DE102008058798A1 - Stereocamera device for use in monitoring device for e.g. wind-power plant, has radiation beam divided into partial radiation beams deflected on cameras over optical deflection element attached to cameras - Google Patents

Stereocamera device for use in monitoring device for e.g. wind-power plant, has radiation beam divided into partial radiation beams deflected on cameras over optical deflection element attached to cameras Download PDF

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Abstract

The device (1) has infrared cameras (3a, 3b) arranged at a defined distance to each other and provided with a calibration device (19) for sequential automatic calibration of the cameras, where the calibration device exhibits a radiation source (21) and a reference beam input (20). A collimated radiation beam (22) output from the radiation source is divided into two partial radiation beams (22a, 22b). The partial beams are deflected on the cameras over an optical deflection element e.g. penta-prism (23a), attached to the cameras. An optical separating element is designed as a 90-degree-prism. Independent claims are also included for the following: (1) a monitoring device comprising a stereocamera device (2) a method for sequential automatic calibration of a stereocamera device (3) a computer program comprising a set of instructions to perform a method for the sequential automatic calibration of the stereocamera device (4) a computer program product comprising the set of instructions to perform a method for the sequential automatic calibration of the stereocamera device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stereokameraeinrichtung mit wenigstens zwei justierten, zueinander in definiertem Abstand angeordneten und ausgerichteten Wärmebildkameras, welche mit einer Kalibriereinrichtung zu deren fortlaufenden automatischen Kalibrierung versehen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur fortlaufenden automatischen Kalibrierung einer derartigen Stereokameraeinrichtung. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, um ein derartiges Verfahren durchzuführen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Überwachungsvorrichtung für Windkraftanlagen, Gebäude mit transparenten Bereichen, Start- und Landebahnen und/oder Flugkorridore von Flughäfen mit einer stereoskopischen Erfassung von sich nähernden oder vorhandenen Vögeln oder Vogelschwärmen.The The invention relates to a stereo camera device having at least two adjusted, arranged at a defined distance from each other and aligned Thermal imaging cameras, which with a calibration device to their continuous automatic calibration is provided. Of Furthermore, the invention relates to a method for continuous automatic calibration of such a stereo camera device. The invention also relates to a computer program and a computer program product with program code means to perform such a method. Moreover, the invention also relates to a monitoring device for wind turbines, buildings with transparent Areas, Runways and / or Air Corridors of Airports with a stereoscopic capture approaching or existing birds or bird swarms.

Bei Start und Landung von Flugzeugen kommt es häufig zu Kollisionen mit Vögeln oder Vogelschwärmen. Insbesondere beim Queren von Flugrouten von Vögeln des regionalen und überregionalen Vogelzugs, welche sich häufig an Landschaftsstrukturen wie Gewässern, Tälern oder Küstenlinien orientieren, ist diese Gefahr stark erhöht. Bei derartigen Kollisionen kann es zu Schäden u. a. an den Triebwerken von Flugzeugen kommen.at Landing and landing of aircraft often leads to collisions with birds or bird swarms. Especially when Crossing of air routes of birds of regional and national Bird migration, which often takes on landscape structures like waters, valleys or shorelines orient, this danger is greatly increased. In such Collisions can damage u. a. on the engines come from aircraft.

In der älteren nicht vorveröffentlichten DE 10 2008 018 880.8 wird dazu eine Überwachungsvorrichtung für Windkraftanlagen, Gebäude mit transparenten Bereichen, Start- und Landebahnen und/oder Flugkorridore von Flughäfen mit einer stereoskopischen Erfassung von sich nähernden oder vorhandenen Vögeln oder Vogelschwärmen zur Durchführung eines Überwachungsverfah rens vorgeschlagen, wobei Parameter wie Flughöhe, Flugrichtung, Fluggeschwindigkeit, Art und Größe der Vögel oder der Vogelschwärme ermittelbar sind. Im Bereich der Windkraftanlagen, Gebäude mit transparenten Bereichen, Start- und Landebahnen und/oder der Flugkorridore ist wenigstens eine Stereokameraeinrichtung vorgesehen, welche wenigstens zwei zueinander in definiertem und angepassten Abstand angeordnete während der Aufnahme synchron laufende Kameras, insbesondere Wärmebildkameras, aufweist, deren Aufnahmezeitpunkte wenigstens annähernd identisch sind und deren jeweilige Sehfelder einen überlappenden Bereich aufweisen.In the older not pre-published DE 10 2008 018 880.8 For this purpose, a monitoring device for wind turbines, buildings with transparent areas, runways and / or flight corridors of airports with a stereoscopic detection of approaching or existing birds or bird swarms for carrying out a monitoring Verrender is proposed, where parameters such as altitude, flight direction, airspeed, Type and size of birds or flocks of birds can be determined. In the field of wind turbines, buildings with transparent areas, runways and / or flight corridors, at least one stereo camera device is provided, which has at least two mutually defined and adjusted spacing synchronously during recording cameras, in particular thermal imaging cameras, whose recording times at least are approximately identical and their respective fields of view have an overlapping area.

Werden Kameras, insbesondere Wärmebildkameras oder Wärmebildgeräte zu Messaufgaben, wie beispielsweise die vorstehend erwähnte Stereoskopie verwendet, sollten diese konstante Eigenschaften, insbesondere mechanische Stabilität besitzen. Da die bei der Stereoauswertung der Bilder erreichbaren Genauigkeiten nicht durch einfache Maßnahmen im Aufbau der Stereokameraeinrichtung gehalten werden können, muss mittels geeigneter Verfahren ermittelt werden, wie sich die Systemeigenschaften ändern, um diese eventuell nachgeschaltet korrigieren zu können. Die vorstehend angeführte Stereokameraeinrichtung zur Bestimmung des Vorhandenseins bzw. der Fluggeschwindigkeit der Vögel beruht auf einer genauen Bestimmung des in einem relativ kurzen Zeitintervall zurückgelegten Weges der Tiere. Dazu ist eine genaue Ortsbestimmung an zwei Punkten notwendig, die sehr empfindlich gegenüber einem relativen Fehler zwischen den beiden Sichtlinien der Kameras ist. Die vorgenannten Stereokameraeinrichtungen sollten möglichst so kalibriert werden, dass über sehr lange Zeiträume hochgenaue stereoskopische Messungen erreicht werden können. Für einen Aufbau derartiger Messsysteme ist eine detaillierte Justagestrategie für jeden Aufbauschritt notwendig, welche sicherstellt, dass im letzten Schritt am Aufstellungsort mit den dann nur noch begrenzt verfügbaren Mitteln eine umfassende Kalibrierung des Systems erreicht werden kann.Become Cameras, in particular thermal imaging cameras or thermal imaging apparatus to measurement tasks, such as the aforementioned When using stereoscopy, these should have constant characteristics, in particular possess mechanical stability. As in the stereo evaluation The images can not be achieved by simple measures can be kept in the construction of the stereo camera device must be determined by suitable methods how the system properties change, in order to be able to correct these downstream. The above-mentioned stereo camera device for determination the presence or the speed of flight of the birds is based on a precise determination of that in a relatively short time Time interval traveled by the animals. Is to exact location at two points necessary, which are very sensitive against a relative error between the two lines of sight the cameras is. The aforementioned stereo camera devices should be calibrated as much as possible over that long periods of high-precision stereoscopic measurements can be. For a construction of such measuring systems is a detailed adjustment strategy for each assembly step necessary, which ensures that in the last step at the site with the then limited resources available comprehensive calibration of the system can be achieved.

Abweichungen von der beim Aufbau der Stereokameraeinrichtung durchgeführten Kalibrierung können über die angestrebte Betriebszeit oftmals nicht völlig vermieden werden. So kann es z. B. durch eine Verbiegung der mechanischen Basis- bzw. Grundstruktur des Stereosystems oder durch thermisch bedingte Veränderungen der Strukturelemente und auch der einzelnen Wärmebildkameras zu Veränderungen der Sichtlinien der Wärmebildkameras kommen. Zur fortlaufenden Erkennung und Korrektur dieser Abweichungen sollten Maßnahmen konzipiert werden, die gleichzeitig mit den eigentlichen Messungen im Rahmen der Stereobildauswertung ablaufen können, ohne diese zu stören und die natürlich selbst keine zusätzlichen Fehler in die Stereokameraeinrichtung einbringen dürfen.deviations performed by the construction of the stereo camera device Calibration can be over the desired operating time Often not completely avoided. So it may be z. B. by a bending of the basic mechanical or basic structure of the stereo system or due to thermal changes the structural elements and also the individual thermal imaging cameras to changes in the line of sight of the thermal imaging cameras come. For continuous recognition and correction of these deviations Measures should be conceived that coincide with run the actual measurements in the context of the stereo image evaluation can, without disturbing them and of course even no additional errors in the stereo camera device may bring in.

Starke Temperaturschwankungen und/oder mechanische Beanspruchungen z. B. Vibrationen können zu Veränderungen von Kameraparametern der Stereokameraeinrichtung führen, insbesondere von Änderungen in der Position und Lage sowie der Ausrichtung der jeweiligen Kamera führen. Daher kann es erforderlich sein die Stereokameraeinrichtung in kurzen Abständen neu zu kalibrieren bzw. sollte die eingesetzte Stereokameraeinrichtung in der Lage sein, eine kontinuierliche Selbstkalibrierung vorzunehmen.Strength Temperature fluctuations and / or mechanical stresses z. B. Vibrations can cause changes in camera parameters the stereo camera device lead, in particular of changes in the position and position as well as the orientation of the respective camera to lead. Therefore, it may be necessary the stereo camera device recalibrate at short intervals or should the used stereo camera device to be able to provide a continuous To carry out self-calibration.

Die DE 10 2007 050 558 A1 betrifft ein Verfahren zur fortlaufenden Selbstkalibrierung einer Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere eines Stereo-Kamerasystems, bei welchem mittels eines Stereo-Verfahrens ein Bildpaar erfasst wird, anhand dessen durch eine pixelweise Korrespondenzanalyse entlang von Epipolarlinien ein rektifiziertes Bildpaar ermittelt wird.The DE 10 2007 050 558 A1 relates to a method for the continuous self-calibration of an image receiving device, in particular a stereo camera system in which by means of a stereo method, a pair of images is detected, based on which a rectified image pair is determined by a pixel-by-pixel correspondence analysis along epipolar lines.

Ein System und ein Verfahren zur Erzeugung von räumlichen Bilddarstellungen, insbesondere von räumlichen Wärmebildern, ist in der EP 1 484 628 A1 angegeben.A system and a method for generating spatial image representations, in particular of spatial thermal images, is disclosed in US Pat EP 1 484 628 A1 specified.

Zum weiteren Stand der Technik wird auf die JP 01251990 A verwiesen.For further prior art is on the JP 01251990 A directed.

Ausgehend davon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Stereokameraeinrichtung und ein Verfahren zur fortlaufenden automatischen Kalibrierung einer Stereokameraeinrichtung bzw. ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zu schaffen, welche eine einfache und genaue Nachführkalibrierung der Stereokameraeinrichtung ermöglichen, wobei Änderungen der bei der Startkalibrierung bestimmten Systemparameter ermittelt und gegebenenfalls korrigiert werden, insbesondere ohne zusätzliche Störungen oder Fehler durch die Nachführkalibrierung zu erzeugen.outgoing thereof is the object of the present invention, a Stereo camera device and a method for continuous automatic Calibration of a stereo camera device or a computer program and to create a computer program product which is a simple one and accurate tracking calibration of the stereo camera device allow changes to those determined at start-up calibration System parameters are determined and corrected if necessary, in particular without additional disturbances or errors to produce by the Nachführkalibrierung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird ebenfalls durch Anspruch 10 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens zur fortlaufenden automatischen Kalibrierung einer Stereoeinrichtung wird die Aufgabe durch Anspruch 13 gelöst. Bezüglich des Computerprogramms bzw. des Computerprogrammprodukts wird die Aufgabe durch Anspruch 17 bzw. Anspruch 18 gelöst.These The object is achieved by claim 1 solved. The object is also solved by claim 10. Regarding the method for continuous automatic calibration a stereo device, the object is achieved by claim 13. Regarding the computer program or the computer program product the object is achieved by claim 17 or claim 18.

Erfindungsgemäß wird eine Stereokameraeinrichtung mit wenigstens zwei justierten, zueinander in definiertem Abstand angeordneten und ausgerichteten Wärmebildkameras vorgeschlagen, welche mit einer Kalibriereinrichtung zu deren fortlaufenden automatischen Kalibrierung versehen ist, wobei die Kalibriereinrichtung eine Strahlungsquelle und einen Referenzstrahlengang aufweist, mittels welchem ein Referenzbild von der Strahlungsquelle auf die jeweilige Wärmebildkamera abgebildet wird, wobei ein von der Strahlungsquelle ausgehendes kollimiertes Strahlenbündel in wenigstens zwei Teilstrahlenbündel geteilt wird, wobei die wenigstens zwei Teilstrahlenbündel jeweils über wenigstens ein der jeweiligen Wärmebildkamera zugeordnetes optisches Umlenkelement auf diese gelenkt werden und wobei wenigstens eines der optischen Umlenkelemente als Pentaprisma ausgebildet ist.According to the invention a stereo camera device with at least two adjusted to each other in defined spaced and aligned thermal imaging cameras proposed, which with a calibration device to the continuous automatic calibration is provided, the calibration device a radiation source and a reference beam path, by means of which a reference image from the radiation source to the respective Imaged thermal imaging camera, wherein one of the radiation source outgoing collimated beam in at least two partial beams is divided, wherein the at least two partial beams in each case via at least one of the respective thermal imaging camera associated optical deflecting be directed to this and wherein at least one of the optical deflection elements as pentaprism is trained.

