CN103547939A

CN103547939A - 用于具有扫描功能的装置的校准方法

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Publication number: CN103547939A
Application number: CN201280022784.7A
Authority: CN
Inventors: J·辛德林; B·戈登; 贝恩德·瓦尔泽
Original assignee: Hexagon Technology Center GmbH
Current assignee: Hexagon Technology Center GmbH
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2032-05-10
Also published as: EP2707745B1; AU2012257827A1; KR101703774B1; AU2012257827B2; CN103547939B; EP2523017A1; CA2834189C; US20140009604A1; US9752863B2; KR20130143137A; EP2707745A1; CA2834189A1; WO2012156277A1

Abstract

本发明涉及用于具有扫描功能的装置（1）的、具体来说按极坐标测量的装置的校准方法，该装置包括：以激光轴作为目标轴（3）的光电距离测量装置（5）；机动光学偏转单元（7），其使所述目标轴（3）偏转一偏转角，以及角测量部件，其用于确定所述偏转单元（7）的至少一个角位置。为此，执行下列步骤；第一测量，在所述偏转单元（7）的第一角位置处测量标线的角坐标作为第一位置，和第二测量，在所述偏转单元（7）的第二角位置处测量所述标线的角坐标作为第二位置，其中，所述第一位置和所述第二位置彼此不同，具体来说，其中，所述第一位置相对于所述第二位置在两个轴上旋转，以使所述标线在两个位置处至少大约指向同一空间方向。所述标线的第一测量和第二测量是基于由摄像机（4）拍摄的图像来执行的，其光轴通过所述偏转单元偏转，并且基于所述第一位置和所述第二位置处的所述角位置和所述角坐标来确定校准参数。

Description

用于具有扫描功能的装置的校准方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的、用于具有扫描功能以空间地测量物体的装置的现场校准方法，并且涉及根据权利要求10的前序部分所述的具有扫描功能的装置。

3D扫描是用于在几分钟或几秒钟内生成物体的数百万空间测量点的非常有效的技术。陆地3D扫描仪也正在不断地被用于传统测量任务和项目。然而，此刻，所述扫描仪仍少许不足或缺点，举例来说，如对于大地测量来说不典型的现场工作流程，不足的测量精度，或者需要在办公室进行随后数据处理以制备希望的测量结果。

激光扫描仪的创立制造方目前在努力匹配3D扫描仪的工作流程管理与传统测量的需要。在此，第一步是缩减扫描仪装置的尺寸，并且改进它们的鲁棒性，以允许它们在高低不平环境（举例来说，如建筑工地）中现场使用。该测量装置的便携性和灵活且快速设置是测量应用方面的基本要求。这种扫描仪装置的示例是LeicaGeosystems的TRIMBLE GX3D、Faro Photon120或ScanStation C10，举例来说，如在DE 20 2006 005643 U1或US2009/147319中描述的。

对于传统测量任务（举例来说，如记录建筑物或土木工程结构）来说，这种现有技术扫描仪的测量精度往往太低。具体来说，针对钢结构的情况，因为在这种情况下使用的结构部件通常需要窄测量公差，所以高点精度是不可避免的。因此，已经利用这种扫描仪装置的每一代开发来尝试实现更高测量精度，最少不能够覆盖新的市场和进一步的测量任务。

近期扫描仪应用的示例有：

-监测现有建筑物有关形状、下沉、倾斜等方面的变化；

-监测建筑工地的施工进度并且监测已经执行的工作的尺寸精度；

-在建筑工地的各个组件（举例来说，如柱子、管道、开口、窗户、门、混凝土预制件等）的设置和对准期间的支持；

-用于地图表述或3D建模的现有建筑物的盘存（例如，在规划重建或扩展时）；

-法庭/刑事技术应用，例如，用于在发生场景或事故现场数字重建事件；

-传统测量任务，如土地测量、空间规划、建筑物标记、检查区划法规等；

-历史恢复。

就基本构造而言，这种扫描仪被设置成，利用距离测量单元（通常为基于光电和激光的距离测量单元）来获取到测量点的距离。同样存在的方向偏转单元在此被设置成，使得来自距离测量单元的测量射束按至少两个空间方向偏转，作为其结果，可以拍摄空间测量区。该偏转单元可以采用动镜（moving mirror）的形式来实现，或者另选地还通过适于控制光学辐射的角偏转的其它部件（举例来说，如可旋转棱镜、可移动光导、可变形光学组件等）来实现。测量通常通过确定距离和角度（就是说，按球面坐标）来执行，该球面坐标出于表述和进一步处理目的，还可以变换成笛卡尔坐标。该距离测量单元例如可以根据渡越时间（TOFD）测量、相位测量、波形数字化仪（WFD）测量或干涉测量的原理来设计。对于快速且准确的扫描仪来说，具体来说，测量时间必须短，而同时实现高测量精度，例如，对于单个点的、范围在几微秒或几毫秒的测量时间来说，距离精度要在毫米范围或以下。

在扫描仪中使用的距离测量单元往往具有内部参照部，使得可以进行距离测量的校准（具体来说，距离偏移的校准），并因而可获得高精度的距离测量。现今距离测量单元中的斜坡误差或缩放误差通常比1ppm更小，由此很少需要再校准。然而，距离偏移会随时间而改变，对此的现场校准现今是广泛已知的。在老式装置中，扫描仪的点精度（如最大3D距离偏差和由此测量点在空间上的误差）通常受限于距离测量单元的测量精度。更准确的距离测量对应地需要更长的测量时间，作为其结果，距离测量精度的增加伴随着测量或扫描速度的减小，如每单位时间的测量空间点。随着光电距离测量领域的发展，现今能够得到仍具有高距离测量精度的快速至超快激光距离测量单元。

整个系统有关点精度的关键环节因此从距离测量精度转换到了角测量精度的范围。为了能够满足日益增加的精度需求，光学机械系统的长期稳定性也具有日益增加的重要性。

现今具有高精度的商业扫描仪在低于200m的测量距离上实现了范围5mm至20mm的点精度。对于直至50m的距离来说，可实现的点精度为2mm至6mm，而对于小于25m的测量距离来说，大约1mm至4mm的点精度可确定实现。针对方向精度或较测量精度，在50m的距离下的5mm段例如对应于20″（角秒）或大约100μrad的角测量精度，这在现有技术中已经表示高角测量精度。

当前在市场上可获的最高精度的扫描仪可以被确定地分类成具有8″与12″之间的精度的产品类别，然而，具有好于20″、并且具体来说，好于12″的指定方向精度或角测量精度的这种扫描仪装置面临新的问题，这种问题在差精度扫描仪中不重要或者仅仅是次要的。具有上述高指定角测量精度的3D扫描仪需要小心操纵、使用以及保养，以便保持所述精度。具体来说，在现场使用的移动便携式装置中，必须预料来自环境的影响，举例来说，如直接阳光照射、碰撞、冲击等，其可以导致机械失调和附随缩减测量精度。这种高精度扫描仪由此适用于实验室，而非现场。

已知扫描仪还不允许终端用户在不费力的情况下现场检查该仪器的精度，跟传统测量装置的习惯相同。任何精度保证至多可以由制造方来提供，但这需要工厂方面的时间密集且成本密集的短检查间隔和再校准。在对应地为此配备的研究所，或在国家测试实验室，由制造方确定的轴误差值（例如，按角和距离（偏移）的形式）通常直接输入并存储在仪器软件中。

为了还将具有极测量原理的扫描测量系统（如陆地激光扫描仪）日益引入到大地测量实践中，已经针对这些装置开发了用于检查校准和检验测量精度的方法。

然而，误差确定在此通常基于类似于视距测量原理的构造。然而，扫描仪具有完全不同的构造，这就是为什么不应用这种方法的原因。具体来说，激光轴的误差影响可能与传统目标轴的误差影响显著不同。

一种已知校准方法例如使用在空间中排列的一组平面，按不同仪器设置扫描这些平面几次。基于组合观点的已知算法，该校准方法通过利用一个或更多个调节计算，根据相同物体平面来确定该系统的精度或校准参数。

为登记所扫描点云，作为来自不同扫描仪设置的单个扫描周期的测量数据的组合，可以执行相同点上的变换（例如，Helmert变换）。相同点根据所扫描目标标记的数据导出，然而，其中，商业目标标记或目标通常不能通过具有为此所需精度的扫描仪来测量。在这种设置中的精度确定（其中还执行随后测量）还优选于该方法的频繁位置改变。整个校准过程相对复杂，因为对于足够准确确定仪器误差来说，例如，在至少三个步骤中需要十个以上的平面，其对于大地测量学中的常规现场使用来说不切实际。

另一已知方法使用已知高准确参照点场（连接点），其采用大量反射目标标记的形式，例如在大厅中固定在墙上和天花板上。这些反射目标标记的坐标利用高精度坐标测量机器（如经纬仪）初始地精确校准，并且随后，精确地获知的这些预定坐标通过数学校准模型与扫描仪数据相关联。这种过程对于一般现场使用来说太复杂，并由此不实用。另一缺点是，因在角与距离测量之间的同步方面的等待时间而造成角校准的附加伪造。参照点或多个参照点的已确定空间坐标因动态扫描过程而伪造，具体来说，在具有典型100Hz的快速旋转轴的扫描仪中。在按100Hz旋转的扫描仪中例如100ns的同步延迟已经产生13角秒的物体偏移，其相切于扫描移动。该误差在上述方法中被反映为确定校准参数方面的指数误差。

还已知通常在大地测量学方面的电子经纬仪中使用的逆向测量方法，其如下进行：使用瞄准装置中心地且准确至秒（就是说，以范围在几角秒或更小的精度）精确地测量两个望远镜面中的一个或更多个目标标记。可以确定轴相关系统参数，或者可以基于与精确测量相关联的测量角来验证系统精度。该系统在此按初始状态下（X，Y）gon和旋转状态下大约（X+200，400-Y）gon的方向使用，其中，旋转包含误差并且确定方向（如垂直轴、耳轴以及具体来说，瞄准装置的目标轴）的所有部件。

