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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Laserentfernungsmessgeräts, insbesondere eines handgehaltenen Laserentfernungsmessgeräts.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene Verfahren zum Betrieb eines Laserentfernungsmessgeräts, insbesondere eines handgehaltenen Laserentfernungsmessgeräts, zur berührungslosen Entfernungsmessung in einem Justiermodus, geht aus von einem Verfahren, bei dem mit einer Laserentfernungsmesseinheit des Laserentfernungsmessgeräts Laserstrahlung zu einem Zielpunkt ausgesendet wird, mit einer Kamera des Laserentfernungsmessgeräts zumindest ein Bild zumindest einer Zielumgebung des Zielpunkts erfasst wird und bei dem mit einem Bildschirm des Laserentfernungsmessgeräts eine Darstellung des Bilds überlagert mit einer Markierung des Zielpunkts ausgegeben wird. Das Verfahren ermöglicht in erfindungsgemäßem Justiermodus, einen Parallaxenfehler in der Darstellung des Bilds überlagert mit der Markierung des Zielpunkts zu korrigieren.
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Das Laserentfernungsmessgerät, insbesondere dessen funktionale Komponenten Laserentfernungsmesseinheit und Recheneinheit, ist dazu vorgesehen, zeitlich modulierte Laserstrahlung in Form eines Laserstrahls in Richtung auf ein Zielobjekt hin, dessen Entfernung zu dem Messgerät ermittelt werden soll, auszusenden. Derjenige Punkt, an dem der ausgesendete Laserstrahl auf das Zielobjekt trifft, wird im Folgenden „Zielpunkt“ genannt. Die Richtung im dreidimensionalen Raum, in die der Laserstrahl auf das Zielobjekt hin ausgesendet wird, wird im Folgenden als Entfernungsmessrichtung bezeichnet. Bezogen auf das Laserentfernungsmessgerät ist die Entfernungsmessrichtung durch die Konstruktion definiert, insbesondere durch die Anordnung der Laserentfernungsmesseinheit, insbesondere einer Sendeeinrichtung der Laserentfernungsmesseinheit, in einem Gehäuse des Laserentfernungsmessgeräts. Die Begriffe „Laserstrahlung“ und „Laserstrahl“ werden im Folgenden synonym verwendet. Die Konzepte der Laserentfernungsmessung sind einem Fachmann geläufig.
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Unter „vorgesehen“ soll im Folgenden speziell „programmiert“, „ausgelegt“, „konzipiert“ und/oder „ausgestattet“ verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion „vorgesehen“ ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt oder dazu ausgelegt ist, die Funktion zu erfüllen.
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Eine von dem angepeilten Zielobjekt reflektierte oder gestreute, d.h. zurückgestrahlte, Laserstrahlung wird von dem Laserentfernungsmessgerät, insbesondere von einer Empfangseinrichtung der Laserentfernungsmesseinheit, zumindest teilweise detektiert und zur Ermittlung der zu messenden Entfernung in Entfernungsmessrichtung verwendet. Die Empfangseinrichtung ist dabei zum Detektieren von zurückgestrahlter Laserstrahlung ausgebildet. Insbesondere weist die Empfangseinrichtung eine zweidimensionale Detektionsfläche mit einer Vielzahl von Pixeln auf, wobei jedes Pixel dazu vorgesehen ist, abhängig von einer auftreffenden Lichtintensität zurückgestrahlter Laserstrahlung ein Detektionssignal zu erzeugen und zur weiteren Verarbeitung, insbesondere an die Recheneinheit oder an eine Steuervorrichtung des Laserentfernungsmessgeräts, auszugeben. Unter „Pixel“ werden laserstrahlungsempfindliche Elemente wie Fotodioden, beispielsweise Pin-Dioden oder Avalanche-Fotodioden (APD), oder dergleichen verstanden. In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgerätes wird die Detektionsfläche durch eine zweidimensionale Anordnung („Array“) einer Vielzahl von Single-Photon-Avalanche-Dioden (SPADs) gebildet. Beispielhaft kann die Detektionsfläche aus 32x32 in einer Matrix angeordneten SPADs bestehen.
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Das Laserentfernungsmessgerät dient dem berührungslosen Messen einer Entfernung zu dem Zielpunkt. Aus einem zwischen der ausgesendeten Laserstrahlung und der von der Oberfläche des Zielobjekts reflektierten Laserstrahlung mittels der Recheneinheit oder mittels der Empfangseinrichtung durchgeführten Phasenvergleich kann eine Lichtlaufzeit ermittelt und über die Lichtgeschwindigkeit die gesuchte Entfernung zwischen dem Laserentfernungsmessgerät und dem Zielobjekt, insbesondere zwischen dem Laserentfernungsmessgerät und dem Zielpunkt in entsprechender Entfernungsmessrichtung, bestimmt werden. Alternativ kann die Lichtlaufzeit auch aus einer Flugzeitbestimmung ermittelt werden, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Die ermittelte Entfernung, d.h. der Entfernungsmesswert, kann anschließend mittels einer Auswerte- oder Steuervorrichtung des Laserentfernungsmessgeräts weiter verarbeitet und/oder unter Verwendung einer Ausgabevorrichtung wie einem Bildschirm an einen Benutzer des Laserentfernungsmessgeräts ausgegeben werden.
