CN210426541U - 一种高精度回光反射摄影测量目标 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及摄影测量领域，特别涉及一种高精度回光反射摄影测量目标，该测量目标包括本体和设置在本体上的至少两个反射区域，本体的外表面的至少一部分是球面的一部分，球面具有球心；反射区域形成在本体上，反射区域与球心之间具有预先确定的空间位置关系，该反射区域为设置在本体上的外表面上具有反射镜和识别标志的区域。该反射镜具有很强的回光反射效果，通过低强度曝光即可获得高对比度的识别标志图像，通过该图像进行解算即可获取高精度的摄影测量结果；同时该测量目标具有多回光反射镜，使得摄影测量相机在不同站位成像时，在较大的范围内对摄影测量目标进行精确测量，无需人工旋转摄影测量目标，大大提高了摄影测量效率。

Description

一种高精度回光反射摄影测量目标

技术领域

本实用新型涉及摄影测量领域，特别涉及一种高精度回光反射摄影测量目标。

背景技术

摄影测量是工业测量中的一种非常常用的技术手段，影响数字工业摄影测量精度有很多方面，比如高精度标志中心图像的获取与识别、高精度相机标定算法及标定装置、高精度标志的设计与实现、光束法统一平差等，其中高精度摄影测量目标是影响其精度的一个关键技术。

目前，国内外使用的摄影测量目标由于制备工艺的问题，精度不高，且基本都是平面型单反射镜目标，球形的测量目标虽然也有应用，这种测量目标对外部照明很敏感，目标边缘与背景之间的对比度不明显等，这样就影响到摄影测量的精度。

实用新型内容

为了解决现有技术中球形测量目标边缘与背景之间的对比度不明显，导致摄影测量精度不高的技术问题，本申请提供一种高精度回光反射摄影测量目标，具体包括以下技术方案：

一种高精度回光反射摄影测量目标,包括，

本体，所述本体的外表面的至少一部分是球面的一部分，所述球面具有球心；

至少两个反射区域，所述至少两个反射区域形成在所述本体上，所述至少两个反射区域与所述球心之间具有预先确定的空间位置关系，使得当所述摄影测量目标置于一个空间中时，所述球心在所述空间中的位置能够根据所述至少两个反射区域在所述空间中的位置以及所述预先确定的空间位置关系计算获得；

所述反射区域为设置在所述本体上的外表面上具有反射镜和识别标志的区域。

其中，所述反射镜由多个玻璃微珠紧密排列在一个平面上组成，所述识别标志为设置在所述反射镜表面上具有一定形状和颜色的区域。

进一步的，还包括反射增强层，所述反射增强层设置在所述本体的外表面上，所述多个玻璃微珠排列在所述反射增强层的外表面上。

进一步的，还包括基层，所述基层设置在所述本体的外表面上，其外表面形成一个支撑面，用于支撑所述反射增强层。

其中，所述反射镜为圆形，所述识别标志为设置在所述反射镜外表面上的一个黑色圆环。

其中，所述基层为梯形玻璃圆台，所述反射增强层为设置在所述基层外表面的镀银层。

其中，所述空间位置关系为反射区域与球心之间的距离、球心与反射区域上的特定点之间的连线与反射区域所成的角度、球心与反射区域上的特定点之间的距离。

可选的，各个反射区域的反射镜均为圆形，各个反射镜的圆心与所述球心之间的连线距离均相等。

其中，各个反射镜的圆心与所述球心之间的连线相互垂直。

优选地，包括五个反射区域，且所述五个反射区域的反射镜均为圆形，所述五个反射镜的圆心与所述球心之间的连线距离相等，且每两个相邻反射镜的圆心与所述球心之间的连线相互垂直。

依据上述实施例的摄影测量目标，包括本体和形成在该本体上的至少两个反射区域，其中每个反射区域均具有反射镜和识别标志，反射镜具有很强的回光反射效果，通过低强度曝光即可获得高对比度的识别标志图像，通过该图像进行解算即可获取高精度的摄影测量结果；同时具有两个或者两个以上的反射区域时，该测量目标具有多回光反射镜，使得摄影测量相机在不同站位成像时，在较大的范围内、甚至在360范围内都可以对摄影测量目标进行精确测量，无需人工旋转摄影测量目标，大大提高了摄影测量效率。

