AT526212A1 - Verfahren zur Positionsbestimmung und Kalibrierung eines Scheinwerfers - Google Patents

Verfahren zur Positionsbestimmung und Kalibrierung eines Scheinwerfers Download PDF

Info

Publication number
AT526212A1
AT526212A1 ATA50387/2022A AT503872022A AT526212A1 AT 526212 A1 AT526212 A1 AT 526212A1 AT 503872022 A AT503872022 A AT 503872022A AT 526212 A1 AT526212 A1 AT 526212A1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
headlight
pan
tilt
light sensor
values
Prior art date
Application number
ATA50387/2022A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Zactrack Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zactrack Gmbh filed Critical Zactrack Gmbh
Priority to ATA50387/2022A priority Critical patent/AT526212A1/de
Priority to PCT/AT2023/060168 priority patent/WO2023230639A1/de
Publication of AT526212A1 publication Critical patent/AT526212A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/105—Controlling the light source in response to determined parameters
    • H05B47/115—Controlling the light source in response to determined parameters by determining the presence or movement of objects or living beings
    • H05B47/125—Controlling the light source in response to determined parameters by determining the presence or movement of objects or living beings by using cameras
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/105—Controlling the light source in response to determined parameters
    • H05B47/11—Controlling the light source in response to determined parameters by determining the brightness or colour temperature of ambient light
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Lighting Device Outwards From Vehicle And Optical Signal (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Verfahren zur Positionsbestimmung eines über einem Untergrund (3) angeordneten Scheinwerfers (1), der auf dem Untergrund (3) einen beleuchteten Bereich (5) erstellt, wobei ein Lichtsensor (2) auf dem Untergrund (3) angeordnet wird, wobei der Lichtsensor (2) als Kamera ausgebildet ist, wobei die Kamera ein Weitwinkelobjektiv, vorzugsweise ein Fischaugenobjektiv, aufweist, und wobei der Lichtsensor (2) ein bis drei Positionssensoren, vorzugsweise Ultrabreitband-Positionssensoren (8), aufweist, welche dazu ausgebildet sind, die Position des Lichtsensors (2) in einem dreidimensionalen Koordinatensystem zu bestimmen, wobei die Kamera eine Aufnahme des Scheinwerfers (1) erstellt, und wobei aus der Aufnahme und der Position des Lichtsensors (2) die Position des Scheinwerfers (1) zumindest näherungsweise bestimmt wird.

Description

Verfahren zur Positionsbestimmung und Kalibrierung eines Scheinwerfers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung und Kalibrierung eines Scheinwerfers.
Insbesondere für die Beleuchtung von Bühnen in der Theater- und Veranstaltungstechnik, aber auch für andere Anwendungen, beispielsweise Sportveranstaltungen, sind Scheinwerfer bekannt, die über einem Untergrund angeordnet sind und auf dem Untergrund über einen Lichtkegel einen beleuchteten,
vorzugsweise ellipsenförmigen Bereich erzeugen.
Insbesondere sind sogenannte Moving Head bzw. kopfbewegte Scheinwerfer bekannt, die entlang zweier Achsen drehbar bzw. schwenkbar angeordnet sind. Bei den beiden Achsen handelt es sich um eine parallel zum Untergrund verlaufende Schwenkachse, die in der Regel als Tilt-Achse bezeichnet wird, und eine normal auf den Untergrund verlaufende Drehachse, die in der Regel als Pan-Achse bezeichnet wird. Der Scheinwerfer ist entlang der Pan-Achse in der Regel um bis zu 540° drehbar, und entlang der Tilt-Achse in der Regel um bis zu 270° schwenkbar. Bei derartigen Scheinwerfern lässt sich durch Einstellung der Pan- und Tilt-Werte vorzugsweise jeder Punkt auf dem Untergrund beleuchten.
Um Scheinwerfer zur computergestützten und vorzugsweise automatischen Beleuchtung der Personen auf dem Untergrund einzurichten, müssen die Scheinwerfer
hinsichtlich ihrer Position und ihrer Ansteuerwerte kalibriert werden.
Insbesondere muss die Position des Scheinwerfers in absoluten Koordinaten bekannt sein. Außerdem muss bei kopfbewegten Scheinwerfern bekannt sein, welche Ansteuerwerte des verwendeten Protokolls zur gewünschten Drehung des Scheinwerfers führen, wobei die Pan- und Tilt-Werte des Scheinwerfers auf das meist verwendete DMX-Protokoll abgebildet werden müssen. Bei der Kalibrierung ergeben sich jedoch in der Praxis mehrere Probleme.
