DE102007039077A1

DE102007039077A1 - Signalmarken und Verfahren zur photogrammetrischen Vermessung von geometrisch unregelmäßigen Objekten

Info

Publication number: DE102007039077A1
Application number: DE102007039077A
Authority: DE
Inventors: Klaus Rinn; Stephan Drescher; Michael Kreutzer; Gerlinde Huhn; Klaus Wüst; Berthold Franzen
Original assignee: Fachhochschule Giessen Friedberg
Current assignee: Technische Hochschule Mittelhessen 35390 Gies De; Technische Hochschule Mittelhessen De
Priority date: 2007-08-19
Filing date: 2007-08-19
Publication date: 2009-03-05
Also published as: WO2009024129A1

Abstract

Bei der Erfindung werden Signalmarken auf die Oberfläche eines Objektes angebracht. Durch eine entsprechende Farbgebung heben sich diese Signalmarken von der Umgebung ab. Mit Hilfe der Positions- und Orientierungsmarkierungen ist eine Perspektivenkorrektur möglich und der zweidimensionale Barcode ermittelbar. Im zweidimensionalen Barcode können neben der Nummerierung auch Zusatzinformationen wie geometrischer Grundkörper des Objektes und Größe und Art der Signalmarke gespeichert werden. Durch die Aufnahme vieler überlappender Bilder ist durch das Zusammensetzen der Bilder anhand der nummerierten Signalmarken die Form des unregelmäßigen Objektes ermittelbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung und Vermessung der Form von geometrisch unregelmäßigen Objekten mittels Signalmarken. Diese Signalmarken enthalten:

– Linien,
– Kreuzungen für Positionsbestimmungen,
– farbige Markierungen zur Positions- und Orientierungsbestimmung und
– Beschriftungen in Form von alphanumerischen Zeichen und oder zweidimensionalen Barcode.

[Beschreibung und Einleitung des allgemeinen Gebietes der Erfindung]
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur photogrammetrischen (Vermessung aufgrund der fotografischen Abbildung) Vermessung von unregelmäßigen, dreidimensionalen Objekten dar. Weiterhin werden Signalmarken beschrieben, die auf die Oberfläche des Objektes angebracht werden. Dadurch ist die umfängliche Form des Objektes mittels rechentechnischer Auswertung ermittelbar.
[Stand der Technik]
Die Vermessung von Objekten auf Grundlage von fotografischen Abbildungen (Photogrammetrie) wird nach DE 19639999C2 durch die Projektion von Messformen auf das Objekt mit anschließender Erkennung dieser Formen und Berechung des Objektes durch perspektivische Korrektur realisiert. Analog werden in DE10049926A1 Objekte durch Aufnahme von überlappenden Bildern vermessen. In DE19916978C1 werden zur Herstellung von orthopädischen Prothesen unregelmäßige Objekte vermessen. Hierbei werden Konturlinien projiziert und mit einem Referenzgegenstand aufgenommen. Nachteilig bei diesen Erfindungen ist, dass dieses Verfahren mit den projizierten Strukturen nur schwierig bei Tageslicht anwendbar ist.
Nach DE 19728513A1 werden Messmarken zur Vermessung des Objektes eingesetzt. Der Nachteil dieser Erfindung liegt in der numerischen Bezeichnung der Messmarken, wodurch die Nummernerkennung der Marke einen erhöhten Aufwand darstellt.
In DE 10112732C2 werden die Objekte mittels Würfel markiert und anschließend aufgrund der Lage der Würfel das Objekt erkannt. Diese Methode hat den Nachteil, dass bedingt durch die hervorstehenden Würfel bestimmte Bereiche der Oberfläche nicht sichtbar sind und die Würfel nur wenig Platz für Informationen bieten.
[Aufgabe]
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die umfängliche Form von unregelmäßigen Objekten mittels Signalmarken und einem Verfahren zu ermitteln, das auf photogrammetrischer Auswertung basiert.
[Lösung der Aufgabe]
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Signalmarken mit Positions- und Orientierungsmarkierungen sowie einer Beschriftung. So enthalten die Signalmarken sich schneidende, farbige Linien, wodurch Kreuzungen gebildet werden. Die Kreuzungen haben je Linie zwei Linienanteile die über den Schnittpunkt hinausgehen. Die Linien werden so angeordnet, dass ein vollständig umschlossener Bereich entsteht. Der von den Linien umschlossene und der zwischen zwei Linien bestehende Bereich kann zur Beschriftung verwendet werden. Die Beschriftung kann aus einem zweidimensionalen Barcode oder aus alphanumerischen Zeichen oder einer Kombination aus beiden bestehen. Zur Ermittlung der Orientierung der Signalmarke wird im Beschriftungsbereich eine farbige Markie rung angebracht. Es können aber auch die Linien so angeordnet werden, so dass die Orientierung der Marke bestimmbar ist.
Es schließen sich folgende Schritte an:

– Anbringung der Signalmarken auf der Oberfläche des Objektes,
– das mehrmalige, überlappende Fotografieren der Oberfläche mit den Signalmarken, wobei • mehrere Signalmarken auf einem Foto, • mindestens eine Signalmarke des aktuellen Fotos auf mindestens einem, bevorzugt drei der nachfolgenden Fotos und • jede Signalmarke mindestens einmal, bevorzugt dreimal auf den Fotos sichtbar ist,
– Erkennung der Signalmarken auf dem aktuellen Foto anhand der Farbe und oder Kreuzungen,
– Ermittlung der Lage der Signalmarken und Erkennung der Perspektive durch Auswertung der Kreuzungen,
– Auslesen der perspektivisch korrigierten Beschriftung (Nummerierung, Art und Größe der Signalmarken, geometrischer Grundkörper des Objektes)
– Positionierung der Signalmarken zueinander und im Raum, aufgrund der Größenangaben und perspektivischen Anordnung,
– Wiederholung der Schritte Erkennung der Signalmarken bis Positionierung der Signalmarken für alle Fotos und damit für alle Signalmarken,
– Korrektur der Position der Signalmarken mittels Bündelausgleich.

[Ausführungsbeispiele]
Beispiel 1
Zur Abschätzung der Stabilität eines Baumstamms muss zuerst die Geometrie des Baumsegments ermittelt werden. Dazu werden am Baumstamm Signalmarken angeklebt (siehe 1). Diese enthalten rechtwinklige Kreuzungen von violetten Linien, eine violette Markierung zur Orientierung und eine Beschriftung. Die Beschriftung enthält einen zweidimensionalen Barcode der folgende Informationen mit einer Fehlerkorrektur nach Hamming umfasst: Nummerierung, geometrischer Grundkörper des Objektes (hier Zylinder), Größe der Signalmarke (hier 5 × 3 cm) und Art der Signalmarke (hier Baum oder Messgerät). Das Objekt (Baumstamm) wird nun mehrmalig, überlappend, sequentiell fotografiert, so dass je Foto mindestens zwei Signalmarken, jede Signalmarke auf drei Fotos und mindestens eine Signalmarke des aktuellen Fotos auf drei der nachfolgenden Fotos sichtbar ist.
Je Foto werden jetzt die folgenden Schritte durchgeführt:

– Lokalisierung der Signalmarken auf dem Foto durch Erkennung der Farbe und/oder Kreuzungen von Linien,
– Ermittlung der Lage der Signalmarke und Erkennung der Perspektive durch die Auswertung der Kreuzungen,
– Auslesen der Beschriftung.

Durch die Beschriftung sind jetzt die Nummern der Signalmarken, die Größe (5 × 3 cm), der geometrische Grundkörper (Zylinder), die Art (Baumstamm) sowie Zusatzinformationen wie z. B. der Abstand bekannt.
Die weiteren Schritte umfassen:

– Positionierung der Signalmarken zueinander und im Raum, aufgrund der Größenangaben und perspektivischen Anordnung und
– Interpolation der Bereiche zwischen den Signalmarken entsprechend dem geometrischen Grundkörper des Objektes (hier Verwendung von Bögen anstatt von Linien).

