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
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Abstract
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
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
Ein
System und ein Verfahren zur Erzeugung von räumlichen Bilddarstellungen,
insbesondere von räumlichen Wärmebildern, ist
in der
Zum
weiteren Stand der Technik wird auf die
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:
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
Die
Stereokameraeinrichtung
Die
Stereokameraeinrichtung
Auf
der Bildverarbeitungseinrichtung
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
Bei
Erfassung von Vögeln
Die
Stereokameraeinrichtung
Nach
Aufbau der Wärmebildkameras
Wie
aus
Wie
weiter aus der
In
In
Ein
Referenzstrahlengang
Für
die Genauigkeit der Positionsgeschwindigkeitsberechnungen sind alle
Winkeländerungen in der Bezugsebene, welche vorliegend
von der Basisstruktur
Aus
einem Kippwinkel α1 des Kollimators
Eine
Verkippung des 90-Grad-Prismas
Aus
dem Kippwinkel α2 des 90-Grad-Prismas
Eine
Rotation des Kollimators
Die
Auswirkungen von fehlerhaften Verkippungen der optischen Bauelemente
Aus
dem Kippwinkel β3 des Pentaprismas
Die
Eintrittspupille des Kollimators
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
Die
Teilung des Strahlengangs in Beobachtungsstrahlengang
Das
Pentaprisma
Bedingt
durch die räumliche Ausdehnung des Pentaprismas
Die
Eintrittsfläche
In
Die
Genauigkeit der Strahlablenkung wird durch die herstellungsbedingten
Winkeltoleranzen des Pentaprismas
Außer
den Winkelfehlern in der Tangentialebene kann ein Pentaprisma
In
Um
die Sichtlinien
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
Die
Szene bzw. Landschaft ist mit dem Bezugszeichen
In
In
Auf
der Bildverarbeitungseinrichtung
Aufgrund
einer erkannten relativen Verschiebung des Referenzbilds wird eine
Verschiebung des Detektors
Das
erfindungsgemäße Verfahren zur fortlaufenden automatischen
Kalibrierung der erfindungsgemäßen Stereokameraeinrichtung
- 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
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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