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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem zur Vermessung von
Räumen
und/oder Objekten, umfassend wenigstens ein handgehaltenes, berührungslos
messendes Abstandsmessgerät,
insbesondere einen Laserentfernungsmesser, und wenigstens eine Auswerteeinheit.
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Die
dreidimensionale Vermessung von Räumen ist, insbesondere für Handwerker
und Architekten, von sehr großem
Interesse, um möglichst
schnell den Ist-Zustand von Räumen
erfassen und auf dem erfassten Ist-Zustand basierend anstehende
Arbeiten planen zu können,
wie beispielsweise den Aufbau von Küchen, den Einbau von Fenstern,
die Inneneinrichtung des Raumes etc.
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Zur
Durchführung
derartiger dreidimensionaler Vermessungen von Räumen werden heutzutage meist
handgehaltene, berührungslos
messende Abstandsmessgeräte
eingesetzt, insbesondere Laserentfernungsmesser. Diese zeichnen
sich gegenüber herkömmlichen
mechanischen Messvorrichtungen, wie beispielsweise Maßbänder und
Zollstöcke,
insbesondere dadurch aus, dass mit ihnen Abstandsmessungen bequem
und schnell durchgeführt
werden können.
Zudem umfassen Laserentfernungsmesser normalerweise eine integrale
Auswerteeinheit, die eine Weiterverarbeitung der erfassten Messdaten
ermöglicht.
So können
Auswerteeinheiten derart beschaffen sein, dass sie eine rechnerische
Verknüpfung
von Einzelabstandsmessungen ermöglichen.
Mit anderen Worten können
Einzelabstandmessungen addiert werden, um aus einer Vielzahl von
erfassten Teilabständen
einen Gesamtabstand zu ermitteln, sie können miteinander multipliziert
werden, um Flächen
oder Volumina zu berechnen, sie können gespeichert werden etc.
Zudem ermöglichen viele
Auswerteeinheiten die Durchführung
indirekter Längenmessungen über angenommene
rechte Winkel oder integrierte Inertialsensorik. Ein Nachteil derartiger
Systeme, die solche indirekte Längenmessungen
ermöglichen,
besteht allerdings darin, dass die indirekte Längenmessung auf der Annahme
basiert, dass das Abstandsmessgerät zwischen den Messungen, aus
denen die Länge
indirekt berechnet wird, keine translatorische Bewegung erfährt. Der
Benutzer ist somit gezwungen, das Abstandsmessgerät fix an
einer Position zu halten und ausschließlich eine rotatorische Bewegung
zwischen den Messpunkten durchzuführen, indem das Abstandsmessgerät beispielsweise
aus dem Handgelenk gedreht wird. Dies macht solche indirekte Längenmessungen
sehr fehleranfällig.
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Soll
mit Hilfe eines Laserentfernungsmessers beispielsweise der Grundriss
eines Raumes erfasst werden, so wird normalerweise der Grundriss des
Raumes zunächst
manuell oder mit Hilfe eines entsprechenden Computerprogramms skizziert.
Daraufhin werden die Einzelabmessungen des Raumes mit Hilfe des
Laserentfernungsmessers nacheinander erfasst, wobei die erfassten
Messdaten in die vorab erstellte Skizze eingetragen werden. Sobald
die genauen Messdaten vorliegen, kann dann die Skizze manuell bzw.
automatisiert unter Verwendung eines Rechners präzisiert werden. Auch wenn das
auf diese Weise erzielte Ergebnis durchaus zufriedenstellend ist,
ist die zuvor beschriebene Vorgehensweise mit einem großen Zeitaufwand
verbunden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein alternatives Messsystem der eingangs genannten Art zu
schaffen, mit dem beispielsweise der Grundriss oder ein CAD-Modell
eines Raumes und/oder Objektes schnell und präzise erstellt werden kann.
