CN110895338A - 手持式激光测距仪 - Google Patents

Abstract

一种手持式装置形式的激光测距仪，包括：配置成手动使用的壳体；设置在壳体中用于沿测量方向确定激光测距仪与目标物体之间的至少一个测量距离的光电测距单元；壳体中具有沿测量方向的视场的摄像头。在壳体中，存在在摄像头的视场的至少一子区域内使测量方向相对于壳体进行角偏转的偏转单元，并且存在用于至少操作测距单元和摄像头的操作和输入排布结构，其具有可视显示器，在其上能作为电子取景器来显示摄像头的图像并能显示操作状态。壳体中的控制单元被配置成按以下方式启用测距单元和偏转单元：按不同的偏转沿偏转的路径记录测量距离的一系列测量值，并且利用操作和输入排布结构可执行随后从所述系列测量值中选择测量距离中的一个或更多个。

Description

手持式激光测距仪

技术领域

本发明涉及采用手持式装置的形式的激光测距仪和使用同样的测距仪进行测量的方法，以及关于这方面的计算机程序产品。

本发明涉及用于光电距离测量的手持式装置，通常也称为手持式测距仪、手持式测距装置、Disto、EDM、Distometer、LaserDisto、Distomat、距离测量、激光测距仪等。这是一种手持式装置，即，在测量期间握在手中的装置，该手持式装置用于简单的测量工作，例如，在贸易工作或建筑测量中。在这种情况下，一些装置实施方式除了简单的距离测量功能外，例如还可以计算面积、体积、角度、倾斜度、倾斜的距离、仰角等，存储关联的元数据(例如图像或其它属性)，和/或可以提供数据传输至其它装置，例如膝上型电脑、平板PC、智能电话等。

背景技术

这里的距离测量是使用可见光或不可见光(通常使用半导体激光器作为光源)以光学方式来执行的，并且通常基于飞行时间或行进时间测量或者测量发射光脉冲从目标物体反射的分量的相移，这种距离测量优选具有大约毫米范围或更小的准确度。在这种情况下，通常使用自然表面上的漫反射，但有时也会将特殊的反射膜等应用于目标物体。

例如，从DE 101 57 378已知一种用于无接触距离测量的测量装置，该测量装置包括具有光发射器的光发射路径和具有接收器光学单元和光接收器的光接收路径，并且还包括容纳发射模块和接收模块的组件的装置模块。为了在整个温度范围内保持高测量准确度，发射路径和接收路径的组件按以下方式放置：在沿发射路径的光轴和接收路径的光轴这两者的方向的装置模块的温度相关曲率的情况下，发射路径的光轴和接收路径的光轴在相同方向上偏转相同的量。

在公开的申请WO 2007/028667中描述了用于距离测量的手持式光电测量装置，该手持式光电测量装置包括具有光发射器的发射路径和具有至少一个接收光学单元的接收路径，所述至少一个接收光学单元沿接收器的方向集束测量信号。在这种情况下，共用的光学器件承载体包括发射路径和接收路径的组件。

从DE 10 2010 062 161已知一种手持式激光测距仪，该手持式激光测距仪配备有用于补偿自然的摇晃移动(震颤)的调节器。针对该目的，使用枢转整个光学单元的光学致动器。在这种情况下，该光学单元按以下方式从起始位置枢转到可变补偿位置：在在测量期间对壳体的移动进行补充的情况下，使发射路径稳定地固定在测量装置外部的分离区域中的空间中。

DE 10 2012 112 940公开了一种手持式激光测距仪，该手持式激光测距仪具有至少一个激光器单元，所述至少一个激光器单元被设置成沿在至少一个测量平面可变的相对方向发射至少一个激光束，并且具有至少一个接收单元，所述至少一个接收单元被设置成采集从待测量表面反射的激光束的至少一部分光。在这种情况下，接收单元包括具有至少一个球面和/或非球面圆柱透镜的圆柱光学单元。

使用本发明的手持式测量装置，在这种情况下，用手来瞄准测量目标或测量点-即，通过将手持式测量装置保持在手中并手动将激光测量轴对准到期望的目标点上，举例来说，如在WO 2007/014 812、DE 10 2005 037 251、DE 10 2010 062 172等中的那样。因此，相比之下，不是根据本发明的激光视距仪、参考线投影装置、激光扫描仪、全站仪等是固定地安置的，并且通常通过马达进行移动，这些例如在EP 1 890 168、EP 2 053 353、EP 3091 333、DE 196 48 626、WO 2010/092 087或其它中被公开，并且其中，距离测量辐射能绕彼此垂直的两个轴进行枢转，这两个轴配备有角度计。

关于通常使用根据本发明的用于测量结构的手持式装置来执行的任务，通常作为基本的方面：待测量的多个显著空间点通过转角、边缘等彼此连接和/或由转角、边缘等进行定界。例如，分隔房间的墙壁与天花板的边缘连接该房间的两个转角点。例如，如果要测量具有矩形轮廓的房间的天花板的全部四个转角点，则可以使用建筑测量手持式装置，通过利用大致与这些转角点重合的测量激光或导向射束对这些转角点进行手动瞄准来测量一个接一个的转角点。在这种情况下，由所述装置的用户用手启用待测量的空间点，并且根据一个实施方式，接着可以根据在这种情况下获得的测量数据(可选地与空间点之间的预定相对关系联合地)来确定测量结果，其中，对测量结果或其至少部分的分析通常还要以后在办公室中进行，而不是直接在测量位置进行。

然而，在这种情况下，对于手持式装置的用户来说，使用手持式装置的测量光束精确地瞄准期望的测量目标点并且精确地在该目标点上触发测量，通常是非常苛刻或困难的，尤其是因为所需的测量点通常位于相当远的几米处，此外测量点对于该距离而言相对较小。例如，因震颤、摇晃等而造成的所述装置的不稳定保持在这种情况下也可能发生干扰，并且通常还实际上进一步降低了所述装置本身能实现的实际测量准确度。特别是在外面进行测量的情况下，在这种情况下另外还可能发生因环境光而不再能清晰明确地看到测量点。来自测量装置中的摄像头的数字取景器图像有时可以提供改进(例如，通过光学和/或数字放大、显示十字准线、识别图像数据中的测量光等)，然而，为了在特定的期望测量目标点上执行精确的手持式瞄准，此时通常还提供要么过大要么过小的缩放系数。

