CN106662440B - 跟踪方法和跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定在壁3上标出的部位2的位置53的跟踪方法，其具有各步骤。利用可移动的测量站6的沿观察方向18定向的照相机17在第一图像9中记录标出的部位2。确定第一像点(S)的图像坐标x0、y0，在第一图像9中，标出的部位2映射到所述图像坐标上。围绕基站5的至少一个轴线29以按照预定的过程改变的发射方向41旋转或枢转包括至少一个光束40的射束，以用于在内部空间的壁3上产生光点8的游动的图案。在观察方向18下记录壁3的一系列的图像9，其中在所述系列中，游动的光点8之一映射到至少一个第二像点P1、P2上。确定所述至少一个第二像点P1、P2的图像坐标x1、y1；x2、y2。基于记录相应的图像9的时刻确定光束40的发射方向41，所述光束的光点8在一定的时刻在图像9之一中映射到至少一个第二像点P1、P2上。基于沿从基站5出发的测量方向44在参考数据库52中存储的相对于壁3的距离测量确定基站5的轴线29相对于壁3沿发射方向41的距离d1、d2。基于第一像点(S)的图像坐标x0、y0、第二像点P1、P2的图像坐标、属于第二像点P1、P2的发射方向41和基站5的轴线29相对于壁3沿所属的发射方向41的相应的距离(d1、d2)确定标出的部位2的位置。

Description

跟踪方法和跟踪系统

技术领域

本发明涉及一种跟踪方法，其设计用于测量壁上的位置。

发明内容

本发明涉及一种用于确定在壁上标出的部位的位置的跟踪方法，其具有各步骤。利用可移动的测量站的沿观察方向定向的照相机在第一图像中记录标出的部位。确定第一像点的图像坐标，在第一图像中标出的部位映射到所述图像坐标上。以按照预定的过程改变的发射方向围绕基站的至少一个轴线旋转或枢转包括至少一个光束的射束，以用于在内部空间的壁上产生光点的游动的图案。沿观察方向记录壁的一系列的图像，其中，在所述系列中，游动的光点之一映射到至少一个第二像点上。确定所述至少一个第二像点的图像坐标。基于记录相应的图像的时刻确定光束的发射方向，所述光束的光点在一定的时刻在图像之一中映射到至少一个第二像点上。基于沿从基站出发的测量方向在参考数据库中存储的相对于壁的距离测量确定基站的轴线相对于壁沿发射方向的距离。基于第一像点的图像坐标、第二像点的图像坐标、属于第二像点的发射方向和基站的轴线相对于壁沿所属的发射方向的相应的距离确定标出的部位的位置。

所述射束可以包括正好一个光束或多个彼此以恒定的角距离设置的光束。所述系列可以具有一个或多个图像，所述图像的特征在于相同的观察方向。在一系列不同的图像中，分别一个光束的所述光点可以映射到不同的像点上，或不同的光束的光点可以映射到不同的像点上。

一种设计规定，来自所述系列的图像中的第一图像在第一时刻并且来自所述系列的图像中的第二图像在不同于第一时刻的第二时刻被拍摄。第一时刻可以自适地适配，以便将游动的图案的光点之一映射到图像的边缘上的像点上，并且第二时刻自适地适配，以便将游动的图案的光点之一映射到图像的另一个边缘上的一个像点上。

沿测量方向的距离测量优选利用光学的距离测量单元的测量光束进行。所述跟踪方法可以具有与跟踪阶段分开的初始化阶段。在初始化阶段期间，所述至少一个测量光束围绕至少一个轴线以按照预定过程改变的测量方向旋转或枢转。所述轴线相对于壁沿测量方向的相应的距离基于运行时间和/或测量光束的干涉测量被测量。测量方向和配属地测量的距离可以在参考数据库中存储。在跟踪阶段期间沿光束的发射方向的距离借助参考数据库中的与发射方向一致的测量方向或存储的距离的按照存储的测量方向相对于发射方向的相应的差别加权的平均值确定。

一种设计规定，在初始化阶段期间，测量光束以第一角速度旋转或枢转并且在跟踪阶段期间所述光束的射束以第二角速度旋转或枢转，其中第二角速度大于第一角速度。

一种设计规定，具有至少一个光束的射束旋转或枢转的过程相同于测量光束旋转或枢转的过程。

一种设计规定，所述射束围绕正好一个轴线旋转或枢转并且所述射束具有至少两个光束，所述光束在包含轴线的平面中以一个角度相对彼此倾斜。基站使射束围绕例如竖直的轴线运动并且通过运动和时刻实现水平的分辨率。垂直的分辨率通过光束的不同的仰角获得。垂直的分辨率通过光束的数量限定并且显著小于通过时间测量限定的在水平的平面中的分辨率。当然典型的内部空间的结构沿竖直的方向相对于水平的方向示出相对较少的改变。

附图说明

后续的说明借助示例的实施形式和附图解释本发明。在图中示出：

图1示出跟踪系统；

图2示出跟踪系统的标出器；

图3示出可移动的测量站；

图4示出由测量站记录的图像；

图5、图6示出基站；

图7示出属于图4的图像的包括跟踪系统的内部空间；

图8示出一个系列的两个叠加的图像；

图9示出包括跟踪系统的内部空间；

图10示出图9的内部空间的一系列的三个叠加的图像；

图11，图12示出基站；

图13示出可移动的测量站。

相同的或功能相同的元件通过相同的附图标记在图中指示，只要没有不同地说明的话。

具体实施方式

可以使用跟踪系统1，用于测量在壁3上的部位2的位置。一种应用规定，通过显示器4向使用者通知部位2的空间坐标。所述位置可以例如关于跟踪系统1的基站5的方位或关于壁3的之前标出的部位2给出。另一种应用规定，在建筑图上可看到属于壁3上的标出的部位2的位置。在进一步构成中，建筑图围绕标出的部位2直接投射到壁3上。壁3代表建筑物尤其是顶面和地面，并且还有封闭内部空间的可运动的元件如门、窗等的所有内面。

