BE1028155A1

BE1028155A1 - Apparaat en methode voor het driedimensionaal modelleren van een schacht

Info

Publication number: BE1028155A1
Application number: BE20205185A
Authority: BE
Inventors: Koen Beyers; Bram Plancke
Original assignee: Spacepal Bvba
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-10-13
Also published as: BE1028155B1; WO2021185823A1; US20230145885A1; EP4121715C0; EP4121715B1; EP4121715A1

Abstract

Apparaat voor het 3D-modelleren van een schacht (105), omvattende: - een sensorhoofd (101) aangepast om axiaal te worden bewogen binnen de schacht (105), het sensorhoofd (101) omvattende: o beeldsensoren (400) geplaatst over de omtrek van het sensorhoofd (101), aangepast om beelden (506) te maken over een binnenomtrek van de schacht (105); o een meetapparaat (501) aangepast om een gemeten hoogtepositie (507) te bepalen van het sensorhoofd (101) binnen de schacht (105); - een verwerkingseenheid (500) omvattende: o een plaatsingsmodule (503) geconfigureerd om de beelden (506) te plaatsen in een virtuele ruimte, gebaseerd op de gemeten hoogtepositie (507) en de positionering van de beeldsensoren (400) op het sensorhoofd (101); o een correctiemodule (504) geconfigureerd om de plaatsing (509) te corrigeren, gebaseerd op het met elkaar vergelijken van overlappende beelden en/of gebaseerd op een gemeten afwijking (606) van het sensorhoofd (101) ten opzichte van een centrale as (603) van de schacht (105).

Description

-1- APPARAAT EN METHODE VOOR HET DRIEDIMENSIONAAL areas

MODELLEREN VAN EEN SCHACHT Technisch Gebied

[01] De onderhavige uitvinding heeft algemeen betrekking op het modelleren van een schacht, bijvoorbeeld een mangat van een rioleringssysteem. De uitvinding levert in het bijzonder een oplossing die een nauwkeurige en kwalitatieve modellering van een schacht toelaat, aan de hand van een systeem dat eenvoudig meeneembaar is en flexibel wat betreft de keuze van ophanging. Achtergrond van de uitvinding

[02] Rioleringssystemen bestaan uit een uitgebreid ondergronds netwerk van rioolpijpen. Mangaten welke zich van het grondoppervlak naar beneden uitstrekken geven toegang tot de rioolpijpen. De toestand van dergelijke mangaten dient op regelmatige wijze geïnspecteerd te worden, om bijvoorbeeld grondverzakkingen ter hoogte van mangaten te vermijden. Bovendien, om renovaties en preventief onderhoud van mangaten te plannen leggen steeds meer beheerders een inventaris aan van het volledige rioleringssysteem. In dergelijk inventaris dienen niet enkel de positie van de mangaten te worden opgenomen, maar tevens belangrijke parameters zoals de inwendige afmetingen. De inspectie en opmeting van mangaten gebeurt vaak manueel, waarbij een arbeider in het mangat afdaalt om inspectie en metingen te doen. Dergelijke manuele werkwijze is tijdrovend en brengt ernstige veiligheidsrisico’s met zich mee. De noodzaak om een persoon in het mangat te laten afdalen kan worden vermeden door gebruik te maken van een toestel dat in het mangat naar beneden wordt gelaten. Zo zijn er toestellen op de markt welke toelaten om aan de hand van lenzen, vaak fisheye lenzen, foto’s te maken van het inwendige van het mangat. Echter, met dergelijke fotogrammetrie worden grotere en onregelmatig gevormde mangaten vervormd weergegeven, of zijn de beelden onvoldoende belicht. Dergelijke

-2- toestellen kunnen bijgevolg worden ingezet voor een ruwe inspectie van het A 0020/9785 mangat, maar zijn door het gebrek aan kwaliteit van de beelden onvoldoende betrouwbaar om er afmetingen uit af te leiden. Een nauwkeurige parametrisatie is met dergelijk toestellen dan ook niet mogelijk.

[03] Bijgevolg is er een algemene nood aan toestellen die zich niet beperken tot fotogrammetrie, maar een nauwkeurige modellering van het inwendige van een mangat toelaten.

[04] In de stand der techniek zijn een aantal oplossingen gekend die zich richten op het 3D-modelleren van mangaten. Bijvoorbeeld wordt in US2016/0249021 een toestel beschreven voor 3D-beeldvorming en inspectie van mangaten. De oplossing omvat een sensorhoofd met 3D-sensoren, welke het op te meten object verlichten met een laser en vervolgens afstanden bepalen door analyseren van het gereflecteerde licht. Bijvoorbeeld wordt er gebruik gemaakt van een time-of-flight camera of van de projectie van een gestructureerd lichtpatroon aan de hand van een structured light camera. Aan de bovenkant van het sensorhoofd zijn op drie plaatsen kabels bevestigd, welke toelaten het sensorhoofd in de schacht naar beneden te laten. De drie kabels zijn aan hun andere eind aan een bak bevestigd, waarbij de bak typisch op een systeem in een voertuig is gemonteerd. Tevens wordt informatie verzameld over de hoogtepositie van het sensorhoofd in de schacht, bijvoorbeeld aan de hand van een encoder waarmee het aantal omwentelingen ter hoogte van de kabelophanging wordt geteld. Deze oplossing brengt echter een aantal nadelen met zich mee. Vooreerst is de gebruikte sensortechniek gevoelig voor overbelichting, zodat mogelijk op een positie dicht bij het grondoppervlak of de wand van de schacht geen goede modellering kan bekomen worden of een afscherming van het buitenlicht dient voorzien te worden. Daarnaast is het ophangsysteem afgestemd op montage in een voertuig, waardoor het systeem omslachtig is om te verplaatsen en bepaalde schachten zelfs niet kunnen bereikt worden. Tenslotte vereist het sensorhoofd de combinatie met een specifiek ophangsysteem; bijvoorbeeld laat een telescopisch ophangsysteem niet toe om met een encoder

-3- omwentelingen te tellen, of zou het vervangen van drie kabels door 0168 ophangpunt te veel beweging van het sensorhoofd met zich meebrengen. Het geheel is met andere woorden weinig flexibel.

[05] Verder wordt op https://cuesinc.com/equipment/spider-scanner een toestel voorgesteld voor 3D mangat scanning. Deze oplossing laat toe om het mangat te modelleren met een puntenwolk, welke wordt gegenereerd aan de hand van stereoscopische camera's en een patroon generator. Tevens kan extra belichting worden voorzien door inschakelen van LED-lampen.

Dergelijke technologie maakt de beeldkwaliteit minder gevoelig aan over- of onderbelichting. Het sensorhoofd met camera’s is bevestigd aan een uitschuifbare staaf, en de staaf is bevestigd aan een statief. Het statief maakt het systeem beter verplaatsbaar dan een systeem dat dient gemonteerd te worden in een voertuig. Echter biedt ook dit systeem weinig flexibiliteit wat de ophanging betreft, waarbij het sensorhoofd steeds met de telescopische arm dient gecombineerd te worden. De rigide arm beperkt weliswaar de bewegingen van het sensorhoofd tijdens het afdalen, maar legt ook beperkingen op wat betreft de maximale uitschuiflengte en dus maximale op te meten diepte. Bovendien kan dergelijk systeem omslachtig zijn in gebruik, gezien er telkens tijd nodig is om de telescoop te verlengen met bijkomende stukken, en er dus niet continu kan gescand worden. Dit vergroot de tijd en handelingen die nodig zijn per opname. Tenslotte maakt de telescopische arm het geheel ook zwaar en weinig compact, zeker wanneer grote uitschuiflengtes gewenst zijn. Dit beperkt de meeneembaarheid van het systeem.

[06] Het is een doelstelling van de onderhavige uitvinding om een apparaat te beschrijven dat één of meerdere van de beschreven nadelen van oplossingen uit de stand der techniek overwint. Meer specifiek is het een doelstelling van de onderhavige uitvinding om een apparaat te beschrijven dat een nauwkeurige en kwalitatieve modellering van een schacht toelaat, aan de hand van een systeem dat eenvoudig meeneembaar is en flexibel wat betreft de keuze van ophanging.

