CN115151788A - 用于测量物体上的方位的设备、方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于监测布置在物体上的多个方位处的勘测反射器的系统，所述系统具有相机和处理数据的处理单元，所述相机包括：‑被布置成照亮与所述相机的视场的至少10％相对应的空间场的一个或多个光源；‑接收来自由所述勘测反射器对所述束的反射的光束并且提供数据的图像传感器；‑具有光学进入系统的本体，所述图像传感器位于第一侧，并且所述光源位于所述本体的第二侧。所述处理单元被配置为由所述图像传感器数据来确定勘测反射器的方位，并且基于所确定的方位与先前确定的方位的比较来检测所述勘测反射器的移动。

Description

用于测量物体上的方位的设备、方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于监测物体上的方位的系统和方法。本发明还可涉及一种用于监测和/或检测物体的移动的系统和方法。

背景技术

用于测量远处物体的方位的系统和方法很长时间以来是已知的，例如在结构的勘测和/或监测的领域中是这样。

WO 2019/143249 A1和WO 2019/143250 A1公开了用于监测物体(例如，结构)的随着时间推移的方位的设备和方法。所公开的系统包括使用位于待测量的方位处的主动光源的信标。这些公开文献提出了用于减少诸如环境光之类的干扰光源的影响以及用于不同信标的有效识别的解决方案。

然而，主动光源需要动力源。对于长期监测而言，这可能需要使用电池，更换电池或(例如使用太阳能面板)在当地收集能量。

US 2018/0224527 A1描述了一种用于检测可以在空间中移动的目标物体的位置的坐标测量装置，该装置具有自动化目标物体识别功能。然而，该装置显示出较大的复杂性，并且当测量多个目标物体时，测量程序将变得相当耗费时间。

US 8,553,212 B2描述了一种用于识别具有测地线测量装置的目标单元的测地线测量系统和方法。该公开文献聚焦于目标单元的识别。然而，如果期望测量并因此识别多个目标单元，则该程序显得相对耗费时间。

发明内容

本文所解决的问题是如何能够监测物体的随着时间推移的方位。更具体地，所解决的问题涉及监测诸如建筑物之类的物体，这些物体相对于地球应该具有固定的位置，但是会随着时间推移而会移动。物体上的方位可能显示出随着时间推移而缓慢变化的位置，并且物体甚至可能作为整体经历变形。原因可能涉及建筑物所在的软的地面、建筑物下方的地下建筑工程(例如，建造地下停车场或地铁)和地震(例如，从建筑物下方的地球方位提取天然气所引起的)。

更具体地，本发明的目的在于克服现有技术的缺点，并且允许监测随着时间推移的方位，同时降低特别是远程的被监测方位的功率消耗，同时仍然提供高效且可靠的监测。特别地，本发明的目的在于减少在被监测方位处对动力源的依赖。

本发明的另一目的在于能够更加时间有效地监测物体上的方位。

本发明的另一目的在于降低用于监测物体上的方位的系统和/或方法的复杂性。

相应地，本发明提供了一种如独立权利要求1中所限定的系统。

本发明还提供了如其他独立权利要求中所要求保护的方法。

在从属权利要求中要求保护有利的实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于监测布置在物体上的多个方位处的勘测反射器的系统，所述系统包括：

相机，所述相机包括：

-一个或多个第一光源，所述第一光源用于发射第一发散束，其中所述一个或多个第一光源被布置成使得由所述一个或多个第一光源照亮与所述相机的视场的至少10％相对应的空间场；

-图像传感器，所述图像传感器用于接收包括由所述多个勘测反射器对所述第一发散束的反射的反射光束，并且用于提供数据；

-本体，所述本体设有光学进入系统，所述本体具有面向所述相机的内部空间的第一侧和背向所述内部空间的第二侧，其中所述图像传感器位于所述内部空间中，并且所述一个或多个第一光源位于所述本体的所述第二侧，其中所述一个或多个第一光源布置在距所述光学进入系统的第一距离处；

和

处理单元，所述处理单元被配置用于处理所述数据；

其中，所述处理单元被配置为由所述数据来确定每个勘测反射器的方位，并且基于每个勘测反射器的所确定的方位与该勘测反射器的先前确定的方位的比较来检测所述多个勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的移动。

使用发射发散束的一个或多个光源使得相机能够同时地捕获位于彼此相距一距离处的多个勘测反射器的图像，而无需移动相机和/或扫描一个或多个光束。一个或多个第一光源被布置成使得由该一个或多个第一光源中的每个第一光源所发射的第一发散光束所形成的积聚光束覆盖该相机的视场的至少10％的空间场。由此，位于相机的视场的10％内的所有勘测反射器都可以被照亮，并因此被同时地监测。

由此，可以避免需要移动相机以扫描由相机发射的光束来监测多个勘测反射器的必要性。这与通常使用准直的激光束的常规系统形成对比。使用准直的激光束具有提供高强度光的优点，然而，如果在相机上提供与无源反射器一起使用，则需要扫描相机以监测多个勘测反射器。

一个或多个第一光源各自发射发散束，该发散束是其截面在二维中具有不可忽略的尺寸的束。在优选实施例中，第一发散束表示锥形的，优选地为正圆锥形的，具有大于0°的第一立体角。或者，第一发散束可以表示椭圆锥。由于发散束的光强度或亮度通量随着距光源的距离而减小，因此应该优选地使用高功率的光源，通常为高功率的LED，以便维持所期望的操作距离，即勘测反射器可以被检测的距离。

在一些实施例中，可以设置一个第一光源，该一个第一光源发射具有足够大以覆盖相机的视场的至少10％或甚至更多的立体角的光束。

根据一实施例，空间场对应于相机的视场的至少50％。在优选实施例中，由一个或多个第一光源所照亮的空间场基本上等于或大于相机的视场。在一些实施例中，可以设置一个第一光源，其中用第一束照亮该相机的整个视场。在其他实施例中，设置两个或更多个第一光源，其中该两个或更多个第一光源的相应的发散光束的组合基本上覆盖该相机的视场。

由此，与依赖扫描系统的现有技术相比，可以更快地执行勘测。此外，因为可以在不依赖移动零部件和/或多个相机的情况下执行多个勘测反射器的勘测和/或监测，因此降低了系统的复杂性。

如本文以上所描述的，在优选实施例中，相机可以设有用作物镜的非折射元件，例如针孔(pinhole)。如WO 2019/143250 A1中所描述的，这具有多个优点，包括与使用形成物镜的折射光学元件(即，一个或多个透镜)的相机相比降低的光学变形。特别地，对于使用非折射光学元件的相机，已经观察到优于使用透镜作为物镜的常规相机的多个优点，其中：

·光学元件的纯几何特性；

·最小或甚至没有色差；

·几乎无限大的景深；

·最小的热敏感性，这是由于设有光学进入系统的本体的非常低的热阻和低的热容量；

·视角仅取决于图像传感器的尺寸以及针孔或狭缝与图像传感器之间的距离；

·可以减小图像传感器和光学进入系统的尺寸；

·它的重量非常轻，这是因为避免了与透镜相关的重量；

·它是便宜的，这是因为避免了透镜的成本；

·相对简单的校准程序。

具有多个第一光源可以是有利的。如果光学进入系统包括非折射元件，例如一个或多个针孔，则相机将对于勘测反射器上的水滴或污垢是较敏感的。这是因为针孔具有无限的景深。通过在相机处提供多个第一光源，可以降低由相机发射的第一束的反射受到棱镜上的干扰的负面影响的概率，从而导致更加强劲的系统。

通过在远离相机的待监测方位处使用作为无源反射器(例如，棱镜)的勘测反射器，并且反射由位于相机处(即，被包含在相机中)的一个或多个光源发射的光，可以省略待监测方位处的动力源。根据将在下文进一步更详细描述的一些实施例，可以在待监测方位处提供附加功能，其需要动力源。然而，这些将是低功率的和/或被配置为仅在有限量的时间内是主动/起作用的。因此，与使用信标或在目标方位处具有主动光源的其他目标物体的系统相比，可以全部避免或至少显著地降低待监测的目标方位处的功率消耗。这减少了维护并且便于安装，特别是对于长期测量而言是这样。

勘测反射器有利地包括棱镜，例如常规的勘测棱镜。这些通常是低成本的且可广泛使用的，从而提供了具有成本效益的系统。优选地，可以使用通常由玻璃制成的高精度的勘测棱镜。或者，勘测反射器可以包括中空反射镜，也被称为猫眼。如本领域技术人员将理解的，其他替代方案也是可以的。

在相机处生成将由勘测反射器反射的一个或多个发散光束，该相机位于中心方位处的监测设定中，在本文档中也被称为相机位置，而勘测反射器(例如，设置在信标或目标单元中的勘测反射器)位于多个不同的远程方位处。因此，相比于由现有技术所描述的位于多个目标方位处的光源的情况，将一个或多个光源定位在一个中心方位处允许使用明显更高的功率水平。相比于在多个远程方位提供动力源，在中心方位处提供充足的动力源，例如电池和/或动力收集系统，是成本更低的和/或需要更少的时间和/或精力。

一个或多个光源可以作为整体位于本体的一侧，或者替代性地，一个或多个光源可以部分地结合在本体中并且被布置成使得在本体的不面向图像传感器的一侧发射光。即是，图像传感器面向所述本体的第一侧定位，并且沿与所述本体的相对的第二侧成法向的方向发射第一束。

第一光源被布置在距光学进入系统(即距相机物镜的中心)的第一距离D1处。如下文将参考附图所解释的，第一距离应该选择成使得第一发散光束的来自勘测反射器的反射通过光学进入系统进入相机并到达图像传感器。

根据相似的限定，第一距离D1小于勘测反射器——第一束撞击在该勘测反射器上——的表面区域的尺寸，例如小于在圆形表面区域的情况下的直径。这种近似基于多个关于监测设定的假设，与由数学上理想情况所表示的设定相关，如在物理中用于建模中常用的那样。这样的假设包括：例如，第一光源是点光源并且位于与光学进入系统所位于的本体相同的平面中，光学进入系统是无限小的，以及勘测反射器在保持光源的本体的以第一光源为中心的平面处投射完美的锥形束。然而，对于第一近似，这种模型提供了对第一距离的良好的理解和初始近似。

在实际情况下，勘测反射器将具有在10mm到200mm的范围内的直径，通常在20mm与100mm之间的直径。第一距离应小于勘测反射器的直径。如果使用不同直径的勘测棱镜，则第一距离应小于勘测反射器的最小直径。如果目标单元，例如图11至图15所图示的，第一距离应小于各个勘测反射器的直径。

第一光源有利地包括发光二极管LED，优选地是高功率的LED。由第一光源发射的光可以优选地在红外范围内，然而其他波长也是可以的。第一立体角可以优选地大于45度，更优选地大于50度，最优选地大于60度。第一光源的数量以及第一光源在本体上的位置可以依据由该第一光源所发射的束的立体角来选择，使得由第一光源的组合所生成的光基本上覆盖相机的视场。由此，位于相机的视场内的所有勘测反射器将被一个或多个第一光源照亮，而无需相机和/或光束的移动。

图像传感器被配置用于接收和检测由一个或多个第一光源所发射的一个或多个第一发散束的反射，该反射来自位于相机的视场的被一个或多个第一发散束照亮的部分内的所有勘测反射器。为此，图像传感器可以优选地是二维传感器。

