CN110186441B - 一种数码图像对中的全站仪及其水平坐标测量方法 - Google Patents

一种数码图像对中的全站仪及其水平坐标测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110186441B
CN110186441B CN201910464626.0A CN201910464626A CN110186441B CN 110186441 B CN110186441 B CN 110186441B CN 201910464626 A CN201910464626 A CN 201910464626A CN 110186441 B CN110186441 B CN 110186441B
Authority
CN
China
Prior art keywords
point
total station
coordinate
centering
horizontal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910464626.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110186441A (zh
Inventor
张颖
陈亚东
邱全
董云
李建
张继华
杨宇航
郁挺峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huaiyin Institute of Technology
Original Assignee
Huaiyin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huaiyin Institute of Technology filed Critical Huaiyin Institute of Technology
Priority to CN201910464626.0A priority Critical patent/CN110186441B/zh
Publication of CN110186441A publication Critical patent/CN110186441A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110186441B publication Critical patent/CN110186441B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M11/00—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon ; Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters
    • F16M11/02—Heads
    • F16M11/04—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00—Measuring angles
    • G01C1/02—Theodolites
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种数码图像对中的全站仪及其水平坐标测量方法,其特征在于：所述数码图像对中的全站仪包括对中部件，对中部件为安装在照准部中转轴内腔的CCD拍摄器，CCD拍摄器的底端延伸至三角架面板的下侧；所述全站仪架设于已知点A的上方，整平全站仪后，全站仪的对中点为Aʹ点；通过已知点A点和定向点B点的水平坐标，或已知点A点的水平坐标与以该点为始点的坐标方位角，求解出全站仪对中点Aʹ点的水平坐标。再根据A′的水平坐标和A'B或A'B'定向坐标方位角β可测出任意点坐标。本发明改变了传统多次交替反复对中、整平，逐步逼近已知坐标点对中的前期调试手段，仅需整平，无需精确对中，降低操作难度，大大提高工作效率。

