DE102011077678A1

DE102011077678A1 - Tachymeter used for building survey, has image capture unit which is connected to measuring unit so that measuring probe is aligned to marker based on primary image data, and is aligned to measuring point based on secondary image data

Info

Publication number: DE102011077678A1
Application number: DE102011077678A
Authority: DE
Inventors: Jörg Braunes; Torsten Thurow
Original assignee: Bauhaus Universitaet Weimar
Current assignee: Bauhaus Universitaet Weimar
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-12-20

Abstract

The tachymeter has an image capture unit (10) which detects primary image data of environment of total station. A measuring unit (20) has a measuring probe (21) pivoting about different axes (V,H), a laser rangefinder (22) for optical distance measurement, and zoom camera (23) motor-driven with zoom lens. The laser range finder and zoom camera are equally aligned to define orientation of probe. The image capture unit is connected to measuring unit so that measuring probe is aligned to marker based on primary image data, and is aligned to measuring point based on secondary image data. An independent claim is included for method for acquiring measured value.

Description

Die Erfindung betrifft ein Tachymeter und ein Verfahren zur Messwertaufnahme mittels des Tachymeters.The invention relates to a total station and a method for measuring value recording by means of the tachymeter.

Unter einem Tachymeter wird hier eine Vermessungsvorrichtung verstanden, mittels derer Richtungen und zumeist zusätzlich Abstände zu Messpunkten auf entfernten Objekten bestimmbar sind. Tachymeter werden insbesondere in der Geodäsie, auch zu Vermessungszwecken im Bauwesen wie der Bauaufnahme eingesetzt.A tachymeter is understood here to mean a measuring device by means of which directions and, in most cases, additional distances to measuring points on distant objects can be determined. Tachymeters are used in particular in geodesy, also for surveying purposes in construction such as the construction survey.

Aus der Geodäsie sind Tachymeter bekannt, die sehr präzise und komplex sind. Für Vermessungszwecke im Bauwesen sind derartige Tachymeter unnötig genau, unverhältnismäßig teuer und zu aufwändig und anspruchsvoll hinsichtlich ihrer Bedienung.From geodesy tachymeters are known that are very precise and complex. For surveying purposes in the construction industry, such tachymeters are unnecessarily accurate, disproportionately expensive and too complicated and demanding in terms of their operation.

DE 10 2008 002 241 A1 offenbart ein Verfahren und ein Messsystem zur bildbasierten Vermessung eines Raums oder eines Teilbereiches eines Raums. Dabei werden mittels einer Kamera des Messsystems mehrere Einzelaufnahmen eines Raums erzeugt und zumindest ein Abstand zwischen dem Messsystem und einem Raumpunkt des Raums erfasst, wobei der erfasste Abstand einer Einzelaufnahme zugeordnet wird. Mithilfe einer Bildverarbeitungsmethode wird dann unter Berücksichtigung des erfassten Abstands ein virtuelles 3-D-Modell des Raums modelliert. DE 10 2008 002 241 A1 discloses a method and a measurement system for image-based measurement of a room or a partial area of a room. In this case, a plurality of individual recordings of a room are generated by means of a camera of the measuring system and at least one distance between the measuring system and a room point of the room is detected, wherein the detected distance is assigned to a single recording. Using an image processing method, a virtual 3-D model of the space is then modeled taking into account the acquired distance.

US 6034722 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum ferngesteuerten Betrieb einer Vermessungsvorrichtung (Totalstation) mittels einer Fernbedienung. Die Vermessungsvorrichtung umfasst eine Messeinheit, eine mit der Messeinheit gleich ausgerichtete Videokamera zur Echt-Zeit-Aufnahme von Kamerabildern eines Zielobjekts und eine Sende-Empfangs-Einheit zum Senden von Kamerabildern zu der Fernsteuerung und zum Empfangen von Steuerdaten der Fernsteuerung. Die Fernsteuerung umfasst eine entsprechende Sende-Empfangs-Einheit zum Empfangen von Kamerabildern und zum Senden von Steuerdaten. Ferner umfasst die Fernsteuerung eine Anzeigeeinheit zur Anzeige der empfangenen Kamerabilder und eine Steuerung, die einem Benutzer anhand der angezeigten Kamerabilder eine ferngesteuerte Ausrichtung der Vermessungsvorrichtung auf das Zielobjekt ermöglicht. Die Kamera kann automatisch oder durch den Benutzer mittels der Fernsteuerung auf das Zielobjekt fokussiert werden. US 6034722A discloses a method and apparatus for remote operation of a surveying device (total station) by means of a remote control. The surveying device comprises a measuring unit, a video camera with the same direction aligned video camera for real-time recording of camera images of a target object and a transceiver unit for sending camera images to the remote control and for receiving control data of the remote control. The remote control comprises a corresponding transceiver unit for receiving camera images and for transmitting control data. Furthermore, the remote control comprises a display unit for displaying the received camera images and a controller which allows a user based on the displayed camera images, a remote-controlled alignment of the surveying device to the target object. The camera can be focused on the target object automatically or by the user by means of the remote control.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach zu bedienendes und kostengünstiges Tachymeter und ein vereinfachtes Verfahren zur Messwertaufnahme zu Vermessungszwecken anzugeben.The invention has for its object to provide an easy-to-use and cost-effective tachymeter and a simplified method for recording data for surveying purposes.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Tachymeters durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 15 gelöst.The object is achieved with respect to the tachymeter by the features of claim 1 and with respect to the method by the features of claim 15.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Tachymeter umfasst eine Bedieneinheit, eine Bilderfassungseinheit, eine Messeinheit und eine Steuereinheit. Die Bedieneinheit weist einen Markierungslaser, mittels dessen ein sichtbarer Laserstrahl zur Festlegung eines Markierungspunktes auf einer Oberfläche aussendbar ist, und Schalter zum Aktivieren des Markierungslasers und zur Messauslösung nach der Aktivierung des Markierungslasers auf. Die Bilderfassungseinheit ist zur Erfassung erster Bilddaten einer Umgebung des Tachymeters ausgebildet. Die Messeinheit weist einen motorgetrieben um zwei verschiedene Achsen schwenkbaren und dadurch ausrichtbaren Messkopf auf, der einen Laserentfernungsmesser zur optischen Abstandsmessung und eine Zoomkamera mit einem motorgetriebenen Zoomobjektiv aufweist, wobei der Laserentfernungsmesser und die Zoomkamera gleich ausgerichtet sind und eine Ausrichtung des Messkopfes definieren. Die Steuereinheit ist mit der Bilderfassungseinheit, der Bedieneinheit und der Messeinheit verbindbar. Mittels der Steuereinheit ist der Messkopf anhand der ersten Bilddaten auf den Markierungspunkt und anhand der zweiten Bilddaten auf einen Messungspunkt ausrichtbar.A tachymeter according to the invention comprises an operating unit, an image acquisition unit, a measuring unit and a control unit. The operating unit has a marking laser, by means of which a visible laser beam can be emitted for determining a marking point on a surface, and switches for activating the marking laser and for triggering the measurement after the activation of the marking laser. The image acquisition unit is designed to acquire first image data of an environment of the tachymeter. The measuring unit has a motor-driven about two different axes pivotable and thereby alignable measuring head, which has a laser rangefinder for optical distance measurement and a zoom camera with a motorized zoom lens, the laser rangefinder and the zoom camera are aligned and define an orientation of the measuring head. The control unit can be connected to the image acquisition unit, the operating unit and the measuring unit. By means of the control unit, the measuring head can be aligned with the marking point on the basis of the first image data and with the second image data on a measuring point.

