用于追踪、测量以及标记相邻表面的边缘和转角的结构测量单元本发明涉及一种用于沿建筑物和/或扩展(具体地，扩展内部)建筑物的范围内的结构的相邻表面之间的边缘和/或转角测量和标记空间点的结构测量单元，并且涉及一种用于借助于根据本发明的结构测量单元来沿结构的相邻表面之间的边缘和/或转角追踪和测量空间点的关联的方法，并且涉及一种用于提供、控制并且执行针对这种单元的边缘追踪和投射功能的计算机程序产品。
关于用于测量结构的目标，基本方面是，要测量的显著的空间点通常由边缘彼此连接。举例来说，分隔房间的墙壁与天花板的边缘连接该房间的两个转角。举例来说，如果要测量具有矩形轮廓的房间的天花板的全部四个转角，则结构测量单元的瞄准方向可以依靠在所追踪的这些转角之间延伸的边缘从第一转角改变至下一转角。
在简单常规的结构测量单元的情况下，人工地瞄准某一空间点(例如，转角)，并接着将瞄准方向人工地改变至要测量的下一空间点(例如，另一转角)。
DE19648626例如公开了一种用于利用具有激光发射器和激光接收器的激光测距仪来测量区域的方法和装置。该激光测距仪安装在台架上。该装置还包括：用于对准和方向测量目的的倾斜和旋转装置；显示器；以及用于检测角数据和距离数据并且用于向计算机发送数据的电子估算单元。为了测量房间，将该单元置于房间中的中心位置处，据此，可以通过激光束来瞄准和碰撞要检测的所有空间和/或区域转角。根据DE19648626的公开，要测量的空间点在这种情况下均被单独地瞄准，在相对大的距离的情况下，可选地由通过显示器进行观察来进行支持。自动连续地测量几个空间点(例如，用于与扫描进行比较)在DE19648626中未进行公开。具体地，该文献未提供针对用于对要测量的相邻转角之间的边缘进行自动追踪的选项的任何提示。
在DE4443413、补充的公开申请DE19545589中并且在要求DE4443413的优先权的WO96/18083中公开了类似的装置和关联的测量方法。这里，描述了一种用于测量和标记远离的线、区域或者在至少部分地接近的房间中进行测量和标记的方法和装置。针对在与基准点相关的两个空间角和距离的每一种情况下，利用安装在万向型底座中的激光测距单元来测量一个或更多个相关的空间点。激光测距单元可环绕配备有测角器的两个相互垂直轴旋转。根据这些文献中所描述的一种实施方式，人工地瞄准要测量的空间点，基于测量与标记之间的预定的相对关系，根据测量数据来计算标记点，这些标记点接着通过测量和标记装置单独地瞄准。
然而，未公开用于仅从一个限定的第一空间点追踪边缘的自动运行功能，并且也未公开例如用于与扫描进行比较的自动顺序地测量几个空间点。
EP1733185公开了这样一种装置和方法，即，具体地，通过该装置和方法要精确地测量多边形上的边缘，但在其它方面精确地测量平坦的表面。然而，未公开用于仅从一个限定的第一空间点追踪边缘的自动运行功能，并且也未公开自动地顺序测量几个空间点。
EP2053353公开了一种具有电光测距单元的基准线投射单元。根据该申请文献的教导，沿限定的基准路径发送基准光束(具体地，激光束)。在沿基准路径通过的情况下，存在通过发射与基准射束平行或同轴的测量射束或者通过利用该基准射束作为测量射束来进行针对该基准路径的至少一个点的距离测量。在接收到返回测量射束的分量之后，从这些分量得到信号，并且根据该信号确定针对至少一个点的距离，其中，沿基准路径的发射被至少重复一次，并且针对至少一个点针对每次经过基准路径的每一种情况来建立距离或距离相关变量。因此，对于角同步距离测量的情况来说，相同的点被扫描多次。
