǎn)周?chē)膱D像，通過(guò)圖像拼接技術(shù)使所述圖像接合起來(lái)形成單張全景圖 像，或者以一些其他方式使所述圖像與其他圖像彼此相關(guān)，從而可以從彼此組合的圖像中 確定所述兩個(gè)空間點(diǎn)之間的像素的數(shù)量?？梢詮乃鱿袼氐臄?shù)量確定角度。所求的兩個(gè)空 間點(diǎn)之間的距離可以通過(guò)余弦定理來(lái)計(jì)算。為此，根據(jù)本發(fā)明的手持測(cè)距設(shè)備包括：具有至 少一個(gè)照相機(jī)的圖像獲取單元；以及用于將圖像接合在一起并用于確定像素的數(shù)量的圖像 評(píng)估單元。
[0003] 用于測(cè)量距離的方法和系統(tǒng)被用于許多應(yīng)用中，其示例包括：大地測(cè)量應(yīng)用中非 常精確的測(cè)量，以及建筑安裝區(qū)域中的或者用于工業(yè)過(guò)程控制器的測(cè)量作業(yè)。
[0004] 固定的、可移動(dòng)的或者手持的測(cè)距設(shè)備用于這些作業(yè)中，并且針對(duì)選定的測(cè)量 點(diǎn)來(lái)進(jìn)行光學(xué)測(cè)距。在這種情況下，通常發(fā)射激光束，并且在目標(biāo)處反射之后再次被接 收并評(píng)估。在這種情況下，各種測(cè)量原理可適用于確定距離，例如，諸如相位或渡越時(shí)間 (time-〇f-flight)測(cè)量。
[0005] 具體在建筑安裝領(lǐng)域或施工作業(yè)方面，利用便攜手持設(shè)備，其相對(duì)于待測(cè)結(jié)構(gòu)放 置，然后相對(duì)于一表面來(lái)執(zhí)行距離測(cè)量。例如，在EP0738899和EP0701702中描述了一種適 用于這種應(yīng)用的典型手持測(cè)距設(shè)備。
[0006] 由于在待測(cè)表面可見(jiàn)的測(cè)量點(diǎn)對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)是有利的，因此通常將紅色激 光用作距離測(cè)量的輻射源。為了更容易處理，可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)距儀來(lái)獲得下至毫 米范圍的精確度。目前可獲得的手持測(cè)距設(shè)備可以在之間存在視線的兩點(diǎn)間執(zhí)行從一個(gè)點(diǎn) 至另一個(gè)點(diǎn)的測(cè)量。如果目標(biāo)被隱藏，也可以通過(guò)傾斜傳感器來(lái)確定水平量（horizontal mass)〇
[0007] 確定兩點(diǎn)間的距離的一種可能是通過(guò)三角法來(lái)計(jì)算，如果這兩點(diǎn)間沒(méi)有視線，其 也可以使用。這已經(jīng)可以從諸如經(jīng)緯儀或者全站儀這樣的基于地面的測(cè)量設(shè)備充分獲知。
[0008] 對(duì)于利用三角法來(lái)確定兩個(gè)空間點(diǎn)B和C之間的距離a，其充分獲知從第三點(diǎn)A到 這兩點(diǎn)的距離，以及在點(diǎn)A處在點(diǎn)B和C的方向上邊b和c之間的角α。a的長(zhǎng)度然后可 以通過(guò)余弦定理來(lái)計(jì)算：
【權(quán)利要求】
1. 一種按照測(cè)量序列確定空間中的幾何數(shù)據(jù)的方法，該測(cè)量序列包括以下步驟： ?通過(guò)在第一發(fā)射方向（8)上發(fā)射激光光束（7)來(lái)測(cè)量距第一目標(biāo)點(diǎn)（10)的第一距 離（13);以及 ?通過(guò)在第二發(fā)射方向（9)上發(fā)射激光光束（7)來(lái)測(cè)量距第二目標(biāo)點(diǎn)（11)的第二距 離（14)， 其中所述幾何數(shù)據(jù)包括這兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)（10,11)之間的距離（15)和/或所述第一發(fā)射 方向⑶和所述第二發(fā)射方向（9)之間的固定角（a)， 其特征在于， ?獲取至少具有一個(gè)第一目標(biāo)圖像（51)和一個(gè)第二目標(biāo)圖像（52)的一系列圖像 (51-55)，其中所述圖像（51-55)具有至少一個(gè)公共圖像區(qū)域（56-59)，并且至少 -具有所述第一目標(biāo)點(diǎn)（10)的成像（10'）的一個(gè)第一目標(biāo)圖像（51)被與所述第一距 離（13)的測(cè)量時(shí)間相關(guān)地，具體地同時(shí)地獲??；以及 _具有所述第二目標(biāo)點(diǎn)（11)的成像（11'）的一個(gè)第二目標(biāo)圖像（52)被與所述第二距 離（14)的測(cè)量時(shí)間相關(guān)地，具體地同時(shí)地獲??； ?通過(guò)圖像處理并且通過(guò)所述至少一個(gè)公共圖像區(qū)域（56-59)而使所獲取的圖像 (51-55)彼此相關(guān)； ?確定彼此相關(guān)的圖像（51-55)中的目標(biāo)點(diǎn)（10，11)的成像（10'，11'）之間的距離 (16);以及 ?