[发明专利]用于获得距离和图像信息的光学仪器和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于获得物体的距离和图像信息的光学仪器和方法。 

背景技术

光学仪器，特别是诸如视频测速仪或视频全站仪的光学仪器包括复杂布置的光学元件，例如望远镜的透镜、摄像机和距离测量装置，用于获得关于物体的形状和位置的信息。该信息可包括水平和垂直角以及到物体的距离和物体的图像。该信息可接着用于创建物体的三维表示。 

然而，在使用这样的光学仪器采集图像之后，三维数据的采集是耗费时间的。例如，为了测量三维栅格，仪器必须通过使距离测量单元垂直转动(tilting)和水平转动(panning)来连续地扫描，并测量相应于栅格中的点的每个位置，这是耗费时间的。 

为了产生栅格，希望获得对相应于图像中的多个像素的多个位置的距离测量。但是摄像机所拍摄的像素与待测量的位置之间的对应性可能不是线性的，使得获得待测量的准确位置的坐标很难，因而距离测量可能会改变。因此，在定位和距离测量中需要更高的准确性。 

具有成像、方向和距离测量能力的其它光学测量仪器常常包括用于获得图像、方向和距离信息的扫描装置，其中使用用于激光束偏转的快速旋转多面镜。特别地，距离测量装置的激光束被扫描在物体上，同时到物体上位置的距离被测量，且例如由水平和垂直角指示的、相对于仪器的原点或镜位置到物体上的位置的方向被记录。 

这样的仪器能够以视频速率提供包括物体上每个被扫描位置的距离信息的物体的图像。因此，可获得相应于所测量的位置的多个数据点，其中 每个数据点可包括三维信息。当然，对分辨率的要求越高，就需要获得越多的数据点，导致必须被处理的大量信息，这常常只有在离线时才可能。 

虽然上面讨论的仪器可获得对很多应用有足够的分辨率的物体的三维表示，但一些应用仍需要更高的分辨率和更高的精确度。而且，在镜扫描系统中，不可能获得完全相同的位置的第二距离测量，因为不可能在例如旋转多面镜上两次获得完全相同的激光束偏转。进一步，因为通常必须回到办公中离线地完成大量数据的处理，操作员不能现场返回所关注的特征。因此，虽然对整个扫描区域来说获得了相当高的分辨率，但如果必须将扫描区域中的相应于所关注的一些特征的数据分离出来，则这变成一个缺点。 

发明内容

因此希望提供一种具有提高的数据采集的光学仪器和方法，其用于提高图像采集以及距离测量的精确度和速度。 

根据一个实施例，用于获得物体的距离和图像信息的光学仪器包括：透镜布置，其用于观测物体；摄像机，其与透镜布置的光轴对齐，用于采集物体的至少一部分的图像；距离测量单元，其用于沿着平行于透镜布置的光轴的距离测量单元的测量轴测量到物体的距离；定位单元，其用于相对于至少一个参考轴调节透镜布置的光轴；以及控制单元，其具有第一控制元件和第二控制元件，第一控制元件适合于限定图像中待扫描的区域、获得区域中物体的多个测量像素以及采用多个位置和光学仪器之间的默认距离通过使用转换算法将多个测量像素转换成待测量的多个位置的坐标的近似，而第二控制元件适合于指示定位单元将透镜布置的光轴调节到待测量的多个位置上，并指示距离测量单元测量到多个位置的距离，其中第一控制元件进一步适合于根据所测量的距离通过使用所述转换算法再次计算多个位置的坐标。因此，物体上多个位置的水平和垂直方向以及距离可被精确和快速地测量，因为定位单元用于对每次测量重新调节透镜布置的光轴，以及位置的确切坐标根据所测量的距离被再次计算，组成迭代过程。 

根据一个有利的例子，第一个控制元件适合于通过操作员选择区域中 的多个测量像素来获得物体的多个测量像素，或者通过使用用于探测区域中的多个测量像素的探测算法处理图像中的区域来获得物体的多个测量像素。因此，操作员可首先研究图像中所关注的位置，或者可使用自动探测算法，例如自动图像处理算法，来将待测量的位置减少到代表所关注的区域的位置的显著位置。 

根据另一有利的例子，第一控制元件适合于通过操作员选择图像中的区域来限定待扫描的区域，或通过使用用于探测图像中的区域的探测算法处理图像来限定待扫描的区域。因此，可避免测量图像中每个位置的距离，且操作员可首先研究图像中所关注的区域，或可使用自动探测算法来将待扫描的区域减小到所探测的物体。