DE102007030378A1 - System zur Bestimmung der Lage eines Kamerasystems - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Verwendung bei einer externen Kalibrierung eines Kamerasystems (14), um die Lage des Kamerasystems (14) bezüglich eines Bezugssystems (XYZ) zu bestimmen, wobei sich ein Hauptkalibrierelement (20a-20d) in vorbekannter räumlicher Beziehung zu dem Bezugssystem (XYZ) befindet. Ein von dem Kamerasystem (14) getrenntes abbildendes System (16) ist derart angeordnet, daß das Hauptkalibriereln dem Kamerasystem (14) erfaßbar ist; die Lage des Kamerasystems (14) bezüglich des Bezugssystems (XYZ) wird unter Berücksichtigung der Lage des abbildenden Systems (16) bezüglich des Kamerasystems (14) bestimmt, indem das Hauptkalibrierelement (20a-20d) über das abbildende System (16) von dem Kamerasystem (14) erfaßt wird. Außerdem kann die Lage des abbildenden Systems (16) bezüglich des Kamerasystems (14) bestimmt werden, indem das abbildende System (16) von dem Kamerasystem (14) erfaßt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwendung bei einer externen Kalibrierung eines Kamerasystems, um die Lage des Kamerasystems bezüglich eines Bezugssystems zu bestimmen, unter Verwendung eines Hauptkalibrierelements, wobei sich das Hauptkalibrierelement in vorbekannter räumlicher Beziehung zu dem Bezugssystem befindet, und wobei das Verfahren den Schritt aufweist: Bestimmen der Lage des Kamerasystems bezüglich des Bezugssystems, indem das Hauptkalibrierelement von dem Kamerasystem erfaßt wird.
  • Wenn im folgenden davon die Rede ist, daß eine Lage bestimmt wird, so ist stets ein Bestimmen im Sinne von Messen, Erfassen, Erkennen gemeint.
  • Der Begriff Kamerasystem umfaßt insbesondere eine oder mehrere Kameras. Kamerasysteme kommen heute in den vielfältigsten Anwendungsgebieten zum Einsatz. Oftmals sind Aufgaben zu erfüllen, die eine automatisierte aktive Auswertung des Bildstroms erfordern. Dies wird als Bildverarbeitung bezeichnet. Übliche Aufgaben sind dabei das Erkennen, Vermessen und Verfolgen von Objekten. Wenn die zu ermittelnden Größen nicht nur relativ anzugeben sind, d. h., in Relation zur Bildgröße, sondern absolut, also beispielsweise in Metern, anzugeben sind, ist eine Kalibrierung des Kamerasystems erforderlich. Diese erfolgt beispielsweise für jede Kamera des Kamerasystems. Ein räumliches Bezugssystem, bezüglich dessen das Kamerasystem kalibriert wird, wird auch als Weltkoordinatensystem bezeichnet.
  • Bei der Kalibrierung einer Kamera werden die Parameter eines angenommenen Modells bestimmt, welches die Abbildung eines Punktes im Weltkoordinatensystem auf einen Punkt der Kameramatrix beschreibt. Eine umfassende Kalibrierung unterteilt sich in interne und externe Kalibrierung. Bei der internen Kalibrierung werden beispielsweise kamerainterne Parameter wie die Brennweite, die Pixelgröße, die Lage des Hauptpunktes oder die Linsenverzerrung bestimmt, durch die die Abbildung eines Raumpunktes, angegeben in absoluten Koordinaten eines Kamerakoordinatensystems, auf einen Punkt im Pixelkoordinatensystem der Kameramatrix festgelegt ist. Die interne Kalibrierung ermöglicht es also, eine Zuordnung zwischen einem Ort im Koordinaten system bezüglich der Kamera und einem Pixel oder Punkt der Kameramatrix zu erhalten.
  • Erfordert eine Anwendung die Bestimmung von Positionen oder Größenangaben in absoluten Weltkoordinaten, wird zusätzlich eine Transformation zwischen dem Weltkoordinatensystem und dem Kamerakoordinatensystem benötigt. Diese wird mittels externer Kalibrierung bestimmt. Um die Lage einer Kamera bezüglich eines Bezugssystems, also eines Weltkoordinatensystems, zu bestimmen, erfaßt das Kamerasystem einen Kalibrierkörper, so daß aus der Abbildung des Kalibrierkörpers auf die Kameramatrix die Lage der Kamera zum Kalibrierkörper bestimmbar ist. Ist die Lage des Kalibrierkörpers im Bezugssystem exakt bekannt, läßt sich daraus die gesuchte Transformation berechnen.