根据该原理，能够确定大量误差，其在经纬仪或者类似构造仪器中，可以用下列校准参数大致表示：

l、q：2轴倾斜传感器或垂直轴倾斜的指数误差

i：垂直角传感器的指数误差（角偏移）

c：准直线的准直误差

k：耳轴倾斜。

下面，还将具有这种参数化或类似参数化的模型称为经纬仪模型。

通过示例的方式，指数和准直误差利用具有优选水平准直线的2位置测量来确定，因为利用该排布结构，这两类误差可以很大程度上与其它参数的影响分离。

尽管激光扫描仪原理上还使得可以如上所述按传感器头的两个对准来扫描物体，但利用根据第一和第二对准的点云的角误差和扫描仪轴的距离（偏移）的影响不能确定并且按相同形式消除。举例来说，这是因为精确点关联不总是因光栅化表面型测量而提供，尤其是在5mm和更粗略光栅的点密度下。另一理由是因为该校准模型已经完全被经纬仪或视距仪模型占据，并且后者未准确地描述扫描仪的测量系统。结果，确定非真实甚或不允许的仪器参数，并且另外，它们对坐标偏差的影响被不正确地建模，其本身不能导致希望改进。

在现有技术中，例如在两个对准中的一个扫描过程中，已知记录（对于扫描仪中的逆向测量来说）由木头制成的至少六个白色标记球，作为测试物体。该测量值在此是球表面的拍摄部分的坐标，据此，计算球中心点的坐标，并且随后通过建模和调节计算来确定轴误差。然而，利用扫描仪确定球中心点的坐标很大程度上包含严重错误。例如，利用距离50m的已知三维测试物体至多可以实现大约3mm的系统误差，其中，标准偏差具有大约相同的数量级。精度校准由此不可能实现，具体来说，结合作为不能准确地描述扫描仪的轴系统的基础的装置模型。上述精度完全不足以校准扫描仪的轴系统的误差。

对于高精度误差确定来说，即使在以高精度水平已知的上述参照点场中，残差或噪声分量对于扫描仪数据与参照数据的调节计算来说也太大。在激光扫描仪中，逆向测量的上述传统参数设置在这种形式下也不再可应用，并且，对于准确至秒的测量来说，也不存在瞄准装置。

尽管激光束在最初考虑上可以考虑表示准直线，但其对于方向不变来说具有完全不同的特性。准直线的这种新类型的相关性或参数化在测量方面，到现在为止尚未按这种形式加以考虑，或者到现在为止其根本未获知，或者其针对校准的影响至少未按这种形式获知。

如已经提到，整个3D扫描仪装置的对应鲁棒性还必须确保所需角测量精度，并且获取非常准确且可再现的测量结果。为此，用于激光束引导的组件，具体来说，静态或旋转偏转单元必须具有高硬度，以便耐受环境影响。另一方面，除了前述快速距离测量来说，一般扫描仪装置还必须以对应高速移动来测量激光束，以在较短时段内扫描物体。这种扫描移动例如可以利用快速摆动或旋转镜来实现，例如，按每秒钟200转以上的高旋转速度或频率。出于动态学理由，甚至必须按中速，低于作为示例提到的200Hz偏转频率，对于移动部件的尺寸来说，要保持尽可能小，然而，其与高硬度的需求不一致。

使用诸如经纬仪或视距仪的传统测量仪器习惯于能够任何时间并且不费力地，例如在具有已知参照标记的空间中或者在现场，通过按两个面测量合适目标来检查它们的测量系统的精度。这些已知扫描仪未提供这种可能性，并且用户在实践中没有用于准确地确定或验证该装置的测量精度的选择权或者校准该装置的选择权。

因此，本发明的一个目的是提供一种具有包括用于现场使用的扫描功能的可靠且精确的装置。

一个目的是提供一种具有扫描功能的精确装置，其使得用户能够按简单但精确的方式检查或修正系统精度和/或校准装置。

另一目的是向用户提供一种针对具有扫描功能的装置的检查和测量处理，以使现场用户在合适的情况下，就地可以自行检查测量精度和/或重新确定校准参数。

在此，另一目的是提供一种用于确定具有扫描功能的装置的精度和/或校准，具体来说，利用专门与这种扫描仪匹配的装置或误差模型，并且该方法尤其还适于现场简单执行。

另一目的是，所述方法使得能够用单个装置设置来对具有扫描功能的装置进行精度确定和/或校准。

在此，另一目的是提供一种用于对具有扫描功能的装置进行精度确定和/或校准的方法，其适于现场未测量目标物体，就是说，没有利用全站仪或其它测量装置获取的空间坐标的目标物体。

另一目的是，该方法可以按至少部分自动化的方式来执行，具体来说，利用用于自动化或半自动化执行精度检查和/或校准过程的对应用户指南。

这些目的通过实现独立权利要求书的特征化特征来实现。按另选或有利方式开发本发明的特征可以根据相关权利要求书来收集。

如已经示出，传统测量仪器（如经纬仪）的用户可以利用简单测量方法检查并且在需要时校准该仪器的角测量精度。从测量员的观点来看，扫描仪还应提供用于通过用户自身现场校准的可能性，与根据经纬仪或全站仪获知的类似。对于测量员来说，这里最重要的是，针对当前安置的测量不是实验室条件下的经纬仪装置精度而是当前系统精度。

下面将详细说明的、根据本发明的校准方法涉及具有扫描功能的装置，具体来说，按极坐标测量的装置，例如，3D扫描仪，该装置具有：光电距离测量装置，其以激光轴作为目标轴；机动光学偏转单元，其使所述目标轴相对于所述距离测量装置偏转可变偏转角，具体来说，其中，所述目标轴（3）通过可相对于所述距离测量装置移动的反射镜而偏转；以及至少一个角测量装置，其用于确定所述偏转单元的角位置。

该校准方法包含以下步骤：

·第一测量步骤，在所述偏转单元的第一角位置处测量目标标记的角坐标作为第一位置（Lage），和

·第二测量步骤，在所述偏转单元的第二角位置处测量所述目标标记的角坐标作为第二位置，

其中，所述第一位置和所述第二位置不同，具体来说，其中，所述第一位置相对于所述第二位置在两个轴上旋转，以使所述目标轴在这两个位置至少大约指向同一空间方向。

在这种情况下，所述两个轴对应于所述偏转单元的轴，与该测量所基于的理论轴系统相比，其可能错位。这两个轴之一例如是旋转了大约200哥恩（gon）的垂直轴，而另一轴是相对于第一位置中的垂直轴旋转了大约400哥恩减去其角位置的耳轴（trunnion axis）。

这里，所述第一测量步骤和所述第二测量步骤是利用具有视野的摄像机利用图像来执行的，所述摄像机的光轴通过所述偏转单元相对于所述摄像机来偏转，并且基于所述第一位置和所述第二位置中的所述角位置和所述角坐标来确定校准参数。

这里，所述测量步骤是利用具有所述视野的高（角）分辨率的所述目标标记的所述图像坐标的分辨率的图像来执行的，具体来说，具有小于3角秒，优选地小于1角秒的图像分辨率，其可以通过所述摄像机图像的子像素插值来实现。

在此使用的基础具体来说是数学装置模型，该数学装置模型表示具有扫描功能的装置的机械设置和射束引导，特别是，具有目标轴的、取决于目标轴的高程的瞄准和/或指数误差的装置模型（与经纬仪模型相比）。

随后，可以基于所述校准来确定该系统精度的精度、残差以及/或统计学特征。该校准（校准参数的形式）可以被用于修正随后确定的测量值，具体来说，点云。可以基于所述至少一个轴（然而，具体来说，两个轴）的所述角位置和所述第一位置与所述第二位置的所述角坐标来确定校准参数。

最初，如本发明的部分方面，并且作为用于进一步说明的基础，标识激光光学扫描仪的数学装置模型和校准相关参数。为此，对下面说明的扫描仪的一示例性实施方式的方面进行讨论。有关在此进行的射束引导的一般考虑还可以被本领域技术人员类似地应用至另选实施方式。

由于前述扫描仪旋转头的高旋转速度，因而在扫描仪中，激光源通常设置在支承体中。所述目标轴与所述耳轴的直接耦合（其可以在经纬仪模型中找到）由此不再存在，因为激光源未直接与耳轴一起移动。结果，在2位置测量中，所述准直线未旋转，如同例如在经纬仪的情况下的情况。结果，也不能在具有传统2位置测量的扫描仪中独特地对应标识特定误差，如同在经纬仪中执行的。

扫描仪（具体来说，具有上述激光排布结构）的示例性实施方式的校准参数的一个可能参数集例如如下：

l、q：2轴倾斜传感器或垂直轴倾斜的指数误差；

i：垂直角传感器的指数误差（角偏移）；

rc、ri：所述激光源相对于所述旋转轴或耳轴的角误差；

pci：所述旋转镜相对于所述旋转轴或耳轴的角误差；

k：所述旋转轴或耳轴相对于垂直轴的倾斜。

如果所述装置设置的距离和/或倾斜角还被包括为进一步的参数，则出现针对整个测量系统的系统校准的问题。在所述系统校准中，在一个方法中检查轴、设置以及距离测量精度，并且在合适时校准，假设后者不对应于规范或要求。

为简单起见，下面主要对轴的角误差进行详细讨论。在该示例性实施方式中，未明确考虑轴距离（偏移），但并不是排除一般情况，在一般情况下，还根据本发明来确定所述轴距离和进一步的校准参数。通过示例的方式，所述轴偏移可以基于按许多距离的角误差确定来确定。本领域技术人员针对测量装置中的误差确定，还可以按类似或相似方式确定根据本发明的总系统的进一步的系统校准参数，并且组合它们与大地测量学中已知的进一步方法和常规措施。