图1的示例性的跟踪系统1包含静止的基站5、可移动的测量站6和标出器7。使用者可以利用标出器7标出壁3上的任意的部位2。可移动的测量站6在一定的时刻记录标出的部位2相对于运动的光点8的相对位置，静止的基站5将所述光点投影到壁3上。静止的基站5确定在所述时刻由光点8在壁3上占据的绝对的位置，由此可确定标出的部位2在基站5的坐标系中的绝对位置。

示例性的跟踪系统1可以确定可移动的测量站6在内部空间中相对于基站5的位置。可移动的测量站6为此在短的时间段中将在壁3上的三个或更多不同的部位上的运动的光点8记录在图像9中。检测光点8的一个时刻或多个时刻被利用，以便由基站5查询在壁3上的光点8的相应的部位的坐标。所述部位基于图像9的三角测量得出可移动的测量站6的位置。

标出器7可以例如是包括把手11的板10，使用者物理地将所述把手保持到壁3上。板10具有小的观察孔12，使用者将所述观察孔在定位壁3上的部位2上。在板10上有光学的位置标记13。所述位置标记13可以例如通过多个以一个图案设置的发光二极管构成。此外标出器7可以具有一个显示器4和多个操作元件14、例如按键。使用者可以通过操作元件14要求标出器7的位置确定。在显示器4中示出当前的位置。此外可以将当前的位置作为基础坐标系15的原点确定，就此可以以简单的方式实施在壁3上的两个部位2的距离测量。

备选的标出器基于手持式的光指示器、例如激光笔。使用者利用光指示器指向到要确定的部位上。在标出器中的位置标记因此是由光指示器在壁上产生的位置标记。标出器可以同样设有显示器和操作元件。

可移动的测量站6可以在空间中的支架16上安装(图3)。所述方位优选不同于基站5的方位(图1)。可移动的测量站6具有照相机17，所述照相机沿观察方向18记录壁3的图像9。观察方向18同轴于照相机17的光轴。照相机17的视野19确定对于跟踪系统1可见的壁区段20，在所述壁区段中，标出器7的位置标记13由跟踪系统1检测。壁区段20必须由光点8经过。光点8可以周期性地进入和退出照相机17的视野19。使用者以已知的方式通过照相机17的物镜21和照相机17与壁3的距离22影响视野19的大小并且借此影响可见的壁区段20。在支架16中可以接纳通常很大程度上水平定向的照相机17。备选于固定的方位，照相机17可以由使用者携带，例如在安全帽上紧固。在这里基于可移动的测量站6和照相机17的完全未知的定向需要更多测量的信息，以便确定在壁3上和在内部空间中的位置。接着所述跟踪方法部分地需要壁区段20的多个图像9。观察方向18、即壁区段20必须对于相继的图像9是相同的。因为图像9可以以一秒的一小部分相继地被拍摄，所以手持式的测量站6的典型运动或在安全帽上的布置是无问题的。

只要使用者正确地安装可移动的测量站6，则光点8至少暂时在照相机17的视野19中。典型地，如由基站5的说明还可看出的，光点8大多在视野19外，但周期性并且在相同的部位进入所述视野中。照相机17连续记录壁区段20的图像9。照相机17具有触发器23，所述触发器确定用于记录图像9的时刻。触发器23可以通过测量站6的内部的固定的节拍给定器24例如每10ms记录图像9。触发器23操纵或图像9记录的时刻固定或能够以合适的方式事后确定。触发器23也可以设有控制装置，所述控制装置估计光点8在视野19中的下一个出现的时刻并且在该时刻触发。另一种实施方式规定，触发器23通过无线电接口25由基站5远程触发。

光点8在其中一些图像9中在像点P上映射(图4)。图像评估单元26确定，光点8是否映射在图像9中。光点8的特征在于其相对于环境的高的亮度值、其特别的颜色和相比于壁区段20中的典型的结构的小的大小。图像评估单元26例如利用滤色器，以用于隐没不同于特别的颜色的颜色；反衬滤光镜很大程度上隐没相同照亮的面。过滤的图像9的像点与阈值比较。超过阈值的像点P与光点8关联。没有光点8的图像9和所属的数据可以被丢弃。

图像评估单元26可以在包括光点8的图像9中确定像点P的图像坐标x1、y1。所述图像坐标例如通过像点P在典型地呈格栅状(gerastertem)的图像9中的行和列给出。所述栅格例如对应于CCD芯片27的光敏性的单元的栅格布置结构。图像坐标x1、y1的较高的分辨率可以通过评估相邻的像点的强度分布实现。

像点P和图像坐标x1、y1给出(拍摄)方向28，以所述方向，照相机17在所述时刻观察光点8。图像坐标x1、y1的确定参考在基于照相机的坐标系或可移动的测量站6的坐标系中的光点8。

图像评估单元26在图像9中识别标出器7的位置标记13。优选发光的位置标记13可以基于其颜色、形状等在图像9中通过对应的滤光器强调。确定位置标记13的图像坐标。基于位置标记13的已知的布置，可以计算观察孔12的图像坐标x0、y0并且借此计算利用观察孔12标出的部位2。备选地，标出的部位2的图像坐标x0、y0可以被直接确定，例如在通过光指示器强调的标出的部位2中。

图像评估单元26可以在可移动的测量站6中实施。所述实施可以通过由微处理器实施的例行程序执行。

基站5在固定的方位上安装。示例性的基站5在图5中在侧视图中并且在图6中在俯视图中示出。基站5定义用于跟踪系统1的坐标系，其下面称为基础坐标系15。基础坐标系15可以利用初级的坐标系、例如建筑图校准。例如方位由使用者测量并且手动输入。备选地，使用者可以将标出器7保持到壁3上的参考部位上，使该参考部位能够由跟踪系统1测量并且作为基础坐标系15的原点确定。所述校准的其他的方法是可能的。接着为了更简单的说明，将基础坐标系15的原点设置到基站5的方位上，基础坐标系15的轴线29是竖直的，即平行于重力，并且基础坐标系15的零方向30在水平面中指向已知的方位，例如向北。基础坐标接着作为球面坐标说明，所述球面坐标包括水平的角方向31、竖直的角方向32和相对于原点、即基站5的方位的距离。

