CN103314271B - 包括热成像相机的大地测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过使用大地测量装置(1)以大地测量精度来确定目标物体(15)上的一个目标点的位置的方法，所述方法包括一个照准装置，尤其是一个目标望远镜，其可以相对于测量装置的底座枢转以改变它的对准，其中照准装置包括至少一个限定光学照准线的物镜单元，一个电子距离测量单元，和一个用于记录光学照准线方向上的热图像的热成像相机。此外，还提供角度测量功能用于以高精度记录照准线对准，还提供控制单元用于控制角度测量功能、热成像相机、以及尤其是照准单元的对准。根据本发明，在热成像模式中，当测量过程被触发，所述测量过程所确定的所照准的目标点的位置数据与从针对照准线所瞄准的目标点的热图像中读出的温度信息相链接。特别地，目标点的位置数据与所述温度信息相关联地存储。

Description

包括热成像相机的大地测量装置

本发明涉及一种如权利要求9前序部分所述的用于测量相对于物体上的点的距离和角度的大地测量装置和一种如权利要求1前序部分所述的测量与物体上的点相关的距离和角度的方法。

一般公知的大地测量装置的例子是经纬仪或全站仪。大地测量装置用于确定距离，同时获取相对于目标点的相应的角度。这样的系统主要广泛用于景观测量领域或工业中的定位任务。在一些情况中，比如，为了能够精确地计划和执行随后的在被观测的地形上的建筑开发，或者为了控制已投入到生产过程中的机器，这两个领域的使用都需要在某些过大距离的情况下精确确定距离和角度变量。

这些测量装置的一个已知扩展是与一个图像记录单元组合在一起，通常是集成到该装置中。因此，除了所确定的变量，例如，相机可用于获取目标点所处的环境的图像。这个组合开辟了以下可能性，尤其是，例如，通过图像辅助寻找目标点来进行测量。而且，光学图像的记录使得可能实现目标识别或目标跟踪，并且从而进一步实现测量过程的便捷和自动化。自动目标跟踪可以从EP2141450中获知，例如，其中，在经处理的图像的基础上，测量站的照准方向是自动与目标对准的。

此外，所记录的待测量环境的图像可以显示在安装到测量装置的显示器上。通过输入单元，用户可以在图像上选择感兴趣的特定点，并利用结合到测量装置中的距离和角度测量装置来确定所述点的精确位置。

EP1314959和WO2004/036145公开了例如包括电子显示和控制装置的可以进行基于屏幕的操作的大地测量装置。

在二维表示的光学图像上，可以限定测量(即，距离和/或角度的确定)所针对的点。在可以由各种记录装置获取的图像的基础上，可以通过图像处理方法识别和跟踪目标，使得在处提供的原理的基础上，能够进行自动测量。此外，通过这样的实施方式-通过设置至少一个具有扩展获取频谱范围的相机-人眼可视性之外的范围和物体特性也是可测量的。

通过这些大地测量装置，例如，在显示器上预先选择的点，可以被照准、被移动至以及被进行后续测量。对于这种设备的用户而言，这显著简化了操作并且其在人体工程学方面而言带来的主要好处是设备不再需要通过目镜对准，而是可以通过基于显示器或者遥控器来控制。

然而，缺点在于，针对一个适当的点只可以确定角度和距离数据，此外，不能得到进一步的信息，例如点位于什么物体上。此外，不会发生将位置信息分配或链接到进一步的基于图像的物体或目标点相关数据上。

例如，可以基于相机记录的颜色值或者通过热成像相机获取关于物体或其表面的附加信息。通过此信息，有可能得出特定物体属性或物体的至少某些部分的属性。举例来说，热成像相机可以用于在热分布或热泄露中识别不规则处，从而能够确定这些位置，例如建筑物。热检测器也可用于消防-寻找火源-或者用于黑暗中的目标识别。

在使用可手持式热成像相机过程中的一个问题出现在当想要确定相机识别出的突出特征的确切位置或者例如确定所述突出特征的尺寸时。这样的定位或范围确定不能单独从通常可被显示在相机的显示器上的手动获取的热图像中执行。然而，在例如为了改善绝热或修复工作而要进行的施工测量的情况下，尤其需要对这些突出特征进行精确位置确定。

相应地，本发明解决的问题是提供一种装置和方法，由此使物体的热能特性，尤其是温度特性，可以与所述物体上的点的位置信息局部相关。

本发明解决的一个具体问题是提供一种装置和方法，由此可以从热能特性得出信息并且所述信息可以与点的位置信息局部相关。

本发明解决的进一步的具体问题是提供了一种系统，由此可以基于热能特性，尤其是温度特性，快速可靠地识别物体。而且，意图将位置信息分配给被识别的物体。

这些问题都可以通过实现独立权利要求的特征来解决。以替代方式或有利方式发展本发明的特征可以从从属专利权利要求中得到。

根据本发明的一种使用大地测量装置来执行的以大地测量精度确定目标物体上的目标点位置的方法，所述大地测量装置包括照准装置，尤其是望远镜瞄准器，其中所述照准装置可以相对于所述测量装置的底座枢转以改变所述测量装置的对准，所述测量装置至少具有限定了光学瞄准轴的物镜单元、电子距离测量单元、和用于在所述光学瞄准轴方向上获取热图像的热成像相机。目标的大地测量精确位置确定(大地测量精度)应被理解为是指，根据相应的测量要求，以在厘米或毫米的范围内(尤其是在亚毫米波的范围内)的精度(分辨率)，结合该位置测量的高可靠性(低测量不确定性)，确定在远至几百米(或者几千米)的距离处的目标的位置。该大地测量装置还具有角度测量功能，用于以高精度获取瞄准轴的对准；以及控制单元，其用于控制角度测量功能和热成像相机，尤其是所述照准单元的对准。根据本发明，在热成像测量模式中，作为测量处理开始的结果，在这种情况下确定的被照准的目标点的位置数据，和从使用瞄准轴照准的目标点的热图像中读出的温度信息被以以下方式彼此链接成对，所述方式为：它们可以以彼此关联的方式被调用，尤其是其中目标点的位置数据以与温度信息关联的方式被存储。在这种情况下，被照准的目标点的相应被确定的位置数据被链接到该目标点的相应温度信息。

