CN102032891B - 一种自适应靶标装置及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种自适应靶标装置及实现方法，数码跟踪测量单元和靶标驱动单元与数据采集发送处理单元连接，靶标驱动单元与数码跟踪测量单元以远程拍摄获取图像方式建立联系，数码跟踪测量单元拍摄靶标驱动单元中带有中心线结构特征的平面投影图像，将带有中心线结构特征的平面投影图像发给数据采集发送处理单元；数据采集发送处理单元接收、存储并处理带有中心线结构特征的平面投影图像，根据中心线结构特征在平面投影图像中的位置，判断出靶标需旋转量的大小和方向发给靶标驱动单元；靶标驱动单元收到靶标需旋转大小和方向后，控制靶标驱动单元的电机带动靶标按数据采集发送处理单元发来的指令旋转，使靶标驱动单元靶标对准全站仪发来的激光束。

Description

一种自适应靶标装置及实现方法

技术领域

本发明属于激光测量技术领域，涉及一种自适应靶标装置及其实现方法。

背景技术

随着全站仪技术的发展，测量的精度、自动化、智能化程度不断提高。目前具有自动识别功能的全自动全站仪可以实现目标的自动照准、锁定跟踪、自动测量和记录，有着“测量机器人”的美誉。全站仪由激光测距仪、两维回转机构和高精度码盘组成，可实现对靶标的自动跟踪。靶标是构成全站仪测量***的重要组成部分，将靶标与被测目标固联，其作用是代表被测目标的位置反射激光信号实现***对被测目标的角度、距离和位置测量。目前靶标的主要类型有棱镜片、角棱镜、360°棱镜等。靶标作为测量***的测角测距信号的合作目标，本身的定位精度和适应范围直接影响全站仪测量的最终性能。

棱镜片只能应用于人工照准测量模式，不能配合全站仪实现目标的自动照准、锁定跟踪、自动测量和记录。

角棱镜的实质为一角反射棱镜，是由3个互相垂直的反射面构成的四面体，定位精度可达到纳米级。随着入射角的增大，反射激光的有效面积减小，反射回来的信号减弱，角棱镜的入射角不能超过±20°，当入射角过大时无法进行测距，成为限制全站仪测量范围的瓶颈。

360°棱镜，由6块角反射棱镜上下交错拼合组而成正六面柱体。由于360°棱镜本身的结构，使得360°棱镜在水平方向上对从任何角度入射的信号都能实现测量，360°棱镜的6棱镜反射面交错分布在半径为33mm的球面上，测量时当激光打在6个棱镜中不同的棱镜上时，定位精度降低，360°棱镜整体定位精度为5mm，成为全站仪测量精度的瓶颈。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明针对全站仪测量中对靶标高定位精度和大测量范围的需求，提出一种自适应靶标装置及实现方法。

为达成所述目的，本发明的第一方面是提供一种自适应靶标装置，该装置包括数码跟踪测量单元、数据采集发送处理单元和靶标驱动单元；

数码跟踪测量单元和靶标驱动单元分别与数据采集发送处理单元相连接，带有中心线结构特征的靶标驱动单元与数码跟踪测量单元以远程拍摄获取图像方式建立联系，数码跟踪测量单元拍摄靶标驱动单元中带有中心线结构特征的平面投影图像，并将带有中心线结构特征的平面投影图像发送给数据采集发送处理单元；数据采集发送处理单元接收、存储并处理收到带有中心线结构特征的平面投影图像，根据中心线结构特征在平面投影图像中的位置，判断出靶标需旋转量的大小和旋转方向发送给靶标驱动单元；靶标驱动单元收到靶标需旋转大小和方向信息后，控制靶标驱动单元的电机带动靶标按数据采集发送处理单元发来的控制指令旋转，使靶标驱动单元的靶标以最佳角度对准全站仪发来的激光束。

