DE102008054453A1 - Messsystem zur Vermessung von Räumen und/oder von Objekten - Google Patents

Messsystem zur Vermessung von Räumen und/oder von Objekten Download PDF

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DE102008054453A1
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Sebastian Jackisch
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Abstract

Messsystem (10) zur Vermessung von Räumen (32) und/oder Objekten, umfassend wenigstens ein handgehaltenes, berührungslos messendes Abstandsmessgerät (12) und wenigstens eine Auswerteeinheit (18), wobei das Messsystem (10) eine am Abstandsmessgerät (12) angeordnete omnidirektionale Kamera (14) aufweist und dass die Auswerteeinheit (18) derart eingerichtet ist, dass sie die Position und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes (12) zum Zeitpunkt einer Abstandsmessung, basierend auf den von der Kamera (14) aufgezeichneten Bildinformationen, ermittelt, entsprechende Positions- und Ausrichtungsdaten generiert und diese der Abstandsmessung zuordnet.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zudem umfasst das Abstandsmessgerät bevorzugt wenigstens eine inertiale Messeinheit, die das Tracking, also das Nachverfolgen der Position und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes, vereinfacht.
  • 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.
  • 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.
  • Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Vermessen eines Raumes und/oder eines Objektes unter Verwendung eines Messsystems der zuvor beschriebenen Art.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bevorzugt werden die Position und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes zum Zeitpunkt einer Abstandsmessung unterstützt von Messergebnissen der initialen Messeinheit ermittelt.
  • Ferner werden die Oberflächen des CAD-Modells bevorzugt basierend auf den von der Kamera aufgenommenen Bildinformationen texturiert, wie dies gewünscht ist.
  • 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.
  • 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.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung genauer erläutert. Darin ist
  • 1 eine schematische Ansicht eines eine integrierte omnidirektionale Kamera aufwindenden Abstandsmessgerätes eines Messsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Ansicht, die ein mit der in 1 dargestellten omnidirektionalen Kamera aufgenommenes Kamerabild zeigt;
  • 3 eine schematische Ansicht eines Raumes, anhand deren das Lokalisierungsprinzip des Messsystems erläutert wird;
  • 4 eine schematische Ansicht eines Raumes, anhand derer die Durchführung einer indirekten Längenmessung unter Verwendung des Messsystems erläutert wird;
  • 5 eine schematische Draufsicht eines Raumes, anhand derer das Vermessen eines Raumes unter Verwendung des Messsystems erläutert wird;
  • 6 eine schematische Ansicht eines Raumes, anhand derer die räumliche Darstellung eines Ebenen- und Profilscanns des Raumes unter Verwendung des Messsystems erläutert wird; und
  • 7 eine schematische Ansicht eines Raumes, anhand derer eine Objektklassifizierung unter Verwendung des Messsystems erläutert wird.
  • Gleiche Bezugsziffern beziehen sich nachfolgend auf gleiche Elemente.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (22)