根据本申请的方法，可以基于可从根据热图像中读出的温度信息而预定的温度测量标准，以地理参考(georeferencing)方式(尤其是自动地)测量在热图像中获取的目标物体上的目标点，其中测量装置的光学瞄准轴与目标点对准。为了限定温度测量标准，热图像中的温度信息可以被(尤其是通过图像处理的方式)转换到分别表示温度范围的区域，其中各个区域按等温线彼此划界，并且/或者能够确定温度范围的中心，尤其是区域矩心。通过温度测量标准，可以以如下方式针对测量处理确定温度信息，所述方式为，可在所限定的温度测量标准的基础上自动测量与所确定的温度信息相对应的那些位置。在上下文中，测量激光束可以自动与相应位置对准，因此就可以测量相应的点。

通过这样的图像处理，已记录的在颜色上根据温度梯度或斜率而连续变化的温度轮廓可以被细分为单独的带，其中这些带中的各个带表示预先确定的温度范围，例如从+10℃到+15℃。温度范围可以从最大测得温度到最小测得温度的温度差作调整。在大温度差的情况下，例如可以限定更大的范围以使得可将基于图像确定的范围的数量保持为可管理的；相反的，在整体温度差小的情况下，同样可以将带的温度范围选择为很小，以使得范围之间可以区分开。

在所得的带的基础上，可以通过图像处理来依次确定两个带之间的分界线。所述分界线同时可以表示一条沿其路线可以代表物体上的恒定温度的线。沿着这些所得的等温线，可以进行测量，并且因此温度范围的界限也可以被精确确定。除了确定划界等温线，还可以得出带的中心，所述中心与例如区域矩心相对应或者同时表示所述带的中心点。热泄露的源的位置可以通过这种计算来确定。因此，举例来说，可以定位热传输线上的泄漏处，并且随后执行密封措施或者进一步定位热源。

尤其，根据本发明的方法，可以沿着代表预定的温度信息或温度轮廓的路径，尤其是沿着等温线，和/或恒定地针对预定的温度信息的某个点，尤其是针对温度范围的中心，进行测量。

结果，不仅可以适当地且按位置确定单独的点，还可以精确确定和测量其特性与预定(温度)标准相对应的广泛的物体。因此，举例来说，可以测量其中温度突出的区域或点，并且该区域可以基于在该情况下确定的位置信息而被处理。可选地或另外地，可以不仅跟踪温度标准的空间轮廓，还可以跟踪时间轮廓。换句话说，例如，可以恒定地进行针对预定的点的测量并且首先跟踪所述点的空间位置的可能变化和/或其次记录所述点的温度变化和该变化的时间轮廓。因此，至少这两种观测的情况可以是相关的。因此，首先有可能获取和观测空间限定点上的温度和/或其变化或其时间轮廓；其次，可以预定限定的温度并且恒定地确定具有所述温度的点或区域的位置。通过这种可能性，可以在长时间段上观测物体并且检测物体结构的变化和/或物体热特性的变化。临时广泛观测持续时间尤其可以用于监测大的结构，例如水坝，有助于实现安全条件。

另外，通过根据本发明的方法，可以以预定点对点分辨率和/或以独立测量的预定时间划分进行测量。因此，可改变所获取的位置和尺寸的期望的或需要的精度以及相关的测量持续时间。因而，温度带的中心和其通过等温线的划界可以以适当的精度被测量，并且在这些测量数据的基础上，例如建筑工作或修复措施可以在物体上位置精确地被执行。举例来说，为了这个目的，可以在10cm的距离上沿线检测5个到50个点。可替换的，分辨率也可以以随着角度变化的方式而限定；因此，可在10°的检测角度变化期间测量例如10-100个点。关于时间检测，举例来说，每分钟可进行1-60次测量。

在根据本发明的方法的情况下，进一步的，可以沿着参考路径引导参考束，其中，在引导参考束的过程中，可视地和/或通过检测器在物体上观测到参考路径的至少一部分作为参考线，并且可以在温度测量标准的基础上(尤其是沿着等温线)引导参考束。

通过例如全站仪来执行的这样的方法可以为用户或任何打算在生成的位置信息的基础上进一步执行动作的人提供进一步的优点。因此，基于所获取的物体图像预先确定的位置可以被标记出来。为了标记位置，人眼可见的激光束可以被投射到被测点之一上并且因此例如指示热源。通过沿着得到的等温线引导该可见光束，还可以识别出更大的区域，当尤其可针对可能的技术动作的持续时间或标记出已确定区域保持该识别时。通过使用视觉不可见的激光束，检测器可以被用于寻找标记激光束并且确定其路线。

在根据本发明的方法中，温度信息和相应日光图像可以以彼此独立和/或以至少部分重叠的方式被展现，尤其是其中与点相关的温度信息和/或位置信息可以被传送至控制器。进一步，与点相关的距离和角度可以被参照并链接到一个局部坐标系统中。

