具有扫描功能和单点测量模式的测绘仪器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种测量装置，该测量装置包括：基座，其限定垂直轴；组件，其能够相对于所述基座绕所述垂直轴枢转；以及光束偏转单元，其用于改变测量轴的取向，其中，所述光束偏转单元能够相对于所述组件绕水平轴旋转。所述测量装置还具有利用测量辐射测量距离的距离测量功能、确定测量轴相对于所述基座的取向的角测量功能、处理数据并控制所述测量装置的控制和处理单元以及扫描功能，其中，当执行所述扫描功能时，执行扫描并且生成包括扫描点的点云。所述组件还具有成像系统，该成像系统具有成像透镜系统和像平面以用于生成并以图形方式提供视场的图像，其中，所述视场由成像系统和光束偏转单元限定并且能够利用光束偏转单元与测量轴一起取向，并且可通过聚焦组利用图像聚焦来在像平面中以图形方式清晰地提供所述视场的图像。所述测量装置具有单点测量模式，其中，在该单点测量模式下，测量轴可朝着目标点取向，可确定距目标点的距离以及测量轴的取向，并且可依据所述距离和测量辐射的取向确定目标点的位置。
【专利说明】具有扫描功能和单点测量模式的测绘仪器
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的测绘仪器，该测绘仪器包括用于产生测量辐射的辐射源以及使测量辐射相对于基座对准的偏转单元。
[0002]为了采集对象或表面，常使用连续扫描的方法，并且在该处理中，记录诸如(例如)建筑物的结构的形貌。这里，这种形貌构成相关的一系列点，这些点描述对象的表面或者表面的对应模型或描述。传统方法在于利用激光扫描仪进行扫描，激光扫描仪在各个情况下利用距测量的瞄准表面点的距离采集表面点的空间位置，并且将此测量与激光发射相关的角信息关联起来。从该距离和角信息，可确定分别采集的点的空间位置，并且可连续测量表面。在许多情况下，与表面的这种纯几何采集并行，还利用相机记录图像，除了视觉全景以外，所述相机还另外提供例如关于表面纹理的信息。
[0003]因此，例如，WO 97/40342描述了一种通过以静止方式设立的扫描仪系统记录形貌的方法。针对这些系统选择固定的设立点，所述设立点用作通过电机进行的扫描处理的基础。可从距测量的点的距离、测量时的角位置以及扫描装置的已知位置推导出各个表面点的三维空间信息。这里，扫描仪系统专门为了采集形貌的目的而设计，并且通过移动扫描仪系统或者通过修改光束路径来扫描表面。
[0004]其它方法使用移动系统，这些移动系统通过扫描仪系统的移动来扫描待采集的结构，或者支持或补充扫描。这些系统尤其适合于采集线性或者可线性驱动的结构(例如，轨道安装、道路、隧道系统或机场)。
[0005]现有技术已知的这些采集处理提供图像或形貌数据，所述图像或形貌数据基本上表示关于表面点的空间分布或排列关系的信息。可选地，另外记录的图像使得能够推导更多信息。结果，可相对好地重构结构和表面轮廓。然而，缺点是缺少关于表面的类型和组成(尤其是在内部结构或组成方面)的定性规范。因此，与扫描并行记录的图像通常使得能够识别不同的亮度值。另外，EP I 759 172描述了一种扫描仪系统以及按照光谱分辨的方式采集表面的方法，其从由此获得的信息推导表面性质。
[0006]根据现有技术的这些激光扫描仪使得用户能够完整地采集大表面和对象(以及可选地，附加对象信息)，同时花费相对少的时间(取决于期望的点至点分辨率)。这里，激光扫描仪通常按照这种方式配置:可首要采集具有大量测量点的点云，该采集利用足够的精度来进行。由于激光扫描仪不具有用于精确瞄准目标的瞄准设备，所以在该处理中能够推导的点坐标的精度不满足针对(例如)现代测绘仪器(尤其是针对全站仪或经纬仪)建立的高的大地测量精度标准。
[0007]通常，现代全站仪具有紧凑和集成的设计，其中通常在一个仪器中可存在同轴距离测量元件和计算机、控制和存储单元。根据全站仪的配置级别，可另外集成瞄准或照准设备以及(在回射器(例如，全方位棱镜)用作目标对象的情况下)用于自动目标搜索和跟踪的装置的电机系统。作为人机接口，全站仪可包括具有显示器和输入装置(例如，键盘)的电子取景器/控制单元(通常，具有电子数据存储装置的微处理器计算机)。由电感装置采集的测量数据被馈送至取景器/控制单元，使得可通过取景器/控制单元确定、视觉显示并存储目标点的位置。现有技术已知的全站仪还可包括用于与外部的外围组件(例如，便携式数据采集仪器)建立无线电链路的无线电数据接口，所述外围组件尤其可被具体实现为数据记录仪或现场计算机。
[0008]为了照准或瞄准待测量的目标点，一般的大地测量仪器具有望远镜瞄准具(例如，光学望远镜)作为照准设备。通常，望远镜瞄准具可相对于测绘仪器的基座绕垂直轴和水平倾斜轴旋转，使得望远镜能够通过枢转和倾斜而对准待测量的点。除了光学取景通道以外，现代仪器可包括相机，该相机被集成到望远镜瞄准具中并且(例如)同轴或平行对准，以用于采集图像，其中，所采集的图像可尤其被示出为用于遥控的取景器/控制单元的显示器上和/或外围仪器(例如，数据记录仪)的显示器上的实况图像。这里，照准设备的光学单元可包括手动对焦(例如，用于改变聚焦光学单元的位置的定位螺钉)或者具有自动对焦，其中，通过(例如)伺服电机来改变焦点位置。例如，大地测绘仪器的这种照准设备在EP 2 219 011中有所描述。用于大地测量仪器的望远镜瞄准具的自动聚焦设备可见于例如 DE 197 107 22、DE 199 267 06 或 DE 199495 80 中。
[0009]由于尽管常常提供30倍光学放大，但是仍无法基于照准设备利用裸眼足够精确地瞄准目标对象(例如，通常用于大地测量的具有目标标记物(例如全方位棱镜)的铅锤杆)，所以作为标准，传统测绘仪器同时具有对用作目标反射器的棱镜进行自动目标跟踪的功能(ATR 自动目标识别”)。为此，传统上，在望远镜中另外集成另一单独的ATR光源(例如，发射波长在850nm范围内的光学辐射的多模光纤输出)以及对所述波长敏感的特定ATR检测器(例如，CMOS区域传感器)。例如，EP 2 141450描述了一种具有自动瞄准回射目标的功能并具有自动目标跟踪功能的测绘仪器。
[0010]另外，扫描功能可作为附加功能被集成到全站仪或经纬仪中。例如，W02004/036145公开了一种大地测量仪器，其发射用于测量距采集的区域内的位置的距离的激光束。这些测量仪器同样可针对表面的扫描采集进行修改或者在没有修改的情况下操作。电机化经纬仪或全站仪构成其示例。
[0011]利用这些现代测绘仪器，可利用非常高的大地测量精确度确定待测量目标点的坐标。为此，激光束初始必须非常精确地对准目标，并且必须在此瞄准状态下确定距目标的距离和激光束的对准。随后，可推导目标的位置(至少相对于测绘仪器)。然而，这里的缺点在于，利用(例如)全站仪的大面积形貌对象测绘因此意味着所花费的时间不成比例地高(与激光扫描仪对对象的测量处理相比)，尤其是由于待对准的望远镜的质量。