通过用由一个或多个第一光源生成的一个或多个发散束同时地照射多个分开定位的勘测反射器，可以基本上同时地测量该多个勘测反射器。由此，可以减少系统的复杂性和用于测量所需的时间。

根据一些实施例，本体的光学进入系统包括形成相机的物镜的非折射元件，例如狭缝或针孔。在另一实施例中，非折射物镜光学元件可以包括其他衍射元件，例如菲涅耳波带板(Fresnel zone plate)、光子筛、弓形狭缝、掩模或全息元件。非折射元件允许光通过以进入相机中并且到达图像传感器上，该光包括由第一束反射到勘测反射器上所形成的光束以及环境光。在上文中应经提及并且在WO 2019/143250 A1中详细描述了此类非折射元件及其优点。

根据替代性实施例，光学进入系统包括透镜或透镜系统。优选地，光学进入系统包括单个透镜。如果该透镜是足够薄的，即是低屈光能力的，并且该透镜在本体中的安装相对简单和/或好限定，则在对由图像传感器所记录的数据进行处理中，可以减少和/或考虑(例如，通过建模)由透镜和/或透镜的安装所引入的温度效应。

设有光学进入系统的本体可以是基本上平面的，或者可以具有允许将光学进入系统或相机物镜定位在其中的任何其他几何形状。

处理单元可以位于相机内或相机处，例如在相机的内部空间中，靠近图像传感器。或者，处理单元可以远离相机定位。

有利地通过对由图像传感器所记录的数据的图像处理来确定勘测反射器的位置和/或方位。

该系统可以用于基本上连续地和/或以预定的采样间隔记录数据。为了补偿由于使用发散光束而不是准直的束以及使用非折射光学元件(例如，针孔)而不是相机物镜的透镜所导致的光强度的损失，可以增加由图像传感器测量的信号的积分时间。

在目标方位处使用勘测反射器(例如，棱镜)而不是有源光源呈现了某些挑战，在下文描述的本发明的不同实施例中呈现了解决方案。

环境影响，包括进入相机的环境(漫射的)光，可能会对物体的测量和/或监测形成干扰或噪声。

在一实施例中，处理单元还被配置为通过束的调制将第一代码应用于第一发散束。由此，限定的代码或图案将被应用或叠加到第一发散束上。可以以多种不同的方式应用该第一代码，这些方式可以从信号处理的领域已知。有利地，可以通过第一发散束的幅度调制来提供第一代码，从而导致束的幅度以限定的方式随时间推移而变化。例如，束可以以正弦方式变化，正弦具有限定的频率和/或相位。通过第一发散束的幅度调制，同时由图像传感器顺序地记录数据，并且通过在所记录的数据帧的图像处理期间应用滤波技术，可以抑制环境影响。这些滤波技术降低了处理后的图像中的环境光(读作：恒定光)水平，优选地降低到非常低的水平，而处理后的图像中的调制光没有被抑制。

应当理解，光束的调制可以以各种不同的方式来执行，包括幅度调制、相位和/或频率的调制、不同的偏振等，如本领域技术人员将理解的。如本文所描述的不同频率的调制应被理解为涵盖为束提供使得能够在它们各自的反射束之间做出区分的不同代码的任何合适的手段。

物体的测量和/或监测也可能受到第一发散束的来自除了勘测反射器之外的其他表面的反射的负面影响，该反射可以是漫射的或类似反射镜的。这些反射可能会与来自棱镜的反射相干涉，或甚至会示出为假目标。

然而，由第一光源发射的光来自不同于勘测反射器的物体的反射将不会被以上所提及的技术充分地抑制。因此，本发明的目的可以是减少在相机处生成的光在不同于勘测反射器的物体上的反射的效果。

根据一实施例，所述设备还包括一个或多个第二光源，每个第二光源用于发射第二发散束，其中所述一个或多个第二光源布置在距所述光学进入系统的第二距离D2处，所述第二距离大于一个或多个第一光源所位于的第一距离，并且其中所述处理单元被配置为将第二代码应用于所述第二发散光束，其中所述第二代码不同于所述第一代码。可以以类似于第一代码的方式应用第二代码。类似于第一发散束，第二发散束优选地为锥形形状的，具有大于零的立体角Ω2。

由此，一个或多个第二发散光束与一个或多个第一发散光束是可区分的。具体地，由图像传感器所检测到的第一发散光束的反射与由图像传感器所检测到的第二发散光束的反射是可区分的。这是有利的并且可以如在本文件的其他部分中更详细描述的那样使用。

应该选择第二距离，使得第二发散束的来自勘测反射器的反射不会通过光学进入系统进入相机。根据近似限定，类似于第一距离的近似限定，第二距离大于第一束撞击在勘测反射器上的表面区域的尺寸，例如大于在圆形表面区域的情况下的直径。在上文中，给出了勘测反射器的尺寸(即，直径)的平常值。第二距离应该大于该尺寸。如果使用具有不同尺寸(即，直径)的多个勘测反射器，则第二距离应大于最大尺寸，从而防止第二发散光束的反射通过光学进入系统进入。

因此，可以在图像处理期间和/或通过系统或测量设定中的物理测量来将第一束和第二束彼此区分开。

根据一实施例，第一束以调制频率进行幅度调制，并且第二束以该调制频率的反相进行幅度调制。由此，有利地由非折射元件(例如，针孔)形成的相机物镜将仅看到在棱镜中反射的第一光源。然而，视场中的所有其他物体将会将两个源的光反射回到物镜中。然而，被加在一起的同相调制光和反相调制光将表现为恒定光源，并且在图像处理中会被显著抑制(类似于环境光)。

根据另一实施例，第一光源可以发射第一波长λ1的光，并且第二光源可以发射不同于第一波长的第二波长λ2的光。第一波长和第二波长优选地彼此相对接近，使得图像传感器对该两种波长具有基本上相同的灵敏性。通过将勘测反射器与允许第一波长λ1通过但不允许第二波长λ2通过的带通滤波器配合，仅第一束将被勘测反射器反射。在该实施例中，一个或多个第二光源优选地布置成靠近一个或多个第一光源，即优选地布置在第一距离处，而不是布置在如以上所描述的第二距离处，从而避免分别由第一束和第二束引起的反射表面的照明的差异。然而，该方法也可以为位于第二距离处的第二光源提供可接受的结果。同样在该实施例中，第一束和第二束分别设有第一编码和第二编码。如上所描述的，通过分别减去与第一代码和第二代码相关联的图像，可以获得由勘测反射器引起的反射，环境光的影响已经被滤除。

通过这些不同的实施例，来自勘测反射器的反射可以与来自除了勘测反射器之外的其他表面的类似反射镜的反射区分开，即与假目标区分开。

可能还期望测量相机与勘测反射器之间的距离。特别地，可能期望以时间有效的方式测量该距离。

根据一个实施例，该系统还包括被配置为发射第三发散束的一个或多个第三光源，其中所述一个或多个第三光源布置在距所述光学进入系统的第三距离处，所述第三距离基本上类似于所述第一距离，并且其中所述处理单元还被配置为将第三代码应用于所述第三发散束，其中所述第三代码不同于所述第一代码。如果与以上所描述的一个或多个第二光源一起使用，则第三代码也不同于第二代码。与第一发散束类似，第三发散束优选地为锥形形状的，具有大于零的立体角Ω3。第一发散束和第三发散束具有基本上相同的波长。由分别由第一光源和第三光源所得到的图像，可以测量图像传感器(即，相机)与不同勘测反射器之间的距离。第一光源和第三光源的位置分别是已知的，光学进入系统与图像传感器之间的距离以及光学进入系统的光学性质也是已知的。由此，可以确定与在图像传感器上所检测到的具体反射相关联的相机与勘测反射器之间的距离。一个或多个第一光源和第三光源优选地布置在光学进入系统的相对侧，这是因为这可以使所检测到的反射之间的基线最大化。

有利地，本文所描述的第二光源和第三光源，类似于第一光源，包括发光二极管。除非另有明确描述，否则第一光源、第二光源和第三光源优选地发射基本上相同波长的光。

图像传感器基本上连续地或以指定的采样间隔提供原始数据帧。以不同采样时点记录的一系列这样的原始数据帧经历图像处理的各种不同的步骤，诸如滤波、数学运算等，以便产生表示从相机所发射的光的来自勘测反射器的反射的图像。该系列包括至少两个这样的原始数据帧，但优选更多数量的这样的原始数据帧，该数量甚至可以大至1000、10,000或甚至更大。如本领域技术人员将理解的，还可以包括一个或多个其他步骤。可以为具有不同编码或调制的一个或多个第一光源、第二光源或第三光源分别获得图像，如以上所描述的，同时滤除来自其他光源的贡献。由分别表示源自第一光源、第二光源和/或第三光源的光的反射的图像，可以获得各种不同的信息。

例如，如本文所描述的，通过减去与第二光源相关的图像，即可以从与第一光源相关的图像(即，已到达图像传感器的具有第一代码的反射光)减去由图像传感器所检测到的具有第二代码的反射光。由此，可以获得源自已经被一个或多个勘测反射器所反射的第一发散光束的信息。已经看到这种技术抑制了第一发散束的来自不同于勘测反射器的反射表面(即，来自所谓的假目标)的反射。使用这种技术已经实现了大于10dB的抑制，特别地10dB至50dB或甚至更多的抑制。

通过将与第一编码的光相关联的图像和与第三编码相关联的对应图像组合，可以确定相机与勘测反射器之间的距离。此外，从所得到的图像的对称性质可以鉴别假目标。

附加的处理步骤可以应用于由图像传感器所记录的数据和/或通过处理该数据而获得的图像。特别地，可以应用相关技术，例如当将图像与一个或多个先前获得的图像和/或规范数据进行比较时，从而检测和/或确定勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的移动和/或物体的变形。

根据实施例，处理单元还被配置为将命令代码应用于所述第一发散束。由此，可以将提供指令、信息和/或请求的命令或信号发送到勘测反射器。通过将该命令或信号应用于第一发散束，该命令或信号将被同时地广播到由第一发散束所照亮的所有勘测反射器。为此，勘测反射器可以设有目标单元或具有布置在勘测反射器旁边的目标单元，该目标单元包括用于接收命令的接收器、用于检测和处理该命令的目标处理单元，并且优选地包括用于响应命令而执行动作的一个或多个其他特征。例如，这样的目标单元可以设置和/或包括如下文所描述的勘测反射器识别单元。例如，这种命令或信号的示例可以是通过响应于命令而发出识别信号来请求勘测反射器识别它们自身的命令。替代性地或附加地，可以通过该技术从勘测反射器请求其他类型的信息，例如遥测数据。

本发明的另一目的在于使得能够将不同的勘测反射器彼此区分开。

在一实施例中，该系统还包括勘测反射器识别单元，所述识别单元被配置为当从相机请求时发射识别信号，其中识别信号对于每个勘测反射器是独特的。该勘测反射器识别单元被配置为布置在勘测反射器处。

勘测反射器识别单元有利地包括：

-光接收器，所述光接收器用于接收由相机发射的第一发散束；

-微控制器，所述微控制器联接到所述光接收器；和

-识别单元光发射器，所述识别单元光发射器被配置为当通过所述微控制器接收到用于所述识别单元光发射器的命令时发射所述识别信号。识别信号可以有利地以代码的形式发射，该代码被发射持续一段有限的时间。

