DE102007046288B4 - Verfahren und Sensoranordnung zur Vermessung optischer Merkmale - Google Patents

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    • G01S17/89Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging

Abstract

Verfahren zur Vermessung optischer Merkmale mit einer Sensoranordnung (11), welche an einem Objekt montiert ist,
– bei dem die Sensoranordnung (11) einen Laserscanner umfasst, welcher Remissionswerte ermittelt,
– bei dem die optischen Merkmale aus den Remissionswerten extrahiert werden,
– bei dem in Entfernungs-Messdaten des Laserscanners Boden-Messdaten (21) für Teile eines Bodens (15) unter dem Objekt sowie Objekt-Messdaten für Teile des Objekts identifiziert werden,
– bei dem die Objekt-Messdaten genutzt werden, um aus den Boden-Messdaten (21) ein Boden-Koordinatensystem (16) zu ermitteln,
– bei dem eine Koordinatentransformation zwischen einem Sensor-Koordinatensystem (18) der Sensoranordnung (11) und dem Boden-Koordinatensystem (16) berechnet wird, mit welcher die Sensoranordnung (11) kalibriert wird.

Description

  • Eine Sensoranordnung, welche beispielsweise auf einem Kran montiert ist, dient zur Messung (bzw. Schätzung) der Position und Lage beweglicher Objekte, wie etwa des Krans selbst oder einer Fracht, z. B. eines Containers. Als weitere Verwendungen kommen etwa die Messung der Position und Lage eines Fahrzeugs oder eines beweglichen Bauteils des Krans selbst in Betracht.
  • Bei dem Kran kann es sich beispielsweise um einen Ladekran handeln. Ladekrane werden auf Güterumschlagplätzen, Lagerplätzen, in Montagehallen und Werften sowie beim Gleisbau eingesetzt. Bei einem Ladekran für Kraftfahrzeuge ist der Boden gegenüber dem Ladekran geneigt, damit Wasser abfließen kann. Weiterhin sind auf dem Boden unter dem Ladekran Spuren für Lastwagen markiert.
  • Eine Ausführung eines Ladekrans ist ein Portalkran. Dieser überspannt einen Lade- und Arbeitsbereich wie ein Portal. In der Regel laufen seine Seitenwände mit Rädern auf zwei parallelen Schienen. Auf der Kranbrücke, dem horizontalen Teil des Portalkrans, bewegt sich eine Laufkatze mit einem Hubwerk. Alternativ kann auch ein Schienendrehkran auf der Kranbrücke montiert sein.
  • Weiterhin kommen als Ladekran auch ein Brückenkran, ein Halbportalkran, ein Bockkran sowie ein Portaldrehkran in Betracht.
  • Bewegliche Teile eines Krans sind z. B. die Laufkatze oder der Spreader – ein Hebezeug, mit dem Container ergriffen werden können.
  • Im Kontext eines Ladekrans dienen die Messungen der Sensoranordnung als Grundlage, um LKW-Fahrern zu signalisieren, wo sie anzuhalten haben. Weiterhin kann aufgrund solcher Messungen der Kran selbst gesteuert werden.
  • Die Sensoranordnung kann beispielsweise aus einem oder mehreren der folgenden Elemente zusammengesetzt sein: einem 3D-Laserscanner, einem schwenkbaren 2D-Laserscanner oder einer Videokamera. Die Elemente der Sensoranordnung werden üblicherweise derart im Tragwerk des Krans angebracht, dass – im Falle eines Portalkrans – mehrere Spuren für LKW oder Gleise für Eisenbahnwaggons überstrichen werden.