基站5具有支架33。支架33用于稳定地安装基站5。示出的三脚的支架33尤其是适合用于在不平的地面上的简单的安装。包括仅一个立柱、多于三个脚等的其他结构形式可以同样适合。

基站5在支架33上具有枢转头34，所述枢转头可以围绕一个轴线29或两个轴线旋转或枢转。枢转头34的取向在一个可运动的轴线29时通过一个角度或在两个可运动的轴线时通过两个角度描述。出于测量技术的原因合适的是，分别在与所述轴线垂直的平面中相对于零方向30确定角度。示例性地示出的枢转头34是旋转盘，其只围绕竖直的轴线29可旋转。所述取向具有等于零的固定的仰角b和改变的水平角a。示例性的枢转头34以一个旋转方向围绕轴线29旋转。在其他实施方式亦或基站5的调节中，枢转头34可以围绕轴线29在两个极限角之间、例如以90度周期性来回枢转。

被控制的驱动装置35旋转或枢转枢转头34。驱动装置35例如包含电动机和变速器。枢转头34具有编码器36，所述编码器确定枢转头34在基础坐标系15中的取向。在一个轴的枢转头34中，编码器36检测一个角度，在两个轴的枢转头中，编码器36确定两个角度，以便确定取向。编码器36可以以不同的结构方式实现。示例是角度传感器、磁性的增量旋转编码器、光学扫描的孔盘、包括周期性重复的分度线37的感应扫描的环等。编码器的另一个示例基于转速调节的马达和计时器，所述计时器由转速和时间计算角度。编码器36以零方向30校准。编码器36的校准可以随枢转头34的每个回转循环重复，例如特别的标记部38在旋转盘34中设置用于零方向30。

基站5具有光束源39。光束源39产生具有小的发散的对准的光束40。光束源39优选是激光源，例如具有激光二极管的激光源。光束40将光点8标绘到壁3上。光点8足够小，例如具有少于3mm的直径，以便确保足够的位置分辨率。光点8的形状典型地是圆形或椭圆形。借助合适的光学系统、例如衍射光栅，可以为光束40的横截面和借此光点8赋予其他形状、例如菱形、十字形或环形。优选光点8在红外线中不可见。

光束40的发射方向41通过枢转头34确定。简化几何结构地，光束40作为从轴线29出发说明。发射方向41通过两个角度确定，所述角度接着通过水平角a和仰角b给出，但不限制于此。运动的枢转头34也使光束40运动，由此其中至少一个所述角度a、b以预定的方式改变。发射方向41改变并且通过驱动装置35以预定的方式重复。优选地，发射方向41以固定的重复率重复，所述重复率例如通过旋转盘的恒定的角速度预定。

在一种实施形式中，光束源39设置在枢转头34上(图1)。此外光束40可以在光学的元件42中引导，例如在光导体中引导。光学的元件42的出射口由枢转头34运动。另一个实施形式(图5、6)在枢转头34上设置地具有分束器42、镜或类似的用于使光束40换向的光学的元件42。在支架33上静止的光束源39将光束40输入耦合到分束器42中。示例性的分束器42沿与轴线29倾斜的发射方向41发射光束40。光束40的仰角b是恒定的。在枢转头34围绕轴线29旋转时，光束40同样围绕轴线29旋转，光束40的水平角a以如枢转头34相同的角速度改变。旋转的光束40形成一个锥体。光点8在平的壁3上沿抛物线形的线运动，所述抛物线形的线由锥体的剖面形成。光束40的发射方向41和枢转头34的取向虽然以仰角b区分，但因为所述仰角不可变地通过基站5预定，所以可以唯一地由枢转头34的取向计算发射方向41并且反之亦然。光束40的发射方向41和枢转头34的取向接着作为同义词使用。也在两个轴的枢转头中，取向是发射方向41的同义词。

基站5此外包含距离测量单元43，所述距离测量单元沿测量方向44确定基站5相对于壁3的距离d。距离测量单元43例如基于测量光束45的组合的运行时间以及干涉测量，所述测量光束沿测量方向44发射并且其来自测量方向44的反射被接收。距离测量单元43可以是单独的光源，例如包含激光二极管。用于测量光束45的调制可以例如通过激光二极管的供应电流施加距离测量单元43可以利用光束源39的光束40并且例如利用电光的或声光的调制器赋予该光束用于运行时间测量和干涉测量的频率和/或幅值调制。光电探测器记录脉动信号，所述脉动信号产生反射的测量光束45与参考光束的干涉。距离测量单元43由脉动信号确定测量光束45经过的绝对的行程长度，因此确定距离d。所述测量需要大约0.1s，以便获得足够的测量精度。所述距离测量单元43示例性地用于其他光学的距离测量单元。

测量方向44通过枢转头34的取向预定。测量光束45例如输入耦合到枢转头34上的分束器42中。备选地，距离测量单元43可以设置在枢转头34上。测量方向44在枢转头34的旋转或枢转期间改变。在示例性的旋转盘中，基站5的距离d可以本身以不同的测量方向44的水平角a确定。测量方向44在所述示例中相对于竖直的轴线29以固定的仰角b倾斜。仰角b示例性地通过分束器42预定。测量方向44在枢转头34旋转时形成锥体。基于测量方向44和枢转头34的取向之间的明确的几何的关系接着将两者同义地使用。

在示出的实施形式中，光束40和测量光束45单独产生。发射方向41和测量方向44可以在此例如通过小的平行偏移区分。所述区别结构决定地已知并且可以在计算角度和距离时被补偿。光束40和测量光束45可以例如也以彼此明显不同的空间方向在水平面中、例如沿相反的方向发射(未示出)。枢转头34可以为了补偿旋转到另一个取向中，从而光束40的发射方向41与在以前的取向中的测量方向44重合或平行。这对于基站5可以占据的每个测量方向44适用。同样以前的取向和其他的取向的所有配对已知并且被存储。所述控制方法可以例如在距离测量中将测量方向44的取向按照配对纠正到用于光束40的所属的取向上。在另一种实施方式中，没有设置用于测量光束45的单独的光束源39。光束40输入耦合到距离测量单元43中。距离测量单元43可以只对于距离测量或持续地将调制赋予到光束40上，以便将其作为测量光束45使用。光束40和测量光束45在该情况中是同轴的。因为最后光束40和测量光束45的同轴的布置可以通过合适的措施达到或复制，接着认为发射方向41和测量方向44重合。

