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通过图像辅助的角度确定功能来间接测距的方法和手持测距设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种按照测量序列确定空间中的几何数据的方法，该测量序列具有如下步骤：通过在第一发射方向(8)上发射激光光束(7)来测量距第一目标点(10)的第一距离；以及通过在第二发射方向(9)上发射激光光束(7)来测量距第二目标点(11)的第二距离，其中几何数据包括两个目标点(10，11)之间的距离(15)和/或第一发射方向(8)和第二发射方向(9)之间的固定角(α)。本发明的特征在于：探测一系列图像(51-55)，其中图像(51-55)具有至少一个公共图像区域(56-59)，以及与第一距离(13)的测量时间相关地探测具有第一目标点(10)的映射(10’)的至少一个第一目标图像(51)，并且与第一距离(14)的测量时间相关地探测具有第二目标点(11)的映射(11’)的第二目标图像(52)；使探测到的图像(51-55)彼此相关。
【专利说明】通过图像辅助的角度确定功能来间接测距的方法和手持测 距设备
[0001] 本发明涉及一种用手持测距设备通过两个直接测量的距离和角度来间接确定距 离的方法，其中所述角度通过测距设备的照相机捕获的全景图像来确定。，本发明还涉及一 种手持测距设备，其包括测距单元和照相机，用于执行根据本发明的方法。
[0002] 为了执行根据本发明的方法，在测量两个空间点之间距离的同时，用图像获取单 元来捕获所述空间点周围的图像，通过图像拼接技术使所述图像接合起来形成单张全景图 像，或者以一些其他方式使所述图像与其他图像彼此相关，从而可以从彼此组合的图像中 确定所述两个空间点之间的像素的数量。可以从所述像素的数量确定角度。所求的两个空 间点之间的距离可以通过余弦定理来计算。为此，根据本发明的手持测距设备包括：具有至 少一个照相机的图像获取单元；以及用于将图像接合在一起并用于确定像素的数量的图像 评估单元。
[0003] 用于测量距离的方法和系统被用于许多应用中，其示例包括：大地测量应用中非 常精确的测量，以及建筑安装区域中的或者用于工业过程控制器的测量作业。
[0004] 固定的、可移动的或者手持的测距设备用于这些作业中，并且针对选定的测量 点来进行光学测距。在这种情况下，通常发射激光束，并且在目标处反射之后再次被接 收并评估。在这种情况下，各种测量原理可适用于确定距离，例如，诸如相位或渡越时间 (time-〇f-flight)测量。
[0005] 具体在建筑安装领域或施工作业方面，利用便携手持设备，其相对于待测结构放 置，然后相对于一表面来执行距离测量。例如，在EP0738899和EP0701702中描述了一种适 用于这种应用的典型手持测距设备。
[0006] 由于在待测表面可见的测量点对于大多数应用来说是有利的，因此通常将红色激 光用作距离测量的辐射源。为了更容易处理，可以通过现有技术中的测距仪来获得下至毫 米范围的精确度。目前可获得的手持测距设备可以在之间存在视线的两点间执行从一个点 至另一个点的测量。如果目标被隐藏，也可以通过倾斜传感器来确定水平量（horizontal mass)〇
[0007] 确定两点间的距离的一种可能是通过三角法来计算，如果这两点间没有视线，其 也可以使用。这已经可以从诸如经纬仪或者全站仪这样的基于地面的测量设备充分获知。
[0008] 对于利用三角法来确定两个空间点B和C之间的距离a，其充分获知从第三点A到 这两点的距离，以及在点A处在点B和C的方向上边b和c之间的角α。a的长度然后可 以通过余弦定理来计算：
【权利要求】
1. 一种按照测量序列确定空间中的几何数据的方法，该测量序列包括以下步骤： ?通过在第一发射方向（8)上发射激光光束（7)来测量距第一目标点（10)的第一距 离（13);以及 ?通过在第二发射方向（9)上发射激光光束（7)来测量距第二目标点（11)的第二距 离（14)， 其中所述几何数据包括这两个目标点（10,11)之间的距离（15)和/或所述第一发射 方向⑶和所述第二发射方向（9)之间的固定角（a)， 其特征在于， ?获取至少具有一个第一目标图像（51)和一个第二目标图像（52)的一系列图像 (51-55)，其中所述图像（51-55)具有至少一个公共图像区域（56-59)，并且至少 -具有所述第一目标点（10)的成像（10'）的一个第一目标图像（51)被与所述第一距 离（13)的测量时间相关地，具体地同时地获取；以及 _具有所述第二目标点（11)的成像（11'）的一个第二目标图像（52)被与所述第二距 离（14)的测量时间相关地，具体地同时地获取； ?通过图像处理并且通过所述至少一个公共图像区域（56-59)而使所获取的图像 (51-55)彼此相关； ?确定彼此相关的图像（51-55)中的目标点（10，11)的成像（10'，11'）之间的距离 (16);以及 ?基于成像（10'，11'）之间的距离（16)来确定所述几何数据。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 使所获取的图像（51-55)彼此相关的步骤包括：具体地通过特征提取和/或图像拼接 来将所获取的图像（51-55)接合在一起形成全景图像（50)。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于， 基于目标点（10,11)的成像（10'，11'）之间的图像点的数量，具体地基于像素的数量， 来执行确定彼此相关的图像（51-55)中的目标点（10,11)的成像（10'，11'）之间的距离 (16)的步骤。
4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于， 大体上在所述第一发射方向（8)的方向上执行捕获所述第一目标图像（51)的步骤，并 且大体上在所述第二发射方向（9)的方向上执行获取所述第二目标图像（52)的步骤。
