[发明专利]测绘仪器、AR系统和相对于参照系定位AR装置的方法

说明书

测绘仪器、AR系统和相对于参照系定位AR装置的方法。本发明涉及一种用于提供参照标记的测绘仪器，该参照标记被设计成使得增强现实(AR)装置能够相对于参照系来定位它们的位姿。本发明还涉及一种包括所述测绘仪器和AR装置的AR系统。本发明还涉及一种用于借助于所述测绘仪器，相对于参照系来定位AR装置的方法。

技术领域

本发明涉及测绘仪器、增强现实(AR)系统、以及方法。

背景技术

本发明的技术领域是度量学、大地测量学、建筑学以及土木工程中的至少一个领域。

在这些领域，重要的关键因素是计划、进度观察、文件编制以及分配指令和协助。在许多方面，这些方面正变得越来越复杂和动态，尤其是由于涉及到许多方和数据、波动的人力和/或客观资源、中期或最终结果的复杂性和数量增加、更严格的时间表、增加的人力资源成本等。以前由一位管理员计划和观察的工作现在对于一个人来说过于复杂，并且由于接口管理不当，将工作分割并分配给多个人经常会失败。因此，在这个技术领域已经尝试发展自动化和计算机化。在建筑施工领域，EP 2629210给出了所谓的建筑信息建模(BIM)-系统的示例。

这种施工现场系统的基础通常是施工现场的三维模型，其可以富含本地分配的信息。通常，此BIM模型在服务器上集中管理，并可通过网络检索，使得检索装置始终可以访问该模型的最新版本。例如，现场管理员可以持续实现建筑物结构的任何改变或计划变更。

如今常见的是，借助于基于计算机的系统来管理施工现场，其中，在服务器上收集各种数据并且可在整个装置网络中共享。具体来说，所述系统通过网络向工人和工匠协调和传播支持性可视化、工作包、检查指令以及测量指令，工人和工匠用他们的装置无线接收来自服务器的信息。

作为一种趋势技术，增强现实(AR)是向用户提供此类信息的高级方式，并因此，测绘系统已经是上述技术领域中的流行辅助设备，以利用AR数据(诸如测量数据(例如，点云)、描述性文本、描述性数字、指令、检查计划、测绘计划、二维或三维对象、导航指示、导航地图、图像，和/或视频剪辑)的参照可视化来支持用户。

在所述领域中，增强现实(AR)系统通常用于通过参照可视化来支持现场用户。包括诸如AR眼镜或AR头盔(简称：AR装置)的可佩戴装置的增强现实(AR)系统正变得越来越可用并且性能越来越高。这种AR系统通常包括至少一个标记，该标记相对于一坐标系按预规定的位姿精确设置，AR装置可以借助于该标记定位自身。一旦锁定在坐标系中，AR装置就能够利用与该坐标系(即，到自然环境)相关联的精确空间来显示虚拟对象。例如，通过扫描该标记并一次又一次地分析其外观来持续保持锁定状态。

为了将AR数据覆盖在AR装置的显示器内(诸如AR头盔的头戴式显示器(HMD)内或平板电脑的屏幕内)的正确位置，以使得观察者(AR装置的用户)将AR数据视为与其周围环境在空间上相关联(参照)，持续地检测AR装置相对于参照系的位姿。这些覆盖图利用人工可视化来增强现实。已知的定位过程是基于图像确定AR装置相对于参照系的位姿，该参照系本身具有已知位姿。例如，这种位姿检测可以通过计算机视觉(尤其是图像后方交会(resection))来实现。用于相对于参照系定位AR装置的常见手段是标记，尤其是QR标记或根据图像特征而独特的特有物理特征。

已知的AR装置依靠成像传感器或惯性传感器来跟踪它们在场景内的位置。AR对象可以“锁定”在真实场景中的精确位置的准确度是有限的，尤其是在昏暗环境或者仅可以从视频流中提取几个特征用作参照的环境中。

发明内容

因此，本发明提供了一种改进的AR系统，并且尤其旨在提高AR装置的显示器上所显示的AR数据的定位准确度。本发明的另一特定目的是提供AR装置的坐标系与BIM模型的坐标系的更鲁棒且更精确的重合。

针对用户和针对根据本发明的AR系统的使用的改进涉及以下各项中的至少一个：增加人体工程学、在低光和明亮日光情况下的更高鲁棒性、节省时间以及较高的精度。