  • Damit die Sensoranordnung in der beschriebenen Weise verwendet werden kann, ist es erforderlich, sie zu kalibrieren. Das bedeutet, dass die folgenden Koordinatensysteme zueinander in Beziehung gesetzt werden müssen:
    • – Das Sensor-Koordinatensystem eines oder mehrerer Laserscanner, die in der Sensoranordnung verbaut sind,
    • – das Kamera-Koordinatensystem einer oder mehrerer Kameras, sofern diese im Rahmen der Sensoranordnung verbaut sind,
    • – das Kran-Koordinatensystem des Krans, bezüglich dem z. B. Laufkatze und Spreader lokalisiert werden,
    • – das Boden-Koordinatensystem, bezüglich dessen ggf. Spuren für Lastwagen oder Gleise für Eisenbahnwaggons gegeben sind, welche beladen und entladen werden.
  • Die Kalibrierung wird im Stand der Technik beispielsweise dadurch gelöst, dass ein speziell zu diesem Zweck angefertigter und bereitgehaltener Kalibrierkörper auf den Boden im Bereich des Krans gestellt und in Bezug auf den Kran bzw. das Kran-Koordinatensystem durch einen Vermessungsingenieur manuell vermessen wird. Zusätzlich können Fahrspuren manuell in Bezug auf den Kran oder auf den Kalibrierkörper vermessen werden. Die Sensoranordnung erfasst anschließend den Kalibrierkörper, woraus sich Koordinatentransformationen zwischen dem Sensor-Koordinatensystem und den übrigen Koordinatensystemen erschließen lassen. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, dass der laufende Betrieb des Krans für die Kalibrierung längere Zeit unterbrochen werden muss.
  • Im Kontext der Automatisierung der Ladekrananlage ist eine spezifische Kalibrierung der Sensoranordnung für die jeweiligen Arbeitsabläufe wünschenswert. Häufig finden sich in der Umgebung der Ladekrananlage Strukturierungsmerkmale, welche lediglich optisch erfasst werden können. Ein Beispiel hierfür sind auf den Boden aufgemalte Spurmarkierungen, welche die Lage der Fahrspuren anzeigen. Die Einbindung eines optischen Sensors (etwa einer Videokamera) in die Sensoranordnung bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass dann das Kamera-Koordinatensystem des optischen Sensors mit dem Sensor-Koordinatensystem des Laserscanners abgeglichen werden muss.
  • Dies wird in den beschriebenen Anwendungen in großen Krananlagen durch deren große Abmessungen und nicht standardisierten visuellen Merkmale erschwert. So können beispielsweise die Spurmarkierungen unterschiedlich ausfallen. Deshalb ist es im Stand der Technik erforderlich, weitere, in ihren optischen und geometrischen Merkmalen genau definierte Kalibrierkörper in die Anlage einzubringen, um anhand dieser die Kalibrierung vorzunehmen. Auch eine manuelle Vermessung der Spurmarkierungen bedeutet hier zusätzlichen Aufwand.
  • Aus dem Stand der Technik sind auch Laserscanner, die neben Entfernungswerten auch Remissionswerte erfassen. Bekannt ist ferner eine Extraktion optischer Merkmale aus den Remissionswerten, die von einem Laserscanner ermittelt werden.
  • Aus der DE 10 2004 003 850 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung von Fahrbahnmarkierungen bekannt, welches einen Vergleich zwischen einer von einer Fahrbahn reflektierten und einer zuvor einem Sensor ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung vorsieht, um daraus Fahrbahnmarkierungen zu erkennen.
  • Aus der Druckschrift Clode, S.; Kootsookos, P. J. und Rottensteiner, F.: ”The Automatic Extraction of Roads from LIDAR Data”, in: Proceedings of XXth ISPRS Congress, Commission III, Istanbul, 2004, geht eine Lehre zur Erkennung von Straßenzügen aus LIDAR-Daten hervor.
  • Aus der DE 10251 910 A1 gehen optische Erfassungsmittel an einem Containerkran hervor, welche in Zusammenarbeit mit einer Verarbeitungseinrichtung zur Erfassung von Längs- und Querkanten des Transportmittels sowie Teilen des Containerkrans dienen.
  • Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren und eine Sensoranordnung zur Vermessung optischer Merkmale anzugeben, welche den Aufbau der Sensoranordnung oder die Vermessung der optischen Merkmale vereinfachen.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Sensoranordnung zur Vermessung optischer Merkmale gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Bei dem Verfahren zur Vermessung optischer Merkmale mit einer Sensoranordnung umfasst diese einen Laserscanner. Der Laser scanner ermittelt Remissionswerte. Anschließend werden die optischen Merkmale aus den Remissionswerten extrahiert. Die Sensoranordnung ist dabei an einem Objekt montiert. In Entfernungs-Messdaten des Laserscanners werden Boden-Messdaten für Teile eines Bodens unter dem Objekt sowie Objekt-Messdaten für Teile des Objekts identifiziert. Die Objekt-Messdaten werden genutzt, um aus den Boden-Messdaten ein Boden-Koordinatensystem zu ermitteln. Eine Koordinatentransformation zwischen einem Sensor-Koordinatensystem der Sensoranordnung und dem Boden-Koordinatensystem wird berechnet, anhand derer die Sensoranordnung kalibriert wird.
  • Die zur Montage an einem Objekt eingerichtete Sensoranordnung zur Vermessung optischer Merkmale umfasst einen Laserscanner, welcher zur Ermittlung von Remissionswerten eingerichtet ist. Weiterhin umfasst die Sensoranordnung eine Recheneinheit, welche zur Extraktion der optischen Merkmale aus den Remissionswerten eingerichtet ist. Weiterhin weist die Sensoranordnung eine weitere Recheneinheit auf, welche zur Identifikation von Boden-Messdaten für Teile eines Bodens unter dem Objekt sowie Objekt-Messdaten für Teile des Objekts in Entfernungs-Messdaten des Laserscanners eingerichtet ist. Die Recheneinheit ist weiterhin eingerichtet zur Ermittlung eines Boden-Koordinatensystems aus den Boden-Messdaten unter Nutzung der Objekt-Messdaten, zur Berechnung einer Koordinatentransformation zwischen einem Sensor-Koordinatensystem der Sensoranordnung und dem Boden-Koordinatensystem, sowie zur Kalibrierung der Sensoranordnung auf Grundlage der Koordinatentransformation.
  • Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die komplette Kalibrierung der Sensoranordnung gegenüber ihrer Umgebung ohne einen gesonderten Kalibrierkörper erfolgen kann.
  • Heutige Laserscanner liefern je nach Betriebsmodus neben Entfernungswerten auch Messungen der zurückgestrahlten Energie, gewissermaßen einen Grauwert. Der Grauwert wird als Remissionswert bezeichnet. Das Verfahren und die Sensoranordnung er möglichen es, neben den Entfernungswerten, welche durch die Sensoranordnung ermittelt werden, auch die Remissionswerte, welcher der in der Sensoranordnung enthaltene Laserscanner ermittelt, zu nutzen. Hierdurch kann auf den Einbau einer Videokamera verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die extrahierten optischen Merkmale unmittelbar im Sensor-Koordinatensystem der Sensoranordnung vorliegen.
  • Das Verfahren und die Sensoranordnung nutzen die Remissionswerte des Laserscanners, um ein komplettes Grauwertbild eines Ausschnitts einer Umgebung zu erzeugen. Ein solches Grauwertbild ist prinzipiell mit dem Bild einer Videokamera vergleichbar. Weiterhin sind optische Merkmale in dem Grauwertbild erkennbar. Daher kann die Extraktion der optischen Merkmale aus den Remissionswerten mit klassischen Methoden der Bildverarbeitung erfolgen.
