DE10135299B4

DE10135299B4 - Automatisches Vermessungssystem

Info

Publication number: DE10135299B4
Application number: DE10135299A
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Gotoh
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2021-07-20
Also published as: US6907133B2; DE10135299A1; US20020028016A1; JP2002039750A

Abstract

Automatisches Vermessungssystem (10) mit einer Fernrohroptik (11, L4) und einer Bildaufnahmevorrichtung (21), die ein Bild einer mit einer Einteilung versehenen Fläche einer mit der Fernrohroptik (11, L4) anzuvisierenden Nivellierlatte (101, 201) aufnimmt und dieses Bild in Bilddaten wandelt, mit einem Speicher (33), der Erkennungsdaten eines Musters (102, 202, 203) und/oder von Zahlen (103, 104, 203, 206, 207) und/oder von Skalenkalibrierungen (105, 204a, 204b) speichert, die auf der genannten Fläche der Nivellierlatte (101, 201) vorgesehen sind, und mit einer Analysiervorrichtung (35), die zum Ermitteln eines Messwertes eine Analyse und eine Erkennung des aufgenommenen Bildes des Musters (102, 202, 203) und/oder der Zahlen (103, 104, 203, 206, 207) und/oder der Skalenkalibrierungen (105, 204a, 204b) der Nivellierlatte (101, 201) auf Grundlage der von der Bildaufnahmevorrichtung (21) aufgenommenen Bilddaten der Nivellierlatte (101, 201) und der zugehörigen, aus dem Speicher (33) ausgelesenen Erkennungsdaten vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Analysiervorrichtung (35) die Bilddatenmenge des Musters...

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisches Vermessungssystem, das eine auf einer Fläche einer Nivellierlatte, eines Vermessungsstabs etc. ausgebildete Einteilung auf elektrischem Wege lesen kann und hauptsächlich zur Nivellierung oder Höhenmessung eingesetzt wird.

Für eine Nivellierung oder Höhenmessung sind verschiedene Arten von Nivelliers bekannt, wie z.B. ein digitales Nivellier oder ein elektronisches Nivellier, das eine Skala einer Nivellierlatte auf elektronischem Wege liest. In einem digitalen Nivellier beinhaltet ein Messsystem eine Spezialnivellierlatte mit speziellen Codes, so dass ein Bild dieser auf der Nivellierlatte ausgebildeten Codes von einem Kollimatorfernrohr und einer elektronischen Bildaufnahmevorrichtung eingefangen wird. Bilddaten des eingefangenen Bildes werden dann von einer Analysiervorrichtung wie einem Mikrocomputer analysiert, um so ein Niveau bzw. eine Höhe über eine Entfernung zu messen und anzuzeigen.

Wird jedoch in einem herkömmlichen digitalen Nivellier eine auf dem Markt erhältliche Standardnivellierlatte eingesetzt, so ist es unmöglich, die Skala oder die Zahlen, die auf dieser Standardnivellierlatte dargestellt sind, zu analysieren oder voneinander zu unterscheiden. Mit einer Nivellierlatte, die keine solche oben erläuterte spezielle Nivellierlatte ist, kann deshalb das Niveau bzw. die Höhe oder die Entfernung nicht automatisch abgelesen werden. Wird dagegen die spezielle Nivellierlatte eingesetzt, so ist eine visuelle Vermessung durch ein Okular des Kollimatorfernrohrs des digitalen Nivelliers nicht möglich.

Aus der Druckschrift DE 198 58 130 A1 ist ein automatisches Vermessungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Dieses Vermessungssystem enthält einen Speicher, der Erkennungsdaten von Zahlen einer Nivellierlatte speichert, und eine Analysiervorrichtung, die eine Analyse auf Grundlage der von einer Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bilddaten der Nivellierlatte und der zugehörigen, aus dem Speicher ausgelesenen Erkennungsdaten vornimmt.

Ferner wird auf die Druckschrift DE 34 24 806 C2 verwiesen, aus der ein automatisches Vermessungssystem mit einer Fernrohroptik und einer Bildaufnahmevorrichtung bekannt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der Nachteile des herkömmlichen Nivelliers ein automatisches Vermessungssystem anzugeben, in dem das Niveau oder die Entfernung mit einer Standardnivellierlatte automatisch abgelesen werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Vermessungssystem ermöglicht es, unterschiedliche Typen von Standardnivellierlatten zu verwenden, in dem die auf das Muster, die Ziffern oder die Skala der zu verwendenden Nivellierlatte bezogenen Daten gespeichert werden.

Die mit der Einteilung versehene Fläche der Nivellierlatte wird im folgenden auch als eingeteilte Fläche bezeichnet.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
1 den Strahlengang einer Optik in einem digitalen Nivellier, auf das das erfindungsgemäße automatische Vermessungssystem angewendet wird, als Ausführungsbeispiel,
2A und 2B verschiedene Ausführungsbeispiele einer in 1 gezeigten Optik zum Teilen des Strahlenganges,
3 ein Blockdiagramm des Schaltungsaufbaus des digitalen Vermessungssystems des in 1 gezeigten digitalen Nivelliers als Ausführungsbeispiel,
4 den Zusammenhang zwischen dem Sehfeld des Kollimatorfernrohrs des in 1 gezeigten digitalen Nivelliers und einer kalibrierten Skala einer Standardnivellierlatte,
5 eine Darstellung zur Erläuterung, wie die Koordinaten eines Strichs einer Fokussierplatte auf einem Bereichssensor des in 1 gezeigten digitalen Nivelliers eingestellt werden,
6A bis 6F den Zusammenhang zwischen dem Sehfeld des Kollimatorfernrohrs des in 1 gezeigten digitalen Nivelliers und der Größe des Bildes der Standardnivellierlatte bei verschiedenen Entfernungen,
7 eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips, wie eine Skala mit einem Horizontalstrich in dem in 1 gezeigten Digitalnivellier abgelesen wird,
8 ein Diagramm zur Erläuterung, wie Skalenteile mit einem oberen und einem unteren Distanzstrich in dem in 1 gezeigten Digitalnivellier abgelesen werden,
9A bis 9F Zeitdiagramme einer Operation zum Berechnen von Skalenbruchteilen in dem in 1 gezeigten Digitalnivellier,
10A bis 10D Zeitdiagramme mit verschiedenen Zusammenhängen zwischen oberem und unterem Distanzstrich und den Skalen in dem in 1 gezeigten Digitalnivellier,
11 ein Flussdiagramm einer von dem Digitalnivellier nach 1 vorgenommenen automatischen Digitalnivellierablesung bei Verwendung der in 4 gezeigten Standardnivellierlatte,
12 die Beziehung zwischen einer Skalenfläche einer europäischen Nivellierlatte, die ein anderes Beispiel für eine automatisch ablesbare Nivellierlatte darstellt, und dem Sehfeld eines Kollimatorfernrohrs,
13 eine schematische Darstellung eines in einem Speicher umstrukturierten Bildes bei Verwendung der in 12 gezeigten europäischen Nivellierlatte, und
14 ein Flussdiagramm der digitalen Vermessung bei Verwendung der in 12 gezeigten europäischen Nivellierlatte.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Optik eines Digitalnivelliers (automatisches Vermessungssystem, Fernrohroptik) 10, auf das ein erfindungsgemäßes Vermessungssystem angewendet wird.
Das Digitalnivellier 10 hat als Kollimatorfernrohr 11, von der Objektseite her in nachstehender Reihenfolge, eine Objektivlinsengruppe L1 (Objektivoptik), eine Fokussierlinsengruppe L2 (Fokussieroptik), ein optisches Kompensations/Aufrichtelement (Kompensations/Aufrichtoptik) L3, ein erstes optisches Strahlteilerelement (Strahlteileroptik) L4, eine Fokussierplatte 13 und eine Okularlinse (Okularoptik) L5. Wird mit dem Kollimatorfernrohr 11 eine Nivellierlatte, z.B. eine erste Nivellierlatte 101 nach 4, anvisiert, so wird auf der Fokussierplatte 13 ein aufrechtes reelles Bild der eingeteilten Fläche der Nivellierplatte erzeugt.
Eine Bedienperson betrachtet das auf der Fokussierplatte 13 erzeugte Bild der Nivellierlatte durch die Okularlinsengruppe 11. Üblicherweise sind auf der Fokussierplatte 13 ein Kreuz, d.h. ein vertikaler und ein horizontaler Strich, sowie Distanzstriche, nämlich ein oberer und ein unterer Distanzstrich, vorgesehen. Die Bedienperson betrachtet das Bild der eingeteilten Fläche der Nivellierlatte, dem der vertikale und der horizontale Strich sowie der obere und der untere Distanzstrich überlagert sind, durch die Okularlinsengruppe L5 und liest das Muster, die Zahlen, die Skala etc. der Nivellierlatte ab, um so Messwerte zu erhalten (vgl. 4). Als Kompensations/Aufrichtelement L3 kann beispielsweise ein hängendes Prisma verwendet werden.
Das Digitalnivellier 10 enthält einen AF-Zeilensensor 15 zum Erfassen des Scharfstellzustandes und einen Bereichssensor (Bildaufnahmevorrichtung) 21 zum Aufnehmen der eingeteilten Fläche der oben genannten Nivellierlatte. AF steht hierbei für automatische Fokussierung. Ein auf das erste optische Strahlteilerelement L4 treffendes Lichtbündel wird in zwei Lichtbündel aufgespalten, von denen eines durch eine Teilerfläche L4D des ersten Strahlteilerelementes L4 (vgl. 2A) tritt und auf die Okularlinsengruppe L5 zuläuft, während das andere Lichtbündel an der Strahlteilerfläche L4D auf das zweite optische Strahlteilerelement L6 reflektiert wird. Das auf das zweite Strahlteilerelement L6 reflektierte Lichtbündel trifft auf dessen Strahlteilerfläche L6D, durch die es ein zweites Mal aufgespalten wird. Im erläuterten Ausführungsbeispiel ist der AF-Zeilensensor 15 an einer Stelle angeordnet, an der er das von der Strahlteilerfläche L6D durchgelassene und von einer Austrittsfläche des zweiten Strahlteilerelementes L6 ausgesendete Licht empfängt. Der Bereichssensor 21 ist an einer Stelle angeordnet, an der er das an der Strahlteilerfläche L6D reflektierte und aus einer anderen Austrittsfläche des Strahlteilerelementes L6 austretende Licht empfängt. Die Lichtempfangsflächen der Sensoren 15 und 21 sind in den Positionen angeordnet, die optisch äquivalent zur Fokussierplatte 13 sind. So sind ein auf der Fokussierplatte 13 erzeugtes Bild i und die auf den Lichtempfangsflächen der Sensoren 15 und 21 erzeugten Bilder i15 bzw. i21 äquivalent zueinander.