热图像及与其相应的日光图像的重叠或并列展现可有利于在两幅图像的可视范围内对待测点进行明确识别。举例说明，如果单独在热图像的基础上不能可靠地对点进行明确区分，则与热图像捕获了相同视觉范围的日光图像可以被考虑用于区分，因此使得该区分可行。通过重叠使用这两幅图像，取决于相应的测量环境，与相邻图像的展现相反，能够进一步提高与点之间的区分相关的明确性。热图像和日光图像可以通过可在两个光谱范围内都进行记录的相机或传感器而被获得，或者可以通过两个不同的传感器而被获得。控制器通常使得用户能够通过遥控来操作全站仪。通过传送相机(尤其是实时地)所获取的图像信息，用户可以通过遥控使用具体的温度信息来对准全站仪并对点进行测量。

进一步，使用根据本发明的方法，与目标物体上的目标点相关的坐标可以被确定和提取，并且所述坐标被传送至计算机单元，尤其是传送到CAD系统中，其中可以在这些坐标的基础上测量已获取的热图像的距离和角度。在这种情况下，可通过识别经度和纬度的度数来表示坐标的位置，其中还可以存在与位置相关的附加高度信息。测量过程中产生的位置数据可以被链接到热图像信息和/或日光图像信息，并且二者都直接在测量装置上被进一步处理并被传送到其它计算机系统。所创建的链接使得能够不进行进一步的测量处理即可以确定例如距离、表面面积、物体温度或温度轮廓。此外，相对于测量设备获取的每一个图像，同时可以伴随获取获取方向，尤其是将其链接到所获取的图像并一起存储。使用该方向信息，先前获取的图像上的一个点可以被选择并声明为“待测量的”，使得测量装置可以自动沿着伴随获取的获取方向移动并测量所选择的点。

根据本发明的大地测量装置，尤其是全站仪或经纬仪，用于确定目标物体上的目标点的位置信息，其包括照准装置，尤其是望远镜瞄准器，其中所述照准装置可以相对于测量装置的底座枢转以改变照准装置的对准，该照准装置至少具有限定了光学瞄准轴的物镜单元、电子距离测量单元、和用于沿光学瞄准轴方向获取热图像的热成像相机。此外，还提供了角度测量功能，其用于以高精度获取瞄准轴的对准；控制单元，其用于控制角度测量功能和热成像相机，尤其是照准单元的对准。根据本发明，在控制单元控制下的热图像测量模式的环境中，作为测量处理开始的结果，被照准的目标点的位置数据和温度信息(该温度信息在热图像上的位置与通过光学瞄准轴对准所限定的目标点的位置对应)可以以如下方式互相链接成对，所述方式为：它们可以以彼此相关联的方式被调用。

此外，根据本发明的大地测量装置，尤其包括用于图像处理的装置，可以以如下方式被实施，所述方式为，该测量装置具有控制功能，其中在控制功能中，(尤其是自动地)执行一种上述根据本发明的用于以大地测量精度确定目标物体上的目标点的位置的方法。该测量装置可以进一步包括用于图像处理的装置和/或用于产生参考束的电磁辐射源(尤其是激光束源)、以及用于沿着参考路径引导参考束的引导装置，并且控制功能可以以如下方式设计，所述方式为，当执行控制功能时，执行根据本发明的上述方法之一。

通过根据本发明的大地测量装置，作为开始测量处理的结果，基于预定的温度测量标准，可以对在热图像中获取的目标物体上的目标点(尤其是自动地)进行由控制单元控制的地理参考测量，其中测量装置的光学瞄准轴与目标点对准。在这种情况下，可以在通过图像处理而被调整的热图像的基础上进行测量。为了限定温度测量标准，可将温度信息转换到分别代表温度范围的区域，其中由图像处理装置按等温线和/或对温度范围中心(尤其是区域矩心)的确定来对所述区域彼此划界。

根据本发明，可以沿着代表预定温度信息的路径或限定的温度轮廓(尤其是沿着等温线、和/或与预定的温度信息的某个点恒定相关，尤其是与温度范围的中心相关)执行测量。

在根据本发明的大地测量装置中，控制单元可以进一步被以如下方式设计，所述方式为，以预定点对点分辨率和/或以独立测量的预定时间划分来自动进行测量。

此外，所发明的大地测量装置可以具有电磁辐射源，尤其是激光束源，其用于产生参考束；和引导装置，其用于沿着参考路径引导参考束，其中在引导参考的过程中，可视地和/或通过检测器在物体上观测到参考路径的至少一部分作为参考线，并且在温度测量标准的基础上(尤其是沿着等温线)引导参考束。此外，特定温度的点，尤其是温度范围的中心，可以通过参考束被标记出来。

所发明的大地测量装置可以具有输出单元，尤其是显示器，其中温度信息和相应日光图像可以被彼此独立地和/或以至少部分重叠的方式被展现在输出单元上。尤其，通过根据本发明的大地测量装置，获取的数据和/或信息可以被传送至控制器，其中在控制器中提供输出装置，该输出装置用于展现所获取的数据和/或信息，尤其是温度信息。

此外，通过根据本发明的大地测量装置，与目标物体上的目标点相关的坐标可以被确定和提取，并且所述坐标可被传送至计算机单元，尤其是传送到CAD系统，其中可以在这些坐标的基础上对所获取的热图像的距离和角度进行测量。

在根据本发明的测量装置，例如经纬仪或全站仪上，设置可以用于获取环境的图像的相机，其中在每种情况下所获取的图像与全站仪的测量方向相关。结果，可以在图像上选择待测量的点，然后使用距离和角度测量装置测量其精确位置。为了选择所述点，所获取的图像可以通过图像处理装置进行调整。在相应的测量装置上，可以进一步提供对准装置，例如伺服电动机或步进电机，使用其可以设置测量方向的对准，并且进而通过可自动执行基于已获取的图像的测量的控制进行对准。代替光谱范围与人眼相当的相机，作为选择或附加的，可以提供一个热图像相机或热成像相机，其光谱检测范围更宽或者频谱偏移，从而使得人眼无法达到的光学范围以一种间接的方式可见，并且可获取例如红外范围内的温度信息(以及因此物体的间接能量特性)。这样的相机可以被实施，从而可以捕获日光图像和热图像二者，并且以单独或组合或重叠的方式通过电子信号来表示，使得每种情况下的图像信息可得。