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In einer Ausführungsform ist das Laserentfernungsmessgerät als ein handgehaltenes Messgerät realisiert, das ohne Zuhilfenahme einer Transport- und/oder Haltevorrichtung lediglich mit den Händen, bevorzugt mit einer Hand, geführt werden kann. Dazu beträgt die Gesamtmasse des Laserentfernungsmessgeräts insbesondere weniger als 500 g, bevorzugt weniger als 300 g, besonders bevorzugt weniger als 200 g. In einer Ausführungsform des Laserentfernungsmessgeräts sind alle Komponenten des Messgeräts in einem die Komponenten im Wesentlichen umschließenden Gehäuse untergebracht. Insbesondere beträgt die Länge der längsten Seite dieses Gehäuses weniger als 30 cm, bevorzugt weniger als 20 cm, besonders bevorzugt weniger als 15 cm.
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Das Laserentfernungsmessgerät weist erfindungsgemäß eine Kamera zur Erfassung zumindest eines Bildes einer Zielumgebung eines jeweilig anvisierten Zielpunkts auf. Die Kamera kann in einer Ausführungsform als ein CCD-Chip oder ein anderweitiges, insbesondere im visuellen Spektrum sensitives, Bilderfassungsmittel realisiert sein. In einer Ausführungsform der Kamera ist diese als eine Fix-Fokus-Kamera ausgeführt, d.h. die Kameraoptik weist einen unveränderbaren Fokus auf. Alternativ kann die Kamera als automatisch fokussierende Kamera realisiert sein. In einer Ausführungsform weist die Kamera eine fixe Vergrößerung bzw. Zoom-Stufe auf. Alternativ kann die Kamera auch eine Zoom-Funktionalität aufweisen. Mittels der Kamera kann ein Bild zumindest der Zielumgebung des Zielpunkts aufgenommen werden. Die Zielumgebung um den entsprechenden Zielpunkt ist dabei insbesondere über denjenigen Raum- oder Erfassungswinkel definiert, aus dem mittels der Optik der Kamera Licht gesammelt und zu einem Bild umgewandelt wird. In einer Ausführungsform kann das Bild der Zielumgebung eines Zielpunktes unter Verwendung strahlformender und/oder strahllenkender optischer Elemente, insbesondere beispielsweise unter Verwendung von Linsen, diffraktiven Elementen, Spiegeln oder dergleichen, verändert, insbesondere verkleinert oder vergrößert werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das Bild der Zielumgebung eines Zielpunktes auch softwaregestützt verändert, insbesondere vergrößert oder verkleinert, werden. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass auch ein Teil des von der Zielumgebung eines Zielpunktes aufgenommenen Bilds selbst wieder ein Bild der Zielumgebung des Zielpunktes darstellt. Somit gilt im Rahmen dieser Schrift jeder Teilausschnitt eines Bilds von der Zielumgebung eines Zielpunktes auch selbst als ein Bild der Zielumgebung des Zielpunktes.
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Das Laserentfernungsmessgerät weist einen Bildschirm auf, wobei mittels des Bildschirms ein mit der Kamera erfasstes Bild oder ein Teilbereich eines Bilds darstellbar ist. Dabei ist im Betrieb des Laserentfernungsmessgerätes mit dem Bild überlagert oder überblendet zumindest eine Markierung darstellbar, die den Zielpunkt, an dem der Laserstrahl das Zielobjekt trifft, in dem ausgegebenen Bild, insbesondere dem ausgegebenen Teilbereich des Bilds, kennzeichnet bzw. markiert.