Der AF-Zeilensensor 15 ist ein Schärfenerfassungssensor vom Phasendifferenztyp. Das Digitalnivellier 10 hat eine nicht dargestellte automatische Fokussiervorrichtung, die den AF-Zeilensensor 15 beinhaltet. Die automatische Fokussiervorrichtung enthält eine Rechenvorrichtung, um den Defokussierbetrag, d.h. den Fokussierzustand des Objektbildes, üblicherweise des Nivellierlattenbildes, bezüglich der Fokussierplatte 13 durch den AF-Zeilensensor 15 zu ermitteln, sowie eine Antriebsvorrichtung, um die Fokussierlinsengruppe L2 längs der optischen Achse so zu bewegen, dass der erfasste Defokussierbetrag etwa Null wird, d.h. das Objektbild in Koinzidenz mit der Fokussierplatte 13 gebracht wird. Das Digitalnivellier 10 hat weiterhin einen manuellen Schärfeneinstellmechanismus, der ausgebildet ist, die Scharfeinstellung durch manuelles Bewegen der Fokussierlinsengruppe L2 zu steuern.
In dem erläuterten Ausführungsbeispiel wird das Lichtbündel an der Strahlteilerfläche L6D des zweiten Strahlteilerelementes L6 in Vorwärtsrichtung, d.h. auf das Objekt zu reflektiert (vgl. 2A). Die Reflexionsrichtung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann das Licht, wie in 2B gezeigt, auch in Querrichtung (oder in Rückwärtsrichtung) reflektiert werden. Ferner kann die Anordnung von AF-Zeilensensor 15 und Bereichssensor 21 gerade umgekehrt sein.
Die Hauptschaltung des digitalen Vermessungssystems des Digitalnivelliers 10 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 erläutert. Die Lichtempfangsfläche des Bereichssensors 21 ist optisch äquivalent zur Fokussierplatte 13. Ist das Kollimatorfernrohr 11 auf die Nivellierlatte eingestellt, wird also das Bild der eingeteilten Fläche der Nivellierlatte auf der Lichtempfangsfläche des Bereichssensors 21 erzeugt. Der Bereichssensor 21 wandelt das auf seiner Lichtempfangsfläche erzeugte Bild durch seine Lichtempfangselemente in elektrische Bildsignale und gibt diese pixelweise aus. Als Bereichssensor 21 kann eine CCD-Bildaufnahmevorrichtung, eine MOS-Bildaufnahmevorrichtung etc. verwendet werden. In dem erläuterten Ausführungsbeispiel wird als Bereichssensor 21 ein herkömmlicher CCD-Bereichssensor (Bildsensor) eingesetzt, in dem alle Schwarz/Weiß-Quadratpixel ausgelesen werden.
Eine Reihe von Bildaufnahmeoperationen des Bereichssensors 21, z.B. das Löschen nicht benötigter Ladungen, das Ansammeln von Ladungen, d.h. die Bildaufnahme, und die Ausgabe angesammelter Ladungen, d.h. der Bildsignale, werden von einem Taktpuls gesteuert, den ein Zeitsignalgenerator 23 erzeugt.
Die von dem Bereichssensor 21 ausgegebenen Bildsignale werden von dem Vorverstärker/A-D-Wandler 25 verstärkt und in digitale Bildsignale gewandelt. Die von dem Vorverstärker/A-D-Wandler 25 ausgegebenen digitalen Bildsignale werden als digitale Bilddaten sequenziell in einen ersten Speicher (Rahmen- oder Bildspeicher) 27 geschrieben und als auf ein Digitalbild (einen Rahmen) bezogene digitale Bilddaten gespeichert.
Die für ein digitales Bild in dem ersten Speicher 27 gespeicherten digitalen Bilddaten werden von einer Bildsignalverarbeitungsschaltung 31 ausgelesen, vorbestimmten Prozessen unterzogen und von einer Haupt-CPU (Analyse/Auswahlvorrichtung) 35 einer vorbestimmten Bildanalyse unterzogen. Die Haupt-CPU 35 nimmt die Bildanalyse vor, um die von dem Bereichssensor 21 aufgenommenen Bildinformationen der eingeteilten Fläche der Nivellierlatte zu analysieren und voneinander zu unterscheiden und so das Niveau bzw. die Höhe und die Entfernung zu erhalten. Die Haupt-CPU 35 zeigt die so erhaltene Niveau- oder Entfernungsinformation an einer Anzeige 37, z.B. einem Anzeigefeld an, wodurch die entsprechende Information der Bedienperson zur Kenntnis gebracht wird. Ein zweiter Speicher 29 wird auch als Arbeitsbereich für die Bildanalyse verwendet.
Ein EEPROM 33 speichert für mehrere Nivellierlatten Korrekturinformationen als Nivellierlattendaten, wie z.B. einen Justierreferenzwert, einen Temperaturkompensationswert sowie zur Analyse und Unterscheidung des Musters, der Zahlen oder der Skala der eingeteilten Fläche der Nivellierlatte benötigte Daten, die für eine normale Messung erforderlich sind.
Eine digitale Vermessung (automatische Ablesung von Niveau und Entfernung) wird vorgenommen, wenn eine Starttaste eingeschaltet wird, so dass die Haupt- CPU 35 aus dem EEPROM 33 die Daten ausliest, die der Nivellierlatten-Codeinformation entsprechen, welche die Bedienperson im Vorfeld mit einer Tastatur 39 ausgewählt hat. Vor dem Ablesen von Niveau und Entfernung wird zunächst die automatische oder die manuelle Scharfeinstellung abgeschlossen, um so eine genaue Messung zu gewährleisten.
In dem erläuterten Ausführungsbeispiel sind zwei unabhängige Energiequellen 41 und 43 vorgesehen. Die erste Energiequelle 41 wird für die automatische Fokussiervorrichtung und die zweite Energiequelle 43 für die Hauptschaltung des digitalen Vermessungssystems verwendet. Die beiden Energiequellen 41 und 43 ermöglichen es, dass nach der manuellen Scharfeinstellung über die zweite Energiequelle die automatische Ablesung vorgenommen werden kann, selbst wenn die Energiezufuhr aus der ersten Energiequelle unterbrochen ist, oder dass über die automatische Fokussiervorrichtung unter Einsatz der ersten Energiequelle eine visuelle Vermessung vorgenommen werden kann, selbst wenn die zweite Energiequelle nicht verwendet werden kann. Ist dagegen nur eine Energiequelle vorgesehen, so kann das Vermessungsinstrument leicht und klein gestaltet werden.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den Aufbau einer Standardnivellierlatte, die weitläufig für die Vermessung eingesetzt wird und von dem Digitalnivellier 10 automatisch identifiziert werden kann. Es gibt unterschiedliche Arten (z.B. hinsichtlich Einteilung und Material) von Standardnivellierlatten mit einer Vielzahl von Anzeigeelementen, d.h. einer Reihe von großen und kleinen Zeichen, Mustern und Skalen.
Im Folgenden wird eine erste Nivellierlatte 101 als Beispiel für den allgemeinsten und einfachsten Nivellierlattentyp beschrieben. Die erste Nivellierlatte 101 ist ein dreistufiger Teleskop-Nivellierkasten aus Aluminium, mit dem eine Messung bis maximal 5 m möglich ist und dessen oberste Stufe die kleinste Breite von 40 mm hat.
4 zeigt die eingeteilte Fläche, d.h. die Anzeigefläche der ersten Nivellierlatte 101 in einem Sehfeld 51 des Kollimatorfernrohrs 11. Die Anzeigeelemente der ersten Nivellierlatte 101 enthalten ein Muster 102 für große Objektentfernung, eine Reihe von großen Zeichen 103 für große Objektentfernung, eine Reihe von kleinen Zeichen 104 für ein nahes Objekt und eine Skala 105 mit einer Teilung von 10 mm. Üblicherweise ist die Grundfarbe der eingeteilten Fläche der Nivellierlatte 101 weiß und die Grundfarbe des Musters 102, der großen und der kleinen Zeichen 103, 104 und der Skala 105 schwarz oder rot.
Die Zahlen in der Reihe der großen Zeichen 103 sind jeweils 50 mm hoch und die Zahlen in der Reihe der kleinen Zeichen 104 jeweils 5 mm hoch. Die obere Kante jeder Zahl der großen Zeichenreihe 103 und der kleinen Zeichenreihe 104 ist horizontal bündig mit der oberen Kante der Skala (schwarzes Band) 105, wenn der Nivellierstab 101 in vertikaler Stellung eingestellt ist. Eine Position zwischen jeder solchen horizontal bündigen oberen Kante bildet eine kleinere Plazierung entsprechend z.B. der kleinen Zeichenreihe 104 oder der Skala 105 der entsprechenden Zahl der großen Zeichenreihe.
Das Muster 102 für große Objektentfernung ist von schwarzen kreisförmigen Punkten gebildet, die über jedem Zeichen der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe vorgesehen sind. Ein schwarzer Punkt stellt dabei eine Einheit von 1000 mm (1 m) dar. Beispielsweise stellen die in 4 gezeigten drei schwarzen Punkte 3000 mm (3 m) und die in 7 gezeigten zwei schwarzen Punkte 2000 mm (2 m) dar. Die Reihe der großen Zeichen 103 besteht aus Zahlen mit einer Ziffer und ihre Einheit ist 100 mm (10 cm). Beispielsweise stellt die Zahl "2" der in 4 gezeigten, aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe zwei Einheiten je 100 mm = 200 mm dar. In 4 besteht das Muster 102 für große Objektentfernung aus drei schwarzen Punkten, die über der Zahl "2" der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe angeordnet sind, so dass die Zahl "2" dieser in 4 gezeigten Reihe 3000 + 200 = 3200 mm darstellt.