在许多测量的情况下，尤其是在建筑工地领域，还经常发生的是，只有在以后在办公室中分析和使用测量数据期间才会确定，另选地或另外，需要对相邻测量点进行测量以完成或有利于要实现的物体测量。这通常需要重新安排到施工现场并进行进一步测量。

从测量装置位置到多个通常紧密相邻的测量点的多个测量常常也是必需的。这不仅使具有多个测量的顺序复杂化，而且还包括许多紧密相邻的测量点将被混淆或互换的风险，或者还会忘记或忽略掉许多测量点中的一个。

尤其是当在结构或建筑领域中进行测量时，诸如边缘、转角、边界、尖端、弯曲、圆形区域、圆杆、凹部等的几何特征通常是必需测量的基本特征。然而，在实践中，特别是这些几何特征通常难以定位，尤其是使用本发明的手持式测量仪器。此外，当瞄准转角和边缘时，还经常出现测量光在几何特征上扫掠交叉，或者多目标测量导致无法解决或者无法通过测量装置的测距单元明确地解决。尤其是边缘上的光脉冲的失真，在边缘的前景的一部分以及边缘的背景的一部分(并且甚至还可能有连接前景和背景的表面的一部分)都被测量光点接触到的情况下，阻碍测量并且可能导致不准确甚或不正确的测量结果或者至少不符合意图的测量结果。

发明内容

因此，本发明的目的是，尤其针对上述问题中的至少一个来改进手持式激光测距仪。还要改进使用这种装置进行测量和/或对测量进行分析的方法。

例如，在这种情况下，不仅是要使用改进的手持式激光测距仪的实施方式来实现减少测量误差、不正确的测量以及对于补充附加测量的需求的目的，而且例如还可以使用根据本发明的手持式装置来实现附加的新颖测量原理和测量方法。

本发明涉及一种采用手持式装置的形式的激光测距仪，所述激光测距仪具有被配置成手动使用的壳体。在这种情况下，手持式装置尤其被配置成在使用期间保持在手中-即，例如，在测量几何物体(例如房间或空间区域、建筑工地、家具、结构、空地等)期间保持在手中-并且不一定必须固定地安置在三脚架等上的空间中。

在这种情况下，用于确定在测量方向上所述激光测距仪与目标物体之间的至少一个测量距离的光电测距单元被设置在所述壳体中。在这种情况下，可以将该测距单元形成得例如具有：光发射器，特别是诸如LED或半导体激光器的半导体光源，所述光发射器用于发射光学测量光束；以及光电接收器，所述光电接收器用于检测所述光学测量光束从目标物体反射或反向散射的分量。在这种情况下，可以形成光学单元，尤其具有发射光学单元和接收光学单元，所述发射光学单元具有用于使所发射的光学测量光束在测量方向上沿测量轴相对目标物体准直的发射准直透镜，并且所述接收光学单元具有用于接收所述光接收器的光敏区域上的来自接收方向的所反射或反向散射的分量的会聚透镜。在这种情况下，将电子分析和控制单元配置成，根据信号行进时间和/或相位测量原理，例如，以所述光学测量光束的一个或更多个脉冲从所述装置到目标物体并返回的飞行时间(行进时间)(该飞行时间与要经由光速测量的距离成比例)的测量结果为基础，基于所述光学测量光束的反射或反向散射的分量来确定至少一个测量距离。

在这种情况下，将处于壳体中的具有沿测量方向的视场的摄像头配置成捕获或记录目标物体的图像，该图像(除了沿测量方向发射的可见光束之外)还能用作用于瞄准距离测量的目标物体或目标点的电子取景器图像。在这种情况下，来自视频或现场显示的一个或更多个图像或图像细节也可以用作这种意义上的图像。

根据本发明，偏转单元也处于所述手持式装置的壳体中，该偏转单元用于使测量方向相对于所述壳体进行偏转，尤其是进行角偏转，即，尤其是使测量轴偏转，即，至少使所发射的光学测量光束的发射方向偏转。在这种情况下，该偏转是在所述手持式装置的操作期间使用所述装置中的有源驱动器来执行的，并且不是只单独用于对准或校准所述装置的其它固定的测量方向。在这种情况下，所述偏转在其范围内受到限制，并且位于摄像头的视场的至少一个子区域内，所述视场不被所述偏转单元偏转。在这种情况下，将设置在所述壳体上的操作和输入排布结构配置成至少操作所述测距单元和所述摄像头，所述操作和输入排布结构例如具有设置在所述壳体上并且联接至所述操作和输入排布结构的可视显示器，在作为电子取景器的可视显示器上能够显示摄像头的图像，并且还能显示所述手持式装置的操作状态以及所述手持式测量装置的测量结果。

在这种情况下，在所述壳体中还设置有控制单元，该控制单元被配置成按以下方式启用所述测距单元和所述偏转单元：沿偏转的测量路径记录按不同的偏转的测量距离的一系列测量值。因此，在这种情况下，所述操作和输入排布结构被配置成执行随后从所述一系列测量值中选择测量距离中的一个或更多个。

在这种情况下，所述手持式装置的偏转单元可以被配置成例如具有将偏转限制成小于+/-10°，优选小于+/-5°的角度范围的偏转范围。因此，所述手持式装置没有被配置成具有用于采集大致整个空间或半空间等的偏转单元-即，例如，特别是不作为传统的激光扫描仪或旋转激光器。本发明的偏转范围可以大致对应于例如所述手持式装置的电子取景器的摄像头的视场或者该视场的优选中心子区域。在这种情况下，所述可视显示器或显示屏还可以显示叠加有所述一系列测量值的多个测量点的显示的摄像头的图像的至少一部分，作为电子取景器图像。例如，所述可视显示器及其控制单元还可以按以下方式配置：将摄像头的图像或其细节显示为草图，并且还将所述一系列测量值显示为关联的轮廓，在该轮廓和/或草图中，能选择要确定的测量点的至少一个位置。