为达成所述目的，本发明第二方面是提供一种自适应靶标的实现方法，包括如下步骤：

步骤S1：开始，***部件安装与连接；

步骤S2：设备启动并进行初始化，使设备进入稳定运行阶段；

步骤S3：数据采集发送处理单元中的数据处理模块控制***运行开始和结束；

步骤S4：数码跟踪测量单元拍摄靶标驱动单元的带中心线特征结构的平面投影图像，并将该平面投影图像数据传送给数据采集发送处理单元；

步骤S5：数据采集发送处理单元对数码测量单元拍摄靶标承载体带有中心线结构特征的平面投影图像数据进行采集、平面投影图像预处理和平面投影图像边缘检测；

步骤S6：用数据采集发送处理单元中数据处理模块中解算出靶标需旋转的大小和方向，数据采集发送处理单元计算带有中心线结构特征的平面投影图像的轮廓求中心线左右两部分线段比或面积比，计算出靶标应旋转量的大小和旋转方向；

步骤S7：判断解算出靶标的转角是否大于5度；

步骤S8：如转角小于5度返回步骤S4，如果转角大于5度则生成控制指令发送给靶标驱动单元；

步骤S9：靶标驱动单元中的控制器根据数据采集发送处理单元发来的控制指令控制电机旋转，带动靶标转动；

步骤S10：靶标转动完成后判断，如收到退出指令则退出，否则再从步骤S4开始循环执行，使全站仪发出的激光射向靶标的入射角一直保持小于5度。

本发明的技术效果或优点：在全站仪测量***中引入数码测量和靶标旋转控制技术提高了测量精度和测量范围，采用数码跟踪测量技术实时测量出靶标棱镜面中心偏离全站仪视准轴的角度，靶标驱动单元中的控制驱动***控制电机旋转带动靶标转动使靶标总保持与全站仪正对的状态，从而可用高精度靶标完成大范围测量，使全站仪测量技术使用中实现精度和范围的双突破。本发明的优势如下：

1、测量精度达到角棱镜测量精度。

2、测量范围达到360°棱镜的测量范围。

3、数码测量设备与全站仪固联，节省了测量跟踪装置，简化了结构降低了成本。

4、带有中心线的靶标特征结构简化了数据处理过程，增加了准确度。

本发明技术实现了全站仪高精度、大范围的精密实时跟踪测量，为国家重大装备制造领域的精密测量提供了一种低成本的测量手段。

附图说明

图1是本发明装置的结构框图；

图2数码跟踪测量单元结构示意图；

图3数据采集发送处理单元框图；

图4本发明靶标驱动单元组成方框图；

图5本发明带有中心线结构特征的靶标承载体总装示意图；

图6本发明自适应闭环控制流程图；

图7本发明***构成图；

图8本发明实施例中拍摄靶标承载体的平面投影图像；

图9本发明实施例中预处理并且边缘化后的平面投影图像。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细节问题。应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

参阅图1和图7，本发明的自适应靶标装置，包括数码跟踪测量单元1、数据采集发送处理单元2、靶标驱动单元3；数码跟踪测量单元1和靶标驱动单元3分别与数据采集发送处理单元2相连接。带有中心线结构特征的靶标驱动单元3与数码跟踪测量单元1以远程拍摄获取图像方式建立联系，数码跟踪测量单元1拍摄靶标驱动单元3带有中心线结构特征的平面投影图像，并将带有中心线结构特征的平面投影图像发送给数据采集发送处理单元2；数据采集发送处理单元2接收、存储并处理收到带有中心线结构特征的平面投影图像，根据中心线结构特征在平面投影图像中的位置，判断出靶标需水平旋转的大小和方向发送给靶标驱动单元1；靶标驱动单元3收到靶标需旋转大小和方向信息后，控制靶标驱动单元3中的电机带动靶标按数据采集发送处理单元2发来的控制指令旋转，使靶标驱动单元3中的靶标以最佳角度对准全站仪12发来的激光束。