  • Es sind verschiedenste Verfahren zur Kamerakalibrierung hinlänglich bekannt. Das bekannteste Verfahren ist die Kalibrierung nach Tsai, die beispielsweise beschrieben wird in R. Y. Tsai, A versatile camera calibration technique for high-accuracy 3D machine vision metrology using off-the-shelf tv cameras and lenses, IEEE Journal of Robotics and Automation, 3(4): 323344, Aug. 1987. Eine Weiterentwicklung wird beispielsweise beschrieben in Z. Zhang, A flexible new technique for camera calibration, IEEE Transactions an Pattern Analysis and Machine Intelligence, 22(11): 1330–1334, 2000.
  • Das Bezugssystem oder Weltkoordinatensystem ist meistens in Bezug auf ein Bezugsobjekt definiert, welches das Kamerasystem zwar beinhaltet, aber vom Kamerasystem nicht selbst direkt erfaßt werden kann. Ein Beispiel für ein solches Bezugssystem ist etwa ein Fahrzeug mit eingebautem Kamerasystem zur Spurführung, oder ein Display mit daran angebrachtem Kamerasystem zur Erfassung der Augenpositionen eines Betrachters.
  • Bei einem herkömmlichen Verfahren zur Bestimmung der Lage des Kamerasystems bezüglich eines Bezugsobjekts wird zunächst das Bezugsobjekt in eine feste räumliche Beziehung zu einem Kalibrierkörper gebracht. Dadurch befindet sich der Kalibrierkörper in einer festen räumlichen Beziehung zu dem am Bezugsobjekt angebrachten Kamerasystem. Die räumliche Beziehung zwischen dem Bezugsobjekt und dem Kalibrierkörper muß dann exakt ausgemessen werden, so daß sich der Kalibrierkörper dann in fester und vorbekannter räumlicher Beziehung zu dem Bezugsobjekt befindet. Beispielsweise wird bei einem Fahrzeug mit Kamerasystem zur Spurführung zur Kalibrierung des Kamerasystems das Fahrzeug vor einem Kalibrierkörper derart positioniert, daß dieser von dem Kamerasystem erfaßbar ist. Die Lage des Kalibrierkörpers relativ zu dem Fahrzeug muß dann aufwendig vermessen werden. Durch Erfassen des Kalibrierkörpers durch das Kamerasystem wird dann in bekannter Weise das Kamerasystem kalibriert. Nachteilig ist dabei, daß bei jeder weiteren Kalibrierung die Lagebeziehung zwischen Bezugsobjekt und Kalibrierkörper exakt zu rekonstruieren oder neu auszumessen ist. Dies ist zeitaufwendig und fehleranfällig. Ein weiterer Nachteil ist es, daß ein externer Kalibrierkörper notwendig ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein neuartiges Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, um die Lage des Kamerasystems bezüglich eines Bezugsystems zu bestimmen, welches eine einfacher durchzuführende, weniger fehleranfällige Lagebestimmung ermöglicht. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, insbesondere auf eine aufwendige Positionierung eines externen Kalibrierkörpers verzichten zu können.
  • Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem ein von dem Kamerasystem getrenntes abbildendes System verwendet wird und das Hauptkalibrierelement zum Bezugssystem derart positioniert ist, daß es bei geeigneter Anordnung des abbildenden Systems über das abbildende System von dem Kamerasystem erfaßbar ist, welches Verfahren den Schritt aufweist: Anordnen des abbildenden Systems bezüglich des Hauptkalibrierelements und des Kamerasystems derart, daß das Hauptkalibrierelement über das abbildende System von dem Kamerasystem erfaßbar ist; wobei in dem Schritt des Bestimmens der Lage des Kamerasystems bezüglich des Bezugssystems dieses Bestimmen unter Berücksichtigung der Lage des abbildenden Systems bezüglich des Kamerasystems erfolgt, indem das Hauptkalibrierelement über das abbildende System von dem Kamerasystem erfaßt wird. Beispielsweise ist das Kamerasystem derart in Bezug auf das Hauptkalibrierelement angeordnet, daß das Hauptkalibrierelement nicht unmittelbar, d. h. ohne das abbildende System, von dem Kamerasystem erfaßbar ist. Die Berücksichtigung der Lage des abbildenden Systems bezüglich des Kamerasystems erfolgt beispielsweise durch eine ge eignete mathematische Transformation. Diese bildet die Abbildungseigenschaften des abbildenden Systems ab.
