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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vermessungsvorrichtung und ein Verfahren zum Vermessen eines Objekts, und insbesondere eine Vermessungsvorrichtung eines Verfahrens zum Vermessen und Verfolgen eines sich bewegenden Objekts.
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HINTERGRUND
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Optische Instrumente, wie zum Beispiel Vermessungsinstrumente, werden gewöhnlich verwendet zum Messen einer Position eines Objekts zum Erhalten von Information, wie zum Beispiel horizontalen und vertikalen Winkeln, und eines Abstands.
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Ein herkömmliches Vermessungsinstrument umfasst ein Teleskopsystem zum Vermessen eines Objekts, das dann abgebildet werden kann auf einer Kamera hinter dem Teleskopsystem. Ferner kann solch ein Instrument eine Abstandsmesseinheit umfassen zum Messen eines Abstands zu dem Objekt, das anvisiert wird durch das Teleskopsystem. Der Betrachtungswinkel des Teleskopsystems ist im Allgemeinen sehr klein, beispielsweise 1 bis 2 Grad, daher ist auch das Sichtfeld des Teleskops klein, und ein Benutzer muss das Vermessungsinstrument positionieren, und die Optik des Teleskopsystems einstellen, so dass das anzuvisierende und zu messende Objekt exakt in dem kleinen Sichtfeld des Teleskopsystems ist, und optimaler Weise auf der optischen Achse des Teleskopsystems, beispielsweise zum Messen eines Abstands zu dem Objekt.
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Jedoch kann in gewissen Fällen das Objekt sich derart bewegen, dass der Benutzer das Instrument jedes Mal vor einem Messen des Abstands zu dem Objekt neu einstellen muss.
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In letzter Zeit wurden Vermessungsinstrumente mit Verfolgungssystemen vorgeschlagen, um die Position eines sich bewegenden Objekts nach zu verfolgen. Beispielsweise kann ein Laser-Tracker bzw. Laserverfolger mit einem Laserstrahl verwendet werden zum Verfolgen eines Objekts. Dabei kann ein drehbarer Spiegel verwendet werden zum Reflektieren des fokussierten Laserstrahls in die Richtung des Objekts, und die Richtung kann dann aufgezeichnet werden unter Verwendung der Winkel der Spiegelposition, beispielsweise zum Ändern der optischen Achse der Vorrichtung für eine Abstandsmessung.
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Jedoch ist ein Verfolgen eines Objekts mit dem oben beschrieben Instrument nur solange möglich, wie der fokussierte Laserstrahl reflektiert wird von einem Reflektor an dem Objekt zurück zu dem Laser-Tracker. Es kann schwer sein, diese Bedingung zu erfüllen, speziell wenn das Objekt sich schnell bewegt.
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Deshalb ist es in beiden der oben beschriebenen Instrumenten schwer, einen Abstand zu einem Objekt anzuvisieren und zu messen, insbesondere zu einem Objekt, das nicht statisch ist mit Bezug auf das Vermessungsinstrument.
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In dem ersten Beispiel des Vermessungsinstruments muss der Benutzer das Teleskopsystem für jede Messung des Objekts einstellen, was zeitaufwendig und schwer ist, speziell wenn das Objekt nicht in dem kleinen Sichtfeld ist.
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In dem zweiten Beispiel des Vermessungsinstruments, da das Nachverfolgen davon abhängt, dass das Laserlicht einen Reflektor trifft, und davon, dass das reflektierte Licht wieder empfangen wird von dem Laser-Tracker, sind die Winkel des Laser-Trackers und des Reflektors wichtig.
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Zusätzlich zu den oben genannten Problemen ist es auch möglich, dass der Teil des Objekts, der den Reflektor trägt, durch ein Hindernis versteckt ist. Dies würde auch ein Verfolgen unmöglich machen, selbst wenn andere Teile des Objekts noch sichtbar sein können.
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US 4 386 848 betrifft ein optisches Zielverfolgungs- und Bestimmungssystem. Das System umfasst einen Laseranzeiger und einen Laserentfernungsmesser sowie ein optisches System mit einer Kamera. Das Ziel kann manuell lokalisiert werden oder automatisch nachverfolgt werden durch Nachverfolgungsschaltungen. Das optische System enthält eine Linsenanordnung für ein festes enges Sichtfeld, ein Neutraldichtefilter und eine bewegbare Linsenanordnung für ein weites Sichtfeld.
DE 102 35 888 A1 betrifft eine automatisch kollimierende Vermessungsvorrichtung mit Bildaufnahmevorrichtung. Die Vermessungsvorrichtung wird mit einem optischen Kollimationskamerasystem bereitgestellt, einem Weitwinkelkamerasystem basierend auf einer CCD-Kamera mit einem weiten Sichtfeld, einer berührungsempfindlichen Anzeige, einer Bildverarbeitungseinheit und einer automatischen Kollimationseinheit zum automatischen Kollimieren eines Messpunkts.
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WO 2007/034248 A2 betrifft ein Vermessungsinstrument und Verfahren zum Bereitstellen von Vermessungsdaten unter Verwendung eines Vermessungsinstruments. Eine Verarbeitungseinheit ist offenbart, die mit einem Vermessungsinstrument mit einer Teleskopeinheit und bildgebender Optik und optischen Detektorelementen zu verwenden ist. Die Verarbeitungseinheit umfasst einen Speicher, der Instruktionen und Kalibrierungsdaten speichert. Ein Prozessor spricht auf die Instruktionen an und führt dementsprechende Betriebsschritte aus.
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WO 2007/079600 A1 betrifft ein Koordinatenmessgerät mit einer optischen Distanzmessvorrichtung, einer bezüglich mindestens zweier Achsen drehbaren Zoomkamera mit einem Zoomobjektiv und einer Übersichtskamera zur Groblokalisierung eines Messhilfsmittels. Eine Lichtaustritts- und Lichtempfangsoptik der Distanzmessvorrichtung, die Zoomkamera und die Übersichtskamera sind auf einem gemeinsamen drehbaren Träger angeordnet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Deshalb gibt es ein Bedürfnis für eine Vermessungsvorrichtung und ein Verfahren zum verlässlichen Vermessen und Verfolgen eines sich bewegenden Objekts.
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Dies wird erreicht durch die unabhängigen Patentansprüche.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Vermessungsvorrichtung zum Vermessen eines Objekts eine optische Anordnung zum Anvisieren eines Objekts; eine Nachverfolgungseinheit zum Verfolgen des anvisierten Objekts; wobei die Nachverfolgungseinheit ausgebildet ist zum Erhalten eines Objektparameters des Objekts, und wobei der Objektparameter in Zusammenhang steht mit einer Bewegung des Objekts; und die Nachverfolgungseinheit ferner ausgebildet ist zum Ausgeben einer Instruktion an die optische Anordnung zum Wechseln zwischen einer Nahbereichseinstellung und einer Fernbereichseinstellung gemäß dem erhaltenen Objektparameter, wobei die Nahbereichseinstellung einem weiten Sichtfeld und die Fernbereichseinstellung einem engen Sichtfeld entspricht. Demgemäß kann die Bewegung eines Objekts selbst dann automatisch und verlässlich verfolgt werden, wenn das Objekt sich schnell und nahe der Vermessungsvorrichtung bewegt, da das sich bewegende Objekt mit einer optischen Anordnung verfolgt werden kann, die von einem engen Sichtfeld zu einem weiten Sichtfeld wechselt.
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Gemäß einem vorteilhaften Beispiel ist die Nachverfolgungseinheit ausgebildet zum Verfolgen des Objekts, um das Objekt auf der optischen Achse der optischen Anordnung zu halten. Demgemäß kann die exakte Position des Objekts hinsichtlich horizontaler und vertikaler Winkel kontinuierlich überwacht werden, da die optische Anordnung kontinuierlich repositioniert wird entsprechend der Bewegung des Objekts, so dass die optische Achse der optischen Anordnung auf das Objekt zeigt. Ferner kann auch eine verlässliche Abstandsmessung durchgeführt werden zu jeder Zeit zum Erhalten des Abstands zu dem Objekt durch Halten des Objekts auf der optischen Achse der optischen Anordnung.
