用于激光测量设备的目标对象和用于辨识目标对象的方法

摘要

用于发射搜索束和测量束的激光测量设备(11)的目标对象(20)，所述目标对象具有：具有至少一个用于反射所述测量束的反射器元件(22)的反射器装置(21)、具有至少一个用于接收所述搜索束的接收元件(24)的接收装置(23)、具有至少一个用于发射可见的发射束(34，35，36)的发射元件(31，32，33)的发射装置(25)以及具有用于分析处理所接收的搜索束的分析处理元件(27)和用于控制所述接收与发射装置(23，25)的控制元件(28)的控制装置(26)。所述发射装置(25)发射可见的第一和第二发射束(34，35)，其中所述可见的第一发射束(34)的光颜色与所述可见的第二发射束(35)的光颜色不同。

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于激光测量 设备的目标对象以及一种用于通过激光设备辨识该目标对象的方法。

背景技术

为了测量目标点使用确定目标点的距离和方向(角)的激光测量 设备。已知构造为经纬仪、全站仪、水准仪或者激光扫描仪的激光测 量设备。激光测量设备包括距离测量装置和用于角测量的角测量装置， 所述距离测量装置用于目标点和距离测量装置之间的距离测量。目标 点的测量通过放置在目标点处的目标对象支持。目标对象用于具有激 光测量设备的测量系统，该激光测量设备发射搜索束和测量束，其中 用于搜索束和测量束的波长有利地不同。测量束用于激光测量设备的 测量任务、例如距离测量和/或角测量，而搜索束用于发现并且辨识目 标对象。由于搜索束和测量束的不同任务，搜索束强烈地扩展，以便 检测更大的空间区域，反之聚焦的测量束用于测量任务。目标对象细 分成被动目标对象和主动目标对象，所述被动目标对象反射激光测量 设备的搜索束，所述主动目标对象不反射搜索束而是发射发射束。主 动目标对象具有以下优点：由于在反射的表面所反射的束的不同波长， 所以激光测量设备可以区分发射束。

EP 1 734 336 A1公开了一种用于发射红外的搜索束和测量束的 激光测量设备的主动目标对象。所述目标对象包括具有至少一个用于 反射测量束的反射器元件的反射器装置、具有用于接收红外的搜索束 的接收元件的接收装置、具有用于发射可见的或者红外的搜索束的发 射元件的发射装置以及具有用于分析处理所接收的搜索束的分析处 理元件和用于控制发射装置与接收装置的控制元件的控制装置。所述 目标对象的缺点是，不能实现目标对象的辨识和区分。对于测量系统 中的多个目标对象而言，可见的或者红外的发射束具有相等的波长。

由DE 10 2010 024 014 A1已知一种用于借助激光测量设备辨识 目标对象的方法以及一种具有激光测量设备和多个可辨识的目标对 象的相应的测量系统。所述激光测量设备包括发射测量束并且例如构 造用于距离测量和/或角测量的激光测量装置、作为用于识别目标对象 的检测装置的摄像机装置和具有用于控制激光测量装置和摄像机装 置的控制元件的控制装置。目标对象包括具有至少一个用于反射测量 束的反射器元件的反射器装置、具有至少一个用于发射可见的发射束 的发射元件的发射装置和具有用于控制发射装置的控制元件的控制 装置，所述发射束用作识别目标对象。目标对象的辨识通过可见的发 射束实现，所述发射束用作目标对象的识别并且可以在第一和第二光 学状态之间调节。可见的发射束的第一和第二光学状态例如可以涉及 不同的波长或者极化状态。作为实现两个不同的光学状态的其他可能 性提出接通(第一光学状态)和切断(第二光学状态)可见的发射束。 激光测量设备通过通信连接与测量系统的目标对象连接或者至少可 连接地构造。为了构造通信连接，在激光测量设备中并且在目标对象 中设置相应的发射与接收元件。