Die Reihe der kleinen Zeichen 104 wird durch Zahlen mit drei Ziffern dargestellt, und ihre Einheit ist 10 mm (1 cm). Beispielsweise stellt die Zahl "323" der in 4 gezeigten Reihe der kleinen Zeichen 104 232·10 = 3230 mm (323 cm oder 3 m 23 cm) dar. Die Skala der 10 mm-Teilungen besteht aus dunklen und hellen Bändern, die sich in einem Abstand von 5 mm wiederholend abwechseln. In der visuellen Vermessung kann üblicherweise der Wert 1/5 der Breite der weißen oder schwarzen 5 mm-Bänder, also ein Wert bis zu 1 mm, abgelesen werden. In dem erläuterten Ausführungsbeispiel kann jedoch ein Wert kleiner als 1 mm über eine vorbestimmte Bruchteilsberechnung abgelesen werden.
In der visuellen Vermessung liest die Bedienperson das Niveau (Höhenniveau) von dem Muster 102 für große Objektentfernung, den Zahlen der Reihen der großen und der kleinen Zeichen 103, 140 der eingeteilten Fläche der ersten Vermessungslatte 101 entsprechend dem Horizontalstrich (vorbestimmte Referenzlinie) 53 sowie der Skala 105, der der Horizontalstrich 53 überlagert ist, ab und führt die Berechnung nach einer vorbestimmten Formel durch. Die Entfernung kann durch Ablesen der Skalenzahl (105) zwischen dem oberen Distanzstrich 54 und dem unteren Distanzstrich 55 (vorbestimmte Referenzlinien) gefolgt von einer Bruchteilsberechnung ermittelt werden. Der so erhaltende Wert wird in eine vorbestimmte Formel eingesetzt. In 4 bezeichnet das Bezugszeichen 52 den vertikalen Strich eines Fadenkreuzes. Die Kollimatorachse, d.h. die optische Achse des Kollimatorfernrohrs 11 geht durch den Schnittpunkt der vertikalen Strichs 52 und des horizontalen Strichs 53.
Das Sehfeld 51 des Kollimatorfernrohrs 11 ist durch dessen Feldblende beschränkt und, wie in 4 gezeigt, üblicherweise kreisförmig. Der effektive Lichtempfangsbereich des Bereichssensors 21 kann so festgelegt werden, dass er einen Kreis definiert, der identisch zu dem Sehfeld 51 ist. Da jedoch der effektive Lichtempfangsbereich des Bereichssensors 21 üblicherweise rechteckig ist, ist es möglich, das Sehfeld 51 von dem effektiven Lichtempfangsbereich umkreist, in diesen einbeschrieben oder von diesem umbeschrieben ist.
Das Niveau bzw. die Höhe erhält man durch Analyse und Unterscheidung der Einteilung (Muster 102 für große Objektentfernung, Reihen 103 und 104 der großen bzw. der kleinen Zeichen, horizontaler Strich 53) der ersten Nivellierlatte 101, der der horizontale Strich 53 überlagert ist, und durch eine Bruchteilsberechnung. Setzt man nämlich voraus, dass der Wert des Musters 102 für große Objektentfernung a, der Wert der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe b, die Zahl der Skalenteile in einem Zyklus (Zykluszahl) c und der in der auf der Skala 105 basierenden Bruchteilsberechnung berechnete Bruchteil d ist, so kann man das Niveau (mm) nach folgender Gleichung erhalten: Niveau = a·100 + b·100 + c·10 + d·1 (1)
Die Entfernung erhält man, indem die Zahl der dunklen und hellen Bilder f auf der Skala 105 der ersten Nivellierlatte 101 zwischen dem oberen Distanzstrich 54 und dem unteren Distanzstrich 55 misst. Dabei bezeichnet au den Wert des auf große Objektentfernung bezogenen Musters 102 nächst dem oberen Distanzstrich 54, bu den Wert der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe nächst dem oberen Distanzstrich 54, cu die Zahl der Teilungen (Kalibrierungen) auf der Skala 105 zwischen der Referenzposition der aus den großen Zeichen 103 bestehenden oberen Reihe des oberen Distanzstrichs 54 und du einen Bruchteil eines Zyklus, der nach einem Bruchteilsberechungsverfahren berechnet wird. Entsprechend bezeichnet a1 den Wert des auf große Objektentfernung bezogenen Musters 102 nächst dem unteren Distanzstrich 55, b1 den Wert der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe nächst des unteren Distanzstrichs 55, c1 die Zahl der Teilungen (Kalibrierungen) auf der Skala 105 zwischen der Referenzposition der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe und dem unteren Distanzstrich 55 sowie d1 einen Bruchteil eines Zyklus, der nach einem Bruchteilsberechnungsverfahren berechnet wird. Die Entfernung (mm) erhält man folglich nach folgender Gleichung (2): Entfernung = Sc·{(au – a1) 1000 + (bu – b1)·100 + (cu – c1)·10 + (du – d1)·1} (2)worin Sc den Lattenfaktor (Multiplikationskonstante) des Digitalnivelliers 10 (Kollimatorfernrohr 11) bezeichnet.
In dem erläuterten Ausführungsbeispiel können in einer Distanzmessoperation die Bruchteile du und d1 nach folgender Bruchteilsberechnung ermittelt werden. Der Abstand zwischen dem oberen Distanzstrich 54 und dem unteren Distanzstrich 55 wird entsprechend der Zahl der Pixel des Digitalbildes so vergrößert oder verringert, dass die Zahl der Teilungen (Kalibrierungen) auf der Skala 105 in einem Zyklus eine Ganzzahl ist. Die sich aus der Zahl (Ganzzahl) der Kalibrierungen auf der Skala 105 ergebende Distanzstrichabstand wird als vergrößerter Distanzstrichabstand bezeichnet, wobei man die vergrößerte Pixelzahl durch du – d1 erhält. Der vergrößerte Lattenfaktor Sc' ist nach Erhalt des vergrößerten Distanzstrichabstandes durch das Verhältnis Objektivbrennweite/vergrößerter Distanzstrichabstand gegeben.
In dem Digitalnivellier 10 gemäß erläutertem Ausführungsbeispiel wird ein auf die Objektivlinsengruppe L1 treffendes Lichtbündel (in zwei Lichtbündel) aufgespalten und trifft auf den Bereichssensor 21, bevor es die Fokussierplatte 13 erreicht. Die Bilder des Horizontalstriches 53 und der Distanzstriche 54 und 55 werden also nicht auf dem Bereichssensor erzeugt. Die Koordinaten des Bereichssensors 21 (Pixelposition in vertikaler Richtung), bei denen die Bilder des Horizontalstriches 53 und der Distanzstriche 54 und 55 erzeugt würden, werden deshalb im Voraus gemessen. Die so gemessenen Koordinaten (i, j0), (i, ja), (i, jb) werden in dem EEPROM 33 gespeichert. Die Koordinaten (i, j0), (i, ja), (i, jb) werden aus dem EEPROM 33 ausgelesen und in einer digitalen Vermessungsoperation verwendet.
Die Operationen zum Messen und Einstellen der Koordinaten von Horizontalstrich 53, oberem Distanzstrich 54 und unterem Distanzstrich 55 auf der Lichtempfangsfläche des Bereichssensors 21 (Referenztransfereinstellung) werden unter Bezugnahme auf 5 an Hand eines Beispiels erläutert. Zunächst wird die Fokussierlinsengruppe L2 des Kollimatorfernrohrs 11 in eine der Unendlicheinstellung entsprechende Position bewegt und der Diopter eingestellt. Dann wird eine Beleuchtungslichtquelle 63, die parallele Lichtstrahlen aussendet, an dem vorderen Hauptpunkt der Okularlinse angeordnet. Unmittelbar vor der Objektivlinsengruppe L1 des Kollimatorfernrohrs 11 wird ein Tripelprisma 45 angeordnet und an dem Objektivtubus befestigt. In diesem Zustand tritt mit Einschalten der Beleuchtungs lichtquelle 63 das in die Okularlinse L5 gelangende und durch die Fokussierplatte 13 tretende Licht der Beleuchtungslichtquelle 63 durch das erste Strahlteilerelement L4, das Kompensations/Aufrichtelement L3, die Fokussierlinsengruppe L2 und die Objektivlinsengruppe L1. Dann trifft das Licht auf das Tripelprisma 45, wird an diesem zurückreflektiert, tritt durch die Objektivlinsengruppe L1, die Fokussierlinsengruppe L2, das Kompensations/Aufrichtelement L3, wird an dem ersten und dem zweiten Strahlteilerprisma L4 und L6 reflektiert, wird von dem Bereichssensor 21 empfangen und erzeugt ein dunkles Transferbild 13i der Fokussierplatte 13 auf dem Bereichssensor 21. Das Transferbild 13i wird von dem Bereichssensor 21 eingefangen, und es wird die Adresse des Minimalwertes des fotoelektrisch gewandelten dunklen Bildes (Zwischenwert des Strichbildes) genau ermittelt, indem bis zu einem Wert kleiner als die Pixelteilung interpoliert wird und so die Adressen des Horizontalstriches 53, des oberen Distanzstriches 54 und des unteren Distanzstriches 55 ermittelt werden. Anschließend werden zum Abschluss der Referenztransfereinstellung die Koordinatendaten (Adressen) des Horizontalstriches 53, des oberen Distanzstriches 54 und des unteren Distanzstriches 55 in dem EEPROM 33 gespeichert. Die so erhaltenen und in dem EEPROM 33 gespeicherten Koordinatendaten werden aus diesem ausgelesen und entsprechend verwendet, wenn die automatische Entfernungsmessung durchgeführt wird.
Wie in 3 gezeigt, wird in dem erläuterten Ausführungsbeispiel das Bild der eingeteilten Fläche der ersten Nivellierlatte 101, auf das das Kollimatorfernrohr eingestellt ist, von dem Bereichssensor 21 eingefangen, von dem Vorverstärker/A-D-Wandler 25 in digitale Bilddaten gewandelt, von der Bildsignalverarbeitungsschaltung 31 und der Haupt-CPU 35 analysiert, um das genaue Niveau und die Entfernung zu berechnen, auf der Anzeigevorrichtung 37 angezeigt und als auf die automatische Messung bezogene Daten in einem Speicher gespeichert oder an ein externes Gerät ausgegeben.
