DE10235888B4

DE10235888B4 - Automatisch kollimierende Vermessungsvorrichtung mit Bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE10235888B4
Application number: DE10235888.5A
Authority: DE
Inventors: Yuuji Shimoyama; Kunitoshi Ogawa; Gen Kuriyama
Original assignee: Sokkia Co Ltd
Current assignee: Sokkia Co Ltd
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2015-12-31
Anticipated expiration: 2022-08-07
Also published as: US7081917B2; CN1405529A; DE10235888A1; US20030048355A1; JP3626141B2; JP2003130644A; CN1267701C

Abstract

Vermessungsvorrichtung (110) mit automatischer Kollimation mit einer Bildaufnahmevorrichtung (89) zum Aufnehmen eines zu vermessenden Objekts, die von einem Teleskop (46) gehalten ist, wobei die Vermessungsvorrichtung aufweist:
– eine Anzeige (64) zum Anzeigen eines von der Bildaufnahmevorrichtung (89) aufgenommenen Bildes,
– eine Bildverarbeitungseinheit (60) zum Erkennen eines Messpunkts des Bildes,
– Einrichtungen zum Zeigen des Messpunkts auf dem Bild,
– eine automatische Kollimationseinheit zum automatischen Kollimieren eines gezeigten Messpunkts und
– einer auf der Kollimationsachse (O) angeordnete Beleuchtungseinheit, die Beleuchtungslicht im sichtbaren Wellenlängenbereich emittiert und ein Entfernungsmessbereich (48),
wobei die Bildaufnahmevorrichtung (89), die Beleuchtungseinheit und der Entfernungsmessbereich (48) als koaxiales optisches System ausgebildet sind, und
wobei der Entfernungsmessbereich (48) eine Entfernung nur misst, wenn das Beleuchtungslicht abgeschaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vermessungsvorrichtung mit einer Bildaufnahmevorrichtung, beispielsweise einer CCD-Kamera, etc., und einer Bildverarbeitungseinheit, und sie betrifft insbesondere eine Vermessungsvorrichtung zum Messen jeweiliger Positionen einer großformatigen Struktur, beispielsweise einer Brücke, eines Schiffs eines Tunnels, etc..
Eine Gesamtstation, wie in der JP H11-325 883 A als Vermessungsstation mit einer Bildaufnahmevorrichtung offenbart, ist bekannt. Das Teleskop dieser Gesamtstation weist, wie in Fig: 18 dargestellt, eine Objektivlinse 11, eine Fokussierlinse 12, ein Holoprisma 13 zum Aufrichten eines Bildes, einen Strahlteiler 16, eine Gitterplatte 14 und eine Okularlinse 15 in der optischen Achse auf; ferner ist das Teleskop mit einer CCD-Kamera 17 zum Aufnehmen von Licht, das vom Strahlteiler 16 in orthogonaler Richtung reflektiert wird, und einem optischen System 18 für einen Entfernungsmesser versehen, das hinter der Objektivlinse 11 angeordnet ist. Ein von der CCD-Kamera 17 aufgenommenes Bild wird zusammen mit den Vermessungsergebnissen (horizontaler Winkel, vertikaler Winkel, Entfernung, Datum und Uhrzeit, Wetter, etc.) in einem Speichermedium mittels einer (nicht dargestellten) Bildkomprimierungsvorrichtung gespeichert. Wie in 19 dargestellt ist die Gesamtstation 32 ferner mit einem Monitor 32 zum Anzeigen eines von der CCD-Kamera 17 aufgenommenen Bildern, Vermessungsergebnissen, eines Alarms, etc. sowie zehn Tasten 33 zum Eingeben von Daten wie Datum und Stunde, Wetter, etc. versehen. Das Bild und die Vermessungsergebnisse, die in einem Speichermedium gespeichert sind, werden in einen PC eingegeben, und Datenanalysen werden unter Verwendung der in mehreren Richtungen aufgenommenen Bilder und der Vermessungsergebnisse durchgeführt, wodurch Positionen jeweiliger Punkte auf den Bildern erhalten werden.
Die JP 2000-275 044 A offenbart eine Gesamtstation, die mit einer Bildaufnahmevorrichtung und einer Bildverarbeitungseinheit versehen ist. Diese Gesamtstation bildet, wie in 20 gezeigt, einen Meßbereich 10, bei dem eine CCD-Kamera 17 am Okular des Teleskops einer ferngesteuerten Gesamtstation 31 angebracht ist, wobei die CCD-Kamera 17, die Bildverarbeitungseinheit 13a und die Berechnungssteuereinheit 13b miteinander durch ein Kabel 10a und die Bildverarbeitungseinheit 13a, die Berechnungssteuereinheit 13b sowie eine drahtlose Kommunikationseinheit 4 miteinander durch ein Kabel 10b verbunden sind. Ferner ist die Station mit einem Betriebsbereich 20 versehen, in dem ein Kleinrechner 21 und eine drahtlose Kommunikationseinheit 22 durch ein Kabel 22a verbunden sind, um eine Fernsteuerung der Gesamtstation 31 zu ermöglichen.
Wenn im Kleinrechner 21 gespeicherte Designkoordinaten an die Gesamtstation 31 über die drahtlosen Kommunikationseinheiten 22 und 4 in bezug auf die auf ein zu vermessendes Objekt gelegte Zielmarke übertragen werden, führt die Gesamtstation 31 eine automatische Kollimation in bezug auf die Designkoordinaten durch und die Fokussierung erfolgt nach den Designkoordinaten. Ferner werden Bildsignale, die von der CCD-Kamera 17 ausgegeben werden, und Positionseinstelldaten, die von der Berechnungssteuereinheit 13b berechnet werden, über die drahtlosen Kommunikaionseinheiten 22 und 4 an den Kleinrechner 21 übertragen und auf dessen Anzeige 21a angezeigt. Daher kann der Bediener ein Abweichen der Zielmarke von den Designkoordinaten durch Betrachten der Anzeige 21a verstehen.
Bei der Vermessungsvorrichtung nach der JP H11-325 883 A , die in den 18 und 19 dargestellt ist, ist es jedoch erforderlich, da Positionen jeweiliger Messpunkte einer großformatigen Struktur auf der Basis von Bildern und Vermessungsdaten berechnet werden, Bilder und Vermessungsdaten zu liefern, die in mehreren Richtungen erhalten werden. Hierbei ergibt sich das Problem, daß die Arbeitseffizienz nicht zufriedenstellend ist, da nach dem Erhalten der Bilder und Vermessungsdaten an sämtlichen der mehreren Punkte die Positionen der jeweiligen Messpunkte der großformatigen Struktur unter Verwendung eines PC auf der Basis der Bilder und Vermessungsdaten erhalten werden, die in einem Speichermedium gespeichert sind. Da es erforderlich ist, daß der Bediener die Kollimation bezüglich der Messpunkte manuell durchführt, besteht ferner das Problem, daß die dem Bediener auferlegte Belastung hoch ist und keine effiziente Messung ausgeführt werden kann.
Bei dem in der JP 2000-275 044 A offenbarten Vermessungsvorrichtung gemäß 20 wird, obwohl der Bediener am zu messenden Objekt in der Lage ist, mangels eines anderen Verfahrens unter Beobachtung der Anzeige 21a die Vermessungsvorrichtung fern zu steuern, die Messung jeweiliger Messpunkte manuell und einzeln vorgenommen, wobei die jeweiligen Messpunkte auf der Anzeige 21a zu Deckung gebracht werden, um so die jeweiligen Messpunkte einer großformatigen Struktur zu vermessen. Wiederum ist die Belastung für den Bediener groß und es erfolgt keine effiziente Messung. Darüber hinaus ist es erforderlich, eine Bildverarbeitungseinheit 13a, eine Berechnungssteuereinheit 13b (PC) und Kommunikationseinheiten 4 und 22 zwischen den jeweiligen Vermessungsvorrichtungen 21 und dem Kleinrechner 21 vorzusehen, so daß sich als weiteres Problem ein großes Volumen der Vermessungsvorrichtung als solcher ergibt.
Eine Vermessungsvorrichtung, die mit einer automatischen Kollimationseinheit versehen ist und eine Zielmarke automatisch kollimieren kann, um dem Bediener die Aufgabe des Kollimierens zu erleichtern, ist bekannt. Da eine derartige automatische Kollimationseinheit nur funktioniert, nachdem ihr Sensor Reflexionslicht von der Zielmarke empfängt, muß der Bediener zumindest eine Zielmarke in der Nähe der Mitte eines Fadenkreuzes im Sichtbereich eines Teleskops einfangen, woraus sich eine Belastung ergibt, die ungefähr gleich der der manuellen Kollimation ist.