用于辨识目标对象的已知的方法具有以下方法步骤：目标对象的 控制装置向发射装置发射控制指令，所述发射装置根据控制指令以第 一光学状态发射可见的发射束。可见的发射束由测量设备的接收装置 检测并且发射束的所接收的部分由激光测量设备的控制装置分析处 理。激光测量设备的控制装置通过通信连接将控制指令传输给目标对 象的发射装置，其中发射装置根据控制指令将可见的发射束切换成第 二光学状态。第二光学状态中的可见的发射束由激光测量设备的接收 装置检测并且由激光测量设备的控制装置分析处理。摄像机装置根据 控制指令拍摄目标对象的二维图像的序列。由控制装置借助已知的图 像处理技术分析处理所述图像。控制装置构成借助第一光学状态中的 发射束的摄像机图像和借助第二光学状态的发射束的摄像机图像之 间的差异图像；在差异图像中可以识别并且辨识目标对象。缺陷是， 为了辨识目标对象必须通过通信连接来连接激光测量设备和目标对 象。此外，目标对象至少粗略地定向到激光测量设备的方向，借此激 光测量设备的摄像机装置检测目标对象_。

发明内容

本发明的任务在于用于激光测量设备的主动目标对象的开发，其 中可以单一地辨识用于激光测量设备的目标对象并且对于操作者而 言也区分其他的目标对象。此外，为了辨识目标对象，激光测量设备 中的仪器耗费应当尽可能低。

在开始时所描述的目标对象中，根据本发明通过独立权利要求1 的特征来解决所述任务。在从属权利要求中说明有利的扩展方案。

根据本发明设置，发射装置发射可见的第一和第二发射束，其中 可见的第一发射束的光颜色与可见的第二发射束的光颜色不同。相对 于红外发射束，可见的发射束的使用具有以下优点：不检测搜索束在 反射面—例如镜面、安全马甲、交通标牌和车辆号牌上的不期望的反 射。发射两个不同颜色的可见的发射束的发射装置提供以下优点：可 以通过简单的方式在摄像机装置的差异图像中辨识目标对象。此外， 也可以由测量系统的操作者相互区分不同颜色的可见的发射束。

概念“可见的发射束”概括单个可见的激光束、多个同时发射的但 是在空间上彼此间隔开的可见激光束和多个在时间上依次发射的可 见激光束。在多个激光束的情况下，可见的发射束由多个在空间上间 隔开的或者在时间上依次发射的部分束组成。

优选地，发射装置发射至少一个另外的可见的发射束，其中所述 可见的至少一个另外的发射束的光颜色与可见的第一和第二发射束 的光颜色不同。如此选择可见的发射束的光颜色，使得根据其波长可 靠地相互区分光颜色。

在第一优选变型方案中，发射装置具有发射可见的第一发射束的 单色的第一束源、发射可见的第二发射束的单色的第二束源、发射可 见的可能的其他的发射束的单色的另一个束源。两个或多个单色的束 源的使用提供除单个发射束的光颜色以外使用多个发射束来单一地 辨识目标对象的可能性。借助不同光颜色—例如红色、绿色和蓝色的 三个单色的束源能够由测量装置和操作者辨识七个目标对象。目标对 象使用红色的、绿色的或者蓝色的发射束、由红色和绿色、红色和蓝 色或绿色和蓝色的两个部分束组成的发射束或者由红色、绿色和蓝色 的三个部分束组成的发射束。

特别优选地，将第一和第二束源以及可能的其他束源构造为单色 的发光二极管。单色的发光二极管是成本有利的部件。红色的、绿色 的和蓝色的发光二极管可成本有利地得到并且能够实现测量系统的 不同目标对象的简单、成本有利且可靠的辨识。

发射装置优选具有多色的第一束源和多色的第二束源，其中第一 和第二束源在空间上彼此间隔开。在此，在一个壳体中将多色的束源 特别优选地构造为由两个或三个单色的发光二极管组成的多色的发 光二极管。

