專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)繪方法
測(cè)繪方法本發(fā)明涉及特別能夠確定代表測(cè)繪對(duì)象的對(duì)象代表點(diǎn)和對(duì)應(yīng)基點(diǎn)的測(cè)繪方法。這種對(duì)象代表點(diǎn)可以例如是建筑物的角落點(diǎn)，或者桅桿或樹(shù)的中心點(diǎn)。在對(duì)象代表點(diǎn)的測(cè)繪中，通常采用也稱(chēng)為測(cè)距標(biāo)桿或者測(cè)繪標(biāo)桿的垂直標(biāo)桿。垂直標(biāo)桿是用于測(cè)繪的標(biāo)桿并且其頂端具有反射器。反射器用于把從測(cè)繪儀器或其它源發(fā)射的諸如激光束或者光束這樣的光線反射回測(cè)繪儀器。垂直標(biāo)桿被豎直地正好布置在被測(cè)繪的點(diǎn)上，接著水平角、豎直角以及從所使用的諸如全站儀(total station)的測(cè)繪儀器到安裝在垂直標(biāo)桿的頂部的反射器之間的距離被測(cè)量。接著通過(guò)從測(cè)量到的坐標(biāo)減去豎直高度導(dǎo)出基點(diǎn)。然而，僅僅在能夠直接并且豎直地在所述點(diǎn)上放置垂直標(biāo)桿時(shí)，才能夠采用該方法。因此，如果例如對(duì)象代表點(diǎn)是建筑物角落的基點(diǎn)以及標(biāo)桿、桅桿、樹(shù)等的中心點(diǎn)，則不能夠直接采用該方法。在這些情況下，在第一步驟中，將垂直標(biāo)桿與被測(cè)繪對(duì)象相鄰布置。圖Ia和圖Ib 示出了測(cè)量房屋的角落的示例。在此，從用作測(cè)繪儀器的全站儀I到位于垂直標(biāo)桿2的頂部的反射器的距離大約對(duì)應(yīng)于到被測(cè)繪的房屋的角落3的距離。在第二步驟中，全站儀I對(duì)準(zhǔn)房屋的角落，并且水平角以及豎直角被測(cè)量。基于角度和距離測(cè)量值，計(jì)算出對(duì)象代表點(diǎn)的坐標(biāo)。圖Ic和圖Id示出了桅桿被測(cè)繪的另一個(gè)示例。在此，為了確定距離，垂直標(biāo)桿2也被與桅桿相鄰放置。從全站儀到位于垂直標(biāo)桿2的頂部的反射器的所測(cè)量的距離大約對(duì)應(yīng)于從所使用的全站儀到桅桿的中心點(diǎn)4的距離。為了測(cè)量角度，全站儀I對(duì)準(zhǔn)桅桿的中心?；诮嵌群途嚯x測(cè)量值，計(jì)算出對(duì)象代表點(diǎn)的坐標(biāo)。從圖Ia到圖Id以及從上述說(shuō)明可得到，采用這種測(cè)繪方法可能會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。首先，為了獲得測(cè)繪結(jié)果，將進(jìn)行多個(gè)人工步驟。這對(duì)生產(chǎn)率有負(fù)面影響。其次，由于當(dāng)分別放置垂直標(biāo)桿2和反射器時(shí)的不準(zhǔn)確，獲得的測(cè)繪結(jié)果的準(zhǔn)確性受限。因此，不能完全確保獲得的測(cè)繪結(jié)果的可靠性。一種可能的方案將是直接對(duì)對(duì)象的邊緣進(jìn)行無(wú)反射器測(cè)量。對(duì)象的邊緣將被理解為房屋墻壁角落的邊緣。然而，從圖2a可見(jiàn)，該方法也不完全可靠。如圖2a所示，測(cè)量光束(例如，激光束)的一部分5b可能經(jīng)過(guò)各邊緣，而另一個(gè)部分5a被從形成該邊緣的墻壁反射。這導(dǎo)致距離測(cè)量的混淆結(jié)果，并且還不能夠獲得精確的對(duì)象代表點(diǎn)數(shù)據(jù)。文件EP I 460 377A2公開(kāi)了一種用于測(cè)繪對(duì)象的方法。在此，測(cè)繪儀器指向被測(cè)繪的對(duì)象，并且由集成的相機(jī)捕獲圖像。用戶可以從多個(gè)模板中選擇與被測(cè)繪對(duì)象相對(duì)應(yīng)的一個(gè)。經(jīng)過(guò)圖像處理方法在所捕獲的圖像中識(shí)別模板，并且基于該結(jié)果，識(shí)別對(duì)象代表點(diǎn)。此外，確定從測(cè)繪儀器到被測(cè)繪的對(duì)象之間的距離。采用EP I 460 377A2中公開(kāi)的方法，用戶將進(jìn)行多個(gè)操作步驟。因而，為了增加生產(chǎn)率，需要能夠以自動(dòng)方式確定被測(cè)繪對(duì)象的形狀和類(lèi)型的優(yōu)化的測(cè)繪方法。本發(fā)明涉及用于測(cè)繪儀器(例如優(yōu)選地機(jī)動(dòng)化全站儀)的測(cè)繪方法，其中測(cè)繪儀器設(shè)置有成像裝置、距離測(cè)量裝置和用于檢測(cè)成像裝置(具體地，相機(jī))的攝影方向的角度測(cè)量裝置。首先，通過(guò)使用測(cè)繪儀器執(zhí)行通過(guò)測(cè)量到角區(qū)域中的點(diǎn)的距離和角度確定對(duì)象的點(diǎn)系列的步驟，其中所述系列可以包括5到100個(gè)點(diǎn)，其中所述角區(qū)域可以在例如1°到20°之間并且通常約為4° (即，相對(duì)于人工定位的±2°的角區(qū)域)。