基站5在空间中自由安装。光束40或光点8应该在壁区段20上运动，标出器7应该在所述壁区段中被跟踪。在这里尤其是要注意通过空间中的其他物体的可能的加阴影。基站5将持久运动的光点8投射到壁3上。光束40的运动过程通过枢转头34和驱动装置35预定。在旋转盘的优选的实施形式和驱动装置35的固定的转速时，水平角a以固定的比率改变并且在一个回转循环之后重复。由光点8标注到壁3上的线依赖于壁3的形状和取向。

光束40的运动和图像9的记录由配置单元46同步，从而对于在一定的时刻记录的图像9可以确定光束40的所属的发射方向41。

简单的配置单元46基于光束40的恒定的角速度和在可移动的测量站6中的节拍给定器24。基站5以恒定的角速度对旋转盘进行旋转。一旦旋转盘的零标记38经过编码器36，即光束40指向零方向30，则基站5通过无线电模块47发射同步信号。可移动的测量站6的计数器48通过同步信号重置。节拍给定器24触发照相机17的触发器23并且增加计数器48。发射方向41的水平角a因此由角速度和由计数器48测量的自最后的同步信号的时间段的乘积得出。

示例性的配置单元46利用中央的节拍给定器49，所述节拍给定器在相继的时刻将触发器信号发射到编码器36和照相机17上。触发器信号的传输优选基于无线电进行。编码器36响应触发器信号确定枢转头34的取向或光束40的发射方向41。发射方向41传输给配置单元46。配置单元46的第一移位寄存器50、例如FIFO存储发射方向41。照相机17响应触发器信号触发图像9之一的记录。触发器信号的速率预定图像9的记录率。节拍给定器49可以设置在基站5、可移动的测量站6或单独的控制单元中。图像9在第二移位寄存器51中以第一移位寄存器50的相同的长度存储。图像评估单元26可以代替图像9也将成像的光点8的图像坐标x1、y1存储在第二移位寄存器51中。发射方向41和图像9处于两个移位寄存器50、51的相同指示的存储器部位上。索引标志代表记录图像9的时刻。配置单元46按照询问例如输出最旧的索引标志的发射方向41和图像坐标x1、y1并且此后清除该索引标志。分离的移位寄存器补偿，即，图像9的存储和评估典型地比编码器36的读取需要更长时间。也可以因此拍摄图像9，然后结束在前的图像9的评估。配置单元46也可以在发射方向41的角速度改变时使用。

配置单元46也可以事件控制地工作。例如可移动的测量站6只在如下情况记录图像9，即，相对于当前的发射方向41存在沿所属的测量方向44的距离d的测量。在初始化阶段期间，距离测量沿多个离散的测量方向44实施。确定的距离d和所属的测量方向44在参考数据库52中存储。在跟踪阶段期间，编码器36连续测量枢转头34的取向。配置单元46比较当前的发射方向41与在参考数据库52中存储的测量方向44。在一致时，配置单元46触发触发器信号，照相机17的触发器23对所述触发信号进行响应地记录图像9。当前的发射方向41或测量方向44和距离d可以移动到第一移位寄存器50中。图像评估单元26确定光点8的坐标x1、y1并且将其写入第二移位寄存器中。

接着说明初步的跟踪阶段，其借助之前所述可移动的测量站6和基站5确定由标出器7在壁3上标出的部位2的位置53。在跟踪方法中从如下事实出发，即，壁是平的并且是竖直的。使用者将测量站6的照相机17水平定向，即照相机17的观察方向18处于水平的平面中。此外标出的部位2在照相机17的视野19内，即出现在照相机17的每个图像9中。基站5与在空间中的可移动的测量站6有距离地安装。

基站5以恒定的角速度对旋转盘进行旋转。测量站6连续地以例如10ms的节拍记录图像9。计数器对拍摄的图像9的数量进行计数并且在如下情况重置，即，基站5发出属于光束40的零方向30的同步信号。当图像评估单元26映射到当前的图像9中的像点P上地识别光点8时，记录计数器值。所述计数器值因此对应于记录图像9的时刻t。

图像评估单元26确定像点P的图像坐标x1、y1，光点8在图像9中映射到所述像点上。图像评估单元26在相同的图像9中也确定像点S和其图像坐标x0、y0，标出的部位2映射到所述像点上。属于标出的部位2的图像坐标x0、y0也可以在单独的图像9中确定，其中，两个图像9必须沿相同的观察方向18拍摄。图像评估单元26确定在图像9中被映射的光点8的像点P和标出的部位2的像点之间的距离rS(例如r＝||x1-x0，y1-y0||)。当距离r低于阈值时，即像点P、S接近并且借此实际的光点也接近壁3上的标出的部位2时，图像9被选择用于进一步的处理。否则丢弃图像9，重新记录图像9，直至在图像9中距离r小于阈值。在竖直的壁3和只围绕竖直的轴线29旋转的光束40中，对于阈值只有像点P、S的水平的距离d＝x1-x0是相关的。

作为计数器值与周期(Takt)的乘积确定的计数器值或时间段t传输给基站5。基站5的配置单元46由时刻t基于固定的角速度计算出枢转头34相对于零方向30的取向、即水平角a。光束40的发射方向41通过枢转头34的取向预定地配置给成像的光点8。

配置单元46确定基站5相对于壁3沿发射方向41的距离d。配置单元46访问参考数据库52，在所述参考数据库中对于多个测量方向44存储基站5与壁3的距离d。参考数据库52优选在初始化阶段中直接在安装基站5之后以对应的距离测量填充。配置单元46在参考数据库52中例如寻找与发射方向41具有最小的偏差的测量方向44并且接受其配置的距离d。备选地，可以选择与发射方向41相邻的测量方向44(图7)。用于发射方向41的距离d由相邻的测量方向44的距离d1，d2插值得出。在假定平的并且竖直的壁3中，具有不同的水平角a的两个测量方向44已经得出用于在发射方向41时的距离d的足够高的精确性。测量方向44可以处于可移动的测量站6的视野19外。