在一个实施方式中，所述偏转单元可以被配置为一维的，即，沿仅一个单一方向，优选沿直线偏转。除了来回地或沿一个方向(优选为重复地)穿过的直线外，作为所述偏转单元的测量路径，还可以提供其它形式的测量路径，优选为闭合的测量路径。在一个优选实施方式中，例如，还可以通过所述操作和输入排布结构来提供在常规的点测量与至少一个扫描的测量路径之间的选择。在这种情况下，所述操作和输入排布结构可以按以下方式配置：可选地使用内插在所述一系列测量值中的折线，将所述一系列测量值例如设置为沿围绕所述测量点的偏转范围的局部分布区段。

在另一实施方式中，所述偏转单元可以被配置成沿二维方向偏转。因此，所述操作和输入排布结构可以按以下方式配置：将所述一系列测量值设置为围绕所瞄准的测量点的偏转范围的局部点云。在一个实施方式中，在这种情况下，所述手持式装置可以被配置成不但具有相对于其壳体的方向固定的可见导向光束而且具有偏转单元，所述可见导向光束用于瞄准测量点，使用所述偏转单元，所述测距仪的(优选为不可见的)测量光束能相对于导向光束沿一个或两个空间角度方向进行偏转。

在细化的实施方式中，可以在所述壳体上设置惯性测量单元(IMU)(或者倾斜或加速度传感器和/或陀螺仪或罗盘)，该单元被设置和配置成可选地根据该IMU来执行所述偏转单元的启用。例如，基于IMU的测量值，在这种情况下，所述偏转单元按以下方式启用：测量光的偏转在沿限定的方向(例如，优选为沿水平或垂直方向限定)的偏转范围内发生。在另一示例中，多个所述一系列测量值可以形成全局点云，该全局点云大于所述偏转单元的实际偏转范围。这是可以通过如下方式来实现，对于该全局点云，在每种情况下基于与所述一系列测量值中的相应距离测量值相关联并且由IMU确定的所述手持式装置的对准与所述偏转单元的相关联的偏转方向的结合，来确定在其空间位置中的点云的点。

同时，本发明还涉及一种使用优选如在此描述的手持式激光测距仪来对建筑物或房间进行测量的关联方法，所述手持式激光测距仪尤其包括：至少一个光电测距仪、摄像头、显示屏，以及用于测距仪的测量辐射的偏转单元。

在该方法中，针对该目的，选择测量模式，基于所述测量模式自动启用所述偏转单元，并且使用所述手持式激光测距仪的测量辐射的对准轴手动地(优选为徒手(free-handed))瞄准测量点。当触发测量时，在这种情况下，通过所述偏转单元基于所述测量模式来执行自动偏转所述测量辐射，以根据按各种偏转所选择的测量模式来沿测量路径确定围绕所述测量点周围的一系列测量值。在这种情况下，这样的测量点本身也优选为具有所述一系列测量值的点。因此，存储针对该测量点的所述一系列测量值，以对所述测量点进行后续分析，这可选地包括随后从所述一系列测量值中选择测量值中的一个或更多个(或者可选地还选择内插在这些测量值之间的值)来作为测量结果。换句话说，不仅如此瞄准的测量点本身，而且另外还有所述测量点的限定周围环境或紧邻的邻近测量点因此也通过所述手持式装置进行采集并且在测量分析期间提供。

在这种情况下，可以根据至少以下模式中的至少一个模式来执行测量模式的选择：

■水平分布测量模式，其中沿大致水平的直线作为测量路径发生偏转，

■垂直分布测量模式，其中沿大致垂直的直线作为测量路径发生偏转，

■自由方向分布测量模式，其中沿直线作为测量路径发生偏转，该直线可经由操作单元或者通过所述手持式装置的对应方位(bearing)来选择，

■十字分布测量模式，其中沿彼此90°交叉的两条直线作为测量路径发生偏转，

■圆形采集模式，其中，沿着圆形或椭圆形作为测量路径发生偏转，

■视场表面采集模式，其中，针对表面或空间角度以二维方式发生偏转，该表面或空间角度大致对应于摄像头的视角，或

■选定区域表面采集模式，其中，针对表面或空间角度以二维方式发生偏转，该表面或空间角度优选对应于摄像头的视角的中央子区域。

在这种情况下，在一个实施方式中，所述测量路径例如可以被形成为直线，并且所述一系列测量值可以形成围绕测量点的分布区段。在这种情况下，特别是所述直线的水平参考取向能够在所述装置上显示，或者这种水平参考取向可以通过所述偏转单元根据规范自动地保持。在另一实施方式中，所述测量路径可以形成圆环、椭圆形、十字形、线形等，优选地，其中所述测量路径由所述偏转单元作为闭合路径的至少一部分行进。

例如，在这种情况下，具有至少一条直线的折线或线段可以由处理单元自动匹配到分布区段中，其中，所述折线被提供作为测量结果以用于在可视显示器上进行分析。

在一个实施方式中，所述测量路径可以被形成为空间角度或表面区域的二维扫描路径，特别是形成为连续的逐行网格扫描或者锯齿扫描。在这种情况下，所述测量路径的测量结果例如可以被提供为围绕所述测量点的局部点云。在这种情况下，诸如直线、折线、圆弧、平坦表面、长方体或圆柱体的几何图元优选地可以由处理单元在所述局部点云中和/或在所述摄像头的图像中自动地或半自动地识别和/或可以匹配到所述局部点云中。例如，这里至少可以部分地使用机器学习人工智能系统。

在另一实施方式中，例如，还可以执行表面区域的平行扫描、三角扫描或正弦扫描。另选地，还可以执行Lissajous扫描(或者沿着不会在许多周期内重复的另一条连续路径扫描)，该扫描的点密度随着扫描持续时间而逐渐细化。

