CN105716590A - 确定大地测量装置的位置和定向偏移的方法及测量装置 - Google Patents

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Abstract

确定大地测量装置的位置和定向偏移的方法及测量装置。用于基于基于图像确定的方向以及通过激光光学装置测量的到测量环境点的至少一个距离、在大地测量装置(1)特别是全站仪或经纬仪的同一测量环境中精确地确定第二部署(S2)相对于第一部署(S1)的位置偏移(ΔP)和定向偏移(ΔO)的方法，所述测量环境点既在第二环境图像(22’,26’)中也在第一环境图像(22,26)中被成像。

Description

确定大地测量装置的位置和定向偏移的方法及测量装置
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的序言的用于精确地确定大地测量装置的位置和定向偏移的方法、根据权利要求14的序言的这种大地测量装置以及根据权利要求15的这种计算机程序产品。
背景技术
出于记录测量环境中的限定点的特性(具体地为具有空间参照的数据)的目的，自古代以来已经知道多个测量方法。这里，测量装置的位置和对准以及到测量点的方向、距离和角度被记录为空间标准数据。经纬仪或全站仪构成这些测量装置或大地装置的公知示例。这些装置具有用于确定到被选目标的方向和距离的角度测量功能和测距功能。在处理中，在装置的内部参照系统中确立角度和距离变量。出于确定绝对位置的目的，这些变量仍然需要与外部绝对参照系统链接，其目的是测量装置的精确绝对部署，因为其内部参照系统在外部参照系统中的位置和定向通常用作基础。
为了精确地确立测量装置的绝对的即地理参照的部署，能够根据关于绝对参照的目标点的当前部署中的大地测量精确地计算其位置和定向作为间接地理参照。大地测量是借助于测量装置的角度测量和测距功能的方向和距离测量，并且目标点是点状固定且校准的点，例如为大地测量特别地安装的教堂塔尖或对象，例如存在于测量装置的测量环境中的建筑工地上的目标标记。位置和定向是根据至少三个目标点的相对于内部参照系统所测量到的定位及其已知的绝对定位来计算的。换句话说，两个参照系统之间的变换是根据目标点在测量装置的内部参照系统中和在外部参照系统中的定位来确定的。这种方法的缺点是对分布在环境中的多个目标点所需的大地测量是费时的且成本密集的。
根据现有技术，甚至对于在同一测量环境中复现并且与经组装的测量装置的拆卸和新设置或位移连接的测量，劳动密集且费时的方法也是确定当前部署所需的。通过示例，如果定线和定中心是在无需支出许多时间用于将测量装置确切地建立在先前部署之上的情况下着手的，则在这些情形下在先前的第一部署(即在早前定位处的位置和定向)与当前的第二部署(即大地装置的当前位置和定向)之间存在偏移。同一测量环境中的这些复现测量来自相似的定位，并且同时，在处理中，不同的部署例如发生在建筑物工地上以便测量自最后测量以来新近构建的对象点，或者多个测量在测量装置的偏移的情况下发生以便能够完全配准扩展环境对象，例如测量房子的所有四个侧面或者配准如从一个定位看时例如被建筑物或岩架覆盖的对象位置，例如街道。
作为用于借助于连接至当前部署的GNSS接收机来确定当前部署的另选的方法的直接地理参照提供不太精确的结果，而且，不利的原因在于该方法束缚于例如在隧道或密集建成区域中可能被抑制的GNSS信号的接收。
发明内容
因此，本发明的目的包括提供一种用于精确地确定大地测量装置的当前的第二部署相对于先前的第一部署的位置和定向偏移的另选且简化的方法。
本发明的另一目的包括使得能实现能够被迅速地执行的这种位置和定向偏移的完全自动化的精确确定。
本发明的另一目的包括在不使用另一大地装置的情况下并且在不使用位置提供信号的情况下使得能实现这种位置和定向偏移的确定。
本发明的另一目的包括关于这些部署中的一个参照从测量环境中的不同部署测量的同一测量环境的测量环境点。
本发明的另一目的包括基于先前的第一部署在外部具体地地理参照的参照系统中使得能实现大地测量装置的当前的第二部署的精确确定。
本发明的另一目的包括为这种方法提供大地测量装置。
根据本发明，这些目的是通过独立权利要求的特有特征或通过从属权利要求的特征来实现的，或者这些解决方案是通过独立权利要求的特有特征或通过从属权利要求的特征来发展的。
本发明涉及一种用于精确地确定大地测量装置的第二部署相对于第一部署的位置和定向偏移的方法，其中两个部署位于同一测量环境中。在该方法的范围内，测量环境的至少一个第二连续区域的环境的第二图像是从第二部署记录的。环境的第二图像的图像元素与环境的第一图像的对应的图像元素相匹配，所述第一图像是从第一部署记录的并且对测量环境的至少一个第一连续区域进行成像，其中第一连续区域和第二连续区域具有多个公共测量环境点。关于与对应的图像元素相对应的测量环境点的方向是基于相应图像中的相应的图像元素的定位分别从第一部署和第二部署在大地测量装置的内部参照系统中确定的。未定标的位置和定向偏移(即仍然不对应于测量环境的真实尺寸的偏移)是根据所确定的方向确立的。确定定标因子即成像尺度例如借助于按照精确无接触优选激光光学方式测量到的从第二部署到其方向已被确定的至少一个测量环境点的距离或者借助于具有已知尺寸的测量环境的对象(例如，在正被使用的环境的优选第二图像中成像的已知长度的比例尺(scalebar)或测量路径)来实现。精确地确定位置和定向偏移是基于所确定的从第一部署和第二部署到与对应的图像元素相对应的测量环境点的方向并且基于所确定的定标因子来实现的。
本发明同样地涉及一种用于执行根据本发明的方法的大地测量装置。该大地测量装置具有被具体实现来执行根据本发明的方法的控制与评价单元。该大地测量装置另外具有被布置在底座上、可绕回转轴回转的结构。此外，该大地测量装置具有带用于发射激光束的单元和激光测距功能的瞄准单元，基于所述激光测距功能到测量环境的点的距离可由激光光学装置测量。而且，该大地测量装置具有用于精确地配准通过所述结构关于底座的相对回转位置限定的至少一个回转角的角度测量功能，基于所述角度测量功能到测量环境点的方向是可测量的。测量环境点被理解为意指该大地测量装置的环境中的对象(建筑物、地面上的区域等)的表面的一小点状部分。此外，该大地测量装置具有用于记录环境的图像的单元，具体地为数码相机或激光扫描模块。在优选实施方式中，该大地测量装置是全站仪或经纬仪。
测量方向和距离是关于所述大地测量装置的内部参照系统而实现的。部署将被理解为意指所述大地测量装置的固定位置和固定对准，所述固定位置和固定对准能够被归于关于外部参照系统的位置和定向。换句话说，内部参照系统的零点或原点的定位以及内部参照系统的坐标轴的方向二者可在相应部署中在外部参照系统中确定。