此外，角區(qū)域可以在所述范圍內(nèi)變化。角區(qū)域還可以依賴于到對(duì)象的距離和所述對(duì)象的大小。接著，分析點(diǎn)的空間分布，特別的是由從測(cè)繪儀器到連續(xù)點(diǎn)之間的距離給出的點(diǎn)的空間分布，并且點(diǎn)被分為相關(guān)點(diǎn)組和不相關(guān)點(diǎn)組，其中相關(guān)點(diǎn)通常位于對(duì)象上并且不相關(guān)點(diǎn)位于背景對(duì)象上。之后，基于相關(guān)點(diǎn)確定對(duì)象的類(lèi)型。在該步驟，區(qū)分對(duì)象是圓形或者平面形狀或者對(duì)應(yīng)于任何其它已知對(duì)象類(lèi)型。另外，用相機(jī)捕獲對(duì)象的圖像，其中已知攝影方向并且建立圖像和到被測(cè)量點(diǎn)的角度之間的關(guān)系。據(jù)此，通過(guò)使用圖像處理方法特別是通過(guò)邊緣檢測(cè)來(lái)提取與對(duì)象的輪廓相對(duì)應(yīng)的圖像邊緣。之后，基于第一點(diǎn)組和所提取的輪廓對(duì)所述對(duì)象擬合得到空間曲線。最終，從擬合的空間曲線確定對(duì)象代表點(diǎn)(也稱(chēng)為關(guān)注點(diǎn))的坐標(biāo)。由于針對(duì)每個(gè)相關(guān)對(duì)象類(lèi)型定義對(duì)象代表點(diǎn)，可以從測(cè)量室中的空間曲線的信息導(dǎo)出坐標(biāo)?？臻g曲線應(yīng)被理解為代表對(duì)象并且是從大量點(diǎn)(至少一個(gè)點(diǎn))的空間位置和附加的關(guān)于對(duì)象的信息(例如，所提取的對(duì)象的輪廓)導(dǎo)出的曲線?？梢曰谕ㄟ^(guò)將線擬合到所測(cè)量的點(diǎn)而產(chǎn)生的信息，通過(guò)借助于對(duì)象的所提取的輪廓來(lái)定義平面以及通過(guò)擬合的線與平面的交叉，來(lái)確定該空間曲線。
具體地，在測(cè)繪儀器粗略對(duì)準(zhǔn)對(duì)象之后可以以自動(dòng)方式執(zhí)行該測(cè)繪方法。與現(xiàn)有技術(shù)方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是大地測(cè)量裝置在限定對(duì)象的邊緣、角落或者輪廓上的更高的準(zhǔn)確性。另外，可以確定對(duì)應(yīng)于被測(cè)量對(duì)象的一個(gè)對(duì)象代表點(diǎn)，并且該點(diǎn)的坐標(biāo)限定對(duì)象的位置。另外，整個(gè)測(cè)繪方法優(yōu)選地以自動(dòng)方式進(jìn)行，因而簡(jiǎn)化了測(cè)繪儀器的操作員限定和測(cè)量對(duì)象上的點(diǎn)的過(guò)程。應(yīng)通過(guò)一個(gè)示例粗略地說(shuō)明測(cè)繪方法的執(zhí)行。某人希望用測(cè)繪儀器確定代表房屋的一個(gè)邊緣的角落點(diǎn)的坐標(biāo)。他粗略地將測(cè)繪儀器指向房屋的邊緣，并且通過(guò)按下儀器上或者無(wú)線連接到該儀器的控制器上的按鈕，開(kāi)啟自動(dòng)的測(cè)繪方法。之后，測(cè)繪儀器向左側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)5°到開(kāi)始位置。從此位置，儀器在相反方向上水平地旋轉(zhuǎn)10°，并且同時(shí)測(cè)量到具有例如每1°上I到10個(gè)點(diǎn)的給定點(diǎn)密度的點(diǎn)系列的距離。當(dāng)旋轉(zhuǎn)完成時(shí)，識(shí)別出粗略位于直線上的一組點(diǎn)和不對(duì)應(yīng)于幾何圖形的其它點(diǎn)的組。因此，假設(shè)平面對(duì)象，并且采用房屋的圖像及其邊緣。使用圖像處理方法，從圖像提取房屋的邊緣，并且將粗略排序的點(diǎn)進(jìn)行線擬合。通過(guò)結(jié)合邊緣的位置信息和擬合線，確定精確地位于房屋的邊緣上的對(duì)象代表點(diǎn)(關(guān)注點(diǎn))。在測(cè)繪儀器以及在無(wú)線連接的控制器上顯示對(duì)象代表點(diǎn)的圖像和坐標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明的方法特別適用于諸如墻壁角落、桅桿或者樹(shù)木這樣的單個(gè)對(duì)象。一般地，可以從在對(duì)象處測(cè)量的各個(gè)點(diǎn)的關(guān)系確定對(duì)象的形狀和類(lèi)型，無(wú)論該對(duì)象是由平面形狀形成或者具有柱狀形狀。為此，此外，可以在測(cè)繪儀器的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)預(yù)定的規(guī)則或者模式。