Description

一种数码图像对中的全站仪及其水平坐标测量方法
技术领域
本发明涉及测绘技术领域，具体涉及一种数码图像对中的全站仪及其水平坐标测量方法。
背景技术
目前，全站仪常用的对中方式有光学与激光两种，在使用仪器进行测量工作前，要求既对中已知点标志中心，又要整平仪器，而整平仪器又会造成对中偏移，故要进行多次反复调试，才能达到既对中又整平的要求，使得测量作业前期准备工作效率低下；另外，现有的全站仪对中是由人眼对已知点标志中心进行识别，因此，精确对中的点实际上仍存在一定误差。
授权公告号为CN106403916B的中国专利，公开了一种基于数码图像测定对中点的全站仪及其工作方法，仪器只要精确整平，无需对中已知点标志中心，即可进行水平坐标测量工作，该方法虽简化了全站仪对中的方式，但存在以下不足：
1、必须有两个已知点水平坐标，在只有一个已知点水平坐标及以该坐标点为始点的方位角时，则无法进行水平坐标的测量工作；
2、两个已知点水平坐标计算的水平距离与实际的两个已知点标志中心水平距离存在误差。(因为全站仪进行碎部点测绘时所使用的已知点为上一级控制点，而上一级控制点一般是GPS放样点，现有技术的GPS放样水平点位固定误差约在为±10mm～±20mm。)
发明内容
针对上述的技术问题，本技术方案提供了一种数码图像对中的全站仪及其水平坐标测量方法,能有效的解决上述问题。
一种数码图像对中的全站仪,包括三角架面板,所述三角架面板的下侧安装有三脚架，三脚架面板的上侧固定连接有调平基座；调平基座的上方安装照准部，照准部的中轴线上安装有中转轴，中转轴的内部装有CCD拍摄器；所述的中转轴贯穿调平基座和三角架面板，延伸至三角架面板的下侧；CCD拍摄器的底端延伸至中转轴底部。
进一步的，所述中转轴的内部沿中轴线设有中空腔，在中空腔内装有自动对焦的CCD拍摄器。
进一步的，所述CCD拍摄器采用的自动对焦系统，自动对焦系统为主动与被动式混装系统。
进一步的，所述CCD拍摄器的底端采用凸透镜镜头，凸透镜镜头突出至中转轴的底部。
进一步的，所述CCD拍摄器通过导线信号连接有拍摄按键和显示屏。
进一步的，所述显示屏包括数字操作界面，数字操作界面上设有拍摄按键，拍摄按键信号连接CCD拍摄器。
进一步的，所述的显示屏采用的是LED触摸显示屏。
进一步的，所述显示屏的一侧设置拍摄按键，拍摄按键信号连接CCD拍摄。
进一步的，所述CCD拍摄器的芯片像素不小于100万像素。
进一步的，所述CCD拍摄器架设好后，距已知点标志的纵向高度为50厘米至200厘米。
一种应用于数码图像对中的全站仪的水平坐标测量方法,其特征在于：所述数码图像对中的全站仪包括对中部件，对中部件为安装在照准部中转轴内腔的CCD拍摄器，CCD拍摄器的底端延伸至三角架面板的下侧；所述全站仪架设于已知点A的上方，整平全站仪后，全站仪的对中点为A′点；通过已知点A点和定向点B点的水平坐标，或已知点A点的水平坐标与以该点为始点的坐标方位角，求解出全站仪对中点A′点的水平坐标；具体的操作步骤如下：
(1)将数码图像对中的全站仪架设在已知点A的上方，在显示屏上可见已知点A落入CCD拍摄器拍摄范围内；粗略整平全站仪后，全站仪的对中点A′在已知点A的附近；将已知的信息输入至全站仪的存储器：
当已知条件为已知点A点和定向点B点的水平坐标时，则在已知点A点上方架设全站仪，并将已知点A点水平坐标(XA,YA)和定向点B点的水平坐标(XB,YB)输入至全站仪内保存至存储器；
当已知条件为已知点A点的水平坐标与以A点为始点至定向点B为方向的坐标方位角时，则在已知点A点上方架设全站仪，并将已知点A点的水平坐标(XA,YA)与以A点为始点的坐标方位角αAB输入至全站仪内保存至存储器；
(2)精确整平全站仪，先水平旋转全站仪的照准部整体，再垂直旋转照准部的望远镜镜筒，使镜筒精确瞄准定向点B，转动螺旋锁定器，分别锁定照准部与镜筒，测存全站仪对中点A′至定向点B的水平距离A′B；
(3)切换仪器原有的坐标测量系统到CCD拍摄器的图像像素坐标系统，打开全站仪的导向指示灯，在定向点B上形成红色斑点B′点；松开镜筒螺旋锁定器，转动镜筒，使红色光斑点B′向仪器方向回拉，落在CCD拍摄器拍摄范围内，转动镜筒螺旋锁定器，锁定镜筒，拍摄图像；
(4)在拍摄的图像前，在已知点A上设置规则图形的标记物，标记物中心点与已知点A的中心重叠，已知标记物的某段距离为R，数字图形软件识别确定数码图像中R的像素值r、A′A的像素值dA′A；
(5)根据已知标记物的某段距离R的像素值r关系，可得先前测存的距离A′B的像素值：
Figure GDA0002829610790000041
(6)在拍摄图像中，全站仪对中点A′、红色光斑点的中心点B′和已知点标记物中心点A，三点连线形成的∠B′A′A的角值由数字图形软件识别确定，因定向点B在A'B'延长线上，则∠B′A′A＝∠BA′A：