不同的第一部署和第二部署源自大地测量装置在同一测量环境内的偏移或位移，并且因此自内部参照系统的原点的偏移或位移和/或自其对准的改变出现。这在两个部署之间导致位置偏移和/或定向偏移并且可通过由平移和/或旋转构成的变换在数学上描述。这个位置偏移和定向偏移或平移的参数是通过根据本发明的方法优选地关于所有六个自由度(三个位置/平移自由度和三个定向/旋转自由度)而确定的。可选地，所确定的位置/定向偏移或变换参数被用来相对于限定第一部署的第一位置和第一定向确定限定第二部署的第二位置和第二定向。如果第一部署是关于外部参照系统确定的，则因此还至少隐式地存在第二部署关于外部参照系统的确定。具体地，如果通过参照用于参照例如具有通用横墨尔卡(UTM)投影的国际或欧洲陆地参照系统1989(ITRS89/ETR89)、世界大地系统84(WGS84)或Gauss-Kürger系统的大地绝对参照系统来地理参照第一部署，则还至少隐式地地理参照第二部署。确定位置/定向偏移或平移参数或第二部署能够在处理中通常仅被隐式地实现，使得该信息被用来以此确定信息的两个其它项中的一个(例如来自位置/定向偏移的第二部署)。如果信息的上述项中的任一个的显式知识不是具有大地测量装置的测量对象本身所需的，则确定可选地是隐式的，使得该信息被用来确定从第二部署测量的测量环境点关于第一部署或绝对外部参照系统的定位。换句话说，在这种情况下，在根据关于位置偏移和定向偏移的知识确定测量环境点的位置方面存在来自第二部署的测量，如同该测量是从第一部署执行的。
从第二部署记录环境的第二图像以确定第二部署与第一部署之间的位置偏移和定向偏移。环境的图像由被大地测量装置包括的用于记录环境的图像的单元(例如，具有位置敏感检测器(例如，CMOS传感器或CCD传感器)的数码相机)或用于创建具有深度信息的环境的图像的单元(例如，范围成像相机(RIM)、立体相机或激光扫描模块)来记录，其中激光扫描模块可选地被具体实现来配准反射激光强度。通过示例，例如在由同一申请人于2012年1月30日提交的EP12153163中描述了一种具有激光扫描模块的大地测量装置。因此，环境的图像例如是数字相片、范围图像或3D激光扫描。
环境的第二图像以及同样地环境的第一图像各自分别对测量环境的第二连续区域和第一连续区域进行成像。理想地，环境的大连续区域被配准，例如与至少70°(具体地在90°与270°之间，特别地在具有限定垂直孔径角的至少大体水平对准(关于外部参照系统)中至少130°)的记录角范围对应，所述限定垂直孔径角的值例如位于从-90°到+90°具体地在-50°与+50°之间的值范围中。优选地，大地测量装置的定位的整个环境被记录，即，优选地存在环境的图像在例如60°的垂直孔径角情况下在360°的水平角范围之上的可选地多步记录，作为其结果生成了全景图像或范围全景图像或360°3D扫描。这优选地被自动地实现，为此大地测量装置具有用于旋转的电机，借助于该电机用于记录环境的图像的单元能够绕水平轴旋转。环境的图像可以包括各自描绘环境的不同连续区域的多个单独的图像的组合。通过示例，能够组合各自在90°的记录范围情况下在水平方向上偏移了90°的四个记录以形成全景图像作为环境的第二图像。
然而，根据本发明，与具有商业上可得到的数码相机的技术能力的单个图像记录相对应的环境的一个连续区域也是足够的；也就是说，一般而言，具有大约47°的视角。在仅一个至少大体水平平面(关于外部参照系统)中的一维完整(360°)激光扫描的情况下或者在具有1.5°的视角的记录的情况下，例如当使用具有12°的视角的数字相片时，生成了环境的相对较小的部分，如能够由例如大地测量装置的望远镜相机或同轴相机产生的。环境的这种小区域在根据环境、图像类型以及图像的细节的程度精确地确定位置偏移和定向偏移方面可能足够。
如以上进一步描述的，测量装置在同一测量环境内偏移。因此，如在第一部署中的环境的至少部分的相同部分可由用于在第二部署中记录环境的图像的单元配准。记录环境的第二图像是按照环境的第二图像对也在环境的第一图像中被成像的环境的这些部分中的至少一个进行成像的这样的方式引起的，使得测量环境的第二连续区域和第一连续区域具有多个公共测量环境点。换句话说，在环境的两个图像中配准了(建筑物、地板区域等的)测量环境中的对象的表面的至少部分相等的点状部分，其中，相等不必意指点状部分的绝对一致而是相反经配准的部分在例如数码相机或激光扫描模块的分辨率能力的范围内的对应。
测量环境的大部分是通过在例如90°的垂直孔径角的情况下将全景图像或范围全景图像或360°3D扫描/全景扫描记录为环境的第二图像和/或第一图像来配准的，这是通常按照这种方式特别容易地产生具有多个公共测量环境点的环境的第一图像和第二图像的原因。需要环境的连续区域的目标化指定，至多仅使得用于记录环境的(或大地测量装置的)图像的单元的近似水平对准和/或大地测量装置到高于地面的特定近似高度的设定是需要。
第二连续区域和/或第一连续区域的另一目标化指定以及用于记录环境的图像的单元的对应对准可选地在记录环境的图像(具体地以便在用于记录环境的图像的单元的相对较小的视场情况下记录环境的图像)之前或者在借助于从环境的图像中选择的特定区域进行记录之后被实现。根据本发明自动地实现了这种目标化指定。这里，具体地，第二连续区域适配于第一连续区域或者根据关于第一连续区域的知识按照目标化方式指定。这里，可选地，当前的第二部署的近似的位置和定向信息例如由大地测量装置上的诸如倾角传感器、GNSS传感器的传感器、通过大地测量装置的移动无线电接收器或者借助于使用环境的位置和定向参照图像的基于图像的比较方法来确定，如例如在由同一申请人于2013年7月4日提交的申请EP13175115.8中所描述的。第一连续区域是基于近似的位置和定向并基于存储在大地测量装置中的信息(优选地链接至近似的位置的环境的第一图像)标识的。基于通过近似的位置和定向信息近似地知道的第一连续区域的定位，或者基于相对于当前的第二部署的第一区域中的环境中的突出点，按照这样的方式，对于位置偏移和定向偏移借助于以目标化方式记录的环境的第一图像和环境的第二图像的后续精确确定来说，自动地存在第二连续区域的目标化指定和记录。
为了实现测量环境点之间的充分对应或者为了实现多个公共测量环境点，记录在环境的图像中的测量环境点以预定最小密度可选地覆盖相应记录的连续区域。所记录的测量环境点覆盖环境的区域的最小密度是在使用数码相机时例如按图像传感器的像素数预先确定的，所述图像传感器的像素数在通常5.76mmx4.29mm的图像传感器面积的情况下例如在0.5兆像素与16兆像素之间，具体地在2兆像素与8兆像素之间。当使用激光扫描模块时，最小密度对应于光栅密度，并且例如，位于在到定位10m距离的情况下在500mm与0.5mm之间(具体地在到定位10m距离的情况下在100mm与2mm之间，特别地在到定位10m距离的情况下在50mm与5mm之间)的点间距上。
在作为环境的图像的相片的情况下，所述相片是白/黑记录、具有例如24位的颜色深度的彩色相片或在受限光谱范围之上的记录。另选地，环境的图像包括彼此有关具体地按照几何方式布置的3D点云或距离测量结果，其中纹理的记录和对准可选地发生。另选地，具有略微偏移的记录对准的二维相机图像被用来例如借助于距离测量结果的半全局匹配和/或二维布置以及因此经配准的视场的三维图像的类型来生成3D图像。可选地，为各个图像点记录了亮度和距离，使得精确地这些亮度值和距离可用于例如包括图像点的定位的图像信息的各个项。作为另一选项，存在距离测量结果相对于其它距离测量结果的布置，所以能够省去关于各个图像点在记录定位方面的定位的知识。作为此结果，例如能够省去经配准的视觉区域的完整评价，使得能够例如使用子加窗或子成帧来实现更高的处理速度。