  • Handelt es sich bei den optischen Merkmalen um Spurmarkierungen, so werden diese unmittelbar im Sensor-Koordinatensystem der Sensoranordnung ermittelt. Hierdurch entfallen manuelle Vermessungen der Fahrspuren sowie eine Ermittlung einer Koordinatentransformation zwischen einem Boden-Koordinatensystem und dem Sensor-Koordinatensystem. Vielmehr werden die Koordinatentransformationen zwischen den verwendeten Koordinatensystemen ohne händische Vermessung automatisch ermittelt.
  • Dies ist genauer und verringert den Aufwand bei der Installation und Aufschaltung der Sensoranordnung.
  • Durch die Extraktion der optischen Merkmale aus den Remissionswerten ergibt sich der Vorteil, dass auf gesonderte Kalibrierkörper zur Vermessung der optischen Merkmale verzichtet werden kann. So entfällt der Aufwand für das Erstellen, Zwischenlagern, Platzieren und Wegräumen der Kalibrierkörper. Hierdurch werden Kosten eingespart. Die Aufschaltung der Sensoranordnung erfordert somit weniger Aufwand und verursacht eine geringere Störung des laufenden Betriebs.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist das Objekt ein Kran, insbesondere ein Ladekran, Portalkran, Brückenkran, Halbportalkran, Bockkran oder Portaldrehkran, oder ein beliebiges bewegliches oder statisches Objekt, auf welchem die Sensoranordnung montierbar ist. Ein Portalkran bietet den Vorteil, dass seine ausgeprägten Symmetrieeigenschaften genutzt werden können.
  • Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Sensoranordnung einen oder mehrere schwenkbare 2D-Laserscanner. Die Verwendung eines schwenkbaren 2D-Laserscanners bietet durch seinen großen Sichtbereich den Vorteil, dass neben Fahrzeugen im Arbeitsbereich des Krans auch große Teile der tragenden Struktur des Krans selbst erfasst werden können.
  • Gemäß einer Weiterbildung sind die Teile des Objekts Seitenwände eines Portalkrans. Dies bietet den Vorteil, dass die Orientierung dieser Seitenwände zur Ermittlung des Objekt-Koordinatensystems genutzt werden kann.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 Kran mit einer Sensoranordnung sowie einem Frachtgut unter dem Kran,
  • 2 Entfernungs-Messdaten der Sensoranordnung,
  • 3 ein Kran-Koordinatensystem, ein Sensor-Koordinatensystem sowie ein Boden-Koordinatensystem,
  • 4 ein Ablaufdiagramm zur Kalibrierung.
  • 1 zeigt einen Kran 10. An dem Kran 10 ist eine Sensoranordnung 11 angebracht, welche im in 1 gezeigten Fall aus zwei Elementen besteht. Weiterhin gezeigt ist ein Frachtgut 12, beispielsweise ein Container auf einem LKW, welches durch die Sensoranordnung 11 erfasst wird. Ebenfalls in 1 zu sehen sind Räder 14, mit denen der Kran 10 auf Schienen bewegt werden kann. Ein Boden 15 unter dem Kran 10 ist geneigt, so dass Wasser abfließen kann. Auf dem Boden 15 sind Spurmarkierungen 13 angebracht, welche Spuren für Fahrzeuge markieren.
  • 2 zeigt Messdaten der Sensoranordnung 11, in diesem Fall Entfernungs-Messdaten eines Laserscanners. In den Messdaten lassen sich Boden-Messdaten 21 von Teilen des Bodens 15 unter dem Kran 10 sowie Kran-Messdaten 22 von Teilen des Krans 10 identifizieren. Dies ermöglicht eine geometrische Vermessung des Krans und seines Arbeitsraumes.
  • Die Messdaten können beispielsweise durch Schwenk eines 2D-Laserscanners über die Teile des Krans 10 und die Teile des Bodens 15 gewonnen werden.