当A′点在AB方向左侧或右侧时，A、B、A′三点围成三角形，由数字图形软件识别确定∠BA′A角值；
当A′点在AB的线段上时，则∠BA′A＝180°；
当A′点在AB的延长线上时，则∠BA′A＝0°；
(7)距离AB像素值dAB的确定：
当A′点在AB方向左侧或右侧时，A、B、A′三点围成三角形，由余弦定理可得：
Figure GDA0002829610790000051
当A′点在AB的线段上时，则dAB＝dA′B+dA′A；
当A′点在AB的延长线上时，则dAB＝dA′B-dA′A；
(8)∠ABA′值的确定：
当A′点在AB方向左侧或右侧时，A、B、A′三点围成三角形，由余弦定理可得：
Figure GDA0002829610790000052
当A′点在AB的线段上或延长线上时，则∠ABA′＝0°；
(9)调取存储器里已知点坐标方位角：
当输入的是已知点A点和定向点B点的水平坐标时，则调取以已知点A点为始点至定向点B点为方向的坐标方位角αAB：
已知A点坐标(XA,YA)，B点坐标((XB,YB)，则AB坐标方位角为：αAB＝arcTan((YB-YA)/(XB-XA))；
当输入的是已知点A的水平坐标与以A点为始点至定向点B为方向的坐标方位角αAB时，则直接调取αAB；
(10)根据上述步骤得到的∠ABA′和αAB的角值，确定全站仪对中点A′到定向点B点的坐标方位角βA′B且存储：
当A点在A′B′方向左侧时，则βA′B＝αAB-∠ABA′；
当A点在A′B′方向右侧时，则βA′B＝αAB+∠ABA′；
当A点在A′B′连线上时，∠ABA′＝0，则βA′B＝αAB；
(11)设定对中点A′为图像像素坐标轴圆点，以A′点为旋转点，调取βA′B的角值，在水平方向逆时针旋转图像像素坐标轴βA′B角度，使图像像素坐标系统纵、横轴与已知点坐标系统N(X)、E(Y)轴方向一致；再根据旋转后的图像像素坐标系统中A点与A′点相对关系，由数字图像软件识别确定A点与A′点沿x轴、y轴增减量的像素值dΔx、dΔy；由先前得到的像素值与实际长度的转换关系，可得增减量的像素值dΔx、dΔy的实际值Δx、Δy：
Figure GDA0002829610790000061
调取存储器里已知点A坐标(XA、YA)，则：
XA′＝XA+Δx，YA′＝YA+Δy；
存储A′点(XA′、YA′)的水平坐标值；
(12)切换图像像素坐标系统到仪器原有的坐标测量系统，调用全站仪对中点A′的水平坐标值(XA′、YA′)和A′B或A′B′的定向坐标方位角βA′B，可进行常规的坐标测量工作。
进一步的，在使用全站仪进行测量之前，需要对全站仪进行校准：将全站仪的视准轴与横轴校准为垂直度；将视准轴与导向光校准为同轴度；将全站仪的视准轴与图像像素坐标纵轴校准为平行。
进一步的，全站仪的视准轴与图像像素坐标纵轴同向校准方法：在一平坦地面精确整平全站仪，精确瞄准某目标点，转动螺旋锁定器，分别锁定照准部与镜筒；打开全站仪的导向指示灯，在目标点上形成红色斑点；松开镜筒螺旋锁定器，转动镜筒，使红色光斑点向仪器方向回拉，落在CCD拍摄器拍摄范围内，转动镜筒螺旋锁定器，锁定镜筒，拍摄图像；数字图像软件识别图像中红色斑点中心，以该中心与对中点连线作为图像像素坐标系统的纵轴。
进一步的，全站仪对中点A′在图像中位置的确定方法：先拍一张数码图像，再精确旋转180°00′00″拍一张数码图像，通过数字图形软件识别两张数码图像重叠区域的中心点O，即为对中点A′在所拍图像中的位置。
进一步的，当采用棱镜测存目标点至全站仪对中点A′的水平距离时，要把棱镜中心到目标点的厚度δ参数事先输入全站仪的软件系统中，毎次实测的距离要加上该δ参数；对于近距离测距,则无需使用棱镜或反射镜以及每次实测的距离也无需加上该δ参数。
进一步的，所述的已知点A标志几何中心为圆形，R是圆形半径；或所述的已知点A标志几何中心为等边三角形，R是三角形边长；或所述的已知点A标志几何中心为正多边形，R是多边形边长。
有益效果
本发明提出的一种数码图像对中的全站仪及其水平坐标测量方法,与现有技术相比较，其具有以下有益效果：
(1)采用数码图像技术的CCD为对中器，CCD数字图像信号可在仪器显示屏显示，全站仪只需架设在已知点上方精确整平而无需精确对中；改变了传统的用光学棱镜或激光器的多次交替反复对中、整平，逐步逼近已知点对中的前期调试手段，降低了操作难度，大大提高了工作效率。
(2)全站仪的中转轴增长至固定仪器的三角架面板以下，可使中转轴的中空腔内拍摄器底端的凸透镜镜头视角更大，可拍摄落到全站仪三脚架外侧附近的导向指示灯形成的红色光斑点，可使数字图像软件识别确定拍摄图像中已知点、对中点、红色光斑点形成的角度。CCD拍摄器采用自动对焦系统，该系统为主动与被动式混装系统；主动式为红外条纹光束的辅助光或超声波发射系统，对低反差、弱光线、细线条、动体的拍摄效果好；被动式无发射系统，对拍摄通透玻璃质材料的效果好，二者混装可自动切换，互补使用，发挥其强项，克服弱点，使拍摄的导向指示红色光斑形状更清晰、稳定。
