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