CZ355197A3

CZ355197A3 - Fotogrammetrický způsob trojrozměrného sledování pohybujících se objektů

Info

Publication number: CZ355197A3
Application number: CZ973551A
Authority: CZ
Inventors: Richard Hauck; Albrecht P. Kienemund; Dieter Schrix
Original assignee: Krupp Fördertechnik Gmbh
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1997-02-11
Publication date: 1998-04-15
Also published as: ZA973272B; PL324184A1; AU1723897A; WO1997040407A1; JPH11508370A; EP0834090A1; HUP9900650A2; CA2224823A1; US5760415A; DE19615246A1

Description

Oblast techniky

Vynález se týká fotogrammetrického způsobu trojrozměrného sledování pohybujících se objektů, jejichž poloha a umístění jsou v taktu snímány v závislosti na čase pomocí soustavy kamer ž různých směrů a jejichž současně zachycené snímky jsou vyhodnocovány pomocí víceobrazové trigonometrie za účelem určování polohy á umístění objektu v závislosti na čase.

*.... . ........ - -4. . >. .... : ψ H - ’ - ’ *'

Dosavadní stav techniky *. * ' ¹ . ·J

Ze stavů techniky jsou známy fotogrammetrické systémy pro vysoce přesné trojrozměrné vyměřování objektů. Fotogrammetrické způsoby měření spočívají v tom, že vyfotografované zobrazení představuje matematicky středové promítání zobrazeného . objektu do obrazové roviny. Každý bod objektu je zobrazen jako obrazový bod, který,je představován jako průsečík promítací přímky s rovinou. Příslušná promítací.přímka je určena směrem, ze kterého kamera snímá příslušný objekt. Pro určení prostorového uložení, popřípadě vzdálenosti bodu objektu, popřípadě prostorového uspořádání více bodů objektu, musí být snímány různé snímky z alespoň dvou kamer, přičemž průsečíky dvou promítacích přímek téhož bodu objektu určují vzdálenost. Technika měření spočívá v tom, že homologické body, to jest zobrazení téhož bodu objektu, se identifikují v získaných snímcích a má se určit jejich poloha v obrazové rovině. Znalost prostorové polohy středu promítáa

• · *

· • · · ·♦·· ·♦ ní, která je nutná pro rekonstrukci promítací přímky, umožňuje vypočítat ze společného výpočetního algoritmu, takzvanou víceobrazovou trigonometrií, spolu se souřadnicemi hledaného objektu. Nehraje tedy žádnou roli, zda je zachycení snímků prováděno fotograficky nebo optoelektronicky. Uvedený fotogrammetrický způsob se podle stavu techniky používá pour ze pro vyměřování objektů v klidu a se stojícími kamerami. Úkolem předloženého vynálezu je zlepšit uvedený fotogrammetrický . způsob tak, .aby byl vhodný ke .sledování, pohybujících se objektů, přičemž mají být eliminovány světelné podmínky v prostředí, které vyplývají z různých zachycovaných míst, •'popřípadě- poloh objektu, »a chyby měření, .které jsou jimi

». . í . _f . . způsobovány.

Podstata vynálezu

Tento úkol je vyřešen způsobem podle nároku 1, podle něhož je objekt během snímání .synchronně přídavně osvětloi ván. Tímto přídavným synchronním osvitem se značně minimaliJ zují světelné vlivy prostředí·, takže je tento způsob stejně použitelný ve všech světelných podmínkách od naprosté tmy až po plné sluneční osvětlení. Rovněž rušivé vlivy, které jsou například dány tím, že se objekt nachází při stejném působení denního světla na slunci nebo ve stínu, popřípadě pozadí objektu je osvětleno sluncem nebo je zastíněno, rovněž neovlivňují výsledek měření, nebo jej ovlivňují jen málo. Teprve osvit synchronní s obrazovým snímáním objektu umožňuje pozorování a stanovení změn umístění a polohy.