Bei der ersten Nivellierlatte 101, mit der eine Niveauhöhe von 1 m bis etwa 5 m gemessen werden kann, erfolgt die Darstellung in Einheiten von 1000 mm (m) durch das auf große Objektentfernung bezogene Muster 102, Darstellung in Einheiten von 100 mm durch die Reihe der großen Zeichen 103, deren Höhe 50 mm, also fünf 10 mm-Zyklen der Skala 105 beträgt, die Darstellung in Einheiten von 10 mm durch die Reihe der kleinen Zeichen 104 und die Skala 105 sowie die Darstellung in Einheiten von 1 mm oder kleiner als 1 mm durch die Skala 105 und die Anwendung einer Bruchteilsberechnung.
Da es wegen der Verringerung der auf das Horizontalniveau bezogenen Genauigkeit schwierig ist, in der Objektivlinsengruppe des automatischen Vermessungssystems (Digitalnivellier 10) eine Zoomfunktion vorzusehen, ist es erforderlich, das Bild der eingeteilten Fläche der Nivellierlatte auf Grundlage der Bilddaten zu analysieren, die man durch das eine feste Vergrößerung aufweisende Kollimatorfernrohr erhält. Die Zahl der Pixel des Digitalbildes der Nivellierlatte oder die Bildbreite variiert deshalb in Abhängigkeit der Entfernung der Nivellierlatte. In den 6A bis 6F sind verschiedene Größen des Digitalbildes gezeigt. Die 6a bis 6F zeigen den Zusammenhang zwischen der Breite des Lattenbildes und dem Durchmesser der Feldblende (Felddurchmesser) auf der Lichtempfangsfläche (Bildaufnahmefläche) des Bereichssensors 21, wenn die Entfernung 100 m (6A), 50 m (6B), 20 m (6C), 10 m (6D), 5 m (6E) und 2 m (6F) beträgt. In den 6A bis 6F beträgt der Felddurchmesser des Digitalbildes 6,3 mm und der Wert einer Teilung (Kalibrierung) einer Skala 21C in Horizontalrichtung 0,3 mm.
Der Zusammenhang zwischen der Bildbreite (mm), der Zyklusweite (mm) der Skala 105 in der Bildfläche und der Zahl der darauf bezogenen Pixel der Skala 105 sind für die jeweiligen Entfernungen der Nivellierlatte 101 in Tabelle 1 für den Fall angegeben, dass das Bild der obersten Stufe der Nivellierlatte 101 der Breite von 40 mm auf der Lichtempfangsfläche des Bereichssensors 21 erzeugt wird.
Tabelle 1
Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, variiert das Verhältnis des Flächeninhaltes der Bilder der Anzeigeelemente der auf der ersten Nivellierlatte 101 vorgesehenen eingeteilten Fläche zur Lichtempfangsfläche des Bereichssensors 21 in Abhängigkeit von der Entfernung zur Nivellierlatte 101, wobei die aus den großen Zeichen 103 bestehende Reihe oder die aus den kleinen Zeichen 104 bestehende Reihe erkannt oder auch nicht erkannt werden kann. Befindet sich beispielsweise die Nivellierlatte 101 in geringer Objektentfernung, so besteht die Möglichkeit, dass das eingefangene Bild der Nivellierlatte 101 zu groß oder der Bildaufnahmebereich zu klein ist, als dass das auf große Objektentfernung bezeichnete Muster 102 oder die aus den großen Zeichen 103 bestehende Reihe in der Bildaufnahmefläche enthalten sein könnte, wodurch letztere nicht erkannt werden. Ferner hat bei geringer Objektentfernung die aus den großen Zeichen 103 bestehende Reihe möglicherweise eine so große Anzahl an Pixeln, dass die Erkennung eine lange Zeit beansprucht. Befindet sich dagegen die Nivellierlatte 101 in großer Objektentfernung, so besteht die Möglichkeit, dass das eingefangene Bild der Nivellierlatte 101 so klein ist, dass die Zahl der das Bild des Anzeigeelementes einnehmenden Pixel zu gering ist, um eine Unterscheidung in der aus den kleinen Zeichen 104 bestehenden Reihe vornehmen zu können. Ferner hat die aus den kleinen Zeichen 104 bestehende Reihe möglicherweise eine so geringe Anzahl an Pixeln, dass die Erkennungsgenauigkeit herabgesetzt ist. Um in dem erläuterten Ausführungsbeispiel diese Probleme zu vermeiden, werden die zu unterscheidenden Anzeigeelemente in Abhängigkeit der Zahl der die Bildbreite der eingefangenen Skala belegenden Pixel ausgewählt.
In dem erläuterten Ausführungsbeispiel werden das auf große Objektentfernung bezogene Muster 102, die aus den kleinen Zeichen 104 bestehende Reihe, die aus großen Zeichen 103 bestehende Reihe sowie die Skala 105 entsprechend der Zahl der Pixel variiert, die das Bild der Vermessungslatte in Richtung der Breite belegen. So wird die Zahl der Pixel des Lattenbildes in Richtung der Breite auf Grundlage eines vorbestimmten Grenzwertes in einen Haupt-Pixelzahlbereich und einen Neben-Pixelzahlbereich unterteilt. Ein Algorithmus, der das auf große Objektentfernung bezogene Muster 102, die aus den großen Zeichen 103 bestehende Reihe und die Skala 105 in dem Neben-Pixelzahlbereich analysiert und unterscheidet, sowie ein Algorithmus, der die aus den kleinen Zeichen 104 bestehende Reihe und die Skala 105 in dem Haupt-Pixelzahlbereich analysiert und unterscheidet, werden im Vorfeld festgelegt. Bei der Messung wird der Algorithmus, welcher der erfassten Zahl der das Lattenbild in Richtung der Breite belegenden Pixel entspricht, wahlweise eingesetzt, um das auf große Objektentfernung bezogene Muster 102 und die Werte der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe und der Skala 105 oder die Werte der aus den kleinen Zeichen 104 bestehenden Reihe und der Skala 105 zu unterscheiden und so das Niveau, d.h. die Höhe oder die Entfernung zu ermitteln.
Die Größe der Bilder der aus den kleinen Zeichen 104 bestehenden Reihe und der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe ist proportional zur Bildbreite der Nivellierlatte 101. Die Ziffern 0 bis 9 der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe und der aus den kleinen Zeichen 104 bestehenden Reihe werden deshalb durch eine vorbestimmte Zahl vertikaler Pixel und eine vorbestimmte Zahl horizontaler Pixel dargestellt. In dem EEPROM 33 ist eine Tabelle gespeichert, die die in Binärblockdaten gespeicherten Referenzzeichen angibt. Das Binärblockdatum des Referenzzeichens, das der durch den Bereichssensor 21 erhaltenen Bildbreite der Nivellierlatte entspricht, wird ausgelesen und mit den entsprechenden Blockdaten, die aus den von dem Bereichssensor 21 eingefangenen Bilddaten ausgeschnitten werden, einer Zeichenanalyse unterzogen, und zwar beispielsweise nach einem Musteranpassungsverfahren, um so die Zahlen des auf große Objektentfernung bezogenen Musters 102, der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe oder der aus den kleinen Zeichen 104 bestehenden Reihe zu erkennen. Die Erkennung der Skala 105 erfolgt nach einem Bruchteilserkennungsverfahren.
In dem Algorithmus für den Haupt-Pixelzahlbereich werden die Pixeldaten in vertikaler Richtung bei einer Bildbreite ausgelesen, von der vorausgesetzt wird, dass sie die aus den kleinen Zeichen 104 bestehende Reihe enthält, und zwar auf Grundlage der Breite des Lattenbildes, um so zu bestätigen, dass die Pixeldaten mit einer 10 mm-Einheitsänderung der dreiziffrigen Reihe der kleinen Zeichen 104 übereinstimmen. Anschließend werden die der Reihe der kleinen Zeichen 104 entsprechenden, ausgelesenen Blockdaten einer Analyse und einer Erkennung unterzogen.
In dem Algorithmus für den Neben-Pixelzahlbereich werden entsprechend dem für den Haupt-Pixelzahlbereich vorgesehenen Algorithmus nach der Bestätigung, dass die Pixeldaten mit einer 1000 mm-Einheitsänderung des auf große Objektentfernung bezogenen Musters 102 und einer 100 mm-Einheitsänderung der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe übereinstimmen, das Muster 102 und die aus den großen Zeichen 103 bestehende Reihe einer Analyse und einer Erkennung unterzogen.
Ist der Algorithmus für den Haupt-Pixelzahlbereich ausgewählt, erfolgt die Erkennung der Werte bis zu der Größenordnung von 1000 mm, 100 mm und 10 mm, indem der auf die Reihe der kleinen Zeichen 104 bezogene numerische Wert einer aus drei Ziffern bestehenden Zahl erkannt wird, die auf der eingeteilten Fläche der Nivellierlatte 101 in 10 mm-Einheiten in Richtung der Höhe dargestellt ist. Die Werte der Größenordnung 1 mm und kleinere Werte erhält man durch Erkennung der Skala 105 und durch Berechnung, wodurch eine genaue Messung realisiert wird.
Ist der Algorithmus für den Neben-Pixelzahlbereich gewählt, so erfolgt die Erkennung der Werte bis zu der Größenordnung von 1000 mm, 100 mm, 10 mm und 5 mm, indem das auf große Objektentfernung bezogene Muster 102, die aus den großen Zeichen 103 bestehende Reihe und die Skala 105 einer Erkennung unterzogen werden. Die Werte kleiner als 5 mm ergeben sich nach einem Bruchteilsberechnungsverfahren. Auf diese Weise ist eine genaue Messung möglich.
Die aus den großen Zeichen 103 bestehende Reihe und die aus den kleinen Zeichen 104 bestehende Reihe werden zur Erkennung der Zahl der Pixel ausgewählt, die das Bild der Nivellierlatte 101 in dem Bereichssensor 21 belegen. Die Pixelzahl hängt von der Brennweite der Objektivlinsengruppe L1 des Kollimatorfernrohrs und der eingestellten Entfernung der Nivellierlatte 101 ab. Die Zahl der das Bild belegenden Pixel ist im Wesentlichen umgekehrt proportional zur Entfernung. Es wird deshalb die Zahl dieser Pixel in Richtung der Breite des Lattenbildes erfasst, eine Überprüfung vorgenommen, ob die erfasste Pixelzahl in dem Haupt-Pixelzahlbereich oder dem Neben-Pixelzahlbereich liegt, und es werden das auf große Objektentfernung bezogene Muster 102, die Reihe der großen Zeichen 103 und die Skala oder die Reihe der kleinen Zeichen 104 und die Skala 105 ausgewählt.