Das Tachymeter zeichnet sich insbesondere durch seine einfache Bedienbarkeit aus. Ein Benutzer kann mittels der Bedieneinheit durch deren Markierungslaser einen Markierungspunkt in der Nähe eines Messungspunktes festlegen, der zur groben Ausrichtung der Messeinheit dient, und dann eine Messung auslösen. Die Ausrichtung des Messkopfes und die eigentliche Messung können dann von dem Tachymeter automatisch durchgeführt werden. Dazu ist der Messkopf mittels der Steuereinheit zur Grobausrichtung zunächst auf den ausgewählten Markierungspunkt ausrichtbar, wobei der Markierungspunkt von der Steuereinheit durch Auswertung von mittels der Bilderfassungseinheit aufgenommenen ersten Bilddaten erkannt wird. Nach dieser Grobausrichtung ist der Messkopf dann anhand von mittels der Zoomkamera aufgenommenen zweiten Bilddaten auf einen Messungspunkt ausrichtbar. Das Tachymeter ist somit auch von Benutzern bedienbar, die keine speziellen Fachkenntnisse auf dem Gebiet des Vermessungswesens haben. Gleichzeitig sind die einzelnen Komponenten des Tachymeters, nämlich eine Bedieneinheit mit einem Markierungslaser, eine Zoomkamera, ein Laserentfernungsmesser, eine Bilderfassungseinheit und eine Steuereinheit, bekannt und kommerziell verfügbar bzw. leicht den erfindungsgemäßen Anforderungen anpassbar, wodurch das Tachymeter relativ einfach und kostengünstig herstellbar ist.The tachymeter is characterized in particular by its ease of use. A user can set, by means of the operating unit, by means of their marking laser, a marking point in the vicinity of a measuring point, which serves for coarse alignment of the measuring unit, and then trigger a measurement. The alignment of the measuring head and the actual measurement can then be carried out automatically by the tachymeter. For this purpose, the measuring head by means of the coarse alignment control unit can first be aligned with the selected marking point, the marking point being recognized by the control unit by evaluation of first image data recorded by the image detection unit. After this coarse alignment, the measuring head can then be aligned to a measuring point on the basis of second image data recorded by means of the zoom camera. The total station can therefore also be operated by users who have no special expertise in the field of surveying. At the same time, the individual components of the tachymeter, namely a control unit with a marking laser, a zoom camera, a laser range finder, an image acquisition unit and a control unit, are known and commercially available or easily adaptable to the requirements of the invention, whereby the total station is relatively easy and inexpensive to produce.

Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, in den zweiten Bilddaten durch eine Bildauswertung einen Messungspunkt auf einer Messmarke zu erkennen. Dadurch können die Messungspunkte vor einer Messung mittels Messmarken festgelegt werden und von der Steuereinheit automatisch erkannt und zur Ausrichtung des Messkopfes verwendet werden.Preferably, the control unit is designed to recognize a measurement point on a measurement mark in the second image data by means of an image evaluation. As a result, the measurement points can be determined before measurement by means of measuring marks and automatically detected by the control unit and used to align the measuring head.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Tachymeter zudem eine Anzeigeeinheit auf, auf der aus zweiten Bilddaten erzeugte Bilder darstellbar sind und der Messungspunkt mittels eines Bedienelementes manuell festlegbar ist. Dadurch können von einem Benutzer vorteilhaft auch Messungspunkte ausgewählt werden, die nicht schon vorher durch Messmarken markiert wurden. Die Anzeigeeinheit dient dabei der Darstellung von Bildern einer Umgebung des zur Grobausrichtung verwendeten Markierungspunktes. Mittels des Bedienelementes kann dann in den dargestellten Bildern dieser Umgebung ein Messungspunkt festgelegt werden. Geeignete Bedienelemente sind beispielsweise ein Stift zur Bedienung einer als ein Touchscreen ausgebildeten Anzeigeeinheit, eine Computermaus, ein Touchpad oder ein Trackpoint zur Bewegung eines Cursors innerhalb eines dargestellten Bildes.In a preferred embodiment of the invention, the tachymeter also has a display unit on which images generated from second image data can be displayed and the measurement point can be set manually by means of a control element. As a result, it is also advantageous for a user to select measurement points that have not previously been marked by measurement marks. The display unit serves to display images of an environment of the marking point used for coarse alignment. By means of the control element, a measurement point can then be defined in the images displayed in this environment. Suitable operating elements are, for example, a pen for operating a display unit embodied as a touchscreen, a computer mouse, a touchpad or a trackpoint for moving a cursor within a displayed image.

Besonders bevorzugt ist die Anzeigeeinheit in die Bedieneinheit integriert. Dadurch können mittels der Bedieneinheit nicht nur die Grobausrichtung des Tachymeters festgelegt und die Messungen ausgelöst werden, sondern zusätzlich auch Messungspunkte festgelegt werden. Sämtliche Bedienfunktionen des Tachymeters werden somit vorteilhaft in eine einzige Bedieneinheit integriert, wodurch der Bedienkomfort des Tachymeters weiter erhöht wird.Particularly preferably, the display unit is integrated in the operating unit. As a result, not only the coarse alignment of the tachymeter can be determined and the measurements triggered by means of the operating unit, but also measurement points can also be defined. All operating functions of the tachymeter are thus advantageously integrated into a single operating unit, whereby the operating comfort of the tachymeter is further increased.

Vorzugsweise ist die Messeinheit außerdem an einem Stativ befestigbar. Dadurch wird die Messeinheit vorteilhaft flexibel positionierbar.Preferably, the measuring unit is also attachable to a tripod. As a result, the measuring unit is advantageously flexibly positionable.

Das Tachymeter weist ferner vorzugsweise wenigstens eine Schnittstelle zum Datenaustausch mit anderen Geräten auf. Dadurch können von dem Tachymeter aufgenommene Messdaten vorteilhaft zu ihrer Auswertung an andere Geräte übermittelt werden. Außerdem können über eine derartige Schnittstelle Funktionen des Tachymeters überwacht, ergänzt oder angepasst werden.The tachymeter further preferably has at least one interface for data exchange with other devices. As a result, measurement data recorded by the total station can advantageously be transmitted to other devices for its evaluation. In addition, functions of the tachymeter can be monitored, supplemented or adapted via such an interface.

Die Bilderfassungseinheit weist vorzugsweise mehrere, verschieden ausgerichtete Digitalkameras auf. Die Verwendung von Digitalkameras ermöglicht vorteilhaft eine direkte Auswertung der von der Bilderfassungseinheit aufgenommenen ersten Bilddaten durch die Steuereinheit, ohne eine Digitalisierung von Aufnahmen vornehmen zu müssen. Die Verwendung mehrerer, verschieden ausgerichteter Kameras ermöglicht die gleichzeitige Erfassung von verschiedenen Umgebungsbereichen durch die Bilderfassungseinheit. Dadurch können vorteilhaft nacheinander Messungen zu verschiedenen Richtungen durchgeführt werden, ohne die Bilderfassungseinheit neu positionieren oder ausrichten zu müssen.The image capture unit preferably has a plurality of differently oriented digital cameras. The use of digital cameras advantageously enables direct evaluation of the first image data recorded by the image acquisition unit by the control unit without having to digitize images. The use of multiple, differently aligned cameras allows the simultaneous capture of different environmental areas by the image acquisition unit. As a result, it is advantageously possible to carry out measurements in different directions one after the other without having to reposition or align the image acquisition unit.

Dabei weist vorzugsweise wenigstens eine Digitalkamera der Bilderfassungseinheit ein Weitwinkelobjektiv auf. Weitwinkelobjektive ermöglichen eine Erfassung eines großen Umgebungsbereiches um die Bilderfassungseinheit. Durch die Verwendung von Weitwinkelobjektiven kann somit vorteilhaft mit wenigen Kameras eine Umgebung des Tachymeters ganz oder fast vollständig aufgenommen werden.At least one digital camera of the image acquisition unit preferably has a wide-angle objective. Wide-angle lenses enable the detection of a large surrounding area around the image acquisition unit. Through the use of wide-angle lenses can thus be advantageously completely or almost completely recorded an environment of the tachymeter with a few cameras.