在根据本发明的方法的另一步骤中，环境的第二图像的图像元素与环境的第一图像的对应的图像元素相匹配。换句话说，在相互对应的图像元素之间存在关联。具体地，图像元素在它们是同一测量环境点的图像时彼此对应。图像元素是环境的相应图像的“原始数据”，即3D点云中或3D图像的单独的像素或点(可选地子像素元素或中间点)，其中，出于匹配的目的，使用了例如颜色值或其相对亮度值及其在图像中的定位，并且能够基于图像中的所有像素或点或者仅基于特定像素或点(例如，每第16个或第128个像素或点)引起匹配。
另选地或另外，图像元素是借助于图像处理从环境的图像中提取的图像特征(“特征”)。在特征提取期间，通常最初存在例如借助于霍夫(Hough)变换或基于边缘的和/或基于区域的分段(例如算子、Harris-Laplace检测器和/或最大稳定极值区域(MSER)检测器)针对图像中的突出区域或点(“兴趣点”)的搜索。然后，所找到的区域或点通常由描述符补充。这种提取的图像特征例如是几何元素(例如，显性线、弧段或路径)或统计描述符，诸如方向梯度直方图、SIFT、SURF、ORB、BRISK等。如果环境的图像是三维的，则这些特征或点同样地分布在三维空间中，并且使用的是如例如基于霍夫变换、几何形式、描述符、自旋图像和NARF(正常对准径向特征)的适当方法。另选地，能够将这些特征或点投影到平面(例如，水平平面)上。在该方法方面，使用的是环境的图像中的图像特征的位置和/或大小、关于彼此的相对定位、由这些点、线、面积或体等形成的二维或三维图案。通过示例，与环境的第一图像或第二图像的描述符相当的描述符在可选地考虑到设定阈值的情况下与环境的相应的其它图像的描述符相匹配。
匹配是通过由用户例如借助于彼此紧着显示或彼此叠加在大地测量装置的显示器上的环境的第一图像和第二图像来分配对应的图像像素手动地和/或通过匹配算法自动地引起的。匹配算法大多数是已知的，其中以下各项按照纯示例性方式列举：差方和(SSD)的算法、归一化交叉相关(NCC)的算法、最小二乘(LSQ)的算法、迭代最近点(ICP)的算法、几何图元ICP的算法、迭代平均点、密集匹配(例如半全局匹配(SGM))、K-d树算法、RANSAC，具体地与尺度不变特征变换(SIFT)或加速鲁棒特征(SURF)相结合。具体地，能够通过各种方法的组合(例如借助于使用“原始数据”和提取的特征二者的算法(诸如例如点到平面ICP算法))引起匹配。作为另一选项，借助于最初存在后面是精细匹配(小面积/小尺寸图像段的匹配或单独的像素/点的匹配)的近似匹配(例如，环境的两个图像的对应对准(“图像对准”)的匹配或大面积/大尺寸图像段的匹配)基于不同的方法在各阶段中引起匹配。
对应的图像元素对应于存在于第一连续区域和第二连续区域二者中并且在来自第一部署和第二部署二者的环境的相应图像中被配准的测量环境点。因此，到这些测量环境点的方向既关于第一位置和第一定向且关于第二位置和第二定向(即关于大地测量装置在第一部署中和在第二部署中的内部参照系统)可确定。根据本发明，关于位置和定向二者确定方向是基于环境的相应图像中的相应对应的图像元素的定位借助于几何原理来实现的，这可组合来形成相对于第一部署的第一束方向和相对于第二部署的第二束方向。在作为环境的图像的激光扫描或点云的情况下，借助于存在来自关于所有成像的测量环境点到属于对应的图像元素的这些测量环境点的方向的选择，确定了到“对应的”测量环境点(即，到与对应的图像元素相对应的那些测量环境点)的方向，所述方向已经可根据激光扫描或点云的生成过程得到。在作为环境的图像的相片的情况下，相机的光学参数被考虑用于确定方向，具体地，投影中心相对于图像平面的定位或其在大地测量装置的内部参照系统中的定位。因此，相应方向由从所对应的一个或更多个像素在数码相机的检测器上的定位以及投影中心的定位知道的环境的图像中的相应的图像元素的定位来设定。
如果基于无接触距离测量确定了定标因子，则从第二部署到分别在内部参照系统中在第一部署和第二部署中确定了方向的这些“对应的”测量环境点中的至少一个的距离是例如通过激光光学装置或借助于其它电磁波精确地测量的。因此，存在这个测量环境点离第二部署中的内部参照系统的零点的距离的精确确定。所述距离通过大地测量装置的瞄准单元的测距功能来测量，其中这在存在激光扫描模块的情况下是不必要的，因为距离已经由激光光学装置通过激光扫描确定了。然而，可选地存在出于提高准确性或可靠性的目的而使用瞄准单元的距离测量。作为另一选项，距离的精确测量被自动地引起，其中大地测量装置或瞄准单元与和所对应的图像元素对应的测量环境点自动地对准。这里，考虑相对于第二部署的所确立的方向。
两个部署之间的位置偏移和定向偏移基于相对于第一部署并相对于第二部署到与所对应的图像元素相对应的测量环境点的方向并且基于定标因子借助于几何原理或算法被精确地确定，如上所述，该定标因子例如源自从一个部署(优选地当前的第二部署)对这些测量环境点中的至少一个的激光光学距离测量。适合于此的大量的方法或算法是已知的。通过示例，包括定标因子、基于链接点(具体地对应点)和地面控制点的束调整的7点算法或8点算法适合于环境的摄影图像。通过示例，通过奇异值分解或ICP算法来求解Procrustes问题优选地在点云的近似预定向的情况下适合于环境的三维图像。另选地或另外，精确地确定了第一部署于第二部署之间的变换的参数。可选地，位置偏移和定向偏移或平移参数被如此精确地确定以致第二位置和第二定向可在大地测量准确性的情况下被确定。大地测量准确性应该被理解为意味着在第二部署方面的位置和定向信息可借助于根据本发明的方法精确地得到，使得对测量环境点的借助于大地测量装置的激光测距功能和角度测量功能的后续测量能够以大地测量准确性具体地以如通过用于确定大地测量装置的当前部署的常规方法实现的至少这种准确性发生。同样地可选地存在第二位置和第二定向的显式确定。在该方法的一个发展中，使用大地测量装置从第二部署对测量环境点的后续大地测量是按照测量到的测量环境点的位置数据基于可用的位置偏移和定向偏移或平移参数相对于第一位置和第一定向被确定的方式执行的。如果第一部署被地理参照，则作为另一另选或附加的选项，所测量到的位置数据被变换到外部绝对参照系统中。
为了提高精度和/或鲁棒性，在根据本发明的方法的一个发展中除环境的第一图像和第二图像之外还记录了按照目标化方式指定的测量环境的至少一个另外的连续区域的环境的至少一个另外的图像，所述另外的图像优选地被记录有比环境的第一图像和/或第二图像的分辨率更高的分辨率。出于目标化指定的目的，使用的是根据本发明从通常具有相对较低的分辨率并且在大记录角情况下生成的环境的第一图像和/或第二图像(即对大尺寸连续区域进行成像的图像，诸如例如全景图像或360°3D扫描)中提取的图像特征。根据本发明，例如借助于被标识为图像特征的建筑物拐角或另一突出测量环境点以及该测量环境的在这个突出点附近的被设定为另外的小尺寸区域的小尺寸部分，测量环境的一个或更多个小尺寸区域在这种情况下从所提取的一个或更多个特征出发被按照目标化方式自动地指定。例如在由同一申请人于2011年7月7日提交的专利申请EP2591314中描述了一种用于在测量环境中自动地搜索突出测量环境点的方法。然后在另一记录步骤中优选地以更高分辨率或以高分辨率在另外的图像中记录另外的小尺寸区域。通过示例，如果大地测量装置具有观察相机和望远镜或同轴相机，则全景图像最初由观察相机记录为环境的第一图像和第二图像，从其中提取至少一个图像特征，并且在其基础上指定借助于望远镜或同轴相机按照目标化方式以高分辨率在环境的另外的图像中成像的至少一个小尺寸区域。另外的示例包括使用宽角图像或宽角扫描来记录环境的第一区域或第二区域以及在其上进行构建、使用小记录或孔径角来记录图像或扫描(或者反之亦然)。然后按照类似于以上使用环境的另一优选地高分辨率图像而不是使用环境的第一图像和第二图像所描述的过程的方式执行根据本发明的用于确定位置偏移和定向偏移的另外的方法步骤(匹配图像元素、确定方向、确定定标因子以及精确地确定位置偏移和定向偏移)。