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Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel ist die Nachverfolgungseinheit ausgebildet zum Verfolgen bzw. Nachverfolgen des Objekts, um das Objekt in dem Sichtfeld der optischen Anordnung zu halten. Demgemäß kann, selbst in einem Fall, in dem es schwierig ist, das Objekt auf der optischen Achse zu halten, das Objekt mindestens in dem Sichtfeld derart gehalten werden, dass das Objekt nicht aus dem Blick verloren wird.
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Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel ist die Nachverfolgungseinheit ausgebildet zum Bestimmen, ob das Objekt in dem engen Sichtfeld ist, und falls das Objekt nicht in dem engen Sichtfeld ist, zum Instruieren der optischen Anordnung, von einer Fernbereichseinstellung zu einer Nahbereichseinstellung zu wechseln. Demgemäß kann das Objekt detektiert werden, ohne die Position der optischen Anordnung zu ändern durch Erhöhen des Sichtfelds.
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Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel ist die Nachverfolgungseinheit ausgebildet zum Instruieren der optischen Anordnung, von einer Nahbereichseinstellung zu einer Fernbereichseinstellung zu wechseln vor einem Ausführen einer Positionsmessung des Objekts. Demgemäß kann eine Positionsmessung des Objekts mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden.
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Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel ist die Nachverfolgungseinheit ausgebildet zum Vergleichen des erhaltenen Objektparameters mit einem Schwellenwert, und die optische Anordnung wird instruiert, das Sichtfeld zu ändern basierend auf dem Vergleich. Demgemäß kann das Sichtfeld automatisch eingestellt werden gemäß dem Objektparameter, so dass das Objekt verlässlich durch die Vermessungsvorrichtung verfolgt werden kann.
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Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel umfasst die optische Anordnung eine erste und eine zweite optische Einheit, und die erste optische Einheit ist ausgebildet für ein Betrachten eines weiten Felds und die zweite optische Einheit ist ausgebildet zum Betrachten eines engen Felds. Demgemäß kann die gleiche optische Anordnung verwendet werden für Objekte bei vielen Positionen und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, so dass nur ein Bildgebungsgerät zum Erfassen des Bilds des anvisierten Objekts verwendet werden kann in Zusammenhang mit der optischen Anordnung.
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Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel umfasst die optische Anordnung eine Zoom-Linse, die einstellbar ist zum Ausführen eines Betrachtens eines weiten bzw. großen Felds und eines Betrachtens eines engen Felds. Demgemäß kann eine kleine und kompakte optische Anordnung bereitgestellt werden zum Anvisieren eines Objekts bei unterschiedlichen Positionen und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten.
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Der Objektparameter ist proportional zu mindestens der Winkelgeschwindigkeit, die notwendig ist zum Verfolgen des Objekts, oder der Intensität eines EDM-Signals von dem Objekt. Der Objektparameter kann zusätzlich proportional sein zu dem Abstand zu dem Objekt oder der Größe des Objekts in Bezug auf das Sichtfeld. Demgemäß kann die optische Anordnung sich verlässlich ändern auf Grundlage des Objektparameters, da der Objektparameter die Bewegung des Objekts in radialer Richtung und/oder horizontaler Richtung beschreibt.
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Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel ist der Objektparameter abhängig davon, ob das Objekt in dem Sichtfeld ist oder nicht. Demgemäß kann die optische Anordnung eingestellt werden auf ein weites bzw. großes Sichtfeld, falls das Objekt nicht in dem Sichtfeld ist, und kann auf ein enges Sichtfeld eingestellt werden, falls das Objekt in dem Sichtfeld ist, so dass eine verlässliche Abstands- und Richtungsmessung ausgeführt werden kann.
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Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel umfasst die Vermessungsvorrichtung ferner mindestens eines von einem Bildgebungsgerät zum Erfassen eines Bildes von mindestens einem Teil des Objekts; einer Abstandsmesseinheit zum Messen eines Abstands zu dem Objekt entlang einer optischen Achse; einer Positionierungseinheit zum Einstellen der optischen Achse der optischen Anordnung relativ zu mindestens einer Referenzachse und einer Steuereinheit zum Steuern der Komponenten der Vermessungsvorrichtung zum Vermessen. Demgemäß kann die optische Achse der optischen Anordnung auf die Position des sich bewegenden Objekts eingestellt werden, das Bild des anvisierten Objekts kann erfasst werden und der Abstand zu dem Objekt kann gemessen werden.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Vermessungsverfahren für ein Vermessen ein Anvisieren eines Objekts mit einer optischen Anordnung; Nachverfolgen des anvisierten Objekts; Erhalten eines Objektparameters des Objekts, wobei der Objektparameter in Zusammenhang steht mit einer Bewegung des Objekts; und Wechseln unter Verwendung der optischen Anordnung, zwischen einer Nahbereichseinstellung und einer Fernbereichseinstellung gemäß dem erhaltenen Objektparameter, wobei die Nahbereichseinstellung einem weiten Sichtfeld und die Fernbereichseinstellung einem engen Sichtfeld entspricht. Der Objektparameter ist proportional zu mindestens der Winkelgeschwindigkeit, die notwendig ist zum Verfolgen des Objekts, oder der Intensität eines EDM-Signals von dem Objekt. Demgemäß kann das Objekt verlässlich und automatisch verfolgt und anvisiert werden, selbst wenn das Objekt sich mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt, da die optische Anordnung eingestellt werden kann, von einem engen Sichtfeld auf ein weites Sichtfeld zu wechseln.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Programm bereitgestellt werden, das Instruktionen enthält, die ausgebildet sind zum Hervorrufen bei einem Datenverarbeitungsmittel, das Verfahren mit den obigen Merkmalen auszuführen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein computerlesbares Medium bereitgestellt werden, in dem ein Programm verkörpert ist, wobei das Programm einen Computer dazu bringt, das Verfahren mit den obigen Merkmalen auszuführen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt werden, das das computerlesbare Medium umfasst.
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Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen offenbart.
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Figurenliste
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- 1 stellt Elemente einer Vermessungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
- 2A stellt Schritte eines Verfahrens zum Vermessen und Verfolgen eines Objekts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
- 2B stellt ein optisches Instrument dar, das die Vermessungsvorrichtung enthält, und zeigt ein Beispiel eines Bestimmens des Objektparameters.
- 3 stellt Schritte eines Verfahrens zum Vermessen und Verfolgen eines sich bewegenden Objekts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar, und insbesondere verschiedene Verfolgungsmodi.
- 4 stellt Schritte eines Verfahrens zum Vermessen und Verfolgen eines Objekts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar, und insbesondere eine Startprozedur und eine Endprozedur.
- 5 stellt Schritte eines Verfahrens zum Vermessen und Verfolgen eines Objekts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar, und insbesondere Schritte mit Bezug auf Wechseln des Sichtfelds der optischen Anordnung.
Figuren
- 6A-6E stellen Schritte von Verfahren zum Vermessen und Verfolgen eines Objekts dar, die im Einzelnen den Vergleichsschritt von 5 beschreiben.
- 7 stellt Elemente einer Vermessungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar.
- 8 stellt Elemente einer optischen Anordnung dar, die verwendet werden kann mit der Vermessungsvorrichtung von 7.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden beschrieben mit Bezug auf die Figuren. Es wird bemerkt, dass die folgende Beschreibung nur Beispiele enthält, und nicht als die Erfindung beschränkend ausgelegt werden sollte.
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Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich im Allgemeinen auf ein Vermessen und automatisches Nachverfolgen eines Objekts unter Verwendung einer optischen Anordnung, in der das Sichtfeld angepasst bzw. eingestellt werden kann gemäß einem optischen Parameter, so dass das Sichtfeld der optischen Anordnung gemäß der Bewegung des Objekts eingestellt werden kann und daher das Objekt im Sichtfeld gehalten wird.