Zudem soll das Messsystem indirekte Längenmessungen ermöglichen,
bei denen der Benutzer das Abstandsmessgerät zwischen den Einzelabstandsmessungen,
die zur indirekten Längenmessung
erforderlich sind, sowohl rotatorisch als auch translatorisch bewegen
kann, ohne dass das Messergebnis hierdurch beeinträchtigt wird.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung
durch ein Messsystem nach Anspruch 1 und durch ein Messverfahren
nach Anspruch 14 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
beziehen sich auf individuelle Ausgestaltungen der vorliegenden
Erfindung.
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Das
erfindungsgemäße Messsystem
zur Vermessung von Räumen
und/oder Objekten umfasst wenigstens ein handgehaltenes, berührungslos messendes
Abstandsmessgerät,
bevorzugt in Form eines Laserentfernungsmesser, und wenigstens eine Auswerteeinheit
zur Weiterverarbeitung der von dem Abstandsmessgerät erfassten
Messdaten. Erfindungsgemäß umfasst
das Messsystem eine am Abstandsmessgerät angeordnete omnidirektionale
Kamera, also eine Kamera, die in der Lage ist, Bilder aus allen
Richtungen in einem Bereich von etwa 270° bis 360° sowohl horizontal als auch
vertikal aufzunehmen. Alternativ können auch mehrere Kameras verwendet
werden, die diesen Bildbereich abdecken. Die Auswerteeinheit ist
derart eingerichtet, dass sie die Position und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes zum
Zeitpunkt einer Abstandsmessung basierend auf den von der Kamera
aufgezeichneten Bildinformationen ermittelt, entsprechende Positions- und
Ausrichtungsdaten generiert und diese der Abstandsmessung zuordnet.
Mit anderen Worten werden für
jede Abstandsmessung die Position und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes im Raum
ermittelt, so dass Datensätze
generiert werden können, die
jeweils aus Messdaten, Positionsdaten und Ausrichtungsdaten bestehen.
Werden diese Datensätze in
ein virtuelles dreidimensionales Koordinatensystem transferriert,
so ergeben sich eindeutige, aufeinander bezogene Vektoren, deren
Ursprung durch die Positionsdaten, deren Richtung durch die Ausrichtungsdaten
und deren Länge
durch die Messdaten definiert sind. Entsprechend lässt sich
der Abstand zwischen zwei Messpunkten unter Verwendung entsprechender
Algorithmen problemlos berechnen, wobei die Bewegung des Messgerätes zwischen
zwei Einzelmessungen völlig
unerheblich ist. Auch lassen sich eine Vielzahl von Einzelmessungen
derart miteinander verknüpfen,
dass die Erstellung eines CAD-Modells des Raumes und/oder des Objektes ohne
weiteres unter Verwendung entsprechender Algorithmen möglich ist.
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Das
Abstandsmessgerät
ist vorteilhaft derart beschaffen, dass es Einzelabstandsmessungen und/oder
kontinuierliche Abstandsmessungen ausführen kann. Auch die Kamera
ist vorteilhaft videofähig
ausgebildet. Werden das Abstandsmessgerät und die Kamera im kontinuierlichen
Modus betrieben, so kann eine sehr hohe Messdichte erzielt werden, wodurch
die Genauigkeit des Messergebnisses entsprechend erhöht wird.
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Die
Auswerteeinheit ist bevorzugt derart eingerichtet, dass die Position
und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes zum Zeitpunkt einer Abstandsmessung
anhand von in den Bildinformationen vorhandenen Landmarken ermittelbar
sind. Landmarken sind lokale markante Merkmalspunkte, die unempfindlich
gegenüber
perspektivischen Verzerrungen sind. Markant sind Raumpunkte, deren
Eigenschaften von ihrem Hintergrund abweichen. Bei diesen Landmarken
kann es sich um natürliche
Landmarken handeln, wie beispielsweise ein Türrahmen, ein Fensterrahmen
oder dergleichen, also um markante Raumpunkte, die bereits im Raum
vorhanden sind. Alternativ können
aber auch künstliche
Landmarken verwendet werden. Gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das Messsystem
zur Erzeugung solcher künstlicher
Landmarken eine getrennt von dem Abstandsmessgerät vorgesehene Projektionseinheit,
die derart beschaffen ist, dass sie künstliche Landmarken erzeugende
elektromagnetische Strahlung aussenden kann, wobei die Kamera derart
beschaffen ist, dass sie diese künstlichen Landmarken
erfassen kann. So kann mit Hilfe der Projektionseinheit beispielsweise
ein aus Lichtpunkten bestehendes Muster an die Decke des Raumes geworfen
werden, das dann von der Kamera erfasst wird. Alternativ wäre es aber
ebenso gut möglich,
Objekte an den Wänden
oder an der Decke eines Raumes zu befestigen, wie beispielsweise
aus farbiger Pappe ausgeschnittene geometrische Figuren oder dergleichen,
anhand derer der Standort des Abstandsmessgerätes eindeutig identifizierbar
ist.