Die Schalter der Bedieneinheit zum Aktivieren des Markierungslasers und zur Messauslösung sind vorzugsweise als ein durch manuellen Druck bedienbarer zweistufiger Schalter ausgebildet, mittels dessen durch leichten Druck der Markierungslaser aktivierbar und durch stärkeren Druck zusätzlich eine Messung auslösbar ist. Dadurch kann ein Benutzer in einfacher Weise zunächst einen Markierungspunkt auswählen und anschließend eine Messung auslösen. Dies erhöht vorteilhaft weiter den Bedienungskomfort des Tachymeters.The switches of the operating unit for activating the marking laser and triggering the measurement are preferably designed as a two-stage switch which can be operated by manual pressure, by means of which the marking laser can be activated by slight pressure and additionally a measurement can be triggered by stronger pressure. This allows a user to first select a marker point in a simple manner and then trigger a measurement. This advantageously further increases the ease of use of the tachymeter.

Das Laserlicht des Markierungslasers ist vorzugsweise monochromatisch und besonders bevorzugt grün. Monochromatisches Laserlicht vereinfacht und verbessert die automatische Suche nach dem Markierungspunkt in den von der Bilderfassungseinheit aufgenommenen ersten Bilddaten, indem diese Suche in einem dem Laserlicht angepassten Farbkanal durchgeführt wird. Grünes Laserlicht eignet sich besonders gut, da das menschliche Auge besonders sensibel auf den grünen Farbbereich reagiert und kommerziell verfügbare Fotosensoren wie Bayer-Sensoren besonders viele grüne Farbfilter aufweisen.The laser light of the marking laser is preferably monochromatic and particularly preferably green. Monochromatic laser light simplifies and improves the automatic search for the marker point in the first image data captured by the image capture unit by performing this search in a color channel adapted to the laser light. Green laser light is particularly suitable because the human eye reacts particularly sensitively to the green color range and commercially available photo sensors such as Bayer sensors have a particularly large number of green color filters.

Vorzugsweise sind der Markierungslaser und die Bilderfassungseinheit mittels der Steuereinheit derart triggerbar, dass mittels der Bilderfassungseinheit jeweils zwei Bilddatensätze bei gleichen Einstellungen der Bilderfassungseinheit aufnehmbar sind, wobei ein erster Bilddatensatz aufnehmbar ist, wenn der Markierungslaser Laserlicht aussendet, und der zweite Bilddatensatz aufnehmbar ist, wenn der Markierungslaser kein Laserlicht aussendet, und dass mittels der Steuereinheit aus dem ersten Bilddatensatz und dem zweiten Bilddatensatz ein Differenzbildsatz erzeugbar und zur Ausrichtung des Messkopfes auswertbar ist. Durch die Aufnahme der beiden Bilddatensätze und die Bildung des Differenzbildsatzes wird die Suche nach dem Markierungspunkt vorteilhaft wesentlich vereinfacht und beschleunigt, da sich die beiden Bilddatensätze im Idealfall nur durch den Markierungspunkt unterscheiden.Preferably, the marking laser and the image acquisition unit can be triggered by the control unit in such a way that two image data sets can be received by the image acquisition unit with the same settings of the image acquisition unit, wherein a first image data set can be received when the marking laser emits laser light and the second image data record can be received when the image data set is receivable Marking laser emits no laser light, and that by means of the control unit from the first image data set and the second image data set, a difference image set can be generated and evaluated for alignment of the measuring head. By taking the two image data sets and forming the difference image set the search for the marker point is advantageously significantly simplified and accelerated, since the two image data sets ideally differ only by the marker point.

Außerdem ist die Steuereinheit vorzugsweise mit einem Helligkeitssensor verbindbar und dazu ausgebildet, den Markierungslaser und die Bilderfassungseinheit unter Verwendung der Signale des Helligkeitssensors derart zu triggern, dass der erste Bilddatensatz und der zweite Bilddatensatz bei wenigstens annähernd gleichen Helligkeiten aufgenommen werden. Dadurch werden vorteilhaft Unterschiede der beiden Bilddatensätze reduziert und somit die Eignung des Differenzbildsatzes zum Auffinden des Markierungspunktes erhöht. Insbesondere können beispielsweise die Einflüsse von Leuchtstofflampen auf den Differenzbildsatz reduziert werden, indem das Triggern der Aufnahmen mit dem Verlauf einer Netzfrequenz synchronisiert wird.In addition, the control unit is preferably connectable to a brightness sensor and configured to trigger the marking laser and the image acquisition unit using the signals of the brightness sensor such that the first image data set and the second image data set are recorded at at least approximately equal magnitudes. As a result, differences of the two image data sets are advantageously reduced and thus the suitability of the difference image set for finding the marker point is increased. In particular, for example, the influences of fluorescent lamps on the difference image set can be reduced by synchronizing the triggering of the recordings with the course of a network frequency.

Die Bedieneinheit ist vorzugsweise als tragbares Mobilgerät ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache, flexible und besonders benutzerfreundliche Handhabung der Bedieneinheit.The operating unit is preferably designed as a portable mobile device. This allows a simple, flexible and very user-friendly handling of the operating unit.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messwertaufnahme mittels eines erfindungsgemäßen Tachymeters wird in einem ersten Verfahrensschritt von einem Benutzer mittels der Bedieneinheit durch einen Laserstrahl des Markierungslasers ein Markierungspunkt auf einer Oberfläche festgelegt und eine Messung ausgelöst. In einem zweiten Verfahrensschritt werden von der Bilderfassungseinheit erste Bilddaten der Umgebung des Tachymeters aufgenommen. In einem dritten Verfahrensschritt wird der Messkopf der Messeinheit von der Steuereinheit anhand der ersten Bilddaten auf den Markierungspunkt ausgerichtet. In einem vierten Verfahrensschritt werden von der Zoomkamera zweite Bilddaten einer Umgebung des Markierungspunktes aufgenommen. In einem fünften Verfahrensschritt wird der Messkopf der Messeinheit von der Steuereinheit anhand der zweiten Bilddaten auf einen Messungspunkt ausgerichtet. In einem sechsten Verfahrensschritt werden mittels des motorgetriebenen Messkopfes und des Laserentfernungsmessers der Messeinheit eine Richtung und zumeist auch eine Entfernung zu dem Messungspunkt bestimmt.In the method according to the invention for measuring value recording by means of a tachymeter according to the invention, a marking point on a surface is determined by a user by means of the operating unit by a laser beam of the marking laser and a measurement is triggered in a first method step. In a second method step, the image capture unit acquires first image data of the surroundings of the tachymeter. In a third method step, the measuring head of the measuring unit is aligned by the control unit on the basis of the first image data on the marking point. In a fourth method step, the zoom camera captures second image data of an environment of the marker point. In a fifth method step, the measuring head of the measuring unit is aligned by the control unit on the basis of the second image data to a measuring point. In a sixth method step, a direction and usually also a distance to the measurement point are determined by means of the motor-driven measuring head and the laser rangefinder of the measuring unit.

