CN116420057A - 用于操作大地测量仪器的方法以及相关大地测量仪器 - Google Patents

Abstract

本发明构思涉及一种用于操作大地测量仪器的方法，该大地测量仪器包括光源和成像设备，该光源用于通过发射光脉冲以在场景中的目标处形成光点来帮助用户瞄准该目标，其中，该成像设备和该光源在大地测量仪器内共享公共光通道，该方法包括：在该光源打开的情况下捕获场景的第一图像；从至少该第一图像获得参考图像，其中，来自该场景的影响被抑制，该参考图像表示该公共光通道中发生的串扰；在该光源打开的情况下捕获第二图像；以及利用参考图像处理该第二图像，以从该第二图像去除串扰。

Description

用于操作大地测量仪器的方法以及相关大地测量仪器

技术领域

本文描述的发明构思总体上涉及大地测量仪器。

背景技术

比如大地测量仪器等光学仪器常用于测量对象的位置以获得比如水平和垂直角度以及距离等信息。较新的仪器通常设有电子成像设备(例如，相机)以获取对象的数字图像。

常规的测量仪器包括用于观测对象的望远镜系统，该对象然后可以在望远镜系统后面的相机上成像。进一步地，这样的仪器可以包括距离测量单元以测量到由望远镜系统观测的对象的距离。望远镜系统的视角通常很小(例如，1到2度)，并且用户必须定位测量仪器并调整望远镜系统的光学器件，使得要观测和测量的对象正好在望远镜系统的小视场内、并且最好在望远镜系统的光轴上，例如以便测量到对象的距离。

随着更多功能被添加到测量仪器中，仪器的光学设置和电子控制的复杂性提高。因此，需要更高效地实现对大地测量仪器的瞄准辅助。

发明内容

本发明构思的目的是单独地或以组合方式来减轻、缓和、或消除本领域中的上述缺陷和缺点中的一个或多个。

总的来说，本发明构思基于这样的认识，即，成像设备和用于帮助用户瞄准场景中的目标的光源可以在大地测量仪器中共享公共光通道。这种布置实现了紧凑的光学设置。结果，可以简化装置的校准和相对于装置中心的方向变换。

此外，还已经认识到，具有共享公共光通道的成像设备和光源的大地测量仪器可能遭受公共光通道中发生的串扰。串扰是大地测量仪器中特征的内部布置的结果，因此串扰通常不受外部条件(比如环境光变化或由场景中的目标从光源反射的光)的影响。这种串扰可能会降低成像设备收集的图像数据的质量，这可能会干扰测量，导致难以识别图像中的特征，并降低用户体验。串扰可能采取大地测量仪器的成像设备检测到的任何形状和形式。此外，串扰可能位于相对于成像设备的像素的任何位置。串扰的形状和形式可能取决于光源的光束轮廓和/或大地测量仪器的光学器件。优选地，串扰不会使成像设备的任何像素关于强度饱和。这例如可以通过调整成像设备的曝光时间来实现。

上述问题的解决方案应该优选地允许成像设备和光源在大地测量仪器的用户所经历的它们各自的操作中表现出不受影响或最小程度上受影响。因此，本披露还旨在关于公共光通道中发生的串扰改进大地测量仪器。

根据本发明构思的第一方面，这些和其他目的全部或至少部分通过一种用于操作大地测量仪器的方法来实现，该大地测量仪器包括光源和成像设备，该光源用于通过发射光脉冲以在场景中的目标处形成光点来帮助用户瞄准该目标，其中，该成像设备和该光源在大地测量仪器内共享公共光通道，该方法包括：在该光源打开的情况下捕获场景的第一图像；从至少该第一图像获得参考图像，其中，来自该场景的影响被抑制，该参考图像表示该公共光通道中发生的串扰；在该光源打开的情况下捕获第二图像；以及利用参考图像处理该第二图像，以从该第二图像去除串扰。

因此，实现了更简单且更紧凑的光学设置，其中，光源可以操作以帮助瞄准场景中的目标，并且成像设备可以操作以捕获场景的图像而没有在与成像设备共享的公共光通道中发生的串扰。短语“去除来自串扰的影响”应该理解为包括减少、减小、部分去除或完全去除所述影响串扰。类似地，短语“去除来自光点的影响”应该理解为包括减少、减小、部分去除或完全去除来自光点的所述影响。

在一些情况下，如果与第二图像的光点相比，参考图像表示的光点具有例如更高的强度和/或更广泛的分布，则通过利用参考图像进行处理可能会过度补偿第二图像中来自光点的影响。