-4- Samenvatting van de Uitvinding areas

[07] Volgens de onderhavige uitvinding worden de hierboven geïdentificeerde doelstellingen verwezenlijkt door een apparaat voor het 3D- modelleren van een schacht, zoals gedefinieerd door conclusie 1, omvattende: - een sensorhoofd aangepast om aan de hand van een ophangsysteem axiaal te worden bewogen binnen de schacht, het sensorhoofd omvattende: o beeldsensoren geplaatst over de omtrek van het sensorhoofd, aangepast om beelden te maken over een binnenomtrek van de schacht; o een meetapparaat aangepast om een gemeten hoogtepositie te bepalen van het sensorhoofd binnen de schacht; - een verwerkingseenheid omvattende: o een plaatsingsmodule geconfigureerd om de beelden te plaatsen in een virtuele ruimte, gebaseerd op de gemeten hoogtepositie en de positionering van de beeldsensoren op het sensorhoofd, resulterend in een ruwe plaatsing van de beelden; o een correctiemodule geconfigureerd om de ruwe plaatsing te corrigeren, gebaseerd op het met elkaar vergelijken van overlappende beelden en/of gebaseerd op een gemeten afwijking van het sensorhoofd ten opzichte van een centrale as van de schacht.

[08] Met andere woorden heeft de uitvinding betrekking op een apparaat voor het 3D-modelleren van een schacht. Een schacht is een besloten ruimte afgebakend door wanden, en gedefinieerd door een axiale richting. Typisch vormt een schacht een langwerpige opening, en definiëren de wanden een ruimte die substantieel axiaal-symmetrisch is. De hoogte of diepte binnen de schacht worden gemeten volgens axiale richting. Een axiale doorsnede van de schacht kan diverse vormen aannemen, zoals cirkelvormig, vierkant, rechthoekig, enz. Bijvoorbeeld is een schacht een mangat van een rioleringssysteem, dat zich uitstrekt van het maaiveld tot de ondergrondse

-5- leidingen. In een ander voorbeeld is een schacht een schoorsteen, leiding 7929/5795 tank, leidingkoker, liftkoker, enz. Het 3D-modelleren of driedimensionaal modelleren verwijst naar het bekomen van een 3D-model van de schacht, omvattende een grote hoeveelheid punten die in een driedimensionale virtuele ruimte zijn geplaatst. Het 3D-model laat toe om bijvoorbeeld via een computer, beelden van het binnenoppervlak van de schacht zichtbaar te maken. Eveneens kan een 3D-model toelaten om parameters zoals afmetingen af te leiden.

[09] Het apparaat omvat een sensorhoofd aangepast om aan de hand van een ophangsysteem axiaal te worden bewogen binnen de schacht. Een ophangsysteem is een systeem dat toelaat om het sensorhoofd aan te bevestigen, en dat toelaat om het sensorhoofd te bewegen volgens de axiale richting van de schacht. Bijvoorbeeld omvat een ophangsysteem een statief waarbij in de top een kabel is bevestigd die toelaat om het sensorhoofd op en neer te bewegen volgens axiale richting. In een andere uitvoeringsvorm omvat het ophangsysteem een statief met een staaf of telescopische arm om het sensorhoofd te bewegen. In nog een andere uitvoeringsvorm omvat het ophangsysteem meerdere kabels, bijvoorbeeld om het sensorhoofd op meerdere punten te bevestigen aan een bak gemonteerd in een voertuig. In nog een andere uitvoeringsvorm omvat het ophangsysteem zuiver een kabel, welke toelaat om het sensorhoofd met de hand axiaal te bewegen in de schacht.

[10] Het sensorhoofd omvat beeldsensoren geplaatst over de omtrek van het sensorhoofd, aangepast om beelden te maken over een binnenomtrek van de schacht. De beeldsensoren zijn dus op het sensorhoofd geplaatst, op verschillende omtrekposities van het sensorhoofd. De beeldsensoren kunnen alen op dezelfde hoogte op het sensorhoofd zijn geplaatst, of hun hoogtepositie op het sensorhoofd kan verschillen van sensor tot sensor. Bijvoorbeeld wordt gebruik gemaakt van een kalibratie om de hoogtepositie op het sensorhoofd van sensoren te bepalen. De beeldsensoren zijn aangepast om beelden te maken over een binnenomtrek van de schacht. Dit betekent dat

-6- elke sensor een zeker gezichtsveld heeft en is aangepast om met een zekere 299185 kijkhoek volgens de omtreks- en de hoogterichting naar de omgeving te kijken. Op een bepaalde positie van het sensorhoofd in de schacht, heeft een beeldsensor dus telkens zicht op een bepaald deel van het binnenoppervlak van de schacht, namelijk een deel met een zekere afmeting over de hoogte en een zekere afmeting over de omtrek van de schacht. Het aantal beeldsensoren, hun positionering op het sensorhoofd en hun kijkhoek zijn zodanig dat de beeldsensoren samen zicht hebben op de volledige omtrek van de schacht.

[11] Een beeldsensor is aangepast om beelden te maken. Het maken van beelden is breed gedefinieerd, in de zin dat het verwijst naar het verzamelen van data over het deel van het binnenoppervlak van de schacht dat in het vizier van de beeldsensor ligt. Bijvoorbeeld betreft dit het verzamelen van kleurinformatie of van diepte-informatie. In de context van een beeldsensor geplaatst over de omtrek van het sensorhoofd verwijst het verzamelen van diepte-informatie naar het opmeten van afstanden van de sensor tot een specifiek punt op de wand van de schacht, niet naar het bepalen van een diepte in de schacht volgens axiale richting. Ook een combinatie van kleur- en diepte-informatie kan worden verzameld. In een uitvoeringsvorm is een beeldsensor een 2D-camera, aangepast om 2D-beelden te maken. In een andere uitvoeringsvorm is een beeldsensor een 3D-camera of 3D-sensor, gebruik makende van 3D-beeldvormingstechnologie. Bijvoorbeeld maakt een beeldsensor gebruik van stereovisie technologie, waarbij twee camera's beelden maken vanuit verschillende hoeken om toe te laten diepte-informatie af te leiden. In een ander voorbeeld is een beeldsensor aangepast om beelden te maken van een geprojecteerd gestructureerd lichtpatroon, waarbij uit de vervormingen van het patroon in deze beelden diepte-informatie kan worden afgeleid. In nog een ander voorbeeld maakt een beeldsensor gebruik van een combinatie van stereovisie technologie en de projectie van een gestructureerd lichtpatroon.

-7-

[12] Het sensorhoofd omvat een meetapparaat aangepast om een gemeter. 7929/5795 hoogtepositie te bepalen van het sensorhoofd binnen de schacht. Een hoogtepositie verwijst naar een positie van het sensorhoofd volgens de axiale richting van de schacht. Het meetapparaat kan zijn aangepast om rechtsreeks een hoogte- of dieptemeting te doen in de schacht, zoals bijvoorbeeld een naar beneden gerichte ééndimensionale laser op het sensorhoofd. In een andere uitvoeringsvorm meet het meetapparaat niet rechtstreeks een hoogte of diepte, maar laat de meting van het meetapparaat toe een hoogtepositie van het sensorhoofd af te leiden. Bijvoorbeeld is het meetapparaat een 3D- beeldsensor met een processor om via beeldverwerking de hoogtepositie uit het opgemeten beeld af te leiden. Het meetapparaat is omvat in het sensorhoofd, wat impliceert dat de hoogtemeting op het sensorhoofd zelf gebeurt, onafhankelijk van het ophangsysteem dat wordt gebruikt.

[13] Het apparaat omvat een verwerkingseenheid. Een verwerkingseenheid is bijvoorbeeld een computer, CPU, rekeneenheid, processor, microprocessor, enz. De verwerkingseenheid kan zich op of in het sensorhoofd bevinden, of kan een aparte eenheid vormen. In dit laatste geval zijn er componenten aanwezig om de ruwe data opgemeten door het sensorhoofd door te sturen naar de verwerkingseenheid, via een draadloze of bedrade verbinding. In het geval de verwerkingseenheid zich op of in het sensorhoofd bevindt, vindt daar reeds een verwerking plaats van de verzamelde ruwe data, waarna resultaten kunnen worden doorgestuurd naar een extern toestel, via een draadloze of bedrade verbinding. In een andere uitvoeringsvorm gebeurt de verwerking gedeeltelijk op het sensorhoofd en gedeeltelijk in een externe eenheid, zodat de verwerkingseenheid fysiek afzonderlijke eenheden omvat.

[14] De verwerkingseenheid omvat een plaatsingsmodule geconfigureerd om de beelden te plaatsen in een virtuele ruimte, gebaseerd op de gemeten hoogtepositie en de positionering van de beeldsensoren op het sensorhoofd, resulterend in een ruwe plaatsing van de beelden. Een virtuele ruimte is bijvoorbeeld een driedimensionale ruimte, gedefinieerd door x-, y-, en z- coördinaten. Het plaatsen van een beeld in de virtuele ruimte verwijst dan naar het toekennen van een (x,y,z)-coördinaat aan de punten die het beeld vormen.