尤其是，可以根据稳定保持所述手持式装置的持续时间(例如，借助于IMU确定的)来自动确定扫描的持续时间。例如，在所述手持式装置的不稳定保持的数值补偿能力的情况下，可以执行对所述一系列测量值的角位置的补偿。然而，一旦这种不稳定保持无法再得到补偿，就可以终止所述测量。在这种情况下，可以被动地(即，数字地)和/或主动地(即，通过启用所述偏转单元)来执行这种补偿。然而，根据本发明，所述偏转单元被配置成使得实现测量方向的瞄准偏转，而不仅仅是补偿摇摆，例如，所述偏转也可以在相对较大的最大偏转范围上加以限定。

在一个实施方式中，在手动瞄准期间，可以利用更慢的偏转和/或更低的距离分辨率和/或距离准确度来执行粗略测量，并且在触发时，可以利用与所述粗略测量相比更快的偏转和/或更高的距离分辨率来执行精细测量，其中，在手动瞄准期间，在显示屏上利用当前瞄准的测量点的标记执行显示所述粗略测量和/或在所述粗略测量中拟合的折线，利用所述显示，能够在手动瞄准过大的距离期间选择特定的测量点。

在这种情况下，可以经由所述测距仪的可视显示器作为电子取景器来执行手动瞄准，该可视显示器还以图形方式提供所述测量模式和所述已系列测量值。尤其是，在这种情况下，能够在所述可视显示器上选择和/或编辑所述一系列测量值和/或要被用作测量结果的测量值。在结束所述瞄准之后，在这种情况下，可以执行随后从所述一系列测量值中选择测量值中的一个或更多个或者选择内插在这些测量值之间的值，作为所述测量的测量结果。

在这种情况下，根据本发明的方法还可以至少部分地作为具有程序代码的计算机程序产品来提供，该计算机程序产品被存储在机器可读载体上，实现为硬布线逻辑、或者实现为通过电磁波实现的计算机数据信号。尤其是，在执行上述方法的各部分的程序代码的形式下，特别是在用于启用手持式测距仪中的测距单元和偏转单元的程序代码的形式下，该启用按以下方式进行：按不同的对准记录一系列测量值，此后执行从该一系列测量值中选择特定的测量值作为测量结果。在这种情况下，可以优选地在被配置为手持式装置的测距仪的控制单元中存储和/或执行所述程序代码。

附图说明

下面基于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的描述，其中，还将讨论本发明的进一步优点。详细地，在附图中：

图1示出了根据本发明的手持式装置的示例性实施方式的例示图；

图2示出了根据本发明的手持式测距仪的实施方式的框图；

图3示出了根据本发明的手持式装置的用于测量的应用的第一示例；

图4示出了根据本发明的手持式装置的应用的第二示例；

图5a、图5b以及图5c示出了在使用根据本发明的手持式测量装置的根据本发明的测量方法的情况下的示例性显示的例示图；

图6示出了根据本发明的手持式装置的应用的第三示例；

图7示出了根据本发明的手持式装置的应用的第四示例；

图8示出了根据本发明的手持式装置的应用的第五示例；

图9示出了与本发明相对应的方法的根据本发明的实施方式的示例的框图。

具体实施方式

附图中的例示图仅用于例示，而不应视为完全按比例绘制，除非另有明确说明。若可行的话，贯穿全文利用相同的标号来提供相同或功能上相似的特征，并且可能利用字母作为索引来加以区分。所例示的示意图皆示出了基本的技术结构，这种基本的技术结构可以由本领域技术人员根据一般的原理加以补充或修改。表达“基本上”或“大致”表示在本发明的意义上，特征不一定必须100％地完全满足，而是也可以发生较小的偏差，尤其是按以下方式：在本发明的意义上和/或在实施方式或制造中的常规公差和不准确度的范围内保持所述特征的技术效果。

图1示意性地示出了根据本发明的手持式装置1的实施方式的一个可能示例。示出了手持式激光测距仪1，该手持式激光测距仪被配置成包括在测量方向上具有视角的内部摄像头10，使用该内部摄像头的图像，可以瞄准距离测量的测量目标19，然后，使用光电激光距离测量的光束2，按相距装置1的距离18来确定该测量目标19。根据本发明，在这种情况下，手持式装置1包括能在距离测量期间控制的偏转单元21，借助于该偏转单元，激光距离测量的测量方向能在摄像头10的视角的至少一部分中沿着测量路径以限定的方式进行偏转。例如，根据偏转单元21在不同方向上的启用信号，通过偏转单元21偏转激光距离测量的光束2，该光束由光发射器3(举例来说，如激光二极管)发射，并且优选地经由发射光学单元4进行准直。

在该实施方式中，然后，光束2从目标点19反射的分量6经由接收光学单元5传导至光敏电子组件8。因此，根据光的传播速度，能根据发射和接收之间的光(2、6)的信号行进时间来确定距目标物体19的距离18。这里还示出了针对所发射的光的一部分的可选内部参考路径9。

在这种情况下，上述组件(目标物体19除外)被容纳在壳体17中，该壳体被配置成可以手持来进行测量过程。在这种情况下，壳体还包括操作和监测单元，该操作和监测单元例如具有可视显示器11或显示屏以及操作单元12，例如按钮、触摸屏、电容式传感器、手势识别等。

在图2中再次例示了根据本发明的手持式装置1的示意性例示图。在本例中以及以后还将引用图1关于组件的描述。在这种情况下，在壳体17中示出了具有对应的光学单元的采用CCD或CMOS图像传感器形式的摄像头10以及测距单元20，并且还示出了操作单元12、可视显示器11、控制单元16以及分析单元15。可选地，还可以在手持式装置1中设置用于与外部装置进行通信14的通信单元13，该通信是有线的、无线的或者经由存储介质进行的。

在这种情况下，在一个实施方式中，可以将壳体17中的偏转单元21配置成，以监测的方式仅改变测距仪20的发射方向2，如箭头22所示，其中，在这种情况下，测距仪20的接收单元相应地配置成从偏转单元21的整个可能的偏转范围23接收反向散射。例如，这可以使用相应配置的接收光学单元来执行，该接收光学单元总是将整个偏转角度范围23偏转到光敏组件的采集区域上。