Dabei werden die ersten drei Verfahrensschritte vorzugsweise im folgenden Sinne im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt. Im ersten Verfahrensschritt bewegt ein Benutzer den aktivierten Markierungslaser bis er die Messung auslöst. Dabei bewegt sich der Auftreffpunkt des Laserstrahls entsprechend auf der Oberfläche (der Markierungspunkt ist der Auftreffpunkt im Moment der Messauslösung). Während dieser Bewegung des Markierungslasers werden laufend der zweite und der dritte Verfahrensschritt für den sich bewegenden Auftreffpunkt ausgeführt, d. h. der Auftreffpunkt wird laufend von der Bilderfassungseinheit erfasst und der Messkopf der Messeinheit wird auf den jeweils erfassten Auftreffpunkt ausgerichtet. Die Ausrichtung des Messkopfes wird somit gleichsam von der Bewegung des Auftreffpunktes des Laserstrahls mitgezogen. Dadurch ist der Messkopf im Moment des Auslösens einer Messung bereits wenigstens grob auf den Markierungspunkt ausgerichtet, so dass die weiteren Verfahrensschritte (vierter bis sechster Messauslösung) unmittelbar nach der Auslösung der Messung ausgeführt werden können. Auch der vierte und fünfte Verfahrensschritt können in entsprechender Weise bereits während der Bewegung des Markierungslasers laufend für den Auftreffpunkt des Laserstrahls des Markierungslasers ausgeführt werden. Dadurch wird die Messung zusätzlich vorteilhaft beschleunigt.In this case, the first three method steps are preferably carried out essentially simultaneously in the following sense. In the first step, a user moves the activated marker laser until it triggers the measurement. The point of impact of the laser beam moves accordingly on the surface (the marking point is the point of impact at the moment of the measurement triggering). During this movement of the marking laser, the second and the third method step for the moving impact point are continuously executed, i. H. the point of impact is continuously detected by the image acquisition unit and the measuring head of the measuring unit is aligned to the respectively detected impact point. The orientation of the measuring head is thus entrained, as it were, by the movement of the point of impact of the laser beam. As a result, the measuring head is already at least roughly aligned with the marking point at the moment of triggering a measurement, so that the further method steps (fourth to sixth measurement triggering) can be carried out immediately after the triggering of the measurement. The fourth and fifth method steps can also be carried out in a corresponding manner during the movement of the marking laser continuously for the point of incidence of the laser beam of the marking laser. As a result, the measurement is additionally advantageously accelerated.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf diese Weise eine einfach durchführbare und schnelle Messwertaufnahme, die insbesondere auch von Benutzern ohne Fachkenntnisse auf dem Gebiet des Vermessungswesens durchgeführt werden kann.In this way, the method according to the invention makes it possible to carry out a simple and fast acquisition of measured values which, in particular, can also be carried out by users without specialist knowledge in the field of surveying.

Als Messungspunkt wird dabei vorzugsweise der Markierungspunkt oder ein Punkt in der Nähe des Markierungspunktes verwendet. Für die meisten Anwendungen genügt eine wenigstens näherungsweise Ausrichtung der Messeinheit auf den Markierungspunkt. Beispielsweise können ebene Flächen wie Wandflächen von Gebäuden oder Räumen aufgenommen werden, indem jeweils mehrere Messungspunkte auf den Flächen ausgewählt werden und nach den Messungen eine Ausgleichsfläche durch die Messungspunkte gelegt wird. Bei diesem Verfahren muss die Lage der Messungspunkte innerhalb der zu bestimmenden Flächen nicht exakt festgelegt werden, sodass keine erhöhte Genauigkeit der Anpeilung erforderlich ist.In this case, the marking point or a point in the vicinity of the marking point is preferably used as the measuring point. For most applications, at least approximately alignment of the measuring unit to the marking point is sufficient. For example, flat surfaces such as wall surfaces of buildings or rooms can be recorded by selecting several measurement points on the surfaces in each case and after the measurements a compensation surface is laid through the measurement points. In this method, the location of the measurement points within the areas to be determined need not be specified exactly, so that no increased accuracy of the bearing is required.

In speziellen Fällen, in denen die Lage eines Messungspunktes mit höherer Genauigkeit festzulegen ist, wird der Messungspunkt jedoch auf eine von zwei alternativen Weisen bestimmt. Bei der ersten Alternative wird ein Messungspunkt auf einer an der Oberfläche angebrachten Messmarke verwendet. Der Messungspunkt wird dabei mittels der Steuereinheit erkannt und die Messeinheit wird automatisch auf den Messungspunkt ausgerichtet. Diese Variante wird insbesondere vorteilhaft zur unten näher beschriebenen freien Stationierung der Messeinheit verwendet.However, in special cases where the location of a measurement point is to be specified with higher accuracy, the measurement point is determined in one of two alternative ways. The first alternative uses a measurement point on a surface-mounted measurement mark. The measuring point is detected by the control unit and the measuring unit is automatically aligned with the measuring point. This variant is used particularly advantageously for the free stationing of the measuring unit described in more detail below.

Bei der zweiten Alternative werden aus zweiten Bilddaten erzeugte Bilder auf einer Anzeigeeinheit dargestellt und der Messungspunkt wird mittels eines Bedienelementes der Anzeigeeinheit manuell festgelegt. Dadurch kann ein Benutzer einen Messungspunkt präzise festlegen, wenn dies erforderlich ist.In the second alternative, images generated from second image data are displayed on a display unit, and the measurement point is manually set by means of a control element of the display unit. This allows a user a Specify measurement point precisely when needed.

Für eine Messung wird die Messeinheit vorzugsweise gemäß des so genannten Verfahrens der freien Standpunktwahl, das auch als freie Stationierung bezeichnet wird, an einem Standpunkt positioniert und die Position dieses Standpunktes wird relativ zu wenigstens zwei vorgebbaren Positionierungspunkten bestimmt, wobei die oben genannten sechs Verfahrensschritte verwendet werden und die wenigstens zwei Positionierungspunkte vorzugsweise durch Messmarken vorgegeben werden.For a measurement, the measuring unit is preferably positioned at a viewpoint according to the so-called free-standpoint method, also referred to as free stationing, and the position of this position is determined relative to at least two predetermined positioning points, using the six method steps mentioned above and the at least two positioning points are preferably predetermined by measuring marks.

Dadurch wird die Stationierung der Messeinheit gegenüber herkömmlichen Tachymetern erheblich vereinfacht und beschleunigt. Herkömmliche Tachymeter weisen nämlich in der Regel ein stabiles Dreibein auf, auf dem die Messvorrichtung und ein Fernrohr zur Anpeilung der Messpunkte angeordnet sind. Das Dreibein weist einzeln ausziehbare Füße auf und muss so aufgestellt werden, dass das Fernrohr auf einer Arbeitshöhe (Augenhöhe) für einen Aufnehmenden liegt. Weiter arbeiten herkömmliche Tachymeter auf dem Prinzip einer exakt ausgerichteten Stehachse. Diese wird neben einer Grobausrichtung am Dreibein weiter durch einen auf diesem zu befestigenden Dreifuß ausgerichtet. Zur Genauigkeitssteigerung besitzen derartige Tachymeter häufig Komparatoren, welche die Restneigung der Stehachse in sehr begrenzten Messwertbereichen erfassen und algorithmisch bereinigen. Die gesamte Aufstellung besitzt eine gewisse Robustheit und Schwere, da sich die Aufstellung bei der Bedienung durch den Benutzer nicht verstellen darf. In Gebäuden unterliegen jedoch z. B. Balkendecken allein schon einer Dynamik, dass allein die notwendige Bewegung des Aufnehmenden zu einer Änderung der Deckendurchbiegung führt, welche den Dynamikbereich der Komparatoren oft übersteigt. Insgesamt zeigt sich die Stationierung herkömmlicher Tachymeter als zeitaufwändig und komplex.This considerably simplifies and accelerates the stationing of the measuring unit compared to conventional tachymeters. Conventional tacheometers usually have a sturdy tripod, on which the measuring device and a telescope are located to locate the measuring points. The tripod has individually extendable feet and must be positioned so that the telescope is at a working height (eye level) for a pickup. Furthermore, conventional tacheometers work on the principle of a precisely aligned standing axis. This is next to a coarse alignment on the tripod further aligned by a tripod to be attached to this. To increase the accuracy of such tacheometers often have comparators that detect the residual tendency of the standing axis in very limited ranges of measurement and clean up algorithmically. The entire set-up has a certain robustness and weight, since the set-up must not be adjusted during operation by the user. In buildings, however, z. B. beam ceilings alone a dynamic that only the necessary movement of the receiver leads to a change in the ceiling deflection, which often exceeds the dynamic range of the comparators. Overall, the deployment of traditional tacheometers is time-consuming and complex.