例如，如果測(cè)量的點(diǎn)系列大約對(duì)應(yīng)于直線，則可以確定相應(yīng)的對(duì)象是墻壁，例如，建筑物墻壁。另選地，如果測(cè)量的點(diǎn)系列大約對(duì)應(yīng)于圓錐曲線，也就是說(shuō)對(duì)應(yīng)于圓形、橢圓形、雙曲線或拋物線，則可以確定被測(cè)繪的對(duì)象具有柱形形狀或者錐形形狀。根據(jù)本發(fā)明，可以計(jì)算出大致對(duì)應(yīng)于位于墻壁或者桅桿或者樹(shù)木上的點(diǎn)系列的擬合線(例如，線，橢圓等)。因而，測(cè)量的點(diǎn)的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為精確的幾何擬合線，諸如線或者圓錐曲線或者高階曲線。此外，如果測(cè)量到的兩個(gè)相鄰點(diǎn)之間的距離超過(guò)預(yù)定距離，則點(diǎn)系列可以被至少分為位于被測(cè)量對(duì)象上的第一點(diǎn)組和背景中的第二點(diǎn)組。此外，如果從測(cè)繪儀器到被測(cè)量點(diǎn)的距離和從測(cè)繪儀器到相鄰的測(cè)量點(diǎn)的距離有明顯差別，即，距離差的絕對(duì)值以預(yù)定比例超過(guò)之前測(cè)量的點(diǎn)的距離差，則點(diǎn)系列可以被劃分為位于被測(cè)量對(duì)象上的第一點(diǎn)組和位于背景中的第二點(diǎn)組。此外，如果全部點(diǎn)位于對(duì)象上并且不超過(guò)距離差，則第二點(diǎn)組可以是空組。此外，計(jì)算出大致地對(duì)應(yīng)于第一點(diǎn)組的至少一個(gè)擬合線，具體地直線或者圓錐曲線。所應(yīng)用的軟件算法必須確定在第一點(diǎn)組中存在多少個(gè)擬合線以及哪種擬合線，并且如果存在超過(guò)一個(gè)擬合線，則確定哪些被測(cè)量點(diǎn)屬于哪個(gè)擬合線。對(duì)于擬合線的計(jì)算，可以使用諸如“Ransac”或者“分裂與合并”(Split-and-Merge)這樣的軟件算法。這兩種方法均為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。
“Ransac”(隨機(jī)樣本一致性)是從包含外點(diǎn)(outliers)的數(shù)據(jù)集中估計(jì)數(shù)學(xué)模型的參數(shù)的迭代方法。該數(shù)學(xué)模型代表擬合線，例如直線，并且該數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)于第一組被測(cè)量點(diǎn)。算法將整個(gè)點(diǎn)集分為“內(nèi)點(diǎn)”(inliers)集和“外點(diǎn)”集，“內(nèi)點(diǎn)”集，即可以用模型參數(shù)來(lái)解釋其分布的點(diǎn)，在此情況下，即，對(duì)特定直線的偏離量在幾厘米范圍內(nèi)的點(diǎn)，“外點(diǎn)”集即不符合該模型的點(diǎn)。如果“內(nèi)點(diǎn)”的數(shù)量超過(guò)預(yù)定的點(diǎn)數(shù)量，則直線模型被接受。否則，研究其它模型，例如橢圓。如果識(shí)別出了有效的模型，例如直線，并且剩余大量的“外點(diǎn)”，則還研究針對(duì)這些點(diǎn)的模型，例如第二直線或者橢圓。在“分裂與合并”中，還針對(duì)第一組中的所有點(diǎn)估計(jì)數(shù)學(xué)模型，例如直線。接著，檢測(cè)距該直線具有最大距離的點(diǎn)。如果最大距離小于預(yù)定閾值，例如幾厘米，則該模型被接受。否則，點(diǎn)集在具有最大距離的點(diǎn)處被分為兩個(gè)子集。針對(duì)每一個(gè)子集重復(fù)該過(guò)程，直至最大距離小于預(yù)定閾值或者子集中的點(diǎn)的數(shù)量小于預(yù)定最小值為止。根據(jù)本發(fā)明，獲得的曲線可用于更準(zhǔn)確的確定對(duì)象代表點(diǎn)或者基點(diǎn)。在本發(fā)明的情形下，對(duì)象代表點(diǎn)(關(guān)注點(diǎn))是適用于精確地限定已知對(duì)象類(lèi)型的對(duì)象位置的點(diǎn)。對(duì)于二維平面圖，代表墻壁角落的這種點(diǎn)可以是位于豎直角落邊緣上的任意點(diǎn)。對(duì)于桅桿或者樹(shù)木，代表點(diǎn)可以是位于穿過(guò)對(duì)象的中心的豎直軸線上的任意點(diǎn)。在本發(fā)明的情形中，基點(diǎn)是位于地表面上的特定對(duì)象代表點(diǎn)，即，豎直角落邊緣或者樹(shù)木的豎直軸線與地表面的交叉。有利地，由從圖像提取的邊緣和由測(cè)繪儀器的位置可以限定一個(gè)平面，并且對(duì)象的對(duì)象代表點(diǎn)可以確定為至少一個(gè)平面和擬合線之間的交叉點(diǎn)。這種方法特別適用于測(cè)繪平面表面對(duì)象，諸如單獨(dú)的墻壁、建筑物、籬笆或者樹(shù)籬。