接着，随后在物体记录中生成的点云可以实现具有确定性的指定或所需高测量精度。所述装置设置可以在校准和测量期间保持无变化。

可以使检查和/或校准过程的操作直接在所述扫描仪上就地经由本地用户接口获得。该用户接口另选地还可以通过远程用户接口实现，其利用线缆或无线电信号，或者通过PC、膝上型电脑、平板PC、智能电话等连接。本发明的部分方面具体来说，还提供了校准程序，其利用用户接口来指示用户，利用所扫描且可标识的物体或目标标记（优选地在传感器头的两个对准中）的扫描仪数据来确定该扫描仪的系统性轴误差和偏移误差。

在扫描仪中，缺乏准确至秒的用于测量的瞄准装置使得难于执行根据经纬仪已知的校准方法。因而，由于方差-协方差误差传播，测量员充分熟悉因不准确观察和测量而造成校准参数的精度损失。然而，如上说明的，在具有现代距离测量单元的扫描仪中，具体来说，其是变为有关可以实现的点精度的关键分量的角测量。扫描仪中有关目标标记的角测量精度通常不比10arcsec更准确，作为其结果，利用这种观察生成的校准不能实现大地测量学中所需的精度。不仅缺乏适合和为此推荐的目标标记（菱形图案、球形、锥体、…），而且缺乏能够针对所需精度在扫描仪中执行误差确定和误差指配的对应应用程序和用户接口。

然而，针对目标标记或目标物体的极坐标测量的高角精度可以通过利用摄像机的测量来实现。现代扫描仪通常配备有集成摄像机，利用其，可以记录还与所测量空间点的点云相关联的图像信息。具体来说，获知全景图像，还称为球幕（fulldome）记录。这里，该摄像机通常具有表面型图像传感器和具有聚焦和/或缩放功能的至少一个物镜。

本发明利用集成在扫描仪中的这种摄像机，该摄像机安装在相对于轴系统固定并且准确地限定的位置中。通过示例的方式，将所述摄像机安装在所述支承体中的耳轴的延续部分中。所述距离测量单元的激光器可以放置在同一侧，或者另选地，放置在所述耳轴的相对侧。所述摄像机优选地被设置成，使得所述扫描仪或激光目标轴位于其视野（视界）中，如可由所述摄像机拍摄的角状区。按这种方式设置的摄像机还被称为瞄准摄像机。在没有误差的轴系统中，理想扫描仪目标轴将位于相对于所述耳轴的法向面中，并且所述三个轴将一起与所述垂直轴相交于一点，该相交点通常还对应于所测量角坐标的原点。根据本发明的原理另选地还可以利用具有针对所述扫描仪目标轴的视差的摄像机，但为简单起见，并且没有限制地，下面的说明将指瞄准摄像机。

在集成摄像机的实施方式中，具体来说，两个方面值得注意。首先，对于对应准确校准来说，所述摄像机的可获角分辨率和由此还有角测量精度必须处于角秒范围。无疑，所述摄像机必须能够分辨比要通过校准获得的角精度更小的角。另外，所述摄像机的视界必须不太小。典型视界至少为大约15°或以上。

在实际检查开始之前，3D扫描仪应当尽可能变水平，作为其结果，还可以执行检查倾斜传感器，例如，通过后者同样环绕垂直轴旋转，并且按至少两个已知角位置来确定倾斜。在任何情况下，必须确保扫描仪在校准和测量期间具有稳定位置，不能下沉，并且在可能的情况下，保护不受阳光直射。

除了作为测量仪器的扫描仪的已经描述的稳定设置以外，还需要目标物体就像平稳的一样。例如，将A4目标板设置在具体相对于扫描仪固定的位置，例如，15m至30m的距离，并且尽可能垂直于目标轴或激光轴。固定目标板作为目标标记在此应当确保对准或中心点确定的精度为0.2mm或更好。在校准过程期间，设置的仪器和目标板必须不改变。

该目标板在此被设置成，使得可以通过摄像机来确定光学特征的位置，例如，目标板的中心点确定，并且精度典型地为1角秒至5角秒。目标板的定义例如可以呈现为PDF文件。其物理实现接着可以利用商业打印机来生成。另选的是，还可以使用具有二维或三维形状和极大亮度对比度的其它目标物体。在任何情况下，具有所述摄像机的所述扫描仪需要针对作为目标物体的目标板的无阻视野。

下面，对示例性检查和校准过程进行例示，该过程确保足够精确的角确定，以验证系统精度。该过程还可以由用户现场执行。所述扫描仪具有能够按每一种情况在两个测量面中执行测量操作的能力，如根据前述2位置方法已知的。

根据本发明的利用具有摄像机的扫描仪的检查过程在这种情况下，可以包括作为示例详细说明的下列步骤。这些步骤的具体组合、顺序以及实践配置可以取决于要确定的参数、位置情况以及所需精度。该检查和校准过程优选地利用单一扫描仪设置来获得。

在第一步骤中，应当选择扫描仪的设置。坚实地面上的固定设置在这种情况下是重要的。该扫描仪在这种情况下可以按相距所设置目标标记或目标物体的推荐距离来设置，假设后者已经预先知道。另选的是，还可以自由选择扫描仪位置，并且目标板此后可以对应地定位，如步骤2所述。通过在还要执行随后测量的该位置中设置，还可以避免因扫描仪在校准与测量之间安置的变化而造成的任何未对准。

在第二步骤中，用户限定要检查的校准参数，例如，全部参数或对参数的选择性挑选。另外，用户可以限定要针对总系统或者分离地针对每一个参数实现的预定精度。

根据本发明的扫描仪计算并显示针对“扫描场”的、有关扩展水平线之上或之下的仰角扇区的仰角的提议，其中，目标物体、目标板或目标符号要有利地应用。而且，该仪器，或者具体来说，集成在其中的或者集成在具有对应软件的操作装置中的数字计算器计算相距目标物体的推荐最佳距离或距离范围。目标板与扫描仪之间的典型检查距离例如为10m至50m。通过示例的方式，可以有利的是，以100哥恩将至少一个目标板尽可能接近地定位至水平线，并且尽可能相对于目标轴垂直，也和在经纬仪检查方法中所做的一样，以确定目标轴误差。

例如，如果预先指定了至少一些校准目标，如果可能目标板位置由于环境而受限，或者如果有经验测量员已经可以估计有利目标位置，则还可以至少粗略地向装置提供已知目标位置，或者使扫描仪按自动化搜索运行来自动标识目标板。即使利用目标板，也必需确保校准过程期间的固定、牢固设置。

为检查要检查的n个预先选定参数，一般来说（在不考虑条件方程的情况下），应当记录恰当配置的目标标记的至少n个测量坐标。在这种情况下，恰当配置或有利设置特别意指，目标板至少恰当地安装在由该装置提议的位置处或等同位置处，并且该目标板可以按两个面来观察。

还可以通过用户接口请求用户在对应仰角扇区中放置例如1至10个目标标记，或者对应地确定这些区域中的合适的天然目标标记。用户还可以接收推荐以可能地重新调节目标板位置，其被推荐以最优化校准参数的可确定性。

如果扫描仪具有可见标记激光，则该扫描仪可以使用其，以例如标记提议目标板位置或对应位置区，并且例如利用距离测量单元来监测，并且以光学方式、声学方式或者利用远程用户接口向用户发信号有关已经到达推荐距离范围。

其例如可以是所提议目标位置的选择标准，其在这种情况下，一些目标点在可能的情况下按各个视角放置，例如，在仰角扇区的上和下边缘处具有垂直角，并且还接近于用于测量的水平线（100哥恩）。具体由一软件程序来担负用户指南，该软件程序利用激光扫描仪的功能模型的灵敏度分析。

利用恰当配置的目标板或天然目标的最佳校准场，可以确保确定校准参数方面的所需精度。然而，该方法还可以在存在因环境而造成所提议目标标记位置的必需偏差时执行，但与最佳排布结构相比，在合适的情况下，具有缩减精度或可靠性的校准过程，用户接口的用户指南也可以恰当地指出。

随后，执行针对目标点的方向的手动、半自动或全自动校准，其中，扫描仪装置识别和/或标识目标，并且可以随后按目标化方式自动地测量它们以供准确测量。在这种情况下，扫描仪还可以检查目标物体是否处于所需距离范围和推荐仰角扇区中。同时，还可以粗略地检查目标板相对于目标轴的取向。在全自动操作中，摄像机支持搜索目标点。该摄像机还确定目标标记的特定亮度对比度并且检查其是否满足精确的角确定。

随后，可以执行摄像机相对于当前轴系统的可选校准，其中，该步骤不是每次执行该方法时都被执行，但例如仅在工作校准的情况下，或者按相对较大的检查间隔。在大量一般扫描仪中，可以假定成像光学装置和摄像机相对于垂直和耳轴的排布结构的高稳定性。如果耳轴相对于垂直轴的倾斜仍未确定，则还可以执行用于摄像机校准的该可选步骤。

摄像机零点的可选确定例如利用顶点（zenith）目标化操作来执行。这种顶点目标化操作可以执行如下：

-在顶点按行应用一个或更多个目标板（例如，安装至天花板）。

-利用摄像机，按面1和2，以V=0哥恩确定目标板。

-沿V方向移动目标轴，直到目标板位于摄像机的视界边缘处为止。

-按该仰角方向利用角编码器确定V角，并且利用摄像机按面1和面2拍摄目标板。

-沿进一步的V方向移动目标轴并且再次利用角编码器沿该第三仰角方向确定V角，接着利用摄像机按面1和面2拍摄目标板。

包括摄像机零点的所有相关校准参数可以根据在该过程中确定的测量数据和摄像机图像来确定。在这种情况下，摄像机零点可以按具有方向参数（rc，ri）=（0，0）的任何方向来来限定作为其结果，简化了激光目标轴的检查和/或新校准。如果摄像机零点按该方式已知，则可以使用进一步的测量，以在摄像机的坐标系统中利用参数（rc，ri）来直接确定激光束方向。诸如焦距等的进一步的内部摄像机参数的可选检查和校准在目标板上利用矩阵型扫描操作来执行，该目标板近似地垂直于目标轴放置，优选地按大约V=100哥恩。