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Ferner
ist die Auswerteeinheit vorteilhaft derart eingerichtet, dass sie
ein CAD-Modell des Raumes und/oder Objektes basierend auf den vom
Abstandsmessgerät
durchgeführten
Abstandsmessungen und basierend auf diesen Abstandsmessungen zugeordneten
Positions- und Ausrichtungsdaten erstellen kann, wobei das Erstellen
bevorzugt automatisch erfolgt. So können die Abstands-, Positions-
und Ausrichtungsdaten sukzessiv an die Auswerteeinheit übertragen
und dort zur Erzeugung eines CAD-Modells miteinander verknüpft werden.
Natürlich
können die
einzelnen Daten auch zunächst
gesammelt und nach Abschluss der Messungen zur Weiterverarbeitung
an die Auswerteeinheit übermittelt
werden. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es sich bei der
Auswerteeinheit um eine in das Abstandsmessgerät integrierte Einheit und/oder
um eine speziell ausgebildete separate Einheit und/oder um einen herkömmlichen
Laptop, PDA; Festnetzrechner, ein Mobiltelefon oder dergleichen
handeln kann. Zur Datenübertragung
sind entsprechende drahtgebundene oder drahtlose Schnittstellen
vorgesehen, wie beispielsweise Bluetooth, UWB, WLAN, etc.
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Die
Auswerteeinheit ist vorteilhaft derart eingerichtet, dass sie Oberflächen des
CAD-Modells basierend auf den von der Kamera aufgenommenen Bildinformationen
texturieren kann. So kann beispielsweise zunächst nur ein kleiner Texturbereich um
die jeweiligen Messpunkte ausgewählt
werden. Die Texturierung des gesamten Objekts und/oder Raumes erfolgt
dann nachträglich
durch die Vermaschung der gemessenen Raumpunkte zu einem Polygonnetz,
beispielsweise Dreiecke, und der Belegung der entstandenen Raumpolygone
mit den gesammelten Texturausschnitten, die den Bildinformationen
entnommen werden. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise nachträglich ein
Wandschrank detailliert in eine bereits grob modellierte Wand des CAD-Modells
einfügen.
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Die
Auswerteeinheit ist zudem vorteilhaft derart eingerichtet, dass
sie mit der Kamera aufgenommene und/oder mit dem Abstandsmessgerät vermessene
Objekte anhand der Bildinformationen und/oder Abstandsmessungen
automatisch klassifizieren kann. Eine solche Klassifizierung von
Objekten innerhalb eines Raumes kann insbesondere im kontinuierlichen
Messmodus des Messsystems stark vereinfacht werden. So ist beispielsweise
das Umreißen
von bestimmen Objekten mit dem Abstandsmessgerät denkbar. Eine zusätzliche
Spracherkennung, die durch eine bevorzugt vorgesehene Spracherkennungseinheit
realisierbar ist, könnte
bei der Klassifikation von Objekten zusätzliche Informationen liefern.
So könnte
beispielsweise der Umfang einer Tür oder eines Fensters mit dem
kontinuierlichen Laser eines Laserentfernungsmessers markiert werden
und gleichzeitig die Art des Objektes per Spracherkennung registriert
werden. Eine Feinlokalisierung des umrissenen Objektes kann dann
zeitgleich oder zu einem späteren
Zeitpunkt anhand der aufgezeichneten Bildinformationen durchgeführt werden.