优选地从光颜色—红色、橙色、黄色、绿色、蓝色和紫色中、特 别优选地从光颜色—红色、绿色和蓝色中选择可见发射束和/或可见的 部分束的光颜色。六个光颜色—红色、橙色、黄色、绿色、蓝色和紫 色对于激光测量设备和操作者而言可靠地相互区分。可见光谱的波长 位于约380和750nm之间。在可见光谱中，六个不同的光颜色区分 如下：紫色(380至420nm)、蓝色(420至490nm)、绿色(490 至575nm)、黄色(575至585nm)、橙色(585至650nm)以及 红色(650至750nm)。因为红色的、绿色的和蓝色的发光二极管可 成本有利地得到，所以光颜色—红色、绿色和蓝色特别适于可见的发 射束。

在一种优选的实施中，设置用于调节可见的发射束的光颜色的开 关。在目标对象的辨识之前，操作者通过开关调节可见的发射束的光 颜色。在用户所使用的每一个目标对象上调节另一个光颜色。

此外，本发明涉及一种具有发射搜索束和测量束的激光测量设备 以及至少两个根据本发明的目标对象的测量系统。在测量系统中，不 同的光颜色—以此发射目标对象的可见的发射束—用于辨识目标对 象。在第一目标对象上调节第一光颜色，而在第二目标对象上调节与 第一光颜色不同的第二光颜色。

根据本发明，用于通过发射搜索束的激光测量设备辨识目标对象 的方法的特征在于：

在第一步骤中，由激光测量设备的控制装置生成用于通过激光测 量装置发射搜索束的控制指令，

在第二步骤中，由激光测量装置将搜索束发射到空间区域中到目 标对象，

在第三步骤中，搜索束到达目标对象的接收元件上，

在第四步骤中，由目标对象的控制装置分析处理所接收的搜索束 并且由控制装置生成用于目标对象的发射装置的控制指令，

在第五步骤中，由目标对象的发射装置发射可见的发射束。

借助可见的发射束实现目标对象的辨识具有以下优点：不检测通 常构造为红外的激光束的搜索束在反射面—例如镜面、安全马甲、交 通标牌和车辆号牌上的不期望的反射。此外，可以区分不同颜色的可 见的发射束并且因此由测量系统的操作者彼此区分发射发射束的目 标对象。

在所述方法的一种进一步开发中，在第一步骤中，附加地产生用 于激光测量设备的摄像机装置的控制指令以拍摄空间区域的图像，并 且由摄像机装置基于所述控制指令拍摄空间区域的图像的序列。由摄 像机装置的图像，在接通搜索束时的图像和切断搜索束时的图像之间 产生差异图像。在搜索束接通时，目标对象发射在差异图像中识别的 可见的发射束。借助已知的图像处理技术，由激光测量设备辨识目标 对象。

具体实施方式

随后借助附图描述本发明的实施例。所述附图应当不必须按照比 例示出实施例，更确切地说，以示意的和/或轻微变型的形式实施用于 阐述的附图。鉴于可由附图直接识别的教导的补充，参考所属现有技 术。在此要考虑的是，在不偏离本发明的一般构思的情况下，可以在 实施方式的形式和细节方面进行多种修改和变化。在说明书、附图以 及权利要求书中所公开的本发明特征可以不仅单独对于其自身并且 以任意组合对于本发明的扩展方案是根本的。此外，由在说明书、附 图和/或权利要求书中所公开的特征中的至少两个组成的所有组合落 入本发明的范畴中。本发明的一般构思不局限于以下示出的并且描述 的优选实施方式的具体形式或者细节或者不局限于与在权利要求中 所要求的主题相比受限制的主题。在给定测量范围的情况下，也应当 公开位于所描述的边界内的值作为边界值并且可任意设置使用并且 是可保护的。为了简单，以下对于相同或相似的部件或者具有相同或 相似功能的部件使用相同的附图标记。

附图：

图1：由一个激光测量设备和两个目标对象组成的测量系统，所 述目标对象由激光测量设备辨识；

图2A、图2B：第一实施例(图2A)和第二实施例(图2B)中 的根据本发明的目标对象；

图3：以框图形式的在辨识目标对象时激光测量设备和根据本发 明的图2A的目标对象之间的相互作用。

图1以示意图示出由激光测量设备11、根据本发明的第一目标对 象12和根据本发明的第二目标对象13组成的测量系统10。目标对象 12、13设置在测量环境中，在图1的示例中设置在空间的两个相对置 的壁上。除固定在空间的壁或者顶上以外，可以将目标对象12、13 固定在三脚架或者杆(Lotstock)上。