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Ferner weist das Laserentfernungsmessgerät eine Recheneinheit auf. Die Recheneinheit weist insbesondere Komponenten auf, die zumindest einen Prozessor, einen Speicher und ein Betriebsprogramm mit Auswerte- und Berechnungsroutinen umfassen. Insbesondere können die elektronischen Bauteile der Recheneinheit auf einer Platine oder Leiterplatte angeordnet sein. In einer Ausführungsform ist die Recheneinheit integral mit einer Steuervorrichtung des Laserentfernungsmessgeräts ausgeführt. In einer Ausführungsform ist die Recheneinheit in Form eines Mikrokontrollers ausgeführt. Die Recheneinheit ist zur Berechnung einer Entfernung aus einer Entfernungsmessung mittels der Laserentfernungsmesseinheit (bestehend aus Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung) vorgesehen und eingerichtet. Darüber hinaus ist die Recheneinheit auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen und eingerichtet. Insbesondere ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, eine Darstellung zu erzeugen, in der ein mit der Kamera erfasstes Bild der Zielumgebung des Zielpunktes mit einer Markierung des Zielpunkts gekennzeichnet ist. Dabei ist die Markierung als in das Bild eingeblendete oder mit dem Bild überblendete Markierung zu verstehen, die den Zielpunkt in dem Bild, insbesondere die Position des Zielpunkts in dem Bild, deutlich kennzeichnet und somit hervorhebt. Insbesondere kann die Markierung beispielsweise als Fadenkreuz, Quadrat, Kreis oder dergleichen realisiert sein. Ferner ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, den durch Überlagerung des Bilds mit der Markierung erzeugten Datensatz an einen Bildschirm des Laserentfernungsmessgeräts auszugeben, unter dessen Verwendung eine entsprechende Darstellung, wiederum in Form eines Bilds, an einen Bediener des Laserentfernungsmessgeräts ausgegeben wird. Erfindungsgemäß ist die Recheneinheit dazu vorgesehen und eingerichtet, einen Parallaxenfehler in dem Datensatz, d.h. in der Darstellung des Bilds überlagert mit der Markierung des Zielpunkts, im Justiermodus zu korrigieren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb des Laserentfernungsmessgeräts findet beispielsweise Anwendung in einem Szenario, in dem ein Benutzer des Laserentfernungsmessgeräts eine Messung einer Entfernung zu einem weit entfernten Gegenstand, dem Zielobjekt, durchführen möchte. Dabei kann es vorkommen, insbesondere in einem hellen Außenbereich, dass der Zielpunkt auf Grund der großen Entfernung nicht mit dem Auge erkennbar ist. Das erfindungsgemäße Laserentfernungsmessgerät stellt daher auf seinem Bildschirm den Zielpunkt, überlagert mit und in dem mit der Kamera von der Zielumgebung des Zielpunkts erfassten Bild, dar. Auf diese Weise kann der Bediener des Laserentfernungsmessgeräts trotz der großen Entfernung die Position des Zielpunkts, d.h. die Richtung, in die die Entfernung mittels Laserentfernungsmessung bestimmt wird, feststellen. Möchte der Bediener beispielsweise eine Entfernung zu einem Holzpfosten bestimmen, so kann er auf dem Bildschirm ein Bild des Holzpfostens - oder je nach Entfernung und Zoom-Stufe der Kameraoptik einen Ausschnitt davon - betrachten. Dabei wird der Zielpunkt - typischerweise ein von roter Laserstrahlung erzeugter roter Punkt - ebenfalls von der Kamera erfasst und auf dem Bildschirm ausgegeben. In dem Bild ist ferner die Position des Zielpunkts als Markierung, insbesondere als Fadenkreuz, eingeblendet. Sollte der Bediener den Zielpunkt mit bloßem Auge also nicht mehr erkennen können - weder direkt auf dem Zielobjekt noch auf der mit dem Bildschirm ausgegebenen Darstellung des Bilds -, so kann er die Ausrichtung des Laserentfernungsmessgeräts, insbesondere des emittierten Laserstrahls, auf den Holzpfosten anhand des ausgegebenen Bilds überlagert mit der Markierung des Zielpunkts durchführen. Das Laserentfernungsmessgerät weist somit zur Verbesserung der Sichtbarkeit des Zielpunkts in der auf dem Bildschirm ausgegebenen Darstellung des mit der Kamera erfassten Bilds eine virtuelle optische Zieleinrichtung auf. Die Zieleinrichtung ermöglicht eine bezüglich Fehlmessungen durch fehlerhaftes Anvisieren eines Zielobjekts sichere Handhabung des Laserentfernungsmessgeräts.
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Auf Grund der zueinander beabstandeten Anordnung von Sendeeinrichtung, insbesondere Laserdiode, und Kamera in dem Gehäuse des Laserentfernungsmessgeräts wird ein Parallaxenfehler verursacht. Der „Parallaxenfehler“ ist dabei derjenige Winkel, der zwischen der optischen Achse der Sendeeinrichtung und der optischen Achse der Kamera entsteht, wobei die beiden Achsen von verschiedenen Ausgangspunkten - d.h. der Laserdiode und der Kamera (beabstandet durch den „Basis-Abstand“) - auf denselben Punkt - den Zielpunkt - gerichtet sind. Der Parallaxenfehler wird typischerweise bei Fertigung des Laserentfernungsmessgeräts justiert, d.h. das Sichtfeld der Kamera wird in einem Justierprozess auf die Ausrichtung der Laserentfernungsmesseinheit (insbesondere der Sendeeinheit) abgestimmt. Folglich gibt das Laserentfernungsmessgerät auf dem Bildschirm eine Darstellung des Bilds überlagert mit der Markierung des Zielpunkts aus, bei der der Zielpunkt und die Markierung aufeinander fallen. Insbesondere wird dieser Justierprozess für einen Zielpunkt in einer verhältnismäßig großen Entfernung durchgeführt, da eine Abweichung der Markierung des Zielpunkts von dem tatsächlich im Bild erkennbaren Zielpunkt bei kleineren Entfernungen vernachlässigbar ist - hier kann der Bediener sich direkt an dem projizierten Zielpunkt orientieren und braucht nicht auf den Bildschirm des Laserentfernungsmessgeräts zurückzugreifen.