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Zudem
umfasst das Abstandsmessgerät
bevorzugt wenigstens eine inertiale Messeinheit, die das Tracking,
also das Nachverfolgen der Position und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes, vereinfacht.
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Ferner
kann das Abstandsmessgerät
eine Beleuchtungseinheit aufweisen, die den Aufnahmebereich der
Kamera zum Zeitpunkt der Durchführung einer
Messung gleichmäßig ausleuchtet.
Entsprechend kann die Texturierung des mit der Kamera aufgenommenen
Bereiches verbessert werden.
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Das
Abstandsmessgerät
weist bevorzugt ein Display als Kommunikationsschnittstelle mit
dem Benutzer auf. Auf einem solchen Display lässt sich beispielsweise graphisch
derjenige Raum- und/oder
Objektbereich darstellen, der bereits erfolgreich unter Verwendung
des erfindungsgemäßen Systems
vermessen wurde. Entsprechend kann der Benutzer direkt ablesen,
welche Messungen noch zur Vervollständigung eines CAD-Modells erforderlich
sind.
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Ferner
schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Vermessen eines
Raumes und/oder eines Objektes unter Verwendung eines Messsystems
der zuvor beschriebenen Art.
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Im
Einzelmessmodus weist das Verfahren bevorzugt die Schritte auf:
Durchführung
einer Reihe von Einzelabstandsmessungen, die zum Vermessen des Raumes
und/oder Objektes erforderlich sind, unter Verwendung des Abstandsmessgerätes; Aufnahme
eines Kamerabildes unter Verwendung der Kamera jeweils zu denjenigen
Zeitpunkten, zu denen eine Einzelabstandmessung durchgeführt wird;
Ermitteln der Position und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes zum
Zeitpunkt jeder Abstandsmessung basierend auf den von der Kamera
aufgezeichneten Bildinformationen; Generieren entsprechender Positions-
und Ausrichtungsdaten; Zuordnen der Positions- und Ausrichtungsdaten
zu den jeweiligen Abstandsmessungen; und Generieren eines CAD-Modells
des Raumes und/oder Objektes basierend auf den Einzelabstandsmessungen
mit den zugeordneten Positions- und Ausrichtungsdaten unter Verwendung
vorbestimmter Algorithmen, wobei es sich bei dem CAD-Modell um ein
zwei- oder dreidimensionales Modell handeln kann, also beispielsweise
um einen Grundriss eines Raumes oder um eine dreidimensionale Liniendarstellung
eines Raumes.
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Im
kontinuierlichen Modus weist das Verfahren bevorzugt die Schritte
auf: Durchführung
zumindest einer kontinuierlichen Abstandsmessung, die zum Vermessen
des Raumes und/oder Objektes erforderlich ist, unter Verwendung
des Abstandsmessgerätes;
Aufnahme eines Vi deobildes unter Verwendung der Kamera über diejenige
Zeitspanne, während
der die kontinuierliche Abstandsmessung durchgeführt wird; Ermitteln der Position
und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes zu den Zeitpunkten der
kontinuierlichen Abstandsmessung basierend auf den von der Kamera
aufgezeichneten Bildinformationen; Generieren entsprechender Positions- und Ausrichtungsdaten;
Zuordnen der Positions- und Ausrichtungsdaten zu den jeweiligen
Abstandsmessungen, die zu den entsprechenden Zeitpunkten durchgeführt werden,
und Generieren eines CAD-Modells des Raumes und/oder Objektes basierend
auf den Abstandsmessungen mit den zugehörigen Positions- und Ausrichtungsdaten
unter Verwendung vorbestimmter Algorithmen.
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Es
sollte klar sein, dass die im Einzelmessmodus und im kontinuierlichen
Modus erstellten CAD-Modelle auch nachträglich durch Hinzufügen weiterer
Abstandsmessungen mit zugeordneten Positions- und Ausrichtungsdaten
beliebig verfeinert und ergänzt
werden können.