Další provedení způsobu jsou popsány v závislých náro cích.

» 9 • ·· · · • · ♦ • · · · · 44 * ·

- 3 V prvním vylepšení způsobu podle vynálezu se použijí pro přídavný osvit rychle spínatelné světelné zdroje, nejlépe bleskovky nebo laserové diody, s výhodou s dobou*trvání bleskového světla 1 až 10 gs, ještě lépe 1 až 5 με. Bleskovky představují rychle modulovatelné světelné zdroje s vysokým světelným výkoňem, který může být vydán v krátké době, přičemž s kratší dobou blesku se lépe dosáhne požadovaného účinku potlačení světla z okolního prostředí.

Podle dalšího provedení vynálezu jsou kamerami, videokamery, které jsou citlivě spínány synchronně v taktu s přídavným osvitem, zatímco po zbývající čas nejsou na světlo citlivé'.* Tyto fáze .neciťlivósti-.na světlo, trvají s -výhodou 20 ms, což odpovídá-v současnosti platné televizní normě (norma CCIR). Tento způsob je však použitelný i s jinými časovými fázemi, z hlediska technického zařízení lze toto opatření realizovat tak, že se‘ elektronická klapka kamery vždy seřídí na dobu trvání a frekvenci blešku. Podíl světel'T J né energie prostředí ku světelné energii blesku je tedy’relativně malý, protože světlo okolního prostředí se může zapojit pouze během krátké fáze citlivosti na světlo.

Další minimalizace vlivů světla z okolního prostředí může být dosaženo, když přídavný osvit, popřípadě vždy dopadá pod určitým úhlem vzhledem k směru pozorování, který je definován relativní polohou kamery vzhledem k objektu, přičemž tento úhel je větší než součet polovičních otvorových úhlů osvitového a pozorovacího kužele. Díky tomuto opatření se osvětlené obrazové pole, kterým je současně objekt a pozorovací pole, odpovídajícím způsobem omezí pouze na objekt, který se má pozorovat, to znamená, že je osvětlen pouze ob9 9 9 * 9 • 99 jekt, ale nikoli pozadí.

Vliv světla z okolního prostředí, který ještě poté zbývá, lze zcela eliminovat subtrakcí obrazu, při níž se v ča sovém průběhu snímání osvětlí přídavně pouze každý druhý snímek, a světlost neosvíceného snímku se bodově odečte od světlosti osvíceného snímku. Za předpokladu, že se mezi dvěma po sobě jdoucími snímky nezměnilo světlo z okolního prostředí výrazně, objeví se na diferenčním snímku jako černé všechny ty části, kt.eré jsou osvětleny .pouze světlem z okolního prostředí, zatímco objekty zasažené přídavným osvitem se zobrazí světlé.

, ' ri ·

To. platí pro všechny , kamery. V-případě načítání snímku . i. .* . » - , .

prokládaným řádkováním může být tato metoda použita jak pro celé snímky, tak i pro půlsnímky.

S výhodou se všechny snímky zachycené kamerami pro vyhodnocení včetně subtrakce obrazu digitalizují a digitalizo.vané hodnoty se přivedou do procesorové jednotky za účelem určení polohy a umístění-v závislosti načase. S výhodou ’ I . ’ ¹ ' >

sestává procesorová jednotka z několika procesorů, přičemž všechny procesory paralelně zpracovávají uvedené alespoň dva snímky zachycené kamerami ve stejném čase. Tak- je^dosaženo schopnosti práce v reálném čase, to znamená, že se zpracovávají všechny snímky dodávané kamerami. Například při použití standardních kamer podle normy CCIR se vyhodnocují všechny půlsnímky s opakovači frekvencí 50 snímků za sekundu.