光接收器可以有利地是超低功率、高灵敏性的光接收器，仅具有低功率消耗。在WO2020/027660 A1中描述了这种接收器的示例。光接收器可以被配置为基本上连续地接收第一光束，微控制器确定在第一光束中是否提供了用于识别信号的命令或请求。

相机可以有利地被配置为通过由第一光源发射的光来发射用于识别信号的命令或请求，例如作为添加或叠加到第一发散光束上的信号或代码。由此，用于识别的请求被同时地发送到由一个以上的第一发散光束所覆盖的视场的部分内的所有勘测反射器。即是，由每个勘测反射器接收相同的识别请求，作为响应，每个勘测反射器将它们的独特的识别信号发射回到相机。

这使得能够以基本上自动化的方式在由一个或多个第一光源照亮的相机的视场的部分内基本上同时地识别每个勘测反射器，因此进一步便利于多个勘测反射器的自动的勘测和/或监测。

由于可以包括例如发光二极管的识别单元光发射器响应于用于该识别单元光发射器的请求而仅发射识别信号，因此可以将识别单元的能量消耗维持地很低。

可以以本领域技术人员将理解的方式对以上所描述的不同的实施例进行组合。

在本发明的第二方面中，提供了一种用于监测在物体上的多个勘测反射器的方法，所述方法包括：

-通过以下在第一相机位置处监测所述方位：

-通过一个或多个第一光源中的每一个第一光源朝向所述多个勘测反射器发射第一发散束，所述第一发散束具有大于零的立体角，其中通过来自所述一个或多个第一光源的所述一个或多个第一发散束基本上同时地照射所述多个勘测反射器，其中所述一个或多个第一光源被维持在基本上固定的位置；

-通过图像传感器记录表示反射光束的数据，所述反射光束包括由所述多个勘测反射器对所述第一发散束的反射；以及

-通过对所述数据的图像处理来由所述数据确定每个勘测反射器的方位，并且基于每个勘测反射器的所确定的方位与该勘测反射器的先前确定的方位的比较来检测所述多个勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的移动。

可以有利地使用根据第一方面的系统来执行根据本发明的第二方面的方法，从而实现对应的效果和优点。

在优选的实施例中，对数据的图像处理包括关于第一方面所描述的一个或多个步骤。

特别地，该方法还可以被配置为减少环境干涉和/或来自假目标的干扰，如上面参考第一方面所描述的。

在一实施例中，将第一代码应用于第一发散束。这可以根据参考第一方面所描述的方法中的任何方法来应用。当对所述数据进行图像处理时，可以应用滤波技术，从而将源自所述第一束的反射的光与其他光源和/或其他反射区分开。

根据一些实施例，该方法还包括以下步骤：

-提供设有允许光通过的光学进入系统的本体，所述本体具有第一侧和第二侧，并且将所述本体布置成使得所述第一侧面向所述相机的内部空间，并且所述第二侧背向所述内部空间，使得所述图像传感器在所述内部空间中布置在所述本体的第一侧，并且所述一个或多个第一光源布置在所述本体的所述第二侧；

-将所述一个或多个第一光源布置在距所述光学进入系统的第一距离D1处；

-将一个或多个第二光源布置在大于所述第一距离D1的第二距离D2处，以及通过所述一个或多个第二光源中的每个第二光源发射第二发散束；以及

-将第二代码应用于所述第二发散束，其中所述第二代码不同于所述第一代码。

优选地如本文以上参考第一方面所限定的那样限定第一距离和第二距离。可以根据上面参考第一方面所描述的技术中的一个或多个技术来应用第一代码和第二代码。

根据一些实施例，该方法还包括：

-由设有所述第一代码的反射光生成第一图像；

-由设有所述第二代码的反射光生成第二图像；和

-由所述第一图像减去所述第二图像，以及由所得到的图像确定所述勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的位置和/或移动。

由此，由第一束(即，测量束)的反射所得到的图像可以与由环境影响所引起的干扰分离开。

本发明的另一目的在于将来自勘测反射器的反射与其他类似反射镜的反射(即，假目标)区分开。

根据一实施例，该方法还包括：提供一个或多个第三光源；以及将第三代码应用于第三发散束，所述第三代码不同于第一代码。第三光源布置在距所述光学进入系统第三距离D3处，所述第三距离相当于第一距离。可以如上所描述的执行应用编码的过程。该方法还包括基于分别针对第一发散束和第三发散束的反射所获得的图像来确定所检测到的图像是源自于勘测反射器或源自于不同的反射元件的步骤。这可以基于所检测到的图像相对于光源的方位是否成镜像来确定。

第一光束和第二光束的来自勘测反射器的反射将分别在通过对数据的图像处理所获得的图像中示出为两个单独的、可区分的目标。如果从棱镜反射，或者如果光源位于中空反射镜的焦距之外则从中空反射镜反射，则图像将相对于棱镜或中空反射镜的中心示出为成镜像。由此，可以验证这些反射是源自于勘测反射器，而不是源自于相机的视场内的不同的反射表面。

本发明的另一目的可以是确定相机与勘测反射器之间的距离。

这可以通过一实施例来实现，其中该方法还包括提供如本文以上所描述的一个或多个第三光源，优选地在所述非折射元件的与第一光源相对的一侧。由所得到的图像中第一点p1与第二点p2之间的距离来确定所述相机与勘测反射器之间的距离，所述第一点源自于从所述第一光源发射的光的来自所述勘测反射器的反射，所述第二点源自于从所述第三光源发射的光的来自所述勘测反射器的反射。

在该实施例中，由于第一光源和第三光源相对于彼此的位置以及相对于光学进入系统(例如，诸如针孔之类的非折射元件)的位置，所以可以确定相机与勘测反射器之间的距离。第一光源和第三光源不必位于非折射元件的相对侧，然而这可能是优选的，因为它使两个光源之间的基线最大化，同时两种光源都保持在距光学进入系统的设定的最大距离内。

用于测量距离的实施例可以有利地与以上所描述的用于抑制不希望的反射的实施例中的任一个实施例组合。由此，可以区分和/或抑制反射，同时可以测量相机与勘测反射器之间的距离。

根据一实施例，可以通过该方法确定距离，该方法还包括：

-为本体设置第一光学进入系统和第二光学进入系统；

-由所述第一光学进入系统与所述第二光学进入系统之间的基线、以及由所述第一光学进入系统和所述第二光学进入系统所得到的投射的目标图像之间的距离，来确定所述相机与所述勘测反射器之间的距离。

如本文以上所描述的，第一光学进入系统和第二光学进入系统可以包括非折射元件，例如针孔，或者一个或多个透镜，优选地单个透镜，用作相机的物镜。

根据另一实施例，可以通过使用位于不同相机位置的两个相机来确定距离，这些相机被布置成观察同一组勘测反射器，其中相应的相机的光学轴线相对于彼此倾斜。该方法还包括：

-在第二相机位置处监测所述方位，所述第二相机位置定位在距所述第一相机位置的一距离处，在所述第一相机位置与参考勘测反射器之间的第一观察线相对于在所述第二相机位置与所述参考勘测反射器之间的第二观察线成一角度定向；以及

-基于在所述第一相机位置和所述第二相机位置处的所述监测来确定所述勘测反射器的三维坐标；

其中，与在所述第一方位处的所述监测类似的方式执行在所述第二方位处的所述监测。

如本领域技术人员可以理解的，可以根据各种不同的方法确定三维坐标。例如，可以使用三角测量方法。通常，上述设定中的一个或多个参数，例如一个或多个特征之间的距离和/或一个或多个特征相对于彼此的取向的角度，是已知的。

勘测反射器的三维坐标的确定将需要由两个相机监测的最少量的勘测反射器，以及一个或多个距离(两个勘测反射器之间的距离、两个相机之间的距离、或相机中的一个相机和勘测反射器中的一个勘测反射器之间的距离)是已知的。这将提供具有多个未知数的一组等式，这些等式可以通过已知的数学方法来求解。可选地，另外可以测量该相机的取向或倾斜度(俯仰和滚动)，例如通过设置在相机上的倾斜传感器。知道相机的倾斜度会减少求解该等式所需的勘测反射器的数量。

如上面参考第一方面所描述的，本发明的另一目的可以是在不同的勘测反射器之间做区分。

根据一实施例，该方法还包括：

使用所述一个或多个第一光源发射勘测反射器识别命令；以及

响应于所述勘测反射器识别命令，由位于所述勘测反射器处的识别单元光发射器发射识别信号。

有利地，以代码的形式发射识别信号，该代码发射持续一段有限的时间量。优选地，识别信号对于每个勘测反射器是独特的，特别是对于相邻的勘测反射器是独特的。对于位于足够远以基于距离彼此可区分的勘测反射器而言，可以重复使用识别信号或代码。在这种情况下，当结合识别信号来检测和/或解释时，它们可以与提供独特识别的附加代码或信号组合。

这可以通过使用如上所描述的勘测反射器识别单元来实现。

根据第三方面，提供了一种用于监测布置在物体上的多个方位处的勘测反射器的系统，所述系统包括：

相机，所述相机被配置用于监测所述勘测反射器，所述相机包括：

-一个或多个第一光源，每个第一光源用于发射第一发散束；

-一个或多个第二光源，所述第二光源用于发射第二发散束；

-图像传感器，所述图像传感器用于接收包括由所述多个勘测反射器对所述第一发散束的反射的反射光束，并且用于提供数据；和

-本体，所述本体设有光学进入系统，所述本体具有面向所述相机的内部空间的第一侧和背向所述内部空间的第二侧，其中所述图像传感器位于所述内部空间中，并且所述第一光源和所述第二光源位于所述本体的所述第二侧；

处理单元，所述处理单元被配置为处理所述数据；

其中，所述第一光源布置在距所述光学进入系统的第一距离D1处，并且所述第二光源布置在距所述光学进入系统的第二距离D2处，所述第二距离大于所述第一距离；

其中，所述处理单元被配置为将第一代码应用于所述第一发散束，并且将第二代码应用于所述第二发散束，其中所述第二代码不同于所述第一代码。

根据第三方面的系统的特征优选地与根据第一方面的系统的对应的特征相似或类似，并且可以与其特征或实施例中的任何一个组合。

第一发散束和第二发散束是具有大于零的立体角的发散束，并且可以优选地为锥形形状的。

特别地，处理单元以上面参考第一方面所描述的方式有利地操作和/或起作用。

根据第四方面，提供了一种用于监测物体上的方位的方法，所述方法包括：

-在所述物体上设置多个勘测反射器，每个勘测反射器设置在所述方位中的一个方位处；

-通过以下来监测所述方位：

-通过一个或多个第一光源中的每个第一光源朝向所述多个勘测反射器发射第一发散束；

-通过一个或多个第二光源中的每个第二光源朝向所述多个勘测反射器发射第二发散束；

-通过图像传感器记录表示反射光束的数据，该反射光束包括由所述多个勘测反射器对所述第一发散束的反射；和

-通过对所述数据的图像处理来由所述数据确定每个勘测反射器的方位，并且基于每个勘测反射器的所确定的方位与该勘测反射器的先前确定的方位的比较来检测所述多个勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的移动；