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Auf Grund von unvermeidlichen Toleranzen in der relativen Ausrichtung von Kamera und Laserentfernungsmesseinheit (insbesondere Sendeeinheit) zueinander sowie auf Grund von Veränderungen beispielsweise durch Alterung, mechanische Einwirkungen wie Stöße, durch Temperaturwechsel oder dergleichen kann eine Dejustierung von Kamera und Laserentfernungsmesseinheit (insbesondere der Sendeeinheit) zueinander auftreten. Diese Dejustierung äußert sich in einer Verschiebung der Markierung des Zielpunkts in einer ausgegebenen Darstellung des Bilds überlagert mit der Markierung des Zielpunkts. Folglich äußern sich derartige nachteilige Effekte in einer Verstärkung des konstruktionsbedingten Parallaxenfehlers, d.h. in einem zunehmenden lateralen Versatz der relativen Position von dem mit dem Bildschirm ausgegebenen Bild und von mit dem Bild überlagert ausgegebener Markierung des Zielpunkts zueinander.
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Erfindungsgemäß kann der Parallaxenfehler in der Darstellung des Bilds überlagert mit der Markierung des Zielpunkts in einem Justiermodus des Laserentfernungsmessgeräts korrigiert werden. Unter „Justiermodus“ ist insbesondere ein Betriebszustand des Laserentfernungsmessgeräts zu verstehen, in dem eine bestimmte Funktionalität zur Verfügung steht. Insbesondere weist die Recheneinheit des Laserentfernungsmessgeräts einen Betriebszustand auf, in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Der Justiermodus kann insbesondere in Form einer Funktion des Laserentfernungsmessgeräts implementiert sein, die von der Recheneinheit ausgeführt wird. In einer Ausführungsform wird dabei der Justiermodus durch eine Bedienereingabe durch einen Bediener des Laserentfernungsmessgeräts initiiert. Auf diese Weise ist eine Nachjustierung des Laserentfernungsmessgeräts, d.h. des Parallaxenfehlers in der Darstellung des Bilds überlagert mit der Markierung des Zielpunkts, jederzeit und insbesondere bei Bedarf möglich. Unter „Parallaxenfehler korrigieren“ ist insbesondere zu verstehen, dass der besagte laterale Versatz der relativen Position von mit dem Bildschirm ausgegebenen Bild und von mit dem Bild überlagert ausgegebener Markierung des Zielpunkts angepasst, insbesondere korrigiert oder herausgerechnet, wird. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Parallaxenfehler in der Darstellung des Bilds überlagert mit der Markierung des Zielpunkts durch Anpassen der relativen Position des ausgegebenen Bilds und der Markierung zueinander korrigiert.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die relative Position des Bilds und der Markierung zueinander durch eine, insbesondere manuelle, Bedienereingabe korrigiert. Beispielsweise kann die relative Position des Bilds und der Markierung zueinander unter Verwendung von Bedienelementen, insbesondere unter Verwendung einer Tastatur oder von Cursor-Tasten, verschoben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die relative Position des Bilds und der Markierung zueinander unter Verwendung eines berührungssensitiven Bildschirms verschoben werden. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann die relative Position des Bilds und der Markierung zueinander unter Verwendung einer auf einem externen Datenverarbeitungsgerät ausgeführten Software verschoben werden. Unter einem „Datenverarbeitungsgerät“ ist beispielsweise ein Smartphone oder ein Computer oder dergleichen zu verstehen, der unter Verwendung einer Datenkommunikationsschnittstelle mit dem Laserentfernungsmessgerät kommuniziert. Die Datenkommunikationsschnittstelle kann dabei beispielsweis als eine WLAN- und/oder Bluetooth-Schnittstelle ausgeführt sein.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die relative Position des Bilds und der Markierung zueinander durch Verschieben der Markierung in der Darstellung des Bilds überlagert mit der Markierung des Zielpunkts korrigiert. Mit anderen Worten wird die Position der Markierung relativ zur auf dem Bildschirm ausgegebenen Darstellung des Bilds angepasst und verschoben. Diese Umsetzung stellt sich für einen Bediener des Laserentfernungsmessgeräts beispielsweise derart dar, dass die Markierung des Zielpunkts durch Eingabe, beispielsweise mittels eines berührungssensitiven Bildschirms, zu einer beliebigen Seite des Bildschirms verschiebbar ist (Markierung bleibt nicht im Zentrum des Bildschirms). Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die relative Position des Bilds und der Markierung zueinander durch Verschieben des Bilds in der Darstellung des Bilds überlagert mit der Markierung des Zielpunkts korrigiert wird. Derart wird die Position des ausgegebenen Bilds relativ zur Markierung verschoben. Insbesondere kann auch ein Bildausschnitt verändert und/oder verschoben werden. Diese Umsetzung stellt sich für einen Bediener des Laserentfernungsmessgeräts beispielsweise derart dar, dass stets der Zielpunkt im Mittelpunkt der auf dem Bildschirm ausgegebenen Darstellung befindlich ist - in einer Ausführungsform zusätzlich markiert mit einer Markierung (Markierung bleibt unverändert im Zentrum des Bildschirms, Bild(ausschnitt) wird verschoben). Ferner kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, die Einblendung der Markierung, d.h. die überlagerte Darstellung von Bild und Markierung, für Entfernungen unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts zu deaktivieren (beispielsweise für Entfernungen unterhalb von 15 Metern).