  • Das abbildende System hat dabei vorbekannte Abbildungseigenschaften, die bereits kalibriert sind oder keiner Kalibrierung bedürfen. Das Bezugssystem kann insbesondere anhand eines Bezugsobjektes definiert sein oder durch das Bezugsobjekt selbst gebildet werden.
  • Da das Hauptkalibrierelement über das vom Kamerasystem getrennte abbildende System von der Kamera erfaßt wird, kann das Hauptkalibrierelement beispielsweise am Bezugsobjekt angeordnet sein. So kann das Hauptkalibrierelement beispielsweise untrennbar am Objekt befestigt oder mittels einer Befestigungseinrichtung in vorgegebener Position am Objekt befestigbar sein. Die Erfaßbarkeit des Hauptkalibrierelements durch das Kamerasystem kann durch ein einfaches abbildendes System, beispielsweise einen Spiegel, gewährleistet werden, dessen Abbildungseigenschaften exakt bekannt sind. Notwendig ist dabei allerdings die Kenntnis der exakten räumlichen Lage des abbildenden Systems in Bezug auf das Bezugssystem.
  • Vorzugsweise wird das Hauptkalibrierelement von dem Kamerasystem erfaßt, während sich das Hauptkalibrierelement in fester räumlicher Beziehung zu dem Kamerasystem und in fester und vorbekannter räumlicher Beziehung zu dem Bezugssystem befindet. Vorzugsweise ändern sich diese Beziehungen während der Durchführung der Kalibrierung nicht.
  • Weitere vorteilhafte Merkmale und Weiterentwicklungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Vorzugsweise weist das abbildende System einen Spiegel auf, und das Bestimmen der Lage des Kamerasystems bezüglich des Bezugssystems erfolgt, indem das Hauptkalibrierelement über den Spiegel von dem Kamerasystem erfaßt wird. Vorzugsweise sind die Abbildungseigenschaften des Spiegels bekannt oder bereits kalibriert. Vorzugsweise handelt es sich um einen Planspiegel.
  • Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung wird für die Berücksichtigung der Lage des abbildenden Systems bezüglich des Kamerasystems diese Lage bestimmt durch den Schritt: Bestimmen der Lage des abbildenden Systems bezüglich des Kamerasystems, indem das abbildende System von dem Kamerasystem erfaßt wird. Vorzugsweise ist an dem abbildenden System wenigstens eine Kalibriermarkierung angeordnet, und das Bestimmen der Lage des abbildenden Systems bezüglich des Kamerasystems erfolgt, indem die Kalibriermarkierung des abbildenden Systems von dem Kamerasystem erfaßt wird. Es ist dabei ausreichend, wenn das abbildende System nicht vollständig erfaßt wird, sofern wenigstens die Kalibriermarkierung(en) erfaßt wird/werden. Die Lage des abbildenden Systems bezüglich des Kamerasystems kann somit automatisch bestimmt werden in gleicher Weise, wie bei einer herkömmlichen Kalibrierung die Lage eines Kalibrierkörpers bezüglich des Kamerasystems bestimmt wird. Damit ist es nicht notwendig, das abbildende System in eine bestimmte Position bezüglich des Kamerasystems oder des Bezugssystems zu bringen oder eine solche Position exakt zu vermessen. Dies hat gegenüber einem herkömmlichen Verfahren zur Kalibrierung den erheblichen Vorteil, daß auf die fehleranfällige Positionierung des Bezugsobjekts relativ zum Hauptkalibrierelement bzw. die exakte Vermessung dieser Lage verzichtet werden kann. Ebenfalls kann auf die Herstellung einer exakten räumlichen Beziehung zwischen dem abbildenden System und dem Bezugsobjekt bzw. die Vermessung dieser Beziehung verzichtet werden. Das abbildende System hat damit die Eigenschaften eines Kalibrierkörpers, die ausreichend sind, um dessen Lage zum Kamerasystem zu bestimmen. Gleichzeitig kann bei derselben räumlichen Anordnung das abbildende System wiederum dazu dienen, das Hauptkalibrierelement für das Kamerasystem sichtbar abzubilden und so die Bestimmung der Lager des Kamerasystems bezüglich des Bezugssystem zu ermöglichen.