获得的参考图像表示公共光通道中发生的串扰，并且可以进一步表示光点。因此，在一些实施例中，当利用参考图像处理第二图像时，可以去除来自第二图像中来自光点的影响和串扰。因此，第二图像将仅包括来自场景的影响。在显示设备上向用户显示第二图像将允许用户查看场景。此外，用户可能能够直接查看由光源生成的光点。在此，“直接查看”在以下意义上使用，即，用户可能能够独立于由大地测量仪器生成的任何数据直接查看场景的对象上的光点，即，利用用户的眼睛来查看。

如将从本披露中理解的，在一些实施例中，参考图像可以简单地通过在特定条件下捕获第一图像来获得。这样的特定条件可以包括以下一项或多项：将大地测量仪器瞄准场景、和/或瞄准关于反射的环境光和/或从光源反射的光具有优选特性的目标。因此，将理解，“捕获第一图像”和“获得参考图像”实际上可以在单个动作中执行。

在本披露的上下文中，“场景”将被理解为将环境光反射到成像设备的对象，比如建筑物、景观或其他对象。

在本披露的上下文中，“目标”将被理解为场景内的可以被光源发射的光照射的对象。目标例如可以是棱镜、建筑物、景观或其他对象。

在一些实施例中，可以通过对该大地测量仪器进行瞄准以使得在捕获该第一图像时该光源指向不会将该光源发射的光反射回到该成像设备的目标，来抑制该参考图像中来自该光点的影响。还可以通过对该大地测量仪器进行瞄准以使得光源不在第一图像中生成对应光点，来抑制该参考图像中来自该光点的影响。在这种条件下获得的参考图像可以在将大地测量仪器提供给最终用户之前获得，即作为预校准。

因此，参考图像可以基本仅表示公共光通道中发生的串扰。因此，当利用参考图像处理第二图像时，可以去除第二图像中的串扰。

在一些实施例中，通过提供黑暗场景或不朝向该成像设备反射环境光的场景，来抑制来自该场景的影响。在这种条件下获得的参考图像可以在将大地测量仪器提供给最终用户之前获得，即作为预校准。

在一些实施例中，该方法进一步包括：在该光源关闭的情况下捕获该场景的第三图像；以及基于该第一图像和该第三图像生成差图像，其中，来自该场景的影响被抑制；其中，该参考图像基于该差图像。

该第一图像和该第三图像的差图像将优选地去除来自该场景的影响，从而生成仅具有来自该串扰的影响、以及在一些情况下来自该光点的影响的图像。通过对大地测量仪器进行瞄准以使得光源在打开时不生成光点，还可以从差图像中去除光点的影响。

在一些实施例中，该方法可以进一步包括：在光源打开的情况下捕获第二场景的第四图像；在光源关闭的情况下捕获第二场景的第五图像；生成第四图像和第五图像的第二差图像，其中，来自第二场景的影响被抑制；确定成像设备的每个像素在第一差图像和第二差图像中的最低记录强度级别，其中，参考图像基于第一差图像和第二差图像、使用针对成像设备的每个相应像素确定的最低记录强度级别。

因此，可以通过利用成像设备的每个像素在至少第一差图像和第二差图像中的最低记录强度级别更新参考图像来改善参考图像。发明人已经认识到，成像设备的每个像素在差图像中的最低记录强度级别将实现大地测量仪器中串扰的更准确表示。随着时间的推移，可以比较附加的差图像，并且成像设备的每个相应像素在所有差图像(包括先前生成的差图像和附加的差图像)中的最低记录强度级别应该优选地准确地表示在公共光通道发生的串扰。

在一些实施例中，该方法进一步包括：在该光源打开的情况下捕获附加图像，这些附加图像和该第一图像形成多个图像；其中，获得该参考图像包括：确定该成像设备的每个像素在该多个图像中的最低记录强度级别；以及使用针对该成像设备的每个相应像素确定的最低记录强度级别来获得该参考图像。附加图像中的每个图像可以是不同场景的图像。

发明人已经认识到，成像设备的每个像素在多个图像中的最低记录强度级别可以提供对大地测量仪器中串扰的准确估计。随着时间的推移，成像设备的每个相应像素在所有图像中的最低记录强度级别应该优选地准确地表示公共光通道中发生的串扰。优选地，该多个图像中的一个或多个图像将捕获黑暗场景或不朝向成像设备反射环境光的场景、或者至少部分黑暗的场景或其一些部分不朝向成像设备反射环境光的场景。

即使在已经获得参考图像之后，也可以更新参考图像。可以在已经获得参考图像之后捕获附加图像，并且如果成像设备的像素在附加图像中的最低记录强度级别低于对应像素在参考图像中的被记录的强度级别，则可以利用较低的被记录的强度级别更新参考图像中的对应像素。同样，加以必要的修改，该程序可以适用于比较多个差图像的实施例。