Zunächst muss festgestellt werden, an welchem Punkt im dreidimensionalen Raum sich der Scheinwerfer befindet (x-, y- und z-Koordinaten). Dies erfolgt in der Regel durch Vermessen des Bühnenraums und der Position der Scheinwerfer, sowie durch computergestützte Generierung eines dreidimensionalen Modells. Dies ist aufwändig und fehleranfällig — meist gelingt es nicht, die exakte Position des Scheinwerfers korrekt zu vermessen. Außerdem besteht die Gefahr, dass sich die Position des Scheinwerfers zwischen dem Zeitpunkt des Vermessens und dem Zeitpunkt der Aufführung absichtlich oder unabsichtlich ändert.
Weiters muss bei kopfbewegten Scheinwerfern der Zusammenhang zwischen den Panund Tilt-Werten, die zur Ansteuerung des Scheinwerfers benutzt werden, und den resultierenden Änderungen des Lichtstrahls auf der Bühne festgestellt werden. Mit anderen Worten, es muss festgestellt werden, welche Pan- und Tilt-Werte erforderlich sind, um eine bestimmte Verschiebung des Lichtstrahls auf der Bühne zu erreichen. Auch diese Abbildungsvorschrift wird in der Regel an Hand des computergenerierten 3D-Modells erzeugt, sodass die gleichen Ungenauigkeiten auftreten können. Eine verlässliche Zuordnung des computergenerierten Modells zu den realen Verhältnissen
im Bühnenraum ist nicht möglich.
Schließlich erfordert eine eindeutige Lokalisierung des Scheinwerfers auch die Bestimmung der Rotation, also der Strahlrichtung des vom Scheinwerfer erzeugten Lichtstrahls. Auch dabei besteht die Problematik, dass das computergenerierte Modell in der Regel nicht den tatsächlichen Verhältnissen entspricht.
Diese und andere Probleme werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Scheinwerfer über einem Untergrund angeordnet und erzeugt dort einen beleuchteten Bereich. Erfindungsgemäß kann es sich bei dem Scheinwerfer um einen beliebigen Beleuchtungskörper handeln. Der Scheinwerfer kann fix installiert sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Scheinwerfer um eine Pan-Achse durch Eingabe von Pan-Werten drehbar und um eine Tilt-Achse durch Eingabe von Tilt-Werten schwenkbar ist.
Ein Lichtsensor wird auf dem Untergrund angeordnet. Erfindungsgemäß ist der Lichtsensor als Kamera ausgebildet, die ein Weitwinkelobjektiv, vorzugsweise ein Fischaugenobjektiv, aufweist. Die Kamera weist vorzugsweise einen Bildwinkel von über 100°, vorzugsweise über 140°, besonders bevorzugt etwa 180° auf. Die Kamera
kann eine herkömmliche 2D-Kamera oder eine Stereo-Kamera sein.
Der Lichtsensor umfasst ein bis drei Positionssensoren, vorzugsweise UltrabreitbandPositionssensoren, welche dazu ausgebildet sind, die Position des Lichtsensors in einem dreidimensionalen Koordinatensystem zu bestimmen. Die Kamera und die Positionssensoren können drahtlos mit einer Datenverarbeitungseinheit verbunden sein. Ebenso kann der Scheinwerfer mit dieser Datenverarbeitungseinheit verbunden
sein.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren erstellt die Kamera eine Aufnahme, also ein Foto oder Video, des Scheinwerfers, und eine Datenverarbeitungseinheit berechnet aus der Aufnahme und der Position des Lichtsensors die Position des Scheinwerfers
zumindest näherungsweise.
Bei einem beweglichen Scheinwerfer kann vorgesehen sein, dass der Scheinwerfer durch Eingabe von Tilt- und Pan-Werten gedreht und geschwenkt wird, bis ein Pan- und Tilt-Wert erreicht wird, bei dem die Kamera den Scheinwerfer detektiert. Vorzugsweise kann die Kamera bei dieser Position eindeutig einen Lichtaustrittspunkt des Scheinwerfers detektieren, um eine eindeutige Position des Scheinwerfer-Mittelpunkts feststellen zu können. In Folge wird aus der Aufnahme der Kamera und dem, durch die Positionssensoren bekannten Standort der Kamera die Position des Scheinwerfers im
Koordinatensystem zumindest näherungsweise berechnet.
Beispielsweise kann aus der Aufnahme einer 2D-Kamera eine zweidimensionale Position des Scheinwerfers bestimmt werden, und danach aus der geschätzten Höhe des Scheinwerfers über dem Untergrund die dreidimensionale Position des Scheinwerfers im Koordinatensystem geschätzt werden.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass der Lichtsensor an zumindest zwei unterschiedlichen Positionen auf dem Untergrund angeordnet wird. Gegebenenfalls kann dann, falls der Scheinwerfer beweglich ist, für beide Positionen der Scheinwerfer durch Eingabe von Tilt- und Pan-Werten gedreht und geschwenkt wird, bis ein Pan- und Tilt-Wert erreicht wird, bei dem die Kamera den Scheinwerfer detektiert. Die Kamera erstellt an beiden Positionen jeweils eine Aufnahme des Scheinwerfers. Aus den beiden Aufnahmen und den gemessenen Positionen der Kamera wird danach die Position des Scheinwerfers im dreidimensionalen Koordinatensystem berechnet. Zur Positionsberechnung können herkömmliche Algorithmen zur Überlagerung zweier, an unterschiedlichen, aber bekannten Positionen erzeugter Aufnahmen eines Fixpunktes herangezogen werden (Photogrammetrie).