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die relative Position des Bilds und der Markierung zueinander, insbesondere unter Verwendung der Recheneinheit, automatisch korrigiert. Insbesondere wird die relative Position des Bilds und der Markierung zueinander automatisch korrigiert, indem der Zielpunkt im Bild detektiert wird und dessen Position, beispielsweise in Pixelkoordinaten, ermittelt wird, wobei die relative Position des Bilds und der Markierung zueinander derart korrigiert wird, dass die Markierung auf der ermittelten Position des Zielpunkts zu liegen kommt. In einem Ausführungsbeispiel kann die automatische Korrektur unter Verwendung von zwei Bildern implementiert sein, wobei eines der zwei Bilder bei ausgeschalteter Laserentfernungsmesseinheit, d.h. ohne Aussenden eines Laserstrahls, erfasst wird und das zweite der zwei Bilder bei eingeschalteter Laserentfernungsmesseinheit, d.h. unter Aussenden eines Laserstrahls, erfasst wird. Die Subtraktion der beiden Bilder voneinander erlaubt anschließend die besonders einfache Detektion des Zielpunkts im Bild unter Ermittlung dessen Position, beispielsweise in Pixelkoordinaten, unter Anwendung einer Schwellwertbetrachtung. Die Pixelkoordinaten erlauben die Bestimmung des lateralen Versatzes, der zur Korrektur des Parallaxenfehlers auf die relative Position des Bilds und der Markierung zueinander angewandt werden muss. Folglich kann die relative Position des ausgegebenen Bilds und der Markierung zueinander im Rahmen des von der Recheneinheit durchgeführten Bildverarbeitungsalgorithmus korrigiert werden. In einer Ausführungsform erfolgt die Ausgabe der Darstellung des Bildes überlagert mit der Markierung in Echtzeit, insbesondere synchron zu einer Bewegung des Laserentfernungsmessgeräts. Auf diese Weise wird während der Bewegung des Laserentfernungsmessgeräts durch den Benutzer stets ein aktuelles Bild der zu dem gegebenen Zeitpunkt anvisierten Zielumgebung des aktuell angepeilten Zielpunkts ausgegeben. Gleichzeitig mit der aktualisierten Ausgabe des Bildes wird auch die Markierung des Zielpunkts in der Darstellung automatisch aktualisiert und daher korrigiert dargestellt. Unter „in Echtzeit“ und „synchron zu einer Bewegung des Laserentfernungsmessgeräts“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Recheneinheit derart hoch ist, dass sich eine Umpositionierung des Laserentfernungsmessgeräts im Raum durch den Benutzer unmittelbar in einer Änderung des dargestellten Bildes, insbesondere überlagert mit der Markierung, auswirkt. Auf diese Weise kann der Benutzer des Laserentfernungsmessgeräts eine mit dem Laserentfernungsmessgerät ausgeführte Bewegung im Raum direkt, d.h. „synchron“, einer Änderung des ausgegebenen Bildes samt Markierung zuordnen. Durch eine hohe Verarbeitungsrate kann bei dem Benutzer des Laserentfernungsmessgeräts der Eindruck entstehen, dass Bilddaten für einen mit dem Laserentfernungsmessgerät anvisierten Zielbereich, insbesondere einer Zielumgebung eines Zielpunkts, unmittelbar ausgewertet und die Markierung unmittelbar korrekt dargestellt wird. Unter einer Ausgabe der Darstellung des Bilds überlagert mit der Markierung „in Echtzeit“ ist dann auszugehen, wenn die geräteinterne Verarbeitungsdauer bis zur fertiggestellten Ausgabe insbesondere weniger als 0,5 Sekunden, bevorzugt weniger als 0,1 Sekunden, besonders bevorzugt weniger als 0,05 Sekunden beträgt. Dadurch kann der Benutzer des Laserentfernungsmessgeräts besonders schnell, verzögerungsfrei und somit sicher erkennen, auf welchen Zielpunkt das Laserentfernungsmessgerät ausgerichtet ist. Vorteilhaft kann somit ein besonders effizientes und intuitiv bedienbares Laserentfernungsmessgerät mit hohem Bedienkomfort bereitgestellt werden. Insbesondere erlaubt eine automatische Korrektur, dass für jede beliebige Entfernung von Laserentfernungsmessgerät und Zielobjekt zueinander die Position der Markierung des Zielpunkts bezogen auf das Bild (d.h. in der auf dem Bildschirm ausgegebenen überlagerten Darstellung des Bilds) mit der tatsächlichen (bei entsprechenden Lichtverhältnissen) im Bild erkennbaren Position des abgebildeten Zielpunkts übereinstimmt.
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Auf Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine besonders intuitive und somit einfache Bedienung des Laserentfernungsmessgeräts durch den Benutzer realisiert werden. Eine Fehlbedienung des Laserentfernungsmessgeräts, insbesondere eine falsch durchgeführte Ausrichtung des Laserentfernungsmessgeräts, kann vermieden werden.