另選地，可以由測(cè)繪儀器的位置和從圖像提取的兩個(gè)邊緣分別限定兩個(gè)平面，并且對(duì)象的對(duì)象代表點(diǎn)可以確定為與空間曲線近似對(duì)應(yīng)并且觸及兩個(gè)平面中的每一個(gè)平面的橢圓的中心。這種方法特別適用于測(cè)繪柱形對(duì)象，諸如桅桿、柱、樹(shù)木、廣告立柱或者圓形建筑物。此外，另選地，對(duì)象的對(duì)象代表點(diǎn)可以被確定為至少一個(gè)平面和兩個(gè)擬合線之間的交叉點(diǎn)，其中所述平面由從圖像提取的邊緣和測(cè)繪儀器限定。這種方法特別適用于測(cè)繪其角落指向測(cè)繪儀器的墻壁結(jié)構(gòu)，諸如房屋或者其它種類(lèi)的建筑物。因而，由于提取輪廓，通過(guò)限定一個(gè)或者更多個(gè)平面，可以針對(duì)所有可能類(lèi)型的對(duì)象確定作為對(duì)象代表點(diǎn)的精確交叉點(diǎn)。此外，具體地，通過(guò)圖像處理，具體地通過(guò)邊緣檢測(cè)，或者通過(guò)使用豎直距離導(dǎo)出由所述對(duì)象代表點(diǎn)在限定方向上(特別是豎直向下)投影到地表面上的投影給出的基點(diǎn)，所述豎直距離是人工輸入的或者通過(guò)對(duì)垂直標(biāo)桿的附加的測(cè)量而測(cè)量到的。此外，可以使用圖像處理方法來(lái)限定所提取的輪廓和地表面的交叉，并且可以計(jì)算從對(duì)象代表點(diǎn)向下的豎直距離，以限定基點(diǎn)。在柱形對(duì)象的情況下，具體地圓柱形對(duì)象，還可以確定其半徑。此外，具體地，可以將點(diǎn)系列投影到用于確定這些點(diǎn)是否位于平面對(duì)象上還是位于柱形對(duì)象上的平面上，以確定被測(cè)繪對(duì)象的形狀。另外，可以確定對(duì)象限定值，具體地對(duì)象的半徑或者體積。此外，具體地，所述測(cè)量?jī)x器可以是全站儀或者包括帶有顯示器的遙控器的全站 儀。此外，具體地，測(cè)繪儀器的操作員可以以人工方式執(zhí)行本發(fā)明的測(cè)繪方法。此外，具體地，測(cè)量的點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)可以適用于由測(cè)繪儀器限定的局部坐標(biāo)系。此外，具體地，角區(qū)域可以是水平角區(qū)域，或者角區(qū)域可以是豎直角區(qū)域。因而，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法，甚至可以確定諸如墻壁或者建筑物的高度這樣的水平輪廓。將結(jié)合附圖
從優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述中理解本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)、目的和特征。其中，圖Ia到圖Id示出現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)繪方法，圖2a示出另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)繪方法，圖3a示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)繪位于墻壁前面的建筑物的角落的方法，圖3b示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)繪指向測(cè)繪儀器的建筑物的角落的方法，圖3c示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)繪具有圓形截面的桅桿的方法，圖3d示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)繪具有方形截面的桅桿的方法，圖4a示出根據(jù)本發(fā)明的確定位于角落的對(duì)象代表點(diǎn)的方法，圖4b示出根據(jù)本發(fā)明的確定位于具有圓形形狀的桅桿的對(duì)象代表點(diǎn)的方法，圖5示出根據(jù)本發(fā)明的確定被測(cè)繪對(duì)象的基點(diǎn)的方法。下面將參照?qǐng)D3到圖5描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。圖3a示出對(duì)由墻壁元件11和13形成的角落的測(cè)繪。全站儀I發(fā)射一系列激光束，同時(shí)全站儀I被電機(jī)驅(qū)動(dòng)繞著其豎直軸在±2°的角度區(qū)域中旋轉(zhuǎn)。激光束射擊到墻壁兀件11上并且產(chǎn)生第一點(diǎn)系列6a。在附圖中，點(diǎn)系列6a由多個(gè)單獨(dú)的點(diǎn)組成，后者由點(diǎn)標(biāo)記6a3所指示。激光束從墻壁元件11被反射回全站儀1，并且存儲(chǔ)點(diǎn)系列6a的每個(gè)點(diǎn)的水平角和豎直角以及距離或者導(dǎo)出坐標(biāo)。由于當(dāng)從全站儀I觀察時(shí)，與墻壁元件11 一起形成角落的墻壁元件13在視野之夕卜，所以激光束不能夠從墻壁元件13反射。然而，形成點(diǎn)6a3的激光束之后的激光束越過(guò)墻壁元件11并且射擊到置于被測(cè)繪角落之后相當(dāng)一段距離的墻壁元件15上。相應(yīng)的激光束形成點(diǎn)6bl，該點(diǎn)6bl是通過(guò)反射從全站儀I發(fā)射的激光束直至完成角區(qū)域而形成的第二點(diǎn)系列6b的第一點(diǎn)。