附图说明

图1为本申请一种实施例的测量目标整体结构示意图；

图2为本申请一种实施例的测量目标结构俯视图；

图3为本申请一种实施例的测量目标结构侧视图；

图4为本申请另一种实施例的测量目标整体结构示意图；

图5为本申请另一种实施例的反射区域结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

参考图1至图3，本实用新型的一些实施例中，一种高精度回光反射摄影测量目标包括本体1，该本体1的整体轮廓为球形。即，本体1的外表面的至少一部分(例如，除了下文中所述的反射镜之外的外表面，等等)是球面，该球面具有球心S。

本实用新型的一些实施例中，本体1可以由任何适合的材质制成。例如，一些实施例中，本体1可以由不锈钢制成。

本体1上可以设有至少两个反射区域，并且在制造该摄影测量目标时，使得该至少两个反射区域与本体1的球心S之间具有预先确定的空间位置关系。这可以通过控制该摄影测量目标的制造过程实现，在此不再详述。

由于对于摄影测量目标本身而言，该至少两个反射区域与本体1的球心S之间的空间位置关系是已知的(即前述的预先确定的空间位置关系)，因此当将该摄影测量目标置于某个空间中时，球心S在该空间中的位置将能够根据该至少两个反射区域在该空间中的位置以及该预先确定的空间位置关系计算获得。而该至少两个反射区域在该空间中的位置可以通过对该摄影测量目标进行摄影后进行相应地处理获得。因此，当将摄影测量目标置于该空间中后，对该摄影测量目标进行摄影测量获得该至少两个反射区域在该空间中的位置，然后通过该至少两个反射区域在该空间中的位置以及前述的该至少两个反射区域与球心S之间的预先确定的空间位置关系，即可反推计算获得球心S在该空间中的位置。

本实用新型的实施例中，前述的至少两个反射区域可以是任何形式的，只要其能够被通过摄影测量识别出即可。例如，一些实施例中，该反射区域可以是在本体1上切削出的已知形状(例如，圆形、三角形、多边形或者其他规则的或者不规则的形状)的平面。另一些实施例中，该反射区域可以是设置(例如，喷涂，等等)在本体1上的具有已知形状(例如，圆点、带方向的线条、箭头等等)以及特定颜色(例如，红色或者其他比较醒目的颜色，等等)的区域。下文以及附图中，以反射区域为圆形反射镜为实例进行了说明。但是，本实用新型不限于圆形反射镜。

相应地，反射区域与球心之间的空间位置关系可以包含反射区域与球心之间的任何适合的空间位置关系，只要能够使用该空间位置关系根据反射区域的位置反推计算出球心位置即可。例如，可以是反射区域与球心之间的距离、球心与反射区域上的特定点之间的连线与该反射区域所成的角度、球心与反射区域上的特定点之间的距离、球心与反射区域上的多个特定点之间的连续之间的角度和/或距离、和/或其他任何适合的空间位置关系。

下面以反射区域为圆形反射镜以及识别标志为实例进行更进一步的详细说明。

实施例1

参考图1至3，本实用新型的一些实施例中，本体1上可以设有第一反射镜10。该第一反射镜10为一个如前文所述的反射区域。即，前述的至少两个反射区域可以包括第一反射镜10。第一反射镜10可以为圆形，并且具有第一圆心A。第一圆心A与球面的球心S相距第一距离，即，图1中SA的长度为第一距离。

第一反射镜10可以具有良好的反射性质(例如，可以是镜面或者其他适合的反射表面)，能够反射入射的光线。

本体1上还可以设有第二反射镜20。该第二反射镜20也为一个如前文所述的反射区域。即，前述的至少两个反射区域还可以包括第二反射镜20。第二反射镜20可以为圆形，并且具有第二圆心B。第二圆心B与球面的球心S相距第二距离，即，图1中的SB的长度为第二距离。第二反射镜20垂直于第一反射镜10，即，第二反射镜20所在的平面垂直于第一反射镜10所在的平面。

第二反射镜20的直径可以与第一反射镜10的直径相等。第二圆心B与球面的球心S之间的第二距离可以与第一圆心A与球面的球心S之间的第一距离相等。而且，第二圆心B与球面的球心S之间的连线(即，图1中的SB)可以与第一圆心A与球面的球心S之间的连线(即，图1中的SA)相互垂直。第二反射镜20可以具有良好的反射性质(例如，该第二反射镜的一面可以是镜面或者其他适合的反射表面)，能够反射入射的光线。