光点8在基础坐标系15中的坐标通过距离d和发射方向41由水平角a，和在示例性的构造中固定的仰角b明确地确定。因为光点8靠近标出的部位2，至少关于水平角a，所述距离d并且至少光点8的水平角a对于标出的部位2被接受。用于标出的部位2的仰角b可以基于垂直的图像坐标y1、水平角a、距离d和光束40的固定的仰角b在竖直的壁3中没有附加的测量地计算。标出的部位2的确定的坐标以适宜的方式在结构工程通常的笛卡尔坐标中显示给使用者。

接着说明标出的部位2在壁3上的有利的跟踪阶段，当类似的方法步骤已经在初步的跟踪阶段的关系中说明时，则其简短地示出。所述壁再次假定为竖直的并且很大程度上平的。基站5将光束40以恒定的角速度围绕竖直的轴线29旋转。可移动的测量站6与光束40的回转同步，例如通过同步信号。

照相机17记录在壁3上的两个不同的部位上的光点8。照相机17的观察方向18在此保持未改变。照相机17可以例如以短的曝光时间记录多个图像9。曝光时间例如处于1ms的范围中，以便获得以强定位的并且光亮的光点8相对于弥漫的环境光的良好的信噪比。触发器23对于每个图像9确定记录图像9的时刻。图像评估单元26在图像9中寻找第一图像9，光点8在所述第一图像中映射到第一像点P1上。图像9的记录的时刻t1配置给像点P1。图像评估单元26在图像9中寻找第二图像9，光点8在所述第二图像中映射到第二像点P2上。第二像点P2应该与第一像点P1不同。否则图像评估单元26寻找另一个适合的第二图像9。记录第二图像9的时刻t2配置给第二像点P2。图像9通过照相机17的记录和寻求具有光点8的图像9可以依次或平行地进行。图8叠加地在一个图中示出第一图像9和第二图像9。

照相机17也可以记录图像9，直至图像评估单元26在图像9中识别在第一像点P1上映射的光点8。照相机17在短的时间段内对图像9第二次曝光，由此光点8在第二像点上映射。所述时间段是枢转头34的回转循环时间的对应小的一小部分，借此光点8保持在照相机17的视野19内。照相机17也可以使用大致对应于上面提到的时间段的曝光时间。光点8在图像9中绘制线条，所述线条的端点对应于上面提到的像点P1、P2。第二时刻t2在此配置给曝光时间的结束。

图像评估单元26确定第一像点P1的图像坐标x1、y1和第二像点P2的图像坐标x2、y2。此外确定像点S的图像坐标x0、y0，在图像9中标出的部位2映射到所述像点上。标出的部位2相对于映射的光点8的相对的位置r(rx，ry)可以确定(例如rx＝x0-x1/x2-x1)。在很大程度上平的壁3中，像点P1、P2相对于S在图像9中的相对的位置相同于光点8相对于标出的部位2在壁3上的相对位置。

配置单元46在两个时刻t1、t2确定光束40的相应的发射方向41和壁3沿发射方向41的距离d，因此确定在时刻t1、t2光点8在基础坐标系15中的绝对位置。标出的部位2的相对位置可以利用光点8的绝对位置换算成绝对位置。计算出的位置显示给使用者。

可移动的测量站6优选事件控制地记录图像9。可移动的测量站6如下优化图像9的记录，即，在第一时刻t1光点8在图像9的左边的边缘上并且在第二时刻t2光点8在右边的边缘上成像。照相机17起初在任意的时刻记录图像9，直至光点8在第一图像9中成像。固定用于该图像9的时刻t0。基站5在枢转头34的已知的回转循环时间T内将光束40再次沿相同的发射方向41指向。可移动的测量站6在固定的时刻t0之后以稍微小于回转循环时间T的时间间隔绘制接着的图像。下一个成像的光点8在图像9中向右边的或左边的边缘移动。时刻t0可以多次反复地适配，直至光点8相对于图像边缘以希望的距离出现，例如相对于边缘的距离小于图像宽度的20％。第一图像9被记录并且固定所属的时刻t1。记录的光点8可以移动到另一个图像边缘上，其方式为图像在第一时刻t1之后以大于回转循环时间T的时间间隔记录。所述时刻多次反复地适配，直至光点8相对于另一个图像边缘以希望的距离成像。记录第二图像9并且固定所属的时刻t2。配置单元46然后基于时刻t1、t2确定对应的发射方向41，在所述时刻，光点8映射到图像9的左边或右边的边缘上的像点P1、P2上，光点8在所述发射方向下在时刻t1、t2从基站5投影到壁3上。

沿确定的测量方向44的距离d优选在初始化阶段期间测量并且在参考数据库52中存储。初始化阶段例如直接在基站5在新的方位安装之后实施。附加地，初始化阶段可以以规律的间隔重复地或手动地通过使用者引起。

在初始化阶段期间，枢转头34优选以如在跟踪阶段中相同的过程旋转或枢转。示例性的枢转头34仅并且完全围绕竖直的轴线29旋转。当然枢转头34比在跟踪阶段期间更缓慢地运动。

枢转头34的取向例如逐步以0.5度至2度的步进改变。枢转头34可以在每个步进之后停住。距离测量单元43以通过枢转头34的取向得出的离散的测量方向44测量相对于壁3的距离d。备选地，枢转头34缓慢地运动，例如其角速度小于10度每秒。距离测量单元43以预定的时间间隔、因此以离散的测量方向44测量相对于壁3的距离d。所述取向在两个变型中优选由编码器36确定。配置单元46为了取向确定测量方向44并且将其与测量的距离d一起存储在参考数据库52中。因为距离的测量是耗时的，优选每个取向仅一次为了距离测量起动。初始化阶段例如在光束40围绕轴线29的一个回转循环之后结束。