  • Die Kran-Messdaten 22 sind hierbei als Rechtecke in 3D heraussegmentierte Seitenwände des Krans 10. Bei den Boden-Messdaten 21 handelt es sich entsprechend um heraussegmentierte Bodenpunkte. Von diesen muss ggf. nur eine Teilmenge verwendet werden, um eine ausreichende Genauigkeit zu erreichen; dies spart Rechenzeit und Speicherbedarf.
  • 3 zeigt erneut den Kran 10, seine Räder 14, die Sensoranordnung 11 sowie den Boden 15 und die Spurmarkierungen 13. Zusätzlich eingezeichnet sind ein Boden-Koordinatensystem 16, ein Kran-Koordinatensystem 17 sowie ein Sensor-Koordinatensystem 18 der Sensoranordnung 11.
  • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Kalibrierung der Sensoranordnung 11. In einem ersten Schritt 1 erfasst die Sensoranordnung 11 Messdaten ihrer Umgebung wie in 2 gezeigt. Hierbei handelt es sich um Entfernungs-Messdaten. In einem zweiten Schritt 2 werden in den Messdaten die in 2 gezeigten Boden-Messdaten 21 sowie die Kran-Messdaten 22 identifiziert. Dies kann rechnergestützt unter Verwendung von Planzeichnungen erfolgen, welche bezüglich der Einbaulage der Sensoranordnung 11 bzw. ihrer Elemente sowie weiterer Elemente des Krans 10 genau genug sind. Die Messdaten sind hierbei als 3D-Messpunkte gegeben, welche zunächst alle im Sensor-Koordinatensystem 18 der Sensoranordnung 11 vorliegen.
  • In einem dritten Schritt 3 werden die Kran-Messdaten 22 genutzt, um aus den Boden-Messdaten 21 ein Boden-Koordinatensystem 16 zu ermitteln. In einem vierten Schritt 4 wird eine Koordinatentransformation zwischen einem Sensor-Koordinatensystem 18 der Sensoranordnung und dem Boden-Koordinatensystem 16 berechnet, anhand derer die Sensoranordnung 11 kalibriert wird.
  • Das Verfahren zur Kalibrierung der Sensoranordnung 11 nutzt Symmetrien, etwa Flächensymmetrien oder Translationssymmetrien im dreidimensionalen Raum. Solche Symmetrien weist der Kran 10 auf – insbesondere in der Ausgestaltung als Portalkran. Die Symmetrien werden hierbei aus den Kran-Messdaten 22 und ggf. den Boden-Messdaten 21 extrahiert. Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine durch die Kran-Messdaten 22 repräsentierte Fläche von 3D-Messpunkten einen Normalenvektor aufweist, der als y-Richtungsvektor des Kran-Koordinatensystems 17 verwendet werden kann. Weiterhin lässt sich die Tatsache nutzen, dass eine durch die Boden-Messdaten 21 repräsentierte Fläche von 3D-Messpunkten einen Normalenvektor aufweist, der als z-Richtungsvektor des Boden-Koordinatensystems 16 gewählt werden kann. Überraschenderweise kann der x-Richtungsvektor des Boden-Koordinatensystems 16 identisch zum x-Richtungsvektor des Kran-Koordinatensystems 17 gewählt werden. Dieser x-Richtungsvektor ist sowohl parallel zum Boden 15 als auch parallel zu einer durch die Kran-Messdaten 22 repräsentierten Fläche. Dies wird am Beispiel des Portalkrans deutlich. Da dieser auf Schienen fährt, verlaufen diese sowohl parallel zum Boden als auch parallel zu den Innenwänden des Portalkrans. Der x-Richtungsvektor sowohl des Boden-Koordinatensystems 16 als auch des Kran-Koordinatensystems 17 kann somit parallel zu den Schienen gewählt werden. Somit ist der x-Richtungsvektor sowohl zu dem Normalenvektor der durch die Boden-Messdaten 21 repräsentierten Fläche von 3D-Messpunkten als auch zu dem Normalenvektor der durch die Kran-Messdaten 22 repräsentierten Fläche von 3D-Messpunkten senkrecht. Ausgehend hiervon lassen sich diese Koordinatensysteme sukzessive erschließen.