其中，所述方法还包括将第一代码应用于所述第一发散束，并且将第二代码应用于所述第二发散束，其中所述第二代码不同于所述第一代码。

这些特征特别地使得能够将勘测反射器的反射与其他反射和/或进入相机的环境光区分开，和/或减少来自环境影响和/或来自不同于勘测反射器的表面的反射的影响和/或干扰。

可以有利地使用根据第三方面的设备来执行根据第四方面的方法，从而获得如上文参考第三方面所描述的技术效果和/或优点。

根据第四方面的方法可以包括参考第二方面所描述的一个或多个步骤或特征。

根据本发明的第五方面，提供了一种信标，所述信标包括如上所描述的勘测反射器。此外，信标可以包括如上所描述的勘测反射器识别单元。此外，在信标中，勘测反射器可以设有，即配备有光学带通滤波器和/或有源调制器，如上以上所描述的。

根据第六方面，提供了一种用于监测物体上的方位的系统，包括根据第一方面或第三方面的系统以及多个根据第五方面的信标。

如以上所描述的，与使用准直的激光束的常规勘测系统形成对比，使用宽的发散束，优选地来自LED的宽的发散束。使用发散光束会导致勘测反射器处的较低的照明通量或单位截面积的光强度。因此，到达相机和图像传感器的反射光的强度会较低。这可能会对系统的操作范围造成不期望的限制。特别是在优选实施例中，其中相机设有针孔或其他非折射光学元件作为物镜，这可能导致图像传感器处非常低的光强度。因此，期望增加到达图像传感器的反射光的光强度。

根据第七方面，提供了一种用于以上所描述的系统或方法中的任一者的目标单元，该目标单元包括布置在单独一个平面中的多个勘测反射器。

与在待监测的物体处的多个方位中的每个方位使用单独的勘测反射器的情况相比，通过使用包括布置在单独一个平面中的多个勘测反射器的目标单元，增加了反射光的量，从而导致图像传感器处较高的光强度。由此，可以增加诸如本文以上所描述的勘测系统之类的勘测系统的操作距离和检测范围。包括多个勘测反射器(例如勘测棱镜)的目标单元与常规使用的单独勘测反射器相比在更大的距离处是可见的。

勘测反射器是例如由玻璃制成的类型的优选地是高精度的勘测反射器。与勘测应用中常规使用的低成本模制的塑料棱镜相比，这些是高精度机加工的玻璃棱镜，提供了反射光的明显更高的精度和强度。

在多个勘测反射器的对应点或方位都布置在相同平面中的意义上，勘测反射器布置在单独一个平面中。由此，有效地实现了基本上平面的勘测反射器，从而具有比单个勘测反射器更大的反射面积。

可以注意到，因为增加单个勘测反射器或棱镜的尺寸不会导致强度的增加，因此为了增加反射光的强度，需要多个勘测反射器。

如以上所提及的，各个勘测反射器的最小尺寸被认为是由第一光源(通常为LED)与被用作相机物镜的针孔或其他非折射光学元件之间的距离所确定的。根据理论，当使用具有面向入射光束的圆形基部的勘测反射器或棱镜时，该圆形基部的直径应至少等于该距离。当使用具有三角形或六边形基部的棱镜时，该基部应具有使得假想内接圆的直径至少与该距离一样大的尺寸。

根据一实施例，勘测反射器布置成阵列，所述勘测反射器中的一个勘测反射器布置在该阵列的中心，所述中心表示所述阵列的对称点。如所提及的位于单独一个平面中的阵列可以相对于中心反射器具有镜像对称性和/或旋转对称性。例如，勘测反射器可以被布置成六边形阵列图案。以这种方式，勘测反射器以有效的布置方式布置，即被密集地排列，从而使目标单元的反射面积最大化。由于勘测反射器的对称布置，与单一勘测反射器相比，由多个勘测反射器反射的光的强度或功率的增加将在竖直方向和水平方向上基本上相等。

根据一个实施例，每个勘测反射器具有被配置用于接收入射光束的表面，其中所述表面是基本上圆形的。或者，可以使用其他形状(例如三角形或六边形)的光接收表面或反射器的基部。

特别地，当勘测反射器(通常为棱镜)具有接收入射光束的圆形基部或前面时，六边形布置提供了反射器的有效布置。此外，对于接收入射光的基部或前面的其他形状(例如三角形)，六边形布置可以提供最有效的排列。或者，当使用具有三角形基部的勘测棱镜时，反射器可以以它们的三角形边彼此邻接来布置。

根据一实施例，由多个勘测棱镜实现所述多个勘测反射器，所述棱镜优选地是基本上一致的，并且其中所述棱镜的被配置用于接收入射光束的表面布置在所述单独一个平面中。

根据另一实施例，由多个中空反射镜实现所述多个勘测反射器，每个中空反射镜具有中心点，所述中空反射镜优选地是基本上一致的，并且其中所有反射镜的所述中心点布置在所述单独一个平面中。

根据一实施例，所述多个勘测反射器包括13个至35个反射器。目标单元中的勘测反射器的数量通常被选择成以便实现对由相机和/或勘测系统所发射的光束的有效反射，同时维持目标单元的反射区域以相对于相机被认为是基本上点状的。目标单元中所包括的各个勘测反射器的数量可以依据相机与目标单元之间的距离来设定。增加目标单元中的勘测反射器的数量通常会增加系统的操作距离或检测范围。

可以组合目标单元的不同实施例的特征。

根据第八方面，根据本文以上所描述的第一方面和/或第三方面的系统还包括多个根据第七方面的目标单元。

总之，根据有利的实施例，提供了根据第一方面和/或第三方面的系统，其中相机使用针孔或其他非折射光学元件作为物镜以及布置在待监测的物体处的根据第七方面的多个目标单元。如本文以上所描述的，将由目标单元的勘测反射器所反射的勘测光在相机处被生成为一个或多个发散光束，该一个或多个发散光束形成具有一立体角的发散光束，使得相机的视场的至少10％，优选地50％或更多被该发散光束照亮。通过该系统，可以以高角度精度监测诸如建筑物或其他结构之类的物体的点或方位，同时该系统避免使用任何移动的零部件。

与使用准直的激光束和具有基于透镜的物镜的相机的常规系统相比，尽管使用宽束(例如由LED发射的发散束)与使用针孔而不是透镜作为相机物镜相结合可能会导致光的损失，但是已经实现了提供具有高精度测量的可靠系统。如本文以上所描述的，可以通过使用高功率的LED光源、结合该测量和/或在待监测的物体上的各个方位处使用多个勘测反射器来补偿光的损失。

附图说明

下面将参考随附的附图来描述本公开的实施例。然而，本公开的实施例不限于具体的实施例，而应被理解为包括本公开的所有变型、变化、等效装置和方法、和/或替代性实施例。

如本文所使用的术语“具有”、“可以具有”、“包括”和“可以包括”指示存在对应的特征(例如，诸如数值、功能、操作或部分等的元件)，并且不排除存在附加特征。

如本文所使用的术语“A或B”、“A或/和B中的至少一个”或“A或/和B中的一个或多个”包括与其列举的项目的所有可能的组合。例如，“A或B”、“A和B中的至少一个”或“A或B中的至少一个”是指：(1)包括至少一个A；(2)包括至少一个B；或(3)包括至少一个A和至少一个B。

如本文所使用的诸如“第一”和“第二”之类的术语可以修饰各种不同的元件，而不论对应的元件的顺序和/或重要性如何都是如此，并且不限制该对应的元件。这些术语可以被用于将一个元件与另一元件区分开的目的。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将第一元件称为第二元件，并且类似地可以将第二元件称为第一元件。

应当理解，当一个元件(例如，第一元件)“(能够操作地或能够通信地)与另一元件(例如，第二元件)联接/联接到另一元件(例如，第二元件)”或“连接到另一元件(例如，第二元件)”时，该元件可以与另一元件直接地联接/直接地联接到另一元件，以及在该元件与另一元件之间可能存在中间元件(例如，第三元件)。相反，应当理解，当一个元件(例如第一元件)“与另一元件(例如，第二元件)直接地联接/直接地联接到另一元件(例如第二元件)”或“直接地连接到另一元件(例如第二元件)”时，在该元件与另一元件之间不存在居间元件(例如第三元件)。

如本文所使用的表述“被配置为(或被设定为)……”可以根据上下文与“适合于……”、“具有……能力”、“被设计为……”、“适于……”、“被制成为……”或“能够……”互换使用。术语“被配置为(被设定为)……”并不一定表示在硬件水平上的“专门被设计为……”。相反，表述“被配置为……的设备”可以表示该设备与某一上下文中的其他装置或部分一起“能够……”。

在描述本公开的各种不同的实施例中使用的术语是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式也旨在包括复数形式。本文所使用的所有术语，包括技术术语或科学术语，具有与相关领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义，除非它们另有限定。通常使用的词典中限定的术语应被解释为与相关技术的上下文含义具有相同或相似的含义，而不应被解释为具有理想或夸大的含义，除非它们在本文中被明确地限定。根据情况，即使是在本公开中所限定的术语也不应被解释为排除本公开的实施例。

为了确定由本文件的权利要求所赋予的保护范围的目的，应当适当考虑与权利要求中所指定的元件等效的任何元件。

下面将参考所附的附图更详细地讨论本发明，在附图中：

图1A至图1C描绘了用于监测物体的位置和/或移动的系统的多个示意性设定；

图2示意性地图示了根据本发明的一般实施例的系统；

图3示意性地图示了根据本发明的另一实施例的系统；

图4示意性地图示了用于减少环境干涉的设定；

图5A示意性地图示了用于将来自勘测反射器的反射与其他反射元件区分开的设定；

图5B至图5E示意性地图示了图5A的原理；

图6示意性地图示了根据一实施例的示意性测量设定；

图7示意性地图示了根据一实施例的使得能够识别勘测反射器的布置；

图8描绘了可以被用于本发明的相机的功能概括图；

图9示出了根据本发明的相机的示例性壳体；和

图10示出了系统的功能的示例的流程图。

图11示出了根据本发明的一实施例的目标单元；

图12A至图12D示意性地图示了根据不同实施例的图11的目标单元的截面图；

图13A至图13D示出了根据本发明的实施例的目标单元中的勘测反射器的布置；

图14A到图14C示出了根据本发明的实施例的目标单元中的勘测反射器的布置；

图15提供了图14A的布置的后视图。

具体实施方式

总体上，本发明涉及通过跟踪附接到物体的一个或多个勘测反射器来勘测物体或跟踪物体的移动。更具体地，本发明涉及包括相机的设备，该相机设有被配置为发射发散光束的一个或多个光源，以用于测量和/或跟踪物体上的位置。

尽管使用具有由相机物镜处的针孔形式的非折射元件形成的光学进入系统(即，相机物镜)的相机来描述图示实施例，但应当理解，非折射元件可以可替代的是本文以上所提及的非折射元件中的任一种。或者，光学进入系统可以由透镜系统形成，例如包括单一透镜的透镜系统。类似地，尽管使用棱镜作为勘测反射器来描述实施例，但是应当理解，也可以使用不同的反射元件，例如另一类型的棱镜或中空反射镜。

图1A示出了在其中监测物体3的系统的可能设置。该系统包括传感器设备，如相机7。该系统还包括多个勘测反射器1，该多个勘测反射器1在多个方位处附接到物体3。物体3被示出为包括一个或多个建筑物，勘测反射器1固定到该一个或多个建筑物。然而，物体3也可以可替代的是任何其他结构，如塔、隧道(图1B)或桥梁(图1C)，但也可以是车辆(如陆地上的船)或自然物体，如大石头。