在初始化阶段期间的角速度小于0.2Hz。光学的距离测量仪器的测量持续时间对于在2m和50m之间的范围中的距离在技术上被限制。跟踪系统1在初始化阶段之后更换到跟踪阶段中。枢转头34的角速度显著提高。在跟踪阶段期间，枢转头34以多于10Hz围绕其轴线29旋转。当可移动的测量站6以手引导时，高的角速度尤其是必需的。

初始化阶段通常可以重复。为此可以中断跟踪阶段。

另一个方法规定为，使用者或可移动的测量站6特别要求相对于测量方向44的距离测量。基站5为此更换到初始化阶段中。枢转头34旋转并且当达到测量方向44时编码器36发出触发器信号。测量光束45为了距离测量沿测量方向44发射。测量的距离d在参考数据库52中存储。用于这样的单次测量的花费相对高。首先枢转头34必须制动到低的角速度并且等待，直至光学的系统平静。此外特别的测量方向44的起动比借助编码器36测量当前的测量方向44的值更复杂。

初始化阶段也可以完全取消。例如内部空间的建造图在数据库54中存储。使用者将基站5定位在一个方位上并且定向基站5的零方向30。所述方位和零方向30输入基站5中。配置单元46在建筑图中测量沿发射方向41的距离并且将其存储在用于跟踪阶段的参考数据库52中。初始化阶段只在存在建筑图和建造图与实际的内部空间的足够的一致时起作用。

跟踪阶段设定为，确定可移动的测量站6在内部空间中的绝对的位置55。所述绝对的位置通过从基站5至可移动的测量站6的矢量55给出。跟踪阶段基于在壁3上的至少三个不同的部位2上的光点8的检测，然而在可移动的测量站6的相同的观察方向18时。后续的解释涉及平的、竖直的壁，以便简化说明。然而跟踪方法不依赖于此，所述壁可以以任意的方式相对于竖直的方向倾斜。

示例性的基站5以恒定的角速度使旋转盘34围绕竖直的轴线29旋转。光束40的发射方向41以恒定的重复率改变。水平角a随着角速度改变，仰角b保持恒定。

可移动的测量站6示例性地在支架16上水平定向地设置。照相机17检测在三个不同的像点P1、P2、P3上的光点8，即在不变的观察方向18时在三个不同的拍摄方向28情况下。三个图像9的系列在一个图像9中叠加地在图10中示出。图像9也可以通过在图像9中的多次的曝光拍摄，因此所述系列是只一个图像9。所述系列的特征在于不变的观察方向18并且光点8被成像；所述系列不是必然具有多于一个图像9。

可移动的测量站6优选事件控制地触发图像9的记录，以便将三个像点P1、P2、P3尽可能远地彼此分布通过视野19检测，光点8映射在所述点上。可移动的测量站6可以例如重反复适配相继地拍摄的图像9之间的时间间隔，直至光点8映射到图像9的对置的边缘上的像点P1、P3上和接近图像9的中心的像点P2上。图像9的记录可以此外限制于如下时刻，在所述时刻，发射方向41与在参考数据库52中存储的测量方向44一致。对应的触发器信号可以由基站5发射。尤其有利的是，所述壁不平，例如由于突出的附加装置如洗脸盆。

可移动的测量站6确定相应的时刻t1、t2、t3，在所述时刻，光点8映射到三个像点P1、P2、P3上。配置单元46确定在三个时刻t1、t2、t3的发射方向41。在图解的示例中，发射方向41相对于相继的像点P1、P2、P3具有增加的水平角a1、a2、a3。此外，配置单元46例如在求助于参考数据库52的情况下确定基站5相对于壁3沿相应的发射方向41的距离d1、d2、d3。光点8在壁3上的坐标K1(a1、d1)；K2(a2、d2)；K3(a3、d3)现在关于基站5已知并且明确配置给像点P1(x1、y1)；P2b(x2、y2)；P3(x3、y3)。照相机17或可移动的测量站6相对于基站5的相对的位置、即矢量55可以以唯一方式至少对于水平的平面确定。矢量55可以例如基于三角学的关系计算。

照相机17的位置的明确应该以接着的考虑形象地说明。两个光点8在壁3上的距离d转变为所属的像点P1、P2的确定的距离d。所述确定的距离d依赖于两个参数：照相机17相对于壁3的距离22和到壁3上的观察方向18。对应地，所述两对光点8足够确定两个参数、即距离22和观察方向18。所述两对可以分享一个光点8。只要照相机17不是必然水平地定向，则第四光点8对于第三对光点8是必需的，以便确定照相机17的竖直的取向。四个像点在此不允许处于一条线上。

图11示出进一步构成的基站56。基站56具有之前所述基站5、尤其是在图5和图11中设有相同的附图标记的元件的所有特征。

枢转头34优选只围绕竖直的轴线29可旋转或可枢转。

基站56以不同的发射方向41、58发射包括两个光束40、57的射束。发射方向41、58优选在仰角b、c方面区分。备选地，两个光束40、57可以平行并且沿竖直的轴线29以多于20cm间隔开。第一光束40在壁3上产生第一光点8并且第二光束57在壁3上产生第二光点59。第一光点8沿竖直的方向相对于第二光点59错开。两个光束40、57优选由相同的光束源39产生。分束器60将光束分开为两个光束40、57。

基站56也产生两个测量光束45、61。第一测量光束45沿测量方向44发射并且从第一测量方向接收，所述测量方向优选相同于第一光束40的发射方向41。光束40的发射方向41和测量光束45的测量方向44可以以恒定的角度、例如水平角a错开。枢转体可以以一定角度旋转，枢转，以便沿每个测量方向44也可以发射光束40。发射方向41和测量方向44可以具有小的错位，只要所属的测量误差可容忍。第二测量光束61和第二光束57的关系如同第一测量光束45与第一光束40的关系。第二测量方向62优选具有仰角c。沿第一测量方向44的距离d典型地不同于沿第二测量方向62的距离e。