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Die
Position und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes zum Zeitpunkt einer Abstandsmessung werden
bevorzugt anhand von in den Bildinformationen vorhandenen natürlichen
und/oder von mit Hilfe der Projektionseinheit erzeugten künstlichen
Landmarken ermittelt. Die Verwendung künstlicher Landmarken ist dahingehend
vorteilhaft, dass die erzeugten künstlichen Landmarken dem Messsystem
bekannte Muster erzeugen (beispielsweise kodierte kreisförmige Messmarken
oder dergleichen). Entsprechend ist es im Gegensatz zur Verwendung
von natürlichen
Landmarken nicht erforderlich, vor jeder Messung eine kurze Initialisierungsphase
durchzuführen,
in der natürlich
Landmarken detektiert, verfolgt und in 3D-Koordinaten umgerechnet
werden, die dann in der Messphase als natürliche Landmarken wiedergefunden
und als Verknüpfung-
oder Passpunkte benutzt werden.
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Bevorzugt
werden die Position und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes zum
Zeitpunkt einer Abstandsmessung unterstützt von Messergebnissen der
initialen Messeinheit ermittelt.
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Ferner
werden die Oberflächen
des CAD-Modells bevorzugt basierend auf den von der Kamera aufgenommenen
Bildinformationen texturiert, wie dies gewünscht ist.
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Zudem
werden mit der Kamera aufgenommene Objekte anhand der Bildinformation
vorteilhaft automatisch klassifiziert, wie es bereits zuvor beschrieben
wurde. Eine solche Klassifizierung kann durch vom Benutzer eingegebene
Sprachkommandos unterstützt
werden, die automatisch von der Spracherkennungseinheit weiterverarbeitet
werden.
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Zudem
wird der Bilderfassungsbereich der Kamera während der Aufnahme von Bildinformationen
bevorzugt mit Hilfe der Beleuchtungseinheit ausgeleuchtet, um eine
vom Umgebungslicht unabhängige
Texturierung zu ermöglichen.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung genauer erläutert. Darin
ist
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1 eine
schematische Ansicht eines eine integrierte omnidirektionale Kamera
aufwindenden Abstandsmessgerätes
eines Messsystems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Ansicht, die ein mit der in 1 dargestellten
omnidirektionalen Kamera aufgenommenes Kamerabild zeigt;
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3 eine
schematische Ansicht eines Raumes, anhand deren das Lokalisierungsprinzip
des Messsystems erläutert
wird;
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4 eine
schematische Ansicht eines Raumes, anhand derer die Durchführung einer
indirekten Längenmessung
unter Verwendung des Messsystems erläutert wird;
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5 eine
schematische Draufsicht eines Raumes, anhand derer das Vermessen
eines Raumes unter Verwendung des Messsystems erläutert wird;
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6 eine
schematische Ansicht eines Raumes, anhand derer die räumliche
Darstellung eines Ebenen- und Profilscanns des Raumes unter Verwendung
des Messsystems erläutert
wird; und
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7 eine
schematische Ansicht eines Raumes, anhand derer eine Objektklassifizierung
unter Verwendung des Messsystems erläutert wird.
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Gleiche
Bezugsziffern beziehen sich nachfolgend auf gleiche Elemente.
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Das
Messsystem 10 zur Vermessung von Räumen und/oder Objekten umfasst
ein handgehaltenes, berührungslos
messendes Abstandsmessgerät 12,
eine an dem Abstandsmessgerät 12 angeordnete
videofähige
Kamera 14, eine separat von dem Abstandsmessgerät 12 vorgesehene Projektionseinheit 16 und
eine Auswerteeinheit 18 in Form eines Laptops, der über eine
nicht näher
dargestellte drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle Daten mit dem
Abstandsmessgerät 12 austauschen
kann.