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass der Lichtsensor als StereoKamera mit zwei getrennten und voneinander beabstandeten Einzelkameras ausgebildet ist, wobei die Kameras jeweils ein Weitwinkelobjektiv, vorzugsweise ein Fischaugenobjektiv, aufweisen. Die Einzelkameras sind in einem bekannten Abstand zueinander angeordnet, beispielsweise 10 cm bis 20 cm. Die Kameras können einen Bildwinkel von über 100°, vorzugsweise über 140°, besonders bevorzugt etwa 180° aufweisen. Der Datenverarbeitungseinheit ist der Abstand der Einzelkameras bekannt.
Der Scheinwerfer wird, sofern es sich um einen beweglichen Scheinwerfer handelt, durch Eingabe von Tilt- und Pan-Werten gedreht und geschwenkt, bis ein Pan- und TiltWert erreicht wird, bei dem beide Kameras den Scheinwerfer detektieren. Da eine Stereo-Kamera verwendet wird, können beide Kameras gleichzeitig jeweils eine Aufnahme des Scheinwerfers erstellen. In der Praxis reicht es oftmals aus, wenn der Scheinwerfer den Lichtsensor anblitzt, da meist aufgrund des weiten Öffnungswinkels der Kameras beide Kameras den Scheinwerfer aufnehmen können. Folglich kann die Positionsbestimmung sehr schnell erfolgen und ohne dass dabei der Lichtsensor
bewegt werden muss.
In Folge wird wieder aus den unterschiedlichen Aufnahmen der beiden Kameras, dem bekannten Abstand der Kameras und der Position des Lichtsensors im Koordinatensystem die Position des Scheinwerfers im Koordinatensystem berechnet, wobei wieder herkömmliche Algorithmen zur Überlagerung zweier, an unterschiedlichen, aber bekannten Positionen erzeugter Aufnahmen eines Fixpunktes
herangezogen werden (Photogrammetrie).
Erfindungsgemäß kann bei der Verwendung eines beweglichen Scheinwerfers vorgesehen sein, dass eine Abbildungsvorschrift des Scheinwerfers bestimmt wird, indem der beleuchtete Bereich durch Drehung und Schwenkung des Scheinwerfers über den Untergrund bewegt wird bis zumindest eine der Kameras die Ränder des beleuchteten Bereichs detektiert. Dies ist sowohl bei der Ausführung mit nur einer 2DKamera möglich, als auch bei der Ausführung mit einer Stereokamera.
In Folge wird durch Drehung und/oder Schwenkung des Scheinwerfers und wiederholtes Detektieren des beleuchteten Bereichs eine Abbildungsvorschrift der PanWerte und/oder der Tilt-Werte des Scheinwerfers auf die Winkelkoordinaten des Scheinwerfers bestimmt. Für die Berechnung der Abbildungsvorschrift kann insbesondere ein Verfahren wie in der WO 2018/154108 A1 beschrieben eingesetzt
werden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der beleuchtete Bereich durch Drehung und Schwenkung des Scheinwerfers so lange über den Untergrund bewegt wird, bis zumindest eine der beiden Kameras einen Rand des beleuchteten Bereichs detektiert, und in Folge die Abmessungen sowie ein Mittelpunkt des beleuchteten Bereichs durch Variieren des Pan-Wertes und/oder des Tilt-Wertes des Scheinwerfers bestimmt
werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Abmessungen des beleuchteten Bereichs detektiert werden und aus der berechneten Abbildungsvorschrift der Öffnungswinkel des Lichtkegels bestimmt wird. Dabei kann insbesondere vorausgesetzt werden, dass der Lichtkegel symmetrisch ist, sodass der Öffnungswinkel in der Pan-Achse und in der Tilt-Achse identisch ist.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zunächst durch Abmessung des beleuchteten Bereichs entlang der durch die Pan-Werte aufgespannten Ebene eine Abbildungsvorschrift der Pan-Werte auf absolute Winkelkoordinaten und der Öffnungswinkel des Lichtkegels entlang dieser Ebene bestimmt wird.
In Folge kann durch Abmessung des beleuchteten Bereichs entlang der durch die TiltWerte aufgespannten Ebene eine Abbildungsvorschrift der Tilt-Werte auf absolute Winkelkoordinaten bestimmt werden.
