[发明专利]用于跟踪目标的光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于跟踪目标的光学系统和方法。

背景技术

光学仪器(例如视距仪或全站仪)通常包括透镜或光学装置(例如望远镜和图像传感器)，以及使光学仪器与目标对准的致动器。当光学仪器与目标对准时，可以进行角度测量和距离测量以确定目标的位置。

当光学仪器与目标对准时，通常使用具有十字准线的目镜或使用显示器(在显示器上面可以看到由图像传感器捕获的目标图像和十字准线)来执行该对准的可视化控制。

这种光学仪器不仅可以用来确定非移动对象的位置；而且他们可以适合于跟踪移动的目标。例如，当跟踪移动的目标时，光学仪器与目标对准。该光学仪器包括用以在图像传感器的一系列图像上识别目标的图像分析装置，并且还包括伺服电机，该伺服电机允许光学仪器始终与移动的目标重新对准以便跟踪它。

例如，应用的领域包括道路施工，其中例如必须确定推土机的位置并且在确定的位置的基础上可以将精确控制的控制命令发给推土机。这里，通常的情况是，合作目标被连接至对象(例如反射器)，使用用于距离测量的激光器使光学仪器与该对象对准。反射的激光被检测并用于跟踪目标。此外，还可以用可见光谱范围内的光执行该跟踪。

然而在实际应用中，问题通常是，近距离的目标图像以高角速度在图像传感器上移动，并且光学仪器的伺服电机或通过调节透镜在图像传感器上的成像区域不足以连续跟踪目标。进一步地，当目标移动接近位于光学仪器附近的对象(例如树木、车辆、墙壁等)时，会发生覆盖。由于以下事实，这个问题变得更加严重：对于精确的角度测量，当跟踪目标时，通常使用覆盖窄角度范围的透镜，因此通过可视化控制或目标的自动跟踪的方式找到目标是困难的。

为了解决这个问题，除了提供用于跟踪的光学装置之外，还可以提供广角透镜，通过该广角透镜更容易找到目标，然后可以用跟踪透镜定位。然而，由于对于不同的目的而不得不提供不同的透镜，因而这是繁琐的。平行偏移在测量方面是不利的。对于精确的测量，在这种情况中极其复杂的校准是必要的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供光学系统和方法，通过该光学系统和方法，可以进行近距离和远距离两种情况下的目标的合适跟踪，而同时还可以促进光学监控。

本发明的目的是通过独立权利要求的主题来实现的。在从属权利要求中可以找到有利的实施方式。

附图说明

图1示意性地示出根据本发明的实施例的用于跟踪目标的光学系统的布置；

图2示出根据本发明的实施例的图像传感器；

图3示出根据本发明的实施例的用于跟踪目标的方法；

图4示意性地示出根据本发明的实施例的光学系统的布置；

图5示出用于在目标的方向上发出光的光源的实施例；

图6示意性示出根据本发明的实施例的用于跟踪目标的光学系统；以及

图7示出根据本发明的实施例的用于跟踪目标的光学系统。

具体实施方式

根据一个实施例，用于可视化成像和/或跟踪目标的光学系统包括：图像传感器和透镜装置，该透镜装置相对于所述图像传感器沿所述光学系统的光路具有可变的位置以将目标图像投射至图像传感器上；光源，用于在目标的方向上发出预定波长范围的光；第一光学滤波器，用于选择性地允许该预定波长范围内的光在图像传感器的方向上通过；滤波器开关，用于将第一光学滤波器切入光路和切出光路；以及跟踪装置，用于当第一光学滤波器切入光路时，使用预定波长范围内的反射光，在由图像传感器得到的目标的图像序列上跟踪目标。

因此，光学仪器可以配备有透镜以自该光学滤波器切入光路之后可视化监控在可见光谱范围内的目标并使用在一定波长范围内的光跟踪它。此外，通过相对于带有不同设置的图像传感器具有可变位置(由此得到图像角度范围)的透镜装置，执行目标的跟踪，使得尤其在近距离处目标不会丢失，即目标图像移出由图像传感器检测的范围或者被其它对象遮盖之后不再在图像传感器上。

由于提供用于近距离和远距离两种情况下跟踪的一个镜头，而不是近距离和远距离跟踪采用不同的透镜，因此可以避免两个透镜之间的平行偏移以及与其相关的缺点。

该跟踪装置可以适于，通过确定目标在图像传感器上的图像的位置以及对准光学系统的光路，使得目标图像的位置变得停留在其中并被保持在预定跟踪位置，来执行目标跟踪，以及该跟踪装置还适于，如果由于目标运动，用于将目标图像保持在跟踪位置的光路的对准是不可能的，则通过跟踪图像传感器上目标图像的变化位置，来执行目标跟踪。