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Das
Abstandsmessgerät 12 ist
in Form eines Laserentfernungsmessers vorgesehen, der wahlweise
Einzelmessungen oder kontinuierliche Abstandsmessungen durchführen kann.
Ferner kann der Laserentfernungsmesser als Laserpointer verwendet werden.
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Bei
der Kamera 14 handelt es sich um eine omnidirektionale
Kamera, die dazu in der Lage ist, Bilder aus allen Richtungen in
einem Bereich von etwa 270° bis
360° sowohl
horizontal als auch vertikal aufzunehmen. Alternativ können natürlich auch
mehrere Kameras verwendet werden, die diesen Bildbereich abdecken. 2 zeigt
beispielhaft die Aufnahme eines länglichen Hausflurs, auf der
die Wände 20 sowie
die Decke 22 des Hausflurs und weiterhin die Türen 24,
Türschilder 26,
Bilder 28, Lampen 30 etc. zu sehen sind. Die Kamera 14 kann
sowohl Einzelaufnahmen als auch Videosequenzen aufnehmen. Zwischen
der Kamera 14 und dem Abstandsmessgerät 12 wird im Vorfeld
eine Kalibrierung durchgeführt. Diese
kann als Werkskalibrierung realisiert werden. Ergebnis einer solchen
Kalibrierung ist der Parametersatz, der die genaue Lage und Orientierung
des Laserentfernungsmessers bzgl. des Kameraprojektionszentrums
beschreibt.
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Die
Projektionseinheit 16 umfasst vier nicht näher dargestellte
Lichtquellen, beispielsweise in Form von LEDs oder dergleichen,
die jeweils gebündelte
Lichtstrahlen aussenden. Die Projektionseinheit 16 kann
mit nicht näher
dargestellten Mitteln an einer Wand eines Raumes befestigt werden.
So kann die Projektionseinheit 16 beispielsweise einen
Stecker zum Einstecken in eine an der Wand vorhandene Steckdose
aufweisen, wodurch gleichzeitig die Energieversorgung der Projektionseinheit 16 sichergestellt
wird. Natürlich
kann die Projektionseinheit 16 auch mit anderen Mitteln
an einer Wand befestigt werden. Zudem kann die Projektionseinheit 16 alternativ
oder zusätzlich
eine autarke Energiequelle aufweisen, beispielsweise in Form von
Batterien, eines Akkumulators oder dergleichen. Es sollte klar sein, dass
die Projektionseinheit 16 anstelle von vier Lichtquellen
auch eine andere Anzahl von Lichtquellen aufweisen kann, beispielsweise
drei oder fünf.
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Die
Kamera 14 dient in erster Linie dazu, die Position und
die Ausrichtung des Abstandsmessgerätes 12 zum Zeitpunkt
einer Abstandsmessung zu ermitteln, was nachfolgend unter Bezugnahme
auf 3 näher
erläutert
wird. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Raumes 32 mit
Wänden 34, 36, 38,
einem Boden 40 und einer Decke 42. Zur Durchführung von
Messungen unter Verwendung des Messsystems 10 ist die Projektionseinheit 16 an
der Wand 34 des Raumes 32 angeordnet. Die Projektionseinheit 16 ist
derart ausgerichtet, dass ihre Lichtquellen Lichtstrahlen, die in 3 gestrichelt
dargestellt und mit den Bezugsziffern 44, 46, 48 und 50 gekennzeichnet
sind, in Richtung der Decke 42 des Raumes 32 aussendet,
so dass an der Decke 42 Lichtpunkte 52, 54, 56 und 58 erzeugt
werden, die ein vorbestimmtes Lichtpunktmuster bilden. Wird nun das
Abstandsmessgerät 12 mit
der an diesem angeordneten Kamera 14 von einem im Raum 32 stehenden
Benutzer gehalten, wie es in 3 schematisch dargestellt
ist, so enthalten die von der Kamera 14 aufgezeichneten
Bildinformationen unter anderem die Lichtpunkte 52, 54, 56 und 58,
die von der Projektionseinheit 16 an die Decke 42 des
Raumes 32 projiziert werden. Unter Verwendung der in den
Bildinformationen enthaltenen Lichtpunkte 52, 54, 56 und 58 als
künstliche
Landmarken können
nunmehr die Position und die Ausrichtung des Abstandsmessgerätes in Bezug
auf ein virtuelles Koordinatensystem 60 mit Hilfe geeigneter
Algorithmen, die in der Auswerteeinheit 18 hinterlegt sind,
rechnerisch ermittelt werden, da das von den Lichtpunkten 52, 54, 56 und 58 erzeugte
Lichtpunktmuster bekannt ist. Werden nun für jede mit dem Abstandsmessgerät 12 durchgeführt Abstandsmessung
die zugehörigen
Positions- und Ausrichtungsdaten des Abstandsmessgerätes 12 bestimmt
und der entsprechenden Abstandsmessung zugeordnet, so kann rechnerisch
ein Vektor 62 ermittelt werden, wobei der Ursprung des
Vektors 62 durch die Positionsdaten, die Richtung des Vektors 62 durch
die Ausrichtungsdaten und die Länge
des Vektors 62 durch die Abstandsmessung definiert wird.