Des Weiteren wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur fortlaufenden automatischen Kalibrierung der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung vorgeschlagen, wobei das Referenzbild auf den wenigstens zwei Wärmebildkameras in vorgegebenen, insbe sondere regelmäßigen Zeitabständen lokalisiert wird, wonach die relative Position und/oder die relative Orientierung des Referenzbildes zu den Referenzbildern der weiteren Wärmebildkameras bestimmt wird, und wonach daraus bei Erkennung einer Veränderung eine entsprechende Korrektur der Parameter für die Stereoauswertung ermittelt und vorgenommen wird.Of Another is a method according to the invention for continuous automatic calibration of the invention Stereocameraeinrichtung proposed, wherein the reference image the at least two thermal imaging cameras in predetermined, in particular special localized at regular intervals becomes, according to which the relative position and / or the relative orientation of the reference image to the reference images of the further thermal imaging cameras is determined, and what happens when a change is detected a corresponding correction of the parameters for the stereo evaluation determined and made.

Durch diese Maßnahmen wird es ermöglicht Stereokameraeinrichtungen, insbesondere Stereowärmebildkameras so zu kalibrieren, dass über sehr lange Zeiträume hochgenaue stereoskopische Messungen erzielt werden können. Es werden Systemgenauigkeiten erreicht, die durch passive Maßnahmen nicht realisierbar sind. Das vorgeschlagene Verfahren basiert auf einer Startkalibrierung sowie auf einer automatischen Nachführkalibrierung, welche die Änderungen gegen die bei der Startkalibrierung vorhandenen Systemparameter für die Stereoauswertung bzw. die Bildverarbeitung ermittelt und gegebenenfalls entsprechende Korrekturen vornimmt.By these measures will allow stereo camera facilities, especially to calibrate stereo thermal imaging cameras so that over very long periods of time highly accurate stereoscopic Measurements can be made. There are system accuracies achieved by passive measures not feasible are. The proposed method is based on a start calibration and on an automatic tracking calibration, which the changes against those present at the start calibration System parameters for stereo evaluation or image processing determines and, if necessary, makes appropriate corrections.

Um die Sichtlinien der beiden Wärmebildkameras, welche auf einer Basisstruktur mit gegebenenfalls höherer Basislänge montiert sind, über längere Zeit ausgerichtet zu halten, wird ein Bezug zur Achse eines Referenzstrahlengangs bzw. Referenzkollimators hergestellt. Dazu wird das von dem Referenzstrahlengang ausgehende Strahlenbündel geteilt und die entstehenden Teilstrahlenbündel mit geeigneten Umlenkelementen wie Spiegeln oder Prismen in die jeweilige Eintrittspupille einer Wärmebildkamera umgelenkt. Durch den Einsatz wenigstens eines Pentaprismas als optisches Umlenkelement einer Wärmebildkamera ist sichergestellt, dass die durch die Umlenkung erzeugten Referenzstrahlen unabhängig von der genauen Winkelposition des Pentaprismas stets senkrecht bzw. parallel zur Achse des Referenzstrahlengangs ausgerichtet sind, da es eine Besonderheit des Pentaprismas ist, dass der Austrittswinkel des Lichtstrahls immer 90 Grad zum Eintrittswinkel steht. Damit ist das Pentaprisma invariant gegenüber Störgrößen (z. B. Verkippen des Pentaprismas). Etwaige Winkeländerungen des Referenzstrahlengangs bzw. der Strahlungsquelle oder des Kollimators erzeu gen gleichsinnige Ablagen in beiden Wärmebildkameras und können somit erkannt und von den relevanten Fehlern bzw. Abweichungen unterschieden werden. Die Referenzstrahlen für beide Wärmebildkameras bleiben in jedem Fall senkrecht bzw. parallel zur aktuellen Achse des Referenzstrahlengangs, so dass die Sichtlinien der beiden Wärmebildkameras kontrolliert und elektronisch bzw. über die Stereoauswertung in der Bildverarbeitung nachgeführt werden können.In order to keep the line of sight of the two thermal imaging cameras, which are mounted on a base structure with possibly higher base length, aligned for a long time, a reference to the axis of a reference beam path or reference collimator is produced. For this purpose, the beam emanating from the reference beam path is divided and the resulting partial beams are deflected with suitable deflection elements such as mirrors or prisms into the respective entrance pupil of a thermal imaging camera. Through the use of at least one pentaprism as optical deflection of a thermal imaging camera ensures that the reference beams generated by the deflection are always aligned perpendicular to the axis or the reference beam regardless of the exact angular position of the pentaprism, as it is a peculiarity of the pentaprism that the Exit angle of the light beam is always 90 degrees to the entrance angle. Thus, the pentaprism is invariant to interference (eg tilting of the pentaprism). Any changes in angle of the reference beam path or the radiation source or the collimator erzeu same-like shelves in both thermal imaging cameras and can thus be detected and distinguished from the relevant errors or deviations. The reference beams for both thermal imaging cameras in each case remain perpendicular or parallel to the current axis of the reference beam path, so that the Sichtli The two thermal imaging cameras can be controlled electronically or via the stereo evaluation in the image processing.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass wenigstens ein optisches Teilelement zur Teilung des Strahlenbündels in die Teilstrahlenbündel vorgesehen ist.According to the invention be further provided that at least one optical sub-element for dividing the beam into the partial beams is provided.

Dadurch können verschiedenartige, insbesondere symmetrische Referenzstrahlengänge eingesetzt werden.Thereby can different, in particular symmetrical reference beam paths be used.

Vorteilhaft ist es, wenn das optische Teilerelement als 90-Grad-Prisma ausgebildet ist. Eine Verkippung des 90-Grad-Prismas hat wiederum eine gleichsinnige Verschiebung der Referenzbilder bzw. Target-Bilder zur Folge, welche ebenfalls kompensiert werden kann, so dass keine weiteren Fehler bzw. Abweichungen eingebracht werden.Advantageous it is when the optical divider element is formed as a 90 degree prism is. Tilting the 90 degree prism again has the same direction Shift the reference images or target images result, which can also be compensated, so no further errors or deviations are introduced.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn der Referenzstrahlengang symmetrisch ausgeführt ist, da dann die geometrischen Verhältnisse für die wenigstens zwei Wärmebildkameras gleich sind. Hierzu kann ein verspiegeltes 90-Grad-Prisma zur Pupillenteilung in den Referenzstrahlengang eingebracht sein. Durch das zusätzliche 90-Grad-Prisma werden vorteilhafterweise keine neuen Fehler eingebracht, die nicht erkennbar sind.Very It is advantageous if the reference beam path is symmetrical is, since then the geometric conditions for the at least two thermal imaging cameras are the same. For this can be a mirrored 90-degree prism for pupil division in the Reference beam path introduced. By the additional 90 degree prism are advantageously introduced no new errors that are not are recognizable.

Zur Kollimierung des von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlenbündels kann der Referenzstrahlengang einen Kollimator bzw. Referenzkollimator aufweisen.to Collimation of the beam emanating from the radiation source the reference beam path can be a collimator or reference collimator exhibit.

Der Referenzstrahlengang sollte selbstverständlich selbst keine unkontrollierbaren Fehler bzw. Abweichungen in die Stereokameraeinrichtung einbringen. Mögliche Fehlerquellen sind in erster Linie ungewollte Veränderungen der Positionierung der optischen Elemente des Referenzstrahlengangs, d. h. des Pentaprismas, des 90-Grad-Prismas und des Kollimators. Rein translatorische Verschiebungen sind dabei unproblematisch. Da die hinzugefügten optischen Bauelemente nur Planflächen aufweisen und in dem kollimierten optischen Referenzstrahlengang angeordnet sind, tritt lediglich eine Pupillenverschiebung auf und keine Änderung der Bildlage.Of the Reference beam should of course not even uncontrollable errors or deviations in the stereo camera device contribute. Possible sources of error are primarily unwanted changes in the positioning of the optical Elements of the reference beam path, d. H. of the Pentaprism, the 90 degree prism and collimator. Purely translational displacements are unproblematic. Because the added optical Components have only flat surfaces and in the collimated optical reference beam path are arranged, occurs only a pupil shift on and no change in the image position.

Vorteilhaft ist es, wenn die Strahlungsquelle ein thermoelektrisches Element, insbesondere ein Peltierelement aufweist. Ein derartiges thermoelektrisches Element bzw. Kühlelement kann unter Beaufschlagung von Strom sowohl zum Erwärmen als auch zum Kühlen eingesetzt werden. Demnach kann das Target- bzw. Referenzbild eingeblendet (Referenzbild weist eine Temperaturdifferenz zur Umgebungstemperatur auf) oder ausgeblendet (Referenzbild hat Umgebungstemperatur) werden. Das Referenzbild kann beispielsweise als Kreuz- bzw. Fadenkreuzstruktur ausgebildet sein und aus einem Trägerelement (beispielsweise aus Blech) herausgestanzt bzw. in dieses reingeätzt sein. Ein derartiges Trägerelement kann dann mit dem thermoelektrischen Element verbunden oder wenigstens ein Teil des thermoelektrischen Elements sein.Advantageous if the radiation source is a thermoelectric element, in particular has a Peltier element. Such a thermoelectric Element or cooling element can be under the action of Electricity for both heating and cooling be used. Accordingly, the target or reference image can be displayed (Reference image shows a temperature difference to the ambient temperature on) or hidden (reference image has ambient temperature). The reference image can be, for example, as a crosshair or crosshair structure be formed and from a support element (for example punched out of sheet metal) or etched into it. Such a carrier element can then with the thermoelectric Element connected or at least part of the thermoelectric Be element.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass die Austrittsfläche des wenigstens einen Pentaprismas wenigstens annähernd im Bereich der Eintrittspupille der jeweiligen zugeordneten Wärmebildkamera angeordnet ist.According to the invention be further provided that the exit surface of at least a pentaprism at least approximately in the range of Entrance pupil of the respective associated thermal imaging camera is arranged.

Die Teilung des Strahlengangs in Beobachtungs- und Referenzstrahlengang sollte im Bereich der Eintrittspupille der Wärmebildkamera erfolgen, damit deren Bildqualität nicht beeinträchtigt wird.The Division of the beam path in observation and reference beam path should be in the area of the entrance pupil of the thermal imager so that their image quality is not impaired becomes.

Vorteilhaft ist es, wenn der Referenzstrahlengang einen Tubus aufweist. Dadurch werden unerwünschte Abstrahlungen minimiert. Zusätzlich kann der Tubus mattschwarz ausgeführte Innenflächen und zusätzliche Blendenringe aufweisen.Advantageous it is when the reference beam path has a tube. Thereby unwanted emissions are minimized. additionally the tube can have matt black inner surfaces and have additional aperture rings.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass in Ausbreitungsrichtung des Beobachtungslichts der jeweiligen Wärmebildkamera vor dem optischen Umlenkelement der Wärmebildkamera zur Kalibrierung des Detektors der Wärmebildkamera eine in den Beobachtungsstrahlengang der Wärmebildkamera ein- und ausschwenkbare Defokussierlinse vorgesehen ist.According to the invention be further provided that in the propagation direction of the observation light of respective thermal imaging camera in front of the optical deflecting element the thermal imager to calibrate the detector of Thermal imager one in the observation beam path of Thermal imaging camera swiveling defocusing lens is provided.

Infrarotdetektor-Arrays weisen in der Regel eine starke Inhomogenität ihrer Einzeldetektorelemente hinsichtlich Dunkelstrom und Verstärkung auf. Um trotzdem eine akzeptable Bildqualität erreichen zu können, sollte eine Kalibrierung der Einzeldetektorelemente durchgeführt werden (sog. Non-Uniformity Correction, NUC). Für eine ausreichend gute Homogenisierung des Bildhintergrunds ist dies in der Regel jedoch nicht ausreichend, da es im Infrarotbereich außer der gewünschten Szenenstrahlung noch weitere Strahlungsquellen gibt, die unerwünscht zu der Beobachtungsbildinformation beitragen. Aufgrund der zu erwartenden starken und zudem inhomogenen Einstrahlung aus dem Referenzstrahlengang in die Wärmebildkamera sollte die Kalibrierung der Einzeldetektorelemente möglichst viele dieser Strahlungsanteile bereits erfassen können. Da sich die Innentemperatur der Stereokameraeinrichtung und die Szenentemperatur (z. B. kalter Himmel) sehr stark voneinander unterscheiden können, sollte die Kalibrierung möglichst nahe bei der Szenentemperatur durchgeführt werden. Sehr vorteilhaft ist es daher, bei der Kalibrierung eine Defokussierlinse zwischen dem wenigstens einen Pentaprisma und einem Ausblickfenster der Stereokameraeinrichtung einzuschwenken, um die unerwünschten Strahlungsanteile bei der Kalibrierung mit zu erfassen. Um zu verhindern, dass die Referenzstruktur bzw. das Referenzbild durch die Kalibrierung vorab entfernt wird, sollte die Strahlungsquelle bei der Kalibrierung abgeschaltet bzw. entsprechend auf die Innentemperatur der Stereokameraeinrichtung geregelt werden.Infrared detector arrays typically have a strong inhomogeneity of their single detector elements in terms of dark current and gain. In order to still be able to achieve an acceptable image quality, a calibration of the individual detector elements should be carried out (so-called Non-Uniformity Correction, NUC). However, for a sufficiently good homogenization of the image background, this is usually not sufficient, since there are other sources of radiation in the infrared range in addition to the desired scene radiation which contribute undesirably to the observation image information. Due to the expected strong and also inhomogeneous radiation from the reference beam path into the thermal imaging camera, the calibration of the individual detector elements should already be able to detect as many of these radiation components as possible. Since the internal temperature of the stereo camera device and the scene temperature (eg, cold sky) may be very different from each other, the calibration should be made as close to the scene temperature as possible. It is therefore very advantageous during the calibration to swivel in a defocusing lens between the at least one pentaprism and a viewing window of the stereo camera device in order to detect the unwanted radiation components during the calibration. In order to prevent the reference structure or the reference image from being removed in advance by the calibration, the radiation source should be switched off during the calibration or regulated correspondingly to the internal temperature of the stereo camera device.

In Anspruch 10 ist eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung mit zwei justierten, zu einander in definiertem Abstand angeordneten und ausgerichteten Wärmebildkameras angegeben, welche mit einer Kalibriereinrichtung zu deren fortlaufenden automatischen Kalibrierung versehen ist, wobei als Kalibriereinrichtung die beiden Wärmebildkameras jeweils im Bereich ihrer Eintrittspupillen ein optisches Umlenkelement aufweisen, welches die von der ersten Wärmebildkamera bzw. von deren Detektor abgegebene eigene Wärmestrahlung als Referenzbild in den Beobachtungsstrahlengang der zweiten Wärmebildkamera umlenkt.In Claim 10 is an alternative embodiment of the invention Stereo camera setup with two adjusted, to each other in defined Spaced and aligned thermal imaging cameras indicated, which with a calibration device to the continuous is provided with automatic calibration, being used as a calibration device the two thermal imaging cameras each in the area of their entrance pupils have an optical deflecting element, which of the first Thermal camera or emitted by the detector own Heat radiation as a reference image in the observation beam path the second thermal imaging camera deflects.