[0012]根据待解决的测绘对象，测绘员可因此需要激光扫描仪或全站仪/经纬仪来对目标进行作业。此外，例如，可能有必要在同一测绘内扫描表面并精确地确定处于表面或不同的对象上的单个目标点的点。因此通常，必须存在两个不同设计的仪器，即，用于扫描表面的激光扫描仪和用于目标点位置的精确大地测量确定的全站仪。鉴于将携带或可获得的仪器和外围组件的数量、鉴于与其关联的采集成本、并且鉴于为了正确操作两个仪器的学习支出，这带来极大的不利。
[0013]因此，本发明的一个目的在于提供一种改进的测绘仪器，其使得用户能够更容易地针对不同的测绘对象进行作业。
[0014]本发明的另一目的在于提供一种改进的测绘设备，该测绘设备除了高度精确的目标点确定选择以外，能够具有快速采集多个目标点的功能，同时(与多个精确目标点确定有关)花费时间很少。
[0015]本发明的第三目的在于提供一种改进的测绘仪器，该测绘仪器被具体实现为用于利用网格状对象扫描快速记录点并且用于精确坐标放样(即，将坐标发送至地形)。
[0016]本发明的特殊目的在于提供一种改进的测绘仪器，该测绘仪器本身统一了激光扫描仪的优点(尤其是对于快速扫描对象)和全站仪或经纬仪的优点(尤其是高度精确地确定目标点的位置和/或高度精确地确定角度或确定两个点之间的距离)，从而克服了上述缺点。
[0017]这些目的通过实现独立权利要求的特征来实现。在从属权利要求中描述以另选的或有利的方式拓展本发明的特征。
[0018]本发明描述了一种本身统一了全站仪的功能和激光扫描仪的功能的测绘仪器。这一方面允许单点的精确瞄准和记录或放样，另一方面，允许有效采集大的点云。
[0019]本发明涉及一种测绘仪器，其允许单点的精确瞄准和记录或放样，并且还允许有效采集大的点云。为此，测绘仪器可在至少三种测量模式下操作-单点测量模式、扫描模式和单点扫描模式。优点在于，传统上由全站仪执行的方法和由激光扫描仪执行的方法可仅利用根据本发明的一个测绘仪器来执行。尤其有利的是，还可另选地或组合地执行这些方法，而无需改变采用的测绘仪器。由此所有测量数据可在公共坐标系下采集。
[0020]另一优点源自这样的事实:根据本发明，仅光束偏转单元(而非望远镜)高速旋转，所述光束偏转单元的质量小于望远镜(通常针对全站仪设置)，因此允许更高的旋转速度。
[0021]本发明涉及一种测绘仪器，其包括:光束源，该光束源用于生成测量辐射；基座，该基座限定垂直轴；能够相对于所述基座绕所述垂直轴枢转的结构，该结构包括光束入射窗口和光束出射窗口(其中，光束入射窗口可被理解为表不入射区域，光束出射窗口可被理解为表示出射区域)，尤其其中，所述光束入射窗口和所述光束出射窗口相同。此外，所述测绘仪器包括:光束偏转单元，该光束偏转单元用于改变由所述测量辐射的发射方向限定的测量轴的对准，其中，所述光束偏转单元能够相对于所述结构绕水平轴旋转，并且相对于所述结构按照这样的方式布置，使得从所述光束出射窗口出射的测量辐射入射在所述光束偏转单元上并且可利用所述光束偏转单元被引导至对象，并且被所述对象反射并入射在所述光束偏转单元上的测量辐射由此被引导到所述光束入射窗口上。此外，所述测绘仪器包括利用所述测量辐射测量距所述对象的距离的距离测量功能、确定所述测量轴相对于所述基座的对准的角测量功能、用于数据处理并用于控制所述测绘仪器的控制和处理单元、以及扫描功能。当通过所述控制和处理单元按照自动控制的方式执行所述扫描功能时，通过(尤其是同时)使所述光束偏转单元绕所述水平轴旋转并且使所述结构绕所述垂直轴枢转，(尤其是利用预定的扫描点分辨率)针对落在特定扫描区域内的扫描点确定相应距离和所述测量辐射的相应对准，并且生成包括所述扫描点的点云，来进行扫描。
[0022]另外，根据本发明的测绘仪器的所述结构还包括成像系统，该成像系统包括成像光学单元，该成像光学单元具有聚焦组和像平面以用于生成并以图形方式(视觉)提供视场的图像，其中，所述视场由所述成像系统和所述光束偏转单元限定，并且可利用所述光束偏转单元与所述测量轴一起对准，并且在图形上(视觉上)可利用所述聚焦组通过图像聚焦在所述像平面中对准焦点地提供所述视场的所述图像。此外，所述测绘仪器具有单点测量模式，在其范围内，所述测量轴可被对准到目标点上(不是依据扫描处理的多个测量点的部分，而是应该被视为单个目标点)，尤其是对准到回射棱镜或反射目标标记物上，并且当通过所述控制和处理单元按照自动控制的方式触发单点测量时，可确定距所述目标点的距离和所述测量轴的对准，并且可根据所述距离和所述测量轴的对准确定所述目标点的位置。
[0023]例如，在本发明的范围内，辐射源可被具体实现为激光二极管，可由其发射的测量激光辐射可通过结构的光束出射窗口或光束入射窗口引导，所述窗口可以(例如)通过光透射型介质具体实现。这里，可利用布置在所述结构中的成像系统(光学单元)来引导所述辐射，其中，该成像系统可包括(例如)光束偏转元件、变焦和/或聚焦组件、图像采集单元、辐射源、检测器、测距仪或距离测量模块和/或位置灵敏检测器、或者基于图像的测量相机。
[0024]当从结构出射时，通过光束出射窗口将测量辐射引导到光束偏转单元上，所述光束偏转单元可(例如)被配置为反射元件(尤其是反射镜)，可通过旋转光束偏转单元来改变所述测量辐射的对准。在相反方向上，在对象处被反射回测绘仪器并被光束偏转单元引导穿过光束入射窗口的测量辐射可因此在结构中提供或者被提供给成像系统以用于确定距离。
[0025]通过旋转光束偏转单元并且枢转结构使得可在两个方向上偏转测量轴来采集扫描功能的范围内的点云，因此可扫描先前限定的扫描区域。在该处理中，另外可确定点分辨率(即，例如，在扫描区域中将被采集的点的数量)。
[0026]根据本发明，为了提供附加单点测量模式，以这样的方式设置聚焦组和成像系统，使得可生成并提供视场的图像作为在焦点对准取景器中的图像。通过成像光学单元限定的视场和像平面同样通过光束偏转单元对准，其中，视场的形式可另外受成像系统和光束偏转单元的光学特性的影响。
[0027]例如，旋钮或按钮可被布置在结构上以用于聚焦图像；如果所述旋钮或按钮被致动，则聚焦组的组件相对于彼此以这样的方式调节，使得以更清晰或较不清晰的状态提供图像。
[0028]在单点测量模式的范围内，可利用大地测量精度，尤其是通过光束偏转单元的适当对准，非常精确地瞄准目标点。另外，在单点测量模式的范围内，坐标或目标点可被发送至场中(对点进行放样)，其中，可从存储介质中获得坐标或位置元件，并且在将要放样的各个点的方向上手动或自动地对准光束或图像偏转单元。此外，在单点测量模式指定下对测绘员已知的重复跟踪功能进行分类。利用单点测量模式，因此可确定距目标点的距离、方位角和仰角方向，因此通过测量轴的精确对准以秒(弧秒)精度确定目标点位置。
[0029]在光束偏转单元的对准方面，根据本发明，结构可包括具有旋钮或按钮的调节机构以用于使光束偏转单元对准，其中，可通过旋钮的手动致动来使光束偏转单元对准。这里，调节机构可具有不同的传动比以用于使光束偏转单元或结构对准。例如，可提供粗略驱动器和精细驱动器，其中，在光束偏转单元的旋转方面，作为用于电机驱动轴驱动的换能器的粗略驱动器可具有例如1:1或5:1的传动比，精细驱动器可具有例如200:1的传动比，即，精细驱动器每旋转200圈，光束偏转单元旋转一圈。此外，一个旋钮可在各个情况下连接到一个驱动器，从而提供手动调节。另外，电机可被指派给各个驱动器，结果可按照电机化方式使光束偏转单元对准。