在根据本发明的方法的另一发展中，用于计算和/或测量结果的质量指示符借助于评价来生成。通过示例，这种质量指示符表征近似的位置或定向借助于传感器的确定、平移参数或位置偏移或定向偏移的匹配或确定受到的不定性。通过示例，计算和/或测量结果是通过基于扩展卡尔曼滤波(EKF)对成对的对应像素或3D点进行加权或者借助于可导出例如协方差矩阵(VCM)的加权矩阵的加权最小二乘方法或最大似然方法进行加权来评价的。通过评价或生成质量指示符，能够提高该方法的可靠性和/或准确性，并且可选地能够由用户或按照自动化方式启动校正措施。
根据本发明的方法的优点在于其简单的可执行性。所需的唯一初步工作是大地测量装置的设置和可选的调水平。能够省去具有大工作支出的步骤，诸如标记以及铅锤测量和定中心。除根据本发明的测量装置之外，不需要另外的装置。与例如基于大地测量的方法对比，根据本发明的方法不需要被摄体特定知识。而且，能够通过自动例行程序在单独的步骤中帮助用户。
而且，根据本发明的方法提供所有步骤能够使用适当的硬件和软件按照自动化且自动的方式运行的优点。为此，根据本发明的大地测量装置被例如配备有相机或激光扫描模块，该相机或激光扫描模块具有以自动化方式控制的电机，以便以此并借助于图像记录和图像处理算法自动地生成环境的图像。图像元素的匹配以及可选地其在先提取可借助于如以上所描述的来自现有技术的适当的图像处理和特征提取算法来执行，而无需用户干预，如同用于借助于几何算法确定到“对应的”测量环境点的方向的情况那样。瞄准单元可借助于自动地控制的电机与“对应的”测量环境点自动地对准，使得精确的激光光学测量，并且借助于几何算法，位置偏移和定向偏移的确定能够按照自动且自动化的方式发生。具体地，根据本发明的方法提供来自现有技术的大地测量装置无需附加硬件的优点，因为相机或激光扫描模块和控制电机二者已经是可用的。因此，在这方面不发生附加的生产成本。
因此，根据本发明的方法能够借助于具有适当的控制与评价算法并可选地具有机动化的大地测量装置部分地且特别有利地总体上按照完全自动化的方式运行，从而使得能实现简单且快速的执行。
除了环境的第二图像的直接记录(即例如相片的拍摄或扫描)之外，根据本发明的方法此外提供方法步骤不束缚于特殊装置而是能够既由大地测量装置且在外部通过到外部装置(例如，云服务器或智能电话)的数据传输来执行的优点。当使用了外部装置时，能够在完成适当的计算之后将所确定的位置偏移和定向偏移或相关确定的数据传送到大地测量装置。
具体地，根据本发明的方法在要在相对较长的时间段期间测量的测量环境中提供优点。通过示例，在建筑工地上或在自然变化环境的情况下情况是这样的。根据本发明的方法还在将从多个定位(例如物品的整个表面或物品的一部分的在一个视图中例如被该物品的其它部分覆盖的表面)测量对象的测量环境中提供优点。然后，足以执行以下操作：一次设定测量装置定位或第一部署，一旦使用不同的方法就确定其绝对位置(如果它尚不可得到)，以及记录所述定位的环境的相应图像并可选地存储所述定位。在测量环境中来自第二或另一部署的测量可关于第一部署使用根据本发明的方法来按照简单的方式并以较少时间支出来参照，使得所有测量到的测量环境点的测量数据按照独立于实际测量定位的方式与单个公共部署(即位置和对准)有关。在该方法的一个发展中，按照特别有利的方式，根据本发明，从所有部署测量到的所有测量环境点的位置数据是通过地理参照仅这些部署中的单个部署关于绝对参照系统而确定的。
本发明同样地涉及一种存储在机器可读介质上的计算机程序产品或通过电磁波具体实现的计算机数据信号，所述计算机程序产品或计算机数据信号包括程序代码，该程序代码适合于根据本发明的方法从大地测量装置的环境的记录图像确定大地测量装置的位置偏移和定向偏移。
下面基于附图中示意性地描绘的示例性实施方式按照仅示例性方式更详细地描述根据本发明的方法以及根据本发明的大地测量装置。
附图说明
图1示出了根据本发明的测量装置在第一部署和第二部署中的位置偏移和定向偏移；
图2a和图2b示出了根据本发明的方法的序列的示意示例；
图3a、图3b、图3c、图3d和图3e示出了根据本发明的在第一部署和第二部署中记录环境的图像的示例；
图4a和图4b示出了根据本发明的环境的第一图像和第二图像的对应的图像元素的匹配的示例；
图5示出了根据本发明的基于对应的图像元素来确定位置偏移和定向偏移的示例；以及
图6示出了根据本发明的测量环境点的定位数据从第二部署到第一部署的变换的示例。
具体实施方式
图1在两个不同的部署S1和S2中示出了作为具有控制与评价单元50并且具有激光测距功能和角度测量功能的大地测量装置1的示例性实施方式的全站仪。第一部署S1由第一位置P1和第二定向O1限定，然而第二部署S2由第二位置P2和第二定向O2限定。第一位置P1和第二位置P2分别是全站仪的内部参照系统的零点的在外部参照系统中的定位，并且第一定向O1和第二定向O2分别是内部参照系统相对于外部参照系统的定向。因此，测量装置的内部参照系统形成在具有第一定向O1的第一位置P1中具有轴x、y、z的第一本地参照系统L1以及在具有第二定向O2的第二位置P2中具有轴x’、y’、z’的第二本地参照系统L2。通过全站仪的距离和角度测量是关于其内部参照系统即分别关于本地参照系统L1或本地参照系统L2而做出的。
第一定向O1和第二定向O2分别通过箭头O1和箭头O2被描绘在附图中，所述箭头O1和箭头O2分别各自对应于全站仪的观察锥体的旋转轴，其中观察锥体的尖端位于零点中并且与x轴或x’轴的对准重合。在不失一般性的情况下，图1中的测量装置1在部署S1中按照xy平面与地面的平面平行这样的方式对准，而与第一部署S1相比，所述大地装置在第二部署S2中按照内部参照系统绕y轴旋转这样的方式对准。关于外部参照系统，地面点40和地面点41构成零点在地面上的垂直投影，并且由于简单的原因，在图3a、图3b、图3c、图3d、图3e和图5中被用于在附图中分别表示第一部署S1和第二部署S2。
第一部署S1和第二部署S2中的差异按位置偏移ΔP并按定向偏移ΔO来表示，所述位置偏移ΔP可以由沿着坐标轴x、y、z的相应差Δx、Δy、Δz组成并且能够由平移向量t 1表示，所述定向偏移ΔO能够由三个方向角的相应差组成并且能够由旋转矩阵表示。为了简化例示，在该示例中第一定向O1和第二定向O2仅在单个方向角(绕y轴旋转)方面不同。然而，这不限制一般性；根据本发明，定向偏移ΔO关于所有三个旋转自由度可确定。平移向量t 1和旋转矩阵一起提供第一本地参照系统L1与第二本地参照系统L2之间或第一部署S1与第二部署S2之间的变换的变换参数。