Die erfindungsgemäße freie Stationierung der Messeinheit erfordert dagegen keine Ausrichtung der Stehachse, da die Restneigung der Stehachse aufgrund der Messungen der Neigungssensoren mit großem Messbereich algorithmisch ausgeglichen wird. Da erfindungsgemäß kein Fernrohr sondern die Motorzoomkamera zur Anpeilung der Messungspunkte verwendet wird, braucht sich die Messeinheit auch nicht auf Augenhöhe eines Aufnehmenden befinden. Dadurch wird einerseits die Stationierung weiter vereinfacht. Andererseits kann die Messeinheit klein und leicht ausgeführt werden. Da die Messeinheit über die Bedieneinheit berührungslos bedient werden kann, entfällt ferner die oben erwähnte Problematik des Einflusses der Bewegung eines Aufnehmenden auf die Einstellung herkömmlicher Tachymeter auf nachgebenden Untergründen wie Balkendecken. Außerdem ermöglicht es die berührungslose Bedienbarkeit der Messeinheit, die Messeinheit auch an sonst schwer zugänglichen Orten zu stationieren. Beispielsweise könnte die Messeinheit an einem Baugerüst befestigt werden.By contrast, the free stationing of the measuring unit according to the invention requires no alignment of the standing axis, since the residual inclination of the standing axis is compensated algorithmically on the basis of the measurements of the inclination sensors with a large measuring range. Since according to the invention no telescope but the motor zoom camera is used to target the measuring points, the measuring unit need not be at eye level of a receiving. This further simplifies deployment on the one hand. On the other hand, the measuring unit can be made small and light. Since the measuring unit can be operated contactlessly via the operating unit, the aforementioned problem of the influence of the movement of a pickup on the setting of conventional tacheometers on yielding surfaces such as beam ceilings is also eliminated. In addition, the non-contact operability of the measuring unit makes it possible to station the measuring unit in otherwise hard to reach places. For example, the measuring unit could be attached to a scaffolding.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens entsprechen oben bereits genannten Ausgestaltungen des Tachymeters mit entsprechenden Vorteilen:
Im zweiten Verfahrensschritt werden der Markierungslaser und die Bilderfassungseinheit mittels der Steuereinheit vorzugsweise derart getriggert, dass mittels der Bilderfassungseinheit jeweils zwei Bilddatensätze bei gleichen Einstellungen der Bilderfassungseinheit aufgenommen werden. Dabei wird ein erster Bilddatensatz aufgenommen, wenn der Markierungslaser Laserlicht aussendet, und der zweite Bilddatensatz wird aufgenommen, wenn der Markierungslaser kein Laserlicht aussendet. Zusätzlich wird im dritten Verfahrensschritt mittels der Steuereinheit aus dem ersten Bilddatensatz und dem zweiten Bilddatensatz ein Differenzbildsatz ermittelt und zur Ausrichtung des Messkopfes ausgewertet.Further embodiments of the method correspond to the above-mentioned embodiments of the tachymeter with corresponding advantages:
In the second method step, the marking laser and the image acquisition unit are preferably triggered by the control unit in such a way that in each case two image data sets are recorded with the same settings of the image acquisition unit by means of the image acquisition unit. In this case, a first image data set is recorded when the marker laser emits laser light, and the second image data set is recorded when the marker laser does not emit laser light. In addition, a difference image set is determined in the third method step by means of the control unit from the first image data set and the second image data set and evaluated for alignment of the measuring head.

Dabei wird die Steuereinheit vorzugsweise mit einem Helligkeitssensor verbunden und der Markierungslaser und die Bilderfassungseinheit werden unter Verwendung der Signale des Helligkeitssensors derart getriggert, dass der erste Bilddatensatz und der zweite Bilddatensatz bei wenigstens annähernd gleichen Helligkeiten aufgenommen werden.In this case, the control unit is preferably connected to a brightness sensor and the marking laser and the image detection unit are triggered using the signals of the brightness sensor such that the first image data set and the second image data set are recorded at at least approximately equal magnitudes.

Alternativ oder zusätzlich wird der Differenzbildsatz in Farbkanälen ermittelt, die dem Farbspektrum des Markierungslasers angepasst sind.Alternatively or additionally, the difference image set is determined in color channels which are adapted to the color spectrum of the marking laser.

Im vierten Verfahrensschritt wird ferner vorzugsweise ein aufzunehmender Bildbereich mittels des Zoomobjektivs der Zoomkamera vergrößert. Dies erhöht vorteilhaft die Genauigkeit der Ausrichtung des Messkopfes auf den Messungspunkt.Furthermore, in the fourth method step, an image area to be recorded is preferably enlarged by means of the zoom lens of the zoom camera. This advantageously increases the accuracy of the alignment of the measuring head to the measuring point.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Darin zeigen:Show:

1 eine perspektivische Darstellung einer fünf Kameras aufweisenden Bilderfassungseinheit eines Tachymeters, 1 a perspective view of a five cameras camera imaging unit of a tachymeter,

2 eine perspektivische Darstellung einer Messeinheit eines Tachymeters, 2 a perspective view of a measuring unit of a tachymeter,

3 Aufnahmen der Kameras der in 1 dargestellten Bilderfassungseinheit, 3 Shots of the cameras in 1 illustrated image capture unit,

4 eine erste Aufnahme einer Kamera der in 1 dargestellten Bilderfassungseinheit mit einem Markierungspunkt, 4 a first shot of a camera in 1 represented imaging unit with a marker point,

5 eine zweite Aufnahme einer Kamera der in 1 dargestellten Bilderfassungseinheit ohne Markierungspunkt, 5 a second shot of a camera in 1 illustrated imaging unit without marking point,

6 ein Differenzbild, das aus den in den 4 und 5 dargestellten Aufnahmen gebildet ist, und 6 a difference image that from the in the 4 and 5 shown recordings is formed, and

7 eine Messmarke zur Festlegung eines Messungspunktes. 7 a measuring mark for defining a measuring point.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Die 1 und 2 zeigen perspektivische Darstellungen einer Bilderfassungseinheit 10 und einer Messeinheit 20 eines erfindungsgemäßen Tachymeters.The 1 and 2 show perspective views of an image capture unit 10 and a measurement unit 20 a tachymeter according to the invention.

Dabei zeigt 1 die Bilderfassungseinheit 10 des Tachymeters. Die Bilderfassungseinheit 10 ist ein Kameraverbund aus fünf Digitalkameras, die jeweils ein Weitwinkelobjektiv 11, einen CMOS-Sensor mit Global Shutter und einen Triggereingang aufweisen. Die Digitalkameras sind in einem quaderförmigen Kameragehäuse 12 angeordnet. Die Weitwinkelobjektive 11 sind an jeweils verschiedenen Außenseiten 13 des Kameragehäuses 12 angeordnet und senkrecht zu der jeweiligen Außenseite 13 ausgerichtet.It shows 1 the image capture unit 10 of the tachymeter. The image capture unit 10 is a composite of five digital cameras, each with a wide-angle lens 11 , have a CMOS sensor with global shutter and a trigger input. The digital cameras are in a cuboid camera body 12 arranged. The wide-angle lenses 11 are on different outer sides 13 of the camera body 12 arranged and perpendicular to the respective outer side 13 aligned.

2 zeigt die Messeinheit 20 des Tachymeters. Die Messeinheit 20 weist einen Messkopf 21 mit einem Laserentfernungsmesser 22, einer Zoomkamera 23 und nicht dargestellten Winkelsensoren auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Laserentfernungsmesser 22 durch Halterungen 24 auf der Zoomkamera 23 befestigt, so dass der Laserentfernungsmesser 22 und die Zoomkamera 23 gleich ausgerichtet sind. Die Ausrichtung des Laserentfernungsmessers 22 und der Zoomkamera 23 definiert die Ausrichtung des Messkopfes 21. In alternativen Ausführungsbeispielen können der Laserentfernungsmesser 22 und die Zoomkamera 23 auch in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. 2 shows the measuring unit 20 of the tachymeter. The measuring unit 20 has a measuring head 21 with a laser rangefinder 22 , a zoom camera 23 and not shown angle sensors. In the illustrated embodiment, the laser rangefinder 22 through brackets 24 on the zoom camera 23 attached so that the laser rangefinder 22 and the zoom camera 23 are aligned the same. The orientation of the laser rangefinder 22 and the zoom camera 23 defines the orientation of the measuring head 21 , In alternative embodiments, the laser rangefinder 22 and the zoom camera 23 be arranged in a common housing.