[0030]为了提供图像(尤其是向测绘装置的用户)，结构可包括目镜以用于以图形或视觉方式提供图像，尤其是与显示发射方向或目标方向的标记(例如，十字线)一起。这里，目镜可按照这样的方式布置在结构上，使得像平面中的图像可由用户在透过目镜注视时配准。因此，目镜可按照这样的方式描绘图像，使得用户可对准焦点看到图像。因此可透过目镜在测量环境中观察目标点，并且测量轴可在目标点上对准，尤其是用于执行单点测量。
[0031]当利用纯视觉瞄准装置时，图像可根据光束偏转单元的仰角绕目标轴旋转。例如，可看到图像在天顶旋转90°并且在第二水平位置中旋转180°。为了适当地显示图像，尤其可结合相机使用电子取景系统，其中，例如，所采集的图像根据仰角进行旋转。例如，高分辨率OLED显示器已知与摄像机结合，所述OLED显示器能够生成像平面中的视觉信息，并且其中，可利用目镜以放大方式将图像提供给眼睛。在这种情况下，根据本发明的测绘仪器的成像系统或结构可包括测量相机以用于拍摄图像，尤其其中，可利用与测量相机交互的电光取景器以图形方式提供图像。这里，测量相机被提供用于记录与成像系统的视场对应的图像，并且可在各个情况下依据由光束偏转单元和结构的位置限定的视场对准采集图像，并且提供用于以图形方式显示图像的信号。所述信号可被发送给电光取景器(例如显示器)，结果可在其上显示所采集的图像。
[0032]例如，因此可利用测量相机在光路中(例如，在光学单元中或者在成像系统中)对视场成像，图像可被描绘于显示器上并通过目镜观察。
[0033]另外，根据本发明，结构可包括具有概览视场的概览相机，其中，概览视场大于测量相机的视场，尤其其中，可利用光束偏转单元使概览视场对准。因此，(例如)目标点所在的地形的较大区域可利用概览相机采集，并且被输出在(例如)结构上的显示器上，结果可改进取向并且期望的点的瞄准更快。在该处理中，可利用(例如)光束偏转单元的前侧或后侧使概览视场对准。
[0034]在期望的目标点的瞄准方面，根据本发明，成像系统可包括光学变焦组以用于改变像平面上的图像的线性放大率。因此，例如，可利用这样的放大率提供距测绘仪器的距离较大的目标点和在测绘仪器附近的目标点，使得(例如)用户可在各个情况下清楚且位置精确地识别目标点。在电光取景系统的情况下，还可按照这样的方式电子地改变线性放大率，使得相关图像区段(R0I，关注区域)减小，并且因此，在显示器上创建变焦效果。在该处理中，在图像显示的情况下，不是(例如)可根据相机分辨率完整采集的图像，而是按照不产生分辨率降低的方式选择的区域。
[0035]根据本发明，光束偏转单元可被具体实现为反射偏转元件，尤其是反射镜。另选地，光束偏转单元可利用光学组件的合适的布置来确保测量辐射或视场的偏转。
[0036]除了扫描功能和单点测量模式以外，根据本发明的测绘仪器可包括单点扫描功能，其中，在执行单点扫描功能时，在各个情况下针对单点区域内的多个单点确定距离和测量辐射的对准，生成包括所述单点的单点点云，并且利用点云分析算法从单点点云推导目标点的位置。此功能可选地意指分析在单点区域的范围内采集的图像或点云，并且基于这些分析确定目标点的图像处理过程。通常，可利用处理3D点云的算法确定目标点的位置。
[0037]根据本发明，可利用距离测量单元来进行距目标点或扫描点的距离的测量，其中，测量单元可在两个不同的模式下操作。具体地讲，可在单点测量模式下，在第一距离测量模式下确定距目标点的距离，其中，针对目标点确定特定数量的距离测量值并取平均。此外，在扫描功能的范围内，可在第二距离测量模式下确定距扫描点的距离，其中，与第一距离测量模式相比，在各个情况下针对扫描点中的一个确定更少数量的距离测量值(尤其是单个距离测量值)，并且可选地取平均。
[0038]通过以这种方式使用具有相应测绘对象的测量模式，可仅利用一个结构距离测量功能以及此功能的选择性操作模式以(例如)不同的测量精确或点分辨率进行不同的测量。因此，可通过对多个测量值取平均实现的高测量精度可被实现以用于确定单点位置。此夕卜，可利用较低精度在扫描的范围内在位置方面采集较大数量的测量点。
[0039]另外，根据本发明，测绘仪器可包括切换功能，该切换功能按照这样的方式配置，使得当执行切换功能时，尤其是根据用户输入，在单点测量模式和扫描功能之间，尤其是在单点测量模式、扫描功能或单点扫描功能之间切换。因此，尤其可为用户提供不同的测量模式之间的简单切换，其中，用户可仅通过按下按钮来从一个模式切换为另一模式。
[0040]为了增加测量精度以及生成的测量值的鲁棒性或可靠性，根据本发明的测绘仪器可包括倾斜传感器以用于测量测绘仪器相对于重力矢量的大致2维倾斜，其中，根据测量的倾斜，可校正测量辐射的对准的测量值。因此，测绘仪器相对于水平面或相对于地球重力场的方向的可能角位置可利用倾斜传感器确定，其中，由此确定的倾斜值可用于校正或补偿测量轴的对准。此外，倾斜值可被输出在结构上的显示器上，并且可根据这些值使测绘仪器对准。
[0041]具体地讲，根据本发明，成像系统可包括光束变化模块以用于通过将光束变化模块引入测量辐射的光路中来进行衰减和/或扩展和/或波长相关的滤光。尤其是当将测绘系统用作全站仪时，测量辐射的这种扩展或衰减可以是有利的，因为测量辐射的功率可被设定为足够高以用于执行扫描功能，使得如果相同的光束强度用于单点测量，则这可导致用于接收测量辐射的检测器的过载(因为在这种情况下瞄准的测量点可以是部分反射或回射的，并且因此不会以漫射方式，而是以直接方式将测量辐射反射回到测绘仪器)。
[0042]本发明的一个方面涉及目标的清晰瞄准和跟踪，尤其是连续跟踪。根据本发明，为此，所述结构可包括具有位置灵敏检测器的瞄准和目标跟踪装置，其中，可由位置灵敏检测器采集在反射器单元(例如，目标标记物或反射器)处反射的测量辐射，并且可确定所采集的测量辐射相对于(区域)检测器上的基准点的偏移，尤其其中，瞄准和目标跟踪装置可被布置在成像系统中。在最简单的情况下，这种情况下的目标跟踪装置的接收侧成像系统仅由具有恒定焦距的透镜(例如来自在上述成像系统的聚焦单元前面的光学组件)组成。根据本发明，瞄准和目标跟踪装置可包括另一光束源以用于发射激光辐射，尤其其中，在反射器单元(例如，目标标记物或反射器)处反射的激光辐射可用作用于确定在位置灵敏检测器上的偏移的测量辐射。此外，根据本发明，可根据所述偏移以自动控制的方式使测量轴对准，使得测量辐射被连续对准到反射器单元的中心。
[0043]尽管常常提供非常大的光学放大率，但是无法利用裸眼基于瞄准设备足够精确地瞄准目标对象，这就是为什么传统测绘仪器可包括对用作反射器单元的三棱镜或反射膜具有对应功能(ATR 自动目标识别”)的自动瞄准和目标跟踪装置。例如，EP 2141450描述了一种具有用于自动瞄准回射目标的功能并具有自动目标跟踪功能的测绘仪器。