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Kurz gesagt, visiert in einer Ausführungsform die optische Anordnung das Objekt an, das verfolgt wird durch eine Nachverfolgungseinheit. Die Nachverfolgungseinheit erhält einen Objektparameter, der mit der Bewegung des Objekts in Bezug steht, was dann verwendet wird zum Bestimmen des Sichtfelds der optischen Anordnung, um das Objekt in dem Sichtfeld zu halten. Letztendlich kann, solange die ungefähre Position des Objekts bekannt ist, nämlich solange das Objekt in dem Sichtfeld ist, die optische Achse der optischen Anordnung eingestellt werden zum Zeigen auf das Objekt, um eine Messung des Abstands zu dem Objekt zu erlauben.
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1 stellt Elemente einer Vermessungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar, wobei eine optische Anordnung 110 und eine Nachverfolgungseinheit 120 umfasst werden.
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Diese Elemente können individuelle Elemente darstellen, die verbunden miteinander sind, wie in 1 gezeigt, oder können in einer Einheit integriert sein. Die Elemente oder die integrierte Einheit kann realisiert werden durch eine Hardware-Anordnung, wie zum Beispiel festverdrahtete Schaltungen, oder ASICs (anwendungsspezifische integrierte Schaltungen) oder Software oder irgendeine passende Kombination der Obigen und der passenden Optik, die benötigt wird für die optische Anordnung 110. Die durch die optische Anordnung 110 und die Nachverfolgungseinheit 120 ausgeführten Funktionen werden im Einzelnen unten beschrieben.
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Die Nachverfolgungseinheit 120 ist ausgebildet zum Erhalten eines Objektparameters des Objekts, der in Zusammenhang steht mit einer Bewegung des Objekts, und kann ferner ausgebildet sein zum Ausgeben einer Instruktion an die optische Anordnung 110 zum Wechseln zwischen einer Nahbereichseinstellung und einer Fernbereichseinstellung gemäß dem erhaltenen Objektparameter, wobei die Nahbereichseinstellung einem weiten Sichtfeld und die Fernbereichseinstellung einem engen Sichtfeld entspricht.
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Die optische Anordnung 110 ist bereitgestellt zum Anvisieren des Objekts. Die optische Anordnung 110 kann optische Linsen umfassen zum Fokussieren auf das Objekt. Insbesondere sind die Linsen der optischen Anordnung angeordnet, so dass ein enges Sichtfeld und ein weites Sichtfeld bereitgestellt werden kann. Eine detailliertere Beschreibung passender Linsenanordnungen wird später unten mit Bezug auf 7 und 8 beschrieben.
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Im Einzelnen verfolgt, wenn die optische Anordnung 110 ein Objekt anvisiert, die Nachverfolgungseinheit 120 das anvisierte Objekt und enthält einen oder mehrere Objektparameter des Objekts, wie zum Beispiel den Abstand zu dem Objekt, eine Winkelgeschwindigkeit, die notwendig ist zum Verfolgen des Objekts, die Größe des Objekts in Bezug auf das Sichtfeld oder die Intensität eines empfangenen EDM-Signals, das heißt, das zurückreflektierte Signal einer elektrooptischen Abstandsmesseinheit. Nachfolgend evaluiert die Nachverfolgungseinheit 120 den erhaltenen Objektparameter und kann eine Instruktion ausgeben an die optische Anordnung 110 zum Wechseln von einer Nahbereichseinstellung zu einer Fernbereichseinstellung oder umgekehrt auf Grundlage des erhaltenen Objektparameters.
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Im Folgenden werden Schritte einer Vermessungsvorrichtung mit Bezug auf 2A beschrieben. 2A zeigt ein Flussdiagramm von Schritten eines Verfahrens zum Vermessen und Verfolgen eines Objekts, wie zum Beispiel während einem Betrieb der Vermessungsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist.
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Die Vermessungsvorrichtung 100 kann integriert sein in oder dargestellt werden durch ein Videovermessungsinstrument, wie zum Beispiel ein Videotheodolit oder ein Videotacheometer, auch bekannt als Tachymeter oder Totalstation oder irgendeine Art von optischem Instrument, das verwendet wird zum Vermessen, und insbesondere zum Verfolgen eines Objekts und Bestimmen einer Position eines Objekts.
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In einem ersten Schritt 210 wird ein Objekt anvisiert mit einer optischen Anordnung 110, beispielsweise einer passenden Linsenanordnung, die unten zu beschreiben ist. Anvisieren des Objekts mit der optischen Anordnung 110 enthält bevorzugt ein Einstellen der optischen Achse der optischen Anordnung 110 relativ zu mindestens einer Referenzachse der Vermessungsvorrichtung 100, so dass die optische Achse der optischen Anordnung in die Richtung des Objekts zeigt. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird, wo sinnvoll, die tatsächliche Beobachtungsrichtung, bevorzugt definiert durch die optische Achse der optischen Anordnung 110, zu dem Objekt ausgerichtet.
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Ein Einstellen der optischen Achse der optischen Anordnung kann ausgeführt werden in verschiedenen Arten und wurde im Einzelnen im Stand der Technik beschrieben, beispielsweise durch einen Spiegel, der dem Objekt folgt, oder durch Bewegen eines Teils der Vermessungsvorrichtung 100, mindestens der optischen Anordnung, in Richtung des Objekts, was detaillierter unten beschrieben wird.
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In einem nachfolgenden Schritt 220 wird das anvisierte Objekt verfolgt. Ein Verfolgen eines Objekts kann auch ausgeführt werden auf verschiedene Arten, wobei eine von diesen oben mit Bezug auf den Stand der Technik beschrieben wurde, und ein unterschiedliches Beispiel kann ein Bildgebungsgerät aufweisen, auf dem das zu verfolgende Objekt abgebildet wird. Durch nachfolgendes Verwenden einer Bildverarbeitung an dem erfassten Bild, kann das Bild des Objekts auf dem Bildgebungsgerät verfolgt werden, bis es die Kante des Bild-Arrays des Bildgebungsgeräts erreicht. Ein Beispiel eines Bildgebungsgeräts wird auch unten beschrieben.
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In einem Schritt 230 wird, nach einem Anvisieren und Verfolgen des Objekts gemäß der Schritte 210 und 220, ein Objektparameter des Objekts, der in Zusammenhang steht mit der Bewegung des Objekts, erhalten.
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Wie oben beschrieben, gibt es mehrere Objektparameter, die die Bewegung eines Objekts beschreiben können, und auf unterschiedliche Arten erhalten werden können. Beispielsweise kann, wie in 2B gezeigt, ein Objekt 250, 260 bei unterschiedlichen Abständen positioniert sein, nahe des Vermessungsinstruments oder Vermessungsvorrichtung (Objekt 250) oder weit weg von dieser (Objekt 260), wobei der Abstand gemessen werden kann in einer ersten Näherung durch Anvisieren oder Fokussieren des Objekts und genauer durch Ausführen einer Abstandsmessung mit einem EDM zum Beispiel. Dieser Objektparameter, nämlich der Abstand zu dem Objekt in diesem Fall, kann dann zugeführt werden zu der Nachverfolgungseinheit 120.
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In einem Schritt 240 wird die optische Anordnung 110 verwendet zum Wechseln zwischen einer Nahbereichseinstellung und einer Fernbereichseinstellung gemäß dem erhaltenen Objektparameter, wobei die Nahbereichseinstellung einem weiten Sichtfeld und die Fernbereichseinstellung einem engen Sichtfeld entspricht.
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Beispielsweise kann, wie in 2B gezeigt, der Objektparameter der Abstand zu dem Objekt sein, und es kann notwendig sein, zu einer optischen Anordnung 110 mit weitem Sichtfeld zu wechseln, um das Objekt 250 zu beobachten, falls das Objekt in dem Nahbereich ist, da eine optische Anordnung 110 mit einem engen Sichtfeld nicht das Objekt 250 in dem Nahbereich detektieren würde.
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Jedoch kann, für ein Objekt 260, in dem langen Bereich bzw. fernen Bereich, eine Fernbereichseinstellung der optischen Anordnung mit einem engen Sichtfeld bevorzugt sein, da dann das Fokussieren und Anvisieren des Objekts und daher eine Abstandsmessung mit hoher Genauigkeit erhalten werden kann. In dem in 2B gezeigten Beispiel ist eine Abstandsgrenze gezeigt, die mit dem Objektparameter verglichen werden kann, beispielsweise der gemessene Abstand, um zu entscheiden, ob ein Objekt in dem Nahbereich oder Fernbereich ist.