根据本发明构思的第二方面，这些和其他目的全部或至少部分通过一种用于操作大地测量仪器的方法来实现，该大地测量仪器包括光源和成像设备，该光源用于通过发射光脉冲以在场景中的目标处形成光点来帮助用户瞄准该目标，其中，该成像设备和该光源在大地测量仪器内共享公共光通道。该方法包括：在该光源打开的情况下捕获多个图像；确定该成像设备的每个像素在该多个图像中的最低记录强度级别；使用针对该成像设备的每个相应像素确定的最低记录强度级别获得该参考图像，该参考图像表示该公共光通道中发生的串扰。该方法进一步包括：在该光源打开的情况下捕获要处理的图像；以及利用该参考图像处理所捕获的要处理的图像，以去除该要处理的图像中的串扰。

通过处理所捕获的要处理的图像，可以获得经处理的图像，其中，可以减小、减少或去除公共光通道中发生的串扰。

如关于第一方面所讨论的，发明人已经认识到，成像设备的每个像素在多个图像中的最低记录强度级别可以提供对大地测量仪器中串扰的准确估计。随着时间的推移，成像设备的每个相应像素在所有图像中的最低记录强度级别应该优选地准确地表示公共光通道中发生的串扰。优选地，该多个图像中的一个或多个图像将捕获黑暗场景或不朝向成像设备反射环境光的场景、或者至少部分黑暗的场景或其一些部分不朝向成像设备反射环境光的场景。

即使在已经获得参考图像之后，也可以更新参考图像。可以在已经获得参考图像之后捕获附加图像，并且如果成像设备的像素在附加图像中的最低记录强度级别低于对应像素在参考图像中的被记录的强度级别，则可以利用较低的被记录的强度级别更新参考图像中的对应像素。

根据本发明构思的第三方面，这些目的以及其他目的全部或至少部分地通过一种大地测量仪器来实现，该大地测量仪器包括：光源，该光源用于通过发射光脉冲以在场景中的目标处形成光点来帮助用户瞄准该目标；成像设备，该成像设备被配置为使用帧序列捕获该场景的图像；其中，该成像设备和该光源在该大地测量仪器内共享公共光通道；以及处理单元，该处理单元被配置为根据如第一方面和第二方面的任何实施例中定义的方法来操作该大地测量仪器。

在一些实施例中，该光源是红外激光器，并且该成像设备是红外相机或热成像相机。

在一些实施例中，该光源是可见光谱中的激光器，并且该成像设备被配置为检测可见光。

该光源可以是电子距离测量单元的光源，也可以是大地测量仪器的激光指示器。该光源可以是额定值在mW范围内的半导体激光器或LED。

关于一个方面描述的特征也可以结合在其他方面中，并且该特征的优点适用于结合了该特征的所有方面。

本发明构思的其他目标、特征和优点将从以下详细披露、从所附权利要求以及从附图中变得明显。

通常，除非本文另外明确定义，在权利要求中使用的所有术语应当根据它们在本技术领域中的普通含义来解释。进一步地，本文中，对术语“第一”、“第二”和“第三”等的使用不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个要素与另一个要素区分开。除非另外明确说明，否则所有对“一个/一种/该[元件、设备、部件、装置、步骤等]”的表述应当开放性地解释为是指所述元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例。除非明确声明，否则本文中披露的任何方法的步骤并非必须按所披露的确切顺序来执行。

附图说明

参考附图，通过以下对本发明构思的展示性而非限制性的详细描述，将更好地理解本发明构思的上述以及附加目的、特征和优点，在附图中：

图1a示意性地展示了大地测量仪器的一个实施例；

图1b示意性地展示了大地测量仪器的一个实施例；

图1c示意性地展示了大地测量仪器的一个实施例；

图2示意性地展示了由大地测量仪器捕获的图像；

图3a和图3b示意性地展示了利用参考图像来处理图像；

图4a和图4b示意性地展示了差图像的生成；

图5a和图5b示意性地展示了大地测量仪器中的成像设备的像素以及参考图像的获得。

这些附图不一定按比例绘制、并且通常仅示出为了阐明本发明构思所必需的部分，其中其他部分可以被省略或仅仅是建议。

具体实施方式

本发明构思总体上涉及大地测量仪器的光学功能，例如用于测量。特别地，根据本发明构思的大地测量仪器的操作在具有特定光学设置的大地测量仪器中是有利的，该光学设置如下面将参照图1a、图1b和图1c进一步描述的。这样的大地测量仪器将允许通过简单的接口轻松地将不同的功能模块集成到大地测量仪器中，使得多条光路至少沿着透镜布置重叠。因此，光路可以具有共同的透镜布置的相同透镜。更详细地，透镜布置的光学器件与距离测量单元、成像单元和跟踪器的分离为大地测量仪器的设计提供了灵活性，其中，清晰且简单的接口允许添加或替换这样的功能模块。