Zur Lösung der genannten Probleme sieht die vorliegende Erfindung eine Vermessungsvorrichtung mit automatischer Kollimation vor, welche die Belastung eines Bedieners bei der Kollimation von Messpunkten verringert und gleichzeitig in der Lage ist, effizient und ohne Aufwand eine Anzahl von Messpunkten einer großformatigen Struktur mit nur einer Vermessungsvorrichtung und durch einen einzelnen Bediener zu messen.
Die erfindungsgemäße Vermessungsvorrichtung mit automatischer Kollimation, welche mit einer Bildaufnahmevorrichtung zum Aufnehmen eines zu vermessenden Objekts versehen und von einem Teleskop gehalten ist, weist auf: eine Anzeige zum Anzeigen eines von der Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bildes, eine Bildverarbeitungseinheit zum Erkennen eines Messpunkts des Bildes, Messpunktzeigereinrichtungen zum Zeigen des Messpunkts auf dem Bild, und eine automatische Kollimationseinheit zum automatischen Kollimieren eines gezeigten Messpunkts.
Erfindungsgemäß weist die Vermessungsvorrichtung mit automatischer Kollimation eine auf der Kollimationsachse angeordnete Beleuchtungseinheit auf, die Beleuchtungslicht im sichtbaren Wellenbereich emittiert.
In der Vermessungsvorrichtung mit automatischer Kollimation sind die Bildaufnahmevorrichtung, die Beleuchtungseinheit und der Entfernungsmessbereich als koaxiales optisches System ausgebildet.
Die Vermessungsvorrichtung mit automatischer Kollimation weist vorzugsweise ferner als Anzeige eine Touch-Panel-Anzeige auf, wobei ein Messpunkt durch Berühren des Messpunkts auf der Anzeige mittels der Messpunktzeigereinrichtung angezeigt wird.
Ferner ist die Vermessungsvorrichtung mit automatischer Kollimation vorzugsweise mit einer peripheren Messsteuervorrichtung verbunden, die mit einer Bildanzeige versehen ist.
Die Vermessungsvorrichtung mit automatischer Kollimation weist vorzugsweise eine in dem Teleskop angebrachte Bildaufnahmevorrichtung auf, in welche von dem Messpunkt reflektiertes Beleuchtungslicht einfällt.
Darüber hinaus ist die Vermessungsvorrichtung mit automatischer Kollimation vorzugsweise mit einem im Teleskop angebrachten Strichkreuzsensor versehen, in welchen von dem Messpunkt reflektiertes Beleuchtungslicht einfällt.
Vorzugsweise ist bei der Vermessungsvorrichtung mit automatischer Kollimation vorgesehen, daß das Teleskop ein stark vergrößerndes optisches Kollimationskamerasystem und ein optisches Weitwinkelkamerasystem mit weiten Sichtfeld aufweist; die automatische Kollimationseinheit weist auf: eine erste automatische Kollimationsvorrichtung mit einer im optischen Kollimationskamerasystem installierten Bildaufnahmevorrichtung zum Aufnehmen einer Zielmarke des Messpunkts, eine zweite automatische Kollimationsvorrichtung mit einem im optischen Kollimationskamerasystem installierten Strichkreuzsensor, in welchen von dem Messpunkt reflektiertes Beleuchtungslicht einfällt, und eine Ersatz-Kollimationsvorrichtung mit einer im optischen Weitwinkelkamerasystem installierten Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen einer Zielmarke des Messpunkts.
Die Vermessungsvorrichtung mit automatischer Kollimation weist ferner vorzugsweise einen Entfernungsmessbereich zum Messen der Entfernung zu einem zu vermessenden Objekt und einen Winkelmessbereich zum Messen des Winkels desselben auf, wobei der Entfernungsmessbereich eine Entfernung nur mißt, wenn das Beleuchtungslicht abgeschaltet ist.
Bei der Vermessungsvorrichtung mit automatischer Kollimation ist ferner vorgesehen, daß die Beleuchtungseinheit eine Lichtquelle aufweist, die in vorbestimmtem Zeitintervall aufleuchtet.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme der zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
1 – ein Blockdiagramm der Gesamtheit einer Vermessungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 – eine Darstellung des optischen Systems der Vermessungseinrichtung und einer automatischen Kollimationseinheit;
3 – eine Rückansicht der Vermessungseinheit von 1;
4 – eine Darstellung eines Strichkreuzsensors;
5 – eine Darstellung eines Verfahrens zum Messen von Positionen jeweiliger Bereiche eines zu vermessenden Objekts;
6 – eine Darstellung eines mittels eines optischen Weitwinkelkamerasystems der Vermessungsvorrichtung von 1 erhaltenen Bildes;
7 – eine Darstellung eines mittels eines optischen Weitwinkelkamerasystems der Vermessungsvorrichtung von 1 erhaltenen Bildes nach einer vorläufigen Kollimation unter Verwendung des mittels des optischen Weitwinkelkamerasystems der Vermessungsvorrichtung von 1 erhaltenen Bildes;
8 – eine Darstellung eines mittels eines optischen Weitwinkelkamerasystems der Vermessungsvorrichtung von 1 erhaltenen Bildes nach automatischer Kollimation unter Verwendung des mittels des optischen Kollimationskamerasystems der Vermessungsvorrichtung von 1 erhaltenen Bildes;
9 – ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Messen der Positionen von Messpunkten mit der Vermessungsvorrichtung von 1;
10 – eine Darstellung des extremen Weitwinkelbildes, das mittels des optischen Weitwinkelkamerasystems vor Beginn der automatischen Kollimation durch die Vermessungsvorrichtung von 1 erhalten wurde;
11 – eine Darstellung einer horizontalen und einer vertikalen Abweichung zwischen dem Mittelpunkt einer Zielmarke an einem Messpunkt und dem Mittelpunkt des Fadenkreuzes in 10;
12 – eine Darstellung eines Verfahrens zum Bewegen der Zielmarke in Richtung einer Kollimationsachse im Extrem-Weitwinkelzustand des optischen Weitwinkelkamerasystems;
13 – eine Darstellung eines Zustands, in dem der Mittelpunkt der Zielmarke mit der Kollimationsachse im Extrem-Weitwinkelzustand des optischen Weitwinkelkamerasystems übereinstimmt;
14 – eine Darstellung eines Zustands, in dem das optische Weitwinkelkamerasystem bei der Hälfte der vorläufigen Kollimation der vermessungsvorrichtung leicht herangezoomt ist;
15 – eine Darstellung, in der der Mittelpunkt einer Zielmarke mit der Kollimationsachse übereinstimmt, in einem Zustand, indem das optische Weitwinkelkamerasystem leicht herangezoomt ist;
16 – eine Darstellung eines von dem optischen Kollimationskamerasystem unmittelbar nach dem Wechsel zum optischen Kollimationskamerasystem aufgenommenen Bildes;
17 – eine Darstellung eines von dem optischen Kollimationskamerasystem in einem Zustand aufgenommenen Bildes, in dem der Mittelpunkt der Zielmarke mit der Kollimationsachse übereinstimmt;
18 – eine Darstellung des optischen Systems einer Vermessungsvorrichtung mit einer herkömmlichen Bildaufnahmevorrichtung;
19 – eine Rückansicht der herkömmlichen Vermessungsvorrichtung von 18, und
20 – eine Darstellung einer anderen Vermessungsvorrichtung mit einer herkömmlichen Bildaufnahmevorrichtung.
1 ist ein Blockdiagramm der gesamten Vermessungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in den 1, 2 und 3 dargestellt ist ein Teleskop 46 einer erfindungsgemäßen Vermessungsvorrichtung 110 mit einem optischen Weitwinkelkamerasystem 89 versehen, das als Bildaufnahmevorrichtung zum Aufnehmen eines zu vermessenden Objekts mit einem Weitwinkelbereich und mit geringer Vergrößerung dient; ferner ist ein optisches Kollimationskamerasystem 47 vorgesehen, das als Bildaufnahmevorrichtung zum Aufnehmen eines zu vermessenden Objekts mit starker Vergrößerung dient. Ferner ist in der Vermessungsvorrichtung 110, wie in 3 dargestellt, eine horizontale Drehachse 43 drehbar horizontal auf einer Nivellierbasis 40 angebracht, während des weiteren ein Teleskop 46 vertikal drehbar zwischen aufragenden Teilen 44 mit der horizontalen Drehachse 43 ausgerichtet angeordnet ist.
Darüber hinaus weist die Vermessungsvorrichtung 110 von 1 auf: einen Entfernungsmessbereich (optischer Wellen-Entfernungsmesser) 48 zum Messen einer Entfernung zu einem Messpunkt; einen Horizontalwinkelmessbereich (Horizontalcodierer) 50 zum Messen des Horizontalwinkels des Teleskops 46, einen Vertikalwinkelmessbereich (Vertikalcodierer) 52 zum Messen des Vertikalwinkels des Teleskops 46, einen Vertikalsteuerbereich (Vertikal-Stellmotor) 56 zum Einstellen des Vertikalwinkels des Teleskops 46 und eine CPU 58 zum Steuern der jeweiligen Bereiche und zum Berechnen der Messergebnisse. Selbstverständlich ist das Teleskop 46 leicht manuell zu drehen.