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Deshalb kann das Objekt verlässlich verfolgt werden unabhängig von seiner Bewegung. Im Einzelnen ist es, selbst wenn ein Objekt, beispielsweise ein Objekt, das sich bewegt mit hoher Winkelgeschwindigkeit um die Vermessungsvorrichtung, und die Winkelgeschwindigkeit schneller ist als ein Nachverfolgungssensor oder eine Positionierungseinheit der Vermessungsvorrichtung, noch möglich, das Objekt zu verfolgen durch Erhöhen des Sichtfelds, in dem sich das Objekt bewegt, so dass das Objekt für eine längere Zeit in dem Sichtfeld vorliegt, und die Anforderungen an die Winkelgeschwindigkeit der Nachverfolgungseinheit oder Positionierungseinheit gelockert werden.
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In anderen Worten kann, je größer das Objekt erscheint in dem Sichtfeld, es sich desto schneller aus dem Sichtfeld bewegen, so dass Objekte ziemlich schnell sich bewegen können und noch verfolgbar sind, wenn eine optische Anordnung mit einem weiten Sichtfeld verwendet wird.
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Ferner wird ein großer Teil des Bewegungspfads des Objekts mit einer optischen Anordnung mit einem weiten Sichtfeld erhalten, so dass eine gute Annahme der Bewegungsrichtung erhalten werden kann, die dann verwendet werden kann zum Finden der Position des Objekts, sobald es verloren geht aufgrund einer Verdeckung oder hohen Geschwindigkeit. Ein anderer Vorteil des weiten Sichtfelds ist der, dass mehrere Objekte parallel mit einem weiten Sichtfeld verfolgt werden können.
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Im Einzelnen kann die Nachverfolgungseinheit 120 ausgebildet sein zum Folgen eines Pfads des Objekts, das erfasst wird durch ein Bildgebungsgerät bzw. Abbildungsgerät, selbst wenn das Objekt plötzlich verdeckt wird, das heißt, das Objekt von einem Bildgebungs-Array des Bildgebungsgeräts verschwindet, obwohl die Kante des Bildgebungs-Arrays noch nicht erreicht wurde. Dies kann realisiert werden durch Extrapolieren des Pfads auf dem Bildgebungs-Array und Vorhersagen der Bewegung des Objekts. Sobald vorhergesagt wird, dass sich das Objekt über die Kanten des Bildgebungs-Arrays bewegt, kann die optische Achse der optischen Anordnung 110 neu eingestellt werden, beispielsweise durch eine Positionierungseinheit, wie mit Bezug auf 7 beschrieben.
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Hier kann ein Objekt irgendeine Art von Objekt sein, beispielsweise ein reflektierendes oder nichtreflektierendes Objekt. Bevorzugt wird ein Reflektorprisma oder Spiegel verwendet, der angebracht werden kann an einem Fahrzeug oder von einer Person getragen werden kann. Beispielsweise kann bei einer Baustelle ein Reflektor an einer Planierraupe angebracht werden, so dass die Bewegung verfolgt werden kann. Jedoch kann es auch möglich sein, da die Vermessungsvorrichtung auch in der Lage ist, nichtreflektierende Objekte zu verfolgen, ein bestimmtes Teil von einem Baustellenfahrzeug anzuvisieren und zu verfolgen, beispielsweise ein Eck der Fahrerkabine des Fahrzeugs. Zum Ermöglichen dieser Art von Verfolgung kann ein spezielle Form, die zu verfolgen ist, vordefiniert werden.
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Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform beschrieben mit Bezug auf 3, die insbesondere unterschiedliche Arten eines Verfolgens des Objekts darstellt. Deshalb kann 3 betrachtet werden als eine Alternative oder detaillierte Beschreibung zu Schritt 220.
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In einem Schritt 320, der dem Schritt 210 von 2A folgt, wird bestimmt, ob ein Nachverfolgen des anvisierten Objekts auf der optischen Achse der optischen Anordnung möglich ist. Beispielsweise kann die Bewegung des Objekts derart sein, dass das Objekt auf der optischen Achse der optischen Anordnung 110 zu halten nicht möglich ist, was zurückzuführen ist auf die Geschwindigkeitsbegrenzungen der sich bewegenden Positionierungsteile in einer Vermessungsvorrichtung.
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Falls ein Nachverfolgen des anvisierten Objekts auf der optischen Achse möglich ist, beispielsweise die Bewegung des Objekts ist derart, dass es leicht verfolgt werden kann durch die Vermessungsvorrichtung 100, geht das Verfahren zu Schritt 322 über.
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Wie oben beschrieben, ist es leichter, wenn eine optische Anordnung 110 mit einem weiten Sichtfeld verwendet wird, das Objekt zu verfolgen, da das Objekt in dem weiten Sichtfeld länger bleibt als in einem engen Sichtfeld, so dass das Objekt nicht verloren geht und ein Nachverfolgen oder Repositionieren der Vermessungsvorrichtung 100 kann ausgeführt werden.
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Andererseits wird, wenn ein Verfolgen durch Aufrechterhalten des Objekts auf der optischen Achse möglich ist, entweder mit einer Nahbereichseinstellung oder Fernbereichseinstellung, die Vermessungsvorrichtung sofort eingestellt zum Durchführen von Messungen des Abstands zu dem Objekt.
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Jedoch wird, falls ein Nachverfolgen des anvisierten Objekts auf der optischen Achse nicht möglich ist, das Objekt verfolgt durch Halten desselben in dem Sichtfeld der optischen Anordnung 110 in Schritt 324.
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Ferner kann, was nicht in 3 gezeigt ist, in einem nachfolgenden Schritt zu Schritt 324, die Vermessungsvorrichtung 100 bestimmen, ob ein Nachverfolgen ausgeführt wird in dem engen Sichtfeld oder dem weiten Sichtfeld, und falls notwendig, kann sie umschalten zu dem weiten Sichtfeld, so dass das Risiko eines Verlierens des Objekts verringert wird. Des Weiteren kann die Bestimmung in Schritt 320 zu irgendeiner Zeit wiederholt werden, da die Bewegung des Objekts sich mit der Zeit verändern kann, und daher es möglich sein kann, das Objekt auf der optischen Achse der optischen Anordnung zu einer späteren Zeit zu verfolgen.
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Letztendlich folgt der oben beschriebene Schritt 230, in dem der Objektparameter erhalten wird. In diesem Verfahren, beschrieben in 3, welches eine Modifizierung von 2A ist, sind Schritte 210, 230 und 240 die gleichen wie die vorher diskutierten mit Bezug auf 2A und werden daher nicht detailliert erklärt, um eine unnötige Wiederholung zu vermeiden.
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Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform beschrieben mit Bezug auf 4, insbesondere darstellend ein bevorzugtes Startverfahren, das dem Verfahren von 2A folgt, und ein bevorzugtes Endverfahren, das dem Verfahren beschrieben mit Bezug auf 2A folgt. In dem Verfahren von 4 sind die Schritte 210 bis 240 die gleichen, wie die vorher diskutierten, mit Bezug auf 2, und daher wird eine Erklärung im Detail nicht durchgeführt, um eine unnötige Wiederholung zu vermeiden.
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Am Anfang des Verfahrens wird in Schritt 402 bestimmt, ob das Objekt in dem engen Sichtfeld ist. Beispielsweise ist der einfachste Fall für solch eine Bestimmung der, dass ein Benutzer durch ein Okular der optischen Anordnung blickt, und bestimmt, ob er das Objekt sieht oder nicht.
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In einem komplizierteren Beispiel, das auch unten diskutiert wird, wird ein Bildgebungsgerät verwendet zum Abbilden des Sichtfelds, das bereitgestellt wird durch die optische Anordnung, und nachfolgend wird ein Bildverarbeitungsalgorithmus verwendet an dem Bild des Sichtfelds zum Bestimmen des Vorhandenseins eines Objekts.