In dem erläuterten Ausführungsbeispiel wird der Haupt-Pixelzahlbereich eingestellt, wenn die Zahl der belegenden Pixel kleiner als 60 ist, was einer Entfernung mehr als etwa 10 m entspricht. Dagegen wird der Neben-Pixelzahlbereich eingestellt, wenn die Zahl der belegenden Pixel gleich oder größer als 60 ist, was einer Entfernung von weniger als etwa 10 m entspricht.
Ein Näherungswert der Entfernung kann durch Messen der Zahl der Pixel des Lattenbildes in Richtung der Breite und durch Bezugnahme auf die Tabelle gewonnen werden, die den Zusammenhang zwischen Pixelzahl und Entfernung angibt. Es ist darauf hinzuweisen, dass für eine mehrstufige, teleskopische Nivellierlatte die Lattenbreite in Abhängigkeit der jeweiligen Stufe variiert. Um die Genauigkeit der automatischen Messung zu verbessern, werden für eine mehrstufige, teleskopische Nivellierlatte die Lattenbreite und der Wert der Lattenbreite für jede Stufe in dem EEPROM 33 als der Lattencodezahl entsprechende Lattendaten gespeichert und die zu verwendende Lattenstufe als Referenz eingegeben, z.B. von der Bedienperson selbst.
Die Lattenentfernung kann über die axiale Position der Fokussierlinsengruppe L2 gemessen werden, die im fokussierten Zustand vorliegt. Es kann deshalb eine Erfassungsvorrichtung vorgesehen werden, welche die Position der Fokussierlinsengruppe L2 erfasst und in Abhängigkeit dieser erfassten Position ermittelt, ob sich die Nivellierlatte 101 in dem Neben-Pixelzahlbereich oder in dem Haupt-Pixelzahlbereich befindet.
Die bei der Höhenmessung erfolgende Auswahl der Reihe der großen Zeichen 103 in dem Neben-Pixelzahlbereich wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 7 erläutert. 7 zeigt die eingefangenen Bilder der Zahlen 6, 5, 4 dieser Reihe in dem 2000 mm-Bereich. In 7 stellt der Horizontalstrich 53 die Abszisse und der Vertikalstrich 52 die Ordinate dar.
Den Abstand zwischen den Ordinaten jmax (jmax1 bis jmax3) der oberen Seiten der Zahlen der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe und dem Horizontalstrich 53 erhält man beispielsweise durch die Formel (j0 – jmax), da die Koordinaten des Horizontalstriches (i, j0) sind. Ist jmax nicht größer als j0, so wird die Formel (j0 – jmax) verwendet. Es wird die Zahl der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe ausgewählt, welche die kleinste Differenz (Absolutwert |jmax – j0|) zwischen der Ordinate jmax (jmax1 bis jmax3) und dem Horizontalstrich 53 (j0) ergibt. So wird die Datenmenge beim Messen der Skala 105 verringert. Die Ordinaten der Zahlen an deren linkem und rechtem Ende in horizontaler Richtung sind imin bzw. imax.
Wenn eine Zahl der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe ausgewählt wird, so wird die zwischen den Koordinaten der oberen Seite der ausgewählten Zahl und dem Horizontalstrich 53 angeordnete Skala 105 nach einem Bruchteilsberechnungsverfahren gemessen. Das Prinzip dieses Bruchteilsberechnungsverfahrens wird im Folgenden für die in 8 gezeigte Höhenmessung erläutert. In
8 ist der klareren Darstellung wegen die Zahl 5 der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe ausgewählt.
Bruchteilsberechnungsverfahren
In dem Bruchteilsberechnungsverfahren werden die hellen und dunklen Bilder der Skala 105 zwischen der y-Ordinate (jmax) der oberen Seite der Zahl 5 und dem Horizontalstrich 53 (j0) gezählt. Ist die Zahl der hellen und dunklen Bilder keine Ganzzahl, d.h. ist diese Zahl größer als eine Ganzzahl N, jedoch kleiner als N + 1, so wird der Horizontalstrich 53 an jedem Pixel um eine Strecke entsprechend einem Pixel an eine Position verschoben, die sich vor einer Position befindet, in der die Zahl der hellen und dunklen Bilder gleich N + 1 ist. Beispielsweise werden für jede Pixelzeile die Pixeldaten überprüft, um Koordinaten zu ermitteln, in denen die Zahl der hellen und dunklen Bilder eine Ganzzahl wird. Der Horizontalstrich 53 kann entweder nach oben oder nach unten verschoben werden. Vorzugsweise wird der Horizontalstrich 53 in einer Richtung verschoben, in der die Zahl der hellen und dunklen Bilder zunimmt, da die Messgenauigkeit bei einer Verschiebung in einer solchen Richtung üblicherweise zunimmt. Setzt man voraus, dass die Ordinate, bei der die Zahl der hellen und dunklen Bilder eine Ganzzahl ist, gleich jmin ist, so erhält man die Umwandlungsskalierung g nach folgender Gleichung: g = (N)·10/{(jmax – j0min)·p} (3)
In 8 gilt a = 2, b = 5, c = N + 1. So erhält man das Horizontalniveau L0 nach folgender Gleichung (4): L0 = 2 1000 + 5 100 + (N)·10 – g·k (4)worin k = jmax – j0min und damit identisch mit einer Adressdifferenz ist.
Das Niveau L0 kann automatisch nach dem oben erläuterten Bruchteilsberechnungsverfahren bis zu einem Wert der Skala 105 kleiner als die minimale Einheit von 10 mm gemessen werden.
Ist einer Distanzmessoperation der Neben-Pixelzahlbereich ausgewählt, so erhält man entsprechend der Höhenmessungsoperation die Werte des oberen Distanzstriches 54 und des unteren Distanzstriches 55 (d.h. die Werte au und a1 in Einheiten von 1000 mm, die Werte bu und b1 in Einheiten von 100 mm, die Werte cu und c1 in Einheiten von 10 mm und die Werte du und d1 in Einheiten kleiner als 10 mm). Die Entfernung erhält man folglich auf Grundlage dieser Werte und des Erweiterungslattenfaktors (Multiplikationskonstante Sc'). Die Variablen du und d1 werden gemäß g·(jumax – jg) bzw. g·(j1max – jb) ermittelt, worin jumax die Koordinate des oberen Erweiterungs-Distanzstriches 54e bezeichnet, wenn die Zahl der hellen und dunklen Bilder ausgehend von der oberen Seite der Zahl der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe nächst dem oberen Distanzstrich 54 eine Ganzzahl ist, und j1max die Koordinaten des unteren Verlängerungsdistanzstriches 55e bezeichnet, wenn die Zahl der hellen und dunklen Bilder ausgehend von der oberen Seite der Zahl der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe nächst dem unteren Distanzstrich 55 eine Ganzzahl ist.
Das Bruchteilsberechnungsverfahren in der Entfernungsmessoperation für den Fall, dass der Haupt-Pixelzahlbereich gewählt ist, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme nach den 9A bis 9F beschrieben. Das erläuterte Ausführungsbeispiel hat das Merkmal, dass die Zahl der Skalenteile 105 zwischen den Distanzstrichen 54 und 55 zur Bestimmung der Entfernung gemessen wird.
Die 9A bis 9F zeigen Abtastzeitdiagramme der Bereichssensoren in vertikaler Richtung bei der Entfernungsmessung. Die erste Nivellierlatte 101 wird von unterhalb ihrer eingeteilten Fläche aus nach oben abgetastet. 9A zeigt das auf den Minimalwert der Skala 105 bezogene Lesesignal (Feinteilungslesesignal), 9B eine Pixelanordnung in vertikaler Richtung, 9C die die Leuchtstärke oder Flächenhelligkeit darstellenden Abtastsignale der Pixel, 9D eine Rechteck welle der Abtastsignale, die für jedes Pixel einer Binäroperation und einer Rechteckoperation unterzogen worden sind, 9E eine Pixelanordnung des Bereichssensors 21 und 9F die Koordinaten der Referenz-Distanzstriche, d.h. des oberen Distanzstriches 54 und des unteren Distanzstriches 55, und der Erweiterungs-Distanzstriche 54e und 55e.
Der Referenz-Distanzstrichabstand bezieht sich auf einen Distanzstrichabstand, der durch die Brennweite der Objektivoptik des Kollimatorfernrohrs dividiert durch den Lattenfaktor Sc des Fernrohrs (Brennweite/Lattenfaktor) festgelegt ist. Der Erweiterungs-Distanzstrichabstand bezieht sich auf einen Distanzstrichabstand, den man erhält, indem der Referenz-Distanzstrichabstand so verändert, d.h. vergrößert oder verringert wird, dass die Zahl der zwischen den Referenzdistanzstrichen vorhandenen Skalenteilbilder (helle und dunkle Bilder) eine Ganzzahl ist. Wie oben erläutert, wird der Erweiterungs-Lattenfaktor (Multiplikationskonstante) Sc' dargestellt durch:
Brennweite/Erweiterungs-Distanzstrichabstand
In 9D stellt der Hochpegelabschnitt der Rechteckwelle die Bildhöhe des schwarzen Bandteils der Skala 105 und der Tiefpegelabschnitt der Rechteckwelle die Bildhöhe des weißen Bandteils der Skala 105 dar. Zunächst wird erfasst, ob zwischen den Distanzstrichen 54 und 55 eine ganze Zahl von Rechteckwellen vorhanden ist. In 9D gibt es nur zwei Hochpegelabschnitte und drei Tiefpegelabschnitte der Rechteckwelle. Die Adressen des oberen Distanzstriches 54 und des unteren Distanzstriches 55 werden deshalb verschoben, um die Adresse zu erfassen, bei der die Zahl der Hochpegelabschnitte identisch der Zahl der Tiefpegelabschnitte ist. Werden in den 9A bis 9F m obere Distanzstriche 54 und n untere Distanzstriche 55 verschoben, so sind zwischen den Erweiterungs-Distanzstrichen 54e und 55e die gleiche Zahl an Hochpegelabschnitten und Tiefpegelabschnitten der Rechteckwellen enthalten, nämlich vier.