因此，使用该测量装置，首先可以由相机拍摄一个物体，从而得到与人眼可视范围对应的作为结果的图像。除了该图像之外，可以通过在红外范围中记录创建其它图像。这两幅图像可以单独地、并列一起或以至少部分重叠的方式在测量设备或全站仪上所设置的显示器上显示给用户。此外，从热图像中提取的数据或形式也可以与目光图像重叠。作为选择或附加的，这两幅图像或者其中之一也可以在遥控器或带有显示器的控制器上显示，其与测量装置相连，尤其是通过无线电以无线的方式。该显示器可以进一步被实施为触敏的“触摸显示器”并因此同时与其他现有的输入装置，例如键盘，一起用作用户的输入装置。

在所显示图像的基础上，用户可以在图像上所拍摄的环境中选择一个点并通过测量来确定与所述点有关的位置数据。在热成像图像的基础上，用户在物体测量过程中可以获得更多的可能性。温度信息，通常由色阶表示，可以在这样的热图像中图形可视化。温度轮廓通常可以以如下方式表现，所述方式为，在频谱范围内检测到的并与例如物体的相对低温对应的波长用蓝紫色表示，并且物体上具有高温度的区域相应地用微红色表示。在这些可检测到的频谱范围的界限之间，物体温度依据预先限定的颜色轮廓进行表示。

举例而言，例如房屋的物体的温度分布可以由此使用色阶表示，从而提供与物体的哪个部分已经被加热到较热的程度并且可能比其它稍冷的部分辐射更多的热量到环境中相关的信息。这些信息使得用户例如可以识别热量泄露或研究绝热质量。在泄露被视觉定位之后，该泄露的位置随后可以被移动并且通过全站仪的角度和距离测量单元而被精确测量。从能量的观点来看，尤其，对温度带的视觉检测处理和大地测量处理的结合为在对温度突出情况的位置的识别和检测并基于此采取措施提供了很好的可能性。举例而言，其可以确定建筑的绝热与常规要求的标准不符的地点或位置。然后该存在缺陷的绝热可以被有效且精确地修复。

此外，根据物体上的辐射的反射特性，热成像相机的频谱检测范围可以不同于例如人眼的检测范围。因此，通过热成像相机，可以通过检测反射，尤其是波长在相机检测范围之内的电磁辐射的反射，来获取不同的物体特性，其中物体的温度在其范围内尽可能的保持恒定。基于这样的反射特性，可以依次进行与识别出的目标点有关的测量。

根据本发明的测量装置还可以进一步被有效用于人眼看来黑暗的环境中。物体发出的热辐射即使在黑暗中也可以被检测到，其中可在所记录的图像的基础上对点进行选择和测量。这样的使用证明在照明条件恶劣的情况下例如地下、修建道路或铁路隧道时特别有利。因此可以部分免除这样的测量环境中的强人工照明。尤其是当自然地形不需要作为目标物体，而使用可能带有热标志的目标标记时，根据本发明的包括红外或热成像相机的全站仪可以在完全没有光的环境中使用。

尤其，根据本发明的大地测量装置中的检测器可以检测热编码目标标记，其中测量装置的检测方向可以通过对测量装置进行对准的对准装置恒定地与目标标记对准。通过根据本发明的全站仪，可以对一个或多个热编码的(例如以限定的方式加热的)目标进行照准和跟踪。通过不同的编码，尤其是通过使用目标的不同温度，多个目标标记可以被识别出并彼此区分开来。这些目标标记可以进一步被分配给预先确定的机器或物体，然后通过(尤其是恒定地)跟踪相应目标，例如以按位置精度或其位置来控制的方式跟踪相应目标，来确定这些物体。在这种情况下，例如通过(尤其是连续地)致动步进或伺服电机，测量装置可以恒定地与目标标记对准，使得装置的检测方向直接指向目标标记的方向。

根据本发明的一种系统，包括：根据本发明的测量装置和一个目标标记，其中该目标标记具有预定的热编码，尤其是限定温度的区域和/或经温度调节区域的限定的几何排列，其中通过热成像相机获取的热图像上的目标标记的位置可以通过识别热编码(尤其是通过图像处理)而确定。通过这样的目标识别功能，例如可以对分配给机器的目标标记或目标进行位置精确确定，从而得到该机器的位置。为了该目的，目标标记至少有一部分可以被加热至限定的温度。

此外，通过使用根据本发明的系统，在目标跟踪中，热图像上的目标标记的位置可以被分配到测量装置的光学瞄准轴的方向，并且控制单元可以被设计成以使光学瞄准轴恒定地与目标标记对准的方式控制照准单元的对准。通过这样的对准，带有目标标记的目标可以被跟踪。举例来说，可以持续地确定地形中建筑机器的位置。

此外，根据本发明的系统中使用的目标标记可以具有温度调节单元，其用于对目标标记的至少一部分进行热编码。

本发明进一步的方面是一种使用带有热成像相机的大地测量装置来确定带有目标标记的目标点的位置的方法，其中目标标记被以限定的方式热编码，并且确定在所获取的热图像上的目标标记的位置。