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Falls das Objekt im Schritt 404 nicht in einem engen Sichtfeld ist, schreitet das Verfahren fort zu Schritt 406, in dem die optische Anordnung von einer Fernbereichseinstellung zu einer Nahbereichseinstellung wechselt.
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In Schritt 406 wird angenommen, dass mindestens bei der Nahbereichseinstellung das Objekt in dem weiten Sichtfeld ist, so dass der folgende Schritt 210 wäre. Jedoch, was nicht in 4 gezeigt ist, kann es möglich sein, dass das Objekt auch nicht in dem weiten Sichtfeld ist, und daher nicht detektiert werden kann durch die Vermessungsvorrichtung. In diesem Fall muss die optische Achse der optischen Anordnung neu eingestellt werden auf eine andere Position, und das Verfahren sollte wieder mit Schritt 402 starten.
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Falls bestimmt wird in Schritt 404, dass das Objekt in dem engen Sichtfeld ist, geht das Verfahren zu Schritt 210, in dem das Objekt anvisiert wird mit der optischen Anordnung, wie oben beschrieben. Die folgenden Schritte 210 bis 240 sind die gleichen wie mit Bezug auf 2A beschrieben, und es wird Bezug genommen auf die Beschreibung von 2A für eine detaillierte Erklärung.
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In Schritt 450 wechselt, falls die optische Anordnung 110 in der Nahbereichseinstellung ist, die optische Anordnung bevorzugt von der Nahbereichseinstellung zu der Fernbereichseinstellung, so dass ein Anvisieren einer bestimmten Position des Objekts, die zu messen ist, akkurater durchgeführt werden kann.
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Letztendlich wird in Schritt 460 der Abstand zu dem Objekt entlang einer optischen Achse gemessen, welches bevorzugt die optische Achse der optischen Anordnung ist. Jedoch wird in der Praxis der Abstand bevorzugt durch einen EDM gemessen und die optische Achse der optischen Anordnung 110 und die Messachse des EDM oder einer anderen Abstandsmesseinheit überlappen normalerweise nicht, aber können zueinander parallel sein, was später mit Bezug auf 7 beschrieben wird.
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Es sollte bemerkt werden, dass Schritt 450, nämlich ein Instruieren der optischen Anordnung, von einer Nahbereichseinstellung zu einer Fernbereichseinstellung zu wechseln, vor einem Ausführen einer Positionsmessung des Objekts, optional ist, was gekennzeichnet wird durch die gestrichelte Linie, da eine Abstandsmessung auch durchgeführt werden kann, wenn die optische Anordnung in der Nahbereichseinstellung ist. Jedoch können, wie oben beschriebene, bessere Ergebnisse erreicht werden, wenn die optische Anordnung in der Fernbereichseinstellung ist.
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Ferner können die Schritte 402 bis 406 auch anstatt von Schritt 240 ausgeführt werden, in einem Fall, dass ein optischer Parameter nicht erhalten werden kann in Schritt 230. In diesem Fall kann der Objektparameter als ein Objektparameter abhängig davon betrachtet werden, ob das Objekt in dem Sichtfeld ist oder nicht.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, sollte, falls das Objekt nicht in dem Sichtfeld ist, die optische Anordnung 110 von einer Fernbereichseinstellung zu einer Nahbereichseinstellung wechseln, und falls das Objekt in dem Sichtfeld ist, sollte es möglich sein, den Objektparameter zu erhalten.
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Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform mit Bezug auf 5 beschrieben, und insbesondere werden Schritte dargestellt mit Bezug auf ein Wechseln der Bereichseinstellung und entsprechend des Sichtfelds der optischen Anordnung.
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In Schritt 210 wird das Objekt anvisiert mit der optischen Anordnung, wie vorher beschrieben. Bevorzugt können die vorher beschriebenen Schritte 402 bis 406 ausgeführt werden, die dem Schritt 210 nachfolgen.
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In Schritt 220 wird das anvisierte Objekt verfolgt, wie oben beschrieben, wobei das Verfolgen ausgeführt werden kann, wie mit Bezug auf 3 beschrieben.
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In Schritt 230 wird der Objektparameter, in Zusammenhang stehend mit der Bewegung des Objekts, erhalten. Die unterschiedlichen Objektparameter und die Art, wie sie erhalten werden, wird im Einzeln mit Bezug auf 6 und 7 im Folgenden beschrieben. Hier in 5 wird das allgemeine Verfahren eines Wechselns zwischen einer Nahbereichseinstellung und Fernbereichseinstellung gemäß dem erhaltenen Objekt, nämlich dem vorher beschriebenen Schritt 240, detaillierter beschrieben.
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In Schritt 540 von 5 wird der erhaltene Objektparameter verglichen mit einem Schwellenwert. Beispielsweise wird, wie vorher in 2B beschrieben, der Abstand zu einem Objekt, das einen Objektparameter darstellt, verglichen mit einer Abstandsgrenze, vorher gespeichert als Schwellenwert. Falls der Abstand zu dem Objekt die Abstandsgrenze überschreitet, wird sich die Einstellung der optischen Anordnung 110 ändern auf eine Fernbereichseinstellung, nämlich ein enges Sichtfeld, wie durch Schritt 552 in 5 gezeigt.
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Falls der Abstand zu dem Objekt unterhalb der Abstandsgrenze, darstellend den Schwellenwert, ist, geht das Verfahren zu Schritt 550, in dem die Einstellung der optischen Anordnung 110 auf eine Nahbereichseinstellung gewechselt wird, nämlich ein weites bzw. breites Sichtfeld.
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Nachdem die optische Anordnung geändert wurde gemäß dem Objektparameter in Schritt 550 oder 552, ist es bevorzugt, zu verifizieren, ob das Objekt tatsächlich noch innerhalb des Sichtfelds ist, was gezeigt ist durch Schritt 560 bzw. 562.
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Falls das Objekt nicht in dem Sichtfeld ist, geht das Verfahren zu Schritt 565, in dem die optische Achse der optischen Anordnung 110 eingestellt wird, das heißt, die optische Anordnung wird neu positioniert mit ihrer optischen Achse zeigend auf eine andere Position im Raum und die oben beschriebenen Schritte werden wiederholt.
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Falls das Objekt noch innerhalb des Sichtfelds in der Bestimmung in den Schritten 560 oder 562 ist, wird in Schritten 570 bzw. 572 bestimmt, ob eine Abstandsmessung benötigt wird. Falls keine Abstandsmessung benötigt wird, kehrt der Verfahrensfluss zu dem Start des Verfahrens in 5 zurück und die oben beschriebenen Schritte werden wiederholt, nämlich das Objekt wird kontinuierlich verfolgt und mindestens einer der beschriebenen Objektparameter wird abgeleitet.
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Falls bestimmt wird in Schritt 570 oder 572, dass die Messung des Abstands zu dem Objekt ausgeführt werden sollte, geht das Verfahren zu Schritt 580, wobei eine Messung des Abstands zu dem Objekt durchgeführt wird durch eine Abstandsmesseinheit, die im Detail unten beschrieben wird.
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Wie oben beschrieben, kann es bevorzugt sein, eine Abstandsmessung durchzuführen, während die optische Anordnung in einer Fernbereichseinstellung ist, nämlich einem engen Sichtfeld, und das Objekt ist auf der optischen Achse der optischen Anordnung, so dass verlässliche und hochgenaue Messungen erhalten werden.
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Als Nächstes werden Schritte 230 und 540 von 5 beschrieben im Detail durch Beispiele von Objektparametern und Beispiele, wie Objektparameter erhalten werden können. Aus Gründen der Darstellbarkeit wird dies erklärt mit Bezug auf 6A bis 6E und 7.
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6A bis 6E stellen Schritte eines Verfahrens zum Vermessen und Verfolgen eines Objekts dar, wobei im Detail der Vergleichsschritt von 5 beschrieben wird.