通过监测或测量该勘测反射器1的位置来监测物体3。通过监测物体随着时间推移的位置，可以检测该物体3的全部或部分的移动。优选地，也可以确定移动的量、程度和/或方向。从而可以监测该物体3的诸如稳定性或完整性之类的状态或机械性质。

示出了一个相机7。然而，该系统可以包括多个相机7。

根据本发明，相机7被布置成生成发散光束5(也被称为第一束)并且将该发散光束5发送到多个勘测反射器1。勘测反射器1反射发散光束5的入射在该勘测反射器上的部分，从而形成被反射回到相机7的反射束6。如下文将进一步更详细地描述的，一般是基本上锥形的光束5具有覆盖相机7的视场的立体角(solid angle)Ω1。由此，可以基本上同时地监测该多个勘测反射器1。

图1B示出了隧道3中的实施方式。具有轨道枕木12的轨道延伸穿过隧道3。隧道壁和轨道枕木12两者都设有勘测反射器1。相机7被布置成观察该相机的视场中的所有勘测反射器1。

图1C示出了在桥梁3上的实施方式。桥梁3设有多个勘测反射器1。相机7被布置成观察所有勘测反射器1。

可以由单个高精度勘测反射器，例如勘测棱镜，来实现图1A至图1C所图示的勘测反射器1。或者，可以在每个方位处提供多个勘测反射器，有利地由下文中参考图11和图12A至图12D所描述的目标单元1100、1101、1102、1103来实现该多个勘测反射器。

图2提供了根据本发明的第一方面的用于监测物体3上的多个方位的系统20的测量原理的示意图。为了便于光学原理的说明和理解，图2将系统20图示为监测一个勘测反射器21。然而，如例如图1A至图1C所图示的，可以使用系统20，特别是该系统20的相机27，以用于监测多个这样的勘测反射器。在图示实施例中，勘测反射器21由棱镜形成，然而也可以使用其他类型的反射器，例如中空反射镜。或者另外，可以使用如图11至图15所图示的包括多个这样的反射器的目标单元而不是单个反射器21。

系统20包括相机27和处理单元29，该处理单元29可以被包含或布置在相机27内。或者，该处理单元29可以远离相机27布置。

相机27包括第一光源22，该第一光源22发射发散束25，也被称为第一发散束。第一光源22通常包括发光二极管LED。第一束25具有第一立体角Ω1，该第一立体角优选地足够大以基本上覆盖该相机27的整个视场。或者，如以上所描述的，可以设置多个第一光源22，以便基本上覆盖相机的视场。在这样的实施例中，每个束的立体角不一定覆盖视场，只要束的组合基本上覆盖视场即可。因此，位于相机的视场内(即，被相机看到)的所有勘测反射器21都被第一束25照射，而无需移动、旋转或扫描该相机或光束(可能的例外是一个或多个勘测反射器被障碍物遮蔽，例如在图1A中示出的监测建筑物的情况下的行人或车辆，或在图1B中示出的监测隧道的情况下的火车)。在设置多个第一光源22的情况下，所有的勘测反射器将被来自光源中的至少一个光源的束所照射。

对于一些实施例，第一发散束25或由多个第一光源22发射的第一发散束的积聚仅部分地覆盖该相机的视场。对于许多勘测应用而言，这可能就足够了。部分覆盖率可以例如为至少10％或更多，在一些实施例中为至少50％，这取决于应用。

第一束25优选地是幅度调制的，从而呈现出该第一束的幅度在时间上的限定的变化。替代性地和/或附加地，可以将其他类型的编码(coding)应用于第一束，如在本文中在以上发明内容部分中更详细描述的。通过在数据的图像处理期间应用适当的滤波技术，如以上所描述的，可以减少环境对测量的影响，例如由环境光引起的干涉。

勘测反射器21将反射第一束25的该勘测反射器所接收的部分，形成反射束26，该反射束26被反射回相机27。

设备20还包括图像传感器24，该图像传感器24被布置用于接收反射光，即反射束26的进入相机27的部分261。作为接收反射光261的结果，图像传感器24生成数据，在优选的实施例中，生成二维图像形式的数据。

在图像传感器24与第一光源22(或至少该第一光源的发射表面)之间布置有本体28，在图示实施例中，该本体28是基本上平面的。本体28是不透光的，并且包括光学进入系统，在图示实施例中，该光学进入系统呈诸如针孔(pinhole)23之类的非折射元件的形式，从而形成相机的物镜。在图示实施例中，本体28形成相机的壳体的一部分。

尽管本文的描述将集中在由针孔形成的光学进入系统上，但是其他类型的非折射元件，特别是如WO 2019/143250 A1中所描述的，可以是同样良好的适用，作为折射元件也可以，例如单个薄透镜。

处理单元29被配置为总体上通过对由图像传感器所提供的数据的图像处理来由该数据确定每个勘测反射器的方位，并且基于每个勘测反射器的所确定的方位与其先前确定的方位的比较来检测该多个勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的移动。

通过用由一个或多个第一光源所生成的发散束来同时地照射位于相机的视场内的所有勘测反射器，可以基本上同时地测量所有勘测反射器，而无需移动该相机和/或扫描第一束。由此，可以减少系统的复杂性和用于测量所需的时间。勘测反射器是无源反射元件，因此不需要任何动力源。

第一光源22被布置在距针孔22的第一距离D1处。近似地，第一距离D1小于勘测反射器21的第一束26入射至其上的表面区域或光圈(aperture)的直径例如D。如果光源将位于该半径之外，则观察者(即，针孔23)将不能“看到”第一光源的反射，如遵从光学原理的。光源22可以很好地近似地被假定为点源。完美的勘测棱镜将反射由第一光源所发射的发散束(如果束宽度足够宽以覆盖该棱镜的整个光圈的话是这样)回到(点)源。反射源到与该源位于相同位置的观察者的视距是源到棱镜的距离的两倍。反射束的束宽度或立体角(以度或球面度为单位)受棱镜的光圈和源与棱镜之间的距离的限制。在源的方位处的反射束斑的直径是棱镜的光圈的直径的两倍(这是因为虚拟源22v是从源到棱镜的距离的两倍)。虚拟源22v的斑的中心与点源22位于相同的位置。因此，与光源距棱镜相同距离的观察者(或光接收器)，将仅能够“看到”反射源，如果该观察者(或光接收器)位于棱镜的距光源的直径的半径(一半)范围内的话是这样。换言之，如果第一光源22位于距针孔不超过棱镜直径的距离内，则第一束25在棱镜21中的反射251仅出现在针孔23处。该原理将被用于不同的实施例中，以用于区分和/或减少环境光和/或第一束的来自不同于勘测反射器的其他表面的反射的影响，如下文将更详细描述的。

图3示意性地图示了根据另一实施例的系统30。系统30类似于图2中所图示的设备20，但是除了第一光源321之外，相机37还设有附加光源，也被称为第二光源322。第二光源322类似于第一光源，并且布置在距针孔33的第二距离D2处，该第二距离D2大于第一距离D1。类似于第一距离D1的近似限定，第二距离D2大于棱镜31的直径D。第一光源321和第二光源322可以位于针孔33的相对两侧，但这不是必需的。类似于第一光源321，第二光源322也发射发散光束，该发散光束呈具有第二立体角Ω2的第二束352的形式，优选地该第二立体角足够大以覆盖该相机的视场。进一步类似于图2的实施例，可以设置多个第一光源321和多个第二光源322。遵从以上参考图2所总结的理论，这表示由棱镜31对第二光源322的反射362不会通过针孔33进入，而第一光源361的反射将(如以上参考图2所描述的)这样。可以看出，与第二光源322对应的虚拟源322v在针孔33处将是不可见的。由此，根据本发明的实施例，这种设定有助于抑制来自假目标的反射。

除了勘测反射器31之外的位于针孔33的视场中并且被第一束321照射的元件或表面也可以漫射地或作为类似反射镜的表面来反射光。这些反射可能会干涉来自棱镜31的反射，或甚至会生成假目标。为了获得可靠的测量结果，即对要监测的物体进行可靠和相关的监测，期望能够在这种不希望的反射与第一束的来自棱镜的反射之间做出区分。

这可以通过将第一代码应用于第一束来实现，例如通过以指定的调制频率对从第一光源321发射的第一束351进行幅度调制，并且向第二束提供第二代码。如以上所描述的，只有第一光源321在棱镜中的反射而不是第二光源322在棱镜中的反射将到达针孔。视场中的其他元件会将两个源的光反射回到针孔中。

通过为分别由第一光源321和第二光源322发射的光分别给予不同的代码——代码1和代码2，分别来自第一光源和第二光源的信号在处理来自图像传感器的数据期间可以被分开。这已经在本文的以上发明内容部分中更详细地描述。

通过减去在对第一代码和第二代码分别滤波之后所获得的两个图像，可以获得由棱镜31引起的反射。根据由减去所得到的图像，可以确定棱镜31的位置和/或移动。

或者，可以在棱镜31处，即在棱镜31的前面，设置光学带通滤波器，从而允许一种波长的光通过，但不允许其他波长的光通过。具有第一波长并且设有第一代码的第一光束将被棱镜反射，但是具有第二波长并且设有第二代码的第二光束不会将被棱镜反射。由此，棱镜将仅反射来自第一光源321的光，而相机的视场中的其他元件将反射来自第一光源321和第二光源322两者的光。这种方法也适用于第二光源位于距针孔33小于棱镜的直径的距离处的情况。

在另一实施例中，如图4所图示的，通过勘测反射器41与有源调制器412(例如，液晶调制器)相配合来减少环境干涉对勘测反射器的测量的影响，该有源调制器412调制该反射光46的幅度，以用于可以区别于恒定光，即环境光的特定的频率。同样对于该实施例，一个光源42就足够了。由一个光源发射的光束45不必被调制，但这仍然可以是这种情况。

在图5A所图示的实施例中，相机57包括第一光源521和附加光源，在本文中也被称为第三光源522。两个光源都位于距针孔53的距离d内。使用上述近似限定，距离d不超过勘测反射器51的直径D。因此，第一光束521和附加光束522两者的分别被勘测反射器51所反射的反射束561、562的部分将进入针孔53。由于它们的不同代码，使用图像处理可以区分图像传感器54上的相应投射。光源521、522可以有利地位于针孔53的相对侧，然而这不是必需的。相机57可以附加地设有位于远离针孔的一个或多个第二光源，如参考图3所描述的，然而在本文中省略了这种组合的细节。

如图5B至图5E所图示的，这种设定使得能够将来自形成勘测反射器的棱镜51或中空反射镜的反射和来自位于相机57的视场内的其他类似反射镜的表面(也被称为假目标)的反射进行区分。为此，第一束521设有第一代码，并且束522设有不同的代码。依据由两个光源的反射所得到的图像的性质，特别是是否存在镜像对称性，可以区分该反射是源自于棱镜或者是源自于不同的类似反射镜的表面。

如果从棱镜51反射，如图5B所图示的，针孔53右侧的第一光源521(例如，LED)将创建出现在左侧的虚拟光源521v，并且针孔53左侧的光源522(其可以是附加的LED)将创建在右侧的虚拟光源522v。换言之，并且更一般地，两个光源的图像相对于棱镜的中心是呈镜像的。

然而，如果从平面反射镜5101反射(如图5C所图示的)或从球形(即，凸面的)反射镜5102反射(如图5D所图示的)，则情况并非如此。在这些情况下，图像将不是呈镜像的。

