自动目标识别与照准原理简介

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1、在全站仪目标方向观察中，主要有目标照准，度盘读数两大步骤。下面以徕卡自动化全站仪的ATR技术为例，介绍自动目标识别与照准的基本原理一 原理简介自动目标识别部件被安装在全站仪的望远镜上，红外光束通过光学部件被同轴地投影在 望远镜上，从物镜发射出去，反射回来的光束，形成光点由内置CCD传感器接收，其位置 以CCD传感器中心作为参考点来精确的确定。假如CCD传感器中心与望远镜光轴调整正确， 则可从CCD传感器的光点的位置直接计算并输出以ATR方式测得的水平方向和垂直角。卜S-CCD阵列红外光源目镜|十字丝板 ft.图 带 ATR 望远镜结构示意图与人工照准目标存在视准差一样，ATR同样存在视准差。A

2、TR视准差的校正是提高其测 量精度的重要环节。测定ATR视准差时，必须人工将望远镜对准棱镜中心，望远镜十字丝提 供的视准线与 CCD 传感器中心之间的水平和垂直方向上的偏差由仪器计算并储存下来，用 于 ATR 方式测量时角度改正。如果在测角中既用ATR方式，又用人工方式，检查并校准ATR视准是十分必要。因为只 有这样，两种方法才能达到最佳匹配。二 目标精准照准ATR自动识别并照准目标主要有三个过程：目标搜索过程，目标照准过程和测量过程。 在人工粗略找准棱镜后，启动ATR，首先进行目标搜索过程。在现场内如果无发现棱镜，望 远镜在马达的驱动下按螺旋式或矩形式连续搜索目标，如图所示。ATR 旦探测到

3、棱镜，望 远镜马上停止搜索，即刻进入目标照准过程。ATR的CCD传感器接收到经棱镜反射过来的照准光点，如果该光点偏离棱镜中心，CCD 传感器则计算出该偏移量，并按该偏移量驱动望远镜直接移向棱镜中心，如图所示。当望远 镜十字丝中心偏离棱镜中心在预定的限差之内后，望远镜停止运动，ATR测量十字丝中心和 棱镜中心间的水平和垂直剩余偏差，并对水平角和垂直角进行校正。所以，虽然在望远镜视 场内看到十字丝中心没有精准地照准棱镜中心，但仪器显示的水平角和垂直角实际是以棱镜 中心为准。之所以采用这种目标照准方式，主要是为了优化测量速度，因为要望远镜十字丝 中心准确定位于棱镜中心是比较困难的。图 ATR 角度修

4、正与照准ATR需要一块棱镜配合进行目标识别，因为ATR的角度测量和距离测量同时进行。在每 一次ATR测量过程中，十字丝中心相对棱镜中心的角度偏移量都要重新测定，并相应改正水 平方向和垂直角，进而精确地测量出距离或计算出目标点坐标。图给出了 ATR的目标识别, 照准与测量的流程图。当使用ATR方式进行测量时，由于其望远镜不需要对目标调焦或人工照准，因此，不但 加快了测量速度，并且测量精度与观察员的水平无关，测量结果更加可靠。图 ATR 目标自动识别与照准流程图三 目标锁定跟踪目标跟踪基本是一种自动反馈过程（见图）。测角经纬仪的驱动和控制包括两个轴系（垂 直轴，水平轴），每一个轴系均有伺候马达，传

5、动和电子度盘系统组成。ATR实际上是一个 测量控制系统，它不仅提供实际值，而且也提供实际值与所需值之间的偏差，以及相对电子 或光学视准线在水平和垂直方向上的改正量，因此在ATR的基础上，可实现对运动目标的锁 定跟踪。当目标移动时，ATR控制系统试图使测量值偏差最小，则通过控制电路来确定马达 转动的电流，驱动轴系让望远镜锁定跟踪目标。目标跟踪在整个出测量过程中是连续进行的。如果目标联系丢失，如棱镜员走到了障碍 物的后面，跟踪就会中断。此时代替上述偏差值得为一个估计值，该值基于一个运动模型， 这个模型假定棱镜员在水平和垂直方向的运动速度是不变的。这个假定的速度源自对失去目 标前几秒钟内运动的数据处理，即滤波。滤波的作用是为了消除重叠的抖动（如行走时棱镜 垂直方向的运动）。当棱镜员走到一些小障碍物后，如树，小建筑或者卡车等， ATR 将中断一小会儿，在这 种情况下，仪器将保持在它所预测的棱镜轨迹上移动3秒钟，这种预测的根据是对失去目标 前几秒钟里棱镜的移动情况计算出来的平均速度和方向。一旦棱镜重新进入望远镜视场，仪 器将重新锁定并跟踪目标。然而，如果在3秒钟内没有找到棱镜，仪器将会自动开始对失去 棱镜前后的区域进行搜索，此时搜索窗口的大小依赖于它预测的路径长度和方向。