  • Vorzugsweise sind die verwendeten Kalibrierelemente oder Kalibriermarkierungen graphisch so kodiert, daß eine eindeutige Zuordnung des jeweiligen Codes zu der jeweiligen Kalibriermarkierung oder dem Kalibrierelement gegeben ist.
  • Vorzugsweise ist das Bezugssystem durch ein Bezugsobjekt definiert, und das Hauptkalibrierelement ist an dem Bezugsobjekt angeordnet. Dadurch kann insbesondere eine feste räumliche Beziehung zwischen dem Bezugssystem und dem Hauptkalibrierelement definiert werden. Wenn das Hauptkalibrierelement stets am Bezugsobjekt angeordnet ist, ist es zur Kalibrierung lediglich notwendig, beispielsweise einen mit Kalibrierungsmarken versehenen Planspiegel so anzuordnen, daß das Hauptkalibrierelement von dem Kamerasystem erfaßbar ist.
  • Gemäß einer weiteren Weiterentwicklung der Erfindung wird das Bezugssystem durch ein Display definiert und das Hauptkalibrierelement wird auf dem Display angezeigt. Indem das Display, welches das Hauptkalibrierelement anzeigt, selbst das Bezugssystem definiert, ist die räumliche Lage des Hauptkalibrierelements bezüglich des Bezugssystems fest vorgegeben und unterliegt keiner möglicherweise fehlerbehafteten Befestigungsprozedur. Ebenfalls kann auf eine exakte Vermessung dieser räumlichen Beziehung verzichtet werden. Das Bezugssystem oder Weltkoordinatensystem kann beispielsweise in direktem Bezug zu einer Pixelmatrix des Displays stehen. Bei Kenntnis der Display-Pixelgröße, die sehr exakt meßbar ist, ist dann die räumliche Beziehung zwischen dem Hauptkalibrierelement und dem Bezugssystem absolut exakt und fehlerfrei. Etwaige Kalibrierfehler aufgrund mechanischer Ungenauigkeiten oder von Meßfehlern im Aufbau sind ausgeschlossen.
  • Vorteilhaft ist dieses Verfahren insbesondere, wenn das Kamerasystem derart an dem Display angeordnet ist, daß das Kamerasystem in der Lage ist, die Augen eines das Display betrachtenden Benutzers zu erfassen. Eine solche Anordnung kann beispielsweise zur Anpassung einer autostereoskopischen Darstellung von Bildern auf dem Display an die Position der Augen des Benutzers verwendet werden.
  • Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein System zur Ausführung des Verfahrens, mit einem Kamerasystem und einem Bezugsobjekt, an welchem ein Hauptkalibrierelement angeordnet ist, das sich in vorbekannter räumlicher Beziehung zu dem Bezugsobjekt oder einem durch das Bezugsobjekt definierten Bezugssystem befindet und derart positioniert ist, daß es bei geeigneter Anordnung eines geeigneten, von dem Kamerasystem getrennten abbildenden Systems über das abbildende System von dem Kamerasystem erfaßbar ist, welches System weiter aufweist eine programmgesteuerte Einrichtung, die mit dem Kamerasystem verbunden ist und dazu eingerichtet ist, die Lage des Kamerasystems bezüglich des Bezugsobjektes, bzw. bezüglich eines durch das Bezugsobjekt definierten Bezugssystems, unter Berücksichtigung der Lage des abbildenden Systems bezüglich des Kamerasystems zu bestimmen, wenn das Hauptkalibrierelement über das abbildende System von dem Kamerasystem erfaßt wird.
  • Gemäß der Weiterentwicklung der Erfindung ist die programmgesteuerte Einrichtung dazu eingerichtet, die Lage des abbildenden Systems bezüglich des Kamerasystems zu bestimmen, wenn das abbildende System von dem Kamerasystem erfaßt wird.
  • Zur Anwendung bei dem beschriebenen Verfahren besonders geeignet ist ein abbildendes System nach Anspruch 10, sowie ein System der oben genannten Art, welches dieses abbildende System umfaßt.
  • Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11. Bei dem computerlesbaren Medium kann es sich auch um eine Speichereinrichtung handeln, die Teil eines Computersystems ist.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Systems mit einem Kamerasystem und einem ein Bezugssystem definierenden Display sowie mit einem abbildenden System in Form eines Planspiegels; und
  • 2 eine schematische Darstellung eines von dem Kamerasystem erfaßten Bildausschnitts, welcher den Spiegel umfaßt.