其中，在第一反射镜10和第二反射镜20上均设有相同的识别标志，识别标志为具有一定的形状和颜色的区域，例如本实施例中，以在第一反射镜10上的识别标志为例进行说明，该识别标志为在设置在第一反射镜10上的一个金属圆环101，该金属圆环101为黑色，采用发黑或者真空镀黑膜的方法获得，其厚度为0.005mm，内圆圆度要求±2μm。由于黑色与反射镜在反射时的色差最大，因此在摄影测量过程中获取到的图像的目标边缘(即反射镜)和背景(即识别标志)之间的对比度更加明显，通过该图像进行解算即可获取高精度的摄影测量结果。

本体1上还可以设有第三反射镜30。该第三反射镜30也为一个如前文所述的反射区域。即，前述的至少两个反射区域还可以包括第三反射镜30。第三反射镜30可以为圆形，并且具有第三圆心C。第三圆心C与球面的球心S相距第三距离，即，图1中的SC的长度为第三距离。第三反射镜30既垂直于第一反射镜10，也垂直于第二反射镜20，即，第三反射镜30所在的平面与第二反射镜20所在的平面以及第一反射镜10所在的平面彼此相互垂直。

第三反射镜30的直径可以与第一反射镜10的直径和第二反射镜20的直径相等。第三圆心C与球面的球心S之间的第三距离可以与第二圆心B与球面的球心S之间的第二距离以及第一圆心A与球面的球心S之间的第一距离相等，即，前述的第三距离、第二距离和第一距离彼此相等。而且，第三圆心C与球面的球心S之间的连线(即，图1中的SC)与第二圆心B与球面的球心S之间的连线(即，图1中的SB)以及第一圆心A与球面的球心S之间的连线(即，图1中的SA)相互垂直。也就是说，图1中的SC、SB和SA两两相互垂直。

第三反射镜30可以具有良好的反射性质(例如，可以是镜面或者其他适合的反射表面)，能够反射入射的光线。

前述的这些实施例中，摄影测量目标包括形成在球形本体1上的三个反射镜：第一反射镜10、第二反射镜20和第三反射镜30。这三个反射镜10、20和30均为圆形并且彼此两两相互垂直，其圆心与球形本体1的球心的距离相等，并且其圆心与球形本体1的球心的连线彼此两两相互垂直。这样，当进行摄影测量时，在该第一反射镜10、第二反射镜20和第三反射镜30所面向的一定范围内，可以同时拍摄到这三个反射镜。由于三个反射镜均为圆形，因此拍摄后可以精确地提取三个反射镜的圆心，同时由于反射镜的圆心与球形本体1的球心的相互关系一直，因此获得三个反射镜的圆心之后，即可方便地反推获得球形本体1的球心位置，从而获得良好的摄影测量结果。此外，在该第一反射镜10、第二反射镜20和第三反射镜30所面向的另外的一定范围内，可能一次拍摄只能拍摄到这三个反射镜中的一个或者两个反射镜。在这种情况下，可以改变拍摄位置进行多次拍摄，并将多次拍摄获得的图像数据融合，只要保证最终三个反射镜都被拍摄到，即可通过融合后的图像数据，按照与前述的类似的方法，解算出球形本体1的球心。

本实用新型的一些实施例中，前述的第一反射镜10、第二反射镜20和第三反射镜30可以具有相同的直径，这样，更便于摄影测量过程中球心S的位置的计算。

需要注意的是，虽然图1中用明显的实心点标出了球心S、第一圆心A、第二圆心B和第三圆心C，但是本领域技术人员容易理解，这里的实心点仅仅是为了在图中示意性地指示出球心、第一圆心、第二圆心和第三圆心的位置以便于理解本实用新型实施例的具体方案。在实际的摄影测量标志产品中，可以没有这样的实心点结构。

参考图2，本实用新型的另一些实施例中，摄影测量标志的本体1上还可以设有第四反射镜40(图中未详细示出，可参考前述的第一反射镜10、第二反射镜20和/或第三反射镜30理解)。该第四反射镜40也为一个如前文所述的反射区域。即，前述的至少两个反射区域还可以包括第四反射镜40。第四反射镜40可以为圆形，并且具有第四圆心。第四圆心与球面的球心S相距第四距离。第四反射镜40可以平行于第二反射镜20并且垂直于第一反射镜10和第三反射镜30，即，第四反射镜40所在的平面与第二反射镜20所在的平面平行，并且与第一反射镜10所在的平面以及第三反射镜30所在的平面垂直。而且，第四圆心与球面的球心S之间的第四距离与第一圆心A与球心S之间的第一距离、第二圆心B与球心S之间的第二距离以及第三圆心C与球心S之间的第三距离相等。

