通過圖像輔助的角度確定功能來間接測距的方法和手持測距設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種按照測量序列確定空間中的幾何數據的方法，該測量序列具有如下步驟：通過在第一發射方向(8)上發射激光光束(7)來測量距第一目標點(10)的第一距離；以及通過在第二發射方向(9)上發射激光光束(7)來測量距第二目標點(11)的第二距離，其中幾何數據包括兩個目標點(10，11)之間的距離(15)和/或第一發射方向(8)和第二發射方向(9)之間的固定角(α)。本發明的特征在于：探測一系列圖像(51-55)，其中圖像(51-55)具有至少一個公共圖像區域(56-59)，以及與第一距離(13)的測量時間相關地探測具有第一目標點(10)的映射(10’)的至少一個第一目標圖像(51)，并且與第一距離(14)的測量時間相關地探測具有第二目標點(11)的映射(11’)的第二目標圖像(52)；使探測到的圖像(51-55)彼此相關。
【專利說明】通過圖像輔助的角度確定功能來間接測距的方法和手持測 距設備
[0001] 本發明涉及一種用手持測距設備通過兩個直接測量的距離和角度來間接確定距 離的方法，其中所述角度通過測距設備的照相機捕獲的全景圖像來確定。，本發明還涉及一 種手持測距設備，其包括測距單元和照相機，用于執行根據本發明的方法。
[0002] 為了執行根據本發明的方法，在測量兩個空間點之間距離的同時，用圖像獲取單 元來捕獲所述空間點周圍的圖像，通過圖像拼接技術使所述圖像接合起來形成單張全景圖 像，或者以一些其他方式使所述圖像與其他圖像彼此相關，從而可以從彼此組合的圖像中 確定所述兩個空間點之間的像素的數量。可以從所述像素的數量確定角度。所求的兩個空 間點之間的距離可以通過余弦定理來計算。為此，根據本發明的手持測距設備包括：具有至 少一個照相機的圖像獲取單元；以及用于將圖像接合在一起并用于確定像素的數量的圖像 評估單元。
[0003] 用于測量距離的方法和系統被用于許多應用中，其示例包括：大地測量應用中非 常精確的測量，以及建筑安裝區域中的或者用于工業過程控制器的測量作業。
[0004] 固定的、可移動的或者手持的測距設備用于這些作業中，并且針對選定的測量 點來進行光學測距。在這種情況下，通常發射激光束，并且在目標處反射之后再次被接 收并評估。在這種情況下，各種測量原理可適用于確定距離，例如，諸如相位或渡越時間 (time-〇f-flight)測量。
[0005] 具體在建筑安裝領域或施工作業方面，利用便攜手持設備，其相對于待測結構放 置，然后相對于一表面來執行距離測量。例如，在EP0738899和EP0701702中描述了一種適 用于這種應用的典型手持測距設備。
[0006] 由于在待測表面可見的測量點對于大多數應用來說是有利的，因此通常將紅色激 光用作距離測量的輻射源。為了更容易處理，可以通過現有技術中的測距儀來獲得下至毫 米范圍的精確度。目前可獲得的手持測距設備可以在之間存在視線的兩點間執行從一個點 至另一個點的測量。如果目標被隱藏，也可以通過傾斜傳感器來確定水平量（horizontal mass)〇
[0007] 確定兩點間的距離的一種可能是通過三角法來計算，如果這兩點間沒有視線，其 也可以使用。這已經可以從諸如經緯儀或者全站儀這樣的基于地面的測量設備充分獲知。
[0008] 對于利用三角法來確定兩個空間點B和C之間的距離a，其充分獲知從第三點A到 這兩點的距離，以及在點A處在點B和C的方向上邊b和c之間的角α。a的長度然后可 以通過余弦定理來計算：
【權利要求】