  • Das in 1 gezeigte System umfaßt eine programmgesteuerte Einrichtung 10 in Form eines Computers, z. B. einen PC, der mit einem Display 12 eines Monitors verbunden ist. Weiter ist der Computer mit einem Kamerasystem 14 verbunden, welches mindestens eine Kamera enthält. Bei dem Kamerasystem 14 kann es sich beispielsweise um ein ein Augenverfolgungssystem ("eye tracking system") oder ein Kopfverfolgungssystem handeln. Im folgenden wird beispielhaft die Kalibrierung für eine einzige Kamera beschrieben. Das Display 12 kann beispielsweise Teil eines Systems für autostereoskopische Darstellungen von Bildern sein und beispielsweise ein vor dem Display 12 angeordnetes Linsenfeld (nicht gezeigt) umfassen, mit dessen Hilfe die auf dem Display 12 dargestellte Bildinformation blickwinkelabhängig aufgeteilt wird, so daß für jedes Auge eines Betrachters jeweils nur eine zugehörige Bildinformation sichtbar ist. Indem das Kamerasystem 14 die räumliche Lage der Augen des Betrachters erfaßt und in an sich bekannter Weise bestimmt, kann die von dem Computer zur Verfügung gestellte Bildinformation für das Display 12 an die jeweilige Lage der Augen angepaßt werden.
  • Damit das Kamerasystem 14 die Lage beispielsweise der Augen eines Benutzers in absoluten Koordinaten bezüglich des Displays 12 bestimmen kann, welches im Beispiel das Bezugsobjekt ist und ein durch Koordinatenpfeile angedeutetes Bezugssystem XYZ definiert, ist eine Kalibrierung des Kamerasystems erforderlich. Die interne Kalibrierung wird in an sich bekannter Weise vorgenommen, beispielsweise unter Verwendung eines rechteckigen Schachbrettmusters oder eines Musters bestehend aus den weiter unten beschriebenen Kalibriermarkierungen. Die interne Kalibrierung bezieht sich lediglich auf die kamerainternen Parameter wie Brennweite, Pixelgröße, Lage des Hauptpunktes oder Linsenverzerrung und betrifft nicht die relative Lage des Kamerasystems 14 bezüglich des Displays 12. Sie muß daher üblicherweise nur einmalig vorgenommen werden.
  • Die externe Kalibrierung, die dazu dient, die Parameter einer Transformation zwischen einem Kamerakoordinatensystem und dem auf das Display 12 bezogenen Bezugskoordinatensystem XYZ zu bestimmen, erfolgt wie im folgenden beschrieben. Die Bestimmung dieser relativen Lage erfolgt zum einen bei der Herstellung des Systems aus Display 12 und Kamerasystem 14, ist jedoch auch beispielsweise bei jedem Austausch des Kamerasystems 14 erforderlich. Dazu wird in einem gewissen Abstand vor dem Display 12 und dem daran befestigten Kamerasystem 14 erfindungsgemäß ein einfaches abbildendes System in Form eines Planspiegels 16 so angeordnet, daß das Kamerasystem 14 mit seiner Kamera sowohl den Planspiegel 16 als auch das darin gespiegelte Bild des Displays 12 erfassen kann. Eine exakte Positionierung des Planspiegels 16 ist dabei nicht erforderlich, und die Position und Lage des Planspiegels 16 muß auch im weiteren nicht vermessen werden, da die Lage des Plan spiegels 16 in Bezug auf das Kamerasystem 14 von dem erfindungsgemäßen System automatisch wie folgt bestimmt wird.
  • Auf dem Planspiegel 16 sind auf seiner spiegelnden Seite Kalibriermarkierungen 18a bis 18d angeordnet, die in 1 nicht sichtbar sind und gestrichelt angedeutet sind. Die verwendeten Kalibriermarkierungen bestehen jeweils aus einer schwarzen Kreisscheibe, um die herum schwarze Ringsegmente angeordnet sind. Die Ringsegmente und die Kreisscheibe sind beispielsweise vor einem weißen Hintergrund angeordnet. Die Ringabschnitte bilden beispielsweise Winkelabschnitte von einem Achtel eines Vollkreises und bilden eine Bitcodierung, die jeweils die verwendeten Kalibriermarkierungen eindeutig und rotationsinvariant kennzeichnet. Dabei können beispielsweise redundante Codes verwendet werden.