如图2所示数码跟踪测量单元1的结构，数码跟踪测量单元1由数码测量单元11与全站仪12的测角跟踪单元121共同组成，全站仪12两侧固联有两个磁座，在两个磁座的一侧面固联有数码测量单元11和配重13，使全站仪12保持平衡旋转并形成一体结构，数码测量单元11的数码测量数据输出线与数据采集发送处理单元2相连，利用全站仪12的测角跟踪***121实现对靶标驱动单元3的靶标进行跟踪，数码测量单元11用于远程拍摄靶标驱动单元3中带有中心线结构特征的平面投影图像，并将该带有中心线结构特征的平面投影图像发送给数据采集发送处理单元2。在实施中，数码测量单元11可选用封装完整的数码照相测量仪表组，本例采用IMPERX相机配合kowa镜头进行拍摄。全站仪12可采用各种激光全站仪，本例采用徕卡TCRA1101型全站仪，数码测量仪表组与全站仪12间连接无精度要求，只要求数码测量仪表组与全站仪12随动，靶标325在数码测量单元11视场内即可。

如图3所示数据采集发送处理单元2的结构，数据采集发送处理单元2包括：数据采集模块21，数据处理模块22和数据发送模块23，在计算机内及相应的算法软件程序实现数据采集模块21、数据处理模块22和数据发送模块23的功能，数据采集模块21接收、存储数码跟踪测量单元1发来的靶标承载体323带有中心线结构特征的平面投影图像，数据处理模块22与数据采集模块21连接，数据处理模块22首先对靶标承载体323带有中心线结构特征的平面投影图像数据进行预处理及边缘检测，根据中心线结构特征在平面投影图像中的位置，并分析带有中心线结构特征的靶标承载体323的平面投影图像，根据以中心线为准的两侧线段比或面积比计算出中心线偏离中心的大小和方向，中心线偏离中心的大小和方向就是靶标325需水平旋转的大小和方向，将靶标325需旋转的大小和方向数据输出给数据发送模块；数据发送模块23与数据处理模块22连接，数据发送模块23将数据处理模块22输出的靶标325需旋转的大小和方向数据处理结果发送给靶标驱动单元3。数据发送模块23可选用采用有线或无线通讯方式，数据发送模块23可用市场成型产品，本例中数据发送模块23采用AT89S528位单片机，通信接口采用SRMF-1021模块和75LBC184，SRMF-1021模块是工作在433MHz下的无线数传模块采用FSK调制方式，发射功率10dBm，接口速率2400bps，75LBC184通信接口为485总线驱动器，它与无线数传模块采用二选一的模式进行工作，本例中采用无线通讯模式工作。计算机选择带有安装PCI插槽的PC机即可。

如图4所示靶标驱动单元3的结构，靶标驱动单元3包括：控制盒31和随动体32两部分，随动体32接收控制盒31发来的电机旋转大小和方向的驱动信号驱动电机带动靶标旋转；控制盒31内包括数据接收模块311和驱动控制模块312，随动体包括电机基座321、电机322、带有中心线结构特征3231的靶标承载体323、磁座324和靶标325。

电机322位于电机基座321和带有中心线结构特征的靶标承载体323之间，且电机322与电机基座321固定连接，电机322的旋转轴与带有中心线结构特征的靶标承载体323转动连接，磁座324固定在靶标承载体323上，靶标325固定在磁座324上，所述数据接收模块311与驱动控制模块312连接，数据接收模块311接收数据采集发送处理单元2以无线方式发来的靶标325需旋转的大小和方向信息，将无线信号转换为有线信号发送给驱动控制模块312，驱动控制模块312将收到的靶标325旋转大小和方向信息根据电机322的驱动参数转换成驱动电机322运转的脉冲数，控制盒31的驱动控制模块312与随动体32的电机322的驱动线相连，实现对电机322的驱动。控制随动体32的带有中心线结构特征3231的靶标承载体323、磁座324和靶标325与电机322一起转动，由数码跟踪测量单元1拍摄靶标承载体323上的带有中心线结构特征。

a)数据接收模块311位于图4所示控制盒31内，数据接收模块311与数据采集发送处理单元2中的数据发送模块23对应连接，可选有线和无线通讯两种，在本例中同样采用AT89S52和75LBC184；