Der Messkopf 21 ist motorgetrieben und unabhängig um eine vertikale Achse V und eine dazu senkrechte horizontale Achse H gegen einen Messfuß 25 der Messeinheit 20 schwenkbar. Die Zoomkamera 23 weist ein motorgetriebenes Zoomobjektiv auf.The measuring head 21 is motor-driven and independent of a vertical axis V and a vertical horizontal axis H against a measuring foot 25 the measuring unit 20 pivotable. The zoom camera 23 has a motorized zoom lens.

Der Messfuß 25 der Messeinheit 20 weist vorzugsweise wenigsten zwei Neigungsmesser auf. Damit kann vorteilhaft die Neigung einer virtuellen Stehachse der Messeinheit 20 erfasst und bei deren Positionierung verwendet werden. Die Winkelsensoren des Messkopfes 21 erfassen demgegenüber eine Orientierung des Messkopfes 21 relativ zu dem Messfuß 25.The measuring foot 25 the measuring unit 20 preferably has at least two inclinometers. This can advantageously the inclination of a virtual standing axis of the measuring unit 20 captured and used in their positioning. The angle sensors of the measuring head 21 In contrast, detect an orientation of the measuring head 21 relative to the measuring foot 25 ,

Vorzugsweise wird die Messeinheit 20 vor einer Messung auf einem stabilen Stativ nach dem Vorbild bekannter Foto- und Videokamerastative angebracht. Bei einem Standortwechsel des Tachymeters wird die Messeinheit 20 vorzugsweise gemeinsam mit dem Stativ bewegt, ohne beide voneinander zu lösen. Auf diese Weise kann auch ein Standortwechsel schnell und komfortabel durchgeführt werden.Preferably, the measuring unit 20 before a measurement on a stable tripod after the model of known photo and video camera tripod attached. When changing the location of the tachymeter, the measuring unit 20 preferably moved together with the tripod, without releasing both of them. In this way, a relocation can be carried out quickly and conveniently.

3 zeigt gleichzeitig aufgenommene Aufnahmen der fünf Kameras der in 1 dargestellten Bilderfassungseinheit. Das Tachymeter befindet sich in diesem Fall in einem Zimmer 30 mit zwei Türen 31, 32, zwei Fenstern 33, 34, einem Schrank 35, einer Zimmerdecke 36 und einem Schreibtisch 37. Aufgrund der unterschiedlichen Ausrichtung der Kameras erfassen die Aufnahmen einen Großteil einer Sphäre um die Bilderfassungseinheit 10. 3 shows simultaneously taken pictures of the five cameras in 1 illustrated image capture unit. The total station is in this case in a room 30 with two doors 31 . 32 , two windows 33 . 34 a cupboard 35 , a ceiling 36 and a desk 37 , Due to the different orientation of the cameras, the images capture a large part of a sphere around the image acquisition unit 10 ,

Neben der Bilderfassungseinheit 10 und der Messeinheit 20 weist das Tachymeter eine nicht dargestellte Bedieneinheit und eine nicht dargestellte Steuereinheit auf.Next to the image capture unit 10 and the measurement unit 20 the tachymeter has an operating unit (not shown) and a control unit (not shown).

Die Bedieneinheit ist mit der Steuereinheit und der Messeinheit 20 verbindbar, beispielsweise kabellos über eine Bluetoothverbindung. Die Bedieneinheit ist als tragbares Mobilgerät nach Art einer Fernbedienung ausgebildet. Sie weist einen Markierungslaser, einen Zweipunktschalter zum Aktivieren des Markierungslasers und zur Messauslösung nach der Aktivierung des Markierungslasers sowie eine Anzeigeeinheit, beispielsweise ein LCD-Display (Flüssigkristallbildschirm), auf. Mittels des Markierungslasers ist ein grüner Laserstrahl aussendbar. Unter einem Zweipunktschalter wird dabei ein durch manuellen Druck bedienbarer zweistufiger Schalter verstanden, mittels dessen durch leichten Druck der Markierungslaser aktivierbar und durch stärkeren Druck zusätzlich eine Messung auslösbar ist. Auf der Anzeigeeinheit sind von der Zoomkamera 23 aufgenommene Kamerabilder darstellbar. Ferner ist in den auf der Anzeigeeinheit dargestellten Bildern mittels eines Bedienelements ein Ort manuell festlegbar. Dazu ist die Anzeigeeinheit beispielsweise als ein mit einem Stift bedienbarer Touchscreen ausgebildet oder die Bedieneinheit weist als Bedienelement ein so genanntes Touchpad oder einen Trackpoint für die Anzeigeeinheit auf.The operating unit is with the control unit and the measuring unit 20 connectable, for example wirelessly via a Bluetooth connection. The operating unit is designed as a portable mobile device in the manner of a remote control. It has a marking laser, a two-point switch for activating the marking laser and the measurement triggering after the activation of the marking laser and a display unit, for example an LCD display (liquid crystal display). By means of the marking laser, a green laser beam can be emitted. A two-point switch is understood to mean a two-stage switch which can be operated by manual pressure, by means of which the marking laser can be activated by slight pressure and additionally a measurement can be triggered by greater pressure. On the display unit are from the zoom camera 23 recorded camera images displayed. Furthermore, in the images displayed on the display unit, a location can be determined manually by means of an operating element. For this purpose, the display unit is embodied, for example, as a touchscreen that can be operated with a pen, or the operating unit has as a control element a so-called touchpad or a trackpoint for the display unit.

Mittels der Steuereinheit ist die Messeinheit 20 steuerbar. Insbesondere ist der Messkopf 21 anhand von mittels der Bilderfassungseinheit 10 oder der Zoomkamera 23 aufgenommenen Bilddaten ausrichtbar.By means of the control unit is the measuring unit 20 controllable. In particular, the measuring head 21 by means of the image acquisition unit 10 or the zoom camera 23 aligned image data aligned.

Vor einer Messung wird die Messeinheit 20 zunächst gemäß des so genannten Verfahrens der freien Standpunktwahl (freie Stationierung) wie eingangs beschrieben stationiert.Before a measurement becomes the measuring unit 20 initially according to the so-called method of free choice of position (free stationing) stationed as described above.

Zur Messwertaufnahme mittels des Tachymeters wird der Messkopf 21 zunächst grob ausgerichtet. Dazu legt ein Benutzer in einem ersten Verfahrensschritt mittels des Markierungslasers der Bedieneinheit einen Markierungspunkt auf einer Oberfläche fest. In einem zweiten Verfahrensschritt werden mittels der Bilderfassungseinheit 10 erste Bilddaten der Umgebung des Tachymeters aufgenommen und in einem dritten Verfahrensschritt wird der Messkopf 21 der Messeinheit 20 mittels der Steuereinheit anhand der ersten Bilddaten auf den Markierungspunkt ausgerichtet. Wie oben bereits beschrieben wurde, werden diese drei Verfahrensschritte vorzugsweise im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt, wobei die Ausrichtung des Messkopfes 21 von der Bewegung des Markierungslasers gleichsam mitgezogen wird.The measuring head is measured by the tachymeter 21 initially roughly aligned. For this purpose, a user defines a marking point on a surface in a first method step by means of the marking laser of the operating unit. In a second method step, by means of the image acquisition unit 10 recorded first image data of the environment of the tachymeter and in a third step, the measuring head 21 the measuring unit 20 aligned by the control unit based on the first image data on the marker point. As has already been described above, these three method steps are preferably carried out essentially simultaneously, wherein the orientation of the measuring head 21 is pulled along by the movement of the marking laser as it were.

Dabei aktiviert der Benutzer in dem ersten Verfahrensschritt mittels des Zweipunktschalters der Bedieneinheit zuerst den Markierungslaser, richtet dann den Laserstrahl des Markierungslasers auf den Markierungspunkt und löst schließlich mittels des Zweipunktschalters eine Messung aus.In the first method step, the user first activates the marking laser by means of the two-point switch of the operating unit, then directs the laser beam of the marking laser to the marking point and finally triggers a measurement by means of the two-point switch.