Erfindungsgemäß kann bei der Ausführung mit einer Stereo-Kamera vorgesehen sein, dass die Abbildungsvorschrift und/oder der Öffnungswinkel für jede der beiden Kameras des Lichtsensors bestimmt wird. Die ermittelten Abbildungsvorschriften können dann verglichen werden und gegebenenfalls kann bei Abweichungen ein Fehlersignal ausgegeben werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass zur Ermittlung einer mittleren Abbildungsvorschrift der Mittelwert der von den beiden Kameras ermittelten Abbildungsvorschriften bestimmt wird.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Verfahren für mehrere Scheinwerfer in sequenzieller Abfolge durchgeführt wird.
Die Erfindung erstreckt sich weiters auf ein computerlesbares Speichermedium umfassen ein Computerprogramm, beispielsweise eine Smartphone-App oder ein Programm auf einem Server, welches den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens steuert. Das Computerprogramm kann den Scheinwerfer mit den erforderlichen Panund Tilt-Werten ansteuern, die Kamerabilder entgegennehmen, und die Zielwerte des Verfahrens berechnen.
Der Scheinwerfer kann in einem beliebigen Wellenlängenbereich arbeiten, wobei die Kameras dazu ausgeführt sind, die vom Scheinwerfer gesendeten Signale zu detektieren. Insbesondere kann ein Wellenlängenbereich von 380nm bis 780nm (sichtbares Licht) oder darüber (Infrarot) vorgesehen sein.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand eines nicht ausschließlichen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Figs. 1 bis 7 zeigen aufeinanderfolgende Verfahrensschritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand eines Scheinwerfers und eines am Untergrund angeordneten Lichtsensors 2. Bei dieser Ausführungsform ist der Lichtsensor als Stereo-Kamera ausgebildet, welche zwei in einem Abstand von etwa 15 cm angeordnete Einzelkameras umfasst, die jeweils mit einem Fischaugenobjektiv mit
einem Bildwinkel von etwa 150° ausgestattet sind.
Fig. 1 zeigt einen Untergrund 3, beispielsweise eine Theaterbühne, und einen über dem Untergrund montierten Scheinwerfer 1. Auf dem Untergrund 3 ist ein mobiler Lichtsensor 2 in Form einer Stereokamera mit zwei (schematisch dargestellten) Fischaugen-Objektiven angeordnet. Der Lichtsensor 2 ist drahtlos ansteuerbar und steht mit einer externen Recheneinheit in Verbindung. Der Lichtsensor ist nicht fest mit dem Untergrund 3 verbunden, sondern entfernbar auf dem Untergrund platziert.
Ferner befinden sich auf dem Lichtsensor 2 zwei (nicht dargestellte) UltrabreitbandPositionssensoren, durch die die absolute Position des mobilen Lichtsensors 2 in einem
dreidimensionalen Koordinatensystem festgestellt werden kann.
Der Scheinwerfer 1 ist um zwei, normal aufeinander stehende Achsen schwenkbar. Entlang der schematisch angedeuteten Pan-Achse 7 ist der Scheinwerfer um etwa 540° drehbar. Entlang der schematisch angedeuteten Tilt-Achse 8 ist der Scheinwerfer um 180° schwenkbar. Der Scheinwerfer 1 emittiert einen Lichtkegel 4 mit einer Lichtkegelachse 6, der auf dem Untergrund 3 einen beleuchteten Bereich 5 erzeugt. Der auf dem Untergrund 3 erzeugte beleuchtete Bereich 5 ist in der Regel ellipsenförmig.
Durch Drehung in der Pan- und Tilt-Achse kann der Scheinwerfer 1 jeden Punkt auf dem Untergrund 3 beleuchten. Der mögliche Wertebereich der Pan- und Tilt-Werte ist in der betrachteten Ausführungsform 0 bis 2'° = 65536 Ticks. Vom Pan- Wert 0 bis zum Pan-Wert 65536 vollführt der Scheinwerfer also eine Drehung um die Pan-Achse von etwa 540°. Es kann davon ausgegangen werden, dass das Mapping der Pan-Werte auf den Winkelbereich linear ist, die exakte Abbildungsvorschrift der Pan-Werte auf den zurückgelegten Winkelbereich ist jedoch unbekannt. Gleiches gilt für die Tilt-Werte.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird zunächst der Lichtsensor 2 auf dem Untergrund 3 platziert und danach der Lichtkegel 4 systematisch entlang einer vordefinierten Kurve über den Untergrund 3 bewegt, bis eine Kamera des Lichtsensors 2 den Rand des beleuchteten Bereichs 5 detektiert. Die Kurve, entlang der der Lichtkegel 4 bewegt wird, ist in Fig. 1 als strichlierte Linie schematisch angedeutet. Sobald beide Kameras der Stereo-Kamera den beleuchteten Bereich 5 detektieren, stoppt die Bewegung des Scheinwerfers 1, und der Pan-Wert p1 sowie Tilt-Wert t1
dieser Position wird gespeichert.