在另一实施方式中，除了发射方向2，接收方向6也可以受偏转元件21的影响，使得接收器也总是瞄准发射器所瞄准的测量点19。在一个示例性实施方式中，在这种情况下，接收单元8也可以例如使用具有内部放大的光检测器(例如SPAD阵列)来形成。

在这种情况下，偏转22具体可以采用透射通过对应的光束路径中的光学组件的透射形式或者采用在所述组件上反射的形式来实现。然而，在这种情况下，装置1中可选地设置的摄像头10的视场总是与偏转单元21分开，并且在相对于装置1固定的测量方向上无偏转地定向-因此，偏转单元21不执行摄像头10的视场的偏转。

从根本上可以将不同的实施方式用于本发明的关于偏转单元21的原理，这里以旋转镜的形式象征性地例示出，例如：

●反射或透射中的旋转多边形轮或其它多面组件，

●旋转镜，

●具有一定倾斜度的轴上的旋转镜，举例来说，如章动镜(nutating mirror)、Palmer扫描仪等，

●具有一个或两个旋转轴或者具有单轴或双轴弯曲部或万向节(gimbal)的摆镜，

●MEMS镜，

●旋转双楔系统，

●可移动的光波导，

●液体透镜或弹性透镜，

●可移动透镜或可移动透镜对，例如，也经由弯曲部，

●光电调制器，

●声光调制器，

●多射束方法，具有多发射元件排布结构，其中每个发射元件具有不同的发射方向(例如，在线或2D阵列或全息图中)，该多射束方法可以被配置为偏转单元的另选实施方式。

发射单元也可以配置成例如具有LCD作为偏转单元21，该LCD因施加电压而产生光楔效应，由于不同的折射率由此导致LCD实现穿透LCD的光束路径的不同偏转22。包括具有MEMS镜的偏转单元21的实施方式因为其结构尺寸以及相对简单的手持式装置1的启用能力而可以代表优选实施方式。作为连续偏转的另选方案，偏转也可以按离散的步骤进行。

在这种情况下或者已知的是，尤其还可以采集距离测量点及其偏转22与摄像头10的像素坐标之间的关系。因此，例如，可以确定偏转单元21的当前偏转22和/或可以确定距离测量点19的空间坐标，尤其是具有距离测量的距离测量值以及偏转22的一维或二维的空间方向。

在图3所示的实施方式中，例如，装置1中的偏转单元21的测量路径35被形成为直线，沿该直线，测量光束2发生摆动。在这种情况下，沿测量路径35限定多个距离测量点33，其中，瞄准的测量目标19优选地基本上位于直线的中间，并且优选地构成所述多个距离测量点中的一个。在左侧示出了装置1以及在房间34中的窗户上利用该装置徒手瞄准的测量点19，并且在右侧示出了装置1的显示屏上的显示画面11的示例，其中，尤其作为电子取景器呈现出装置1的摄像头10的图像32的至少一部分。

在这种情况下，实现对使用瞄准轴23瞄准的测量目标19周围的分布区段31的测量-如下方显示屏幕区域所示，可以说是上方摄像头图像32的平面图。根据本发明，在这种情况下，即使对于利用手动瞄准具有非常复杂的结构的测量目标19，也可以测量一个期望的测量点，或者也可以在单次测量中测量多个紧密相邻的测量点。同时，根据本发明可以降低对瞄准的要求，因为对于该目的来说，甚至仅仅在完成的测量之后，就可以选择沿着测量路径35的具有记录的一系列测量值33的一个测量点来作为具有其距离值的期望测量点。可选地，若需要的话，在这种情况下，也可以随后选择位于所述系列33的实际记录的点之间的内插中间点作为测量点。因此，不仅可以校正不准确的瞄准，而且可选地，还可以使用一次测量来确定相邻的、也相关的测量点，这通常是测量的实际应用。

因此，例如，在通过手持式测距仪1完成测量之后，还可以提取并提供在实际瞄准的测量目标19附近的不同或更远的距离。例如，这可以在摄像头10的关联图像32中和/或在距离测量点33的所显示的分布区段31中进行。例如，在这种情况下，可以使用触摸屏、光标等。除了在装置1上选择测量点之外，这也可以在外部装置(例如PC 30或平板电脑)上进行。

如图4所示，例如，要在施工中测量的许多特征(举例来说，如安装的框边、窗框、门框、壁龛等)通常包含与按近距空间关系进行的规划相关的多个几何特征，所述几何特征迄今为止必须单独进行测量并建立关系，这往往很复杂且易于出错。此外-特别是超大的测量距离-通过手动瞄准来进行对特定特征(例如，在具有多阶和边缘的窗户框边中)的瞄准通常是困难的，并且可能导致不期望的不正确测量。根据本发明，在这种情况下，例如，针对特定特征(举例来说，如最小或最大距离)，还可以限定测量点的后续校正或选择。

例如，根据本发明，可以对圆柱50按其截面分布进行测量并且同时-无需精确的手动瞄准-可以对该柱50的最近点(或者可选地，该圆柱的直径和/或中心轴等)进行测量。

因此，例如，在完成测量后，还可以通过所述手持式测距仪提取并提供在实际瞄准的测量目标19附近的不同或更远的距离。例如，这可以在摄像头的关联图像中和/或在距离测量点的所显示的分布区段中执行。如图5a和图5b所示，例如，在这种情况下，这可以使用自动识别分布图31中的所记录的系列测量值中的半圆形元素或者此时通过手动选择圆柱的模板51来执行，然后可以手动地、半自动地或者自动地在分布图中拟合该模板。许多示例当中的另一个示例例如还可以是边缘或边缘本身的倒圆或倒角，该倒圆或倒角也可以以类似的方式进行识别，例如，识别为90°圆弧、45°倾角或90°角，并相应地在测量中加以考虑。