如對(duì)于第一點(diǎn)系列6a，存儲(chǔ)形成在墻壁元件15上的第二點(diǎn)系列6b的每一個(gè)點(diǎn)的水平角和豎直角以及距離或者導(dǎo)出坐標(biāo)。這些點(diǎn)的所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是指坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系是局部和固定坐標(biāo)系。原點(diǎn)是全站儀I的基準(zhǔn)點(diǎn)(全站儀I的豎軸和傾斜軸的交叉點(diǎn))，而Z軸平行于豎軸，并且I軸指向水平角圓圈的“ O ”方向。在測(cè)量處理完成之后，基于所獲得的數(shù)據(jù)，這些點(diǎn)被分為位于墻壁11上的第一點(diǎn)組和位于背景中的第二點(diǎn)組6b。在此情況下，點(diǎn)6a3和6bl之間的距離明顯大于全部其它連續(xù)點(diǎn)之間的距離。第二點(diǎn)組6b的點(diǎn)被識(shí)別為位于背景中，并且在進(jìn)一步的處理中不被考慮。這種劃分可以通過(guò)對(duì)點(diǎn)的空間分布的分析來(lái)進(jìn)行，特別是由從測(cè)繪儀器到連續(xù)點(diǎn)的距離給出點(diǎn)的空間分布。另選地，還可以使用進(jìn)一步的圖像信息，特別是使用用于限定位于圖像中的所提取邊緣的一側(cè)上的點(diǎn)集，以及位于另一側(cè)的另一個(gè)點(diǎn)集的圖像處理，來(lái)執(zhí)行為了劃分點(diǎn)而進(jìn)行的空間分布的分析。此外，可以基于圖像的顏色信息進(jìn)行劃分。可能存在位于黃色房屋墻壁上的點(diǎn)和位于墻壁旁邊的綠色樹(shù)林背景上的一些其它點(diǎn)。通過(guò)分析這些點(diǎn)的背景顏色，能夠成功地將點(diǎn)劃分為位于黃色墻壁上的第一點(diǎn)組以及不位于該墻壁上而位于綠色背景上的第二點(diǎn)組。除了空間分布的分析，還使用這些圖像劃分過(guò)程中的一種或者兩者，能夠增加劃分的魯棒性，并且可以驗(yàn)證或者反對(duì)空間分布的正確性。 在下一步驟，例如通過(guò)應(yīng)用“Ransac”算法，可以確定代表第一點(diǎn)組6a的分布的擬合線。被研究的擬合線的第一數(shù)學(xué)模型例如是3D空間中的直線。由于在此情況下第一組6a中的點(diǎn)實(shí)際上位于直線上，該模型被接受。因此，控制器可以確定被測(cè)繪對(duì)象是具有角落的墻壁，并且對(duì)象代表點(diǎn)是沿著角落邊緣的點(diǎn)?；趤?lái)自第一點(diǎn)系列6a的數(shù)據(jù)，計(jì)算盡量接近點(diǎn)系列6a的在3D空間中的擬合線。另外，通過(guò)使用所包括的相機(jī)，全站儀I分別捕獲墻壁元件11的圖像和被測(cè)繪的角落的圖像，并且處理器通過(guò)使用圖像處理軟件確定代表被測(cè)繪的角落的輪廓。接著提取邊緣。為了改進(jìn)邊緣檢測(cè)，使用關(guān)于圖像中的輪廓線必須位于點(diǎn)6a3和6bl之間的知識(shí)，以便限定關(guān)注區(qū)域。因此，該線在圖像中的位置可以被局限到小的區(qū)域。當(dāng)知道對(duì)象的類(lèi)型時(shí)，例如桅桿，也知道了必須被檢測(cè)的輪廓線的數(shù)量?；跍y(cè)量的點(diǎn)，可以導(dǎo)出這些線的近似位置，這提高了邊緣檢測(cè)的魯棒性?；诘谝稽c(diǎn)組和所提取的邊緣的信息確定空間曲線。可以通過(guò)僅僅考慮點(diǎn)和輪廓(不用進(jìn)一步擬合)來(lái)確定這種曲線，因而，可以導(dǎo)出由點(diǎn)之間的空間關(guān)系和輪廓線對(duì)點(diǎn)的相對(duì)位置限定的曲線。因而，空間曲線可以不是無(wú)限曲線，但是考慮到對(duì)象的邊緣，空間曲線可以提供與例如對(duì)象的中心或者建筑物的邊緣相對(duì)應(yīng)的至少第一端部。具體地，可以通過(guò)對(duì)被測(cè)量點(diǎn)的擬合線與基于對(duì)象的輪廓導(dǎo)出的平面的交叉確定空間曲線。從圖4a可見(jiàn)，作為下一步驟，通過(guò)處理器計(jì)算出平面8，平面8由被測(cè)繪的角落的提取的邊緣和相機(jī)的投影中心9確定。之后，線7a與平面8交叉，因而確定與被測(cè)繪的邊緣精確對(duì)應(yīng)的對(duì)象代表點(diǎn)3。此外，如圖5所示，接著可以通過(guò)從計(jì)算的點(diǎn)3的豎直坐標(biāo)數(shù)據(jù)中減去其豎直高度Δ，計(jì)算出由對(duì)象代表點(diǎn)在限定方向上(具體地豎直向下)在地表面上的投影所給出的被測(cè)繪的角落的基點(diǎn)10。豎直高度Λ可以由用戶人工輸入，或者可以經(jīng)過(guò)圖像處理從圖像確定，或者可以通過(guò)對(duì)被保持在點(diǎn)3的高度△處的垂直標(biāo)桿的附加的測(cè)量步驟獲得。