Um die Sichtlinien der beiden Wärmebildkameras ausgerichtet zu halten, kann auch passiv, d. h. vorteilhafterweise ohne zusätzliche Wärme- bzw. Strahlungsquelle ein direkter Bezug zwischen den beiden Achsen der Wärmebildkameras hergestellt werden. Dazu kann jeweils ein kleiner Teil der Pupille einer Wärmebildkamera mit einem Umlenkelement, z. B. einem Prisma oder einem Spiegel, in die Pupille der anderen Wärmebildkamera umgelenkt werden. Da die Temperatur der Detektoroberflächen relativ zur Szene sehr niedrig ist, erfasst jede Wärmebildkamera einen kalten Bildausschnitt der Detektoroberfläche ihres Gegenübers eingebettet in die Szene. Wird für das optische Umlenkelement ein Pentaprisma eingesetzt, dann ist sichergestellt, dass die durch zweifache Umlenkung erzeugten Referenzstrahlen, unabhängig von der genauen Winkelposition des jeweiligen Pentaprismas, immer parallel zum Ausgangsstrahl sind, und somit der durch die jeweils andere Wärmebildkamera gebildete Referenzstrahlengang keine weiteren Fehler erzeugt.Around aligned the line of sight of the two thermal imaging cameras can also be passive, d. H. advantageously without additional Heat or radiation source a direct reference between the two axes of the thermal imaging cameras are made. For this purpose, in each case a small part of the pupil of a thermal imaging camera with a deflecting element, for. A prism or mirror, be redirected into the pupil of the other thermal imaging camera. Because the temperature of the detector surfaces relative to the scene is very low, each thermal imager captures a cold Image section of the detector surface of its counterpart embedded in the scene. Used for the optical deflecting element used a pentaprism, then it is ensured that through double deflection generated reference beams, independent from the exact angular position of each pentaprism, always are parallel to the output beam, and thus by the respective other thermal imaging camera formed reference beam path none generated another error.

In Anspruch 12 ist eine Überwachungsvorrichtung für Windkraftanlagen, Gebäude mit transparenten Bereichen, Start- und Landebahnen und/oder Flugkorridore von Flughäfen mit einer stereoskopischen Erfassung von sich nähernden oder vorhandenen Vögeln oder Vogelschwärmen angegeben. Diese kann in vorteilhafter Weise aufgrund der einfachen und genauen Nachführkalibrierung ihrer wenigstens einen erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung über sehr große Zeiträume hinweg autark arbeiten.In Claim 12 is a monitoring device for Wind turbines, buildings with transparent areas, Runways and / or flight corridors of airports with a stereoscopic capture approaching or existing birds or swarms of birds. This can be advantageously because of the simple and accurate Nachführkalibrierung their at least one inventive Stereo camera setup over very long periods of time working independently.

Aufgrund einer erkannten relativen Verschiebung des Referenz bildes zu den Referenzbildern der weiteren Wärmebildkameras kann eine Verschiebung eines Detektors wenigstens einer der Wärmebildkameras oder eine Verkippung bzw. Verbiegung wenigstens einer der Wärmebildkameras parallel und/oder senkrecht zur Bezugsebene oder zu einer Basisstruktur bzw. Basislinie der Stereokameraeinrichtung erkannt werden.by virtue of a recognized relative displacement of the reference image to the Reference images of the other thermal imaging cameras can be a Displacement of a detector of at least one of the thermal imaging cameras or a tilting or bending of at least one of the thermal imaging cameras parallel and / or perpendicular to the reference plane or to a base structure or baseline of the stereo camera device are detected.

Aufgrund einer relativen Rotation des Referenzbildes zu den Referenzbildern der weiteren Wärmebildkameras kann eine Verdrehung wenigstens einer der Wärmebildkameras oder eines Detektors wenigstens einer der Wärmebildkameras um dessen optische Achse erkannt werden.by virtue of a relative rotation of the reference image to the reference images the further thermal imaging cameras can at least a twist one of the thermal imaging cameras or a detector at least one of the thermal imaging cameras detected around its optical axis become.

Vorteilhaft ist es, wenn eine Startkalibrierung der Stereokameraeinrichtung durchgeführt wird.Advantageous it is when a start calibration of the stereo camera device is carried out.

Nach Aufbau der Wärmebildkameras der Stereokameraeinrichtung können Restfehler vorhanden sein, welche nicht durch Justage eliminiert werden können. Derartige Fehler können dann nur durch eine Kalibrierung mit Hilfe von geeigneten Bildverarbeitungsmethoden reduziert werden. Hierzu werden geeignete Ziele bzw. Targets in der Landschaft an bekannter Position verwendet. Die Entfernung sollte idealerweise der späteren Arbeitsentfernung entsprechen, was jedoch durch räumliche Gegebenheiten oft nicht gewährleistet ist. Der Kalibriervorgang erfolgt dann durch Vergleiche mit den bekannten Target-Positionen in der Szene. Das Ergebnis der Kalibrierung ist eine konstante Zuordnung der Feldwinkel zu den Pixeln der Wärmebildkameras. Da sich ab diesem Zeitpunkt Änderungen in der Anordnung ergeben können, sollte parallel sofort mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur fortlaufenden automatischen Kalibrierung der Stereokameraeinrichtung begonnen werden. Diese kann dann relativ zu den späteren Messungen Veränderungen der Anordnung zeigen.To Construction of the thermal imaging cameras of the stereo camera device There may be residual errors which are not caused by adjustment can be eliminated. Such errors can then only by calibration with the help of suitable image processing methods be reduced. For this purpose, suitable targets or targets in used the landscape at a known location. The distance should be ideally correspond to the later working distance, However, this is often not guaranteed by spatial conditions is. The calibration process is then performed by comparisons with the known target positions in the scene. The result of the calibration is a constant mapping of the field angles to the pixels of the thermal imagers. Since from this time changes in the arrangement may result in parallel immediately with the invention Method for continuous automatic calibration of the stereo camera device to be started. This can then relative to the later Measurements show changes in the arrangement.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur fortlaufenden automatischen Kalibrierung der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung ist vorzugsweise als Computerprogramm auf einer Bildverarbeitungs einrichtung der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung realisiert. Dazu ist das Computerprogramm in einem Speicherelement der Bildverarbeitungseinrichtung gespeichert. Durch Abarbeitung auf einem Mikroprozessor der Bildverarbeitungseinrichtung wird das Verfahren ausgeführt. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger (Diskette, CD, DVD, Festplatte, USB-Memorystick oder dergleichen) oder einem Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein und von dort aus in das Speicherelement der Bildverarbeitungseinrichtung übertragen werden. Ein derartiges Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln ist in Anspruch 17 bzw. Anspruch 18 angegeben.The inventive method for continuous automatic calibration of the invention Stereo stereo device is preferably realized as a computer program on an image processing device of the stereo camera device according to the invention. For this purpose, the computer program is stored in a memory element of the image processing device. By processing on a microprocessor of the image processing device, the method is carried out. The computer program can be stored on a computer-readable data medium (floppy disk, CD, DVD, hard disk, USB memory stick or the like) or an Internet server as a computer program product and can be transferred from there into the memory element of the image processing device. Such a computer program or computer program product with program code means is specified in claim 17 or claim 18.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen prinzipmäßig Ausführungsbeispiele der Erfindung angegeben.advantageous Refinements and developments of the invention will become apparent the dependent claims. Below are the drawings in principle embodiments of the Invention specified.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung in einer Überwachungsvorrichtung; 1 a schematic representation of a stereo camera device according to the invention in a monitoring device;

2 eine vereinfachte Darstellung einer Anordnung der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung aus 1 im Bereich eines Flugkorridors eines Flugzeugs; 2 a simplified representation of an arrangement of the stereo camera device according to the invention 1 in the area of a flight corridor of an aircraft;

3 eine vereinfachte Darstellung einer Startkalibrierung einer Stereokameraeinrichtung; 3 a simplified representation of a start calibration of a stereo camera device;

4 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung; 4 a schematic representation of a first embodiment of the stereo camera device according to the invention;

5 eine vereinfachte schematische Darstellung des Strahlengangs der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit einer Winkeländerung eines Kollimators; 5 a simplified schematic representation of the beam path of the stereo camera device according to the invention according to the first embodiment with an angle change of a collimator;

6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung; 6 a schematic representation of a second embodiment of the stereo camera device according to the invention;

7 eine vereinfachte schematische Darstellung des Strahlengangs der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform mit einer Verkippung des Kollimators; 7 a simplified schematic representation of the beam path of the stereo camera device according to the invention according to the second embodiment with a tilting of the collimator;

8 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Strahlengangs der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform mit einer Verkippung eines Teilerelements; 8th a simplified schematic representation of a beam path of the stereo camera device according to the invention according to the second embodiment with a tilting of a divider element;

9 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Strahlengangs der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform mit einer Andeutung von Bildlagen; 9 a simplified schematic representation of a beam path of the stereo camera device according to the invention according to the second embodiment with an indication of image layers;

10 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Sehfeldes eines Referenzstrahlengangs der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung; 10 a simplified schematic representation of a field of view of a reference beam path of the stereo camera device according to the invention;

11 eine vereinfachte Darstellung einer Eintrittspupille einer Wärmebildkamera der erfindungsgemäßen Stereoeinrichtung mit einem Pentaprisma; 11 a simplified representation of an entrance pupil of a thermal imaging camera of the stereo device according to the invention with a pentaprism;

12 eine vereinfachte Darstellung der Teilung der Eintrittspupille der Wärmebildkamera; 12 a simplified representation of the pitch of the entrance pupil of the thermal imager;

13 eine vereinfachte Darstellung der Aufteilung des Sehfelds einer Wärmebildkamera im Referenzstrahlengang; 13 a simplified representation of the distribution of the field of view of a thermal imaging camera in the reference beam path;

14 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips eines Pentaprismas; 14 a schematic representation of the functional principle of a pentaprism;

15 eine vereinfachte Darstellung einer Fehlerfortpflanzung von Herstellungsfehlern in einem Pentaprisma; 15 a simplified representation of error propagation of manufacturing errors in a pentaprism;

16 eine vereinfachte Darstellung des Strahlenversatzes durch Positionierungsfehler eines Pentaprismas; 16 a simplified representation of the beam offset due to positioning errors of a pentaprism;

17 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung; 17 a schematic representation of a third embodiment of the stereo camera device according to the invention;

18 eine schematische Darstellung eines Teils der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform; 18 a schematic representation of a portion of the stereo camera device according to the invention according to the second embodiment;

19 eine schematische Darstellung eines Teils der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform mit ausgeschwenkter Defokussierlinse; und 19 a schematic representation of a portion of the stereo camera device according to the invention according to the second embodiment with pivoted Defokussierlinse; and

20 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform mit eingeschwenkter Defokussierlinse. 20 a schematic representation of the stereo camera device according to the invention according to the second embodiment with pivoted Defokussierlinse.

Die Erfindung wird nachfolgend im Rahmen einer Überwachungsvorrichtung für Windkraftanlagen, Gebäude mit transparenten Bereichen, Start- und Landebahnen und/oder Flugkorridore von Flughäfen beschrieben. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Anwendung beschränkt.The The invention will be described below as part of a monitoring device for wind turbines, buildings with transparent Areas, Runways and / or Air Corridors of Airports described. Of course, the invention is not limited to this application.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Stereokameraeinrichtung 1 einer Überwachungsvorrichtung 2 für Start- und Landebahnen und/oder Flugkorridore 11 (siehe 2) von Flughäfen mit einer stereoskopischen Erfassung von sich nähernden Vögeln 6 oder Vogelschwärmen 6', wobei Parameter wie Flughöhe, Flugrichtung, Fluggeschwindigkeit und Art/Größe der Vögel 6 oder der Vogelschwärme 6' ermittelbar sind, dargestellt. Eine oder mehrere derartiger Stereokameraeinrichtungen 1 sind im Bereich der Start- und Landebahnen (nicht dargestellt) und/oder der Flugkorridore 11 angeordnet und weisen wenigstens zwei zueinander in definiertem und angepasstem Abstand angeordnete während der Aufnahme synchron laufende Wärmebildkameras 3a, 3b auf. Die Aufnahmezeitpunkte der Wärmebildkameras 3a, 3b sind wenigstens annähernd identisch und deren jeweilige Sehfelder 4a, 4b weisen einen überlappenden Bereich 5 auf. In dem überlappenden Bereich 5 wird als Objekt ein Vogel 6 erfasst. Die zwei Wärmebildkameras 3a, 3b sind zueinander justiert und kalibriert. Für die Wärmebildkameras 3a, 3b kommen sowohl Wärmebildbereiche wie LWIR, MWIR, VLWIR, FIR, als auch SWIR, NIR in Betracht.In 1 is a stereo camera device according to the invention 1 a monitoring device 2 for runways and / or flight corridors 11 (please refer 2 ) of airports with stereoscopic detection of approaching birds 6 or bird swarms 6 ' , where parameters such as flight altitude, flight direction, airspeed and type / size of birds 6 or the bird swarms 6 ' can be determined. One or more such stereo camera devices 1 are in the area of the runways (not shown) and / or the flight corridors 11 arranged and have at least two mutually arranged in a defined and adapted distance during recording synchronously running thermal imaging cameras 3a . 3b on. The recording times of the thermal imaging cameras 3a . 3b are at least approximately identical and their respective fields of view 4a . 4b have an overlapping area 5 on. In the overlapping area 5 becomes an object as a bird 6 detected. The two thermal imaging cameras 3a . 3b are adjusted to each other and calibrated. For the thermal imaging cameras 3a . 3b Both thermal imaging areas such as LWIR, MWIR, VLWIR, FIR, and SWIR, NIR are considered.