如图5c所示，尤其是，还可以在分析期间确定并提供距离测量点的局部和/或全局最大值和/或最小值。基于这些最大值和/或最小值，然后，可以检测和/或分类诸如转角、边缘等的特征，并由此通过用户和/或处理单元进行测量。例如，还可以将折线或其它几何基本元素(例如圆弧、矩形、梯形、半径等)拟合到所述系列33的距离测量点中，尤其是因为待测量的许多特征是由这样的基本元素组成的，或至少假定成是由这样的基本要素组成的。

然而，在这种情况下，不仅测量直线的各个端点并计算它们之间的距离，而且还测量它们之间的至少一个点，优选为多个点，从而得到一种类型的分布区段。

在这种情况下，在一个实施方式中，偏转单元21可以按以下方式配置：该偏转单元通过其启用或通过位置编码器来提供该偏转单元的当前偏转的值。另选地，在另一实施方式中，还可以通过分析摄像头图像中的光学测量辐射的投射的光点的位置来确定当前偏转的值。

在一个实施方式中，在这种情况下，测量路径可以形成为直线，光束沿着该直线摆动，并且沿着该直线，限定多个距离测量点，其中，瞄准的测量目标优选基本上位于直线的中间，并且构成所述多个距离测量点中的一个。在这种情况下，实现测量目标周围的分布区段的测量。在特定实施方式中，另选地，在这种情况下，可以通过所述装置来提供可以对准的直线偏转、水平直线偏转、垂直直线偏转、十字形直线偏转、圆形或椭圆形线偏转、平行表面偏转、锯齿形表面偏转、正弦表面偏转或Lissajous表面偏转测量模式中的至少一个测量模式。作为测量结果，在这种情况下，多个距离测量点被存储和/或提供用于进一步处理。

如图6所示，在根据本发明的一个实施方式执行的使用手持式装置1的测量的情况下，还可以分析摄像头10的视场中的不同的点19b，而不是实际的中心瞄准的测量点19。在这种情况下，这不仅可以在现场测量期间进行，而且也可以在现场测量之后进行。例如，在瞄准并触发测量之后，手持式测距仪1可以舒适地再次拿在手中而无需瞄准，并且可以在其显示屏幕上选择不同的或附加的测量点作为测量结果。另选地，这种选择也可以在外部装置30(例如，固定或移动计算机、平板PC、智能电话等)上执行，针对该外部装置的测量数据(尤其是，所述系列距离测量值33和/或摄像头的关联图像32)可以在线56a、离线56b、经由有线或无线，或者经由云服务55来发送。所述分析的至少一部分也可以是自动化的，例如，在这种情况下，使用人工智能系统(AI)，例如，通过由计算机30执行的图像和/或距离测量值的自动标识和/或分类，并将其结果提供给用户。这可以在手持式装置1中、在外部装置30中和/或在云计算系统55中进行，并且可以为用户递送例如相比折线的经典匹配更有利和/或更准确的测量结果。在这种情况下，这样的自动分析(优选为AI辅助分析)尤其可以在后台对用户透明地执行，而无需用户参与该自动过程或者意识到该自动过程。在这种情况下，根据本发明的手持式激光测距仪1至少针对提供和/或存储所述一系列测量值33和/或由其导出的折线31以及关联的摄像头图像的目的来进行配置，但是也可以可选地提供所述功能的至少一部分，以用于直接在所述装置1上进行分析。

在触发测量期间或者还在瞄准复杂的几何结构时发生摇动或摇摆的情况下，例如，根据本发明，瞄准的点19周围的期望测量点只能在以后精确地建立。在这种情况下，装置1可以可选地借助于移动传感器(举例来说，如IMU)来检测摇摆，并且可以自动通知用户仔细监测测量点。在一个实施方式中，在这种情况下，装置1中的处理单元还可以被配置成对所记录的一系列测量值33进行自动分析，在该分析期间，识别在瞄准的测量点19周围是否存在关于距离测量的明确情况。例如，所记录的一系列测量点33中的测量点19的周围是否被形成(至少大致)平坦的和/或线性的，并因此，不会存在可能不正确的目标，因此记录的测量值也以高概率对应于期望的测量值。然而，例如，如果所述一系列测量值33中存在奇点、如果对所述一系列测量值33的差分观察具有显著偏转，或者如果按另一方式(例如，也使用AI系统)根据所述一系列测量值33可以推断出或者以足够的概率估计出目标点19周围的周围环境可能潜在地导致不正确的测量和/或不确定的瞄准(例如，因为存在阶梯分布)，则处理单元因此可以根据测量值33确定这一点并且提供对应的通知，例如通过在存储测量值时对应地对该测量值进行标记，和/或提示装置1的用户执行测量值19的交互式验证和/或其可能的自适应。在这种情况下，装置1例如可以在测量之后在显示屏上显示记录的分布区段31，在该分布区段上，当前选择的测量点19被标记，并且若需要的话，提供在分布区段31中使该测量点19位移的功能。在这种情况下，分布区段31可以被显示为所述一系列测量值33的原始数据和/或以内插/抽象的形式显示，举例来说，如图所示的折线(可选地与装置1所记录的关联摄像头图像联合显示)，这有利于用户的取向。

在所示示例中，对来自手持式装置1从现场获得的测量数据的后处理是在PC 30上进行的，以例如生成CAD生产数据或者3D打印机或CNC机器的数据和/或适应当前实际施工现场情况。在这种情况下，用户在建筑物34中使用装置1手动瞄准并记录的测量点19根据本发明与在瞄准的点19周围按不同偏转测量的距离的一系列测量值一起被记录。如图中右侧所示，在提取和/或分析测量值以供进一步处理时，可以接着建立在使用手动瞄准的现场测量期间，对距点19的距离d1 57进行确定，而相比之下，距点19b的相邻距离d2 57b对于规划和/或制造实际上更重要。根据本发明，在后处理中，用户现在可以在点19的邻近周围环境(点19的邻近周围环境也借助于偏转单元进行记录)中执行测量点的位移59，和/或在这些环境中选择一个或更多个测量点19b。若需要的话，在这种情况下，根据偏转单元21的关联偏转，也可以应用对由测距仪20确定的测量距离的三角校正。因此，可以使用距点19b的测量值而无需对建筑物34进行进一步测量。可选地，在PC 30上的项目规划阶段期间可能需要知道尺寸58，这也能根据本发明，至少以有限的测量准确度(然而，这对于该任务来说足够了)，通过对所记录的一系列测量点33进行对应分析来从已有数据中获得，使得可以省去在现场34中进行第二次测量。例如，因此可以预先验证存在于规划的施工中的画面是否也将充分覆盖(可能是未计划的)台阶58。