简而言之，在一个实施例中，大地测量仪器包括透镜布置；成像单元，该成像单元被配置为获得目标的至少一部分的图像；光源，该光源被布置用于帮助用户瞄准场景中的目标和/或被布置为距离测量单元(或电子距离测量单元，EDM单元)的一部分，该距离测量单元被配置为测量沿着光源的光轴到目标的距离；和分束器/合束器。分束器/合束器将成像单元和光源的部分光路组合在一起。因此，光源可以是距离测量单元的一部分。然而，将理解，由光源发射的光脉冲不一定是距离测量光或距离测量脉冲。尽管本披露涉及距离测量光，但应该理解为本披露还包括其中光源被配置用于帮助用户瞄准目标的实施例。换言之，光源可以用作激光指示器。

特别地，光路被布置成使得成像单元的光轴和光源的光轴至少在透镜布置和分束器/合束器之间与透镜布置的光轴同轴，即，平行且重叠。

图1a展示了根据实施例的大地测量仪器100A的元件。大地测量仪器100A包括透镜布置110、成像单元120、光源140和分束器/合束器150。

透镜布置110被提供用于观测作为目标的对象，比如反射器。光学布置110包括可移动地布置的至少一个聚焦透镜元件116，用于聚焦以观测对象。例如，聚焦透镜元件可以是单独的或复合的聚焦透镜，该聚焦透镜被手动或自动移动以产生可以通过目镜(其构成简单成像单元)查看的对象的聚焦/离焦图像。透镜布置110可以是测量领域中已知的望远镜的一部分，并且可以包括多个光学透镜(比如透镜114和116)，以便使得能够聚焦和变焦。

成像单元120被配置为获得由透镜布置110观测的对象的至少一部分的图像。成像单元120可以是使得可以在用户的眼睛中获得图像的简单透镜或目镜(又名接目镜)。可替代地，成像单元120可以是电子成像设备、微显示器和目镜的组合，使得可以通过目镜常规地用眼睛记录和查看图像。优选地，成像单元120是电子成像设备，例如能够生成图像信息的二维传感器元件阵列(该图像信息中像素的数量总体上对应于阵列元件的数量)，比如电荷耦合的器件(CCD)相机或金属氧化物半导体(CMOS)相机。这样的传感器阵列可以由1000×1000个或更多的传感器元件组成，以生成具有10⁶个图像像素(1兆像素)或更多图像像素的数字图像。然而，更小的传感器阵列也是可行的，例如由例如480×750个传感器元件组成的传感器阵列。可替代地，传感器阵列可以由形成雪崩光电二极管(APD)阵列的APD组成。光源140可以被配置为测量沿着光源140的构成光学测量轴的光轴到对象的距离。例如，光源140可以使用电子距离测量(EDM)来获得关于距离的测量值。在一个示例中，光源包括距离测量单元140，该距离测量单元包括相干光源，比如红外激光器或另一种合适的激光器(其例如在红色波长范围内进行发射)。距离测量单元可以优选地包括快速无反射器工作EDM。常规地，准直光从测量装置100A沿着径向方向发出，以通过使用本领域已知的脉冲方法或相位方法来执行距离测量。进一步地，接收到的EDM信号(即，电光距离测量的背向反射信号)的强度也可以用于获得关于到反射对象的距离的信息。

在图1a中，分束器/合束器150被提供并配置为将成像单元120的部分光学成像路径与光源140的部分光学距离测量路径组合在一起，使得成像单元120的光轴和光源140的光轴至少在透镜布置110和分束器/合束器150之间与透镜布置的光轴同轴布置。

光轴可以被视为定义光传播通过系统所沿的路径的假想线，其高达一级近似。对于由简单透镜和反射镜组成的系统，光轴经过每个表面的曲率中心并与旋转对称轴重合。光路可以被视为光在穿过光学系统(比如透镜布置110的透镜)时所采取的路径。光路(光束路径)通常受限于光可以在其中行进的以光轴为旋转对称轴的三维体积。

成像单元120的光轴由点划线示出并且光源140的光轴由虚线示出。这些线没有给出优选方向(光学互易性)，但是可以认为要在成像单元120上成像的光从左向右行进。分束器/合束器150组合这些线以使光轴在图1a中分束器/合束器150的左侧部分重叠。由于这些轴彼此平行且重叠(即，同轴)，并且另外与透镜布置110的光轴平行且重叠，因此这些轴也被视为相对于透镜布置110的光轴同轴布置。