  • Im Folgenden wird ein hierzu geeigneter Algorithmus exemplarisch angegeben. Es sind beliebige andere Algorithmen möglich. Der Algorithmus berechnet hilfsweise das Kran-Koordinatensystem 17, welches für die Herleitung des Boden-Koordinatensystems 16 verwendet wird.
  • Im Szenario eines Portalkrans in einem Hafen werden als Kran-Messdaten 22 3D-Messpunkte identifiziert, die zur Seitenwand (der so genannten ”sill bar”) gehören, und zwar einerseits 3D-Messpunkte, die zur seeseitigen Seitenwand gehören, sowie andererseits 3D-Messpunkte, die zur landseitigen Seitenwand gehören. Bei Portalkränen auf dem Festland kann eine beliebige andere Charakterisierung der beiden Seiten des Portalkrans gewählt werden.
  • Eine Hauptachsentransformation (beschrieben in: Jonathon Shlens: ”A Tutorial an Principal Component Analysis”, erhältlich im Internet am 02.07.2007 unter http://www.snl.salk.edu/~shlens/pub/notes/pca.pdf) auf den 3D-Messpunkten der seeseitigen Seitenwand des Krans 10 sowie auf den 3D-Messpunkten der landseitigen Seitenwand des Krans 10 ermöglicht jeweils die Bildung eines Normalenvektors im Schwerpunkt der jeweiligen 3D-Messpunkte. Aus diesen beiden Normalenvektoren wird nun durch Mittelung der y-Richtungsvektor des Kran-Koordinatensystems 17 gebildet. Hierbei wird als Konvention gewählt, dass der y-Richtungsvektor zur Seeseite weist.
  • Ebenfalls durch Hauptachsentransformation wird auf den 3D-Messpunkten in den Boden-Messdaten 21 ein Normalenvektor gebildet und als z-Richtungsvektor des Boden-Koordinatensystems 16 gewählt.
  • Anschließend ergibt sich der x-Richtungsvektor sowohl des Boden-Koordinatensystems 16 als auch des Kran-Koordinatensystems 17 aus dem Kreuzprodukt des y-Richtungsvektors des Kran-Koordinatensystems 17 und des z-Richtungsvektors des Boden-Koordinatensystems 16.
  • Im nächsten Schritt wird der z-Richtungsvektor des Kran-Koordinatensystems aus dem Kreuzprodukt des x-Richtungsvektors und des y-Richtungsvektors des Kran-Koordinatensystems 17 berechnet. Entsprechend ergibt sich der y-Richtungsvektor des Boden-Koordinatensystems 16 aus dem Kreuzprodukt des z-Richtungsvektors und des x-Richtungsvektors des Boden-Koordinatensystems 16.
  • Als Ursprung des Kran-Koordinatensystems 17 wird zunächst die Mitte zwischen den Fußpunkten der aus den Kran-Messdaten 22 gebildeten Normalenvektoren gewählt.
  • Anschließend werden die 3D-Messpunkte in den Kran-Messdaten 22, welche zur seeseitigen Seitenwand und zur landseitigen Seitenwand gehören, in das Kran-Koordinatensystem 17 transformiert. Im Zuge dessen wird auch ihre Ausdehnung in x-Richtung als Minimum und Maximum bestimmt. Daraufhin wird das Kran-Koordinatensystem 17 in seiner x-Richtung so verschoben, dass sein Ursprung auf der Mitte zwischen dem ermittelten Minimum und Maximum liegt. Damit ist das Kran-Koordinatensystem 17 vollständig bestimmt.