Auf diese Weise können
eine Vielzahl von Messungen unter Zugrundelegung des virtuellen
Koordinatensystems 62 einander zugeordnet werden, so dass
es möglich
ist, unter Verwendung geeigneter Algorithmen automatisch ein CAD-Modell
des Raumes 32 unter Einsatz der Auswerteeinheit 18 basierend auf
einer Vielzahl von Einzelmessungen oder basierend auf einer oder
mehreren kontinuierlichen Messungen zu erstellen. Bei diesem CAD-Modell
kann es sich um ein zweidimensionales oder um ein dreidimensionales
Modell handeln. So kann beispielsweise ein Grundriss des Raumes 32,
ein dreidimensionales Linienmodell des Raumes 32, etc.
generiert werden.
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Es
sollte klar sein, dass anstelle der virtuellen Landmarken, die durch
die Lichtpunkte 52, 54, 56 und 58 erzeugt
werden, auch natürliche
Landmarken zur Bestimmung der Positions- und Ausrichtungsdaten basierend
auf den Bildinformationen der Kamera 14 verwendet werden
können.
Hierzu muss vor jeder Vermessung eines Raumes eine kurze Initialisierungsphase
durchgeführt
werden, um natürliche Landmarken
zu detektieren, zu verfolgen und in 3D-Koordinaten eines virtuellen Koordinatensystems umzurechnen.
In der Messphase würden
diese natürlichen
Landmarken basierend auf den Bildinformationen der Kamera 14 wiedergefunden
werden und als Verknüpfungs-
oder Passpunkte genutzt werden. Werden ausschließ lich derartige natürliche Landmarken
zum Erfassen der Positionen und Ausrichtungen des Abstandsmessgerätes 12 innerhalb
eines Raumes 32 verwendet, so kann entsprechend auf die Projektionseinheit 16 verzichtet
werden.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird nachfolgend beschrieben,
wie unter Einsatz des zuvor beschriebenen Messsystems 10 indirekte
Längenmessungen
durchgeführt
werden können.
Werden beispielsweise, wie es in 4 gezeigt
ist, unter Verwendung des Abstandsmessgerätes 12 die Abstände zu drei
Messpunkten 64, 66 und 68 an der Wand 38 unter
Bestimmung der zugehörigen
Positions- und Ausrichtungsdaten des Abstandsmessgerätes 12 zum
Zeitpunkt jeder Messung durchgeführt,
so erhält man
drei Vektoren 70, 72 und 74 bezüglich des
virtuellen Koordinatensystems 62. Da die Endpunkte der Vektoren 70, 72 und 74 und
somit die Positionen der Messpunkte 64, 66 und 68 bekannt
sind, stellt es rechnerisch kein Problem dar, die Längen l1, l2 und l3 zwischen den jeweiligen Messpunkten 64, 66 und 68 zu
ermitteln. Vorteilhaft bei diesem indirekten Längenmessverfahren ist insbesondere,
dass es völlig unerheblich
ist, in welcher Form das Abstandsmessgerät 12 zwischen den
Einzelabstandsmessungen bewegt wird. Translatorische Bewegungen
können das
Messergebnis im Gegensatz zu den bekannten indirekten Längenmessverfahren
entsprechend nicht beeinträchtigen.