-8- De ruwe plaatsing van een beeld in de virtuele ruimte gebeurt enerzijds op 7920/9165 basis van de positionering van de beeldsensoren op het sensorhoofd. Bijvoorbeeld heeft elke beeldsensor een zekere omtrekpositie op het sensorhoofd, en een zekere kijkhoek volgens de omtrekrichting. Hieruit kan worden afgeleid op welke omtrekpositie in de virtuele ruimte het beeld gemaakt door deze sensor dient te worden geplaatst. Anderzijds gebeurt de ruwe plaatsing van een beeld in de virtuele ruimte op basis van de gemeten hoogtepositie. Een beeld gemaakt op een tijdstip waarop het sensorhoofd zich op een zekere hoogtepositie bevond, wordt in de virtuele ruimte dus op een overeenkomstige hoogtepositie geplaatst. De ruwe plaatsing van de beelden houdt een eerste reconstructie in van het binnenoppervlak van de schacht, op basis van een ruwe inschatting. Typisch overlappen de beelden geplaatst volgens de ruwe schatting met elkaar, volgens de omtrekrichting, en volgens de hoogterichting.

[15] De verwerkingseenheid omvat een correctiemodule geconfigureerd om de ruwe plaatsing te corrigeren, gebaseerd op het met elkaar vergelijken van overlappende beelden en/of gebaseerd op een gemeten afwijking van het sensorhoofd ten opzichte van een centrale as van de schacht. Het corrigeren van de ruwe plaatsing houdt in dat de plaatsing van beelden in de virtuele ruimte nog enigszins wordt bijgestuurd, om zo tot een nauwkeuriger weergave van de realiteit te komen.

[16] In een uitvoeringsvorm gebeurt de correctie gebaseerd op het met elkaar vergelijken van overlappende beelden. Overlappende beelden zijn beelden die in de ruwe plaatsing met elkaar overlappen, volgens de hoogterichting en/of de omtrekrichting. Bijvoorbeeld wordt gebruik gemaakt van een Iterative Closest Point Algoritme om te zoeken naar gelijkaardige kenmerken in de overlappende beelden, en de plaatsing van de beelden dusdanig aan te passen dat overeenstemmende kenmerken zo goed mogelijk samenvallen. Gelijkaardige kenmerken kunnen worden gezocht in de kleurinformatie en/of de diepte-informatie aanwezig in de overlappende beelden. Bijvoorbeeld wordt op die manier de omtrekpositie van beelden

-9- gecorrigeerd, om zo rekening te houden met rotaties van het sensorhoofd om 9206185 de eigen as gedurende het opmeten.

[17] In een andere uitvoeringsvorm gebeurt de correctie gebaseerd op een gemeten afwijking van het sensorhoofd ten opzichte van een centrale as van de schacht. Bijvoorbeeld bevat het sensorhoofd een Inertial Measurement Unit (IMU), welke toelaat om het pad gevolgd door het sensorhoofd te reconstrueren, en hieruit afwijkingen van het sensorhoofd ten opzichte van de centrale as van de schacht te bepalen. Dergelijke afwijkingen treden bijvoorbeeld op wanneer het sensorhoofd schommelt. De gedetecteerde afwijkingen laten toe om te reconstrueren vanuit welke oriëntatie van de beeldsensor het beeld werd gemaakt, en op die manier de plaatsing van het beeld te corrigeren. Optioneel, kan een IMU ook toelaten om rotaties van het sensorhoofd om de eigen as te detecteren, en op die manier de plaatsing van beelden hiervoor te corrigeren.

[18] In nog een andere uitvoeringsvorm gebeurt de correctie gebaseerd op het met elkaar vergelijken van overlappende beelden en een gemeten afwijking van het sensorhoofd ten opzichte van een centrale as van de schacht. De volgorde van deze twee correcties kan verschillen. Bijvoorbeeld worden metingen van een IMU gebruikt om de plaatsing van de beelden te corrigeren voor schommelingen, en wordt een ICP-algoritme gebruikt om de plaatsing van de beelden te corrigeren voor rotaties. In een ander voorbeeld worden metingen van een IMU gebruikt om de plaatsing van de beelden te corrigeren voor schommelingen van het sensorhoofd en rotaties van het sensorhoofd om de eigen as. Vervolgens kan een ICP-algoritme worden ingezet om de bekomen plaatsing bij te sturen voor uitschieters, of bepaalde abnormaliteiten of onnauwkeurigheden in de IMU-metingen.

[19] Het apparaat volgens de uitvinding levert meerdere voordelen. Vooreerst kunnen de beeldsensoren op het sensorhoofd worden gekozen in overeenstemming met de noden. Het gebruik van geavanceerde 3D-sensoren laat een nauwkeurige modellering van hoge kwaliteit toe. Bovendien, door het gebruik van meerdere sensoren over de omtrek van het sensorhoofd, dient het

-10- sensorhoofd niet te roteren tijdens de axiale beweging in de schacht. Hierdoor 918 worden bewegende onderdelen vermeden, wat bijdraagt tot de robuustheid van het apparaat. Ook kan reeds een goede eerste plaatsing van de beelden in de virtuele ruimte bekomen worden op basis van de omtrekpositie van de beeldsensoren op het sensorhoofd. Dit vermijdt de noodzaak van een rekenintensief algoritme om beelden over de omtrek aan elkaar te plakken.

[20] Verder zijn alle meetcomponenten, zoals de beeldsensoren en het meetapparaat voor de hoogtepositie, omvat binnen het sensorhoofd. Dit betekent dat het sensorhoofd volledig onafhankelijk van het type ophanging kan functioneren, wat niet het geval is wanneer bijvoorbeeld een encoder wordt gebruikt om het aantal asrotaties bij afwikkelen van een kabel te tellen. Met andere woorden, kan het sensorhoofd met elk type van ophangsysteem worden gecombineerd. Dit maakt het apparaat flexibel inzetbaar.

[21] Daarnaast laat de correctiemodule toe om de ruwe plaatsing van beelden te corrigeren, bijvoorbeeld voor schommelingen van het sensorhoofd tijdens de afdaling in de schacht, of voor rotaties van het sensorhoofd om de eigen as. Hierdoor wordt een goede kwaliteit van de modellering gegarandeerd, zelfs indien gebruik wordt gemaakt van een vrijere ophanging zoals een kabel die slechts op één punt aan het sensorhoofd is bevestigd, of een manueel neerlaten van het sensorhoofd in de schacht. Met andere woorden is het geen vereiste om een star ophangsysteem zoals een staaf of telescopische arm te gebruiken, dat zwaar is en omslachtiger in gebruik. Dit laat een compacte en lichte uitvoering toe, wat bijdraagt tot de meeneembaarheid en gebruiksvriendelijkheid van het geheel.

[22] Tenslotte kunnen binnen de correctiemodule correcties op de ruwe plaatsing van de beelden op verschillende manieren worden uitgevoerd. Wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van een IMU voor de eerste plaatsing van de beelden, en vervolgens van een ICP-algoritme voor een correctie van de plaatsing, dan wordt een efficiënte en betrouwbare werking van dit ICP- algoritme bekomen. Immers kan het algoritme hierbij vertrekken van een eerste ruwe plaatsing, zodat slechts beperkte bijsturingen nodig zijn. Ook kan

-11- het ICP-algoritme als terugvalpositie worden ingezet, bijvoorbeeld in 9200185 omstandigheden waarbij de IMU niet goed werkt of abnormale metingen oplevert. Dit draagt verder bij tot de betrouwbaarheid en kwaliteit van de modellering.

[23] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 2, omvat het apparaat een tweede meetapparaat aangepast om de gemeten afwijking te bepalen door reconstructie van het pad gevolgd door het sensorhoofd. Bijvoorbeeld is het meetapparaat een Inertial Measurement Unit of traagheidsmeeteenheid welke via het meten van acceleratie en rotatie, toelaat om te meten welk pad, bijvoorbeeld in (x, y, z)-coördinaten, het sensorhoofd heeft gevolgd gedurende de afdaling in de schacht. Uit dit gevolgde pad kan de gemeten afwijking van het sensorhoofd ten opzichte van de centrale as van de schacht worden afgeleid. Dergelijk tweede meetapparaat laat toe om op betrouwbare en nauwkeurige wijze rekening te houden met schommelingen van het sensorhoofd, wat bijdraagt tot een vrije keuze van ophanging zonder in te boeten aan kwaliteit van de modellering.