基站56可以具有可切换的闭锁装置64，所述闭锁装置优选设置分束器60之后。可切换的闭锁装置64可以独立地阻止第一测量光束45和第二测量光束61。示例性的闭锁装置64可以具有机械地可枢转的活门。一种优选的实施形式利用基于液晶显示器的特定地可变暗的玻璃小片。可切换的闭锁装置64能够实现利用唯一的距离测量单元43的距离测量。在距离测量期间，通过开关脉冲只分别其中一个玻璃小片是透明的，以便只发射一个测量光束45并且将一个或多个其他测量光束61阻断。在初始化阶段期间实施距离测量。枢转头34以小的角速度使测量光束45、61围绕竖直的轴线29运动。在第一次回转循环期间阻断例如上面的测量光束61并且在第二回转循环次期间阻断下面的测量光束45。当同步信号在编码器36经过零方向30时产生时，闭锁装置64可以例如更换可渗透的玻璃小片。

也可以使用闭锁装置64，以便暂时阻断一个或多个光束40、57。在跟踪方法期间起初优选所有玻璃小片是透明的，即所有光束40、57发射到壁3上并且彼此错开地产生多个光点8、59。在图像9中检测到光点8、59时，可移动的测量站6可以要求，阻断光束40、57中的一个或多个，以便确定属于成像的光点8的光束40。例如另一个图像9在枢转头34的正好一个回转循环时间段之后记录并且测试，光点8是否此外在图像9中成像。遮暗的光束40的光点8在另一个的图像9中不再可见。

示出的基站56具有正好两个光束40、57和正好两个测量光束45、61。光束40、57和测量光束45、61的数量是相同的，然而不限制于两个，直至具有不同的仰角b、c的八个光束40是合适的。分束器60构成简单的变型，以便为光束源39和距离测量单元43产生光束40和测量光束45，备选地也可以使用多个光束源和多个距离测量单元。

图12示出进一步构成的基站65。基站65具有之前所述基站5、尤其是在图5和图11中设有相同的附图标记的元件的所有特征。基站65也可以与基站56组合。

枢转头34优选只围绕竖直的轴线29可旋转或可枢转。

基站65可以同时发射具有沿不同的发射方向41、67的两个光束40、66的射束，所述两个光束至少以水平角a区分。发射方向41、67的角差da是恒定的，因此可以在已知第一发射方向41时唯一地确定第二发射方向67并且反之。基站65因此在壁3上产生第一光点8并且与此沿水平的方向错开地产生第二光点68。角差da优选这样选择，使得在基站65和可移动的测量站6的典型的设置时两个光点8、68同时在图像9中成像。角差da优选处于视野19的水平的角度的50％和80％之间的范围中。

基站65具有第一测量光束45，所述第一测量光束沿第一测量方向44发射并且优选从第一测量方向接收。第一测量方向44配置于第一发射方向41，优选它们是共线的。发射方向41和测量方向44也可以以恒定的角度区分，枢转头34可以以一个角度运动，以便沿每个测量方向44发射光束40。

只要两个发射方向41、67具有相同的仰角b，则可以放弃第二测量光束69。枢转头34简单地以角差da旋转，以便实施沿配置给第二发射方向67的测量方向63的距离测量。在使用两个或更多个测量光束45、69时，设置可切换的闭锁装置64。所述可切换的闭锁装置让正好一个测量光束45经过并且阻止其他测量光束69。通过控制脉冲可以选择，哪个测量光束45、69经过。

在跟踪阶段期间，可移动的测量站6已经可以在一个时刻在不同的像点P1、P2上检测两个光点8、68。起初照相机17大多只将两个光点8之一在图像中映射。接着的图像可以以短于回转循环时间T的时间间隔记录。光点8由此在图像中游动至图像边缘。只要第二光点68不在第一光点8离开图像之前出现，则时间间隔提高到大于回转循环时间T的值。第一光点8游动到另一个边缘，第二光点68应该现在在图像中出现。在时刻t记录图像9，同时第一光点8映射到第一像点P1上并且第二光点68映射到第二像点P2上。

发射方向41、67的配置基于唯一的时刻t进行，在所述时刻拍摄图像9。配置单元46在时刻t对于第一光束40确定所属的发射方向41、例如水平角a1。第二光束66的第二发射方向67计算上通过已知的并且恒定的角差da与第一发射方向41相加得出，例如a2＝a1+da。

配置单元46通过读取参考数据库52确定属于第一发射方向41或第二发射方向67的距离d1、d2。

评估单元70然后确定从基站56至可移动的测量站6的矢量55。

可移动的测量站71可以具有投影机72。可移动的测量站71接受之前所述可移动的测量站6、尤其是在图3中示出的元件的所有特征。可移动的测量站71按照事先说明的跟踪方法之一确定其位置55和观察方向18。

投影机72是与照相机17不可脱开的单元。对应地，投影机72关于照相机17的位置和投影方向73已知。优选投影方向73和观察方向18彼此平行。投影机72将建筑图投影到壁3上。可移动的测量站71通过其无线电接口25与数据库74通信，建造图存储在所述数据库中。可移动的测量站71传输其位置55和其观察方向18。数据库计算对于投影方向73要示出的一部分和建造图的旋转并且将建造图的图像数据传输给可移动的测量站71。建造图可以例如显示，在壁3中应在什么部位上设置管、锚定件、缺口等。使用者可以将投影的建造图与实际的壁3比较。

Claims (13)

1.用于确定在壁(3)上标出的部位(2)的位置(53)的跟踪方法，包括步骤：

利用可移动的测量站(6)的沿观察方向(18)定向的照相机(17)在第一图像(9)中记录标出的部位(2)；

确定第一像点(S)的图像坐标(x0、y0)，将标出的部位(2)在第一图像(9)中映射到所述第一像点上；

围绕基站(5)的至少一个轴线(29)以按照预定的过程改变的发射方向(41)重复地旋转或枢转包括至少一个光束(40)的射束，以用于在内部空间的壁(3)上产生光点(8)的游动的图案；