在这种情况下，热图像上的目标标记的位置可以被分配到测量装置的光学瞄准轴的方向，并且该瞄准轴与目标标记恒定地对准。此外，目标标记具有至少部分的热编码。

将在附图中所示的具体实施方式的基础上通过以下示例对根据本发明的方法和根据本发明的装置作更详细介绍，并将讨论本发明的进一步的优点。图的细节为：

图1所示为根据本发明的带有热成像相机的测量装置；

图2所示为用根据本发明的测量装置记录在物体表面上的热图像；

图3所示为具有已定位的热源的温度轮廓；

图4a-b所示为将热图像的温度轮廓细分为不同热带(heat zone)；

图5所示为用根据本发明的测量装置记录的建筑的日光图像和热图像；

图6所示为带有热编码的目标标记的建筑机器和根据本发明的测量装置；

图7所示为带有热编码目标标记的地形和根据本发明的测量装置；

图8所示为均具有反射器和热编码元件的测量杆。

图1所示为根据本发明的测量装置1，带有集成检测器2，尤其其可以被实施成热成像相机，其中检测器2的检测方向尽可能与同样设置在测量装置中的照准装置4的照准方向平行。此外，测量装置还被设置有输出单元3，尤其是显示器，其上可以展现相机2获取的图像10。此外，该装置具有两个互相垂直的旋转轴5a，5b，用于与物体对准。该测量装置，例如全站仪，可以通过将照准装置4绕着轴5a，5b旋转来与物体对准，并且可以首先获取所述物体的图像10，尤其是温度信息。从图像中可以随后得出物体的温度轮廓，并且通过图像处理限定的温度带可被确定。随后，关注的点，例如温度突出的点，可以在照准装置4的帮助下被测量，并且它们在物体上的位置可以被精确确定。

图2所示为根据本发明的测量装置1和物体15，或者该物体15的物体表面，物体15的热图像10被获取。为了更好的说明，在物体15自身上显示了与热图像10对应的温度轮廓9。在人眼可以达到的频谱范围内，物体表面将表现为不带有突出特征的同质的区域。然而，通过扩展可以感知和显示的频谱范围，可使得所述表面的更多特性可见。在对连续的温度轮廓进行图像处理后温度轮廓对应于一种表示。通过测量装置中的图像处理装置，之前连续的(色彩)轮廓被细分，划分成的带或范围11a-e，每一个带或范围代表一个预定义的温度范围。温度范围11a-e依次由代表特定温度的分界线12彼此划界。举例来说，等温线12被示出在范围11a和11b之间。由温度带11b实现的温度范围可以扩展例如从35℃到30℃，其中30℃的温度是沿着等温线12的，温度带11a代表了例如从30℃到25℃的温度范围。在带11a之外，普遍为低于25℃的温度并且根据热成像相机12的检测设置不再做进一步的检测。通过设置在测量装置1上的照准装置4，进而，物体15上的关注的温度范围的位置和分界可以被精确测量，并且在下一步骤中，被提取进CAD模型并和物体15一起被传送至一个坐标系统。为了这个目的，沿着例如图像10中确定的等温线12引导测量束30，并且与物体15相关的距离被恒定地以预定的点对点分辨率确定。在这种情况下，测量束30尤其可以被自动引导。

图3所示为图2中的温度轮廓9，其中同样已经通过图像处理将温度轮廓划分为温度范围11a-e。温度带11a-e的温度朝着中心的方向升高，这就是说带11a的温度范围要低于代表了最高温度的范围的带11e。进一步通过图像处理，可以确定温度轮廓的中心13，并且例如可以定位热源或冷源。同样可以限定直线14a，14b，它们沿着温度梯度并穿过温度轮廓的中心13。因此，可以例如沿着直线14a，14b进行测量并在其上定位具有最低检测温度的点，同时定位具有最高检测温度的点。从而可以对温度轮廓或温度范围11a-e的其中之一的范围进行描述，其中不需要测量整体的空间检测温度范围11a-e，而只测量例如两条互相垂直且在中心13相交的直线14a，14b就足够了。

图4a和4b分别显示了将温度轮廓9细分为温度范围或热范围11a-g的例子。在这种情况下，图4a中检测到的整个温度范围被细分成7个子范围11a-g，其中图4b中的温度范围仅被细分成2个子范围11a-b。温度范围的这样的不同划分可以根据要求使得所需要的信息更清晰。如果例如温度轮廓9被检测包含的温度差(例如总共只有0.5℃)相对较小，则将整个轮廓细分为多个子范围使得可以进行温度范围的划分和分类。与之相比，尤其是当包围了相对大的温度范围，例如100℃的温度差时，所述轮廓可以以按较少范围分级，以对温度带进行有意义的划分。

图5显示了建筑的三幅图像20a-c和一个根据本发明的测量装置1，其可用于获得所述图像。第一图像20a显示了该建筑的日光记录，其中该记录可以通过分配给测量装置1且具有与人眼相应的频谱检测范围的相机、以及通过测量装置中的频谱扩展热传感器，尤其是通过热成像相机记录下来。在图像20a中可以看到建筑的边缘21，窗户22和烟囱23。在第二图像20b中，与之相比，建筑的明显边缘21不再可见，而显示出建筑正面的温度分布。图像20b可能是由在红外频谱区域的热成像相机获取的。建筑中基本上沿着建筑的边缘21、环绕窗户22和烟囱23的区域中的较黑的区域可以被清楚的辨别出，并指示存在较大的热发射的区域。此外，在热图像记录20b中可以看到一个温度突出部分24。所述温度突出部分24可以指示在建筑的该位置上存在例如由存在缺陷的建筑绝热措施造成的热泄露。该热泄露24可以在图像信息的基础上通过测量装置1进行测量，并且与建筑相关的位置可以被精确确定。为了该目的，测量束30可以被沿着预先导出的等温线引导，并且以限定的分辨率测量后者。通过提取等温线，可以确定温度突出24的核心区域并将其与建筑坐标一起传送至公共坐标系统。泄露24相对于建筑的精确位置可以在CAD模型的辅助下表示出来。此外，还可以产生进一步的图像20c，其可以将日光图像20a中可见的建筑轮廓和热泄露24一起显示出来。通过叠加从图像20a和图像20b中获取的信息，温度突出24的位置可以被精确表示并通过尤其是可视的激光束标记出来，该激光束被沿着与热泄露24的核心区域的划界相应的参考路径被引导。这样的标记可以用于指导例如消除热泄露24的修复工作。