激光测量设备11包括激光测量装置14、摄像机装置15和控制装 置16。激光测量装置14具有第一和第二束源，其中第一束源发射搜 索束17而第二束源发射测量束18。搜索束17用于识别并且辨识测量 环境中的目标对象。为了测量环境中的操作者和其他人不受搜索束17 干扰，搜索束通常构造为红外搜索束，其中其他波长也适于搜索束17。 测量束18例如用于激光距离测量和/或用于角测量。在用于辨识目标 对象12、13的方法中不使用测量束18。根据搜索束17和测量束18 的不同任务，搜索束17可以强烈扩展，以便检测更大的空间区域， 相反聚焦的测量束18用于测量任务。

图2A示出用于激光测量设备11的根据本发明的目标对象20的 第一实施方式。目标对象20可以作为第一或第二目标对象12、13在 图1的测量系统10中使用。为了区分测量系统10的第一和第二目标 对象12、13以及其他目标对象的部件使用索引号“i”。

目标对象20包括具有用于反射测量束18的反射器元件22的反 射装置21、具有用于接收搜索束17的至少一部分的接收元件24的接 收装置23、用于发射可见的发射束的发射装置25和控制装置26。控 制装置26具有用于分析处理所接收的搜索束17的分析处理元件27 和用于控制接收与发射装置23、25的控制元件28。

在图1的实施例中，反射器装置21包括用于反射测量束18的矩 形的、平面的反射器元件22。替代地，反射器装置21可以具有多个 反射器元件并且所述反射器元件可以圆形地、三角形地或者以其他适 合的形状构造。在图1中示出的实施方式中，发射装置25具有三个 单色的束源31、32、33，它们产生三个不同光颜色的可见的发射束。 第一束源例如构造为红色的发光二极管31并且产生约650和750nm 之间的波长范围中的红色的发射束34，第二束源构造为绿色的发光二 极管23并且产生约490和575nm之间的波长范围中的绿色的发射束 35，而第三束源构造为蓝色的发光二极管33并且产生约420和490nm 之间的波长范围中的蓝色的发射束36。替代所述三个单色的束源31、 32、33，在一个壳体中可以设置多色的束源、例如具有红色、绿色和 蓝色发光二极管的多色的发光二极管。

对于激光测量设备11和操作者而言，借助发射装置25的红色的、 绿色的和蓝色的发光二极管31、32、33能够辨识七个目标对象。例 如，第一目标对象发射红色的发射束34，第二目标对象发射绿色的发 射束35而第三目标对象发射蓝色的发射束36。第四目标对象发射由 红色和绿色的部分束34、35组成的可见的发射束，第五目标对象发 射由红色和蓝色的部分束34、36组成的发射束，第六目标对象发射 由绿色和蓝色部分束35、36组成的发射束，而第七目标对象发射由 红色、绿色和蓝色的部分束34、35、36组成的发射束。为了增大可 辨识的目标对象的数量，除光颜色以外例如可以利用多个彩色的部分 束的空间布置和/或多个彩色的部分束的时间顺序。

在目标对象中，可以存储用于可见的发射束的颜色序列。激光测 量设备11可以根据颜色序列辨识目标对象。例如，第一目标对象在 搜索束的第一次到达(入射)时发射红色的发射束，在第二次到达时 发射绿色的发射束而在第三次到达时发射蓝色的发射束。例如，第二 目标对象在搜索束的第一次到达时发射红色的发射束，在第二次到达 时发射绿色的发射束而在第三次到达时发射红色的发射束。为了辨识 目标对象，激光测量设备11多次接通和切断搜索束。激光测量设备 11的摄像机装置15观察目标对象并且同时拍摄目标对象的图像的序 列。