附图说明
图1是本发明中全站仪整体结构示意图。
图2是本发明中中转轴部分的横截面示意图。
图3是本发明中全站仪测读A′点至目标点水平距离示意图。
图4是本发明中全站仪转动望远镜镜筒后导向光落在三脚架附近示意图。
图5是本发明中全站仪拍摄得到的图像示意图。
图6是本发明中A′点在AB方向右侧时状态示意图。
图7是本发明中A′点在AB方向左侧时状态示意图。
图8是本发明中A′点在AB线段内时状态示意图。
图9是本发明中A′点在AB的延长线上时状态示意图。
图10是本发明中图像像素坐标系统逆时针旋转状态示意图。
图11是本发明中全站仪芯片图像坐标系统纵轴与视准轴同向校准状态示意图。
图12是本发明中全站仪对中点A′在图像上位置确定示意图。附图中的标记：1-提手、2-支架、3-横轴、4-镜筒、41-瞄准器、42-瞄准器、5-显示屏、6-调平基座、61-上板、62-下板、63-调平螺旋、7-三角架面板、8-中转轴、81-CCD拍摄器、811-CCD芯片、812-凸透镜镜头、82-中空腔、9-三脚架、10-棱镜、11-紧固件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。
实施例：
如图1～2所示，一种数码图像对中的全站仪,包括设置在全站仪上侧的照准部，设置在照准部顶部的提手1，提手1的底部固定连接有支架2，支架2之间通过横轴3可转动连接有镜筒4，镜筒4的上下侧固定连接有瞄准器41、42，支架2的底部安装有显示屏5。
在照准部的下侧安装有调平基座6，调平基座6的底部通过紧固件固定连接有三角架面板7；照准部的中轴线上安装有中转轴8，中转轴8贯穿调平基座6和三角架面板7，延伸至三角架面板7的下侧；中转轴8通过紧固件11上的外螺纹与三角架面板7和调平基座6的下板62固定连接；中转轴8的内部沿中轴线设有中空腔82，在中空腔82内装有自动对焦的CCD拍摄器81；CCD拍摄器81顶部安装有CCD芯片811；CCD芯片811的像素不小于100万像素。CCD拍摄器81的底端延伸至中转轴8底部；在CCD拍摄器81的底端采用凸透镜镜头812，凸透镜镜头812突出至中转轴8底部。CCD拍摄器81采用的自动对焦系统，自动对焦系统为主动与被动式混装系统。CCD拍摄器81通过导线信号连接有拍摄按键和显示屏5。
显示屏5采用的是LED触摸显示屏，显示屏5包括数字操作界面，数字操作界面上设有拍摄按键，拍摄按键信号连接微型CCD拍摄器81。(显示屏与拍摄器之间的连接方式采用的是本领域内常规的连接方式，本实施例并未对其做任何改进，此为现有技术；此处不多做阐述)
三角架面板7的下侧可活动安装有三脚架9；本实施例中采用铰链外围铰接。三脚架9采用可伸缩式三脚架，使得三脚架9撑开后，CCD拍摄器81距地面已知点垂直高度为50厘米至200厘米。
一种应用于数码图像对中的全站仪的水平坐标测量方法,所述数码图像对中的全站仪包括对中部件，对中部件为安装在照准部中转轴内腔的CCD拍摄器，CCD拍摄器的底端延伸至三角架面板的下侧；所述全站仪架设于已知点A的上方，整平全站仪后，全站仪的对中点为A′点；通过已知点A点和定向点B点的水平坐标，或已知点A点的水平坐标与以该点为始点的坐标方位角，求解出全站仪对中点A′点的水平坐标；具体的操作步骤如下：
(1)将数码图像对中的全站仪架设在已知点A的上方，在显示屏上可见已知点A落入CCD拍摄器拍摄范围内；粗整平全站仪后，全站仪的对中点A′在已知点A的附近；将已知的信息输入至全站仪的存储器：
当已知条件为已知点A点和定向点B点的水平坐标时，则在已知点A点上方架设全站仪，并将已知点A点水平坐标(XA,YA)和定向点B点的水平坐标(XB,YB)输入至全站仪内保存至存储器；
当已知条件为已知点A点的水平坐标与以A点为始点B点为方向的坐标方位角时，则在已知点A点上方架设全站仪，并将已知点A点的水平坐标(XA,YA)与以A点为始点的坐标方位角αAB输入至全站仪内保存至存储器；
(2)精确整平全站仪，先水平旋转全站仪照准部整体，再垂直旋转照准部的望远镜镜筒，使镜筒精确瞄准定向点B，转动螺旋锁定器，分别锁定照准部与镜筒，测存全站仪对中点A′至定向点B的水平距离A′B；
如图3所示，当采用棱镜测存目标点至全站仪对中点A′的水平距离时，要把棱镜中心到目标点的厚度δ参数事先输入全站仪的软件系统中，毎次实测的距离要加上该δ参数；对于近距离测距,可使用免棱镜或反射片，则无需加该参数。
(3)切换仪器原有的坐标测量系统到CCD拍摄器的图像像素坐标系统，打开全站仪的导向指示灯，在定向点B上形成红色斑点B′点；松开镜筒螺旋锁定器，转动镜筒，使红色光斑点B′向仪器方向回拉，落在CCD拍摄器拍摄范围内，如图4所示；转动镜筒螺旋锁定器，锁定镜筒，拍摄图像；