b)驱动控制模块312和数据接收模块311共同放在如图4所示的控制盒31中，驱动控制模块312使用两片Intersil公司的HIP4020作为电机驱动芯片；

c)图4所示随动体32中的电机322选择有足够驱动能力的步进电机，本例中采用瑞士ARSAPE公司的AM1020微型步进电机，外径10mm，轴径1.2mm，步进角18度，最大静转矩1.6mNm，减速箱轴径2mm。电机体及电机基座321固联，由加工过程保证电机322的轴心与电机基座321间安装精度。电机322的旋转轴通过定位销与靶标承载体323固联，保证电机322转动时能带动靶标承载体323随转。

c)靶标承载体323外部通过磁座324与靶标325固联，靶标承载体323内部与电机322的旋转轴固联，靶标承载体323表面涂黑，在涂黑表面上有一竖条白色反光线是如图5中所示带有中心线结构特征3231，用于数码测量图像分析。

d)靶标325可选为空心角隅棱镜、实心角隅棱镜、或360棱镜等，本例采用空心角隅棱镜，磁座324吸住靶标325，磁座324的定位销与靶标承载体323固联。

现将本实施例中实施办法和部分算法公式阐述如下：

平面投影图像采集：平面投影图像文件以raw格式来写入数据。Raw格式是一种最简单的纯数据流格式。直接将平面投影图像灰度的数据矩阵按照行列顺序依次写入图形文件即可。IMPERX相机中CCD选用CCD光敏阵列芯片的像元深度为10比特，由于数据输出时是以整字节输出的，所以图形数据矩阵中一个数据元素占两个字节。CCD输出的图形是1000×1000的矩阵，由程序采得的一幅raw格式的图片大小约为2M字节。

本例中，采用IMPERX相机配合kowa镜头对带有中心线结构特征3231的靶标承载体323进行拍摄，通过图像采集卡将视频信号进行A/D转换后，通过数据线传送到配套PC机上并储存起来。

数据处理模块22对拍摄靶标承载体323带有中心线结构特征3231的平面投影图像进行预处理及边缘检测。图像预处理的主要目的是对拍摄的带有中心线结构特征3231的靶标承载体323的平面投影图像(图8)进行处理如滤去干扰，噪声并做几何校正、色彩校正，恢复有用的真实信息，增强平面投影图像中靶标承载体边缘和靶标承载体结构特征中心线的可检测性，从而改进特征抽取、图像分割、匹配和识别的可靠性。边缘检测在图像处理中十分重要，有多种边缘检测方法。对于阶跃边缘，边缘检测实际上是基于不连续性进行分割的一种方法，也即检测变化类型的局部特性，例如，灰度值的突变、颜色的突变、纹理结构的突变等。现在广泛应用的边缘检测算子主要有Roberts、Sobel、Prewitt、Canny、log等算子。不同的图像处理环境应用不同的算子，本例在提取边缘特征过程中对预处理过的图像使用Sobel算子进行边缘检测，检测出了被测量物体明显的边缘部分。

靶标325的旋转量和旋转方向判定解算算法为：所述判断靶标的旋转量和旋转方向计算是设定中心线结构特征BCGF位于靶标承载体平面投影图像ADHE中，设中心线结构特征BCGF与靶标承载体平面投影图像ADHE左右两端距离比AB/CD为k，当k等于1时靶标以最佳角度对准全站仪发来的激光束，设当k不等于1时靶标需旋转一定的角度θ使靶标以最佳角度对准全站仪发来的激光束，正常工作时靶标左右旋转的角度小于π/2即θ∈(-π/2，π/2)，θ可由如下式算出：

$\mathrm{\θ}=\arcsin \left(\frac{k-1}{k+1}\right),$

根据设计当靶标偏离大于5度时进行调整，调整线段AB/CD比值k的大小，使靶标处于不动状态、靶标左转及靶标右转。

控制靶标325旋转的目标是使拍摄靶标承载体323的带有中心线结构特征图像中的中心线位于该带有中心线结构特征图像的中间位置，即图8中AB/CD约等于1，其中ADHE为靶标承载体在数码测量单元上的平面图像，由于中心线有一定的宽度BCGF是中心线在数码测量单元上的平面图像，如果中心线转出视场为故障需人工干预，正常工作情况下左右旋转的角度设为θ均小于90度即在(-π/2，π/2)。AB/CD比值设为k，则