1. 一種按照測量序列確定空間中的幾何數據的方法，該測量序列包括以下步驟： ?通過在第一發射方向（8)上發射激光光束（7)來測量距第一目標點（10)的第一距 離（13);以及 ?通過在第二發射方向（9)上發射激光光束（7)來測量距第二目標點（11)的第二距 離（14)， 其中所述幾何數據包括這兩個目標點（10,11)之間的距離（15)和/或所述第一發射 方向⑶和所述第二發射方向（9)之間的固定角（a)， 其特征在于， ?獲取至少具有一個第一目標圖像（51)和一個第二目標圖像（52)的一系列圖像 (51-55)，其中所述圖像（51-55)具有至少一個公共圖像區域（56-59)，并且至少 -具有所述第一目標點（10)的成像（10'）的一個第一目標圖像（51)被與所述第一距 離（13)的測量時間相關地，具體地同時地獲取；以及 _具有所述第二目標點（11)的成像（11'）的一個第二目標圖像（52)被與所述第二距 離（14)的測量時間相關地，具體地同時地獲取； ?通過圖像處理并且通過所述至少一個公共圖像區域（56-59)而使所獲取的圖像 (51-55)彼此相關； ?確定彼此相關的圖像（51-55)中的目標點（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)來確定所述幾何數據。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于， 使所獲取的圖像（51-55)彼此相關的步驟包括：具體地通過特征提取和/或圖像拼接 來將所獲取的圖像（51-55)接合在一起形成全景圖像（50)。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于， 基于目標點（10,11)的成像（10'，11'）之間的圖像點的數量，具體地基于像素的數量， 來執行確定彼此相關的圖像（51-55)中的目標點（10,11)的成像（10'，11'）之間的距離 (16)的步驟。
4. 根據權利要求1至3中的任一項所述的方法，其特征在于， 大體上在所述第一發射方向（8)的方向上執行捕獲所述第一目標圖像（51)的步驟，并 且大體上在所述第二發射方向（9)的方向上執行獲取所述第二目標圖像（52)的步驟。
5. 根據權利要求1至4中的任一項所述的方法，其特征在于， 具體地，通過余弦定理，并且通過距目標點（1〇，11)的所測量的距離（13，14)以及所述 第一發射方向（8)與所述第二發射方向（9)之間的所述固定角（a)，來計算所述第一目標 點（10)和所述第二目標點（11)之間的距離（15)。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于， ?基于目標點（10)的坐標來限定水平平面（17)，并且可選地確定第二目標點（11)與 所述平面（17)之間的距離；和/或 ?基于至少兩個目標點（10,11)的坐標來 -確定兩個目標點（10,11)之間的距離（15);和/或 -確定通過兩個目標點（10,11)的直線路線，以及可選地確定第三目標點或由第三目 標點限定的平行線與所述直線之間的距離。
7. -種手持測距設備（1)，該手持測距設備（1)包括： ?激光測距儀（20)，其用于通過在發射方向（8,9)上發射的激光光束（7)來測量距目 標點（10,11)的距離（13,14); ?評估部件（25)，其用于推導出并提供所測量的距離（13,14);以及 ?圖像獲取單元（40)，其包括至少一個照相機（41-44)，用于獲取一系列圖像 (51-55)， 其中所述一系列圖像（51-55)包括如下的目標圖像（51，52)，該目標圖像（51，52): ?被與距目標點（10,11)的距離（13,14)的測量時間相關地，具體地同時地獲取，使得 它們能夠與所述距離（13,14)進行組合；并且 ?具有目標點（10,11)的成像（10，，11'）， 其特征在于， 所述測距設備（1)具有圖像獲取和評估功能，在該圖像獲取和評估功能的情況下： ?所述圖像獲取單元（40)獲取一系列至少兩個圖像（51-55)，所述一系列至少兩個圖 像（51-55)至少具有一個第一目標圖像（51)和一個第二目標圖像（52)，其中圖像（51-55) 中的每個具有與至少一個其他圖像共有的公共圖像區域（56-59); ?所述測距設備（1)的圖像評估單元（45)通過借助圖像處理對該系列圖像（51-55) 進行評估，來使所述第一目標圖像（51)與所述第二目標圖像（52)彼此相關；以及 ?所述評估部件（25)通過彼此相關的兩個目標圖像（51，52)，來確定兩個目標點（10， 11)之間的距離（15)、和/或第一發射方向⑶和第二發射方向（9)之間的固定角（a)。