Die Stereokameraeinrichtung 1 weist eine Bildverarbeitungseinrichtung 7 auf, welche zur Verarbeitung der mit den zwei Wärmebildkameras 3a, 3b aufgenommenen Bilddaten vorgesehen ist.The stereo camera device 1 has an image processing device 7 on which to process the with the two thermal imaging cameras 3a . 3b recorded image data is provided.

Die Stereokameraeinrichtung 1 weist darüber hinaus eine Funkstation 8 als Schnittstelle, insbesondere Netzwerkschnittstelle, zur Kommunikation mit weiteren Stereokameraeinrichtungen 1 oder mit übergeordneten Systemen, insbesondere Flugsicherungssystemen 9, auf (in 1 durch den Doppelpfeil 8' angedeutet). Die Stereokameraeinrichtung 1 arbeitet autonom. Jedoch können mittels der Vernetzung bzw. der Funkübertragung über die Funkstation 8 weitere Stationen bzw. Stereokameraeinrichtungen 1 verbunden werden. Die Informationen wie auch die Aufnahmen stehen somit außerhalb der einzelnen Station zur Verfügung. Hauptsächlich werden diese Daten der Flugsicherung übermittelt.The stereo camera device 1 also has a radio station 8th as an interface, in particular network interface, for communication with further stereo camera devices 1 or with higher-level systems, in particular air traffic control systems 9 , on (in 1 through the double arrow 8th' indicated). The stereo camera device 1 works autonomously. However, by means of the networking or the radio transmission via the radio station 8th other stations or stereo camera devices 1 get connected. The information as well as the recordings are therefore available outside the individual station. Mainly these data are transmitted to the air traffic control.

Auf der Bildverarbeitungseinrichtung 7 der Stereokameraeinrichtung 1 läuft u. a. ein Überwachungsverfahren für Start- und Landebahnen und/oder Flugkorridore 11 von Flughäfen ab, mit welchem sich nähernde Vögel 6 oder Vogelschwärme 6' stereoskopisch mittels der Überwachungsvorrichtung 2 bzw. der Stereokameraeinrichtung 1 erfasst werden, wobei Parameter wie Flughöhe, Flugrichtung, Fluggeschwindigkeit und Art/Größe der Vögel 6 oder der Vogelschwärme 6' bzw. deren Schwarmdichte ermittelt werden. Die Parameter werden mittels einer Stereoauswertung bestimmt. Dabei werden durch die wenigstens zwei Blickwinkel auf den durch die wenigstens zwei Wärmebildkameras 3a, 3b der Stereokameraeinrichtung 1 aufgenommenen Bereich 5 absolute Raumpunkte der zu erfassenden Vögel 6 oder Vogelschwärme 6' bestimmt. Die Fluggeschwindigkeit der Vögel 6 oder der Vogelschwärme 6' wird durch eine Betrachtung über eine entsprechende Zeitspanne bestimmt. Auch Vögel 6 oder Vogelschwärme 6' in größerer Entfernung können erfasst werden, wobei eine entsprechend längere Brennweite für die zwei Wärmebildkameras 3a, 3b verwendet wird. Zusätzlich können auch Flugobjekte wie Modellflugzeuge, Lenkdrachen oder dergleichen von der Stereokameraeinrichtung 1 erfasst werden (nicht dargestellt).On the image processing device 7 the stereo camera device 1 Among other things, there is a monitoring procedure for runways and / or flight corridors 11 from airports with which approaching birds 6 or bird swarms 6 ' stereoscopically by means of the monitoring device 2 or the stereo camera device 1 parameters such as flight altitude, flight direction, airspeed and type / size of the birds 6 or the bird swarms 6 ' or whose swarm density is determined. The parameters are determined by means of a stereo evaluation. In this case, by the at least two angles of view on the at least two thermal imaging cameras 3a . 3b the stereo camera device 1 recorded area 5 absolute space points of the birds to be detected 6 or bird swarms 6 ' certainly. The speed of flight of the birds 6 or the bird swarms 6 ' is determined by a consideration over a corresponding period of time. Also birds 6 or bird swarms 6 ' at a greater distance can be detected, with a correspondingly longer focal length for the two thermal imaging cameras 3a . 3b is used. In addition, flying objects such as model airplanes, stunt kites or the like may also be used by the stereo camera device 1 be detected (not shown).

Anhand der Parameter wird eine Bewertung durchgeführt und gegebenenfalls eine entsprechende Warnmeldung ausgegeben.Based the parameter is evaluated and, if necessary a corresponding warning message is issued.

Wie aus 2 ersichtlich, überwacht eine Stereokameraeinrichtung 1 mit einem Stereosichtbereich bzw. überlappenden Be reich 5 eine bekannte Flugroute 10 von Vögeln 6 bzw. Vogelschwärmen 6'. Die Stereokameraeinrichtung 1 ist dabei so angeordnet, dass ein Flugkorridor 11 bzw. ein Kreuzungsbereich 12 des Flugkorridors 11 mit der bekannten Flugroute 10 der Vögel 6 oder Vogelschwärme 6' überwacht wird. Im Flugkorridor 11 ist ein Flugzeug 13 beispielhaft dargestellt. Ein Ankunftszeitpunkt der erfassten Vögel 6 oder der erfassten Vogelschwärme 6' an dem Kreuzungsbereich 12 mit dem Flugkorridor 11 des Flugzeugs 13 wird ebenfalls bestimmt.How out 2 can be seen, monitors a stereo camera device 1 with a stereo field of view or overlapping Be rich 5 a known flight route 10 of birds 6 or bird swarms 6 ' , The stereo camera device 1 is arranged so that a flight corridor 11 or an intersection area 12 of flight corridor 11 with the known flight route 10 of the birds 6 or bird swarms 6 ' is monitored. In the flight corridor 11 is an airplane 13 exemplified. An arrival time of the captured birds 6 or the captured bird swarms 6 ' at the crossing area 12 with the flight corridor 11 of the plane 13 is also determined.

Bei Erfassung von Vögeln 6 oder Vogelschwärmen 6' wird gegebenenfalls eine Warnmeldung zur Einleitung von Gegenmaßnahmen bzw. Minderungs- oder Vermeidungsmaßnahmen an das übergeordnete System, insbesondere Flugsicherungssystem 9, oder an startende oder landende Flugzeuge 13 ausgegeben.Upon detection of birds 6 or bird swarms 6 ' If appropriate, a warning message is issued to initiate countermeasures or abatement or avoidance measures to the superordinate system, in particular the air traffic control system 9 , or to take-off or landing aircraft 13 output.

Die Stereokameraeinrichtung 1 sollte konstante Eigenschaften, insbesondere mechanische Stabilität besitzen. Da die bei der Stereoauswertung der Bildverarbeitung erreichbaren Genauigkeiten nicht durch einfache Maßnahmen in der mechanischen Anordnung der Stereokameraeinrichtung 1 gleichbleibend gehalten werden können, muss mittels geeigneter Verfahren ermittelt werden, wie sich die Systemeigenschaften der Stereokameraeinrichtung 1 zeitlich ändern, um diese eventuell nachgeschaltet korrigieren zu können.The stereo camera device 1 should have constant properties, in particular mechanical stability. Since the achievable in the stereo evaluation of the image processing accuracies not by simple measures in the mechanical arrangement of the stereo camera device 1 must be kept constant, must be determined by means of suitable methods, as the system properties of the stereo camera device 1 change over time, in order to be able to correct them if necessary.

Nach Aufbau der Wärmebildkameras 3a, 3b der Stereokameraeinrichtung 1 können Restfehler vorhanden sein, die nicht durch mechanische Justage eliminiert werden können. Derartige Fehler kann man nur durch eine Kalibrierung vor Ort mit Hilfe von geeigneten Bildverarbeitungsmethoden auf der Bildverarbeitungseinrichtung 7 reduzieren. In 3 ist dazu die Grundstruktur als Teil einer erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung 1 gezeigt. Die Wärmebildkameras 3a, 3b sind auf einer Basisstruktur 14 in einem Gehäuse 15 zueinander in definiertem Abstand angeordnet und ausgerichtet. Das Gehäuse 15 weist Ausblickfenster 16 für die Beobachtungsstrahlengänge bzw. Sichtlinien 17a, 17b für die Sehfelder 4a, 4b der Wärmebildkameras 3a, 3b auf. Wenn die Wärmebildkameras 3a, 3b auf die Basisstruktur 14 im vorzugsweise klimatisierten Gehäuse 15 montiert sind, addieren sich alle bisherigen Restfehler zu den Montagefehlern und den durch die Ausblickfenster 16 verursachten Winkelfehlern. Zur Startkalibrierung werden geeignete Targets bzw. Ziele 18 in der Landschaft an bekannter Position eingesetzt. Als Ziele 18 eignen sich beispielsweise Pfosten, Tafeln oder dergleichen. Die Entfernung sollte idealerweise der späteren Arbeitsentfernung entsprechen. Der Startkalibriervorgang erfolgt dann durch Lokalisierung der Ziele 18 durch die Stereokameraeinrichtung 1 mit einer Messung der zugehörigen Winkelkoordinaten und einem Vergleich mit den tatsächlichen bekannten Positionen der Ziele 18 in der Landschaft. Das Resultat ist eine konstante Eichung der Wärmebildkameras 3a, 3b, d. h. den einzelnen Pixeln werden Feldwinkel zugeordnet. Des Weiteren erfolgt ein Plausibilitätstest mit den bekannten Wärmebildkameradaten. Da sich ab diesem Zeitpunkt Änderungen in der Anordnung ergeben können, beispielsweise durch Temperaturänderungen bedingte Verbiegungen der Basisstruktur 14, sollte anschließend bereits die erste Messung der Nachführkalibrierung durchgeführt werden. Somit ist es möglich die Stereokameraeinrichtung 1 derart automatisch zu kalibrieren, dass über sehr lange Zeiträume hochgenaue stereoskopische Messungen ermöglicht werden. Dadurch können Systemgenauigkeiten erzielt werden, die durch passive Maßnahmen nicht erreichbar sind. Es erfolgt eine automatische Nachführkalibrierung bzw. Selbstkalibrierung, die Veränderungen gegenüber den bei der Startkalibrierung vorhandenen Systemparametern ermittelt.After building the thermal imaging cameras 3a . 3b the stereo camera device 1 There may be residual errors that can not be eliminated by mechanical adjustment. Such errors can only be achieved by means of on-site calibration by means of suitable image processing methods on the image processing device 7 to reduce. In 3 is the basic structure as part of a stereo camera device according to the invention 1 shown. The thermal imaging cameras 3a . 3b are on a basic structure 14 in a housing 15 arranged and aligned with each other at a defined distance. The housing 15 has lookout window 16 for the observation beam paths or lines of sight 17a . 17b for the visual fields 4a . 4b the thermal imaging cameras 3a . 3b on. When the thermal imaging cameras 3a . 3b on the basic structure 14 in preferably air-conditioned housing 15 are mounted, all previous residual errors add to the assembly errors and the through the view window 16 caused angular errors. For start calibration, suitable targets or goals are set 18 used in the landscape at a known position. As goals 18 For example, posts, panels or the like are suitable. The distance should ideally correspond to the later working distance. The start calibration process is then done by locating the targets 18 through the stereo camera device 1 with a measurement of the associated angular coordinates and a comparison with the actual known positions of the targets 18 in the countryside. The result is a constant calibration of the thermal imagers 3a . 3b ie the individual pixels are assigned field angles. Furthermore, a plausibility test is carried out with the known thermal imaging camera data. Since from this point on changes in the arrangement may result, for example, due to temperature changes caused bending of the basic structure 14 , the first measurement of the follow-up calibration should be carried out afterwards. Thus, it is possible the stereo camera device 1 calibrate automatically so that highly accurate stereoscopic measurements are possible over very long periods of time. As a result, system accuracies can be achieved that are not achievable through passive measures. An automatic follow-up calibration or self-calibration is performed, which detects changes compared to the system parameters available during the start calibration.

Wie aus 4 ersichtlich, wird erfindungsgemäß eine Stereokameraeinrichtung 1 mit zwei justierten zueinander in definiertem Abstand angeordneten und ausgerichteten Wärmebildkameras 3a, 3b vorgeschlagen, welche mit einer Kalibriereinrichtung 19 zu deren fortlaufenden automatischen Kalibrierung versehen ist, wobei die Kalibriereinrichtung 19 einen Referenzstrahlengang 20 mit einer als thermoelektrisches Element bzw. Peltierelement mit einer Referenzstruktur ausgebildeten Strahlungsquelle 21 aufweist, mittels welchem ein Referenzbild von der Strahlungsquelle 21 auf die jeweilige Wärmebildkamera 3a, 3b abgebildet wird, wobei ein von der Strahlungsquelle 21 ausgehendes kollimiertes Strahlenbündel 22 in zwei Teilstrahlenbündel 22a, 22b geteilt wird, wobei die zwei Teilstrahlenbündel 22a, 22b jeweils über ein der jeweiligen Wärmebildkamera 3a, 3b zugeordnetes optisches Umlenkelement 23a, 23b auf diese gelenkt werden und wobei die optischen Umlenkelemente als Pentaprismen 23a, 23b ausgebildet sind. Der Referenzstrahlengang 20 weist zur Kollimierung der Strahlenbündel einen Kollimator 24 auf.How out 4 can be seen, according to the invention a stereo camera device 1 with two adjusted to each other in a defined spaced and aligned thermal imaging cameras 3a . 3b proposed, which with a calibration device 19 is provided to the continuous automatic calibration, wherein the calibration device 19 a reference beam path 20 with a radiation source designed as a thermoelectric element or Peltier element with a reference structure 21 by means of which a reference image from the radiation source 21 to the respective thermal imaging camera 3a . 3b being imaged, one from the radiation source 21 outgoing collimated beam 22 in two partial beams 22a . 22b is divided, the two partial beams 22a . 22b each via one of the respective thermal imaging camera 3a . 3b associated optical deflecting element 23a . 23b be directed to this and wherein the optical deflecting elements as pentaprisms 23a . 23b are formed. The reference beam path 20 has a collimator for collimating the beams 24 on.