In dem zweiten Verfahrensschritt werden der Markierungslaser und die Bilderfassungseinheit 10 mittels der Steuereinheit derart getriggert, dass mittels der Bilderfassungseinheit 10 für jeweils zwei Bilddatensätze bei gleichen Kameraeinstellungen der Bilderfassungseinheit 10, d. h. bei gleicher Belichtungszeit, Blende etc., aufgenommen werden, wobei ein erster Bilddatensatz aufgenommen wird, wenn der Markierungslaser Laserlicht aussendet, und der zweite Bilddatensatz aufgenommen wird, wenn der Markierungslaser kein Laserlicht aussendet. In dem dritten Verfahrensschritt wird mittels der Steuereinheit ein Differenzbildsatz des ersten Bilddatensatzes und des zweiten Bilddatensatzes ermittelt und der Messkopf anhand des Differenzbildsatzes ausgerichtet. Die Einzelbilder der verschiedenen Kameras der Bilderfassungseinheit 10 werden dabei parallel ausgewertet, beispielsweise mittels eines FPGA (= Field Programmable Gate Array) oder eines digitalen Signalprozessors.In the second process step, the marking laser and the image acquisition unit 10 triggered by the control unit such that by means of the image acquisition unit 10 for every two image data sets with the same camera settings of the image acquisition unit 10 , that is, at the same exposure time, aperture, etc. recorded, wherein a first image data set is recorded when the marker laser emits laser light, and the second image data set is recorded when the marker laser does not emit laser light. In the third method step, a differential image set of the first image data set and the second image data set is determined by means of the control unit, and the measuring head is aligned on the basis of the difference image set. The frames of the different cameras of the image acquisition unit 10 are evaluated in parallel, for example by means of an FPGA (= Field Programmable Gate Array) or a digital signal processor.

Dies wird in den 4 bis 6 illustriert. 4 zeigt eine erste Aufnahme einer der Kameras der Bilderfassungseinheit 10 mit einem mittels des Markierungslasers erzeugten Markierungspunkt 40 an der Zimmerdecke 36. 5 zeigt eine zweite Aufnahme derselben Kamera mit gleichen Kameraeinstellungen, jedoch bei ausgeschaltetem Markierungslaser, d. h. ohne Markierungspunkt 40. 6 zeigt das von der Steuereinheit erzeugte Differenzbild der ersten und zweiten Aufnahme. Das Differenzbild zeigt nur noch den Markierungspunkt 40.This will be in the 4 to 6 illustrated. 4 shows a first shot of one of the cameras of the image acquisition unit 10 with a marking point generated by means of the marking laser 40 on the ceiling 36 , 5 shows a second shot of the same camera with the same camera settings, but with the marker laser off, ie without a marker 40 , 6 shows the differential image of the first and second recordings produced by the control unit. The difference image only shows the marking point 40 ,

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Differenzbilder in dem Markierungslaser angepassten Farbkanälen ermittelt. Im obigen Ausführungsbeispiel mit einem grünes Laserlicht aussendenden Markierungslaser werden die Differenzbilder beispielsweise nur im grünen Farbkanal ermittelt. Dadurch wird vorteilhaft die Auswertung überflüssiger Bildinformationen vermieden, der Rechenaufwand reduziert und die Bildauswertung beschleunigt.In one embodiment of the invention, the difference images are determined in the marking laser adapted color channels. In the above embodiment with a laser emitting laser marking laser, the difference images are determined, for example, only in the green color channel. This advantageously avoids the evaluation of superfluous image information, reduces the computational effort and accelerates the image evaluation.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Tachymeter einen mit der Steuereinheit verbundenen Helligkeitssensor auf und der Markierungslaser und die Bilderfassungseinheit 10 werden unter Verwendung der Signale des Helligkeitssensors von der Steuereinheit derart getriggert, dass der erste Bilddatensatz und der zweite Bilddatensatz bei wenigstens annähernd gleichen Helligkeiten aufgenommen werden.In a further embodiment, the tachymeter has a brightness sensor connected to the control unit and the marking laser and the image acquisition unit 10 are triggered using the signals of the brightness sensor from the control unit such that the first image data set and the second image data set are recorded at at least approximately equal magnitudes.

Nach der Grobausrichtung in den ersten drei Verfahrensschritten wird die Messeinheit 20 auf einen Messungspunkt in der Nähe des Markierungspunktes 40 ausgerichtet. Dazu werden in einem vierten Verfahrensschritt mittels der Zoomkamera 23 zweite Bilddaten einer Umgebung des Markierungspunktes 40 aufgenommen, wobei ein aufzunehmender Bildbereich mittels des Zoomobjektivs der Zoomkamera 23 vergrößert wird, und in einem fünften Verfahrensschritt wird der Messkopf 21 der Messeinheit 20 mittels der Steuereinheit anhand der zweiten Bilddaten auf den Messungspunkt ausgerichtet.After the coarse alignment in the first three process steps, the measuring unit 20 to a measurement point near the marker point 40 aligned. For this purpose, in a fourth process step by means of the zoom camera 23 second image data of an environment of the marker point 40 recorded, wherein a male image area using the zoom lens of the zoom camera 23 is increased, and in a fifth step, the measuring head 21 the measuring unit 20 aligned by the control unit based on the second image data on the measurement point.

Dabei ist der Messungspunkt entweder ein Punkt in der Nähe des Markierungspunktes 40 oder auf einer Messmarke oder er wird von dem Benutzer mittels des Bedienelementes auf der Anzeigeeinheit der Bedieneinheit festgelegt.The measuring point is either a point near the marking point 40 or on a measuring mark or it is determined by the user by means of the operating element on the display unit of the operating unit.

7 zeigt eine Messmarke 50 zur Festlegung eines Messungspunktes. Die Messmarke 50 ist ein quadratischer Aufkleber, dessen Vorderseite in vier gleich große quadratische Teilflächen 51, 52 aufgeteilt ist, die in dem Mittelpunkt 53 der Vorderseite aneinanderstoßen. Dabei sind zwei erste Teilflächen 51 dunkel gefärbt und zwei zweite Teilflächen 52 hell gefärbt, wobei sich die beiden ersten Teilflächen 51 und die beiden zweiten Teilflächen 52 jeweils gegenüber liegen. Die Steuereinheit erkennt eine Messmarke 50 anhand dieses Teilflächenmusters durch eine Auswertung der von der Zoomkamera 23 aufgenommenen zweiten Bilddaten und richtet sich automatisch auf den Mittelpunkt 53 der Messmarke 50 als Messungspunkt aus. 7 shows a measuring mark 50 to define a measurement point. The measuring mark 50 is a square sticker whose front is in four equal square faces 51 . 52 is split in the center 53 of the front side abut. There are two first faces 51 dark colored and two second faces 52 brightly colored, with the first two faces 51 and the two second faces 52 lie opposite each other. The control unit detects a measuring mark 50 on the basis of this partial area pattern by an evaluation of that of the zoom camera 23 recorded second image data and automatically focuses on the center 53 the measuring mark 50 as a measurement point.

In einer Ausgestaltung der Erfindung können Barcodes auf Messmarken 50 von der Steuereinheit durch Bildauswertung erfasst und gelesen werden. Auf diese Weise können durch Barcodes Informationen zu Messmarken 50 von der Steuereinheit ausgelesen werden, beispielsweise um die einzelnen Messmarken 50 zu identifizieren und die Messungen den jeweiligen Messmarken 50 zuzuordnen. In one embodiment of the invention, barcodes on measuring marks 50 be detected and read by the control unit by image evaluation. In this way, information about measuring marks can be generated by barcodes 50 be read by the control unit, for example, the individual measuring marks 50 to identify and the measurements to the respective measuring marks 50 assigned.

Messungspunkte, die nicht durch eine Messmarke 50 markiert sind, werden durch den Benutzer mittels des Bedienelementes auf der Anzeigeeinheit der Bedieneinheit festgelegt.Measurement points not by a measurement mark 50 are marked are set by the user by means of the control on the display unit of the control unit.