Diese Schritte werden solange wiederholt, bis sämtliche Bilder und damit sämtliche Signalmarken erfasst sind. Zur Vermessung wird eine Korrektur der Position der Signalmarken mittels Bündelausgleich durchgeführt und anschließend das Objekt vermessen.
Es ist auch möglich die Abweichungen zum geometrischen Grundkörper des Objektes zu bestimmen.
Beispiel 2
Zur Ermittlung der Stabilität eines Baumstamms werden mehrere Ultraschallmessgeräte um den Baumstamm gelegt. Jedem Ultraschallmessgerät wird eine Signalmarke magnetisch angeheftet (siehe 2). Diese Signalmarke enthält spitzwinklige, rechtwinklige und oder stumpfwinklige Kreuzungen von blauen Linien und eine Beschriftung innerhalb und oder außerhalb der Linien. Die Beschriftung enthält alphanumerische Zeichen die folgende Informationen umfassen: Nummerierung, geometrischer Grundkörper des Objektes (Zylinder), Größe der Signalmarke (5 × 10 cm), Art der Signalmarke (Ultraschallmessgerät) und Abstand der Signalmarke zur Baumoberfläche (5 cm). Die gleichen Daten werden auch als zweidimensionaler Barcode in die Beschriftung integriert.
Gleichzeitig werden auch an dem Baum Signalmarken angeklebt (siehe 3). Die Baumsignalmarken sind mit Kreuzungen von violetten Linien, eine blaue Markierung zur Orientierung und einer Beschriftung ausgestattet. Die Beschriftung enthält einen zweidimensionalen Barcode der folgende Informationen mit einer Fehlerkorrektur nach Hamming umfasst: Nummerierung, geometrischer Grundkörper des Objektes (Zylinder), Größe der Signalmarke (5 × 3 cm) und Art der Signalmarke (Baumstamm).
Das Objekt (Baumstamm mit Messgeräten) wird nun mehrfach, überlappend, fotografiert, so dass je Foto mindestens zwei Signalmarken, jede Signalmarke auf vier Fotos und eine Signalmarke des aktuellen Fotos auf fünf der nachfolgenden Fotos sichtbar ist.
Je Foto werden jetzt die folgenden Schritte durchgeführt:

– Lokalisierung der Signalmarken auf dem Foto durch Erkennung der Farbe und oder Kreuzungen von Linien,
– Ermittlung der Lage der Signalmarke und Erkennung der Perspektive durch Auswertung der Kreuzungen,
– Auslesen der Beschriftung.

Die Beschriftung enthielt die Nummern der Signalmarken, die Größe (hier 5 × 3 cm oder 5 × 10 cm), der geometrische Grundkörper des Objektes (hier Zylinder), die Art (hier Baumstamm oder Ultraschallmessgerät) und beim Ultraschallmessgerät den Abstand der Signalmarke zur Baumoberfläche (5 cm).
Weiterhin werden die Signalmarken zueinander und im Raum aufgrund der Größenangaben und perspektivischen Anordnung positioniert.
Die Bereiche, die zwischen den Signalmarken liegen werden entsprechend dem geometrischen Grundkörper (hier Zylinder) interpoliert, d. h. in diesem Fall nimmt man keine geraden Linien sondern Bögen, um die Zwischenstücke zu verbinden. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis sämtliche Bilder und damit sämtliche Signalmarken erfasst wurden.
Die Positionen der Signalmarken werden durch Bündelausgleich korrigiert. Anschließend wird das Objekt geometrisch vermessen.
Weiterhin sind durch die Signalmarken auf den Ultraschallmessgeräten die genaue Ermittlung der Positionierung der Ultraschallmessgeräte in Bezug auf den Baumstamm möglich. Durch die genaue Position des Einstrahlpunktes ist ermittelbar, welchen Teilbereich des Baumstamms vom Ultraschallmessgerät untersucht wird. Mit der Ultraschallmessung ist die Holzdichte in dem Teilbereich messbar. Dadurch dass eine Holzdichte pro untersuchten Baumsegment angegeben werden kann, ist das Gewicht des gemessenen Baumsegmentes bestimmbar.
Beispiel 3
Zur Erfassung der Lage von Gegenständen bei einer Ausgrabung werden Signalmarken bei geeigneter Größe des Fundstücks mit Signalmarken beklebt oder z. B. bei kleinen oder mehreren dicht beieinander liegenden Fundstücken die Signalmarke in einem Abstand zum Fundstück angebracht (siehe 4). Die Signalmarken enthalten Kreuzungen von violetten Linien, eine violette Markierung zur Orientierung und eine Beschriftung. Zur besseren Gruppierung ung Unterscheidung der Fundstücke werden für Münzen Signalmarken nach 5 verwendet. Die Beschriftung enthält einen zweidimensionalen Barcode der folgende Informa tionen mit einer Fehlerkorrektur nach Hamming umfasst: Nummerierung, Größe der Signalmarke (hier 5 × 3 cm) und Art der Signalmarke (hier Münze oder Gefäß). Das Objekt (Fundbereich) wird nun mehrmalig, überlappend, sequentiell fotografiert, so dass je Foto mindestens zwei Signalmarken, jede Signalmarke auf fünf Fotos und mindestens eine Signalmarke des aktuellen Fotos auf vier der nachfolgenden Fotos sichtbar ist.
Je Foto werden jetzt die folgenden Schritte durchgeführt:

Durch die Beschriftung sind jetzt die Nummern der Signalmarken, die Größe (5 × 3 cm), die Art (Münze), der Fundort, das Datum, die Uhrzeit sowie Zusatzinformationen wie z. B. der Abstand der Signalmarke zum Fundstück, die Bezugskante oder Bezugsecke bekannt.
Die Signalmarken werden zueinander und im Raum, aufgrund der Größenangaben und perspektivischen Anordnung positioniert.
Diese Schritte (Lokalisierung bis Positionierung) werden solange wiederholt, bis sämtliche Bilder und damit sämtliche Signalmarken erfasst sind. Zur Vermessung wird eine Korrektur der Position der Signalmarken mittels Bündelausgleich durchgeführt und anschließend die Fundstelle mit den Fundstücken vermessen.
[Abbildungslegenden und Bezugszeichenliste]
1 Signalmarken (101 Linie, 103 Beschriftung zweidimensionaler Barcode, 104 Kreuzung, 105 Beschriftung alphanumerische Zeichen)
2 Signalmarken (201 Linie, 202 Orientierungsmarkierung, 203 Beschriftung zweidimensionaler Barcode, 204 Kreuzung)
3 Signalmarken (301 Linie, 303 Beschriftung zweidimensionaler Barcode, 304 Kreuzung)
4 Signalmarken (401 Linie, 402 Orientierungsmarkierung, 403 Beschriftung zweidimensionaler Barcode, 404 Kreuzung)
5 Signalmarken (501 Linie, 502 Orientierungsmarkierung, 503 Beschriftung zweidimensionaler Barcode, 504 Kreuzung)
6 Objekt mit Signalmarken (601 Signalmarken auf dem Objekt und Ultraschallmessgerät, 602 unregelmäßiges Objekt, 603 Ultraschallmessgerät)
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 Patentliteratur

- DE 19639999 C2 [0003]
- DE 10049926 A1 [0003]
- DE 19916978 C1 [0003]
- DE 19728513 A1 [0004]
- DE 10112732 C2 [0005]