Wie weiter aus der 4 ersichtlich, weisen die Wärmebildkameras 3a, 3b Detektoren 25a, 25b mit nicht näher dargestellten Einzeldetektorelementen auf. Die Pentaprismen 23a, 23b weisen Eintrittsflächen 26a, 26b und Austrittsflächen 27a, 27b auf. Die Austrittsflächen 27a, 27b der Pentaprismen 23a, 23b sind wenigstens annähernd im Bereich der Eintrittspupillen 28a, 28b der jeweiligen zugeordneten Wärmebildkameras 3a, 3b angeordnet.How further from the 4 can be seen, the thermal imaging cameras 3a . 3b detectors 25a . 25b with not shown individual detector elements. The pentaprisms 23a . 23b have entry surfaces 26a . 26b and exit surfaces 27a . 27b on. The exit surfaces 27a . 27b the pentaprisms 23a . 23b are at least approximately in the area of the entrance pupil 28a . 28b the respective associated thermal imaging cameras 3a . 3b arranged.

In 5 sind die Beobachtungsstrahlengänge 17a, 17b und der Referenzstrahlengang 20 der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung 1 stark vereinfacht angedeutet. Wie durch die Winkel 29 gezeigt, resultiert eine etwaige Winkelveränderung des Kollimators 24 in gleichsinnigen Ablagen in beiden Wärmebildkameras 3a, 3b bzw. auf deren Detektoren 25a, 25b. Die Referenzstrahlen bzw. Teilstrahlenbündel 22a, 22b für beide Wärmebildkameras 3a, 3b bleiben jedoch in jedem Fall senkrecht zur aktuellen Achse des Kollimators 24, so dass die Sichtlinien 17a, 17b der beiden Wärmebildkameras 3a, 3b gegebenenfalls kontrolliert und elektronisch nachgeführt werden können.In 5 are the observation beam paths 17a . 17b and the reference beam path 20 the stereo camera device according to the invention 1 strongly indicated. Like through the angles 29 shown results in any change in the angle of the collimator 24 in the same way shelves in both Wärldka meras 3a . 3b or on their detectors 25a . 25b , The reference beams or partial beams 22a . 22b for both thermal imaging cameras 3a . 3b In any case, they remain perpendicular to the current axis of the collimator 24 so the line of sight 17a . 17b the two thermal imaging cameras 3a . 3b if necessary, controlled and tracked electronically.

In 6 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung 1' mit einem symmetrisch ausgeführten Referenzstrahlengang 20' dargestellt. Dazu ist ein optisches Teilerelement 30 zur Teilung des Strahlenbündels 22 in die Teilstrahlenbündel 22a, 22b vorgesehen. Das optische Teilelement ist als 90-Grad-Prisma 30 ausgebildet. Es ist vor teilhaft, den Referenzstrahlengang 20 möglichst symmetrisch aufzubauen, damit die geometrischen Verhältnisse für beide Wärmebildkameras 3a, 3b möglichst gleich sind. Dies ist in einfacher Weise mit einem entsprechend verspiegelten 90-Grad-Prisma 30 zur Pupillenteilung im Referenzstrahlengang 20 möglich. Die nachfolgende Fehleranalyse zeigt, dass durch das zusätzliche 90-Grad-Prisma 30 keine neuen Fehler entstehen können, welche nicht erkennbar sind.In 6 is another embodiment of a stereo camera device according to the invention 1' with a symmetrical reference beam path 20 ' shown. This is an optical divider element 30 to divide the beam 22 in the partial beams 22a . 22b intended. The optical subelement is as a 90 degree prism 30 educated. It is before geous, the reference beam path 20 symmetrical as possible, so that the geometric conditions for both thermal imaging cameras 3a . 3b as equal as possible. This is in a simple way with a corresponding mirrored 90 degree prism 30 for pupil division in the reference beam path 20 possible. The following error analysis shows that by the additional 90 degree prism 30 no new mistakes can occur, which are not recognizable.

Ein Referenzstrahlengang 20, 20' darf selbstverständlich nicht selbst unkontrollierbare Fehler erzeugen. Mögliche Fehlerquellen bei der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung 1, 1' sind in erster Linie ungewollte Veränderungen der Positionierung der hinzugefügten optischen Elemente (Pentaprismen 23a, 23b, 90-Grad-Prisma 30 und Kollimator 24). Rein translatorische Verschiebungen sind dabei eher unproblematisch. Da die hinzugefügten optischen Bauelemente 23a, 23b, 24, 29 nur Planflächen aufweisen und im kollimierten Strahlengang 22 angeordnet sind, kann lediglich eine Pupillenverschiebung und keine Änderung der Bildlage auftreten.A reference beam path 20 . 20 ' Of course, you should not create uncontrollable errors yourself. Possible sources of error in the stereo camera device according to the invention 1 . 1' are primarily unwanted changes in the positioning of the added optical elements (pentaprisms 23a . 23b , 90 degree prism 30 and collimator 24 ). Purely translatory shifts are rather unproblematic. Because the added optical components 23a . 23b . 24 . 29 only have plane surfaces and in the collimated beam path 22 are arranged, only a pupil shift and no change in the image position can occur.

Für die Genauigkeit der Positionsgeschwindigkeitsberechnungen sind alle Winkeländerungen in der Bezugsebene, welche vorliegend von der Basisstruktur 14 und den Sichtlinien 17a, 17b der Wärmebildkameras 3a, 3b aufgespannt wird, besonders kritisch. Eine Verdrehung der Pentaprismen 23a, 23b bewirkt aufgrund des besonderen Funktionsprinzips dieser Bauelemente keine Winkeländerungen und erzeugt somit keine zusätzlichen Fehler. Eine Verkippung des Kollimators 24 bewirkt wiederum eine gleichsinnige Verschiebung der Referenzbilder in beiden Wärmebildkameras 3a, 3b (siehe 7 bzw. dort Winkel 29), welche erkannt und kompensiert werden können und somit auch keinen Fehler erzeugt.For the accuracy of the position velocity calculations, all angular changes in the reference plane present in the base structure 14 and the line of sight 17a . 17b the thermal imaging cameras 3a . 3b is stretched, especially critical. A twist of pentaprisms 23a . 23b causes due to the special functional principle of these components no angle changes and thus generates no additional errors. A tilt of the collimator 24 in turn causes a same direction shift the reference images in both thermal imaging cameras 3a . 3b (please refer 7 or there angle 29 ), which can be detected and compensated and thus also generates no error.

Aus einem Kippwinkel α1 des Kollimators 24 ergibt sich die resultierende fehlerhafte Abweichung δ1 des einzelnen Referenzbildes auf dem jeweiligen Detektor 25a, 25b mit Hilfe der Brennweite FW der Wärmebildkamera 3a, 3b zu: Ablagefehler δ1 = FW·tan α1 [mm]. From a tilt angle α 1 of the collimator 24 results in the resulting erroneous deviation δ 1 of each reference image on the respective detector 25a . 25b with the help of the focal length F W of the thermal imager 3a . 3b to: Storage error δ 1 = F W · Tan α 1 [Mm].

Eine Verkippung des 90-Grad-Prismas 30 hat wie bei dem Kollimator 24 eine gleichsinnige Verschiebung der Referenzbilder in beiden Wärmebildkameras 3a, 3b zur Folge, die ebenfalls kompensiert werden kann, so dass keine weiteren Fehler entstehen (siehe 8 bzw. dort Winkel 29).A tilt of the 90 degree prism 30 has like the collimator 24 a same-minded shift of the reference images in both thermal imaging cameras 3a . 3b As a result, which can also be compensated, so that no further errors arise (see 8th or there angle 29 ).

Aus dem Kippwinkel α2 des 90-Grad-Prismas 30 ergibt sich die resultierende fehlerhafte Abweichung δ2 der einzelnen Referenzbilder auf dem jeweiligen Detektor 25a, 25b mit Hilfe der Brennweite FW der Wärmebildkameras 3a, 3b zu: Ablagefehler δ2 = FW·tan 2α2 [mm]. From the tilt angle α 2 of the 90-degree prism 30 results in the resulting erroneous deviation δ 2 of the individual reference images on the respective detector 25a . 25b with the help of the focal length F W of the thermal imaging cameras 3a . 3b to: Storage error δ 2 = F W · Tan 2α 2 [Mm].

Eine Rotation des Kollimators 24 um seine optische Achse erzeugt eine gleichsinnige Rotation der Referenzbilder in beiden Wärmebildkameras 3a, 3b, da die Bildlagen in beiden Wärmebildkameras 3a, 3b, wie in 9 angedeutet, gleich sind. Auch diese Abweichung kann kompensiert werden, so dass keine neuen Fehler entstehen. Die jeweiligen Bildlagen sind in 9 durch gekreuzte Pfeile 31 angedeutet.A rotation of the collimator 24 around its optical axis generates a same direction rotation of the reference images in both thermal imaging cameras 3a . 3b because the image layers in both thermal imaging cameras 3a . 3b , as in 9 indicated, are the same. This deviation can also be compensated so that no new errors occur. The respective image layers are in 9 by crossed arrows 31 indicated.

Die Auswirkungen von fehlerhaften Verkippungen der optischen Bauelemente 23a, 23b, 24, 29 senkrecht zur Bezugsebene sind weniger gravierend, da sie nicht direkt in die Genauigkeit der Stereoauswertung eingehen. Eine Verkippung des Kollimators 24 und/oder des 90-Grad-Prismas 30 wirkt wiederum gleichsinnig auf beide Wärmebildkameras 3a, 3b und kann daher erkannt und kompensiert werden. Eine Verkippung eines einzelnen Pentaprismas 23a, 23b führt zu einer Verschiebung des Referenzbildes auf der zugehörigen Wärmebildkamera 3a, 3b, die nicht von den Fehlern des übrigen Messsystems zu unterscheiden ist und daher zu einem zusätzlichen Fehler führen kann. Bei entsprechend stabilem Aufbau kann man jedoch davon ausgehen, dass derartige Fehler gering bzw. selten und damit tolerierbar sind.The effects of faulty tilting of the optical components 23a . 23b . 24 . 29 perpendicular to the reference plane are less serious, since they do not go directly into the accuracy of the stereo evaluation. A tilt of the collimator 24 and / or the 90 degree prism 30 in turn works in the same direction on both thermal imaging cameras 3a . 3b and can therefore be recognized and compensated. A tilt of a single pentaprism 23a . 23b leads to a shift of the reference image on the associated thermal imaging camera 3a . 3b , which can not be distinguished from the errors of the rest of the measuring system and therefore can lead to an additional error. With a correspondingly stable construction, however, it can be assumed that such errors are small or rare and thus tolerable.

Aus dem Kippwinkel β3 des Pentaprismas 23a, 23b ergibt sich die resultierende fehlerhafte Abweichung δ3 des zugehörigen Referenzbildes auf dem Detektor 25a, 25b bzw. der Wärmebildkamera 3a, 3b mit Hilfe der Brennweite FW der Wärmebildkameras 3a, 3b zu: Ablagefehler δ3 = FW·tan β3 [mm]. From the tilt angle β 3 of the pentaprism 23a . 23b results in the resulting erroneous deviation δ 3 of the associated reference image on the detector 25a . 25b or the thermal imaging camera 3a . 3b with the help of the focal length F W of the thermal imaging cameras 3a . 3b to: Storage error δ 3 = F W · Tan β 3 [Mm].

Die Eintrittspupille des Kollimators 24 liegt in seinem Objektiv (nicht näher bezeichnet), während die Eintrittspupillen 28a, 28b der Objektive der Wärmebildkameras 3a, 3b in relativ geringem Abstand vor dem jeweils ersten Linsenscheitel liegen. Da sonst keinerlei Linsenoptik im Referenzstrahlengang 20, 20' vorgesehen ist, ergibt sich das maximal übertragbare Referenzsehfeld FOVREF des Referenzstrahlengangs 20, 20' aus der Größe des Pentaprismas 23a, 23b und der Basislänge b (im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist b = 1,5 m). Für größere Feldwinkel werden die Strahlenbündel bis zu 100% beschnitten. Aus der in 10 dargestellten Geometrie ergibt sich, dass nur dann ein Feldpunkt von einer Wärmebildkamera 3a, 3b noch mit endlicher Helligkeit abgebildet werden kann, wenn das zugehörige Strahlenbündel auf die Eintrittsfläche 26a, 26b des zugehörigen Pentaprismas 23a, 23b trifft. Aus der Winkelbedingung für das gerade nicht mehr auftreffende Randstrahlenbündel (Vergleich auf vollständigen Beschnitt des Bildpunktes) ergibt sich ein Randwinkel α des Sehfelds für den Referenzstrahlengang 20' zu: Sehfeldrandwinkel α3 = arc tan p/b,wobei b die Basislänge und p die Höhe der Eintrittsfläche 26a, 26b des Pentaprismas 23a, 23b ist. Das volle Sehfeld FOVREF ist doppelt so groß, d. h. Referenzsehfeld FOVREF = 2α3. The entrance pupil of the collimator 24 lies in his lens (unspecified) while the entrance pupil 28a . 28b the lenses of the thermal imaging cameras 3a . 3b lie in a relatively short distance in front of the respective first lens vertex. Otherwise no lens optics in the reference beam path 20 . 20 ' is provided, results in the maximum transferable reference field FOV REF of the reference beam path 20 . 20 ' from the size of the pentaprism 23a . 23b and the base length b (b = 1.5 m in the present embodiment). For larger field angles, the beams are cut up to 100%. From the in 10 shown geometry that only a field point of a thermal imaging camera 3a . 3b can still be imaged with finite brightness, if the associated beam on the entrance surface 26a . 26b of the associated pentaprism 23a . 23b meets. From the angle condition for the just no longer impinging edge beam (comparison on complete trimming of the pixel) results in a contact angle α of the field of view for the reference beam path 20 ' to: Field of view edge angle α 3 = arc tan p / b, where b is the base length and p is the height of the entrance surface 26a . 26b of Pentaprism 23a . 23b is. The full field of view FOV REF is twice as large, ie Reference field FOV REF = 2α 3 ,

Für b = 3 m und p = 10 mm ergibt sich für α3 = 0,2 Grad. Das volle Referenzsehfeld FOVREF ist also ca. 0,4 Grad, was ungefähr 24 Pixeln entspricht. Die Helligkeit ist in der Mitte maximal und fällt zum Rand hin auf 0% ab. Auf dem Detektor 25a, 25b der Wärmebildkamera 3a, 3b mit 640×512 Pixeln nimmt das Referenzbild maximal 24×24 Pixel in Anspruch.For b = 3 m and p = 10 mm, α 3 = 0.2 degrees. The full reference field FOV REF is thus about 0.4 degrees, which corresponds to about 24 pixels. The brightness is maximum in the middle and falls to the edge to 0%. On the detector 25a . 25b the thermal imager 3a . 3b With 640 × 512 pixels, the reference image takes a maximum of 24 × 24 pixels.