[0044]在使用瞄准和目标跟踪装置的ATR精细瞄准功能的范围内，在该处理中，可在瞄准方向(测量轴)的方向上发射测量光束或特定(通常强发散)ATR测量光束，所述光束可在目标处回射，可通过位置灵敏检测器(ATR传感器)采集反射的光束。这里，根据测量轴的对准相对于反射器单元的中心的偏离，反射的辐射在位置灵敏检测器(ATR传感器)上的入射位置也偏离于中心传感器区域位置。在反射器单元上回射的ATR测量辐射在ATR区域传感器((XD相机、CMOS传感器、位置灵敏检测器)上生成光斑，所述光斑没有落在ATR区域传感器的校准零点处。ATR位置信号与零点之间的偏差指示在方位角和仰角上相对于预期位置的方向偏差。这里，零点对应于根据本发明的系统的测量轴，用于方位角和仰角的角测量传感器与其有关。通过利用预期位置的测量的方向，可按照电机方式更新光束偏转单元的对准，使得在反射器单元处回射的ATR测量光束高度精确地入射在ATR区域传感器上的传感器区域的中心处(即，以这样的方式修改并反复调整光束偏转单元的水平或方位角以及结构的垂直或仰角，直至反射光斑的中心与ATR区域传感器上的预期位置重合)。另选地，还可通过计算考虑回射的ATR测量光束在ATR传感器上的入射点与传感器区域的零点之间的剩余偏差并将其转换为对应角度，将所述角度适当地与指向测量轴的方向的方向(由角传感器采集)相加。也就是说，在这种情况下也可从测量轴的方向(由角传感器采集)和检测的ATR测量光束反射相对于传感器中心(即，相对于对系统的目标轴成像的ATR传感器上的校准零点)的偏移来推导标记目标点的方向。结果，与利用十字线并基于纯视觉判断的手动瞄准相比，在使光束偏转单元(和结构)相对于三棱镜或目标标记物对准时可实现的精度可显著增加。
[0045]为了快速找到诸如反射膜的目标标记物，根据本发明的结构可包括目标搜索模块，该目标搜索模块具有用于发射光扇形的形式的搜索辐射的发送单元以及用于检测反射的搜索辐射的至少一部分的接收单元。
[0046]这里，目标搜索模块(强力搜索)可被牢固地设置在所述结构上，因此可绕垂直或水平轴360°枢转。发送单元和接收单元可相对于彼此双轴布置并且可横跨紧挨彼此设置的两个垂直光扇形。发送单元可发射信号，该信号可被协作目标反射，被接收单元接收，并根据振幅和传播时间实时评估。因此，例如，可确定目标对象的距离和反射程度并识别潜在目标。
[0047]本发明的另一方面涉及一种利用根据本发明的测绘仪器确定至少一个点的位置的测量方法，其中，在该测量方法的范围内，根据用户的选择选择性地执行扫描或单点测量。这里，扫描包括(尤其是同时)使光束偏转单元绕水平轴旋转并且使所述结构绕垂直轴枢转，(尤其是利用预定的扫描点分辨率)针对特定扫描区域内的扫描点确定相应距离和测量辐射的相应对准，并且生成包括所述扫描点的点云。单点测量包括使测量辐射高度精确地对准到目标点上，确定距目标点的距离并使测量轴对准，并且根据所述距离和测量轴的对准确定目标点的位置。
[0048]下面基于附图中示意性地示出的特定示例性实施方式完全以示例性方式更详细地描述根据本发明的装置和根据本发明的方法，还讨论了本发明的进一步的优点。详细地讲，
[0049]图1示出根据本发明的测绘仪器的第一实施方式的后视图；
[0050]图2示出根据本发明的测绘仪器的另一实施方式的正视图；
[0051]图3示出根据本发明的测绘仪器的另一实施方式；
[0052]图4a至图4b分别示出根据本发明的测绘仪器的光束变化模块；
[0053]图5a至图5c分别示出对于根据本发明的测绘仪器，测量相机和概览相机的布置方式或者各个相机视场的对准的实施方式；
[0054]图6a至图6c分别示出根据本发明的测绘仪器的成像系统的实施方式；以及
[0055]图7a至图7b示出进行扫描功能或单点测量时的根据本发明的测绘仪器。
【具体实施方式】
[0056]图1示出根据本发明的测绘仪器I的第一实施方式的后视图。依据图1的测绘仪器I包括限定垂直轴11的基座10和结构20，其中，结构20能够相对于基座10绕垂直轴11枢转。用于输出图像信息的包括旋钮或换能器22的目镜21设置在结构20上，其中，输出图像信息的聚焦可通过对旋钮22进行致动来变化。此外，用于控制测绘仪器I的显示器23和操作域或输入域24被安装在结构20上。调节机构的调节旋钮25a允许手动地使结构20相对于基座10绕垂直轴枢转，其中，用于这种枢转的电机系统另外设置在结构20中，因此可按照受控的方式进行枢转。作为利用调节旋钮25a使结构20对准的替代方式或除此以外，可按照手动方式通过旋转来使所述结构近似对准。类似地，利用第二调节旋钮26 (与粗略驱动器交互)手动地使光束偏转装置30绕倾斜轴或水平轴31旋转，其中，在这种情况下，用于光束偏转单元30的受控电动旋转的电机也设置在结构20中。另外，可利用更精细的调节旋钮26a或控制按钮(连接到精细调节机构)非常精确地使光束偏转单元30对准。当对旋钮26a进行致动时，光束偏转单元30利用特定旋转传动装置按照这样的方式协同旋转，使得(例如)旋钮26a旋转十圈或两百圈，光束偏转单元30旋转一圈。还可利用电子换能器(例如，通过随着旋转移动的速度减小，增加旋转传动)来适应地设计传动比。利用使如此设置的光束偏转单元30对准的能力，可按照手动方式和受控自动方式(利用连接到相应驱动装置的电机)使测量激光数对准目标。例如，在这种情况下用户透过目镜21注视并使叠加的十字线与测量点重合。
[0057]这里，包括测量点的图像经由(例如)光束偏转单元30和成像系统被引导至相机。在进行图像变换(旋转、扭曲和坐标校正)之后，相机图像上叠加有十字线并被显示在(例如)电光取景器上，其中，用户可利用目镜21观察图像。作为其替代方式，图像可显示在取景器23上(尤其是叠加有附加信息)。操作域24允许改变设置或输入附加数据。
[0058]此外，光束偏转单元30用于使视场对准以采集图像。这里，视场相对于测量光束以这样的方式对准，使得由测量光束限定的测量轴落在该视场内，或者相对于用于图像采集的采集方向平行或同轴对准。可如此采集的图像可在测绘仪器I中的测量相机上成像，并且(例如)在显示器23上和/或利用具有目镜21的微型显示器提供。作为最简单的示例性实施方式，具有光学组件的连续取景通道可设置在目镜21与光束偏转单元30之间。在这种情况下，显示器23可被具体实现为触敏显示器23，其中，可利用触摸以及与其关联的命令的触发来控制测绘仪器I。
[0059]此外，测绘仪器I包括手柄36，该手柄可按照模块化方式从仪器I移除。如果手柄36被移除，则可在(例如)扫描处理的范围内采集增大的扫描区域，其中，然后还可采集先前被手柄36遮蔽的区域。
[0060]图2示出根据本发明的测绘仪器2的正视图。基座10同样限定垂直轴11，测绘仪器2的结构20按照可相对于基座10绕垂直轴11枢转的方式布置。此外，按照可相对于结构20绕水平轴31旋转的方式设置光束偏转单元30，该光束偏转单元包括使激光测量光束和视场偏转以用于图像采集的反射镜元件。