图6显示了根据本发明的测量装置1和在地形28中的建筑机器25。该建筑机器25具有目标标记26，其可以被测量装置1通过测量束30照准。根据本发明，目标标记26可以进一步被热编码，这就是说目标标记26至少部分可以被加热到预定温度，例如到50℃至100℃之间的限定值，或者被冷却到例如5℃至20℃之间的限定值，由此由目标标记26中得到限定的热辐射值。尤其，温度可以通过这样的方式选择，所述方式为，使得温度调节物体可以清楚的从环境中区别出来。从而，基于根据外部温度或环境温度，适合于各自要求的温度或温度范围可以针对目标标记26而被选出或进行预定义。举例来说，假设当时的空气温度为40℃并有阳光，从100℃到110℃的温度范围可适合于目标标记26，而温度调节到30℃的目标标记26可适合于-20℃。测量装置1再一次具有热成像相机，其可以用于拍摄建筑机器25，因此同时对目标标记26以已知的且限定的方式进行温度调节。通过图像处理，在测量装置1中，可以确定目标标记26的温度，并可以获得其与相机检测方向相关或与照准单元的照准方向相关的位置。通过目标标记26的预定义温度，在根据本发明的测量装置1处可以识别出在热图像中捕获的目标标记26，并且当目标标记26被分配给建筑机器25时，该建筑机器25的位置可以被清楚地确定。

为了对目标标记26的识别进行初始化，可以以使用被热成像相机记录的限定方式对经温度调节的目标标记26进行初始化，并且，从记录的图像中，可以得到并存储目标标记26的温度或温度范围。在这种情况下，目标标记26或其部分的温度调节可以通过分配给该目标标记的辐射加热器产生和维护。作为选择，目标标记26可以被加热到特定的预定义温度，且与该预定义温度相应的温度突出可以通过对被测量装置1部分上获取的热图像进行图像处理来搜索。

图7显示了如何将多个不同的温度调节目标标记26a-e同时被分配给多个物体。在这种情况下，标记26a和26b被分别分配给建筑机器25a和25b。通过对在根据本发明的测量站1获取的热图像进行恒定的图像分析和随后的图像处理，目标标记26a和26b的移动和建筑机器25a和25b的移动可以在所获取的图中被伴随跟踪，并且在此基础上，可以在目标标记26a和26b的方向上对测量站1的对准进行补偿。通过标记26a和26b和不同热编码，后者可以迅速的与另一个区别开来，并且因而测量装置1的照准方向也可以相对于相应目标标记26a、26b被迅速和精确对准，并且建筑机器25a、25b的位置也可以被精确确定。除了在建筑机器25a和25b上的目标标记26a和26b，还有位于地形28上的目标标记26c-e。在这种情况下，两个标记26c和26e被设置在地形28相应测量点和所示建筑上。由于这两个目标标记26c和26e在所获取的热图像依次显示为不同，相应的目标就可以快速的与其它目标区别开来，测量站可以与它们对准并精确确定它们的位置。还有所示的目标标记26d被设置在用户引导的测量杆41上。所述被以限定的方式进行温度调节的目标标记26d可以在测量站1的部分上通过对所获取的热图像进行处理而被依次明确地识别出，在所获取的热图像上伴随获取了目标标记26，并且其中记录了温度特性。基于由此导出的与目标相关的方向，并在已知目标所处的大概距离和温度调节目标标记26d和测量杆40上的反射器41之间的空间关系，也就是目标标记26d与反射器41之间的距离的情况下，反射器41可以被测量站1的照准单元直接照准，从而确定测量杆的精确位置。此外，测量杆40的位置可以通过图像获取和图像评价基于温度调节目标标记26d而被恒定地确定，并且测量站1的目标装置可以与反射器例如棱镜对准。根据本发明的该测量系统的用户可以步测出不同的测量点并快速自动地检测点各自的位置。

图8所示为两个测量杆42，均带有可以被配制成例如棱镜的反射器41。此外，在每个测量杆42上均设置编码元件29，所述编码元件部分伸出了测量杆42。在编码元件29上，举例来说，其上显示应用了两种不同编码形式27a和27b。本情况中的编码形式27a和27b各自在编码元件29上示出了黑暗区域，其可以以限定方式进行温度调节并且因此可以部分地或局部地具有特定形式27a和27b的限定的热编码。举例来说，在编码元件29上可以提供三个热支柱27b或一个矩形的区域27a或其它几何图形。使用这些不同的编码形式27a和27b，可以例如更容易通过图像处理将热图像上的目标标记区分开来。可以不再仅仅基于目标标记的不同温度进行识别，还可以附加地(或作为选择)对温度调节区域的形式27a和27b进行识别。在记录的热图像中基于限定的温度和/或形式27a和27b而识别出的目标标记及其在热图像中的位置可以被一起用于多种用途。首先，可以进行已识别目标标记的自动目标跟踪，并且在这种情况下，测量站1的照准方向可以恒定地与目标标记对准。这种基于日光图像的目标跟踪在例如EP2141450中有描述。在这种情况下，测量站自动地与目标对准并跟踪后者，其中通过对预先已获取的环境图像进行图像处理来进行目标识别。该系统支持通过导向反射器并在测量装置处被检测的激光束来进行目标跟踪和目标获取，尤其是当激光束位于检测范围之外且仅仅基于检测激光束反射无法完成目标跟踪时。