Die Teilung des Strahlengangs in Beobachtungsstrahlengang 17a, 17b und Referenzstrahlengang 20, 20' sollte in der Eintrittspupille 28a, 28b der Wärmebildkamera 3a, 3b geschehen, damit die Bildqualität nicht beeinträchtigt wird. Ein realistisches Teilungsverhältnis ist aus 11 ersichtlich. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Eintrittspupille 28a, 28b der Wärmebildkamera 3a, 3b einen Durchmesser von 27,5 mm auf.The division of the beam path in observation beam path 17a . 17b and reference beam path 20 . 20 ' should be in the entrance pupil 28a . 28b the thermal imager 3a . 3b done so that the picture quality is not affected. A realistic division ratio is off 11 seen. In the present embodiment, the entrance pupil 28a . 28b the thermal imager 3a . 3b a diameter of 27.5 mm.

Das Pentaprisma 23a, 23b weist eine Fläche von 10 mm × 10 mm auf, wobei eine Abschattung 32 der Pupille 28a, 28b der Wärmebildkamera 3a, 3b von 11 mm × 11 mm vorhanden ist. Die Pupille des Referenzstrahlengangs 20, 20' beträgt daher 10 mm × 10 mm.The pentaprism 23a . 23b has an area of 10 mm × 10 mm, with shading 32 the pupil 28a . 28b the thermal imager 3a . 3b of 11 mm × 11 mm is present. The pupil of the reference beam path 20 . 20 ' is therefore 10 mm × 10 mm.

Bedingt durch die räumliche Ausdehnung des Pentaprismas 23a, 23b entsteht ein zusätzlicher Flächenverlust durch Abschattung, wie in 12 dargestellt. Das resultierende Sehfeld 33 ist in 12 nochmals gezeigt. Durch das eingefügte Pentaprisma 23a, 23b und die Abschattung 32 wird die Fläche der Eintrittspupille 28a, 28b des Beobachtungsstrahlengangs 17a, 17b der Wärmebildkamera 3a, 3b verkleinert, wodurch sich die F-Zahl etwas verschlechtert. Wärmebildkamera 3a, 3b vorher Wärmebildkamera 3a, 3b mit Pentaprisma 23a, 23b Pentaprisma 23a, 23b Eintrittspupillenfläche [mm2] ⌀27,5 = 594 594 – 11 × 11 = 473 10 × 10 = 100 Effektiver Durchmesser der Eintrittspupille [mm] 27,5 24,5 11,3 Effektive F-Zahl F/2.0 F/2.24 F/4.9 Due to the spatial extent of the pentaprism 23a . 23b creates additional loss of surface due to shading, as in 12 shown. The resulting field of view 33 is in 12 shown again. Through the inserted pentaprism 23a . 23b and the shading 32 becomes the area of the entrance pupil 28a . 28b of the observation beam path 17a . 17b the thermal imager 3a . 3b reduced, whereby the F-number deteriorates a bit. Thermal camera 3a . 3b previously Thermal camera 3a . 3b with pentaprism 23a . 23b pentaprism 23a . 23b Entrance pupil area [mm 2 ] ⌀27.5 = 594 594 - 11 × 11 = 473 10 × 10 = 100 Effective diameter of the entrance pupil [mm] 27.5 24.5 11.3 Effective F-number F / 2.0 F / 24.2 F / 4.9

Die Eintrittsfläche 26a, 26b des Pentaprismas 23a, 23b stellt die wirksame Pupillenfläche für den Referenzstrahlengang 20, 20' dar. Wie in 13 dargestellt, schaut die Wärmebildkamera 3a, 3b mit dem größten Teil 34 ihrer Eintrittspupille 28a, 28b an dem Pentaprisma 23a, 23b vorbei. Der kleinere Teil 35 der Eintrittspupille 28a, 28b schaut durch das Pentaprisma 23a, 23b in Richtung des Kollimators 24. Aufgrund der großen Schnittweite bzw. Basislänge b und der kleinen Kollimatorpupille füllt der Kollimator 24 aber nur den sehr kleinen Teil 35 des Sehfelds mit einem Durchmesser von 23 mm aus, während der weitaus größere Teil 34 der Eintrittspupille 28a, 28b am Kollimator 24 vorbeischaut. Der Teil 35 muss mit geeigneten Blenden abgeblockt werden, um zu verhindern, dass unerwünschte Bildinformationen (z. B. von heißen Gerätekomponenten oder dergleichen) erfasst werden.The entrance area 26a . 26b of Pentaprism 23a . 23b represents the effective pupil area for the reference beam path 20 . 20 ' as in 13 shown, the thermal imager looks 3a . 3b with the largest part 34 her entrance pupil 28a . 28b at the pentaprism 23a . 23b past. The smaller part 35 the entrance pupil 28a . 28b looks through the pentaprism 23a . 23b in the direction of the collimator 24 , Because of the big one The focal length or base length b and the small collimator pupil are filled by the collimator 24 but only the very small part 35 of the field of view with a diameter of 23 mm, while the much larger part 34 the entrance pupil 28a . 28b at the collimator 24 drop by. The part 35 must be blocked with appropriate apertures to prevent unwanted image information (eg from hot device components or the like) from being detected.

In 14 ist ein Pentaprisma 23a, 23b mit den mechanischen Abmessungen und dem Funktionsprinzip dargestellt. Die Höhe der Eintrittsfläche 26a, 26b ist mit x bezeichnet. Durch zweifache 45 Grad-Ablenkung erzeugen die Pentaprismen 23a, 23b einen ausfallenden Strahl, der innerhalb der Fertigungstoleranzen unter einem Winkel von 90 Grad zum einfallenden Strahl verläuft. Diese 90 Grad-Ablenkung ist unabhängig vom Einfallswinkel in der durch diese Strahlen aufgespannten Ebene. In der Praxis bedeutet dies, dass ein Pentaprisma 23a, 23b unabhängig von seiner Winkelposition den einfallenden Strahl immer um 90 Grad ablenkt. Eine fehlerhafte Position des Pentaprismas 23a, 23b erzeugt also keine fehlerhafte Ablage von der gewünschten 90 Grad-Richtung.In 14 is a pentaprism 23a . 23b represented with the mechanical dimensions and the principle of operation. The height of the entrance area 26a . 26b is denoted by x. By twofold 45 degree distraction, the pentaprisms produce 23a . 23b a dropping beam that is at an angle of 90 degrees to the incident beam within manufacturing tolerances. This 90 degree deflection is independent of the angle of incidence in the plane defined by these beams. In practice, this means that a pentaprism 23a . 23b regardless of its angular position always deflects the incident beam by 90 degrees. A faulty position of the pentaprism 23a . 23b So creates no faulty storage of the desired 90 degree direction.

Die Genauigkeit der Strahlablenkung wird durch die herstellungsbedingten Winkeltoleranzen des Pentaprismas 23a, 23b bestimmt. Aus den Winkelfehlern α4, β4 und γ4 und der Brechzahl n des Prismensubstrats ergibt sich, wie in 15 dargestellt, der gesamte Winkelfehler des ausfallenden Strahls zu δ4 = n·(3α4 + β4 + γ4).The accuracy of the beam deflection is determined by the manufacturing tolerances of the pentaprism 23a . 23b certainly. From the angle errors α 4 , β 4 and γ 4 and the refractive index n of the prism substrate results, as in 15 the total angle error of the outgoing beam is δ 4 = n · (3α 4 + β 4 + γ 4 ).

Außer den Winkelfehlern in der Tangentialebene kann ein Pentaprisma 23a, 23b auch herstellbedingte Pyramidalfehler haben. Die Pyramidalfehler lassen sich gedanklich auf die Verkippung der reflektierenden Fläche zurückführen. Bei Pentaprismen 23a, 23b ergibt sich dadurch, bezogen auf die Tangentialebene (Zeichenebene in 15), eine entsprechende Winkelauslenkung. Als weiterer Fehler kommt hinzu, dass die Flächen nicht eben sein müssen, sondern eine sehr flache Krümmung aufweisen können, die zu einer Brechkraft führt. Aus schleiftechnischen Gründen ist diese oft positiv; im allgemeinen Fall wird sie auch zylindrisch sein. Das Pentaprisma 23a, 23b ist dann eine Vereinigung von einer Linse mit Hohlspiegeln und bildet ein optisches System mit einer entsprechenden Brechkraft. Wie aus 16 ersichtlich, erzeugen Positionierungsfehler in der Tangentialebene keine Winkelfehler, sondern haben nur einen Strahlversatz δy zur Folge. Solange das Pentaprisma 23a, 23b im kollimierten Strahlengang betrieben wird, bedeutet dies lediglich einen Pupillenversatz δy, der in der Regel unbedenklich ist. Die Positionierungsfehler sind in 16 gestrichelt angedeutet. Bei der linken Teilfigur in 16 handelt es sich um einen Winkelfehler, bei der mittleren Teilfigur um eine radiale Verschiebung und bei der rechten Teilfigur um eine axiale Verschiebung.Apart from the angle errors in the tangential plane, a pentaprism can be used 23a . 23b also have manufacturing-related pyramidal defects. The pyramidal errors can theoretically be attributed to the tilting of the reflecting surface. In pentaprisms 23a . 23b this results in relation to the tangential plane (drawing plane in 15 ), a corresponding angular displacement. Another error is that the surfaces need not be flat, but may have a very flat curvature, which leads to a refractive power. For technical reasons, this is often positive; in the general case, it will also be cylindrical. The pentaprism 23a . 23b is then a union of a lens with concave mirrors and forms an optical system with a corresponding refractive power. How out 16 As can be seen, positioning errors in the tangential plane do not produce any angular errors, but result in only a beam offset δy. As long as the pentaprism 23a . 23b is operated in the collimated beam path, this only means a pupil offset δy, which is generally harmless. The positioning errors are in 16 indicated by dashed lines. In the left part of the figure in 16 it is an angular error, in the middle part of the figure to a radial displacement and the right part of the figure to an axial displacement.

In 17 ist eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung 1'' mit zwei justierten, zueinander in definiertem Abstand angeordneten und ausgerichteten Wärmebildkameras 3a, 3b dargestellt, welche mit einer Kalibriereinrichtung 19'' zu deren fortlaufenden automatischen Kalibrierung versehen ist, wobei als Kalibriereinrichtung 19'' die beiden Wärmebildkameras 3a, 3b jeweils im Bereich ihrer Eintrittspupillen 28a, 28b ein als Pentaprisma 23a, 23b ausgebildetes optisches Umlenkelement aufweisen, welches die von der ersten Wärmebildkamera 3a bzw. von deren Detektor 25a ab gegebene eigene Wärmestrahlung als Referenzbild in den Beobachtungsstrahlengang 17b der zweiten Wärmebildkamera 3b umlenkt.In 17 is a third embodiment of a stereo camera device according to the invention 1'' with two adjusted, spaced apart and aligned thermal imaging cameras 3a . 3b shown, which with a calibration device 19 '' is provided for their continuous automatic calibration, being used as a calibration device 19 '' the two thermal imaging cameras 3a . 3b each in the area of their entrance pupils 28a . 28b one as pentaprism 23a . 23b have trained optical deflection, which the of the first thermal imaging camera 3a or from their detector 25a from given own heat radiation as a reference image in the observation beam path 17b the second thermal imaging camera 3b deflects.

Um die Sichtlinien 17a, 17b der beiden Wärmebildkameras 3a, 3b ausgerichtet zu halten, kann auch passiv (ohne zusätzliche Wärmequelle bzw. Strahlungsquelle 21) ein direkter Bezug zwischen den beiden Achsen der Wärmebildkameras 3a, 3b hergestellt werden. Dazu wird wechselseitig jeweils ein kleiner Teil der Pupille einer Wärmebildkamera 3a, 3b mit Prismen 23a, 23b oder Spiegeln in die Pupille der jeweils anderen Wärmebildkamera 3a, 3b umgelenkt. Da die Temperatur der Detektoroberflächen relativ zur Szene sehr niedrig ist, sieht jede Wärmebildkamera 3a, 3b einen kalten Bildausschnitt der Detektorfläche seines Gegenübers eingebettet in die Szene. Benutzt man für die Umlenkung Pentaprismen 23a, 23b, dann ist wiederum sichergestellt, dass die durch zweifache Umlenkung erzeugten Referenzstrahlen immer parallel zum Ausgangsstrahl sind, unabhängig von der genauen Winkelposition des jeweiligen Pentaprismas 23a, 23b und somit das Referenzsystem keine neuen Fehler erzeugt.To the line of sight 17a . 17b the two thermal imaging cameras 3a . 3b can also be passive (without additional heat source or radiation source 21 ) a direct relationship between the two axes of the thermal imaging cameras 3a . 3b getting produced. This is mutually each a small part of the pupil of a thermal imaging camera 3a . 3b with prisms 23a . 23b or mirroring in the pupil of the other thermal imaging camera 3a . 3b diverted. Since the temperature of the detector surfaces is very low relative to the scene, each thermal imager sees 3a . 3b a cold image detail of the detector surface of his counterpart embedded in the scene. Used for the diversion pentaprisms 23a . 23b , then again it is ensured that the reference beams generated by double deflection are always parallel to the output beam, regardless of the exact angular position of the respective pentaprism 23a . 23b and thus the reference system does not generate new errors.