如图7的实施方式中所示，可选地，手持式激光测距仪1不仅可以保持基本稳定，以便在距离测量期间瞄准特定点，而且还可以由用户握在手中进行移动，特别是基本上水平和/或垂直地移动。在这种情况下，可以例如使用IMU(＝惯性测量单元)(尤其是具有倾斜或加速度传感器和/或陀螺仪)，来确定用于每个距离测量的手持式激光测距仪1的空间取向-并因此也可以确定所述一系列距离测量点33的空间位置。因此可以确定测量目标周围的局部受限点云，例如，在这种情况下，该测量目标也可以是特定的边缘、表面、转角等。

在一个特定实施方式中，可以在手持式激光测距仪1中选择一种持续发射模式(其中，按时间顺序或通过改变装置位置60触发)，在每种情况下，自动连续触发对一系列测量值33的采集。在考虑该多个测量值系列33的情况下，例如，通过在持续发射模式期间利用装置1的移动60在期望的空间区域61上执行手动瞄准，与单个系列33中的能通过偏转单元所实现的相比，可以记录更大空间区域61的点云。例如，在一个实施方式中，偏转单元的测量路径可以形成为直线，并且该直线可由手持用户大致垂直于待测量的边缘进行引导，在此期间沿着该直线记录连续的测量值系列33。在这种情况下，这些系列33可以与分别采集的手持式装置1的关联空间取向相关并且被存储，尤其是，例如，在这种情况下，可以使用IMU、倾斜传感器、借助于摄像头图像中的SLAM导航等来确定所述空间取向。

在图8的特定实施方式中，在这种情况下，可以通过装置1另选地提供测量模式62至测量模式71中的至少一个测量模式。例如，使用具有测量路径的至少一个如下测量模式：水平直线偏转62、垂直直线偏转63、十字形直线偏转64、圆形或椭圆形线性偏转65、可以对准的直线偏转66、锯齿形表面偏转67、平行表面偏转68、正弦表面偏转或Lissajous表面偏转69。作为测量结果，在这种情况下，所述多个距离测量点被确定为沿着所选择的测量路径的一系列测量点33并且被存储和/或提供用于进一步处理。可选地，不仅可以永久存储全部系列33，而且在这种情况下也可以暂时地存储所述系列33，并且在选择特定测量点之后，可以将除了选定的测量点之外的其它所有测量点丢弃。

在这种情况下，可选地，还可以选择所述装置的摄像头的图像区域，在该图像区域中，沿着测量路径进行偏转，例如，在可选择的子区域70中或者在整个图像区域71中，其中摄像头图像的偏转范围和显示区域彼此自适应。在这种情况下，可选地，这种测量路径也可以显示在显示屏上和/或通过在物体上偏转可见的导向光束或距离测量光束来进行标记。

图9示出了使用根据本发明的手持式装置的根据本发明进行测量的方法的实施方式的框图。

在框90中，选择测量模式，基于该测量模式，手持式装置中的偏转单元自动启用。

在框91中，使用手持式装置手动瞄准目标点并触发测量。

在框92中，通过手持式装置，经由偏转单元基于所述测量模式自动偏转测量辐射，以根据所选择的测量模式来沿测量路径确定围绕瞄准的目标点周围的一系列测量值。

在框93中，接着存储针对该测量点的所述一系列测量值以用于后续分析。

在框94中，可选地，随后从所述一系列测量值中选择一个或更多个测量值作为测量结果。

Claims (15)

1.一种采用手持式装置的形式的激光测距仪(1)，所述激光测距仪包括，

■被配置成手动使用的壳体，

■设置在所述壳体中的光电测距单元，所述光电测距单元用于沿测量方向确定所述激光测距仪(1)与目标物体之间的至少一个测量距离，所述光电测距单元包括：

○光发射器，尤其是半导体光源或激光器，所述光发射器用于发射光学测量光束，

○光接收器，所述光接收器用于检测所述光学测量光束的从所述目标物体反射或反向散射的分量，

○光学单元，所述光学单元尤其包括发射光学单元和接收光学单元，所述发射光学单元具有用于使所发射的光学测量光束在测量方向上沿测量轴相对于所述目标物体准直的发射准直透镜，并且所述接收光学单元在所述光接收器的光敏区域上具有用于接收来自接收方向的反射或反向散射的分量的会聚透镜，

○分析和控制单元，所述分析和控制单元用于根据基于所述光学测量光束的一个或更多个脉冲的飞行时间和/或相位测量原理，基于所述光学测量光束的反射或反向散射的分量来确定至少一个测量距离，

■处于所述壳体中的摄像头，所述摄像头被配置成记录所述目标物体的图像，所述摄像头具有沿所述测量方向的视场，

■处于所述壳体中的偏转单元，所述偏转单元用于在所述摄像头的所述视场的至少一个子区域内使所述测量方向相对于所述壳体进行偏转，

■操作和输入排布结构，所述操作和输入排布结构设置在所述壳体处并且被配置成至少操作所述测距单元和所述摄像头，所述操作和输入排布结构具有可视显示器，所述可视显示器设置在所述壳体处并且联接至所述操作和输入排布结构，并且能作为电子取景器在所述可视显示器上显示所述摄像头的图像并且能在所述可视显示器上显示操作状态，