[24] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 3, is de plaatsingsmodule geconfigureerd om de beelden te plaatsen in de virtuele ruimte gebaseerd op het pad gevolgd door het sensorhoofd, en is de correctiemodule geconfigureerd om de ruwe plaatsing te corrigeren gebaseerd op het met elkaar vergelijken van overlappende beelden. Bijvoorbeeld omvat het sensorhoofd een Inertial Measurement Unit of traagheidsmeeteenheid welke toelaat om te bepalen welk pad het sensorhoofd heeft gevolgd gedurende de afdaling in de schacht. Vervolgens wordt dit pad, samen met de omtrekpositie van de sensoren op het sensorhoofd en de gemeten hoogtepositie gebruikt om een eerste plaatsing te doen van de beelden in de virtuele ruimte, zijnde de ruwe plaatsing. Bijvoorbeeld houdt de ruwe plaatsing reeds rekening met schommelingen van het sensorhoofd en rotaties om de eigen as. Daarna wordt deze ruwe plaatsing gecorrigeerd, door overlappende beelden met elkaar te vergelijken. Bijvoorbeeld wordt gebruik gemaakt van een Iterative Closest Point Algoritme om te zoeken naar gelijkaardige kenmerken in de

-12- overlappende beelden, en de plaatsing van de beelden dusdanig aan té 700100 passen dat overeenstemmende kenmerken zo goed mogelijk samenvallen. Bijvoorbeeld wordt de ruwe plaatsing op die manier bijgestuurd voor uitschieters, of bepaalde abnormaliteiten of onnauwkeurigheden in de IMU- metingen. Dit draagt bij tot een betrouwbare modellering, en een licht systeem met vrije keuze van ophanging.

[25] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 4, is het tweede meetapparaat een traagheidsmeeteenheid en/of omvat het meetapparaat een accelerometer, en/of omvat het meetapparaat een gyroscoop, en/of omvat het meetapparaat een magnetometer. Dit laat toe om voor de plaatsing van beelden in de virtuele ruimte, rekening te houden met schommelingen van het sensorhoofd en rotaties om de eigen as.

[26] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 5, is de correctiemodule geconfigureerd om de plaatsing van de beelden op een omtrekpositie in de virtuele ruimte te corrigeren, gebaseerd op het met elkaar vergelijken van beelden die in de ruwe plaatsing in de hoogterichting met elkaar overlappen. Na ruwe plaatsing van de beelden in de virtuele ruimte, overlappen deze bijvoorbeeld deels over de hoogterichting. Er is met andere woorden in de virtuele ruimte een aaneengesloten omtrek van overlappende beelden. Vervolgens kan in deze overlappende delen bijvoorbeeld gezocht worden naar gelijkaardige kenmerken, aan de hand van een Iterative Closest Point Algoritme. Op basis hiervan kan de omtrekpositie van beelden in de virtuele ruimte worden aangepast, dusdanig dat overeenstemmende kenmerken zo goed mogelijk samenvallen. Op die manier wordt een plaatsing bekomen die rekening houdt met rotaties van het sensorhoofd om de eigen as. Dit draagt bij tot een nauwkeurige modellering, ook wanneer een ophanging wordt gebruikt waarbij rotaties van het sensorhoofd mogelijk zijn.

[27] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 6, is de correctiemodule geconfigureerd om de ruwe plaatsing te corrigeren door het minimaliseren van het verschil tussen puntenwolken. Bijvoorbeeld wordt gebruik gemaakt van

-13- een Iterative Closest Point Algoritme, waarbij de plaatsing van beelden wordt A 0020/9785 gecorrigeerd om een zo goed mogelijk samenvallen van gelijkaardige kenmerken in overlappende beelden te bekomen. Gelijkaardige kenmerken kunnen worden gezocht in de kleurinformatie en/of de diepte-informatie aanwezig in de overlappende beelden.

[28] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 7, maken de beeldsensoren gebruik van 3D-beeldvormingstechnologie. Bijvoorbeeld is een beeldsensor een 3D-camera of 3D-sensor. 3D-beeldvormingstechnologie verwijst naar technologie waarmee naast kleurinformatie tevens diepte- informatie wordt verzameld. Bijvoorbeeld maakt een beeldsensor gebruik van stereovisie technologie, waarbij twee camera's beelden maken vanuit verschillende hoeken om toe te laten diepte-informatie af te leiden. In een ander voorbeeld is een beeldsensor aangepast om beelden te maken van een geprojecteerd gestructureerd lichtpatroon, waarbij uit de vervormingen van het patroon in deze beelden diepte-informatie kan worden afgeleid. In nog een ander voorbeeld maakt een beeldsensor gebruik van een combinatie van stereovisie technologie en de projectie van een gestructureerd lichtpatroon. Het gebruik van 3D-beeldvormingstechnologie heeft als voordeel dat een nauwkeurige modellering mogelijk is, zonder vervormingen in de beelden, en met de mogelijkheid om dimensionele parameters af te leiden.

[29] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 8, maken de beeldsensoren gebruik van een combinatie van stereovisie technologie en de projectie van een gestructureerd lichtpatroon. Stereovisie technologie, of stereoscopie, verwijst naar het gebruik van twee camera's, welke onder verschillende hoeken beelden maken. Beeldverwerking nadien laat toe om gemeenschappelijke kenmerken in beide beelden te detecteren en hieruit diepte- of afstandsinformatie af te leiden. Stereovisie technologie heeft als voordeel dat dit goed blijft werken onder omstandigheden waarbij veel licht aanwezig is, bijvoorbeeld afkomstig van lichtinval aan de bovenzijde van het mangat. Dit draagt bij tot een goede modellering van de schacht nabij het grondoppervlak, en vermijdt de noodzaak om een afscherming van het

„14 - buitenlicht te voorzien. De projectie van een gestructureerd ichtpatroon 995765 verwijst naar een technologie zoals structured light. Dergelijk systeem bezit behalve een camera tevens een lichtbron, zoals een laser, die toelaat om een patroon af te beelden op een object. De regelmaat van het patroon wordt bij projectie verstoord door oneffenheden in het oppervlak van het object, en uit deze vervormingen, te zien in de door de camera gemaakt beelden, kan vervolgens diepte-informatie over het oppervlak worden afgeleid. De projectie van een gestructureerd lichtpatroon heeft als voordeel dat deze technologie goed blijft werken in omstandigheden waarbij weinig licht aanwezig is, zoals aan de voet van de schacht, of bij te modelleren oppervlakken waarin weinig kenmerken te onderscheiden zijn. Het gebruik van beeldsensoren die een combinatie van stereovisie technologie en de projectie van een gestructureerd lichtpatroon toelaten heeft als voordeel dat in alle belichtingsomstandigheden, zowel onder- als overbelichting, een goede modellering bekomen wordt. Dit draagt bij tot een hoog-kwalitatieve en robuuste modellering.

[30] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 9, zijn de beeldsensoren geplaatst op het sensorhoofd volgens eenzelfde hoogtepositie op het sensorhoofd. Dit draagt bij tot een eenvoudige plaatsing van beelden in de virtuele ruimte, waarbij per hoogtepositie van het sensorhoofd, een volledige binnenomtrek van de schacht wordt in kaart gebracht.

[31] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 10, is het meetapparaat aangepast om de gemeten hoogtepositie te bepalen gebaseerd op 3D- beeldvormingstechnologie. Bijvoorbeeld is het meetapparaat een 3D- beeldsensor gericht naar het uiteinde van de schacht, weg van het maaiveld. Dergelijke 3D-beeldsensor laat toe om een 3D-beeld te maken van de bodem van de schacht, en omvat bijvoorbeeld een processor aangepast om via beeldverwerking de hoogtepositie af te leiden uit het gemaakte beeld. Het gebruik van 3D-beeldvormingstechnologie voor de hoogtemeting laat een nauwkeurige en betrouwbare meting toe, doordat minder ruis aanwezig is in de meting, en minder verstoringen ten gevolge van een weerspiegelend

-15- wateroppervlak op de bodem voorkomen, dan wanneer bijvoorbeeld van een 209185 ééndimensionale laser gebruik wordt gemaakt.

[32] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 11, vormt de verwerkingseenheid een fysieke eenheid met het sensorhoofd. Dit betekent dat reeds op het sensorhoofd een verwerking kan plaatsvinden van de verzamelde ruwe data, zoals het plaatsen van de beelden in de virtuele ruimte evenals een correctie van deze ruwe plaatsing. Vervolgens hunnen de resultaten worden doorgestuurd naar een extern toestel, zoals een tablet, mobiele telefoon of computer, via een bedrade of draadloze verbinding. Het verwerken van data op het sensorhoofd zelf heft als voordeel dat de hoeveelheid data die naar het extern toestel moet worden verstuurd beperkter is dan wanneer alle ruwe data dient te worden doorgestuurd. Dit vermindert de vereisten op vlak van bandbreedte van de draadloze of bedrade verbinding, en draagt bij tot het real-time beschikbaar stellen van resultaten aan de gebruiker.