在中空的(即，凹面的)反射镜表面5103的情况下，如图5E所图示的，仅如果两个光源位于反射镜的焦距之外的情况下，图像才会是呈镜像的。

此外，依据在图5A所图示的实施例中由图像传感器54所记录的两个图像或目标之间的距离，可以确定该相机与勘测反射器之间的距离D_T。在图像传感器54上所记录的图像i1、i2之间的距离将取决于两个光源之间的距离(其是已知的)、相机的焦距D_f(即，图像传感器与针孔之间的距离，其也是已知的)、以及图像传感器相对于目标的绝对(二维)角度，这可以根据本文所描述的和/或对于技术人员已知的另一原理来测量该绝对(二维)角度，并且因此可以确定在针孔与棱镜之间的距离D_T。

在图6中图示了使得能够确定相机与不同的勘测反射器之间的距离的另一测量设定。在这种设定中，使用了两个相机67A和67B，该两个相机67A和67B位于不同的相机位置但是观察相同的场景，即同一组的勘测反射器61。这些相机67A、67B可以是如上所描述的相机中的任何一种相机，并且因此根据以上所描述的方法中的任何一种方法来操作。相机被布置成使得它们相应的光学轴线被布置成相对于彼此成角度α，该角度α优选地是已知的。通过三角测量，可以以本领域技术人员将理解的方式，确定从相机到勘测反射器61的距离。此外，可以确定勘测反射器61的三维坐标，如本文的发明内容部分中已经描述的。

此外，在以上所描述的实施例中的每个实施例中，可能期望在开始测量或监测活动(session)之前和/或监测随着时间推移的一组勘测反射器时识别勘测反射器中的每个勘测反射器，以便将来自不同的勘测反射器的反射彼此区分开。这可以通过如图7所图示的实施例来实现。应当注意，可以在上文所描述的实施例中的每个实施例中应用或结合图7的实施例。

如图7所图示的，勘测反射器71设有光接收器71和微控制器719，和/或与光接收器71和微控制器719配合，或与光接收器71和微控制器719组合，该光接收器71用于接收由相机77的光源72发射的第一束75的一部分，该微控制器719联接到光接收器714的一部分或形成光接收器714的一部分，该微控制器719用于检测和/或处理通过光接收器在接收到光时所生成的信号。此外，识别单元光发射器712(例如，LED)设置在勘测反射器处并且联接到微控制器719。光接收器714、微控制器719和光发射器712可以形成勘测反射器识别单元716。与相机77相关联的处理单元79被配置为控制第一光源72，使得可以将信号应用于第一光束75上。该信号可以包括识别请求。当通过光接收器714接收到这样的请求信号时，识别单元光发射器712发射识别信号，例如呈仅短时间发射的代码的形式的识别信号。当在相机77的图像传感器74处接收到该识别信号(该识别信号对于每个勘测反射器是独特的)时，可以识别勘测反射器。

勘测反射器71和勘测反射器识别单元716可以布置在勘测反射器单元718中，该勘测反射器单元718也可以被称为信标(beacon)。

物体3可以在该物体的不同方位处设有多个勘测反射器单元718，以用于监测这些方位。在图示实施例中，由棱镜提供勘测反射器71。然而，可以理解，另一类型的反射器可以同样适用，例如中空反射镜，也被称为猫眼。

通过被配置该处理单元79以使得相机77(特别是相机的光源72)向该相机的范围内的所有勘测反射器单元发送识别请求，可以通过相应的勘测反射器单元718的识别单元716所发送的识别信号来独特地识别这些勘测反射器单元中的每个勘测反射器单元。

现在，将更详细地描述根据相机7的实施例的部件，特别是关于这些部件的功能方面。该描述类似地适用于在本文以上不同实施例中所描述的所有相机27、37、47、57、67A、67B、77。

图8示出了相机7的示例。示例相机7具有处理单元9，该处理单元9连接到非折射光学器件101、图像传感器120、时钟123、存储器15、一个或多个位置和/或取向测量部件16、输出单元17、输入单元(或用户接口)19、(一个或多个)电子网络模块109和一个或多个光源102。非折射光学器件101被示出为连接到图像传感器120。该后一种“连接”不一定是物理联系。这里，“连接”旨在是指如下情况，其中非折射光学器件101被布置成接收环境光使得所接收的环境光被图像传感器120接收。如从本文以上描述的实施例中可以理解的那样，并非图8中所示的所有功能元件都需要存在。

旨在用于传输数据的所有连接可以是物理连接(线)，然而这些连接也可以是无线的并且是基于电磁/光辐射的传输。

非折射光学器件101可以是如本文以上所描述的任何类型的非折射光学元件。在优选实施例中，非折射光学器件可以包括一个或多个针孔。针孔的直径可以在50μm与400μm之间的范围内。或者，如以上所描述的，非折射光学器件可以由透镜代替，该透镜优选地是允许以低计算工作量进行温度调制的薄透镜。

处理单元9可以是本领域已知的任何合适的处理单元。

图像传感器120优选地包括以2D矩阵布置的一组光敏元件(像素)，形成相机的图像平面，如CCD传感器或CMOS传感器。图像传感器120被布置成接收如通过非折射光学器件101进入的光束6。每个光束6将聚焦在这些光敏元件的子集上。每个这样的子集对应于一个入射光束6的立体角，即相对于地球的水平的传入角度和竖直平面中的传入角度。当然，也可以相对于不同于地球的另一物体(如地球同步卫星)来测量入射角度。只要相机7和勘测反射器1都保持在固定位置，这些子集对于每个勘测反射器1都是静态的。

在替代性实施例中，线传感器可以与作为物镜的光学狭缝而非针孔相结合使用。在这样的实施例中，光学狭缝实质上垂直于线传感器的侧向方向定向。这样的替代性实施例可以提供在一个维度中的角度测量。为了增加可用于测量的维度的数量，这样的配备有线传感器的装置中的两个或多个装置以各种不同的取向布置。例如，这样的装置中的两个装置可以以垂直方式布置，从而允许进行测量，类似于使用2D矩阵传感器所执行的测量。与采用2D矩阵传感器的装置相比，这种线性的传感器布置将具有消耗明显更少功率的优点。

可选地，可以设置温度控制系统103，以便减少对测量数据的热影响。当与使用透镜系统代替非折射光学器件101的相机7相比时，非折射光学器件101的热容量相对较低。通过实施呈恒温器103形式的温度控制系统可以改善热稳定性。图8示出了具有可逆的(即，被配置为用于冷却和加热两者)珀尔帖(Peltier)元件103到非折射光学器件101的实施例。珀尔帖元件103连接到处理单元9，并且由处理单元9控制该珀尔帖元件103的温度，使得非折射光学器件101保持在预定温度。或者，可以通过相机壳体的设计，特别是通过为相机壳体使用的材料，和/或通过测量相机壳体中的各个不同方位处的温度，以及在处理来自图像传感器的数据期间使用考虑热影响的模型，来增加热稳定性。

在下文中，将总结本文以上所描述的系统的一些一般方面及其操作方法。

如果系统配备有两个或更多个相机，例如如图6所图示的，那么此处所描述的技术可以被用于测量勘测反射器1、61距相机有多远。这可以通过已知一条基线的三角测量来完成。对相机7、27、37、47、57、77与勘测反射器1之间的距离的测量也可以用其他距离测量技术(如飞行时间测量)来完成。

图像传感器24、34、44、54、74、120将所接收的光束6转换成图像。图像是一组电子信号，这里被称为像素信号。每个像素信号由一个光敏元件生成，并且具有取决于该光敏元件所接收到的光的光强度的值。因此，像素信号还可以与勘测反射器1所附接的物体3及其周围环境有关。

图像传感器被定位成使得通过非折射元件进入相机的光在图像传感器上形成衍射图案。衍射图案将取决于非折射元件的性质，并且将取决于图像传感器的相应的像素到非折射元件的距离和角度而在图像传感器上显示为暗区或亮区。通过集成多个数据帧，每个数据帧包括多个像素，通常至少100个，可以获得高分辨率的测量结果。

在使用诸如透镜之类的折射光学器件的实施例中，图像传感器优选地被定位成使得该图像传感器的光敏元件位于透镜的焦平面附近。在另一优选实施例中，图像传感器120定位在透镜的焦距内的一位置处，使得图像散焦到某一量，从而导致超出无限的聚焦条件。在这样的实施例中，图像处理可以包括基于散焦技术的超分辨率成像，从而实现亚像素分辨率。然后可以获得像素的1/100或甚至更好的分辨率。

处理单元9被布置成从图像传感器120接收像素信号，并且将该像素信号存储在存储器15中。像素信号可以由处理单元9存储为单一图片，优选地具有时间标戳和/或指示该相机7的位置的位置标戳。然而，优选地，像素信号由处理单元9存储为一系列图片，该一系列图片一起形成视频，其中每个图片设有时间标戳和/或指示该相机7的位置的位置标戳。

如本领域技术人员已知的，时钟23向处理单元9提供时钟信号。时钟信号用于处理单元9的正常处理。处理单元9可以将时间戳基于这些时钟信号。然而，相机7也可以配备有接收来自卫星的时间信号的GNSS单元，或者该相机7可以接收来自另一合适源的时间信号。

存储器15可以包括不同类型的子存储器，如存储合适的程序指令和数据以运行该处理单元9的ROM(只读存储器)/闪存类型的存储器。此外，存储器将包括合适的RAM(随机存取存储器)类型的存储器，以用于存储临时数据，如从图像传感器120所接收的数据。存储器15还可以包括高速缓存类型的存储器。这些子存储器中的一些或所有子存储器可以在物理上远离其他部件定位。处理单元9还可以被布置成经由(一个或多个)电子网络模块20将所有像素信号发送到远程单元以用于外部存储和处理。然后，这些像素信号的本地副本可以但不是必须地存储在相机7内的本地存储器15中。

存储器15存储指示相机7的初始位置的初始位置数据。已经可以通过使用经纬仪(theodolite)建立并且然后由用户存储这种初始位置数据。这种初始位置数据也可以由相机7本身进行的测量所生成。例如，相机7可以由安装在具有众所周知方位的高空的交通障碍物标记上的已知“闪烁”光源收集连续图片。这种障碍物标记可以被放置在高结构上的限定的竖直距离内，并且由此允许进行三角测量。存储器15还存储相机ID，该相机ID识别相机7并且在与其他装置的外部通信中被处理单元9使用以向那些其他外部装置识别其自身。

如本领域技术人员已知的，位置和/或取向测量部件16可以包括一个或多个加速度计和/或回转测试仪/陀螺仪。它们还可以包括以上所提及的GNSS单元。这种加速度计和/或回转测试仪/陀螺仪测量该相机自身的运动，并且由这些测量中导出更新的相机位置和取向。更新的相机位置和/或取向然后被处理单元9存储在存储器15中。通过这样做，当测量一个或多个勘测反射器1的位置时可以考虑改变相机的位置和/或取向。精度可以是大约1/1000度。测试显示2毫度的峰-峰(值)(peak-to-peak)。此外，三轴加速度计套件还可以当在静态时测量地球重力的方向。具有足够性能的3D陀螺仪套件可以测量地球自转轴的方向(也是当在静态时)。

输出单元17可以包括一个或多个子输出单元，如显示器和扬声器。

输入单元19可以包括一个或多个子输入单元，如键盘和麦克风。显示器和键盘可以制成两个不同的触摸屏。但是，显示器和键盘也可以被实施为单个触摸屏。

电子网络模块20可以包括LTE(长期演进)、以太网、WiFi、蓝牙、电力线通信、低功率广域网(例如，Lora^TM和Sigfox^TM)和NFC(近场通信)模块中的一个或多个。可以使用来自IoT(物联网)已知的技术以及任何专有通信协议。