Ferner ist die Vermessungsvorrichtung 110 versehen mit: einer Bildverarbeitungseinheit 60, die Rauschen aus Bildern entfernt, die durch die jeweiligen optischen Kamerasysteme 47 und 89 erhalten wurden, um diese zu klaren Bildern zu verarbeiten, und die ein Profil eines zu vermessenden Objekts und Messpunkte erkennt; einer Überlagerungseinheit 62 zum Überlagern verschiedener Typen von Informationen über die von den optischen Kamerasystemen 47 und 89 erhaltenen Bilder; einer Touch-Panel-Anzeige 64, welche die erhaltenen Bilder anzeigt, die Messpunkte bei Berühren derselben mit einer Messpunktzeigereinrichtung, beispielsweise mit einem Touch-Pen 68 oder einem Finger, etc. anzeigt und in der Lage ist, verschiedene Arten von Daten und Befehlen einzugeben; und einer Eingabe-/Ausgabeeinheit 66 zum Eingeben von Daten in eine und zum Ausgeben von Daten aus einer Peripherieeinheit, beispielsweise einer Messsteuereinheit (PC) 69, etc., die von der Vermessungsvorrichtung 110 getrennt ist.
Die Bildverarbeitungseinheit 60 und die Überlagerungseinheit 62 sind an der Innenseite der Vermessungsvorrichtung 110 angebracht und die Touch-Panel-Anzeige 64 ist an der unteren Rückseite des horizontalen Drehbereichs 42 vorgesehen. Die Touch-Panel-Anzeige 64 zeigt nicht nur Bilder an, die von den jeweiligen Kamerasystemen 47 und 89 aufgenommen wurden, sondern auch ein Fadenkreuz 92, das die Richtungen O1 oder O einer Kollimationsachse (optische Achse) des optischen Weitwinkelkamerasystems oder des optischen Kollimationskamerasystems, Icons zum Eingeben verschiedener Arten von Befehlen, zehn Tasten zum Eingeben von Daten, und Messergebnisse, die durch den Entfernungsmessbereich 48 und den Winkelmessbereich 50 und 52 erhalten wurden, um so diese mittels der Überlagerungseinheit 62 zu überlagern.
Selbstverständlich kann die Vermessungsvorrichtung 110 anstelle einer Touch-Panel-Anzeige 64 eine andere Anzeige, beispielsweise eine normale LCD-Anzeige, etc. sowie eine Tastatur zum Eingeben verschiedener Befehle und Daten aufweisen, wobei die Anzeige und die Tastatur als separate Teile vorliegen; ferner kann eine Cursorbewegungstaste, eine Maus, ein Track-Ball, ein Joystick, etc. als Messpunktzeigereinrichtung verwendet wrden. Darüber hinaus weist die Vermessungsvorrichtung 110 nach diesem Ausführungsbeispiel einen Entfernungsmessbereich 48 und Winkelmessbereiche 50 und 52 auf und verfügt über die selben Funktionen wie eine Gesamtstation. Wenn die Vermessungsvorrichtung 110 Winkelmessbereiche 50 und 52 aufweist, kann jedoch, da die Größe der Zielmarke im voraus bekannt ist, die Entfernung zur Zielmarke auf der Basis der Größe des von dem optischen Weitwinkelkamerasystems 89 aufgenommenen Bilds der Zielmarke ermittelt werden. Daher sind die selben Funktionen wie bei einer Gesamtstation nicht notwendigerweise erforderlich.
Das optische Weitwinkelkamerasystem 89 besteht aus einer Weitwinkelkamera 87 und einem Weitwinkel-CCD-Kameraelement 88. Die optische Achse O1 des optischen Weitwinkelkamerasystems 89 ist parallel zur Kollimationsachse O des optischen Kollimationskamerasystems 47. Darüber hinaus ist die Weitwinkel-CCD-Kamera 88 mit einer Zoom-Einheit versehen, die eine Fokussierlinse 19' aufweist, und sie ist ferner mit einem Zoom-Autofokusmechanismus zum Einstellen der Entfernung (weit und nah) einer Zielmarke versehen. Selbstverständlich kann Zoom-Einheit entfallen, um eine Verkleinerung und eine Verringerung der Herstellungskosten zu erreichen. Ferner kann auch das optische Weitwinkelkamerasystem 89 selbst entfallen und es können andere geeignete Bildaufnahmevorrichtungen anstelle des Weitwinkel-CCD-Elements verwendet werden.
Das optische Kollimationskamerasystem 47 weist eine Objektivlinse 11, ein Reflexionsprisma 70, einen dichroitischen Spiegel 72, einen Strahlteiler 120 und eine Kollimations-CCD-Kameraelement 45 auf der Kollimationsachse O auf. Ferner weist das optische Kollimationskamerasystem 47 ein optisches Entfernungsmessbereichsystem auf, das aus einem Licht emittierenden Element 74, beispielsweise einer photometrisches Licht emittierenden Infrarotstrahl-LED, einer Kondensorlinse 76 zum Kondensieren des photometrischen Lichts, und einem dichroitischen Spiegel 78 zum Reflektieren des kondensierten photometrischen Lichts auf ein Reflexionsprisma 70 besteht. Die optische Achse O2 des optischen Entfernungsmessbereichsystems fällt mit der Kollimationsachse O zusammen, das heißt, die optische Achse O2 ist optischen System koaxial zu der Kollimationsachse O. Darüber hinaus hat das optische Kollimationskamerasystem eine Beleuchtungseinheit, die aus einer Lichtquelle 80, beispielsweise einer LED, zum Beleuchten mit sichtbarem Licht, einer Kondensorlinse 82 zum Kondensieren des Beleuchtungslichts und einem Spiegel 84 zum Reflektieren des kondensierten Beleuchtungslichts in Richtung eines Reflexionsprismas 70 besteht. Die optische Achse O3 der Beleuchtungseinheit fällt mit der Kollimationsachse O zusammen und ist im optischen System koaxial zur Kollimationsachse O.
Ferner ist das optische Kollimationskamerasystem 47 versehen mit: einem Licht emittierenden Element, beispielsweise einer Photodiode, wobei von der Zielmarke reflektiertes Licht durch einen dichroitischen Spiegel 72 weiter reflektiert wird und in einen Strahlteiler 120 fällt, der das von der Zielmarke reflektierte Beleuchtungslicht in zwei Teile teilt; einem Kollimations-CCD-Kameraelement 45, in dem einer der vom Strahlteiler 120 geteilten Beleuchtungslichtteile durch die Fokussierlinse 19 läuft und ein beleuchtetes Zielmarkenbild bildet, und welches das Bild in ein digitales Bild umwandelt; und einem Strichkreuzsensor 122, der die Einfallsposition des anderen Beleuchtungslichtteils erkennt. Selbstverständlich kann anstelle des Kollimations-CCD-Kameraelements 45 eine andere geeignete Bildaufnahmevorrichtung verwendet werden, und anstelle des Strichkreuzsensors 122 kann ein adäquater Sensor, beispielsweise ein viergeteilter Sensor, verwendet werden.
Als die beleuchtungsquelle kann ein Infrarotlaserstrahl verwendet werden. Da es jedoch schwierig ist, das gesamte Sichtfeld eines Weitwinkel-CCD-Kameraelements 88 mit dem Laserstrahl zu beleuchten, ist das vorliegende Ausführungsbeispiel mit einer Beleuchtungsvorrichtung versehen, die mittels der Lichtquelle 80, beispielsweise eine LED, etc., Beleuchtungslicht im sichtbaren Wellenlängenbereich erzeugt, um das Beleuchtungslicht leicht über das gesamte Sichtfeld auszubreiten. Wenn eine Messung an einem dunklen Platz in einem Raum erfolgt, ist es für den Bediener einfach, das von der Zielmarke reflektierte Licht zu erkennen, weshalb die Beleuchtungsvorrichtung in diesem Fall nützlich ist. Ferner wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen von der CPU 58 kommenden Wechselbefehl zwischen Ein- und Ausschalten ein blitzartiges Aufleuchten der Lichtquelle 80 bewirkt. Selbstverständlich kann das Blitzen der Lichtquelle auch durch eine geeignete Modulationsschaltung erfolgen. Wenn die Lichtquelle 80 blitzt, kann eine Zielmarke in einem dunklen Raum direkt betrachtet werden und das Zielmarkenbild blitzt auf der Touch-Panel-Anzeige 64 auf, wodurch das Erkennen der Zielmarke und das Zeigen des Messpunkts weiter vereinfacht wird.