Podle dalšího provedení tohoto vynálezu sé sledované objekty pozorují pouze na důležitých, popřípadě předem plošně označených nebo kódováním opatřených dílčích plochách. Takovýmito dílčími plochami mohou být rohová kování kontejΜ · • · « ♦ · nerů nebo výměnných zásobníků nebo nosné čepy na železničních vozech nebo další dílce, které umožňují rozpoznávání objektu ze skupiny objektů. Díky přídavnému osvitu, s výhodou bleskovému osvitu, nejsou důležité povrchové vlastnosti objektu, to znamená, že pozorované objekty, popřípadě dílčí plochy objektů, mohou být barevně nalakované, bílé nebo černé, až po rezavění,, přičemž libovolné struktury ležící vedle objektu nebo za ním, které se při pohybu objektu mění moI

A

,.hou mít libovolnou stavbu. Popsaným způsobem může být přesnost měření s ohledem na lineární rozměr měřeného objemu omezena na 1 % a méně.

•i ' ť ' ' i „ . Výhodným‘použitím tohoto způsobu’ je .sledování po koleje nicích vedených nosných vozů nebo jejich, částí, jako například nosných čepů,* z přepravních jednotek odstavených na nosných vozech, jako jsou například kontejnery, výměnné zář * ’ sobníky, sedlové návěsy a podobně,, a řízení překladních ústrojí při nakládce a vykládce nosných vozů v pohybu. Toto ^fc h uplatnění-umožňuje splnění požadavků současné doby na rychlá překladní ústrojí, u kterých jsou přepravní jednotky automaticky překládány na pomalu jedoucí vlak. * . .

* ¹ ,

Tento návrh spočívající v. technologii setkávání (Rendezvous-Technik) a s *ní spojená problematika· jsou v principu popsány v dokumentech DE 42 33 007 Al. Obvykly jsou překladní zařízení vybavena skladištním komplexem,. podél kterého vedou jedny nebo více kolejí, a popřípadě jsou v blízkosti k dispozici oblasti určené pro vozidla. Skla' I* > * dištní komplex může být jako mezisklad opatřen jedním nebo více vysokoregálovými sklady. Pro překládku kontejnerů, výměnných zásobníků, sedlových návěsů a podobných ústrojí při* ·

- 6 vážených na nosných vozech slouží zdvižná ústrojí a příčné dopravníky. Vhodný překladní přístroj pro uvedené velké zásobníky je například popsán v DE 43 522 Al. Ten je opatřen zdvižnou konstrukcí, která zahrnuje sloupky spojené alespoň jedním příčníkem a která umožňuje svislé pojíždění s kočkou díky systému lineárního vedení. Uvedenými sloupky mohou být skříňové profily, ve kterých je vždy kardanově uložena výkyvná tyč, na. jejímž spodním volném konci je/upevněno rovněž pomocí kardanového uložení zařízení k uchopování břemen, například rózpěra. Pro vedení překladního ústrojí je nutné přesné polohování vzhledem k nakládanému nebo vykládanému nosnému vozu. To platí především pro takové procesy nakládky • , i a vykládky, které jsou prováděny na pomalu se pohybujícím

I nosném vozu. S výhodou se na překladním přístroji nachází alespoň jeden měřiči systém sestávající z alespoň dvou kamer a osvětlovacího ústrojí. Pomocí výše uvedeného fotogrammetrického způsobu se měří relativní poloha překladního ústrojí vzhledem k nákladu,.popřípadě k nosnému vozu, a překládní ústrojí je vždy řízeno podle diferenčních hodnot získaných ze změřených hodnot a předem stanovených hodnot.

V dalším příkladném provedení vynálezu se měřicí systémy nacházejí na nosnících, které jsou teleskopicky pohyblivé a vedené a které automaticky najíždí . relativně vzhledem k překladnímu ústrojí na polohy sledovaných objektů. S výhodou se pro řízení překladního ústrojí během procesu nakládky nebo vykládky pomocí teleskopů najede alespoň jedním měřicím systémem na stanovenou pozici mimo oblast nakládky nebo vykládky na nosném voze, takže pro řízení synchronní jízdy překladního ústrojí jsou také během procesu překládání ·»·· · *··* .:. ·· · • · · · · · · < ·

- 7 k dispozici měřené veličiny vztažené na nosný vůz.