[0061]测绘仪器2配备有附加概览相机35，该概览相机包括相对大(与测量相机相比)的水平角范围(例如，10° -40° )，因此可用于采集概览图像。由于在这种配置中图像区域在垂直方向上无法改变，所以概览相机35的透镜还可按照这样的方式具体实现，使得它还可在大的垂直角范围上成像。作为其替代方式，具有不同垂直对准的多个相机模块可一个在另一个上地布置，代替单个概览相机35。
[0062]鉴于地形中的坐标放样，测量仪器相对于目标线的对准可构成耗时处理(由于其重复)。这里，测量光束或激光指点器的方向被称作目标线。为了更容易找到目标线，根据本发明的测绘仪器2配备有EGL(发射引导光)模块32。此模块32 —方面使目标线可见，另一方面使以对称方式包括目标线的立体角范围可见。例如，包括目标线的两个光锥(例如，通常在+/-5°的角范围内)可向左和向右标记立体角范围。在激光指点器作为目标线生成器的情况下，还可利用单个光锥来对目标线进行空间标记，在这种情况下以对称方式包围目标轴的光锥优选地扩展不超过+/-2°。已从现有技术结合现代全站仪知道了 EGL模块32的基本功能。
[0063]此外，测绘仪器2包括第一实施方式的目标搜索模块33 (强力搜索)，其中，此模块33牢固地设置在结构20上，因此可绕垂直轴11枢转。模块33由发送设备和接收设备组成，该发送设备和接收设备相对于彼此双轴布置并且横跨紧挨彼此设置的两个垂直光扇形。例如，发送设备是脉冲调制的。它发射信号，该信号可被协作目标反射，被接收设备接收，并根据振幅和传播时间实时评估。例如，这就是目标对象的距离和反射程度如何确定的。在替代实施方式的模块33的情况下，发送光束和接收光束可经由光束偏转单元30的后侧区域在任何垂直方向上枢转；结果，还可在大的仰角下找到目标对象。
[0064]具有目标搜索功能的装置的另一实施方式可利用测距仪51通过扫描模块本身来形成。标记的目标点可利用概览扫描找到，在概览扫描中利用高的测量速率在短时间内扫描整个环境，并且可确定所找到的目标标记物的反射程度。
[0065]图3示出根据本发明的测绘仪器I的另一实施方式。同样，测绘仪器I包括基座
10、结构20和相应的旋转轴(即，结构20可绕其枢转的垂直轴11以及光束偏转单元30可绕其旋转的水平轴31)。另外，所述测绘仪器设置有连接到可手动操作的调节旋钮25a的主轴41，结构20利用该主轴来相对于基座10枢转。此外，第一电机43按照这样的方式与枢转装置交互，使得另选地，还可利用电机以受控方式进行枢转。此外，用于测量结构20相对于基座10的相对位置的角传感器42 (例如，具有微弧度分辨率的角编码器)布置在枢转装置上。利用第二角传感器46，还可确定(尤其是连续测量)光束偏转单元30或机械轴47与结构20之间的相对位置。这里，第二电机45按照这样的方式布置在机械轴47上，使得连接到机械轴47的光束偏转单元30可利用电机45来旋转。此外，同样也设置用于粗略对准的粗略调节旋钮26 (其使得粗略驱动可控)以及用于高度精确地对准光束偏转单元30的更精细调节旋钮26a (其连接到精细驱动装置)。通过精细调节旋钮26a生成的引导变量被(例如)电子精细驱动单元处理，以便以非常精细的角步长调节第二电机45，从而利用次秒级圆弧精度使测量光束对准目标。
[0066]结构20还包括成像系统50，该成像系统具有测距仪或距离测量模块51和相机52，其中，优选用于发射脉冲调制的测量辐射55的光束源被另外指派给距离测量模块51。利用成像系统50在光束偏转单元30的方向上发射测量辐射55，并且该测量辐射55在光束偏转单元30上按照限定的角度偏转或反射。在辐射55在目标处被散射或反射并被辐射回测绘仪器I之后，再次利用光束偏转单元30经由成像系统50将辐射55路由至距离测量模块51。利用距离测量模块51，可确定距目标的极距。此外，视场56利用光束偏转单元30来对准或变化。这里，至少由成像系统50的光学特性(即，例如，相机52以及用于引导将由相机52采集的辐射的另外的光学组件的光学特性)以及光束偏转单元30的光学特性来限定视场56。
[0067]利用这种布置方式，由测量福射55限定的测量方向可利用可由相机52米集的图像来采集。另外，测量辐射55可(例如)基于此采集精确地对准目标。因此，可向用户连续提供光学输出，其中，输出与当前视场对准对应的图像和显示测量方向或测量轴的标记物二者。基于此输出，因此可使测量辐射55对准(例如，通过使显示的测量方向与图像中期望的目标对应)。
[0068]此外，倾斜传感器44设置在结构20中以便采集测绘仪器I相对于重力矢量的角位置，并且可选地，允许基于测量的倾斜校正或补偿测量值。
[0069]利用根据本发明的这种测绘仪器1，可按照与已知激光扫描仪类似的方式在扫描处理的范围内限定水平和垂直角范围和点分辨率。在基于其利用距离测量模块51连续测量距离期间，由电机45驱动的光束偏转单元30绕水平轴31高速旋转，由电机43驱动的结构20绕垂直轴11低速旋转，使得调制的激光束55经过待测绘的整个角范围。通过角传感器42、46与距离测量同时地获取测量光束55的相应对准。通过将这些值联系起来，然后可计算如此采集的测量点的坐标。
[0070]利用传感器的合适的同步，两个角度和至少一个距离测量值可同时组合以形成3D极坐标。已知的触发和同步概念基于仰角传感器作为触发源。此方法的优点在于，测量点之间的角距离高精度相等。在异步传感器的情况下，相邻测量值优选被实时地(“实时”)插值。这里，距离可在各个情况下与一个角度测量同时被测量，或者以较低的测量速率进行。在后一种情况下，基于测量的距离对指派给角度测量的距离进行插值。
[0071 ]另外，可实现单点扫描功能，其中，基于记录的扫描数据确定单个点。为此，首先近似瞄准测量点。在触发单点扫描功能之后，测绘仪器I开始扫描处理并在瞄准的方向周围或者近似瞄准的测量点周围的预定环境中采集点云。在记录之后，利用适当算法针对重要特征(例如，边缘、拐角)分析点云，并从其推导测量点的坐标。可选地，利用测绘仪器I的测量相机采集的图像数据也可用于确定测量点。例如，确定目标点的这种处理在欧洲专利申请号10162447.6中有所描述。
[0072]图4a和图4b各自示出根据本发明的测绘仪器的光束变化模块70。
[0073]目前，激光扫描仪配备有灵敏测距仪，该灵敏测距仪针对自然目标进行了优化，因此可利用最高达几兆点/秒的高扫描速率扫描漫反射表面。相比之下，当利用全站仪测绘时，通常使用反射器辅助目标标记物以便非常精确地标记目标点。这些目标无法利用传统激光扫描仪来测绘，因为信号将由于其高灵敏度和高反射程度而导致过载。此外，当使用准直测量光束时，可能发生由依赖衍射的光束不对称或者由测量辐射分布中的调制图案的时差引起的系统距离偏差以及反射中心的非常轻微的不正确瞄准。
[0074]为了使用根据本发明的测绘仪器来测量两种漫反射，扫描功能(测绘仪器作为激光扫描仪)的范围内的自然目标和单点测量功能(测绘仪器作为全站仪或经纬仪)的范围内的反射器辅助(或自然)目标对象，光束变化模块70(例如，被具体实现为扩束模块和/或光束衰减模块可被集成到激光束的光路中。还可利用全站仪或者在单点测量功能的范围内测绘自然目标。扩束模块增加距离测量光束的发散，因此扩展距离测量光束，同时利用增大的光扇形使测量信号衰减。发散激光束的优点在于，不再需要精确瞄准反射目标对象以进行距离测量。例如，由于可显著更快地进行与待放样方向的对准，这在放样点方面会是有利的。