目标对象20具有用于调节可见的发射束的光颜色的开关37(换 档开关)。操作者通过开关37调节目标对象20的光颜色。在具有多 个目标对象的测量系统中，由操作者在每一个目标对象处调节(选择) 另一个光颜色，以便可以根据可见的发射束的光颜色将所述目标对象 与测量系统的其他目标对象进行区分。

目标对象20需要用于接收装置23、发射装置25和控制装置26 的运行的电流供给。为了降低电流消耗，目标对象20具有两个运行 状态。在睡眠模式中，接收装置23是激活的。由激光测量设备11的 搜索束17促使从睡眠模式切换到工作模式。仅仅当激光测量设备11 借助搜索束17扫描测量环境时，目标对象20才需要处于工作模式中。 当搜索束17检测到目标对象20时，搜索束17的一部分到达与控制 装置26连接的接收元件24。控制装置26的控制元件28将目标对象 20切换到工作模式并且激活发射装置25。在通过接收元件24检测到 搜索束17之后，在预设的时间使目标对象20保持在工作模式。如果 在所述时间内没有其他的搜索束17到达接收元件24，则将目标对象 20切换到睡眠模式。使目标对象保持在工作模式的时间可以由操作者 例如通过另一个开关来确定或者改变。

图2B示出根据本发明的用于激光测量设备11的目标对象40的 第二实施方式，所述激光测量设备发射搜索束17和测量束18。目标 对象40包括具有用于反射测量束18的反射器元件22和用于定向测 量束18的目标元件42的反射器装置41、接收装置43以及发射装置 44。接收装置43具有四个用于接收搜索束17的接收元件24，它们设 置在矩形的反射器元件22的四个侧上。在目标对象40的背向于反射 器元件22的背侧上设置具有分析处理元件27和控制元件28的控制 装置26。

发射装置42具有四个多色的束源45、46、47、48，它们例如构 造为以颜色光—红色、绿色和蓝色的多色的发光二极管。束源设置在 矩形的目标对象40的四个角部中。第一束源45发射可见的第一部分 束51，第二束源46发射可见的第二部分束52，第三束源47发射可 见的第三部分束53，而第四束源48发射可见的第四部分束54。

每一个目标对象发射由可见的四个部分束51、52、53、54组成 的单一的发射束，其中不必须接通四个部分束中的每一个。借助四个 三色的束源45、46、47、48能够辨识并且相互区分3⁴＝81个目标对 象。在束源相同时，以下适用于目标对象的数量：束源的颜色的数量 的多色的束源的数量次幂。

图3以框图形式示出在辨识目标对象20时激光测量设备11和根 据本发明的图2A的目标对象20之间的相互作用。激光测量设备11 构造为具有激光测量装置14、摄像机装置15和控制装置16的全站仪 (Totalstation)。激光测量装置14包括用于发射红外的搜索束17的 束源。

用于通过激光测量设备11辨识目标对象20的方法具有以下方法 步骤：激光测量设备11的控制装置16向激光测量装置14和摄像机 装置15发射第一控制指令。激光测量装置14的束源根据第一控制指 令将第一搜索束17发射到第一空间区域中，并且摄像机装置15拍摄 第一空间区域的图像的序列。所述图像称作接通搜索束时的图像。激 光测量设备11的控制装置16向激光测量装置14和摄像机装置15发 射第二控制指令。根据第二控制指令切断激光测量装置14的束源并 且摄像机装置15拍摄第一空间区域的图像的序列。所述图像称作切 断搜索束时的图像。在控制装置16中，由接通搜索束时的图像和切 断搜索束时的图像产生差异图像。在差异图像中，能够借助已知的图 像处理技术识别并且辨识目标对象20。

如果目标对象20位于第一空间区域中，则第一搜索束17的一部 分到达接收装置23的至少一个接收元件24。由目标对象20的分析处 理元件27分析处理搜索束17的所接收的部分。目标对象20的控制 元件28向发射装置25传送控制指令，所述发射装置根据所述控制指 令发射可见的发射束。在差异图像中识别可见的发射束。如果没有目 标对象位于第一空间区域中，则将搜索束17手动地或者自动地定向 到第二空间区域并且对于第二空间区域实施所述测量方法的方法步 骤。