  • Durch die auf dem Planspiegel 16 angeordneten Kalibriermarkierungen 18a bis 18d kann die exakte räumliche Lage des Planspiegels 16 bezüglich des Kamerasystems 14 wie bei einem herkömmlichen Kalibrierkörper durch Erfassen der Kalibriermarkierungen durch das Kamerasystem 14 bestimmt werden.
  • Das von dem Kamerasystem 14 erfaßte Bild ist ausschnittsweise und schematisch in 2 dargestellt. Gezeigt ist der Planspiegel 16 mit den Kalibriermarkierungen 18a bis 18d und, in der Mitte des Bildausschnitts, das Spiegelbild des Displays 12 (schraffiert dargestellt).
  • Das von dem Kamerasystem 14 erfaßte Spiegelbild des Displays 12 zeigt Kalibriermarkierungen 20a bis 20d, die in gleicher Weise aufgebaut sind wie die Kalibriermarkierungen 18a bis 18d und durch geeignete Wahl der auf dem Display 12 dargestellten Bildinformation erzeugt werden. Indem das System die mittels der Kalibriermarkierungen 18a bis 18d bestimmte räumliche Lage des Planspiegels 16 bezüglich des Kamerasystems 14 berücksichtigt, und unter Berücksichtigung der vorbekannten, beispielsweise anderweitig kalibrierten Abbildungseigenschaften des Planspiegels 16 bestimmt das System erfindungsgemäß durch Erfassen der Kalibriermarkierungen 20a bis 20d über den Planspiegel 16 die exakte räumliche Lage des Displays 12 bezüglich des Kamerasystems 14. Die hierzu erforderlichen Berechnungen, die sich aufgrund des zusätzlichen abbildenden Systems, dem Planspiegel 16, von einer Kali brierung unter Verwendung eines herkömmlichen Kalibrierkörpers im Sichtfeld der Kamera unterscheidet, erschließen sich dem Fachmann aus den bekannten Abbildungseigenschaften des Planspiegels 16. Daher wird von einer detaillierten Angabe des Rechenweges abgesehen.
  • Durch die Kalibriermarkierungen 20a bis 20d, die ein Hauptkalibrierelement im Sinne der Erfindung bilden, und unter Verwendung der Kalibriermarkierungen 18a bis 18d an dem Planspiegel 16 wird also die räumliche Lage des Kamerasystems 14 bezüglich des von dem Display 12 definierten Bezugssystems XYZ in der beschriebenen Weise bestimmt. Die Ablaufsteuerung und die Berechnungen werden beispielsweise von einer Software vorgenommen, die auf dem Computer ausgeführt wird. Bei Kenntnis der Abbildungseigenschaften des Displays, insbesondere der Display-Pixelgröße, die sehr exakt meßbar ist, ist durch das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System somit eine sehr genaue externe Kalibrierung des Systems möglich. Dabei sind Kalibrierfehler aufgrund mechanischer Ungenauigkeiten oder Meßfehlern bei nach herkömmlichen Kalibrierverfahren notwendigen Messungen am Aufbau ausgeschlossen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - IEEE Journal of Robotics and Automation, 3(4): 323344, Aug. 1987 [0006]
    • - IEEE Transactions an Pattern Analysis and Machine Intelligence, 22(11): 1330–1334, 2000 [0006]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Verwendung bei einer externen Kalibrierung eines Kamerasystems (14), um die Lage des Kamerasystems (14) bezüglich eines Bezugssystems (XYZ) zu bestimmen, unter Verwendung eines Hauptkalibrierelements (20a20d), wobei sich das Hauptkalibrierelement (20a20d) in vorbekannter räumlicher Beziehung zu dem Bezugssystem (XYZ) befindet, und wobei das Verfahren den Schritt aufweist: Bestimmen der Lage des Kamerasystems (14) bezüglich des Bezugssystems (XYZ), indem das Hauptkalibrierelement (20a20d) von dem Kamerasystem (14) erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem Kamerasystem (14) getrenntes abbildendes System (16) verwendet wird und das Hauptkalibrierelement (20a20d) zum Bezugssystem (XYZ) derart positioniert ist, daß es bei geeigneter Anordnung des abbildenden Systems (16) über das abbildende System (16) von dem Kamerasystem (14) erfaßbar ist, weiter gekennzeichnet durch den Schritt: Anordnen des abbildenden Systems (16) bezüglich des Hauptkalibrierelements (20a20d) und des Kamerasystems (14) derart, daß das Hauptkalibrierelement (20a20d) über das abbildende System (16) von dem Kamerasystem (14) erfaßbar ist; wobei in dem