[33] Optioneel, zoals gedefinieerd door conclusie 12, is de verwerkingseenheid aangepast om dimensionele parameters te bepalen op basis van de plaatsing van de beelden in de virtuele ruimte. Dit betekent dat de modellering aan de hand van het apparaat een parametrisatie toelaat, waarbij bijvoorbeeld afmetingen kunnen worden afgeleid uit het 3D-model van de schacht. Bijvoorbeeld wordt een interface ter beschikking gesteld waarin de gebruiker de te bepalen afmetingen kan aangeven. De software welke toelaat om de dimensionele parameters te bepalen en weer te geven kan volledig op het sensorhoofd geïmplementeerd zijn, of op een extern toestel, zoals een tablet, mobiele telefoon of computer geïnstalleerd zijn.

[34] Volgens een tweede aspect van onderhavige uitvinding worden de hierboven geïdentificeerde doelstellingen verwezenlijkt door een systeem voor het 3D-modelleren van een schacht, zoals gedefinieerd door conclusie 13, omvattende: -een apparaat volgens het eerste aspect van onderhavige uitvinding;

- 16 - - een ophangsysteem aangepast om het sensorhoofd axiaal te beweger, 7920/5795 binnen de schacht, omvattende een beweegbare component gekozen uit de groep van: een staaf, een telescopische arm, of één of meerdere kabels, waarbij de beweegbare component is aangepast om gedurende het axiaal bewegen van het sensorhoofd manueel in positie te worden gehouden of geconnecteerd te zijn met een verplaatsbaar positioneringssysteem.

[35] Het ophangsysteem omvat een beweegbare component zoals een staaf, een telescopische arm, of één of meerdere kabels. Aan deze beweegbare component wordt typisch aan één uiteinde het sensorhoofd bevestigd. In een uitvoeringsvorm wordt het andere uiteinde van de beweegbare component manueel vastgehouden tijdens de afdaling van het sensorhoofd in de schacht. In een andere uitvoeringsvorm wordt dit andere uiteinde geconnecteerd met een verplaatsbaar positioneringssysteem. Een positioneringssysteem is een systeem dat toelaat om het sensorhoofd te positioneren op de centrale as van de schacht. Een verplaatsbaar positioneringssysteem is bijvoorbeeld een statief, driepikkel, systeem gemonteerd in een voertuig, enz.

[36] Volgens een derde aspect van onderhavige uitvinding worden de hierboven geïdentificeerde doelstellingen verwezenlijkt door een methode voor het 3D-modelleren van een schacht, zoals gedefinieerd door conclusie 14, omvattende: - het axiaal bewegen van een sensorhoofd binnen de schacht aan de hand van een ophangsysteem; - het maken van beelden aan de hand van beeldsensoren, waarbij de beeldsensoren zijn geplaatst over de omtrek van het sensorhoofd en zijn aangepast om de beelden te maken over een binnenomtrek van de schacht; - het bepalen van een gemeten hoogtepositie van het sensorhoofd binnen de schacht aan de hand van een meetapparaat omvat binnen het sensorhoofd; - het plaatsen van de beelden in een virtuele ruimte gebaseerd op de gemeten hoogtepositie en de positionering van de beeldsensoren op het sensorhoofd, resulterend in een ruwe plaatsing van de beelden;

-17- - het corrigeren van de ruwe plaatsing gebaseerd op het met elkaar 299185 vergelijken van overlappende beelden en/of gebaseerd op een gemeten afwijking van het sensorhoofd ten opzichte van een centrale as van de schacht.

Korte Beschrijving van de Tekeningen

[37] Fig. 1 toont een apparaat voor het 3D-modelleren van een schacht, volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.

[38] Fig. 2 en Fig. 3 illustreren een systeem voor het 3D-modelleren van een schacht, volgens verschillende uitvoeringsvormen van de uitvinding, meer bepaald waarbij gebruik wordt gemaakt van diverse mogelijke ophangsystemen.

[39] Fig. 4 illustreert op schematische wijze een sensorhoofd volgens de uitvinding, en het gebruik van dit sensorhoofd bij het opmeten van een schacht. Fig. 4a en Fig. 4b geven respectievelijk een axiale doorsnede en een dwarsdoorsnede.

[40] Fig. 5 geeft een blokschema ter illustratie van de datastromen vanuit een sensorhoofd naar een verwerkingseenheid, en van de diverse modules binnen een verwerkingseenheid, volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.

[41] Fig. 6 illustreert het afdalen van een sensorhoofd in een schacht, en het mogelijk optreden van rotaties en schommelingen hierbij.

[42] Fig. 7 illustreert hoe een verwerkingseenheid volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding rekening houdt met rotaties van het sensorhoofd om de eigen as en met schommelingen van het sensorhoofd gedurende de opmeting in een schacht.

-18-

[43] Fig. 8 geeft een blokschema dat de verwerking van ruwe data tot A 0020/9785 dimensionele parameters en diverse andere mogelijkheden in een gebruikersinterface illustreert, volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. Gedetailleerde Beschrijving van de Uitvoeringsvormen

[44] Fig. 1 toont een apparaat voor het 3D-modelleren van een schacht 105, volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. In de toepassing getoond in Fig. 1 is de schacht 105 een mangat van een rioleringssysteem, dat zich uitstrekt vanaf het maaiveld 106 tot aan een ondergrondse rioolleiding. De hoogte of diepte van de schacht 105 worden gemeten volgens een axiale richting 108. In de uitvoeringsvorm van Fig. 1 heeft de schacht 105 een cilindervormige wand 107, met een cirkelvormige axiale doorsnede die axiaal symmetrisch is en constant is over de hoogte van de schacht 105. Onderaan sluit de verticale schacht 105 typisch aan op een horizontale leiding, waarbij de wand 107 dus onderbroken wordt. Andere vormen zijn evenwel mogelijk, zoals een vierkante of rechthoekige doorsnede van de schacht, of een doorsnede die varieert over de hoogte van de schacht. Andere toepassingen zijn tevens mogelijk, waarbij de schacht 105 bijvoorbeeld een schoorsteen, leiding, tank, leidingkoker, liftkoker, enz. is.

[45] Het apparaat omvat een sensorhoofd 101 en een verwerkingseenheid

500. De verwerkingseenheid 500, niet zichtbaar op Fig. 1, bevindt zich binnen het sensorhoofd 101, of binnen een afzonderlijk toestel, of is verdeeld over het sensorhoofd 101 en een ander toestel. Het sensorhoofd 101 is aangepast om aan de hand van een ophangsysteem 100 te worden bewogen binnen de schacht 200, volgens de axiale richting 108. In de uitvoeringsvorm van Fig. 1 omvat het ophangsysteem 100 een statief 103 en een kabel of staaf 102. Fig. 1 toont de opstelling tijdens opmeten van de schacht 105, waarbij het statief 103 op het maaiveld 106 is geplaatst, en het sensorhoofd 101 aan de hand van de staaf of kabel 102 wordt neergelaten in de schacht 105. Nadat de opmeting voltooid is, wordt het sensorhoofd 101 losgemaakt en het statief 103 dichtgeklapt, zodat de onderdelen eenvoudig kunnen worden meegenomen

-19- naar een andere locatie. Fig. 1 toont dat zowel het ophangsysteem 100 als het 29296185 sensorhoofd 101 compact en licht zijn uitgevoerd, wat het geheel eenvoudig verplaatsbaar en draagbaar maakt. In de uitvoeringsvorm van Fig. 1 heeft het sensorhoofd 101 een gewicht van circa 5 kg.

[46] In de uitvoeringsvorm van Fig. 1 omvat het systeem tevens technologie voor geo-positionering en draadloze communicatie. Geo-positionering, bijvoorbeeld GPS-lokalisatie, laat toe om de geolocatie van de opmeting automatisch te registreren. Draadloze communicatie, bijvoorbeeld WiFi- communicatie, radio-communicatie of Bluetooth, laat doe om opgemeten data draadloos door te sturen. In de uitvoeringsvorm van Fig. 1 is de technologie voor geo-positionering en draadloze communicatie ondergebracht in een afzonderlijke omkasting 104, welke op het statief is gemonteerd. Andere uitvoeringsvormen zijn evenwel mogelijk, waarbij deze technologie bijvoorbeeld in of aan het sensorhoofd 101 is ondergebracht.