至少一个光源102包括例如被配置为生成光的发光二极管(LED)源之类的至少一个光源。处理单元9被布置成控制每个LED源使得该每个LED源生成光束。

如图9所示，相机可以设有壳体，该壳体被配置为承受高温和/或高压力环境(例如，深海或地热活跃环境)而不会由于光学元件的变形而引入明显的误差。壳体(其可以与本文不同实施例中所描述的相机27、37、47、57、67A、67B、77中的所有相机一起使用)包括围绕孔隙610的至少一个壁600。图像传感器120安装在孔隙610内。壳体由前壁或盖封闭，在本文中也被称为本体，其中设有针孔102(或另一个光学进入系统)。如本文以上所描述的，针孔102被配置为在传感器120处形成图像。本文以上所描述的第一光源、第二光源和第三光源可以布置在前壁或本体上或布置在前壁或本体中，面向壳体的外部方向，以便沿外部方向发射其光束。壳体还可以设有各种不同的其他特征和/或元件，例如适合于在其中使用相机的特定环境。

该设备的基本思想以及使用该设备监测物体的方法是，相机7或本文不同实施例中所描述的相机27、37、47、57、67A、67B、77中的任何一个相机布置在固定位置使得该相机处于静态。然后，静态位置是已知的，并且被存储在由相机7中的处理单元9能够访问的存储器15中。

当所有勘测反射器1或同等地本文以上各种不同的实施例中所描述的勘测反射器21、31、41、51、61、71、或在下文进一步描述并且在图11至图15中所图示的目标单元1100、1101、1102、1103已经被安装好时，它们具有可以被存储在相机的存储器15中初始位置。

因此，当系统启动时，相机知道勘测反射器的所有初始位置，其对应于该勘测反射器所附接的物体3的初始位置和取向。

处理单元9被布置成计算反射光束6中的每个反射光束的初始传入立体角。即，所接收的反射光束经由非折射光学器件而在图像传感器120的一个或多个光敏元件上成像。处理单元9确定这些光敏元件是哪一个，并且然后建立相对应的光脉冲的传入立体角。用于这样做的技术对于本领域技术人员来说是已知的，并且在此不需要进一步详细解释。

当物体3稳定，即不移动时，所有勘测反射器1的位置也是稳定的。相应地，每个反射光束在相机的图像传感器上的传入立体角是固定的。然而，只要物体3或该物体的一部分移动，反射光束6的该传入立体角就会改变。处理单元9被布置成计算每个光束6的立体角的这种变化。

图10示出了根据本发明的实施例的图像处理的连续步骤的示例。

相机7接收来自勘测反射器1、1100、1101、1102、1103、1401、1402、1403的被投射到图像传感器120上的反射光束6。图10描绘了根据实施例的由处理单元9所执行的用于提取相关的勘测反射器数据的过程的流程。该过程的流程同样地适用于本文以上所描述的实施例中的任一实施例。图10描绘了基本过程，应当理解，可以将其他细节添加到过程步骤中的一个或多个过程步骤，和/或可以添加其他过程步骤以进一步优化该方法，特别是如本文以上所描述的和/或如本领域技术人员将理解的。

过程中的第一步骤1001是按序列顺序记录或捕获至少两个(但优选地多个)图像帧或原始数据帧。每个图像帧本质上是光值的2D阵列。通过捕获一序列的图像帧，形成光值的3D矩阵。该3D矩阵中的轴线是X、Y和时间T。在一个实施例中，以1/60s的间隔捕获一序列的100个图像。

在步骤1002中，将数字处理应用于一序列的图像帧，以便增强与一个具体光源或编码的光束相关的数据，同时抑制由图像传感器所接收的其他光的影响，如本文以上所描述的。该过程的输出是2D图像。可以使用随着时间推移的光值的相同的3D矩阵来处理具有不同且独特代码的多个光源，并且每个光源将会生成独特的2D图像。

在步骤1002a中，处理后的2D图像可以包括环境的(漫射的)反射光，并且还包括由一个或多个第一光源所发射的发散光束的来自勘测反射器的反射。

在步骤1002b中，与由第二光源所发射的光相关的2D处理后的图像可以包含环境的(漫射的)反射光，但不包含来自勘测反射器的反射光，如本文以上参考图3所描述的。

在可以是可选的步骤1002c中，处理后的2D图像可以同样地包含环境的(漫射的)反射光，并且还包括来自勘测反射器的反射光，但是由于该反射光来自与1002a中的位置不同位置的光源，例如一个或多个第三光源，因此与在步骤1002a中所获得的图像相比，勘测反射器在该2D图像中的位置将略微地偏移。

在步骤1003中，分别在步骤1002a和1002b中获得的两个2D图像彼此相减，以便通过勘测反射器仅展示一个特殊的光源的反射光。通过从步骤1002a中所获得的图像中减去在步骤1002b中所获得的图像，并且可选地减去在步骤1002c中所获得的图像，可以增强由第一光源发射的光从勘测反射器的反射，同时抑制来自环境光的影响和来自其他光源的漫射的反射光的影响。结果是表示基本上仅第一发散光束在勘测反射器中的反射的单一2D图像，而其他影响已经被抑制。

在步骤1004中，确定勘测反射器的位置和/或被监测的勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的移动。从勘测反射器反射的由具体光源(例如，第一光源)所发射的光、或具有具体编码(例如，第一编码)的光为每个勘测反射器生成特征或斑点，优选地包括多个像素，并且在非折射光学器件的情况下为衍射图案。通过将在步骤1004获得的2D图像中的特征或图案与预定的(例如，默认的)特征或衍射图案和/或与先前测量的特征或衍射图案相关联，可以确定勘测反射器的位置、和/或勘测反射器中的一个或多个的移动。

在步骤1005中，所获得的数据(即反射器中的每个反射器的精确的2D坐标)被制成可以用于其他过程。这些过程可以包括用于对诸如相机运动、温度补偿等错误更正的进一步过程，用于基于两个光源来估计距离的过程，数据的存储，数据的显示等。

图11示出了根据实施例的目标单元1100。目标单元1100包括布置在由虚线p1或p2表示的同一平面中的多个勘测反射器111。如图12A所图示的，勘测反射器111可以有利地是本文以上所描述的勘测反射器21、31、41、51、61或71。如可以在图11中看到的，多个勘测反射器111围绕对称中心对称地布置，勘测反射器111c布置在该对称中心处。在图示实施例中，除了位于阵列的边缘处的那些勘测反射器之外，每个勘测反射器具有六个最临近的近邻。或者换句话说，反射器布置成偏移或偏离的行，其中这些行可以具有不同数量的反射器。勘测反射器111优选地全部是基本上一致的。多个勘测反射器111被布置或安装在保持器110中，该保持器110可以安装在标准件或三脚架上，该标准件或三脚架布置在地面上或固定到诸如图1A至图1C所图示的物体3之类的物体或结构。保持器110有利地对于由勘测相机7所发射的光是非反射且不透明的。

勘测反射器的接收入射光的前面可以是圆形的，由此六边形的布置提供了反射器的最有效的布置，如图11所图示的。

图11中所图示的多个目标单元1100可以有利地形成本文以上参考图2至图4、图5A、图6和图7所描述的系统中的任何一个系统的一部分。

图12A图示了沿图11的a-a的截面。可以看出，目标单元1100包括多个勘测棱镜111。这些勘测棱镜可以有利地由本文以上所描述的勘测棱镜21、31、41、51、61、71所表示。

图12B和图12C示出了目标单元1100的替代性实施例1102、1103。这些实施例与图12A的实施例的不同之处在于所使用的勘测反射器的类型。然而，同样在这些实施例中，可以以图11所图示的图案布置勘测反射器。

图12B示出了包括多个凸面反射镜11102的目标单元1102。这些凸面反射镜可以类似于图5D中所图示的勘测反射器5102。

图12C示出了包括多个凹面反射镜11103的目标单元1103。这些凹面反射镜可以类似于图5E中所图示的勘测反射器5103。

图13A至图13E图示了用于不同数量的单个勘测反射器141的紧密排列布置，类似于图11。在图示实施例中，勘测反射器具有面向入射光束的圆形基部。然而，类似的布置也可以用于其他形状的基部。

在图13A至图13E所图示的实施例中，示出了用于分别包括3个、7个、19个、37个和61个勘测反射器的目标单元的布置。增加反射器的数量通常会增加系统的操作距离。可以看出，各个反射器布置在具有旋转和/或镜像对称性的中心的阵列中，使得反射光的强度在反射光束的截面的不同方向上基本上相等。然而在某些应用中，矩形阵列或甚至成仅单一一条线的反射器的阵列也是可以的。

图14A至图14C示意性地图示了具有三角形基部的棱镜141的排列布置。可以看出，这些棱镜可以被布置成相邻棱镜的基部的侧边彼此邻接。图15从后侧示意性地示出了图14A的布置。

本领域技术人员将清楚，本发明的范围不限于前面讨论的示例，而是在不偏离如所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下可以对其进行多种修改和改进。尽管已经在附图和说明书中详细地图示和描述本发明，但这种图示和描述仅被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例，而是包括可以发挥优势的所公开的实施例的任何组合。

通过研究附图、说明书和所附权利要求，本领域技术人员在实施所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的变型。以上所描述的实施例和方面的特征可以组合，除非它们的组合导致明显的技术冲突。

Claims (28)

1.一种用于监测布置在物体(3)上的多个方位处的勘测反射器(1；21；31；41；51；5101；5102；5103；61；71)的系统，所述系统包括：

相机(7；27；37；47；57；67A，67B；77)，所述相机包括：

-一个或多个第一光源(22；321；42；521；72；102)，每个第一光源用于发射具有大于零的立体角(Ω1)的第一发散束(5；25；351；45；551；75)，其中所述一个或多个第一光源被布置成使得由所述一个或多个第一光源照亮与所述相机的视场的至少10％相对应的空间场；

-图像传感器(24；34；44；54；74；120)，所述图像传感器用于接收包括由所述多个勘测反射器对所述第一发散束的反射的反射光束(26；361；46)，并且用于提供图像传感器数据；和

-本体(28；38；48；58；78)，所述本体设有光学进入系统(23；33；43；53；73)，所述本体具有面向所述相机的内部空间的第一侧和背向所述内部空间的第二侧，其中所述图像传感器位于所述内部空间中，并且所述一个或多个第一光源位于所述本体的所述第二侧，其中所述一个或多个第一光源布置在距所述光学进入系统的第一距离(D1；d)处；

和

处理单元(9；29；79)，所述处理单元被配置用于处理所述数据；

其中，所述处理单元被配置为由所述数据来确定每个勘测反射器的方位，并且基于每个勘测反射器的所确定的方位与该勘测反射器的先前确定的方位的比较来检测所述多个勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的移动。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光学进入系统包括形成所述相机的物镜的非折射光学元件(101)。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述空间场对应于所述相机的所述视场的至少50％，其中优选地，所述空间场基本上等于或大于所述相机的所述视场。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述处理单元还被配置为通过所述第一发散束的调制将第一代码应用于所述第一发散束，并且在对所记录的数据的图像处理期间应用滤波技术。