Schritt des Bestimmens der Lage des Kamerasystems (14) bezüglich des Bezugssystems (XYZ) dieses Bestimmen unter Berücksichtigung der Lage des abbildenden Systems (16) bezüglich des Kamerasystems (14) erfolgt, indem das Hauptkalibrierelement (20a20d) über das abbildende System (16) von dem Kamerasystem (14) erfaßt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abbildende System (16) einen Spiegel (16) aufweist und das Bestimmen der Lage des Kamerasystems (14) bezüglich des Bezugssystems (XYZ) erfolgt, indem das Hauptkalibrierelement (20a20d) über den Spiegel (16) von dem Kamerasystem (14) erfaßt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Berücksichtigung der Lage des abbildenden Systems (16) bezüglich des Kamerasystems (14) diese Lage bestimmt wird durch den Schritt: Bestimmen der Lage des abbildenden Systems (16) bezüglich des Kame rasystems (14), indem das abbildende System (16) von dem Kamerasystem (14) erfaßt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem abbildenden System (16) wenigstens eine Kalibriermarkierung (18a18d) angeordnet ist und das Bestimmen der Lage des abbildenden Systems (16) bezüglich des Kamerasystems (14) erfolgt, indem die Kalibriermarkierung (18a18d) des abbildenden Systems (16) von dem Kamerasystem (14) erfaßt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssystem (XYZ) durch ein Bezugsobjekt (12) definiert ist und das Hauptkalibrierelement (20a20d) an dem Bezugsobjekt (12) angeordnet ist.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssystem (XYZ) durch ein Display (12) definiert wird und das Hauptkalibrierelement (20a20d) auf dem Display (12) angezeigt wird.
  7. Verfahren nach einem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kamerasystem (14) derart an dem Display (12) angeordnet ist, daß das Kamerasystem (14) in der Lage ist, die Augen eines das Display (12) betrachtenden Benutzers zu erfassen.
  8. System zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Kamerasystem (14) und einem Bezugsobjekt (12), an welchem ein Hauptkalibrierelement (20a20d) angeordnet ist, das sich in vorbekannter räumlicher Beziehung zu dem Bezugsobjekt (12) befindet und derart positioniert ist, daß es bei geeigneter Anordnung eines geeigneten, von dem Kamerasystem (14) getrennten abbildenden Systems (16) über das abbildende System (16) von dem Kamerasystem (14) erfaßbar ist, welches System weiter aufweist eine programmgesteuerte Einrichtung (10), die mit dem Kamerasystem (14) verbunden ist und dazu eingerichtet ist, die Lage des Kamerasystems (14) bezüglich des Bezugsobjektes (12) unter Berücksichtigung der Lage des abbildenden Systems (16) bezüglich des Kamerasystems (14) zu bestimmen, wenn das Hauptkalibrierelement (20a20d) über das abbildende System (16) von dem Kamerasystem (14) erfaßt wird.
  9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die programmgesteuerte Einrichtung (10) dazu eingerichtet ist, die Lage des abbildenden Systems (16) bezüglich des Kamerasystems (14) zu bestimmen, wenn das abbildende System (16) von dem Kamerasystem (14) erfaßt wird.
  10. Abbildendes System (16), welches durch geeignete Anordnung wenigstens einer Kalibriermarkierung (18a18d) zur Verwendung bei dem Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7 angepaßt ist.
  11. Computerprogrammprodukt zur Verwendung bei einer externen Kalibrierung eines Kamerasystems (14), um die Lage des Kamerasystems (14) bezüglich eines Bezugssystems (XYZ) zu bestimmen, aufweisend Programmkode, der auf einem computerlesbaren Medium gespeichert ist und, wenn er auf der programmgesteuerten Einrichtung (10) des Systems nach einem der Ansprüche 8 oder 9 ausgeführt wird, bewirkt, das die programmgesteuerte Einrichtung (10) die Lage des Kamerasystems (14) bezüglich des Bezugssystems (XYZ) unter Berücksichtigung der Lage des abbildenden Systems (16) bezüglich des Kamerasystems (14) bestimmt, wenn das Hauptkalibrierelement (20a20d) über das abbildende System (16) von dem Kamerasystem (14) erfaßt wird.
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