. S výhodou se pro stanovené pozice vně oblasti nakládky a vykládky použijí výrazné objekty, zvláště rohová kování, pro případ, že se na nosném voze nacházejí sousedící přepravní jednotky, nebo nosné čepy, pro případ, že se na nosném voze nenacházejí sousedící přepravní jednotky.

Fotogrammetrický způsob podle vynálezu s integrovaným rozpoznáváním vzorů pro vyhledávání homologických bodů slouží k řízení celého, procesu překládky, nakládky nebo vyklád+ <

ky, přičemž v konkrétním příkladném provedení jsou pomocí s odstupem uspořádaných kamer současně snímány v taktu po . * 'i asi 20' ms snímky,./které jsou digitalizovány á zpracovávány

- * .· ·· ' * * . - , . . ,.

v paralelním počítači. Při snímání každého druhého snímku se ¹ « .· synchronně spustí blesk jako přídavné osvětlení po dobu 10 με, takže každá druhá série současně zachycených snímků je osvícená, kdežto série snímků· ležících mezi nimi je neosvícená. Subtřakcí obrazu mohou být zcela eliminovány vlivy světla z okolního prostředí, takže lze dosáhnout.přesnosti měření 1 % s ohledem na určování místních souřadnic, popřipádě měřeného objemu. Vlivy světla z okolního prostředí, lze eliminovat tím více, čím kratší je doba osvitu, tedy doba \

blesku. Podle toho se odpovídajícím způsobem zvýší intenzita světla, aby se dosáhlo postačujícího osvitu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále podrobněji popsán podle přiloženého ’ výkresu na němž je schematicky znázorněn fotogrammetrický způsob trojrozměrného sledování pohybujících se objektů podle vynálezu.

···♦ · ··' ··· II

- 8 Příkladná provedení vynálezu

Způsob podle vynálezu je schematicky znázorněn na obrázku. Sledovaný pohybující se objekt 1 je v taktu osvětlován světelným zdrojem 2, který vyzařuje světelný kužel s vrcholovým úhlem β, přičemž synchronně snímají kamery 1 a 4 pod pozorovacím úhlem a (z nichž je pouze jeden znázorněn) objekt 1. Vzájemná poloha světelného zdroje 1 a kamer 1 a 4 s ohledem na úhly oj a β je volena tak, že je splněna rovnice (α/2.)_ + (β/2) a τ , přičemž χ je úhel, mezi příslušnými optickými osami β, £, které představují osy úhlů OL, popřípadě β.

·· · ···♦ ·

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Fotogrammetrický způsob trojrozměrného sledování pohybujících se objektů, jejichž poloha a umístění jsou v taktu snímány z různých směrů soustavou kamer v závislosti na čase a jejichž současně zachycené snímky jsou, vyhodnocovány víceobrazovou trigonometrií pro určování polohy a umístění objektu v závislosti na čase, vyznačující se tím, že objekt je.synchronně během zachycování snímků přídavně osvětlován, . ,
2: Způsob _r-podle nároku 1·;. vyzná č-ti j í c í- s e L ’ * —· *· - -,· ·' ·· · k ^{4 5} *'

-¼ · r ť ·· ¹ ^;t í m , že pro přídavný osvit se použijí rychle spínatelné světelné zdroje, s výhodou bleskovky nebo laserové diody,