8. 根據權利要求7所述的手持測距設備（1)，其特征在于， 所述圖像獲取單元（40)被構造為： ?與在所述第一發射方向（8)上的、對距第一目標點（10)的第一距離（13)進行的第 一測量時間相關地，具體地同時地獲取第一目標圖像（51);以及 ?與在所述第二發射方向（9)上的、對距第二目標點（11)的第二距離（14)進行的第 二測量時間相關地，具體地同時地獲取第二目標圖像（52)。
9. 根據權利要求7或8所述的手持測距設備（1)，其特征在于， ?所述第一目標圖像（51)具有與所述第二目標圖像（52)共有的公共圖像區域（56); ?所述第一目標圖像（51)和所述第二目標圖像（52)各具有與該系列的進一步獲取的 圖像（53)共有的公共圖像區域（56, 59);和/或 ?所述第一目標圖像（51)和所述第二目標圖像（52)各具有與該系列的連續順序的進 一步獲取的圖像（53-55)共有的公共圖像區域（56,59)，所述順序由公共圖像區域（57,58) 限定。
10. 根據權利要求7至9中的任一項所述的手持測距設備（1)，其特征在于， 所述圖像評估單元（45)被構造為：具體地通過特征提取和/或圖像拼接，通過組合形 成全景圖像（50)，來使該系列圖像（51-55)彼此相關。
11. 根據權利要求7至10中的任一項所述的手持測距設備（1)，其特征在于， 所述圖像獲取單元（40)具有至少兩個，具體地三個照相機（41-44)，和/或被構造為： ?在發射方向（8,9)的方向上獲取圖像（51-55); ?具體地以至少120°的角度來獲取目標圖像（51，52)作為廣角圖像；和/或 ?同時地通過多個照相機（41-44)來獲取圖像（51-55)。
12. 根據權利要求7至11中的任一項所述的手持測距設備（1)，其特征在于， 所述圖像評估單元（45)被構造為：具體地基于目標點（10,11)的成像（10'，11'）之 間的圖像點的數量，具體地基于像素的數量，來在圖像（51-55)中確定兩個目標點（10,11) 的成像（10'，11'）之間的距離。
13. 根據權利要求7至12中的任一項所述的手持測距設備（1)，其特征在于， 所述評估部件（25)被構造為：具體地，通過余弦定理，并且通過距目標點（10，11)的 所測量的距離（13,14)以及所述第一發射方向（8)與所述第二發射方向（9)之間的固定角 (a)，來計算所述第一目標點（10)和所述第二目標點（11)之間的距離（15)。
14. 根據權利要求7至13中的任一項所述的手持測距設備（1)，其特征在于， 籲目標搜索照相機，其具有變焦功能； ?輸入裝置（24)，具體地為鍵盤，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： -通過所述圖像獲取單元（40)的所述至少一個照相機（41-44)捕獲的圖像（51-55); -接合在一起的全景圖像（50); _所測量的距離（13,14); _所計算的距離（15)和固定角（a);和/或 -通過目標搜索照相機捕獲的實時圖像。
15. -種計算機程序產品，其包括程序代碼，存儲在機器可讀載體上，用于具體地如果 程序在實施為如權利要求7至14中的任一項所述的測距設備（1)的評估部件（25)的電子 數據處理單元上運行，則執行根據權利要求1至6中的任一項所述的方法。
【文檔編號】G01S17/02GK104380137SQ201380024979
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年5月28日 優先權日:2012年5月29日
【發明者】K·吉熱 申請人:萊卡地球系統公開股份有限公司
專業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