特别地，光学设置、并且尤其是分束器/合束器150被选择为使得透镜布置110的光轴对应于成像单元120和光源140在分束器/合束器150与透镜布置110之间并且沿着透镜布置110的重叠光轴，使得在相应光路中行进的光受到透镜布置的透镜114和116的影响。由于光源140和成像单元120的光轴部分地重叠，因此这些单元的光路(即，光学成像路径和光学距离测量路径)在被分束器/合束器150组合时也部分地重叠。在该装置中，作为成像单元的二维传感器元件阵列的中心和跟踪单元的中心不需要与透镜布置110的光轴重合。例如，在校准步骤中，可以在二维传感器元件阵列上将中心定义为光轴与阵列重合的点。

将理解，两个或更多个光轴的同轴布置基本上是理论假设，因为在实践中，光轴通常不会完全重叠并指向完全相同的方向，而是会在某一较小误差范围内重叠。因此，为了便于解释，假设轴偏差小于+/-0.2°仍为同轴。典型的对齐误差在+/-0.1°的数量级，这可以在以后的校准中通过软件进行校正。

从不同的角度看图1a，根据光学互易性原理，来自图1a左侧并因此从左侧进入透镜布置110的光将被分束器/合束器150分离。因此，描述一条光路被分束器/合束器分成两条光路(从左往右看)和描述两条光路被分束器/合束器组合(从右往左看)在技术上是相同的。

在简单情况下，可以使用半透明反射镜作为分束器/合束器将入射光分成两部分(例如50:50)，一部分到达成像单元120，而另一部分到达光源140。于是，成像通道中的不期望的距离测量光可以在击中成像单元120之前被过滤掉。然而，在实践中会使用分色反射镜或分色棱镜，即，对一种波长范围而言透明而对另一种波长范围而言反射性的反射镜或棱镜。这种波长选择性可以通过使用薄膜干涉原理的分色滤光片/膜来实现。因此，使用分色反射镜或分色棱镜分别允许使用较大百分比的反射光和透射光。

因此，根据光的方向和波长，分束器/合束器150除了被配置为组合光束之外，还被配置为将从对象反射的穿过透镜布置的光分成沿着光学成像路径的成像光和沿着光学距离测量路径的距离测量光。

由上可知，光路和光轴与光的行进方向无关，所以“分”和“合”只是为了更好地解释光学布局。特别地，这些示例中的成像单元仅接收光而不发出任何光，因此分束器/合束器不会将来自成像单元和光源的光组合在一起，但是其配置有可以这样做的光学功能，因为通过透镜布置进入大地测量仪器的光被分束器/合束器分入不同的通道。换言之，分束器/合束器的光学功能是将来自其右侧的不同路径组合到其左侧重叠。

在一个示例中，光源140的激光二极管可以发射约660nm(或635nm)的红色范围内的光，并且成像单元120可以对包括反射可见波长的对象的景色成像。因此，如果提供截止波长约为620nm(即，反射大于620nm的波长)的分色反射镜(可替代地，阻挡635nm左右的光的陷波滤波器)，则可以在不同的通道中几乎没有任何强度损失地实现距离测量和成像。使用分色棱镜设计进一步允许将成像单元的相机芯片直接胶合到棱镜的部分上，从而实现高度紧凑的结构，该结构在很大程度上对温度变化和外部冲击不敏感，同时可以节省用于附接和对齐相机芯片的机械部件。

如果透镜布置110中面向分束器/合束器的透镜116具有凸面(例如，面向分束器/合束器的平凸透镜或双凸透镜)，则可以实现测量装置的测量的附加可靠性。结果，来自光源140的距离测量光从该透镜的反射不会被反射回到距离测量单元140，从而避免可能导致检测到并非来自实际目标(对象)的信号的串扰。此外，透镜布置的透镜上的抗反射涂层也可以减少串扰。当使用棱镜作为分束器/合束器150时，中间焦点应该放置在棱镜的外部而不是内部，并且光入射的(多个)棱镜表面可以相对于正交方向稍微倾斜，使得光不是完全正交地入射在其上。此外，可以在适当位置提供各个棱镜之间的气隙以实现全反射。

在图1b中，提供了大地测量仪器的另一个实施例，其进一步构建在图1a的大地测量仪器100A之上。具体地，大地测量仪器100B包括与大地测量仪器100A相同的元件并且另外包括跟踪器130。

跟踪器130被配置为通过优选地使用波长为850nm(或810nm)的红外光来跟踪对象，例如三棱镜反射器。从图1b可直接理解，图1a的分束器/合束器150需要一些修改以分别组合/分离跟踪器130、成像单元120和光源140的三个光束路径。因此，在图1b中分束器/合束器150'被配置为组合跟踪器130的光学跟踪器路径的一部分、成像单元120的光学成像路径的一部分和光源140的光源路径的一部分，使得跟踪器的光轴、成像单元的光轴和光源的光轴至少在透镜布置和分束器/合束器150'之间与透镜布置110的光轴同轴布置。因此，透镜布置110由跟踪、瞄准辅助和/或距离测量和成像功能共享。