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Ferner wird ein erfindungsgemäßes Laserentfernungsmessgerät, insbesondere ein angehaltenes Laserentfernungsmessgerät, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Das Laserentfernungsmessgerät weist, wie beschrieben, zumindest eine Laserentfernungsmesseinheit zur berührungslosen Ermittlung einer Entfernung zu einem Zielpunkt durch Aussenden eines Laserstrahls, eine Kamera zur Erfassung zumindest eines Bilds zumindest einer Zielumgebung des Zielpunkts, einen Bildschirm zur Ausgabe einer Darstellung des Bilds überlagert mit einer Markierung des Zielpunkts sowie eine Recheneinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf.
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Figurenliste
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßiger Weise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche Elemente.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laserentfernungsmessgeräts;
- 2 eine Aufsicht auf eine Ausführungsform eines Laserentfernungsmessgerät mit auf dem Bildschirm ausgegebener Darstellung eines Bilds der Zielumgebung des Zielpunkts überlagert mit einer Markierung des Zielpunkts vor Durchführung des Verfahrens (a) und nach Durchführung des Verfahrens (b);
- 3 eine Aufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Laserentfernungsmessgerät mit auf dem Bildschirm ausgegebener Darstellung eines Bilds der Zielumgebung des Zielpunkts überlagert mit einer Markierung des Zielpunkts vor Durchführung des Verfahrens (a) und nach Durchführung des Verfahrens (b);
- 4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Verfahrensdiagramm.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein beispielhaft ausgeführtes, handgehaltenes Laserentfernungsmessgerät 10, das ein Gehäuse 12, einen berührungssensitiven Bildschirm 14 sowie Betätigungselemente 16 zum Ein- und Ausschalten des Laserentfernungsmessgeräts 10 und zum Starten bzw. Konfigurieren eines Messvorgangs aufweist. Die Betätigungselemente 16 erfüllen ferner die Funktion von Cursor-Tasten. Zur Messung der Entfernung des Laserentfernungsmessgeräts 10 zu einem Zielobjekt 18 (vgl. 2) wird im Betrieb des Laserentfernungsmessgeräts 10 parallele Laserstrahlung (hier nicht näher dargestellt) über eine Sendeoptik 20, die beispielsweise aus einem nicht näher dargestellten Linsensystem besteht, in Richtung des Zielobjekts 18 gesendet. Die Richtung, in die das Laserentfernungsmessgerät 10 Laserstrahlung emittiert, wird im Folgenden Entfernungsmessrichtung 22 genannt. Die Sendeoptik 20 sowie eine Laserdiode (hier nicht näher dargestellt) sind Bestandteil der Sendeeinrichtung des Laserentfernungsmessgeräts 10. Die von einer Oberfläche des Zielobjekts 18 reflektierte Laserstrahlung (hier nicht näher dargestellt) wird über eine Empfangsoptik 24 (hier in Form einer Linse) auf eine zweidimensionale Detektionsfläche (hier nicht näher dargestellt) geleitet und dort detektiert. Die zweidimensionale Detektionsfläche ist beispielsweise als eine zweidimensionale Anordnung („Array“) von 17×17 in einer Matrix angeordneten Single-Photon-Avalanche-Dioden (SPADs) gebildet, wobei jede SPAD dazu vorgesehen ist, abhängig von einer auftreffenden Lichtintensität zurückgestrahlter Laserstrahlung ein Detektionssignal zu erzeugen und zur weiteren Verarbeitung, insbesondere an eine nicht näher dargestellte Recheneinheit oder an eine nicht näher dargestellte Steuervorrichtung des Laserentfernungsmessgeräts 10, auszugeben. Die Empfangsoptik 24 und die Detektionsfläche sind Bestandteil einer Empfangseinrichtung. Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung bilden zusammen die Laserentfernungsmesseinheit des Laserentfernungsmessgeräts 10. Aus einem zwischen der ausgesendeten Laserstrahlung und der von der Oberfläche des Zielobjekts 18 reflektierten Laserstrahlung durchgeführten Phasenvergleich kann eine Lichtlaufzeit ermittelt und über die Lichtgeschwindigkeit die gesuchte Entfernung zwischen Laserentfernungsmessgerät 10 und Zielobjekt 18 in Entfernungsmessrichtung 22 bestimmt werden. Die Laserstrahlung ist in diesem Ausführungsbeispiel als rotes Laserlicht realisiert. Auf dem Zielobjekt 18 erzeugt die emittierte Laserstrahlung einen projizierten Laserpunkt, den sogenannten Zielpunkt 26.
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Das Laserentfernungsmessgerät 10 weist ferner eine Kamera 28 auf, die zur Aufnahme zumindest eines Bildes 30 einer Zielumgebung 32 (vgl. 2 und 3) des Zielpunkts 26 vorgesehen ist. Die Kamera 28 ist dabei in dem Laserentfernungsmessgerät 10 derart untergebracht, insbesondere in dem Gehäuse 12 des Laserentfernungsmessgeräts 10 derart untergebracht, dass sie in Entfernungsmessrichtung 22 ausgerichtet ist. Somit ist die Kamera 28 bezogen auf das Gehäuse 12 ortsfest in dem Gehäuse 12 untergebracht. Die Kamera ist als ein CCD-Chip realisiert und stellt eine Fix-Fokus-Kamera dar.