根据本发明，为了进行目标跟踪，可以(尤其是恒定地)获取地形或环境的热图像，并可通过图像处理在其中识别出以限定的方式温度调节的目标标记，并且可通过将根据本发明的测量站与目标标记自动且恒定的对准或依据目标标记在热图像中的移动来对目标进行跟踪。这样的目标识别和跟踪可以被尤其用于支持自动激光目标跟踪单元。依靠热图像信息的附加使用，目标可以被照准，例如，在激光光路被打断的情况下，可以快速重新获取。

此外，在获取的热图像上通过图像处理对目标标记进行温度识别，在此基础上可以进行手动或自动的目标搜索。此外，通过热图像中识别出的目标标记的位置，可以自动进行高精度的目标照准。为了该目的，首先，通过基于环境不同的温度和/或基于热编码的几何形式进行的图像处理，可以精确确定热编码元件29的位置。对于高精度的照准，例如其上放置的棱镜，热编码和反射器41之间的距离可能是已知的。该附加信息使得测量站的照准单元可以手动或自动的与反射器41直接对准，且其位置可以被精确确定。

Claims (42)

1.一种使用被实施为全站仪或经纬仪的大地测量装置(1)以大地测量精度确定目标物体(15)上的目标点的位置的方法，所述大地测量装置(1)包括

●照准装置，其中所述照准装置能够相对于所述测量装置的底座枢转以改变所述照准装置的对准，并且所述照准装置至少具有

·限定了光学瞄准轴的物镜单元，

·电子距离测量单元，和

·用于在所述光学瞄准轴的方向上获取热图像(20b)的热成像相机(2)，

●角度测量功能，其用于以高精度获取所述瞄准轴的对准，和

●控制单元，其用于控制所述角度测量功能和所述热成像相机(2)，

所述方法的特征在于

在作为测量处理开始的结果的热图像测量模式中，在这种情况下确定的被照准的目标点的位置数据、连同针对使用所述瞄准轴照准的所述目标点的从所述热图像(20b)中自动读出的温度信息，被以能够经彼此关联而被调用的方式彼此链接成对。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于

所述照准装置是望远镜瞄准器。

3.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于

所述控制单元专用于控制所述照准装置的对准。

4.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于

所述目标点的位置数据被以与所述温度信息相关联的方式存储。

5.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于

基于根据能够从所述热图像中读出的温度信息预定义的温度测量标准，以地理参考方式测量在所述热图像(20b)中获取的目标物体(15)上的目标点，其中所述测量装置(1)的光学瞄准轴与所述目标点对准。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于

以地理参考方式自动测量在所述热图像(20b)中获取的目标物体(15)上的目标点。

7.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于

为了限定所述温度测量标准，所述热图像(20b)中的温度信息被转换到分别表示了温度范围(11a-g)的区域，其中所述区域被按等温线(12)彼此划界、或者确定了温度范围(11a-g)的中心(13)。

8.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于

为了限定所述温度测量标准，所述热图像(20b)中的温度信息被转换到分别表示了温度范围(11a-g)的区域，其中所述区域被按等温线(12)彼此划界、并且确定了温度范围(11a-g)的中心(13)。

9.根据权利要求7所述的方法，

其特征在于

为了限定所述温度测量标准，所述热图像(20b)中的温度信息被转换到分别表示了温度范围(11a-g)的区域，其中所述区域被按等温线(12)彼此划界、或者确定了区域矩心。

10.根据权利要求8所述的方法，

其特征在于

为了限定所述温度测量标准，所述热图像(20b)中的温度信息被转换到分别表示了温度范围(11a-g)的区域，其中所述区域被按等温线(12)彼此划界、并且确定了区域矩心。

11.根据权利要求5或7所述的方法，

其特征在于

沿着代表预定的温度信息的路径进行测量。

12.根据权利要求5或7所述的方法，

其特征在于

沿着代表限定的温度轮廓的路径进行测量。

13.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于

沿着代表限定的温度轮廓的路径，沿着等温线(12)，进行测量。

14.根据权利要求5或7所述的方法，

其特征在于

沿着代表预定的温度信息的路径，沿着等温线(12)，进行测量。

15.根据权利要求5或7所述的方法，

其特征在于

恒定地针对预定的温度信息的某个点进行测量。

16.根据权利要求5或7所述的方法，

其特征在于

恒定地针对温度范围(11a-g)的中心(13)进行测量。

17.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于

沿着限定的温度轮廓，恒定地针对所述预定的温度信息的某个点，进行测量。

18.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于

沿着限定的温度轮廓，恒定地针对温度范围(11a-g)的中心(13)，进行测量。

19.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于

以预定点对点分辨率和/或以独立测量的预定时间划分自动进行测量。

20.根据权利要求5和7中的任一项所述的方法，

其特征在于

沿着参考路径引导参考束，其中，在引导所述参考束的过程中，可视地和/或通过检测器在所述物体上观测到所述参考路径的至少一部分作为参考线，并且在所述温度测量标准的基础上，引导所述参考束。

21.根据权利要求20所述的方法，

其特征在于

在引导所述参考束的过程中，可视地和/或通过检测器在所述物体上观测到所述参考路径的至少一部分作为参考线，并且在所述温度测量标准的基础上，沿着等温线(12)，引导所述参考束。