將基于圖3b描述適用于測(cè)繪指向全站儀I的角落的另一個(gè)實(shí)施方式。如在圖3a的實(shí)施方式中，在與第二墻壁元件19 一起形成被測(cè)繪的角落的第一墻壁元件17上形成第一點(diǎn)系列6c。在第二墻壁元件19上形成第二點(diǎn)系列6d。這些點(diǎn)可以與相關(guān)聯(lián)的距離和角度一起存儲(chǔ)在表或者數(shù)據(jù)庫(kù)中。在存儲(chǔ)了這些點(diǎn)的數(shù)據(jù)之后，控制單元分析連續(xù)點(diǎn)之間的距離，以確定位于對(duì)象上的點(diǎn)組(第一組)和背景中的補(bǔ)充點(diǎn)集合(第二組)。由于沒(méi)有檢測(cè)到明顯大的距離差，全部點(diǎn)被指派到位于對(duì)象上的點(diǎn)組，并且沒(méi)有點(diǎn)被指派到背景點(diǎn)組。在下一步驟中，使用例如“Ransac”或者“分裂與合并”算法確定哪個(gè)擬合線(如果類(lèi)似于在此情況下存在一個(gè)以上擬合線，則哪些擬合線)最佳地?cái)M合點(diǎn)組。在“Ransac”算法中，例如直線的數(shù)學(xué)模型被指派給第一點(diǎn)組。算法將開(kāi)始于整個(gè)集的兩個(gè)隨機(jī)點(diǎn)，例如位于墻壁17上的兩個(gè)點(diǎn)，并且計(jì)算通過(guò)這兩個(gè)點(diǎn)的直線。接著，針對(duì)擬合的直線測(cè)試全部其它點(diǎn)。算法將點(diǎn)的子集合6c識(shí)別為“內(nèi)點(diǎn)”，以及將位于墻壁19上的點(diǎn)識(shí)別為“外點(diǎn)”。重復(fù)同一過(guò)程，但是不是整個(gè)集，而是僅僅使用“外點(diǎn)”集。算法將識(shí) 別出來(lái)自第一測(cè)試的“外點(diǎn)”形成第二直線，并且將對(duì)應(yīng)的點(diǎn)指派到另一個(gè)子集6d。與圖3a的測(cè)繪方法相反，在此使用兩個(gè)點(diǎn)子集6c和6d來(lái)計(jì)算3D空間中兩個(gè)相應(yīng)的線。之后，進(jìn)行如關(guān)于圖3a所示的邊緣的測(cè)繪所描述的處理。也就是說(shuō)，在與被測(cè)繪的角落相對(duì)應(yīng)的圖像中提取邊緣之后，形成與兩條線交叉的平面，以確定與墻壁元件17和19的角落相對(duì)應(yīng)的對(duì)象代表點(diǎn)。之后，可以如上所述地確定相應(yīng)的基點(diǎn)。基于圖3c和圖4b特別描述適用于測(cè)繪諸如桅桿、廣告立柱或者樹(shù)木這樣的柱狀對(duì)象的另一個(gè)實(shí)施方式。假定柱狀對(duì)象是桅桿21。然而，根據(jù)實(shí)施方式的方法可應(yīng)用于任何柱狀或者圓形對(duì)象。從圖3c可見(jiàn)，分別在位于桅桿21后面的墻壁27上形成兩個(gè)點(diǎn)系列6f和6g,并且在桅桿21上形成一個(gè)點(diǎn)系列6e。如關(guān)于圖3a的實(shí)施方式提到的，由于分別在點(diǎn)系列6f和6e與點(diǎn)系列6e和6g的各個(gè)相鄰點(diǎn)之間的距離超過(guò)預(yù)定距離，點(diǎn)組6f和6g被識(shí)別為位于背景中并且將不被進(jìn)一步處理。然而，形成在桅桿21的表面上的點(diǎn)6e被用作以下計(jì)算的基礎(chǔ)。對(duì)于擬合線的確定，可以再次應(yīng)用“Ransac”算法。在第一步驟中，針對(duì)直線測(cè)試這些點(diǎn)。由于桅桿21具有圓柱形狀，因此點(diǎn)6e不能夠近似為直線，該模型不被接受。在第二步驟中，使用橢圓作為數(shù)學(xué)模型。在這種情況下，算法從點(diǎn)組6e選擇四個(gè)隨機(jī)點(diǎn)，將橢圓擬合到這四個(gè)點(diǎn)，并且針對(duì)擬合的橢圓測(cè)試全部剩余點(diǎn)。由于全部點(diǎn)6e實(shí)際大約在橢圓上，模型將被接受。之后，通過(guò)圖像處理在圖像上檢測(cè)桅桿21的輪廓。通過(guò)邊緣檢測(cè)從圖像提取左邊緣和右邊緣，并且基于提取的邊緣和全站儀I的投影中心9，分別計(jì)算出兩個(gè)相應(yīng)平面8。由于桅桿21具有柱狀形狀并且因此點(diǎn)6e不能夠被近似為直線，因而改為計(jì)算橢圓7b，該橢圓7b在一方面被盡可能地近似到點(diǎn)系列6e并且另一方面以觸及兩個(gè)平面8的方式在兩個(gè)平面8之間擬合(空間曲線)。接著，橢圓7b的中心點(diǎn)被確定為對(duì)象代表點(diǎn)3?？梢詮闹行狞c(diǎn)和平面確定附加的對(duì)象限定值，具體地，桅桿的半徑?？梢越又珀P(guān)于圖3a的實(shí)施方式所述來(lái)確定基點(diǎn)10。圖3d示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的具有方形截面的桅桿的測(cè)繪處理。從附圖可見(jiàn)，結(jié)合了圖3a和圖3b的實(shí)施方式中應(yīng)用的原理。也就是說(shuō)，在墻壁面23和25上分別形成兩個(gè)點(diǎn)系列6h和6i,而在梳桿后面的墻壁上形成更多的兩個(gè)點(diǎn)系列6j和6k。