[47] Fig. 2 en Fig. 3 illustreren hoe het sensorhoofd 101 kan worden gecombineerd met diverse ophangsystemen. In Fig. 2a omvat het ophangsysteem een statief 201 en een telescopische arm of uitschuifbare staaf 200. In Fig. 2b wordt het sensorhoofd 101 op drie ophangpunten opgehangen aan een systeem 203 gemonteerd in een voertuig. De figuur toont drie kabels 202, maar een ander aantal kabels en/of ophangpunten is eveneens mogelijk. De ophangsystemen getoond in Fig. 2 dragen bij tot het beperken van bewegingen van het sensorhoofd 101 tijdens de afdaling in de schacht 105. Fig. 3 illustreert echter, dat het sensorhoofd 101 tevens kan worden gecombineerd met een meer vrije ophanging, waarbij schommelingen en rotaties om de eigen as van het sensorhoofd 101 mogelijk aanwezig zijn. In Fig. 3a omvat het ophangsysteem een statief 301, waaraan via een kabel 300, bijvoorbeeld een staalkabel, het sensorhoofd 101 is opgehangen. In Fig. 3b is het sensorhoofd 101 aan één uiteinde bevestigd aan een kabel 302, en wordt de kabel 302 door een persoon vastgehouden, zie 303, om zo het sensorhoofd 101 manueel neer te laten in de schacht 105. Dergelijke vrije keuze van ophanging laat toe om bijvoorbeeld een standaarduitvoering op de markt te brengen, maar tevens oplossingen op maat van een gebruiker of

-20- operator te realiseren. Bijvoorbeeld, indien een klant reeds over een 209185 ophangsysteem beschikt voor valbeveiliging bij afdalen van een persoon in een mangat, dan kan dit ophangsysteem eenvoudig worden hergebruikt bij combinatie met het sensorhoofd 101. Merk ook op dat mogelijke uitvoeringen niet beperkt zijn tot deze voorgesteld in Fig. 2 en Fig. 3. Bijvoorbeeld kan een kabel systeem 203 in een voertuig worden gecombineerd met een enkele kabel 300, of kan de kabel 300 worden vervangen door een staaf.

[48] Fig. 4 illustreert op schematische wijze het gebruik van het sensorhoofd 101 bij het opmeten van een schacht 105. De dwarsdoorsnede van Fig. 4b toont dat het sensorhoofd 101 tien beeldsensoren 400 omvat, equidistant geplaatst over de omtrek van het sensorhoofd 101. De axiale doorsnede van Fig. 4a toont dat de beeldsensoren 400 zijn geplaatst op eenzelfde hoogtepositie op het sensorhoofd 101. De beeldsensoren 400 op Fig. 4 zijn schematisch voorgesteld, zonder een reële vorm of afmetingen van de sensoren te willen weergeven. Tevens zijn andere uitvoeringsvormen mogelijk, bijvoorbeeld waarbij een ander aantal beeldsensoren 400 aanwezig is, of hun hoogtepositie op het sensorhoofd 101 verschilt van sensor tot sensor.

[49] Fig. 4 illustreert dat elke beeldsensor 400 een zekere kijkhoek heeft, volgens de hoogterichting en volgens de omtrekrichting. Fig. 4a toont dat onder een kijkhoek 401 een beeldsensor 400 zicht heeft op een deel van het binnenoppervlak van de schacht 105 over een hoogte 402. Analoog toont Fig. 4b dat onder een kijkhoek 403 een beeldsensor 400 zicht heeft op een deel van het binnenoppervlak van de schacht 105 over een tangentiële afstand

404. Samen hebben de beeldsensoren 400 een 360° zicht op een volledige binnenomtrek van de schacht 105, waarbij de individuele beelden deels overlappen met elkaar volgens de omtrekrichting, zoals zichtbaar is in Fig. 4b. De aanwezigheid van tien sensoren 400 over de omtrek van het sensorhoofd 101, laat toe dat sensoren 400 met een beperkte kijkhoek 403 worden gebruikt, wat typisch in een hogere resolutie van de beelden resulteert.

-21-

[50] Tijdens een afdaling van het sensorhoofd 101 in de schacht 105 (20/5106 worden beelden gemaakt door de beeldsensoren 400. Op die manier komt op verschillende hoogteposities van het sensorhoofd 101 binnen de schacht 105 telkens een ring van beelden beschikbaar, met een zekere hoogte 402. Hierbij is geen rotatie van het sensorhoofd 101 nodig, zodat de aanwezigheid van bewegende onderdelen vermeden wordt. Typisch wordt per beeld tevens het tijdstip geregistreerd waarop het respectievelijke beeld werd gemaakt door een beeldsensor 400.

[51] Fig. 4a toont dat typisch de beeldenring gemaakt op een zekere hoogtepositie van het sensorhoofd 101 overlapt met de beeldenring gemaakt op een volgende hoogtepositie. De axiale beweging van het sensorhoofd 101 kan hierbij continu verlopen, waarbij met een zeker tijdinterval telkens beelden worden gemaakt, of de beweging van het sensorhoofd 101 kan discontinu verlopen, waarbij de axiale beweging tussentijds wordt gestopt. In dit laatste geval kunnen bijvoorbeeld de beeldsensoren 400 sequentieel worden aangestuurd, waarbij op een gegeven hoogtepositie van het sensorhoofd, de beeldsensoren 400 elk om beurt hun beeld maken en doorsturen. Dergelijk aansturing kan een oplossing bieden in geval geen grote datastroom mogelijk is.

[52] In een uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de beeldsensoren 400 3D- sensoren welke gebruik maken van een combinatie van stereovisie technologie en de projectie van een gestructureerd lichtpatroon. Hierbij omvat een beeldsensor 400 twee camera's, welke onder verschillende hoeken beelden maken, en een lichtbron zoals een laser, welke toelaat om een patroon te projecteren. Tevens omvat de beeldsensor een processor welke toelaat om via beeldverwerkingsalgoritmes het 3D-beeld te reconstrueren. Bijvoorbeeld is een beeldsensor 400 een Intel RealSense Depth Camera D415, of een gelijkaardige technologie. Tevens kan een beeldsensor 400 een RGB sensor omvatten, om kleurinformatie te verzamelen. De combinatie van stereovisie en structured light laat toe om bij alle belichtingsomstandigheden een nauwkeurige en kwalitatieve modellering te bekomen. Andere uitvoeringsvormen zijn evenwel mogelijk, waarbij van een ander type

-22- beeldsensor wordt gebruik gemaakt. Optioneel kan het sensorhoofd 101 ook 9295185 één of meerdere lichtbronnen bevatten, om de wand van de schacht 105 te verlichten tijdens het maken van de beelden.

[53] Het sensorhoofd 101 omvat verder een meetapparaat 501 aangepast om een gemeten hoogtepositie 507 te bepalen van het sensorhoofd 101 binnen de schacht 105, zoals schematisch is weergegeven in Fig. 5. In de uitvoeringsvorm van Fig. 1 wordt het meetapparaat 501 aan de onderkant van het sensorhoofd 101 gemonteerd, zodat het tijdens opmeting gericht is naar de bodem van de schacht 105. Bijvoorbeeld is het meetapparaat 501 een ééndimensionale laser, of een 3D-beeldsensor met processor om uit het beeld van de bodem de gemeten hoogtepositie af te leiden. In Fig. 6 worden verschillende gemeten hoogteposities 600, 601, 602 schematisch weergegeven. Typisch registreert het meetapparaat 501 tevens het tijdstip waarop de respectievelijke hoogtepositie 600, 601, 602 werd opgemeten. Optioneel kan er naast het meetapparaat 501 tevens een dieptemeter op het sensorhoofd 101 aanwezig zijn, welke de afdaling automatisch stopt wanneer het sensorhoofd 101 bijna de bodem heeft bereikt. Eventueel kan ook de opname van beelden en metingen dan automatisch worden gestopt.

[54] In de uitvoeringsvorm van Fig. 5 omvat het sensorhoofd 101 tevens een tweede meetapparaat 502, aangepast om een gemeten afwijking 508 te bepalen van het sensorhoofd 101 ten opzichte van een centrale as 603 van de schacht 105. Bijvoorbeeld is het tweede meetapparaat 502 een traagheidsmeeteenheid of Inertial Measurement Unit (IMU), weke toelaat om rotaties en acceleraties te meten. Bijvoorbeeld laat de IMU toe om het traject gevolgd door het sensorhoofd 101 te reconstrueren, en kan hieruit de gemeten afwijking 508 worden afgeleid.

[55] Fig. 5 toont dat de beelden 506 afkomstig van de beeldsensoren 400, de gemeten hoogtepositie 507 afkomstig van het meetapparaat 501, en de gemeten afwijking 508 afkomstig van het tweede meetapparaat 502, worden doorgegeven aan een verwerkingseenheid 500. Tevens worden de tijdstippen overeenstemmend met de respectievelijke metingen doorgegeven aan de

-23- verwerkingseenheid 500. Bijvoorbeeld wordt gebruik gemaakt van een API om 9206185 informatie afkomstig van de beeldsensoren 400 en meetapparaten uit te lezen. De verwerkingseenheid 500 heeft tevens informatie ter beschikking over de omtrekpositie en hoogtepositie van de beeldsensoren 400 op het sensorhoofd

101. Bijvoorbeeld wordt de exacte positie van de beeldsensoren 400 op het sensorhoofd 101 bepaald aan de hand van een kalibratie, voorafgaand aan het opmeten van de schacht 105. Bijvoorbeeld wordt gebruik gemaakt van een geautomatiseerde kalibratietool, waarbij het sensorhoofd 101 in een testomgeving voorzien van referentiepunten beelden maakt, en hieruit de exacte positie van elke sensor 400 op het sensorhoofd 101 wordt bepaald.