5. 根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于， 具体地，通过余弦定理，并且通过距目标点（1〇，11)的所测量的距离（13，14)以及所述 第一发射方向（8)与所述第二发射方向（9)之间的所述固定角（a)，来计算所述第一目标 点（10)和所述第二目标点（11)之间的距离（15)。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于， ?基于目标点（10)的坐标来限定水平平面（17)，并且可选地确定第二目标点（11)与 所述平面（17)之间的距离；和/或 ?基于至少两个目标点（10,11)的坐标来 -确定两个目标点（10,11)之间的距离（15);和/或 -确定通过两个目标点（10,11)的直线路线，以及可选地确定第三目标点或由第三目 标点限定的平行线与所述直线之间的距离。
7. -种手持测距设备（1)，该手持测距设备（1)包括： ?激光测距仪（20)，其用于通过在发射方向（8,9)上发射的激光光束（7)来测量距目 标点（10,11)的距离（13,14); ?评估部件（25)，其用于推导出并提供所测量的距离（13,14);以及 ?图像获取单元（40)，其包括至少一个照相机（41-44)，用于获取一系列图像 (51-55)， 其中所述一系列图像（51-55)包括如下的目标图像（51，52)，该目标图像（51，52): ?被与距目标点（10,11)的距离（13,14)的测量时间相关地，具体地同时地获取，使得 它们能够与所述距离（13,14)进行组合；并且 ?具有目标点（10,11)的成像（10，，11'）， 其特征在于， 所述测距设备（1)具有图像获取和评估功能，在该图像获取和评估功能的情况下： ?所述图像获取单元（40)获取一系列至少两个图像（51-55)，所述一系列至少两个图 像（51-55)至少具有一个第一目标图像（51)和一个第二目标图像（52)，其中图像（51-55) 中的每个具有与至少一个其他图像共有的公共图像区域（56-59); ?所述测距设备（1)的图像评估单元（45)通过借助图像处理对该系列图像（51-55) 进行评估，来使所述第一目标图像（51)与所述第二目标图像（52)彼此相关；以及 ?所述评估部件（25)通过彼此相关的两个目标图像（51，52)，来确定两个目标点（10， 11)之间的距离（15)、和/或第一发射方向⑶和第二发射方向（9)之间的固定角（a)。
8. 根据权利要求7所述的手持测距设备（1)，其特征在于， 所述图像获取单元（40)被构造为： ?与在所述第一发射方向（8)上的、对距第一目标点（10)的第一距离（13)进行的第 一测量时间相关地，具体地同时地获取第一目标图像（51);以及 ?与在所述第二发射方向（9)上的、对距第二目标点（11)的第二距离（14)进行的第 二测量时间相关地，具体地同时地获取第二目标图像（52)。
9. 根据权利要求7或8所述的手持测距设备（1)，其特征在于， ?所述第一目标图像（51)具有与所述第二目标图像（52)共有的公共图像区域（56); ?所述第一目标图像（51)和所述第二目标图像（52)各具有与该系列的进一步获取的 图像（53)共有的公共图像区域（56, 59);和/或 ?所述第一目标图像（51)和所述第二目标图像（52)各具有与该系列的连续顺序的进 一步获取的图像（53-55)共有的公共图像区域（56,59)，所述顺序由公共图像区域（57,58) 限定。
10. 根据权利要求7至9中的任一项所述的手持测距设备（1)，其特征在于， 所述图像评估单元（45)被构造为：具体地通过特征提取和/或图像拼接，通过组合形 成全景图像（50)，来使该系列图像（51-55)彼此相关。
11. 根据权利要求7至10中的任一项所述的手持测距设备（1)，其特征在于， 所述图像获取单元（40)具有至少两个，具体地三个照相机（41-44)，和/或被构造为： ?在发射方向（8,9)的方向上获取图像（51-55); ?具体地以至少120°的角度来获取目标图像（51，52)作为广角图像；和/或 ?同时地通过多个照相机（41-44)来获取图像（51-55)。
12. 根据权利要求7至11中的任一项所述的手持测距设备（1)，其特征在于， 所述图像评估单元（45)被构造为：具体地基于目标点（10,11)的成像（10'，11'）之 间的图像点的数量，具体地基于像素的数量，来在图像（51-55)中确定两个目标点（10,11) 的成像（10'，11'）之间的距离。
13. 根据权利要求7至12中的任一项所述的手持测距设备（1)，其特征在于， 所述评估部件（25)被构造为：具体地，通过余弦定理，并且通过距目标点（10，11)的 所测量的距离（13,14)以及所述第一发射方向（8)与所述第二发射方向（9)之间的固定角 (a)，来计算所述第一目标点（10)和所述第二目标点（11)之间的距离（15)。
14. 根据权利要求7至13中的任一项所述的手持测距设备（1)，其特征在于， 籲目标搜索照相机，其具有变焦功能； ?输入装置（24)，具体地为键盘，用于选择功能；和/或 ?显示器（23)，更具体地，触敏显示器，用于显示如下各项： -通过所述图像获取单元（40)的所述至少一个照相机（41-44)捕获的图像（51-55); -接合在一起的全景图像（50); _所测量的距离（13,14); _所计算的距离（15)和固定角（a);和/或 -通过目标搜索照相机捕获的实时图像。
15. -种计算机程序产品，其包括程序代码，存储在机器可读载体上，用于具体地如果 程序在实施为如权利要求7至14中的任一项所述的测距设备（1)的评估部件（25)的电子 数据处理单元上运行，则执行根据权利要求1至6中的任一项所述的方法。
【文档编号】G01S17/02GK104380137SQ201380024979
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年5月28日 优先权日:2012年5月29日
【发明者】K·吉热 申请人:莱卡地球系统公开股份有限公司