[0075]关于移动目标的自动目标跟踪(例如基于ATR功能)，发散激光束的另一优点在于，目标对象没有那么快地移出距离测量光束的发射区域，因此，可进行重复的距离测量。因此，即使在由于动力学而引起的不正确瞄准的情况下或者在与移动目标对象的不精确对准的情况下，也可确保轨迹跟踪。
[0076]光束变化模块70可被实现为针孔孔径72，该针孔孔径72可绕旋转轴71枢转，并且包括附加衰减滤光器(例如，胶片)，从而可生成距离测量光束的理想拟合的衰减(图4a)。这里，可枢转的针孔孔径72可包括多个区域，其中，各个区域导致不同的衰减，并且可被指派给对应目标类型。结果，可通过使滤光器枢转至特定区域来使接收信号的电平适于对应目标对象。这里，衰减程度可最高达因子100 000。作为其替代方式，光束变化模块70可被实现为分度滤光轮。
[0077]根据本发明的测绘仪器中可使用的激光二极管通常具有椭圆或条形发射表面，这在调制的辐射发射的情况下可导致沿着长轴维度的相对大的时差，因此使得次微米级的精确距离测量更困难或者无法进行。通过在光束变化模块70中使用开槽孔径73 (图4b)代替针孔孔径72，可(例如)消除在辐射光束的边缘处的延迟的光脉冲分量。这样，可实现空间扁平光脉冲(精确至皮秒)，因此可在单点测量功能(测绘仪器用作全站仪或经纬仪)的范围内对反射器目标进行精确距离测量。作为发射侧衰减器的替代方式或者与其组合，光学衰减器可被置于测距仪的接收通道中。最近的可变光学衰减器(VOA)(尤其是光纤V0A)非常快速，从而甚至在扫描处理期间也能够从测量点至测量点地设定测距仪的信号电平。
[0078]距离测量模块的设定可根据是否记录单点(单点测量模式)或者是否进行扫描处理(扫描功能)而变化。针对扫描处理可按照高测量速率进行距离测量。对于单点测量，多个单测量(数百万单测量)可被取平均，这降低了测量速率，但是增加了距离测量的精度。扫描模式和单测量模式均包含各种子程序，这些子程序是测绘员已知的并且具有特有特性；例如，在单点测量的情况下，除了 “标准”测量模式以外，还存在“精度”、“快速”、“重复”、“跟踪”或“锁定”测量模式。
[0079]图5a、图5b、图5c各自示出对于根据本发明的测绘仪器，测量相机(在成像系统50中)和概览相机57a_b的布置方式或者各个相机视场56、59a_c的对准的实施方式。
[0080]测量相机的视场56(例如，可被设计成水平角范围为大约1° )经由光束偏转单元30和成像系统50被引导到安装在成像系统50中的相机传感器上。为了在电光取景器上显示图像，可通过计算来校正图像旋转(由于光束偏转单元3的旋转而导致)。同时，可同样通过计算来校正另外发生的图像相差(例如，成像系统50的失真)。
[0081]除了测量相机以外，依据图5a的根据本发明的测绘仪器可配备有由相机传感器57a和透镜58a组成的附加概览相机，其中，透镜58a可包括10° -40°的水平角范围，因此用于采集概览图像。在该配置中，视场59a无法在垂直方向中修改。因此，透镜可按照这样的方式具体实现，使得它还可对大的垂直角范围成像。作为其替代方式，代替单个概览相机，具有不同垂直对准的多个相机模块可一个在另一个上地布置。在图不实施方式中，相机传感器透镜布置可通过枢转测绘仪器的结构来对准。
[0082]当采用水平机械轴57作为中空轴时，得到依据图5b的根据本发明的另一实施方式。结果，由相机传感器57b和光学元件58b组成的相机模块的视场59b可通过中空轴被路由并引导至光束偏转单元30的后侧。这里，还可通过旋转光束偏转单元30来在垂直方向上变化视场59b。
[0083]在依据图5c的另一实施方式中，成像系统50可包括类似于变焦透镜的机构，该机构允许从1°至(例如)15°切换角范围。作为切换的结果，窄视场56可改变为用于概览图像59c的像场(反之亦然)。此变焦机构可被设计成不连续地设定这两个角范围(例如，至1°和15° )，或者可连续调节。
[0084]图6a至图6c分别示出根据本发明的测绘仪器的成像系统50的实施方式。
[0085]图6a示出成像系统50的第一实施方式，其对应于折反射设计。激光发送单元81 (例如，激光二极管)将测量光束55发送至第一偏转反射镜84。从这里，测量光束55可直接入射在(例如)光束偏转单元(这里未示出)(例如，可旋转反射镜)上或者第二偏转反射镜85上并从那里被引导至光束偏转单元上。
[0086]在发射的光束55在对象或目标上反射之后，光束56b经由可旋转光束偏转单元(并且可选地，经由第二偏转反射镜85)被引导至主反射镜86，在所述主反射镜上被反射，被发送至带涂层的光谱选择辅反射镜83，并且从那里被引导至第一偏转反射镜84并前进至激光接收单元82。
[0087]相机的视场56a或图像信息同样经由光束偏转单元(并且可选地，经由第二偏转反射镜85)被引导至主反射镜86，在所述主反射镜上被反射，并被引导至带涂层的辅反射镜83，在辅反射镜83上被反射并引导至聚焦透镜元件87并前进至光敏区域传感器88。这里，聚焦透镜元件87可按照这样的方式移动，使得可在光敏区域传感器88上成清晰图像。因此，可利用区域传感器88按照这样的方式采集图像，使得在图像中激光束55被引导至其上的目标被成像。在另一实施方式中，模块87可设置有光学元件以便利用变焦机构设定像平面上的焦点和线性放大二者。
[0088]图6b中示出成像系统50的另一实施方式。与依据图6a的实施方式的不同在于，在对象上反射的激光束56b在辅反射镜83上反射之后没有再次入射在第一偏转反射镜84上，而是被耦合到光纤插针中并经由光纤89 (光波导)被引导至激光接收单元82a。此外，在此设计中，省掉聚焦透镜元件，相反，传感器88具有可移动实施方式，使得后者可根据可生成对象的清晰图像的对象距离设置。
[0089]此外，示出光束偏转单元30 ;其提供所发送的测量辐射55和所接收到的测量辐射56b或者光敏区域传感器88的视场56a (在被第二偏转反射镜85偏转之后)的可旋转偏转。
[0090]依据另一实施方式(图6c)，成像系统50还可依据折射设计来具体实现。距离测量模块的激光发送单元81发射激光束55，通过第一偏转反射镜91 ( 二向色分束器)以略微被正透镜元件90扩展的方式引导激光束55并使其入射在第二偏转反射镜92上。从那里，激光束在主透镜93的方向上被反射并被引导至第三偏转反射镜85，并且从那里被引导至(例如)光束偏转单元(这里未示出)。
[0091]在光束55在对象上反射之后，此光束56b被引导穿过可旋转光束偏转单元，并且经由第三偏转反射镜85穿过主透镜93被引导至另一光谱选择反射镜94。从那里，光束56b在第二偏转反射镜92处反射，并且从那里向前被引导至激光接收单元82上。
[0092]同样，传感器88的像场56a经由光束偏转单元、经由第三偏转反射镜85被引导穿过主透镜93、反射镜94、聚焦透镜元件87 (并且可选地，可枢转的红外滤光器95)并被引导至区域传感器88上。