在实践中，将测量装置从第一部署S1变换或偏移为第二部署S2(或者反之亦然)例如由于以下原因而发生：测量装置1被建立用于在构成第一部署S1的第一定位处测量建筑物。因为不能够从第一定位测量建筑物的所有侧面，所以在能够测量建筑物的另外的侧面的第二定位即第二部署S2处附近建立测量装置1，以便进一步测量建筑物，其中，根据本发明，测量装置1分别在第一部署S1中和在第二部署S2中的视场具有重叠。导致部署位移的另一实际的应用示例在于分别随着测量装置1的组装和拆卸在不同的日子的反复测量，这应该在各种情况下随着相似的对准从相似的定位发生。
因此，一般而言，第二部署S2形成测量装置1的当前定位。这里，按照惯例，较早的第一部署S1的第一位置P1和第一定向O1是使用根据现有技术的方法(例如借助于对第一部署S1的自由部署或间接地理参照)通过位置和定向确定来精确地获知的。换句话说，本地参照系统L1通常被地理参照。
现在使用根据本发明的方法来精确地确定第二部署S2的位置和定向信息(位置偏移ΔP和定向偏移ΔO或第二位置P2和第二定向O2或平移向量t 1和旋转矩阵)。可选地，存在在一个部署S1或S2中被确定的测量环境点的空间定位基于精确的位置和定向信息到另一部署S2或S1的变换。
图2a示意性地示出了根据本发明的用于精确地确定位置偏移ΔP和定向偏移ΔO(或者用于精确地确定第二位置P2和第二定向O2或平移向量t 1和旋转矩阵)的方法的序列的示例。在步骤10中，在第一部署S1处记录环境的第一图像。在步骤11中，在第二部署S2处记录环境的第二图像。记录是通过用于记录环境的图像的单元2(例如，具有位置敏感检测器的数码相机、RIM相机或激光扫描模块)而分别引起的，所述单元2被测量装置1包括并且其相对于测量装置1的内部参照系统的定位和对准是已知的。环境的第一图像至少对测量装置1的环境的第一区域进行成像；环境的第二图像至少对测量环境的第二区域进行成像。记录在各种情况下是按照两个区域在这种情况下具有多个公共测量环境点使得环境的第一图像和第二图像至少部分地重叠这样的方式引起的。为此，按照类似于环境的第一图像的方式(例如借助于关于外部参照系统被近似地设置在同一水平的单元2和/或借助于像在第一部署S1中一样使用的相同的视角大小)从当前部署S2优选地记录环境的第二图像。在具有数码相机作为单元2的测量装置1的情况下，环境的图像是相片，在RIM相机或激光扫描模块的情况下它是3D点云。在步骤12中，环境的两个图像中的对应的图像元素被匹配。匹配是基于环境的图像的原始数据或另选地基于从原始数据中提取的图像特征而引起的，为此，在这之前执行方法步骤(这里未描绘)，在所述方法步骤中图像特征被提取。在步骤13中，在测量装置1的内部参照系统中确定关于通过对应的图像元素在环境的第一图像中并在环境的第二图像中成像的测量环境点的方向。分别对于具有第一定向O1的第一位置P1并且对于具有第二定向O2的第二位置P2执行这个。因此，使用这个，这些测量环境点的方向关于第一部署S1或第一本地参照系统L1并且关于第二部署S2或第二本地参照系统L2是已知的。而且，在步骤14中确定定标因子，即图像尺度。通过示例，为此，到这些测量环境点(其关于第一部署S1或第二部署S2的方向被确定或可确定)中的至少一个的距离是通过激光光学装置关于第二部署S2或第二位置P2而测量到的。如果测量装置1具有激光扫描模块，则步骤14被包括在步骤10或步骤11中，因为测量环境点的距离已经由激光光学装置在通过激光扫描生成3D点云时确定了。另选地或者如果单元2被具体实现为数码相机或RIM相机，则在步骤14中借助于测量装置1的激光测距功能确定距离。作为无接触距离测量的另选方案，使用的是具有已知尺寸的测量环境对象。然后，根据真实尺寸与图像的尺寸之间的比确定定标因子。最后，在步骤15中，第一本地参照系统L1与第二本地参照系统L2之间的变换参数(平移向量t 1和旋转矩阵)或第一部署S1与第二部署S2之间的位置偏移ΔP和定向偏移ΔO或第二部署S2的第二位置P2和第二定向O2是根据在步骤13和步骤14中确定的方向和定标因子来确定的。
图2b示意性地示出了根据本发明的用于精确地确定位置偏移ΔP和定向偏移ΔO的方法的序列的另选的示例。步骤10和步骤15对应于根据图2a的示例的那些步骤；和前面示例对比，插入了步骤11a和步骤11b。在步骤11a中，借助于图像处理算法从环境的第一图像和/或第二图像中提取至少一个图像特征。优选地，环境的第一图像和/或第二图像是在非常大的视场情况下特别是在水平方向上360°的视场情况下记录的图像。与测量环境中的突出点(例如拐角或颜色边界)对应的图像特征是特别适合的。测量环境的比较严格定界的区域是在步骤11b中基于所提取的图像特征指定的并且被记录在环境的另一图像中。通过示例，用于记录环境的图像的单元2与对应于所提取的图像特征的测量环境中的突出点对准，并且单元2被用来在比在环境的第二图像的情况下更小的视场或视角情况下记录环境的另一图像，其中，所述测量环境在环境的另一图像中比在第二图像中具有更高的分辨率。另选地，大地测量装置1包括用于记录具有高分辨率和小视角的环境(以及因此环境的小区域)的图像的另一单元2’，并且这个单元2’被用于记录环境的另一图像。在另外的方法步骤12至15中，使用的是作为环境的第二图像的环境的另一图像，即，它代替环境的原先第二图像，并且将环境的另一图像用作环境的第二图像来进行匹配、确定方向、确定定标因子以及确定位置偏移ΔP和定向偏移ΔO的方法步骤。
基于图3a、图3b、图3c、图3d、图3e、图4a、图4b和图5按照示例性方式对方法步骤进行更详细的描述。
图3a在鸟瞰图中示出了作为二维几何图的第一部署S1和第二部署S2。两个部署具有在该图中由x方向上的偏移Δx和y方向上的偏移Δy描绘的位置偏移ΔP以及在该图中由xy平面中的偏移ΔO描绘的定向偏移ΔO。用于记录环境的图像的单元2(这里未描绘)在这个示例中具有视场FOV1和视场FOV2，其由在该示例中分别为大约为90°的视角α1和视角α2表征。
在各种情况下，记录了环境的图像的测量环境的连续区域由相应的视场FOV1或视场FOV2(被描绘为xy平面与单元2的3D观察锥体的交集)设定。在该示例中，存在第一部署S1中的第一区域(箭头4’)的以及第二部署S2中的第二区域(箭头4)的记录(来自图2的步骤10或步骤11)，其中，对象5(例如建筑物墙壁)作为测量环境的一部分位于这些区域中。第一区域(箭头4’)和第二区域(箭头4)由于不同的部署S1和S2而不相同。然而，按照视场FOV1和视场FOV2相交(在该图中通过用灰色标记的截面FOVc按照示例性方式描绘)这样的方式选择定向O1和定向O2，所以两个区域(箭头4和箭头4’)彼此部分地覆盖(粗箭头4”)，作为其结果第一区域(箭头4’)和第二区域(箭头4)具有多个公共测量环境点。因此，从第一部署S1记录的环境的第一图像以及从第二部署S2记录的环境的第二图像部分地对测量环境的同一区域(箭头4”)进行成像。