通过集成距离测量单元，在EP2053353中公开的系统还能够基于所建立的表面形貌来控制投射。具体地，所公开的是，在确定表面轮廓之后，在弯曲表面上的投射可以按这样的方式自适应，即，对因弯曲表面而造成的失真进行补偿，并且投射对应于要测量或要标记的目标的未失真的外形。
然而，EP2053353也未公开或建议用于仅从一个限定的第一空间点(具体地，自动地)追踪边缘的功能。
本发明的目的在于，提供一种用于测量和标记显著的空间点(具体地，用于追踪边缘并且测量其转角)的结构测量单元，该单元具有改进操作便利性和对应的增加的可能的测量或标记速度。
这些目的通过实现独立权利要求的特征化特征来实现。可以根据从属专利权利要求和包括对附图的描述的说明书来收集以另选的或有利的方式来开发本发明的特征。
本发明的主题涉及一种用于沿建筑物和/或扩展(具体地，扩展内部)建筑物的范围内的结构的相邻表面之间的边缘和/或转角追踪和测量或标记空间点的结构测量单元。所述单元包括基部和顶部部件，该顶部部件安装在所述基部上，以使该顶部部件在方位角或水平角的角范围内是关于旋转轴可旋转的。在所述顶部部件上设置有瞄准单元，该瞄准单元被安装成，使得该瞄准单元在仰角或垂直角的角范围内是关于枢轴可旋转的，并且配备有被设计成发射激光束的激光源以及用于提供距离测量功能的距离确定检测器。所述瞄准单元还包括成像检测器(具体地，相机)，以及用于指定将瞄准单元对准在作为瞄准点的空间点上的对准显示功能。
根据本发明的结构测量单元还包括具有显示器的估算和控制单元，在该显示器上可以借助于所述对准显示功能来显示所述瞄准单元的对准，所述对准显示功能可以叠加到当前瞄准的空间点的图像上。
所述单元包括第一旋转驱动器和第二旋转驱动器，使得可以驱动所述顶部部件或所述瞄准单元，或者使得可以按方位角和仰角对准所述组件。所述瞄准单元关于所述基部的空间对准可以通过两个测角器来检测，所述测角器用于确定水平对准和垂直对准，即，方位角和仰角。所述估算和控制单元连接至所述激光源、所述距离测量检测器以及所述测角器，以将检测到的距离与对应的对准(即，在该处理中俘获的方位角和仰角)相关联，并由此确定针对空间点的坐标。而且，所述估算和控制单元连接至所述成像检测器。
所述单元还可以配备有两个倾斜传感器，优选地配备有两个气泡传感器，其测量数据接着同样被传送至所述估算和控制单元。因此，还可以确定所述瞄准单元针对地球引力场矢量的对准。
根据本发明，所述结构测量单元具有边缘追踪和投射功能，该功能在触发之后至少部分自动地运行，以追踪和测量或标记任何形式的结构的相邻表面之间的边缘和/或转角，并且可选地沿边缘定位的空间点。
在该功能的范围内，在将具有对准显示功能的瞄准装置对准至所述结构的相邻表面之间的已知的或用户限定的第一转角、并且记录第一转角与其周围环境的图像之后，通过进行图像处理对边缘进行确定来确定边缘线，并且通过瞄准单元自动地追踪用户限定的边缘线，至少直到另一转角为止，其中，可选的是，测量沿用户限定的边缘线定位的空间点。
所述边缘追踪和投射功能优选地被设计成，在所述估算和控制单元的显示器上向用户显示用于由符号追踪边缘线的建议，并且在选择并确认由符号表示的建议之后，由瞄准单元自动地追踪所选择的边缘线，至少直到另一转角为止，其中，可选的是，测量沿用户限定的边缘线定位的空间点。
根据本发明，在由所述瞄准单元的对准在水平和/或垂直方向上的适当的改变来追踪所选择的边缘线的范围内，对图像进行连续的和/或周期性的记录，并且借助于利用数字图像处理的边缘提取来确定属于边缘的边缘线，其中，在所述图像中确定所述对准显示功能相对于属于所选择的边缘的边缘线的偏差，根据所述偏差确定所述瞄准单元的对准的对应的修正，并且基于所述修正，所述瞄准单元对准至所选择的边缘线。