Das von dem Licht emittierenden Element 74 emittierte Entfernungsmessungslicht (LED-Licht oder Infrarotlaserstrahl) wird über die Lichtkondensorlinse 76, den dichroitischen Spiegel 78, das Reflexionsprisma 70 und die Objektivlinse 11 auf eine Zielmarke eines zu vermessenden Objekts transmittiert. Das von der Zielmarke reflektierte Entfernungsmesslicht kehrt invertiert auf dem gerade durchlaufenen optischen Pfad zurück, durchdringt die Objektivlinse 11, wird von dem dichroitischen Spiegel 72 orthogonal reflektiert und fällt in das Lichtempfangselement 86 ein. Die Entfernung zur Zielmarke wird wie bekannt mittels eines Phasenfehlers zwischen Referenzlicht, das von dem Licht emittierenden Element direkt auf das Lichtempfangselement 86 mittels einer (nicht dargestellten) optischen Faser geleitet wird, und dem Entfernungsmesslicht ermittelt, das von der Zielmarke reflektiert wird und in das Lichtempfangselement 86 fällt.
Das von der Lichtquelle 80 emittierte Beleuchtungslicht wird auf die an einem Messpunkt des zu vermessenden Objekts angebrachte Zielmarke über die Kondensorlinse 82, den Spiegel 84, das Reflexionsprisma 70 und die Objektivlinse 11 abgestrahlt. Das von der Zielmarke invers reflektierte Beleuchtungslicht kehrt zu dem optischen Pfad, den es zuvor durchlaufen hat, zurück, durchdringt die Objektivlinse 11 und den dichroitischen Spiegel 72, und wird vom Strahlteiler 120 in zwei Teile geteilt, von denen einer über die Fokussierlinse 19 ein beleuchtetes Zielmarkenbild bildet und in das Kollimations-CCD-Kameraelement 45 einfällt, in dem das Bild in ein digitales Bild umgewandelt wird, und der andere Teil wird im Strichkreuzsensor 122 kondensiert.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist mit einer ersten automatischen Kollimationsvorrichtung versehen, die aus einem Kollimations-CCD-Kameraelement 45, einer CPU 58, einer Bildverarbeitungseinheit 60, einem Horizontalsteuerungsbereich 54 und einem Vertikalsteuerungsbereich 56 besteht, während die zweite automatische Kollimationsvorrichtung aus einem Strichkreuzsensor 122, einer CPU 58, einem Horizontalsteuerungsbereich 54, einem Vertikalsteuerungsbereich 56 und einer Ersatzkollimationsvorrichtung aus einem Weitwinkel-CCD-Kameraelement 88, einer CPU 58, einer Bildverarbeitungseinheit 60, einem Horizontalsteuerungsbereich 54, einem Vertikalsteuerungsbereich 56 und einer (nicht dargestellten) Zoom-Einheit besteht.
Zunächst folgt eine detaillierte Beschreibung der ersten automatischen Kollimationsvorrichtung mit dem Kollimations-CCD-Kameraelement 45 auf der Basis der 2 und der 6. Der Mittelpunkt des Lichtempfangsbereichs des Kollimations-CCD-Kameraelements 45 wird in Koinzidenz mit der Kollimationsachse O des optischen Kollimationskamerasystems 47 gebracht, wobei, da ein Lichtstrahl entlang der Kollimationsachse O auf den Mittelpunkt des Lichtempfangsbereichs des Kollimations-CCD-Kameraelements 45 fällt, die Abweichung h in horizontaler Richtung und die Abweichung v in vertikaler Richtung zwischen der Kollimationsachse O und dem Zielmarkenbild 90 einem Winkel entsprechen, der von der Kollimationsachse O und der Zielrichtung auf der Touch-Panel-Anzeige 64 entspricht, wie in 6 dargestellt. Die Zielmarke kann automatisch kollimiert werden, indem die Abweichungen v und h auf null gebracht werden.
Bildsignale des Kollimations-CCD-Kameraelements 45 werden in die CPU 58 über einen (nicht dargestellten) Signalverarbeitungsbereich (Verstärker, Wellenformgleichrichter, A/D-Wandler, etc.) eingegeben. Die CPU 58 erkennt das Profil eines zu vermessenden Objekts und bildet ein Zielbild 90 aus dem von dem Kollimations-CCD-Kameraelement 45 erhaltenen Bild und zeigt dieses auf der Touch-Panel-Anzeige 64 in der Bildverarbeitungseinheit 60 an. Das Fadenkreuz 92 wird in der Mitte der Touch-Panel-Anzeige 64 angezeigt und die Schnittstelle des Fadenkreuzes 92 wird zur Übereinstimmung mit der Kollimationsachse O gebracht. Wenn ein Zielbild 90, das auf der Touch-Panel-Anzeige 64 angezeigt werden soll, mit einem Touch-Pen 68 berührt wird, erfaßt die CPU 58 die Abweichung h in horizontaler Richtung und die Abweichung v in vertikaler Richtung zwischen dem mittels des Touch-Pen 68 berührten Punkt und der Kollimationsachse O und überträgt Steuersignale in Reaktion auf die Abweichungen h und v an den Horizontalsteuerungsbereich 54 bzw. den Vertikalsteuerungsbereich 56. Die beiden Steuerungsbereiche 54 und 56 bewirken, daß sich das Teleskop 46 entsprechend Steuersignalen in Reaktion auf die Abweichungen h und v dreht und den durch den Touch-Pen 68 berührten Punkt, also das angezeigte Zielbild 90, auf die Kollimationsachse O bewegt. Während sich das Zielbild 90 in die Nähe der Kollimationsachse O bewegt, erkennt die CPU 58 das angezeigte Zielbild 90. Anschließend erfaßt die CPU 58 die Abweichung h in horizontaler Richtung und die Abweichung v in vertikaler Richtung zwischen dem Zielbild 90 und der Kollimationsachse O und überträgt diesen Abweichungen entsprechende Steuersignale an den Horizontalsteuerungsbereich 54 und den Vertikalsteuerungsbereich 56, wodurch eine automatische Kollimation erfolgt.
Im folgenden wird die zweite automatische Kollimationsvorrichtung anhand der 2 und 4 beschrieben, welche einen Strichkreuzsensor 122 aufweist. Der Strichkreuzsensor 122 ist, wie in 4 dargestellt, von dem Typ, bei dem zwei Liniensensoren 123 und 124 zu einem Kreuz verbunden sind. Die Mitte 125 des Kreuzes fällt mit der Position zusammen, an der ein entlang der Kollimationsachse O des optischen Kollimationskamerasystems verlaufender Lichtstrahl einfällt. Ausgangssignale beider Liniensensoren 123 und 124 werden über einen (nicht dargestellten) Signalverarbeitungsbereich (Verstärker, Wellenformgleichrichter und A/D-Wandler, etc.) in die CPU 58 eingegeben. Die CPU 58 erfaßt die Abweichung h1 in horizontaler Richtung und die Abweichung v1 in vertikaler Richtung des Mittelpunkts 131 eines Beleuchtungspunkts 130 der Lichtquelle 80 in bezug auf den Mittelpunkt 125 des Strichkreuzsensors 122, indem sie jeweilige Mittelpunkte 128 und 129 der jeweiligen Lichterfassungsbereiche 126 und 127 der beiden Liniensensoren 123 und 124 erfaßt. Da beide Abweichungen h1 und v1 einem von der Kollimationsachse O und der Zielrichtung gebildeten Winkel entsprechen, überträgt die CPU 58 Steuersignale entsprechend beiden Abweichungen h1 und v1 an den Horizontalsteuerungsbereich 54 und den Vertikalsteuerungsbereich 56, wodurch eine automatische Kollimation der Zielmarke erfolgt, da die CPU das Drehen des Teleskops bewirkt, so daß beide Abweichungen h1 und v1 zu 0 werden. Bei der zweiten automatischen Kollimationsvorrichtung kann anstelle des Strichkreuzsensors 122 ein herkömmlicher viergeteilter optischer Sensor verwendet werden.
Im folgenden wird die Ersatz-Kollimationsvorrichtung anhand der 2 beschrieben, die ein Weitwinkel-CCD-Kameraelement 88 aufweist. Die Mitte des Lichtempfangsbereichs des Weitwinkel-CCD-Kameraelements 88 koinzidiert mit der Kollimationsachse O1 des optischen Weitwinkelkamerasystems 89 zusammen, in dem, da der entlang der Kollimationsachse O1 laufende Lichtstrahl auf den Mittelpunkt des Lichtempfangsbereichs des Weitwinkel-CCD-Kameraelements 88 fällt, ein durch das Weitwinkel-CCD-Kameraelement 88 erhaltenes Bild ebenso verarbeitet wird wie das durch das zuvor beschriebene Kollimations-CCD-Kameraelement 45 erhaltene Bild, so daß eine automatische Kollimation ermöglicht wird. Da jedoch die Kollimationsachse O1 des optischen Weitwinkelkamerasystems 89 nur über eine Distanz d parallel zur Kollimationsachse O des optischen Kollimationskamerasystems 89 läuft und die vergrößerungsrate klein ist, wird die Ersatzkollimationsvorrichtung für eine Vorab-Kollimation verwendet, um das Teleskop 46 ungefähr in die Nähe der Zielmarke zu drehen. Schließlich erfolgt die hochgenaue automatische Kollimation unter Verwendung der ersten automatischen Kollimationsvorrichtung mit dem Kollimations-CCD-Kameraelement 45 oder der zweiten automatischen Kollimationsvorrichtung mit dem Strichkreuzsensor 122.