在第一子步骤中，该装置根据所需预先指定精度和目标板的图像的对比度，来确定随后矩阵扫描的所需测量点密度。扫描仪的摄像机的目标轴和视野随后在目标板上按光栅型方式移动，在此期间，摄像机记录目标板在每一种情况下的图像，其中，偏转单元的角传感器捕捉指配给图像的轴的角位置，例如，以作为垂直轴的水平角的Hz和作为耳轴的垂直角的V来捕捉。该结果是目标板的具有关联轴位置的一组图像，这些图像是按矩阵扫描的2D光栅被记录的，并且根据矩阵光栅而移位。利用图像处理软件，按摄像机坐标（就是说，按像平面），计算目标板的视觉特征的位置，例如其中心点。以此为基础，可以确定校准参数，如摄像机相对于轴系统的旋转和/或摄像机像素相对于角传感器的缩放比例。与由此在像素坐标和轴系统之间确定的变换矩阵的正交性相对的偏差给出耳轴的任何角误差的第一指示。

在进一步测量中，可以确定相对于摄像机的坐标系统的激光束方向。该过程很大程度上取决于扫描仪内部设置的特定实施方式。在最简单情况下，激光点被投影到同一目标板上，其位置被摄像机拍摄并且在摄像机中的图像中测量。由此，确定摄像机坐标系统中的激光目标方向。

在下一个步骤中，扫描仪仪器开始实际数据估计，以确定仪器精度。使用该摄像机，以利用该摄像机在对应的两个图像中按两个面摄影记录先前设置目标。随后，在按每一种情况在两个面中记录的图像之间执行相似变换，具体来说，采用图像旋转和图像平移的形式。在已知目标物体图案中，这可以例如利用已知为模板匹配的方式来执行。利用匹配至扫描仪的几何轴模型，现在，可以根据在相应目标板的各个视角下记录的图像的相似变换的数据，来计算扫描仪的轴误差。如上已经说明的，摄像机图像与角传感器一起允许该过程以角秒范围下的角分辨率来执行。

另选的是，利用摄像机确定的目标方向和旋转还可以利用回归分析来估计。按面1和面2观察目标板与空间扫描仪坐标系统的模型相关联。利用调节计算，例如，根据Gauss-Markov或者更具体地说，根据Gauss-Helmert模型，针对要确定的轴参数的估计值由其确定。同时，改进或残差在这种情况下呈现为该结果。该残差提供有关目标板处的点测量精度的信息，并由此提供有关扫描仪仪器的当前实现角测量精度的信息。

可以将根据已知为校准模型的辅因子矩阵的内容导出的估计参数的协方差矩阵用作要检查的仪器的统计测量精度的量度。新参数与旧参数之间的差异提供了有关系统性测量偏差和一般扫描仪系统稳定性的信息。

例如，该扫描仪仪器在操作单元的显示器上显示所选择校准参数的旧与新的确定值。为检查似真性，另外，还可以在该装置中显示或证实针对该旧参数和新参数的置信区间。

如果残差或该新估计参数处于所需或指定精度间隔内，则用户可以存储该新校准参数并且终止检查过程。接着，该新校准参数在确定测量值时被加以考虑。然而，如果在上述步骤之后的角测量精度不足，则用户可以继续进行如下处理。

如果不管任何原因，都未获得所需和指定精度，则将通知用户。

一个原因可能是扫描仪设置相对于目标物体的不利排布结构。在这种情况下，该仪器可以向用户提议有关怎样更有利地放置用于校准的目标板，并且随后重复该检查和校准过程。

不足精度的另一原因可能是与不利光条件相关联，其可以通过改变扫描仪和/或目标板的位置来缓解。另选的是，人工照明目标板也可以有帮助。为了独立于不利光条件，根据本发明的装置例如还可以配备有目标照明装置。这种目标照明装置例如从具有自动化摄像机支持目标测量的全站仪已知。这样配备的扫描仪可以独立于外部照明情况而执行所需测量。

一旦将扫描仪校准，所述估计单元就可以修正轴误差的影响，并由此生成所扫描物体的精确且高精度的点云。该扫描仪装置的系统精度或测量精度由此可以显著增加。

一般来说，推荐在每一个精度测量之前检查并且在合适的情况下再次确定精度相关校准参数，具体来说，一旦扫描仪已经重新被设置。

具体来说，推荐在下列情况下要执行仪器误差的确定：

-在需要高精度和可靠性的精度测量之前；

-在相对较长运输之后，在此期间，该装置可能已经暴露至撞击、冲击或振动应力；

-在温度变化之后，具体来说，大于20℃；

-在该装置的相对较长的存储时段之后。

下面，参照附图中示意性地例示的具体示例性实施方式，完全通过示例的方式，对根据本发明的方法和根据本发明的装置进行更详细描述，并且简略提到本发明的进一步优点。具体来说：

图1示出了在根据本发明的具有扫描功能的装置的使用期间示例性大地测量工作流程的例示图；

图2a和2b示出了利用根据本发明的具有扫描功能的精确装置的2位置测量的原理的例示图；

图3示出了根据本发明的具有扫描功能的装置的、具有侧向容纳在支承体中的瞄准摄像机的第一示例性实施方式的例示图；

图4示出了根据本发明的具有扫描功能的装置的、具有平行于激光叠加的瞄准摄像机的第二示例性实施方式的例示图；

图5a示出了根据本发明的、用于检查或校准方法的目标板的示例性实施方式的例示图；

图5b示出了利用摄像机的光学特征的示例性测量的例示图；

图6示出了根据本发明的具有扫描功能的装置的、具有二维倾斜传感器的第三示例性实施方式的例示图；

图7示出了根据本发明的具有扫描功能的精确装置的、具有示例性目标轴误差的第四示例性实施方式的例示图；

图8示出了根据本发明的具有扫描功能的精确装置的、具有示例性瞄准轴和耳轴倾斜误差的第五示例性实施方式的例示图；

图9示出了根据本发明的具有扫描功能的装置的、具有用于激光束检测的附加瞄准器的一实施方式的例示图；

图10a、10b、10c、10d示出了在根据本发明的具有扫描功能的装置中按两个面利用瞄准摄像机的示例性观察的例示图；

图11示出了示例性检查和校准处理的过程的流程图；

图12示出了根据本发明的校准目标的另一示例性实施方式。

参照图1，下面通过示例的方式对可能大地测量工作流程进行说明。在传统测量任务中，将诸如经纬仪或全站仪的测量仪器放置在已知地面点9001、9002、9003上。

常见的是，便携式仪器具体来说在被设置时，经受高冲击型加速，例如，在将装置闭锁到适配器中时。即使该装置定位在定心脚中，角传感器、保持器或目标轴导杆中的方向相关部件（如激光镜）可以最低程度地改变它们的位置。结果，所存储校准值或校准模型可能不再完全有效，并且随后，测量精度，具体来说，方位角和仰角的角测量的测量精度也不再处于指定范围内。在这种情况下，该扫描仪需要（至少部分地）重新校准，或者可能需要完全新的校准，以便能够实现所需或指定测量精度。

该装置的大地测量安置尤其包括仪器的垂直定位、输入仪器高度、朝北取向，以及建立具有至少一个后视点12的设置。该后视点12例如可以是在指配地面点上具有已知高度的目标标记。供大地测量学使用的扫描仪1（与经纬仪相比）同样配备有适于在参照点上设置的定中心适配器、扫描仪的耳轴（反射镜的旋转轴）的高度参照、倾斜传感器以及用于操作这些和其它功能的对应用户软件，以尽可能匹配测量过程与利用经纬仪或全站仪的传统测量的已知工作过程。

一旦安置完成，测量仪器1就针对空间或附属坐标系统14进行参照。利用后视目标12，扫描仪1也建立在坐标系统14中。如果扫描仪1位于点9001上，则其例如还可以测量另一些点9002、9003，以便按那些进一步的点在随后设置中彼此关联这样获取的多个扫描的数据项。可选的是，还可以测量该测量装置的可拍摄视野中的现有参照目标10，利用它，该测量可以针对空间或附属网络或坐标系统来参照。要测量的物体的所示示例是建筑物11和13、道路15，或具有树丛的地带16。

然而，根据本发明的具有扫描功能的装置和所述方法还可以类似地用于建筑物、矿井等内部。

在测量单个设置点和物体扫描数据本身两者时，该系统的测量精度在此是一关键因素。如果被检查或最近确定，则通常可以仅保证高测量精度，并且在合适时，还可以就地修正或校准。由此，在按坐标系统建立或其它测量之前，如果可以在安置之后直接执行，则执行根据本发明的精度检查和/或校准。

图2a和2b作为示例示出了根据本发明的、扫描仪1针对目标板2的用于校准过程的设置，其优选地按两个面执行。图2a和图2b示出了按每一种情况在第一和第二位置中扫描仪测量目标2。扫描仪1在此具有两个旋转轴，轴22具有关联方位角传感器，其被称为垂直轴，而轴23具有关联仰角或垂直角传感器，其被称为耳轴。线21象征轴22和23的法线。对于理想且无差错设置和校准来说，轴22的垂直角对应于0哥恩，而轴法线21的垂直轴对应于100哥恩。对于没有差错和精确水平化的情况来说，轴23位于水平面中。箭头3表示目标轴3，并且同时表示仪器1的距离测量单元的测量方向，其在示例性目标2上瞄准。角34是视角或仰角，而将余角31称为垂直角。