根据本发明的方法不局限于特定视场或视角大小。图3b示出了第一部署S1中以及在位置和定向方面从第一部署S1偏移的第二部署S2中的大地测量装置1(例如经纬仪)。通过示例，环境对象7、7’和7”的大地测量将被执行，其中不能够瞄准要从第一部署S1测量的所有点(例如因为对象7’覆盖对象7”)，这是为什么在完成测量之后经纬仪被从第一部署S1移位为第二部署S2，以便从那里测量对象7、7’和7”的另外或缺少的点。这里，根据为本领域技术人员所知的方法精确地确定位置P1和定向O1。
所以也无必要使用根据现有技术的这种费时的方法来确定当前的位置P2和定向O2，实现了根据本发明的方法。为此，根据本发明，通过在垂直(即关于xz平面)视角β1或β2(单元2的观察锥体的孔径角)的情况下在水平(即关于xy平面)方向上旋转了360°(箭头6)的单元2分别在第一部署S1和第二部署S2中记录环境的第一图像和第二图像，使得全景图像被分别生成作为环境的图像。根据单元2，图像是二维全景图像或三维范围全景图像。在各种情况下，位于绕z轴旋转的观察锥体中的测量环境的那个区域被成像。因此，在这种360°记录的情况下(尤其在z方向上的两个位置P1和位置P2之间的相对较小的偏移以及大的视角β1和视角β2的先决条件下)在第一区域与第二区域之间通常存在相对较大的重叠。环境对象7、7’和7”的多个公共测量环境点8、8’和8”出现。
与根据图3a的示例相比，因为当记录全景图像时省去了xy平面中的任何对准，所以在根据图3b的示例中甚至更少的要求被置于在第二部署S2中建立测量装置1。用户仅必须按照环境的部分相同的区域在环境的第一全景图像和第二全景图像中被配准的这样近似的方式设定测量装置1的或单元2的水平面和垂直对准，这能够根据垂直视角β1和垂直视角β2的大小被实现有更高或较低的精度。在非常大的垂直视角β1或β2的情况下，能够在实际上没有先决条件情况下建立测量装置。
图3c示出了环境的图像的记录，其中，和根据图3b的示例对比，仅测量环境的相对较小的区域被记录。在具有第一定向O1的第一部署S1中，测量装置1借助于用于记录环境的图像的单元2来记录在作为测量环境中的对象7的建筑物的拐角20附近的严格定界的第一区域9。从具有第二定向O2的第二部署S2，单元2同样地按照目标化方式记录建筑物的拐角20，使得第二区域9’与第一区域9实际上相同。根据本发明，具有诸如能够在空间中容易地分配对准的建筑物拐角20这样的对象的环境9或9’的那些严格定界的区域为此是特别适合的。
在该示例中，用于记录环境的图像的单元2被具体实现为激光扫描模块。因此，到所记录的区域9和区域9’的测量环境点的距离(由箭头D和箭头D’符号化)以及方向19和方向19’是在记录期间关于测量装置1的内部参照系统而确定的。可选地，被测量环境点反射的激光的强度在这里被配准，以便提高准确性和/或可靠性。
和根据图3b的示例对比，环境9、9’的严格定界的连续区域的目标化记录通常在所有三个空间方向上需要测量装置1的近似对准。根据本发明，这通过自动指定和对准来实现，为此关于第一连续区域(相对于第一位置P1的定位、相对于第一定向O1的对准、范围)和关于精确的第一位置P1和第一定向O1的信息以及关于近似的第二位置和定向或近似的位置偏移和定向偏移的信息可用在控制与评价单元50中，使得控制单元能够使单元2与要成像的测量环境区域对准，并且可选地，通过在测量装置内部的电机相应地适配视场FOV2。能够例如通过位置和方向传感器或者通过使测量环境中的已知可配准的目标点配准来确立关于近似的位置和定向的这种信息。另选地，环境特别是全景图像的相对较大的区域是在附加步骤中从当前部署S2记录的，并且通过位置和定向的基于图像的近似确定优选地使用环境的第一图像来近似地确立位置和定向，如例如在专利申请US2013/0243250A1中所描述的。第二区域9’是基于近似的位置偏移和定向偏移或者基于近似的当前位置和定向并且基于第一区域9的已知位置来指定的。
图3d示出了针对测量环境的严格定界的区域9或9’的自动目标化指定的另选的方法。最初，使用的是测量环境的大尺寸区域31和大尺寸区域31’。在左上部处，测量环境的360°视图被描绘为环境的第一区域31，如同源自具有第一定向O1的第一部署S1一样；在右上部处，环境的第二区域31’的360°视图被描绘，如同源自具有第二定向O2的第二部署S2一样。在各种情况下能够将三个建筑物标识为对象7、7’和7”，其中建筑物拐角作为突出的测量环境点30。
全景图像26和全景图像26’(例如360°扫描)是从这些大区域31和31’生成的(参照图4b)。借助于图像处理算法从图像26和图像26’中提取点特征28和点特征28’(诸如例如具有特定亮度的几何图元或点)；在该示例中，这些点特征是建筑物的拐角。来自一个图像26的至少一个点特征28a与另一图像26’的对应的点特征28a’相匹配(箭头29’)。随后，基于与公共突出的测量环境点30相对应的这一个匹配的点特征28a和28a’分别指定测量环境的第一严格定界的区域9和第二严格定界的区域9’。在该示例中，这是在位于地面处的建筑物拐角之一附近的定位。这些小尺寸区域9和9’然后被按照目标化方式记录在环境的另外的图像22和22’中(参照图4a)，其中，环境的这些另外的图像22和22’与全景图像26和全景图像26’相比优选地具有更高的分辨率。对于所述方法的剩余部分，不是用作环境的第一图像和第二图像的全景图像26和全景图像26’而是相反是被用作环境的第一图像和第二图像的环境的另外的图像22和22’作为相对更高的分辨率的结果在精度方面提供优点。另选地，对于所述方法的剩余部分来说，严格定界的区域9’是仅为第二部署S2指定的和/或仅从第二部署S2记录的全景图像26’用作为环境的第二图像的环境26’的另一图像代替。
图3e示出了从第一部署S1和第二部署S2记录环境的图像的另一示例。在本情况下，不仅在各种情况下从第一部署S1或第二部署S2在环境对象7处记录单个严格定界的连续区域9或9’，而且在各种情况下还记录在作为对象7’的另一建筑物的拐角20’附近的另一严格定界的连续区域21或21’。记录多个区域9和21以及区域9’和21’鉴于确定位置偏移和定向偏移的准确性和鲁棒性是有利的。第一区域9或9’然后在各种情况下位于第一记录方向38a或39a上；第二区域21或21’位于第二记录方向38b或39b上。环境的第一图像和第二图像分别由第一区域9和第二区域21以及第一区域9’和第二区域21’的单独记录构成，或者另选地，与第一区域9和第二区域21以及第一区域9’和第二区域21’对应的图像区是分别从一个记录分段的。
图4a示出了环境的第一图像22的以及环境的第二图像22’的对应的图像元素的根据本发明的匹配(来自图2的步骤12)的第一示例。在图4a的左手部中描绘的分别是以建筑物的一部分作为测量环境对象7的测量环境的部分。上部左手部分示出了如从图3c源自第一部署S1的视图；下部示出了如从图3c源自第二部署S2的视图。分别记录的严格定界的环境区域9或9’按照类似于图3c的方式包括建筑物拐角20的环境。例如，如关于图3d所描述的，环境的严格定界的区域9和9’是按照目标化方式指定的。