Die zuvor beschriebene zweite automatische Kollimationsvorrichtung wird hauptsächlich verwendet, wenn eine Messung im Freien erfolgt, während die zuvor beschriebene erste automatische Kollimationsvorrichtung hauptsächlich verwendet wird, wenn eine Messung im Dunkeln in geschlossenen Räumen vorgenommen wird. Dies ist darin begründet, daß die zweite automatische Kollimationsvorrichtung gegen Störungen unempfindlich ist, die bei Messungen im Freien bei Tageslicht durch das Empfangen starker Störungen durch natürliches Licht zu Messfehlern führen können.
Die folgenden Verfahren dienen dem Messen der Positionen der jeweiligen Messpunkte einer großformatigen Struktur. Wie in 5 dargestellt ist ein zu vermessendes großformatiges Objekt 100 an einer dunklen Stelle in einer Messkammer 102 angeordnet, um Störungen durch natürliches Licht zu vermeiden, und es sind jeweilige Zielmarken (bei denen sich kreuzende Linien auf einer Reflexionsprismenbahn vorgesehen sind) 104 an einer Anzahl von Messpunkten angebracht. Eine Zielmarke 108, die einen Bezugspunkt anzeigt, und eine Vermessungsvorrichtung 110 zum Messen der Positionen der jeweiligen Zielmarken 104 und 108 sind auf dem Boden 106, etc., der Messkammer 102 angebracht.
Zunächst wird ein Messverfahren beschrieben, bei dem nur eine einzelne vermessungsvorrichtung 110 installiert ist. Zunächst wird die vermessungsvorrichtung 110 an einer festgelegten Position installiert und der Hauptschalter der Vermessungsvorrichtung 110 wird eingeschaltet. Wie in 6 gezeigt werden ein Bild des zu vermessenden Objekts 100, das durch das optische Weitwinkelkamerasystem erhalten wird, und ein Fadenkreuz 92 auf der Touch-Panel-Anzeige 64 angezeigt. Da die Zielmarken 104 und 108 Licht nur in der Richtung reflektieren, aus der das Licht kommt, wenn die Lichtquelle 80 eingeschaltet ist und blitzend aufleuchtet, wird das Zielmarkenbild 90 in diesem Moment besonders hell auf der Touch-Panel-Anzeige 64 angezeigt und blitzt auf, so daß der Bediener das Zielmarkenbild 90 leicht erkennen kann und die nachfolgende Vermessungsarbeit erleichtert ist. Ferner kann die Bildverarbeitungseinheit 60 ebenfalls das Zielmarkenbild 90 leicht erkennen und die Bildverarbeitung kann erleichtert werden.
Danach wird das Zielmarkenbild (Messpunkt oder Bezugspunkt), das auf der Touch-Panel-Anzeige 64 angezeigt wird, mit einem Touch-Pen berührt, um die zu vermessenden Zielmarken 104 und 108 anzuzeigen, wodurch die Ersatz-Kollimationsvorrichtung das Teleskop 46 derart bewegt, daß es sich dreht, bis der Mittelpunkt des Fadenkreuzes 92, welcher die Kollimationsachse O angibt, mit dem angezeigten Zielmarkenbild 90 auf der Touch-Panel-Anzeige 64 übereinstimmt, wie in 7 dargestellt, und das angezeigte Zielmarkenbild 90 wird in die Mitte des Schirms bewegt.
Sobald die angezeigte Zielmarke 104 oder 108 grob kollimiert ist, wird durch Programme von dem optischen Weitwinkelkamerasystem 89 automatisch auf das optische Kollimationskamerasystem 47 gewechselt, um eine weitere genaue Kollimation sicherzustellen. Wie in 8 dargestellt werden das Zielmarkenbild 90 und das Fadenkreuzbild 92 auf der Touch-Panel-Anzeige 64 angezeigt. Hierbei wird, da die Zielmarke 104 und 108 durch die erste oder die zweite automatische Kollimationsvorrichtung genau kollimiert wird, die Entfernungsmessung exakt ausgeführt, und gleichzeitig werden der Horizontal- und der Vertikalwinkel gemessen. Die Messwerte werden sodann zu Koordinatenwerten in dem angegebenen Koordinatensystem umgewandelt und auf einem geeigneten (nicht dargestellten) Speichermedium gespeichert.
Eine weitere detaillierte Beschreibung eines Ablaufs des zuvor beschriebenen Messverfahrens auf der Basis des auf der Touch-Panel-Anzeige 64 angezeigten Bildes ist in einem Flußdiagramm in 9 und den 10 bis 17 gegeben. In den nachfolgenden Zeichnungen ist jedoch nur das Bild 90 der Zielmarke 104 und das die Kollimationsrichtung anzeigende Fadenkreuz 92 auf der Touch-Panel-Anzeige 64 dargestellt, um die Beschreibung zu vereinfachen.
Zunächst wird die Vermessungsvorrichtung 110 an einer definierten Stelle installiert und der (nicht dargestellte) Hauptschalter der Vermessungsvorrichtung 110 wird eingeschaltet. Sodann geht der Ablauf zum Schritt S0 über. Wie in 10 dargestellt wird das optische Weitwinkelkamerasystem 89 auf extremen Weitwinkel eingestellt, und ein zu vermessendes (nicht dargestelltes) Objekt 100, ein Zielmarkenbild 90 und ein Fadenkreuz 92 auf dem Bild werden auf der Touch-Panel-Anzeige 64 angezeigt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Position der Fokussierlinse 19' durch eine (nicht dargestellte) Autofokussiersteuervorrichtung eingestellt, und es erfolgt eine Fokussierung auf die Zielmarken 104 und 108. Ferner gibt der Mittelpunkt des Fadenkreuzes 92 stets die Kollimationsachse O des optischen Weitwinkelkamerasystems 89 oder des Kollimationskamerasystems 47 an, selbst wenn das Teleskop 46 horizontal oder vertikal gedreht wird. Dementsprechend ist der Mittelpunkt des Fadenkreuzes in den folgenden Zeichnungen mit dem Bezugszeichen 0 versehen.
Anschließend geht der Ablauf zum Schritt S1 über. Durch Berühren des Zielmarkenbilds 90, das sich am auf der Touch-Panel-Anzeige 64 angezeigten Messpunkt befindet, mittels eines Touch-Pen 68, werden die zu messenden Zielmarken 104 und 108 angegeben. Wenn die zu messenden Zielmarken 104 und 108 nicht auf der Touch-Panel-Anzeige 64 angezeigt werden, wird das Teleskop 46 der Vermessungsvorrichtung 110 manuell in die Richtung gedreht, in der der Messpunkt sich befindet, und der Messpunkt wird auf der Touch-Panel-Anzeige 64 angezeigt, wodurch die zu messenden Zielmarken 104 und 108 angezeigt werden. Wenn ein geeigneter Punkt auf der Touch-Panel-Anzeige 64 durch den Touch-Pen 68 berührt wird, kann der Punkt in die Mitte der Touch-Panel-Anzeige 64 bewegt werden, wie im folgenden beschrieben, wodurch es möglich ist, den bisher nicht angezeigten Messpunkt auf der Touch-Panel-Anzeige 64 anzuzeigen.
Wenn die zu messenden Zielmarken 104 und 108 angezeigt sind, geht der Ablauf zum Schritt S2 über, in dem die Ersatz-Kollimationsvorrichtung zu arbeiten beginnt, und die CPU 58 erkennt die horizontale Abweichung h und die vertikale Abweichung v zwischen dem vom Touch-Pen 68 berührten Punkt und dem Mittelpunkt O des Fadenkreuzes, wie in 11 ersichtlich, (wobei die Abweichungen als Anzahl von Pixeln ausgedrückt sind). Danach geht der Ablauf zum Schritt S3 über, in dem beide Abweichungen h und v dem Horizontalsteuerbereich 54 und dem Vertikalsteuerbereich 56 übermittelt werden, um beide Steuerbereiche 54 und 56 zu betätigen, und das Teleskop 46 wird derart gedreht, daß beide Abweichungen h und v zu 0 werden. Wie in 12 dargestellt wird der vom Touch-Pen 68 berührte Punkt zum Mittelpunkt 0 des Fadenkreuzes 92 in der Mitte des Schirms der Touch-Panel-Anzeige 64 bewegt. Da das angezeigte Zielmarkenbild 90 sich grob zum Mittelpunkt O des Fadenkreuzes 92 bewegt, kann die CPU 58 das Zielmarkenbild 90 sicher erkennen.