5.根据权利要求4所述的系统，还包括发射第二发散束(352)的一个或多个第二光源(322)，其中所述一个或多个第二光源布置在距所述光学进入系统的第二距离(D2)处，所述第二距离大于所述第一距离，其中所述第二距离使得所述第二发散光束的来自所述勘测反射器的反射(362)不通过所述光学进入系统进入所述相机，并且其中所述处理单元还被配置为将第二代码应用于所述第二发散束，其中所述第二代码不同于所述第一代码。

6.根据权利要求4或5中任一项所述的系统，还包括被配置为发射第三发散束(552)的一个或多个第三光源(522)，其中所述一个或多个第三光源布置在距所述光学进入系统的第三距离(d)处，所述第三距离基本上类似于所述第一距离(d)，并且其中所述处理单元还被配置为将第三代码应用于所述第三发散束，其中所述第三代码不同于所述第一代码，并且如果使用的话，不同于所述第二代码。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述处理单元还被配置为将命令代码应用于所述第一发散束，所述命令代码包括待发送到所述勘测反射器的指令、信息和/或请求。

8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括勘测反射器识别单元(761)，所述勘测反射器识别单元设置在所述勘测反射器处或被包括在所述勘测反射器中，所述勘测反射器识别单元包括：

-光接收器(71)，所述光接收器用于接收所述第一发散束；

-微控制器(719)，所述微控制器联接到所述光接收器；和

-识别单元光发射器(712)，所述识别单元光发射器被配置为响应于所述微控制器接收到用于所述识别单元光发射器的命令而发射独特的识别信号。

9.一种用于监测设置在物体上的多个方位处的多个勘测反射器(1；21；31；41；51；5101；5102；5103；61；71)的方法，所述方法包括：

通过以下在第一相机位置处监测所述方位：

-通过一个或多个第一光源(22；321；42；521；72；102)中的每一个第一光源朝向所述多个勘测反射器发射第一发散束(5；25；351；45；551；75)，所述第一发散束具有大于零的立体角，其中通过所述一个或多个第一发散束基本上同时地照射所述多个勘测反射器，其中所述一个或多个第一光源被维持在基本上固定的位置；

-通过图像传感器(24；34；44；54；74；120)记录表示反射光束的数据，所述反射光束包括由所述多个勘测反射器对所述第一发散束的反射；以及

通过对所述数据的图像处理来由所述数据确定每个勘测反射器的方位，并且基于每个勘测反射器的所确定的方位与该勘测反射器的先前确定的方位的比较来检测所述多个勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的移动。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括通过所述第一发散束的调制将第一代码应用于所述第一发散束，并且在对所述数据进行图像处理时应用滤波技术，从而将源自所述第一束的反射的光与其他光源和/或其他反射区分开。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

-提供设有允许光通过的光学进入系统(23；33；43；53；73)的本体(28；38；48；58；78)，所述本体具有第一侧和第二侧，并且将所述本体布置成使得所述第一侧面向所述相机的内部空间，并且所述第二侧背向所述内部空间，使得所述图像传感器布置在所述本体的所述内部空间中，并且所述一个或多个第一光源布置在所述本体的所述第二侧；

-将所述一个或多个第一光源布置在距所述光学进入系统的第一距离(D1，d)处；

-将一个或多个第二光源(322)布置在大于所述第一距离的第二距离(D2)处，其中所述第二距离使得所述第二发散光束的来自所述勘测反射器的反射不通过所述光学进入系统进入所述相机，以及通过所述一个或多个第二光源中的每个第二光源发射第二发散束；以及

-通过所述第二发散束的调制将第二代码应用于所述第二发散束，其中所述第二代码不同于所述第一代码。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述光学进入系统包括形成相机物镜的非折射光学元件(101)。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，还包括：

-由具有所述第一代码的反射光生成(1002a)第一图像；

-由具有所述第二代码的反射光生成(1002b)第二图像；和

-由所述第一图像减去(1003)所述第二图像，以及由所得到的图像确定(1004)所述勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的位置和/或移动。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，还包括：

-提供一个或多个第三光源(522)，每个第三光源发射第三发散束(552)，其中所述一个或多个第三光源布置在距所述光学进入系统的第三距离(d)处，所述第三距离基本上类似于所述一个或多个第一光源被布置的第一距离(d)，以及通过所述第三发散束的调制将第三代码应用于所述第三发散束，其中所述第三代码不同于所述第一代码，并且如果存在的话，不同于所述第二代码；以及

-由所述图像传感器上的第一点p1与所述图像传感器上的第二点p2之间的距离来确定所述相机与勘测反射器之间的距离，所述第一点源自于从所述第一光源发射的光的来自所述勘测反射器的反射，所述第二点源自于从所述第三光源发射的光的来自所述勘测反射器的反射。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，所述方法还包括：

-在第二相机位置处监测所述方位，所述第二相机位置定位在距所述第一相机位置的一距离处，在所述第一相机位置与参考勘测反射器之间的第一观察线定向为相对于在所述第二相机位置与所述参考勘测反射器之间的第二观察线成一角度；以及

-基于在所述第一相机位置和所述第二相机位置处的所述监测来确定所述勘测反射器的三维坐标；

其中，与在所述第一相机位置处的所述监测类似地执行在所述第二相机位置处的所述监测。

16.一种用于监测布置在物体上的多个方位处的勘测反射器(1；21；31；41；51；5101；5102；5103；61；71)的系统，所述系统包括：

相机(7；27；37；47；57；67A，67B；77)，所述相机被配置用于监测所述勘测反射器，所述相机包括：

-一个或多个第一光源(22；321；42；521；72；102)，每个第一光源用于发射具有大于零的立体角的第一发散束(5；25；351；45；551；75)；

-一个或多个第二光源(322)，每个第二光源用于发射具有大于零的立体角的第二发散束(352)；

-图像传感器(24；34；44；54；74；120)，所述图像传感器用于接收包括由所述多个勘测反射器对所述第一发散束的反射的反射光束，并且用于提供数据；和

-本体(28；38；48；58；78)，所述本体设有光学进入系统(23；33；43；53；73)，所述本体具有面向所述相机的内部空间的第一侧和背向所述内部空间的第二侧，其中所述图像传感器位于所述内部空间中，并且所述第一光源和所述第二光源位于所述本体的所述第二侧；

和

处理单元(9；29；79)，所述处理单元被配置为处理所述数据；

其中，所述一个或多个第一光源布置在距所述光学进入系统的第一距离(D1；d)处，并且所述一个或多个第二光源布置在距所述光学进入系统的第二距离(D2)处，所述第二距离大于所述第一距离；

其中，所述处理单元被配置为将第一代码应用于所述第一束，并且将第二代码应用于所述第二束，其中所述第二代码不同于所述第一代码；

其中，通过所述第一发散束和所述第二发散束的调制来应用所述第一代码和所述第二代码；以及

其中，所述处理单元被配置用于在对所记录的数据的图像处理期间应用滤波技术。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述一个或多个第一光源和所述一个或多个第二光源被布置成使得照亮与所述相机的视场的至少10％相对应的空间场，使得基本上同时地朝向多个勘测反射器发射所述第一束和所述第二束。

18.一种用于监测物体上的方位的方法，所述方法包括：

在所述物体上设置多个勘测反射器(1；21；31；41；51；5101；5102；5103；61；71)，每个勘测反射器设置在所述方位中的一个方位处；

通过以下来监测所述方位：

通过一个或多个第一光源(22；321；42；521；72；102)中的每个第一光源朝向所述多个勘测反射器发射第一发散束(5；25；351；45；551；75)，所述第一发散束具有大于零的立体角；

通过一个或多个第二光源(322)中的每个第二光源朝向所述多个勘测反射器发射第二发散束(352)，所述第二发散束具有大于零的立体角；

通过图像传感器(24；34；44；54；74；120)记录表示反射光束的数据，该反射光束包括由所述多个勘测反射器对所述第一发散束的反射；和

通过对所述数据的图像处理来由所述数据确定每个勘测反射器的方位，并且基于每个勘测反射器的所确定的方位与该勘测反射器的先前确定的方位的比较来检测所述多个勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的移动；

其中，所述方法还包括将第一代码应用于所述第一发散束，并且将第二代码应用于所述第二发散束，其中所述第二代码不同于所述第一代码，其中通过所述第一发散束和所述第二发散束的调制来应用所述第一代码和所述第二代码；以及

其中，所述图像处理包括应用滤波技术，以便滤除与所述第一发散束的反射和/或所述第二发散束的反射相关的数据。

19.根据权利要求20所述的方法，其中，所述图像传感器位于所述相机的内部空间中，所述内部空间至少部分地由具有面向所述内部空间的第一侧和背向所述内部空间的第二侧的本体(28；38；48；58；78)限定，所述本体包括光学进入系统(23；33；43；53；73)，其中所述第一光源和所述第二光源位于所述本体的第二侧；以及

其中，所述第一光源布置在距所述光学进入系统的第一距离(D1)处，并且所述第二光源布置在距所述光学进入系统的第二距离(D2)处，所述第二距离大于所述第一距离；

其中，所述第一距离允许所述第一发散束的来自所述勘测反射器的反射行进通过所述光学进入系统，并且其中所述第二距离使得所述第二发散束的来自所述勘测反射器的反射不能行进通过所述光学进入系统。

20.根据权利要求18至19中任一项所述的方法，还包括：

-由具有所述第一代码的反射光生成(1002a)第一图像；

-由具有所述第二代码的反射光生成(1002b)第二图像；以及

-由所述第一图像减去(1003)所述第二图像，以及由所得到的图像确定所述勘测反射器中的一个或多个勘测反射器的位置和/或移动。

21.一种勘测目标单元(1100；1101；1102；1103)，所述勘测目标单元用于与根据权利要求1-8、16或17中任一项所述的系统一起使用，和/或用于根据权利要求9-15或18-20中任一项所述的方法，勘测目标包括布置在单独一个平面(p1、p2)中的多个勘测反射器(21；31；41；51；5101；5102；5103；61；71；111；11101；11102；11103)。

22.根据权利要求21所述的勘测目标单元，其中，所述勘测反射器布置成阵列，所述勘测反射器中的一个勘测反射器(111c)布置在该阵列的中心，所述中心表示所述阵列的对称点。

23.根据权利要求21或22所述的勘测目标单元，其中，所述勘测反射器布置成六边形阵列图案。

24.根据权利要求21-23中任一项所述的勘测目标单元，每个勘测反射器具有被配置用于接收入射光束的表面，其中所述表面是基本上圆形的。

25.根据权利要求21-24中任一项所述的勘测目标单元，其中，由多个勘测棱镜(21；31；41；51；61；71；111)实现所述多个勘测反射器，所述棱镜优选地是基本上一致的，并且其中所述棱镜的被配置用于接收入射光束的表面布置在所述单独一个平面中。

26.根据权利要求21-24中任一项所述的勘测目标单元，其中，由多个中空反射镜(5102；5103；11102；11103)实现所述多个勘测反射器，每个中空反射镜具有中心点(c)，所述中空反射镜优选地是基本上一致的，并且其中所有反射镜的所述中心点布置在所述单独一个平面(p1、p2)中。

27.根据权利要求21-26中任一项所述的勘测目标单元，其中，所述多个勘测反射器包括13个至35个反射器。

28.根据权利要求1-8、16或17中任一项所述的系统，还包括多个根据权利要求21-27中任一项所述的勘测目标单元。

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