In einem sechsten Verfahrensschritt wird schließlich in bekannter Weise mittels des Laserentfernungsmessers 22 und/oder der Winkelsensoren der Messeinheit 20 eine Entfernung und/oder eine Richtung zu dem Messungspunkt bestimmt.In a sixth method step, finally, in a known manner by means of the laser rangefinder 22 and / or the angle sensors of the measuring unit 20 determines a distance and / or direction to the measurement point.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele können in verschiedener Weise auf für den Fachmann nahe liegende Weise modifiziert werden. Insbesondere braucht das Kameragehäuse 12 selbstverständlich nicht quaderförmig ausgebildet sein. Außerdem können die Bilderfassungseinheit 10 und die Messeinheit 20 auch kombiniert werden, beispielsweise indem die Digitalkameras der Bilderfassungseinheit 10 in nicht bewegliche Teile der Messeinheit 20 wie den Messfuß 25 integriert werden. Wesentlich ist lediglich, dass die Digitalkameras einen möglichst großen Anteil einer Sphäre um die Messeinheit 20 verdeckungsfrei erfassen und nicht im oder am Messkopf 21 angeordnet sind.The illustrated embodiments may be modified in various ways in a manner obvious to those skilled in the art. In particular, the camera body needs 12 Of course, not be formed cuboid. In addition, the image capture unit 10 and the measurement unit 20 also be combined, for example by the digital cameras of the image acquisition unit 10 in non-moving parts of the measuring unit 20 like the measuring foot 25 to get integrated. All that is essential is that the digital cameras make as much of a sphere as possible around the measuring unit 20 Detect without obstruction and not in or on the measuring head 21 are arranged.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: BilderfassungseinheitImage capture unit
1111: WeitwinkelobjektivWide-angle lens
1212: Kameragehäusecamera housing
1313: Außenseiteoutside
2020: Messeinheitmeasuring unit
2121: Messkopfprobe
2222: LaserentfernungsmesserLaser rangefinders
2323: ZoomkameraZoom camera
2424: Halterungbracket
2525: Messfußmeasuring foot
3030: Zimmerroom
31, 3231, 32: Türdoor
33, 3433, 34: Fensterwindow
3535: Schrankcabinet
3636: Zimmerdeckeceiling
3737: Schreibtischwriting desk
4040: Markierungspunktmarker
5050: Messmarkemeasuring mark
5151: erste Teilflächefirst partial area
5252: zweite Teilflächesecond subarea
5353: MittelpunktFocus
VV: vertikale Achsevertical axis
HH: horizontale Achsehorizontal axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008002241 A1 [0004]
US 6034722A [0005]

Claims

Tachymeter, comprising an operating unit with a marking laser, by means of which a visible laser beam for defining a marking point ( 40 ) can be emitted on a surface, and with switches for activating the marking laser and for triggering the measurement after the activation of the marking laser, an image acquisition unit ( 10 ) for acquiring first image data of an environment of the tachymeter, a measuring unit ( 20 ) with a pivotable about two different axes (V, H) motor-driven alignable measuring head ( 21 ), a laser rangefinder ( 22 ) for optical distance measurement and a zoom camera ( 23 ) with a motorized zoom lens, wherein the laser rangefinder ( 22 ) and the zoom camera ( 23 ) are aligned the same and an alignment of the measuring head ( 21 ) and one with the image acquisition unit ( 10 ), the operating unit and the measuring unit ( 20 ) connectable control unit, by means of which the measuring head ( 21 ) based on the first image data on the marker point ( 40 ) and based on the second image data on a measurement point can be aligned.

Tachymeter according to claim 1, characterized in that the control unit is designed to generate in the second image data by means of an image evaluation a measurement point on a measurement mark ( 50 ) to recognize.

Tachymeter according to one of the preceding claims, characterized by a display unit, on the images generated from second image data can be displayed and the measurement point by means of a control element is manually fixed.

Tachymeter according to claim 3, characterized in that the display unit is integrated in the operating unit.

Tachymeter according to one of the preceding claims, characterized by a stand on which the measuring unit ( 20 ) is attachable.

Tachymeter according to one of the preceding claims, characterized by at least one interface for data exchange with other devices.

Tachymeter according to one of the preceding claims, characterized in that the image acquisition unit ( 10 ) has a plurality of differently oriented digital cameras.

Tachymeter according to claim 7, characterized in that at least one digital camera of the image acquisition unit ( 10 ) a wide-angle lens ( 11 ) having.

Tachymeter according to one of the preceding claims, characterized in that the switches of the operating unit for activating the marking laser and for measuring triggering are designed as a manual pressure operable two-stage switch, by means of which the marking laser can be activated by light pressure and additionally a measurement can be triggered by stronger pressure ,

Tachymeter according to one of the preceding claims, characterized in that the laser light of the marking laser is monochromatic.

Tachymeter according to claim 10, characterized in that the laser light of the marking laser is green.

Tachymeter according to one of the preceding claims, characterized in that the marking laser and the image acquisition unit ( 10 ) are triggerable by the control unit such that by means of the image acquisition unit ( 10 ) two image data sets at the same settings of the image acquisition unit ( 10 ), wherein a first image data record is receivable when the marker laser emits laser light, and the second image data record is receivable when the marker laser does not emit laser light, and that by means of the control unit from the first image data set and the second image data set a difference image set generated and for alignment of the measuring head ( 21 ) is evaluable.

Tachymeter according to claim 12, characterized in that the control unit is connectable to a brightness sensor and is adapted to the marking laser and the image acquisition unit ( 10 ) using the signals of the brightness sensor such that the first image data set and the second image data set are recorded at at least approximately equal magnitudes.

Tachymeter according to one of the preceding claims, characterized in that the operating unit is designed as a portable mobile device.

Method for measuring value recording by means of a tachymeter according to one of the preceding claims, wherein in a first method step by a user by means of the control unit by a laser beam of the marking laser set a marking point on a surface and a measurement is triggered, in a second method step by the image acquisition unit ( 10 ) first image data of the surroundings of the tachymeter are recorded, in a third method step the measuring head ( 21 ) of the measuring unit ( 20 ) is aligned by the control unit based on the first image data on the marker point, in a fourth Procedural step from the zoom camera ( 23 ) second image data of an environment of the marker point ( 40 ), in a fifth method step the measuring head ( 21 ) of the measuring unit ( 20 ) is aligned by the control unit on the basis of the second image data to a measurement point, and in a sixth method step from the orientation of the measuring unit ( 20 ) the direction to the measurement point is determined.

A method according to claim 15, characterized in that is used as the measurement point of the marker point or a point in the vicinity of the marker point.

A method according to claim 15, characterized in that as a measuring point, a point on a measuring mark attached to the surface ( 50 ) is used.

A method according to claim 15, characterized in that images generated from second image data are displayed on a display unit and the measurement point is manually determined by means of a control element of the display unit.

Method according to one of claims 15 to 18, characterized in that the measuring unit ( 20 ) is positioned for a measurement at a viewpoint and the position of the viewpoint relative to at least two predetermined positioning points is determined by means of the first to sixth method step.

Method according to one of Claims 15 to 19, characterized in that, in the second method step, the marking laser and the image acquisition unit ( 10 ) are triggered by the control unit such that by means of the image acquisition unit ( 10 ) two image data sets at the same settings of the image acquisition unit ( 10 ), wherein a first image data set is recorded when the marker laser emits laser light, and the second image data set is recorded when the marker laser does not emit laser light, and that determines in the third step by means of the control unit from the first image data set and the second image data set a difference image set and for alignment of the measuring head ( 21 ) is evaluated.

A method according to claim 20, characterized in that the control unit is connected to a brightness sensor and the marking laser and the image acquisition unit ( 10 ) are triggered using the signals of the brightness sensor such that the first image data set and the second image data set are recorded at at least approximately equal magnitudes.

A method according to claim 20 or 21, characterized in that the difference image set is determined in color channels, which are adapted to the color spectrum of the marking laser.

Method according to one of claims 15 to 22, characterized in that in the fourth method step, an image area to be recorded by means of the zoom lens of the zoom camera ( 23 ) is increased.

Method according to one of claims 15 to 23, characterized in that in the sixth method step except the direction by means of the laser rangefinder ( 22 ) the distance to the measurement point is determined.