Da es jedoch schwierig ist, den Mittelpunkt O' des Zielmarkenbildes 90 mit dem Touch-Pen 68 zu berühren, kann es vorkommen, daß der Mittelpunkt O' des Zielbildes 90 nicht mit dem Mittelpunkt O des Fadenkreuzes 92 zusammenfällt, wie in 12 dargestellt. Daher geht der Ablauf zum Schritt S4 über. Die Ersatz-Kollimationsvorrichtung schaltet die Lichtquelle 80 ein und strahlt Beleuchtungslicht ab, um den Mittelpunkt O' des Zielmarkenbildes 90 genau in Koinzidenz mit dem Mittelpunkt O des Fadenkreuzes zu bringen, und sie empfängt Licht von dem Bild der Zielmarke 104. Ferner erkennt die Ersatz-Kollimationsvorrichtung die Position des Zielmarkenbildes 90, das heißt die horizontale Abweichung h und die vertikale Abweichung v zwischen dem Mittelpunkt O' des Zielmarkenbildes 90 und dem Mittelpunkt O des Fadenkreuzes 92. Wenn beide Abweichungen h un v erfaßt sind, wird die Lichtquelle 80 abgeschaltet. Der Ablauf geht nun zu Schritt S5 über, in dem beide Abweichungen h und v dem Horizontalsteuerbereich 54 und dem Vertikalsteuerbereich 56 zugeleitet werden, um die beiden Bereiche 54 und 56 zu betätigen, wodurch das Teleskop 46 sich dreht, so daß beide Abweichungen h und v auf 0 gebracht werden. Wie in 13 dargestellt wird der Mittelpunkt des angezeigten Zielmarkenbildes 90 auf den Mittelpunkt O des Fadenkreuzes 92 bewegt und eine vorläufige Kollimation durchgeführt.
Mit Abschluß der vorläufigen Kollimation geht der Ablauf zum Schritt S6 zur weiteren genauen Kollimation über, wobei das optische Weitwinkelkamerasystem 89 geringfügig herangezoomt wird. Der Grund dafür ist, daß die Zielmarke 104 sich aufgrund eines Kollimationsfehlers, etc. aus dem Sichtfeld bewegt, wenn das Zoomen einmal mit dem maximalen Vergrößerungsfaktor erfolgt, und es besteht die Möglichkeit, daß die automatische Kollimation deaktiviert ist. Aufgrund des Heranzoomens des optischen Weitwinkelkamerasystems 89 ist es normal, daß der Mittelpunkt O' des Zielmarkenbildes 90 geringfügig von dem Mittelpunkt O des Fadenkreuzes 92 abweicht, wie in 14 gezeigt. Der Ablauf geht daher zum Schritt S7 weiter. Die Lichtquelle 80 wird wie im Schritt S4 eingeschaltet und die Position des Zielmarkenbildes 90 wird erneut erfaßt. Danach wird die Lichtquelle 80 abgeschaltet. Der Ablauf geht zum Schritt S8 über. Beide Steuerbereiche 54 und 56 werden wie im Schritt S5 betätigt und es erfolgt eine vorläufige Kollimation, durch welche der Mittelpunkt O' des Zielmarkenbildes 90 auf den Mittelpunkt O des Fadenkreuzes 92 bewegt wird, wie in 15 dargestellt.
Anschließend geht der Ablauf zum Schritt S9 über. Es wird geprüft, ob das Weitwinkel-CCD-Kameraelement 88 auf die maximale Vergrößerung eingestellt ist. Erreicht das Kameraelement 88 nicht die maximale Vergrößerung, kehrt der Ablauf zum Schritt S6 zurück. Wenn jedoch die maximale Vergrößerung erreicht ist, geht der Ablauf zum Schritt S10 über. Die Lichtquelle 80 wird eingeschaltet nd die Entfernung zur Zielmarke 104 wird gemessen. Anschließend wird die Lichtquelle ausgeschaltet. Bei der Entfernungsmessung wird die Entfernung auf der Basis der Größe des Zielmarkenbildes 90 auf der Touch-Panel-Anzeige 64 berechnet und dabei die bereits bekannte Größe des Zielmarkenbildes verwendet.
Nach dem Erfassen der Entfernung zur Zielmarke 104, geht der Ablauf zum Schritt S11 über. Ein Einstellwinkel der Ausrichtung des Teleskops 46 wird aus dieser Entfernung und der Entfernung d zwischen den Kollimationsachsen beider optischer Kamerasysteme 47 und 89 berechnet, so daß die Zielmarke 104 auf die Kollimationsachse O des optischen Kollimationskamerasystems 47 positioniert wird, wodurch der Einstellwinkel der Ausrichtung des Teleskops 46 berechnet und die Ausrichtung des Teleskops 46 eingestellt wird. Zur weiteren genauen Kollimation geht der Ablauf zum Schritt S12 über. Wie in 16 dargestellt, wird durch Programme ein automatischer Wechsel vom optischen Weitwinkelkamerasystem 89 zum optischen Kollimationskamerasystem 47 mit einer starken Vergrößerung ausgeführt, wenn das Zielmarkenbild 90 in den Mittelbereich des Fadenkreuzes 92 eintritt, und die Position der Fokussierlinse 19 wird zum Fokussieren auf die Zielmarke 104 eingestellt. Zu diesem Zeitpunkt verwendet die Fokussiersteuerung des optischen Kollimationskamerasystems 47 die von durch die Entfernungsmessung im Schritt S10 ermittelte Entfernung.
Danach geht der Ablauf zum Schritt S13 über. Die Lichtquelle 80 wird wie im Schritt S4 eingeschaltet, und die Position der Zielmarkierung 90 wird erkannt. Der Ablauf geht zum Schritt S14 über, in dem beide Steuerbereiche 54 und 56 erneut wie im Schritt S5 betätigt werden, und die erste automatische Kollimationsvorrichtung führt eine provisorische automatische Kollimation durch. Danach geht der Ablauf zum Schritt S15 über. Die Lichtquelle 80 wird abgeschaltet, eine genaue Entfernung zur Zielmarke 104 wird durch den Entfernungsmessbereich (optischer Wellen-Entfernungsmesser) 48 erhalten. Unter Verwendung dieser Entfernung erfolgt eine genaue Fokussierung auf die Zielmarke 104. Danach geht der Ablauf zum Schritt S16 über, die Lichtquelle 80 wird wie im Schritt S4 eingeschaltet, und die Position des Zielmarkenbildes 90 wird erkannt. Der Ablauf geht zum Schritt 17 über, in dem beide Steuerbereiche 54 und 56 betätigt werden, wie im Schritt S5. Danach erfolgt die letztendliche automatische Kollimation durch die erste automatische Kollimationsvorrichtung. Wie in 17 gezeigt, ist der Mittelpunkt O' des Zielmarkenbildes 90 genau auf dem Mittelpunkt O des Fadenkreuzes positioniert.
Danach geht der Ablauf zum Schritt S18 über. Es wird geprüft, ob der Mittelpunkt 0' des Zielmarkierungsbildes 90 genau auf dem Mittelpunkt O des Fadenkreuzes 92 liegt, das heißt ob die horizontale Abweichung h und die vertikale Abweichung v zwischen dem Mittelpunkt O' des Zielmarkierungsbildes 90 und dem Mittelpunkt O des Fadenkreuzes 92 innerhalb eines festgelegten Bereichs liegen (beispielsweise weniger als die Steuergenauigkeit des Servomotors beider Steuerbereiche 54 und 56 beträgt). Wenn beide Abweichungen h un v innerhalb des festgelegten Bereichs liegen, geht der Ablauf zum Schritt S19 über. Die Lichtquelle 80 wird abgeschaltet und die Entfernung zur Zielmarke 104 wird durch den Entfernungsmessbereich (optischer Welle-Entfernungsmesser) ermittelt. Gleichzeitig werden der horizontale und der vertikale Winkel durch den Horizontal- bzw. Vertikalwinkelmessbereich 50 und 52 berechnet. Diese Winkel werden durch einen optischen Codierer erhalten. Wenn das Koordinatensystem bestimmt ist, wird es zu einer Koordinate in einem Koordinatensystem umgewandelt, das durch diese Entfernungen und Winkel angegeben wird. Wenn beide Abweichungen h und v außerhalb des festgelegten Bereichs liegen, geht der Ablauf zum Schritt S16 über.