与图2a相比，图2b示出了处于2位置测量的另一位置的仪器，其中，垂直轴22（用箭头32表示）被旋转了大约200哥恩，而旋转轴23（用箭头33表示）被旋转了（400哥恩-VI），其中，VI表示第一位置中的垂直轴。在无差错或充分校准情况下，结果，测量同一目标点，或者可基于出现的方向性偏差来确定任何误差。

在这种情况下，可确定类型的误差还取决于目标2针对扫描仪1的坐标系统的定位。根据由用户指定的精度要求，如上说明的，仪器1可以提供有关要放置的目标板2的数量的指示，并且还提出它们应当按什么距离36和仰角34来安装。

图3示意性地示出了根据本发明的、具有瞄准摄像机4的扫描仪1的实施例，其在这个实施方式中，被侧向容纳在支承体中。在这种情况下，射束路径中唯一的一个尾镜（last mirror）环绕快轴（通常来说，但不必要地，环绕耳轴）移动。扫描仪的另一些部件容纳在静态部分中，或者容纳在按秒钟以相对更慢速度移动或旋转慢轴22的部分中。主要地，但不必要地，这是垂直轴。在这种装置中，摄像机4本身未环绕通常非常快速旋转的内部轴（耳轴）旋转。整个距离测量单元或至少距离测量单元的激光源5通常还设置在快速内部轴的外部。

作为按极坐标测量的装置，扫描仪尤其是因镜偏转而不再被构造成，可以利用传统2位置测量和平均化来确定系统性误差（举例来说，如目标和耳轴误差），如例如在视距仪中的情况。由于装置的不同构造，具体来说，测量辐射的射束引导，因而这必须在校准时加以考虑。

针对该校准模型，这导致准直误差和指数误差不再作为不变量/常数出现，如传统经纬仪中的情况。这里，望远镜在从面1改变至面2时，与视线和激光距离测量单元（就是说，整个望远镜）一起环绕目标轴旋转了200哥恩，其中，瞄准和指数误差随着恒定角相对于法线21偏移而出现。另一方面，在扫描仪中，2位置测量的传统校准模型失效。扫描仪的数学模型不同于视距测量原理的数学模型。激光器5，或该激光器要关联的光电距离测量单元5在所示实施例中也位于耳轴外部，就是说，直接位于支承体上。如示意性地示出，摄像机4可以利用表面型图像传感器（例如，CCD或CMOS芯片）和用透镜表示的光学单元来实现。

通过示例的方式，商业CCD或CMOS传感器具有尺寸1/1.8英寸、1/1.5英寸或1英寸和6百万或1千2百万像素的像素数，并且像素尺寸典型为大约2.5μm。在这种集成摄像机的实际例子中，例如，可以使用2/3英寸CMOS传感器和8百万像素的分辨率。CMOS传感器的有源表面的纵横比典型为4：3，作为其结果，像素数为3264个像素×2448个像素。这种传感器与具有对应焦距的物镜相组合将既满足前述视野需求，也使能实现1arcsec的所需角测量精度。典型地讲，可以实现1/50个像素的像素插值。

该光学单元可以根据要求设置为固定焦距或可变焦距光学单元，其中，后者可以例如利用距离测量单元的测量距离信息来聚焦。对于连续可变或阶梯焦距和/或缩放功能的情况来说，根据本发明，具体来说，应当确保，当前缩放因子和目标线过程误差因此在校准和测量期间被加以考虑。

激光器和摄像机的射束路径例如在图3的实施方式中利用反射镜叠加到快速内部轴上。根据传统经纬仪导出的这种构象应当在数学校准模型中并且具体来说，在利用扫描仪的2位置测量的构造中加以考虑。而且，示出了固定安装台9上的设置和目标板2的示例，该目标板具有目标标记和目标轴，该目标板瞄准在后者上，其在扫描仪1中根据用于距离测量的激光束的方向确定。

图4示出了用于扫描仪中的射束偏转的另一通常实施方式，该扫描仪由可环绕快速轴23（耳轴）旋转的旋转头7和倾斜的反射表面29构成。与由距离测量模块利用激光器5辐射的测量射束并行地叠加到射束路径中的是利用（优选为二色）分束器6的瞄准摄像机4（象征性地例示）的视野的光轴。该摄像机的光轴另选地还可以利用中空轴从相对轴侧叠加，作为结果，摄像机针对激光器的视野是直径方向的。对于根据本发明的精度确定和校准来说，即，如果其因此被考虑，则不相关。射束偏转的构造而且和射束引导的另一另选实施方式的构造都可与本发明兼容。

图5a示出了根据本发明的适于作为目标板2的目标标记（41、43、44）的图形构造的实施例，其被用于说明这种目标标记的几个特征。然而，除了这种特定目标2以外，还可以确定地使用天然目标（其满足所述特征至对应程度）。然而，为实现最高程度的精度，意向上推荐使用特别设计有这些特征的目标板2。

示例性目标标记（41、43、44）具有几何地指示的对称点或标记点41。具有标记的目标物体可以被设置为平坦目标板2，或者设置为空间构造的目标物体2。然而，使用三维目标物体根据本发明不是绝对必要的。

前述标记41旨在主要针对摄像机最优化，而且对于激光器来说，就是说，除了摄像机图像上的良好可见性以外，还希望将激光束反射回距离测量单元。通过示例的方式，白色区41或具有反射膜的区域41位于目标板2的中央，以便在整个射束截面上均衡地成像测量激光，并且针对距离测量单元和摄像机对应地将其反射回。

目标标记（41、43、44）的强亮度对比度使得控制和估计软件更容易自动地发现目标板、标识取向，以及确定标记点的坐标，或者更一般地说，确定目标板的本地坐标系统的原点的坐标，并且同时确保按方位角和仰角的高角分辨率。通过示例的方式，所示图案在具有许多边缘和尺寸和取向的摄像机的波长范围下具有高对比度，以使这在整个推荐距离范围上可被摄像机拍摄而不会图形失真。具有黑色44和白色43几何插图的示例性图案在此只是许多变型例之一。在具有固定焦距光学单元的集成摄像机的特定情况下，这些图案必须不能太小，以使任何焦距外图形也仍可估计。

为了能够单个地标识目标，可以提供另一区域42，其包含标识码，和/或准许确定该板在空间中的取向，其可以利用摄像机图像对应地估计。可选的回射区例如可以用于自动寻找目标板。

对于低精度校准来说，一个目标标记就足够了，其例如被制造方提供为PDF文件，并且其可以由用户自身利用打印机物理地再现。对于更高类别的精度来说，推荐稳定的尺寸上准确的目标板2，例如，平坦硬化的、自粘膜或者塑料或金属板。

图5b示出了利用先前校准的摄像机和图像处理的测量的原理。摄像机的视野（其变得可通过表面型图像传感器以图像点或像素的分辨率来拍摄）用矩形200和201来表示。在这种情况下，视野200示出了第一位置中的记录图像，而视野201示出了第二位置中的记录图像。表示为符号L的图像示出了所观察的目标板的本地坐标轴210。目标板的本地坐标（例如，以哥恩为单位）与摄像机的像素坐标之间的参照（对于该设置来说精确地有效）可以利用目标标记（41、43、44）来确定。该图案对应于针对方向的绝对编码和环绕目标轴的旋转角，该编码图案的中心点例如可以被用于方向测量，而该图案的对准例可以被用于拍摄环绕目标轴的旋转角。摄像机零点（rc=0且ri=0）可以被确定为目标方向的零点，并且（如上已经进一步描述的）可根据垂直轴的方向例如利用方位角瞄准来确定。由此，方向212、213被精确地限定并且可针对目标板及其旋转或倾斜214来测量。在另一可选步骤中，激光器被点亮，并且激光器目标轴对于摄像机来说在作为光点（激光点）211的场41上变得可见。图像处理装置基于按图像坐标测量的距离测量激光的光点来计算目标线的角位置。结果，获知了激光器与摄像机之间的取向。另外，可以可选地利用距离测量来检查有效焦距（校准焦距）。点211象征通过摄像机对距离测量激光在目标点上的入射点进行成像，其如上所述可在摄像机中测量，由此，确定激光的两个方向参数rc、ri，并由此限定有效扫描仪目标轴。

因为同一目标板按两个扫描仪面上测量，所以全向坐标方位角（Hz）和仰角（视角（V）在无差错轴系统中对应。与此相反，如果轴包含误差，则利用摄像机拍摄的方向和目标旋转对于无差错系统的希望变换来说不同。通过示例的方式，这些误差可以通过叠加来自第一位置和第二位置的两个图像来确定，如图5b下半部分中所示。选择叠加，以使两个图像200和201的本地坐标轴210重合。在此通过测量箭头例示的尺寸例示了采用平移和旋转形式的必需图像变换，其中，确定地，还可以使用诸如的比例缩放或图像失真或失真修正的其它变换。平移与V指数误差和耳轴倾斜相关联，而偏差物体旋转指示偏转镜耳轴的角误差。作为该基于图像的估计方法的另选例，其除了物体方向以外还拍摄希望旋转相对于目标轴的偏差，在有关图10的说明中描述了更简单的、完全基于方向的方法。

图6通过示例的方式例示了扫描仪1，对此，出于说明的目的，示意性地例示了其轴系统和几个示例性误差及其影响。这种形式的例示还在图7和图8中类似地延续。

图6用于说明利用双轴传感器的倾斜测量。其示出了尽管垂直设置装置1，也测量包含误差的铅锤方向24，真实铅锤方向与垂直轴22重合。纵向与横向误差利用针对法线21的平行线20在针对轴22的法平面中限定。为了进行精确且非常准确的测量，必须利用常规逆向方法来确定纵向角50与横向角51相对于真实铅锤方向22的偏差。用于该目的的过程可比得上在常规经纬仪中使用的过程，其中，在该校准过程中，利用垂直轴的任一起始角的测量倾斜并且利用移动了200哥恩（180°）的垂直轴来平均化/相减角偏移50和51。垂直轴的其它移动角下的测量值当然也可以加以考虑，以便增加可实现精度和/或确定统计特征变量。而且，图6示出了真实水平面25。