Zur Bestimmung der Position des Scheinwerfers 1 nehmen die beiden Kameras des Lichtsensors 2 jeweils ein Foto des Scheinwerfers 1 auf. Aus den zwei Fotos, dem Abstand der Kameras und der bekannten Position wird durch Photogrammetrie die Position des Scheinwerfers 1 im Koordinatensystem bestimmt.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Positionsermittlung durch einen mobilen Lichtsensor mit nur einer 2D-Kamera, wobei jedoch die Position des Lichtsensors nach der ersten Aufnahme verändert werden
MUSS.
Fig. 2 zeigt den nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Abbildungsvorschrift. In diesem Schritt wird, ausgehend von dem zunächst von einer der Kameras detektierten Rand des beleuchteten Bereichs 5, der Scheinwerfer 1 bei unverändertem Tilt-Wert in der Pan-Achse 7 weiterbewegt, um das Ende des beleuchteten Bereichs 5, also ein Absinken der empfangenen Lichtstärke unter einen Schwellwert, zu detektieren. Sobald dies detektiert wird, stoppt die Bewegung des Scheinwerfers, und der Pan-Wert p2 wird gespeichert. Der Mittelpunkt in Pan-Richtung pm wird aus pm = (p1 + p2) / 2 bestimmt, und der Scheinwerfer bewegt sich in diese Position. In einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens werden als Ränder des beleuchteten Bereichs die Pan-Werte p1 = 30624 und p2 = 33184 detektiert,
sodass der Mittelpunkt in Pan-Dimension pm als 31904 berechnet wird.
Fig. 3 zeigt den nächsten Schritt dieser Ausführungsform. In diesem Schritt wird der Scheinwerfer, bei feststehendem Pan-Wert pm, in der Tilt-Achse vor- und zurück bewegt, bis die beiden Ränder des beleuchteten Bereichs detektiert werden. Die jeweiligen Tilt-Werte entlang des Pan-Werts pm werden als t1 und t2 gespeichert, und der Mittelwert tm aus tm = (t1 + 2) / 2 berechnet. Der Mittelpunkt des beleuchteten Bereichs 5 wird in Pan- und Tilt-Werten durch das Tupel der beiden berechneten
Mittelwerte pt1 = (pm, tm) festgelegt. In Fig. 4 wird der Scheinwerfer 1 mit den Werten des Tupels pt1 angesteuert, sodass sich der Mittelpunkt des beleuchteten Bereichs 5 genau an die Position des
Lichtsensors 2 bewegt.
In Fig. 5 wird in einem nächsten Schritt des Verfahrens die Pan-Ausdehnung des beleuchteten Bereichs 5 in seinem Mittelpunkt bestimmt.
Zu diesem Zweck wird der Scheinwerfer 1 bei festem Tilt-Wert tm in seiner Pan-Achse vor- und zurück bewegt, und die Ränder des beleuchteten Bereichs 5 werden detektiert. Dies liefert die äußeren begrenzenden Pan-Werte p11 und p12 des beleuchteten Bereichs 5.
In Fig. 6 vollführt der Scheinwerfer nun eine volle 360°-Umdrehung in der Pan-Achse, bis der beleuchtete Bereich wieder auf den Lichtsensor 2 trifft.
Für den Fall, dass die Pan-Drehung im Punkt pt1 bereits so groß ist, dass eine weitere 360°-Drehung um die Pan-Achse nicht mehr möglich ist, kann der Scheinwerfer eine 180° Drehung um die Pan-Achse und einen Tilt-Flip, also eine Spiegelung des TiltWertes um die vertikale Achse des Scheinwerfers, vollführen. Dies bedeutet, dass bei einem Tilt-Wert t1 = Y der neue Tilt-Wert auf 65536-Y gesetzt wird. Der derart berechnete Tilt-Wert ist jedoch nur dann korrekt, wenn sich die Tilt-Werte symmetrisch um die Mittelachse des Scheinwerfers verteilen. Ist dies nicht der Fall, kann der Tilt-Flip zu einem falschen Tilt-Wert führen. Deshalb ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass nach dem Tilt-Flip der neue Tilt-Wert nicht auf 65536-Y gesetzt wird, sondern bei festem Pan-Wert durch Vor- und Zurückschwenken des Scheinwerfers in der Tilt-Achse die Begrenzungen des beleuchteten Bereichs neu bestimmt werden, und
der neue Tilt-Wert tm‘ aus diesen berechnet wird.
Es werden danach neuerlich durch Erhöhung des Pan-Wertes die äußeren begrenzenden Pan-Werte p21 und p22 gemessen, und der Mittelwert pm aus pm‘ = (p21 + p22) / 2 berechnet. Der Mittelpunkt des beleuchteten Bereichs 5 wird in Pan- und Tilt-Werten durch das Tupel pt1‘ = (pm‘, tm‘) festgelegt.