A s výhodou s dobou trvání' blesku od 1 do 10 gs, nejlépe od 1 do 5 μδ.
3‘. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kamerami jsou videokamery, které jsou v taktu spínány synchronně s přídavným osvětlením a s citlivostí na ně, avšak po zbývající dobu jsou na světlo necit1 ivé.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že doba, po kterou jsou kamery necitlivé na světlo, je přibližně 20 ras. ' + ¹
5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačuj íc í se tím, že přídavný osvit je uskutečňován vždy

0 0 0 lil ·

- 10 J <

x_zk

I pod úhlem (r) vzhledem k směru pozorování, který je. definován relativní polohou kamery vzhledem k objektu, přičemž úhel (t) je větší než součet polovin otvorových úhlů osvitového kužele (£) a pozorovacího kužele (a).
6. Způsob podle jednoho z riářoků 1 až 5, vyznačující se t í m , že v průběhu zachycování snímků je přídavný osvit použit pouze pro každý druhý snímek, a světlost neosvíceného snímku, je. bodově, subtrahována od světlosti l

osvíceného snímku. '
7? Způsob.podle'jednoho ž nároků 1 až 6,\ 7v y z n a č uj·. íc í se t í m , že pro vyhodnocování snímků se každý snímek digitalizuje a digitalizované hodnoty jsou přiváděny do procesorové jednotky pro určování polohy a umístění v závislosti na čase.

4i
8.'Způsob podle jednoho z nároků 1 $ž 7, vyznačující se tím, že sledované objekty jsou pozorovány pouze na výrazných, popřípadě předem označených nebo kódem opatřených dílčích plochách.

,
9. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 8 pro sledování pokolejích vedených nosných vozů nebo jejich částí, jako například nosných čepů, z přepravních jednotek, jako například kontejnerů, výměnných zásobníků, sedlových návěsů a podobně,

I.

složených na nosných vozech, a pro řízení překládních zdvižných ústrojí při nakládce a vykládce nosných vozů v pohybu.

·· φ · φ • · ♦ · ti ♦ · ·»*

- 11 <
10. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 9, v y z n ač u -* jící se tím, že kamery a přídavná osvitová «

ústrojí, (bleskovky) ' jsou upevněny na překladním ústrojí,které je vedeno ve směru pozorovaného objektu a sním, s vý* hodou po určení nebo stanovení referenčního bodu-na pohybu .·» * . .

. jícím', se objektu a zjištění rychlosti referenčního bodu, . která se použije jako požadovaná hodnota pro nastavovanou rychlost překladního ústrojí. ’

-4.· jí. . ··.
11. Způsob podle jednoho z nároků 1 až. 10, vyznačující s e tím, . že kamery a přídavná osvitová ' ** - f ^J ‘ ζ i .úst rojí -jsou upevněna, na teléskópíčky/^pdhyblívýcK a věděných...

“ A _T ‘^'♦í ' ΊΙ ‘ | ) i¹· <. ,· Λ*-' W*' .1 r- · IJíl ·, ^J. ' , w, nosnících, a relativně vzhledem k překladnímu ústrojí auto.maticky najíždějí na vybrané pozice sledovaných objektů.

.-^
12. Způsob podle nároku 11, vyznač u*j ící se ·» · < ·, t í m že alespoň jeden měřicí systém (kamery a osvitová ústrojí) najíždí pomocí-teleskopů na stanovenou pozici'* vně oblasti vykládky nebo nakládky na nosném voze, takže pró*ří' - ' ¹ 7 ... ... , * zení překladního ústrojí během překládky , jsou k dispozici

Ir' _ζměřené veličiny vztažené k nosnému vozu.., í . . ,
13. Způsob podle nároku 12, vy z n a č^u j ící. se • ♦ * * , t í .m , že pro stanovené, pozice vně oblasti vykládky a na* kládky se použijí buďto rohová kování pro případ, že še na ·' nosném voze nacházejí sousedící přepravní jednotky, nebo nosné čepy pro případ, Že se na nosném voze nenacházejí sousedící přepravní jednotky.

I»·’ « φφ « φφ φφ φφ