(4)在拍摄的图像前，在已知点A上设置规则图形的标记物，标记物中心点与已知点A的中心重叠，已知标记物的某段距离为R，数字图形软件识别确定数码图像中R的像素值r、A′A的像素值dA′A；如图5所示；
若已知点标志几何中心为圆形，R是圆形半径；若标记为等边三角形，R是三角形边长；若标记为正多边形，R是多边形边长。
(5)根据已知标记物的某段距离R的像素值r关系，可得先前测存的距离A′B的像素值：
Figure GDA0002829610790000121
(6)在拍摄图像中，全站仪对中点A′、红色光斑点的中心点B′和已知点标记物中心点A，三点连线形成的∠B′A′A的角值由数字图形软件识别确定，因B在A'B'延长线上，则∠B′A′A＝∠BA′A：
如图6-7所示，当A′点在AB方向左侧或右侧时，A、B、A′三点围成三角形，由数字图形软件识别确定∠BA′A角值；
如图8所示，当A′点在AB的线段上时，则∠BA′A＝180°；
如图9所示，当A′点在AB的延长线上时，则∠BA′A＝0°；
(7)距离AB像素值dAB的确定：
当A′点在AB方向左侧或右侧时，A、B、A′三点围成三角形，由余弦定理可得：
Figure GDA0002829610790000122
如图6-7所示。
当A′点在AB的线段上时，则dAB＝dA′B+dA′A；如图8所示。
当A′点在AB的延长线上时，则dAB＝dA′B-dA′A；如图9所示。
(8)∠ABA′值的确定：
当A′点在AB方向左侧或右侧时，A、B、A′三点围成三角形，由余弦定理可得：
Figure GDA0002829610790000123
如图6-7所示。
当A′点在AB的线段上或延长线上时，则∠ABA′＝0°；如图9所示。
(9)调取存储器里已知点坐标方位角：
当输入的是已知点A点和定向点B点的水平坐标时，则调取以已知点A点为始点至定向点B点为方向的坐标方位角αAB：
已知A点坐标(XA,YA)，B点坐标((XB,YB)，则AB坐标方位角为：αAB＝arcTan((YB-YA)/(XB-XA))；
当输入的是已知点A的水平坐标与以A点为始点B点为方向的坐标方位角αAB时，则直接调取αAB；
(10)根据上述步骤得到的∠ABA′和αAB的角值，确定全站仪对中点A′到定向点B点的坐标方位角βA′B(＝βA′B′)且存储：
当A点在A′B′方向左侧时，则βA′B＝αAB-∠ABA′；如图6所示。
当A点在A′B′方向右侧时，则βA′B＝αAB+∠ABA′；如图7所示。
当A点在A′B′连线上时，∠ABA′＝0，则βA′B＝αAB；如图8-9所示。
(11)设定对中点A′为图像像素坐标轴圆点，以A′为旋转点，调取βA′B的角值，在水平方向逆时针旋转图像像素坐标轴βA′B角度，使图像像素坐标系统纵、横轴与已知点坐标系统N(X)、E(Y)轴方向一致；再根据旋转后的图像像素坐标系统中A点与A′点相对关系，由数字图像软件识别确定A点与A′点沿x轴、y轴增减量的像素值dΔx、dΔy；如图10所示；由先前得到的像素值与实际长度的转换关系，可得增减量像素值dΔx、dΔy的实际值Δx、Δy：
Figure GDA0002829610790000131
调取存储器里已知点A坐标(XA、YA)，则：
XA′＝XA+Δx，YA′＝YA+Δy；
存储A′点(XA′、YA′)的水平坐标值；
(12)切换图像像素坐标系统到仪器原有的坐标测量系统，调用全站仪对中点A′的水平坐标值(XA′、YA′)和A′B或A′B′的定向坐标方位角βA′B，可进行常规的坐标测量工作。
如图11所示，在使用全站仪进行测量之前，需要对全站仪进行常规校准有：视准轴与横轴垂直度校准、视准轴与导向光同向度校准；全站仪的视准轴与图像像素坐标纵轴同向校准方法：在一平坦地面精确整平全站仪，精确瞄准某目标点，转动螺旋锁定器，分别锁定照准部与镜筒；打开全站仪的导向指示灯，在目标点上形成红色斑点；松开镜筒螺旋锁定器，转动镜筒，使红色光斑点向仪器方向回拉，落在CCD拍摄器拍摄范围内，转动镜筒螺旋锁定器，锁定镜筒，拍摄图像；数字图像软件识别图像中红色斑点中心，以该中心与对中点连线作为图像像素坐标系统的纵轴。
如图12所示，全站仪对中点A′在图片中位置的确定方法：先拍一张数码图像，再精确旋转180°00′00″拍一张数码图像，通过数字图形软件识别两张数码图像重叠区域的中心点O，即为对中点A′在所拍图像中的位置。
在本实施例中，全站仪的控制器、显示屏、CCD拍摄器均采用本领域中常规使用的型号；全站仪中的提手与支架的固定方式，横轴与镜筒的安装方式，瞄准器和红光引导器的安装方式，调平基座与三角架面板之间的连接方式，以及照准部与中转轴之间的连接方式均采用本领域中常规的连接方式。