参照图7，对根据本发明的扫描仪1中的目标轴偏差的影响进行说明。在利用望远镜作为瞄准装置的传统测量仪器中，以精确的取向按两个面测量远程目标点，作为其结果，可以将所谓的V指数确定为常数。在3D扫描仪1中，由于缺乏望远镜目标化单元和可按极其复杂的方式以角秒精度对准的激光束，因而在这种形式下几乎不可能。有关激光束的角取向的误差影响的更精确分析还示出了，存在于望远镜仪器中的、作为用于描述所述误差的参数的垂直角指数（V指数）不再按这种简单形式存在。这是因为装置中的光学路径或目标轴的不同地构造的设置和外形。代替已知的垂直角指数，在扫描仪1中，出现伪造所测量垂直角的不同影响参数，其在根据本发明的校准方法中对应地加以考虑。

相对于垂直轴22和目标或激光轴3的垂直角31在扫描仪1中同样可以与角测量方向3′偏离开角52，但后者因扫描仪1中的射束引导的几何机构而不再必需是仰角区上的常数。在扫描仪中，具体来说，在也不移动距离测量单元的激光源的那些扫描仪中，这可以取决于一个或两个轴位置。这必须因此数学地建模，并且在确定包含误差的角测量3′的方向和校准参数时加以考虑。

图8示出了准直误差54和扫描仪1的耳轴倾斜53。耳轴倾斜53和准直误差54（Hz瞄准）是来自利用瞄准装置的传统测量装置的已知参数，这些参数描述了目标轴相对于关于耳轴23理想100哥恩角的水平偏差。

该例示图再次示出了垂直轴22和耳轴23，而激光目标轴3（该激光目标轴处于相对于耳轴23对称的包含垂直轴22的平面中）沿水平方向偏离理论上的预定目标轴3′达准直误差54。而且，还利用角53例示了包含误差的耳轴26相对于耳轴23的耳轴倾斜53，该耳轴23理论上相对于垂直轴22正交。

在实践系统中，在此分离地各自说明的误差通常不是因自身而是按任何组合出现。

对于扫描器1来说，需要匹配至误差影响的新校准模型来定量地描述垂直轴、耳轴、相对于作为快速旋转轴的耳轴55、56的激光轴、旋转镜相对于旋转轴的偏转角，以及另一些可能相关轴，其涉及角传感器与目标轴之间的关系。而且，离开仪器的激光束的光轴在此被视为目标轴。任何轴偏移，就是说，轴之间的距离主要在附近范围中起作用；在较大距离下，它们的影响在良好近似下可以忽略。在此假定由制造方在校准模型中测量并考虑轴偏移，并由此，在这点上，现场校准不是必需的。

对于图9中作为示例例示的实施方式的情况，其中，例如由于激光波长或几何排布结构，因而激光束不可利用集成摄像机来观察，另选地，可以使用可以外部插接或者例如集成在支承体中的辅助装置17，来测量激光束相对于支承体和当前有效V指数的两个方向角rc、ri。另外，可以将可定位灵敏检测器（PSD）或另一摄像机以秒精度插入或者安装在支承体上，以便由此在耳轴角传感器处与V角一起来确定激光束方向。辅助装置17在这种情况下可以按各个V角插入装置1上的几个位置处。这种具有PSD传感器的瞄准器在不可利用摄像机拍摄的激光点的情况下，可以被用于高精度地确定相对于摄像机的理论目标轴和/或光轴的预定方向的射束偏差。作为PSD传感器的另选例，其基于横向光电效应，还可以使用其它光学位置来确定光点（举例来说，如光电二极管、正交光电二极管、CCD/CMOS摄像机等）的位置。利用从可以插接的辅助装置17限定和获知的方向，可以唯一地确定校准模型的所有参数（包括摄像机零点），特别是如果该辅助装置可以按不同V角来安装的话。

根据先前例示图，采用在图10a、10b、10c、10d中公用的辅助半球例示图的形式，更详细地并且参照根据本发明的用于校准扫描仪1的原理的具体配置可能性，对利用瞄准摄像机4观察的轴误差进行说明。图10a、10b、10c以及10d定量地例示了目标板的坐标怎样关联至摄像机的坐标。

根据本发明的现场校准方法可以在不同示例性实施方式和变型例中实现。对于具有已知坐标的目标板2的情况来说，可以按单一扫描仪设置并且按一个或两个面来测量。作为第一步骤，可以利用摄像机来确定并检查激光取向rc、ri（例如先前已经说明的）。随后，在不利用激光的情况下，可以利用轴模型和调节计算来确定诸如摄像机零点、V指数、耳轴倾斜以及镜倾斜的参数。本方法的该可能实施方式执行起来相对简单，而在制备方面相当复杂，因为目标板2必须例如利用经纬仪预先准确地对应校准。

根据本发明的方法的另一实施方式还可以利用非参照目标板2来执行校准。这些目标板的坐标在这种情况下未知。根据本发明的校准的第一变型例已经参照图5b进行了说明，其中，除了方向以外，按角秒级的图像旋转也利用摄像机准确地测量。

在检查过程的另一简化变型例中，现在测量针对目标板2的方向。可以示出，利用这种处理（在不需要根据本发明的摄像机测量的情况下），不是所有轴参数都可在单一扫描仪设置下确定（即使利用2位置测量），因为在调节计算中所需的模型矩阵意外变为奇异的。

与此相反，当利用根据本发明的方法时，该问题例如因确定激光的轴参数和旋转轴可以分离地处理而未出现。激光方向的轴参数rc、ri可以利用对目标板2上的激光点的摄像机观察或者利用如图9所述的辅助装置17来确定。利用朝着数量为n的目标板瞄准的摄像机按2位置处理来确定诸如pci、k以及i的机械轴参数。扫描仪针对目标板的单一设置在此是足够的。

图10a按球例示图示出了，具有垂直轴22和耳轴23以及中心旋转镜29的理想轴系统，该中心旋转镜偏转摄像机的视野和激光或目标轴3。符号“L”101表示摄像机的本地坐标系统，并且在摄像机的传感器平面中按对应于图像的每一种情况例示。“L”的两个方向还可以被视为表示激光源的射束方向相对于快速旋转或耳轴的可能角偏差rc、ri。借助于这些角偏转，摄像机的本地坐标系统还可以描述可能的激光束偏差。图10a参照符号L具体例示了，目标在按V=100哥恩的水平瞄准104与按V=0哥恩的方位瞄准103之间的本地摄像机坐标的100哥恩移动。

图10b例示了在V=100哥恩的垂直角下的2位置测量为什么不适于确定激光束方向rc、ri的参数。摄像机坐标101因而还有来自两个测量的激光束方向根据坐标轴115重合。这根据经纬仪中的准直误差的传统测量未获知，并由此是测量员不希望的。然而，在目标轴3所示的V=50哥恩或350哥恩下，摄像机坐标在第一和第二位置中的彼此相对地旋转达100哥恩，如参照符号“L”113（面1）和114（面2）可见，并且作为结果，例如可根据图6b中的方法来确定rc和ri。

图10c按辅助半球示出了具有耳轴误差的轴系统，就是说，相对于第一位置中的垂直轴22或第二位置中的22B倾斜了的内部旋转轴22A。在V=100哥恩下，摄像机上的目标坐标在第一和第二位置中必须相对地旋转，如用符号“L”117和118所示。随着增加仰角直至V=0哥恩（沿着利用虚线例示的弧线），添加平移，如用具有V=50哥恩的目标127和128上的本地摄像机坐标和V=0哥恩的目标137和138上的本地摄像机坐标所示。

旋转镜的角误差再次有稍微不同的影响，其在图10d的插图中进行了例示。由旋转镜生成的采用锥形误差形式的误差影响实现了两个面中的目标位置的、无关仰角的纯平移。这用第一位置中的目标116、126以及136上的本地摄像机坐标并用第二位置中的对应坐标119、129以及139来例示（再次沿按虚线绘制的仰角弧线按每一种情况）。

在具体示例性实施方式中，该摄像机通过瞄准大约20m距离（其可以近似水平地瞄准）的目标板的扫描仪，例如相对于现有轴系统，具体来说，相对于垂直轴进行重新校准。该扫描仪在目标板采用光栅或矩阵形式按较小步长（step）移动。这里，目标板的图像利用要校准的摄像机来记录。同时，读取垂直轴和耳轴的角传感器（Hz，V）。随后，控制单元利用图形处理，按摄像机的本地坐标系统的像素单位，来确定或测量目标中心点（作为目标标记的视觉特征的示例）。角传感器（gon）与摄像机的坐标系统（像素）之间的变换，利用调节计算根据由角传感器值和关联摄像机位置值构成的该组数据来确定。该摄像机由此被校准至角秒级精度或更好。换句话说，摄像机的校准通过关联角传感器值与来自图像信息的关联测量结果来执行。结果，甚至可以考虑逆向测量的、因装置模型而存在的几何约束。

在图像估计期间，按已知方式对图像传感器上的目标标记的两个相邻对比表面之间的边缘的图像的位置进行插值，并由此以子像素精度确定。由此，过渡像素内的边缘位置可以参照目标板的两个对比表面之间的过渡像素的亮度来推断，该可实现位置典型为大约1/50像素。