  • Als Ursprung des Boden-Koordinatensystems 16 wird zunächst der Schwerpunkt der 3D-Messpunkte in den Boden-Messdaten 21 bestimmt. Anschließend wird die z-Achse des Kran-Koordinatensystems 17 mit der Ebene, welche durch die 3D-Messpunkte in den Boden-Messdaten 21 gebildet wird, geschnitten. Der Schnittpunkt als Ursprung des Boden-Koordinatensystems 16 gewählt.
  • Nun können Fahrspuren unter dem Kran 10 manuell zwischen Gleisen, auf welchen die Räder 14 des Krans 10 laufen, vermessen werden. Die Lage der Mitte zwischen den Gleisen relativ zur Sensoranordnung 11 ergibt sich aus den zuvor ermittelten Koordinatensystemen.
  • Anhand der ermittelten Koordinatensysteme wird jeweils eine Koordinatentransformation zu dem Sensor-Koordinatensystem 18 der Sensoranordnung 11 errechnet. Mit dieser wird die Sensoranordnung 11 kalibriert.
  • Extraktion optischer Merkmale aus Remissionswerten des Laserscanners:
    Zur Extraktion optischer Merkmale aus Remissionswerten des Laserscanners werden lediglich Remissionswerte für 3D-Messpunkte weiterverarbeitet, welche zuvor als Boden-Messdaten 21 identifiziert wurden. Diese 3D-Messpunkte werden in die durch sie bestimmte Ebene des Bodens 15 projiziert. Eine Auswertung ihrer Remissionswerte ergibt nun ein zweidimensionales Grauwertbild des Bodens 15. In diesem Grauwertbild werden durch klassische Bildverarbeitungsmethoden optische Merkmale wie etwa die Spurmarkierungen 13 ermittelt.
  • In einer Variante werden die zunächst als Gleitkommazahlen vorliegenden Koordinatenwerte der 3D-Messpunkte auf ein passendes Raster abgebildet, welches bspw. achsenparallel zu dem x-Richtungsvektor und y-Richtungsvektor des Boden-Koordinatensystems 16 gewählt wird. Hierdurch erhält man ein rechteckiges diskretisiertes Pixelbild, wobei der Wert an jedem Pixel durch geeignete Filterung der diesem Pixel zugeordneten Remissionswerte gebildet wird. Hierfür geeignete Filter sind bspw. Mittelwert, Median oder ähnliche Filter.
  • Somit entfällt die Notwendigkeit einer manuellen Vermessung von Fahrspuren für Lastkraftwagen unter einem Ladekran. Die Fahrspuren werden automatisch aus den simultan ermittelten 3D-Entfernungsmesswerten und Remissionswerten des Laserscanners ermittelt. Das Verfahren wird hierdurch sehr robust und genau. Eine Störung des laufenden Betriebs der Ladekrananlage bei der Aufschaltung der Sensoranordnung 11 wird weitgehend vermieden.
  • Alternativ können die optischen Merkmale erst nach ihrer Extraktion aus den Remissionswerten auf die zuvor ermittelte Ebene des Bodens 15 projiziert werden, um diese dreidimensional im Sensor-Koordinatensystem 18 der Sensoranordnung 11 zu verorten.