[0093]另外，成像系统50包括第二激光发送单元96，其可在ATR功能的范围内使用。此第二激光发送单元96发射ATR激光束，该ATR激光束以略微被正透镜元件97扩展的方式入射在第一偏转反射镜91上，并且从那里被引导至第二偏转反射镜92上。从第二偏转反射镜92，ATR激光束在主透镜93的方向上反射并被直接引导至光束偏转单元(这里未示出)上或者第三偏转反射镜85上，并且从那里被引导至可旋转光束偏转单元。
[0094]在ATR光束在对象上反射之后，后者采取与相机图像相同的路径穿过成像系统50, BP,它经由第三偏转反射镜85被引导穿过主透镜93、反射镜94、聚焦透镜元件87 (可选地，穿过枢转的红外滤光器95)并被引导至光敏区域传感器88上。
[0095]可利用光敏区域传感器88和位置确定图像评估软件来检测被目标对象反射的ATR激光束的入射位置，因此可确定此位置相对于参考位置的偏移。另选地，附加检测器可设置在(例如)成像系统50中以用于这种位置灵敏确定，其中，可利用(例如)带涂层的反射镜或分束器从公共光路稱合出ATR福射。基于可如此确定的光束偏移,测量光束可尤其是利用用于对准结构的电机和光束偏转单元在自动控制下连续跟踪目标(反射器)，并因此被耦合到反射器。
[0096]图7a和图7b示出根据本发明的测绘仪器1，其中，由测绘仪器I分别进行扫描功能和单点测量。
[0097]当进行扫描功能时(图7a)，按照类似于已知激光扫描仪的方式限定旨在被扫描的水平和垂直角范围61以及将要采集的扫描点62的点分辨率。测绘仪器I被配备用于利用距离测量功能进行测距，其包括激光发送单元和激光接收单元。通过按照经过限定的角范围61的方式使光束偏转单元30旋转并使结构20枢转来引导测绘仪器I的测量激光束。在该处理中，针对各个扫描点62确定距离并且分别确定水平角和垂直角。随后可从这些值推导出表示扫描范围61的点云。另外，可利用测量相机对角范围61进行图形采集。
[0098]图7b示出可按照与全站仪类似的方式进行的使用根据本发明的测绘仪器I的单点测量模式的实施方式。在单点测量模式下，测绘仪器I精确对准测量点。在这种情况下，测量点被定义为反射器63。可通过使结构20绕垂直轴旋转并且使反射镜30绕水平轴旋转来使测量光束55对准。这里，所述旋转可在各个情况下通过致动粗略调节旋钮25、26来手动进行，其中，例如，旋钮26和反射镜30的旋转按照1:10的比率进行。可通过各个精细调节旋钮或按钮25a、26a(与各个精细驱动器交互)的致动来进行高度精确的对准。在该处理中，用户可透过目镜21注视并使十字线与反射器63的中心重合。在该处理中，反射器63的图像(例如)经由可旋转反射镜30被引导至相机。相机图像可在进行图像变换(旋转、校正)之后与十字线叠加并且(例如)显示在电光取景器上，用户可经由目镜21观察该图像。作为其替代方式，图像可被示出于测绘仪器I或用于远程控制的外围仪器(例如，数据记录仪)的取景器上。
[0099]这里，成像系统具有望远镜瞄准具的功能，其允许对较近区域中(S卩，Im左右的距离处)的对象和高达几公里的较远距离处的对象二者进行连续聚焦。作为此功能的结果，用户可对不同距离处的对象进行聚焦(并且因此，进行精确瞄准)。
[0100]可通过旋转旋钮或者通过对标记为“向前”和“向后”的两个按钮进行致动来调节焦点位置。除了手动聚焦以外，测绘仪器还可包括自动聚焦功能。
[0101]这里，距离测量模块可按照这样的方式设计，使得它针对扫描模式和单点测量模式二者提供距离测量功能。在这种情况下，可在单点测量模式下以第一距离测量模式确定距反射器63(目标点)的距离，其中，针对反射器63确定特定数量的距离测量值并取平均。通过在测量光束55的特定对准下计算测量值，累积的值可被取平均，并且可从其确定距离值。
[0102]此外，可在扫描功能的范围内以第二距离测量模式确定距扫描点62的距离，其中，与第一距离测量模式相比，在各个情况下针对扫描点62中的一个确定较少数量的距离测量值(尤其是单个距离测量值)(并且可选地，取平均)。结果，可对环境进行扫描，使得测量精度较低，但采集的点的数量较大。
[0103]距离测量模块发射测量光束55，该测量光束55可经由成像系统和反射镜30对准反射器63，在所述反射器上被反射，并经由反射镜30和成像系统再次入射在激光接收单元上。可基于发送和接收激光束55确定测绘仪器I和测量点63之间的距离。测量点63的坐标可从距离以及激光束55的方向或者相机附带的目标线(通过结构20和反射镜30的对准来限定)推导，并且可通过角传感器来测量。相机附带的目标线可被解释为传统全站仪的视觉目标线的替代物。
[0104]测绘仪器还配备有电机，该电机可实现结构20和反射镜30的旋转，因此允许预定方向上的自动对准。
[0105]应该理解，绘制的这些图仅示意性地示出可能的示例性实施方式。根据本发明，各种方法可彼此组合，与用于对表面或对象进行测绘的系统和方法组合，以及与现有技术的大地测量测绘仪器组合。
【权利要求】
1.一种测绘仪器(1，2)，该测绘仪器(1，2)包括: 籲光束源(81)，该光束源(81)用于生成测量辐射(55)， ?基座(10)，该基座(10)限定垂直轴(11)， 籲能够相对于所述基座(10)绕所述垂直轴(11)枢转的结构(20)，该结构(20)包括光束入射窗口和光束出射窗口，尤其其中，所述光束入射窗口和所述光束出射窗口相同， ?光束偏转单元(30)，该光束偏转单元(30)用于改变由所述测量辐射(55)的发射方向限定的测量轴的对准，其中，所述光束偏转单元(30) 〇能够相对于所述结构(20)绕水平轴(31)旋转，并且 〇相对于所述结构(20)按照如下方式布置，使得 ?从所述光束出射窗口出射的测量辐射(55)入射在所述光束偏转单元(30)上并且能够利用所述光束偏转单元(30)被引导至对象，并且 ?被所述对象反射并入射在所述光束偏转单元(30)上的测量辐射(56b)由此被引导到所述光束入射窗口上， ?用于利用所述测量辐射(55)测量距所述对象的距离的距离测量功能， ?用于确定所述测 量轴相对于所述基座(10)的对准的角测量功能， ?用于数据处理并用于控制所述测绘仪器的控制和处理单元，以及?扫描功能，其中，当由所述控制和处理单元按照自动控制的方式执行所述扫描功能时，利用以下操作进行扫描 〇尤其是同时，使所述光束偏转单元(30)绕所述水平轴(31)旋转并且使所述结构(20)绕所述垂直轴(11)枢转， 〇尤其是利用预定的扫描点分辨率，针对落在特定扫描区域(61)内的扫描点(62)确定相应距离和所述测量辐射(55)的相应对准，以及〇生成包括所述扫描点(62)的点云， 该测绘仪器(1，2)的特征在于， ?所述结构还包括成像系统(50)，该成像系统(50)包括成像光学单元，该成像光学单元具有聚焦组和像平面以用于生成并以图形方式提供视场(56)的图像，其中， 〇所述视场(56)由所述成像系统(50)和所述光束偏转单元(30)限定，并且能够利用所述光束偏转单元(30)与所述测量轴一起对准，并且 〇能够利用所述聚焦组通过图像聚焦在所述像平面中对准焦点从而以图形方式提供所述视场(56)的所述图像，并且 ?所述测绘仪器(1，2)具有单点测量模式，在所述测绘仪器(1，2)的范围内〇所述测量轴能够被对准到目标点(63)上，尤其是对准到回射棱镜上，并且〇当由所述控制和处理单元按照自动控制的方式触发单点测量时，能够确定距所述目标点(63)的距离和所述测量轴的对准，并且能够根据所述距离和所述测量轴的对准来确定所述目标点(63)的位置。