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Das Laserentfernungsmessgerät 10 weist zu dessen Energieversorgung eine nicht näher dargestellte Energieversorgungsvorrichtung, insbesondere eine Batterie oder einen Akkumulator, bevorzugt einen Lithium-Ionen-Akkumulator, auf.
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Ferner weist das Laserentfernungsmessgerät 10 in den Figuren nicht näher dargestellte Komponenten auf. Diese umfassen zumindest eine Recheneinheit. Die Recheneinheit weist insbesondere Komponenten auf, die zumindest einen Prozessor, einen Speicher und ein Betriebsprogramm mit Auswerte- und Berechnungsroutinen umfassen. Die Recheneinheit ist vorgesehen zur Berechnung einer Entfernung aus einer Entfernungsmessung sowie zur Erzeugung einer Darstellung 34,34a,34b, in der ein mit der Kamera 28 erfasstes Bild 30 der Zielumgebung 32 des Zielpunktes 26 überlagert mit einer Markierung 36,36a,36b des Zielpunkts 26 (vgl. 2 und 3), hier ein Fadenkreuz, gekennzeichnet ist. Die Markierung 36,36a,36b ist in das Bild 30 eingeblendet und kennzeichnet den Zielpunkt 26 in dem Bild 30. Ferner ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, den durch Überlagerung des Bilds 30 mit der Markierung 36,36a,36b erzeugten Datensatz (d.h. die Darstellung 34,34a,34b) an den Bildschirm 14 des Laserentfernungsmessgeräts 10 auszugeben (vgl. 2 und 3). Mittels des Bildschirms 14 wird die entsprechende Darstellung 34,34a,34b, wiederum in Form eines Bilds, an einen Bediener des Laserentfernungsmessgeräts 10 ausgegeben. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, in Folge einer Bedienereingabe durch einen Bediener des Laserentfernungsmessgeräts 10 einen Justiermodus zu aktivieren. Der Justiermodus ist als eine Funktion des Laserentfernungsmessgeräts 10 in der Software der Recheneinheit implementiert und wird nach Aktivierung von der Recheneinheit ausgeführt. In erfindungsgemäßem Justiermodus ist es möglich, eine Nachjustierung des Laserentfernungsmessgeräts 10 hinsichtlich eines Parallaxenfehlers durchzuführen, wobei ein lateraler Versatz der relativen Position von mit dem Bildschirm 14 ausgegebenen Bild 30 und von mit dem Bild 30 überlagert ausgegebener Markierung 36,36a,36b des Zielpunkts 26 (der sog. Parallaxenfehler) angepasst, insbesondere korrigiert oder herausgerechnet, wird. Die Recheneinheit verfügt über alle zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigten Werte und Anweisungen.
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In den 2 und 3 sind jeweils schematische Aufsichten auf ein Laserentfernungsmessgerät 10 dargestellt, wobei in jeder Ansicht eine Darstellung 34,34a,34b des Bilds 30 überlagert mit einer Markierung 36,36a,36b des Zielpunkts 26 ausgegeben wird. 2a und 3a zeigen dabei Darstellungen 34,34a, wie sie vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgegeben werden, während 2b und 3b Darstellungen 34,34b zeigen, wie sie nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, d.h. nach Korrektur des Parallaxenfehlers, ausgegeben werden. Die 2 und 3 gehen dabei von folgendem Szenario aus: Die Laserdiode des Laserentfernungsmessgeräts 10 emittiert Laserstrahlung in Entfernungsmessrichtung 22. Die Laserstrahlung wird von dem Zielobjekt 18 reflektiert oder gestreut und läuft als zurückgestrahlte Laserstrahlung zurück zum Laserentfernungsmessgerät 10. Die Kamera 28 nimmt ein Bild 30 einer Zielumgebung 32 des Zielpunkts 26 auf (vgl. 2a, 2b, 3a, 3b).
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Auf Grund äußerer Einflüsse, insbesondere mechanischer Einwirkungen, Temperaturwechsel, oder auch Alterung des Laserentfernungsmessgeräts 10, kann eine Dejustierung von Kamera 28 und Laserentfernungsmesseinheit (insbesondere der Sendeeinheit) zueinander auftreten. Diese Dejustierung äußert sich in der Verschiebung der (unkorrigierten) Markierung 36,36a des Zielpunkts 26 in der ausgegebenen Darstellung 34,34a des Bild 30 überlagert mit der Markierung 36,36a des Zielpunkts 26 (vgl. 2a und 3a). Dieser Parallaxenfehler bewirkt, dass die Position der Markierung 36,36a des Zielpunkts 26 bezogen auf das Bild 30 (d.h. in der auf dem Bildschirm 14 ausgegebenen überlagerten Darstellung 34,34a) mit der tatsächlichen (bei entsprechenden Lichtverhältnissen) im Bild 30 erkennbaren Position des abgebildeten Zielpunkts 26 nicht mehr übereinstimmt, vgl. insbesondere 2a und 3a (Parallaxenfehler).