In den 10A bis 10D sind die Zeitdiagramme für Fälle dargestellt, in denen die Referenzdistanzstriche 54e und 55e und die Skala 105 einander in unterschiedli cher Weise überlagert sind. Ist in 10A der Pegel des oberen Distanzstriches 54 tief, so wird der obere Distanzstrich 54 in eine solche Richtung bewegt, dass seine Adresse Ja abnimmt und so die dem hohen Pegel entsprechende Adresse Jae so eingestellt wird, dass sie eine Adresse des oberen Verlängerungsdistanzstriches 54e ist. Ist der Pegel des unteren Distanzstriches 55 hoch, so wird der untere Distanzstrich 55 in eine solche Richtung bewegt, dass seine Adresse Jb abnimmt und so die Adresse Jbe unmittelbar vor der Adresse, bei welcher der tief gewordene Pegel hoch wird, so eingestellt wird, dass sie die Adresse des unteren Erweiterungs-Distanzstriches 55e ist. Die Zahl der Hochpegelabschnitte zwischen den Distanzstrichen 54 und 55 ist gleich der zwischen den Erweiterungs-Distanzstrichen 54e und 55e. Die Bruchteilsberechnung des Verlängerungsdistanzstrichabstandes wird gemäß folgender Gleichung durchgeführt: Erweiterungs-Distanzstrichabstand = Zahl der Hochpegelabschnitte·10 (mm) + (Ja – Jae) + (Jb – Jbe)·g (mm) (5-1)
Da selbst ein einziges Pixel hohen Pegels zu einem Anstieg der Zahl der Hochpegelabschnitte der Daten in dem Speicher beiträgt, wird die Erweiterung so durchgeführt, dass der Referenz-Distanzstrichabstand und der Erweiterungs-Distanzstrichabstand dieselbe Zahl an Hochpegelabschnitten und denselben ganzzeiligen Zyklus haben. Nach diesem Verfahren ändern sich in keinem Fall die Zahl der Hochpegelabschnitte in dem Erweiterungs-Distanzstrichabstand, so dass der Distanzstrichabstand beibehalten werden kann.
Die Umwandlungsskalierung eines Pixels ist: g = (Zahl der Hochpegelabschnitte·10 (mm))/(Jae – Jbe)worin (Jae – Jbe) die Adressdifferenz zwischen den Erweiterungs-Distanzstrichen 54e und 55e bezeichnet. Gleiches gilt in den folgenden Ausdrücken für den Erweiterungs-Distanzstrichabstand.
10B zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem der obere Distanzstrich 54 in eine Richtung bewegt ist, in der seine Adresse Ja vergrößert ist, und in dem der untere Distanzstrich 55 in eine Richtung bewegt ist, in der seine Adresse Jb verringert ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Bruchteilsberechnung des Erweiterungs-Distanzstrichabstandes gemäß folgender Gleichung durchgeführt: Erweiterungs-Distanzstrichabstand = Zahl der Hochpegelabschnitte·10 (mm) + (Jae – Ja) + (Jb – Jbe)·g (mm) (5-2)
10C zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem der obere Distanzstrich 54 in eine Richtung bewegt ist, in der seine Adresse Ja verringert ist, und der untere Distanzstrich 55 in eine Richtung bewegt ist, in der seine Adresse Jb verringert ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Bruchteilsberechnung des Erweiterungs-Distanzstrichabstandes gemäß folgender Gleichung durchgeführt: Erweiterungs-Distanzstrichabstand = Zahl der Hochpegelabschnitte·10 (mm) + (Ja – Jae) + (Jb – Jbe)·g (mm) (5-3)
10D zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem der obere Distanzstrich 54 in eine Richtung bewegt ist, in der seine Adresse Ja vergrößert ist, und in dem der untere Distanzstrich 55 in eine Richtung bewegt ist, in der seine Adresse Jb verringert ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Bruchteilsberechnung des Erweiterungs-Distanzstrichabstandes gemäß folgender Gleichung durchgeführt: Erweiterungs-Distanzstrichabstand = Zahl der Hochpegelabschnitte·10 (mm) + (Jae – Ja) + (Jb – Jbe)·g (mm) (5-4)
Den Distanzstrichabstand erhält man auf Grundlage des so ermittelten Erweiterungs-Distanzstrichabstandes unter Anwendung folgender Gleichung: Distanzstrichabstand = Brennweite/Erweiterungs-Distanzstrichabstand
Ist der durch die Bruchteilsberechnung erhaltene Wert der Skala 105 gleich r, der Wert des oberen Distanzstriches 54 gleich La und der Wert des unteren Distanzstriches 55 gleich Lb, so erhält man folgende Ausdrücke: La = 1000·Au + 100·Bu + 10·Cu + 1·Du Lb = 1000·A1 + 100·B1 + 10·Cl +1·Dl r = 1000 (Au – Al) + 100 (Bu – Bl) + 10·(Cu – Cl) + 1·(Du – Dl)worin
Au und Al bezeichnen den Wert des auf große Objektentfernung bezogenen Musters 102 nächst dem oberen Distanzstrich 54 bzw. dem unteren Distanzstrich 55, Bu und Bl den Wert der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe nächst dem oberen Distanzstrich 54 bzw. dem unteren Distanzstrich 55, Cu die Zahl der Teilungen (Kalibrierungen) auf der Skala 105 zwischen der Referenzposition der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe und dem oberen Distanzstrich 54, Cl die Zahl der Kalibrierungen auf der Skala 105 zwischen der Referenzposition der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe und dem unteren Distanzstrich 55 sowie Du und Dl einen nach einem Bruchteilsberechnungsverfahren berechneten Bruchteil eines Zyklus bezüglich dem oberen Distanzstrich 54 bzw. dem unteren Distanzstrich 55. Werden La und Lb in Bezug auf dasselbe Zeichen berechnet, so gilt: (Au – Al) = (Bu – Bl) = 0; r ist deshalb einfach gegeben durch: r = 10·(Cu – Cl) + 1·(Du – Dl)
Werden also La und Lb in Bezug auf dieselbe Ziffer berechnet, so ist deren Erkennung nicht erforderlich.
Da in dem in den 10A bis 10D gezeigten Ausführungsbeispiel der Erweiterungs-Distanzstrichabstand auf Grundlage der Zahl der Zyklen der Skala 105 gemessen und der Bruchteil der Zykluszahl der Skala 105 in einem Bruchteilsberechnungsprozess erhalten wird, ist eine Erkennung des Zeichenmusters bei der Messung der Entfernung nicht erforderlich, und zwar unabhängig von der Entfernung.
Die digitale Messung, die von dem in dem Nivellier 10 vorgesehenen automatischen Vermessungssystem vorgenommen wird, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das in 11 gezeigte Flussdiagramm erläutert. Die in dem Flussdiagramm nach 11 gezeigte Operation wird durchgeführt, wenn eine Starttaste für die automatische Vermessung eingeschaltet ist, während die Latten-Nummer der ersten Nivellierlatte 101 über eine Tastatur 39 ausgewählt wird (vgl. 3). Die Haupt-CPU 35 liest in Schritt S11 die Lattencode-Nummer aus dem EEPROM 33 aus. Die Lattencode-Nummer wird im Vorfeld von der Bedienperson ausgewählt.
Der Bereichssensor 21 führt anschließend über den Zeitsignalgenerator 23 eine Bildaufnahmeoperation durch. Das von dem Bereichssensor 21 ausgegebene Bildsignal wird von dem Vorverstärker/A-D-Wandler 25 in ein Digitalsignal gewandelt, so dass die Bilddaten für einen Rahmen bzw. ein Bild in den ersten Speicher 27 geschrieben werden (S13, S15).
In S17 werden die Bilddaten aus dem ersten Speicher 27 ausgelesen, um die der Lattenbreite entsprechenden Binärdaten zu bestätigen. Die Breite des Lattenbildes kann man durch eine Koordinatendifferenz (max – min) der Werte (max und min) der Koordinaten der Pixel erhalten, deren Kontrast sich in horizontaler Richtung ändert, wenn eine Kontrastberechnung durchgeführt wird. Hat man die Breite des Lattenbildes erhalten, so ergeben sich die Binärblockdaten (digitale Pixeldaten) der Musterblockdaten, die Zeichenblockdaten und die Skalenblockdaten auf Grundlage von Verhältnissen zwischen der Lattenbreite und den Breiten von Muster, Zeichen und Skala.
In S19 werden verschiedene Operationen gemäß der Zahl der Pixel durchgeführt, die das Lattenbild in Richtung der Breite belegen. In Abhängigkeit dieser Pixelzahl werden Analyse- und Erkennungsoperationen gemäß Blockdaten der aus den großen Zeichen bestehenden Reihe und Musterblockdaten oder aber Blockdaten der aus den kleinen Zeichen bestehenden Reihe und Musterblockdaten durchgeführt.
Haupt-Pixelzahlbereich
Gehört die Zahl der belegenden Pixel des Lattenbildes zu dem Haupt-Pixelzahlbereich (Nahbereich), so erfolgt eine Erkennung der Zahlen der aus den kleinen Zeichen 104 bestehenden Reihe und der Skala 105. Folglich wird eine auf die vertikale Richtung bezogene Kontrastberechnung durchgeführt; es werden der maximale Koordinatenwert (jmax) und der minimale Koordinatenwert (jmin) der Ordinate (j) des Bereichssensors 21 in vertikaler Richtung sowie der Mittelwert berechnet, und es erfolgt eine Erkennung des Typs der Zeichen 103 der entsprechenden Reihe und der Skala 105 auf Grundlage der digitalen Pixelblockdaten (S21). Die Pixeladresse (i, j) wird durch orthogonale x-y-Koordinaten (x: Abszisse, y: Ordinate) dargestellt, wobei ihr Ursprung (i0, j0) in der Mitte der Lichtempfangsfläche des Bereichssensors 21 angeordnet ist. Der maximale Wert (jmax) und der minimale Wert (jmin) sind an den Grenzen des Teils hoher Flächenhelligkeit und des Teils geringer Flächenhelligkeit der ausgeschnittenen Blockdaten von Teilung (Kalibrierung), Zeichen und Muster in Richtung der y-Achse angeordnet. Der Mittelwert entspricht den Zwischenkoordinaten (max + min)/2 des Teils hoher Flächenhelligkeit.
