[发明专利]用于确定点的角度和位置的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2009年1月8日提交的美国临时申请61/143,361的优先权，并通过引用将其所有内容并入到本文中以用于所有目的。

技术领域

本发明通常涉及用于确定目标点的角度和位置的方法和系统。仅仅以实例的形式，本发明的实施例提供了使用图像来确定目标点的角度和位置的方法。可以在例如测绘应用中使用这样的实施例。然而，本发明的实施例不局限于该特定应用，而是可用于各种测量系统。

背景技术

测绘的现有技术涉及使用角度和距离的测量来确定未知定位。例如，在一些测绘操作中，测量参考点与目标点之间的水平和竖直角度与距离。在其他测绘操作中，通过多于一个定位测量参考点与目标点之间的水平和竖直角度。在上述任一情况下，可使用测量的数据计算目标点的位置。

经纬仪是通常用于测量水平和竖直角度的测量设备。经纬仪典型地包括被安装为围绕水平轴和竖直轴旋转的望远镜。经纬仪可包括用于测量望远镜的角位置的标度盘。从标度盘读出水平角度(即，偏航)和竖直角度(即，俯仰)以确定目标相对于参考定位的偏航以及目标相对于局部重力矢量的俯仰。一些现代电子经纬仪利用角度编码器替代标度以自动进行角度测量。

经纬仪通常包括电子距离测量(EDM)单元以测量从经纬仪到目标的距离。这样的集成系统通常称为全站仪(total station)。全站仪通常包括计算机或控制单元以控制测量和存储测量数据。

尽管使用了经纬仪和全站仪，但仍需要用于确定点的角度和位置的改善的方法和系统。

发明内容

本发明提供了用于确定目标点的角度和/或位置的改善的方法和系统。仅仅以实例的方式，本发明的实施例提供了使用图像来确定目标点的角度和位置的方法。可以在例如测绘应用中使用实施例。然而，本发明的实施例不局限于该特定应用，而是可以用于各种测量系统。

根据本发明的实施例，用于确定目标点的方位角的设备包括支撑结构和耦合到支撑结构并被配置为提供图像数据的成像装置。该设备还包括定位测量装置，其耦合到所述支撑结构并被配置为确定定位信息；以及处理器，其与所述成像装置和所述定位测量装置电通信。所述处理器被配置为：从所述成像装置接收所述图像数据；从所述定位测量装置接收所述定位信息；确定第一定位与第二定位之间的基线；确定重叠图像之间的取向；以及计算所述目标点相对于所述基线的方位角。

根据本发明的另一实施例，一种确定目标点的方位角的方法包括：将成像装置定位在第一位置处；相对于参考定位定向所述成像装置；从所述第一位置获得表面的第一图像；确定所述第一位置的定位。所述方法还包括，相对于所述目标点定向所述成像装置；从所述第一位置获得表面的第二图像，其中所述第一图像的一部分与所述第二图像的一部分重叠；确定所述第一图像相对于所述第二图像的取向；以及确定所述目标点相对于所述参考定位的方位角。

根据本发明的另一实施例，一种确定目标点在局部坐标框架中的坐标的方法包括：计算作为第一位置和第二位置的函数的基线；使用成像装置从所述第二位置获得表面的第一图像；相对于所述基线定向所述第一图像。所述方法还包括：将所述成像装置与所述目标点对准；在所述成像装置与所述目标点对准的情况下，从所述第二位置获得表面的第二图像；确定所述第二图像相对于所述第一图像的取向。所述方法还包括：计算所述目标点的方位角；确定从所述第二位置到所述目标点的距离；以及计算所述目标点在所述局部坐标框架中的坐标。

根据本发明的又一实施例，一种确定在基本平坦表面上的目标点在局部坐标框架中的坐标的方法包括：使用校准的成像装置从第一位置获得表面的第一图像并确定所述第一位置在所述局部坐标框架中的定位。所述方法还包括：使用所述校准的成像装置从第二位置获得所述基本平坦表面的第二图像，其中所述第二图像包括所述目标点。所述第一位置不同于所述第二位置，并且所述第一图像的一部分与所述第二图像的一部分重叠。所述方法还包括：确定所述第二位置在所述局部坐标框架中的定位；计算所述第二图像的方位角；以及计算所述目标点在所述局部坐标框架中的坐标。