Claims (10)

1.一种应用于数码图像对中的全站仪的水平坐标测量方法,其特征在于：所述数码图像对中的全站仪包括对中部件，对中部件为安装在照准部中转轴内腔的CCD拍摄器，CCD拍摄器的底端延伸至三角架面板的下侧；所述全站仪架设于已知点A的上方，整平全站仪后，全站仪的对中点为A′点；通过已知点A点和定向点B点的水平坐标，或已知点A点的水平坐标与以该点为始点的坐标方位角，求解出全站仪对中点A′点的水平坐标；具体的操作步骤如下：
(1)将数码图像对中的全站仪架设在已知点A的上方，在显示屏上可见已知点A落入CCD拍摄器拍摄范围内；粗略整平全站仪后，全站仪的对中点A′在已知点A的附近；将已知的信息输入至全站仪的存储器：
当已知条件为已知点A点和定向点B点的水平坐标时，则在已知点A点上方架设全站仪，并将已知点A点水平坐标(XA,YA)和定向点B点的水平坐标(XB,YB)输入至全站仪内保存至存储器；
当已知条件为已知点A点的水平坐标与以A点为始点至定向点B为方向的坐标方位角时，则在已知点A点上方架设全站仪，并将已知点A点的水平坐标(XA,YA)与以A点为始点的坐标方位角αAB输入至全站仪内保存至存储器；
(2)精确整平全站仪，先水平旋转全站仪的照准部整体，再垂直旋转照准部的望远镜镜筒，使镜筒精确瞄准定向点B，转动螺旋锁定器，分别锁定照准部与镜筒，测存全站仪对中点A′至定向点B的水平距离A′B；
(3)切换仪器原有的坐标测量系统到CCD拍摄器的图像像素坐标系统，打开全站仪的导向指示灯，在定向点B上形成红色斑点B′点；松开镜筒螺旋锁定器，转动镜筒，使红色光斑点B′向仪器方向回拉，落在CCD拍摄器拍摄范围内，转动镜筒螺旋锁定器，锁定镜筒，拍摄图像；
(4)在拍摄的图像前，在已知点A上设置规则图形的标记物，标记物中心点与已知点A的中心重叠，已知标记物的某段距离为R，数字图形软件识别确定数码图像中R的像素值r、A′A的像素值dA′A；
(5)根据已知标记物的某段距离R的像素值r关系，可得先前测存的距离A′B的像素值：
Figure FDA0002894854470000021
(6)在拍摄图像中，全站仪对中点A′、红色光斑点的中心点B′和已知点标记物中心点A，三点连线形成的∠B′A′A的角值由数字图形软件识别确定，因定向点B在A'B'延长线上，则∠B′A′A＝∠BA′A：
当A′点在AB方向左侧或右侧时，A、B、A′三点围成三角形，由数字图形软件识别确定∠BA′A角值；
当A′点在AB的线段上时，则∠BA′A＝180°；
当A′点在AB的延长线上时，则∠BA′A＝0°；
(7)距离AB像素值dAB的确定：
当A′点在AB方向左侧或右侧时，A、B、A′三点围成三角形，由余弦定理可得：
Figure FDA0002894854470000022
当A′点在AB的线段上时，则dAB＝dA′B+dA′A；
当A′点在AB的延长线上时，则dAB＝dA′B-dA′A；
(8)∠ABA′值的确定：
当A′点在AB方向左侧或右侧时，A、B、A′三点围成三角形，由余弦定理可得：
Figure FDA0002894854470000031
当A′点在AB的线段上或延长线上时，则∠ABA′＝0°；
(9)调取存储器里已知点坐标方位角：
当输入的是已知点A点和定向点B点的水平坐标时，则调取以已知点A点为始点至定向点B点为方向的坐标方位角αAB：
已知A点坐标(XA,YA)，B点坐标((XB,YB)，则AB坐标方位角为：αAB＝arcTan((YB-YA)/(XB-XA))；
当输入的是已知点A的水平坐标与以A点为始点至定向点B为方向的坐标方位角αAB时，则直接调取αAB；
(10)根据上述步骤得到的∠ABA′和αAB的角值，确定全站仪对中点A′到定向点B点的坐标方位角βA′B且存储：
当A点在A′B′方向左侧时，则βA′B＝αAB-∠ABA′；
当A点在A′B′方向右侧时，则βA′B＝αAB+∠ABA′；
当A点在A′B′连线上时，∠ABA′＝0，则βA′B＝αAB；
(11)设定对中点A′为图像像素坐标轴圆点，以A′点为旋转点，调取βA′B的角值，在水平方向逆时针旋转图像像素坐标轴βA′B角度，使图像像素坐标系统纵、横轴与已知点坐标系统N(X)、E(Y)轴方向一致；再根据旋转后的图像像素坐标系统中A点与A′点相对关系，由数字图像软件识别确定A点与A′点沿x轴、y轴增减量的像素值dΔx、dΔy；由先前得到的像素值与实际长度的转换关系，可得增减量的像素值dΔx、dΔy的实际值Δx、Δy：