更详细地，在图1b中，跟踪器130的光轴由点线131示出，成像单元120的光轴由点划线121示出，并且光源140的光轴由虚线141示出。在图1b中示意性地示出了这些光轴的光如何被分束器/合束器150'反射和透射以与透镜布置110的光轴111重合。

图1b所示的棱镜系统是多通道棱镜。特别地，棱镜系统包括具有楔形形状的两个棱镜。在优选实施例中，分束器/合束器150’包括至少两个楔形棱镜以及波长选择表面。波长选择表面是以不同方式反射不同波长的任何表面。在分色反射镜(或类似的分色棱镜)的上述示例中，分色反射镜(或分色棱镜)也可以包括波长选择表面。需要组合的光路越多，需要提供的棱镜或反射镜(或其组合)就越多。因此，在具有三个功能模块(比如跟踪器130、成像单元120和光源140)的优选实施例中，棱镜系统由具有类似分色反射镜的表面的两个分色棱镜构成。

本领域技术人员认识到，代替图1b中所示的两个分色棱镜，也可以使用两个分色反射镜。因此，类似于图1a，跟踪器、光源和成像单元的光轴可以在分束器/合束器150'左侧与透镜布置110的光轴同轴布置。

图1C展示了大地测量仪器100C的另一个示例的元件。大地测量仪器100C包括透镜布置110、成像单元120、跟踪器130和分束器/合束器150。大地测量仪器100C对应于大地测量仪器100A，但光源140被跟踪器130取代，其中，跟踪器130的细节已关于图1b讨论。

图2展示了由大地测量仪器捕获的图像170，该大地测量仪器包括光源和成像设备，该光源用于通过发射光脉冲以在场景中的目标处形成光点来帮助用户瞄准目标。成像设备和光源在大地测量仪器内共享公共光通道，比如像图1a至图1c所示的大地测量仪器中所展示的那样。图像170在下文中将被称为“第二图像”以将所述图像170与其他图像区分开。第二图像170是在光源打开的情况下捕获的，并且第二图像170可以说包括场景172、在公共光通道中发生的串扰174、以及优选地由从光源发出的光照射在场景中的目标上并被目标反射回到成像设备而生成的光点176。应该注意的是，图2仅仅是第二图像170、场景172、串扰174和光点176的示意性表示。

现在将参考图3a讨论第二图像170的处理。应该注意的是，图3a仅仅是所披露的各种特征的示意性表示。在图3a中，第一行展示了第二图像170及其组成部分，第二行展示了参考图像160及其组成部分，第三行展示了经处理的图像180及其组成部分，这是利用参考图像160处理第二图像170来产生的。

第二图像170包括场景172、串扰174，并且优选地包括光点176。场景的第一图像已经由成像设备在光源打开的情况下捕获，该场景不一定与第二图像170中的场景相同。从至少第一图像获得参考图像160，其中，来自第一图像的所述场景的影响被抑制。此外，在参考图像160中，来自光点的影响已被抑制。因此，参考图像160可以仅包括来自公共光通道中发生的串扰164的影响。参考图像160的串扰164可以与第二图像170中存在的串扰174基本相同。

通过利用参考图像160处理第二图像170，可以去除第二图像170中的串扰174。因此，可以实现经处理的图像180。由于在参考图像160中来自光点和场景的影响已经被抑制，因此参考图像160仅包括串扰164，并且第二图像170中的场景172和光点174将保留在经处理的图像180中。换言之，利用参考图像160处理第二图像170将去除或减少仅来自串扰174的影响。

现在参考图3b，类似于结合图3a讨论的内容，可以处理第二图像170。应该注意的是，在图3b中示意性地表示了披露的各种特征。在图3b中，第一行展示了第二图像170及其组成部分，第二行展示了参考图像160及其组成部分，第三行展示了经处理的图像180及其组成部分，这是利用参考图像160处理第二图像170来产生的。

第二图像170包括场景172、串扰174，并且优选地包括光点176。场景的第一图像已经由成像设备在光源打开的情况下捕获，该场景不一定与第二图像170中的场景相同。从至少第一图像获得参考图像160，其中，来自第一图像的所述场景的影响被抑制。因此，参考图像160可以仅包括来自公共光通道中发生的串扰164和来自光点166的影响。来自参考图像160的串扰164的影响可以与来自第二图像170中的串扰174的影响基本相同。类似地，来自参考图像160的光点166的影响可以与来自第二图像170中的光点174的影响基本相同。

通过利用参考图像160处理第二图像170，可以去除第二图像170中的串扰174。因此，可以实现经处理的图像180。由于在参考图像160中来自场景的影响已经被抑制，参考图像160仅包括来自串扰164和来自光点166的影响，因此第二图像170中的场景172将保留在经处理的图像180中。换言之，第二图像170的处理将去除或减少来自串扰174的影响，并且进一步去除或减少来自光点166的影响。