Beispielsweise werden beim neuerlichen Detektieren des beleuchteten Bereichs die Werte p21 = 52504 und p22 = 55064 ermittelt, sodass der Punkt pm‘ nun den Wert 53784 annimmt. Somit ist bekannt, dass der Scheinwerfer zwischen dem ersten detektierten Pan-Wert 33184 und dem zweiten detektierten Pan-Wert 55064 eine Drehung um einen bestimmten Winkel vollführt hat, und zwar entweder 360° ohne Tilt-
Flip oder 180° wenn ein Tilt-Flip erforderlich war.
Es kann nun aus der Differenz der Punkte pt1 und pt1‘ eine Abbildungsvorschrift der Pan-Werte auf die absoluten Winkelkoordinaten bestimmt werden. Für den Fall, dass der Scheinwerfer lediglich eine 180°-Drehung und einen Tilt Flip vollführt hat, muss die Differenz der Pan-Werte auf eine 180°-Drehung abgebildet werden.
Aus den beiden Begrenzungen des beleuchteten Bereichs 5 und der nun bekannten Abbildungsvorschrift zwischen den Pan-Werten und den absoluten Winkelkoordinaten kann im nächsten Schritt der Öffnungswinkel y des Lichtkegels 4 in der Pan-Ebene bestimmt werden. Der Öffnungswinkel v entspricht dem Unterschied der den PanWerten p21 und p22 entsprechenden absoluten Winkelkoordinaten.
Im optional vorgesehenen Schritt gemäß Fig. 7 wird der Scheinwerfer zunächst in der Pan-Achse auf den Mittelpunkt pm‘ zentriert. Danach werden bei festem Pan-Wert durch Vor- und Zurückschwenken des Scheinwerfers in der Tilt-Achse die Begrenzungen des beleuchteten Bereichs t1 und t2 neu bestimmt. Aus der Differenz von t1 und t2 kann durch Vergleich mit dem bekannten Öffnungswinkel v des Lichtkegels 4 die Abbildungsvorschrift der Tilt-Werte auf die absoluten Winkelkoordinaten in der Tilt-Ebene berechnet werden.
Dabei wird vorausgesetzt, dass der Öffnungswinkel y des Lichtkegels 4 in der Pan- und Tilt-Ebene identisch ist. Im Fall eines nicht-symmetrischen Lichtkegels kann dies bei der Berechnung berücksichtigt werden.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung wird die Vermessung des beleuchteten Bereichs 5 und Bestimmung des Mittelpunkts pm für mehrere, vorzugsweise drei unterschiedliche, aber bekannte Positionen in Absolutkoordinaten x, y, z des Lichtsensors 2 durchgeführt. Dies führt zu vorzugsweise drei Pan-/Tilt-Wert
Tupel pt1, pt2 und pt3. Aus den Tilt-Werten und Pan-Werten der drei Lichtsensoren kann zusammen mit den
bekannten jeweiligen Positionen x, y, z der Lichtsensoren die Position des
Scheinwerfers 1 im absoluten Raum durch bekannte Verfahren bestimmt werden.
Ebenso kann aus diesen Werten die Ausrichtung des Scheinwerfers 1, also die Richtung des vom Scheinwerfer ausgestrahlten Lichtkegels, bestimmt werden. Zu diesem Zweck kann ein mehrdimensionales lineares Gleichungssystems aufgestellt werden, welches durch einen an sich bekannten mathematischen Algorithmus, beispielsweise einen 3D-Solver, gelöst werden kann.
Die oben angeführten Schritte zur Ermittlung einer Abbildungsvorschrift und zur
Vermessung des Öffnungswinkels und des beleuchteten Bereichs können in anderen Ausführungsformen der Erfindung mit einer einzigen 2D-Kamera durchgeführt werden.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zur Positionsbestimmung eines über einem Untergrund (3) angeordneten Scheinwerfers (1), der auf dem Untergrund (3) einen beleuchteten Bereich (5) erstellt, dadurch gekennzeichnet, dass
    a. ein Lichtsensor (2) auf dem Untergrund (3) angeordnet wird,
    i. wobei der Lichtsensor (2) als Kamera ausgebildet ist, wobei die Kamera ein Weitwinkelobjektiv, vorzugsweise ein Fischaugenobjektiv, aufweist, und wobei
    il. der Lichtsensor (2) ein bis drei Positionssensoren, vorzugsweise Ultrabreitband-Positionssensoren (8), aufweist, welche dazu ausgebildet sind, die Position des Lichtsensors (2) in einem dreidimensionalen Koordinatensystem zu bestimmen, wobei
    b. die Kamera eine Aufnahme des Scheinwerfers (1) erstellt, und wobei c. aus der Aufnahme und der Position des Lichtsensors (2) die Position des Scheinwerfers (1) zumindest näherungsweise bestimmt wird.