Bei der beschriebenen Messung wird die Lichtquelle 80 nur eingeschaltet, wenn die Position des Messpunkts in den Schritten S4, S7, S13 und S16 erkannt wird und die Entfernung im Schritt S10 berechnet wird. Da die Lichtquelle 80 in den Schritten S15 und S19 ausgeschaltet ist, wenn eine Entfernung durch den Entfernungsmessbereich 48 erfolgt, erzeugt das Beleuchtungslicht der Lichtquelle 80 keinen Fehler in der Entfernungsmessung. Da die Lichtquelle 80 nur für einen kurzen Moment eingeschaltet wird, wenn es erforderlich ist, ist es möglich, eine Vermessungsvorrichtung zu erhalten, die Energie spart.
Nach Abschluß des messens eines Messpunkts oder eines Bezugspunkts erfolgt erneut ein Wechsel vom optischen Kollimationskamerasystem zum optischen Weitwinkelkamerasystem 89 und es wird ein Bild gemäß 6 angezeigt. Ein als nächstes zu messendes Zielmarkierungsbild 90 wird mit dem Touch-Pen 68 angezeigt. Die Positionen der Zielmarken 104 und 108 werden wie in der vorhergehenden Beschreibung nacheinander gemessen.
Wenn andererseits ein (nicht dargestellter) Schalter für die automatische Messung eingeschaltet wird, zeigt die CPU 58 automatisch die an einem zu vermessenden Objekt 100 angebrachten Zielmarken 104 und die einen Bezugspunkt angebenden Zielmarken 108 in ihrer Reihenfolge von einem Ende zum anderen und führt automatisch sämtliche zuvor beschriebenen Messungen aus. Wenn in diesem Fall Koordinatenwerte von Messpunkten und Bezugspunkten vorab unter Verwendung einer Peripherievorrichtung, beispielsweise einer Meßsteuervorrichtung 65, etc., eingegeben werden, kann eine automatische Messung effizient durchgeführt werden.
Sobald die beschriebene Messung an einem Punkt beendet ist, wird die Vermessungsvorrichtung 110 zum nächsten Punkt bewegt. Wie zuvor beschrieben werden die Zielmarken 104 und 108 von einem Ende zum anderen vermessen, und diese Messung erfolgt an allen geplanten Messpunkten. Nachdem die Messung an den geplanten Punkten abgeschlossen ist, werden die Ergebnisse der Messung auf der Touch-Panel-Anzeige 64 angezeigt und gleichzeitig auf einem geeigneten (nicht dargestellten) Speichermedium gespeichert. Sodann ist die Messung beendet.
Die vorhergehende Beschreibung erläutert ein Messverfahren, bei dem nur eine einzelne Vermessungsvorrichtung verwendet wird. Jedoch sind üblicherweise mehrere Vermessungsvorrichtungen 110 auf dem Boden 106 der Messkammer 102 installiert und diese Vermessungsvorrichtungen 110 und die Messsteuervorrichtung 65 (PC), die in einer Beobachtungskammer 112 angeordnet sind, die mit einer Anzeige (Bildanzeigevorrichtung) versehen ist, sind miteinander durch ein Stromkabel 116, ein Bildkabel 117 und ein Kommunikationskabel 118 verbunden, wobei die jeweiligen Vermessungsvorrichtungen 110 durch die Messsteuervorrichtung 65 ferngesteuert sind, und durch die verschiedenen Vermessungsvorrichtungen 110 erhaltene Bilder und Messergebnisse werden unmittelbar an die Messsteuervorrichtung 65 übermittelt. Das heißt, daß die Messung effizient ausgeführt werden kann. Selbstverständlich ist die Messsteuervorrichtung 65 in einem Büro installiert, das von den zu vermessenden Objekten entfernt ist, wobei die jeweiligen Vermessungsvorrichtungen 110 mit der Messsteuervorrichtung 65 über eine adäquate Kommunikationsvorrichtung (Telefon, Mobiltelefon, drahtlose Vorrichtung, etc.) verbunden sein können.
Wenn eine derartige Vermessungsvorrichtung 110 ferngesteuert betätigt wird, wird, wenn ein Messungsbeginnbefehl von der Messsteuervorrichtung 65 an eine Vermessungsvorrichtung 110 geliefert wird, der Hauptschalter der Vermessungsvorrichtung 110 eingeschaltet, die Vermessungsvorrichtung 110 übermittelt ein Bild eines zu vermessenden Objekts 100, welches von dem Weitwinkel-CCD-Kameraelement 88 erhalten wird, an die Messsteuervorrichtung 65. Ein Bild des zu vermessenden Objekts 100 wird daher auf der Anzeige der Messteuervorrichtung 65 angezeigt. Da die Messsteuervorrichtung 65 die selben Messsteuerprogramme aufweist wie die Vermessungsvorrichtung 110, werden anschließend die Zielmarken 104 und 108 von einem Ende zum anderen vermessen, wie bei dem für die zuvor beschriebene Vermessungsvorrichtung 110 verwendeten Verfahren. Wenn sämtliche Messungen durch die Vermessungsvorrichtung 110 abgeschlossen wurden, wird deren Hauptschalter ausgeschaltet. Anschließend wird ein Messungsbeginnbefehl an die nächste Vermessungsvorrichtung 110 ausgegeben. Messungen werden durch sämtliche Vermessungsvorrichtungen 110 wie beschrieben ausgeführt. Nachdem sämtliche Vermessungsvorrichtungen 110 ihre Messungen abgeschlossen haben, zeigt die Messsteuervorrichtung 65 die Messergebnisse auf ihrer Anzeige an und gleichzeitig werden die Messergebnisse auf einem adäquaten Aufzeichnungsmedium gespeichert. Die Messergebnisse werden nach Bedarf gedruckt. Sodann sind die Messungen abgeschlossen.
Da eine fehlerhafte Kollimation aufgrund intensiver Störungen durch natürliches Licht wahrscheinlich ist, wenn eine automatische Kollimation anhand eines von dem Kollimations-CCD-Kameraelement 45 bei einer Messung im Freien erfaßten Bildes erfolgt, beurteilt die CPU 58 die Hintergrundhelligkeit des Kollimations-CCD-Kameraelements 45, wenn die von dem Kollimations-CCD-Kameraelement 45 oder dem Weitwinkel-CCD-Kameraelement 88 erfaßte Hintergrundhelligkeit einen festgelegten Wert überschreitet, und die automatische Kollimation wird durch Programme automatisch auf die zweite automatische Kollimation umgeschaltet, bei der ein Strichkreuzsensor verwendet wird. In diesem Fall kann die automatische Kollimation durch Anzeigen eines Zielmarkenbildes 90 auf einem Bild mit einem breiten Sichtfeld erfolgen, das durch das Weitwinkel-CCD-Kameraelement 88 erhalten und auf der Anzeige der Messsteuervorrichtung 65 und der Touch-Panel-Anzeige 64 der Vermessungsvorrichtung 110 angezeigt wird.
Wie in der vorangehenden Beschreibung deutlich wurde, ist es bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, eine Anzahl von Messpunktpositionen eines zu vermessenden Objekts 100, beispielsweise einer großformatigen Struktur, durch einen einzigen Bediener an der Messsteuervorrichtung 65 oder der Vermessungsvorrichtung 110 effizient zu messen. Der Bediener ist dabei in der Lage, ein Zielmarkenbild 90 auf einem Bild mit großem Sichtfeld, das durch das Weitwinkel-CCD-Kameraelement 88 erhalten wurde, auf der Anzeige der Messsteuervorrichtung 65 oder der Touch-Panel-Anzeige 64 der Vermessungsvorrichtung 110 anzugeben. Anschließend wird die automatische Kollimation durch die automatische Kollimationseinheit 69 freigegeben. Danach lassen sich, da die Messpunkte automatisch vermessen werden können, Vorteile dahingehend erzielen, daß beispielsweise die Belastung des Bedieners verringert werden kann und kein künstlicher Kollimationsfehler erzeugt wird. Ferner kann die Messung von einem einzelnen Bediener und mit einer einzelnen Vermessungsvorrichtung 110 ausgeführt werden, wenn diese bewegt wird. Aufgrund der Fernsteuerung der Vermessungsvorrichtung 110 durch die von der Vermessungsvorrichtung 110 entfernt angeordnete Messsteuervorrichtung 65, ist der Bediener in der Lage, die Messungen sicher auszuführen, während er den Zustand der Messungen auf der Anzeige der Messsteuervorrichtung 65 prüft.