$\mathrm{\θ}=\arcsin \left(\frac{k-1}{k+1}\right)$

根据设计当靶标325偏离大于5度时进行调整，当0.8397＞k＞1.1910时靶标325不动；当k≥1.1910时，靶标325左转；当k≤0.8397时，靶标右转。

在针对旋转大小和方向的判定问题，设计了两种解决方案，一是拉线段的方法，完成边缘化后，用拉线段的方法对边缘检测后的平面投影图像进行扫描，扫描线段如图9中A′B′C′D′所示，其中图9是图8经过图像预处理后形成的靶标承载体的平面投影图像，图中的ADHE为靶标承载体平面投影图像的***四点，BCGF是靶标承载体上中心线结构特征的平面投影图像的***四点，由图可见，AB/CD＝A′B′/C′D′，它交平面投影图像边缘于4点A′B′C′D′，通过计算可以得到四点的坐标值并计算出A′B′/C′D′即k值。二是面积法，由图9可见，线段AB/CD＝S_ABFE/S_CDHG＝k，计算图像连通区域面积可得到带有中心线结构特征的平面投影图像BCGF左部面积S_ABFE右部面积S_CDHG的面积比S_ABFE/S_CDHG，k为左部面积S_ABFE右部面积S_CDHG的面积比值。

如图6示出方法流程图，采集数码跟踪测量单元1拍摄靶标承载体323上带有中心线结构特征的平面投影图像输出数据，经过初步的图像预处理后，进行边缘检测，检测出被测目标明显的边缘部分，采用线段比或面积比的算法解算出靶标325需旋转的大小和方向发送给靶标驱动单元3执行。相应的算法流程主要由以下几部分组成：

(1)开始，硬件连接：数码测量单元11与全站仪12固联，数码测量单元11的数据输出线与数据处理模块22相连，靶标325安装在靶标承载体323上，电机322的旋转轴与靶标承载体323固联，电机322及电机基座321固联；

(2)设备启动并进行初始化，使设备进入稳定运行阶段；确认靶标325的棱镜面中心与全站仪12的视准轴在同一线段上，确认靶标驱动单元3的带中心线的特征结构3231在数码跟踪测量单元1的视场内，数据采集发送处理单元2与靶标驱动单元3进行通讯确认；

(3)数据采集发送处理单元2中的数据处理模块22控制***运行开始和结束；

(4)数码跟踪测量单元1拍摄靶标驱动单元3带中心线结构特征3231的平面投影图像，并将该平面投影图像数据传送给数据采集发送处理单元2；

(5)数据采集发送处理单元2对数码测量单元11拍摄靶标承载体323带有中心线结构特征3231的平面投影图像数据进行采集、图像预处理和边缘检测，数据采集发送处理单元2对数码测量单元11获取带有中心线结构特征的平面投影图像进行预处理，如滤去干扰、噪声并做几何校正，增强信息的可检测性和可靠性，使用Sobel算子对预处理过的图像进行边缘检测，检测出了被测目标明显的边缘部分；

(6)用数据采集发送处理单元2中数据处理模块22中的图像处理软件解算出靶标325需旋转的大小和方向，数据采集发送处理单元2对数码测量单元11拍摄靶标承载体323带有中心线结构特征3231的平面投影图像的轮廓求中心线左右两部分线段比或面积比，根据解算算法计算出靶标325应旋转的大小和方向；

(7)判断解算出靶标325的转角是否大于5度；

(8)如转角小于5度回步骤S4，如果转角大于5度则生成控制指令发送给靶标驱动单元3；

(9)靶标驱动单元3中的控制盒31根据数据采集发送处理单元2发来的控制指令控制电机322旋转，带动靶标325转动；

(10)转动完成后判断是否收到退出指令，如收到则退出，否则再从步骤S4开始循环执行，使全站仪12发出的激光射向靶标325的入射角一直保持小于5度。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种自适应靶标装置，其特征在于，该装置包括数码跟踪测量单元、数据采集发送处理单元和靶标驱动单元；