2.根据权利要求1所述的测绘仪器(1，2)， 该测绘仪器(1，2)的特征在于， 所述结构(20)包括具有旋钮(25，25a，26，26a)的调节机构以用于使所述光束偏转单元(30)对准，其中，所述光束偏转单元(30)能够通过所述旋钮(25，25a, 26，26a)的手动致动来对准。
3.根据权利要求1或2所述的测绘仪器(1，2)， 该测绘仪器(1，2)的特征在于， 所述结构(20)包括目镜(21)以用于尤其与显示发射方向的标记一起以图形方式提供图像。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的测绘仪器(1，2)， 该测绘仪器(1，2)的特征在于， 所述结构(20)包括用于采集图像的测量相机(52)，尤其其中，利用与所述测量相机(52)交互的电光取景器来进行图像的图形提供。
5.根据权利要求4所述的测绘仪器(1，2)， 该测绘仪器(1，2)的特征在于， 所述结构(20)包括具有概览视场(59a, 59b, 59c)的概览相机(35),其中，所述概览视场(59a, 59b, 59c)大于所述测量相机(52)的视场(56a),尤其其中，能够利用所述光束偏转单元(30)使所述概览视场(59a，59b, 59c)对准。
6.根据权利要求1至 5中的任一项所述的测绘仪器(1，2)， 该测绘仪器(1，2)的特征在于， 所述成像系统(50)包括光学变焦组以用于改变所述像平面上的图像的线性放大率，和/或 所述光束偏转单元(30)被具体实现为反射偏转元件，尤其是反射镜。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的测绘仪器(1，2)， 该测绘仪器(1，2)的特征在于， 所述测绘仪器(1，2)还包括单点扫描功能，其中，在执行所述单点扫描功能时， ?在单点区域内针对多个单点在各个情况下确定所述测量辐射的距离和对准， ?生成包括单点的单点点云，并且 ?利用点云分析算法，尤其是利用图像处理，从所述单点点云推导所述目标点的位置。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的测绘仪器(1，2)， 该测绘仪器(1，2)的特征在于， ?在所述单点测量模式下，在第一距离测量模式下确定距所述目标点(63)的距离，其中，针对所述目标点(63)确定特定数量的距离测量值并对这些距离测量值取平均，并且?在所述扫描功能的范围内，在第二距离测量模式下确定距所述扫描点(62)的距离，其中，与所述第一距离测量模式相比，在各个情况下针对所述扫描点(62)中的一个确定更少数量的距离测量值，尤其是单个距离测量值，并且可选地对这些距离测量值取平均。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的测绘仪器(1，2)， 该测绘仪器(1，2)的特征在于， 所述测绘仪器(1，2)包括切换功能，该切换功能被配置为使得当执行所述切换功能时，尤其是根据用户输入，在所述单点测量模式和所述扫描功能之间，尤其是在所述单点测量模式、所述扫描功能或所述单点扫描功能之间切换。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的测绘仪器(1，2)， 该测绘仪器(1，2)的特征在于，所述测绘仪器(1，2)包括倾斜传感器(44)以用于测量所述测绘仪器(1，2)相对于重力矢量的倾斜，其中，根据测量的倾斜，能够校正所述测量辐射(55)的对准的测量值。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的测绘仪器， 该测绘仪器的特征在于， 所述成像系统(50)包括光束变化模块(70，95)以用于通过将所述光束变化模块(70，95)引入所述测量辐射(55)的光路中来进行衰减和/或扩展和/或波长相关的滤光。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的测绘仪器(1，2)， 该测绘仪器(1，2)的特征在于， 所述结构(20)包括具有位置灵敏检测器的瞄准和目标跟踪装置，其中，能够由所述位置灵敏检测器采集在反射器单元(63)处反射的测量辐射(56b)，并且能够确定所采集的测量辐射(56b)相对于所述检测器上的基准点的偏移，尤其其中，所述瞄准和目标跟踪装置被布置在所述成像系统(50)中。
13.根据权利要求12所述的测绘仪器(1，2)， 该测绘仪器(1，2)的特征在于， 所述瞄准和目标跟踪装置包括另一光束源(96)以用于发射激光辐射，尤其其中，在所述反射器单元(63)处反射的激光辐射能够用作用于确定在所述位置灵敏检测器上的偏移的测量辐射(56b)， 尤其其中， 能够根据所述偏移以自动控制的方式使所述测量轴对准，使得所述测量辐射(55)被连续对准到所述反射器单元(63)的中心上。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的测绘仪器(1，2)， 该测绘仪器(1，2)的特征在于， 所述结构(20)包括目标搜索模块(33)，该目标搜索模块(33)具有用于发射光扇形的形式的搜索辐射的发送单元以及用于检测反射的搜索辐射的至少一部分的接收单元。
15.一种用于利用根据权利要求1至14中的任一项所述的测绘仪器(1，2)确定至少一个点的位置的测量方法， 该测量方法的特征在于， 在所述测量方法的范围内，通过用户的选择来选择性地执行以下操作: ?通过以下操作进行扫描 〇尤其是同时，使所述光束偏转单元(30)绕所述水平轴(31)旋转并且使所述结构(20)绕所述垂直轴(11)枢转， 〇尤其是利用预定的扫描点分辨率，针对特定扫描区域(61)内的所述扫描点(62)确定相应距离和所述测量辐射(55)的相应对准，以及〇生成包括所述扫描点(62)的点云， 或者 ?通过以下操作进行单点测量 〇使所述测量辐射(55)高度精确地对准到目标点(63)上， 〇确定距所述目标点(63)的距离并使所述测量轴对准，以及根据所述距离和所述测量轴的对准来确定所述目标点(63)的位置。
【文档编号】G01S7/481GK104081156SQ201380006926
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年1月30日 优先权日:2012年1月30日
【发明者】伯恩哈德·麦茨勒, J·辛德林, 托马斯·延森 申请人:赫克斯冈技术中心