通过示例的方式，理想目标方向（其由相对于根据垂直轴和耳轴的轴交叉的法线形成）可以被限定为摄像机系统中的零点。然而，因为两个系统（摄像机模块和激光源）都安装在同一旋转主体上（所示情况下的垂直轴上），所以这两者之间存在刚性连接。由于它们彼此相对的空间稳定性，因而，摄像机零点可以被限定为无差错激光目标化方向。摄像机零点的这类定义已经在图10a中加以描述，其中，符号“L”的两个方向被视为表示激光源的射束方向相对于快速旋转或耳轴的可能角偏差rc、ri。摄像机的本地坐标系统的优选零点对应于符号“L”的角。

因为装置结构的技术稳定性考虑，由此在许多情况下，摄像机（零点）的光轴相对于两个旋转轴的校准对于每一个装置设置来说不是绝对必需的，因为它们的排布结构通常非常稳定。针对可获得点精度具有高灵敏度的最不稳定参数通常是激光rc、ri的、耳轴k的，以及旋转镜pci的角偏差，和V指数i。

对于根据本发明的方法来说，该仪器使得可获一软件程序，利用其，基于所述方法，由用户现场执行校准参数的新确定。在此，用户可以选择应当检查装置的哪些参数，并且应当利用校准测量过程单个地再次确定。

下面，对用于误差确定的一个示例性实施方式进行描述，其基于一个设置中的2位置测量。用于检查和确定扫描仪的轴误差的数据仅仅包括利用摄像机支承体测量的方向。为此，扫描仪将其摄像机瞄准预先安装在周围的目标板，典型地大约它们中的1、2、…、8、10。它们在两个面中，按每一种情况通过摄像机记录，其中，同时再次读取垂直和耳轴的角传感器（Hz，V）。在此，应当小心的是，对于恰当配置的观察来说，目标点应当按不同视角可见。必需目标板的具体数量及其推荐设置位置大致取决于要确定的校准参数。

结果，所有目标标记的几何中心点的角坐标在每一种情况下都可用于两个扫描仪面（Hz_I，V_I）和（Hz_II，V_II）。目标板相对于目标线旋转的确定（上面进一步描述的）在本方法的该示例性例示的最简单实施方式中被省略。如果同时拍摄该距离，则获知完整笛卡儿坐标（x_I，y_I，z_I）和（x_II，y_II，z_II），或者可根据所测量极坐标来求得。

在第一估计步骤中，根据本发明的具有扫描功能1的装置可以被用于确定激光目标轴在摄像机的坐标系统中的任何角偏差。这对于摄像机和激光按同一方向取向并且可以通过摄像机拍摄激光点的扫描仪来说特别简单。在这种情况下，点亮的激光器瞄准目标板，并且摄像机按图像坐标测量目标板上的激光光斑或激光点的中心点。如果激光的波长范围不可利用摄像机拍摄，则可以将目标板至少设置在专门设置的区域处，以例如通过在激光等下发荧光的表面，使得激光点可见于摄像机。

在激光器和摄像机并入支承体的相应相对两侧中并且摄像机的光轴和距离测量单元的光轴按相应不同方向通过旋转镜偏转的扫描仪的实施方式中，该校准稍微更复杂。例如，可以利用第二准确的光学偏转装置，以便呈递可利用摄像机拍摄的激光，或者在这些仪器中的两侧上使用的旋转轴可以设置有用于激光的特定剩余透射率，以使一部分激光辐射直接投射在摄像机上，并由此激光点直接可见。

在第二步骤中确定仍要确定的剩余轴参数pci、k以及i。为了估计2位置残留的测量数据并且为了再次确定校准参数，多种特定方法已知且可使用，包括来自本领域的对应文献。针对面1和面2的对应数据集利用不同形成相关联。因面1和面2中的几何条件而造成的约束在此被隐含地加以考虑。

对应物体空间坐标或目标板坐标的差异限定了有关以下的观察L：

3D:(△x,△y，△z)=L3D

2D:(△Hz,△V)=L2D

其中，Hz=方位角，V=垂直角，

差异为：

3 D : Δ x_{k} = x_{{II}_{k}} - x_{I_{k}}

{Δy}_{k} = y_{{II}_{k}} - y_{I_{k}}

Δ z_{k} = z_{{II}_{k}} - z_{I_{k}}

2 D : ΔH z_{k} = {Hz}_{{II}_{k}} - 200 - {Hz}_{I_{k}}

Δ V_{k} = 400 - V_{{II}_{k}} - V_{I_{k}}

该物体在极坐标下的表述被称为“2D”，在笛卡尔空间下的表述被称为“3D”。

该校准参数和测量数据按函数模型F组合，作为用于数学参数估计的初始面，例如，采用形式F(L,X)=0，其中，L代表测量变量（观察），而X代表所需参数。根据调节计算的教导，利用最佳化方法寻找新参数集X，其中，F是最小需求。工程测量通常使用根据Gauss-Markov的调节计算或根据Gauss-Helmert的更一般模型。另外，方程系统F被线性化，其导致模型矩阵A（Jacobi矩阵）和正常方程矩阵N。在这种情况下，该数学表达式是

L+v=A*X.

在这种情况下：

X=未知参数的矢量；

A=具有测量值的设计或模型矩阵，这通过导出针对参数X的函数关系来生成；

L=观察，测量值；

V=残差（还称为改进）。

用于最小化有关测量观察的加权残差平方和的需求导致未知参数的方程系统。该新确定的校准参数（例如，耳轴误差k、镜误差pci以及V指数i）是新方程系统的结果。所建模变量与测量变量之间的剩余差被称为残差。

该残差给出了所实现的测量精度的指示。另选的是，测量精度的指示还可以匹配至用户的工作环境。其它（例如统计上的）诸如总角的标识偏差的精度指示由此同样可在用户接口上确定并显示。

为了进行精度确定，要计算新残差的归纳方差。下列标准偏差被称为全局测试：

其中，k=测量数量，u=约束的数量。

利用可选的附加计算步骤，接着还可获所估计参数的协方差。

代替如上所述直接比较来自按两个面的测量的该对观察地，所有观察还可以彼此独立地按矩阵A组合。2位置测量的限制或附加需求（其例如构造性地或几何地提供）接着可以作为条件方程（被称为约束）包括在调节问题中。该约束例如导致：

Hz_II-Hz_I=200gon

V_II+V_I=400gon

还可以使用Gauss-Helmert方法或总最小二乘法，例如，在这种情况下，作为解决方法。该约束在此利用拉格朗日乘子并入调节计算的方程系统中。本领域技术人员清楚的是，除了加权二次调节方法以外，其它估计函数也可以用于导出系统参数。

基于根据本发明确定的校准参数，在随后测量中，测量值的修正可以在线或离线执行。还可以基于来自根据本发明的精度检查的统计特征值，制成与特定测量的要希望的测量结果的精度有关的规定，其在实践中通常有用甚或必要，尤其是在近期已经引入本领域并且仍不平常的测量装置和测量方法中。

图11示出了根据本发明的检查和/或校准方法的示例性进展顺序的流程图，其具体来说，采用交互式用户指南的形式，使可用于利用用户接口的装置软件的用户。这里，标号指示如下：

300：仪器设置；

301：输入：要校准的参数及其预先指定的精度；

302：输出：基于（在线确定的）灵敏度分析确定的校准域。提议目标板的数量以及仰角扇区和距离范围；

303：选择：校准摄像机和/或激光的角误差？（是/否）；

304：针对激光的轴系统和/或角误差确定变换摄像机系统；

305：测量；利用摄像机的支承体对目标物体进行2面测量；

306：输出：所计算的新校准参数、旧参数、残差、所实现的统计测量精度、系统精度、…；

307：选择：接受了新参数？（是/否）；

308：存储新参数。结束；

309：选择：重复？（是/否）；

310：终止；

311：输出：针对最优化校准域的提议：还“参见上述”。

详细地说，在第一步骤300中，该装置的设置如已经描述地执行。

随后，在步骤301中，用户可以输入要校准或者要检查的参数和/或关联的预先指定精度，或者从许多预先指定的数据集中进行选择。可选的是，希望检查的设置数量可以被输入到仪器中。

接下来，在步骤302中，该装置基于特别在线确定的灵敏度分析来确定校准域，并且向用户提议要设置的目标板的数量及其仰角扇区和距离范围，或者用户可以提出现场相关的、另选目标板设置位置，其通过装置验证有关其用于校准的可用性。

在这种情况下，灵敏度分析指这样的过程，即，按简化的术语，其验证具有在校准过程中确定的测量值的装置模型的模型矩阵（或称为余因子矩阵）未被贫乏地条件化甚或变为奇异的，其对于角参数的准确确定来说适得其反，并且会导致潜在高标准偏差。不仅分析要针对所提议或选择的目标板设置而确定的校准参数的灵敏度，而且分析它们彼此的关联。根据灵敏度分析，由此可以评估目标板的优选或不合适空间配置，并由此可以确保校准过程可以满足预先指定的精度要求。

现在，用户可以利用选择303，可选地开始摄像机校准的步骤304，尽管步骤304如上所述不必针对每一个校准过程按许多情况来执行。步骤304（其中，校准摄像机或尽激光目标性）例如可以被跳过。

接下来，在步骤305中，先前设置或选择的目标板或目标物体的实际测量在两个面中按每一种情况来执行，就是说，在测量同一目标点（在无差错情况下）的两个装置轴的那两个对准中。这里，通过利用图像处理软件估计摄像机图像来标识和确定任何误差。根据这些轴的、利用摄像机和角测量装置标识并确定的偏差，随后，装置精度也变得可确定。

在步骤306中，现在，可以计算新校准参数、改进、统计特征值（如所实现统计测量精度、系统精度等），可确定与旧校准参数的比较，并且可以确定大量的进一步信息，并且在合适时，还按针对用户的数字或图形形式显示。