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In 6A wird das vorher diskutierte Beispiel mit Bezug auf 2B beschrieben. Hier wird in Schritt 640 ein Abstand zu dem Objekt verglichen mit einem Schwellenwert. In diesem Fall könnte der Schwellenwert eine Abstandsgrenze sein, wie mit Bezug auf 2B beschrieben.
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Im Einzelnen wird ein Objektparameter, hier der Abstand zu dem Objekt, erhalten in Schritt 230, der dem Schritt 640 vorausgeht, und in Schritt 640 wird der Abstand zu dem Objekt verglichen mit der Abstandsgrenze. Es sollte bemerkt werden, dass, wie in 5 beschrieben, ein Verfolgen des Objekts und Vergleichen seines Objektparameters, der die Bewegung des Objekts beschreibt, kontinuierlich in einer Schleife ausgeführt werden kann, da das Objekt gewöhnlicher Weise unterschiedlich in der Zeit sich bewegt.
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In 6B wird ein ähnlicher Schritt zu Schritt 640 beschrieben. In diesem Schritt 642 wird die Winkelgeschwindigkeit, die notwendig ist zum Verfolgen des Objekts, verglichen mit einem Schwellenwert. Dies ist die Winkelgeschwindigkeit oder Rotationsgeschwindigkeit einer Positionierungseinheit einer Vermessungsvorrichtung, die benötigt wird zum Neupositionieren oder Neueinstellen der optischen Achse der optischen Anordnung 110 zum Verfolgen eines sich bewegenden Objekts und zum Halten des sich bewegenden Objekts in dem Sichtfeld der optischen Anordnung 110.
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Das Sichtfeld kann aufgezeichnet werden durch ein Bildgebungsgerät zum Detektieren der Bewegung des Objekts, nämlich eine Positionsänderung des Bildes des Objekts auf einem Bildgebungs-Array des Bildgebungsgeräts. Dabei kann das Bildgebungsgerät und die Repositionierungseinheit ein Teil der Nachverfolgungseinheit darstellen oder können unabhängige Elemente, wie in 7 beschrieben, sein.
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Ähnlich zu 5 und 6A ist es bevorzugt, falls die Winkelgeschwindigkeit, die notwendig ist zum Verfolgen des Objekts, höher ist als der Schwellenwert, das heißt, das Objekt bewegt sich ziemlich schnell in eine Richtung rechtwinklig zu der optischen Achse der optischen Anordnung 110, bevorzugt, zu dem weiten Sichtfeld zu wechseln, so dass das Objekt nicht verloren wird, während dem Nachverfolgen. Andererseits kann, falls die Winkelgeschwindigkeit, die notwendig ist zum Verfolgen des Objekts, kleiner ist als der Schwellenwert, das Objekt auch verfolgt werden mit der optischen Anordnung mit einem engen Sichtfeld.
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In 6C wird die Größe des Objekts oder, um genauer zu sein, die Größe des Bilds des Objekts, mit Bezug auf das Sichtfeld verglichen mit einem Schwellenwert in Schritt 644. Hier bezieht sich der Schwellenwert auf eine spezifische Objektgröße mit Bezug auf die Größe des Sichtfelds. Falls die Größe des Bildes des Objekts in Bezug auf das Sichtfeld groß ist, kann dies ein Hinweis darauf sein, dass das Objekt nahe der Vermessungsvorrichtung ist, und das Objekt daher leicht verloren gehen kann, da selbst kleine Bewegungen darin resultieren können, dass das Objekt aus dem Sichtfeld geht.
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Deshalb ist ein Ändern auf ein weites Sichtfeld zum Halten des Objekts in dem Sichtfeld vorteilhaft.
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Die Objektgröße und Struktur ist konstanter über den Bereich mit einem weiten Sichtfeld, was dabei hilft, irgendein Objekt zu detektieren und zu verfolgen, wie zum Beispiel auch natürliche Objekte oder Muster, und nicht nur Reflektoren, wie die Nachverfolgungssysteme im Stand der Technik dies tun. Ferner ist die Nachverfolgungs- bzw. Tracking-Genauigkeit auch über dem Bereich konstanter.
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Ferner ist, falls das Objekt im Nahbereich nicht so groß ist, der Bereich von Interesse kleiner, so dass ein Bildgebungsgerät mit einem kleineren Bildgebungs-Array ausgewählt werden kann zum Verfolgen des Objekts, was die Bildrate und Verfolgungsgeschwindigkeit erhöht.
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In 6D wird ein anderer Objektparameter erklärt, nämlich die Intensität des EDM-Signals. Die Intensität des EDM-Signals in Schritt 646 kann beschrieben werden als die Intensität des zurückreflektierten Lichts von einem Objekt, das ausgestrahlt wurde durch eine Abstandsmesseinheit zum Messen des Abstands zu dem Objekt.
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Herkömmlich kolliminiertes Licht wird ausgesendet in eine radiale Richtung von einer Vermessungsvorrichtung zum Ausführen einer Abstandsmessung durch Verwenden eines Pulsverfahrens oder eines Phasenverfahrens, wie im Stand der Technik bekannt. Jedoch kann es in gewissen Fällen nicht möglich sein, den Abstand zu dem Objekt mit der Abstandsmesseinheit zu messen wegen der schnellen Bewegung des Objekts in radialer Richtung, die eine exakte Abstandsmessung durch Verwenden des Pulsverfahrens oder Phasenverfahrens nicht erlauben kann.
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Selbst wenn eine exakte Messung des Abstands nicht erreicht werden kann aufgrund des Fehlens von Puls- oder Phasenkorrelationen, kann jedoch die Intensität selbst, zurückreflektiert durch das Objekt, schon verwendet werden als eine Messung des Abstands, nämlich falls die empfange zurückreflektierte Intensität hoch ist, kann das Objekt nahe zu der Vermessungsvorrichtung sein, und falls die Intensität gering ist, kann das Objekt weit weg von der Vermessungsvorrichtung sein.
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Es sollte erkannt werden, dass die Erfindung nicht begrenzt ist auf die oben beschriebenen vier Objektparameter und andere Kriterien können auch verwendet werden zum Bestimmen, ob die optische Anordnung zu ändern bzw. zu wechseln ist. Beispielsweise kann ein anderer Objektparameter die Intensität eines zurückreflektierten Signals von einer Nachverfolgungseinheit sein, insbesondere von einer Nachverfolgungseinheit unter Verwendung eines Laser-Trackers, wie zum Beispiel die oben beschriebene.
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In 6A bis 6D wurde der Vergleichsschritt 540 von 5 speziell mit individuellen Objektparametern erklärt. Jedoch kann, wie mit Bezug auf 6E diskutiert wird, auch eine Kombination der Parameter verwendet werden, was genauere Ergebnisse ergibt, wenn versucht wird, die Bewegung eines Objekts zu bestimmen.
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In dem in 6E gezeigten Beispiel werden alle vier vorher beschriebenen Objektparameter der Reihe nach verwendet, um zu bestimmen, ob das Sichtfeld der optischen Anordnung 110 zu ändern ist.
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Es sollte verstanden werden, dass eine andere Kombination der vier Objektparameter oder auch nur eine Kombination von zwei oder drei Objektparametern auch sinnvoll für den Vergleich sein kann. Beispielsweise kann Schritt 646 gefolgt werden von Schritten 644 und 642 oder Schritt 640 kann gefolgt werden von Schritten 644 und 646.
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Solche Kombinationen sind vorteilhaft, da einige Parameter empfindlicher zu der Bewegung in radialer Richtung weg oder zu der Vermessungsvorrichtung sind und andere Parameter empfindlicher zu einer Bewegung in einer Ebene senkrecht zu der radialen Richtung sind.
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7 stellt Elemente einer Vermessungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar. Diese Vermessungsvorrichtung 700 kann verwendet werden zum Anvisieren des Objekts, Verfolgen des Objekts, Ableiten von Objektparametern, oben erwähnt, und Vergleichen der Objektparameter zu einem gespeicherten Schwellenwert.
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Im Einzelnen umfasst die Vermessungsvorrichtung 700 eine Steuereinheit 710 mit einer Nachverfolgungseinheit 120, eine Erfassungseinheit 720 und einen Speicher 730. Die Erfassungseinheit 720 umfasst eine optische Anordnung 740, ein Bildgebungsgerät 750, eine Abstandsmesseinheit 760 und eine Positionierungseinheit 770.
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Die Steuereinheit 710 ist verbunden mit dem Speicher 730 und der Erfassungseinheit 720 zum Austauschen von Daten. Beispielsweise kann die Steuereinheit 710 die Erfassungseinheit 720 instruieren, die Einstellung der optischen Anordnung 740 zu ändern, um ein Bild des Objekts mit dem Bildgebungsgerät 750 zu erfassen, um eine Abstandsmessung mit der Abstandsmesseinheit 760 aufzunehmen, oder die Position der Erfassungseinheit 720 unter Verwendung der Positionierungseinheit 770 zu ändern.
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Schwellenwerte der Objektparameter können in dem Speicher 730 gespeichert werden und können transferiert werden zu der Steuereinheit 710 über eine Verbindung. Die Verbindungen, die in 7 gezeigt sind, sind nicht begrenzt auf physikalische Verbindungen, können aber auch Drahtlose-Daten-Verbindungen anstatt feste Leitungen darstellen.
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Die Nachverfolgungseinheit 120 kann verkörpert sein in der Steuereinheit 710, wobei die Steuereinheit 710 die oben beschriebenen Schritte ausführt oder Instruktionen aussendet zum Ausführen dieser Schritte.
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Insbesondere kann die Steuereinheit 710 Eingabedaten empfangen von der Erfassungseinheit 720 zum Ableiten von Objektparametern und Vergleichen dieser Objektparameter mit Schwellenwerten, gespeichert in dem Speicher 730. Nachfolgend gibt die Steuereinheit, wie oben beschrieben, Instruktionen aus an die Erfassungseinheit zum Ausführen der hierin beschriebenen Funktionen der Elemente der Erfassungseinheit 720.
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Die Steuereinheit 710 kann einen Prozessor umfassen und realisiert werden durch eine Hardware-Anordnung, wie zum Beispiel hartverdrahtete Schaltungen, oder ASICs oder Software oder eine passende Kombination der obigen.
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Der Speicher 730 kann ein passender Speicher sein, wie zum Beispiel ein RAM, EEPROM oder Flash-RAM oder eine Festplatte, und kann Code speichern, der notwendig ist zum Steuern der Vermessungsvorrichtung, wie zum Beispiel Code, der durch die Steuereinheit 710 ausführbar ist, sowie Schwellenwerte, die sich auf die oben erwähnten Objektparameter beziehen.
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In einem Beispiel kann die optische Anordnung 740 eine Zoom-Linsen-Anordnung aufweisen, die einstellbar ist zum Ausführen eines Betrachtens mit einem weiten Feld und einem engen Feld. Die Linsen der optischen Anordnung 740 definieren die optische Achse 746 der optischen Anordnung 740 zum Anvisieren des Objekts. Die Linsen 742 und 744 in 7 sind zum Zweck der Darstellung gezeigt, und ein Fachmann kennt mehrere passende Zoom-Linsen-Anordnungen, die verwendet werden können.
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Beispielsweise kann eine passende optische Zoom-Anordnung dargestellt werden durch eine Anordnung mit einer konkaven Linse, gefolgt durch eine konvexe Linse, und dann wieder durch eine konkave Linse, und letztendlich durch eine konkave Fokussierlinse vor einer Bildgebungseinheit, wobei die konvexe Linse einstellbar ist für verschiedene Zoom-Einstellungen.
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Das Bildgebungsgerät 750, ausgerichtet mit der optischen Achse der optischen Anordnung 740, zum Erfassen eines Bildes von mindestens einem Teil des Objekts und bevorzugt positioniert hinter der optischen Anordnung in der Bildebene, kann dargestellt werden durch ein passendes Bildgebungsgerät, beispielsweise ein zweidimensionales Array von Sensorelementen, die in der Lage sind, Bildinformation mit einer Anzahl von Pixeln zu erzeugen, die im Allgemeinen der Anzahl der Elemente des Arrays entsprechen, wie zum Beispiel einer Charge-Coupled-Device-(CCD)-Kamera oder einer Komplimentär-Metalloxid-Halbleiter-(CMOS)-Kamera. Solch ein Sensor-Array kann aus 1000 x 1000 Sensorelementen zusammengesetzt sein zum Erzeugen digitaler Bilder mit 106 Bildpixeln.
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In einer Vermessungsvorrichtung oder Vermessungsinstrument, wie zum Beispiel einem Videotachyometer oder Tacheometer, kann die tatsächliche Beobachtungsrichtung definiert werden durch eine Sichtlinie von einem Punkt oder einem der Elemente der zweidimensionalen Anordnung von Sensorelementen, beispielsweise nahe oder im Zentrum des Arrays, und durch die Linsen der optischen Anordnung 740.
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Wie oben beschrieben, kann das Bildgebungsgerät 750 verwendet werden zum Erhalten eines oder mehrerer Objektparameter. In einem Beispiel wird, wenn das Objekt sich in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse der optischen Anordnung 740 bewegt, das Objekt abgebildet auf verschiedenen Pixeln des Bildgebungsgeräts 750, und es wird daher ermöglicht, den Pfad des Objekts in dieser Ebene und auch seine Geschwindigkeit zu erhalten. Diese Information kann verwendet werden zum Ableiten der Winkelgeschwindigkeit, die notwendig ist zum Verfolgen des Objekts.
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Ferner gibt die Anzahl der Pixel, die von dem Bild des Objekts auf dem Bildgebungs-Array des Bildgebungsgeräts besetzt werden, einen Hinweis auf die Größe des Objekts mit Bezug auf das Sichtfeld der optischen Anordnung 740. Dies bedeutet, dass je mehr Pixel von dem Bild des Objekts in dem Bildgebungsgerät besetzt sind, desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass mit einer leichten Bewegung des Objekts, das Objekt aus dem Sichtfeld geht. Somit kann es empfehlenswert sein, das Sichtfeld zu ändern, um die Lage versetzt zu werden, das Objekt leichter zu verfolgen.
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Die durch das Bildgebungsgerät 750 erfasste Information hinsichtlich der Bewegung oder der Größe des Objekts kann übertragen werden an die Steuereinheit 710, die die entsprechenden Objektparameter ableitet, und die Objektparameter mit vorher gespeicherten Schwellenwerten vergleicht zum nachfolgenden Aussenden einer Instruktion an die Erfassungseinheit 720 hinsichtlich der Änderung des Sichtfelds der optischen Anordnung 740 oder einer Änderung der Position der Erfassungseinheit 720, ausgeführt durch die Positionierungseinheit 770.
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Die Abstandsmesseinheit 760 wird bereitgestellt zum Messen eines Abstands von der Vermessungsvorrichtung zu dem Objekt entlang einer Messachse der Abstandsmesseinheit 760 gewöhnlich parallel zu der optischen Achse der optischen Anordnung 740, aber bevorzugt kann die Messachse 765 auch zusammenfallen mit der optischen Achse 746 der optischen Anordnung 740.
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Ferner stellt die Abstandsmesseinheit 760 einen entsprechenden Messwert des Abstands zu der Steuereinheit 710 bereit. Beispielsweise enthält die Abstandsmesseinheit 760 eine kohärente Lichtquelle, wie zum Beispiel ein Infrarotlaser oder ein anderes passendes Laser-Abstandsmessgerät, wie im Stand der Technik bekannt, und bevorzugt einen schnellen reflektorlos arbeitenden EDM.
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Der Wert der Abstandsmessung kann dann verglichen werden in der Steuereinheit 710 mit einem Schwellenwert zum i Bestimmen, ob die optische Anordnung 740 zu instruieren ist, ihr Sichtfeld zu ändern. Selbst wenn ein Wert für die Abstandsmessung nicht erhalten werden kann, aber nur eine Intensität des zurückreflektierten EDM-Signals, kann diese Information auch bereitgestellt werden an die Steuereinheit 710 zum Ausführen eines Vergleichs mit einem Schwellenwert, um zu bestimmen, ob die optische Anordnung 740 Instruktionen empfangen soll zum Ändern ihres Sichtfelds, wie mit Bezug auf 6D beschrieben.
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Die Positionierungseinheit 770 wird bereitgestellt zum Einstellen der optischen Achse 746 der optischen Anordnung 740 relativ zu mindestens einer Referenzachse. Beispielsweise wird die Positionierungseinheit 770 realisiert durch eine elektromechanische Anordnung, die bevorzugt Magnetservoantriebe oder irgendeinen anderen schnellen Antrieb umfasst zum präzisen Positionieren der Erfassungseinheit 720.
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Es wird bemerkt, dass die Positionierungseinheit 770 in 7 gezeigt wird als ein Teil der Erfassungseinheit 720 bildend, aber die Positionierungseinheit 770 kann auch unabhängig in der Vermessungsvorrichtung 700 bereitgestellt werden, da sie zum Bewegen der optischen Anordnung 740, des Bildgebungsgeräts 750 und Abstandsmesseinheit 760 auf eine Position dient, die ein Anvisieren des Objekts ermöglicht, sowie zum Bringen des Objekts in das Sichtfeld der optischen Anordnung 740, in einem Fall, in dem eine Änderung des Sichtfelds nicht ausreichend sein würde, und optional auf eine Position zum Ausführen einer Abstandsmessung des Objekts. Die Positionierungseinheit kann auch betrachtet werden als ein Teil der Nachverfolgungseinheit, da sie auch verwendet wird zum Verfolgen, nachdem das Objekt eine Kante des Bildgebungs-Arrays passiert hat.
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Da die Positionierungseinheit 770 bewegbare Komponenten enthält, wie zum Beispiel Antriebe, behalten Teile der Positionierungseinheit 770 ihre Position im Raum, das heißt, ihre Position ist fest mit Bezug auf beispielsweise ein Stativ, auf dem die Vermessungsvorrichtung platziert ist, und Teile der Positionierungseinheit 770 bewegen sich im Raum mit Bezug auf ein festes Koordinatensystem, beispielsweise definiert durch einen Schnittpunkt von allen drei Achsen der Vermessungsvorrichtung, der als Ursprung bezeichnet wird.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde die Nachverfolgungseinheit beschrieben als Teil der Steuereinheit 710. Jedoch kann es denkbar sein, dass die Nachverfolgungseinheit 120 ein unabhängiges Elemente mit einem eigenen Mikroprozessor darstellt.
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Ferner kann das Bildgebungsgerät 750 oder Abstandsmesseinheit 760 auch betrachtet werden als Teil einer Nachverfolgungseinheit, da sie die Nachverfolgungseinheit mit notwendigen Informationen versorgt hinsichtlich der Objektparameter, was notwendig ist zum Verfolgen des Objekts.
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Beispielsweise wurde beschrieben, dass das Bildgebungsgerät 750 Bilder des Objekts erfasst und daher verwendet werden kann zum Verfolgen eines Pfad des Objekts in der Zeit. Zum Unterscheiden des zu messenden Objekts von anderen Objekten, die erfasst werden durch das Bildgebungsgerät 750, kann ein Bildverarbeitungsalgorithmus, der im Stand der Technik bekannt ist, verwendet werden zum Detektieren des gewünschten Objekts in dem Bild. Wenn das gewünschte Objekt detektiert ist, kann es verfolgt werden, sobald es sich über den Bildgebungs-Array des Bildgebungsgeräts bewegt.
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In 7 wurde die optische Anordnung als Zoom-Linsen-Anordnung beschrieben. Jedoch können, wie in 8 dargestellt, andere optische Einrichtungen nützlich sein zum Wechseln zwischen zwei unterschiedlichen Sichtfeldern.
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In 8 ist eine alternative optische Anordnung 840, die die optische Anordnung 740 in 7 ersetzen kann, gezeigt.
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Die optische Anordnung 840 umfasst mindestens zwei Linsen 841 und 842 für eine Beobachtung eines weiten Felds und eine Beobachtung eines nahen Felds. Strahlteiler 843 bis 845 sind bereitgestellt zum Führen des Lichts von außerhalb der Vermessungsvorrichtung, enthaltend Information über die Position des Objekts zu dem Bildgebungsgerät 750.
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Zum Vermeiden von Interferenz oder einer Kombination von zwei Bildern, die erhalten werden durch Linsen 841 bzw. 842, sind Blenden 847 und 848 bereitgestellt, die in dem Lichtpfad bewegt werden können, beispielsweise entweder zwischen dem Strahlteilerwürfel 843 und Strahlteilerwürfel 844 zum Blockieren des Lichtes, das von der Linse 841 kommt oder zwischen Linse 842 und Strahlteilerwürfel 844 zum Blocken des Lichtes, das von der Linse 842 kommt. Im Fall von getrennten optischen Pfaden ist die Beziehung zwischen beiden Pfaden bekannt durch Kalibrierung des Bildgebungsgeräts in Bezug auf das Achsensystem der Vermessungsvorrichtung.
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Alternativ kann die optische Anordnung 840 zwei Bildgebungsgeräte umfassen, wobei jedes hinter einer der Linsen 841 und 842 platziert ist für eine Beobachtung eines weiten Felds und einer Beobachtung eines engen Felds. Mit solch einer Anordnung sind Strahlteilerwürfel und Blenden nicht notwendig, da Licht der zwei verschiedenen optischen Pfade direkt auf das erste bzw. zweite Bildgebungsgerät fallen kann.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Programm bereitgestellt werden, das Instruktionen enthält, die ausgebildet sind zum Hervorrufen in einem Datenprozessor, der in der Steuereinheit 710 erhalten sein kann, zum Ausführen von Kombinationen der obigen Schritte.
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Das Programm oder Elemente desselben können in einem Speicher gespeichert werden, wie zum Beispiel dem Speicher 730 in 7, und können wiedererlangt werden durch den Prozessor zum Ausführen.
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Über dies hinaus kann ein computerlesbares Medium bereitgestellt werden, in dem das Programm verkörpert ist. Das computerlesbare Medium kann gegenständlich sein, wie zum Beispiel eine Disk oder anderer Datenträger oder kann dargestellt werden durch Signale, die passend sind für eine elektronische, optische oder eine andere Art von Übertragung. Ein Computerprogrammprodukt kann das computerlesbare Medium umfassen.
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Es sollte verstanden werden, dass die Schritte, die hierin beschrieben sind, nicht inhärent sich auf irgendein bestimmtes Instrument beziehen, und durch irgendeine passende Kombination von Komponenten implementiert werden kann. Die Vermessungsvorrichtungen, die in 1 und 7 gezeigt sind, und im Einzelnen oben beschrieben, stellen bevorzugte Ausführungsformen zum Ausführen der Schritte der beschriebenen Verfahren bereit. Jedoch sollte dies nicht begrenzt sein auf nur die diese Vermessungsvorrichtungen.
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Es wird vom Fachmann erkannt, dass verschiedene Modifizierungen und Variierungen durchgeführt werden können in den Vorrichtungen und Verfahren der Erfindung, sowie in dem Aufbau der Erfindung, ohne den Umfang oder Geist der Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wurde in Bezug auf bestimmte Beispiele beschrieben, die in jeglicher Hinsicht als darstellend und nicht beschränkend aufzufassen sind. Der Fachmann wird erkennen, dass viele verschiedene Kombinationen von Hardware, Software und Firmware passend sind zum Ausführen der vorliegenden Erfindung.
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Über dies hinaus werden andere Implementierungen der Erfindung dem Fachmann ersichtlich bei Betrachtung der Spezifikation und der Ausführung der Erfindung, die hierin offenbart ist. Es ist vorgesehen, dass die Spezifikation und die Beispiele als nur beispielhaft betrachtet werden sollen. Zu diesem Zweck wird verstanden, dass erfinderische Aspekte in weniger als allen Merkmalen einer einzelnen vorhergehenden offenbarten Implementierung oder Konfigurierung liegen. Deshalb wird der wahre Umfang und Geist der Erfindung gekennzeichnet durch die folgenden Ansprüche.