[56] De verwerkingseenheid 500 op Fig. 5 omvat een plaatsingsmodule 503, een correctiemodule 504 en een visualisatiemodule 505. Bijvoorbeeld wordt aan de hand van de beelden 506, de gemeten hoogtepositie 507, en de informatie afkomstig van de IMU 502, een eerste plaatsing van de beelden in de virtuele ruimte gedaan door de plaatsingsmodule 503, resulterend in een ruwe plaatsing 509. Beelden gemaakt op een bepaald tijdstip worden hierbij op de gemeten hoogtepositie overeenstemmend met hetzelfde tijdstip geplaatst, en het traject opgemeten door de IMU wordt gebruikt om in de plaatsing rekening te houden met schommelingen en rotaties om de eigen as van het sensorhoofd 101. Vervolgens wordt aan de hand van de correctiemodule 504 een correctie uitgevoerd op de ruwe plaatsing 509. Bijvoorbeeld wordt gebruik gemaakt van een Iterative Closest Point (ICP) algoritme om overlappende stukken in de beelden met elkaar te vergelijken, en op die manier de plaatsing te verfijnen of te corrigeren voor fouten of onnauwkeurigheden. Dit resulteert in een gecorrigeerde plaatsing 510 van de beelden in de virtuele ruimte. In de visualisatiemodule 505 wordt het 3D-model van de schacht, overeenstemmend met de gecorrigeerde plaatsing 510, gevisualiseerd voor de gebruiker. Door gebruik te maken van opgemeten RGB-informatie, kunnen tevens kleurwaarden aan het 3D-model worden toegevoegd.

[57] In een andere uitvoeringsvorm gebruikt de plaatsingsmodule 503 de opgemeten beelden 506 en de gemeten hoogtepositie 507 om, rekening

„24 - houdende met de positie van de beeldsensoren 400 op het sensorhoofd 101 9299185 een ruwe plaatsing 509 van de beelden in de virtuele ruimte te doen. Vervolgens wordt door de correctiemodule 504 de ruwe plaatsing 509 op twee manieren gecorrigeerd. Enerzijds wordt de plaatsing 509 gecorrigeerd voor schommelingen van het sensorhoofd, aan de hand van de gemeten afwijking 508, afgeleid uit het traject gemeten door de IMU. Anderzijds wordt de ruwe plaatsing 509 gecorrigeerd voor rotaties van het sensorhoofd om de eigen as, aan de hand van een ICP-algoritme. Het ICP-algoritme vergelijkt hierbij delen van beelden die met elkaar over de hoogte overlappen, en zoekt naar gelijkaardige kenmerken, wat betreft kleur en/of diepte-informatie, in de overlappende delen. Vervolgens wordt de omtrekpositie van de beelden gecorrigeerd, zodat overeenstemmende kenmerken zo goed mogelijk samen vallen. Beide correcties, waarvan de volgorde kan verschillen, resulteren in een gecorrigeerde plaatsing 510 van de beelden in de virtuele ruimte, welke kan worden gevisualiseerd in een visualisatiemodule 505.

[58] Fig. 6 en Fig. 7 illustreren verder een mogelijke werking van de plaatsingsmodule 503 en correctiemodule 504, en hoe deze rekening houden met schommelingen van het sensorhoofd 101 en rotaties om de eigen as. Fig. Ga illustreert een afdaling van het sensorhoofd 101, met achtereenvolgende hoogteposities 600, 601, en 602, waarbij geen schommelingen of rotaties optreden. In Fig. 6b treedt een rotatie op van het sensorhoofd 101 om de eigen as 603, maar geen schommelingen. Fig. 6b illustreert een afdaling waarbij een schommeling van het sensorhoofd 101 optreedt. Een schommeling betekent dat er een afwijking 606 optreedt ten opzichte van de centrale as 603. Fig. 6c illustreert hoe, wanneer geen rekening zou worden gehouden met de optredende schommeling, de verwerkingseenheid 500 uitgaat van een gemeten hoogtepositie 605, terwijl het beeld dat door de betreffende sensor 400 werd gemaakt zich in realiteit op een hoogtepositie 604 bevindt. Dit zou resulteren in een onnauwkeurige plaatsing van de beelden in de virtuele ruimte.

[59] Fig. 7 illustreert hoe de plaatsing van de beelden kan worden gecorrigeerd voor rotaties en schommelingen. In de situatie van Fig. 7a treden

-25- geen schommelingen of rotaties van het sensorhoofd 101 op tijdens de 7920/9165 afdaling. Op drie verschillende hoogteposities wordt telkens een ring van beelden opgemeten, zie de ringen 700, 701, en 702 links in Fig. 7a. Fig. 7a illustreert de plaatsing van de beelden in de virtuele ruimte, waarbij voor de eenvoud van voorstelling de omtrekrichting is geprojecteerd op de horizontale richting. In Fig. 7a volstaat het om de opgemeten ringen 700, 701 en 702 louter rekening houdend met de gemeten hoogtepositie in de virtuele ruimte te plaatsen.

[60] Fig. 7b illustreert een situatie waarbij een schommeling van het sensorhoofd 101 plaatsvindt tijdens de afdaling van het sensorhoofd 101. Onder de opgemeten beeldringen 703, 704 en 705 vertoont de ring 704 een kanteling ten gevolge van een schommeling van het sensorhoofd 101 op de plaats waar de ring 704 werd opgemeten. Wanneer in deze situatie de ringen 703, 704, 705 louter rekening houdend met de gemeten hoogtepositie in de virtuele ruimte worden geplaatst, resulteert dit in een onnauwkeurige plaatsing. Fig. 7b, rechts, illustreert hoe, om een nauwkeurige plaatsing te bekomen, tevens in de virtuele ruimte het beeld dient gekanteld te worden. Dit kan door rekening te houden met een gemeten afwijking van het sensorhoofd 606, welke bijvoorbeeld uit het door een IMU opgemeten traject kan worden afgeleid.

[61] Fig. 7c illustreert een situatie waarbij een rotatie van het sensorhoofd 101 om de eigen as en een schommeling van het sensorhoofd 101 plaatsvinden tijdens de afdaling. De beeldring 706 werd gemaakt op een hoogtepositie waarbij het sensorhoofd 101 was verdraaid. De beeldring 707 werd gemaakt op een hoogtepositie waarbij het sensorhoofd 101 was gekanteld. De beeldring 708 werd gemaakt op een hoogtepositie waarbij het sensorhoofd 101 niet verdraaid noch gekanteld was. Analoog met Fig. 7b, illustreert Fig. 7c, rechts, hoe om rekening te houden met het schommelen van het sensorhoofd 101, het beeld 707 gekanteld dient te worden geplaatst in de virtuele ruimte. Anderzijds, om rekening te houden met de rotatie van het sensorhoofd 101, dient het beeld 706 in de virtuele ruimte te worden geroteerd

- 26 - ten opzichte van de andere beelden 707, 708. In de geprojecteerde 918 voorstelling van Fig. 7b, rechts, is dit zichtbaar als een verschuiving van het beeld 706 ten opzichte van de andere beelden 707, 708. De geroteerde plaatsing van het beeld 706 in de virtuele ruimte kan bijvoorbeeld gebeuren op basis van rotatie-informatie opgemeten met een IMU, of aan de hand van een ICP-algoritme dat beelden die gedeeltelijk met elkaar overlappen volgens de hoogterichting met elkaar vergelijkt.

[62] Fig. 8 illustreert verdere verwekingsmogelijkheden eens het 3D-model van de schacht 105 in de virtuele ruimte werd bepaald. In Fig. 8 wordt er uitgegaan van ruwe data 800, die onder de vorm van een puntenwolk, eventueel aangevuld met kleurinformatie, beschikbaar is. Optioneel worden de 3D-beelden gefilterd, om aanwezige ruis te verminderen. Vanuit de ruwe data 800, gebeurt vervolgens een parametrisatie 801, hetgeen toelaat om dimensionele parameters uit het 3D-model af te leiden. Bijvoorbeeld laat een gebruikersinterface toe om sneden te maken in het model, en worden hiervoor automatisch afstanden en/of oppervlaktes berekend. Ook kunnen automatisch bepaalde vormen herkend worden, zoals de aanwezigheid van een leiding die aansluit op de schacht. Optioneel kan er ook gebruik worden gemaakt van beeldherkenningsalgoritmes om op basis van kleuren aanwezig in het model informatie over de structurele toestand van de schacht af te leiden. Bijvoorbeeld kunnen automatisch bepaalde defecten, zoals een ontbrekende steen, Iek, water-insijpeling, enz., worden herkend in het 3D-model.