Wärmebilddetektorarrays zeigen typischerweise eine starke Inhomogenität ihrer Einzeldetektoren bezüglich Dunkelstrom und Verstärkung. Um trotzdem eine akzeptable Bildqualität zu erreichen, muss deshalb mindestens eine Kalibrierung der Detektorelemente durchgeführt werden. Diese ist bekannt als Non-Uniformity Correction (NUC). Für eine gute Homogenisierung des Bildhintergrunds ist dies in der Regel aber nicht ausreichend, da es im Infrarotbereich außer der gewünschten Szenenstrahlung noch andere Strahlungsquellen gibt, die unerwünscht zur Bildinformation beitragen. Wie aus 18 für einen Ausschnittsbereich der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung 1' ersichtlich, gibt es die folgenden Einstrahlungsmechanismen. Die Innenflächen des Messaufbaus strahlen über die Restreflexion von Linsen, Prismen 23a und Ausblickfenstern 16 auf die Detektorfläche. Dieser Effekt tritt auch in jeder Wärmebildkamera 3a auf. Die Befestigungsteile des Pentaprismas 23a bestrahlen den Detektor 25a homogen, da sie in der Eintrittspupille 28a liegen. Der unvermeidliche Sehfeldbeschnitt im Referenzstrahlengang 20 durch einen Tubus 36, bedeutet, dass umgekehrt die Tubuswände in das Sehfeld stark und zudem auch inhomogen einstrahlen. Das Referenzbild im Kollimator 24 und die umgebenden Strukturen werden zwangsläufig auf den Detektor 25a der Wärmebildkamera 3a scharf abgebildet. Insgesamt ergibt sich ein hoher Strahlungsuntergrund. Wirksame Maßnahmen zur Verringerung dieses Effekts sind z. B. mattschwarze Innenflächen des Tubus 36 mit zusätzlichen Blendenringen 36a sowie eine raue mattschwarze Ausführung der Fläche des Referenzbilds und des Inneren des Kollimators 24 sowie Einbringung einer Sehfeldblende 37 in einer Zwischenbildebene des Objektivs der Wärmebildkamera 3a. Trotzdem ist eine umfassende Kalibrierung unter Einbeziehung möglichst vieler unerwünschter Strahlungsquellen zusätzlich notwendig. Aufgrund der zu erwartenden starken und zudem inhomogenen Einstrahlung aus dem Referenzstrahlengang 20' in die Wärmebildkamera 3a sollte die Kalibriermethode möglichst viele dieser Strahlungsanteile erfassen können. Die unerwünschten Strahlungsanteile sind in 18 durch gestrichelte Pfeile angedeutet. Da sich die Geräteinnentemperatur und die Szenentemperatur (z. B. kalter Himmel) häufig extrem unterscheiden, sollte die Kalibrierung möglichst bei einer Temperatur nahe der Szenentemperatur durchgeführt werden. In Ausbreitungsrichtung des Beobachtungslichts der Wärmebildkamera 3a ist vor dem Pentaprisma 23a der Wärmebildkamera 3a zur Kalibrierung des Detektors 25a der Wärmebildkamera 3a eine in den Beobachtungsstrahlengang 17a der Wärmebildkamera 3a ein- und ausschwenkbare Defokussierlinse 37 vorgesehen. Wird die Defokussierlinse 38 zwischen dem Pentaprisma 23a und dem Ausblickfenster 16 platziert, erfasst man praktisch alle unerwünschten Einstrahlungsanteile.Thermal image detector arrays typically exhibit strong inhomogeneity of their single detectors in terms of dark current and gain. In order nevertheless to achieve an acceptable image quality, therefore, at least one calibration of the detector elements must be carried out. This is known as Non-Uniformity Correction (NUC). However, this is generally not sufficient for a good homogenization of the image background since, in addition to the desired scene radiation, there are other radiation sources in the infrared range which contribute undesirably to the image information. How out 18 for a cutout region of the stereo camera device according to the invention 1' As can be seen, there are the following irradiation mechanisms. In the The surfaces of the measurement setup radiate via the residual reflection of lenses, prisms 23a and lookout windows 16 on the detector surface. This effect also occurs in every thermal imager 3a on. The mounting parts of the pentaprism 23a irradiate the detector 25a homogeneous, as they are in the entrance pupil 28a lie. The inevitable field of view trim in the reference beam path 20 through a tube 36 , means, conversely, that the tube walls radiate strongly and also inhomogeneously into the visual field. The reference image in the collimator 24 and the surrounding structures inevitably become the detector 25a the thermal imager 3a sharply depicted. Overall, there is a high radiation background. Effective measures to reduce this effect are z. B. matt black inner surfaces of the tube 36 with additional aperture rings 36a and a rough matte black finish of the surface of the reference image and the interior of the collimator 24 and introduction of a field stop 37 in an intermediate image plane of the lens of the thermal imager 3a , Nevertheless, a comprehensive calibration including as many unwanted radiation sources is additionally necessary. Due to the expected strong and also inhomogeneous radiation from the reference beam path 20 ' into the thermal imager 3a the calibration method should be able to record as many of these radiation components as possible. The unwanted radiation components are in 18 indicated by dashed arrows. Since the inside temperature of the device and the scene temperature (eg, cold sky) are often extremely different, the calibration should be performed at a temperature near the scene temperature if possible. In the propagation direction of the observation light of the thermal imager 3a is before the pentaprism 23a the thermal imager 3a for calibration of the detector 25a the thermal imager 3a one in the observation beam 17a the thermal imager 3a swiveling defocusing lens 37 intended. Will the defocus lens 38 between the pentaprism 23a and the lookout window 16 Placed, recorded almost all unwanted radiation components.

Die Szene bzw. Landschaft ist mit dem Bezugszeichen 39 versehen.The scene or landscape is denoted by the reference numeral 39 Mistake.

In 19 ist der normale Betriebsfall mit ausgeschwenkter Defokussierlinse 38 dargestellt, bei dem der Beobachtungs strahlengang 17a und Referenzstrahlengang 20' auf den Detektor 25a fokussiert werden. Der Detektor 25a sieht darüber hinaus unerwünschte Wärmestrahlung aus dem Tubus 36 und dem Geräteinneren.In 19 is the normal operating case with the defocusing lens swiveled out 38 shown in which the observation beam path 17a and reference beam path 20 ' on the detector 25a be focused. The detector 25a sees beyond unwanted heat radiation from the tube 36 and the inside of the device.

In 20 ist die Defokussierlinse 38 für die Kalibrierung eingeschwenkt, wodurch der Beobachtungsstrahlengang 17a gezielt defokussiert wird und das Bild der Szene 39 auf dem Detektor 25a verschmiert wird. Insgesamt erfährt der Detektor 25a dadurch eine quasi homogene Ausleuchtung mit Wärmestrahlung, deren Intensität der Szenentemperatur entspricht. Zusätzlich trifft wieder die unerwünschte Wärmestrahlung aus dem Tubus 36 und dem Geräteinneren auf den Detektor 25a. Wird in dieser Konfiguration nun eine Kalibrierung durchgeführt, dann werden zusätzlich zum szenentypischen Strahlungshintergrund alle unerwünschten Effekte erfasst und können so durch geeignete Bildkorrekturalgorithmen aus den nachfolgend aufgenommenen Wärmebildern beseitigt werden. Um zu verhindern, dass die Referenzstrichmarke bzw. das Referenzbild bei der Kalibrierung sozusagen eingebrannt wird, d. h. in die Kalibrierung mit einfließt, muss die Wärmequelle bzw. Strahlungsquelle 21 hinter der Referenzstruktur abgeschaltet oder besser noch auf die Geräteinnentemperatur geregelt werden. Dies erfolgt durch den thermoelektrischen Kühler bzw. das Peltierelement der Strahlungsquelle 21.In 20 is the defocus lens 38 pivoted for calibration, causing the observation beam path 17a deliberately defocused and the image of the scene 39 on the detector 25a smeared. Overall, the detector learns 25a This results in a quasi-homogeneous illumination with thermal radiation whose intensity corresponds to the scene temperature. In addition, the unwanted heat radiation hits the tube again 36 and the inside of the device on the detector 25a , If a calibration is carried out in this configuration, then in addition to the scene-typical radiation background, all undesired effects are recorded and can thus be eliminated by suitable image correction algorithms from the subsequently recorded thermal images. In order to prevent the reference mark or the reference image from being burnt in during the calibration process, ie including in the calibration, the heat source or radiation source must be used 21 switched off behind the reference structure or better still be regulated to the internal device temperature. This is done by the thermoelectric cooler or the Peltier element of the radiation source 21 ,

Auf der Bildverarbeitungseinrichtung 7 kann nun im Rahmen der Stereoauswertung ein Verfahren zur fortlaufenden automatischen Kalibrierung der Stereokameraeinrichtung 1, 1', 1'' ausgeführt werden, wobei das Referenzbild auf den zwei Wärmebildkameras 3a, 3b in vorgegebenen, vorzugsweise regelmäßigen Zeitabständen lokalisiert wird, wonach die relative Position und/oder die relative Orientierung des Referenzbilds zu den Referenzbildern der weiteren Wärmebildkameras 3a, 3b bestimmt wird und wonach daraus bei Erkennung einer Veränderung eine entsprechende Korrektur der Parameter für die Stereoauswertung ermittelt und vorgenommen wird.On the image processing device 7 can now in the context of stereo evaluation, a method for continuous automatic calibration of the stereo camera device 1 . 1' . 1'' running, with the reference image on the two thermal imaging cameras 3a . 3b is localized at predetermined, preferably regular time intervals, after which the relative position and / or the relative orientation of the reference image to the reference images of the further thermal imaging cameras 3a . 3b is determined and after which, upon detection of a change, a corresponding correction of the parameters for the stereo evaluation is determined and made.

Aufgrund einer erkannten relativen Verschiebung des Referenzbilds wird eine Verschiebung des Detektors 25a, 25b wenigstens einer der Wärmebildkameras 3a, 3b oder eine Verkippung bzw. Verbiegung wenigstens einer der Wärmebildkameras 3a, 3b parallel und/oder senkrecht zur Bezugsebene oder zu der Basislinie bzw. Basisstruktur 14 der Stereokameraeinrichtung 1, 1', 1'' erkannt. Darüber hinaus wird aufgrund einer relativen Rotation des Referenzbildes eine Verdrehung wenigstens einer der Wärmebildkameras 3a, 3b oder des Detektors 25a, 25b wenigstens einer der Wärmebildkameras 3a, 3b um dessen optische Achse erkannt.Due to a detected relative shift of the reference image, a shift of the detector 25a . 25b at least one of the thermal imaging cameras 3a . 3b or a tilting or bending of at least one of the thermal imaging cameras 3a . 3b parallel and / or perpendicular to the reference plane or to the baseline or base structure 14 the stereo camera device 1 . 1' . 1'' recognized. In addition, due to a relative rotation of the reference image, a rotation of at least one of the thermal imaging cameras 3a . 3b or the detector 25a . 25b at least one of the thermal imaging cameras 3a . 3b detected around its optical axis.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur fortlaufenden automatischen Kalibrierung der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung 1, 1', 1'' ist vorzugsweise als Computerprogramm auf der Bildverarbeitungseinrichtung 7 der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung 1, 1', 1'' realisiert, wobei auch andere Lösungen selbstverständlich in Frage kommen. Dazu ist das Computerprogramm in einem nicht näher dargestellten Speicherelement der Bildverarbeitungseinrichtung 7 gespeichert. Durch Abarbeitung auf einem Mikroprozessor der Bildverarbeitungseinrichtung 7 wird das Verfahren ausgeführt. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger (Diskette, CD, DVD, Festplatte, USB-Memorystick oder dergleichen) oder einem Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein und von dort aus in das Speicherelement der Bildverarbeitungseinrichtung 7 übertragen werden.The inventive method for continuous automatic calibration of the stereo camera device according to the invention 1 . 1' . 1'' is preferably as a computer program on the image processing device 7 the stereo camera device according to the invention 1 . 1' . 1'' realized, including other solutions of course come into question. For this purpose, the computer program is in a memory element, not shown, of the image processing device 7 saved. By processing on a microprocessor of the image processing device 7 the procedure is carried out. The computer program can be stored on a computer-readable data carrier (floppy disk, CD, DVD, hard disk, USB memory stick or the like) or an Internet server as a computer program product and from there into the memory element of the image processing device 7 be transmitted.

1, 1', 1''1, 1 ', 1' '
StereokameraeinrichtungStereo camera device
22
Überwachungsvorrichtungmonitoring device
3a, 3b3a, 3b
WärmebildkamerasThermal imaging cameras
4a, 4b4a, 4b
Sehfeldervisual fields
55
überlappender Bereichoverlapping Area
6, 6'6 6 '
Vögel, Vogelschwarmbirds, flock Of birds
77
BildverarbeitungseinrichtungImage processing means
88th
Schnittstelleinterface
99
Flugsicherungssystemair traffic control system
1010
Flugroute der Vögelair route of the birds
1111
Flugkorridorflight corridor
1212
Kreuzungsbereichcrossing area
1313
Flugzeugplane
1414
Basisstrukturbase structure
1515
Gehäusecasing
1616
AusblickfensterOutlook window
17a, 17b17a, 17b
Sichtlinien, BeobachtungsstrahlengangLine of sight, Observation beam path
1818
Zieleaims
19, 19', 19''19 19 ', 19' '
Kalibriereinrichtungcalibration
20, 20', 20''20 20 ', 20' '
ReferenzstrahlengangReference beam path
2121
Strahlungsquelleradiation source
2222
Strahlenbündelray beam
22a, 22b22a, 22b
TeilstrahlenbündelPartial beams
23a, 23b23a, 23b
PentaprismenPenta prisms
2424
Kollimatorcollimator
25a, 25b25a, 25b
Detektorendetectors
26a, 26b26a, 26b
Eintrittsfläche Pentaprismaentry surface pentaprism
27a, 27b27a, 27b
Austrittfläche Pentaprismaexit area pentaprism
28a, 28b28a, 28b
Eintrittspupille Wärmebildkameraentrance pupil Thermal camera
2929
Winkelangle
3030
optisches Teilerelement/90 Grad-Prismaoptical Divider element / 90 degree prism
3131
gekreuzte Pfeilecrossed arrows
3232
Abschattungshading
3333
resultierendes Wärmebildkamerasehfeldresulting Wärmebildkamerasehfeld
3434
größerer Teil der Eintrittspupillemore Part of the entrance pupil
3535
kleinerer Teil der Eintrittspupillesmaller Part of the entrance pupil
3636
Tubustube
36a36a
Blendenringeaperture rings
3737
Sehfeldblendefield stop
3838
DefokussierlinseDefokussierlinse
3939
Szenescene
bb
Basislängebase length
nn
Brechzahlrefractive index
α3 α 3
SehfeldrandwinkelSehfeldrandwinkel
α4 α 4
Winkelfehlerangle error
β4 β 4
Winkelfehlerangle error
γ4 γ 4
Winkelfehlerangle error
δ4 δ 4
gesamter Winkelfehlerwhole angle error
δy δ y
Positionierungsfehlerpositioning error