如上所述，點(diǎn)系列6j和6k將被從進(jìn)一步的計(jì)算排除，因?yàn)榈椒謩e與點(diǎn)系列6h和6i的相應(yīng)最外點(diǎn)相鄰的點(diǎn)的距離超過(guò)預(yù)定距離。對(duì)兩個(gè)剩余點(diǎn)系列6h和6i，進(jìn)行與圖3b的角落的類(lèi)似處理。此外，本發(fā)明可以被應(yīng)用于包括具有顯示器的遙控器的全站儀1，而不是以上描述的全站儀I。因而，經(jīng)過(guò)遙控器，用戶可以控制全站儀I對(duì)準(zhǔn)哪個(gè)對(duì)象點(diǎn)，以及開(kāi)啟用于進(jìn)行上述測(cè)繪方法的程序。因而，根據(jù)本發(fā)明，公開(kāi)了用于針對(duì)多種被測(cè)繪對(duì)象準(zhǔn)確地確定對(duì)象代表點(diǎn)以及基點(diǎn)的可靠方法。然而，應(yīng)理解的是，盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是本發(fā) 明的范圍僅僅由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于由測(cè)繪儀器(I)對(duì)對(duì)象進(jìn)行測(cè)量并且確定與該對(duì)象的類(lèi)型相對(duì)應(yīng)的對(duì)象代表點(diǎn)的測(cè)繪方法，其中，所述對(duì)象屬于一組已知類(lèi)型的對(duì)象，該測(cè)繪儀器(I)具有用于測(cè)量距離和角度的裝置和相機(jī)，所述測(cè)繪方法包括以下步驟 通過(guò)測(cè)量到限定角區(qū)域中的點(diǎn)的距離和角度，確定位于對(duì)象(11，15; 17，19; 21; 23，25; 27)的點(diǎn)系列(6a，6b; 6c, 6d;6e, 6f,6g;6h, 6i, 6j, 6k)， 分析所述點(diǎn)的空間分布，以及基于所述分析，識(shí)別所述對(duì)象(11，15; 17，19;21;23, 25)的類(lèi)型，并且將位于所述對(duì)象上的相關(guān)點(diǎn)指派到第一點(diǎn)組(6a;6c, 6d;6e;6h, 6i)， 捕獲對(duì)象(11，15; 17，19; 21; 23，25)的圖像， 通過(guò)使用圖像處理方法從所述圖像提取對(duì)象(11，13，15; 17，19; 21; 23，25)的輪廓， 基于所述第一點(diǎn)組和提取的輪廓將至少一個(gè)空間曲線擬合到所述對(duì)象，以及 從所擬合的空間曲線確定對(duì)象代表點(diǎn)(3)的坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)繪方法，所述方法還包括以下步驟 將所述測(cè)繪儀器粗略對(duì)準(zhǔn)所述對(duì)象，以及 以自動(dòng)方式執(zhí)行所述測(cè)繪方法。
3.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測(cè)繪方法，其中，通過(guò)距離分析和/或軟件算法，特別是利用“分裂與合并”和/或“Ransac”方法，將所述點(diǎn)系列(6a，6b)至少劃分為第二點(diǎn)組(6b)和假定位于所述對(duì)象(6a)上的相關(guān)點(diǎn)的第一點(diǎn)組，該第二點(diǎn)組特別是位于背景中的點(diǎn)，并且計(jì)算對(duì)應(yīng)于所述第一點(diǎn)組(6a)的至少一個(gè)擬合線(7a)。
4.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測(cè)繪方法，其中，通過(guò)距離分析和/或軟件算法，特別是利用“分裂與合并”和/或“Ransac”方法，將點(diǎn)系列(6c，6d)至少劃分為相關(guān)點(diǎn)的第一點(diǎn)組(6c)和相關(guān)點(diǎn)的第二點(diǎn)組(6d)，并且計(jì)算至少兩個(gè)擬合線，一個(gè)擬合線對(duì)應(yīng)于所述第一點(diǎn)組(6c)，并且第二擬合線對(duì)應(yīng)于所述第二點(diǎn)組(6d)。