然而，已经认识到，图像中的来自光点的影响将取决于从光源到由光源发射的光所照射的目标的距离。因此，假如参考图像和第二图像是在目标的不同布置下捕获的，参考图像和第二图像中的来自光点的影响可能不同。因此，参考图像160优选地仅包括来自串扰164的影响，如结合图3a所描述的。

现在将参考图4a描述生成差图像的过程。应该注意的是，图4a仅仅是所披露的各种特征的示意性表示。在图4a中，第一行展示了第一图像190及其组成部分，第二行展示了第三图像200及其组成部分，第三行展示了差图像210及其组成部分，这是基于第一图像190和第三图像200来生成的。

第一图像190包括场景192和串扰194。这样的第一图像190可以例如通过抑制来自光点的影响来捕获，该抑制例如通过对大地测量仪器进行瞄准以使得在捕获第一图像190时光源指向不会将光源发射的光反射回到成像设备的目标来进行。

在光源关闭的情况下捕获的场景的第三图像200仅包括所述场景202。因此，可以基于第一图像190和第三图像200生成差图像210，其仅包括来自串扰194的影响。然后参考图像可以基于差图像210，并且参考图像可以如结合图3a所描述的那样使用。换言之，差图像210可以是参考图像。

如将从本披露中理解的，第一图像190中的场景192和第三图像200中的场景202优选地是在关于环境光的相同设置下对齐和/或捕获的同一场景，使得第一图像190和第三图像200的差图像将使得来自场景192、202的影响在差图像中被完全擦除。此外，在本披露中的第一图像190的场景和第三图像200的场景用不同的附图标记表示不应该被理解为指示这些场景一定彼此不同。优选地，第一图像190的场景与第三图像200的场景相同或基本相同。在一些情形中，第一图像190的场景和第三图像200的场景可以至少在某些部分中略有不同。例如，由于第一图像190的捕获和第三图像200的捕获之间的时间方面，可能存在一些变化或干扰，比如环境光的变化或微小的场景变化。

现在将参考图4b描述生成差图像的过程。应该注意的是，图4b仅仅是所披露的各种特征的示意性表示。在图4b中，第一行展示了第一图像190及其组成部分，第二行展示了第三图像200及其组成部分，第三行展示了差图像210及其组成部分，这是基于第一图像190和第三图像200来生成的。

第一图像190包括场景192、串扰194和光点196。在光源关闭的情况下捕获的场景的第三图像200仅包括所述场景202。因此，可以基于(或使用)第一图像190和第三图像200，通过从第一图像190中减去第二图像200来生成差图像210，并且差图像210仅包括来自串扰194和光点196的影响。然后参考图像可以基于差图像210，并且参考图像可以如结合图3b所描述的那样使用。换言之，差图像210可以是参考图像。

如将从本披露中理解的，第一图像190中的场景192和第三图像200中的场景202优选地是在关于环境光的相同设置下对齐和/或捕获的同一场景，使得第一图像190和第三图像200的差图像将使得来自场景192、202的影响在差图像中被完全擦除。此外，在本披露中的第一图像190的场景和第三图像200的场景用不同的附图标记表示不应该被理解为指示这些场景一定彼此不同。

现在参考图5a和图5b，示意性地示出了大地测量仪器中的成像设备的像素。像素可以记录与照射在所述像素处的光的强度有关的强度级别。为了清楚起见，在示意图中，像素可以记录低强度级别(图中用黑色像素描绘)、中等强度级别(图中用灰色像素描绘)或高强度级别(图中用白色像素描绘)。应该理解，低强度级别可以对应于零强度级别，即，没有被记录的光。此外，如从本披露中将容易理解的，本文描述的本发明构思可以适用于具有像素的成像设备，这些像素具有任何数量的可能记录的强度级别。

在一些实施例中，用于操作大地测量仪器的方法包括在光源打开的情况下捕获多个图像。参考图5a，展示了所述多个图像中的第一图像222、第二图像224和第三图像226。所述图像222、224、226中的每一个包括对应于成像设备的像素的多个像素。

第一图像222包括多个像素220。在第一图像222中，多个像素220中的一些已经记录了低强度级别，因此是低强度级别像素228，其他像素已经记录了中等强度级别，因此是中等强度级别像素230，并且又其他像素已经记录了高强度级别，因此是高强度级别像素232。

同样，第二图像224包括多个像素220。第二图像224也包括低强度级别像素228、中等强度级别像素230和高强度级别像素232。然而，取决于各种条件，比如大地测量仪器的瞄准目标、场景、场景中要观察的目标、环境光等，多个像素220中的像素可以为第二图像224记录与第一图像222相比不同的强度级别。类似地，第三图像226包括多个像素220，其中的一些可以记录与第一图像222和/或第二图像224相比不同的强度级别。