可见，这些实施例中，第四反射镜40与第二反射镜20是关于球心S对称的。

第四反射镜40可以与前述的第一反射镜10、第二反射镜20和第三反射镜30类似地具有良好的反射性质(例如，可以是镜面或者其他适合的反射表面)，能够反射入射的光线。

这些实施例中，通过在本体1上进一步设置第四反射镜40，使得在工作中能够拍摄到该摄影测量标志的这四个反射镜中的一个、两个或者三个反射镜的拍摄位置的范围更大，从而更便于使用摄影测量标志进行摄影测量而不需要在该摄影测量过程中过多地调节该摄影测量标志的方位。

参考图2和图3，本实用新型的另一些实施例中，摄影测量标志的本体1上还可以设有第五反射镜50。(图中未详细示出，可参考前述的第一反射镜10、第二反射镜20、第三反射镜30和/或第四反射镜40理解)。该第五反射镜50也为一个如前文所述的反射区域。即，前述的至少两个反射区域还可以包括第五反射镜50。第五反射镜50可以为圆形，并且具有第五圆心。第五圆心与球面的球心S相距第五距离。第五反射镜50可以平行于第三反射镜30并且垂直于第一反射镜10、第二反射镜20及第四反射镜40，即，第五反射镜50所在的平面与第三反射镜30所在的平面平行，并且与第一反射镜10所在的平面、第二反射镜20所在的平面及第四反射镜40所在的平面垂直。而且，第五圆心与球面的球心S之间的第五距离与第一圆心A与球心S之间的第一距离、第二圆心B与球心S之间的第二距离、第三圆心C与球心S之间的第三距离以及第四圆心与球心S之间的第四距离相等。

可见，这些实施例中，第五反射镜50与第三反射镜30是关于球心S对称的。

第五反射镜50可以与前述的第一反射镜10、第二反射镜20、第三反射镜30和第四反射镜40类似地具有良好的反射性质(例如，可以是镜面或者其他适合的反射表面)，能够反射入射的光线。

这些实施例中，通过在本体1上进一步设置第五反射镜50，使得在工作中，在摄影测量标志周围除了背向第一反射镜10的方向(该方向通常是该摄影测量标志的附装方向，即通过该方向的一侧附装到待测设备上)之外，360度范围内的任何位置都能够拍摄到该摄影测量标志的这五个反射镜中的一个、两个或者三个反射镜，从而更便于使用摄影测量标志进行摄影测量，而不需要在该摄影测量过程中对该摄影测量标志的方位进行调节。

本实用新型的一些实施例中，前述的第四反射镜40和/或第五反射镜50上也可以分别设有识别标志，该识别标志可以与前文所述的第一反射镜10、第二反射镜20和第三反射镜30上的识别标志相同，均为黑色金属圆环。

一些实施例中，第四反射镜40和第五反射镜50可以具有与前述的第一反射镜10、第二反射镜20和第三反射镜30相同的直径，这样，更便于摄影测量过程中球心S的位置的计算。

本实用新型的一些实施例中，前述的第一反射镜10、第二反射镜20、第三反射镜30、第四反射镜40和/或第五反射镜50可以分别凸设在本体1上的相应的支撑平面11、21、31、41和51上(参考图1至图3)。另一些实施例中，第一反射镜10、第二反射镜20、第三反射镜30、第四反射镜40和/或第五反射镜50也可以直接形成在本体1上而未凸设出(图中未示出)。

本实用新型的实施例中的摄影测量目标，使得摄影测量相机在不同站位成像时，在较大的范围内、甚至在360范围内都可以对摄影测量标志进行精确测量，无需人工旋转摄影测量标志，大大提高了效率。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例提供另一种摄影测量目标，如图4,和图5，其包括本体1以及设置在本体1上的五个反射区域，其中五个反射区域的位置关系和实施例1相同，此处不再赘述。其中，如图4，本实施例的本体1为球体，材料为不锈钢3Cr13或者2Cr13，硬度要求HRC40，本体1的形位精度要求0.004mm，光洁度要求0.025μm。为了保证测量的互换性，本体1的球径与激光跟踪仪1.5英寸反射镜的球径保持一致，球径为38.1±0.003mm，对球心的对称性为0.004mm；支撑平面11的直径为27.85mm，相邻两个支撑平面相互垂直，垂直度0.004mm，支撑平面11平面度为0.003mm，粗糙度0.025μm，保证每个支撑平面11的圆心与球心的距离精确为13mm±0.003mm，并且每个相邻两个支撑平面11圆心与球心的连线都相互垂直，这样通过至少三个支撑平面的圆心坐标即可得知球心的坐标。