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Zur
Vermessung eines gesamten Raumes bewegt sich der Benutzer, wie es
in 5 schematisch dargestellt ist, mit dem Abstandsmessgerät 12 und
der an diesem gehaltenen Kamera 14 durch den Raum 76,
wobei er entweder eine Vielzahl von Einzelabstandsmessungen oder
eine oder mehrere kontinuierliche Abstandsmessungen mit dem Abstandsmessgerät 12 durchführt, wie
es in 6 beispielhaft anhand der horizontalen kontinuierlichen
Messlinie 78 und der vertikalen kontinuierlichen Messlinie 80 gezeigt
ist. Basierend auf den so aufgezeichneten Mess-, Positions- und
Ausrichtungsdaten kann dann automatisch ein CAD-Modell des Raumes 76 erstellt werden,
wie es zuvor bereits beschrieben wurde.
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Im
kontinuierlichen Abstandsmessmodus kann neben der 3D-Vermessung
eines Raumes auch die Klassifikation von Objekten innerhalb eines
Raumes stark vereinfacht werden, wie es schematisch in 7 dargestellt
ist. So ist beispielsweise das Umreißen von bestimmten Objekten,
vorliegend die Tür 82, denkbar.
Eine zusätzliche
Spracherkennung könnte bei
der Klassifikation zusätzlich
genutzt werden. So könnte
zum Beispiel der Umfang der Tür 82 mit
dem kontinuierlichen Laser des Abstandsmessgerätes 12 markiert werden
und gleichzeitig die Art des Objektes der Spracherkennung registriert
werden, beispielsweise Umreißen
der Tür 82,
wie es anhand der Messlinie 84 dargestellt ist, und eine
Ansage des Benutzers: „Tür”. Eine Feinlokalisierung
des umrissenen Objektes kann dann beispielsweise zu einem späteren Zeitpunkt
anhand der mit der Kamera 14 aufgezeichneten Bildinformationen
durchgeführt
werden.
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Ferner
ist die Auswerteeinheit 18 derart beschaffen, dass sie
neben einer Klassifizierung von Objekten deren Texturierung gestattet.
Eine grobe Texturierung einer Wand kann beispielsweise erfolgen,
indem die Wand zunächst
basierend auf Abstandsmessungen zu drei Wandpunkten virtuell aufgespannt
wird. Die entsprechende Textur kann dann synchron mit der Kamera 14 aufgenommen
und zu einem späteren
Zeitpunkt über
eine Projektion in das CAD-Modell
eingefügt
werden. Mit der Nutzung des Abstandsmessgerätes 12 im kontinuierlichen
Abstandsmessmodus können
komplexere Strukturen in einem beliebigen Detaillierungsgrad abgetastet
werden. Die entsprechende Textur kann wieder den synchronisierten
Kamerabildern entnommen werden. Dabei wird zunächst nur ein kleiner Texturbereich
um den jeweiligen Messpunkt ausgewählt. Die Texturierung des gesamten
Objektes erfolgt nachträglich durch
die Vermaschung der gemessenen Raumpunkte zu einem Polygonnetz,
beispielsweise Dreiecke, und der Belegung der entstandenen Polygone mit
den gesammelten Texturausschnitten. Auf diese Weise lässt sich
im CAD-Modell beispielsweise nachträglich ein Wandschrank detailliert
in eine bereits grob modellierte Wand einfügen.
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Es
sollte klar sein, dass die zuvor beschriebene Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Messsystems 10 in
keiner Weise einschränkend
ist. Vielmehr sind Modifikationen und Änderungen möglich, ohne den Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die beiliegenden
Ansprüche
definiert ist.