[發(fā)明專利]具有增加的效率的大地測量掃描器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200880128163.0
• 申請日: 2008-03-20
• 公開（公告）號: CN101978286A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M·赫德曼
• 申請（專利權(quán)）人: 特林布爾公司
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G01S17/89;G01S7/483;G01S17/42
• 代理公司: 北京北翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 楊勇;鄭建暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及用于勘測的系統(tǒng)和方法，更具體而言，涉及用于測定目標(biāo)的外觀的方法和掃描器。本發(fā)明特別地涉及用于掃描對象的表面或體積的方法和大地測量儀器。

背景技術(shù)

勘測技術(shù)涉及使用角度和距離測量來測定對象的未知位置、表面或體積。為了進行這些測量，勘測儀器通常包括可集成入所謂的全站儀(total?station)的電子測距裝置(EDM)。測距全站儀結(jié)合有電學(xué)、光學(xué)和計算機技術(shù)，而且設(shè)有計算機或控制單元，所述計算機或控制單元帶有用于控制待執(zhí)行的測量的可寫信息并用于存儲在測量過程中獲得的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，全站儀計算目標(biāo)在固定地基(ground-based)坐標(biāo)系中的位置。例如，在本申請人的WO2004/057269中更加詳細(xì)地描述了這種全站儀。

此外，當(dāng)在工地上使用測距全站儀執(zhí)行距離測量或者勘測任務(wù)時，通常希望測量工地上存在的對象的表面或體積。在這樣的工地中，例如可能經(jīng)常希望掃描對象(例如，建筑物的壁)的表面以獲得該壁的圖像。對于這樣的應(yīng)用，測距全站儀可實現(xiàn)為大地測量掃描器，該大地測量掃描器用于基于到目標(biāo)表面上所關(guān)心位置的距離的測量值來測定該對象或目標(biāo)的外觀。這樣的掃描器可記錄目標(biāo)的表面或體積，或者甚至監(jiān)測場景(scene)的變化。

在常規(guī)EDM中，將光束以光脈沖的形式朝目標(biāo)(或場景)的表面發(fā)射，并且在EDM處探測從該表面反射的光束，從而生成信號。處理探測信號使得可測定到上述表面的距離，即EDM和目標(biāo)之間的距離。在常規(guī)大地測量掃描器中，利用光束控制(beam?steering)功能將光束引導(dǎo)遍及目標(biāo)表面上所關(guān)心的多個位置中的每個位置。將光脈沖朝所關(guān)心的多個位置中的每個位置發(fā)射，并且探測從這些位置中的每個反射的光脈沖，以測定到這些位置中的每個的距離。然而，表示反射光束(或光脈沖)的探測信號——即，回波信號(return?signal)——可能具有寬的動態(tài)范圍。換句話說，從一個位置到另一個位置，回波信號的強度或功率可能發(fā)生顯著地變化。回波信號的變化可用例如目標(biāo)表面上的不同位置之間的反射率的差異和/或目標(biāo)的表面狀況(topography)方面的大的差異來解釋。因此，由于在測量裝置(掃描器)處處理寬的動態(tài)范圍方面具有困難，根據(jù)具有太大或太低功率的回波信號測定的距離并不精確。探測信號例如可能飽和或受過大的噪聲影響。

在第一替代方案中，對于其回波信號的強度在第一閾值以上或在第二閾值以下的測量值可被認(rèn)為是無效的，因此被刪除。然而，這樣的替代方案不是所希望的，因為目標(biāo)對象的外觀僅根據(jù)有限數(shù)量的有效測量值測定，即具有降低的分辨率。此外，該方法意味著不必處理無效測量值。

在第二替代方案中，常規(guī)方法是在目標(biāo)的表面上的所關(guān)心的每個位置處停止掃描器的光束控制功能并對于所關(guān)心的位置中的每個位置執(zhí)行兩步測量。在第一步驟或測量期間，朝目標(biāo)發(fā)射第一光脈沖，并探測和處理反射光脈沖以計算合適的增益(gain)或增益值。通常，如果認(rèn)為表示探測到的光脈沖的功率低，即在一預(yù)定閾值以下，則將增益設(shè)為大于1的值。另一方面，如果認(rèn)為表示探測到的光脈沖的功率大，即在一預(yù)定閾值以上，則將增益設(shè)為小于1的值。然后，在第二步驟或測量期間，朝目標(biāo)發(fā)送第二光脈沖，探測反射光脈沖并使用所計算的增益放大(amplify)反射光脈沖。然后，處理所放大的信號以測定到目標(biāo)的距離。因此，針對所關(guān)心的位置中的每個，借助合適的增益來測量距離。然而，這樣的方法和掃描器的缺陷是有限的測量速率，因而總體效率相當(dāng)?shù)汀?/p>

因此，需要提供會克服這些問題的新方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是完全或部分地克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點和缺陷，并提供對上述技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)的更有效替代方案。

更具體地，本發(fā)明的目的是提供在測定目標(biāo)的外觀時具有增加的測量速率從而具有增加的效率的方法和大地測量掃描器。

本發(fā)明的另一目的是提供用于降低對用于旋轉(zhuǎn)掃描器的偏轉(zhuǎn)電機的要求的方法和大地測量掃描器。

本發(fā)明的又一目的是提供降低功耗的方法和大地測量掃描器。

本發(fā)明的這些和其它目的通過具有獨立權(quán)利要求中限定的特征的方法、大地測量掃描器和計算機程序產(chǎn)品實現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實施方案通過從屬權(quán)利要求表征。

因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種方法，該方法包括朝目標(biāo)上的多個預(yù)定位置中的每個發(fā)射電磁輻射束的步驟。該方法還包括：對于這些預(yù)定位置中的每個，測量從目標(biāo)反射的電磁輻射束的信號強度的步驟和基于測得的信號強度確定增益值的步驟。一旦對于這些預(yù)定位置確定了增益值，則執(zhí)行使用增益值測量到所述預(yù)定位置中的每個的距離的步驟。