源自记录第一区域9的环境的第一图像22在图4a的中央图像中被描绘在上部，而源自记录第二区域9’的环境的第二图像22’被描绘在下部。在该示例中，环境的图像是通过激光扫描生成的，使得存在点云23和点云23’。
在该示例中，借助于图像处理算法从两个图像22和22’中提取的图像特征(图4a的右手部分)用作图像元素。在本情况下，几何图元(线24和线24’和/或平面25和平面25’)被分段。图像22’的特征24’和特征25’随后与图像22的分别对应的特征24和特征25相匹配(箭头29)。如果存在多个记录的区域9/9’和20/20’，如在根据图3d的配置中一样，则线24的交点和线24’的交点被交替地提取并作为点特征被匹配。另选地，借助于与点云23的点相匹配的点云23’的对应点，在没有特征提取的情况下执行匹配。
图4b示出了环境的第一图像26的以及环境的第二图像26’的对应的图像元素的根据本发明的匹配的第二示例。在图4b中左上部描绘的是如源自具有第一定向O1的第一部署S1的环境的第一区域31的视图，而如源自具有第二定向O2的第二部署S2的环境的第二区域31’的视图被描绘在右上部。在各种情况下，能够将三个建筑物标识为对象7、7’和7”，其中建筑物拐角作为突出的测量环境点30。与来自根据图4a的示例的区域9和区域9’对比，区域31和区域31’是大尺寸的并且各自包括测量环境的环境。
在图4b的下部描绘的是第一区域31的第一图像26和第二区域31’和第二图像26’。与来自前面图的图像22和图像22’对比，图像26和图像26’是使用数码相机作为单元2产生的全景相片，所以测量环境的相对较大的连续区域31和31’被成像。在本示例中，借助于图像处理算法在图像26和图像26’中提取与特殊测量环境点30对应的点特征28和28’作为图像元素。随后，在图像26和图像26’二者中使对应的点特征28和28’匹配(箭头29)。
图5示出了根据本发明的基于对应的图像元素28和28’确定位置偏移和定向偏移的示例。描绘了与根据图4b的情形对应的情形。从鸟瞰图，能够看到具有测量环境点30的对象7、7’和7”以及测量装置1的两个部署S1和S2。在图像26和图像26’中，相互对应的点特征28和点特征28’对应于测量环境点30。用于记录环境的图像的单元2具有投影中心，其区域33和区域33’在该示例中与测量装置1的内部参照系统的零点重合。作为从相应的零点定位到相应的测量环境点30(其通过两个对应的图像元素28和28’来成像)的方向32和方向32’的一个方向(箭头32a和箭头32a’)分别由投影中心的定位33和定位33’以及由第一图像26和第二图像26’中的分别一个图像元素28和图像元素28’的定位来限定。因此，在知道图像记录单元2的投影中心33和投影中心33’的定位的情况下，从部署S1和部署S2到与对应的点特征28和28’相对应的那些测量环境点30中的全部或一些的方向32和方向32’是基于图像26和图像26’中的相应的点特征28和28’的定位，例如使用7点或8点算法、束调整或ICP算法，根据已知几何原理来确定的(来自图2的步骤13)。
为了确定定标因子(来自图2的步骤14)，存在从第二部署S2到这些测量环境点中的至少一个的距离(由箭头D’表征)的无接触测量；在该示例中，它是到对象7的点30。在该示例中，使用测量装置1的激光测距功能借助于其角度测量功能来实现无接触测量。随后，以被实现的亚厘米范围内的准确性，按照在原理上类似于背侧切割的方式，基于方向32和方向32’以及至少一个距离(箭头D’)，根据已知几何原理来确定第一部署S1与第二部署S2之间的位置偏移ΔP和定向偏移ΔO。
如果来自点云23和点云23’的环境的图像22和22’存在(参见图4a)，则基于图像22或图像22’中的图像元素24或24’和/或图像元素25或25’的定位来确定方向，并且测量到尚未被单独地匹配的图像元素24或24’和/或图像元素25或25’的至少一个距离(箭头D’)。到所有成像的测量环境点的方向和距离已经可利用点云23和点云23’的产生得到，也就是说，同样到被用于确定位置偏移ΔP和定向偏移ΔO的那些测量环境点30的方向和距离，因为这些测量环境点30作为对应的图像元素或者作为对应的图像特征的部分而被成像。如果与使用使用激光扫描模块(单元2)的激光光学测量相比，距离D’的更精确测量使用测量装置1的测距功能是可能的，则按照类似于以上示例的方式，另选地存在基于测量装置1的测距功能的到至少一个匹配的图像元素24或24’和/或图像元素25或25’的距离D’的激光光学测量，从而进一步提高准确性。另选地，使用用于确定距离D’的激光扫描模块来执行与当点云23’被生成时相比具有更高的测量准确性/分辨率的新的并且可选地目标化的小尺寸测量。
图6是测量环境点30的定位数据从第二部署S2到第一部署S1的变换的示例。通过位置偏移ΔP和定向偏移ΔO的根据本发明的确定，具有轴x、y、z的第一本地参照系统L1与具有轴x’、y’、z’的第二本地参照系统L2之间或者第一部署S1与第二部署S2之间的变换参数(平移向量t 1和旋转矩阵)是已知或可确定的。定向O1或定向O2分别对应于x轴或x’轴。使用这些变换参数，能够将从第二部署S2并且因此关于具有零点P2的第二参照系统L2确定的测量环境点30的位置数据V L2平移到第一部署S1，使得它们可作为位置数据V L1用在具有零点P1的第一参照系统L1中。
来自坐标x’、y’、z’的位置数据V L2是通过测量装置1的测距功能和角度测量功能通过测量距离d’以及两个角度δ’和ε’来确定的。使用基于方向19和方向19’或方向32和方向32’以及所测量到的距离D’确定的平移向量t 1和旋转矩阵来计算坐标x、y、z的位置数据V L1：因此，通过根据本发明的方法，关于第一部署S1确定了从部署S2测量的测量环境点30的空间定位。
如果此外第一参照系统L1也被地理参照，这意味着变换参数是从使得能实现第一参照系统L1到具有轴N(北)、E(东)、h(高度)的绝对外部参照系统G的变换的平移向量t 2和旋转矩阵获知的，则在根据本发明的方法的一个发展中，从外部参照系统G中的坐标E、N、h，位置数据V L1被变换为位置数据V G：如果测量装置1在第一部署S1中与外部参照系统对准并且按照xy平面确切地与地平面(EN平面)平行延伸的方式设置，则从第一参照系统L1到参照系统G的变换简化为z方向或h方向上的平移。因此，从部署S2测量到的测量环境点30的空间定位的指定是通过根据本发明的方法关于外部绝对参照系统G执行的，如此，测量环境点30的所测量到的位置数据被地理参照。

Claims (15)

1.一种用于精确地确定具有激光测距功能和角度测量功能的大地测量装置(1)的，特别是经纬仪或全站仪的，由第二位置(P2)和第二定向(O2)限定的第二部署(S2)相对于由第一位置(P1)和第一定向(O1)限定的第一部署(S1)的位置偏移(ΔP)和定向偏移(ΔO)的方法，其中，所述第一部署(S1)和所述第二部署(S2)位于同一测量环境中，该方法包括以下步骤：
·从所述第二部署(S2)记录所述测量环境的至少第二连续区域(4’,9’,21’,31’)的所述环境的第二图像(22’,26’)，