从观察方向(18)记录壁(3)的一系列的图像(9)，其中，在所述系列中，将游动的光点(8)之一映射到至少一个第二像点(P1、P2)上；

确定所述至少一个第二像点(P1、P2)的图像坐标(x1、y1；x2、y2)；

基于记录相应的图像(9)的时刻确定光束(40)的发射方向(41)，将所述光束的光点(8)在一定的时刻在图像(9)之一中映射到所述至少一个第二像点(P1、P2)上，

基于沿从基站(5)出发的测量方向(44)在参考数据库(52)中存储的相对于壁(3)的距离测量确定基站(5)的轴线(29)相对于壁(3)沿发射方向(41)的距离(d1、d2)；并且

基于第一像点(S)的图像坐标(x0、y0)、第二像点(P1、P2)的图像坐标、属于第二像点(P1、P2)的发射方向(41)和基站(5)的轴线(29)相对于壁(3)沿所属的发射方向(41)的相应的距离(d1、d2)确定标出的部位(2)的位置。

2.按照权利要求1所述的跟踪方法，其特征在于，将壁(3)的所述系列的第二图像(9)在游动的光点(8)之一的至少两个不同的像点(P1、P2、P3)上映射并且标出的部位(2)的位置(53)基于所述至少两个不同的像点、属于所述像点的不同的发射方向(41)和相应的距离(d1、d2)确定。

3.按照权利要求1或2所述的跟踪方法，其特征在于，在第一时刻t1拍摄来自所述系列的第一图像(9)并且在不同于第一时刻t1的第二时刻t2拍摄来自所述系列的第二图像(9)。

4.按照权利要求3所述的跟踪方法，其特征在于，使第一时刻t1自适地适配，以便将游动的图案的光点(8)之一映射到图像(9)的边缘上的像点(P1)上，并且使第二时刻t1自适地适配，以便将游动的图案的光点(8)之一映射到图像(9)的另一个边缘上的像点(P3)上。

5.按照权利要求1或2所述的跟踪方法，其特征在于，在初始化阶段期间，至少一个测量光束(45)围绕至少一个轴线(29)以按照预定过程改变的测量方向(44)旋转或枢转；基于测量光束(45)的运行时间和/或干涉测量来测量所述轴线(29)相对于壁(3)沿测量方向(44)的相应的距离(d)并且将测量方向(44)和所属地测量的距离(d)存储在参考数据库(52)中；在跟踪阶段期间，借助参考数据库(52)中的与发射方向(41)一致的测量方向(44)或存储的距离(d)的按照存储的测量方向(44)相对于发射方向(41)的相应差而加权的平均值确定沿光束(40)的发射方向(41)的距离(d)。

6.按照权利要求5所述的跟踪方法，其特征在于，在初始化阶段期间，将测量光束(45)以第一角速度旋转或枢转，并且在跟踪阶段期间，将所述光束(40)的射束以第二角速度旋转或枢转，其中，第二角速度大于第一角速度。

7.按照权利要求5所述的跟踪方法，其特征在于，具有所述至少一个光束(40)的射束旋转或枢转的过程相同于测量光束(45)旋转或枢转的过程。

8.按照权利要求1或2所述的跟踪方法，其特征在于，将所述射束围绕正好一个轴线(29)旋转或枢转，并且所述射束具有至少两个光束(40、57)，所述光束在包含轴线(29)的平面中以角度(c)相对彼此倾斜。

9.按照权利要求1或2所述的跟踪方法，其特征在于，所述射束包括正好一个光束(40)。

10.按照权利要求1或2所述的跟踪方法，其特征在于，在壁(3)上的部位(2)通过光学的位置标记(13)标出。

11.用于确定在壁(3)上的部位(2)的位置的跟踪系统(1)，所述跟踪系统包括用于标出在壁(3)上的部位(2)的标出器(7)、基站(5)和可移动的测量站(6)，

其中，基站具有：支架(33)；枢转头(34)，所述枢转头在支架(33)上围绕至少一个轴线(29)可旋转或可枢转地支承；光束源(39)，所述光束源将光束(40)的射束沿依赖于枢转头(34)的取向的发射方向(41)发出到壁(3)上，以用于在壁(3)上产生光点(8)的图案；驱动装置(35)，所述驱动装置连续改变枢转头(34)的取向，以用于使光点(8)的图案在壁(3)上运动；编码器(36)，所述编码器确定由枢转头(34)在一定的时刻占据的取向，

其中，测量站(6)具有触发器(23)和照相机(17)，所述照相机在各时刻由触发器(23)控制地从观察方向(18)记录壁(3)的一系列的图像(9)；

所述跟踪系统包括图像评估单元(26)，所述图像评估单元确定在图像(9)中映射到像点(S)上的标出的部位(2)的图像坐标和映射到像点(P1、P2)上的光点(8)的图像坐标，

所述跟踪系统包括参考数据库(52)，在所述参考数据库中存储沿从基站(56)出发的测量方向(44)相对于壁(3)的距离测量，

所述跟踪系统包括配置单元(46)，所述配置单元基于相应的图像(9)被记录的时刻为像点(P1、P2)配置光束(66)的相应的发射方向，并且所述配置单元基于沿从基站(5)出发的测量方向(44)相对于壁(3)在参考数据库(52)中存储的距离测量配置基站(5)的轴线(29)相对于壁(3)沿发射方向(41)的距离(d1、d2)；

所述跟踪系统包括评估单元(70)，所述评估单元基于第一像点(S)的图像坐标(x0、y0)、第二像点(P1、P2)的图像坐标、属于第二像点(P1、P2)的发射方向(41)和基站(5)的轴线(29)相对于壁(3)沿所属的发射方向(41)的相应的距离(d1、d2)确定标出的部位(2)的位置。

12.按照权利要求11所述的跟踪系统(1)，其特征在于，所述基站具有距离测量单元(43)，所述距离测量单元发出测量光束(45)，以用于确定与轴线(29)沿测量方向(44)的距离，并且发射方向(41)依赖于枢转头(34)的取向。

13.按照权利要求11或12所述的跟踪系统(1)，其特征在于，枢转头(34)只围绕一个竖直的轴线(29)旋转，分束器(60)产生由具有不同的仰角(b)的多个光束(40)组成的射束。