数码跟踪测量单元和靶标驱动单元分别与数据采集发送处理单元相连接，带有中心线结构特征的靶标驱动单元与数码跟踪测量单元以远程拍摄获取图像方式建立联系，数码跟踪测量单元拍摄靶标驱动单元中带有中心线结构特征的平面投影图像，并将带有中心线结构特征的平面投影图像发送给数据采集发送处理单元；数据采集发送处理单元接收、存储并处理收到带有中心线结构特征的平面投影图像，根据中心线结构特征在平面投影图像中的位置，判断出靶标需旋转量的大小和旋转方向发送给靶标驱动单元；靶标驱动单元收到靶标需旋转大小和方向信息后，控制靶标驱动单元的电机带动靶标按数据采集发送处理单元发来的控制指令旋转，使靶标驱动单元的靶标以最佳角度对准全站仪发来的激光束。

2.如权利要求1所述的自适应靶标装置，其特征在于，数码跟踪测量单元由数码测量单元与全站仪及其测角跟踪单元组成，全站仪两侧固联有数码测量单元和配重，使全站仪保持平衡旋转并形成一体结构；数码测量单元的数码测量数据输出线与数据采集发送处理单元相连；利用全站仪的测角跟踪单元实现对靶标驱动单元的靶标进行跟踪，数码测量单元用于远程拍摄靶标驱动单元中带有中心线结构特征的平面投影图像。

3.如权利要求1所述的自适应靶标装置，其特征在于，数据采集发送处理单元包括：数据采集模块、数据处理模块和数据发送模块，其中：

数据采集模块接收、存储数码跟踪测量单元发来的靶标承载体带有中心线的结构特征的平面投影图像；

数据处理模块与数据采集模块连接，数据处理模块对靶标承载体带有中心线结构特征的平面投影图像数据进行预处理及边缘检测，根据中心线结构特征在平面投影图像中的位置，并分析带有中心线结构特征的靶标承载体的平面投影图像数据，根据以中心线结构特征为准的两侧线段比或面积比计算出中心线结构特征偏离平面投影图像中心的大小和方向，中心线结构特征偏离平面投影图像中心的大小和方向就是靶标需水平旋转的大小和方向，将靶标需旋转的大小和方向数据输出给数据发送模块；

数据发送模块与数据处理模块连接，数据发送模块将数据处理模块输出的靶标需旋转的大小和方向数据发送给靶标驱动单元。

4.如权利要求3所述的自适应靶标装置，其特征在于，数据处理模块的图像预处理是对拍摄的带有中心线结构特征靶标承载体的平面投影图像进行滤去干扰、噪声并做几何校正、色彩校正、恢复有用的真实信息的处理，增强平面投影图像中靶标承载体边缘和靶标承载体中心线结构特征的可检测性，从而改进特征抽取、图像分割、匹配和识别的可靠性。

5.如权利要求1所述的自适应靶标装置，其特征在于，靶标驱动单元包括：控制盒和随动体两部分，控制盒内包括数据接收模块和驱动控制模块，随动体包括电机基座、电机、带有中心线结构特征的靶标承载体、磁座和靶标，其中：

电机位于电机基座和带有中心线结构特征的靶标承载体之间，且电机与电机基座固定连接，电机的旋转轴与带有中心线结构特征的靶标承载体转动连接，磁座固定在靶标承载体上，靶标固定在磁座上；所述数据接收模块与驱动控制模块连接，数据接收模块接收数据采集发送处理单元以无线方式发来的靶标需旋转的大小和方向信息，将无线信号转换为有线信号发送给驱动控制模块，驱动控制模块将收到的靶标旋转大小和方向信息根据电机的驱动参数转换成驱动电机运转的脉冲数，控制盒的驱动控制模块与随动体的电机的驱动线相连，实现对电机的驱动；控制随动体的带有中心线结构特征的靶标承载体、磁座和靶标与电机一起转动，由数码跟踪测量单元拍摄靶标承载体上的带有中心线的结构特征。