根据本发明的一种可行的实施方式，在从第一转角至第一另一转角追踪边缘线之后，可以停止边缘追踪和投射功能，按用户限定的方式测量第一另一转角，和/或针对另一转角继续边缘追踪和投射功能。
可以借助于符号在所述估算和控制单元的显示器上向用户显示用于追踪边缘线的建议，并且可以通过点击或触摸触摸屏上的相关的符号来选择要追踪的边缘线或者确定建议。
还可以借助于字母数字字符在所述估算和控制单元的显示器上向用户显示用于追踪边缘线的建议，可以通过在所述估算和控制单元的键盘上键入对应的字母数字字符来选择要追踪的边缘线或者确认建议。
例如，还可以借助于触摸屏上的笔，通过标记所述估算和控制单元的显示器上的线来选择要追踪的边缘。
对于根据本发明的结构测量单元的具体实施方式来说，其特征在于，配备所述边缘追踪和投射功能，以提供用于沿多个相邻转角之间的连续路径自动地追踪和测量边缘线的选项，其中，所述边缘线包围所述结构的公共表面。
所述边缘追踪和投射功能可以被设计为用于追踪被布置为彼此垂直的边缘线。
所述边缘追踪和投射功能还可以被设计为用于追踪按彼此偏离90°的角设置的边缘线。
而且，所述边缘追踪和投射功能可以被设计为用于追踪弯曲的边缘线。
本发明的另一主题涉及一种根据前述的实施方式之一的、存储在机器可读介质上的具有程序代码的计算机程序产品，其用于提供、控制以及执行根据本发明的结构测量单元的边缘追踪和投射功能。所述程序优选地在具体实施为根据本发明的结构测量单元的估算和控制单元的电子数据处理单元上执行。
本发明的另一主题涉及一种根据前述实施方式之一的、用于借助于根据本发明的结构测量单元沿建筑物和/或扩展(具体地，扩展内部)建筑物的范围内的结构的相邻表面之间的边缘和/或转角来追踪和测量或标记空间点的方法。遵循根据本发明的方法，所述瞄准单元最初对准至所述结构的或房间的相邻表面之间的已知或用户限定的第一转角。测量该第一转角，存储其空间坐标，并且记录该第一转角与其周围环境的图像。在该边缘追踪和投射功能的范围内，借助于图像处理来确定边缘，并且确定源自该第一转角的边缘线。接着，用户限定的边缘线被自动追踪至另一转角，其中，可选的是，测量沿该边缘线定位的空间点。
根据本发明的方法的其它实施方式可以根据所附权利要求来获知。
下面，基于附图中示意性地描绘的具体的示例性实施方式，仅仅以示例性的方式对根据本发明的结构测量单元和根据本发明的方法进行更详细地描述，其中，还详细地说明了本发明的进一步的优点。
具体地：
图1a和图1b示出了根据本发明的用于追踪和测量或标记结构(具体地，建筑物的内部房间)的表面的空间点的结构测量单元；
图2a至图3b示出了根据本发明的结构测量单元的边缘追踪和投射功能的基本功能以及根据本发明的关联的测量方法的基本功能；
图4a至图4c示出了具有针对用户的用于触发边缘线的追踪的不同的输入选项的边缘追踪和投射功能的各种变型例；以及
图5a和图5b为了说明在用户已经选择了源自第一转角的要追踪的边缘线之后顺序的转角确定的过程的目的而示出了关于边缘追踪功能的进一步的细节。
图1a和图1b示出了根据本发明的用于追踪和测量或标记结构(具体地，建筑物的内部房间)的表面的空间点的结构测量单元10。该结构测量单元10包括基部11，基部11在该实施例中被具体实施为三脚架(three-leggedstand)，基部11安装有可旋转的顶部部件12。按可绕枢轴转动的方式安装在该顶部部件12上的瞄准单元13配备有被设计成发射激光束14的激光源，以及作为距离确定检测器的激光检测器，并由此提供距离测量功能。该瞄准单元13还包括成像检测器(具体地，相机)。