Da ferner das leicht zu streuende Beleuchtungslicht im sichtbaren Bereich koaxial zur Kollimationsachse O von der Lichtquelle 80 emittiert wird, kann ausreichend Beleuchtungslicht von den Messpunkten rückgeleitet werden. Daher kann ein zu messendes Objekt 100 hell auf der Touch-Panel-Anzeige 64 in einem weiten Winkel dargestellt werden. Des weiteren hat das Beleuchtungslicht ausreichende Kollimationsgenauigkeit, so daß kein Fehler bei der Entfernungsmessung auftritt. Insbesondere wird das Beleuchtungslicht nur nach Bedarf emittiert. Das bedeutet, daß kein Beleuchtungslicht abgestrahlt wird, wenn eine Entfernung durch den Entfernungsmessbereich 48 gemessen wird. Somit entsteht in der Entfernungsmessung kein Fehler. Darüber hinaus wird Energie gespart.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ist deutlich, daß nach einem ersten Aspekt der Erfindung möglich ist, da Messpunkte eines von einer Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bildes durch eine Bildverarbeitungseinheit unterschieden werden können, die Messpunkte durch eine automatische Kollimationseinheit automatisch kollimiert werden können, wenn ein Messpunkt in einem Bild auf der Anzeige angegeben wird. Die Belastung des Bedieners kann verringert werden und es entsteht kein künstlicher Kollimationsfehler. Ferner kann eine Anzahl von Messpunktpositionen eines zu vermessenden Objekts 100, beispielsweise einer großformatigen Struktur, effizient und ohne Schwierigkeiten gemessen werden. Darüber hinaus kann durch Bewegen einer Vermessungsvorrichtung eine derartige Messung durch einen einzelnen Bediener und mit einer einzigen Vermessungsvorrichtung durchgeführt werden.
Ferner ist der Erfindung durch das koaxial zur Kollimationsachse erfolgende Abstrahlen von Beleuchtungslicht im sichtbaren Bereich, das gleichzeitig als Kollimationsstrahl verwendet wird, eine ausreichende Menge an Reflexionslicht von einer Zielmarke rückführbar und ein zu vermessendes Objekt kann auf der Anzeige unter einem Weitwinkel mit klarem Profil angezeigt werden, wodurch das Angeben von Messpunkten vereinfacht und eine hochgenaue Kollimation und eine ebensolche Messung möglich ist.
Das Beleuchtungslicht wird koaxial zur Kollimationsachse emittiert, da die Bildaufnahmevorrichtung, die Beleuchtungseinheit und das optische System des Entfernungsmessbereichs als koaxiales optisches System aufgebaut sind. Daher ist es möglich, die Messpunkte einfach anzuzeigen und eine hochgenaue Kollimation und Messung zu erreichen.
Da es möglich ist, die Messpunkte durch einfaches Berühren der Messpunkte des auf der Touch-Panel-Anzeige angezeigten Bildes mittels einer Messpunktanzeigevorrichtung (Touch-Pen, etc.) anzugeben, ist nach einem zweiten Aspekt der Erfindung die Kollimationsarbeit erheblich vereinfacht und künstliche Kollimationsfehler sind ausgeschlossen, wodurch die Belastung des Bedieners verringert und die Messgenauigkeit verbessert ist. Ferner ist keine herkömmliche Tastatur erforderlich. Da die Touch-Panel-Anzeige großformatig ausgebildet werden kann, können die Messpunkte noch einfacher angegeben werden.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung kann der Bediener, da die Vermessungsvorrichtung durch eine Messsteuervorrichtung, die fern von der Vermessungsvorrichtung angeordnet und mit einer Bildanzeige versehen ist, gesteuert wird, die Messungen sicher vornehmen und gleichzeitig auf der Anzeige überprüfen. Ferner können Messungen an gefährlichen Stellen vorgenommen und diese Stellen anhand ihrer Bilder durch den Bediener überwacht werden.
Da nach einem vierten Aspekt der Erfindung die automatische Kollimation auf der Basis eines von einer in einem Teleskop enthaltenen Bildaufnahmevorrichtung aufgenommenen Bildes erfolgt, ist der tote Winkel im Vergleich mit einer automatischen Kollimationseinheit, die einen herkömmlichen Strichkreuzsensor verwendet, sehr klein.
Da die automatische Kollimation auf der Basis eines Ausgangssignals eines in einem Teleskop installierten Strichkreuzsensors erfolgt, entsteht gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung selbst bei Messungen im Freien, bei denen starke Störungen durch natürliches Licht auftreten, praktisch kein Messfehler.
Da es nach einem sechsten Aspekt der Erfindung möglich ist, einen breiten Bereich eines zu vermessenden Objekts durch das optische Weitwinkelkamerasystem zu betrachten, ist das Angeben der Messpunkte mit der Zeigevorrichtung (Touch-Pen) vereinfacht. Da die Messung durch automatische Kollimation erfolgen kann, indem ein durch das stark vergrößernde optische Kollimationskamerasystem erhaltenes Bild verwendet wird, kann eine hochgenaue Kollimation und Messung durchgeführt werden.
Da nach einem siebten Aspekt der Erfindung das gleichzeitig als Kollimationslicht verwendete Beleuchtungslicht nur nach Bedarf und nicht bei der Entfernungsmessung durch den Entfernungsmessbereich emittiert wird, ist es möglich, einen durch das Beleuchtungslicht entstehenden Fehler der Entfernungsmessung zu vermeiden und Energie zu sparen.
Da nach einem achten Aspekt der Erfindung die Beleuchtungseinheit ferner mit einer Blitzlichtquelle versehen ist, kann, wenn die Lichtquelle blitzt, sowohl eine direkt in einer dunklen Örtlichkeit betrachtete Zielmarke, als auch eine Zielmarke auf der Anzeige aufblitzen, um eine einfachere Beobachtung zu gewährleisten, so daß eine Erkennung der Zielmarken und der angegebenen Messpunkte weiter vereinfacht werden kann.

Claims

Vermessungsvorrichtung (110) mit automatischer Kollimation mit einer Bildaufnahmevorrichtung (89) zum Aufnehmen eines zu vermessenden Objekts, die von einem Teleskop (46) gehalten ist, wobei die Vermessungsvorrichtung aufweist: – eine Anzeige (64) zum Anzeigen eines von der Bildaufnahmevorrichtung (89) aufgenommenen Bildes, – eine Bildverarbeitungseinheit (60) zum Erkennen eines Messpunkts des Bildes, – Einrichtungen zum Zeigen des Messpunkts auf dem Bild, – eine automatische Kollimationseinheit zum automatischen Kollimieren eines gezeigten Messpunkts und – einer auf der Kollimationsachse (O) angeordnete Beleuchtungseinheit, die Beleuchtungslicht im sichtbaren Wellenlängenbereich emittiert und ein Entfernungsmessbereich (48), wobei die Bildaufnahmevorrichtung (89), die Beleuchtungseinheit und der Entfernungsmessbereich (48) als koaxiales optisches System ausgebildet sind, und wobei der Entfernungsmessbereich (48) eine Entfernung nur misst, wenn das Beleuchtungslicht abgeschaltet ist.
Vermessungsvorrichtung mit automatischer Kollimation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige eine Touch-Panel-Anzeige (64) ist, wobei ein Messpunkt durch Berühren des Messpunkts auf der Anzeige mittels der Messpunktzeigereinrichtung (68) angezeigt wird.
Vermessungsvorrichtung (110) mit automatischer Kollimation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einer peripheren Messsteuervorrichtung (65) verbunden ist, die mit einer Bildanzeige versehen ist.
Vermessungsvorrichtung (110) mit automatischer Kollimation nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Kollimationseinheit eine in dem Teleskop (46) angebrachte Bildaufnahmevorrichtung aufweist, um eine Zielmarke (104, 108) des Messpunkts aufzunehmen.
Vermessungsvorrichtung (110) mit automatischer Kollimation nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Kollimationseinheit mit einem im Teleskop (46) angebrachten Strichkreuzsensor versehen ist, in welchen von dem Messpunkt reflektiertes Beleuchtungslicht einfällt.
Vermessungsvorrichtung (110) mit automatischer Kollimation nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, daß – das Teleskop (46) ein stark vergrößerndes optisches Kollimationskamerasystem (47) und ein optisches Weitwinkelkamerasystem (89) mit weiten Sichtfeld aufweist; und – die automatische Kollimationseinheit aufweist: eine erste automatische Kollimationsvorrichtung mit einer im optischen Kollimationskamerasystem (47) installierten Bildaufnahmevorrichtung (45) zum Aufnehmen einer Zielmarke (104, 108) des Messpunkts, eine zweite automatische Kollimationsvorrichtung mit einem im optischen Kollimationskamerasystem installierten Strichkreuzsensor (122), in welchen von dem Messpunkt reflektiertes Beleuchtungslicht einfällt, und eine Ersatz-Kollimationsvorrichtung mit einer im optischen Weitwinkelkamerasystem (89) installierten Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen einer Zielmarke (104, 108) des Messpunkts.
Vermessungsvorrichtung mit automatischer Kollimation nach einem der Ansprüche 1–6, gekennzeichnet durch einen Winkelmessbereich (50, 52) zum Messen des Winkels.
Vermessungsvorrichtung mit automatischer Kollimation nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinheit eine Lichtquelle (80) aufweist, die in vorbestimmtem Zeitintervall aufleuchtet.