Figure FDA0002894854470000041
调取存储器里已知点A坐标(XA、YA)，则：
XA′＝XA+Δx，YA′＝YA+Δy；
存储A′点(XA′、YA′)的水平坐标值；
(12)切换图像像素坐标系统到仪器原有的坐标测量系统，调用全站仪对中点A′的水平坐标值(XA′、YA′)和A′B或A′B′的定向坐标方位角βA′B，可进行常规的坐标测量工作。
2.根据权利要求1所述的一种应用于数码图像对中的全站仪的水平坐标测量方法,其特征在于：当采用棱镜测存目标点至全站仪对中点A′的水平距离时，要把棱镜中心到目标点的厚度δ参数事先输入全站仪的软件系统中，毎次实测的距离要加上该δ参数；对于近距离测距,则无需使用棱镜或反射镜以及每次实测的距离也无需加上该δ参数。
3.根据权利要求1所述的一种应用于数码图像对中的全站仪的水平坐标测量方法,其特征在于：所述的已知点A标志几何中心为圆形，R是圆形半径；或所述的已知点A标志几何中心为等边三角形，R是三角形边长；或所述的已知点A标志几何中心为正多边形，R是多边形边长。
4.根据权利要求1所述的一种应用于数码图像对中的全站仪的水平坐标测量方法,其特征在于：全站仪对中点A′在图像中位置的确定方法：先拍一张数码图像，再精确旋转180°00′00″拍一张数码图像，通过数字图形软件识别两张数码图像重叠区域的中心点O，即为对中点A′在所拍图像中的位置。
5.根据权利要求1所述的一种应用于数码图像对中的全站仪的水平坐标测量方法,其特征在于：在使用全站仪进行测量之前，需要对全站仪进行校准：将全站仪的视准轴与横轴校准为垂直度；将视准轴与导向光校准为同轴度；将全站仪的视准轴与图像像素坐标纵轴校准为平行。
6.一种数码图像对中的全站仪,其使用权利要求1-5中任一项所述的水平坐标测量方法；所述的全站仪包括：对中部件，所述的对中部件为安装在照准部中轴线底部的CCD拍摄器(81)；其特征在于：照准部的中轴线上安装有中转轴(8)，中转轴(8)的内部装有CCD拍摄器(81)；所述的中转轴(8)贯穿调平基座(6)和三角架面板(7)，延伸至三角架面板(7)的下侧；CCD拍摄器(81)的底端延伸至中转轴(8)底部。
7.根据权利要求6所述的一种数码图像对中的全站仪，其特征在于：所述中转轴(8)的内部沿中轴线设有中空腔(82)，在中空腔(82)内装有自动对焦的CCD拍摄器(81)。
8.根据权利要求7所述的一种数码图像对中的全站仪，其特征在于：所述CCD拍摄器(81)采用的自动对焦系统，自动对焦系统为主动与被动式混装系统。
9.根据权利要求6-8其任一项所述的一种数码图像对中的全站仪，其特征在于：所述CCD拍摄器(81)的底端采用凸透镜镜头(812)，凸透镜镜头(812)突出至中转轴(8)的底部。
10.根据权利要求9所述的一种数码图像对中的全站仪，其特征在于：所述CCD拍摄器(81)包括与CCD拍摄器(81)信号连接的拍摄按键和显示屏(5)。
CN201910464626.0A 2019-05-30 2019-05-30 一种数码图像对中的全站仪及其水平坐标测量方法 Active CN110186441B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910464626.0A CN110186441B (zh) 2019-05-30 2019-05-30 一种数码图像对中的全站仪及其水平坐标测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910464626.0A CN110186441B (zh) 2019-05-30 2019-05-30 一种数码图像对中的全站仪及其水平坐标测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110186441A CN110186441A (zh) 2019-08-30
CN110186441B true CN110186441B (zh) 2021-02-23