22.根据权利要求1、5、7中的任一项所述的方法，

其特征在于

所述温度信息和相应的日光图像(20a)被以相互独立地和/或至少部分地重叠的方式显示在输出单元(3)上，

和/或所获取的数据和/或信息被传送给控制器，其中所获取的数据和/或信息被显示在所述控制器处。

23.根据权利要求1、5、7中的任一项所述的方法，

其特征在于

所述温度信息和相应的日光图像(20a)被以相互独立地和/或至少部分地重叠的方式显示在输出单元(3)上，

和/或所获取的数据和/或信息被传送给控制器，其中所述温度信息被显示在所述控制器处。

24.根据权利要求1、5、7中的任一项所述的方法，

其特征在于

所述目标物体(15)上与所述目标点相关的坐标被确定和提取，并且所述坐标被传送至计算机单元，其中能够在所述坐标的基础上对所获取的热图像(20b)中的距离和角度进行测量。

25.根据权利要求24所述的方法，

其特征在于

所述目标物体(15)上与所述目标点相关的坐标被确定和提取，并且所述坐标被传送至CAD系统。

26.一种被实施为全站仪的大地测量装置(1)，用于确定目标物体(15)上的目标点的位置数据，所述大地测量装置(1)包括

●照准装置，其中所述照准装置能够相对于所述测量装置的底座枢转以改变所述照准装置的对准，并且所述照准装置至少具有

·限定了光学瞄准轴的物镜单元，

·电子距离测量单元，和

·用于在所述光学瞄准轴的方向上获取热图像(20b)的热成像相机(2)，

●角度测量功能，其用于以高精度获取所述瞄准轴的对准，和

●控制单元，其用于控制所述角度测量功能和所述热成像相机(2)，

所述大地测量装置(1)的特征在于

在所述控制单元的控制下的热图像测量模式中，作为测量处理开始的结果，在这种情况下确定的被照准的目标点的位置数据、连同针对使用所述瞄准轴照准的所述目标点的从所述热图像(20b)中自动读出的温度信息，被以能够经彼此关联而被调用的方式彼此链接成对。

27.如权利要求26所述的大地测量装置(1)，

其特征在于

所述控制单元设计用于控制所述照准装置的对准。

28.如权利要求26所述的大地测量装置(1)，

其特征在于

所述目标点的位置数据被以与所述温度信息相关联的方式由存储装置存储。

29.如权利要求26所述的大地测量装置(1)，

其特征在于

所述测量装置(1)具有：

控制功能，其中，在所述控制功能中，执行根据权利要求1所述的用于以大地测量精度确定目标物体(15)上的目标点的位置的方法，以及

用于从所述热图像中自动读出温度信息的装置。

30.如权利要求29所述的大地测量装置(1)，

其特征在于

自动执行用于以大地测量精度确定目标物体(15)上的目标点的位置的方法。

31.根据权利要求29所述的大地测量装置(1)，其包括图像处理装置，

其特征在于

所述控制功能被按如下方式设计，所述方式为，当执行所述控制功能时，执行根据权利要求7所述的方法。

32.根据权利要求31所述的大地测量装置(1)，

其特征在于

所述控制功能被按如下方式设计，所述方式为，当执行所述控制功能时，自动执行根据权利要求7所述的方法。

33.如权利要求29所述的大地测量装置(1)，其包括电磁辐射源，用于产生参考束并包括用于沿着参考路径引导所述参考束的引导装置，

其特征在于

所述控制功能被按如下方式设计，所述方式为，当执行所述控制功能时，执行根据权利要求20所述的方法。

34.如权利要求33所述的大地测量装置(1)，

其特征在于

所述大地测量装置(1)包括激光束源。

35.如权利要求34所述的大地测量装置(1)，

其特征在于

所述控制功能被按如下方式设计，所述方式为，当执行所述控制功能时，自动执行根据权利要求20所述的方法。

36.如权利要求26所述的大地测量装置(1)，

其特征在于

所述照准装置是望远镜瞄准器。

37.一种被实施为经纬仪的大地测量装置(1)，用于确定目标物体(15)上的目标点的位置数据，所述大地测量装置(1)包括

●照准装置，其中所述照准装置能够相对于所述测量装置的底座枢转以改变所述照准装置的对准，并且所述照准装置至少具有

·限定了光学瞄准轴的物镜单元，

·电子距离测量单元，和

·用于在所述光学瞄准轴的方向上获取热图像(20b)的热成像相机(2)，

●角度测量功能，其用于以高精度获取所述瞄准轴的对准，和

●控制单元，其用于控制所述角度测量功能和所述热成像相机(2)，

所述大地测量装置(1)的特征在于

在所述控制单元的控制下的热图像测量模式中，作为测量处理开始的结果，在这种情况下确定的被照准的目标点的位置数据、连同针对使用所述瞄准轴照准的所述目标点的从所述热图像(20b)中自动读出的温度信息，被以能够经彼此关联而被调用的方式彼此链接成对。

38.一种包含如权利要求26所述的大地测量装置(1)和目标标记(26)的系统，

其特征在于

所述目标标记(26)具有预定的热编码(27a，27b)，和/或经温度调节区域的限定的几何排列，其中由所述热成像相机(2)获取的热图像(20b)上的目标标记(26)的位置通过识别所述热编码(27a，27b)而被确定。

39.根据权利要求38所述的系统，

其特征在于

所述目标标记(26)具有预定的限定温度的区域。

40.根据权利要求38所述的系统，

其特征在于

由所述热成像相机(2)获取的热图像(20b)上的目标标记(26)的位置通过图像处理而被确定。

41.根据权利要求38所述的系统，

其特征在于

在目标跟踪中，所述热图像(20b)上的目标标记(26)的位置被分配到所述测量装置(1)的光学瞄准轴的方向，并且所述控制单元被设计成以所述光学瞄准轴恒定地与所述目标标记(26)对准的方式来控制所述照准装置的对准。

42.一种在如根据要求38或41所述的系统中使用的目标标记(26)，

其特征在于

该目标标记(26)具有针对用于所述目标标记(26)的至少一部分的热编码(27a，27b)的温度调节单元。