其中，为了提高回光反射效果，本实施例重点提供一种反射镜结构，如图4，本实施例以第一反射镜10为例进行说明，该第一反射镜10由多个高折射率的玻璃微珠102紧密排列在一个平面上组成，其粒径为50±5μm、折射率Nd≥1.93。为了进一步增强反射，在第一反射镜10的内层还设有反射增强层103，反射增强层103设置在本体1的外表面上，多个玻璃微珠102排列在反射增强层103的外表面上，该反射增强层103为镀银层，可以增强第一反射镜10的回光反射效果。金属圆环101为黑色，采用发黑或者真空镀黑膜的方法获得，其厚度为0.005mm，内圆圆度要求±2μm。

进一步的，在本体1上的每个支撑平面上还设有基层，如第一反射镜10对应的反射区域，在支撑平面11上设有基层104，基层104的外表面形成一个支撑面，用于支撑反射增强层103。具体的，基层104选用玻璃片，为了将该玻璃片固定在对应的支撑平面11上，在支撑平面11上设有8个锥形注胶孔105，用于注入胶水然后粘紧玻璃片。本实施例的基层104、反射增强层103和玻璃微珠102整体选用回光反射镀银玻璃片。

其中，基层104选用的光学玻璃片为梯形圆台状的薄片，其厚度为3±0.002mm，薄片上下具有两个大小不同的圆形截面，大圆直径为25mm，小圆直径为24mm，在小圆的表面镀银形成反射增强层103。为了便于注胶，光学玻璃片210的大圆的直径小于本体1上支撑平面11的直径，光学玻璃的材质为K9。金属圆环101的内圆直径与的基层104的小圆的直径相等。基层104、金属圆环101或第一反射镜10的圆心和本体1的球心在一条直线上，位置精度要求达到±0.003mm。

本实施例每个反射区域的结构均相同，其余几个反射镜的结构都和第一反射镜10相同，此处不再赘述。

本实用新型的有益效果是：这种摄影测量目标精度要远优于传统的单面回光反射贴片式目标，并且具有很强的回光发射效果，通过低强度曝光即可获得高对比度的标志图像，特别适用于高精度摄影测量领域。此外，具有多回光反射镜的目标使得摄影测量相机在不同站位成像时，在较大的范围内、甚至在360范围内都可以对摄影测量目标进行精确测量，无需人工旋转摄影测量目标，大大提高了效率。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种高精度回光反射摄影测量目标,其特征在于，包括，

本体，所述本体外表面的至少一部分是球面，所述球面具有球心；

至少两个反射区域，所述至少两个反射区域形成在所述本体上，所述至少两个反射区域与所述球心之间具有预先确定的空间位置关系，使得当所述摄影测量目标置于一个空间中时，所述球心在所述空间中的位置能够根据所述至少两个反射区域在所述空间中的位置以及所述预先确定的空间位置关系计算获得；

所述反射区域为设置在所述本体上的外表面上具有反射镜和识别标志的区域；

所述反射镜由多个玻璃微珠紧密排列在一个平面上组成，所述识别标志为设置在所述反射镜表面上具有一定形状和颜色的区域；

还包括反射增强层，所述反射增强层设置在所述本体的外表面上，所述多个玻璃微珠设置在所述反射增强层的外表面上。

2.如权利要求1所述的测量目标，其特征在于，还包括基层，所述基层设置在所述本体的外表面上，其外表面形成一个支撑面，用于支撑所述反射增强层。

3.如权利要求1所述的测量目标，其特征在于，所述反射镜为圆形，所述识别标志为设置在所述反射镜外表面上的一个黑色圆环。

4.如权利要求2所述的测量目标，其特征在于，所述基层为梯形玻璃圆台，所述反射增强层为设置在所述基层外表面的镀银层。

5.如权利要求1所述的测量目标，其特征在于，所述空间位置关系为反射区域与球心之间的距离、球心与反射区域上的特定点之间的连线与反射区域所成的角度、球心与反射区域上的特定点之间的距离。

6.如权利要求1所述的测量目标，其特征在于，各个反射区域的反射镜均为圆形，各个反射镜的圆心与所述球心之间的距离均相等。

7.如权利要求6所述的测量目标，其特征在于，各个反射镜的圆心与所述球心之间的连线相互垂直。

8.如权利要求1所述的测量目标，其特征在于，包括五个反射区域，且所述五个反射区域的反射镜均为圆形，所述五个反射镜的圆心与所述球心之间的连线距离均相等，且每两个相邻反射镜的圆心与所述球心之间的连线相互垂直。

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