    2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheinwerfer (1) um eine Pan-Achse (7) durch Eingabe von Pan-Werten drehbar und um eine Tilt-Achse (8) durch Eingabe von Tilt-Werten schwenkbar ist, und wobei
    a. der Scheinwerfer durch Eingabe von Tilt- und Pan-Werten gedreht und geschwenkt wird, bis ein Pan- und Tilt-Wert erreicht wird, bei dem die Kamera den Scheinwerfer (1) detektiert,
    b. die Kamera eine Aufnahme des Scheinwerfers (1) erstellt, und wobei
    c. aus der Aufnahme und der Position des Lichtsensors (2) die Position des Scheinwerfers (1) zumindest näherungsweise bestimmt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    a. der Lichtsensor (2) an zumindest zwei unterschiedlichen Positionen auf dem Untergrund (3) angeordnet wird, und
    b. gegebenenfalls für beide Positionen der Scheinwerfer durch Eingabe von Tilt- und Pan-Werten gedreht und geschwenkt wird, bis ein Pan- und TiltWert erreicht wird, bei dem die Kamera den Scheinwerfer (1) detektiert,
    c. die Kamera in beiden Positionen eine Aufnahme des Scheinwerfers (1) erstellt, und wobei
    d. aus den beiden Aufnahmen und den Positionen des Lichtsensors (2) die Position des Scheinwerfers (1) in dem Koordinatensystem berechnet wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    a. der Lichtsensor (2) als Stereo-Kamera mit zwei getrennten Kameras ausgebildet ist, wobei die Kameras jeweils ein Weitwinkelobjektiv, vorzugsweise ein Fischaugenobjektiv, aufweisen, und
    b. gegebenenfalls der Scheinwerfer durch Eingabe von Tilt- und Pan-Werten gedreht und geschwenkt wird, bis ein Pan- und Tilt-Wert erreicht wird, bei dem beide Kameras den Scheinwerfer (1) detektieren, und wobei
    c. die Kameras jeweils eine Aufnahme des Scheinwerfers (1) erstellen, und wobei
    d. aus den unterschiedlichen Aufnahmen der beiden Kameras die Position des Scheinwerfers (1) in dem Koordinatensystem berechnet wird.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abbildungsvorschrift des Scheinwerfers (1) bestimmt wird, indem
    a. der beleuchtete Bereich (5) durch Drehung und Schwenkung des Scheinwerfers (1) über den Untergrund (3) bewegt wird,
    b. zumindest eine Kamera die Ränder des beleuchteten Bereichs (5) detektiert, und
    c. durch Drehung und/oder Schwenkung des Scheinwerfers (1) und wiederholtes Detektieren des beleuchteten Bereichs (5) eine Abbildungsvorschrift der Pan- Werte und/oder der Tilt-Werte des Scheinwerfers (1) auf die Winkelkoordinaten des Scheinwerfers (1) bestimmt wird.
    11.
    15 — 62339/AG/zactrack GmbH, Schlosshoferstr. 4/7/11, 1210 WIEN (AT)
    Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der beleuchtete Bereich (5) durch Drehung und Schwenkung des Scheinwerfers (1) so lange über den Untergrund (3) bewegt wird, bis zumindest eine Kamera des Lichtsensors (2) einen Rand des beleuchteten Bereichs (5) detektiert, und in Folge die Abmessungen sowie ein Mittelpunkt des beleuchteten Bereichs (5) durch Variieren des Pan-Wertes und/oder des Tilt-Wertes des Scheinwerfers (1) bestimmt werden.
    Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des beleuchteten Bereichs (5) detektiert werden und aus der berechneten Abbildungsvorschrift der Öffnungswinkel des Lichtkegels (4) bestimmt wird.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
    a. zunächst durch Abmessung des beleuchteten Bereichs (5) entlang der durch die Pan-Werte aufgespannten Ebene eine Abbildungsvorschrift der Pan-Werte auf absolute Winkelkoordinaten und der Öffnungswinkel des Lichtkegels (4) entlang dieser Ebene bestimmt wird, und
    b. in Folge durch Abmessung des beleuchteten Bereichs (5) entlang der durch die Tilt-Werte aufgespannten Ebene eine Abbildungsvorschrift der Tilt-Werte auf absolute Winkelkoordinaten bestimmt wird.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8 in Verbindung mit Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsvorschrift und/oder der Öffnungswinkel für jede der beiden Kameras ermittelt wird.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für mehrere Scheinwerfer (1) in sequenzieller Abfolge durchgeführt
    wird.