基于成像（10'，11'）之間的距離（16)來(lái)確定所述幾何數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 使所獲取的圖像（51-55)彼此相關(guān)的步驟包括：具體地通過(guò)特征提取和/或圖像拼接 來(lái)將所獲取的圖像（51-55)接合在一起形成全景圖像（50)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于， 基于目標(biāo)點(diǎn)（10,11)的成像（10'，11'）之間的圖像點(diǎn)的數(shù)量，具體地基于像素的數(shù)量， 來(lái)執(zhí)行確定彼此相關(guān)的圖像（51-55)中的目標(biāo)點(diǎn)（10,11)的成像（10'，11'）之間的距離 (16)的步驟。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 大體上在所述第一發(fā)射方向（8)的方向上執(zhí)行捕獲所述第一目標(biāo)圖像（51)的步驟，并 且大體上在所述第二發(fā)射方向（9)的方向上執(zhí)行獲取所述第二目標(biāo)圖像（52)的步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 具體地，通過(guò)余弦定理，并且通過(guò)距目標(biāo)點(diǎn)（1〇，11)的所測(cè)量的距離（13，14)以及所述 第一發(fā)射方向（8)與所述第二發(fā)射方向（9)之間的所述固定角（a)，來(lái)計(jì)算所述第一目標(biāo) 點(diǎn)（10)和所述第二目標(biāo)點(diǎn)（11)之間的距離（15)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于， ?基于目標(biāo)點(diǎn)（10)的坐標(biāo)來(lái)限定水平平面（17)，并且可選地確定第二目標(biāo)點(diǎn)（11)與 所述平面（17)之間的距離；和/或 ?基于至少兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)（10,11)的坐標(biāo)來(lái) -確定兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)（10,11)之間的距離（15);和/或 -確定通過(guò)兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)（10,11)的直線路線，以及可選地確定第三目標(biāo)點(diǎn)或由第三目 標(biāo)點(diǎn)限定的平行線與所述直線之間的距離。
7. -種手持測(cè)距設(shè)備（1)，該手持測(cè)距設(shè)備（1)包括： ?激光測(cè)距儀（20)，其用于通過(guò)在發(fā)射方向（8,9)上發(fā)射的激光光束（7)來(lái)測(cè)量距目 標(biāo)點(diǎn)（10,11)的距離（13,14); ?評(píng)估部件（25)，其用于推導(dǎo)出并提供所測(cè)量的距離（13,14);以及 ?圖像獲取單元（40)，其包括至少一個(gè)照相機(jī)（41-44)，用于獲取一系列圖像 (51-55)， 其中所述一系列圖像（51-55)包括如下的目標(biāo)圖像（51，52)，該目標(biāo)圖像（51，52): ?被與距目標(biāo)點(diǎn)（10,11)的距離（13,14)的測(cè)量時(shí)間相關(guān)地，具體地同時(shí)地獲取，使得 它們能夠與所述距離（13,14)進(jìn)行組合；并且 ?具有目標(biāo)點(diǎn)（10,11)的成像（10，，11'）， 其特征在于， 所述測(cè)距設(shè)備（1)具有圖像獲取和評(píng)估功能，在該圖像獲取和評(píng)估功能的情況下： ?所述圖像獲取單元（40)獲取一系列至少兩個(gè)圖像（51-55)，所述一系列至少兩個(gè)圖 像（51-55)至少具有一個(gè)第一目標(biāo)圖像（51)和一個(gè)第二目標(biāo)圖像（52)，其中圖像（51-55) 中的每個(gè)具有與至少一個(gè)其他圖像共有的公共圖像區(qū)域（56-59); ?所述測(cè)距設(shè)備（1)的圖像評(píng)估單元（45)通過(guò)借助圖像處理對(duì)該系列圖像（51-55) 進(jìn)行評(píng)估，來(lái)使所述第一目標(biāo)圖像（51)與所述第二目標(biāo)圖像（52)彼此相關(guān)；以及 ?所述評(píng)估部件（25)通過(guò)彼此相關(guān)的兩個(gè)目標(biāo)圖像（51，52)，來(lái)確定兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)（10， 11)之間的距離（15)、和/或第一發(fā)射方向⑶和第二發(fā)射方向（9)之間的固定角（a)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的手持測(cè)距設(shè)備（1)，其特征在于， 所述圖像獲取單元（40)被構(gòu)造為： ?與在所述第一發(fā)射方向（8)上的、對(duì)距第一目標(biāo)點(diǎn)（10)的第一距離（13)進(jìn)行的第 一測(cè)量時(shí)間相關(guān)地，具體地同時(shí)地獲取第一目標(biāo)圖像（51);以及 ?