5.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測(cè)繪方法，其中，通過(guò)所提取的輪廓和位于所述測(cè)繪儀器(I)的點(diǎn)(9)來(lái)限定平面(8)，并且對(duì)象代表點(diǎn)(3)被確定為所述平面(8)和所述擬合線(7a)之間的交叉點(diǎn)。
6.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測(cè)繪方法，其中，通過(guò)位于所述測(cè)繪儀器(I)的一個(gè)點(diǎn)(9)和所提取的輪廓來(lái)限定兩個(gè)平面(8，8)，特別是，其中所述對(duì)象是桅桿并且所述輪廓包括兩個(gè)直線，并且對(duì)應(yīng)于所述兩個(gè)平面之間的空間曲線(7b )確定對(duì)象代表點(diǎn)(3 )。
7.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測(cè)繪方法，其中，對(duì)象代表點(diǎn)被確定為至少一個(gè)平面和兩個(gè)擬合線之間的交叉點(diǎn)，所述平面由所提取的輪廓和所述測(cè)繪儀器限定。
8.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測(cè)繪方法，其中，通過(guò)圖像處理，特別是通過(guò)邊緣檢測(cè)，導(dǎo)出由所述對(duì)象代表點(diǎn)在限定方向上特別是豎直向下投影到地表面上給出的基點(diǎn)(10)，或者通過(guò)使用豎直距離Λ確定該基點(diǎn)(10)，所述豎直距離Λ是人工輸入的或者從對(duì)垂直標(biāo)桿(2)的附加測(cè)量中導(dǎo)出。
9.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測(cè)繪方法，其中，將所述點(diǎn)系列(6a, 6b;6c, 6d;6e, 6f,6g;6h, 6i, 6j, 6k)投影到平面上，以確定是否所述點(diǎn)位于平面對(duì)象上還是柱狀對(duì)象上或者不位于對(duì)象上。
10.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測(cè)繪方法，其中，確定對(duì)象限定值，特別是計(jì)算柱狀對(duì)象的半徑。
11.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測(cè)繪方法，其中，所述測(cè)繪儀器是全站儀(I)或者包括帶有顯示器的遙控器的全站儀(I)。
12.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測(cè)繪方法，其中，所述對(duì)象代表點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)適用于由所述測(cè)繪儀器(I)限定的局部坐標(biāo)系。
13.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測(cè)繪方法，其中，所述點(diǎn)系列(6a; 6c, 6d;6e;6h, 6i)包括 5 到 100 個(gè)點(diǎn)。
14.一種測(cè)繪儀器，特別是全站儀，所述測(cè)繪儀器包括距離測(cè)量單元、角度確定單元、相機(jī)和用于執(zhí)行與權(quán)利要求I到13中任意一項(xiàng)相對(duì)應(yīng)的方法的控制單元，其中所述測(cè)繪方法以自動(dòng)方式進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于由測(cè)繪儀器(1)對(duì)對(duì)象進(jìn)行測(cè)量并且確定與對(duì)象的類(lèi)型相對(duì)應(yīng)的對(duì)象代表點(diǎn)的測(cè)繪方法，其中，所述對(duì)象屬于一組已知類(lèi)型的對(duì)象，測(cè)繪儀器(1)具有用于測(cè)量距離和角度的裝置和相機(jī)，所述測(cè)繪方法包括以下步驟通過(guò)測(cè)量到限定的角區(qū)域中的點(diǎn)的距離和角度，來(lái)確定位于對(duì)象(21，27)的點(diǎn)系列(6e,6f，6g)，分析所述點(diǎn)的空間分布，以及基于所述分析將相關(guān)的點(diǎn)指派到第一點(diǎn)組(6e)，基于第一點(diǎn)組(6e)識(shí)別所述對(duì)象(21)的類(lèi)型，捕獲所述對(duì)象(21)的圖像，通過(guò)使用圖像處理方法從所述圖像提取對(duì)象(21)的輪廓，基于第一點(diǎn)組和提取的輪廓將至少一個(gè)空間曲線擬合到所述對(duì)象，以及從擬合的空間曲線確定對(duì)象代表點(diǎn)的坐標(biāo)。
文檔編號(hào)G01C15/00GK102834691SQ201180018246
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者伯恩哈德·麥茨勒 申請(qǐng)人:萊卡地球系統(tǒng)公開(kāi)股份有限公司