该结构测量单元10还包括如图1b所描绘的估算和控制单元15，其中，第一旋转驱动器和第二旋转驱动器(未描绘)使得可以驱动顶部部件12或瞄准单元13，或以某一方位角和仰角将所述组件对准。可以通过两个测角器来检测瞄准单元13关于基部11的空间对准。另外，可以设置倾斜传感器来确定与地球的引力场矢量相关的对准。
估算和控制单元15包括具有对准显示功能2的显示器16。
估算和控制单元15连接至激光源、激光检测器以及测角器，并且可选地连接至倾斜传感器，以便将所检测到的距离和所检测到的方位角和仰角与瞄准单元13的对应的对准相关联，并由此确定针对空间点的坐标。而且，估算和控制单元15连接至成像检测器。
根据本发明，结构测量单元10具有边缘追踪和投射功能，其在触发之后至少部分自动地运行，以追踪和测量或标记边缘和/或转角以及可选地沿该结构的任何形式的相邻的表面之间的边缘定位的空间点。基于随后的图来例示该功能。
图2a示意性地示出了针对用户利用瞄准单元13瞄准例如在房间的天花板上的第一转角1a的情况在估算和控制单元15的显示器16上的图像。利用作为对准显示功能2的十字准线在显示器16中指示瞄准单元13针对转角1a的对准，其中，十字准线的中心对应于所瞄准的转角1a。
如图2b描绘的，在触发了边缘追踪和投射功能之后记录转角1a及其周围环境的图像。源自转角1a的所有边缘线3a、3b以及3c基于图像处理来确定。所识别的边缘线3a、3b、3c的方向例如可以借助于作为符号的方向箭头4a、4b、4c来向用户显示。
通过选择例如4a这样的符号来追踪边缘3a，并且通过将对应的命令输入到估算和控制单元15中，例如，通过利用鼠标在符号4a上点击、在触摸屏上触摸该符号或者通过利用键盘输入它，提示估算和控制单元15来改变瞄准单元13的对准，以通过利用所述瞄准单元启动马达驱动器来跟随边缘线3a。这在图3a中进行了例示。在该处理中，连续记录图像，其中，借助于图像处理来确定所追踪的边缘线3a，并且确定瞄准单元13的当前瞄准方向相对于边缘线3a的、由作为对准显示功能2的十字准线的中心所显示的偏差。这种偏差被转换成用于对准瞄准单元13的角度修正，并且由此自动修正其对准。
如图3b所描绘的，边缘线3a继续自动追踪，直到建立了与第二转角1b相对应的、两条或更多条边缘线3a、3b、3c的交点为止。根据本发明的一种可行的实施方式，接着，停止自动边缘追踪和投射功能，并且用户被要求以提示测量该第二转角1b，或者继续沿另一边缘线直至另一转角执行边缘追踪和投射功能。在后一情况下，根据图2b、图3a以及图3b中的例示和相关的先前的描述来重复执行边缘追踪和投射功能的方法步骤。
不失一般性，图4a至图4c描绘了具有针对用户的用于对追踪边缘线进行提示的不同的输入选项的边缘追踪和投射功能的不同的变型例，其中，借助于对准显示功能2按每一种情况在显示器16上的检测器图像上指定瞄准单元13关于第一转角1a的对准。
图4a描绘了在具体实施为触摸屏的显示器16上所描绘的箭头5a、5b、5c，并且例如借助于笔在显示器16上对箭头5a、5b、5c进行触摸，触发瞄准单元13沿所指示的方向位移。
图4b例示了在显示器16上所显示的针对所提出的不同的位移方向沿不同的边缘线的字母数字字符X、Y、Z，借助于键盘输入字母数字字符X、Y、Z提示瞄准单元的对应位移。
图4c描绘了用于借助于用户在估算和控制单元15的显示器16上标记线6来提示对边缘线进行追踪的另一选项，例如，借助于笔在触摸屏上粗略地绘制剩余边缘中的从靠近转角1a处开始的一个边缘。
返回参照图2b和图3b，对根据本发明的结构测量单元的一种具体实施方式进行说明，根据该具体实施方式，配备有边缘追踪和投射功能，以提供用于沿多个相邻的转角之间的连续的路径对边缘线进行自动追踪和测量的选项，其中，所述边缘线包围该结构的公共表面。