[63] Tenslotte illustreert Fig. 8 hoe informatie aanwezig in of bekomen uit het 3D-model, beschikbaar kan worden gesteld voor andere toepassingen 802, bijvoorbeeld via een API 803. Een toepassing 802 is bijvoorbeeld een database welke de mangaten van een rioleringssysteem inventariseert, of een GIS viewer (Geografisch Informatie Systeem) waarin de geografische locatie van mangaten visueel wordt voorgesteld.

[64] Hoewel de onderhavige uitvinding werd geïllustreerd aan de hand van specifieke uitvoeringsvormen, zal het voor de vakman duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot de details van de voorgaande illustratieve

„27 - uitvoeringsvormen, en dat de onderhavige uitvinding kan worden uitgevoerd 99185 met verschillende wijzigingen en aanpassingen zonder daarbij het toepassingsgebied van de uitvinding te verlaten.

De onderhavige uitvoeringsvormen moeten daarom op alle vlakken worden beschouwd als illustratief en niet restrictief, waarbij het toepassingsgebied van de uitvinding wordt beschreven door de bijgevoegde conclusies en niet door de voorgaande beschrijving, en alle wijzigingen die binnen de betekenis en de reikwijdte van de conclusies vallen, zijn hier derhalve mee opgenomen.

Er wordt met andere woorden van uitgegaan dat hieronder alle wijzigingen, variaties of equivalenten vallen die binnen het toepassingsgebied van de onderliggende basisprincipes vallen en waarvan de essentiële attributen worden geclaimd in deze octrooiaanvraag.

Bovendien zal de lezer van deze octrooiaanvraag begrijpen dat de woorden "omvattende" of "omvatten" andere elementen of stappen niet uitsluiten, dat het woord "een" geen meervoud uitsluit.

Eventuele verwijzingen in de conclusies mogen niet worden opgevat als een beperking van de conclusies in kwestie.

De termen "eerste", "tweede", "derde", "a", "b", "c" en dergelijke, wanneer gebruikt in de beschrijving of in de conclusies, worden gebruikt om het onderscheid te maken tussen soortgelijke elementen of stappen en beschrijven niet noodzakelijk een opeenvolgende of chronologische volgorde.

Op dezelfde manier worden de termen "bovenkant", "onderkant”, "over", "onder" en dergelijke gebruikt ten behoeve van de beschrijving en verwijzen ze niet noodzakelijk naar relatieve posities.

Het moet worden begrepen dat die termen onderling verwisselbaar zijn onder de juiste omstandigheden en dat uitvoeringsvormen van de uitvinding in staat zijn om te functioneren volgens de onderhavige uitvinding in andere volgordes of oriëntaties dan die beschreven of geïllustreerd in het bovenstaande.

Claims

-28- CONCLUSIES BE2020/5185

1. Apparaat voor het 3D-modelleren van een schacht (105), omvattende: - een sensorhoofd (101) aangepast om aan de hand van een ophangsysteem (100) axiaal te worden bewogen binnen genoemde schacht (105), genoemd sensorhoofd (101) omvattende: o beeldsensoren (400) geplaatst over de omtrek van genoemd sensorhoofd (101), aangepast om beelden (506) te maken over een binnenomtrek van genoemde schacht (105); o een meetapparaat (501) aangepast om een gemeten hoogtepositie (507) te bepalen van genoemd sensorhoofd (101) binnen genoemde schacht (105); - een verwerkingseenheid (500) omvattende: o een plaatsingsmodule (503) geconfigureerd om genoemde beelden (506) te plaatsen in een virtuele ruimte, gebaseerd op genoemde gemeten hoogtepositie (507) en de positionering van genoemde beeldsensoren (400) op genoemd sensorhoofd (101), resulterend in een ruwe plaatsing (509) van genoemde beelden (506): o een correctiemodule (504) geconfigureerd om genoemde ruwe plaatsing (509) te corrigeren, gebaseerd op het met elkaar vergelijken van overlappende beelden en/of gebaseerd op een gemeten afwijking (606) van genoemd sensorhoofd (101) ten opzichte van een centrale as (603) van genoemde schacht (105).

2. Een apparaat volgens conclusie 1, waarbij genoemd apparaat een tweede meetapparaat (502) omvat aangepast om genoemde gemeten afwijking (606) te bepalen door reconstructie van het pad gevolgd door genoemd sensorhoofd (101).

3. Een apparaat volgens conclusie 2,

-29- waarbij genoemde plaatsingsmodule (503) is geconfigureerd om 0209185 genoemde beelden (506) te plaatsen in genoemde virtuele ruimte gebaseerd op genoemd pad, en waarbij genoemde correctiemodule (504) is geconfigureerd om genoemde ruwe plaatsing (509) te corrigeren gebaseerd op het met elkaar vergelijken van overlappende beelden.

4. Een apparaat volgens conclusie 3, waarbij genoemd tweede meetapparaat (502) een traagheidsmeeteenheid is, en/of een accelerometer omvat, en/of een gyroscoop omvat, en/of een magnetometer omvat.

5. Een apparaat volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemde correctiemodule (504) is geconfigureerd om de plaatsing van genoemde beelden op een omtrekpositie in genoemde virtuele ruimte te corrigeren, gebaseerd op het met elkaar vergelijken van beelden die in genoemde ruwe plaatsing (509) in de hoogterichting met elkaar overlappen.

6. Een apparaat volgens conclusie 5, waarbij genoemde correctiemodule (504) is geconfigureerd om genoemde ruwe plaatsing (509) te corrigeren door het minimaliseren van het verschil tussen puntenwolken.

7. Een apparaat volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemde beeldsensoren (400) gebruik maken van 3D- beeldvormingstechnologie.

8. Een apparaat volgens conclusie 7, waarbij genoemde beeldsensoren (400) gebruik maken van een combinatie van stereovisie technologie en de projectie van een gestructureerd lichtpatroon.

9. Een apparaat volgens één van voorgaande conclusies,

- 30 - waarbij genoemde beeldsensoren (400) zijn geplaatst op genoemd 9918 sensorhoofd (101) volgens eenzelfde hoogteposite op genoemd sensorhoofd (101).

10.Een apparaat volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemd meetapparaat (501) is aangepast om genoemde gemeten hoogtepositie te bepalen gebaseerd op 3D- beeldvormingstechnologie.

11.Een apparaat volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemde verwerkingseenheid (500) een fysieke eenheid vormt met genoemd sensorhoofd (101).

12. Een apparaat volgens één van voorgaande conclusies, waarbij genoemde verwerkingseenheid (500) is aangepast om dimensionele parameters te bepalen op basis van genoemde plaatsing van genoemde beelden in genoemde virtuele ruimte.

13. Een systeem voor het 3D-modelleren van een schacht (105), omvattende: - een apparaat volgens één van voorgaande conclusies; - een ophangsysteem (100) aangepast om genoemd sensorhoofd (101) axiaal te bewegen binnen genoemde schacht (105), omvattende een beweegbare component gekozen uit de groep van: een staaf, een telescopische arm (200), of één of meerdere kabels (300, 202), waarbij genoemde beweegbare component is aangepast om gedurende genoemd axiaal bewegen van genoemd sensorhoofd (101) manueel in positie te worden gehouden (303) of geconnecteerd te zijn met een verplaatsbaar positioneringssysteem (201, 203, 301).

14. Een methode voor het 3D-modelleren van een schacht (105), omvattende: - het axiaal bewegen van een sensorhoofd (101) binnen genoemde schacht (105) aan de hand van een ophangsysteem (100);

-31- BE2020/5185 - het maken van beelden (506) aan de hand van beeldsensoren (400), waarbij genoemde beeldsensoren (400) zijn geplaatst over de omtrek van genoemd sensorhoofd (101) en zijn aangepast om genoemde beelden (506) te maken over een binnenomtrek van genoemde schacht (105); - het bepalen van een gemeten hoogtepositie van genoemd sensorhoofd (101) binnen genoemde schacht (105) aan de hand van een meetapparaat (501) omvat binnen genoemd sensorhoofd (101); - het plaatsen van genoemde beelden (506) in een virtuele ruimte gebaseerd op genoemde gemeten hoogtepositie en de positionering van genoemde beeldsensoren (400) op genoemd sensorhoofd (101), resulterend in een ruwe plaatsing (509) van genoemde beelden (506); - het corrigeren van genoemde ruwe plaatsing (509) gebaseerd op het met elkaar vergelijken van overlappende beelden en/of gebaseerd op een gemeten afwijking (606) van genoemd sensorhoofd (101) ten opzichte van een centrale as (603) van genoemde schacht (105).