與在所述第二發(fā)射方向（9)上的、對(duì)距第二目標(biāo)點(diǎn)（11)的第二距離（14)進(jìn)行的第 二測(cè)量時(shí)間相關(guān)地，具體地同時(shí)地獲取第二目標(biāo)圖像（52)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的手持測(cè)距設(shè)備（1)，其特征在于， ?所述第一目標(biāo)圖像（51)具有與所述第二目標(biāo)圖像（52)共有的公共圖像區(qū)域（56); ?所述第一目標(biāo)圖像（51)和所述第二目標(biāo)圖像（52)各具有與該系列的進(jìn)一步獲取的 圖像（53)共有的公共圖像區(qū)域（56, 59);和/或 ?所述第一目標(biāo)圖像（51)和所述第二目標(biāo)圖像（52)各具有與該系列的連續(xù)順序的進(jìn) 一步獲取的圖像（53-55)共有的公共圖像區(qū)域（56,59)，所述順序由公共圖像區(qū)域（57,58) 限定。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9中的任一項(xiàng)所述的手持測(cè)距設(shè)備（1)，其特征在于， 所述圖像評(píng)估單元（45)被構(gòu)造為：具體地通過(guò)特征提取和/或圖像拼接，通過(guò)組合形 成全景圖像（50)，來(lái)使該系列圖像（51-55)彼此相關(guān)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7至10中的任一項(xiàng)所述的手持測(cè)距設(shè)備（1)，其特征在于， 所述圖像獲取單元（40)具有至少兩個(gè)，具體地三個(gè)照相機(jī)（41-44)，和/或被構(gòu)造為： ?在發(fā)射方向（8,9)的方向上獲取圖像（51-55); ?具體地以至少120°的角度來(lái)獲取目標(biāo)圖像（51，52)作為廣角圖像；和/或 ?同時(shí)地通過(guò)多個(gè)照相機(jī)（41-44)來(lái)獲取圖像（51-55)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7至11中的任一項(xiàng)所述的手持測(cè)距設(shè)備（1)，其特征在于， 所述圖像評(píng)估單元（45)被構(gòu)造為：具體地基于目標(biāo)點(diǎn)（10,11)的成像（10'，11'）之 間的圖像點(diǎn)的數(shù)量，具體地基于像素的數(shù)量，來(lái)在圖像（51-55)中確定兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)（10,11) 的成像（10'，11'）之間的距離。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7至12中的任一項(xiàng)所述的手持測(cè)距設(shè)備（1)，其特征在于， 所述評(píng)估部件（25)被構(gòu)造為：具體地，通過(guò)余弦定理，并且通過(guò)距目標(biāo)點(diǎn)（10，11)的 所測(cè)量的距離（13,14)以及所述第一發(fā)射方向（8)與所述第二發(fā)射方向（9)之間的固定角 (a)，來(lái)計(jì)算所述第一目標(biāo)點(diǎn)（10)和所述第二目標(biāo)點(diǎn)（11)之間的距離（15)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7至13中的任一項(xiàng)所述的手持測(cè)距設(shè)備（1)，其特征在于， 籲目標(biāo)搜索照相機(jī)，其具有變焦功能； ?輸入裝置（24)，具體地為鍵盤(pán)，用于選擇功能；和/或 ?顯示器（23)，更具體地，觸敏顯示器，用于顯示如下各項(xiàng)： -通過(guò)所述圖像獲取單元（40)的所述至少一個(gè)照相機(jī)（41-44)捕獲的圖像（51-55); -接合在一起的全景圖像（50); _所測(cè)量的距離（13,14); _所計(jì)算的距離（15)和固定角（a);和/或 -通過(guò)目標(biāo)搜索照相機(jī)捕獲的實(shí)時(shí)圖像。
15. -種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括程序代碼，存儲(chǔ)在機(jī)器可讀載體上，用于具體地如果 程序在實(shí)施為如權(quán)利要求7至14中的任一項(xiàng)所述的測(cè)距設(shè)備（1)的評(píng)估部件（25)的電子 數(shù)據(jù)處理單元上運(yùn)行，則執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的方法。
【文檔編號(hào)】G01S17/02GK104380137SQ201380024979
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月29日
【發(fā)明者】K·吉熱 申請(qǐng)人:萊卡地球系統(tǒng)公開(kāi)股份有限公司