针对该选项的出发点在于，公知的是，可以将恰当的转角指配给被边缘线包围的表面，并且可以排除远离该表面指向的边缘线。举例来说，当前的问题在于确定矩形房间天花板的四个转角。
参照图2b，用户可以在选择并测量第一转角1a并且自动确定源自那里的边缘线3a、3b、3c之后，排除远离天花板导向的边缘线3b，以使得作为另选的所有剩余的边缘线是可以潜在地被追踪的边缘线3a、3c。举例来说，选择边缘线3a，因为边缘线3a针对二维图像描绘中的图像水平线具有最小的倾斜，因此最有可能构成诸如房间天花板的水平面的边界线。根据本发明的具体实施方式的该选项，如图3b所描绘的，跟随边缘线3a改变瞄准单元13的对准，直到到达下一转角1b。根据该功能选项，因为边缘线3a已经被追踪过，所以将边缘线3a排除出要进一步追踪的边缘线；远离天花板导向的边缘线3d同样被排除出追踪，并且跟随边缘线3e继续自动进行空间点和转角的边缘线追踪和测量。
图5a和图5b更详细地描绘了边缘追踪和边缘确定的功能以及建立转角的功能。
这里，图5a用于说明用于在用户已经选择了源自转角1a并且是要追踪的边缘线3a之后、针对按顺序确定转角的过程进行边缘追踪的功能。通过用于边缘确定功能的算法沿所述线自动地选择位于边缘线3a上的所观察的空间点7。必须沿要追踪的边缘线3a将该点7布置在由用户选择的方向上，即，在该实施例的符号化显示描绘中，朝向转角1a的左侧以及作为对准显示功能2的十字准线。根据本发明的该功能用于检查点7是否设置在转角1b的附近，这在检测器图像中进行检测(关于这点，还参见与图5b相关的随后的描述)。在这种情况下，瞄准单元13自动地对准转角1b并且停止自动边缘追踪功能。另外，具体地，对于瞄准单元13的对准从要根据对准显示功能2的显示来追踪的边缘线3a的轮廓偏离的情况，基于针对瞄准单元13的当前对准的测量数据以及根据本发明的结构测量单元10的校准数据(具体地，针对成像检测器的测量数据)来计算修正数据，并相应地追踪瞄准单元13的对准。
图5b描绘了确定边缘线3a、3d、3e相交的转角1b。在边缘追踪和投射功能的控制环路的范围内，进行有关作为中间点的点7是否靠近在检测器图像中所检测到的转角1b的检查。在点7周围的像素区8内执行借助于图像处理的边缘确定，其中，优选地可以由用户来限定用于确定边缘的像素区8的尺寸。更小尺寸的像素区8可以显著地缩减计算时间，并由此缩减用于测量处理的时间花费。这里，具体地，将要分析的像素区8的尺寸最佳地适应到要追踪的边缘3a的倾斜在对应的图像显示中会是有利的。
在优选的实施方式中，瞄准单元13不必首先已经精确地对准转角1a以执行该功能(参见图3a)。而且，也可以将瞄准单元13仅粗略地对准至转角，而可以将该转角位于成像检测器的视场中。图像处理被用于根据所记录的图像来提取转角的位置，例如，作为几个相交的边缘的交点，根据该位置计算偏移角，并且基于此，瞄准单元13对准至转角1a。
如图6a和图6b所示，在优选的实施方式中，仅使边缘3f而不是转角位于相机的像场中对于开始该过程来说也足够了。在这种情况下，测量单元13对准至位于该边缘3f上的最接近当前对准的点9。在图6b中所描绘的另一步骤中，随后向用户提供了通过选择方向箭头4e和4f中的一个(例如，通过在触摸屏上触摸方向箭头4e和4f中的一个)以直至下一转角的期望的方向来对边缘3f进行追踪的选项。另选的是，还可以以这两个方向中的一个方向自动地追踪边缘3f。
应当明白，所描绘的这些图仅以示意性的方式表示可能的示例性实施方式。多种方法正好可以容易地彼此组合并且与现有技术的方法和单元组合。
上面描述的发明适于显著地加速测量结构中的有意义的空间点(具体地，房间内的边缘和转角)的过程并且提高针对用户的操作便利性。