■设置在所述壳体中的控制单元，所述控制单元被配置成按以下方式启用所述测距单元和所述偏转单元：按不同的偏转沿所述偏转的测量路径记录所述测量距离的一系列测量值，并且

■所述操作和输入排布结构被配置成执行随后从所述一系列测量值中选择所述测量距离中的一个或更多个。

2.根据权利要求1所述的激光测距仪(1)，其特征在于，所述偏转单元被配置成具有被限制成小于+/-10°，优选小于+/-5°的角度范围的所述偏转的偏转范围，尤其是其中，所述偏转范围基本上对应于所述装置的所述电子取景器的所述摄像头的所述视场，优选地，其中，所述可视显示器显示叠加有所述一系列测量值的多个测量点的显示的所述摄像头的图像的至少一部分。

3.根据权利要求1和2中的至少一项所述的激光测距仪(1)，其特征在于，所述偏转单元被配置成沿仅一个单一方向偏转，优选沿直线偏转，并且所述操作和输入排布结构按以下方式配置：提供所述一系列测量值作为沿围绕所述测量点的偏转范围的局部分布区段。

4.根据权利要求1和2中的至少一项所述的激光测距仪(1)，其特征在于，所述偏转单元被配置成沿二维方向偏转，并且所述操作和输入排布结构按以下方式配置：提供所述一系列测量值作为沿围绕所述测量点的偏转范围的局部点云。

5.根据权利要求3和4中的至少一项所述的激光测距仪(1)，其特征在于，设置在所述壳体处的惯性测量单元(IMU)或者倾斜或加速度传感器按以下方式配置并链接至所述偏转单元：

所述偏转单元按以下方式启用：在所述偏转范围内沿限定的方向，优选沿水平或垂直方向发生所述偏转，和/或

多个所述一系列测量值形成全局点云，所述全局点云大于所述偏转单元的偏转范围，并且其中，所述全局点云在每种情况下基于所述装置的对准与所述偏转单元的所述偏转的关联方向的结合，其中所述装置的所述对准与所述一系列测量值中的相应测量值相关联并且由所述IMU确定。

6.一种使用尤其根据权利要求1至5中任一项所述的手持式激光测距仪对建筑物或房间进行测量的方法，所述手持式激光测距仪至少包括：

■光电测距仪，

■摄像头，

■显示屏，以及

■用于所述测距仪的测量辐射的偏转单元，

所述方法包括：

■选择测量模式，基于所述测量模式执行所述偏转单元的自动启用，

■利用所述手持式激光测距仪的所述测量辐射的瞄准轴手动瞄准测量点，

■触发测量，

■通过所述偏转单元基于所述测量模式自动偏转所述测量辐射，以根据所选择的测量模式沿测量路径确定围绕所述测量点周围的一系列测量值，其中，所述测量点本身是具有所述一系列测量值的一个点，以及

■存储针对该测量点的所述一系列测量值以用于所述测量点的后续分析，其中随后从所述一系列测量值中选择所述测量值中的一个或更多个作为测量结果。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述测量模式选自以下模式中的至少一个中的一个：

■水平分布测量模式，

■垂直分布测量模式，

■自由方向分布测量模式

■十字分布测量模式，

■圆形采集模式，

■视场表面采集模式，或者

■选定区域表面采集模式。

8.根据权利要求6和7中的至少一项所述的方法，其特征在于，所述测量路径被形成为直线，并且所述一系列测量值形成围绕所述测量点的分布区段，尤其是其中，所述直线的水平参考取向能在所述装置处显示或者根据规定通过所述偏转单元自动保持。

9.根据权利要求6至8中的至少一项所述的方法，其特征在于，所述测量路径形成圆环、椭圆形、十字形或线形，优选地，其中，所述测量路径作为来自所述偏转单元的闭合路径的至少一部分行进。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，具有至少一条直线的折线由处理单元自动匹配到所述分布区段中，该折线作为测量结果被提供，以用于在可视显示器上进行分析。

11.根据权利要求6至9中的至少一项所述的方法，其特征在于，所述测量路径被形成为表面区域的二维扫描路径，尤其是形成为连续的逐行网格扫描或者锯齿扫描，并且所述测量路径的测量结果被提供为围绕所述测量点的局部点云，优选地，其中，诸如直线、折线、圆弧、平坦表面、长方体和/或圆柱体的几何图元由处理单元在所述局部点云中自动地或半自动地识别和/或匹配到所述局部点云中。

12.根据权利要求6至11中的至少一项所述的方法，其特征在于，在所述手动瞄准期间，利用更慢的偏转和/或更低的距离分辨率来执行粗略测量，并且在触发时，利用与所述粗略测量相比更快的偏转和/或更高的距离分辨率来执行精细测量，并且其中，在所述手动瞄准期间，在显示屏上执行所述粗略测量的显示和/或在所述粗略测量中拟合的具有当前瞄准的测量点的标记的折线的显示，利用所述显示，能在进行长距离的所述手动瞄准时选择特定的测量点。

13.根据权利要求6至12中的至少一项所述的方法，其特征在于，通过所述测距仪(1)的作为电子取景器的可视显示器来执行所述手动瞄准，该可视显示器还以图形方式，尤其是以能在所述可视显示器上编辑的方式来提供所述测量模式以及所述一系列测量值。

14.根据权利要求6至13中的至少一项所述的方法，其特征在于，在结束所述瞄准之后，执行随后从所述一系列测量值中选择所述测量值中的一个或更多个或者选择内插在这些测量值之间的值作为所述测量的测量结果。

15.一种具有程序代码的计算机程序产品，所述计算机程序产品被存储在机器可读载体上、被实现为硬布线逻辑、或者实现为通过电磁波体现的计算机数据信号，所述计算机程序产品尤其用于执行根据权利要求6至14中任一项所述的方法的各部分，其中，所述程序代码被配置用于执行被配置为手持式装置的测距仪中的测距单元和偏转单元的启用，该启用按以下方式来执行：优选地，当所述程序代码在根据权利要求1至5中任一项所述的被配置为手持式装置的测距仪中执行时，按不同的对准记录一系列测量值并且随后执行在所述一系列测量值中选择特定的测量值作为测量结果。

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