6.如权利要求1所述的自适应靶标装置，其特征在于，所述判断靶标的旋转量和旋转方向是设定中心线结构特征BCGF位于靶标承载体平面投影图像ADHE中，设中心线结构特征BCGF与靶标承载体平面投影图像ADHE左右两端距离比AB/CD为k，当k等于1时靶标以最佳角度对准全站仪发来的激光束，设当k不等于1时靶标需旋转一定的角度θ使靶标以最佳角度对准全站仪发来的激光束，正常工作时靶标左右旋转的角度小于π/2即θ∈(-π/2，π/2)，θ可由如下式算出：

$\mathrm{\θ}=\arcsin \left(\frac{k-1}{k+1}\right),$

根据设计当靶标偏离大于5度时进行调整，调整线段AB/CD比值k的大小，使靶标处于不动状态、靶标左转或靶标右转。

7.如权利要求6所述的自适应靶标装置，其特征在于，线段AB/CD＝S_ABFE/S_CDHG＝k，计算平面投影图像连通区域面积得到带有中心线结构特征的平面投影图像BCGF的左部面积S_ABFE、右部面积S_CDHG两部分的面积比S_ABFE/S_CDHG，k为左部面积S_ABFE、右部面积S_CDHG的面积比值。

8.一种自适应靶标的实现方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤S1：开始，***部件安装与连接；

步骤S2：设备启动并进行初始化，使设备进入稳定运行阶段；

步骤S3：数据采集发送处理单元中的数据处理模块控制***运行开始和结束；

步骤S4：数码跟踪测量单元拍摄靶标驱动单元的带中心线特征结构的平面投影图像，并将该平面投影图像数据传送给数据采集发送处理单元；

步骤S5：数据采集发送处理单元对数码测量单元拍摄靶标承载体带有中心线结构特征的平面投影图像数据进行采集、平面投影图像预处理和平面投影图像边缘检测；

步骤S6：用数据采集发送处理单元中数据处理模块中解算出靶标需旋转的大小和方向，数据采集发送处理单元计算带有中心线结构特征的平面投影图像的轮廓求中心线左右两部分线段比或面积比，计算出靶标应旋转量的大小和旋转方向；

步骤S7：判断解算出靶标的转角是否大于5度；

步骤S8：如转角小于5度返回步骤S4，如果转角大于5度则生成控制指令发送给靶标驱动单元；

步骤S9：靶标驱动单元中的控制器根据数据采集发送处理单元发来的控制指令控制电机旋转，带动靶标转动；

步骤S10：靶标转动完成后判断，如收到退出指令则退出，否则再从步骤S4开始循环执行，使全站仪发出的激光射向靶标的入射角一直保持小于5度。

9.如权利要求8所述的自适应靶标的实现方法，其特征在于，所述判断靶标的旋转量和旋转方向计算是设定中心线结构特征BCGF位于靶标承载体平面投影图像ADHE中，设中心线结构特征BCGF与靶标承载体平面投影图像ADHE左右两端距离比AB/CD为k，当k等于1时靶标以最佳角度对准全站仪发来的激光束，设当k不等于1时靶标需旋转一定的角度θ使靶标以最佳角度对准全站仪发来的激光束，正常工作时靶标左右旋转的角度小于π/2即θ∈(-π/2，π/2)，θ可由如下式算出：

$\mathrm{\θ}=\arcsin \left(\frac{k-1}{k+1}\right),$

根据设计当靶标偏离大于5度时进行调整，调整线段AB/CD比值k的大小，使靶标处于不动状态、靶标左转或靶标右转。

10.如权利要求9所述的自适应靶标的实现方法，其特征在于，线段AB/CD＝S_ABFE/S_CDHG＝k，计算平面投影图像连通区域面积得到带有中心线结构特征的平面投影图像BCGF的左部面积S_ABFE、右部面积S_CDHG两部分的面积比S_ABFE/S_CDHG，k为左部面积S_ABFE、右部面积S_CDHG的面积比值。

Images