可以确定成像设备的每个像素在多个图像(即，第一图像222、第二图像224和第三图像226)中的最低记录强度级别。然后可以使用针对成像设备的每个相应像素确定的最低记录强度级别来获得参考图像。图5b中展示了使用针对第一图像222、第二图像224和第三图像226中成像设备的每个相应像素确定的最低记录强度级别的参考图像234。可以看出，每个像素的最低记录强度级别(即，参考图像)在此对应于公共光通道中发生的串扰。这样的参考图像234可以用于处理在光源打开的情况下捕获的图像以从图像中去除串扰。

现在将参考图6a和图6b描述根据本发明构思的用于操作大地测量仪器的方法。要强调的是，一些方法特征不一定是以时间界定或彼此分开的过程，并且可以以并行方式同时执行多于一个“过程特征”。

一种方法包括：在光源打开的情况下捕获650场景的第一图像；从至少第一图像获得652参考图像，其中，来自场景的影响被抑制，该参考图像表示公共光通道中发生的串扰；在光源打开的情况下捕获654第二图像；以及利用参考图像处理656第二图像，以从第二图像中去除串扰。

一种方法包括：在光源打开的情况下捕获670多个图像；确定672成像设备的每个像素在多个图像中的最低记录强度级别；使用针对成像设备的每个相应像素确定的最低记录强度级别获得674参考图像，该参考图像表示公共光通道中发生的串扰；在光源打开的情况下捕获676要处理的图像；以及利用参考图像处理678所捕获的要处理的图像，以去除要处理的图像中的串扰。

如本领域技术人员容易理解的是，鉴于以上对本发明构思的原理的描述，可以设计出许多修改和变化。旨在将所有此类修改和变化视为在如所附专利权利要求中所限定的本发明构思的范围内。

Claims (9)

1.一种用于操作大地测量仪器的方法，该大地测量仪器包括光源和成像设备，该光源用于通过发射光脉冲以在场景中的目标处形成光点来帮助用户瞄准该目标，其中，该成像设备和该光源在大地测量仪器内共享公共光通道，该方法包括：

在该光源打开的情况下捕获场景的第一图像；

从至少该第一图像获得参考图像，其中，来自该场景的影响被抑制，该参考图像表示该公共光通道中发生的串扰；

在该光源打开的情况下捕获第二图像；以及

利用参考图像处理该第二图像，以从该第二图像去除串扰。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过对该大地测量仪器进行瞄准以使得在捕获该第一图像时该光源指向不会将该光源发射的光反射回到该成像设备的目标，来抑制该参考图像中来自该光点的影响。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过提供黑暗场景或不朝向该成像设备反射环境光的场景，来抑制来自该场景的影响。

4.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：

在该光源关闭的情况下捕获该场景的第三图像；以及

基于该第一图像和该第三图像生成差图像，其中，来自该场景的影响被抑制；

其中，该参考图像基于该差图像。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括

在该光源打开的情况下捕获附加图像，这些附加图像和该第一图像形成多个图像；

其中，获得该参考图像包括：

确定该成像设备的每个像素在该多个图像中的最低记录强度级别；以及

使用针对该成像设备的每个相应像素确定的所述最低记录强度级别来获得该参考图像。

6.一种用于操作大地测量仪器的方法，该大地测量仪器包括光源和成像设备，该光源用于通过发射光脉冲以在场景中的目标处形成光点来帮助用户瞄准该目标，其中，该成像设备和该光源在大地测量仪器内共享公共光通道，该方法包括：

在该光源打开的情况下捕获多个图像；

确定该成像设备的每个像素在该多个图像中的最低记录强度级别；

使用针对该成像设备的每个相应像素确定的所述最低记录强度级别获得该参考图像，该参考图像表示该公共光通道中发生的串扰；

在该光源打开的情况下捕获要处理的图像；以及

利用该参考图像处理所捕获的要处理的图像，以去除该要处理的图像中的串扰。

7.一种大地测量仪器，包括：

光源，该光源用于通过发射光脉冲以在场景中的目标处形成光点来帮助用户瞄准该目标；

成像设备，该成像设备被配置为使用帧序列捕获该场景的图像；

其中，该成像设备和该光源在该大地测量仪器内共享公共光通道；以及

处理单元，该处理单元被配置为根据如权利要求1至6中任一项所限定的方法操作该大地测量仪器。

8.根据权利要求7所述的大地测量仪器，其中，该光源是红外激光器，并且其中，该成像设备是红外相机或热成像相机。

9.根据权利要求7所述的大地测量仪器，其中，该光源是可见光谱中的激光器，并且其中，该成像设备被配置为检测可见光。

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