    Computerlesbares Speichermedium, umfassend ein Computerprogramm zur Steuerung des Ablaufs eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
ATA50387/2022A 2022-06-01 2022-06-01 Verfahren zur Positionsbestimmung und Kalibrierung eines Scheinwerfers AT526212A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50387/2022A AT526212A1 (de) 2022-06-01 2022-06-01 Verfahren zur Positionsbestimmung und Kalibrierung eines Scheinwerfers
PCT/AT2023/060168 WO2023230639A1 (de) 2022-06-01 2023-05-24 Verfahren zur positionsbestimmung und kalibrierung eines scheinwerfers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50387/2022A AT526212A1 (de) 2022-06-01 2022-06-01 Verfahren zur Positionsbestimmung und Kalibrierung eines Scheinwerfers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
AT526212A1 true AT526212A1 (de) 2023-12-15

Family

ID=86609815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA50387/2022A AT526212A1 (de) 2022-06-01 2022-06-01 Verfahren zur Positionsbestimmung und Kalibrierung eines Scheinwerfers

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT526212A1 (de)
WO (1) WO2023230639A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1385335A1 (de) * 2002-07-23 2004-01-28 NEC Viewtechnology, Ltd. Bildprojektor mit Bild-Rückkopplungs-Steuerung
US20150138349A1 (en) * 2012-07-04 2015-05-21 Creaform Inc. 3-d scanning and positioning system
WO2018154108A1 (de) * 2017-02-27 2018-08-30 Zactrack Gmbh Verfahren zur kalibrierung eines dreh- und schwenkbaren bühnentechnischen geräts
EP3460388A1 (de) * 2017-09-26 2019-03-27 Hexagon Metrology (Israel) Ltd. Globale positionierung eines sensors in bezug auf unterschiedliche kachel zur rekonstruktion einer dreidimensionalen globalen oberfläche

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021157804A1 (ko) * 2020-02-09 2021-08-12 모션퀸㈜ 증강 현실 구현 방법 및 이를 수행하는 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1385335A1 (de) * 2002-07-23 2004-01-28 NEC Viewtechnology, Ltd. Bildprojektor mit Bild-Rückkopplungs-Steuerung
US20150138349A1 (en) * 2012-07-04 2015-05-21 Creaform Inc. 3-d scanning and positioning system
WO2018154108A1 (de) * 2017-02-27 2018-08-30 Zactrack Gmbh Verfahren zur kalibrierung eines dreh- und schwenkbaren bühnentechnischen geräts
EP3460388A1 (de) * 2017-09-26 2019-03-27 Hexagon Metrology (Israel) Ltd. Globale positionierung eines sensors in bezug auf unterschiedliche kachel zur rekonstruktion einer dreidimensionalen globalen oberfläche

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023230639A1 (de) 2023-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3586573B1 (de) Verfahren zur kalibrierung eines dreh- und schwenkbaren bühnentechnischen geräts
DE102012220048B4 (de) Kalibrierungsvorrichtung und Verfahren zur Kalibrierung einer dentalen Kamera
EP2105701B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der 3D-Koordinaten eines Objekts
EP3557523B1 (de) Verfahren zur erzeugung eines korrekturmodells einer kamera zur korrektur eines abbildungsfehlers
DE19502459A1 (de) Verfahren zur dreidimensionalen optischen Vermessung der Oberfläche von Objekten
DE102011114674B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der 3D-Koordinaten eines Objekts
DE102008048963B4 (de) 3D-Geometrie-Erfassungsverfahren und -vorrichtung
DE10219054A1 (de) Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Koordinaten eines Gegenstandes
DE202014011422U1 (de) Optisches Navigations- und Positionierungssystem
EP2880853B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der eigenlage einer bildaufnehmenden kamera
DE102016203709B4 (de) Bildverarbeitungsverfahren, Bildverarbeitungsmittel und Bildverarbeitungsvorrichtung zur Erzeugung von Abbildungen eines Teils eines dreidimensionalen Raums
DE102009030644B4 (de) Berührungslose Erfassungseinrichtung
EP3775767A1 (de) Verfahren und system zur vermessung eines objekts mittels stereoskopie
WO2016146105A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur kalibration einer kamera
DE19634254A1 (de) Optisch-numerisches Verfahren zur Ermittlung der gesamten Oberfläche eines dreidimensionalen Objekts
EP3418680B1 (de) System und verfahren zur positionierungsmessung
DE102006042311A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten in einem erweiterten Winkelbereich
EP1640688A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur 3-dimensionalen Vermessung der Oberfläche eines Gegenstands
DE202010017889U1 (de) Anordnung zur Aufnahme geometrischer und photometrischer Objektdaten im Raum
EP3711289B1 (de) Verfahren zur automatischen wiederherstellung eines eingemessenen zustands eines projektionssystems
DE102012103980A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ausrichtung einer Komponente
DE102005061931B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung einer optischen Einrichtung
AT526212A1 (de) Verfahren zur Positionsbestimmung und Kalibrierung eines Scheinwerfers
WO2012052244A2 (de) Erfassung und darstellung texturierter drei-dimensionaler geometrien
DE102007038785A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von Geometriedaten eines Messobjekts