所确定的校准参数和精度规范可以被用户结合选择307来验证，并且在合适时，在步骤308中被接受和存储以供随后测量。如果所确定的校准参数不满足必需的精度要求，其值指示了与校准过程有关的不足（例如，冲击、目标板的非最佳选择设置、装置的或目标板的不稳定设置、不利光条件或者其它分布影响），或者这种校准参数被这种软件标识，则可以使用选择309来重复检查和校准过程，或者可以利用步骤310来中断校准过程。

在这种情况下，可以执行步骤311中的重复，在合适时，利用步骤302开始的对应最优化校准域，对此，装置软件可以向用户进行对应提议。另选的是，可以仅重复步骤305中的测量。所确定精度和校准信息随后可以在装置的测量操作中与所确定测量数据一起存储为附加信息，并且在它们的估计中对应地加以考虑。

在一个示例性实施方式中，如在图12中，校准目标可以配置有至少两个目标板，其被配置并排列成，使得在它们的设置期间，它们因重力而排列自身，使得它们以限定距离一个在另一上面垂直。通过示例的方式，这种校准目标可以配置有具有对比表面的两个目标板2，该对比表面可被摄像机检测到，并且其按限定距离98彼此相对地排列在铅锤线99或测锤线处。在这种情况下，校准目标的两个目标板还可以被设置在公共承载体上，例如，作为延长板，其在顶部和底部上具有彼此相距已知距离的对比表面图案，该对比表面图案可通过摄像机测量，并且其在重力影响下，自身垂直取向，或者被用户设置成垂直的。另选的是，也可以使用彼此具有已知距离的两个目标板的排布结构（其自我水平化或者可以利用水平仪或重力传感器水平化）。在装置1的和彼此相对的校准目标的任一空间设置中，单一装置中的校准和校准目标设置在此可以通过利用摄像机按两个面测量校准板2并且确定装置1与目标板2之间的距离来执行。

为了计算校准参数，在此可以假定装置的垂直轴垂直，就是说，与目标板2的垂直排布结构平行。基于测量数据和两个目标板2之间的已知垂直距离98一起，在此生成一个三角形（目标板A-扫描仪-目标板B），据此（例如通过调节计算），可以确定轴系统的所有角参数，而不需要在该过程中获取奇异方程系统。校准目标针对装置的设置在这种情况下，不是必须预先获知的，而是，例如可以按这样的方式来选择，即，在现场测量之前（就是说，在随后还执行测量的该装置设置中），将其匹配至主要本地条件。

Claims

1.一种用于具有扫描功能的、具体来说以极坐标进行测量的装置（1）的现场校准方法，所述装置具有

·光电距离测量装置（5），其以激光轴作为目标轴（3），

·机动光学偏转单元（7），其使所述目标轴（3）相对于所述距离测量装置（5）偏转一可变偏转角（32、33），具体来说，其中，所述目标轴（3）通过可相对于所述距离测量装置移动的反射镜而偏转，以及

·角测量装置，其用于确定所述偏转单元（7）的角位置（31、34），

所述方法包括以下步骤：

·第一测量，在所述偏转单元（7）的第一角位置（31、34）处测量目标标记（41、43、44）的角坐标作为第一位置，和

·第二测量，在所述偏转单元（7）的第二角位置（31、34）处测量所述目标标记（41、43、44）的角坐标作为第二位置，

其中，所述第一位置和所述第二位置不同，具体来说，其中，所述第一位置相对于所述第二位置在两个轴上旋转，以使所述目标轴在两个位置处至少大约指向同一空间方向，

其特征在于，

所述第一测量和所述第二测量是利用图像（200、201）来执行的，所述图像是以摄像机（4）执行的，其光轴通过所述偏转单元（7）相对于所述摄像机（4）而偏转，并且基于所述第一位置和所述第二位置中的所述角位置（31、34）和所述角坐标，具体来说利用调节计算，来确定校准参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述目标标记（451、43、44）的所述第一测量和所述第二测量是按所述摄像机（4）的图像坐标利用数字图像处理来执行的，

具体来说，其中，所述测量是基于所述第一位置和所述第二位置两者中的图像坐标，通过确定指向所述目标标记（41、43、44）的方向和/或所述目标标记（41、43、44）的旋转来执行的。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述测量是以小于5角秒、优选地小于1角秒的分辨率，以所述目标标记（41、43、44）的图像坐标的分辨率，具体来说，以所述图像（200、201）的子像素分辨率来执行的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，

所述测量是通过比较和匹配来自所述第一位置和所述第二位置的所述图像（200、201）中的所述目标标记（41、43、44）的至少一个视觉特征（210），优选地以所述图像中的所述视觉特征的子像素分辨率来执行的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，

所述校准参数是基于数学装置模型来确定的，该数学装置模型表示所述装置（1）的机械设置和射束引导，具体来说，以未偏转激光轴相对于所述偏转单元的旋转轴的方向角偏差作为所述校准参数之一的装置模型。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于：

·利用集成在所述装置中，具体来说，集成在所述距离测量装置（5）中的参照部来对所述距离测量装置（5）进行距离校准，

·在所述第一位置中和所述第二位置中利用经距离校准的所述距离测量装置（5）来测量与所述目标标记（41、43、44）的距离（36），和

·在确定所述校准参数期间合并这些距离（36）。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于：

在所述摄像机（5）的图像坐标中，具体来说，通过利用所述摄像机（4）确定所述激光轴（3）在所述目标标记（2）上的入射点（211）来校准所述目标轴（3）。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于：

基于多个目标标记（41、43、44）来确定所述具有扫描功能的装置（1）在其现场设置中的所述校准参数并且在所述第一位置和所述第二位置中测量在每一种情况下的所述校准参数，其中，所述校准方法在所述目标标记（41、43、44）的位置未知的情况下，不需要重新安置就能够以所述装置的单个现场设置来执行，并且其中，所述目标标记（41、43、44）在每一种情况下都能够在不同视线角（102、103、104、112、113、114、115、117、127、137、118、128、138、116、126、136、119、129、139）下看到，具体来说，其中，所述目标标记（41、43、44）被应用至2至10个目标板（2），这些目标板被设置在相对于所述具有扫描功能的装置（1）的不同位置。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其特征在于：

根据所确定的校准参数并且基于所述装置模型，由所述装置（1）确定和显示所述目标标记（41、43、44）的推荐设置区。

10.一种用于以点云的形式对物体进行空间测量的具有扫描功能的装置（1），具体来说，按极坐标来测量的3D扫描仪（1），该装置具有

·光电距离测量装置（5），其用于确定沿目标轴（3）的方向的距离（36），

·机动偏转单元（7），其用于使所述目标轴（3）相对于所述距离测量装置（5）发生可变角偏转，具体来说，该机动偏转单元具有通过电动机相对于所述目标轴（3）可移动的至少一个反射镜（29），

·测量装置，其用于确定所述偏转单元（7）的角偏转（31、34），

·控制单元，其用于至少部分地自动执行测量任务，具体来说，该控制单元具有本地或空间分离的用户接口，

其特征在于，

所述偏转单元（7）使摄像机（4）的光轴相对于所述摄像机（4）偏转，并且所述摄像机（4）和所述控制单元被设置成，使得能够在现场基于所述摄像机（4）以多个不同角偏转所拍摄的至少一个目标标记（41、43、44）的图像（200、201），在所述偏转单元（7）的第一位置和第二位置的每种情况下来校准所述具有扫描功能的装置（1）的所述角偏转（31、34），所述第二位置相对于所述第一位置在两个轴上旋转，以使所述目标轴（3）在两个位置处至少大约指向同一空间方向，具体来说，其中，能够利用所述摄像机（4）和所述控制单元来实现所拍摄的图像的好于5角秒，优选地好于1角秒的角测量精度。

11.根据权利要求10所述的装置，

其特征在于还包括：

附加准直器（17），其被设置成使得具体来讲不能由所述摄像机（4）拍摄到的所述距离测量装置（5）的所述目标轴（3）能够按其角位置来测量，优选的是，具有用于按多个角位置（31、34）来测量所述目标轴（3）的PSD或光学位置传感器的准直器（17）。

12.根据权利要求10或11中任一项所述的装置，其特征在于，

所述控制单元被设置成，使得能够通过数字图象处理，基于所述摄像机（4）在多个角位置（31、34）所拍摄的所述目标标记（41、43、44）的所述图像（200、201）来测量所述目标标记（41、43、44）的视觉特征（210），具体来说，其中，能够利用几何图像变换基于测量来校准所述测量单元，所述几何图像变换使来自第一和第二角位置（31，34）的所述图像（200、201）中的所述视觉特征（210）重合。

13.一种利用根据权利要求1至9中任一项所述的方法来校准具有扫描功能的装置（1）的校准目标，其中，所述校准目标具有至少两个平坦校准目标板（2），所述校准目标具有

·具有至少两个邻接对比表面（43、44）的视觉特征，该视觉特征由交替的亮表面区（43）和暗表面区（44）来表征，

·激光反射区（41），该激光反射区具体来说具有回射表面，以及

·代码区（42），该代码区具有用于标识所述目标板的图形编码，该图形编码能够利用摄像机（4）光学地读出，

其中，所述至少两个校准目标板（2）被设置并且排列成，使得它们因重力自身定向，从而垂直地一个在另一个之上且彼此间隔已知距离，具体来说，其中，所述校准目标板为此而附接至铅锤。

14.一种用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的、具有根据权利要求10至12中任一项所述的具有扫描功能的装置（1）和至少一个根据权利要求13所述的校准目标板（2）的系统。

15.一种存储在机器可读载体上的具有程序代码的计算机程序产品，或通过电磁波具体实施的计算机数据信号，其用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法，具体来说，其中，所述程序代码准许通过检查和根据权利要求1至9中任一项所述的校准方法来引导用户，优选的是，当该程序在具有扫描功能的装置（1）的控制单元中执行时。