Claims

Signalmarken zur Vermessung von Objekten mittels fotografischer Abbildungen (Photogrammetrie) die dadurch gekennzeichnet sind, dass – sie Positions-, Orientierungsmarkierungen, einen Beschriftungsbereich mit Beschriftung aufweisen und auf dem Objekt anbringbar sind, – sie mindestens drei Linien aufweisen, die einen Bereich vollständig umschließen, – die Linienkreuzungen je Linie zwei Anteile aufweisen, die über die Schnittpunkte hinausgehen.
Signalmarken nach Anspruch 1 die dadurch gekennzeichnet sind, dass – die Bereiche innerhalb der Linien und oder zwischen zwei Linien als Beschriftungsbereich verwendet wird, – im Beschriftungsbereich einen farbigen Punkt zur Orientierung der Signalmarke aufweisen oder durch die Linienanordnung die Orientierung ermittelbar ist, – im Beschriftungsbereich als Beschriftung ein zweidimensionaler, kontrastreicher Barcode und oder alphanumerische Zeichen dargestellt sind.
Signalmarken nach Anspruch 1 bis 2 die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie einen zweidimensionalen Barcode und oder alphanumerische Zeichen enthalten, – die Informationen wie die Nummerierung, geometrischer Grundkörper des Objektes, Größe, Abmessungen, Art und/oder Abstand zum Objekt der Signalmarke, Bezugskanten und oder Bezugsecken und oder weitere Informationen umfasst, – diese Informationen mit einer Fehlerkorrektur als zweidimensionaler Barcode dargestellt sind.
Signalmarken nach Anspruch 1 bis 3 die dadurch gekennzeichnet sind, dass – die Linienfarbe sich von der Umgebung abhebt, – die Linien bevorzugt in einer Farbe ausgeführt sind, – die bevorzugte Linienfarbe violett ist, – der farbige Orientierungspunkt bevorzugt in der Linienfarbe gehalten ist.
Ein Verfahren zur photogrammetrischen Vermessung von Objekten, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Signalmarken angebracht, das Objekt fotografiert und durch eine Auswertung die Form des Objektes bestimmt wird.
Ein Verfahren nach Anspruch 5 das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Anbringen der Signalmarken folgende Punkte umfasst: – Anbringung der Signalmarken auf der Oberfläche des Objektes oder in der Nähe des Objektes, – Anbringung der Signalmarken auf vorhandene Messgeräte, die um das Objekt positionierbar sind.
Ein Verfahren nach Anspruch 5 bis 6 das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Fotografieren des Objektes folgende Punkte umfasst: – das mehrmalige, überlappende Fotografieren der Oberfläche mit den Signalmarken – mehrere Signalmarken sind auf einem Foto sichtbar, – mindestens eine Signalmarke des aktuellen Fotos ist auf mindestens einem, bevorzugt drei der nachfolgenden Fotos sichtbar und – jede Signalmarke ist mindestens einmal, bevorzugt dreimal auf den Fotos sichtbar.
Ein Verfahren nach Anspruch 5 bis 7 das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Auswertung der Fotos nachfolgende Schritte umfasst: – Erkennung der Signalmarken auf dem aktuellen Foto anhand der Farbe und oder Kreuzungen, – Erkennung der Perspektive durch Auswertung der Kreuzungen und der Orientierung der Signalmarken, – Auslesen der perspektivisch korrigierten Beschriftung, – Positionierung der Signalmarken zueinander und im Raum, aufgrund der Größenangaben und perspektivischen Anordnung, – Wiederholung der Schritte Erkennung bis Positionierung der Signalmarken für alle Fotos und damit für alle Signalmarken.
Ein Verfahren nach Anspruch 5 bis 8 das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Auswertung der Fotos nach Anspruch 8 die zusätzlichen Schritte umfasst: – Korrektur der Position der Signalmarken durch Bündelausgleich, – Vermessung des Objektes.
Eine Verwendung des Verfahrens nach dem Anspruch 5 bis 9 zur Vermessung der Form von Baumstämmen.
Eine Verwendung des Verfahrens nach dem Anspruch 5 bis 9 zur Ermittlung der Einstrahlrichtung von Ultraschallmessgeräten, indem die Positionen und Ausrichtungen der Ultraschallmessgeräte in Bezug auf das Objekt festgestellt werden.
Ein Verfahren zur Dichtebestimmung von Baumsegmenten, wobei durch Ultraschallmessgeräte, deren Positionen und Ausrichtungen nach Anspruch 11 ermittelt werden, die Dichte des Stamms ermittelt wird.
Eine Verwendung des Verfahrens zur Bestimmung des Gewichtes eines Baumsegments, indem der Baumsegmentumfang nach Anspruch 10, die Baumsegmentdichte nach Anspruch 12 und die Höhe des Baumsegmentes durch den Wirkungsbereich und die Positionen der Ultraschallmessgeräte ermittelt wird.