·使所述环境的所述第二图像(22’,26’)的图像元素(24’,25’,28’)与所述环境的第一图像(22,26)的对应的图像元素(24,25,28)相匹配，所述环境的所述第一图像(22,26)是从所述第一部署(S1)记录的并且对所述测量环境的至少一个第一连续区域(4,9,21,31)进行成像，其中，所述第一连续区域和所述第二连续区域(4,9,21,31,4’,9’,21’,31’)具有多个公共测量环境点(30)，
·在所述大地测量装置(1)的内部参照系统(L1,L2)中，基于所述环境的各个图像(22,26,22’,26’)中的各个图像元素(24,25,28,24’,25’,28’)的定位来确定分别从所述第一部署和所述第二部署(S1,S2)到与对应的图像元素(24,25,28,24’,25’,28’)相对应的测量环境点(30)的方向(19,32,19’,32’)，
·确定定标因子，
·基于所确定的方向(19,32,19’,32’)和所述定标因子精确地确定所述位置偏移(ΔP)和所述定向偏移(ΔO)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
定标因子是通过以下各项来确定的：
·借助于从所述第二部署(S2)到其方向已被确定的至少一个测量环境点(30)的距离(D’)的精确无接触测量，特别是激光光学测量，更具体地，其中，所述距离(D’)的精确无接触测量被自动地引起，其中，所述大地测量装置(1)基于所确定的方向(19,32,19’,32’)在要测量的所述测量环境点(30)上自动地对准，或者
·借助于在所述环境的所述第一图像和/或所述第二图像中成像的具有已知尺寸的对象，具体地为比例尺。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于
所述第一位置(P1)和所述第一定向(O1)是关于外部参照系统(G)精确地确定的，具体地，所述第一位置(P1)和所述第一方向(O1)被精确地地理参照。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于
所述位置偏移(ΔP)和所述定向偏移(ΔO)是关于所有六个自由度而确定的。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于
·从所述第二部署(S2)记录所述测量环境的至少一个另外的连续区域(9’,21’)的所述环境的另外的图像，其中，所述另外的连续区域是基于从所述环境的所述第一图像和/或所述第二图像中提取的图像特征指定的，更具体地，其中，所述环境的所述另外的图像具有比所述环境的所述第二图像更高的分辨率，以及
·使用所述环境的所述另外的图像作为所述环境的第二图像来执行以下方法步骤：
o匹配图像元素，
o确定所述方向，
o确定定标因子，以及
o精确地确定所述位置偏移(ΔP)和所述定向偏移(ΔO)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于
所述环境的图像(22,26,22’,26’)是通过以下各项来记录的：
·通过摄影或激光扫描，具体地，通过配准反射激光强度，具体地，其中，在处理中记录的测量环境点(8,8’,8”)按照预定最小密度来覆盖所述测量环境的各个连续区域(4,9,21,31,4’,9’,21’,31’)，和/或
·关于记录方向，该记录方向具体地在至少1.5°，具体地至少45°，特别地至少大约360°的角度之上相对于外部绝对参照系统(G)为水平的，具体地，作为其结果，全景图像、全景3D扫描或范围全景图像被生成为所述环境的图像(22’,26’,22,26)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于
图像元素是单独的图像点，具体地，所述环境的所述图像(22,26,22’,26’)的像素或3D点，或者图像元素是借助于图像处理，特别地，基于边缘的和/或基于区域的分段，从所述环境的所述图像中提取的图像特征(24,25,28,24’,25’,28’)，具体地，其中，图像特征由几何图元和/或描述符表示。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于
图像元素的匹配是借助于以下各项而引起的：
·迭代匹配算法，具体地，迭代最近点算法，或
·密集匹配算法，具体地，半全局匹配算法，或
·差方和或最小二乘算法，或
·基于特征的算法，具体地，基于尺度不变特征变换算法和/或加速鲁棒特征算法。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于
从所述第二部署(S2)借助于所述激光测距功能和所述角度测量功能确定的所测量到的测量环境点(30)的位置数据(V L2)是按照所测量到的测量环境点(30)的位置相对于所述第一位置(P1)和所述第一定向(O1)可得到的这样的方式基于所确定的位置偏移(ΔP)和定向偏移(ΔO)变换的。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于
所述第二连续区域和/或所述第一连续区域(4’,9’,21’,31’)的自动目标化指定基于近似的位置和定向信息。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于
所述位置偏移(ΔP)和所述定向偏移(ΔO)被精确地确定，使得所述第二位置(P2)和所述第二定向(O2)能够以大地测量准确性被确定。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于
传送所述环境图像(22’,26’,22,26)或所述图像元素(24’,25’,28’,24,25,28)的数据，并且在所述测量装置外部，具体地，在智能电话上或通过云服务执行方法步骤。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其特征在于
自动化单独的方法步骤，具体地所有方法步骤的执行，具体地还自动执行单独的方法步骤，具体地所有方法步骤。
14.一种大地测量装置(1)，该大地测量装置(1)包括：
·结构，该结构被布置在底座上并且可绕回转轴回转，
·瞄准单元，其中，所述瞄准单元具有用于发射激光束、限定光学目标轴的至少一个发射单元以及用于精确地测量到对象的距离的测距功能，
·用于精确地配准由所述结构相对于所述底座的相对回转位置限定的至少一个回转角度的角度测量功能，以及
·控制与评价单元(50)，
·用于记录环境图像(22’,26’,22,26)的单元(2)，具体地为数码相机、RIM相机或激光扫描模块，
其特征在于
所述控制与评价单元(50)按照根据权利要求1至13中的任一项所述的方法能够利用所述控制与评价单元(50)来实施的方式被具体实现。
15.一种被存储在机器可读介质上的计算机程序产品或通过电磁波具体实现的计算机数据信号，所述计算机程序产品或所述计算机数据信号包括适合于根据权利要求1至13中的任一项所述的方法从大地测量装置(1)的所述环境的记录图像确定所述大地测量装置(1)的位置偏移(ΔP)和定向偏移(ΔO)的程序代码。
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