Family

ID=67719166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910464626.0A Active CN110186441B (zh) 2019-05-30 2019-05-30 一种数码图像对中的全站仪及其水平坐标测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110186441B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113432055A (zh) * 2021-05-28 2021-09-24 陈冬华 一种旋转灯具
CN114141090B (zh) * 2022-01-10 2023-10-13 中国矿业大学 一种实操虚测的全站仪实训仿真系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110186441A (zh) 2019-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8390794B2 (en) Optical instrument and method for obtaining distance and image information
US9846035B2 (en) Geodetic surveying device having automatic high-precision target point sighting functionality
US6731329B1 (en) Method and an arrangement for determining the spatial coordinates of at least one object point
CN110174095B (zh) 一种数码图像对中的全站仪及其测定水平角方法
CA2834189C (en) Calibration method for a device having a scan function
US20100030515A1 (en) Optical instrument and method for obtaining distance and image information
US7079234B2 (en) Method for determining the spatial location and position of a reflector rod in relation to a marked ground point
CN110186441B (zh) 一种数码图像对中的全站仪及其水平坐标测量方法
JP2007514943A (ja) 測量器のキャリブレーション
US11630186B2 (en) Target device and measuring system
CN105510925B (zh) 具有用于测量射束的暖空气流屏蔽件的激光跟踪仪
CN109612448B (zh) 一种激光视觉测量设备及方法
US11619481B2 (en) Coordinate measuring device
CN110274581A (zh) 具有仪器误差校准功能的全站仪
CN106840108B (zh) 视觉测量仪和视觉测量方法
JPH09304055A (ja) 距離計測装置
CN117146861A (zh) 一种基于激光校准用自定位目标靶装置
EP3812795A1 (en) Scanner system and scanner method
CN116907277A (zh) 一种小型化自定位目标靶装置
WO2021184398A1 (zh) 一种激光测距装置
CN209978898U (zh) 一种数码图像对中的全站仪
CN207991518U (zh) 全反射棱镜激光测距全站仪仪器高测量系统
CN108318887A (zh) 激光辅助双目测距系统
CN108278993A (zh) 全反射棱镜激光测距全站仪仪器高测量系统与使用方法
CN211317298U (zh) 一种单相机测量光笔

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20190830

Assignee: Guangxi QIANHUA Architectural Design Co.,Ltd.

Assignor: HUAIYIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2021980013691

Denomination of invention: A total station for digital image alignment and its horizontal coordinate measurement method

Granted publication date: 20210223

License type: Common License

Record date: 20211202

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract