DE3936966A1 - Verfahren und anordnung zur automatischen zielerfassung, insbesondere mit einem theodoliten - Google Patents
Verfahren und anordnung zur automatischen zielerfassung, insbesondere mit einem theodolitenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Zielerfassung und
eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens insbesondere mit einem
Theodoliten oder solchen Meßinstrumenten, bei denen Ziele in unterschied
lichen Entfernungen liegen, in Abhängigkeit von den atmosphärischen Be
dingungen und der Senderlichtquelle.
Es sind eine Vielzahl von Verfahren und Anordnungen zur automatischen Ziel
erfassung bekannt, wie Einrichtungen zum Erfassen und Positionieren von
Nahzielen durch die Erfassung der Struktur eines beleuchteten Zielobjektes
(DE-OS 36 16 929, 32 33 013, US-PS 46 50 993, EP-PS 01 57 414) und Einrichtungen
zum Erfassen von festen oder beweglichen Objekten (DE-OS 34 24 789, 35 18 036,
EP-PS 02 27 999), wobei wie in der DE-OS 35 18 036 beschrieben, das Licht
bündel eine bestimmte Formung hat, so daß der Empfänger eine spezielle
Ortung ausführen kann. Die verwendeten technischen Mittel zur Zieler
fassung können Quadrantenfotoempfänger, Raster, Matrixanordnungen von
Sensoren oder mechanische Blenden in Form von Spiralen oder Streifen sein.
Entsprechend dem Positioniersignal erfolgt dann eine Nachsteuerung des
gesamten Meßgerätes (DE-OS 34 24 789, 31 28 433), wobei die Abbildung und
Fokussierung des Zielbildes in eine Bildebene einen speziellen Aufwand
erfordern und die Anwendbarkeit der einzelnen Verfahren einschränken.
Aus der DE-OS 32 43 920 und 34 38 938 sind weiterhin Verfahren bekannt, bei
denen Bilder oder Objekte mittels Bildsensoren mit oder ohne Abbildung
abgetastet werden, wobei für kurze Objektentfernungen die Fokussierung
erhebliche Vorrichtungen und technische Mittel erfordert. Es sind auch
Festkörperkameras in Verbindung mit einem Fernrohr bekannt (DE-OS 32 29 771),
die eine durch ein Treiberglied geregelte Irisblende verwenden, zur Regelung
des Bildkontrastes.
Ziel der Erfindung ist ein technisch-ökonomisch einfaches Verfahren und eine
Anordnung zur Zielerfassung, insbesondere mit einem Theodoliten, die die
Nachteile des Standes der Technik beseitigen und eine Basis zur Automati
sierung schaffen, damit ein Beobachter am Meßgerät weiter entlastet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Anordnung zur
automatischen Zielerfassung insbesondere mit einem Theodoliten zu schaffen,
mit denen nur ausgewählte Punkte eines Objektfeldes erfaßt und abgebildet
werden, ohne eine Fokussierung durchzuführen, damit die Nachteile einer
Fokussierung für die exakte Abbildung der Einzelzielungen vermieden und der
Meßprozeß vereinfacht wird.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur automatischen
Zielerfassung insbesondere mit einem Theodoliten, wobei die von einer Licht
quelle des Zielfernrohres eines Theodoliten über einen Teilerspiegel durch
das Fernrohrobjektiv ausgesendete Strahlung nach Reflexion in einem Ziel
punkt von dem Fernrohrobjektiv wieder empfangen und auf in einer ersten
Bildebene angeordnete optoelektronische Meßeinrichtung abgebildet und in
einer dieser optoelektronischen Meßeinrichtung nachgeordneten Einrichtung
ausgewertet, angezeigt sowie gespeichert und die Strahlung durch eine Blende
begrenzt wird, dadurch gelöst, daß eine vor oder hinter einem Fernrohr
objektiv 3 angeordnete Blende 4 von einer Steuereinrichtung 10 nach einem
Signal einer optoelektronischen Meßeinrichtung 18 so gesteuert wird, daß
ab einer bestimmten Grenzentfernung bei vorgegebener Intensität einer
Lichtquelle 17 das Signal der maximalen Blendenöffnung proportional ist,
daß dieses Signal für kurze Zielentfernungen eine Verkleinerung des Durch
messers der Blende 4 bewirkt, damit ein entsprechender Signalpegel, der
von der optoelektronischen Meßeinrichtung 18 empfangenen Signale, bei der
kürzer werdenden Zielentfernung konstant bleibt, daß die Signale der opto
elektronischen Meßeinrichtung 18 in einer nachgeordneten Auswerteein
richtung 20 so verarbeitet werden, daß sie Meßwerte ergeben, die die Lage
eines Zielobjektes gegenüber einem Bezugsobjekt 30 darstellen, daß diese
Meßwerte auf einem der Auswerteeinrichtung 20 in einem bestimmten Maßstab
nachgeordnetem Bildschirm 22 angezeigt oder in einem in der Auswerteein
richtung vorgesehenen Speicher 20 digital festgehalten werden, wobei das
Bezugsobjekt 30 den Durchstoßpunkt einer optischen Achse A-A auf dem Bild
schirm 22 darstellt. Bei einer Übersteuerung der Blende 4 oder einer zu
niedrigen Lichtintensität im Bereich der Grenzentfernung bei kürzeren Ziel
entfernungen kann die Intensität der Lichtquelle 17 nachgeregelt und bei
größeren Zielentfernungen die Intensität der Lichtquelle 17 in Abhängigkeit
von dem Signalpegel hochgeregelt werden, wobei eine Grundeinstellung abge
speichert ist.
Bei einer Anordnung zur automatischen Zielerfassung, insbesondere mit einem
Theodoliten, umfassend ein Theodolitzielfernrohr und Mittel zur Bewegung
des Zielfernrohres und einer optoelektronischen Meßeinrichtung, der
Registrierung, Zählung, Auswertung und Anzeige eines Zielbildes wird die
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die optoelektronische Meßein
richtung 18 vorzugsweise eine CCD-Matrix oder ein Quadrantenempfänger ist,
daß die optoelektronische Meßeinrichtung 18 senkrecht zur optischen
Achse A-A des Zielfernrohres 1 in zwei Koordinaten verschiebbar ist, wobei
die Verschiebewege durch die Auswerteeinrichtung 20 ermittelt und
registriert werden, und daß die Drehung der Theodolitenstütze 35 um die
Stehachse C-C und des Zielfernrohres 1 um die Kippachse D-D bei beweglichen
Zielobjekten durch die Signale der optoelektronischen Meßeinrichtung 18
nachsteuerbar sind. Die optoelektronische Meßeinrichtung 18 ist vorteilhaft
entweder in einer ersten Abbildungsebene 30 des Fernrohrobjektivs 3 in dem
Schnittpunkt von Stehachse C-C und Kippachse D-D des Theodolits vorgesehen
oder in einer zweiten Bildebene 36 auf der optischen Achse A-A des Fern
rohrobjektivs 3, wobei ein Zwischenabbildungssystem 31 eine Vergrößerung
oder Verkleinerung eines ersten Bildes in die zweite Bildebene 36 bewirkt.
Die optoelektronische Meßeinrichtung 18 ist dabei vorzugsweise durch
Piezomotoren 32, 33 bewegbar und es werden von ihr mehr als ein im Strahlen
kegel der Lichtquelle 17 bestehende, durch die Retroreflektion im Ziel
punkt signalisierte Zielpunkte getrennt geortet und auf dem Bildschirm 22
angezeigt, wobei die Lichtquelle 17 vorzugsweise eine Laser- oder Leucht
diode ist. Weiterhin enthält die Auswerteeinrichtung 20 eine Zählein
richtung, die die Abstände zwischen den enzelnen, auf dem Bildschirm 22
angezeigten Zielpunkten in Koordinaten oder direkt ausgemessen von einer
Registriereinrichtung erfaßt und/oder den Meßdaten des Theodolits zuordnet.
Das Zielfernrohr 1 ist außerdem mit einer Meßeinrichtung zur elektrooptischen
Streckenmessung koppelbar und der Bildschirm 22 kann entweder anstelle eines
fernrohrokulares vorzugsweise am Zielfernrohr 1 oder an einer Theodolit
stütze 35 vorgesehen sein. Durch die Erfindung ist es möglich, daß der
Aufwand zur Steuerung der Fokussierung bei der Zielung für kurze Ent
fernungen entfällt, durch die Intensitätssteuerung einer veränderlichen
Blende 4. Gleichzeitig wird automatisch geregelt, daß stets nur das Bild der
Öffnung des Fernrohrobjektivs 3, auch bis zur kürzesten, meßbaren Entfernung
zur Abbildung gelangt und damit eine exakte Messung bei gleichbleibender
Zielgenauigkeit gewährleistet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Theodoliten
zielfernrohres,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Theodoliten
zielfernrohres,
Fig. 3 ein Blockschaltbild für den Meßprozeß.
Fig. 1 zeigt ein Zielfernrohr eines Theodoliten, umfassend einen Fernrohr
körper 1 mit sämtlichen Funktionsbaugruppen und eine Abdeckhülle 2. Der
Fernrohrkörper 1 enthält ein Fernrohrobjektiv 3 sowie eine vor dem
Objektiv 3 angeordnete, mit dem Objektiv 3 über einen Verschraubring 11
fest mit dem Fernrohrkörper 1 verbundene Irisblende 4 mit den Blenden
lamellen 5, zur Begrenzung eines ausgestrahlten Lichtbündels. Mit dem Mit
nehmer der Lamellen 5 ist ein Zahnrad 6 verbunden, das durch ein Zahnrad 7
auf einer Achse 8 eines Motors 10 über ein Getriebe 9 angetrieben wird.
Der Motor 10 ist am Fernrohrkörper 1 angeschraubt. In der halben Brenn
weite des Objektivs 3 ist ein halbdurchlässiger Spiegel 12, 45° zur
optischen Achse A-A des Zielfernrohres geneigt, in einem Spiegelhalter 13,
der justierbar in dem Fernrohrkörper 1 angeordnet ist, vorgesehen. Am Fern
rohrkörper 1 ist weiterhin eine Lichtquelle 17 in einem Halter 14 ange
ordnet, deren Strahlung über einen zweiten Umlenkspiegel 15 in einem
Halter 16 über den ersten Spiegel 12 durch das Objektiv 3 auf einen, in einem
Zielpunkt aufgestellten Retroreflektor trifft, wieder rückreflektiert wird
und durch das Objektiv 3 auf eine optoelektronische Meßeinrichtung 18 abge
bildet wird, die in der ersten Bildebene des Objektivs 3 vorgesehen ist. Die
optoelektronische Meßeinrichtung 18 kann beispielsweise als CCD-Matrix oder
als Quadrantenempfänger ausgebildet sein und ist in einem Halter 19 mit
einer Auswerteelektronikeinheit 20 befestigt. Auf der optischen Achse A-A
des Fernrohrkörpers 1 ist weiterhin ein der Auswerteelektronik 29 nachge
ordneter LCD-Bildschirm 22 mit einer Ansteuerelektronik 21 angeordnet. Der
Fernrohrkörper 1 trägt gleichzeitig Leiterplatten 23 und 24 mit einer nicht
näher dargestellten, bekannten Auswerte- und Steuerelektronik für die
Regelung des Motors 10. Parallel zur optischen Achse A-A ist eine Achse B-B
eines Sucherfernrohres 25 mit einem Okular 26 angeordnet. Für die Eingabe
der Signalpegelwerte der optoelektronischen Meßeinrichtung 18 ist eine
bekannte, nicht näher dargestellte Eingabevorrichtung 27 vorgesehen. Ein
Auslöseknopf 28 dient nach einer Grobeinstellung des Retroreflektors im Ziel
punkt mit dem Sucherfernrohr 25 zur Auslösung des Zielerfassungsprozesses,
dessen Meßergebnis sofort auf dem LCD-Bildschirm 22 angezeigt wird, wobei
zur Orientierung des Zielbildes ein Strichkreuz 30 auf dem LCD-Bildschirm 22
sichtbar ist. Das Strichkreuz kann als Zielmarke auf dem Bildschirm 22 vor
handen sein oder es wird durch die Auswerteelektronikeinheit 21 festgelegt,
wobei der Mittelpunkt dieser Bezugsfigur beispielsweise einem Durchstoß
punkt 30 der optischen Achse A-A auf einer CCD-Matrix 18 entsprechen kann.
Ein Blendenschirm 29 dient zur besseren Lesung der Anzeigen des Bild
schirmes 22.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Zielfernrohres eines
Theodoliten, wobei der Theodolit dargestellt wird durch einen Dreifuß 34,
eine Theodolitenstütze 35 (Oberteil der Alhidade) mit einer Stehachse C-C,
der vertikalen Drehachse des Theodoliten und einer Kippachse D-D, senkrecht
zur optischen Achse A-A und dem Sucherfernrohr 25 mit der Zielachse B-B.
Die Irisblende 4 ist hinter dem Fernrohrobjektiv 3 angeordnet und der Durch
stoßpunkt 30 liegt im Schnittpunkt der Stehachse C-C und Kippachse D-D.
Ein Zwischenabbildungssystem 31 vergrößert oder verkleinert dann das erste
Bild und bildet es in eine 2. Bildebene 36 ab, in der die optoelektronische
Meßeinrichtung 18 angeordnet ist und durch an sich bekannte, nicht näher
dargestellte Piezomotoren 32, 33 in zwei Koordinaten senkrecht zur
optischen Achse A-A verschoben werden kann, wobei die Meßwerte an der
optoelektronischen Meßeinrichtung 18 direkt ermittelt werden.
In Fig. 3 ist das Blockschaltbild für den Meßprozeß dargestellt. Die opto
elektronische Meßeinrichtung 18 beispielsweise eine CCD-Matrix mit einem
Bildsensor wird über eine Ansteuerung 37 initialisiert. Die während der
Abbildung des Zielbildes in der CCD-Matrix 18 entstehenden Signale werden
gespeichert und der Auswerteelektronik 20, die einen Rechner umfaßt, zuge
führt. Von diesen Signalen wird entweder ein Maximalsignal oder ein Durch
schnittssignal ermittelt und mit denen an der Eingabeeinrichtung 30 vor
gegebenen Pegelwert verglichen. Bei Überschreitung des Pegel erfolgt in
einem Regler 38 ein Signal zur Steuerung des Motors 10 solange, bis durch
eine Verringerung des Blendendurchmessers 4 des Regelniveau erreicht ist,
das in Abhängigkeit von der Lichtquelle 17 und den Daten des optischen
Systems des Zielfernrohres der optischen Grenzentfernung entspricht. Mit
der Regelung der Blende 4 wird erreicht, daß in allen Entfernungen stets
die Objektivöffnung 3 entsprechend dem Blendendurchmesser 4 für eine exakte
Zielbilderfassung abgebildet wird.
Um eine Übersteuerung der CCD-Matrix 18 für kurze Entfernungen zu ver
meiden, ist ein Regler 39 vorgesehen, der bei Unterschreitung des Pegel
niveaus eine Erhöhung der Intensität der Lichtquelle 17 bewirkt, die bei
Verkürzung sofort zurückregelt. Die Zielerfassung eines Zielobjektes auf
der CCD-Matrix 18 erfolgt nur in ausgewählten Punkten. Dabei können mehrere
im Öffnungskegel der Lichtquelle 17 gelegene und signalisierte Zielpunkte
gleichzeitig auf die CCD-Matrix 18 abgebildet und wechselseitig zur Anzeige
auf dem Bildschirm 22 gelangen. Bei beweglichen Zielobjekten erfolgt
gemäß den Änderungen der Größe der Bildpunktkoordinaten durch den Rechner
der Auswerteelektronikeinheit 20 eine Ansteuerung von den Schrittmotoren 40
getrennt für Steh- und Kippachse C-C und D-D des Theodoliten. Für kleine
Bewegungsbereiche treten an die Stelle der Schrittmotoren 40 die Piezo
motoren 32 und 33, die die CCD-Matrix 18 direkt in zwei Koordinaten bewegen
und die Verschiebebeträge werden, bezogen auf die Brennweite des Objektivs 3
auf dem Bildschirm 22 angezeigt. Die Steuerung erfolgt dabei über die be
kannten, nicht näher dargestellten Eingabemittel 41. Ist das Zielfernrohr im
Theodoliten angeordnet, speziell einem Digitaltheodoliten mit einem internen
Rechner, dann besteht eine Datenschnittstelle 42, über die die Meßdaten des
Zielfernrohres in den internen Rechner des Theodoliten übernommen werden
können. Weiterhin können von dem Theodoliten Steuerwerte vorgegeben werden,
um mittels des automatischen Zielfernrohres 1 den Theodolit auf signalisierte
Zielpunkte vorzuorientieren. Durch das Zielfernrohr 1 werden dann die Achsen
drehungen des Theodoliten ausgeführt und mit den Piezomotoren 32, 33 die
Feinanzielung. Es ist auch möglich, diese Anordnung zur automatischen Ziel
erfassung mit einem Tachymeter zu koppeln, dazu muß in dem Strahlengang
des Zielfernrohres 1 auf der optischen Achse A-A ein weiterer teilver
spiegelter Ablenkspiegel angeordnet sein, der die wieder durch das Fern
rohrobjektiv 3 empfangenen modulierten Sendestrahlen einem elektro
optischen Streckenmesser zugeführt und/oder gleichzeitig den Zielstrahl dar
stellt.
Claims (11)
1. Verfahren zur automatischen Zielerfassung, insbesondere mit
einem Theodoliten,
- - wobei die von einer Lichtquelle des Zielfernrohres eines Theodoliten über einen Teilerspiegel durch das Fernrohr objektiv ausgesendete Strahlung,
- - nach Reflexion in einem Zielpunkt von dem Fernrohrobjektiv wieder empfangen und auf in einer ersten Bildebene ange ordnete optoelektronische Meßeinrichtung abgebildet,
- - und in einer dieser optoelektronischen Meßeinrichtung nach geordneten Einrichtung ausgewertet sowie angezeigt und ge speichert wird,
- - wobei die Strahlung durch eine Blende begrenzt wird,
gekennzeichnet dadurch, daß eine vor oder hinter einem Fern
rohrobjektiv 3 angeordnete Blende 4 von einer Steuereinrich
tung 10 nach dem Signal einer optoelektronischen Meßeinrich
tung 18 so gesteuert wird,
- - daß ab einer bestimmten Grenzentfernung bei vorgegebener Intensität einer Lichtquelle 17 das Signal der maximalen Blendenöffnung proportional ist,
- - daß dieses Signal für kürzere Zielentfernungen eine Ver kleinerung des Durchmessers der Blende 4 bewirkt, damit ein entsprechender Signalpegel, der von der optoelektro nischen Meßeinrichtung 18 empfangenen Signale, bei der kürzer werdenden Zielentfernung konstant bleibt,
- - daß die Signale der optoelektronischen Meßeinrichtung 18 in einer nachgeordneten Auswerteeinrichtung 20 so ver arbeitet werden, daß sie Meßwerte ergeben, die die Lage eines Zielobjektes gegenüber einem Bezugsobjekt 30 dar stellen,
- - daß diese Meßwerte auf einem der Auswerteeinrichtung 20 in einem bestimmten Maßstab nachgeordneten Bildschirm 22 angezeigt oder in einem in der Auswerteeinrichtung 20 vorgesehenen Speicher digital festgehalten werden,
- - wobei das Bezugsobjekt 30 den Durchstoßpunkt einer op tischen Achse A-A auf dem Bildschirm 22 darstellt.
2. Verfahren zur automatischen Zielerfassung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet dadurch, daß bei einer Übersteuerung der Blende
4 oder einer zu niedrigen Lichtintensität im Bereich der Grenz
frequenz bei kürzeren Zielentfernungen die Intensität der
Lichtquelle 17 nachregelbar und bei größeren Zielentfernungen
die Intensität der Lichtquelle 17 in Abhängigkeit von dem
Signalpegel hochregelbar ist, wobei eine Grundeinstellung ab
gespeichert ist.
3. Anordnung zur automatischen Zielerfassung, insbesondere mit
einem Theodoliten, umfassend ein Theodolitzielfernrohr und
Mittel zur Bewegung des Zielfernrohres und einer optoelektro
nischen Meßeinrichtung, der Registrierung, Zählung, Auswertung
und Anzeige eines Zielbildes, gekennzeichnet dadurch,
- - daß die optoelektronische Meßeinrichtung 18 vorzugsweise eine CCD-Matrix oder ein Quadrantenempfänger ist,
- - daß die optoelektronische Meßeinrichtung 18 senkrecht zur optischen Achse A-A des Zielfernrohres 1 in zwei Koordinaten verschiebbar ist,
- - wobei die Verschiebewege durch die Auswerteeinrichtung 20 ermittelt und registriert werden,
- - und daß die Drehung der Theodolitstütze 35 um die Stehachse C-C und des Zielfernrohres 1 um die Kippachse D-D bei be weglichen Zielobjekten durch die Signale der optoelektro nischen Meßeinrichtung 18 nachsteuerbar sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die
optoelektronische Meßeinrichtung 18 vorzugsweise durch Piezo
motoren 32, 33 bewegt wird.
5. Anordnung nach Anspruch 3 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß
die erste Abbildungsebene 30 des Fernrohrobjektivs 3 in dem
Schnittpunkt von Stehachse C-C und Kippachse D-D des Theo
doliten vorgesehen ist.
6. Anordnung nach Anspruch 3 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß
die optoelektronische Meßeinrichtung 18 in einer zweiten Bild
ebene 36 auf der optischen Achse A-A des Fernrohrobjektivs 3
vorgesehen ist, wobei ein Zwischenabbildungssystem 31 eine
Vergrößerung oder Verkleinerung eines ersten Bildes in die
zweite Bildebene 36 bewirkt.
7. Anordnung nach Anspruch 3, 4, 5 und 6, gekennzeichnet dadurch,
daß von der optoelektronischen Meßeinrichtung 18 mehr als ein
im Strahlenkegel der Lichtquelle 17 bestehende, durch die
Retroreflektoren im Zielpunkt signalisierte Zielpunkte getrennt
geortet und auf dem Bildschirm 22 angezeigt werden.
8. Anordnung nach Anspruch 3, 4, 5, 6 und 7, gekennzeichnet dadurch,
daß die Auswerteeinrichtung 20 eine Zähleinrichtung umfaßt,
die die Abstände zwischen den einzelnen, auf dem Bildschirm 22
angezeigten Zielpunkte in Koordinaten, oder direkt ausgemessen
von einer Speichereinrichtung erfaßt und/oder den Meßdaten des
Theodolits zugeordnet werden, wobei der Bildschirm 22 anstelle
eines Fernrohrokulares vorzugsweise am Zielfernrohr 1 oder an
einer Theodolitstütze 35 vorgesehen ist.
9. Anordnung nach Anspruch 3 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß
die Lichtquelle 17 vorzugsweise eine Laser- oder Leuchtdiode
ist, oder die modulierte Strahlung für die Streckenmessung
eines Tachymeters darstellt.
10. Anordnung nach Anspruch 3 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß
das Zielfernrohr 1 mit einer Meßeinrichtung zur elektroop
tischen Streckenmessung koppelbar ist.
Applications Claiming Priority (1)
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DD32545689A DD289906A7 (de) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | Verfahren und anordnung zur automatischen zielerfassung, insbesondere mit einem theodoliten |
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