Der Wert der Nivellierlatte der Skala, der dem Horizontalstrich 53 überlagert ist, also der Wert a in Einheiten eines Meters, der Wert b in Einheiten von 10 cm und der Wert c in Einheiten eines Zentimeters werden auf Grundlage des erkannten, d.h. erfassten Zeichentyps ermittelt (S23).
Anschließend werden die Pixeldaten auf dem Horizontalstrich 53, d.h. die Pixeldaten bei der Referenzadresse (i, j0) bestätigt, der Wert d in Millimeter oder Bruchteilen eines Millimeters basierend auf dem Ausdruck |jmax – j| berechnet, und es wird das Horizontalniveau L0 basierend auf den Werten a, b, c und d unter Anwendung der Gleichung (1) berechnet (S25).
Anschließend werden die Pixeldaten bei der Adresse (i, ja) des oberen Distanzstriches 54 und der Adresse (i, jb) des unteren Distanzstriches 55 bestätigt, und es wird die Zahl der hellen und dunklen Bilder der Skala 105 einschließlich des Bruchteils nach dem Bruchteilsberechnungsverfahren berechnet.
Dann wird das Niveau unter Anwendung der Gleichung (4) und die Entfernung unter Anwendung der Gleichungen (5-1 bis 5-4) berechnet (S29).
Anschließend werden das Niveau L0 und die Entfernung, die man in vorstehend erläuterter Weise erhält, auf der Anzeige 37 angezeigt, und die Operation endet (S31).
Neben-Pixelzahlbereich
Gehört die Zahl der belegenden Pixel des Lattenbildes zum Neben-Pixelzahlbereich (Fernbereich), so erfolgt eine Erkennung des auf große Objektentfernung bezogenen Musters 102, der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe und der Skala 105. Folglich wird eine auf die vertikale Richtung bezogene Kontrastberechnung durchgeführt, es werden der maximale Koordinatenwert (jmax), der minimale Koordinatenwert (jmin) der Ordinate (j) des Bereichssensors 21 in vertikaler Richtung und der Mittelwert berechnet, und es erfolgt eine Erkennung des auf große Objektentfernung bezogenen Musters 102, der aus den großen Zeichen 103 bestehenden Reihe und der Skala 105 auf Grundlage der ausgeschnittenen digitalen Pixelblockdaten (S34). Die Zahl des auf große Objektentfernung bezogenen Musters 102 wird in dem Mustererkennungsprozess erkannt, und der Wert a in Meter wird auf Grundlage dieser Musterzahl ermittelt (S35).
Anschließend erfolgt eine Erkennung einer großen Zahl 103 der entsprechenden Reihe in dem Mustererkennungsprozess, um so den Wert b zu ermitteln (S37).
Dann werden die Pixeldaten auf dem Horizontalstrich, d.h. die Pixeldaten bei der Referenzadresse (i, j0) bestätigt, sowie der Wert c in Einheiten eines Zentimeters und der Wert d in Einheiten eines Millimeters oder Bruchteilen eines Millimeters auf Grundlage des Bruchteilsberechnungsverfahrens berechnet (S39).
Die Adresse (i, ja) des oberen Distanzstriches 54 wird bestätigt, und es werden der Wert cu in Einheiten eines Zentimeters und der Wert du in Einheiten eines Millimeters oder Bruchteilen eines Millimeters basierend auf dem Ausdruck |jmax – ja| ermittelt, und es wird der auf den oberen Distanzstrich bezogene Wert La (au, bu, cu und du) berechnet (S41).
Entsprechend wird die Adresse (i, jb) des unteren Distanzstriches 55 bestätigt, es werden der Wert c1 in Einheiten eines Zentimeters und der Wert d1 in Einheiten eines Millimeters oder Bruchteilen eines Millimeters basierend auf dem Ausdruck |jmax – jb| ermittelt, und es wird der auf den unteren Distanzstrich bezogene Wert Lb (a1, b1, c1 und d1) berechnet (S43).
Anschließend wird das Niveau zur Anwendung der Gleichung (1) und die Entfernung basierend auf dem Wert La und dem Wert Lb unter Anwendung der Gleichung (2) berechnet (S45).
Die automatische Messung des Niveaus und der Entfernung erfolgt durch die oben erläuterte Operation. Die so erhaltenen Werte für Niveau und Entfernung werden auf der Anzeige 37 dargestellt, und die Operation endet (S47).
Bei dem erfindungsgemäßen digitalen Nivellier 10 wird die Information der eingeteilten Fläche der ersten Nivellierlatte 101 abgelesen und analysiert, um das Niveau und die Entfernung zu ermitteln und auf der Anzeige 37 darzustellen. Um das Niveau und die Entfernung genau zu messen, muss also die Bedienperson lediglich die an einem Messpunkt aufgestellte Nivellierlatte 101 mit dem Kollimatorfernrohr 11 anvisieren.
Gemäß obiger Beschreibung werden Niveau und Entfernung angezeigt. Alternativ können die Messdaten in einem lösbaren, nichtflüchtigen Speicher gespeichert und die so gespeicherten Daten an ein externes Informationsgerät wie einen Personalcomputer ausgegeben werden.
Die folgenden Erläuterungen beziehen sich auf eine Ausführungsform des digitalen Nivelliers 10, die einen unterschiedlichen Typ von Skala verwendet. 12 zeigt eine zweite Nivellierlatte 201, die eine europäische Nivellierlatte darstellt und in der eine Skala 204 in einem gezahnten Muster mit einer Teilung von 100 mm angeordnet ist. Die zweite Nivellierlatte 201 hat an ihrer eingeteilten Fläche ein E-förmiges Muster 202 und Zahnteilungen (Zahnkalibrierungen) 204b, die in vertikaler Richtung auf der linken Seite der Mittellinie 211 angeordnet sind, zweiziffrige gerade Zahlen 207 auf der linken Seite der Mittellinie 211, ein umgedrehtes E-förmiges Muster 203 und Zahnteilungen (Zahnkalibrierungen) 204a, die in vertikaler Richtung auf der rechten Seite der Mittellinie 211 angeordnet sind, sowie zweiziffrige ungerade Zahlen 206 auf der rechten Seite der Mittellinie 211.
Wird die zweite Nivellierlatte 201 zum Anzeigen einer Niveauhöhe zwischen 1 m und etwa 5 m eingesetzt, so wird der Wert a in Einheiten von tausend Millimeter und der Wert b in Einheiten von hundert Millimeter über die zweiziffrigen ungeraden Zahlen 206 und die zweiziffrigen geraden Zahlen 207 abgelesen. Der Wert c in Einheiten von zehn Millimeter wird über das E-förmige Muster 202 und das umgedrehte E-förmige Muster 203, die einen Zyklus von 20 mm haben, abgelesen. Den Wert d in Einheiten eines Millimeters oder eines Bruchteils eines Millimeters erhält man durch die Bruchteilsberechnung. Das Niveau ergibt sich durch Einsetzen der Werte a, b, c und d, erhalten für den Horizontalstrich 53, in Gleichung (1). Die Entfernung ergibt sich durch Einsetzen der Werte au, bu, cu, du, erhalten für den oberen Distanzstrich 54, und der Messwerte al, bl, cl, dl erhalten für den unteren Distanzstrich 55, in Gleichung (2). Die Daten der eingeteilten Fläche der zweiten Nivellierlatte 201 werden im Vorfeld in dem EEPROM 33 als Daten gespeichert, die dem Lattentyp entsprechen.
Das Bild der eingeteilten Fläche der zweiten Nivellierlatte 201 wird von dem Bereichssensor 21 gelesen, von dem Vorverstärker/A-D-Wandler 25 in ein Digitalsignal gewandelt, von der Bildsignalverarbeitungsschaltung 31 und der Haupt-CPU 35 analysiert, um ein genaues Niveau und eine genaue Entfernung zu berechnen, und auf der Anzeige 37 dargestellt (vgl. 3). Bei der zweiten Nivellierlatte 201 ist die Unterscheidbarkeit der Anzeigeelemente (Skala 204, zweiziffrige, gerade und ungerade Zahlen 206 bzw. 207) ungeachtet der Entfernung die gleiche, da sich die Anzeigeelemente in ihrer Größe im Wesentlichen nicht voneinander unterscheiden. Es kann deshalb unabhängig von der Entfernung der gleiche Erkennungsalgorithmus eingesetzt werden. Das Funktionsprinzip des digitalen Nivelliers 10 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf das in 14 gezeigte Flussdiagramm beschrieben.
In S51 wird der der ausgewählten Latten-Nummer entsprechende Code gelesen, der Bereichssensor 21 so angesteuert, dass er das Bild der Nivellierlatte 201 einfängt, und in S53 werden die Bilddaten der eingeteilten Fläche der Nivellierlatte 201 gewonnen. Das Anzeigemuster der Nivellierlatte 201 und das Bild der Zeichen werden A-D-gewandelt und in dem ersten Speicher 27 gespeichert (S55). Das in dem ersten Speicher 27 gespeicherte Musterbild der zweiten Nivellierlatte 201 enthält das E-förmige Muster 202 und das umgedrehte E-förmige Muster 203. Die Muster 202 und 203 sind in vertikaler Richtung abwechselnd angeordnet und bilden die Skala 204. Die Bilder des E-förmigen Musters 202 und des umgedrehten E-förmigen Musters 203 sind mit den daran angehängten Bildern der zweiziffrigen Zahlen 206 und 207 versehen. Die Bilder des E-förmigen Musters 202 und des umgedrehten E-förmigen Musters 203 sowie die Bilder der zweiziffrigen, ungeraden und geraden Zahlen 206 bzw. 207 werden in dem ersten Speicher 27 als Bilddaten gespeichert.
Diese Bilddaten werden aus dem ersten Speicher 27 ausgelesen, um den Binärsignalpegel (E-förmiges Muster 202 und umgedrehtes E-förmiges Muster 203) 204 und der zweiziffrigen, ungeraden und geraden Zahlen 206 bzw. 207 zu bestätigen, womit wiederum ermittelt wird, ob der Pegel zum Haupt-Pixelzahlbereich oder zum Neben-Pixelzahlbereich gehört (S57). Die Binärsignale der Zeichenblockdaten und der Skalenblockdaten entsprechend der Lattencode-Nummer werden ausgeschnitten, um die maximalen und minimalen Koordinaten jmax und jmin sowie den mittleren Koordinatenwert der jeweiligen Blockdaten bei der Adresse (i, j) der Lichtempfangsfläche des Bereichssensors 21 zu berechnen (S59).