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102008018880 [0003] - DE 102008018880 [0003]
  • - DE 102007050558 A1 [0007] - DE 102007050558 A1 [0007]
  • - EP 1484628 A1 [0008] EP 1484628 A1 [0008]
  • - JP 01251990 A [0009] - JP 01251990 A [0009]

Claims (18)

Stereokameraeinrichtung (1, 1', 1'') mit wenigstens zwei justierten, zueinander in definiertem Abstand angeordneten und ausgerichteten Wärmebildkameras (3a, 3b), welche mit einer Kalibriereinrichtung (19, 19') zu deren fortlaufenden automatischen Kalibrierung versehen ist, wobei die Kalibriereinrichtung (19, 19') eine Strahlungsquelle (21) und einen Referenzstrahlengang (20, 20', 20'') aufweist, mittels welchem ein Referenzbild von der Strahlungsquelle (21) auf die jeweilige Wärmebildkamera (3a, 3b) abgebildet wird, wobei ein von der Strahlungsquelle (21) ausgehendes kollimiertes Strahlenbündel (22) in wenigstens zwei Teilstrahlenbündel (22a, 22b) geteilt wird, wobei die wenigstens zwei Teilstrahlenbündel (22a, 22b) jeweils über wenigstens ein der jeweiligen Wärmebildkamera (3a, 3b) zugeordnetes optisches Umlenkelement (23a, 23b) auf diese gelenkt werden, und wobei wenigstens eines der optischen Umlenkelemente als Pentaprisma (23a, 23b) ausgebildet ist.Stereo camera device ( 1 . 1' . 1'' ) with at least two adjusted, mutually spaced and aligned thermal imaging cameras ( 3a . 3b ), which with a calibration device ( 19 . 19 ' ) is provided for its continuous automatic calibration, wherein the calibration device ( 19 . 19 ' ) a radiation source ( 21 ) and a reference beam path ( 20 . 20 ' . 20 '' ), by means of which a reference image from the radiation source ( 21 ) to the respective thermal imaging camera ( 3a . 3b ), one of the radiation source ( 21 ) outgoing collimated beam ( 22 ) in at least two partial beams ( 22a . 22b ), wherein the at least two partial beams ( 22a . 22b ) in each case via at least one of the respective thermal imaging camera ( 3a . 3b ) associated optical deflection element ( 23a . 23b ), and wherein at least one of the optical deflection elements as pentaprism ( 23a . 23b ) is trained. Stereokameraeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein optisches Teilerelement (29) zur Teilung des Strahlenbündels (22) in die Teilstrahlenbündel (22a, 22b) vorgesehen ist.Stereo camera device according to claim 1, characterized in that at least one optical splitter element ( 29 ) for dividing the beam ( 22 ) into the partial beams ( 22a . 22b ) is provided. Stereokameraeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Teilerelement als 90-Grad-Prisma (29) ausgebildet ist.Stereocameraeinrichtung according to claim 2, characterized in that the optical splitter element as a 90-degree prism ( 29 ) is trained. Stereokameraeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzstrahlengang (20', 20'') symmetrisch ausgeführt ist.Stereo camera device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the reference beam path ( 20 ' . 20 '' ) is symmetrical. Stereokameraeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzstrahlengang (20, 20') einen Kollimator (24) aufweist.Stereo camera device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the reference beam path ( 20 . 20 ' ) a collimator ( 24 ) having. Stereokameraeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (21) ein thermoelektrisches Element, insbesondere ein Peltierelement (21) aufweist.Stereo camera device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the radiation source ( 21 ) a thermoelectric element, in particular a Peltier element ( 21 ) having. Stereokameraeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsfläche (26a, 26b) des Pentaprismas (23a, 23b) wenigstens annähernd im Bereich der Eintrittspupille (27a, 27b) der jeweiligen zugeordneten Wärmebildkamera (3a, 3b) angeordnet ist.Stereo camera device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the exit surface ( 26a . 26b ) of the pentaprism ( 23a . 23b ) at least approximately in the area of the entrance pupil ( 27a . 27b ) of the respective associated thermal imaging camera ( 3a . 3b ) is arranged. Stereokameraeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzstrahlengang (20, 20', 20'') einen Tubus (35) aufweist.Stereo camera device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the reference beam path ( 20 . 20 ' . 20 '' ) a tube ( 35 ) having. Stereokameraeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Ausbreitungsrichtung des Beobachtungslichts der jeweiligen Wärmebildkamera (3a, 3b) vor dem optischen Umlenkelement (23a, 23b) der Wärmebildkamera (3a, 3b) zur Kalibrierung des Detektors (25a, 25b) der Wärmebildkamera (3a, 3b) eine in den Beobachtungsstrahlengang (17) der Wärmebildkamera (3a, 3b) ein- und ausschwenkbare Defokussierlinse (37) vorgesehen ist.Stereo camera device according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the propagation direction of the observation light of the respective thermal imaging camera ( 3a . 3b ) in front of the optical deflecting element ( 23a . 23b ) of the thermal imager ( 3a . 3b ) for calibrating the detector ( 25a . 25b ) of the thermal imager ( 3a . 3b ) one in the observation beam path ( 17 ) of the thermal imager ( 3a . 3b ) in and out swinging defocussing lens ( 37 ) is provided. Stereokameraeinrichtung (1'') mit zwei justierten, zueinander in definiertem Abstand angeordneten und ausgerichteten Wärmebildkameras (3a, 3b), welche mit einer Kalibriereinrichtung (19'') zu deren fortlaufenden automatischen Kalibrierung versehen ist, wobei als Kalibriereinrichtung (19'') die beiden Wärmebildkameras (3a, 3b) jeweils im Bereich ihrer Eintrittspupillen (27a, 27b) ein optisches Umlenkelement (23a, 23b) aufweisen, welches die von der ersten Wärmebildkamera (3a) bzw. von deren Detektor (25a) abgegebene eigene Wärmestrahlung, als Referenzbild in den Beobachtungsstrahlengang (17) der zweiten Wärmebildkamera (3b) umlenkt.Stereo camera device ( 1'' ) with two aligned, spaced apart and aligned thermal imaging cameras ( 3a . 3b ), which with a calibration device ( 19 '' ) is provided for their continuous automatic calibration, being used as a calibration device ( 19 '' ) the two thermal imaging cameras ( 3a . 3b ) in each case in the area of their entrance pupils ( 27a . 27b ) an optical deflection element ( 23a . 23b ), which corresponds to that of the first thermal imaging camera ( 3a ) or of their detector ( 25a ) emitted own thermal radiation, as a reference image in the observation beam path ( 17 ) of the second thermal imaging camera ( 3b ) redirects. Stereokameraeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welche wenigstens ein Teil einer Überwachungsvorrichtung (2) für Windkraftanlagen, Gebäude mit transparenten Bereichen, Start- und Landebahnen und/oder Flugkorridore (11) von Flughä fen mit einer stereoskopischen Erfassung von sich nähernden oder vorhandenen Vögeln (6) oder Vogelschwärmen (6') zur Durchführung eines Überwachungsverfahrens, ist, wobei Parameter wie Flughöhe, Flugrichtung, Fluggeschwindigkeit, Art und Größe der Vögel (6) oder der Vogelschwärme (6') ermittelbar sind, anhand derer eine Bewertung durchgeführt und gegebenenfalls eine entsprechende Warnmeldung ausgegeben wird, und welche im Bereich der Windkraftanlagen, Gebäude mit transparenten Bereichen, Start- und Landebahnen und/oder der Flugkorridore angeordnet ist.Stereo camera device according to one of claims 1 to 10, which at least part of a monitoring device ( 2 ) for wind turbines, buildings with transparent areas, runways and / or flight corridors ( 11 ) of airports with stereoscopic detection of approaching or existing birds ( 6 ) or bird swarms ( 6 ' ) for carrying out a surveillance procedure, with parameters such as flight altitude, flight direction, airspeed, type and size of birds ( 6 ) or the bird swarms ( 6 ' ) are determined on the basis of which an assessment is carried out and, where appropriate, issued a corresponding warning, and which is arranged in the field of wind turbines, buildings with transparent areas, runways and / or flight corridors. Überwachungsvorrichtung (2) für Windkraftanlagen, Gebäude mit transparenten Bereichen, Start- und Landebahnen und/oder Flugkorridore (11) von Flughäfen mit einer stereoskopischen Erfassung von sich nähernden oder vorhandenen Vögeln (6) oder Vogelschwärmen (6') zur Durchführung eines Überwachungsverfahrens, wobei Parameter wie Flughöhe, Flugrichtung, Fluggeschwindigkeit, Art und Größe der Vögel (6) oder der Vogelschwärme (6') ermittelbar sind, anhand derer eine Bewertung durchgeführt und gegebenenfalls eine entsprechende Warnmeldung ausgegeben wird, und wobei im Bereich der Windkraftanlagen, Gebäude mit transparenten Bereichen, Start- und Landebahnen und/oder der Flugkorridore (11) wenigstens eine Stereokameraeinrichtung (1, 1', 1'') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 mit wenigstens zwei Wärmebildkameras (3a, 3b) vorgesehen ist, welche während der Aufnahme synchron laufen, deren Aufnahmezeitpunkte wenigstens annähernd identisch sind und deren jeweilige Sehfelder (4a, 4b) einen überlappenden Bereich (5) aufweisen.Monitoring device ( 2 ) for wind turbines, buildings with transparent areas, runways and / or flight corridors ( 11 ) of airports with stereoscopic coverage of themselves hens or existing birds ( 6 ) or bird swarms ( 6 ' ) to carry out a monitoring procedure, with parameters such as altitude, heading, speed, type and size of birds ( 6 ) or the bird swarms ( 6 ' ), on the basis of which an assessment is carried out and, if appropriate, a corresponding warning message is issued, and in the area of wind turbines, buildings with transparent areas, runways and / or flight corridors ( 11 ) at least one stereo camera device ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of claims 1 to 10 with at least two thermal imaging cameras ( 3a . 3b ) is provided, which run synchronously during the recording, the recording times are at least approximately identical and their respective fields of view ( 4a . 4b ) an overlapping area ( 5 ) exhibit. Verfahren zur fortlaufenden automatischen Kalibrierung einer Stereokameraeinrichtung (1, 1', 1'') nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzbild auf den wenigstens zwei Wärmebildkameras (3a, 3b) in vorgegebenen, insbesondere regelmäßigen Zeitabständen lokalisiert wird, wonach die relative Position und/oder die relative Orientierung des Referenzbildes zu den Referenzbildern der weiteren Wärmebildkameras (3a, 3b) bestimmt wird, und wonach daraus bei Erkennung einer Veränderung eine entsprechende Korrektur der Parameter für die Stereoauswertung ermittelt und vorgenommen wird.Method for continuous automatic calibration of a stereo camera device ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the reference image on the at least two thermal imaging cameras ( 3a . 3b ) is localized at predetermined, in particular regular intervals, after which the relative position and / or the relative orientation of the reference image to the reference images of the further thermal imaging cameras ( 3a . 3b ), and according to which, upon detection of a change, a corresponding correction of the parameters for the stereo evaluation is determined and carried out. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund einer erkannten relativen Verschiebung des Referenzbildes eine Verschiebung eines Detektors (25a, 25b) wenigstens einer der Wärmebildkameras (3a, 3b) oder eine Verkippung bzw. Verbiegung wenigstens einer der Wärmebildkameras (3a, 3b) parallel und/oder senkrecht zu einer Bezugsebene oder zu einer Basisstruktur (14) der Stereokameraeinrichtung (1, 1', 1'') erkannt wird.A method according to claim 13, characterized in that due to a detected relative displacement of the reference image, a displacement of a detector ( 25a . 25b ) at least one of the thermal imaging cameras ( 3a . 3b ) or a tilting or bending of at least one of the thermal imaging cameras ( 3a . 3b ) parallel and / or perpendicular to a reference plane or to a base structure ( 14 ) of the stereo camera device ( 1 . 1' . 1'' ) is recognized. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund einer relativen Rotation des Referenzbildes eine Verdrehung wenigstens einer der Wärmebildkameras (3a, 3b) oder eines Detektors (25a, 25b) wenigstens einer der Wärmebildkameras (3a, 3b) um dessen optische Achse erkannt wird.A method according to claim 13 or 14, characterized in that due to a relative rotation of the reference image, a rotation of at least one of the thermal imaging cameras ( 3a . 3b ) or a detector ( 25a . 25b ) at least one of the thermal imaging cameras ( 3a . 3b ) is detected around the optical axis. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Startkalibrierung der Stereokameraeinrichtung (1, 1', 1'') durchgeführt wird.Method according to claim 13, 14 or 15, characterized in that a starting calibration of the stereo camera device ( 1 . 1' . 1'' ) is carried out. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16 durchzuführen, wenn dass Programm auf einem Mikroprozessor eines Computers, insbesondere auf einer Bildverarbeitungseinrichtung (7) einer Stereokameraeinrichtung (1, 1', 1'') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ausgeführt wird.Computer program with program code means for carrying out a method according to one of claims 13 to 16, when the program is stored on a microprocessor of a computer, in particular on an image processing device ( 7 ) of a stereo camera device ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of claims 1 to 11. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16 durchzuführen, wenn dass Programm auf einer Bildverarbeitungseinrichtung (7) einer Stereokameraeinrichtung (1, 1', 1'') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ausgeführt wird.A computer program product comprising program code means stored on a computer-readable medium for carrying out a method according to one of the claims 13 to 16, when the program is stored on an image processor ( 7 ) of a stereo camera device ( 1 . 1' . 1'' ) according to one of claims 1 to 11.
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