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Durch eine Eingabe mittels der Bedienelemente 16 kann nun ein Bediener des Laserentfernungsmessgeräts 10 den Justiermodus initiieren und anschließend den Parallaxenfehler durch Anpassen der relativen Position des Bilds 30 und der (unkorrigierten) Markierung 36,36a zueinander korrigieren. Wie in 2a angedeutet, kann dabei die relative Position des Bilds 30 und der Markierung 36,36a zueinander durch eine, insbesondere manuelle, Bedienereingabe unter Verwendung des berührungssensitiven Bildschirms 14 korrigiert werden. Dies ist in 2a durch einen Finger angedeutet, der auf die Position des Zielpunkts 26 in der Darstellung 34,34a tippt. Die Recheneinheit erhält die Pixelkoordinaten des Berührpunktes bezogen auf die Darstellung 34,34a, insbesondere bezogen auf das ausgegebene Bild 30, und verwendet fortan diese Pixelkoordinaten als neue Pixelkoordinaten der korrigierten Markierung 36,36b bei einer weiteren Ausgabe einer Darstellung 34,34b des Bilds 30 überlagert mit der Markierung 34,34b des Zielpunkts 26, vgl. 2b. Alternativ oder zusätzlich kann, wie in 3a angedeutet, die relative Position des Bilds 30 und der Markierung 36,36a zueinander auch durch eine, insbesondere manuelle, Bedienereingabe unter Verwendung der Bedienelemente 16 korrigiert werden. Dies ist in 3a durch einen Finger angedeutet, der auf eine der Bedienelemente 16 drückt, um die Position der (unkorrigierten) Markierung 36,36a in der Darstellung 34,34a nach rechts hin zum in der Darstellung 34,34a erkennbaren Zielpunkt 26 zu verschieben. Die Recheneinheit verschiebt die Position der Markierung 36,36a, speichert die neuen Pixelkoordinaten bezogen auf die Darstellung 34,34a, insbesondere bezogen auf das ausgegebene Bild 30, und verwendet fortan diese Pixelkoordinaten als neue Pixelkoordinaten der korrigierten Markierung 36,36b bei einer weiteren Ausgabe einer Darstellung 34,34b des Bilds 30 überlagert mit der Markierung 34,34b des Zielpunkts 26, vgl. 3b.
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In 4 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Verfahrensdiagramms dargestellt. In Verfahrensschritt 100 wird der erfindungsgemäße Justiermodus durch eine Bedienereingabe initiiert, worauf hin mittels der Laserentfernungsmesseinheit, insbesondere mittels der Sendeeinrichtung, in Verfahrensschritt 102 Laserstrahlung zu einem Zielpunkt 26 ausgesendet wird. Im Wesentlichen gleichzeitig wird in Verfahrensschritt 104 mit der Kamera 28 zumindest ein Bild 30 der Zielumgebung 32 des Zielpunkts 26 erfasst, während die Laserstrahlung ausgesendet wird. In Verfahrensschritt 106 wird auf dem Bildschirm 14 des Laserentfernungsmessgeräts 10 eine Darstellung 34,34a des Bilds 30 überlagert mit einer Markierung 36,36a des Zielpunkts 26 ausgegeben. Dabei kann die Erfassung eines Bild 30 und die Ausgabe der Darstellung 34,34a entweder wiederholt (in einer Art „Live-Modus“) oder auch einmalig erfolgen.
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Anschließend wird in Verfahrensschritt 108 ein Parallaxenfehler in der Darstellung 34,34a des Bilds 30 überlagert mit der Markierung 36,36a des Zielpunkts 26 durch Anpassen der relativen Position des Bilds 30 und der (unkorrigierten) Markierung 36,36a zueinander korrigiert. Die Korrektur, d.h. die Verschiebung der relativen Position des Bilds 30 und der Markierung 36,36a zueinander, kann dabei durch eine, insbesondere manuelle, Bedienereingabe korrigiert werden, insbesondere unter Verwendung des berührungssensitiven Bildschirms 14 (vgl. 2; Verfahrensschritt 108a), unter Verwendung von Bedienelementen 16 (vgl. 3; Verfahrensschritt 108b) und/oder unter Verwendung einer auf einem externen Datenverarbeitungsgerät ausgeführten Software erfolgen (hier nicht näher dargestellt; Verfahrensschritt 108c).
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Alternativ oder zusätzlich kann die relative Position des Bilds 30 und der Markierung 36,36a zueinander auch automatisch korrigiert werden, indem der Zielpunkt 26 im Bild 30 detektiert und dessen Position ermittelt wird, wobei die relative Position des Bilds 30 und der Markierung 36,36 zueinander derart korrigiert wird, dass die korrigierte Markierung 36,36b auf der ermittelten Position des Zielpunkts 26 liegt (Verfahrensschritt 108d).
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In Verfahrensschritt 110 werden die ermittelten Werte, insbesondere die korrigierten Pixelkoordinaten der Markierung 36,36b, von der Recheneinheit gespeichert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012214880 A1 [0002]
- EP 2669707 A1 [0002]