Dann werden die Bilddaten des E-förmigen Musters 202 und die Bilddaten des umgedrehten E-förmigen Musters 203 entsprechend der Zahl der belegenden Pixel in Blöcke ausgeschnitten (Blockdaten), und die Bilddaten werden an der Koordinatenachse (i, j) der Lichtempfangsfläche des Bereichssensors 21 bezüglich der minimalen Flächenhelligkeitskoordinate imin des E-förmigen Musters 202, die eine Spiegelinversions-Symmetrieachse darstellt, invertiert, so dass die Bilddaten des umgedrehten E-förmigen Musters 202' in dem zweiten Speicher 29 umgeordnet werden (S61). Die Bilddaten der zweiziffrigen ungeraden Zahl 206 auf der rechten Seite der Mittellinie 211 wird axialsymmetrisch auf die linke Seite bezüglich der minimalen Flächenhelligkeitskoordinate imin des E-förmigen Musters 202 translatiert, um so eine translatierte zweiziffrige ungerade Zahl 206' zu erzeugen. Die Zahnkalibrierungen 204b werden in ähnlicher Weise auf die rechte Seite bezüglich der minimalen Flächenhelligkeitskoordinate imin des E-förmigen Musters 202 translatiert, um so translatierte Zahnkalibrierungen 204b' auszubilden. Folglich sind längs der Richtung der Skala 204 Zeichenreihen ausgebildet, welche die translatierten zweiziffrigen ungeraden Zahlen 206' und die zweiziffrigen geraden Zahlen 207 der Nivellierlatte 201 beinhalten. In dem zweiten Speicher 29 sind so das umgedrehte E-förmige Muster 203, die Zahnkalibrierungen 204a, die Zahnkalibrierungen 204b der Skala 204 und das umgedrehte E-förmige Muster 202' in vertikaler Richtung derart angeordnet, wie dies in 13 gezeigt ist. In dem zweiten Speicher 29 ist also eine kontinuierliche Binärskala angeordnet, als ob diese tatsächlich existieren würde. Die Analyse und die Erkennung der Skala 204 sowie die Berechnung von Niveau und Entfernung können deshalb unter Verwendung der in dem zweiten Speicher 29 gespeicherten Daten durchgeführt werden.
In S63 erfolgt die Erkennung des Skalen/Zeichenblocks der zweiziffrigen ungeraden Zahl 206 auf Grundlage des in dem zweiten Speicher 29 enthaltenen Musters. Ferner wird der Skalen/Zeichenblock der zweiziffrigen ungeraden Zahl 206 bezüglich der minimalen Koordinate jmin lateral so verschoben, dass eine translatierte, zweiziffrige ungerade Zahl 206' erzeugt wird, die in vertikaler Richtung an der zweiziffrigen geraden Zahl 207 ausgerichtet ist.
Anschließend erfolgt die Erkennung der Pixeldaten der Referenzadresse (i, j0) auf Grundlage der in dem zweiten Speicher 29 enthaltenen Daten (S65). Ferner wird basierend auf dem Ausdruck |jmax – j| der Wert kleiner als c und d ermittelt und der Pegel L0 berechnet.
Entsprechend erfolgt in S67 die Erkennung der Pixeldaten der Adresse (i, ja) des oberen Distanzstriches auf Grundlage der im zweiten Speicher 29 gehaltenen Daten. Ferner werden basierend auf dem Ausdruck |jmax – ja| der Wert kleiner als c und d ermittelt und der Wert La für den oberen Distanzstrich berechnet.
Entsprechend erfolgt in S69 die Erkennung der Pixeldaten der Adresse (i, jb) des unteren Distanzstriches auf Grundlage der in dem zweiten Speicher 29 enthaltenen Daten, die Ermittlung des Wertes kleiner als c und d basierend auf dem Ausdruck |jmax – jb| und die Berechnung des Wertes Lb für den unteren Distanzstrich.
Das Niveau L0 wird in den oben erläuterten Operationen und die Entfernung durch den Ausdruck |La – Lb| ermittelt (S71). Das Niveau L0 und die Entfernung werden dann auf der Anzeige 37 dargestellt, und die Operation endet. In den oben erläuterten Ausführungsbeispielen werden der erste Speicher 27 und der zweite Speicher 29 verwendet. Es ist jedoch ebenso möglich, verschiedene Speicherbereiche eines einzigen Speichers einzusetzen.
Wie aus dem oben Erläuterten hervorgeht, wird die Information der eingeteilten Fläche einer Nivellierlatte im Vorfeld in dem EEPROM 33 gespeichert, so dass die Teilungsinformation der zu verwendenden Nivellierlatte zur Analyse und Erkennung der eingefangenen Bilddaten ausgelesen und so das Niveau und die Entfernung automatisch gemessen werden können. Niveau und Entfernung werden dann auf der Anzeige dargestellt. Folglich ist es möglich, eine Standardnivellierlatte an Stelle einer speziellen Nivellierlatte zu verwenden. Die Verwendung einer Standardnivellierlatte ermöglicht es der Bedienperson, die Messung visuell durchzuführen.
Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, können Erkennungsdaten betreffend ein vorbestimmtes Muster, die Zahlen oder die Skala einer eingeteilten Fläche einer Nivellierlatte aus dem Speicher ausgelesen werden, so dass die eingefangenen Bilder des Musters, der Zahlen oder der Skala der Nivellierlatte auf Grundlage der Erkennungsdaten und der von der Bildaufnahmevorrichtung eingefangenen Bilddaten der Nivellierlatte analysiert und erkannt werden können, um so die Messwerte zu erhalten. Indem die Daten, die zur Erkennung des Muster, der Zahlen oder der Skala der eingeteilten Fläche bestimmt sind, in dem Speicher gespeichert sind, kann deshalb eine Standardnivellierlatte verwendet werden, ohne eine spezielle Nivellierlatte bereitstellen zu müssen.

Claims

Automatisches Vermessungssystem (10) mit einer Fernrohroptik (11, L4) und einer Bildaufnahmevorrichtung (21), die ein Bild einer mit einer Einteilung versehenen Fläche einer mit der Fernrohroptik (11, L4) anzuvisierenden Nivellierlatte (101, 201) aufnimmt und dieses Bild in Bilddaten wandelt, mit einem Speicher (33), der Erkennungsdaten eines Musters (102, 202, 203) und/oder von Zahlen (103, 104, 203, 206, 207) und/oder von Skalenkalibrierungen (105, 204a, 204b) speichert, die auf der genannten Fläche der Nivellierlatte (101, 201) vorgesehen sind, und mit einer Analysiervorrichtung (35), die zum Ermitteln eines Messwertes eine Analyse und eine Erkennung des aufgenommenen Bildes des Musters (102, 202, 203) und/oder der Zahlen (103, 104, 203, 206, 207) und/oder der Skalenkalibrierungen (105, 204a, 204b) der Nivellierlatte (101, 201) auf Grundlage der von der Bildaufnahmevorrichtung (21) aufgenommenen Bilddaten der Nivellierlatte (101, 201) und der zugehörigen, aus dem Speicher (33) ausgelesenen Erkennungsdaten vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Analysiervorrichtung (35) die Bilddatenmenge des Musters (102, 202, 203) und/oder der Zahlen (103, 104, 203, 206, 207) und/oder der Skalenkalibrierungen (105, 204a, 204b) in Richtung der Bildbreite oder in Richtung der Bildhöhe auf Grundlage der Bilddaten der Nivellierlatte (101, 201) ermittelt und die Analyse auf Grundlage der ermittelten Bilddatenmenge durchführt und dass in dem Speicher (33) im Voraus Koordinaten einer Lichtempfangsfläche der Bildaufnahmevorrichtung (21) gespeichert werden, die einem Horizontalstrich (53) und einem Distanzstrich (54, 55) auf einer Fokussierplatte (13) der Fernrohroptik (11, L4) entsprechen, so dass eine Koordinate der mit der Einteilung versehenen Fläche, die mit einem dieser Striche (53, 54, 55) zusammenfällt, und der Abstand zwischen den Strichen (53, 54, 55) auf der genannten Fläche auf Grundlage der gespeicherten Koordinaten und der Koordinaten des von der Bildaufnahmevorrichtung (21) auf der Lichtempfangsfläche aufgenommenen Bildes analysiert werden können.
Vermessungssystem (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Auswahlvorrichtung (35) zum Auswählen von Erkennungsdaten, die einer bestimmten, aus unterschiedlichen Lattentypen ausgewählten Nivellierlatte (101, 201) entsprechen, wobei die Analysiervorrichtung (35) diese Erkennungsdaten aus dem Speicher (33) ausliest.
Vermessungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Anzeigevorrichtung (37) zum Anzeigen des von der Analysevorrichtung (35) ermittelten Messwertes.
Vermessungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analysiervorrichtung (35) die Bilddatenmenge der Nivellierlatte (101, 201) in Richtung der Bildbreite auf Grundlage der Bilddaten der Nivellierlatte (101, 201) ermittelt und die Analyse auf Grundlage der ermittelten Bilddatenmenge durchführt.
Vermessungssystem (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Analysiervorrichtung (35) eine Erkennung derjenigen Werte des Musters (102, 202, 203) und/oder der Zahlen (103, 104, 203, 206, 207) und/oder der Skalenkalibrierungen (105, 204a, 204b) vornimmt, die innerhalb des Sehfeldes (51) der Fernrohroptik (11, L4) mit einem vorbestimmten Referenzstrich (53) zusammenfallen.
Vermessungssystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fernrohroptik (11, L4) ein Kollimatorfernrohr (11) zur automatischen Nivellierung, das vom Objekt her gesehen eine Objektivoptik (L1), eine Fokussieroptik (L2), eine Kompensations/Aufrichtoptik (L3), die Fokussierplatte (13) und eine Okularoptik (L5) hat, und einen Strahlenteiler (L4) enthält, der zwischen der Kompensations/Aufrichtoptik (L3) und der Fokussierplatte (13) angeordnet ist und das das Objektbild transportierende Licht in ein Lichtbündel, das auf die Okularoptik (L5) trifft, und ein anderes Lichtbündel spaltet, das auf die Bildaufnahmevorrichtung (21) trifft.
Vermessungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (33) den durch die Analysiervorrichtung ermittelten Messwert speichert.