  1. Messsystem (10) zur Vermessung von Räumen (32) und/oder Objekten, umfassend wenigstens ein handgehaltenes, berührungslos messendes Abstandsmessgerät (12) und wenigstens eine Auswerteeinheit (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (10) eine am Abstandsmessgerät (12) angeordnete omnidirektionale Kamera (14) aufweist, und dass die Auswerteeinheit (18) derart eingerichtet ist, dass sie die Position und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes (12) zum Zeitpunkt einer Abstandsmessung basierend auf den von der Kamera (14) aufgezeichneten Bildinformationen ermittelt, entsprechende Positions- und Ausrichtungsdaten generiert und diese der Abstandsmessung zuordnet.
  2. Messsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandsmessgerät (12) ein Laserentfernungsmesser ist.
  3. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandsmessgerät (12) derart beschaffen ist, dass es Einzelabstandsmessungen und/oder kontinuierliche Abstandsmessungen ausführen kann.
  4. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (14) videofähig ist.
  5. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (18) derart eingerichtet ist, dass die Position und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes (12) zum Zeitpunkt einer Abstandsmessung anhand von in den Bildinformationen vorhandenen Landmarken ermittelbar sind.
  6. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine getrennt von dem Abstandsmessgerät (12) vorgesehene Projektionseinheit (16) aufweist, die derart beschaffen ist, dass sie künstliche Landmarken erzeugende elektromagnetische Strahlung aussenden kann, wobei die Kamera (14) derart beschaffen ist, dass sie diese künstlichen Landmarken erfassen kann.
  7. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) derart eingerichtet ist, dass sie ein CAD-Modell des Raumes (32) und/oder Objektes basierend auf den vom Abstandsmessgerät (12) durchgeführten Abstandsmessungen und basierend auf den diesen Abstandsmessungen zugeordneten Positions- und Ausrichtungsdaten erstellen kann.
  8. Messsystem (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (18) derart eingerichtet ist, dass sie Oberflächen des CAD-Modells basierend auf den von der Kamera (14) aufgenommenen Bildinformationen texturieren kann.
  9. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (18) derart eingerichtet ist, dass sie mit der Kamera (14) aufgenommene und/oder mit dem Abstandsmessgerät (12) vermessene Objekte anhand der Bildinformationen und/oder Abstandsmessungen automatisch klassifieren kann.
  10. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Spracherkennungseinheit aufweist.
  11. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandsmessgerät (12) wenigstens eine inertiale Messeinheit aufweist.
  12. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Abstandsmessgerät (12) eine Beleuchtungseinheit angeordnet ist.
  13. Messsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Abstandsmessgerät (12) ein Display angeordnet ist.
  14. Verfahren zum Vermessen eines Raumes (32) und/oder eines Objektes unter Verwendung eines Messsystems (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, das die Schritte aufweist: – Durchführung einer Reihe von Einzelabstandsmessungen, die zum Vermessen des Raumes (32) und/oder Objektes erforderlich sind, unter Verwendung des Abstandsmessgerätes (12); – Aufnahme eines Kamerabildes unter Verwendung der Kamera (14) jeweils zu denjenigen Zeitpunkten, zu denen eine Einzelabstandsmessung durchgeführt wird; – Ermitteln der Position und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes (12) zum Zeitpunkt jeder Abstandsmessung basierend auf den von der Kamera (14) aufgezeichneten Bildinformationen; – Generieren entsprechender Position- und Ausrichtungsdaten; – Zuordnen der Positions- und Ausrichtungsdaten zu den jeweiligen Abstandsmessungen; und – Generieren eines CAD-Modells des Raumes (32) und/oder Objektes basierend auf den Einzelabstandsmessungen mit den zugeordneten Positions- und Ausrichtungsdaten unter Verwendung vorbestimmter Algorithmen.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, das die Schritte aufweist: – Durchführung zumindest einer kontinuierlichen Abstandsmessung, die zum Vermessen des Raumes (32) und/oder Objektes erforderlich ist, unter Verwendung des Abstandsmessgerätes (12); – Aufnahme eines Videobildes unter Verwendung der Kamera (14) über diejenige Zeitspanne, während der die kontinuierliche Abstandsmessung durchgeführt wird; – Ermitteln der Positionen und Ausrichtungen des Abstandsmessgerätes (12) zu den Zeitpunkten der kontinuierlichen Abstandsmessung basierend auf den von der Kamera (14) 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 (32) und/oder Objektes basierend auf den Abstandsmessungen mit den zugeordneten Positions- und Ausrichtungsdaten unter Verwendung vorbestimmter Algorithmen.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, bei dem die Position und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes (12) zum Zeitpunkt einer Abstandsmessung anhand von in den Bildinformationen vorhandenen natürlichen und/oder von mit Hilfe der Projektionseinheit (16) erzeugten künstlichen Landmarken ermittelt werden.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Position und Ausrichtung des Abstandsmessgerätes (12) zum Zeitpunkt einer Abstandsmessung unterstützt von Messergebnissen der inertialen Messeinheit ermittelt werden.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem Oberflächen des CAD-Modells basierend auf den von der Kamera (14) aufgenommenen Bildinformationen texturiert werden.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem mit der Kamera (14) aufgenommene Objekte anhand der Bildinformationen automatisch klassifiziert werden.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei dem vom Benutzer Sprachkommandos eingegeben und automatisch von der Spracherkennungseinheit weiterverarbeitet werden.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, bei dem der Bilderfassungsbereich der Kamera (14) während der Aufnahme von Bildinformationen mit Hilfe der Beleuchtungseinheit ausgeleuchtet wird.
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