  • Gleiches gilt für beliebige andere Einsatzgebiete der Sensoranordnung 11. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich anderen Szenarien analog implementieren.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Vermessung optischer Merkmale mit einer Sensoranordnung (11), welche an einem Objekt montiert ist, – bei dem die Sensoranordnung (11) einen Laserscanner umfasst, welcher Remissionswerte ermittelt, – bei dem die optischen Merkmale aus den Remissionswerten extrahiert werden, – bei dem in Entfernungs-Messdaten des Laserscanners Boden-Messdaten (21) für Teile eines Bodens (15) unter dem Objekt sowie Objekt-Messdaten für Teile des Objekts identifiziert werden, – bei dem die Objekt-Messdaten genutzt werden, um aus den Boden-Messdaten (21) ein Boden-Koordinatensystem (16) zu ermitteln, – bei dem eine Koordinatentransformation zwischen einem Sensor-Koordinatensystem (18) der Sensoranordnung (11) und dem Boden-Koordinatensystem (16) berechnet wird, mit welcher die Sensoranordnung (11) kalibriert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die optischen Merkmale Spurmarkierungen (13) sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem anhand der Spurmarkierungen (13) Fahrspuren ermittelt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, – bei dem anhand der Objekt-Messdaten ein y-Richtungsvektor eines Objekt-Koordinatensystems ermittelt wird, – bei dem anhand der Boden-Messdaten (21) ein z-Richtungsvektor des Boden-Koordinatensystems (16) ermittelt wird, – bei dem ein x-Richtungsvektor sowohl des Boden-Koordinatensystems (16) als auch des Objekt-Koordinatensystems anhand eines Kreuzproduktes des y-Richtungsvektors des Objekt-Koordinatensystems und des z-Richtungsvektors des Boden-Koordinatensystems (16) berechnet wird, – bei dem ein z-Richtungsvektor des Objekt-Koordinatensystems aus einem Kreuzprodukt des x-Richtungsvektors und des y-Richtungsvektors des Objekt-Koordinatensystems berechnet wird, – bei dem ein y-Richtungsvektor des Boden-Koordinatensystems (16) aus einem Kreuzprodukt des z-Richtungsvektors und des x-Richtungsvektors des Boden-Koordinatensystems (16) berechnet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der y-Richtungsvektor des Objekt-Koordinatensystems mittels Hauptachsentransformation oder Hauptkomponentenanalyse durch einen Normalenvektor im Schwerpunkt von 3D-Messpunkten in den Objekt-Messdaten gebildet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der z-Richtungsvektor des Boden-Koordinatensystems (16) mittels Hauptachsentransformation oder Hauptkomponentenanalyse durch einen Normalenvektor im Schwerpunkt von 3D-Messpunkten in den Boden-Messdaten (21) gebildet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, – bei dem 3D-Messpunkte in den Boden-Messdaten (21), welche den Remissionswerten zugeordnet sind, auf ein Raster abgebildet werden, welches achsenparallel zu dem x-Richtungsvektor und y-Richtungsvektor des Boden-Koordinatensystems (16) ist, – bei dem für jedes Rasterelement die Remissionswerte der entsprechenden 3D-Messpunkte gefiltert werden, – bei dem die optischen Merkmale mit Methoden der Bildverarbeitung aus den gefilterten Remissionswerten extrahiert werden.
  8. Sensoranordnung (11) zur Vermessung optischer Merkmale, eingerichtet zur Montage an einem Objekt, – mit einem Laserscanner, eingerichtet zur Ermittlung von Remissionswerten, – mit einer Recheneinheit, eingerichtet zur Extraktion der optischen Merkmale aus den Remissionswerten, – mit einer weiteren Recheneinheit, – eingerichtet zur Identifikation von Boden-Messdaten (21) für Teile eines Bodens (15) unter dem Objekt sowie Objekt-Messdaten für Teile des Objekts in Entfernungs-Messdaten des Laserscanners, – eingerichtet zur Ermittlung eines Boden-Koordinatensystems (16) aus den Boden-Messdaten (21) unter Nutzung der Objekt-Messdaten, – eingerichtet zur Berechnung einer Koordinatentransformation zwischen einem Sensor-Koordinatensystem (18) der Sensoranordnung (11) und dem Boden-Koordinatensystem (16), – eingerichtet zur Kalibrierung der Sensoranordnung (11) auf Grundlage der Koordinatentransformation.
  9. Sensoranordnung (11) nach Anspruch 8, bei dem das Objekt ein Kran (10), insbesondere ein Ladekran, Portalkran, Brückenkran, Halbportalkran, Bockkran oder Portaldrehkran ist.
  10. Sensoranordnung (11) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, bei dem der Laserscanner ein schwenkbarer 2D-Laserscanner ist.
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